JP4160428B2 - 高圧放電灯点灯装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電灯を高周波で点灯する高圧放電灯点灯装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の高圧放電灯点灯装置では、電源投入後、高圧放電灯(以下、「ランプ」という)が放電を開始する前後で、始動パルスを発生したり、点灯周波数の制御を切換えたりしていた(例えば、特許文献1〜4参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平4−342990号公報
【特許文献2】
特開平6−243982号公報
【特許文献3】
特許3279322号公報
【特許文献4】
特許2946389号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置は以上のように構成されており、以下に示すような課題があった。
【0005】
放電開始の前後で始動パルスを発生したり、点灯周波数の制御を切換えたりするため、放電開始を検出する検出回路が必要であった。この結果、装置が高価になる他、検出回路の精度によっては、完全に放電を開始していないにもかかわらず放電開始後の制御に移行してしまうなどの不具合が生じていた。
【0006】
本発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、安価で確実な動作を行う高圧放電灯点灯装置を提供することを目的にしている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高圧放電灯点灯装置は、AC電源を直流化する直流電源回路と、直流電源回路の出力を高周波に変換するインバータ回路と、インバータ回路を駆動するドライバ回路と、ドライバ回路の出力周波数を切換える周波数切換回路と、インバータの高周波出力を調整するチョークコイルと、チョークコイルに直列接続された高圧放電灯とコンデンサとの並列回路と、からなり、周波数切換回路は、高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まず、放電開始後において高圧放電灯を点灯するのに好適な周波数帯に属する第1の周波数と、これより高く、放電開始前において高圧放電灯に高圧を印加するのに好適な第2の周波数と、を放電開始前後に亘って交互に切換えると共に、第1の周波数の期間を、第2の周波数の期間より長く設定するように構成したものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック図である。
図において直流電源回路2は、商用電源1からの交流電圧を直流化し、直流電源回路2の出力は、インバータ回路3によって高周波電力に変換される。
【0009】
詳しくは、直流電源回路2には、ダイオード2a、2bと平滑コンデンサ2c、2dから構成された倍電圧整流回路が採用されている。またインバータ回路3は、ドライバ回路4から出力される周波数に基づいて交互にON/OFFする二つのMOSFET 3a、3bから構成されており、直流電力を高周波電力に変換する。そしてこの高周波電力は、直流カットコンデンサ5を介して、チョークコイル6によって電流を調整され、ランプ7及び共振コンデンサ8に印加される。なお、本実施の形態ではランプ7として定格20Wのセラミック製メタルハライドランプを用いる。
【0010】
また周波数切換回路9は、内蔵されたタイマの出力に基づいてドライバ回路4の出力周波数fを切換える。図2は、本実施の形態に係る周波数切換回路9がドライバ回路4の出力周波数を切換える様子を示したものである。図において出力周波数fは異なる二つの周波数f1、f2の間で、周期的に、交互に切換わる。一周期(T)中、出力周波数がf2である期間はdであり、それ以外の期間(=T−d)はf1である。
【0011】
ここで出力周波数f1は放電開始後において、ランプ7を点灯するのに好適な周波数であり、出力周波数f2は放電開始前において、ランプ7電極間の絶縁を破壊するため、高圧を印加するのに好適な周波数である。以下では、出力周波数f1、出力周波数f2、周期T及び期間dの設定について説明する。
【0012】
