JP3255642B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は放電ランプ点灯装置に関するものである。

従来の技術 メタルハライドランプおよびキセノン−メタルハライ
ドランプ等の動作の間に一般に発生する電気泳動作用お
よび音響的共鳴現象を低減または除去するように、ラン
プの電極間に比較的高い電圧を印加してランプ封入物の
うち励起可能な成分を励起し、その励起を維持するため
に所定範囲内の大きさと繰り返し周波数とを有する矩形
波電流をランプに供給し、さらには前記矩形波電流の方
向を周期的に交互に変更する方法をとることは既に公開
特許平２−10697号公報で示されている。

発明が解決しようとする課題 このような従来の放電灯点灯装置では、放電ランプの
始動後の立消えが起こりやすい時期に放電ランプに起動
パルスを印加する回路を有しており、複雑な構成と動作
を必要とし、実用的ではない。

本発明は上記課題を解決するもので、簡単な構成でし
かも放電灯の点灯条件を満足させることにより、放電ラ
ンプを始動させてから定常点灯に移るまでの間、放電状
態を安定に維持する放電灯点灯装置を提供することを目
的としている。

課題を解決するための手段 本発明の放電灯点灯装置は、直流電源と、この直流電
源に接続されたインバータ手段と、このインバータ手段
に接続されたチョークコイルとコンデンサとの直列回路
と、前記コンデンサに並列に接続された放電ランプと、
前記インバータ手段の発振周波数を前記放電ランプ始動
時に前記チョークコイルと前記コンデンサとの共振周波
数またはその近傍に設定し、始動後に別の周波数に切り
換える制御手段とを有し、前記制御手段は、切り換え直
前のランプ電圧の実効値を|V₁|、前記インバータ手段の
無負荷出力電圧の実効値を|Vin₁|、前記チョークコイル
のインダクタンスをＬ、前記コンデンサの容量をＣとし
たとき、|V₁|≧|Vin₁|の場合に切り換え周波数ｆを の範囲内に設定することを特徴とする。

また本発明の放電灯点灯装置は、直流電源と、この直
流電源に接続されたインバータ手段と、このインバータ
手段に接続されたチョークコイルとコンデンサとの直列
回路と、前記コンデンサに並列に接続された放電ランプ
と、前記放電ランプ始動時および始動後ランプ電圧が前
記インバータ回路の無負荷出力電圧以下になるまでの期
間は前記インバータ手段の発振周波数を前記チョークコ
イルと前記コンデンサとの共振周波数またはその近傍に
設定し、ランプ電圧が前記インバータ手段の無負荷出力
電圧以下に下がったところで前記インバータ回路の発振
周波数を別の周波数に切り換える制御手段とを備えたこ
とを特徴とする。

また本発明の放電灯点灯装置は、上記の制御手段は、
インバータ手段の発振周波数を切り換えた後、ランプ許
容電流およびランプ許容電力からなる点灯条件を満たす
ようにインバータ手段の発振周波数を制御することを特
徴とする。

また本発明の放電灯点灯装置は、直流電源と、この直
流電源に接続されたインバータ手段と、このインバータ
手段に接続された第１のコンデンサとチョークコイルと
第２のコンデンサとの直列回路と、前記第２のコンデン
サに並列に接続された放電ランプと、前記インバータ回
路の発振周波数を前記放電ランプの始動時および始動後
ランプ電圧が前記インバータの無負荷出力電圧以下にな
るまでの期間は前記第１のコンデンサと前記チョークコ
イルと前記第２のコンデンサの共振周波数またはその近
傍に設定し、ランプ電圧が前記インバータ手段の無負荷
出力電圧以下に下がったところで前記第１のコンデンサ
と前記チョークコイルとの共振周波数またはその近傍に
切り変える制御手段とを備えたことを特徴とする。

作用 本発明は上記した構成により、制御手段は、放電ラン
プの点灯に必要な電圧と電流を放電ランプに供給して、
ランプの放電状態を常に安定に維持するように動作し、
これにより、放電ランプの立消えを起こさないようにす
ることができる。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。第１図は本発明の第１の実施例の放電灯点灯装置に
おける回路図である。第１図において、１は直流電源、
２はフルブリツジインバータ回路、３はチヨークコイ
ル、４はコンデンサ、５は放電ランプ、６はフリブリツ
ジインバータ回路の発振周波数を設定する制御回路であ
る。

