JP4310682B2

JP4310682B2 - 高圧放電ランプ点灯装置および照明装置

Info

Publication number: JP4310682B2
Application number: JP2003125129A
Authority: JP
Inventors: 征彦鎌田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2023-04-30
Also published as: JP2004335129A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電ランプ点灯装置および照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、高圧放電ランプは寿命末期には、破裂などのおそれがあるため高圧放電ランプの寿命を判定して高圧放電ランプへの電力の供給を停止して、高圧放電ランプを消灯させるなどの必要がある。
【０００３】
そうして、高圧放電ランプの寿命の判定は、寿命の進行にしたがってそのランプ電圧が上昇することにより判別する、または反対にランプ電圧の低い場合に判別することもありえる。すなわち、高圧放電ランプには、ガラスの微小な歪によってミクロンオーダーの隙間が生じ、この隙間から封入物が長期間にわたって漏洩する現象すなわちスローリークが発生する場合があるためである。スローリークが発生しランプ電圧が低下した状態で放電が持続すると、通常の２倍程度の過電流が流れこのため回路部品が破壊や発火する恐れがあるので、このような異常も早期に検出して電力供給停止などの措置をとる必要がある。
【０００４】
このために例えば、特開平６−２０７８１号公報（特許文献１）には、車両用の放電ランプのランプ電圧について上限と下限の閾値を設定し、所定の時間遅れでランプ電圧の測定値が上限の閾値を上回ったり、下限の閾値を下回ったときは、放電ランプがオープン状態であるか、ショート状態であるなどの異常状態として、放電ランプの点灯回路を停止するようにする技術が開示されている。
【０００５】
しかしながら、高圧放電ランプのランプ電圧は、点灯開始直後のしばらくの間はランプ電圧の低い状態が継続し、その後定格ランプ電圧まで上昇するという特性を有している。このように、正常なランプであっても点灯時にはランプ電圧が変動するという特性のため、前記特許文献１のように、ランプ電圧が、単に下限の閾値を下回るか否かの判定を行なうだけでは、ランプ電圧の異常状態と正常状態の区別が充分につかず、ランプ電圧が低すぎる異常状態を確実に検出することができないという課題がある。
【０００６】
このため、特開平１１−２６１７３号公報（特許文献２）には、高圧放電ランプのランプ電圧の検出値を、一定範囲の定格ランプ電圧より低い第１の閾値と比較し、また、第１の閾値より低い第２の閾値と比較する。第２の閾値よりランプ電圧が低いときは高圧放電ランプを速やかに停止する。ランプ電圧が第２の閾値より高く第１の閾値より低いときは、この状態を所定時間継続し、所定期間を経過したときは、高圧放電ランプのランプ電圧を一定に保つように制御する技術が開示されている。
【０００７】
さらにまた、特開平９−３２０７８１号公報には、前回点灯時のランプ電圧に許容上昇範囲を加味した値以上である、または許容上昇範囲と許容下降範囲とを加味した値に対してそれ以上または以下になるという状態で寿命または異常を判定するように構成している技術が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−２０７８１号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平１１−２６１７３号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開平９−３２０７８１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２の技術では、高圧放電ランプのランプ電圧が第１の閾値と第２の閾値の間で定格ランプ電圧よりも低い場合でも点灯装置は所定時間の間、点灯を正常に維持するため、点灯装置はランプ電力を一定に維持しようをするためランプ電流値を大きくするように制御する。このような状態が続いた場合は、点灯装置に流れる電流値が大きくなる状態が所定時間続いてしまうため、点灯装置の回路に負担が大きくなり、回路が短寿命になりやすいなどの問題があった。また、第２の閾値よりもランプ電圧が小さい場合は、ランプを消灯してしまう。そうすると正常な高圧放電ランプの始動直後はランプ電圧が非常に低いため、点灯を維持することができなくなってしまう。また、仮に第２の閾値をランプの始動開始時のランプ電圧よりも低く設定すると、リークなどの不具合が生じたときには、第２の閾値よりもランプ電圧が低下するおそれもあるため、所定時間この低いランプ電圧のまま点灯を維持してしまう。すると、点灯装置に多くの電流が流れる事になり、点灯装置が破壊してしまうおそれがあった。
