JP2949267B2 - 高輝度放電灯点灯用電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、メタルハライドランプ
等の高輝度放電灯の点灯方法及びその電源装置に関する
ものであり、特に放電灯のイグナイタの改善を行うもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の高輝度放電灯において、放電灯を
流れる電流がその極性を交番して、その交番の半周期毎
に零値を通り、これによって点弧状態を遮断する。従っ
てその都度その点弧状態を回復する必要がある。そのた
め、この種の放電灯を点灯させる従来の放電灯点灯用電
源装置は、点灯電流の正弦波を矩形波に変換することに
より、極性遷移時のエネルギーを大きくし、点弧状態の
回復、性能の改善が行われていた。

【０００３】従来、放電灯のイグナイタは放電ギャップ
が用いられ、このギャップに高電圧を印加し、ギャップ
放電の高周波高電圧をカップリングコイルを介して放電
灯に印加して起動させている。このイグナイタは、高周
波の周期が短く、放電灯を確実に点灯させるには、連続
した高周波を印加しなければならない。このため、他の
機器のノイズ源となっていた。

【０００４】そこで、本出願人は特願平５−２８８６７
８号において、起動時にコンデンサに電荷を充電し、こ
の電荷をサイリスタを用いて放電させ、この放電電流に
よるパルスをカップリングコイルを介して放電灯に印加
し放電灯を点灯させるイグナイタを提案している。

【０００５】すなわち、図５において入力端子１に供給
された交流電源をダイオード３〜６のブリッジ構成の入
力整流器２と平滑コンデンサ７により構成される直流生
成手段によって整流・平滑し、この直流をＩＧＢＴ、Ｍ
ＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等のスイッチング
素子１１〜１４で構成されるインバータ回路１０に印加
する。インバータ制御回路３１によってインバータ１０
をＰＷＭ制御して直流を矩形波交流に変換し、リアクト
ル１５，１６を介して５０〜３００Ｈｚの矩形波交流を
放電灯２１に供給している。

【０００６】この放電灯の起動点灯時に高電圧を印加す
るイグナイタ２２は、リアクトル１５，１６の出力の矩
形波交流を整流する整流ダイオード２８と、整流された
直流を抵抗２９を介して充電するコンデンサ２５及びカ
ップリングコイル２４の１次巻線２４ａの直列回路と、
この直列回路と並列にサイリスタ２６とサイリスタ２６
と逆並列に接続されたフライホイールダイオード２７に
より構成されている。なお、６１はサイリスタ２６に駆
動信号を入力するサイリスタ制御回路である。また、１
７はバイパスコンデンサである。

