JPH06243975A

JPH06243975A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JPH06243975A
Application number: JP5026331A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Yamane; 貴佳山根; Shunichi Nishizawa; 俊一西澤
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Current assignee: DKK Co Ltd
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1993-02-16
Publication date: 1994-09-02

Abstract

(57)【要約】【目的】広範囲な周波数帯で周波数変調をすることな
く、音響的共鳴現象の発生を回避し得るような構成の放
電灯点灯装置を提供する。【構成】直流安定化回路３と、矩形波発生回路４と、
放電管５を構成素子として含む共振回路６とをそれぞれ
具備し、直流安定化回路３から出力される直流電圧を矩
形波発生回路４にて矩形波に整形して前記共振回路に供
給するようにした放電灯点灯装置１，１０において、周
波数変調及び振幅変調がなされた高周波電圧を放電管５
の電源として供給するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放電灯点灯装置に関
し、特に、ＨＩＤ放電灯に対して好適な放電灯点灯装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＨＩＤ放電灯とは、メタルハライドラン
プ，水銀ランプ，高圧ナトリウムランプ等の高輝度放電
ランプの総称であり、この種の放電灯は各種の用途に使
用されている。

【０００３】ＨＩＤ放電灯の一種であるメタルハライド
ランプは、放電管の中に種々のメタルハライド（ハロゲ
ン化金属）を封入したランプであり、封入する金属の組
合せを選択することによって種々の光を得ることができ
る。

【０００４】メタルハライドランプの点灯には、高周波
（２０ｋＨｚ以上）を用いることが好ましい。高周波点
灯をすることの利点は次のとおりである。可聴周波数でないので騒音がない。トランスの重量が軽い。５０／６０Ｈｚのトランス
に比較して１／２〜１／５である。アークイオンが消減しないので、再点弧現象が起ら
ない。従って、フリッカが殆んどない。効率が良い。ＡＣ入力を一旦整流するので、５０／６０Ｈｚの商
用電源を共用できる。ランプ電力等の制御が容易である。

【０００５】しかしながら、メタルハライドランプを高
周波で点灯すると、音響的共鳴現象が生じることがあ
る。

【０００６】この音響的共鳴現象とは、図６に示すよう
に、放電管Ｈの中の金属蒸気ガスＧの疎密波である音響
振動が生じ、これが高周波電力と共鳴する現象である。

【０００７】音響的共鳴現象が生じると、放電アークが
ゆらいだり、立ち消えして、点灯が不安定になる。

【０００８】これ故、音響的共鳴現象が発生する周波数
での点灯は避けなければならない。

【０００９】共鳴周波数は単一ではない。例えば、長さ
Ｌの細長い管の場合、放電管の中の金属蒸気中の音速を
ｖ、ｍを整数とすると、共鳴周波数ｆは次式で与えられ
る。ｆ＝ｍｖ／２Ｌ ……………… （１）

【００１０】管が太くなると、さらに共鳴周波数の数が
多くなり、高周波領域では、広い周波数帯域に共鳴周波
数が分布することになる。これ故、ＨＩＤ放電灯の高周
波点灯においては、これらの多数の共鳴周波数と近い周
波数で点灯させながら、音響的共鳴をさせないことが重
要である。

【００１１】ＨＩＤ放電灯の高周波点灯における音響的
共鳴現象および、放電安定化方法に関する論文が、照明
学会誌第６７巻第２号昭和５８年の第１５〜２１頁に報
告されている。

【００１２】音響的共鳴現象を避けるために、以下に示
すような種々の方法が提案されている。（１）矩形波で電力を供給する。上記論文に記載され
ているように、理想的矩形波であれば、どのような周波
数で点灯しても共鳴現象は起らない。

【００１３】（２）周波数を変調する。音響共鳴しな
い周波数帯域を通過するため、音響共鳴現象が持続しに
くい。

【００１４】（３）第３次高調波を重畳して電力を供
給する。これは矩形波を、基本波と第３次高調波を用い
たフーリエ展開で近似したものである。したがって矩形
波と正弦波の中間の性格を有する。

