JP4981217B2 - 高圧放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は安定器によって点灯させる高圧放電灯を用いた高圧放電灯点灯装置において、高圧放電灯寿命末期の異常状態の１つである半波放電を検知し、高圧放電灯と高圧放電灯点灯装置を保護する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高圧放電灯の寿命末期現象の１つとして半波放電という現象がある。これは高圧放電灯の寿命に伴う片側の電極の劣化によって発生し、この状態においては高圧放電灯に流れるランプ電流は正負非対称となり、片側ではほぼ短絡状態、もう一方ではほぼ無負荷状態となっている。図１１に正常時と半波放電発生時のランプ電流の比較を示す。図１１（ａ）が正常点灯時のランプ電流波形で、（ｂ）が半波放電時のランプ電流波形である。このような半波放電が発生したときの不具合について以下述べることとする。
【０００３】
まず、はじめに点灯装置が銅鉄安定器の場合について考えてみる。図１２に一般的な銅鉄安定器の構成図を示す。図１２において、Ｖｓは交流電源、Ａは銅鉄安定器、Ｃは力率改善用のコンデンサ、Ｌは限流要素としてのコイル、Ｌａはランプである。点灯装置が銅鉄安定器の場合、安定器に直流電流が流れることにより、片側の短絡状態の極性に通常の二次短絡電流の約３倍以上の過大な電流が流れるため、安定器内の限流要素であるコイルＬが異常発熱し、最終的に安定器から発煙等の生じる危険性がある。この危険を回避するために通常、銅鉄安定器には図１３のように過大電流が流れた時に電源を遮断する電流ヒューズＦｓや異常発熱が発生した時に電源を遮断する温度ヒューズＦｔなどの保護装置が設けてある。ところが、通常このようなヒューズとして非復帰型のヒューズを用いるため、１度でも半波放電のランプが発生すると安定器が使用不可となり、通常の安定器の寿命が来る前に安定器を交換しなければならないといった不具合が生じてくる。
【０００４】
一方、近年、安定器の軽量化・小型化・高機能化を目的として、多くの電子部品を用いた電子バラストなるものが主流となりつつある。次にこの電子バラストと半波放電ランプとの組合せについて考えてみる。図１４に一般的な電子バラストのブロック図を示す。交流電源Ｖｓに整流回路を含む直流電源回路部１０が接続されており、その出力端にランプＬａへの供給電力を調整・制御できるインバータ回路部２０が接続されており、その出力端にランプＬａが接続されている。点灯装置がこのような電子バラストの場合、インバータ回路部２０において、ランプＬａのそれぞれの極性に応じてランプＬａへの供給電力を調整するため、前述の銅鉄安定器のように点灯装置が異常発熱を起こして、点灯装置が発煙等に至るとまではいかないが、やはり通常よりも点灯装置の発熱は増える。このため、点灯装置の設計をする際に、半波放電発生時を考慮した部品の設定が必要であり、どうしても回路が大型化、高コスト化してしまうと言った不具合が生じてしまう。
【０００５】
また、前記銅鉄安定器Ａや電子バラストＢに半波放電発生時に作動する温度に設定した復帰型のサーマルプロテクタを設けて、半波放電が発生すると電源を遮断するように構成することも出来るが、この場合はサーマルプロテクタが復帰型の為、何回も点灯・不点を繰返すことになり、対策手段としてはあまり好ましくない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高圧放電灯の寿命末期時の異常現象の１つである半波放電が起きた場合に点灯装置および高圧放電灯を保護することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記の課題を解決するために、図１に示すように、電源Ｖｓと、少なくとも限流要素を含む安定器１と、高圧放電灯Ｌａとからなる高圧放電灯点灯装置であって、高圧放電灯Ｌａの寿命末期の異常現象の１つである半波放電が発生した場合に、ランプＬａの異常状態を検知し、安定器１の動作を停止または出力を抑制するようにした高圧放電灯点灯装置において、交流ランプ電圧Ｖｌａを直流電圧Ｖ１に整流平滑し、半波放電が発生した場合には、前記直流電圧Ｖ１を前記交流ランプ電圧Ｖｌａと同じ周期のパルスと見なして、そのパルス回数をカウントするパルスカウンタ部２を具備し、パルス回数が所定回数を超えた場合に、ランプＬａを異常と判別し、前記安定器１に停止信号を送る判別回路部３を具備し、前記停止信号を受けた場合に、安定器１の動作を停止させる、または出力を抑制するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１に第１の実施の形態を示す。この実施の形態はランプ電圧Ｖｌａを整流して直流電圧Ｖ１に変換し、この直流電圧Ｖ１の凹凸をパルス信号として検知できるパルスカウンタ部２でカウントし、このパルス数が所定回数を超えた場合に、判別回路部３からの信号により安定器１の動作を停止するようにしたものである。
