JP3637600B2 - 放電ランプ点灯装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、放電ランプを点灯す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６は従来の放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。図６において、１は直流電源、２は直流電源１の出力電圧を交流に変換するインバータ回路、３は放電ランプであり、直流電源１からインバータ回路２を介して放電ランプ３に電力が供給される。また４は充電手段であり、抵抗５とコンデンサ６とで構成され、直流電源の出力電圧が抵抗５とコンデンサ６とで決まる時定数でコンデンサ６に充電される。７はスイッチ素子である放電ギャップであり、放電ギャップ７の両端に所定のブレークダウン電圧が印加された時、急速にターンオンし、放電ギャップ７を流れる電流が所定の電流値以下になった時ターンオフしオン・オフ動作を繰り返す。８は高圧トランスであり、１次巻線８ａに印加される電圧を昇圧し、２次巻線８ｂから高圧パルスを発生させ、コンデンサ９を介して放電ランプ３に印加する。
【０００３】
以上のような構成により、直流電源１から所定の電圧が発生すると、コンデンサ６と抵抗５とで決まる時定数でコンデンサ６の両端の電圧が上昇する。この時放電ギャップ７はオフ状態でありコンデンサ６に発生した電圧が放電ギャップ７に印加される。コンデンサ６の両端電圧が放電ギャップ７のブレークダウン電圧まで上昇すると放電ギャップ７はターンオンし、高圧トランス８の１次巻線８ａに電圧が印加される。放電ギャップ７がオンすると急速にコンデンサ６の両端電圧が低下し放電ギャップ７を流れる電流も急激に低下する。
【０００４】
放電ギャップ７を流れる電流が所定の電流値以下になった時放電ギャップ７はターンオフし再び直流電源１からの電圧により、コンデンサ６の両端の電圧が上昇し、放電ギャップ７はオン・オフを繰り返す。放電ギャップ７のオン時に高圧トランス８の１次巻線８ａに印加された電圧が高圧トランス８によって昇圧され２次巻線８ｂから高圧パルス電圧が発生しコンデンサ９を介して放電ランプ３に印加され放電ランプ３は放電を開始する。放電ランプ３は放電を開始すると直流電源１からインバータ回路２を介して放電ランプ３に電力が供給され放電ランプ３は点灯を維持する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の放電ランプ点灯装置では、一般に放電ランプ３を放電させるためには、エネルギーは小さいが放電ランプ３のブレークダウンに必要な高圧パルスの印加と、グロー放電状態からアーク放電状態へ移行させるのに必要なエネルギーを有する電圧値としてはそれほど大きくないが幅の広いパルスを放電ランプ３へ供給しなければならない。これらのパルスは、直流電源１からコンデンサ６にエネルギーを蓄積し、コンデンサ６に蓄積されたエネルギーが放電ギャップ７がオン状態の時に高圧トランス８を介して放電ランプ３に供給される。
【０００６】
また、高圧トランス８を小形にするためには、１次巻線８ａと２次巻線８ｂとの巻数比を小さくする必要があり、放電ギャップ７のブレークダウン電圧が高いものを使用しコンデンサ６に発生させる電圧を高くする必要がある。しかも幅の広いパルスを放電ランプ３に供給する必要があるため、コンデンサ６は高耐圧でしかも大容量のものが必要であり装置が大形化するという問題点があった。
【０００７】
また２次巻線８ｂからの電圧は高圧でしかも幅の広いパルスが発生し放電ランプ３へ供給されるので放電ランプ３の電極に対するダメージが大きく放電ランプ３の寿命が短くなるという問題点があった。また、放電ギャップ７のターンオン時間は、数１０ｎｓ〜１００ｎｓ程度であり、高圧トランス８の１次巻線８ａは一般に非常に小さいインダクタンス値である。このため、ターンオン時間の数１０ｎｓ〜１００ｎｓの間にコンデンサ６の電圧が低下しコンデンサ６に蓄積されたエネルギーが放電ギャップ７で消費されてしまい高圧トランス８を介して放電ランプ３に供給される高圧パルスとエネルギーが小さくなってしまう。これを補うためにコンデンサ６にはさらに大きなエネルギーを蓄積できるものが必要であり容量が大きくなり、さらに装置が大形化するという問題点があった。
【０００８】
また、放電ギャップ７がオン状態になると、コンデンサ６から電流が流れ込むのと同時に直流電源１から抵抗５を介して放電ギャップ７に電流が流れる。そのため放電ギャップ７をターンオフさせるためには放電ギャップ７を流れる電流が所定の電流値以下にする必要があり、そのため抵抗５の値は所定の値より小さくすることができず、抵抗５とコンデンサ６とで決まる時定数が小さくできないため、放電ギャップ７のオン・オフの繰り返し周波数が低くなる。そのため放電ランプ３を確実に放電を開始させるためには放電ギャップ７が１回オンした時の放電ランプ３への伝達エネルギーを大きくしないと放電ランプ３を確実に点灯できない。そのためコンデンサ６と高圧トランス８とが大きくなり装置が大形化するという問題点があった。
【０００９】
