JPH07272880A

JPH07272880A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JPH07272880A
Application number: JP6057864A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kanbara; 隆神原
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1994-03-28
Filing date: 1994-03-28
Publication date: 1995-10-20
Anticipated expiration: 2017-09-24
Also published as: JP3326955B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】電源電圧変動時においても、放電灯の始動時に
ほぼ所定の電力を放電灯へ供給することを可能とするこ
とにより、始動性の電源電圧への依存性を少なくし、始
動性能の改善を図り、電源電圧によらず速やかに放電灯
を始動することのできる放電灯点灯装置を提供する。【構成】直流電源Ｅの電圧変換を行うコンバータ部と、
前記コンバータ部の出力に接続され、負荷である放電灯
１へ供給される電圧の極性切換を行うインバータ部を有
し、前記コンバータ部を制御することにより、負荷への
供給電力を制御可能とした放電灯点灯装置において、放
電灯１の始動時に前記コンバータ部からの出力電力を直
流電源Ｅの電圧によらず略一定となるように制御する手
段を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータ
部と低周波のインバータ部を組み合わせた放電灯点灯装
置に関するものであり、特に、ＨＩＤランプ等の放電灯
を点灯するのに適するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の放電灯点灯装置の一例を示
す。この装置は、直流電源ＥをトランジスタＱのスイッ
チング動作とトランスＴｆにより電圧変換した後、ダイ
オードＤ₁とコンデンサＣ₁により整流平滑し、トラン
ジスタＱ₁〜Ｑ₄よりなるインバータ回路を介して極性
を切り換えることにより、放電灯に略矩形状の交流を供
給する装置である。トランジスタＱは高周波（例えば、
数１０ＫＨｚ程度）でスイッチング動作を行い、直流電
源Ｅをスイッチングして、トランスＴｆにより昇降圧さ
れた電圧をダイオードＤ₁で整流して、コンデンサＣ₁
に直流電圧を発生させる。コンデンサＣ₁は小容量（例
えば、数μＦ程度）のものである。コンデンサＣ₁に発
生した直流電圧は、トランジスタＱ₁〜Ｑ₄で構成され
るフルブリッジインバータ回路により極性を低周波（例
えば、数１００Ｈｚ程度）で交番させながら、負荷であ
る放電灯１へ供給される。トランジスタＱ₁〜Ｑ₄はイ
ンバータ駆動回路２により低周波で交互に駆動される。
放電灯１の点灯時には、電圧検出回路３によりランプ電
圧を、電流検出回路４によりランプ電流を検出し、これ
を受けて、電力演算回路５はランプ電力を演算する。そ
して、求められたランプ電力と基準電源Ｅ₁から与えら
れる電力指令値がエラーアンプＥＡの正入力、負入力へ
とそれぞれ入力され、その結果を受けて、ＰＷＭ制御部
６は、両者が等しくなるように、駆動回路７によりトラ
ンジスタＱを駆動する。開閉手段ＳＷは、このとき閉じ
た状態である。以上の動作により、放電灯点灯時には、
トランジスタＱがＰＷＭ制御され、所定の電力が放電灯
１へ供給される。

