JP4239615B2

JP4239615B2 - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP4239615B2
Application number: JP2003054146A
Authority: JP
Inventors: 春男永瀬
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: JP2004265707A

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】
高圧放電ランプはコンパクトな形状で高ワットの高光束を得ることができ、点光源に近く、配光制御が容易であるので、白熱ランプやハロゲンランプの代替として最近使用されるようになってきた。
【０００３】
この高圧放電ランプを点灯させるために直流電圧を高周波でスイッチングし、インダクタンスやコンデンサを介して高圧放電ランプを矩形波出力で動作させる放電灯点灯装置がある。高圧放電ランプを高周波電力で点灯させると、音響的共鳴現象によってアーク放電が不安定になってチラツキが発生したり、立ち消えを起こすことがあるが、矩形波による点灯はアーク放電を安定させ、小型化を図ることができる。
【０００４】
また、高圧放電ランプを始動させるために、数ｋＶ〜数十ｋＶの高圧パルスが必要であり、特に瞬時に点灯させるためには２０ｋＶ程度のパルス電圧が必要になる。
【０００５】
図１７は従来例１の放電灯点灯装置の回路構成を示し、直流電源１と、直流電源１の出力を交流に変換するＤＣ／ＡＣインバータ１０と、ＤＣ／ＡＣインバータ１０の出力端間に接続されたインダクタＬ１０とコンデンサＣ１０の直列回路と、コンデンサＣ１０に並列接続されたインダクタＬ１１と高圧放電ランプ５（以後ランプ５と称す）の直列回路とから構成される。
【０００６】
上記回路において、ランプ５の始動時はインダクタＬ１０とコンデンサＣ１０の共振動作によってコンデンサＣ１０の両端電圧が増加し、始動に必要な電圧をランプ５に印加して、点灯するとインダクタＬ１０，Ｌ１１，コンデンサＣ１０によってランプ５を流れるランプ電流Ｉ１１を限流しつつ、高周波のリプル電流を低減させて、安定に点灯させることができる。
【０００７】
図１８はＤＣ／ＡＣインバータ１０の出力電圧Ｖ１０の波形を示し、無負荷モードで動作する始動時の期間Ｔ１において、出力電圧Ｖ１０はインダクタＬ１０とコンデンサＣ１０との共振周波数に近い周波数で交互に正負に交番する波形であり、この時のランプ５の両端電圧Ｖ１１は図１９に示すように、ランプ５の絶縁破壊と共に振幅が小さくなっていく。
【０００８】
そして点灯モードで動作する点灯時の出力電圧Ｖ１０は、正電圧をチョッピングする期間Ｔａと負電圧をチョッピングする期間Ｔｂとを交互に繰り返す波形であり、この時のランプ電流Ｉ１１は図２０に示すように、インダクタＬ１０及びコンデンサＣ１０による高周波リプルの低減と、インダクタＬ１１によるローパスフィルタ効果とによって、正の電流値をとる期間Ｔａと、負の電流値をとる期間Ｔｂとを繰り返す矩形波電流になる。
【０００９】
次に従来例２の放電灯点灯装置の回路構成を図２１に示し、従来例１と異なる点は、専用の始動回路を設けた点で、従来例１のインダクタＬ１１の代わりにパルストランスＰＴ９の２次巻線ＰＴ９２を挿入し、パルストランスＰＴ９の１次巻線ＰＴ９１はパルス電圧を出力する始動回路１１に接続されている。そして、始動時には始動回路１１が１次巻線ＰＴ９１にパルス電圧を印加し、２次巻線ＰＴ９２に誘起する高圧パルスをランプ５に印加することで、ランプ５を始動させる。この従来例２では、ＤＣ／ＡＣインバータ１０の出力電圧Ｖ１０の波形には図１８の無負荷モードの期間Ｔ１はなく、点灯モードの期間Ｔａ，Ｔｂの繰り返しとなる。
（例えば、特許文献１参照。）
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−１２５４８２号公報（３頁左欄第５０行〜４頁左欄第２２行、５頁左欄第１３行〜６頁左欄第８行、図１、図４）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例１では、始動電圧に数十ｋＶの高電圧が必要な場合は、コンデンサＣ１０には高耐圧のものが必要であり、さらに安定時にはフィルタとしての機能を果たすためにその静電容量も大きくなる。したがって、コンデンサＣ１０は高耐圧、高静電容量となり大型化してしまう。
【００１２】
また上記従来例２では、コンデンサＣ１０には従来例１と同様に静電容量の大きいものが必要であるが、高耐圧のものは必要なく、従来例１と比べて小型となる。しかし、専用の始動回路１１が必要となる。この始動回路１１には放電ギャップやサイリスタ等の専用のスイッチング素子Ｓ１１が必要であり、その周辺回路は複雑となり、さらに従来例１ではＤＣ／ＡＣインバータ１０から出力される配線は２本だが、従来例２では３本となり、回路構成が複雑となって全体の構成は取り扱いにくいものとなり、部品点数、及びコストが増大してしまう。
【００１３】