一般に高圧放電灯を高周波で点灯する場合、ランプ内の音波の進行波と反射波の干渉作用により放電アークが曲げられ、立ち消えやランプ破壊などを引き起こすいわゆる音響共鳴現象が生じやすいことが知られている。したがって特に1kHz以上の高周波点灯時では、音響共鳴現象が起こらない非共鳴周波数帯を選んで点灯する。図3に、本実施の形態で用いる定格20Wのセラミック製メタルハライドランプの非共鳴周波数帯と共鳴周波数帯(音響共鳴現象が起こる周波数帯)の分布を示す。また図には併せて、周波数fと図1に示した回路構成における高周波部のアドミタンスYとの関係を示している。
【0013】
ここで高周波部は、直流カットコンデンサ5、チョークコイル6、ランプ7及び共振コンデンサ8からなる部分である。
また図においてLcとLsは、それぞれランプ7が放電を開始する前と後における周波数fとアドミタンスYとの関係を示した特性曲線である。Rc、Rsはそれぞれ特性曲線Lc、Lsにおける共振点であり、共振点Rsは共振点Rcより低い周波数となる。
【0014】
このように特性曲線が、放電を開始する前と後において大きく異なるのは、ランプ7のインピーダンスが放電を開始する前は無限大であるのに対し、放電を開始した後では低いレベルまで下がることに拠る。
【0015】
即ち、放電を開始する前の高周波部は、直流カットコンデンサ5、チョークコイル6及び共振コンデンサ8の直列回路で表されるが、実際の回路構成において、直流カットコンデンサ5は共振コンデンサ8よりも十分大きな容量であるため、特性曲線Lcは、チョークコイル6と共振コンデンサ8に支配的されたものを示す。
【0016】
これに対して放電を開始した後の高周波部は、ランプ7と共振コンデンサ8の並列結合部に直流カットコンデンサ5とチョークコイル6を直列結合した回路で表されるが、実際の回路構成において、ランプ7のインピーダンスは共振コンデンサ8のインピーダンスに比べて十分小さく、ランプ7と共振コンデンサ8の並列結合部のインピーダンスは無視され、特性曲線Lsは、直流カットコンデンサ5とチョークコイル6によって支配されたものを示す。
【0017】
出力周波数f1の設定においては、曲線Lsの共振点Rsより高い、遅れ位相の領域で、かつ、非共鳴周波数帯に属するように設定する必要がある。
【0018】
出力周波数f1を(42〜50)kHzの非共鳴周波数帯に含まれる45kHzに設定して定格ランプ電力を得るため、直流カットコンデンサ5の容量が0.1μF、チョークコイル6の容量が1.3mHとした。なお、この時の共振点Rsは、約14kHである。また、出力周波数f1は、テレビリモコン等の動作周波数帯と重なる可能性をなくため、40kHZ以上に設定するのが望ましく、本実施の形態では、f1を(30〜38)kHzの非共鳴周波数帯は避けて設定した。
【0019】
また出力周波数f2は、共振コンデンサ8の両端に高電圧を印加するため、アドミタンスが大きく(特性曲線Lcの共振点Rcに近く)、かつ非共鳴周波数帯に属するように設定する。
20Wセラミック製メタルハライドランプにおける共鳴周波数帯と非共鳴周波数帯の分布と特性曲線Lcを踏まえ、両方の条件(アドミタンスが大きく、非共鳴周波数帯に属する)満たす周波数として非共鳴周波数帯(79〜83)kHzに属する80kHzを設定する。
【0020】
また周期Tは、出力周波数f1と出力周波数f2の切換動作が視覚的に認識できない程度であればよいが、放電開始を早めるため、1sec以下とするのが望ましい。
【0021】
さらに期間dは、数μsec〜数msecの幅があれば十分であるが、期間dは、短い方が放電開始後に切換動作による光の段差が出にくいことから、できるだけ短く設定する方が望ましい。
【0022】
以上をまとめると20Wセラミック製メタルハライドランプにおいて出力周波数f1を45kHz、出力周波数f2を80kHz、周期Tを10msec、期間dを1msecに設定した。このときの出力周波数fに対するランプ電流iL及びランプ電圧VLの変化を図4に示す。図よりランプが放電を開始する前は、出力周波数f2の作用によりランプ7に高圧が印加され、放電を開始した後は、主に出力周波数f1によって安定点灯されることが分かる。
【0023】
このように放電開始前後で出力周波数の制御状態を変化させずに、放電開始動作と安定点灯動作とを兼ねる回路構成としたので、検出回路が不要となり、安価かつ簡単な構成の点灯装置を提供することができる。
【0024】
また、安定点灯中に何らかの放電不安定が生じ立ち消えた場合でも、特別な検出回路や追加的な制御を設けることなく、放電開始前の状態と同じ動作状態とすることができ、確実な点灯復帰が可能となる。
【0025】
実施の形態2.
