JPS6322040B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、放電灯の始動直後から定格点灯状態
に移行するまでの間において、放電灯の入力電流
を定格時の入力電流以下に制御することのできる
放電灯定入力点灯装置に関する。

近年、点灯装置の小型、軽量及び省電力の要求
に応えるため、水銀灯や高圧ナトリウム灯のよう
に高圧蒸気圧の放電灯の点灯回路においても、放
電灯と直列に交流制御素子を接続し、この交流制
御素子の導通位相角を制御して限流インピーダン
スを小さくするいわゆる位相制御方式が研究さ
れ、一部では実用化されている。第１図はその原
理的回路を示す図面であつて、図中１は商用電
源、２は限流インピーダンス素子、３は放電灯、
４は交流制御素子、５は交流制御素子４のオフ時
に限流インピーダンス素子２を補償する限流要素
である。第２図ａ及びｂは放電灯３のランプ電流
Ilaと電源電圧Vsの位相関係を示し、同図ａは始
動直後の状態を、同図ｂは定格時の状態を示す。

一般に、高圧放電灯は始動直後、ランプコンダ
クタンスが定格時に比べて非常に大きいため、交
流制御素子４の導通位相θを、第２図に示す如く
定格時に比べて適当に遅らせる必要がある。この
ような位相制御を行なえば、定格に移行するまで
の期間（以下始動期間という）、入力電流を定格
時の入力電流以下に抑えることができ、定入力始
動が可能であることが知られている。

位相制御方式の一つに、ランプ電圧を利用する
方法がある。これは高圧放電灯が始動直後はラン
プ電圧が低く、定格に移行するにつれて上昇し安
定点に達する性質を利用したもので、ランプ電圧
を直流電圧に変換し、該直流電圧と電源電圧より
一定位相進んだ基準電圧との交点を交流制御素子
の導通位相とする制御方式であり、この制御方式
を用いれば高圧ナトリウム灯の始動は確実に行な
える。その理由は、一般に高圧ナトリウム灯が始
動するには十分なヒータへの予熱電流が必要であ
る。そのためにはランプ内のスタータスイツチが
開路してキツクパルスが発生するまでの期間、交
流制御素子の導通位相を始動直後より前に進めて
おき十分な予熱電流を得る必要がある。何故な
ら、ヒータ抵抗は始動直後のランプ等価抵抗に比
べて十分大きいからである。而して、ランプ電圧
はランプ両端電圧であるから、高圧ナトリウム灯
の場合、電源が投入されるとヒータへ電流が流れ
るが、ランプ電圧としてヒータでの電圧降下分を
得る。この電圧は第３図に示す原理的回路図から
明らかなように、電源電圧Vsに近い電圧が現れ、
上述のランプ電圧変換値が高くなり、該変換値と
基準電圧との交点で定まる交流制御素子４の導通
位相が始動直後に比べ進むことになり、十分な予
熱電流が得られることになる。

この制御方式は高圧ナトリウム灯をも確実に始
動できる長所があるが、第３図に示す如く制御部
６に始動用キツク電圧が入るのを防ぐブロツク回
路７が必要となる。このブロツク回路７は、イン
ダクタンスを含む回路で構成され、小型、軽量を
阻害する欠点がある。また、放電灯３の両端より
制御部６へ入力する制御線８が必要となり、この
ため制御部６を放電灯３に近接して設けなければ
ならない欠点がある。

かかる欠点を排除する位相制御方式として、ラ
ンプ電流の位相を検出して制御する方法が研究さ
れている。この方法は、放電灯の内部コンダクタ
ンスが始動直後は大きく、定格に移行するにつれ
て小さくなることにより、ランプ電流位相が始動
直後は定格時に比べて遅れている性質を利用して
いる。第２図ａ及びｂは前述の如く、それぞれ始
動直後及び定格時における入力電流を一定にした
ときの交流制御素子４の導通位相θの比較図であ
るが、電源電圧Vsのゼロクロス位相よりランプ
電流Ilaが転流するまでの転流位相角Ｔに対して、
交流制御素子４のオフ期間ΔTが如何なる関係に
あるかをみると、始動直後（第２図ａ参照）はオ
フ期間ΔTを大きくし、定格に移行するにつれオ
フ期間ΔTを小さくする必要のあることが判る。
このような関係を始動過程と共に追つてみると、
第４図のようになることが判る。逆に言えばイ点
からロ点に位相を制御すれば定入力始動が可能と
なるわけである。尚、第４図において横軸はラン
プ電流Ilaの転流位相角Ti（deg）を示し、縦軸は
交流制御素子４のオフ期間ΔTi（deg）を示し、
図中イ点は始動直後、ロ点は定格時を示す。そし
てその測定条件は、放電灯３を400Wの水銀灯と
し、限流インピーダンス２のインピーダンス電圧
を80V／33A、電流電圧Vsを200Vとし、外部の
トリガにより任意にトライアツク４の導通位相を
制御できるようにして、入力電流を2.4Aとした
場合である。