【００１２】
また、特許文献３のように前回点灯時のランプ電圧と比較してランプ電圧が許容範囲以下であっても、高圧放電ランプは、点灯直後はランプ電圧が低く、誤動作を招くおそれがある。
【００１３】
そこで、本発明は高圧放電ランプの異常や寿命を誤動作なく判別でき、点灯装置への破損などの虞を低減させることのできる点灯装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の高圧放電ランプ点灯装置は、高圧放電ランプを点灯する点灯主回路と；高圧放電ランプを始動させるための始動回路と；高圧放電ランプのランプ電圧を検出するランプ電圧検出手段と；固定の電圧値である閾値を有し、ランプ電圧検出手段の検出されたランプ電圧によって充電スピードが可変するように構成された充電回路に設けられるものであって、ランプ電圧検出手段で検出されたランプ電圧が低いときには充電回路から供給される電流値が大きくなることにより閾値に至るまでの充電スピードが速くなり、ランプ電圧検出手段で検出されたランプ電圧が高いときには充電回路から供給される電流値が小さくなることにより閾値に至るまでの充電スピードが遅くなるように設けられたコンデンサと；ランプ電圧検出手段で検出されたランプ電圧が定格電圧近傍であるときには、前記コンデンサに充電回路からの電流が流れないように設けられた調整部と；前記コンデンサにおける閾値になると点灯主回路から高圧放電ランプへの電力の供給を停止する制御手段と；を具備している。
【００１５】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り、用語の定義および技術的な意味は次による。
【００１６】
高圧放電ランプは、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、セラミック放電ランプ、高圧キセノンランプなど各種高圧放電ランプを用いることができる。
【００１７】
また、点灯主回路は、高圧放電ランプを直流点灯および交流点灯のいずれでもよい。また、限流作用を行う部分は商用周波数で作動するもの、高周波で作動するもの、または直流で作動するものなど、どのような構成であってもよい。そして、点灯主回路として高圧放電ランプを定電力制御することは好ましいことであり、このような場合に点灯主回路にスイッチング手段を含ませて、このスイッチング手段をランプ電流およびランプ電圧の両方に応じて制御することによって、定電力的に制御することができる。スイッチング手段を含む点灯主回路としては、これをたとえばチョッパ回路にて構成し、このチョッパ回路のチョッピングのオンデューティを制御することによって、定電力的に制御することが容易となる。
【００１８】
さらに、始動回路は高圧放電ランプを始動できるものであれば、どのような構成でもよく、既知の各種始動回路を採用することができる。
【００１９】
また、ランプ電圧検出手段は、ランプ電圧を直接または間接的に検出して検出できればよく、特定の回路構成に限定されない。そして、ランプ電圧検出手段を点灯主回路の正常点灯時の制御のために利用することが許容される。
【００２２】
請求項１のように構成することによって、ランプが寿命末期のようにスローリークが発生するなどしてランプ電圧が低下したときには、直ちにランプに供給する電力を停止するなどの制御を行い、ランプ電圧が定格電圧に近づくにつれランプに供給する電力の供給を停止するなどの制御を行うまでの時間を長くする。そうすることによって、ランプ電圧が低いときに過度に供給されるランプ電流によって点灯装置が短寿命になるなどを抑制することができる。
【００２３】
さらに、高圧放電ランプの始動時には、ランプ電圧が低い状態であるが、通常の正常なランプであるとランプ電圧は定格ランプ電圧近傍になるまでおよそ２分程度であり、さらにランプ電圧の上昇スピードは、ランプ電圧が低いほど速くなる。このため、ランプ始動時のランプ電圧が低い状態でランプへの電力の供給が停止してしまうというような不具合が解消される。つまり、ランプ始動時のランプ電圧の上昇スピード加味したランプ電圧とタイマ手段の設定時間の関係を得ることが重要である。
【００２４】
また、定格ランプ電圧近傍とは、高圧放電ランプが正常に点灯を維持しているランプ電圧の許容範囲を示す。これは高圧放電ランプの種類、高圧放電ランプ単体のばらつきを加味して設定する事を許容する。ランプ電圧がこの定格ランプ電圧近傍である場合は、高圧放電ランプへの電力の供給を維持している。
【００２５】
さらにまた、ランプ電圧が定格ランプ電圧近傍よりも高い場合がある。この場合は、高圧放電ランプが寿命であることが多くあるため、高圧放電ランプへの電力の供給を停止する、高圧放電ランプへの電力の供給を低下させるまたは高圧放電ランプが寿命末期である事を表示するなどの制御を行う事も許容する。
【００２６】
請求項２の発明の照明装置は、照明器具本体と；照明器具に収納される高圧放電ランプと；請求項１または２記載の高圧放電ランプ点灯装置と；を具備している。
