JPH05266982A - 放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】放電ランプの始動時において、インバータ回路
のスイッチング素子およびそのドライブ回路の破壊を防
止する。 【構成】放電ランプの始動時に、インバータ回路２を構
成するＦＥＴ21,24 がオンする期間のみ始動パルスを発
生させ、ＦＥＴ22,23 がオンする期間は始動パルスの発
生を停止して休止期間を設ける。これにより、始動パル
ス発生期間にパルストランス41の二次巻線に発生するエ
ネルギーが、直流電源回路１の出力コンデンサ71を充電
することにより起こる、インバータ回路２の入力電圧の
上昇を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高圧パルス発生手段に
より放電ランプを始動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】メタルハライドランプなどの放電ランプ
を始動、点灯するための放電ランプ点灯装置としては、
従来より、たとえば図３(a),(b) に示すような構成が示
されている（特開平2-10697 号公報）。図３(a) は従来
の放電ランプ点灯装置の主にインバータ回路400 を示す
構成図、図３(b) はそのランプ始動回路700 を示す構成
図である。ここで、ランプ始動回路700 は、高圧発生手
段である始動パルス発生回路701 と放電ランプ702 とで
構成されている。このような構成の放電ランプ点灯装置
では、ブリッジ構成を成すスイッチング素子である４個
のＦＥＴＱ401 〜Ｑ404 によって構成されるインバータ
回路400 において、その対角に配置された２組のＦＥＴ
を互いにスイッチングすることにより、インバータ回路
400 の入力端401 に入力される直流電源回路（図示せ
ず）の出力を交番させ、矩形波電力として放電ランプへ
供給している。

【０００３】放電ランプの始動時には、放電ランプの主
電極間を絶縁破壊させるための高電圧を始動パルス発生
回路701 により放電ランプ702 へ印加する。これによ
り、放電ランプが始動すると、それ以後は、前述のイン
バータ回路による矩形波電力をもって安定点灯に至る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の放電
ランプ点灯装置では、インバータ回路は直流電源回路の
出力コンデンサ（図示せず）を直流電源として駆動して
おり、放電ランプの始動時にインバータ回路へ供給され
る電圧は、直流電源回路の最大出力電圧に等しい。

【０００５】インバータ回路は、対角に配置されたＦＥ
ＴＱ401 、Ｑ404 と、ＦＥＴＱ402、Ｑ403 が、ある一
定の休止期間であるデッドタイムをともなって交互にオ
ン・オフし、放電ランプへ矩形波電力を供給する。

【０００６】ＦＥＴＱ401 とＦＥＴＱ404 がオンする
と、直流電源回路からＦＥＴＱ401 →始動ランプ回路→
ＦＥＴＱ404 →直流電源回路の経路で、負荷電流が流れ
る。一定期間後にＦＥＴＱ401 とＦＥＴＱ404 がオフす
ると、ＦＥＴＱ402 、ＦＥＴＱ403 はオフ時に逆方向に
ダイオード特性を有するので、ランプ始動回路内のパル
ストランスに蓄積されたエネルギーが、パルストランス
→放電ランプ→ＦＥＴＱ402 の内蔵ダイオード→直流電
源回路→ＦＥＴＱ403 の内蔵ダイオード→パルストラン
スの順に放出され、直流電源回路の出力端に接続された
コンデンサを充電する。

【０００７】逆に、ＦＥＴＱ402 とＦＥＴＱ403 がオン
する場合にも、放電ランプに対する負荷電流の向きが逆
になるが、同様にオフ時に直流電源回路の出力端に接続
されたコンデンサを充電する。

【０００８】ここで、放電ランプが点灯していない状態
での始動パルス発生期間においては、フルブリッジ形イ
ンバータの一方の極性のサイクルには、始動パルスエネ
ルギーが流出する経路を持たず、始動パルス発生期間
中、直流電源回路の出力端に接続されたコンデンサを充
電し続ける。したがって、このコンデンサの両端に発生
する電圧は、図４に示すように、直流電源回路の出力開
放電圧に加算されて上昇を続ける。

