JPH0689789A

JPH0689789A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JPH0689789A
Application number: JP23855292A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Ishibashi; 橋弘孝石; Nobuyuki Yamada; 田信幸山; Masakatsu Kiyohara; 原正勝清; Kenichi Kato; 藤憲一加
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1992-09-07
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 1994-03-29

Abstract

(57)【要約】【目的】装置全体の小型、軽量化および構成の簡易化
を図ると共に、樹脂モールド等の絶縁対策を不要にする
ことのできる放電灯点灯装置を得る。【構成】放電灯(100) を始動させる高電圧発生手段と
して、スイッチ手段(91)と、二次側が放電灯(100) に接
続された圧電トランス(95)と、スイッチ手段(91)の操作
に応じて圧電トランス(95)を固有の周波数で共振々動さ
せるための交流電圧を、圧電トランス(95)の一次側に供
給する発振手段(95)とを含み、スイッチ手段(91)の操作
に応じて圧電トランス(95)の二次側に高電圧を発生させ
るものを用いる。

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、高圧ナトリウムランプ等の高圧放電灯を点灯する放
電灯点灯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高圧放電灯は、水銀やナトリウム等の金
属を希ガスと共に封入し、点灯時、数百度にもなる管壁
温度によって蒸気圧を高めて動作させることに特徴があ
り、メタルハライドランプや高圧ナトリウムランプは始
動のために高い電圧を必要とするものがある。

【０００３】図４はこの種の高圧放電灯に適用される従
来の放電灯点灯装置の構成を、部分的にブロックで示し
た回路図である。同図において、10はAC 100Ｖで、50Hz
または60Hzの商用交流電源である。この商用交流電源10
からの交流は、２個のダイオードおよび２個のコンデン
サをブリッジ接続してなる倍電圧の整流回路20により整
流されて脈流となる。この脈流は平滑コンデンサ25によ
って平滑化され、直流となってチョッパ回路30に入力さ
れる。

【０００４】チョッパ回路30は、サイリスタやトランジ
スタ等のスイッチング素子を有し、チョッパ制御回路12
0 によって作成されたオンオフ信号をゲート端子31に受
けて、直流電圧をパルス状の電圧に変換して出力する。
このとき、チョッパ制御回路30は、チョッパ回路30の出
力側に設けられた電流検出器110 の電流検出値が、予め
設定した値になるように、例えば、オフ期間を変えたオ
ンオフ信号を作成する。従って、チョッパ回路30からは
予め設定された電流が出力される。このチョッパ回路30
の電流出力は、直流リアクトル40により平滑化されてイ
ンバータ回路50に送り込まれる。なお、チョッパ回路30
と並列にフライホィールダイオード45が接続されてお
り、このフライホィールダイオード45は直流リアクトル
40に蓄えられたエネルギーを放出させる。

【０００５】インバータ回路50は、チョッパ回路30から
出力された直流電流を、50Hz〜 120Hzの交流電流に変換
する直流交流変換器であり、４個のスイッチングトラン
ジスタTR₁，TR₂，TR₃，TR₄を単相ブリッジ接続し、
かつ、各スイッチングトランジスタTR₁，TR₂，TR₃，
TR₄に逆流阻止用のダイオードＤ₁，Ｄ₂，Ｄ₃，Ｄ₄
を逆並列接続して構成されている。

【０００６】また、インバータ回路50には、各スイッチ
ングトランジスタTR₁とTR₄およびTR₂とTR₃とを交互
に所定周波数でオンオフ制御するインバータ制御回路60
が接続されている。インバータ制御回路60は、図示省略
の発振器で所定の周波数の矩形波を作成し、この矩形波
をスイッチングトランジスタTR₁，TR₂，TR₃，TR₄に
送ることにより、インバータ回路50から矩形波の交流を
出力させるものである。

【０００７】インバータ回路50の出力端子には、高圧放
電灯100 が接続されている。高圧放電灯100 は、例え
ば、250 Ｗのメタルハライドランプであり、50Hz〜120H
z の周波数で点灯させることが適している。なお、イン
バータ回路50の正負出力端子間には、放電灯100 に加え
られる後述する高圧パルスの影響を除去する高周波バイ
パスコンデンサ55も接続されている。

