JPH05258872A

JPH05258872A - 放電ランプ点灯装置

Info

Publication number: JPH05258872A
Application number: JP5582892A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Ito; 和彦伊藤; Takayuki Imai; 崇之今井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-03-16
Filing date: 1992-03-16
Publication date: 1993-10-08

Abstract

(57)【要約】【目的】放電ランプを始動・点灯するシステムにおい
て、より小型で安全な放電ランプ点灯装置を提供する。【構成】放電ランプ５とインバータ回路２との間をシー
ルドケーブル４で接続し、シールドケーブル４のシール
ド１８をパルストランス３を駆動するパルス駆動回路７
のグランド電位に接続する。これによりシールドケーブ
ル４の静電容量をパルストランス３の１次と２次の巻線
比の２乗倍した静電容量としてパルス駆動回路７に作用
させることができ、コンデンサ10の静電容量を小さくま
たは、なくすことができる。さらにパルス駆動回路７側
のインダクタンスとともにＬＣ共振回路を構成し、パル
ス駆動回路７のＦＥＴ９のスイッチングによりパルスト
ランス３の２次側にこのＬＣ共振による高電圧を発生さ
せて放電ランプ５に追加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、メタルハライドランプ
などの放電ランプを始動・点灯する放電ランプ点灯装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、メタルハライドランプなどの放電
ランプは、たとえば図３に示すように、直流電源とフル
ブリッジ形のインバータ回路を接続し、インバータ回路
に放電ランプと始動回路を接続した構成の点灯装置は既
に特願平３−３００９３２号で出願済みである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図３は従来のブリッジ
インバータ方式の放電ランプ点灯装置の回路図である。
直流電源１はバッテリ21にスイッチ22を介して接続され
たフライバック形ＤＣ／ＤＣコンバータの構成を有す
る。ダイオード23はバッテリ20の極性誤接続時の保護用
であり、入力コンデンサ24は平滑用である。バッテリ21
の出力電圧はダイオード23を介してフライバックトラン
ス25とトランジスタ26からなる直列回路に加わる。フラ
イバックトランス25の２次巻線にはダイオード16とコン
デンサ17が接続され、このコンデンサ17の両端が直流電
源１の出力電圧ＶＤＣとなる。バッテリ21をスイッチ22
によって投入し、さらにトランジスタ26のゲートを駆動
する駆動回路27に点灯制御回路６からスイッチング制御
信号を入力すると、フライバックトランス25にスイッチ
ング電流が流れる。このスイッチング電流によってフラ
イバックトランス25の２次巻線に電圧が発生し、ダイオ
ード16により整流され、コンデンサ17で平滑され直流電
圧ＶＤＣが出力される。直流電源１はその出力側に直流
電圧検出回路28、直流電流検出回路29が設けられ、出力
側にはインバータ回路２が接続される。

【０００４】インバータ回路２は始動回路37を介して放
電ランプ５に矩形波交流電流を流すために４つのトラン
ジスタ30,31,32,33 よりなるブリッジインバータの構成
を有し、発振回路35は400Hz の周波数で発振し、駆動回
路34に交互にオンする２相のクロック信号を出力する。
駆動回路34は発振回路35の出力を受けてブリッジインバ
ータを駆動するための回路であり、駆動回路34の出力側
にはトランジスタ30,31,32,33 のゲートが接続されてい
て、４つのトランジスタの斜めに対向する一対のトラン
ジスタ30,33 と別の一対のトランジスタ31,32 とは、一
対のトランジスタ30,33 が同時にオンするとき、他の一
対のトランジスタ31,32 は同時にオフするように構成さ
れている。

【０００５】始動回路37はパルストランス３と始動制御
回路36より構成され、始動制御回路36は点灯制御回路６
からの制御信号を受けてパルストランス３の１次巻線に
所定の繰り返し周波数でパルス電流を流し、このパルス
電流によってパルストランス３の２次巻線の両端に高圧
パルスが出力され、放電ランプ５を始動させる。