【０００７】そして、インバータ１０の出力の矩形波交
流をダイオード２８により整流し、整流された直流によ
りコンデンサ２５を充電する。充電された電荷はサイリ
スタ２６がオンすることによりサイリスタ２６、カップ
リングコイル２４の１次巻線２４ａを介して放電し、こ
の放電による放電電流によりカップリングコイル２４の
２次巻線２４ｂに高電圧を得て、放電灯２１に高電圧を
印加し、放電灯の起動点灯を容易にする。また、サイリ
スタ２６のオン時にはコンデンサ２５は逆充電され、こ
の逆充電された電荷がフライホイールダイオード２７を
介して放電することによりサイリスタ２６はターンオフ
する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のイグナイタを用
いた電源装置では、カップリングコイル２４の２次巻線
２４ｂに発生する高電圧のタイミングと、電源装置の出
力電流波形、出力電圧波形とは相関関係がないため、放
電灯がカップリングコイルからの高電圧によってアーク
放電に移行してもその直後に出力電流が極性反転すると
アークが切れて、起動失敗することがあった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題に
留意してなされたもので、交流電源を整流する直流生成
手段と、スイッチング素子を有し直流生成手段の出力の
直流を交流に変換し高輝度放電灯に矩形波交流を供給す
るインバータと、上記インバータの出力を半波整流する
ダイオードと、このダイオードの直流出力により充電さ
れるコンデンサと、このコンデンサに充電された電荷を
放電させる放電用スイッチング素子と、上記コンデンサ
の充電電荷を放電させるカップリングコイルを有し、上
記高輝度放電灯に起動点灯時高電圧を印加するイグナイ
タとにより構成される高輝度放電灯点灯用電源装置にお
いて、上記インバータのスイッチング素子に印加する低
周波の駆動信号を入力し分周出力を出力するカウンタ
と、このカウンタの分周出力を遅延させる遅延回路と、
遅延回路の出力信号により上記放電用スイッチング素子
を駆動する放電用スイッチング素子駆動装置により構成
され、さらに上記カップリングコイルが２次巻線に上記
放電灯に流れる電流の極性と逆極性に誘起する方向に接
続されている。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【作用】インバータの交流出力を半波整流してコンデン
サを充電する。このコンデンサに充電された電荷を、カ
ップリングコイルを介して放電させ、カップリングコイ
ルの２次巻線に放電灯に流れる電流の極性と逆方向に誘
起させて、カップリングコイルの２次巻線を低インダク
タンス化し、放電灯に高電圧を印加し放電灯を起動点灯
させる。インバータのスイッチング素子に印加する低周
波の駆動信号をカウンタに入力し、分周出力を得てこの
分周出力を遅延回路により遅延させる。また、カップリ
ングコイルの２次巻線に放電灯に流れる電流の極性と逆
方向に誘起せさ、カップリングコイルの２次巻線を低イ
ンダクタンス化し、放電灯に高電圧を印加し放電灯を起
動点灯させる。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【実施例】この発明による電源装置の一実施例を図１に
示す。図５に示した従来のものと同等部分には同一符号
を付している。そして異なる点は、インバータ制御回路
３１とサイリスタ制御回路の相関関係を明確にした点に
ある。すなわち図５において、インバータ制御回路３１
はＰＷＭ制御等の制御が行われる高周波発振器３２と、
５０〜３００Ｈｚの１８０゜位相の異なる２つのパルス
を出力する低周波発振器３３と、両発振器３２，３３の
出力を論理積するアンド回路３４，３５と、両アンド回
路３４，３５のアンド信号を受け、インバータ１０のス
イッチング素子１１，１３をＰＷＭ制御させる駆動信号
を出力させる高周波駆動回路３６と、低周波発振器３３
の出力信号を受け、インバータ１０のスイッチング素子
１２，１４に駆動信号を出力させる低周波駆動回路３７
により構成されている。

【００１８】一方、サイリスタ制御回路４１はスイッチ
ング素子１１及び１４がオン、すなわち、インバータ１
０が図１のＡ点側がＢ点側より高い出力を出力させる低
周波発振器３３の出力を入力し、２分の１分周及び４分
の１分周を出力するカウンタ４２と、カウンタ出力補正
用の遅延回路４３と、遅延回路４３とカウンタ４２の２
分の１分周された出力を論理積するアンド回路４４と、
アンド回路４４の出力とカウンタ４２の４分の１分周さ
れた出力を論理積するアンド回路４５と、アンド回路４
５の出力を遅延させる起動遅延回路４６と、起動遅延回
路４６の出力を受け、サイリスタ２６に絶縁された駆動
信号を出力するサイリスタ駆動回路４７により構成され
ている。

【００１９】次に、このイグナイタの動作をその動作を
示した図２とともに説明する。低周波発振器３３から図
２（ａ）に示すように低周波の出力信号と、この出力信
号と１８０°位相差のある出力信号が出力され、それら
出力信号に応じた駆動信号によりインバータ１０のスイ
ッチング素子１４，１２が低周波スイッチングされる。
また、低周波発振器３３の出力信号と、高周波発振器３
２の出力信号とが論理積された駆動信号によりスイッチ
ング素子１１，１３が高周波のスイッチングされる。
今、スイッチング素子１１と１４がオンされると、リア
クトル１５，１６の出力にＡ点が正の電圧が発生し、ダ
イオード２８、抵抗２９、コンデンサ２５、カップリン
グコイル２４に電流が流れ、図２（ｅ）に示すようにコ
ンデンサ２５は図の極性に充電される。スイッチング素
子１１，１４がオフし、スイッチング素子１３，１２が
オンする期間は、Ｂ点の電位がＡ点の電位より高く、ダ
イオード２８はオフし、コンデンサ２５の充電電位は前
の半サイクルの電位を保持する。そしてコンデンサ２５
はスイッチング素子１１，１４がオンする期間に充電さ
れ、図２（ｅ）に示すようにその電圧は上昇する。

