(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇圧直流電源回路と、この昇圧直流電源回路の出力端子間に接続されて高圧放電ランプに点灯電力を供給するインバータ回路と、前記昇圧直流電源回路の出力電圧および出力電流を検出して前記高圧放電ランプの点灯を制御する点灯制御回路と、前記インバータ回路の出力端子とこのインバータ回路の出力端子間に接続されている前記高圧放電ランプとの間に接続されている二次巻線を含むパルストランスを有し、かつ前記高圧放電ランプに起動パルスを印加する始動回路とを備え、前記パルストランスの一次巻線にはこのパルストランスに前記起動パルスを発生させるためのスイッチ素子およびコンデンサが接続され、前記点灯制御回路には前記高圧放電ランプの消灯時間を検出する消灯時間検出器と、検出した前記消灯時間が短いほど前記高圧放電ランプの点灯直前における前記昇圧直流電源回路の出力電圧を大きくするバイアス回路とを含む消灯時間検出回路とが付属されており、前記コンデンサにはこの消灯時間に応じた前記昇圧直流電源回路の出力電圧が印加されることを特徴とする放電ランプ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、メタルハライドランプ等の高圧放電ランプを始動・点灯させる放電ランプ点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
メタルハライドランプ等の高圧放電ランプを始動・点灯させる放電ランプ点灯装置に、図５に示す回路構成のものが知られている。この場合、直流電源１にパワースイッチ２を介して接続された昇圧直流電源回路３の直流出力端子ａ，ｂ間にインバータ回路４が接続され、インバータ回路４の出力端子間にメタルハライドランプ等からなる高圧放電ランプ５が、パルストランス６の二次巻線７ａ，７ｂを介して接続されている。パルストランス６は始動回路８を構成している。
【０００３】
昇圧直流電源回路３の昇圧トランス９の一次巻線は、パワースイッチ２およびＦＥＴ（以下スイッチ素子という）１０を介して直流電源１に接続されており、スイッチ素子１０のゲートにドライブ回路１１が接続されている。また、昇圧トランス９の二次巻線に、ダイオード１２およびコンデンサ１３からなる整流・平滑回路が接続されており、その出力端子間に電圧検出回路１４が、電流検出用抵抗１５を介して接続されている。直流出力端子ａ，ｂ間に直流出力電圧Ｖｄが出力される。
【０００４】
インバータ回路４は、ブリッジ接続された４個のＦＥＴ（以下スイッチ素子という）１６〜１９と、２個のスイッチ素子１６，１７の各ゲートに接続されたドライブ回路２０と、２個のスイッチ素子１８，１９の各ゲートに接続されたドライブ回路２１とを備え、インバータ回路４の負荷たる高圧放電ランプ５とパルストランス６の二次巻線７ａ，７ｂとの直列接続体に、コンデンサ２２が並列に接続されている。
【０００５】
パルストランス６の一次巻線７ｃには、ＦＥＴ（以下スイッチ素子という）２３およびコンデンサ２４が接続されており、コンデンサ２４に直流出力端子ａ，ｂ間の直流出力電圧Ｖｄが、ダイオード２５を通じて印加される。スイッチ素子２３のゲートにドライブ回路２６が接続されており、電圧検出回路１４および電流検出用抵抗１５の各検出信号を入力としてドライブ回路１１，２０，２１，２６のそれぞれに制御信号を出力する点灯制御回路２７が設けられている。
【０００６】
点灯制御回路２７から制御信号を受けたドライブ回路１１は、スイッチ素子１０を繰り返しオン・オフ動作させるので、昇圧トランス９の二次巻線に矩形波交流電圧が誘起され、この交流電圧はダイオード１２およびコンデンサ１３によって整流・平滑化される。
【０００７】
インバータ回路４の両ドライブ回路２０，２１は、点灯制御回路２７から制御信号を受けることによって、放電ランプ５に音響的共鳴現象を起こさせない４００Ｈｚ程度の低い周波数で互いに逆位相で動作する。すなわち、スイッチ素子１６，１９がともにオン（またはオフ）となれば、スイッチ素子１７，１８がともにオフ（またはオン）となるスイッチ動作が、所定の休止期間（デッドタイム）を間に挟んで、繰り返される。
