WO2009145052A1 - 高圧放電灯点灯装置及び照明器具 - Google Patents

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pressure discharge
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直樹 小松
熊谷 潤
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パナソニック電工株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a high pressure discharge lamp lighting device for lighting a high pressure discharge lamp and a lighting fixture having the high pressure discharge lamp lighting device.
  • Patent Document 1 Conventionally, as a high-pressure discharge lamp lighting device for lighting a high-pressure discharge lamp such as a high-intensity discharge lamp (HID lamp), a device described in Patent Document 1 has been proposed.
  • the output voltage of the boosting chopper circuit at the time of starting is higher than the output voltage at the time of steady lighting.
  • the high pressure discharge lamp is started by raising the height.
  • the power supply (control power supply) of the control circuit for adjusting the output voltage of the boost chopper circuit is obtained from the induced voltage induced in the winding magnetically coupled to the inductor constituting the boost chopper circuit. ing.
  • the output voltage of the boost chopper circuit is increased or decreased before and after the start of the high pressure discharge lamp as in the above-described conventional example, the power consumed by the high pressure discharge lamp immediately after the start is reduced, so that it is provided at the output stage of the boost chopper circuit.
  • the voltage across the smoothing capacitor does not drop immediately, so control means that performs feedback control to match the output voltage to the target value may temporarily stop the boost chopper circuit. It was.
  • the step-up chopper circuit is stopped, the induced voltage is not induced in the winding magnetically coupled to the inductor of the step-up chopper circuit, so that the supply of control power to the control means may be stopped.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a DC output voltage of a boost chopper circuit at the start of a high pressure discharge lamp while avoiding an increase in size and cost of a power supply circuit for supplying a control power supply.
  • An object of the present invention is to provide a high pressure discharge lamp lighting device and a lighting fixture capable of supplying a control power even when switching.
  • the invention of claim 1 boosts a DC input voltage to a desired DC output voltage, and the DC output voltage of the boost chopper circuit matches the desired DC output voltage.
  • a boost chopper control circuit that controls the boost chopper circuit, a power conversion circuit that converts the DC output of the boost chopper circuit into power required for starting and lighting of the high pressure discharge lamp, and a high pressure discharge lamp by controlling the power conversion circuit.
  • a power conversion control circuit that adjusts the supplied power and a control power supply circuit that supplies at least a control power supply for operation to the step-up chopper control circuit are provided.
  • the step-up chopper circuit intermittently passes the inductor and the current flowing through the inductor.
  • the control power circuit has a winding magnetically coupled to an inductor included in the boost chopper circuit, and obtains a control power by rectifying and smoothing the induced voltage induced in the winding.
  • the chopper control circuit controls the DC output voltage of the step-up chopper circuit to coincide with the first DC output voltage when starting the high-pressure discharge lamp, and the output voltage of the step-up chopper circuit is set to the first voltage after starting the high-pressure discharge lamp.
  • the boost chopper circuit is made to coincide with a second DC output voltage lower than the DC output voltage, and the boost chopper circuit is intermittently switched when the DC output voltage of the boost chopper circuit is switched from the first DC output voltage to the second DC output voltage. It is characterized by operating.
  • the boost chopper control circuit intermittently operates the boost chopper circuit when switching the DC output voltage of the boost chopper circuit from the first DC output voltage to the second DC output voltage. Compared to the case where the boost chopper circuit is not operated, the stop period of the boost chopper circuit becomes shorter. It becomes possible to supply the control power even at the time of switching.
  • the step-up chopper control circuit detects the DC output voltage of the step-up chopper circuit and performs feedback control so that the detected value coincides with the target value.
  • the DC output voltage of the boost chopper circuit is switched from the first DC output voltage to the second DC output voltage, the first target value corresponding to the first DC output voltage and the second DC output voltage are supported.
  • the first detection value corresponding to the second target value or the first DC output voltage and the second detection value corresponding to the second DC output voltage are alternately switched.
  • the step-up chopper control circuit detects the DC output voltage of the step-up chopper circuit and performs feedback control so that the detected value coincides with the target value.
  • the DC output voltage of the boost chopper circuit is switched from the first DC output voltage to the second DC output voltage, a third DC that is lower than the first DC output voltage and higher than the second DC output voltage
  • the second target value corresponding to the second DC output voltage or the second It is possible to switch to the second detection value corresponding to the DC output voltage.
  • the invention of claim 4 is characterized in that, in the invention of any one of claims 1 to 3, the voltage difference between the first DC output voltage and the second DC output voltage is 30 volts or more.
  • a fifth aspect of the invention includes the high pressure discharge lamp lighting device according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, and the high pressure discharge lamp lighting device and a fixture main body for holding the high pressure discharge lamp. It is characterized by that.
  • Embodiment 1 of the high pressure discharge lamp lighting device which concerns on this invention. It is operation
  • the high pressure discharge lamp lighting device of the present embodiment includes a boost chopper circuit 1 that boosts a DC input voltage obtained by full-wave rectifying an AC power supply AC with a rectifier circuit DB to a desired DC output voltage Vbus, as shown in FIG.
  • a step-up chopper control circuit 2 that controls switching of the switching element Q1 constituting the step-up chopper circuit 1, a power conversion circuit 3 that converts a DC output of the step-up chopper circuit 1 into a desired AC output, and a power conversion circuit 3 are controlled.
  • the power conversion control circuit 4 that adjusts the power supplied to the high-pressure discharge lamp LA, the boost chopper control unit IC1 that configures the boost chopper control circuit 2, and the power conversion control unit IC2 that configures the power conversion control circuit 4 are operated with a power supply (control). And a control power supply circuit 5 for supplying power Vcc).
  • the step-up chopper circuit 1 is well known in the art and includes an inductor L1 having one end connected to the output terminal on the high potential side of the rectifier circuit DB, the other end of the inductor L1, and an output terminal on the low potential side of the rectifier circuit DB.
  • a switching element Q1 composed of a field effect transistor inserted together with a resistor R7, a diode D1 having an anode connected to a connection point of the inductor L1 and the switching element Q1, a cathode of the diode D1, and a low potential side of the rectifier circuit DB
  • a smoothing capacitor C4 inserted between the two output terminals.
