JPH10284265A - 放電ランプの駆動回路 - Google Patents
放電ランプの駆動回路Info
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Abstract
トレスを軽減し、HIDランプでも音響共鳴現象が生じ
ないように点灯させる。 【解決手段】始動期間にはブリッジ回路をハーフブリッ
ジとして用い、放電ランプ44に高周波交流電圧を供給
する。また、始動後の定常点灯時にはブリッジ回路をフ
ルブリッジとして用い、放電ランプ44に低周波交流動
作電圧のみを供給する。
Description
回路に関するものである。
ルス始動式のメタルハライド放電(MHD)ランプで
は、始動パルスに厳しい要求がある。ランプメーカによ
って指定されている始動パルスのピーク値は、メーカに
よって異なるとは言え、一般に大きいものである。たと
えば、フィリップスライティング(Philips Lighting)
は、確実に始動させるために、図11に示す始動パルス
のピーク値Vpkを3.3kVより大きくするよう指定
している。始動パルスはピーク値Vpkだけではく、パ
ルス幅Wpも十分な大きさ(一般に1.5〜2.5μ
秒)が必要である。
生させるごく一般的手段は、コンデンサを充電し、次に
パルストランスの1次側に放電電流を流すことである。
パルストランスの1次側に対する2次側の巻数比は、一
般に100より大きくしてある。したがって、2次側に
は非常に大きな電圧が発生する。この電圧が放電ランプ
の両端間に印加されアークを発生させる。ランプメーカ
の指定する要求を満足させる始動パルスを発生させるた
めに、インダクタ、抵抗、コンデンサのような他の種々
の構成要素が用いられる。始動回路はランプ寿命に影響
するから、始動回路の設計は安定器において非常に重要
なことである。パルスのピーク値についての要求を満た
すのは比較的容易であるが、パルス幅についての要求を
満たすのは容易ではない。ピーク値が大きいと始動回路
のトランスにストレスがかかるから、トランスの絶縁と
構造とは特別なものにしなければならない。しかも、1
次回路におけるピーク電流は15〜20Aにも達するこ
とがある。パルスのピーク値およびパルス幅に対する要
求によって、始動回路のコストが増大する。
荷電圧(放電ランプを接続していない状態での出力電
圧)により決まるから、図12に示すように、パルス始
動を行なうには無負荷電圧(Voc)の最小値にも条件
がある。ほとんどの放電ランプは交流で動作するように
設計されているから、始動パルスを印加した後、電圧極
性が反転するまでの時間Trは重要である。始動パルス
から極性反転までの時間Trが短すぎると、グローから
アークへの移行が完全に行なわれずにアークが消えてし
まう。このように時間Trには最小限度があるから、始
動期間に放電ランプの両端に印加する電圧の周波数を十
分に低く(20〜30Hz)しなければならず、また放
電ランプが始動した後にはそれより高く(150〜20
0Hz)しなければならない。つまり、制御回路にも特
別なものが要求される。
量成分により始動回路の性能が低下する。そこで、接続
線はできるだけ短くするのが普通である。米国特許第
5,517,088号には接続線による始動性能の低下
を抑制する構成が開示されている。放電ランプを高周波
(>30kHz)で始動すると始動電圧のピーク値が下
がる。高周波パルスをある期間与えることは、その期間
に対応したパルス幅のパルスを与えることと等しいと考
えられている。一方の極性のピークから他方の極性のピ
ークに素早く極性を反転させると、ピーク電圧ではなく
ピーク−ピーク電圧が始動電圧になる。放電ランプに近
接し接地した導体を設け、この導体と放電ランプの管内
のアークとの間の容量成分により高周波の放電電流を流
せば、必要なパルスのピーク値を低減させる一助にな
る。
ようにすれば、始動回路のトランスにかかるストレスは
大幅に低減されることが経験的に知られている。さら
に、安定器の端子間や始動回路のトランスの内部でのコ
ロナ放電の危険が大幅に低減する。コロナ放電は、放電
ランプが点灯せず安定器が放電ランプを始動しようとし
て高電圧パルスを印加し続けるときに発生するようにな
る。このような状態で生じるような問題をできるだけ少
