高圧放電灯点灯装置及び照明器具
【課題】放電灯の始動過程から寿命末期に至るまでに発生する放電灯の不安定点灯、主に立ち消えに対する対策として安定性の優れた高圧放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】複数のスイッチング素子Q2〜Q6とインダクタンス素子L2を備え、直流電源2からの入力を電力変換し、矩形波交流出力として高圧放電灯DLに供給する電力変換回路3と、電力変換回路3のスイッチング素子Q2〜Q6を制御する制御回路9とからなる点灯装置であって、前記制御回路9は、電力変換回路3のスイッチング素子Q2を毎スイッチング周期決められたピーク値まで電流を流すように制御する第1の点灯制御と、高圧放電灯DLの安定点灯時に所望の電力を供給する第2の点灯制御とを有し、これら第1及び第2の点灯制御を高圧放電灯DLの点灯状態に応じて切り換える。
【解決手段】複数のスイッチング素子Q2〜Q6とインダクタンス素子L2を備え、直流電源2からの入力を電力変換し、矩形波交流出力として高圧放電灯DLに供給する電力変換回路3と、電力変換回路3のスイッチング素子Q2〜Q6を制御する制御回路9とからなる点灯装置であって、前記制御回路9は、電力変換回路3のスイッチング素子Q2を毎スイッチング周期決められたピーク値まで電流を流すように制御する第1の点灯制御と、高圧放電灯DLの安定点灯時に所望の電力を供給する第2の点灯制御とを有し、これら第1及び第2の点灯制御を高圧放電灯DLの点灯状態に応じて切り換える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は高圧放電灯点灯装置及びこれを用いた照明器具に関するものである。
【背景技術】
【0002】
高圧放電灯は、その始動直後あるいは寿命末期を迎えると、放電が不安定になり、点灯装置が電源を供給しているにもかかわらず、ランプがちらついたり、最悪の場合は消弧してしまう現象がよく知られている。
【0003】
この現象の原因のひとつとして、交流点灯される放電灯の一対の電極間の電子放出が図21に示すように正負の各半サイクルで非対称となる整流放電が知られている。これは陰極サイクルにある片方の電極が、グロー放電からアーク放電に移行できないことにより引き起こされる、言わば電極輝点の不安定形成、換言すれば熱電子放出の不安定性に起因する問題であり、放電灯にはある程度不可避の現象といえる。図21の場合、電極1がカソードサイクルになったときの電子放出能力が低下しているということになる。
【0004】
電極の輝点形成が不安定になるきっかけとしては、電極や電子放射性物質の消耗、あるいは不純物などによるランプ放電自身の不安定性などが考えられる。
【0005】
いずれにせよ、この状態では放電灯のランプインピーダンスが高くなり、点灯装置の電源能力が不足するため、そのままではちらつきや立ち消えなどの不具合を引き起こしてしまう。
【0006】
一方、もうひとつの原因として、一旦ランプが点灯するものの過渡的に放電灯のインピーダンスが急激に高くなってしまう現象がある。これは、とくに金属ハロゲン化合物を発光物質として放電灯の発光管に封入する所謂メタルハライドランプに顕著で、点灯初期のほか安定点灯時にも見られる。
【0007】
これらの現象を、まずメタルハライドランプの挙動から説明する。本ランプは、点灯初期は前記発光物質と同時に発光管に封入されている希ガス−水銀蒸気からなるガスの絶縁破壊により起動する。このとき、金属ハロゲン化合物自体は蒸気圧が低く、放電には殆ど寄与していない。
【0008】
その後数分をかけて発光管に電力が注入され、温度が上昇してくると、前記発光物質は遊離し、金属蒸気圧が急速に上昇していき、ランプ電圧も増加する。
【0009】
本過程において予期できないことは、前記発光物質が不安定な場所、例えば高温の電極付近にあってそれらが接触した場合、金属蒸気圧が一瞬急激に上昇することである。このような場合、商用電源により電圧供給能力が変動する銅鉄式安定器では、安定器の出力よりランプ電圧が上回り、ランプが消弧してしまうことになる。これは、商用電源が瞬時停電、瞬時降電圧したときにも同様な現象となる。
【0010】
一方、矩形波交流出力で点灯させる所謂インバータ回路を用いた電子安定器においては、ランプ電力を略一定に制御しており、上記のようなランプ電圧変動をした場合にはランプ電流を引き下げることで、図22のように過渡的にランプインピーダンスが上昇し、やはりランプが消弧してしまうことがある。図22では、一方の半サイクルで動作点1から動作点2へとランプ電圧の急上昇が起こっていることを示している。
【0011】
また、これらは正常ランプでも起こり得る現象であるが、ランプ電圧が上昇する他の一つの原因として寿命中の経年変化によるランプ電圧上昇という現象がある。これはランプ内部の封入物質の化学反応や、不純物のリリースなどによるものであり、基本的に不可避のものであるが、これにおいても上記と同様な現象を引き起こす。
【0012】
次に、安定器の挙動から説明する。交流出力で点灯させる放電灯の安定器においては、半サイクル毎の極性反転時にランプ電流が一旦消弧する。それを、次の半サイクルで再点灯させる際には安定器の供給するランプ電圧が先行し、電極の熱電子放出であるランプ電流の立ち上がりが遅れるため、やはり図23のように過渡的にインピーダンスが増加することになる。図では、一方の半サイクルにおける白丸の点が過渡的に通る高インピーダンスの動作点を示している。
【0013】
このときに、波形の立ち上がりの遅いサイン波の商用周波点灯であると、ランプ電圧はゼロクロス以降急激に立ち上がる所謂再点弧電圧を生じ、これが供給電源電圧に余裕がなくなると立ち消えする原因になる。
【0014】
一方、波形の立ち上がりの早い矩形波インバータ回路の場合は、出力電圧も一定制御できるため有利であるが、ランプ電力が略一定となるような制御をしている場合にはランプ電圧の増加とは逆にランプ電流が絞られることになり、図24のようにランプの過渡的なインピーダンスが高くなり、やはり立ち消えすることになる。図では、一方の半サイクルにおける動作点2’が理想的な電源(たとえば定電流源)であったときのランプ電圧増加時の動作点であるが、実際には定電力の出力線に沿って動作点2を取り、高インピーダンスになってしまう。
【0015】
特許文献1には、限流特性を有するDC−DCコンバータと、DC−DCコンバータの出力を矩形波交流に変換する矩形波インバータとを備え、矩形波インバータの出力を高圧パルス重畳回路を介して高圧放電灯に印加する放電灯点灯装置において、DC−DCコンバータの出力電流と管電圧の検出値に応じて限流特性が制御される構成が開示されているが、立ち消えしやすいときに、DC−DCコンバータのスイッチング素子に流れる電流を毎スイッチング周期について所定のピーク値まで流す制御を行うものではない。
【特許文献1】特開昭60−250599号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
以上をまとめると、放電灯の点灯を不安定にさせ、消弧させるような現象にはランプ側と安定器側にそれぞれ好ましくない点があり、次のような原因が挙げられる。
【0017】
(1)ランプが非対称放電を生じること。
(2)ランプが過渡的な挙動、あるいは寿命中の経年変化によりインピーダンスを増加させること。
(3)安定器が十分な出力(あるいは電源能力)を有しないこと。
【0018】
ここで、放電灯の電気モデルについて考えてみる。
図25は始動から安定点灯までのランプの電圧−電流特性を示したものである。ここでは便宜上半サイクルのみでの電圧−電流特性で示している。
【0019】
まず、動作点(a)で外部から与えられた高圧パルスで電圧ブレークダウンする。このときはランプはまだグロー放電からアーク放電への遷移領域のため、インピーダンスは高い。
【0020】
次に適当な安定器出力が与えられれば、ランプは準安定状態の動作点(b)に移行する。この状態ではすでに電流ブレークダウンしているが、ランプ電圧はいまだ高く、インピーダンスは完全には低下していない。
【0021】
次に、略定格電流を流せる安定器出力が与えられれば、低ランプ電圧でランプ電流の大きい低インピーダンス状態の動作点(c)に完全移行する。
【0022】
その後、ランプ電圧は、安定器の出力曲線にしたがって徐々に上昇し、今度はインピーダンスを増加させながら、定格動作点となる(d)で安定する。
【0023】
ランプの寿命初期は、点灯ごとに(d)の動作点で安定するが、寿命中の点灯時間を経るにしたがって(d’)→(d”)→(d”’)のようにランプ電圧が徐々に上昇する。
【0024】
この図では(d)〜(d”)までが正常なランプ電圧範囲、(d”’)は異常なランプ電圧として表している。
【0025】
また、この間のランプのインピーダンスは点線で示したように、低インピーダンスから高インピーダンスの間を変動する。
【0026】
なお、この図での動作点(c)〜(d”’)間は定電流動作しているものとして記してある。
【0027】
以上において、上述の好ましくない点を解決するためには、始動過程から寿命末期に至るまでに通る各動作点(a)→(b)→(c)→(d)→(d’)→(d”)→(d”’)において、それぞれ最適な安定器出力を与えることが必要である。
【0028】
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、放電灯の始動過程から寿命末期に至るまでに発生する放電灯の不安定点灯、主に立ち消えに対する対策として安定性の優れた高圧放電灯点灯装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0029】