また高圧トランス８を小形にするためには、１次巻線８ａと２次巻線８ｂとの巻数比を小さくする必要があり、放電ギャップ７のブレークダウン電圧が高いものを使用しコンデンサ６に発生させる電圧が高くする必要があるため、直流電源１の出力電圧を大きくする必要があり、新たに昇圧回路が付加されるなど直流電源１が複雑で大きなものになるとともに、インバータ回路２は耐圧の大きな素子で構成する必要があり、使用する素子が大きくなったり回路効率の低下などによりインバータ回路２が大きくなり装置が大形化するという問題点があった。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するもので、小形化で、確実に点灯できる放電ランプ点灯装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の放電ランプ点灯装置は、直流電源と、前記直流電源から直接またはインバータ回路を介して電力が供給される放電ランプと、インピーダンス可変素子とコンデンサとが直列に接続された回路と抵抗とが直列に接続された直列回路を有する、前記直流電源の出力電圧を充電する充電手段と、前記インピーダンス可変素子と前記コンデンサとが直列に接続された回路に並列に接続された、スイッチ素子と高圧トランスの１次巻線とが直列に接続された回路と、を備え、前記高圧トランスは、２次巻線から発生する高圧パルスが前記放電ランプに印加されるごとく接続される。
【００１２】
また、本発明の放電ランプ点灯装置は、直流電源と、前記直流電源から直接またはインバータ回路を介して電力が供給される放電ランプと、抵抗とコンデンサとが直列に接続された直列回路を有する、前記直流電源の出力電圧を充電する充電手段と、前記コンデンサに並列に接続された、インピーダンス可変素子とスイッチ素子と高圧トランスの１次巻線とが直列に接続された回路と、を備え、前記高圧トランスは、２次巻線から発生する高圧パルスが前記放電ランプに印加されるごとく接続される。
【００１５】
【作用】
本発明は上記した構成により、小容量・高耐圧のコンデンサと大容量・低耐圧のコンデンサとの直列回路で第１の充電手段を構成するとエネルギーは小さいが放電ランプをブレークダウンさせるのに必要な高圧パルスを発生させることができるとともに放電ランプをグロー放電状態からアーク放電状態へ移行させるのに必要なエネルギーを有する電圧値としてはそれほど大きくないが幅の広いパルスを発生させることができる。
【００１６】
また、インピーダンス可変素子が可飽和リアクトルのように流れる電流が所定の値以下の時所定のインピーダンスを有し、所定の値以上の時にはインピーダンスが零に等しくなるようなものならば、スイッチ素子のターンオン時間には、高圧トランスの１次巻線が非常に小さいインダクタンス値であっても、インピーダンス可変素子が所定のインピーダンスを有するためターンオン時間の間に充電手段を構成するコンデンサの電荷はあまり放出されず効率よく高圧トランスにエネルギーを伝達できる。
【００１７】
また、スイッチ素子を流れる電流が所定の値より小さくなるとインピーダンス可変素子のインピーダンスが所定の値を有するようになるので直流電源から流れ込む電流を小さくすることができる。
【００１８】
また、高圧トランスの１次巻線とコンデンサとの共振動作を利用するとによって、充電手段から印加される電圧以上の電圧を高圧トランスの１次巻線の発生させることができる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の第１の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施例の放電ランプ点灯装置を示す回路図である。
【００２０】
図１において、１から３と７から９は従来の放電ランプ点灯装置と同様の構成であるので詳細な説明は省略する。異なる点は、充電手段の構成である。１０は第１の充電手段であり、抵抗１１とコンデンサ１２、１３の直列回路とで構成されており、コンデンサ１２は高耐圧・小容量のコンデンサであり、コンデンサ１３は低耐圧・大容量のコンデンサである。以上のような構成により、放電ギャップ７がオン・オフ動作した時コンデンサ１２、１３の直列回路の両端に発生する電圧は、図２（ａ）に示すような波形となる。
【００２１】
図２（ａ）において、ＡからＢの期間は放電ギャップ７がオフ状態でありコンデンサ１２、１３の直列回路の両端電圧は抵抗１１とコンデンサ１２、１３とで決まる時定数で上昇する。その結果放電ギャップ７のブレークダウン電圧まで電圧が上昇するＢ点で放電ギャップ７がオン状態になる。ＢからＤの期間は放電ギャップ７がオン状態であるが、コンデンサ１２は小容量・コンデンサ１３は大容量のものであり、放電時定数が異なるため２つの傾きをもってコンデンサ１２、１３の直列回路の両端電圧が低下する。すなわちＢからＣの期間でコンデンサ１２のエネルギーの放出をほとんど終了し、ＣからＤの期間ではほとんどコンデンサ１３からのエネルギーの放出だけになる。すなわち、放電ギャップ７がオン状態の時の電圧が高圧トランス８の１次巻線８ａに印加され１次巻線８ａと２次巻線８ｂとで決まる昇圧比倍に昇圧された電圧が２次巻線８ｂから出力され放電ランプ３に印加される。
【００２２】
