JPH0529089A

JPH0529089A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JPH0529089A
Application number: JP3180822A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Wake; 厚夫和氣; Mitsuharu Miyazaki; 光治宮崎; Shigeru Horii; 滋堀井; Masataka Ozawa; 正孝小沢; Kazutaka Koyama; 和孝小山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-07-22
Filing date: 1991-07-22
Publication date: 1993-02-05

Abstract

(57)【要約】【目的】ランプ電流制限素子であるチョークコイルを
小型化し、音響的共鳴現象の発生を回避しつつ広い範囲
でランプ電流を連続に制御する。【構成】放電ランプ１５を点灯する手段として高周波
インバータ１２を用い、インバータの周波数制御とＰＷ
Ｍ制御とを組み合わせて、ランプ電流を連続制御する。【効果】従来のシリズインバータに比べてランプ電流
制限素子であるチョークコイルの小型化が可能となり、
かつ周波数制御範囲を狭くしても光束の速い立ち上がり
を実現し、音響的共鳴現象の発生を回避しつつランプ電
流の歪を最小限にして、広い範囲でランプ電流を連続制
御できる放電灯点灯装置を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は放電灯を起動し、点灯制
御する放電灯点灯装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ランプ電流の歪を抑え、かつ
一定の点灯周波数を維持しながら放電灯の調光を行なう
点灯方式としては、既に昭和６２年度照明学会全国大会
予稿集１６ページに記載のＰＷＭ調光方式である自励式
ハーフブリッジインバータへ適用した構成が紹介されて
いる。

【０００３】一般に放電ランプ、特にメタルハライドラ
ンプなどの高輝度放電ランプは、光出力の変化が、入力
の変動に対し、熱慣性による時間遅れを生じる。また、
起動直後にはランプ電圧が低く、起動直後に光出力を急
速に立ちあげるためには、大きな始動電流をランプへ供
給する必要がある。

【０００４】上記ＰＷＭ調光方式は、従来より、この様
な大きな始動電流をランプへ供給する場合、起動直後に
スイッチ素子の導通期間を最大にしてインバータの出力
を増す方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最大始
動電流供給時と、定格点灯時（調光時）とのランプ電流
の比が数倍以上となる場合、従来のようなスイッチ素子
の導通期間を制御するＰＷＭ制御方式のみでは、十分な
始動電流を供給することは容易でないという問題点があ
った。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の放電灯点灯装置は、直流電源と、この直流
電源により駆動されて発振する高周波インバータと、前
記高周波インバータの出力端に接続されたチョークコイ
ルとコンデンサの直列回路からなる共振回路と、前記チ
ョークコイルとコンデンサの接続点に接続された放電ラ
ンプとパルストランスからなる直列回路と、前記パルス
トランスを介して前記放電ランプに高電圧パルスを印加
するように接続された起動パルス発生装置と、ランプ特
性に関する特性を検出する検知装置と、前記検知装置の
出力信号により前記高周波インバータの発振周波数およ
びデューティー比を変化して前記放電ランプの点灯を制
御する点灯制御装置とを備えたことを特徴とするもので
ある。

【０００７】

【作用】上記構成により、始動電流供給期間に、高周波
インバータの周波数制御とＰＷＭ制御とを組み合わせる
ことにより、光束の速い立ち上がりを実現し、かつラン
プ電流の歪を最小限にして広い範囲でランプ電流を連続
制御する。

【０００８】

【実施例】本発明による放電灯点灯装置は、直流電源を
入力とし、コンデンサ、チョークコイル、放電ランプ、
及びパルストランスで構成される直列回路と、放電ラン
プとパルストランスに並列に接続されたコンデンサを負
荷とする高周波インバータ回路において、高周波インバ
ータの発振周波数制御と、インバータを構成する主スイ
ッチング素子の導通期間制御（以下デューティー制御、
またはＰＷＭ制御）を組み合わせて行い、点灯中のラン
プ電流を制御することを特徴とするものである。

【０００９】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づ
いて説明する。図１は本発明の放電灯点灯装置をシリー
ズインバータに適用した実施例を示す構成図である。図
１において１１は直流電源、１２は高周波インバータ、
１３はコンデンサ、１４はチョークコイル、１５は放電
ランプ、１６は起動パルス発生装置、１７、１８はコン
デンサ、１９は検知装置、２０は点灯制御装置であり、
直流電源１１は高周波インバータ１２、コンデンサ１
３、チョークコイル１４、および起動パルス発生装置１
６を構成するパルストランス２１の二次巻線を介して放
電ランプ１５を始動、点灯するように接続されている。

