JP2015185291A - 放電灯点灯回路 - Google Patents

Abstract

【課題】電源オン後にランプ内の陽極と陰極間に確実にアークを発生させて始動し、始動後にチラツキ等がないようにランプ電流を安定供給する放電灯点灯回路を提供する。【解決手段】放電灯点灯回路は、ＤＣ電源電圧をスイッチングして所定の電圧に変換するスイッチング回路と、前記スイッチング回路の出力側に接続されるコンデンサ回路と、前記コンデンサ回路の出力側に接続され、放電灯に対して起動電圧を印加するイグナイタ回路と、を備える。前記コンデンサ回路は、前記スイッチング回路の出力端子間に接続される第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサに並列に接続される、第２のコンデンサと第１のスイッチ回路の直列回路とで構成される。制御回路は、前記スイッチ回路を、電源オン後負荷電流が流れ始めて所定時間後にオンする。【選択図】図１

Description

この発明は、キセノンランプ、水銀ランプ等の冷陰極管からなる放電灯を点灯制御する放電灯点灯回路に関する。

この種の放電灯点灯回路は、ガス充填したランプ内に配置した陽極と陰極間にイグナイタ回路等で高電圧パルスを印加して陽極と陰極間にアークを発生させて始動し、その直後からランプ電流を供給して点灯状態を維持する制御を行う。

例えば、特許文献１の図４に示すキセノンランプの点灯回路では、ＤＣ入力電圧を降圧チョッパ回路で降圧し、降圧後のＤＣ電流を平滑用のコンデンサを介してキセノンランプに供給する一方、上記ＤＣ入力電圧をイグナイタ回路に入力する。電源がオンすると降圧チョッパ回路が作動してコンデンサへ充電電流を流し始めると同時に、イグナイタ回路が高圧の始動電圧をキセノンランプの陽極と陰極間に印加してキセノンランプを始動する。キセノンランプが始動すると、充電されていたコンデンサからキセノンランプに対して放電電流が供給され、点灯状態が維持される。

特開２０１１−１７１０４８号公報

しかしながら、上記の点灯回路では、降圧チョッパ回路の出力側に接続されるコンデンサの容量設定にトレードオフの問題がある。すなわち、コンデンサ容量が十分に大きくない場合は、出力電流の平滑性が低下し、放電灯(キセノンランプ）に対して安定した電流を供給することが困難となり、またリップル成分が多くてチラツキ現象が発生する。一方、コンデンサ容量が大きい場合は、平滑性が良くなって上記の問題は解消されるが、始動時においてコンデンサへの充電時間が長くなることにより放電灯に供給する出力電流の立ち上がりが遅くなり、それにより始動時のアーク電流の維持が出来なくなってしまい、結果的に点灯できなくなる可能性がある。以上の問題は、キセノンランプに限らず、水銀灯ランプなど冷陰極管からなる全ての放電灯の点灯回路において生じる。

この発明の目的は、キセノンランプ等の冷陰極管からなる放電灯を始動する点灯回路において、電源オン後にランプ内の陽極と陰極間に確実にアークを発生させて始動し、始動後にチラツキ等がないようにランプ電流を安定供給する放電灯点灯回路を提供することにある。

この発明に係る放電灯点灯回路は、
ＤＣ電源電圧をスイッチングして所定の電圧に変換するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路の出力側に接続されるコンデンサ回路と、
前記コンデンサ回路の出力側に接続され、放電灯に対して始動電圧を印加するイグナイタ回路と、を備え、
前記コンデンサ回路は、前記スイッチング回路の出力端子間に接続される第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサに並列に接続される、第２のコンデンサとスイッチ回路の直列回路とで構成され、
前記スイッチ回路を、電源オン後負荷電流が流れ始めて所定時間後にオンするように制御する制御回路を備えたことを特徴とする。