【００１５】その他の放電灯点灯装置として次のような
技術が公知である。（１）点灯初期に高周波電圧を間欠的に発生させる
（特公平３−２４７５８号公報）。（２）始動時から安定期に至るまでの期間に高周波電
圧を印加する（特公平２−３９０７８号公報）。（３）始動時に商用電源電圧に高周波高電圧を重畳す
る（特開昭６２−８６６９７号公報）。（４）比較的高い電圧で励起し、矩形波電流で励起を
維持する（特公平２−１０６９７号公報）。（５）半サイクル毎に変調する正弦波による点灯（平
成３年度照明学会創立７５周年記念全国大会報第６２
頁）。（６）昇圧形トランジスタインバータによる放電ラン
プ安定器（同第１７頁）。（７）バイポーラ形トランジスタを用いた電子安定器
（同第３８頁）。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】

（１）周波数変調を行うだけでは、音響共鳴を確実に
は回避できないことが実験により確認されている。（２）また、２０ＫＨｚ〜３０ＫＨｚの周波数で周波
数変調することによって音響的共鳴現象の発生を回避し
ようとすると、±１０ＫＨｚ以上周波数を振らなければ
ならないことが実験により確認されている。しかし、中
心周波数を２５ＫＨｚとすると、周波数範囲が１５ＫＨ
ｚ〜３５ＫＨｚとなり、その下限は可聴周波数帯（２０
Ｈｚ〜２０ＫＨｚ）に、そしてその上限は赤外線リモコ
ン周波数帯（３３ＫＨｚ〜４０ＫＨｚ）に含まれてしま
うこととなり、他の問題を生じることになる。一方、演
色性やノイズ等の問題を考慮すると、変調周波数を２０
ＫＨｚ〜３０ＫＨｚの周波数帯にしたいのが実状であ
る。

【００１７】本発明は、このような実状に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、広範囲な周波数帯で周波
数変調をすることなく、音響的共鳴現象の発生を回避し
得るような構成の放電灯点灯装置を提供することにあ
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明では、直流安定化回路と、矩形波発生回路
と、放電管を構成素子として含む共振回路とをそれぞれ
具備し、前記直流安定化回路から出力される直流電圧を
前記矩形波整形回路にて矩形波に整形して前記共振回路
に供給するようにした放電灯点灯装置において、周波数
変調及び振幅変調がなされた高周波電圧を前記放電管の
電源として供給するように構成している。また、本発明
では、前記振幅変調を前記矩形波のパルス幅の変化に基
づいて行うように構成している。また、本発明では、前
記振幅変調を前記直流安定化回路からの出力の変化に基
づいて行うように構成している。また、本発明では、前
記振幅変調を前記矩形波のパルス幅の変化及び前記直流
安定化回路からの出力の変化に基づいて行うように構成
している。

【００１９】

【作用】放電管の電源として周波数変調及び振幅変調が
共になされた高周波電圧を用いるようにしているので、
振幅変調により音響的共鳴現象の発生周波数を常に変化
させることに加えて、周波数変調により音響的共鳴現象
が持続されずに即座に消失されることとなる。その結
果、放電灯の音響的共鳴現象の発生が効果的に回避され
る。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図１〜図５を
参照して説明する。

【００２１】図１は、本発明に係る放電灯点灯装置の第
１実施例を示すものである。図１に示すように、本例の
放電灯点灯装置１は、交流電源２から交流電圧が入力さ
れる直流安定化回路３と、矩形波発生回路４と、放電灯
５を構成素子として含む共振回路６とをそれぞれ具備し
ており、前記矩形波発生回路４は制御回路７からの信号
に基づいて制御されるように構成されている。すなわ
ち、この制御回路７から矩形波発生回路４には、例えば
５０Ｈｚの制御信号が入力され、矩形波発生回路４から
はこの制御信号に基づいて周波数変調およびパルス幅変
調がなされた矩形波が出力されるようになっている。な
お、本例で用いられる直流安定化回路３は、安定化電源
または整流ダイオードと平滑コンデンサによる簡単な回
路から成るものである。

【００２２】また、上述の制御回路７には、放電灯５が
音響共鳴を生じるのに伴って前記共振回路６（具体的に
は、放電灯５の入力端子間）から出力される検知信号が
フィードバック信号として供給されるように構成されて
いる。

