JPH09503342A - 高強度放電ランプ安定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 高強度放電ランプを点灯する安定器は力率調整部を有する。ランプの点弧を試みる際の力率調整部の誤トリガ動作を、誤トリガ動作信号を切替装置から逸らすことにより、バイパスキャパシタ（６６）によってほとんど除去する。安定器は、ＨＩＤランプを点灯しない際の任意の照明用予備光源も含む。誤トリガ動作信号を切替装置から逸らすことにより、予備光源にはほとんどフリッカがなく、及び／又は、ＨＩＤランプの始動前に予備光源をオフにする。

Description

【発明の詳細な説明】 高強度放電ランプ安定器 本発明は一般に高強度放電ランプ安定器に関するものであり、より詳細には、 任意の予備点灯を行う力率調整部を有するＨＩＤランプ安定器に関するものであ る。 ＨＩＤランプは一般に、高圧水銀、高圧ナトリウム、メタルハライド及び低圧 ナトリウムを含むランプの群をいう。ＨＩＤランプを給電する通常の安定器は大 抵、ＨＩＤランプを点灯する際に応答するとともに用いられる容量性力率調整部 を含む。力率調整部は、ＨＩＤランプを点灯していないときには使用すべきでな い。そうでなければ、ランプ点灯前に安定器によって比較的高い電流レベルを引 き出すおそれがある。比較的高い電流レベルにより、枝路を利用する電源線に接 続しうる（すなわち回路ブレーカによって保護された）力率調整安定器の個数が 制限されるおそれがある。 また、ＨＩＤランプは大抵、点弧特に迅速な再点弧が困難である。代表的には 、再点弧を試みる前にランプを十分に冷却するまで約１５分要求される。非点灯 ＨＩＤランプに応答する予備点灯は、ＨＩＤランプの点弧又は再点弧の最初の周 期中すなわちＨＩＤランプを必ず点灯する場合に常に点灯する。 ＨＩＤランプ状態（すわてち点灯又は非点灯）に対する力率調整部及び補助点 灯部の応答性が、ＨＩＤランプ状態に基づいてオン及びオフされる切替装置によ って与えられる。しかしながら、切替装置（例えば、サイリスタ）が、ＨＩＤラ ンプの点弧を試みる際に誤トリガ動作を受けるおそれがある。誤トリガ動作によ り、ＨＩＤランプが非点灯の際に力率調整部をオンにするおそれがある。安定器 により引き出される不所望な高電流レベルが生じるおそれがある。また、誤トリ ガ動作により、補助ランプにフリッカが生じ、又はランプ点弧前に補助ランプが オフになる。 したがって、より信頼性のある力率調整部を有する向上したＨＩＤ安定器を提 供することが望ましい。より信頼性のある任意の予備点灯部を設ける必要もある 。特に、力率調整部及び予備点灯部により、ＨＩＤランプの点弧を試みる際に誤 トリガ動作をほとんどなくす必要がある。 一般に、本発明の第１の特徴によれば、ＨＩＤランプ用安定器は、切替信号を 発生させる制御手段と、 この切替信号に応答して導通路を遮断しうる切替手段と、 力率を向上させるよう前記遮断しうる導通路の確立に応答する調整手段とを具 える。 本発明による安定器は、前記切替手段が所定のタイプの切替信号に応答しない ように前記所定のタイプの信号の部分を前記切替手段から逸らすバイパス手段を 具えることを特徴とするものである。 所定のタイプの切替信号は、安定器の始動を試みる際に生じる約１２０Ｈｚ又 はそれ以上の周波数の電圧パルスを含むが、これに限定されるものではない。ラ ンプをうまく点弧する前の力率調整装置の誤トリガ動作がほとんど除かれる。よ り詳しくは、力率調整装置の誤トリガ動作は、切替装置をオンにすることができ る電圧パルスをランプの点弧を試みる際に切替装置から逸らすバイパス装置によ り回避される。したがって、ＨＩＤランプの点弧前にＨＩＤ安定器の容量性力率 補正部により引き出される不所望な高電流レベルをほとんど除去する。 本発明の好適例では、制御装置をチョーク（例えばインダクタ）とする。チョ ークのタップから生じる切替信号は、チョークの第１部分を流れる電流を表す。 チョークの第２部分の両端間の始動回路により生じた点弧パルスは、チョークの 第１部分の両端間に電圧パルスを誘導する。誘導された電圧パルスにより、バイ パス装置によって逸らされる所定のタイプの信号となる。切替装置を一般にトラ イアックとする。バイパス装置は好適には、トライアックのゲートに接続された キャパシタを含む。 