JP3419179B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】本発明は、放電灯点灯装置に
関するものであり、更に詳しくは限流要素を小さくして
放電灯を安定点灯する放電灯点灯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に係る第１従来例として本特許出
願人出願の特願平７ー１９０８９５号に示したものがあ
り、その回路図を図５に示す。

【０００３】本回路は、放電灯（以下、ランプと呼
ぶ。）ＬＰと直流電源ＤＣ１，ＤＣ２との間に挿入され
たスイッチＳＷを、接点ａ或いは接点ｂとの間で高速に
切り替えて、ランプＬＰの特性電圧よりも高い電圧を有
する直流電源ＤＣｌと、ランプＬＰの特性電圧よりも低
い電圧を有する直流電源ＤＣ２とを交互にランプＬＰに
接続することにより、ランプＬＰに流れるランプ電流を
設定範囲に制御してランプＬＰを点灯しようとするもの
であり、限流要素を小さくすることができる。つまり、
ランプＬＰの特性電圧よりも高い電圧をランプＬＰに供
給するとランプ電流は増大し、ランプの特性電圧よりも
低い電圧をランプＬＰに供給するとランプ電流は減少す
るので、スイッチＳＷの切り替えを適切に制御すること
により、ランプ電流を制御することができる。以下、そ
の原理について説明する。

【０００４】一般的に、ランプを点灯するにはバラスト
（つまり限流要素）が必要である。その理由はランプの
電気特性が負特性である、つまり負性抵抗を有するから
である。ランプの電流Ｅと電流密度Ｊとの関係は一般に
以下の式（１）で示される。 Ｊ＝σＥ・・・・・・・・・・・（１） ここで、σは導電率と呼ばれ、固体の場合には定数とみ
なしてよいものである。しかし、気体放電の場合には導
電率σは以下の式（２）に示されるように電子密度ｎの
関数になる。 σ＝ｅｎμ・・・・・・・・・・（２） ただし、ｅは単位電荷，ｎは電子密度，μは移動度であ
る。ここで移動度μは、電子温度と圧力との関数である
が一定とみなしてよい。

【０００５】以上の式（１），（２）からランプの電流
密度Ｊ（つまり放電電流）はランプ内部の電子密度ｎと
電界との２つによって決定されることがわかる。基本的
にはランプ電流Ｅもしくは電流密度Ｊが決まると、結果
としてランプ内部の電子密度ｎと電界が決まる、という
考え方が最も分かりやすく、しかも現実にそうなってい
る。一般に電流を増やすと電子密度ｎが増加し、電界は
さほど変化しない。実際には多少変化するが、電子密度
ｎほど顕著でない。ランプは限流要素無しの電圧源で点
灯されると、電子密度ｎが増加してしまうので電流が増
加してしまい、例えば過電流による大きなストレスがラ
ンプにかかってランプ寿命を劣化してしまう、などの問
題点が生じてしまう。電子密度ｎが増加するのは、増加
する時定数の方が減少する時定数よりも大きいためであ
り、これを防ぐには、印加する電界を変化させて電子に
与えるエネルギーを変化させなければならない。

【０００６】安定点灯状態から高い電圧源に接続する
と、ランプ電流は増加し始めるので、ランプに印加する
電圧をランプ特性電圧つまりランプ点灯維持電圧以下ま
で低下させる。すると、ランプ電流は減少し始めるの
で、ランプに印加する電圧をランプ特性電圧つまりラン
プ点灯維持電圧以上まで上昇させる。すると、ランプ電
流は再ぴ増加し始めるので、再びランプに印加する電圧
をランプ特性電圧つまりランプ点灯維持電圧以下まで低
下させる。以下、この様な動作を繰り返すことにより、
ランプに印加する電圧をランプの特性電圧ラインの上下
に変化させれば、ランプを安定点灯できる。実際に電流
が増加する時間と減少する時間とは、増加する時間が数
μｓｅｃ〜数十μｓｅｃ程度で、減少する時間が十分の
数ｍｓｅｃ〜数ｍｓｅｃ程度と考えられる。

