JP5576741B2 - Discharge lamp lighting device - Google Patents
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Description
本発明は蛍光灯やHIDランプ等の放電灯を点灯させる放電灯点灯装置、特にそのランプ電圧検出機構の改良に関する。 The present invention relates to a discharge lamp lighting device for lighting a discharge lamp such as a fluorescent lamp or an HID lamp, and more particularly to improvement of a lamp voltage detection mechanism thereof.
従来、放電灯点灯装置としては、銅鉄型の安定器(いわゆる銅鉄バラスト)が用いられてきた。安定器にはランプ電流を適正に制限するという役目があるが、銅鉄型の安定器では重量が重くなるとともに安定器自体が大型化してしまうため、近年では、安定器の軽量化、小型化、高機能化を目的としてスイッチング素子やダイオード等の電子部品を用いたいわゆる電子式安定器が利用されている。さらに、電子式安定器にマイクロコンピュータを内蔵した制御回路を設けて、寿命末期等の異常放電発生時にも対応できる電子式安定器が使用されるようになってきている。 Conventionally, as a discharge lamp lighting device, a copper iron type ballast (so-called copper iron ballast) has been used. Ballasts have the role of properly limiting the lamp current, but copper iron ballasts are heavier and larger in size, so in recent years the ballasts have become lighter and smaller. So-called electronic ballasts using electronic components such as switching elements and diodes have been used for the purpose of higher functionality. Furthermore, electronic ballasts that are provided with a control circuit with a built-in microcomputer in the electronic ballasts and are capable of responding to the occurrence of abnormal discharges such as the end of life have come to be used.
例えば、放電灯の点灯不能、異常放電あるいは短絡を適切に検知して、点灯電力の供給を停止する機能を備えた電子式安定器が知られている(特許文献1参照)。特許文献1によると、電圧検知手段が放電灯への供給電圧を検知して、マイクロコンピュータが検知電圧と正常電圧領域とを比較して、該領域から逸脱した場合に放電灯への電力供給を停止するようになっている。
For example, an electronic ballast having a function of appropriately detecting an inability to turn on a discharge lamp, abnormal discharge, or a short circuit and stopping the supply of lighting power is known (see Patent Document 1). According to
このようなマイクロコンピュータ搭載型電子式安定器では、通常、ADコンバータがランプ電圧の検出値をアナログ信号からディジタル信号に変換して、その信号をマイクロコンピュータに送っている。マイクロコンピュータは、AD変換されたランプ電圧検出値に基づいて、放電灯への供給電圧が異常でないかどうかを判断する。供給電圧が正常であれば、ランプ電力変換回路におけるスイッチング素子のオンデューティなどを演算し、スイッチング素子を駆動する指令信号をランプ電力変換回路に出力して、適切な電力の供給を維持するようになっている。 In such an electronic ballast equipped with a microcomputer, an AD converter usually converts the detected value of the lamp voltage from an analog signal to a digital signal and sends the signal to the microcomputer. The microcomputer determines whether or not the supply voltage to the discharge lamp is abnormal based on the AD voltage converted lamp voltage detection value. If the supply voltage is normal, the on-duty of the switching element in the lamp power conversion circuit is calculated, and a command signal for driving the switching element is output to the lamp power conversion circuit to maintain an appropriate power supply. It has become.
従来のスイッチング方式の電力変換回路を備えた電子式安定器では、スイッチング素子の周期的なオンオフ制御を高周波にすればするほど、安定器全体の軽量化と小型化を進めることが可能である。電子式安定器を構成する部品およびケースを小型化できれば、安定器内部でのエネルギーロスも小さくなり、省資源化に役立つ。
しかしながら、オンオフ制御を高周波にすると、回路内での電流の激しい変化に伴って発生する電磁場も大きくなってしまい、電磁場によるノイズの密度が増大する。そのため、特許文献1に記載のようなマイコン搭載型の電子式安定器では、制御回路に設けられたADコンバータが電子式安定器の内部で発生する電磁場の影響を強く受けてしまう。
特に、グランドレベル付近のランプ電圧を検出する際には、上記の電磁場によるノイズの影響でAD変換機能の精度に限界があった。
In an electronic ballast equipped with a conventional switching-type power conversion circuit, the weight and size of the entire ballast can be reduced as the periodic on / off control of the switching element is performed at a higher frequency. If the parts and case that make up the electronic ballast can be reduced in size, the energy loss inside the ballast will be reduced, which will help save resources.
However, when the on / off control is performed at a high frequency, the electromagnetic field generated with a drastic change in the current in the circuit also increases, and the noise density due to the electromagnetic field increases. For this reason, in the microcomputer-mounted electronic ballast described in
In particular, when detecting a lamp voltage near the ground level, the accuracy of the AD conversion function is limited due to the influence of noise due to the electromagnetic field.
放電灯の始動時においては、放電灯の点灯直後にランプ電圧が急激に低下してグランドレベル(零レベル)に近くなる。例えば、始動電圧240Vとした場合には、点灯によりランプ電極間が短絡電圧となり、10V以下に低下する。この電圧の急激な低下を検知してランプ点灯を判定し、始動制御から始動初期制御へと制御モードを変更するなどの方法が採られている。
このような始動時に激しい変動が生じるランプ特性を有する放電灯の始動制御を一層安定させるためには、グランドレベル付近でのより正確なランプ電圧の検出機能が必須となる。従って、前述のような電磁場の発生によるノイズの影響を受けてグランドレベル付近でのAD変換機能の精度に限界があるという問題は、早急に解決されるべきであった。
At the time of starting the discharge lamp, the lamp voltage rapidly decreases immediately after the discharge lamp is turned on and approaches the ground level (zero level). For example, when the starting voltage is 240 V, the lamp electrode becomes a short circuit voltage due to lighting and decreases to 10 V or less. A method is adopted in which a sudden drop in voltage is detected to determine lamp lighting, and the control mode is changed from the start control to the start initial control.
