JP4314046B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、インバータによる高周波電力でランプを点灯させる放電灯点灯装置に関し、特に、ランプのフィラメント断線を検出し、回路の発振を停止させることができる放電灯点灯装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の放電灯点灯装置は、ランプの点灯電圧が予め設定されている値を越えているとき、コンパレータ回路によってこれを検出して検出可能信号を生成するとともに、フィラメント電流検出回路によってランプのフィラメントに流れる電流値を検出してこの検出結果を示す検出信号を生成し、そしてコンパレータ回路から検出可能信号が出力され、かつフィラメント電流検出回路から出力される検出信号の値が予め設定されている値よりも小さいとき、コンパレータ回路およびアンドゲートによってフィラメントが断線していると判定している。(例えば特許文献1)。
【0003】
【特許文献1】
特許3356216号公報(段落0009〜0015、図1)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の放電灯点灯装置では、ランプのフィラメントに流れる電流値を抵抗により電圧値に変換して検出信号を生成しており、ロスが多く、また、断線検出回路はコンパレータやアンドゲート等の部品が多いという問題があった。
【0005】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、小型で安価な部品で、正常点灯とフィラメント断線が正確に検出され、また、正常点灯時には誤動作せず、また、フィラメント断線時には確実に発振を停止させることができ、フィラメント断線時に生じるインバータ回路IVの発熱及び回路の故障を防止することができる放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る放電灯点灯装置は、直流電源と、この直流電源の直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、このインバータ回路を駆動させる駆動回路と、バラストチョーク、このバラストチョークにランプを介して接続されるカップリングコンデンサを有し、上記インバータ回路からの高周波電流により上記ランプを点灯させる複数の放電灯負荷回路と、前記各バラストチョークに設けられた2次巻線と、これらの各2次巻線に生ずる電圧を検出する2次電圧検出部と、これらの各2次電圧検出部で検出された検出電圧のうち、前記ランプを正常に点灯するときの点灯周波数を超える高周波成分をカットオフする複数の高周波フィルタ部と、この各高周波フィルタ部からの出力電圧を各々ダイオードを介してオア接続して検出する検出部と、この検出部からの出力電圧があらかじめ定めたフィラメント断線検出基準値を越えるときは前記ランプが正常であると判断して、前記ランプを点灯させるための信号を前記駆動回路に出力し、前記検出部からの出力電圧があらかじめ定めたフィラメント断線検出基準値以下のときに、前記ランプの断線または解放と判断して停止信号を前記駆動回路に出力する判別部と、備えたものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1を示す放電灯点灯装置の概略構成図、図2は放電灯点灯装置の回路図、図3は放電灯点灯装置のバラストチョークの2次電圧の波形図、図4はランプのフィラメント状態を示す波形図である。
【0008】
