JP4342889B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、商用電源の停電時に高圧放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に関するものである。

水銀灯、メタルハライド灯、高圧ナトリウム灯等の高圧放電灯は、最近ではトンネルの照明用として多く用いられ、商用電源から給電されて点灯される。これらの高圧放電灯を点灯させる放電灯点灯装置は、例えば特許文献１に示されているように、２つのチョッパ回路がカスケード接続されて構成されている。図５は従来の放電灯点灯装置のブロック図であり、同図において、５１は整流回路、５２はチョッパ回路、５３はチョッパ回路である。なお、１は商用電源、ＤＬは高圧放電灯ＤＬである。

一方、商用電源の停電時にも放電灯を点灯させる放電灯点灯装置は、例えば特許文献２に示されるように、非常用電源ユニットを備えて構成されている。図６は非常用電源ユニットを備えた従来の放電灯点灯装置のブロック図であり、６１は常用点灯回路、６２は非常用点灯回路、６２ａは切換回路、６２ｂはインバータ、６３は充電回路、６４は停電検出回路、６５はバッテリである。なお、１は商用電源、ＤＬは高圧放電灯ＤＬである。なお、非常用電源ユニットは非常用点灯回路６２、充電回路６３、停電検出回路６４及びバッテリ６５により構成される。

図７は、本出願人が設計した高圧放電灯の放電灯点灯装置を示している。この放電灯点灯装置は、特許文献１に示されたものと同様に、前段に第１のチョッパ回路、後段に第２のチョッパ回路を設けて構成されている。図７に示すように、放電灯点灯装置は商用電源１に接続されており、整流回路２と、第１のチョッパ回路３’と、第２のチョッパ回路４と、高圧放電灯ＤＬを接続した負荷回路５とがカスケード接続されて構成され、第１の制御回路３３及び第２の制御回路４４を有している。

この放電灯点灯装置においては、第１のチョッパ回路３’を動作させた後に、第２のチョッパ回路４を確実に動作させるために、チョークコイルＬ１に設けた第１のチョッパ２次コイルＬ12に生じる電力を第２のチョッパ回路４を制御する第２の制御回路４４に供給するようにしている。また、商用電源１からの交流電圧を直流電圧に変換する整流回路２の出力を、第１のチョッパ回路３を制御する第１の制御回路３３に供給している。
特開２００１−２８４０９３号公報（第３−４頁、図１） 特開１１−１６２６６５号公報（第４頁、図１）

図５に示す放電灯点灯装置または図７に示す本出願人が設計した放電灯点灯装置に上記の非常用電源ユニットを設けた場合、高圧放電灯ＤＬは商用電源１の停電等により一旦消灯すると、再点灯するまで１０〜１５分程度の時間を要する。そのため、特許文献２に示されるように、停電検出回路６４を設けて停電を検出し、さらに、非常用点灯回路６２に切換回路６２ａを設けて停電検出時にこれを閉じていたのでは、高圧放電灯ＤＬへの電力供給が一瞬停止することになり、再点灯するまでの１０〜１５分の間は消灯したまでであるという問題がある。

そこで、上記の非常用電源ユニットからインバータ６２ｂ、充電回路６３及びバッテリ６５により構成された非常用電源ユニットの出力端を第２のチョッパ回路４の入力端に接続すれば、上記の問題は解消されるが、このように構成すると、商用電源１の通常時に非常用電源ユニットが動作し、この非常用電源ユニットで回路損失が生じるという問題がある。

本発明の目的は、通常時に非常用電源ユニットを動作させることなく第１のチョッパ回路のみを動作させるようにし、かつ、商用電源が停電した場合には高圧放電灯を消灯させることなく連続して点灯させるようにした放電灯点灯装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、商用電源からの交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、整流回路の出力電圧を所定電圧に変換する第１のチョッパ回路と、第１のチョッパ回路の出力を高圧放電灯の点灯用電力として変換して出力する第２のチョッパ回路と、第１のチョッパ回路を制御する第１の制御回路と、第２のチョッパ回路を制御する第２の制御回路と、商用電源の停電時に高圧放電灯に点灯用電力を供給する非常用電源ユニットとを備えた放電灯点灯装置を対象とする。本発明においては、第１のチョッパ回路を構成するチョークコイルに第１のチョッパ２次コイルが設けられ、第２のチョッパ回路を構成するチョークコイルに第２のチョッパ２次コイルが設けられて、整流回路の出力を第１の制御回路に供給し、第１のチョッパ２次コイルに生じる電力及び第２のチョッパ２次コイルに生じる電力を第２の制御回路に供給するように構成される。また本発明においては、非常用電源ユニットの出力端が逆流阻止用のダイオードを介して第２のチョッパ回路の入力端に接続され、非常用電源ユニットの出力電圧が第１のチョッパ回路の出力電圧よりも低めに設定されている。

