JP2011014425A - 高圧放電灯点灯装置、照明装置及び高圧放電灯点灯装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧放電灯点灯装置において、高圧放電灯の半波点灯を検出して出力を停止する。
【解決手段】高圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯に供給される電流を制限する降圧チョッパ回路、降圧チョッパ回路の出力を交流ランプ電流に変換して高圧放電灯に供給するフルブリッジ回路、及び降圧チョッパ回路及びフルブリッジ回路を制御する制御部を備え、降圧チョッパ回路はその出力電圧又は出力電流を検出する検出回路を含む。制御部は、出力電圧又は出力電流を交流ランプ電流の半サイクルに同期して監視し、交流ランプ電流の逆極性に対応する半サイクル間の出力電圧又は出力電流の増減幅が所定値を超えた場合に、降圧チョッパ回路又はフルブリッジ回路のうちの少なくとも一方を停止させる停止手段を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は低周波の矩形波にて高圧放電灯を点灯させるための高圧放電灯点灯装置に関する。

近年、照明用の高圧放電灯の高圧放電灯点灯装置の電子化による小型、軽量化が進み、図６に示すような昇圧チョッパ回路３、降圧チョッパ回路４、フルブリッジ回路５及びイグナイタ回路６の組合せにより高圧放電灯８（以下、「ランプ」という）を始動させ、低周波の矩形波で安定に点灯させる高圧放電灯点灯装置が用いられている（例えば、特許文献１の図２）。

図６の従来回路の動作を説明する。商用電源１からの入力が全波整流器２によって整流され、その脈流電圧が昇圧チョッパ回路３（力率改善回路）によって入力力率が改善されつつ安定した直流電圧に変換され、降圧チョッパ回路に供給される。

降圧チョッパ回路４において、抵抗４６により降圧チョッパ回路４の出力電圧（即ち、ランプ電圧）に比例したランプ電圧信号が検出され、抵抗４７により降圧チョッパ回路４の出力電流（即ち、ランプ電流）に比例したランプ電流信号が検出され、ランプ電圧信号とランプ電流信号を制御部（マイクロコンピュータ）７にて演算した電圧信号と、予め高圧放電灯の定格ランプ電圧時に定格ランプ電力で点灯できるように設定された基準電圧とが誤差増幅器にて比較され、ランプ電流信号とランプ電圧信号を乗算した電圧信号が一定になるような信号がＰＷＭ制御回路４８に送られる。これによって、トランジスタ４１のデューティ比がパルス幅制御され、昇圧チョッパ回路３から供給される直流電圧が降圧され、ランプ８に適正な電力が供給される。通常点灯中の降圧チョッパ回路３の出力電圧及び出力電流は図２ｃ）及びｄ）に示すように、短期的には略一定となる。

フルブリッジ回路５では、トランジスタ５１及び５４とトランジスタ５２及び５３が低周波で交互にＯＮ／ＯＦＦされ、降圧チョッパ回路４から供給される直流電圧が低周波（５０Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度）の矩形波交流に変換され、これがトランジスタ５１とトランジスタ５２及びトランジスタ５３とトランジスタ５４の中点からランプ８に供給される。通常点灯中のランプ電圧波形、ランプ電流波形を図２ａ）、ｂ）に示す。

イグナイタ回路６の動作を説明する。ランプ８の不点灯時は、降圧チョッパ回路４の出力電圧が受け抵抗６１を介してコンデンサ６２に充電され、その電圧が上昇する。コンデンサ６２の両端にパルストランス６４の１次巻線と半導体スイッチ６３（設定電圧が印加されると導通する素子）が接続されている。コンデンサ６２両端の電圧が半導体スイッチ６３の設定電圧に達すると半導体スイッチ６３は導通状態となり、コンデンサ６２の電圧がパルストランス６４の１次巻線に印加され、その巻数に応じた電圧がパルストランスの２次巻線に発生する。その結果、ランプ８の両端にパルス電圧が印加され、ランプ８において絶縁破壊が起こり、降圧チョッパ回路４で制限される電流にて放電が開始される。ランプ８が放電を開始すると降圧チョッパ回路４の出力電圧はランプ８の電圧まで低下する。半導体スイッチ６３の設定電圧は点灯中のランプ８のランプ電圧より高い値に設定されているので、ランプ８が点灯した後は、イグナイタ回路６は機能を停止することになる。

特開２００６−２６４６７３号公報

メタルハライドランプや高圧ナトリウムランプ等の高圧放電灯は寿命末期等に半波点灯を起こすことがある。半波点灯とは、点灯時間の経過に伴い高圧放電灯の発光管内部の電極の損耗が進み、電極の損耗状態のバラツキに起因して片側からの放電が弱くなり、ランプ電圧が正負非対称になり、最終的に片側の電極から放電できなくなることをいう。片側の電極から放電できなくなるランプには交流ランプ電流のうちの半サイクルしか電力が供給されなくなり、最終的にランプは立消えを起こす。

