JP3742455B2 - 大電力高圧放電灯用電子点灯装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、構成を簡略化した小型・軽量の大電力高圧放電灯用電子点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大電力高圧放電灯用電子点灯装置としては、図３に示すような構成のものが知られている。これを簡単に説明すると、１は３相商用交流電源で、この交流電力を整流部２で全波整流し直流とする。次いで、この直流をＤＣ／ＤＣコンバータ部３により高圧放電灯の点灯に必要な電圧の直流に変換し、更に極性切り替え部４により再度交流に変換し、高圧放電灯５に供給するようになっている。そして、制御部６には、ＤＣ／ＤＣコンバータ部３の出力側に接続された電圧及び電流検出抵抗Ｒ_V ，Ｒ_I により検出された負荷側の電圧、電流信号が入力され、該制御部６からの制御信号でＤＣ／ＤＣコンバータ部３を制御し、高圧放電灯５を安定点灯するようになっている。また、制御部６からは極性切り替え部４へも切り替え制御信号を送出するようになっている。
【０００３】
そして、上記ＤＣ／ＤＣコンバータ部３としては、従来は図４に示すようなホワード形コンバータが用いられている。すなわち、このＤＣ／ＤＣコンバータ部は、ブリッジ接続されたスイッチ素子Ｔr1，Ｔr2，Ｔr3，Ｔr4からなるスイッチング部11と、このスイッチング部11に接続された昇圧トランス12と、該昇圧トランス12で昇圧された交流電力を整流する整流部13と、該整流部13の出力を平滑化するためのリアクトル14とコンデンサ15とで構成されている。
【０００４】
このように構成されたホワード形コンバータからなるＤＣ／ＤＣコンバータ部においては、スイッチ素子Ｔr1とＴr3，Ｔr2とＴr4が交互にオンさせられ、直流を高周波交流に変換し、この高周波交流は昇圧トランス12により高圧高周波電力に変換され、この高圧高周波電力は整流部13で整流され、リアクトル14とコンデンサ15により構成されるフィルタ回路を通して出力される。
【０００５】
この際、制御部６からの信号によってスイッチ素子Ｔr1，Ｔr3とＴr2，Ｔr4のオン時間を制御して、高圧放電灯に供給する電圧を変化させ、放電灯注入電力を制御するようになっている。この時、ＤＣ／ＤＣコンバータ部の出力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ部の入力電圧をＶ_in，出力電圧Ｖ_o とすると、次式（１）で表される。
Ｖ_o ≒Ｖ_in×ｎ×Ｄ ・・・・・・・・・・・・・（１）
但し、ｎは昇圧トランスの巻数比、ＤはＴ_on／（Ｔ_on＋Ｔ_off ）であり、Ｔ_onはスイッチ素子のオン時間、Ｔ_off はスイッチ素子のオフ時間である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の大電力高圧放電灯用電子点灯装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータ部として用いられるホワード形コンバータは、上記（１）式からも分かるように、出力電流とは無関係に出力電圧が決定される。例えば、入力電圧Ｖ_inと昇圧トランスの巻数比ｎが一定ならば、出力電圧Ｖ_o はＤ（デューティ）により一義的に決定される。このことからも分かるように、ホワード形コンバータは定電圧特性を有している。ところが、放電灯も定電圧負荷であるため、電子点灯装置の出力電圧が微小変化しても、ランプ電流は大幅に変化してしまう。
【０００７】
また、ランプ始動時にはランプ電圧が大きく変動するが、このような場合でもランプ電流を安定して流す必要がある。例えば、電流が過大になると、電子点灯装置が過電流となり、一方電流を減らし過ぎるとランプを消弧させてしまい、ランプ点灯に失敗する。このため、従来のホワード形ＤＣ／ＤＣコンバータを用いた放電灯電子点灯装置においては、過電流保護など制御が非常に難しく、制御部にマイクロコンピュータを使用して複雑な制御を行っていた。
【０００８】
