JP2011060534A - 放電ランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点灯開始までの時間を短縮し、また、定常点灯時における昇圧回路の抵抗の異常な発熱を抑えること。
【解決手段】整流回路２が出力する直流電圧をインバータ回路３で高周波交流電圧に変換しトランスＴ１で昇圧しイグナイター回路４に供給する。イグナイター回路４は、点灯開始時に放電ランプ１に高電圧を供給する倍電圧回路６と、インバータ回路３が出力する交流電圧をコンデンサＣ７を介して放電ランプ１に供給する回路から構成され、倍電圧回路６の一方端には抵抗Ｒ１とＰＴＣサーミスタＰ１が接続される。点灯開始時にはＰＴＣサーミスタＰ１の温度は低く抵抗値は小さいので倍電圧回路６で昇圧した高電圧が低下することがなく放電ランプ１に供給され、また定常点灯時にはＰＴＣサーミスタＰ１の温度が上昇して抵抗値が大きくなるので、抵抗Ｒ１等が発熱するといった問題は生じない。
【選択図】 図２

Description

本発明は、放電ランプと、この放電ランプに交流電力を供給する交流電源回路と点灯開始時に上記放電ランプに絶縁破壊電圧を印加して点灯を開始させる昇圧回路とから構成される点灯回路を備えた放電ランプ装置に関する。

放電ランプを省スペースに配置するため、点灯回路を放電ランプの本体と一体化した電源一体型ランプが提案されている。
このような小型の放電ランプの需要が高まるにつれ、点灯回路を備える安定器の小型化が望まれている。電源一体型ランプの安定器を小型化するには、まずトランスを小型化する必要があり、そのためには、放電ランプを高周波で点灯させる必要がある。
特許文献１には、小型の点灯回路として、トランスの省スペース化を図り、簡単に昇圧できる回路として、コッククロフトウォルトン回路を用いた回路が開示されている。
すなわち、イグナイター回路部内にコッククロフトウォルトン回路を使用したものであり、特許文献１に記載のものでは、抵抗Ｒｃをコッククロフトウォルトン回路の出力側に接続している。

特開２００５−２６８２１０号公報

特許文献１に記載されるように、コッククロフトウォルトン回路に抵抗Ｒｃを設ける回路では、高電圧発生時において電圧低下を招く。これは、抵抗Ｒｃとランプ抵抗が直列につながった回路となるためである。
また、ランプ点灯時には抵抗Ｒｃにも微小電流が流れる。抵抗Ｒｃは、微小電流によって自己発熱を引き起こし、また、ランプからの熱によって高温になり、破損する恐れがある。
すなわち、特許文献１に記載の昇圧回路では、以下の問題が生ずる。
（１）高圧発生時（点灯初期）に、コッククロフトウォルトン回路で昇圧した高圧が抵抗Ｒｃで低下してしまい、電圧低下を招き、結果、ランプが点灯しにくくなる。また、抵抗Ｒｃとしてランプ定常点灯時には抵抗値を大きくする必要がある。
（２）ランプの定常点灯時には、コッククロフトウォルトン回路を通り微小電流が抵抗Ｒｃを流れる。この微小電流は抵抗Ｒｃの発熱を引き起こして回路や基板、周辺の電子部品の損傷を招く恐れがある。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであって、放電ランプと、昇圧回路を有する点灯回路を備えた放電ランプ装置において、高圧発生時の高圧低下を招くことなく、また、定常点灯時における昇圧回路の抵抗の異常な発熱を抑え、該抵抗、基板、電子部品などの損傷を防ぐことができる小型でコスト削減を図ることができる放電ランプ装置を提供することを目的とする。

