JP2006147367A - パルス発生回路、放電灯点灯装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ランプ始動後にサイリスタを確実にオフでき、電源を供給するための抵抗が加熱して劣化を招くのを防ぐと共に、無駄な電力消費が発生するのを防止できるパルス発生回路、放電灯点灯装置及び照明装置を提供すること。
【解決手段】放電ランプ５に直列接続されて１次側に発生するパルスを２次側に昇圧して出力するトランスＴ1と、第１のコンデンサＣ4と、トランスＴ1の１次巻線と閉回路を構成する第２のコンデンサＣ12とサイリスタＤ12と、Ｃ12に電源を供給する抵抗Ｒ13と、Ｄ12のオンタイミングを制御する制御手段と、を具備したパルス発生回路において、Ｒ13に電圧が印加されている時間を計測するタイマー手段と、Ｒ13に直列接続され、タイマー手段が１次巻線でのパルス発生時から一定時間以上Ｒ13に電圧が印加されていることを検出したときに、電源からＣ12ヘの充電電流を遮断する手段ＳＷ11とを設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高輝度放電ランプ（以下、ＨＩＤランプ）を始動点灯させるパルス発生回路、放電灯点灯装置及び照明装置に関する。

従来からＨＩＤランプを始動点灯させるには、高圧パルス発生手段としてイグナイタが用いられている。イグナイタは、コンデンサと、パルストランスと、スイッチング素子で構成される。

イグナイタのスイッチング素子としては、トライアック、サイリスタのような大容量のスイッチング素子を使用するが、このような素子は、外部信号によりオフできず、素子に流れる電流が一定の値（保持電流）以下になるとオフする。

ＨＩＤランプの放電灯点灯装置では、コンデンサに蓄えられたエネルギーをサイリスタをオンすることによりパルストランスの１次巻線に印加することで、パルストランスの２次巻線に略巻数比分の電圧が発生し、ランプに印加されてランプが始動できるようになる。オンした後にはコンデンサとパルストランスの１次巻線による振動電圧（共振電圧）によりサイリスタに逆電圧（振動電圧の負側の電圧）が印加されて、サイリスタはターンオフする。その際のコンデンサヘのエネルギー蓄積方法は簡単な方法として、電源から抵抗を介して電流を供給する方法がある。

しかし、ランプ始動時にはパルストランスの２次巻線に電流が流れ始めるためその１次巻線から見たインダクタンスは低くなる結果、共振が起こりにくくなり、サイリスタに印加される逆電圧の時間が短くなるために、サイリスタがオフ出来ない場合がある。さらに、サイリスタはその特性上、高温になるほどターンオフしにくくなる。その結果、サイリスタがオフできずにオンし続けると、電源を供給するための抵抗が加熱して部品としての劣化を招くと共に、無駄な電力消費が発生する。

従来の高圧放電灯点灯装置としては、イグナイタのサイリスタをオフさせるために、サイリスタヘの電流を分流するバイパス回路を用意し、サイリスタをオンしてから、あらかじめ定められた時間経過後に、一定時間だけ、バイパス回路を駆動（オン）することで、充電電流を保持電流以下にしてサイリスタをオフできるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３０７２８５号公報

上記のように、ランプ始動後においてもサイリスタがオフすることなく電流が流れるために、電源を供給するための抵抗が加熱して部品としての劣化を招くと共に、無駄な電力消費が発生するという問題があった。

そこで、本発明は上記の問題に鑑み、ランプ始動後にサイリスタを確実にオフでき、電源を供給するための抵抗が加熱して劣化を招くのを防ぐと共に、無駄な電力消費が発生するのを防止できるパルス発生回路、放電灯点灯装置及び照明装置を提供することを目的とするものである。

請求項１記載の発明によるパルス発生回路は、放電ランプに２次巻線が直列に接続され、１次巻線に発生するパルスを前記２次巻線に昇圧して出力するトランスと； 放電ランプと前記トランスの２次巻線の直列回路と並列に接続される第１のコンデンサと；前記トランスの１次巻線と閉回路を構成する第２のコンデンサとサイリスタと；前記第２のコンデンサに電源を供給する抵抗と；前記サイリスタのオンタイミングを制御する制御手段と；前記抵抗に電圧が印加されている時間を計測するタイマー手段と；前記抵抗に直列接続され、前記タイマー手段が所定時間以上前記抵抗に電圧が印加されていることを検出したときに、前記電源から前記第２のコンデンサヘの充電電流を遮断する遮断手段と；を具備したものである。

この発明において、放電ランプとしては、水銀ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ、キセノンランプを含むＨＩＤランプを含む。以上の事項は、以下の発明でも同様である。