【００２３】図１の放電灯点灯装置１の場合には、交流
電源２から交流電圧が直流安定化回路３にて所定の直流
電圧に変換されて矩形波発生回路４に送られ、この矩形
波発生回路４において矩形波に変換される。矩形波発生
回路４から出力される矩形波は、その周波数およびパル
ス幅が前記制御回路７からの信号に基づいてそれぞれ変
調された矩形波であり、この矩形波が共振回路６に送ら
れてそのパルス幅に応じた振幅の電圧となる。その結
果、放電灯５には周波数変調されかつ振幅変調された高
周波電圧が供給されて放電灯５が点灯される。

【００２４】一方、放電灯５に音響的共鳴現象が生じた
場合には、共振回路６からその旨の検知信号が制御回路
７にフィードバックされる。すなわち、この場合には、
音響的共鳴現象が生じるのに伴い放電灯５の入力端子間
の電圧が上昇するため、その電圧上昇に基づいて所定の
検知信号が制御回路７に供給され、これに応じて変調周
波数および変調振幅が強制的に変化される。

【００２５】また、図２は、本発明に係る放電灯点灯装
置の第２実施例を示すものである。図２に示すように、
本例の放電灯点灯装置１０は、上述の放電灯点灯装置１
と同様に交流電源２から交流電圧が入力される直流安定
化回路３と、矩形波発生回路４と、放電灯５を構成素子
として含む共振回路６とをそれぞれ具備している。そし
て、本例においては、直流安定化回路３が第１の制御回
路１１からの電圧設定信号に基づいて制御（振幅変調）
されると共に、矩形波発生回路４が第１の制御回路１２
からの周波数信号に基づいて制御（周波数変調）される
ように構成されている。

【００２６】さらに、上述の第１および第２の制御回路
１１，１２には、放電灯５が音響共鳴を生じるのに伴っ
て前記共振回路６（具体的には、放電灯５の入力端子
間）から出力される検知信号がフィードバック信号とし
て供給されると共に、これらの制御回路１１，１２間に
は互いに動作を規制する規制信号が出・入力されるよう
に構成されている。

【００２７】図２の放電灯点灯装置１０の場合には、交
流電源２からの交流電圧は直流安定化回路３において、
第１の制御回路１１からの電圧設定信号（例えば、５０
Ｈｚの交流信号）に基づいた電圧に対応する直流電圧に
変換される。この直流電圧は矩形波発生回路４に送ら
れ、第２の制御回路１２からの周波数信号（例えば、５
０Ｈｚの交流信号）に基づいた周波数の矩形波に整形さ
れる。なお、この矩形波のパルス幅は任意の一定幅に設
定される。かくして、矩形波発生回路４から出力される
矩形波は、矩形波発生回路４に供給される直流電圧の変
化に応じて振幅変調された高周波電圧信号となる。そし
て、この高周波電圧信号は共振回路６に送られ、周波数
変調がなされかつ振幅変調がなされた高周波電圧が放電
灯５に供給されて放電灯５が点灯される。

【００２８】一方、放電灯５に音響的共鳴現象が生じた
場合には、共振回路６からその旨の検知信号が第１およ
び第２の制御回路１１，１２にそれぞれフィードバック
され、これに応じて変調周波数および変調振幅が共に、
または、何れか一方が選択的に変化される。

【００２９】次に、本発明に係る放電灯点灯装置の具体
例を図３および図４を参照して説明する。

【００３０】図３の放電灯点灯装置１にあっては、直流
安定化回路３が、４つの整流ダイオードＤ₁，Ｄ₂，Ｄ
₃，Ｄ₄から成る整流回路２０と、コイルＬ₁、スイッ
チングトランジスタＱ₁、ダイオードＤ₅およびコンデ
ンサＣ₁にて構成された昇圧型のスイッチングレギュレ
ータ２１と、前記スイッチングトランジスタＱ₁をオン
・オフ制御する第１の制御回路２２とで構成されてい
る。また、矩形波発生回路４は、前記直流安定化回路３
に後続された一対のトランジスタＱ₂，Ｑ₃と、これら
のトランジスタＱ₂，Ｑ₃を交互にオン・オフ制御する
第２の制御回路２３と、この第２の制御回路２３に振幅
設定信号および周波数設定信号（例えば、５０Ｈｚの交
流信号）をそれぞれ独立に入力するための設定回路２４
とで構成されている。そして、共振回路６は、コイルＬ
₂、コンデンサＣ₂，Ｃ₃および放電灯５から構成され
ている。