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、小型、安価、構成が簡単で信頼性の高い放電灯点灯装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、直流電源と、直流電源の電源電圧を所望の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータの直流出力を平滑する平滑コンデンサと、平滑コンデンサが平滑した直流電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータと、少なくとも１つ以上のコンデンサ及びインダクタから成る共振回路を具備してＤＣ／ＡＣインバータの出力を放電灯に供給する始動回路とを備え、放電灯の始動時には、ＤＣ／ＡＣインバータが高周波電圧を出力することで始動回路は共振回路の共振動作により発生する高電圧を放電灯に印加し、放電灯の点灯時には、ＤＣ／ＡＣインバータは始動時の周波数よりも低い周波数の電圧を始動回路を介して放電灯に印加し、始動回路は、ＤＣ／ＡＣインバータの一方の出力端に１次巻線と２次巻線との各一端を接続した第１のパルストランスと、第１のパルストランスの１次巻線の他端に一端を接続した第１のコンデンサと、ＤＣ／ＡＣインバータの他方の出力端に一端を接続したインダクタと、インダクタの他端に１次巻線と２次巻線との各一端を接続し、１次巻線の他端を第１のコンデンサの他端に接続した第２のパルストランスと、第１のパルストランスの１次巻線に並列接続した第２のコンデンサと、第２のパルストランスの１次巻線に並列接続した第３のコンデンサとを備え、放電灯は、第１のパルストランスの２次巻線の他端と第２のパルストランスの２次巻線の他端との間に接続することを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１において、ＤＣ／ＡＣインバータは、放電灯の始動時に、始動回路の共振回路が共振動作を行う高周波電圧を出力する期間と、直流電圧を出力する期間とを交互に繰り返すことを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１において、ＤＣ／ＡＣインバータは、放電灯の始動時に、始動回路の共振回路が共振動作を行う高周波電圧を出力する期間と、ゼロ電圧を出力する期間とを交互に繰り返すことを特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１乃至３いずれかにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータは、昇圧チョッパ回路で構成されることを特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１乃至３いずれかにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータは、フライバック型の昇降圧コンバータ回路で構成されることを特徴とする。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１乃至３いずれかにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータは、降圧チョッパ回路で構成されることを特徴とする。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項１乃至６いずれかにおいて、ＤＣ／ＡＣインバータは、スイッチング素子を平滑コンデンサの両端間にフルブリッジ接続して構成されることを特徴とする。
【００２１】
請求項８の発明は、請求項１乃至６いずれかにおいて、ＤＣ／ＡＣインバータは、スイッチング素子を平滑コンデンサの両端間にハーフブリッジ接続して構成されることを特徴とする。
【００２２】
請求項９の発明は、請求項１乃至８いずれかにおいて、放電灯を装着すると共に、始動回路にリード線を介して接続されるソケットを備え、始動回路とソケットとは同一のブロック内に構成されることを特徴とする。
【００２３】
請求項１０の発明は、請求項１乃至８いずれかにおいて、放電灯を装着するソケットと始動回路とを一体に形成したことを特徴とする。
【００２４】
請求項１１の発明は、請求項１乃至８いずれかにおいて、始動回路と放電灯とを一体に形成したことを特徴とする。
【００２５】
請求項１２の発明は、請求項１乃至８いずれかにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータと、平滑コンデンサと、ＤＣ／ＡＣインバータと、始動回路とを一体に形成したことを特徴とする。
【００２６】
請求項１３の発明は、請求項１乃至１２いずれかにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータの直流出力を制御する直流出力制御手段と、ＤＣ／ＡＣインバータの交流出力を制御する交流出力制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２７】
【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。
【００２８】
（基本構成１）