この発明によれば、サイリスタがオフできずにオンし続けた場合には、、抵抗に連続した一定の電流が流れるので、抵抗に発生する電圧を検知し、この電圧検出に基づいて抵抗からサイリスタヘ流れる電流を遮断してサイリスタをオフし、再び高圧パルスの発生を可能とする。

請求項２記載の発明によるパルス発生回路は、放電ランプに２次巻線が直列に接続され、１次巻線に発生するパルスを前記２次巻線に昇圧して出力するトランスと；放電ランプと前記トランスの２次巻線の直列回路と並列に接続される第１のコンデンサと；前記トランスの１次巻線と閉回路を構成する第２のコンデンサとサイリスタと；前記第２のコンデンサに電源を供給する抵抗と；前記サイリスタのオンタイミングを制御する制御手段と； 前記抵抗の温度を検出する温度検出部を備え、且つ前記抵抗に直列接続され、前記抵抗の温度が所定値以上であることを検出したときに、前記電源から前記第２のコンデンサヘの充電電流を遮断する温度反応型スイッチ素子と；を具備したものである。

この発明によれば、サイリスタがオフできずにオンし続けた場合には、抵抗に連続した一定の電流が流れるので、抵抗に発生する温度を検知し、この温度検出に基づいて抵抗からサイリスタヘ流れる電流を遮断してサイリスタをオフし、再び高圧パルスの発生を可能とする。

請求項３記載の発明によるパルス発生回路は、請求項２に記載のパルス発生回路において、前記温度反応型スイッチ素子は、サーマルプロテクタであることを特徴とする。

請求項４記載の発明による放電灯点灯装置は、交流電源の出力から直流電圧を生成する直流電圧源と；前記直流電圧源に接続されて、交流電力を生成して放電ランプの点灯を維持させるインバータ回路と；前記インバータ回路に組み込まれて、昇圧パルスにて前記放電ランプを始動させる請求項１乃至３のいずか１つに記載のパルス発生回路と；を具備したものである。

この発明の放電灯点灯装置によれば、ランプ始動後にサイリスタを確実にオフでき、電源を供給するための抵抗が加熱して劣化を招くのを防ぐと共に、無駄な電力消費が発生するのを防止できる。

請求項５記載の発明による照明装置は、請求項４に記載の放電灯点灯装置と；放電ランプとしてのＨＩＤランプと；前記ＨＩＤランプを保持する器具本体と；を具備したものである。

この発明の照明装置によれば、ランプ始動後にサイリスタを確実にオフでき、電源を供給するための抵抗が加熱して劣化を招くのを防ぐと共に、無駄な電力消費が発生するのを防止できる。

本発明によれば、サイリスタが確実にオフできるので、パルスが停止してしまうことがなく、ランプを確実に始動できる。また、ランプ始動後にイグナイタの抵抗による無駄な消費電力を抑制することができる。

発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施例１の放電灯点灯装置を示す回路図である。
図１において、低周波（例えば５０Ｈｚ）の電源である商用交流電源１の出力端の両端に、全波整流ダイオードブリッジで構成される整流回路２が接続されている。

整流回路２の全波整流出力端間には、後述の高周波スイッチング用のスイッチング素子であるＦＥＴＱ1の高周波スイッチングに伴う高周波成分通流用フィルタとしてコンデンサＣ5が接続され、さらにその後段には、整流回路２の出力電圧を昇圧しかつ安定した直流電圧として高力率で出力する昇圧チョッパ回路３が接続されている。

昇圧チョッパ回路３は、制御回路７の制御のもとで、整流回路２からの全波整流出力を入力して振幅一定な安定化した直流電圧を高力率で生成するアクティブフィルタ回路或いは直流電源と言える。なお、整流回路２の全波整流出力端間には、昇圧チョッパ回路３の一部の機能、即ち入力交流電流と入力交流電源電圧の位相を合わせる入力力率改善機能のみを備えたアクティブフィルタ回路が接続されていてもよい。

昇圧チョッパ回路３は、整流回路２の一方の出力端（図では＋電圧出力端）に一端部が接続されたコイルＬ1と、このコイルＬ1の他端部と整流回路２のもう一方の出力端（図では−電圧出力端）の間にドレイン・ソースが接続された高周波スイッチング素子としてのＦＥＴＱ1と、コイルＬ1とＦＥＴＱ1間の接続点にアノードが接続された転流ダイオードＤ5と、この転流ダイオードＤ5のカソードと整流回路２の−電圧出力端との間に接続された第１，第２の平滑コンデンサＣ2，Ｃ3の直列回路と、を備えている。

