JP2012128950A - 高圧放電灯点灯装置及びそれを用いた照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点灯装置の故障による半波放電状態を少ない部品点数で確実に検出し、その後の半波放電と再始動の繰返しを防止する高圧放電ランプ点灯装置を提供する。
【解決手段】降圧チョッパ回路、降圧チョッパ回路の出力パラメータを検出する検出回路、降圧チョッパ回路からの直流出力を交流出力に変換して正常な高圧放電灯に供給するフルブリッジ回路、並びに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た高圧放電灯点灯装置において、検出回路によって検出された出力パラメータが制御部に入力され、制御部が、交流出力の半サイクルに同期して出力パラメータを監視し、隣接する２つの半サイクルのうちの一方の半サイクルのみにおいて出力パラメータが所定の範囲外となったときに降圧チョッパ回路又はフルブリッジ回路の少なくとも一方を停止させる保護動作を行うように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は高圧放電灯点灯装置に関し、詳細には、低周波の矩形波で高圧放電灯を点灯させるための高圧放電灯点灯装置及びそれを用いた照明装置に関する。

図６に従来の高圧放電灯点灯装置の回路図を示す。同図の高圧放電灯点灯装置は、整流回路２、交流入力を昇圧して直流化する昇圧チョッパ回路３（力率改善回路）、昇圧チョッパ回路３の出力電圧を降下してランプ８への電流を制限する降圧チョッパ回路４、降圧チョッパ回路４の出力を交流矩形波電流に変換してランプ８に投入するフルブリッジ回路５、降圧チョッパ回路４及びフルブリッジ回路５を制御する制御部７、並びにイグナイタ６からなる。

フルブリッジ回路５はトランジスタ５１、５４とトランジスタ５２、５３を低周波（５０Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度）で交互にＯＮ／ＯＦＦさせることにより、降圧チョッパ回路４から供給される直流電圧を低周波の矩形波交流に変換し、放電ランプ８に供給する。

ここで、フルブリッジ回路５を構成するトランジスタの一部が故障するとランプ８は半波放電状態となる。具体的には、例えば、トランジスタ５２が開放故障すると、ランプ電流はトランジスタ５１→ランプ８→トランジスタ５４の方向には流れるが、トランジスタ５３→ランプ８→トランジスタ５２の方向には流れず、ランプ８は半波放電状態となる。また、トランジスタ５２が短絡故障すると、ランプ電流はトランジスタ５３→ランプ８→トランジスタ５２には流れるが、トランジスタ５１がオンするとトランジスタ５１→トランジスタ５２に全電流が流れてしまい、ランプ８及びトランジスタ５４には電流は流れず、この場合もランプ８は半波放電状態となる。

ランプ８は半波放電状態となると、その後立ち消える。ランプが立ち消えて無負荷状態となると点灯装置による再始動機能により再び点灯が開始される。このようにフルブリッジ回路のトランジスタが故障すると、上記のように半波放電と再始動が繰り返される。この半波放電の繰返しによって、ランプ内の一方の電極に負荷がかかることにより発光管内の熱負荷が不均衡になる。このため、当初正常であったランプは早期にクラック等の故障に至ることになる。また、高圧放電灯は商用施設や工場等で使用される場合が多く、多数の高圧放電灯及びその点灯装置が１系統の電源に接続される。この場合には、点灯と消灯を繰り返している点灯装置のみを選択的に電源切状態とすることができないので、故障した点灯装置において個別に保護動作が行われる必要がある。

上記のようなフルブリッジ回路を構成するトランジスタの故障を検出する構成が、例えば特許文献１に開示されている。同文献では、各トランジスタのゲート電圧が検出され、いずれかのゲート電圧が所定の閾値を超えるとフルブリッジ回路の動作が停止される。

