JP3845787B2 - 放電灯調光点灯装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯調光点灯装置に係わり、さらに詳しくは、放電灯に流れる交流電流を検出して直流電圧に変換する交流電流検出回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図8は例えば特開平2−91576号公報に開示された交流電流検出回路の構成図であり、図において、1は交流電流の流れている電線、2は電線1に装着されたカレントトランス、3はカレントトランス2の負荷抵抗、4は整流用ダイオード、5は平滑コンデンサ、6,7は分圧抵抗で、8は分圧抵抗6,7に直列に接続された調整用半固定抵抗である。
【0003】
9はアナログ入力端子10、アナロググランド端子11及びA/D変換基準電位端子12を備えたマイクロコンピュータ、13は直流電源、14,15は直流電源13に直列に接続された抵抗で、16は抵抗15とアナロググランド端子11の間に挿入された温度補償用ダイオードであり、抵抗14,15の接続点にA/D変換基準電位端子12が接続されている。なお、前述した整流用ダイオード4と温度補償用ダイオード16はダブルダイオードで一体化構成されている。
【0004】
次に動作について説明する。カレントトランス2が電線1に流れる交流電流を検出すると、負荷抵抗3にその電流に応じた交流電圧が発生する。この交流電圧は、整流用ダイオード4及び平滑コンデンサ5によって直流電圧に変換され、そして、分圧抵抗6,7及び調整用半固定抵抗8によりマイクロコンピュータ9のA/D基準電位以下に分圧され、アナログ入力端子10に供給される。一方、直流電源13の電圧は、抵抗14,15及び温度補償用ダイオード16で分圧され、A/D変換基準電位端子12に供給される。
【0005】
この温度補償用ダイオード16は、整流用ダイオード4とでダブルダイオードが構成されているため、温度補償用ダイオード16の順特性の温度特性は整流用ダイオード4の順特性の温度特性に追随し、そのため、交流電流検出回路の周囲温度の変化による検出誤差が大幅に軽減する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の交流電流検出回路では、負荷抵抗3に発生した交流電圧が整流用ダイオード4の順方向降下電圧以下のときは、その整流用ダイオード4が非導通となり、直流電圧がマイクロコンピュータ9に出力されなかった。
【0007】
また、整流用ダイオード4と温度補償用ダイオード16がダブルダイオードで一体構成となっているため、電流検出部とマイクロコンピュータ9を近づけて配置するなどの構成上の制約があった。さらに、交流電流検出回路から出力される直流電圧そのものは温度特性を持ち変動するため、検出した交流電流の範囲(ダイナミックレンジ)が温度により変化するという問題もあった。
【0008】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、負荷抵抗に発生した交流電圧が整流回路に用いられたダイオードの順方向降下電圧以下になっても相応の直流電圧を確保し、また、直流電圧の出力先の回路との距離が長くても周囲温度の変化による誤差の増加を防ぐと共に、検出した交流電流の範囲(ダイナミックレンジ)の変動を抑えることのできる交流電流検出回路を備えた放電灯調光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】
本発明に係る放電灯調光点灯装置は、放電灯に高周波電力を供給する高周波電源と、放電灯に流れる交流電流を検出するカレントトランス、及びその交流電流に基づいて交流電圧を生成する負荷抵抗を有し、負荷抵抗に発生した交流電圧に基づいて直流電圧を生成する交流電流検出回路と、交流電流検出回路により生成された直流電圧と外部から入力された調光信号とに基づいて高周波電源を制御する帰還制御回路とを備えた放電灯調光点灯装置において、交流電流検出回路は、直流電源と、交流電圧に含まれる直流成分をカットするコンデンサ、コンデンサに直列に接続された第1ダイオード、及びその接続点と直流電源との間に挿入された第2ダイオードからなり、第2ダイオードを介して入力された直流電源の電圧に交流電圧を加算し、これを第1ダイオードにより整流する倍電圧整流回路と、倍電圧整流回路の出力端とアースとの間に挿入された抵抗及びこの抵抗に並列に接続された平滑コンデンサからなり、倍電圧整流回路で整流された電圧を平滑コンデンサにより平滑化して直流電圧を生成し、前記制御回路に出力する平滑回路とを有している。
【0010】
