JP2010080137A - 高圧放電灯点灯装置、照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧放電灯の始動時に半波放電が発生した場合に、速やかに両波の適切な放電に移行させる。
【解決手段】半波放電検出回路６は、高圧放電灯ＤＬが絶縁破壊した後、その高圧放電灯ＤＬの略定格ランプ電圧に達するまでの始動初期に、異なる極性の電圧差もしくは電流差の絶対値が、正常点灯時における矩形波交流出力の各半周期の電圧差もしくは電流差の最大ばらつき値よりも大きいことが検出された場合に半波放電現象であると判別し、制御回路７は、半波放電検出回路６により半波放電現象であると判別されたときに、直流電源回路２または電力供給回路（降圧チョッパ回路３及びインバータ回路４）または始動回路５のうち少なくとも１つの出力を調整することにより、負荷電圧の高い極性の矩形波半周期の電圧値と負荷電圧の低い極性の矩形波半周期の電圧値とを近づけるように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は高圧放電灯点灯装置、およびこれを用いた照明器具に関するものである。

高圧放電灯は、高輝度・高光出力の照明として広く使用されているが、放電ランプの一種であり、安定な点灯のためには、安定器と呼ばれる点灯装置が必要である。点灯装置には、主にインダクタンスで構成される銅鉄式と、電子回路のスイッチング制御を利用した電子式とがあるが、近年では、省電力の観点から、電子式の普及が増加している。

（従来例１）
電子式の高圧放電灯点灯装置の一例を、図２１に示す。この高圧放電灯点灯装置は、商用交流電源１に接続され、その交流電圧を整流する整流器ＤＢと、整流器ＤＢで整流された電圧を入力として直流電圧Ｖｄｃを出力する直流電源回路２と、直流電圧Ｖｄｃを矩形波交流電圧に変換して、高圧放電灯ＤＬに印加するインバータ回路４と、高圧放電灯ＤＬの始動・再始動のための高電圧を発生する始動回路５と、高圧放電灯ＤＬの状態を検出する検出回路部６と、インバータ回路４のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６を制御する制御回路７と、直流電源回路２のスイッチング素子Ｑ１を制御する制御回路９とから構成されている。

検出回路部６は、高圧放電灯ＤＬの状態として、高圧放電灯ＤＬの両端への印加電圧を検出する検出回路６ａと、検出回路６ａの出力を受けて、半波放電状態の有無を検出する半波放電検出部６ｂを備えている。

制御回路７は、検出回路部６の検出結果により、高圧放電灯ＤＬの点灯・非点灯を判別する点灯判別手段７ａと、点灯判別手段７ａの点灯判別信号を受けて、インバータ回路４の動作を、高圧放電灯ＤＬの始動用の高電圧を発生するための第１の動作状態と、高圧放電灯ＤＬを安定に点灯するための第２の動作状態に切替える切替回路７ｂと、検出回路部６の検出結果を受けて、スイッチング素子Ｑ５およびＱ６のチョッピング周波数およびＯＮ期間を決定する演算回路７ｃを備えており、演算回路７ｃの出力は、切替回路７ｂを通して、第２の動作状態の時に、各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６を制御する。

制御回路９は、直流電源回路２の出力電圧Ｖｄｃを検出するＶｄｃ検出回路９ａと、Ｖｄｃ検出回路９ａの検出結果に応じて、スイッチング素子Ｑ１を制御するＱ１制御回路９ｂとから構成されている。

図２１の高圧放電灯点灯装置の各部の波形を図２２に示す。商用交流電源Ｖｓの投入から、高圧放電灯ＤＬが安定点灯するまでの動作を示しており、上から商用交流電源１の交流電圧Ｖｓ、直流電源回路２としての昇圧チョッパ回路の出力電圧Ｖｄｃ、高圧放電灯（ＨＩＤランプ）ＤＬの両端電圧Ｖｏ、ランプ電流Ｉｏ、点灯判別手段７ａの出力、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６の動作状態を示している。

商用交流電源Ｖｓが投入されると、直流電源回路２は、制御回路９がスイッチング素子Ｑ１を数１０ｋＨｚ程度でＯＮ／ＯＦＦさせ、直流電圧Ｖｄｃに応じてパルス幅を適正に制御することにより、高圧放電灯ＤＬが点灯していない非点灯時、ならびに高圧放電灯ＤＬが点灯している点灯時ともに、直流電圧Ｖｄｃを所定値に一定化している。また、直流電源回路２は、商用交流電源１からの入力力率を高め、入力電流歪を抑制する機能をも有している。

直流電圧Ｖｄｃが所定値に達すると、インバータ回路４が動作を開始する。この時点で、高圧放電灯ＤＬは点灯していない非点灯状態であり、高圧放電灯ＤＬは開放状態と同一で、等価インピーダンスは無限大に近い、高インピーダンス状態である。このとき、インバータ回路４は、高圧放電灯ＤＬを始動するための第１の動作状態で動作を開始し、スイッチング素子Ｑ３とＱ６がＯＮの状態と、スイッチング素子Ｑ４とＱ５がＯＮの状態とを、所定の周波数ｆ０（数１００ｋＨｚ程度）で交互に繰り返す。この周波数ｆ０は、パルストランスＬ３の１次巻線Ｎ１とコンデンサＣ３からなる直列共振回路の共振周波数ｆｒに近い周波数であり、正弦波状の高電圧が１次巻線Ｎ１に発生する。１次巻線Ｎ１に発生した正弦波状の高電圧は、パルストランスＬ３の１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２の巻数比によって昇圧され、コンデンサＣ２を介して高圧放電灯ＤＬに印加される。これによって、高圧放電灯ＤＬは絶縁破壊し、始動する。

高圧放電灯ＤＬが始動すると、高圧放電灯ＤＬは短絡に近い低インピーダンス状態になり、高圧放電灯ＤＬの両端電圧Ｖｏは略０Ｖに低下する。高圧放電灯ＤＬの両端電圧が点灯判別電圧しきい値を下回ると、点灯判別手段７ａは、高圧放電灯ＤＬが点灯したと判別し、点灯判別手段７ａの出力信号はＨレベルからＬレベルに切り替わり、制御回路７の切替回路７ｂに入力される。切替回路７ｂは、この信号を受けて、インバータ回路４の動作を、高圧放電灯ＤＬを安定に点灯するための、第２の動作状態に切り替える。

インバータ回路４は、第２の動作状態では、スイッチング素子Ｑ３とＱ４が所定の周波数ｆａ（数１００Ｈｚ程度）で交互にＯＮ／ＯＦＦし、その際、スイッチング素子Ｑ５およびＱ６は、スイッチング素子Ｑ３がＯＮの期間では、スイッチング素子Ｑ６が所定の周波数ｆｂ（数１０ｋＨｚ程度）でＯＮ／ＯＦＦし、スイッチング素子Ｑ４がＯＮの期間では、スイッチング素子Ｑ５が所定の周波数ｆｂ（数１０ｋＨｚ程度）でＯＮ／ＯＦＦする動作を繰り返す。この極性反転型降圧チョッパ動作により、高圧放電灯ＤＬには、周波数ｆａの矩形波交流電圧が印加される。このとき、コンデンサＣ２とインダクタＬ２は降圧チョッパ回路のフィルタ回路として機能し、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６に内蔵された逆並列ダイオードは降圧チョッパ回路の回生電流通電用ダイオードとして機能する。

高圧放電灯ＤＬは、始動直後はランプ両端電圧が低く、ランプ内部が高温・高圧になるにつれてランプ両端電圧が上昇し、定格値に至り、安定点灯状態になる。

制御回路７では、検出回路６ａにより高圧放電灯ＤＬの状態を検出し、高圧放電灯ＤＬの両端電圧に応じて、演算回路７ｃにより、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６のチョッピング周波数やＯＮ期間を適正に制御することにより、適正な電力が高圧放電灯ＤＬに供給されるように制御し、高圧放電灯ＤＬを安定点灯させる。

