JP5081001B2 - 高圧放電灯点灯装置、照明器具 - Google Patents

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。

図２４は従来の高圧放電灯点灯装置を示すブロック図である。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、高圧パルスを発生させて高圧放電灯８を始動させる。

高圧放電灯は、一例として始動時の高圧パルス電圧が３〜５ｋＶ（ピーク値）と規定されている。高圧放電灯点灯装置は、出力配線長が長くなると高圧パルス電圧が出力容量の増大によって減衰するため、高圧放電灯の始動パルス電圧規定値を下回り、例えば出力配線長が１０ｍの場合、高圧放電灯が始動しない問題が発生する。よって、高圧放電灯点灯装置の出力配線長は、２ｍ以下の規定があり、施工上の制約となっている。出力配線長が１０ｍでも高圧パルス電圧４ｋＶを出力できるように設計すればよいが、この高圧放電灯点灯装置を出力配線長が２ｍ以下で使用すると高圧パルス電圧が５、６ｋＶ（ピーク値）以上にもなり、配線、ソケット、高圧放電灯等でリークの可能性がある。

そこで、特許文献１（特開２００７−５２９７７）では、図２５に示すように、高圧パルス電圧をフィードバックして一定化することにより、出力配線長が増加して出力容量が増えても、高圧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案している。この高圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯８に始動時に高圧パルス電圧を供給する始動パルス発生回路７と、始動パルス発生回路を制御する制御回路９を有する。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、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、スイッチング素子Ｑ７のオン／オフにより発生する高圧パルス電圧を昇圧するトランスＴ１、トランスＴ１で発生した高電圧パルスが極性反転回路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。また、トランスＴ１に設けられた３次巻線Ｎ３に発生する電圧を分圧する電圧分圧回路１１と、この電圧分圧回路１１の出力から始動パルス電圧成分を検出し、前記制御回路９にフィードバックするパルス検出回路１２とを備えており、パルス検出回路１２の出力を、制御回路９にフィードバックする。高圧パルス電圧が規定値内に維持されるように制御回路９がスイッチング素子Ｑ７を制御する。電圧分圧回路１１の出力には、必要な高圧パルス電圧成分以外に、種々の電圧成分が含まれる。パルス検出回路１２は、この中から高圧パルス電圧成分を検出する。
特開２００７−５２９７７号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、トランスＴ１の２次巻線Ｎ２に発生する高圧パルス電圧を所定範囲内に維持するために、コンデンサＣ１の充電電圧Ｖｃ１やスイッチング素子Ｑ７のオンするタイミングを細かく制御する必要があり、構成が複雑となる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、電力変換回路の出力電圧可変機能を利用することで、簡単な構成で、高圧放電灯の両端に印加される始動用の高圧パルス電圧のピーク値を規定範囲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。

請求項１の発明は、前記の課題を解決するために、図４、図５に示すように、直流電源（昇圧チョッパ回路３）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、前記各回路を制御する制御回路３０，４０，６０，９０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３次巻線回路とからなり、前記制御回路３０，４０，６０，９０は、前記３次巻線回路により検出された高圧パルス電圧の検出値に応じて、高圧パルス電圧と始動時の電力変換回路の出力電圧の和を所定範囲内に維持するように、電力変換回路の出力電圧を変化させることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記制御回路４０は、高圧パルス電圧の極性と同極性の矩形波出力時のみ、高圧パルス電圧と始動時の電力変換回路の出力電圧の和を所定範囲内に維持するように制御することを特徴とする（図２０）。

請求項３の発明は、請求項１〜２の発明において、前記制御回路４０は、前記始動パルス発生回路７のスイッチング素子Ｑ７がオンしている期間のみ、前記電力変換回路の出力電圧を変化させることを特徴とする（図２２）。

請求項４の発明は、前記の課題を解決するために、直流電源（昇圧チョッパ回路３）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、前記各回路を制御する制御回路３０，４０，６０，９０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３次巻線回路とからなり、前記制御回路３０，４０，６０，９０は、前記３次巻線回路により検出された高圧パルス電圧の検出値に応じて、高圧パルス電圧と始動時の電力変換回路の出力電圧の和を所定の範囲内に維持するように制御するものであって、前記制御回路４０は、前記電力変換回路が始動時に一定の変化をする電圧を出力するように制御し、高圧パルス電圧と始動時の電力変換回路の出力電圧の和が所定範囲内となる電力変換回路の出力電圧時に、前記始動パルス発生回路７のスイッチング素子Ｑ７をオンすることを特徴とする（図１０）。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記制御回路４０は、前記電力変換回路の出力電圧を矩形波の半サイクル区間で連続的に変化させることを特徴とする（図１１）。