【０００６】このパルストランス３に高電圧パルスを発
生させる際、パルストランス３の１次巻線に流れるパル
ス電流を急速に遮断し、パルストランス３の１次インダ
クタンスに蓄積されたエネルギーをＶ＝−Ｌｄｉ／ｄｔ
なる電圧に変換するとともに、１次巻線に並列的に接続
したコンデンサ（図示せず）およびパルストランス３自
体の巻線浮遊容量とＬＣ共振回路を構成し、ＬＣ共振回
路の所定のパルス幅を持つパルス電圧波形を形成する。
このとき、発生する１次側電圧がパルストランス３のほ
ぼ巻数比倍の電圧となってパルストランス３の２次側に
発生して、放電ランプに加わる。

【０００７】上記動作において、パルス電流遮断時のｄ
ｉ／ｄｔは通常一定ではなく多少のばらつきがあり、こ
の影響を少なくすること、放電ランプのブレークダウン
およびアーク放電への移行のために放電ランプに所定時
間電圧を印加し続ける必要があること、およびパルスト
ランス３に発生する高電圧パルスのパルス幅が小さいと
点灯回路と放電ランプとの距離が遠いときにパルス電圧
が減衰して放電ランプに十分な電圧を供給できなくなる
ことのため、パルストランス３に並列に接続するコンデ
ンサの静電容量を大きくしてパルス幅を広げる。このと
き、コンデンサが大型化して回路装置が大きくなるとい
う問題があった。また、点灯回路から放電ランプまでの
出力線の周囲状況によって、パルスが変化してしまうと
いう問題もあった。

【０００８】本発明は上記問題を解決するもので、回路
装置を小型にでき、かつ安全で始動性の良い放電ランプ
点灯装置を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の放電ランプ点灯装置は、放電ランプと、前
記放電ランプを点灯維持する電源と、前記放電ランプと
前記電源との間に接続されたパルストランスと、少なく
ともスイッチ素子を有し前記スイッチ素子のスイッチン
グにより前記パルストランスを駆動するパルス駆動回路
と、前記パルストランスと放電ランプとの間に接続され
て、前記パルス駆動回路の共振条件に能動的に加わる静
電容量を有するシールドケーブルとを備えたものであ
る。

【００１０】

【作用】上記構成により、放電ランプとパルストランス
との間に設けたシールドケーブルの静電容量をパルスト
ランスの１次と２次の巻数比の２乗倍した静電容量とし
て、パルストランスの駆動回路に作用させる。そして、
パルストランスの駆動回路側インダクタンスとともにＬ
Ｃ共振回路を構成して、駆動回路のスイッチ素子のスイ
ッチングによりパルストランスの２次側にこのＬＣ共振
による高電圧を発生させ、放電ランプにこの高電圧を印
加する。これにより、パルストランスに並列に接続する
コンデンサの静電容量を大きくする必要がないので、回
路装置を小さくできるとともに、放電ランプの始動性も
良好に維持できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１(a) は本発明の一実施例の放電ランプ点灯
装置の基本構成を示す回路図、図１(b）はそれに使用す
るシールドケーブルの断面図である。図１(a) におい
て、１は直流電源、２はインバータ回路であり、直流電
源１により出力される直流電圧を所定の周波数で反転
し、矩形波電圧を出力する。インバータ回路２はパルス
トランス３に接続され、その出力はシールドケーブル４
を介してたとえばメタルハライドランプなどの放電ラン
プ５に接続される。６は点灯制御回路であり、直流電源
１の直流電圧と直流電流により放電ランプ５の電圧、電
流を検出し、直流電源１の発振周波数またはそのデュー
ティ比を可変して放電ランプ５の始動や定格点灯維持な
どを制御する。この直流電源１とインバータ回路２と制
御回路６により、放電ランプ５を点灯維持する電源を構
成している。７はパルス駆動回路であり、パルストラン
ス３の１次巻線８およびスイッチ素子であるＦＥＴ９の
直列回路と、ＦＥＴ９のソース・ドレイン間に接続した
コンデンサ10と、ＦＥＴ９のゲートに接続しＦＥＴ９を
所定期間オンさせた後オフするＦＥＴ駆動回路11と、パ
ルストランス３の１次巻線８およびＦＥＴ９の直列回路
に並列に接続するとともに直流電源１の出力に接続した
コンデンサ12とから構成されている。また、シールドケ
ーブル４はシールドをパルス駆動回路７のグランド電位
に接続している。

