JPH0992482A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】メタルハライドランプ点灯装置において、電子
バラストによってメタルハライドランプを容易に点灯し
簡単な回路構成を導入して安定した明るさを保つこと。 【解決手段】交流入力回路、コンバータ回路、インバー
タ回路、高電圧発生回路、インバータ駆動回路、制御回
路及びＨＩＤランプを含むＨＩＤランプ点灯装置であ
り、圧電トランス固有の無負荷時共振周波数で動作し、
また交流入力を整流した脈流をコンバータで直接スイッ
チングして入力力率を改善する特徴を有する点灯装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高輝度放電灯特に
メタルハライド（以下、ＨＩＤと称する）ランプの点灯
装置に関するもので、該装置の入力力率を改善し高電圧
発生回路に圧電トランスを利用して回路の簡素化を計っ
たものである。

【０００２】

【従来の技術】ＨＩＤランプはセラミックまたはガラス
の中空球内にハロゲンガス及び特殊蒸発金属を封入し内
部に対向する電極を取付けたものである。動作は放電開
始時に数ＫＶから十数ＫＶの高電圧を印加して、球内部
のガスをイオン化して放電開始を容易にする。次に放電
開始をすると急激に球内部のインピーダンスは低下し端
子電圧は数百Ｖに低下して放電は維持される。連続した
放電によって球内温度は高まり金属の蒸発が開始され発
光を始める。

【０００３】従ってＨＩＤランプの点灯装置は従来より
低電圧の電源（数百Ｖ）と高電圧の電源（数ＫＶ）が併
置され、点灯時は両電源の電圧がＨＩＤランプに印加さ
れる。点灯後は高電圧は不要となる為切離しても差支え
ない。

【０００４】照明用、映写プロジェクターに用いる場合
は、入力電源は商用電源（５０または６０ＨＺ）であっ
て、このような低い周波数では小型で高効率の高輝度放
電灯点灯装置を作成することができない。そこで、通常
は商用電源からコンバータにより直流を得、この直流を
インバータにより所望の周波数を持つ交流に変換し、こ
の変換された交流によりＨＩＤランプを点灯する。

【０００５】このインバータによる点灯装置では、入力
回路がコンデンサインプット型で構成されるのが通例で
ランプ電流の大小によって入力電流の流通角が変わる
が、全流通角（１８０°）に亘って電流が流れることは
なく電圧最大値のある９０°付近を中心として狭い流通
角のみで流れ、その流通角における電源電圧が歪み、高
調波を発生させ他の装置に悪影響をもたらす原因とな
る。このため、入力電源に対する不要幅射対策即ち高周
波スイッチングのノイズ妨害を抑える装置も必要とされ
るのが普通である。

【０００６】米国特許第４２４０００９号によると、定
電圧出力コンバータによって、トランスを介して交流出
力を得、別に整流器を用いて３〜４倍の直流電圧を得
て、これらを加え合わせてＨＩＤランプに印加する方法
をとっており、複雑な回路構成となっている。また、高
電圧の発生回路はトランスを含む電子回路を例示し、機
械的衝撃による圧電素子の発生する高電圧と置換えられ
るとも述べているが簡便な方法とは云えない。

【０００７】ＨＩＤランプは一般的に被照射体より遠く
距たった処に置かれて照明に利用されることが多く、遠
隔操作に機械的動作を加えること及び衝撃音の発生も含
め必ずしも適切とは云えない。また図５に示す如く９点
の部品を用い高電圧パルスを端子１６、１８間に発生さ
せＨＩＤランプに印加している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ＨＩＤランプを点灯す
る為の放電灯点灯装置はＡＣ入力で用いた場合、整流回
路に大容量のコンデンサを置いて直流のエネルギーを蓄
える。この為負荷にエネルギーを供給しているとき入力
の交流電流は流通角の狭いパルス状電流となってコンデ
ンサを充電する。この為電源に波形歪を与えることにな
る。