交流電流検出回路は、直流電源と、ブリッジ回路を構成する4つのダイオードからなり、この4つのダイオードに印加された直流電源の電圧に交流電圧を加算して全波整流する全波整流回路と、全波整流回路の出力端とアースとの間に挿入された抵抗及びこの抵抗に並列に接続された平滑コンデンサからなり、全波整流回路で全波整流された電圧を平滑コンデンサにより平滑化して直流電圧を生成し、帰還制御回路に出力する平滑回路とを有している。
【0011】
倍電圧整流回路の第1ダイオード及び第2ダイオードは、それぞれ複数個のダイオードが直列に接続されてなり、平滑回路は、倍電圧整流回路の出力端に直列に接続された第1抵抗及び第2抵抗と、第2抵抗及びアースの間に挿入された複数の第3ダイオードと、第2抵抗及び複数の第3ダイオードに並列に接続された平滑コンデンサとからなり、第1ダイオードと第2ダイオードの個数の合計をa、第3ダイオードの個数をb、第1抵抗の値をR1、及び第2抵抗の値をR2としたとき、b・R1=a・R2の関係になるように設定されている。
【0012】
平滑回路は、倍電圧整流回路の出力端に直列に接続された第1抵抗及び第2抵抗と、第2抵抗及びアースの間に挿入された第3ダイオードと、第2抵抗及び第3ダイオードに並列に接続された平滑コンデンサからなり、第1抵抗の値がR1、及び第2抵抗の値が2・R1に設定されている。
【0014】
【発明の実施の形態】
実施形態1.
図1は本発明の第1の実施形態の放電灯点灯装置における交流電流検出回路の構成図である。
図において、11は調光信号と、後述する交流電流検出回路14からの直流電圧とに基づいて制御信号を生成する帰還制御回路、12は制御信号に応じて高周波電力を発生し、放電灯13に供給する高周波電源である。
前述の交流電流検出回路14は、放電灯13に流れる交流電流を検出するカレントトランス15と、検出された交流電流に応じて交流電圧を発生する負荷抵抗16と、倍電圧整流回路17と、直流電源21と、平滑回路22とから構成されている。
【0015】
倍電圧整流回路17は、抵抗16の一端に接続された直流成分カット用のコンデンサ18と、コンデンサ18に直列に接続されたダイオード19と、コンデンサ18とダイオード19の接続点にカソードが接続されたダイオード20とから構成され、平滑回路22は、ダイオード19とアースとの間に挿入された抵抗23と、その抵抗23に並列に接続された平滑コンデンサ24とから構成されている。また、直流電源21は、ダイオード20とアースとの間に挿入され、倍電圧整流回路17のダイオード19,20及び平滑回路22の抵抗23に直流電圧を印加して直流電流を流し、常にダイオード19,20を導通状態にしている。
【0016】
次に、図2及び図3に示す波形を参照しながら図1の回路に基づいて動作を説明する。図2は交流電流検出回路の各部に発生する電圧の波形図、図3は負荷抵抗に発生する交流電圧に対する直流電圧の波形図である。
高周波電源12が帰還制御回路11からの制御信号に応じて放電灯13を点灯すると、交流電流検出回路14のカレントトランス15が、放電灯13に流れる交流電流を検出し、負荷抵抗16の両端に交流電圧を発生させる。この交流電圧は、図2の波形1に示すように0Vを基準とする例えば振幅3Vの電圧で、倍電圧整流回路17のコンデンサ18により直流成分がカットされ、接続点aで例えば7Vの直流電圧(波形2)と加算される。その時の交流電圧は、図2の波形3に示すように波形2の直流電圧に重なった状態になっている。交流電圧(波形3)の波高値(最大値)のうち下方向の波高値が波形2に対して若干下がっているのは、ダイオード20の順方向降下電圧のためである。直流電圧に加算された交流電圧はダイオード19を介して平滑回路22に入力し、平滑コンデンサ24により平滑されてリプル電圧波形となり(波形4)、直流電圧として帰還制御回路11に出力される。帰還制御回路11は、交流電流検出回路14からの直流電圧と調光信号との入力に基づいて制御信号を生成し高周波電源12に出力する。
【0017】
この直流電圧は図3に示すように波形6となる。これは、直流電源21からの電圧が加算されているためであり、負荷抵抗16に発生した交流電圧がダイオードの順方向降下電圧以下になった場合には、従来の回路では直流電圧(波形5)が0Vとなるが、本実施形態ではダイオード19が導通し直流電圧が出力される。
【0018】
以上にように、倍電圧整流回路17のダイオード19,20を直流電源21で常時導通状態にしているので、放電灯13に流れる電流が少なく負荷抵抗16に発生した交流電圧がダイオード19の順方向降下電圧に達しない場合でも正確な直流電圧が得られ、放電灯電流の帰還制御を安定して行えるという効果がある。
【0019】
実施形態2.
