JPH0384895A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野Ｊ 本発明は、定常点灯時に高圧放電灯をう、ンブカ率が略
１．０となるようにして点灯する放電灯点灯装置に関す
るものである。

【従来の技術］ 高圧放電灯は大光束が得られる点光源であり、寿命が長
いという特長を有しているので、最近屋内（＃Ｉに店舗
等）で用いられるようになっている。

このように高圧放電灯を屋内で使用する場合には、安定
器としては軽量で小形のものが要求される。

この要求を満足するためには、一般的には放電灯点灯装
置の電子回路化が考えられ、最近では一部において商品
化された例もある。

ところで、上記電子回路化された所謂電子式の放電灯点
灯装置は、従来のトランスや千〇−クフイルを用いた所
謂鋼鉄式のものに比べるといくつかの特長がある。ここ
で、ランプ力率について見ると、従来の所謂鋼鉄式の放
電灯点灯装置の場合、約０．７〜０．９であるのに対し
て、所謂電子式の放電灯点灯装置では、その殆どのもの
がほぼ１゜０となっており、これは電子式の放電灯点灯
装置の大きなｅ長の一つである。つまり、高圧放電灯が
同じ管電力を消費する場合の管電圧と管電流が上記夫々
の方式毎に異なり、電子式の放電灯点灯！！置で点灯さ
れる高圧放電灯の方が同一の管電力を消費する場合の管
電圧と管電流共に小さい傭を呈し、特に管電流が従来の
鋼鉄式の放電灯点灯装置よりも小さくなるので、電力損
においては電子式の放電灯点灯装置の方が有利であるこ
とが期待される。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、電子式の放電灯点灯装置と鋼鉄式の放電灯点
灯装置で高圧放電灯を点灯して、高圧放電灯の寿命試験
を行ったところ、電子式の放電灯点灯装置で点灯される
高圧放電灯において寿命が所謂鋼鉄式で点灯されるもの
よりも半分程度に短くなるものが存在することが判明し
た。

第６図は電子式及び鋼鉄式の放電灯点灯装置で同一の高
圧放電灯を点灯した場合の夫々の負荷特性で、実線で電
子式、破線で鋼鉄式の場合を示す。

なお、第６図（ａ）は高圧放電灯で定格出力電力を得る
ための管電圧と管電流の関係を示した負荷特性を示し、
図中ノＶｏ＋ｙ　Ｉ　０１　トＶｏｚｔ　Ｉ　ｏｘトハ
電子式と鋼鉄式との夫々の放電灯点灯装置における高圧
放電灯の定格管電圧及び定格管電流を示す、また、＃ｉ
６図（ｂ）は管電圧と管電力との関係を示す負荷特性で
ある。つまり、このように負荷特性が各方式で異なって
いるのは、ランプ力率が異なるためである。

上記第６図（ａ）の負゛荷特性から見て、電子式の放電
灯点灯装置の場合はそのランプ力率の良さにより、鋼鉄
式のものに比べて、定格出力電力を得るための管電流Ｉ
／ａと管電圧Ｖｉｍとは小さく、高圧放電灯への実効的
な温度ストレスは電子式の方が小さくなっていると推測
される。

しかも、一般的には電子式のものは管電力Ｗｌａの最大
値が鋼鉄式のものより小さく設定されるため、やはり電
子式の場合の方が高圧放電灯への実効的な温度ストレス
は小さくなっていると推測される。

