JP5069573B2 - High pressure discharge lamp lighting device, lighting fixture - Google Patents
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Description
本発明は始動時の高圧パルス電圧のピーク値を調整する手段を具備する高圧放電灯点灯装置及びこれを用いた照明器具に関するものである。 The present invention relates to a high pressure discharge lamp lighting device having means for adjusting a peak value of a high voltage pulse voltage at start-up and a lighting fixture using the same.
高圧放電灯は、高輝度・高光出力の照明として広く使用されているが、放電ランプの一種であり、安定な点灯のためには、安定器と呼ばれる点灯装置が必要であり、点灯装置には、主にインダクタで構成される銅鉄式と、電子回路のスイッチング制御を利用した、電子式があるが、近年、省エネルギーの観点から、電子式の普及が増加している。 High-pressure discharge lamps are widely used as illumination with high brightness and high light output, but they are a kind of discharge lamps. For stable lighting, a lighting device called a ballast is necessary. There are a copper-iron type mainly composed of inductors and an electronic type using switching control of an electronic circuit. In recent years, the spread of the electronic type is increasing from the viewpoint of energy saving.
電子式の高圧放電灯点灯装置の一例を、図１０に示す。高圧放電灯点灯装置は、商用電源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、昇圧チョッパ回路３、降圧チョッパ回路４、極性反転回路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。昇圧チョッパ回路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、降圧チョッパ回路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。極性反転回路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、高圧パルス電圧を発生させて高圧放電灯８を始動させる。
An example of an electronic high pressure discharge lamp lighting device is shown in FIG. In the high pressure discharge lamp lighting device, when the
図１１は、始動パルス発生回路７の詳細図である。始動パルス発生回路７は、高圧放電灯８の始動時のみ動作し、高圧パルス電圧を発生する。始動パルス発生回路７は、トランスＴ１、外部制御信号によりオン／オフ可能なスイッチング素子Ｑ７、商用電源１の交流電圧を整流し、昇圧チョッパ回路３で昇圧した直流電圧Ｖｃ３で充電されるコンデンサＣ１、スイッチング素子Ｑ７の過電流保護を行うインダクタＬ１、トランスＴ１で発生した高圧パルス電圧が極性反転回路６に回り込まないようにブロックするコンデンサＣ２を有する。
FIG. 11 is a detailed view of the start pulse generation circuit 7. The start pulse generation circuit 7 operates only when the high
高圧放電灯８は、一般的に始動に際し、高圧パルス電圧の印加が必要であり、一例として３〜５ｋＶのピーク値の始動パルス電圧が規定されており、始動パルス発生回路７にて、規定内のパルス電圧が発生するようコンデンサＣ１の充電電圧、および、スイッチング素子Ｑ７のオンのタイミングを制御している。また、始動パルス発生回路７にて発生する始動用の高圧パルス電圧は、そのパルス幅が十数μｓｅｃ程度である。これは、パルス幅が主として始動パルス発生回路７のトランスＴ１の１次巻線のインダクタンス値とコンデンサＣ１の共振周波数によって決まるため、始動パルス発生回路７の形状上の制約などから、トランスＴ１、コンデンサＣ１をそれほど大きく設定できないためである。このように、幅の狭い高圧パルス電圧のため、実際の施工の際、始動パルス発生回路７と高圧放電灯８との距離が長くなった場合、出力線間の容量が増大し、これにより、始動用の高圧パルス電圧のピーク電圧が低下するという現象が発生し、高圧放電灯８の始動パルス電圧の規定値を下回ると、ランプが始動できないという問題が発生する。
The high-
図１２に、実際の始動パルス発生回路７における、出力線延長時のパルス電圧ピーク値の推移を示す。始動パルス電圧を４ｋＶと規定すると、この場合、高圧放電灯点灯装置の出力線長の規定は、最大で２ｍとなり、施工上の制約事項となる。逆に、出力線長１０ｍにおいて、規定の４ｋＶを出力するよう設定すれば始動は可能となるが、その場合、出力線長が短いときに、高圧パルス電圧が６ｋＶを超えることになり、配線やランプソケットなどで、耐圧を超える恐れがある。配線やランプソケットの耐圧を確保するためには、高圧パルス電圧を規定値以下に抑える電圧制限手段（バリスタ等）が必要であり、かつ出力線長が短い場合は、常に電圧制限手段が動作することになり、電圧制限手段が大型化する。 12, definitive the actual starting pulse generation circuits 7 shows changes in the pulse voltage peak value at the output line extension. If the starting pulse voltage is defined as 4 kV, in this case, the maximum output line length of the high pressure discharge lamp lighting device is 2 m, which is a constructional restriction. On the other hand, if the output line length is set to 10 m so as to output a specified 4 kV, the engine can be started. However, in this case, when the output line length is short, the high-voltage pulse voltage exceeds 6 kV. There is a risk of exceeding the pressure resistance with a lamp socket. In order to ensure the withstand voltage of the wiring and lamp socket, voltage limiting means (varistors, etc.) that suppress the high voltage pulse voltage below the specified value is necessary, and the voltage limiting means always operates when the output line length is short. As a result, the voltage limiting means increases in size.
そこで、特許文献１（特開２００７−５２９７７）に開示されているように、トランスＴ１にフィードバック電圧検出巻線Ｎ３を設け、このフィードバック電圧検出巻線Ｎ３に電圧分圧回路１１を接続し、さらに電圧分圧回路１１にパルス検出回路１２を接続し、始動パルス電圧成分のみを検出する。そして、パルス検出回路１２の出力を、制御回路９にフィードバックさせることで始動パルス電圧Ｖｐが所定値になるように、制御回路９が１次巻線電圧Ｖｐ１を制御する。これにより、出力配線長が増加して出力容量が増加しても、高圧パルス電圧を規定値内に維持することが可能となる。
しかしながら、特許文献１の技術では、発生する高圧パルス電圧を所定値に維持するよう制御するため、トランスＴ１に設けたフィードバック電圧検出巻線Ｎ３を用いて、より正確に発生する高圧パルス電圧を検出しなければならず、電圧分圧回路１１やパルス検出回路１２が必要となり、構成が複雑となる。
However, in the technique of
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、規定の出力配線長において、簡易な構成で、高圧放電灯の始動に必要な始動パルス電圧を、規定値内に維持することができる高圧放電灯点灯装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and maintains a starting pulse voltage required for starting a high pressure discharge lamp within a specified value with a simple configuration at a specified output wiring length. An object of the present invention is to provide a high pressure discharge lamp lighting device capable of performing the above.
