JPH0749760Y2 - 超高圧水銀灯点灯装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、半導体スイッチング素子を有するインバー
タトランスを用いた超高圧水銀灯点灯装置に関するもの
である。

〔従来技術〕

第３図は、従来及びこの考案の超高圧水銀灯点灯装置の
ブロック図であり、１は超高圧水銀灯を示す。（以下、
単にランプと称する） 図において、100又は200Vの交流電源からの入力電圧は
整流回路30で直流電圧に整流されて、平滑回路31で平滑
された後、半導体スイッチング素子やインバータトラン
スを有するスイッチングインバータ32に入力する。スイ
ッチングインバータ32からはスイッチングスピードに応
じた高周波が出力されて、整流回路33、平滑回路34を経
て、ほぼ直流状態としてその出力が、ランプ１に供給さ
れる。

一般に、超高圧水銀灯のようなランプは、点灯電力を一
定値に維持する、所謂、定電力点灯制御が実施される
が、点灯始動時は、ランプ１の発光管内部のインピーダ
ンスが非常に低いので点灯電圧も低くなる。このため定
電力制御を行うと、点灯電圧が低い分だけ、点灯電流を
多く長そうとする制御がかかってしまう。

このような事情に基づき、通常は、ランプ１の点灯電圧
が非常に低い点灯始動時のみ、点灯電流を一定の値に維
持する、所謂、定電流制御が行われる。

この定電流制御による点灯始動時における点灯回路の動
作を説明する。まずランプ１の両電極間に重畳電圧を印
加させる。その状態でスタータ37を働かせて高電圧を印
加させ、ランプ１の電極間で放電を開始させる。そし
て、前述の如く、初めは定電流制御を行い、ランプ１の
点灯電圧の上昇に伴い定電流制御に移行させる。

第２図は、第３図におけるスイッチングインバータ32の
出力側の整流回路33、平滑回路34及び点灯電圧検出手段
（以下、単に電圧検出手段と称する）、点灯電流検
出手段（以下、単に電流検出手段と称する）、さら
に各々の信号と対応する基準電圧を比較する比較器より
なる検出比較回路35及び半導体スイッチング素子を制御
する制御回路36の具体例を示している。

図中、R1〜R7は抵抗を示す。２は電力比較器としてのオ
ペアンプ、３、４は電流比較器としてのオペアンプを示
す。

平滑回路34を構成するコイルＬの一端及びコンデンサＣ
の一端から電圧検出手段が接続されて、ランプ１の点
灯電圧の信号を点灯電力を計算する手段20に入力してい
る。

一方、抵抗R1の一端には、電流検出手段が接続され
て、抵抗R1における電圧降下の量から、ランプ１の点灯
電流の信号を点灯電力を計算する手段20に入力してい
る。

点灯電力を計算する手段20では、これら電圧検出手段
及び電流検出手段の信号から、ランプ１の点灯電力を
計算する。

オペアンプ２は、ランプ１の点灯電力と、設定された基
準の電力値とを比較するもので、反転入力端子には、抵
抗を介して、点灯電力を計算する手段20からの信号が入
力される。一方、非反転入力端子には、可変抵抗VR2が
接続される。この抵抗VR2を調整することによって基準
電力値に相当する基準電圧ＶREF2が設定される。この基
準電圧ＶREF2は、ランプ１の通常点灯時における、基準
の電力値が設定される。また、オペアンプ２には反転入
力端子に帰還回路が設けられている。

オペアンプ３は、オペアンプ２からの信号と、電流検出
手段の値を比較するもので、非反転入力端子には、抵
抗を介して、オペアンプ２の信号が入力される。一方、
反転入力端子には、電流検出手段の信号が、抵抗R3を
介して入力される。抵抗R6が帰還回路を構成している。

オペアンプ４は、ランプ１の点灯電流と、設定された基
準の電流値とを比較するもので、非反転入力端子には、
抵抗R5を介して可変抵抗VR1が接続される。この抵抗VR1
を調整することによって基準電流値に相当する基準電圧
ＶREF1が設定される。この基準電圧ＶREF1は、ランプ１
の点灯始動時における、基準の電流値が設定される。一
方、オペアンプ４の反転入力端子には、電流検出手段
の信号が、抵抗R4を介して入力されている。抵抗７は帰
還回路を構成するものである。