従来例では、始動過程では誤検出を防止するために半波放電の検出機能を停止させており、高圧放電灯ＤＬが安定点灯状態に移行した後に検出動作を開始し、半波放電を検出すると、高圧放電灯ＤＬの寿命末期が到来したと判定して、点灯装置の出力を停止または低減する保護動作に移行させる。

（従来例２）
別の高圧放電灯点灯装置の一例を図２３に示す。この点灯装置は、商用交流電源１に接続され、その交流電圧を整流する整流器ＤＢと、整流器ＤＢで整流された電圧を入力として直流電圧Ｖｄｃを出力する直流電源回路２と、直流電圧Ｖｄｃを電源として、高圧放電灯ＤＬに適正な電力を供給するよう制御される降圧チョッパ回路３と、降圧チョッパ回路３の直流出力を矩形波交流電圧に変換して、高圧放電灯ＤＬに印加するインバータ回路４と、高圧放電灯ＤＬの始動のために必要な高電圧を発生・印加する始動パルス発生回路と、これらを適正に動作するよう制御する制御回路とから構成されている。

始動パルス発生回路の構成の詳細を説明する。始動パルス発生回路は、インバータ回路４の出力と高圧放電灯ＤＬとの間に２次巻線Ｎ２を接続されたパルストランスＰＴと、両端の電圧が所定値を越えた際にオンする電圧応答型のスイッチング素子Ｑ７と、パルストランスＰＴの１次巻線Ｎ１とスイッチング素子Ｑ７と直列に接続されるコンデンサＣ７と、スイッチング素子Ｑ７と並列に接続され、スイッチング素子Ｑ７がオフ時に、コンデンサＣ７を充電する電流を制御する抵抗Ｒ７からなる。

制御回路の構成について説明する。半波放電検出回路部６や点灯判別手段７ａ、力率改善制御回路部９については、図２１と同様の構成で良い。降圧チョッパ出力検出部７ｄは、降圧チョッパ回路３の出力電圧を検出し、降圧チョッパ制御回路部８は、高圧放電灯ＤＬに適正な電力を供給するために、降圧チョッパ回路３の出力電圧に応じた所定の電流となるようにスイッチング素子Ｑ２を制御する。極性反転制御回路７ｅは、インバータ回路４のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６の切替制御を行う。

以下、この回路の動作を、図２４の波形図を用いて説明する。高圧放電灯ＤＬが非点灯時、降圧チョッパ回路３は、高圧放電灯ＤＬを良好に始動させるため、高圧放電灯ＤＬの安定点灯時の電圧よりも高い直流電圧を出力し、インバータ回路４により、矩形波交流電圧に変換して、始動パルス発生回路を介して、高圧放電灯ＤＬに印加する。

始動パルス発生回路においては、コンデンサＣ７は、パルストランスＴ１の１次巻線Ｎ１、抵抗Ｒ７を介して充電される。ここで、電圧応答型のスイッチング素子Ｑ７には、インバータ回路４の出力電圧とコンデンサＣ７の電圧Ｖｃ７の和が印加されることとなるが、インバータ回路４の出力電圧値は、降圧チョッパ回路３の出力電圧値とほぼ同じであり、降圧チョッパ回路３の出力電圧をＶｃ２とすると、矩形波の安定時には、｜Ｖｃ２｜−｜Ｖｃ７｜となり、スイッチング素子Ｑ７のオン電圧には達せず、スイッチング素子Ｑ７はオンしない。しかしながら、矩形波電圧の極性が反転すると、コンデンサＣ７の電圧は、抵抗Ｒ７を介しているため、急速には変化せず、｜Ｖｃ２｜＋｜Ｖｃ７｜の電圧がスイッチング素子Ｑ７に印加され、スイッチング素子Ｑ７のオン電圧に達し、スイッチング素子Ｑ７をオンさせる。

これにより、降圧チョッパ回路３の出力に接続されたコンデンサＣ２および始動パルス発生回路のコンデンサＣ７を電源として、パルストランスＴ１の１次巻線Ｎ１には、急峻なパルス電流が流れ、２次巻線Ｎ２には、１次巻線Ｎ１に発生する電圧を巻数比倍した高電圧が発生し、高圧放電灯ＤＬに印加され、高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊する。

高圧放電灯ＤＬが始動すると、点灯判別手段７ａにより、高圧放電灯ＤＬが始動したことを検出し、降圧チョッパ出力検出部７ｄにより、降圧チョッパ回路３の出力電圧を検出し、出力電圧に応じた所定の電流となるように降圧チョッパ制御回路部８によりスイッチング素子Ｑ２を制御し、インバータ回路４を介して高圧放電灯ＤＬに矩形波状の適正な電力を供給し、安定に点灯する。

高圧放電灯ＤＬは、寿命末期の異常状態の一つとして、片側の電極からのみ放電が形成される、もしくは、片側の電極からの放電が抑制されることにより、放電が非対称状態となる、いわゆる「半波放電」の状態となることが知られている。「半波放電」となると、正常な点灯制御が行なえないため、高圧放電灯点灯装置の異常な発熱や、高圧放電灯点灯装置を構成する電子部品への電気的なストレスの増加の問題が生じる恐れがあるため、半波放電検出回路部６を設け、高圧放電灯ＤＬが半波放電となったことを検出すると、バラストの動作を停止する保護機能を有する高圧放電灯点灯装置が提供されている。

図２５に、図２３に示す高圧放電灯点灯装置における、半波放電検出による保護機能の動作図を示す。図２３中の半波放電検出回路部６により、降圧チョッパ回路３の出力電圧の変動を検出することで、半波放電現象を検出し、半波放電と判定されると、降圧チョッパ制御回路部８からスイッチング素子Ｑ２への制御信号を停止することにより、高圧放電灯ＤＬへの電力供給を停止する。

従来例では、始動過程では誤検出を防止するために半波放電の検出機能を停止させており、高圧放電灯ＤＬが安定点灯状態に移行した後に検出動作を開始し、半波放電を検出すると、点灯装置の出力を停止または低減する保護動作に移行させる。

（従来例３）
図２７は特許文献１（特開２００５−１００８２９号公報）に開示された高圧放電灯点灯装置の回路図である。直流電源回路２にはコンデンサＣｅ１，Ｃｅ２の直列回路とスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の直列回路が並列に接続されている。コンデンサＣｅ１，Ｃｅ２の接続点とスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の接続点の間には、インダクタＬ２とコンデンサＣ２の直列回路が接続されている。コンデンサＣ２の両端には始動回路５のパルストランスＰＴの２次巻線を介して高圧放電灯ＤＬが接続されている。スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６はＭＯＳＦＥＴよりなり、逆並列ダイオードを内蔵している。ダイオードＤ９とスイッチング素子Ｑ９及びインダクタＬ９よりなる補助チョッパ回路９が付加されている。

図２８は非点灯から点灯に至るまでの各部の動作波形である。スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６，Ｑ９に与えられる制御信号は、図２８に示すような動作波形となっている。

スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６は制御回路７１から出力される制御信号により駆動回路７２を介してオン・オフ制御される。安定点灯時において、第１の期間Ｔ１ではスイッチング素子Ｑ５が高周波でオン・オフされて、スイッチング素子Ｑ６はオフしている。第２の期間Ｔ２ではスイッチング素子Ｑ６が高周波でオン・オフされて、スイッチング素子Ｑ５はオフしている。コンデンサＣｅ１，Ｃｅ２は十分に容量が大きく、期間Ｔ１，Ｔ２の交番周期では、コンデンサＣｅ１の電圧Ｖｃｅ１、コンデンサＣｅ２の電圧Ｖｃｅ２は変動しない。直流電源回路２の電圧ＶｄｃはコンデンサＣｅ１，Ｃｅ２により分圧され、Ｖｄｃ＝Ｖｃｅ１＋Ｖｃｅ２であるが、コンデンサＣｅ１，Ｃｅ２の容量が略等しい場合、Ｖｃｅ１≒Ｖｃｅ２となる。