特開２００８−２７８２９１号公報

しかし、特許文献１のような構成においては、各トランジスタにそれぞれゲート電圧検出回路を設ける必要があるので部品点数が増え、回路が大型化するとともにコストアップしてしまう。また、トランジスタのゲート回路に検出回路を接続すると、ゲート回路の容量が増してしまいゲート電圧の歪が生じる場合がある。従って、ゲート電圧検出回路が回路正常時の動作に影響を与えてしまう可能性があり問題となる。

そこで、本発明は、点灯装置の故障による半波放電状態を少ない部品点数で確実に検出し、その後の半波放電と再始動の繰返しを防止する高圧放電ランプ点灯装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面は、直流電源回路の出力から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パラメータを検出する検出回路、降圧チョッパ回路からの制限された直流出力を交流出力に変換して正常な高圧放電灯に供給するフルブリッジ回路、並びに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た高圧放電灯点灯装置であって、検出回路によって検出された出力パラメータが制御部に入力され、制御部が、交流出力の半サイクルに同期して出力パラメータを監視し、隣接する２つの半サイクルのうちの一方の半サイクルのみにおいて出力パラメータが所定の範囲外となったときに降圧チョッパ回路又はフルブリッジ回路の少なくとも一方を停止させる保護動作を行うように構成された高圧放電灯点灯装置である。

上記において、上記出力パラメータは出力電圧及び出力電流の少なくとも一方を含む。
また、制御部が不揮発性メモリを備え、保護動作が所定回数以上行われた後は、少なくとも降圧チョッパ回路を動作させないようにしてもよい。
さらに、保護動作を行う際に制御部が報知手段によって高圧放電灯点灯装置が故障したことを報知するようにしてもよい。

本発明の第２の側面は、上記の高圧放電灯点灯装置、高圧放電灯点灯装置に接続された高圧放電灯、及び高圧放電灯が取り付けられるリフレクタを備えた照明装置である。

本発明の実施例による高圧放電灯点灯装置の回路図である。 本発明の実施例による高圧放電灯点灯装置の動作を説明する図である。 本発明の実施例による高圧放電灯点灯装置の動作を説明する図である。 本発明の実施例による高圧放電灯点灯装置の動作を説明する図である。 本発明の実施例による照明装置を示す図である。 従来の高圧放電灯点灯装置の回路図である。

図１に本発明の実施例による高圧放電灯点灯装置の回路図を示す。同図の高圧放電灯点灯装置は整流回路２、昇圧チョッパ回路３（力率改善回路）、降圧チョッパ回路４、フルブリッジ回路５、降圧チョッパ回路４及びフルブリッジ回路５を制御する制御部７、並びにイグナイタ６からなる。図６の高圧放電灯点灯装置とは制御部７の構成が異なる。なお、降圧チョッパ回路４の入力側に接続される回路（整流回路２、昇圧チョッパ回路３等）をまとめて直流電源回路というものとする。

なお、以降の説明において、ランプ電流について、トランジスタ５１→ランプ８→トランジスタ５４に流れる電流を正電流とし、トランジスタ５３→ランプ８→トランジスタ５２に流れる電流を負電流とする。また、ランプ８として正常に点灯する高圧放電灯が装着されているものとする。

本発明の高圧放電点灯装置では概略として、降圧チョッパ回路４の出力電圧又は出力電流からなる出力パラメータが制御部（マイクロコンピュータ）７に入力され、制御部７が、フルブリッジ回路５の交流出力の半サイクルに同期して出力パラメータを監視し、隣接する２つの半サイクルのうちの一方の半サイクルのみにおいて出力パラメータが所定の範囲外となったときに降圧チョッパ回路４又はフルブリッジ回路５の少なくとも一方を停止させる保護動作を行うように構成される。

