JPH0433297A - 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］ 本発明は、共振型のインバータを用いた放電灯点灯装置
に関するものであり、例えばＨＩＤ（高輝度放電灯）等
の始動に高電圧を必要とする放電灯の点灯装置として利
用されるものである。 ［従来の技術］

【膜孔り 第７図は従来の放電灯点灯装置の回路図である。 以下、その回路構成について説明する。パワーＭＯ３Ｆ
ＥＴよりなるトランジスタＱ０１Ｑ２の直列回路は、直
流電源■１に並列的に接続されている。 各トランジスタＱ　１．　Ｑ　２のゲート・ソース間に
は、駆動回路１から駆動信号が供給されており、トラン
ジスタＱ０１Ｑ２は交互に高周波的にオン・オフ駆動さ
れる。トランジスタＱ２の両端には、直流カット用のコ
ンデンサＣ８を介して共振系Ｎ１が接続されている。こ
の共振系Ｎｌは、インダクタＬとコンデンサＣ１の直列
回路よりなり、コンデンサＣ１の両端には放電灯ＤＬが
並列接続されている。トランジスタＱ０１Ｑ２のオン・
オフによりトランジスタＱ２の両端には矩形波電圧が生
じるが、直流カット用のコンデンサＣ８により直流成分
がカットされるので、共振系Ｎ１には、トランジスタＱ
０１Ｑ２のスイッチング周波数に応じた高周波電圧が印
加される。この高周波電圧により共振系Ｎ、は励振され
る。そして、共振系Ｎ１の共振作用によりコンデンサＣ
１の両端には高電圧が発生し、この高電圧により放電灯
ＤＬが始動・点灯させるものである。なお、各トランジ
スタＱ０１Ｑ２のドレイン・ソース間には逆並列ダイオ
ードが寄生しており、この逆並列ダイオードを介して共
振系Ｎからの回生電流が流れる。 第８図は上記回路の動作説明図である。放電灯ＤＬが無
負荷（非点灯）のときには、放電灯ＤＬのインピーダン
スは非常に高い。このため、トランジスタＱ０１Ｑ２の
スイッチング周波数ｆｓを共振系Ｎｌの共振周波数より
も少し高く設定すると、コンデンサＣ１の両端に発生す
る電圧Ｖ２は非常に高くなる。これにより、放電灯ＤＬ
が放電を開始する。放電灯ＤＬが点灯すると、放電灯Ｄ
Ｌのインピーダンスが低下するので、共振系Ｎ１の共振
特性は図示のように変化し、共振周波数が低下して、ス
イッチング周波数ｆｓでの共振作用が弱くなり、コンデ
ンサＣ１の両端に発生する電圧Ｖ２は低下する。これに
より、放電灯ＤＬは定常点灯状態に移行するものである
。 ところが、この従来例にあっては、定常点灯用の電圧を
発生させるための共振系Ｎ１を利用して、始動時の高電
圧を発生させるものであるから、始動時に共振系Ｎ１に
流れる共振電流は非常に大きくなり、スイッチング電流
が過大になるという問題があった。つまり、共振系Ｎ１
は定常点灯時においてさえ、放電灯り、Ｌに多くのラン
プ電流を流せるように設計されているので、始動時に定
常点灯時よりも共振作用を強めると、共振電流は非常に
大きくなり、共振系Ｎ１に流れる無効電流によりスイッ
チング電流は過大なものとなる。 従】１外クー 第９図は他の従来例の回路図である。この回路にあって
は、トランジスタＱ２の両端にコンデンサＣ２とインダ
クタＬ２の直列回路よりなる第２の共振系Ｎ２を並列接
続し、インダクタＬ２の２次巻線を放電灯ＤＬと直列的
に接続したものである。 第１の共振系Ｎ、は定常点灯用の電圧を発生するように
設計され、第２の共振系Ｎ２は始動用の高電圧を発生す
るように設計される。始動時に、インダクタＬ２の２次
巻線に発生する高電圧は、コンデンサＣ１を介して放電
灯ＤＬの両端に印加され、放電灯ＤＬは始動する。 第１０図は放電灯ＤＬの非点灯時における動作説明図で