制御回路７は、昇圧チョッパ回路３の第１，第２の平滑コンデンサＣ2，Ｃ3の直列回路の出力電圧に応じて高周波スイッチング用ＦＥＴＱ１のオン期間を制御することで、その出力電圧が一定値となるようにフィードバック制御すると共に、しかもその制御は整流回路２の全波整流電圧の振幅レベルの監視（整流回路２の＋電圧出力端の電圧検出）とコイルＬ1を流れる電流レベルの監視（コイルＬ1の２次巻線Ｌ2による電流検出）とに基づいて全波整流電圧の振幅レベルに応じてＦＥＴＱ1のオン期間を制御することで、入力交流電流を入力交流電圧の位相に一致させる入力力率改善の制御も行っている。これによって、昇圧チョッパ回路３は、全波整流電圧を高力率で安定化直流電圧に変換する。なお、ＦＥＴＱ１のスイッチング周波数は数十ｋＨｚである。

昇圧チョッパ回路３の後段には、インバータ回路４が接続されている。
インバータ回路４は、昇圧チョッパ回路３の平滑コンデンサＣ2，Ｃ3の直列回路の両端に並列に接続されて高周波（例えば数十ｋＨｚ）のスイッチング動作を行う第１，第２のスイッチング素子としてのＦＥＴＱ2，Ｑ3の直列回路と、第１，第２のＦＥＴＱ2，Ｑ3のそれぞれに並列にＦＥＴＱ2，Ｑ3の電流の向きとは反対方向に接続されたダイオードＤ6，Ｄ7と、ＦＥＴＱ2，Ｑ3の直列回路の接続点と前記第１，第２の平滑コンデンサＣ2，Ｃ3の直列回路の接続点との間に接続されたインダクタとしてのコイルＬ3，始動用の昇圧トランスＴ1（の２次巻線）及びＨＩＤランプ５の直列回路と、トランスＴ1の１次巻線の両端に接続して始動用の高圧パルスを発生するためのイグナイタ６と、ＨＩＤランプ５と昇圧トランスＴ1の２次巻線との直列回路に対して並列的に接続されて、ＨＩＤランプ５を流れる電流から、ＦＥＴＱ2，Ｑ3の高周波スイッチングによる高周波成分を側路（バイパス）させるためのコンデンサＣ4と、ＨＩＤランプの電流検出値および電圧値の重畳値（両値の加算値又は積分値）、すなわちランプの出力を検出し、制御回路７に通知するための抵抗Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3の直列回路と、を備えている。なお、スイッチング素子としてＦＥＴを用いた場合は、ＦＥＴがその構成上内蔵している寄生ダイオードが逆電流通流用ダイオードＤ6，Ｄ7に利用されるので、特別にダイオードを接続する必要はない。

イグナイタ６は、ＨＩＤランプ５に２次巻線が直列に接続されて、その２次巻線において１次巻線側に発生するパルスを昇圧して出力するトランスＴ1と、トランスＴ1の１次巻線と閉回路を構成するコンデンサＣ12及びサイリスタＤ12と、ダイオードＤ13と、コンデンサＣ12を充電するためコンデンサＣ12に電源を供給する抵抗Ｒ13と、サイリスタＤ12のゲートに与えるゲート電圧を与えてそのオンタイミングを制御するための、抵抗Ｒ11，Ｒ12，コンデンサＣ11及びダイアックＤ11からなる制御手段と、抵抗Ｒ13に電圧が印加されている時間を計測するタイマー手段（８-1，８-2）と、抵抗Ｒ13に直列接続され、前記タイマー手段が所定時間以上前記抵抗Ｒ13に電圧が印加されていることを検出したときに、前記電源からコンデンサＣ12ヘの充電電流を遮断する遮断手段としてのスイッチ素子ＳＷ11と、備えている。

タイマー手段は、抵抗Ｒ13両端の電圧を検出する電圧検出部８-1と、その検出電圧に基づいてスイッチ素子ＳＷ11を制御してＳＷ11のオン状態を遮断（オフ）する制御部８-2とを備えている。

