JP2013127938A - High pressure discharge lamp lighting device and luminaire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高圧水銀ランプやメタルハライドランプなどの高輝度高圧放電灯を点灯させる高圧放電灯点灯装置及び照明器具に関する。 The present invention relates to a high-pressure discharge lamp lighting device and a lighting fixture for lighting a high-intensity high-pressure discharge lamp such as a high-pressure mercury lamp or a metal halide lamp.
図11は、従来の高圧放電灯点灯装置を示す回路図である。(b)は要部回路図である。直流電源は、商用交流電源ACを全波整流器DBにて全波整流し、平滑コンデンサC1で平滑して得られる。この回路は、スイッチング素子としてトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4及びダイオードD1、D2、D3、D4を備えている。また、トランジスタQ1、Q2は高周波でスイッチングするために電源の+側に、トランジスタQ3、Q4は低周波でスイッチングするために電源の−側に設けられている。更に、高圧放電灯LaとコンデンサC2とが並列接続している。従来の高圧放電灯点灯装置は、所謂フルブリッジ構成と成っており、イグナイタ回路であるパルス発生回路部3と制御部4を備えている。
FIG. 11 is a circuit diagram showing a conventional high pressure discharge lamp lighting device. (B) is a circuit diagram of a principal part. The DC power source is obtained by full-wave rectifying the commercial AC power source AC with the full-wave rectifier DB and smoothing with the smoothing capacitor C1. This circuit includes transistors Q1, Q2, Q3, Q4 and diodes D1, D2, D3, D4 as switching elements. Transistors Q1 and Q2 are provided on the positive side of the power supply for switching at high frequencies, and transistors Q3 and Q4 are provided on the negative side of the power supply for switching at low frequencies. Further, the high pressure discharge lamp La and the capacitor C2 are connected in parallel. The conventional high pressure discharge lamp lighting device has a so-called full bridge configuration, and includes a pulse
トランジスタQ1がオンすると、直流電源、電源端子E1、トランジスタQ1、インダクタL1、高圧放電灯LaとインダクタL2の直列回路に対してコンデンサC2を並列接続してある回路、トランジスタQ3、電流検出素子R1、電源端子E2、直流電源の閉回路が形成され、トランジスタQ1がオフすると、インダクタL1、高圧放電灯LaとインダクタL2の直列回路に対してコンデンサC2を並列接続してある回路、トランジスタQ3、ダイオードD4、インダクタL1の閉回路が構成される。また、トランジスタQ2がオンすると、直流電源、電源端子E1、トランジスタQ2、高圧放電灯LaとインダクタL2の直列回路に対してコンデンサC2を並列接続してある回路、インダクタL1、トランジスタQ4、電流検出素子R1、電源端子E2、直流電源の閉回路が形成され、トランジスタQ2がオフすると、インダクタL1、トランジスタQ4、ダイオードD3、高圧放電灯LaとインダクタL2の直列回路に対してコンデンサC2を並列接続してある回路、インダクタL1の閉回路が構成される。 When the transistor Q1 is turned on, the DC power supply, the power supply terminal E1, the transistor Q1, the inductor L1, the circuit in which the capacitor C2 is connected in parallel to the series circuit of the high pressure discharge lamp La and the inductor L2, the transistor Q3, the current detection element R1, When a closed circuit of the power supply terminal E2 and the DC power supply is formed and the transistor Q1 is turned off, a circuit in which a capacitor C2 is connected in parallel to a series circuit of the inductor L1, the high pressure discharge lamp La and the inductor L2, a transistor Q3, a diode D4 A closed circuit of the inductor L1 is configured. When the transistor Q2 is turned on, the DC power supply, the power supply terminal E1, the transistor Q2, a circuit in which the capacitor C2 is connected in parallel to the series circuit of the high pressure discharge lamp La and the inductor L2, the inductor L1, the transistor Q4, and the current detection element When the closed circuit of R1, the power supply terminal E2, and the DC power supply is formed and the transistor Q2 is turned off, the capacitor C2 is connected in parallel to the series circuit of the inductor L1, transistor Q4, diode D3, high pressure discharge lamp La and inductor L2. A closed circuit of a certain circuit, inductor L1, is configured.