図１は放電灯点灯装置の基本構成１を示すブロック構成図であり、直流電源１と、直流電源１の出力を所望の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力端間に接続されて、直流出力を平滑する平滑コンデンサＣ１と、平滑コンデンサＣ１が平滑した直流電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータ３と、インダクタとコンデンサの共振回路から成る始動回路４と、始動回路４を介してＤＣ／ＡＣインバータ３から交流出力を供給される高圧放電ランプ５（以後ランプ５と称す）とから構成される。
【００２９】
図２は図１の各ブロックの具体回路を示したもので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、直流電源１の正出力に一端を接続したインダクタＬ１と、インダクタＬ１の他端と正出力端との間に順方向接続したダイオードＤ１と、インダクタＬ１とダイオードＤ１との接続中点と直流電源の負出力との間に接続したスイッチング素子Ｓ５とを備えた昇圧チョッパ回路から成り、スイッチング素子Ｓ５をオン・オフすることで所望の直流電圧に昇圧して出力する。このような昇圧チョッパ回路は入力１００Ｖ〜２００Ｖを出力２００〜４００Ｖ程度に昇圧する場合に適している。
【００３０】
ＤＣ／ＡＣインバータ３は、平滑コンデンサＣ１の両端間に接続されたスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の直列回路、及びスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の直列回路を備えるフルブリッジ構成からなり、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４とスイッチング素子Ｓ２，Ｓ３とを交互にオン・オフすることで、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の接続中点、及びスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の接続中点から所望の周波数の交流電圧Ｖ１を出力する。
【００３１】
始動回路４は、ＤＣ／ＡＣインバータ３の一方の出力端に１次巻線ＰＴ１１と２次巻線ＰＴ１２との各一端を接続したパルストランスＰＴ１と、１次巻線ＰＴ１１の他端に一端を接続し、他端をＤＣ／ＡＣインバータ３の他方の出力端に接続したコンデンサＣ２とを備え、ランプ５は、２次巻線ＰＴ１２の他端とコンデンサＣ２の他端との間に接続される。
【００３２】
上記本基本構成では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２とＤＣ／ＡＣインバータ３との間に平滑コンデンサＣ１を設けて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力の高周波リプル成分を低減し、ほぼ平滑された直流電圧としている。したがって、ＤＣ／ＡＣインバータ３、始動回路４を介してランプ５を流れるランプ電流は高周波のリプルが少なくなり、従来例のコンデンサＣ１０、インダクタＬ１１によるローパスフィルタ機能をランプ５の両端に設ける必要がなくなる。すなわち、本基本構成の始動回路４は始動時に高電圧を発生させる機能のみを有していればよく、その設計自由度は大幅に向上すると共に、部品点数の低減、小型化を図ることができる。
【００３３】
また、従来例の図１７、図２１に示すコンデンサＣ１０は交流電圧で使用されるのに対して、本基本構成の平滑コンデンサＣ１は直流電圧で使用されるので、電界コンデンサ等の高容量、小型、安価な部品を選定できる。
【００３４】
次に図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すＤＣ／ＡＣインバータ３の出力電圧Ｖ１波形を用いて、ＤＣ／ＡＣインバータ３及び始動回路４の動作について説明する。まず図３（ａ）においては、始動開始してからの期間Ｔｈは無負荷モードであり、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４とスイッチング素子Ｓ２，Ｓ３とが数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの高周波で交互にオン・オフする。ここで始動回路４のパルストランスＰＴ１の１次巻線ＰＴ１１と２次巻線ＰＴ１２とは各々インダクタンス素子とみなすことができ、１次巻線ＰＴ１とコンデンサＣ２との直列回路は共振回路を構成している。そして、ＤＣ／ＡＣインバータ３のスイッチング周波数は１次巻線ＰＴ１１とコンデンサＣ２との直列回路の共振周波数近傍に設定されており、１次巻線ＰＴ１１とコンデンサＣ２との直列回路は共振動作を行い、１次巻線ＰＴ１１には高い共振電圧が発生して、２次巻線ＰＴ１２の両端に高電圧が誘起され、ランプ５に始動のための高電圧が印加される。
【００３５】
期間Ｔｈに続く期間Ｔｌはランプ５が始動した後の点灯モードであり、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４とスイッチング素子Ｓ２，Ｓ３とが百Ｈｚ〜数百Ｈｚの低周波で交互にオン・オフすることで、低周波の矩形波電圧を出力して、２次巻線ＰＴ１２を介してランプ５を点灯させる。ここでコンデンサＣ２は静電容量が小さく、ＤＣ／ＡＣインバータ３の低周波出力に対して高インピーダンスとなり、期間Ｔｌでは共振動作を行わない。