次に、上記構成の放電灯点灯装置の動作を図２乃至図６を参照して説明する。
図１の放電灯点灯装置に交流電源が投入されると、整流回路２の全波整流出力端の両端に接続した図示しない抵抗分圧回路により整流電圧を分圧した電圧が制御回路７に供給され且つ整流回路２の整流電圧が昇圧チョッパ回路３に供給されることで、昇圧チョッパ回路３のＦＥＴＱ1の高周波（数十ｋＨｚ）のオン，オフのスイッチング動作が開始される一方、イグナイタ６によってランプ始動パルスが発生されると同時にインバータ回路４のＦＥＴＱ2，Ｑ3における高周波（数十ｋＨｚ）のオン，オフのスイッチング動作が開始される。インバータ回路４では、昇圧チョッパ回路３から安定化した直流電圧を入力し、先ずイグナイタ６の高圧パルスにてＨＩＤランプ５を絶縁破壊して始動し、後述の図２(c)に示すような低周波の交流電流を生成してＨＩＤランプ５を点灯しこれを維持する。

昇圧チョッパ回路３では、ＦＥＴＱ1がオンしている時にコイルＬ1にエネルギーを蓄え、ＦＥＴＱ1がオフの時にダイオードＤ5が導通し、コイルＬ1に蓄えられたエネルギーを、出力コンデンサである第１，第２の平滑コンデンサＣ2，Ｃ3の直列回路に向けて放出する。この時コイルＬ1に発生する電圧は入力電圧に直列に加算するので、出力電圧は入力電圧より高い電圧となる。高力率チョッパ回路として使用する場合は、毎サイクルコイルＬ1に蓄えたエネルギーが完全に放出する（即ち、コイルＬ1に流れる電流が０になる）電流モードで使用することが好ましい。

制御回路７はスイッチング素子であるＦＥＴＱ1のゲートに対してスイッチングパルスを供給するが、昇圧チョッパ回路３の出力電圧である平滑コンデンサＣ2，Ｃ3の出力電圧に応じてそのスイッチングパルスのオン期間が制御され、結果としてＦＥＴＱ1のオン時間をＰＷＭ制御し、出力コンデンサＣ2，Ｃ3らの出力電圧を安定化するよう制御する。

また、入力力率改善のために、ＦＥＴＱ1のオン時間の制御は、制御回路７が整流回路２の＋全波整流電圧の振幅レベルを検出し、その振幅レベルに応じてＦＥＴＱ1のオン時間を変えることによっても行われる。整流電圧の振幅レベルが小さいときほどＦＥＴＱ1のオン時間を短く、整流電圧の振幅レベルが大きいときほどＦＥＴＱ1のオン時間を長くなるように制御することにより、入力交流電流の波形は低周波（例えば５０Ｈｚ）の正弦波状に整形され、入力交流電圧の波形と同期して変化するようになり、入力力率が改善される。

上記のように昇圧チョッパ回路３が動作を開始すると、イグナイタ６に電源が供給されると同時に、第１，第２のスイッチング素子であるＦＥＴＱ2，Ｑ3にスイッチングパルスが供給されることになる。これによって、イグナイタ６は高圧パルスを発生してＨＩＤランプ５を放電状態（点灯状態）とし、ＦＥＴＱ2，Ｑ3に高周波オン・オフのスイッチングパルスが与えられることになる。

図２(a)はＦＥＴＱ2の高周波のオン・オフ動作を示し、図２(b)はＦＥＴＱ3の高周波のオン・オフ動作を示している。図２(c)はＨＩＤランプ５に流れる低周波のランプ電流を示している。

このとき、制御回路７は、ＦＥＴＱ2，Ｑ3がそれぞれの高周波スイッチング(例えば５０ｋＨｚ)のオンオフ動作を低周波(例えば１００Ｈｚ)の一定周期Ｔで交互に繰返すように制御することによって、ＨＩＤランプ５には低周波の交流電力が供給されることになる。

インバータ回路４の動作を説明する。まず、周期Ｔの期間にＦＥＴＱ2がオン・オフする動作について説明する。ＦＥＴＱ2のゲートにオンパルスが加えられて、ＦＥＴＱ2がオンしたときには、平滑コンデンサＣ2の充電電圧を電源として、Ｃ2→Ｑ2→コイルＬ3→Ｔ1→ＨＩＤランプ５→Ｒ1→Ｃ2と電流が流れ、ＦＥＴＱ2がオフすると、コイルＬ3に蓄えられたエネルギーによって、コイルＬ3→Ｔ1→ＨＩＤランプ５→Ｒ1→Ｃ3→ダイオードＤ7→Ｌ3と電流が流れることにより、ＦＥＴＱ2が高周波スイッチング動作している期間Ｔでは常にＨＩＤランプ５には、コイルＬ3→ＨＩＤランプ５→Ｒ1の方向に電流が流れることになる。