図1において、放電灯点灯装置は、直流電源E、直流電源Eの直流電圧をスイッチングして高周波電圧に変換するインバータ回路IV、インバータ回路IVを駆動する駆動回路1、インバータ回路IVによって生成された高周波電圧によりランプLAを点灯させる放電灯負荷回路LAC、放電灯負荷回路LACのバラストチョークT1の2次巻線T1aに生じる2次電圧を検出する2次電圧を検出部2、この2次電圧検出部2からの出力電圧のあらかじめ定められた高周波成分をカットオフする高周波フィルタ部3、この高周波フィルタ部3からの出力電圧のピーク値を検出するとともに電圧レベルを調整する検出部4及び検出部4からの出力電圧に基づいて断線または解放と判別されたときに、駆動回路1に停止信号を出力する判別部5から構成される。
【0009】
次に、各回路及び各部の詳細を説明する。インバータ回路IVは、直流電源Eに接続され、直流電源Eの直流電圧をスイッチングして高周波電圧に変換する一対のMOS−FET Q1、Q2(以下、スイッチング素子Q1、Q2という)をを備え、放電灯負荷回路LACにおいては、スイッチング素子Q1、Q2に接続されたバラストチョークT1がランプLAを介してカップリングコンデンサC4に直列に接続され、ランプLAに始動コンデンサC3が並列に接続されている。
【0010】
2次電圧検出部2は、ランプLAの電流制限用バラストチョークT1に設けた2次巻線T1aと2次巻線T1aの一端と直流電源Eの負極間に接続された抵抗R1で構成される。
【0011】
高周波フィルタ部3は、2次電圧検出部2の2次巻線T1aと抵抗R1の接続線と電源Eの負極間に接続された抵抗R2とコンデンサC1の直列回路からなる積分回路で構成され、抵抗R2、コンデンサC1の時定数でカットオフ周波数が決定される。
【0012】
検出部は、高周波フィルタ部3の抵抗R2とコンデンサC1の接続点と電源Eの負極間に接続されたダイオードD1、抵抗R3、コンデンサC2の直列回路とコンデンサC2と並列接続された抵抗R4から構成される。
判別部5は、非反転入力端子が基準電圧の設定手段Bに、反転入力端子が検出部4の出力に、出力端子が駆動回路1に接続されたコンパレータC01から構成される。
【0013】
次に、この発明の実施の形態1の動作を図2〜図4により説明する。図3(a)は正常点灯、図3(b)はフィラメント断線時、図3(c)はランプLAを接続しない開放の場合の電圧波形図を示す。図4(a)は2次電圧検出部2、高周波フィルタ部3及び判別部5の各々の電圧測定箇所、図4(b)は正常時、図4(c)は断線時の電圧波形を示す。
【0014】
放電灯点灯装置が起動され、インバータ回路IVに直流電源Eから電流が供給され、駆動回路1によりスイッチング素子Q1、Q2が交互にオン・オフ動作することにより、放電灯負荷回路LACには高周波電流が供給され、この高周波電流によってバラストチョークT1および始動コンデンサC3からなる直列回路がLC共振を生じ、始動コンデンサC3、すなわち、ランプLAの両端に高電圧が発生して、ランプLAが始動されランプLAが点灯する。
【0015】
ここで、バラストチョークT1に生ずる電圧波形を図3により説明する。
ランプLAの正常点灯時には、図3(a)に示すような点灯周波数が数十kHzの交流波形が発生するが、フィラメント断線時にはバラストチョークT1と基板上のパターン及びランプLA配線の線間容量による共振を行うため、図3(b)に示すような数百kHzの振動波形が発生する。また、ランプLAを接続しない場合には図3(c)に示すようにフィラメント断線時に近似した高周波の振動波形が発生する。このように、正常点灯、断線又ランプLAを接続しない開放の場合にバラストチョークT1に生ずる電圧波形が異なる。
【0016】
2次電圧検出部2は、バラストチョークT1の1次側の電圧を2次側の巻線T1aで電圧を下げて検出するものであり、2次側には、1次側と相似した波形が発生し、また、抵抗R1の両端にバラストチョークT1の1次側と2次側の巻線T1aの巻き数比に比例した電圧が発生する。この検出電圧は正常点灯時は、実験の結果、図4(b)に示すように2次巻線電圧V1に、約50kHzの交流波形が発生しており、フィラメント断線時には、図4(c)に示すように2次巻線電圧V1に500kHzの振動電圧波形が発生している。
【0017】
