JP3846619B2

JP3846619B2 - 高圧放電ランプ点灯装置および照明装置

Info

Publication number: JP3846619B2
Application number: JP2000165013A
Authority: JP
Inventors: 弘親塩濱; 禎男近藤; 勲阿部
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2000-06-01
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2020-06-01
Also published as: JP2001345198A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電ランプ等を点灯させる点灯装置および照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高圧放電ランプ、特にメタルハライドランプなどは始動電圧が非常に高く、高圧パルスを印加することによってランプを点灯させている。このためランプが点灯するのに必要な高圧パルスを発生させるため、イグナイタを用いていた。
【０００３】
しかし、このような高圧パルスを印加すると、発光管内の電極を劣化させるばかりでなく、高圧パルスおよび二次電圧による部品の劣化、周囲のノイズの原因および使用者に対する感電の虞などがあった。
【０００４】
このため、特開平７−２０１４８４号公報には、高圧パルスを印加せずに、高圧放電灯を始動させる点灯装置として、ランプ点灯時に昇圧トランスにて昇圧された高い実効値の電圧（数１００Ｖ程度）を低い周波数で印加させる放電灯の点灯装置（従来例１）が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例１の場合、高い電圧を二次電圧として出力しているため、このような放電灯の点灯装置を組み込んだ照明装置を取りつける際には格別な接地を施す必要がある。すなわち、電気設備基準には、出力電圧の実効値（２秒以上）が３００Ｖ以上でランプ電流が１Ａ以上の照明器具には特別第３種接地を施すことが規定されている。したがって、従来例１のものでは、上記特別第３種接地を要する場合が多くなる。このような接地を要するということは、それだけで照明器具が高価格となり、また、取り付け工事も煩雑になる。
【０００６】
このように、接地工事などの煩雑さを解消するため、特開平８−１０２３７８号公報には、放電灯点灯装置の出力電圧の実行値を３００Ｖ未満とするために、イグナイタに、多倍圧整流回路を主体として構成したイグナイタと、イグナイタに不連続に電圧を供給する制御手段を用いて、イグナイタから発生した高圧パルス電圧を間欠的に高圧放電灯に印加することによって点灯させる放電灯点灯装置（従来例２）が記載されている。
【０００７】
しかしながら、従来例２においては、高圧パルス電圧を間欠的に放電ランプに印加しているため、高圧放電ランプのグロー放電には寄与しても、アーク放電に移行しない、つまり、ランプが立ち消えしやすくなるなどの不具合を生じてしまうことがあった。
【０００８】
そこで、本発明は、特別なイグナイタ装置を用いることなく高圧放電ランプを確実に点灯させるとともに、接地工事などの煩雑さを解消する点灯装置および照明装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の高圧放電ランプ点灯装置は、直流電源装置と；直流電源装置から電圧を供給され所定の直流電圧を出力する出力可変の昇圧チョッパー回路と；昇圧チョッパー回路の出力端に接続され、昇圧チョッパー回路で昇圧した直流電圧を所望の電圧に降圧する降圧チョッパー回路と；降圧チョッパー回路の出力電圧を入力し、交互に極性が反転する電圧に変換してランプに供給する極性反転回路と；昇圧チョッパー回路および降圧チョッパー回路の出力を制御し、ランプの始動時には、昇圧チョッパー回路の出力電圧を高圧放電ランプの電極間にグロー放電を生じさせるように高く、降圧チョッパー回路の出力はグロー放電からアーク放電に移行させる程度の直流電圧に間欠的にパルス電圧が重畳した電圧となるようにして出力電圧の実効値を３００Ｖ未満に制御し、ランプ点灯後は昇圧チョッパー回路の出力電圧を低減させて、降圧チョッパー回路の出力を連続的な直流電圧を出力とさせ出力電圧の実効値を３００Ｖ未満に制御する制御手段と；を具備していることを特徴とする。
【００１０】