【００２０】一方、スイッチング素子１４をオンさせる
信号を出力する低周波発振器３３の出力信号をカウンタ
４２に入力し、２分の１分周出力と、４分の１分周出力
を得る。２分の１分周された出力と補正用遅延回路４３
との論理積をアンド回路４４で行い、さらにこの論理積
と４分の１分周された出力との論理積をアンド回路４５
で行い、アンド回路４５の出力に図２（ｃ）に示すよう
な低周波パルスの４分の１周期のパルスを得る。次に遅
延回路４６を介して図２（ｄ）に示すようにアンド回路
４５の出力パルスから、例えば１００〜１０００μｓｅ
ｃ最適には数百μｓｅｃ程度の短時間ｔ１遅れた立ち上
がりのパルスを得る。この遅延回路４６の出力信号が駆
動回路４７を介してサイリスタ２６にゲート信号として
入力し、サイリスタ２６がオンする。

【００２１】サイリスタ２６がオンすると、コンデンサ
２５に充電された電荷がサイリスタ２６、コイル２４を
介して放電する。この時コイル２４の１次巻線２４ａに
はドット方向が正となるように電圧が印加し、２次巻線
２４ｂにはドット方向が正の電圧が図２（ｆ）に示すよ
うに誘起する。この誘起された電圧は図３（ａ）に示す
ようにインバータ１０の出力電圧の極性と逆極性の例え
ば１５ｋＶ程度の高電圧のトリガとして放電灯２１に印
加し、このトリガ電圧により放電灯２１に図３（ｂ）に
示すようにランプ電流が流れ出す。この放電灯２１に流
れる電流方向は、コイル２４の２次巻線２４ｂのドット
方向を正とする電圧方向に流れるため、コイル２４は飽
和方向に移動して、２次巻線２４ｂのインダクタンスを
小さくし、放電灯２１に流れるランプ電流は急速に増加
し、立ち上がりの早い電流となって放電灯２１に流れ
る。これにより放電灯２１は点灯し、放電灯２１に印加
する電圧は図３（ａ）に示すように無負荷電圧から放電
灯特性の電圧に移行する。また、遅延回路４６の短時間
ｔ１の遅れた後のＡ点は正の期間が周波数５０〜３００
Ｈｚに相当する期間で１．５〜１０ｍｓｅｃと長く起動
が容易に行われる。

【００２２】そしてインバータ１０が反転し、スイッチ
ング素子１１，１４がオフ、スイッチング素子１３，１
２がオンすると、サイリスタ２６は逆バイアスされてオ
フする。さらに反転し、スイッチング素子１１，１４が
オンすると、コンデンサ２５は前述したように充電され
る。この間に放電灯２１が図（３）に示すようにｔ２の
期間に放電灯の点灯失敗をした場合、前述したようにコ
ンデンサ２５の充電を行い、図１のＡ点が正の期間にサ
イリスタ２５をオンさせ放電灯２１の起動を行う。な
お、図示しないが、放電灯２１が正常に起動すれば、放
電灯２１の両端電圧又はランプ電流を検出し、この検出
された信号をカウンタ４２のリセット信号端子に入力す
れば放電灯点灯後はサイリスタ２６への駆動信号を停止
させることができる。

【００２３】また、放電灯が起動するまでインバータ１
０の４サイクルごとにサイリスタ２６に駆動信号を入力
させてオンさせているが、２サイクル又は４サイクルを
越えるサイクルで行うことができる。しかし、最短の２
サイクルごとにサイリスタ２６に駆動信号を入力させる
場合、抵抗２９を小さくし、短時間にコンデンサ２５を
最大電圧まで充電させる必要がある。抵抗２９を小さく
すると、コンデンサ２５に流れる電流が大きくなり抵抗
２９の損失が大きくなり、また、放電灯２１の起動時に
放電灯２１に流れる電流がコンデンサ２５側に分流し、
点灯失敗が生じやすくなる。一方、サイリスタ２１に入
力する駆動信号間のサイクルを長くすると、点灯までの
時間がかかるなどの問題があり、通常４サイクル又は８
サイクルに選択するのがよい。

【００２４】上記実施例では、サイリスタ２６に入力す
る駆動信号はＡ点が正の半波時に行っているが、Ｂ点が
正の半波時にサイリスタ２６を駆動信号を入力すること
ができる。この場合、カウンタ４２の入力をスイッチン
グ素子１２がオンさせる低周波発振器３３の出力とし、
カップリングコイル２４の２次巻線２４ｂにはドット方
向と反対側が正になるように電圧を誘起させればよい。
すなわち、カップリングコイルの２次巻線２４ｂには放
電灯２１に流れる極性と逆方向に誘起させればよい。Ｂ
点が正の半波時にサイリスタに駆動信号を入力し、コン
デンサの充電電荷を放電させると、整流ダイオードによ
り抵抗２９に流れる電流が阻止され、放電灯２１に流れ
る電流が分流することがなく、起動点灯が確実になる。

