JP4724908B2 - Ｈｉｄランプの点灯回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、店舗など屋内商業施設及び屋外施設の照明に使用されるメタルハライドランプ、液晶プロジェクタ用の光源、自動車その他の乗物用前照灯などのＨＩＤランプを点灯させるＨＩＤランプ点灯回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＩＤランプ（High Intensity Discharge Lamp）は、高輝度放電灯又は高圧放電灯とも称され、消費電力に対する発光効率に優れるだけでなく、ハロゲンランプなどに比して同一光量に対する発熱量も少なく安全性が高いことから、近年、屋内商業施設及び屋外施設の照明など高輝度の光源が必要とされるところに使用されている。
【０００３】
このＨＩＤランプは、始動時に数ｋＶの高電圧を印加することにより放電が開始され、以後は数十〜数百Ｖの比較的低いランプ電圧を印加することにより自続放電されて、徐々にランプ電圧が増加してＨＩＤランプが点灯状態となる。
【０００４】
図４はこのようなＨＩＤランプを交流矩形波電圧で点灯させる一般的な点灯回路４１を示し、ＨＩＤランプ１に対して数十〜数百Ｖのランプ電圧を印加する主回路２と、数ｋＶの高圧の始動電圧を印加する始動回路３を備えている。
【０００５】
主回路２は、交流電源４から供給される正弦交流波を全波整流する整流回路５と、整流された脈動電圧を直流平滑電圧に変換する力率改善回路６と、その直流平滑電圧を所定パルス幅の矩形パルスに変換するチョッパー回路７Ａ及びその矩形パルスを再度平滑化して予め設定された電圧値の直流ランプ電圧にする平滑化回路７Ｂからなる電力制御回路８と、得られた直流ランプ電圧をこれと同電圧の交流矩形波電圧に変換するインバータ９を備えており、当該インバータ９が始動回路３を介してＨＩＤランプ１に接続されている。
【０００６】
始動回路３は昇圧トランス（図示せず）を備え、ＨＩＤランプ１の点灯スイッチ（図示せず）がオンされたときに、ＨＩＤランプ１の電極間で放電を開始させるように数ｋＶの高圧の始動電圧を発生させる。
【０００７】
この点灯回路４１によれば、点灯スイッチ（図示せず）がオンされると始動回路３から数ｋＶの始動電圧がＨＩＤランプ１に印加されて放電が開始され、放電開始後は、主回路２から供給される数十〜数百Ｖの比較的低いランプ電圧を印加することにより自続放電され、徐々にランプ電圧が増加してＨＩＤランプが点灯状態となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＨＩＤランプ１が新しいうちは放電開始電圧が低いが、古くなって電極に汚れなどが付着すると放電し難くなって放電開始電圧が高くなる。
また、消灯直後に再点灯するときは、ランプ内部の金属蒸気圧が高いために放電し難い状態となっており、この状態で無理に放電開始させようとするとやはり高い電圧を印加する必要がある。
このように、ランプの条件によって放電開始電圧が変動するため、ランプの条件にかかわらず確実に点灯させることができるように、始動電圧は放電開始電圧より十分高い３〜５ｋＶ程度に設定されているのが一般的である。
【０００９】
しかしながら、低い始動電圧で点灯可能なＨＩＤランプ１まで、一律に高い始動電圧で点灯させると、始動電圧が高過ぎて電極にダメージを与え、ＨＩＤランプ１の商品寿命を短くするという問題があった。
【００１０】
一方、ＨＩＤランプ１の始動時に、ランプ１自体及びその配線の絶縁性が十分でないと、高い始動電圧が印加されたときに大電流が流れて主回路２を損傷するおそれがある。
【００１１】