【００１１】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り、用語の定義および技術的な意味は次による。
【００１２】
直流電源装置は、交流を整流した整流化直流電源装置およびバッテリー電源装置のいずれでもよい。
【００１３】
高圧放電ランプとしては、水銀ランプ、メタルハライドランプおよびセラミックメタルハライドランプ等を許容する。
【００１４】
チョッパー回路は、昇圧チョッパーおよび降圧チョッパーを許容し、また、放電ランプの負荷特性を補償するためのバラスト手段として、例えば、限流インダクタンスを含むことを許容する。
【００１５】
チョッパー回路の出力端には極性反転回路を用いて交流点灯放電ランプを負荷とすることができる。極性反転回路は、フルブリッジ回路およびハーフブリッジ回路を構成することを許容し、これらを構成するスイッチング素子は、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）などを用いることができる。また、極性反転回路を用いずに直流点灯放電ランプを負荷とすることも可能である。
【００１６】
また、限流インダクタンスを含む部分を極性反転回路の出力端に負荷である放電ランプと直列に接続していても良い。
【００１７】
制御手段は、例えばチョッパー回路の出力電圧を検出して電源投入およびランプ点灯の有無を判別する機能を有する。また、電源投入後および無負荷時にはチョッパー回路の直流電圧として間欠的にパルス電圧を重畳させた電圧を出力させ、ランプ点灯後は出力電圧として連続的に直流電圧を出力させる機能などを含んでいる。制御手段の電源は、直流電源出力端または、昇圧チョッパーの出力端を分圧または、トランスを介して変圧する他、別置している他電源からも供給することも許容する。
【００１８】
制御手段のランプ点灯の有無の判別は、チョッパー回路の出力電圧を検出するなどの方法により行なうことができる。ランプが不点灯時はチョッパー回路の出力がそのまま現れるが、ランプ点灯時はランプ電圧が現れる。他、電流、光、熱などを検出することによりランプの点灯の有無を検出することもできる。
【００１９】
電源投入後および無負荷時には制御手段は、チョッパー回路の出力を放電ランプのグローアーク転移に必要な電圧、例えば１００Ｖ程度の直流電圧に間欠的に放電ランプをグロー放電させるのに必要なパルス電圧、例えば、数１００Ｖ程度を間欠的に重畳させた電圧を約２ｍｓｅｃ程度出力するように制御する。このようにランプに電圧を印加することによって、放電ランプの点灯を確実にすることができる。ランプが点灯した後はチョッパー回路の出力電圧を放電ランプが安定点灯できるように制御し、安定点灯時には略定格ランプ電圧、例えば１００Ｖ程度となるように連続的に放電ランプに電圧を印加することによって、放電ランプを安定点灯させることができる。
【００２０】
このような、放電ランプの始動に必要な波高値および幅などは、放電ランプの種類などによって異なってくる。上記の例は、定格２５０Ｗのメタルハライドランプの点灯に必要なパルスの例であったが、高圧ナトリウムランプを点灯する場合には、これよりも高いパルス電圧が必要となることが知られているため、ランプの種類などにより選択することが必要である。
【００２１】
また、制御手段は、マイクロコンピュータを用いることで、回路の簡略化、小型が図れる。また、マイクロコンピュータを用いることで、電源電圧の監視、回路の異常などを検出し、降圧チョッパーを停止させることが実現可能で、点灯装置の保護などを行なうこともできる。
【００２２】
請求項１の発明によれば、放電ランプの始動時には、直流電圧に間欠的に重畳したパルス電圧を印加することができる。このような電圧を放電ランプに印加することによって、重畳した高圧パルスによって放電ランプの電極間にグロー放電を生じさせ、直流電圧の電位によってグロー放電からアーク放電に移行することができるため、確実に放電ランプを点灯させることができる。
【００２３】
また、必要以上の高圧パルスを印加することもなくなるため、高圧パルスによる部品の劣化、周囲のノイズおよび使用者に対する感電の虞などを軽減することができる。
【００２４】
また、交流点灯の放電ランプの点灯装置に有効である。
【００２５】
【００２６】
さらに、点灯装置の出力が実効値で３００Ｖ未満となるように制御されているので、特別の接地を不要または簡単にすることができる。
【００２７】
請求項２の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に支持された請求項１記載の点灯装置と；を具備している。
【００２８】