【０００９】
以下、図１の回路について具体的に説明する。安定器１は上述の銅鉄安定器Ａまたは電子バラストＢよりなる。交流ランプ電圧ＶｌａをダイオードＤ１，Ｄ２で整流し、抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧し、更にコンデンサＣ１で平滑して、直流ランプ電圧Ｖ１を得る。この直流ランプ電圧Ｖ１にランプＬａが半波放電時にのみ発生する凹凸をパルスカウンタ部２にてカウントし、このパルス数が所定回数を超えた場合、判別回路部３で異常状態であると判定し、安定器１に停止信号を送る。図２はこの判別の様子を示したものである。これにより、ランプＬａが半波放電になった場合に、ランプＬａの異常を検知し、安定器１の動作を停止または出力を抑制するので、ランプＬａと安定器１を保護することが出来る。
【００１０】
（実施の形態２）
図３に第２の実施の形態を示す。図３では実施の形態１のランプ電圧Ｖｌａの代わりにランプ電流Ｉｌａを検出するようにしたものである。交流ランプ電流ＩｌａをカレントトランスＣＴによって検出し、ダイオードＤ１，Ｄ２で整流、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１によって平滑して、直流ランプ電圧Ｖ２を得る。以後は前記実施の形態１と同様である。
【００１１】
（実施の形態３）
図４に第３の実施の形態を示す。この実施の形態は実施の形態１のパルスカウンタ部２と判別回路部３をマイコン４を用いて構成したものである。通常、高圧放電灯Ｌａはランプの始動直後に数サイクルの半波放電状態を経由することがあり、この始動直後の半波放電と寿命末期時の半波放電を識別することは、かなり困難であり、そのようなきめ細かい制御を一般の電子部品で構成すると回路が複雑になってしまう。そこで、この実施の形態のように、マイコン４を用いてプログラムにより処理することにより、簡易な回路構成で、確実な半波放電の検出が行なえるようになる。
【００１２】
（実施の形態４）
図５に第４の実施の形態を示す。この実施の形態は実施の形態１の直流ランプ電圧Ｖ１を極性毎に振り分け、両極性のランプ電圧に差が生じている場合にランプＬａを異常と判別し、安定器１の動作を停止または出力を抑制するようにしたものである。
【００１３】
図５について以下簡単に説明する。同期回路部５はランプＬａへ供給する交流電力と同期した信号を持ち、切替スイッチ６を制御して、直流ランプ電圧Ｖ１を極性毎にランプ電圧検出部７ａとランプ電圧検出部７ｂに振り分ける。ランプ電圧検出部７ａ，７ｂは内部に平滑回路があり、振り分けられた各極性毎のランプ電圧の平均値を得る。これらの各極性毎の平均値を判別回路部３で比較し、その結果、差が生じている場合には、ランプＬａを異常と判別し、安定器１に停止信号を送る。尚、同期回路部５内の同期信号は、銅鉄安定器Ａの場合は電源Ｖｓから生成し、電子バラストＢの場合は制御回路内の極性反転信号から生成する。
【００１４】
この実施の形態においても前記実施の形態と同様に、ランプＬａが半波放電になった場合に、ランプＬａの異常を検知し、安定器１の動作を停止または出力を抑制するので、ランプＬａと安定器１を保護することが出来る。
【００１５】
（実施の形態５）
図６に第５の実施の形態を示す。図６は実施の形態４のランプ電圧Ｖｌａの代わりにランプ電流Ｉｌａを各極性で検出するようにしたものである。交流ランプ電流ＩｌａをカレントトランスＣＴによって検出し、ダイオードＤ１，Ｄ２で整流し、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１によって平滑して、直流ランプ電圧Ｖ２を得る。以後は前記実施の形態４と同様である。
【００１６】
なお、実施の形態４または５において、実施の形態３のように制御回路部にマイコンを用いれば、簡単な回路構成で、確実にランプの半波放電を検出することが出来る。
【００１７】
（実施の形態６）