第１の期間Ｔ１において、スイッチング素子Ｑ５がオンすると、コンデンサＣｅ１→スイッチング素子Ｑ５→インダクタＬ２→コンデンサＣ２（始動回路５、高圧放電灯ＤＬ）→コンデンサＣｅ１の経路で電流が流れる。スイッチング素子Ｑ５がオフすると、インダクタＬ２の蓄積エネルギーにより、インダクタＬ２→コンデンサＣ２（始動回路５、高圧放電灯ＤＬ）→コンデンサＣｅ２→スイッチング素子Ｑ６（の逆並列ダイオード）→インダクタＬ２の経路で電流が流れる。

第２の期間Ｔ２において、スイッチング素子Ｑ６がオンすると、コンデンサＣｅ２→コンデンサＣ２（高圧放電灯ＤＬ、始動回路５）→インダクタＬ２→スイッチング素子Ｑ６→コンデンサＣｅ２の経路で電流が流れる。スイッチング素子Ｑ６がオフすると、インダクタＬ２の蓄積エネルギーにより、インダクタＬ２→スイッチング素子Ｑ５（の逆並列ダイオード）→コンデンサＣｅ１→コンデンサＣ２（高圧放電灯ＤＬ、始動回路５）→インダクタＬ２の経路で電流が流れる。これにより、高圧放電灯ＤＬの電圧Ｖｏは安定点灯時には、図２８の右側（期間Ｔ３よりも後の期間Ｔ１，Ｔ２）に示すような低周波の矩形波電圧となる。

始動回路５は高圧放電灯ＤＬの非点灯時において、始動用の高圧パルス電圧を発生する。この始動回路５の動作する非点灯時の動作波形を図２８の左側（期間Ｔ３よりも前）に示す。高圧放電灯ＤＬの非点灯時においては、ランプ電圧Ｖｏの振幅はＶｄｃ／２となり、これに高圧パルス電圧が重畳されて、ピーク電圧はＶｐとなる。

この従来例３によれば、非点灯時および高圧放電灯ＤＬが始動し、アーク放電へ確実に移行するまでの時間において、スイッチング素子Ｑ５のみを高周波でオン／オフし、スイッチング素子Ｑ６はオフしたままにすることでＤＣ始動（ＤＣ電圧印加）を行わせることにより半波放電を防止したものである。非点灯状態から点灯状態に移行する際において、半波放電が起こると放電灯ＤＬに対して一方向にしか電流が流れないが、スイッチング素子Ｑ５だけをオン／オフさせると一方向のみしか電流が流れることはないので、立消えが起こる場合はあっても、半波放電の状態となることは防止することができる。

図２８のランプ電圧Ｖｏの波形に示すように、ランプＤＬが始動しアーク放電へ確実に移行するまでの期間に数十秒から数分間の期間Ｔ３を設け、その間も非点灯時に引き続きスイッチング素子Ｑ５だけをオン／オフさせることで放電を安定させ、その後はスイッチング素子Ｑ６もオン／オフさせ、スイッチング素子Ｑ５と交互にスイッチングさせるようにする。

放電を安定させる期間Ｔ３において、スイッチング素子Ｑ５がオンしている間はインダクタＬ２を通って高圧放電灯ＤＬ（及びコンデンサＣ２）に電流Ｉ１が流れ、インダクタＬ１にエネルギーが蓄えられる。そしてスイッチング素子Ｑ５がオフしているときはインダクタＬ２に蓄えられていたエネルギーが放出されコンデンサＣｅ２、スイッチング素子Ｑ６の寄生ダイオード、インダクタＬ２を通って高圧放電灯ＤＬ（及びコンデンサＣ２）に電流Ｉ１’が流れる。そのときコンデンサＣｅ２にコンデンサＣｅ１から放出されたエネルギーが印加される。

しかしながら、期間Ｔ３においてはスイッチング素子Ｑ５のみしか駆動させていないので、ＤＣ始動を行わせるとコンデンサＣｅ２に溜まったエネルギーを放出する経路がないため、コンデンサＣｅ２に電圧が溜まる一方となる。そこで、図２７の回路では点線に示すような補助チョッパ回路９を設置してコンデンサＣｅ２に充電されるエネルギーの放出経路を設けている。

図２７に示すような補助チョッパ回路９を追加することによって、コンデンサＣｅ２に蓄えられた電圧が所定値を超えるとスイッチング素子Ｑ９がオンし、コンデンサＣｅ２に充電されたエネルギーが放電され、スイッチング素子Ｑ９を通ってインダクタＬ９にエネルギーが蓄えられる。次にスイッチング素子Ｑ９がオフするとインダクタＬ９に蓄えられたエネルギーが放出され、ダイオードＤ９を通ってコンデンサＣｅ１に充電される。このとき、スイッチング素子Ｑ９は高周波でオン／オフさせている。これによりコンデンサＣｅ２に溜まるエネルギーを放出でき、過電圧印加を防止できる。
特開２００５−１００８２９号公報

「半波放電」現象は、先述の寿命末期だけではなく、高圧放電灯ＤＬの始動時においても、発生することが知られている。図２６は、始動時に発生する「半波放電」を示す波形であり、図２６（ａ）は従来例１（図２１の回路）における始動時の「半波放電」の一例を示す波形であり、図２６（ｂ），（ｃ）は、従来例２（図２３の回路）における始動時の「半波放電」の一例を示す波形であり、（ａ），（ｂ）は半波放電継続後、通常の両波での放電に移行した場合、（ｃ）は半波放電を継続している場合を示している。

「半波放電」は、電流が流れる方向の電極が陽極、他方が陰極として作用し、陰極サイクルにある片方の電極がグロー放電からアーク放電に移行できないことにより引き起こされ、電極からの熱電子放出の不安定性に起因しており、この原因としては、電極温度が低い、あるいは、不純物の付着などが考えられる。

始動時の「半波放電」は、図２６（ａ），（ｂ）に示すように、定常点灯に至る過程での現象であるため、先述の半波放電検出回路部６による検出によりバラストの動作を停止させる保護機能を動作させると、高圧放電灯ＤＬが点灯しないという不具合を生じるため、高圧放電灯ＤＬの始動からの一定時間は、先述の保護動作の機能を停止させている。

半波放電を回避する手段として、特許文献１（特開２００５−１００８２９号公報）では、図２７および図２８のような高圧放電灯点灯装置が示され、高圧放電灯ＤＬが始動し、アーク放電へ確実に移行するまでの期間Ｔ３において、ＤＣ電圧印加となるよう、スイッチング素子を制御することにより、半波放電を防止したものが示されているが、補助チョッパ回路９が付加され、部品点数が増加する。また、ＤＣ電圧印加となり、アーク放電へ確実に移行すると、高圧放電灯の発光管の温度が上昇し、両側の電極から電子が放出されやすくなり、安定な点灯に移りやすくなるが、ＤＣ電圧印加状態では、片方の電極が陽極、反対の電極が陰極として固定されており、その継続時間によっては、両電極間の状態に差を生じやすく、半波放電の発生を確実に抑えるＤＣ電圧印加時間は、高圧放電灯の種類や状態により変化し、これを適切に設定することは非常に難しい。

また、「半波放電」が継続すると、両電極間の状態に差が生じ、安定な両波の放電に移行しにくくなり、さらに、片側のアーク放電により、高圧放電灯の発光管内部の蒸気圧が高くなり、「半波放電」を維持することも難しくなり、立消えを生じて、非点灯状態に戻るが、発光管内部が高温・高圧となっていることから、いわゆる再始動モードとなり、再び始動させるには、発光管内部の温度・圧力が低下するまで待たなければならず、始動に時間を要するという課題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高圧放電灯の始動時に半波放電が発生した場合に、速やかに両波の適切な放電に移行させることができる高圧放電灯点灯装置を提供することを目的とする。