【０００３】次に、放電灯１の始動時について述べる。
放電灯１は点灯前は非常にインピーダンスが高く、回路
はほぼ無負荷の状態となる。ＰＷＭ制御部６は、予め決
められたデューティで駆動回路７によりトランジスタＱ
を駆動する。これにより、コンデンサＣ₁には、直流電
源Ｅよりエネルギーが供給され、コンデンサＣ₁の電圧
は上昇する。このとき、コンデンサＣ₁の電圧は電圧検
出回路３により検出され、コンパレータＣＰにより基準
電源Ｅ₂の電圧と比較される。基準電源Ｅ₂は、コンデ
ンサＣ₁が所定の電圧（例えば、３００Ｖ程度）となる
ような値に設定される。コンデンサＣ₁が所定の電圧値
を上回ると、コンパレータＣＰはローレベルを出力し、
これを受けて、開閉手段ＳＷは開状態をとるようになっ
ている。このとき、トランジスタＱはオフの状態とな
る。次に、コンデンサＣ₁が所定の電圧より下がり、コ
ンパレータＣＰの出力がハイレベルとなると、開閉手段
ＳＷは閉状態となり、トランジスタＱは再びＰＷＭ制御
部６により予め決められたデューティで駆動される。以
上の動作により、放電灯１の点灯前には、所定の電圧が
コンデンサＣ₁に発生する。ここで、始動回路ＩＧが放
電灯１に高圧のパルス（例えば、１０数ＫＶ）を印加す
る動作を行うことにより、放電灯１は絶縁破壊を起こ
し、始動する。なお、放電灯１は始動時に絶縁破壊の状
態からアーク放電の状態へと推移し、安定となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような動作によると、放電灯１の始動時又はその直後
において、トランジスタＱは始動前に予め決められてい
たデューティで動作することになる。直流電源Ｅが、バ
ッテリー等のように或る程度の電圧の巾を持ち、変動す
るような場合、定格の電圧において所望するところの電
力が始動時に放電灯１に供給されるようにデューティを
予め定めておいたならば、例えば、電源電圧が定格より
低くなった場合や高くなった場合においては、始動時の
電力供給量が不足したり、過多となったりして、始動時
に放電灯１が安定な状態へ推移する前に立ち消えした
り、また、過電力供給のために過大な閃光を発したりす
る問題があった。特に、立ち消えは、放電灯１が点灯し
ないということで大きな問題である。これは、放電灯１
の始動性が電源電圧によって変わるということであり、
安定した始動性能の確保ができないという問題があっ
た。

【０００５】本発明は上述のような点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、電源電圧変動時
においても、放電灯の始動時にほぼ所定の電力を放電灯
へ供給することを可能とすることにより、始動性の電源
電圧への依存性を少なくし、始動性能の改善を図り、電
源電圧によらず速やかに放電灯を始動することのできる
放電灯点灯装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明にあっては、上記
の課題を解決するために、直流電源の電圧変換を行うコ
ンバータ部と、前記コンバータ部の出力に接続され、負
荷である放電灯へ供給される電圧の極性切換を行うイン
バータ部を有し、前記コンバータ部を制御することによ
り、負荷への供給電力を制御可能とした放電灯点灯装置
において、放電灯の始動時に前記コンバータ部からの出
力電力を直流電源の電圧によらず略一定となるように制
御する手段を設けたことを特徴とするものである。ま
た、前記コンバータ部はスイッチング手段のオン時にト
ランスにエネルギーを蓄積し、そのエネルギーをスイッ
チング手段のオフ時にトランスより負荷側へ放出する動
作を行うフライバック型のＤＣ−ＤＣコンバータ回路と
して、放電灯の始動時に前記トランスを流れる電流のピ
ーク値が一定となるように制御することにより、負荷へ
の供給電力をほぼ一定となるように制御することが好ま
しい。

【０００７】

【作用】本発明によれば、放電灯の始動時に前記コンバ
ータ部からの出力電力を直流電源の電圧によらず略一定
となるように制御するものであるから、直流電源の電圧
が低下した場合には、コンバータ部の出力を上昇させる
ことにより始動時の供給電力の減少を無くし、直流電源
の電圧が上昇した場合には、コンバータ部の出力を低下
させることにより始動時の供給電力の増加を無くすこと
ができる。このように、直流電源の変動によらず、始動
時の供給電力を略一定とする制御を行うことにより、直
流電源の電圧に依存しないで、速やかに放電灯を始動す
ることができる。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の第１実施例の回路図である。
図中、８はデューティ指令値発生回路であり、他の構成
は図６の従来例と同じである。放電灯１の点灯時の動作
については、従来例と同じであるので、放電灯１の始動
時における動作について説明する。従来例では、放電灯
１の始動前後において、トランジスタＱは予め定められ
た所定のデューティで駆動されるため、直流電源Ｅの電
圧変動時において、放電灯１への供給電力が増減する
が、本実施例では、放電灯１の始動時におけるトランジ
スタＱのデューティを直流電源Ｅの電圧により変化させ
ることにより、直流電源Ｅの電圧が変化しても、ほぼ一
定の電力を供給可能としたものである。すなわち、直流
電源Ｅの電圧を受けて、始動時にデューティの指令を与
えるデューティ指令値発生回路８をＰＷＭ制御部６に付
加したものである。

