JP2010044980A - Lighting device for discharge lamp, and illumination apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は放電灯点灯装置及びこれを用いた照明器具に関するものである。 The present invention relates to a discharge lamp lighting device and a lighting fixture using the same.
特許文献1(特開2002−175892号公報)には、放電灯点灯回路により点灯制御される放電灯の動作状態に関連する複数の要素を検出する複数の検出手段と、各検出手段からの検出信号をデジタルの検出データに変換して取り込む取込手段と、取り込まれた検出データから所定の処理方法に従って演算用データを得る信号処理手段と、前記演算用データから、前記放電灯点灯回路より放電灯へ供給される出力を制御する制御データを求める演算手段と、前記放電灯の動作状態に応じて前記取込手段での前記検出信号の取り込み動作及び前記信号処理手段における前記処理方法の少なくとも一方を変更する変更制御手段とを備えることにより、ノイズの可及的除去及び放電灯制御の高速処理を可能とした放電灯点灯装置が開示されている。
従来の技術では、放電灯点灯回路のノイズが最も発生すると言われるスイッチング素子のオン/オフの瞬間も検出タイミングに含んでいるため、確実に誤動作を引き起こさないとは言い難い。 In the conventional technique, since the detection timing also includes the ON / OFF moment of the switching element that is said to generate the most noise in the discharge lamp lighting circuit, it is difficult to say that the malfunction does not occur reliably.
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、放電灯の動作状態に応じた複数の検出データの取り込み動作をスイッチング素子のオン/オフに連動させることにより、誤動作を確実に防止した高精度な放電灯点灯装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described points, and is capable of reliably preventing malfunctions by linking a plurality of detection data fetching operations according to the operating state of the discharge lamp with on / off of the switching elements. An object of the present invention is to provide an accurate discharge lamp lighting device.
請求項1の発明は、上記の課題を解決するために、図1に示すように、放電灯DLを点灯制御するスイッチング手段Q2〜Q6を含む点灯手段3と、前記点灯手段3により点灯制御される放電灯DLの動作状態に関連する複数の要素(Vt,Vla等)を検出する複数の検出手段と、各検出手段からの検出信号をデジタルの検出データに変換して取り込む取込手段(A/D変換等)と、取り込まれた検出データに対し所定の演算処理を行う信号処理手段(平均化処理等)と、前記放電灯DLの動作状態に応じて前記取込手段での前記検出信号の取り込み動作または前記信号処理手段における前記演算処理の少なくとも一方を変更する変更制御手段とを備え、前記スイッチング手段がオンまたはオフする瞬間を除いたタイミングにおいて、前記取込手段により検出信号を取り込むことを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the invention of
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記スイッチング手段がオンまたはオフする瞬間を除いたタイミングとは、図4または図5または図8に示すように、前記スイッチング手段の少なくとも1つがオンもしくはオフしているときであることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the timing excluding the moment when the switching means is turned on or off is, as shown in FIG. 4, FIG. 5 or FIG. It is characterized by being on or off.
請求項3の発明は、請求項1の発明において、前記スイッチング手段がオンまたはオフする瞬間を除いたタイミングとは、図2に示すように、前記スイッチング手段Q2〜Q6が全てオフしているときであることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the timing excluding the moment when the switching means is turned on or off is when all of the switching means Q2 to Q6 are off as shown in FIG. It is characterized by being.
請求項4の発明は、請求項1〜3の発明において、前記変更制御手段は、図9〜図12に示すように、放電灯の点灯後の放電灯電圧に伴い変化する前記スイッチング手段のスイッチング周波数またはデューティに応じて前記取込手段での取り込む周期を変更することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, as shown in FIGS. 9 to 12, the change control means switches the switching means that changes with the discharge lamp voltage after the discharge lamp is turned on. The period of capturing by the capturing unit is changed according to the frequency or duty.
請求項5の発明は、請求項1〜4の発明において、前記変更制御手段は、図9〜図12に示すように、放電灯の点灯後の放電灯電圧に伴い変化する前記スイッチング手段のスイッチング周波数またはデューティに応じて前記取込手段での取り込む回数を変更することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the invention, the change control means switches the switching means that changes with the discharge lamp voltage after the discharge lamp is turned on, as shown in FIGS. The number of times of capturing by the capturing means is changed according to frequency or duty.
請求項6の発明は、請求項1〜5の発明において、前記信号処理手段は、図10に示すように、前記取込手段により取り込まれた検出データを単純平均処理することまたは加重平均処理することまたは一部の読み込みデータを取り除いたデータを単純平均処理することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the present invention, as shown in FIG. 10, the signal processing means performs a simple average process or a weighted average process on the detection data captured by the capture means. Or simple average processing of data obtained by removing some read data.