In order to further stabilize the starting control of the discharge lamp having the lamp characteristics in which such a severe fluctuation occurs at the time of starting, a more accurate function of detecting the lamp voltage near the ground level is essential. Therefore, the problem that the accuracy of the AD conversion function near the ground level is limited due to the influence of noise due to the generation of the electromagnetic field as described above should be solved immediately.
本発明は前記従来技術に鑑みなされたものであり、ADコンバータでディジタル電圧信号に変換されたランプ電圧検出値を用いて、電力変換制御を行うマイクロコンピュータを搭載している放電灯点灯装置において、その目的は、放電灯点灯装置自身を発生源とする電磁場に対してその影響を受け難く、グランドレベル付近のランプ電圧に対して精度の高いAD変換機能を有する高精度AD変換機能付きの放電灯点灯装置を提供することにある。言い換えると、ADコンバータが電磁場の影響を受けることでグランドレベル付近での変換機能の精度に限界があるとしても、グランドレベル付近のランプ電圧を正確に検出することが可能で、放電灯の始動段階における安定した始動制御を実行できる放電灯点灯装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the prior art, and in a discharge lamp lighting device equipped with a microcomputer that performs power conversion control using a lamp voltage detection value converted into a digital voltage signal by an AD converter, The purpose is a discharge lamp with a high-precision AD conversion function that is not easily affected by an electromagnetic field generated by the discharge lamp lighting device itself and has a high-precision AD conversion function for a lamp voltage near the ground level. It is to provide a lighting device. In other words, even if the AD converter is affected by the electromagnetic field and the accuracy of the conversion function near the ground level is limited, it is possible to accurately detect the lamp voltage near the ground level, and the starting stage of the discharge lamp. An object of the present invention is to provide a discharge lamp lighting device capable of performing stable starting control.
発明者は、近年、電力変換回路等のスイッチング制御の高周波数化が進み、点灯装置自身がより強い電磁場の発生源となってきたことで、ランプ電圧の検出値をマイクロコンピュータで使用可能なディジタル信号に変換するためのADコンバータがグランドレベル付近でのノイズの影響を強く受けるようになり、このことが放電灯の始動制御をより安定にすることに対する障害になっているという点に着目した。発明者は、電磁場の発生を防止する対策とは異なり、グランドレベルでノイズの影響を受ける環境下であっても、高い精度でランプ電圧信号をAD変換できるような検出機構を見い出し、本発明を完成するに至った。 The inventor has recently developed a higher frequency switching control for power conversion circuits and the like, and the lighting device itself has become a source of a stronger electromagnetic field, so that the detected value of the lamp voltage can be used with a microcomputer. Attention was paid to the fact that the AD converter for converting to a signal is strongly influenced by noise near the ground level, which is an obstacle to making the starting control of the discharge lamp more stable. The inventor has found a detection mechanism capable of AD-converting a lamp voltage signal with high accuracy even in an environment affected by noise at a ground level, unlike a measure for preventing the generation of an electromagnetic field. It came to be completed.
すなわち、前記課題を解決するために本発明にかかる放電灯点灯装置は、
交流電圧を全波整流する整流回路、および、該整流回路の両出力端に接続される電解コンデンサを有し、前記電解コンデンサの両端を出力端として直流電圧を供給する直流電源回路と、
前記直流電源回路からの直流電圧をスイッチング素子のオンオフ制御で電力変換する電力変換回路と、
前記電力変換回路のスイッチング素子をオンオフ制御する制御回路と、
を備え、前記電力変換回路の両出力端に接続された放電灯に対して所定のランプ電流を供給する放電灯点灯装置において、
放電灯の両端子間に印加される電圧を検出して前記制御回路にアナログ電圧信号を送るランプ電圧検出回路を備え、該ランプ電圧検出回路は、
放電灯の両端子間に接続される二つの抵抗器の直列回路を有するとともに、このうちの一方を分圧用抵抗器として用いて、該分圧用抵抗器の両端子間電圧をランプ電圧の分圧値として供する分圧部と、
前記分圧用抵抗器に直列接続され、前記ランプ電圧の分圧値に一定電圧を加算する定電圧加算部と、を含んで構成され、前記分圧用抵抗器と前記定電圧加算部との直列回路における両端子間電圧をアナログ電圧信号で出力することを特徴とする。
ここで、制御回路は、前記ランプ電圧検出回路からのアナログ電圧信号をディジタル電圧信号に変換するADコンバータと、前記ディジタル電圧信号を用いて前記電力変換回路の電力変換制御を行うマイクロコンピュータと、を有している。また、定電圧加算部は、グランドレベル付近の前記ランプ電圧の分圧値を、グランドレベルに近いノイズの影響を受けないレベルまで上昇させるとともに、ADコンバータは、上昇された分圧値を変換対象にして、グランドレベルに近いノイズの影響を受けることなくAD変換をする。
That is, the discharge lamp lighting device according to the present invention to solve the above problems is
A rectifier circuit for full-wave rectification of an AC voltage, and a DC power supply circuit having an electrolytic capacitor connected to both output terminals of the rectifier circuit, and supplying a DC voltage with both ends of the electrolytic capacitor as output terminals;
A power conversion circuit that converts the DC voltage from the DC power supply circuit by on / off control of a switching element; and
A control circuit for controlling on / off of a switching element of the power conversion circuit;
In a discharge lamp lighting device for supplying a predetermined lamp current to a discharge lamp connected to both output ends of the power conversion circuit,
A lamp voltage detection circuit that detects a voltage applied between both terminals of the discharge lamp and sends an analog voltage signal to the control circuit, the lamp voltage detection circuit,
It has a series circuit of two resistors connected between both terminals of the discharge lamp, and one of them is used as a voltage dividing resistor, and the voltage between both terminals of the voltage dividing resistor is divided into the lamp voltage. A voltage dividing section serving as a value;
A constant voltage adding unit that is connected in series to the voltage dividing resistor and adds a constant voltage to the divided voltage value of the lamp voltage, and a series circuit of the voltage dividing resistor and the constant voltage adding unit The voltage between both terminals is output as an analog voltage signal.
