JP3610521B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は放電灯点灯装置に関するものである。
【従来の技術】
【０００２】
図３、図４に放電灯点灯装置の回路構成の従来例が示されている。交流電源１をダイオード２、３、およびコンデンサ４、５により構成された倍電圧整流回路により倍電圧整流している。この倍電圧整流回路と並列にスイッチング素子６、７がカスケード接続され、各スイッチング素子６、７にはダイオード８、９が逆並例に接続されている。倍電圧整流回路のコンデンサ４、５の中点から放電灯10、コンデンサ11、リアクタ12を直列接続されハーフブリッジ構成になっている。また、放電灯10を予熱および始動するためのコンデンサ13が該放電灯10のフィ ラメントを介して該放電灯10へ並列に接続されている。 コンデンサ13を流れる電流は前記フィラメント電極を経 由して流れる。そのほかには、スイッチング素子６、７をドライブするためのドライブ回路14および発振回路15と放電灯10が寿命末期になったことを検出する検出回路16、17、および検出回路16、17により動作し、点灯周波数を変える保護回路18を設けてある。なお、図３に示す検出回路16は過電圧を検出する回路、図４に示す検出回路17は過電流を検出する回路の例である。
【０００３】
次に図３、図４に示す従来回路の動作を、図５〜図７ を参照しながら説明する。まず最初に従来の共振周波数と点灯周波数との関係を説明する。放電灯10と直列接続されたコンデンサ11、リアクタ12で決定する第１共振周波数をfr₁、また、放電灯10の予熱および始動のために並列接続したコンデンサ13と、放電灯10と直列接続されたコンデンサ11、リアクタ12とで決定する第２共振周波数をfr₂とすると、各々の共振周波数は式（１）、（２）のように表され、点灯周波数f₀とは式（３）、（４）に示すような関係にあった。

【０００４】
なお、式（１）、（２）でC₁はコンデンサ13の容量、C₂はコンデンサ11の容量、L₁はリアクタ12のインダクタンスである。式（１）は点灯中の動作であり、式（２） は寿命末期の動作である。放電灯10のインピーダンスは 点灯中は充分に小さく、寿命末期には充分に大きいの で、（１）（２）の近似式が成立する。
【０００５】
次に、この式（３）、（４）の関係にある場合のリアクタ12に流れる電流波形を図５に示す。同図（ａ）は放電灯10が正常の場合の電流波形で、同図（ｂ）は放電灯10が寿命末期になった場合の電流波形であり、それぞれの動作は次のようになる。
図５（ａ）の正常な放電灯10の場合は、時間t₃で点Ａの電圧がＬになるとスイッチング素子６がオフするため、今までコンデンサ４→スイッチング素子６→リアクタ12→コンデンサ11→放電灯10の経路で流れていた共振電流が、リアクタ12→コンデンサ11→放電灯10→コンデンサ５→ダイオード９の経路の帰還電流になり、ダイオード９に流れ出し、その後、この帰還電流が０になりダイオード９の電流が流れなくなった時点で、今度はスイッチング素子７がオンしているため、コンデンサ５→放電灯10→コンデンサ11→リアクタ12→スイッチング素子７の経路で共振電流が流れる。従って、この時の電流波形は同図に示されているように遅相波形になり、ダイオード８、９には逆電圧が加わらず、リカバリー電流は流れないため、従来例においても回路上には問題がなかった。
【０００６】
しかし、同図（ｂ）の寿命末期の放電灯10の場合は放電灯10には電流が流れないため、時間t₂で点Ａの電圧がＨになると、スイッチング素子６がオンするため、コンデンサ４→スイッチング素子６→リアクタ12→コンデンサ11→コンデンサ13の経路で共振電流が流れ、その後この共振電流が０になると、今度はコンデンサ13→コンデンサ11→リアクタ12→ダイオード８→コンデンサ４の経路で帰還電流が流れ出す。この帰還電流がダイオード８に流れている時間t₄の時点で、今度はスイッチング素子７がオンするため、コンデンサ５→コンデンサ13→コンデンサ11→リアクタ12→スイッチング素子７の経路の共振電流が流れる。従って、この時の電流波形は同図に示されているように進相波形になり、ダイオード８には時間t₄で逆電圧が加わるため、リカバリー電流が流れてしまう。このリカバリー電流により、スイッチング素子６およびダイオード８またはスイッチング素子７およびダイオード９に流れる電流波形は図６に示されているようになり、回路の破損の原因になるため、このままでは動作させることができなかった。
【０００７】
従って、従来例では放電灯10が寿命末期になり、図５（ｂ）に示す電流波形になった時には、寿命末期になったことを検出する検出回路16、17により保護回路18を動作させインバータのスイッチング周波数を高くし、図７に示すような遅相波形の電流にし回路の保護を行っていた。