しかし、立消え後はイグナイタ回路が再び動作してランプは再始動してしまう。これによりランプは再び半波点灯状態で点灯し、その後に立ち消え、これを繰り返すことになる。
そのまま半波点灯を繰り返すと、一方の電極に負荷がかかり、発光管の熱負荷が不均衡になり、発光管に亀裂の発生や破裂に至ることがある。さらに、発光管から漏れたガスが外球内で放電し、その熱衝撃により外球クラックに至ることがあり、危険である。

通常、イグナイタ回路にはランプ不点灯や無負荷を検知して、一定時間後にパルスを停止するパルス停止回路が組み込まれているが、パルスを停止する時間は通常、ランプが温まった状態から冷めて、始動可能になる時間を想定して３０分程度に設定されているので（即ち、立消え後少なくともこの３０分程度は再始動動作が行なわれて、ランプが点灯してしまうため）、半波点灯を防止することはできない。

また、商用施設や工場等では、一系統の電源ラインに複数の照明器具が接続されているので、半波点灯を繰り返している一部のランプ（例えば１灯のみ）のために電源を切ると、同一系統に接続さている他のランプも消灯させてしまうことになり、業務に支障をきたすことになる。他のランプも消灯させてしまった場合、高圧放電灯の性質上、一度消灯するとランプが冷えるまで再点灯できないので特に不都合である。

そこで、本発明はランプの半波点灯を検出して高圧放電灯点灯装置の出力を停止できるようにすることを目的とする。

本発明の第１の側面は、高圧放電灯（８）を交流点灯するための高圧放電灯点灯装置であって、高圧放電灯に供給される電流を制限する降圧チョッパ回路（４）、降圧チョッパ回路の出力を交流ランプ電流に変換して高圧放電灯に供給するフルブリッジ回路（５）、及び降圧チョッパ回路及びフルブリッジ回路を制御する制御部（７）を備え、降圧チョッパ回路はその出力電圧又は出力電流を検出する検出回路（４５、４６、４７）を含む。制御部は、出力電圧又は出力電流を交流ランプ電流の半サイクルに同期して監視し、交流ランプ電流の逆極性に対応する半サイクル間の出力電圧又は出力電流の増減幅が所定値を超えた場合に、降圧チョッパ回路又はフルブリッジ回路のうちの少なくとも一方を停止させる停止手段（７１）を含む。

本発明の第２の側面は、上記第１の側面の高圧放電灯点灯装置（９０）、高圧放電灯（８）、及び高圧放電灯が取り付けられるリフレクタ（８０）からなる照明装置である。

本発明の第３の側面は、高圧放電灯点灯装置を制御する方法である。ここで、高圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯に供給される電流を制限する降圧チョッパ回路（４）、降圧チョッパ回路の出力を交流ランプ電流に変換して高圧放電灯に供給するフルブリッジ回路（５）、及び降圧チョッパ回路及びフルブリッジ回路を制御する制御部（７）を備え、降圧チョッパ回路はその出力電圧又は出力電流を検出する検出回路（４５、４６、４７）を含む。制御部に含まれる停止手段（７１）は、出力電圧又は出力電流を交流ランプ電流の半サイクルに同期して監視するステップ（Ｓ１１０）、及びある半サイクルとその半サイクルから奇数半サイクル離れた他の半サイクルにおける出力電圧又は出力電流の増減幅が所定値を超えた場合に、降圧チョッパ回路又はフルブリッジ回路のうちの少なくとも一方を停止させるステップ（Ｓ１２０、Ｓ１３０）を実行する。

上記第１及び第３の側面において、停止手段又は停止させるステップが、上記増減幅が所定値を超えた状態が所定期間継続した場合に、降圧チョッパ回路又はフルブリッジ回路のうちの少なくとも一方を停止させるように構成される。

本発明の高圧放電灯点灯装置を示す図である。 通常点灯時の各部波形を示す図である。 半波点灯時の各部波形を示す図である。 本発明の照明装置を示す図である。 本発明の実施例のフローチャートである。 本発明の実施例のフローチャートである。 従来の高圧放電灯点灯装置を示す図である。

