JP3758291B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ等の始動時に高圧パルスを印加する必要のある高圧放電灯を点灯するための放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の高圧放電灯を点灯させる放電灯点灯装置には、図１３に示すものがある。図１３において、１は直流電源、７は放電灯であり、２は直流電源１の電源電圧を放電灯７が必要とする電力に変換する降圧チョッパ回路である。Ｒ１，Ｒ２は放電灯７に印加されるランプ電圧を検出するランプ電圧検出用抵抗、Ｒ３は放電灯７に流れるランプ電流を検出するランプ電流検出用抵抗である。３は直流電源２のスイッチング素子Ｑ５を制御するフィードバック制御回路であり、抵抗Ｒ３を介して検出されたランプ電流、及び抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して検出されたランプ電圧を基に放電灯７が必要とする電力を演算して、その必要電力を出力すべく降圧チョッパ回路２をフィードバック制御するようになっている。４は極性切り替え回路であり、放電灯７の音響的共鳴現象を防いで放電アークを安定させ、かつ発光部分での色分離を生じるカタホレシス現象を防ぐために、放電灯７に低周波の矩形波で交流電力を供給するようになっている。そして、この極性切り替え回路４は４個のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４と、これらの各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４に逆方向に並列接続された４個の寄生ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４とからフルブリッジ型に構成され、その対向する一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４又はＱ２、Ｑ３が交互にオン・オフして、放電灯７に印加される電圧極性を反転動作させるように、低周波駆動回路５１により駆動される。各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の駆動信号を図１４に示す。なお、図１３において、６は始動時に放電灯７に高圧パルスを重畳させて始動させるためのイグナイタであり、パルス発生器としてのトリガ回路ＰＧと、パルスを昇圧するためのパルストランスＰＴから構成されており、高圧パルス印加のための閉回路を構成するコンデンサＣ２を介して放電灯７に高圧パルスを重畳させるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような高圧放電灯の点灯装置において、特にランプの消灯時に、高圧パルス印加のための閉回路を構成するコンデンサに流れる充放電電流により、極性切り替え時に各スイッチング素子に流れる過大電流を抑制し、スイッチング素子のストレスを防いで、放電灯点灯装置の安定した動作を実現することを目的とするものである。また、点灯装置との適合ランプ違いを検知し、点灯装置とのランプ電力違いによるランプ寿命の悪化や破損などの誤使用による危険性を防止して、安全性を向上せしめた放電灯点灯装置を実現することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、図１に示すように、第１の直流電源１と、第１の直流電源１から放電灯７の必要とする電力を供給する第２の直流電源２と、第２の直流電源２を制御する第１の制御回路３と、第２の直流電源２の出力を矩形波交流電力に変換して放電灯７に供給する極性切り替え回路４と、極性切り替え回路４を制御する第２の制御回路５と、極性切り替え回路４の出力と放電灯７の間に直列的に接続されて始動時に放電灯７に高圧パルスを重畳させるイグナイタ６と、放電灯７とイグナイタ６の直列回路に並列的に接続されて閉回路を構成するコンデンサＣ２とから構成される放電灯点灯装置であって、前記極性切り替え回路４は、図２に示すように、第２の直流電源２の正極側に接続された第１のスイッチング素子Ｑ１と負極側に接続された第２のスイッチング素子Ｑ２との直列回路と、第２の直流電源２の正極側に接続された第３のスイッチング素子Ｑ３と負極側に接続された第４のスイッチング素子Ｑ４との直列回路とで構成される４石フルブリッジ回路であって、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は逆方向ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を並列接続されており、第１及び第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点と第３及び第４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点の間に前記放電灯７とイグナイタ６の直列回路が接続され、前記極性切り替え回路４を制御する第２の制御回路５は、第１及び第４のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオンで第２及び第３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオフである状態と第１及び第４のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオフで第２及び第３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオンである状態とが低周波で交番することにより極性を切り替えるように各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を制御し、図３に示すように、極性が切り替わるときにオンする一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４（Ｑ２，Ｑ３）のうち一方のスイッチング素子Ｑ４（Ｑ２）が高周波でオン・オフを開始してから前記コンデンサＣ２の蓄積電荷が放電される時間を経た後、他方のスイッチング素子Ｑ１（Ｑ３）が高周波でオン・オフを開始するとともに前記一方のスイッチング素子Ｑ４（Ｑ２）は低周波でオンするように制御し、前記コンデンサＣ２が逆極性に充電される時間を経た後、前記他方のスイッチング素子Ｑ１（Ｑ３）が低周波でオンするように制御することを特徴とするものである。
【０００５】
請求項２の発明は、図１に示すように、第１の直流電源１と、第１の直流電源１から放電灯７の必要とする電力を供給する第２の直流電源２と、第２の直流電源２を制御する第１の制御回路３と、第２の直流電源２の出力を矩形波交流電力に変換して放電灯７に供給する極性切り替え回路４と、極性切り替え回路４を制御する第２の制御回路２と、極性切り替え回路４の出力と放電灯７の間に直列的に接続されて始動時に放電灯７に高圧パルスを重畳させるイグナイタ６と、放電灯７とイグナイタ６の直列回路に並列的に接続されて閉回路を構成するコンデンサＣ２とから構成される放電灯点灯装置であって、前記極性切り替え回路４は、図２に示すように、第２の直流電源２の正極側に接続された第１のスイッチング素子Ｑ１と負極側に接続された第２のスイッチング素子Ｑ２との直列回路と、第２の直流電源２の正極側に接続された第３のスイッチング素子Ｑ３と負極側に接続された第４のスイッチング素子Ｑ４との直列回路とで構成される４石フルブリッジ回路であって、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は逆方向ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を並列接続されており、第１及び第２のスイッチング素子の接続点Ｑ１，Ｑ２と第３及び第４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点の間に前記放電灯７とイグナイタ６の直列回路が接続され、前記極性切り替え回路４を制御する第２の制御回路５は、第１及び第４のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオンで第２及び第３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオフである状態と第１及び第４のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオフで第２及び第３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオンである状態とが低周波で交番することにより極性を切り替えるように各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を制御し、図４に示すように、極性が切り替わるときにオンする一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４（Ｑ２，Ｑ３）のうち一方のスイッチング素子Ｑ４（Ｑ２）が高周波でオン・オフを開始してから前記コンデンサＣ２の蓄積電荷が放電される時間を経た後、他方のスイッチング素子Ｑ１（Ｑ３）が低周波でオンするとともに前記一方のスイッチング素子Ｑ４（Ｑ２）は高周波でオン・オフを継続するように制御し、前記コンデンサＣ２が逆極性に充電される時間を経た後、前記一方のスイッチング素子Ｑ４（Ｑ２）が低周波でオンするように制御することを特徴とするものである。