【０００７】本発明に係る第２従来例として本特許出願
人出願の特願平７ー１９０８９５号に示したものがあ
り、その回路図を図６に示す。

【０００８】本回路では、２つの交流電圧源ＡＣｌ，Ａ
Ｃ２とインダクタＬとキャパシタＣとを有してなると共
に、ランプ特性電圧よりも低い電圧をインダクタＬを介
してランプＬＰに常に供給しておき、これに交流電圧を
キャパシタＣを介して重畳して供給することにより、ラ
ンプ特性電圧よりも高い振幅を有する電圧をランプＬＰ
に供給し、この振幅を変調してランプＬＰを安定点灯し
ようとするものである。

【０００９】上記第１，第２のいすれの従来例も、ラン
プ特性電圧を挟む２つの電圧源を設け、これらの電圧源
を交互にランプＬＰに接続することによって、実質上の
限流要素を小さくする或いは限流要素を無くするように
したものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記第１，第
２のいすれの従来例とも、少なくとも低い電圧を有する
電源は、制御を必要としない固定的な実効電圧値を有す
る主電源であるため、ランプの広範囲の出力変化に対応
することが困難であると共に、ランプ電流波形が歪むた
めにランプからの輻射ノイズが高くなってしまう、等の
問題点が生じてしまう。

【００１１】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、限流要素を持たずにある
いは小さな限流要素を有してランプを安定点灯可能とす
ると共に、ランプの広範囲の出力変化に対応可能で、輻
射ノイズの低減が可能な放電灯点灯装置を提供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１記載の発明によれば、ランプ特性電圧よ
りも高い電圧振幅を有すると共に、ランプ電流が増加し
ていく時間よりも短い周期を有し、ランプ電流の増加に
従って電源電圧を低くしていく第１の交流電圧源と、ラ
ンプ特性電圧よりも低い電圧振幅を有すると共に、ラン
プ電流が増加していく時間よりも短い周期を有し、ラン
プ電流の減少に従って電源電圧を高くしていく第２の交
流電圧源とを備え、前記第１及び第２の交流電圧源を交
互に放電灯に接続して前記放電灯を安定点灯させる放電
灯点灯装置に於いて、前記第１及び第２の交流電圧源の
交流の周期よりも長く且つランプ電流が増加していく時
間よりも短い時間でランプ電流を検出し且つ積分する積
分回路を設けると共に、前記積分値が所定値よりも大き
くなると、前記放電灯を設定期間だけ前記第２の交流電
圧源に接続し、前記設定期間を越えると前記放電灯を前
記第１の交流電圧源に接続することを特徴とする。

【００１３】請求項２記載の発明によれば、前記積分値
が所定値よりも大きくなると、前記放電灯を前記第２の
交流電圧源に接続し、前記積分値が所定値よりも小さく
なると、前記放電灯を前記第１の交流電圧源に接続する
ことを特徴とする。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【実施の形態】本発明は、ランプ特性電圧よりも高い電
圧振幅を有する第１の交流電圧源とランプ特性電圧より
も低い電圧振幅を有する第２の交流電圧源との２つの交
流電圧源を用い、２つの交流電圧源を時分割で切り替え
てランプに接続すると共に、それぞれの交流電圧源の電
圧値を可変とし、その振幅を負荷の状態に応じて変調す
るものである。以下に本発明に係る実施の形態を示す。

【００１７】（実施の形態１）本発明に係る第１の実施
の形態の回路図を図１に示し、その動作説明図を図２に
示す。

【００１８】本回路は、ランプＬＰと、周波数がランプ
ＬＰの暴走・立ち消え時定数よりも十分短く且つ交流実
効電圧値がランプの特性電圧Ｖｘよりも高い第１の交流
電圧源（以下、交流電圧源と呼ぶ。）ＡＣ３と、周波数
がランプＬＰの暴走・立ち消え時定数よりも十分短く且
つ交流実効電圧値がランプの特性電圧Ｖｘよりも低い第
２の交流電圧源（以下、交流電圧源と呼ぶ。）ＡＣ４
と、交流電圧源ＡＣ３と交流電圧源ＡＣ４とを交互に切
り替えてランプＬＰに接続するスイッチＳＷ１と、抵抗
Ｒ１により検出されダイオードＤ１で整流されたランプ
電流を積分する積分回路１と、積分回路１の出力Ｖ２及
び設定値Ｖｒｅｆｏを比較して信号Ｖｃｐｏを出力する
比較回路ＣＰｏと、比較回路ＣＰｏの出力信号Ｖｃｐｏ
を受けて信号Ｖｓを出力する単安定マルチバイブレータ
２と、単安定マルチバイブレータ２の出力信号Ｖｓを受
けてスイッチＳＷ１を制御するスイッチ切換え回路３と
から構成される。