図4は本発明の第2の実施形態の放電灯点灯装置における交流電流検出回路の構成図、図5は交流電流検出回路の各部に発生する電圧の波形図である。なお、図1で説明した第1の実施形態と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。
【0020】
本実施形態における交流電流検出回路14は、整流回路に全波整流回路30が用いられている。この全波整流回路30はブリッジ回路を構成する4つのダイオード19からなり、各ダイオード19には直流電源21の電圧が印加され(図5の波形8)、常に導通状態になっている。
【0021】
カレントトランス15によって検出された放電灯13の電流が負荷抵抗16で交流電圧に変換されると(図5の波形7)、その交流電圧は全波整流回路30により、平均電圧にて折り返されて整流されるため、全波整流回路30の出力は整流前の交流電圧の半分に、直流電源21による電圧が加算されたものとなり、そして、平滑回路22の平滑コンデンサ24によってリプル電圧波形となり(図5の波形9)、直流電圧として帰還制御回路11に出力される。
【0022】
このように本実施形態においては、リプル電圧が交流電圧の倍の周波数となるので、平滑コンデンサ24が小容量であっても十分な平滑性能が得られ、交流電流検出回路全体の周波数特性を改善することができるという効果がある。
【0023】
実施形態3.
図6は本発明の第3の実施形態の放電灯点灯装置における交流電流検出回路の構成図である。なお、図1で説明した第1の実施形態と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。
本実施形態における交流電流検出回路14は、直流成分をカットするコンデンサ18、コンデンサ18に直列に接続された複数のダイオード19、及びその接続点と直流電源21との間に挿入された複数のダイオード20からなる倍電圧整流回路40と、倍電圧整流回路40の出力端に直列に接続された分圧回路を構成する抵抗25,26、抵抗26とアースとの間に挿入された複数のダイオード27、及び一端が抵抗25,26の接続点に、他端がアース側にそれぞれ接続された平滑コンデンサ24からなる平滑回路とを備えている。
【0024】
次に交流電流検出回路の各部に発生する電圧を数式化して動作を説明する。
放電灯13に流れる交流電流をカレントトランス15が検出すると、負荷抵抗16に下記に示す交流電圧が発生する。
VAC=V1 * sin2πft
【0025】
一方、直流電源21には直流電圧VDCが発生しており、各ダイオード19,20の順方向降下電圧をVF 、ダイオード19,20の個数の合計をaとすると、ダイオード19のカソードと平滑回路側の抵抗25の接続点には下記に示す電圧が発生する。
V1 * sin2πft+V1 +VDC−a*VF
【0026】
この電圧は平滑回路50に入力し、平滑回路50のダイオード27が倍電圧整流回路側のダイオード19,20と類似の温度特性を持つb個からなっていたとすると、平滑回路50から出力される直流電圧は交流成分が平均化され、以下のようになるが、
(但し、R1:抵抗25の抵抗値、R2:抵抗26の抵抗値)
【0027】
ダイオード19,20の個数の合計a及びダイオード27の個数bと抵抗25,26の各抵抗値R1,R2との間にb*R1=a*R2の関係になるよう設定されているため、直流電圧はVOUT =(V1 +VDC)*R2/(R1+R2)となり、帰還制御回路11に出力される。
【0028】
前記の式b*R1=a*R2は、前記(1)式中の{b−(a+b)*R2/(R1+R2)}*VF を、{b−(a+b)*R2/(R1+R2)}*VF =0とし、これを整理して得られたものである。これは、周囲温度の影響を受けるダイオード19,20,27の順方向降下電圧VF により、直流電圧が変動しないようにしたものである。
【0029】
以上のように、倍電圧整流回路40のダイオード19,20の個数の合計a及び平滑回路50のダイオード27の個数bと、平滑回路50に設けられた分圧回路の抵抗25,26の各抵抗値R1,R2との間にb*R1=a*R2の関係になるよう設定して、交流電流検出回路14から出力される直流電圧そのものに温度補償を施すようにしたので、直流電圧の温度による変動を抑えることができ、そのため、帰還制御回路11との距離が長くてもその誤差の増加がないという効果がある。また、直流電圧の変動がないために、検出する交流電流の範囲(ダイナミックレンジ)の変動を抑えることができるという効果もある。
【0030】
実施形態4.