請求項7の発明は、請求項1〜6の発明において、前記信号処理手段は、図10に示すように、異常状態判定手段を有し、前記異常状態判定手段により異常と判定した場合、前記点灯手段の出力を低下もしくは停止させることを特徴とする。
The invention of
請求項8の発明は、請求項7の発明において、図10に示すように、前記異常状態とは高温異常であることを特徴とする。
The invention of
請求項9の発明は、請求項1〜8の発明において、図1に示すように、直流電源2の出力を電源とし、負荷の放電灯DLに供給する所定の電力に変換する少なくとも1つのスイッチング手段Q2を備えた電力変換回路6と、電力変換回路6の出力を所定の矩形波交流電力に変換し、放電灯DLに印加する少なくとも1つのスイッチング手段Q3〜Q6を備えた極性反転回路7と、始動用の高圧パルス電圧を放電灯DLに印加する始動パルス発生回路8とを備えた放電灯点灯装置において、放電灯DLの動作状態に関連する複数の要素(Vt,Vla等)を検出する複数の検出手段と、各検出手段からの検出信号をデジタルの検出データに変換して取り込む取込手段(A/D変換等)と、取り込まれた検出データに対し所定の演算処理を行う信号処理手段(平均化処理等)と、前記放電灯DLの動作状態に応じて前記取込手段での前記検出信号の取り込み動作または前記信号処理手段における前記演算処理の少なくとも一方を変更する変更制御手段とを備え、前記スイッチング手段がオンまたはオフする瞬間を除いたタイミングにおいて、前記取込手段により検出信号を取り込むことを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, in the first to eighth aspects of the present invention, as shown in FIG. 1, at least one switching that converts the output of the DC power source 2 into a predetermined power to be supplied to the discharge lamp DL of the load is used. A power conversion circuit 6 having means Q2, and a
請求項10の発明は、請求項1〜9のいずれかに記載の放電灯点灯装置を具備した照明器具である(図13)。
The invention of
本発明によれば、スイッチング手段がオンまたはオフする瞬間を除いたタイミングにおいて、取込手段により検出信号を取り込むようにしたので、スイッチングノイズに影響されずに検出データを取り込むことが可能となり、誤検出による誤動作を防止し、安定に点灯させることが可能な放電灯点灯装置を実現することができる。 According to the present invention, since the detection signal is captured by the capture means at timings other than the moment when the switching means is turned on or off, the detection data can be captured without being affected by the switching noise. It is possible to realize a discharge lamp lighting device that can prevent malfunction due to detection and can be stably lit.
(実施形態1)
図1に本発明の実施形態1の点灯装置の回路図を示す。図中、1は交流電源、2は直流電源回路、3は電力変換回路である。直流電源回路2は、交流電源1を全波整流する整流器DBと、インダクタL1とスイッチング素子Q1とダイオードD1とコンデンサC1よりなる昇圧チョッパ回路と、その制御回路5とからなり、商用の交流電源1からの交流入力を直流出力に変換して電力変換回路3へ供給すると共に、入力電流と入力電圧の位相がずれないように回路に抵抗性を持たせる力率改善制御を行っている。例えば市販の集積回路(MC33262等)をスイッチング素子Q1の制御回路5として用いることで実現可能である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a circuit diagram of a lighting device according to
電力変換回路3は、降圧チョッパ回路6とインバータ回路7とイグナイタ回路8と制御回路9とからなっている。降圧チョッパ回路6は、スイッチング素子Q2とダイオードD2とインダクタL2とコンデンサC2とからなり、入力電圧を降圧した直流電圧を出力する回路であり、スイッチング素子Q2のオン/オフを制御することで放電灯DLへの供給電力を調節する安定器として用いられている。
The
降圧チョッパ回路6は、制御回路9からのPWM信号でスイッチング素子Q2のオン/オフを制御する。具体的には、制御回路9の命令でスイッチング素子Q2をONすると、インダクタL2に電流が流れ始める。抵抗R2から検出したスイッチング素子Q2の電流検出値Ipが電流目標値に到達するとスイッチング素子Q2をOFFする。その後、インダクタL2の2次巻線によりゼロクロス信号ZCSがゼロになるのを検出すると、スイッチング素子Q2のON信号を出力し、以後、上記と同じ動作を繰り返す。
The step-down chopper circuit 6 controls on / off of the switching element Q2 by the PWM signal from the
インバータ回路7は、スイッチング素子Q3〜Q6からなるフルブリッジ回路を構成している。このインバータ回路7は、スイッチング素子Q3,Q6のペアとQ4,Q5のペアが制御回路9からの制御信号により数十〜数百Hzの低周波で交互にオンされることで、放電灯DLに矩形波交流電力を供給する。
The
イグナイタ回路8は、高圧放電灯DLの一端とスイッチング素子Q3,Q4の接続点の間に接続されたパルストランスPTと、このパルストランスPTの中間タップとグランド間に挿入されたコンデンサC3と抵抗R1の直列回路からなる共振昇圧回路で構成されている。
The
制御回路9は、放電灯DLのランプ電圧Vla、ランプ電流Ila、スイッチング素子Q2のピーク電流Ip、インダクタL2に流れる電流のゼロクロス信号(ZCS)を検出し、これらの検出結果に応じてスイッチング素子Q2のオン/オフ制御を行ない、所望の電流または電力を放電灯DLに供給するように降圧チョッパ回路6のスイッチング素子Q2の制御と、インバータ回路7のスイッチング素子Q3〜Q6の制御を行なう。この制御回路9は、例えばマイクロコンピュータST72215(ST社製)を含んで構成される。
The
制御回路9はワンチップのマイクロコンピュータで構成しても良いが、ランプ電流Ilaやチョッパ電流Ipを検出するためのオペアンプや、ランプ電圧Vlaを検出するための分圧抵抗回路、あるいは各スイッチング素子Q2〜Q6の駆動回路などの入出力回路をマイクロコンピュータに外付けして構成しても良い。
The
放電灯DLはメタルハライドランプや高圧水銀ランプのような高輝度高圧放電灯(HIDランプ)である。 The discharge lamp DL is a high-intensity high-pressure discharge lamp (HID lamp) such as a metal halide lamp or a high-pressure mercury lamp.
この回路を用いて高圧放電灯が無負荷(不点)状態から安定点灯状態に至るまでには、点灯装置は大きく分けて次の3つの過程を通る。 By using this circuit, the lighting device goes through the following three processes until the high pressure discharge lamp reaches the stable lighting state from the no-load (non-point) state.
