JP3111505B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高圧放電灯を点灯させ
る放電灯点灯装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】放電灯点灯装置の従来の回路構成図とし
ては、図３に示すような、昭和６２年照明学会全国大会
４２および平成元年電気・情報関連学会連合大会で発表
されたものがある。上記放電灯点灯装置は、交流電源１
を整流平滑して得られる直流電圧電源２と、この直流電
圧電源２を高周波でチョッピングして高圧放電灯１４に
印加するチョッパ回路２９と、該チョッパ回路２９の動
作を制御する制御回路２８と、高圧放電灯１４を点灯さ
せるために高圧パルスを発生させるパルス回路１７とに
よって構成されている。

【０００３】上記チョッパ回路２９は、４つのスイッチ
ング素子７〜１０を備え、スイッチング素子７と１０お
よび８と９は直流電圧電源２と並列にカスケード接続さ
れている。スイッチング素子７，１０の中点とスイッチ
ング素子８，９の中点との間には、インダクタンス１３
を介して高圧放電灯１４およびパルス回路１７が直列に
接続されており、上記高圧放電灯１４とパルス回路１７
とにはコンデンサ１５が並列に接続されている。各スイ
ッチング素子にはそれぞれダイオード２４〜２７が逆並
列になるように接続されている。

【０００４】制御回路２８はチョッパ回路２９の各スイ
ッチング素子７〜１０をオンオフ制御するもので、上記
のうち、スイッチング素子９，１０は低周波で交互にオ
ンオフし、スイッチング素子９がオン、１０がオフする
ときには、スイッチング素子７が高周波でオンオフ動作
し、スイッチング素子９がオフし１０がオンするときに
は、スイッチング素子８が高周波でオンオフ動作をする
ように構成されている。

【０００５】パルス回路１７は、パルス発生器１９と、
該パルス発生器１９からのパルス電圧を昇圧する昇圧ト
ランス１８とから構成されている。

【０００６】図４は回路における主要部の動作波形を示
す。図における（ａ）および（ｂ）はスイッチング素子
７および８が高周波でオンオフしている状態を表し、
（ｃ）および（ｄ）はスイッチング素子９および１０が
低周波でオンオフしている状態を表している。（ｅ)，
(ｆ）はスイッチング素子７，８の電流Ｉc₁，Ｉc₂であ
る。また、（ｇ),（ｈ）は放電灯の電流Ｉ_LおよびＶ_Lを
示し、それぞれ矩形波となっている。

【０００７】つぎに、チョッパ回路２９の動作について
詳しく説明する。スイッチング素子９がオン、１０がオ
フしている時に、スイッチング素子７が高周波でオンオ
フ動作している場合、スイッチング素子７がオン時に、
電流はスイッチング素子７→インダクタンス１３→放電
灯１４および昇圧トランス１８またはコンデンサ１５→
スイッチング素子９と流れ、上記スイッチング素子７が
オフ時に、電流はインダクタンス１３→放電灯１４およ
び昇圧トランス１８またはコンデンサ１５→スイッチン
グ素子９→ダイオード２６と流れ、放電灯１４に電力を
供給するいわゆる降圧チョッパ動作をしている。したが
って、従来の回路では電圧を昇圧する機能がないので、
高圧放電灯を始動させるために必要な高電圧を発生させ
る上記パルス回路１７が必要になる。

【０００８】また、従来の回路では、交流電源１が１０
０Ｖまたは２００Ｖというように変化する場合や、高圧
水銀灯１４の再点弧電圧が高いものであるかまたは低い
ものであるかというような場合などの条件に応じて、整
流平滑の方法を変えなければならず、上記のように交流
電源の電圧や高圧放電灯の再点弧電圧に対応する自由度
が少ないため、電源電圧や再点弧電圧が異なる高圧放電
灯を自由に選択できなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、回路
に昇圧する機能を持たない降圧チョッパ動作であるた
め、高圧放電灯を始動させるのに必要な高電圧を発生す
るパルス回路が必要である。