【００１９】本回路では、ランプ電流を検出した検出値
が設定値を超えると、設定期間Ｔだけ交流電圧源ＡＣ４
をランプＬＰに接続し、設定期間Ｔを越えると交流電圧
源ＡＣ３をランプＬＰに接続する制御を行なう。

【００２０】次に、図２を参照して動作を簡単に説明す
る。いま、スイッチＳＷ１が接点ａ側に接続されること
によりランプ電流が急激に増加し、積分回路１の出力Ｖ
２が図２（ｂ）に示す様に予め設定された設定値Ｖｒｅ
ｆｏを越えると比較回路ＣＰｏがトリガを出力し、単安
定マルチバイブレータ２が、図２（ｃ）に示す様なＶｃ
ｐｏによりトリガされ、スイッチ切換え回路３によりス
イッチＳＷ１を接点ｂ側に設定期間Ｔだけ接続し、その
結果、ランプ電流は徐々に減少する。設定期間Ｔを越え
ると、図２（ｄ）に示す様に単安定マルチバイブレータ
２の出力信号Ｖｓはロー（Ｌ）レベルとなるので、スイ
ッチ切換え回路３によりスイッチＳＷ１は接点ａ側に接
続されて、ランプ電流が再び急激に増加し始める。

【００２１】ここで積分回路Ｉの時定数は、ランプ電流
の交流周期よりも長く且つランプ暴走の時定数よりも短
く設定することにより、交流の変動の影響を受けずにラ
ンプ暴走を検出することが可能となる。更に設定期間Ｔ
をランプ立ち消えの時定数よりも短くすることにより、
ランプが立ち消える前に高い電圧振幅を有する交流電圧
源に切り替えてランプの立ち消えを防止することがで
き、また、調光時等ランプ特性が変化してランプ立ち消
えの時定数が変化する場合は、ランプ立ち消えの時定数
よりも短い範囲内で設定期間Ｔを変化させればよい。

【００２２】この様に構成したことにより、ランプ電流
の増減を所定の範囲内にし、限流要素を用いずに或いは
微少な値を有する限流要素を用いてランプＬＰを安定点
灯することができる。

【００２３】また、ランプ電流を増加する場合は設定値
Ｖｒｅｆｏを高くするだけでなく、ランプ電流の増加に
従って交流電圧源ＡＣ３の電源電圧を低くしていくこと
が望ましく、更に交流電圧源ＡＣ４の電源電圧も低くし
てもよい。一方、ランプ電流を減少する場合は設定値Ｖ
ｒｅｆｏを低くするだけでなく、ランプ電流の減少に従
って交流電圧源ＡＣ３の電源電圧を高くしていくことが
望ましく、更に交流電圧源ＡＣ４の電源電圧も高くして
もよい。このように、両方の交流電圧源の電圧値を可変
にすることによって、例えばランプ電流を増加したとき
ランプ特性電圧の低下に伴う電源電圧との差電圧を小さ
くすることが可能となり、ランプへのストレスを低減し
ながら限流要素を小さくすることが可能となる。また、
さらに両方の交流電圧源を高周波とすれば、装置の一層
の小型化が可能となる。

【００２４】（実施の形態２）本発明に係る第２の実施
の形態の回路図を図３に示し、その動作説明図を図４に
示す。

【００２５】図１に示した第１の実施の形態と異なる点
は、比較回路ＣＰｏの代わりに、積分回路１の出力Ｖ２
及び設定値Ｖｒｅｆ１を比較してトリガ信号Ｖｃｐ１を
出力する比較回路ＣＰ１と、積分回路１の出力Ｖ２及び
設定値Ｖｒｅｆ２を比較してトリガ信号Ｖｃｐ２を出力
する比較回路ＣＰ２とを新たに設け、単安定マルチバイ
ブレータ２を省略し、トリガ信号Ｖｃｐ１，Ｖｃｐ２を
直接スイッチ切換え回路３に送信する様に構成したこと
であり、その他の第１の実施の形態と同一構成には同一
符号を付すことにより説明を省略する。