以上の結果、放電ランプ３に印加される高圧パルス波形は、図２（ｂ）のような波形となり、ＢからＣの期間でエネルギーは小さい幅の狭いパルスが放電ランプ３に印加され放電ランプ３をブレークダウンさせ、ＣからＤの期間で放電ランプ３をグロー放電状態からアーク放電状態へ移行させるのに必要なエネルギーを有する電圧値としてはそれほど大きくないが幅の広いパルスを放電ランプ３へ供給できる構成にできる。
【００２３】
そのため、コンデンサ１２は高耐圧のものが必要であるが小容量のものが使用可能でありコンデンサ１３は容量は大きいが低耐圧のものが使用できるので装置全体として小形化できる。また、放電ランプ３を速やかに確実に放電を開始させるために必要な、エネルギーは小さいがブレークダウンに必要な高圧パルスの印加と、グロー放電状態からアーク放電状態へ移行させるのに必要なエネルギーを有する電圧値としてはそれほど大きくないが、幅の広いパルスの印加が可能となり、放電ランプ３の電極ダメージを最小限に押さえられるので放電ランプ３の長寿命化を実現できる。
【００２４】
次に本発明の第２の実施例を図面に基づいて説明する。図３は第２の実施例の放電ランプ点灯装置を示す回路図である。図３において、１から３と７から９は従来の放電ランプ点灯装置と同様の構成である。異なる点は、充電手段の構成である。１４は第２の充電手段であり、抵抗１５とインピーダンス可変素子である可飽和リアクトル１６とコンデンサ１７とで構成されており、可飽和リアクトル１６は電流値が所定の値以下の時所定のインピーダンスを有し、電流値が所定の値以上の時にはインピーダンスが零に等しくなる素子であり、抵抗１５を介してコンデンサ１７を充電する時の電流では可飽和リアクトル１６は所定のインピーダンスを有し放電ギャップ７がオン状態になった時の電流では可飽和リアクトル１６のインピーダンスは零に等しくなるような特性の素子を用いる。
【００２５】
以上のような構成により、放電ギャップ７がターンオンする時間は、一般に数１０ｎｓ〜１００ｎｓ程度要するが、一般に可飽和リアクトル１６が所定のインピーダンスからインピーダンスが零に低下するには、１００ｎｓ以上の時間が必要なので、放電ギャップ７がターンオンする時は可飽和リアクトル１６は所定のインピーダンスを有しており、コンデンサ１７の電荷の放出は小さくできる。そのため、放電ギャップ７のターンオン時にコンデンサ１７の電圧低下は小さく高圧トランス８の１次巻線８ａにより高い電圧を印加できる構成にできる。したがってコンデンサ１７に蓄積したエネルギーを効率よく高圧トランス８に伝達できるため、コンデンサ１７が小形になり小形の装置を実現できる。
【００２６】
次に本発明の第３の実施例を図面に基づいて説明する。図４は第３の実施例の放電ランプ点灯装置を示す回路図である。図４において、１から９は従来の放電ランプ点灯装置と同様の構成であり、充電手段４は本実施例において第３の充電手段である。異なる点は、スイッチ素子である放電ギャップ７と直列にインピーダンス可変素子である可飽和リアクトル１８を設けたことである。
【００２７】
可飽和リアクトル１８は、電流値が所定の値以下の時所定のインピーダンスを有し、電流値が所定の値以上の時にはインピーダンスが零に等しくなる素子であり、放電ギャップ７のオン時に抵抗５を介して可飽和リアクトル１８へ流れ込む電流値では可飽和リアクトル１８は所定のインピーダンスを有し放電ギャップ７がオン状態になってコンデンサ６から流れ込む電流値では可飽和リアクトル１８のインピーダンスは零に等しくなるような特性の素子を用いる。
【００２８】
以上のような構成により、放電ギャップ７がターンオンする時、一般に数１０ｎｓ〜１００ｎｓ程度の時間を要するが、一般に可飽和リアクトル１８が所定のインピーダンスからインピーダンスが零に低下するには、１００ｎｓ以上の時間が必要なので、放電ギャップ７がターンオンする時は可飽和リアクトル１８は所定のインピーダンスを有しており、コンデンサ６の電荷の放出は小さくできる。そのため、放電ギャップ７のターンオン時にコンデンサ６の電圧低下は小さく、高圧トランス８の１次巻線８ａにより高い電圧を印加できる構成にできるのでコンデンサ６に蓄積されたエネルギーを効率よく高圧トランス８に伝達できる。
【００２９】
そのためコンデンサ６が小形になり小形の装置を実現できるとともに、放電ギャップ７がオン状態になると可飽和リアクトル１８にはコンデンサ６から電流が流れ込むのと同時に直流電源１から抵抗５を介して放電ギャップ７に電流が流れる。この時コンデンサ６の電荷の放出が終了しコンデンサ６から可飽和リアクトル１８へ流れ込む電流がなくなると、可飽和リアクトル１８には直流電源１から抵抗５を介して流れ込む電流だけになり、可飽和リアクトル１８は所定のインピーダンスを持つようになる。すなわち、可飽和リアクトル１８のインピーダンスの可変するレベルを変えることによって抵抗５は小さなものが使用可能となり、抵抗５とコンデンサ６とで決まる時定数を小さくでき、放電ギャップ７のオン・オフの繰り返し周波数を高くできるので、１回あたりの高圧パルスのエネルギーを小さくしても放電ランプ３を確実に点灯できる。したがってコンデンサ６はより小さい容量のものが使用でき高圧トランス８も磁束飽和レベルの小さいものすなわち小形にできるので装置の小形化が実現できる。
【００３０】
