JP3718911B2 - Discharge lamp lighting device - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、限流要素を小さくして放電灯を安定に点灯する放電灯点灯装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図38に従来例の回路図を示す。この回路は、ランプLPと電源の間に挿入されたスイッチSWをa或いはbに高速に切り替えて、ランプLPの特性電圧よりも高い電圧の直流電源DC1 と、ランプLPの特性電圧よりも低い電圧の直流電源DC2 を交互に使用して、ランプ電流を設定範囲に制御して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。ランプの特性電圧よりも高い電圧を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供給するとランプ電流は減少するので、スイッチSWの切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のである。以下、その原理について説明する。
【0003】
一般的に、ランプ(放電灯)を点灯するにはバラスト(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で示される。
J=σE
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は以下の式に示されるように電子密度の関数になる。
σ=enμ
【0004】
ただし、eは単位電荷、nは電子密度、μは移動度である。移動度μは電子温度と圧力の関数であるが一定とみなしてよい。このことから、電流密度(つまり放電電流)はランプ内部の電子密度と電界の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(電流密度)が決まると、結果として電子密度と電界が決まる、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、電子密度が増加してしまい、結果として電流が増加してしまう。その結果、過電流が流れ、諸々のトラブルが生じる。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に電子密度は増加する。これを避けるためには、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。
【0005】
安定点灯状態から高い電圧源に接続すると、電流は増加し始めるので電圧を低下させる。これはランプ特性電圧(維持電圧)以下まで低下させる必要がある。すると、電流は減少し始めるので、次に電圧を上昇させる。これはランプ特性電圧(維持電圧)以上まで上昇させる必要がある。すると、電流は再び増加し始める。そこで、再び電圧を低下させる。これはランプ特性電圧(維持電圧)以下まで低下させる必要がある。以下、これらの動作を繰り返す。このように電圧をランプの特性電圧ラインの上下に変化させれば、ランプを安定に点灯できる。実際に電流が増加する時間と減少する時間は、減少が0.数msecから数msecのオーダー、増加が数μから数十μsec程度と考えられる。
【0006】
次に、図39は他の従来例の回路図である。この回路では、2つの交流電源AC1 ,AC2 を有し、ランプの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、これに重畳して交流電圧をキャパシタCを介して供給することにより、ランプの特性電圧よりも高い電圧を供給し、この振幅を変調して安定に点灯しようとするものである。いずれの従来例も、ランプの特性電圧を挟む2つの電圧源を設けて、これらを交互に接続することによって、実質上の限流要素を小型にする、或いは限流要素を無くするようにしたものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来例は、制御しない固定的な実効電圧値の主電源(特に低い電圧の方)を使用する考えであるため、ランプの広範囲の出力変化に対応することが困難であり、また、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い等の問題があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記の課題を解決するために、特性電圧よりも高い電圧を供給するとランプ電流が増大し、特性電圧よりも低い電圧を供給するとランプ電流が減少する放電灯と、放電灯の特性電圧よりも高い電圧値と低い電圧値とを、放電灯を安定点灯させ得るように含ませると共に、瞬時電圧が連続的で且つ1サイクル単位で変化する交流電圧成分を出力する電源手段とを備え、前記電源手段は、放電灯の特性電圧よりも高い電圧値を有し、瞬時電圧が連続的に変動する第1の交流電源と、放電灯の特性電圧よりも低い電圧値を有し、瞬時電圧が連続的に変動する第2の交流電源と、前記第1の交流電源と第2の交流電源とを、1サイクル単位でゼロクロス点で放電灯に接続して、放電灯を安定点灯するように切り替える切替手段とを備えた放電灯点灯装置としたものである。つまり、ランプの特性電圧よりも高い電源とランプの特性電圧よりも低い電源の2つの電圧源を用いて時分割で切り替えてランプに接続し、それぞれの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。上記の構成により、放電灯点灯装置の限流要素を小さくしてランプを安定に点灯し、広範囲の出力変化対応や輻射ノイズの改善が図れるものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の前提となる構成1の回路図を図36に示す。この回路では、電圧源DC3 とDC4 の電圧値が可変となっているものであり、DC3 はランプの特性電圧よりも高い実効電圧値をとり、DC4 はランプの特性電圧よりも低い実効電圧値をとる。これらの電圧源DC3 とDC4 を用いて、電圧源DC3 が接続されたときランプ電流が増加し、設定値に達したらスイッチ手段SWで切替え、電圧源DC4 が接続されたときランプ電流が減少し、設定値に達したらスイッチ手段SWで切替えるようにして、電源からランプへの接続時間を設定することによってランプLPに設定した電流を流すことが可能で、ランプ電流の増減を設定範囲内におさめるようにスイッチ手段SWで制御できる。ランプへの電流を増加する場合は高い方の電圧源の接続時間(周期個数)の割合を増加するだけでなく、増加に従って電源電圧を低くしていく。さらに、低い方の電圧源も低い方に変化させてもよい。また、ランプへの電流を減少する場合は、高い方の電圧源の接続時間割合を減少するだけでなく、減少に従って電源電圧を高くしていく。さらに、低い方の電圧源も高い方に変化させてもよい。
【0010】
このように、電圧源の電圧を可変とし、交互に接続することによって、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広範囲の出力変化に対応でき、限流要素を小さくすることが可能となる。ここで、電圧源DC3 ,DC4 の可変範囲は正の最大値から負の最大値まで変化してランプに交流電流を供給してもよい。
【0011】
本発明の前提となる構成2の回路図を図37に示す。この回路は、電圧源の電圧値が一方の極性で可変となっているもので、変化の仕方は図36の構成1と同様であり、極性反転スイッチSa〜Sdによって極性を反転し、ランプLPに交流電流を供給するものである。この場合も、電圧源DC3 ,DC4 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。
【0012】
本発明の実施例の回路図を図に示す。この回路は、電圧源が電圧可変交流電源となっているもので、交流実効電圧値がランプの特性電圧よりも高い電圧源AC1 と低い電圧源AC2 の2つの電圧源を用いる。実効電圧値の変化の仕方は図36の構成1と同様であり、2つの領域の電圧源を交互に切り替えてランプに接続し、ランプに交流電流を供給するものである。
【0013】
この場合も同様に、両方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ものである。
【0014】
本発明の実施例の回路図を図に、その動作波形図を図に示す。本実施例の基本構成は、ユニット化した複数の電圧源を制御手段3により直列に自由に接続して負荷であるランプに接続可能としたもので、インダクタLfとキャパシタCfのフィルタ回路と組み合わせることによって正弦波状の電流を供給可能としたものである。電圧源としてC1 〜Cnのキャパシタを用い、必要な電圧に応じて直列に接続する個数を変化させる。各キャパシタC1 〜Cnへの充電は放電が行われていない期間に行う。
【0015】
ユニット化した複数の電圧源の各ユニットは、1つのキャパシタと、これを囲むブリッジ回路で構成される。例えば、キャパシタC1 に対してスイッチ手段S1 a〜S1 dを組み合わせて1ユニットとする。ユニットの動作は、キャパシタC1 のプラス極をインダクタLfに接続し、マイナス極をB点に接続したい場合には、スイッチ手段S1 a、S1 d、S2 c、S2 d、S3 c、S3 d、…、Snc、Sndをオンし、その他をオフにする。全てのキャパシタを直列に接続する場合には、各ユニットで添字がaとdのスイッチを全てオンにし、その他をオフにする。また、これと逆極性の電圧をランプに供給したい場合には、各ユニットで添字がbとcのスイッチを全てオンにし、その他をオフにする。このようにして直列接続する電源の数を変化させることができ、小さなインダクタLfとキャパシタCfのフィルタ回路によって滑らかな交流電流をランプLPに供給することが可能である。
【0016】
の動作波形図を用いてキャパシタが5個の場合について説明する。時刻t0 でランプ電圧Vzがゼロクロスし、時刻t1 までスイッチ手段S1 a、S1 d、S2 c、S2 d、S3 c、S3 d、…、Snc、Sndをオンし、その他をオフにする。このようにしてキャパシタC1 をフィルタ回路に接続すると電流が次第に増加していく。続く時刻t2 までスイッチ手段S1 a、S1 d、S2 a、S2 d、S3 c、S3 d、…、Snc、Sndをオンし、その他をオフにする。このようにして、キャパシタC1 、C2 をフィルタ回路に接続すると電流が次第に増加していく。さらに、時刻t3までスイッチ手段S1 a、S1 d、S2 a、S2 d、S3 a、S3 d、…、Snc、Sndをオンし、その他をオフにする。このようにして、キャパシタC1 、C2 、C3 をフィルタ回路に接続すると、電流が次第に増加していく。同様に時刻t4 、t5 と接続するキャパシタ数を増加していき、各時刻の間の期間を設定すれば、電圧波形を略正弦波状に上昇させることが可能となる。時刻t6 〜t10にかけて接続するキャパシタの個数を減少していき、同様に略正弦波状に下降していく。
【0017】
時刻t10からは、キャパシタの極性を逆に接続し、同様にしてマイナス側の波形をつくる。例えば、時刻t11までスイッチ手段S1 b、S1 c、S2 c、S2 d、S3 c、S3 d、…、Snc、Sndをオンし、その他をオフにする。このようにしてキャパシタC1 を先ほどとは逆極性にフィルタ回路に接続すると電流が次第に負方向に増加していき、正方向の場合と同様のやり方で波形を作っていく。
【0018】
時刻t20からはプラスの波形を作っていくが、ここでは、直列のキャパシタを3個とした場合を示している。キャパシタの接続やフィルタの動作はキャパシタが5個の場合と同様であり、この場合はピークの低い電圧の供給が可能となる。
【0019】
このように、各スイッチ手段の制御によって接続するキャパシタ即ち電圧源の個数を変化させることが可能で、例えば、ランプ電流を検出し、設定値よりも増加した場合はランプの特性電圧よりも上の電圧源の振幅や接続周期を減少するか、或いはランプの特性電圧よりも下の電圧源の振幅を減少するか接続周期を増加すれば安定方向に制御可能となる。さらに、動作周波数を上げて、接続周期の個数による制御の割合を増やせば、2つの電圧源の差が小さい状態での制御を可能とする方向となり、ランプの寿命を伸ばす方向となるの制御が可能となる。
【0020】
直流点灯では電子密度、電子温度ともに時間的な変化がなく一定であるが、正弦波状の電圧の周波数を高くして高周波(数kHz以上の正弦波)とした場合には、電子密度はほとんど変化しないが、電子温度は十分に追随する。電圧源でランプを点灯した場合に生じる電流の暴走は電子密度の増加が原因であり、制御の考え方としては直流の場合と基本的には変わらない。電子密度は時間的に変化しないが電子温度は時間的に変化し、電流の各瞬時値に対してそれぞれ増加と減少の時定数が存在する。電流の大きいところでは時定数は共に大きくなり、小さいところでは共に小さくなるが、制御時間という観点では高周波でも直流とほぼ同等のオーダーと考えられる。