上記課題を本発明においては、以下のように解決する。
（１）放電ランプと、上記放電ランプに交流電力を供給する交流電源回路と、該交流電源回路が出力する交流電圧が印加され、点灯開始時に上記放電ランプに絶縁破壊電圧を印加して点灯を開始させる昇圧回路とを有する点灯回路を備えた放電ランプ装置において、上記昇圧回路を倍電圧回路から構成し、この倍電圧回路の出力端の一方を上記放電ランプの一方の端子に接続し、上記倍電圧回路の出力端の他方と放電ランプの他方の端子間に、少なくとも、加熱により抵抗値が大きくなる、あるいは加熱によりオフとなる素子を接続する。
（２）上記（１）において、上記素子として、ＰＴＣサーミスタを用いる。
（３）上記（１）の放電ランプ装置を、ミラー部と収納部からなるケースおよび口金を有し、該ミラー部に放電ランプが収納され、収納部に前記点灯回路と前記素子が収納された点灯回路一体型の放電ランプ装置とし、上記口金から供給される商用交流電圧を上記点灯回路に供給する。
（４）上記（１）（２）（３）において、上記点灯回路の交流電源回路は、上記口金から供給される商用交流電圧を直流に変換する整流回路と、該整流回路の出力を高周波交流電圧に変換して昇圧するインバータ回路から構成され、上記倍電圧回路は、コッククロフトウォルトン回路から構成されている。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）昇圧回路を倍電圧回路から構成し、この倍電圧回路の出力端の一方を上記放電ランプの一方の端子に接続し、上記倍電圧回路の出力端の他方と放電ランプの他方の端子間に、少なくとも、加熱により抵抗値が大きくなる、あるいは加熱によりオフとなる素子を接続したので、放電ランプの始動時には、倍電圧回路で昇圧した高圧が低下することがなく、放電ランプを確実に点灯させることができる。
また、定常点灯時には、倍電圧回路を経由して、余計な電流が流れることがなく、抵抗などの発熱を抑えることができ、点灯回路の温度上昇を抑制することができる。
（２）放電ランプ装置を、ミラー部に放電ランプが収納され、収納部に点灯回路が収納された点灯回路一体型としたので、商用交流電源が給電されているソケットに口金を接続するだけで、放電ランプを点灯させることができ、格別の専門知識を有さない一般のユーザも容易に使用することができる。

本発明の実施形態である点灯回路一体型ランプの構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の点灯回路を示す構成図である。 本実施形態の点灯回路で使用されるＰＴＣサーミスタの特性の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施形態を示す図である。 本発明の第３の実施形態を示す図である。

図１は、本発明の実施形態である点灯回路一体型ランプの構成を示す断面図である。
本実施例の点灯一体型ランプは、ミラー部１１と収納部１２からなるケース１０及びミラー部１１に対してケース１０の他端側に形成された口金１３から構成される。
ミラー部１１には、集光鏡１１ａの内部に配置された放電ランプ１が収納され、口金１３とミラー部１１の間の太径部である収納部１２には、放電ランプ１の電源となる点灯回路１４が収納される。上記収納部１２とミラー部１１の間にはくびれ部１５が形成されている。上記口金１３は、商用電源が供給されるソケットに接続され、点灯回路１４には口金１３から商用電源が供給される。放電ランプ１としては、例えば２０Ｗのものが使用される。上記点灯回路１４の基板上（同図Ａ）、あるいは上記くびれ部１５（同図Ｂ）など、放電ランプの点灯、不点灯により温度が変化する箇所には、後述するＰＴＣサーミスタＰ１が配置される。

上記放電ランプとしては、例えば、発光管として透光性セラミックを用い、内部に例えば２ｍｇの水銀と、１．５〜２．５ｍｇのハロゲン化金属（ＤｙＩ3 、ＴｌＩ、ＮａＩ、ＣｅＩ系、これらが全てが封入されているが、それぞれの比率は異なる）を封入し、封入ガスとしてアルゴン等の希ガスを１００ｔｏｒｒ〜２００ｔｏｒｒ封入した２０Ｗのセラミックメタルハライドランプ、あるいは、発光管の内部に０．１５ｍｇ／ｍｍ³ の水銀と、１０^-6〜１０^-2μｍｏｌ／ｍｍ³ のヨウ素、臭素、塩素などのハロゲンガスを封入し、封入ガスとしてアルゴン等の希ガスを１０〜２６ｋＰａ封入した１００Ｗ〜３００Ｗの超高圧放電ランプを用いることができる。