【００１０】また、交流電源の電圧の相違または放電灯
の再点弧電圧の大小によって、整流平滑する方法を変え
る必要があり、電源電圧や再点弧電圧に対する自由度が
少ないため、これら電源電圧や再点弧電圧が異なる高圧
放電灯を自由に選択することができないという問題があ
った。

【００１１】本発明は、高電圧発生用のパルス回路を必
要とせず、交流電源電圧や再点弧電圧の大きさに左右さ
れず、高圧放電灯を自由に選択できる放電灯点灯装置を
得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、交流電源を
整流平滑して得る直流電圧電源と、１対のインダクタン
スと、低周波で交互にオンオフする１対の低周波スイッ
チング素子と、該低周波スイッチング素子がオンした時
に高周波でオンオフする１対の高周波スイッチング素子
とを備え、上記直流電圧電源と並列にインダクタンスお
よび高周波スイッチング素子の直列回路をそれぞれ接続
し、高周波で動作させて得られる高周波出力を、高圧放
電灯とインダクタンスとの直列回路にコンデンサを並列
に接続して形成した並列回路に、上記低周波スイッチン
グ素子のオンオフ動作により、ダイオードを介して交互
に印加し、高圧放電灯を点灯させる放電灯点灯装置にお
いて、上記高圧放電灯の始動時に低周波スイッチング素
子が交互にオンオフする動作を停止し、一方の低周波ス
イッチング素子をオンし、他方の低周波スイッチング素
子をオフのままにして、高周波出力を上記並列回路に印
加することによって、高圧放電灯を始動することにより
達成される。

【００１３】

【作用】高圧放電灯の始動時には、一方の低周波スイッ
チング素子をオンにし、他方の低周波スイッチング素子
をオフにしたままで、高周波スイッチング素子を動作さ
せて得られた高周波出力を、直列接続された高圧放電灯
とインダクタンスにコンデンサを並列接続して形成した
並列回路に印加する。この時点で高圧放電灯は高インピ
ーダンスであるため、上記印加動作によって電流は上記
コンデンサを介して流れるので、コンデンサの電圧が徐
々に上昇し、従来のようにパルス回路を必要とせず、高
圧放電灯の両端に高電圧を印加することができる。上記
動作を高圧放電灯の始動時にだけ行うように制御すれ
ば、高圧放電灯が点灯した後には影響を及ぼすことがな
い。

【００１４】また、高圧放電灯の点灯時には、交流電源
の電圧の大小および放電灯の再点弧電圧の大小によっ
て、高周波スイッチング素子のデューティを制御する動
作を行う。交流電源の電圧が高い場合および再点弧電圧
が低い場合にはオンデューティの幅を狭くし、交流電源
の電圧が低い場合および再点弧電圧が高い場合には、オ
ンデューティの幅を広くすることによって電圧を調整す
ることができるため、交流電源または再点弧電圧の大小
には関係なく、高圧放電灯の安定な点灯を維持すること
ができる。

【００１５】

【実施例】つぎに本発明の実施例を図面とともに説明す
る。図１は本発明による放電灯点灯装置の一実施例を示
す回路構成図、図２は高圧放電灯の両端電圧と時間との
関係を示す図である。図１において、交流電源１を整流
平滑して得られた直流電圧電源２に１対のインダクタン
ス１１，１２と、高周波でオンオフする１対の高周波ス
イッチング素子３，４の直列回路を並列に接続し、上記
インダクタンス１１，１２と高周波スイッチング素子
３，４のそれぞれの中点からダイオード２０，２１を介
し、直列接続された高圧放電灯１４とインダクタンス１
６にコンデンサ１５を並列接続して形成した並列回路を
接続するとともに、直流電圧電源２の高電位側と上記並
列回路の両端に、低周波で交互にオンオフする低周波ス
イッチング素子５，６を接続する。また、上記高周波ス
イッチング素子３，４にはダイオード２２，２３がそれ
ぞれ逆並列に接続されている。さらに、高周波スイッチ
ング素子３，４および低周波スイッチング素子５，６を
制御するための制御回路２８を接続する。