なお、ＨＩＤランプ１の数が少なければ定期的にメンテナンスを行なって個々のＨＩＤランプ１の点検を行なうことも可能であるが、百貨店やスーパーマーケットのように１フロアあたりの面積が広い大規模小売店舗の照明としてＨＩＤランプ１が使用されている場合は、使用ランプ数が極めて多いため、ランプが切れる前から個々のＨＩＤランプ１を一々点検することはできない。
【００１２】
そこで本発明は、ＨＩＤランプに高圧の始動電圧を印加する前に、ＨＩＤランプ及び点灯回路の絶縁性を確認して始動電圧が印加されたときの主回路の損傷を未然に防止し、また、ＨＩＤランプの特性に応じた最も低い始動電圧を印加して放電を開始させることを技術的課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明は、始動回路の昇圧トランスで発生させた高圧の始動電圧をＨＩＤランプに印加して放電を開始させた後、主回路を介して低圧のランプ電圧を印加して自続放電させるＨＩＤランプの点灯回路において、前記ＨＩＤランプに始動電圧を印加する前に、主回路を介して予め設定された電圧値のランプ電圧がＨＩＤランプに印加されており、且つ、主回路に電流が流れていないことを確認する絶縁性確認手段と、絶縁性が確認された後、前記ＨＩＤランプが放電開始するまで、前記昇圧トランスの一次コイルに流れる電流量を段階的に増大させることにより二次コイルから放出される二次電圧を段階的に増大させる始動電圧可変制御手段とを有する制御部を備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、ＨＩＤランプに高圧の始動電圧を印加して放電開始させる前に、まず、ＨＩＤランプにランプ電圧を印加する主回路の絶縁性が確認される。
放電開始前のＨＩＤランプは非導通状態にあり、したがって、主回路に電圧が印加されていても、その主回路及びＨＩＤランプに異常がなければ電流が流れることはない。
【００１５】
すなわち、電源をオンしたときに、予め設定された電圧値のランプ電圧が主回路を介してＨＩＤランプに印加されており、主回路をながれる電流が０であれば、主回路及びＨＩＤランプが正常であることがわかる。
そして、これらの電圧及び電流を検出して正常であることが確認されると、始動回路が起動される。
【００１６】
始動回路が起動されると、昇圧トランスの一次コイルにパルス状に供給される電流量が段階的に増大するので、二次コイルから放出される二次電圧もパルス状に段階的に増大する。
具体的には、制御部から出力される所定パルス幅の制御信号によりオンオフされるスイッチング素子が昇圧トランスの一次コイルと直列に接続し、この制御信号のパルス幅を予め設定された最小幅から最大幅まで徐々に広げていけば、一次コイルに通電される電流量が変化し、そのコアに蓄積される磁界エネルギー量も増減し、二次側に発生する電圧値も変化する。
【００１７】
したがって、始動電圧がＨＩＤランプが放電開始する電圧値まで上昇したときに、そのＨＩＤランプは放電するので、ＨＩＤランプの使用時間、温度、その他の特性に応じた最低の始動電圧で確実に放電させることができる。
【００１８】
【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具体的に説明する。
図１は本発明に係るＨＩＤランプの点灯回路の全体構成を示すブロック図、図２は始動回路を示す図、図３は制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【００１９】
図１に示す点灯回路Ｓは、ＨＩＤランプ１を点灯させる電源回路Ｅと、当該電源回路Ｅをコントロールする制御部Ｃとからなり、電源回路Ｅは、ＨＩＤランプ１に対して数十〜数百Ｖの比較的低いランプ電圧を印加する主回路２と、数ｋＶの高圧の始動電圧を印加する始動回路３を備えている。
【００２０】