上述の点に鑑みて寿命短縮の要因を推測すると、高圧放
電灯の発光管の局部的な温度上昇により寿命が短くなる
のではないかと推測するに至った。

そこで、これを実証するために次のような実験を行った
。この実験においては、高圧放電灯を水平点灯し、発光
管の局部的な温度と相関のあるアークの最高輝度点の輝
度を測定した。！＃ｊ７図がその実験の測定結果である
。この実験では、高圧放電灯としてはメタルパライトラ
ンプ１５０Ｗ（オスラム社製）を用いると共に、管電圧
Ｖ／ａの小さい高圧放電灯、管電圧Ｖｌａの大きい高圧
放電灯、及び管電圧Ｖ１ｇがその中間にある高圧放電灯
の３本に関して試験を行った。なお、管電圧Ｖｉａが小
さいということは新品の高圧放電灯であることを意味し
、管電圧ｖｅａが大きいということは高圧放電灯が寿命
末期のものであることを意味する。そして、各高圧放電
灯における数字１，２．３は、放電灯点灯装置の出力調
整を行って高圧放電灯の７−りの最高輝度点においてあ
る輝度を得た場合の管電圧と管電力とを示す点であり（
最高輝度点の輝度は３＞２＞１としである。）、各高圧
放電灯の敗’Ｆ１，２．３の夫々は最高輝度が等しくな
るように放電灯点灯装置の出力ＩＩ！を行った等輝度点
を示す、従って、これらの高圧放電灯の同じ数字１゜２
．３の夫々を結んだ特性が高圧放電灯の等輝度特性とな
り、実線が電子式の放電灯点灯装置の場合、破線が鋼鉄
式の放電灯点灯装置の場合を示す。

なお、上記最高輝度点とは高圧放電灯では第８図に示す
ように発光管内の電極口開に発生するアーク（イ）の図
示×印の点になるのが一般的である。

なお、第９図に電子式においての管電流工りと管電圧Ｖ
Ｚａとの関係における等輝度特性を示す。ここで、＃１
９図中の×印を結ぶ一点鎖線は電子式の放電灯点灯装置
の代表的な負荷特性を示し、この負荷特性は第６図（０
のものと同じものである。

第７図から明らかなように、電子式の放電灯点灯装置の
場合と鋼鉄式の放電灯点灯装置の場合とを最高輝度点の
輝度、即ち発光管の局部的温度の観点から見ると、略定
格管電圧に至るまでは夫々の点灯方式による発光管の局
部温度の差はなく、上記定格管電圧を超えたあたりから
両点灯方式による差が極端に大きくなっていることが判
る。

この現象が起こるのは次の理由によるものと推定される
。つまり、上述したように電子式の放電灯点灯装置の方
がランプ力率が良いため、同一の出力電力を得るための
電流は小さくで済み、アークの実効的温度を維持するた
めには電子式の放電灯点灯装置の方がアークが細くなる
傾向にある。

従って、管電圧Ｖ１ｍがある一定レベルを超えると、ア
ークの中心への電流の集中により、アークの中心輝度が
極端に高くならざるを得ないものと推定される。そして
、第７図より上記ある一定レベルが略定格電圧Ｖｏｌ付
近であることが判る。

ところで、このようにアークの最高輝度が高いと、何故
高圧放電灯の寿命に影響を及ぼすかについて説明すると
、アークの最高輝度が高いと、例えば高圧放電灯を水平
点灯している場合、発光管の中央上部のガラス（石英）
の温度が高くなり、この温度が極端に高くなると、石英
が再結晶して白濁し、この白濁部によりアークから出る
熱や光が反射し、石英の他の部分の温度を高め、結果的
に発光管全体の温度が高まり、高圧放電灯としての性能
を維持できなくなると推測される。なお、ナトリウムが
封入されている種類の高圧放電灯においては、発光管の
一部虫たは全体の温度の上昇により、ナトリウムが発光
管よりリークし、やはり高圧放電灯としての性能を維持
できなくなると推測される。

本発明は上述の点に鑑みて為されたものであり、その目
的とするところは、高圧放電灯の寿命特性を改善するこ
とができる放電灯点灯装置を提供することにある。

［ｌ１題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は管電圧−管電流あ
るいは管電力−管電圧の関係においてアークの最高輝度
点の等輝度の点を結んで得られる高圧放電灯の等輝度特
性に略平行で、且つ高圧放電灯を定格点灯した際の最高
輝度点の輝度点を通る負荷特性を“・有するようにしで
ある。

なお、上記負荷特性は略定格電圧以上で上記条件を満足
するようにしても高圧放電灯の寿命特性の改善を望める
。

また、略定格電圧以上の上記等輝度特性は略定格管電圧
状態になるので、具体的な高圧放電灯の制御点灯方法と
しては少なくとも略定格電圧以上で高圧放電灯を時定管
電圧制御するようにすれば良い。