本発明は、上記の課題を解決するために、図1に示すように、複数のスイッチング素子Q2〜Q6とインダクタンス素子L2を備え、直流電源2からの入力を電力変換し、矩形波交流出力として高圧放電灯DLに供給する電力変換回路3と、電力変換回路3のスイッチング素子Q2〜Q6を制御する制御回路9とからなる点灯装置であって、前記制御回路9は、電力変換回路3のスイッチング素子Q2を毎スイッチング周期決められたピーク値まで電流を流すように制御する第1の点灯制御と、高圧放電灯DLの安定点灯時に所望の電力を供給する第2の点灯制御とを有し、これら第1及び第2の点灯制御を高圧放電灯DLの点灯状態に応じて切り換えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、放電灯の始動過程から寿命末期に至るまでに発生する放電灯の不安定点灯の状態においても毎スイッチング周期ごとに必要な電流を供給できるので、安定点灯させることができる。また、供給電流不足による立ち消えの恐れが少ないので、直流電源の出力電圧を低めに設定して部品耐圧を下げることも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0031】
前出のランプの動作点の考え方を用いて、本発明の特徴を説明する。放電灯の点灯を不安定にさせ、消弧させるような現象には、上述のように3つの好ましくない点があるが、発明者らは安定器の出力特性をアクティブに制御することで、その解決手段を見出した。
【0032】
例えば図26に示すような出力特性の場合だと、ランプのインピーダンスが若干の変動をしただけで安定点(b)が低電流側(b’)に引き下げられるか、あるいは交点を持たなくなり、立ち消えに至る。なお、ここでの安定器の出力特性は、開放電圧V02および短絡電流Isを結ぶ安定器の電圧−電流特性を示している。
【0033】
上述のように、ランプの挙動が予測しがたいことを考慮すれば、動作点(b)は安定器の出力特性で安定させることが有利である。具体的には、より安定した動作領域で交点を持つような、例えば図27のように(b”)に移行させるような特性を持たせればよい。
【0034】
なお、発明者らの検証によれば、(b)の動作点で要する最低電流はランプの種類によらず600mA以上あればよいことが分っている(図28参照)。図中の白丸は様々なランプ、横軸は定格動作電流、縦軸は始動時に要する最低電流(mA)である。
【0035】
次に、動作点(b)→(c)に至る過程においては、電力を一定に保つような制御であれば、一度グロー放電からアーク放電への遷移領域を越えたランプを、再び不安定に引き戻してしまうから、図29の出力特性Aのように確実に動作点を持つようにし、ランプの低インピーダンス状態を維持させることが必要である。
【0036】
さらに、動作点(c)→(d”)に至る過程においては、ランプが不安定な領域を脱したことが明確になれば、図29の出力特性Bのように一定の電流、あるいは電力制御を行ってもよい。ここでは、(c)→(d)に至る過程では一定の電流制御、(d)→(d”)に至る過程では一定の電力制御としている。
【0037】
最後に、寿命末期に至る(d”)→(d”’)の過程においては、ランプのインピーダンスが増加しており、不要な電力を注入することは、ランプや安定器の破損、過熱の原因となる可能性があり、好ましくない。よって、図29の出力特性Cのように一定の電圧以上の出力をカットオフするか、電力を略一定以上注入しないようにして自然に立ち消えさせることが有効である。
【0038】
以上の動作を実現する具体的な実施形態について以下に説明する。
(実施形態1)
図1に本発明の実施形態1の点灯装置の回路図を示す。図中、1は交流電源、2は直流電源回路、3は電力変換回路である。直流電源回路2は、交流電源1を全波整流する整流器DBと、インダクタL1とスイッチング素子Q1とダイオードD1とコンデンサC1よりなる昇圧チョッパ回路と、その制御回路5とからなり、商用の交流電源1からの交流入力を直流出力に変換して電力変換回路3へ供給すると共に、入力電流と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。例えば市販のon−semi製MC33262などをスイッチング素子Q1の制御回路5として用いることで実現可能である。
【0039】
電力変換回路3は、降圧チョッパ回路6とインバータ回路7とイグナイタ回路8と制御回路9とからなっている。降圧チョッパ回路6は、スイッチング素子Q2とダイオードD2とインダクタL2とコンデンサC2とからなり、入力電圧を降圧した直流電圧を出力する。ここで降圧チョッパ回路6の動作については一般的な技術であるので説明を省略するが、スイッチング素子Q2のオン/オフを制御することで放電灯DLへの供給電力を調節する安定器として用いられている。
【0040】
インバータ回路7は、スイッチング素子Q3〜Q6からなるフルブリッジ回路を構成している。このインバータ回路7は、スイッチング素子Q3,Q6のペアとQ4,Q5のペアが制御回路9からの制御信号により数十〜数百Hzの低周波で交互にオンされることで、放電灯DLに矩形波交流電力を供給する。
【0041】
イグナイタ回路8は、パルストランスPTとコンデンサC3とスイッチング素子Q7(例えばサイダックのような電圧応答素子)と抵抗R1とからなっている。このイグナイタ回路8の動作について簡単に説明する。インバータ回路7より生成された矩形波電圧を受け、抵抗R1とコンデンサC3の時定数によりコンデンサC3は徐々に充電されていく。無負荷時において、コンデンサC3の電圧Vc3がスイッチング素子Q7のブレークオーバー電圧Vboに達するとスイッチング素子Q7はONし、コンデンサC3に蓄積された電荷をコンデンサC3→スイッチング素子Q7→パルストランスPTの1次巻線N1を介して放電させる。この時パルストランスPTの1次巻線N1に発生したパルス電圧が昇圧され、パルストランスPTの2次巻線N2に高圧パルス電圧(数KV)を発生させる。そして、この高圧パルス電圧により放電灯DLが放電を開始し、点灯状態に移行する。
【0042】
制御回路9は、ランプDLのランプ電圧Vla、ランプ電流Ila、スイッチング素子Q2のピーク電流Ip、インダクタL2に流れる電流のゼロクロス信号(ZCS)を検出し、これらの検出結果に応じてスイッチング素子Q2のオン/オフ制御を行ない、所望の電流または電力をランプDLに供給するように降圧チョッパ回路6のスイッチング素子Q2の制御と、インバータ回路7のスイッチング素子Q3〜Q6の制御を行なう。
【0043】
放電灯DLはメタルハライドランプや高圧水銀ランプのような高輝度高圧放電灯(HIDランプ)である。
【0044】
この回路を用いて高圧放電灯が不点状態から安定点灯に至るまでには、点灯装置は大きく分けて図2で示す3つの過程を通る。
【0045】
無負荷モード:ランプは不点状態にあり、前記イグナイタ回路8で生成するパルス電圧をトランスPTの1次巻線N1から2次巻線N2へ向けて昇圧し、矩形波電圧に重畳してランプ電極間へ印加することでランプを絶縁破壊して始動モードへと移行させる。
【0046】
始動モード:パルス電圧によりランプが絶縁破壊すると、グロー放電を経てアーク放電に至る。アーク放電が開始してから発光管内温度が均一化されて安定するまでの過程においては、ランプ電圧は数Vから安定電圧まで数分かけて徐々に上昇する。
【0047】
安定点灯モード:ランプ点灯後、数分経過してランプの発光管内温度が上昇し、安定した状態となり、ランプ電圧はほぼ一定となる。
【0048】
始動モードまたは安定点灯モードにおける各部の動作波形を図3に示す。降圧チョッパ回路6では、制御回路9からのPWM信号でスイッチング素子Q2のオン/オフを制御する。スイッチング素子Q2のチョッピングにより、図3に示すような三角波IL2を生成し、負荷回路へはコンデンサC2により平滑化された電流Ilaを供給する。三角波IL2はインダクタL2に流れる電流であり、スイッチング素子Q2のオン時には漸増し、オフ時には漸減する。
【0049】
インバータ回路7では、制御回路9からの制御信号によりスイッチング素子Q3,Q6のペアとスイッチング素子Q4,Q5のペアが交互にオンすることで、ランプDLには図3の矩形波電流Ilaが供給され、ランプ両端には図3の電圧Vlaが印加される。なお、極性反転動作は無負荷モードから安定点灯モードまで同じであるが、極性反転周波数は無負荷時と点灯時とで異ならせても良い。
【0050】
図4にランプの絶縁破壊から安定点灯までの過程を横軸を時間軸として表しており、この図を用いて以下詳細に説明する。
【0051】
《定電流制御》:ランプ電圧Vlaとランプ電流Ilaの検出値を演算して得られたランプ電力Wlaを図4の点灯判別点Aとして検出することでランプが点灯したと判断し、この時点より図5の電流カーブの目標値である電流量TIpがスイッチング素子Q2の毎スイッチング周期ごとに確実に流れるように電流ピークを一定とする制御を行なう。
【0052】
具体的には、制御回路9の命令でスイッチング素子Q2をONすると、インダクタL2に電流が流れ始める。抵抗R2から検出したスイッチング素子Q2の電流検出値Ipが図5の電流目標値TIpに到達するとスイッチング素子Q2をOFFする。その後、インダクタL2の2次巻線によりゼロクロス信号ZCSがゼロになるのを検出すると、スイッチング素子Q2のON信号を出力し、以後、上記と同じ動作を繰り返す。
【0053】
図6に極性反転動作毎のランプの電圧Vlaと電流Ilaの関係を示している。この図6を上述の図3と照らし合わせて分かるとおり、特にランプ封入物の状態が不安定である始動時には、極性反転直後の電圧VXが高く、電流Ilaが流れにくい過程を通過する。
【0054】
この電流が流れにくい極性反転直後においても、定電流制御であれば、所定のピーク値まで電流を流すようにするので、ランプの立ち消えをなくすことが可能である。
【0055】
《定電力制御》:ランプ電圧が上昇し、図4の予め設定された電圧Vla1に到達すると、制御モードを第2の制御である定電力制御へと切換える。定電力制御では、定格点灯電圧の領域内で所望の電力でランプを点灯するために、図5のVla−TWlaカーブにもとづき、ランプ電圧Vlaの検出値毎に予め決められたON幅でスイッチング素子Q2のチョッピングを制御する。
【0056】
本実施形態によれば、ランプ始動過程において、ランプガス封入物の状態が不安定で、特に極性反転直後にランプインピーダンスが増加してランプに電流が流れにくい状態になっても、必要な電流を供給できるので、ランプを毎極性反転毎に確実に安定点灯させることができ、且つ昇圧チョッパ回路の出力電圧を低めに設定して部品耐圧を下げることも可能な高圧放電灯点灯装置を提供できる。
【0057】
(実施形態2)
