JP3906403B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図3は、例えば特開平5−21181号公報に開示された従来の放電灯点灯装置を示す回路構成図である。図3において、直流電源1の両端に第1のコンデンサ2と第2のコンデンサ3とから成る第1の直列回路が接続され、この第1の直列回路の両端に抵抗4と第3のコンデンサ5とから成る第2の直列回路が接続される。そして、第2の直列回路の両端に第1のスイッチング素子6と第2のスイッチング素子7とから成る第3の直列回路および第1のダイオード8と第2のダイオード9とから成る第4の直列回路が接続される。また、第1の直列回路、第3の直列回路、第4の直列回路のそれぞれの接続点に限流用コイル10と放電灯11とパルストランス12の1次巻線12aとから成る第5の直列回路が接続される。また、放電灯11とパルストランス12の1次巻線12aの直列回路に第4のコンデンサ13が並列接続される。そして、パルストランス12の1次巻線12aと磁気結合する2次巻線12bの一端は1次巻線12aに接続され、その他端は第3のスイッチング素子14の一端に接続される。さらに、第3のスイッチング素子14の他端は第2の直列回路の接続点に接続される。
【0003】
次に、放電灯点灯装置の動作を、図3に示す回路構成図を併用して説明する。直流電源1から供給される直流電流が、第2の直列回路の抵抗4を介して第3のコンデンサ5に流れる。そして、第3のスイッチング素子14がオンすると、第3のコンデンサ5の充電電荷はパルストランス12の2次巻線12bに放出され、これによって1次巻線12aにパルス状の高電圧が発生する。この高電圧の大きさは、1次巻線12aの巻数を2次巻線12bの巻数に対して10倍程度に設定した場合、第3のコンデンサ5の充電電荷即ち充電電圧の10倍程度となる。したがって、放電灯11の端子間に前述の大きさのパルス状の高電圧が印加されて放電灯11が始動する。
【0004】
次に、放電灯11が始動した場合に第1のスイッチング素子6と第2のスイッチング素子7とは、それぞれ交互にオン/オフを繰り返す。ここで、第1のスイッチング素子6がオンする過程では第1のコンデンサ2の充電電荷はパルストランス12の1次巻線12a、放電灯11、限流用コイル10の一順路の方向へ放出する。そして、第2のスイッチング素子7がオンする過程では第2のコンデンサ3の充電電荷は限流コイル10、放電灯11、1次巻線12aの他順路の方向へ放出する。したがって、放電灯11の端子間に交流電力が供給されて、放電灯11は点灯する状態となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の特開平5−21181号公報に開示された放電灯点灯装置は、前述のように放電灯の端子間にパルス状の高電圧を印加して始動させ、その後で交流電力を供給して点灯する回路構成となっている。一般的に、放電灯の始動性を良好にする即ち始動時間を短くするためには、図4に示すように放電灯の端子間にパルス幅の広い高電圧を印加することが肝要である。しかし、パルス幅の広い高電圧を得るためには第3のコンデンサの容量を大きくして、パルストランスの2次巻線側に電荷を長時間放出させる即ち電流を長時間流す必要がある。このとき、2次巻線が磁気飽和現象を起こしてインピーダンスが著しく低くなり、これによって第3のスイッチング素子に過大な電流が流れて素子が破壊してしまう。これを防止する方法として、1次巻線と2次巻線の巻数を多くしてそれぞれのインピーダンスを大きくする必要があるが、これに伴ってパルストランスおよび第3のコンデンサが大型化してコスト高という結果を招くことになる。したがって、放電灯点灯装置も必然的に大型化して高価な製品になってしまうという問題点を生じる。
【0006】
この発明は、前述のような問題点を解決するためになされたもので、回路部品の小型化かつ低コスト化を目指してパルス幅の広い高電圧を作り出し、放電灯の始動性を良好にする放電灯点灯装置を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる放電灯点灯装置は、商用交流電源の交流電圧を全波整流する全波整流回路と、全波整流回路からの直流電圧を所定レベルまで昇圧する昇圧回路と、スイッチング素子、インダクタンスコイル及びコンデンサを有し、そのスイッチング素子のオン・オフ動作に基づき昇圧回路の直流電圧をインダクタンスコイルを介してコンデンサに充電し、これを出力する限流回路と、限流回路の出力を交流電流に変換して放電灯に供給する交流電流変換回路と、1次巻線が放電灯に直列に接続されたパルストランス、このパルストランスの1次巻線に並列に接続された振動コンデンサ、前記パルストランスの2次巻線の一端に接続され、限流回路の出力により電圧が充電されるコンデンサ、及び2次巻線の他端にインダクタンスコイルを介して接続され、そのコンデンサの充電電圧をパルストランスの2次巻線に印加して1次巻線に高電圧を発生させ、前記振動コンデンサとによって得られる振動電圧を放電灯に印加するためのスイッチング素子を有する振動電圧発生回路とを備えた放電灯点灯装置において、振動電圧発生回路は、スイッチング素子のオンによるコンデンサの充電電圧がパルストランスの2次巻線に印加した後、スイッチング素子がオフすると2次巻線に蓄積された起電力を1次巻線から放出させ、スイッチング素子が再びオンしたときは、インダクタンスコイルに蓄えられた起電力を限流回路のインダクタンスコイル及びパルストランスの2次巻線から放出させる。