次に、高周波フィルタ部3では、2次電圧検出部2からの振動電圧波形が、抵抗R2とコンデンサC1により積分され、高周波成分がカットオフされるが、抵抗R2、コンデンサC1の時定数でカットオフ周波数が決定される。ランプLAの点灯周波数が数十kHz、フィラメント断線時に発生する振動電圧が数百kHzなので、正常時には働かないように、点灯時の検出波形に影響しないレベルで設定する必要があり、実験では200kHzとした。
実験の結果、正常点灯時は図4(b)に示すように高周波フィルタ部3の電圧波形であるV2に約50kHzの交流波形(約5V)が発生しており、フィラメント断線時の電圧波形V2は、図4(c)に示すようにフィルタ回路の効果が出ているため、ほぼ0Vの波形となっている。
【0018】
次に、検出部4では、ダイオードD1、コンデンサC2により高周波フィルタ部3から出力された電圧のピークを検出し、抵抗R3、R4で判別部5に入力するための電圧レベルを調整する。
正常点灯時は図4(b)に示すように検出部4の波形であるV3には、高周波フィルタ部3の波形であるV2のピーク電圧を分圧した直流波形で検出されるが、フィルタ部3の波形であるV2は約50kHzの交流波形のためフィルターが作用せず、ほぼ2次電圧検出部2と同レベルの検出値(約4V)(2次巻線T1aの巻き数、分圧抵抗により調整可能)となっている。
フィラメント断線時、ランプ開放時には、図4(c)に示すように検出部4の波形であるV3にはV2のピーク電圧を分圧した直流波形で検出されているため、ほぼ0Vで検出される。
このように、正常点灯時は検出部4に電圧が発生し、断線時には電圧が発生しない。
【0019】
次に、判定部5では、検出部4で検出された検出電圧をコンパレータC01によりフィラメント断線検出基準値と比較し、基準値を越える電圧が発生していれば正常点灯、それ以下の電圧であれば断線又は開放と判断し、駆動回路1に停止信号を出力する。そして、駆動回路1は、判定部5から停止信号が入力されるとインバータ回路IVを停止させる。
【0020】
以上のように、バラストチョークT1の2次巻線T1aを用いることにより、検出電圧を低下させることができ、小型で安価な部品で、正常点灯とフィラメント断線または開放が正確に検出され、また、正常点灯時には誤動作せず、また、フィラメント断線時には確実に発振を停止させることができ、フィラメント断線時に生じるインバータ回路IVの発熱及び回路の故障を防止することができる。
【0021】
実施の形態2.
実施の形態1は放電灯負荷回路が一つの場合を示したが、本実施の形態は放電灯負荷回路が二つの場合としたものである。
【0022】
図5はこの発明の実施の形態2を示す放電灯点灯装置の回路図である。
図5において、実施の形態1の図2と同一または相当部分には同一の符号を付し説明を省略する。放電灯負荷回路LAC1は、スイッチング素子Q1、Q2に接続されたバラストチョークT1がランプLA1を介してカップリングコンデンサC4に直列に接続され、ランプLA1に始動コンデンサC3Aが並列に接続されている。また、放電灯負荷回路LAC2は、スイッチング素子Q1、Q2に接続されたバラストチョークT2がランプLA2を介してカップリングコンデンサC4に直列に接続され、ランプLA2に始動コンデンサC3Bが並列に接続されている。
【0023】
2次電圧検出部2aは、ランプLA1のバラストチョークT1に設けた2次巻線T1aと2次巻線T1aの一端と直流電源Eの負極間に接続された抵抗R1Aで構成される。また、2次電圧検出部2bは、ランプLA2のバラストチョークT2に設けた2次巻線T2aと2次巻線T2aの一端と直流電源Eの負極間に接続された抵抗R1Bで構成される。
【0024】
高周波フィルタ部3aは、2次電圧検出部2aの2次巻線T1aと抵抗R1Aの接続線と電源Eの負極間に接続された抵抗R2AとコンデンサC1Aの直列回路からなる積分回路から構成される。また、高周波フィルタ部3bは、2次電圧検出部2bの2次巻線T2aと抵抗R1Bの接続線と電源Eの負極間に接続された抵抗R2BとコンデンサC1Bの直列回路からなる積分回路から構成される。
