JP2636278B2

JP2636278B2 - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2636278B2
Application number: JP29554087A
Authority: JP
Inventors: 利昭野口
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1987-11-24
Filing date: 1987-11-24
Publication date: 1997-07-30
Anticipated expiration: 2012-07-30
Also published as: JPH01137598A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は長期にわたり、安定して点灯させる制御手段
を設けた放電灯点灯装置に関する。

［従来の技術］従来より、放電灯は各種の光源装置に利用されてい
る。

例えば特公昭62−3529号に開示された第１の従来例で
は交流電源部、放電灯用バラスト及び高圧発生部から成
る点灯装置において、点灯性の向上、ならびにランプ寿
命の長期化等の目的を達成するために高圧発生部の供給
電源をバラストの出力より行なうという方法が採用され
ている。また、特開昭58−75793号の第２の従来例では
放電灯の点灯性を向上させるために、高圧重畳回路を設
けており、さらにこの高圧重畳回路の供給方法を、フォ
トカプラを用いた誤動作の少ない回路により、実現して
いる。さらに、実開昭56−137399号の第３の従来例で
は、放電灯の欠点である消灯直後の再点灯の点灯性の悪
化を改善するために高圧発生装置の発生する電圧を変化
させる制御装置を放電灯点灯装置に設けている。

［発明が解決しようとする問題点］上述の各従来例によると、放電灯の点灯性は確かに向
上しているが、まだ、放電灯の点灯中の電圧のバラツキ
や、放電灯の劣化による点灯初期の放電灯電圧の暴走
（あばれ）などに対しては、まだ、点灯不良が発生する
場合が多い。又、第３の従来例によると、点灯性を向上
させる方法として、放電灯の近傍の温度を検出する手段
か、あるいは放電灯の消灯後の時間経過による温度低下
とほぼ対応する温度変化を有する感熱装置を備えた手段
を設け、放電灯の始動時に高電圧発生装置の発生する電
圧を変化させる方法がある。

しかし、この方法では放電灯の点灯中の電圧のバラツ
キ、放電灯劣化による点灯初期の放電灯電圧の暴走に対
しては対応できないという欠点があった。

本発明は上述した点にかんがみなされたもので、放電
灯が使用時間と共に点灯電圧が上昇した場合等にも、確
実に放電灯を点灯できる放電灯点灯装置を提供すること
を目的とする。

［問題点を解決する手段及び作用］本発明では交流入力部、整流平滑部、電流制御部、高
電圧発生部を含む回路と、この主回路に電圧重畳回路を
設けると共に、放電灯点灯後の使用積算時間を積算する
積算時間検出部と、使用積算時間の変化に対応し、段階
的に電圧重畳回路の出力電圧を上げる電圧重畳回路制御
手段を設けたり、点灯のために印加する高圧パルスを、
放電灯が点灯しない場合には段階的に上昇させる高圧パ
ルス印加手段を設ける等して放電灯を長期にわたり安定
して点灯できるようにしている。

［実施例］以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第１図は本発明の第１実施例の基本的構成を示し、第
２図は第１実施例の具体的回路構成を示す。

第１図に示すように放電灯点灯装置１は交流を取込む
交流入力部２と、交流入力を整流し、平滑する整流平滑
部３と、平滑された後の直流電圧をある設定した直流電
圧に交換するDC/DC変換部４と、このDC/DC変換部４の出
力を用いて高電圧を発生し、トランスＴに接続された放
電灯５に高電圧パルスを印加する高電圧発生部６と、前
記交流入力部２の出力からDC/DC変換部４の出力側に重
畳電圧を出力する電圧重畳回路７と、この電圧重畳回路
７の重畳出力を制御する重畳電圧制御部８とから構成さ
れる。尚、交流入力部２、整流平滑部３、電流制御部を
形成するDC/DC変換部４、高電圧発生部６により主回路
が構成される。