【００３６】
次に図３（ｂ）は無負荷モードの別の動作を示しており、期間Ｔｈの動作は図３（ａ）と同様である。期間Ｔｈに続く期間Ｔｄｃにおいては、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオンし、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオフしている状態で、直流電圧をランプ５に印加しており、この期間Ｔｈと期間Ｔｄｃとを繰り返して無負荷モードの動作としてもよい。この動作では期間Ｔｈでランプ５が放電し、その後、期間ＴｄｃでコンデンサＣ２の両端電圧をランプ５に印加して始動しやすくしたものである。なお、期間Ｔｄｃにはスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４をオンし、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３をオフさせてもよい。
【００３７】
さらに図３（ｃ）も無負荷モードにおいての別の動作をしている。期間Ｔｈの動作は図３（ａ）と同様であるが、期間Ｔｈに続く期間Ｔｏｆｆにおいては、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が全てオフしている状態で出力電圧Ｖ１はゼロとなり、この期間Ｔｈと期間Ｔｏｆｆとを繰り返すいわゆる間欠発振を無負荷モードの動作とする。そしてランプ５が放電を開始すると期間Ｔｌの動作に移行する。
【００３８】
上記図３（ａ）〜（ｃ）のように、ＤＣ／ＡＣインバータ３が、期間Ｔｈでは１次巻線ＰＴ１１とコンデンサＣ２との直列回路の共振周波数近傍で動作することでランプ５に高電圧を印加して始動させることができ、期間Ｔｌでは百Ｈｚ〜数百Ｈｚで動作することでランプ５を矩形波点灯させることができる。
【００３９】
（基本構成２）
本基本構成は図４に示すように、基本構成１のＤＣ／ＤＣコンバータ２の構成を、フライバックトランスＴ１を備えたフライバック方式の昇降圧コンバータ回路としたものである。このＤＣ／ＤＣコンバータ２は、直流電源１の出力端間に接続したフライバックトランスＴ１の１次巻線Ｔ１１とスイッチング素子Ｓ６との直列回路と、フライバックトランスＴ１の２次巻線Ｔ１２の一端から順方向に接続したダイオードＤ１とを備え、２次巻線Ｔ１２の他端は直流電源１の負出力に接続されて、スイッチング素子Ｓ６をオン・オフすることで２次巻線Ｔ１２からダイオードＤ１を介して所望の直流電圧が出力される。このようなフライバックトランスＴ１を備えたフライバック方式の回路は、直流電源１の電圧が１２Ｖ、または２４Ｖ、または４２Ｖ等の低い電圧で、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧が高い場合（例えばコンデンサＣ１の両端電圧が４００Ｖ程度）に適している。
【００４０】
（基本構成３）
本基本構成は、基本構成１のＤＣ／ＤＣコンバータ２の構成を降圧チョッパ回路としたもので、図５に、直流電源として、周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用電源ＡＣを整流器ＤＢで全波整流し、この整流電圧をコンデンサＣ３で完全平滑したフラットな直流電圧を用いた例を示す。このＤＣ／ＤＣコンバータ２は、コンデンサＣ３の正電圧側に接続したスイッチング素子Ｓ７とインダクタＬ２との直列回路と、コンデンサＣ３の負電圧側からスイッチング素子Ｓ７とインダクタＬ２との接続中点に順方向に接続されたダイオードＤ２とを備え、平滑コンデンサＣ１の負電圧側はコンデンサＣ３の負電圧側に接続されて、スイッチング素子Ｓ７をオン・オフすることで所望の直流電圧に降圧して出力する。このような降圧チョッパ回路は、例えば２００Ｖの商用電源ＡＣを整流平滑した約３００Ｖの直流電圧を１００Ｖに降圧して出力する。
【００４１】
（基本構成４）
本基本構成は、基本構成１のＤＣ／ＡＣインバータ３の構成をハーフブリッジ構成としたもので、図６にその放電灯点灯装置の構成の一部を示す。ＤＣ／ＡＣインバータ３は、平滑コンデンサＣ１の両端間に接続されたスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６の直列回路、及びコンデンサＣ４ａ，Ｃ４ｂの直列回路を備え、コンデンサＣ４ａ，Ｃ４ｂの接続中点は平滑コンデンサＣ１の両端電圧を分圧した電圧となる。そして、スイッチング素子Ｓ５とスイッチング素子Ｓ６とを交互にオン・オフすることで、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６の接続中点、及びコンデンサＣ４ａ，Ｃ４ｂの接続中点から所望の周波数の交流電圧Ｖ１を出力し、そのピーク電圧は平滑コンデンサＣ１の両端電圧の１／２となる。
【００４２】
（基本構成５）
図７に示す構成は基本構成１乃至４いずれかの放電灯点灯装置を基本構成として、自動車用ヘッドランプに使用されている高圧放電灯の一種であるメタルハライドランプ５ａを用い、そのメタルハライドランプ５ａを口金に装着するソケットＳＣ１を備えており、始動回路４はソケットＳＣ１を介してメタルハライドランプ５ａに接続している。