【００１０】また、高周波インバータ１２は、互いに逆
位相で０Ｎ−０ＦＦする一対のスイッチング素子である
ＦＥＴ２２、２３と、それらを駆動するドライブ回路２
４、２５、および発振回路２６で構成されており、直流
電源１１を入力とし、コンデンサ１３、チョークコイル
１４、放電ランプ１５、及びパルストランス２１で構成
される直列回路と、放電ランプ１５とパルストランス２
１に並列に接続されたコンデンサ１７、１８を負荷とし
て動作している。

【００１１】発振回路２６は、点灯制御装置２０により
制御され、これにより高周波インバータ１２の発振周波
数が、ＬＣ直列共振回路を構成するコンデンサ１３、１
７、１８が有するキャパシタンス、およびチョークコイ
ル１４、パルストランス２１の二次巻線が有するインダ
クタンスによって決定される共振周波数となるように制
御されたときに、放電ランプ１５に並設されたコンデン
サ１３の両端に正弦波電圧（共振電圧）が発生し、ラン
プ電圧もほぼ正弦波となる。

【００１２】なお、チョークコイル１４が有するインダ
クタンス成分は、放電ランプ１５が点灯したときにはラ
ンプ電流を制限するインダクタンスとなる。また、コン
デンサ１３は、ＦＥＴ２２がオン、ＦＥＴ２３がオフの
期間に電荷を充電し、逆にＦＥＴ２２がオフ、ＦＥＴ２
３がオンの期間に電荷を放電することにより、放電ラン
プ１５の点灯を維持させる機能を有する。

【００１３】また、コンデンサ１７、１８は、コンデン
サ１３、チョークコイル１４との間で直列共振回路を構
成するとともに、起動パルス発生装置１６が発生する高
電圧パルスを還流し、高周波インバータ１２を保護する
機能も有する。

【００１４】ここで、起動パルス発生装置１６はパルス
トランス２１と、スイッチング素子であるＦＥＴ２７、
および発振制御回路２８とで構成され、パルストランス
２１の一次巻線に直列に接続されたＦＥＴ２７がＯＮし
た後、高速にＯＦＦする際に、パルストランス２１の一
次巻線の両端に発生するフライバック電圧を、パルスト
ランス２１を介して昇圧し、高電圧パルスとして放電ラ
ンプ１５へ印加する。

【００１５】以上のような構成の放電灯点灯装置の動作
を説明する。点灯装置へ電力が供給されると、まず点灯
制御装置２０より起動信号が直流電源１１へ送られ、直
流電源１１が動作して、その出力電圧が高周波インバー
タ１２へ供給される。同時に、高周波インバータ１２を
構成する発振回路２６が発振を開始し、ＦＥＴ２２、２
３をそれぞれ駆動するドライブ回路２４、２５が動作し
て、ＦＥＴ２２、２３は互いに逆位相で０Ｎ−０ＦＦを
繰り返す。

【００１６】本実施例のシリーズインバータでは、ＦＥ
Ｔ２２がＯＮした時のみ、直流電源１１から出力電力が
後段の負荷へ供給され、ＦＥＴ２２のＯＮデューティー
が最大（５０％）となった場合に、供給される電力は最
大となる。なお、ＦＥＴ２２、２３は同時ＯＮを回避す
るための最小限の相互休止期間を除き、どちらか一方が
ＯＮするように制御されている。

【００１７】高周波インバータ１２が駆動すると、放電
ランプ１５が点灯するまでは、高周波インバータ１２の
負荷としては、コンデンサ１３、チョークコイル１４、
およびコンデンサ１７、１８からなる閉ループが構成す
るＬＣ直列共振回路が存在し、コンデンサ１７、１８の
両端に共振電圧を発生する。この共振電圧が、放電ラン
プ１５へ供給される高周波インバータ１２の出力開放電
圧に相当し、ＦＥＴ２２のＯＮデューティーが大きいほ
ど、共振電圧も高くなる。

【００１８】点灯制御装置２０からは、さらに起動パル
ス発生装置１６を構成する発振制御回路２８へも起動信
号が送られ、発振制御回路２８はゲート信号を発してＦ
ＥＴ２７をＯＮ−ＯＦＦさせる。