オペアンプ４とオペアンプ３は、１つのICで構成されて
いる。

このオペアンプ３とオペアンプ４の出力は、スイッチン
グ制御回路36を構成するパルス幅変調回路５（以下、単
にPWMと称する）に入力される。そして、図示略である
が、このPWMの出力は、スイッチングインバータ32内の
半導体スイッチング素子に接続される。

また第３図と同一符号は、同一又は相当部分を示す。

次に、第２図の動作を説明する。

ランプ１の点灯始動時は、前述のように点灯電圧が低い
ため、電圧検出手段による信号（以下、単に電圧信号
を称する）は低い。このため点灯電力を計算する手段20
から出力される信号（以下、単に電力信号を称する）も
低くなる。

オペアンプ２では、非反転入力端子に加えられている電
圧（基準電圧ＶREF2）から、反転入力端子に加えられて
いる電圧（電力信号）を差し引いた値（作動入力電圧）
が増幅して出力される。この場合は、差動入力電圧が大
きいため、この出力値は、オペアンプ２の電源電圧の最
大定格値となる。

このオペアンプ２からの信号は、オペアンプ３の非反転
入力端子に接続され、オペアンプ３の基準電圧となる。
この場合、基準電圧は、反転入力端子に入力される電流
信号より大きいため、オペアンプ３の出力も、オペアン
プ３の電源電圧の最大定格値となる。

オペアンプ４では、非反転入力端子の基準電圧ＶREF1と
反転入力端子の電流信号との差（差動入力電圧）が、前
述のオペアンプ２やオペアンプ３ほど大きくないため、
前述のような電流電圧の最大定格値（すなわち最大限増
幅された値）ほど大きくない値が出力される。

このオペアンプ４の出力は、PWM5に働きかけ、電流信号
の値を、基準電圧ＶREF1に近づけるような制御が行われ
る。

このように、電流検出手段による電流信号は、オペア
ンプ３にもオペアンプ４にも入力される。

そして、オペアンプ３では、差動入力電圧がかなり大き
い状態として比較されるため、その出力は、最大定格値
まで増幅される。一方、オペアンプ４では、差動入力電
圧がそれほど大きくない状態として、その出力は前者ほ
ど大きくない値が出力される。PWM5では、異なる命令の
信号が入力されるわけであるが、出力値の少ない命令が
優先されて通常はオペアンプ４による出力に従ってしま
う。

次に、点灯始動時からある程度時間が経つと、ランプ１
の点灯電圧は徐々に上昇して、ある程度の値で上昇を停
止して安定する。

この点灯電圧の上昇により、点灯電力も上昇するため、
点灯電力を計算する手段20からの出力値も上昇する。こ
の電力信号が、オペアンプ２の基準電圧ＶREF2に近づく
と、オペアンプ２の出力は、前述のような電源電圧の最
大定格値が固定されていた状態から、もっと低く且つ零
と最大定格値の間でアナログ的に微動する状態に変化す
る。

この変化に伴いオペアンプ３の基準電圧（非反転入力端
子の入力電圧）も低くなる。この非反転入力端子の入力
電圧の低下によって反転入力端子の入力電圧（電流信
号）との差動入力電圧も低くなって、オペアンプ３の出
力そのものも最大定格値の固定された状態から、もっと
低く且つアナログ的に微動する状態になる。

言い換えれば、この時から定電流制御が始まるわけで、
ランプ１の点灯電圧はある程度安定しているので、ラン
プ１に供給される電流量を制御することによって点灯電
力を一定値に維持している。具体的にはランプ１の点灯
電力が一定値（オペアンプ２に基準値ＶREF2に相当する
電力値）になるために必要な電流量がオペアンプ３の基
準値となり、オペアンプ３の反転入力端子に入力される
電流信号をこの基準値に近づける制御が行われている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

上記のように従来の装置では、定電流制御と定電力制御
の両方を行い、２つのフィードバック系統によって別々
に制御している。このため定電流制御から定電力制御に
切り替わるときに、両方のオペアンプが同時に動作し
て、２つのフィーッドバック信号が交錯して乱調して、
異常周波数の信号が発生する問題点があった。

またフィードバックが２系統であると回路構成が複雑に
なる問題がある。

この考案はかかる問題を解決するためになされたもの
で、フィードバック系統を１つにして回路を簡略化する
とともに、異常音等の発生がない安定した動作をする超
高圧水銀灯点灯装置を提供することを目的とする。