なお、前記第3の実施形態では、倍電圧整流回路40にa個のダイオード19,20、平滑回路50にb個のダイオード27を用いて平滑回路側の抵抗25,26の値R1,R2との間にb*R1=a*R2の関係になるよう設定して、交流電流検出回路14の出力の直流電圧からダイオード19,20,27の順方向降下電圧VF による温度依存をなくすようにしたことについて述べたが、交流電流検出回路14の倍電圧整流回路40及び平滑回路50を図7に示すような回路構成にして直流電圧からダイオード19,20,27の順方向降下電圧VF による温度依存をなくすようにしてもよい。
【0031】
図7は本発明の第4の実施形態の放電灯点灯装置における交流電流検出回路の構成図であり、この図においては、倍電圧整流回路40に用いられているダイオード19,20はそれぞれ1個で構成され、平滑回路50は、1個のダイオード27と、抵抗値R1の抵抗25及び抵抗値が2*R1の抵抗26で構成される分圧回路とが備えられている。
この構成により、前記第3の実施形態の効果に加え、部品点数が最小限に抑えられるので安価であるという効果がある。
【0032】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、倍電圧整流回路の第1及び第2ダイオードを直流電源で常時導通状態にしているので、放電灯に流れる電流が少なく負荷抵抗に発生した交流電圧が第1ダイオードの順方向降下電圧に達しない場合でも正確な直流電圧が得られ、放電灯電流の帰還制御を安定して行えるという効果がある。
【0033】
4つのダイオードに印加された直流電源の電圧に交流電圧を加算して全波整流し、全波整流した電圧を平滑化して直流電圧を生成するようにしたので、その直流電圧がリプル電圧となって交流電圧の倍の周波数となり、このため平滑コンデンサが小容量であっても十分な平滑性能が得られ、交流電流検出回路全体の周波数特性を改善することができるという効果がある。
【0034】
また、倍電圧整流回路の第1及び第2ダイオードの個数の合計をa、及び平滑回路の第3ダイオードの個数をb、平滑回路に設けられた第1及び第2抵抗の各抵抗値をR1,R2としたときに、b*R1=a*R2の関係になるよう設定して、交流電流検出回路から出力される直流電圧そのものに温度補償を施すようにしたので、直流電圧の温度による変動を抑えることができ、そのため、帰還制御回路との距離が長くてもその誤差の増加がないという効果がある。また、直流電圧の変動がないために、検出する交流電流の範囲(ダイナミックレンジ)の変動を抑えることができるという効果もある。
【0035】
また、倍電圧整流回路の第1ダイオードと第2ダイオードの各個数を1、平滑回路の第3ダイオードの個数を1、第1抵抗の値をR1及び第2抵抗の値を2・R1に設定して、交流電流検出回路から出力される直流電圧そのものに温度補償を施すようにしたので、直流電圧の温度による変動を抑えることができるという効果に加え、部品点数を最小限に抑えることができ、安価であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態の放電灯点灯装置における交流電流検出回路の構成図である。
【図2】 交流電流検出回路の各部に発生する電圧の波形図である。
【図3】 負荷抵抗に発生する交流電圧に対する直流電圧の波形図である。
【図4】 本発明の第2の実施形態の放電灯点灯装置における交流電流検出回路の構成図である。
【図5】 交流電流検出回路の各部に発生する電圧の波形図である。