Here, the control circuit includes an AD converter that converts an analog voltage signal from the lamp voltage detection circuit into a digital voltage signal, and a microcomputer that performs power conversion control of the power conversion circuit using the digital voltage signal. Have. The constant voltage addition unit raises the divided voltage value of the lamp voltage near the ground level to a level that is not affected by noise near the ground level, and the AD converter converts the raised divided value to be converted. Thus, AD conversion is performed without being affected by noise close to the ground level.
また、本発明の放電灯点灯装置では、
前記ランプ電圧検出回路は、検出するランプ電圧からリップル成分を除去する高周波リップル除去部を有し、
前記高周波リップル除去部は、放電灯の両端子間に接続されるフィルタ用抵抗器とフィルタ用コンデンサとの直列回路からなり、
前記分圧部および前記定電圧加算部の直列回路は、前記フィルタ用コンデンサの両端子間に接続されることが好ましい。
さらに、定電圧加算部は、定電流源と、該定電流源からの直流電流が流れる抵抗器との並列回路によって構成されることが好ましい。
In the discharge lamp lighting device of the present invention,
The lamp voltage detection circuit has a high-frequency ripple removal unit that removes a ripple component from the lamp voltage to be detected,
The high-frequency ripple removing unit consists of a series circuit of a filter resistor and a filter capacitor connected between both terminals of the discharge lamp,
The series circuit of the voltage dividing unit and the constant voltage adding unit is preferably connected between both terminals of the filter capacitor.
Furthermore, it is preferable that the constant voltage adding unit is configured by a parallel circuit of a constant current source and a resistor through which a direct current from the constant current source flows.
本発明の構成によれば、分圧部と定電圧加算部とを有するランプ電圧検出回路を用いたから、ランプ電圧を適切な大きさの電圧に分圧して検出するだけでなく、検出したランプ電圧信号がグラウンド電位近くのノイズに埋もれてしまうのを防ぐことができる。すなわち、従来のADコンバータ入力端子電圧の信号は、本発明のランプ電圧検出回路により、ランプ電圧の分圧値に電圧加算部による一定電圧を加算した信号に置き換えられる。その結果、ADコンバータ入力端子電圧の信号は、一定電圧分だけ上昇し、AD変換の際にグランドレベルのノイズの影響を受けないで済むようになる。 According to the configuration of the present invention, since the lamp voltage detection circuit having the voltage dividing unit and the constant voltage adding unit is used, not only the lamp voltage is divided and detected to an appropriate voltage, but also the detected lamp voltage is detected. It is possible to prevent the signal from being buried in noise near the ground potential. That is, the signal of the conventional AD converter input terminal voltage is replaced with a signal obtained by adding a constant voltage by the voltage adding unit to the divided voltage value of the lamp voltage by the lamp voltage detection circuit of the present invention. As a result, the signal of the AD converter input terminal voltage rises by a certain voltage, so that it is not necessary to be affected by ground level noise during AD conversion.
このように定電圧加算部による一定電圧の加算を行うと、検出対象のランプ電圧が従来と同じレベルであっても、AD変換後の電圧値にノイズの影響が表れなくなる。ADコンバータ入力端子電圧の信号レベルを、グラウンドの電位レベルに近いノイズレベルから、ノイズの影響を受けない程度の高いレベルまで浮かすことができるから、ランプ電圧信号がグラウンド電位近くのノイズに埋もれなくて済む。 When the constant voltage is added by the constant voltage adding unit in this way, the influence of noise does not appear in the voltage value after AD conversion even if the lamp voltage to be detected is at the same level as the conventional one. Since the signal level of the AD converter input terminal voltage can be floated from a noise level close to the ground potential level to a level that is not affected by the noise, the lamp voltage signal is not buried in the noise near the ground potential. That's it.
以上のように、本発明によれば、放電灯点灯装置自身を発生源とする電磁場に起因するノイズに強く、グランドレベル付近のランプ電圧を高い精度でAD変換できる。つまり、ADコンバータがグランドレベル付近で電磁場の影響を受けたとしても、ランプ電圧を正確に検出することが可能で、放電灯の始動段階においてより安定した始動制御を実行できる。
また、ランプ電圧検出回路に高周波リップル除去部を設けたことにより、ランプ電圧に含まれている高周波成分(ノイズ分)を、フィルタ用抵抗とフィルタ用コンデンサからなるRC積分回路により平滑除去できるので、後段の分圧部へ送られるランプ電圧信号に高周波ノイズが混在するのを防ぐことができる。その結果、ADコンバータ入力端子電圧の信号に高周波のノイズ成分が含まれることがなくなるので、ADコンバータ入力端子電圧のSN比をランプ電圧信号のSN比のレベルに維持することができる。
As described above, according to the present invention, the lamp voltage near the ground level can be AD-converted with high accuracy against noise caused by the electromagnetic field generated by the discharge lamp lighting device itself. That is, even if the AD converter is affected by the electromagnetic field near the ground level, the lamp voltage can be accurately detected, and more stable starting control can be performed at the starting stage of the discharge lamp.
In addition, by providing the lamp voltage detection circuit with a high-frequency ripple removing unit, the high-frequency component (noise component) included in the lamp voltage can be removed smoothly by an RC integration circuit comprising a filter resistor and a filter capacitor. It is possible to prevent high-frequency noise from being mixed in the ramp voltage signal sent to the subsequent voltage divider. As a result, the signal of the AD converter input terminal voltage does not contain a high-frequency noise component, so that the SN ratio of the AD converter input terminal voltage can be maintained at the level of the SN ratio of the ramp voltage signal.
