JPH07282986A - 放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 立ち消えを起こすことなくスムーズに始動し
点灯できる放電ランプ点灯装置の提供。 【構成】 昇圧直流電源回路３と、昇圧直流電源回路３
の出力端子間に接続されて高圧放電ランプ５に交流電力
を供給するインバータ回路４と、昇圧直流電源回路３の
出力電圧および出力電流を検出して高圧放電ランプの点
灯を制御する点灯制御回路２８とを備える。点灯制御回
路２８はこれに付属した消灯時間検出回路２９ととも
に、高圧放電ランプ５の消灯時間を検出したとき、所定
の時間幅だけ、インバータ回路４を通じて高圧放電ラン
プ５に直流電圧、直流電流または直流電力を供給する。

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
等の高圧放電ランプを始動・点灯させる放電ランプ点灯
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等の高圧放電ラン
プを始動・点灯させる放電ランプ点灯装置に、図５に示
す回路構成のものが知られている。この場合、直流電源
１にパワースイッチ２を介して接続された昇圧直流電源
回路３の直流出力端子ａ，ｂ間にインバータ回路４が接
続され、インバータ回路４の出力端子間にメタルハライ
ドランプ等からなる高圧放電ランプ５が、パルストラン
ス６の二次巻線７ａ，７ｂを介して接続されている。パ
ルストランス６は始動回路８を構成している。

【０００３】昇圧直流電源回路３の昇圧トランス９の一
次巻線は、パワースイッチ２およびＦＥＴ（以下スイッ
チ素子という）１０を介して直流電源１に接続されてお
り、スイッチ素子１０のゲートにドライバ回路１１が接
続されている。また、昇圧トランス９の二次巻線に、ダ
イオード１２およびコンデンサ１３からなる整流・平滑
回路が接続されており、その出力端子間に電圧検出回路
１４が、電流検出用抵抗１５を介して接続されている。
直流出力端子ａ，ｂ間に直流出力電圧Ｖｄが出力され
る。

【０００４】インバータ回路４は、ブリッジ接続された
４個のＦＥＴ（以下スイッチ素子という）１６〜１９
と、２個のスイッチ素子１６，１７の各ゲートに接続さ
れたドライバ回路２０と、２個のスイッチ素子１８，１
９の各ゲートに接続されたドライバ回路２１とを備え、
インバータ回路４の負荷たる高圧放電ランプ５とパルス
トランス６の二次巻線７ａ，７ｂとの直列接続体に、コ
ンデンサ２２が並列に接続されている。

【０００５】パルストランス６の一次巻線７ｃには、Ｆ
ＥＴ（以下スイッチ素子という）２３およびコンデンサ
２４が接続されており、コンデンサ２４に直流出力端子
ａ，ｂ間の直流出力電圧Ｖｄが、ダイオード２５を通じ
て印加される。スイッチ素子２３のゲートにドライバ回
路２６が接続されており、電圧検出回路１４および電流
検出用抵抗１５の各検出信号を入力とする点灯制御回路
２７が、ドライバ回路１１，２０，２１，２６に制御信
号を与える。

【０００６】点灯制御回路２７から制御信号を受けたド
ライバ回路１１は、スイッチ素子１０を繰り返しオン・
オフ動作させるので、昇圧トランス９の二次巻線に矩形
波交流電圧が誘起され、この交流電圧はダイオード１２
およびコンデンサ１３によって整流・平滑化される。

【０００７】インバータ回路４の両ドライバ回路２０，
２１は、点灯制御回路２７から制御信号を受けることに
よって、高圧放電ランプ５に音響的共鳴現象を起こさせ
ない４００Ｈｚ程度の低い周波数で互いに逆位相で動作
する。すなわち、スイッチ素子１６，１９がともにオン
（またはオフ）となれば、スイッチ素子１７，１８がと
もにオフ（またはオン）となるスイッチ動作が、所定の
休止期間（デッドタイム）を間に挟んで繰り返される。