【０００６】
請求項３の発明は、図２に示したように、請求項１又は２の発明において、第２の直流電源２を降圧チョッパ回路で構成したものである。降圧チョッパ回路は、高周波でスイッチングされるスイッチング素子Ｑ５と、インダクタＬ１及び回生電流を流すためのダイオードＤ５から構成される。
【０００７】
請求項４の発明は、図５に示すように、請求項１の発明において、極性切り替え回路４の対となって動作する一対のスイッチング素子がともにオン状態でコンデンサＣ２に過大な電流が流れる期間のみ、第２の直流電源２の動作を停止させる直流電源停止回路８を備えたものである。このように、コンデンサＣ２に過大な電流の流れる期間で、第１の直流電源１からコンデンサＣ２に急峻な電流が流れようとする、その期間に、第２の直流電源２のスイッチング素子Ｑ５を図６に示すようにオフさせるので、極性切り替え回路４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４および直流電源２のスイッチング素子Ｑ５のストレスが大幅に軽減される。
【０００８】
請求項５の発明は、例えば図７のような放電灯点灯装置において、フィードバック制御回路３にランプ検出回路３１を付加し、図８に示す高抵抗Ｒａ，Ｒｂなどを付加して電流の流れる経路を確保し、図９に示すように、ランプの点灯・消灯を検出する手段、あるいは定格ランプ電力を検出する手段の一部（例えば、抵抗Ｒｃ）を内蔵した放電灯７を備えたものである。このように、放電灯７の内部に点灯検出あるいはランプ電力の検出手段を設けることにより、点灯装置との適合電力違いによるランプ寿命の悪化やランプ破損を防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の構成をブロック図で示す。この点灯装置は、第１の直流電源１と、この第１の直流電源１から放電灯７が必要とする電圧および電流を発生させる第２の直流電源２と、第２の直流電源２をフィードバック制御する制御回路３と、第２の直流電源２の出力を矩形波交流電力に変換して放電灯７に供給する極性切り替え回路４と、極性切り替え回路４の制御回路５と、始動時に放電灯７に高圧パルスを重畳させるイグナイタ６と、放電灯７とイグナイタ６の直列回路に並列に接続されたコンデンサＣ２と、放電灯７から構成されている。
【００１０】
図１の点灯装置の詳細な構成を図２に示す。直流電源２は、スイッチング素子Ｑ５とインダクタＬ１及びダイオードＤ５で構成される降圧チョッパ回路であり、スイッチング素子Ｑ５が高周波でオン・オフされることにより、そのオン期間制御又はスイッチング周波数の制御により必要な電圧をコンデンサＣ１に発生させるものである。降圧チョッパ回路の出力電圧はランプ電圧検出用抵抗Ｒ１，Ｒ２により検出され、降圧チョッパ回路の出力電流はランプ電流検出用抵抗Ｒ３により検出されて、フィードバック制御回路３によりスイッチング素子Ｑ５のオン期間又はスイッチング周波数を制御するものである。極性切り替え回路４は４個のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４と、これらの各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４に逆方向に並列接続された４個の寄生ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４とからフルブリッジ型に構成され、その対向する一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４又はＱ２、Ｑ３が交互にオン・オフして、放電灯７に印加される電圧極性を反転動作させるように、低周波駆動回路５１により駆動される。また、コンデンサＣ２に過大電流が流れることを防止するために、ランプ消灯時の極性切り替え時には、高周波駆動回路５２により極性切り替え回路４を通常の低周波動作とともに高周波でチョッパ動作させる。
【００１１】
図２において、放電灯７の消灯時には、第２の直流電源２が放電灯７に必要な電圧まで昇圧して規定電圧（例えば約３００Ｖ程度）を発生させる。そして、極性切り替え回路４、イグナイタ６を介して放電灯７に印加する。極性切り替え回路４は各々対となるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４又はスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３がオンとなり、放電灯７に始動電圧を印加する。このとき、放電灯７のインピーダンスＺｌａは∞である。極性切り替え回路４のスイッチングのタイミングは、本例では図３で示すようになっている。例えば、図３で示すように、極性切り替え回路４の各々対となっているスイッチング素子Ｑ２（又はＱ４）がオンしてからスイッチング素子Ｑ３（又はＱ１）がオンする。スイッチング素子Ｑ２（又はＱ４）がオンしたとき、イグナイタ６とともに閉回路を構成するコンデンサＣ２に蓄えられていた電荷は、そのオンしたスイッチング素子Ｑ２（又はＱ４）ともう一つの低電位側のスイッチング素子Ｑ４（又はＱ２）の寄生ダイオードＤ４（又はＤ２）を経て急速に放電する。さらに、前記のようにコンデンサＣ２の電荷がすべて放電したあと、スイッチング素子Ｑ１（又はＱ３）がオンする。このとき、対になったスイッチング素子を経て、第２の直流電源２の出力段のコンデンサＣ１からコンデンサＣ２に急速に充電電流が流れる。この充電電流を緩和するために、本発明では、高周波駆動回路５２により極性切り替え回路４を通常の低周波動作とともに高周波でチョッパ動作させるものである。
【００１２】
また、このコンデンサＣ２の充電期間中に、第２の直流電源２のスイッチング素子Ｑ５がオンしていれば、第１の直流電源１からコンデンサＣ２に急速に充電電流が流れ込む。そのため、極性切り替え回路４の極性切り替え時にコンデンサＣ２の充放電によりスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４及びＱ５のストレスが増大するが、このストレスを防止するために、請求項４の発明では、この期間に第２の直流電源２のスイッチング素子Ｑ５をオフさせている。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を基づいて詳述する。図２は本発明の第１実施例を示し、極性切り替え回路４にコンデンサＣ２から過大電流が流れる期間のみ、通常の低周波動作とともに高周波でチョッパ動作をさせる制御回路５を備え、これによってコンデンサＣ２に流れる電流を制限するようにしたものである。特に、コンデンサＣ２に過大電流が流れる期間は、ランプ電圧（＝第２の直流電源２の出力電圧）が高電圧になるランプ消灯時である。極性切り替え回路４のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の動作タイミングは図３に示すようになる。この図３から分かるように、極性切り替え回路４のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４において、低電位側のスイッチング素子Ｑ２又はＱ４の信号を受けて高電位側のスイッチング素子Ｑ１およびＱ３がオンするので、必ず低電位側のスイッチング素子Ｑ２又はＱ４だけがオンする期間が存在する。この時、コンデンサＣ２に充電された電荷がコンデンサＣ２→スイッチング素子Ｑ２（Ｑ４）→ダイオードＤ４（Ｄ２）を経て放電する。この放電電流を軽減するために、低電位側のスイッチング素子がオンし、コンデンサＣ２に蓄えられていた電荷が急速に放電するまでの期間、低電位側のスイッチング素子を制御回路５の高周波駆動回路５２により高周波でチョッパ動作させる。また、前記低電位側のスイッチング素子がオンした後、高電位側のスイッチング素子Ｑ１又はＱ３がオンすると、前述のように、電荷が無くなったコンデンサＣ２に第２の直流電源２の出力段のコンデンサＣ１→スイッチング素子Ｑ１（Ｑ３）→コンデンサＣ２→スイッチング素子Ｑ４（Ｑ２）を経て急速に充電電流が流れる。この時、高電位側のスイッチング素子を或る時間だけ低周波動作とともに高周波でチョッパ動作させる。そのときの極性切り替え回路４の各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のドライブ信号は、図３のように低周波動作とともにコンデンサＣ２が急速に充放電する期間だけ高周波でスイッチングするようになる。その結果、コンデンサＣ２の放電期間に流れる過大電流を軽減することができ、スイッチング素子のストレスを軽減することができる。
