JP4757613B2 - 高圧放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

この発明は、メタルハライドランプ等の高圧放電灯点灯装置に関するもので、特にメタルハライドランプの寿命末期現象の一つである、リード線の封止部にて異極間に蒸着した金属などによる経路で通電する“端子間蒸着モード”を判別して、高圧放電灯等を保護する技術に関する。

従来の高圧放電灯点灯装置は、図４に示すように、交流電源１が投入されると、制御電源回路１０が制御電源を生成して、制御回路９が動作し、昇圧インバーター３、降圧インバーター４、極性切り替え回路６、始動パルス発生回路７に制御信号を送り、それぞれが動作を開始する。昇圧インバーター３と降圧インバーター４とで電力制御回路２０を構成する。昇圧インバーター３は、整流回路２で整流された出力を規定の電圧に昇圧し、降圧インバーター４は高圧放電灯８に流れる電流が規定の電流になるように出力を調整する。極性切り替え回路６は、高圧放電灯８に規定の周波数の交流矩形波電圧を出力する。始動パルス発生回路７は、高圧パルスを発生させて高圧放電灯８を始動させる。また、電流検出素子５により高圧放電灯８の電流を検出し、点灯判別を行う。

図５は、従来の高圧放電灯の一例のメタルハライドランプの構成を示す図である。図に示すように、高圧放電灯８は、発光管１１（内管）にセラミック又は石英ガラスが使用されており、内部に一対の電極が封着されている。また、発光管１１内を高真空にした後、アルゴンガス又はキセノンガス等の始動用ガスとともに、水銀・ナトリウム・金属ハロゲン化合物等の発光用の金属物質（添加物）が封入されている。

外管１２は、例えば硬質ガラスが使用されており（石英ガラスも使用される）、内部は高真空又は高真空後に窒素ガス等の不活性ガスが封入されている。外管１２の役割は下記の通りである。
（１）発光管１１の保持（保護）
（２）発光管１１の保温
（３）リード線１３ａ，９ｂ等の酸化防止
（４）紫外線のカット
Ｅ２６口金１４は、高圧放電灯８を器具内に保持し、点灯装置との電気的接続を行っている。図５のメタルハライドランプは、片口金である。

Ｅ２６口金１４から外管１２内に、発光管１１の一方の電極に接続するリード線１３ａ、発光管１１の他方の電極に接続するリード線１３ｂが設けられ、リード線１３ｂには外管１２内の不純ガスを吸収するゲッター１５が取り付けられる。

図６はメタルハライドランプの寿命末期における外管１２内での蒸着通電状態の一例を示す図である。メタルハライドランプの寿命末期において、発光管内に封じられた金属が外管１２内にリークし外管１２の内壁に蒸着する際に外管内のリード線１３ａとリード線１３ｂとの間に蒸着し通電状態になるとその部分に電流が流れ、蒸着部分の発熱により外管１２が割れたり、この電流が継続することで高圧放電灯点灯装置が破壊したりする恐れがある。
特開２００２−１１０３８９号公報

従来の高圧放電灯点灯装置において、寿命末期の端子間蒸着モードにおけるリード線間のインピーダンスは、ダイオードのように方向性を持つ場合と、抵抗性を示す場合がある。抵抗性については、蛍光ランプの寿命末期現象であるフィラメント間へのスパッタリングが同様の現象と考えられる。この場合、スパッタリングに流れる電流は抵抗性を示すことが知られている。寿命末期の端子間蒸着モードにおけるリード線間のインピーダンスが抵抗性の場合、矩形波で高圧放電灯を点灯させると、端子間蒸着モード時のランプ電圧波形が正常点灯時のランプ電圧波形と変わらないため検出困難である。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、寿命末期の端子間蒸着モードを判別して、高圧放電灯点灯装置及び高圧放電灯の過熱を回避することを目的とする。

この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、発光管とこの発光管を保持・保護する外管とを有する高圧放電灯を点灯させる高圧放電灯点灯装置において、
交流電源と、
この交流電源の整流された出力を規定の電圧に昇圧し、前記高圧放電灯に流れる電流が規定の電流になるように出力を調整すると共に、正弦波を重畳した直流電流を出力する電力制御回路と、
この電力制御回路に設けられ、保護停止機能を持った制御部と、
前記電力制御回路の出力電圧を検出する電圧検出回路と、
前記電力制御回路の出力電流を検出する電流検出素子と、
前記電力制御回路の出力電圧を規定の周期で極性を切り替え、前記高圧放電灯に電流に正弦波が重畳した規定の周波数の交流電力を出力する極性切り替え回路と、
前記電力制御回路、前記極性切り替え回路等を制御する制御回路と、
この制御回路に設けられ、前記電力制御回路の半周期の出力電圧を読み込み電圧の平均値Ｖ１を算出すると共に、前記電力制御回路の半周期の出力電流最大時の電圧Ｖ２を算出し、Ｖ２−Ｖ１が一定レベルを超える場合は、前記電力制御回路の保護停止機能を持った制御部と、前記極性切り替え回路の保護停止機能を持った極性切り替え回路制御回路との少なくともいずれかに保護停止信号を出力するＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換ポートと演算機能を持つ制御ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）とを備えたことを特徴とする。