【０００８】
スイッチ素子１６，１９がオン状態を保つ期間、直流出力端子ａからスイッチ素子１６、パルストランス６の二次巻線７ａ、高圧放電ランプ５、パルストランス６の二次巻線７ｂおよびスイッチ素子１９を通じて端子ｂに至る経路で電流が流れる。そして、スイッチ素子１７，１８がオン状態を保つ期間は、直流出力端子ａからスイッチ素子１８、パルストランス６の二次巻線７ｂ、高圧放電ランプ５、パルストランス６の二次巻線７ａおよびスイッチ素子１７を通じて端子ｂに至る経路で電流が流れる。このため、直流出力端子ａ，ｂ間の直流出力電圧Ｖｄを交番させた矩形波電圧が、高圧放電ランプ５に印加されることになる。
【０００９】
点灯制御回路２７からドライブ回路２６に始動開始の制御信号が送り込まれると、ドライブ回路２６はスイッチ素子２３を繰り返しオン・オフ動作させる。このため、パルストランス６はフライバックトランスとして動作し、高圧放電ランプ５に始動用高圧パルスを繰り返し印加する。始動直前のコンデンサ２２の両端子間電圧は、無負荷時の直流出力電圧Ｖｄにほぼ等しい値に充電されている。
【００１０】
スイッチ素子２３のオン期間Ｔｏｎに一次巻線７ｃを流れる電流はＶｄ／Ｌｐの傾きで増加し続け（Ｌｐは一次巻線７ｃのインダクタンス）、そのピーク電流はＴｏｎ・Ｖｄ／Ｌｐとなる。スイッチ素子２３がオフ状態に転じると、パルストランス６の一次巻線７ｃに蓄えられていたエネルギーが二次巻線７ａ，７ｂに伝達され、二次巻線７ａ，７ｂに誘起された１０数ＫＶ以上の高圧パルスが、高圧放電ランプ５に起動パルスとして印加される。高圧パルス電流はコンデンサ２２を通じて還流するので、インバータ回路４に逆流することはない。
【００１１】
図６に示すように、前記起動パルスによって導通性となった高圧放電ランプ５はグロー放電状態に入るが、その後も高圧パルスが印加され続けるので、再点弧を繰り返してアーク放電状態に移行する。そして、直流出力電圧の低下を検出した点灯制御回路２７からドライバ回路２６に制御信号が送り込まれると、始動回路８の動作が停止し、高圧放電ランプ５はインバータ回路４から供給された矩形波交流電力で安定に点灯を続けることになる。
【００１２】
パルストランス６の二次巻線７ａ、７ｂのインピーダンスは非常に小さく、かつ、４００Ｈｚ程度の低い周波数で放電ランプ５を点灯させるので、二次巻線７ａ，７ｂによる電流制限作用はほとんどない。そこで、昇圧直流電源回路３の定電流出力機能によって放電ランプ５を安定に点灯させることができる。
【００１３】
高圧放電ランプ５が起動パルスによって導通性となる直前の直流出力電圧Ｖｄは無負荷状態であるので、最大値を示す。この定電圧動作期間での直流出力電圧Ｖｄは、電圧検出回路１４によって点灯制御回路２７に伝達され、点灯制御回路２７はドライブ回路１１を制御する。ドライブ回路１１は直流出力電圧Ｖｄを所定値に保持すべく、スイッチ素子１０のオン・オフのデューティを制御する。この定電圧動作期間の直流出力電圧Ｖｄは、導通状態に突入する直前の高圧放電ランプ５にとって、主電極の熱電子放出を促すエネルギー源となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
定電圧動作期間における直流出力電圧Ｖｄは、高圧放電ランプ５の管内状態に関係なく一定であるので、とくに管内に封入されている水銀やメタルハライド等の封入物の圧力が高くなる再点弧時などに、ランプ電流やランプ電圧の極性反転に伴い立ち消えを繰り返えさせることになり、これが、始動時の光のちらつき現象や、点灯不良につながるという課題があった。
【００１５】