【００１９】ＦＥＴ２７は、パルストランス２１の一次
巻線を介して、直流電源１１との間に閉ループを構成し
ている。したがって、ＦＥＴ２７がＯＮし、急激にＯＦ
Ｆすると、パルストランス２１の一次巻線が有するイン
ダクタンスの影響でＦＥＴ２７が高速にＯＦＦした瞬間
に、パルストランス２１の一次巻線の両端にフライバッ
ク電圧を発生する。この電圧は、パルストランス２１に
よってさらに昇圧され、放電ランプ１５の主電極間を導
通させるべく、高電圧パルスを放電ランプ１５へ供給さ
れる。

【００２０】放電ランプ１５の主電極間が導通、すなわ
ち放電ランプ１５が起動すると、検出抵抗２９へランプ
電流が流れ、片側を接地された検出抵抗２９の両端に電
位差を生じる。検知装置１９はこれを検出し、検出信号
を送られた点灯制御装置２０は、放電ランプ１５が点灯
したことを判別し、起動パルス発生装置１６を構成する
発振制御回路２８へ信号を送って起動パルスの発生を停
止する。なお、検出抵抗２９が有するインピーダンスは
極めて小さく、放電ランプ１５の点灯状態に影響を与え
ないものとする。

【００２１】放電ランプ１５が起動すると、ランプ電圧
が急激に低下する。以後、ランプ発光管内のガス圧の上
昇にともない、ランプ電圧は徐々に増加し、定格点灯に
至る。本実施例では、検知装置１９が、ランプ電圧に相
当する電圧である、パルストランス２１の二次巻線、放
電ランプ１５、および検出抵抗２９で構成される直列回
路の両端、すなわち、コンデンサ１７、１８の両端に発
生する電圧であるが、これをコンデンサにより分圧した
電圧、つまりコンデンサ１７、１８の接続点の電圧を検
出し、検出信号を点灯制御装置２０へ送る。

【００２２】点灯制御装置２０は、この検出信号に応じ
て、高周波インバータ１２を構成する発振回路２６へ制
御信号を送り、ＦＥＴ２２、２３のＯＮデューティー、
および発振周波数を変化して、放電ランプ１５の点灯を
制御する。

【００２３】なお、本実施例では、放電ランプ１５を起
動させる際に、主電極間が導通した後、電極先端にアー
クスポットが形成されて、グロー放電からアーク放電へ
転移し、放電アークが形成される過程、すなわち初期点
灯が完了するまでの過程に必要なエネルギーが十分に供
給できるように、点灯制御装置２０は、ＦＥＴ２２のＯ
Ｎデューティーを広げるべく発振回路２６へ制御信号を
送り、高周波インバータ１２の出力電圧を定格点灯時よ
りも上昇させている。

【００２４】点灯制御装置２０は、放電ランプ１５の起
動を検出すると、放電ランプ１５へ始動電流を供給すべ
く、高周波インバータ１２の出力電圧を最大にする。す
なわち、ＦＥＴ２２のＯＮデューティーを、最大である
５０％まで広げる。

【００２５】これにより、点灯周波数一定、すなわち共
振周波数を維持しながら、定格点灯時よりも大きな始動
電流を放電ランプ１５へ供給することができる。ただ
し、この際の点灯周波数は、放電ランプ１５に直列に接
続されたパルストランス２１の二次巻線が有するインダ
クタンス成分を含めた、高周波インバータ１２に接続さ
れた並列負荷回路により決定される共振周波数に一致す
るものとする。したがって、この期間、ランプ電流波形
はほぼ正弦波を維持しながら推移する。

【００２６】しかしながら、広い範囲でのランプ電流制
御、特に最大始動電流供給時と、定格点灯時とのランプ
電流の比が数倍以上必要となる場合には、ＦＥＴ２２の
ＯＮデューティーの変化のみで制御を実現することはき
わめて困難である。

【００２７】そこで本実施例では、最大始動電流供給時
において、ＦＥＴ２２のＯＮデューティー制御と同時
に、高周波インバータ１２の発振周波数制御を組み合わ
せて行なう。すなわち、高周波インバータ１２の発振周
波数を低くすることにより、ランプ電流制限素子である
チョークコイル１４、およびパルストランス２１の二次
巻線が有するインピーダンスを小さくし、大きな始動電
流を放電ランプ１５へ供給することを可能とする。本実
施例では、定格点灯時に、高周波インバータ１２の発振
周波数が約１０［ｋＨｚ］であるのに対し、起動直後の
最大始動電流供給時には、発振周波数を約４．２［ｋＨ
ｚ］まで低下させ、定格点灯時の約８倍のランプ電流を
放電ランプ１５へ供給している。