主回路２は、交流電源４から供給される正弦交流電圧を全波整流する整流回路５と、全波整流された脈動電圧Ｖ_１ をこれと相似波形の電流を流しつつ直流平滑電圧Ｖ_２ に変換する力率改善回路６と、その直流平滑電圧Ｖ_２ を所定パルス幅の矩形パルスに変換して供給電力を制御するチョッパー回路７Ａ及びその矩形パルスを再度平滑化して予め設定された直流ランプ電圧Ｖ_３ にする平滑化回路７Ｂからなる電力制御回路８と、得られた直流ランプ電圧Ｖ_３ をこれと同電位の交流矩形波電圧Ｖ_４ に変換するフルブリッジ型のインバータ９を備えており、当該インバータ９が始動回路３を介してＨＩＤランプ１に接続されている。
【００２１】
始動回路３は、図２に示すように、その入力端子３inから供給される電力から高圧の始動電圧を発生する昇圧トランス１０を有し、制御部Ｃから出力される所定パルス幅の制御信号によりオンオフされるスイッチング素子となるＦＥＴ１１が、昇圧トランス１０の一次コイル１０ａと直列に接続されている。
【００２２】
また、昇圧トランスの二次コイル１０ｂは、ＨＩＤランプ１と直列に接続されて、前記インバータ９とＨＩＤランプ１との間に介装されている。
なお、１２は高周波をアースに逃がすバイパスコンデンサ、１３は昇圧トランス１０の一次コイル１０ａで生ずる逆起電力吸収用のコンデンサである。
【００２３】
この始動回路３の入力端子３inに直流電圧を印加した状態で、制御部Ｃから制御信号を出力させると、そのパルス幅の時間だけＦＥＴ１１が導通し、入力端子３inから昇圧コイル１０の一次コイル１０ａに電流が流れ、トランスコア１０ｃに磁界エネルギーが蓄積されていく。
【００２４】
ここで蓄積される磁界エネルギーの量は電流量の２乗に比例し、電流量はＦＥＴ１１の導通時間でコントロールされるので、制御信号のパルス幅を変えれば蓄積される磁界エネルギーをコントロールできる。
【００２５】
そして、制御信号によりＦＥＴ１１が非導通になり、一次コイル１０ａに流れる電流が遮断されると、トランスコア１０ｃに蓄積された磁界エネルギーが開放され、二次コイル１０ｂに一次コイル１０ａとの巻線比に応じた高圧の始動電圧が発生し、これがＨＩＤランプ１に印加される。
【００２６】
制御信号を出力する制御部Ｃは、シングルチップマイクロコンピュータ１４などで構成され、その入力側に、電圧検出器１５ａ及び電流検出器１５ｂがＡ／Ｄコンバータ１６ａ及び１６ｂを介して接続され、その出力側に、ＦＥＴ１１のゲート電圧を印加するドライバ１８がＩ／Ｏポート１７を介して接続されている。
【００２７】
なお、１９は通信用コンピュータであって、外部機器（図示せず）から送信される制御信号に基づいて点灯回路Ｓを制御したり、点灯回路Ｓの様々な制御データをホストコンピュータなどへ送信する際に、複雑な通信プロトコルに対応させて、外部機器と制御部Ｃとの間で信号の中継を行う。
これにより、制御部Ｃのデータ処理の負担を軽減させて点灯回路Ｓの制御を確実に行なわせることができる。
【００２８】
そして、始動スイッチ（図示せず）がオンされると、シングルチップマイクロコンピュータ１４では、図３に示すように、ＨＩＤランプ１の始動処理が実行される。
この始動処理は、まず、ステップSTP１で交流電源４がオンされて主回路２にを介してＨＩＤランプ１に所定のランプ電圧が印加されると共に、始動回路３に所定の直流電圧が印加される。
【００２９】
次いで、ステップSTP２では、電圧検出器１５ａと電流検出器１５ｂで検出される主回路２のランプ電圧Ｖ_３とランプ電流Ｉ_３が入力され、ステップSTP３でランプ電圧Ｖ_３が定格使用電圧値に達しているかが判断され、ステップSTP４でランプ電流Ｉ_３が０であるか否かが判断される。
【００３０】
ステップSTP３では、電圧検出器１５ａにより検出されたランプ電圧Ｖ_３が予め設定された無負荷ランプ電圧値の許容範囲内であるか否かが判断され、許容範囲内にあるときはステップSTP４に移行し、その範囲外のときは何らかの回路異常があると推測できるので始動処理を中断する。