【０００９】そのため、ブリッジの上段に配置されたＦ
ＥＴＱ401 がオンすると、直流電源回路の出力端に接続
されたコンデンサの両端に発生している電圧が、すべて
下段に配置されたＦＥＴＱ403 のドレイン−ソース間に
印加される。この電圧がＦＥＴＱ403 の耐圧を越えれ
ば、ＦＥＴＱ403 を破壊するし、スイッチング素子の駆
動手段も、同様に素子の耐圧を越えて破壊につながる場
合があるという問題があった。

【００１０】本発明は上記問題を解決するもので、スイ
ッチング素子およびその駆動手段の破壊を防止すること
ができる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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の放電ランプ点灯装置は、直流電源回路と、
前記直流電源回路に並列接続された少なくとも２つのス
イッチング素子の直列回路を有する電流反転手段と、前
記電流反転手段の負荷として接続された放電ランプと、
前記電流反転手段と前記放電ランプとの間に接続された
高圧パルス発生手段と、前記電流反転手段の極性が前記
高圧パルス発生手段によるパルス極性と逆のサイクルに
少なくとも一定の休止期間を設けて前記高圧パルス発生
手段を動作させる始動信号出力回路とを備えたものであ
る。

【００１２】

【作用】上記構成により、放電ランプ始動する際に、電
流反転手段の極性がパルス発生方向と逆のサイクルにお
いて、始動パルス休止期間を設け、このサイクルに発生
する始動パルスによって直流電源回路の出力端に接続さ
れたコンデンサに充電される電荷を少なくするととも
に、始動パルス休止期間に電荷を放電する、またはこの
コンデンサを充電しないようにして、コンデンサの両端
に発生する電圧の上昇を抑制する。

【００１３】

【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は本発明における一実施例の放電ランプ点
灯装置の基本構成を示す構成図である。図１において、
１は直流電源回路、２は電流反転手段であるインバータ
回路、３は放電ランプ、４は高圧パルス発生手段である
始動パルス発生回路、５は始動信号出力回路、６は点灯
制御回路である。

【００１４】ここで、インバータ回路２は直流電源回路
１により駆動され、発振回路20によって規定される発振
周波数をもって負荷である放電ランプ３に矩形波電力を
供給する。なお、本実施例において、インバータ回路２
はフルブリッジインバータ回路を構成している。始動信
号出力回路５はインバータ回路２を構成する発振回路20
と点灯制御回路６とからそれぞれ信号を受け、始動パル
ス発生回路４へ始動信号を出力する。始動信号を受けた
始動パルス発生回路４は、放電ランプ３の主電極間を絶
縁破壊させるように始動パルスを発生し、放電ランプ３
へ印加する。以上の動作により、放電ランプ３は始動
し、インバータ回路２から供給される低周波の矩形波電
力により安定点灯に至る。

【００１５】次に、図１に示した本実施例における放電
ランプ点灯装置を示す構成図を基に、各部の基本動作を
説明する。直流電源回路１は直流電源11と、トランス12
と、スイッチング素子であるＦＥＴ13と、ダイオード1
4,73 と、コンデンサ15,71 、を基本要素として、フラ
イバック方式で構成されており、ＦＥＴ13を駆動するド
ライブ回路16、ドライブ回路16を発振、制御する直流電
源制御回路17、直流電源回路１の出力電圧を検出する出
力電圧検出回路18、直流電源回路１の出力電流を検出す
る出力電流検出回路19を有している。なお、インバータ
回路２は直流電源回路１の出力端のコンデンサ71の両端
に接続されている。

【００１６】直流電源回路１に電力が供給されると、点
灯制御回路６に制御される直流電源制御回路17より信号
を受けてドライブ回路16が駆動する。この出力信号によ
りＦＥＴ13がオン・オフすると、トランス12の一次巻線
を電流が交番し、これによりトランス12の二次巻線に、
その巻数比に応じて昇圧された交流電力が出力される。
このトランス12の二次巻線の両端に発生した交流電力
は、ダイオード14,73 、コンデンサ15,71 経路を経て整
流、平滑され、コンデンサ15,71 を充電する。

