JPS5926117B2 - 直流放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は直流放電灯点灯装置に関するものである。

一般に直流放電灯、例えばキセノンショートアークラン
プを点灯せしめるために、通称バラストと呼ぱれる直流
放電灯点灯装置が使用される。

このバラストは、従前においては、大重量という人きな
欠点を持つものであつたが、最近では、半導体素子開閉
制御方式を採用した超小型で軽量のバラストが開発され
るに至つた。現在の半導体素子開閉制御方式を採用した
前記バラストの設計例を第１図により説明すると、直流
電源１を、半導体スイッチング素子ＴＲＩ及びＴＲ２、
並びにトランスＴｉによつて構成されるインバータ１０
に接続し、前記トランスＴｉの２つの２次側出力部の一
方２Ａを整流器Ｄ１に接続し、この整流器Ｄ１には、そ
の負側に接続した電流検出素子３を介して、高周波チョ
ークコイルＬｉ及びコンデンサＣｌより成る平滑回路４
を接続し、その正出力端子が起動器５を介して放電灯６
の正側に接続されると共に、負出力端子が放電灯６の負
側に接続される。

ここでインバータ１０からは、２０〜１００ＫＨｚの高
周波交流が出力されるので、平滑回路４としては高周波
に適したチョークコイルを使用している。放電灯６は、
安定点灯中においては、前記インバータ１０、整流器Ｄ
１、平滑回路４によつて構成される主回路により点灯さ
れるので、この主回路を最も経済的に設計するために、
安定点灯中における主回路の出力電圧は放電灯６の定格
電圧またはそれに近いものとされる。

しかしそのままでは放電灯起動初期に見られるグロー放
電からアーク放電への移行、即ち起動時の放電灯の点火
性が良好とは言えず、そのため前記コンデンサＣ１の両
端に高電圧重畳回路が接続される。この高電圧重畳回路
は、通常、トランス、整流器、抵抗及び重畳用コンデン
サにより構成されるが、第１図に示した例においては、
トランスとしてはトランスＴ１に出力部２Ｂを設けて構
成し、その一端を、整流ダイオードＤ２と抵抗Ｒ１との
直列回路を介して前記平滑回路４を構成するコンデンサ
Ｃ１の正側に接続すると共に、他端を前記コンデンサＣ
１の負側に接続して構成されている。即ちこの例におい
ては、トランスＴ１は主回路用と高電圧重畳回路用とに
共用され、コンデンサＣ１は平滑回路４用と高電圧重畳
用とに共用されている。一方、前記電流検出素子３より
の信号は、帰還信号として、基準電圧源Ｖｒｅｆに接続
された誤差増幅器ＥＡと、発振器０ＳＣに接続されたパ
ルス幅変換器ＰＷＭとより成るパルス幅制御回路８に加
えられ、ドライブ回路９を介して半導体スイツチング素
子ＴＲｌ，ＴＲ２のスイツチングパルス幅が増減され、
以つて放電灯６に対する供給電流が一定となるよう制御
される。そして起動器５が作動されて放電灯６が絶縁破
壊すると、コンデンサＣ１から最初瞬時に多量の電荷が
放出されて点灯起動初期に見られるグロー放電からアー
ク放電への移行を図Ｄ、放電灯６は、その後安定点灯状
態に入るのである。

しかし，ながら斯かる構成の従来の直流放電灯点灯装置
に｝いても、グロー放電からアーク放電への移行が必ず
しも円滑に又確実に達成されては訃らず、なおいわゆる
立消えが生ずることが判明した。