【０００８】スイッチ素子１６，１９がオン状態を保つ
期間、直流出力端子ａからスイッチ素子１６、パルスト
ランス６の二次巻線７ａ、高圧放電ランプ５、パルスト
ランス６の二次巻線７ｂおよびスイッチ素子１９を通じ
て端子ｂに至る経路で電流が流れる。そして、スイッチ
素子１７，１８がオン状態を保つ期間は、直流出力端子
ａからスイッチ素子１８、パルストランス６の二次巻線
７ｂ、高圧放電ランプ５、パルストランス６の二次巻線
７ａおよびスイッチ素子１７を通じて端子ｂに至る経路
で電流が流れる。このため、直流出力端子ａ，ｂ間の直
流出力電圧Ｖｄを交番させた矩形波交流電圧が、高圧放
電ランプ５に印加されることになる。

【０００９】点灯制御回路２７からドライバ回路２６に
始動開始の制御信号が送り込まれると、ドライバ回路２
６はスイッチ素子２３を繰り返しオン・オフ動作させ
る。このため、パルストランス６はフライバックトラン
スとして動作し、高圧放電ランプ５に始動用高圧パルス
を繰り返し供給する。始動直前のコンデンサ２２には、
無負荷時の直流出力電圧Ｖｄにほぼ等しい充電電圧がか
かっている。

【００１０】スイッチ素子２３のオン期間Ｔｏｎに一次
巻線７ｃを流れる電流はＶｄ／Ｌｐの傾きで増加し続け
（Ｌｐは一次巻線７ｃのインダクタンス）、そのピーク
電流値はＴｏｎ・Ｖｄ／Ｌｐとなる。スイッチ素子２３
がオフ状態に転じると、パルストランス６の一次巻線７
ｃに蓄えられていたエネルギーが二次巻線７ａ，７ｂに
伝達され、二次巻線７ａ，７ｂに誘起された１０数ＫＶ
以上の高圧パルスが、高圧放電ランプ５に起動パルスと
して印加される。高圧パルス電流はコンデンサ２２を通
じて還流するので、インバータ回路４に逆流することは
ない。

【００１１】前記起動パルスによって導通性となった高
圧放電ランプ５はグロー放電状態に入るが、その後も高
圧パルスが供給され続けるので、再点弧を繰り返してア
ーク放電状態に移行する。そして、直流出力電圧Ｖｄの
低下を検出した点灯制御回路２７からドライバ回路２６
に制御信号が送り込まれると、始動回路８の動作が停止
し、高圧放電ランプ５はインバータ回路４から供給され
る矩形波交流電力で安定に点灯を続けることになる。

【００１２】パルストランス６の二次巻線７ａ、７ｂの
インダクタンスは非常に小さく、かつ、４００Ｈｚ程度
の低い周波数で高圧放電ランプ５を点灯させるので、二
次巻線７ａ，７ｂによる電流制限作用はほとんどなく、
高圧放電ランプ５は、昇圧直流電源回路３の定電流出力
機能によって安定に点灯を持続する。

【００１３】高圧放電ランプ５が起動パルスによって導
通性となる直前の直流出力電圧Ｖｄは無負荷状態である
ので、最大値を示す。この定電圧動作期間での直流出力
電圧Ｖｄは、電圧検出回路１４によって点灯制御回路２
７に伝達され、点灯制御回路２７はドライバ回路１１を
制御する。ドライバ回路１１は直流出力電圧Ｖｄを所定
値に保持すべく、スイッチ素子１０のオン・オフのデュ
ーティを制御する。この定電圧動作期間の直流出力電圧
Ｖｄは、導通状態に突入する直前の高圧放電ランプ５に
とって、主電極の熱電子放出を促すエネルギー源とな
る。

【００１４】ところで、このように構成された放電ラン
プ点灯装置においては、図６に示すように高圧放電ラン
プ５にかかる電圧が極性を反転する都度、瞬時的に高い
再点弧電圧が発生する。これは、極性反転時に生じた電
流休止期間直後の高圧放電ランプ５に過渡的に大きい電
子放射エネルギーが必要となるからである。とくに始動
時には、高圧放電ランプ５の主電極間を導通性にして安
定なアーク放電状態に移行させるための、かなりのエネ
ルギー供給が必要となる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】そこで図７に示すよう
に、始動開始後のしばらくの間、安定点灯時よりも高い
再点弧電圧を印加しているものの、この期間に点弧と立
ち消えとが繰り返し起こることは避け難く、これが、光
のちらつき現象や点灯不良につながるという課題があっ
た。