本発明は、従来のホワード形ＤＣ／ＤＣコンバータを用いた大電力高圧放電灯用電子点灯装置における上記問題点を解消するためになされたもので、構成を簡略化し容易に製作できるようにした小型・軽量の大電力高圧放電灯用電子点灯装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、本発明は、交流入力を整流するための整流部と、該整流部で整流された直流出力を高圧直流に変換するためのスイッチング部を有するＤＣ／ＤＣコンバータ部と、放電灯の放電電流の方向を切り替えて放電灯を交流点灯させるための極性切り替え部とを有する大電力高圧放電灯用電子点灯装置において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ部は、逆並列ダイオードを備えた自己消弧形スイッチ素子をブリッジ接続してなるスイッチング部と、該スイッチング部の出力端子間に共振用リアクトルを介して接続した昇圧トランスと、該昇圧トランスの２次側に接続した共振用コンデンサ及び整流部とからなり、前記共振用リアクトルと共振用コンデンサの値は、定格電力注入時の放電電圧のばらつきの上限と下限の範囲内において、放電灯の定電力特性曲線とＤＣ／ＤＣコンバータ部の出力特性曲線が概ね重なるように選定されていることを特徴とするものである。
【００１０】
このようにＤＣ／ＤＣコンバータ部として上記構成の共振形コンバータを用い、図３に示したと同様な構成の高圧放電灯用電子点灯装置を構成することにより、放電灯の放電電圧の変化に対しても、放電灯の定電力特性曲線に沿ってＤＣ／ＤＣコンバータ部の出力が変化し、概ね放電灯電力が一定になるように出力電流が変化するので、放電灯の安定した運転が可能となる。また電源電圧の変動や、放電灯の注入電力の調整に対応する制御は、従来のホワード形ＤＣ／ＤＣコンバータの制御と同様に、スイッチ素子のオン時間の制御により行えるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ部の駆動制御回路は従来とほぼ同様で済む。
【００１１】
また、放電灯始動時に放電電圧が定格の１割以下まで低下した場合でも、コンバータ部自体は共振用リアクトルにより出力電流が制限される。共振形コンバータの出力電流Ｉ_o は、次式（２）で表される。
Ｉ_o ≒Ｋ×Ｖ_in×Ｔ_on／Ｌ ・・・・・・・・・・（２）
但し、Ｋは跳ね上げ比、Ｌは共振用リアクトルのリアクタンスである。この式からも分かるように、出力電流は共振用リアクトルにより制限される。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ部は過電流保護やマイクロコンピュータによる複雑な制御を行う必要がなくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に実施の形態について説明する。図１は、本発明に係る大電力高圧放電灯用電子点灯装置の実施の形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ部の構成を示す回路構成図である。なお、本実施の形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ部以外の構成は、図３に示したものと同様であるので、図１においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ部の構成のみを示し、説明することとする。図１において、21−１，21−２，21−３，21−４はダイオードを逆並列に接続した自己消弧形スイッチ素子で、ブリッジ接続されてスイッチング部21を構成している。スイッチング部21の出力端子間には、共振用リアクトル22を介して昇圧トランス23が接続されており、該昇圧トランス23の２次側には共振用コンデンサ24を接続し、昇圧トランス23を介して共振用リアクトル22と共振用コンデンサ24の直列回路を構成している。そして、共振用コンデンサ24の両端より整流部25を介して、直流出力Ｖ_o を取り出す構成となっている。
【００１３】
そして、前記共振用リアクトル22と共振用コンデンサ24の値は、次のように選択されている。すなわち、図２は放電灯の定電力特性曲線を示す図であり、Ｅ₀ は放電灯定格放電電圧で、Ｅ₁ ，Ｅ₂ はそれぞれ放電灯の放電電圧のばらつきの下限と上限の電圧値である。Ｉ₀ は放電灯定格放電電流で、Ｉ₁ ，Ｉ₂ は上記放電電圧Ｅ₁ ，Ｅ₂ に対応した放電灯の定格電力時の放電電流値であり、放電灯の定電力特性曲線Ｐ上のＰ₁ ，Ｐ₂ は、この放電電流値Ｉ₁ ，Ｉ₂ のときの運転点を示している。Ｑは共振形コンバータ部の出力特性曲線で、この出力特性曲線Ｑが放電灯の定電力特性曲線Ｐの運転点Ｐ₁ ，Ｐ₂ の２点を通るように、前記共振用リアクトル22と共振用コンデンサ24の値を選定する。
【００１４】