【図6】 本発明の第3の実施形態の放電灯点灯装置における交流電流検出回路の構成図である。
【図7】 本発明の第4の実施形態の放電灯点灯装置における交流電流検出回路の構成図である。
【図8】 例えば特開平2−91576号公報に開示された交流電流検出回路の構成図である。
【符号の説明】
11 帰還制御回路、 12 高周波電源、 13 放電灯、 14 交流電流検出回路、 15 カレントトランス、 16 負荷抵抗、 17 倍電圧整流回路、 18 コンデンサ、 19,20 ダイオード、 21 直流電源、22 平滑回路、 23 抵抗、 24 平滑コンデンサ。
Claims (4)
- 放電灯に高周波電力を供給する高周波電源と、
放電灯に流れる交流電流を検出するカレントトランス、及びその交流電流に基づいて交流電圧を生成する負荷抵抗を有し、該負荷抵抗に発生した交流電圧に基づいて直流電圧を生成する交流電流検出回路と、
該交流電流検出回路により生成された直流電圧と外部から入力された調光信号とに基づいて前記高周波電源を制御する帰還制御回路とを備えた放電灯調光点灯装置において、
前記交流電流検出回路は、
直流電源と、
前記交流電圧に含まれる直流成分をカットするコンデンサ、該コンデンサに直列に接続された第1ダイオード、及びその接続点と前記直流電源との間に挿入された第2ダイオードからなり、該第2ダイオードを介して入力された前記直流電源の電圧に前記交流電圧を加算し、これを第1ダイオードにより整流する倍電圧整流回路と、
該倍電圧整流回路の出力端とアースとの間に挿入された抵抗及び該抵抗に並列に接続された平滑コンデンサからなり、前記倍電圧整流回路で整流された電圧を平滑コンデンサにより平滑化して直流電圧を生成し、前記帰還制御回路に出力する平滑回路と
を有することを特徴とする放電灯調光点灯装置。 - 前記交流電流検出回路は、
直流電源と、
ブリッジ回路を構成する4つのダイオードからなり、この4つのダイオードに印加された前記直流電源の電圧に前記交流電圧を加算して全波整流する全波整流回路と、
該全波整流回路の出力端とアースとの間に挿入された抵抗及び該抵抗に並列に接続された平滑コンデンサからなり、前記全波整流回路で全波整流された電圧を平滑コンデンサにより平滑化して直流電圧を生成し、前記帰還制御回路に出力する平滑回路と
を有することを特徴とする請求項1記載の放電灯調光点灯装置。 - 前記倍電圧整流回路の第1ダイオード及び第2ダイオードは、それぞれ複数個のダイオードが直列に接続されてなり、
前記平滑回路は、前記倍電圧整流回路の出力端に直列に接続された第1抵抗及び第2抵抗と、該第2抵抗及びアースの間に挿入された複数の第3ダイオードと、前記第2抵抗及び複数の第3ダイオードに並列に接続された平滑コンデンサとからなり、
前記第1ダイオードと第2ダイオードの個数の合計をa、第3ダイオードの個数をb、第1抵抗の値をR1、及び第2抵抗の値をR2としたとき、b・R1=a・R2の関係になるように設定されていることを特徴とする請求項1記載の放電灯調光点灯装置。 - 前記平滑回路は、前記倍電圧整流回路の出力端に直列に接続された第1抵抗及び第2抵抗と、該第2抵抗及びアースの間に挿入された第3ダイオードと、前記第2抵抗及び第3ダイオードに並列に接続された平滑コンデンサからなり、
前記第1抵抗の値がR1、及び第2抵抗の値が2・R1に設定されていることを特徴とする請求項1記載の放電灯調光点灯装置。
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