上記高電圧発生部６は放電灯５を点灯させるために高
圧パルスを印加するためのものであり、電圧重畳回路７
はさらに放電灯５をより確実に点灯させるために上記DC
/DC変換部４の出力に例えば150V位の直流電圧を重畳す
るためのものである。

一方、重畳電圧制御部８は、交流入力部２に入力され
る交流電圧により、使用時間を積算する積算時間検出部
９と、この積算時間を初期状態にリセットするリセット
手段10と、前記積算時間検出部の検出信号により電圧重
畳回路７への重畳電圧を決定する電圧重畳回路制御部11
とから構成される。

この本発明は上記重畳電圧制御部８を設けることによ
り、従来例における一定の電圧重畳手段に対し、放電灯
５の使用積算時間による影響を解消できるような重畳電
圧の制御手段を設けている。

次に第１図の動作を以下に説明する。

第１図において、交流入力部２にAC入力が入力される
と、１つは整流平滑部３により整流平滑され、DC/DC変
換部４に入力される。前記DC/DC変換部４では一般的に
スイッチングレギュレータ方式によりDC変換され、高電
圧発生部６の一部を通り放電灯５に一定電流を供給する
ように定電流制御される。前記AC入力のもう１つは、電
圧重畳回路７へ供給される。この電圧重畳回路７では、
ACからDCに変換され、DC変換された直流電圧（前記DC/D
C変換部４の出力電圧の約５倍の電圧）が、前記DC/DC変
換部４の出力、つまり放電灯５の両電極間に重畳される
ようになる。放電灯５を点灯させるには、まず第１にDC
/DC変換部４を動作させ、放電灯５の両電極間つまりＡ
が正確、Ｋが負極となるように例えば約DC30Vの電圧を
印加しておく。第２に電圧重畳回路７により例えば約DC
150Vの電圧を電圧を前記放電灯５の両電極間に重畳させ
る。第３に、高電圧発生部６の始動回路（図示なし）に
よりトリガーパルスを発生させると、トランスＴによ
り、高圧パルスが誘起され、放電灯５の両電極間に例え
ば約30kVの高圧が印加される。前記高圧パルスにより放
電灯５の両電極間は、電気的にリークされ、放電を開始
する。すでに前記電圧重畳回路７により放電灯５の両電
極間は約DC150Vが印加されているため、そのエネルギー
により放電はさらに強化される。従って、放電灯５の電
極は、電子を放出するのに充分な位に加熱され放電灯５
は安定な放電に移行する。次に、放電灯５にエネルギー
を連続的に供給するための主回路であるDC/DC変換部４
は、放電灯５の電流を常に検出して、定電流制御するよ
うに動作する。その後は電圧重畳回路７の動作は禁止さ
れ、DC/DC変換部４のコントロールにより、放電灯５は
一定連続点灯状態になる。本願は、前記説明の中の特に
電圧重畳回路７による高圧の重畳を使用時間等に応じて
変化させるようにして放電灯５を安定に点灯できるよう
にしている。

従来は、前記説明の如く、放電灯５を点灯させる場合
に重畳される電圧は約DC150Vに設定されている。この値
は放電灯５の点灯性の良し悪しに大きく影響するもので
あり、例えば約DC100Vというように低くなると、放電灯
５は点灯不良を起こすことが実験データ等により判明し
ている。つまり、この重畳電圧は放電灯５のバラツキに
よっては適正値を選択することが必要になる。また、放
電灯５の連続点灯時の放電灯電圧は、使用時間が増すこ
とにより増加していく傾向にあり、特に点灯性の良し悪
しに対しては相関関係があることがわかっている。つま
り、従来のような重畳電圧をある値に一定に設定してお
くと、放電灯５の使用積算時間が増加していくにつれ
て、点灯不良が増加してしまうという大きな問題があっ
た。

この発明はこの欠点を解決するもので、高圧重畳回路
６の出力電圧の大きさを放電灯５の使用積算時間に対応
して制御するようにするか、もしくは点灯回数（高圧パ
ルス印加回数）に対応して、前記出力電圧を制御するよ
うにして、放電灯５の電圧の変化が大きくなっても、点
灯不良が発生しないようにしている。