【0025】
検出部4は、高周波フィルタ部3aの抵抗R2AとコンデンサC1Aの接続点にアノードが接続されたダイオードD1A、高周波フィルタ部3bの抵抗R2BとコンデンサC1Bの接続点にアノードが接続され、カソードがダイオードD1Aのカソードに接続されたダイオードD1B、ダイオードD1A、D1Bのカソードと電源Eの負極間に接続された抵抗R3、4の直列回路と抵抗R4と並列接続されたコンデンサC2から構成され、ダイオードD1A、D1BはOR回路を構成している。
【0026】
次に、この発明の実施の形態1の動作を図5により説明する。
放電灯点灯装置が起動され、インバータ回路IVに直流電源Eから電流が供給され、駆動回路1によりスイッチング素子Q1、Q2が交互にオン・オフ動作することにより、放電灯負荷回路LAC1、LAC2には高周波電流が供給され、ランプLA1、LA2が点灯する。
【0027】
2次電圧検出部2a、2bでは、抵抗R1A、R1Bの両端にバラストチョークT1、T2の1次側と2次側の巻線T1a、T2aの巻き数比に比例した電圧が各々発生する。この検出電圧は実施の形態1の図4に示したものと同じであり説明を省略する。
【0028】
次に、高周波フィルタ部3a、3bでは、2次電圧検出部2a、2bからの振動電圧波形の高周波成分がカットオフされ、実施の形態1の図4に示すようにコンデンサC1A、C1Bに発生する電圧は、正常点灯時には数V、断線時または間引き等で開放のときには0Vが発生する。
【0029】
次に、検出部4では、高周波フィルタ部3a、3bから出力された検出電圧を、ダイオードD1A、D1Bを用いたOR回路で検出する。
ダイオードD1AまたはダイオードD1BとコンデンサC2により高周波フィルタ部3から出力された電圧のピークを検出し、抵抗R3、R4で判別部5に入力するための電圧レベルを調整する。
ランプLA1、LA2のいずれかが正常点灯していれば、図4(b)に示すように検出部4の波形であるV3には、ほぼ2次電圧検出部2と同レベルの検出値でとなっている(約4V)。
また、ランプLA1、LA2の両方がフィラメント断線時またはランプ開放のときの電圧波形V3は、図4(c)に示すようにほぼ0Vで検出される。
【0030】
次に、判定部5では、検出部4で検出された検出電圧をコンパレータC01により、フィラメント断線検出基準値と比較しフィラメント断線検出基準値を越える電圧が発生していれば正常点灯、それ以下の電圧であれば断線又は開放と判断し、駆動回路1に停止信号を出力する。
【0031】
このとき、ランプLA1、LA2のうち片方のランプを間引いて使用した場合でも、一方が正常に点灯していれば、数Vの電圧が検出され、基準電圧Bより高いので正常点灯と判断される。
また、ランプLA1、LA2が全て断線又は間引かれた場合に、フィラメント断線検出基準値よりも低い電圧が検出されるため断線又は開放と判断し、駆動回路1に停止信号を出力する。そして、駆動回路1は、判定部5から停止信号が入力されるとインバータ回路IVを停止させる。
【0032】
以上のように、各ランプLA1、LA2からの検出を、ダイオードD1A、D1Bを用いたOR回路で検出することにより、各ランプLA1、LA2のいずれかを間引き点灯をすることができる。
また、間引きしてもランプLA1、LA2のいずれか1本が正常に点灯していれば、他のフィラメントが断線して回路に異常電流が発生し故障するような状態になった場合でも、フィラメント断線を検出して、回路の発振を停止することができる。
また、回路に異常電流は発生しないようにすることができ、全てのランプLA1、LA2が断線又は開放の時のみ検出すれば、回路の故障を防止することができる。
【0033】
なお、本実施の形態は2灯用で示してあるが、それ以上の多灯用回路でもよい。
【0034】
実施の形態3.
