放電灯点灯装置
【課題】始動時に必要な電圧を得ると共に、予熱時の制御を可能にする。
【解決手段】 1次側コイルとコンデンサとが直列接続されて構成された第1の直列回路部と、前記1次側コイルと共にトランスを構成し前記1次側コイルよりも多い巻数を有する2次側コイルと放電灯とが直列接続されて構成された第2の直列回路部と、4つのトランジスタを有し、電源部からの直流電圧を交流電圧に変換して、並列接続された前記第1及び第2の直列回路部の両端に交流電圧を供給するブリッジ型の直流交流変換回路と、を具備する。
【解決手段】 1次側コイルとコンデンサとが直列接続されて構成された第1の直列回路部と、前記1次側コイルと共にトランスを構成し前記1次側コイルよりも多い巻数を有する2次側コイルと放電灯とが直列接続されて構成された第2の直列回路部と、4つのトランジスタを有し、電源部からの直流電圧を交流電圧に変換して、並列接続された前記第1及び第2の直列回路部の両端に交流電圧を供給するブリッジ型の直流交流変換回路と、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、放電灯点灯装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、メタルハライドランプ等のHID(High Intensity Discharge)ランプは、高効率で高輝度であることから、道路照明等の屋外照明用等として、また、DLP(デジタル・ライト・プロセッシング)や液晶プロジェクタ等の投射装置の光源としても利用されるようになってきた。
【0003】
このようなHIDランプを点灯させる従来の放電灯点灯装置においては、例えば、特許文献1に開示された始動器を採用するものがある。
【0004】
特許文献1の装置は、ランプにアーク放電が継続して起こるような比較的小さい振幅で比較的低い周波数の方形波供給電圧を、ランプに供給すると共に、始動時において、コイル及びキャパシタが電気的に共振する比較的高い周波数の供給電圧をランプに供給するものである。特許文献1の装置では、始動時の比較的高い電圧をランプに供給可能であると共に、ランプの通常点灯を維持する電圧をランプに供給可能である。
【特許文献1】特表2005−507553号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、一般的な直列共振回路のコンデンサ両端電圧を高くするためには、大きなインダクタンス、小さな静電容量、小さな寄生抵抗の条件が必要となる。特許文献1の装置では更に高周波でのブリッジ駆動の条件も課せられ、始動時の電圧として十分な電圧を得ることができない。このため、特許文献1の装置では、再点灯に長時間を要することがあるか又は始動のためのより高い電圧を発生する回路を別途用意する必要がある。
【0006】
本発明は、簡単な回路でランプ始動時の比較的高い電圧を発生することができ、更に、予熱制御を行うことができる放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る放電灯点灯装置は、1次側コイルとコンデンサとが直列接続されて構成された第1の直列回路部と、前記1次側コイルと共にトランスを構成し前記1次側コイルよりも多い巻数を有する2次側コイルと放電灯とが直列接続されて構成された第2の直列回路部と、4つのトランジスタを有し、電源部からの直流電圧を交流電圧に変換して、並列接続された前記第1及び第2の直列回路部の両端に交流電圧を供給するブリッジ型の直流交流変換回路と、を具備したものである。
【0008】
本発明においては、放電灯の始動時において、第1の直列回路の1次側コイルに発生した電圧が2次側コイルに誘起する。巻数比に応じて、2次側コイルには放電灯の始動に必要な十分高い電圧が発生し、この電圧が放電灯に供給されて、放電灯が始動する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、比較的低い入力電圧を用いて、通常点灯時の比較的低い電圧及び始動時の比較的高い電圧を供給することができ、更に、予熱制御を行うことができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る放電灯点灯装置を示す回路図である。
【0011】
電源部11は直流電圧を発生する。電源部11は定電力を発生するものである。実際の回路では、例えば、定電力制御チョッパ回路の出力平滑コンデンサ等によって、電源部11を構成することができる。
【0012】
電源部11の正極性出力端は電源ラインを介してトランジスタQ1,Q3の各ドレインに接続される。また、電源部11の負極性出力端は基準電位ラインを介してトランジスタQ2,Q4の各ソースに接続される。トランジスタQ1のソースとトランジスタQ2のドレインとは相互に接続される。また、トランジスタQ3のソースとトランジスタQ4のドレインとは相互に接続される。
【0013】
これらのトランジスタQ1〜Q4は、電源部11からの直流電圧を交流電圧に変換するブリッジ型の直流交流変換回路を構成する。
【0014】
トランジスタQ1のソースとトランジスタQ2のドレインとの接続点(以下、第1の接続点という)は、コイルL1及びコンデンサCの第1の直列回路を介して、トランジスタQ3のソースとトランジスタQ4のドレインとの接続点(以下、第2の接続点という)に接続される。また、第1の接続点と第2の接続点との間には、コイルL2及びランプ12との第2の直列回路が接続される。ランプ12としてはHIDランプが採用される。
【0015】
コンデンサCは振動波形形成及び電流制限のために設けられる。また、コイルL1,L2によってトランスTが構成される。なお、コイルL1をトランスTの1次側とし、コイルL2をトランスTの2次側とする。本実施の形態においては、コイルL2の巻数はコイルL1の巻数のn倍(nは正数)に設定される。巻数比nとしては例えば数倍から数百倍の値が設定される。
【0016】