本発明の第２の特徴によれば、第１ランプ及び第２ランプを点灯する安定器は 、第１ランプを流れる電流を制御するとともに一部を流れる電流を表す切替信号 を発生させる制御装置を含む。切替装置は、切替信号に基づく第２ランプの十分 な短絡に対して動作可能である。安定器は、所定のタイプの切替信号を切替装置 から逸らすバイパス装置も含み、切替装置が、制御装置による所定のタイプの切 替信号の発生に応答しないようにする。逸らされた所定のタイプの切替信号は、 予め設定されたレベル（例えば１２０Ｈｚ又はそれ以上）より上の周波数を有す る。 本発明の第２の特徴によれば、第１ランプをＨＩＤタイプとする。第２ランプ は、第１ランプを点灯しないときに予備点灯する。安定器は、第２ランプを十分 に短絡する間安定器の力率を向上させる力率調整手段も含む。（高突入電流を抑 制するインダクタを含む）切替装置及び第２ランプを好適には、並列接続を形成 するために並列に接続し、この並列接続を力率調整装置に直列接続する。 本発明の第３の特徴によれば、高強度放電ランプを点灯する安定器は、ランプ を流れる電流を制御するとともに少なくとも一部の両端に現れる電圧を反映する 切替信号を発生させる安定器コントローラを含む。また、安定器は、切替信号に 基づく導電路を設ける切替装置と、安定器の力率を向上させるために切替装置の 導電路の確立に応答する力率調整装置とを含む。安定器は、安定器コントローラ による所定のタイプの切替信号の発生に切替装置が応答しないように所定のタイ プの切替信号を切替装置から逸らすバイパス装置も含む。 本発明の第４の特徴によれば、高強度放電ランプに給電する安定器を動作させ るに当たり、ランプ始動中及びランプ始動後安定化素子の少なくとも一部を流れ る電流を表す切替信号を発生させる工程と、ランプ始動中切替信号を切替装置か ら逸らす工程と、ランプ始動後のみ切替信号に基づいて切替装置の導電路を確立 する工程と、一旦導電路が確立されると安定器の力率を調整する工程とを含む。 したがって、本発明の目的は、より信頼性のある力率調整部を有する向上した ＨＩＤ安定器を提供することである。 本発明の他の目的は、より信頼性のある予備点灯部を有する向上した力率調整 ＨＩＤ安定器を提供することである。 本発明の他の目的は、ＨＩＤランプの点弧を試みる際に力率補正部のみ又は予 備点灯部に結合した力率補正部が誤トリガ動作をほとんど有しない向上したＨＩ Ｄ安定器を提供することである。 本発明の他の目的及び利点は、一部が明らかであり、一部が本明細書から理解 することができる。 したがって、本発明は、相互に関連する一つ又はそれ以上の工程と、このよう な工程を行うように適合させた構成、素子の組合せ及びパーツの配置の特徴を実 施する装置とを具える。全てが以下の詳細な開示で実施され、本発明の範囲を請 求の範囲に示す。 本発明を完全に理解するために、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は 、本発明による点灯システムである。 図１に示すように、点灯システム１０は、安定器３０の一対の入力端子３３及 び３６に接続した交流電源２０、ＨＩＤランプ４０及び任意の予備ランプ５０を 含む。安定器３０も、ＨＩＤランプ４０に接続された第１の対の出力端子３９及 び４２を含む。白熱光を発するタイプとすることができるがこれに限定されない 予備ランプ５０を、安定器３０の第２の対の出力端子４５及び４８に接続する。 予備ランプ５０の出力端子４５及び４８に対する接続を図示したが、予備ランプ ５０を、安定器３０の動作に悪影響を及ぼすことなく安定器３０から切り離すこ とができる。補助ランプ５０は、電力が電源２０から安定器３０に供給されると ともにＨＩＤランプ４０を点灯しない際に点灯するように作用する。 安定器３０は、放電抵抗５４に並列接続した力率調整キャパシタ５３も含む。 この並列結合の一端を入力端子３６に接続し、その他端を出力端子４８に接続す る。トライアック５６（又は他の好適な切替装置）の第１主端子ＭＴ１を、イン ダクタ５７の一端に接続する。インダクタ５７の他端を、入力端子３３、出力端 子４５、安定器リアクタ６５及びバイパスキャパシタ６６を共同して結合する接 合部に接続する。