【0010】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、この発明による放電灯点灯装置の実施の形態を示す回路構成図である。図1において、15は商用交流電源、16は商用交流電源15から供給される交流電圧を全波整流する全波整流回路、17は全波整流回路16から出力される直流電圧を所定レベルまで昇圧する昇圧回路である。昇圧回路17は、スイッチング素子18の両端にダイオード19を介してコンデンサ20が並列接続され、かつスイッチング素子18の一端にインダクタンスコイル21が接続されて形成する。22は昇圧回路17から出力される直流電圧分に相当する直流電流を交流電流変換回路23で交流電流に変換し、その交流電流を放電灯24に供給した際に流れる電流の大きさをを制御する限流回路である。限流回路22は、スイッチング素子25の一端にダイオード26が接続され、かつダイオード26の両端にインダクタンスコイル27介してコンデンサ28が並列接続されて形成する。
【0011】
29は放電灯24の端子間に正弦波の振動電圧を印加する振動電圧発生回路である。この回路は、パルストランス30の1次巻線30aの両端に振動コンデンサ31が並列接続され、この振動コンデンサ31に放電灯24が直列に接続される。そして、放電灯24と振動コンデンサ31から成る直列回路にノイズブロック用コンデンサ32が並列に接続する。また、2次巻線30bの一端にダイオード33とコンデンサ34が接続され、その他端にインダクタンスコイル35とスイッチング素子36が接続し、その中間点にダイオード37が接続される。38は昇圧回路17の出力電圧を検出する昇圧回路用電圧検出器、39は限流回路22の出力電圧を検出する限流回路用電圧検出器、40は限流回路22の出力電流を検出する電流検出器である。
【0012】
41は昇圧回路用電圧検出器38の出力電圧に基づいて昇圧回路17のスイッチング素子18をオン/オフ制御したり、かつ限流回路用電圧検出器39および電流検出器40の出力に基づいて限流回路22のスイッチング素子25をオン/オフ制御する制御回路である。さらに、制御回路41は交流電流変換回路23から所定の周波数をもつ交流電圧が発生するように、その回路を構成する各スイッチング素子(図示なし)をオン/オフ制御したり、かつ振動電圧発生回路29のスイッチング素子36をオン/オフ制御する。42は制御回路を駆動する電源回路である。
【0013】
次に、こうした構成を有する放電灯点灯装置の動作を、図1に示す回路構成図を併用して説明する。放電灯点灯装置を動作開始した場合に、制御回路41は昇圧回路17のスイッチング素子18を所定時間だけオンさせ、全波整流回路16から出力される直流電流をインダクタンスコイル21に流す。この後で、スイッチング素子18をオフしてインダクタンスコイル21に蓄積された電磁エネルギー即ち起電力をダイオード19を介してコンデンサ20に充電する。そして、昇圧回路17の出力電圧即ちコンデンサ20の充電電圧が例えば300V〜400Vの適正な直流電圧となるように、昇圧回路用電圧検出器38の出力に基づいてスイッチング素子18をオン/オフ制御する。
【0014】
次に、制御回路41は限流回路22のスイッチング素子25を所定時間だけオンさせ、それによって昇圧回路17の出力電圧が限流回路22のインダクタンスコイル27を介してコンデンサ28に充電する。そして、コンデンサ28に充電された電圧は振動電圧発生回路29のダイオード33を介してコンデンサ34に充電される。この後で、スイッチング素子25をオフすると同時に、振動電圧発生回路29のスイッチング素子36を所定時間だけオンにして、コンデンサ34に充電された電圧をパルストランス30の2次巻線30bからインダクタンスコイル35に印加する。
【0015】
ここで、限流回路22のスイッチング素子25と振動電圧発生回路29のスイッチング素子36とをそれぞれ交互にオンさせる理由は、昇圧回路17の出力電圧が限流回路22のスイッチング素子25からインダクタンスコイル27を介して振動電圧発生回路29のスイッチング素子36に印加される状態を防ぐためである。これにより、双方のスイッチング素子に過大な電圧が印加されることなく、素子の破損を未然に防止することができる。