そして、次の周期Ｔの期間となると、ＦＥＴＱ3がオン・オフする動作に入る。ＦＥＴＱ3のゲートにオンパルスが加えられて、ＦＥＴＱ3がオンすると、平滑コンデンサＣ3の充電電圧を電源として、Ｃ3→Ｒ1→ＨＩＤランプ５→Ｔ1→コイルＬ3→Ｑ3→Ｃ3と電流が流れ、ＦＥＴＱ3がオフすると、コイルＬ3に蓄えられたエネルギーによって、コイルＬ3→ダイオードＤ6→Ｃ2→Ｒ1→ＨＩＤランプ５→Ｔ1→Ｌ3と電流が流れることにより、ＦＥＴＱ3が高周波スイッチング動作している次の期間Ｔでは常にＨＩＤランプ５には、Ｒ1→ＨＩＤランプ５→コイルＬ3の方向に電流が流れることになる。従って、ＨＩＤランプ５には、高周波駆動でありながら、図２(c)に示すような低周波のランプ電流が流れることになる。

図２(c)に示す低周波のランプ電流には、ＦＥＴＱ2，Ｑ3の高周波スイッチング動作により、高周波成分が重畳されるが、この高周波成分は第１のコンデンサとしてのコンデンサＣ4にてバイパスされるので、ＨＩＤランプ５を実際に流れるランプ電流には高周波成分はほとんど含まれず例えば１００Ｈｚ（＝周期２Ｔ）の低周波の矩形波（実線にて示す）にて点灯されることになる。

次に、イグナイタ６の動作について説明する。
交流電源投入時におけるパルス発生時には、平滑コンデンサＣ2，Ｃ3に充電される電圧に基づいてＦＥＴＱ2，Ｌ3とダイオードＤ14を通してタイマー手段（８-1，８-2）に電圧が印加されると共に、抵抗Ｒ１３とスイッチ素子ＳＷ11の直列回路を介して電流が流れ、第２のコンデンサとしてのコンデンサＣ12を充電する。

このとき同時に、昇圧チョッパ回路３の平滑コンデンサ出力端の出力電圧が、抵抗Ｒ11と、抵抗Ｒ12及びコンデンサＣ11の並列回路とを直列接続した回路の両端に加えられ、その接続点の電圧（コンデンサＣ11の電圧）がダイアックＤ11のブレークオーバー電圧を越えると、サイリスタＤ12のゲートに電圧が加えられてサイリスタＤ12はオンする。

サイリスタＤ12のオンタイミング制御信号によりサイリスタＤ12がオンするとコンデンサＣ12の充電電荷がトランスＴ1の１次巻線を通して放電し、その際、Ｃ12とＴ1の１次巻線の共振に基づいてパルスが発生する。このパルスはトランスＴ1の巻線比に基づいて昇圧されて、放電ランプ５に直列接続したトランスＴ1の２次巻線に高圧パルスを発生する。

図３はパルス発生時のコンデンサＣ12の波形例を示し、図４はパルス発生時の抵抗Ｒ13の波形例を示している。通常は、Ｃ12とＴ1の１次巻線との共振に基づく振動波形によって、サイリスタＤ12に逆電圧が印加されるのでサイリスタＤ12はオフする。（すなわち、サイリスタＤ12がオンすると、コンデンサＣ12のエネルギーはほぼコンデンサＣ12のコンデンサ容量とイグナイタトランスＴ1の１次巻線のインダクタンスの共振周波数による振動波形となり，サイリスタＤ12に逆電圧が印加される。）
しかし、サイリスタＤ12には温度特性があり、高温になるとサイリスタＤ12のオフ特性が悪くなりオフしにくくなったり、ランプ始動時のランプ電流の影響により、１次側インダクタンスが低下し、サイリスタＤ12がオフできない場合がある。すなわち、ランプ始動時には、イグナイタ６のトランスＴ1の２次側に電流が流れるので、イグナイタ６のトランスＴ1の１次側インダクタンスは極端に低下する。すると、サイリスタＤ12オン時の振動周波数は始動前よりも高くなり、また振動もすぐに減衰するため、サイリスタＤ12がオフできにくくなる傾向にある。

ここで、電圧検出部８-1と制御部８-2とを備えた本発明に係るタイマー手段が無い場合について説明すると、上記のようにサイリスタＤ12がオフできなくなると、電流がダイオードＤ14を通して抵抗Ｒ13とサイリスタＤ12に（保持電流以上に）流れ続け、パルス発生が停止してしまうとともに、抵抗Ｒ13での損失が発生する。図５は、タイマー手段が無くサイリスタＤ12を経て電流が流れ続けている時の抵抗Ｒ13の電圧波形を示している。