トライアック５６の第２主端子ＭＴ２を、キャパシタ５３、抵 抗５４及び出力端子４８を共同して結合する接合部に接続する。インダクタ５７ 及びトライアック５６の直列結合を予備ランプ５０に並列接続する。 トライアック５６のゲートＧを、切替コントローラ６０を介して安定器リアク タ６５のタップ点７３に接続して、トライアック５６をオン及びオフする切替信 号をこれに供給する。切替コントローラ６０を、トライアック５６のゲートＧに 供給される切替信号の電流レベルを制限する抵抗とすることができるが、これに 限定されるわけではない。以後、入力端子３３とタップ点７３との間の安定器リ アクタ６５の一部を巻線部７４と称する。安定器リアクタ６５を切替コントロー ラ６０に分岐する点を、一つには、切替コントローラ６０によって消費される電 力を最小にするよう選択する。キャパシタ６６をトライアック５６のゲートＧに も接続する。後に説明するように、キャパシタ６６は、所定のタイプの切替信号 をバイパス／逸らすように作用する。これにより、このタイプの切替信号に基づ くトライアック５６の誤トリガ動作を回避する。 また、ランプ４０の点灯の際にランプ４０を流れる電流のレベルを制限／制御 するよう作用する安定器リアクタ６５に、ＳＩＤＡＣ８９の一端をタップ点７６ で接続する。安定器リアクタ６５の他端を出力端子３９及びキャパシタ９２に接 続する。以後、タップ点７６とキャパシタ９２との間に接続した安定器リアクタ ６５の一部をイグナイタ巻線７９と称する。ＳＩＤＡＣ８９及びキャパシタ９２ を抵抗９５の一端にも接続する。抵抗９５の他端を、キャパシタ５３、抵抗５４ 、入力端子３６及び出力端子４２を共同して結合する接合部に接続する。イグナ イタ巻線７９、ＳＩＤＡＣ８９、キャパシタ９２及び抵抗９５は、結合してイグ ナイタ（すなわち始動回路）８０として作用する。 点灯システム１０は次のように動作する。電力が交流電源２０から安定器３０ の入力端子３３及び３６に供給される。交流電源２０により生じた電圧はランプ ４０を点弧／始動させるのに不十分であり、ランプ４０を始動するには一つ又は それ以上の追加の始動パルスを必要とする。一つ又はそれ以上のパルスをイグナ イタ８０により発生させる。特に、キャパシタ９２及び抵抗９５のＲＣ時間一定 に基づくキャパシタ９２を、ＳＩＤＡＣ８９のブレークオーバ電圧まで充電する 。一旦ブレークオーバ電圧に到達すると、ＳＩＤＡＣ８９は以前のオフ状態から オン状態に切り替わる。この際電流が急速に流れ、イグナイタ巻線７９の両端間 に電圧パルスが発生する。この電圧パルスはランプ４０を点弧するのに十分とな りうる。例えば、ランプ４０をメタルハライドタイプとし、約２４０Ｖのブレー クオーバ電圧を有するＳＩＤＡＣ８９で１３５Ｖ、４００Ｗの公称定格とした場 合、約２４０Ｖの電圧パルスがイグナイタ巻線７９の両端間に現れる。変換作動 （すなわち安定器リアクタ６５がオートトランスフォーマとして作動する。）に より、約１８００Ｖから３５００Ｖの電圧が出力端子３９，４２の両端間に現れ る。ランプ４０が始動しない場合、ＳＩＤＡＣブレークオーバ電圧に到達するこ とによりランプ４０に供給される高電圧パルスが発生するまでの充電キャパシタ ９２のサイクルは、ランプ４０が点弧／始動するまで繰り返される。 一旦ランプ４０が点灯されると、イグナイタ８０の両端間の電圧が約１３５Ｖ 、すなわち２４０ＶのＳＩＤＡＣブレークオーバ電圧より下に降下する。この場 合、イグナイタ８０の両端間の電圧は、イグナイタ巻線７９の両端間に電圧パル スを発生させるには不十分である。換言すれば、ランプ４０が点灯した状態の間 、イグナイタ８０は追加の電圧パルスを発生させない。 ランプ４０が、予め設定された照明レベルに到達する前及び到達するまで、予 備ランプ５０を点灯する（例えば、トライアック５６を開状態にする。）。ラン プ５０を約１２０Ｖの公称定格とし、点灯の際にはキャパシタ５３にこれを直列 接続する（すなわち、トライアック５６を閉状態にする。）。キャパシタ５３は 、ランプ５０を流れる電流を制限するように作用する。 ＨＩＤランプを最初に点灯する（すなわち、少なくとも予め設定された照明の レベルに到達している）場合、電流が安定器６５に流れる。ランプ４０を流れる 電流のレベルを、安定器リアクタ６５によって制御する。