  • the inductor L1 is magnetically coupled to the secondary winding N2.
  • the step-up chopper control circuit 2 includes a step-up chopper control unit IC1 that performs switching control (PWM control) of the switching element Q1, and voltage dividing resistors R1, R2, and R3 that divide a DC input voltage that is input from the rectifier circuit DB to the step-up chopper circuit 1.
  • a voltage detection circuit 2a for detecting.
  • the step-up chopper control unit IC1 is composed of, for example, a power factor correction control IC (model number: MC33262) manufactured by ON Semiconductor, and the detected value of the voltage detection circuit 2a (the voltage corresponding to the DC output voltage Vbus of the step-up chopper circuit 1) Feedback control (PWM control) for adjusting the on-duty ratio of the switching element Q1 so that the value) matches the desired target value.
  • the boost chopper controller IC1 detects a DC input voltage input to the boost chopper circuit 1 by a series circuit of resistors R1, R2, and R3, and flows to the inductor L1 by an induced voltage induced in the secondary winding N2. Power factor correction control is performed to detect the input current and to give the circuit resistance so that the phase of the input current and the DC input voltage does not shift.
  • the voltage detection circuit 2a includes a series circuit of four voltage dividing resistors R8, R9, R10, and R11 connected in parallel with the smoothing capacitor C4 constituting the boost chopper circuit 1, and a voltage dividing resistor R11 having one end connected to the ground. And a switching element Q2 that is connected in parallel and short-circuits between both ends of the voltage dividing resistor R11 so as to be freely opened and closed. The switching element Q2 is turned on / off by a control signal Vten output from the power conversion control circuit 4 as will be described later.
  • the power conversion circuit 3 is a so-called full bridge circuit, and includes a series circuit of two switching elements Q3 and Q4 made of a field effect transistor and a series circuit of two switching elements Q5 and Q6 made of a field effect transistor.
  • a load circuit that is connected in parallel between the output ends of the chopper circuit 1 and includes a high-pressure discharge lamp LA between the midpoints of the series circuits (the connection points of the switching elements Q3 and Q4 and the connection points of the switching elements Q5 and Q6). 6 is connected.
  • the load circuit 6 includes a series circuit of two inductors L2 and L3 and a high-pressure discharge lamp LA, and a capacitor C6 connected in parallel to the inductor L3 and the high-pressure discharge lamp LA.
  • the inductor L2 and the capacitor C6 form a resonance circuit. It is composed.
  • the power conversion control unit IC2 is composed of, for example, a microcomputer, detects a voltage (lamp voltage) applied to the high-pressure discharge lamp LA, and determines the state of the high-pressure discharge lamp LA (lit or off) according to the detection result. Etc.).
  • the power conversion control unit IC2 outputs drive signals a to d for driving the switching elements Q3 to Q6 of the power conversion circuit 3.
  • the control power circuit 5 includes a diode D2 having an anode connected to the connection point between the secondary winding N2 and the resistor R6, a resistor R12 having one end connected to the cathode of the diode D2, and the other end of the resistor R12 and the ground.
  • a smoothing capacitor C5 inserted between them and a Zener diode D4 connected in parallel to the smoothing capacitor C5.
  • the induced voltage induced in the secondary winding N2 is rectified by the diode D2 and smoothed by the smoothing capacitor C5.
  • a substantially constant control power supply Vcc is generated by clamping with a Zener diode D4.
  • the control power supply Vcc generated by the control power supply circuit 5 is supplied to the boost chopper control unit IC1 through the diode D3 and also to the power conversion control unit IC2.
  • the power conversion control unit IC2 alternately switches the pair of two switching elements Q3, Q6 and Q4, Q5 of the power conversion circuit 3 at a frequency close to the resonance frequency of the resonance circuit including the inductor L2 and the capacitor C6.
  • a high voltage (resonance voltage) sufficiently higher (for example, several kilovolts) than the DC output voltage Vbus of the step-up chopper circuit 1 is applied between the electrodes to start the high-pressure discharge lamp LA.
  • a resonance circuit comprising a capacitor having one end connected to a part of the winding of the inductor L2 and a resistor connected in series to the other end of the capacitor is provided so that a high voltage for starting is generated by the resonance circuit. It doesn't matter.
  • a high level control signal Vten is output from the power conversion control unit IC2, the switching element Q2 of the voltage detection circuit 2a is turned on, and both ends of the voltage dividing resistor R11 are short-circuited by the switching element Q2.
  • the detection value becomes a relatively small value (hereinafter referred to as a first detection value).
  • the first detection value input from the voltage detection circuit 2a to the boost chopper controller IC1 with respect to the target value of the boost chopper circuit 1 is lower than when the switching element Q2 is turned off.
  • the DC output voltage of the boost chopper circuit 1 is increased.
  • the DC output voltage Vbus at this time is the first DC output voltage V1, and is about 300 volts, for example.
  • the power conversion control unit IC2 switches the switching mode of the switching elements Q3 to Q6, and the lamp voltage is as low as 0 to 60 volts until the lamp voltage reaches the rated lighting voltage of 90 to 110 volts. In the lamp voltage region, control is performed so that a large amount of lamp current flows through the high-pressure discharge lamp LA so as to prevent the high-pressure discharge lamp LA from turning off and to quickly warm the high-pressure discharge lamp LA.
  • the control signal Vten output from the power conversion control unit IC2 is switched from the high level to the low level, and the switching element Q2 of the voltage detection circuit 2a is turned off.
  • the value is a relatively large value (hereinafter referred to as a second detection value).
  • the second detection value input from the voltage detection circuit 2a to the boost chopper control unit IC1 with respect to the target value of the boost chopper circuit 1 is higher than the first detection value, so that the boost chopper control unit IC1
  • the step-up chopper circuit 1 is stopped to bring the detected value 2 close to the target value.
  • the DC output voltage Vbus corresponding to the second detection value is set as the second DC output voltage V2.
