WO2009145050A1 - 高圧放電灯点灯装置および照明器具 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a high-pressure discharge lamp lighting device and a lighting fixture using the same.
- high pressure discharge lamp lighting device used for lighting a high pressure discharge lamp (also referred to as a high-intensity discharge lamp or an HID lamp) such as a metal halide lamp or a high pressure mercury lamp has been proposed.
- this type of high-pressure discharge lamp lighting device boosts the output voltage of the rectifier 100 to a predetermined value, such as a rectifier 100 such as a diode bridge for full-wave rectification of an alternating current supplied from an alternating-current power supply AC.
- a rectifier 100 such as a diode bridge for full-wave rectification of an alternating current supplied from an alternating-current power supply AC.
- the step-up chopper circuit 110, the smoothing capacitor 120 that smoothes the output voltage of the step-up chopper circuit 110, the step-down chopper circuit 130 that steps down the output voltage of the step-up chopper circuit 110 to a predetermined value, and the output voltage of the step-down chopper circuit 130 are smoothed.
- a smoothing capacitor 140 an inverter circuit 150 that converts a direct current output from the step-down chopper circuit 130 into a rectangular wave alternating current (rectangular wave alternating current) whose polarity is inverted at a predetermined frequency, and supplies the rectangular wave alternating current to the high pressure discharge lamp DL;
- An igniter 160 that applies a starting voltage to the discharge lamp DL, and a controller 170 that controls the operation of each circuit.
- the step-up chopper circuit 110 includes an inductor 111, a switching element 112, and a diode 113
- the step-down chopper circuit 130 includes a switching element 131, an inductor 132, and a diode 133, and an inverter circuit 150.
- the control unit 170 performs on / off control of the switching element 112 of the step-up chopper circuit 110, the switching element 131 of the step-down chopper circuit 130, and the switching elements 151 to 154 of the inverter circuit 150, whereby the high-pressure discharge lamp DL Lights up.
- the high-pressure discharge lamp DL is a metal halide lamp, a high-pressure mercury lamp, or the like.
- arc discharge is started through glow discharge, and then the temperature in the arc tube is made uniform.
- the lamp voltage becomes substantially constant. Since the high-pressure discharge lamp DL is lit through such a process, once it is turned off, restart (re-start) until the temperature or pressure in the arc tube decreases (usually it takes about 5 to 15 minutes). Cannot be lit).
- One way to solve such a problem is to increase the capacity of the smoothing capacitor 120 so that sufficient power can be supplied to the high-pressure discharge lamp DL even during an instantaneous power failure. Yes.
- the smoothing capacitor 120 causes an increase in the size, cost, and weight of the high pressure discharge lamp lighting device.
- the high pressure discharge lamp lighting device has been reduced in size, cost, and weight. It is not possible to meet the market demands to make it.
- the high-pressure discharge lamp DL when an instantaneous power failure or an instantaneous voltage drop occurs.
- the power supply amount to the high-pressure discharge lamp DL is reduced by lowering the output voltage of the step-down chopper circuit 130 in the one shown in Patent Document 1 and lowering the output voltage of the step-up chopper circuit 110 in the one shown in Patent Document 2. ing.
- the lamp current instantaneously becomes 0 when the polarity is reversed. Therefore, when the high-pressure discharge lamp DL is re-lighted immediately after polarity reversal, the lamp voltage precedes and the rise of the lamp current is delayed, so that the impedance increases transiently, and as a result, the lamp voltage rises rapidly after the zero crossing. If a re-ignition voltage is generated, and if there is not enough power at this time, the high-pressure discharge lamp DL will be extinguished.
- the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a high pressure discharge lamp lighting device and a lighting fixture that can maintain lighting of a high pressure discharge lamp even if an instantaneous power failure or an instantaneous voltage drop occurs. It is to provide.
- a DC power supply circuit unit that converts an AC voltage supplied from an AC power supply into a DC voltage, and a DC obtained from the DC power supply circuit unit at a predetermined frequency.
- a control unit comprising an output unit that converts to a rectangular wave alternating current whose polarity is inverted and supplies the high-voltage discharge lamp, a control unit that controls the output unit, and an abnormality detection unit that detects an instantaneous voltage drop of the AC power supply.
- the normal lighting mode for controlling the output unit so that the rectangular wave AC is supplied from the output unit to the high pressure discharge lamp is changed to the rectangular in the normal lighting mode. It shifts to the lighting maintenance mode which controls an output part so that the rectangular wave alternating current whose frequency is lower than a wave alternating current is supplied to a high pressure discharge lamp from an output part, It is characterized by the above-mentioned.
- the frequency of the rectangular wave alternating current supplied to the high pressure discharge lamp is lower than that in the normal lighting mode.
- the number of polarity reversals per unit time can be reduced. Therefore, the number of re-ignition voltages caused by polarity reversal is reduced, and such re-ignition voltages cause high-pressure discharge lamps. Can be prevented from disappearing, the lighting of the high-pressure discharge lamp can be maintained, and it is not necessary to increase the capacity of the smoothing capacitor provided in the DC power supply circuit section. You can plan.
- a DC power supply circuit unit that converts an AC voltage supplied from an AC power supply into a DC voltage, and a rectangular wave AC or polarity in which the polarity of the DC obtained from the DC power supply circuit unit is inverted at a predetermined frequency
- the control unit includes an output unit that converts the current into a fixed polarity fixed current that is supplied to the high-pressure discharge lamp, a control unit that controls the output unit, and an abnormality detection unit that detects an instantaneous voltage drop of the AC power supply.
- the polarity-fixed current is output from the normal lighting mode that controls the output unit so that the rectangular wave AC is supplied from the output unit to the high-pressure discharge lamp. It shifts to the lighting maintenance mode which controls an output part so that it may be supplied to a high pressure discharge lamp from a part.
- the high-pressure discharge lamp when a momentary power failure or a voltage drop occurs, the high-pressure discharge lamp is supplied with a fixed polarity current with a fixed polarity instead of a rectangular wave alternating current. Unlike the case where the polarity is not reversed, the reignition voltage caused by the reversal of polarity is not generated, and the high pressure discharge lamp can be prevented from being extinguished by the reignition voltage. Thus, the lighting of the high-pressure discharge lamp can be maintained, and it is not necessary to increase the capacity of the smoothing capacitor provided in the DC power supply circuit unit, so that the overall size can be reduced.
- the invention of claim 3 is characterized in that, in the invention of claim 2, the polarity of the polarity-fixed current is constant irrespective of the polarity of the rectangular wave AC just before.
- the rectangular wave AC Since the polarity of the fixed polarity current in the lighting sustain mode is constant regardless of the polarity of the previous rectangular wave AC when the normal lighting mode is shifted to the lighting maintenance mode, the rectangular wave AC The high pressure discharge lamp can be kept on without being affected by the polarity of the lamp.
- control unit is configured such that the amount of power consumed by the high-pressure discharge lamp in the lighting maintenance mode is higher than that in the normal lighting mode.
- the output unit is controlled so as to reduce the number.
- the invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the abnormality detection unit is at least one of a voltage corresponding to a voltage of the AC power supply and an output voltage of the DC power supply unit. , And when the detected voltage falls below a predetermined threshold, it is determined that an instantaneous voltage drop has occurred.
- the abnormality detection unit determines that the instantaneous voltage drop has ended when the detected voltage becomes equal to or higher than the predetermined threshold after the detection voltage falls below the predetermined threshold.
- the control unit shifts from the lighting maintenance mode to the normal lighting mode when it is determined by the abnormality detection unit that the instantaneous voltage drop has ended.
- the operation when the instantaneous power failure or the instantaneous voltage drop is resolved, the operation automatically shifts from the lighting maintenance mode to the normal lighting mode. This eliminates the need for a person to perform and improves usability.
- the invention of claim 7 is characterized in that, in the invention of claim 5 or 6, the predetermined threshold is a value lower than the detection voltage obtained at normal time by a predetermined value for preventing false detection.
- the high pressure discharge lamp lighting device according to any one of the first to seventh aspects, and a fixture main body to which the high pressure discharge lamp that is lit by the high pressure discharge lamp lighting device is mounted. It is characterized by being.
- the high-pressure discharge lamp when an instantaneous power failure or an instantaneous voltage drop occurs, the high-pressure discharge lamp can be kept on, and the size can be reduced.
- the present invention has an effect that the lighting of the high-pressure discharge lamp can be maintained even if an instantaneous power failure or an instantaneous voltage drop occurs.
- the high-pressure discharge lamp lighting device of the present embodiment converts a DC power supplied from an AC power supply AC into a DC voltage, and a DC output of the DC power supply circuit 1.
- An output unit 2 that converts to a rectangular wave alternating current whose polarity is inverted at a predetermined frequency and supplies it to the high pressure discharge lamp DL, a control unit 3 that controls the output unit 2, and an instantaneous voltage drop (that is, an instantaneous voltage drop) of the AC power source AC.
- an abnormality detection unit 4 that detects a power failure or instantaneous voltage drop).
- a commercial AC power supply having a frequency of 60 Hz and an effective value (nominal value) of 100 V is assumed as the AC power supply AC.
- the DC power supply circuit unit 1 includes an AC / DC conversion circuit 10 that converts an AC voltage (see FIG. 3A) supplied from the AC power supply AC into a DC voltage, and a smoothing capacitor C1 that smoothes the output of the AC / DC conversion circuit 10. Have.
- the AC / DC converter circuit 10 includes a rectifier 10a such as a diode bridge that performs full-wave rectification of an alternating current of the AC power supply AC, and a boost chopper circuit 10b that boosts the output voltage of the rectifier 10a to a predetermined value.
- the step-up chopper circuit 10b includes an inductor L1 having one end connected to the high potential side terminal of the rectifier 10a and the other end connected to the high potential side terminal of the smoothing capacitor C1 via the diode D1, and the other end of the inductor L1.
- a switching element Q1 such as a MOSFET inserted between the low-potential side terminal of the rectifier 10a.
- the anode of the diode D1 is connected to the inductor L1, and the cathode is connected to the high potential side terminal of the smoothing capacitor C1.
- the DC power supply circuit unit 1 includes a boost control unit 11 that controls the switching element Q1 of the boost chopper circuit 10b.
- the step-up control unit 11 is composed of, for example, a power factor correction control IC (model number: MC33262) manufactured by ON Semiconductor, and the output voltage VBUS of the DC power supply circuit unit 1 which is a voltage between both terminals of the smoothing capacitor C1 (see FIG. The on / off control of the switching element Q1 is executed so that 3 (see (c)) becomes a predetermined value. Since this type of step-up chopper circuit 10b is well known in the art, description thereof is omitted.
- the output unit 2 includes a step-down chopper circuit 20 that steps down the output voltage VBUS of the DC power supply circuit unit 1 to a predetermined value, a smoothing capacitor C2 that smoothes the output voltage of the step-down chopper circuit 20, and an inverter circuit (polarity inversion circuit) 21.
- the step-down chopper circuit 20 includes an inductor L2, a switching element Q2 such as a MOSFET inserted between one end of the inductor L2 and a high potential side terminal of the smoothing capacitor C1, and one end of the inductor L2 and the low potential side of the rectifier 10a. And a diode D2 inserted between the two terminals. The anode of the diode D2 is connected to the low potential side terminal of the rectifier 10a, and the cathode is connected to the inductor L2.