制御部13は、トランジスタQ1〜Q4を駆動するための制御信号を発生する。制御部13は、トランジスタQ1,Q4をオンにすると共に、トランジスタQ2,Q3をオフにする。また、制御部13は、トランジスタQ1,Q4をオフにすると共に、トランジスタQ2,Q3をオンにする。制御部13は、トランジスタQ1〜Q4のオン・オフの切換周波数(駆動周波数)を、ランプ12の点灯時の各フェーズに応じて変化させるようになっている。
【0017】
即ち、本実施の形態においては、制御部13は、始動時及び予熱時において、トランジスタQ1〜Q4を比較的高い周波数で駆動し、通常点灯時において、トランジスタQ1〜Q4を比較的低い周波数で駆動するようになっている。、
次に、このように構成された実施の形態の動作について図2乃至図6を参照して説明する。図2は実施の形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【0018】
<始動時>
電源部11は電源ラインに正極性出力を供給し、基準電位ラインに負極性出力を供給する。電源ラインと基準電位ラインとの間に印加された直流電圧は、ブリッジ型の直流交流変換回路を構成するトランジスタQ1〜Q4に供給される。
【0019】
ランプ12の点灯開始時には、図2のステップS1からステップS2に処理を移行して、制御部13はトランジスタQ1〜Q4の駆動周波数として第1の高い周波数を設定する。制御部13は第1の高い周波数の制御信号をトランジスタQ1〜Q4に与えて、オン,オフさせる(ステップS3)。
【0020】
即ち、ブリッジ回路を構成するトランジスタQ1,Q4が同時にオン,オフ制御され、トランジスタQ2,Q3も同時にオン,オフ制御される。トランジスタQ1,Q4がオンのときは、トランジスタQ2,Q3はオフであり、トランジスタQ1,Q4がオフのときは、トランジスタQ2,Q3はオンである。なお、短絡防止のために、短時間だけ、トランジスタQ1〜Q4が全てオフの状態が設定される。
【0021】
トランジスタQ1,Q4がオンの場合には、電源部11の正極性出力端から、トランジスタQ1、コイルL1、コンデンサC及びトランジスタQ4を介して負極性出力端に電流が流れる。逆に、トランジスタQ2,Q3がオンの場合には、電源部11の正極性出力端から、トランジスタQ3、コンデンサC、コイルL1及びトランジスタQ2を介して負極性出力端に電流が流れる。
【0022】
トランジスタQ1,Q4がオンの場合には、コイルL1を介してコンデンサCが充電され、コンデンサCの端子電圧が略電源部11の電圧Vinまで上昇する。次に、コイルL1に生じた逆起電力によって、コンデンサCの端子電圧は、コイルL1に生じた電圧VLが加算されて、Vin+VLまで上昇する。次に、コイルL1とコンデンサCとの間において自由振動が発生し、コンデンサCの端子電圧は極性を変えながら、所定値に収束する。トランジスタQ2,Q3がオンの場合にも、トランジスタQ1,Q4がオンの場合と同様の動作が行われる。
【0023】
本実施の形態においては、コイルL1に生じた電圧によってコイルL2には巻数比に応じた高い電圧が発生する。コイルL2に発生する電圧は、コイルL1及びコンデンサCに発生する電圧と略同様の波形であり、振幅は巻数比に応じて十分に大きな値となる。コイルL2に発生する電圧がランプ12に印加される。
【0024】
図3は横軸に時間をとり縦軸に電圧をとって、始動時におけるランプ12の両端電圧(無負荷始動電圧)を示す波形図である。また、図4は図3の時間軸を10倍に拡大して示す波形図である。図3において、期間T1はトランジスタQ1,Q4がオンの期間であり、期間T2はトランジスタQ2,Q3がオンの期間である。
【0025】
図3に示すように、ランプ12の両端には、トランジスタQ1,Q4のオンの各開始時及びトランジスタQ2,Q3のオンの各開始時において、極めて高い電圧が発生している。図3の例は、Vinを220Vとし、L1が2.1μHで7ターン、L2が1.3mHで200ターン、Cが0.01μFの場合において、トランジスタQ1〜Q4の駆動周波数を17kHzに設定した場合の特性を示している。図3の例では、ランプ12の両端電圧の最大値は約6640Vであり、最小値は約−4800Vである。この高い電圧が、フルブリッジ駆動の極性反転時毎にランプ12に印加される。なお、始動時における駆動周波数としては、数百Hz〜数百kHzを用いることができる。
【0026】
このように、トランジスタQ1,Q4とトランジスタQ2,Q3とのオンオフを第1の高い周波数で駆動することにより、ランプ12へ高い電圧の振動電圧を印加することができる。
【0027】
また、図4に示すように、ランプ12に印加される電圧波形は、比較的歪が少ない減衰振動波形となっていることが分かる。
【0028】
このように、始動時においては、フルブリッジの極性反転時にコイルL1とコンデンサCとで自由振動が発生する。そして、この自由振動時に、コイルL1に印加される電圧がコイルL1とコイルL2の巻数比に応じてコイルL2に誘導される。なお、上述したように、第1の直列回路の自由振動は次の極性反転までに収束し、電流は略ゼロとなる。
【0029】
<予熱時>
コイルL2に発生した大きな電圧がランプ12に印加されると、ランプ12は絶縁破壊を起こす。始動期間の制御によってランプ12が絶縁破壊を起こすと、次に、予熱期間に移行する(ステップS4)。予熱期間は、放電開始直後の不安定な放電状態から安定した放電状態に移行させるための期間である。
【0030】
絶縁破壊がきっかけとなり、ランプ12はグロー放電に移行し、更にアーク放電に移行して通常点灯状態となる。本実施の形態においては、始動期間、予熱期間及び通常点灯期間の全期間に、電源部11からのエネルギーによって、ランプ12を点灯させる。
【0031】
