JPH07114994A

JPH07114994A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JPH07114994A
Application number: JP5262131A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Wake; 厚夫和氣; Takeshi Saito; 毅斎藤; Takayuki Imai; 崇之今井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-10-20
Filing date: 1993-10-20
Publication date: 1995-05-02

Abstract

(57)【要約】【目的】放電ランプの点灯時における直流電源回路の
応答を速くし、ランプ電流反転時などの再点孤電圧を補
償してランプの立ち消えを防止するとともに、放電ラン
プの起動時に必要なエネルギーを安定に供給する。【構成】放電ランプ３と、出力端に平滑コンデンサ１
５を有する直流電源回路１と、入力端に電解コンデンサ
４２を有し、かつ放電ランプ３を起動するための起動手
段とを備え、この起動手段が直流電源回路１の出力端に
サイリスタを介して接続された構成を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は放電灯点灯装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】メタルハライドランプ等の放電ランプ
を、起動、点灯するための放電灯点灯装置としては、例
えば図２および図３に示すような構成が知られている
（特開平2ー10697号公報）。

【０００３】なお、図２は従来の放電灯点灯装置の主に
インバータ部の構成図を、図３はその起動回路の構成図
をそれぞれ示す。

【０００４】従来の放電灯点灯装置では、ブリッジ構成
を成すスイッチ素子４０１，４０２，４０３，４０４で
ブリッジ回路が構成されている４個のＦＥＴによって構
成されるインバータ回路の対角に配置された２組のＦＥ
Ｔを互いにスイッチングすることにより、直流電源回路
の出力を交番させ、矩形波電力として放電ランプ４０７
へ供給している。

【０００５】なお、図３の４０６はパルストランスを示
す。また、図２において端子Ａ，Ｂは、直流電源回路へ
接続されているものとする。ただし、直流電源回路は図
示しない。また、図２の端子Ｃ，Ｄは図３に示す起動回
路４０５の端子Ｃ，Ｄにそれぞれ接続されている。

【０００６】放電ランプ４０７の起動時には、放電ラン
プ４０７の主電極間を絶縁破壊させるための高電圧を、
起動回路４０５を介して放電ランプ４０７へ供給する。
これにより、放電ランプ４０７が起動すると、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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の放電
灯点灯装置を用いて、メタルハライドランプ等の放電ラ
ンプを起動、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４０７の主電極間を絶縁破壊させ
るための起動パルスをランプへ供給することが必要であ
る。起動パルスを発生させる電力源は、一般に直流電源
回路から供給されるが、この際、直流電源回路の出力電
圧を一旦コンデンサに充電し、起動回路４０５の直流電
源として動作させる。

【０００８】したがって、このコンデンサを小容量化す
ると、放電ランプ４０７を起動するために必要なエネル
ギーが不足し、起動パルスが間欠に発生するなど、ラン
プの起動が困難になるという問題があった。また、この
コンデンサを大容量化すると、直流電源回路の出力端に
接続された平滑コンデンサの容量に並列に加算されるた
め、平滑コンデンサの充電時定数が大きくなり、例えば
インバータ回路の電流が反転する期間に生じるデッドタ
イム中に、平滑コンデンサを速やかに充電し、放電ラン
プの再点弧電圧を補償するということが困難になるとい
う問題があった。さらに、コンデンサが大容量になれ
ば、体積が大きくなるため、直流電源回路の小形化を阻
害する要因の一つとなっていた。

【０００９】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、放電ランプの点灯維持を容易にし、か
つ直流電源回路の出力端に接続されるコンデンサを小容
量化して、さらに、放電ランプの起動時に必要なエネル
ギーを安定に供給することのできる小形で軽量な放電灯
点灯装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の放電灯点灯装置
は、放電ランプと、出力端に平滑コンデンサを有する直
流電源装置と、入力端に電解コンデンサを有し、かつ前
記放電ランプを起動するための起動手段とを備え、前記
起動手段が前記直流電源装置の出力端にスイッチ素子を
介して接続された構成を有する。

【００１１】

【作用】放電ランプの起動時には、直流電源装置の出力
端に位置する平滑コンデンサに接続されたスイッチ素子
を介して、起動手段の入力端に接続された電解コンデン
サを充電し、起動手段の動作に必要な電圧源を確保す
る。これによって、起動手段を動作させ放電ランプを点
灯させる。放電ランプの主電極間の絶縁破壊に必要な高
電圧を発生させる。放電ランプの起動後は、スイッチ素
子を開放することにより、起動手段への充電経路を遮断
し、負荷電流の遮断時に平滑コンデンサを充電する。こ
の平滑コンデンサは充電電圧を早期に回復するので、放
電ランプの再点弧電圧が補償され点灯が安定する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１３】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
は起動パルス発生回路、５は起動信号発生回路、６は点
灯制御回路をそれぞれ示す。なお、起動パルス発生回路
４と起動信号発生回路５とで起動手段を構成する。