【００１４】
図４は本発明の第２の実施例を示す。上述のように、低電位側スイッチング素子Ｑ２（又はＱ４）がオンし、コンデンサＣ２の電荷が完全に放出し終わった後、高電位側のスイッチング素子Ｑ３（又はＱ１）がオンする。この時、コンデンサＣ２に第２の直流電源２の出力段のコンデンサＣ１から充電電流が流れる。この充電電流が過大であるため、上記説明では高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３を低周波とともに高周波でチョッパ動作させたが、本実施例では、高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３は通常の低周波動作をさせたままで、低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４をコンデンサＣ２に充電電流が流れる期間も高周波でチョッパ動作させる。そのときの極性切り替え回路４の各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のドライブ信号は、図４のように低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のみ低周波動作とともに高周波でチョッパ動作するようになる。
【００１５】
次に、図５は本発明の第３の実施例を示す。上述のように低電位側のスイッチング素子Ｑ４又はＱ２がオンした後、高電位側のスイッチング素子Ｑ１又はＱ３がオンすると、電荷が無くなったコンデンサＣ２に第２の直流電源２の出力段のコンデンサＣ１→スイッチング素子Ｑ１（Ｑ３）→コンデンサＣ２→スイッチング素子Ｑ４（Ｑ２）を経て急速に充電電流が流れる。この期間に第２の直流電源２のスイッチング素子Ｑ５がオン状態にあったとき、直流電源１よりスイッチング素子Ｑ５を経てコンデンサＣ２に急峻な充電電流が流れる。そこで、図６に示すようにコンデンサＣ２に急速に充放電電流が流れる期間だけ第２の直流電源２のスイッチング素子Ｑ５を直流電源停止回路８により停止させることで、この期間コンデンサＣ２は直流電源２により充電されるので、直流電源１からの急峻な放電電流が軽減される。その結果、第２の直流電源２のスイッチング素子Ｑ５及び極性切り替え回路４の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のストレスを軽減することができる。なお、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のドライブ信号については、第２の実施例で述べた図４のドライブ信号でも良い。
【００１６】
ところで、放電灯７に関しては、現在多品種があり、同一ランプ類でランプ電力違いにも関わらず、口金や形状などが同一のものがある。そのため、一見して定格ランプ電力が区別しにくい。そのようなことから、安定器と適合したランプが使用されなかった場合、ランプ寿命の悪化等の不都合がある。この点を改善した実施例を以下に示す。
【００１７】
図７は本発明の第４の実施例を示す。本実施例では、ランプ検出回路３１を付加したものであり、例えば図８に示すように極性切り替え回路４の１つの対になったスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４の両端に十分に抵抗値の高い抵抗Ｒａ、Ｒｂを接続し、放電灯７の内部に図９に示すように点灯及びランプ電力検出手段である抵抗Ｒｃを付加したものを用いている。このように構成すれば、ランプ消灯時には、高抵抗Ｒａ→放電灯７内の抵抗Ｒｃ→高抵抗Ｒｂを経て電流が流れる。この電流を検出抵抗Ｒ３で電圧値に変換して放電灯７のランプ状態（点灯状態であるか消灯状態であるか）をランプ検出回路３１により検出し、直流電源２を制御する。また、定格ランプ電力の大きさに応じて放電灯内の抵抗値を異なる値に設定しておけば、検出抵抗Ｒ３に流れる電流値により定格ランプ電力を検出できる。よって、負荷として使用したランプが放電灯点灯装置と適合したランプであれば、放電灯点灯装置は正常動作を行い、適合したランプでないのならば、放電灯点灯装置は、例えば直流電源２のスイッチング動作を停止させ、負荷への電力供給を停止する。これにより、ランプの誤使用によるランプ寿命の悪化やランプ破損を防止することができる。
【００１８】
以上の実施例においては、放電灯点灯装置の一部についてのみ言及し、全体の詳細回路図については触れなかったが、例えばこれを実際の放電灯点灯装置に当てはめると、以下のようになる。
【００１９】
図１０〜図１２に本発明を製品として具体化した点灯装置を一例として示す。図１０は電源入力部、図１１は力率改善部、図１２は点灯回路部であり、各図は点Ｊ１〜Ｊ８において接続されている。
【００２０】
図１０に示す電源入力部では、端子ＴＭ１，ＴＭ２に接続された交流電源１ａから、ヒューズＦＳ、サーマルプロテクタＴＰ、低抵抗Ｒ４、並びフィルタ回路を介して整流回路ＤＢの交流入力端子に接続されており、整流回路ＤＢの直流出力端子には、コンデンサＣ９が接続されている。このコンデンサＣ９は小容量のものであり、実際の平滑動作は後段の力率改善部の昇圧チョッパ回路により行われる。フィルタ回路は、サージ電圧吸収用のＺＮＲ（酸化亜鉛非線形抵抗）、コイルＬ５、Ｌ６、及びコンデンサＣ５、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ８１、Ｃ８２を含み、コンデンサＣ８１，Ｃ８２の直列回路の中点はコンデンサＣ８３を介して端子ＴＭ５に接続され、端子ＴＭ５は大地（アース）に接続されている。
【００２１】
図１１に示す力率改善部は、インダクタＬ７とスイッチング素子Ｑ７及びダイオードＤ７を含む昇圧チョッパ回路よりなり、点Ｊ１から整流回路ＤＢの全波整流出力を受けて、点Ｊ２に接続された電解コンデンサＣ０（図１２）に昇圧された平滑な直流電圧を得るものである。昇圧チョッパ回路のスイッチング素子Ｑ７は昇圧チョッパ制御回路９のドライブ出力から抵抗Ｒ７１，Ｒ７２を介して駆動され、その電流は抵抗Ｒ７３により検出される。また、インダクタＬ７に流れる電流は、２次巻線に接続された抵抗Ｒ７４を介して検出される。さらに、点Ｊ２に生じる出力電圧は抵抗Ｒ８，Ｒ９を介して検出され、点Ｊ１の入力電圧は抵抗Ｒ９１，Ｒ９２を介して検出される。昇圧チョッパ制御回路９の動作電源Ｖｃｃ１は、電源投入時には抵抗Ｒ９３，Ｒ９４を介して点Ｊ１から供給されるが、スイッチング素子Ｑ７のスイッチング動作が開始すると、インダクタＬ７の２次巻線出力をダイオードＤ７１，Ｄ７２で整流し、抵抗Ｒ７を介してコンデンサＣ７１に得られた直流電圧がダイオードＤ７３を介して供給される。このコンデンサＣ７１に得られる直流電圧は、三端子型の電圧レギュレータＩＣ１により定電圧化されて、点灯回路部制御回路５３の動作電源Ｖｃｃとなる。点灯回路部制御回路５３は、図１２に示す点灯回路部より点Ｊ３〜Ｊ５を介してゼロ電流検出、過電流検出、ランプ電圧検出を行うと共に、点Ｊ６〜Ｊ８を介して矩形波ドライブ及び降圧チョッパドライブ信号を出力している。
【００２２】
図１２に示す点灯回路部は、降圧チョッパ回路部２を備え、電解コンデンサＣ０に得られた点Ｊ２の直流電圧をスイッチング素子Ｑ５とダイオードＤ５及びインダクタＬ１の作用により、任意の直流電圧に降圧して、コンデンサＣ１にランプ電圧を得ている。コンデンサＣ１に得られたランプ電圧は、抵抗Ｒ１ａ，Ｒ１及び点Ｊ５を介して検出されている。また、インダクタＬ１に流れる電流は、抵抗Ｒ５、点Ｊ３を介して検出されており、降圧チョッパ回路部２に流れる電流は、抵抗Ｒ３の一端から点Ｊ４を介して検出されている。降圧チョッパ回路部２のスイッチング素子Ｑ５は、点Ｊ８に供給されるドライブ信号により、トランスＴ５と抵抗Ｒ５１，Ｒ５２を介して駆動されている。