実施の形態1では、出力周波数f2を非共鳴周波数帯に設定する場合について説明したが、本実施の形態では、出力周波数f2を共鳴周波数帯に設定する場合について説明する。
図5は図3と同じく、20Wセラミック製メタルハライドランプにおける共鳴周波数帯と非共鳴周波数帯の分布と、周波数fと高周波部のアドミタンスYの関係、及び本実施の形態に係る出力周波数f2の設定を示したものである。
回路構成及び動作は、実施の形態1と同じであるので説明を省略する。実施の形態1との相違は、出力周波数f2と期間dの設定にある。
【0026】
一般に高圧放電灯を高周波点灯する場合、出力周波数を非共鳴周波数帯から共鳴周波数帯に移動させてから、音響共鳴現象が発生するまでに、約1msecの時間を要することが知られている。したがって逆に、周波数f2が共鳴周波数帯に属する周波数であっても、1msec以内の期間dで、非共鳴周波数帯に属する周波数f1に切換われば、音響共鳴現象は起こらず、安定に切換え動作が継続するものと考えられる。
本実施の形態は、このような考察に基づいたものであり、出力周波数f2を共振点Rc付近の任意の周波数に設定し、期間dを1msec以内に設定したものである。
【0027】
以上のように構成することで、出力周波数f2の設定範囲は、共鳴周波数帯まで拡張される。この結果、設計の自由度が高まり、特に出力周波数f2を高く設定することで、共振コンデンサ8の容量を下げ、さらなる小型化を図ることができる。
【0028】
実施の形態3.
実施の形態1及び2では、出力周波数f2が単一周波数である場合について説明したが、本実施の形態では、出力周波数f2が単一周波数ではない場合について説明する。
図6は、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック図である。
図中1〜9は実施の形態1に示したものと同じであるので説明を省略する。本実施の形態では、周波数切換回路9に内蔵されたタイマとは別に、新たにタイマ回路10を設置している。
【0029】
次に動作について説明する。
一般にコイルやコンデンサといった電子部品はその特性値(容量)にバラツキがあり、このバラツキによって図3に示した共振点Rs、Rcはずれる。出力周波数f1は共振点Rsから離れた、なだらかな箇所に設定されるため、共振点Rsが多少ずれてもアドミタンスはほとんど変わらず、問題にはならない。
【0030】
一方、出力周波数f2は、高電圧を発生させるために、アドミタンスの大きな共振点Rcの近傍に設定する必要がある。この結果、共振点Rcが少しでもずれると、アドミタンスは大きく変化し、放電開始前に、ランプに印加する電圧が大きく変動する。特に共振点Rcが、印加電圧の減少する方向にずれた場合には、放電を開始することができない場合が想定される。
【0031】
このようなことを回避するために、例えば図7に示すように周波数f2を、タイマ回路10により決められた周期で、異なる二つ周波数f21、f22に交互に切換るようにする。
ここで周波数f21、f22はいずれも共振点Rcの近傍から選ばれており、共振点Rcが多少ずれてもどちらかの周波数のアドミタンスが、所定以上の値をとるように設定されている。
【0032】
以下では、この点について詳しく説明する。
図8は、放電を開始する前における周波数fとランプ7に印加される電圧との関係を示したものである。
ランプ7に印加される電圧は、高周波部のアドミタンスYにほぼ比例するため、図8に示す特性曲線は、図3で示した周波数fとアドミタンスYの関係を示す特性曲線Lcにほぼ相似するものとなる。
図においてLVcは、各部品の特性値がバラツキの中心(センター値)にある場合の特性曲線を示している。またLVc′は、例えばチョークコイル6の特性値(容量値)がセンター値よりも数%大きい場合の特性曲線を示している。そしてVigはランプが放電を開始するのに必要な最小の印加電圧を示している。
【0033】
図に示すように、周波数f2に対する特性曲線LVc、LVc′の電圧(点A、Bに対応する電圧)をそれぞれVA、VBとすると、VA>Vig>VBであり、センター値による特性曲線LVcでは最小電圧Vigをクリアしているにもかかわらず、部品に数%のバラツキがあると、共振点Rcがずれて印加電圧は大きく減少し、最小電圧Vigに達しないことが分かる。また逆に曲線LVc′の電圧(点Cに対応する電圧)が最小電圧Vigに達するように周波数f2´を選ぶと、曲線LVcの周波数f2´に対する電圧(点Dに対応する電圧)が、最小電圧Vigに達しないことが分かる。
このように出力周波数f2を単一周波数とすると、部品がばらつく場合に対し、最小印加電圧Vigを確保することは困難である。したがってこの場合、出力周波数f2を複数の値に切換えることが必要である。