【００３１】この場合には、交流電源２からの交流電圧
は整流回路２０で整流されてスイッチングレギュレータ
２１に送られ、Ｖ_SET1の電圧値に応じた一定の直流電圧
に変換される。すなわち、スイッチングトランジスタＱ
₁が第１の制御回路２２からの制御信号にてオン状態と
なされている間にコイルＬ₁に電流が流れてこのコイル
Ｌ₁にエネルギーが蓄積され、スイッチングトランジス
タＱ₁が第１の制御回路２２からの制御信号にてオフ状
態となされている間にダイオードＤ₅を通じてコンデン
サＣ₁に充電される。かくして、直流安定化回路３の出
力は、第１の制御回路２２によるスイッチングトランジ
スタＱ₁のオンとオフとの時間の間隔制御に応じた一定
電圧に設定される。

【００３２】次いで、この一定電圧は、矩形波発生回路
４に送られて所定の矩形波に変換される。すなわち、こ
の一定電圧がトランジスタＱ₂，Ｑ₃の直列回路に送ら
れるのに伴い、これらのトランジスタＱ₂，Ｑ₃が第２
の制御回路２３からの制御信号によって交互にオン・オ
フするように切り替え制御される。この際、第２の制御
回路２３からトランジスタＱ₂，Ｑ₃に入力される制御
信号は、設定回路２４から第２の制御回路２３に入力さ
れる振幅設定信号に応じたパルス幅に変換されると共
に、設定回路２４から第２の制御回路２３に入力される
周波数設定信号に応じた周波数に変換される。このた
め、矩形波発生回路４からは、周波数変調およびパルス
幅変調された矩形波が出力される。

【００３３】矩形波発生回路４から出力された矩形波
は、共振回路６に送られて放電灯５が点灯される。放電
灯５の点灯開始時には、共振回路６はコイルＬ₂、コン
デンサＣ₂および放電灯５から成る昇圧型の直・並列回
路と考えられ、矩形波は昇圧されて放電灯５に供給され
る。また、点灯中には、共振回路６はコイルＬ₂、コン
デンサ、Ｃ₃および放電灯５から成る直列回路と考えら
れ、従って矩形波はそのパルス幅に応じた振幅に変換さ
れて放電灯５に供給される。その結果、振幅変調および
周波数変調がそれぞれなされた高周波電圧が放電灯５に
印加され、これにより放電灯５が点灯される。

【００３４】また、図４の放電灯点灯装置１０では、ス
イッチングトランジスタＱ₁をオン・オフ切替えをする
第１の制御回路２２に設定回路３０から振幅設定信号が
制御信号として入力され、トランジスタＱ₂，Ｑ₃を交
互にオン・オフ切替えをする第２の制御回路２３に設定
回路３０から周波数設定信号が制御信号として入力され
るように構成されている。なお、その他の構成は既述の
図３の放電灯点灯装置１の構成と同様である。

【００３５】この放電灯点灯装置１０の場合には、交流
電源２からの交流電圧が整流回路２０で整流されてスイ
ッチングレギュレータ２１に送られ、設定回路３０で設
定された振幅に応じた電圧に変換される。そして、この
振幅変調された電圧が矩形波発生回路４に入力される
と、この矩形波発生回路４において、Ｖ_SET2の電圧値に
応じた一定のパルス幅を有しかつ設定回路３０によって
設定された周波数の矩形波（パルス信号）に変換され
る。従って、矩形波発生回路４への入力信号は既に振幅
されているため、矩形波発生回路４から得られる矩形波
は、既述の放電灯点灯装置１の場合と同様に、振幅変調
および周波数変調がなされたものとなり、この矩形波が
共振回路６に供給されて放電灯５が点灯される。

【００３６】以上のように、周波数変調及び振幅変調が
なされた高周波電圧を放電管５の電源として供給するよ
うに構成すると、音響的共鳴現象の発生を効果的に回避
することができる。