この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、上記構成により、寿命末期の端子間蒸着モードを判別して、高圧放電灯点灯装置及び高圧放電灯の過熱を回避することができる。

実施の形態１．
メタルハライドランプを正弦波電圧で点灯すると、正常点灯時のランプ電圧は矩形波に近い波形になるが、寿命末期の端子間蒸着モードでは、インピーダンスが抵抗性を示すとすればランプ電圧は正弦波となり、正常点灯と端子間蒸着モードでランプ電圧波形が変化することになる。

もし、マイコンなどで正弦波電流を負荷（高圧放電灯８）に供給するように制御し、ランプ電圧をサンプリングすれば、点灯電圧波形の違いにより、寿命末期の端子間蒸着モードを検出することが可能になる。

具体的には、矩形波に正弦波を重畳した波形の電流で高圧放電灯８を点灯し、ランプ電圧波形が正常点灯と端子間蒸着モードで変化が生じるようにする。端子間蒸着モードのランプ電圧波形の、正常点灯時のランプ電圧波形に対する誤差の大きさで検出することで、寿命末期における端子間蒸着モードの発生を検出できる。

図１は、矩形波及び矩形波に正弦波を重畳した波形の電流で高圧放電灯８を点灯したときの、正常点灯時と寿命末期の端子間蒸着モード時の高圧放電灯８の電圧・電流波形を示す図である。図に示すように、矩形波電流で高圧放電灯８を点灯したときの高圧放電灯８の電圧波形は、正常点灯時と寿命末期の端子間蒸着モード時共に矩形波である。

一方、矩形波に正弦波を重畳した電流で高圧放電灯８を点灯した場合は、正常点灯時の高圧放電灯８の電圧波形は矩形波であるが、寿命末期の端子間蒸着モード時の高圧放電灯８の電圧波形は電流波形と相似になり正弦波を重畳した波形になる。

図２は本実施の形態の高圧放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。図に示すように、交流電源１に電力制御回路２０が接続される。電力制御回路２０は、図には示さないが、図４で説明したように、昇圧インバーター３と降圧インバーター４からなる。電力制御回路２０は、保護停止機能を持った制御部２０ａを備える。保護停止機能を持った制御部２０ａは、例えば、制御ＩＣで構成してもよいし、制御回路で構成してもよい。

電力制御回路２０の出力側に電圧検出回路１６と、電流検出素子５（抵抗等）が接続される。電圧検出回路１６と電流検出素子５は、制御回路９のＡ／Ｄ変換ポートと演算機能を持つ制御ＩＣ９ａに接続され、それぞれ電圧波形信号、電流波形信号をＡ／Ｄ変換ポートと演算機能を持つ制御ＩＣ９ａに送る。

電力制御回路２０に、矩形波電圧を生成する極性切り替え回路６が接続される。極性切り替え回路６は、保護停止機能を持った極性切り替え回路制御回路６ａを備える。そして、極性切り替え回路６に高圧放電灯８が接続される。

制御回路９のＡ／Ｄ変換ポートと演算機能を持つ制御ＩＣ９ａは、電力制御回路２０の保護停止機能を持った制御部２０ａと、極性切り替え回路６の保護停止機能を持った極性切り替え回路制御回路６ａに保護停止信号を出力する。