【００１６】つぎに、通常点灯時の回路動作について説
明する。制御回路２８によって、最初に低周波スイッチ
ング素子５がオンし６がオフして、高周波スイッチング
素子３を高周波でオンオフさせ得られた高周波出力を上
記並列回路に印加する。その後、今度は低周波スイッチ
ング素子５をオフし６をオンして、高周波スイッチング
素子４を高周波でオンオフさせ得られた高周波出力を、
前記同様に並列回路に印加する。上記動作を交互に行う
ことによって高圧放電灯を点灯させることができる。ま
た、この時の回路主要部の動作波形は、従来の技術の欄
で説明した図４と同じになる。すなわち本発明において
は、（ａ）および（ｂ）は高周波スイッチング素子３，
４のオンオフ状態を表し、（ｃ）および（ｄ）は低周波
スイッチング素子５，６のオンオフ状態を表し、（ｅ）
および（ｆ）は高周波スイッチング素子３，４の電流Ｉ
c₁，Ｉc₂を示し、（ｇ）および（ｈ）は高圧放電灯１４
の電流Ｉ_L，Ｖ_Lを示している。

【００１７】上記回路動作をさらに詳しくつぎに説明す
る。低周波スイッチング素子５はオン、６がオフである
とき、高周波スイッチング素子３が高周波でオンオフし
ている場合に、高周波スイッチング素子３がオンの時
は、電流がインダクタンス１１→高周波スイッチング素
子へと流れ、高周波スイッチング素子３がオフの時は、
電流がインダクタンス１１→ダイオード２０→放電灯１
４およびインダクタンス１６またはコンデンサ１５→低
周波スイッチング素子５と流れ、放電灯１４に電力を供
給するいわゆる昇降圧チョッパ動作をしている。

【００１８】また、低周波スイッチング５がオフ、６が
オンである時、高周波スイッチング素子４が高周波でオ
ンオフしている場合は、上記説明と同様に昇降圧チョッ
パ動作をしている。

【００１９】したがって、本発明の回路では電圧を昇圧
および降圧する機能があるため、高電圧を発生させるパ
ルス回路を廃止しても高圧放電灯を始動させることがで
き、また、交流電源１の電圧の大小および放電灯の再点
弧電圧の大小に関係なく、安定な点灯を維持することが
できる。

【００２０】上記の動作および制御について、さらに詳
しくつぎに説明する。高圧放電灯の始動時に、一方の低
周波スイッチング素子をオンし、他方の低周波スイッチ
ング素子をオフしたままで、高周波スイチッグ素子を動
作させる。ここでは、低周波スイッチング素子５をオ
ン、６をオフのままにし、高周波スイッチング素子３を
オンオフ動作させることにする。すると、まず高周波ス
イッチング素子３がオンした場合に、電流はインダクタ
ンス１１→高周波スイッチング素子３と流れ、インダク
タンス１１にエネルギーが蓄積される。その後、高周波
スイッチング素子３がオフすると、点灯前は高圧放電灯
が高インピーダンスのため、電流はインダクタンス１１
→ダイオード２０→コンデンサ１５→低周波スイッチン
グ素子５と流れ、インダクタンス１１のエネルギーがコ
ンデンサ１５に移り、コンデンサ１５の両端の電圧が上
昇する。この動作を繰り返すことによりコンデンサ１５
の電圧は徐々に上昇するとともに、高圧放電灯１４の電
圧も上昇し始動電圧に達して点灯する。図２は時間に対
する高圧放電灯の両端電圧の上昇曲線を表したものであ
る。高圧放電灯が点灯した後は、今度は低周波スイッチ
ング素子５，６を低周波で交互にオンオフする動作に
し、高周波スイッチング素子３，４を動作させ、得られ
た高周波出力を並列回路に交互に印加する。