請求項１の発明は、前記の課題を解決するために、図１に示すように、直流電源Ｅの出力を電力変換して負荷である高圧放電灯８に電力を供給する電力変換回路（降圧チョッパ回路４）と、電力変換回路の出力を矩形波交流に変換し、高圧放電灯８に印加する極性反転回路６と、始動用の高圧パルス電圧を高圧放電灯８に印加する始動パルス発生回路７と、上記各回路を制御する制御回路Ｓを備えた高圧放電灯点灯装置において、前記始動パルス発生回路７は、少なくともコンデンサＣ１とトランスＴ１の１次巻線Ｎ１とスイッチング素子Ｑ７の直列接続からなるトランス１次巻線回路と、前記トランスＴ１の２次巻線Ｎ２を高圧放電灯８に接続し、トランスＴ１の１次巻線Ｎ１に発生する電圧を昇圧した高圧パルス電圧を高圧放電灯８に印加する２次巻線回路と、前記トランスＴ１に設けられた３次巻線Ｎ３に発生する電圧により高圧パルス電圧の電圧レべルを検出する始動パルス検出回路１２を有する３次巻線回路とからなり、前記制御回路Ｓは、前記３次巻線回路の検出結果により、高圧パルス電圧の発生する矩形波極性を選択する始動パルス発生極性選択回路９５を有することを特徴とするものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
また、請求項１の発明は、前記始動パルス発生極性選択回路９５は、３次巻線回路の検出結果により、高圧パルス電圧が所定値より高い場合は、高圧パルス電圧の極性が逆極性の矩形波極性の時に高圧パルス電圧を発生し、高圧パルス電圧が所定値より低い場合は、高圧パルス電圧の極性が同極性の矩形波極性の時に高圧パルス電圧を発生するように高圧パルス電圧の発生する矩形波極性を選択することを特徴とする（図２）。
The invention of
請求項２の発明は、前記の課題を解決するために、図１に示すように、直流電源Ｅの出力を電力変換して負荷である高圧放電灯８に電力を供給する電力変換回路（降圧チョッパ回路４）と、電力変換回路の出力を矩形波交流に変換し、高圧放電灯８に印加する極性反転回路６と、始動用の高圧パルス電圧を高圧放電灯８に印加する始動パルス発生回路７と、上記各回路を制御する制御回路Ｓを備えた高圧放電灯点灯装置において、前記始動パルス発生回路７は、少なくともコンデンサＣ１とトランスＴ１の１次巻線Ｎ１とスイッチング素子Ｑ７の直列接続からなるトランス１次巻線回路と、前記トランスＴ１の２次巻線Ｎ２を高圧放電灯８に接続し、トランスＴ１の１次巻線Ｎ１に発生する電圧を昇圧した高圧パルス電圧を高圧放電灯８に印加する２次巻線回路と、前記トランスＴ１に設けられた３次巻線Ｎ３に発生する電圧により高圧パルス電圧の電圧レべルを検出する始動パルス検出回路１２を有する３次巻線回路とからなり、前記制御回路Ｓは、前記３次巻線回路の検出結果により、高圧パルス電圧の発生する矩形波極性を選択する始動パルス発生極性選択回路９５を有することを特徴とするものである。また、請求項２の発明は、始動パルス発生回路７のトランスＴ１は逆方向に接続された第１及び第２の１次巻線Ｎ１ａ，Ｎ１ｂを備え、トランス１次巻線回路は、トランスＴ１の第１の１次巻線Ｎ１ａを第１のスイッチング素子Ｑ７ａを介してコンデンサＣ１に接続する第１のトランス１次巻線回路と、トランスＴ１の第２の１次巻線Ｎ１ｂを第２のスイッチング素子Ｑ７ｂを介して前記コンデンサＣ１に接続する第２のトランス１次巻線回路よりなり、前記始動パルス発生極性選択回路９５は、３次巻線回路の検出結果により、高圧パルス電圧が所定値より高い場合は、高圧パルス電圧の極性が矩形波極性と逆極性となり、高圧パルス電圧が所定値より低い場合は、高圧パルス電圧の極性が矩形波極性と同極性となるように、始動パルス発生回路７の第１および第２の１次巻線回路を制御することを特徴とする（図５）。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
請求項３の発明は、請求項１または請求項２において、高圧パルス電圧の発生する矩形波極性を選択する始動パルス発生極性選択回路９５をマイコンにて実現したことを特徴とする（図７、図８）。
The invention of
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置を具備した照明器具である（図９）。
The invention of
本発明によれば、トランスのフィードバック巻線の検出結果により、始動パルス発生回路のスイッチング素子がオン動作する極性を切り替えることで、出力配線長により低下するパルス電圧を補い、高圧放電灯の両端電圧として、始動に必要な電圧を確保することができる。 According to the present invention, the switching voltage of the switching element of the starting pulse generating circuit is switched based on the detection result of the feedback winding of the transformer to compensate for the pulse voltage that decreases due to the output wiring length, and the voltage across the high-pressure discharge lamp is compensated. As a result, a voltage required for starting can be secured.