したがって本発明の目的は、立ち消えを起こすことなくスムーズに始動し点灯できる放電ランプ点灯装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、上述した目的を達成するために、昇圧直流電源回路と、この昇圧直流電源回路の出力端子間に接続されて高圧放電ランプに点灯電力を供給するインバータ回路と、前記昇圧直流電源回路の出力電圧および出力電流を検出して前記高圧放電ランプの点灯を制御する点灯制御回路と、前記インバータ回路の出力端子とこのインバータ回路の出力端子間に接続されている前記高圧放電ランプとの間に接続されている二次巻線を含むパルストランスを有し、かつ前記高圧放電ランプに起動パルスを印加する始動回路とを備え、前記パルストランスの一次巻線にはこのパルストランスに前記起動パルスを発生させるためのスイッチ素子およびコンデンサが接続され、前記点灯制御回路には前記高圧放電ランプの消灯時間を検出する消灯時間検出器と、検出した前記消灯時間が短いほど前記高圧放電ランプの点灯直前における前記昇圧直流電源回路の出力電圧を大きくするバイアス回路とを含む消灯時間検出回路とが付属されており、前記コンデンサにはこの消灯時間に応じた前記昇圧直流電源回路の出力電圧が印加されることを特徴とする放電ランプ点灯装置が提供される。
【００１７】
【作用】
本発明においては、高圧放電ランプの消灯時間を検出し、高圧放電ランプの点灯直前における昇圧直流電源回路の出力電圧を検出した消灯時間が短いほど大きくしているので、始動時の高圧放電ランプの主電極に十分な熱電子放出エネルギーを与えることができ、立ち消えのない良好な始動特性をもつ放電ランプ点灯装置を得ることができる。
【００１８】
【実施例】
つぎに、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１に示す回路構成が図５に示した回路構成と基本的に異なるところは、符号２８で示した点灯制御回路に、消灯時間検出回路２９が付属している点である。その他の構成に基本的な相違点はないので、対応するものには同一符号を付してある。
【００２０】
ただし、点灯制御回路２８によって制御を受けるドライブ回路１１は、電圧検出回路１４が検出した直流出力電圧Ｖｄの変動に伴い、スイッチ素子１０のオン・オフのデューティを変化させる。これによって、昇圧直流電源回路３の出力電圧Ｖｄが所定値に制御されるのであるが、昇圧直流電源回路３の出力電流が所定の上限を越えて流れないように、スイッチ素子１０のオン・オフデューティを決める機能をも有している。
【００２１】
本実施例では、昇圧直流電源回路３の出力電流の定電流化機能が、出力電圧の定電圧化機能に優先して働き、スイッチ素子１０のオン・オフデューティが決まる。すなわち、ある状態の負荷に対して昇圧直流電源回路３の出力電流が上限値以下である場合は、昇圧直流電源回路３は定電圧化動作をする。しかし、昇圧直流電源回路３の負荷の状態が変化して出力電流制限値を越える電流が流れようとすると、出力電圧は設定値未満となっても定電流化動作が働き、設定値を越える出力電流は流さない。
【００２２】
点灯制御回路２８および消灯時間検出回路２９の各要部の構成を図２に示す。この場合、点灯制御回路２８はスイッチングレギュレータ用の集積回路３０、点灯判別回路３１および設定電圧回路３２，３３を有している。そして、昇圧直流電源回路３の電圧検出回路１４および電流検出用抵抗１５の各出力端子が、集積回路３０の誤差増幅器ＥＡ１の正入力端子と、誤差増幅器ＥＡ２の負入力端子とにそれぞれ接続されている。また、集積回路３０の発振出力端子Ｅ１，Ｅ２が昇圧直流電源回路３のドライブ回路１２に接続されている。
【００２３】
集積回路３０は、昇圧直流電源回路３の出力電流および出力電圧を設定電圧回路３２，３０の設定電圧と比較し、設定レベルを越えない範囲で発振出力Ｅ１，Ｅ２の各デューティ比を制御する。また、点灯判別回路３１は昇圧直流電源回路３の電圧検出回路１４の検出電圧を受けて、高圧放電ランプ５の点灯時に「Ｈ」の信号を、消灯時には「Ｌ」の信号をそれぞれ出力する機能を有している。
【００２４】
一方、消灯時間検出回路２９は、点灯判別回路３１の出力信号を受けて高圧放電ランプ５の消灯時間を検出する消灯時間検出器３４と、消灯時間検出器３４の出力信号を受けて誤差増幅器ＥＡ１の正入力端子電位を制御するタイマー付きバイアス回路３５とを有している。
【００２５】
消灯時間検出器３４は、数１０秒単位の時定数でもって消灯時間を電圧に変換し、消灯時間が短いほど高い電圧を出力する。また、バイアス回路３５は消灯時間検出器３４の出力信号を受けて、電圧検出回路１４の出力信号に負のバイアスをかける機能を有している。
【００２６】