【００１７】ドライブ回路16は直流電源制御回路17によ
り、その動作が制御され、直流電源回路１の出力電圧を
設定する機能を有する。すなわち、出力電圧検出回路18
が検出する直流電源回路１の出力電圧の変動に応じて、
ＦＥＴ13のオン・オフのデューティ比を変化させること
により、直流電源回路１の出力電圧をあらかじめ設定さ
れた電圧値となるように制御する。また、ドライブ回路
16は直流電源回路１の出力電流を制限する機能を有し、
出力電流検出回路19が検出する信号により、ＦＥＴ13の
オン・オフのデューティ比を変化させる機能をも有す
る。

【００１８】本実施例では、ある状態の負荷に対する直
流電源回路１の出力電流が設定された値以下の場合は、
直流電源回路１が定電圧動作をし、一定電圧を出力す
る。しかしながら、直流電源回路１の負荷が変化して、
その設定された定電圧出力における出力電流制限値以上
の電流が流れようとすると、出力電圧は低下し、設定さ
れた定電圧以下の値となる。したがって、この場合は逆
に直流電源回路１は定電流特性をもつことになり、設定
された定電流値以上の出力電流は流れない。

【００１９】なお、本実施例のように、放電ランプ３が
始動した後、直流電源回路１でランプ電流を制限し、始
動パルス発生回路４のパルストランス41の二次巻線45,4
6 がほとんど電流制限機能を有さないような低い周波数
で放電ランプ３を点灯する場合、パルストランス41の二
次巻線のインピーダンスは非常に小さいので、直流電源
回路１の出力電圧は放電ランプ３のランプ電圧にほぼ等
しくなる。また、直流電源回路１の出力電流がランプ電
流にほぼ等しくなる。すなわち、ランプ電力の制御は、
出力電圧検出回路18でランプ電圧にほぼ等しい直流電源
回路１の出力電圧を検出しながら、そのランプ電圧に応
じて出力の電流上限値を制御することになる。

【００２０】また、出力電圧検出回路18は、検出電圧す
なわち直流電源回路１の出力電圧であるコンデンサ15の
両端に発生する電圧がある一定の電圧値Ｖａ以上の値に
なると始動パルスを発生させるように点灯制御回路６へ
信号を送り、検出電圧が低下して電圧値Ｖａよりも低い
値まで低下すると、信号を停止する。

【００２１】また、本実施例では、放電ランプ３が点灯
後は、直流電源回路１の出力電流を制御することによ
り、放電ランプ３を点灯制御する。したがって、放電ラ
ンプ３が点灯後は、直流電源回路１の出力電圧は負荷で
ある放電ランプ３のランプ電圧付近まで低下するので、
出力電圧検出回路18の検出電圧は始動パルスの発生を停
止するしきい値である電圧値Ｖａを下回り、始動パルス
は自動的に停止する。

【００２２】次にインバータ回路２の動作について説明
する。インバータ回路２はＦＥＴ21,22,23,24 によるフ
ルブリッジインバータ回路を構成しており、放電ランプ
３を流れる電流を反転し、点灯を維持する。なお、25,2
6 はそれぞれＦＥＴ21,22 およびＦＥＴ23,24 を駆動す
るドライブ回路であり、これらは点灯制御回路６により
制御される発振回路20から信号を受けて動作する。

【００２３】ドライブ回路25,26 は、発振回路20により
規定される、放電ランプ３が音響的共鳴現象を起こさな
い程度の低い周波数、たとえば400 Ｈｚ程度で互いに逆
位相で動作する。すなわち、これらドライブ回路25,26
の出力信号によりＦＥＴ21とＦＥＴ24が同時にオン・オ
フし、また、ＦＥＴ22とＦＥＴ23が同時にオン・オフす
る。なお、ＦＥＴ21,24 とＦＥＴ22,23 はある一定の休
止期間であるデッドタイムをもってオン・オフを交互に
繰り返す。

