JP3261849B2 - 放電ランプ点灯装置 - Google Patents

放電ランプ点灯装置

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、インバータ回路を用い
てメタルハライドランプ等の放電ランプを点灯させる放
電ランプ点灯装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3に示す従来の放電ランプ点灯装置
は、電界効果型トランジスタ(FET)からなる4個の
スイッチ素子1,2,3,4でブリッジ回路を構成し、
2個のスイッチ素子1,2をドライブ回路5で、そし
て、2個のスイッチ素子3,4をドライブ回路6でそれ
ぞれオン・オフ制御するインバータ回路7を備える。イ
ンバータ回路7の負荷たるメタルハライドランプ等の放
電ランプ8に、電流制限用インダクタ9が直列に接続さ
れ、高周波電流バイパス用コンデンサ10が並列に接続
されている。11は主として整流電源からなる直流電源
を示す。
【0003】両ドライブ回路5,6は、4個のスイッチ
素子1〜4に図4に示す波形のゲート電圧を与える。す
なわち、2個のスイッチ素子2,4は図4の(a),
(b)に示す低周波(例えば250ヘルツ)の矩形波ゲ
ート電圧を受けて交互にオン・オフ動作をする。奇数次
期間T1,T3…におけるスイッチ素子2はオン状態と
なり、スイッチ素子4はオフ状態となる。また、スイッ
チ素子1は図4の(c)に示すようにオフ状態を保ち、
スイッチ素子3が図4の(d)に示す高周波(例えば4
0キロヘルツ)でオン・オフ動作を繰り返す。
【0004】このため、奇数次期間T1,T3…におい
ては、電源端子aからスイッチ素子3、コンデンサ1
0、インダクタ9およびスイッチ素子2を通じて電源端
子bにいたる径路で高周波電流が流れ、電源端子aから
スイッチ素子3、放電ランプ8、インダクタ9およびス
イッチ素子2を経て電源端子bにいたる径路で低周波電
流が流れる。
【0005】偶数次期間T2…におけるスイッチ素子2
はオフ状態に、スイッチ素子4はオン状態に、そして、
スイッチ素子3はオフ状態にそれぞれ保たれ、スイッチ
素子1が高周波(例えば40キロヘルツ)でオン・オフ
動作を繰り返す。
【0006】このため、偶数次期間T2…においては、
電源端子aからスイッチ素子1、インダクタ9、コンデ
ンサ10およびスイッチ素子4を経て電源端子bにいた
る径路で高周波電流が流れ、電源端子aからスイッチ素
子1、インダクタ9、放電ランプ8およびスイッチ素子
4を経て電源端子bにいたる径路で低周波電流が流れ
る。
【0007】この場合、放電ランプ8に250ヘルツの
矩形波交番の低周波電流が流れ、コンデンサ10に40
キロヘルツの高周波電流が流れ、放電ランプ8は低周波
で点灯する。また、インダクタ9とコンデンサ10とは
図5に示す周波数特性のローパスフィルタを形成し、こ
のフィルタの遮断周波数(fc)は250ヘルツよりも
高く、40キロヘルツよりも低い値に設定される。
【0008】インダクタ9は250ヘルツの低周波域に
おいて放電ランプ8を安定に点灯させる電流制限素子と
して作用する。放電ランプ8の点灯時における電圧波形
は図6に(a)で示すものとなり、電流波形は図6に
(b)で示すものとなる。図6の(c)は直流電源11
の出力電圧波形を示す。
【0009】放電ランプ8は印加電圧の極性反転時に再
点弧電圧dを発生する。再点弧電圧dは瞬時的に発生
し、通常のランプ電圧の2倍に近い。また、再点弧電圧
dの発生時にランプ電流が中断する電流休止期間eが発
生する。
【0010】したがって、放電ランプ8の点灯を安定に
維持するためには、再点弧電圧dを出力できる直流電源
11が必要となる。ちなみに、ランプ電圧90Vの放電
ランプの点灯を安定に維持するためには、直流電源11
の出力電圧を200Vに設定する必要がある。直流電源
11の出力電圧とランプ電圧との差に相当する電圧はイ
ンダクタ9にかかる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】このように、矩形波交
番電圧の極性反転時に再点弧電圧および電流休止期間が
発生し、電流休止期間が長いと放電ランプの電極が冷え
やすく、再点弧電圧が高くなる。そして、再点弧電圧が
直流電源の出力電圧を越えると放電ランプが立ち消えを
起こす。また、再点弧電圧は放電ランプの劣化に伴い高
くなる。
【0012】そこで、放電ランプの再点弧電圧を十分に
賄えるように直流電源の出力電圧を上述のように高く設
定しているのであるが、インダクタにかかる電圧が高い