ある０点灯用の共振系Ｎ１の共振周波数をｆ。９、始動
用の共振系Ｎ２の共振周波数をｆ。２、無負荷時（非点
灯時）のスイッチング周波数をｆｓとすると、通常、ｆ
０１＜ｆ０２＜ｆＳ１であるが、点灯用の共振系Ｎ１の
共振周波数ｆ０１はスイッチング周波数ｆｓ＋に比べて
十分に低く、点灯用の共振系Ｎ。 は、無負荷時には何ら始動に関与しない、また、スイッ
チング周波数ｆｓ１は始動用の共振系Ｎ２の共振周波数
ｆ。２の近くに設定され、共振作用により発生させた高
電圧により放電灯ＤＬをグロー放電に至らしめて始動さ
せるものである。 第１１図は放電灯ＤＬの始動後、定常点灯状態に移行す
る時の動作説明図である。スイッチング周波数ｆｓ＋で
放電灯ＤＬがグロー放電を開始して始動すると、スイッ
チング周波数ｆを定常点灯状態のスイッチング周波数ｆ
ｓ２に徐々に移行させる。 定常点灯状態のスイッチング周波数ｆｓ２は、通常、ｆ
ｏｌ〈ｆｓ２〈ｆｏ２となるように設定されるので、ス
イッチング周波数ｆｓ２に移行するにつれて、点灯用の
共振系Ｎ１の共振作用が強まり、始動用の共振系Ｎ２の
共振作用は弱まる。この過程で放電灯ＤＬはグロー放電
からアーク放電に移行する。 しかしながら、この従来例では、点灯用の共振系Ｎ、の
共振周波数ｆ。１と始動用の共振系Ｎ２の共振周波数ｆ
。２とは、十分に離して設定しであるので、スイッチン
グ周波数ｆが始動時のスイッチング周波数ｆＳ１から点
灯時のスイッチング周波数ｆｓ２に移行するのにタイム
ラグがあり、始動性能が悪い。特に、点灯用の共振系Ｎ
１が矩形波点灯用のチョッパー動作を行うためのローパ
スフィルタとして使用される場合には、コンデンサＣ１
がチヨ・ツバ−の平滑コンデンサと共用されるために大
容量となるので、共振周波数ｆ。、は小さく設定される
傾向があり、スイッチング周波数の移行には長い時間が
必要となる。仮に、スイッチング周波数を急激に切り替
えると、回路に進相電流が流れて、スイッチング素子の
同時オン現象が生じることがあるので、始動性能の改善
は困難である。また、定常点灯状態においては、始動用
の共振系Ｎ２の共振作用は十分に弱くなるとは言っても
、点灯時のスイッチング周波数ｆｓ２が共振周波数ｆ。 ２よりも低くなるので、始動用の共振系Ｎ２については
進相電流が流れることになり、その対策が必要となる。 ［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上述のような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、始動に高電圧を必要とする放
電灯を共振型のインバータを用いて始動・点灯せしめる
放電灯点灯装置において、始動性能を改善することにあ
る。 ［課題を解決するための手段］ 本発明にあっては、上記の課題を解決するために、第１
図に示すように、始動に高電圧を必要とする放電灯ＤＬ
を、共振系を備えたインバータにより始動・点灯させる
装置であって、放電灯ＤＬの始動後に点灯維持用の電力
を放電灯ＤＬに供給する第１の共振系Ｎ、と、放電灯Ｄ
Ｌの始動時に放電開始に必要な高電圧を発生する第２の
共振系Ｎ２とを備える点灯装置において、放電灯ＤＬの
始動時に第１の共振系Ｎ、は放電灯ＤＬをグロー放電か
らアーク放電に移行させるのに必要な電力を発生するよ
うに構成されていることを特徴とするものである。 なお、第１の共振系ＮＩの共振周波数をｒｏｔ、第２の
共振系Ｎ２の共振周波数をｆ。２、放電灯ＤＬの始動時
におけるインバータのスイッチング周波数をｆｓ＋とす
