JP4239355B2 - 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、放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現状、店舗照明や道路照明、工場照明あるいは競技場など幅広く使用されている高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプなどの高圧放電灯を点灯させる放電灯点灯装置としては、図3のような磁気回路式の放電灯点灯装置が主流である。交流電源Ｖｓに並列に接続されたフィルタコンデンサＣ１１、交流電源Ｖｓに直列に接続された平滑チョークコイルＬ１１から構成される銅鉄式安定器Ａと、充放電用コンデンサＣ１２、充電用コンデンサＣ１３、パルス発生トランスＴ１１、コンデンサＣ１２の放電用サイリスタＱ１１から構成されるイグナイタＩＧ１とから構成される。銅鉄式安定器Ａは電流源とみなされ、充放電用コンデンサＣ１２と充電用コンデンサＣ１３を充電する。充放電用コンデンサＣ１２の両端間の電圧が放電用サイリスタＱ１１のターンオン電圧を超えるとサイリスタＱ１１は導通状態となり充放電用コンデンサＣ１２の放電電流はパルス発生トランスＴ１１の一次巻線を流れ、パルス発生トランスＴ１１の二次巻線にパルス電圧を発生させ放電灯ＬＡの始動電圧が発生する。
【０００３】
一方道路照明、特にトンネル照明に使用されている高圧ナトリウムランプにおいては夜間は節電のために間引き点灯したり、調光用磁気回路点灯装置を採用している場合には調光している。この調光を行う従来の放電灯点灯装置は図４に示すようなものがある。この回路は銅鉄式安定器ＡとイグナイタＩＧ１との間に直列に調光用チョークコイルＬ１２を接続しチョークコイルＬ１２に並列に調光用チョークコイル短絡用リレーの接点ＲＹ１を接続する。リレーの接点ＲＹ１をオン、オフさせることにより高圧放電灯ＬＡに流れるランプ電流を調整し、調光している。
【０００４】
しかし、図４に示すような調光用チョークコイルＬ１２を使った放電灯点灯装置においては、全点灯と５０％点灯のような段調光しかできない。
【０００５】
そこで近年、連続的に調光可能な電子式点灯装置が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら調光用電子式点灯装置においては同ワット数であってもメタルハライドランプと高圧ナトリウムランプのように放電灯の種類が違うと、調光した際にメタルハライドランプはランプ電圧が全点灯時とほぼ同じであるのに対して、高圧ナトリウムランプはランプ電圧が調光度合に応じて低下するというように放電灯の種類によって個々の特性が異なるため、放電灯の種類に応じた各々の放電灯点灯装置が必要だった。
【０００７】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、種類の異なる放電灯を同一の点灯装置で共通に調光可能にする放電灯点灯装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために交流電源に接続されたスイッチング素子のスイッチングにより交流電圧を直流電圧に変換する電力変換部と、該電力変換部の直流出力を入力して放電灯の点灯電力を得るインバータ手段と、該インバータ手段に接続されている放電灯の種類を判別する判別手段と、該判別手段による判別結果と外部から入力する調光信号とに応じて上記電力変換部のスイッチング素子のスイッチング動作を予め設定されたスイッチング動作に制御して点灯電力を制御する制御回路とを備え、判別手段が、放電灯の全点灯状態と所定の調光状態とを比較したときのランプ電圧の変化の大きさを検出することによって接続されている放電灯の種類を判別することを特徴とし、上記判別手段によって接続されている放電灯の種類が判別され、該判別結果と外部から入力する調光信号とに応じた直流出力を上記電力変換部によって上記インバータ手段に供給するものである。この構成によれば、同一の点灯装置で異種の高圧放電灯を所定の調光加減で点灯できる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、電力変換部は、スイッチング素子のスイッチングのオンオフデュ−ティ比を制御することにより直流出力を可変するので、放電灯の種類と外部から入力する調光信号に応じた直流出力をインバータ手段に供給できる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、電力変換部は、スイッチング素子のスイッチング周波数を制御することにより直流出力を可変するので、放電灯の種類と外部から入力する調光信号に応じた直流出力をインバータ手段に供給できる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、電力変換部は、スイッチング素子のスイッチングのオンオフデュ−ティ比とスイッチング周波数とを制御することにより直流出力を可変するので、放電灯の種類と外部から入力する調光信号に応じた直流出力をインバータ手段に供給できる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明において、インバータ手段が、電圧の極性を交互に反転させて交流出力を得て放電灯に供給する極性反転回路からなっており、放電灯に矩形波交番電圧が印加され、ちらつきの少ない矩形波点灯が行える。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