次に本発明の第４の実施例を図面に基づいて説明する。図５は第４の実施例の放電ランプ点灯装置である。図５において、１から９は従来の放電ランプ点灯装置と同様の構成であり、充電手段４は本実施例において第３の充電手段である。異なる点は、高圧トランス８の１次巻線８ａと直列にコンデンサ１９を設けたことである。
【００３１】
以上のような構成により、放電ギャップ７がオン状態になるとコンデンサ６に蓄積された電荷を電源とし放電ギャップ７を介してコンデンサ１９と高圧トランス８の１次巻線８ａに電圧が印加し、コンデンサ１９と１次巻線８ａは直列共振回路を構成しているので共振電流が流れ、１次巻線８ａにコンデンサ６の両端電圧より高い共振電圧を発生させることができる。
【００３２】
そのため、直流電源１の出力電圧より高い電圧を１次巻線８ａに印加できるので、１次巻線８ａと２次巻線８ｂとの巻数比を小さくすることができ、高圧トランス８を小形にできる。また直流電源１の出力電圧を特別に高くしなくても１次巻線８ａには高い電圧が印加できるので、新たに昇圧回路を付加したり複雑な構成にする必要がなく簡単な構成で小形のものでよい。また、インバータ回路２は耐圧の小さな素子で構成でき、使用する素子が小さくなり回路効率も向上しインバータ回路も小形にできる。
【００３３】
なお以上の実施例では、直流電源１からインバータ回路２を介して放電ランプ３に電力を供給する構成としたが、直流電源１から直接電力を供給し放電ランプ３を直流点灯してもよい。また、直流電源１は交流電源を整流したものでもよいし、スイッチング電源のようなＤＣ／ＤＣコンバータでもよいし、直流電圧を出力するものならばなんでもよい。また放電ランプは高圧水銀ランプやメタルハライドランプのようなＨＩＤランプでもよいし、蛍光ランプでもよい。また本実施例ではスイッチ素子として放電ギャップを用いたがトランジスタなど半導体のスイッチでもよく、制御端子付のスイッチ素子を使用するとスイッチ素子のターンオン電圧を任意に制御できる。また、第２、第３の実施例ではインピーダンス可変素子として可飽和リアクトルを用いたが、流れる電流によってインピーダンスが可変できるものなら他のものでもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明は、大容量・高耐圧という非常に大形のコンデンサを使用せず小容量・高耐圧のコンデンサとインピーダンス可変素子の直列回路で充電手段を構成することができるので、装置の小形化を実現できるとともに、エネルギーは小さいが放電ランプをブレークダウンさせるのに必要な高圧パルスと放電ランプをグロー放電状態からアーク放電状態へ移行させるのに必要なエネルギーを有する電圧値としてはそれほど大きくないが幅の広いパルスを印加できる構成にできるので、放電ランプの電極ダメージを最小限に押さえられるので放電ランプの長寿命化を実現できる。
【００３５】
また、充電手段のエネルギーをスイッチ素子で消費することなく効率よく高圧トランスを介して放電ランプに印加できるので充電手段と高圧トランスを小形にできるので点灯装置を小形にできる。
【００３６】
また、スイッチ素子のオン・オフの繰り返し周波数を高くできるので、小さいエネルギーの高圧パルスを放電ランプ３に数多く印加して確実に点灯するようにできるとともに１回の高圧パルスのエネルギーが減るので充電手段と高圧トランスを小形にでき、点灯装置を小形にできる。
【００３７】
また、高圧トランスの１次巻線とコンデンサとの共振動作を利用するとによって、充電手段から印加される電圧以上の電圧を高圧トランスの１次巻線に発生させることができるので、高圧トランスの１次巻線と２次巻線との巻数比を小さくすることができ高圧トランスを小形にできる。また直流電源の出力電圧を特別に高くしなくても１次巻線には高い電圧が印加できるので、新たに昇圧回路を付加したり複雑な構成にする必要がなく、簡単な構成で小形のものでよいので点灯装置を小形にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の放電ランプ点灯装置の回路図
【図２】本発明の第１の実施例のコンデンサ１２、１３及び高圧トランスの説明図
【図３】本発明の第２の実施例の放電ランプ点灯装置の回路図
【図４】本発明の第３の実施例の放電ランプ点灯装置の回路図
【図５】本発明の第４の実施例の放電ランプ点灯装置の回路図
【図６】従来例の放電ランプ点灯装置の回路図
【符号の説明】
１ 直流電源
２ インバータ回路
３ 放電ランプ
７ 放電ギャップ
８ 高圧トランス
１０ 第１の充電手段
１４ 第２の充電手段
１６ 可飽和リアクトル
１８ 可飽和リアクトル
【産業上の利用分野】
本発明は、放電ランプを点灯す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６は従来の放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。図６において、１は直流電源、２は直流電源１の出力電圧を交流に変換するインバータ回路、３は放電ランプであり、直流電源１からインバータ回路２を介して放電ランプ３に電力が供給される。また４は充電手段であり、抵抗５とコンデンサ６とで構成され、直流電源の出力電圧が抵抗５とコンデンサ６とで決まる時定数でコンデンサ６に充電される。７はスイッチ素子である放電ギャップであり、放電ギャップ７の両端に所定のブレークダウン電圧が印加された時、急速にターンオンし、放電ギャップ７を流れる電流が所定の電流値以下になった時ターンオフしオン・オフ動作を繰り返す。８は高圧トランスであり、１次巻線８ａに印加される電圧を昇圧し、２次巻線８ｂから高圧パルスを発生させ、コンデンサ９を介して放電ランプ３に印加する。