- a switching element Q2 such as a MOSFET inserted between one end of the inductor L2 and a high potential side terminal of the smoothing capacitor C1, and one end of the inductor L2 and the low potential side of the rectifier 10a.
- a diode D2 inserted between the two terminals. The anode of the diode D2 is connected to the low potential side terminal of the rectifier 10a, and the cathode is connected to the inductor L
- the inverter circuit 21 has a full bridge circuit composed of a series circuit composed of switching elements Q3 and Q4 and a series circuit composed of switching elements Q5 and Q6 respectively connected in parallel to the smoothing capacitor C2.
- the high pressure discharge lamp DL is inserted between the connection point between the switching element Q3 and the switching element Q4 and between the connection point between the switching element Q5 and the switching element Q6.
- a secondary winding N2 of a transformer T3 made of an autotransformer is inserted between a connection point between the switching elements Q3 and Q4 and the high-pressure discharge lamp DL.
- the primary winding N1 of the transformer T3 is connected to a low potential side terminal of the rectifier 10a through a series circuit of a capacitor C3 and a resistor R3.
- an ignition circuit (igniter) IGN that applies a starting voltage to the high-pressure discharge lamp DL by a smoothing capacitor C2, switching elements Q3 and Q4, a transformer T3, a capacitor C3, and a resistor R3 is provided. Composed.
- the switching elements Q3 and Q4 have a high frequency (for example, a resonance frequency of a resonance circuit constituted by the primary winding N1 of the transformer L3 and the capacitor C3, or a frequency which is an integral fraction of the resonance frequency,
- the resonance voltage generated in the primary winding N1 is boosted by the secondary winding N2 by turning on / off at, for example, several tens to several hundreds kHz (the boost ratio is the same as that of the primary winding N1).
- the starting voltage is applied to the high-pressure discharge lamp DL by being determined by the winding ratio with the next winding N2. Since this type of igniter IGN is known in the art, a detailed description thereof will be omitted.
- the abnormality detection unit 4 detects a voltage corresponding to the voltage of the AC power supply AC, and when the detected voltage (that is, the detection voltage) falls below a predetermined threshold, an instantaneous voltage drop such as an instantaneous power failure or an instantaneous voltage drop occurs. It is determined that it has occurred.
- the abnormality detection unit 4 detects a voltage Vin (see FIG. 3B) obtained by smoothing the output voltage of the rectifier 10a as a voltage according to the voltage of the AC power supply AC, and this detected voltage Vin. And a predetermined threshold value Vth are compared by a comparator (comparator) not shown.
- the abnormality detection unit 4 determines that a voltage abnormality such as an instantaneous power failure or an instantaneous voltage drop has occurred, and outputs an abnormality detection signal to the control unit 3.
- the abnormality detection unit 4 determines that the instantaneous voltage drop has ended when the detection voltage Vin is equal to or higher than the threshold value Vth after outputting the abnormality detection signal (in other words, the detection voltage Vin is lower than the threshold value Vth). Then, a return signal is output to the control unit 3.
- the abnormality detection unit 4 in the present embodiment detects the voltage Vin corresponding to the voltage of the AC power supply AC, and determines that an instantaneous voltage drop has occurred when the voltage (detection voltage) Vin falls below the threshold value Vth. Therefore, instantaneous power failure and instantaneous voltage drop can be detected with a simple circuit configuration such as a comparator.
- the threshold value Vth is set to a value that is lower than the detection voltage Vin obtained at normal time by a predetermined value for preventing erroneous detection.
- the predetermined value for preventing erroneous detection is a value larger than the fluctuation value of the detection voltage Vin due to the voltage fluctuation of the AC power supply AC at the normal time.
- Such a fluctuation value can be obtained by measuring the fluctuation value of the actual detection voltage Vin.
- a value of 10% of the detection voltage Vin is set as the minimum value of the predetermined value for preventing false detection. Yes.
- the AC power supply AC is a commercial AC power supply having an effective value of 100 V
- the effective value of the commercial AC power supply is reduced to 90 V
- the change in the effective value is caused by an instantaneous power failure or an instantaneous voltage drop.
- the threshold value Vth is set so that no false detection is performed. In this way, even if the detection voltage Vin fluctuates due to voltage fluctuations of the AC power supply AC during normal times, it is possible to suppress erroneous detection of such fluctuations as an instantaneous power failure or an instantaneous voltage drop.
- the control unit 3 includes, for example, a microcomputer that executes various processes according to a program stored in a memory as a main component, and mainly controls on / off of the switching element Q2 of the step-down chopper circuit 20 and the inverter circuit 21. On / off control of the switching elements Q3 to Q6 is performed. The switching elements Q2 to Q6 are controlled by giving a PWM signal from the control unit 3.
- the control unit 3 controls on / off of the switching element Q2, thereby causing a triangular wave current IL2 to flow through the inductor L2, as shown in FIG. 3 (i).
- the current IL2 is smoothed by the smoothing capacitor C2 and supplied to the high-pressure discharge lamp DL as a current Ila (see FIG. 3 (j)).
- the polarity of the current Ila is determined by the on / off states of the switching elements Q3 to Q6 of the inverter circuit 21, and in this embodiment, the switching elements Q3 and Q6 are switched as shown in FIGS. Is on and the switching elements Q4 and Q5 are off, the polarity of the current Ila is positive. If the switching elements Q4 and Q5 are on and the switching elements Q3 and Q6 are off, the polarity of the current Ila is negative.
- the arc discharge is started through the glow discharge, and then the lamp voltage is almost constant when the temperature in the arc tube becomes uniform and stable. It has the characteristic of becoming. That is, in order to light the high pressure discharge lamp DL, it is necessary to cause dielectric breakdown.
- the control unit 3 has described the switching elements Q3 and Q4 of the inverter circuit 20 so that a starting voltage is applied between the electrodes of the high pressure discharge lamp DL by the ignition circuit IGN when the high pressure discharge lamp DL is lit. In this way, it operates in a start mode in which on / off control is performed at high frequency. After dielectric breakdown occurs in the high pressure discharge lamp DL, the control unit 3 operates in a normal lighting mode in which the output unit 2 is controlled so that rectangular wave alternating current is supplied from the output unit 2 to the high pressure discharge lamp DL.
- the control unit 3 controls to turn on the switching elements Q3 and Q6 and turn off the switching elements Q4 and Q5, and the switching elements Q4 and Q5. And switching off the switching elements Q3 and Q6 are alternately repeated at a predetermined cycle.
- the high pressure discharge lamp DL is lighted stably.
- the control unit 3 When the control unit 3 receives an abnormality detection signal from the abnormality detection unit 4 during operation in the normal lighting mode (that is, when an instantaneous voltage drop is detected by the abnormality detection unit 4), the control unit 3 operates in the normal lighting mode. It shifts to a lighting maintenance mode for controlling the output unit 2 so that a rectangular wave alternating current having a frequency lower than that of the rectangular wave alternating current is supplied from the output unit 2 to the high pressure discharge lamp.
- the control unit 3 in the present embodiment controls the output unit 2 so that a rectangular wave alternating current having a frequency of 170 Hz is supplied in the normal lighting mode, and a rectangular wave alternating current having a frequency of 31 Hz is supplied in the lighting maintaining mode.
- the output unit 2 is controlled to be supplied.
- the control unit 3 receives a return signal from the abnormality detection unit 4 during the operation in the lighting maintenance mode (that is, when the abnormality detection unit 4 determines that the instantaneous voltage drop has ended), the lighting maintenance mode is set. To normal lighting mode.
- the control unit 3 controls on / off of the switching element Q2, as shown in FIG. h), the switching elements Q3 and Q6 are turned on, the switching elements Q4 and Q5 are turned off, and the switching elements Q4 and Q5 are turned on and the switching elements Q3 and Q6 are turned off at a predetermined cycle.
- a rectangular wave alternating current having a predetermined frequency is supplied to the high-pressure discharge lamp DL (see FIGS. 3I and 3J).
- the abnormality detection unit 4 when the AC power supply AC has an instantaneous power failure (time t1 in FIG. 3A), the potential of the terminal on the high potential side of the rectifier 10a decreases, and the detection voltage Vin of the abnormality detection unit 4 also decreases accordingly. (See FIG. 3B).
- the detection voltage Vin falls below the threshold value Vth (time t2)
- the abnormality detection unit 4 outputs an abnormality detection signal to the control unit 3.
- the control unit 3 that has received the abnormality detection signal shifts from the normal lighting mode to the lighting maintenance mode (time t3), and supplies a rectangular wave alternating current having a frequency lower than that in the normal lighting mode to the high-pressure discharge lamp DL.
- the abnormality detection unit 4 outputs a return signal to the control unit 3.
- the control unit 3 that has received the return signal shifts from the lighting maintenance mode to the normal lighting mode. In the example shown in FIG. 3, the transition between the lighting maintenance mode and the normal lighting mode is performed from the time of switching of the next switching elements Q3 to Q6.
- the control unit 3 seems to supply a rectangular wave AC to the high pressure discharge lamp DL. From the normal lighting mode for controlling the output unit 2 to the lighting maintenance mode for controlling the output unit 2 so that a rectangular wave AC having a lower frequency than the rectangular wave AC in the normal lighting mode is supplied to the high pressure discharge lamp DL. Transition.
- the frequency of the rectangular wave AC supplied to the high pressure discharge lamp DL is lower than that in the normal lighting mode. Therefore, compared to the case where the frequency is the same as in the normal lighting mode, the number of times of polarity reversal per unit time can be reduced, so the number of times of re-ignition voltage due to polarity reversal is reduced. It is possible to suppress the high-pressure discharge lamp DL from being extinguished by the re-ignition voltage, to keep the high-pressure discharge lamp DL from being lit, and to reduce the capacity of the smoothing capacitor C1 provided in the DC power supply circuit unit 1. Since it is not necessary to increase the size, the overall size can be reduced.
- the abnormality detection unit 4 determines that the instantaneous voltage drop has ended when the detection voltage Vin falls below the threshold value Vth and then exceeds the threshold value Vth, outputs a return signal to the control unit 3, and outputs the return signal.
- the received control unit 3 shifts from the lighting maintenance mode to the normal lighting mode.
- the high-pressure discharge lamp lighting device of the present embodiment as described above can be employed in, for example, lighting fixtures as shown in FIGS. 4 (a) to 4 (c).
- FIG. 4A to 4C are equipped with an electronic ballast 5 in which the high pressure discharge lamp lighting device of the present embodiment is housed, and a high pressure discharge lamp DL that is lighted by the high pressure discharge lamp lighting device.
- Instrument body 6 the lighting fixture shown to Fig.4 (a) is a downlight, and the lighting fixture shown to FIG.4 (b), (c) is a spotlight.
- the lighting of the high-pressure discharge lamp can be maintained when an instantaneous power failure or an instantaneous voltage drop occurs, and the size can be reduced.
- the high-pressure discharge lamp lighting device used in the lighting fixtures shown in FIGS. 4A to 4C is not limited to the one in this embodiment, and may be the high-pressure discharge lamp lighting device in Embodiments 2 to 4 described later. Good. Further, a lighting system may be constructed by combining a plurality of these lighting fixtures.