図２は本発明の第１の実施形態の点灯回路を示す構成図である。
本実施形態の点灯回路は、商用交流電電源を直流に変換する整流回路２と整流回路２が出力する直流を高周波の交流に変換するＤＣ−ＡＣインバータ回路３と、ＤＣ−ＡＣインバータ回路３の出力が供給され、高電圧を発生する倍電圧回路から構成されるイグナイター回路４から構成される。上記整流回路２とＤＣ−ＡＣインバータ回路３で交流電源回路を構成する。
また、車載用に使われる場合には、整流回路２は必要なく、ＤＣ−ＡＣインバータ回路３とイグナイター回路４から構成される。
整流回路２は、ダイオードブリッジを用いた一般的な整流回路であり、図１に示す口金１３を介して商用の交流１００Ｖに接続される。
ＤＣ−ＡＣインバータ回路３は、ＭＯＳＦＥＴである直列接続されたスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、トランスＴ１と、コンデンサＣ１とから構成される。上記整流回路３が出力する直流電圧は、トランスＴ１の中間タップとスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点間に供給され、トランスＴ１の両端子間に上記コンデンサＣ１と、直列接続されたスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が接続される。
スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は制御回路５により駆動されて交互にオンとなり、整流回路３で整流された直流は、周波数６０ｋＨｚの交流に変換される。この交流はトランスＴ１で電圧５００Ｖにまで昇圧される。

イグナイター回路４は、ＤＣ−ＡＣインバータ回路３の出力を昇圧して点灯開始時に放電ランプ１に高電圧を供給する倍電圧回路６と、定常点灯時に放電ランプ１にＤＣ−ＡＣインバータ回路３が出力する交流電圧を供給するコンデンサＣ７を有する回路から構成される。
倍電圧回路６の入力端はトランスＴ１の一方の端子に接続され、倍電圧回路６の出力端の一方が、上記放電ランプ１の一方の端子に接続され、倍電圧回路６の出力端の他方と放電ランプ１の他方の端子間に、抵抗Ｒ１とＰＴＣサーミスタＰ１が接続され、点灯開始時、倍電圧回路６から放電ランプ１に高電圧が印加される。
また、上記コンデンサＣ７の一方の端子がトランスＴ１の一方の端子に接続され、コンデンサの他方の端子が放電ランプ１の一方の端子に接続され、放電ランプ１の他方の端子とトランスＴ１の他方の端子が接続され、定常点灯時、上記コンデンサＣ７を介して放電ランプ１に交流が供給される。

図２では、倍電圧回路６としてコッククロフトウォルトン回路が用いられている。
コッククロフトウォルトン回路は、同図に示すように、直列接続されたダイオードＤ１〜Ｄ５と、ダイオードＤ１，Ｄ２の接続点とトランスＴ１の一方の端子に接続されたコンデンサＣ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２の接続点とダイオードＤ３，Ｄ４の接続点間に接続されたコンデンサＣ３と、ダイオードＤ３，Ｄ４の接続点とダイオードＤ５のカソード間に接続されたコンデンサＣ４と、ダイオードＤ１のアノードとダイオードＤ２、Ｄ３の接続点間に接続されたコンデンサＣ５と、ダイオードＤ２、Ｄ３の接続点とダイオードＤ４、Ｄ５の接続点間に接続されたコンデンサＣ６から構成され、ダイオードＤ５のカソードが放電ランプ１の一方の端子に接続され、ダイオードＤ１のアノードと放電ランプ１の他方の端子間には抵抗Ｒ１とＰＴＣサーミスタＰ１が接続され、放電ランプ１の他方の端子はトランスＴ１の他方の端子に接続される。
トランスＴ１の二次側に発生する交流電圧は、ダイオードＤ１〜Ｄ５を介して上記コンデンサＣ２〜Ｃ６に供給され、放電ランプ１が不点灯で電極間の絶縁破壊されていない状態では、各コンデンサＣ２〜Ｃ６は交流電圧のピーク値に充電され、放電ランプ１の両端子間に上記交流電圧の数倍の直流高電圧が印加される。
また、上記ダイオードＤ５のカソードと放電ランプ１の一方の端子との接続点には、コンデンサＣ７の一方の端子が接続され、コンデンサＣ７の他方の端子は、トランスＴ１の一方の端子に接続され、定常点灯時には、トランスＴ１から上記コンデンサＣ７を介して放電ランプ１に交流が供給される。