【０００８】また、高圧放電灯100 には、イグナイタと
も呼ばれる高電圧発生回路90が接続されている。この高
電圧発生回路90は、スイッチでなるイグナイタオンオフ
回路91を有し、これをオン操作したときに前述の平滑コ
ンテンサ25によって平滑化された直流によりコンデンサ
Ｃ₁₁が充電される。そして、コンデンサＣ₁₁の両端に発
生した電圧は、ダイオードＤ₁₁を介して、抵抗Ｒおよび
コンデンサＣ₁₂でなる積分回路に印加され、コンデンサ
Ｃ12を充電する。さらに、コンデンサＣ₁₂の両端に発生
した電圧は、ダイオードＤ₁₂を介して、変圧器92の一次
巻線に供給される。変圧器92は昇圧型のものでなり、コ
ンデンサＣ₁₁、Ｃ₁₂の容量や抵抗Ｒの抵抗値等によって
決まる時定数の電流を一次巻線に流したとき、二次巻線
に数KVの電圧を発生させる。この二次巻線に発生した電
圧は、ダイオードＤ₁₃を介して、並列接続された２個の
コンデンサＣ₁₃，Ｃ₁₄を充電する。これらのコンデンサ
並列回路の正負端子間に、サージアレスタ93と高圧放電
灯100 との直列接続回路が接続され、コンデンサ並列回
路の正負端子間電圧がサージアレスタ93の放電電圧を超
えたとき、高圧放電灯100 に数KV以上で、持続時間が数
ナノ（ｎ）秒の高圧パルスを印加する。これによって、
放電灯100 が始動、すなわち、初期点灯される。なお、
放電灯100 が点灯した後、高圧パルスの印加を停止す
る。

【０００９】矩形波を用いた点灯方式では、低周波で点
灯維持が可能なため音響共鳴現象を回避できる等の利点
があるが、低周波であるため限流作用を行うチョークコ
イルが大きくなり回路の小型軽量化が難しい。

【００１０】一方、高周波による点灯方式では、高周波
であるため限流作用を行うチョークコイルが小さくてす
み、回路が小型軽量化しやすい。

【００１１】図５は、この種の従来の放射灯装置の構成
を部分的にブロックで示した回路図であり、図中、図４
と同一の符号を付したものは、それぞれ同一の要素を示
している。この種の点灯方式では、音響共鳴現象を避け
るためにＦＭ変調回路を用いるのが一般的であり、この
点が図４と相違している。図中、ＦＭ変調回路を含むイ
ンバータ（以下、図面を含めてＦＭ変調回路という）８
０は、図示省略のプッシュプルやフルブリッジ等を用い
て構成されるインバータであり、周波数変調された交流
を出力させる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述した高電圧発生回
路90を構成する変圧器92及びコンデンサＣ₁₁〜Ｃ₁₄は、
それぞれ容量的にも重量的にも大きいため、装置全体が
大きく、かつ、重くなってしまうという問題があった。

【００１３】また、高電圧発生回路90は変圧器92及びコ
ンデンサＣ₁₁〜Ｃ₁₄の他に、抵抗Ｒ、ダイオードＤ₁₁〜
Ｄ13，サージアレスタ93を含んでおり、自ずと構成が複
雑化するという問題もあった。

【００１４】さらにまた、変圧器92に対しては、樹脂モ
ールド等の絶縁対策が不可欠であった。

【００１５】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、装置全体の小型、軽量化および構成の簡
易化を図ると共に、樹脂モールド等の絶縁対策を不要に
することのできる放電灯点灯装置を得ることを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、放電灯を始動
させる高電圧発生手段として、スイッチ手段と、二次側
が放電灯に接続された圧電トランスと、スイッチ手段の
操作に応じて圧電トランスを固有の周波数で共振々動さ
せるための交流電圧を、圧電トランスの一次側に供給す
る発振手段とを含み、スイッチ手段の操作に応じて圧電
トランスの二次側に高電圧を発生させるものを用いる。

【００１７】もう一つの発明は、放電灯に交流電流を供
給するＦＭ変調手段と、放電灯を始動させる高電圧発生
手段とを有し、このうち、高電圧発生手段として、二次
側が放電灯に接続された圧電トランスを含むものを用
い、ＦＭ変調手段として、直流電流を交流電流に変換す
ると共に、変調波の１サイクルに少なくとも１回は圧電
トランスに固有の共振周波数が含まれるように周波数変
調し、この周波数変調された交流を放電灯と併せて圧電
トランスの一次側に印加するものを用いる。

【００１８】

【作用】この発明においては、スイッチ手段、発振手段
および圧電トランスという僅かな要素にて高圧発生手段
を構成し、しかも、これらの要素が容量的にも、重量的
にも小さいことから、装置全体の小型、軽量化および構
成の簡易化を達成でき、また、巻線型の変圧器を用いな
いで済むことから樹脂モールド等の絶縁対策も不要にな
る。