本発明にあっては、上記の課題を解決するために、図１に示すように、少なくとも直流電源回路２と、直流電源回路２からの出力Ｖｄｃを電力変換し、矩形波交流出力として高圧放電灯ＤＬに供給する電力供給回路（降圧チョッパ回路３及びインバータ回路４）と、始動用の高電圧を高圧放電灯ＤＬに印加する始動回路５と、それらを制御する制御回路７と、前記矩形波交流出力の各半周期の負荷電圧又は負荷電流が非対称の状態である半波放電を検出する半波放電検出回路６とを備えた高圧放電灯点灯装置であって、前記半波放電検出回路６は、高圧放電灯ＤＬが絶縁破壊した後、その高圧放電灯ＤＬの略定格ランプ電圧に達するまでの始動初期に、異なる極性の電圧差もしくは電流差の絶対値が、正常点灯時における矩形波交流出力の各半周期の電圧差もしくは電流差の最大ばらつき値よりも大きいことが検出された場合に半波放電現象であると判別し、前記制御回路７は、前記半波放電検出回路６により半波放電現象であると判別されたときに、前記直流電源回路２または電力供給回路（降圧チョッパ回路３及びインバータ回路４）または始動回路５のうち少なくとも１つの出力を調整することにより、負荷電圧の高い極性の矩形波半周期の電圧値と負荷電圧の低い極性の矩形波半周期の電圧値とを近づけるように制御することを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記直流電源回路または電力供給回路または始動回路の出力調整は、負荷電流の低い極性の矩形波半周期、もしくは負荷電流の低い極性の矩形波半周期の前に行なうことを特徴とする（図２）。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記始動回路の出力調整として、負荷電流の低い極性の矩形波半周期に、前記始動回路により始動用高電圧を印加することを特徴とする（図４）。

請求項４の発明は、請求項２の発明において、前記電力供給回路の出力調整として、前記直流電源回路または前記電力供給回路の出力電圧を、負荷電流の低い極性の矩形波半周期の電力供給期間のみ昇圧させる、もしくは前記負荷電流の低い極性の矩形波半周期の電力供給期間のうち矩形波極性反転後のある一定期間のみ昇圧させることを特徴とする（図６、図７）。

請求項５の発明は、請求項２の発明において、前記電力供給回路の出力調整として、前記電力供給回路の供給電流を、負荷電流の低い極性の矩形波半周期の電力供給期間のみ上昇させる、もしくは前記負荷電流の低い極性の矩形波半周期の電力供給期間のうち矩形波極性反転後のある一定期間のみ上昇させることを特徴とする（図９）。

請求項６の発明は、請求項２の発明において、前記電力供給回路の出力調整として、負荷電流の低い極性の矩形波半周期の電流供給期間を長くすることを特徴とする（図１０）。

請求項７の発明は、請求項１の発明において、前記直流電源回路または電力供給回路の出力調整は、負荷電流の高い極性の矩形波半周期に行なうことを特徴とする（図１１〜図１６）。

請求項８の発明は、請求項７の発明において、負荷電流の高い極性の矩形波半周期の電力供給期間において、前記直流電源回路または電力供給回路からの供給電流もしくは出力電圧を減少させることにより、高圧放電灯の発光管内蒸気圧の上昇を抑制するように制御することを特徴とする（図１１）。

請求項９の発明は、請求項７の発明において、負荷電流の高い極性の矩形波半周期の電流供給期間を短くすることにより、高圧放電灯の発光管内蒸気圧の上昇を抑制するように制御することを特徴とする（図１２、図１３）。

請求項１０の発明は、請求項７の発明において、負荷電流の高い極性の矩形波半周期の電力供給期間に、前記電力供給回路からの供給電流を上昇させて高圧放電灯の電極が予熱されるように制御することを特徴とする（図１４）。

請求項１１の発明は、請求項７の発明において、負荷電流の高い極性の矩形波半周期の電力供給期間を長くすることにより、高圧放電灯の電極が予熱されるように制御することを特徴とする（図１５、図１６）。

請求項１２の発明は、請求項１〜１１のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置において、前記電力供給回路の矩形波交流出力周波数を、少なくとも前記半波放電検出時の矩形波交流出力周波数よりも高くしたことを特徴とする（図１７、図１８）。

請求項１３の発明は、請求項１〜１２のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置において、前記直流電源回路または電力供給回路または始動回路のうちいずれの出力を調整するかは、高圧放電灯の電気的状態や点灯経過時間に応じて選択することを特徴とする（図１９）。

請求項１４の発明は、請求項１〜１３のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置を具備したことを特徴とする照明器具である（図２０）。

本発明によれば、半波放電検出回路は、高圧放電灯が絶縁破壊した後、その高圧放電灯の略定格ランプ電圧に達するまでの始動初期に、異なる極性の電圧差もしくは電流差の絶対値が、正常点灯時における矩形波交流出力の各半周期の電圧差もしくは電流差の最大ばらつき値よりも大きいことが検出された場合に半波放電現象であると判別し、前記制御回路は、前記半波放電検出回路により半波放電現象であると判別されたときに、前記直流電源回路または電力供給回路または始動回路のうち少なくとも１つの出力を調整することにより、負荷電圧の高い極性の矩形波半周期の電圧値と負荷電圧の低い極性の矩形波半周期の電圧値とを近づけるように制御することにより、陰極サイクルとなる電極からの放電を促進する半波改善モードの動作に移行させるようにしたから、始動過程における半波放電現象の継続を防止して、安定点灯モードに速やかに移行させることができる効果がある。

（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。交流電源１は整流器ＤＢにより全波整流され、直流電源回路２により直流電圧に変換される。直流電源回路２は、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で構成されている。直流電源回路２のスイッチング素子Ｑ１は力率改善制御回路部９により高周波でオン・オフされる。力率改善制御回路部９は、市販の集積回路（ＭＣ３３２６２等）を用いて容易に実現できる。図示はしないが、スイッチング素子Ｑ１の電流やインダクタＬ１の電流、直流電源回路２の入力電圧、出力電圧は、力率改善制御回路部９により監視されており、商用の交流電源１からの交流入力を所定の直流電圧に変換すると共に、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うものである。

直流電源回路２の出力には、電力変換回路として、降圧チョッパ回路３とインバータ回路４が接続されている。降圧チョッパ回路３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、降圧チョッパ制御回路部８からのＰＷＭ信号でスイッチング素子Ｑ２のオン／オフを制御することで高圧放電灯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。

インバータ回路４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４は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６のペアとスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５のペアが制御回路部７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。また、始動時には共振型の始動回路５の共振周波数付近またはその整数分の１の周波数付近となる数十〜数百ｋＨｚの高周波でスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４が交互にオンされることで、高圧放電灯ＤＬに始動用の高電圧を供給する。

共振型の始動回路５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Ｌ３と、このパルストランスＬ３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Ｒ３の直列回路からなる共振昇圧回路で構成されている。

制御回路部７は、図示しない検出部により高圧放電灯ＤＬのランプ電圧Ｖｏ、ランプ電流Ｉｏ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高圧放電灯ＤＬに供給するように降圧チョッパ回路３のスイッチング素子Ｑ２の制御と、インバータ回路４のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６の制御を行なう。この制御回路部７は、例えばマイクロコンピュータを含んで構成されている。

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。

半波放電検出回路部６は、始動過程における半波放電状態を検出し、始動過程において半波放電状態となると、制御回路部７の動作を半波改善モードに切り替える。

この回路を用いて高圧放電灯ＤＬ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。

無負荷モード：高圧放電灯ＤＬは不点状態にあり、共振回路を構成するパルストランスＬ３の１次巻線Ｎ１とコンデンサＣ３のＬＣ共振周波数（または共振周波数の整数分の１）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パルストランスＬ３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高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊して始動モードへ移行させる。

始動モード：共振パルス電圧により高圧放電灯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Ｖｏは数Ｖから安定電圧まで数分かけて徐々に上昇する。

安定点灯モード：高圧放電灯ＤＬの点灯後、数分経過して高圧放電灯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Ｖｏはほぼ一定となり、この状態で点灯を継続する。

しかしながら、始動直後において交流点灯される放電灯の一対の電極間に電子放出が正負サイクルで非対称となる半波放電が発生することがある。これは陰極サイクルにある片方の電極が、グロー放電からアーク放電に移行できないことにより引き起こされる、いわば電極輝点の不安定形成、言い換えれば熱電子放出の不安定性に起因する問題である。この半波放電状態が継続すると、ランプが立ち消えしてしまうことがあり、ランプ始動性を悪化させる要因の一つである。