予熱時には、ランプ12により多くのランプ電流を流した方が、短時間に安定した放電状態が得られる。しかしながら、ランプ電流が大きい場合には、ランプ12の電極等にダメージが発生してしまう。このため、予熱時においては、ランプ電流を制御可能であることが望ましい。本実施の形態においては、トランジスタQ1〜Q4の駆動周波数を制御することで、予熱制御を行っている。
【0032】
図5は横軸に時間をとり縦軸に電流をとって、予熱時のランプ電流の変化を示す波形図である。図5(a)は図3の例と同様の条件において、予熱時のトランジスタQ1〜Q4の駆動周波数(予熱周波数)を10KHzに設定した場合の特性を示し、図5(b)は12KHzに設定した場合の特性を示している。図5の例は、トランジスタQ1〜Q4の駆動周波数を、始動時と予熱時とにおいて同一に設定した例である。なお、予熱時のランプ電流の特性は、周囲の環境温度等の影響を受けるものであり、図5は特定の条件の元での例である。
【0033】
図5(a),(b)のいずれの例の場合にも、また、図示しない8KHz〜15KHzまでのいずれの例の場合にも、予熱開始直後において、ランプ電流は交流にならず脈流となる。なお、この極性はランプ12の端子を逆に接続すると反転する。また、予熱開始直後の脈流は、時間の経過と共に交流に変化する。また、予熱周波数が8KHzから15KHzに高くなるほど予熱時のランプ電流値が減少する。また、予熱周波数を8KHzから15KHzに高くするほど脈流から交流に変化するまでの時間が長くなる。即ち、予熱電流を小さくすると交流に変化するまでの時間が長くなる。
【0034】
以上から、放電開始(予熱開始)直後においては不安定な放電が時間と共に安定して、交流に変化するものと考えられる。予熱期間においては、流れるランプ電流が大きいほど、内部ガス又は電極の温度上昇が早く、安定した放電状態に短時間で移行する。このランプ電流は、予熱周波数を変化させることで、制御可能である。
【0035】
図6は図5の時間軸を拡大して示す波形図である。図6は予熱周波数が12KHzの例であり、図6(a)は図5の脈流区間を示し、図6(b)は図5の交流区間を示す。
【0036】
図6に示すように、ランプ電流はのこぎり波状に変化する。コイルのインダクタンス分によって電流が鋸歯状に変化する。電流値のピークは、トランジスタQ1〜Q4の駆動周波数によって決定される。図6(a)の脈流区間では、ランプ電流は若干飽和状態となっているのに対し、図6(b)に示すように、交流区間においては、歪が少ない鋸歯状波形のランプ電流が得られている。脈流区間より交流区間の方が同一方向への電流ピーク値が小さくなるので、飽和しにくくなる。
【0037】
図5の例では、予熱周波数として10KHzよりも若干高い周波数を採用すると、予熱電流のピーク値も低く、予熱時間も比較的長いと考えられる。このように、予熱周波数を適宜制御することで、ランプ電極等にダメージを与えることなく、予熱が可能である。
【0038】
<通常点灯期間>
次に、予熱を終了させて通常点灯期間に移行する。この場合には、制御部13は、ステップS6からステップS7に処理を移行して、トランジスタQ1〜Q4の駆動周波数として、始動時及び予熱時の駆動周波数よりも低い周波数に設定する。図5の例では、通常点灯期間において、駆動周波数を100Hzにした例を示している。
【0039】
通常点灯時には、トランジスタQ1〜Q4による直流交流変換回路が発生する矩形波電圧に基づいて、主にコイルL2及びランプ12を介して電流が流れる。なお、駆動周波数が低くなっても、コイルL1側にはコンデンサCが直列接続されるため、電流が流れ続けることはない。また、通常点灯時には、電源部11の電圧Vinも低い電圧値になるので、極性反転時のコイルL1の電流は大幅に低下する。通常点灯期間にはランプ12は安定したアーク放電に移行しており、安定したランプ電流が得られている。
【0040】
このように本実施の形態においては、自由振動する1次側コイル及びコンデンサによる第1の直列回路と、2次側コイル及びランプの第2の直列回路とを並列接続し、第1及び第2の直列回路の両端に、4つのトランジスタを用いたブリッジ型の直流交流変換回路によって矩形波電圧を供給している。1次側コイルと2次側コイルとの巻数比に応じて2次側コイルに大電圧を発生させることができ、
更に、始動期間が終了して予熱期間になると、トランジスタの駆動周波数を制御することで、ランプ電極等にダメージを与えることなく、安定放電状態に移行させることができる。例えば、従来の高圧パルス始動方式では電源から制御不能なランプラッシュ電流が流れたが、本実施の形態ではこのランプラッシュ電流を十分に抑制しながら、予熱を行うことができる。これにより、ランプの長寿命化を図ることができる。
【0041】
このように、比較的簡単な構成の回路によって、始動から通常点灯まで高圧放電灯を点灯させることができ、始動回路が一段ですむため、小型化及び低コスト化に有利である。
【0042】
なお、制御部13は、始動期間、予熱期間及び通常点灯期間の切換えを、例えば、駆動開始からの時間によって制御するようにしてもよい。
【0043】
図7は第1の実施の形態の変形例を示す回路図である。図7において図1と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【0044】
図7の例は、図1においてコイルL1の一端側に配置されたコンデンサCを、コイルL1の他端側に配置したものである。この場合でも、コンデンサC及びコイルL1による第1の直列回路は、図1のコンデンサC及びコイルL1と同様の動作を呈する。
【0045】
他の構成及び作用は、図1の実施の形態と同様である。
【0046】
図8は本発明の第2の実施の形態を示す回路図である。図8において図1と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【0047】
本実施の形態は、図1においてトランスTを構成するコイルL1,L2のうち2次側のコイルL2を、コイルL21,L22に分割し、ランプ12の両端に配置した点が第1の実施の形態と異なる。
【0048】