請求項１に記載の発明においては、非常用電源ユニットの出力端が逆流阻止用のダイオードを介して第２のチョッパ回路の入力端に接続されて、非常用電源ユニットの出力電圧が第１のチョッパ回路の出力電圧よりも低めに設定されているので、通常時には非常用電源ユニットを動作させることなく第１のチョッパ回路のみを動作させて放電灯を点灯することができ、非常用電源ユニットで回路損失が生じるのを防ぐことができる。また商用電源が停電した際には、非常用電源ユニットの出力が逆流阻止用のダイオードを通して第２のチョッパ回路に入力され、かつ第２のチョッパ２次コイルに生じる電力が第２の制御回路に供給されるため、商用電源の停電時に第２のチョッパ回路の動作が停止するのを防ぐことができる。従って商用電源の停電時に放電灯を消灯させることなく、連続して点灯させることができる。

請求項２に記載の発明は、第１のチョッパ回路が昇圧チョッパ回路であり、第２のチョッパ回路を定電力降圧チョッパ回路としたものである。

請求項２に記載の発明においては、商用電源の電圧レベルにより、第１のチョッパ回路の出力電圧が所定電圧よりも低くなる場合に、その出力電圧が昇圧させられる。

請求項３に記載の発明は、第１のチョッパ回路を降圧チョッパ回路とし、第２のチョッパ回路を定電力降圧チョッパ回路としたものである。

請求項３に記載の発明においては、商用電源の電圧レベルにより、第１のチョッパ回路の出力電圧が所定電圧よりも高くなる場合に、その出力電圧が降圧させられる。

請求項４に記載の発明は、第１のチョッパ回路を昇降圧チョッパ回路とし、第２のチョッパ回路を定電力降圧チョッパ回路としたものである。

請求項４に記載の発明においては、商用電源の電圧レベルにより、第１のチョッパ回路の出力電圧が所定電圧よりも低くなる場合または高くなる場合に、その出力電圧が昇降圧させられる。

請求項１に記載した発明によれば、非常用電源ユニットの出力端が逆流阻止用のダイオードを介して第２のチョッパ回路の入力端に接続されて、非常用電源ユニットの出力電圧が第１のチョッパ回路の出力電圧よりも低めに設定されているので、通常時には非常用電源ユニットを動作させることなく第１のチョッパ回路のみを動作させて放電灯を点灯することができ、非常用電源ユニットで回路損失が生じるのを防ぐことができる。また商用電源が停電した際には、非常用電源ユニットの出力が逆流阻止用のダイオードを通して第２のチョッパ回路に入力され、かつ第２のチョッパ２次コイルに生じる電力が第２の制御回路に供給されるため、商用電源の停電時に第２のチョッパ回路の動作が停止するのを防ぐことができる。従って商用電源の停電時に高圧放電灯を通常時の点灯状態から消灯させることなく、連続して点灯させることができる。

請求項２に記載した発明によれば、第１のチョッパ回路を昇圧チョッパ回路とし、第２のチョッパ回路を定電力降圧チョッパ回路としたので、商用電源の電圧レベルにより、第１のチョッパ回路の出力電圧が所定電圧よりも低くなる場合に、その出力電圧を昇圧させて対応させることができる。

請求項３に記載した発明によれば、第１のチョッパ回路を降圧チョッパ回路とし、第２のチョッパ回路を定電力降圧チョッパ回路としたので、商用電源の電圧レベルにより、第１のチョッパ回路の出力電圧が所定電圧よりも高くなる場合に、その出力電圧を降圧させて対応させることができる。

請求項４に記載した発明によれば、第１のチョッパ回路を昇降圧チョッパ回路とし、第２のチョッパ回路を定電力降圧チョッパ回路としたので、商用電源の電圧レベルにより、第１のチョッパ回路の出力電圧が所定電圧よりも低くなる場合または高くなる場合に、その出力電圧を昇降圧させて対応させることができる。

図１は、本発明に係る放電灯点灯装置の参考構成例を示す回路図である。本参考構成例は図５に示す放電灯点灯装置に非常用電源機能を備えたものである。図示するように、放電灯点灯装置は商用電源１に接続されており、整流回路２と、第１のチョッパ回路３と、第２のチョッパ回路４と、高圧放電灯ＤＬを接続した負荷回路５とがカスケード接続されて構成され、さらに非常用電源ユニット１０により構成されている。なお、第１のチョッパ回路３は、昇圧チョッパ回路とし、第２のチョッパ回路４は定電力降圧チョッパ回路としている。