図７に第６の実施の形態を示す。この実施の形態は実施の形態１のパルスカウンタ部２の代わりに変化量検出部９を用いて、直流ランプ電圧Ｖ１の最大値と最小値の変化量を検出し、判別回路部３でその変化量が所定値以上の場合に、ランプＬａを異常と判別し、安定器１に停止信号を送るものである。
【００１８】
この実施の形態においても前記実施の形態と同様に、ランプＬａが半波放電になった場合に、ランプＬａの異常を検知し、安定器１の動作を停止または出力を抑制するので、ランプＬａと安定器１を保護することが出来る。
【００１９】
また、この実施の形態においても、実施の形態２または５のようにランプ電圧Ｖｌａに代えてランプ電流Ｉｌａを検出したり、実施の形態３のように制御回路部にマイコンを用いたりすることも出来る。
【００２０】
（実施の形態７）
図８に第７の実施の形態を示す。この実施の形態は安定器に電子バラストを用いた場合である。図８に示すように、それぞれ片側の極性のランプ電流しか流れないスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６がある場合に、それぞれのスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６にサーマルプロテクタＴＰ１，ＴＰ２を取り付ける。このサーマルプロテクタＴＰ１，ＴＰ２の動作温度はランプ定格点灯時に動作するように設定しておき、半波放電時のように片側のサーマルプロテクタＴＰ１またはＴＰ２が動作したときにのみ、ランプＬａを異常と判別し、電子バラストの動作を停止させる、または、出力を抑制するようにしたものである。
【００２１】
図８の回路構成について、以下簡単に説明する。直流電源部１０は整流回路ＤＢと、インダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ３とコンデンサＣ２のチョッパ回路と、その制御回路１１とからなり、交流電源Ｖｓの交流電圧を所望の直流電圧に変換する機能を有する。点灯回路部２０は降圧チョッパ回路部２１と制御回路２２と極性反転回路部２３とイグナイタ回路部２４とからなっている。降圧チョッパ回路部２１は、スイッチング素子Ｑ２とダイオードＤ４とインダクタＬ２とコンデンサＣ３とからなる。ここで降圧チョッパ回路の動作については一般的な技術であるので省略する。次に極性反転回路部２３はスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６からなり、フルブリッジ回路を構成している。この極性反転回路部２３は、制御回路２２により対角に位置したスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６とＱ４，Ｑ５が交互にオン／オフし、放電灯Ｌａに矩形波交流電力を供給している。次にイグナイタ回路部２４はパルストランスＰＴとコンデンサＣ４とスイッチング素子Ｑ７（例えばサイダックのような電圧応答素子）と抵抗Ｒ３とからなっている。このイグナイタ回路部２４は抵抗Ｒ３を介してコンデンサＣ４に充電された電圧がスイッチング素子Ｑ７のブレークオーバー電圧に達するとスイッチング素子Ｑ７がＯＮし、コンデンサＣ４に蓄積された電圧が放電し、パルストランスＰＴに高圧パルス電圧を発生させる。この高圧パルス電圧により放電灯Ｌａが放電を開始し、点灯状態に移行する。また制御回路２２はランプＬａのランプ電圧Ｖｌａ（ランプ電流、ランプ電力でもよい）を検出し、ランプ電圧Ｖｌａに応じてスイッチング素子Ｑ２のオン／オフ制御を行ない、ランプＬａに供給する電力を調整している。
【００２２】
図８の電子バラストにおいて、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６とＱ４，Ｑ５はそれぞれペアになって交互にオン／オフを繰返している。つまり、ランプＬａが正常であれば、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６とＱ４，Ｑ５に流れる電流は同じであり、当然、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６の発熱量はほぼ同じである。しかし、ランプＬａが半波放電状態になると、片側の極性には略短絡電流が流れ、もう一方の極性にはほとんど電流が流れないため、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６とＱ４，Ｑ５の発熱量に大きな差が生じてくる。この実施の形態はこの点に着目したものであり、スイッチング素子Ｑ５にサーマルプロテクタＴＰ１を、スイッチング素子Ｑ６にサーマルプロテクタＴＰ２をそれぞれ取り付け、半波放電時にサーマルプロテクタＴＰ１，ＴＰ２どちらかのみが作動したときに、判別回路部３でランプＬａを異常と判別し、電子バラストを停止させる、または、出力を抑制させる。
