(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源の整流回路と、該整流回路の出力を昇圧するコンバータ回路と、該コンバータ回路の出力をチョッピングするインバータ回路と、該インバータ回路の出力で駆動されるメタルハライドランプとを具備する放電灯点灯装置において、
前記メタルハライドランプの点灯始動時に高電圧パルスを前記メタルハライドランプに供給する圧電トランスからなる高電圧発生回路を有するとともに、該高電圧発生回路は前記インバータ回路のパルス出力を前記圧電トランスに印加し前記高圧パルスを発生する手段をもっており、
前記コンバータ回路を制御する制御回路は前記圧電トランスの無負荷時共振周波数と同一の周波数を発生して前記コンバータ回路に供給し、前記コンバータ回路は、前記圧電トランス固有の無負荷時共振周波数で動作し、また交流入力を整流した脈流を直接スイッチングして入力力率を改善するものであって、前記コンバータ回路と前記インバータ回路と高電圧発生回路は同一の周波数で動作し、前記メタルハライドランプの点灯始動後は前記インバータ回路の放電維持電圧にて点灯することを特徴とするメタルハライドランプ点灯装置。
【請求項２】
前記コンバータ回路の入力端と商用交流電源との間に高周波雑音除去手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載のメタルハライドランプ点灯装置。
【請求項３】
前記インバータ回路はコンバータ回路の平滑出力を高周波の交流に変換し高電圧発生回路およびメタルハライドランプへ放電維持電圧を供給する手段を持つことを特徴とする請求項１に記載のメタルハライドランプ点灯装置。
【請求項４】
前記制御回路はインバータ回路を流れる電流を検出してパルスのＯＮ／ＯＦＦ時間を制御して前記インバータ回路の電流を一定にする手段を持つことを特徴とする請求項１に記載のメタルハライドランプ点灯装置。
【請求項５】
前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路は制御回路のパルス幅制御信号を受け、該信号波形を変換してインバータ回路を駆動することを特徴とする請求項１に記載のメタルハライドランプ点灯装置。
【請求項６】
前記コンバータ回路は入力脈動電圧の全位相にわたって均等にパルス化して、入力電圧と入力電流を同一位相とすることを特徴とする請求項１に記載のメタルハライドランプ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高輝度放電灯特にメタルハライド（以下、ＨＩＤと称する）ランプ点灯装置に関するもので、該装置の入力力率を改善し高電圧発生回路に圧電トランスを利用して回路の簡素化を計った物である。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＩＤランプはセラミックまたはガラスの中空球内にハロゲンガス及び特殊蒸発金属を封入し内部に対向する電極を取付けたものである。動作は放電開始時に数ＫＶから十数ＫＶの高電圧を印加して、球内部のガスをイオン化して放電開始を容易にする。次に放電開始をすると急激に球内部のインピーダンスは低下し端子電圧は数百Ｖに低下して放電は維持される。連続した放電によって球内温度は高まり金属の蒸発が開始され発光を始める。
【０００３】
従ってＨＩＤランプの点灯装置は従来より低電圧の電源（数百Ｖ）と高電圧の電源（数ＫＶ）が併置され、点灯時は両電源の電圧がＨＩＤランプに印加される。点灯後は高電圧は不要となる為切離しても差支えない。
【０００４】
照明用、映写プロジェクターに用いる場合は、入力電源は商用電源（５０または６０ＨＺ）であって、このような低い周波数では小型で高効率の高輝度放電灯点灯装置を作成することができない。そこで、通常は商用電源からコンバータにより直流を得、この直流をインバータにより所望の周波数を持つ交流に変換し、この変換された交流によりＨＩＤランプを点灯する。
【０００５】
このインバータによる点灯装置では、入力回路がコンデンサインプット型で構成されるのが通例でランプ電流の大小によって入力電流の流通角が変わるが、全流通角（１８０°）に亘って電流が流れることはなく電圧最大値のある９０°付近を中心として狭い流通角のみで流れ、その流通角における電源電圧が歪み、高調波を発生させ他の装置に悪影響をもたらす原因となる。また、入力電源に対する不要幅射対策即ち高周波スイッチングのノイズ妨害を抑える装置も必要とされるのが普通である。
【０００６】
米国特許第４２４０００９号によると、定電圧出力コンバータによって、トランスを介して交流出力を得、別に整流器を用いて３〜４倍の直流電圧を得て、これらを加え合わせてＨＩＤランプに印加する方法をとっており、複雑な回路構成となっている。また、高電圧の発生回路はトランスを含む電子回路を例示し、機械的衝撃による圧電素子の発生する高電圧と置換えられるとも述べているが簡便な方法とは云えない。
【０００７】