実施の形態1、2はランプのフィラメント断線の検出について示したが、本実施の形態はランプの異常も検出でき、また、検出精度を向上させたものである。
図6はこの発明の実施の形態3を示す放電灯点灯装置の回路図、図7は検出値と基準値の関係の説明図である。
図6において、実施の形態1の図2と同一または相当部分には同一の符号を付し説明を省略する。
【0035】
検出部4は、高周波フィルタ部3の抵抗R2とコンデンサC1の接続点と電源Eの負極間に接続されたコンデンサC3とダイオードD1の直列回路とダイオードD1と並列接続されたダイオードD2とコンデンサC2の直列回路から構成される。
【0036】
判別部5は、非反転入力端子がフィラメント断線検出基準値の設定手段B1に、反転入力端子が検出部4の出力に、出力端子が駆動回路1に接続されたコンパレータC01と、反転入力端子がランプ異常検出基準値の設定手段B2に、非反転入力端子が検出部4の出力に、出力端子がコンパレータCO1の出力端子に接続されたコンパレータC02から構成される。
【0037】
次に、この発明の実施の形態3の放電灯点灯装置の動作について図6、図7により説明する。
放電灯点灯装置が起動され、インバータ回路IVに直流電源Eから電流が供給され、駆動回路1によりスイッチング素子Q1、Q2が交互にオン・オフ動作することにより、放電灯負荷回路LACに高周波電流が供給され、ランプLAが点灯する。
【0038】
2次電圧検出部2は、バラストチョークT1の2次巻線T1aに実施の形態1の図4に示した電圧V1が発生し、高周波フィルタ部3では実施の形態1の図4に示した電圧V2が発生する。
【0039】
次に、検出部4では、高周波フィルタ部3から出力された検出電圧をダイオードD1とコンデンサC3により高周波フィルタ部3から出力された電圧の負側のピークをダイオードD2とコンデンサC2により正側のピークを検出することによりピーク間(P−P)電圧を検出し判別部5に入力する。
このときの電圧波形は、実施の形態1の図4に示した電圧V3はピーク検出値なのでこの2倍となる。
【0040】
次に、判定部5では、図7に示すようにフィラメント断線検出基準値とランプ異常検出基準値の2つを持たせ、フィラメント断線の他にエミレス及び不点灯のランプの寿命末期も検出する。これらの基準値は、正常点灯時の検出電圧に対し、ランプ異常検出基準値を高く、フィラメント断線検出基準値を低く設定する。そして、フィラメント断線時の検出電圧値は、これまで説明してきたように正常点灯時に対して低く検出されるため、フィラメント断線検出基準値より低くなった場合に、回路の発振を停止させ停止信号を出力する。
また、ランプの寿命末期状態であるエミレス時や不点灯状態では、ランプの両端電圧が増加するのに伴いバラストチョークT1の両端電圧も増加する。このときの検出電圧値は、正常点灯時に比べ高く検出されるため、ランプ異常検出基準値よりも高くなった場合には、回路の発振を停止させる停止信号を出力する。
【0041】
次に、判定部5の動作を図6により説明する。まず、あらかじめフィラメント断線検出基準値は設定手段B1により低く、ランプ異常検出基準値は設定手段B2により高く設定しておく。
そして、検出部4で検出された検出電圧がコンパレータC01に入力されると、フィラメント断線検出基準値の設定手段B1と比較され、フィラメント断線検出基準値以下の電圧であれば断線又は開放と判断し、駆動回路1に停止信号を出力する。
一方、検出電圧がコンパレータC02に入力されると、ランプ異常検出基準値の設定手段B2と比較され、正常点灯時より高いランプ異常検出基準値を越えるときはエミレス及び不点灯のランプの寿命末期と判断され、駆動回路1に停止信号を出力する。そして、駆動回路1は、判定部5から停止信号が入力されるとインバータ回路IVを停止させる。
【0042】
以上のように、ランプLAのフィラメント断線の検出とランプLAの異常を検出することができる。
また、検出部4に発生する電圧をピーク間(P−P)検出することにより、更に検出精度を上げることができる。
【0043】
なお、本実施の形態では、検出部4に発生する電圧をピーク間検出する場合を示したが、使用条件によっては実施の形態1で示した検出部4のピーク検出でもよい。また、実施の形態2の検出部4及び判定部5を本実施の形態と同じものに代えてもよい。