【００１９】もう一つの発明においては、放電灯に交流
電流を供給するＦＭ変調手段の出力を用いて圧電トラン
スを共振々動させているため、上述したスイッチ手段お
よび発振手段も不要化され、装置全体の一層の小型、軽
量化および構成の簡易化が促進される。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例によって詳
細に説明する。

【００２１】図１は本発明の一実施例に係る放電灯点灯
装置の構成を、部分的にブロックで示した回路図であ
る。同図において、図４と同一の要素には同一の符号を
付してその説明を省略する。ここでは、図４中の高電圧
発生回路90に代えて、高電圧発生回路90a を用いてい
る。この高電圧発生回路90a は、スイッチ手段としての
イグナイタオンオフ回路91と、発振回路94と、圧電トラ
ンス95とで構成されている。このうち、イグナイタオン
オフ回路91は、これをオン操作している間、平滑コンデ
ンサ25によって平滑化された直流電圧を発振回路94に供
給するものである。発振回路94は、直流電圧が供給され
たとき、後述する圧電トランス95に固有の共振周波数に
一致する交流電圧を発生して圧電トランス95の一次側に
印加するものである。圧電トランス95は、一次側に交流
電圧を印加して共振々動したとき、二次側に高圧パルス
を発生して放電灯100 に印加するもので、その動作原理
を図２を用いて簡単に説明する。

【００２２】図２に示した圧電トランスは、圧電セラミ
ックに電圧を加えると機械歪を生じること、および機械
振動を圧電セラミックに加えると起電力を生じるという
現象を、一体の固体の中で併せて利用し、昇圧特性を得
るものである。

【００２３】図２は板状圧電トランスであり、左半分は
上下面に銀焼付などで得られる入力電極対を有し、右半
分は端面が出力端となり、それぞれ矢印の方向に直流電
圧を印加し、分極処理がされている。ここで、左半分を
駆動部、右半分を発電部と称し、これらが巻線トランス
の場合の一次側、二次側に相当する。

【００２４】ここで、入力電圧をＶ₁、出力電圧を
Ｖ₂、電気機械結合係数をｋ、分極方向をＰ、全長の半
分をＬ、厚さをＴ、振動の良好度をＱ_mとする。いま、
長さ方向２Ｌで決まる固有共振周波数を持つ交流電圧を
印加すると、電歪効果により長さ方向に強い機械振動を
生じ、発電部においては圧電効果により電荷が発生す
る。これは長さ方向の共振を利用するので昇圧特性を示
す。

【００２５】出力端無負荷時の昇圧比Ｖ₂／Ｖ₁は次式
で表される。

【００２６】Ｖ₂／Ｖ₁＝（４／π²）・Ｑ_m・ｋ・（Ｌ／Ｔ） …(1) 因みに、長さ２Ｌ＝28mm、幅Ｗ＝7.5mm 、厚さＴ＝2.0m
m の磁器の重さは3.2ｇであり、入力電圧Ｖ₁＝40Ｖ
_P-Pのとき、出力電圧Ｖ₂＝４ＫＶ_P-Pとなる。従っ
て、放電灯の始動条件を十分に満たす高電圧を容易に発
生させることができる。

【００２７】以下、本実施例の動作について、特に、図
４に示した従来装置と構成を異にする部分を中心にして
説明する。

【００２８】商用交流電源10の交流を整流、平滑した直
流が平滑コンデンサ25の両端に発生する。放電灯100 の
始動に当たって、イグナイタオンオフ回路91をオン操作
すると、平滑コンデンサ25の両端に発生した直流が発振
回路94に供給される。これによって発振回路94が発振し
て、圧電トランス95に固有の共振周波数に一致する交流
電圧を圧電トランス95の一次側に印加する。圧電トラン
ス95はこれによって共振々動し、その二次側に放電灯10
0 の始動させるに必要な高電圧を発生する。これによっ
て、放電灯100 は点灯する。

【００２９】これ以降、チョッパ回路30は、インバータ
50に入力される電流値が予め設定した値になるようにオ
ン、オフし、さらに、インバータ制御回路60がインバー
タ50を制御して、矩形波の交流を放電灯100 に供給す
る。

【００３０】かくして、高電圧発生回路90a により、放
電灯100 が点灯され、インバータ50およびインバータ制
御回路によって点灯維持のための交流電圧が供給され、
さらに、点灯電力がチョッパ30およびチヨッパ制御回路
によって一定に保持される。