そこで、図１の本発明の実施例１においては、抵抗Ｒ13の電圧を検出し、電圧が連続的に印加されている時間をタイマー手段により計測し、所定時間以上前記抵抗Ｒ13に電圧が印加されていることを検出したときに、サイリスタＤ12がオフできずオンし続けていると判断し、スイッチ素子ＳＷ11をオフにして、抵抗Ｒ13に流れる電流を遮断する。一度遮断するとサイリスタＤ12には電流が流れなくなるので（保持電流以下になるため）サイリスタＤ12は確実にオフする。

図６は図１の上記タイマー手段（８-1，８-2）の一実施例を示す回路図である。
図６では、平滑コンデンサＣ2，Ｃ3に充電される電圧に基づいてＱ2，Ｌ3とダイオードＤ14を通して電圧が供給される電源ラインＰと前記充電用のコンデンサＣ12の＋電圧出力端との間に、前記抵抗Ｒ13と遮断用のスイッチ素子ＳＷ11との直列回路を接続してある。スイッチ素子ＳＷ11としてはＮチャネルトランジスタを用いている。そして、抵抗Ｒ13とスイッチ素子ＳＷ11の直列回路に並列に、抵抗Ｒ13に電圧が発生していることを検出するための電圧検出部８-1を接続すると共に、その検出電圧に基づいてスイッチ素子ＳＷ11を遮断（オフ）するための制御部８-2を接続してある。

電圧検出部８-1は、一端部が電源ラインＰと前記スイッチ素子ＳＷ11のソース（即ちコンデンサＣ12の＋電圧出力端）の間に、抵抗Ｒ21と、抵抗Ｒ22及びコンデンサＣ21の並列回路とを直列に接続した直列回路を接続し、Ｒ21とＣ21（Ｒ22）の接続点にツェナーダイオードＺＤ1のカソードを接続して構成されている。

また、制御部８-2は、一端部が電源ラインＰと前記スイッチ素子ＳＷ11のソース（即ちコンデンサＣ12の＋電圧出力端）との間に、抵抗Ｒ23と、バイポーラトランジスタＱ4のコレクタ・エミッタとを直列に接続した直列回路を接続し、トランジスタＱ4のコレクタを前記スイッチ素子ＳＷ11のゲートに接続し、トランジスタＱ4のコレクタ・エミッタ間（即ちスイッチ素子ＳＷ11のゲート・ソース間）にツェナーダイオードＺＤ2を接続して構成されている。

次に、図６の動作を説明する。ここで、トランスＴ1のパルス発生によってＨＩＤランプ５が始動するが、サイリスタＤ12がオフせずにオンしたままであるとする。

図６に示すタイマー手段（８-1，８-2）では、電源ラインＰの電圧が抵抗Ｒ23を介してスイッチ素子ＳＷ11のゲートに印加されるので、最初は抵抗Ｒ23によりスイッチ素子ＳＷ11がオンしている。抵抗Ｒ13に電圧が印加されている間は、抵抗Ｒ23によりツェナーダイオードＺＤ2にはツェナー電圧が発生して、スイッチ素子ＳＷ11のゲート・ソース間電圧はＺＤ2のツェナー電圧に保持される。抵抗Ｒ13に電圧が印加されている間、電圧検出部８-1では、抵抗Ｒ21によりコンデンサＣ21が充電される。この充電時間が一定時間以上になるとＣ21の充電電圧がツェナーダイオードＺＤ1のツェナーレベルを越えるので、ＺＤ1がオンしてバイポーラトランジスタＱ4のベースに順バイアスが与えられてＱ4がオンする。これにより、スイッチ素子ＳＷ11のゲート・ソース間が同電位になることで、スイッチ素子ＳＷ11は遮断（オフ）する。

本発明の実施例１によれば、サイリスタＤ12がオフできずにオンし続けた場合には、、抵抗に連続した一定の電流が流れるので、抵抗Ｒ13に発生する電圧を検知し、この電圧検出に基づいて抵抗Ｒ13からサイリスタＤ12ヘ流れる電流を遮断してサイリスタＤ12をオフし、再び高圧パルスの発生を可能とする。

図７本発明の実施例２の放電灯点灯装置の回路図である。本実施例２の放電灯点灯装置１０Ａは、実施例１の放電灯点灯装置１０とは、インバータ回路内におけるイグナイタの構成が異なっている。その他の、交流電源１、整流回路２、昇圧チョッパ回路３は、実施例１と同様である。また、イグナイタ６Ａを除いたインバータ回路部分の構成も、実施例１と同様である。