請求項６の発明は、請求項４の発明において、前記制御回路４０は、前記電力変換回路の出力電圧を矩形波の半サイクル区間で階段状に変化させることを特徴とする（図１７）。

請求項７の発明は、請求項１〜６の発明において、前記制御回路は、高圧パルス電圧の極性と同極性の矩形波極性のみ前記始動パルス発生回路を動作させることを特徴とする（図２０）。

請求項８の発明は、請求項１〜７の高圧放電灯点灯装置を具備した照明器具である（図２３）。

本発明によれば、電力変換回路の出力電圧可変機能を利用しているので、高圧パルス電圧に重畳される矩形波交流出力の振幅を可変とすることにより、高圧放電灯の両端に印加されるピーク電圧を規定範囲内に維持することができる。高圧放電灯点灯装置の電力変換回路は、安定点灯時のバラストとして機能することから、任意に設定された一定電圧を出力するように構成されており、その出力目標値を変えることは比較的容易に実現できる。本発明では、高圧パルス電圧を発生させるトランスの３次巻線から得られた高圧パルス電圧の検出値により、高圧パルス電圧と電力変換回路の出力電圧の和を所定範囲内に維持するよう制御することで、安価な構成でありながら、不必要な高電圧を発生することなく確実な始動が可能な高圧放電灯点灯装置を提供することができる。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１のブロック図である。昇圧チョッパ回路３は直流電源の一部として使用し、降圧チョッパ回路３は電力変換回路として使用する。図２は昇圧チョッパ回路３、降圧チョッパ回路４、始動パルス電圧発生回路７、及び各チョッパ回路の制御回路３０、４０の詳細図である。

昇圧チョッパ回路３の回路構成について説明する。整流回路２の出力端には、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、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回路３０により制御される。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、整流回路２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、整流回路２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。

本実施形態で用いる直流電源は、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、整流回路２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、直流電源は電池でもよいし、市販の直流電源でもよい。

直流電源には、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。

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。

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回路４０からの制御信号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、昇圧チョッパ回路３の出力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、昇圧チョッパ回路３の出力電圧を降圧した直流電圧がコンデンサＣ４に充電される。降圧チョッパ制御回路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。

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４個のスイッチング素子よりなるフルブリッジ回路であり、矩形波制御回路６０からの矩形波極性切替信号に同期して、降圧チョッパ回路４の出力電力を低周波の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。

降圧チョッパ回路４の制御回路４０は、定常動作時に降圧チョッパ回路４の出力目標値を設定する定常時制御回路４３と、始動時にパルス検出回路１２で検出された高圧パルス電圧を高圧パルス電圧の目標値と比較し、降圧チョッパ回路４の出力目標値を設定する始動時制御回路４４と、降圧チョッパ回路４の出力電流を検出し、始動時制御回路４４と定常時制御回路４３の切替えを行う状態切替回路５０と、降圧チョッパ回路４の出力を検出する出力検出回路４１と、始動時制御回路４４または定常時制御回路４３からの入力をもとにスイッチング素子Ｑ２のオン／オフを制御するＦＥＴ制御回路４２からなる。

また、昇圧チョッパ回路３の制御回路３０は、定常動作時に昇圧チョッパ回路３の出力目標値を設定する定常時制御回路３３と、始動時に昇圧チョッパ回路３の出力目標値を設定する始動時制御回路３４と、昇圧チョッパ回路３の出力を検出する出力検出回路３１と、始動時制御回路３４または定常時制御回路３３からの入力をもとにスイッチング素子Ｑ１のオン／オフを制御するＦＥＴ制御回路３２からなる。

図３は高圧放電灯８への出力配線長が短く、配線の浮遊容量が非常に小さいときの各部波形である。このときのトランスＴ１の昇圧後の高圧パルス電圧の最大値を、高圧パルス電圧の目標値Ｖｍとし、降圧チョッパ回路４の出力電圧値を降圧チョッパ回路３の通常時の出力目標値Ｖｒとする。