［作用］ 本発明は、上述のように管電圧−管電流あるいは管電力
−管電圧の関係においてアークの最高輝度点の等輝度の
点を結んで得られる高圧放電灯の等輝度特性に略平行で
、且つ高圧放電灯を定格点灯した際の最高輝度点の輝度
点を通る負荷特性を持たせることにより、定格電圧以上
における高圧放電灯の最高輝度点の輝度を抑え、つまり
は発光管の局部的温度上昇を抑えることができるように
して、高圧放電灯の寿命特性を改善できるようにしたも
のである。

［実施例１ 以下、本発明の一実施例について説明する。第２図は電
子式の放電灯点灯装置の一例を示す図であり、交流型＃
　Ｖ　＋を全波整流器ＤＢ、及び平滑コンデンサＣ１で
整流平滑して得た直流電圧を、トランジスタＱ、〜Ｑ、
で構成されたフルブリッジ構成のインバータにより交鬼
電圧に変換し、夫々のトランジスタＱ、、Ｑ、及びトラ
ンジスタＱ、、Ｑ、の接続点間に接続された高圧放電灯
ＤＬを点灯するものである。上記インバータを構成する
トランジスタＱ、−Ｑ、は、トランジスタＱ、、Ｑ、と
トランジスタＱ、、Ｑ、とで対で動作し、高圧放電灯Ｄ
Ｌの定常点灯時にトランジスタＱ　、Ｑ　ｔは第４図（
ａ）。

（ｂ）に示すように高周波でスイッチングし、トランジ
スタＱ、、Ｑ、は第４図（ｄ）、（Ｃ）に示すように低
周波でスイッチングする。上記高圧放電灯ＤＬはインダ
クタンス要素り、を介して上記トランジスタＱ１〜Ｑ４
の接続点間に接続され、さらに高圧放電灯ＤＬに直列に
インダクタンス要素Ｌ２を接続すると共に、この直列回
路の両端にコンデンサＣ２を接続してあり、インダクタ
ンス要素り、は主たる限流要素として働き、インダクタ
ンス要素Ｌ２とコンデンサＣ２とは高圧放電灯ＤＬに高
周波電流が流れることを防止するように働く。さらに、
この放電灯点灯装置ではインバータに流れる電流を検出
する検出用抵抗Ｒ１をトランジスタＱ　ｓ　＝　Ｑ　−
の共通接続されたエミッタとコンデンサＣ３との間にＩ
Ｉ続しであり、この抵抗Ｒ３で検出する管電流に応じて
後述する制御回路でインバータを定電流制御するように
しである。＊た、トランジスタＱ、、Ｑ、には還流用の
ダイオードＤ　Ｉ　ｆ　Ｄ　２を逆並列に接続すると共
に、トランジスタＱ、、Ｑ、の夫々と抵抗Ｒ６との直列
回路の両端に夫々逆並列的にダイオードＤ　３　ｔ　Ｄ
　４を接続しである。

この放電灯点灯装置は、トランジスタＱ、のオン時には
、このトランジスタＱ　１、インダクタンス要素Ｌ１、
高圧放電灯ＤＬとインダクタンス要素Ｌ２との直列回路
及びコンデンサＣ１、トランジスタＱ２の開閉動作中に
オンし続けるトランジスタＱ１、抵抗Ｒ８を介して漸増
電流が流れ、またトランジスタＱ、のオフ時には、トラ
ンジスタＱ、のオン時にインダクタンス要素Ｌ１に蓄積
されたエネルギにより、高圧放電灯ＤＬとインダクタン
ス要素り、との直列回路及びコンデンサＣｔ、トランジ
スタＱ２の開閉動作中にオンし続けるトランジスタＱ１
、抵抗Ｒ７、ダイオードＤ、を介して漸減電流が流れる
。従って、トランジスタＱ１のオン。