なくするために、所定時間(一般に20分)後に安定器
の動作を停止させる停止回路が必要である。高周波で始
動すれば、パルスのピーク値が大幅に低減するから、照
明装置の信頼性が高くなり、小型化かつ低価格化にもつ
ながる。
させるために共振回路を用いるのが普通である。蛍光灯
用の電子安定器では共振回路を用いることによってコス
トとサイズとが大幅に低減されている。また、直列共振
回路では無負荷時に簡単に高電圧を発生させることがで
きるから、共振回路によって始動を容易にすることがで
きる。
るから通常は高周波で動作させることができない。ある
大手のランプメーカーは、HIDランプに対して特別に
調整した高周波の安定器を提供している。この安定器
は、高周波で放電ランプを始動する直列共振回路を使用
している。また、ホワイトノイズによる変調を用いた新
しい高周波技術が、テキサスA&M大学でのラツロラス
キ(Laszlo Laski)氏の最新の博士論文(「高周波放電
灯の高周波安定化技術(High-Frequency ballasting Te
chniques For High-Intensity Discharge Lamps )」,
1994年)で説明されている。この技術も出力部に直
列共振回路を使用している。この高周波技術は、非常に
新しいものであるから、一般的な応用を保証するための
テストデータは十分に揃っていない。したがって、HI
Dランプ用の電子安定器では、一般に低周波の矩形波で
動作させているのが現状である。
般的な電子安定器では、3段階の電力変換を行なってい
る。交流電源33からの1段目は力率補正用の昇圧部3
2である。昇圧部32では、安定器への入力電流の位相
を交流電源33の電圧位相と等しくし入力電流の歪みを
増加させないようにしている。2段目は電力制御用の降
圧部34である。降圧部34では、ランプ電力を安定化
し、ウォームアップ期間のランプ電流を制限する。最終
段はフルブリッジ型のインバータ36であって、直流で
ある降圧部34の出力を放電ランプ44に与える低周波
交流矩形波に変換する。上述した各段階に加えて、始動
パルスを発生させる始動回路38が設けられる。また、
安定器には図14のように降圧部34とインバータ36
とを組み合わせた降圧・インバータ部39を備えるもの
もある。始動回路38は、放電ランプの始動には必須で
ある。
15、図16のように、高周波共振を用いて始動する回
路が開示されている。この回路はハーフブリッジないし
フルブリッジを用いて降圧部34とインバータ36とを
結合させている。この構成は、電力制御用の降圧部34
が出力用のインバータ36と結合されているものである
から、音響共鳴現象を防止するために、出力用のインダ
クタ20と放電ランプ44の両端間に接続されたコンデ
ンサ22とによって高周波成分を阻止し、ランプ電流に
高周波成分がほとんど含まれないようにしなければなら
ない。その結果、コンデンサ22の容量が大きくなり、
たとえば0.1μFのオーダになる。この回路では放電
ランプ44を高周波と低周波とで交互に動作させてい
る。いま、この回路を高周波で動作させ放電ランプ44
が消灯していると、インダクタ20とコンデンサ22と
で構成されている共振回路は、放電ランプ44を始動さ
せるための高電圧を発生させる。共振回路の容量値は大
きくインダクタ値は比較的小さいから、この回路では非
常に大きな循環電流が流れる。このような大電流が流れ
ると回路のあらゆる場所に大きなストレスをかけるか
ら、すべての回路構成部品の電流容量を大きくしなけれ
ばならない。放電ランプ44の始動時には高周波動作に
なるから、スイッチング素子24,26を高周波駆動回
路62を介して駆動し、このとき放電ランプ44に高周
波電流が流れる。低周波動作時にはスイッチング素子2
4,26の動作パターンが変更され、この動作パターン
ではランプ電力が制御されランプ電流が制限される。こ
の構成を採用すると制御回路が非常に複雑になり、ま
た、回路構成部品の選択に相当の配慮が必要になる。
成が特願昭6−262945号として出願されている。
図17に示すように、この構成では、出力制御機能およ
び電流制限機能が上述した降圧部34により実現されて
いる。この回路が、米国特許第4,912,374号に
開示されたものより優れている点は、コンデンサ22の
容量を大幅に低減することができ、したがって循環電流