本実施の形態においては、コイルL1の巻数とコイルL21,L22の巻数の和との比を適宜設定することにより、各コイルL21,L22の端子電圧を十分高い電圧に設定することができる。これにより、本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、ランプ12の始動に必要な十分に高い電圧を得ることができる。
【0049】
なお、本実施の形態においては、ランプ12の始動に必要な電圧をコイルL21,L22で分けて夫々異極の電圧を発生させればよく、1つのコイルに発生する電圧は半分ですむ。即ち、各コイルの対地電圧を低減させることができ、周辺素子への悪影響を一層低減させることができる。
【0050】
図9は第2の実施の形態の変形例を示す回路図である。図2において図8と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【0051】
図9の例は、図8においてコイルL1の一端側に配置されたコンデンサCを、コイルL1の他端側に配置したものである。この場合でも、コンデンサC及びコイルL1による第1の直列回路は、図8のコンデンサC及びコイルL1と同様の動作を呈する。
【0052】
他の構成及び作用は、図8の実施の形態と同様である。
【0053】
図10は本発明の第3の実施の形態を示す回路図である。図10において図1と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【0054】
本実施の形態は、トランスTに代えてコイルL3を採用した点が第1の実施の形態と異なる。コンデンサCは一端が第2の直列回路の第2の接続点に接続され、他端はコイルL3の中点に接続される。
【0055】
コイルL3の中点からランプ12側のコイル部分L32の巻数n2と、コイルL3の中点から第1の接続点側のコイル部分L31の巻数n1との巻数比n2/n1は、1よりも大きくなるように設定される。
【0056】
第1の接続点と第2の接続点との間には、コイルL3のコイル部分L31とコンデンサCとが直列接続されて第1の直列回路が構成されている。従って、始動時において、コンデンサCの両端電圧は、第1の実施の形態のコンデンサCと同様に変化する。また、コイル部分L32には巻数比に応じた電圧が誘起するので、ランプ12の両端には、図3と同様の電圧が印加される。
【0057】
他の作用は第1の実施の形態と同様である。
【0058】
このように、本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0059】
図11は第3の実施の形態の変形例を示す回路図である。図11において図10と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【0060】
図11の例は、図10の第1の接続点側にランプ12及びコンデンサCを配置し、第2の接続点側にコイルL3を配置したものである。
【0061】
他の構成及び作用は、図10の実施の形態と同様である。
【図面の簡単な説明】
【0062】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る放電灯点灯装置を示す回路図。
【図2】実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図3】横軸に時間をとり縦軸に電圧をとって、始動時におけるランプ12の両端電圧(無負荷始動電圧)を示す波形図。
【図4】図3の時間軸を10倍に拡大して示す波形図。
【図5】横軸に時間をとり縦軸に電流をとって、予熱時のランプ電流の変化を示す波形図。
【図6】図5の時間軸を拡大して示す波形図。
【図7】第1の実施の形態の変形例を示す回路図。
【図8】本発明の第2の実施の形態を示す回路図。
【図9】第2の実施の形態の変形例を示す回路図。
【図10】本発明の第3の実施の形態を示す回路図。
【図11】第3の実施の形態の変形例を示す回路図。
【符号の説明】
【0063】
11…電源部、Q1〜Q4…トランジスタ、L1,L2…コイル、T…トランス、C…コンデンサ、12…ランプ、13…制御部。
【技術分野】
【0001】
本発明は、放電灯点灯装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、メタルハライドランプ等のHID(High Intensity Discharge)ランプは、高効率で高輝度であることから、道路照明等の屋外照明用等として、また、DLP(デジタル・ライト・プロセッシング)や液晶プロジェクタ等の投射装置の光源としても利用されるようになってきた。
【0003】
このようなHIDランプを点灯させる従来の放電灯点灯装置においては、例えば、特許文献1に開示された始動器を採用するものがある。
【0004】
特許文献1の装置は、ランプにアーク放電が継続して起こるような比較的小さい振幅で比較的低い周波数の方形波供給電圧を、ランプに供給すると共に、始動時において、コイル及びキャパシタが電気的に共振する比較的高い周波数の供給電圧をランプに供給するものである。特許文献1の装置では、始動時の比較的高い電圧をランプに供給可能であると共に、ランプの通常点灯を維持する電圧をランプに供給可能である。
【特許文献1】特表2005−507553号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、一般的な直列共振回路のコンデンサ両端電圧を高くするためには、大きなインダクタンス、小さな静電容量、小さな寄生抵抗の条件が必要となる。特許文献1の装置では更に高周波でのブリッジ駆動の条件も課せられ、始動時の電圧として十分な電圧を得ることができない。このため、特許文献1の装置では、再点灯に長時間を要することがあるか又は始動のためのより高い電圧を発生する回路を別途用意する必要がある。
【0006】