【0021】
において、V1 、V2 はランプの特性電圧を示し、直列のキャパシタの段数をスイッチの制御によって適切に切り替えることによって特性電圧を越える正弦波状の電圧と、下回る正弦波状の電圧が供給できる。切替点をゼロクロス点に設定すれば波形が極端にひずむこともなく、ランプ電流波形を正弦波状のまま特性電圧の上下で制御でき、実質上の限流要素を極力小さくしながら、さらに輻射ノイズを低くしての放電灯点灯が可能となる。
【0022】
本発明の実施例の動作波形図を図に示す。本実施例の回路は図と同様であり、ランプの特性電圧V1 、V2 を超える正弦波状の電圧周期の個数を複数とった場合を示している。ランプの特性電圧を超える正弦波状の電圧周期数が連続して多くなると、ランプ電流の実効値は増大していく。ランプ電流の増加の時定数に比べて供給電圧の周波数を高くすればするほど、周期の数によるランプ電流の制御はやりやすくなる。
【0023】
(a)では、時刻t1 で、ランプの特性電圧を下回る正弦波状の電圧供給にスイッチし、その後、再度ランプの特性電圧を上回る電圧を供給して、この繰返しでランプ電流を安定に制御することが可能となる。この場合も同様に、切替え点を時刻t1 のようにゼロクロス点に設定すれば波形が極端に歪むこともなく、ランプ電流波形を正弦波状のまま特性電圧の上下で制御できる。
【0024】
また、図(b)では、時刻t1 で急に変化するのではなく、波形のピーク値が滑らかに正弦波状に変化してランプの特性電圧の上下を行き来するように制御している。これにより、実質上の限流要素を極力小さくしながら、さらに輻射ノイズを低くしての放電灯点灯が可能となる。
【0025】
本発明の実施例の回路図を図に示す。本実施例の基本構成は、図の回路にランプ電流の検出手段2を設けたものである。例えばランプの電流の増加減少を検出して、ランプ電流が設定値よりも増加していく場合は、直列のキャパシタの個数を減少し、または特性電圧よりも高い電源の接続周期の個数を減少する、或いは特性電圧よりも低い電源の接続周期の個数を増加する制御を行う。逆に、ランプ電流が設定値よりも減少していく場合は、直列のキャパシタの個数を増加し、または特性電圧よりも高い電源の接続周期の個数を増加する、或いは特性電圧よりも低い電源の接続周期の個数を減少する制御を行う。変換部及び制御手段については、図の回路と同様である。
【0026】
このようにして、検出手段を用いることによって最適な特性電圧を越える正弦波状の電圧と、最適な特性電圧を下回る正弦波状の電圧が供給でき、実質上の限流要素を極力小さくしてさらに輻射ノイズを低くしての放電灯点灯が可能となる。
【0027】
本発明の実施例の動作波形図を図に示す。本実施例の回路は図と同様であり、ランプの特性電圧V1 、V2 を超える正弦波状の電圧周期の個数或いは下回る正弦波状の電圧周期の個数を連続して複数とった場合を示している。単位時間当たりのランプの特性電圧を挟む正弦波状の電圧源の切替数を少なくし、大きな電圧差をランプに供給するのではなく、滑らかな電流制御を行うもので、より一層、輻射ノイズを低減した放電灯点灯が可能となる。
【0028】
本発明の実施例の動作波形図を図に示す。本実施例の回路は図と同様であり、ランプの特性電圧V1 、V2 を超える正弦波状の電圧周期の個数或いは下回る正弦波状の電圧周期の個数を連続して複数とり、その振幅を連続的に変化させたものである。このように、振幅を連続的に変化させることにより、さらに滑らかな切替えを行うことができ、より一層、輻射ノイズを低減した放電灯点灯が可能となる。
【0029】
本発明の実施例の動作波形図を図に示す。本実施例の回路は図と同様であり、ランプの特性電圧V1 、V2 を超える正弦波状の電圧周期と下回る正弦波状の電圧周期を交互に切り替えながら振幅を連続的に変化させているため、さらに細かく滑らかに切替えを行うことができ、より一層、輻射ノイズを低減した放電灯点灯が可能となる。
【0030】
本発明の実施例の動作波形図を図に示す。本実施例の回路は図と同様であり、ランプの特性電圧V1 、V2 を超える正弦波状の電圧周期の個数或いは下回る正弦波状の電圧周期の個数や振幅をランダムに変化させたもので、正弦波状の電流の周期がランプの電流の増減の時定数に近く、長いときに制御性を向上することが可能となる。
【0031】
本発明の実施例の動作波形図を図10に示す。本実施例の回路は図と同様であり、ランプの特性電圧V1 ,V2 を越える正弦波状の電圧周期の個数或いは振幅を制御し、下回る正弦波状の電圧周期の個数を固定化したもので、ランプ電流の変化範囲が狭くてよい場合等において回路の簡略化を可能とするものである。
【0032】
本発明の実施例10の動作波形図を図11に示す。本実施例の回路は図と同様であり、ランプの特性電圧V1 、V2 を下回る正弦波状の電圧周期の個数或いは振幅を制御し、越える正弦波状の電圧周期の個数を固定化したもので、図10と同様にランプ電流の変化範囲が狭くてよい場合等において回路の簡略化を可能とするものである。
【0033】
本発明の実施例11の回路図を図12に、その動作波形図を図13に示す。本実施例の回路構成は一般的な共振型インバータ回路4であるが、動作は一般的なものとは異なる。ここでは、2石式の電流共振型を例にとる。放電灯点灯用のインバータでは、スイッチング素子の動作周波数を、負荷を含めた共振回路の自己共振周波数よりも高くとり、スイッチング素子の電流波形の位相を遅らせてスイッチングさせることによりスイッチングロスを低減している。
【0034】
13において、期間t0 −t1 では、スイッチング素子の動作周波数を共振回路の自己共振周波数に近付けて共振エネルギーを大きくし、ランプへのエネルギーを大きくしている。期間t1 −t2 では、スイッチング素子の動作周波数を共振回路の自己共振周波数から遠ざけて共振エネルギーを小さくし、ランプへのエネルギーを小さくしている。この周波数が高い場合と低い場合の2つの電源を用いて交互にランプに電力を供給し、ランプ電流を制御すれば、限流要素ほどのインダクタンス値は必要なく、装置の小型化が可能となる。1石式の電圧共振型インバータでも同様にスイッチング素子のオン時間を制御して、実質的に2つの電圧源を作ることによって同様の制御が可能となるものである。
【0035】
本発明の実施例12の回路図を図14に、その動作波形図を図15に示す。ここでは、2石式の電流共振型のインバータ回路を例にとる。直流電源DC6 には、スイッチ手段S1 ,S2 の直列回路が接続されており、スイッチ手段S2 の両端には、インダクタL1 とコンデンサC3 の直列回路が並列接続されている。コンデンサC3 の両端には、コンデンサC4 を介してランプLPが接続されている。このように、本実施例の回路構成は一般的な共振型インバータ回路であるが、動作は一般的なものとは異なる。
【0036】
15において、時刻t1 でスイッチ手段S1 がオンし、時刻t2 でスイッチ手段S1 がオフ、スイッチ手段S2 がオンし、時刻t3 でスイッチ手段S2 がオフする場合、動作周波数を低くして共振エネルギーを大きくし、ランプへのエネルギーを大きくする。時刻t3 からはスイッチ手段S1 、S2 は共にオフし、共振回路の自由振動で減少していくエネルギーをランプLPに供給する。時刻t1 で再びスイッチ手段S1 がオンし、この繰返しで、減衰振動する電流をランプに供給することによって、ランプの特性電圧の上下の2つの範囲の電源をランプに供給し、ランプ電流を制御すれば、限流要素としてのインダクタンス値は必要なく、装置の小型化が可能となる。
【0037】
本発明の実施例13の動作波形図を図16に示す。本実施例の回路構成は図と同様である。ランプ電流を変化させる場合、例えばランプ電流を減少するとき、ランプの特性電圧よりも高い電圧源の接続周期の個数を次第に減少していき、ランプの特性電圧よりも低い電圧源の接続周期の個数を次第に増加していくことによっても、滑らかにランプ電流を変化させることができる。この場合、より一層、輻射ノイズを低減した放電灯点灯が可能となる。
【0038】
本発明の実施例14の回路図を図17に示す。本実施例の回路構成はこれまでの2つの電圧可変電源を1つの電圧可変交流電源に置き換えたもので、検出手段2によりランプ電流の状態を検出し、これまでの説明と同様に、振幅制御手段3により電圧可変交流電源Vacの電圧を制御してランプ電流の振幅を瞬時に制御し、ランプ電流波形を正弦波状にすれば、回路構成を簡略化した上に、より一層、輻射ノイズを低減した放電灯点灯が可能となる。
【0039】
本発明の実施例15の動作波形図を図18に示す。本実施例の回路は図17と同様であり、ランプの特性電圧V1 、V2 を下回る正弦波状の電圧源をなくし、越える正弦波状の電圧周期の個数或いは振幅を制御するものであり、さらに個数を制御する場合に、ある周期(1つ以上、例えば図示のt1 −t2 の期間)を削除してランプ電流を制御するものである。この場合も、ランプ電流の変化範囲が狭くてよい場合等において回路の簡略化を可能とするものである。
【0040】
本発明の実施例16の動作波形図を図19に示す。本実施例の回路は図と同様であり、ランプの特性電圧V1 、V2 を越える正弦波状の電圧源と下回る正弦波状の電圧源を用い、正弦波状の電圧周期の個数或いは振幅を制御するものであり、さらにランプの特性電圧を下回る電圧周期の個数を制御する場合に、ある周期(1つ以上、例えば図示のt1 −t2 の期間)を削除してランプ電流を制御するものである。この場合も、ランプ電流の変化範囲が狭くてよい場合等において回路の簡略化を可能とするものである。
【0041】
本発明の実施例17の動作波形図を図20に示す。本実施例の回路は図と同様であり、ランプの特性電圧V1 、V2 を越える正弦波状の電圧源と下回る正弦波状の電圧源を用い、正弦波状の電圧周期の個数或いは振幅を制御し、さらにランプの特性電圧を越える電圧源の周波数を、ランプの特性電圧を下回る電圧源の周波数よりも高くしたものである。本実施例では、ランプの特性電圧を下回る電源の電圧が、ランプの特性電圧を越える電源の電圧よりもランプの特性電圧により近い場合に、安定かつ制御が簡単になる、或いは構成が簡単な回路を提供することが可能となるものである。
【0042】
本発明の実施例18の動作波形図を図21に示す。本実施例の回路は図と同様であり、ランプの特性電圧V1 、V2 を越える正弦波状の電圧源と下回る正弦波状の電圧源を用い、正弦波状の電圧周期の個数或いは振幅を制御し、さらにランプの特性電圧を越える電圧源の周波数を、ランプの特性電圧を下回る電圧源の周波数よりも低くしたものである。本実施例では、ランプの特性電圧を越える電源の電圧が、ランプの特性電圧を下回る電源の電圧よりもランプの特性電圧により近い場合に、安定かつ制御が簡単になる、或いは構成が簡単な回路を提供することが可能となるものである。
【0043】
本発明の実施例19の動作波形図を図22に示す。本実施例の回路は図と同様であり、ランプの特性電圧V1 、V2 を越える正弦波状の電圧源と下回る正弦波状の電圧源を用い、正弦波状の電圧周期の個数或いは振幅を制御し、さらに調光時には、少なくとも調光の度合が増すにつれて、ランプの特性電圧を越える電圧源の振幅をより高く、電圧周期の個数をより少なく制御するものである。本実施例では、調光時にはランプの特性電圧がV1 、V2 からV1 ’、V2 ’に次第に上昇していくことに対応するものであり、より安定な調光点灯の提供が可能となるものである。
【0044】
本発明の実施例20のブロック図を図23に、動作波形図を図24に示す。本実施例では、交流電源から、入力保護回路やフィルタを持つ入力回路5と、例えば図に示すような回路を持つ主回路1を経て、ランプLPにエネルギーが供給される。ランプLPと主回路1の間には検出手段2があり、ランプLPの電流等を検出し、制御回路3にフィードバックして制御を行う。
【0045】
本実施例では、図24に示すように、予熱時にはランプのフィラメントに設定された予熱電流を供給し、始動時にはランプの両端に設定された電圧を供給し、ランプは予熱を経て始動し点灯に至る。ここからは、ランプの特性電圧Vlaに応じて、検出手段からの検出信号によって主回路を制御し、ランプの特性電圧Vlaの上下の電圧をランプに供給する。ランプが予熱、始動する時点では、ランプの特性電圧Vlaに応じた制御をする必要がないため、フィードバック制御をせずに動作させれば、制御回路を簡略化でき、コストの安い回路を提供することができるものである。
【0046】
本発明の実施例21のブロック図を図25に、動作説明図を図26に、動作波形図を図27に示す。本実施例では、交流電源ACからキャパシタを並列接続して充電し、ランプに直列接続して放電するもので、交流化のために極性反転手段14を設ける。図26に示すように、並列充電、直列放電の昇圧手段10は複数個(1からn)あり、入力電圧に応じて切り替えて接続することによって入力電流の歪を改善することが可能となる。また、出力時にも順番に出力していくことによって、任意の周波数での出力が可能となる。
【0047】