【０００９】図２はデューティ指令値発生回路８の入出
力関係の一例であり、入力電圧、すなわち、直流電源Ｅ
の電圧が上がると、デューティ（一周期に占めるオン時
間の割合）を減らすように指令を与えるようになってい
る。これにより、直流電源Ｅの電圧が低下した場合に
は、デューティは増加し、始動時の供給電力の減少を無
くし、直流電源Ｅの電圧が上昇した場合には、デューテ
ィは減少し、始動時の供給電力の増加を無くすようにな
る。よって、直流電源Ｅの変動によらず、始動時の供給
電力はほぼ一定となり、直流電源Ｅの電圧に依存しない
で、速やかに放電灯１を始動することのできる放電灯点
灯装置を提供することが可能となる。なお、放電灯１の
始動安定の後には、前述のように、電力演算回路５、基
準電源Ｅ₁、エラーアンプＥＡ等によりデューティが決
定され、放電灯１が点灯される。

【００１０】図３は本発明の第２実施例の回路図であ
る。図中、Ｒｓは検出抵抗、９は増幅回路、１０はコン
パレータ、１１はタイマー回路、１２はアンド回路、１
３はトランジスタ、Ｒ₁〜Ｒ₃は抵抗であり、他の構成
は図６の従来例と同じである。また、放電灯１の点灯時
の動作についても、図６の従来例と同じである。放電灯
１の始動時については、始動前にコンデンサＣ₁に所定
の電圧（例えば、３００Ｖ程度）を発生させることにつ
いては、従来例に同じである。ただし、このとき、トラ
ンジスタＱは予め決められたデューティで駆動されるの
ではなく、トランジスタＱを流れる電流のピーク値が所
定値となるようなスイッチング動作を行う。トランジス
タＱに流れる電流は、トランジスタＱがオンの間、時間
と共に増加する。そのときの電流の値を検出抵抗Ｒｓで
検出し、増幅回路９で増幅した後、コンパレータ１０の
負入力へと信号が入力される。また、タイマー回路１１
は、放電灯１が始動したことを、コンデンサＣ₁の電圧
が始動後に低下することで検出し、それから所定時間後
に、出力をハイレベルからローレベルへと変化させるも
のである。

【００１１】これにより、放電灯１の始動前にはトラン
ジスタＴｒはオフの状態であり、コンパレータ１０の正
入力へ与えられる電圧は、基準電圧Ｖｒｅｆを抵抗
Ｒ₁，Ｒ ₂の和と抵抗Ｒ₃で分圧した値となる。コンパ
レータ１０は、この電圧とトランジスタＱに流れている
電流に相当する増幅回路９の出力とを比較し、増幅回路
９の出力電圧が高い場合、すなわち、トランジスタＱを
流れる電流が抵抗Ｒ₁，Ｒ ₂，Ｒ₃により設定される値
よりも大きくなったときに、ローレベルを出力する。ア
ンド回路１２の出力は、これを受けてローレベルとな
り、開閉手段ＳＷは開状態となる。ＰＷＭ制御部６は、
このとき、予め設定された最大デューティの信号を出力
している。開閉手段ＳＷが開状態になると、その時点で
その信号は伝達されなくなり、駆動回路７はローレベル
を出力し、トランジスタＱはオフとなる。トランジスタ
Ｑのオフによって、トランスＴｆに蓄えられたエネルギ
ーは、２次巻線Ｎ₂より２次側へ供給される。トランジ
スタＱのオフ時には、トランジスタＱに流れる電流はゼ
ロである。コンデンサＣ₁の電圧が基準電源Ｅ₂により
設定された所定値を下回ると、再びアンド回路１２の出
力はハイレベルとなり、開閉手段ＳＷが閉状態となるこ
とにより、ＰＷＭ制御部６の信号が駆動回路７に伝達さ
れ、トランジスタＱはオン状態となる。以下、この動作
を繰り返すことにより、トランスＴｆの１次側の経路を
流れる電流のピーク値が抵抗Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ ₃で定めら
れた値となるように、トランジスタＱはスイッチング動
作を行うと共に、コンデンサＣ₁の電圧が所定電圧を越
えると、トランジスタＱはオフ状態を維持する間欠動作
を行う。