- the high-pressure discharge lamp lighting device includes a DC power supply circuit unit 1 that converts an AC voltage supplied from an AC power supply AC into a DC voltage, and a DC output of the DC power supply circuit unit 1.
- An output unit 2 that converts to a rectangular wave alternating current whose polarity is inverted at a predetermined frequency and supplies it to the high pressure discharge lamp DL, a control unit 3 that controls the output unit 2, and an instantaneous voltage drop (that is, an instantaneous voltage drop) of the AC power source AC.
- an abnormality detection unit 4 that detects a power failure or instantaneous voltage drop).
- the DC power supply circuit unit 1 is the same as that of the first embodiment, but the output unit 2, the control unit 3, and the abnormality detection unit 4 are different from the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, the output unit 2, the control unit 3, and the abnormality detection unit 4 will be described, and the description of the DC power supply circuit unit 1 will be omitted.
- the output unit 2 in the present embodiment is a full bridge circuit composed of a series circuit composed of switching elements Q3 and Q4 and a series circuit composed of switching elements Q5 and Q6 connected in parallel to the smoothing capacitor C1, respectively.
- the high pressure discharge lamp DL is inserted between the connection point between the switching element Q3 and the switching element Q4 and between the connection point between the switching element Q5 and the switching element Q6.
- a secondary winding N2 of a transformer T3 made of an autotransformer is inserted between a connection point between the switching element Q3 and the switching element Q4 and the high pressure discharge lamp DL, and the primary winding N1 of the transformer T3 is a capacitor C3.
- a resistor R3 connected in series to the low potential side terminal of the rectifier 10a. That is, in the output unit 2 in the present embodiment, the switching elements Q3 and Q4, the transformer T3, the capacitor C3, and the resistor R3 constitute an ignition circuit IGN that applies a starting voltage to the high-pressure discharge lamp DL. Since this ignition circuit IGN has the same configuration as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
- an inductor L2 is inserted between the connection point between the switching element Q5 and the switching element Q6 and the high pressure discharge lamp DL, and the secondary of the high pressure discharge lamp DL and the transformer L3.
- a capacitor C2 is connected in parallel to the series circuit with the winding N2.
- the step-down chopper circuit is configured by the switching elements Q3 to Q6, the inductor L2, and the capacitor C2.
- the abnormality detection unit 4 in the present embodiment detects the output voltage VBUS of the DC power supply circuit unit 1 which is a voltage between both terminals of the smoothing capacitor C1. Then, the abnormality detection unit 4 determines that an instantaneous voltage drop such as an instantaneous power failure or an instantaneous voltage drop has occurred when the detection voltage (that is, the output voltage VBUS) falls below a predetermined threshold Vth, and determines to the control unit 3 An abnormality detection signal is output. When the output voltage VBUS becomes equal to or higher than the threshold value Vth after the abnormality detection signal is output, it is determined that the instantaneous voltage drop has ended, and a return signal is output to the control unit 3.
- the abnormality detection unit 4 in the present embodiment detects the output voltage VBUS of the DC power supply circuit unit 1, and determines that an instantaneous voltage drop has occurred when the voltage (detection voltage) VBUS is lower than the threshold value Vth. Therefore, instantaneous power failure and instantaneous voltage drop can be detected with a simple circuit configuration such as a comparator.
- the threshold value Vth is set to a value lower than the detection voltage (output voltage VBUS) obtained at normal time by a predetermined value for preventing erroneous detection.
- the predetermined value for preventing erroneous detection is a value larger than the fluctuation value of the normal output voltage VBUS.
- Such a fluctuation value can be obtained by measuring the fluctuation value of the actual output voltage VBUS.
- the minimum value of the output voltage VBUS at the normal time and the ripple voltage of the smoothing capacitor C1 are taken into consideration. Has been decided.
- the output voltage VBUS is 284 ⁇ 10V and the ripple voltage width of the smoothing capacitor C1 is 15V
- control unit 3 in the present embodiment includes, for example, a microcomputer that executes various processes according to a program stored in a memory as a main component.
- the contents of the on / off control of the switching elements Q3 to Q6 are different from those of the first embodiment.
- the control unit 3 in this embodiment sets the switching element Q5 to a predetermined frequency (for example, several tens of times) with the switching element Q4 turned on and the switching elements Q3 and Q6 turned off. (kHz) is turned on / off (that is, the step-down chopper circuit is operated).
- a triangular wave current IL2 flows through the inductor L2, and this current IL2 is smoothed by the smoothing capacitor C2 to be discharged as a current Ila (see FIG. 6 (h)). It is supplied to the electric lamp DL.
- control unit 3 in this embodiment performs control to turn on / off the switching element Q6 at a predetermined frequency (for example, several tens of kHz) with the switching element Q3 turned on and the switching elements Q4, Q5 turned off.
- a predetermined frequency for example, several tens of kHz
- a triangular wave current IL2 flows through the inductor L2, and this current IL2 is smoothed by the smoothing capacitor C2 to be discharged as a current Ila (see FIG. 6 (h)).
- the direction of the current at this time is opposite to the case where the switching element Q5 is on / off controlled.
- the control unit 3 in this embodiment controls the switching element Q5 to be turned on / off at a predetermined frequency with the switching element Q4 turned on and the switching elements Q3, Q6 turned off (a positive current Ila to the high-pressure discharge lamp DL).
- positive current supply control the switching element Q6 is turned on, and the switching element Q6 is turned on / off at a predetermined frequency with the switching elements Q4 and Q5 turned off (high voltage discharge).
- negative current supply control By alternately repeating the control for supplying the negative current Ila to the lamp DL (hereinafter referred to as “negative current supply control”), the rectangular wave AC is supplied to the high-pressure discharge lamp DL.
- the magnitude of the rectangular wave alternating current (that is, the magnitude of the current Ila) is the on / off frequency of the switching element Q5 when the polarity is positive, and the on / off state of the switching element Q6 when the polarity is negative. Determined by the frequency.
- the brightness of the high-pressure discharge lamp DL is determined by the magnitude of the current Ila.
- the same ignition circuit IGN as that in the first embodiment is configured, and the control unit 3 uses the ignition circuit IGN to turn on the high-pressure discharge lamp DL in the same manner as in the first embodiment. It operates in a starting mode in which a starting voltage is applied between the electrodes of the high-pressure discharge lamp DL.
- control part 3 operate
- control unit 3 alternately repeats the positive current supply control and the negative current supply control at a predetermined cycle as described above, and as a result, as shown in FIG. It is converted to a rectangular wave alternating current with a frequency and supplied to the high-pressure discharge lamp DL, and the high-pressure discharge lamp DL is stably lit.
- control unit 3 when the control unit 3 receives an abnormality detection signal from the abnormality detection unit 4 during operation in the normal lighting mode (that is, when an instantaneous voltage drop is detected by the abnormality detection unit 4), the control unit 3 shifts to the lighting maintenance mode. To do. In this lighting maintenance mode, the control unit 3 does not repeat the positive current supply control and the negative current supply control alternately, and a current with a fixed polarity (polarity fixed current) is supplied from the output unit 2 to the high-pressure discharge lamp DL. The output unit 2 is controlled as described above.
- the control unit 3 supplies a rectangular wave alternating current having a frequency of 170 Hz in the normal lighting mode, and supplies a fixed polarity current having the same polarity as that of the immediately preceding rectangular wave alternating current in the lighting maintaining mode.
- the positive current supply control is maintained without switching from the positive current supply control to the negative current supply control (FIG. 6 (c) to (h)).
- the negative current supply control is maintained without switching from the negative current supply control to the positive current supply control.
- the output unit 2 in the present embodiment has a rectangular wave alternating current in which the polarity of the direct current obtained from the direct current power supply circuit unit 1 is inverted at a predetermined frequency by the control of the switching elements Q3 to Q6 by the control unit 3, or the polarity. It is converted into a fixed polarity fixed current and supplied to the high pressure discharge lamp DL.
- the control unit 3 receives a return signal from the abnormality detection unit 4 during the operation in the lighting maintenance mode (that is, when the abnormality detection unit 4 determines that the instantaneous voltage drop has ended), the lighting maintenance mode is set. To normal lighting mode.
- the control unit 3 when the control unit 3 is operating in the normal lighting mode, the control unit 3 alternately repeats the positive current supply control and the negative current supply control as shown in FIGS. 6 (c) to 6 (f). Thus, a rectangular wave alternating current is supplied to the high-pressure discharge lamp DL (see FIGS. 6G and 6H).
- the abnormality detection unit 4 outputs an abnormality detection signal to the control unit 3.
- the control unit 3 that has received the abnormality detection signal shifts from the normal lighting mode to the lighting maintenance mode (time t3), and supplies a fixed polarity current (current Ila) having a positive polarity to the high-pressure discharge lamp DL.
- the abnormality detection unit 4 When it becomes equal to or higher than the threshold value Vth (time t5), the abnormality detection unit 4 outputs a return signal to the control unit 3.
- the control unit 3 that has received the return signal shifts from the lighting maintenance mode to the normal lighting mode.
- the control unit 3 seems to supply a rectangular wave AC to the high pressure discharge lamp DL. Then, the normal lighting mode for controlling the output unit 2 shifts to the lighting maintenance mode for controlling the output unit 2 so that a polarity-fixed current having a fixed polarity is supplied from the output unit 2 to the high pressure discharge lamp DL.
- the high voltage discharge lamp DL when an instantaneous power failure or an instantaneous voltage drop occurs, the high voltage discharge lamp DL is supplied with a fixed polarity current with a fixed polarity instead of a rectangular wave alternating current. Therefore, unlike in the normal lighting mode, the polarity does not reverse, so that a re-ignition voltage due to the polarity reversal does not occur. Since it can be prevented from disappearing, the lighting of the high-pressure discharge lamp DL can be maintained, and the capacity of the smoothing capacitor C1 provided in the DC power supply circuit unit 1 does not need to be increased. Can be achieved.
- the abnormality detection unit 4 detects the output voltage VBUS of the DC power supply circuit unit 1, and after the detected voltage (that is, the output voltage VBUS) falls below the threshold value Vth, the instantaneous voltage drop ends when the threshold voltage Vth is exceeded. It determines with having performed and outputs a return signal to the control part 3, and the control part 3 which received the said return signal transfers to a normal lighting mode from lighting maintenance mode.
- the threshold value Vth when determining the threshold value Vth, the minimum value of the normal output voltage VBUS and the ripple voltage of the smoothing capacitor C1 are considered.
- the ripple voltage width of the capacitor whose capacitance is 64% of the smoothing capacitor C1 is 20V
- the variation value is 30V
- the abnormality detection unit 4 in the present embodiment detects the output voltage VBUS, as in the first embodiment, the voltage Vin obtained by smoothing the output voltage of the rectifier 10a may be detected. Further, the abnormality detection unit 4 may be configured to detect both the output voltage VBUS and the voltage Vin, and detect an instantaneous power failure or an instantaneous voltage drop in consideration of the magnitudes of both. This also applies to Embodiment 1 and Embodiments 3 and 4 described later.