  • the power conversion control unit IC2 When the high-pressure discharge lamp LA is warmed and the tube voltage reaches the vicinity of the rated lamp voltage, the power conversion control unit IC2 further switches the switching mode of the switching elements Q3 to Q6, and causes a triangular wave lamp current to flow through the high-pressure discharge lamp LA.
  • the power conversion control unit IC2 switches the control signal Vten from the high level to the low level at the end time t1 of the start mode.
  • the control signal Vten is switched from the low level to the high level again when a short time (for example, several hundred microseconds) elapses, and thereafter, the control signal Vten until the predetermined time elapses from the end point t1 of the start mode.
  • Vten is alternately switched between a low level and a high level in a very short cycle (for example, several hundred microseconds).
  • the boost chopper control unit IC1 switches the DC output voltage Vbus alternately between the first DC output voltage V1 and the second DC output voltage V2.
  • the boost chopper circuit 1 is controlled. Therefore, the DC output voltage Vbus of the step-up chopper circuit 1 in the period (for example, several hundred milliseconds) from the end time t1 of the start mode to the time t2 when a predetermined time elapses is apparently the first DC output voltage V1.
  • the voltage V3 is between the second DC output voltage V2 (see FIG. 2A).
  • the power conversion control unit IC2 fixes the control signal Vten to the low level.
  • the boost chopper control unit IC1 controls the boost chopper circuit 1 so that the DC output voltage Vbus becomes the second DC output voltage V2.
  • the DC output voltage Vbus of the step-up chopper circuit 1 has dropped to a voltage V3 lower than the first DC output voltage V1 at this time, an extremely short time has elapsed since the predetermined time t2.
  • the DC output voltage Vbus drops to the second DC output voltage V2 (see FIG. 2A).
  • the DC output voltage Vbus is changed from the first DC output voltage V1 to the second DC output.
  • the step-up chopper circuit 1 stops during the period (t1 to t3) when the voltage V2 is lowered, and the induced voltage is not induced in the secondary winding N2 magnetically coupled to the inductor L1 of the step-up chopper circuit 1.
  • the circuit 5 cannot generate the control power supply Vcc.
  • the boost chopper circuit 1 is intermittently operated by alternately switching the control signal Vten between the low level and the high level between the end times t1 and t2.
  • the control power supply circuit 5 can generate the control power supply Vcc.
  • the period (t2 to t3) during which the boost chopper circuit 1 is temporarily stopped can be shortened.
  • the boost chopper control circuit 2 switches the DC output voltage Vbus of the boost chopper circuit 1 from the first DC output voltage V1 to the second DC output voltage V2. 1 is intermittently operated, the stop period of the step-up chopper circuit 1 is shortened as compared with the case where the operation is not intermittently performed.
  • the control power supply circuit 5 for supplying the control power supply Vcc is increased in size and cost is prevented while avoiding an increase in cost.
  • the control power supply Vcc can be supplied also when the DC output voltage Vbus of the step-up chopper circuit 1 is switched when the lamp LA is started.
  • the detection value of the voltage detection circuit 2a is switched by the power conversion control unit IC2 in order to cause the boost chopper circuit 1 to operate intermittently.
  • the DC output in the boost chopper control circuit 2 is switched.
  • the step-up chopper circuit 1 can be intermittently operated by switching the target value of the voltage Vbus.
  • the control signal Vten output from the power conversion control unit IC2 during the period from the end point t1 to t2 of the start mode is set to the high level time (H) and the low level time (L). If the ratio H / L is gradually decreased, the voltage V3 at which the DC output voltage Vbus of the boost chopper circuit 1 is temporarily stabilized is changed to the second DC output voltage V2 as shown in FIG. As a result, the stop period of the boost chopper circuit 1 from t2 to t3 can be further shortened.
  • the high pressure discharge lamp lighting device of the present embodiment is characterized in the configuration of the voltage detection circuit 2a as shown in FIG. 4, and the other configurations are the same as those in the first embodiment. Therefore, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the voltage detection circuit 2a in the present embodiment includes a voltage dividing resistor R20 inserted between the voltage dividing resistor R11 and the ground, a switching element Q20 including a field effect transistor connected in parallel with the voltage dividing resistor R20, and a capacitor C20. And a resistor R21, which is different from the first embodiment in that a delay circuit for delaying a low-level control signal Vten input from the power conversion control unit IC2 to the gate of the switching element Q20 is added.
  • the control signal Vten is switched from the high level to the low level at the end time t1 of the start mode.
  • the gate voltage Vgs immediately becomes low level and turns off, but as shown in FIG. 5D, the gate voltage of the switching element Q20 is turned off.
  • Vgs gradually decreases due to the action of the delay circuit (capacitor C20 and resistor R21), and as a result, does not turn off until a predetermined time elapses from the end time t1.
  • a detection value (third detection value) that is smaller than the first detection value and larger than the second detection value. Since the voltage is output from the voltage detection circuit 2a to the boost chopper controller IC1, the boost chopper circuit 1 is stopped until a predetermined time elapses after the start mode end time t1 ( ⁇ t3), but FIG. As shown in FIG. 4, the boost chopper circuit 1 continuously operates during the period from time t2 to time t3 when the DC output voltage Vbus of the boost chopper circuit 1 drops to the third DC output voltage V3 corresponding to the third detection value. become.
  • the detection value output from the voltage detection circuit 2a to the boost chopper controller IC1 is switched from the third detection value to the second detection value, so that the boost chopper circuit 1 Stops again, and the boost chopper circuit 1 continuously operates again after time t4 when the DC output voltage Vbus of the boost chopper circuit 1 drops to the second DC output voltage V2 (see FIG. 5A). ).
  • the period (t1 to t2) during which the boost chopper circuit 1 is stopped when the DC output voltage Vbus of the boost chopper circuit 1 is switched from the first DC output voltage V1 to the second DC output voltage V2. , T3 to t4) and the operation period (t2 to t3) is provided to perform the intermittent operation.
  • the stop period of the boost chopper circuit 1 is shortened compared to the case where the intermittent operation is not performed.
