(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧形インバータ部、イミタンス変換機能を有する分布定数線路部、及びＬＣ並列共振回路と高輝度放電灯とからなる負荷回路部から構成された高周波点灯形高輝度放電灯用点灯制御装置において、
上記負荷回路の上記放電灯に、フライバック形昇圧回路とイミタンス変換機能を有する分布定数線路とからなるイグナイタ回路の上記分布定数線路の出力端を直列に接続し、上記電圧形インバータ部に接続した分布定数線路をイミタンス変換させて生じた高周波電力による上記放電灯の初期点灯時及び通常点灯時に、予め、上記イグナイタ回路の出力インピーダンスが上記放電灯インピーダンスより十分小さくてイグナイタ回路が短絡したと見なせるような分布定数線路とし、上記放電灯の消灯時には、上記放電灯のランプ電流の零Ａにより自動的に上記イグナイタ回路のフライバック形昇圧回路が動作して上記イグナイタ回路の分布定数線路から電力を出力させ、上記放電灯を瞬時に再点灯する構成であることを特徴とする、瞬時再点灯が容易な高周波点灯形高輝度放電灯用点灯制御装置。
【請求項２】
電圧形インバータ部、イミタンス変換機能を有する分布定数線路部、及びＬＣ並列共振回路と高輝度放電灯とからなる負荷回路部から構成された高周波点灯形高輝度放電灯用点灯制御装置において、
上記負荷回路の上記放電灯に、フライバック形昇圧回路とイミタンス変換機能を有する分布定数線路とからなるイグナイタの上記分布定数線路の出力端を直列に接続し、上記電圧形インバータ部に接続した分布定数線路をイミタンス変換させて生じた高周波電力により上記放電灯を点灯し、
初期点灯時及び通常点灯時に、予め、上記イグナイタの出力インピーダンスが上記放電灯インピーダンスより十分小さくてイグナイタ回路が短絡したと見なせるような分布定数線路とし、上記放電灯が消灯したときは、上記放電灯のランプ電流の零Ａにより上記イグナイタ回路が動作し、上記イグナイタ回路の分布定数線路から電力を供給し、上記放電灯は自動的に瞬時に再点灯するが、通常点灯状態に達すると、上記ランプ電流が零Ａでなくなるため上記イグナイタ回路が動作を止め、上記イグナイタ回路は再び元の短絡したと見なせる状態となることを特徴とする、瞬時点灯が容易な高周波点灯形高輝度放電灯用点灯制御装置の点灯制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＨＩＤ(High Intensity Discharge)ランプ(高輝度放電灯)のバラスト(点灯制御装置)に関するものであり、特に、再点灯時に要する高電圧を、瞬時に、かつ、自動的に達成できる構成とした高周波点灯形高輝度放電灯用点灯制御装置、及び点灯制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高輝度放電灯は、高効率、長寿命、高演色、高光束などの特徴を有するため、次世代の放電灯として、様々な分野での利用が期待されている。
この高輝度放電灯は、点灯の初期段階では、放電管内の蒸気圧が低いので、数百Ｖ程度の電圧を印加すれば、容易に絶縁破壊を起して点灯状態となるが、いったん消灯すると、放電管内が高蒸気圧に達しているため、瞬時に再点灯する場合には、２０ｋＶ程度(数百倍程度)の高電圧が必要となる。
【０００３】
このため、野球場等のナイター試合で、何らかの理由により消灯した場合、これを再点灯するには、放電管内が低蒸気圧になるまで、放置して冷却しており、通常、再点灯には、１５〜２０分を要している。
このような場合、高輝度放電灯に、上記のような高電圧を印加すること自体は可能であるが、高輝度放電灯の回路が破壊してしまうため、保護回路を設置する必要があり、装置も複雑になるうえ、費用もかさむため、通常は、低蒸気圧になるまで放置し、冷却してから再点灯している。
【０００４】