- the control unit 3 in this embodiment is different from that in the second embodiment in the operation in the lighting maintenance mode, and the operations in the normal lighting mode and the start mode are the same as those in the second embodiment, and thus the description thereof is omitted.
- the control unit 3 in the present embodiment performs positive current supply control in the lighting maintenance mode, and supplies a current whose polarity is fixed to positive (polarity-fixed current) from the output unit 2 to the high-pressure discharge lamp DL.
- the control unit 3 in the second embodiment continues the positive current supply control without switching to the negative current supply control, and the abnormality occurs during the negative current supply control.
- the negative current supply control is continued without switching to the positive current supply control.
- the control unit 3 in this embodiment is performing the positive current supply control or the negative current supply control. Regardless of whether or not, when an abnormality detection signal is received, positive current supply control is executed.
- control unit 3 when the control unit 3 is operating in the normal lighting mode, the control unit 3 alternately repeats the positive current supply control and the negative current supply control as shown in FIGS. 7 (c) to (f). To supply a rectangular wave AC to the high-pressure discharge lamp DL (see FIGS. 7G and 7H).
- the abnormality detection unit 4 outputs an abnormality detection signal to the control unit 3.
- the control unit 3 that has received the abnormality detection signal shifts from the normal lighting mode to the lighting maintenance mode (time t3), and executes positive current supply control. Therefore, the polarity fixed current (current Ila) having a positive polarity is high. Supplied to the discharge lamp DL.
- the abnormality detection unit 4 When it becomes equal to or higher than the threshold value Vth (time t5), the abnormality detection unit 4 outputs a return signal to the control unit 3.
- the control unit 3 that has received the return signal shifts from the lighting maintenance mode to the normal lighting mode.
- control unit 3 makes the polarity of the fixed polarity current constant (positive in the present embodiment) regardless of the polarity of the immediately preceding rectangular wave AC.
- the output unit 2 is controlled.
- the positive current supply control is performed so that the switching element that is on / off controlled (chopping operation) becomes the high side in the lighting maintenance mode.
- the power supply smoothing capacitor C1 is easily charged, and the smoothing capacitor C1 is further reduced in capacity. be able to.
- a positive polarity fixed current having a positive polarity is supplied to the high pressure discharge lamp DL. This is because a fixed polarity current having a negative polarity is supplied to the high pressure discharge lamp DL.
- the point is not to exclude the fact that the polarity is fixed, the point is that the polarity of the fixed polarity current should be constant regardless of the polarity of the immediately preceding rectangular wave AC.
- the control unit 3 in this embodiment is different from that in the second embodiment in the operation in the lighting maintenance mode, and the operations in the normal lighting mode and the start mode are the same as those in the second embodiment, and thus the description thereof is omitted.
- control unit 3 in the present embodiment controls the output unit 2 in the lighting maintenance mode so that the amount of power consumed by the high-pressure discharge lamp DL in the lighting maintenance mode is smaller than that in the normal lighting mode.
- controller 3 increases the on / off frequency of the switching elements (switching elements Q5 and Q6) that are controlled to be turned on / off in the lighting maintenance mode more than in the normal lighting mode, thereby increasing the peak of the current IL2. Is made smaller and the current Ila is made smaller (see FIGS. 8G and 8H).
- the control unit 3 when the control unit 3 is operating in the normal lighting mode, the control unit 3 alternately repeats the positive current supply control and the negative current supply control as shown in FIGS. 8 (c) to 8 (f). Thus, a rectangular wave alternating current is supplied to the high-pressure discharge lamp DL (see FIGS. 8G and 8H).
- the abnormality detection unit 4 outputs an abnormality detection signal to the control unit 3.
- the control unit 3 that has received the abnormality detection signal shifts from the normal lighting mode to the lighting maintenance mode (time t3), and supplies a fixed polarity current (current Ila) having a positive polarity to the high-pressure discharge lamp DL.
- the on / off frequency of the switching element Q5 is set higher than that in the normal lighting mode, the peak of the current IL2 is reduced, and the current Ila is reduced (see FIGS. 8G and 8H).
- the abnormality detection unit 4 When it becomes equal to or higher than the threshold value Vth (time t5), the abnormality detection unit 4 outputs a return signal to the control unit 3.
- the control unit 3 that has received the return signal shifts from the lighting maintenance mode to the normal lighting mode.
- control unit 3 outputs the output unit 2 so that the amount of power consumed by the high pressure discharge lamp DL in the lighting maintenance mode is smaller than that in the normal lighting mode. To control.
- the smoothing capacitor C1 in the lighting maintenance mode (that is, during an instantaneous power failure or instantaneous voltage drop of the AC power supply AC). Since the voltage drop rate (discharge rate) can be made slower than in the case of the second embodiment, the capacity of the smoothing capacitor C1 can be further reduced, so that further downsizing can be achieved.