図7に本発明の実施形態2の回路図を示す。本実施形態では、電力変換回路3としてハーフブリッジインバータ回路を用いている。このハーフブリッジインバータ回路は、電解コンデンサC1,C2の直列回路と、スイッチング素子Q2,Q3の直列回路を直流電源回路2の出力に並列接続し、コンデンサC1,C2の接続点とスイッチング素子Q2,Q3の接続点の間に、電流検出抵抗R2を介してインダクタL2とコンデンサC4の直列回路を接続し、コンデンサC4と並列に、パルストランスPTの2次巻線N2を介して放電灯DLを接続したものであり、実施形態1の降圧チョッパ回路6とインバータ回路7の機能を兼用している。インダクタL2とコンデンサC4の直列回路は降圧チョッパ用のローパスフィルタ回路を構成しており、制御回路9の制御信号によりスイッチング素子Q2が数十〜数百kHzの高周波でオン/オフする期間T1と、スイッチング素子Q3が数十〜数百kHzの高周波でオン/オフする期間T2とを、数十〜数百Hzの低周波で交番させることにより、コンデンサC4の両端に低周波の矩形波電圧を得ている。
【0058】
制御回路9は、ランプ電圧検出回路11によりランプ電圧Vlaを検出し、チョッパ電流検出回路12によりスイッチング素子Q2,Q3に流れる電流の瞬時値Ipを検出し、ゼロクロス検出回路13によりインダクタL2に流れる電流のゼロクロス信号(ZCS)を検出し、これらの検出結果に基づいて、スイッチング素子Q2,Q3を制御する。なお、イグナイタ回路8の構成は実施形態1と同様であるが、制御回路9の制御信号により開閉制御されるスイッチ素子Q8を介して直流電源回路2の出力に接続した点が異なる。
【0059】
本実施形態においても、高圧放電灯が不点状態から安定点灯に至るまでには、点灯装置は大きく分けて図2で示す無負荷モード、始動モード、安定点灯モードの3つの過程を通る。
【0060】
図9にランプ絶縁破壊から安定点灯までの過程を横軸を時間軸として表しており、この図を用いて以下詳細に説明する。
【0061】
《定電流制御》:ランプ絶縁破壊後、ランプ電圧Vlaの下降を検出し、その電圧が予め設定された閾値以下となる点灯判別点Aを検出するとランプ点灯と判断し、その時点より図5の電流カーブの目標値である電流量TIpがスイッチング素子Q2(またはQ3)の毎スイッチング周期において確実に流れるように電流ピークを一定に制御する。その動作を図8に示す。
【0062】
期間T1では、制御回路9の命令でスイッチング素子Q2をONするとインダクタL2に電流が流れ始める。電流検出抵抗R2からチョッパ電流検出回路12により検出したチョッパ電流Ipの検出値が図5の電流目標値TIpに到達するとスイッチング素子Q2をOFFする。その後、インダクタL2の2次巻線によりゼロクロス信号ZCSがゼロになるのを検出すると、スイッチング素子Q2のON信号を出力し、以後、上記と同じ動作を繰り返す。
【0063】
期間T2では、制御回路9の命令でスイッチング素子Q3がONするとインダクタL2に逆方向に電流が流れ始める。電流検出抵抗R2からチョッパ電流検出回路12により検出したチョッパ電流Ipの検出値が図5の電流目標値TIpに到達するとスイッチング素子Q2をOFFする。その後、インダクタL2の2次巻線によりゼロクロス信号ZCSがゼロになるのを検出すると、スイッチング素子Q3のON信号を出力し、以後、上記と同じ動作を繰り返す。
【0064】
以上の期間T1、T2の高周波スイッチング動作を低周波で交番することでランプ両端には図8のような矩形波のランプ電圧Vlaが印加され、矩形波のランプ電流Ilaが流れる。
【0065】
《定電力制御》:ランプ点灯検出後、予め設定された時間t1が経過すると、制御モードを第2の制御である定電力制御へと切換える。定電力制御では定格点灯電圧の領域内で所望の電力でランプを点灯するために、図5のVla−TWlaカーブにもとづき、ランプ電圧Vlaの検出値毎に予め決められたON幅でスイッチング素子Q2,Q3のチョッピングを制御する。
【0066】
本実施形態においても、ランプ始動過程において、ランプガス封入物の状態が不安定で、特に極性反転直後にランプインピーダンスが増加してランプに電流が流れにくい状態になっても、必要な電流を供給できるので、ランプを毎極性反転毎に確実に安定点灯させることができ、且つ昇圧チョッパ回路2aの出力電圧を低めに設定して部品耐圧を下げることも可能な高圧放電灯点灯装置を提供できる。
【0067】
(実施形態3)
図10に本発明の実施形態3の回路図を示す。本実施形態では、電力変換回路としてフルブリッジインバータ回路7を用いており、スイッチング素子Q3〜Q6を巧妙に制御することで、実施形態1の降圧チョッパ回路6とインバータ回路7とイグナイタ回路8の機能を1つの回路で兼用している。すなわち、無負荷時にはスイッチング素子Q3,Q4が高周波で交互にオン・オフすることで、トランスPTとトランスPTの中間タップとグランド間に挿入されたコンデンサC3とからなる共振昇圧回路8が高電圧を発生し、放電灯DLを絶縁破壊する。始動時〜安定点灯時には、スイッチング素子Q3,Q4は低周波で交互にオン・オフすることで共振昇圧回路8は高電圧の発生を停止し、スイッチング素子Q4がオンである期間T1にスイッチング素子Q5が高周波でオン・オフする動作と、スイッチング素子Q3がオンである期間T2にスイッチング素子Q6が高周波でオン・オフする動作とを低周波で交番することにより、低周波の矩形波電圧を放電灯DLに供給する。このとき、インダクタL2とコンデンサC2は降圧チョッパ回路のローパスフィルタとして機能する。
【0068】
制御回路9は、ランプ両端電圧Vla1,Vla2からランプ電圧Vlaを検出し、電流検出抵抗R2によりスイッチング素子Q5,Q6に流れるチョッパ電流の瞬時値Ipを検出する。また、インダクタL2に流れる電流のゼロクロス信号ZCSを検出し、これらの検出結果から決定される所望の電流または電力をランプに供給するようにスイッチング素子Q3〜Q6の制御を行なう。
【0069】
上記回路を用いて高圧放電灯が不点状態から安定点灯に至るまでには、点灯装置は大きく分けて図11で示す3つの過程を通る。
【0070】
無負荷モード:ランプは不点状態にあり、前記共振昇圧回路8を構成するトランスPTの1次巻線とコンデンサC3のLC共振周波数付近でスイッチング素子Q3,Q4を交互にオン/オフして生成する共振パルス電圧をトランスPTの巻数比で昇圧してランプ電極間に印加することでランプを絶縁破壊して始動モードへ移行させる。
【0071】
始動モード:共振パルス電圧によりランプが絶縁破壊すると、グロー放電を経てアーク放電に至る。アーク放電が開始してから発光管内温度が均一化されて安定するまでの過程においては、ランプ電圧は数Vから安定電圧まで数分かけて徐々に上昇する。
【0072】
安定点灯モード:ランプ点灯後、数分経過してランプの発光管内温度が上昇し、安定した状態となり、ランプ電圧はほぼ一定となる。
【0073】
始動モードまたは安定点灯モードにおける各部の動作波形を図12に示す。インバータ回路7では制御回路9によりスイッチング素子Q3〜Q6を以下のように制御する。数十〜数百Hzの低周波で交番するT1期間とT2期間を設け、T1期間には、スイッチング素子Q5を数十〜数百kHzでオン/オフし、スイッチング素子Q4をずっとオンさせる。T2期間には、スイッチング素子Q6を数十〜数百kHzでオン/オフし、スイッチング素子Q3をずっとオンさせる。スイッチング素子Q5,Q5のチョッピングにより、図12に示すような三角波IL2を生成し、負荷回路へはコンデンサC2により平滑化された電流Ilaを供給する。三角波IL2はインダクタL2に流れる電流であり、スイッチング素子Q2のオン時には漸増し、オフ時には漸減する。
【0074】
図13にランプ絶縁破壊から安定点灯までの過程を横軸を時間軸として表しており、これを用いて以下詳細に説明する。
【0075】
《定電流制御》:ランプ絶縁破壊後、ランプ電流Ilaの上昇を検出し、その電流が予め設定された閾値Ila1以上となる点灯判別点Aを検出すると、ランプ点灯と判断し、その時点より図5の電流カーブの目標値である電流量TIpがスイッチング素子Q5またはQ6の毎チョッピング周期において確実に流れるように電流ピークを一定に制御する。
【0076】
期間T1ではスイッチング素子Q4をずっとオン状態に維持して、スイッチング素子Q5を以下のように制御する。制御回路9の命令でスイッチング素子Q5をオンするとインダクタL2に電流が流れ始める。電流検出抵抗R2から検出したチョッパ電流Ipの検出値が図5の電流目標値TIpに到達するとスイッチング素子Q5をオフする。スイッチング素子Q5,Q6の接続点の電位でゼロクロス信号ZCSを検出すると、スイッチング素子Q5のオン信号を出力し、以後上記と同じ動作を繰り返す。
【0077】
期間T2ではスイッチング素子Q3をずっとオン状態に維持して、スイッチング素子Q6を以下のように制御する。制御回路9の命令でスイッチング素子Q6をオンするとインダクタL2に電流が流れ始める。電流検出抵抗R2から検出したチョッパ電流Ipの検出値が図5の電流目標値TIpに到達するとスイッチング素子Q6をOFFする。スイッチング素子Q5,Q6の接続点の電位でゼロクロス信号ZCSを検出すると、スイッチング素子Q6のオン信号を出力し、以後上記と同じ動作を繰り返す。
【0078】
以上の期間T1、T2の動作を低周波で交番することでランプ両端には図12のような矩形波のランプ電圧Vlaが印加され、矩形波のランプ電流Ilaが流れる。
【0079】
《定電力制御》:ランプ電圧の上昇の傾きを検知し、予め設定された電圧上昇の傾き(V2/t2)となると、制御切替点Bで制御モードを第2の制御である定電力制御へと切換える。この定電力制御では、定格点灯電圧の領域内で所望の電力でランプを点灯するために、図5のVla−TWlaカーブにもとづき、ランプ電圧Vlaの検出値毎に予め決められたオン幅でスイッチング素子Q5,Q6のチョッピングを制御する。
【0080】
本実施形態においても、ランプ始動過程において、ランプガス封入物の状態が不安定で、特に極性反転直後にランプインピーダンスが増加してランプに電流が流れにくい状態になっても、必要な電流を供給できるので、ランプを毎極性反転毎に確実に安定点灯させることができ、且つ昇圧チョッパ回路2aの出力電圧を低めに設定して部品耐圧を下げることも可能な高圧放電灯点灯装置を提供できる。