【００２３】
この実施の形態においても前述の実施の形態と同様に、ランプが半波放電になった場合に、ランプの異常を検知し、安定器の動作を停止または出力を抑制するので、ランプと安定器を保護することが出来る。
【００２４】
この実施の形態において、降圧チョッパ回路部２１と極性反転回路部２３を含む点灯回路部２０の構成としては、図８に示すもののほか、図９に示すようなフルブリッジ構成や、図１０に示すようなハーフブリッジ構成のものであっても良い。
【００２５】
以上の実施の形態において、半波放電検出時に安定器の動作を停止または出力を抑制するだけではなく、ランプを異常と判別した場合に、例えばＬＥＤのような表示素子を使って、使用者にランプの異常状態をお知らせする機能を付加すれば、使用者に速やかに異常状態を知らせることができ、早期にランプの交換を促すことができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、上述のように、高圧放電灯の寿命末期時の異常現象の１つである半波放電が起きた場合に、ランプの異常を検知し、安定器の動作を停止または出力を抑制することにより、高圧放電灯の寿命末期時に安定器や高圧放電灯を保護することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の回路図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の動作波形図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の回路図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の回路図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の回路図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態の回路図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態の回路図である。
【図８】本発明の第７の実施の形態の回路図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態の一変形例の回路図である。
【図１０】本発明の第７の実施の形態の他の変形例の回路図である。
【図１１】高圧放電灯の正常時と半波放電発生時のランプ電流の波形図である。
【図１２】従来の一般的な銅鉄安定器の構成を示す回路図である。
【図１３】従来の保護装置を有する銅鉄安定器の構成を示す回路図である。
【図１４】従来の一般的な電子バラストの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
Ｖｓ 電源
Ｌａ ランプ（高圧放電灯）
１ 安定器
２ パルスカウンタ部
３ 判別回路部

Claims (2)

1. 電源と、少なくとも限流要素を含む安定器と、高圧放電灯とからなる高圧放電灯点灯装置であって、高圧放電灯の寿命末期の異常現象の１つである半波放電が発生した場合に、ランプの異常状態を検知し、安定器の動作を停止または出力を抑制するようにした高圧放電灯点灯装置において、交流ランプ電圧または電流を直流電圧に整流平滑する手段と、半波放電時には前記直流電圧を前記交流ランプ電圧または電流と同じ周期のパルスと見なしてそのパルス回数をカウントするパルスカウンタ部と、パルス回数が所定回数を超えた場合にランプを異常と判別して前記安定器に停止信号を送る判別回路部とを具備し、前記停止信号を受けた場合に、安定器の動作を停止または出力を抑制するようにしたことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
2. 請求項１記載の高圧放電灯点灯装置において、半波放電の検知、安定器の制御部にマイコンを用いたことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。

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