【０００３】
以上のような構成により、直流電源１から所定の電圧が発生すると、コンデンサ６と抵抗５とで決まる時定数でコンデンサ６の両端の電圧が上昇する。この時放電ギャップ７はオフ状態でありコンデンサ６に発生した電圧が放電ギャップ７に印加される。コンデンサ６の両端電圧が放電ギャップ７のブレークダウン電圧まで上昇すると放電ギャップ７はターンオンし、高圧トランス８の１次巻線８ａに電圧が印加される。放電ギャップ７がオンすると急速にコンデンサ６の両端電圧が低下し放電ギャップ７を流れる電流も急激に低下する。
【０００４】
放電ギャップ７を流れる電流が所定の電流値以下になった時放電ギャップ７はターンオフし再び直流電源１からの電圧により、コンデンサ６の両端の電圧が上昇し、放電ギャップ７はオン・オフを繰り返す。放電ギャップ７のオン時に高圧トランス８の１次巻線８ａに印加された電圧が高圧トランス８によって昇圧され２次巻線８ｂから高圧パルス電圧が発生しコンデンサ９を介して放電ランプ３に印加され放電ランプ３は放電を開始する。放電ランプ３は放電を開始すると直流電源１からインバータ回路２を介して放電ランプ３に電力が供給され放電ランプ３は点灯を維持する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の放電ランプ点灯装置では、一般に放電ランプ３を放電させるためには、エネルギーは小さいが放電ランプ３のブレークダウンに必要な高圧パルスの印加と、グロー放電状態からアーク放電状態へ移行させるのに必要なエネルギーを有する電圧値としてはそれほど大きくないが幅の広いパルスを放電ランプ３へ供給しなければならない。これらのパルスは、直流電源１からコンデンサ６にエネルギーを蓄積し、コンデンサ６に蓄積されたエネルギーが放電ギャップ７がオン状態の時に高圧トランス８を介して放電ランプ３に供給される。
【０００６】
また、高圧トランス８を小形にするためには、１次巻線８ａと２次巻線８ｂとの巻数比を小さくする必要があり、放電ギャップ７のブレークダウン電圧が高いものを使用しコンデンサ６に発生させる電圧を高くする必要がある。しかも幅の広いパルスを放電ランプ３に供給する必要があるため、コンデンサ６は高耐圧でしかも大容量のものが必要であり装置が大形化するという問題点があった。
【０００７】
また２次巻線８ｂからの電圧は高圧でしかも幅の広いパルスが発生し放電ランプ３へ供給されるので放電ランプ３の電極に対するダメージが大きく放電ランプ３の寿命が短くなるという問題点があった。また、放電ギャップ７のターンオン時間は、数１０ｎｓ〜１００ｎｓ程度であり、高圧トランス８の１次巻線８ａは一般に非常に小さいインダクタンス値である。このため、ターンオン時間の数１０ｎｓ〜１００ｎｓの間にコンデンサ６の電圧が低下しコンデンサ６に蓄積されたエネルギーが放電ギャップ７で消費されてしまい高圧トランス８を介して放電ランプ３に供給される高圧パルスとエネルギーが小さくなってしまう。これを補うためにコンデンサ６にはさらに大きなエネルギーを蓄積できるものが必要であり容量が大きくなり、さらに装置が大形化するという問題点があった。
【０００８】
また、放電ギャップ７がオン状態になると、コンデンサ６から電流が流れ込むのと同時に直流電源１から抵抗５を介して放電ギャップ７に電流が流れる。そのため放電ギャップ７をターンオフさせるためには放電ギャップ７を流れる電流が所定の電流値以下にする必要があり、そのため抵抗５の値は所定の値より小さくすることができず、抵抗５とコンデンサ６とで決まる時定数が小さくできないため、放電ギャップ７のオン・オフの繰り返し周波数が低くなる。そのため放電ランプ３を確実に放電を開始させるためには放電ギャップ７が１回オンした時の放電ランプ３への伝達エネルギーを大きくしないと放電ランプ３を確実に点灯できない。そのためコンデンサ６と高圧トランス８とが大きくなり装置が大形化するという問題点があった。
【０００９】
また高圧トランス８を小形にするためには、１次巻線８ａと２次巻線８ｂとの巻数比を小さくする必要があり、放電ギャップ７のブレークダウン電圧が高いものを使用しコンデンサ６に発生させる電圧が高くする必要があるため、直流電源１の出力電圧を大きくする必要があり、新たに昇圧回路が付加されるなど直流電源１が複雑で大きなものになるとともに、インバータ回路２は耐圧の大きな素子で構成する必要があり、使用する素子が大きくなったり回路効率の低下などによりインバータ回路２が大きくなり装置が大形化するという問題点があった。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するもので、小形化で、確実に点灯できる放電ランプ点灯装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の放電ランプ点灯装置は、直流電源と、前記直流電源から直接またはインバータ回路を介して電力が供給される放電ランプと、インピーダンス可変素子とコンデンサとが直列に接続された回路と抵抗とが直列に接続された直列回路を有する、前記直流電源の出力電圧を充電する充電手段と、前記インピーダンス可変素子と前記コンデンサとが直列に接続された回路に並列に接続された、スイッチ素子と高圧トランスの１次巻線とが直列に接続された回路と、を備え、前記高圧トランスは、２次巻線から発生する高圧パルスが前記放電ランプに印加されるごとく接続される。