次に、このような構成における動作を説明する。フリ
ブリツジインバータ回路２は２個のFETの直列回路を２
組有しており、２組のFETの直列回路の中点間に、放電
ランプ５およびコンデンサ４の並列回路とチヨークコイ
ル３とからなる直列回路が接続され、４個のFETは同じ
周波数で、所定のオンデユーテイを有し、FETの各直列
回路内の高圧側のFETと低圧側のFETは互いに逆位相で、
かつ２組のFETの直列回路の低圧側同士のFET、高圧側同
士のFETはそれぞれ互いに逆位相でオン・オフ制御され
る。これにより２組の直列回路の中点間の電圧波形は、
直流電源電圧を最大値とする両極性の矩形波である。こ
の２組の直列回路の中点間の点灯を以下フリブリツジイ
ンバータ回路の無負荷出力電圧とする。フリブリツジイ
ンバータ回路２の無負荷出力電圧の実効値を|Vin₁|、チ
ヨークコイル３のインダクタンスをＬ、コンデンサ４の
容量をＣとし、放電ランプ５の始動後のランプインピー
ダンスをＲとする。ただし|Vin₁|は電流電源の出力電圧
値以下である。放電ランプ５が始動後フリブリツジイン
バータ回路２の発振周波数f₁が であるときランプ電流|Ila₁|はＲの値に関係なく である。このランプ電流は次式のようにアーク放電維持
電流|I₁|とランプ許容電流|I₂|との間にあるように設定
する。

また放電ランプ５が始動した後、放電ランプ５に投入
される電力はランプ許容電力を越えてはならない。この
関係は、ランプ許容電力の実効値を|W₁|とすると （C/L）・R|Vin₁|²≦|W₁| （４） の式で与えられる。

ランプ電圧がフルブリツジインバータ回路２の無負荷
出力電圧以上の所定の電圧値まて下がつたところでフリ
ブリツジインバータ回路２の発振周波数をf₁から切り換
えるが、切り換え前のランプ電圧以上の電圧を放電ラン
プ５に印加しないと放電ランプ５が立消える可能性があ
る。ただし、放電ランプ５に印加できる電圧は周波数に
より変わり、切り換え時に立消えを起こさない切り換え
周波数f₁₁に制限がある。その制限の範囲は切り換え前
のランプ電圧の実効値を|V₁|とした場合次の式で表わさ
れる。

ただし、 |V₁|≧|Vin₁| （６） また切り換え時のランプインピーダンスをR₁として、R₁
でf₁₁の制限条件を表わすと となる。

周波数切り換え後も放電ランプ５にアーク放電維持電
流以上でランプ許容電流以下の電流を流し、放電ランプ
５への投入電力をランプ許容電力以下にするという点灯
条件があり、これら２つの条件を満たす範囲内でフルブ
リツジインバータ回路２の発振周波数を切り換え前の周
波数より低い周波数で制御する。定常点灯時のランプ電
圧、ランプインピーダンス付近では放電ランプ５の定格
電力になるよう定電力制御する。さらに定常点灯時より
もランプ電圧が低く、ランプインピーダンスが小さい範
囲ではランプ電流、ランプ投入電力が大きくなるよう周
波数を定常点灯時の発振周波数より低くする。

このように第１の実施例の放電灯点灯装置によれば、
チヨークコイル３とコンデンサ４の共振でランプが始動
した後、チヨークコイル３とコンデンサ４の共振周波数
でフルブリツジインバータ回路２が動作する期間のラン
プ電流を（３），（４）式で示される許容範囲内に収め
るようにＬ、Ｃの値とフルブリツジインバータ回路２の
無負荷出力電圧を規定するので、この期間の放電状態を
安定に保つことができ、放電ランプ５の立消えさせず、
ランプ寿命を損なわないようにすることができる。