第１のチョッパ回路３は、整流回路２にチョークコイルＬ１、スイッチング素子Ｑ１の直列回路が接続されている。スイッチング素子Ｑ１の両端には逆流阻止用のダイオードＤ１を介して平滑用のコンデンサＣ１が接続されている。また、スイッチング素子Ｑ１は、電界効果型トランジスタ（以下、ＦＥＴという。）を用いており、ＦＥＴＱ１のドレインがチョークコイルＬ１とダイオードＤ１の接続端に、ＦＥＴＱ１のソースがコンデンサＣ１と整流回路２の出力端に接続されている。

ＦＥＴＱ１のゲートは、ドライブ回路Ｇ１を介して第１の制御回路３３と接続されている。第１のチョッパ回路３は、ＦＥＴＱ１のスイッチングにより、コンデンサＣ１にかかる電圧を出力している。また、コンデンサＣ１と並列に分圧抵抗Ｒ31，Ｒ32が直列に接続され、第１のチョッパ回路３の出力電圧を検出して第１の制御回路３３に出力している。
第１の制御回路３３は、ＦＥＴＱ１のスイッチング制御を行い、第１のチョッパ回路３の出力電圧を可変設定される所定電圧に一定制御している。

つまり、ＦＥＴＱ１がオンすることにより、整流回路２からチョークコイルＬ１に電流が流れてエネルギーが蓄積され、ＦＥＴＱ１のオフ時にこのエネルギーが放出され、これが整流回路２の出力に重畳されて、ダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１に充電される。したがって、コンデンサＣ１には整流回路２の出力電圧を昇圧した直流電圧が充電される。このＦＥＴＱ１のスイッチングのオン、オフの時間を制御することにより、チョークコイルＬ１のエネルギーの蓄積を制御して昇圧電圧を出力することができる。

第２のチョッパ回路４は、第１のチョッパ回路３の出力電圧を高圧放電灯ＤＬの点灯用電力として変換して出力するようになっており、第１のチョッパ回路３の出力端に、逆流阻止用のダイオードＤ２とスイッチング素子Ｑ２の直列回路が接続されている。ダイオードＤ２の両端にチョークコイルＬ２を介して平滑用のコンデンサＣ２が接続されている。
また、スイッチング素子Ｑ２もまたＦＥＴを用いており、ＦＥＴＱ２のドレインが第１のチョッパ回路３の出力端に、ＦＥＴＱ２のソースがチョークコイルＬ２とダイオードＤ２の接続端に接続されている。

ＦＥＴＱ２のゲートは、ドライブ回路Ｇ２を介して第２の制御回路４４と接続されている。第２のチョッパ回路４はＦＥＴＱ２のスイッチングにより、コンデンサＣ２にかかる電圧を一定化して出力している。また、コンデンサＣ２と並列に分圧抵抗Ｒ41，Ｒ42が直列に接続されて、第２のチョッパ回路４の出力電圧を検出し、また、コンデンサＣ２と分圧抵抗Ｒ42との間に接続された電流検出抵抗Ｒ43によって出力する電流を検出し、第２の制御回路４４に出力している。第２の制御回路４４は、検出された電圧及び電流から電力を求めた結果の基づいてＦＥＴＱ２のスイッチング制御を行い、第２のチョッパ回路４の出力電力を可変設定される所定電力に一定制御している。

負荷回路５は第２のチョッパ回路４の出力端に接続され、極性反転回路として、４つのＦＥＴからなるフルブリッジ回路等で構成されている。

高圧放電灯ＤＬは、負荷回路５の出力端に接続され、水銀灯、メタルハライド灯、高圧ナトリウム灯等である。

非常用電源ユニット１０は、充電回路１０ａ、バッテリ１０ｂ、コンバータ１０ｃ及び第３の制御回路１０ｄを備えており、その入力端は商用電源１に接続され、出力端は第２のチョッパ回路４の入力側に、逆流阻止用のダイオードＤ３を介して直接接続されている。第３の制御回路１０ｄは、コンバータ１０ｃの出力電圧が可変設定された所定電圧となるように制御している。