(第1実施形態)
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。
図1に本実施形態にかかる放電灯点灯装置の回路構成の概略を示す。放電灯点灯装置は、交流電流を整流して直流化し、直流電圧を所定の大きさに制御して放電灯に供給するものであり、例えば、水銀灯、メタルハライドランプおよび高圧ナトリウムランプなどの高圧放電灯Laを点灯制御するために用いられる。放電灯点灯装置は、直流電源回路2、電力変換回路3、制御回路1およびランプ電圧検出回路6に大別される。
(First embodiment)
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an outline of a circuit configuration of a discharge lamp lighting device according to the present embodiment. The discharge lamp lighting device rectifies an alternating current into a direct current, controls the direct current voltage to a predetermined magnitude, and supplies it to the discharge lamp. For example, a high pressure discharge lamp such as a mercury lamp, a metal halide lamp, and a high pressure sodium lamp Used to control lighting of La. The discharge lamp lighting device is roughly divided into a DC
直流電源回路2は、図1のように、交流電源ACからの交流電力から安定した直流電力を作り出して後段に接続された電力変換回路3に直流電力を供給する。
電力変換回路3は、高圧放電灯Laのランプ電圧に応じて、直流電力を適切な電力に変換して高圧放電灯Laに供給する。
高圧放電灯Laは、電力変換回路3の両出力端1a、1b間に接続されている。
As shown in FIG. 1, the DC
The
The high-pressure discharge lamp La is connected between both output ends 1 a and 1 b of the
ランプ電圧検出回路6は、電力変換回路3の両出力端1a、1b間に印加されるランプ電圧V1を検出し、検出値をアナログ電圧信号として制御回路1へ出力する。
制御回路1は、電力変換回路3に内蔵されているスイッチング素子Q1のオンオフ駆動を制御するための回路であり、ADコンバータ5とマイクロコンピュータ4とを含んで構成される。制御回路1には、ランプ電圧検出回路6からのアナログ電圧信号を入力する一対の端子2a、2bを有する。
The lamp voltage detection circuit 6 detects a lamp voltage V 1 applied between both
The
ADコンバータ5は、アナログ−ディジタル変換を行う回路素子である。ADコンバータ5には、入力端子2a、2bを介してランプ電圧検出回路6からのアナログ電圧信号が入力される。このADコンバータ5の入力端子に印加される電圧をADコンバータ入力端子電圧V2と呼ぶ。すなわち、ADコンバータ5は、アナログ電圧信号であるADコンバータ入力端子電圧V2をディジタル電圧信号V2dに変換するのである。
マイクロコンピュータ4は、ADコンバータ5からのディジタル電圧信号V2dを用いて電力変換回路3の電力変換制御を行う。
The
The
図2は第1実施形態にかかる放電灯点灯装置における直流電源回路2および電力変換回路3の具体的な回路構成を示す。
直流電源回路2は、ダイオードブリッジなどで構成される全波整流回路21と、この全波整流回路21の両出力端に接続された電解コンデンサC0と、を有する。全波整流回路21は、交流電流を全波整流し直流化する。電解コンデンサC0は、整流化された直流電流によって充電され、電力変換回路3に内蔵されたスイッチング素子Q1がオン状態に期間、電力変換回路3に直流電力を供給する。すなわち、電解コンデンサC0の両端を出力端として直流電圧が供給される。
FIG. 2 shows specific circuit configurations of the DC
The DC
電力変換回路3は、直流電源回路2の後段に接続され、直流電源回路2からの直流電力をスイッチング素子Q1のオンオフ駆動により電力変換する。電力変換回路3としては、一般的な降圧チョッパ回路が用いられており、スイッチング素子Q1、インダクタL1、ダイオードD1および平滑コンデンサC2によって構成され、平滑コンデンサC2の両端子に高圧放電灯Laが接続される。
電力変換回路3は、次のように各素子が接続されて構成されている。まず、電解コンデンサC0の正極側の出力端にスイッチング素子Q1の一端を接続し、平滑コンデンサC0の負極側の出力端とスイッチング素子Q1の他端の間にインダクタL1および平滑コンデンサC2の直列回路を接続し、平滑コンデンサC2の端子間に放電灯Laを並列に接続する。スイッチング素子Q1は、数十kHzの高い周波数でオンオフするようになっている。
The
スイッチング素子Q1がオン状態である期間に、電解コンデンサVC0に蓄えられた電荷を電源として、スイッチング素子Q1を直流電流が流れ、インダクタL1に磁場のエネルギーが蓄積される。そして、スイッチング素子Q1がオンからオフ状態に切り替わると、インダクタL1のエネルギーの放出によってインダクタL1に電流が連続して流れる。電力変換回路3には、スイッチング素子Q1がオフに切り替わった後、インダクタL1からの電流が、放電灯Laを経由して再びインダクタL1に戻るような閉ループの電流経路が形成されている。すなわち、インダクタL1と平滑コンデンサC2の直列回路の両端間が、インダクタL1に戻る方向のみに電流を流すダイオードD1によって接続されている。
The switching element Q 1 is the period in the ON state, the power supply charge stored in the electrolytic capacitor V C0, a switching element Q 1 DC current flows, the energy of the magnetic field is stored in the inductor L 1. When the switching element Q 1 is switched to OFF state from ON, the current flows in the inductor L 1 by the release of energy in the inductor L 1 is continuous. The
このように電力変換回路3では、高周波で切り替わるスイッチング素子Q1がオンになると、電解コンデンサC0の正極の端子からの直流電流が、スイッチング素子Q1→インダクタL1→放電灯Laの順番で電解コンデンサC0の負極の端子に流れて、インダクタL1に磁場のエネルギーが蓄積される。また、スイッチング素子Q1がオフになると、直流電流の供給が遮断され、スイッチング素子Q1とインダクタL1の接続点における電圧が略零になる。そして、インダクタL1のエネルギーが電流となって放出され、放電灯La→ダイオードD1の順番でインダクタL1に戻るようになっている。
従って、電力変換回路3は、直流電源回路2の出力直流電圧VC0を高圧放電灯Laの定格で決まる電力値で点灯動作できるランプ電圧V1に変換して、これに応じたランプ電流を高圧放電灯Laに供給することができる。
In this way the
Therefore, the