オフの一周期において、インダクタンス要素り。

に流れる電流ＩＬ＋の波形は第４図（ｅ）に示す三角波
となる。この動作はトランジスタＱ４のオン期間中繰り
返される。そして、トランクスゲＱ４のオフ後にはトラ
ンジスタＱ、、Ｑ、により上記動作と略同様の動作が繰
り返される。なお、このトランジスタＱ　、、Ｑ　、の
動作時においては逆方向の電流がインダクタンス要素り
、に流れる。＊た、高圧放電灯ＤＬにはインダクタンス
要素Ｌ２及びコンデンサＣ２の働きにより＃１４図（ｆ
）に示すように電流ＩＬＩの内の低周波成分のみが流れ
る。この放電灯点灯装置では、主たる限流要素としての
インダクタンス要素Ｌ１が高周波動作するようにしであ
るので、このインダクタンス要素り、のインダクタンス
値を小さくすることができ、小形、軽量となるようにし
である。また、高圧放電灯ＤＬに低周波の略矩形波状の
電流が流れるので、高圧放電灯ＤＬの高周波点灯時の課
題の一つである音響的共鳴によるアークの不安定さを回
避することができるようになっている。

次に、トランジスタＱ、〜Ｑ、をスイッチングを制御す
る制御回路について第３図に従って説明する。なお、以
下の説明では高周波でスイッチングするトランジスタＱ
、、Ｑ、を制御する制御部について概略的に説明し、詳
細な説明は省略する。この制御部は例えばシャープ製の
スイッチングレギエレータ制御用ＩＣ（ＩＲ３ＭＯ２）
で代表されるＩＣ−Ｃ’ｖ＃威され、そのＩＣの等価回
路を＃１３図中の一点鎖線枠内に示す、今、例えばトラ
ンジスタＱ、がオン、オフして第４図（ｅ）に示す三角
波電流が流れたとすると、検出用抵抗Ｒ，の両端には１
５図（ａ）に示す電圧■訓が発生する。この両層電圧は
ＶＲＩはＩＣの端子■に入力され、アンプＡＭＰで外付
は抵抗Ｒ，，，Ｒ，，の分圧電圧に重畳して増幅される
。ここで、アンプＡＭＰは応答遅れを有し、このアンプ
ＡＭＰの出力Ｖ＾は＃１５図（ｂ）の破１ｇ！１−ｆｈ
キーｈ　１−ニーＪ＞　ｎ　　＄ハＬＬＪ４ｖｔＦ　　
１↓−ｓ−、Ｊｌ−タＣＰ　＋に入力される。ここで、
コンパレータＣＰ、の他方の入力層子には発振器Ｏ８Ｃ
の出力が入力されている０発振器ＯＳＣは端子■、■に
外付けされる図示しない抵抗とコンデンサの定数で決ま
る周波数の鋸歯状の信号を発生するものであり、この発
振器Ｏ８Ｃの出力波形を第５図（ｂ）中のＶ　ｏｓｅで
示す、そして、発振器Ｏ８Ｃの出力Ｖ。

８ｃがアンプＡＭＰの出力Ｖ＾を超えたときに出力トラ
ンジスタＱ、がオンし、その逆で出力トランジスタＱ、
がオフとなる。このときのトランジスタＱ、のオン、オ
フの状況をｗｉＳ図（ｅ）に示す、ところで、このＩＣ
ではトランジスタＱ、の第５図（Ｃ）のオフ期間の最低
値を決定することができるようにしてあり、このために
発振器Ｏ５Ｃの出力と端子■の入力電圧Ｖｏ（所謂デッ
ドタイムコントロール用電圧）とを比較するコンパレー
タＣＰ２を備えている。なお、上述の説明ではトランジ
ス７０重の場合について説明したが、抵抗Ｒ，にトラン
ジスタＱ！のオン、オフ時にも同様の電流が流れるのに
してトランジスタＱ２のオン、オフも制御できる。

なお、この制御部の出力でトランジスタＱ、、Ｑ。

をオン、オフする場合、図示しない制御部よりのトラン
ジスタＱ、のオン信号出力時に第５図（ｅ）に示す出力
をトランジスタＱ２のオン、オフ信号として用い、また
トランジスタＱ、のオン信号出力時にトランジスタＱ、
のオン、オフ信号として用いれば良く、これはトランジ
スタＱ、、Ｑ、のオン、オフ時間設定用タイマと論理回
路の組み合わせで容易に実現でき、この回路の呈示及び
説明は省略する。