コンデンサC2、インダクタL2、高圧放電灯Laの閉回路が構成されて、コンデンサC2の電荷の放出が振動電流となり、高圧放電灯Laに流れる電流は連続性を保ちながらこの間の極性を反転し、その後、トランジスタQ2がオンして電流には休止を生じることなく反転を完了する。また、高圧放電灯Laの両端電圧も電流とほぼ同様な波形となり、再点弧電圧は極小となる。このような動作により高圧放電灯Laを励起状態に維持できる。高圧放電灯Laが点灯する前の無負荷時においては、コンデンサC2がコンデンサC1の電圧に等しくなるまで、急速に充電されて、極性が反転するまでその電圧のピークを維持するために電圧は矩形波状になっている。そしてその電圧にパルス発生回路部3によって発生する高圧パルスが重畳される。そしてこの高圧パルスにより高圧放電灯Laが始動する。
A closed circuit of the capacitor C2, the inductor L2, and the high-pressure discharge lamp La is configured, and the discharge of the electric charge of the capacitor C2 becomes an oscillating current, and the current flowing through the high-pressure discharge lamp La reverses the polarity during this period, and then The transistor Q2 is turned on to complete the inversion without causing a pause in the current. In addition, the voltage across the high-pressure discharge lamp La has a waveform that is substantially the same as that of the current, and the re-ignition voltage is minimized. By such an operation, the high pressure discharge lamp La can be maintained in an excited state. At no load before the high pressure discharge lamp La is lit, the voltage is rectangular so that the capacitor C2 is rapidly charged until it becomes equal to the voltage of the capacitor C1, and the voltage peak is maintained until the polarity is reversed. It is wavy. A high voltage pulse generated by the pulse
制御部4には、始動補償回路4Sが付設してある(図11(b)参照)。この始動補償回路4Sにより、パルス信号が発生し、トランジスタQ1をオンオフし、トランジスタQ3をオン状態にして、低周波数でスイッチングするトランジスタQ3、Q4のスイッチング周期を定常状態よりも長く設定することができる。即ち、高圧放電灯Laがグロー放電からアーク放電へ十分に移行するに必要な時間が得られる。始動補償回路4Sを設けることにより、始動時の始動させるためのエネルギーを増大させることなく、高圧放電灯Laのグロー放電からアーク放電への移行をスムーズに行い、確実に始動できる放電灯点灯装置を提供することが開示されている。
The
図12は、従来の他の高圧放電灯点灯装置を示す回路図である。高圧放電灯点灯装置は、直流電源E1の出力を電源とし、チョッパ回路部1、極性反転回路部2、パルス発生回路部3、制御部4で構成されている。Iは入力端子であり、通常、商用交流電圧を整流平滑した直流電圧が供給される。チョッパ回路部1は、スイッチング素子Q1、ダイオードD1、インダクタL1により構成され、入力端子Iの正極にスイッチング素子Q1の一端が接続され、入力端子Iの負極にダイオードD1のアノードが接続され、スイッチング素子Q1の他端とダイオードD1のカソードはインダクタL1の一端に接続され、入力端子Iからの入力電圧を降圧した電圧がインダクタL1の他端に出力されるようになっている。チョッパ回路部1の出力端には、コンデンサC1が並列接続されており、このコンデンサC1はチョッパ回路部1の出力を平滑する。
FIG. 12 is a circuit diagram showing another conventional high pressure discharge lamp lighting device. The high pressure discharge lamp lighting device uses the output of the direct current power source E1 as a power source, and includes a
極性反転回路部2は、コンデンサC1の直流電圧を低周波の矩形波電圧に変換して、高圧放電灯Laに供給するものである。制御部4は、回路制御部4Aを備えており、その出力端子OUT2〜OUT5からの制御信号により、スイッチング素子Q2〜Q5をオン、オフ制御して、高圧放電灯Laを交流動作させる。スイッチング素子Q2〜Q5は、スイッチング素子Q2、Q5がオン、スイッチング素子Q3、Q4がオフである第1の状態と、スイッチング素子Q2、Q5がオフ、スイッチング素子Q3、Q4がオンである第2の状態とが交互に切り替わるように制御される。
The polarity
スイッチング素子Q1は、制御部4の出力端子OUT1からの制御信号によりオン、オフ制御される。スイッチング素子Q1のオン時には、入力端子Iからスイッチング素子Q1、インダクタL1、コンデンサC1、入力端子Iの経路で電流が流れ、スイッチング素子Q1のオフ時には、インダクタL1の蓄積エネルギーにより、インダクタL1、コンデンサC1、ダイオードD1、インダクタL1の経路で回生電流が流れる。スイッチング素子Q1のオン、オフ動作を高周波で繰り返すことにより、コンデンサC1には入力端子Iからの入力電圧を降圧した直流電圧が得られる。この平滑された出力が極性反転回路部2により低周波の矩形波電圧に変換されて、チョークコイルL2、パルス発生回路部3を介して高圧放電灯Laに供給される。そして、高圧放電灯Laの管電圧に応じた電圧と管電流に応じた電圧が制御部4の出力演算制御部31に入力され、チョッパ回路部1の出力電力が一定になるように出力端子OUT1からスイッチング素子Q1にオン、オフの制御信号を送る。
The switching element Q1 is ON / OFF controlled by a control signal from the output terminal OUT1 of the
パルス発生回路部3は、高圧放電灯Laを始動させるための高圧パルスを発生させる。高圧放電灯Laの始動時には、コンデンサC1の無負荷電圧を高く設定しておいて、パルス発生回路部3により始動用の高圧パルス電圧を発生させ、高圧放電灯Laの絶縁を破壊して、ランプ電流が流れ始めると、そのときのランプ電圧に応じて適切なランプ電力が供給されるように、チョッパ回路部1を制御する。制御部4には、記憶部4Tが付加されている。この記憶部4Tには、初始動時ならびに異なる再始動時間毎に、高圧放電灯Laを始動して電流が流れ始めてから、波形に変化が現れるまでの時間を記憶させてある。即ち、高圧放電灯Laが始動を開始してから点灯するまでの始動期間において、ランプ電圧に過渡電圧が現れるまでの時間を記憶している。制御部4は、高圧放電灯Laの始動期間において、記憶部4Tに記憶されている時間が経過するよりも前に、高圧放電灯Laに印加される電圧の極性を強制的に反転させる。
The pulse
従来の高圧放電灯点灯装置によって、大きな部品や高価な部品を使用することなく、始動時の高圧放電灯Laの状態の急激な変化による電極へのストレスを軽減し、高圧放電灯Laの寿命を長くすることができると開示されている。 The conventional high-pressure discharge lamp lighting device reduces the stress on the electrode due to a sudden change in the state of the high-pressure discharge lamp La at the start-up without using large parts or expensive parts, thereby extending the life of the high-pressure discharge lamp La. It is disclosed that it can be lengthened.