各昇圧手段は、高電圧出力時と低電圧出力時との2種類の状態の電圧を出力でき、また、充電時と放電時のキャパシタの接続個数を変化することによって任意の昇圧比を作れるため、図27に示すように、ランプの特性電圧Vlaの上下の値をとる2つの交流電圧に対応が可能である。この場合も同様に、正弦波状の交流電圧源を接続することによって、ノイズの少ない点灯装置を実現することが可能となる。
【0048】
本発明の実施例22のブロック図を図28に示す。本実施例では、実施例21と比べて、昇圧手段11、12を高電圧用と低電圧用の2種類で構成したものである。動作的には、図24と同様になり、ランプの特性電圧よりも高い電圧と低い電圧を選別手段13にて選別し、極性反転手段14に供給し、ランプLPに供給する。この場合も、並列充電、直列放電の昇圧手段は複数個(1からn)あり、入力電圧に応じて切り替えて接続することによって入力電流の歪みを改善することが可能で、任意の周波数での出力が可能で、充電時と放電時のキャパシタの接続個数を変化することによって任意の昇圧比を作れるため、変化するランプの特性電圧Vlaの上下の値をとる2つの交流電圧に対応することが可能である。この場合も同様に、正弦波状の交流電圧源を接続することによって、ノイズの少ない点灯装置を実現することが可能となる。
【0049】
本発明の実施例23の動作波形図を図29に示す。本実施例では、実施例19と比べて、調光時においてランプの特性電圧Vla2 よりも高い電圧Vp3 は、定常時におけるランプの特性電圧Vla1 よりも高い電圧Vp1 に比べてさらに高く、また、調光時においてランプの特性電圧Vla2 よりも低い電圧Vp4 は、定常時におけるランプの特性電圧Vla1 よりも低い電圧Vp2 に比べてさらに低くなるように、出力電圧を制御するものである。これによって、全体のエネルギーを減らし、かつランプ電圧の上昇にも対応できるため、幅広い安定した調光が可能となるものである。
【0050】
本発明の実施例24の回路図を図30に、動作波形図を図31、図32に示す。本実施例は、直流電源DCに、スイッチ素子S1〜S4よりなるフルブリッジ回路等の直流交流変換回路を介して高周波交流電圧源B(振幅Vb)とランプFLを直列接続したものである。その動作は、直流電源DCがランプ特性電圧Vlaに近い電圧を持っており、高周波交流電圧源Bが電源と同極性のときには、ランプFLにはVdc+Vb(>Vla)が印加され、ランプFLは暴走しようとする。高周波交流電圧源Bが電源と逆極性のときにはVdc−Vb(<Vla)が印加され、ランプFLは立ち消えようとする。高周波交流電圧源Bの周期をランプFLの時定数より短くすることにより、ランプ電圧の2値制御を行うことができる。本実施例は、ランプ点灯の交流の基本周波数を、ランプFLの時定数による2値制御の時定数と独立して設定できる。
【0051】
本発明の実施例25を図33に示す。本実施例はインバータ回路22の電圧源を直列に2つ用意し、そのうちの1つはランプ特性電圧よりも低い電圧(V2)を、もう1つはランプ特性電圧より高い電圧と低い電圧の差の電圧(V1)を持ち、スイッチング素子SW1、SW2の切り換えによってランプFLを安定点灯させるための2つの電圧を作り出す回路において、ランプFLの予熱、始動を行うものである。通常、この2つの電圧はランプ特性電圧付近であり、V1≪V2となっている。この例では、始動電圧発生回路21としてコッククロフト回路を用いている。
【0052】
回路動作を次に示す。まず、すべてのスイッチング素子がオフの状態からスイッチング素子SW3、SW4、SW5をオンすることによりランプフィラメントの予熱を行う。それと同時にスイッチング素子SW2、SW7の切り換えによってコッククロフト回路の充電を行う。コッククロフト回路の充電、及びランプのフィラメント予熱が完了したとき、スイッチング素子SW1、SW3、SW4、SW5、SW7をオフ、スイッチング素子SW2、SW6をオンして始動電圧を印加し、ランプFLを点灯する。ランプFLが通常点灯状態に移れば、スイッチング素子SW1、SW2の切り換えで、ランプFLを安定点灯する。このように、本実施例では、ランプFLの予熱、始動回路について示し、フィラメント予熱には低い電圧源を用いて電流値を抑え、始動電圧を発生させるのに高い電圧源を用いるものである。これにより、ランプ予熱の電流を低減することができる。
【0053】
本発明の実施例26を図34、図35に示す。本実施例は、インバータ回路などの負荷回路において、共振の時定数を変えることにより、ランプ印加電圧を変化させて安定点灯を図るものである。これにより、回路が簡略化でき、安価な点灯装置を提供できる。例として、フルブリッジ構成のインバータ回路を示す。ランプ通常点灯時に、検出部によりランプ電流を検出し、ランプ電流の増減に応じて、図34ではスイッチング素子SW1をオン・オフすることによりランプの安定点灯を図る。また、図35の例ではスイッチング素子SW1のオン・オフ、スイッチング素子SW2のオフ・オンによって同様の効果が得られるものである。
【0054】
【発明の効果】
本発明によれば、電圧源を用いてランプ電流自体を直接制御することを可能とし、限流要素を小さくすることによって小型の装置を構成でき、かつランプの広範囲の出力変化に対応でき、また、クレストファクタを小さくでき、ランプへのストレスが少なく、安定点灯を可能とする効果がある。さらに、正弦波状のランプ電流にすることができるので、輻射ノイズの低減を可能とする効果がある。また、高周波数化によって、装置のさらなる小型化を可能とする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図】 本発明の実施例の回路図である。
【図】 本発明の実施例の回路図である。
【図】 本発明の実施例の動作波形図である。
【図】 本発明の実施例の回路図である。
【図】 本発明の実施例の回路図である。
【図】 本発明の実施例の動作波形図である。
【図】 本発明の実施例の動作波形図である。
【図】 本発明の実施例の動作波形図である。
【図】 本発明の実施例の動作波形図である。
【図10】 本発明の実施例の動作波形図である。
【図11】 本発明の実施例10の動作波形図である。
【図12】 本発明の実施例11の回路図である。
【図13】 本発明の実施例11の動作波形図である。
【図14】 本発明の実施例12の回路図である。
【図15】 本発明の実施例12の動作波形図である。
【図16】 本発明の実施例13の動作波形図である。
【図17】 本発明の実施例14の回路図である。
【図18】 本発明の実施例15の動作波形図である。
【図19】 本発明の実施例16の動作波形図である。
【図20】 本発明の実施例17の動作波形図である。
【図21】 本発明の実施例18の動作波形図である。
【図22】 本発明の実施例19の動作波形図である。
【図23】 本発明の実施例20の回路図である。
【図24】 本発明の実施例20の動作波形図である。
【図25】 本発明の実施例21の回路図である。
【図26】 本発明の実施例21の動作説明のための回路図である。
【図27】 本発明の実施例21の動作波形図である。
【図28】 本発明の実施例22の回路図である。
【図29】 本発明の実施例23の動作波形図である。
【図30】 本発明の実施例24の回路図である。
【図31】 本発明の実施例24の動作波形図である。
【図32】 本発明の実施例24の出力波形を示す動作波形図である。
【図33】 本発明の実施例25の回路図である。
【図34】 本発明の実施例26の回路図である。
【図35】 本発明の実施例26の負荷回路の別の構成を示す回路図である。
【図36】 本発明の前提となる構成1の回路図である。
【図37】 本発明の前提となる構成2の回路図である。
【図38】 第1の従来例の回路図である。
【図39】 第2の従来例の回路図である。
【符号の説明】
AC 1 高電圧側の電圧源
AC 2 低電圧側の電圧源
SW スイッチ手段
LP ランプ
[0001]
[Industrial application fields]
  The present invention relates to a discharge lamp lighting device that can stably discharge a discharge lamp by reducing a current limiting element.
[0002]
[Prior art]
  FIG. 38 shows a circuit diagram of a conventional example. This circuit switches a switch SW inserted between the lamp LP and the power source to a or b at high speed, and a DC power source DC having a voltage higher than the characteristic voltage of the lamp LP.1And DC power supply DC having a voltage lower than the characteristic voltage of the lamp LP2Are alternately used to control the lamp current within the set range and try to light it, and the current limiting element can be reduced. When a voltage higher than the characteristic voltage of the lamp is supplied, the lamp current increases, and when a voltage lower than the characteristic voltage of the lamp is supplied, the lamp current decreases. Therefore, by appropriately controlling the switch SW, the lamp current is reduced. It can be controlled. Hereinafter, the principle will be described.
[0003]
  Generally, a ballast (current limiting element) is required to light a lamp (discharge lamp). This is because the electrical characteristics of the lamp are negative (that is, it has a negative resistance). The relationship between the lamp current E and the current density J is generally given by:
      J = σE
  Here, σ is called conductivity, and in the case of a solid, it may be regarded as a constant. However, in the case of gas discharge, the conductivity is a function of electron density as shown in the following equation.
      σ = enμ
[0004]
  Here, e is a unit charge, n is an electron density, and μ is a mobility. Mobility μ is a function of electron temperature and pressure, but may be considered constant. From this, it can be seen that the current density (that is, the discharge current) is determined by the electron density inside the lamp and the electric field. Basically, the idea that when the lamp current (current density) is determined, the electron density and the electric field are determined as a result is the easiest to understand, and this is actually the case. In general, when the current is increased, the electron density increases, and the electric field does not change so much (actually changes slightly but is not as remarkable as the electron density). When the lamp is lit with a voltage source without a current limiting element, the electron density increases, resulting in an increase in current. As a result, overcurrent flows and various troubles occur. Since the increasing time constant is larger than the decreasing time constant, the electron density increases. In order to avoid this, the energy applied to the electrons must be changed by changing the applied electric field.