【００２４】すなわち、ＦＥＴ21とＦＥＴ24がオンする
と、直流電源回路１→ＦＥＴ21→パルストランス41の二
次巻線45→放電ランプ３→パルストランス41の二次巻線
46→ＦＥＴ24→直流電源回路１の経路で電流が流れる。
つぎにＦＥＴ22とＦＥＴ23がオンすると、直流電源回路
１→ＦＥＴ23→パルストランス41の二次巻線46→放電ラ
ンプ３→パルストランス41の二次巻線45→ＦＥＴ22→直
流電源回路１の経路で電流が流れる。以後、一定の休止
期間であるデッドタイムをともないながら、ＦＥＴ21,2
4 とＦＥＴ22,23 は互いにオン・オフを繰り返し、負荷
である放電ランプ３へ矩形波電力を供給する。

【００２５】次に始動パルス発生回路４の動作について
説明する。コンデンサ42はダイオード43を介して直流電
源回路１のコンデンサ15に接続されており、始動パルス
発生回路４の直流電源としての役割を果たす。なお、始
動パルス発生時において、コンデンサ42の両端に発生す
る電圧は無負荷時の直流電源回路１の出力電圧にほぼ等
しい。

【００２６】ＦＥＴ44は始動信号出力回路５の始動発振
回路52から信号を受けてオン・オフ動作する。このＦＥ
Ｔ44はパルストランス41の一次巻線を介して直流電源で
あるコンデンサ42と接続されて、閉ループを構成してお
り、パルストランス41はＦＥＴ44のオン・オフ動作によ
りフライバックトランスとして動作する。

【００２７】ＦＥＴ44がオンすると、始動パルス発生回
路４の直流電源に相当するコンデンサ42から、パルスト
ランス41の一次巻線を介してＦＥＴ44にドレイン電流が
流れる。次にＦＥＴ44がオフすると、それまで流れてい
たドレイン電流が急速に遮断される。パルストランス41
の一次巻線はこのときインダクタンスとして作用するた
め、その両端にキック電圧を発生する。このキック電圧
をパルストランス41は昇圧し、より高い電圧として二次
巻線の両端に出力する。

【００２８】パルストランス41はこの高電圧を始動パル
スとして放電ランプ３へ印加し、パルス電流をコンデン
サ27を介して還流させる。このとき、コンデンサ27は、
始動パルスがインバータ回路２へ戻り、回路を破壊する
のを防止する機能を有する。このようにして印加された
始動パルスにより、放電ランプ３の主電極間が絶縁破壊
し、放電ランプ３は始動する。

【００２９】ここで、本実施例では、始動信号出力回路
５はインバータ回路２の発振回路20と点灯制御回路６と
の双方から信号を受けて動作するように構成されてい
る。すなわち、始動信号出力回路５の入力部を構成する
スイッチ素子であるトランジスタ51のベース端子に、ダ
イオード54を通して点灯制御回路６からの始動出力信号
と、ダイオード53を通して発振回路20の一方の出力信号
Ｅ１とがそれぞれ入力される。なお、本実施例における
始動信号出力回路５は、トランジスタ51がオフすれば始
動パルスが発生するように構成されている。すなわち、
点灯制御回路６からの出力信号と、発振回路20の一方の
出力信号Ｅ１がともにＬｏのときのみ、始動パルスは発
生し、少なくともいずれか一方がＨｉであれば、始動パ
ルスは停止する。

【００３０】ここで、点灯制御回路６は、直流電源回路
１の出力電圧検出回路18から送られてくる直流電源回路
１の出力電圧検出値が、ある一定の電圧値Ｖａ以上の値
になると、始動パルスを発生させるように始動信号出力
回路５へＬｏ信号を送り、逆に、検出電圧がＶａよりも
低い値まで低下すると、始動パルスを停止するように始
動信号出力回路５へＨｉ信号を送る。