【0081】
(実施形態4)
図14に実施形態4を示す。実施形態1〜3において、ランプ始動時の点灯が不安定な領域における定電流制御は、図14のように極性反転の半周期毎に極性反転直後の期間TAとその後次の極性反転までの期間TBを設定し、TAの期間のみを定電流制御としても同様の効果を得ることができる。
【0082】
ランプの放電状態が最も不安定である極性反転直後のみ定電流制御できるから、ランプ始動過程において、ランプガス封入物の状態が不安定で、特に極性反転直後にランプインピーダンスが増加してランプに電流が流れにくい状態になっても、必要な電流を供給できるので、ランプを毎極性反転毎に確実に安定点灯させることができ、且つ昇圧チョッパ回路の出力電圧を低めに設定して部品耐圧を下げることも可能な高圧放電灯点灯装置を提供できる。
【0083】
(実施形態5)
図15に実施形態5を示す。実施形態1〜3において、定電流制御期間はランプの状態の変化(電圧上昇等)に応じて定電流制御する電流目標値を下げれるように複数段の目標値を持たせることも可能である。図示された例では、ランプ電圧の上昇に応じてB1、B2、B3の各点で目標値を低い値に切り換えていく。これにより、実施形態1〜3と同様に、ランプを毎極性反転毎に確実に安定点灯させることができるとともに、ランプヘの負荷を軽減することも可能である。
【0084】
(実施形態6)
図16、図17に実施形態6を示す。実施形態1〜5において、図16に示すように、定電流制御期間の直流電源電圧Vbusを点灯時よりも昇圧することで、極性反転直後にランプインピーダンスが増加し、ランプに電流が流れにくくなっても、回路の定電流供給能力を更に高めることが可能である。または、定電流制御期間の各極性反転直後のみ直流電源電圧Vbusを昇圧する図17の制御でも同様の効果を得ることが可能である。直流電源電圧Vbusを図16または図17のように一時的に昇圧するには制御回路9から直流電源回路2の制御回路5に制御信号を与えれば良い。
【0085】
(実施形態7)
図18に実施形態7を示す。通常点灯時の最適極性反転速度はランプのワット数やランプ種により異なるが、通常300μsec以内の極性反転が良いとされている。特にランプの点灯状態が不安定な定電流制御期間では極性反転速度は速い方が良い(100μsec前後)。一方、安定点灯時においては極性反転速度が速すぎるとランプのステムが振動し、騒音の発生源となっているケースがあった。そこで、図18のように始動時の定電流制御から安定点灯時の定電力制御へ切換えると同時に極性反転速度を切換えることで、始動時にはランプを確実に安定点灯まで移行させることが可能であり、安定点灯時には騒音の問題もない点灯が可能である。
【0086】
(実施形態8)
図19に実施形態8を示す。ランプの寿命末期にはランプ電圧が上昇し、図19のVla−Wlaカーブの点線部のようにランプへ供給する電流量を絞っているため、立ち消えしやすくなる。そこで、ランプ定格電圧の最高電圧近辺で点灯しているランプの安定点灯を確保するため、図19のように高Vla領域にも閾値Vla2を設定し、この閾値以上の定格電圧領域内で点灯するランプについては定電流制御とする。以上により長時間点灯して、ランプ電圧が定格点灯電圧範囲の上限値付近にあるランプでも立ち消えなく点灯させることができる。
【0087】
(実施形態9)
図20は本発明の高圧放電灯点灯装置を用いた照明器具の構成例を示す。(a)、(b)はそれぞれスポットライトにHIDランプを用いたトラックライト対応器具、(c)はダウンライトにHIDランプを用いた例であり、図中、15は点灯装置の回路を格納した電子バラスト、16は高圧放電灯を装着した灯体、17は配線である。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しても良い。これらの点灯装置として前述の実施形態1〜8の高圧放電灯点灯装置を用いることで立ち消えなく、毎回確実に高圧放電灯を安定点灯することが可能な照明器具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0088】
【図1】本発明の実施形態1の回路図である。
【図2】本発明の実施形態1の無負荷時から安定点灯時までの過程を示す説明図である。
【図3】本発明の実施形態1の定電流制御時の各部の波形図である。
【図4】本発明の実施形態1の絶縁破壊から安定点灯に至るまでのランプ電圧の変化と制御切替点を示す説明図である。
【図5】本発明の実施形態1のランプ電圧に対するランプ電力とランプ電流の制御目標値を示す特性図である。
【図6】本発明の実施形態1の極性反転毎のランプ電圧とランプ電流の挙動を示す説明図である。
【図7】本発明の実施形態2の回路図である。
【図8】本発明の実施形態2の定電流制御時の各部の波形図である。
【図9】本発明の実施形態2の絶縁破壊から安定点灯に至るまでのランプ電圧の変化と制御切替点を示す説明図である。
【図10】本発明の実施形態3の回路図である。
【図11】本発明の実施形態3の無負荷時から安定点灯時までの過程を示す説明図である。
【図12】本発明の実施形態3の定電流制御時の各部の波形図である。
【図13】本発明の実施形態3の絶縁破壊から安定点灯に至るまでのランプ電圧の変化と制御切替点を示す説明図である。
【図14】本発明の実施形態4の定電流制御時の各部の波形図である。
【図15】本発明の実施形態5の絶縁破壊から安定点灯に至るまでのランプ電圧の変化と制御切替点を示す説明図である。
【図16】本発明の実施形態6の絶縁破壊から安定点灯に至るまでのランプ電圧の変化と直流電圧の切替ポイントを示す説明図である。
【図17】本発明の実施形態6の定電流制御期間における直流電圧の制御を示す波形図である。
【図18】本発明の実施形態7の極性反転速度の切換え制御を示す説明図である。
【図19】本発明の実施形態8のランプ電圧に対するランプ電力とランプ電流の制御目標値を示す特性図である。
【図20】本発明の実施形態9の照明器具の外観を示す斜視図である。
【図21】従来の高圧放電灯の整流放電波形を示す波形図である。
【図22】従来の過渡的なランプインピーダンス特性1を示す説明図である。
【図23】従来の過渡的なランプインピーダンス特性2を示す説明図である。
【図24】従来の過渡的なランプインピーダンス特性3を示す説明図である。
【図25】従来の始動から安定時、寿命末期までのランプインピーダンス特性を示す説明図である。
【図26】従来の安定器の出力特性1を示す説明図である。
【図27】従来の安定器の出力特性2を示す説明図である。
【図28】従来のランプ定格動作電流と最低始動電流の関係を示す説明図である。
【図29】従来の安定器の出力特性3を示す説明図である。
【符号の説明】
【0089】
2 直流電源回路
3 電力変換回路
9 制御回路
DL 高圧放電灯
【技術分野】
【0001】
本発明は高圧放電灯点灯装置及びこれを用いた照明器具に関するものである。
【背景技術】
【0002】
高圧放電灯は、その始動直後あるいは寿命末期を迎えると、放電が不安定になり、点灯装置が電源を供給しているにもかかわらず、ランプがちらついたり、最悪の場合は消弧してしまう現象がよく知られている。
【0003】
この現象の原因のひとつとして、交流点灯される放電灯の一対の電極間の電子放出が図21に示すように正負の各半サイクルで非対称となる整流放電が知られている。これは陰極サイクルにある片方の電極が、グロー放電からアーク放電に移行できないことにより引き起こされる、言わば電極輝点の不安定形成、換言すれば熱電子放出の不安定性に起因する問題であり、放電灯にはある程度不可避の現象といえる。図21の場合、電極1がカソードサイクルになったときの電子放出能力が低下しているということになる。
【0004】
電極の輝点形成が不安定になるきっかけとしては、電極や電子放射性物質の消耗、あるいは不純物などによるランプ放電自身の不安定性などが考えられる。
【0005】
いずれにせよ、この状態では放電灯のランプインピーダンスが高くなり、点灯装置の電源能力が不足するため、そのままではちらつきや立ち消えなどの不具合を引き起こしてしまう。
【0006】
一方、もうひとつの原因として、一旦ランプが点灯するものの過渡的に放電灯のインピーダンスが急激に高くなってしまう現象がある。これは、とくに金属ハロゲン化合物を発光物質として放電灯の発光管に封入する所謂メタルハライドランプに顕著で、点灯初期のほか安定点灯時にも見られる。
【0007】
これらの現象を、まずメタルハライドランプの挙動から説明する。本ランプは、点灯初期は前記発光物質と同時に発光管に封入されている希ガス−水銀蒸気からなるガスの絶縁破壊により起動する。このとき、金属ハロゲン化合物自体は蒸気圧が低く、放電には殆ど寄与していない。
【0008】
その後数分をかけて発光管に電力が注入され、温度が上昇してくると、前記発光物質は遊離し、金属蒸気圧が急速に上昇していき、ランプ電圧も増加する。
【0009】
本過程において予期できないことは、前記発光物質が不安定な場所、例えば高温の電極付近にあってそれらが接触した場合、金属蒸気圧が一瞬急激に上昇することである。このような場合、商用電源により電圧供給能力が変動する銅鉄式安定器では、安定器の出力よりランプ電圧が上回り、ランプが消弧してしまうことになる。これは、商用電源が瞬時停電、瞬時降電圧したときにも同様な現象となる。
【0010】
一方、矩形波交流出力で点灯させる所謂インバータ回路を用いた電子安定器においては、ランプ電力を略一定に制御しており、上記のようなランプ電圧変動をした場合にはランプ電流を引き下げることで、図22のように過渡的にランプインピーダンスが上昇し、やはりランプが消弧してしまうことがある。図22では、一方の半サイクルで動作点1から動作点2へとランプ電圧の急上昇が起こっていることを示している。
【0011】
また、これらは正常ランプでも起こり得る現象であるが、ランプ電圧が上昇する他の一つの原因として寿命中の経年変化によるランプ電圧上昇という現象がある。これはランプ内部の封入物質の化学反応や、不純物のリリースなどによるものであり、基本的に不可避のものであるが、これにおいても上記と同様な現象を引き起こす。
【0012】