【0034】
図9に、部品バラツキを考慮した時の特性曲線LVcが取り得る範囲を示す。
ここでLVmin、LVmaxは、それぞれ共振点RVcが最も低い方、最も高い方にばらついた時の特性曲線LVcである。図に示すように、特性曲線LVmin上の電圧[Vig+α](但し、α>0)を与える点Eに対応する周波数fminを周波数f21とし、特性曲線LVmax上の電圧[Vig+α]を与える点Fに対応する周波数fmaxを周波数f22とする。そして、これらを周期的に切換えれば、曲線LVcがどのような位置にあっても必ず周波数f21または周波数f22のどちらか一方が、電圧Vigを超える電圧を与える周波数となり、確実に放電を開始することができる。
【0035】
また、周波数fminと周波数fmaxが大きく離れている場合は、図10に示すようにfmin=f21、fmax=f2nとして、f21とf2nの間を分割し、n個の周波数(f21、f22、…、f2n)を設定して周波数を順次切換るようにし、この順次切換る動作を周期的に繰り返すようにすれば良い。
【0036】
このように複数の周波数を出力周波数f2として設定し、これらを順次切換える動作を周期的に繰り返すことにより、回路部品の特性値がばらついても放電を開始させるためのランプ電圧を確実に得ることができる。
【0037】
実施の形態4.
実施の形態3では、複数の周波数を出力周波数f2として設定し、これらを順次切換える動作を周期的に繰り返す場合について説明したが、本実施の形態では、出力周波数f2をなだらかに連続的に降下させる場合について説明する。
図11は、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック図である。図中1〜9は実施の形態1に示したものと同じであるので説明を省略する。本実施の形態では、新たにスイープ回路11が追加されている。スイープ回路11は、商用電源1投入時から所定の時間をかけて周波数切換回路9の出力周波数を徐々に降下させるように動作する。
【0038】
図12は、商用電源投入時からの経過時間に対するドライバ回路4の出力周波数fを示すものである。出力周波数f1は一定のまま、出力周波数f2を徐々に降下させるものであり、出力周波数f2の下限は、実施の形態3における出力周波数fmin以下である。
この結果、放電開始前のランプ印加電圧が所定の値を超えた瞬間に放電が開始されるので、回路を構成する部品のばらつきに関係なく放電開始することができる。
【0039】
以上のように出力周波数f2を連続的に徐々に降下させる構成としたので、部品のバラツキにかかわらず、放電開始のためのランプ電圧を確実に確保することができる。また逆に、出力周波数f2を連続的に徐々に上昇させる構成としても同じ効果を得ることができる。
さらに、出力周波数f2を全ての期間で遅れの位相とすることができるので、インバータ回路3を構成するMOSFET 3a及び3bのストレスを軽減することができ、より回路の信頼性を向上させることができる。
【0040】
実施の形態5.
実施の形態1〜4では、周波数切換回路9に内蔵されたタイマによって出力周波数をf1、f2の間で交互に切換える場合について説明したが、本実施の形態では、商用電源1の周期に同期させて切換える場合について説明する。
図13は、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック図である。
図中1〜9は実施の形態1に示したものと同じであるので説明を省略し、異なる点について説明する。本実施の形態では、新たに電源電圧検出回路12が追加されている。電源電圧検出回路12は、直流電源回路2の出力電圧Vdcを監視して出力電圧Vdcの値によって周波数切換回路9に作用する。
【0041】
次に動作について説明する。
図14に、出力電圧Vdcと出力周波数fとの関係を示す。直流電源回路2の出力は、通常、商用電源1に同期したリップルを持つ略直流電圧である。電源電圧検出回路12は、出力電圧Vdcが所定値を超える瞬間に、出力周波数f2を出力するように周波数切換回路9に対して作用する。
【0042】
この結果、周波数切換回路9は、常に直流電源回路2の出力の山部で出力周波数f2を出力することができ、放電開始のためのランプ電圧を確実に確保することができる。
また、商用電源の出力電圧は通常±数%程度のばらつきを持つが、商用電源1の出力がばらついても常に一定の放電開始電圧を得ることができる。
【0043】
なお、本実施の形態ではチョークコイル6と共振コンデンサ8との共振電圧により放電開始する電圧を得るように構成したものを示したが、図15に示すように、チョークコイルの2次巻線を利用したパルス重畳型の始動回路13を用いても同様の効果が得られる。
【0044】
実施の形態6.