【００３１】次に、図３は本発明の他の実施例の構成
を、部分的にブロックで示した回路図である。同図にお
いて、図５と同一の要素には同一の符号を付してその説
明を省略する。ここでは、図５中の高電圧発生回路90に
代えて、高電圧発生回路90b を用いている。この高電圧
発生回路90b は、ＦＭ変調回路80の変調出力回路に一次
側が接続され、二次側が放電灯100 に接続された圧電ト
ランス95と、電流検出器110 の電流検出値を入力し、電
流値が所定の値を超えた段階で圧電トランス95の一次側
に供給される電圧の経路をオフにして高電圧の発生を停
止させるパル停止回路96とで構成されている。

【００３２】この実施例は、インバータ50から出力され
るＦＭ変調された矩形波交流によって圧電トランス95を
共振々動させるもので、そのため、インバータ制御回路
70は、変調波の１サイクルに少なくとも１回は圧電トラ
ンス95に固有の共振周波数が含まれるように周波数変調
する構成になっている。従って、電流検出器110 に所定
の電流が流れるまで、すなわち、放電灯100 が点灯して
これを維持する状態になるまで、圧電トランス95から周
期的に高電圧が出力され、その都度放電灯100に印加さ
れる。そして、放電灯100 が点灯してこれを維持する
と、圧電トランス95の一次側がＦＭ変調回路80から切り
離される。

【００３３】かくして、この実施例によれば、図１に示
した実施例中の発振回路をも除去することができ、装置
全体の一層の小型、軽量化、構成の簡易化が達成でき
る。

【００３４】なお、上記実施例では、直流交流変換手段
として、フルブリッジ型のインバータ回路を用いたが、
これに限らず、プッシュプル等の各種のインバータ回路
を用いることができる。

【００３５】なおまた、放電灯としては、高圧放電灯で
あればよく、例えば、メタルハライドランプ、水銀ラン
プ、キセノンランプ、高圧ナトリウムランプ等に適用可
能である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高圧発生回路の構成要素が僅かで済み、しかも、これら
の要素が容量的にも、重量的にも小さいことから、装置
全体の小型、軽量化および構成の簡易化を達成でき、ま
た、巻線型の変圧器を用いないので樹脂モールド等の絶
縁対策も不要化される。

【００３７】そして、もう一つの発明によれば、高電圧
発生手段から発振回路をも除去することができ、装置全
体の一層の小型、軽量化および構成の簡易化が促進され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を、部分的にブロック
で示した回路図。

【図２】本発明の一実施例の構成要素である圧電トラン
スの動作原理を説明するための説明図。

【図３】本発明の他の実施例の構成を、部分的にブロッ
クで示した回路図。

【図４】従来の放電灯点灯装置の構成を、部分的にブロ
ックで示した回路図。

【図５】従来のもう一つ他の放電灯点灯装置の構成を、
部分的にブロックで示した回路図。

【符号の説明】

２０整流回路３０チョッパ４０直流リアクトル５０インバータ回路６０，７０インバータ制御回路８０ＦＭ変調回路を含むインバータ９０ａ，９０ｂ高電圧発生回路９１イグナイタオンオフ回路９４発振回路９５圧電トランス１００放電灯

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清原正勝福岡県北九州市小倉北区中島二丁目１番１号東陶機器株式会社内 (72)発明者加藤憲一福岡県北九州市小倉北区中島二丁目１番１号東陶機器株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放電灯を始動させるための高電圧発生手段
を有する放電灯点灯装置であって、前記高電圧発生手段は、スイッチ手段と、二次側が前記
放電灯に接続された圧電トランスと、前記スイッチ手段
の操作に応じて前記圧電トランスを固有の周波数で共振
々動させるための交流電圧を、前記圧電トランスの一次
側に供給する発振手段とを含むものである放電灯点灯装
置。
【請求項２】放電灯に交流電流を供給するＦＭ変調手段
と、前記放電灯を始動させる高電圧発生手段とを有する
放電灯点灯装置であって、前記高電圧発生手段は、二次側が前記放電灯に接続され
た圧電トランスを含むものであり、前記ＦＭ変調手段は、直流電流を交流電流に変換すると
共に、変調波の１サイクルに少なくとも１回は前記圧電
トランスに固有の共振周波数が含まれるように周波数変
調し、この周波数変調された交流を前記放電灯と併せ
て、前記圧電トランスの一次側に印加するものである放
電灯点灯装置。