かかる制御条件で放電灯３を始動した場合、次
のような問題がある。すなわち、交流制御素子４
の導通位相θがイ点に固定された後、ランプ状態
の変化でイ点からロ点に向つて制御されてきた場
合、ランプ電流Ilaの転流位相Ｔが小さくなつた
直後にランプ電流Ila波形の正負非対称が発生す
る場合があり、非対称波形が生じると、始動過程
でちらつき現象を発生するだけでなく、定格点に
達しないという欠点が生じる。従つて、上記制御
条件（第４図のイ点からロ点への過程）に、交流
制御素子４の導通位相θの収束条件を付加する必
要があり、本願出願人は先に、ランプ電流の転流
位相Ｔと交流制御素子のオフ期間ΔTの制御条件
を改善することにより上記欠点を解消した発明を
出願した。すなわち、商用電源に交流制御素子、
限流インピーダンス素子及び放電灯を直列に接続
し、商用電源電圧のゼロクロス位相よりランプ電
流が転流するまでのランプ電流転流位相角に対応
して上記交流制御素子の導通位相を、商用電源の
半サイクル毎に制御する制御回路を有する放電灯
定入力点灯装置において、制御すべき現半サイク
ルの直前のランプ電流転流位相角に対応して、該
現半サイクルの交流制御素子の導通位相を制御す
る制御回路を設けたもので、かかる点灯装置にお
いては、始動過程の非対称波形の改善はなされて
いるが、グロー放電時における交流制御素子の信
頼性について考慮されていない。勿論、十分な時
間が経過すれば、現半サイクルの直前のランプ電
流転流位相角Ti_-1と、現半サイクルの交流制御
素子のオフ期間ΔTiの関係による交流制御素子の
導通位相収束効果から、該導通位相は固定される
がそれまでの期間、交流制御素子に大きいストレ
スが加わり、著しく信頼性を低下させる欠点があ
る。従つて、グロー放電が生じると交流制御素子
の導通位相を何等かの手段で固定する必要がある
が、もし電源投入後強制的にタイマーで固定すれ
ば、高圧ナトリウム灯の場合、ヒータ電流を十分
に得ることができないため始動できないことにな
る。

本発明はかかる点に鑑みなされたものであり、
その目的とするところは、水銀灯やメタルハライ
ドランプの起動時（すなわちグロー放電時）にお
ける突入電流を抑制すると共に、高圧ナトリウム
灯の起動時においては、適当なヒータへの予熱電
流を得ることにより、しかも水銀灯やメタルハラ
イドランプなどと同様に突入電流を抑制すること
により、安定且つ確実な定入力始動が可能な放電
灯点灯装置を提供するにある。

グロー放電期間中における交流制御素子４の信
頼性を高めるためには、該素子４の導通位相を制
限すればよい。本発明は、かかる導通位相を検出
して予め設定した上限の導通位相をこえた時か
ら、一定時間タイマーにより導通位相を固定した
ものである。

高圧ナトリウム灯の場合、電源投入直後よりヒ
ータ抵抗に十分なヒータ電流を流す必要があるた
め、交流制御素子４のオフ期間ΔTiを、ランプ始
動直後に制御すべきオフ期間ΔTiよりかなり小さ
くする必要がある。また、電源投入直後はランプ
電流転流位相Ti_-1はヒータが高抵抗であるため、
ランプ始動直後よりかなり前に進む。この様子を
示したものが第４図で、図中イ点は高圧ナトリウ
ム灯を一般に始動させるに十分な予熱電流0.8A
を得る位相条件を示している。そして、このヒー
タ電流位相は、第５図に示す主チヨークコイル２
のインダクタンスとヒータ抵抗だけで決る定常位
相となり、ヒータ予熱時は一定である。従つて、
ヒータ予熱期間においては、上記予め設定した交
流制御素子４の導通位相の上限を、１半サイクル
もこえることなくイ点に固定されることになる。
そして、ヒータスイツチが開路し、ランプが始動
し始めグロー放電に入るとランプ電流転流位相Ｔ
が乱れるため、上記導通位相の上限をこえること
があるので、この時から一定時間タイマーで導通
位相を固定すればよい。

第６図は本発明を実現する回路の働きを示すブ
ロツク図で、第７図は同上の各部のタイミングチ
ヤートである。第４図における現半サイクルの直
前のランプ電流転流位相Ti_-1は第１クロツク１
０の加算カウント期間で検出し、現半サイクルの
交流制御素子４のオフ期間ΔTiは、上記第１クロ
ツク１０の加算カウント数と同数の第２クロツク
１１のクロツクパルスを減算して減算カウンタ１
２の内容が現半サイクルのランプ電流転流位相
Ti以降よりゼロとなるまでの期間としている。
尚、加算カウンタ１３の初期値n₀は第４図のΔT₀
に相当する第２クロツクカウント数である。