【００１２】
また、本発明の放電ランプ点灯装置は、直流電源と、前記直流電源から直接またはインバータ回路を介して電力が供給される放電ランプと、抵抗とコンデンサとが直列に接続された直列回路を有する、前記直流電源の出力電圧を充電する充電手段と、前記コンデンサに並列に接続された、インピーダンス可変素子とスイッチ素子と高圧トランスの１次巻線とが直列に接続された回路と、を備え、前記高圧トランスは、２次巻線から発生する高圧パルスが前記放電ランプに印加されるごとく接続される。
【００１５】
【作用】
本発明は上記した構成により、小容量・高耐圧のコンデンサと大容量・低耐圧のコンデンサとの直列回路で第１の充電手段を構成するとエネルギーは小さいが放電ランプをブレークダウンさせるのに必要な高圧パルスを発生させることができるとともに放電ランプをグロー放電状態からアーク放電状態へ移行させるのに必要なエネルギーを有する電圧値としてはそれほど大きくないが幅の広いパルスを発生させることができる。
【００１６】
また、インピーダンス可変素子が可飽和リアクトルのように流れる電流が所定の値以下の時所定のインピーダンスを有し、所定の値以上の時にはインピーダンスが零に等しくなるようなものならば、スイッチ素子のターンオン時間には、高圧トランスの１次巻線が非常に小さいインダクタンス値であっても、インピーダンス可変素子が所定のインピーダンスを有するためターンオン時間の間に充電手段を構成するコンデンサの電荷はあまり放出されず効率よく高圧トランスにエネルギーを伝達できる。
【００１７】
また、スイッチ素子を流れる電流が所定の値より小さくなるとインピーダンス可変素子のインピーダンスが所定の値を有するようになるので直流電源から流れ込む電流を小さくすることができる。
【００１８】
また、高圧トランスの１次巻線とコンデンサとの共振動作を利用するとによって、充電手段から印加される電圧以上の電圧を高圧トランスの１次巻線の発生させることができる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の第１の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施例の放電ランプ点灯装置を示す回路図である。
【００２０】
図１において、１から３と７から９は従来の放電ランプ点灯装置と同様の構成であるので詳細な説明は省略する。異なる点は、充電手段の構成である。１０は第１の充電手段であり、抵抗１１とコンデンサ１２、１３の直列回路とで構成されており、コンデンサ１２は高耐圧・小容量のコンデンサであり、コンデンサ１３は低耐圧・大容量のコンデンサである。以上のような構成により、放電ギャップ７がオン・オフ動作した時コンデンサ１２、１３の直列回路の両端に発生する電圧は、図２（ａ）に示すような波形となる。
【００２１】
図２（ａ）において、ＡからＢの期間は放電ギャップ７がオフ状態でありコンデンサ１２、１３の直列回路の両端電圧は抵抗１１とコンデンサ１２、１３とで決まる時定数で上昇する。その結果放電ギャップ７のブレークダウン電圧まで電圧が上昇するＢ点で放電ギャップ７がオン状態になる。ＢからＤの期間は放電ギャップ７がオン状態であるが、コンデンサ１２は小容量・コンデンサ１３は大容量のものであり、放電時定数が異なるため２つの傾きをもってコンデンサ１２、１３の直列回路の両端電圧が低下する。すなわちＢからＣの期間でコンデンサ１２のエネルギーの放出をほとんど終了し、ＣからＤの期間ではほとんどコンデンサ１３からのエネルギーの放出だけになる。すなわち、放電ギャップ７がオン状態の時の電圧が高圧トランス８の１次巻線８ａに印加され１次巻線８ａと２次巻線８ｂとで決まる昇圧比倍に昇圧された電圧が２次巻線８ｂから出力され放電ランプ３に印加される。
【００２２】
以上の結果、放電ランプ３に印加される高圧パルス波形は、図２（ｂ）のような波形となり、ＢからＣの期間でエネルギーは小さい幅の狭いパルスが放電ランプ３に印加され放電ランプ３をブレークダウンさせ、ＣからＤの期間で放電ランプ３をグロー放電状態からアーク放電状態へ移行させるのに必要なエネルギーを有する電圧値としてはそれほど大きくないが幅の広いパルスを放電ランプ３へ供給できる構成にできる。
【００２３】
そのため、コンデンサ１２は高耐圧のものが必要であるが小容量のものが使用可能でありコンデンサ１３は容量は大きいが低耐圧のものが使用できるので装置全体として小形化できる。また、放電ランプ３を速やかに確実に放電を開始させるために必要な、エネルギーは小さいがブレークダウンに必要な高圧パルスの印加と、グロー放電状態からアーク放電状態へ移行させるのに必要なエネルギーを有する電圧値としてはそれほど大きくないが、幅の広いパルスの印加が可能となり、放電ランプ３の電極ダメージを最小限に押さえられるので放電ランプ３の長寿命化を実現できる。
【００２４】