なお、図2は本発明の放電灯点灯装置の一例であり、直流電源回路2の構成としては、前述の全波整流回路と、昇圧チョッパ型の力率改善回路とからなる構成でもよい。また、電力変換回路3の後段にランプ電圧の極性反転回路を追加して、所定の周期で交番するランプ電圧を高圧放電灯Laに印加するようにした放電灯点灯装置としてもよい。
FIG. 2 shows an example of a discharge lamp lighting device according to the present invention. The configuration of the DC
図2の放電灯点灯装置では、ランプ電圧検出回路6が平滑コンデンサC2の両端電圧を高圧放電灯Laのランプ電圧V1として検出し、制御回路1がランプ電圧V1の検出値に基づいてスイッチング素子Q1を高周波でオンオフさせるスイッチング周波数、又はそのオンデューティを決定し、スイッチング素子Q1の制御用の指令信号を出力する。このようにして制御回路1は高圧放電灯Laに供給する電力を調整している。
In the discharge lamp lighting apparatus of Figure 2, the lamp voltage detection circuit 6 detects the voltage across the smoothing capacitor C 2 as the lamp voltage V 1 of the high pressure discharge lamp La, the
ここで、従来の放電灯点灯装置の問題点をグラフに基づいて詳しく説明する。図3(A)に、ランプ電圧検出回路を通常の分圧回路7のみで構成した場合の、ランプ電圧V1とADコンバータ入力端子電圧V2の関係を示す。また、同図(B)に、同じランプ電圧検出回路を用いた場合の、ランプ電圧V1とAD変換後のマイクロコンピュータ4が認識する電圧値V1dの関係を示す。従来の放電灯点灯装置では、同図(A)のようにランプ電圧検出回路で検出可能なランプ電圧の下限値が、例えば0.2V程度であるにも関わらず、同図(B)のように、マイクロコンピュータ4が認識可能な電圧値の下限値が、例えば0.5V程度まで上昇(悪化)してしまう。
Here, the problem of the conventional discharge lamp lighting device will be described in detail based on the graph. FIG. 3A shows the relationship between the ramp voltage V 1 and the AD converter input terminal voltage V 2 when the ramp voltage detection circuit is configured by only the normal
この原因は、グランドレベルの電位を検出する際に、ADコンバータ5がノイズの影響を受けてしまうことである。このノイズは、高周波スイッチングで制御する電力変換回路3などで発生する電磁場に起因していることが判っている。ADコンバータ5に対するノイズ対策が行われていない場合、グランドレベル付近のランプ電圧値が放電灯点灯装置自身からの電磁波によるノイズで埋もれてしまうのである。この結果、グランドレベル付近のランプ電圧の検出値をより高い精度でAD変換することが困難になっていた。
This is because the
本発明で特徴的なことは、ADコンバータ5がより高い精度のAD変換を実行できるように、ランプ電圧検出回路6を、図4に示す分圧回路(分圧部に相当する)7と、定電圧源(定電圧加算部に相当する)8とを含んで構成した点にある。
分圧回路7は、高圧放電灯Laの両端子(1a、1b)間に接続される二つの抵抗器R2、R3の直列回路を有する。二つの抵抗器R2、R3のうちで抵抗値の小さい方を分圧用抵抗器R2として用いる。そして、分圧用抵抗器R2の両端子間電圧が、ランプ電圧V1の分圧値とされる。
What is characteristic of the present invention is that the ramp voltage detection circuit 6 is divided into a voltage dividing circuit (corresponding to a voltage dividing unit) 7 shown in FIG. 4 so that the
The
定電圧源8は、分圧用抵抗器R2に直列接続されており、分圧用抵抗器R2によるランプ電圧V1の分圧値に、一定電圧(オフセット電圧)を加算する。つまり、ランプ電圧検出回路6は、分圧用抵抗器R2と定電圧源8との直列回路における両端子間電圧をアナログ電圧信号で出力する。この出力電圧がADコンバータ入力端子電圧V2となる。
定電圧源8の具体的な回路構成を説明する。
定電圧源8は、図4のように定電流源9と抵抗器R1の並列回路からなる。定電流源9は、抵抗器R5と安定化直流電源E1の直列回路からなる。すなわち、高圧放電灯Laの高電位側の端子1aとグランドライン側の端子1bとの間には、抵抗器R1、抵抗器R2および抵抗器R3とが直列に接続され、抵抗器R1の両端子間に定電流源9が並列に接続されているのである。安定化直流電源E1からの直流電流は、抵抗器R5→抵抗器R1→安定化直流電源E1の順に流れるため、抵抗器R1の両端にオフセット電圧が生じる。
A specific circuit configuration of the
The
このような構成のランプ電圧検出回路6を用いれば、ランプ電圧V1を適切な大きさの電圧に分圧して検出できるだけでなく、検出したランプ電圧信号がグラウンド電位近くのノイズに埋もれてしまうのを防ぐことができる。すなわち、図3(A)で示した従来のADコンバータ入力端子電圧V2の信号は、本発明のランプ電圧検出回路6により、ランプ電圧V1の分圧値に定電圧源8によるオフセット電圧を加算した信号に置き換えられる。その結果、ADコンバータ入力端子電圧V2の信号の下限値は、図5に示すようにオフセット電圧レベル分だけ上昇し、AD変換の際にグランドレベルのノイズの影響を受けないで済むようになる。
By using the lamp voltage detection circuit 6 having such a configuration, not only the lamp voltages V 1 can be detected divide the voltage of the appropriate size, the detected lamp voltage signal is buried in the ground potential close to the noise Can be prevented. That is, the signal of the conventional AD converter input terminal voltage V 2 shown in FIG. 3A is converted by the ramp voltage detection circuit 6 of the present invention to the offset voltage of the
定電圧源8によるオフセット電圧の加算を行うと、図5のようにADコンバータ入力端子電圧V2とAD変換後のマイクロコンピュータ4が認識する電圧値V2dとがグランドレベル付近においても一致するようになる。従って、検出対象のランプ電圧V1が同じレベルであっても、ランプ電圧検出回路6を用いることでAD変換後の電圧値にノイズの影響が表れなくなる。このように、ADコンバータ入力端子電圧V2の信号レベルを、グラウンドの電位レベルに近いノイズレベルから、ノイズの影響を受けない程度の高いレベルまで浮かすことができるから、ランプ電圧信号がグラウンド電位近くのノイズに埋もれなくて済む。また、ADコンバータ5については従来と同じものを使用できる。
When performing addition of the offset voltage by the
