JPH05266984A - 放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】インバータ回路の出力電圧の極性に同期して起
動パルスを発生させ、放電ランプの起動を容易にする。 【構成】起動信号出力回路５をインバータ回路２の発振
回路20に接続し、インバータ回路２の出力電圧の極性に
同期して起動パルス発生回路６が動作するように制御す
る。これにより、インバータ回路２の出力電圧発生方向
に合わせて起動パルスを発生させ、放電ランプ３へ印加
される起動パルスの波高値を高くする。

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５(a),(b) に示すような構成が知
られている（特開昭2-10697 号公報）。図５(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５(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、前述のブリ
ッジ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
ランプ点灯装置を用いて、メタルハライドランプなどの
放電ランプを始動、点灯する際には、主電源となる直流
電源回路を含めたインバータ回路より点灯用の電力を供
給するとともに、放電ランプの主電極間を絶縁破壊させ
るための始動パルスをランプへ印加することが必要であ
る。この際に発生する始動パルスの電圧波形は、一般に
図３に示すように、最初に発生する方向の波高値Ｖｐ１
が、逆方向に発生する振動波形の波高値Ｖｐ２よりも大
であり、一発の始動パルスの発生期間中における波高値
の最大値がＶｐ１である減衰振動波形となる。

【０００５】なお、これらの始動パルスは、実際には点
灯用の電力を供給する主電源の電圧に重畳して放電ラン
プに印加される。したがって、始動パルスが発生する際
の主電源の出力電圧の極性、すなわち始動パルスに重畳
されるインバータ回路の出力電圧値によって、実質的に
放電ランプへ印加される始動パルスの波高値が変化す
る。

【０００６】また、本実施例の構成では、始動パルス発
生回路を構成するパルストランスを分割構成にしている
ので、始動パルスはＧＮＤを中心に正負の双方向に約７
ｋＶずつ発生する。したがって、放電ランプの主電極間
に合計約14ｋＶの電圧が印加されて、主電極間が絶縁破
壊する。これらの始動パルスは、正負対称であるから、
これ以後、正方向に発生する始動パルスを対象に説明す
る。なお、主電源としては矩形波インバータを用いてい
るものとする。

【０００７】まず、主電源に対する始動パルス発生期間
が、たとえば図４(a) のように主電源であるインバータ
回路の出力電圧の極性に対して非同期である場合、イン
バータ回路の出力電圧がＶｄ、すなわち対象としている
インバータ回路の一方の出力がＨｉのときに始動パルス
が発生すると、始動パルスはインバータ回路の出力電圧
Ｖｄに重畳される。このとき、実際に放電ランプへ印加
される始動パルスの波高値は、Ｖｐ１＋Ｖｄとなり、始
動パルスが本来有する電圧Ｖｐ１よりも高くなる。

【０００８】しかし、インバータ回路の出力電圧の極性
が反転し、インバータ回路の一方の出力がＬｏのときに
始動パルスが重畳されると、インバータ回路の出力電圧
は零であるから、実際に放電ランプへ印加される始動パ
ルスの波高値はＶｐ１のまま変わらない。

【０００９】したがって、インバータ回路の一方の出力
がＨｉのときに始動パルスが発生するときのみ、インバ
ータ回路の出力電圧Ｖｄに重畳した始動パルスが放電ラ
ンプへ印加され、始動パルスの波高値を増すという効果
を有する。

【００１０】しかし、図４(a) の場合のように始動パル
ス発生期間の途中でインバータ回路の電圧出力方向が反
転すると、主電極間が絶縁破壊した直後のアーク放電へ
の移行途中で、インバータ回路からの電力供給方向が反
転するため、アークが成立するためのエネルギー供給が
一旦停止することにより、放電ランプが立ち消えて、ア
ーク放電へスムーズに移行しないという問題が生じる。

【００１１】また、図４(b) に示すように主電源である
インバータ回路の出力電圧の逆極性に同期してパルスが
発生する場合、始動パルスは、インバータ回路の電圧出
力方向とは逆方向に発生し、放電ランプに実際に印加さ
れる始動パルスの波高値は、本来の始動パルスの波高値
Ｖｐ１に等しく、インバータ回路の出力電圧Ｖｄに重畳
される場合よりも、放電ランプに印加される電圧が低く
なり、始動しにくいという問題を生じる。

【００１２】さらに、図４(c) のように主電源の極性に
かかわらず始動パルスが連続に発生する場合、単位時間
内におけるパルス発生に要するエネルギーが増加し、主
電源の負担を大きくする。また、スイッチング素子の発
熱が過大となり、動作中に特性が変化し、始動パルスが
低下する。また、スイッチング素子の短寿命化を促進さ
せる。

【００１３】本発明は上記問題を解決するもので、始動
パルス発生期間を主電源であるインバータ回路の出力電
圧の極性に同期させ、インバータ回路の電圧出力方向に
合わせて始動パルスを発生することにより、インバータ
回路の出力電圧に重畳した始動パルスを放電ランプに無
駄なく確実に印加することが可能な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。