また、放電ランプ５の始動後フルブリツジインバータ
回路２の発振周波数を切り換える際、（５）または
（７）式の条件を満足するように切り換え周波数f₁₁を
選ぶことにより、切り換え後に放電ランプ５に印加する
電圧が切り換え前のランプ電圧以上になるので周波数切
り換え時の放電ランプ５の立消えを防ぐことができる。

また、インバータの無負荷出力電圧以上のランプ電圧
で切り換えることにより、インバータの無負荷出力電圧
値まで切り換えない場合に比べ、ランプ電圧の高い期
間、すなわちランプ電圧がインバータの無負荷出力電圧
以上の期間に放電ランプへ投入するエネルギーを大きく
できるため、ランプ電圧を速く下げることができ、また
光の立ち上がりを速くすることができる。

また、放電ランプ５が定常点灯時のランプ電圧、ラン
プインピーダンス付近でランプ投入電力を定電力制御す
ることにより定常点灯時のランプ電圧の微妙な変動に対
応することができる。

また、定常点灯時よりランプ電圧が低く、ランプイン
ピーダンスが小さくなるとき、つまり放電ランプ５の始
動時にフルブリツジインバータ回路２の発振周波数を低
くすることによりランプ電流が大きくなるので、光の立
ち上がりを速くするこができる。

第２図は本発明の第２の実施例の放電灯点灯装置にお
ける回路図である。第２図において、11は直流電源、12
はシリーズインバータ回路、13はチヨークコイル、14と
17はコンデンサ、15は放電ランプ、16はシリーズインバ
ータ回路の発振周波数を設定する制御回路である。

次に、このような構成における動作を説明する。シリ
ーズインバータ回路12は、２個のFETの直列回路を１組
有し、FETの直列回路内の低圧側のFETに並列に、放電ラ
ンプ15およびコンデンサ14の並列回路とチヨークコイル
13とコンデンサ17からなる直列回路が接続され、２個の
FETは同じ周波数で、適当なデユーテイを有し、互いに
逆位相でオン・オフ制御される。これによりFET2個の直
列回路の中点電圧波形は、直流電源電圧を最大値とする
正極性の矩形波である。この正極性の矩形波は電流反転
用のコンデンサ17で直流分をカツトされ、最大値がほぼ
直流電源電圧の1/2である両極性の矩形波となる。この
最大値がほぼ直流電源電圧の1/2である両極性の矩形波
電圧を以下シリーズインバータ回路の無負荷出力電圧と
する。シリーズインバータ回路により印加される無負荷
出力電圧の実効値を|Vin₂|、チヨークコイル13のインダ
クタンスをL₀、コンデンサ14の容量をC₀、コンデンサ17
の容量をC₁とし、放電ランプ15始動後のランプインピー
ダンスをR₀とする。ただし、|Vin₂|は直流電源の出力電
圧値の1/2以下である。放電ランプ15始動後シリーズイ
ンバータ回路12の発振周波数f₂が であるときランプ電流|Ila₂|はR₀の値に関係なく である。このランプ電流は次式のようにアーク放電維持
電流|I₃|とランプ許容電流|I₄|との間にあるように設定
する。

また放電ランプ15が始動した後、放電ランプ15に投入
される電力はランプ許容電力を越えてはならない。この
関係はランプ許容電力の実効値を|W₂|とすると C₀（C₀＋C₁）／（L₀C₁）・R|Vin₂|²≦|W₂| （11） の式で与えられる。

ランプ電圧の実効値がシリーズインバータ回路12の無
負荷出力電圧の実効値以上の所定の電圧値まで下がつた
ところでシリーズインバータ回路12の発振周波数をf₂か
ら切り換えるが、第１の実施例と同様に切り換え前のラ
ンプ電圧以上の電圧を放電ランプ15に印加しないと放電
ランプ15が立消える可能性がある。ただし放電ランプ15
に印加できる電圧は周波数により変わり、切り換え時に
立消えを起こさない切り換え周波数f₂₂に制限がある。
その制限条件は切り換え前のランプ電圧の実効値を|V₂|
とした場合次の式で表わされる。