【００２３】
次に、極性反転回路部は、４個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４で構成されたフルブリッジ回路であり、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は汎用のドライバ回路ＩＣ２，ＩＣ３により、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２；Ｒ２１，Ｒ２２；Ｒ３１，Ｒ３２；Ｒ４１，Ｒ４２を介して駆動される。矩形波ドライブのための信号は、点Ｊ６，Ｊ７を介して供給されている。また、各ドライバ回路ＩＣ２，ＩＣ３の動作電源としては、上述の定電圧Ｖｃｃが供給されている。さらに、高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３を駆動するためのコンデンサＣ１１，Ｃ１２；Ｃ３１，Ｃ３２は、抵抗Ｒ１３とダイオードＤ１１，Ｄ３１を介して定電圧Ｖｃｃから充電される。フルブリッジ回路の出力には、イグナイタ回路６のパルストランスＰＴを介してランプ７が接続されている。ＴＭ３，ＴＭ４はランプ７を接続するための端子である。ランプ７は、例えば、ＡＮＳＩ規格のＭ９８（７０Ｗ）又はＭ１３０（３５Ｗ）であり、その発光管はセラミック発光管である。なお、イグナイタ回路６のパルス発生はランプ７が放電を開始した後は停止する。
【００２４】
しかして、本発明によれば、ドライバ回路ＩＣ２，ＩＣ３の２番ピンに点Ｊ６，Ｊ７を介して供給される矩形波ドライブ信号の立ち上がり部分において、高周波チョッパ動作を行う期間を設けて、過大な充放電電流を緩和している。また、この期間では、スイッチング素子Ｑ５のスイッチング動作を停止させて、過電流を防止している。なお、図１２ではコンデンサＣ２を図示していないが、パルストランスＰＴの２次巻線は巻数も多く、浮遊容量が存在するので、これがコンデンサＣ２の機能を果たす。もちろん、図２に示すように、個別部品としてコンデンサＣ２を接続しても良いことは言うまでも無い。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、放電灯に矩形波交流電力に供給する４石フルブリッジ回路よりなる極性切り替え回路と、極性切り替え回路の出力と放電灯の間に直列的に接続されて始動時に放電灯に高圧パルスを重畳させるイグナイタと、放電灯とイグナイタの直列回路に並列的に接続されて閉回路を構成するコンデンサとを備える放電灯点灯装置において、極性切り替え回路の極性が切り替わるときにオンする一対のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子が高周波でオン・オフを開始してから前記コンデンサの蓄積電荷が放電される時間を経た後、他方のスイッチング素子が高周波でオン・オフを開始するとともに前記一方のスイッチング素子は低周波でオンするように制御し、前記コンデンサが逆極性に充電される時間を経た後、前記他方のスイッチング素子が低周波でオンするように制御するようにしたから、また、請求項２の発明によれば、極性切り替え回路の極性が切り替わるときにオンする一対のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子が高周波でオン・オフを開始してから前記コンデンサの蓄積電荷が放電される時間を経た後、他方のスイッチング素子が低周波でオンするとともに前記一方のスイッチング素子は高周波でオン・オフを継続するように制御し、前記コンデンサが逆極性に充電される時間を経た後、前記一方のスイッチング素子が低周波でオンするように制御するようにしたから、各スイッチング素子に流れる過大電流を制限でき、各スイッチング素子のストレスを大幅に軽減することができるという効果がある。
【００２６】
また、請求項４の発明によれば、極性切り替え回路の対となる一対のスイッチング素子がオン状態にあるとき、第２の直流電源のスイッチング素子を停止させる制御回路を設けたので、コンデンサへの突入電力を抑制でき、その結果、第２の直流電源及び極性切り替え回路の各スイッチング素子のストレスを簡単な構成で軽減させることができるという効果がある。
【００２７】
また、請求項５の発明によれば、放電灯の内部に少なくとも定格ランプ電力検出のための回路を設けたことにより点灯装置に適合するランプを検出でき、ランプの誤使用によるランプ寿命の悪化やランプ破損を防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放電灯点灯装置の基本構成を示すブロック回路図である。
【図２】本発明の第１実施例の回路図である。
【図３】本発明の第１実施例の動作波形図である。
【図４】本発明の第２実施例の動作波形図である。
【図５】本発明の第３実施例の回路図である。
【図６】本発明の第３実施例の動作波形図である。
【図７】本発明の第４実施例の回路図である。
【図８】本発明の第４実施例の要部構成を示す回路図である。
【図９】本発明の第４実施例の放電灯の概略構成図である。
【図１０】本発明を製品として具体化した点灯装置の電源入力部の回路図である。
【図１１】本発明を製品として具体化した点灯装置の力率改善部の回路図である。
【図１２】本発明を製品として具体化した点灯装置の点灯回路部の回路図である。
【図１３】従来の放電灯点灯装置の回路図である。
【図１４】従来の放電灯点灯装置の動作波形図である。
【符号の説明】
１ 第１の直流電源
２ 第２の直流電源
３ 第１の制御回路
４ 極性切り替え回路
５ 第２の制御回路
６ イグナイタ
７ 放電灯
Ｃ２ コンデンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ等の始動時に高圧パルスを印加する必要のある高圧放電灯を点灯するための放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の高圧放電灯を点灯させる放電灯点灯装置には、図１３に示すものがある。図１３において、１は直流電源、７は放電灯であり、２は直流電源１の電源電圧を放電灯７が必要とする電力に変換する降圧チョッパ回路である。Ｒ１，Ｒ２は放電灯７に印加されるランプ電圧を検出するランプ電圧検出用抵抗、Ｒ３は放電灯７に流れるランプ電流を検出するランプ電流検出用抵抗である。３は直流電源２のスイッチング素子Ｑ５を制御するフィードバック制御回路であり、抵抗Ｒ３を介して検出されたランプ電流、及び抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して検出されたランプ電圧を基に放電灯７が必要とする電力を演算して、その必要電力を出力すべく降圧チョッパ回路２をフィードバック制御するようになっている。４は極性切り替え回路であり、放電灯７の音響的共鳴現象を防いで放電アークを安定させ、かつ発光部分での色分離を生じるカタホレシス現象を防ぐために、放電灯７に低周波の矩形波で交流電力を供給するようになっている。そして、この極性切り替え回路４は４個のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４と、これらの各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４に逆方向に並列接続された４個の寄生ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４とからフルブリッジ型に構成され、その対向する一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４又はＱ２、Ｑ３が交互にオン・オフして、放電灯７に印加される電圧極性を反転動作させるように、低周波駆動回路５１により駆動される。各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の駆動信号を図１４に示す。