次に本発明の第２の実施例を図面に基づいて説明する。図３は第２の実施例の放電ランプ点灯装置を示す回路図である。図３において、１から３と７から９は従来の放電ランプ点灯装置と同様の構成である。異なる点は、充電手段の構成である。１４は第２の充電手段であり、抵抗１５とインピーダンス可変素子である可飽和リアクトル１６とコンデンサ１７とで構成されており、可飽和リアクトル１６は電流値が所定の値以下の時所定のインピーダンスを有し、電流値が所定の値以上の時にはインピーダンスが零に等しくなる素子であり、抵抗１５を介してコンデンサ１７を充電する時の電流では可飽和リアクトル１６は所定のインピーダンスを有し放電ギャップ７がオン状態になった時の電流では可飽和リアクトル１６のインピーダンスは零に等しくなるような特性の素子を用いる。
【００２５】
以上のような構成により、放電ギャップ７がターンオンする時間は、一般に数１０ｎｓ〜１００ｎｓ程度要するが、一般に可飽和リアクトル１６が所定のインピーダンスからインピーダンスが零に低下するには、１００ｎｓ以上の時間が必要なので、放電ギャップ７がターンオンする時は可飽和リアクトル１６は所定のインピーダンスを有しており、コンデンサ１７の電荷の放出は小さくできる。そのため、放電ギャップ７のターンオン時にコンデンサ１７の電圧低下は小さく高圧トランス８の１次巻線８ａにより高い電圧を印加できる構成にできる。したがってコンデンサ１７に蓄積したエネルギーを効率よく高圧トランス８に伝達できるため、コンデンサ１７が小形になり小形の装置を実現できる。
【００２６】
次に本発明の第３の実施例を図面に基づいて説明する。図４は第３の実施例の放電ランプ点灯装置を示す回路図である。図４において、１から９は従来の放電ランプ点灯装置と同様の構成であり、充電手段４は本実施例において第３の充電手段である。異なる点は、スイッチ素子である放電ギャップ７と直列にインピーダンス可変素子である可飽和リアクトル１８を設けたことである。
【００２７】
可飽和リアクトル１８は、電流値が所定の値以下の時所定のインピーダンスを有し、電流値が所定の値以上の時にはインピーダンスが零に等しくなる素子であり、放電ギャップ７のオン時に抵抗５を介して可飽和リアクトル１８へ流れ込む電流値では可飽和リアクトル１８は所定のインピーダンスを有し放電ギャップ７がオン状態になってコンデンサ６から流れ込む電流値では可飽和リアクトル１８のインピーダンスは零に等しくなるような特性の素子を用いる。
【００２８】
以上のような構成により、放電ギャップ７がターンオンする時、一般に数１０ｎｓ〜１００ｎｓ程度の時間を要するが、一般に可飽和リアクトル１８が所定のインピーダンスからインピーダンスが零に低下するには、１００ｎｓ以上の時間が必要なので、放電ギャップ７がターンオンする時は可飽和リアクトル１８は所定のインピーダンスを有しており、コンデンサ６の電荷の放出は小さくできる。そのため、放電ギャップ７のターンオン時にコンデンサ６の電圧低下は小さく、高圧トランス８の１次巻線８ａにより高い電圧を印加できる構成にできるのでコンデンサ６に蓄積されたエネルギーを効率よく高圧トランス８に伝達できる。
【００２９】
そのためコンデンサ６が小形になり小形の装置を実現できるとともに、放電ギャップ７がオン状態になると可飽和リアクトル１８にはコンデンサ６から電流が流れ込むのと同時に直流電源１から抵抗５を介して放電ギャップ７に電流が流れる。この時コンデンサ６の電荷の放出が終了しコンデンサ６から可飽和リアクトル１８へ流れ込む電流がなくなると、可飽和リアクトル１８には直流電源１から抵抗５を介して流れ込む電流だけになり、可飽和リアクトル１８は所定のインピーダンスを持つようになる。すなわち、可飽和リアクトル１８のインピーダンスの可変するレベルを変えることによって抵抗５は小さなものが使用可能となり、抵抗５とコンデンサ６とで決まる時定数を小さくでき、放電ギャップ７のオン・オフの繰り返し周波数を高くできるので、１回あたりの高圧パルスのエネルギーを小さくしても放電ランプ３を確実に点灯できる。したがってコンデンサ６はより小さい容量のものが使用でき高圧トランス８も磁束飽和レベルの小さいものすなわち小形にできるので装置の小形化が実現できる。
【００３０】
次に本発明の第４の実施例を図面に基づいて説明する。図５は第４の実施例の放電ランプ点灯装置である。図５において、１から９は従来の放電ランプ点灯装置と同様の構成であり、充電手段４は本実施例において第３の充電手段である。異なる点は、高圧トランス８の１次巻線８ａと直列にコンデンサ１９を設けたことである。
【００３１】
以上のような構成により、放電ギャップ７がオン状態になるとコンデンサ６に蓄積された電荷を電源とし放電ギャップ７を介してコンデンサ１９と高圧トランス８の１次巻線８ａに電圧が印加し、コンデンサ１９と１次巻線８ａは直列共振回路を構成しているので共振電流が流れ、１次巻線８ａにコンデンサ６の両端電圧より高い共振電圧を発生させることができる。
【００３２】
そのため、直流電源１の出力電圧より高い電圧を１次巻線８ａに印加できるので、１次巻線８ａと２次巻線８ｂとの巻数比を小さくすることができ、高圧トランス８を小形にできる。また直流電源１の出力電圧を特別に高くしなくても１次巻線８ａには高い電圧が印加できるので、新たに昇圧回路を付加したり複雑な構成にする必要がなく簡単な構成で小形のものでよい。また、インバータ回路２は耐圧の小さな素子で構成でき、使用する素子が小さくなり回路効率も向上しインバータ回路も小形にできる。