【０００９】ＨＩＤランプの始動にあたっては、ＨＩＤ
ランプに数１０ＫＶの高電圧を加える必要があり、高電
圧発生コンバータ、スパークギャップまたは半導体スイ
ッチ、及び高電圧トランス等を用い複雑な回路と多くの
電子部品を要した。また圧電素子を用いて機械的衝撃を
加えて高電圧を得る方法もあった。ＨＩＤランプの点灯
を維持する為のエネルギーを直流の高電圧と交流を重ね
合わせて供給する方法では、回路の複雑さ、部品の多さ
が問題となる。本発明は、上述のごとき不都合を解消し
ようとするものであって、その目的は、ＨＩＤランプ点
灯装置において、電子バラストによってＨＩＤランプを
容易に点灯し簡単な回路構成を導入して安定した明るさ
を保つことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記のような本発明の目
的を達成するために、本発明は、交流入力回路、コンバ
ータ回路、インバータ回路、高電圧発生回路、インバー
タ駆動回路、制御回路及びＨＩＤランプを含むＨＩＤラ
ンプ点灯装置であり、圧電トランス固有の無負荷時共振
周波数で動作し、また交流入力を整流した脈流をコンバ
ータで直接スイッチングして入力力率を改善する特徴を
有する点灯装置を提供する。

【００１１】さらに本発明は、交流入力回路は高周波雑
音除去手段と整流手段を持つ。コンバータ回路は平滑さ
れていない脈流電圧を直接高周波でＯＮ・ＯＦＦするス
イッチ手段をもち、ＨＩＤランプ点灯装置の入力力率を
改善する。また高周波でＯＮ・ＯＦＦされた出力は高電
圧出力回路へパルス出力を供給する手段を持ち、整流平
滑された直流出力をインバータ回路に供給する手段を併
せもつ。

【００１２】インバータ回路はコンバータ回路の平滑出
力を低周波交流に変化する手段をもち、ＨＩＤランプへ
放電維持電圧を供給する手段をもつ。インバータ駆動回
路は低周波交流を発生し、インバータ回路に供給する手
段をもつ。高電圧発生回路は、前記コンバータ回路のパ
ルス出力を圧電トランスに印加し高電圧パルスを発生す
る手段をもつ。制御回路は圧電トランスの無負荷時共振
周波数と同一の周波数を発生する手段をもち、パルス巾
制御信号としてコンバータ回路に出力する。インバータ
回路を流れる電流を検出し、パルスのＯＮ・ＯＦＦ時間
を制御して該インバータ回路の電流を一定にする手段を
もつ。

【００１３】コンバータ回路は入力電圧を放電維持電圧
に昇圧する手段をもつ。交流回路出力の前記脈流電圧の
全位相にわたって、均等にパルス化し入力電圧と同相の
入力電流とするスイッチ手段をもつ。

【００１４】高電圧発生回路は圧電トランスによって発
生した高電圧パルスをトランスを介してＨＩＤランプに
印加する手段をもつ。

【００１５】制御回路はインバータ回路に流れる電流を
検出し、制御回路内にある基準電圧と比較してコンバー
タ回路のＯＮ・ＯＦＦ時間を制御する手段をもつ。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に本発明の一実施形態を、図面
を用いて詳細に説明する。図１において、１は交流入力
回路である。交流入力回路１に入力された交流は直流に
整流され、その整流された直流は力率改善回路を具備し
たコンバータ回路２に入力される。該コンバータ回路２
は昇圧チョッパー方式正弦波コンバータ回路である。正
弦波コンバータ回路２には、その負荷としてフルブリッ
ジ方式のインバータ回路３が接続されている。さらに、
昇圧チョッパー方式正弦波コンバータ２にはその負荷と
してインバータ３が接続されている。そしてさらに、イ
ンバータ３の負荷としてＨＩＤランプＬＩが接続されて
いる。４は高電圧発生回路であり、ＨＩＤランプＬ点灯
の初期に高電圧を発生し、ＨＩＤランプＬＩに印加す
る。本発明では、力率改善型コンバータ回路２、インバ
ータ回路３、高電圧発生回路４及び後に述べる制御回路
５で主な回路を構成し、特にＡＣ入力力率はほぼ１００
％に改善される。また前記コンバータ回路２及び高電圧
発生回路４は同一の周波数で動作する特徴がある。次に
実施形態の内容を順次説明する。