〔問題を解決するための手段〕

交流電源と， この交流電源を整流、平滑する回路を一次側に備えた半
導体スイッチング素子を含むスイッチングインバータ
と、 このスイッチングインバータの二次側に整流、平滑回路
を介して接続された超高圧水銀灯及び超高圧水銀灯に点
灯開始時に高電圧を発生させるスタータと、 この二次側に設けられた整流、平滑回路の出力部に接続
されて、前記超高圧水銀灯の点灯電圧及び点灯電流を検
出する手段と、 この点灯電圧及び点灯電流を検出する手段からの信号を
受けて各々の基準信号と比較する検出比較回路と、 この検出比較回路からの信号に基づいて前記半導体スイ
ッチング素子を制御する制御回路とを有する超高圧水銀
灯装置において、 前記検出比較回路は、 前記点灯電流の信号を点灯始動時と通常点灯時で異なる
基準値で比較する第１の比較器と、 前記点灯電圧検出手段による信号と、前記点灯電流検出
手段による信号から点灯電力を計算する手段と、 この点灯電力を計算する手段からの信号と、設定された
基準値を比較する第２の比較器と、 前記点灯電力を計算する手段からの信号が基準値に近づ
いたときに、前記第２の比較器の出力によって、導通を
開始するトランジスタを有し、このトランジスタの導通
により前記第１の比較器の基準値を変化させる切替回路
とを有することを特徴とする。

〔作用〕

上記の構成にすることにより、定電力制御によるフィー
ドバック系統と定電流制御によるフィドバック系統を繋
げて１系統で構成させているため、定電力制御から定電
流制御への切替は円滑に行われ、さらには切替時に信号
の交錯が起こることはない。

〔実施例〕

以下、この考案の内容を実施例を用いて具体的に説明す
る。

第１図は、この考案におけるスイッチングインバータ回
路の出力側の整流回路33、平滑回路34、電流検出手段
、電圧検出手段、さらには各々に設定された基準電
圧と比較する比較器を有する検出比較回路35、この検出
比較回路35からの信号を受けて半導体スイッチング素子
を制御する制御回路36を具体的に示したものである。

図中、R7〜R13は抵抗を示す。また、７は電流制御をす
るための第１の比較器（オペアンプ）を示し、また６は
電力制御をするための第２の比較器（オペアンプ）を示
す。その他、第２図と同一符号は、同一又は相当部分を
示す。

平滑回路34を構成するコイルＬの一端及びコンデンサＣ
の一端から電圧検出手段が接続されて、ランプ１の点
灯電圧の値を点灯電力を計算する手段20に入力してい
る。

一方、抵抗R8の一端には、電流検出手段が接続され
て、抵抗R8における電圧降下の量から、ランプ１の点灯
電流の信号を点灯電力を計算する手段20に入力してい
る。

オペアンプ６は、ランプ１の点灯電力と、設定された基
準の電力値とを比較するもので、非反転入力端子には、
抵抗を介して、点灯電力を計算する手段20の出力が入力
される。一方、反転入力端子には、可変抵抗VR3が接続
される。この抵抗VR3を調整することによって基準電力
値に相当する基準電圧ＶREF3が設定される。この基準電
圧ＶREF3は、通常点灯時におけるランプ１の定電力制御
をするための基準電力値が設定される。また、オペアン
プ６には反転入力端子に帰還回路が設けられている。

10は切替回路である。トランジスタTrのコレクタ端子
は、抵抗を介して、安定電源ＶREF4が接続される。ベー
ス端子には、オペアンプ６の出力が、抵抗R10を介して
接続されている。また、エミッター端子は接地されてい
る。トランジスタTrのコレクター端子は、安定電源ＶRE
F4以外にも可変抵抗VR4にも接続され、この抵抗VR4は接
地される。

オペアンプ７は、可変抵抗VR4にかかる電圧と電流検出
手段の値を比較するもので、非反転入力端子には、電
流検出手段からの値が抵抗R11を介して接続される。
一方、反転入力端子には、可変抵抗VR4にかかる電圧値
が抵抗R12を介して接続される。抵抗R13が帰還回路を構
成している。オペアンプ７の出力はPWM5に入力される。

次に、この回路の動作を説明する。

ランプ１の点灯始動時は、点灯電力は低いためオペアン
プ６の出力は零となる。トランジスタTrでは、ベースと
エミッター間の電圧が零となるため、トランジスタTrそ
のものも作動しない。