しかしながら、高圧放電灯Laの直前までの点灯有無の状態や高圧放電灯の種類、点灯方向などのさまざまな要因を考慮すると、非常に長い時間を予熱フェーズとして事前に設定しておく必要があり、高圧放電灯Laの電極劣化を招く恐れがあると共に、安定点灯までに非常に多くの時間がかかってしまい、結果として始動遅れの原因となり性能悪化してしまうことにもなる。また極性反転時の立消え自体を解消するために、特許文献1では、始動時の周波数を定常点灯時の周波数より長く設定する始動補償回路(直流始動方式)4Sを有したりしているが、高圧放電灯Laの片側の電極に対して過渡的なストレスがかかってしまい、結果として短寿命の原因となってしまう。また、特許文献2では、立消えが起きるであろう事前情報を予め設定し、この立消えが発生する前に極性反転をしているが、事前情報として高圧放電灯Laの直前までの点灯有無の状態や高圧放電灯Laの種類、点灯方向などのさまざまな要因を考慮すると膨大な情報量が必要となり、かつ非常に複雑な極性反転動作となってしまう為、非常に高価な高圧放電灯点灯装置となってしまうという問題があった。
However, in consideration of various factors such as whether or not the high pressure discharge lamp La is turned on, the type of high pressure discharge lamp, and the lighting direction, it is necessary to set a very long time in advance as the preheating phase. There is a risk of electrode deterioration of the high-pressure discharge lamp La, and a very long time is required for stable lighting. As a result, start-up is delayed and performance is deteriorated. In order to eliminate the disappearance at the time of polarity reversal,
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、予熱フェーズ時間を最適化して点灯始動性能の向上を図ると共に、高圧放電灯の劣化を低減させることができる高圧放電灯点灯装置及び照明器具を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and its purpose is to optimize the preheating phase time to improve the lighting start performance and to reduce the deterioration of the high pressure discharge lamp. It is to provide an apparatus and a lighting fixture.
本発明の高圧放電灯点灯装置は、直流電源の出力に基づき、高圧放電灯に所定の電力を供給するチョッパ回路部と、前記チョッパ回路部の出力を矩形波交流に変換し、前記高圧放電灯に印加する極性反転回路部と、前記高圧放電灯を始動させるために必要な始動用高電圧を発生させるパルス発生回路部と、高圧放電灯電圧を検出し、前記高圧放電灯が絶縁破壊し放電開始したことを判別する制御部と、を備える高圧放電灯点灯装置であって、前記制御部は、高圧放電灯点灯装置の動作フェーズを制御し、前記動作フェーズは、前記高圧放電灯が絶縁破壊し放電開始するまでの絶縁破壊フェーズと、前記高圧放電灯が放電を開始し、不安定点灯から安定点灯するまでの予熱フェーズと、前記高圧放電灯に所定の電流および電力を供給する点灯フェーズと、を備え、前記予熱フェーズ内で前記高圧放電灯電圧を監視し、当該高圧放電灯電圧に応じて前記予熱フェーズの時間を変動させる。 A high pressure discharge lamp lighting device according to the present invention includes a chopper circuit unit that supplies predetermined power to a high pressure discharge lamp based on an output of a DC power source, and converts the output of the chopper circuit unit into a rectangular wave alternating current. A polarity reversing circuit to be applied to a pulse generator, a pulse generating circuit for generating a starting high voltage necessary for starting the high-pressure discharge lamp, and a high-pressure discharge lamp voltage is detected, and the high-pressure discharge lamp breaks down and discharges. A high pressure discharge lamp lighting device comprising: a control unit for determining that the high pressure discharge lamp lighting device has started, wherein the control unit controls an operation phase of the high pressure discharge lamp lighting device, and the high pressure discharge lamp is subjected to dielectric breakdown. A dielectric breakdown phase until the discharge starts, a preheating phase from when the high-pressure discharge lamp starts to discharge to stable lighting, and a lighting phase that supplies a predetermined current and power to the high-pressure discharge lamp. Comprising a chromatography's, and the preheating phase in monitoring the high pressure discharge lamp voltage, to vary the time of the preheat phase in response to the high-pressure discharge lamp voltage.
前記予熱フェーズ内で検出した前記高圧放電灯電圧が所望の閾値以上の場合に、当該高圧放電灯電圧に応じて前記予熱フェーズの時間を変動させてもよい。 When the high-pressure discharge lamp voltage detected in the preheating phase is equal to or higher than a desired threshold, the time of the preheating phase may be varied according to the high-pressure discharge lamp voltage.
また、前記高圧放電灯電圧に応じた前記予熱フェーズ時間中に前記高圧放電灯電圧よりも高い高圧放電灯電圧を検出した場合のみ、再度前記高圧放電灯電圧に応じた予熱フェーズの時間で動作してもよい。 Further, only when a high-pressure discharge lamp voltage higher than the high-pressure discharge lamp voltage is detected during the pre-heating phase time corresponding to the high-pressure discharge lamp voltage, the operation is performed again in the pre-heating phase time corresponding to the high-pressure discharge lamp voltage. May be.
前記予熱フェーズ内での前記高圧放電灯電圧を検出するタイミングは、前記矩形波交流の出力が極性反転した後であってもよい。 The timing for detecting the high-pressure discharge lamp voltage in the preheating phase may be after the output of the rectangular wave alternating current is inverted.
前記高圧放電灯電圧を検出するタイミングは、極性反転周期の半周期4分の1以内であってもよい。 The timing for detecting the high-pressure discharge lamp voltage may be within a quarter of a half cycle of the polarity reversal cycle.
本発明の照明器具は、上述の高圧放電灯点灯装置を備える。 The lighting fixture of this invention is equipped with the above-mentioned high pressure discharge lamp lighting device.
本発明によれば、高圧放電灯が絶縁破壊し、放電を開始してから移行する予熱フェーズの時間を、高圧放電灯の電圧を検出して、その検出された高圧放電灯電圧に応じて可変する制御を行うことで、予熱フェーズ時間を最適化して始動性能の向上を図ると共に、高圧放電灯の劣化を低減させることができる。また、高圧放電灯電圧取得タイミングは、不安定点灯時に高圧放電灯電圧が上昇しやすい極性反転後の半周期4分の1以内にすることで低コスト化、小型化が図れ、始動性能を損なわずに実現することができる。 According to the present invention, the time of the preheating phase during which the high pressure discharge lamp breaks down and starts the discharge is detected, the voltage of the high pressure discharge lamp is detected, and the voltage is variable according to the detected high pressure discharge lamp voltage. By performing this control, it is possible to optimize the preheating phase time to improve the starting performance and reduce the deterioration of the high-pressure discharge lamp. In addition, the high-pressure discharge lamp voltage acquisition timing can be reduced to less than one-quarter cycle after polarity reversal, where the high-pressure discharge lamp voltage is likely to increase during unstable lighting. It can be realized without.