マイクロコンピュータ4では、認識したディジタル信号を容易に補正することができる。ここでは、マイクロコンピュータ4で認識されたAD変換後のディジタル信号を元のランプ電圧に補正処理する方法について説明する。
ADコンバータ5は、グラウンドの電位レベルに近いノイズレベルから浮かされたADコンバータ入力端子電圧V2の信号のAD変換を実行する。そして、マイクロコンピュータ4は、このAD変換後の数値データより、次式を使って元のランプ電圧V1を算出する。
(数1)
V1 = K1 ×(V2 − K2)
ただし、
K1=1/(1.0−((R1+R5)・R3/X))
K2=E1・R1・R3/X
X =(R1+R5)(R3+R2+R1)−R1・R1
上式で用いる各係数は、図4に示すランプ電圧検出回路6の各素子の仕様に対応させている。図6にマイクロコンピュータ4によって補正されたランプ電圧値を示す。
The
The
(Equation 1)
V 1 = K 1 × (V 2 - K 2)
However,
K 1 = 1 / (1.0 − ((R 1 + R 5 ) · R 3 / X))
K 2 = E 1 · R 1 · R 3 / X
X = (R 1 + R 5 ) (R 3 + R 2 + R 1 ) −R 1 · R 1
Each coefficient used in the above equation corresponds to the specification of each element of the lamp voltage detection circuit 6 shown in FIG. FIG. 6 shows the lamp voltage value corrected by the
(第2実施形態)
本実施形態は、第1実施形態におけるランプ電圧検出回路6を、図7に示すように、リップル除去回路10を有するランプ電圧検出回路106にしたものである。第1実施形態における直流電源回路2、電力変換回路3および制御回路1については、本実施形態において共通するので説明を省略する。
ランプ電圧検出回路106は、第1実施形態と同様に、分圧回路7および定電圧源8を有するとともに、さらに、検出するランプ電圧V1からリップル成分を除去する高周波リップル除去回路(リップル除去部に相当する)10を有している。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, the lamp voltage detection circuit 6 in the first embodiment is replaced with a ramp
The ramp
高周波リップル除去部10は、高圧放電灯Laの両端子(1a、1b)間に接続されるフィルタ用抵抗器R4とフィルタ用コンデンサC1との直列回路からなる。そして、分圧回路7の二つの抵抗器R2、R3と定電圧源8との直列回路は、フィルタ用コンデンサC1の両端子間に接続されている。
Frequency
フィルタ用抵抗R4とフィルタ用コンデンサC1からなる積分回路を通さずに高い抵抗値のR3と低い抵抗値のR2とで分圧した場合、ランプ電圧信号に含まれている高い周波数成分を含むノイズ成分は抵抗器R3の寄生容量成分を通り抜けてしまい、分圧用抵抗器R2の両端子間の電圧に取り込まれる。その結果、高周波のノイズ成分がADコンバータ入力端子電圧V2の信号とともに、AD変換されてしまい、高周波のノイズ成分が発生してしまう。ADコンバータ5の入力端子電圧V2におけるSN比(信号成分とノイズ成分の比率)は、ランプ電圧信号のSN比よりも悪化してしまう。 If divided by the R 2 of the lower resistance value R 3 of high resistance value without passing through the integration circuit consisting of filter resistor R4 and the filtering capacitor C 1, a high frequency component contained in the lamp voltage signal noise component including the will pass through the parasitic capacitance components of the resistor R 3, incorporated into the voltage between both terminals of the voltage dividing resistor R 2. As a result, high-frequency noise component together with the signal of the AD converter input terminal voltage V 2, will be AD converted, high-frequency noise components is generated. SN ratio at the input terminal voltage V 2 of the AD converter 5 (the ratio of the signal and noise components) are deteriorated than the SN ratio of the lamp voltage signal.
しかし、本実施形態によれば、ランプ電圧V1に含まれている高周波成分(ノイズ分)を、図7に示すようなフィルタ用抵抗R4とフィルタ用コンデンサC1からなるRC積分回路により平滑除去するので、後段の分圧回路7へ送られるランプ電圧信号に高周波ノイズが混在するのを防ぐことができる。その結果、ADコンバータ入力端子電圧V2の信号に高周波のノイズ成分が含まれることがなくなるので、ADコンバータ入力端子電圧V2のSN比をランプ電圧信号のSN比のレベルに維持することができる。
However, according to the present embodiment, the high-frequency component (noise component) included in the lamp voltage V 1 is smoothed by the RC integrating circuit including the filter resistor R 4 and the filter capacitor C 1 as shown in FIG. Since it is removed, it is possible to prevent high-frequency noise from being mixed in the ramp voltage signal sent to the subsequent
マイクロコンピュータ4は、このAD変換後の数値データより、次式を使って元のランプ電圧V1を算出することができる。
(数2)
V1 = K1 ×(V2 − K2)
ただし、
K1=1/(1.0−((R1+R5)(R3+R4)/X))
K2=E1・R1・(R3+R4)/X
X =(R1+R5)(R4+R3+R2+R1)−R1・R1
上式で用いる各係数は、図7に示すランプ電圧検出回路6の各素子の仕様に対応させている。
The
(Equation 2)
V 1 = K 1 × (V 2 - K 2)
However,
K 1 = 1 / (1.0 − ((R 1 + R 5 ) (R 3 + R 4 ) / X))
K 2 = E 1 · R 1 · (R 3 + R 4 ) / X
X = (R 1 + R 5 ) (
Each coefficient used in the above equation corresponds to the specification of each element of the lamp voltage detection circuit 6 shown in FIG.