  • control power supply Vcc is supplied even when the DC output voltage Vbus of the step-up chopper circuit 1 is switched at the start of the high-pressure discharge lamp LA while avoiding an increase in size and cost of the control power supply circuit 5 that supplies the control power supply Vcc. Is possible.
  • the power (lamp current) supplied from the power conversion circuit 3 to the high pressure discharge lamp LA can be adjusted by the power conversion control circuit 4, as shown in FIG.
  • the power conversion control unit IC2 controls the switching elements Q3 to Q6 and supplies the switching elements Q3 to Q6 to the high pressure discharge lamp LA. If the lamp current is temporarily increased, the power consumption by the high-pressure discharge lamp LA increases, so that the DC output voltage Vbus of the step-up chopper circuit 1 quickly decreases (see the solid line in FIG. 6A). The stop period of the chopper circuit 1 can be shortened.
  • the lamp current (lamp power)
  • the light output of the high-pressure discharge lamp LA also increases and flickers. Therefore, the light output is such that no flicker is felt, for example, when the lamp current is not increased. It is desirable to increase the lamp current to such an extent that the increase ratio becomes 50% or less.
  • FIG. 7 is an external perspective view of a lighting fixture provided with the high-pressure discharge lamp lighting device of Embodiment 1 or 2 and the fixture main body 12 that holds the high-pressure discharge lamp LA.
  • This lighting fixture is a downlight in which a fixture main body 12 is embedded in an embedding hole provided in a ceiling, and a high pressure discharge lamp lighting device is accommodated in a box-shaped case 11, and a cable 13 is provided in the case 11.
  • the high pressure discharge lamp lighting device and the high pressure discharge lamp LA are electrically connected.
  • the present invention is a technique for enabling supply of control power even when switching a DC output voltage of a boost chopper circuit at the start of a high-pressure discharge lamp while avoiding an increase in size and cost of a power supply circuit for supplying control power. Available.

Abstract

 昇圧チョッパ制御回路2が、昇圧チョッパ回路1の直流出力電圧Vbusを第1の直流出力電圧V1から第2の直流出力電圧V2へ切り換える際に昇圧チョッパ回路1を間欠動作させる。故に、間欠動作させない場合と比べて昇圧チョッパ回路1の停止期間が短くなり、その結果、制御電源Vccを供給する制御電源回路5の大型化並びにコスト上昇を回避しつつ高圧放電灯LAの始動時における昇圧チョッパ回路1の直流出力電圧Vbusの切換時にも制御電源Vccを供給することが可能となる。

Description

高圧放電灯点灯装置及び照明器具
 本発明は、高圧放電灯を点灯する高圧放電灯点灯装置及び高圧放電灯点灯装置を有する照明器具に関するものである。
 従来、高輝度放電ランプ(HIDランプ)のような高圧放電灯を点灯する高圧放電灯点灯装置として、特許文献1に記載されているようなものが提案されている。特許文献1に記載されている従来例は、始動時にイグナイタ(始動回路)から高圧放電灯に高圧パルスを印加する代わりに、始動時における昇圧チョッパ回路の出力電圧を定常点灯時の出力電圧よりも高くすることで高圧放電灯を始動するものである。
 また、上記従来例では、昇圧チョッパ回路の出力電圧を調整するための制御回路の電源(制御電源)を、昇圧チョッパ回路を構成するインダクタに磁気結合された巻線に誘起される誘起電圧から得ている。