例えば新しい放電灯５を点灯しようとする時に先ずリ
セット手段10により積算時間検出部９を初期状態にリセ
ットする。このリセットにより使用積算時間は０にリセ
ットされる。従って、電圧重畳回路制御部11は電圧重畳
電圧が例えばDC120Vになるように電圧重畳回路７を制御
する。この場合は、放電灯５が新品であるので、DC120V
で良い。使用時間は常に積算時間検出部９によって積算
され、例えば使用積算時間が200時間になると、この情
報が前記の如く、電圧重畳回路制御部11に入力され、今
度は電圧重畳電圧がDC150Vになるように電圧重畳回路７
が制御される。つまり、放電灯５の使用時間が増加する
につれて、放電灯５の点灯電圧も増加する。この変化に
対応して本願の装置では、電圧重畳電圧を増加させるよ
うにして放電灯５の点灯電圧の変動を吸収するようにし
ている。本願では１例として、重畳電圧を制御している
が、基本的には重畳エネルギーを制御することであり、
電圧のみならず電流、抵抗値等を制御してもよい。

このようにして、放電灯５の使用時間が増すにつれ、
放電灯５の点灯時に必要な放電灯電圧が高くなるのに対
応できるようにしている。

以下、第２図に示す第１実施例の具体的回路にて説明
する。

交流入力部２より交流信号（例えばAC100V50Hz）がダ
イオードブリッジDB1に入力される。ダイオードブリッ
ジDB1により交流信号が整流され、コンデンサC1により
平滑される。コンデンサC1の両極間は、平滑された直流
電圧となる。正極側にトランスT1（変換トランス）の１
次側の一端が接続され、１次側の他端はトランジスタTr
1のコレクタに接続されている。トランジスタTr1のベー
スは抵抗R3を通り、コントロールIC13に接続されてい
る。コントロールIC13は、トランジスタTr1をスイッチ
ング動作させるための駆動パルスを出力する。前記トラ
ンジスタTr1のエミッタは、コンデンサC1の負極側に接
続されている。前記トランスT1の２次側の一端はダイオ
ードD1に接続されており、平滑用チョークL1を通り、放
電灯５の陽極Ａに接続されている。前記トランスT1の２
次側の他端は放電灯５に流れる電流を検出する抵抗R1を
通り、高電圧発生部６の一部であるイグニッショントラ
ンスＴを経由して放電灯５の陰極Ｋに接続されている。
放電灯５と並列に重畳エネルギーをたくわえるコンデン
サC2が接続されている。電圧重畳回路７及び電圧重畳回
路制御部11、積算時間検出部９、リセット手段10は電源
トランスT2、トライアックTA1〜TA3、カウンタ14、セレ
クタ15、リセットスイッチ16等により構成されている。
電源トランスT2の１次側は交流入力部２に接続されてい
る。トランスT2の２次側は第１実施例では３つの出力、
例えば120V,150V,180Vの出力が選択できるように、タッ
プが設けてある。また各タップの出力にはトライアック
TA1〜TA3がいずれか１つのタップ出力を選択し出力する
ように接続されており、ダイオードD2、抵抗R2、コンデ
ンサC3を通って、前記コンデンサC2に接続されている。
積算時間を検出するカウンタ14は交流入力部２と、リセ
ットスイッチ16と、セレクタ15に接続され、セレクタ15
は前記トライアックTA1〜TA3のいずれか１つのみを、放
電灯５の積算時間に対応して選択できるように構成され
ている。

このように構成された第１実施例の具体例の動作を以
下に説明する。

まず第１に、交流入力部２に例えばAC100Vが入力され
る。主回路側はダイオードブリッジDB1により整流さ
れ、コンデンサC1により平滑される。コントロールIC13
は、放電灯５の電流を抵抗R1により検出し、放電灯５に
常に一定の電流を供給するようにトランジスタTr1をコ
ントロールするように構成されており、点灯前は放電灯
５に電流が流れていないため、トランスT1の巻線比に対
応した電圧が、トランスT1の２次側に出力される。