【００１４】

【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接続された電流反転手段と、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
発生回路と、前記電流反転手段の出力電圧の極性に同期
し前記電流反転手段の電圧出力方向に合わせて前記高圧
発生回路を動作させる始動信号出力回路とを備えたもの
である。

【００１５】

【作用】始動パルスを電流反転手段であるインバータ回
路の出力電圧の極性に同期して発生させ、放電ランプへ
印加される始動パルスの波高値をインバータ回路の出力
電圧分だけ上昇させることにより、放電ランプの主電極
間を絶縁破壊させるための電磁エネルギーが上昇し、放
電ランプの始動を容易にする。

【００１６】

【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。

【００１７】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。

【００１８】次に、図１に示した本実施例における放電
ランプ点灯装置の実施例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14と、コンデンサ15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。

【００１９】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、コンデンサ15の経路を経て整流、平
滑され、リップル成分を持つ直流電圧が徐々に大きくな
りながらコンデンサ15を充電する。

【００２０】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。

【００２１】また、ドライブ回路16は直流電源回路１の
出力電流の上限値を設定、すなわち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、あらかじめ設定された上限値以上の出力電流が流れ
ないように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。なお、本実施例では、ドライブ
回路16は直流電源回路１の出力電流の定電流機能の方が
出力電圧の定電圧機能に優先してＦＥＴ13のオン・オフ
のデューティ比を設定するものとする。

【００２２】このようにして、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上限値以下の場
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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】なお、本実施例の場合、直流電源回路１の
出力電流上限値を放電ランプ３の定格電流値近傍に設定
することにより、点灯中の放電ランプ３は電流制限され
て、低周波の交流電力で安定に点灯する。この際の点灯
周波数は、放電ランプ３に直列に接続されたパルストラ
ンス41の二次巻線が有するインダクタンス成分がランプ
電流制御機能を有しない程度の低い周波数であるため、
ランプ電流波形は矩形波となる。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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、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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】なお、本実施例において、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Ｅ
２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、ＦＥＴ21,2
4 がオンし、ＦＥＴ22,23 はオフとなる。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。

【００３８】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
から始動パルス発生回路４へ始動信号が送られ、ＦＥＴ
44がオン・オフして、パルストランス41から始動パルス
が発生し、放電ランプ３へ印加される。

【００３９】このとき、パルストランス41の巻線方向が
図１に示すとおりであれば、始動パルスは負荷電流が流
れる方向、すなわち、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の向きに
流れ、コンデンサ27を貫流してパルストランス41の二次
巻線へ戻る。したがって、始動パルスの発生する方向が
インバータ回路２の電圧出力方向に一致する。

【００４０】ところで、始動パルス発生回路４から発生
する始動パルスの電圧波形は、図３に示すように時間経
過とともに減衰し、最初に発生する電圧のピーク値Ｖｐ
１が、逆方向に発生する電圧を含め、減衰途中の電圧の
ピーク値と比較して最も高い。

【００４１】したがって、インバータ回路２から放電ラ
ンプ３へ供給される矩形波電圧に重畳して始動パルスを
発生させる場合、本実施例のようにインバータ回路の出
力電圧の極性、すなわち矩形波電圧が発生する方向に合
わせて始動パルスを発生させると、図２に示すように、
放電ランプ３へ実際に印加される電圧が最も高くなる。

【００４２】本実施例では、前記のように、発振回路20
の一方の出力信号Ｅ１がＬｏとなる位相で始動パルスが
発生するように構成されているので、始動パルスは必ず
矩形波電圧が発生する方向に合わせて発生し、本実施例
では約200 Ｖの直流電圧に相当する矩形波電圧に重畳さ
れて始動パルスの最も高圧部分が放電ランプ３へ印加さ
れる。

【００４３】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が停止す
るように制御されている。この期間は、ＦＥＴ22,23 が
オンして、負荷電流は、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
路で流れる。

【００４４】仮にこの期間に始動パルスを発生させると
すれば、パルストランス41の巻線方向が図１に示す通り
であれば、始動パルスは矩形波電圧が発生する方向には
出力されず、図４(b) に示すように、始動パルスはイン
バータ回路の出力電圧に重畳されないので、この期間に
始動パルスを発生しても、放電ランプ３へ印加される始
動パルス電圧の波高値は、発振回路20の一方の出力信号
Ｅ１がＬｏとなる位相のときよりも低くなる。

【００４５】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て、
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
の短寿命化を防止することに効果がある。

【００４６】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など、同等の機能を有する他
の構成のものでも構わない。

【００４７】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。

【００４８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、放電ラ
ンプの始動時において、インバータ回路の出力電圧の極
性に同期して始動パルスを発生させることにより、放電
ランプへ実質的に印加される始動パルス電圧の波高値を
高くして、放電ランプの始動を容易にすることができ
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
る始動パルス発生位相を示す図である。

【図３】始動パルス電圧の波形図である。

【図４】従来の始動パルス発生位相を示す図である。

【図５】従来例の放電ランプ点灯装置の回路図である。

【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 伊藤 和彦 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接
   続された電流反転手段と、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発生手段と、前記電流
   反転手段の出力電圧の極性に同期し前記電流反転手段の
   電圧出力方向に合わせて前記高圧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。