図４は高圧放電灯８への出力配線長が長く、配線の浮遊容量の影響でトランスＴ１の昇圧後の高圧パルス電圧が減衰した時の各部波形である。トランスＴ１の昇圧後の高圧パルス電圧は、トランスＴ１の３次巻線Ｎ３で検出され、電圧分圧回路１１による電圧の分圧を経て、パルス検出回路１２で高圧パルス電圧成分を検出し、降圧チョッパ制御回路４０内の始動時制御回路４４にフィードバックされる。始動時制御回路４４は、フィードバックされた高圧パルス電圧Ｖｐと、高圧パルス電圧の目標値Ｖｍの差（目標値からの不足電圧ΔＶ）から、降圧チョッパ回路４の出力目標値を、降圧チョッパ回路４の通常時目標値ＶｒよりもΔＶだけ高く設定する。降圧チョッパ制御回路４０のＦＥＴ制御回路４２は、始動時制御回路４４の出力を受け、スイッチング素子Ｑ２の制御を行う。出力検出回路４１は、降圧チョッパ回路４の出力電圧を検出し、ＦＥＴ制御回路４２にフィードバックする。これにより降圧チョッパ回路４の出力電圧を出力目標値となるよう制御する。

図５は、降圧チョッパ制御回路４０の始動時制御回路４４が設定した降圧チョッパ回路４の出力目標値Ｖｄが、降圧チョッパ回路４の入力電圧より高い電圧値である場合の各部波形である。この時、降圧チョッパ制御回路４０の始動時制御回路４４は、昇圧チョッパ制御回路３０の始動時制御回路３４に出力目標値Ｖｄを伝達する。昇圧チョッパ制御回路３０の始動時制御回路３４は、昇圧チョッパ回路３の出力目標値Ｖｕとして、降圧チョッパ回路４の出力目標値Ｖｄよりも高い電圧を設定する。昇圧チョッパ制御回路３０のＦＥＴ制御回路３２は、始動時制御回路３４の出力を受け、スイッチング素子Ｑ１の制御を行う。出力検出回路３１は、昇圧チョッパ回路３の出力電圧を検出し、ＦＥＴ制御回路３２にフィードバックする。このように昇圧チョッパ回路３の出力電圧を上げることで、降圧チョッパ回路４の入力電圧が上がり、降圧チョッパ回路４の出力の上限を広げることができる。

図６に本実施形態の降圧チョッパ制御回路４０の始動時制御回路４４の構成を示す。また、図４の場合に対応する各部の動作波形を図７に示す。始動時制御回路４４は、ピーク値検出部４４ａ、高圧パルス変化検出部４４ｂ、降圧チョッパ回路出力目標値設定部４４ｃからなる。ピーク値検出部４４ａでは、パルス検出回路１２からの高圧パルス電圧のフィードバックを受けて、高圧パルス電圧のピーク値Ｖｐを検出する。高圧パルス変化検出部４４ｂでは、高圧パルス電圧のピーク値Ｖｐと、高圧パルス電圧の目標値Ｖｍとの差を計算し、出力する。降圧チョッパ回路出力目標値設定部４４ｃでは、降圧チョッパ回路４の基準電圧Ｖｒに、高圧パルス電圧変化分ΔＶを足し合わせ、降圧チョッパ回路出力目標値としてＦＥＴ制御回路４２へ出力する。

以上のように、トランスＴ１による昇圧後の高圧パルス電圧の不足分を、降圧チョッパ回路４の出力電圧で補うことにより、始動時の高圧放電灯８の両端電圧のピーク値を常に一定に保つことができる。

（実施形態２）
図８は本発明の実施形態２のブロック図である。図９は昇圧チョッパ回路３、降圧チョッパ回路４、始動パルス電圧発生回路７、及び各チョッパ回路の制御回路３０、４０の詳細図である。