なお、図１３において、６は始動時に放電灯７に高圧パルスを重畳させて始動させるためのイグナイタであり、パルス発生器としてのトリガ回路ＰＧと、パルスを昇圧するためのパルストランスＰＴから構成されており、高圧パルス印加のための閉回路を構成するコンデンサＣ２を介して放電灯７に高圧パルスを重畳させるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような高圧放電灯の点灯装置において、特にランプの消灯時に、高圧パルス印加のための閉回路を構成するコンデンサに流れる充放電電流により、極性切り替え時に各スイッチング素子に流れる過大電流を抑制し、スイッチング素子のストレスを防いで、放電灯点灯装置の安定した動作を実現することを目的とするものである。また、点灯装置との適合ランプ違いを検知し、点灯装置とのランプ電力違いによるランプ寿命の悪化や破損などの誤使用による危険性を防止して、安全性を向上せしめた放電灯点灯装置を実現することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、図１に示すように、第１の直流電源１と、第１の直流電源１から放電灯７の必要とする電力を供給する第２の直流電源２と、第２の直流電源２を制御する第１の制御回路３と、第２の直流電源２の出力を矩形波交流電力に変換して放電灯７に供給する極性切り替え回路４と、極性切り替え回路４を制御する第２の制御回路５と、極性切り替え回路４の出力と放電灯７の間に直列的に接続されて始動時に放電灯７に高圧パルスを重畳させるイグナイタ６と、放電灯７とイグナイタ６の直列回路に並列的に接続されて閉回路を構成するコンデンサＣ２とから構成される放電灯点灯装置であって、前記極性切り替え回路４は、図２に示すように、第２の直流電源２の正極側に接続された第１のスイッチング素子Ｑ１と負極側に接続された第２のスイッチング素子Ｑ２との直列回路と、第２の直流電源２の正極側に接続された第３のスイッチング素子Ｑ３と負極側に接続された第４のスイッチング素子Ｑ４との直列回路とで構成される４石フルブリッジ回路であって、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は逆方向ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を並列接続されており、第１及び第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点と第３及び第４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点の間に前記放電灯７とイグナイタ６の直列回路が接続され、前記極性切り替え回路４を制御する第２の制御回路５は、第１及び第４のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオンで第２及び第３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオフである状態と第１及び第４のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオフで第２及び第３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオンである状態とが低周波で交番することにより極性を切り替えるように各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を制御し、図３に示すように、極性が切り替わるときにオンする一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４（Ｑ２，Ｑ３）のうち一方のスイッチング素子Ｑ４（Ｑ２）が高周波でオン・オフを開始してから前記コンデンサＣ２の蓄積電荷が放電される時間を経た後、他方のスイッチング素子Ｑ１（Ｑ３）が高周波でオン・オフを開始するとともに前記一方のスイッチング素子Ｑ４（Ｑ２）は低周波でオンするように制御し、前記コンデンサＣ２が逆極性に充電される時間を経た後、前記他方のスイッチング素子Ｑ１（Ｑ３）が低周波でオンするように制御することを特徴とするものである。
【０００５】
請求項２の発明は、図１に示すように、第１の直流電源１と、第１の直流電源１から放電灯７の必要とする電力を供給する第２の直流電源２と、第２の直流電源２を制御する第１の制御回路３と、第２の直流電源２の出力を矩形波交流電力に変換して放電灯７に供給する極性切り替え回路４と、極性切り替え回路４を制御する第２の制御回路２と、極性切り替え回路４の出力と放電灯７の間に直列的に接続されて始動時に放電灯７に高圧パルスを重畳させるイグナイタ６と、放電灯７とイグナイタ６の直列回路に並列的に接続されて閉回路を構成するコンデンサＣ２とから構成される放電灯点灯装置であって、前記極性切り替え回路４は、図２に示すように、第２の直流電源２の正極側に接続された第１のスイッチング素子Ｑ１と負極側に接続された第２のスイッチング素子Ｑ２との直列回路と、第２の直流電源２の正極側に接続された第３のスイッチング素子Ｑ３と負極側に接続された第４のスイッチング素子Ｑ４との直列回路とで構成される４石フルブリッジ回路であって、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は逆方向ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を並列接続されており、第１及び第２のスイッチング素子の接続点Ｑ１，Ｑ２と第３及び第４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点の間に前記放電灯７とイグナイタ６の直列回路が接続され、前記極性切り替え回路４を制御する第２の制御回路５は、第１及び第４のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオンで第２及び第３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオフである状態と第１及び第４のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオフで第２及び第３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオンである状態とが低周波で交番することにより極性を切り替えるように各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を制御し、図４に示すように、極性が切り替わるときにオンする一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４（Ｑ２，Ｑ３）のうち一方のスイッチング素子Ｑ４（Ｑ２）が高周波でオン・オフを開始してから前記コンデンサＣ２の蓄積電荷が放電される時間を経た後、他方のスイッチング素子Ｑ１（Ｑ３）が低周波でオンするとともに前記一方のスイッチング素子Ｑ４（Ｑ２）は高周波でオン・オフを継続するように制御し、前記コンデンサＣ２が逆極性に充電される時間を経た後、前記一方のスイッチング素子Ｑ４（Ｑ２）が低周波でオンするように制御することを特徴とするものである。
【０００６】
請求項３の発明は、図２に示したように、請求項１又は２の発明において、第２の直流電源２を降圧チョッパ回路で構成したものである。降圧チョッパ回路は、高周波でスイッチングされるスイッチング素子Ｑ５と、インダクタＬ１及び回生電流を流すためのダイオードＤ５から構成される。
【０００７】
請求項４の発明は、図５に示すように、請求項１の発明において、極性切り替え回路４の対となって動作する一対のスイッチング素子がともにオン状態でコンデンサＣ２に過大な電流が流れる期間のみ、第２の直流電源２の動作を停止させる直流電源停止回路８を備えたものである。このように、コンデンサＣ２に過大な電流の流れる期間で、第１の直流電源１からコンデンサＣ２に急峻な電流が流れようとする、その期間に、第２の直流電源２のスイッチング素子Ｑ５を図６に示すようにオフさせるので、極性切り替え回路４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４および直流電源２のスイッチング素子Ｑ５のストレスが大幅に軽減される。
【０００８】