ＨＩＤランプは一般的に被照射体より遠く距たった処に置かれて照明に利用されることが多く、遠隔操作に機械的動作を加えること及び衝撃音の発生も含め必ずしも適切とは云えない。また図５に示す如く９点の部品を用い高電圧パルスを端子１６、１８間に発生させＨＩＤランプに印加している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ＨＩＤランプを点灯する為の放電灯点灯装置はＡＣ入力で用いた場合、整流回路に大容量のコンデンサを置いて直流のエネルギーを蓄える。この為負荷にエネルギーを供給しているとき入力の交流電流は流通角の狭いパルス状電流となってコンデンサを充電する。この為電源に波形歪を与えることになる。
【０００９】
ＨＩＤランプの始動にあたっては、ＨＩＤランプに数１０ＫＶの高電圧を加える必要があり、高電圧発生コンバータ、スパークギャップまたは半導体スイッチ、及び高電圧トランス等を用い複雑な回路と多くの電子部品を要した。また圧電素子を用いて機械的衝撃を加えて高電圧を得る方法もあった。
ＨＩＤランプの点灯を維持する為のエネルギーを直流の高電圧と交流を重ね合わせて供給する方法では、回路の複雑さ、部品の多さが問題となる。
本発明は、上述のごとき不都合を解消しようとするものであって、その目的は、ＨＩＤランプ点灯装置において、電子バラストによってＨＩＤランプを容易に点灯し簡単な回路構成を導入して安定した明るさを保つことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願発明の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、商用交流電源の整流回路と、該整流回路の出力を昇圧するコンバータ回路と、該コンバータ回路の出力をチョッピングするインバータ回路と、該インバータ回路の出力で駆動されるメタルハライドランプとを具備する放電灯点灯装置において、
前記メタルハライドランプの点灯始動時に高電圧パルスを前記メタルハライドランプに供給する圧電トランスからなる高電圧発生回路を有するとともに、該高電圧発生回路は前記インバータ回路のパルス出力を前記圧電トランスに印加し前記高圧パルスを発生する手段をもっており、
前記コンバータ回路を制御する制御回路は前記圧電トランスの無負荷時共振周波数と同一の周波数を発生して前記コンバータ回路に供給し、前記コンバータ回路は、前記圧電トランス固有の無負荷時共振周波数で動作し、また交流入力を整流した脈流を直接スイッチングして入力力率を改善するものであって、前記コンバータ回路と前記インバータ回路と高電圧発生回路は同一の周波数で動作し、前記メタルハライドランプの点灯始動後は前記インバータ回路の放電維持電圧にて点灯することを特徴とするメタルハライドランプ点灯装置を提供する。
【００１１】
本願の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、前記コンバータ回路の入力端と商用交流電源との間に高周波雑音除去手段を設けたことを特徴とするメタルハライドランプ点灯装置を提供する。
【００１２】
本願の請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、前記インバータ回路はコンバータ回路の平滑出力を高周波の交流に変換し高電圧発生回路およびメタルハライドランプへ放電維持電圧を供給する手段を持つことを特徴とするメタルハライドランプ点灯装置を提供する。
【００１３】
本願の請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、前記制御回路はインバータ回路を流れる電流を検出してパルスのＯＮ／ＯＦＦ時間を制御して前記インバータ回路の電流を一定にする手段を持つことを特徴とするメタルハライドランプ点灯装置を提供する。
【００１４】
本願の請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路は制御回路のパルス幅制御信号を受け、該信号波形を変換してインバータ回路を駆動することを特徴とするメタルハライドランプ点灯装置を提供する。
【００１５】
本願の請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、前記コンバータ回路は入力脈動電圧の全位相にわたって均等にパルス化して、入力電圧と入力電流を同一位相とすることを特徴とするメタルハライドランプ点灯装置を提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の一実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１において、１は交流入力回路である。交流入力回路１に入力された交流は直流に整流され、その整流された直流は力率改善回路を具備したコンバータ回路２に入力される。該コンバータ回路２は昇圧チョッパー方式正弦波コンバータ回路である。正弦波コンバータ回路２には、その負荷としてフルブリッジ方式のインバータ回路３が接続されている。さらに、インバータ回路３の負荷としてＨＩＤランプＬＩが接続されている。４は高電圧発生回路であり、ＨＩＤランプＬＩ点灯の初期に高電圧を発生し、ＨＩＤランプＬＩに印加する。本発明では、力率改善型コンバータ回路２、インバータ回路３、高電圧発生回路４及び後に述べる制御回路５で主な回路を構成し、特にＡＣ入力力率はほぼ１００％に改善される。また前記コンバータ回路２及び前記インバータ回路３及び高電圧発生回路４は同一の周波数で動作する特徴がある。次に実施形態の内容を順次説明する。