イグナイタ６Ａは、ＨＩＤランプ５に２次巻線が直列に接続されて、その２次巻線において１次巻線側に発生するパルスを昇圧して出力するトランスＴ1と、トランスＴ1の１次巻線と閉回路を構成するコンデンサＣ12及びサイリスタＤ12と、コンデンサＣ12を充電するためコンデンサＣ12に電源を供給する抵抗Ｒ13と、サイリスタＤ12のゲートに与えるゲート電圧を与えてオンタイミングを制御するための、抵抗Ｒ11，Ｒ12，コンデンサＣ11及びダイアックＤ11からなる制御手段と、抵抗Ｒ13の温度を検出する温度検出部９と、抵抗Ｒ13に直列接続され、前記温度検出部９が前記抵抗Ｒ13の温度が一定値以上あることを検出したときに、前記電源からコンデンサＣ12ヘの充電電流を遮断する遮断手段としてのスイッチ素子ＳＷ12と、備えている。

図８は図７の上記温度検出部９及びスイッチ素子ＳＷ12による温度反応型スイッチ素子の一実施例を模式的に示す構成図である。

図８に示す温度反応型スイッチ素子は、同一のベース部材上に、被検体である抵抗Ｒ13の本体部に接着させて抵抗Ｒ13の温度を直接感知する温度検出部９と、該温度検出部９に近接して設けられて、温度に反応して自動的に接点が切れるバイメタル式の機械的なスイッチ素子ＳＷ12とを組み合せたスイッチである。このような熱応動スイッチは、過熱保護手段の一つであって、抵抗の温度が一定の温度を越えると、自動的に接点を切って、電流を遮断するサーマルプロテクタと呼ばれているものである。

なお、温度検出部９としてはサーミスタ（温度上昇により抵抗値が減少或いは上昇する素子）のような温度センサを用いた温度検出回路で構成することもでき、その検出信号にてＦＥＴなどの半導体スイッチで構成されるスイッチ素子ＳＷ12をオフにする構成としてもよい。

次に、図７のイグナイタ６Ａの動作を説明する。
交流電源投入時におけるパルス発生時には、平滑コンデンサＣ2，Ｃ3に充電される電圧に基づいてＱ2，Ｌ3とダイオードＤ14を通して電圧が加えられると、スイッチ素子ＳＷ12及び抵抗Ｒ13の直列回路を介して電流が流れ、第２のコンデンサとしてのコンデンサＣ12を充電する。この抵抗Ｒ13と直列に図８に示すような温度反応型スイッチ素子からなるサーマルプロテクタを接続している。
ＨＩＤランプ５が始動する前には、サイリスタＤ12がオンすると、コンデンサＣ12に充電されたエネルギーはほぼコンデンサＣ12のコンデンサ容量とイグナイタ６ＡのトランスＴ1の１次巻線のインダクタンスの共振周波数による振動波形で、サイリスタＤ12に逆電圧が印加される。

一方、ＨＩＤランプ５が始動する際には、イグナイタ６ＡのトランスＴ1の２次側に電流が流れるので、イグナイタ６ＡのトランスＴ1の１次側インダクタンスは極端に低下する。従って、共振周波数は始動前よりも高く、また振動もすぐに減衰するため、サイリスタＤ12がオフできる十分な時間をもつ逆電圧を印加できなくなる傾向にある。

ここで、トランスＴ1の１次巻線におけるパルス発生によってＨＩＤランプ５が始動するが、上記のような理由によって、サイリスタＤ12がオフすることができずにオンしたままであるとする。サイリスタＤ12がオンし続けるとコンデンサＣ12には電流が流れず、抵抗Ｒ13からトランスＴ1の１次巻線を経由してサイリスタＤ12に電流が流れ続ける。この時に抵抗Ｒ13での消費電力が通常より大きくなり温度が上昇する。これをサーマルプロテクタが検出すると、抵抗Ｒ13に流れる電流を遮断する。一度遮断するとサイリスタＤ12には電流が流れなくなるので（保持電流以下になるため）サイリスタＤ12はオフする。

本発明の実施例２によれば、サイリスタＤ12がオフできずにオンし続けた場合には、抵抗に連続した一定の電流が流れるので、抵抗Ｒ13に発生する温度を検知し、この温度検出に基づいて抵抗Ｒ13からサイリスタＤ12ヘ流れる電流を遮断してサイリスタＤ12をオフし、再び高圧パルスの発生を可能とする。

図９は、図１又は図７の上記放電灯点灯装置を用いた、本発明の照明装置の実施例を示す断面図である。
図９において、符号１１は照明器具本体であり、１２は反射傘である。照明器具本体１１の反射傘１２の適宜の位置（例えば中心）に放電ランプであるＨＩＤランプ５が装着されて保持される。また、照明器具本体１１内には図１又は図７で説明した構成からなる放電灯点灯装置１０又は１０Ａが配設されている。