請求項５の発明は、例えば図７のような放電灯点灯装置において、フィードバック制御回路３にランプ検出回路３１を付加し、図８に示す高抵抗Ｒａ，Ｒｂなどを付加して電流の流れる経路を確保し、図９に示すように、ランプの点灯・消灯を検出する手段、あるいは定格ランプ電力を検出する手段の一部（例えば、抵抗Ｒｃ）を内蔵した放電灯７を備えたものである。このように、放電灯７の内部に点灯検出あるいはランプ電力の検出手段を設けることにより、点灯装置との適合電力違いによるランプ寿命の悪化やランプ破損を防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の構成をブロック図で示す。この点灯装置は、第１の直流電源１と、この第１の直流電源１から放電灯７が必要とする電圧および電流を発生させる第２の直流電源２と、第２の直流電源２をフィードバック制御する制御回路３と、第２の直流電源２の出力を矩形波交流電力に変換して放電灯７に供給する極性切り替え回路４と、極性切り替え回路４の制御回路５と、始動時に放電灯７に高圧パルスを重畳させるイグナイタ６と、放電灯７とイグナイタ６の直列回路に並列に接続されたコンデンサＣ２と、放電灯７から構成されている。
【００１０】
図１の点灯装置の詳細な構成を図２に示す。直流電源２は、スイッチング素子Ｑ５とインダクタＬ１及びダイオードＤ５で構成される降圧チョッパ回路であり、スイッチング素子Ｑ５が高周波でオン・オフされることにより、そのオン期間制御又はスイッチング周波数の制御により必要な電圧をコンデンサＣ１に発生させるものである。降圧チョッパ回路の出力電圧はランプ電圧検出用抵抗Ｒ１，Ｒ２により検出され、降圧チョッパ回路の出力電流はランプ電流検出用抵抗Ｒ３により検出されて、フィードバック制御回路３によりスイッチング素子Ｑ５のオン期間又はスイッチング周波数を制御するものである。極性切り替え回路４は４個のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４と、これらの各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４に逆方向に並列接続された４個の寄生ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４とからフルブリッジ型に構成され、その対向する一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４又はＱ２、Ｑ３が交互にオン・オフして、放電灯７に印加される電圧極性を反転動作させるように、低周波駆動回路５１により駆動される。また、コンデンサＣ２に過大電流が流れることを防止するために、ランプ消灯時の極性切り替え時には、高周波駆動回路５２により極性切り替え回路４を通常の低周波動作とともに高周波でチョッパ動作させる。
【００１１】
図２において、放電灯７の消灯時には、第２の直流電源２が放電灯７に必要な電圧まで昇圧して規定電圧（例えば約３００Ｖ程度）を発生させる。そして、極性切り替え回路４、イグナイタ６を介して放電灯７に印加する。極性切り替え回路４は各々対となるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４又はスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３がオンとなり、放電灯７に始動電圧を印加する。このとき、放電灯７のインピーダンスＺｌａは∞である。極性切り替え回路４のスイッチングのタイミングは、本例では図３で示すようになっている。例えば、図３で示すように、極性切り替え回路４の各々対となっているスイッチング素子Ｑ２（又はＱ４）がオンしてからスイッチング素子Ｑ３（又はＱ１）がオンする。スイッチング素子Ｑ２（又はＱ４）がオンしたとき、イグナイタ６とともに閉回路を構成するコンデンサＣ２に蓄えられていた電荷は、そのオンしたスイッチング素子Ｑ２（又はＱ４）ともう一つの低電位側のスイッチング素子Ｑ４（又はＱ２）の寄生ダイオードＤ４（又はＤ２）を経て急速に放電する。さらに、前記のようにコンデンサＣ２の電荷がすべて放電したあと、スイッチング素子Ｑ１（又はＱ３）がオンする。このとき、対になったスイッチング素子を経て、第２の直流電源２の出力段のコンデンサＣ１からコンデンサＣ２に急速に充電電流が流れる。この充電電流を緩和するために、本発明では、高周波駆動回路５２により極性切り替え回路４を通常の低周波動作とともに高周波でチョッパ動作させるものである。
【００１２】
また、このコンデンサＣ２の充電期間中に、第２の直流電源２のスイッチング素子Ｑ５がオンしていれば、第１の直流電源１からコンデンサＣ２に急速に充電電流が流れ込む。そのため、極性切り替え回路４の極性切り替え時にコンデンサＣ２の充放電によりスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４及びＱ５のストレスが増大するが、このストレスを防止するために、請求項４の発明では、この期間に第２の直流電源２のスイッチング素子Ｑ５をオフさせている。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を基づいて詳述する。図２は本発明の第１実施例を示し、極性切り替え回路４にコンデンサＣ２から過大電流が流れる期間のみ、通常の低周波動作とともに高周波でチョッパ動作をさせる制御回路５を備え、これによってコンデンサＣ２に流れる電流を制限するようにしたものである。特に、コンデンサＣ２に過大電流が流れる期間は、ランプ電圧（＝第２の直流電源２の出力電圧）が高電圧になるランプ消灯時である。極性切り替え回路４のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の動作タイミングは図３に示すようになる。この図３から分かるように、極性切り替え回路４のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４において、低電位側のスイッチング素子Ｑ２又はＱ４の信号を受けて高電位側のスイッチング素子Ｑ１およびＱ３がオンするので、必ず低電位側のスイッチング素子Ｑ２又はＱ４だけがオンする期間が存在する。この時、コンデンサＣ２に充電された電荷がコンデンサＣ２→スイッチング素子Ｑ２（Ｑ４）→ダイオードＤ４（Ｄ２）を経て放電する。この放電電流を軽減するために、低電位側のスイッチング素子がオンし、コンデンサＣ２に蓄えられていた電荷が急速に放電するまでの期間、低電位側のスイッチング素子を制御回路５の高周波駆動回路５２により高周波でチョッパ動作させる。また、前記低電位側のスイッチング素子がオンした後、高電位側のスイッチング素子Ｑ１又はＱ３がオンすると、前述のように、電荷が無くなったコンデンサＣ２に第２の直流電源２の出力段のコンデンサＣ１→スイッチング素子Ｑ１（Ｑ３）→コンデンサＣ２→スイッチング素子Ｑ４（Ｑ２）を経て急速に充電電流が流れる。この時、高電位側のスイッチング素子を或る時間だけ低周波動作とともに高周波でチョッパ動作させる。そのときの極性切り替え回路４の各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のドライブ信号は、図３のように低周波動作とともにコンデンサＣ２が急速に充放電する期間だけ高周波でスイッチングするようになる。その結果、コンデンサＣ２の放電期間に流れる過大電流を軽減することができ、スイッチング素子のストレスを軽減することができる。
【００１４】
図４は本発明の第２の実施例を示す。上述のように、低電位側スイッチング素子Ｑ２（又はＱ４）がオンし、コンデンサＣ２の電荷が完全に放出し終わった後、高電位側のスイッチング素子Ｑ３（又はＱ１）がオンする。この時、コンデンサＣ２に第２の直流電源２の出力段のコンデンサＣ１から充電電流が流れる。この充電電流が過大であるため、上記説明では高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３を低周波とともに高周波でチョッパ動作させたが、本実施例では、高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３は通常の低周波動作をさせたままで、低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４をコンデンサＣ２に充電電流が流れる期間も高周波でチョッパ動作させる。そのときの極性切り替え回路４の各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のドライブ信号は、図４のように低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のみ低周波動作とともに高周波でチョッパ動作するようになる。
【００１５】