降圧チョッパ制御回路４０は、定常動作時に降圧チョッパ回路出力目標値を設定する定常時制御回路４３と、始動時に降圧チョッパ回路４の出力電圧がある一定の変化をするように設定する始動時制御回路４４と、降圧チョッパ回路４の出力電流を検出し、始動時制御回路４４と定常時制御回路４３の切替えを行う状態切替回路５０と、降圧チョッパ回路４の出力を検出する出力検出回路４１と、始動時制御回路４４または定常時制御回路４３からの入力をもとにスイッチング素子Ｑ２のオン／オフを制御するＦＥＴ制御回路４２からなる。

図１０に各部の動作波形を示す。

無負荷時には、図１１のように、降圧チョッパ回路４の出力電圧がある一定の変化をするように制御する。横軸は時間、縦軸は電圧値である。ここでは、降圧チョッパ回路４の出力電圧を極性反転回路６により低周波交流出力に変換した後の電圧波形を示している。低周波交流の周期は一般的には数百Ｈｚであり、振幅は数百Ｖである。

始動パルス発生回路制御回路９０は、スイッチング素子Ｑ７のオン／オフ制御を行うＦＥＴ制御回路９６と、降圧チョッパ回路４の出力の変化量を検出する降圧チョッパ回路出力変化検出回路９７とからなる。始動パルス発生回路制御回路９０のＦＥＴ制御回路９６は、パルス検出回路１２からの出力（高圧パルス電圧の低下値）と、降圧チョッパ回路出力変化検出回路９７の出力（降圧チョッパ回路出力の上昇値）が等しくなった時にスイッチング素子Ｑ７をオンさせる。

図１２に本実施形態の降圧チョッパ制御回路４０の始動時制御回路４４の具体的な回路構成例を示す。この始動時制御回路４４は、定電流回路を通してコンデンサを充電してゆき、極性反転回路６の極性切替動作時にコンデンサを放電させることで、図１３のような出力目標値を出力する。

図１４、図１５に始動パルス発生回路制御回路９０の構成を示す。図１６は各部の動作波形である。

図１４は始動パルス発生回路制御回路９０における降圧チョッパ回路出力変化検出回路９７の詳細を示している。この回路はオペアンプにより構成されており、降圧チョッパ回路４の出力変化値を計算し、ＦＥＴ制御回路９６へ出力する。

図１５は始動パルス発生回路制御回路９０におけるＦＥＴ制御回路９６の詳細を示している。ＦＥＴ制御回路９６のピーク値検出部９６ａ、高圧パルス電圧変化検出部９６ｂは、実施形態１と同様にして、高圧パルス電圧のフィードバックから高圧パルス電圧の変化分ΔＶを計算し、ＦＥＴゲート電圧制御部９６ｃに出力する。ＦＥＴゲート電圧制御部９６ｃは、降圧チョッパ回路出力変化値が、高圧パルス電圧の変化分ΔＶと等しくなった時にスイッチング素子Ｑ７をオンし、高圧パルス電圧を発生させる。これにより、高圧パルス電圧の変化分（低下分）を極性反転回路６からの出力電圧の変化分（上昇分）で補うことができ、始動時に高圧放電灯８の両端に印加されるピーク電圧をほぼ一定に保つことができる。

また、本実施形態では、図１１のように、極性反転から連続的に変化するように、降圧チョッパ回路４の出力電圧を変化させているが、出力電圧の変化はこれに限られたものでなく、図１７に示すように、階段状に変化させてもよい。降圧チョッパ回路４の出力電圧が階段状に変化する場合、パルス検出回路１２からの出力値（高圧パルス電圧の低下値）と、降圧チョッパ回路出力変化検出回路９７の出力値（降圧チョッパ回路出力の上昇値）が、一番近くなった時にスイッチング素子Ｑ７がオンするように、ＦＥＴ制御回路９６を設定する。降圧チョッパ回路出力電圧が図１７のように階段状に変化する場合、高圧パルス電圧の変化に応じた、高圧放電灯８の両端電圧のピーク電圧の連続的な調整はできないが、その半面、各制御回路内での信号遅れ時間の影響があっても高圧放電灯８の両端電圧のピーク電圧を目標通りの値に調整しやすいという利点がある。

（実施形態３）
図１８は本発明の実施形態３の全体構成を示すブロック図である。トランスＴ１の昇圧後の高圧パルス電圧を検出、フィードバックし、降圧チョッパ回路４の出力を調整する構成は実施形態１の図２と同じである。矩形波制御回路６０は、極性反転回路６の極性切替動作を制御する。