[0005]
  When connecting from a stable lighting state to a high voltage source, the current starts to increase, so the voltage is lowered. This needs to be reduced below the lamp characteristic voltage (sustain voltage). Then, the current starts to decrease, and then the voltage is increased. This needs to be raised above the lamp characteristic voltage (sustain voltage). Then, the current begins to increase again. Therefore, the voltage is lowered again. This needs to be reduced below the lamp characteristic voltage (sustain voltage). Thereafter, these operations are repeated. Thus, if the voltage is changed above and below the characteristic voltage line of the lamp, the lamp can be lit stably. The time when the current actually increases and decreases is 0. An order of several msec to several msec and an increase are considered to be about several μ to several tens μsec.
[0006]
  FIG. 39 is a circuit diagram of another conventional example. In this circuit, two AC power sources AC1, AC2And a voltage lower than the characteristic voltage of the lamp is always supplied to the lamp LP via the inductor L, and an alternating voltage is supplied via the capacitor C so as to be superposed on the voltage LP. In other words, a high voltage is supplied, and the amplitude is modulated to try to light stably. In each of the conventional examples, two voltage sources sandwiching the characteristic voltage of the lamp are provided, and these are alternately connected to make the current limiting element substantially smaller or eliminate the current limiting element. Is.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
  The above-described conventional example is based on the idea of using a main power supply (in particular, a lower voltage) having a fixed effective voltage value that is not controlled, so that it is difficult to cope with a wide range of output changes of the lamp. There are problems such as high radiation noise from the lamp due to distortion of the current waveform.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  According to the present invention, in order to solve the above problems,When a voltage higher than the characteristic voltage is supplied, the lamp current increases, and when a voltage lower than the characteristic voltage is supplied, the lamp current decreases, and a voltage value higher and lower than the characteristic voltage of the discharge lamp, And a power supply means for outputting an alternating voltage component in which the instantaneous voltage is continuous and changes in units of one cycle, the power supply means being more than the characteristic voltage of the discharge lamp. A first AC power supply having a high voltage value and the instantaneous voltage continuously fluctuating; a second AC power supply having a voltage value lower than the characteristic voltage of the discharge lamp and the instantaneous voltage continuously fluctuating; And switching means for connecting the first AC power source and the second AC power source to the discharge lamp at a zero cross point in one cycle unit and switching the discharge lamp so as to be stably lit.Discharge lamp lighting deviceIt is what. That meansUsing two voltage sources, one higher than the lamp's characteristic voltage and one lower than the lamp's characteristic voltage, switched in time division and connected to the lamp, the voltage value of each voltage source is variable, and its amplitude is loaded It modulates according to the state of. With the above configuration, the current-limiting element of the discharge lamp lighting device can be reduced to stably light the lamp, and it is possible to cope with a wide range of output changes and improve radiation noise.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Of the present inventionAssumption 1Schematic diagram of36Shown in In this circuit, the voltage source DCThreeAnd DCFourThe voltage value is variable, and DCThreeTakes an effective voltage value higher than the characteristic voltage of the lamp, and DCFourTakes an effective voltage value lower than the characteristic voltage of the lamp. These voltage sources DCThreeAnd DCFourUsing the voltage source DCThreeWhen the lamp is connected, the lamp current increases, and when the set value is reached, switching is performed by the switch means SW, and the voltage source DCFourWhen the lamp is connected, the lamp current decreases, and when it reaches the set value, the switch means SW is used to switch the current to the lamp LP by setting the connection time from the power source to the lamp. The switch means SW can control the increase / decrease of the lamp current within the set range. When increasing the current to the lamp, not only the ratio of the connection time (cycle number) of the higher voltage source is increased, but the power supply voltage is lowered as the current increases. Further, the lower voltage source may be changed to a lower one. Further, when reducing the current to the lamp, not only the connection time ratio of the higher voltage source is reduced, but also the power supply voltage is increased according to the decrease. Further, the lower voltage source may be changed to the higher one.