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の全体構成を示す回路図である。以下、その回路構成について説明する。整流回路２は、ダイオードブリッジＤＢよりなり、商用交流電源１を全波整流して脈流電圧を出力する。ダイオードブリッジＤＢの出力端には、入力コンデンサＣｉが並列接続されると共に、インダクタＬ２とスイッチング素子Ｑ１の直列回路が接続されており、スイッチング素子Ｑ１の両端にはダイオードＤ１を介して平滑コンデンサＣ３が接続されている。インダクタＬ２、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、入力コンデンサＣｉ、平滑コンデンサＣ３は昇圧チョッパ回路３を構成している。スイッチング素子Ｑ１のオン・オフは昇圧チョッパ制御部３０により制御される。昇圧チョッパ制御部３０は市販の集積回路（例えばＭＣ３３２６２など）を用いて容易に実現可能である。スイッチング素子Ｑ１が商用交流電源１の商用周波数よりも十分に高い周波数でオン・オフ制御されることにより、ダイオードブリッジＤＢの出力電圧は、規定の直流電圧に昇圧されて平滑コンデンサＣ３に充電されると共に、商用交流電源１からの入力電流と入力電圧の位相がずれないように回路に抵抗性を持たせる力率改善制御を行っている。なお、ダイオードブリッジＤＢの交流入力端に高周波漏洩阻止用のフィルタ回路を設けても良い。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit diagram showing the overall configuration of
本実施形態で用いる直流電源Ｅは、商用交流電源１を整流・平滑した平滑コンデンサＣ３の直流電圧であり、ダイオードブリッジＤＢの出力に接続された昇圧チョッパ回路３の出力電圧であるが、これに限定されるものではなく、直流電源Ｅは電池でもよいし、市販の直流電源でもよい。
The DC power supply E used in the present embodiment is a DC voltage of a smoothing capacitor C3 obtained by rectifying and smoothing the commercial
直流電源Ｅには、電力変換回路としての降圧チョッパ回路４が接続されている。降圧チョッパ回路４は負荷である高圧放電灯８に目標電力を供給するための安定器としての機能を有している。また、始動時からアーク放電移行期間を経て安定点灯期間に至るまで高圧放電灯８に適正な電力を供給するように降圧チョッパ回路４の出力電圧を可変制御される。
A step-down
降圧チョッパ回路４の回路構成について説明する。直流電源Ｅである平滑コンデンサＣ３の正極はスイッチング素子Ｑ２、インダクタＬ３を介してコンデンサＣ４の正極に接続されており、コンデンサＣ４の負極は平滑コンデンサＣ３の負極に接続されている。コンデンサＣ４の負極には回生電流通電用のダイオードＤ２のアノードが接続されており、ダイオードＤ２のカソードはスイッチング素子Ｑ２とインダクタＬ３の接続点に接続されている。
A circuit configuration of the step-down
降圧チョッパ回路４の回路動作について説明する。スイッチング素子Ｑ２は降圧チョッパ制御部４０の出力により高周波でオン・オフ駆動され、スイッチング素子Ｑ２がオンのとき、直流電源Ｅからスイッチング素子Ｑ２、インダクタＬ３、コンデンサＣ４を介して電流が流れ、スイッチング素子Ｑ２がオフのとき、インダクタＬ３、コンデンサＣ４、ダイオードＤ２を介して回生電流が流れる。これにより、直流電源Ｅの直流電圧を降圧した直流電圧がコンデンサＣ４に充電される。降圧チョッパ制御部４０によりスイッチング素子Ｑ２のオンデューティ（一周期に占めるオン時間の割合）を変えることにより、コンデンサＣ４に得られる電圧を可変制御できる。
The circuit operation of the step-down
降圧チョッパ回路４の出力には極性反転回路６が接続されている。極性反転回路６はスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６よりなるフルブリッジ回路であり、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６のペアとＱ４，Ｑ５のペアが極性反転制御回路６０からの制御信号により低周波で交互にオンされることで、降圧チョッパ回路４の出力電力を矩形波交流電力に変換して高圧放電灯８に供給するものである。負荷である高圧放電灯８は、メタルハライドランプや高圧水銀ランプのような高輝度高圧放電灯（ＨＩＤランプ）である。
A
始動パルス発生回路７は、高圧放電灯８の始動時のみ動作し、高圧放電灯８を絶縁破壊させるための高圧パルス電圧を発生する。始動パルス電圧発生回路７は、昇圧チョッパ回路３で昇圧した直流電源Ｅから充電素子２２を介して所定の電圧値Ｖｃ１に充電されるコンデンサＣ１と、トランスＴ１の１次巻線Ｎ１と、外部制御信号によりオン／オフ可能なスイッチング素子Ｑ７と、スイッチング素子Ｑ７の過電流保護を行うインダクタＬ１とを直列に接続したトランス１次巻線回路と、トランスＴ１の１次巻線Ｎ１に発生する電圧Ｖｐ１を２次巻線Ｎ２との巻数比からＮ２／Ｎ１倍（以後、トランスの結合係数は１として説明する）に昇圧して高圧放電灯８に極性反転回路６の出力に重畳して高圧パルス電圧を印加するトランスＴ１の２次巻線Ｎ２とを有している。コンデンサＣ２は、トランスＴ１で発生した高電圧パルスが極性反転回路６の入力側に回り込まないようにブロックする高周波バイパス用のコンデンサであり、このコンデンサＣ２とトランスＴ１の２次巻線Ｎ２と高圧放電灯８とで直列閉回路を構成している。トランスＴ１の２次巻線Ｎ２に高圧パルス電圧が発生すると、コンデンサＣ２を介して高圧放電灯８の両端に印加されることになる。
The start pulse generation circuit 7 operates only when the high
制御回路Ｓは、昇圧チョッパ回路３の出力電圧をフィードバックし、一定の電圧となるよう制御する昇圧チョッパ制御部３０と、高圧放電灯８に適正な電力を供給するため、降圧チョッパ回路４の出力電圧を検出し、出力電圧に応じた所定の電流となるよう制御する降圧チョッパ制御部４０と、降圧チョッパ回路４の出力電圧により、高圧放電灯８の点灯・不点灯を判別する点灯判別部５０と、極性反転回路６のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６の制御を行う極性反転制御回路６０と、始動パルス発生回路７を制御する始動パルス発生回路制御部９０からなる。
The control circuit S feeds back the output voltage of the step-up
始動パルス発生回路７の構成の詳細を示す。始動パルス発生回路７は、トランスＴ１、外部信号によりオン／オフ可能なスイッチング素子Ｑ７、昇圧チョッパ回路３の出力電圧Ｖｃ３で充電されるコンデンサＣ１、スイッチング素子Ｑ７の過電流保護を行うインダクタＬ１からなり、制御回路Ｓの始動パルス発生回路制御部９０からの信号により、スイッチング素子Ｑ７を制御する。
Details of the configuration of the start pulse generation circuit 7 are shown. The start pulse generation circuit 7 includes a transformer T1, a switching element Q7 that can be turned on / off by an external signal, a capacitor C1 that is charged by the output voltage Vc3 of the