本発明において、照明装置とは、放電ランプの発光を利用するあらゆる装置を意味しており、たとえば照明器具、液晶などのバックライト、自動車用ヘッドライトなどを含む。
【００２９】
請求項２の発明によれば、請求項１記載の点灯装置を用いているので、確実に放電ランプが点灯でき、また、特別の接地工事を不要または簡便とすることのできる照明装置を提供できる。
【発明の実施の形態】
本発明の点灯装置の実施形態を図を参照して説明する。図１は、点灯装置の回路図、図２は回路動作波形を表した図である。
【００３０】
図１の点灯回路図において、交流電源１の２次側に整流回路２、昇圧チョッパー３、降圧チョッパー４および負荷回路５を順次接続している。
【００３１】
交流電源１は、商用２００Ｖ交流電源である。
【００３２】
整流回路２は、図示はしないが、雑音防止回路、ブリッジ型全波整流回路、平滑回路などからなり、商用交流電源を整流し、直流電源を出力する。
【００３３】
昇圧チョッパー３は、整流回路２にインダクタンスＬ３、スイッチング素子Ｑ３の直列回路が接続されている。スイッチング素子Ｑ３の両端には逆流阻止用のダイオードＤ３を介して平滑用のコンデンサＣ３が接続されている。また、スイッチング素子Ｑ３は、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を用いており、ＦＥＴＱ３のドレインがインダクタンスＬ３とダイオードＤ３の中間に、ＦＥＴＱ３のソースがコンデンサＣ３の一端と整流回路２の負側出力端に接続されている。ＦＥＴＱ３のゲートは、制御手段６と接続されている。昇圧チョッパー３はスイッチング素子Ｑ３のスイッチング周波数およびオン期間などの制御により、コンデンサＣ３にかかる電圧を出力制御している。
【００３４】
ＦＥＴＱ３がオンすることにより整流回路２からインダクタンスＬ３に電流が流れてエネルギーが蓄積され、ＦＥＴＱ３がオフすることによりインダクタンスＬ３に誘導起電力が発生し、これが整流回路２の出力に重畳されて、ダイオードＤ３を介してコンデンサＣ３に充電される。したがって、コンデンサＣ３には整流回路２の出力電圧を昇圧した直流電圧が充電される。このＦＥＴＱ３のスイッチングのオン、オフの時間を制御することにより、インダクタンスＬ３のエネルギーの蓄積を制御することで、昇圧電圧を出力することができる。
【００３５】
降圧チョッパー４はＦＥＴＱ４および直列に接続されたインダクタンスＬ４、ＦＥＴＱ４とインダクタンスＬ４間と昇圧チョッパー３の出力の他端にダイオードＤ４が接続されて構成されており、昇圧チョッパー３で昇圧した直流電圧を所望の電圧に降圧する。また、高圧放電ランプの点灯中のちらつきなどを防止するため、ＦＥＴＱ４のスイッチングにより高周波を直流電圧に重畳させる機能を持つ。
【００３６】
また、降圧チョッパー４の出力端である、インダクタンスＬ４の他端とダイオードＤ４の負極端に電圧検出用の分圧抵抗Ｒ４１、Ｒ４２が直列に接続されている。また、この降圧チョッパー４のインダクタンスＬ４は、ランプを安定点灯させるための限流インダクタンスと兼用して用いている。
【００３７】
降圧チョッパー４の出力端に高圧放電ランプＤＬを含む負荷回路５が構成されている。負荷回路５は、極性反転回路として、４つの電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ５１、Ｑ５２、Ｑ５３、Ｑ５４からなるフルブリッジ回路５１と、フルブリッジ回路５１の出力端に接続された高圧放電ランプＤＬにより構成されている。
【００３８】
フルブリッジ回路５１のＦＥＴのうちＱ５１、Ｑ５３がオンとなり、Ｑ５２、Ｑ５４がオフのときには、フルブリッジ回路５１の出力端に直流電圧が現れ、つぎにＱ５１、Ｑ５３がオフとなり、Ｑ５２、Ｑ５４がオンのときは、先程とは逆電圧が現れる。また、高圧放電ランプＤＬと並列に雑音防止コンデンサＣ２が接続されている。
【００３９】
制御手段６は、マイクロコンピュータを用いている。制御手段６の電源は、昇圧チョッパー３の出力からトランスＴを介して供給されている。
【００４０】
また、降圧チョッパー４の出力を分圧抵抗Ｒ２を介して制御手段６に入力することにより高圧放電ランプＤＬの点灯の有無および交流電源１、昇圧チョッパー３および降圧チョッパー４の異常・正常などを検出している。
【００４１】
制御手段６は、接続されたＦＥＴＱ３、Ｑ４のスイッチングを制御することによって、昇圧チョッパー３、降圧チョッパー４の出力を制御する機能も有している。また、制御手段６によりフルブリッジ回路５１の各電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ５１、Ｑ５２、Ｑ５３、Ｑ５４のゲートにそれぞれ信号を出力することにより、各ＦＥＴＱ５１、Ｑ５２、Ｑ５３、Ｑ５４のスイッチング制御を行なうことによりフルブリッジ回路５１の動作の制御を行なう。