実施の形態1〜5では、出力周波数f1を変化させない構成としたが、本実施の形態では、ランプ7の電圧上昇に伴って出力周波数f1を上昇させる構成について説明する。
図16は、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック図である。
図中1〜9及び出力周波数f2の設定は実施の形態1及び2で示したのものと同じであるので説明を省略する。本実施の形態では、新たにランプ電圧検出回路14が追加されている。
【0045】
次に動作を説明する。
ランプ電圧検出回路14は、ランプ電圧の実効値を検出し、これを周波数切換回路9に入力する。周波数切換回路9は、検出された実効値が所定値以下の時は、出力周波数f1としてf11を、また所定値以上の時はf12を出力する。ここで周波数f11、f12は、図17に示すように、共に非共鳴周波数帯(30〜38KHz)に属し、(周波数f11)<(周波数f12)の関係を満たすものとする。この非共鳴周波数帯(30〜38KHz)において、周波数の増加に対し、アドミタンスは単調に減少するので、アドミタンスに比例するランプ印加電圧は、周波数f11の方がf12よりも高くなる。この結果、所定値以下の時は高い電圧、また所定値以上の時は低い電圧がランプに印加されることになる。
【0046】
一般に高圧放電灯は、累積点灯時間に応じてランプのインピーダンスが上昇するが、寿命が進むことによるランプ電流の減少に対して、ランプ電圧の上昇の方が若干上回る、その結果として、寿命後期のランプ電力は寿命初期のものに対して1割程度上昇することが知られている。
本実施の形態は、このような経時変化に伴ってランプ電力が増加するというランプの劣化を踏まえて電力を一定に保つ制御である。
【0047】
前述のように、寿命初期のランプ電圧が低い場合は、出力周波数f1としてf11を出力してランプ電流を多めに設定し、寿命後期のランプ電圧が高い場合は、出力周波数f1としてf12を出力してランプ電流を少なめに設定して、ランプ電力をほぼ一定に保つようにしている。
【0048】
なお本実施の形態においては、出力周波数f1の値として二つの値を持つようにしたが、複数の値であっても良く、また、ランプ電圧に対して単調増加させるようにしても良い。但し、この場合も、出力周波数f1の取り得る範囲は、非共鳴周波数帯に属するようにする必要がある。
また周波数f2を固定値として説明したが、出力周波数f12と出力周波数f11の変動に追従する様にしても良い。
【0049】
以上のように、ランプ電圧により出力周波数f1の値を変動するようにしたので、実施の形態1〜5に記載の効果を奏しつつも、ランプ電力を適切に保つことができる。
【0050】
なお、実施の形態1〜6において、ランプ7に高周波電力を印加する手段としてハーフブリッジ型の回路を示したが、プッシュプル型、一石電圧共振型等の回路であってもよい。
また、直流電源回路2として、倍電圧整流回路を用いたが、全波整流回路、昇圧コンバータ等を用いてもよい。
【0051】
さらに、実施の形態1〜6において、出力周波数f1を出力周波数45kHz近辺の非共鳴周波数帯に設定したが、他の非共鳴周波数帯に設定しても同様の方法で点灯することができる。
さらにまた、上記実施の形態1〜6において、セラミック発光管を持つ定格電力20Wのメタルハライドランプを用いたが、他の材質の発光管や、他の定格電力のランプであっても同じ回路構成や制御方法を用いてランプを点灯することができる。
【0052】
実施の形態7.