【００３１】
ＨＩＤランプ１の放電前であれば、主回路２は絶縁状態に維持されている筈であるから、ランプ電圧Ｖ_３ が印加されていたときに電流が０であれば正常であると判断されてステップSTP４からステップSTP５へ移行し、電流が流れているときは何らかの回路異常、配線異常又はランプ異常があると判断されて始動処理を打ち切る。
【００３２】
ステップSTP５では、制御信号のパルス幅を予め設定された最小幅Ｐmin（例えば0.5μｓ）に設定し、ステップSTP６でそのパルス幅の制御信号を出力すると、そのパルス幅に応じた時間だけＦＥＴ１１が導通してトランスコア１０ｃに磁界エネルギーが蓄積される。
【００３３】
そして、制御信号によりＦＥＴ１１が非導通となった時点から、トランスコア１０ｃに蓄積された磁界エネルギーが開放されてＨＩＤランプ１に高電圧が印加されて、その高電圧によりＨＩＤランプ１が放電を開始するまで数ｍｓ程度かかる。
【００３４】
そこで、ステップSTP７で所定時間（１０ｍｓ）経過した後、ステップSTP８に移行して、主回路２に電流が流れたか否かを判断する。
すなわち、高電圧を印加したことによりＨＩＤランプ１が放電を開始すると主回路２に電流が流れるので、始動処理を終了する。
【００３５】
また、主回路２に電流が流れなかったときは、始動電圧がＨＩＤランプ１の放電開始電圧より低く、放電開始されなかったということであるから、ステップSTP９に移行して、制御信号のパルス幅を例えば０.５μｓずつ広げていく。
そして、ステップSTP１０でそのパルス幅が予め設定された最大幅Ｐmaxを超えていないと判断されたときにステップSTP６〜ステップSTP８の処理を繰返し、前回よりやや高めの始動電圧を印加する。
また、パルス幅が予め設定された最大幅Ｐmaxを超えたときはＨＩＤランプ１に異常があると判断して始動処理を終了する。
【００３６】
なお、以上の処理のうち、ステップSTP２〜ステップSTP４の処理が絶縁性確認手段の具体例であり、ステップSTP５〜ステップSTP１０の処理が始動電圧可変制御手段の具体例である。
【００３７】
以上が、本発明の一構成例であって、次にその作用を説明する。
始動スイッチ（図示せず）がオンされると、交流電源４がオンされて主回路２に交流電圧が印加され、整流回路５−力率改善回路６−チョッパー回路７Ａ−平滑化回路７Ｂ−インバータ９を経て、ＨＩＤランプ１に所定の交流矩形波電圧Ｖ_４ が印加される（ステップSTP１）。
この時点では、ＨＩＤランプ１はまだ放電開始されていないので、主回路２は非導通状態にあり電流は流れていない。
【００３８】
次いで、主回路２及びＨＩＤランプ１の絶縁性を検査し、定格使用電力に応じたランプ電圧Ｖ_３が主回路２を介してＨＩＤランプ１に印加されており、且つ、主回路２に電流が流れていないことを確認する（ステップSTP２〜ステップSTP４）。
【００３９】
そして、絶縁性が確認された後、始動回路３を起動する。
このとき、まず、パルス幅が最小幅Ｐminに設定された制御信号を出力して、始動回路３のＦＥＴ１１を導通させることにより、最小磁界エネルギーを昇圧トランス１０のトランスコア１０ｃに蓄積させて、最小始動電圧の高電圧をＨＩＤランプ１に印加し、放電を試行する（ステップSTP５〜ステップSTP７）。
【００４０】
そして、放電開始が確認されたときは、その時点で始動処理が終了され（ステップSTP８）、以後は主回路２を介してＨＩＤランプ１に印加されている交流矩形波電圧Ｖ_４により自続放電されてＨＩＤランプ１が点灯する。
【００４１】
また、ＨＩＤランプ１が古くなると、放電開始電圧が新品のときよりは高くなっているので、、制御信号のパルス幅を徐々に広げていくと（ステップSTP９〜ステップSTP１０）、昇圧トランス１０の二次コイル１０ｂに発生する始動電圧も高くなっていく（ステップSTP６、ステップSTP７）。