制御回路Ｓの始動パルス発生回路制御部９０の詳細を図２に示す。始動パルス発生回路制御部９０は、論理回路等で構成された始動パルス発生極性選択回路９５からなり、各論理回路には、パルス検出回路１２の検出信号と、点灯判別部５０の点灯判別信号と、極性反転制御回路６０の極性反転信号が入力されている。
The details of the start pulse generation
動作タイミングを図３に示し、説明する。制御回路Ｓの点灯判別部５０により、高圧放電灯８の点灯・不点灯を判別し、不点灯の場合、始動パルス発生回路７を動作させて、高圧放電灯８を始動する。
The operation timing is shown in FIG. 3 and will be described. The
始動パルス発生回路７は、昇圧チョッパ回路３の直流出力Ｖｃ３を電源として、コンデンサＣ１が充電され、制御回路Ｓの制御により、スイッチング素子Ｑ７がオンし、コンデンサＣ１の充電電圧が、インダクタＬ１、トランスＴ１の１次巻線Ｎ１、スイッチング素子Ｑ７、コンデンサＣ１の閉ループで放電され、トランスＴ１の２次巻線Ｎ２に高圧パルスが発生すると共に、検出用の巻線Ｎ３にも電圧を発生する。
The start pulse generating circuit 7 uses the DC output Vc3 of the step-up
トランスＴ１の検出巻線Ｎ３に発生した電圧は、パルス検出回路１２のコンパレータＣＰ１２で基準値と比較される。ここで、フィードバック巻線Ｎ３による電圧の検出は、パルス電圧を一定とする場合ほど、正確である必要はなく、所定値以上か所定値以下といった簡易な判別でよく、図２に示すような、簡単な構成でよい。
The voltage generated in the detection winding N3 of the transformer T1 is compared with a reference value by the comparator CP12 of the
図２のパルス検出回路１２では、フィードック巻線Ｎ３の一端を接地し、他端を半波整流用のダイオードＤ１２と微分用コンデンサＣ１２を介して、分圧用抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の直列回路に接続することで、コンパレータＣＰ１２の＋入力端子にパルス検出電圧を印加している。コンパレータＣＰ１２の−入力端子には、制御電源電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ１３，Ｒ１４で分圧した基準電圧が印加されている。コンパレータＣＰ１２の出力は抵抗Ｒ１５によりプルアップされたオープンコレクタまたはオープンドレイン出力であり、＋入力端子の検出電圧が−入力端子の基準電圧よりも高くなると、コンパレータＣＰ１２の出力端子はＨｉｇｈレベルとなる。
In the
コンパレータＣＰ１２の出力はオア回路ＯＲの一方の入力とされており、オア回路ＯＲの他方の入力はオア回路ＯＲの出力とされている。したがって、検出されたパルス電圧が基準値よりも高い場合は、オア回路ＯＲの出力がＨｉｇｈレベルとなり、トランジスタＴｒ９１をオンとするので、アンド回路ＡＮＤ１からダイオードＤ９１を介して出力されるパルストリガ信号（パルス発振部ＰＧの出力）を禁止するので、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の駆動信号に同期するスイッチング素子Ｑ７の駆動信号を無効にする。 The output of the comparator CP12 is one input of the OR circuit OR, and the other input of the OR circuit OR is the output of the OR circuit OR. Therefore, when the detected pulse voltage is higher than the reference value, the output of the OR circuit OR becomes High level and the transistor Tr91 is turned on, so that the pulse trigger signal (and output from the AND circuit AND1 via the diode D91) Since the output of the pulse oscillating unit PG is prohibited, the drive signal of the switching element Q7 synchronized with the drive signals of the switching elements Q3 and Q6 is invalidated.
これにより、始動パルス発生回路７により発生するパルス電圧は、パルス電圧の極性に対し、負の矩形波出力に重畳されるので、パルス電圧の振幅をＶｐ、矩形波出力の波高値をＶｒとすると、Ｖｐ−Ｖｒが高圧放電灯８に印加されることになる。
As a result, the pulse voltage generated by the starting pulse generation circuit 7 is superimposed on the negative rectangular wave output with respect to the polarity of the pulse voltage, so that the amplitude of the pulse voltage is Vp and the peak value of the rectangular wave output is Vr. , Vp−Vr is applied to the high
検出されたパルス電圧が基準値よりも低い場合は、オア回路ＯＲの出力がＬｏｗレベルであり、トランジスタＴｒ９２をオンとするので、アンド回路ＡＮＤ２からダイオードＤ９２を介して出力されるパルストリガ信号（パルス発振部ＰＧの出力）を禁止するので、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の駆動信号に同期するスイッチング素子Ｑ７の駆動信号を無効にする。 When the detected pulse voltage is lower than the reference value, the output of the OR circuit OR is at the low level, and the transistor Tr92 is turned on. Therefore, the pulse trigger signal (pulse) output from the AND circuit AND2 via the diode D92. Since the output of the oscillation unit PG is prohibited, the drive signal of the switching element Q7 synchronized with the drive signals of the switching elements Q4 and Q5 is invalidated.