無負荷モード:放電灯DLは不点状態にあり、共振回路を構成するトランスPTの1次巻線N1とコンデンサC3のLC共振周波数付近でスイッチング素子Q3,Q4を交互にオン/オフして生成する共振パルス電圧をトランスPTの巻数比(N2/N1)で昇圧してランプ電極間に印加することで放電灯DLを絶縁破壊して始動モードへ移行させる。 No-load mode: The discharge lamp DL is in an astigmatic state and is generated by alternately turning on / off the switching elements Q3 and Q4 in the vicinity of the LC resonance frequency of the primary winding N1 of the transformer PT and the capacitor C3 constituting the resonance circuit. The resonant pulse voltage is boosted by the turns ratio (N2 / N1) of the transformer PT and applied between the lamp electrodes, thereby causing the discharge lamp DL to break down and shift to the starting mode.
始動モード:共振パルス電圧により放電灯DLが絶縁破壊すると、グロー放電を経てアーク放電に至る。アーク放電が開始してから発光管内温度が均一化されて安定するまでの過程において、ランプ電圧Vlaは数Vから安定電圧まで数分かけて徐々に上昇する。 Start-up mode: When the discharge lamp DL breaks down due to the resonance pulse voltage, an arc discharge occurs through a glow discharge. In the process from the start of the arc discharge until the temperature in the arc tube is uniformized and stabilized, the lamp voltage Vla gradually increases from several V to a stable voltage over several minutes.
安定点灯モード:放電灯DLの点灯後、数分経過して放電灯DLの発光管内温度が上昇し、安定した状態となり、ランプ電圧Vlaはほぼ一定となる。 Stable lighting mode: A few minutes after the lighting of the discharge lamp DL, the temperature in the arc tube of the discharge lamp DL rises to a stable state, and the lamp voltage Vla becomes substantially constant.
制御回路9は、少なくとも安定点灯モードでは、異常温度保護用の温度センサIC(例えばLM50(NS社製))10の出力データVtを定期的に読み込んでおり、複数回の取り込みデータの平均値が閾値を越えると、異常高温状態と判定して、電力変換回路3の出力を停止または低下させるように動作する。
The
従来と異なる点は、制御回路9において降圧チョッパ回路6及びインバータ回路7におけるスイッチング素子Q2〜Q6のスイッチング状態に応じて、動作状態に関連する検出要素(温度検出データVt等)の取り込みタイミングを制御しているところである。以下、電力変換回路3の動作(ただし、無負荷モード、始動モードは省き、安定点灯モードのみ)について詳細に説明する。
The difference from the prior art is that the
安定点灯モードに移行すると、図2のように、スイッチング素子Q3・Q6がON、スイッチング素子Q4・Q5がOFFの期間T21と、スイッチング素子Q4・Q5がON、スイッチング素子Q3・Q6がOFFの期間T22とを設け、これらの期間T21・T22は数100Hzの低周波の周期で交番する。 When shifting to the stable lighting mode, as shown in FIG. 2, a period T21 in which the switching elements Q3 and Q6 are ON and the switching elements Q4 and Q5 are OFF, and a period in which the switching elements Q4 and Q5 are ON and the switching elements Q3 and Q6 are OFF T22 is provided, and these periods T21 and T22 alternate with a period of a low frequency of several hundred Hz.
以上の動作により、図2で示すように、低周波の矩形波のランプ電流Ilaを放電灯DLに安定的に供給し、放電灯DLを降圧チョッパ回路6で制御する所望の電力で点灯させる。 With the above operation, as shown in FIG. 2, a low-frequency rectangular wave lamp current Ila is stably supplied to the discharge lamp DL, and the discharge lamp DL is lit with desired power controlled by the step-down chopper circuit 6.
また、図2に示すように、スイッチング素子Q2〜Q6の全てがOFFしていることを制御回路9内のマイクロコンピュータが検出し、OFF直後に、例えば図1に示す異常温度保護用の温度センサIC10から出力されるデータVtを少なくとも1回読み込む。また次回にスイッチング素子Q2〜Q6の全てがOFFしたときも前記と同様にして制御回路9内のマイクロコンピュータがデータVtを少なくとも1回読み込む。以上の動作を複数回繰り返すことで、複数の検出データを読み込む。これにより、この温度センサIC10の出力を受けたマイクロコンピュータがノイズの影響により所定の温度より低い温度で異常温度と認識するようなことが防止される。
As shown in FIG. 2, the microcomputer in the
また、温度のみならず、ランプ電圧Vlaやランプ電流Ilaのような複数の検出要素についても同様に適用することができる。またマイクロコンピュータでなく、アナログ回路で同様の効果をもたらす制御回路を構成することもできる。 Further, not only the temperature but also a plurality of detection elements such as the lamp voltage Vla and the lamp current Ila can be similarly applied. In addition, a control circuit that brings about the same effect can be configured with an analog circuit instead of a microcomputer.
以上により、スイッチングノイズに影響されずに検出データを読み込むことが可能になるため、誤検出による誤動作を防止し、安定に点灯させることが可能な高圧放電灯点灯装置を実現することができる。 As described above, the detection data can be read without being affected by the switching noise, so that it is possible to realize a high pressure discharge lamp lighting device that can prevent malfunction due to erroneous detection and can be stably lit.