次に、図５は本発明の第３の実施例を示す。上述のように低電位側のスイッチング素子Ｑ４又はＱ２がオンした後、高電位側のスイッチング素子Ｑ１又はＱ３がオンすると、電荷が無くなったコンデンサＣ２に第２の直流電源２の出力段のコンデンサＣ１→スイッチング素子Ｑ１（Ｑ３）→コンデンサＣ２→スイッチング素子Ｑ４（Ｑ２）を経て急速に充電電流が流れる。この期間に第２の直流電源２のスイッチング素子Ｑ５がオン状態にあったとき、直流電源１よりスイッチング素子Ｑ５を経てコンデンサＣ２に急峻な充電電流が流れる。そこで、図６に示すようにコンデンサＣ２に急速に充放電電流が流れる期間だけ第２の直流電源２のスイッチング素子Ｑ５を直流電源停止回路８により停止させることで、この期間コンデンサＣ２は直流電源２により充電されるので、直流電源１からの急峻な放電電流が軽減される。その結果、第２の直流電源２のスイッチング素子Ｑ５及び極性切り替え回路４の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のストレスを軽減することができる。なお、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のドライブ信号については、第２の実施例で述べた図４のドライブ信号でも良い。
【００１６】
ところで、放電灯７に関しては、現在多品種があり、同一ランプ類でランプ電力違いにも関わらず、口金や形状などが同一のものがある。そのため、一見して定格ランプ電力が区別しにくい。そのようなことから、安定器と適合したランプが使用されなかった場合、ランプ寿命の悪化等の不都合がある。この点を改善した実施例を以下に示す。
【００１７】
図７は本発明の第４の実施例を示す。本実施例では、ランプ検出回路３１を付加したものであり、例えば図８に示すように極性切り替え回路４の１つの対になったスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４の両端に十分に抵抗値の高い抵抗Ｒａ、Ｒｂを接続し、放電灯７の内部に図９に示すように点灯及びランプ電力検出手段である抵抗Ｒｃを付加したものを用いている。このように構成すれば、ランプ消灯時には、高抵抗Ｒａ→放電灯７内の抵抗Ｒｃ→高抵抗Ｒｂを経て電流が流れる。この電流を検出抵抗Ｒ３で電圧値に変換して放電灯７のランプ状態（点灯状態であるか消灯状態であるか）をランプ検出回路３１により検出し、直流電源２を制御する。また、定格ランプ電力の大きさに応じて放電灯内の抵抗値を異なる値に設定しておけば、検出抵抗Ｒ３に流れる電流値により定格ランプ電力を検出できる。よって、負荷として使用したランプが放電灯点灯装置と適合したランプであれば、放電灯点灯装置は正常動作を行い、適合したランプでないのならば、放電灯点灯装置は、例えば直流電源２のスイッチング動作を停止させ、負荷への電力供給を停止する。これにより、ランプの誤使用によるランプ寿命の悪化やランプ破損を防止することができる。
【００１８】
以上の実施例においては、放電灯点灯装置の一部についてのみ言及し、全体の詳細回路図については触れなかったが、例えばこれを実際の放電灯点灯装置に当てはめると、以下のようになる。
【００１９】
図１０〜図１２に本発明を製品として具体化した点灯装置を一例として示す。図１０は電源入力部、図１１は力率改善部、図１２は点灯回路部であり、各図は点Ｊ１〜Ｊ８において接続されている。
【００２０】
図１０に示す電源入力部では、端子ＴＭ１，ＴＭ２に接続された交流電源１ａから、ヒューズＦＳ、サーマルプロテクタＴＰ、低抵抗Ｒ４、並びフィルタ回路を介して整流回路ＤＢの交流入力端子に接続されており、整流回路ＤＢの直流出力端子には、コンデンサＣ９が接続されている。このコンデンサＣ９は小容量のものであり、実際の平滑動作は後段の力率改善部の昇圧チョッパ回路により行われる。フィルタ回路は、サージ電圧吸収用のＺＮＲ（酸化亜鉛非線形抵抗）、コイルＬ５、Ｌ６、及びコンデンサＣ５、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ８１、Ｃ８２を含み、コンデンサＣ８１，Ｃ８２の直列回路の中点はコンデンサＣ８３を介して端子ＴＭ５に接続され、端子ＴＭ５は大地（アース）に接続されている。
【００２１】
図１１に示す力率改善部は、インダクタＬ７とスイッチング素子Ｑ７及びダイオードＤ７を含む昇圧チョッパ回路よりなり、点Ｊ１から整流回路ＤＢの全波整流出力を受けて、点Ｊ２に接続された電解コンデンサＣ０（図１２）に昇圧された平滑な直流電圧を得るものである。昇圧チョッパ回路のスイッチング素子Ｑ７は昇圧チョッパ制御回路９のドライブ出力から抵抗Ｒ７１，Ｒ７２を介して駆動され、その電流は抵抗Ｒ７３により検出される。また、インダクタＬ７に流れる電流は、２次巻線に接続された抵抗Ｒ７４を介して検出される。さらに、点Ｊ２に生じる出力電圧は抵抗Ｒ８，Ｒ９を介して検出され、点Ｊ１の入力電圧は抵抗Ｒ９１，Ｒ９２を介して検出される。昇圧チョッパ制御回路９の動作電源Ｖｃｃ１は、電源投入時には抵抗Ｒ９３，Ｒ９４を介して点Ｊ１から供給されるが、スイッチング素子Ｑ７のスイッチング動作が開始すると、インダクタＬ７の２次巻線出力をダイオードＤ７１，Ｄ７２で整流し、抵抗Ｒ７を介してコンデンサＣ７１に得られた直流電圧がダイオードＤ７３を介して供給される。このコンデンサＣ７１に得られる直流電圧は、三端子型の電圧レギュレータＩＣ１により定電圧化されて、点灯回路部制御回路５３の動作電源Ｖｃｃとなる。点灯回路部制御回路５３は、図１２に示す点灯回路部より点Ｊ３〜Ｊ５を介してゼロ電流検出、過電流検出、ランプ電圧検出を行うと共に、点Ｊ６〜Ｊ８を介して矩形波ドライブ及び降圧チョッパドライブ信号を出力している。
【００２２】
図１２に示す点灯回路部は、降圧チョッパ回路部２を備え、電解コンデンサＣ０に得られた点Ｊ２の直流電圧をスイッチング素子Ｑ５とダイオードＤ５及びインダクタＬ１の作用により、任意の直流電圧に降圧して、コンデンサＣ１にランプ電圧を得ている。コンデンサＣ１に得られたランプ電圧は、抵抗Ｒ１ａ，Ｒ１及び点Ｊ５を介して検出されている。また、インダクタＬ１に流れる電流は、抵抗Ｒ５、点Ｊ３を介して検出されており、降圧チョッパ回路部２に流れる電流は、抵抗Ｒ３の一端から点Ｊ４を介して検出されている。降圧チョッパ回路部２のスイッチング素子Ｑ５は、点Ｊ８に供給されるドライブ信号により、トランスＴ５と抵抗Ｒ５１，Ｒ５２を介して駆動されている。
【００２３】
次に、極性反転回路部は、４個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４で構成されたフルブリッジ回路であり、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は汎用のドライバ回路ＩＣ２，ＩＣ３により、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２；Ｒ２１，Ｒ２２；Ｒ３１，Ｒ３２；Ｒ４１，Ｒ４２を介して駆動される。矩形波ドライブのための信号は、点Ｊ６，Ｊ７を介して供給されている。また、各ドライバ回路ＩＣ２，ＩＣ３の動作電源としては、上述の定電圧Ｖｃｃが供給されている。さらに、高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３を駆動するためのコンデンサＣ１１，Ｃ１２；Ｃ３１，Ｃ３２は、抵抗Ｒ１３とダイオードＤ１１，Ｄ３１を介して定電圧Ｖｃｃから充電される。フルブリッジ回路の出力には、イグナイタ回路６のパルストランスＰＴを介してランプ７が接続されている。ＴＭ３，ＴＭ４はランプ７を接続するための端子である。ランプ７は、例えば、ＡＮＳＩ規格のＭ９８（７０Ｗ）又はＭ１３０（３５Ｗ）であり、その発光管はセラミック発光管である。なお、イグナイタ回路６のパルス発生はランプ７が放電を開始した後は停止する。
【００２４】