実施の形態1〜6では、点灯可能なランプが装着されている場合について説明した。本実施の形態では、ランプが消灯直後で再点灯できない場合や、ランプが装着されていない場合の保護について説明する。図18は、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック図である。図中1〜9は実施の形態1に示したものと同じであるので説明を省略する。本実施の形態では、新たにMOSFET3bのモールドの温度を検出するためのサーミスタ15が追加されている。このサーミスタ15により、図19に示すように、MOSFET3bの温度が所定値以上になったらインバータ回路3の出力を停止し、所定値以下となったら再起動するように制御される。
【0053】
一般に高圧放電ランプは、消灯後数分間は発光管内部のガス圧が高くて再点灯することができない。
本実施の形態で取り上げている定格20Wクラスのランプの場合、消灯後2〜5分程度は再点灯できないことが分かっている。この間、インバータ回路3の動作は図4で示した前半の状態が数分程度、継続することになる。そしてこの時、出力周波数がf1の期間はMOSFET3a及び3bが進相状態での動作となるので、これらの温度上昇は通常点灯時と比べて大きくなる。また、ランプが装着されない(未装着)状態で商用電源1が投入された場合も、図4の前半の状態が継続することになる。
【0054】
したがってサーミスタ15を用いた上記構成により、ランプ消灯直後の場合は、図19の動作を数分繰り返した後、再点灯し、ランプ未装着の場合は、図19の動作を継続する。いずれの場合も、MOSFET3b若しくは3aの温度は所定以上の値にならないように制御されているので、回路の発熱を防ぐことができる。
【0055】
なお、上記いずれの場合についても、MOSFET3a及び3bに放熱フィンを装着したり、装置を覆う金属ケースに接触させたりして放熱させ、所定の温度に到達するまでの時間を調節してもよい。
すなわち、再点灯の場合の数分間では所定の温度まで到達しないようにし、ランプ未装着状態での動作が数10分継続した場合にのみ、所定の温度に到達するように調節してもよい。
【0056】
また、上記のように再点灯時とランプ未装着時とを区別するような設定の場合は、図20に示すように、一度所定の温度に達した後は消灯を維持するようにしてもよい。
【0057】
実施の形態8.
本実施の形態は、実施の形態7で説明したランプが消灯直後で再点灯できない場合や、ランプが装着されていない場合の保護を実現するための別の構成例について示したものである。
図21は、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック図である。図中1〜9は実施の形態7に示したものと同じであるので説明を省略する。
【0058】
図において直流電源回路2によって平滑化された平滑電圧は、抵抗16とサーミスタ15で分圧されトランジスタ17のベースに入力される。ここで、サーミスタ15として正温度特性のPTCサーミスタを用い、トランジスタ17として抵抗内蔵型のトランジスタを用いている。端子18は、ドライバ回路4にドライバIC等を用いた場合のシャットダウン端子であり、トランジスタ17がOFFの場合、ドライバ回路4は駆動し、トランジスタ17がONの場合ドライバ回路4は出力を停止し、インバータ回路3の出力を停止する。
【0059】
通常点灯時は、MOSFET3bの温度は低く、PTCサーミスタの抵抗値は小さいため、トランジスタ17はOFF状態を維持する。ところが図4に示す前半のような状態が継続し、MOSFET 3bの温度が所定値以上になると、PTCサーミスタ15の抵抗値が増大し、トランジスタ17がONし、ドライバ回路4は停止する。トランジスタ17は、抵抗内蔵型のトランジスタであるのでベース電圧に応じてON/OFFするが、通常、ターンオフ電圧がターンオン電圧よりも高いため、ある程度のヒステリシスをもたせることができ、不動作状態を維持することができる。
【0060】
なお、実際の回路構成においては、ターンオン電圧が3V、ターンオフ電圧が0.5Vのものを用いている。そしてトランジスタ17の動作安定のためにコンデンサ19が接続されている。
以上のように、サーミスタ15としてPTCサーミスタを用いることにより、簡単な構成でランプ不点灯時の制御を行うことができる。
【0061】
なお、一度ドライバ回路4を停止した後、図19のようにサーミスタ15の温度に応じて再起動するようにしても良いし、図20のように温度にかかわらず停止を維持するようにしても良い。
また、実施の形態7又は8において、サーミスタ15を接触させる部分は、必ずしもMOSFET3bでなくても良く、MOSFET3a、チョークコイル6等であっても同様の効果が得られる。
【0062】
実施の形態9.