降圧チョッパ回路４はトランジスタ４１、ダイオード４２、チョークコイル４３、コンデンサ４４、電圧検出抵抗４４及び４６、電流検出抵抗４７、並びにＰＷＭ制御回路４８からなり、ランプ電力又はランプ電流が一定となるように制御部７によってＰＷＭ制御される。具体的には、降圧チョッパ回路４は、制御部７において電圧検出抵抗４５及び４６によって検出されるランプ電圧とランプ電流検出抵抗４７によって検出されるランプ電流の積（即ち、ランプ電力）が設定値で一定となるように、制御部７及びＰＷＭ制御部４８によってＰＷＭ制御され、或いは、電流検出抵抗４７によって検出されるランプ電流が一定となるようにＰＷＭ制御される。なお、以下の実施例では、前者の定電力制御を想定している。通常点灯中の降圧チョッパ出力電圧及び降圧チョッパ出力電流は図２（ｃ）及び（ｄ）に示すように略一定となる。

フルブリッジ回路５はトランジスタ５１〜５４及びそれらを制御するフルブリッジ制御回路５５からなる。トランジスタ５１及び５４とトランジスタ５２及び５３はフルブリッジ制御回路５５によって５０Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度の低周波で交互にオン／オフされ、降圧チョッパ回路４から供給される直流電圧が低周波の矩形波交流に変換される。この交流出力電流がランプ８に投入される。通常点灯中のランプ電圧及びランプ電流は図２（ａ）、（ｂ）に示すように、正負対称な交流矩形波となる。

イグナイタ回路６は、降圧チョッパ回路４の出力に接続された抵抗６１とコンデンサ６２の直列回路、２次巻線がランプ８に直列接続されるとともに１次巻線がコンデンサ６２に接続されるパルストランス６４、及びコンデンサ６２とパルストランス６４の１次巻線に直列接続された半導体スイッチ６３からなり、半導体スイッチ６３は印加される電圧が設定電圧を超えると導通する素子である。ランプ８の点灯前は、抵抗６１を介してコンデンサ６２に降圧チョッパ回路４の出力電圧が充電される。半導体スイッチ６３が導通すると、コンデンサ６２の充電電圧がパルストランス６４の１次巻線に印加され、パルストランス６４の２次巻線には巻数比に応じたパルス電圧が発生する。このパルス電圧がランプ８に印加されるとランプ８は絶縁破壊を起こし、点灯を開始する。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電圧まで低下するため、コンデンサ６２には半導体スイッチ６３の設定電圧を超える電圧が充電されず、イグナイタ回路６の機能は停止する。

制御部７は停止手段７１を含む。停止手段７１には、電圧検出抵抗４５及び４６によって検出された降圧チョッパ出力電圧（Ａ部）並びにランプ電流検出抵抗４７検出された降圧チョッパ出力電流（Ｂ部）が入力される。
先に説明したように、フルブリッジ回路５を構成する全てのトランジスタが正常な場合、ランプ電圧及びランプ電流は図２（ａ）及び（ｂ）に示すように正負対称な交流矩形波となり、停止手段７１の入力である降圧チョッパ出力電圧及び降圧チョッパ出力電流は図２（ｃ）及び（ｄ）に示すように略一定となる。

図３にトランジスタ５２又は５３が開放故障した場合のランプ電圧、ランプ電流、降圧チョッパ出力電圧及び降圧チョッパ出力電流を示す。
トランジスタ５２及び５３がオフ（トランジスタ５１及び５４がオン）の期間におけるランプ電圧、ランプ電流、降圧チョッパ出力電圧及び降圧チョッパ出力電流は、故障が発生していない場合の正電流期間と同様である。一方、トランジスタ５２及び５３がオンの期間においては、降圧チョッパ回路４が開放された状態となり、ランプ電圧及び降圧チョッパ出力電圧が無負荷電圧となり、ランプ電流及び降圧チョッパ出力電流は流れない。なお、無負荷電圧は降圧チョッパ回路４の出力上限電圧として設定されているものとする。