ると、第２図に示すように、ｆｏ、＜ｆ、。 ＜　ｆ　ｓ　＋であることが好ましい。 ［作用］ 本発明にあっては、このように、放電灯ＤＬの点灯用の
共振系Ｎ１と始動用の共振系Ｎ２とを備えるインバータ
式の点灯装置において、始動用の共振系Ｎ２か放電灯Ｄ
Ｌを始動させるための高電圧を発生させているときに、
点灯用の共振系Ｎ、も休止せずに共振動作しており、放
電灯ＤＬをグロー放電からアーク放電に移行させるため
の電力を発生させているので、始動時に点灯用の共振系
Ｎが実質的に休止している従来例に比べると、放電灯Ｄ
Ｌの始動性能が著しく改善されるものである。 なお、第２図に示すように、共振系Ｎ０１Ｎ２の共振周
波数ｆｏｌ　＋ｆ０２と始動時のスイッチング周波数ｆ
ｓ＋を、ｒｏｔ　＜　ｆｏ２＜　ｆｓ＋という関係にす
れば、始動用の共振系Ｎ２が始動用の高電圧を発生して
いるときに、点灯用の共振系Ｎ、がグロー放電からアー
ク放電への移行するための電力を発生させる動作を容易
に実現できる。この際、共振系Ｎ０１Ｎ２の共振周波数
ｆ。ｌ　＋ｆ０２が極端に離れていると、第１０図の従
来例に示すように、始動用の共振系Ｎ２の動作時に点灯
用の共振系Ｎ、が実質的に休止することになるので、第
２図に示すように、共振系Ｎ　ｌ、　Ｎ　２の共振周波
数ｆ０１＋ｆ０２は比較的近くに設定することが好まし
い。このように、共振周波数ｆ。、。 ｆｏ２が比較的近くに設定されている場合には、第３図
に示すように、スイッチング周波数を徐々に変化させて
定常点灯状態へ移行する動作も短時間で行うことができ
る。 ［実施例１］ 第１図は本発明の第１実施例の回路図である。 本実施例の回路構成は、第９図に示す従来例と同様であ
る。ただし、点灯用の共振系Ｎ、と始動用の共振系Ｎ２
の共振周波数ｆ。ｌ　＋ｆ０２を接近させた点が異なる
。また、始動後の定常点灯状態への移行時に、スイッチ
ング周波数を高い方に移動させる点が異なる。 第２図は本実施例における非点灯時の動作説明図である
。非点灯時のスイッチング周波数ｆｓ１は、点灯用の共
振系Ｎｌの共振周波数ｆｏ＋と始動用の共振系Ｎ２の共
振周波数ｆ。２に対して、ｆ　ｏｌ＜　ｆ　ｏ　−＜　
ｆ　ｓという関係がある０本実施例では、共振周波数ｆ
。 ｆｏ２が接近しているので、始動用の共振系Ｎ２がスイ
ツチング周波数ｆｓｌで始動用の高電圧を発生している
ときに、点灯用の共振系Ｎ、も定常点灯時よりも高い電
圧を発生している０例えば、スイッチング周波数ｆＳ１
で始動用の共振系Ｎ２が数ｋＶの高電圧を発生させてい
るときに、点灯用の共振系Ｎ１は数１００Ｖ程度の電圧
を発生させる。そして、始動用の共振系Ｎ２が発生する
数ｋＶの高電圧で放電灯ＤＬが始動しグロー放電を開始
すると、点灯用の共振系Ｎ１が発生する数１００Ｖ程度
の電圧でグロー放電からアーク放電への移行、つまりア
ークの押し込みが行われる。このように、本実施例では
、始動用のスイッチング周波数ｆｓ＋において、始動用
の共振系Ｎ２のみならず、点灯用の共振系Ｎ、も放電灯
ＤＬに始動に寄与する電力を供給しているので、始動性
能が著しく向上するものである。 第３図は始動後の定常点灯状態への移行の様子を示して
いる。放電灯ＤＬが始動すると、駆動回路１により、ス
イッチング周波数を始動用のスイッチング周波数ｆＳ１
がち点灯用のスイッチング周波数ｆｓｚに徐々に変化さ
せる。ここて、点灯用のスイッチング周波数ｆｓ２は、
始動用のスイッチング周波数ｆＳ１よりも高く設定され
ており、したがって、いずれの共振系Ｎ　１．　Ｎ　２
も遅相モードで動作するものであり、進相電流の問題は
生しない。また、点灯用のスイッチング周波数ｆｓ２は
始動用のスイッチング周波数ｆＳ１から大きく離れてい