実施の形態7及び8では、ランプ7が点灯回路に対して脱着可能な場合について説明したが、本実施の形態では、点灯回路とランプが一体化した場合について説明する。
図22は、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック図である。
図中1〜9は、実施の形態1に示したものと同じであるので説明を省略し、異なる点につき説明する。本実施の形態では、新たに温度ヒューズ20が追加されている。温度ヒューズ20は、MOSFET 3aのゲートに挿入され、本体モールド部に接触して実装されている。
図4に示した前半のような状態が継続してMOSFET3aの温度が上昇した場合、MOSFET3aのゲート信号が切断され、インバータ回路3の動作を停止するものである。
【0063】
また図23は、ランプ7と点灯回路が一体化された電球形照明器具における断面図である。
口金21から商用電源1が投入され、点灯回路基板22に図22における商用電源1とランプ7を除いた部分が実装され、ランプ7に接続される。仕切り板23がランプ7と点灯回路基板22とを仕切り、カバー24及びグローブ25が、ランプ7、点灯回路基板22及び仕切り板23を覆い、全体として白熱電球に似た形状となる。
【0064】
温度ヒューズ20は、ランプ消灯直後の数分間の不点灯状態では動作せず、それよりも長く不点灯状態が続いた場合のみ動作するような動作温度のものを選定するものとする。
以上により、ランプと点灯回路が一体化し、ランプ交換できないような器具においては、ランプが点灯不能な状態となったら、点灯回路も再起不能な状態として無駄な電力を消費しないようにすることができる。
【0065】
なお、本実施の形態においては、温度ヒューズ20をMOSFET3aのゲート端子に接続したが、点灯回路が機能できなくなる構成であれば、MOSFET3aのドレイン端子、ドライバ回路4の定電圧源、直流電源回路2の出力点等、他の部分に挿入してもよい。また、接触させる部品も図22に示したものに限られず、ランプ不点灯時に温度上昇の著しい部分であればよい。
【発明の効果】
本発明に係る高圧放電灯点灯装置は、AC電源を直流化する直流電源回路と、直流電源回路の出力を高周波に変換するインバータ回路と、インバータ回路を駆動するドライバ回路と、ドライバ回路の出力周波数を切換える周波数切換回路と、インバータの高周波出力を調整するチョークコイルと、チョークコイルに直列接続された高圧放電灯とコンデンサとの並列回路と、からなり、周波数切換回路は、高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まず、放電開始後において高圧放電灯を点灯するのに好適な周波数帯に属する第1の周波数と、これより高く、放電開始前において高圧放電灯に高圧を印加するのに好適な第2の周波数と、を放電開始前後に亘って交互に切換えると共に、第1の周波数の期間を、第2の周波数の期間より長く設定するように構成したので、放電開始を検出する回路が不要となる他、確実に放電を開始することができ、また装置も小型・低コスト化できる。
本発明に係る高圧放電灯点灯装置は、始動部及びこれを駆動制御するための電源ラインと信号ラインが不要となる他、確実に放電を開始することができ、また装置の小型・低コスト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示したブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係る周波数切換回路がドライバ回路の出力周波数の切換える様子を示した図である。
【図3】本発明の実施の形態1に係る20Wセラミック製メタルハライドランプにおける共鳴周波数帯と非共鳴周波数帯の分布、及び出力周波数とアドミタンスとの関係を説明する図である。
【図4】本発明の実施の形態1に係る20Wセラミック製メタルハライドランプにおける出力周波数とランプ電流、及びランプ電圧の関係を説明する図である。
【図5】本発明の実施の形態2に係る20Wセラミック製メタルハライドランプにおける共鳴周波数帯と非共鳴周波数帯の分布、及び出力周波数とアドミタンスとの関係を説明する図である。
【図6】本発明の実施の形態3に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示したブロック図である。
【図7】本発明の実施の形態3に係る周波数切換回路がドライバ回路の出力周波数を切換える様子を示した図である。
【図8】本発明の実施の形態3に係る20Wセラミック製メタルハライドランプにおける共鳴周波数帯と非共鳴周波数帯の分布、及び出力周波数とアドミタンスとの関係を説明する図である。
【図9】本発明の実施の形態3に係る20Wセラミック製メタルハライドランプにおける共鳴周波数帯と非共鳴周波数帯の分布、及び出力周波数とアドミタンスとの関係を説明する図である。
【図10】本発明の実施の形態3に係る周波数切換回路がドライバ回路の出力周波数を切換える様子を示した図である。
【図11】本発明の実施の形態4に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示したブロック図である。
【図12】本発明の実施の形態5に係る周波数切換回路がドライバ回路の出力周波数を切換える様子を示した図である。
【図13】本発明の実施の形態5に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示したブロック図である。
【図14】本発明の実施の形態5に係る周波数切換回路がドライバ回路の出力周波数を切換える様子を示した図である。