同様に、トランジスタ５１又は５４が開放故障した場合（不図示）、トランジスタ５１及び５４がオフ（トランジスタ５２及び５３がオン）の期間におけるランプ電圧、ランプ電流、降圧チョッパ出力電圧及び降圧チョッパ出力電流は、故障が発生していない場合の負電流期間と同様である。一方、トランジスタ５１及び５４がオンの期間においては、降圧チョッパ回路４が開放された状態となり、ランプ電圧及び降圧チョッパ出力電圧が無負荷電圧となり、ランプ電流及び降圧チョッパ出力電流は流れない。

従って、停止手段７１は、フルブリッジ回路５の交流出力の半サイクルに同期して降圧チョッパ出力電圧又は降圧チョッパ出力電流を監視し、隣接する２つの半サイクルのうちの一方の半サイクルのみにおいて降圧チョッパ出力電圧が所定値以上（例えば、無負荷電圧）となった場合又は降圧チョッパ出力電流が所定値以下（例えば、ゼロ）となった場合、トランジスタ５１〜５４のいずれかのトランジスタが開放故障したことを検出できる。

図４にトランジスタ５１又は５４が短絡故障した場合のランプ電圧、ランプ電流、降圧チョッパ出力電圧及び降圧チョッパ出力電流を示す。
トランジスタ５１及び５４がオンの期間におけるランプ電圧、ランプ電流、降圧チョッパ出力電圧及び降圧チョッパ出力電流は、故障が発生していない場合の正電流期間と同様である。一方、トランジスタ５１及び５４がオフ（トランジスタ５２及び５３がオン）の期間においては、降圧チョッパ回路４の出力が短絡状態となり、ランプ電圧、降圧チョッパ出力電圧及びランプ電流がゼロとなり、降圧チョッパ出力電流は短絡電流となる。なお、短絡電流は降圧チョッパ回路４の出力上限電流として設定されているものとする。

同様に、トランジスタ５２又は５３が短絡故障した場合（不図示）、トランジスタ５２及び５３がオンの期間におけるランプ電圧、ランプ電流、降圧チョッパ出力電圧及び降圧チョッパ出力電流は、故障が発生していない場合の負電流期間と同様である。一方、トランジスタ５２及び５３がオフ（トランジスタ５１及び５４がオン）の期間においては、降圧チョッパ回路４の出力が短絡状態となり、ランプ電圧、降圧チョッパ出力電圧及びランプ電流がゼロとなり、降圧チョッパ出力電流が短絡電流となる。

従って、停止手段７１は、フルブリッジ回路５の交流出力の半サイクルに同期して降圧チョッパ出力電圧又は降圧チョッパ出力電流を監視し、隣接する２つの半サイクルのうちの一方の半サイクルのみにおいて降圧チョッパ出力電圧が所定値以下（例えば、ゼロ）となった場合又は降圧チョッパ出力電流が所定値以上（例えば、出力上限電流）となった場合、いずれかのトランジスタが短絡故障したことを検出できる。

上記においては、降圧チョッパ出力電圧の検出結果と降圧チョッパ回路出力電流の出力結果の論理積をとり、双方が所定範囲外となった場合に保護動作を発動してもよいし、論理和をとり、いずれか一方が所定範囲外となった場合に保護動作を発動するようにしてもよい。また、降圧チョッパ出力電圧の検出結果又は降圧チョッパ回路出力電流の出力結果が所定範囲外となる時間が所定期間又は所定サイクル数を超えた場合に上記保護動作を発動するようにしてもよい。これにより、ノイズ等による誤動作を防止できる。