本発明においては、図２の「半波検出」の期間に示すように、正常放電している矩形波半周期（ランプ電圧：Ｖｔ１）と、正常放電していない矩形波半周期（ランプ電圧：Ｖｔ２）からなる半波放電状態が前もって決められた一定期間継続することを半波放電検出回路部６で検出し、制御回路部７の動作を半波改善モードへと移行させる。

ここで半波放電の検出は、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ６のオン時に半波放電検出回路部６で検出されるランプ電圧（絶対値）と、スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５のオン時に半波放電検出回路部６で検出するランプ電圧（絶対値）との電圧差が前もって決められた判別しきい値以上にある時に半波放電が発生していると判断する。例えば、正常放電時の正負極性のランプ電圧差のばらつきが２０Ｖ以内である場合、半波放電検出の判別しきい値は２０Ｖと設定すると良い。

また、半波放電検出の判別しきい値以上の電圧差が検出された場合に、どちらの極性が正常放電をしており、どちらの極性が正常放電していないかの判断については、検出されたランプ電圧Ｖｔ１、Ｖｔ２のうち高い方を正常放電していない側の極性として判定すれば良い。

半波改善モードでは、図２に示すように、正常放電していない（熱電子放出していない）極性への極性反転前に高周波スイッチング動作期間を設けることで、無負荷モードと同じく始動回路５を用いて共振電圧を発生させ、放電を促して、高圧放電灯ＤＬが早く安定点灯状態へと移れるようにする。半波改善モードによって、正負サイクルで対称の放電が形成されたのを検出すると、高圧放電灯点灯装置は半波改善モードを終了して、通常の安定点灯モードで制御する。

正常放電に移行したか否かは、検出されたランプ電圧Ｖｔ１’、Ｖｔ２’の電圧差が、正常放電時における正負極性のランプ電圧差のばらつき（例えば２０Ｖ以内）の範囲に収まれば、正常放電に移行したと判定すれば良い。

以上のように、高圧放電灯の始動過程における半波放電状態の継続を一定期間検出すると、正常放電していない側の極性からも放電するように共振動作を再度行い、電界放出開始を促すので、高圧放電灯の非対称放電状態を早い段階で無くして、高圧放電灯を安定点灯状態へと移行させるため、始動失敗が少なく、始動性の良い高圧放電灯点灯装置を実現することができる。

（実施形態２）
図３に本発明の実施形態２の点灯装置の回路図を示す。本実施形態では、図１の降圧チョッパ回路３を省略し、代わりにスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を低周波駆動、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６を高周波駆動とすることで、実施形態１の降圧チョッパ回路３とインバータ回路４の機能を１つの回路で兼用している。すなわち、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・オフし、スイッチング素子Ｑ４がオンである期間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高圧放電灯ＤＬに供給するものである。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。また、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６に内蔵された逆並列ダイオードは降圧チョッパ回路の回生電流通電用ダイオードとして機能する。

始動回路５としては、図１の共振昇圧回路に代えて、パルス発生器ＰＧとパルストランスＰＴの組み合わせよりなる高電圧発生回路を用いている。パルス発生器ＰＧは、パルストランスＰＴの１次巻線に印加するパルス電圧を発生させる回路であり、ここでは制御回路部７からの指令により、任意のタイミングで始動用のパルス電圧を発生可能な回路とする。パルス発生器ＰＧの具体的な回路構成については、例えば、極性反転直後にパルス電圧を発生させるのであれば、従来例（図２３）と同様の構成でも構わないが、その始動パルス発生用のスイッチング素子Ｑ７のオン・オフは制御回路部７により制御可能としておくと良い。

なお、半波放電検出回路部６は、始動過程における半波放電状態を検出し、始動過程において半波放電状態となると、制御回路部７の動作を半波改善モードに切り替える。

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。

無負荷モード：高圧放電灯ＤＬは不点状態にあり、パルス発生器ＰＧにより発生させたパルス電圧をパルストランスＰＴにより昇圧してコンデンサＣ２を介して高圧放電灯ＤＬの電極間に印加することで高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊して始動モードへ移行させる。

始動モード：高圧パルス電圧により高圧放電灯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Ｖｏは数Ｖから安定電圧まで数分かけて徐々に上昇する。

安定点灯モード：高圧放電灯ＤＬの点灯後、数分経過して高圧放電灯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Ｖｏはほぼ一定となり、この状態で点灯を継続する。

しかしながら、始動直後において交流点灯される高圧放電灯の一対の電極間に電子放出が正負サイクルで非対称となる半波放電が発生することがある。これは陰極サイクルにある片方の電極がグロー放電からアーク放電に移行できないことにより引き起こされる、いわば電極輝点の不安定形成、言い換えれば熱電子放出の不安定性に起因する問題である。この半波放電状態が継続すると、ランプが立ち消えしてしまうことがあり、ランプ始動性を悪化させる要因の一つである。

本発明においては、図４の「半波検出」の期間に示すように、正常放電している矩形波半周期（ランプ電圧：Ｖｔ１）と、正常放電していない矩形波半周期（ランプ電圧：Ｖｔ２）からなる半波放電状態が前もって決められた一定期間継続することを半波放電検出回路部６で検出し、半波改善モードへと移行する。

ここで半波放電の検出は、スイッチング素子Ｑ３のオン時（スイッチング素子Ｑ６のチョッピング時）に半波放電検出回路部６で検出されるランプ電圧（絶対値）と、スイッチング素子Ｑ４のオン時（スイッチング素子Ｑ５のチョッピング時）に半波放電検出回路部６で検出されるランプ電圧（絶対値）との電圧差が前もって決められた判別しきい値以上にある時に半波放電が発生していると判断する。例えば、正常放電時の正負極性のランプ電圧差のばらつきが２０Ｖ以内である場合、半波放電検出の判別しきい値は２０Ｖと設定すると良い。

また、半波放電検出の判別しきい値以上の電圧差が検出された場合に、どちらの極性が正常放電をしており、どちらの極性が正常放電していないかの判断については、検出されたランプ電圧Ｖｔ１、Ｖｔ２のうち高い方を正常放電していない側の極性として判定すれば良い。

半波改善モードでは、正常放電していない（熱電子放出していない）極性の矩形波半周期中において無負荷モードと同じく始動回路５を用いてパルス電圧を印加することで、放電を促して、高圧放電灯ＤＬが早く安定点灯状態へと移れるようにする。半波改善モードによって、正負サイクルで対称の放電が形成されたのを検出すると、高圧放電灯点灯装置は半波改善モードを終了して、通常の安定点灯モードで制御する。

正常放電に移行したか否かは、検出されたランプ電圧Ｖｔ１’、Ｖｔ２’の電圧差が、正常放電時における正負極性のランプ電圧差のばらつき（例えば２０Ｖ以内）の範囲に収まれば、正常放電に移行したと判定すれば良い。

以上のように、高圧放電灯の始動過程における半波放電状態継続を一定期間検出すると、正常放電していない側の極性からも放電するようにパルス電圧を印加し、電界放出開始を促すので、高圧放電灯の非対称放電状態を早い段階で無くして、高圧放電灯を安定点灯状態へと移行させるため、始動失敗が少なく、始動性の良い高圧放電灯点灯装置を実現することができる。

（実施形態３）
図５に本発明の実施形態３の点灯装置の回路図を示す。本実施形態では、電力変換回路としてハーフブリッジ型のインバータ回路を用いている。本実施形態においても、インバータ回路４により実施形態１の降圧チョッパ回路３の機能を兼用している。インダクタＬ２とコンデンサＣ２の直列回路は降圧チョッパ用のローパスフィルタ回路として用いられている。直流電源回路２の電解コンデンサＣ４，Ｃ５の直列回路と並列に、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の直列回路を接続し、コンデンサＣ４，Ｃ５の接続点とスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の接続点の間に、コンデンサＣ２とインダクタＬ２の直列回路を接続し、コンデンサＣ２と並列に、パルストランスＰＴの２次巻線を介して高圧放電灯ＤＬを接続したものである。制御回路部７の制御信号によりスイッチング素子Ｑ５が数十〜数百ｋＨｚの高周波でオン／オフする期間と、スイッチング素子Ｑ６が数十〜数百ｋＨｚの高周波でオン／オフする期間とを、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Ｃ２の両端に低周波の矩形波電圧を得ている。なお、始動回路５としては、図１の共振昇圧回路に代えてパルス発生器ＰＧとパルストランスＰＴの組み合わせよりなる高電圧発生回路を用いている。パルス発生器ＰＧはインバータ回路４の極性反転直後にパルス電圧を発生する回路であり、従来例（図２３）と同様の構成で構わない。