L₀C₁/｛C₀（C₀＋C₁）｝・｛１−（２πf₂₂）²L₀C₀ ＋C₀/C₁｝^２・|V₂|²/|Vin₂|²＋｛２πf₂₂L₀ −1/（２πf₂₂C₁）｝^２≦L₀C₁/｛C₀（C₀＋C₁）｝（12） ただし、 |V₂|≧|Vin₂| （13） また切り換え時のランプインピーダンスをR₂として、R₂
で制限条件を表わすと R₂ ²｛１−（２πf₂₂）²L₀C₀＋C₀/C₁｝^２ ＋｛２πf₂₂L₀−1/（２πf₂₂C₁）｝^２ ≦L₀C₁/｛C₀（C₀＋C₁）｝ （14） となる。

周波数切り換え後は第１の実施例と同様にランプ許容
電流、ランプ許容電力、およびアーク放電維持電流によ
り決められる点灯条件を満たす範囲内でインバータ回路
の発振周波数を切り換え前の周波数より低い周波数で制
御する。

このように第２の実施例の放電灯点灯装置によればチ
ヨークコイル13とコンデンサ14,17との共振でランプが
始動した後、チヨークコイル13とコンデンサ14,17の共
振周波数でシリーズインバータ回路12が動作する期間の
ランプ電流を（10），（11）式で示される許容範囲内に
収めるようにL₀,C₀,C₁の値とシリーズインバータ回路２
の無負荷出力電圧を規定するので、この期間の放電状態
を安定に保つことができ、放電ランプ15を立消えさせ
ず、ランプ寿命を損なわないようにすることができる。

また、放電ランプ15の始動後周波数を切り換える際、
（12）または（14）式の条件を満足するように切り換え
周波数f₂₂を選ぶことにより、切り換え後放電ランプ15
に印加する電圧が切り換え前のランプ電圧以上になるの
で、周波数切り換えときの放電ランプ15の立消えを防ぐ
ことができる。

次に本発明の第３の実施例を説明する。構成は第１の
実施例、第２の実施例のどちらでもよい。以下動作につ
いて説明する。まず共振を用いて放電ランプを始動させ
る。すなわちインバータ回路の発振周波数を第１の実施
例の場合はf₁に、第２の実施例の場合はf₂に設定する。
放電ランプ始動後もインバータ回路の発振周波数を第１
の実施例の場合はf₁に、第２の実施例の場合はf₂に維持
してランプ電圧を下げる。ランプ電圧が第１の実施例の
場合はフリブリツジインバータ回路２の無負荷出力電圧
以下に、第２の実施例の場合はシリーズインバータ回路
の無負荷出力電圧以下に下がつたところでインバータ回
路の発振周波数を切り換える。切り換え周波数は第１の
実施例の場合はf₁以下であればよく、第２の実施例の場
合はf₂以下であればよい。

周波数切り換え後は第１の実施例、第２の実施例と同
様にランプ許容電流、ランプ許容電力、およびアーク放
電維持電流により決められる点灯条件を満たす範囲内で
インバータ回路の発振周波数を切り換え前の周波数より
低い周波数で制御する。

このように第３の実施例の放電灯点灯装置によれば、
切り換え周波数の設定値に多少の誤差があろうとも、発
振周波数切り換え後にランプに印加できる電圧がインバ
ータの無負荷出力電圧以上つまり切り換え前のランプ電
圧以上であるため、放電ランプの立消えを起こさないよ
うにすることができる。

次に、本発明の第４の実施例を説明する。構成は第１
の実施例、第２の実施例のどちらでもよい。以下動作に
ついて説明する。まず共振を利用して放電ランプを始動
させる。即ちインバータ回路の発振周波数を第１の実施
例の場合はf₁に、第２の実施例の場合はf₂に設定する。
放電ランプが始動したら発振周波数を定常点灯時の周波
数または光の立ち上がりを速くするような場合は定常点
灯時以下の周波数に向けて連続的に低下させていく。こ
の場合放電ランプが音響的共鳴現象を起こすような周波
数を通過しないように、始動時の周波数と定常点灯時の
周波数を選んでおく必要がある。光の立ち上がりを速く
する場合は定常点灯時以下の周波数に下げて十分なラン
プ電流を流した後、定常点灯時の周波数に向けて発振周
波数を上げていく。