（実施形態１）
図１は本実施形態１の回路構成を示し、交流電源Ｖｓから供給される交流電圧が電力変換部Ｐで直流電圧に変換され、電力変換部Ｐの直流出力電圧の極性を、インバータ手段である極性反転回路Ｊで交互に反転させて交流を出力して、イグナイタＩＧを介して放電灯ＬＡに点灯電力を供給する。
【００１８】
電力変換部Ｐは、交流電源Ｖｓから供給される交流電圧を全波整流する整流回路ＤＢと、整流回路ＤＢからの全波整流された脈流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路Ｇと、昇圧チョッパ回路Ｇの出力電圧を平滑する平滑コンデンサＣ１と、判別手段であるランプ電圧判別回路Ｋ１で判別された判別結果と外部から入力する調光信号とに応じた直流を出力する降圧チョッパ回路Ｈと、降圧チョッパ回路Ｈの直流出力を平滑するフィルタ回路Ｉとを備えている。
【００１９】
昇圧チョッパ回路Ｇは、チョークコイルＬ１、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１並びにスイッチング素子Ｑ１のオン・オフ制御を行うドライブ回路Ｆ３などで構成される。スイッチング素子Ｑ１は、チョークコイルＬ１を介して整流回路ＤＢの出力端間に接続される。ドライブ回路Ｆ３は、平滑コンデンサＣ１の両端に昇圧された所定の直流出力電圧が得られるように、スイッチング素子Ｑ１をオン・オフ制御する。
【００２０】
平滑コンデンサＣ１は、昇圧チョッパ回路Ｇの出力電圧を平滑するためにダイオードＤ１を介してスイッチング素子Ｑ１に並列に接続される。
【００２１】
降圧チョッパ回路Ｈは、スイッチング素子Ｑ２、ダイオードＤ２、チョークコイルＬ２並びにスイッチング素子Ｑ２のオン・オフ制御を行うドライブ回路Ｆ１などで構成される。スイッチング素子Ｑ２は、ダイオードＤ１に直列に接続され、ダイオードＤ２は、スイッチング素子Ｑ２を介して電解コンデンサＣ１に並列に接続され、チョークコイルＬ２はスイッチング素子Ｑ２に直列に接続される。ドライブ回路Ｆ１は、制御回路Ｎからの制御信号に従ってスイッチング素子Ｑ２のオン・オフデューティ比、又はスイッチング周波数、又はその両方を制御することにより限流回路を構成する降圧チョッパ回路Ｈの直流出力を制御する。
【００２２】
フィルタ回路Ｉは、コンデンサＣ３、チョークコイルＬ３などで構成される。コンデンサＣ３は、降圧チョッパ回路Ｈの出力端に並列に接続され、チョークコイルＬ３はチョークコイルＬ２に直列に接続され、コンデンサＣ３とチョークコイルＬ３とでローパスフィルタを構成する。
【００２３】
極性反転回路Ｊは、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６、ドライブ回路Ｆ２などで構成される。スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６はフルブリッジに接続され、ドライブ回路Ｆ２からの駆動信号により、それぞれ一対のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６とＱ４，Ｑ５が交互に一定の繰り返し周波数でオン・オフして、電力変換部Ｐの直流出力電圧の極性を交互に反転させて交番電圧を出力し、放電灯ＬＡに適した周波数の交番電力を供給する。
【００２４】
イグナイタ回路ＩＧは、放電灯ＬＡの始動パルス電圧を発生させる。
構成は図３のイグナイタＩＧ１と同様なので省略する。
【００２５】
ランプ電圧判別回路Ｋ１は、ＩＣ等の電子回路で構成され、極性反転回路Ｊの導通している一対のスイッチング素子を通じて放電灯ＬＡのランプ電圧を検出し、全点灯状態時の放電灯ＬＡのランプ電圧と調光状態時の放電灯ＬＡのランプ電圧との変化を監視し、その変化の度合いにより放電灯ＬＡの種類を判別し、制御回路Ｎに判別信号を出力する。
【００２６】
変換回路Ｍは、外部から入力する調光信号を本点灯装置の調光信号に変換する。
【００２７】
制御回路Ｎは、ＩＣ等の電子回路で構成され、ランプ電圧判別回路Ｋ１からの放電灯の種類の判別信号と変換回路Ｍからの調光信号に応じて、降圧チョッパ回路Ｈのスイッチング素子Ｑ２のドライブ回路Ｆ１への出力信号を制御する。
【００２８】