【００４３】
そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２と平滑コンデンサＣ１とＤＣ／ＡＣインバータ３とを１つに組み合わせたブロックＩＮＶ１と、始動回路４にソケットＳＣ１をリード線で接続して１つに組み合わせたブロックＩＧＮ１とを互いに分離して構成し、ブロックＩＧＮ１をメタルハライドランプ５ａに近いところに配置して、ブロックＩＮＶ１を直流電源１に近いところに配置し、ＤＣ／ＡＣインバータ３と始動回路４との間をリード線で接続する。したがって、高電圧を発生するブロックＩＧＮ１がメタルハライドランプ５ａに近いところにあるので、高圧パルスの減衰を少なくすることができる。
【００４４】
次に図８に示すように、図７の始動回路４とソケットＳＣ１とを一体化してブロックＩＧＳ１とすれば、図７のように始動回路４とソケットＳＣ１との間をリード線で接続しなくてもよく、リード線の分布容量等による高周波、高圧のパルスの減衰を大幅に抑えることができる。
【００４５】
また図９に示すように、始動回路４とメタルハライドランプ５ａとを一体化してブロックＩＳＬ１とすれば、ブロックＩＳＬ１にはメタルハライドランプ５ａを嵌合によって装着する口金は必要なく、始動回路４を含めたコンパクトなランプを構成できる。
【００４６】
さらには図１０に示すように、図８のブロックＩＮＶ１とブロックＩＧＳ１とを一体化してブロックＢａとすれば、各ブロック間を接続するリード線が不要となり、組み立てが非常に簡素化される。
【００４７】
本発明においては基本構成１に示したように始動回路４の小型化、簡素化を図ることができるので、上記図７〜図１０のように始動回路４を他の回路やブロックと一体化することは容易に実現できる。
【００４８】
（基本構成６）
図１１は図１の詳細な構成を示しており、ＤＣ／ＤＣコンバータ２は図４のフライバック方式の昇降圧コンバータ回路で構成され、スイッチング素子としてＦＥＴＱ５（図４のスイッチング素子Ｓ６に対応）を備え、出力端間には出力電圧を検出する出力電圧検出部６を備える。
【００４９】
ＤＣ／ＡＣインバータ３は図１と同様にフルブリッジ構成であり、スイッチング素子としてＦＥＴＱ１〜Ｑ４（図１のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４に対応）を備える。
【００５０】
始動回路４は図１３にも示すように、ＤＣ／ＡＣインバータ３の一方の出力端に１次巻線ＰＴ１１と２次巻線ＰＴ１２との各一端を接続したパルストランスＰＴ１と、１次巻線ＰＴ１１の他端に一端を接続したコンデンサＣ２と、コンデンサＣ２の他端とＤＣ／ＡＣインバータ３の他方の出力端との間に接続したインダクタＬ３と、１次巻線ＰＴ１１に並列接続したコンデンサＣ３とを備え、ランプ５は、２次巻線ＰＴ１２の他端とコンデンサＣ２の他端との間に接続される。
【００５１】
本基本構成では、ＦＥＴＱ１〜Ｑ４，Ｑ５のオン・オフを制御するための制御部７を備えており、制御部７は、出力電圧検出部６が出力する検出信号を受けてＦＥＴＱ５のスイッチングをパルス幅制御するＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ制御部７１と、ＰＷＭ制御部７１のＰＷＭ信号を受けてＦＥＴＱ５をオン・オフ駆動するドライバ部７２と、出力電圧検出部６が出力する検出信号のレベル（ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧のレベル）から無負荷モード／点灯モードの動作モードを切り替えるモード信号を出力するモード切替部７３と、モード切替部７３からモード信号を受けて無負荷モードであれば高周波数の発振信号を出力し、点灯モードであれば低周波数の発振信号を出力する発振部７４と、発振部７４の発振信号を分周した分周信号を出力する分周回路７５と、分周回路７５から分周信号を受けてＦＥＴＱ１〜Ｑ４をオン・オフ駆動するドライバ部７６とから構成される。
【００５２】
モード切替部７３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧が高いときは無負荷モード信号を出力し、これは図３（ａ）の期間Ｔｈに相当する。そしてランプ５が始動して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧が低下すると点灯モード信号を出力し、これは図３（ａ）の期間Ｔｌに相当する。
【００５３】
次に本基本構成の始動回路４の動作について説明する。まず無負荷モード時にＤＣ／ＡＣインバータ３は数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの高周波電圧を出力する。ここでインダクタＬ３，コンデンサＣ２，Ｃ３は、高周波電圧の周波数が共振周波数近傍となるように各定数が設定されており、コンデンサＣ３の両端、すなわち１次巻線ＰＴ１１の両端には共振電圧Ｖｃ３が発生し、２次巻線ＰＴ１２の両端に高電圧Ｖｐが誘起される。図１２にはこの共振電圧Ｖｃ３、高電圧Ｖｐの各波形を示しており、このときの各定数は、インダクタＬ３：１００μＨ，コンデンサＣ２：１００ｎＦ，コンデンサＣ３：１００ｎＦである。また、コンデンサＣ２，Ｃ３の直列回路はランプ５に対して実質的に並列接続されており、ランプ５を始動させるための共振回路の一部であると共に、ランプ５から発生するノイズを大幅に低減させることができる。