特許3846619号公報
 ところで、上記従来例のように高圧放電灯の始動前後で昇圧チョッパ回路の出力電圧を増減する場合、始動直後の高圧放電灯で消費される電力が少ないために昇圧チョッパ回路の出力段に設けられている平滑コンデンサの両端電圧がすぐには低下せず、そのため、出力電圧を目標値に一致させるようにフィードバック制御を行っている制御手段が昇圧チョッパ回路を一時的に停止させてしまうことがあった。そして、昇圧チョッパ回路が停止すると、昇圧チョッパ回路のインダクタに磁気結合された巻線に誘起電圧が誘起されなくなるので、制御手段への制御電源の供給も停止してしまう虞があった。これに対して、誘起電圧を平滑するためのコンデンサの静電容量を大きくすることで昇圧チョッパ回路が停止している間にも制御電源を供給することは可能ではあるが、上記コンデンサの容量増大は制御電源を供給する電源回路の大型化やコスト上昇を招くという問題がある。
 本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、制御電源を供給する電源回路の大型化並びにコスト上昇を回避しつつ高圧放電灯の始動時における昇圧チョッパ回路の直流出力電圧の切換時にも制御電源を供給することが可能な高圧放電灯点灯装置及び照明器具を提供することにある。
 請求項1の発明は、上記目的を達成するために、直流入力電圧を所望の直流出力電圧へ昇圧する昇圧チョッパ回路と、昇圧チョッパ回路の直流出力電圧が前記所望の直流出力電圧に一致するように昇圧チョッパ回路を制御する昇圧チョッパ制御回路と、昇圧チョッパ回路の直流出力を高圧放電灯の始動及び点灯に必要な電力に変換する電力変換回路と、電力変換回路を制御して高圧放電灯に供給される電力を調整する電力変換制御回路と、少なくとも昇圧チョッパ制御回路に対して動作用の制御電源を供給する制御電源回路とを備え、昇圧チョッパ回路は、インダクタと、インダクタに流れる電流を断続するスイッチング素子と、インダクタから流れ出る電流を整流する整流素子と、整流素子で整流された電流を平滑する平滑コンデンサとを具備し、制御電源回路は、昇圧チョッパ回路が具備するインダクタに磁気結合された巻線を有し、当該巻線に誘起される誘起電圧を整流平滑することで制御電源を得るものであり、昇圧チョッパ制御回路は、高圧放電灯の始動時に昇圧チョッパ回路の直流出力電圧を第1の直流出力電圧に一致させるように制御するとともに、高圧放電灯の始動後に昇圧チョッパ回路の出力電圧を第1の直流出力電圧よりも低い第2の直流出力電圧に一致させるものであって、昇圧チョッパ回路の直流出力電圧を第1の直流出力電圧から第2の直流出力電圧へ切り換える際に昇圧チョッパ回路を間欠動作させることを特徴とする。
 請求項1の発明によれば、昇圧チョッパ制御回路が、昇圧チョッパ回路の直流出力電圧を第1の直流出力電圧から第2の直流出力電圧へ切り換える際に昇圧チョッパ回路を間欠動作させるので、間欠動作させない場合と比べて昇圧チョッパ回路の停止期間が短くなり、その結果、制御電源を供給する電源回路の大型化並びにコスト上昇を回避しつつ高圧放電灯の始動時における昇圧チョッパ回路の直流出力電圧の切換時にも制御電源を供給することが可能となる。
 請求項2の発明は、請求項1の発明において、昇圧チョッパ制御回路は、昇圧チョッパ回路の直流出力電圧を検出するとともに当該検出値が目標値と一致するようにフィードバック制御を行うものであって、昇圧チョッパ回路の直流出力電圧を第1の直流出力電圧から第2の直流出力電圧へ切り換える際に、第1の直流出力電圧に対応する第1の目標値と第2の直流出力電圧に対応する第2の目標値若しくは第1の直流出力電圧に対応する第1の検出値と第2の直流出力電圧に対応する第2の検出値が交互に切り換えられることを特徴とする。
 請求項3の発明は、請求項1の発明において、昇圧チョッパ制御回路は、昇圧チョッパ回路の直流出力電圧を検出するとともに当該検出値が目標値と一致するようにフィードバック制御を行うものであって、昇圧チョッパ回路の直流出力電圧を第1の直流出力電圧から第2の直流出力電圧へ切り換える際に、第1の直流出力電圧よりも低く且つ第2の直流出力電圧よりも高い第3の直流出力電圧に対応する第3の目標値若しくは当該第3の直流出力電圧に対応する第3の検出値に切り換えられた後、第2の直流出力電圧に対応する第2の目標値又は当該第2の直流出力電圧に対応する第2の検出値に切り換えられることを特徴とする。
 請求項4の発明は、請求項1~3の何れか1項の発明において、第1の直流出力電圧と第2の直流出力電圧との電圧差が30ボルト以上であることを特徴とする。
 請求項5の発明は、上記目的を達成するために、請求項1~4の何れかの高圧放電灯点灯装置と、当該高圧放電灯点灯装置並びに高圧放電灯を保持する器具本体とを備えたことを特徴とする。
 本発明によれば、制御電源を供給する電源回路の大型化並びにコスト上昇を回避しつつ高圧放電灯の始動時における昇圧チョッパ回路の直流出力電圧の切換時にも制御電源を供給することが可能となる。
本発明に係る高圧放電灯点灯装置の実施形態1を示す回路図である。 同上の動作説明図である。 同上の別の動作説明図である。 本発明に係る高圧放電灯点灯装置の実施形態2を示す回路図である。 同上の動作説明図である。 同上の別の動作説明図である。 本発明に係る照明器具の実施形態を示す外観斜視図である。
 以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
 (実施形態1)
 本実施形態の高圧放電灯点灯装置は、図1に示すように交流電源ACを整流回路DBで全波整流してなる直流入力電圧を所望の直流出力電圧Vbusに昇圧する昇圧チョッパ回路1と、昇圧チョッパ回路1を構成するスイッチング素子Q1をスイッチング制御する昇圧チョッパ制御回路2と、昇圧チョッパ回路1の直流出力を所望の交流出力に変換する電力変換回路3と、電力変換回路3を制御して高圧放電灯LAに供給する電力を調整する電力変換制御回路4と、昇圧チョッパ制御回路2を構成する昇圧チョッパ制御部IC1並びに電力変換制御回路4を構成する電力変換制御部IC2に動作電源(制御電源Vcc)を供給する制御電源回路5とを備えている。
 昇圧チョッパ回路1は従来周知のものであって、整流回路DBの高電位側の出力端に一端が接続されたインダクタL1と、インダクタL1の他端と整流回路DBの低電位側の出力端との間に抵抗R7とともに挿入された電界効果トランジスタからなるスイッチング素子Q1と、インダクタL1とスイッチング素子Q1の接続点にアノードが接続されたダイオードD1と、ダイオードD1のカソードと整流回路DBの低電位側の出力端との間に挿入された平滑コンデンサC4とを具備している。尚、インダクタL1には2次巻線N2が磁気結合されている。