[0010]
  Thus, by making the voltage of the voltage source variable and connecting them alternately, for example, when the lamp current is increased, it becomes possible to reduce the difference voltage from the power supply voltage due to a decrease in the lamp characteristic voltage. It is possible to cope with a wide range of output changes while reducing the stress of the current, and to reduce the current limiting element. Where the voltage source DCThree, DCFourThe variable range may vary from a positive maximum value to a negative maximum value to supply an alternating current to the lamp.
[0011]
  Of the present inventionAssumption 2Schematic diagram of37Shown in In this circuit, the voltage value of the voltage source is variable with one polarity.Configuration 1 of 36The polarity is reversed by the polarity reversing switches Sa to Sd and the alternating current is supplied to the lamp LP. Again, the voltage source DCThree, DCFourFor example, when the lamp current is increased, it becomes possible to reduce the voltage difference from the power supply voltage due to a decrease in the lamp characteristic voltage. It can be made smaller.
[0012]
  Examples of the present invention1Schematic diagram of1Shown in In this circuit, the voltage source is a voltage variable AC power source, and the voltage source AC has a higher AC effective voltage value than the characteristic voltage of the lamp.1And low voltage source AC2Two voltage sources are used. Figure shows how effective voltage changesConfiguration 1 of 36The voltage source in the two regions is alternately switched and connected to the lamp, and an alternating current is supplied to the lamp.
[0013]
  Similarly, in this case, by making both voltage values variable, for example, when the lamp current is increased, it becomes possible to reduce the difference voltage from the power supply voltage due to a decrease in the lamp characteristic voltage, thereby reducing the stress on the lamp. It is possible to reduce the current limiting element while reducing it. Further, if the voltage source is a high frequency, the device can be further reduced in size.
[0014]
  Examples of the present invention2Schematic diagram of2The operation waveform diagram is shown in Fig.3Shown in The basic configuration of this embodiment is such that a plurality of unitized voltage sources can be freely connected in series by the control means 3 and connected to a lamp as a load, and combined with a filter circuit of an inductor Lf and a capacitor Cf. Thus, a sinusoidal current can be supplied. C as voltage source1The number of capacitors connected in series is changed according to the required voltage using capacitors of ~ Cn. Each capacitor C1Charging to .about.Cn is performed during a period when no discharge is performed.
[0015]
  Each unit of a plurality of unitized voltage sources is composed of one capacitor and a bridge circuit surrounding it. For example, capacitor C1Switch means S against1a ~ S1Combine d to make one unit. The operation of the unit is capacitor C1Switch means S when the positive pole is connected to the inductor Lf and the negative pole is connected to point B.1a, S1d, S2c, S2d, SThreec, SThreed,..., Snc, Snd are turned on, and others are turned off. When all capacitors are connected in series, all the switches with subscripts a and d are turned on and the others are turned off in each unit. In addition, when it is desired to supply a voltage having the opposite polarity to the lamp, all the switches with subscripts b and c are turned on in each unit, and the others are turned off. In this way, the number of power supplies connected in series can be changed, and a smooth alternating current can be supplied to the lamp LP by a filter circuit of a small inductor Lf and a capacitor Cf.
[0016]
  Figure3The case where there are five capacitors will be described with reference to the operation waveform diagram of FIG. Time t0At time t, the lamp voltage Vz crosses zero.1Switch means S until1a, S1d, S2c, S2d, SThreec, SThreed,..., Snc, Snd are turned on, and others are turned off. In this way, the capacitor C1When is connected to the filter circuit, the current gradually increases. The following time t2Switch means S until1a, S1d, S2a, S2d, SThreec, SThreed,..., Snc, Snd are turned on, and others are turned off. In this way, the capacitor C1, C2When is connected to the filter circuit, the current gradually increases. Further, the switch means S until time t3.1a, S1d, S2a, S2d, SThreea, SThreed,..., Snc, Snd are turned on, and others are turned off. In this way, the capacitor C1, C2, CThreeIs connected to the filter circuit, the current gradually increases. Similarly, time tFour, TFiveIf the number of capacitors to be connected is increased and the period between the respective times is set, the voltage waveform can be raised in a substantially sine wave shape. Time t6~ TTenThe number of capacitors to be connected is decreased until the time is decreased in a substantially sine wave shape.
[0017]
  Time tTenFrom the reverse, the polarity of the capacitor is reversed and the negative waveform is created in the same way. For example, time t11Switch means S until1b, S1c, S2c, S2d, SThreec, SThreed,..., Snc, Snd are turned on, and others are turned off. In this way, the capacitor C1Is connected to the filter circuit with the opposite polarity to the previous one, the current gradually increases in the negative direction, and the waveform is created in the same manner as in the positive direction.
[0018]
  Time t20A positive waveform is made from the above, but here, a case where three capacitors are connected in series is shown. The connection of the capacitors and the operation of the filter are the same as when there are five capacitors. In this case, a low peak voltage can be supplied.
[0019]
  In this way, it is possible to change the number of capacitors or voltage sources to be connected by controlling each switch means. For example, when the lamp current is detected and increased above a set value, it exceeds the characteristic voltage of the lamp. If the amplitude of the voltage source or the connection cycle is decreased, or if the amplitude of the voltage source lower than the characteristic voltage of the lamp is decreased or the connection cycle is increased, the control can be performed in a stable direction. Furthermore, increasing the operating frequency and increasing the rate of control based on the number of connection cycles will enable control in a state where the difference between the two voltage sources is small, and control that will extend the life of the lamp. It becomes possible.
[0020]
  In DC lighting, both the electron density and the electron temperature are constant with no temporal change, but when the frequency of the sine wave voltage is increased to a high frequency (sine wave of several kHz or more), the electron density changes little. However, the electron temperature follows sufficiently. The runaway current that occurs when the lamp is turned on with a voltage source is due to an increase in electron density, and the control concept is basically the same as in the case of direct current. Although the electron density does not change with time, the electron temperature changes with time, and there are time constants for increase and decrease for each instantaneous value of current. Both the time constants increase at large currents and decrease at small currents. However, from the viewpoint of control time, it is considered that the order is almost the same as direct current even at high frequencies.
[0021]
  Figure3V1, V2Indicates a characteristic voltage of the lamp, and a sine wave voltage exceeding the characteristic voltage and a sine wave voltage lower than the characteristic voltage can be supplied by appropriately switching the number of stages of the capacitors in series by controlling the switch. If the switching point is set to the zero-cross point, the waveform does not become extremely distorted, and the lamp current waveform can be controlled above and below the characteristic voltage while maintaining a sine wave shape, further reducing radiation current while minimizing the actual current limiting element. The discharge lamp can be turned on at a low level.
[0022]
  Examples of the present invention3Figure of operation waveform of4Shown in The circuit of this example is shown in the figure2And the characteristic voltage V of the lamp1, V2This shows a case where a plurality of sinusoidal voltage periods exceeding 2 are taken. As the number of sinusoidal voltage periods exceeding the characteristic voltage of the lamp continuously increases, the effective value of the lamp current increases. The higher the frequency of the supply voltage compared to the increase time constant of the lamp current, the easier it is to control the lamp current by the number of periods.
[0023]
  Figure4In (a), time t1Thus, it is possible to switch to a sinusoidal voltage supply lower than the characteristic voltage of the lamp, and then supply a voltage higher than the characteristic voltage of the lamp again, so that the lamp current can be stably controlled by repeating this. In this case as well, the switching point is set at time t.1If the zero cross point is set as shown above, the waveform will not be extremely distorted, and the lamp current waveform can be controlled above and below the characteristic voltage while maintaining a sine wave shape.