【００１６】したがって本発明の目的は、立ち消えを起
こすことなくスムーズに始動し点灯できる放電ランプ点
灯装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上述し
た目的を達成するために、昇圧直流電源回路と、昇圧直
流電源回路の出力端子間に接続されて高圧放電ランプに
交流電力を供給するインバータ回路と、昇圧直流電源回
路の出力電圧および出力電流を検出して高圧放電ランプ
の点灯を制御する点灯制御回路とを備え、点灯制御回路
は高圧放電ランプの消灯時間を検出することによって所
定の間、前記インバータ回路を通じて前記高圧放電ラン
プに直流電圧、直流電流または直流電力を供給する立ち
消え防止回路を付属していることを特徴とする放電ラン
プ点灯装置が提供される。

【００１８】

【作用】本発明においては、高圧放電ランプの消灯時間
を検出することによって所定の間、インバータ回路を通
じて高圧放電ランプに直流電圧、直流電流または直流電
力を供給するので、始動時の高圧放電ランプの主電極間
に十分な熱電子放出エネルギーを与えることができ、立
ち消えを起こすことなくアーク放電状態にスムーズに移
行できる放電ランプ点灯装置を得ることがでる。

【００１９】

【実施例】つぎに、本発明の一実施例を図面を参照しな
がら説明する。

【００２０】図１に示す回路構成が図５に示した回路構
成と基本的に異なるところは、符号２８で示した点灯制
御回路に、消灯時間検出回路２９が付属している点であ
る。その他の構成に基本的な相違点はないので、対応す
るものには同一符号を付してある。

【００２１】点灯制御回路２８は上述の点灯制御回路２
７と同様に、ドライバ回路１１，２０，２１，２６を制
御する機能を有しているほか、消灯時間検出回路２９の
出力信号を受けて動作する制御機能を有している。ドラ
イバ回路１１は、電圧検出回路１４が検出した直流出力
電圧Ｖｄの変動に伴い、スイッチ素子１０のオン・オフ
デューティを変化させるので、昇圧直流電源回路３の出
力電圧Ｖｄが所定値に制御される。ただし、昇圧直流電
源回路３の出力電流が所定の上限を越えて流れないよう
に、スイッチ素子１０のオン・オフデューティを決め
る。また、昇圧直流電源回路３の出力電流の定電流化機
能が、出力電圧の定電圧化機能に優先して働くようにな
っている。すなわち、ある状態の負荷に対して昇圧直流
電源回路３の出力電流が上限値以下であれば、昇圧直流
電源回路３は定電圧化動作をする。しかし、昇圧直流電
源回路３の負荷の状態が変化して出力電流制限値を越え
る電流が流れようとすると、出力電圧が設定値未満とな
っても定電流化動作が働き、設定値を越える出力電流は
流さない。

【００２２】点灯制御回路２８および消灯時間検出回路
２９の各要部の構成を図２に示す。点灯制御回路２８
は、昇圧直流電源回路の電圧検出回路１４の出力信号を
受けて高圧放電ランプ５の点灯状態を判別する点灯判別
回路３０と、インバータ回路４に接続されて直流点灯時
間を制御する直流点灯制御回路３１と、インバータ回路
４の矩形波交流出力を制御するインバータ制御回路３２
と、極性反転用のインバータ３３と、２個のトランジス
タ３４，３５とを有している。そして、点灯判別回路３
０の出力信号を受けた消灯時間検出回路２９が、高圧放
電ランプ５の消灯時間を検出し、その検出信号を直流点
灯制御回路３１に与える。

【００２３】直流点灯制御回路３１の出力信号をベース
に受けた２個のトランジスタ３４，３５は、インバータ
回路４への矩形波制御信号を直流点灯期間中固定する。
点灯判別回路３０は、昇圧直流電源回路の出力電圧Ｖｄ
を入力とする電圧検出回路１４の検出電圧を受けて、ラ
ンプ点灯時に「Ｈ」の信号を、そして、ランブ消灯時に
は「Ｌ」の信号をそれぞれ出力する。消灯時間検出回路
２９は、点灯判別回路３０の「Ｈ」および「Ｌ」の各信
号を、ある時定数をもって時間積分し、反転増幅信号Ｔ
ＤＥＴを出力する。消灯時間が長ければ長いほど、反転
増幅信号ＴＤＥＴは接地電位に近いものとなる。