 昇圧チョッパ制御回路2は、スイッチング素子Q1をスイッチング制御(PWM制御)する昇圧チョッパ制御部IC1と、整流回路DBから昇圧チョッパ回路1に入力する直流入力電圧を分圧する分圧抵抗R1,R2,R3と、電源投入時に昇圧チョッパ制御部IC1の動作電源を供給するために整流回路DBの出力端間に接続された抵抗R4,R5とコンデンサC1の直列回路と、昇圧チョッパ回路1の直流出力電圧Vbusを検出するための電圧検出回路2aとを具備している。昇圧チョッパ制御部IC1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、電圧検出回路2aの検出値(昇圧チョッパ回路1の直流出力電圧Vbusに対応した電圧値)を所望の目標値に一致させるようにスイッチング素子Q1のオンデューティ比を調整するフィードバック制御(PWM制御)を行う。さらに、昇圧チョッパ制御部IC1は、抵抗R1,R2,R3の直列回路によって昇圧チョッパ回路1に入力する直流入力電圧を検出するとともに、2次巻線N2に誘起される誘起電圧によってインダクタL1に流れる入力電流を検出し、入力電流と直流入力電圧の位相がずれないように回路に抵抗性を持たせる力率改善制御を行っている。
 電圧検出回路2aは、昇圧チョッパ回路1を構成する平滑コンデンサC4と並列に接続された4つの分圧抵抗R8,R9,R10,R11の直列回路と、一端がグランドに接続された分圧抵抗R11と並列に接続されて分圧抵抗R11の両端間を開閉自在に短絡するスイッチング素子Q2とで構成される。尚、スイッチング素子Q2は、後述するように電力変換制御回路4から出力される制御信号Vtenによってオン・オフされる。
 電力変換回路3は、いわゆるフルブリッジ回路であって、電界効果トランジスタからなる2つのスイッチング素子Q3,Q4の直列回路と、同じく電界効果トランジスタからなる2つのスイッチング素子Q5,Q6の直列回路とが昇圧チョッパ回路1の出力端間に並列接続されるとともに、双方の直列回路の中点(スイッチング素子Q3,Q4の接続点及びスイッチング素子Q5,Q6の接続点)間に高圧放電灯LAを含む負荷回路6が接続されてなる。負荷回路6は、2つのインダクタL2,L3と高圧放電灯LAの直列回路と、インダクタL3と高圧放電灯LAに並列接続されたコンデンサC6とを有し、インダクタL2とコンデンサC6とで共振回路を構成している。
 電力変換制御部IC2は、例えば、マイクロコンピュータで構成されており、高圧放電灯LAに印加される電圧(ランプ電圧)を検出し、当該検出結果に応じて高圧放電灯LAの状態(点灯、消灯など)を検出する。また、電力変換制御部IC2からは電力変換回路3のスイッチング素子Q3~Q6を駆動する駆動信号a~dが出力される。
 制御電源回路5は、2次巻線N2と抵抗R6との接続点にアノードが接続されたダイオードD2と、ダイオードD2のカソードに一端が接続された抵抗R12と、抵抗R12の他端とグランドの間に挿入された平滑コンデンサC5と、平滑コンデンサC5に並列接続されたツェナーダイオードD4とで構成され、2次巻線N2に誘起される誘起電圧をダイオードD2で整流し且つ平滑コンデンサC5で平滑するとともにツェナーダイオードD4でクランプすることによって略一定の制御電源Vccを生成している。尚、制御電源回路5で生成される制御電源Vccは、ダイオードD3を介して昇圧チョッパ制御部IC1に供給されるとともに、電力変換制御部IC2に供給される。
 以下、本実施形態の高圧放電灯点灯装置の基本動作について説明する。但し、下記の基本動作は一例であって、本発明の主旨を逸脱しない範囲でその他の動作をすることも可能である。
(始動モード)
 まず、高圧放電灯LAを始動するには、電極間に高電圧を印加して電極間の絶縁を破壊する必要がある。本実施形態においては、電力変換制御部IC2が電力変換回路3の2つのスイッチング素子Q3,Q6とQ4,Q5のペアをインダクタL2とコンデンサC6からなる共振回路の共振周波数に近い周波数で交互にスイッチングさせることにより、昇圧チョッパ回路1の直流出力電圧Vbusよりも充分に高い(例えば、数キロボルトの)高電圧(共振電圧)を電極間に印加して高圧放電灯LAを始動している。但し、インダクタL2の巻線の一部に一端を接続したコンデンサと、コンデンサの他端に直列に接続した抵抗からなる共振回路を設け、当該共振回路によって始動用の高電圧を発生させるようにしても構わない。尚、この始動モードにおいて、電力変換制御部IC2からはハイレベルの制御信号Vtenが出力されて電圧検出回路2aのスイッチング素子Q2がオンされており、分圧抵抗R11の両端がスイッチング素子Q2で短絡されることで検出値が相対的に小さい値(以下、第1の検出値と呼ぶ。)となる。このとき、昇圧チョッパ回路1の目標値に対して電圧検出回路2aから昇圧チョッパ制御部IC1に入力する第1の検出値がスイッチング素子Q2のオフ時よりも低くなるため、昇圧チョッパ制御部IC1は第1の検出値を目標値に近付けるために昇圧チョッパ回路1の直流出力電圧を上昇させることになる。このときの直流出力電圧Vbusが第1の直流出力電圧V1であって、例えば、300ボルト程度である。
(低ランプ電圧モード)
 高圧放電灯LAの始動後、電力変換制御部IC2はスイッチング素子Q3~Q6のスイッチングモードを切り換え、ランプ電圧が略定格点灯電圧である90~110ボルトに到達するまでの0~60ボルトほどの低ランプ電圧領域においては、高圧放電灯LAの立ち消え防止及び早く高圧放電灯LAが温まるように高圧放電灯LAに多くのランプ電流を流すように制御する。尚、始動モードから低ランプ電圧モードに切り換わる際、電力変換制御部IC2から出力される制御信号Vtenがハイレベルからローレベルに切り換えられ、電圧検出回路2aのスイッチング素子Q2がオフすることで検出値が相対的に大きい値(以下、第2の検出値と呼ぶ。)となる。このとき、昇圧チョッパ回路1の目標値に対して電圧検出回路2aから昇圧チョッパ制御部IC1に入力する第2の検出値が第1の検出値よりも高くなるため、昇圧チョッパ制御部IC1は第2の検出値を目標値に近付けるために昇圧チョッパ回路1を停止させることになる。尚、第2の検出値に対応した直流出力電圧Vbusを第2の直流出力電圧V2とする。