【００５４】
そして、上記無負荷モードでランプ５が始動すると、電圧Ｖｃ３が低下し、点灯モードへ移行し、ＦＥＴＱ１〜Ｑ４のスイッチング周波数は数百Ｈｚとなり、出力電圧は低周波となる。この安定点灯時にランプ５を流れる電流は、平滑コンデンサＣ１の平滑動作によってＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力に含まれる高周波のリプル電流は殆ど除去されているので、上記コンデンサＣ２，Ｃ３のフィルタ機能は必要なく、始動時の共振動作のみを考慮して部品定数を設定すればよい。しかも静電容量が小さいので小型の部品を使用することができる。
【００５５】
（実施形態１）
図１４〜図１６は、基本構成６の始動回路４（図１３参照）の他の構成を示しており、図１４の始動回路４は、インダクタＬ３を削除して、コンデンサＣ２にインダクタＬ４を直列接続したもので、このインダクタＬ４はランプ５に対して実質的に並列接続しているので、点灯時は電流が殆ど流れず、無負荷時の共振動作のみに有効に作用する。
【００５６】
図１５の始動回路は、図１４の始動回路のパルストランスＰＴ１が２組の２次巻線ＰＴ１２ａ，ＰＴ１２ｂを具備しており、ランプ５の一端に２次巻線ＰＴ１２ａ、他端に２次巻線ＰＴ１２ｂが各々直列に接続されており、１次巻線ＰＴ１１に共振電圧が発生すると、２つの２次巻線ＰＴ１２ａ，ＰＴ１２ｂに高電圧が誘起され、ランプ５に数十ｋＶの高電圧が印加される。この場合、ランプ５から発生するノイズは、ランプ５の両端に接続した２次巻線ＰＴ１２ａ，ＰＴ１２ｂの各インダクタンス成分がフィルタとして作用するので、始動回路４を介してＤＣ／ＡＣインバータ３へ戻ることを防止でき、放電灯点灯装置のケース等の構造体では、ノイズをシールドするための部品を簡素化することができる。なお、２次巻線ＰＴ１２ａ，ＰＴ１２ｂを同一巻数として、発生する高電圧を同様に分担する構成がノイズに対して効果的である。
【００５７】
図１６の始動回路は図１３の始動回路に２つ目のパルストランスＰＴ２を設けて、パルストランスＰＴ２は、コンデンサＣ２を介して１次巻線ＰＴ１１に直列接続した１次巻線ＰＴ２１と、ランプ５を介して２次巻線ＰＴ１２に直列接続した２次巻線ＰＴ２２とを具備している。さらに１次巻線ＰＴ２１にはコンデンサＣ４が並列接続している。この場合、ランプ５から発生するノイズは、追加したパルストランスＰＴ２、及びコンデンサＣ４によって低減される。
【００５８】
上記図１３〜図１６の各始動回路４は、ノイズの要求レベルや、基本構成５の図７〜図１０に示す構成のうちいずれの構成を採用するかに応じて選べばよい。いずれにしても、始動回路４は、コンデンサ、インダクタ、パルストランスの各部品で構成されるので、簡素化、小型化、低コスト化に寄与できるものである。
【００５９】
また、高電圧を発生するパルストランスＰＴ１，ＰＴ２は、始動回路４をランプ５の近傍に配置する基本構成５の図８〜図１０の放電灯点灯装置ではパルスの減衰が少ないので、コアの形状を棒状にした開磁路で構成して、１次巻線と２次巻線とを２層に巻回することができる。あるいは、分巻き（セクション巻き）や、平角線を用いたエッジワイズ巻きでもよい。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１の発明は、直流電源と、直流電源の電源電圧を所望の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータの直流出力を平滑する平滑コンデンサと、平滑コンデンサが平滑した直流電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータと、少なくとも１つ以上のコンデンサ及びインダクタから成る共振回路を具備してＤＣ／ＡＣインバータの出力を放電灯に供給する始動回路とを備え、放電灯の始動時には、ＤＣ／ＡＣインバータが高周波電圧を出力することで始動回路は共振回路の共振動作により発生する高電圧を放電灯に印加し、放電灯の点灯時には、ＤＣ／ＡＣインバータは始動時の周波数よりも低い周波数の電圧を始動回路を介して放電灯に印加し、始動回路は、ＤＣ／ＡＣインバータの一方の出力端に１次巻線と２次巻線との各一端を接続した第１のパルストランスと、第１のパルストランスの１次巻線の他端に一端を接続した第１のコンデンサと、ＤＣ／ＡＣインバータの他方の出力端に一端を接続したインダクタと、インダクタの他端に１次巻線と２次巻線との各一端を接続し、１次巻線の他端を第１のコンデンサの他端に接続した第２のパルストランスと、第１のパルストランスの１次巻線に並列接続した第２のコンデンサと、第２のパルストランスの１次巻線に並列接続した第３のコンデンサとを備え、放電灯は、第１のパルストランスの２次巻線の他端と第２のパルストランスの２次巻線の他端との間に接続するので、構成部品の小型化、低コスト化、部品点数の低減化を図ることができると共に、始動回路専用のスイッチング素子がないので配線の数も増加せず、したがって全体の構成を簡単、小型、安価にすることができて、且つ信頼性を高くすることができるという効果がある。また、放電灯から発生するノイズをさらに低減することができる。