のでインダクタに大型のものを要し、点灯装置の容積お
よび重量が大きくなるだけでなくコスト高を招く。
【0013】したがって本発明の目的は、インバータ回
路に接続された放電ランプを立ち消えなく安定に点灯さ
せることのできるコンパクトな放電ランプ点灯装置を提
供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の放電ランプ点灯
装置は、直流電源端子に接続されたインバータ回路と、
インバータ回路の出力端子間に放電ランプを介して一次
巻線を接続したトランスと、このトランスの二次巻線に
接続された整流器とを備え、前記二次巻線に誘起されて
前記整流器で整流された電圧を、前記直流電源端子側の
直流出力電圧に、再点弧電圧と同期して重畳させるとと
もに、前記重畳された電圧のピーク値は放電ランプの再
点弧電圧よりも高い構成を有する。
【0015】
【作用】本発明においては、インバータ回路の出力端子
間に放電ランプを介してトランスの一次巻線が接続さ
れ、このトランスの二次巻線に誘起されて整流器で整流
された電圧を、直流電源端子側の直流出力電圧に重畳さ
せるので、極性反転時の再点弧電圧に同期して直流出力
電圧が高くなるという正帰還の作用が得られる。このた
め、再点弧電圧が低く抑えられて大型のインダクタを要
しなくなる。前記トランスはごく小型のもので足りるの
で、点灯装置を小型・軽量に構成することが可能とな
る。
【0016】
【実施例】つぎに本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。
【0017】図1に示すように、FETからなる4個の
スイッチ素子12〜15はブリッジ回路を構成してお
り、ドライブ回路16が2個のスイッチ素子12,13
をオン・オフ制御し、ドライブ回路17が2個のスイッ
チ素子14,15をオン・オフ制御する。かかるインバ
ータ回路18においては、2個のスイッチ素子12,1
5と2個のスイッチ素子13,14とが交互に、かつ、
繰り返しスイッチ動作をするので、整流電源からなる直
流電源19の出力電圧が交番して矩形波交流電流が放電
ランプ20に流れる。交番(極性反転)の周波数は、放
電ランプ20が音響的共鳴現象を起こさない例えば25
0ヘルツに設定される。
【0018】インバータ回路18は直流電源19にダイ
オード21を介して接続されており、インバータ回路1
8の入力端子間にコンデンサ22が接続されている。ま
た、インバータ回路18の負荷側に接続された放電ラン
プ20はメタルハライドランプ等の高圧放電ランプから
なり、放電ランプ20に対してトランス23の一次巻線
24およびパルストランス25の二次巻線26が直列に
接続されている。さらに、放電ランプ20とパルストラ
ンス25の二次巻線26との直列接続体にコンデンサ2
7が並列に接続されており、パルストランス25はその
一次巻線28に起動回路29を接続している。そして、
トランス23の二次巻線30がブリッジ整流器31を介
して直流電源19側のコンデンサ22の両端子間、つま
り、インバータ回路18の入力端子間に並列に接続され
ている。
【0019】スイッチ素子12およびスイッチ素子15
がオン状態となる期間、電源端子aからダイオード2
1、スイッチ素子12、トランス23の一次巻線24、
放電ランプ20、パルストランス25の二次巻線26お
よびスイッチ素子15を経て電源端子bにいたる径路で
電流が流れる。一方、スイッチ素子13およびスイッチ
素子14がオン状態となる期間においては、電源端子a
からダイオード21、スイッチ素子14、パルストラン
ス25の二次巻線26、放電ランプ20、トランス23
の一次巻線24およびスイッチ素子13を経て電源端子
bにいたる径路で電流が流れる。
【0020】パルストランス25は一次巻線28に接続
された起動回路29から駆動信号を受けることによって
高圧パルス電圧(例えば10KV)を二次巻線26に誘
起する。この高圧パルス電圧を受けた放電ランプ20は
起動し点灯する。パルス電流はコンデンサ27を通じて
帰還するので、この高圧パルス電圧によってインバータ
回路18のスイッチ素子12〜15が絶縁破壊を起こす
危険はない。
【0021】放電ランプ20は上述したように起動し、
インバータ回路18から供給された矩形波交番の低周波
電力によって点灯するのであるが、図2の(a)に示す
ようにランプ電流の極性反転時に電流休止期間を生じ
る。また、図2の(b)に示すようにランプ電圧波形に
再点弧電圧Vp1を生じる。そして、再点弧電圧Vp1
が直流電源19の出力電圧を越えるようなことがある
と、放電ランプ20は立ち消えを起こす。