これについて説明すると、放電灯６の起動時におけるラ
ンプ電圧Ｖ１は、第２図イに示すように、起動器５が作
動された時刻Ｔ。Ｖｃ訃いて、高電圧重畳回路により充
電されたコンデンサＣ１が急激に放電することにより、
重畳電圧ＶＡより低下し、これによつてランプ電流１Ｌ
は第２図口に示すように、時刻Ｔ。から急激に立上がつ
て時刻ＴＯの直後の時刻Ｔ，に卦いてピーク電流１，と
なり、その後低下する。そして時刻Ｔ２に至ると、ラン
プ電圧ＶＬは定格ランプ電圧ＶＢの１．５〜３倍程度高
い電圧になり、ランプ電流１Ｌは定格ランプ電流８の一
より，も小さい電流となる状態となり、その後時刻Ｔ３
に至つて初めて放電灯６の定格に従つた安定点灯状態に
入る。この時刻Ｔ２より）Ｔ３に至る間に、いわゆる立
消えが生じて放電灯６が不点灯となるのである。斯かる
現象が生ずる原因を種々検討したところ、ピーク電流１
ｐの現われる時期が早過ぎるためであると推定されるに
至つた。

すなわち、既述のようにランプ電流 にピーク電流１
が現われるＬＰのは起動器５の作動後５０〜１００μ秒
を経過した時刻ｔ１に｝いてであつて、このときにはラ
ンプ電圧ＶＬが充分高くてもグロー放電が生ずるのみで
あり、しかも放電灯６の陰極も充分加熱された状態とは
なつていないため、ピーク電流１ がＳＰ流れることに
よる作用は、陰極の表面における電流密度が一定なグロ
ー放電発生領域の面積を増大することのみであつて、ア
ーク放電に移行する上で必要なアーク輝点の発生には寄
与しないままである。

つまＤ、グロー放電からアーク放電への移行を容易なら
しめるために、従来のように、起動初期に、高電圧重畳
回路から多量の電荷を放電灯へ供給すれば良いというた
けでは、点灯起動時の放電灯の点火性は必ずしも良好に
なるものではなく、コンデンサＣ１の放電時間をも考慮
しなければ、放電灯を確実に点灯せしめることができな
いのである。本発明は、半導体素子開閉制御方式を採用
した直流放電灯点灯装置の改良に係り、直流放電灯の点
灯起動時に｝いて放電灯に卦けるグロー放電からアーク
放電への移行を容易ならしめ、放電灯起動後確実に放電
灯を点灯せしめることのできる直流放電灯点灯装置を提
供することを目的とする。

以下図面によつて本発明の一実施例に２いて説明する。
本発明にち一いては、第３図に示すように、例えば第１
図におけると同様に構成した直流電源１、インバータ１
０を構成する半導体スイツチング素子ＴＲｌ，ＴＲ２及
びトランスＴ１、整流器ＤＬ電流検出素子３、高周波チ
ヨークコイルＬ１とコンデンサＣ１とより成る平滑回路
４、高電圧重畳回路、パルス幅制御回路８並びにドライ
ブ回路９より成る回路に卦いて、平滑回路４に｝けるコ
ンデンサＣ１の正出力側を起動器５を介して放電灯６の
正側に接続すると共に、前記コンデンサＣ１の負出力側
には、当該コンデンサの放電時間を遅延せしめる放電時
間遅延抵抗Ｒ２とサイリスタＴＨＲとの並列回路を介挿
し、前記起動器５が作動されて前記コンデンサＣ１が放
電を開始することによつて放電灯６のランプ電流にピー
クが現われた時から、例えば２００μ秒遅延して前記サ
イリスタＴＨＲを導通せしめるサイリスタトリカー回路
１１を設ける。

第４図はサイリスタトリカー回路１１の一例をサイリス
タＴＨＲ等と共に示し、この例においては、抵抗Ｒ２の
両端に、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２との直列接続体より
成る遅延回路１２を接続し、コンデンサＣ２と抵抗Ｒ３
との接続点ａと前記サイリスタＴＨＲのゲート電極Ｇと
の間にツエナーダイオードＤＺを介挿し、このツエナー
ダイオードＤＺの出力側とコンデンサＣ１の負側との間
にトリカー抵抗Ｒ４を介挿してサイリスタトリカー回路
１１が構成されている。