以上のように、停止手段７１はトランジスタの開放故障又は短絡故障を検出すると、点灯装置を停止させる保護動作に移行する。具体的には、停止手段７はＰＷＭ制御回路４８及びフルブリッジ回路５５に停止信号を送り、降圧チョッパ回路４及びフルブリッジ回路５の動作を停止させる。なお、トランジスタ開放故障の場合はフルブリッジ回路５の動作を停止させるだけでも半波放電の継続を防止でき、一方、トランジスタ短絡故障の場合は降圧チョッパ回路４の動作を停止させるだけでも半波放電を防止するとともに点灯回路における過電流を防止することができるが、保護動作中の消費電力低減等の観点から降圧チョッパ回路４及びフルブリッジ回路５の双方を停止させることが望ましい。さらに、直流電源回路（本実施例では昇圧チョッパ回路３）の動作も併せて停止させてもよい。

また、制御部７が不揮発性メモリを備え、上記の保護動作が所定回数以上（１回以上）行われた場合には点灯装置の再動作を不能とするようにしてもよい。即ち、制御部７が、その後少なくとも降圧チョッパ回路４及びフルブリッジ回路５を動作させないようにすればよい。特に、イグナイタ回路６を再始動させないためにも 少なくとも降圧チョッパ回路４の出力は停止させておくことが望ましい。また併せて、直流電源回路（本実施例では昇圧チョッパ回路３）を起動させないようにしてもよい。

さらに、点灯装置は制御部７に接続される報知手段（不図示）を備えていてもよい。具体的には、上記の保護動作が行われた際に、停止手段７１が報知手段（例えば、ランプ、インジケータ、スピーカ等）に保護動作信号を送り、報知手段がユーザに視覚的に又は音声によって、フルブリッジ回路の故障を知らせるようにしてもよい。これにより、ユーザに高圧放電灯点灯装置の交換を促すことができる。

図５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点灯装置が故障した場合でも、他の正常な照明装置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。

以上の構成によれば、点灯装置の故障による半波放電状態を少ない部品点数で確実に検出し、その後の半波放電と再始動の繰返しを防止する高圧放電ランプ点灯装置を提供することができる。

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（マイクロコンピュータ）
８．高圧放電灯（ランプ）
４１．トランジスタ
４２．ダイオード
４３．チョークコイル
４４．コンデンサ
４５、４６．電圧検出抵抗
４７．電流検出抵抗
４８．ＰＷＭ制御回路
５１、５２、５３、５４．トランジスタ
５５．フルブリッジ制御回路
７１．停止手段
８０．リフレクタ
９０．高圧放電灯点灯装置

Claims (5)

1. 直流電源回路の出力から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、該降圧チョッパ回路の出力パラメータを検出する検出回路、降圧チョッパ回路からの制限された直流出力を交流出力に変換して正常な高圧放電灯に供給するフルブリッジ回路、並びに前記降圧チョッパ回路及び前記フルブリッジ回路を制御する制御部を備えた高圧放電灯点灯装置であって、
   前記検出回路によって検出された出力パラメータが前記制御部に入力され、
   前記制御部が、前記交流出力の半サイクルに同期して前記出力パラメータを監視し、隣接する２つの半サイクルのうちの一方の半サイクルのみにおいて前記出力パラメータが所定の範囲外となったときに前記降圧チョッパ回路又は前記フルブリッジ回路の少なくとも一方を停止させる保護動作を行うように構成された高圧放電灯点灯装置。
2. 請求項１記載の高圧放電灯点灯装置において、前記出力パラメータが出力電圧及び出力電流の少なくとも一方を含む、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において、前記制御部が不揮発性メモリを備え、前記保護動作が所定回数以上行われた後は、少なくとも前記降圧チョッパ回路を動作させないように構成された高圧放電灯点灯装置。
4. 請求項１記載の高圧放電灯点灯装置であって、さらに、報知手段を備え、前記保護動作を行う際に前記制御部が前記報知手段によって当該高圧放電灯点灯装置が故障したことを報知する高圧放電灯点灯装置。
5. 請求項１から４いずれか一項に記載の高圧放電灯点灯装置、該高圧放電灯点灯装置に接続された前記高圧放電灯、及び該高圧放電灯が取り付けられるリフレクタを備えた照明装置。

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