充電回路１０ａは、商用電源１からの交流電圧を降圧・整流してバッテリ１０ｂを充電する。

コンバータ１０ｃは、第１のチョッパ回路３と同様に構成され、この例では昇圧チョッパ回路とし、バッテリ１０ｂの直流電圧を昇圧する。

非常用電源ユニット１０（コンバータ１０ｃ）の出力電圧は第１のチョッパ回路３の出力電圧よりも低めに設定されており、第１のチョッパ回路３の出力が、ダイオードＤ３により非常用電源ユニット１０へ逆流阻止されると共に、第２のチョッパ回路４へ供給される。なお、非常用電源ユニット１０の出力電圧の設定は、若干低めの方が望ましい。

このような構成においては、商用電源１からの電力供給時、すなわち通常時には、整流回路２の出力が第１のチョッパ回路３に供給されているので、第１のチョッパ回路３が動作すると共に、第１のチョッパ回路３の出力が第２のチョッパ回路４に入力されて高圧放電灯ＤＬが点灯する。

非常用電源ユニット１０には、商用電源１からの交流電圧が入力されているので、充電回路１０ａを介してバッテリ１０ｂが常時充電されている。

一方、商用電源１からの電力が遮断されたとき、すなわち停電時には、第１のチョッパ回路３の出力がなくなり、非常用電源ユニット１０のコンバータ１０ｃからの出力が遮断されることなく連続して第２のチョッパ回路４に入力される。したがって、高圧放電灯ＤＬへの点灯用電力の供給が停止することがないので、高圧放電灯ＤＬは消灯することなく連続点灯する。

このように、通常時に非常用電源ユニットが動作しないので、非常用電源ユニットに生じる回路損失を低減させることができる。かつ、商用電源が停電しても第２のチョッパ回路の動作が停止することがないので、高圧放電灯を通常時の点灯状態から連続して点灯させることができる。

図２は、本発明に係る放電灯点灯装置の実施形態を示す回路図である。本実施形態は図７に示す本出願人が設計した放電灯点灯装置に非常用電源機能を備えたものであり、図１と同様に整流回路２と、第１のチョッパ回路３と、第２のチョッパ回路４と、負荷回路５とがカスケード接続されて構成され、さらに非常用電源ユニット１０により構成されている。図示するように、第１のチョッパ回路３を構成するチョークコイルＬ１は、第１のチョッパ２次コイルＬ21が設けられており、ダイオードＤ21を介して第２の制御回路４４に接続されている。また、第２のチョッパ回路４４を構成するチョークコイルＬ２は、第２のチョッパ２次コイルＬ22が設けられており、ダイオードＤ22を介して第２の制御回路４４に接続されている。

第２の制御回路４４の制御電源としては、第１のチョッパ２次コイルＬ21に生じる電力をダイオードＤ21により整流した直流電力と、第２のチョッパ２次コイルＬ22に生じる電力をダイオードＤ22により整流した直流電力とを使用している。なお、第１の制御回路３３の制御電源としては、整流回路２の出力を使用している。

このような構成においては、商用電源１からの電力供給時、すなわち通常時には、整流回路２の出力が第１のチョッパ回路３及び第１の制御回路３３に供給されているので、第１のチョッパ回路３が動作すると共に、第１のチョッパ回路３の出力が第２のチョッパ回路４に入力される。また、第１のチョッパ回路３の第１のチョッパ２次コイルＬ21に生じる電力をダイオードＤ21により整流した直流電力が第２の制御回路４４に供給されているので、第２のチョッパ回路４が動作して高圧放電灯ＤＬが点灯する。このとき、第２のチョッパ回路４の第１のチョッパ２次コイルＬ22に生じる電力をダイオードＤ22により整流した直流電力は、第２の制御回路４４にも供給されている。

一方、商用電源１からの電力が遮断されたとき、すなわち停電時には、第１のチョッパ回路３の出力がなくなり、非常用電源ユニット１０のコンバータ１０ｃからの出力が遮断されることなく連続して第２のチョッパ回路４に入力される。このとき、チョッパ回路４の第２のチョッパ２次コイルL22に生じる電力をダイオードＤ22により整流した直流電力がそのまま第２の制御回路４４に供給されているので、第２のチョッパ回路４が継続して動作する。したがって、高圧放電灯ＤＬへの点灯用電力の供給が停止することがないので、高圧放電灯ＤＬは消灯することなく連続点灯する。