図３は本実施の形態の高圧放電灯点灯装置の動作を示すフローチャートである。電力制御回路２０から出力される電流に、正弦波を重畳させる点に本実施の形態の特徴がある。

先ず、電圧検出回路１６が、電力制御回路２０の出力電圧を検出して、Ａ／Ｄ変換ポートと演算機能を持つ制御ＩＣ９ａに出力する（図３のＳ１）。

電流検出素子５が、電力制御回路２０の出力電流を検出して、Ａ／Ｄ変換ポートと演算機能を持つ制御ＩＣ９ａに出力する（図３のＳ２）。

Ａ／Ｄ変換ポートと演算機能を持つ制御ＩＣ９ａは、電力制御回路２０の半周期の出力電圧を読み込み電圧の平均値Ｖ１を算出する（図３のＳ３）。

Ａ／Ｄ変換ポートと演算機能を持つ制御ＩＣ９ａは、電力制御回路２０の半周期の出力電流最大時の電圧Ｖ２を算出する（図３のＳ４）。

Ｖ２−Ｖ１と「一定レベル」（ｃとする）とを比較し（図３のＳ５）、Ｖ２−Ｖ１＞ｃの場合に、Ａ／Ｄ変換ポートと演算機能を持つ制御ＩＣ９ａは、電力制御回路２０の保護停止機能を持った制御部２０ａ、極性切り替え回路６の保護停止機能を持った極性切り替え回路制御回路６ａに保護停止信号を出力する（図３のＳ６）。これにより、電力制御回路２０、極性切り替え回路６は停止し、高圧放電灯８に加わる電圧はゼロになり、高圧放電灯８を保護することができる。Ａ／Ｄ変換ポートと演算機能を持つ制御ＩＣ９ａからの保護停止信号は、電力制御回路２０の保護停止機能を持った制御部２０ａ、極性切り替え回路６の保護停止機能を持った極性切り替え回路制御回路６ａのいずれかに出力すればよい。但し、電力制御回路２０、極性切り替え回路６の回路保護上、電力制御回路２０の保護停止機能を持った制御部２０ａ、極性切り替え回路６の保護停止機能を持った極性切り替え回路制御回路６ａの両方に、Ａ／Ｄ変換ポートと演算機能を持つ制御ＩＣ９ａは保護停止信号を出力するのが好ましい。

実施の形態１を示す図で、矩形波及び矩形波に正弦波を重畳した波形の電流で高圧放電灯８を点灯したときの、正常点灯時と寿命末期の端子間蒸着モード時の高圧放電灯８の電圧・電流波形を示す図である。高圧放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１を示す図で、高圧放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１を示す図で、高圧放電灯点灯装置の動作を示すフローチャートである。 従来の高圧放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。 従来の高圧放電灯の一例のメタルハライドランプの構成を示す図である。 従来のメタルハライドランプの寿命末期における外管１２内におけるリード線１３ａとリード線１３ｂとの間の放電または蒸着通電状態を示す図である。

符号の説明

１ 交流電源、２ 整流回路、３ 昇圧インバーター、４ 降圧インバーター、５ 電流検出素子、６ 極性切り替え回路、６ａ 保護停止機能を持った極性切り替え回路制御回路、７ 始動パルス発生回路、８ 高圧放電灯、９ 制御回路、９ａ Ａ／Ｄ変換ポートと演算機能を持つ制御ＩＣ、１０ 制御電源回路、１１ 発光管、１２ 外管、１３ａ，１３ｂ リード線、１４ Ｅ２６口金、１５ ゲッター、１６ 電圧検出回路、２０ 電力制御回路、２０ａ 保護停止機能を持った制御部。

Claims (1)

1. 発光管とこの発光管を保持・保護する外管とを有する高圧放電灯を点灯させる高圧放電灯点灯装置において、
   交流電源と、
   この交流電源の整流された出力を規定の電圧に昇圧し、前記高圧放電灯に流れる電流が規定の電流になるように出力を調整すると共に、正弦波を重畳した直流電流を出力する電力制御回路と、
   この電力制御回路に設けられ、保護停止機能を持った制御部と、
   前記電力制御回路の出力電圧を検出する電圧検出回路と、
   前記電力制御回路の出力電流を検出する電流検出素子と、
   前記電力制御回路の出力電圧を規定の周期で極性を切り替え、前記高圧放電灯に電流に正弦波が重畳した規定の周波数の交流電力を出力する極性切り替え回路と、
   この極性切り替え回路に設けられ、保護停止機能を持った極性切り替え回路制御回路と、
   前記電力制御回路、前記極性切り替え回路等を制御する制御回路と、
   この制御回路に設けられ、前記電力制御回路の半周期の出力電圧を読み込み電圧の平均値Ｖ１を算出すると共に、前記電力制御回路の半周期の出力電流最大時の電圧Ｖ２を算出し、Ｖ２−Ｖ１が一定レベルを超える場合は、前記高圧放電灯の電圧波形が前記正弦波を重畳した直流電流の波形と相似の波形になり、寿命末期の端子間蒸着モードと判断して、前記電力制御回路の保護停止機能を持った制御部と、前記極性切り替え回路の保護停止機能を持った極性切り替え回路制御回路との少なくともいずれかに保護停止信号を出力するＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換ポートと演算機能を持つ制御ＩＣとを備えたことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。

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