が比較的小さい点である。一方、この構成は、4個の高
周波用のスイッチング素子24,26,28,30が必
要であるとともに、スイッチング素子24,26,2
8,30を効率よく駆動するために、高価な高周波駆動
回路62a,62bを用いてハイサイドのスイッチング
素子24,28を駆動しなければならないという欠点が
ある。この構成においても、図18のように、放電ラン
プ44は高周波モードHFと低周波モードLFとで交互
に動作する。
始直後に放電ランプが高周波で動作している間、ランプ
電流は電源として印加される直流電圧Vdcと、スイッ
チング素子24,26,28,30の動作周波数と、イ
ンダクタ20の値によって決められている。直流電圧V
dcは、通常他の手段によって適宜に制御される。ま
た、動作周波数は放電直後の高周波ランプ電流を制御す
るのに用いることができるが、この回路では高電圧を発
生させるために共振点に近いところで動作するので、こ
の動作周波数ではランプ電流を十分に制御することはで
きない。したがって、放電開始後の高周波動作中には十
分な電流を放電ランプに流さなければならないから、イ
ンダクタ20の値を小さくしなければならなくなる。ま
た、スイッチング損失を小さく保つために、共振周波数
は低く保たなければならない。インダクタ20の値を小
さくしなければならないから、共振周波数を高くしない
ために、コンデンサ22の容量は大きくしなければなら
ない。結局、これらの要求は循環電流を増加させる原因
になる。そこで、折り合いをつけるために、インダクタ
ンスを大きく設定し、放電直後の高周波動作中のランプ
電流を所望値よりも引き下げることになるが、これでは
光出力が低減する。
あり、その目的は、始動電圧のピーク値を低減し、回路
要素へのストレスを軽減し、しかもHIDランプでも音
響共鳴現象が生じないように点灯させることができる放
電ランプの駆動回路を提供することにある。
電圧が印加される入力接続部と、放電ランプが接続され
る出力接続部と、入力接続部と出力接続部とに接続され
一方の動作モードでは出力接続部から高周波の交流電圧
を出力し他方の動作モードでは出力接続部から低周波の
交流電圧を出力する回路要素を有したブリッジ回路と、
始動期間に高周波の交流電圧を出力接続部から出力し放
電ランプの始動後の定常点灯期間に低周波の交流動作電
圧のみを放電ランプに供給するようにブリッジ回路を制
御する制御回路とから構成されており、前記制御回路
が、始動期間には前記ブリッジ回路をハーフブリッジと
して制御し、放電ランプの定常点灯期間には前記ブリッ
ジ回路をフルブリッジとして制御するものである。
て、前記ブリッジ回路が、低周波の駆動回路と高周波の
駆動回路とを含むものである。請求項3の発明は、請求
項1の発明において、前記ブリッジ回路が、ブリッジ接
続された4個のスイッチング素子を含むものである。請
求項4の発明は、請求項1の発明において、前記ブリッ
ジ回路が、インダクタとコンデンサとを備える共振回路
を含み、インダクタは出力接続部のうちの一端に接続さ
れているものである。
て、前記制御回路が、始動期間において出力接続部から
出力する交流電圧の周波数を共振回路の共振周波数を含
む範囲で掃引するものである。請求項6の発明は、請求
項4の発明において、前記コンデンサが、出力接続部の
うちの一端に接続されているものである。
て、前記コンデンサが、インダクタの巻線のタップに接
続されているものである。請求項8の発明は、請求項4
の発明において、前記制御回路が、共振回路の共振周波
数付近の周波数でブリッジ回路を駆動するものである。
請求項9の発明は、請求項3の発明において、前記ブリ
ッジ回路が、スイッチング素子のうちの2個を駆動する
低周波の駆動回路と、スイッチング素子のうちの残りの
2個を駆動する高周波駆動回路とを含むものである。
いて、前記低周波駆動回路が、2個のスイッチング素子
を直流で選択的にオンオフを保持させるものである。請
求項11の発明は、請求項10の発明において、前記制
御回路が、始動期間に2個のスイッチング素子の一方を
直流で駆動を保持するものである。請求項12の発明
は、請求項3の発明において、前記スイッチング素子が
2個ずつ対として直列回路を形成し、各直列回路が入力
接続部の両端間に接続されたものである。