本発明者は、このような状況に対応するため、イミタンス変換理論を適用することにより、点灯周波数が１ＭＨｚという高周波で、点灯初期及び放電時にも安定して点灯できるバラスト(点灯制御装置)を開発したが、瞬時に再点灯できるまでには至らなかった。また、本出願人は、このイミタンス変換理論を適用して、高周波電力を取得できる電源装置自体については、特願２００１ー７１７０８号として、出願してきたところである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、放電管内が冷却されて低蒸気圧になるまで、再点灯できなかった高輝度放電灯を、瞬時に、かつ、自動的に再点灯できる高輝度放電灯の開発を、課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、電圧形インバータ部、イミタンス変換機能を有する分布定数線路部、及びＬＣ並列共振回路と高輝度放電灯とからなる負荷回路部から構成された高周波点灯形高輝度放電灯用点灯制御装置において、上記負荷回路の上記放電灯に、フライバック形昇圧回路とイミタンス変換機能を有する分布定数線路とからなるイグナイタの上記分布定数線路の出力端を直列に接続し、上記電圧形インバータ部に接続した分布定数線路をイミタンス変換させて生じた高周波電力による上記放電灯の初期点灯時及び通常点灯時に、予め、上記イグナイタの出力インピーダンスが上記放電灯インピーダンスより十分小さくてイグナイタ回路が短絡したと見なせるような分布定数線路とし、上記放電灯の消灯時には、上記放電灯のランプ電流の零Ａにより自動的に上記イグナイタ回路のフライバック形昇圧回路が動作して上記イグナイタ回路の分布定数線路から電力を出力させ、上記放電灯を瞬時に再点灯する構成である、瞬時再点灯が容易な高周波点灯形高輝度放電灯用点灯制御装置とした。
【０００７】
請求項２の発明は、電圧形インバータ部、イミタンス変換機能を有する分布定数線路部、及びＬＣ並列共振回路と高輝度放電灯とからなる負荷回路部から構成された高周波点灯形高輝度放電灯用点灯制御装置において、上記負荷回路の上記放電灯に、フライバック形昇圧回路とイミタンス変換機能を有する分布定数線路とからなるイグナイタ回路の上記分布定数線路の出力端を直列に接続し、上記電圧形インバータ部に接続した分布定数線路をイミタンス変換させて生じた高周波電力により上記放電灯を点灯し、初期点灯時及び通常点灯時に、予め、上記イグナイタ回路の出力インピーダンスが上記放電灯インピーダンスより十分小さくてイグナイタ回路が短絡したと見なせるような分布定数線路とし、上記放電灯が消灯したときは、上記放電灯のランプ電流の零Ａにより上記イグナイタ回路が動作し、当該イグナイタ回路の分布定数線路から電力を供給し、上気放電灯は自動的に瞬時に再点灯するが、通常点灯状態に達すると、上記ランプ電流が零Ａでなくなるため上記イグナイタ回路が動作を止め、上記イグナイタ回路は再び元の短絡したと見なせる状態となる、瞬時点灯が容易な高周波点灯形高輝度放電灯用点灯制御装置の点灯制御方法とした。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態例を図に基づいて説明する。
図１は基本回路構成を示す。この回路は電圧形ハーフブリッジインバータ部、分布定数線路部、負荷回路部（ＬＣ並列共振回路とＨＩＤランプ）、イグナイタ部から構成されている。上記インバータの動作周波数は音響的共鳴現象を避けるため１ＭＨｚとした。分布定数線路Ｌ1の線路長ｘはインバータ動作周波数で線路の伝搬波長λの１／４波長となるように選定し、ｘ＝４９ｍとした。また、負荷回路部のＬＣ並列共振回路の共振周波数はインバータ動作周波数に一致させた。ＨＩＤランプ(高輝度放電灯)には７０Ｗのメタルハライドランプ（ＯＳＲＡＭ製ＨＱＩ−ＴＳ）を使用した。イグナイタ部はフライバック形ＤＣ−ＤＣコンバータと分布定数線路Ｌ2で構成される。この分布定数線路Ｌ2の線路長は  ｘ＝４９ｍとした。
上記基本回路におけるインバータ部では、ハーフブリッジ型を使用しているが、これは、電圧形インバータの一例として使用したにすぎず、これに限定されるものではない。また、フライバック形のＤＣ−ＤＣコンバータも、フライバック形昇圧回路の一例として使用したものであり、これに限定されるものではない。