【００１２】次に、上記構成による動作を説明する。直
流電源１が投入されたときに、インバータ回路２は400H
z 程度の低い周波数で発振し、直流電源１の出力電圧が
始動のための所定の電圧になったら点灯制御回路６はＦ
ＥＴ駆動回路11に信号を出力し、パルス駆動回路７を動
作させる。このとき、直流電源１の出力に接続したパル
ス駆動回路７のコンデンサ12が同時に充電される。ま
た、ＦＥＴ駆動回路７は、数十ｎｓから数μｓの間の所
定時間ＦＥＴ９をオンさせる。ＦＥＴ９がオンすると、
コンデンサ12および直流電源１からパルストランス３の
１次巻線８を介してＦＥＴ９にパルストランス３の１次
インダクタンスと抵抗成分により制限された電流が流れ
る。この電流は、時間に比例して大きくなる。

【００１３】図２に示す所定時間ｔａが過ぎると、ＦＥ
Ｔ駆動回路11がＦＥＴ９を急速にターンオフさせ、オフ
状態をしばらくの間維持する。ＦＥＴ駆動回路11は点灯
制御回路６からの信号のある間、この動作を繰り返す。
ＦＥＴ９がターンオフするとき、その直前にパルストラ
ンス３の１次巻線８に流れていた電流Ｉａによって、パ
ルストランス３の１次巻線側には、パルストランスの１
次インダクタンスにエネルギーＬＩａ²／２が蓄積され
ており、このエネルギーにより、ＦＥＴ９のターンオフ
時には１次巻線に並列的に接続したコンデンサ10および
パルストランス３自体の巻線浮遊容量Ｃｃおよびシール
ドケーブル４の静電容量Ｃｂのパルストランス３の１次
側換算値Ｃｂ₂により構成されるＬＣ共振回路の過渡現
象により、ＬＣ共振回路の所定のパルス幅を持つ図２に
示すようなパルス電圧波形を形成する。このとき、発生
する１次巻線電圧Ｖ１の振幅をパルストランスのほぼ巻
数比倍の電圧としてパルストランス３の２次側巻線に発
生させて、シールドケーブル４を介して放電ランプ５に
加える。

【００１４】上記動作において、パルストランス３の１
次巻線８に発生する電圧Ｖ１は(1)式で表される。

【００１５】Ｖ１＝Ｖ₀×ｃｏｓ（ｔ／（Ｌ×Ｃ）^1/2）−（Ｉａ（Ｌ／Ｃ）^1/2）× ｓｉｎ（ｔ／（Ｌ×Ｃ）^1/2）・・・(1) ここで、Ｖ₀：直流電源１の出力電圧Ｌ：パルストランス３の１次インダクタンスＣ：Ｃ₁₀＋Ｃｃ＋Ｃｂ₂ Ｃｂ₂：ｎ₂×Ｃｂｎ：パルストランス３の巻数比Ｉａ：ＦＥＴ９のターンオフ直前の１次巻線電流ｔ：ＦＥＴ９のターンオフ後の経過時間上式において、通常ＣＯＳの第２項目が大きく、また、
Ｃの内Ｃｂ₂が大きくＣｃは小さい。また、Ｃ₁₀はＣｂ
₂の補正用としてＣｂ₂よりも小さく設定する。また、
発生するパルスの幅Ｔはほぼ自己共振周期となり、(2)
式で表される。