【００１２】次に、始動回路ＩＧがパルスを印加するこ
とにより、放電灯１が始動した後も前述したように、コ
ンパレータ１０の正入力には、タイマー回路１１で決定
される所定の時間、同じ電圧が入力されているので、ト
ランスＴｆの１次側を流れる電流のピーク値は始動前と
同じ値となる。タイマー回路１１は放電灯１が絶縁破壊
し、アーク放電へ移行し、安定な状態へと推移するまで
ハイレベルを出力し、トランジスタＴｒをオフとする。
その後、タイマー回路１１はローレベルを出力し、トラ
ンジスタＴｒがオンし、抵抗Ｒ₁は短絡された状態とな
り、コンパレータ１０の正入力へ加わる電圧値は抵抗Ｒ
₂と抵抗Ｒ₃の分圧により決まることになり、以前より
も高い値となる。これにより、トランジスタＱはピーク
電流を所定値とする駆動から従来例で述べたエラーアン
プＥＡの出力がゼロとなるように制御された動作、すな
わち、ランプ電力が基準電源Ｅ₁により設定された所望
の値を取るように、ＰＷＭ制御される状態へと移る。

【００１３】以上の動作は、直流電源Ｅの電圧が変動し
た場合にも同様に行われる。すなわち、電源電圧が高く
なったり、低くなったりした場合においても、放電灯１
が始動してからアーク放電灯へ移行し、安定な状態を取
るまで、ほぼ所定の電力を放電灯１へ供給することがで
きるので、電源電圧が変動した場合においても立ち消え
や過大な閃光が生じることなく、放電灯１を始動するこ
とができ、始動性能の改善が図られる。

【００１４】なお、本実施例では、タイマー回路１１に
よりコンパレータ１０の正入力値を切り換えるタイミン
グを決めたが、このタイミングは電圧検出回路３の出力
により決めても良い。つまり、放電灯１の始動後、放電
灯１の状態に伴って、ランプ電圧が次第に上昇するの
で、電圧検出回路３の出力電圧値も上昇する。所定の電
圧に上昇したときに、トランジスタＴｒをオンするよう
にしても良い。また、その他の手段でトランジスタＴｒ
によりオンしても良い。このようにすることにより、第
１の実施例では、例えば、高温時などにトランスＴｒが
飽和するなどして、過大な電流が流れ、回路を破壊した
りすることが有り得るが、第２の実施例では、トランス
Ｔｒを流れる電流のピーク値を規定しているので、その
ようなことも無くなる。

【００１５】図４は本発明の第３実施例の要部回路図を
示す。これは、第１及び第２実施例において、基準電源
Ｅ₁の部分を電力指令値演算回路１３に置き換えたもの
であり、その周辺部を描いたものである。ここで、電力
指令値演算回路１３はランプ電圧に相当する電圧検出回
路３の出力を受けて、電力の指令値を発生し、エラーア
ンプＥＡへと出力する回路であり、入力電圧が低いとき
には、比較的大きな電圧を出力し、入力電圧が上がるに
つれて出力する電圧値を下げる動作を行う。これによ
り、放電灯１の始動時にランプ電圧が比較的低いとき、
すなわち、電圧検出回路３の出力が低いときには、放電
灯１の定常点灯時に比べて大きな電力を放電灯１へ供給
するように、電力指令値演算回路１３は指令値を発生
し、電力の指令値を一定とする場合に比べて速い光の立
ち上がりが得られる。また、第１及び第２の実施例で
は、始動した後、電力がほぼ一定となる制御を行うよう
にしているにもかかわらず、基準電源Ｅ₁の値によって
は、（基準電源Ｅ₁の値が比較的低い場合）、電力制御
系（点灯時の系）がデューティを決定する制御となって
しまい、意図するところの動作（始動時電力をほぼ一定
とする動作）を行うことができない場合が有り得たが、
本実施例では、始動時に電力の指令値を定常点灯時より
も高くするため、そのようなことが起こらなくなり、意
図するところの動作を確実に行うことが可能となる。