【００１７】昇圧チョッパー方式正弦波コンバータ回路
について簡単に説明する。入力電流を商用交流電源電圧
の波形と同一にするために、まず、入力電圧の波形を検
出する。一方、電流検出手段によりコンバータ回路２を
流れる電流波形を検知し、コンパレータにて前記入力電
圧波形と外電流波形を比較し、その差に比例したＰＷＭ
信号を作り出し、これにより正弦波コンバータのスイッ
チング素子を駆動する。これにより商用交流電源電圧の
波形と同一の電流波形が得られ、入力力率はほぼ１とな
る。

【００１８】次に各回路の詳細を説明する。交流入力回
路１は、図２の如くインダクタＬ及びコンデンサＣによ
る高周波ノイズフィルターを構成し、コンバータ回路２
などで発生する高周波雑音を除去する。インダクタＬは
コモンモードコイルを中心として構成しているが必要に
応じノーマルモードのコイル追加することもできる。整
流方式はブリッジ整流器ＲＣ０１を用いて交流を整流
し、平滑されない脈流を出力する。

【００１９】コンバータ回路２は、図３の如く力率改善
回路として知られるブースト型チョッパ回路を構成し、
図１１の如き整流電圧波形と相似形をエンベロープとす
るスイッチングされた電流波形を得る如く動作するもの
であり、力率は限りなく１００％に近付く。従来のコン
デンサ入力型整流回路の入力力率を改善する。入力電圧
が高いとき（２８０Ｖ系３８０Ｖ系）はバック型チョッ
パ回路に置換え容易に対応できる。

【００２０】制御回路５は、図７でパルス巾制御用とし
て用いられるスイッチング電源用ＩＣであるＴＩ社のＴ
Ｌ４９４等に代表される集積回路ＩＣ０１とオペアンプ
を使用した回路から構成される。制御回路５の動作周波
数は後に述べる圧電トランスの無負荷共振周波数である
６９〜７１ＫＨＺとする。

【００２１】コンバータ回路２の出力電圧を端子６から
オペアンＩＣ０１、ＩＣ０２からなる誤差増幅回路５Ｂ
（図１参照）を介して入力し、ＩＣ０１内部で発生する
基準電圧（図１の基準電圧発生回路５Ａの出力）と比較
して差電圧を増巾し、図１に示すコンバータ駆動パルス
幅制御回路５Ｃでパルス巾の変化に置換えコンバータ端
子８へ出力し、コンバータ回路２に入力する。

【００２２】ＨＩＤランプＬＩの負荷を流れる電流を抵
抗ＲＭ両端の電圧で検知する。この電圧は制御回路５の
負荷電流検出回路５Ｄで検知し、この信号は負帰還信号
としてコンバータ駆動パルス幅制御回路５Ｃに入力さ
れ、ＨＩＤランプＬＩの負荷電流が一定になるように制
御する。ＨＩＤランプＬＩの輝度の設定は図７にあるＩ
Ｃ０２出力側の可変抵抗器ＶＲによって行うことができ
る。通常照明では固定される。

【００２３】インバータ回路３は、図４に示すように４
個のトランジスタＱ０２〜Ｑ０５によるフルブリッジ構
成である。これらトランジスタはＭＯＳＦＥＴであり、
図８に詳細を示すインバータ駆動回路６により動作し、
図４においてＨＩＤランプＬＩに電力を供給する端子１
６、１７にはラインフィルタコイルＬＬとコンデンサＣ
Ｌが接続されＨＩＤランプＬＩから発生する雑音電流の
除去を行なう。