【0044】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、直流電源と、この直流電源の直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、このインバータ回路を駆動させる駆動回路と、バラストチョーク、このバラストチョークにランプを介して接続されるカップリングコンデンサを有し、上記インバータ回路からの高周波電流により上記ランプを点灯させる複数の放電灯負荷回路と、前記各バラストチョークに設けられた2次巻線と、これらの各2次巻線に生ずる電圧を検出する2次電圧検出部と、これらの各2次電圧検出部で検出された検出電圧のうち、前記ランプを正常に点灯するときの点灯周波数を超える高周波成分をカットオフする複数の高周波フィルタ部と、この各高周波フィルタ部からの出力電圧を各々ダイオードを介してオア接続して検出する検出部と、この検出部からの出力電圧があらかじめ定めたフィラメント断線検出基準値を越えるときは前記ランプが正常であると判断して、前記ランプを点灯させるための信号を前記駆動回路に出力し、前記検出部からの出力電圧があらかじめ定めたフィラメント断線検出基準値以下のときに、前記ランプの断線または解放と判断して停止信号を前記駆動回路に出力する判別部と、備えたので、複数の放電灯負荷回路の各ランプのいずれかを間引き点灯をすることができ、間引きしてもランプのいずれか1本が正常に点灯していれば、他のフィラメントが断線して回路に異常電流が発生し故障するような状態になった場合でも、フィラメント断線を検出して、回路の発振を停止することができ、また、回路に異常電流は発生しないようにすることができ、全てのランプが断線又は開放の時のみ検出すれば、回路の故障を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1を示す放電灯点灯装置の概略構成図である。
【図2】 この発明の実施の形態1を示す放電灯点灯装置の回路図である。
【図3】 この発明の実施の形態1を示す放電灯点灯装置のバラストチョークの2次電圧の波形図である。
【図4】 この発明の実施の形態1を示す放電灯点灯装置のランプのフィラメント状態を示す波形図である。
【図5】 この発明の実施の形態2を示す放電灯点灯装置の回路図である。
【図6】 この発明の実施の形態3を示す放電灯点灯装置の回路図である。
【図7】 この発明の実施の形態3を示す放電灯点灯装置の検出値と基準値の関係の説明図である。
【符号の説明】
1 駆動回路、2、2a、2b 2次電圧検出部、3、3a、3b 高周波フィルタ部、4 検出部、5 判別部、C4 カップリングコンデンサ、E 直流電源、IV インバータ回路、LAC、LC1、LC 放電灯負荷回路、LA、LA1、LA2 ランプ、T1、T2 バラストチョ−ク、T1a、T2a 2次巻線。
Claims (3)
- 直流電源と、
この直流電源の直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、
このインバータ回路を駆動させる駆動回路と、
バラストチョーク、このバラストチョークにランプを介して接続されるカップリングコンデンサを有し、上記インバータ回路からの高周波電流により上記ランプを点灯させる複数の放電灯負荷回路と、
前記各バラストチョークに設けられた2次巻線と、
これらの各2次巻線に生ずる電圧を検出する2次電圧検出部と、
これらの各2次電圧検出部で検出された検出電圧のうち、前記ランプを正常に点灯するときの点灯周波数を超える高周波成分をカットオフする複数の高周波フィルタ部と、
この各高周波フィルタ部からの出力電圧を各々ダイオードを介してオア接続して検出する検出部と、
この検出部からの出力電圧があらかじめ定めたフィラメント断線検出基準値を越えるときは前記ランプが正常であると判断して、前記ランプを点灯させるための信号を前記駆動回路に出力し、前記検出部からの出力電圧があらかじめ定めたフィラメント断線検出基準値以下のときに、前記ランプの断線または解放と判断して停止信号を前記駆動回路に出力する判別部と、
を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。 - 判定部は、フィラメント断線検出基準値より高くあらかじめ定めたランプ異常検出基準値を越えるときにランプ異常と判断し停止信号を駆動回路に出力することを特徴とする請求項1記載の放電灯点灯装置。
- 高周波フィルタ部からの出力電圧を、出力電圧間のピーク値に代えたことを特徴とする請求項1または2記載の放電灯点灯装置。
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