【００１６】図５に電力指令値演算回路１３の具体的な
一例を示す。入力端子Ｔｉには、電圧検出回路３の信号
が入力され、出力端子ＴｏはエラーアンプＥＡの負入力
へ出力される。各記号の意味は以下の通りである。図
中、ＯＰ₁〜ＯＰ₄はオペアンプ、Ｄ₂〜Ｄ₇はダイオ
ード、Ｃ₂はコンデンサ、Ｒ₄〜Ｒ₁₈は抵抗、１４は電
力指令値補正回路である。動作を簡単に説明すると、抵
抗Ｒ₄とＲ₅で基準電圧Ｖｒｅｆを分圧して得られた電
圧をオペアンプＯＰ₁、抵抗Ｒ₆，Ｒ₇，Ｒ₈からなる
回路で増幅する。また、電圧検出回路３からの信号を抵
抗Ｒ₉〜Ｒ₁₂とオペアンプＯＰ₂からなる回路で増幅す
る。２つのオペアンプＯＰ₁，ＯＰ₂の出力電圧のう
ち、高い方の電圧がダイオードＤ₂，Ｄ₃により選択さ
れ、抵抗Ｒ₁₃の電圧として、オペアンプＯＰ₃へ入力さ
れる。オペアンプＯＰ₃〜ＯＰ₅は電圧バッファを構成
しており、抵抗Ｒ₁₄，Ｒ₁₅によって得られる電圧と、抵
抗Ｒ₁₃に得られる電圧をそれぞれオペアンプＯＰ₄とＯ
Ｐ₃よりなる電圧バッファを通してダイオードＤ₄，Ｄ
₅により比較し、低い方の電圧がオペアンプＯＰ₅から
出力される。本回路の出力電圧、すなわち、電力指令値
の上限値は、抵抗Ｒ₁₄，Ｒ₁₅によって決められる。

【００１７】また、抵抗Ｒ₄，Ｒ₅は放電灯１の定常点
灯時の電力指令値を決めるものである。また、オペアン
プＯＰ₂からなる回路は、始動後、ランプ電圧が次第に
上昇するにつれて、出力値を低くするように動作する。
仮に、電力指令値補正回路１４が接続されていない場合
には、始動時、放電灯１はオペアンプＯＰ₂からなる回
路の出力を指令値（ただし、抵抗Ｒ₁₄，Ｒ₁₅で設定され
た上限値を越えることは無い）として駆動され、その後
に、抵抗Ｒ₄，Ｒ₅によって決定される指令値にて点灯
され、定格点灯となる。しかしながら、この場合、メタ
ルハライドランプ等の放電灯は、始動後、しばらくして
（数秒程度）、光出力に落ち込みが生じ、スムーズな光
の立ち上がりを得られない。そこで、電力指令値を補正
し、光がスムーズに定格点灯状態へと推移するように、
電力指令値補正回路１４が設けられている。起動時に、
電圧Ｖａはグランド電位から所定の電位（例えば、基準
電圧Ｖｒｅｆ）へと上昇する。このとき、コンデンサＣ
₂には、ダイオードＤ₆、抵抗Ｒ₁₇，Ｒ₅を介して電流
が流れ、抵抗Ｒ₁₇，Ｒ₅とコンデンサＣ₂で決定される
時定数をもって電荷が蓄積される。これにより、オペア
ンプＯＰ₁の正入力には始動後、所定の時定数をもっ
て、コンデンサＣ₂と抵抗Ｒ₅の分圧で決定される電圧
まで減少する電圧が印加される。これにより、始動時は
電力指令値演算回路１３の出力は時定数をもって定格値
まで減少する動作を行い、光出力の落ち込みが補正され
る。また、放電灯１の消灯時には、電圧Ｖａはグランド
電位となるように動作する。これにより、コンデンサＣ
₂に蓄積された電荷は、コンデンサＣ₂と抵抗Ｒ₁₈等に
より決定される時定数をもってダイオードＤ₇を介して
放電される。これにより、放電灯１の消灯時間に応じ
て、コンデンサＣ₂の電荷が放出され、放電灯１を再始
動する場合にも適正な電力指令値が得られ、オーバーシ
ュート等を生じることなく、スムーズな光出力の立ち上
がりが得られる。なお、オペアンプＯＰ₁からなる増幅
回路のゲインを上げると、コンデンサＣ₂の容量を下げ
ることができ、コンデンサＣ₂は小形とすることが可能
となる。