(安定点灯モード)
 高圧放電灯LAが温まって管電圧が定格ランプ電圧近辺に到達すると、電力変換制御部IC2はさらにスイッチング素子Q3~Q6のスイッチングモードを切り換え、高圧放電灯LAに三角波状のランプ電流を流す。尚、安定点灯モードにおいては、定格ランプ電圧の2~2.5倍程度(例えば、160~270ボルト程度)の直流出力電圧Vbusが昇圧チョッパ回路1から電力変換回路3に供給される。従って、第1の直流出力電圧V1と第2の直流出力電圧V2との電圧差は30ボルト(=300-270)以上となる。
 次に、本発明の要旨である始動モードから低ランプ電圧モードに切り換わる際の動作について説明する。
 図2(b)に示すように、電力変換制御部IC2は始動モードから低ランプ電圧モードに移行する際、始動モードの終了時点t1で制御信号Vtenをハイレベルからローレベルに切り換えた後、非常に短い時間(例えば、数百マイクロ秒)が経過したときに制御信号Vtenを再度ローレベルからハイレベルに切り換えるとともに、以降、始動モードの終了時点t1から所定時間が経過する時点t2まで、制御信号Vtenを非常に短い周期(例えば、数百マイクロ秒)でローレベルとハイレベルに交互に切り換える。このように制御信号Vtenが短い周期でハイレベルとローレベルに切り換えられると、昇圧チョッパ制御部IC1は直流出力電圧Vbusを第1の直流出力電圧V1と第2の直流出力電圧V2に交互に切り換えるように昇圧チョッパ回路1を制御することになる。そのため、始動モードの終了時点t1から所定時間が経過する時点t2までの期間(例えば、数百ミリ秒)における昇圧チョッパ回路1の直流出力電圧Vbusが、見かけ上、第1の直流出力電圧V1と第2の直流出力電圧V2との間の電圧V3となる(図2(a)参照)。そして、所定時間の経過時点t2において、電力変換制御部IC2は、制御信号Vtenをローレベルに固定する。制御信号Vtenがローレベルに固定されると、昇圧チョッパ制御部IC1は直流出力電圧Vbusが第2の直流出力電圧V2となるように昇圧チョッパ回路1を制御するため、昇圧チョッパ回路1を一時的に停止するが、この時点では昇圧チョッパ回路1の直流出力電圧Vbusが第1の直流出力電圧V1よりも低い電圧V3まで低下しているので、所定時間の経過時点t2から極短い時間が経過した時点t3で直流出力電圧Vbusが第2の直流出力電圧V2まで低下することになる(図2(a)参照)。
 而して、始動モードの終了時点t1で制御信号Vtenをハイレベルからローレベルに切り換えてローレベルに固定してしまうと、直流出力電圧Vbusが第1の直流出力電圧V1から第2の直流出力電圧V2まで低下する期間(t1~t3)に昇圧チョッパ回路1が停止してしまい、昇圧チョッパ回路1のインダクタL1に磁気結合された2次巻線N2に誘起電圧が誘起されなくなるために制御電源回路5が制御電源Vccを生成できなくなってしまう。これに対して本実施形態では、終了時点t1~t2の間で制御信号Vtenをローレベルとハイレベルに交互に切り換えることにより昇圧チョッパ回路1を間欠動作させているので、上述のようにt1~t2の期間では2次巻線N2に断続的に誘起電圧が誘起されるために制御電源回路5が制御電源Vccを生成することが可能となる。しかも、昇圧チョッパ回路1が一時的に停止する期間(t2~t3)を短くすることもできる。
 上述のように本実施形態によれば、昇圧チョッパ制御回路2が、昇圧チョッパ回路1の直流出力電圧Vbusを第1の直流出力電圧V1から第2の直流出力電圧V2へ切り換える際に昇圧チョッパ回路1を間欠動作させるので、間欠動作させない場合と比べて昇圧チョッパ回路1の停止期間が短くなり、その結果、制御電源Vccを供給する制御電源回路5の大型化並びにコスト上昇を回避しつつ高圧放電灯LAの始動時における昇圧チョッパ回路1の直流出力電圧Vbusの切換時にも制御電源Vccを供給することが可能となる。尚、本実施形態では昇圧チョッパ回路1を間欠動作させるために電圧検出回路2aの検出値を電力変換制御部IC2によって切り換えているが、検出値を切り換える代わりに、昇圧チョッパ制御回路2における直流出力電圧Vbusの目標値を切り換えることでも昇圧チョッパ回路1を間欠動作させることが可能である。
 ところで、図3(b)に示すように始動モードの終了時点t1からt2までの期間に電力変換制御部IC2から出力する制御信号Vtenを、ハイレベル時間(H)とローレベル時間(L)との比H/Lが徐々に小さくなるようにすれば、図3(a)に示すように昇圧チョッパ回路1の直流出力電圧Vbusが一時的に安定する電圧V3を第2の直流出力電圧V2に近付けることができ、その結果、t2~t3の昇圧チョッパ回路1の停止期間をさらに短くすることが可能となる。
 (実施形態2)
 本実施形態の高圧放電灯点灯装置は、図4に示すように電圧検出回路2aの構成に特徴があり、その他の構成については実施形態1と共通である。したがって、実施形態1と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
 本実施形態における電圧検出回路2aは、分圧抵抗R11とグランドとの間に挿入された分圧抵抗R20と、分圧抵抗R20と並列接続された電界効果トランジスタからなるスイッチング素子Q20と、コンデンサC20と抵抗R21からなり、電力変換制御部IC2からスイッチング素子Q20のゲートに入力されるローレベルの制御信号Vtenを遅延する遅延回路とが追加されている点が実施形態1と異なる。
 次に、本発明の要旨である始動モードから低ランプ電圧モードに切り換わる際の動作について説明する。
 図5(b)に示すように、電力変換制御部IC2は始動モードから低ランプ電圧モードに移行する際、始動モードの終了時点t1で制御信号Vtenをハイレベルからローレベルに切り換える。このとき、図5(c)に示すように電圧検出回路2aのスイッチング素子Q2ではゲート電圧Vgsが直ちにローレベルとなってターンオフするが、図5(d)に示すようにスイッチング素子Q20のゲート電圧Vgsは遅延回路(コンデンサC20及び抵抗R21)の作用で徐々に低下し、その結果、終了時点t1から所定時間が経過した時点t3まではターンオフしない。スイッチング素子Q2がオフ、スイッチング素子Q20がオンしている期間(t1~t3)においては、第1の検出値よりも小さく且つ第2の検出値よりも大きい検出値(第3の検出値)が電圧検出回路2aから昇圧チョッパ制御部IC1に出力されるため、始動モードの終了時点t1から所定時間が経過する時点t2(<t3)までは昇圧チョッパ回路1が停止するが、図5(a)に示すように昇圧チョッパ回路1の直流出力電圧Vbusが第3の検出値に対応する第3の直流出力電圧V3まで低下した時点t2からt3の期間では昇圧チョッパ回路1が連続して動作することになる。