(実施形態2)
図3は本発明の実施形態2の回路図であり、図4及び図5はその動作波形図である。本実施形態では、電力変換回路としてフルブリッジインバータ回路7を用いており、スイッチング素子Q3〜Q6を巧妙に制御することで、実施形態1の降圧チョッパ回路6とインバータ回路7とイグナイタ回路8の機能を1つの回路で兼用している。すなわち、無負荷時にはスイッチング素子Q3,Q4が高周波で交互にオン・オフすることで、トランスPTとトランスPTの中間タップとグランド間に挿入されたコンデンサC3とからなる共振昇圧回路が高電圧を発生し、放電灯DLを絶縁破壊する。始動時〜安定点灯時には、スイッチング素子Q3,Q4は低周波で交互にオン・オフすることで共振昇圧回路は高電圧の発生を停止し、スイッチング素子Q4がオンである期間T21にスイッチング素子Q5が高周波でオン・オフする動作と、スイッチング素子Q3がオンである期間T22にスイッチング素子Q6が高周波でオン・オフする動作とを低周波で交番することにより、低周波の矩形波電圧を放電灯DLに供給する。このとき、インダクタL2とコンデンサC2は降圧チョッパ回路のローパスフィルタとして機能する。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a circuit diagram of Embodiment 2 of the present invention, and FIGS. 4 and 5 are operation waveform diagrams thereof. In the present embodiment, the full
制御回路9は、ランプ両端電圧Vla1,Vla2からランプ電圧Vlaを検出し、電流検出抵抗R2によりスイッチング素子Q5,Q6に流れるチョッパ電流の瞬時値Ipを検出する。また、検出回路11によりインダクタL2に流れる電流のゼロクロス信号ZCSを検出し、これらの検出結果から決定される所望の電流または電力をランプに供給するようにスイッチング素子Q3〜Q6の制御を行なう。
The
上記回路を用いて高圧放電灯が無負荷(不点)状態から安定点灯状態に至るまでには、点灯装置は大きく分けて次の3つの過程を通る。 When the high-pressure discharge lamp reaches from the no-load (unstable) state to the stable lighting state using the above circuit, the lighting device is roughly divided into the following three processes.
無負荷モード:放電灯DLは不点状態にあり、共振昇圧回路を構成するトランスPTの1次巻線とコンデンサC3のLC共振周波数付近でスイッチング素子Q3,Q4を交互にオン/オフして生成する共振パルス電圧をトランスPTの巻数比で昇圧してランプ電極間に印加することでランプを絶縁破壊して始動モードへ移行させる。 No-load mode: The discharge lamp DL is in an astigmatic state, and is generated by alternately turning on / off the switching elements Q3 and Q4 in the vicinity of the LC resonant frequency of the primary winding of the transformer PT and the capacitor C3 constituting the resonant booster circuit. The resonant pulse voltage is boosted at the turn ratio of the transformer PT and applied between the lamp electrodes, whereby the lamp is dielectrically broken to shift to the starting mode.
始動モード:共振パルス電圧により放電灯DLが絶縁破壊すると、グロー放電を経てアーク放電に至る。アーク放電が開始してから発光管内温度が均一化されて安定するまでの過程において、ランプ電圧Vlaは数Vから安定電圧まで数分かけて徐々に上昇する。 Start-up mode: When the discharge lamp DL breaks down due to the resonance pulse voltage, an arc discharge occurs through a glow discharge. In the process from the start of the arc discharge until the temperature in the arc tube is uniformized and stabilized, the lamp voltage Vla gradually increases from several V to a stable voltage over several minutes.
安定点灯モード:放電灯DLの点灯後、数分経過して放電灯DLの発光管内温度が上昇し、安定した状態となり、ランプ電圧Vlaはほぼ一定となる。 Stable lighting mode: A few minutes after the lighting of the discharge lamp DL, the temperature in the arc tube of the discharge lamp DL rises to a stable state, and the lamp voltage Vla becomes substantially constant.
制御回路9は、少なくとも安定点灯モードでは、異常温度保護用の温度センサIC(例えばLM50(NS社製))10の出力データVtを定期的に読み込んでおり、複数回の取り込みデータの平均値が閾値を越えると、異常高温状態と判定して、インバータ回路7の出力を停止または低下させるように動作する。
At least in the stable lighting mode, the
従来と異なる点は、制御回路9においてインバータ回路7におけるスイッチング素子Q3〜Q6のスイッチング状態に応じて、動作状態に関連するデータの取り込みタイミングを制御しているところである。
The difference from the prior art is that the
以下、インバータ回路7の動作(安定点灯モードのみ)について詳細に説明する。
安定点灯モードに移行すると、図4または図5に示すように、スイッチング素子Q4がON、スイッチング素子Q3・Q6がOFFの状態で、スイッチング素子Q5が数10〜数100kHzの高周波でON/OFF動作する期間T21と、スイッチング素子Q3がON、スイッチング素子Q4・Q5がOFFの状態で、スイッチング素子Q6が数10〜数100kHzの高周波でON/OFF動作するの期間T22とを設け、これらの期間T21・T22は数10〜数100Hzの低周波の周期で交番する。
Hereinafter, the operation of the inverter circuit 7 (only in the stable lighting mode) will be described in detail.
When shifting to the stable lighting mode, as shown in FIG. 4 or 5, the switching element Q4 is ON, the switching elements Q3 and Q6 are OFF, and the switching element Q5 is ON / OFF operation at a high frequency of several tens to several hundreds kHz. Period T21 during which the switching element Q3 is ON and the switching elements Q4 and Q5 are OFF, and the switching element Q6 is ON / OFF operated at a high frequency of several tens to several hundreds kHz, and these periods T21 are provided. T22 alternates with a low frequency period of several tens to several hundreds of Hz.
以上の動作により、図4または図5で示すような低周波の矩形波のランプ電流Ilaを放電灯DLに安定的に供給し、放電灯DLを所望の電力で点灯させる。 With the above operation, a low-frequency rectangular wave lamp current Ila as shown in FIG. 4 or FIG. 5 is stably supplied to the discharge lamp DL, and the discharge lamp DL is lit with desired power.