以下、本発明に係る高圧放電灯点灯装置の好適な実施形態を、図1〜図9に基づいて詳述する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a high pressure discharge lamp lighting device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
<実施例1>
本発明の高圧放電灯点灯装置の実施例1を図1の回路図に基づいて説明する。
<Example 1>
A first embodiment of the high pressure discharge lamp lighting device of the present invention will be described based on the circuit diagram of FIG.
直流電源E1は、例えば商用交流電源を図示しない昇圧チョッパ回路により整流、平滑した直流電圧であり、出力電圧(数百V)としている。高圧放電灯点灯装置は、直流電源E1の出力を電源とし、降圧チョッパ回路部1、極性反転回路部2、パルス発生回路部3、制御部4で構成されている。降圧チョッパ回路部1は、スイッチング素子Q1、ダイオードD1、インダクタL1、コンデンサC1、スイッチング素子Q1に流れる電流を検出する抵抗R1から構成されている。極性反転回路部2は、スイッチング素子Q2〜Q5のフルブリッジ回路から構成され、スイッチング素子Q2、Q5がオン、スイッチング素子Q3、Q4がオフの組合せと、スイッチング素子Q3、Q4がオン、スイッチング素子Q2、Q5がオフの状態の組合せを交互に動作させて、負荷であるメタルハライドランプや高圧水銀灯のような高圧放電灯Laに矩形波を印加する。
The DC power supply E1 is, for example, a DC voltage obtained by rectifying and smoothing a commercial AC power supply with a boost chopper circuit (not shown), and has an output voltage (several hundred volts). The high pressure discharge lamp lighting device uses the output of the direct current power source E1 as a power source, and includes a step-down
パルス発生回路部3は、高圧放電灯Laと、直列に2次巻線N2を接続された高圧パルストランスT1と、その1次巻線N1にパルス電流を流すためのコンデンサC5と、その充電抵抗R2と、コンデンサC5を放電させるためのスイッチング素子Q6と、を備えており、制御部4によってスイッチング素子Q6を制御し、スイッチング素子Q6がオンすると、コンデンサC5の電荷がスイッチング素子Q6を介して急峻に放電され、その急峻な放電電流が、高圧トランスT1の1次側巻線N1に流れるため高圧パルスが発生し、その高圧パルスを高圧トランスT1によって昇圧した高圧パルスが2次巻線N2に発生し、高圧放電灯Laを絶縁破壊させる。高圧トランスT1で発生した高電圧パルスが、極性反転回路部2に回り込まないようにするコンデンサC6を有する。例えば、スイッチング素子Q6は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を使用する。
The pulse
制御部4において、Vla検出回路部4aは、高圧放電灯Laの高圧放電灯電圧相当であるコンデンサC1電圧を検出することによって、高圧放電灯Laの高圧放電灯電圧を検出し、Vla検出回路部4aは、例えば、ADコンバータを使用する。点灯判別回路部4bは、Vla検出回路部4aで検出された高圧放電灯電圧値と予め設定された判別値とを比較し、高圧放電灯Laが絶縁破壊したことを判別する。点灯判別回路部4bは、例えば、コンパレータやマイクロコンピュータ内にあるADコンバータを使用して比較する。動作切替回路部4cは、高圧放電灯点灯装置の動作フェーズを高圧放電灯Laが電源投入後から絶縁破壊し放電開始するまでを、絶縁破壊フェーズ、高圧放電灯Laが放電を開始し不安定点灯から安定点灯するまでを予熱フェーズ、高圧放電灯に所定の電流、電力を供給する点灯フェーズに移行する切替を制御し、例えば、マイクロコンピュータを使用して制御する。
In the
演算回路部4dは、各動作フェーズに応じてVla検出回路部4aで検出した高圧放電灯電圧から、高圧放電灯Laの所定の電力、電流が供給されるようにスイッチング素子Q1を制御する閾値を算出する。演算回路部4dは、例えばマイクロコンピュータを使用する。Q1制御回路部4eは、演算回路部4dで算出された閾値とスイッチング素子Q1に流れる電流を検出する抵抗R1の電圧を、例えば、コンパレータなどを使用して比較し、スイッチング素子Q1をオン、オフを制御する。Q6制御回路部4fは、動作切替回路部4cで決定された動作フェーズに従って、スイッチング素子Q6のオン、オフを制御し、高圧パルスの発生タイミングを制御する。Q2、3、4、5制御回路部4gは、高圧放電灯Laの出力を所定の矩形波周波数にするために、スイッチング素子Q2、3、4、5を制御する。
The
次に、高圧放電灯点灯装置での電源投入から高圧放電灯Laが安定点灯するまでの動作フェーズを、図2および図3の波形図を用いて説明する。尚、波形図に於いて、ランプ両端電圧、ランプ電流を用いているが、高圧放電灯の両端電圧と電流と同じである。後述する波形図に於いても同様である。また、波形図の横軸は時間であり、縦軸は、各項目毎(例えば、ランプ両端電圧、ランプ電流、等)にそれぞれの変化量を示してある。後述する波形図も同様である。 Next, an operation phase from turning on the power in the high pressure discharge lamp lighting device to stable lighting of the high pressure discharge lamp La will be described with reference to the waveform diagrams of FIGS. In the waveform diagram, the voltage across the lamp and the lamp current are used, but the voltage and current across the high-pressure discharge lamp are the same. The same applies to waveform diagrams described later. The horizontal axis of the waveform diagram is time, and the vertical axis indicates the amount of change for each item (for example, the voltage across the lamp, the lamp current, etc.). The same applies to waveform diagrams described later.