次に動作を説明する。電源電圧ゼロクロス検出
回路１４で電源電圧Vsのゼロクロス位相を検出
すると、第４図におけるT₀の期間、加算カウン
タ１３の内容を初期値n₀でプリセツトする。そし
て、時間T₀経過後、加算カウンタは第１クロツ
クパルスを加算カウントしランプ電流Ilaが転流
する迄カウントしつづける。一方、減算カウンタ
１２は電源電圧Vsのゼロクロス検出後よりラン
プ電流Ilaが転流する迄、遅延回路１５（ラツチ
回路）の出力をプリセツトしている。ランプ電流
Ilaが転流すると同時に加算カウンタ１２の内容
が遅延回路１５に入力されると同時に、減算カウ
ンタ１２は、第２クロツク１１のクロツクパルス
を減算開始する。従つて減算カウンタ１２は直前
の半サイクルでのランプ電流Ilaの転流位相角
Ti_-1に相当する第１クロツクパルス数を減算す
ることになる。そしてゼロ比較回路１６で減算カ
ウンタ１２の内容がゼロになつた時刻に第７図の
ｃに示すパルスを出力する。このパルスｃは前記
定入力始動の制御条件Ti_-1−ΔTiで求まつた交流
制御素子４の導通位相角θで発生することにな
る。第７図のｂは基準パルス発生回路１７により
発生する基準パルスで、正の期間が交流制御素子
４の導通位相θの禁止位相である。

而して、現ｉ半サイクル目では、ゼロ比較回路
１６の出力ｃは基準パルスｂの正パルス外にある
ため、基準パルスｂと、ゼロ比較回路１６で出力
されるパルスｃの入力で立ち下り電源電圧ゼロク
ロスパルスａで立ち上るフリツプ・フロツプ
（Ｆ・Ｆ）１８の出力ｄとのANDゲート１９を介
した出力ｅは正にならない。そして、（ｉ＋１）
半サイクル目でパルスｃが基準パルスｂの正パル
ス区間に入つたとすると、ANDゲート１９は正
のパルスを出力する。従つて、この正のパルス
（第７図のｅ参照）は制御条件Ti_-1−ΔTiで求ま
つた交流制御素子４の導通位相θが、導通禁止区
間内に入つた時に出力されることになる。そして
単安定マルチバイブレータ２０は、この第７図ｅ
の正のパルスを受けて数秒間、第７図のｆに示す
ように正信号を出力する。このｆの正信号が発生
すれば、今まで交流制御素子４のトリガパルス発
生回路２１に入力されていたｄの正信号が禁止さ
れ、ORゲート２２には第７図のｇに示すよう
に、基準パルスｂの信号が出力されることにな
る。尚第６図において２３はランプ電流転流位相
検出回路、２４はNOTゲート、２５，２６は
ANDゲートであり、枠内Ａがグロー放電時の導
通位相固定回路である。また図中ａ〜ｇの付号は
それぞれ、第７図のａ〜ｇの信号出力を示す。

このように一度でも、予め設定した導通位相の
上限をこえた導通位相が検出されると、それを禁
止し、以降数秒間はこの上限位相で交流制御素子
の導通位相を固定することになる。従つて、従来
のように電源投入後、強制的にタイマーで交流制
御素子の導通位相を固定しないので、高圧ナトリ
ウム灯をも確実に始動でき、しかもグロー放電時
には導通位相は固定されるので交流制御素子への
突入電流が抑制でき、該素子の信頼性の向上が図
れる。更に従来と同様に、始動過程におけるラン
プ電流波形の正負非対称も速やかに収束され、ち
らつき現象の発生もないと云つた優れた放電灯定
入力点灯装置を提供できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は放電灯定入力点灯装置の原理的回路
図、第２図ａ及びｂは同上の放電灯のランプ電流
と電源電圧の波形図で、ａは始動直後の状態を、
ｂは定格時の状態を示す。第３図はランプ電圧を
検出して行う位相制御方式の原理的回路図、第４
図は本発明に係る高圧ナトリウム灯の始動に必要
な制御条件を示す説明図、第５図は本発明の原理
的回路図、第６図は本発明の制御回路の働きを示
すブロツク図、第７図は同上の各部のタイムチヤ
ートである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 商用電源に交流制御素子、限流インピーダン
   ス素子及び放電灯を直列に接続し、商用電源電圧
   のゼロクロス位相よりランプ電流が転流するまで
   のランプ電流転流位相角に対応して上記交流制御
   素子の導通位相を、商用電源の半サイクル毎に制
   御する制御回路を有する放電灯定入力点灯装置に
   おいて、制御すべき現半サイクルの直前のランプ
   電流転流位相角に対応して、該現半サイクルの交
   流制御素子の導通位相を制御する制御回路を設け
   ると共に、上記導通位相が半サイクル毎の一定の
   位相より遅れた時から一定時間導通位相を固定す
   る制御回路を設けたことを特徴とする放電灯定入
   力点灯装置。