次に、安定器の挙動から説明する。交流出力で点灯させる放電灯の安定器においては、半サイクル毎の極性反転時にランプ電流が一旦消弧する。それを、次の半サイクルで再点灯させる際には安定器の供給するランプ電圧が先行し、電極の熱電子放出であるランプ電流の立ち上がりが遅れるため、やはり図23のように過渡的にインピーダンスが増加することになる。図では、一方の半サイクルにおける白丸の点が過渡的に通る高インピーダンスの動作点を示している。
【0013】
このときに、波形の立ち上がりの遅いサイン波の商用周波点灯であると、ランプ電圧はゼロクロス以降急激に立ち上がる所謂再点弧電圧を生じ、これが供給電源電圧に余裕がなくなると立ち消えする原因になる。
【0014】
一方、波形の立ち上がりの早い矩形波インバータ回路の場合は、出力電圧も一定制御できるため有利であるが、ランプ電力が略一定となるような制御をしている場合にはランプ電圧の増加とは逆にランプ電流が絞られることになり、図24のようにランプの過渡的なインピーダンスが高くなり、やはり立ち消えすることになる。図では、一方の半サイクルにおける動作点2’が理想的な電源(たとえば定電流源)であったときのランプ電圧増加時の動作点であるが、実際には定電力の出力線に沿って動作点2を取り、高インピーダンスになってしまう。
【0015】
特許文献1には、限流特性を有するDC−DCコンバータと、DC−DCコンバータの出力を矩形波交流に変換する矩形波インバータとを備え、矩形波インバータの出力を高圧パルス重畳回路を介して高圧放電灯に印加する放電灯点灯装置において、DC−DCコンバータの出力電流と管電圧の検出値に応じて限流特性が制御される構成が開示されているが、立ち消えしやすいときに、DC−DCコンバータのスイッチング素子に流れる電流を毎スイッチング周期について所定のピーク値まで流す制御を行うものではない。
【特許文献1】特開昭60−250599号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
以上をまとめると、放電灯の点灯を不安定にさせ、消弧させるような現象にはランプ側と安定器側にそれぞれ好ましくない点があり、次のような原因が挙げられる。
【0017】
(1)ランプが非対称放電を生じること。
(2)ランプが過渡的な挙動、あるいは寿命中の経年変化によりインピーダンスを増加させること。
(3)安定器が十分な出力(あるいは電源能力)を有しないこと。
【0018】
ここで、放電灯の電気モデルについて考えてみる。
図25は始動から安定点灯までのランプの電圧−電流特性を示したものである。ここでは便宜上半サイクルのみでの電圧−電流特性で示している。
【0019】
まず、動作点(a)で外部から与えられた高圧パルスで電圧ブレークダウンする。このときはランプはまだグロー放電からアーク放電への遷移領域のため、インピーダンスは高い。
【0020】
次に適当な安定器出力が与えられれば、ランプは準安定状態の動作点(b)に移行する。この状態ではすでに電流ブレークダウンしているが、ランプ電圧はいまだ高く、インピーダンスは完全には低下していない。
【0021】
次に、略定格電流を流せる安定器出力が与えられれば、低ランプ電圧でランプ電流の大きい低インピーダンス状態の動作点(c)に完全移行する。
【0022】
その後、ランプ電圧は、安定器の出力曲線にしたがって徐々に上昇し、今度はインピーダンスを増加させながら、定格動作点となる(d)で安定する。
【0023】
ランプの寿命初期は、点灯ごとに(d)の動作点で安定するが、寿命中の点灯時間を経るにしたがって(d’)→(d”)→(d”’)のようにランプ電圧が徐々に上昇する。
【0024】
この図では(d)〜(d”)までが正常なランプ電圧範囲、(d”’)は異常なランプ電圧として表している。
【0025】
また、この間のランプのインピーダンスは点線で示したように、低インピーダンスから高インピーダンスの間を変動する。
【0026】
なお、この図での動作点(c)〜(d”’)間は定電流動作しているものとして記してある。
【0027】
以上において、上述の好ましくない点を解決するためには、始動過程から寿命末期に至るまでに通る各動作点(a)→(b)→(c)→(d)→(d’)→(d”)→(d”’)において、それぞれ最適な安定器出力を与えることが必要である。
【0028】
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、放電灯の始動過程から寿命末期に至るまでに発生する放電灯の不安定点灯、主に立ち消えに対する対策として安定性の優れた高圧放電灯点灯装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0029】
本発明は、上記の課題を解決するために、図1に示すように、複数のスイッチング素子Q2〜Q6とインダクタンス素子L2を備え、直流電源2からの入力を電力変換し、矩形波交流出力として高圧放電灯DLに供給する電力変換回路3と、電力変換回路3のスイッチング素子Q2〜Q6を制御する制御回路9とからなる点灯装置であって、前記制御回路9は、電力変換回路3のスイッチング素子Q2を毎スイッチング周期決められたピーク値まで電流を流すように制御する第1の点灯制御と、高圧放電灯DLの安定点灯時に所望の電力を供給する第2の点灯制御とを有し、これら第1及び第2の点灯制御を高圧放電灯DLの点灯状態に応じて切り換えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、放電灯の始動過程から寿命末期に至るまでに発生する放電灯の不安定点灯の状態においても毎スイッチング周期ごとに必要な電流を供給できるので、安定点灯させることができる。また、供給電流不足による立ち消えの恐れが少ないので、直流電源の出力電圧を低めに設定して部品耐圧を下げることも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0031】
前出のランプの動作点の考え方を用いて、本発明の特徴を説明する。放電灯の点灯を不安定にさせ、消弧させるような現象には、上述のように3つの好ましくない点があるが、発明者らは安定器の出力特性をアクティブに制御することで、その解決手段を見出した。
【0032】
例えば図26に示すような出力特性の場合だと、ランプのインピーダンスが若干の変動をしただけで安定点(b)が低電流側(b’)に引き下げられるか、あるいは交点を持たなくなり、立ち消えに至る。なお、ここでの安定器の出力特性は、開放電圧V02および短絡電流Isを結ぶ安定器の電圧−電流特性を示している。
【0033】
上述のように、ランプの挙動が予測しがたいことを考慮すれば、動作点(b)は安定器の出力特性で安定させることが有利である。具体的には、より安定した動作領域で交点を持つような、例えば図27のように(b”)に移行させるような特性を持たせればよい。
【0034】
なお、発明者らの検証によれば、(b)の動作点で要する最低電流はランプの種類によらず600mA以上あればよいことが分っている(図28参照)。図中の白丸は様々なランプ、横軸は定格動作電流、縦軸は始動時に要する最低電流(mA)である。
【0035】
次に、動作点(b)→(c)に至る過程においては、電力を一定に保つような制御であれば、一度グロー放電からアーク放電への遷移領域を越えたランプを、再び不安定に引き戻してしまうから、図29の出力特性Aのように確実に動作点を持つようにし、ランプの低インピーダンス状態を維持させることが必要である。
【0036】
さらに、動作点(c)→(d”)に至る過程においては、ランプが不安定な領域を脱したことが明確になれば、図29の出力特性Bのように一定の電流、あるいは電力制御を行ってもよい。ここでは、(c)→(d)に至る過程では一定の電流制御、(d)→(d”)に至る過程では一定の電力制御としている。
【0037】
最後に、寿命末期に至る(d”)→(d”’)の過程においては、ランプのインピーダンスが増加しており、不要な電力を注入することは、ランプや安定器の破損、過熱の原因となる可能性があり、好ましくない。よって、図29の出力特性Cのように一定の電圧以上の出力をカットオフするか、電力を略一定以上注入しないようにして自然に立ち消えさせることが有効である。
【0038】
以上の動作を実現する具体的な実施形態について以下に説明する。
(実施形態1)
図1に本発明の実施形態1の点灯装置の回路図を示す。図中、1は交流電源、2は直流電源回路、3は電力変換回路である。直流電源回路2は、交流電源1を全波整流する整流器DBと、インダクタL1とスイッチング素子Q1とダイオードD1とコンデンサC1よりなる昇圧チョッパ回路と、その制御回路5とからなり、商用の交流電源1からの交流入力を直流出力に変換して電力変換回路3へ供給すると共に、入力電流と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。例えば市販のon−semi製MC33262などをスイッチング素子Q1の制御回路5として用いることで実現可能である。
【0039】
電力変換回路3は、降圧チョッパ回路6とインバータ回路7とイグナイタ回路8と制御回路9とからなっている。降圧チョッパ回路6は、スイッチング素子Q2とダイオードD2とインダクタL2とコンデンサC2とからなり、入力電圧を降圧した直流電圧を出力する。ここで降圧チョッパ回路6の動作については一般的な技術であるので説明を省略するが、スイッチング素子Q2のオン/オフを制御することで放電灯DLへの供給電力を調節する安定器として用いられている。
【0040】
インバータ回路7は、スイッチング素子Q3〜Q6からなるフルブリッジ回路を構成している。このインバータ回路7は、スイッチング素子Q3,Q6のペアとQ4,Q5のペアが制御回路9からの制御信号により数十〜数百Hzの低周波で交互にオンされることで、放電灯DLに矩形波交流電力を供給する。
【0041】