斯かる構成のサイリスタトリカー回路１１に卦いては、
抵抗Ｒ２に電流が流れたとき、その電流波形に対応する
波形の電圧変化が、遅延回路１２の時定数に応じた時間
遅れをもつて、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２との接続点ａ
に現われ、この接続点ａの電圧がツエナーダイオードＤ
Ｚのツエナ一電位に達すると当該ツエナーダイオードＤ
Ｚが導通し、サイリスタＴＨＲのゲート電極ＧｖＣ電圧
が印加されてサイリスタＴＨＲがトリカーされ導通状態
となる。そして前記ツエナーダイオードＤＺのツエナ一
電位は、前記抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２との接続点ＡＶ
ｃ卦いて、放電灯６のランプ電流のピークに応じた、時
間遅れをもつて現われるピーク値又はこれより僅かに低
い電位に選定する。以上のような構成の実施例の動作は
次の通りである。

即ち、コンデンサＣ１が高電圧重畳回路により充電され
た状態で起動器５が作動されると放電灯６が絶縁破壊を
起こし、コンデンサＣ１の放電による電流が抵抗Ｒ２を
介して放電灯６に流れるようになるが、このときランプ
電圧ＶＬは、第５図イに示すように、起動器５が作動さ
れた時刻ＴＯに｝ける重畳電圧ＶＡより低下し始める一
方、ランプ電流１Ｌは、第５図口に示すように、時刻Ｔ
Ｏより急激に立ち上がる。そして時間軸を拡人して示す
第６図イにも見られるように、このランプ電流１Ｌには
その後の時刻Ｔ４においてピーク値，に達することとな
るが、サイリスタトリカー回路１１に｝ける抵抗Ｒ３と
コンデンサＣ２との接続点ａの検出電圧。は、遅延回路
１２により、第６図口に示すように、ランプ電流１Ｌに
対して時間遅れを以つて対応するよう変化するから、時
刻Ｔ４よジも更に後の時刻Ｔ５においてピークＰに達す
ることとなる。而してツエナーダイオードＤＺのツエナ
一電位Ｖ２を当該ピークＰＶＣ．｝ける電位又はこれに
近い値に選定されているから、この時刻Ｔ５に至るまで
の間はツエナーダイオードＤＺが導通せず、従つてゲー
ト電極Ｇには電圧が印加されないためサイリスタＴＨＲ
はトリカーされずに非導通状態のままである。このよう
に起動器５が作動されてから時刻Ｔ５までの間はサイリ
スタＴＨＲは非導通状態であるから、抵抗Ｒ２によつて
コンデンサＣ１の電荷が瞬時に大量に放出されることが
抑制され、コンデンサＣ１の容量と抵抗Ｒ２の値とによ
つて定まる時定数に応じて放電時間が遅延若しくは延長
されるようにな９、従つてランプ電流１Ｌは、そのピー
クが現われる時期が遅延されて従来の時刻ｔ１より遅い
時刻Ｔ４に卦いて現われると共に、この時刻Ｔ４を経過
した後も電流値が急激に減少せずに徐々に減少するよう
になる。

そして更にこの時刻Ｔ４より時間が経過した時刻Ｔ５に
おいて検出電圧Ｖ。がそのピークＰ即ちツエナ一電位Ｖ
２に達してツエナーダイオードＤＺが導通し、これによ
つてサイリスタトリカー回路１１よりゲート電極Ｇに電
圧が印加されてサイリスタＴＨＲがトリカーされて導通
状態となる。このようにサイリスタＴＨＲがトリカーさ
れた後は、コンデンサＣ１の放電を抑制していた抵抗Ｒ
２が短絡されるから、この結果、この時刻Ｔ５において
ランプ電流１Ｌには、それ程大きくはないが、パルスＰ
８が現われる。