【００６１】
請求項２の発明は、請求項１において、ＤＣ／ＡＣインバータは、放電灯の始動時に、始動回路の共振回路が共振動作を行う高周波電圧を出力する期間と、直流電圧を出力する期間とを交互に繰り返すので、放電灯の始動を容易に行うことができるという効果がある。
【００６２】
請求項３の発明は、請求項１において、ＤＣ／ＡＣインバータは、放電灯の始動時に、始動回路の共振回路が共振動作を行う高周波電圧を出力する期間と、ゼロ電圧を出力する期間とを交互に繰り返すので、放電灯の始動を行うことができるという効果がある。
【００６３】
請求項４の発明は、請求項１乃至３いずれかにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータは、昇圧チョッパ回路で構成されるので、入力電圧を昇圧して点灯に適した電圧を得ることができるという効果がある。
【００６４】
請求項５の発明は、請求項１乃至３いずれかにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータは、フライバック型の昇降圧コンバータ回路で構成されるので、低電圧を高電圧に昇圧する動作に適しているという効果がある。
【００６５】
請求項６の発明は、請求項１乃至３いずれかにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータは、降圧チョッパ回路で構成されるので、入力電圧を降圧して点灯に適した電圧を得ることができるという効果がある。
【００６６】
請求項７の発明は、請求項１乃至６いずれかにおいて、ＤＣ／ＡＣインバータは、スイッチング素子を平滑コンデンサの両端間にフルブリッジ接続して構成されるので、平滑コンデンサの両端電圧をピーク電圧とする交流電圧を出力することができるという効果がある。
【００６７】
請求項８の発明は、請求項１乃至６いずれかにおいて、ＤＣ／ＡＣインバータは、スイッチング素子を平滑コンデンサの両端間にハーフブリッジ接続して構成されるので、平滑コンデンサの両端電圧の半分をピーク電圧とする交流電圧を出力することができるという効果がある。
【００６８】
請求項９の発明は、請求項１乃至８いずれかにおいて、放電灯を装着すると共に、始動回路にリード線を介して接続されるソケットを備え、始動回路とソケットとは同一のブロック内に構成されるので、始動回路を放電灯に近いところに配置でき、始動回路で発生するパルスの減衰を低減させることができるという効果がある。
【００６９】
請求項１０の発明は、請求項１乃至８いずれかにおいて、放電灯を装着するソケットと始動回路とを一体に形成したので、始動回路を放電灯にさらに近いところに配置でき、始動回路で発生するパルスの減衰をさらに低減させることができるという効果がある。
【００７０】
請求項１１の発明は、請求項１乃至８いずれかにおいて、始動回路と放電灯とを一体に形成したので、始動回路で発生するパルスの減衰をさらに低減させると共に、コンパクトにすることができるという効果がある。
【００７１】
請求項１２の発明は、請求項１乃至８いずれかにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータと、平滑コンデンサと、ＤＣ／ＡＣインバータと、始動回路とを一体に形成したので、組み立ての簡素化を図ることができるという効果がある。
【００７２】
請求項１３の発明は、請求項１乃至１２いずれかにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータの直流出力を制御する直流出力制御手段と、ＤＣ／ＡＣインバータの交流出力を制御する交流出力制御手段とを備えるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びＤＣ／ＡＣインバータを放電灯の点灯状態に応じて制御す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】本発明の基本構成１の放電灯点灯装置のブロック構成を示す図である。
【図２】同上の回路構成を示す図である。
【図３】（ａ）同上のＤＣ／ＡＣインバータの第１の出力電圧を示す図である。
（ｂ）同上のＤＣ／ＡＣインバータの第２の出力電圧を示す図である。
（ｃ）同上のＤＣ／ＡＣインバータの第３の出力電圧を示す図である。
【図４】本発明の基本構成２のフライバック型の昇降圧コンバータ回路を用いた回路構成を示す図である。
【図５】本発明の基本構成３の降圧チョッパ回路を用いた回路構成を示す図である。
【図６】本発明の基本構成４のハーフブリッジインバータ回路を用いた回路構成を示す図である。
【図７】本発明の基本構成５の放電灯点灯装置の第１の構成を示す図である。
【図８】同上の放電灯点灯装置の第２の構成を示す図である。
【図９】同上の放電灯点灯装置の第３の構成を示す図である。
【図１０】同上の放電灯点灯装置の第４の構成を示す図である。
【図１１】本発明の基本構成６の放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。