【００１１】
上記ＨＩＤランプとイグナイタ回路の出力端子は、直列に接続されている。通常、イグナイタの出力インピーダンスは、ランプインピーダンスに比べて大きいため、イグナイタがランプへの電力供給の阻害要因となってしまう。そこでこの発明では、イグナイタに分布定数線路Ｌ2を用いることでこれを回避する。この分布定数線路Ｌ2を設けたことにより、インバータの動作周波数１ＭＨｚにおいては、イグナイタのインピーダンスＺg2を大きく保つことができ、イグナイタの出力インピーダンスＺg1はランプインピーダンスＺLに比べて十分に小さくなるからである。従って、ＨＩＤランプの負荷回路に対してイグナイタ回路は短絡しているとみなせる。
そこで、電圧形インバータで発生した矩形波電圧源は、分布定数線路Ｌ1を介して電流源に変換され、ＨＩＤランプに電力供給されるが、イグナイタ回路は短絡しているとみなせるので、この電力供給の阻害とならずにランプの初期点灯と安定点灯が可能となる。
ＨＩＤランプがなんらかの理由で消灯すると、ランプインピーダンスＺLは急激に減少するので、瞬時に、イグナイタから電力が供給されて、ランプが再点灯することになる。そして、安定点灯時に達すると、イグナイタの出力インピーダンスＺg1は、ランプインピーダンスＺLより小さくなるため、イグナイタ回路は再び、短絡したような状態となる。
つまり、上記分布定数線路Ｌ1は電力変換要素として用いているのに対し、分布定数線路Ｌ2は自動的なスイッチとして動作するのである。
【００１２】
次に、上記イグナイタ部のフライバック形ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を説明する。ＨＩＤランプが何らかの理由で消灯した場合、ランプ電流ＩＬが０Ａとなるとこれを検出して、予め適宜の手段によりトランジスタＴｇのゲートにかけておいた矩形波電圧によりトランジスタＴｇはオンとなってフライバックトランスＦＴの１次側に電流が流れ、フライバックトランスＦＴの磁心内に磁気エネルギーが蓄積される。次にトランジスタＴｇのゲートの電圧がゼロとなると、フライバックトランスＦＴ内に蓄積されたエネルギーがフライバックトランスＦＴの２次側から放出され、これが分布定数線路Ｌ２の線間キャパシタに充電されて、ＨＩＤランプの再点灯に必要な高電圧が発生する。なお、トランジスタＴｇのゲートに矩形波をかける手段としては、上記フライバックトランスＦＴの２次側に補助巻き線を設け、この巻き線から矩形波電源をとってもよい。
【００１３】
そして、ランプが再点灯により絶縁破壊を起こすとインバータ側から電力が供給され、安定点灯状態に移行する。この状態に移行すると、上記ランプ電流ＩＬは零Ａでなくなるのでこれを検出してトランジスタＴｇは瞬時にオフとなって、フライバックトランスＦＴの励磁が行われず、従って、トランスＦＴの２次側は高インピーダンスとなる。しかし、分布定数線路Ｌ２のもつイミタンス変換作用によってイグナイタの出力インピーダンスはランプのインピーダンスに対して相対的に極めて小さくなるので、イグナイタ回路は再び短絡したような状態になる。
すると、電圧形インバータで発生した矩形波電圧源は、分布定数線路Ｌ１を介して電流源に変換され、ＨＩＤランプに電力供給される。その際、イグナイタ回路の終端は、短絡しているとみなせるので電力供給の阻害とならず、ランプは安定点灯に回復する。
【００１４】
表１にイグナイタ回路のパラメータを示す。
【表１】
0003720744.tif 000002
【００１５】
次に、この発明の装置及び方法の機能及び効果を実験により確認する。
図２は安定点灯中のランプ電圧ＶL、イグナイタ出力電圧Ｖg、ランプ電流ＩL、イグナイタ電流Ｉg2の波形を示す。インバータ電源電圧Ｖcを８０Ｖとした。図２の左側のゲージ単位から、ランプ電圧ＶLに対してイグナイタ出力電圧Ｖgは十分に小さく、また、ランプ電流ＩLに対してイグナイタ電流Ｉg2は十分に小さいことが分かる。このことは、イグナイタのインピーダンスＺg1はランプインピーダンスＺLに比べて十分に小さくなっており、イグナイタ回路はほぼ短絡状態となっていることを示している。従って、電力供給の阻害とならずにランプは安定点灯を保つことが確認できた。