なお、半波放電検出回路部６は、始動過程における半波放電状態を検出し、始動過程において半波放電状態となると、制御回路部７の動作を半波改善モードに切り替える。

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。

無負荷モード：高圧放電灯ＤＬは不点状態にあり、前記パルス発生器ＰＧで生成するパルス電圧をパルストランスＰＴの１次巻線から２次巻線へ向けて昇圧し、矩形波電圧に重畳して電極間へ印加することで高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊して始動モードへと移行させる。

始動モード：パルス電圧により高圧放電灯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Ｖｏは数Ｖから安定電圧まで数分かけて徐々に上昇する。

安定点灯モード：高圧放電灯ＤＬの点灯後、数分経過して高圧放電灯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Ｖｏはほぼ一定となり、この状態で点灯を継続する。

しかしながら、始動直後において交流点灯される高圧放電灯の一対の電極間に電子放出が正負サイクルで非対称となる半波放電が発生することがある。これは陰極サイクルにある片方の電極がグロー放電からアーク放電に移行できないことにより引き起こされる、いわば電極輝点の不安定形成、言い換えれば熱電子放出の不安定性に起因する問題である。この半波放電状態が継続すると、ランプが立ち消えしてしまうことがあり、ランプ始動性を悪化させる要因の一つである。

本発明においては、図６の「半波検出」の期間に示すように、正常放電している矩形波半周期（ランプ電圧：Ｖｔ１）と、正常放電していない矩形波半周期（ランプ電圧：Ｖｔ２）からなる半波放電状態が前もって決められた一定期間継続することを半波放電検出回路部６で検出し、半波改善モードへと移行する。

ここで半波放電の検出は、スイッチング素子Ｑ５のチョッピング時に半波放電検出回路部６で検出されるランプ電圧（絶対値）と、スイッチング素子Ｑ６のチョッピング時に半波放電検出回路部６で検出されるランプ電圧（絶対値）との電圧差が前もって決められた判別しきい値以上にある時に半波放電が発生していると判断する。例えば、正常放電時の正負極性のランプ電圧差のばらつきが２０Ｖ以内である場合、半波放電検出の判別しきい値は２０Ｖと設定すると良い。

また、半波放電検出の判別しきい値以上の電圧差が検出された場合に、どちらの極性が正常放電をしており、どちらの極性が正常放電していないかの判断については、検出されたランプ電圧Ｖｔ１、Ｖｔ２のうち高い方を正常放電していない側の極性として選択すれば良い。

半波改善モードでは、正常放電していない（熱電子放出していない）極性の矩形波半周期中において無負荷モードと同じく始動回路５を用いてパルス電圧を印加することで、放電を促して、高圧放電灯ＤＬが早く安定点灯状態へと移れるようにする。半波改善モードによって、正負サイクルで対称の放電が形成されたのを検出すると、高圧放電灯点灯装置は半波改善モードを終了して、通常の安定点灯モードで制御する。

また、半波改善モードでは、正常放電していない極性側への極性反転に合わせて直流電圧Ｖｄｃを通常時よりも高い電圧に昇圧する（図６）。このとき、直流電圧Ｖｄｃの昇圧期間は図７のように極性反転直後から一定期間までとしても良い。直流電圧Ｖｄｃの昇圧は力率改善制御回路部９に対して制御回路部７から昇圧指令を与えることにより実施すれば良い。

具体的な回路構成については図示しないが、一般的に力率改善制御回路部９は直流電圧Ｖｄｃを抵抗分圧回路により分圧し、直流電圧Ｖｄｃが所定値となるようにスイッチング素子Ｑ１のパルス幅を制御しているので、この抵抗分圧回路の分圧比を一時的に低く切り替えることにより、昇圧比を一時的に高くすれば良い。

以上により、高圧放電灯が早く安定点灯状態へと移れるようにする。半波改善モードによって、正負サイクルで対称の放電が形成されたのを検出すると、高圧放電灯点灯装置は半波改善モードを終了して、通常の安定点灯モードで制御する。

正常放電に移行したか否かは、検出されたランプ電圧Ｖｔ１’、Ｖｔ２’の電圧差が、正常放電時における正負極性のランプ電圧差のばらつき（例えば２０Ｖ以内）の範囲に収まれば、正常放電に移行したと判定すれば良い。

以上のように、ランプ始動過程における半波放電状態継続を一定期間検出すると、正常放電していない側の直流電源回路２の出力電圧Ｖｄｃを一定期間昇圧させて、再点弧電圧発生時の点灯維持を可能とすると同時に、熱電子放出の起点となるホットスポットが形成された場合、直ぐに電流供給を可能にすることで、高圧放電灯の非対称放電状態を早い段階で無くして、高圧放電灯を安定点灯へ移行させるため、始動失敗が少なく、始動性の良い高圧放電灯点灯装置を実現することができる。

（実施形態４）
図８に本発明の実施形態４の点灯装置の回路図を示す。本実施形態では、図１の降圧チョッパ回路３を省略し、代わりに安定点灯時には、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を低周波駆動、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６を高周波駆動することで、実施形態１の降圧チョッパ回路３とインバータ回路４の機能を１つの回路で兼用している。すなわち、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・オフし、スイッチング素子Ｑ４がオンである期間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。また、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６に内蔵された逆並列ダイオードは降圧チョッパ回路の回生電流通電用ダイオードとして機能する。始動回路５としては、図１の共振昇圧回路を用いており、始動時において、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を高周波駆動することで、共振作用により始動用の高電圧を発生させている。

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。

無負荷モード：高圧放電灯ＤＬは不点状態にあり、共振回路を構成するパルストランスＬ３の１次巻線Ｎ１とコンデンサＣ３のＬＣ共振周波数（または共振周波数の整数分の１）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パルストランスＬ３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高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊して始動モードへ移行させる。

始動モード：共振パルス電圧により高圧放電灯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Ｖｏは数Ｖから安定電圧まで数分かけて徐々に上昇する。

安定点灯モード：高圧放電灯ＤＬの点灯後、数分経過して高圧放電灯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Ｖｏはほぼ一定となり、この状態で点灯を継続する。

しかしながら、始動直後において交流点灯される高圧放電灯の一対の電極間に電子放出が正負サイクルで非対称となる半波放電が発生することがある。これは陰極サイクルにある片方の電極がグロー放電からアーク放電に移行できないことにより引き起こされる、いわば電極輝点の不安定形成、言い換えれば熱電子放出の不安定性に起因する問題である。この半波放電状態が継続すると、ランプが立ち消えしてしまうことがあり、ランプ始動性を悪化させる要因の一つである。

本発明においては、図９、図１０で示すように半波放電状態が前もって決められた一定期間継続するのを半波放電検出回路部６で検出し、半波改善モードへと移行する。

図中、Ｉｐ目標値とは、チョッパ電流のピーク値の目標値であり、Ｌ２電流とはインダクタＬ２に流れる電流の瞬時値である。インダクタＬ２に流れる電流は図示しない検出手段により検出されて制御回路部７に入力されており、制御回路部７はＬ２電流がＩｐ目標値に達すると、高周波駆動されているスイッチング素子をオフさせる。また、Ｌ２電流がゼロになると、高周波駆動されているスイッチング素子をオンさせる。