第２に、トランスT2の２次巻線には、本例では120V,1
50V,180Vの３つの電圧が出力されている。今、放電灯５
が使用積算時間が０時間だとすると、セレクタ15によっ
てトライアックTA3が選択され、ダイオードD2、コンデ
ンサC3により整流して平滑され、前記コンデンサC2に重
畳電圧が印加される。つまり、DC/DC変換部４によって
出力された電圧に対して、電圧重畳回路７より出力され
た電圧が加算された状態となり、点灯前の放電灯５の両
極間の電圧は、約DC120Vが印加されている。Ｅ＝1/2CV²
［Ｊ］より、Ｅ＝（1/2）×（C2）×（120）^２の重畳エ
ネルギーがコンデンサC2に蓄えられていることになる。
第３に、高電圧発生部６により、トランスＴを経由して
放電灯５の両電極間をリークさせると、前記重畳エネル
ギーによって放電が開始される。従って、放電灯５に電
流が流れるため、前記コントロールIC13の機能により、
放電灯５は一定電流で点灯する。点灯した後はトライア
ックTA3は遮断され、重畳電圧は印加されなくなる。

次に、放電灯５の使用積算時間が200時間の場合を考
えると、セレクタ15によりトライアックTA2が選択さ
れ、トランスT2の出力電圧、つまり150VがダイオードD
2、抵抗R2、コンデンサC3を経由して、コンデンサC2に
印加される。従って、重量エネルギーは、Ｅ＝（1/2）
×（C2）×（150）^２となる。つまり、放電灯５が新し
い時は重畳エネルギーは少なくし、古くなるにつれて重
畳エネルギーを増加させていくようにして、放電灯５の
電圧の変化に対応した点灯方式を用いたので、従来方法
に比べ点灯性が充分改善される。また、長期にわたり放
電灯５を安定して点灯させることができ、放電灯点灯装
置の信頼性を向上できる。

尚、放電灯５を交換する場合には、リセットスイッチ
16をオンして、カウンタ14を初期状態（積算時間０時
間）にする。

第３図は本発明の第２実施例の放電灯点灯装置51を示
す。

この実施例は第１実施例と基本的概念に同じなので、
異なる重畳回路部分について詳細に説明する。この実施
例では電圧重畳回路７は、DC/DC変換器52より構成され
ている。整流平滑部３のコンデンサC1の出力に、トラン
スT2の１次巻線を介してトランジスタTr2が接続されて
いる。トランジスタTr2は、抵抗R6を通り、発振器53に
接続されており、この発振器53はフォトカプラP1のオン
−オフにより動作を開始、あるいは停止するように制御
され、トランジスタTr2をスイッチング動作させる。前
記トランスT2の２次側は、ダイオードD2、コンデンサC
3、抵抗R2によって整流平滑され、主回路の出力側のコ
ンデンサC2に接続されている。コンデンサC2の両端は抵
抗R4,R5によって分圧され、前記抵抗R4とR5の接続点
は、前記電圧重畳回路７の重畳電圧が印加されるコンデ
ンサC2の両端の電圧を検出するための比較器54の入力の
一端に接続されている。この比較器54の他端の入力に
は、前記重畳電圧の値と比較して、前記フォトカプラP1
をオン−オフするための基準電圧が入力されるように抵
抗R8と抵抗R9,R10,R11の接続点に接続されている。抵抗
R9,R10,R11はそれぞれトランジスタTr3,Tr4,Tr5のコレ
クタに接続されており、抵抗R9,R10,R11は、トランジス
タTr3,Tr4,Tr5がいずれか１つがオンすると、180V,150
V,120Vのいずれか１つの重畳電圧がコンデンサC2に印加
されるように比較器54の入力端に基準電圧を印加する。
トランジスタTr3,Tr4,Tr5はそれぞれセレクタ15を通
り、カウンタ14を経由して、リセットスイッチ16と交流
入力部２に接続されている。従って、第１実施例と同様
に例えば、使用積算時間が０時間の放電灯５を点灯させ
る場合は、カウンタ14及びセレクタ15によりトランジス
タTr5が選択されて、比較器54には抵抗R8とR11によって
分圧された基準電圧が入力される。点灯の初期の段階で
はフォトカプラP1はオンしており、発振器53はトランジ
スタTr2をスイッチング動作させている。それによっ
て、トランスT2の２次側に電圧が誘起され、ダイオード
D2、抵抗R2、コンデンサC3によりコンデンサC2に電圧を
印加する。