【００１４】インバータ回路２は、直流電源回路１によ
り駆動され、負荷である放電ランプ３に矩形波電力を供
給する。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。起動信号発生回路５は、点灯制御
回路６から信号を受け、起動パルス発生回路４へ起動信
号を出力する。起動信号発生回路５から起動信号を受け
た起動パルス発生回路４は、起動パルスを発生し、放電
ランプ３へ高電圧を供給する。これらの動作により、放
電ランプ３の主電極間が絶縁破壊し、放電を開始する
と、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、放電ランプ３は徐々に安定点灯に至る。

【００１５】次に、本実施例の放電灯点灯装置の基本動
作を説明する。直流電源回路１は、バッテリー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いる。なお、１６は
ＦＥＴ１３を駆動する駆動回路、１８は直流電源回路１
の出力電圧を検出する出力電圧検出回路、１９は直流電
源回路１の出力電流を検出する出力電流検出回路であ
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より信号を受けて駆動回路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。駆動回路１６は、点灯制御回路６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、駆動回路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１
９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
フのデューティを変化させる機能をも有する。

【００１７】なお、本実施例では、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・オフのデューティを設定する
ものとする。

【００１８】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の負荷の状態
が変化して、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。
なお、本実施例では、放電ランプ３が起動した後、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、例えば４００Ｈｚ程度の周波数で放電ランプ３を点
灯させている。したがって、パルストランス４１の二次
巻線４５，４６のインピーダンスは非常に小さいので、
ほとんど電流制限機能を有さない。そこで、前述の直流
電源回路１の定電流出力機能をもって放電ランプ３を安
定点灯させている。

【００１９】これによって、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、
出力電流も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】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がブリッジ構成を成しており、放電ランプ３を流れ
る電流を反転し、点灯を維持する手段であるフルブリッ
ジインバータ回路を構成している。２５，２６はそれぞ
れＦＥＴ２１，２２およびＦＥＴ２３，２４を駆動する
駆動回路であり、これらは、点灯制御回路６により制御
される電流反転駆動回路２０から信号を受けて、例えば
４００Ｈｚ程度の、放電ランプ３が音響的共鳴現象を起
こさない低い周波数で互いに逆位相で動作する。すなわ
ち、駆動回路２５，２６の出力信号により、ＦＥＴ２１
とＦＥＴ２４とが同時にオン・オフし、また、ＦＥＴ２
２とＦＥＴ２３とが同時にオン・オフする。なお、ＦＥ
Ｔ２１，２４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。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４
６→ＦＥＴ２４→直流電源回路１の経路で電流が流れ
る。次に、ＦＥＴ２２とＦＥＴ２３とがオンすると、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、ＦＥＴ２１，２４とＦＥＴ２２，２３とは
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。

【００２１】なお、本実施例の場合、放電ランプ３の安
定点灯時における直流電源回路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、直流電源回路１により電流制
限されて、低周波の交流電力で安定に点灯する。また、
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、ランプ電流波形はほぼ矩形波となる。

【００２２】次に起動パルス発生回路４の動作について
説明する。起動パルス発生回路４は出力端にパルストラ
ンス４１を有し、その二次巻線は、起動パルス発生回路
４の出力電圧を放電ランプ３に供給すべく、放電ランプ
３に直列に接続されている。なお、本実施例では二分さ
れた二次巻線４５および二次巻線４６の間に放電ランプ
３が配置されており、それらはインバータ回路２を構成
するコンデンサ２７に並列に接続されて閉ループを形成
している。また、コンデンサ４２は、サイリスタ４３を
介して直流電源回路１を構成するコンデンサ１５に接続
されており、起動パルス発生回路４の直流電源としての
役割を果たす。

【００２３】なお、サイリスタ４３は、点灯制御回路６
からゲート信号を受けており、放電ランプ３の起動時、
すなわち放電ランプ３が消灯している時のみ導通し、直
流電源回路１の出力電圧をコンデンサ４２へ供給するご
とく動作する。この際、コンデンサ４２の容量は、コン
デンサ１５に比べて大きいので、コンデンサ４２に充電
される電圧は、コンデンサ１５の両端に発生する電圧の
上昇よりも遅れて徐々に上昇するが、起動パルスが発生
する際には、コンデンサ４２の両端に充電されている電
圧は、無負荷時の直流電源回路１の出力電圧にほぼ等し
くなる。