【００２８】放電ランプ１５へ最大始動電流供給後は、
検知装置１９が検出したコンデンサ１７、１８の接続点
に発生する電圧に応じて、徐々に高周波インバータ１２
の発振周波数を高くして、電流制限素子のインピーダン
スを上昇させるべく、点灯制御装置２０より発振回路２
６へ制御信号が送られる。これにより、高周波インバー
タ１２の発振周波数は徐々に上昇し、やがて定格点灯時
の発振周波数である約１０［ｋＨｚ］に到達する。なお
本実施例では、この時点でなお約０．９［Ａ］のランプ
電流を供給できる。

【００２９】本実施例において、定格点灯時のランプ電
流は、約０．４［Ａ］であるから、放電ランプ１５を定
格点灯させるためには、これ以後さらにランプ電流を制
限する必要がある。したがって本実施例では、高周波イ
ンバータ１２の発振周波数を約１０［ｋＨｚ］に固定し
て、ＦＥＴ２２のＯＮデューティーを徐々に狭くするこ
とにより、ランプ電流を定格点灯時の約０．４［Ａ］ま
で制限する。

【００３０】以上のランプ電流制御方式を表わしたもの
が図２である。図２において点線枠内は要部等価回路で
ある。なお、ＦＥＴ２２、２３は互いに逆位相でＯＮ−
ＯＦＦするので、始動電流供給期間にＦＥＴ２２のＯＮ
デューティーを広げることは、ＦＥＴ２３のＯＮデュー
ティーを狭くすることと等価である。また、これら一連
の制御におけるすべての期間において、ランプ電流は連
続に制御される。

【００３１】なお、本発明のランプ電流制御方式によれ
ば、ランプの定格点灯状態において、高周波インバータ
１２を構成するスイッチング素子のデューティー制御を
行なうことによりランプ電流を制限しているので、通常
のシリーズインバータ方式でランプ電流制御を行なう場
合よりも、ランプ電流制限素子であるチョークコイル１
４が有するインダクタンスを小さくすることが可能とな
る。したがって、チョークコイル１４の小型化が実現で
きる。

【００３２】また、スイッチング素子のデューティー制
御を組み合わせているので、周波数制御範囲を狭くして
も十分大きな始動電流をランプへ供給することができ
る。

【００３３】さらに、請求項２のように、始動電流供給
期間の末期、すなわち定格点灯領域付近では高周波イン
バータ１２の発振周波数を約１０［ｋＨｚ］に固定し、
スイッチング素子のデューティー制御のみでランプ電流
制御を行なうことにより、定格点灯領域付近での音響的
共鳴現象の発生を回避することができる。これは本制御
方式によれば、定格点灯領域付近ではランプ電流波形が
ほぼ歪のない正弦波となり、高調波成分を含まないこと
に起因する。またこれは、点灯対象のランプ特性にばら
つきが存在した場合、定格点灯領域付近での微妙なラン
プ電流調整の際に、点灯周波数が変化しないことが、音
響的共鳴現象の発生を回避できるという点で特に有効で
ある。

【００３４】なお、本実施例では、ランプ電圧に相当す
る電圧であるコンデンサ１７、１８の接続点に発生する
電圧を検出してランプ電流を制御したが、電圧の検出点
は、コンデンサ１７、１８の両端でも構わない。また、
本実施例では、ランプ電圧に相当する電圧を検出してラ
ンプ電流を制御したが、この他にランプ電流を検出して
も構わないし、例えばランプ消灯後の経過時間など、ラ
ンプ特性に関する他の特性によってランプ電流を制御す
るものでも差し支えない。さらに、本実施例では、放電
ランプ１５の起動・点灯を検知する手段として、検出抵
抗２９を流れるランプ電流を検出したが、この他に、ラ
ンプ電圧やランプ電力、光出力など、ランプの起動・点
灯を確認できるランプ特性に関するものであれば他のも
のでも構わない。また、本実施例では高周波インバータ
としてシリーズインバータを適用したが、ハーフブリッ
ジインバータ等、同様の機能を満たせるものであれば他
のものでも構わない。さらに、本実施例では、スイッチ
ング素子としてＦＥＴを用いたが、バイポーラトランジ
スタ等でも差し支えない。