【図15】本発明の実施の形態5に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示したブロック図である。
【図16】本発明の実施の形態6に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示したブロック図である。
【図17】本発明の実施の形態6に係る20Wセラミック製メタルハライドランプにおける共鳴周波数帯と非共鳴周波数帯の分布、及び出力周波数とアドミタンスとの関係を説明する図である。
【図18】本発明の実施の形態7に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示したブロック図である。
【図19】本発明の実施の形態7に係るMOSFETの温度とインバータ回路動作の関係を説明する図である。
【図20】本発明の実施の形態7に係るMOSFETの温度とインバータ回路動作の関係を説明する図である。
【図21】本発明の実施の形態8に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示したブロック図である。
【図22】本発明の実施の形態9に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示したブロック図である。
【図23】本発明の実施の形態9に係るランプと点灯回路が一体化された電球形照明器具における断面図である。
【符号の説明】
1 商用電源
2 直流電源回路
2a、2b ダイオード
2c、2d 平滑コンデンサ
3 インバータ回路
3a、3b MOSFET
4 ドライバ回路
5 直流カットコンデンサ
6 チョークコイル
7 ランプ
8 共振コンデンサ
9 周波数切換回路
10 タイマ回路
11 スイープ回路
12 電源電圧検出回路
13 始動回路
14 ランプ電圧検出回路
15 サーミスタ
20 温度ヒューズ
Claims (11)
- AC電源を直流化する直流電源回路と、
該直流電源回路の出力を高周波に変換するインバータ回路と、
該インバータ回路を駆動するドライバ回路と、
該ドライバ回路の出力周波数を切換える周波数切換回路と、
該インバータの高周波出力を調整するチョークコイルと、
該チョークコイルに直列接続された高圧放電灯とコンデンサとの並列回路と、からなり、
前記周波数切換回路は、
前記高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まず、放電開始後において高圧放電灯を点灯するのに好適な周波数帯に属する第1の周波数と、これより高く、放電開始前において高圧放電灯に高圧を印加するのに好適な第2の周波数と、を放電開始前後に亘って交互に切換えると共に、
該第1の周波数の期間を、該第2の周波数の期間より長く設定したことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。 - 前記直流電源回路の出力電圧から、前記AC電源と同期する同期信号を抽出する直流電圧検出回路を設けると共に、
該同期信号をトリガとして前記第1の周波数と前記第2の周波数を交互に切換えることを特徴とする請求項1記載の高圧放電灯点灯装置。 - 前記第2の周波数が、
前記高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない周波数帯に属することを特徴とする請求項1又は2記載の高圧放電灯点灯装置。 - 前記第2の周波数が、
前記チョークコイルと前記コンデンサによって決まる共振周波数の近傍に設定されたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。 - 前記第2の周波数の期間を、
音響共鳴現象が引き起こされるのに要する時間以下に設定したことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。 - 前記第2の周波数を、
周期的に変動させ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高圧放電灯点灯装置。 - 前記第2の周波数を、単調減少させるようにしたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
- 前記高圧放電灯の両端電圧を検出する高周波電圧検出回路を設けると共に、
該高周波電圧検出回路の出力増加に対して、第1の周波数を増加させることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。 - 前記第1の周波数の変動範囲を、前記高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない周波数帯内に設定したことを特徴とする請求項8記載の高圧放電灯点灯装置。
- 前記高圧放電灯点灯装置を構成する回路部品に接触して温度を検出する温度検知手段を設け、これにより該回路部品が所定以上の温度になったことを検出した時、前記インバータ回路の出力を停止させると共に、
該回路部品の温度が所定値以下になった時、前記インバータ回路を再起動することを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。 - 前記高圧放電灯点灯装置を構成する回路部品に接触して温度を検出する温度検知手段を設け、これにより該回路部品が所定以上の温度になったことを検出した時、装置を構成する回路結線の一部を断線させて、前記インバータ回路の出力を停止させることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
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