さらに、第３図中のＴＦＦはＴ−７リツププロツプであ
る。

さて、本発明で如何にして高圧放電灯の寿命特性を改善
するかを以下に説明する。第９図において放電灯点灯装
置の負荷特性と高圧放電灯の等輝度特性とを比較して見
ると、負荷特性が特に定格電圧Ｖｏ＋を超えたあたりよ
り急速に等輝度特性を横切っており、これは高圧放電灯
の寿命過程において管電圧Ｖｊ２ａが略定格電圧ＶｏＩ
を超えた時点からはアークの最高輝度点の輝度を高める
ように管電圧Ｖｉｍが急激に高くなり、つまりは発光管
の局部的な温度上昇が急激に高くなっていることを意味
する。そこで、発光管の局部的な温度上昇を抑えるため
には、少なくとも定格電圧Ｖｏ１以上において管電圧ｖ
ｅ＆と管電流ＩＺａとが等輝度特性上となる、つまりは
負荷特性が等輝度特性に略一致するようにすれば良いこ
とが判る。なお、負荷特性を略一致させる等輝度特性と
しては高圧放電灯を定格点灯した際の最高輝度点の輝度
点を通るものを選択する（第９図における例えば数字２
を結Ｘ線を選択する。）、また、第９図から明らかなよ
うに上記定格電圧Ｖｏ１以上における等輝度特性は時定
管電圧特性になっているので、具体的には放電灯点灯装
置の負荷特性を定格電圧Ｖｏ１以上で時定管電圧特性に
なるようにすれば良い。

ここで、鋼鉄式の放電灯点灯装置において第９図と同様
の等輝度特性を求めて見たところ、この放電灯点灯装置
の負荷特性は等輝度特性と略平行になっていることが確
認された。このことは第７図に破線で示す鋼鉄式の放電
灯点灯装置における等輝度特性と第６図（ｂ）に示す負
荷特性とが略平行であることからも理解できる。これは
少なくとも定格電圧Ｖｏ１以上において電子式の放電灯
点灯装置の負荷特性を等輝度特性に略一致させると、少
なくとも鋼鉄式の放電灯点灯装置を使用した場合の高圧
放電灯の寿命を確保できることの裏付けともなる。

回路的には、＠１図に示すように、高圧放電灯ＤＬの管
電圧Ｖｌａに応じた電圧を、トランスＴｆ、、全波整流
器ＤＢ、、コンデンサＣ，，，Ｃ，，及び抵抗Ｒ，，，
Ｒ，，からなる回路で検出し、この電圧を上述のトラン
ジスタＱ、、Ｑ、のスイッチングを制御するＩＣの端子
■（デッドタイムコントロール端子）に入力すれば良い
、つまり、従来では単に駆動電源Ｖｃｃを抵抗ＲＩ３ｔ
Ｒ１４で分圧した分圧電圧を上記端子■に印加するよう
にして、トランジスタＱＩ、Ｑ２のオフ期間の最小値を
制限していたが、本実施例では管電圧Ｖｉａが定格電圧
Ｖｏ１以上になると、コンパレータＣＰ、の出力でトラ
ンジスタＱ、、Ｑ、のオン期間を高圧放電灯ＤＬの管電
圧Ｖｌａに応じて可変して、管電圧Ｖｌ＆を一定にする
のである。なお、この場合には抵抗Ｒ，，，Ｒ，，の分
圧電圧が定格電圧Ｖｏ、となるように設定しである。

本実施例の動作を説明すると、定格電圧Ｖｏ、以下、つ
まり高圧放電灯ＤＬが正常であるときには、管電圧Ｖｌ
ａが定格電圧ＶｏＩを超えることはないので、放電灯点
灯ｉ置は上述した制御部の動作により定電流制御される
。