イグナイタ回路8は、パルストランスPTとコンデンサC3とスイッチング素子Q7(例えばサイダックのような電圧応答素子)と抵抗R1とからなっている。このイグナイタ回路8の動作について簡単に説明する。インバータ回路7より生成された矩形波電圧を受け、抵抗R1とコンデンサC3の時定数によりコンデンサC3は徐々に充電されていく。無負荷時において、コンデンサC3の電圧Vc3がスイッチング素子Q7のブレークオーバー電圧Vboに達するとスイッチング素子Q7はONし、コンデンサC3に蓄積された電荷をコンデンサC3→スイッチング素子Q7→パルストランスPTの1次巻線N1を介して放電させる。この時パルストランスPTの1次巻線N1に発生したパルス電圧が昇圧され、パルストランスPTの2次巻線N2に高圧パルス電圧(数KV)を発生させる。そして、この高圧パルス電圧により放電灯DLが放電を開始し、点灯状態に移行する。
【0042】
制御回路9は、ランプDLのランプ電圧Vla、ランプ電流Ila、スイッチング素子Q2のピーク電流Ip、インダクタL2に流れる電流のゼロクロス信号(ZCS)を検出し、これらの検出結果に応じてスイッチング素子Q2のオン/オフ制御を行ない、所望の電流または電力をランプDLに供給するように降圧チョッパ回路6のスイッチング素子Q2の制御と、インバータ回路7のスイッチング素子Q3〜Q6の制御を行なう。
【0043】
放電灯DLはメタルハライドランプや高圧水銀ランプのような高輝度高圧放電灯(HIDランプ)である。
【0044】
この回路を用いて高圧放電灯が不点状態から安定点灯に至るまでには、点灯装置は大きく分けて図2で示す3つの過程を通る。
【0045】
無負荷モード:ランプは不点状態にあり、前記イグナイタ回路8で生成するパルス電圧をトランスPTの1次巻線N1から2次巻線N2へ向けて昇圧し、矩形波電圧に重畳してランプ電極間へ印加することでランプを絶縁破壊して始動モードへと移行させる。
【0046】
始動モード:パルス電圧によりランプが絶縁破壊すると、グロー放電を経てアーク放電に至る。アーク放電が開始してから発光管内温度が均一化されて安定するまでの過程においては、ランプ電圧は数Vから安定電圧まで数分かけて徐々に上昇する。
【0047】
安定点灯モード:ランプ点灯後、数分経過してランプの発光管内温度が上昇し、安定した状態となり、ランプ電圧はほぼ一定となる。
【0048】
始動モードまたは安定点灯モードにおける各部の動作波形を図3に示す。降圧チョッパ回路6では、制御回路9からのPWM信号でスイッチング素子Q2のオン/オフを制御する。スイッチング素子Q2のチョッピングにより、図3に示すような三角波IL2を生成し、負荷回路へはコンデンサC2により平滑化された電流Ilaを供給する。三角波IL2はインダクタL2に流れる電流であり、スイッチング素子Q2のオン時には漸増し、オフ時には漸減する。
【0049】
インバータ回路7では、制御回路9からの制御信号によりスイッチング素子Q3,Q6のペアとスイッチング素子Q4,Q5のペアが交互にオンすることで、ランプDLには図3の矩形波電流Ilaが供給され、ランプ両端には図3の電圧Vlaが印加される。なお、極性反転動作は無負荷モードから安定点灯モードまで同じであるが、極性反転周波数は無負荷時と点灯時とで異ならせても良い。
【0050】
図4にランプの絶縁破壊から安定点灯までの過程を横軸を時間軸として表しており、この図を用いて以下詳細に説明する。
【0051】
《定電流制御》:ランプ電圧Vlaとランプ電流Ilaの検出値を演算して得られたランプ電力Wlaを図4の点灯判別点Aとして検出することでランプが点灯したと判断し、この時点より図5の電流カーブの目標値である電流量TIpがスイッチング素子Q2の毎スイッチング周期ごとに確実に流れるように電流ピークを一定とする制御を行なう。
【0052】
具体的には、制御回路9の命令でスイッチング素子Q2をONすると、インダクタL2に電流が流れ始める。抵抗R2から検出したスイッチング素子Q2の電流検出値Ipが図5の電流目標値TIpに到達するとスイッチング素子Q2をOFFする。その後、インダクタL2の2次巻線によりゼロクロス信号ZCSがゼロになるのを検出すると、スイッチング素子Q2のON信号を出力し、以後、上記と同じ動作を繰り返す。
【0053】
図6に極性反転動作毎のランプの電圧Vlaと電流Ilaの関係を示している。この図6を上述の図3と照らし合わせて分かるとおり、特にランプ封入物の状態が不安定である始動時には、極性反転直後の電圧VXが高く、電流Ilaが流れにくい過程を通過する。
【0054】
この電流が流れにくい極性反転直後においても、定電流制御であれば、所定のピーク値まで電流を流すようにするので、ランプの立ち消えをなくすことが可能である。
【0055】
《定電力制御》:ランプ電圧が上昇し、図4の予め設定された電圧Vla1に到達すると、制御モードを第2の制御である定電力制御へと切換える。定電力制御では、定格点灯電圧の領域内で所望の電力でランプを点灯するために、図5のVla−TWlaカーブにもとづき、ランプ電圧Vlaの検出値毎に予め決められたON幅でスイッチング素子Q2のチョッピングを制御する。
【0056】
本実施形態によれば、ランプ始動過程において、ランプガス封入物の状態が不安定で、特に極性反転直後にランプインピーダンスが増加してランプに電流が流れにくい状態になっても、必要な電流を供給できるので、ランプを毎極性反転毎に確実に安定点灯させることができ、且つ昇圧チョッパ回路の出力電圧を低めに設定して部品耐圧を下げることも可能な高圧放電灯点灯装置を提供できる。
【0057】
(実施形態2)
図7に本発明の実施形態2の回路図を示す。本実施形態では、電力変換回路3としてハーフブリッジインバータ回路を用いている。このハーフブリッジインバータ回路は、電解コンデンサC1,C2の直列回路と、スイッチング素子Q2,Q3の直列回路を直流電源回路2の出力に並列接続し、コンデンサC1,C2の接続点とスイッチング素子Q2,Q3の接続点の間に、電流検出抵抗R2を介してインダクタL2とコンデンサC4の直列回路を接続し、コンデンサC4と並列に、パルストランスPTの2次巻線N2を介して放電灯DLを接続したものであり、実施形態1の降圧チョッパ回路6とインバータ回路7の機能を兼用している。インダクタL2とコンデンサC4の直列回路は降圧チョッパ用のローパスフィルタ回路を構成しており、制御回路9の制御信号によりスイッチング素子Q2が数十〜数百kHzの高周波でオン/オフする期間T1と、スイッチング素子Q3が数十〜数百kHzの高周波でオン/オフする期間T2とを、数十〜数百Hzの低周波で交番させることにより、コンデンサC4の両端に低周波の矩形波電圧を得ている。
【0058】
制御回路9は、ランプ電圧検出回路11によりランプ電圧Vlaを検出し、チョッパ電流検出回路12によりスイッチング素子Q2,Q3に流れる電流の瞬時値Ipを検出し、ゼロクロス検出回路13によりインダクタL2に流れる電流のゼロクロス信号(ZCS)を検出し、これらの検出結果に基づいて、スイッチング素子Q2,Q3を制御する。なお、イグナイタ回路8の構成は実施形態1と同様であるが、制御回路9の制御信号により開閉制御されるスイッチ素子Q8を介して直流電源回路2の出力に接続した点が異なる。
【0059】
本実施形態においても、高圧放電灯が不点状態から安定点灯に至るまでには、点灯装置は大きく分けて図2で示す無負荷モード、始動モード、安定点灯モードの3つの過程を通る。
【0060】
図9にランプ絶縁破壊から安定点灯までの過程を横軸を時間軸として表しており、この図を用いて以下詳細に説明する。
【0061】
《定電流制御》:ランプ絶縁破壊後、ランプ電圧Vlaの下降を検出し、その電圧が予め設定された閾値以下となる点灯判別点Aを検出するとランプ点灯と判断し、その時点より図5の電流カーブの目標値である電流量TIpがスイッチング素子Q2(またはQ3)の毎スイッチング周期において確実に流れるように電流ピークを一定に制御する。その動作を図8に示す。
【0062】
期間T1では、制御回路9の命令でスイッチング素子Q2をONするとインダクタL2に電流が流れ始める。電流検出抵抗R2からチョッパ電流検出回路12により検出したチョッパ電流Ipの検出値が図5の電流目標値TIpに到達するとスイッチング素子Q2をOFFする。その後、インダクタL2の2次巻線によりゼロクロス信号ZCSがゼロになるのを検出すると、スイッチング素子Q2のON信号を出力し、以後、上記と同じ動作を繰り返す。
【0063】
期間T2では、制御回路9の命令でスイッチング素子Q3がONするとインダクタL2に逆方向に電流が流れ始める。電流検出抵抗R2からチョッパ電流検出回路12により検出したチョッパ電流Ipの検出値が図5の電流目標値TIpに到達するとスイッチング素子Q2をOFFする。その後、インダクタL2の2次巻線によりゼロクロス信号ZCSがゼロになるのを検出すると、スイッチング素子Q3のON信号を出力し、以後、上記と同じ動作を繰り返す。
【0064】
以上の期間T1、T2の高周波スイッチング動作を低周波で交番することでランプ両端には図8のような矩形波のランプ電圧Vlaが印加され、矩形波のランプ電流Ilaが流れる。
【0065】
《定電力制御》:ランプ点灯検出後、予め設定された時間t1が経過すると、制御モードを第2の制御である定電力制御へと切換える。定電力制御では定格点灯電圧の領域内で所望の電力でランプを点灯するために、図5のVla−TWlaカーブにもとづき、ランプ電圧Vlaの検出値毎に予め決められたON幅でスイッチング素子Q2,Q3のチョッピングを制御する。
【0066】
本実施形態においても、ランプ始動過程において、ランプガス封入物の状態が不安定で、特に極性反転直後にランプインピーダンスが増加してランプに電流が流れにくい状態になっても、必要な電流を供給できるので、ランプを毎極性反転毎に確実に安定点灯させることができ、且つ昇圧チョッパ回路2aの出力電圧を低めに設定して部品耐圧を下げることも可能な高圧放電灯点灯装置を提供できる。
【0067】
(実施形態3)
図10に本発明の実施形態3の回路図を示す。本実施形態では、電力変換回路としてフルブリッジインバータ回路7を用いており、スイッチング素子Q3〜Q6を巧妙に制御することで、実施形態1の降圧チョッパ回路6とインバータ回路7とイグナイタ回路8の機能を1つの回路で兼用している。すなわち、無負荷時にはスイッチング素子Q3,Q4が高周波で交互にオン・オフすることで、トランスPTとトランスPTの中間タップとグランド間に挿入されたコンデンサC3とからなる共振昇圧回路8が高電圧を発生し、放電灯DLを絶縁破壊する。始動時〜安定点灯時には、スイッチング素子Q3,Q4は低周波で交互にオン・オフすることで共振昇圧回路8は高電圧の発生を停止し、スイッチング素子Q4がオンである期間T1にスイッチング素子Q5が高周波でオン・オフする動作と、スイッチング素子Q3がオンである期間T2にスイッチング素子Q6が高周波でオン・オフする動作とを低周波で交番することにより、低周波の矩形波電圧を放電灯DLに供給する。このとき、インダクタL2とコンデンサC2は降圧チョッパ回路のローパスフィルタとして機能する。