上記の参考構成例及び実施形態おいて、第１のチョッパ回路３は、商用電源１の電圧レベル（１００Ｖ系，２００Ｖ系，４００Ｖ系）により、その出力電圧が所定電圧よりも低くなる場合として、昇圧チョッパ回路としたが、逆に所定電圧よりも高くなる場合、例えば図１に示す参考構成例に対しては、図３に示すように、降圧チョッパ回路とする。この降圧チョッパ回路は、図１に示す第２のチョッパ回路４と同じ構成であり、第２のチョッパ回路４の符号Ｑ２，Ｌ２，Ｄ２，Ｃ２，Ｇ２がそれぞれＱ１，Ｌ１，Ｄ１，Ｃ１，Ｇ１となる。また、その出力電圧が所定電圧よりも低くなる場合または高くなる場合、例えば図１に示す実施形態に対しては、図４に示すように、昇降圧チョッパ回路とする。この昇降圧チョッパ回路は、図１に示す第２のチョッパ回路４と第１のチョッパ回路３とを、チョークコイル及びコンデンサを共用して組み合わせて構成され、第２のチョッパ回路４の符号Ｑ２，Ｌ２，Ｄ２，Ｃ２，Ｇ２がそれぞれＱ11，Ｌ11，Ｄ11，Ｃ11，Ｇ11となり、第１のチョッパ回路３の符号Ｑ１，Ｌ１，Ｄ１，Ｃ１，Ｇ１がそれぞれＱ12，Ｌ11，Ｄ12，Ｃ11，Ｇ12となる。

コンバータ１０ｃは、商用電源１の電圧レベルにより、その出力電圧が上記所定電圧よりも低い場合、昇圧し、逆に所定電圧よりも高い場合、降圧する。

充電回路１０ａは、整流機能を有しているが、整流機能がなければ、整流回路２に接続される。

コンバータ１０ｃは、チョッパ回路またはフライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータであってもよい。

負荷回路５は、高圧放電灯ＤＬが交流点灯用の場合、第２のチョッパ回路４の直流出力を交流出力に変換するために、極性反転回路として機能させるのものであり、高圧放電灯ＤＬが直流点灯用の場合、不要である。

第１の制御回路３３、第２の制御回路４４及び第３の制御回路１０ｄは、便宜上分離させているだけで、１つで構成してもよい。

本発明に係る放電灯点灯装置の参考構成例を示す回路図である。 本発明に係る放電灯点灯装置の実施形態を示す回路図である。 本発明に係る放電灯点灯装置の他の実施形態を示す回路図である。 本発明に係る放電灯点灯装置のさらに他の実施形態を示す回路図である。 従来の放電灯点灯装置のブロック図である。 非常用点灯回路を備えた従来の放電灯点灯装置のブロック図である。 本出願人が設計した放電灯点灯装置のブロック図である。

１ 商用電源
２ 整流回路
３ 第１のチョッパ回路
４ 第２のチョッパ回路
１０ 非常用電源ユニット
３３ 第１の制御回路
４４ 第２の制御回路
ＤＬ 高圧放電灯
Ｄ３ ダイオード
Ｌ１，Ｌ２ チョークコイル
Ｌ12 第１のチョッパ２次コイル
Ｌ22 第２のチョッパ２次コイル

Claims (4)

1. 商用電源からの交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、前記整流回路の出力電圧を所定電圧に変換する第１のチョッパ回路と、前記第１のチョッパ回路の出力を高圧放電灯の点灯用電力として変換して出力する第２のチョッパ回路と、前記第１のチョッパ回路を制御する第１の制御回路と、前記第２のチョッパ回路を制御する第２の制御回路と、前記商用電源の停電時に前記高圧放電灯に点灯用電力を供給する非常用電源ユニットとを備えた放電灯点灯装置において、
   前記第１のチョッパ回路を構成するチョークコイルに第１のチョッパ２次コイルが設けられ、
   前記第２のチョッパ回路を構成するチョークコイルに第２のチョッパ２次コイルが設けられ、
   前記整流回路の出力が第１の制御回路に供給され、
   前記第１のチョッパ２次コイルに生じる電力及び前記第２のチョッパ２次コイルに生じる電力を前記第２の制御回路に供給するように構成され、
   前記非常用電源ユニットの出力端が逆流阻止用のダイオードを介して前記第２のチョッパ回路の入力端に接続され、
   前記非常用電源ユニットの出力電圧は前記第１のチョッパ回路の出力電圧よりも低めに設定されていること、
   を特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記第１のチョッパ回路が昇圧チョッパ回路であり、前記第２のチョッパ回路が定電力降圧チョッパ回路である請求項１に記載の放電灯点灯装置。
3. 前記第１のチョッパ回路が降圧チョッパ回路であり、前記第２のチョッパ回路が定電力降圧チョッパ回路である請求項１に記載の放電灯点灯装置。
4. 前記第１のチョッパ回路が昇降圧チョッパ回路であり、前記第２のチョッパ回路が定電力降圧チョッパ回路である請求項１に記載の放電灯点灯装置。

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