【００２７】
器具本体とは、高圧放電ランプの発光を利用するあらゆる装置を意味しており、たとえばダウンライト、投光器、道路・トンネルなど照明器具、街路灯などを含む。
【００２８】
本発明によれば、請求項１の効果を奏する照明装置を提供することができる。
【発明の実施の形態】
本発明の点灯装置の実施例を図１ないし図３を参照して説明する。
【００２９】
図1は、高圧放電ランプ点灯装置の概略図、図２は、タイマ手段および制御手段を示す回路図である。図１において、第一の直流電源１ａ、第２の直流電源１ｂは直列に接続されており、第一の直流電源１ａの正端子と第１の直流電源１ａと第２の直流電源１ｂの共通接続点との間に第１のスイッチング素子２ａと第一のインダクタ３ａと高圧放電ランプＬとが直列に接続されている。この第一のインダクタ３ａと高圧放電ランプＬとの接続点と第２の直流電源１ｂの負端子との間に第２のスイッチング素子２ｂと第２のインダクタ３ｂとが直列に接続されている。第１のスイッチング素子２ａと第１のインダクタ３ａとの接続点と第２の直流電源１ｂの負端子との間に第１のダイオード４ａが接続され。そして第２のインダクタ３ｂと第２のスイッチング素子２ｂとの接続点と第１の直流電源１ａの正端子との間に第２のダイオード４ｂが接続されている。
【００３０】
また、第１のインダクタ３ａと第２のインダクタ３ｂの接続点と高圧放電ランプＬの間には、トランスＴと介して始動回路５が接続される。さらに、高圧放電ランプＬとトランスの直列回路の両端には、コンデンサＣが並列に接続され、さらにランプ電圧検出手段６が並列に接続されている。そうして、ランプ電圧検出手段６の検出結果は、制御回路７に送られ制御回路７は、第１・第２のスイッチング素子２ａ・２ｂのスイッチングを制御しランプ電力を一定に供給するようにフィードバック制御を行う。さらに、ランプ検出手段６の検出結果は、タイマ回路８にも出力される。
【００３１】
図２を参照してランプ電圧検出回路６およびタイマ回路８について詳細に説明する。ａ−ｂ端子に高圧放電ランプＬとトランスの直列回路およびコンデンサＣ１が並列に接続される。そうしてａ−ｂ端子管には抵抗Ｒ１およびＲ２が直列接続される。また、抵抗Ｒ２には、並列にダイオードＤ１およびダイオードＤ２とコンデンサＣ２の直列回路が並列に接続されている。ダイオードＤ２とコンデンサＣ２の接続点には、トランジスタＴｒ１のベースが接続され、トランジスタＴｒ１のコレクタは端子ｃに接続されてこの端子ｃは直流電源Ｂ１に接続されている。さらに、トランジスタＴｒ１のエミッタは抵抗Ｒ３の一端に接続され、抵抗Ｒ３の他端はトランジスタＴｒ２のコレクタとベースおよびトランジスタＴｒ３のベースに接続されている。トランジスタＴｒ２のエミッタおよびトランジスタＴｒ３のエミッタは端子ｂにそれぞれ接続されており、トランジスタＴｒ２とトランジスタＴｒ３とでカレントミラー回路を形成している。そうしてトランジスタＴｒ３のコレクタとエミッタ間にはコンデンサＣ３が接続されコンデンサＣ３とトランジスタＴｒ３のコレクタの接続点には抵抗Ｒ４の一端が接続され、この抵抗Ｒ４の他端には図示しないが直流電源が接続される。さらに、コンデンサＣ３の電圧が、（図示しない）判別回路などを介して制御回路７に送られる。
【００３２】
次に、ランプ電圧検出回路６およびタイマ回路８の動作について説明する。まず、ランプ電圧は、抵抗Ｒ１、Ｒ２によって分圧され、さらにダイオードＤ１，Ｄ２によって整流された電圧がコンデンサＣ２に充電される。コンデンサＣ２の充電電圧に応じた電流値がトランジスタＴｒ２に流れる。そうするとトランジスタＴｒ２、Ｔｒ３はカレントミラー回路を構成しているためトランジスタＴｒ３のコレクタ−エミッタ間に流れる電流値は、トランジスタＴｒ２のコレクタ−エミッタ間に流れる電流値と等しくなる。また、抵抗Ｒ４に流れる電流値は一定であるため、トランジスタＴｒ３に流れる電流が小さいほどコンデンサＣ３を充電する電流値は大きくなり、トランジスタＴｒ３に流れる電流が抵抗Ｒ４に流れる電流値よりも大きくなる場合は、コンデンサＣ３へ電流が供給されない。
【００３３】
こうして、コンデンサＣ３に充電される電圧Ｖｃ３を図３に示す。図３に示すように、コンデンサＣ３に現れる電圧Ｖｃ３は、ランプ電圧が小さいときはコンデンサＣ３に流れる電流値が大きくなるためコンデンサＣ３への充電スピードが速くなり、閾値の電圧値まで達成する時間がｔ１と早く、ランプ電圧が大きいときは反対にコンデンサＣ３に流れる電流値が小さくなるためコンデンサＣ３への充電スピードが遅くなり、閾値の電圧値まで達成する時間がｔ２のように遅くなる。また、このときランプ電圧が定格電圧近傍であるときには、コンデンサＣ３に電流が流れないように抵抗Ｒ４などを調整されているため、コンデンサＣ３には充電されずＶｃ３の値は上昇しない。
【００３４】
コンデンサＣ３にかかる電圧Ｖｃ３が閾値電圧Ｖ１になることによって、判別回路が動作し、制御回路７に伝達されスイッチング素子２ａ、２ｂの動作を停止させる事によって高圧放電ランプＬへの電力の供給を停止する。