[0024]
  Also figure4In (b), the time t1The peak value of the waveform changes smoothly in a sine wave shape and is controlled so as to go up and down the characteristic voltage of the lamp. As a result, the discharge lamp can be turned on while reducing the radiation noise while minimizing the current limiting element as much as possible.
[0025]
  Examples of the present invention4Schematic diagram of5Shown in The basic configuration of this example is shown in the figure.2In this circuit, the lamp current detecting means 2 is provided. For example, when the increase or decrease of the lamp current is detected and the lamp current increases from the set value, the number of capacitors in series is decreased or the number of power supply connection cycles higher than the characteristic voltage is decreased. Alternatively, control is performed to increase the number of power supply connection cycles lower than the characteristic voltage. Conversely, if the lamp current decreases below the set value, increase the number of capacitors in series, increase the number of power supply connection cycles higher than the characteristic voltage, or reduce the power supply voltage lower than the characteristic voltage. Control to reduce the number of connection cycles. For the conversion unit and control means,2This is the same as the circuit shown in FIG.
[0026]
  In this way, by using the detection means, a sinusoidal voltage exceeding the optimum characteristic voltage and a sinusoidal voltage less than the optimum characteristic voltage can be supplied, and the radiation current can be further reduced by making the current limiting element as small as possible. The discharge lamp can be turned on with low noise.
[0027]
  Examples of the present invention5Figure of operation waveform of6Shown in The circuit of this example is shown in the figure5And the characteristic voltage V of the lamp1, V2This shows a case where the number of sinusoidal voltage periods exceeding or the number of sinusoidal voltage periods falling below is taken continuously. Reduces the number of switching of sinusoidal voltage sources across the lamp's characteristic voltage per unit time, and provides smooth current control rather than supplying a large voltage difference to the lamp, further reducing radiation noise The discharge lamp can be turned on.
[0028]
  Examples of the present invention6Figure of operation waveform of7Shown in The circuit of this example is shown in the figure5And the characteristic voltage V of the lamp1, V2The number of sinusoidal voltage periods exceeding or less than the number of sinusoidal voltage periods is continuously taken, and the amplitude is continuously changed. As described above, by continuously changing the amplitude, smoother switching can be performed, and the discharge lamp can be turned on with further reduced radiation noise.
[0029]
  Examples of the present invention7Figure of operation waveform of8Shown in The circuit of this example is shown in the figure5And the characteristic voltage V of the lamp1, V2Since the amplitude is continuously changed while alternately switching between a sinusoidal voltage period exceeding and below a sinusoidal voltage period, switching can be performed more finely and smoothly, and radiation noise can be further reduced. The light can be turned on.
[0030]
  Examples of the present invention8Figure of operation waveform of9Shown in The circuit of this example is shown in the figure5And the characteristic voltage V of the lamp1, V2The number and amplitude of the sinusoidal voltage periods exceeding or below the sine wave voltage period are changed randomly.When the period of the sinusoidal current is close to the time constant of the increase / decrease of the lamp current and is long Controllability can be improved.
[0031]
  Examples of the present invention9Figure of operation waveform of10Shown in The circuit of this example is shown in the figure5And the characteristic voltage V of the lamp1, V2By controlling the number or amplitude of sinusoidal voltage periods exceeding, and fixing the number of sinusoidal voltage periods below, it is possible to simplify the circuit when the change range of the lamp current may be narrow. Is.
[0032]
  Examples of the present invention10Figure of operation waveform of11Shown in The circuit of this example is shown in the figure5And the characteristic voltage V of the lamp1, V2The number or amplitude of sinusoidal voltage periods that are less than or equal to is controlled, and the number of sinusoidal voltage periods that exceed is fixed.10As in the case of the above, it is possible to simplify the circuit when the change range of the lamp current may be narrow.
[0033]
  Examples of the present invention11Schematic diagram of12The operation waveform diagram is shown in Fig.13Shown in The circuit configuration of the present embodiment is a general resonance type inverter circuit 4, but the operation is different from a general one. Here, a two-stone current resonance type is taken as an example. In an inverter for lighting a discharge lamp, the operating frequency of the switching element is set to be higher than the self-resonant frequency of the resonance circuit including the load, and switching is performed by delaying the phase of the current waveform of the switching element to reduce switching loss. Yes.
[0034]
  Figure13In period t0-T1Then, the operating frequency of the switching element is brought close to the self-resonant frequency of the resonance circuit to increase the resonance energy and increase the energy to the lamp. Period t1-T2Then, the operating frequency of the switching element is kept away from the self-resonant frequency of the resonant circuit to reduce the resonance energy and to reduce the energy to the lamp. If power is supplied to the lamp alternately by using two power sources when the frequency is high and low, and the lamp current is controlled, the inductance value as that of the current limiting element is not required, and the device can be miniaturized. . Similarly, a one-stone voltage resonance type inverter can control the on-time of the switching element to substantially make two voltage sources, thereby enabling the same control.
[0035]
  Examples of the present invention12Schematic diagram of14The operation waveform diagram is shown in Fig.15Shown in Here, a two-stone current resonance type inverter circuit is taken as an example. DC power supply DC6Switch means S1, S2Is connected to the switch means S2At both ends of the inductor L1And capacitor CThreeAre connected in parallel. Capacitor CThreeOn both ends of the capacitor CFourA lamp LP is connected via As described above, the circuit configuration of the present embodiment is a general resonance type inverter circuit, but the operation is different from a general one.
[0036]
  Figure15At time t1Switch means S1Turns on and time t2Switch means S1Is off, switch means S2Turns on and time tThreeSwitch means S2When is turned off, the operating frequency is lowered to increase the resonance energy and increase the energy to the lamp. Time tThreeSwitch means S1, S2Are turned off, and energy that decreases with free vibration of the resonance circuit is supplied to the lamp LP. Time t1Switch means S again1When the lamp is turned on and the oscillating current is supplied to the lamp in this repetition, the power of the two ranges above and below the characteristic voltage of the lamp is supplied to the lamp and the lamp current is controlled. An inductance value is not required, and the apparatus can be miniaturized.
[0037]
  Examples of the present invention13Figure of operation waveform of16Shown in The circuit configuration of this example is shown in the figure.5It is the same. When changing the lamp current, for example, when reducing the lamp current, the number of connection cycles of the voltage source higher than the characteristic voltage of the lamp gradually decreases, and the number of connection cycles of the voltage source lower than the characteristic voltage of the lamp. The lamp current can be smoothly changed by gradually increasing. In this case, the discharge lamp can be turned on with further reduced radiation noise.
[0038]
  Examples of the present invention14Schematic diagram of17Shown in The circuit configuration of the present embodiment is obtained by replacing the two voltage variable power supplies so far with one voltage variable AC power supply. The detection means 2 detects the state of the lamp current and controls the amplitude in the same manner as described above. If the voltage of the voltage variable AC power supply Vac is controlled by means 3 to control the lamp current amplitude instantaneously and the lamp current waveform is made sinusoidal, the circuit configuration is simplified and the radiation noise is further reduced. The discharge lamp can be turned on.
[0039]
  Examples of the present invention15Figure of operation waveform of18Shown in The circuit of this example is shown in the figure17And the characteristic voltage V of the lamp1, V2When the number or amplitude of the sine wave voltage periods exceeding the sine wave voltage source is controlled and the number is further controlled, a certain period (one or more, for example, t shown in the figure) is controlled.1-T2In this case, the lamp current is controlled by deleting the period. Also in this case, the circuit can be simplified when the change range of the lamp current may be narrow.
[0040]
  Examples of the present invention16Figure of operation waveform of19Shown in The circuit of this example is shown in the figure5And the characteristic voltage V of the lamp1, V2Is used to control the number or amplitude of sinusoidal voltage cycles, and to control the number of voltage cycles below the characteristic voltage of the lamp. A period (one or more, eg t1-T2In this case, the lamp current is controlled by deleting the period. Also in this case, the circuit can be simplified when the change range of the lamp current may be narrow.
[0041]
  Examples of the present invention17Figure of operation waveform of20Shown in The circuit of this example is shown in the figure5And the characteristic voltage V of the lamp1, V2Using a sinusoidal voltage source exceeding and below a sinusoidal voltage source, the number or amplitude of the sinusoidal voltage period is controlled, and the frequency of the voltage source exceeding the lamp characteristic voltage is reduced below the lamp characteristic voltage. It is higher than the source frequency. In this embodiment, when the voltage of the power source that is lower than the characteristic voltage of the lamp is closer to the characteristic voltage of the lamp than the voltage of the power source that exceeds the characteristic voltage of the lamp, a circuit that is stable and easy to control or has a simple configuration. Can be provided.
[0042]
  Examples of the present invention18Figure of operation waveform of21Shown in The circuit of this example is shown in the figure5And the characteristic voltage V of the lamp1, V2Using a sinusoidal voltage source exceeding and below a sinusoidal voltage source, the number or amplitude of the sinusoidal voltage period is controlled, and the frequency of the voltage source exceeding the lamp characteristic voltage is reduced below the lamp characteristic voltage. It is lower than the frequency of the source. In this embodiment, when the voltage of the power source that exceeds the characteristic voltage of the lamp is closer to the characteristic voltage of the lamp than the voltage of the power source that is lower than the characteristic voltage of the lamp, a circuit that is stable and easy to control or has a simple configuration. Can be provided.