本実施形態では、降圧チョッパ制御回路４０の始動時制御回路４４は、矩形波制御回路６０から矩形波極性切替信号を検出して、高圧パルス電圧と同極性の矩形波出力の半サイクル時のみ、高圧パルス電圧の変化量に応じた降圧チョッパ回路４の出力目標値を設定する。

また、始動パルス発生回路制御回路９０は、矩形波制御回路６０から矩形波極性切替信号を検出して、高圧パルス電圧と同極性の矩形波出力半サイクル時のみ、高圧パルス電圧を発生させる。例えば、矩形波出力電圧極性がプラスの時に高圧パルス電圧と同じ極性であるとすると、矩形波出力電圧がマイナスからプラスへの極性切替動作時に始動パルス発生回路制御回路９０のＦＥＴ制御回路９６はスイッチング素子Ｑ７をオンする。

図１９は本実施形態における降圧チョッパ制御回路４の始動時制御回路４４の構成を示す。実施形態１の始動時制御回路４４（図６）の高圧パルス変化検出部４４ｂの出力部分に、トランジスタＴｒを追加し、トランジスタＴｒのオン時には、高圧パルス変化検出部４４ｂの出力をグランドに落とす。トランジスタＴｒのベースには、矩形波制御回路６０から矩形波極性切替信号を印加することで、矩形波出力電圧の極性が高圧パルス電圧極性と違う半サイクル時のみトランジスタＴｒをオンし、高圧パルス変化検出部４４ｂの出力電圧をゼロにし、降圧チョッパ回路４の出力目標値を基準出力電圧と等しくする。

図２０に各部の動作波形を示す。図から明らかなように、高圧パルス電圧と矩形波出力の極性の組み合わせには、降圧チョッパ回路４の出力調整が有効に働かない組合せが存在する。高圧パルス電圧と同極性の矩形波出力半サイクル時のみ降圧チョッパ回路４の出力を調整することで、出力電圧実効値が同等の場合に比較して、高圧放電灯の両端に印加されるピーク電圧の調整範囲を広げることができ、なおかつ不必要な高圧パルス電圧の発生を回避できる。

（実施形態４）
図２１は本発明の実施形態４の全体構成を示す回路図である。トランスＴ１による昇圧後の高圧パルス電圧を検出、フィードバックし、降圧チョッパ回路４の出力を調整する構成、始動パルス発生回路制御回路９０が矩形波制御回路６０の極性切替動作信号を検出して高圧パルス電圧発生を制御する構成は、実施形態３と同じである。

図２２に各部の動作波形を示す。降圧チョッパ制御回路４０の始動時制御回路４４は、矩形波制御回路６０から矩形波極性切替信号を検出して、高圧パルス電圧と同極性の矩形波出力の半サイクル時における一定時間のみ、高圧パルス電圧変化量に応じた降圧チョッパ回路４の出力目標値を設定し、降圧チョッパ回路４の出力を調整する。

例えば、矩形波出力の電圧極性がプラスの時に降圧チョッパ回路４の出力調整が有効であるとすると、矩形波出力の電圧極性がマイナスからプラスへの極性切替動作時に始動パルス発生回路制御回路９０はスイッチング素子Ｑ７をオンする。

降圧チョッパ制御回路４０の始動時制御回路４４は、矩形波出力の電圧極性がマイナスからプラスへの極性切替動作時に、高圧パルス電圧変化量に応じた降圧チョッパ回路の出力目標値を設定する。つまり、高圧パルス電圧の不足分ΔＶｐを補うように、降圧チョッパ回路４の出力目標値を一時的に引き上げる。その後、始動パルス発生回路制御回路９０がスイッチング素子Ｑ７をオフする時、降圧チョッパ制御回路４０の始動時制御回路４４は、降圧チョッパ回路４の出力目標値を引き下げる。

このように、高圧パルス電圧を発生させる時のみ降圧チョッパ回路４の出力を調整することで、実施形態１に比べて高圧放電灯８の電圧実効値を大幅に小さくすることができるので、出力電圧実効値が同等の場合に比較して、高圧放電灯の両端に印加されるパルス電圧のピーク値の調整範囲を広げることができ、なおかつ不必要な高圧パルス電圧の発生を回避できる。