次に本実施形態１の動作を説明する。例えば、放電灯ＬＡが全点灯状態であるとする。ここで放電灯ＬＡを調光するために外部から調光信号を入力すると、該調光信号は変換回路Ｍを介して制御回路Ｎに入力され、制御回路Ｎは放電灯ＬＡが調光されるようにスイッチング素子Ｑ２のドライブ回路Ｆ１への出力信号を制御し、放電灯ＬＡが調光状態となる。この時、ランプ電圧判別回路Ｋ１は全点灯状態と調光状態との放電灯ＬＡのランプ電圧の変化を監視する。例えば、高圧ナトリウムランプは調光しても高圧ナトリウムランプの等価抵抗は一定となり、高圧ナトリウムランプのランプ電圧は低下する。一方、メタルハライドランプは調光するとメタルハライドランプの等価抵抗が変化し、ほぼ一定のランプ電圧を維持する。このことから、この変化が所定値よりも大きいと高圧ナトリウムランプと判断し、また小さければメタルハライドランプと判断する。
【００２９】
また、降圧チョッパ回路Ｈのスイッチング素子Ｑ２のスイッチング動作により高圧放電灯ＬＡを調光する場合、高圧放電灯ＬＡがメタルハライドランプであればメタルハライドランプの等価抵抗は変化し、ランプ電圧が一定であることからランプ電力が全点灯時の５０％であればランプ電流は全点灯時の約５０％で点灯することとなる。高圧放電灯ＬＡが高圧ナトリウムランプの場合は高圧ナトリウムランプの等価抵抗は一定であることから、ランプ電力が全点灯時の５０％であればランプ電圧とランプ電流の値はそれぞれ全点灯時の階乗で表される。
【００３０】
つまり、調光動作時に降圧チョッパ回路Ｈのスイッチング素子Ｑ２のスイッチング制御に周波数変調、又はデューティ変調、又はその両方を使うときは、スイッチング素子Ｑ２のスイッチング周波数、又はオン・オフデューティ比、又はその両方を、判別した放電灯の種類に応じて制御することにより高圧ナトリウムランプとメタルハライドランプのような種類の異なるランプにおいても所望のランプ電力に対応した調光信号でランプ電力制御を行うことができる。
【００３１】
上述のように本実施形態１によれば、調光用の放電灯点灯装置において調光時のランプ電圧の変化の度合いを検出することによって放電灯を判別し、調光時に判別した放電灯に応じたランプ電力制御を行うことができる。また、種類の異なる放電灯でも同一の放電灯点灯装置を使用できるため、放電灯の種類に応じて異なった放電灯点灯装置を用意する必要がなく、コストを低減することができる。
【００３２】
（実施形態２）
図２は本実施形態２の回路構成を示しているが、基本的な構成は実施形態１と略同じであって、実施形態１におけるランプ電圧判別回路Ｋ１を放電灯ＬＡの種類の判別手段として設けず、ランプ始動時間判別回路Ｋ２を放電灯ＬＡの種類の判別手段として設けている点が相違する。他の構成は実施形態１と同じなので、同一の構成要素には同一の符号を付して説明は省略する。
【００３３】
ランプ始動時間判別回路Ｋ２は、積算タイマーを構成するＩＣ等の電子回路で構成され、極性反転回路Ｊの導通している一対のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６、またはＱ４，Ｑ５を通じて放電灯ＬＡのランプ電圧を検出し、放電灯ＬＡが点灯してからある所定レベルの電圧になるまでの時間を積算タイマーで測定し、積算タイマーの測定結果により放電灯ＬＡの種類を判別し、制御回路Ｎに判別信号を出力する。
【００３４】
次に本実施形態２の動作を説明する。まず、放電灯ＬＡが点灯すると点灯直後はランプ電圧は低く、序々にランプ電圧が上昇して安定点灯に至り、本来のランプ電力になる。ここで、ランプ始動時間判別回路Ｋ２で放電灯ＬＡが点灯してから所定のランプ電圧になるまでの時間を測定し、所定の時間以上であれば高圧ナトリウムランプと判断し、所定の時間以下であればメタルハライドランプと判断する。
【００３５】
また実施形態１と同様に、降圧チョッパ回路Ｈのスイッチング素子Ｑ２のスイッチング動作により高圧放電灯ＬＡを調光する場合、高圧放電灯ＬＡがメタルハライドランプであればメタルハライドランプの等価抵抗は変化し、ランプ電圧が一定であることからランプ電力が全点灯時の５０％であればランプ電流は全点灯時の約５０％で点灯することとなる。高圧放電灯ＬＡが高圧ナトリウムランプの場合は高圧ナトリウムランプの等価抵抗は一定であることから、ランプ電力が全点灯時の５０％であればランプ電圧とランプ電流の値はそれぞれ全点灯時の階乗で表される。
【００３６】
つまり、調光動作時に降圧チョッパ回路Ｈのスイッチング素子Ｑ２のスイッチング制御に周波数変調、又はデューティ変調、又はその両方を使うときは、スイッチング素子Ｑ２のスイッチング周波数、又はオン・オフデューティ比、又はその両方を、判別した放電灯の種類に応じて制御することにより高圧ナトリウムランプとメタルハライドランプのような種類の異なる放電灯においても所望のランプ電力に対応した調光信号でランプ電力制御を行うことができる。
【００３７】