【0016】
次に、振動電圧発生回路29のスイッチング素子36をオフにして、パルストランス30の2次巻線30bに蓄えられた起電力を1次巻線30a側に放出する。ここで、1次巻線30aの巻数は2次巻線30bの巻数に対して10倍程度の比率であるので、1側巻線30aにはコンデンサ34の充電電圧の10倍程度に相当する高電圧が印加される。そして、その高電圧は1次巻線30aとそれに並列接続する振動コンデンサ31との振動回路によって、正弦波の振動電圧に変化する。
【0017】
ここで、例えばインダクタンス値が1mHの1次巻線30aに振動コンデンサ31が並列接続されず、その巻線の浮遊容量が10PFとした場合に、振動周波数はf=1/2π√(LC)の式より約1600kHzと算出される。したがって、正弦波の高電圧の半周期幅は約0.3μsと求められて非常に狭い電圧幅となる。しかし、1次巻線30aに例えば500PFの振動コンデンサ31を並列接続した場合は、前述の式より振動周波数が225kHzと算出される。したがって、正弦波の高電圧の半周期幅は約2μsと求められて広い電圧幅となる。そして、半周期幅が約2μsの正弦波の限流回路22のスイッチング素子25と振動電圧発生回路29のスイッチング素子36とをそれぞれ交互に数回オン/オフさせて数回発生するように作り出し、その電圧を放電灯24に印加することで放電灯24の始動性が向上する。
【0018】
また、前述のようにパルストランス30の1次巻線30aで振動電圧が発生している期間に、2次巻線30bにその振動電圧が帰還して印加される。例えば、2次巻線30bに接続するコンデンサ34の充電電圧が300V、2次巻線30bと1次巻線30aとの巻数比を10倍とした場合に、1次巻線30aには電圧振動作用により約4KVの振動電圧が発生する。これと同時に、2次巻線30bに約400Vの振動電圧が印加される。これにより、2次巻線30bのスイッチング素子36を400Vの高耐圧タイプに選定する必要があるが、素子のコストが高くなるという問題点を有する。
【0019】
こうした問題点を解決する方法として、図1の回路構成図に示すように昇圧回路17のコンデンサ20の一端に2次巻線30bのインダクタンスコイル35の一端をダイオード37を介して接続する。これにより、昇圧回路17のコンデンサ20の充電電圧を300Vに設定した場合に、2次巻線30bに印加される400Vの振動電圧がインダクタンスコイル35からダイオード37を介してコンデンサ20により電圧クリップされるので、スイッチング素子36に印加される電圧は常に300Vに維持される。したがって、スイッチング素子36は300V用標準タイプの比較的コストの安いもので対応できる。
【0020】
また、振動電圧発生回路29のスイッチング素子36をオフにした場合に、前述のようにパルストランス30の2次巻線30bに蓄えられた起電力は1次巻線30aに放出されるが、インダクタンスコイル35に蓄積された起電力は放出されない状態となる。これにより、例えば限流回路22のスイッチング素子25が再びオンして振動電圧発生回路29のコンデンサ34に電圧が充電され、その後でスイッチング素子25をオフした直後にスイッチング素子36をオンしたときに、コンデンサ34の充電電圧とインダクタンスコイル35に蓄えられた起電力が加算されるために、スイッチング素子36に過大な電圧が印加して破損するなどの問題点が生ずる。
【0021】
前述の問題点を解決する方法として、図2に示す双方のスイッチング素子の動作に関するタイミングチャート図に示すように、例えば図2(a)に示すように第1の期間で限流回路22のスイッチング素子25を所定時間T1だけオンさせ、この後でスイッチング素子25をオフすると同時に、第2の期間で振動電圧発生回路29のスイッチング素子36を所定時間T2だけオンしてパルストランス30の1次巻線30aに直流電圧を供給する。そして、スイッチング素子36を所定時間T3だけオフすることで2次巻線30bの起電力が1次巻線30aに放出され、図2(b)に示すように1次巻線30aに正弦波の減衰状態の振動電圧が印加される。
【0022】
次に、スイッチング素子36を所定時間T4だけ再びオンして、インダクタンスコイル35に蓄えられた起電力をスイッチング素子36を通じて限流回路22のダイオード26からインダクタンスコイル27へ、さらに振動電圧発生回路29のダイオード33から2次巻線30bに放出する。この後で、スイッチング素子36をオフした直後に第3の期間でスイッチング素子25を再びオンさせ、前述と同様にコンデンサ34に電圧を充電する。
【0023】