以上の結果、従来のように、ランプ電圧ＶＬが充分に高
いグロー放電時にコンデンサＣ１の高電圧重畳回路によ
る充電電荷の殆どが放電されるのとは異なり、ランプ電
圧ＶＬが充分高いときのランプ電流１Ｌが小さく抑制さ
れて放電灯６の陰極の微小先端部にのみグロー放電が発
生して陰極が加熱され、しかもコンデンサＣ１の放電時
間が延長されるためこの陰極加熱時間が長くなＤ、これ
により陰極の微小先端部に効率良くアーク輝点が形成さ
れるようになる結果、第５図イ及び口に示すように、時
刻Ｔ，におけるランプ電流１ＬのパルスＰｓが生ずるこ
とも加わつて円滑にそのグロー放電状態がアーク放電状
態に移行し、時刻Ｔ５の後に卦ける時刻Ｔ６において、
放電灯６が確実に安定点灯状態に入ることとなる。

以上要するに、起動器５の作動後に卦けるランプ電圧Ｖ
Ｌが高いときには抵抗Ｒ２によりランプ電流１Ｌを抑え
ると共に、起動器５が作動されてランプ電流１Ｌが流れ
始める時刻Ｔ。

より時間が経過して当該ランプ電流１Ｌにピークが現わ
れる時刻Ｔ４より更に後の時刻Ｔ５においてサイリスタ
ＴＨＲを導通せしめることにより、アーク輝点が容易に
形成される条件を作り出し、以つて放電灯点灯初期のグ
ロー放電からアーク放電への移行を容易にしたものであ
る。ここで前記ツエナーダイオードＤＺ並びに抵抗Ｒ３
及びコンデンサＣ２は、放電灯６のランプ電圧ＶＬがラ
ンプ定格電圧ＶＢの近傍に低下した時に検出電圧ＶＴ）
がツエナーダイオードＤＺのツエナ一電位となるような
特性を有する状態に構成されればよい。

例えば放電灯６が定格消費電力３５０Ｗのキセノンシヨ
ートアークランプであつて重畳電圧ηが１００Ｖ、コン
デンサＣ１の容量が５００μＦであるときに、時刻Ｔ。
から時刻Ｔ５までの時間が３００〜５００μ秒程度とな
るよう、遅延回路１２の時定数を、時刻Ｔ４から時刻Ｔ
５までの時間が２００〜４００μ秒程度となる値に設定
すればよい。以上の実施例に卦いては、抵抗Ｒ２とサイ
リスタＴＨＲとの並列回路をコンデンサＣ１の負側と放
電灯６との間に介挿せしめるようにしたが、その代りに
、コンデンサＣ１の正側と放電灯６との間に介挿せしめ
るようにしても全く同様の作用効果が得られる。

サイリスタトリカー回路としては、第４図に示したもの
のほか、ランプ電流１Ｌを検出してそれが流れ始めたと
きから遅延してそれにピークが現われた時より後におい
てトリカー信号を発する他の構成による公知の回路を利
用してもよい〜 そして本発明においては、サイリスタを導通せしめるた
めに、放電灯のランプ電流が流れ始めたときより遅延し
て当該ランプ電流にピークが現われた時より後にふ・い
てサイリスタをトリカーするようにしているため、コン
デンサＣ１に蓄えられていだ電荷の放電が一定以上とな
つた時にサイリスタが導通されることとなる。