図7の回路構成中の各素子を次のように設定した場合の補正式を例示する。
抵抗器R3を510KΩとし、分圧用抵抗器R2を5.1KΩとして分圧回路7を構成する。また、安定化直流電源E1を5.0Vとし、抵抗器R5を10KΩとして定電流源9を構成する。そして、抵抗器R1を1.5KΩとして、抵抗器R1および定電流源9から定電圧源8を構成する。また、リップル除去回路10のフィルタ用抵抗器R4を5.1KΩ、フィルタ用コンデンサC1を2200pFとする。
The correction formula when each element in the circuit configuration of FIG. 7 is set as follows will be exemplified.
The
予め、定電流源9からの安定化直流電流を抵抗器R1に流すことにより、オフセット電圧を発生させておく。
まず、高圧放電灯Laの両端子1a、1b間に印加されたランプ電圧V1に含有されている高周波成分をリップル除去回路10で除去する。さらに、分圧回路7で分圧した電圧、つまり分圧用抵抗器R2の端子間電圧に、抵抗器R1で発生したオフセット電圧を加算したものをADコンバータ入力端子電圧V2とする。
Advance, by flowing stabilized direct current from the constant current source 9 to the resistor R 1, allowed to generate an offset voltage.
First, a high-frequency component contained in the lamp voltage V 1 applied between both
ADコンバータ入力端子電圧V2をAD変換した数値をV2dとすれば、前述の補正式(2)は、下記のようになる。
(数3)
V1d = 81.0 ×(V2d − 0.64)
式(3)中のV1dは、ランプ電圧V1をバックグラウンドノイズのない状態でAD変換した数値を示す。この補正式によりバックグラウンドノイズのない状態でAD変換した電圧値V1dを算出することができる。
If the AD converter input terminal voltage V 2 is AD converted to V 2d , the above-described correction formula (2) is as follows.
(Equation 3)
V 1d = 81.0 × (V 2d −0.64)
V 1d in the formula (3) indicates a numerical value obtained by AD conversion of the lamp voltage V 1 without background noise. With this correction formula, it is possible to calculate the AD converted voltage value V 1d without background noise.
図8に本発明にかかる実施例と比較例とを示す。同図(A)は、実施例として、ランプ電圧検出回路で検出されA/D変換された後、マイクロコンピュータで補正されたランプ電圧の信号波形を示す。同図(B)は、比較例として、従来の分圧回路のみのランプ電圧検出回路で検出されAD変換された後、マイクロコンピュータで認識されたランプ電圧の信号波形を示す。いずれも零レベル付近の電圧を検出対象とし、ランプ電圧検出回路以外の構成(例えばADコンバータ等)は同じとした。そして、マイクロコンピュータからDAコンバータにより出力されるランプ電圧の信号波形を、通常のプローブを用いて検出し、オシロスコープで可視化させた(図8)。そのためオシロスコープで得られる実施例および比較例の各信号波形には、プローブでの検出に伴うノイズが同程度ずつ含まれている。通常のプローブでは、検針とグランド接続用の配線により構成されるループ状の断面が、一種のループアンテナとして機能し、測定波形に、ループアンテナが拾ったノイズ成分が重複し、本来の波形がノイズ成分により太くなるという問題点がある。
このような前提で、実施例および比較例を比べると、本発明の電圧検出回路を用いた方が、マイクロコンピュータで認識される信号波形に含まれるノイズレベルが小さくなることが判る。つまり、ランプ電圧が零レベル付近であっても、本発明の電圧検出回路がランプ電圧に一定電圧を加算するので、AD変換の際にグランドレベル付近のノイズの影響を受けずに済む。さらに、マイクロコンピュータがAD変換後のディジタル信号を、一定電圧加算前のランプ電圧のレベルに容易に補正できるので、図8(A)のように、従来よりもグランドレベルのノイズの影響を受けない高精度の波形信号を得ることができる。
FIG. 8 shows an example and a comparative example according to the present invention. FIG. 2A shows a lamp voltage signal waveform detected by a lamp voltage detection circuit and A / D converted and corrected by a microcomputer as an embodiment. FIG. 5B shows a signal waveform of a lamp voltage recognized by a microcomputer after being detected and AD converted by a conventional lamp voltage detection circuit having only a voltage dividing circuit, as a comparative example. In all cases, a voltage near zero level is detected, and the configuration other than the lamp voltage detection circuit (for example, an AD converter) is the same. The signal waveform of the lamp voltage output from the microcomputer by the DA converter was detected using a normal probe and visualized with an oscilloscope (FIG. 8). Therefore, each signal waveform of the example and the comparative example obtained by the oscilloscope contains the same amount of noise accompanying detection by the probe. In a normal probe, a loop-shaped cross-section composed of wiring for meter reading and ground connection functions as a kind of loop antenna, and the noise component picked up by the loop antenna overlaps the measured waveform, and the original waveform is noisy. There is a problem that the ingredients become thicker.
Under such a premise, when comparing the example and the comparative example, it can be seen that the noise level included in the signal waveform recognized by the microcomputer becomes smaller when the voltage detection circuit of the present invention is used. That is, even when the lamp voltage is near zero level, the voltage detection circuit of the present invention adds a constant voltage to the lamp voltage, so that it is not affected by noise near the ground level during AD conversion. Further, since the microcomputer can easily correct the digital signal after AD conversion to the level of the ramp voltage before the addition of the constant voltage, as shown in FIG. A highly accurate waveform signal can be obtained.