【００３５】次に、異なる実施例の制御方式について解
説する。本実施例における放電灯点灯装置の構成図は図
１と共通である。本実施例の前者との相違点は、そのラ
ンプ電流制御方式であり、ランプ電圧に相当する電圧の
検出方法に特徴を有する。本実施例のように、放電ラン
プ１５に起動電圧を供給すべきパルストランス２１を、
放電ランプ１５に直列に接続し、点灯回路の共振を維持
するコンデンサ１７、１８と並列に接続すると、放電ラ
ンプ１５が点灯した後の始動電流供給期間において、ラ
ンプ電圧が単調に増加するのに対し、ランプ電圧に相当
する電圧である、コンデンサ１７、１８の接続点の検出
電圧は、単調に増加しない。

【００３６】つまり、図３に示すように、放電ランプ１
５が点灯した後、ＦＥＴ２２のＯＮデューティーを最大
にし、高周波インバータ１２の発振周波数を下げて最大
始動電流を供給すると、検出電圧はランプ点灯期間中の
最大値を示す。その後、徐々にランプ電流を制限する期
間において、ランプ電流の減少とともに、検出電圧も徐
々に低下する。しかし、ランプ電流をさらに減少させる
と、ある変極点をもって検出電圧は上昇に転じる。した
がって、検出電圧に応じてランプ電流を制御する設定と
した場合、ある検出電圧に対して設定すべきランプ電流
が複数存在することが発生し、不都合である。なお、こ
の影響は、パルストランス２１の二次巻線が有するイン
ダクタンスが大きいほど顕著である。なお、図３の点線
枠内は要部等価回路である。

【００３７】そこで本実施例では、ある検出電圧に対し
て設定すべきランプ電流が複数存在する場合、コンデン
サ１７、１８の接続点の電圧を検出する際に、検出時点
の前後の検出電圧と比較して、点灯中のランプがランプ
電流制御期間の初期にあるか末期にあるかを判別し、そ
れに応じて設定すべきランプ電流を決定する。

【００３８】すなわち、検出された電圧が減少過程にあ
る場合、ランプ電流制御期間の初期にあると判別し、設
定すべきランプ電流は、高い方の設定値すなわちＡに設
定する。また、増加過程にある場合、ランプ電流制御期
間の末期にあると判別し、設定すべきランプ電流は、低
い方の設定値すなわちＢに設定する。

【００３９】このように、検出電圧と、その検出電圧が
増加過程にあるか、あるいは減少過程にあるかを判別す
ることにより、すべての点灯期間において、設定すべき
ランプ電流をただ一つに決定、ランプ電流を連続に制御
することが可能となる。

【００４０】

【発明の効果】上記構成により、始動電流供給期間に、
周波数制御とＰＷＭ制御とを組み合わせることにより、
インダクタンスの小さい電流制限素子を用いて、狭い周
波数制御範囲でも光束の速い立ち上がりを実現し、音響
的共鳴現象の発生を回避しつつランプ電流の歪を最小限
にして、広い範囲でランプ電流を連続制御できる放電灯
点灯装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の放電灯点灯装置の構成図

【図２】同装置におけるランプ電流電圧制御図

【図３】同装置におけるランプ電流電圧制御図

【符号の説明】

１１電源装置１２高周波インバータ１３コンデンサ１４チョークコイル１５放電ランプ１６起動パルス発生装置１７コンデンサ１８コンデンサ１９検知装置２０点灯制御装置２１パルストランス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小沢正孝大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者小山和孝大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源と、この直流電源により駆動され
て発振する高周波インバータと、前記高周波インバータ
の出力端に接続されたチョークコイルとコンデンサの直
列回路からなる共振回路と、前記チョークコイルとコン
デンサの接続点に接続された放電ランプとパルストラン
スからなる直列回路と、前記パルストランスを介して前
記放電ランプに高電圧パルスを印加するように接続され
た起動パルス発生装置と、ランプ特性に関する特性を検
出する検知装置と、前記検知装置の出力信号により前記
高周波インバータの発振周波数およびデューティー比を
変化して前記放電ランプの点灯を制御する点灯制御装置
とを備えた放電灯点灯装置。
【請求項２】始動電流供給期間は高周波インバータの発
振周波数を変化し、定格点灯領域付近では前記高周波イ
ンバータのデューティー比を変化して放電ランプの点灯
を制御する請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】検知装置は点灯中のランプ電圧に相当する
電圧を検出し、前記検知装置の出力信号により高周波イ
ンバータの発振周波数およびデューティー比を変化して
放電ランプの点灯を制御する請求項１記載の放電灯点灯
装置。
【請求項４】検出したランプ電圧に相当する電圧が増加
過程にあるか減少過程にあるかを判別し、この判別信号
により高周波インバータの発振周波数およびデューティ
ー比を変化して放電ランプの点灯を制御する請求項３記
載の放電灯点灯装置。