また、図4に示すように、T21期間において、スイッチング素子Q4及びQ5がONしたことを受けて、制御回路9内のマイクロコンピュータがスイッチング素子Q5のON直後に例えば図3に示す異常温度保護用の温度センサIC10から出力されるデータVtを少なくとも1回読み込む。またスイッチング素子Q5が再度ONしたときも前記と同様にして制御回路9内のマイクロコンピュータがデータVtを少なくとも1回読み込む。以上のような動作を複数回繰り返すことで、複数の検出データを読み込む。もしくは、T21期間において初めてスイッチング素子Q5がONした直後を起点としてスイッチング素子Q5の周期と同等の周期t(数μ秒毎)で出力データVtを読み込むようにすることでもスイッチング素子Q5のON/OFFの瞬間のスイッチングノイズが発生するタイミングで読み込むことを回避することができる。
Further, as shown in FIG. 4, in response to the switching elements Q4 and Q5 being turned on in the period T21, the microcomputer in the
また、前記とは逆に、図5に示すように、スイッチング素子Q5がOFFするのを受けて出力データVtを読み込むことも可能であるのは言うまでもない。
また、T22期間においても、同様のことが可能であるのは言うまでもない。
In contrast to the above, it goes without saying that the output data Vt can be read in response to the switching element Q5 being turned off as shown in FIG.
Needless to say, the same can be done in the T22 period.
これにより、温度センサICの出力を受けた制御回路がスイッチングノイズの影響により所定の温度より低い温度で異常温度と認識するようなことが防止される。また温度のみならず、その他の複数の検出要素についても同様に適用することができる。またマイクロコンピュータでなく、アナログ回路で同様の効果をもたらす制御回路を構成することもできる。 This prevents the control circuit receiving the output of the temperature sensor IC from recognizing an abnormal temperature at a temperature lower than a predetermined temperature due to the influence of switching noise. Further, not only the temperature but also a plurality of other detection elements can be similarly applied. In addition, a control circuit that brings about the same effect can be configured with an analog circuit instead of a microcomputer.
以上により、スイッチングノイズに影響されずに検出データを読み込むことが可能になるため、誤検出による誤動作を防止し、安定に点灯させることが可能な高圧放電灯点灯装置を実現することができる。 As described above, the detection data can be read without being affected by the switching noise, so that it is possible to realize a high pressure discharge lamp lighting device that can prevent malfunction due to erroneous detection and can be stably lit.
(実験データ)
図6に実波形で温度センサICからの出力Vt、ランプ電流Ila、チョッパ用のスイッチング素子のドレイン電流Idを示す。図2では極性反転時の全オフの期間Aのデータを、図4ではオン期間Bのデータを、図5ではオフ期間Cでのデータを読み込んでいることになる。
(Experimental data)
FIG. 6 shows the output Vt from the temperature sensor IC, the lamp current Ila, and the drain current Id of the switching element for the chopper with actual waveforms. In FIG. 2, the data of all off period A at the time of polarity reversal, the data of on period B in FIG. 4 and the data in off period C in FIG. 5 are read.
図6に示すように、チョッパ用のスイッチング素子がON/OFFする瞬間に温度センサICからの出力Vtにノイズが載っているのがわかる。一方で、それ以外の期間においては、他にもノイズ要素は考えられるが、データ読み込みに大きく影響しそうなノイズは出ていないことが分かる。 As shown in FIG. 6, it can be seen that noise appears on the output Vt from the temperature sensor IC at the moment when the switching element for chopper is turned ON / OFF. On the other hand, in other periods, other noise elements are conceivable, but it can be seen that there is no noise that is likely to greatly affect data reading.
(実施形態3)
図7は本発明の実施形態3の回路図であり、図8はその動作波形図である。本実施形態では、電力変換回路3としてハーフブリッジインバータ回路を用いている。このハーフブリッジインバータ回路は、電解コンデンサC1,C2の直列回路と、スイッチング素子Q2,Q3の直列回路を直流電源回路2の出力に並列接続し、コンデンサC1,C2の接続点とスイッチング素子Q2,Q3の接続点の間に、コンデンサC4とインダクタL2の直列回路を接続し、コンデンサC4と並列に、パルストランスPTの2次巻線N2を介して放電灯DLを接続したものであり、実施形態1の降圧チョッパ回路6とインバータ回路7の機能を兼用している。インダクタL2とコンデンサC4の直列回路は降圧チョッパ用のローパスフィルタ回路を構成しており、制御回路9の制御信号によりスイッチング素子Q2が数十〜数百kHzの高周波でオン/オフする期間T1と、スイッチング素子Q3が数十〜数百kHzの高周波でオン/オフする期間T2とを、数十〜数百Hzの低周波で交番させることにより、コンデンサC4の両端に低周波の矩形波電圧を得ている。
(Embodiment 3)
FIG. 7 is a circuit diagram of
制御回路9は、放電灯DLの一端からランプ電圧Vlaを検出し、電流トランス等によりスイッチング素子Q2,Q3に流れる電流を検出し、ゼロクロス検出回路11によりインダクタL2に流れる電流のゼロクロス信号(ZCS)を検出し、これらの検出結果に基づいて、スイッチング素子Q2,Q3を制御する。
The
イグナイタ回路8は、パルストランスPTとコンデンサC3とスイッチング素子Q7(例えばサイダックのような電圧応答素子)と抵抗R1とからなっている。このイグナイタ回路8は、制御回路9の制御信号により開閉制御されるスイッチ素子Q8を介して直流電源回路2の出力に接続されている。スイッチ素子Q8がONのときは、直流電源回路2の電圧を受けて、抵抗R1とコンデンサC3の時定数によりコンデンサC3は徐々に充電されていく。無負荷時において、コンデンサC3の電圧Vc3がスイッチング素子Q7のブレークオーバー電圧Vboに達するとスイッチング素子Q7はONし、コンデンサC3に蓄積された電荷をコンデンサC3→スイッチング素子Q7→パルストランスPTの1次巻線N1を介して放電させる。この時パルストランスPTの1次巻線N1に発生したパルス電圧が昇圧され、パルストランスPTの2次巻線N2に高圧パルス電圧(数KV)を発生させる。そして、この高圧パルス電圧により放電灯DLが放電を開始し、点灯状態に移行する。
The
この回路を用いて高圧放電灯が無負荷(不点)状態から安定点灯に至るまでには、点灯装置は大きく分けて次の3つの過程を通る。 By using this circuit, the lighting device is roughly divided into the following three processes until the high pressure discharge lamp reaches a stable lighting state from a no-load (non-point) state.
