JP3994604B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインバータ回路により負荷である放電灯に高周波電力を供給する放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２は従来例の回路図である（特開昭６３−１７５３９１号）。直流電源１の出力を高周波に変換するインバータ回路２の出力に、ＤＣカット用のコンデンサＣｄｃを介して、共振チョークＬと第１の共振コンデンサＣ１の直列回路を接続し、第１の共振コンデンサＣ１と並列に放電灯３を接続し、放電灯３の非電源側に第２の共振コンデンサＣ２を並列接続したものである。
【０００３】
図２の回路にあっては、このように、ＬＣ共振作用により放電灯３の両端に共振電圧を得るための共振コンデンサを、放電灯３の電源側と非電源側とに分けて、非電源側の共振コンデンサＣ２によりフィラメントの予熱電流を得るようにしたから、電源電圧が低くても電源側の共振コンデンサＣ１を大きくして放電灯３の両端電圧を高めることができ、また、放電灯３の非電源側のコンデンサＣ２の容量を適切に設計することにより、放電灯３の点灯後にフィラメントに過大な電流が流れることを防止できるものである。
【０００４】
ＬＣ共振回路の入力となるインバータ回路２の出力電圧は高周波（数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ）の矩形波電圧を出力する。前記矩形波電圧を入力電圧として矩形波電圧がハイの場合、ＬＣ共振回路に流れる電流経路は、共振チョークＬ→ランプフィラメント→共振コンデンサＣ２→ランプフィラメント→共振チョークＬの経路と、共振チョークＬ→共振コンデンサＣ１→共振チョークＬの経路となり、共振コンデンサを分割することにより２経路に電流ループが別れて、共振電流の一部が負荷であるランプ３に流れる。矩形波電圧がローの場合は、ハイの場合と反転した電流の流れとなる。負荷に供給される電力はＬＣ共振カーブに沿ってインバータ動作周波数の設定により変動する。
【０００５】
図３はランプフィラメント予熱時及びランプ寿命末期時の等価回路図を示す。この場合、ランプが放電しない程度にインバータ回路の動作周波数を設定するため、負荷はランプフィラメントの等価抵抗の成分のみとなる。以上のように、負荷（ランプフィラメント）に高周波電流が流れ、電力供給がなされる。
【０００６】
図４はランプが外れた無負荷時及びランプフィラメント断線時の等価回路図を示す。この場合には、前記矩形波電圧を入力電圧として、矩形波電圧がハイの場合、共振チョークＬ→共振コンデンサＣ１→共振チョークＬの経路でのみ電流が流れ、負荷電流ループがオープンである為、共振チョークＬと共振コンデンサＣ１のみの共振回路となる。
【０００７】
図１は負荷に供給される電力（インバータ回路出力）とＬＣ共振回路によるインバータ動作周波数との関係を示す。ランプ点灯時は、共振チョークＬと共振コンデンサＣ１及びＣ２の合成容量並びにランプインピーダンスによる、（ａ）ランプ点灯時共振カーブに沿って電力供給される。また、ランプフィラメント予熱時及びランプ寿命末期時は、共振チョークＬと共振コンデンサＣ１及びＣ２の合成容量による、（ｂ）ランプ未点灯時ＬＣ共振カーブに沿って電力供給される。無負荷時及びランプフィラメント断線時は、共振チョークＬと共振コンデンサＣ１のみによる、無負荷時ＬＣ共振カーブ（ｃ）に沿って電力供給される。以上のように、負荷に高周波電流が流れ、電力供給がなされる。
【０００８】
図１において、ｆ１はランプ点灯時のインバータ回路の動作周波数、ｆ２はランプ始動時のインバータ回路の動作周波数、ｆ３はランプフィラメント先行予熱時のインバータ回路の動作周波数、ｆ４，ｆ５は無負荷時の出力電圧が先行予熱時の出力電圧と一致するときのインバータ回路の動作周波数である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来例において、負荷であるランプが寿命末期状態となると半波放電したり、完全にフィラメント部のエミッタが無いと放電せず、ランプ電圧が上昇する。そのランプ電圧をランプ寿命末期検出回路４により監視してランプ寿命末期状態を検出する。ランプ寿命末期を検出すると、インバータ制御回路５によりインバータ回路の動作を停止あるいは出力を低下させて、インバータ回路２のスイッチング素子等に加わるストレスを低減する。