ないので、定常点灯状態への移行時間も短くて済むとい
う利点がある。 ［実施例２］ 第４図は本発明の第２実施例の回路図である。 本実施例にあっては、直流電源■、の両端に、コンデン
サＣ４，Ｃ，の直列回路と、トランジスタＱＱ２の直列
回路を並列的に接続し、コンデンサＣ３Ｃ６の接続点と
トランジスタＱ０１Ｑ、の接続点の間に、点灯用の共振
系Ｎ１と始動用の共振系Ｎ２を接続したものである９点
灯用の共振系Ｎ、はコンデンサＣ８とインダクタＬ１の
直列回路よりなり、コンデンサＣ４の両端には放電灯Ｄ
Ｌが並列的に接続されている。始動用の共振系Ｎ２はコ
ンデンサＣ２とインダクタＬ２の直列回路及びコンデン
サＣ３とインダクタＬ３の並列回路を含み、インダクタ
Ｌ３の２次巻線を放電灯ＤＬと直列的に接続しである。 第５図は本実施例の動作説明図である。放電灯ＤＬの非
点灯時においては、トランジスタＱ０１Ｑ２を駆動回路
１により高周波的に交互にオン・オフさせ、始動用の共
振系Ｎ２により高電圧を発生し、放電灯ＤＬをグロー放
電に至らしめる。このとき、点灯用の共振系Ｎ、は、放
電灯ＤＬをグロー放電からアーク放電に移行させるため
の電力を放電灯ＤＬに供給している。放電灯ＤＬのラン
プ電圧Ｖ２が増大し、放電灯ＤＬが放電を開始して、ラ
ンプ電流Ｉが流れ始めると、その後は、放電灯ＤＬを矩
形波点灯するように、トランジスタＱ　２．　Ｑ　２を
制御する。つまり、第１の期間ではトランジスタＱ、の
みを高周波的にオン・オフさせてトランジスタＱ２は休
止させ、第２の期間ではトランジスタＱ２のみを高周波
的にオン・オフさせてトランジスタＱ、は休止させる。 これにより、点灯用の共振系Ｎ１はローパスフィルタと
して作用し、放電灯ＤＬには第１の期間ては正方向の電
流か流れ、第２の期間では負方向の電流が流れる。この
ように、放電灯ＤＬを矩形波点灯させることにより、音
響的共鳴現象によるアークの不安定を回避することがで
きるので、本実施例はＨＩＤ（高輝度放電灯）の点灯に
特に適している。 ［実施例３コ 第６図は本発明の第３実施例の回路図である。 本実施例では、直流電源■、にトランジスタＱＱ２の直
列回路とトランジスタＱ０１Ｑ４の直列回路を並列的に
接続し、トランジスタＱ０１Ｑ２の接続点とトランジス
タＱ３．Ｑ、の接続点の間に、点灯用の共振系Ｎ、と始
動用の共振系Ｎ２を接続したものである。点灯用の共振
系Ｎ、は、コンデンサＣとインダクタＬ１の直列回路よ
りなり、コンデンサＣＩの両端には、放電灯ＤＬがパル
ストランスＰＴの２次巻線と平滑チョークＬ、を介して
並列的に接続されている。始動用の共振系Ｎ２は、コン
デンサＣ２とインダクタＬ　２　、　Ｌ　ｓよりなり、
インダクタし、の２次巻線にはダイオードＤを介してコ
ンデンサＣｊが接続されている。コンデンサＣ３には放
電ギャップＧを介してパルストランスＰＴの１次巻線が
接続されている。なお、インダクタＬ３は１次巻線に比
べて２次巻線の巻数が多く設定されており、昇圧トラン
スとして作用する。 トランジスタＱ　３．　Ｑ　ｔは駆動回路１１により駆
動され、トランジスタＱ０１Ｑ４は駆動回路１２により
駆動される。まず、放電灯ＤＬの非点灯時には、トラン
ジスタＱ０１Ｑ、がオンでトランジスタＱ２．Ｑ、がオ
フである第１の状態と、トランジスタＱ　１．　Ｑ−が
オフでトランジスタＱ２．Ｑ、がオンである第２の状態
とが、交互に高周波的に切替わるようにトランジスタＱ
　３．　Ｑ　２．　Ｑ　ｓ　、　Ｑ−が駆動される。こ
れにより、始動用の共振系Ｎ２はインダクタし、の１次
巻線と２次巻線よりなる昇圧トランスを介してコンデン