そして、始動電圧が放電開始電圧に達すると放電が開始され、これが確認された時点で始動処理を終了する（ステップSTP８）。
【００４２】
これによれば、始動回路３により高電圧を発生させる前に、主回路２及びＨＩＤランプ１の絶縁性を確認できるので、始動回路３で発生させた高電圧により主回路２やＨＩＤランプ１をショートさせて損傷させることがない。
【００４３】
また、制御信号のパルス幅を徐々に広げて昇圧トランス１０で発生する始動電圧を徐々に高くすることができるので、ＨＩＤランプ１の特性に応じた放電開始電圧に達したところで確実に放電開始させることができ、その電圧より高い始動電圧を印加する必要もない。
したがって、放電開始時に電極のダメージが少なく、ＨＩＤランプ１を長持ちさせることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ＨＩＤランプに高圧の始動電圧を印加する前に、ＨＩＤランプ及び主回路の絶縁性を確認するので、始動電圧が印加されたときの主回路の損傷を未然に防止することができ、また、始動電圧を徐々に高くしてＨＩＤランプに印加するので、そのＨＩＤランプの特性に応じた最も低い始動電圧で放電を開始させることができるという大変優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る点灯回路の全体構成を示すブロック図。
【図２】始動回路を示す図。
【図３】制御部の処理手順を示すフローチャート。
【図４】一般の点灯回路を示すブロック図。
【符号の説明】
Ｓ………点灯回路
Ｅ………電源回路
Ｃ………制御部
１………ＨＩＤランプ
２………主回路
３………始動回路
１０………昇圧トランス
１１………ＦＥＴ（スイッチング素子）
１０ａ……一次コイル
１０ｂ……二次コイル
１５ａ……電圧検出器
１５ｂ……電流検出器

Claims (3)

1. 始動回路（３）の昇圧トランス（１０）で発生させた高圧の始動電圧をＨＩＤランプ（１）に印加して放電を開始させた後、主回路（２）を介して低圧のランプ電圧を印加して自続放電させるＨＩＤランプ（１）の点灯回路において、
   前記ＨＩＤランプ（１）に始動電圧を印加する前に、主回路（２）を介して予め設定された電圧値のランプ電圧がＨＩＤランプ（１）に印加されており、且つ、主回路（２）に電流が流れていないことを確認する絶縁性確認手段と、
   絶縁性が確認された後、前記ＨＩＤランプ（１）が放電開始するまで、前記昇圧トランス（１０）の一次コイル（１０ａ）に流れる電流量を段階的に増大させることにより二次コイル（１０ｂ）から放出される二次電圧を段階的に増大させる始動電圧可変制御手段と、
   を有する制御部（Ｃ）を備えたことを特徴とするＨＩＤランプの点灯回路。
2. 前記始動回路（３）には所定パルス幅の制御信号によりオンオフされるスイッチング素子（１１）が、前記昇圧トランス（１０）の一次コイル（１０ａ）と直列に接続され、
   前記制御信号のパルス幅を予め設定された最小幅から最大幅まで徐々に広げることにより、昇圧トランス（１０）の二次コイル（１０ｂ）から放出される二次電圧を段階的に増大させるようになされた請求項１記載のＨＩＤランプの点灯回路。
3. 始動回路（３）の昇圧トランス（１０）で発生させた高圧の始動電圧をＨＩＤランプ（１）に印加して放電を開始させた後、主回路（２）を介して低圧のランプ電圧を印加して自続放電させるＨＩＤランプ（１）の点灯回路において、
   前記ＨＩＤランプ（１）に始動電圧を印加する前に、主回路（２）を介して予め設定された電圧値のランプ電圧がＨＩＤランプ（１）に印加されており、且つ、主回路（２）に電流が流れていないことを確認する制御部（Ｃ）を備えたことを特徴とするＨＩＤランプの点灯回路。

Images