【００２４】インバータ駆動回路６は、図８の如くであ
りＩＣ０４を自励発振器として低周波を発生させ（約３
００ＨＺ）ＩＣ０５によって波形を整える。インバータ
回路３のフルブリッジ高圧側スイッチ用のトランジスタ
Ｑ０２、Ｑ０３へのフォトカプラーＩＣ０６、ＩＣ０７
によってインバータ駆動回路６と高圧側スイッチ間の絶
縁を保って駆動される。低圧側スイッチ用のトランジス
タはソース側がＧＮＤ電位でありフォトカプラーを経由
せず端子１３、１４によって直接駆動する。

【００２５】高電圧発生回路４は、従来図５の如きトラ
ンスを用いた回路を構成していたが本発明は図６の如
く、圧電トランスＴ１を含む２点の電子部品で充分な特
性を有する。圧電トランスＴ１は図１０に示す無負荷共
振周波数で駆動すれば、ＨＩＤランプＬＩ点灯前のラン
プインピーダンスが極めて大のとき昇圧比が４０倍程度
となり、仮に３００ＶＤＣ入力では６ＫＶ〜１２ＫＶを
発生しＨＩＤランプＬＩに加えればランプ内部のガスイ
オン化に利用でき点灯を容易にする。ＨＩＤランプＬＩ
の点灯後は高電圧は不要となるが動作周波数固定である
為、ランプのインピーダンスは低下しており図１０の共
振特性の数１０ＫΩの点に移動した状態となり自動的に
昇圧比が低下する。この様に点灯中は供給されるエネル
ギーが極めて小さい状態を保持したままとなる。図１０
は形状が４７×７．６×２．０の圧電トランスの共振特
性例である。

【００２６】補助電源回路７は、コンバータ回路２を制
御する制御回路５及びインバータ駆動回路６を動作させ
る為の安定化電源であり、図９に示すような回路構成を
有して、低電圧直流を得ている。ＨＩＤランプＬＩを駆
動する電力は、図４に示すインバータ出力端子１６、１
７から図６に示す高電圧発生回路に入り、端子１７、１
８間に接続されたＨＩＤランプＬＩに印可される。この
電力は、インバータ出力である放電維持電圧に高電圧パ
ルスを重ね合わせたものである。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、メタルハライドランプの点灯
時に高電圧パルスを該メタルハライドランプに供給する
圧電トランスからなる高電圧発生回路を有するととも
に、該圧電トランス固有の無負荷時共振周波数で動作
し、また交流入力を整流した脈流を直接スイッチングし
て入力力率を改善するコンバータ回路を有するので、本
発明によれば入力力率が向上し、電源波形歪を減少した
コンバータ回路及びインバータ回路によるメタルハライ
ドランプの点灯装置ができ、高電圧の発生回路を簡略化
したことによって高電圧回路に使用する高価な部品を減
らすことができてコストダウンの効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る放電灯点灯装置の一実施
形態を示す回路ブロック図である。