本発明は、簡単な回路でランプ始動時の比較的高い電圧を発生することができ、更に、予熱制御を行うことができる放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る放電灯点灯装置は、1次側コイルとコンデンサとが直列接続されて構成された第1の直列回路部と、前記1次側コイルと共にトランスを構成し前記1次側コイルよりも多い巻数を有する2次側コイルと放電灯とが直列接続されて構成された第2の直列回路部と、4つのトランジスタを有し、電源部からの直流電圧を交流電圧に変換して、並列接続された前記第1及び第2の直列回路部の両端に交流電圧を供給するブリッジ型の直流交流変換回路と、を具備したものである。
【0008】
本発明においては、放電灯の始動時において、第1の直列回路の1次側コイルに発生した電圧が2次側コイルに誘起する。巻数比に応じて、2次側コイルには放電灯の始動に必要な十分高い電圧が発生し、この電圧が放電灯に供給されて、放電灯が始動する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、比較的低い入力電圧を用いて、通常点灯時の比較的低い電圧及び始動時の比較的高い電圧を供給することができ、更に、予熱制御を行うことができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る放電灯点灯装置を示す回路図である。
【0011】
電源部11は直流電圧を発生する。電源部11は定電力を発生するものである。実際の回路では、例えば、定電力制御チョッパ回路の出力平滑コンデンサ等によって、電源部11を構成することができる。
【0012】
電源部11の正極性出力端は電源ラインを介してトランジスタQ1,Q3の各ドレインに接続される。また、電源部11の負極性出力端は基準電位ラインを介してトランジスタQ2,Q4の各ソースに接続される。トランジスタQ1のソースとトランジスタQ2のドレインとは相互に接続される。また、トランジスタQ3のソースとトランジスタQ4のドレインとは相互に接続される。
【0013】
これらのトランジスタQ1〜Q4は、電源部11からの直流電圧を交流電圧に変換するブリッジ型の直流交流変換回路を構成する。
【0014】
トランジスタQ1のソースとトランジスタQ2のドレインとの接続点(以下、第1の接続点という)は、コイルL1及びコンデンサCの第1の直列回路を介して、トランジスタQ3のソースとトランジスタQ4のドレインとの接続点(以下、第2の接続点という)に接続される。また、第1の接続点と第2の接続点との間には、コイルL2及びランプ12との第2の直列回路が接続される。ランプ12としてはHIDランプが採用される。
【0015】
コンデンサCは振動波形形成及び電流制限のために設けられる。また、コイルL1,L2によってトランスTが構成される。なお、コイルL1をトランスTの1次側とし、コイルL2をトランスTの2次側とする。本実施の形態においては、コイルL2の巻数はコイルL1の巻数のn倍(nは正数)に設定される。巻数比nとしては例えば数倍から数百倍の値が設定される。
【0016】
制御部13は、トランジスタQ1〜Q4を駆動するための制御信号を発生する。制御部13は、トランジスタQ1,Q4をオンにすると共に、トランジスタQ2,Q3をオフにする。また、制御部13は、トランジスタQ1,Q4をオフにすると共に、トランジスタQ2,Q3をオンにする。制御部13は、トランジスタQ1〜Q4のオン・オフの切換周波数(駆動周波数)を、ランプ12の点灯時の各フェーズに応じて変化させるようになっている。
【0017】
即ち、本実施の形態においては、制御部13は、始動時及び予熱時において、トランジスタQ1〜Q4を比較的高い周波数で駆動し、通常点灯時において、トランジスタQ1〜Q4を比較的低い周波数で駆動するようになっている。、
次に、このように構成された実施の形態の動作について図2乃至図6を参照して説明する。図2は実施の形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【0018】
<始動時>
電源部11は電源ラインに正極性出力を供給し、基準電位ラインに負極性出力を供給する。電源ラインと基準電位ラインとの間に印加された直流電圧は、ブリッジ型の直流交流変換回路を構成するトランジスタQ1〜Q4に供給される。
【0019】
ランプ12の点灯開始時には、図2のステップS1からステップS2に処理を移行して、制御部13はトランジスタQ1〜Q4の駆動周波数として第1の高い周波数を設定する。制御部13は第1の高い周波数の制御信号をトランジスタQ1〜Q4に与えて、オン,オフさせる(ステップS3)。
【0020】
即ち、ブリッジ回路を構成するトランジスタQ1,Q4が同時にオン,オフ制御され、トランジスタQ2,Q3も同時にオン,オフ制御される。トランジスタQ1,Q4がオンのときは、トランジスタQ2,Q3はオフであり、トランジスタQ1,Q4がオフのときは、トランジスタQ2,Q3はオンである。なお、短絡防止のために、短時間だけ、トランジスタQ1〜Q4が全てオフの状態が設定される。
【0021】
トランジスタQ1,Q4がオンの場合には、電源部11の正極性出力端から、トランジスタQ1、コイルL1、コンデンサC及びトランジスタQ4を介して負極性出力端に電流が流れる。逆に、トランジスタQ2,Q3がオンの場合には、電源部11の正極性出力端から、トランジスタQ3、コンデンサC、コイルL1及びトランジスタQ2を介して負極性出力端に電流が流れる。
【0022】
トランジスタQ1,Q4がオンの場合には、コイルL1を介してコンデンサCが充電され、コンデンサCの端子電圧が略電源部11の電圧Vinまで上昇する。次に、コイルL1に生じた逆起電力によって、コンデンサCの端子電圧は、コイルL1に生じた電圧VLが加算されて、Vin+VLまで上昇する。次に、コイルL1とコンデンサCとの間において自由振動が発生し、コンデンサCの端子電圧は極性を変えながら、所定値に収束する。トランジスタQ2,Q3がオンの場合にも、トランジスタQ1,Q4がオンの場合と同様の動作が行われる。