【００２１】また、本発明の回路は、高周波スイッチン
グ素子３，４のデューティを制御することにより、高圧
放電灯に印加する電圧を調整することができる。まず、
交流電源の電圧が高い場合および再点弧電圧が低い場合
は、オンデューティの幅を狭くして電圧を低くし、逆に
交流電源の電圧が低い場合および再点弧電圧が高い場合
は、オンデューティの幅を広くし電圧を高くする。この
ことによって、仮りに交流電源が２００Ｖから１００Ｖ
に変わった場合、および再点弧電圧が低い放電灯から高
い放電灯に変わった場合、また、これらが逆に変わる場
合においても、上記デューティを制御するだけで簡単に
対応することができる。さらに点灯中に交流電源の変動
や、放電灯が寿命になり放電灯の電圧が上昇するような
場合に対しても対応でき、安定な点灯を維持することが
可能になる。

【００２２】上記に説明したように、高圧パルスを発生
させるパルス回路を使用せずに、高圧放電灯を始動させ
ることができ、また、交流電源の電圧の大小および放電
灯の再点弧電圧の大小に関係なく、高圧放電灯を安定に
点灯でき、交流電源および放電灯の再点弧電圧に対する
自由度を大きくすることができるため、交流電源の電圧
や放電灯再点弧電圧の相異を自由に選択できる。

【００２３】

【発明の効果】上記のように本発明による放電灯点灯装
置は、交流電源を整流平滑して得る直流電圧電源と、１
対のインダクタンスと、低周波で交互にオンオフする１
対の低周波スイッチング素子と、該低周波スイッチング
素子がオンした時に高周波でオンオフする一対の高周波
スイッチング素子とを備え、上記直流電圧電源と並列に
インダクタンスおよび高周波スイッチング素子の直列回
路をそれぞれ接続し、高周波で動作させて得られる高周
波出力を、高圧放電灯とインダクタンスとの直列回路に
コンデンサを並列に接続して形成した並列回路に、上記
低周波スイッチング素子のオンオフ動作により、ダイオ
ードを介して交互に印加し、高圧放電灯を点灯させる放
電灯点灯装置において、上記高圧放電灯の始動時に低周
波スイッチング素子が交互にオンオフする動作を停止
し、一方の低周波スイッチング素子をオンし、他方の低
周波スイッチング素子をオフのままにして、高周波出力
を上記並列回路に印加することによって、高圧放電灯を
始動することにより、高圧パルスを発生させるパルス回
路を用いないで点灯でき、交流電源の電圧の大小や放電
灯の再点弧電圧の大小に関係なく点灯できるので、交流
電源および放電灯を自由に選択できるという効果もあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による放電灯点灯装置の一実施例を示す
回路構成図である。

【図２】高圧放電灯の両端電圧と時間との関係を示す図
である。

【図３】従来の放電灯点灯装置を示す回路構成図であ
る。

【図４】上記回路における主要部の動作波形を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 直流電圧電源 ３，４ 高周波スイッチング素子 ５，６ 低周波スイッチング素子 １１，１２ インダクタンス １４ 高圧放電灯 １５ コンデンサ ２０〜２３ ダイオード

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源を整流平滑して得る直流電圧電源
   と、１対のインダクタンスと、低周波で交互にオンオフ
   する１対の低周波スイッチング素子と、該低周波スイッ
   チング素子がオンした時に高周波でオンオフする１対の
   高周波スイッチング素子とを備え、上記直流電圧電源と
   並列にインダクタンスおよび高周波スイッチング素子の
   直列回路をそれぞれ接続し、高周波で動作させて得られ
   る高周波出力を、高圧放電灯とインダクタンスとの直列
   回路にコンデンサを並列に接続して形成した並列回路
   に、上記低周波スイッチング素子のオンオフ動作によ
   り、ダイオードを介して交互に印加し、高圧放電灯を点
   灯させる放電灯点灯装置において、上記高圧放電灯の始
   動時に低周波スイッチング素子が交互にオンオフする動
   作を停止し、一方の低周波スイッチング素子をオンし、
   他方の低周波スイッチング素子をオフのままにして、高
   周波出力を上記並列回路に印加することによって、高圧
   放電灯を始動することを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 【請求項２】上記高周波スイッチング素子は、該素子の
   デューティを制御することにより、高圧放電灯を安定に
   点灯することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装
   置。