以上のように、図２に示す点灯回路は、放電ランプ１に対して、倍電圧回路６で昇圧した高電圧を印加する経路と、コンデンサＣ７を介し交流電圧を直接入力する経路とを有する。
ＰＴＣサーミスタＰ１は、チタン酸バリウムに希土類を微小量添加した、チタン酸バリウム系半導体である。チタン酸バリウムを含む焼結体が好ましく使用されるが、チタン酸バリウムの他に、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウムなどが含まれていてもよい。
ＰＴＣサーミスタＰ１は、温度特性により抵抗値の変化する半導体部品であり、周囲の温度に比例して、抵抗値が変化する特性を有する。上記ＰＴＣサーミスタＰ１は、例えば、図１において、同図Ａに示す点灯回路が設けられた基板上、あるいは、同図Ｂに示すくびれ部１５等、放電ランプが点灯したとき温度が上昇する部分にとり付けられる。
このため、点灯前の温度の低い状態では抵抗値が小さく、点灯後の温度の高い状態では抵抗値が大きくなる。

放電ランプ１が不点灯で電極間の絶縁破壊されていない状態では、ランプ消灯抵抗が約２ＭΩ程度あり、上記抵抗Ｒ１とＰＴＣサーミスタとを合わせた抵抗値に比べて、ランプ消灯抵抗が非常に大きい。
このため、放電ランプが不点灯のとき、ＤＣ−ＡＣインバータ回路３が出力する交流電圧がイグナイター回路４に供給されると、この電圧はイグナイター回路４の倍電圧回路６を経由して昇圧され、放電ランプ１に昇圧された高電圧の直流電圧が入力される。
放電ランプ１の絶縁破壊電圧を上回る直流電圧が倍電圧回路６で生成され、その直流電圧が放電ランプ１に印加されると、放電ランプ１の電極間が絶縁破壊される。
図２に示す倍電圧回路６は例えばピーク電圧が約２ｋＶの直流高圧電圧が発生する。この直流高圧電圧によって、電極間が絶縁破壊されて放電ランプ１が点灯状態になると、電極間に電流が流れる。
ランプが不点灯時にはＰＴＣサーミスタＰ１の温度は低く、ＰＴＣサーミスタＰ１の抵抗値は小さい。また、抵抗Ｒ１の抵抗値は比較的小さな値に設定されている。
このため、高圧発生時（点灯初期）に、倍電圧回路６で昇圧した高電圧が、ＰＴＣサーミスタＰ１と抵抗Ｒ１によって低下することがない。

放電ランプ１の電極間が絶縁破壊して点灯状態になると、電極間の抵抗値が下がり、ランプ点灯抵抗が約２００Ω程度になる。このため、放電ランプ１の電極間が絶縁破壊した後は、コンデンサＣ７を介して交流電圧が放電ランプ１に直接入力される。
また、このランプの定常点灯時には、放電ランプ１から放出される熱の影響を受けてＰＴＣサーミスタＰ１の温度が上昇して抵抗値が大きくなる。このため、倍電圧回路６を経由して抵抗Ｒ１とＰＴＣサーミスタＰ１には殆ど電流が流れないようにすることができ、抵抗Ｒ１等が発熱するといった問題は生じない。
抵抗Ｒ１とＰＴＣサーミスタの抵抗値は、２００Ω〜２ＭΩの間で最適な値を設定する必要がある。理想的には、高圧発生時には抵抗値を低く、ランプ点灯後には抵抗値を大きくすることが望ましい。
図３に本実施形態の点灯回路で使用されるＰＴＣサーミスタの特性の一例を示す。同図の横軸は温度、縦軸はＰＴＣサーミスタの抵抗値である。
例えば、抵抗Ｒ１として抵抗値が８０ｋΩのものが用いられ、ＰＴＣサーミスタＰ１として、図３に示すように、常温で４７０Ω、１００°Ｃのとき４７ｋΩとなるものが用いられる。

図４は、本発明の第１の実施形態の変形例を示す図であり、図２に示したイグナイター回路の他の構成例を示している。なお、同図の白丸で示した端子ｔ１，ｔ２は、図２に示したトランスＴ１の二次側端子に接続される。以下の図５、図６も同様である。
図４に示すものは、図２に示した抵抗Ｒ１とＰＴＣサーミスタＰ１との直列回路に代えて、ＰＴＣサーミスタＰ１を単体として用いたものである。
この場合、ＰＴＣサーミスタＰ１としては、例えば、常温で４７０Ω、１２０°Ｃのとき８０ｋΩとなるものが用いられる。