【００１０】
ここで、ランプ寿命末期を検出した後、インバータ動作を停止させて保護する方法を用いると、インバータ動作停止状態を解除する為の検出回路が必要となり、回路規模が大きくなり、部品点数も増えるので、コストアップとなる。そこで、現実的な保護動作としては、インバータ回路出力を十分に抑制した微弱発振動作とするのがよい。具体的には、ランプ寿命末期検出後、インバータ制御回路５によりインバータ回路２の動作周波数を増加させて、インバータ回路２の出力を抑制してランプ３のフィラメントに流れる電流を低減して保護動作させる。
【００１１】
その際、インバータ保護動作時のインバータ出力は、図１（ｂ）のランプ未点灯時ＬＣ共振カーブに沿って決定されるので、インバータ動作周波数が増加すればするほどインバータ回路出力は減少することになる。インバータ保護動作時のインバータ回路出力は、ランプフィラメントによる電力損失にて発熱するため、安全に配慮して可能な限り低減することが望ましい。これより、ランプ寿命末期保護時のインバータ動作周波数は高い周波数に設定するのがよい。
【００１２】
一方、ランプ寿命末期検出により保護動作した後、寿命となったランプは当然ランプ交換される為、ランプを外されて無負荷状態となる。無負荷時のインバータ出力は図１（ｃ）の無負荷時ＬＣ共振カーブに沿って決定されるので、保護動作時の周波数の設定によってはＬＣ共振点ｆ０’に近接すると大きな共振電圧が発生してインバータ回路（特にスイッチング素子）にストレスを与える。
【００１３】
本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ランプ寿命末期検出後の保護動作時にランプフィラメントに流れる電流による電力損失を低減してフィラメント部の発熱も抑制すると共に、ランプ交換時の無負荷状態においてもインバータ回路のスイッチング素子に与えるストレスを抑制することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記の課題を解決するために、図２に示すように、直流電源１の出力を高周波に変換するインバータ回路２の出力にインダクタンスＬと第１のコンデンサＣ１の直列回路を接続し、第１のコンデンサＣ１と並列に放電灯３を接続し、放電灯３の非電源側に第２のコンデンサＣ２を並列に接続して構成される放電灯点灯装置において、ランプ電圧を監視してランプ電圧の異常が発生するとランプ寿命と判断してインバータ回路２の動作周波数を高めてインバータ回路２の出力を抑制するランプ寿命末期検出回路４を有し、前記インダクタンスＬと第１及び第２のコンデンサＣ１，Ｃ２によるランプ未点灯時のＬＣ共振特性と、前記インダクタンスＬと第１のコンデンサＣ１による無負荷時のＬＣ共振特性との交点の周波数よりもランプフィラメント先行予熱時の動作周波数ｆ３が低く設定されている場合に、ランプ寿命末期検出時におけるインバータ回路２の動作周波数ｆｘを、図１に示すように、ランプフィラメント先行予熱時の動作周波数ｆ３よりも高く、且つ無負荷時のＬＣ共振特性によるインバータ回路２の出力が予熱時出力電圧と同じ電圧となる進相側の周波数ｆ４よりも低い範囲に設定したことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明の実施形態１を図１を参照しながら説明する。回路図は図２と同じである。本実施形態では、ランプ寿命末期検出時のインバータ動作周波数を、図１（ｂ）のランプ未点灯時共振カーブと、図１（ｃ）の無負荷時共振カーブとが交点を持つインバータ動作周波数の近傍に設定する。図１（ｃ）の無負荷時共振カーブにおいて、ランプフィラメント先行予熱時のインバータ回路の出力と同一出力を発生するインバータ回路の動作周波数の進相側をｆ４、遅相側をｆ５とした場合、ランプ寿命末期検出時のインバータ動作周波数ｆｘは、ｆ３＜ｆｘ＜ｆ４を満足する周波数に設定する。
【００１６】
このように、ランプ寿命末期検出時及びランプ外れ検出時には、少なくとも正常にランプを点灯させる上でインバータ回路出力が最小となるランプフィラメント先行予熱時より小さいインバータ回路出力とすることにより、ランプ寿命末期検出による保護動作時におけるフィラメントに流れる電流による発熱を抑制でき、かつ、ランプが外れた時のインバータ回路に与えるストレスも最小限に抑えることが出来る。
【００１７】
（実施形態２）