【００３７】その理由を述べると、次の通りである。す
なわち、放電灯５に印加される高周波電圧の振幅が異な
る場合には、図５に示すように、音響的共鳴現象が生じ
る周波数（音響共鳴周波数）は印加電圧の振幅に依存し
て変化する。従って、印加電圧の振幅が一定の場合には
音響共鳴した周波数でも振幅が変化（振幅変調）するの
に応じて音響共鳴しない場合を生じる。また、放電灯５
の印加電圧を周波数変調すると、音響共鳴が生じてもそ
の時点の周波数が直ちに音響共鳴周波数から外れること
となるため、音響共鳴は持続されることなく消失する。

【００３８】よって、放電灯５の印加電圧を周波数変調
および振幅変調することにより、音響的共鳴現象の発生
周波数が常に変化させられる上に、音響的共鳴現象が発
生してもその現象を持続させることなく直ちに消失させ
ることができ、そのため音響的共鳴現象の発生を効果的
に回避することができる。

【００３９】さらに、周波数変調に加えて振幅変調して
音響的共鳴現象の回避を図るようにしているため、変調
周波数範囲はあまり大きくならずに済み、従って、可聴
周波数帯や赤外線リモコン周波数帯の使用を避けること
ができる。

【００４０】以上、本発明の一実施例につき述べたが、
本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明
の技術的思想に基づいて各種の変更が可能である。例え
ば、周波数変調および振幅変調は既述の如く商用交流電
源を利用して行う必要は必ずしもなく、経時的にランダ
ムに変化する周波数及び振幅を有する信号に基づいて変
調するようにしてもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上の如く、本発明は、周波数変調及び
振幅変調がなされた高周波電圧を前記放電管の電源とし
て供給するように構成したものであるから、振幅変調に
より放電灯の音響的共鳴現象の発生周波数が常に変化す
ることに加えて、音響的共鳴現象が生じても周波数変調
により音響共鳴周波数から直ちに外れて音響的共鳴現象
が即座に消失することとなるため、音響的共鳴現象の発
生を効果的に回避することができる。しかも、振幅変調
によっても音響的共鳴現象の回避を図ることができるこ
とから、変調周波数範囲を広範囲にしなくて済み、可聴
周波数帯や赤外線リモコン周波数帯の使用を避けること
ができる。従って、本発明によれば、広範囲な周波数帯
で周波数変調をすることなく、音響的共鳴現象の発生を
回避し得るような構成の放電灯点灯装置を提供すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る放電灯点灯装置の第１実施例の回
路図である。

【図２】本発明に係る放電灯点灯装置の第２実施例の回
路図である。

【図３】本発明を適用した放電灯点灯装置の具体例の回
路図である。

【図４】本発明を適用した放電灯点灯装置の別の具体例
の回路図である。

【図５】放電灯に印加される高周波電圧の振幅が異なる
場合における音響的共鳴周波数の変化を示す図である。

【図６】放電管の音響的共鳴現象を示す放電管の断面図
である。

【符号の説明】

１，１０放電灯点灯装置２交流電源３直流安定化回路４矩形波発生回路５放電灯６共振回路７制御回路１１第１の制御回路１２第２の制御回路２０整流回路２１スイッチングレギュレータ２２第１の制御回路２３第２の制御回路３０設定回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流安定化回路と、矩形波発生回路と、
放電管を構成素子として含む共振回路とをそれぞれ具備
し、前記直流安定化回路から出力される直流電圧を前記
矩形波発生回路にて矩形波に整形して前記共振回路に供
給するようにした放電灯点灯装置において、周波数変調
及び振幅変調がなされた高周波電圧を前記放電管の電源
として供給するように構成したことを特徴とする放電灯
点灯装置。
【請求項２】前記振幅変調を前記矩形波のパルス幅の
変化に基づいて行うように構成した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】前記振幅変調を前記直流安定化回路から
の出力の変化に基づいて行うように構成したことを特徴
とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】前記振幅変調を前記矩形波のパルス幅の
変化及び前記直流安定化回路からの出力の変化に基づい
て行うように構成したことを特徴とする請求項１に記載
の放電灯点灯装置。