JP2011009019A - 高圧放電灯点灯装置及びこれを用いた照明器具、照明システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】直流電源の出力電圧Vdcを入力とし、少なくともインダクタL2、ダイオードD2、スイッチング素子Q2を含み、負荷として接続される高圧放電灯DLに必要な電力に変換し、高圧放電灯DLを安定点灯させる電力変換回路と、前記電力変換回路を制御する制御回路3から構成される高圧放電灯点灯装置において、高圧放電灯DLの絶縁破壊直後から所定期間の間、前記電力変換回路のスイッチング素子Q2によるスイッチングオン時間を所定のオン時間Tonに固定することでランプ電流を制御する。
【選択図】図1
Description
図3は本発明の実施形態1の回路図である。点灯回路1は、全波整流回路DBと、昇圧チョッパ回路11と、降圧チョッパ回路12と、極性反転回路13からなる。全波整流回路DBは、商用交流電源Vsに接続され、その交流電圧を整流し、脈流電圧を出力するダイオードブリッジ回路である。昇圧チョッパ回路11は、全波整流回路DBで整流された電圧を入力として昇圧された直流電圧Vdcを出力する。降圧チョッパ回路12は、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。極性反転回路13は、降圧チョッパ回路2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。
電源投入後、昇圧チョッパ回路11、降圧チョッパ回路12、極性反転回路13が動作を開始する。高圧放電灯DLが始動する前の無負荷時には、降圧チョッパ回路12の出力電圧は無負荷2次電圧に設定されており、極性反転回路13が出力極性を反転させる度に、始動電圧発生回路2が高圧パルスを発生させる。
絶縁破壊モード終了直後は、降圧チョッパ回路12のスイッチング素子Q2がオン時間Ton固定(数マイクロ秒)の高周波動作するように、制御回路3はスイッチング素子Q2を制御する。本実施形態では降圧チョッパ回路12において、BCM(Boundary Current Mode)動作を行っている。極性反転回路3の出力が正極性の期間Taと負極性の期間Tbは低周波(数10Hz〜数100Hz)で切り替わる。
Vla−Ila制御モードに移行すると、降圧チョッパ回路12は制御回路3(例えばマイコン)内にあらかじめ設定されたVla−Ila(もしくはVla−Wla)テーブル32により、検出されたランプ電圧Vlaに応じて所望のランプ電流Ila(もしくはランプ電力Wla)になるように、スイッチング素子Q2のオン時間を決める。この制御モードでもBCM動作を行っている。BCM動作を実現するには、図3では図示していないが、従来例(図12)と同様に、降圧チョッパ回路12のチョッパ電流を検出して制御回路3で監視するように構成すると良い。
実施形態1において、高圧放電灯DLの絶縁破壊直後は不安定な始動立ち上がり時であるため、高圧放電灯DLには電流を押し込むことが重要であるが、図2に示すように、低いランプ電圧Vla(図2では10V)であっても、例えば定格電力70Wの高圧放電灯の押し込みに必要と言われる1.0Aを確保することができている。
図4は本発明の実施形態3の回路図である。本実施形態では、図3のタイマー35に代えて、ランプ電圧Vlaが所定電圧になったことを検出するVla比較部38を設けている。上述の図3の例では、Ton固定制御モードの期間を設定するために、制御回路3内にタイマー35を設けていたが、図5に示すように、Vla比較部38を設け、例えばランプ電圧Vlaが20Vになった時点でTon固定制御モードからVla−Ila制御モードに切り替えるように制御しても良い。
上述の実施形態1〜3においては、Ton固定制御モードにおいて、BCM(Boundary Current Mode)動作を用いたが、DCM(Discontinuous Current Mode)動作またはCCM(Continuous Current Mode)動作を用いても良い。
上述の実施形態1〜4においては、降圧チョッパ回路12において、スイッチング素子Q2の制御にTon固定制御モードを実現してきた。本実施形態では、降圧チョッパ回路12以外の電力変換回路の一例として昇降圧チョッパ回路14を用いた構成について説明する。
昇降圧チョッパ回路14のスイッチング素子Q2がオン時間Ton固定(数マイクロ秒)の高周波動作するように制御回路3はスイッチング素子Q2を制御する。本実施形態では昇降圧チョッパ回路14において、一例としてDCM動作を行っている。
図9は本発明による実施形態6の回路図、図10はその動作説明図である。実施形態1〜5と異なる点は、降圧チョッパ回路12と極性反転回路13を一体化した極性反転型降圧チョッパ回路15を用いた点と、始動電圧発生回路2として共振型昇圧回路を用いた点である。
《絶縁破壊モード》
高圧放電灯DLが非点灯状態である無負荷時には、図10の絶縁破壊モードのように、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t1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t2を設け、t1,t2の期間はTxの周期で交番させるように、制御回路3はスイッチング素子Q3〜Q6を制御する。このときの動作周波数は、図9の始動電圧発生回路2の共振周波数をfrとすると、fr/(2n+1)(n=0,1,2,…)の周波数近傍に設定している。この動作により、始動用高電圧が発生する。この動作により発生する電圧をパルストランスPTの1次巻線n1と2次巻線n2の巻数比により昇圧した電圧Vp(図10のVlaに相当する)が高圧放電灯DLの両端間に印加されることにより高圧放電灯DLは絶縁破壊する。