- the on / off frequency of the switching elements Q5 and Q6 in the lighting maintenance mode only needs to be higher than that in the normal lighting mode, and how much the frequency is different depends on the capacity of the smoothing capacitor C1 and the type of the high-pressure discharge lamp DL. It can be set from various viewpoints and a wide range of viewpoints, and should be set taking into consideration that the high-pressure discharge lamp DL will not disappear in the event of an instantaneous power failure or instantaneous voltage drop of the AC power supply AC.
- control unit 3 in this embodiment that is, the operation of controlling the output unit 2 so that the amount of power consumed by the high-pressure discharge lamp DL in the lighting maintenance mode is smaller than that in the normal lighting mode
- the present invention can also be applied to the first and third embodiments.
- the on / off frequency of the switching element Q2 may be set higher than that in the normal lighting mode.
- the present invention can be used as a technique for maintaining lighting of a high-pressure discharge lamp even if an instantaneous power failure or instantaneous voltage drop occurs.
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Abstract
交流電源ACの交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路部1と、直流電源回路部1の直流出力を所定の周波数で極性が反転する矩形波交流に変換して高圧放電灯DLに供給する出力部2と、制御部3と、交流電源ACの瞬時的な電圧降下を検知する異常検知部4とを備え、制御部3は、異常検知部4により瞬時的な電圧降下が検知されると、高圧放電灯DLに矩形波交流が供給されるように出力部2を制御する通常点灯モードから、通常点灯モード時よりも周波数が低い矩形波交流が高圧放電灯DLに供給されるように出力部2を制御する点灯維持モードに移行する。これにより、瞬時停電や瞬時電圧降下などが生じても高圧放電灯DLの点灯を維持することができる。
Description
本発明は、高圧放電灯点灯装置およびこれを用いた照明器具に関するものである。
従来から、メタルハライドランプや高圧水銀ランプなどの高圧放電灯(高輝度放電灯、HIDランプともいう)の点灯に使用される放電灯点灯装置(高圧放電灯点灯装置)が提案されている。
この種の高圧放電灯点灯装置は、図1に示すように、交流電源ACより供給される交流電流を全波整流するダイオードブリッジなどの整流器100と、整流器100の出力電圧を所定値まで昇圧する昇圧チョッパ回路110と、昇圧チョッパ回路110の出力電圧を平滑する平滑コンデンサ120と、昇圧チョッパ回路110の出力電圧を所定値まで降圧する降圧チョッパ回路130と、降圧チョッパ回路130の出力電圧を平滑する平滑コンデンサ140と、降圧チョッパ回路130より出力される直流電流を所定の周波数で極性が反転する矩形波交流(矩形波交流電流)に変換して高圧放電灯DLに供給するインバータ回路150と、高圧放電灯DLに始動電圧を与えるイグナイタ160と、各回路の動作制御を行う制御部170とを備える。
図1に示すものでは、昇圧チョッパ回路110は、インダクタ111、スイッチング素子112、およびダイオード113により構成され、降圧チョッパ回路130は、スイッチング素子131、インダクタ132、およびダイオード133により構成され、インバータ回路150は、4つのスイッチング素子151~154により構成されたフルブリッジ回路である。そして、制御部170は、昇圧チョッパ回路110のスイッチング素子112、降圧チョッパ回路130のスイッチング素子131、およびインバータ回路150の各スイッチング素子151~154のオン・オフ制御を行うことで、高圧放電灯DLを点灯させる。
ところで、図1に示すような高圧放電灯点灯装置において、交流電源ACより給電されなくなると、平滑コンデンサ120の両端子間の電圧が低下し、ある程度まで低下した時点で、高圧放電灯DLの点灯を維持することができなくなり、高圧放電灯DLが消灯してしまう。
高圧放電灯DLは、上述したようにメタルハライドランプや高圧水銀ランプなどであり、この種の高圧放電灯DLは、グロー放電を経てアーク放電が開始され、その後に発光管内の温度が均一化されて安定した状態となった時点でランプ電圧がほぼ一定になる。高圧放電灯DLはこのような過程を経て点灯するために、一旦消灯してしまうと、発光管内の温度や圧力が低下するまで(通常は5分~15分ほどかかる)は、再始動(再点灯)できない。
したがって、落雷や付近での大型機器の始動、短絡事故などによって、交流電源ACの瞬時停電(瞬停)や瞬時電圧降下(瞬低)などの短い期間(概ね10~20ms)の電源異常が生じた場合であっても、一旦消灯してしまった後には再始動まで時間がかかってしまう。
このような問題を解決する1つの方法として、平滑コンデンサ120の容量を大きくして、瞬時停電が生じている間でも、高圧放電灯DLに十分な電力を供給できるようにすることが考えられている。
しかしながら、平滑コンデンサ120の容量を大きくすることは、高圧放電灯点灯装置の大型化、高コスト化、重量化などの原因になり、近年、高圧放電灯点灯装置を小型化、低コスト化、軽量化したいという市場要求に応えることができない。
そこで、平滑コンデンサ120の容量を大きくすることなく、瞬時停電や瞬時電圧降下に起因する高圧放電灯DLの消灯を防止するために、瞬時停電や瞬時電圧降下が生じた際に、高圧放電灯DLの供給する電力量を減らすことによって、電力消費を抑制して、高圧放電灯DLの消灯を防止するものが提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。なお、特許文献1に示すものでは降圧チョッパ回路130の出力電圧を、特許文献2に示すものでは昇圧チョッパ回路110の出力電圧をそれぞれ低くすることにより、高圧放電灯DLへの給電量を少なくしている。
しかしながら、上記の特許文献1,2に示すもののように、高圧放電灯DLへの給電量を少なくするものでは、高圧放電灯DLの再点弧電圧が問題になる。
すなわち、高圧放電灯DLには、所定の周波数で極性(正負)が反転する矩形波交流が供給されるために、極性反転時にランプ電流が一瞬0になる。そのため、極性反転直後に高圧放電灯DLを再点灯させる際にはランプ電圧が先行し、ランプ電流の立ち上がりが遅れるため、過渡的にインピーダンスが増加し、その結果、ランプ電圧にゼロクロス以降急激に立ち上がる再点弧電圧が生じ、このときに電力に余裕がなければ、高圧放電灯DLが立ち消えてしまう。
そのため、上記の特許文献1,2に示すものでは、平滑コンデンサ120の小型化を図ることができるものの、再点弧電圧によって高圧放電灯DLが立ち消えてしまうという別の問題が生じており、高圧放電灯DLの点灯維持という点では不十分であった。
本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的は、瞬時停電や瞬時電圧降下などが生じても高圧放電灯の点灯を維持することができる高圧放電灯点灯装置および照明器具を提供することにある。
上記の課題を解決するために、請求項1の発明では、交流電源より供給される交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路部と、当該直流電源回路部より得られる直流を所定の周波数で極性が反転する矩形波交流に変換して高圧放電灯に供給する出力部と、出力部を制御する制御部と、交流電源の瞬時的な電圧降下を検知する異常検知部とを備え、制御部は、異常検知部により瞬時的な電圧降下が検知されると、出力部から高圧放電灯に矩形波交流が供給されるように出力部を制御する通常点灯モードから、当該通常点灯モード時の矩形波交流よりも周波数が低い矩形波交流が出力部から高圧放電灯に供給されるように出力部を制御する点灯維持モードに移行することを特徴とする。
請求項1の発明によれば、瞬時停電や瞬時電圧降下などが生じたときに、高圧放電灯に供給される矩形波交流の周波数が通常点灯モード時よりも低くなるので、通常点灯モード時と周波数が同じ場合に比べれば、単位時間当たりの極性の反転回数を減らすことができるから、極性の反転に起因する再点弧電圧の発生回数が減り、このような再点弧電圧によって高圧放電灯が立ち消えてしまうことを抑制することができて、高圧放電灯の点灯を維持することができ、しかも直流電源回路部に設けられる平滑コンデンサの容量を大きくする必要がなくなるから、全体として小型化を図ることができる。
請求項2の発明では、交流電源より供給される交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路部と、当該直流電源回路部より得られる直流を所定の周波数で極性が反転する矩形波交流あるいは極性が固定された極性固定電流に変換して高圧放電灯に供給する出力部と、出力部を制御する制御部と、交流電源の瞬時的な電圧降下を検知する異常検知部とを備え、制御部は、異常検知部により瞬時的な電圧降下が検知されると、出力部から高圧放電灯に上記矩形波交流が供給されるように出力部を制御する通常点灯モードから、上記極性固定電流が出力部から高圧放電灯に供給されるように出力部を制御する点灯維持モードに移行することを特徴とする。
請求項2の発明によれば、瞬時停電や瞬時電圧降下などが生じたときに、高圧放電灯には矩形波交流ではなく極性が固定された極性固定電流が供給されるので、通常点灯モード時とは異なり極性が反転することがないから、極性の反転に起因する再点弧電圧が発生することがなくなり、このような再点弧電圧によって高圧放電灯が立ち消えてしまうことを防止することができて、高圧放電灯の点灯を維持することができ、しかも直流電源回路部に設けられる平滑コンデンサの容量を大きくする必要がなくなるから、全体として小型化を図ることができる。
請求項3の発明では、請求項2の発明において、上記極性固定電流の極性は、直前の上記矩形波交流の極性に関わらず一定であることを特徴とする。
請求項3の発明によれば、通常点灯モードから点灯維持モードに移行した際に直前の矩形波交流の極性に関わらず、点灯維持モードにおける極性固定電流の極性が一定であるから、矩形波交流の極性に影響されることなく高圧放電灯の点灯を維持することができる。
請求項4の発明では、請求項1~3のうちいずれか1項の発明において、上記制御部は、上記点灯維持モード時において上記高圧放電灯で消費される電力量が上記通常点灯モード時よりも少なくなるように上記出力部を制御することを特徴とする。
請求項4の発明によれば、直流電源回路部に設ける平滑コンデンサの容量を少なくすることができるから、さらに小型化を図ることができる。
請求項5の発明では、請求項1~4のうちいずれか1項の発明において、上記異常検知部は、上記交流電源の電圧に応じた電圧と、上記直流電源部の出力電圧との少なくとも一方を検出し、検出電圧が所定の閾値を下回ると瞬時的な電圧降下が発生したと判定することを特徴とする。
請求項5の発明によれば、簡単な回路構成で瞬時停電や瞬時電圧降下を検知することができる。
請求項6の発明では、請求項5の発明において、上記異常検知部は、上記検出電圧が上記所定の閾値を下回った後に、上記所定の閾値以上になると瞬時的な電圧降下が終了したと判定し、上記制御部は、上記異常検知部により瞬時的な電圧降下が終了したと判定されると、上記点灯維持モードから上記通常点灯モードに移行することを特徴とする。
請求項6の発明によれば、瞬時停電や瞬時電圧降下が解消された際に、自動的に点灯維持モードから通常点灯モードに移行するから、点灯維持モードから通常点灯モードに移行させるための操作を人が行う必要がなくなり、使い勝手が向上する。