次に、制御回路41は前述の始動動作により放電灯24が始動した直後に、限流回路用電圧検出器39の出力に基づいて放電灯24への印加電圧を読み込み、放電灯24に供給される電力が目標電力となるように目標電流を決定する。そして、放電灯24に流れる電流を電流検出器40で検出し、その出力に基づいて限流回路22のスイッチング素子25をオン/オフ制御する。ここで、放電灯24に流れる電流が目標電流値よりも小さい場合はスイッチング素子25のオン時間をオフ時間と比べて長くし、かつ放電灯電流が目標電流値よりも大きい場合はスイッチング素子25のオン時間をオフ時間と比べて短くする。
【0024】
次に、スイッチング素子25によって高速でオン/オフされたパルス状の電流は、インダクタンスコイル27とコンデンサ28との平滑作用で直流電流に平滑される。そして、限流回路22から出力される目標電流は交流電流変換回路23によって交流電流に変換され、その交流電流を放電灯24に供給して点灯する。
以上のように、パルストランス30の1次巻線30aに振動コンデンサ31を並列接続して振動電圧回路を形成し、その回路から発生する周期の長い即ち電圧幅の長い振動電圧を放電灯24に供給することで始動性が向上する。
【0025】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、スイッチング素子のオンによるコンデンサの充電電圧がパルストランスの2次巻線に印加した後、スイッチング素子がオフすると2次巻線に蓄積された起電力を1次巻線から放出させ、スイッチング素子が再びオンしたときは、インダクタンスコイルに蓄えられた起電力を限流回路のインダクタンスコイル及びパルストランスの2次巻線から放出させるようにしたので、振動電圧発生回路のスイッチング素子に過大な電圧が印加されず、そのスイッチング素子の破損を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の放電灯点灯装置に係る実施の形態1を示す回路構成図である。
【図2】 実施の形態1の放電灯点灯装置に係る回路部を構成するスイッチング素子の動作タイミングチャート図である。
【図3】 従来例の放電灯点灯装置を示す回路構成図である。
【図4】 従来例の放電灯点灯装置の高電圧パルス幅と始動時間との関係を表した特性図である。
【符号の説明】
1 直流電源、2 第1のコンデンサ、3 第2のコンデンサ、4 抵抗、5第3のコンデンサ、6 第1のスイッチング素子、7 第2のスイッチング素子、8 第1のダイオード、9 第2のダイオード、10 限流用コイル、11放電灯、12 パルストランス、13 第4のコンデンサ、14 第3のスイッチング素子、15 商用交流電源、16 全波整流回路、17 昇圧回路、18 スイッチング素子、19 ダイオード、20 コンデンサ、21 インダクタンスコイル、22 限流回路、23 交流電流変換回路、24 放電灯、25スイッチング素子、26 ダイオード、27 インダクタンスコイル、28 コンデンサ、29 振動電圧発生回路、30 パルストランス、31 振動コンデンサ、32 ノイズブロック用コンデンサ、33 ダイオード、34 コンデンサ、35 インダクタンスコイル、36 スイッチング素子、37 ダイオード、38 昇圧回路用電圧検出器、39 限流回路用電圧検出器、40 電流検出器、41 制御回路、42 電源回路。
Claims (1)
- 商用交流電源の交流電圧を全波整流する全波整流回路と、
該全波整流回路からの直流電圧を所定レベルまで昇圧する昇圧回路と、
スイッチング素子、インダクタンスコイル及びコンデンサを有し、そのスイッチング素子のオン・オフ動作に基づき前記昇圧回路の直流電圧をインダクタンスコイルを介してコンデンサに充電し、これを出力する限流回路と、
該限流回路の出力を交流電流に変換して放電灯に供給する交流電流変換回路と、
1次巻線が放電灯に直列に接続されたパルストランス、このパルストランスの1次巻線に並列に接続された振動コンデンサ、前記パルストランスの2次巻線の一端に接続され、前記限流回路の出力により電圧が充電されるコンデンサ、及び前記2次巻線の他端にインダクタンスコイルを介して接続され、そのコンデンサの充電電圧をパルストランスの2次巻線に印加して1次巻線に高電圧を発生させ、前記振動コンデンサとによって得られる振動電圧を放電灯に印加するためのスイッチング素子を有する振動電圧発生回路と
を備えた放電灯点灯装置において、
前記振動電圧発生回路は、スイッチング素子のオンによるコンデンサの充電電圧がパルストランスの2次巻線に印加した後、スイッチング素子がオフすると2次巻線に蓄積された起電力を1次巻線から放出させ、スイッチング素子が再びオンしたときは、インダクタンスコイルに蓄えられた起電力を前記限流回路のインダクタンスコイル及びパルストランスの2次巻線から放出させることを特徴とする放電灯点灯装置。
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