安定器リアクタ６５の 少なくとも一部を流れる電流を表す／反映する切替信号を、巻線部７４のタップ ７３に発生させる。切替信号を切替コントローラ６０によってゲートＧに供給し 、これによりトライアック５６をオンにする（すなわち、これに導電路を設ける ）。インダクタ５７及びトライアック５６によって形成された実質的な短絡回路 により、補助ランプ５０を有効にオフにする。インダクタ５７は、トライアック ５６を損傷するおそれがある高突入電流を抑制するように作用する。力率調整キ ャパシタ５３は、オンされたトライアック５６とともに比較的高レベルの容量性 電流を引き出し、これにより安定器３０（以後、力率調整部と称する。）の力率 を向上させる。 ＨＩＤランプ４０が例えば瞬時の又は長時間の電力遮断によりオフにされると 常に、切替コントローラ６０により生じた切替信号のレベルは、トライアック５ ６をオンにするすなわちトライアック５６を導通状態に維持するには不十分であ る。この際トライアック５６は開／オフ状態に切り替わる。一旦電力が入力端子 ３３，３６に戻ってランプ４０を再点灯する前に、予備ランプ５０により点灯す る。電力が入力端子３３，３６に供給されない時間周期中、抵抗５４はキャパシ タ５３の放電用経路を提供する。キャパシタ５３及びランプ５０のインピーダン スを、トライアック５６をオフにする際に常に十分な電流がランプ５０を流れて このランプ５０を点灯するように選択する。 本発明によれば、ランプ４０を流れる電流のインダクティブ成分をオフセット するのに用いない場合（例えばトライアック５６をオフにする場合）、力率調整 部により、交流電源２０から引き出される電流は、キャパシタを常に交流電源２ ０の両端間に接続した力率調整部により電流が引き出される以外の場合に比べて 少なくなる。その結果、従来の安定器に比べて、多数の本発明による安定器を、 枝路を用いる電源線に接続することができる。 容易に理解できるように、切替コントローラ６０は、力率調整部を安定器３０ によって用いる際及び予備ランプ５０をオン及びオフにする際に制御を行う。容 易に理解できるように、高リアクタンスタイプのオートトランスフォーマ安定器 を含む他のタイプの安定器形態を、安定器リアクタ６５の代わりに用いることも できる。 トライアック５６をオン及びオフする態様は特に重要であり、本発明により特 に強調される。ランプ４０を点灯する場合、力率調整を行うトライアック５６を オンにすることにより、キャパシタ５３を主電圧の両端間（すなわち入力端子３ ３，３６の両端間）に配置する必要がある。ランプ４０を点灯しない場合、トラ イアック５６をオフにすることによりキャパシタ５３を主電圧から切り離す必要 がある。そうでない場合には、キャパシタ５３から引き出された電流が全線電流 を大幅に超え、これにより所定の回路ブレーカ上で動作しうるランプの個数が制 限されるおそれがある。 ランプ４０を始動／点弧するに当たり、約２〜３秒間の約１２０Ｈｚの周波数 での一連の電圧パルスは、代表的にはイグナイタ８０のイグナイタ巻線７９の両 端間に現れる。リアクタ安定器６５の巻線部７４の両端間に一連の電圧パルスが 生じる。巻線部７４の両端間に生じた電圧により、トライアック５６をオンにす るのに十分な巻線部７４によって切替信号を発生させることができる。このよう に生じた電圧パルスから形成された切替信号により、トライアック５６の誤トリ ガ動作が生じるおそれがある。予備ランプ５０をオフするとともにＨＩＤランプ ４０を点灯する前に力率調整キャパシタ５３を主電圧の両端間に配置するこのよ うな誤トリガ動作を回避するために、点弧パルスに基づく切替信号の部分を、バ イパスキャパシタ６６によりゲートＧからほぼ逸らす。換言すれば、トライアッ ク５６はランプ点弧前には切替信号に応答せず、すなわち点弧パルスに基づく切 替信号（すなわち、ランプ４０の始動中に生じる切替信号）には応答しない。 本発明の好適実施例によれば、交流電源２０は約２７７Ｖの交流電圧を発生さ せる。キャパシタ５３を約２０μＦの公称定格とする。予備ランプ５０を約２５ ０Ｗ，１２０Ｖの公称定格とし、クオーツ白熱光タイプとする。切替コントロー ラ６０を、約３００Ω、51/4Ｗの公称定格の抵抗（又は他の好適なインピーダン ス）とする。抵抗９５及び５４をそれぞれ、１９，０００Ω、７Ｗ及び４７０， ０００Ω、1/2Ｗの公称定格とする。