今、高圧放電灯ＤＬが劣化して行き、管電圧Ｖｈが定格
電圧Ｖｏ１以上に上昇すると、第５図（ｂ）に示すデッ
ドタイムコントロール信号ＶＤが上昇し、入力端子のか
らの入力信号ＶＲ１によらずにデッドタイムコントロー
ラ信号ＶＤによってトランジスタＱ、、Ｑ、のオン開始
期間が決定されることになる。即ち、このときにはトラ
ンジスタＱ、、Ｑ。

はオン期間が短くするように制御される。このため、管
電流Ｉｌａの上昇が抑えられ、例えば第９図の数字１．
２．３を結ぶ線で示す高圧放電灯ＤＬのランプ特性から
明らかなように、結果的には管電圧、Ｖ／ａの上昇が抑
えられる。よって、管電圧Ｖｆｆｉａが定格電圧Ｖｏｌ
を超えると、制御部は高圧放電灯ＤＬを定格電圧以上す
ることになり、高圧放電灯ＤＬの発光管の局部的な温度
上昇を防止でき、従って電子式の放電灯点灯装置を使用
した場合でも高圧放電灯ＤＬの寿命が短くならないので
ある。

ところで、上述の説明では電子式の放電灯点灯装置を例
として説明したが、高圧放電灯をランプ力率がほぼ１．
０となるようにして点灯する放電灯点灯装置であれば全
く同様にして高圧放電灯の寿命特性を改善することがで
きる。＊た、略定格電圧以下においては上述のように定
電流制御を行うようにしでも良いのであるが、略定格電
圧以下の部分については第７図及び第９図から見ても一
定輝度以下に抑える管電圧と管電流との組み合わせの自
由度は大きいことが判り、これは略定格電圧以下の部分
の負荷特性は比較的に自由に選択できることを意味する
ので、制御部の簡略化のために例えば第１図の５回路で
管電圧の殆どの領域でトランジスタＱ、、Ｑ２のオン、
オフ制御を行うようにしても良い。

［発明の効果１ 本発明は上述のように、管電圧−管電流あるいは管電力
−管電圧の関係においてアークの最高輝度点の等輝度の
点を結んで得られる高圧放電灯の等輝度特性に略平行で
、且つ高圧放電灯を定格点灯した際の最高輝度点の輝度
点を通る負荷特性を持たせであるので、定格電圧以上に
おける高圧放電灯の最高輝度点の輝度を抑え、つまりは
発光管の局部的温度上昇を抑えることができ、高圧放電
灯の寿命特性を改善できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部の回路図、第２図は同
上の全体の回路図、第３図は同上の制御部の回路図、第
４図は同上の動作説明図、第５図は制御部の動作説明図
、第６図（ａ）、（ｂ）は夫々負荷特性の説明図、第７
図は等輝度特性を示す説明図、第８図は最高輝度点の説
明図、第９図は電子式の等輝度特性と負荷特性との関係
を示す説明図である。 ＤＬは高圧放電灯である。 第１ 図 第６図 手続補正書（ 自 発 ） １、事件の表示 平成１隼特許Ｈ第２２０５７１号 ２、発明の名称 放電灯点灯装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　大阪府門真市大字門真１０４８＠地名称（５８
３）松下電工株式会社 代表者　三好俊夫 ４、代理人 郵便番号　５３０ ５、補正命令の日付 自　　発 ６、補正により増加する請求項の数　なし７、補正の対
象　　図面 ８、補正の内容　添付図面中の第１図及び第３図第１ 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）定常点灯時に高圧放電灯をランプ力率が略１．０
   となるようにして点灯する放電灯点灯装置であって、管
   電圧−管電流あるいは管電力−管電圧の関係においてア
   ークの最高輝度点の等輝度の点を結んで得られる高圧放
   電灯の等輝度特性に略平行で、且つ高圧放電灯を定格点
   灯した際の最高輝度点の輝度点を通る負荷特性を有する
   放電灯点灯装置。
2. （２）上記負荷特性が略定格電圧以上で上記条件を満足
   する請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. （３）少なくとも略定格電圧以上で高圧放電灯を略定管
   電圧制御して成る請求項１記載の放電灯点灯装置。