【0022】そこで、ランプ電流の極性反転時に、トラ
ンス23の二次巻線30に図2の(c)に示すような微
分波電圧を発生させ、この微分波電圧を整流器31で図
2の(d)に示す波形の電圧に変換する。そして、この
微分波電圧を直流電源19側に正帰還させるので、図2
の(e)に示す波形の直流出力電圧が得られるようにな
る。
【0023】直流出力電圧Vdcに微分波電圧が重畳さ
れた電圧のピーク値Vp2は、放電ランプ20の再点弧
電圧Vp1よりも高くなるように、トランス23の昇圧
比が設定してある。重畳された微分波電圧は再点弧電圧
に同期しているので、直流出力電圧をランプ電圧の2倍
のような高い値に設定する必要はなくなる。一例とし
て、ランプ電圧90Vに対して直流電源19の出力電圧
を100Vに設定しても放電ランプ20を立ち消えなく
安定に点灯させることができる。なお、直流出力電圧と
ランプ電圧との差に相当する電圧は、主としてパルスト
ランス25の二次巻線26にかかる。
【0024】トランス23は上述したような微分波電圧
だけを発生し得るものであればよい(高周波帯で昇圧作
用をすればよい)ので、ごく小型のもので足り、その一
次巻線24のインダクタンスは従来の電流制限用インダ
クタに比べて極端に小さい。このため、ランプ電流の極
性反転速度が高められ、電流休止期間が短縮される結
果、再点弧電圧を低く抑え得る効果も得られる。
【0025】以上のように、小型のトランス23と整流
器31とを付加するだけで、直流電源19の出力電圧を
必要以上に高くすることなく、また、大型のインダクタ
を用いることなく、放電ランプを安定に点灯させ得る小
型・軽量の放電ランプ点灯装置を得ることが可能とな
る。
【0026】上述した実施例では、インバータ回路18
の負荷側にトランス23の一次巻線24、放電ランプ2
0およびパルストランス25の二次巻線26からなる直
列接続体を設け、パルストランス25の二次巻線26を
電流制限素子として用いたが、電流制限用の小型のイン
ダクタや抵抗などをさらに直列に接続してもよい。ま
た、トランス23の一次巻線24によって電流制限をし
てもよい。
【0027】また、インバータ回路18の構成は種々選
択できる。FET以外のスイッチ素子、例えばトランジ
スタやサイリスタ等を用いてもよい。また、コンデンサ
22をダイオード21の入力側に接続してもよいほか、
コンデンサ22およびダイオード21の一方または双方
を省略することもできる。
【0028】
【発明の効果】以上のように本発明によると、ランプ電
圧に近い出力電圧の直流電源を用いてメタルハライドラ
ンプ等の高圧放電ランプを安定に点灯させることがで
き、大型のインダクタを要しないので小型・軽量で低コ
ストの放電ランプ点灯装置を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の放電ランプ点灯装置の回路
【図2】本発明の一実施例の放電ランプ点灯装置の各部
における電圧・電流波形図
【図3】従来の放電ランプ点灯装置の回路図
【図4】従来の放電ランプ点灯装置のインバータ回路に
おける電圧波形図
【図5】従来の放電ランプ点灯装置におけるローパスフ
ィルタの特性図
【図6】従来の放電ランプ点灯装置の各部における電圧
・電流波形図
【符号の説明】
18 インバータ回路 19 直流電源 20 放電ランプ 23 トランス 25 パルストランス 29 起動回路 31 整流器
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−104592(JP,A) 特開 平6−140176(JP,A) 特開 平5−166590(JP,A) 特開 平7−143758(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05B 41/24 H05B 41/282

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電源端子に接続されたインバータ回
    路と、インバータ回路の出力端子間に放電ランプを介し
    て一次巻線を接続したトランスと、このトランスの二次
    巻線に接続された整流器とを備え、前記二次巻線に誘起
    されて前記整流器で整流された電圧を、前記直流電源端
    子側の直流出力電圧に、再点弧電圧と同期して重畳させ
    るとともに、前記重畳された電圧のピーク値は放電ラン
    プの再点弧電圧よりも高いことを特徴とする放電ランプ
    点灯装置。
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