このような構成の共振形コンバータを用いてＤＣ／ＤＣコンバータ部を構成し、図３に示したと同様な構成の高圧放電灯用電子点灯装置を構成すると、放電灯の放電電圧の変化に対しても、放電灯の定電力特性曲線に沿ってＤＣ／ＤＣコンバータ部の出力が変化し、概ね放電灯電力が一定になるように出力電流が変化するので、放電灯の安定した運転が可能となる。また、電源電圧の変動や、放電灯の注入電力の調整に対応する制御は、従来のホワード形ＤＣ／ＤＣコンバータの制御と同様に、スイッチ素子のオン時間の制御により行えるのでＤＣ／ＤＣコンバータ部の駆動制御回路は従来とほぼ同様な構成で済む。また、放電灯始動時に放電電圧が定格の１割以下まで低下した場合でも、コンバータ部自体は共振用リアクトルにより出力電流が制限される。すなわち共振形コンバータの出力電流は、前記（２）式で表され、共振用リアクトルにより制限される。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ部は過電流保護やマイクロコンピュータによる複雑な制御を行う必要がなくなる。
【００１５】
【発明の効果】
以上実施の形態に基づいて説明したように、本発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ部として共振形コンバータを用い、該共振形コンバータを構成している共振用リアクトルとコンデンサの値を、定格電力注入時の放電電圧のばらつきの上限と下限の範囲内において、放電灯の定電力特性曲線とＤＣ／ＤＣコンバータ部の出力特性曲線が概ね重なるように選定しているので、放電灯の放電電圧の変化に対しても、放電灯の定電力特性曲線に沿ってＤＣ／ＤＣコンバータ部の出力が変化し、概ね放電灯電力が一定になるように出力電流が変化し、放電灯の安定した運転が可能となる。また、共振形コンバータ自体が垂下特性をもつので、過電流保護のためのマイクロコンピュータなどによる複雑な制御がなくなり、制御部を簡略化できる。また共振作用により昇圧トランスの１次電圧をコンバータ入力電圧より高くできるので、昇圧トランスの入力電流が減少し効率を向上させることができ、また昇圧トランスの巻数を下げることができ昇圧トランスの小型化を図ることができる。また共振形コンバータの共振電流波形は連続であるので、整流部にフィルタ回路としてのリアクトルが不要となり、更にリアクトルの誘導電流によるサージを吸収するスナバーが不要となり、整流部のダイオードの耐圧が低くて済み回路全体を簡単化できる。また、従来のホワード形コンバータでは不都合とされている昇圧トランスの２次巻線の分布容量を、共振用コンデンサの一部として有効に利用することができる。また共振形コンバータは無負荷電圧が高いので、ランプ始動時に高い電圧を印加することが可能となり、放電灯の始動点灯が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る大電力高圧放電灯用電子点灯装置の実施の形態のＤＣ／ＤＣコンバータ部を示す回路構成図である。
【図２】放電灯定電力特性曲線と共振形ＤＣ／ＤＣコンバータ部の出力特性曲線を示す図である。
【図３】従来の大電力高圧放電灯用電子点灯装置の構成例を示すブロック構成図である。
【図４】図２に示した従来例におけるＤＣ／ＤＣコンバータ部の構成を示す回路構成図である。
【符号の説明】
１ ３相商用交流電源
２ 整流部
３ ＤＣ／ＤＣコンバータ部
４ 極性切り替え部
５ 高圧放電灯
６ 制御部
21−１，・・21−４ 自己消弧形スイッチ素子
21 スイッチング部
22 共振用リアクトル
23 昇圧トランス
24 共振用コンデンサ
25 整流部

Claims (1)

1. 交流入力を整流するための整流部と、該整流部で整流された直流出力を高圧直流に変換するためのスイッチング部を有するＤＣ／ＤＣコンバータ部と、放電灯の放電電流の方向を切り替えて放電灯を交流点灯させるための極性切り替え部とを有する大電力高圧放電灯用電子点灯装置において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ部は、逆並列ダイオードを備えた自己消弧形スイッチ素子をブリッジ接続してなるスイッチング部と、該スイッチング部の出力端子間に共振用リアクトルを介して接続した昇圧トランスと、該昇圧トランスの２次側に接続した共振用コンデンサ及び整流部とからなり、前記共振用リアクトルと共振用コンデンサの値は、定格電力注入時の放電電圧のばらつきの上限と下限の範囲内において、放電灯の定電力特性曲線とＤＣ／ＤＣコンバータ部の出力特性曲線が概ね重なるように選定されていることを特徴とする大電力高圧放電灯用電子点灯装置。

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