おいて、一方の対をなす2個のスイッチング素子の共通
接続点と出力接続部の一端との間に接続された共振回路
を備え、他方の対をなす2個のスイッチング素子の共通
接続点と出力接続部の他端とが接続されているものであ
る。請求項14の発明は、請求項1の発明において、前
記制御回路が、放電ランプが始動するまでの間だけ始動
動作を行なうようにブリッジ回路を制御するものでであ
る。
おいて、前記制御回路が、始動期間において、ブリッジ
回路を停止する状態とブリッジ回路を始動動作させる状
態とを交互に繰り返すものである。請求項16の発明
は、請求項15の発明において、前記制御回路が、始動
直後に放電ランプに直流的に電力を供給するものであ
る。
る入力接続部と、放電ランプが接続される出力接続部
と、入力接続部と出力接続部とに接続され一方の動作モ
ードでは出力接続部から高周波の交流電圧を出力し他方
の動作モードでは出力接続部から低周波の交流電圧を出
力する回路要素を有したブリッジ回路と、始動期間に高
周波の交流電圧を出力接続部から出力し放電ランプの始
動後の定常点灯期間に低周波の交流動作電圧のみを放電
ランプに供給するようにブリッジ回路を制御する制御回
路とを備え、ブリッジ回路は、ブリッジ接続された4個
のスイッチング素子と、前記4個のスイッチング素子の
うちの2個を駆動する低周波駆動回路と、前記4個のス
イッチング素子のうちの残りの2個を駆動する高周波駆
動回路と、インダクタとコンデンサとからなりインダク
タが出力接続部の一端に接続された共振回路とを備える
ものである。
ように、フルブリッジ型のインバータ回路と高周波始動
回路とを組み合わせたインバータ・始動回路(以下、イ
ンバータと略称する)42からHIDランプである放電
ランプ44に点灯時には低周波電流を与えて音響共鳴現
象を回避する。また、インバータ42の前段側に昇圧部
32および降圧部34が設けられるか、または電流制限
・電力制御部(以下、電力制御部と略称する)46が設
けられ、放電ランプ44の電力および電流が制限され
る。昇圧部32や電力制御部46には交流電源33から
の入力電流歪の増加を抑制し、力率を高く保つ機能があ
る。放電ランプ44は高周波で点灯することがなく、し
たがって音響共鳴現象は生じない。
ンデンサとを直列接続した共振回路を備えており、共振
回路の共振周波数に近い高周波で動作する。インバータ
42を構成するスイッチング素子はブリッジ接続されて
いるが、高周波動作モードの期間にはハーフブリッジ型
として動作する。放電ランプ44は共振回路のコンデン
サの両端間に接続される。このようなスイッチング制御
を行なえば、高周波で動作するスイッチング素子は2個
だけでよいから、高周波用のスイッチング素子の個数を
減らすことができる。始動期間には高周波で動作すると
はいえ、この回路では放電ランプ44にアークが生じた
後はランプ電流は直流的になり、高周波交流は流れな
い。アークが形成されると、放電ランプ44は低周波交
流で点灯する。この回路構成では、高周波動作モードで
の循環電流ができるだけ小さくなるようにインダクタと
コンデンサとの値が選択される。また、ランプ電流は、
放電ランプ44がアークを形成すると同時に前段側にあ
る昇圧部32および降圧部34もしくは電力制御部46
によって所望値に制御される。この構成により部品にか
かるストレスは大幅に低減される。
1において50は共振用のインダクタであり、52は共
振用のコンデンサであり、24,26,28,30はそ
れぞれダイオード54,56,58,60が逆並列に接
続されたスイッチング素子である。これらのダイオード
54,56,58,60は、スイッチング素子24,2
6,28,30に外付けしたり、寄生ダイオードを転用
したりする。4個のスイッチング素子24,26,2
8,30は、ブリッジ回路を構成するように接続されて
いる。また、インダクタ50およびコンデンサ52は直
列共振回路を構成する。
インバータでは電流を制御しないから、直流電圧Vdc
を印加する直流電源ライン55の電流を制限しなければ
ならない。ブリッジ回路はインダクタ50(つまり、回
路のQ)を適当に設計し、周波数を適当に制御すること
によってある程度は過電流や過電圧に対して保護されて
いる。それでも直流電源ライン55の電流を制限してお
くことによって、高周波モードで出力が短絡したとして