無負荷モード:放電灯DLは不点状態にあり、前記イグナイタ回路8で生成するパルス電圧をトランスPTの1次巻線N1から2次巻線N2へ向けて昇圧し、矩形波電圧に重畳してランプ電極間へ印加することで放電灯DLを絶縁破壊して始動モードへと移行させる。
No-load mode: The discharge lamp DL is in an astigmatic state, and the pulse voltage generated by the
始動モード:パルス電圧により放電灯DLが絶縁破壊すると、グロー放電を経てアーク放電に至る。アーク放電が開始してから発光管内温度が均一化されて安定するまでの過程において、ランプ電圧Vlaは数Vから安定電圧まで数分かけて徐々に上昇する。 Start mode: When the discharge lamp DL breaks down due to the pulse voltage, the arc discharge is caused through glow discharge. In the process from the start of the arc discharge until the temperature in the arc tube is uniformized and stabilized, the lamp voltage Vla gradually increases from several V to a stable voltage over several minutes.
安定点灯モード:放電灯DLの点灯後、数分経過して放電灯DLの発光管内温度が上昇し、安定した状態となり、ランプ電圧Vlaはほぼ一定となる。 Stable lighting mode: A few minutes after the lighting of the discharge lamp DL, the temperature in the arc tube of the discharge lamp DL rises to a stable state, and the lamp voltage Vla becomes almost constant.
制御回路9は、少なくとも安定点灯モードでは、異常温度保護用の温度センサIC(例えばLM50(NS社製))10の出力データVtを定期的に読み込んでおり、複数回の取り込みデータの平均値が閾値を越えると、異常高温状態と判定して、インバータ回路7の出力を停止または低下させるように動作する。
At least in the stable lighting mode, the
従来と異なる点は、制御回路9においてスイッチング素子Q2,Q3のスイッチング状態に応じて、動作状態に関連するデータの取り込みタイミングを制御しているところである。
The difference from the prior art is that the
以下、電力変換回路3の動作(安定点灯モードのみ)について詳細に説明する。
安定点灯モードに移行すると、図8に示すように、動作期間T1ではスイッチング素子Q3がOFFのままスイッチング素子Q2が高周波でON/OFFすることにより、負の直流電流Ilaが放電灯DLに供給される。また、動作期間T2では、スイッチング素子Q2がOFFのままスイッチング素子Q3が高周波でON/OFFすることにより、正の直流電流Ilaが放電灯DLに供給される。以上の動作により、図8で示す低周波の矩形波のランプ電流Ilaを放電灯DLに安定的に供給し、放電灯DLを所望の電力で点灯させる。
Hereinafter, the operation of the power conversion circuit 3 (only in the stable lighting mode) will be described in detail.
When shifting to the stable lighting mode, as shown in FIG. 8, the negative DC current Ila is supplied to the discharge lamp DL by turning on / off the switching element Q2 at a high frequency while the switching element Q3 remains OFF during the operation period T1. The Further, in the operation period T2, the switching element Q3 is turned on / off at a high frequency while the switching element Q2 is turned off, so that a positive DC current Ila is supplied to the discharge lamp DL. With the above operation, the low-frequency rectangular wave lamp current Ila shown in FIG. 8 is stably supplied to the discharge lamp DL, and the discharge lamp DL is lit with desired power.
また、図8に示すように、T1期間において、スイッチング素子Q2がONしたことを受けて、制御回路9内のマイクロコンピュータがスイッチング素子Q2のON直後に例えば図7に示す異常温度保護用の温度センサIC10から出力されるデータVtを少なくとも1回読み込む。またスイッチング素子Q2がOFFしたときも制御回路9内のマイクロコンピュータがスイッチング素子Q2のOFF直後に前記異常温度保護用の温度センサIC10から出力されるデータVtを少なくとも1回読み込む。またスイッチング素子Q2が再度ONしたとき及びOFFしたときも前記と同様にして制御回路9内のマイクロコンピュータがデータVtを少なくとも1回読み込む。以上の動作を複数回繰り返すことで、複数の検出データを読み込む。もしくは、T1期間において初めてスイッチング素子Q2がONした直後を起点としてスイッチング素子Q2の半周期と同等の周期(数μ秒毎)で出力データVtを読み込むようにすることでもON/OFF瞬間のスイッチングノイズが出るタイミングで読み込むことを回避することができる。
Further, as shown in FIG. 8, in response to the switching element Q2 being turned on during the period T1, the microcomputer in the
また、T2の期間においても、同様のことが可能であるのは言うまでもない。
また、マイクロコンピュータでなく、アナログ回路で同様の効果をもたらす制御回路を構成することもできる。
Needless to say, the same can be done during the period T2.
In addition, a control circuit that provides the same effect can be configured with an analog circuit instead of a microcomputer.
これにより、温度センサICの出力を受けた制御回路がノイズの影響により所定の温度より低い温度で異常温度と認識するようなことが防止される。また温度のみならず、他の複数の検出要素についても同様に適用することができる。 This prevents the control circuit receiving the output of the temperature sensor IC from recognizing an abnormal temperature at a temperature lower than a predetermined temperature due to the influence of noise. Further, not only the temperature but also a plurality of other detection elements can be similarly applied.
以上により、スイッチングノイズに影響されずに検出データを読み込むことが可能になるため、誤検出による誤動作を防止し、安定に点灯させることが可能な高圧放電灯点灯装置を実現することができる。 As described above, the detection data can be read without being affected by the switching noise, so that it is possible to realize a high pressure discharge lamp lighting device that can prevent malfunction due to erroneous detection and can be stably lit.