電源投入時、動作フェーズは、絶縁破壊フェーズから動作開始する。高圧放電灯Laは絶縁破壊されていないため、降圧チョッパ回路部1は、無負荷の状態で動作する。そのため、コンデンサC1の電圧は、略直流電源E1まで上昇する。その状態でスイッチング素子Q2、3、4、5がスイッチング動作するため高圧放電灯Laには、コンデンサC1にたためられた開放電圧を電源とした矩形波電圧が印加される。矩形波周波数は、固定の数Hz〜数百Hz程度で駆動される(一般的には170Hz程度)。また、一般に高圧放電灯Laの絶縁破壊電圧は3k〜5kVである。従って、高圧放電灯点灯装置の一般的な直流電源E1の電圧200V〜500V程度では高圧放電灯を絶縁破壊させることは難しいため、スイッチング素子Q6を数Hz〜数kHzでパルス駆動させ、高圧トランスT1で高圧放電灯Laに高圧パルスを数Hz〜数kHzで印加する(図2および図3のランプ両端電圧)。
When the power is turned on, the operation phase starts from the dielectric breakdown phase. Since the high pressure discharge lamp La is not broken down, the step-down
高圧放電灯Laは、高圧パルスが印加されると絶縁破壊し、電流が流れる。そのとき、コンデンサC1の電圧が下がり、コンデンサC1の電圧は、高圧放電灯Laの高圧放電灯電圧相当になる(点灯初期約10〜30V程度)。Vla検出回路部4aで高圧放電灯電圧と点灯判別回路部4bの点灯判断閾値を比較し、閾値より高圧放電灯電圧が下がったことを検知すると、動作フェーズを絶縁破壊フェーズから予熱フェーズに移行する。予熱フェーズは、高圧放電灯Laが不安定点灯から安定点灯(グロー放電からアーク放電)に移行できるようにするフェーズであり、所定の予熱電流が高圧放電灯Laに流れるように降圧チョッパ回路部1を制御する。そこで予熱フェーズに移行した後に、Vla検出回路部4aで検出された高圧放電灯電圧が動作切替回路部4c内の高圧放電灯電圧に応じて設定された時間が予熱フェーズ時間となり、図2において、高圧放電灯電圧Vla1を検出した場合には、予熱フェーズ時間はT1になり、図3において、高圧放電灯電圧Vla2(<Vla1)を検出した場合には、予熱フェーズ時間は、T2(<T1)になる。
The high pressure discharge lamp La breaks down when a high pressure pulse is applied, and a current flows. At that time, the voltage of the capacitor C1 decreases, and the voltage of the capacitor C1 becomes equivalent to the high-pressure discharge lamp voltage of the high-pressure discharge lamp La (about 10 to 30 V in the initial lighting stage). When the Vla
高圧放電灯電圧と予熱フェーズ時間の関係は、高圧放電灯電圧が高い程、予熱フェーズ時間は、同等もしくは、それ以上の時間設定である。動作切替回路部4cで設定された予熱フェーズ時間が終了すると、点灯フェーズに移行し、高圧放電灯Laに所定の電流、電力を降圧チョッパ回路部1から供給し安定点灯させる。
The relationship between the high-pressure discharge lamp voltage and the preheating phase time is such that the higher the high-pressure discharge lamp voltage is, the preheating phase time is set equal to or longer than that. When the preheating phase time set in the operation switching
上述のように、高圧放電灯Laが絶縁破壊し、放電を開始してから移行する予熱フェーズの時間を、高圧放電灯Laの電圧を検出して、その検出された高圧放電灯電圧に応じて可変する制御を行うことで、予熱フェーズ時間を最適化して始動性能の向上を図ると共に、高圧放電灯Laの劣化を低減させることができる。 As described above, the time of the preheating phase in which the high pressure discharge lamp La breaks down and starts the discharge is determined according to the detected high voltage discharge lamp voltage by detecting the voltage of the high pressure discharge lamp La. By performing the variable control, it is possible to optimize the preheating phase time and improve the starting performance, and to reduce the deterioration of the high-pressure discharge lamp La.
<実施例2>
本発明の実施例2を、図4の波形図に基づいて説明する。実施例2の回路は、実施例1と同じである。実施例1との動作の相違について、以下、詳述する。
<Example 2>
A second embodiment of the present invention will be described based on the waveform diagram of FIG. The circuit of the second embodiment is the same as that of the first embodiment. The difference in operation from the first embodiment will be described in detail below.
動作切替回路部4cには、初期に設定されている第1の予熱フェーズタイマー(Tb)と高圧放電灯電圧に応じて設定された第2の予熱フェーズタイマーを有する。図4に示す通り予熱フェーズへ移行すると、動作切替回路部4cで初期設定されている第1の予熱フェーズタイマーがTbまでカウントを始める。しかし、高圧放電灯Laの不安定動作にて、高圧放電灯電圧が動作切替回路部4cで予め設定された閾値Vthcと比較し、閾値Vthc以上であれば、初期設定されている第1の予熱フェーズタイマー1のカウントがTaで止まり、新たに第2の予熱フェーズタイマーが高圧放電灯電圧に応じた予熱フェーズ時間Tcまでカウントを始める。前記予熱フェーズ時間が終了すると点灯フェーズに移行し、高圧放電灯Laに所定の電流、電力を降圧チョッパ回路部1から供給し安定点灯させる。
The operation
上述のように、高圧放電灯Laが絶縁破壊し、放電を開始してから移行する予熱フェーズの時間を、同様に高圧放電灯Laの電圧を検出して、その検出された高圧放電灯電圧に応じて可変する制御を行うことで、予熱フェーズ時間を最適化して始動性能の向上を図ると共に、高圧放電灯の劣化を低減させることができる。 As described above, the voltage of the high-pressure discharge lamp La is detected in the same manner as the time of the preheating phase during which the high-pressure discharge lamp La breaks down and starts to discharge, and the detected high-pressure discharge lamp voltage is obtained. By performing control that varies in accordance with this, it is possible to optimize the preheating phase time to improve the starting performance and reduce the deterioration of the high-pressure discharge lamp.