【００３１】ところで、点灯制御回路６よりＨｉ信号が
出力されると、トランジスタ51のベース端子は、発振回
路20の一方の出力信号Ｅ１の如何にかかわらずＨｉにな
り、トランジスタ51が導通して始動パルスが停止する。
したがって、本実施例では、発振回路４の一方の出力信
号Ｅ１がＬｏの期間のみ始動パルスの発生が可能とな
る。

【００３２】なお、本実施例では、発振回路20の一方の
出力信号Ｅ１がＬｏであれば、Ｅ１とは逆位相のＥ２が
Ｈｉとなり、ドライブ回路25,26 によって、インバータ
回路２を構成する４個のＦＥＴのうち、ＦＥＴ21,24 が
オンし、ＦＥＴ22,23 はオフとなるように制御してい
る。ＦＥＴ21,24 がオンすれば、負荷電流は、直流電源
回路１→ＦＥＴ21→パルストランス41の二次巻線45→放
電ランプ３→パルストランス41の二次巻線46→ＦＥＴ24
→直流電源回路１の経路で流れる。

【００３３】このとき、発振回路20の一方の出力信号Ｅ
１はＬｏであるから、点灯制御回路６から始動信号出力
回路５へ送られる信号がＬｏであれば、始動信号出力回
路５のトランジスタ51が非導通となり、始動発振回路52
から信号Ｅ１がＬｏである所定時間始動パルス発生回路
４へ始動信号が送られ、ＦＥＴ44が所定時間オンした
後、オフして、パルストランス41から始動パルスが発生
する。その極性は放電ランプ３のＦＥＴ21側が正、ＦＥ
Ｔ24側が負であり、この電圧が放電ランプ３へ印加され
る。すなわち、フルブリッジインバータであるインバー
タ回路２の極性と、高圧パルス発生手段である始動パル
ス発生回路４の出力パルス極性が一致するようにしてい
る。

【００３４】そのため、始動パルス発生時、すなわちＦ
ＥＴ21,24 がオンしているとき、パルストランス41に蓄
積された始動パルスエネルギーによって、放電ランプ３
の主電極間が一瞬絶縁破壊しても、そのエネルギーは、
パルストランス41の二次巻線45→放電ランプ３→パルス
トランス41の二次巻線46→ＦＥＴ24→直流電源回路出力
端のコンデンサ71→ＦＥＴ21→パルストランス41の二次
巻線45の順に放出される。すなわち、これはインバータ
回路２の出力電圧によって電流が流れる経路と一致して
おり、直流電源回路１の出力端に接続されたコンデンサ
71には電荷は蓄積されず、放電するのみである。このた
め、コンデンサ71の両端に発生する電圧は、直流電源回
路１の出力電圧と同等となり、コンデンサ71が過電圧と
なることを防ぐことができる。

【００３５】このとき、始動パルスの出力電圧の極性
と、インバータ回路２の出力極性が同一であるため、放
電ランプ３は、始動パルスによる主電極間の絶縁破壊に
続いて、時間遅れなくコンデンサ71および直流電源から
電流を供給でき、アーク放電への移行を速やかにでき
る。

【００３６】また、本実施例では、発振回路20の一方の
出力信号Ｅ１がＨｉとなる位相では始動パルスは停止す
る。このときは、ＦＥＴ22,23 がオンで、ＦＥＴ21,24
がオフであり、インバータ回路２の出力極性は、始動パ
ルス発生回路４の出力パルス極性と逆になる。そのた
め、もし、始動パルスが発生して放電ランプ３の主電極
間が一瞬絶縁破壊すると、始動パルスエネルギーが、パ
ルストランス41の二次巻線45→放電ランプ３→パルスト
ランス41の二次巻線46→ＦＥＴ23→直流電源回路出力端
のコンデンサ71→ＦＥＴ22→パルストランス41の二次巻
線45の経路で放出されて、直流電源回路出力端のコンデ
ンサ71を充電することになる。しかし、このサイクルで
は始動パルスを停止させているので、コンデンサ71が過
電圧になることはない。したがって、インバータ回路２
の各素子が直流電源回路１の出力端に接続されたコンデ
ンサ71の両端に発生する電圧によって破壊されることを
防ぐことができる。