(実施形態4)
図9は本発明の実施形態4の動作説明のための波形図であり、図10は要部動作を示すフローチャートである。回路構成は、実施形態1と同様である。本実施形態では、安定点灯モードにおいて、極性反転後に、ランプ電圧Vlaを検出し、図11または図12のテーブルによりサンプリング周期またはサンプリング回数を決定する。降圧チョッパ回路6のスイッチング素子Q2がOFFするのを検出すると、数μ秒毎に温度センサICのデータVtを読み込む。読み込みの周期並びに回数は、図11または図12のテーブルにより決定した周期並びに回数とする。このようにして複数のデータVtが取得されると、平均化処理を施すことにより、平均化された温度検出データVtが得られる。この平均値を所定の閾値と比較し、異常高温状態であれば、電力変換回路3の出力を低下または停止させて、回路を保護する。異常温度状態でなければ、通常動作を続ける。
(Embodiment 4)
FIG. 9 is a waveform diagram for explaining the operation of the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the main part. The circuit configuration is the same as in the first embodiment. In the present embodiment, in the stable lighting mode, the lamp voltage Vla is detected after polarity inversion, and the sampling period or the number of samplings is determined by the table of FIG. 11 or FIG. When it is detected that the switching element Q2 of the step-down chopper circuit 6 is turned off, the data Vt of the temperature sensor IC is read every several microseconds. The reading period and the number of readings are the period and the number of times determined by the table of FIG. 11 or FIG. When a plurality of data Vt is acquired in this way, an averaged temperature detection data Vt is obtained by performing an averaging process. The average value is compared with a predetermined threshold value, and if the temperature is abnormally high, the output of the
従来と異なる点は、制御回路9において、電力変換回路3のスイッチング素子Q2〜Q6のスイッチング状態に応じて、動作状態に関連するデータの取り込みタイミングを制御しているところである。以下、電力変換回路3の動作(安定点灯モードのみ)について詳細に説明する。
The difference from the prior art is that the
安定点灯モードに移行すると、図9のように、スイッチング素子Q3・Q6がON、スイッチング素子Q4・Q5がOFFの期間T21と、スイッチング素子Q4・Q5がON、スイッチング素子Q3・Q6がOFFの期間T22とを設け、これらの期間T21・T22は数100Hzの低周波の周期で交番する。 When shifting to the stable lighting mode, as shown in FIG. 9, a period T21 in which switching elements Q3 and Q6 are ON and switching elements Q4 and Q5 are OFF, and a period in which switching elements Q4 and Q5 are ON and switching elements Q3 and Q6 are OFF T22 is provided, and these periods T21 and T22 alternate with a period of a low frequency of several hundred Hz.
以上の動作により、図2で示す低周波の矩形波のランプ電流Ilaを高圧放電灯DLに安定的に供給し、高圧放電灯DLを降圧チョッパ回路6で制御する所望の電力で点灯させる。 With the above operation, the low-frequency rectangular wave lamp current Ila shown in FIG. 2 is stably supplied to the high-pressure discharge lamp DL, and the high-pressure discharge lamp DL is lit with desired power controlled by the step-down chopper circuit 6.
また、図9に示すように、T22期間においてスイッチング素子Q4,Q5がON、スイッチング素子Q3,Q6がOFFしていることを制御回路9内のマイクロコンピュータが検出して、その時、降圧チョッパ回路6の出力電圧(=Vla)を検出し、マイクロコンピュータが読み込む。そして、マイクロコンピュータ内にあらかじめプログラムされた図11または図12に示すようなランプ電圧Vlaとサンプリング周期(またはサンプリング数)のテーブルにより、検出されたランプ電圧Vlaから検出データを読み込むサンプリング周期(またはサンプリング回数)が決まる。
Further, as shown in FIG. 9, the microcomputer in the
その後、スイッチング素子Q2のOFF直後に前記サンプリング周期(またはサンプリング回数)に従って例えば図1に示す異常温度保護用の温度センサIC(例えばLM50(NS社製))から出力されるデータVtを読み込む。具体的には、温度センサICから出力される検出温度に応じたアナログ電圧をマイクロコンピュータのA/D変換機能を用いてデジタルデータとして読み込む。 Thereafter, immediately after the switching element Q2 is turned OFF, the data Vt output from, for example, a temperature sensor IC (for example, LM50 (manufactured by NS)) shown in FIG. 1 is read according to the sampling period (or the number of times of sampling). Specifically, an analog voltage corresponding to the detected temperature output from the temperature sensor IC is read as digital data using the A / D conversion function of the microcomputer.
読み込まれた複数のデータVtは単純平均処理しても良いし、加重平均処理しても良いし、または、一部の読み込みデータを取り除いたデータを単純平均処理しても良い。一部の読み込みデータを取り除く具体例としては、最大値または最小値を取り除くか、他のデータと比べて極端に異なるデータをノイズとして取り除くように処理すれば良い。これらの信号処理はランプ電圧Vlaやランプ電流Ila、ランプ電力、点灯後の経過時間等に応じて変更しても良い。 A plurality of read data Vt may be subjected to a simple average process, may be subjected to a weighted average process, or may be subjected to a simple average process on data obtained by removing a part of the read data. As a specific example of removing a part of the read data, the maximum value or the minimum value may be removed, or data that is extremely different from other data may be removed as noise. These signal processes may be changed according to the lamp voltage Vla, the lamp current Ila, the lamp power, the elapsed time after lighting, and the like.
ランプ電圧Vlaとサンプリング周期(またはサンプリング回数)のテーブルは、高圧放電灯点灯装置のランプ電圧Vlaに応じてスイッチング素子Q2のスイッチング周波数ならびにデューティが異なるような設計をしている場合に有効である。図9の例では、スイッチング周波数がランプ電圧Vlaごとに異なっている設定にしている。 The table of the lamp voltage Vla and the sampling period (or the number of sampling times) is effective when the switching frequency and the duty of the switching element Q2 are designed to be different depending on the lamp voltage Vla of the high pressure discharge lamp lighting device. In the example of FIG. 9, the switching frequency is set to be different for each lamp voltage Vla.