<実施例3>
本発明の実施例3を、図5の波形図に基づいて説明する。実施例3の回路は、実施例1と同じである。実施例1及び実施例2との動作の相違について、以下、詳述する。
<Example 3>
A third embodiment of the present invention will be described based on the waveform diagram of FIG. The circuit of the third embodiment is the same as that of the first embodiment. The difference in operation from the first and second embodiments will be described in detail below.
動作切替回路部4cには、初期に設定されている第1の予熱フェーズタイマー(Tb)と高圧放電灯電圧に応じて設定された第2の予熱フェーズタイマーを有する。図5に示す通り予熱フェーズへ移行すると、動作切替回路部4cで初期設定されている第1の予熱フェーズタイマーがTbまでカウントを始める。しかし、高圧放電灯Laの不安定動作にて高圧放電灯電圧が動作切替回路部4cで予め設定された閾値Vthcと比較し、閾値Vthc以上の高圧放電灯電圧Vla1であれば、初期設定されている第1の予熱フェーズタイマーのカウントがTaで止まり、新たに第2の予熱フェーズタイマーが高圧放電灯電圧Vla1に応じた予熱フェーズ時間Tcまでカウントを始める。しかし、予熱フェーズ時間Tc終了までに前記で検出した高圧放電灯電圧Vla1よりも高い高圧放電灯電圧Vla2を検出した場合は、第2の予熱フェーズタイマーが時間予熱フェーズ時間Tdで停止しリセットされて、再度、第2の予熱フェーズタイマーが、高圧放電灯電圧Vla2に応じた予熱フェーズ時間Teまでカウントを始める。前記予熱フェーズ時間が終了すると点灯フェーズに移行し、高圧放電灯Laに所定の電流、電力を降圧チョッパ回路部1から供給し安定点灯させる。
The operation
上述のように、高圧放電灯Laが絶縁破壊し、放電を開始してから移行する予熱フェーズの時間を、同様に高圧放電灯Laの電圧を検出して、その検出された高圧放電灯電圧に応じて可変する制御を行うことで、予熱フェーズ時間を最適化して始動性能の向上を図ると共に、高圧放電灯Laの劣化を低減させることができる。 As described above, the voltage of the high-pressure discharge lamp La is detected in the same manner as the time of the preheating phase during which the high-pressure discharge lamp La breaks down and starts to discharge, and the detected high-pressure discharge lamp voltage is obtained. By performing control that varies in accordance with this, it is possible to optimize the preheating phase time and improve the starting performance, and to reduce the deterioration of the high-pressure discharge lamp La.
<実施例4>
本発明の実施例4を、図6のグラフに基づいて説明する。実施例4の回路は、実施例1と同じである。実施例1、実施例2及び実施例3との動作の相違について、以下、詳述する。
<Example 4>
A fourth embodiment of the present invention will be described based on the graph of FIG. The circuit of the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment. The difference in operation from the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment will be described in detail below.
図6のグラフは、予熱フェーズ時間と高圧放電灯電圧の関係を示したものである。例えば、図6(a)(b)(c)で示すように高圧放電灯電圧が高い程、予熱フェーズ時間を長くなるように設定する。また、図6(d)で示すように、段階的に予熱フェーズ時間を長くするように設定することで、予熱フェーズ時間を最適化して始動性能の向上を図ると共に、高圧放電灯Laの劣化を低減させることができる。 The graph of FIG. 6 shows the relationship between the preheating phase time and the high-pressure discharge lamp voltage. For example, as shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C, the preheating phase time is set to be longer as the high-pressure discharge lamp voltage is higher. Further, as shown in FIG. 6 (d), by setting the preheating phase time to be increased stepwise, the preheating phase time is optimized to improve the starting performance, and the high pressure discharge lamp La is deteriorated. Can be reduced.
<実施例5>
本発明の実施例5を、図7の回路図に基づいて説明する。
<Example 5>
A fifth embodiment of the present invention will be described based on the circuit diagram of FIG.
実施例1〜実施例4との相違は、スイッチング素子Q2、3、4、5の制御回路部4gが、Vla検出回路部4aに接続されたことであり、Vla検出回路4aの高圧放電灯電圧取得タイミングを極性反転後に取得し、閾値と比較し、次の高圧放電灯電圧取得タイミングと閾値の比較は、次の極性反転後に取得して比較する。従って、半周期に1度高圧放電灯電圧を検出し、その検出した高圧放電灯電圧と閾値を比較する。高圧放電灯電圧を常時監視し、高圧放電灯電圧を検出するたびに閾値と比較するような設計にすると、回路部品が増加、また高価マイクロコンピュータを使用することになるため、高圧放電灯電圧取得タイミングは、不安定点灯時に高圧放電灯電圧が上昇しやすい極性反転後の半周期4分の1以内の1度にすることで低コスト化、小型化が図れ、始動性能を損なわずに実現することができる。
The difference from the first to fourth embodiments is that the
<実施例6>
本発明の実施例6を、図8の回路図に基づいて説明する。
<Example 6>
A sixth embodiment of the present invention will be described based on the circuit diagram of FIG.