しかして、本発明によれば、ドライバ回路ＩＣ２，ＩＣ３の２番ピンに点Ｊ６，Ｊ７を介して供給される矩形波ドライブ信号の立ち上がり部分において、高周波チョッパ動作を行う期間を設けて、過大な充放電電流を緩和している。また、この期間では、スイッチング素子Ｑ５のスイッチング動作を停止させて、過電流を防止している。なお、図１２ではコンデンサＣ２を図示していないが、パルストランスＰＴの２次巻線は巻数も多く、浮遊容量が存在するので、これがコンデンサＣ２の機能を果たす。もちろん、図２に示すように、個別部品としてコンデンサＣ２を接続しても良いことは言うまでも無い。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、放電灯に矩形波交流電力に供給する４石フルブリッジ回路よりなる極性切り替え回路と、極性切り替え回路の出力と放電灯の間に直列的に接続されて始動時に放電灯に高圧パルスを重畳させるイグナイタと、放電灯とイグナイタの直列回路に並列的に接続されて閉回路を構成するコンデンサとを備える放電灯点灯装置において、極性切り替え回路の極性が切り替わるときにオンする一対のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子が高周波でオン・オフを開始してから前記コンデンサの蓄積電荷が放電される時間を経た後、他方のスイッチング素子が高周波でオン・オフを開始するとともに前記一方のスイッチング素子は低周波でオンするように制御し、前記コンデンサが逆極性に充電される時間を経た後、前記他方のスイッチング素子が低周波でオンするように制御するようにしたから、また、請求項２の発明によれば、極性切り替え回路の極性が切り替わるときにオンする一対のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子が高周波でオン・オフを開始してから前記コンデンサの蓄積電荷が放電される時間を経た後、他方のスイッチング素子が低周波でオンするとともに前記一方のスイッチング素子は高周波でオン・オフを継続するように制御し、前記コンデンサが逆極性に充電される時間を経た後、前記一方のスイッチング素子が低周波でオンするように制御するようにしたから、各スイッチング素子に流れる過大電流を制限でき、各スイッチング素子のストレスを大幅に軽減することができるという効果がある。
【００２６】
また、請求項４の発明によれば、極性切り替え回路の対となる一対のスイッチング素子がオン状態にあるとき、第２の直流電源のスイッチング素子を停止させる制御回路を設けたので、コンデンサへの突入電力を抑制でき、その結果、第２の直流電源及び極性切り替え回路の各スイッチング素子のストレスを簡単な構成で軽減させることができるという効果がある。
【００２７】
また、請求項５の発明によれば、放電灯の内部に少なくとも定格ランプ電力検出のための回路を設けたことにより点灯装置に適合するランプを検出でき、ランプの誤使用によるランプ寿命の悪化やランプ破損を防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放電灯点灯装置の基本構成を示すブロック回路図である。
【図２】本発明の第１実施例の回路図である。
【図３】本発明の第１実施例の動作波形図である。
【図４】本発明の第２実施例の動作波形図である。
【図５】本発明の第３実施例の回路図である。
【図６】本発明の第３実施例の動作波形図である。
【図７】本発明の第４実施例の回路図である。
【図８】本発明の第４実施例の要部構成を示す回路図である。
【図９】本発明の第４実施例の放電灯の概略構成図である。
【図１０】本発明を製品として具体化した点灯装置の電源入力部の回路図である。
【図１１】本発明を製品として具体化した点灯装置の力率改善部の回路図である。
【図１２】本発明を製品として具体化した点灯装置の点灯回路部の回路図である。
【図１３】従来の放電灯点灯装置の回路図である。
【図１４】従来の放電灯点灯装置の動作波形図である。
【符号の説明】
１ 第１の直流電源
２ 第２の直流電源
３ 第１の制御回路
４ 極性切り替え回路
５ 第２の制御回路
６ イグナイタ
７ 放電灯
Ｃ２ コンデンサ
Claims (9)
- 第１の直流電源と、
第１の直流電源から放電灯の必要とする電力を供給する第２の直流電源と、
第２の直流電源を制御する第１の制御回路と、
第２の直流電源の出力を矩形波交流電力に変換して放電灯に供給する極性切り替え回路と、
極性切り替え回路を制御する第２の制御回路と、
極性切り替え回路の出力と放電灯の間に直列的に接続されて始動時に放電灯に高圧パルスを重畳させるイグナイタと、
放電灯とイグナイタの直列回路に並列的に接続されて閉回路を構成するコンデンサとから構成される放電灯点灯装置であって、
前記極性切り替え回路は、
第２の直流電源の正極側に接続された第１のスイッチング素子と負極側に接続された第２のスイッチング素子との直列回路と、
第２の直流電源の正極側に接続された第３のスイッチング素子と負極側に接続された第４のスイッチング素子との直列回路とで構成される４石フルブリッジ回路であって、
各スイッチング素子は逆方向ダイオードを並列接続されており、
第１及び第２のスイッチング素子の接続点と第３及び第４のスイッチング素子の接続点の間に前記放電灯とイグナイタの直列回路が接続され、
前記極性切り替え回路を制御する第２の制御回路は、
第１及び第４のスイッチング素子がオンで第２及び第３のスイッチング素子がオフである状態と第１及び第４のスイッチング素子がオフで第２及び第３のスイッチング素子がオンである状態とが低周波で交番することにより極性を切り替えるように各スイッチング素子を制御し、
極性が切り替わるときにオンする一対のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子が高周波でオン・オフを開始してから前記コンデンサの蓄積電荷が放電される時間を経た後、他方のスイッチング素子が高周波でオン・オフを開始するとともに前記一方のスイッチング素子は低周波でオンするように制御し、前記コンデンサが逆極性に充電される時間を経た後、前記他方のスイッチング素子が低周波でオンするように制御することを特徴とする放電灯点灯装置。 - 第１の直流電源と、
第１の直流電源から放電灯の必要とする電力を供給する第２の直流電源と、
第２の直流電源を制御する第１の制御回路と、
第２の直流電源の出力を矩形波交流電力に変換して放電灯に供給する極性切り替え回路と、
極性切り替え回路を制御する第２の制御回路と、
極性切り替え回路の出力と放電灯の間に直列的に接続されて始動時に放電灯に高圧パルスを重畳させるイグナイタと、
放電灯とイグナイタの直列回路に並列的に接続されて閉回路を構成するコンデンサとから構成される放電灯点灯装置であって、
前記極性切り替え回路は、
第２の直流電源の正極側に接続された第１のスイッチング素子と負極側に接続された第２のスイッチング素子との直列回路と、
第２の直流電源の正極側に接続された第３のスイッチング素子と負極側に接続された第４のスイッチング素子との直列回路とで構成される４石フルブリッジ回路であって、
各スイッチング素子は逆方向ダイオードを並列接続されており、
第１及び第２のスイッチング素子の接続点と第３及び第４のスイッチング素子の接続点の間に前記放電灯とイグナイタの直列回路が接続され、
前記極性切り替え回路を制御する第２の制御回路は、
第１及び第４のスイッチング素子がオンで第２及び第３のスイッチング素子がオフで ある状態と第１及び第４のスイッチング素子がオフで第２及び第３のスイッチング素子がオンである状態とが低周波で交番することにより極性を切り替えるように各スイッチング素子を制御し、
極性が切り替わるときにオンする一対のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子が高周波でオン・オフを開始してから前記コンデンサの蓄積電荷が放電される時間を経た後、他方のスイッチング素子が低周波でオンするとともに前記一方のスイッチング素子は高周波でオン・オフを継続するように制御し、前記コンデンサが逆極性に充電される時間を経た後、前記一方のスイッチング素子が低周波でオンするように制御することを特徴とする放電灯点灯装置。 - 請求項１又は２において、第２の直流電源が降圧チョッパ回路よりなることを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項１又は２又は３において、極性切り替え時に所定時間は第２の直流電源の動作を停止させる手段を具備することを特徴とする放電灯点灯装置。
- 放電灯は点灯検出手段又は定格ランプ電力検出手段の一部を内蔵していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
- 放電灯は高圧放電灯であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
- 高圧放電灯はメタルハライドランプであることを特徴とする請求項６記載の放電灯点灯装置。
- 高圧放電灯はＡＮＳＩ規格のＭ９８（７０Ｗ）又はＭ１３０（３５Ｗ）であることを特徴とする請求項６記載の放電灯点灯装置。
- 高圧放電灯の発光管はセラミック発光管であることを特徴とする請求項８記載の放電灯点灯装置。
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