電源がオンされると、スイッチ回路がオフであるため、スイッチング回路の出力端子間に第１のコンデンサだけが接続される。このため、スイッチング回路から負荷側に供給される電流（この段階ではコンデンサ回路に対して流れる充電電流）の立ち上がりが早くなりコンデンサ電圧も早く立ち上がる。一方、イグナイタ回路は放電灯への負荷電流が流れる前にコンデンサ電圧に基づいて高電圧を生成して放電灯に印加する。このとき、放電灯の陽極と陰極間にアークが生成され放電灯が始動する。放電灯が始動した頃にはコンデンサ回路への充電が進んでいるため、放電灯に対して負荷電流の供給が開始される。このため、放電灯のアークは維持され失弧する不具合は生じない。放電灯が安定して点灯状態を維持している頃にスイッチ回路がオンして、第１のコンデンサと第２のコンデンサが並列接続される。すると、コンデンサ容量が大きくなるため、放電灯に対して安定して出力電流が供給されるとともに、リップルが小さくなり、放電灯のチラツキが少なくなる。

放電灯を確実に始動させることが出来、且つ、点灯後のチラツキを少なく出来る。

この発明の実施形態の放電灯点灯回路の回路構成図 放電灯の始動時の電流特性図

図１は、この発明の実施形態の放電灯点灯回路の回路構成図である。

ＤＣ２００ＶのＤＣ入力電源は、降圧チョッパ回路２に入力し、降圧後のＤＣ電圧はコンデンサ回路３に入力する。

降圧チョッパ回路２は、第１のスイッチ素子Ｓ１と、これに直列接続されるインダクタＬと、第１のスイッチ素子Ｓ１の出力端子と基準電位（ＤＣ２００Ｖの−側）間に接続されるダイオードＤとで構成される。コンデンサ回路３は、インダクタＬの出力端子と基準電位（ＤＣ２００Ｖの−側）間に接続される第１のコンデンサＣ１と、第１のコンデンサＣ１に並列に接続される、第２のコンデンサＣ２と第２のスイッチ素子Ｓ２の直列回路とで構成される。

コンデンサ回路３の出力端子は、イグナイタ回路４を介してキセノンランプからなる放電灯５に接続される。イグナイタ回路４は、コンデンサ回路３の出力電圧（コンデンサ電圧）を入力としてパルス状の始動電圧を発生する始動電圧発生回路４０と始動電圧を高圧に変換するパルストランス４１とで構成される。

制御回路６は、電流センサＣＴやシャント抵抗ＳＨで検出した負荷電流（ランプ電流）Ｉに基づいて、負荷電流が定電流となるように、降圧チョッパ回路２の第１のスイッチ素子Ｓ１のゲートに入力するＰＷＭ信号を制御する負荷電流制御回路６０と、コンデンサ回路３内の第２のスイッチ素子Ｓ２のオンタイミングを制御する第２スイッチ素子制御回路６１とを備える。

第２スイッチ素子制御回路６１は、負荷電流Ｉの流れ始めを検出する負荷電流検出回路６１ａと、負荷電流Ｉが流れ始めてから一定時間後を計測するタイマ回路６１ｂとを備える。タイマ回路６１ｂは、起動後、時間Ｔが経過してタイムアップしたときに第２スイッチ素子Ｓ２をオンするゲート信号Ｇ２を出力する。

次に、上記放電灯点灯回路の動作を説明する。

図示しない電源スイッチがオンしてＤＣ２００Ｖの入力電源が降圧チョッパ回路２に接続されると、降圧チョッパ回路２がスイッチング動作を開始し、降圧されたＤＣ電圧がコンデンサ回路３に入力する。コンデンサ回路３では、第２のスイッチ素子Ｓ２はオフしている。放電灯５はまだ始動していないため負荷となっていないが、コンデンサ回路が負荷となってコンデンサに充電電流が流れる。このときの充電電流の上昇勾配はコンデンサＣ１とコンデンサＣ１が並列接続されていなく、そのため全体のコンデンサ容量が小さいことから、緩やかではなく急峻であり、それによりコンデンサ回路３への充電が急速に行われる。