このように図１又は図７の放電灯点灯装置１０又は１０Ａを用いた照明装置によれば、ランプ始動後にサイリスタを確実にオフでき、電源を供給するための抵抗が加熱して劣化を招くのを防ぐと共に、無駄な電力消費が発生するのを防止できる。

本発明は、水銀ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプなどのＨＩＤランプのほか、キセノンランプを含む高圧放電点灯装置のイグナイタにおいて、充電用コンデンサへの電源供給用の抵抗の過熱防止に応用することが可能である。

本発明の実施例１の放電灯点灯装置を示す回路図。 インバータ回路における第１，第２の高周波スイッチング動作、及びランプ電流波形を示すタイミングチャート。 パルス発生時のコンデンサＣ12の電圧波形を示す図。 パルス発生時の抵抗Ｒ13の電圧波形を示す図。 パルス停止時の抵抗Ｒ13の電圧波形を示す図。 図１のイグナイタにおけるタイマー手段の構成例を示す回路図。 本発明の実施例２の放電灯点灯装置を示す回路図。 図７の温度反応型スイッチ素子の一実施例を模式的に示す構成図。 図１又は図７の上記放電灯点灯装置を用いた、本発明の照明装置の実施例を示す断面図。

符号の説明

１…交流電源
２…整流回路
３…昇圧チョッパ回路（直流電源）
４…インバータ回路
５…ＨＩＤランプ（放電ランプ）
１０，１０Ａ…放電灯点灯装置
Ｒ1〜Ｒ3…抵抗（イグナイタへの始動時の電源供給用）
Ｃ2，Ｃ3…第１，第２の平滑コンデンサ
Ｑ2，Ｑ3…ＦＥＴ（第１，第２のスイッチング素子）
Ｌ3…コイル（インダクタ）
Ｃ4…コンデンサ（第１のコンデンサ）
Ｄ12…サイリスタ
Ｃ12…コンデンサ（第２のコンデンサ）
ＳＷ11，ＳＷ12…スイッチ素子（遮断手段）
Ｒ13…抵抗（コンデンサへの電源供給用）
８-1…電圧検出部
８-2…制御部
９…温度検出部
代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (5)

1. 放電ランプに２次巻線が直列に接続され、１次巻線に発生するパルスを前記２次巻線に昇圧して出力するトランスと；
   放電ランプと前記トランスの２次巻線の直列回路と並列に接続される第１のコンデンサと；
   前記トランスの１次巻線と閉回路を構成する第２のコンデンサとサイリスタと；
   前記第２のコンデンサに電源を供給する抵抗と；
   前記サイリスタのオンタイミングを制御する制御手段と；
   前記抵抗に電圧が印加されている時間を計測するタイマー手段と；
   前記抵抗に直列接続され、前記タイマー手段が所定時間以上前記抵抗に電圧が印加されていることを検出したときに、前記電源から前記第２のコンデンサヘの充電電流を遮断する遮断手段と；
   を具備したことを特徴とするパルス発生回路。
2. 放電ランプに２次巻線が直列に接続され、１次巻線に発生するパルスを前記２次巻線に昇圧して出力するトランスと；
   放電ランプと前記トランスの２次巻線の直列回路と並列に接続される第１のコンデンサと；
   前記トランスの１次巻線と閉回路を構成する第２のコンデンサとサイリスタと；
   前記第２のコンデンサに電源を供給する抵抗と；
   前記サイリスタのオンタイミングを制御する制御手段と；
   前記抵抗の温度を検出する温度検出部を備え、且つ前記抵抗に直列接続され、前記抵抗の温度が所定値以上であることを検出したときに、前記電源から前記第２のコンデンサヘの充電電流を遮断する温度反応型スイッチ素子と；
   を具備したことを特徴とするパルス発生回路。
3. 前記温度反応型スイッチ素子は、サーマルプロテクタであることを特徴とする請求項２に記載のパルス発生回路。
4. 交流電源の出力から直流電圧を生成する直流電圧源と；
   前記直流電圧源に接続されて、交流電力を生成して放電ランプの点灯を維持させるインバータ回路と；
   前記インバータ回路に組み込まれて、昇圧パルスにて前記放電ランプを始動させる請求項１乃至３のいずか１つに記載のパルス発生回路と；
   を具備したことを特徴とする放電灯点灯装置。
5. 請求項４に記載の放電灯点灯装置と；
   放電ランプとしてのＨＩＤランプと；
   前記ＨＩＤランプを保持する器具本体と；
   を具備したことを特徴とする照明装置。
   

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