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来技術の回路では、共振周波数と点灯周波数との関係について配慮されておらず、放電灯が寿命末期になった場合、ダイオード８、９（図３、図４参照）にはリカバリー電流が流れてしまい、回路が破損する問題があるため、放電灯が寿命末期になったことを検出する検出回路16、17、および点灯周波数を変える保護回路18（共に図３、図４参照）が必要であった。
【０００９】
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、寿命末期になった時の回路の破損を防止すると共に、検出回路、保護回路を排除することを可能とした放電灯点灯装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、放電灯が正常に点灯している場合の点灯周波数f₀と
（１）前記放電灯に直列接続されたコンデンサとリアク タで決定される第１共振周波数fr ₁ との関係および
（２）前記放電灯を予熱し始動するように該放電灯の電 極フィラメントを介して該放電灯へ並列に接続されたコ ンデンサおよび前記放電灯に直列接続されたコンデンサ 並びにリアクタで決定される第２共振周波数fr ₂ との関 係を
fr₁＜f₀、fr₂ ≧2f₀
とることにより、達成される。
上記のようにすると、放電灯が寿命末期になった場合でもダイオードにリカバリー電流が流れないようにすることができる。
【発明の実施の形態】
【００１１】
以下図示した実施例に基づいて本発明を説明する。図 １に本発明の一実施例が示されている。なお、従来と同じ部品には同じ符号を付したので説明を省略する。本実施例では前記放電灯10が正常に点灯している場合の点灯周波数f₀と放電灯10に直列接続されたコンデンサ11およ びリアクタ12で決定される第１共振周波数fr₁との関係を
fr ₁ ＜f ₀ とし、さらに
前記点灯周波数f₀と放電灯10を予熱し始動するための該 放電灯10に並列に接続されたコンデンサ13および放電灯 10に直列接続された前記コンデンサ11並びに前記リアク タ12で決定される第２共振周波数fr ₂ との関係を
fr ₂ ≧2f ₀
とした。このようにすることにより、放電灯10が寿命末期になった場合でもダイオード８、９にリカバリー電流が流れないようにすることができ、寿命末期になった時の回路の破損を防止すると共に、検出回路、保護回路を排除することを可能とした放電灯点灯装置を得ることができる。
【００１２】
すなわち図１の回路構成は、従来例の回路構成におけ る検出回路、保護回路を除いたものであり、本実施例では従来の技術で説明した第１共振周波数fr₁と点灯周波数f₀との関係および第２共振周波数fr₂と点灯周波数f₀との関係を次の式（５）、（６）のようにしたものであ る。
fr₁＜f₀ …（５）
fr₂≧2f₀ …（６）
上記（５）（６）式の意味ないしは遅相動作・進相動作等の関係について説明を補足する。点灯周波数f₀はスイッチング周波数と一致する。それと第１共振周波数fr₁ないしは第２共振周波数fr₂との相対比較の関係で遅相動作・進相動作等の区別が生まれる。
上記（５）式がfr₁＞f₀であれば進相動作であり、fr₁＝f₀であれば共振動作であり、fr₁＜f₀であれば遅相動である。上記（５）式は従来同様の遅相動作である。スイッチング素子６（７）がターンオンすると、振動電流が流れる。当初はスイッチング素子６（７）に対する順方向の電流である。その順方向期間にスイッチング素子６（７）がターンオフするのであれば、遅相動作となる。順方向期間にターンオフがなされず次の逆方向期間にターンオフするのであれば、進相動作となる。
【００１３】
上記（６）式ではfr ₂ ＞f ₀ となるので進相動作であ る。しかし、（６）式のごとくにfr ₂ ≧2f ₀ としたので、 次のようになる。前記スイッチング素子６（７）対する前記順方向期間（順方向電流が流れる期間）が経過し、次の逆方向期間も経過し、さらにその次の第二順方向期間に至った後でスイッチング素子６（７）のターンオフがなされる。このため、（６）式の場合は実質的な遅相動作となるので、ダイオード８（９）にリカバリー電流 が流れず、進相ゆえの回路破損の問題が解消する。
【００１４】
次に図１の他に図２も用いて、本実施例の動作について説明する。図２は式（５）、（６）の関係にある時のリアクタ12に流れる電流波形であり、同図（ａ）は放電灯10が正常の場合の電流波形で、同図（ｂ）は放電灯10が寿命末期になった場合の電流波形である。
図２にも示されているように、正常な放電灯10の場合は従来例で説明したのと同様の動作により図５（ａ）と同じ電流波形になるため、ダイオード８、９にはリカバリー電流は流れない。