サＣ１に数ｋＶの高電圧を充電する。コンデンサＣ５の
電圧が放電ギャップＧの降伏電圧に達すると、パルスト
ランスＰＴを介して放電灯ＤＬに数１０ｋＶの高電圧が
印加され、放電灯ＤＬはグロー放電を開始する。このと
き、点灯用の共振系Ｎ、は放電灯ＤＬをグロー放電から
アーク放電に移行させるための電力を供給している。 このようにして放電灯ＤＬが放電を開始した後は、放電
灯ＤＬを矩形波点灯するように、トランジスタＱ０１Ｑ
０１Ｑ０１Ｑ４を制御する。つまり、第１の期間ではト
ランジスタＱ０１Ｑ、のみを高周波的にオン・オフさせ
てトランジスタＱ０１Ｑ、は休止させ、第２の期間では
トランジスタＱ２．Ｑ、のみを高周波的にオン・オフさ
せてトランジスタＱＱ、は休止させる。これにより、点
灯用の共振系Ｎ１はローパスフィルタとして作用し、放
電灯ＤＬには第１の期間では正方向の電流が流れ、第２
の期間では負方向の電流が流れる。このように、放電灯
ＤＬを矩形波点灯させることにより、音響的共鳴現象に
よるアークの不安定を回避することができるので、本実
施例はＨＩＤ（高輝度放電灯）の点灯に特に適している
。 ［発明の効果］ 本発明にあっては、上述のように、放電灯の始動後に点
灯維持用の電力を放電灯に供給する第１の共振系と、放
電灯の始動時に放電開始に必要な高電圧を発生する第２
の共振系とを備えるインバータ式の放電灯点灯装置にお
いて、放電灯の始動時に第１の共振系は放電灯をグロー
放電からアーク放電に移行させるのに必要な電力を発生
するように構成されているので、放電灯の始動時に第１
の共振系が実質的に休止している従来例に比べると、放
電灯の始動性能を著しく改善することができるという効
果がある。 なお、第１の共振系の共振周波数ｆｏＩと、第２の共振
系の共振周波数ｆ。２、及び、放電灯の始動時における
インバータのスイッチング周波数ｆｓの関係を、Ｌ＋＜
Ｌ２＜ｆｓ＋とすれば、放電灯の始動時に第１の共振系
を第２の共振系と協働させる動作を容易に実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の回路図、第２図及び第３
図は同上の動作説明図、第４図は本発明の第２実施例の
回路図、第５図は同上の動作説明図、第６図は本発明の
第３実施例の回路図、第７図は従来例の回路図、第８図
は同上の動作説明図、第９図は他の従来例の回路図、第
１０図及び第１１図は同上の動作説明図である。 ＣｌＣ２はコンデンサ、Ｌ０１Ｌ２はインダクタ、Ｎ　
１．　Ｎ　２は共振系、ＤＬは放電灯、Ｑ０１Ｑ２はト
ランジスタ、■１は直流電源、１は駆動回路である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）始動に高電圧を必要とする放電灯を、共振系を備
   えたインバータにより始動・点灯させる装置であって、
   放電灯の始動後に点灯維持用の電力を放電灯に供給する
   第１の共振系と、放電灯の始動時に放電開始に必要な高
   電圧を発生する第２の共振系とを備える点灯装置におい
   て、放電灯の始動時に第１の共振系は放電灯をグロー放
   電からアーク放電に移行させるのに必要な電力を発生す
   るように構成されていることを特徴とする放電灯点灯装
   置。
2. （２）第１の共振系の共振周波数をｆ＿０＿１、第２の
   共振系の共振周波数をｆ＿０＿２、放電灯の始動時にお
   けるインバータのスイッチング周波数をｆ＿Ｓ＿１とす
   ると、ｆ＿０＿１＜ｆ＿０＿２＜ｆ＿Ｓ＿１であること
   を特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。