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想定しているが、ハーフブリッジ回路であっても良い。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。

（実施形態５）
図２３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１〜４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。

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。

本発明の実施形態１の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１の具体的な構成を示すブロック回路図である。 本発明の実施形態１の出力線長が最短時の動作波形図である。 本発明の実施形態１の出力線長が中間時の動作波形図である。 本発明の実施形態１の出力線長が最長時の動作波形図である。 本発明の実施形態１の要部構成を示す回路図である。 本発明の実施形態１の動作波形図である。 本発明の実施形態２の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態２の具体的な構成を示すブロック回路図である。 本発明の実施形態２の動作波形図である。 本発明の実施形態２の極性反転回路の無負荷時の出力変化を示す波形図である。 本発明の実施形態２の降圧チョッパ回路の始動時制御回路の詳細を示す回路図である。 本発明の実施形態２の降圧チョッパ回路の始動時の出力目標値の変化を示す波形図である。 本発明の実施形態２の降圧チョッパ回路の出力変化検出回路の詳細を示す回路図である。 本発明の実施形態２の始動パルス発生回路制御回路の詳細を示す回路図である。 本発明の実施形態２の動作波形図である。 本発明の実施形態２の極性反転回路の無負荷時の出力変化の他の一例を示す波形図である。 本発明の実施形態３の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態３の降圧チョッパ回路の始動時制御回路の詳細を示す回路図である。 本発明の実施形態３の動作波形図である。 本発明の実施形態４の具体的な構成を示すブロック回路図である。 本発明の実施形態４の動作波形図である。 本発明の実施形態５の照明器具の外観を示す斜視図である。 従来例のブロック図である。 従来例の回路図である。

符号の説明

３ 昇圧チョッパ回路（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
Ｃ１ コンデンサ
Ｑ７ スイッチング素子
Ｔ１ トランス
Ｎ１ １次巻線
Ｎ２ ２次巻線
Ｎ３ ３次巻線
８ 高圧放電灯
３０ 昇圧チョッパ制御回路
４０ 降圧チョッパ制御回路
６０ 矩形波制御回路
９０ 始動パルス発生回路制御回路

Claims (8)

1. 直流電源の出力を電力変換して負荷である高圧放電灯に電力を供給する電力変換回路と、
   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、
   前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べルを検出する３次巻線回路とからなり、
   前記制御回路は、前記３次巻線回路により検出された高圧パルス電圧の検出値に応じて、高圧パルス電圧と始動時の電力変換回路の出力電圧の和を所定の範囲内に維持するように、電力変換回路の出力電圧を変化させることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
2. 請求項１において、前記制御回路は、高圧パルス電圧の極性と同極性の矩形波出力時のみ、高圧パルス電圧と始動時の電力変換回路の出力電圧の和を所定範囲内に維持するように制御することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
3. 請求項１〜２のいずれかにおいて、前記制御回路は、前記始動パルス発生回路のスイッチング素子がオンしている期間のみ、前記電力変換回路の出力電圧を変化させることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
4. 直流電源の出力を電力変換して負荷である高圧放電灯に電力を供給する電力変換回路と、
   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、
   前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べルを検出する３次巻線回路とからなり、
   前記制御回路は、前記３次巻線回路により検出された高圧パルス電圧の検出値に応じて、高圧パルス電圧と始動時の電力変換回路の出力電圧の和を所定の範囲内に維持するように制御するものであって、
   前記制御回路は、前記電力変換回路が始動時に一定の変化をする電圧を出力するように制御し、高圧パルス電圧と始動時の電力変換回路の出力電圧の和が所定範囲内となる電力変換回路の出力電圧時に、前記始動パルス発生回路のスイッチング素子をオンすることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
5. 請求項４において、前記制御回路は、前記電力変換回路の出力電圧を矩形波の半サイクル区間で連続的に変化させることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
6. 請求項４において、前記制御回路は、前記電力変換回路の出力電圧を矩形波の半サイクル区間で階段状に変化させることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、前記制御回路は、高圧パルス電圧の極性と同極性の矩形波極性のみ前記始動パルス発生回路を動作させることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置を具備したことを特徴とする照明器具。

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