この導通時期は、必ずしも放電灯における陰極の状態に
直接関係するものではないが、放電灯が絶縁破壊するこ
とによつて流れ始めるランプ電流を検出するためにトリ
カー回路が誤動作を生ずる訃それ、例えば外部からのノ
イズ信号によつて誤動作する｝それが殆ど無く、従つて
実際土余分の防護回路等を設ける必要がなくて回路構成
を簡単にすることができる。以上のように、本発明直流
放電灯点灯装置は、直流電源に接続され、パルス幅制御
回路によねスイツチングパルス幅が制御される２つの半
導体スイツチング素子及びこれら半導体スイツチング素
子間に１次コイルが接続されたトランスより成るインバ
ータと、このインバータのトランスの２次コイルに接続
した整流回路と、この整流回路に接続した平滑回路と、
この平滑回路の出力側に接続される直流放電灯に並列に
接続されたコンデンサに接続して設けた高電圧重畳回路
と、前記コンデンサと直流放電灯との間に接続した、前
記コンデンサの放電時間を遅延せしめる放電時間遅延抵
抗とサイリスタとの並列回路と、前記直流放電灯のラン
プ電流を検出し前記コンデンサの放電が開始されてから
遅延して前記直流放電灯のランプ電流にピークが現われ
た時より後において前記サイリスタを導通せしめるサイ
リスタトリカー回路とを有する構成であるから、コンデ
ンサの放電が一時的に抑制されてその放電時間を延長せ
しめることができてグロー放電からアーク放電への移行
が容易に生ずる状態とすることができ、しかもこの状態
で放電灯に対してコンデンサよりの電荷が抑制を受ける
ことなく流れ込むようになつてグロー放電からアーク放
電への移行が確実に行なわれ、結局放電灯を確実に点灯
せしめることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直流放電灯点灯装置の説明用回路図、第
２図イ及び口は夫々第１図の装置における放電灯のラン
プ電圧時間特性及びランプ電流時間特性を示す説明図、
第３図は本発明直流放電灯点灯装置の説明用回路図、第
４図は本発明に用いられるサイリスタトリカー回路の一
例をサイリスタ等と共に示す説明用回路図、第５図イ及
び口は本発明の一実施例における放電灯のランプ電圧時
間特性及びランプ電流時間特性を示す説明図、第６図イ
〜ハはそれぞれ放電灯のランプ電流、サイリスタトリカ
ー回路に卦ける検出電圧及びサイリスタの作動状態の経
時変化を示す説明図てある。 １・・・・・・直流電源、Ｔ１・・・・・・トランス、
Ｄ１・・・・・・整流器、Ｌ１・・・・・・高周波チヨ
ークコイル、Ｃ１・・・・・・コンデンサ、４・・・・
・・平滑回路、５・・・・・・起動器、６・・・・・・
放電灯、８・・・・・・パルス幅制御回路、９・・・・
・・ドラ・ｆブ回路、１０・・・・・・インバータ、Ｒ
２・・・・・・抵抗、ＴＨＲ・・・・・・サイリスタ、
１１・・・・・・サイリスタトリカー回路、１２・・・
・・・遅延回路、Ｒ３・・・・・・抵抗、Ｃ２・・・・
・・コンデンサ、ＤＺ・・・・・・ツエナーダイオード
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直流電源に接続され、パルス幅制御回路によりスイ
   ツチングパルス幅が制御される２つの半導体スイッチン
   グ素子及びこれら半導体スイッチング素子間に１次コイ
   ルが接続されたトランスより成るインバータと、このイ
   ンバータのトランスの２次コイルに接続した整流回路と
   、この整流回路に接続した平滑回路と、この平滑回路の
   出力側に接続される直流放電灯に並列に接続されたコン
   デンサに接続して設けた高電圧重畳回路と、前記コンデ
   ンサと直流放電灯との間に接続した、前記コンデンサの
   放電時間を遅延せしめる放電時間遅延抵抗とサイリスタ
   との並列回路と、前記直流放電灯のランプ電流を検出し
   前記コンデンサの放電が開始されてから遅延して前記直
   流放電灯のランプ電流にピークが現われた時より後にお
   いて前記サイリスタを導通せしめるサイリスタトリガー
   回路とを有することを特徴とする直流放電灯点灯装置。 ２ サイリスタトリガー回路は、放電時間遅延抵抗の両
   端に接続した抵抗とコンデンサとの直列接続体より成る
   遅延回路と、この遅延回路における前記抵抗と前記コン
   デンサとの接続点とサイリスタのゲート電極との間に接
   続されたツェナーダイオードとを有して成り、前記ツェ
   ナーダイオードが導通したときに前記サイリスタがトリ
   ガ−される特許請求の範囲第１項記載の直流放電灯点灯
   装置。