【００２４】ＦＥＴ４４は、起動信号発生回路５を構成
する起動発振回路５２から信号を受け、オン・オフ動作
する。ＦＥＴ４４は、パルストランス４１の一次巻線４
７を介して直流電源であるコンデンサ４２と接続、閉ル
ープを構成しており、パルストランス４１は、ＦＥＴ４
４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。

【００２５】ＦＥＴ４４がオンすると、起動パルス発生
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４７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４７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。この際、一次巻線４７の両端に発生したキック
電圧をパルストランス４１が昇圧し、二次巻線４５，４
６の両端に出力する。

【００２６】パルストランス４１は、この高電圧を放電
ランプ３へ供給し、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、起動パル
スがインバータ回路２へ戻り、回路を破壊することを防
止する機能を有する。

【００２７】以上のような過程を経ることにより、放電
ランプ３は主電極間が導通して放電を開始し、インバー
タ回路２を介して直流電源回路１により制限された交流
電力を供給されて、徐々に安定点灯に移行する。

【００２８】ところで、本実施例では、起動信号発生回
路５は点灯制御回路６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、起動信号発生回路５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
へ、点灯制御回路６からの信号が入力され、トランジス
タ５１がオフすれば起動パルスが発生すべく、ＦＥＴ４
４へゲート信号を送るように構成されている。

【００２９】ここで、点灯制御回路６は、直流電源回路
１を構成する出力電圧検出回路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
以上の値になると起動パルスを発生すべく起動信号発生
回路５へ信号を送り、トランジスタ５１を開放して起動
パルスを発生させる。

【００３０】また逆に、検出電圧がVaよりも低い値まで
低下すると、起動パルスを停止すべく起動信号発生回路
５へ信号を送り、トランジスタ５１が導通して起動パル
スが停止する。

【００３１】なお、放電ランプ３が点灯後は、直流電源
回路１の出力電圧が低下するので、出力電圧検出回路１
８の検出電圧はVaよりも低くなり、起動パルスは自動的
に停止する。

【００３２】ここで仮に、起動パルス発生回路４を駆動
する直流電源を、直流電源回路１の出力端に接続された
コンデンサ１５から直接供給するとした場合、コンデン
サ１５の容量が小さいと、起動パルス発生回路４への入
力電力が不足し、起動パルス発生回路４の動作が制限さ
れる問題が発生する。すなわち、起動パルス発生回路４
から高圧パルスが発生すると、コンデンサ１５が小容量
であるため、コンデンサ１５に蓄積された電荷が一気に
放出し、コンデンサ１５の両端に発生していた電圧が急
激に低下する。このため、一定周波数でオン・オフを繰
り返すＦＥＴ４４が、次周期で再びオンしても、コンデ
ンサ１５の両端に発生していた電圧が低下しているため
に、発生するパルス電圧が低く、放電ランプ３の主電極
間を確実に絶縁破壊させることが困難になる。その結
果、放電ランプ３の主電極間を絶縁破壊させるべき高圧
パルスが、間欠的にしか発生できないことになり、放電
ランプ３の始動性を低下させる要因の一つとなる。

【００３３】しかしながら、コンデンサ１５の容量を大
きくすることは、コンデンサ１５自身の充電速度を遅く
し、例えば、インバータ回路２の電流反転時のデッドタ
イム中に、コンデンサ１５を速やかに充電することが不
可能となり、ランプ電流方向の切り替わり時の再点弧電
圧を補償することが困難となる。このため、放電ランプ
３が点灯中に立ち消えたり、直流電源回路１の出力電圧
および出力電流制御の応答速度が遅くなる。さらに、直
流電源回路１の出力端に大容量のコンデンサを接続する
と、直流電源回路１で電流制限する場合でも放電ランプ
３が負抵抗特性を有するのでコンデンサの電荷が流れだ
してしまい、出力電流を一定に制限することは難しくな
るので好ましくない。

【００３４】本実施例では、起動パルス発生回路４の直
流電源となるコンデンサ４２を、サイリスタ４３を介し
て、直流電源回路１の出力端に接続されたコンデンサ１
５に接続している。したがって、コンデンサ４２には、
コンデンサ１５の充電期間、すなわちコンデンサ１５の
両端に発生する電圧が上昇する期間に、点灯制御回路６
から信号を受けた場合のみ電荷が蓄積され、その電位は
最大で、電圧制限動作する直流電源回路１の出力電圧ま
で上昇する。