これにより、始動パルス発生回路７により発生するパルス電圧は、パルス電圧の極性に対し、正の矩形波出力に重畳されるので、パルス電圧の振幅をＶｐ、矩形波出力の波高値Ｖｒとすると、Ｖｐ＋Ｖｒが高圧放電灯８に印加されることになる。
As a result, the pulse voltage generated by the start pulse generation circuit 7 is superimposed on the positive rectangular wave output with respect to the polarity of the pulse voltage. Therefore, when the amplitude of the pulse voltage is Vp and the peak value Vr of the rectangular wave output is Vp + Vr is applied to the high
このように、動作する矩形波の極性を変化させると、高圧放電灯８の両端に印加される電圧は、（Ｖｐ＋Ｖｒ）または（Ｖｐ−Ｖｒ）となり、矩形波の波高値の２倍の電圧差が生じる。
As described above, when the polarity of the operating rectangular wave is changed, the voltage applied to both ends of the high
したがって、トランスＴ１のフィードバック巻線Ｎ３の検出結果により、始動パルス発生回路７のスイッチング素子Ｑ７がオン動作する極性を切り替えることで、出力配線長により低下するパルス電圧を補い、高圧放電灯の両端電圧として、始動に必要な電圧を確保することができる。 Therefore, by switching the polarity at which the switching element Q7 of the starting pulse generation circuit 7 is turned on based on the detection result of the feedback winding N3 of the transformer T1, the pulse voltage that decreases due to the output wiring length is compensated, and the voltage across the high-pressure discharge lamp is compensated. As a result, a voltage required for starting can be secured.
ここで、出力配線長が最短の時、（Ｖｐ−Ｖｒ）が高圧放電灯点灯装置で規定される始動パルス電圧の最大値近傍に設定されるのがよく、動作する極性の切替えは、（Ｖｐ−Ｖｒ）が出力配線長が最大の時、（Ｖｐ−Ｖｒ）が高圧放電灯点灯装置で規定される始動パルス電圧の最小値となるＶｐ相当の検出電圧でなされるのがよい。 Here, when the output wiring length is the shortest, (Vp−Vr) is preferably set in the vicinity of the maximum value of the starting pulse voltage defined by the high pressure discharge lamp lighting device. When -Vr) is the maximum output wiring length, (Vp-Vr) is preferably a detection voltage corresponding to Vp, which is the minimum value of the starting pulse voltage defined by the high pressure discharge lamp lighting device.
（実施形態２）
本発明の実施形態２を図４に示す。回路構成について、先の第１の実施形態と異なる点は、始動パルス発生回路７の構成において、発生する出力パルスが正負交互になるよう、トランスＴ１に、第１の１次巻線Ｎ１ａと第２の１次巻線Ｎ１ｂを設け、それぞれに、スイッチング素子Ｑ７ａとスイッチング素子Ｑ７ｂを接続している点である。
(Embodiment 2)
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. The circuit configuration is different from that of the first embodiment described above, in the configuration of the start pulse generation circuit 7, the transformer T1 is provided with the first primary winding N1a and the first primary winding N1 so that the generated output pulses are alternately positive and negative. Two primary windings N1b are provided, and a switching element Q7a and a switching element Q7b are connected to each of them.
制御回路Ｓの始動パルス発生回路制御部９０の詳細を図５に示す。また、動作タイミングを図６に示し、説明する。
Details of the start pulse generation
制御回路Ｓの点灯判別部５０により、高圧放電灯８の点灯・不点灯を判別し、不点灯の場合、パルス発振部ＰＧを発振動作し、高圧放電灯８を始動する。
The
始動パルス発生回路７は、昇圧チョッパ回路３の直流出力Ｖｃ３を電源として、コンデンサＣ１が充電され、制御回路Ｓの制御により、スイッチング素子Ｑ７ａがオンし、コンデンサＣ１の充電電圧が、インダクタＬ１、トランスＴ１の１次巻線Ｎ１ａ、スイッチング素子Ｑ７ａ、コンデンサＣ１の閉ループで放電され、トランスＴ１の２次巻線Ｎ２に高圧パルスが発生すると共に、検出用の巻線Ｎ３にも電圧を発生する。
The start pulse generation circuit 7 is charged with the capacitor C1 using the DC output Vc3 of the
トランスの検出巻線Ｎ３に発生した電圧は、パルス検出回路１２のコンパレータＣＰ１２で基準値と比較される。
The voltage generated in the detection winding N3 of the transformer is compared with a reference value by the comparator CP12 of the
本実施形態では、正負両極性のパルス電圧を検出可能とするべく、検出巻線Ｎ３のセンタータップを接地し、検出巻線Ｎ３の両端を全波整流用のダイオードＤ１１，Ｄ１２のアノードに接続し、各ダイオードＤ１１，Ｄ１２のカソードを微分用コンデンサＣ１２を介して電圧分圧用の抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の直列回路に接続している。 In the present embodiment, the center tap of the detection winding N3 is grounded and both ends of the detection winding N3 are connected to the anodes of the full-wave rectifying diodes D11 and D12 so that the positive and negative polarity pulse voltages can be detected. The cathodes of the diodes D11 and D12 are connected to a series circuit of voltage dividing resistors R11 and R12 via a differentiation capacitor C12.