前記基準電圧は重畳電圧がDC120Vになるように抵抗R
8,R11により設定されているので、コンデンサC2の両端
の電圧がDC120Vになると、抵抗R4,R5により比較器54が
検知し、フォトカプラP1をオフする。従って、重畳電圧
はDC120Vにセットされ、発振器53は停止する。

以後、第１実施例と同様に高電圧発生部６により高圧
パルスを放電灯５に印加すると、放電灯５は適正に点灯
する。同様に放電灯５の使用積算時間が200時間であれ
ば、トランジスタTr4が選択され、前記の如く、今度は
重畳電圧がDC150Vにセットされ放電灯５を点灯させる。
従って、第１実施例と同様に放電灯５が新しい時は、重
畳エネルギーを少なくし、古くなると重畳エネルギーを
増加するようにして、放電灯５の電圧の変化に対応した
点灯方式を用いたので従来に比べ、点灯性が充分改善さ
れる。この第２実施例では、商用周波数の数100倍以上
で、DC/DC変換を行うDC/DC変換手段を用いることによ
り、エネルギーの変換効率を上昇でき、且つトランスの
小型化が可能である。

また重畳電圧のレベルを検出してDC/DC変換器52の駆
動をオン−オフできるので、一定の重畳電圧を供給でき
る。従って、点灯装置を小型化可能になると共に、点灯
性も向上できる。また、点灯に必要な電圧より高すぎる
電圧をむやみに印加しないので、放電灯５の寿命を長く
できる。

第４図は第２実施例における放電灯５の使用に対する
積算回路検出部９の具体例を示す。

交流入力部２の非アース側のACラインは抵抗R12を通
り、さらにコンデンサC4を通り抵抗R13,R14の交点を通
り、比較器55の一方の入力端に接続されている。抵抗R1
3,R14はバイアス回路である。比較器55の他方の入力端
には、基準電圧V2が印加されている。従って、比較器55
の出力は基準電圧V2と交流信号入力V1が比較されるた
め、パルス信号に変換される。このパルス信号をカウン
タ14によって積算し、積算値のデータによりマルチプレ
クサ15がトランジスタTr3〜Tr5のいずれかを選択する。
また、積算値のデータを保持しておくため、バックアッ
プ電源56がカウンタ14に接続されている。また、リセッ
トスイッチ16が、カウンタ14、マルチプレクサ15に接続
されており、放電灯５交換時に積算データをリセットを
行なえるようになっている。