【００１８】また、この回路の入力を無くして、オペア
ンプＯＰ₂からなる回路の部分を無くしても、ほぼ同様
の効果が得られる。さらに、この場合、仮に放電灯１に
気圧漏れ等が生じてランプ電圧が定格まで立ち上がらな
くなった場合においても、オペアンプＯＰ₂からなる回
路を無くした状態であれば、抵抗Ｒ₄，Ｒ₅によって決
定される定格電力が放電灯１に供給されるだけで、過大
な電力の供給が行われることは無いので、放電灯１の破
壊等のトラブルはなく、また、回路のストレスが増すこ
とにより、点灯装置を破壊することもなく、安全性が高
くなるという利点が生じる。

【００１９】以上の実施例では、ランプ電力を指令値に
より制御し、放電灯を点灯する場合について説明した
が、この限りではなく、例えば、ランプ電流を指令値に
より制御し、放電灯を点灯する場合等でも、本発明を適
用できる。また、始動時にピーク値を制御する（所定値
とする）方法は、他の方法を採用しても良い。また、直
流電源Ｅは交流を整流平滑したもの等でも良い。また、
ＤＣ−ＤＣコンバータ部については、フライバック形の
ものについて述べたが、その他、フォワード形等の場合
にも本発明を適用できる。

【００２０】

【発明の効果】本発明の放電灯点灯装置によれば、ＤＣ
−ＤＣコンバータ部と低周波のインバータ部を組み合わ
せた放電灯点灯装置において、放電灯の始動時にコンバ
ータ部からの出力電力を直流電源の電圧によらず略一定
となるように制御する手段を設けたので、始動時に放電
灯に供給されるエネルギーを電源電圧によらず、ほぼ所
定値とすることができ、電源電圧が変動した場合におい
ても速やかに放電灯を始動することができ、ＨＩＤラン
プ等の放電灯を点灯する場合の始動性を改善できるもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の回路図である。

【図２】本発明の第１実施例の動作説明図である。

【図３】本発明の第２実施例の回路図である。

【図４】本発明の第３実施例の要部回路図である。

【図５】本発明の第３実施例に用いる演算回路の回路図
である。

【図６】従来例の回路図である。

【符号の説明】

１放電灯２インバータ駆動回路３電圧検出回路４電流検出回路５電力演算回路６ＰＷＭ制御部７駆動回路８デューティ指令値発生回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源の電圧変換を行うコンバータ
部と、前記コンバータ部の出力に接続され、負荷である
放電灯へ供給される電圧の極性切換を行うインバータ部
を有し、前記コンバータ部を制御することにより、負荷
への供給電力を制御可能とした放電灯点灯装置におい
て、放電灯の始動時に前記コンバータ部からの出力電力
を直流電源の電圧によらず略一定となるように制御する
手段を設けたことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】前記コンバータ部はスイッチング手段
のオン時にトランスにエネルギーを蓄積し、そのエネル
ギーをスイッチング手段のオフ時にトランスより負荷側
へ放出する動作を行うフライバック型のＤＣ−ＤＣコン
バータ回路で構成され、放電灯の始動時に前記トランス
を流れる電流のピーク値が一定となるように制御するこ
とにより、負荷への供給電力をほぼ一定となるように制
御する手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の放
電灯点灯装置。