本発明の実施形態２を図１を参照しながら説明する。回路図は図２と同じである。本実施形態では、図１（ｃ）の無負荷時共振カーブにおいて、ランプフィラメント先行予熱時のインバータ回路出力と同一出力を発生するインバータ回路の動作周波数の進相側をｆ４、遅相側をｆ５とした場合、ランプ寿命末期検出による保護動作時のインバータ動作周波数ｆｘは、ｆｘ＞ｆ５を満足する周波数範囲に設定する。
【００１８】
このように、ランプ寿命末期検出時及びランプ外れ検出時には、少なくとも正常にランプを点灯させる上でインバータ回路出力が最小となるランプフィラメント先行予熱時より小さいインバータ回路出力とすることにより、ランプ寿命末期検出による保護動作時におけるフィラメントに流れる電流による発熱を抑制でき、かつ、ランプが外れた時のインバータ回路に与えるストレスも最小限に抑えることが出来る。また、ランプが外れた時のインバータ回路のスイッチング素子へのストレスについても、インバータ回路の動作周波数が遅相側にて動作するので、よりストレスを低減することが可能となる。
【００１９】
（実施形態３）
実施形態１及び実施形態２において、インバータ回路２の入力となる直流電源１として、電圧可変できる昇圧型チョッパー回路を用いる場合、ランプ寿命末期検出時にインバータ動作周波数を高めると同時に、昇圧型チョッパー回路のチョッパー動作を停止させると昇圧作用が無くなるため、ランプ寿命末期時及びランプ外れ時の課題に対してより効果的になる。
【００２０】
（実施形態４）
実施形態１及び実施形態２において、インバータ回路の各状態における動作周波数として、つまり、予熱時の動作周波数ｆ３、始動時の動作周波数ｆ２、点灯時の動作周波数ｆ１、ランプ寿命末期検出による保護動作時の動作周波数ｆｘについて、ランプが外れた時のインバータ回路に与えるストレスを必要最小限にするために、上述のｆ４からｆ５までの周波数範囲外を使用する。これによりランプ寿命末期検出時の保護動作時のみならず、インバータ回路の各状態における動作周波数においても、ランプ外れ時のストレスを抑制することが出来る。
【００２１】
（実施形態５）
実施形態１〜実施形態４では図２の回路を用いることを前提として説明したが、負荷が複数灯直列に接続されている場合においても同様の回路動作であるので、同様の効果を得ることができる。一例として、図５では放電灯３ａ，３ｂが２灯直列に接続されている場合の回路図を示しているが、３灯以上が直列接続されていても良いし、直並列接続されていても良い。なお、図６、図７は、それぞれ図５の回路における先行予熱時及びランプ寿命末期時と、無負荷時及びフィラメント断線時の等価回路図である。
【００２２】
（実施形態６）
実施形態１〜実施形態４において、共振チョークＬ、共振コンデンサＣ１，Ｃ２及び負荷３からなるＬＣ共振回路が複数並列に接続されている場合においても、同様の回路動作であるので、同様の効果を得ることができる。図８では放電灯３ａ，３ｂが２個並列に接続されている場合の回路図を例示しているが、３灯以上が並列接続されていても良い。また、図９に示すように、複数の放電灯３ａ，３ｂをバランサＴを用いて並列接続し、第１のコンデンサＣ１と共振チョークＬを各放電灯３ａ，３ｂについて兼用した回路構成でも本発明を適用できる。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ランプ寿命末期検出時におけるインバータ回路の動作周波数を、ランプフィラメント先行予熱時の動作周波数よりも高く、且つ無負荷時のＬＣ共振特性によるインバータ回路の出力が予熱時出力電圧と同じ電圧となる進相側の周波数よりも低い範囲に設定したので、ランプ寿命末期検出時において、ランプのフィラメント部に大きな電流が流れることがなく、したがって、フィラメント部による発熱を抑制することができ、しかも、ランプ交換時にランプが外された状態で発振動作してもインバータ回路が受けるストレスを最小限に抑えることができるという効果がある。また、請求項３の発明によれば、請求項１の発明と同じ効果が得られるほか、ランプ交換時にランプが外された状態での発振動作が遅相モードであるので、インバータ回路が受けるストレスを最小限に抑え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】 本発明と従来例の動作説明のための共振回路の周波数特性を示す特性図である。
【図２】 従来の放電灯点灯装置の回路図である。
【図３】 図２の先行予熱時及びランプ寿命末期時の等価回路図である。