【００１６】Ｔ＝π×（Ｌ×Ｃ）^1/2・・・(2）放電ランプ５に前記高電圧パルスが印加されると、この
電圧により放電ランプ５が始動し、電流が放電ランプ５
を通して流れると放電ランプ５の両端の電圧は低下し、
直流電源１の出力電圧も低下する。この電圧降下を検出
することにより放電ランプが始動したことを検出し、始
動パルス駆動回路７は動作を停止する。放電ランプ５が
始動した後は、点灯制御回路６によりランプ電力をラン
プの状態に応じた所定の電力になるように直流電源１の
出力電力を制御し、定格点灯維持するように制御され
る。

【００１７】このように構成することにより本実施例に
おいては、シールドケーブル４の静電容量をパルストラ
ンス３に発生させる高電圧パルスの幅を充分安定して広
くするために、共振パルス条件に能動的に加えて用いて
いるので、コンデンサ10の静電容量を小さく、または、
これをなくすことができる。そのため、回路装置を小型
にできる。またパルストランス３の巻数比は一般に数十
倍あるため、２次側の静電容量はその２乗倍としての働
きとなるため、パルス発生に必要な静電容量を簡単に得
られる。

【００１８】また、シールドケーブル４の静電容量Ｃｂ
をパルス発生のための共振条件に並列コンデンサとして
含んでいるため、パルストランス３の２次側に発生した
パルス電圧は、パルス発生用共振回路の共振周波数の波
長に対してシールドケーブル４が集中定数線路と考えら
れるほどシールドケーブル４の長さが短い場合、ほとん
ど減衰することなく放電ランプ５に印加できる。すなわ
ち、シールドケーブルがない場合、コンデンサ10がパル
ス発生に支配的になり、たとえパルス幅を広げたとして
もパルストランス３の２次側に発生したパルス電圧は、
放電ランプ５に達するまでに線路の抵抗やコンデンサ成
分によって減衰されてしまうが、本実施例では線路イン
ピーダンス自体が共振条件であるため、減衰しないよう
にできる。また、シールドケーブル４が非常に長い場合
は、シールドケーブル自体の分布定数による過渡現象条
件によって、放電ランプ５に電圧の印加できる周波数成
分に制約が加わるが同様の効果が得られる。

【００１９】また、共振によりシールドケーブルのコン
デンサ成分自体にパルストランス３のＬ・Ｉａ²／２な
るエネルギをＣ・Ｖ１²／２として蓄えられるので、エ
ネルギの変換効率を良くできる。また、エネルギをシー
ルドケーブル自体に蓄えているため、放電ランプ５のブ
レークダウン時に時間遅れなく電流を放電ランプに流す
ことができ、放電ランプ５のブレークダウンとアーク放
電移行をすみやかにできる。

【００２０】またシールドケーブル４は図(b) に示すシ
ールド18をパルス駆動回路7 のグランド電位に接続して
いるため、シールドケーブル4 の静電容量Ｃｂを（ケー
ブル芯線19間の静電容量＋１芯とシールド間の静電容
量）にでき、シールドケーブルの単位長あたりの静電容
量を１．５倍にでき、より大きな静電容量を簡単に得ら
れる。また、シールドを安定電位に固定できるので、シ
ールド18からのノイズ放射をなくすことができる。

【００２１】さらに、インバータ回路の出力線を静電容
量成分の大きなシールドで覆うことになり、回路側で発
生したノイズだけでなく、外部からのノイズに対して、
貫通コンデンサのごとく高周波域ノイズを除去する効果
が得られる。さらに、パルストランス３の２次インダク
タンスと組合わされ、低周波から高周波までの強力なノ
イズフィルタとして作用できるので、回路の出力端のノ
イズフィルタを小さく簡単に、または、なくすことがで
き、さらに、回路装置を小型化できる。