【００３７】なお、スイッチング素子の駆動手段とし
て、たとえばINTERNATIONAL RECTIFIER 社のIR2110など
で知られるようなブリッジ回路用のMOS Gate Driver な
どの絶対最大定格の低いＩＣ素子を用いる場合に特に有
効である。

【００３８】また、本実施例では、発振回路20の一方の
出力信号Ｅ１がＨｉとなる位相では始動パルスを停止さ
せることにより、始動信号出力回路５を間欠動作させて
いる。これにより、始動パルス発生回路４のＦＥＴ44の
単位時間内における動作時間を半減させることができ
る。したがって、素子の温度上昇が低減し、オン抵抗の
上昇による始動パルスの低下を防止することができる。
また、これは素子の寿命短化を防止することに効果があ
る。

【００３９】さらに、本実施例では、始動パルス休止期
間をインバータ回路の半周期ごとに設けたので、インバ
ータ回路２の発振信号と、始動パルス休止信号を兼用で
き、回路を簡単にできる。

【００４０】また、インバータ回路の出力極性と、始動
パルスの出力極性が逆の期間があっても、図２に示すご
とく、始動パルス休止期間を設けて間欠的に始動パルス
を発生させることにより、使用する素子の定格電圧内に
抑えるように制御すれば構わない。

【００４１】なお、本実施例では、ランプ電流を反転
し、放電ランプ３の点灯を維持する手段として、フルブ
リッジインバータ回路を用いたが、これはたとえばハー
フブリッジインバータ回路やＳＥＰＰ回路など、直流電
源回路の出力端に並列にＦＥＴなどのスイッチング素子
の直列回路を接続した方式のものであれば、同等の効果
が得られる。

【００４２】また、本実施例では、始動パルスの発生手
段として半導体スイッチ素子であるＦＥＴ44を用いた
が、これ以外にも、たとえばトランジスタやサイリスタ
などを用いても良く、放電ギャップなど、半導体スイッ
チ素子以外のものを用いても良い。

【００４３】また、本実施例では、パルストランスに
は、出力線を双方向に有する構成のものを用いたが、出
力線を一方向のみに有するものでも同様である。さら
に、直流電源回路は、本実施例のようなフライバックコ
ンバータ以外の構成のものでも良い。

【００４４】

【発明の効果】以上のように、本発明の放電ランプ点灯
装置によれば、放電ランプの始動時において、インバー
タ回路の極性に合わせて始動パルス休止期間を設けるこ
とにより、インバータ回路の入力電圧となる直流電源回
路の出力コンデンサの電圧上昇を抑制し、インバータ回
路のスイッチ素子およびそのドライブ回路の破壊を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の放電ランプ点灯装置の回路
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
るインバータ回路の入力電圧図である。

【図３】(a) は従来例の放電ランプ点灯装置のインバー
タ回路の回路図、(b) は同じくランプ始動回路の回路図
である。

【図４】従来例の放電ランプ点灯装置におけるインバー
タ回路の入力電圧図である。

【符号の説明】

１ 直流電源回路 ２ インバータ回路 ３ 放電ランプ ４ 始動パルス発生回路 ５ 始動信号出力回路 ６ 点灯制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉田 和繁 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源回路と、前記直流電源回路に並
   列接続された少なくとも２つのスイッチング素子の直列
   回路を有する電流反転手段と、前記電流反転手段の負荷
   として接続された放電ランプと、前記電流反転手段と前
   記放電ランプとの間に接続された高圧パルス発生手段
   と、前記電流反転手段の極性が前記高圧パルス発生手段
   によるパルス極性と逆のサイクルに少なくとも一定の休
   止期間を設けて前記高圧パルス発生手段を動作させる始
   動信号出力回路とを備えた放電ランプ点灯装置。