【図４】 図２の無負荷時及びフィラメント断線時の等価回路図である。
【図５】 本発明の実施形態５の放電灯点灯装置の回路図である。
【図６】 図５の先行予熱時及びランプ寿命末期時の等価回路図である。
【図７】 図５の無負荷時及びフィラメント断線時の等価回路図である。
【図８】 本発明の実施形態６の放電灯点灯装置の回路図である。
【図９】 本発明の実施形態６の放電灯点灯装置の一変形例を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 直流電源
２ インバータ回路
３ ランプ
４ ランプ寿命末期検出回路
５ インバータ制御回路
Ｌ 共振チョーク
Ｃ１ 第１の共振コンデンサ（電源側）
Ｃ２ 第２の共振コンデンサ（非電源側）

Claims (7)

1. 直流電源の出力を高周波に変換するインバータ回路の出力にインダクタンスと第１のコンデンサの直列回路を接続し、第１のコンデンサと並列に放電灯を接続し、放電灯の非電源側に第２のコンデンサを並列に接続して構成される放電灯点灯装置において、
   ランプ電圧を監視してランプ電圧の異常が発生するとランプ寿命と判断してインバータ回路の動作周波数を高めてインバータ回路の出力を抑制するランプ寿命末期検出回路を有し、
   前記インダクタンスと第１及び第２のコンデンサによるランプ未点灯時のＬＣ共振特性と、前記インダクタンスと第１のコンデンサによる無負荷時のＬＣ共振特性との交点の周波数よりもランプフィラメント先行予熱時の動作周波数が低く設定されている場合に、
   ランプ寿命末期検出時におけるインバータ回路の動作周波数を、ランプフィラメント先行予熱時の動作周波数よりも高く、且つ無負荷時のＬＣ共振特性によるインバータ回路の出力が予熱時出力電圧と同じ電圧となる進相側の周波数よりも低い範囲に設定したことを特徴とする放電灯点灯装置。
2. ランプ寿命末期検出時におけるインバータ回路の動作周波数を、前記インダクタンスと第１及び第２のコンデンサによるランプ未点灯時のＬＣ共振特性によるインバータ回路の出力電圧と、前記インダクタンスと第１のコンデンサによる無負荷時のＬＣ共振特性によるインバータ回路の出力電圧とが同じ電圧となる前記交点の周波数に設定したことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 直流電源の出力を高周波に変換するインバータ回路の出力にインダクタンスと第１のコンデンサの直列回路を接続し、第１のコンデンサと並列に放電灯を接続し、放電灯の非電源側に第２のコンデンサを並列に接続して構成される放電灯点灯装置において、
   ランプ電圧を監視してランプ電圧の異常が発生するとランプ寿命と判断してインバータ回路の動作周波数を高めてインバータ回路の出力を抑制するランプ寿命末期検出回路を有し、
   前記インダクタンスと第１及び第２のコンデンサによるランプ未点灯時のＬＣ共振特性と、前記インダクタンスと第１のコンデンサによる無負荷時のＬＣ共振特性との交点の周波数よりもランプフィラメント先行予熱時の動作周波数が低く設定されている場合に、
   ランプ寿命末期検出時におけるインバータ回路の動作周波数を、無負荷時のＬＣ共振特性によるインバータ回路の出力が予熱時出力電圧と同じ電圧となる遅相側の周波数よりも高い範囲に設定したことを特徴とする放電灯点灯装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、直列接続又は並列接続された複数の放電灯を含み、第１のコンデンサは全放電灯について１個のコンデンサが共有されており、第２のコンデンサは各放電灯について個別に設けられていることを特徴とする放電灯点灯装置。
5. 複数の放電灯をバランサの機能を有するインダクタンスを介して第１のコンデンサの両端に並列接続し、各放電灯の非電源側にそれぞれ第２のコンデンサを並列接続したことを特徴とする請求項４記載の放電灯点灯装置。
6. インバータ回路の入力となる直流電源は出力電圧を可変できる昇圧型チョッパー回路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。
7. ランプ寿命末期検出時にインバータ回路の動作周波数を高めると同時に、昇圧型チョッパー回路のチョッパー動作を停止させることを特徴とする請求項６に記載の放電灯点灯装置。

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