高周波予熱モードは、点灯モードに入るまでに高圧放電灯DLの予熱に最適な高周波電流を確保するモードである。本モードと絶縁破壊モードの合計時間は一定であり、高圧放電灯が絶縁破壊するまでの期間次第で、本モードの期間Tyが決まる。図10では、絶縁破壊モードと高周波予熱モードを区別しているが、高周波予熱モードは絶縁破壊モードでのスイッチングの続きであり、高圧放電灯DLが絶縁破壊をすることで、図10のようなVla及びIlaの波形になる。タイマー35あるいは点灯判別手段34の判別信号により、高圧放電灯DLを安定に点灯するための点灯モードに切替える。点灯モードは、Ton固定制御モードとVla−Ila制御モードに分けられる。
極性反転型降圧チョッパ回路15は、点灯モードでは、スイッチング素子Q3とQ4が所定の周波数(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(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(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、低周波の矩形波交流電圧が印加される。このとき、コンデンサC3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。
高周波予熱モードの終了直後は、Ton固定制御モードで動作する。Ton固定制御モードでは、スイッチング素子Q4がON、スイッチング素子Q5がオン時間Ton固定(数マイクロ秒)の数10K〜数100KHzの高周波動作でON/OFFし、スイッチング素子Q3,Q6がOFFする期間Taと、スイッチング素子Q3がON、スイッチング素子Q6がオン時間Ton固定(数マイクロ秒)の数10K〜数100KHzの高周波動作でON/OFFし、スイッチング素子Q4,Q5がOFFする期間Tbとを設ける。各期間Ta,Tbは、数10Hz〜数100Hzの低周波の周期で交番させるように、制御回路3はスイッチング素子Q3〜Q6を制御する。本実施形態では、BCM動作を行っている。
Vla−Ila制御モードに移行すると、スイッチング素子Q4がON、スイッチング素子Q5が数10K〜数100KHzの高周波動作(Tonは固定しない)でON/OFFし、スイッチング素子Q2,Q5がOFFである期間Taと、スイッチング素子Q3がON、スイッチング素子Q6が数10K〜数100KHzの高周波動作(Tonは固定しない)でON/OFFし、スイッチング素子Q4,Q5がOFFである期間Tbとを設け、各期間Ta,Tbは数10Hz〜数100Hzの低周波の周期で交番させるように制御回路3はスイッチング素子Q3〜Q6を制御する。本実施形態ではBCM動作を行っている。
本発明の高圧放電灯点灯装置を用いた照明器具の構成を図11に示す。図中、DLは高圧放電灯、16は点灯装置の回路を格納した安定器、17は高圧放電灯DLを装着した灯体、18は配線である。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。図11(a)、(b)はそれぞれスポットライトに高圧放電灯を用いた例、(c)はダウンライトに高圧放電灯を用いた例である。
11 昇圧チョッパ回路
12 降圧チョッパ回路
3 制御回路
Claims (9)
- 直流電源と、
直流電源の出力電圧を入力とし、少なくともインダクタ、ダイオード、スイッチング素子を含み、負荷として接続される高圧放電灯に必要な電力に変換し、高圧放電灯を安定点灯させる電力変換回路と、
前記電力変換回路を制御する制御回路から構成される高圧放電灯点灯装置において、
高圧放電灯の絶縁破壊直後から所定期間の間、前記電力変換回路のスイッチング素子によるスイッチングオン時間を所定のオン時間に固定することでランプ電流を制御することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。 - 請求項1において、前記オン時間は、前記電力変換回路から高圧放電灯に出力される電力が高圧放電灯のランプ電圧の変動に関わらず定格電力以下となるように設定されることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
- 請求項2において、前記オン時間は、前記電力変換回路が高圧放電灯の始動立ち上がり時に必要な押し込み電流以上を供給できるように設定されることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
- 請求項1〜3のいずれかにおいて、前記所定期間とは、高圧放電灯のランプ電圧が始動直後よりも高く安定点灯時よりも低い所定の電圧になるまでの期間であることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
- 請求項1〜4のいずれかにおいて、前記電力変換回路とは降圧チョッパ回路であることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
- 請求項5において、前記降圧チョッパ回路のスイッチング動作は、前記降圧チョッパ回路のインダクタの回生電流がゼロになったときにスイッチング素子をオンさせるゼロクロス制御であることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
- 請求項1〜6のいずれかにおいて、所定期間以降は、高圧放電灯の状態に応じて、高圧放電灯のランプ電流があらかじめ設定された電流目標値となるように前記オン時間を制御することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
- 請求項1〜7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。
- 請求項8記載の高圧放電灯点灯装置を具備した照明器具を含んで構成されることを特徴とする照明システム。
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