【0023】
本実施の形態においては、コイルL1に生じた電圧によってコイルL2には巻数比に応じた高い電圧が発生する。コイルL2に発生する電圧は、コイルL1及びコンデンサCに発生する電圧と略同様の波形であり、振幅は巻数比に応じて十分に大きな値となる。コイルL2に発生する電圧がランプ12に印加される。
【0024】
図3は横軸に時間をとり縦軸に電圧をとって、始動時におけるランプ12の両端電圧(無負荷始動電圧)を示す波形図である。また、図4は図3の時間軸を10倍に拡大して示す波形図である。図3において、期間T1はトランジスタQ1,Q4がオンの期間であり、期間T2はトランジスタQ2,Q3がオンの期間である。
【0025】
図3に示すように、ランプ12の両端には、トランジスタQ1,Q4のオンの各開始時及びトランジスタQ2,Q3のオンの各開始時において、極めて高い電圧が発生している。図3の例は、Vinを220Vとし、L1が2.1μHで7ターン、L2が1.3mHで200ターン、Cが0.01μFの場合において、トランジスタQ1〜Q4の駆動周波数を17kHzに設定した場合の特性を示している。図3の例では、ランプ12の両端電圧の最大値は約6640Vであり、最小値は約−4800Vである。この高い電圧が、フルブリッジ駆動の極性反転時毎にランプ12に印加される。なお、始動時における駆動周波数としては、数百Hz〜数百kHzを用いることができる。
【0026】
このように、トランジスタQ1,Q4とトランジスタQ2,Q3とのオンオフを第1の高い周波数で駆動することにより、ランプ12へ高い電圧の振動電圧を印加することができる。
【0027】
また、図4に示すように、ランプ12に印加される電圧波形は、比較的歪が少ない減衰振動波形となっていることが分かる。
【0028】
このように、始動時においては、フルブリッジの極性反転時にコイルL1とコンデンサCとで自由振動が発生する。そして、この自由振動時に、コイルL1に印加される電圧がコイルL1とコイルL2の巻数比に応じてコイルL2に誘導される。なお、上述したように、第1の直列回路の自由振動は次の極性反転までに収束し、電流は略ゼロとなる。
【0029】
<予熱時>
コイルL2に発生した大きな電圧がランプ12に印加されると、ランプ12は絶縁破壊を起こす。始動期間の制御によってランプ12が絶縁破壊を起こすと、次に、予熱期間に移行する(ステップS4)。予熱期間は、放電開始直後の不安定な放電状態から安定した放電状態に移行させるための期間である。
【0030】
絶縁破壊がきっかけとなり、ランプ12はグロー放電に移行し、更にアーク放電に移行して通常点灯状態となる。本実施の形態においては、始動期間、予熱期間及び通常点灯期間の全期間に、電源部11からのエネルギーによって、ランプ12を点灯させる。
【0031】
予熱時には、ランプ12により多くのランプ電流を流した方が、短時間に安定した放電状態が得られる。しかしながら、ランプ電流が大きい場合には、ランプ12の電極等にダメージが発生してしまう。このため、予熱時においては、ランプ電流を制御可能であることが望ましい。本実施の形態においては、トランジスタQ1〜Q4の駆動周波数を制御することで、予熱制御を行っている。
【0032】
図5は横軸に時間をとり縦軸に電流をとって、予熱時のランプ電流の変化を示す波形図である。図5(a)は図3の例と同様の条件において、予熱時のトランジスタQ1〜Q4の駆動周波数(予熱周波数)を10KHzに設定した場合の特性を示し、図5(b)は12KHzに設定した場合の特性を示している。図5の例は、トランジスタQ1〜Q4の駆動周波数を、始動時と予熱時とにおいて同一に設定した例である。なお、予熱時のランプ電流の特性は、周囲の環境温度等の影響を受けるものであり、図5は特定の条件の元での例である。
【0033】
図5(a),(b)のいずれの例の場合にも、また、図示しない8KHz〜15KHzまでのいずれの例の場合にも、予熱開始直後において、ランプ電流は交流にならず脈流となる。なお、この極性はランプ12の端子を逆に接続すると反転する。また、予熱開始直後の脈流は、時間の経過と共に交流に変化する。また、予熱周波数が8KHzから15KHzに高くなるほど予熱時のランプ電流値が減少する。また、予熱周波数を8KHzから15KHzに高くするほど脈流から交流に変化するまでの時間が長くなる。即ち、予熱電流を小さくすると交流に変化するまでの時間が長くなる。
【0034】
以上から、放電開始(予熱開始)直後においては不安定な放電が時間と共に安定して、交流に変化するものと考えられる。予熱期間においては、流れるランプ電流が大きいほど、内部ガス又は電極の温度上昇が早く、安定した放電状態に短時間で移行する。このランプ電流は、予熱周波数を変化させることで、制御可能である。
【0035】
図6は図5の時間軸を拡大して示す波形図である。図6は予熱周波数が12KHzの例であり、図6(a)は図5の脈流区間を示し、図6(b)は図5の交流区間を示す。
【0036】
図6に示すように、ランプ電流はのこぎり波状に変化する。コイルのインダクタンス分によって電流が鋸歯状に変化する。電流値のピークは、トランジスタQ1〜Q4の駆動周波数によって決定される。図6(a)の脈流区間では、ランプ電流は若干飽和状態となっているのに対し、図6(b)に示すように、交流区間においては、歪が少ない鋸歯状波形のランプ電流が得られている。脈流区間より交流区間の方が同一方向への電流ピーク値が小さくなるので、飽和しにくくなる。
【0037】
図5の例では、予熱周波数として10KHzよりも若干高い周波数を採用すると、予熱電流のピーク値も低く、予熱時間も比較的長いと考えられる。このように、予熱周波数を適宜制御することで、ランプ電極等にダメージを与えることなく、予熱が可能である。
【0038】
<通常点灯期間>