 そして、t3の時点でスイッチング素子Q20がターンオフすると、電圧検出回路2aから昇圧チョッパ制御部IC1に出力される検出値が第3の検出値から第2の検出値へ切り換わるために昇圧チョッパ回路1が再度停止し、昇圧チョッパ回路1の直流出力電圧Vbusが第2の直流出力電圧V2まで低下した時点t4以降に再度昇圧チョッパ回路1が連続して動作することになる(図5(a)参照)。
 上述のように本実施形態においても昇圧チョッパ回路1の直流出力電圧Vbusを第1の直流出力電圧V1から第2の直流出力電圧V2に切り換える際に昇圧チョッパ回路1を停止する期間(t1~t2,t3~t4)と動作させる期間(t2~t3)を設けて間欠動作させているので、実施形態1と同様に、間欠動作させない場合と比べて昇圧チョッパ回路1の停止期間が短くなり、その結果、制御電源Vccを供給する制御電源回路5の大型化並びにコスト上昇を回避しつつ高圧放電灯LAの始動時における昇圧チョッパ回路1の直流出力電圧Vbusの切換時にも制御電源Vccを供給することが可能となる。
 尚、実施形態1,2においては電力変換制御回路4によって電力変換回路3から高圧放電灯LAに供給する電力(ランプ電流)を調整することが可能であるから、図6(c)に示すように始動モードの終了時点t1で制御信号Vtenをハイレベルからローレベルに切り換えるのと同時に、電力変換制御部IC2がスイッチング素子Q3~Q6を制御して電力変換回路3から高圧放電灯LAに供給するランプ電流を一時的に増大させれば、高圧放電灯LAによる電力消費が増えることで昇圧チョッパ回路1の直流出力電圧Vbusが早く低下し(図6(a)の実線参照)、その結果、昇圧チョッパ回路1の停止期間を短縮することができる。但し、ランプ電流(ランプ電力)を一時的に増大すると高圧放電灯LAの光出力も増加してちらつきが生じるので、ちらつきが感じられない程度、例えば、ランプ電流を増大しない場合に対して光出力の増加割合が50%以下となる程度にランプ電流を増大させることが望ましい。
 図7は実施形態1又は2の高圧放電灯点灯装置と高圧放電灯LAを保持する器具本体12を備えた照明器具の外観斜視図である。この照明器具は、天井に設けられる埋込孔に器具本体12が埋込配設されるダウンライトであって、箱形のケース11に高圧放電灯点灯装置が収納され、ケーブル13によってケース11内の高圧放電灯点灯装置と高圧放電灯LAが電気的に接続されている。
 本発明は、制御電源を供給する電源回路の大型化並びにコスト上昇を回避しつつ高圧放電灯の始動時における昇圧チョッパ回路の直流出力電圧の切換時にも制御電源を供給可能にするための技術として利用できる。
 1 昇圧チョッパ回路
 2 昇圧チョッパ制御回路
 2a 電圧検出回路
 3 電力変換回路
 4 電力変換制御回路
 IC1 昇圧チョッパ制御部
 IC2 電力変換制御部

Claims (5)

  1.  直流入力電圧を所望の直流出力電圧へ昇圧する昇圧チョッパ回路と、昇圧チョッパ回路の直流出力電圧が前記所望の直流出力電圧に一致するように昇圧チョッパ回路を制御する昇圧チョッパ制御回路と、昇圧チョッパ回路の直流出力を高圧放電灯の始動及び点灯に必要な電力に変換する電力変換回路と、電力変換回路を制御して高圧放電灯に供給される電力を調整する電力変換制御回路と、少なくとも昇圧チョッパ制御回路に対して動作用の制御電源を供給する制御電源回路とを備え、
     昇圧チョッパ回路は、インダクタと、インダクタに流れる電流を断続するスイッチング素子と、インダクタから流れ出る電流を整流する整流素子と、整流素子で整流された電流を平滑する平滑コンデンサとを具備し、
     制御電源回路は、昇圧チョッパ回路が具備するインダクタに磁気結合された巻線を有し、当該巻線に誘起される誘起電圧を整流平滑することで制御電源を得るものであり、
     昇圧チョッパ制御回路は、高圧放電灯の始動時に昇圧チョッパ回路の直流出力電圧を第1の直流出力電圧に一致させるように制御するとともに、高圧放電灯の始動後に昇圧チョッパ回路の出力電圧を第1の直流出力電圧よりも低い第2の直流出力電圧に一致させるものであって、昇圧チョッパ回路の直流出力電圧を第1の直流出力電圧から第2の直流出力電圧へ切り換える際に昇圧チョッパ回路を間欠動作させることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
  2.  昇圧チョッパ制御回路は、昇圧チョッパ回路の直流出力電圧を検出するとともに当該検出値が目標値と一致するようにフィードバック制御を行うものであって、昇圧チョッパ回路の直流出力電圧を第1の直流出力電圧から第2の直流出力電圧へ切り換える際に、第1の直流出力電圧に対応する第1の目標値と第2の直流出力電圧に対応する第2の目標値若しくは第1の直流出力電圧に対応する第1の検出値と第2の直流出力電圧に対応する第2の検出値が交互に切り換えられることを特徴とする請求項1記載の高圧放電灯点灯装置。
  3.  昇圧チョッパ制御回路は、昇圧チョッパ回路の直流出力電圧を検出するとともに当該検出値が目標値と一致するようにフィードバック制御を行うものであって、昇圧チョッパ回路の直流出力電圧を第1の直流出力電圧から第2の直流出力電圧へ切り換える際に、第1の直流出力電圧よりも低く且つ第2の直流出力電圧よりも高い第3の直流出力電圧に対応する第3の目標値若しくは当該第3の直流出力電圧に対応する第3の検出値に切り換えられた後、第2の直流出力電圧に対応する第2の目標値又は当該第2の直流出力電圧に対応する第2の検出値に切り換えられることを特徴とする請求項1記載の高圧放電灯点灯装置。
  4.  第1の直流出力電圧と第2の直流出力電圧との電圧差が30ボルト以上であることを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載の高圧放電灯点灯装置。
  5.  請求項1~4の何れかの高圧放電灯点灯装置と、当該高圧放電灯点灯装置並びに高圧放電灯を保持する器具本体とを備えたことを特徴とする照明器具。
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