高圧放電ランプ５が導通性になるまでの無負荷時（定電圧動作時）における出力電圧Ｖｄが、誤差増幅器ＥＡ１によって制御される。これは、出力電圧Ｖｄを検出する電圧検出回路１４で分圧された電圧値が、設定電圧回路３３の出力値に達した時点で決まる。つまり、電圧検出回路１４で抵抗分圧された電圧値に負のバイアスをかけることによって、定電圧動作時における出力電圧Ｖｄが底上げされることになる。バイアス回路３５のリセット端子には点灯判別回路３１の出力端子が接続されており、高圧放電ランプ５が点灯するとリセットがかかり、バイアス値は０となる。
【００２７】
図３に、点灯制御回路２８および消灯時間検出回路２９の動作タイミングを示している。点灯判別回路３１の出力信号は点灯時に「Ｈ」、消灯時は「Ｌ」となる。この信号を消灯時間検出回路２９が積分反転増幅し、図示のような波形の出力を生成する。再点灯時における出力は消灯時間の長短によってＡ，Ｂで示す２つのケースが想定される。消灯時間の短いＢは、消灯時間の長いＡに比べて大きい出力となることがわかる。
【００２８】
図４は、定電圧動作時における昇圧直流電源回路３の出力電圧Ｖｄの変化を示したものである。消灯時間の長いＡに比べて消灯時間の短いＢの方が、電圧検出回路１４の出力電圧に対して大きい負バイアスがかかるため、定電圧動作時における出力電圧Ｖｄが高くなる。これは、高圧放電ランプ５の消灯時間が短く、かつ、ランプ内に封入されているメタルハライド等の金属封入物の圧力が高いときほど、高圧放電ランプ５の主電極に対してより十分な熱電子放出エネルギーを与え得ることを意味し、立ち消えのない良好な始動特性をもった放電ランプ点灯装置を得ることが可能となる。
【００２９】
上述した実施例では、昇圧直流電源回路３にフライバック方式のＤＣ／ＤＣコンバータを用いたがフォワード方式、プッシュプル方式などのＤＣ／ＤＣコンバータを用いることができる。また、インバータ回路４はフルブリッジ型でなくてもよく、ハーフブリッジ型のものであってもよい。さらに、ランプ負荷に対する電圧や、電流を検出するのに抵抗以外のものを用いることができるほか、スイッチ素子にＥＦＴ以外の半導体素子を用いることができる。また、放電ランプの始動手段にＦＥＴやパルストランスを用いる代わりに、放電ギャップなどを用いてもよい。
【００３０】
また、上述した実施例では、スイッチングレギュレータ用集積回路の誤差増幅器の正入力端子電位を制御したが、このような構成によらずに、ランプ電圧供給回路の出力電圧を制御してもよいのは勿論である。
【００３１】
さらに、４００Ｈｚの低い周波数の矩形波電圧で放電ランプを点灯させる事例を示したが、放電ランプが電気泳動や音響的共鳴などの有害な現象を起こさないのであれば、高周波点灯にも適用できる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、放電ランプの始動時における消灯時間を検出して、放電ランプの点灯直前における出力電圧を検出した消灯時間が短いほど大きくし、放電ランプをスムーズにアーク放電状態に移行させ得るようにしたものであり、立ち消えのない良好な始動特性をもつ放電ランプ点灯装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の放電ランプ点灯装置の電気回路図
【図２】本発明の一実施例の放電ランプ点灯装置の主要部における電気回路図
【図３】本発明の一実施例の放電ランプ点灯装置の主要部の出力波形図
【図４】本発明の一実施例の放電ランプ点灯装置のランプ電圧波形図
【図５】従来の放電ランプ点灯装置の電気回路図
【図６】従来の放電ランプ点灯装置のランプ電圧・ランプ電流の波形図
【符号の説明】
３  昇圧直流電源回路
４  インバータ回路
５  高圧放電ランプ
８  始動回路
２８  点灯制御回路
２９  消灯時間検出回路
３０  集積回路
３１  点灯判別回路
３４  消灯時間検出器
３５  バイアス回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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