【００３５】また、コンデンサ４２は、サイリスタ４３
によりコンデンサ１５との間を逆方向に阻止されてい
る。したがって、コンデンサ４２に蓄積された電荷は、
サイリスタ４３を介してコンデンサ１５の側へ放電され
ることはない。よって、コンデンサ４２として例えば大
容量のものを選択した場合でも、放電ランプ３の負抵抗
特性のために、直流電源回路１で電流制限する場合に、
コンデンサの電荷が流れ出して出力電流の安定化を妨げ
るという問題を発生することはない。

【００３６】また、本実施例では、起動パルスの発生期
間のみ点灯制御回路６からゲート信号を送ってサイリス
タ４３を導通させており、放電ランプ３の点灯時には、
サイリスタ４３は開放されている。したがって、起動パ
ルス発生回路４への充電路が遮断されるので、直流電源
回路１はコンデンサ４２が有する容量の影響を受けず、
応答が速くなるので、再点孤時などにおける立ち消えを
防止することができる。

【００３７】なお、インバータ回路２のＦＥＴ２１，２
２，２３，２４が全てオフとなるデッドタイム時には、
パルストランス４１の二次巻線４５，４６から電源に戻
る帰還電流がコンデンサ１５を流れるため、コンデンサ
１５にはデッドタイム時に電荷が供給され、電位は速や
かに上昇する。このようにして直流電源回路１の出力電
圧は、デッドタイム中に、放電ランプ３の再点弧電圧を
補償する電圧まで上昇する。

【００３８】このように本実施例の放電灯点灯装置によ
れば、直流電源回路１の出力端のコンデンサ１５の容量
を小さくすることにより、インバータ回路２の電流反転
時のデッドタイム中に、直流電源回路１の出力端のコン
デンサ１５の両端に発生する電圧を速やかに上昇させる
ことができるので、ランプ電流方向の切り替わり時の再
点弧電圧を補償することが可能となり、放電ランプ３を
立ち消えさせることなく安定に点灯させることができ
る。また、従来の放電灯点灯装置では、直流電源回路の
出力端のコンデンサとして、容量が数十μFから数百μF
で、数百ボルト耐圧の電解コンデンサが必要であるが、
本実施例の放電灯点灯装置によれば直流電源回路１の出
力端のコンデンサ１５は小容量化できる。したがって、
フィルムコンデンサ等が利用でき、高耐圧のものでも体
積は小さいので、直流電源回路を小型化することができ
る。さらに、小容量のコンデンサ１５を用いることによ
り、直流電源回路１の出力電圧および出力電流制御の応
答速度を速くすることができる。

【００３９】なお、本実施例では、ランプ電流を反転
し、放電ランプ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、これは例えばハーフブ
リッジインバータ回路やＳＥＰＰ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し、直流電源回路
も、本実施例のようなフライバックコンバータ以外の、
例えばフォワードコンバータのような構成のものでも構
わない。

【００４０】また、本実施例では、起動パルスの発生手
段としてスイッチ素子であるＦＥＴを用いたが、これ以
外にも同等の手段、例えばトランジスタやサイリスタ等
を用いても良く、放電ギャップなど、スイッチ素子以外
のものを用いても構わない。

【００４１】さらに、直流電源回路１から起動パルス発
生回路４への充電路に配置されたスイッチ素子として、
本実施例ではサイリスタを用いたが、これもトランジス
タやＦＥＴ、あるいはリレーなどでも良い。

【００４２】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。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の放電灯点灯
装置は、放電ランプの再点弧電圧を補償する効果を損な
うことなく、放電ランプの起動時に必要なエネルギーを
安定に供給することができる。また、直流電源回路の応
答が速くなり、ランプの状態の急激な変化にも追従して
立ち消えを起こしにくい点灯回路を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である放電灯点灯装置の構成
図

【図２】従来の放電灯点灯装置の主にインバータ部を示
す構成図

【図３】従来の放電灯点灯装置の起動回路の構成図

【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起動パルス発生回路５起動信号発生回路６点灯制御回路１５，４２コンデンサ４３サイリスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放電ランプと、出力端に平滑コンデンサ
を有する直流電源装置と、入力端に電解コンデンサを有
し、かつ前記放電ランプを起動するための起動手段とを
備え、前記起動手段が前記直流電源装置の出力端にスイ
ッチ素子を介して接続されたことを特徴とした放電灯点
灯装置。
【請求項２】起動手段のスイッチ素子は放電ランプの
点灯中において開放されていることを特徴とする請求項
１記載の放電灯点灯装置。