【0068】
制御回路9は、ランプ両端電圧Vla1,Vla2からランプ電圧Vlaを検出し、電流検出抵抗R2によりスイッチング素子Q5,Q6に流れるチョッパ電流の瞬時値Ipを検出する。また、インダクタL2に流れる電流のゼロクロス信号ZCSを検出し、これらの検出結果から決定される所望の電流または電力をランプに供給するようにスイッチング素子Q3〜Q6の制御を行なう。
【0069】
上記回路を用いて高圧放電灯が不点状態から安定点灯に至るまでには、点灯装置は大きく分けて図11で示す3つの過程を通る。
【0070】
無負荷モード:ランプは不点状態にあり、前記共振昇圧回路8を構成するトランスPTの1次巻線とコンデンサC3のLC共振周波数付近でスイッチング素子Q3,Q4を交互にオン/オフして生成する共振パルス電圧をトランスPTの巻数比で昇圧してランプ電極間に印加することでランプを絶縁破壊して始動モードへ移行させる。
【0071】
始動モード:共振パルス電圧によりランプが絶縁破壊すると、グロー放電を経てアーク放電に至る。アーク放電が開始してから発光管内温度が均一化されて安定するまでの過程においては、ランプ電圧は数Vから安定電圧まで数分かけて徐々に上昇する。
【0072】
安定点灯モード:ランプ点灯後、数分経過してランプの発光管内温度が上昇し、安定した状態となり、ランプ電圧はほぼ一定となる。
【0073】
始動モードまたは安定点灯モードにおける各部の動作波形を図12に示す。インバータ回路7では制御回路9によりスイッチング素子Q3〜Q6を以下のように制御する。数十〜数百Hzの低周波で交番するT1期間とT2期間を設け、T1期間には、スイッチング素子Q5を数十〜数百kHzでオン/オフし、スイッチング素子Q4をずっとオンさせる。T2期間には、スイッチング素子Q6を数十〜数百kHzでオン/オフし、スイッチング素子Q3をずっとオンさせる。スイッチング素子Q5,Q5のチョッピングにより、図12に示すような三角波IL2を生成し、負荷回路へはコンデンサC2により平滑化された電流Ilaを供給する。三角波IL2はインダクタL2に流れる電流であり、スイッチング素子Q2のオン時には漸増し、オフ時には漸減する。
【0074】
図13にランプ絶縁破壊から安定点灯までの過程を横軸を時間軸として表しており、これを用いて以下詳細に説明する。
【0075】
《定電流制御》:ランプ絶縁破壊後、ランプ電流Ilaの上昇を検出し、その電流が予め設定された閾値Ila1以上となる点灯判別点Aを検出すると、ランプ点灯と判断し、その時点より図5の電流カーブの目標値である電流量TIpがスイッチング素子Q5またはQ6の毎チョッピング周期において確実に流れるように電流ピークを一定に制御する。
【0076】
期間T1ではスイッチング素子Q4をずっとオン状態に維持して、スイッチング素子Q5を以下のように制御する。制御回路9の命令でスイッチング素子Q5をオンするとインダクタL2に電流が流れ始める。電流検出抵抗R2から検出したチョッパ電流Ipの検出値が図5の電流目標値TIpに到達するとスイッチング素子Q5をオフする。スイッチング素子Q5,Q6の接続点の電位でゼロクロス信号ZCSを検出すると、スイッチング素子Q5のオン信号を出力し、以後上記と同じ動作を繰り返す。
【0077】
期間T2ではスイッチング素子Q3をずっとオン状態に維持して、スイッチング素子Q6を以下のように制御する。制御回路9の命令でスイッチング素子Q6をオンするとインダクタL2に電流が流れ始める。電流検出抵抗R2から検出したチョッパ電流Ipの検出値が図5の電流目標値TIpに到達するとスイッチング素子Q6をOFFする。スイッチング素子Q5,Q6の接続点の電位でゼロクロス信号ZCSを検出すると、スイッチング素子Q6のオン信号を出力し、以後上記と同じ動作を繰り返す。
【0078】
以上の期間T1、T2の動作を低周波で交番することでランプ両端には図12のような矩形波のランプ電圧Vlaが印加され、矩形波のランプ電流Ilaが流れる。
【0079】
《定電力制御》:ランプ電圧の上昇の傾きを検知し、予め設定された電圧上昇の傾き(V2/t2)となると、制御切替点Bで制御モードを第2の制御である定電力制御へと切換える。この定電力制御では、定格点灯電圧の領域内で所望の電力でランプを点灯するために、図5のVla−TWlaカーブにもとづき、ランプ電圧Vlaの検出値毎に予め決められたオン幅でスイッチング素子Q5,Q6のチョッピングを制御する。
【0080】
本実施形態においても、ランプ始動過程において、ランプガス封入物の状態が不安定で、特に極性反転直後にランプインピーダンスが増加してランプに電流が流れにくい状態になっても、必要な電流を供給できるので、ランプを毎極性反転毎に確実に安定点灯させることができ、且つ昇圧チョッパ回路2aの出力電圧を低めに設定して部品耐圧を下げることも可能な高圧放電灯点灯装置を提供できる。
【0081】
(実施形態4)
図14に実施形態4を示す。実施形態1〜3において、ランプ始動時の点灯が不安定な領域における定電流制御は、図14のように極性反転の半周期毎に極性反転直後の期間TAとその後次の極性反転までの期間TBを設定し、TAの期間のみを定電流制御としても同様の効果を得ることができる。
【0082】
ランプの放電状態が最も不安定である極性反転直後のみ定電流制御できるから、ランプ始動過程において、ランプガス封入物の状態が不安定で、特に極性反転直後にランプインピーダンスが増加してランプに電流が流れにくい状態になっても、必要な電流を供給できるので、ランプを毎極性反転毎に確実に安定点灯させることができ、且つ昇圧チョッパ回路の出力電圧を低めに設定して部品耐圧を下げることも可能な高圧放電灯点灯装置を提供できる。
【0083】
(実施形態5)
図15に実施形態5を示す。実施形態1〜3において、定電流制御期間はランプの状態の変化(電圧上昇等)に応じて定電流制御する電流目標値を下げれるように複数段の目標値を持たせることも可能である。図示された例では、ランプ電圧の上昇に応じてB1、B2、B3の各点で目標値を低い値に切り換えていく。これにより、実施形態1〜3と同様に、ランプを毎極性反転毎に確実に安定点灯させることができるとともに、ランプヘの負荷を軽減することも可能である。
【0084】
(実施形態6)
図16、図17に実施形態6を示す。実施形態1〜5において、図16に示すように、定電流制御期間の直流電源電圧Vbusを点灯時よりも昇圧することで、極性反転直後にランプインピーダンスが増加し、ランプに電流が流れにくくなっても、回路の定電流供給能力を更に高めることが可能である。または、定電流制御期間の各極性反転直後のみ直流電源電圧Vbusを昇圧する図17の制御でも同様の効果を得ることが可能である。直流電源電圧Vbusを図16または図17のように一時的に昇圧するには制御回路9から直流電源回路2の制御回路5に制御信号を与えれば良い。
【0085】
(実施形態7)
図18に実施形態7を示す。通常点灯時の最適極性反転速度はランプのワット数やランプ種により異なるが、通常300μsec以内の極性反転が良いとされている。特にランプの点灯状態が不安定な定電流制御期間では極性反転速度は速い方が良い(100μsec前後)。一方、安定点灯時においては極性反転速度が速すぎるとランプのステムが振動し、騒音の発生源となっているケースがあった。そこで、図18のように始動時の定電流制御から安定点灯時の定電力制御へ切換えると同時に極性反転速度を切換えることで、始動時にはランプを確実に安定点灯まで移行させることが可能であり、安定点灯時には騒音の問題もない点灯が可能である。
【0086】
(実施形態8)
図19に実施形態8を示す。ランプの寿命末期にはランプ電圧が上昇し、図19のVla−Wlaカーブの点線部のようにランプへ供給する電流量を絞っているため、立ち消えしやすくなる。そこで、ランプ定格電圧の最高電圧近辺で点灯しているランプの安定点灯を確保するため、図19のように高Vla領域にも閾値Vla2を設定し、この閾値以上の定格電圧領域内で点灯するランプについては定電流制御とする。以上により長時間点灯して、ランプ電圧が定格点灯電圧範囲の上限値付近にあるランプでも立ち消えなく点灯させることができる。
【0087】
(実施形態9)
図20は本発明の高圧放電灯点灯装置を用いた照明器具の構成例を示す。(a)、(b)はそれぞれスポットライトにHIDランプを用いたトラックライト対応器具、(c)はダウンライトにHIDランプを用いた例であり、図中、15は点灯装置の回路を格納した電子バラスト、16は高圧放電灯を装着した灯体、17は配線である。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しても良い。これらの点灯装置として前述の実施形態1〜8の高圧放電灯点灯装置を用いることで立ち消えなく、毎回確実に高圧放電灯を安定点灯することが可能な照明器具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0088】
【図1】本発明の実施形態1の回路図である。
【図2】本発明の実施形態1の無負荷時から安定点灯時までの過程を示す説明図である。
【図3】本発明の実施形態1の定電流制御時の各部の波形図である。
【図4】本発明の実施形態1の絶縁破壊から安定点灯に至るまでのランプ電圧の変化と制御切替点を示す説明図である。
【図5】本発明の実施形態1のランプ電圧に対するランプ電力とランプ電流の制御目標値を示す特性図である。
【図6】本発明の実施形態1の極性反転毎のランプ電圧とランプ電流の挙動を示す説明図である。
【図7】本発明の実施形態2の回路図である。
【図8】本発明の実施形態2の定電流制御時の各部の波形図である。
【図9】本発明の実施形態2の絶縁破壊から安定点灯に至るまでのランプ電圧の変化と制御切替点を示す説明図である。
【図10】本発明の実施形態3の回路図である。