図５は、本発明の第２の実施形態を示す図であり、図２に示したイグナイター回路の他の構成例を示している。
図５に示すものは、図２に示した抵抗Ｒ１とＰＴＣサーミスタＰ１との直列回路に代えて、抵抗Ｒ１とバイメタルスイッチＢ１の直列回路を用いたものである。
バイメタルスイッチＢ１は温度が低い状態でＯＮとなり、温度が高い状態でＯＦＦとなる。例えば、７０〜８０°ＣにＯＮ／ＯＦＦの分岐点を有する。なお、バイメタルスイッチＢ１は前記ＰＴＣサーミスタＰ１と同様に放電ランプの近くに配置され、放電ランプ１から放出される熱の影響を受ける。
放電ランプ１の点灯開始時にはバイメタルスイッチＢ１がＯＮで、放電ランプの点灯時はバイメタルスイッチＢ１が加熱されてＯＦＦとなり、倍電圧回路６を介して電流が流れないようになる。
本実施形態においては、ランプが不点灯時にはバイメタルスイッチＢ１がＯＮとなるので、倍電圧回路６で昇圧した高電圧が、ＰＴＣサーミスタＰ１と抵抗Ｒ１によって低下することがない。
また、ランプの定常点灯時には、バイメタルスイッチＢ１がオフとなるので、倍電圧回路６を経由して抵抗Ｒ１とバイメタルスイッチＢ１には電流が流れず、抗Ｒ１等が発熱するといった問題は生じない。

図６は、本発明の第３の実施形態を示す図であり、図２に示したイグナイター回路の他の構成例を示している。
本実施形態では、同図に示すように、ダイオードＤ５とコンデンサＣ４との接続点と、コンデンサＣ７と放電ランプ１の一方の端子との接続点間に、抵抗Ｒ１とＰＴＣサーミスタＰ１を接続したものである。
このように構成しても、前記図２に示した第２の実施形態で説明したのと同様に動作し、ランプが不点灯時にはＰＴＣサーミスタＰ１が低抵抗であるので倍電圧回路６で昇圧した高電圧が、ＰＴＣサーミスタＰ１と抵抗Ｒ１によって低下することがない。また、ランプの定常点灯時には、ＰＴＣサーミスタＰ１が高抵抗となるので、倍電圧回路６を経由して抵抗Ｒ１とバイメタルスイッチＢ１には電流が流れず、抵抗Ｒ１等が発熱するといった問題は生じない。

１ 放電ランプ
２ 整流回路
３ ＤＣ−ＡＣインバータ回路
４ イグナイター回路
５ 制御回路
６ 倍電圧回路
１０ ケース
１１ ミラー部
１２ 収納部
１３ 口金
１４ 点灯回路
１５ くびれ部
Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）
Ｔ１ トランス
Ｃ１〜Ｃ７ コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ５ ダイオード
Ｐ１ ＰＴＣサーミスタ
Ｂ１ バイメタルスイッチ

Claims (4)

1. 放電ランプと、
   上記放電ランプに交流電力を供給する交流電源回路と、該交流電源回路が出力する交流電圧が印加され、点灯開始時に上記放電ランプに絶縁破壊電圧を印加して点灯を開始させる昇圧回路とを有する点灯回路を備えた放電ランプ装置であって、
   上記昇圧回路は倍電圧回路から構成されており、上記倍電圧回路の出力端の一方は上記放電ランプの一方の端子に接続され、上記倍電圧回路の出力端の他方と放電ランプの他方の端子間には、少なくとも、加熱により抵抗値が大きくなる、あるいは加熱によりオフとなる素子が接続されている
   ことを特徴とする放電ランプ装置。
2. 前記素子は、ＰＴＣサーミスタであることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ装置。
3. ミラー部と収納部からなるケースおよび口金を有し、該ミラー部に放電ランプが収納され、収納部に前記点灯回路と前記素子が収納され、上記口金から供給される商用交流電圧が上記点灯回路に供給される
   ことを特徴とする点灯回路一体型の請求項１に記載の放電ランプ装置。
4. 上記点灯回路の交流電源回路は、上記口金から供給される商用交流電圧を直流に変換する整流回路と、該整流回路の出力を高周波交流電圧に変換して昇圧するインバータ回路から構成され、
   上記倍電圧回路は、コッククロフトウォルトン回路から構成されている
   ことを特徴とする請求項１，２または請求項３に記載の放電ランプ装置。

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