また、寿命末期の放電灯10の場合の電流波形は式（６）に示すような関係にすることにより、従来例の図 ５（ｂ）に示すような進相波形にならず、図２（ａ）に示すようになり、ダイオード８、９にはリカバリー電流が流れないようになる。
【００１５】
ここで、放電灯10が寿命末期になった場合でもリカバリー電流が流れない理由についてもう少し詳しく説明する。まず、放電灯10が寿命末期になると放電灯10には電流が流れないため、図２（ｂ）の時間t₂で点ＡがＨになるとスイッチング素子６がオンになり、共振電流（振動電流）は０から立ち上がり、コンデンサ４→スイッチング素子６→リアクタ12→コンデンサ11→コンデンサ13の経路で流れ、コンデンサ13、11を充電するが、式（６）の関係にあると、スイッチング素子６がオンの状態の時に当該充電が終わり共振電流は再び０になる。その後、帰還電流がコンデンサ13→コンデンサ11→リアクタ12→ダイオード８→コンデンサ４の経路で流れるが、この帰還電流も時間t₄のスイッチング素子７がオンになる前に０になるような電流波形になる。従って、点Ａ（Ｂ）の電圧がＨになりスイッチング６（７）がオン状態になる時には必ずダイオード９（８）の電流は０になっているため、リカバリー電流は流れないですみ、回路が破損するようなことはなくなる。
【００１６】
従って、従来例の図３、図４で示した放電灯10が寿命末期になったことを検出する検出回路16、17、および検出回路16、17により動作し、点灯周波数を変える保護回路18は必要がなくなり、排除することができる。
このように本実施例によれば、第１共振周波数fr₁、第２共振周波数fr₂と点灯周波数f₀との関係を規定することにより、放電灯10が寿命末期になった場合でも、ダイオード８または９にリカバリー電流が流れないようにできるため、回路の破損を防止できる効果がある。また、従来用いていた放電灯10が寿命末期になったことを検出する検出回路16、17、およびこの検出回路16、17により動作し、点灯周波数を変える保護回路18を排除できる効果がある。
なお、本実施例ではスイッチング素子６・７にパワーMOS−FETを用いたが、これのみに限るものではなくトランジスタを用いるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
上述のように本発明は、寿命末期になった時の回路の破損を防止すると共に、検出回路、保護回路を排除することができるようになって、寿命末期になった時の回路の破損を防止すると共に、検出回路、保護回路を排除することを可能とした放電灯点灯装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の放電灯点灯装置の一実施例を示す回路 図である。
【図２】同実施例の電流波形を示すもので（ａ）は放電灯が正常の場合、（ｂ）は放電灯が寿命末期になった場合の電流波形図である。
【図３】従来の放電灯点灯装置を示す回路図である。
【図４】従来の放電灯点灯装置の図３とは異なる例を示 す回路図である。
【図５】従来の電流波形を示すもので（ａ）は放電灯が正常の場合、（ｂ）は放電灯が寿命末期になった場合の電流波形図である。
【図６】従来のスイッチング素子およびダイオードの電流波形図である。
【図７】従来の保護動作後の電流波形図である。
【符号の説明】
【００１９】
６、７……スイッチング素子、10……放電灯、11……コンデンサ、12……リアクタ、13……コンデンサ、14……ドライブ回路、15……発振回路

Claims (2)

1. カスケード接続された一対のスイッチング素子を含みかつ前記各スイッチング素子と逆並列に接続 されたダイオードを含む他励式電流共振型インバータ回路により放電灯を高周波点灯させ、かつ前記放電灯を共 振により始動させる放電灯点灯装置において、
   前記放電灯が正常に点灯している場合の点灯周波数f₀と前記放電灯に直列接続されたコンデンサおよびリアクタで決定される第１共振周波数fr₁ との関係を
   fr ₁ ＜f ₀
   とし、
   前記点灯周波数f₀と前記放電灯を予熱し始動するように 該放電灯の電極フィラメントを介して該放電灯へ並列に 接続されたコンデンサおよび前記放電灯に直列接続された前記コンデンサ並びに前記リアクタで決定される第２共振周波数fr₂との関係を
   fr ₂ ≧2f ₀
   としたことを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記装置が、前記放電灯に並列接続されたコンデンサ、前記放電灯に直列接続されたコンデンサ、リアクタ、および倍電圧整流回路、発振回路に接続されかつ前記スイッチング素子を制御するドライブ回路を持 つように構成された請求項１記載の放電灯点灯装置。

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