【図11】本発明の実施形態3の無負荷時から安定点灯時までの過程を示す説明図である。
【図12】本発明の実施形態3の定電流制御時の各部の波形図である。
【図13】本発明の実施形態3の絶縁破壊から安定点灯に至るまでのランプ電圧の変化と制御切替点を示す説明図である。
【図14】本発明の実施形態4の定電流制御時の各部の波形図である。
【図15】本発明の実施形態5の絶縁破壊から安定点灯に至るまでのランプ電圧の変化と制御切替点を示す説明図である。
【図16】本発明の実施形態6の絶縁破壊から安定点灯に至るまでのランプ電圧の変化と直流電圧の切替ポイントを示す説明図である。
【図17】本発明の実施形態6の定電流制御期間における直流電圧の制御を示す波形図である。
【図18】本発明の実施形態7の極性反転速度の切換え制御を示す説明図である。
【図19】本発明の実施形態8のランプ電圧に対するランプ電力とランプ電流の制御目標値を示す特性図である。
【図20】本発明の実施形態9の照明器具の外観を示す斜視図である。
【図21】従来の高圧放電灯の整流放電波形を示す波形図である。
【図22】従来の過渡的なランプインピーダンス特性1を示す説明図である。
【図23】従来の過渡的なランプインピーダンス特性2を示す説明図である。
【図24】従来の過渡的なランプインピーダンス特性3を示す説明図である。
【図25】従来の始動から安定時、寿命末期までのランプインピーダンス特性を示す説明図である。
【図26】従来の安定器の出力特性1を示す説明図である。
【図27】従来の安定器の出力特性2を示す説明図である。
【図28】従来のランプ定格動作電流と最低始動電流の関係を示す説明図である。
【図29】従来の安定器の出力特性3を示す説明図である。
【符号の説明】
【0089】
2 直流電源回路
3 電力変換回路
9 制御回路
DL 高圧放電灯
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のスイッチング素子とインダクタンス素子を備え、直流電源からの入力を電力変換し、矩形波交流出力として高圧放電灯に供給する電力変換回路と、電力変換回路のスイッチング素子を制御する制御回路とからなる点灯装置であって、前記制御回路は、
電力変換回路のスイッチング素子を毎スイッチング周期決められたピーク値まで電流を流すように制御する第1の点灯制御と、
高圧放電灯の安定点灯時に所望の電力を供給する第2の点灯制御とを有し、
これら第1及び第2の点灯制御を高圧放電灯の点灯状態に応じて切り換えることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項2】
請求項1において、前記制御回路は高圧放電灯が点灯したことを、ランプ電圧の減少、またはランプ電流の増加、またはランプ電圧とランプ電流の瞬時値の積によって検出することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項3】
請求項1または2において、第1の点灯制御は複数の目標値を有し、ランプ電圧の上昇に応じてこれら目標値を低い値に切り換えていくことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれかにおいて、前記制御回路は、高圧放電灯の点灯を検出した直後は第1の点灯制御とし、高圧放電灯の点灯検出後から予め設定された時間が経過した後に第2の点灯制御に切り換えることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項5】
請求項1〜3のいずれかにおいて、前記制御回路は、高圧放電灯の点灯を検出した直後は第1の点灯制御とし、高圧放電灯の点灯検出後、所定のランプ電圧に達するか、または、所定時間内のランプ電圧増加量が所定の傾きに達したことを検出すると、第2の点灯制御に切り換えることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項6】
請求項4または5において、高圧放電灯の点灯を検出した直後の第1の点灯制御に代えて、矩形波の極性反転直後から一定の期間は第1の点灯制御、その後、次の極性反転までの期間は第2の点灯制御とする動作を繰り返すことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項7】
請求項1〜6のいずれかにおいて、第1の点灯制御の期間中は、第2の点灯制御の期間中よりも直流電源の出力電圧を高くすることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項8】
請求項1〜6のいずれかにおいて、第1の点灯制御において、極性反転直後から一定の期間は直流電源の出力電圧を高くすることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項9】
請求項1〜8のいずれかにおいて、第1の点灯制御の期間中は、第2の点灯制御の期間中よりも極性反転の速度を速くすることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項10】
請求項1〜9のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置を具備したことを特徴とする照明器具。
【請求項1】
複数のスイッチング素子とインダクタンス素子を備え、直流電源からの入力を電力変換し、矩形波交流出力として高圧放電灯に供給する電力変換回路と、電力変換回路のスイッチング素子を制御する制御回路とからなる点灯装置であって、前記制御回路は、
電力変換回路のスイッチング素子を毎スイッチング周期決められたピーク値まで電流を流すように制御する第1の点灯制御と、
高圧放電灯の安定点灯時に所望の電力を供給する第2の点灯制御とを有し、
これら第1及び第2の点灯制御を高圧放電灯の点灯状態に応じて切り換えることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項2】
請求項1において、前記制御回路は高圧放電灯が点灯したことを、ランプ電圧の減少、またはランプ電流の増加、またはランプ電圧とランプ電流の瞬時値の積によって検出することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項3】
請求項1または2において、第1の点灯制御は複数の目標値を有し、ランプ電圧の上昇に応じてこれら目標値を低い値に切り換えていくことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれかにおいて、前記制御回路は、高圧放電灯の点灯を検出した直後は第1の点灯制御とし、高圧放電灯の点灯検出後から予め設定された時間が経過した後に第2の点灯制御に切り換えることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項5】
請求項1〜3のいずれかにおいて、前記制御回路は、高圧放電灯の点灯を検出した直後は第1の点灯制御とし、高圧放電灯の点灯検出後、所定のランプ電圧に達するか、または、所定時間内のランプ電圧増加量が所定の傾きに達したことを検出すると、第2の点灯制御に切り換えることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項6】
請求項4または5において、高圧放電灯の点灯を検出した直後の第1の点灯制御に代えて、矩形波の極性反転直後から一定の期間は第1の点灯制御、その後、次の極性反転までの期間は第2の点灯制御とする動作を繰り返すことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項7】
請求項1〜6のいずれかにおいて、第1の点灯制御の期間中は、第2の点灯制御の期間中よりも直流電源の出力電圧を高くすることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項8】
請求項1〜6のいずれかにおいて、第1の点灯制御において、極性反転直後から一定の期間は直流電源の出力電圧を高くすることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項9】
請求項1〜8のいずれかにおいて、第1の点灯制御の期間中は、第2の点灯制御の期間中よりも極性反転の速度を速くすることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項10】
請求項1〜9のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置を具備したことを特徴とする照明器具。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
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【図10】
【図11】
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【図13】
【図14】
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【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【公開番号】特開2008−52998(P2008−52998A)
【公開日】平成20年3月6日(2008.3.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−226834(P2006−226834)
【出願日】平成18年8月23日(2006.8.23)
【出願人】(000005832)松下電工株式会社 (17,916)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年3月6日(2008.3.6)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年8月23日(2006.8.23)
【出願人】(000005832)松下電工株式会社 (17,916)
【Fターム(参考)】
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