実施例1〜実施例5で示した高圧放電灯電圧に応じた予熱フェーズ時間可変制御における、実施例6の回路である。直流電源E1、極性反転降圧チョッパ回路部6、パルス発生回路部3、制御部4で構成される。直流電源E1は、例えば、商用交流電源を整流、平滑した直流電圧である。直流電源E1は昇圧チョッパ回路の出力電圧(数百V)とすることが一般的である。極性反転降圧チョッパ回路部6は、スイッチング素子Q2、Q3、Q4、Q5、インダクタL1、コンデンサC1で構成される。極性反転降圧チョッパ回路部6は、Q2とQ3が所定の周波数fa(数100Hz程度)で交互にオン、オフし、その際Q4およびQ5は、Q2がオンの時は、Q5が所定の周波数fb(数10kHz程度)でオン、オフし、Q3がオンの時は、Q4が所定の周波数fb(数10kHz程度)でオン、オフする動作を繰り返す。この動作により高圧放電灯Laには、周波数がfaの矩形波交流電圧が印加される。パルス発生回路部3は、実施例1で説明した回路構成と同様なので説明を省略する。
It is a circuit of Example 6 in the preheating phase time variable control according to the high voltage | pressure discharge lamp voltage shown in Example 1- Example 5. FIG. A DC power supply E1, a polarity inversion step-down
制御部4において、Vla検出回路部4aはコンデンサC1の両端電圧を検出し、高圧放電灯Laの高圧放電灯電圧相当を検出する。点灯判別回路部4b、及びQ6制御回路部4fは、実施例1で述べた動作と同じなので説明を省略する。演算回路部4dは、各動作フェーズに応じてVla検出回路部4aで検出したランプ電圧から高圧放電灯Laの所定の電流、電力が供給されるよう演算し、Q2、Q3、Q4、Q5制御回路部4iでスイッチング素子Q2、Q3、Q4、Q5を制御する。動作切替回路部4cは、実施例1〜5と同様に高圧放電灯電圧に応じた予熱フェーズ時間を可変する制御をする。従って、実施例6で示される回路構成でも実施例1〜5と同様な効果を得られる。
In the
<実施例7>
本発明の実施例7を、図9の回路図に基づいて説明する。
<Example 7>
A seventh embodiment of the present invention will be described based on the circuit diagram of FIG.
実施例1〜実施例5で示した高圧放電灯電圧に応じた予熱フェーズ時間可変制御における、実施例7の回路である。直流電源E1、ハーフブリッジ型極性反転降圧チョッパ回路部7、パルス発生回路部3、制御部4で構成される。直流電源E1は、例えば、商用交流電源を整流、平滑した直流電圧である。直流電源E1は、昇圧チョッパ回路の出力電圧(数百V)とすることが一般的である。ハーフブリッジ型極性反転降圧チョッパ回路部7は、スイッチング素子Q2、Q3、インダクタL1、直流電源E1の電圧を分圧して高圧放電灯Laに矩形波交流を出力するための電源用コンデンサC1、C2、インダクタL1、高周波カット用コンデンサC3、C4で構成される。
FIG. 10 is a circuit of a seventh embodiment in the preheating phase variable control according to the high-pressure discharge lamp voltage shown in the first to fifth embodiments. FIG. A DC power supply E1, a half-bridge polarity inversion step-down
ハーフブリッジ型極性反転降圧チョッパ回路部7は、スイッチング素子Q2が所定の周波数(数十kHz程度)でオン、オフし、スイッチング素子Q3がオフの状態で高圧放電灯Laに所定の電流、電力を供給し、極性反転させる場合は、スイッチング素子Q3が所定の周波数(数十kHz程度)でオン、オフし、スイッチング素子Q2がオフの状態で高圧放電灯Laに所定の電流、電力を供給する。この動作を繰り返す周波数をfa(数100Hz程度)とすると、高圧放電灯Laには周波数faの矩形波交流電圧が印加される。
The half-bridge type polarity inversion step-down
パルス発生回路部3は、実施例1で説明した回路構成と同様なので説明を省略する。制御部4において、Vla検出回路部4aはコンデンサC2の電圧Vla1とコンデンサC4の電圧Vla2を検出し、スイッチング素子Q2がオン、オフしているときは、Vla2−Vla1、スイッチング素子Q3がオン、オフしているときは、Vla1−Vla2の算出で高圧放電灯Laの高圧放電灯電圧Vlaを検出する。
Since the pulse
点灯判別回路部4b、及びQ6制御回路部4fは、実施例1で述べた動作と同じなので説明を省略する。演算回路部4dは、各動作フェーズに応じてVla検出回路部4aで検出した高圧放電灯電圧から高圧放電灯Laの所定の電流、電力が供給されるよう演算し、Q2、3制御回路部4hでスイッチング素子Q2、3を制御する。動作切替回路部4cは、実施例1〜5と同様に高圧放電灯電圧に応じた予熱フェーズ時間を可変する制御をする。
Since the lighting
従って、実施例7に於いても、実施例1〜実施例5と同様な効果が得られる。また、実施例1〜実施例5の回路で、高圧放電灯Laに印加される開放電圧は、直流電源E1と約同電圧となるが、実施例7の場合は、直流電圧E1の電圧がコンデンサC1、2によって分圧された電圧が高圧放電灯Laに印加されるため、開放電圧が低くなり、予熱フェーズでの立消えが起こりやすくなることがある。しかし、上述で示した高圧放電灯電圧に応じた予熱フェーズ時間を可変する制御をすることで、他の回路構成と同等の始動性能を確保することができる。 Therefore, in Example 7, the same effect as in Examples 1 to 5 can be obtained. In the circuits of the first to fifth embodiments, the open-circuit voltage applied to the high-pressure discharge lamp La is about the same voltage as the DC power supply E1, but in the case of the seventh embodiment, the voltage of the DC voltage E1 is a capacitor. Since the voltage divided by C1 and C2 is applied to the high-pressure discharge lamp La, the open-circuit voltage becomes low, and the extinction in the preheating phase may easily occur. However, by performing control to vary the preheating phase time according to the high-pressure discharge lamp voltage described above, it is possible to ensure starting performance equivalent to that of other circuit configurations.