【００３５】
このように構成することによって、ランプ電圧の低いときには早く高圧放電ランプへの電力の供給を停止することができるため、ランプ電圧の低下のために電流値が増加することによる点灯装置のダメージを最小限とする事ができる。さらに、始動時のようにランプ電圧が低い場合には、正常な高圧放電ランプは速やかにランプ電圧が上昇し定格ランプ電圧となる。このためランプ電圧が低い状態であっても即座に高圧放電ランプへの電力の供給が停止することがなく、正常な定格ランプ電圧近傍となるときにはタイマ回路の動作が停止することができるため、誤動作を低減できる高圧放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００３６】
また、上記実施形態のランプ電圧検出回路６は、半波整流によってランプ電圧を取り出しているが、図４のランプ電圧検出回路６０を用いれば、全波整流によってランプ電圧を取り出すこともできる。つまり、まず、ランプ電圧は、抵抗Ｒ１０、Ｒ２０によって分圧され、抵抗Ｒ２０に現れる電圧は、例えば接点ｂが正側、接点ａが負側の極性であれば、ダイオードＤ１０を介してコンデンサＣ２２に充電され、これと逆極性のときはダイオードＲ２０を介してコンデンサＣ２１に充電さる。このとき、コンデンサＣ２３の両端には、コンデンサＣ２１とコンデンサＣ２２に充電されたで電圧が現れる。このようにランプ電圧を全波整流で行えば、例えば高圧放電ランプＬが半波放電のような状態でも、検知可能でありより安全性が高まる。
【００３７】
本発明の第２の実施形態を図５を参照して説明する。図５は第１の実施形態の点灯装置９３を収納した照明装置９を示している。照明装置９は、反射笠９１、ソケット９２及び点灯装置９３などから構成されている。高圧放電ランプＬは照明装置のソケット９２に装着されて使用される。ソケット９２には点灯装置９３の二次出力端が接続され高圧放電ランプＬに電力の供給を行なっている。照明装置９は天井面９０によって支持される。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ランプ電圧の低いときには早く高圧放電ランプへの電力の供給を停止することができるため、ランプ電圧の低下のために電流値が上昇することによる点灯装置のダメージを最小限とする事ができる。さらに、始動時のようにランプ電圧が低い場合には、正常な高圧放電ランプは速やかにランプ電圧が上昇し定格ランプ電圧となる。このためランプ電圧が低い状態であっても即座に高圧放電ランプへの電力の供給が停止することがなく、正常な定格ランプ電圧近傍となるときにはコンデンサへの充電がされないため、誤動作を低減できる高圧放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００３９】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果を奏する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の高圧放電ランプ点灯装置の概略図。
【図２】同じく、ランプ電圧検出回路およびタイマ回路の回路図。
【図３】同じく、タイマ回路の動作をしめすコンデンサＣ３の充電電圧Ｖｃ３のグラフ。
【図４】ランプ電圧検出回路およびタイマ回路の他の実施形態を示す回路図。
【図５】本発明の第２の実施形態の照明装置。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ・・・第１、第２の直流電源２ａ、２ｂ・・・第１、第２のスイッチング素子５・・・始動回路６・・・ランプ電圧検出回路７・・・制御手段８・・・タイマ回路Ｌ・・・高圧放電ランプ

Claims

高圧放電ランプを点灯する点灯主回路と；
高圧放電ランプを始動させるための始動回路と；
高圧放電ランプのランプ電圧を検出するランプ電圧検出手段と；
固定の電圧値である閾値を有し、ランプ電圧検出手段の検出されたランプ電圧によって充電スピードが可変するように構成された充電回路に設けられるものであって、ランプ電圧検出手段で検出されたランプ電圧が低いときには充電回路から供給される電流値が大きくなることにより閾値に至るまでの充電スピードが速くなり、ランプ電圧検出手段で検出されたランプ電圧が高いときには充電回路から供給される電流値が小さくなることにより閾値に至るまでの充電スピードが遅くなるように設けられたコンデンサと；
ランプ電圧検出手段で検出されたランプ電圧が定格電圧近傍であるときには、前記コンデンサに充電回路からの電流が流れないように設けられた調整部と；
前記コンデンサにおける閾値になると点灯主回路から高圧放電ランプへの電力の供給を停止する制御手段と；
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
照明器具本体と；
照明器具に収納される高圧放電ランプと；
請求項１記載の高圧放電ランプ点灯装置と；
を具備したことを特徴とする照明装置。