【００４２】
図２の各出力波形図を示す。昇圧チョッパー３は電源投入後ランプの点灯が制御手段６によって確認されるまで、６００Ｖの直流電圧を出力している。また、降圧チョッパー４は、１００Ｖの直流電圧に、６００Ｖのパルス電圧（パルス幅２msec）をパルス間隔が約１００Ｈｚとなるように出力している。このとき、フルブリッジ回路５１も、約１００Ｈｚで動作させており、フルブリッジ回路の出力が図示されているように動作する。
【００４３】
高圧放電ランプＤＬが点灯した時には、降圧チョッパー４の出力端には、ランプ電圧が現れるため降圧チョッパー４の出力電圧が低下する。この電圧を分圧抵抗Ｒ４２にて検出し、高圧放電ランプＤＬの点灯を確認する。その後、制御手段６は昇圧チョッパー３の出力を４００Ｖまで低下させて、降圧チョッパー４は出力電圧が、高圧放電ランプＤＬの定格電圧になるように制御を行なっている。フルブリッジ回路５は、Ｑ５１、Ｑ５３およびＱ５２、Ｑ５４を交互にスイッチングさせ高圧放電ランプＤＬに約１００Ｈｚの矩形波を印加している。
【００４４】
このような点灯装置を用いて、定格２５０Ｗのメタルハライドランプを点灯させたところ、ランプ１０本すべて２秒以内に点灯したことが確認できた。また、このように、動作させた場合点灯装置の２次電圧の実効値は点灯するまでは、２００Ｖｒｍｓであり、点灯後は１００Ｖｒｍｓであり、点灯装置の二次電圧の実効値が３００Ｖ未満であったため、接地を簡略化することができる。
【００４５】
本発明の第２の実施形態を図３を参照して説明する。図３は第１の実施形態の点灯装置７３に定格２５０ＷのメタルハライドランプＤＬを装着した照明装置７を示している。
【００４６】
照明装置７は、反射笠７１、ソケット７２及び点灯装置７３などから構成されている。メタルハライドランプＤＬの口金４は照明装置のソケット７２に装着されて使用される。ソケット７２には点灯装置７３の二次出力端が接続されメタルハライドランプＤＬに電力の供給を行なっている。照明装置７は天井面７０によって支持される。
【００４７】
このように構成された照明装置では、特別第３種接地工事の必要はなく、接地工事が簡略化できる。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、従来のようにイグナイタのような複雑な回路を用いることなく、また、過剰なパルス電圧をランプに印加せずに、確実に放電ランプを点灯させる点灯装置を提供することができる。
【００４９】
また、点灯装置の出力電圧の実効値が３００Ｖ未満であるため、特別の接地が不要となるため、設置工事などが簡略化できる。
【００５０】
請求項２の発明によれば、請求項１記載の発明の効果を有する照明装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の点灯装置の回路図。
【図２】本発明の第１の実施形態の点灯装置の回路動作波形を表した図。
【図３】本発明の第２の実施形態の照明装置。
【符号の説明】
１…商用交流電源
２…整流回路
３…昇圧チョッパー
４…降圧チョッパー
５…負荷回路
５１…フルブリッジ回路
ＤＬ…高圧放電ランプ
６…制御手段

Claims

直流電源装置と；
直流電源装置から電圧を供給され所定の直流電圧を出力する出力可変の昇圧チョッパー回路と；
昇圧チョッパー回路の出力端に接続され、昇圧チョッパー回路で昇圧した直流電圧を所望の電圧に降圧する降圧チョッパー回路と：
降圧チョッパー回路の出力電圧を入力し、交互に極性が反転する電圧に変換してランプに供給する極性反転回路と；
昇圧チョッパー回路および降圧チョッパー回路の出力を制御し、ランプの始動時には、昇圧チョッパー回路の出力電圧を高圧放電ランプの電極間にグロー放電を生じさせるように高く、降圧チョッパー回路の出力はグロー放電からアーク放電に移行させる程度の直流電圧に間欠的にパルス電圧が重畳した電圧となるようにして出力電圧の実効値を３００Ｖ未満に制御し、ランプ点灯後は昇圧チョッパー回路の出力電圧を低減させて、降圧チョッパー回路の出力を連続的な直流電圧を出力とさせ出力電圧の実効値を３００Ｖ未満に制御する制御手段と；
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
照明装置本体と；照明装置本体に支持された請求項１記載の点灯装置と；を具備していることを特徴とする照明装置。