図１に本発明に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示す。従来技術の図６と異なる点は制御部７が停止手段７１を含む点である。停止手段７１はマイクロコンピュータ又はその一部であればよい。
停止手段７１には抵抗４６及び抵抗４７で検出された降圧チョッパ回路４の出力電圧（Ａ点の電圧）及び出力電流（Ｂ点の電圧）が入力される。この停止手段７１は半波放電が発生していないときは動作しない。なお、後述するように、停止手段７１への入力は出力電圧（Ａ）だけであってもよいし、出力電流（Ｂ）だけであってもよい。

ここで、半波放電を起こしたときのランプ電圧波形、ランプ電流波形は図３ａ）、ｂ）に示すように、電圧、電流とも矩形波交流の半サイクルしかランプ８に供給されない。このときの降圧チョッパ回路４の出力電圧は、図３ｃ）に示すように、ランプ８が放電をしている半サイクルではランプ電圧に略等しく、放電をしていない半サイクルでは無負荷時電圧に略等しくなるように制御される。降圧チョッパ回路４の出力電流は、図３ｄ）に示すように、ランプ８が放電をしている半サイクルではランプ電流に略一致するが、放電をしていない半サイクルでは電流は流れない（即ち、無負荷時と同じである）。

このようにランプ８が半波放電を起こすと、降圧チョッパ回路４の出力電圧（Ａ点の電圧）、出力電流（Ｂ点の電圧）とも、フルブリッジ回路５の点灯周波数の半サイクル毎に無負荷状態とランプ点灯状態に対応し、各出力値とも増減が繰り返される。停止手段７１において、この半サイクル毎の出力値の増減を監視し、ランプ電流の逆極性に対応する半サイクル間の増減幅が予め設定した範囲を超えた場合に、降圧チョッパ回路４及びフルブリッジ回路５の少なくとも一方を停止するようにすれば、ランプ８が消灯され、半波放電を防止することができる。

また、上記の各値の増減幅が予め設定した範囲を超えた状態が所定時間経過したときに停止手段７１による停止動作が行なわれるようにしてもよい。これにより検出ノイズ等に起因する誤停止を防止できる。この所定時間の演算にはタイマ、カウンタ等の当業者に周知の構成を用いればよい。
なお、上記のように、半波放電時の降圧チョッパ回路４の出力は、電圧、電流とも大きく変化するので、出力電圧のみを用いて判断してもよいし、出力電流のみを用いて判断してもよいし、出力電圧による判断と出力電流による判断の論理和又は論理積を用いて判断してもよい。

また、停止させる対象を降圧チョッパ回路４のみとしてもよいし、フルブリッジ回路５のみとしてもよいし、又はこの両方としてもよく、いずれの場合での本発明の目的を達成できるが、両方を停止させた方が停止後の待機電力が少なくて済むので好適である。

ここで、図４に上述の高圧放電灯点灯装置を用いた照明装置を示す。図の照明装置はランプ８及びそれが取り付けられるリフレクタ８０並びに上述の高圧放電灯点灯装置９０からなり、高圧放電灯点灯装置９０からの出力線がランプ８の電極に接続されている。なお、図は実施例を模擬的に図示したものであり、寸法、配置などは図面通りではない。

上記照明装置によれば、例えば、商用施設や工場等で一系統の電源ラインに多数の照明装置が接続され、その一部に接続されたランプが半波点灯状態となった場合でも、他の正常なランプの点灯を継続しつつ該当する照明装置のみを停止させてそのランプを消灯することができる。そして、他の正常なランプを点灯させた状態で、必要に応じて消灯されたランプを正常なものに交換することができる。

図５Ａに本発明の制御方法のフローチャートの一例を示す。なお、本フローチャートでは「降圧チョッパ出力」とは、降圧チョッパ回路の出力電圧及び出力電流の一方又は両方を意味するものとし、以下のＳ１１０以降の動作は主に停止手段７１によって行われる。
ステップＳ１００において、通常の点灯開始動作が行なわれる。
ステップＳ１１０において、降圧チョッパ出力を交流ランプ電流の半サイクルに同期して監視する。

ステップＳ１２０において、ある半サイクルと当該半サイクルから奇数半サイクル離れた他の半サイクルにおける降圧チョッパ出力の増減幅（例えば、連続する半サイクルにおける降圧チョッパ出力の差）が所定値を超えたか否かを判断する。
ステップＳ１２０においてＮＯの場合、ステップＳ１１０に戻り、ＹＥＳの場合、ステップＳ１３０に進み、降圧チョッパ回路４又はフルブリッジ回路５のうちの少なくとも一方を停止させる。