このように第４の実施例の放電灯点灯装置によれば、
インバータ回路発振周波数を連続的に変化させることに
より放電ランプに印加する電圧に不連続を生じさせない
ため、放電状態が安定で放電ランプの立消えを起こさな
いようにすることができる。

次に、本発明の第５の実施例を説明する。構成は第２
の実施例と同じである。動作について以下に説明する。
まずチヨークコイル13とコンデンサ14およびコンデンサ
17との共振（共振周波数＝f₂）を用いて放電ランプ15を
始動する。始動後もシリーズインバータ回路12の発振周
波数をf₂に固定したまま、ランプ電圧をシリーズインバ
ータ回路12の場合、定常点灯時のランプ電圧以上で|Vin
₂|以下の値に下げてやる。その時点で次にシリーズイン
バータ回路12の発振周波数をチヨークコイル13とコンデ
ンサ17との共振周波数f₃に切り換える。ここでf₃は次の
ように表わされる。

また電流がランプ許容電流を越えるような場合はシリー
ズインバータ回路12のスイツチ素子のオンデユーテイを
狭くしてやることにより電流を制限してやればよい。そ
の後は周波数を上げていき定常点灯に移す。

このように第５の実施例の放電灯点灯装置によれば、
シリーズインバータ回路の発振周波数をf₂からf₃に切り
換えると放電ランプ15に印加される電圧は|Vin₂|となる
ので切り換え時に放電ランプ15の立消えを起こさないよ
うにすることができる。

また、f₃で動作させるとコンデンサ17とチヨークコイ
ル13との直列回路での電圧降下がないため、放電ランプ
15に光の立ち上がりをよくするための大きな電流をすみ
やかに流すことができる。

次に本発明の第６の実施例を説明する。構成は第１の
実施例、第２の実施例のどちらでもよい。以下動作につ
いて説明する。インバータ回路の発振周波数を第１の実
施例の回路の場合はf₁で一定とし、第２の実施例の回路
の場合はf₂で一定とする。ランプの定格電流の実効値を
|I₃|とすると第１の実施例の回路の場合は、 第２の実施例の回路の場合は、 で表わされる関係をほぼ満たすように回路定数、インバ
ータ回路の無負荷出力電圧を設定する。どちらの回路構
成であつても共振で放電ランプが始動した後は常に定格
のランプ電流が流れる。

このように第６の実施例の放電灯点灯装置によれば、
電源を投入するだけで時間が経てばランプを定格点灯に
移すことができる。

なお、第２の実施例から第６の実施例までのシリーズ
インバータ回路においては、放電ランプとコンデンサの
並列回路に直列にチヨークコイルとコンデンサが接続さ
れた構成について述べたが、フルブリツジインバータ回
路において、かかる回路構成にしても構わない。ただ
し、その場合第２の実施例から第６の実施例までの各条
件における|Vin₂|の部分を|Vin₁|に置き換えてやる必要
がある。

また、第１の実施例から第６の実施例までは始動時か
らランプ電圧が所定の電圧値に下がるまでの間、インバ
ータ回路の発振周波数をチヨークコイルとコンデンサと
の共振周波数としたが、共振周波数の近傍であつても構
わない。同様に第６の実施例では点灯時のインバータの
発振周波数をチヨークコイルとコンデンサとの共振周波
数としたが、共振周波数の近傍であつても構わない。

また、各実施例ではランプ電圧の印加手段として直流
電源とインバータ回路を用いたが、交流電源を用いても
よいし、AC/ACコンバータを用いてもよいし、また他の
インバータ回路でも構わない。ただし各実施例の条件に
おけるインバータの無負荷出力電圧の部分を交流電源の
場合とAC/ACコンバータの場合は出力の交流電圧値で、
他のインバータ回路の場合はインバータ回路の無負荷出
力電圧で置き換えてやる必要がある。