[0043]
  Examples of the present invention19Figure of operation waveform of22Shown in The circuit of this example is shown in the figure5And the characteristic voltage V of the lamp1, V2Control the number or amplitude of sinusoidal voltage cycles using a sinusoidal voltage source exceeding and below the sinusoidal voltage source, and at the time of dimming, exceed the characteristic voltage of the lamp at least as the degree of dimming increases The amplitude of the voltage source is higher and the number of voltage cycles is controlled to be smaller. In this embodiment, the characteristic voltage of the lamp is V during dimming.1, V2To V1', V2This corresponds to the gradual increase in ', and more stable dimming lighting can be provided.
[0044]
  Examples of the present invention20Figure of block diagram23Figure shows the operation waveform.24Shown in In this embodiment, from an AC power supply, an input circuit 5 having an input protection circuit and a filter, for example, FIG.2Energy is supplied to the lamp LP through the main circuit 1 having the circuit shown in FIG. A detecting means 2 is provided between the lamp LP and the main circuit 1 to detect the current of the lamp LP and feed back to the control circuit 3 for control.
[0045]
  In this example, the figure24As shown in FIG. 2, during the preheating, a preheating current set to the filament of the lamp is supplied, and a voltage set to both ends of the lamp is supplied at the time of starting, and the lamp starts and lights up through preheating. From here, the main circuit is controlled by the detection signal from the detection means according to the lamp characteristic voltage Vla, and the voltage above and below the lamp characteristic voltage Vla is supplied to the lamp. When the lamp is preheated and started, it is not necessary to perform control according to the characteristic voltage Vla of the lamp. Therefore, if the operation is performed without feedback control, the control circuit can be simplified and a low-cost circuit is provided. It is something that can be done.
[0046]
  Examples of the present invention21Figure of block diagram25Fig.26Figure shows the operation waveform.27Shown in In the present embodiment, a capacitor is connected in parallel from an AC power source AC and charged, and is connected in series to a lamp for discharging. A polarity inversion means 14 is provided for AC conversion. Figure26As shown in FIG. 5, there are a plurality (1 to n) of boosting means 10 for parallel charging and series discharging, and it is possible to improve distortion of the input current by switching and connecting in accordance with the input voltage. Moreover, by outputting in order also at the time of output, output at an arbitrary frequency is possible.
[0047]
  Each boosting means can output voltages in two states, high voltage output and low voltage output, and can create an arbitrary boost ratio by changing the number of connected capacitors during charging and discharging. The figure27As shown in FIG. 6, it is possible to deal with two AC voltages that take values above and below the lamp characteristic voltage Vla. In this case as well, a lighting device with less noise can be realized by connecting a sinusoidal AC voltage source.
[0048]
  Examples of the present invention22Figure of block diagram28Shown in In this embodiment, the embodiment21As compared with the above, the boosting means 11 and 12 are constituted by two types for high voltage and low voltage. In operation, the figure24In the same way, the voltage higher and lower than the characteristic voltage of the lamp are selected by the selection means 13, supplied to the polarity inversion means 14, and supplied to the lamp LP. Also in this case, there are a plurality of (1 to n) boosting means for parallel charging and series discharging, and it is possible to improve distortion of the input current by switching and connecting according to the input voltage. Since output is possible and an arbitrary step-up ratio can be created by changing the number of capacitors connected during charging and discharging, it is possible to cope with two alternating voltages that take values above and below the changing characteristic voltage Vla of the lamp. Is possible. In this case as well, a lighting device with less noise can be realized by connecting a sinusoidal AC voltage source.
[0049]
  Examples of the present invention23Figure of operation waveform of29Shown in In this embodiment, the embodiment19Compared to the lamp, the characteristic voltage Vla of the lamp during dimming2Higher voltage VpThreeIs the characteristic voltage Vla of the lamp in the steady state.1Higher voltage Vp1Higher than that of the lamp, and the characteristic voltage Vla of the lamp during dimming2Lower voltage VpFourIs the characteristic voltage Vla of the lamp in the steady state.1Lower voltage Vp2The output voltage is controlled so as to be further lower than the above. As a result, the overall energy can be reduced and the lamp voltage can be increased, so that a wide range of stable dimming is possible.
[0050]
  Examples of the present invention24Schematic diagram of30Figure shows the operation waveform.31The figure32Shown in In this embodiment, a high-frequency AC voltage source B (amplitude Vb) and a lamp FL are connected in series to a DC power source DC via a DC-AC conversion circuit such as a full bridge circuit composed of switch elements S1 to S4. In the operation, when the DC power source DC has a voltage close to the lamp characteristic voltage Vla and the high frequency AC voltage source B has the same polarity as the power source, Vdc + Vb (> Vla) is applied to the lamp FL, and the lamp FL runs away. try to. When the high-frequency AC voltage source B has a polarity opposite to that of the power source, Vdc−Vb (<Vla) is applied, and the lamp FL tends to go out. By making the cycle of the high-frequency AC voltage source B shorter than the time constant of the lamp FL, binary control of the lamp voltage can be performed. In this embodiment, the basic frequency of the lamp lighting AC can be set independently of the time constant of binary control by the time constant of the lamp FL.
[0051]
  Examples of the present invention25The figure33Shown in In this embodiment, two voltage sources of the inverter circuit 22 are prepared in series, one of which is a voltage (V2) lower than the lamp characteristic voltage, and the other is the difference between the voltage higher and lower than the lamp characteristic voltage. In a circuit that generates two voltages for stably lighting the lamp FL by switching the switching elements SW1 and SW2, the lamp FL is preheated and started. Usually, these two voltages are in the vicinity of the lamp characteristic voltage, and V1 << V2. In this example, a cock croft circuit is used as the starting voltage generating circuit 21.
[0052]
  The circuit operation is as follows. First, the lamp filament is preheated by turning on the switching elements SW3, SW4, and SW5 from the state where all the switching elements are off. At the same time, the cockcroft circuit is charged by switching the switching elements SW2 and SW7. When charging of the cockcroft circuit and preheating of the filament of the lamp are completed, the switching elements SW1, SW3, SW4, SW5, and SW7 are turned off, the switching elements SW2 and SW6 are turned on, the starting voltage is applied, and the lamp FL is lit. When the lamp FL shifts to the normal lighting state, the lamp FL is stably lit by switching the switching elements SW1 and SW2. As described above, in this embodiment, the preheating and starting circuit of the lamp FL is shown. In the filament preheating, a low voltage source is used to suppress the current value, and a high voltage source is used to generate the starting voltage. Thereby, the current of lamp preheating can be reduced.
[0053]
  Examples of the present invention26The figure34The figure35Shown in In this embodiment, in a load circuit such as an inverter circuit, the lamp application voltage is changed by changing the time constant of resonance to achieve stable lighting. Thereby, a circuit can be simplified and an inexpensive lighting device can be provided. As an example, a full-bridge inverter circuit is shown. When the lamp is normally lit, the detector detects the lamp current and34Then, stable lighting of the lamp is achieved by turning on / off the switching element SW1. Also figure35In this example, the same effect can be obtained by turning on / off the switching element SW1 and turning on / off the switching element SW2.
[0054]
【The invention's effect】
  According to the present invention, it is possible to directly control the lamp current itself by using a voltage source, it is possible to configure a small device by reducing the current limiting element, and to cope with a wide range of lamp output changes, and The crest factor can be reduced, there is less stress on the lamp, and stable lighting is possible. Furthermore, since a sine-wave lamp current can be obtained, there is an effect that radiation noise can be reduced. Further, there is an effect that the device can be further downsized by increasing the frequency.
[Brief description of the drawings]
[Figure1Example of the present invention1FIG.
[Figure2Example of the present invention2FIG.
[Figure3Example of the present invention2FIG.
[Figure4Example of the present invention3FIG.
[Figure5Example of the present invention4FIG.
[Figure6Example of the present invention5FIG.
[Figure7Example of the present invention6FIG.
[Figure8Example of the present invention7FIG.
[Figure9Example of the present invention8FIG.
[Figure10Example of the present invention9FIG.
[Figure11Example of the present invention10FIG.
[Figure12Example of the present invention11FIG.
[Figure13Example of the present invention11FIG.
[Figure14Example of the present invention12FIG.
[Figure15Example of the present invention12FIG.
[Figure16Example of the present invention13FIG.
[Figure17Example of the present invention14FIG.
[Figure18Example of the present invention15FIG.
[Figure19Example of the present invention16FIG.
[Figure20Example of the present invention17FIG.
[Figure21Example of the present invention18FIG.
[Figure22Example of the present invention19FIG.
[Figure23Example of the present invention20FIG.
[Figure24Example of the present invention20FIG.
[Figure25Example of the present invention21FIG.
[Figure26Example of the present invention21It is a circuit diagram for explanation of the operation.
[Figure27Example of the present invention21FIG.
[Figure28Example of the present invention22FIG.
[Figure29Example of the present invention23FIG.
[Figure30Example of the present invention24FIG.
[Figure31Example of the present invention24FIG.
[Figure32Example of the present invention24It is an operation | movement waveform diagram which shows these output waveforms.
[Figure33Example of the present invention25FIG.