図５Ａでは増減幅が所定値を超えた瞬間に停止動作を行なう例を示したが、増減幅が所定期間にわたって所定値を超えた場合に停止動作を行なう例を図５Ｂに示す。
ステップＳ１００、Ｓ１１０、Ｓ１２０及びＳ１３０は図５Ａのものと同様である。
ステップＳ１２０においてＮＯの場合、ステップＳ１２６に進み、後述するカウンタをリセットしてステップＳ１１０に戻る。
ステップＳ１２０においてＹＥＳの場合、ステップＳ１２２に進み、カウンタを増分する。
ステップＳ１２４においてカウンタの値が所定値に達したかが判断され、ＮＯの場合はステップＳ１１０に戻る。ＹＥＳの場合はステップＳ１３０に進み、降圧チョッパ回路４又はフルブリッジ回路５のうちの少なくとも一方を停止させる。

なお、カウンタをリセットするステップＳ１２６は省略してもよく、その場合は半波点灯状態が断続的に発生し、半波点灯期間の合計が所定値を超えた場合にも、降圧チョッパ回路４又はフルブリッジ回路５のうちの少なくとも一方を停止させることになる。

本発明の高圧放電灯点灯装置によれば、降圧チョッパの出力電圧又は出力電流を監視することにより、正常に高圧放電灯が点灯しているのか、あるいは半波点灯を起こしているのかを判別することが可能となるため、半波点灯を起こした場合でも、それを検出して降圧チョッパ回路又はフルブリッジ回路の動作を停止させることにより、ランプ破裂を防ぐことができる。

１：商用電源
２：全波整流器
３：昇圧チョッパ回路
４：降圧チョッパ回路
５：フルブリッジ回路
６：イグナイタ回路
７：制御部
８：高圧放電灯（ランプ）
３１，４３：チョークコイル
３２，４１，５１，５２，５３，５４：トランジスタ
３３，４２：ダイオード
３４，４４，６２：コンデンサ
４５，４６，４７，６１：抵抗
４８：ＰＷＭ制御回路
５５：フルブリッジ制御回路
６３：半導体スイッチ
６４：パルストランス
７１：停止手段
８０：リフレクタ
９０：高圧放電灯点灯装置

Claims (5)

1. 高圧放電灯（８）を交流点灯するための高圧放電灯点灯装置であって、
   該高圧放電灯に供給される電流を制限する降圧チョッパ回路であって該降圧チョッパ回路の出力電圧又は出力電流を検出する検出回路（４５、４６、４７）を含む降圧チョッパ回路（４）、
   該降圧チョッパ回路の出力を交流ランプ電流に変換して該高圧放電灯に供給するフルブリッジ回路（５）、及び
   該降圧チョッパ回路及び該フルブリッジ回路を制御する制御部（７）
   を備え、
   前記制御部が、
   前記出力電圧又は前記出力電流を前記交流ランプ電流の半サイクルに同期して監視し、前記交流ランプ電流の逆極性に対応する半サイクル間の該出力電圧又は該出力電流の増減幅が所定値を超えた場合に、前記降圧チョッパ回路又は前記フルブリッジ回路のうちの少なくとも一方を停止させる停止手段（７１）
   を含む高圧放電灯点灯装置。
2. 請求項１の高圧放電灯点灯装置において、前記停止手段が、前記増減幅が前記所定値を超えた状態が所定期間継続した場合に、前記降圧チョッパ回路又は前記フルブリッジ回路のうちの少なくとも一方を停止させるように構成された高圧放電灯点灯装置。
3. 請求項１記載の高圧放電灯点灯装置（９０）、前記高圧放電灯（８）、及び該高圧放電灯が取り付けられるリフレクタ（８０）からなる照明装置。
4. 高圧放電灯に供給される電流を制限する降圧チョッパ回路であって該降圧チョッパ回路の出力電圧又は出力電流を検出する検出回路（４５、４６、４７）を含む降圧チョッパ回路（４）、該降圧チョッパ回路の出力を交流ランプ電流に変換して該高圧放電灯に供給するフルブリッジ回路（５）、及び該降圧チョッパ回路及び該フルブリッジ回路を制御する制御部（７）を備えた高圧放電灯点灯装置を制御する方法であって、
   前記制御部に含まれる停止手段（７１）によって、
   前記出力電圧又は前記出力電流を前記交流ランプ電流の半サイクルに同期して監視するステップ（Ｓ１１０）、及び
   ある半サイクルと該半サイクルから奇数半サイクル離れた他の半サイクルにおける前記出力電圧又は前記出力電流の増減幅が所定値を超えた場合に、前記降圧チョッパ回路又は前記フルブリッジ回路のうちの少なくとも一方を停止させるステップ（Ｓ１２０、Ｓ１３０）
   からなる方法。
5. 請求項４の方法において、前記停止させるステップが、前記増減幅が前記所定値を超えた状態が所定期間継続した場合に実行される方法。

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