上述のように本実施形態２によれば、調光用の放電灯点灯装置において放電灯の始動時間を検出することによって放電灯を判別し、調光時に判別した放電灯に応じたランプ電力制御を行うことができる。また実施形態１同様、種類の異なる放電灯でも同一の放電灯点灯装置を使用できるため、放電灯の種類に応じて異なった放電灯点灯装置を用意する必要がなく、コストを低減することができる。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１の発明は、交流電源に接続されたスイッチング素子のスイッチングにより交流電圧を直流電圧に変換する電力変換部と、該電力変換部の直流出力を入力して放電灯の点灯電力を得るインバータ手段と、該インバータ手段に接続されている放電灯の種類を判別する判別手段と、該判別手段による判別結果と外部から入力する調光信号に応じて上記電力変換部のスイッチング素子のスイッチング動作を予め設定されたスイッチング動作に制御して点灯電力を制御する制御回路とを備え、判別手段が、放電灯の全点灯状態と所定の調光状態とを比較したときのランプ電圧の変化の大きさを検出することによって接続されている放電灯の種類を判別するので、上記判別手段によって接続されている放電灯の種類が判別され、該判別結果と外部から入力する調光信号とに応じた直流出力を上記電力変換部によって上記インバータ手段に供給するものであり、その結果、同一の点灯装置で異種の高圧放電灯を所定の調光加減で点灯できるという効果がある。
【００４２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、電力変換部は、スイッチング素子のスイッチングのオンオフデュ−ティ比を制御することにより直流出力を可変するので、放電灯の種類と外部から入力する調光信号に応じた直流出力をインバータ手段に供給できるという効果がある。
【００４３】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、電力変換部は、スイッチング素子のスイッチング周波数を制御することにより直流出力を可変するので、放電灯の種類と外部から入力する調光信号に応じた直流出力をインバータ手段に供給できるという効果がある。
【００４４】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、電力変換部は、スイッチング素子のスイッチングのオンオフデュ−ティ比とスイッチング周波数とを制御することにより直流出力を可変するので、放電灯の種類と外部から入力する調光信号に応じた直流出力をインバータ手段に供給できるという効果がある。
【００４５】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明において、インバータ手段が、電圧の極性を交互に反転させて交流出力を得て放電灯に供給する極性反転回路からなっており、放電灯に矩形波交番電圧を印加するので、ちらつきの少ない矩形波点灯が行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示す回路図である。
【図２】実施形態２を示す回路図である。
【図３】従来例１を示す回路図である。
【図４】従来例２を示す回路図である。
【符号の説明】
Ｊ 極性反転回路
Ｋ１ ランプ電圧判別回路
ＬＡ 放電灯
Ｎ 制御回路
Ｐ 電力変換部

Claims (5)

1. 交流電源に接続されスイッチング素子のスイッチングにより交流電圧を直流電圧に変換する電力変換部と、該電力変換部の直流出力を入力して放電灯の点灯電力を得るインバータ手段と、該インバータ手段に接続されている放電灯の種類を判別する判別手段と、該判別手段による判別結果と外部から入力する調光信号とに応じて上記電力変換部のスイッチング素子のスイッチング動作を予め設定されたスイッチング動作に制御して点灯電力を制御する制御回路とを備え、判別手段は、放電灯の全点灯状態と所定の調光状態とを比較したときのランプ電圧の変化の大きさを検出することによって接続されている放電灯の種類を判別することを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 電力変換部は、スイッチング素子のスイッチングのオンオフデュ−ティ比を制御することにより直流出力を可変することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 電力変換部は、スイッチング素子のスイッチング周波数を制御することにより直流出力を可変することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
4. 電力変換部は、スイッチング素子のスイッチングのオンオフデュ−ティ比とスイッチング周波数とを制御することにより直流出力を可変することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
5. インバータ手段は、電圧の極性を交互に反転させて交流出力を得て放電灯に供給する極性反転回路からなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置。

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