もブリッジ回路の構成部品を保護することができる。た
いていのHIDランプ用の安定器では、前段側の昇圧部
32、降圧部34、電力制御部46にこの機能がある。
ジ回路はフルブリッジとして動作する。すなわち、スイ
ッチング素子24,30が一方の半サイクルの間に同時
にオンになり、他方の半サイクルの間にはスイッチング
素子26,28が同時にオンになる。このようにして低
周波の矩形波交流電圧を放電ランプ44の両端に印加す
ることができる。直流電圧Vdcはつねにランプ電圧の
関数であって、降圧部34または電力制御部46により
制御される。インダクタ50はランプ電流の高周波成分
を除去するフィルタとして機能する。ランプ電流の高周
波成分は、降圧部34ないし電力制御部46の出力電圧
である直流電圧Vdcに含まれる高周波リップルにより
生じる。共振回路の共振周波数は、定常点灯時の動作周
波数に対して数桁程度高い。すなわち、コンデンサ52
の容量は非常に小さく、したがって、コンデンサ52は
回路の定常点灯に何の影響も与えない。
異なり、また既知の回路の動作とも異なる。図4に始動
動作および定常動作のスイッチング素子24,26,2
8,30のゲートに印加する駆動信号波形を示す。スイ
ッチング素子24,26の対またはスイッチング素子2
8,30の対はそれぞれ同時に導通することはない。同
時に導通すると直流電源Vdcが短絡されるからであ
る。また、始動期間における高周波動作モードでは、ス
イッチング素子30は連続的にオンでありスイッチング
素子28は連続的にオフになっている。この間にスイッ
チング素子24,26は高周波でスイッチングされる。
このような動作によって、フルブリッジの構成を用いな
がらハーフブリッジと同様に動作させることができる。
このようなハーフブリッジの動作では、フルブリッジと
して共振回路を動作させる場合にはない特徴がある。
6のみが高周波で動作するから、スイッチング素子2
4,26を高周波で駆動するための高周波駆動回路62
は1組だけあればよい(ハイサイドの高周波駆動回路は
低周波駆動回路よりも大幅に高価である)。スイッチン
グ素子28,30には高周波駆動回路は不要であり、ス
イッチング素子28,30は低周波駆動回路64により
駆動される。また、スイッチング素子28,30には低
速のスイッチング素子を用いることができる(低速のス
イッチング素子は一般に安価である)。
周波で動作するから、スイッチング素子28,30の駆
動回路は構成が簡単になりコストも大幅に低減される。
第3に、コンデンサ52は放電ランプ44の両端に接続
する代わりに図1に示す位置に設けることができる。こ
の構成によって、高周波動作モードでスイッチング素子
30に大きな循環電流が流れることがなくなる。このこ
とは、図17に示したフルブリッジの動作ではなし得な
い。また、この構成によって、コンデンサ52の両端電
圧が共振動作により昇圧し、放電ランプ44の両端電圧
を昇圧することができる。インダクタ50の出力端側の
巻数をわずかに増やせば、出力電圧のピーク値を400
Vまでは容易に上昇させることができる。インダクタ5
0をこのように構成することは適正な動作を行なうため
に必須のことではなく、図5に示すように、コンデンサ
52はインダクタ50の一端に直結されていてもよい。
合とハーフブリッジを高周波動作させ始動する場合との
主要な相違点として、始動後にまだ高周波モードである
間に放電ランプ44に流れる電流があげられる。フルブ
リッジの動作では、この電流は直流のオフセット成分を
持たない交流になり、前記したように、その大きさは主
としてインダクタ50と直流電圧Vdcとにより決定さ
れ制限される。一方、図1に示した回路をハーフブリッ
ジとして動作させると、ランプ電流は高周波リップル成
分を重畳した直流になる。この直流電流の値は、前段側
の降圧部34あるいは電力制御部46における電流制限
により決定される。また、高周波リップル成分は、イン
ダクタ50と動作周波数と直流電圧Vdcとによって決
定され、直流電流よりも小さい。前段側の降圧部34あ
るいは電力制御部46による電流の制限値は、放電ラン
プ44を正常にウォームアップすること、およびアーク
を発生させるのに十分な電圧を発生させるために重要で
ある。電流の制限値が小さすぎると、アークを発生させ
るのに十分な電圧を発生させることができず、アークを