ここで、検出されたパルス電圧が基準値よりも高い場合は、オア回路ＯＲの出力がＨｉｇｈレベルに固定され、極性反転回路６のスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の駆動信号がＨｉｇｈレベルとなる矩形波出力極性において第１のスイッチング素子Ｑ７ａがオン、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の駆動信号がＨｉｇｈレベルとなる矩形波出力極性において第２のスイッチング素子Ｑ７ｂがオンするように、切替回路Ｑｓｗが固定される。
Here, when the detected pulse voltage is higher than the reference value, the output of the OR circuit OR is fixed at the high level, and the rectangular wave output in which the drive signals of the switching elements Q4 and Q5 of the
これにより、始動パルス発生回路７により発生するパルス電圧は、パルス電圧の極性に対し、逆極性となる矩形波出力に重畳されるので、パルス電圧の振幅をＶｐ、矩形波出力の波高値をＶｒとすると、Ｖｐ−Ｖｒが高圧放電灯８に印加されることになる。
As a result, the pulse voltage generated by the starting pulse generation circuit 7 is superimposed on the rectangular wave output having the opposite polarity to the polarity of the pulse voltage, so the amplitude of the pulse voltage is Vp and the peak value of the rectangular wave output is Vr. Then, Vp−Vr is applied to the high
検出されたパルス電圧が基準値よりも低い場合は、オア回路ＯＲの出力はＬｏｗレベルに固定され、Ｈｉｇｈレベルのときとは逆のタイミング、すなわち、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の駆動信号がＨｉｇｈレベルとなる矩形波出力極性においてスイッチング素子Ｑ７ｂがオン、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の駆動信号がＨｉｇｈレベルとなる矩形波出力極性においてスイッチング素子Ｑ７ａがオンするように、切替回路Ｑｓｗが固定される。 When the detected pulse voltage is lower than the reference value, the output of the OR circuit OR is fixed at the Low level, and the timing opposite to that at the High level, that is, the drive signals of the switching elements Q4 and Q5 are set to the High level. The switching circuit Qsw is fixed so that the switching element Q7b is turned on at the rectangular wave output polarity and the switching element Q7a is turned on at the rectangular wave output polarity at which the drive signals of the switching elements Q3 and Q6 are at the high level.
これにより、始動パルス発生回路７により発生するパルス電圧は、パルス電圧の極性に対し、同じ極性の矩形波出力に重畳されるので、パルス電圧の振幅をＶｐ、矩形波出力の波高値をＶｒとすると、Ｖｐ＋Ｖｒが高圧放電灯８に印加されることになる。
As a result, the pulse voltage generated by the start pulse generation circuit 7 is superimposed on the rectangular wave output having the same polarity with respect to the polarity of the pulse voltage, so the amplitude of the pulse voltage is Vp and the peak value of the rectangular wave output is Vr. Then, Vp + Vr is applied to the high
このように、矩形波出力の極性に応じてパルス電圧の極性を変化させると、高圧放電灯８の両端に印加される電圧は、（Ｖｐ＋Ｖｒ）または（Ｖｐ−Ｖｒ）となり、矩形波の波高値の２倍の電圧差が生じる。
As described above, when the polarity of the pulse voltage is changed according to the polarity of the rectangular wave output, the voltage applied to both ends of the high-
したがって、トランスＴ１のフィードバック巻線Ｎ３の検出結果により、始動パルス発生回路７のスイッチング素子Ｑ７ａ，Ｑ７ｂがオン動作する極性を切り替えることで、出力配線長により低下するパルス電圧を補い、高圧放電灯８の両端電圧として、始動に必要な電圧を確保することができる。
Therefore, by switching the polarity at which the switching elements Q7a and Q7b of the starting pulse generating circuit 7 are turned on based on the detection result of the feedback winding N3 of the transformer T1, the pulse voltage that decreases due to the output wiring length is compensated, and the high-
また、フィードバック巻線Ｎ３による電圧の検出は、パルス電圧を一定とする場合ほど、正確である必要はなく、所定値以上か所定値以下かといった簡易な判別でよく、図５に示すような、簡単な構成でよいことは明らかである。 In addition, the voltage detected by the feedback winding N3 does not need to be as accurate as when the pulse voltage is constant, and can be simply determined as to whether it is greater than or equal to a predetermined value, as shown in FIG. Obviously, a simple configuration is sufficient.
ここで、出力配線長が最短の時、（Ｖｐ−Ｖｒ）が高圧放電灯点灯装置で規定される始動パルス電圧の最大値近傍に設定されるのがよく、動作する極性の切替えは、（Ｖｐ−Ｖｒ）が出力配線長が最大の時、（Ｖｐ−Ｖｒ）が高圧放電灯点灯装置で規定される始動パルス電圧の最小値となるＶｐ相当の検出電圧でなされるのがよい。 Here, when the output wiring length is the shortest, (Vp−Vr) is preferably set in the vicinity of the maximum value of the starting pulse voltage defined by the high pressure discharge lamp lighting device. When -Vr) is the maximum output wiring length, (Vp-Vr) is preferably a detection voltage corresponding to Vp, which is the minimum value of the starting pulse voltage defined by the high pressure discharge lamp lighting device.
（変形例１）
上述の各実施形態において、極性反転回路６はフルブリッジ回路を例示したが、ハーフブリッジ回路であっても良い。その場合、２個のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の直列回路に代えて、２個の電解コンデンサの直列回路を配置し、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を低周波で交互にオン・オフさせれば良い。
(Modification 1)
In each of the embodiments described above, the
（変形例２）
また、電力変換回路としての降圧チョッパ回路４は極性反転回路６を構成するフルブリッジ回路またはハーフブリッジ回路のスイッチング素子と兼用しても良い。例えば、図１または図４の回路図において、降圧チョッパ回路４を省略し、極性反転回路６のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４とスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の接続点の間に、チョッパチョークとしてのインダクタＬ３と出力コンデンサＣ２の直列回路を接続し、出力コンデンサＣ２の両端にトランスＴ１の２次巻線Ｎ２と高圧放電灯８の直列回路を接続し、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ６を低周波で交互にオン・オフすると共に、スイッチング素子Ｑ４がオンとなる出力極性では、スイッチング素子Ｑ５を高周波でオン・オフし、スイッチング素子Ｑ６がオンとなる出力極性では、スイッチング素子Ｑ３を高周波でオン・オフすれば、極性反転回路６と電力変換回路としての降圧チョッパ回路４を一体化できる。その場合、周知のようにスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５の寄生ダイオード（ＭＯＳＦＥＴに内蔵された逆方向ダイオード）が降圧チョッパ回路４の回生電流通電用のダイオードとして兼用されることになる。
(Modification 2)
The step-down
（実施形態３）
本発明の第３の実施形態として、図４に示す高圧放電灯点灯装置において、パルス発生極性選択回路９５をマイコンにて構成した場合を図７に示す。マイコンの処理フローを図８に示す。
(Embodiment 3)
As a third embodiment of the present invention, FIG. 7 shows a case where the pulse generation
マイコンは、極性反転制御回路６０より、矩形波を生成するためのスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６の駆動信号を読み込み、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５がオンする時、矩形波極性と逆極性となる高圧パルス電圧を発生するスイッチング素子Ｑ７ａをオンする。スイッチング素子Ｑ７ａのオンにより発生した高圧パルス電圧は、トランスＴ１の３次巻線Ｎ３およびパルス検出回路１２を介し、検出値をマイコンに読み込む。
The microcomputer reads the driving signals of the switching elements Q3 to Q6 for generating a rectangular wave from the polarity
マイコンは、読み込んだ検出値が所定値より大きい際には、次の矩形波半サイクルのスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の駆動信号と同期し、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６のスイッチングにより発生する矩形波極性と逆極性となる高圧パルス電圧を発生するスイッチング素子Ｑ７ｂをオンする。 When the read detection value is larger than the predetermined value, the microcomputer synchronizes with the drive signal of the switching elements Q3 and Q6 in the next rectangular wave half cycle and is opposite to the rectangular wave polarity generated by the switching of the switching elements Q3 and Q6. The switching element Q7b that generates a high-voltage pulse voltage having polarity is turned on.