請求項7の発明では、請求項5または6の発明において、上記所定の閾値は、通常時に得られる上記検出電圧より誤検知防止用の所定値だけ低い値であることを特徴とする。
請求項7の発明によれば、瞬時停電や瞬時電圧降下を誤検知してしまうことを抑制することができる。
請求項8の発明では、請求項1~7のいずれか1項に記載の高圧放電灯点灯装置と、当該高圧放電灯点灯装置により点灯される高圧放電灯が装着される器具本体とを備えていることを特徴とする。
請求項8の発明によれば、瞬時停電や瞬時電圧降下などが生じたときに、高圧放電灯の点灯を維持することができ、しかも小型化を図ることができる。
本発明は、瞬時停電や瞬時電圧降下などが生じても高圧放電灯の点灯を維持することができるという効果を奏する。
(実施形態1)
本実施形態の高圧放電灯点灯装置は、図2に示すように、交流電源ACより供給される交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路部1と、当該直流電源回路部1の直流出力を所定の周波数で極性が反転する矩形波交流に変換して高圧放電灯DLに供給する出力部2と、出力部2を制御する制御部3と、交流電源ACの瞬時的な電圧降下(すなわち瞬時停電や瞬時電圧降下)を検知する異常検知部4とを備える。なお、本実施形態では、交流電源ACとして、周波数60Hz、実効値(公称値)100Vの商用交流電源を想定している。
本実施形態の高圧放電灯点灯装置は、図2に示すように、交流電源ACより供給される交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路部1と、当該直流電源回路部1の直流出力を所定の周波数で極性が反転する矩形波交流に変換して高圧放電灯DLに供給する出力部2と、出力部2を制御する制御部3と、交流電源ACの瞬時的な電圧降下(すなわち瞬時停電や瞬時電圧降下)を検知する異常検知部4とを備える。なお、本実施形態では、交流電源ACとして、周波数60Hz、実効値(公称値)100Vの商用交流電源を想定している。
直流電源回路部1は、交流電源ACより与えられる交流電圧(図3(a)参照)を直流電圧に変換する交直変換回路10と、交直変換回路10の出力を平滑化する平滑コンデンサC1とを有する。
交直変換回路10は、交流電源ACの交流電流を全波整流するダイオードブリッジなどの整流器10aと、整流器10aの出力電圧を所定値まで昇圧する昇圧チョッパ回路10bとで構成される。昇圧チョッパ回路10bは、整流器10aの高電位側の端子に一端が接続され、他端がダイオードD1を介して平滑コンデンサC1の高電位側の端子に接続されたインダクタL1と、インダクタL1の他端と整流器10aの低電位側の端子との間に挿入されたMOSFETなどのスイッチング素子Q1とを有する。なお、ダイオードD1のアノードはインダクタL1に、カソードは平滑コンデンサC1の高電位側の端子にそれぞれ接続される。
また、直流電源回路部1は、昇圧チョッパ回路10bのスイッチング素子Q1を制御する昇圧制御部11を備える。昇圧制御部11は、例えば、オン・セミコンダクタ社製の力率改善用コントロールIC(型番:MC33262)からなり、平滑コンデンサC1の両端子間の電圧である直流電源回路部1の出力電圧VBUS(図3(c)参照)が所定値となるように、スイッチング素子Q1のオン・オフ制御を実行する。なお、この種の昇圧チョッパ回路10bについては従来周知であるから説明を省略する。
出力部2は、直流電源回路部1の出力電圧VBUSを所定値まで降圧する降圧チョッパ回路20と、降圧チョッパ回路20の出力電圧を平滑する平滑コンデンサC2と、インバータ回路(極性反転回路)21とを有する。
降圧チョッパ回路20は、インダクタL2と、インダクタL2の一端と平滑コンデンサC1の高電位側の端子との間に挿入されたMOSFETなどのスイッチング素子Q2と、インダクタL2の一端と整流器10aの低電位側の端子との間に挿入されたダイオードD2とを有する。なお、ダイオードD2のアノードは整流器10aの低電位側の端子に、カソードはインダクタL2にそれぞれ接続される。
インバータ回路21は、平滑コンデンサC2にそれぞれ並列に接続されたスイッチング素子Q3,Q4よりなる直列回路およびスイッチング素子Q5,Q6よりなる直列回路よりなるフルブリッジ回路を有する。このフルブリッジ回路では、スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4との接続点、スイッチング素子Q5とスイッチング素子Q6との接続点との間に高圧放電灯DLが挿入される。
ところで、スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4との接続点と高圧放電灯DLとの間には、オートトランスよりなるトランスT3の二次巻線N2が挿入される。トランスT3の一次巻線N1はコンデンサC3と抵抗R3の直列回路を介して整流器10aの低電位側の端子に接続される。
本実施形態における出力部2では、平滑コンデンサC2と、スイッチング素子Q3,Q4と、トランスT3と、コンデンサC3と、抵抗R3とによって、高圧放電灯DLに始動電圧を与えるイグニッション回路(イグナイタ)IGNが構成される。このイグニッション回路IGNでは、スイッチング素子Q3,Q4が高周波(例えばトランスL3の一次巻線N1とコンデンサC3とで構成される共振回路の共振周波数あるいは当該共振周波数の整数分の1となる周波数、本実施形態の場合、例えば数十~数百kHzである)でオン・オフすることにより、一次巻線N1に発生する共振電圧を、二次巻線N2により昇圧(昇圧比は一次巻線N1と二次巻線N2との巻線比により決定される)することによって、高圧放電灯DLに始動電圧を与える。なお、この種のイグナイタIGNは従来周知のものであるから詳細な説明は省略する。
異常検知部4は、交流電源ACの電圧に応じた電圧を検出し、検出した電圧(すなわち検出電圧)が所定の閾値を下回ると、瞬時停電や、瞬時電圧降下などの瞬時的な電圧降下が発生したと判定する。本実施形態では、異常検知部4は、交流電源ACの電圧に応じた電圧として、整流器10aの出力電圧を平滑してなる電圧Vin(図3(b)参照)を検出し、この検出電圧Vinと、所定の閾値Vthとを図示しないコンパレータ(比較器)などにより比較する。そして、異常検知部4は、検出電圧Vinが閾値Vthを下回った際に、瞬時停電あるいは瞬時電圧降下などの電圧異常が発生したと判定して、制御部3に異常検知信号を出力する。一方、異常検知部4は、異常検知信号を出力した(換言すれば検出電圧Vinが閾値Vthを下回った)後に、検出電圧Vinが閾値Vth以上になると瞬時的な電圧降下が終了したと判定して、制御部3に復帰信号を出力する。
このように本実施形態における異常検知部4は、交流電源ACの電圧に応じた電圧Vinを検出し、この電圧(検出電圧)Vinが閾値Vthを下回ると瞬時的な電圧降下が発生したと判定するので、コンパレータなどの簡単な回路構成で瞬時停電や瞬時電圧降下を検知することができる。
ここで、閾値Vthは、通常時に得られる検出電圧Vinより誤検知防止用の所定値だけ低い値としている。この誤検知防止用の所定値は、通常時の交流電源ACの電圧変動による検出電圧Vinの変動値より大きい値である。このような変動値は、実際の検出電圧Vinの変動値を測定することによって得ることができ、本実施形態では、検出電圧Vinの10%の値を誤検知防止用の所定値の最低値としている。例えば、上述したように交流電源ACが実効値100Vの商用交流電源である場合には、当該商用交流電源の実効値が90Vに低下した場合でも、この実効値の変化を瞬時停電や瞬時電圧降下として誤検出しないように閾値Vthを設定する。このようにすれば、通常時の交流電源ACの電圧変動によって検出電圧Vinが変動しても、かかる変動を瞬時停電や瞬時電圧降下として誤検知してしまうことを抑制することができる。
制御部3は、例えばメモリに格納されたプログラムにしたがって種々の処理を実行するマイクロコンピュータなどを主構成要素とし、主として、降圧チョッパ回路20のスイッチング素子Q2のオン・オフ制御、およびインバータ回路21のスイッチング素子Q3~Q6のオン・オフ制御を行う。なお、各スイッチング素子Q2~Q6の制御は、制御部3よりPWM信号を与えることによって行う。
制御部3は、図3(d)に示すように、スイッチング素子Q2のオン・オフを制御し、これによって図3(i)に示すように、インダクタL2に三角波の電流IL2を流す。この電流IL2は、平滑コンデンサC2により平滑化されて、電流Ila(図3(j)参照)として高圧放電灯DLに供給される。ここで、電流Ilaの極性は、インバータ回路21のスイッチング素子Q3~Q6のオン・オフ状態によって決定され、本実施形態では、図3(e),(h)に示すようにスイッチング素子Q3,Q6がオン、スイッチング素子Q4,Q5がオフであれば電流Ilaの極性が正になり、スイッチング素子Q4,Q5がオン、スイッチング素子Q3,Q6がオフであれば電流Ilaの極性が負になる。
ここで、高圧放電灯DLは、絶縁破壊を起こした後に、グロー放電を経てアーク放電が開始され、その後に発光管内の温度が均一化されて安定した状態となった時点でランプ電圧がほぼ一定になるという特性を有するものである。つまり、高圧放電灯DLを点灯させるためには絶縁破壊を生じさせる必要がある。
そのため、制御部3には、高圧放電灯DLを点灯させるにあたり、イグニッション回路IGNにより高圧放電灯DLの電極間に始動電圧が印加されるように、インバータ回路20のスイッチング素子Q3,Q4を上述したように高周波でオン・オフ制御する始動モードで動作する。高圧放電灯DLで絶縁破壊が生じた後には、制御部3は、出力部2から高圧放電灯DLに矩形波交流が供給されるように出力部2を制御する通常点灯モードで動作する。
この通常点灯モードにおいて、制御部3は、図3(e)~(h)に示すように、スイッチング素子Q3,Q6をオン、スイッチング素子Q4,Q5をオフにする制御と、スイッチング素子Q4,Q5をオン、スイッチング素子Q3,Q6をオフにする制御とを所定周期で交互に繰り返し、これによって、図3(j)に示すように、電流Ilaを所定周波数の矩形波交流に変換して高圧放電灯DLに供給し、高圧放電灯DLを安定点灯させる。
また、制御部3は、通常点灯モードでの動作時に、異常検知部4より異常検知信号を受け取ると(すなわち異常検知部4により瞬時的な電圧降下が検知されると)、通常点灯モード時の矩形波交流よりも周波数が低い矩形波交流が出力部2から高圧放電灯に供給されるように出力部2を制御する点灯維持モードに移行する。例えば、本実施形態における制御部3は、通常点灯モードでは、周波数が170Hzである矩形波交流が供給されるように出力部2を制御し、点灯維持モードでは周波数が31Hzである矩形波交流が供給されるように出力部2を制御する。
さらに、制御部3は、点灯維持モードでの動作時に、異常検知部4より復帰信号を受け取ると(すなわち異常検知部4により瞬時的な電圧降下が終了したと判定されると)、点灯維持モードから通常点灯モードに移行する。
以下、本実施形態の高圧放電灯点灯装置の動作、特に交流電源ACに瞬時停電や瞬時電圧降下などが生じた際の動作について図3(a)~(j)を参照して説明する。
まず、制御部3が通常点灯モードで動作している場合、制御部3は、図3(d)に示すように、スイッチング素子Q2のオン・オフを制御するとともに、図3(e)~(h)に示すように、スイッチング素子Q3,Q6をオン、スイッチング素子Q4,Q5をオフにする制御と、スイッチング素子Q4,Q5をオン、スイッチング素子Q3,Q6をオフにする制御とを所定周期で交互に繰り返して、高圧放電灯DLに所定周波数の矩形波交流を供給する(図3(i),(j)参照)。
ここで、交流電源ACが瞬時停電した場合(図3(a)における時刻t1)、整流器10aの高電位側の端子の電位は低下し、これに伴って異常検知部4の検出電圧Vinも低下する(図3(b)参照)。そして、検出電圧Vinが閾値Vthを下回ると(時刻t2)、異常検知部4は制御部3に異常検知信号を出力する。当該異常検知信号を受け取った制御部3は、通常点灯モードから点灯維持モードに移行し(時刻t3)、通常点灯モード時よりも低い周波数の矩形波交流を高圧放電灯DLに供給する。
その後に、交流電源ACが瞬時停電より復帰した場合(図3(a)における時刻t4)、整流器10aの高電位側の端子の電位は上昇し、これに伴って異常検知部4の検出電圧Vinも上昇する(図3(b)参照)。そして、検出電圧Vinが閾値Vth以上になると(時刻t5)、異常検知部4は制御部3に復帰信号を出力する。当該復帰信号を受け取った制御部3は、点灯維持モードから通常点灯モードに移行する。なお、図3に示す例では、点灯維持モードと通常点灯モードとの間の移行は、次のスイッチング素子Q3~Q6のスイッチング時から行うようにしている。
以上述べたように本実施形態の高圧放電灯点灯装置では、制御部3は、異常検知部4により瞬時的な電圧降下が検知されると、高圧放電灯DLに矩形波交流が供給されるように出力部2を制御する通常点灯モードから、当該通常点灯モード時の矩形波交流よりも周波数が低い矩形波交流が高圧放電灯DLに供給されるように出力部2を制御する点灯維持モードに移行する。
このような本実施形態の高圧放電灯点灯装置によれば、瞬時停電や瞬時電圧降下などが生じたときに、高圧放電灯DLに供給される矩形波交流の周波数が通常点灯モード時よりも低くなるので、通常点灯モード時と周波数が同じ場合に比べれば、単位時間当たりの極性の反転回数を減らすことができるから、極性の反転に起因する再点弧電圧の発生回数が減り、このような再点弧電圧によって高圧放電灯DLが立ち消えてしまうことを抑制することができて、高圧放電灯DLの点灯を維持することができ、しかも直流電源回路部1に設けられる平滑コンデンサC1の容量を大きくする必要がないから、全体として小型化を図ることができる。