発生させることができたとしても、その電流では放電ラ
ンプ44のウォームアップには少なすぎることになる。
また、電流の制限値が大きすぎると、放電ランプ44の
寿命を縮め、また、出力が短絡されたときに回路部品に
大きなストレスがかかることになる。
50により限流され、同じ回路をハーフブリッジで動作
させたときの直流電流値(前段側の降圧部34による電
流制限機能で制限される)に比較するとかなり小さいか
ら、フルブリッジ動作におけるランプ電流の交流特性は
不利になる。電流値をさらに小さくすると、電極を十分
に速く加熱することができず、ランプ寿命に悪影響をお
よぼす(これは、調光動作と同様である)。
しない点でパルス始動回路よりも優れている。これは、
放電ランプ44の両端電圧自体がグローからアークへの
移行を素早くスムーズに行なわせるように調節されるか
らである。つまり、グローの間にはランプインピーダン
スは高く、したがって共振回路を無負荷にし、放電ラン
プ44の両端電圧を上昇させるQを大きくする。一方、
定常点灯でアークが生じている間にはランプインピーダ
ンスは低く共振回路のQを引き下げて放電ランプ44の
両端電圧を低下させる。
浮遊容量を共振回路のコンデンサ52の両端間にうまく
位置させている点でパルス始動回路よりも優れている。
このことによって、共振周波数には多少の影響がある
が、パルス始動回路によって性能が低下するほどには性
能の低下は生じない。前述したように、始動期間には、
ブリッジ回路の一方のアームは高周波で動作し、他方の
アームはフルブリッジの構成を持ちながらハーフブリッ
ジとして動作するように制御される(図1、図4参
照)。最大電圧ゲインを得るための動作周波数は、理想
的には共振回路の共振周波数fx=1/{2π(LxC
x)1/2 }(ただし、Lxはインダクタ50のインダク
タンス、Cxはコンデンサ52の容量)になる。しかし
ながら、構成部品には許容誤差があるから、ある種の帰
還を用いなければ、このような設定は実現することがで
きない。
定に保たずに、図6(a)に示すように、共振点f0を
通るような所定の範囲Dfに亙って掃引することによ
り、放電ランプ44の両端に高いピーク電圧が印加され
るようにしている。その後、高周波動作モードの残りの
期間は、周波数を所定の最小値f1 に保ち、放電ランプ
44の印加電圧を所定の最小値に維持する。いま、設計
値として共振周波数f0を50kHzに設定するものと
する。ここで、インダクタ50とコンデンサ52とはそ
れぞれ±5%の誤差の許容誤差があるから共振周波数f
0 が±5%はずれる。つまり、実際の共振回路の共振周
波数f0 は52.5kHz〜47.5kHzの間にな
る。周波数発生源の許容誤差を±5%として、周波数の
掃引を60kHzから開始する。掃引時間tは100m
秒程度に設定される。このように設定するのは、掃引に
よって共振点を通過し、しかも掃引開始からなるべく短
い時間で共振点に達するようにするためである。掃引終
了時の周波数f1 は実験的に約46kHzに設定され、
高周波動作の残りの期間はその値に保たれる。図6
(a)はスイッチング周波数の時間変化を示し、図6
(b)は無負荷電圧の時間変化を示している。
共振回路の共振周波数と、共振回路のQと、掃引終了時
の周波数とにより決まる。この回路では、掃引終了時の
無負荷電圧Vとして少なくとも1.2〜1.5kVが確
保されるように設計しなければならない。また、無負荷
電圧のピーク値Vpkは、インダクタ50のコアの飽和
特性と、インダクタ50の鉄損および銅損(共振回路の
Q)との関数であり、また、前段側に設けた降圧部34
の電流容量や安定度にも関係している。ピーク値Vpk
としては、2〜2.25kVが望ましい。
である。また、放電ランプ44が始動しにくい場合に
は、掃引終了時の電圧Vを引き上げたり、掃引終了後の
時間Tを延長したりすることが有効であるという知見が
得られている。掃引終了時の電圧が低すぎるときにはピ
ーク値Vpkを高くするのは好ましくない。また、時間
Tの最適値は400〜600m秒の間にあるという知見
が得られている。低周波動作モード(図示例では180
Hz)に切り換わる前に放電ランプ44が安定状態にな
る(グローからアークに移行する)には十分な時間が必
要である。しかしながら、この時間が長すぎると、放電