【図２】図２は、交流入力回路の回路図である。

【図３】図３は、コンバータ回路の回路図である。

【図４】図４は、インバータ回路の回路図である。

【図５】図５は、従来の高電圧発生回路の回路図であ
る。

【図６】図６は、本発明の高電圧発生回路図である。

【図７】図７は、制御回路の回路図である。

【図８】図８は、インバータ駆動回路の回路図である。

【図９】図９は、補助電源回路の回路図である。

【図１０】図１０は、圧電トランスの特性曲線図であ
る。

【図１１】図１１は、コンバータ回路の入力電圧と入力
電流の特性曲線図である。

【符号の説明】

１・・・・・交流入力回路 ２・・・・・コンバータ回路 ３・・・・・インバータ回路 ４・・・・・高電圧発生回路 ５・・・・・制御回路 ５Ａ・・・・基準電圧発生回路 ５Ｂ・・・・誤差増幅回路 ５Ｃ・・・・コンバータ駆動パルス幅制御回路 ５Ｄ・・・・負荷電流検出回路 ６・・・・・インバータ駆動回路 Ｃ・・・・・・・コンデンサ ＩＣ０１・・・・集積回路 ＩＣ０２・・・・オペアンプ ＩＣ０３・・・・オペアンプ ＩＣ０４・・・・タイマー ＩＣ０５・・・・バッファ ＩＣ０６・・・・フォトカプラ ＩＣ０７・・・・フォトカプラ Ｌ・・・・・・・インダクタ ＬＩ・・・・・・ＨＩＤランプ Ｑ０１・・・・・トランジスタ Ｑ０２・・・・・トランジスタ Ｑ０３・・・・・トランジスタ Ｑ０４・・・・・トランジスタ Ｑ０５・・・・・トランジスタ ＲＣ０１・・・・ブリッジ整流器 Ｔ１・・・・・・圧電トランス

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】商用交流電源の整流平滑回路と、該整流平
   滑回路の出力を昇圧するコンバータ回路と、コンバータ
   回路出力をチョッピングするインバータ回路と、インバ
   ータ回路出力で駆動されるメタルハライドランプとを具
   備する放電灯点灯装置において、 上記メタルハライドランプの点灯時に高電圧パルスを該
   メタルハライドランプに供給する圧電トランスからなる
   高電圧発生回路を有するとともに、該圧電トランス固有
   の無負荷時共振周波数で動作し、また交流入力を整流し
   た脈流を直接スイッチングして入力力率を改善するコン
   バータ回路を有することを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 【請求項２】前記コンバータ回路の入力端と商用交流電
   源との間に高周波雑音除去手段を設けたことを特徴とす
   る請求項１に記載の放電灯点灯装置。
3. 【請求項３】前記コンバータ回路は平滑されていない脈
   流電圧を直接高周波でオンオフするスイッチ手段をも
   ち、メタルハライドランプ点灯装置の入力力率を改善す
   るとともにまた高周波でオンオフされた出力は高電圧発
   生回路へパルス出力を供給する手段を持ち、整流平滑さ
   れた直流出力をインバータ回路に供給する手段を併せも
   つことを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
4. 【請求項４】前記インバータ回路はコンバータ回路の平
   滑出力を低周波交流に変化する手段をもち、メタルハラ
   イドランプへ放電維持電圧を供給する手段をもつことを
   特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
5. 【請求項５】前記インバータを駆動する回路は低周波交
   流を発生し、インバータ回路に供給する手段をもつこと
   を特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
6. 【請求項６】前記高電圧発生回路は、前記コンバータ回
   路のパルス出力を圧電トランスに印加し高電圧パルスを
   発生する手段をもつことを特徴とする請求項１に記載の
   放電灯点灯装置。
7. 【請求項７】前記制御回路は圧電トランスの無負荷時共
   振周波数と同一の周波数を発生する手段をもち、パルス
   巾制御信号としてコンバータ回路に出力することを特徴
   とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
8. 【請求項８】前記インバータ回路を流れる電流を検出
   し、パルスのオンオフ時間を制御して該インバータ回路
   の電流を一定にする手段をもつことを特徴とする請求項
   １に記載の放電灯点灯装置。
9. 【請求項９】前記コンバータ回路は入力電圧を放電維持
   電圧に昇圧する手段をもつとともに交流回路出力の前記
   脈流電圧の全位相にわたって、均等にパルス化し入力電
   圧と同相の入力電流とするスイッチ手段をもつことを特
   徴とする請求項３に記載の放電灯点灯装置。
10. 【請求項１０】前記高電圧発生回路は圧電トランスによ
    って発生した高電圧パルスをトランスを介してメタルハ
    ライドランプに印加する手段をもつことを特徴とする請
    求項１に記載の放電灯点灯装置。
11. 【請求項１１】前記制御回路はインバータ回路に流れる
    電流を検出し、制御回路内にある基準電圧と比較してコ
    ンバータ回路のオンオフ時間を制御する手段をもつこと
    を特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。