<照明器具の説明>
図10(a)(b)(c)は、本発明の高圧放電灯点灯装置を利用した照明器具の一例を示している。図10(a)は、ダウンライトに応用した例であり、図10(b)(c)は、スポットライトに応用した例である。照明器具10は、本発明の回路を格納した本体11と、高圧放電灯Laを装着した灯体12と、配線13とから概略構成されている。本発明の照明器具10によれば、始動過程の予熱フェーズ時間を最適化して始動性能の向上を図ることが可能であると共に、長寿命化を達成可能とし、直流電源電圧を下げることで低コスト、低小型化、低ロス化、等々、が確保され、照明器具10と同様に、照明装置、照明システムを構築できることが可能となる。
<Description of lighting equipment>
FIGS. 10A, 10B and 10C show an example of a lighting fixture using the high pressure discharge lamp lighting device of the present invention. 10A is an example applied to a downlight, and FIGS. 10B and 10C are examples applied to a spotlight. The
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation | transformation, improvement, etc. are possible suitably. In addition, the material, shape, dimension, numerical value, form, number, arrangement location, and the like of each component in the above-described embodiment are arbitrary and are not limited as long as the present invention can be achieved.
1:降圧チョッパ回路部
2:極性反転回路部
3:パルス発生回路部
4:制御部
6:極性反転降圧チョッパ回路部
7:ハーフブリッジ型極性反転降圧チョッパ回路部
E1:直流電源
La:高圧放電灯
1: Step-down chopper circuit unit 2: Polarity inversion circuit unit 3: Pulse generation circuit unit 4: Control unit 6: Polarity inversion step-down chopper circuit unit 7: Half-bridge type polarity inversion step-down chopper circuit unit E1: DC power supply La: High-pressure discharge lamp
Claims (6)
前記チョッパ回路部の出力を矩形波交流に変換し、前記高圧放電灯に印加する極性反転回路部と、
前記高圧放電灯を始動させるために必要な始動用高電圧を発生させるパルス発生回路部と、
高圧放電灯電圧を検出し、前記高圧放電灯が絶縁破壊し放電開始したことを判別する制御部と、を備える高圧放電灯点灯装置であって、
前記制御部は、高圧放電灯点灯装置の動作フェーズを制御し、
前記動作フェーズは、前記高圧放電灯が絶縁破壊し放電開始するまでの絶縁破壊フェーズと、
前記高圧放電灯が放電を開始し、不安定点灯から安定点灯するまでの予熱フェーズと、
前記高圧放電灯に所定の電流および電力を供給する点灯フェーズと、を備え、
前記予熱フェーズ内で前記高圧放電灯電圧を監視し、当該高圧放電灯電圧に応じて前記予熱フェーズの時間を変動させる高圧放電灯点灯装置。 A chopper circuit unit that supplies predetermined power to the high-pressure discharge lamp based on the output of the DC power supply;
A polarity reversing circuit unit for converting the output of the chopper circuit unit into a rectangular wave alternating current and applying it to the high pressure discharge lamp;
A pulse generation circuit section for generating a high voltage for starting necessary for starting the high-pressure discharge lamp;
A high-pressure discharge lamp lighting device comprising: a control unit that detects a high-pressure discharge lamp voltage and determines that the high-pressure discharge lamp has broken down and started discharge;
The control unit controls the operation phase of the high pressure discharge lamp lighting device,
The operation phase includes a dielectric breakdown phase until the high-pressure discharge lamp starts a dielectric breakdown and discharge, and
The pre-heating phase from when the high-pressure discharge lamp starts to discharge and from stable lighting to stable lighting;
A lighting phase for supplying a predetermined current and power to the high-pressure discharge lamp, and
A high pressure discharge lamp lighting device that monitors the high pressure discharge lamp voltage within the preheating phase and varies the time of the preheating phase according to the high pressure discharge lamp voltage.
前記予熱フェーズ内で検出した前記高圧放電灯電圧が所望の閾値以上の場合に、当該高圧放電灯電圧に応じて前記予熱フェーズの時間を変動させる高圧放電灯点灯装置。 The high pressure discharge lamp lighting device according to claim 1,
A high pressure discharge lamp lighting device that varies the time of the preheating phase in accordance with the high pressure discharge lamp voltage when the high pressure discharge lamp voltage detected in the preheating phase is equal to or higher than a desired threshold.
前記高圧放電灯電圧に応じた前記予熱フェーズ時間中に前記高圧放電灯電圧よりも高い高圧放電灯電圧を検出した場合のみ、再度前記高圧放電灯電圧に応じた予熱フェーズの時間で動作する高圧放電灯点灯装置。 The high pressure discharge lamp lighting device according to claim 1 or 2,
Only when a high-pressure discharge lamp voltage higher than the high-pressure discharge lamp voltage is detected during the pre-heating phase time corresponding to the high-pressure discharge lamp voltage, the high-pressure discharge that operates again in the pre-heating phase time corresponding to the high-pressure discharge lamp voltage. Electric light lighting device.
前記予熱フェーズ内での前記高圧放電灯電圧を検出するタイミングは、前記矩形波交流の出力が極性反転した後である高圧放電灯点灯装置。 The high pressure discharge lamp lighting device according to claim 3,
The timing for detecting the high-pressure discharge lamp voltage in the preheating phase is the high-pressure discharge lamp lighting device after the output of the rectangular wave AC is inverted.
前記高圧放電灯電圧を検出するタイミングは、極性反転周期の半周期4分の1以内である高圧放電灯点灯装置。 The high pressure discharge lamp lighting device according to claim 4,
The high-pressure discharge lamp lighting device, wherein the timing for detecting the high-pressure discharge lamp voltage is within one-quarter of the polarity reversal period.
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