【００２５】上記実施例では、インバータ１０のスイッ
チング素子１１，１３を高周波スイッチングさせ、スイ
ッチング素子１２，１４を低周波スイッチングさせてい
るが、スイッチング素子１１，１２を高周波スイッチン
グさせスイッチング素子１３，１４を低周波スイッチン
グさせるなどの組み合わせを行い、スイッチングさせる
こともできる。また、サイリスタ２６に代えてトランジ
スタなどのスイッチング素子にすることもできる。

【００２６】図４は他の実施例であり、図１の実施例の
ものと異なる点は、インバータ１０の出力に設けたリア
クトルの一個を除き、駆動回路５３を非絶縁にし、出力
にダイオード５２を設けたものである。この実施例でＡ
点が正のタイミングでサイリスタ２６をオンさせるの
は、図１の実施例のものと同じである。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればイ
ンバータの出力を半波整流し、コンデンサを充電しこの
コンデンサに充電された電荷を、カップリングコイルを
介して放電させ、カップリングコイルの２次巻線に流れ
る電流の極性と逆方向に誘起させて、カップリングコイ
ルの２次巻線を低インピーダンス化し、放電灯に高電圧
を印加し、放電灯を確実に点灯させることができる。ま
た、コンデンサの充電電荷の放電をインバータ出力の矩
形波交流電圧の立ち上がりから１００ないし１０００μ
ｓｅｃ遅延しているため、コンデンサの放電から次の矩
形波交流電圧の転極までの時間を長くでき、起動点灯を
確実にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高輝度放電灯点灯方法及びその電源装
置の一実施例の概略ブロック図である。

【図２】図１の各部の波形のタイムチャート図である。

【図３】図１の出力電圧、出力電流の波形のタイムチャ
ート図である。

【図４】本発明の高輝度放電灯点灯方法及びその電源装
置の他の実施例の概略ブロック図である。

【図５】従来の高輝度放電灯点灯用電源装置の概略ブロ
ック図である。

【符号の説明】

２ 入力整流器 ７ 平滑コンデンサ １０ インバータ回路 １１，１２，１３，１４ スイッチング素子 １５，１６ リアクトル １７ バイパスコンデンサ ２１ 高輝度放電灯 ２２ イグナイタ ２４ カップリングコイル ２４ａ １次巻線 ２４ｂ ２次巻線 ２５ コンデンサ ２６ サイリスタ ２７ フライホイールダイオード ２８ 整流ダイオード ２９ 抵抗 ３１ インバータ制御回路 ３２ 高周波発振器 ３３ 低周波発振器 ３４，３５，４４，４５ アンド回路 ３６ 高周波駆動回路 ３７ 低周波駆動回路 ４１，５１ サイリスタ制御回路 ４２ カウンタ ４３ （カウンタ出力補正用）遅延回路 ４６ （起動）遅延回路 ４７，５３ サイリスタ駆動回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 関 信之 (56)参考文献 特開 平４−19996（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−283393（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−283394（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−19997（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−26792（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−34893（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−34891（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05B 41/14 - 41/29

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源を整流する直流生成手段と、ス
   イッチング素子を有し上記直流生成手段の出力の直流を
   交流に変換し高輝度放電灯に矩形波交流を供給するイン
   バータと、上記インバータの出力を半波整流するダイオ
   ードと、このダイオードの直流出力により充電されるコ
   ンデンサと、このコンデンサに充電された充電電荷を放
   電させる放電用スイッチング素子と、上記コンデンサの
   充電電荷を放電させるカップリングコイルを有し、上記
   高輝度放電灯に起動点灯時高電圧を印加するイグナイタ
   とにより構成される高輝度放電灯点灯用電源において、
   上記インバータのスイッチング素子に印加する低周波の
   駆動信号を入力し分周出力を出力するカウンタと、この
   カウンタ出力を遅延させる遅延回路と、上記遅延回路の
   出力信号により上記放電用スイッチング素子を駆動する
   放電灯スイッチング素子駆動装置により構成され、さら
   に上記カップリングコイルがその２次巻線に上記高輝度
   放電灯に流れる電流の極性と逆極性に誘起する方向に接
   続されたことを特徴とする高輝度放電灯点灯用電源装
   置。