次に、予熱を終了させて通常点灯期間に移行する。この場合には、制御部13は、ステップS6からステップS7に処理を移行して、トランジスタQ1〜Q4の駆動周波数として、始動時及び予熱時の駆動周波数よりも低い周波数に設定する。図5の例では、通常点灯期間において、駆動周波数を100Hzにした例を示している。
【0039】
通常点灯時には、トランジスタQ1〜Q4による直流交流変換回路が発生する矩形波電圧に基づいて、主にコイルL2及びランプ12を介して電流が流れる。なお、駆動周波数が低くなっても、コイルL1側にはコンデンサCが直列接続されるため、電流が流れ続けることはない。また、通常点灯時には、電源部11の電圧Vinも低い電圧値になるので、極性反転時のコイルL1の電流は大幅に低下する。通常点灯期間にはランプ12は安定したアーク放電に移行しており、安定したランプ電流が得られている。
【0040】
このように本実施の形態においては、自由振動する1次側コイル及びコンデンサによる第1の直列回路と、2次側コイル及びランプの第2の直列回路とを並列接続し、第1及び第2の直列回路の両端に、4つのトランジスタを用いたブリッジ型の直流交流変換回路によって矩形波電圧を供給している。1次側コイルと2次側コイルとの巻数比に応じて2次側コイルに大電圧を発生させることができ、
更に、始動期間が終了して予熱期間になると、トランジスタの駆動周波数を制御することで、ランプ電極等にダメージを与えることなく、安定放電状態に移行させることができる。例えば、従来の高圧パルス始動方式では電源から制御不能なランプラッシュ電流が流れたが、本実施の形態ではこのランプラッシュ電流を十分に抑制しながら、予熱を行うことができる。これにより、ランプの長寿命化を図ることができる。
【0041】
このように、比較的簡単な構成の回路によって、始動から通常点灯まで高圧放電灯を点灯させることができ、始動回路が一段ですむため、小型化及び低コスト化に有利である。
【0042】
なお、制御部13は、始動期間、予熱期間及び通常点灯期間の切換えを、例えば、駆動開始からの時間によって制御するようにしてもよい。
【0043】
図7は第1の実施の形態の変形例を示す回路図である。図7において図1と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【0044】
図7の例は、図1においてコイルL1の一端側に配置されたコンデンサCを、コイルL1の他端側に配置したものである。この場合でも、コンデンサC及びコイルL1による第1の直列回路は、図1のコンデンサC及びコイルL1と同様の動作を呈する。
【0045】
他の構成及び作用は、図1の実施の形態と同様である。
【0046】
図8は本発明の第2の実施の形態を示す回路図である。図8において図1と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【0047】
本実施の形態は、図1においてトランスTを構成するコイルL1,L2のうち2次側のコイルL2を、コイルL21,L22に分割し、ランプ12の両端に配置した点が第1の実施の形態と異なる。
【0048】
本実施の形態においては、コイルL1の巻数とコイルL21,L22の巻数の和との比を適宜設定することにより、各コイルL21,L22の端子電圧を十分高い電圧に設定することができる。これにより、本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、ランプ12の始動に必要な十分に高い電圧を得ることができる。
【0049】
なお、本実施の形態においては、ランプ12の始動に必要な電圧をコイルL21,L22で分けて夫々異極の電圧を発生させればよく、1つのコイルに発生する電圧は半分ですむ。即ち、各コイルの対地電圧を低減させることができ、周辺素子への悪影響を一層低減させることができる。
【0050】
図9は第2の実施の形態の変形例を示す回路図である。図2において図8と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【0051】
図9の例は、図8においてコイルL1の一端側に配置されたコンデンサCを、コイルL1の他端側に配置したものである。この場合でも、コンデンサC及びコイルL1による第1の直列回路は、図8のコンデンサC及びコイルL1と同様の動作を呈する。
【0052】
他の構成及び作用は、図8の実施の形態と同様である。
【0053】
図10は本発明の第3の実施の形態を示す回路図である。図10において図1と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【0054】
本実施の形態は、トランスTに代えてコイルL3を採用した点が第1の実施の形態と異なる。コンデンサCは一端が第2の直列回路の第2の接続点に接続され、他端はコイルL3の中点に接続される。
【0055】
コイルL3の中点からランプ12側のコイル部分L32の巻数n2と、コイルL3の中点から第1の接続点側のコイル部分L31の巻数n1との巻数比n2/n1は、1よりも大きくなるように設定される。
【0056】
第1の接続点と第2の接続点との間には、コイルL3のコイル部分L31とコンデンサCとが直列接続されて第1の直列回路が構成されている。従って、始動時において、コンデンサCの両端電圧は、第1の実施の形態のコンデンサCと同様に変化する。また、コイル部分L32には巻数比に応じた電圧が誘起するので、ランプ12の両端には、図3と同様の電圧が印加される。
【0057】
他の作用は第1の実施の形態と同様である。
【0058】
このように、本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0059】
図11は第3の実施の形態の変形例を示す回路図である。図11において図10と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【0060】
図11の例は、図10の第1の接続点側にランプ12及びコンデンサCを配置し、第2の接続点側にコイルL3を配置したものである。