【００２６】上記第１の実施の形態が交流電圧源ＡＣ４
をランプＬＰに接続している期間を設定期間Ｔとしてい
るのに対して、本実施の形態では以下の様に動作する。
（図４参照） 図４（ｂ）に示す積分回路１の出力Ｖ２が設定値Ｖｒｅ
ｆ１より大きくなると、比較回路ＣＰ１は図４（ｃ）に
示す様なトリガ信号Ｖｃｐ１をスイッチ切換え回路３に
出力し、図４（ｅ）に示す様に、接点ａに接続されてい
るスイッチＳＷ１を接点ｂにつなぎ換えて交流電圧源Ａ
Ｃ４に切り替える。一方、図４（ｂ）に示す積分回路１
の出力Ｖ２が設定値Ｖｒｅｆ２より小さくなると、比較
回路ＣＰ２は図４（ｄ）に示す様なトリガ信号Ｖｃｐ２
をスイッチ切換え回路３に出力し、図４（ｅ）に示す様
に、接点ｂに接続されているスイッチＳＷ１を接点ａに
つなぎ換えて交流電圧源ＡＣ３に切り替える。

【００２７】この様に構成したことにより、ランプ立ち
消えの時定数を設定期間Ｔとして設定するのでなく、よ
りランプ特性に近い定数としての設定値Ｖｒｅｆ２とし
て持ち、より広いランプ特性の変動にも追従した制御が
可能となる。つまり、ランプ暴走と判断するランプ電流
範囲を設定値Ｖｒｅｆ１で設定し、ランプ立ち消えと判
断するランプ電流範囲を設定値Ｖｒｅｆ２で設定するこ
とにより、より広いランプ特性の変動にも追従した制御
が可能となる。

【００２８】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、限流要
素を持たずにあるいは小さな限流要素を有し、クレスト
ファクタを小さくすることが可能で、ランプヘのストレ
スが低減可能で、ランプを安定点灯可能とすると共に、
ランプの広範囲の出力変化に対応可能で、輻射ノイズの
低減が可能で、小型化可能な放電灯点灯装置を提供でき
る。

【００２９】請求項２記載の発明によれば、限流要素を
持たずにあるいは小さな限流要素を有し、クレストファ
クタを小さくすることが可能で、ランプヘのストレスが
低減可能で、ランプを安定点灯可能とすると共に、より
広いランプ特性の変動にも追従し制御可能で、輻射ノイ
ズの低減が可能で、小型化可能な放電灯点灯装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施の形態を示す回路図であ
る。

【図２】上記実施の形態に係る動作波形図である。

【図３】本発明に係る第２実施の形態を示す回路図であ
る。

【図４】上記実施の形態に係る動作波形図である。

【図５】本発明に係る第１従来例を示す回路図である。

【図６】本発明に係る第２従来例を示す回路図である。

【符号の説明】

ＡＣ 交流電圧源 ＬＰ ランプ １ 積分回路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ランプ特性電圧よりも高い電圧振幅を有
   すると共に、ランプ電流が増加していく時間よりも短い
   周期を有し、ランプ電流の増加に従って電源電圧を低く
   していく第１の交流電圧源と、ランプ特性電圧よりも低
   い電圧振幅を有すると共に、ランプ電流が増加していく
   時間よりも短い周期を有し、ランプ電流の減少に従って
   電源電圧を高くしていく第２の交流電圧源とを備え、前
   記第１及び第２の交流電圧源を交互に放電灯に接続して
   前記放電灯を安定点灯させる放電灯点灯装置に於いて、
   前記第１及び第２の交流電圧源の交流の周期よりも長く
   且つランプ電流が増加していく時間よりも短い時間でラ
   ンプ電流を検出し且つ積分する積分回路を設けると共
   に、前記積分値が所定値よりも大きくなると、前記放電
   灯を設定期間だけ前記第２の交流電圧源に接続し、前記
   設定期間を越えると前記放電灯を前記第１の交流電圧源
   に接続することを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 【請求項２】 前記積分値が所定値よりも大きくなる
   と、前記放電灯を前記第２の交流電圧源に接続し、前記
   積分値が所定値よりも小さくなると、前記放電灯を前記
   第１の交流電圧源に接続することを特徴とする請求項１
   に記載の放電灯点灯装置。