以後、この動作を繰り返す。高圧パルス電圧の検出値が所定値より小さい場合は、次の矩形波極性において、高圧パルス電圧の極性が矩形波極性と同極性となるように、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５のオンする極性ではスイッチング素子Ｑ７ｂ、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６のオンする極性ではスイッチング素子Ｑ７ａがオンするように制御する。 Thereafter, this operation is repeated. When the detected value of the high voltage pulse voltage is smaller than the predetermined value, the switching element Q4, Q5 is turned on so that the polarity of the high voltage pulse voltage is the same as the rectangular wave polarity in the next rectangular wave polarity. Control is performed so that the switching element Q7a is turned on in the polarity in which Q7b and the switching elements Q3 and Q6 are turned on.
また、マイコンは、高圧パルス電圧の発生後、高圧放電灯８の点灯・不点灯を判別する点灯判別部５０の出力を読み込んでおり、高圧放電灯８が点灯した際には、以降の高圧パルス電圧の発生を停止する。
The microcomputer is, after the occurrence of high-voltage pulse voltage, and reads the output of the
以上のように、マイコンで構成することで、簡易な構成で機能を実現できると共に、本実施形態に示すように、各矩形波半サイクル毎に発生する高圧パルス電圧を所定値と比較し、高圧放電灯８の始動電圧が適正となるように極性を制御することが容易に実現可能である。
As described above, by configuring with a microcomputer, the function can be realized with a simple configuration, and as shown in the present embodiment, the high-voltage pulse voltage generated for each half-cycle of the rectangular wave is compared with a predetermined value, It is possible to easily control the polarity so that the starting voltage of the
なお、本実施形態では、始動パルス発生極性選択回路９５として、マイコンを使用した例を示しているが、当該マイコンに他の制御機能、例えば、極性反転制御回路６０や点灯判別部５０の機能などを含んでいてもよい。
In the present embodiment, an example is shown in which a microcomputer is used as the start pulse generation
（実施形態４）
図９は本発明の高圧放電灯点灯装置を用いた照明器具の構成例を示す。（ａ）、（ｂ）はそれぞれスポットライトにＨＩＤランプを用いた例、（ｃ）はダウンライトにＨＩＤランプを用いた例であり、図中、８は高圧放電灯、８１は高圧放電灯を装着した灯体、８２は配線、８３は点灯装置の回路を格納した安定器である。これらの照明器具を複数組み合わせて照明システムを構築しても良い。これらの点灯装置として前述の実施形態１〜３のいずれかの高圧放電灯点灯装置を用いることで、始動パルスのピーク値を適正化でき、配線８２が長くても始動可能となる。また、配線８２が短いときには始動パルスのピーク値を低減できる。
(Embodiment 4)
FIG. 9 shows a structural example of a lighting fixture using the high pressure discharge lamp lighting device of the present invention. (A), (b) is an example using an HID lamp as a spotlight, and (c) is an example using an HID lamp as a downlight. In the figure, 8 is a high pressure discharge lamp, 81 is a high pressure discharge lamp. A mounted lamp body, 82 is a wiring, and 83 is a ballast storing a circuit of a lighting device. A lighting system may be constructed by combining a plurality of these lighting fixtures. By using the high pressure discharge lamp lighting device according to any of the first to third embodiments as these lighting devices, the peak value of the start pulse can be optimized, and the start can be started even if the
出力線長を延長しても高圧パルス電圧の減衰しない本発明の高圧放電灯点灯装置を搭載することで、配線８２を例えば２ｍ〜１０ｍの範囲で延長することが可能となり、施工性が高まったり、安定器８３の一括設置が可能となり、電源線の引き回し距離が短くできたり、安定器８３の一括点検が可能となる等の利点がある。
By installing the high pressure discharge lamp lighting device of the present invention in which the high voltage pulse voltage is not attenuated even if the output line length is extended, the
Ｅ 直流電源
４ 降圧チョッパ回路（電力変換回路）
６ 極性反転回路
７ 始動パルス発生回路
８ 高圧放電灯
１２ 始動パルス検出回路
９５ 始動パルス発生極性選択回路
E
6 Polarity inversion circuit 7 Start
Claims (4)
電力変換回路の出力を矩形波交流に変換し、高圧放電灯に印加する極性反転回路と、
始動用の高圧パルス電圧を高圧放電灯に印加する始動パルス発生回路と、
上記各回路を制御する制御回路を備えた高圧放電灯点灯装置において、
前記始動パルス発生回路は、
少なくともコンデンサとトランスの１次巻線とスイッチング素子の直列接続からなるトランス１次巻線回路と、
前記トランスの２次巻線を高圧放電灯に接続し、トランスの１次巻線に発生する電圧を昇圧した高圧パルス電圧を高圧放電灯に印加する２次巻線回路と、
前記トランスに設けられた３次巻線に発生する電圧により高圧パルス電圧の電圧レベルを検出する始動パルス検出回路を有する３次巻線回路とからなり、
前記制御回路は、前記３次巻線回路の検出結果により、高圧パルス電圧の発生する矩形波極性を選択する始動パルス発生極性選択回路を有し、前記始動パルス発生極性選択回路は、３次巻線回路の検出結果により、高圧パルス電圧が所定値より高い場合は、高圧パルス電圧の極性が逆極性の矩形波極性の時に高圧パルス電圧を発生し、高圧パルス電圧が所定値より低い場合は、高圧パルス電圧の極性が同極性の矩形波極性の時に高圧パルス電圧を発生するように高圧パルス電圧の発生する矩形波極性を選択することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。 A power conversion circuit that converts the output of the DC power source to supply power to the high-pressure discharge lamp as a load;
A polarity inversion circuit that converts the output of the power conversion circuit into a rectangular wave alternating current and applies it to the high-pressure discharge lamp;
A starting pulse generating circuit for applying a high voltage pulse voltage for starting to the high pressure discharge lamp;
In the high pressure discharge lamp lighting device provided with a control circuit for controlling the above circuits,
The starting pulse generating circuit is
A transformer primary winding circuit comprising at least a capacitor, a transformer primary winding and a switching element connected in series;
A secondary winding circuit for connecting a secondary winding of the transformer to a high-pressure discharge lamp and applying a high-voltage pulse voltage obtained by boosting a voltage generated in the primary winding of the transformer to the high-pressure discharge lamp;