コンデンサＣ１への充電が進んでコンデンサ回路３の両端電圧が一定の大きさになるとイグナイタ回路４が作動してパルストランス４１の二次側に高圧の始動電圧が発生し、この始動電圧が放電灯５の陽極と陰極間に印加される。これにより放電灯５はアークを発生して始動される。同時に、コンデンサ回路３からアークを維持するためのエネルギーとして電流が供給され始動から点灯状態に移行される。

一方、放電灯５が始動して放電灯５に負荷電流（ランプ電流）Ｉが供給される点灯状態になると、その点灯モードへ移行するタイミング付近で第２のスイッチ素子Ｓ２がオンする。すなわち、制御回路６内の負荷電流検出回路６１ａが負荷電流Ｉが所定電流Ｉ０になったことを検出して、その後一定時間Ｔが経過するとタイマ回路６１ｂがゲート信号Ｇ２を出力して第２のスイッチ素子Ｓ２をオンする。

第２のスイッチ素子Ｓ２がオンすると、コンデンサ回路３は、１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２の並列接続回路となりコンデンサ容量が大きくなる。すると、コンデンサ回路３の平滑性能が良くなり、安定した負荷電流を供給できるとともに負荷電流Ｉのリップル分が減少し放電灯５のチラツキが少なくなる。なお、放電灯５が始動すると負荷インピーダンスが小さくなるためにコンデンサ回路３の出力電圧は減少してイグナイタ回路４は自動的に動作しなくなる。このため、放電灯５が始動した後は、高電圧が放電灯５に印加され続けることはない。

図２は放電灯の始動時の電流特性図を示している。図において、時刻ｔ０は負荷電流Ｉが所定電流Ｉ０になったときを示し、放電灯５は時刻ｔ０よりも前のタイミングで始動する。この時刻ｔ０になるとタイマ６１ｂが計数を開始し、一定時間（タイマ時間）Ｔが経過した時刻ｔ１で第２のスイッチ素子Ｓ２がオンする。図示のように、第２のスイッチ素子Ｓ２がオンすると、負荷電流Ｉのリップル成分Ｒが少なくなる。

なお、比較のために、本実施形態の負荷電流Ｉ（Ｉ１）の始動時の立ち上がり特性と、従来の回路の負荷電流Ｉ（Ｉ２）の始動時の立ち上がり特性を図２に示している。Ｉ２の場合、立ち上がりが相対的に緩慢であるため、始動してもアークが維持されなくなって失弧する可能性があるが、Ｉ１であると、始動直後から十分な電流が供給できるようになるため失弧することなく確実な点灯状態への移行が可能である。一方、時刻ｔ１になれば、コンデンサ容量が大きくなって負荷電流の平滑性が良くなりリップル分が少なくなるため、チラツキを防止できる。

なお、図１において、タイマ回路６１ｂは、時刻ｔ０から時間Ｔを計時するが、電源オンから時間Ｔ０を計時するものであっても良い。また、降圧チョッパ回路２を備えた例を示したが、その他の回路方式を使用しても良い。

１−放電灯点灯回路
２−降圧チョッパ回路
３−コンデンサ回路
４−イグナイタ
５−放電灯
６−制御回路
Ｃ１−第１のコンデンサ
Ｃ２−第２のコンデンサ

Claims (2)

1. ＤＣ電源電圧をスイッチングして所定の電圧に変換するスイッチング回路と、
   前記スイッチング回路の出力側に接続されるコンデンサ回路と、
   前記コンデンサ回路の出力側に接続され、放電灯に対して起動電圧を印加するイグナイタ回路と、を備え、
   前記コンデンサ回路は、前記スイッチング回路の出力端子間に接続される第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサに並列に接続される、第２のコンデンサと第１のスイッチ回路の直列回路とで構成され、
   前記スイッチ回路を、電源オン後負荷電流が流れ始めて所定時間後にオンするように制御する制御回路を備えたことを特徴とする放電灯点灯回路。
2. 前記所定時間は、負荷電流が安定した時に設定される請求項１記載の放電灯点灯回路。

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