【００３３】
なお以上の実施例では、直流電源１からインバータ回路２を介して放電ランプ３に電力を供給する構成としたが、直流電源１から直接電力を供給し放電ランプ３を直流点灯してもよい。また、直流電源１は交流電源を整流したものでもよいし、スイッチング電源のようなＤＣ／ＤＣコンバータでもよいし、直流電圧を出力するものならばなんでもよい。また放電ランプは高圧水銀ランプやメタルハライドランプのようなＨＩＤランプでもよいし、蛍光ランプでもよい。また本実施例ではスイッチ素子として放電ギャップを用いたがトランジスタなど半導体のスイッチでもよく、制御端子付のスイッチ素子を使用するとスイッチ素子のターンオン電圧を任意に制御できる。また、第２、第３の実施例ではインピーダンス可変素子として可飽和リアクトルを用いたが、流れる電流によってインピーダンスが可変できるものなら他のものでもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明は、大容量・高耐圧という非常に大形のコンデンサを使用せず小容量・高耐圧のコンデンサとインピーダンス可変素子の直列回路で充電手段を構成することができるので、装置の小形化を実現できるとともに、エネルギーは小さいが放電ランプをブレークダウンさせるのに必要な高圧パルスと放電ランプをグロー放電状態からアーク放電状態へ移行させるのに必要なエネルギーを有する電圧値としてはそれほど大きくないが幅の広いパルスを印加できる構成にできるので、放電ランプの電極ダメージを最小限に押さえられるので放電ランプの長寿命化を実現できる。
【００３５】
また、充電手段のエネルギーをスイッチ素子で消費することなく効率よく高圧トランスを介して放電ランプに印加できるので充電手段と高圧トランスを小形にできるので点灯装置を小形にできる。
【００３６】
また、スイッチ素子のオン・オフの繰り返し周波数を高くできるので、小さいエネルギーの高圧パルスを放電ランプ３に数多く印加して確実に点灯するようにできるとともに１回の高圧パルスのエネルギーが減るので充電手段と高圧トランスを小形にでき、点灯装置を小形にできる。
【００３７】
また、高圧トランスの１次巻線とコンデンサとの共振動作を利用するとによって、充電手段から印加される電圧以上の電圧を高圧トランスの１次巻線に発生させることができるので、高圧トランスの１次巻線と２次巻線との巻数比を小さくすることができ高圧トランスを小形にできる。また直流電源の出力電圧を特別に高くしなくても１次巻線には高い電圧が印加できるので、新たに昇圧回路を付加したり複雑な構成にする必要がなく、簡単な構成で小形のものでよいので点灯装置を小形にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の放電ランプ点灯装置の回路図
【図２】本発明の第１の実施例のコンデンサ１２、１３及び高圧トランスの説明図
【図３】本発明の第２の実施例の放電ランプ点灯装置の回路図
【図４】本発明の第３の実施例の放電ランプ点灯装置の回路図
【図５】本発明の第４の実施例の放電ランプ点灯装置の回路図
【図６】従来例の放電ランプ点灯装置の回路図
【符号の説明】
１ 直流電源
２ インバータ回路
３ 放電ランプ
７ 放電ギャップ
８ 高圧トランス
１０ 第１の充電手段
１４ 第２の充電手段
１６ 可飽和リアクトル
１８ 可飽和リアクトル
Claims (3)
- 直流電源と、
前記直流電源から直接またはインバータ回路を介して電力が供給される放電ランプと、
インピーダンス可変素子とコンデンサとが直列に接続された回路と抵抗とが直列に接続された直列回路を有する、前記直流電源の出力電圧を充電する充電手段と、
前記インピーダンス可変素子と前記コンデンサとが直列に接続された回路に並列に接続された、スイッチ素子と高圧トランスの１次巻線とが直列に接続された回路と、を備え、
前記高圧トランスは、２次巻線から発生する高圧パルスが前記放電ランプに印加されるごとく接続された、放電ランプ点灯装置。 - 直流電源と、
前記直流電源から直接またはインバータ回路を介して電力が供給される放電ランプと、
抵抗とコンデンサとが直列に接続された直列回路を有する、前記直流電源の出力電圧を充電する充電手段と、
前記コンデンサに並列に接続された、インピーダンス可変素子とスイッチ素子と高圧トランスの１次巻線とが直列に接続された回路と、を備え、
前記高圧トランスは、２次巻線から発生する高圧パルスが前記放電ランプに印加されるごとく接続された、放電ランプ点灯装置。 - 前記インピーダンス可変素子が可飽和リアクトルである、請求項１または２記載の放電ランプ点灯装置。
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| JP09130694A JP3637600B2 (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 放電ランプ点灯装置 |
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