A tertiary winding circuit having a starting pulse detection circuit for detecting a voltage level of a high voltage pulse voltage by a voltage generated in a tertiary winding provided in the transformer;
The control circuit includes a start pulse generation polarity selection circuit that selects a rectangular wave polarity in which a high voltage pulse voltage is generated based on a detection result of the tertiary winding circuit, and the start pulse generation polarity selection circuit is a tertiary winding. When the high-voltage pulse voltage is higher than a predetermined value according to the detection result of the line circuit, the high-voltage pulse voltage is generated when the polarity of the high-voltage pulse voltage is a reverse polarity rectangular wave polarity, and when the high-voltage pulse voltage is lower than the predetermined value, high-pressure discharge lamp lighting device according to claim you to select the rectangular wave polarity generated by the high-voltage pulse to generate a high-voltage pulse when the rectangular wave polarity polarity of the same polarity of the high pressure pulse voltage.
電力変換回路の出力を矩形波交流に変換し、高圧放電灯に印加する極性反転回路と、
始動用の高圧パルス電圧を高圧放電灯に印加する始動パルス発生回路と、
上記各回路を制御する制御回路を備えた高圧放電灯点灯装置において、
前記始動パルス発生回路は、
少なくともコンデンサとトランスの１次巻線とスイッチング素子の直列接続からなるトランス１次巻線回路と、
前記トランスの２次巻線を高圧放電灯に接続し、トランスの１次巻線に発生する電圧を昇圧した高圧パルス電圧を高圧放電灯に印加する２次巻線回路と、
前記トランスに設けられた３次巻線に発生する電圧により高圧パルス電圧の電圧レベルを検出する始動パルス検出回路を有する３次巻線回路とからなり、
前記制御回路は、前記３次巻線回路の検出結果により、高圧パルス電圧の発生する矩形波極性を選択する始動パルス発生極性選択回路を有し、始動パルス発生回路のトランスは逆方向に接続された第１及び第２の１次巻線を備え、
トランス１次巻線回路は、トランスの第１の１次巻線を第１のスイッチング素子を介してコンデンサに接続する第１のトランス１次巻線回路と、トランスの第２の１次巻線を第２のスイッチング素子を介して前記コンデンサに接続する第２のトランス１次巻線回路よりなり、
前記始動パルス発生極性選択回路は、３次巻線回路の検出結果により、高圧パルス電圧が所定値より高い場合は、高圧パルス電圧の極性が矩形波極性と逆極性となり、高圧パルス電圧が所定値より低い場合は、高圧パルス電圧の極性が矩形波極性と同極性となるように、始動パルス発生回路の第１および第２の１次巻線回路を制御することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。 A power conversion circuit that converts the output of the DC power source to supply power to the high-pressure discharge lamp as a load;
A polarity inversion circuit that converts the output of the power conversion circuit into a rectangular wave alternating current and applies it to the high-pressure discharge lamp;
A starting pulse generating circuit for applying a high voltage pulse voltage for starting to the high pressure discharge lamp;
In the high pressure discharge lamp lighting device provided with a control circuit for controlling the above circuits,
The starting pulse generating circuit is
A transformer primary winding circuit comprising at least a capacitor, a transformer primary winding and a switching element connected in series;
A secondary winding circuit for connecting a secondary winding of the transformer to a high-pressure discharge lamp and applying a high-voltage pulse voltage obtained by boosting a voltage generated in the primary winding of the transformer to the high-pressure discharge lamp;
A tertiary winding circuit having a starting pulse detection circuit for detecting a voltage level of a high voltage pulse voltage by a voltage generated in a tertiary winding provided in the transformer;
The control circuit has a start pulse generation polarity selection circuit that selects a rectangular wave polarity in which a high voltage pulse voltage is generated based on the detection result of the tertiary winding circuit, and the transformer of the start pulse generation circuit is connected in the reverse direction. First and second primary windings,
The transformer primary winding circuit includes a first transformer primary winding circuit that connects the first primary winding of the transformer to the capacitor via the first switching element, and a second primary winding of the transformer. Comprising a second transformer primary winding circuit connecting the capacitor to the capacitor via a second switching element,
When the high voltage pulse voltage is higher than a predetermined value according to the detection result of the tertiary winding circuit, the start pulse generation polarity selection circuit has a polarity opposite to the rectangular wave polarity and the high voltage pulse voltage is a predetermined value. If lower, like polar high-voltage pulse voltage is a rectangular wave having the same polarity, the high-pressure discharge lamp which is characterized that you control the first and second primary winding circuit of the starting pulse generating circuit Lighting device.
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