ランプ44に流れる直流電流によってランプ寿命に悪影
響がある。回路構成を複雑にしないために、高周波動作
モードはオープンループで行なわれる。つまり、放電ラ
ンプ44にアークが生じても、所定時間は高周波動作を
継続し、共振回路の共振周波数に一致させるように周波
数を制御することはない。
部品(スイッチング素子24,26、インダクタ50、
コンデンサ52)にストレスがかかるから、時間Tの最
大値には制約がある。共振点付近では、循環電流がかな
り大きくなり、インダクタ50およびコンデンサ52に
は同時に高い電圧がかかる。また、高周波動作モードの
期間の大部分は共振点以下の周波数で動作するが、共振
点以下の周波数になると、スイッチング素子24,26
は厳しい条件でスイッチングを行なうことになる。さら
にまた、放電ランプ44が1回の始動動作で始動しない
場合は(つまり、前回の動作後でまだ温かい場合や、古
くなって始動しにくい場合)、少なくとも20分間は放
電ランプ44を始動させる動作を継続しなければならな
い。したがって、この回路では高周波動作モードを繰り
返さなければならない。図1に示す制御回路68では、
放電ランプ44の始動を早めるために電源投入直後の1
0〜15秒間は約1.5秒毎に始動させる動作を行なう
ように設計されている。それでも、放電ランプ44が始
動しなければ、その後の約20分間は4〜4.5秒毎に
始動させる動作を行なう。放電ランプ44が約20分で
点灯しなければ、動作を停止し、再始動まで電力を消費
しないようにすべきである。
に電源投入直後の実際の回路電圧を示す。実際の制御は
ごく簡単なものである。放電ランプ44の点灯・消灯の
状態は、インバータの入力部における直流電源ライン5
5の電圧によって容易に検出することができる。放電ラ
ンプ44が消灯していればこの電圧は一般に200〜3
00Vと高く、放電ランプ44が点灯していれば放電ラ
ンプ44の始動時点で20V、定常点灯時に80〜11
5Vとかなり低くなる。ランプ電圧は経年的に増大する
から、直流電源ライン55の電圧150V以上であると
きに放電ランプ44が消灯していると判断する。制御回
路68は、放電ランプ44の消灯を検出すると上述した
高周波での始動動作を開始し、放電ランプ44が点灯す
ると高周波動作を停止する。
してから100〜300m秒後に放電ランプ44は始動
する。放電ランプ44には、始動電圧が低く始動のため
の時間も短いものがある。図9はこのような放電ランプ
44を用いた場合のランプ電圧とランプ電流とを示す。
また、図10(a)にランプ電流の実例を示し、図10
(b)には高周波動作モードでの始動から低周波動作モ
ードでの定常点灯への移行の様子を時間軸を拡大して示
してある。
続部と、放電ランプが接続される出力接続部と、入力接
続部と出力接続部とに接続され一方の動作モードでは出
力接続部から高周波の交流電圧を出力し他方の動作モー
ドでは出力接続部から低周波の交流電圧を出力する回路
要素を有したブリッジ回路と、始動期間に高周波の交流
電圧を出力接続部から出力し放電ランプの始動後の定常
点灯期間に低周波の交流動作電圧のみを放電ランプに供
給するようにブリッジ回路を制御する制御回路とから構
成される放電ランプの駆動回路において、始動期間には
前記ブリッジ回路をハーフブリッジとして制御し、定常
点灯期間には前記ブリッジ回路をフルブリッジとして制
御するものであるから、HIDランプの始動回路が簡単
になるという利点がある。とくに、高周波始動技術を用
いることにより始動電圧のピーク値を低減させることが
でき、大きな循環電流により回路要素にかかるストレス
が軽減されるという利点がある。さらに、定常点灯時は
放電ランプを高周波で点灯させないから、音響共鳴現象
が生じないものである。
ロック図である。
ック図である。
明図である。
図である。
示すブロック図である。
示すブロック図である。
Claims (17)
- 【請求項1】 直流電圧が印加される入力接続部と、放
電ランプが接続される出力接続部と、入力接続部と出力
接続部とに接続され一方の動作モードでは出力接続部か
ら高周波の交流電圧を出力し他方の動作モードでは出力
接続部から低周波の交流電圧を出力する回路要素を有し
たブリッジ回路と、始動期間に高周波の交流電圧を出力
接続部から出力し放電ランプの始動後の定常点灯期間に