安定器リアクタ６５を、１．５ＥＩ積層物 で、タップ点７３及び７６で約３６巻回及び４５３巻回である全巻数が４６８巻 線の４００Ｗメタルハライドリアクタ安定器とする。トライアック５６を１５Ａ ，８００Ｖの公称定格とし、これをテキサス州のハード(Hurd)に所在するTeccor .Incから部品番号Q8015L5から入手できる。ＳＩＤＡＣ８９を、日本国の東京に 所在するShindengen Electric Mfg.Co.,Ltdから入手でき、約２４０Ｖの公称定 格のブレークオーバ電圧を有する。キャパシタ９２を、約０．１５μＦの公称定 格とする。ランプ４０を、４００Ｗ，１３５Ｖメタルハライドタイプの高強度放 電タイプとするが、これに限定されるものではない。インダクタ５７を、０．０ ６ｍＨの公称定格とする。キャパシタ６６及び９２をそれぞれ、５．６ｍＦ及び ０．１ｍＦの公称定格とする。 容易に理解できるように、本発明は、ランプ４０の開始中のトライアック５６ の誤トリガ動作を除く向上した安定器部を提供する。第１／主光源（すなわちラ ンプ４０）が予め設定された照明のレベルに到達しないときは常に、任意の予備 光源（すなわちランプ５０）をオンにする。この予め設定された照明のレベルに 到達すると、インダクタ５７に結合したトライアック５６は予備ランプ５０を十 分に短絡し、これによりランプ５０を有効にオフにする。同時に（すなわち、ラ ンプ５０を十分に短絡したとき）、安定器３０によって引き出された電力の力率 を、交流電源２０から引き出された容量性成分及び誘導性成分のバランスを十分 にとることにより増大させる。切替コントローラ６０によりトライアック５６の ゲートＧに供給されるゲート電流は、安定器リアクタ６５及びランプ４０を流れ る電流を反映し／表す。 本発明の目的を上記説明のようにして達成することができ、上記構成の所定の 変形が本発明の範囲内で可能であるので、本明細書の記載及び図面に含まれるこ とは本発明を制限するものではないことは明らかである。 以下の請求の範囲は、これまで説明した本発明の全ての一般的及び特殊な特徴 をカバーするものであり、本発明の範囲はこれらに含まれる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．切替信号を発生させる制御手段と、 この切替信号に応答して導通路を遮断しうる切替手段と、 力率を向上させるよう前記遮断しうる導通路の確立に応答する調整手段とを 具えるＨＩＤランプ用安定器において、 前記安定器は、前記切替手段が所定のタイプの切替信号に応答しないように 前記所定のタイプの信号の部分を前記切替手段から逸らすバイパス手段を具える ことを特徴とする安定器。 ２．前記所定のタイプの切替信号は約１２０Ｈｚ又はそれ以上の周波数を有する ことを特徴とする請求の範囲１記載のＨＩＤランプ用安定器。 ３．点弧パルスを発生させる始動手段も含み、前記所定のタイプの切替信号を、 前記点弧パルスに基づく前記制御手段によって発生させることを特徴とする請求 の範囲１又は記載のＨＩＤランプ用安定器 ４．誘導特性を示す装置が前記制御手段として作用することを特徴とする請求の 範囲１又は３記載のＨＩＤランプ用安定器。 ５．前記装置を、前記切替信号を発生させる第１部分及び前記始動手段内に含ま れる第２部分を有するインダクタとしたことを特徴とする請求の範囲４記載のＨ ＩＤランプ用安定器。 ６．前記切替手段は、ゲートを有するトライアックと、前記制御手段と前記切替 手段に切替信号を供給する前記ゲートとの間に接続した切替制御手段とを含むこ とを特徴とする請求の範囲１，２，３，４又は５記載のＨＩＤランプ用安定器。 ７．前記バイパス手段はキャパシタを含むことを特徴とする請求の範囲１，２， ３，４，５又は６記載のＨＩＤランプ用安定器。 ８．前記切替信号に基づく切替手段により十分短絡される第２ランプを具えるこ とを特徴とする請求の範囲１から７のうちのいずれかに記載のＨＩＤランプ用安 定器。 ９．前記第２ランプを白熱光タイプとしたことを特徴とする請求の範囲８記載の ＨＩＤランプ用安定器。 １０．前記切替手段及び第２ランプを並列に接続して並列接続を形成し、この並 列接続を前記力率調整手段に直列に接続したことを特徴とする請求の範囲８又は ９記載のＨＩＤランプ用安定器。