詳しく説明すると、スイッチング素子Ｑ３がオンである矩形波半周期内でスイッチング素子Ｑ６がオンすると、インダクタＬ２に流れる電流は漸増して行き、Ｉｐ目標値に達すると、スイッチング素子Ｑ６がオフされる。すると、インダクタＬ２に蓄積されたエネルギーは、スイッチング素子Ｑ５内部の逆並列ダイオードを介して回生電流として流れて、インダクタＬ２に流れる電流は漸減して行き、ゼロになるとスイッチング素子Ｑ６が再びオンされる。また、スイッチング素子Ｑ４がオンである矩形波半周期内でスイッチング素子Ｑ５がオンすると、インダクタＬ２に流れる電流は漸増して行き、Ｉｐ目標値に達すると、スイッチング素子Ｑ５がオフされる。すると、インダクタＬ２に蓄積されたエネルギーは、スイッチング素子Ｑ６内部の逆並列ダイオードを介して回生電流として流れて、インダクタＬ２に流れる電流は漸減して行き、ゼロになるとスイッチング素子Ｑ５が再びオンされる。

半波モードの検出は、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ６の駆動時にランプ電圧Ｖｔ１を検出し、スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５の駆動時にランプ電圧Ｖｔ２を検出した結果、｜Ｖｔ１−Ｖｔ２｜が前もって決められた判別しきい値の範囲内にある時に半波放電が発生していると判断する。例えば、通常時の正負極性のランプ電圧差のばらつきが２０Ｖ以内である場合、半波放電検出の判別しきい値は、２０Ｖ＜｜Ｖｔ１−Ｖｔ２｜＜Ｖｄｃと設定しても良い。

また、半波放電検出の判別しきい値の範囲内の値が検出された場合に、どちらの極性が正常放電をしており、どちらの極性が正常放電していないかの判断については、検出されたランプ電圧値Ｖｔ１、Ｖｔ２の高い方の極性を正常放電していない側の極性として判定すれば良い。

半波改善モードでは、正常放電していない（グロー放電の）極性の矩形波半周期において、図９で示すように電流制御目標値（Ｉｐ目標値）を一時的にアップさせることで、放電を促して、高圧放電灯ＤＬが早く安定点灯状態へと移れるようにする。

または、図１０で示すように正常放電していない極性の矩形波半周期の期間（ｔ２’）を通常の期間（ｔ２）よりも長くすることで電極を温めて、放電を促すようにしても良い。

なお、図１０ではｔ２’＞ｔ２とすることで、矩形波の一周期をＴ２＜Ｔ２’の関係で延ばしているが、この他にも、矩形波の一周期は同じに保ちつつ、正常放電している矩形波半周期と、正常放電していない矩形波半周期のデューティ比を変えることでも同様の効果を得ることが可能である。

以上の半波改善モードによって、正負サイクルで略対称の放電が形成されたのを検出すると、高圧放電灯点灯装置は半波改善モードを終了して、通常の安定点灯モードで制御する。

正常放電であるか否かは、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ６の駆動時にランプ電圧Ｖｔ１’を検出し、スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５の駆動時にランプ電圧Ｖｔ２’を検出した結果、｜Ｖｔ１’−Ｖｔ２’｜が通常時の正負極性のランプ電圧差のばらつき（例えば２０Ｖ）以内である場合に、正常放電であると判定すれば良い。

以上のように、高圧放電灯ＤＬの始動過程における半波放電状態継続を一定期間検出すると、グロー放電側の極性からもアーク放電を開始するように電流目標値をアップさせることで、熱電子放出の起点となるホットスポットが形成された場合、直ぐに電流供給が可能であるので、ランプの非対称放電状態を早い段階で無くして、ランプを安定点灯状態へと移行させるため、始動失敗が少なく、始動性の良い高圧放電灯点灯装置を実現することができる。

以上の各実施形態においては、電力変換回路として、降圧チョッパ回路とフルブリッジ回路の組み合わせ（図１）、降圧チョッパ回路を兼用するフルブリッジ回路（図３、図８）、降圧チョッパ回路を兼用するハーフブリッジ回路（図５）などを例示し、また、始動回路として、共振回路を用いた始動回路（図１、図８）、パルス発生器ＰＧとパルストランスＰＴを用いた始動回路（図３、図５）を例示したが、これらに限定されるものではなく、具体的な回路構成は適宜変更可能であることは言うまでもない。以下の各実施形態においても同様である。

（実施形態５）
図１１〜図１３に実施形態５の動作を示す。回路構成は実施形態１〜４のいずれの構成を採用しても良く、例えば、図８の構成を採用すれば良い。始動直後の正常点灯側の矩形波半周期のランプ電圧が前もって決めたある閾値以上である場合、実施形態１〜４で説明した半波改善モードの起動前、または起動と同時に、図１１で示すように正常放電している極性の電流ピーク目標値（Ｉｐ目標値）を低下させることで、発光管内部の蒸気圧の上昇スピードを緩和させられるので、正常放電していない極性からも熱電子放出開始を促して、高圧放電灯が早く安定点灯状態へと移れるようにする。

また、図１２、図１３のように正常放電している極性の矩形波デューティ幅を正常放電していない極性の矩形波デューティ幅よりも短くすることでも同様の効果を得ることができる。図１２の例では、Ｔ１＝Ｔ２のままで、ｔ１’＜ｔ１＝ｔ２＜ｔ２’のように制御しているが、図１３の例では、Ｔ１＞Ｔ２のように矩形波周期を短くすることで、ｔ１’＜ｔ１＝ｔ２としている。

以上、半波改善モードによって、正負サイクルで略対称の放電が形成されたのを検出すると、高圧放電灯点灯装置は半波改善モードを終了して、通常の安定点灯モードで制御する。

以上のように、実施形態１〜４の半波改善モードの起動前、または起動と同時に、正常放電している極性の電流量を変化させることで、高圧放電灯の非対称放電状態を無くして、高圧放電灯を早く安定点灯状態へと移行させるため、始動失敗が少なく、始動性の良い高圧放電灯点灯装置を実現することができる。

（実施形態６）
図１４〜図１６に実施形態６の動作を示す。回路構成は実施形態１〜４のいずれの構成を採用しても良く、例えば、図８の構成を採用すれば良い。

始動直後の正常点灯側の矩形波半周期のランプ電圧が前もって決めたある閾値以下である場合、実施形態１〜４で説明した半波改善モードの起動前、または起動と同時に、図１４で示すように正常放電している極性の電流ピーク目標値を上昇させることで、正常放電していない極性の電極温度を上げることにより、熱電子放出開始を促して、高圧放電灯が早く安定点灯状態へと移れるようにする。

更に、図１５、図１６のように正常放電している極性の矩形波デューティ幅を正常放電していない極性の矩形波デューティ幅よりも長くしても同様の効果を得ることができる。図１５の例では、Ｔ１＝Ｔ２のままで、ｔ２’＜ｔ１＝ｔ２＜ｔ１’のように制御しているが、図１６の例では、Ｔ１＞Ｔ２のように矩形波周期を短くすることで、ｔ２’＜ｔ１＝ｔ２としている。

以上、半波改善モードによって、正負サイクルで略対称の放電が形成されたのを検出すると、高圧放電灯点灯装置は半波改善モードを終了して、通常の安定点灯モードで制御する。

以上のように、実施形態１〜４の半波改善モードの起動前、または起動と同時に、熱電子放出している極性の電流量を変化させることで、ランプの非対称放電状態を無くして、高圧放電灯を早く安定点灯状態へと移行させるため、始動失敗が少なく、始動性の良い高圧放電灯点灯装置を実現することができる。

（実施形態７）
図１７、図１８に実施形態７の動作を示す。回路構成は実施形態１〜４のいずれの構成を採用しても良く、例えば、図８の構成を採用すれば良い。

実施形態１〜６で説明した半波改善モードと組み合わせて、極性反転周波数を高くすることで放電を促して、高圧放電灯が早く安定点灯状態へと移れるようにする。このとき、極性反転周波数は、図１７のように通常点灯より高い周波数に固定しても良いし、図１８のように可変としても良い。半波改善モードによって、正負サイクルで略対称の放電が形成されたのを検出すると、高圧放電灯点灯装置は半波改善モードを終了して、通常の安定点灯モードで制御する。

ここで、実施形態４の図１０のように、正常放電していない極性のデューティ幅を拡げて放電を促すようにしている場合は、既に極性反転周波数を下げているので、実施形態７の周波数を高くする制御と組み合わせることができないので、どちらか一方の手段により半波放電を改善することが必要である。