また、異常検知部4は、検出電圧Vinが閾値Vthを下回った後に、閾値Vth以上になると瞬時的な電圧降下が終了したと判定して制御部3に復帰信号を出力し、当該復帰信号を受け取った制御部3は、点灯維持モードから通常点灯モードに移行する。
そのため、瞬時停電や瞬時電圧降下が解消された際に、自動的に点灯維持モードから通常点灯モードに移行するから、点灯維持モードから通常点灯モードに移行させるための操作を人が行う必要がなくなり、使い勝手が向上する。
上述したような本実施形態の高圧放電灯点灯装置は、例えば、図4(a)~(c)に示すような照明器具に採用することができる。
図4(a)~(c)に示す照明器具は、本実施形態の高圧放電灯点灯装置が収納される電子バラスト5と、当該高圧放電灯点灯装置により点灯される高圧放電灯DLが装着される器具本体6とを備えている。なお、図4(a)に示す照明器具はダウンライトであり、図4(b),(c)に示す照明器具はスポットライトである。
このような照明器具によれば、瞬時停電や瞬時電圧降下などが生じたときに、高圧放電灯の点灯を維持することができ、しかも小型化を図ることができる。なお、図4(a)~(c)に示す照明器具に使用する高圧放電灯点灯装置は本実施形態のものに限らず、後述する実施形態2~4の高圧放電灯点灯装置であってもよい。また、これらの照明器具を複数組み合わせて照明システムを構築するようにしてもよい。
(実施形態2)
本実施形態の高圧放電灯点灯装置は、図5に示すように、交流電源ACより供給される交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路部1と、当該直流電源回路部1の直流出力を所定の周波数で極性が反転する矩形波交流に変換して高圧放電灯DLに供給する出力部2と、出力部2を制御する制御部3と、交流電源ACの瞬時的な電圧降下(すなわち瞬時停電や瞬時電圧降下)を検知する異常検知部4とを備える。
本実施形態の高圧放電灯点灯装置は、図5に示すように、交流電源ACより供給される交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路部1と、当該直流電源回路部1の直流出力を所定の周波数で極性が反転する矩形波交流に変換して高圧放電灯DLに供給する出力部2と、出力部2を制御する制御部3と、交流電源ACの瞬時的な電圧降下(すなわち瞬時停電や瞬時電圧降下)を検知する異常検知部4とを備える。
ここで、直流電源回路部1は実施形態1と同様のものであるが、出力部2、制御部3、および異常検知部4は実施形態1と異なっている。そのため、本実施形態では、出力部2、制御部3、および異常検知部4について説明し、直流電源回路部1の説明は省略する。
本実施形態における出力部2は、図5に示すように、平滑コンデンサC1にそれぞれ並列に接続されたスイッチング素子Q3,Q4よりなる直列回路およびスイッチング素子Q5,Q6よりなる直列回路よりなるフルブリッジ回路を有する。このフルブリッジ回路では、スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4との接続点、スイッチング素子Q5とスイッチング素子Q6との接続点との間に高圧放電灯DLが挿入される。
また、スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4との接続点と、高圧放電灯DLとの間にはオートトランスよりなるトランスT3の二次巻線N2が挿入され、トランスT3の一次巻線N1はコンデンサC3と抵抗R3の直列回路を介して整流器10aの低電位側の端子に接続される。つまり、本実施形態における出力部2においては、スイッチング素子Q3,Q4と、トランスT3と、コンデンサC3と、抵抗R3とによって、高圧放電灯DLに始動電圧を与えるイグニッション回路IGNが構成される。このイグニッション回路IGNは実施形態1と同様の構成であるから、説明を省略する。
さらに、本実施形態における出力部2では、スイッチング素子Q5とスイッチング素子Q6との接続点と、高圧放電灯DLとの間にはインダクタL2が挿入され、かつ高圧放電灯DLとトランスL3の二次巻線N2との直列回路にはコンデンサC2が並列接続される。この出力部2では、スイッチング素子Q3~Q6と、インダクタL2と、コンデンサC2とによって、降圧チョッパ回路が構成されている。
本実施形態における異常検知部4は、平滑コンデンサC1の両端子間の電圧である直流電源回路部1の出力電圧VBUSを検出する。そして、異常検知部4は、検出電圧(すなわち出力電圧VBUS)が所定の閾値Vthを下回ると、瞬時停電や、瞬時電圧降下などの瞬時的な電圧降下が発生したと判定して制御部3に異常検知信号を出力し、当該異常検知信号を出力した後に出力電圧VBUSが閾値Vth以上になると瞬時的な電圧降下が終了したと判定して、制御部3に復帰信号を出力する。このように本実施形態における異常検知部4は、直流電源回路部1の出力電圧VBUSを検出し、この電圧(検出電圧)VBUSが閾値Vthを下回ると瞬時的な電圧降下が発生したと判定するので、コンパレータなどの簡単な回路構成で瞬時停電や瞬時電圧降下を検知することができる。
本実施形態において、閾値Vthは、通常時に得られる検出電圧(出力電圧VBUS)より誤検知防止用の所定値だけ低い値としている。この誤検知防止用の所定値は、通常時の出力電圧VBUSの変動値より大きい値である。このような変動値は、実際の出力電圧VBUSの変動値を測定することによって得ることができ、本実施形態では、通常時の出力電圧VBUSの最低値と平滑コンデンサC1のリップル電圧を考慮して決定している。例えば、出力電圧VBUSが284±10Vであり、平滑コンデンサC1のリップル電圧幅が15Vである場合には、変動値を25Vとし、閾値Vthは、259V(=284V-10V-15V)とする。このようにすれば、平滑コンデンサC1のリップル電圧や出力電圧VBUSのばらつきに起因する変動を瞬時停電や瞬時電圧降下に起因する変動として誤検知してしまうことを抑制することができる。
本実施形態における制御部3は、実施形態1と同様に、例えばメモリに格納されたプログラムにしたがって種々の処理を実行するマイクロコンピュータなどを主構成要素とするものである。ただし、スイッチング素子Q3~Q6のオン・オフ制御の内容が実施形態1とは異なっている。
本実施形態における制御部3は、図6(c)~(f)に示すように、スイッチング素子Q4をオン、スイッチング素子Q3,Q6をオフにした状態でスイッチング素子Q5を所定周波数(例えば数十kHz)でオン・オフする制御を行う(つまり降圧チョッパ回路を動作させる)。これによって、図6(g)に示すように、インダクタL2に三角波の電流IL2が流れ、この電流IL2は、平滑コンデンサC2により平滑化されて、電流Ila(図6(h)参照)として高圧放電灯DLに供給される。また、本実施形態における制御部3は、スイッチング素子Q3をオン、スイッチング素子Q4,Q5をオフにした状態でスイッチング素子Q6を所定周波数(例えば数十kHz)でオン・オフする制御を行う。これによって、図6(g)に示すように、インダクタL2に三角波の電流IL2が流れ、この電流IL2は、平滑コンデンサC2により平滑化されて、電流Ila(図6(h)参照)として高圧放電灯DLに供給されるが、このときの電流の向きは、スイッチング素子Q5をオン・オフ制御する場合とは逆向きである。
したがって、本実施形態における制御部3は、スイッチング素子Q4をオン、スイッチング素子Q3,Q6をオフにした状態でスイッチング素子Q5を所定周波数でオン・オフする制御(高圧放電灯DLに正の電流Ilaを供給する制御、以下、「正電流供給制御」と称する)と、スイッチング素子Q3をオン、スイッチング素子Q4,Q5をオフにした状態でスイッチング素子Q6を所定周波数でオン・オフする制御(高圧放電灯DLに負の電流Ilaを供給する制御、以下、「負電流供給制御」と称する)とを交互に繰り返すことによって、高圧放電灯DLに矩形波交流を供給する。そして、当該矩形波交流の大きさ(すなわち電流Ilaの大きさ)は、極性が正である場合はスイッチング素子Q5のオン・オフの周波数、極性が負である場合はスイッチング素子Q6のオン・オフの周波数によって決定される。高圧放電灯DLの明るさは電流Ilaの大きさにより決定される。
本実施形態における出力部2においても、実施形態1と同様のイグニッション回路IGNが構成されており、制御部3は、高圧放電灯DLを点灯させるにあたり、実施形態1と同様に、イグニッション回路IGNより高圧放電灯DLの電極間に始動電圧を印加させる始動モードで動作する。
そして、制御部3は、高圧放電灯DLで絶縁破壊が生じた後には、出力部2から高圧放電灯DLに矩形波交流が供給されるように出力部2を制御する通常点灯モードで動作する。
通常点灯モードにおいて、制御部3は、上述したように正電流供給制御と、負電流供給制御とを所定周期で交互に繰り返し、これによって、図6(h)に示すように、電流Ilaを所定周波数の矩形波交流に変換して高圧放電灯DLに供給し、高圧放電灯DLを安定点灯させる。
また、制御部3は、通常点灯モードでの動作時に、異常検知部4より異常検知信号を受け取ると(すなわち異常検知部4により瞬時的な電圧降下が検知されると)、点灯維持モードに移行する。この点灯維持モードでは、制御部3は、正電流供給制御と負電流供給制御とを交互に繰り返さず、極性が固定された電流(極性固定電流)が出力部2から高圧放電灯DLに供給されるように出力部2を制御する。例えば、本実施形態における制御部3は、通常点灯モードでは、周波数が170Hzである矩形波交流を供給し、点灯維持モードでは、直前の矩形波交流と極性が同じ極性固定電流を供給する。具体的には、制御部3が正電流供給制御を行っている際に、異常検知信号を受け取ると、正電流供給制御から負電流供給制御に切り換えることなく、正電流供給制御を維持する(図6(c)~(h)参照)。また、制御部3が負電流供給制御を行っている際に、異常検知信号を受け取ると、負電流供給制御から正電流供給制御に切り換えることなく、負電流供給制御を維持する。
このように本実施形態における出力部2は、制御部3によるスイッチング素子Q3~Q6の制御によって、直流電源回路部1より得られる直流を所定の周波数で極性が反転する矩形波交流、あるいは極性が固定された極性固定電流に変換して高圧放電灯DLに供給する。
さらに、制御部3は、点灯維持モードでの動作時に、異常検知部4より復帰信号を受け取ると(すなわち異常検知部4により瞬時的な電圧降下が終了したと判定されると)、点灯維持モードから通常点灯モードに移行する。
以下、本実施形態の高圧放電灯点灯装置の動作、特に交流電源ACに瞬時停電や瞬時電圧降下などが生じた際の動作について図6(a)~(h)を参照して説明する。
まず、制御部3が通常点灯モードで動作している場合、制御部3は、図6(c)~(f)に示すように、正電流供給制御と負電流供給制御とを交互に繰り返すことによって、高圧放電灯DLに矩形波交流を供給する(図6(g),(h)参照)。
ここで、交流電源ACが瞬時停電した場合(図6(a)における時刻t1)、整流器10aの高電位側の端子の電位は低下し、やがて出力電圧VBUSも低下する(図6(b)参照)。そして、出力電圧VBUSが閾値Vthを下回ると(時刻t2)、異常検知部4は制御部3に異常検知信号を出力する。当該異常検知信号を受け取った制御部3は、通常点灯モードから点灯維持モードに移行し(時刻t3)、極性が正である極性固定電流(電流Ila)を高圧放電灯DLに供給する。
その後に、交流電源ACが瞬時停電より復帰した場合(図6(a)における時刻t4)、整流器10aの高電位側の端子の電位は上昇し、やがて出力電圧VBUSが上昇し(図6(b)参照)、閾値Vth以上になると(時刻t5)、異常検知部4は制御部3に復帰信号を出力する。当該復帰信号を受け取った制御部3は、点灯維持モードから通常点灯モードに移行する。
以上述べたように本実施形態の高圧放電灯点灯装置では、制御部3は、異常検知部4により瞬時的な電圧降下が検知されると、高圧放電灯DLに矩形波交流が供給されるように出力部2を制御する通常点灯モードから、極性が固定された極性固定電流が出力部2から高圧放電灯DLに供給されるように出力部2を制御する点灯維持モードに移行する。
このような本実施形態の高圧放電灯点灯装置によれば、瞬時停電や瞬時電圧降下などが生じたときに、高圧放電灯DLには矩形波交流ではなく極性が固定された極性固定電流が供給されるので、通常点灯モード時とは異なり極性が反転することがないから、極性の反転に起因する再点弧電圧が発生することがなくなり、このような再点弧電圧によって高圧放電灯DLが立ち消えてしまうことを防止することができて、高圧放電灯DLの点灯を維持することができ、しかも直流電源回路部1に設けられる平滑コンデンサC1の容量を大きくする必要がないから、全体として小型化を図ることができる。
また、異常検知部4は、直流電源回路部1の出力電圧VBUSを検出し、検出した電圧(すなわち出力電圧VBUS)が閾値Vthを下回った後に、閾値Vth以上になると瞬時的な電圧降下が終了したと判定して制御部3に復帰信号を出力し、当該復帰信号を受け取った制御部3は、点灯維持モードから通常点灯モードに移行する。