第５図は本発明の第３実施例の放電灯点灯装置61の基
本的構成を示し、第６図はその具体的構成を示す。

第５図において、この第３実施例は第１図に示す実施
例と異るところは、電圧重畳回路制御部11のコントロー
ルの方法である。第１実施例では、放電灯５の使用時間
を積算する積算時間検出部９とリセット手段10を設け
て、放電灯５の使用積算時間に対応して、放電灯５に印
加する重畳電圧を可変していた。それに対して本実施例
では、電圧重畳回路制御部11の制御にコントローラ62
（具体的にはCPU63）を用い、電流制御部の一部である
コントロールIC13より、放電灯５が点灯しているか、い
ないかを判断するための放電灯点灯信号と、放電灯５点
灯時に高圧パルスを発生させるための高圧パルス印加信
号とをCPU63により演算し、１回目の高圧パルスを印加
し、初期の重畳電圧（例えばDC120V）で点灯しなかった
場合、放電灯点灯信号（点灯せず）と高圧パルス印加信
号（１回目）を演算し、２回目の高圧パルスを印加する
場合は重畳電圧を可変し（例えばDC120VからDC150Vで上
げる）再び点灯を試みるというものである。第６図にお
いて、CPU63は放電灯５が点灯したか、しないかを判断
するコントロールIC13と、高圧パルスを印加するための
高電圧発生部６に接続されており、２回目以降の点灯の
条件を設定するよう演算を行っている。さらに点灯の条
件、すなわち重畳電圧を可変するために、トライアック
TA1〜TA3に接続されている。従って、第１回目の点灯を
開始する前は、CPU63はトライアックTA3を選択してお
り、放電灯５の両端にはDC120Vの重畳電圧が印加されて
いる。この状態で高圧パルスが印加される。１回目で放
電灯５が点灯すると、CPU63は放電灯点灯信号（点灯し
た）を入力し、CPU63は点灯完了と判断し、電圧重畳回
路７を遮断し、放電灯５は定常点灯に移行する。これに
対して１回目の高圧パルス印加によって、放電灯５が点
灯しなかった場合はCPU63は放電灯点灯信号（点灯せ
ず）を入力し、高圧パルス印加１回目という信号とで演
算を行ない、２回目の点灯条件としてトライアックTA2
を選択し、重畳電圧をDC150Vに再セットする。従って、
２回目は重畳電圧DC150Vの状態で点灯が開始される。つ
まり前記構成により３回目,4回目というように、２回目
以降それぞれに対し重畳電圧を可変することができる。

従って、放電灯５の電圧のバラツキが大きく、１つの
重畳電圧の値で点灯しなくとも、２回目以降重畳電圧が
可変されるので、確実に点灯することができ、点灯性を
より向上させることができる。

この実施例では第１実施例の構成を変えたものである
が、第２実施例に対しても応用することができ、同様の
効果が得られる。

尚、第６図においてCPU63はバックアップ電源にてバ
ックアップされ、次の使用時には少くとも前の点灯条件
に等しい電圧から点灯動作をスタートさせても良い。
又、CPU63に付随するメモリ（図示せず）に必要なデー
タを格納し、そのデータを格納するメモリをバックアッ
プしても良い。

また、上述の各実施例の放電灯点灯装置として、スイ
ッチングレギュレータ方式を用いた場合について述べた
が、その他チョッパ方式等を用いてもよい。また、上述
の各実施例では、重畳電圧制御をカウンタ、マルチプレ
クサ及びCPU等を用いて行なっているが、自動式（例え
ば切替スイッチ）によって重畳電圧を切替えてもよい。

［発明の効果］以上述べたように本発明によれば、放電灯の使用時間
等に応じて放電灯点灯電圧を上昇させるようにしている
ので、放電灯の点灯性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１実施例に係り、第１図
は第１実施例の基本的構成を示すブロック図、第２図は
第１実施例の具体的構成を示す回路図、第３図は本発明
の第２実施例の具体的構成を示す回路図、第４図は第２
実施例における積算時間検出部の具体的構成を示す回路
図、第５図は本発明の第３実施例の基本的構成を示すブ
ロック図、第６図は本発明の第３実施例の具体的構成を
示す回路図である。１……放電灯点灯装置、２……交流入力部３……整流平滑部、４……DC/DC変換部５……放電灯、６……高電圧発生部７……電圧重畳回路、８……重畳電圧制御部９……積算時間検出部、10……リセット手段 11……電圧重畳回路制御部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】放電灯を定常放電させる主回路と、前記放
電灯の始動時に重畳電圧を出力する電圧重畳回路と、前
記放電灯の電極間に高電圧パルスを印加する高電圧発生
部を有する放電灯点灯装置において、前記電圧重畳回路
の重畳電圧を前記放電灯の使用時間又は使用回数に応じ
て制御する重畳回路制御手段を設けたことを特徴とする
放電灯点灯装置。