低周波の交流動作電圧のみを放電ランプに供給するよう
にブリッジ回路を制御する制御回路とから構成されてお
り、前記制御回路は、始動期間には前記ブリッジ回路を
ハーフブリッジとして制御し、放電ランプの定常点灯期
間には前記ブリッジ回路をフルブリッジとして制御する
ことを特徴とする放電ランプの駆動回路。 - 【請求項2】 前記ブリッジ回路は、低周波の駆動回路
と高周波の駆動回路とを含むことを特徴とする請求項1
記載の放電ランプの駆動回路。 - 【請求項3】 前記ブリッジ回路は、ブリッジ接続され
た4個のスイッチング素子を含むことを特徴とする請求
項1記載の放電ランプの駆動回路。 - 【請求項4】 前記ブリッジ回路は、インダクタとコン
デンサとを備える共振回路を含み、インダクタは出力接
続部のうちの一端に接続されていることを特徴とする請
求項1記載の放電ランプの駆動回路。 - 【請求項5】 前記制御回路は、始動期間において出力
接続部から出力する交流電圧の周波数を共振回路の共振
周波数を含む範囲で掃引することを特徴とする請求項4
記載の放電ランプの駆動回路。 - 【請求項6】 前記コンデンサは、出力接続部のうちの
一端に接続されていることを特徴とする請求項4記載の
放電ランプの駆動回路。 - 【請求項7】 前記コンデンサは、インダクタの巻線の
タップに接続されていることを特徴とする請求項4記載
の放電ランプの駆動回路。 - 【請求項8】 前記制御回路は、共振回路の共振周波数
付近の周波数でブリッジ回路を駆動することを特徴とす
る請求項4記載の放電ランプの駆動回路。 - 【請求項9】 前記ブリッジ回路は、スイッチング素子
のうちの2個を駆動する低周波の駆動回路と、スイッチ
ング素子のうちの残りの2個を駆動する高周波駆動回路
とを含むことを特徴とする請求項3記載の放電ランプの
駆動回路。 - 【請求項10】 前記低周波駆動回路は、2個のスイッ
チング素子を直流で選択的にオンオフを保持させること
を特徴とする請求項9記載の放電ランプの駆動回路。 - 【請求項11】 前記制御回路は、始動期間に2個のス
イッチング素子の一方を直流で駆動を保持することを特
徴とする請求項10記載の放電ランプの駆動回路。 - 【請求項12】 前記スイッチング素子は2個ずつ対と
して直列回路を形成し、各直列回路が入力接続部の両端
間に接続されたことを特徴とする請求項3記載の放電ラ
ンプの駆動回路。 - 【請求項13】 一方の対をなす2個のスイッチング素
子の共通接続点と出力接続部の一端との間に接続された
共振回路を備え、他方の対をなす2個のスイッチング素
子の共通接続点と出力接続部の他端とが接続されている
ことを特徴とする請求項12記載の放電ランプの駆動回
路。 - 【請求項14】 前記制御回路は、放電ランプが始動す
るまでの間だけ始動動作を行なうようにブリッジ回路を
制御することを特徴とする請求項1記載の放電ランプの
駆動回路。 - 【請求項15】 前記制御回路は、始動期間において、
ブリッジ回路を停止する状態とブリッジ回路を始動動作
させる状態とを交互に繰り返すことを特徴とする請求項
14記載の放電ランプの駆動回路。 - 【請求項16】 前記制御回路は、始動直後に放電ラン
プに直流的に電力を供給することを特徴とする請求項1
5記載の放電ランプの駆動回路。 - 【請求項17】 直流電圧が印加される入力接続部と、
放電ランプが接続される出力接続部と、入力接続部と出
力接続部とに接続され一方の動作モードでは出力接続部
から高周波の交流電圧を出力し他方の動作モードでは出
力接続部から低周波の交流電圧を出力する回路要素を有
したブリッジ回路と、始動期間に高周波の交流電圧を出
力接続部から出力し放電ランプの始動後の定常点灯期間
に低周波の交流動作電圧のみを放電ランプに供給するよ
うにブリッジ回路を制御する制御回路とを備え、ブリッ
ジ回路は、ブリッジ接続された4個のスイッチング素子
と、前記4個のスイッチング素子のうちの2個を駆動す
る低周波駆動回路と、前記4個のスイッチング素子のう
ちの残りの2個を駆動する高周波駆動回路と、インダク
タとコンデンサとからなりインダクタが出力接続部の一
端に接続された共振回路とを備えることを特徴とする放
電ランプの駆動回路。
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