以上のように、実施形態１〜６の半波改善モードと同時に極性反転周波数を高くすることで、ランプの非対称放電状態を無くして、高圧放電灯を早く安定点灯状態へと移行させるため、始動失敗が少なく、始動性の良い高圧放電灯点灯装置を実現することができる。

（実施形態８）
図１９に実施形態８の動作を示す。回路構成は実施形態１〜４のいずれの構成を採用しても良く、例えば、図８の構成を採用すれば良い。

実施形態１〜７で説明した半波改善モードは、図１９で示すように正常放電している矩形波半周期のランプ電圧Ｖｏに応じて、最適な制御を組み合わせたり、また、制御目標値（Ｉｐ目標値）を可変したりすることでランプの状態毎に始動改善を実現することが可能である。

以下、図１９の制御について説明する。半波モードが検出され、その時のランプ電圧が図中のＶｔ１ａである場合、半波改善モードＡを発動する。この半波改善モードＡでは、電流ピーク目標値（Ｉｐ目標値）を上昇させて、正常放電している極性では電子の当たる電極温度が高くなるように更に熱電子放出を加速させる。正常放電していない極性では、熱電子放出の起点となるホットスポットが形成され次第、すぐに電流が流れるようにしている。また、正常放電している矩形波半周期から、正常放電していない矩形波半周期に極性反転する際には始動電圧を発生させることで、電界放出を促す。

半波モードが検出されるか、半波改善モードＡの状態でランプ電圧が上昇するかのいずれかによって、ランプ電圧が高めのＶｔ１ｂの状態の場合、制御回路部７は半波改善モードＢの制御を行う。半波改善モードＢでは、正常放電していない極性では半波改善モードＡよりも、更に電流ピーク目標値を上昇させて熱電子放出開始後の電流レベルを上げ、正常放電している極性では電流ピーク目標値を低下させて、発光管内部の蒸気圧を低下させる作用を促す。

以上のように、高圧放電灯の状態毎に実施形態１〜７の制御を組み合わせたり、制御目標値を可変させたりすることで、高圧放電灯の非対称放電状態を無くして、高圧放電灯を早く安定点灯状態へと移行させるため、始動失敗が少なく、始動性の良い高圧放電灯点灯装置を実現することができる。

（実施形態９）
図２０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。

これらの点灯装置として前述の高圧放電灯点灯装置を用いることで始動時の非対称放電状態の継続を防いで、高圧放電灯を早く安定点灯状態へと移行させるため、始動失敗が少なく、始動性の良い照明器具を提供することができる。なお、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。

本発明の実施形態１の回路図である。 本発明の実施形態１の動作波形図である。 本発明の実施形態２の回路図である。 本発明の実施形態２の動作波形図である。 本発明の実施形態３の回路図である。 本発明の実施形態３の動作波形図である。 本発明の実施形態３の動作波形図である。 本発明の実施形態４の回路図である。 本発明の実施形態４の動作波形図である。 本発明の実施形態４の動作波形図である。 本発明の実施形態５の動作波形図である。 本発明の実施形態５の動作波形図である。 本発明の実施形態５の動作波形図である。 本発明の実施形態６の動作波形図である。 本発明の実施形態６の動作波形図である。 本発明の実施形態６の動作波形図である。 本発明の実施形態７の動作波形図である。 本発明の実施形態７の動作波形図である。 本発明の実施形態８の動作波形図である。 本発明の実施形態９の照明器具の外観を示す斜視図である。 従来例１の回路図である。 従来例１の動作波形図である。 従来例２の回路図である。 従来例２の始動時の動作波形図である。 従来例２の安定点灯後の半波放電発生時の動作波形図である。 従来例１，２の始動直後の半波放電を示す動作波形図である。 従来例３の回路図である。 従来例３の動作波形図である。

符号の説明

１ 交流電源
２ 直流電源回路
３ 降圧チョッパ回路
４ インバータ回路（極性反転回路）
５ 始動回路
６ 半波放電検出回路部
７ 制御回路部
ＤＬ 高圧放電灯

Claims (14)

1. 少なくとも直流電源回路と、直流電源回路からの出力を電力変換し、矩形波交流出力として高圧放電灯に供給する電力供給回路と、始動用の高電圧を高圧放電灯に印加する始動回路と、それらを制御する制御回路と、前記矩形波交流出力の各半周期の負荷電圧又は負荷電流が非対称の状態である半波放電を検出する半波放電検出回路とを備えた高圧放電灯点灯装置であって、
   前記半波放電検出回路は、高圧放電灯が絶縁破壊した後、その高圧放電灯の略定格ランプ電圧に達するまでの始動初期に、異なる極性の電圧差もしくは電流差の絶対値が、正常点灯時における矩形波交流出力の各半周期の電圧差もしくは電流差の最大ばらつき値よりも大きいことが検出された場合に半波放電現象であると判別し、
   前記制御回路は、前記半波放電検出回路により半波放電現象であると判別されたときに、前記直流電源回路または電力供給回路または始動回路のうち少なくとも１つの出力を調整することにより、負荷電圧の高い極性の矩形波半周期の電圧値と負荷電圧の低い極性の矩形波半周期の電圧値とを近づけるように制御することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
2. 前記直流電源回路または電力供給回路または始動回路の出力調整は、負荷電流の低い極性の矩形波半周期、もしくは負荷電流の低い極性の矩形波半周期の前に行なうことを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
3. 前記始動回路の出力調整として、負荷電流の低い極性の矩形波半周期に、前記始動回路により始動用高電圧を印加することを特徴とする請求項２記載の高圧放電灯点灯装置。
4. 前記電力供給回路の出力調整として、前記直流電源回路または前記電力供給回路の出力電圧を、負荷電流の低い極性の矩形波半周期の電力供給期間のみ昇圧させる、もしくは前記負荷電流の低い極性の矩形波半周期の電力供給期間のうち矩形波極性反転後のある一定期間のみ昇圧させることを特徴とする請求項２記載の高圧放電灯点灯装置。
5. 前記電力供給回路の出力調整として、前記電力供給回路の供給電流を、負荷電流の低い極性の矩形波半周期の電力供給期間のみ上昇させる、もしくは前記負荷電流の低い極性の矩形波半周期の電力供給期間のうち矩形波極性反転後のある一定期間のみ上昇させることを特徴とする請求項２記載の高圧放電灯点灯装置。
6. 前記電力供給回路の出力調整として、負荷電流の低い極性の矩形波半周期の電流供給期間を長くすることを特徴とする請求項２記載の高圧放電灯点灯装置。
7. 前記直流電源回路または電力供給回路の出力調整は、負荷電流の高い極性の矩形波半周期に行なうことを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
8. 負荷電流の高い極性の矩形波半周期の電力供給期間において、前記直流電源回路または電力供給回路からの供給電流もしくは出力電圧を減少させることにより、高圧放電灯の発光管内蒸気圧の上昇を抑制するように制御することを特徴とする請求項７記載の高圧放電灯点灯装置。
9. 負荷電流の高い極性の矩形波半周期の電流供給期間を短くすることにより、高圧放電灯の発光管内蒸気圧の上昇を抑制するように制御することを特徴とする請求項７記載の高圧放電灯点灯装置。
10. 負荷電流の高い極性の矩形波半周期の電力供給期間に、前記電力供給回路からの供給電流を上昇させて高圧放電灯の電極が予熱されるように制御することを特徴とする請求項７記載の高圧放電灯点灯装置。
11. 負荷電流の高い極性の矩形波半周期の電力供給期間を長くすることにより、高圧放電灯の電極が予熱されるように制御することを特徴とする請求項７記載の高圧放電灯点灯装置。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置において、前記電力供給回路の矩形波交流出力周波数を、少なくとも前記半波放電検出時の矩形波交流出力周波数よりも高くしたことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
13. 前記直流電源回路または電力供給回路または始動回路のうちいずれの出力を調整するかは、高圧放電灯の電気的状態や点灯経過時間に応じて選択することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
14. 請求項１〜１３のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置を具備したことを特徴とする照明器具。

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