【００２４】消灯時間検出回路２９の出力信号ＴＤＥＴ
を受けた直流点灯制御回路３１は、ＴＤＥＴの電位、即
ち検出された消灯時間に応じて「Ｌ」のパルス信号ＣＲ
Ｙを出力する。ＣＲＹ信号が「Ｌ」の間は、２個のトラ
ンジスタ３４，３５はオン状態を保ち、インバータ制御
回路３２が出力する２つの反相矩形波信号ＦＢ１、ＦＢ
２を「Ｈ」と「Ｌ」とのレベルにそれぞれ固定する。

【００２５】インバータ制御回路３２の反相信号ＦＢ
１、ＦＢ２はインバータ回路４のドライブ回路２０，２
１を通じてフルブリッジのインバータ回路４のスイッチ
素子１６〜１９の各ゲートに通じている。そして、斜め
に対向する１対のスイッチ素子１６，１９がともにオン
となるとき、残余のスイッチ素子１７，１８はオフとな
るので、反相信号ＦＢ１、ＦＢ２が２個のトランジスタ
３４，３５によって固定される間は、高圧放電ランプ５
が直流で点灯することになる。

【００２６】直流点灯制御回路３１の要部の構成を図３
に示す。消灯時間検出回路２９の出力信号ＴＤＥＴが、
相互に異なる基準電圧をもつ４つのコンパレータ３６〜
３９に入力され、その出力信号が、カウント初期値の設
定が可能な４ビット・バイナリ・ダウンカウンタ４０の
入力端子Ｄ３，Ｄ２，Ｄ１，Ｄ０に入力される。このカ
ウンタ４０の出力端子Ｑ３，Ｑ２，Ｑ１，Ｑ０は４入力
ＮＯＲゲート回路４１に接続されており、その出力が信
号ＣＲＹとなる。したがって、信号ＣＲＹはカウンタ４
０の出力端子Ｑ３〜Ｑ０での４ビットが「０Ｆ」のとき
に「Ｈ」となる信号である。

【００２７】カウンタ４０の基準クロック信号は、クロ
ック・ジェネレータ４２から２入力ＮＯＲゲート回路４
３を通じて供給される。２入力ＮＯＲゲート回路４３の
他方の入力は信号ＣＲＹであるので、カウンタ４０が
「０Ｆ」までカウントすると信号ＣＲＹは「Ｈ」とな
り、クロック信号が供給されなくなる。カウンタ４０の
ロード端子に接続されているパワー・ＯＮリセット回路
４４は、電源投入時の入力端子Ｄ３〜Ｄ０における初期
値をカウンタ４０にとり込む。

【００２８】つぎに、点灯制御回路２８および消灯時間
検出回路２９の動作を、図４に示す動作タイミングを参
照しながら説明する。

【００２９】点灯判別回路３０の出力信号はランプ点灯
時に「Ｈ」、ランプ消灯時に「Ｌ」となり、この信号を
消灯時間検出回路２９が積分反転増幅してＴＤＥＴ信号
を生成する。再点弧時におけるＴＤＥＴ信号はある電位
となっているが、ＴＤＥＴ信号の電位を３つの設定電圧
回路４５，４６，４７および接地点で決まる４つの基準
電位Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３および接地電位（ＧＮＤ）でコン
パレータにかけ、４ビットのデジタル信号にＡ／Ｄ変換
する（図４の場合はＤ３，Ｄ２，Ｄ１，Ｄ０が０，０，
１，１であるので「３Ｆ」となる）。この値をパワー・
ＯＮリセットパルスＰＬでカウンタ４０に初期値として
ロードする。このとき、カウンタ４０の出力端子Ｑ３〜
Ｑ０においても「３Ｆ」となるので信号ＣＲＹは「Ｌ」
となり、クロック・ジェネレータ４２からクロック信号
がカウンタ４０のＣＬＫ端子に供給される。

【００３０】カウンタ４０は、クロック信号の入力に伴
いダウンカウントを開始し、出力端子Ｑ３〜Ｑ０におけ
る出力は「３Ｆ」から「２Ｆ」，「１Ｆ」を経て「０
Ｆ」と変化する。この間、信号ＣＲＹは「Ｌ」であるの
で、前述のようにインバータ制御信号ＦＢ１，ＦＢ２を
固定することによって直流点灯が実現する。