【0061】
他の構成及び作用は、図10の実施の形態と同様である。
【図面の簡単な説明】
【0062】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る放電灯点灯装置を示す回路図。
【図2】実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図3】横軸に時間をとり縦軸に電圧をとって、始動時におけるランプ12の両端電圧(無負荷始動電圧)を示す波形図。
【図4】図3の時間軸を10倍に拡大して示す波形図。
【図5】横軸に時間をとり縦軸に電流をとって、予熱時のランプ電流の変化を示す波形図。
【図6】図5の時間軸を拡大して示す波形図。
【図7】第1の実施の形態の変形例を示す回路図。
【図8】本発明の第2の実施の形態を示す回路図。
【図9】第2の実施の形態の変形例を示す回路図。
【図10】本発明の第3の実施の形態を示す回路図。
【図11】第3の実施の形態の変形例を示す回路図。
【符号の説明】
【0063】
11…電源部、Q1〜Q4…トランジスタ、L1,L2…コイル、T…トランス、C…コンデンサ、12…ランプ、13…制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
1次側コイルとコンデンサとが直列接続されて構成された第1の直列回路部と、
前記1次側コイルと共にトランスを構成し前記1次側コイルよりも多い巻数を有する2次側コイルと、放電灯とが直列接続されて構成された第2の直列回路部と、
4つのトランジスタを有し、電源部からの直流電圧を交流電圧に変換して、並列接続された前記第1及び第2の直列回路部の両端に交流電圧を供給するブリッジ型の直流交流変換回路と、
を具備した放電灯点灯装置。
【請求項2】
前記第2の直列回路部は、前記放電灯の両端に前記2次側コイルが分割されて設けられて構成されることを特徴とする請求項1に記載の放電灯点灯装置。
【請求項3】
コイルと放電灯とが直列接続されて構成された直列回路部と、
前記直列回路部の一端と前記コイルの中点との間に前記放電灯に並列に接続されるコンデンサと、
4つのトランジスタを有し、電源部からの直流電圧を交流電圧に変換して、前記直列回路部の両端に交流電圧を供給するブリッジ型の直流交流変換回路と、を具備し、
前記中点は、前記コイルの前記直列回路部の一端側の巻数が他方の巻数よりも多くなる点に設定されることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項4】
前記直流交流変換回路を制御して、始動時に、前記4つのトランジスタを第1の周波数で駆動し、前記始動後の予熱時に、前記4つのトランジスタを前記第1の周波数と同一又は異なる第2の周波数で駆動し、前記予熱後の通常点灯時に、前記第1及び第2の周波数よりも低い第3の周波数で前記4つのトランジスタを駆動する制御手段を具備したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の放電灯点灯装置。
【請求項1】
1次側コイルとコンデンサとが直列接続されて構成された第1の直列回路部と、
前記1次側コイルと共にトランスを構成し前記1次側コイルよりも多い巻数を有する2次側コイルと、放電灯とが直列接続されて構成された第2の直列回路部と、
4つのトランジスタを有し、電源部からの直流電圧を交流電圧に変換して、並列接続された前記第1及び第2の直列回路部の両端に交流電圧を供給するブリッジ型の直流交流変換回路と、
を具備した放電灯点灯装置。
【請求項2】
前記第2の直列回路部は、前記放電灯の両端に前記2次側コイルが分割されて設けられて構成されることを特徴とする請求項1に記載の放電灯点灯装置。
【請求項3】
コイルと放電灯とが直列接続されて構成された直列回路部と、
前記直列回路部の一端と前記コイルの中点との間に前記放電灯に並列に接続されるコンデンサと、
4つのトランジスタを有し、電源部からの直流電圧を交流電圧に変換して、前記直列回路部の両端に交流電圧を供給するブリッジ型の直流交流変換回路と、を具備し、
前記中点は、前記コイルの前記直列回路部の一端側の巻数が他方の巻数よりも多くなる点に設定されることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項4】
前記直流交流変換回路を制御して、始動時に、前記4つのトランジスタを第1の周波数で駆動し、前記始動後の予熱時に、前記4つのトランジスタを前記第1の周波数と同一又は異なる第2の周波数で駆動し、前記予熱後の通常点灯時に、前記第1及び第2の周波数よりも低い第3の周波数で前記4つのトランジスタを駆動する制御手段を具備したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の放電灯点灯装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2007−287488(P2007−287488A)
【公開日】平成19年11月1日(2007.11.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−113778(P2006−113778)
【出願日】平成18年4月17日(2006.4.17)
【出願人】(000111672)ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成19年11月1日(2007.11.1)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年4月17日(2006.4.17)
【出願人】(000111672)ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Fターム(参考)】
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