また、T21期間においても、同様のことが可能であることは言うまでもない。 Needless to say, the same can be done in the T21 period.
これにより、温度センサICの出力を受けたマイクロコンピュータがスイッチングノイズの影響により所定の温度より低い温度で異常温度と認識するようなことが防止される。また、温度のみならず、複数の検出要素についても同様に適用することができる。またマイクロコンピュータでなく、アナログ回路で同様の効果をもたらす制御回路を構成することもできる。 This prevents the microcomputer receiving the output of the temperature sensor IC from recognizing an abnormal temperature at a temperature lower than a predetermined temperature due to the influence of switching noise. Further, not only the temperature but also a plurality of detection elements can be similarly applied. In addition, a control circuit that brings about the same effect can be configured with an analog circuit instead of a microcomputer.
以上により、スイッチングノイズに影響されずに検出データを読み込むことが可能になるため、誤検出による誤動作を防止し、安定に点灯させることが可能な高圧放電灯点灯装置を実現することができる。 As described above, the detection data can be read without being affected by the switching noise, so that it is possible to realize a high pressure discharge lamp lighting device that can prevent malfunction due to erroneous detection and can be stably lit.
(実施形態5)
図13は本発明の高圧放電灯点灯装置を用いた照明器具の構成例を示す。(a)、(b)はそれぞれスポットライトにHIDランプを用いた例、(c)はダウンライトにHIDランプを用いた例であり、図中、DLは高圧放電灯、81は高圧放電灯を装着した灯体、82は配線、83は点灯装置の回路を格納した安定器である。これらの照明器具を複数組み合わせて照明システムを構築しても良い。
(Embodiment 5)
FIG. 13 shows a configuration example of a lighting fixture using the high pressure discharge lamp lighting device of the present invention. (A), (b) is an example using an HID lamp as a spotlight, and (c) is an example using an HID lamp as a downlight. In the figure, DL is a high pressure discharge lamp, 81 is a high pressure discharge lamp. A mounted lamp body, 82 is a wiring, and 83 is a ballast storing a circuit of a lighting device. A lighting system may be constructed by combining a plurality of these lighting fixtures.
2 直流電源回路
3 電力変換回路
6 降圧チョッパ回路
7 インバータ回路
8 イグナイタ回路
9 制御回路
10 温度センサIC
DL 放電灯
2 DC
DL discharge lamp
Claims (10)
前記点灯手段により点灯制御される放電灯の動作状態に関連する複数の要素を検出する複数の検出手段と、
各検出手段からの検出信号をデジタルの検出データに変換して取り込む取込手段と、
取り込まれた検出データに対し所定の演算処理を行う信号処理手段と、
前記放電灯の動作状態に応じて前記取込手段での前記検出信号の取り込み動作または前記信号処理手段における前記演算処理の少なくとも一方を変更する変更制御手段とを備え、
前記スイッチング手段がオンまたはオフする瞬間を除いたタイミングにおいて、前記取込手段により検出信号を取り込むことを特徴とする放電灯点灯装置。 Lighting means including switching means for controlling lighting of the discharge lamp;
A plurality of detection means for detecting a plurality of elements related to the operating state of the discharge lamp controlled to be turned on by the lighting means;
Capture means for converting the detection signal from each detection means into digital detection data and taking it in;
Signal processing means for performing predetermined arithmetic processing on the captured detection data;
Change control means for changing at least one of the detection signal capture operation in the capture means or the arithmetic processing in the signal processing means according to the operating state of the discharge lamp,
A discharge lamp lighting device characterized in that a detection signal is captured by the capture means at a timing excluding the moment when the switching means is turned on or off.
電力変換回路の出力を所定の矩形波交流電力に変換し、放電灯に印加する少なくとも1つのスイッチング手段を備えた極性反転回路と、
始動用の高圧パルス電圧を放電灯に印加する始動パルス発生回路とを備えた放電灯点灯装置において、
放電灯の動作状態に関連する複数の要素を検出する複数の検出手段と、
各検出手段からの検出信号をデジタルの検出データに変換して取り込む取込手段と、
取り込まれた検出データに対し所定の演算処理を行う信号処理手段と、
前記放電灯の動作状態に応じて前記取込手段での前記検出信号の取り込み動作または前記信号処理手段における前記演算処理の少なくとも一方を変更する変更制御手段とを備え、
前記スイッチング手段がオンまたはオフする瞬間を除いたタイミングにおいて、前記取込手段により検出信号を取り込むことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の放電灯点灯装置。 A power conversion circuit comprising at least one switching means for converting the output of a direct current power source into a predetermined power to be supplied to a discharge lamp of a load;
A polarity inversion circuit comprising at least one switching means for converting the output of the power conversion circuit into a predetermined rectangular wave AC power and applying it to the discharge lamp;
In a discharge lamp lighting device comprising a start pulse generating circuit for applying a high voltage pulse voltage for start to a discharge lamp,
A plurality of detection means for detecting a plurality of elements related to the operating state of the discharge lamp;
Capture means for converting the detection signal from each detection means into digital detection data and taking it in;
Signal processing means for performing predetermined arithmetic processing on the captured detection data;
Change control means for changing at least one of the detection signal capture operation in the capture means or the arithmetic processing in the signal processing means according to the operating state of the discharge lamp,
The discharge lamp lighting device according to any one of claims 1 to 8, wherein a detection signal is captured by the capturing unit at a timing excluding a moment when the switching unit is turned on or off.
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JP2017510957A (en) * | 2014-04-07 | 2017-04-13 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. | Ignition system configuration |
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2008
- 2008-08-15 JP JP2008209319A patent/JP2010044980A/en active Pending
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