一方、オペアンプ７の基準電圧となる可変抵抗VR4の電
圧は、安定電源ＶREF4の分圧値に、さらに可変抵抗を調
整した値となる。可変抵抗の調整は，もともとランプ１
の点灯始動前に行うもので、言い換えればランプ１の点
灯電力が低い間はオペアンプ７の基準電圧はある設定さ
れた値で固定されている。

この値を基準として、電流信号と比較することによって
定電流制御をすることができる。

次に、ランプ１の点灯電圧の上昇に伴って電力信号値が
上昇して、基準電圧ＶREF3に近づくと、オペアンプ６が
わずかに出力を始める。このオペアンプ６の出力によっ
て、トランジスタTrのベースとエミッター間に電流が流
れ始める。

この状態では、トランジスタTrのコレクタ電流は飽和し
た状態ではなく、安定電源ＶREF4からの電流はトランジ
スタTrと可変抵抗VR4に分流する。コレクター電流は、
ベース電流の変化によって、可変するので、その変化に
応じてオペアンプ７の基準電圧VR4も変化することにな
る。

この時から、実質上は定電力制御に切替る。すなわち、
オペアンプ７の基準電圧はトランジスタTrが導通しない
時に可変抵抗VR4に発生する電圧に基づく基準値と、ト
ランジスタTrが導通した時に可変抵抗VR4に発生する電
圧に基づく基準値に切り換える。そして後者のレベル
は、定電力制御のために常に微動している。

このように、定電流制御から定電力制御の切替は、ラン
プ１の点灯電圧の安定に伴い、オペアンプ７の基準値が
始動時のレベルから、通常点灯時の定電力制御をするた
めのレベルに切り替わることになる。そして、この切替
はフィードバック系統が１つであるため良好に行うこと
ができる。

〔考案の効果〕

以上説明したように、この考案においては検出比較回路
は点灯始動時に得られる電流信号を制御するための第１
の比較器と、点灯が安定してきた時に点灯電力を制御す
るための第２の比較器と有する。そして、第２比較器の
出力によって第１の比較器の基準のレベルを切り換える
切替回路を有しているので、フィードバック系統が１つ
になり、従来のように２つのフィードバック信号が交錯
したり、異常音を発生したりすることはなく、また回路
構成は簡略化する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例である超高圧水銀灯点灯装
置における制御システムの主要部の概略を示す図、第２
図は従来の超高圧水銀灯点灯装置における制御システム
の主要部の概略を示す図、第３図は従来及びこの考案の
超高圧水銀灯点灯装置のブロック図を各々示す。 図中 1:ランプ ６、7:比較器（オペアンプ） 10:切替回路 32:スイッチングインバータ 35:検出比較回路 36:制御回路 C:コンデンサ R1〜R13:抵抗 VR1〜VR4:可変抵抗 Tr:トランジスタ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源と、 この交流電源を整流、平滑する回路を一次側に備えた半
   導体スイッチング素子を含むスイッチングインバータ
   と、 このスイッチングインバータの二次側に整流、平滑回路
   を介して接続された超高圧水銀灯及び超高圧水銀灯に点
   灯開始時に高電圧を発生させるスタータと、 この二次側に設けられた整流、平滑回路の出力部に接続
   されて、前記超高圧水銀灯の点灯電圧及び点灯電流を検
   出する手段と、 この点灯電圧及び点灯電流を検出する手段からの信号を
   受けて各々の基準信号と比較する検出比較回路と、 この検出比較回路からの信号に基づいて前記半導体スイ
   ッチング素子を制御する制御回路とを有する超高圧水銀
   灯装置において、 前記検出比較回路は、 前記点灯電流の信号を点灯始動時と通常点灯時で異なる
   基準値で比較する第１の比較器と、 前記点灯電圧検出手段による信号と、前記点灯電流検出
   手段による信号から点灯電力を計算する手段と、 この点灯電力を計算する手段からの信号と、設定された
   基準値を比較する第２の比較器と、 前記点灯電力を計算する手段からの信号が基準値に近づ
   いたときに、前記第２の比較器の出力によって、導通を
   開始するトランジスタを有し、このトランジスタの導通
   により前記第１の比較器の基準値を変化させる切替回路
   とを有することを特徴とする超高圧水銀灯点灯装置。