【図１２】同上の始動回路の電圧波形を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態１の始動回路の第１の構成を示す図である。
【図１４】同上の始動回路の第２の構成を示す図である。
【図１５】同上の始動回路の第３の構成を示す図である。
【図１６】同上の始動回路の第４の構成を示す図である。
【図１７】従来例１の放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。
【図１８】同上の出力電圧波形を示す図である。
【図１９】同上の始動時のランプ電圧波形を示す図である。
【図２０】同上の点灯時のランプ電流波形を示す図である。
【図２１】従来例２の放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。
【符号の説明】
１直流電源
２ＤＣ／ＤＣコンバータ
３ＤＣ／ＡＣインバータ
４始動回路
５ランプ
Ｃ１平滑コンデンサ

Claims

直流電源と、直流電源の電源電圧を所望の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータの直流出力を平滑する平滑コンデンサと、平滑コンデンサが平滑した直流電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータと、少なくとも１つ以上のコンデンサ及びインダクタから成る共振回路を具備してＤＣ／ＡＣインバータの出力を放電灯に供給する始動回路とを備え、
放電灯の始動時には、ＤＣ／ＡＣインバータが高周波電圧を出力することで始動回路は共振回路の共振動作により発生する高電圧を放電灯に印加し、放電灯の点灯時には、ＤＣ／ＡＣインバータは始動時の周波数よりも低い周波数の電圧を始動回路を介して放電灯に印加し、
始動回路は、ＤＣ／ＡＣインバータの一方の出力端に１次巻線と２次巻線との各一端を接続した第１のパルストランスと、第１のパルストランスの１次巻線の他端に一端を接続した第１のコンデンサと、ＤＣ／ＡＣインバータの他方の出力端に一端を接続したインダクタと、インダクタの他端に１次巻線と２次巻線との各一端を接続し、１次巻線の他端を第１のコンデンサの他端に接続した第２のパルストランスと、第１のパルストランスの１次巻線に並列接続した第２のコンデンサと、第２のパルストランスの１次巻線に並列接続した第３のコンデンサとを備え、放電灯は、第１のパルストランスの２次巻線の他端と第２のパルストランスの２次巻線の他端との間に接続する
ことを特徴とする放電灯点灯装置。
ＤＣ／ＡＣインバータは、放電灯の始動時に、始動回路の共振回路が共振動作を行う高周波電圧を出力する期間と、直流電圧を出力する期間とを交互に繰り返すことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
ＤＣ／ＡＣインバータは、放電灯の始動時に、始動回路の共振回路が共振動作を行う高周波電圧を出力する期間と、ゼロ電圧を出力する期間とを交互に繰り返すことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
ＤＣ／ＤＣコンバータは、昇圧チョッパ回路で構成されることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の放電灯点灯装置。
ＤＣ／ＤＣコンバータは、フライバック型の昇降圧コンバータ回路で構成されることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の放電灯点灯装置。
ＤＣ／ＤＣコンバータは、降圧チョッパ回路で構成されることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の放電灯点灯装置。
ＤＣ／ＡＣインバータは、スイッチング素子を平滑コンデンサの両端間にフルブリッジ接続して構成されることを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載の放電灯点灯装置。
ＤＣ／ＡＣインバータは、スイッチング素子を平滑コンデンサの両端間にハーフブリッジ接続して構成されることを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載の放電灯点灯装置。
放電灯を装着すると共に、始動回路にリード線を介して接続されるソケットを備え、始動回路とソケットとは同一のブロック内に構成されることを特徴とする請求項１乃至８いずれか記載の放電灯点灯装置。
放電灯を装着するソケットと始動回路とを一体に形成したことを特徴とする請求項１乃至８いずれか記載の放電灯点灯装置。
始動回路と放電灯とを一体に形成したことを特徴とする請求項１乃至８いずれか記載の放電灯点灯装置。
ＤＣ／ＤＣコンバータと、平滑コンデンサと、ＤＣ／ＡＣインバータと、始動回路とを一体に形成したことを特徴とする請求項１乃至８いずれか記載の放電灯点灯装置。
ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータの直流出力を制御する直流出力制御手段と、ＤＣ／ＡＣインバータの交流出力を制御する交流出力制御手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至１２いずれか記載の放電灯点灯装置。