【００３１】出力端子Ｑ３〜Ｑ０における出力が「０
Ｆ」となると、信号ＣＲＹは「Ｈ」となり、カウンタ４
０へのクロック信号が停止し、インバータ制御信号ＦＢ
１，ＦＢ２はトランジスタ３４，３５によって拘束され
なくなり、通常の反相矩形波信号をインバータ回路４に
供給し、これによって、高圧放電ランプ５は矩形波で交
流点灯する。

【００３２】以上のように、直流点灯期間を決定するの
は信号ＣＲＹの「Ｌ」のレベル幅であり、それは点灯開
始時にカウンタ４０にロードされる初期値Ｄ３〜Ｄ０の
値に左右され、初期値が大きいほど直流点灯期間は長く
なる。初期値Ｄ３〜Ｄ０は信号ＴＤＥＴをＡ／Ｄ変換し
たものであるから、点灯開始時のＴＤＥＴの電位が高い
ほど、つまり、消灯時間が短いほど直流点灯期間が長く
なるように動作する。

【００３３】消灯時間が長いほど高圧放電ランプ５が冷
えており、高圧放電ランプ５に封入されているメタルハ
ライド等の金属封入物の圧力が低くなり、比較的小さい
エネルギーでも容易に点灯する。これは、直流点灯によ
るエネルギー供給期間が短くても良いことを意味する。
逆に消灯時間が短いときは高圧放電ランプ５の管内圧が
高く、直流点灯期間も長くする必要がある。また、この
ように直流点灯期間を高圧放電ランプ５の点灯直前に設
定すると、高圧放電ランプ５の主電極に必要以上のスト
レスを与えずにすみ、高圧放電ランプ５の優れた耐久性
を損なわずに直流点灯ができる。

【００３４】上述した実施例では、昇圧直流電源回路３
にフライバック方式のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた
が、フォワード方式、プッシュプル方式などのＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータを用いることができる。また、インバータ
回路４はフルブリッジ型でなくてもよく、ハーフブリッ
ジ型等の他のインバータ回路を使用できる。さらに、ラ
ンプ負荷に対する電圧や、電流を検出するのに抵抗以外
のものを用いることができるほか、スイッチ素子にＥＦ
Ｔ以外の半導体素子を用いることができる。また、放電
ランプの始動手段にＦＥＴやパルストランスを用いる代
わりに、放電ギャップなどを用いてもよい。

【００３５】また、上述した実施例では昇圧直流電源回
路３を制御したが、インバータ回路４を制御したり、ラ
ンプ電流供給手段の出力を制御してもよい。さらに、４
００Ｈｚ程度の低い周波数の矩形波電圧で高圧放電ラン
プ５を点灯させたが、高圧放電ランプ５が電気泳動や音
響的共鳴などの有害な現象を起こさないのであれば、高
周波点灯にも適用できる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によると、高圧放電
ランプの始動時における消灯時間を検出して、高圧放電
ランプを所定時間だけ直流点灯させ、高圧放電ランプを
スムーズにアーク放電状態に移行させ得るようにしたも
のであり、立ち消えのない良好な始動特性をもつ放電ラ
ンプ点灯装置を得ることができる。

【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電気
回路図

【図２】本発明の一実施例の放電ランプ点灯装置の主要
部における電気回路図

【図３】本発明の一実施例の放電ランプ点灯装置の直流
点灯制御回路のブロック図

【図４】本発明の一実施例の放電ランプ点灯装置の主要
部の出力波形図

【図５】従来の放電ランプ点灯装置の電気回路図

【図６】従来の放電ランプ点灯装置のランプ電圧・ラン
プ電流の波形図

【図７】従来の放電ランプ点灯装置の再点弧電圧の波形
図

【符号の説明】

３ 昇圧直流電源回路 ４ インバータ回路 ５ 高圧放電ランプ ８ 始動回路 ２８ 点灯制御回路 ２９ 消灯時間検出回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 昇圧直流電源回路と、昇圧直流電源回路
   の出力端子間に接続されて高圧放電ランプに交流電力を
   供給するインバータ回路と、昇圧直流電源回路の出力電
   圧および出力電流を検出して高圧放電ランプの点灯を制
   御する点灯制御回路とを備え、点灯制御回路は高圧放電
   ランプの消灯時間を検出することによって所定の間、前
   記インバータ回路を通じて前記高圧放電ランプに直流電
   圧、直流電流または直流電力を供給する立ち消え防止回
   路を付属していることを特徴とする放電ランプ点灯装
   置。