なお、上記の実施形態では、高輝度高圧放電灯(いわゆるHIDランプ)の電子式安定器について説明したが、他にも蛍光灯などの放電灯に対しても、本発明の電子式安定器を適用できる。 In the above embodiment, the electronic ballast of the high-intensity high-pressure discharge lamp (so-called HID lamp) has been described. However, the electronic ballast of the present invention is also applied to a discharge lamp such as a fluorescent lamp. Applicable.
1 制御回路
2 直流電源回路
3 電力変換回路
4 マイクロコンピュータ
5 ADコンバータ
6、106 ランプ電圧検出回路
7 分圧回路(分圧部)
8 定電圧源(定電圧加算部)
9 定電流源
10 リップル除去回路(リップル除去部)
AC 交流電源
C0 電解コンデンサ
C1 フィルタ用コンデンサ
E1 安定化直流電源
La 高圧放電灯
R1 抵抗器
R2 分圧用抵抗器
R3 抵抗器
R4 フィルタ用抵抗器
R5 抵抗器
V1 ランプ電圧
V2 ADコンバータ入力端子電圧
DESCRIPTION OF
8 Constant voltage source (Constant voltage addition unit)
9 Constant
AC AC power source C 0 Electrolytic capacitor C 1 Filter capacitor E 1 Stabilized DC power source La High pressure discharge lamp R 1 Resistor R 2 Divider resistor R 3 Resistor R 4 Filter resistor R 5 Resistor V 1 Lamp voltage V 2 AD converter input terminal voltage
Claims (3)
前記直流電源回路からの直流電圧をスイッチング素子のオンオフ制御で電力変換する電力変換回路と、
前記電力変換回路のスイッチング素子をオンオフ制御する制御回路と、
を備え、前記電力変換回路の両出力端に接続された放電灯に対して所定のランプ電流を供給する放電灯点灯装置において、
放電灯の両端子間に印加される電圧を検出して前記制御回路にアナログ電圧信号を送るランプ電圧検出回路を備え、該ランプ電圧検出回路は、
放電灯の両端子間に接続される二つの抵抗器の直列回路を有するとともに、このうちの一方を分圧用抵抗器として用いて、該分圧用抵抗器の両端子間電圧をランプ電圧の分圧値として供する分圧部と、
前記分圧用抵抗器に直列接続され、前記ランプ電圧の分圧値に一定電圧を加算する定電圧加算部と、を含んで構成され、前記分圧用抵抗器と前記定電圧加算部との直列回路における両端子間電圧をアナログ電圧信号で出力し、
前記制御回路は、前記ランプ電圧検出回路からのアナログ電圧信号をディジタル電圧信号に変換するADコンバータと、前記ディジタル電圧信号を用いて前記電力変換回路の電力変換制御を行うマイクロコンピュータと、を有し、
前記定電圧加算部は、グランドレベル付近の前記ランプ電圧の分圧値を、グランドレベルに近いノイズの影響を受けないレベルまで上昇させて、
前記ADコンバータは、上昇された分圧値を変換対象にして、グランドレベルに近いノイズの影響を受けることなくAD変換をすることを特徴とする放電灯点灯装置。 A rectifier circuit for full-wave rectification of an AC voltage, and a DC power supply circuit having an electrolytic capacitor connected to both output terminals of the rectifier circuit, and supplying a DC voltage with both ends of the electrolytic capacitor as output terminals;
A power conversion circuit that converts the DC voltage from the DC power supply circuit by on / off control of a switching element; and
A control circuit for controlling on / off of a switching element of the power conversion circuit;
In a discharge lamp lighting device for supplying a predetermined lamp current to a discharge lamp connected to both output ends of the power conversion circuit,
A lamp voltage detection circuit that detects a voltage applied between both terminals of the discharge lamp and sends an analog voltage signal to the control circuit, the lamp voltage detection circuit,
It has a series circuit of two resistors connected between both terminals of the discharge lamp, and one of them is used as a voltage dividing resistor, and the voltage between both terminals of the voltage dividing resistor is divided into the lamp voltage. A voltage dividing section serving as a value;
A constant voltage adding unit that is connected in series to the voltage dividing resistor and adds a constant voltage to the divided voltage value of the lamp voltage, and a series circuit of the voltage dividing resistor and the constant voltage adding unit The voltage between both terminals in is output as an analog voltage signal,
Wherein the control circuit, possess an AD converter for converting an analog voltage signal from the lamp voltage detection circuit into a digital voltage signal, and a microcomputer that performs power conversion control of the power conversion circuit using the digital voltage signal ,
The constant voltage adding unit increases the divided voltage value of the lamp voltage near the ground level to a level not affected by noise near the ground level,
The A / D converter performs the A / D conversion without being affected by noise close to the ground level, with the increased partial pressure value as a conversion target .
前記ランプ電圧検出回路は、検出するランプ電圧からリップル成分を除去する高周波リップル除去部を有し、
前記高周波リップル除去部は、放電灯の両端子間に接続されるフィルタ用抵抗器とフィルタ用コンデンサとの直列回路からなり、
前記分圧部および前記定電圧加算部の直列回路は、前記フィルタ用コンデンサの両端子間に接続されることを特徴とする放電灯点灯装置。 In the discharge lamp lighting device according to claim 1,
The lamp voltage detection circuit has a high-frequency ripple removal unit that removes a ripple component from the lamp voltage to be detected,
The high-frequency ripple removing unit consists of a series circuit of a filter resistor and a filter capacitor connected between both terminals of the discharge lamp,
The discharge lamp lighting device, wherein a series circuit of the voltage dividing unit and the constant voltage adding unit is connected between both terminals of the filter capacitor.
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