[Figure34Example of the present invention26FIG.
[Figure35Example of the present invention26FIG. 6 is a circuit diagram showing another configuration of the load circuit.
[Figure36] Of the present inventionAssumption 1FIG.
[Figure37] Of the present inventionAssumption 2FIG.
FIG. 38 is a circuit diagram of a first conventional example.
FIG. 39 is a circuit diagram of a second conventional example.
[Explanation of symbols]
  AC 1      Voltage source on the high voltage side
  AC 2      Low voltage side voltage source
  SW switch means
  LP lamp

Claims (19)

特性電圧よりも高い電圧を供給するとランプ電流が増大し、特性電圧よりも低い電圧を供給するとランプ電流が減少する放電灯と、放電灯の特性電圧よりも高い電圧値と低い電圧値とを、放電灯を安定点灯させ得るように含ませると共に、瞬時電圧が連続的で且つ1サイクル単位で変化する交流電圧成分を出力する電源手段とを備え、前記電源手段は、放電灯の特性電圧よりも高い電圧値を有し、瞬時電圧が連続的に変動する第1の交流電源と、放電灯の特性電圧よりも低い電圧値を有し、瞬時電圧が連続的に変動する第2の交流電源と、前記第1の交流電源と第2の交流電源とを、1サイクル単位でゼロクロス点で放電灯に接続して、放電灯を安定点灯するように切り替える切替手段とを備えた放電灯点灯装置。 When a voltage higher than the characteristic voltage is supplied, the lamp current increases, and when a voltage lower than the characteristic voltage is supplied, the lamp current decreases, and a voltage value higher and lower than the characteristic voltage of the discharge lamp, And a power supply means for outputting an alternating voltage component in which the instantaneous voltage is continuous and changes in units of one cycle , the power supply means being more than the characteristic voltage of the discharge lamp. A first AC power supply having a high voltage value and the instantaneous voltage continuously fluctuating; a second AC power supply having a voltage value lower than the characteristic voltage of the discharge lamp and the instantaneous voltage continuously fluctuating; A discharge lamp lighting device comprising switching means for connecting the first AC power source and the second AC power source to the discharge lamp at a zero cross point in units of one cycle and switching the discharge lamp to be stably lit. 前記電源手段は、1サイクル単位の電圧波形の振幅を変化させてランプ電流を制御するように構成された請求項の放電灯点灯装置。2. The discharge lamp lighting device according to claim 1 , wherein the power supply means is configured to control a lamp current by changing an amplitude of a voltage waveform in one cycle unit. 前記電源手段は、1サイクル単位の電圧波形の振幅が略正弦波状に変化する電圧周期を有する前記第1の交流電源と、1サイクル単位の電圧波形の振幅が略正弦波状に変化する電圧周期を有する前記第2の交流電源とを備えた請求項の放電灯点灯装置。The power supply means has the first AC power supply having a voltage cycle in which the amplitude of the voltage waveform in one cycle unit changes in a substantially sine wave shape, and the voltage cycle in which the amplitude of the voltage waveform in one cycle unit changes in a substantially sine wave shape. The discharge lamp lighting device of Claim 2 provided with the said 2nd alternating current power supply. 前記電源手段は、1kHz以上で電圧波形の振幅を変化させてランプ電流を制御するよう構成された請求項の放電灯点灯装置。The discharge lamp lighting device according to claim 3 , wherein the power supply means is configured to control a lamp current by changing an amplitude of a voltage waveform at 1 kHz or more. 前記電源手段は、1サイクル単位の電圧波形の振幅を連続的に変化させて、ランプ電流をなめらかに制御するよう構成された請求項3の放電灯点灯装置。4. The discharge lamp lighting device according to claim 3, wherein the power supply means is configured to control the lamp current smoothly by continuously changing the amplitude of the voltage waveform in units of one cycle. 前記電源手段は、複数サイクルを有する前記第1の交流電源と、複数サイクルを有する前記第2の交流電源とを備えた請求項の放電灯点灯装置。The discharge lamp lighting device according to claim 3 , wherein the power supply means includes the first AC power source having a plurality of cycles and the second AC power source having a plurality of cycles. 前記電源手段は、前記第1の交流電源と前記第2の交流電源とを交互に切り替えて、前記放電灯に接続するよう構成された請求項の放電灯点灯装置。The discharge lamp lighting device according to claim 3 , wherein the power supply means is configured to alternately switch between the first AC power supply and the second AC power supply and to connect to the discharge lamp. 前記電源手段は、前記第1の交流電源と前記第2の交流電源とをランダムに切り替えて、前記放電灯に接続するよう構成された請求項の放電灯点灯装置。The discharge lamp lighting device according to claim 3 , wherein the power supply means is configured to switch between the first AC power supply and the second AC power supply at random, and to connect to the discharge lamp. 前記電源手段は、前記第1の交流電源、あるいは前記第2の交流電源との、少なくとも一方のサイクルは一定になるよう構成された請求項の放電灯点灯装置。The discharge lamp lighting device according to claim 3 , wherein the power source means is configured such that at least one of the cycle with the first AC power source or the second AC power source is constant. 前記電源手段は、前記第1の交流電源、あるいは前記第2の交流電源との、一方のサイクル数を徐々に増加し、他方のサイクル数を徐々に減少するよう構成された請求項の放電灯点灯装置。Said power supply means, the first AC power supply or between the second AC power supply, and gradually increasing the number of one of the cycles, release of claim 3 configured to gradually decrease the number of other cycles Electric light lighting device. 前記電源手段は、前記第1の交流電源、あるいは前記第2の交流電源の内の少なくとも一方をサイクル単位で間引くよう構成された請求項の放電灯点灯装置。4. The discharge lamp lighting device according to claim 3 , wherein the power supply means is configured to thin out at least one of the first AC power supply or the second AC power supply in units of cycles. 前記電源手段は、前記第1の交流電源と前記第2の交流電源との、互いの周波数が異なるよう構成された請求項の放電灯点灯装置。The discharge lamp lighting device according to claim 3 , wherein the power source means is configured such that the first AC power source and the second AC power source have different frequencies. 前記電源手段は、調光時の調光が深くなる程に、前記第1の交流電源の、電圧ピーク値を高くすると共にサイクル数を減少させるよ構成された請求項の放電灯点灯装置。Said power supply means is adjusted to the extent that light during dimming becomes deeper, the first AC power source, a discharge lamp lighting apparatus according to claim 3 configured earthenware pots by reducing the number of cycles with a higher voltage peak value . 前記電源手段は、安定点灯時よりも始動時の方が前記第1の交流電源の、電圧ピーク値を高くすよう構成された請求項の放電灯点灯装置。It said power supply means is stable towards during startup of the first AC power source than when lighting the discharge lamp lighting apparatus according to claim 3 configured so you increase the voltage peak value. 前記電源手段は、調光時の調光が深くなる程に、前記第2の交流電源の電圧ピーク値を低くするよう構成された請求項13の放電灯点灯装置。14. The discharge lamp lighting device according to claim 13 , wherein the power supply means is configured to lower the voltage peak value of the second AC power supply as the light control during the light control becomes deeper . 予熱・始動時はフィードバック制御をせずに予め設定された振幅の電圧を放電灯に供給し、点灯時にはランプ電流を検出する検出回路により安定点灯するように、フィードバック制御を行うべく構成された請求項の放電灯点灯装置。Claims configured to perform feedback control so that a voltage with a preset amplitude is supplied to the discharge lamp without performing feedback control during preheating / starting, and the lamp is stably lit by a detection circuit that detects the lamp current when lit. Item 1. A discharge lamp lighting device according to Item 1 . 前記電源手段は、スイッチドキャパシタからなる昇圧回路と、前記昇圧回路の出力の極性を反転する極性反転回路とを有する前記第1の交流電源と、スイッチドキャパシタからなる昇圧回路と、前記昇圧回路の出力の極性を反転する極性反転回路とを有する前記第2の交流電源とを備えた請求項の放電灯点灯装置。The power supply means includes the first AC power supply having a booster circuit made of a switched capacitor and a polarity inversion circuit for inverting the polarity of the output of the booster circuit, a booster circuit made of a switched capacitor, and the booster circuit The discharge lamp lighting device according to claim 1 , further comprising: the second AC power source having a polarity inverting circuit for inverting the polarity of the output of the first AC power source. 前記電源手段は、前記交流電圧成分に略矩形波状の交流電圧を重畳して、放電灯を安定点灯させ得るように出力すべく構成された請求項の放電灯点灯装置。2. The discharge lamp lighting device according to claim 1 , wherein the power supply means is configured to superimpose a substantially rectangular wave-shaped AC voltage on the AC voltage component to output the discharge lamp in a stable manner. 3. 前記電源手段は、放電灯の特性電圧よりも高い電圧値と低い電圧値との、一方を放電灯の始動に、他方を放電灯のフィラメントの予熱に用いるように構成された請求項18の放電灯点灯装置。19. The discharge according to claim 18 , wherein the power supply means is configured to use one of a voltage value higher and a voltage value lower than a characteristic voltage of the discharge lamp for starting the discharge lamp and the other for preheating the filament of the discharge lamp. Electric light lighting device.
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