そのため、瞬時停電や瞬時電圧降下が解消された際に、自動的に点灯維持モードから通常点灯モードに移行するから、点灯維持モードから通常点灯モードに移行させるための操作を人が行う必要がなくなり、使い勝手が向上する。
ところで、本実施形態における異常検知部4では、閾値Vthを決定するにあたって、通常時の出力電圧VBUSの最低値と平滑コンデンサC1のリップル電圧を考慮しているが、さらに、平滑コンデンサC1の静電容量の製品バラツキ(初期品バラツキ)や、寿命を考慮してもよい。例えば、平滑コンデンサC1の静電容量の製品バラツキが20%であり、また、寿命末期時の静電容量の減少を20%であるとすれば、平滑コンデンサC1のリップル電圧幅の代わりに、静電容量が平滑コンデンサC1の64%(80%×80%)であるコンデンサのリップル電圧幅を使用すればよい。ここで、静電容量が平滑コンデンサC1の64%であるコンデンサのリップル電圧幅が20Vである場合には、変動値を30Vとし、閾値Vthは、254V(=284V-10V-20V)とする。
このようにすれば、平滑コンデンサC1の製品バラツキや、寿命に起因する出力電圧VBUSの変動を瞬時停電や瞬時電圧降下に起因する変動として誤検知してしまうことを抑制することができる。なお、上記の例では、平滑コンデンサC1の製品バラツキと、寿命とを両方考慮に入れているが、いずれか一方のみを考慮するようにしてもよい。
また、本実施形態における異常検知部4では、出力電圧VBUSを検出しているが、実施形態1と同様に、整流器10aの出力電圧を平滑してなる電圧Vinを検出するようにしてもよい。また、異常検知部4は、出力電圧VBUSと電圧Vinの両方を検出し、両者の大きさを勘案して、瞬時停電または瞬時電圧降下を検出する構成としてもよい。この点は、実施形態1および後述する実施形態3,4においても同様である。
(実施形態3)
本実施形態の高圧放電灯点灯装置は、制御部3の動作が実施形態2と異なっており、その他については実施形態2と同様であるから、同様の構成については図示および説明を省略する。
本実施形態の高圧放電灯点灯装置は、制御部3の動作が実施形態2と異なっており、その他については実施形態2と同様であるから、同様の構成については図示および説明を省略する。
本実施形態における制御部3は、点灯維持モード時の動作が実施形態2と異なっており、通常点灯モード時、および始動モード時の動作については実施形態2と同様であるから説明を省略する。
すなわち、本実施形態における制御部3は、点灯維持モードでは、正電流供給制御を実行し、これによって極性が正に固定された電流(極性固定電流)を出力部2より高圧放電灯DLに供給させる。つまり、実施形態2における制御部3は、正電流供給制御中に異常検知信号を受け取った場合には、負電流供給制御に切り換えることなく正電流供給制御を続行し、負電流供給制御中に異常検知信号を受け取った場合には、正電流供給制御に切り換えることなく負電流供給制御を続行していたが、本実施形態における制御部3は、正電流供給制御中であるか負電流供給制御中であるかを問わず、異常検知信号を受け取った場合には、正電流供給制御を実行する。
以下、本実施形態の高圧放電灯点灯装置の動作、特に交流電源ACに瞬時停電や瞬時電圧降下などが生じた際の動作について図7(a)~(h)を参照して説明する。
まず、制御部3が通常点灯モードで動作している場合、制御部3は、図7(c)~(f)に示すように、正電流供給制御と負電流供給制御とを交互に繰り返すことによって、高圧放電灯DLに矩形波交流を供給する(図7(g),(h)参照)。
ここで、交流電源ACが瞬時停電した場合(図7(a)における時刻t1)、整流器10aの高電位側の端子の電位は低下し、やがて出力電圧VBUSも低下する(図7(b)参照)。そして、出力電圧VBUSが閾値Vthを下回ると(時刻t2)、異常検知部4は制御部3に異常検知信号を出力する。当該異常検知信号を受け取った制御部3は、通常点灯モードから点灯維持モードに移行し(時刻t3)、正電流供給制御を実行するため、極性が正である極性固定電流(電流Ila)が高圧放電灯DLに供給される。
その後に、交流電源ACが瞬時停電より復帰した場合(図7(a)における時刻t4)、整流器10aの高電位側の端子の電位は上昇し、やがて出力電圧VBUSが上昇し(図7(b)参照)、閾値Vth以上になると(時刻t5)、異常検知部4は制御部3に復帰信号を出力する。当該復帰信号を受け取った制御部3は、点灯維持モードから通常点灯モードに移行する。
以上述べたように本実施形態の高圧放電灯点灯装置では、制御部3は、極性固定電流の極性が直前の矩形波交流の極性に関わらず一定(本実施形態の場合は正)になるように出力部2を制御する。
このような本実施形態の高圧放電灯点灯装置によれば、実施形態2で述べた効果に加えて、通常点灯モードから点灯維持モードに移行した際に直前の矩形波交流の極性に関わらず、点灯維持モードにおける極性固定電流の極性が一定であるから、矩形波交流の極性に影響されることなく高圧放電灯DLの点灯を維持することができる。
特に、本実施形態の高圧放電灯点灯装置では、点灯維持モード時に、オン・オフ制御される(チョッピング動作する)スイッチング素子がハイサイド側になる正電流供給制御を行うようにしているので、オン・オフ制御される(チョッピング動作する)スイッチング素子がロウサイド側になる負電流供給制御を行う場合に比べれば、電源(平滑コンデンサC1)を充電し易くなり、平滑コンデンサC1のさらなる小容量化を図ることができる。
なお、本実施形態では、点灯維持モードにおいて、極性が正の極性固定電流を高圧放電灯DLに供給するようにしているが、これは極性が負である極性固定電流を高圧放電灯DLに供給することを除外する趣旨ではなく、要は、極性固定電流の極性が直前の矩形波交流の極性に関わらず一定になればよい。
(実施形態4)
本実施形態の高圧放電灯点灯装置は、制御部3の動作が実施形態2と異なっており、その他については実施形態2と同様であるから、同様の構成については図示および説明を省略する。
本実施形態の高圧放電灯点灯装置は、制御部3の動作が実施形態2と異なっており、その他については実施形態2と同様であるから、同様の構成については図示および説明を省略する。
本実施形態における制御部3は、点灯維持モード時の動作が実施形態2と異なっており、通常点灯モード時、および始動モード時の動作については実施形態2と同様であるから説明を省略する。
すなわち、本実施形態における制御部3は、点灯維持モードでは、点灯維持モード時において高圧放電灯DLで消費される電力量が通常点灯モード時よりも少なくなるように出力部2を制御する。具体的には、制御部3は、点灯維持モード時には、通常点灯モード時よりもオン・オフ制御するスイッチング素子(スイッチング素子Q5,Q6)のオン・オフの周波数を高くして、電流IL2のピークを小さくし、電流Ilaを小さくする(図8(g),(h)参照)。
以下、本実施形態の高圧放電灯点灯装置の動作、特に交流電源ACに瞬時停電や瞬時電圧降下などが生じた際の動作について図8(a)~(h)を参照して説明する。
まず、制御部3が通常点灯モードで動作している場合、制御部3は、図8(c)~(f)に示すように、正電流供給制御と負電流供給制御とを交互に繰り返すことによって、高圧放電灯DLに矩形波交流を供給する(図8(g),(h)参照)。
ここで、交流電源ACが瞬時停電した場合(図8(a)における時刻t1)、整流器10aの高電位側の端子の電位は低下し、やがて出力電圧VBUSも低下する(図8(b)参照)。そして、出力電圧VBUSが閾値Vthを下回ると(時刻t2)、異常検知部4は制御部3に異常検知信号を出力する。当該異常検知信号を受け取った制御部3は、通常点灯モードから点灯維持モードに移行し(時刻t3)、極性が正である極性固定電流(電流Ila)を高圧放電灯DLに供給する。また、同時に、スイッチング素子Q5のオン・オフの周波数を通常点灯モード時よりも高くして、電流IL2のピークを小さくし、電流Ilaを小さくする(図8(g),(h)参照)。
その後に、交流電源ACが瞬時停電より復帰した場合(図8(a)における時刻t4)、整流器10aの高電位側の端子の電位は上昇し、やがて出力電圧VBUSが上昇し(図8(b)参照)、閾値Vth以上になると(時刻t5)、異常検知部4は制御部3に復帰信号を出力する。当該復帰信号を受け取った制御部3は、点灯維持モードから通常点灯モードに移行する。
以上述べたように本実施形態の高圧放電灯点灯装置では、制御部3は、点灯維持モード時において高圧放電灯DLで消費される電力量が通常点灯モード時よりも少なくなるように出力部2を制御する。
このような本実施形態の高圧放電灯点灯装置によれば、実施形態2で述べた効果に加えて、点灯維持モード時(すなわち交流電源ACの瞬時停電や瞬時電圧降下時)における平滑コンデンサC1の電圧降下速度(放電速度)を、実施形態2の場合よりも遅くすることができるので、平滑コンデンサC1の容量をより少なくすることができるから、さらなる小型化を図ることができる。
なお、点灯維持モードにおけるスイッチング素子Q5,Q6のオン・オフの周波数は、通常点灯モードよりも高ければよく、どの程度異ならせるかは、平滑コンデンサC1の容量や、高圧放電灯DLの種類など、種々の観点、広範な観点から設定することができ、交流電源ACの瞬時停電や瞬時電圧降下の際に、高圧放電灯DLが立ち消えてしまうことがないように、考慮して設定すればよい。また、本実施形態における制御部3の動作(すなわち点灯維持モード時において高圧放電灯DLで消費される電力量が通常点灯モード時よりも少なくなるように出力部2を制御するという動作)は、実施形態1,3にも適用することができる。ここで実施形態1に適用する場合には、スイッチング素子Q5,Q6の代わりに、スイッチング素子Q2のオン・オフの周波数を通常点灯モードより高くするようにすればよい。
本発明は、瞬時停電や瞬時電圧降下などが生じても高圧放電灯の点灯を維持するための技術として利用できる。
1 直流電源回路部
2 出力部
3 制御部
4 異常検知部
6 器具本体
10 交直変換回路
DL 高圧放電灯
C1 平滑コンデンサ
AC 交流電源
2 出力部
3 制御部
4 異常検知部
6 器具本体
10 交直変換回路
DL 高圧放電灯
C1 平滑コンデンサ
AC 交流電源
Claims (8)
- 交流電源より供給される交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路部と、当該直流電源回路部より得られる直流を所定の周波数で極性が反転する矩形波交流に変換して高圧放電灯に供給する出力部と、出力部を制御する制御部と、交流電源の瞬時的な電圧降下を検知する異常検知部とを備え、
制御部は、異常検知部により瞬時的な電圧降下が検知されると、出力部から高圧放電灯に矩形波交流が供給されるように出力部を制御する通常点灯モードから、当該通常点灯モード時の矩形波交流よりも周波数が低い矩形波交流が出力部から高圧放電灯に供給されるように出力部を制御する点灯維持モードに移行することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。 - 交流電源より供給される交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路部と、当該直流電源部より得られる直流を所定の周波数で極性が反転する矩形波交流あるいは極性が固定された極性固定電流に変換して高圧放電灯に供給する出力部と、出力部を制御する制御部と、交流電源の瞬時的な電圧降下を検知する異常検知部とを備え、
制御部は、異常検知部により瞬時的な電圧降下が検知されると、出力部から高圧放電灯に上記矩形波交流が供給されるように出力部を制御する通常点灯モードから、上記極性固定電流が出力部から高圧放電灯に供給されるように出力部を制御する点灯維持モードに移行することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。 - 上記極性固定電流の極性は、直前の上記矩形波交流の極性に関わらず一定であることを特徴とする請求項2記載の高圧放電灯点灯装置。
- 上記制御部は、上記点灯維持モード時において上記高圧放電灯で消費される電力量が上記通常点灯モード時よりも少なくなるように上記出力部を制御することを特徴とする請求項1~3のうちいずれか1項記載の高圧放電灯点灯装置。
- 上記異常検知部は、上記交流電源の電圧に応じた電圧と、上記直流電源部の出力電圧との少なくとも一方を検出し、検出電圧が所定の閾値を下回ると瞬時的な電圧降下が発生したと判定することを特徴とする請求項1~4のうちいずれか1項記載の高圧放電灯点灯装置。
- 上記異常検知部は、上記検出電圧が上記所定の閾値を下回った後に、上記所定の閾値以上になると瞬時的な電圧降下が終了したと判定し、
上記制御部は、上記異常検知部により瞬時的な電圧降下が終了したと判定されると、上記点灯維持モードから上記通常点灯モードに移行することを特徴とする請求項5記載の高圧放電灯点灯装置。 - 上記所定の閾値は、通常時に得られる上記検出電圧より誤検知防止用の所定値だけ低い値であることを特徴とする請求項5または6記載の高圧放電灯点灯装置。
- 請求項1~7のいずれか1項に記載の高圧放電灯点灯装置と、当該高圧放電灯点灯装置により点灯される高圧放電灯が装着される器具本体とを備えていることを特徴とする照明器具。
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