また、各実施例ではインバータ回路のスイツチ素子と
してFETを用いたが、トランジスタやサイリスタを用い
ても構わないし、他のスイツチ素子でもよい。

発明の効果 以上のように本発明によれば、共振を用いて放電ラン
プが始動した後、インバータ回路の発振周波数を切り換
えても、切り換え後にランプに印加する電圧を切り換え
前のランプ電圧以上になるように発振周波数を設定して
いるので、ランプが立消えることなく安定に放電状態を
維持させることができる。

また、放電ランプとコンデンサの並列回路にチヨーク
コイルとコンデンサの直列回路が接続された負荷を有す
るインバータ回路においてチヨークコイルと２つのコン
デンサとの共振を用いて放電ランプが始動した後、ラン
プ電圧がインバータ回路の無負荷出力電圧以下に下がつ
たときに周波数をチヨークコイルとコンデンサの直列回
路の共振周波数に切り換えるので、放電ランプが立消え
ることなく安定に放電状態を維持させることができる。

また、始動後のランプ電流が定格電流になるよう回路
定数、インバータ回路の無負荷出力電圧を設定した回路
においては、インバータ回路の発振周波数を始動時の共
振周波数で一定としているので、電源投入するだけで放
電ランプを定格点灯させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明の一実施例におけ
る放電灯点灯装置の回路図である。 1,11……直流電源、２……フリブリツジインバータ回
路、12……シリーズインバータ回路、3,13……チヨーク
コイル、4,14,17……コンデンサ、5,15……放電ラン
プ、6,16……制御回路。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−229791（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−235396（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−215090（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−104591（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−208097（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−208098（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−157698（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−172197（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−167795（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 41/14 - 41/298

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源と、この直流電源に接続されたイ
   ンバータ手段と、このインバータ手段に接続されたチョ
   ークコイルとコンデンサとの直列回路と、前記コンデン
   サに並列に接続された放電ランプと、前記インバータ手
   段の発振周波数を前記放電ランプ始動時に前記チョーク
   コイルと前記コンデンサとの共振周波数またはその近傍
   に設定し、始動後に別の周波数に切り換える制御手段と
   を有し、前記制御手段は、切り換え直前のランプ電圧の
   実効値を|V₁|、前記インバータ手段の無負荷出力電圧の
   実効値を|Vin₁|、前記チョークコイルのインダクタンス
   をＬ、前記コンデンサの容量をＣとしたとき、 |V₁|≧|Vin₁| の場合に切り換え周波数ｆを の範囲内に設定することを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 【請求項２】直流電源と、この直流電源に接続されたイ
   ンバータ手段と、このインバータ手段に接続されたチョ
   ークコイルとコンデンサとの直列回路と、前記コンデン
   サに並列に接続された放電ランプと、前記放電ランプ始
   動時および始動後ランプ電圧が前記インバータ回路の無
   負荷出力電圧以下になるまでの期間は前記インバータ手
   段の発振周波数を前記チョークコイルと前記コンデンサ
   との共振周波数またはその近傍に設定し、ランプ電圧が
   前記インバータ手段の無負荷出力電圧以下に下がったと
   ころで前記インバータ回路の発振周波数を別の周波数に
   切り換える制御手段とを備えた放電灯点灯装置。
3. 【請求項３】制御手段は、インバータ手段の発振周波数
   を切り換えた後、ランプ許容電流およびランプ許容電力
   からなる点灯条件を満たすようにインバータ手段の発振
   周波数を制御することを特徴とする請求項１または２記
   載の放電灯点灯装置。
4. 【請求項４】直流電源と、この直流電源に接続されたイ
   ンバータ手段と、このインバータ手段に接続された第１
   のコンデンサとチョークコイルと第２のコンデンサとの
   直列回路と、前記第２のコンデンサに並列に接続された
   放電ランプと、前記インバータ回路の発振周波数を前記
   放電ランプの始動時および始動後ランプ電圧が前記イン
   バータの無負荷出力電圧以下になるまでの期間は前記第
   １のコンデンサと前記チョークコイルと前記第２のコン
   デンサの共振周波数またはその近傍に設定し、ランプ電
   圧が前記インバータ手段の無負荷出力電圧以下に下がっ
   たところで前記第１のコンデンサと前記チョークコイル
   との共振周波数またはその近傍に切り換える制御手段と
   を備えた放電灯点灯装置。