【００１６】
次に、イグナイタの再点灯動作を示す。図３にイグナイタの励磁電流Ｉg1とイグナイタ出力電圧Ｖgの波形を示す。実験装置の都合上、電源電圧Ｅ＝１７Ｖ、トランジスタＴgのオン時間を１８０μｓとし、２．５Ｈｚで周期的にパルス電圧を発生させている。図３のグラフは、トランジスタＴgがオンすると励磁電流が上昇し、オフするとピークで約５ｋＶのパルス電圧が出力されていることを示している。また、図３のグラフでは励磁電流が振動しているが、これはトランスの漏れインダクタンスと分布定数線路の分布並列キャパシタンスとの共振のためであると思われる。この実験の結果から、電源電圧Ｅを約４倍にすれば、瞬時再点灯に必要な約２０ｋＶの高電圧の発生が可能であることを示している。
【００１７】
図４にランプ管内が高蒸気圧に達しているときに、上記と同様のパルス電圧を印加してランプを再点灯したときのランプ電圧ＶL、ランプ電流ＩL、イグナイタ電流Ｉg2、励磁電流Ｉg1の波形を示す。ランプ電圧ＶL、が約４ｋＶに達したときにランプは絶縁破壊し安定点灯状態に移行していることが確認できた。
【００１８】
【発明の効果】
この発明は、次世代のランプとして期待されながら、再点灯を瞬時に行うことの困難であったＨＩＤランプ（高輝度放電灯）に対し、電流源は電圧源へ、電圧源は電流源へ変換できるイミタンス変換理論を、初期点灯、及び放電時においてのみに適用するのではなく、イグナイタにも適用することにより、消灯後の再点灯時には、イグナイタ自体が、瞬時に高電圧源として作用することのできるＨＩＤランプ（高輝度放電灯）としたものである。これにより、初期点灯、放電時、及び、瞬時再点灯という３ポイントを、円滑に、安定して制御できるＨＩＤランプ（高輝度放電灯）とすることができた。
とくに、この発明におけるイグナイタは、分布定数線路Ｌ2を構成要素とし使用したことにより、ランプが初期点灯、及び通常点灯している間は、イグナイタは、なんら機能しないが、ランプが何らかの原因で消灯すると、自動的に高電圧源として機能するようなイミタンス変換の回路構成とされている。つまり、ＨＩＤランプ（高輝度放電灯）への本電源を作業員が切らない限り、ランプが消灯した場合には、イグナイタの分布定数線路Ｌ2がスイッチとして瞬時に自動的に作動し、再点灯が可能となるように機能するのである。このため、ナイター等の試合中にランプが消灯しても、自動的に再点灯するように動作するので、作業員を動員して対応する必要はない。
また、この発明では、イグナイタから発生する電圧は、高電圧ではあるが、瞬時（２００μｓ）であるため、機器への損傷は無く、保護回路等の措置を設ける必要はない。このため、装置が大型になったり、その分の費用がかかることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態例における装置の基本回路構成図である。
【図２】この発明の実施の形態例における装置の実験によるＨＩＤランプの安定点灯動作波形を示すグラフ図である。
【図３】この発明の実施の形態例における装置の実験によるイグナイタ動作波形を示すグラフ図である。
【図４】この発明の実施の形態例における装置の実験による再点灯動作波形を示すグラフ図である。
【符号の説明】
Ｃ    コンデンサ              Ｄ      ダイオード
Ｔ    トランジスタ            Ｌ1    分布定数線路
Ｌ2    分布定数線路          ＦＴ    フライバックトランス
【図１】
0003720744.tif 000003
【図２】
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【図３】
0003720744.tif 000005
【図４】
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