【００２２】また、本実施例では、シールドケーブル４
を、一端を回路に接続したシールドにしているので、出
力線から放射される回路および放電ランプ５により発生
したノイズおよびシールドケーブルの２芯線である出力
線の急峻に変化する電流・電圧から放射されるノイズを
も外部に放射されるのを防ぐことができ、同時に出力線
の描く電流ループから発生する磁界ノイズも防ぐことが
できる。

【００２３】また、高電圧パルスの通過する出力線をシ
ールドにより、機械的に保護できるため安全にでき、特
に自動車の前照灯などの機械的衝撃・振動の大きい所に
用いる場合に有効である。シールドの種類は、機械的強
度・ノイズ防止の点から編組シールドが最も良いが、他
のものでも良い。

【００２４】また出力線をシールドで覆っているため、
シールドケーブル４の周囲環境がいかに変化しても出力
線の周囲環境はいつも同じであり、いつも同じ始動パル
スを放電ランプ５に印加できるため、放電ランプ５の始
動・点灯性をいつも良好にできる。

【００２５】以上の実施例において、シールドケーブル
４は出力線である芯線19、２本を１つのシールド18で覆
ったが、芯線19、１本ごとを１芯のシールドケーブルに
しても同様の効果が得られる。この場合、シールドと芯
線間の距離を２芯の場合より小さくできるので、単位長
あたりの静電容量を増やすことができる。また、そのた
め、より低周波域から高周波域までのノイズ防止素子と
して使用できる。

【００２６】また、パルストランス３は、２次巻線を２
つとしてインバータ回路２の出力の双方に高電圧パルス
を発生させたが、１巻線として出力の片側だけに高電圧
パルスを発生させても、同様の効果が得られる。

【００２７】また、シールドケーブル４のシールドは回
路の安定電位部に接続したが、他の所でもよいし、接続
箇所を増やしても、接続しなくてもパルス発生に関する
効果は同様に得られる。また、シールドの接続は直接的
に接続したが、コンデンサなどによりインピーダンスを
介して低周波または高周波的に接続しても良い。

【００２８】また、シールドケーブル４を回路出力端か
ら放電ランプ５まですべてに用いたが、出力線の一部だ
けに用いても良い。この場合、パルス発生用の共振回路
常数を簡単に調整できる。また、出力線の片側だけに用
いても良い。

【００２９】また、放電ランプ５の点灯維持の電源とし
て直流電源１とインバータ回路２と点灯制御回路６から
なるものを用いたが、点灯を維持するものであれば、他
のものでもよく、放電ランプ５を直流で点灯するもので
もよい。また、パルストランス３は交流の毎サイクル点
灯に用いても同様である。また、パルス駆動回路７は他
の構成でも、同様である。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、回路の
出力にシールドケーブルを用いて、高電圧パルス発生条
件に組み込むことにより、回路装置を小型にでき、か
つ、安全で放電ランプの始動性の良い放電ランプ点灯装
置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) は本発明の一実施例の放電ランプ点灯装置
の基本構成を示す回路図、(b)はそれに使用するシール
ドケーブルの断面図である。

【図２】本発明の一実施例の放電ランプ点灯装置におけ
るパルス駆動回路の動作を示す波形図である。

【図３】従来の放電ランプ点灯装置の要部を示す回路図
である。

【符号の説明】

１直流電源２インバータ回路３パルストランス４シールドケーブル５放電ランプ６制御回路７パルス駆動回路８パルストランスの１次巻線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放電ランプと、前記放電ランプを点灯維
持する電源と、前記放電ランプと前記電源との間に接続
されたパルストランスと、少なくともスイッチ素子を有
し前記スイッチ素子のスイッチングにより前記パルスト
ランスを駆動するパルス駆動回路と、前記パルストラン
スと前記放電ランプとの間に接続されて、前記パルス駆
動回路の共振条件に能動的に加わる静電容量を有するシ
ールドケーブルとを備えたことを特徴とする放電ランプ
点灯装置。