【００１７】
昇圧チョッパー方式正弦波コンバータ回路について簡単に説明する。
入力電流を商用交流電源電圧の波形と同一にするために、まず、入力電圧の波形を検出する。一方、電流検出手段によりコンバータ回路２を流れる高周波の電流波形を検知し、コンパレータにて前記入力電圧波形と該電流波形を比較し、その差に比例したＰＷＭ信号を作り出し、これにより正弦波コンバータのスイッチング素子を駆動する。これにより商用交流電源電圧の波形と同一の電流波形が得られ、入力力率はほぼ１となる。
【００１８】
次に各回路の詳細を説明する。交流入力回路１は、図２の如くインダクタＬ及びコンデンサＣによる高周波ノイズフィルターを構成し、コンバータ回路２などで発生する高周波雑音を除去する。インダクタＬはコモンモードコイルを中心として構成しているが必要に応じノーマルモードのコイル追加することもできる。整流方式はブリッジ整流器ＲＣ０１を用いて交流を整流し、平滑されない脈流を出力する。
【００１９】
コンバータ回路２は、図３の如く力率改善回路として知られるブースト型チョッパ回路を構成し、図１１の如き整流電圧波形と相似形をエンベロープとするスイッチングされた電流波形を得る如く動作するものであり、力率は限りなく１００％に近付く。従来のコンデンサ入力型整流回路の入力力率を改善する。入力電圧が高いとき（２８０Ｖ系３８０Ｖ系）はバック型チョッパ回路に置換え容易に対応できる。
【００２０】
制御回路５は、図７でパルス巾制御用として用いられるスイッチング電源用ＩＣであるＴＩ社のＴＬ４９４等に代表される集積回路ＩＣ０１とオペアンプを使用した回路から構成される。制御回路５の動作周波数は後に述べる圧電トランスの無負荷共振周波数である６９〜７１ＫＨＺとする。
【００２１】
コンバータ回路２の出力電圧を端子６からオペアンプＩＣ０１、ＩＣ０２からなる誤差増幅回路５Ｂ（図１参照）を介して入力し、ＩＣ０１内部で発生する基準電圧（図１の基準電圧発生回路５Ａの出力）と比較して差電圧を増巾し、図１に示すコンバータ駆動パルス幅制御回路５Ｃでパルス巾の変化に置換えコンバータ端子８へ出力し、コンバータ回路２に入力する。
【００２２】
ＨＩＤランプＬＩを流れる電流を抵抗ＲＭ両端の電圧で検知する。この電圧は制御回路５の負荷電流検出回路５Ｄで検知し、この信号は負帰還信号としてコンバータ駆動パルス幅制御回路５Ｃに入力され、ＨＩＤランプＬＩの負荷電流が一定になるように制御する。ＨＩＤランプＬＩの輝度の設定は図７にあるＩＣ０２出力側の可変抵抗器ＶＲによって行うことができる。通常照明では固定される。
【００２３】
インバータ回路３は、図４に示すように４個のトランジスタＱ０２〜Ｑ０５によるフルブリッジ構成である。これらトランジスタはＭＯＳＦＥＴであり、図８に詳細を示すインバータ駆動回路６により動作し、図４においてＨＩＤランプＬＩに電力を供給する端子１６、１７にはラインフィルタコイルＬＬとコンデンサＣＬが接続されＨＩＤランプＬＩから発生する雑音電流の除去を行なう。
【００２４】
インバータ駆動回路６は、図８の如くでありＩＣ０４は端子２４から入力した制御回路のパルス信号を全巾パルスに変換する回路でＩＣ０５によって波形を整える。インバータ回路３のフルブリッジ高圧側スイッチ用のトランジスタＱ０２、Ｑ０３へのフォトカプラーＩＣ０６、ＩＣ０７によってインバータ駆動回路６と高圧側スイッチ間の絶縁を保って駆動される。低圧側スイッチ用のトランジスタはソース側がＧＮＤ電位でありフォトカプラーを経由せず端子１３、１４によって直接駆動する。
【００２５】
高電圧発生回路４は、従来図５の如きトランスを用いた回路を構成していたが本発明は図６の如く、１点の電子部品で充分な特性を有する。圧電トランスＴ１は図１０に示す無負荷共振周波数で駆動すれば、ＨＩＤランプＬＩ点灯前のランプインピーダンスが極めて大のとき昇圧比が４０倍程度となり、仮に３００ＶＤＣ入力では６ＫＶ〜１２ＫＶを発生しＨＩＤランプＬＩに加えればランプ内部のガスイオン化に利用でき点灯を容易にする。
ＨＩＤランプＬＩの点灯後は高電圧は不要となるが動作周波数固定である為、ランプのインピーダンスは低下しており図１０の共振特性の数１０ＫΩの点に移動した状態となり自動的に昇圧比が低下する。この様に点灯中は供給されるエネルギーが極めて小さい状態を保持したままとなる。
図１０は形状が４７×７．６×２．０の圧電トランスの共振特性例である。
【００２６】
補助電源回路７は、コンバータ回路２を制御する制御回路５及びインバータ駆動回路６を動作させる為の安定化電源であり、図９に示すような回路構成を有して、低電圧直流を得ている。
ＨＩＤランプＬＩを駆動する電力は、図４に示すインバータ出力端子１６、１７から図６に示す高電圧発生回路に入り、端子１６、１７間に接続されたＨＩＤランプＬＩに印加される。この電力は、インバータ出力である放電維持電圧に高電圧パルスを重ね合わせたものである。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、メタルハライドランプの点灯時に高電圧パルスを該メタルハライドランプに供給する圧電トランスからなる高電圧発生回路を有するとともに、該圧電トランス固有の無負荷時共振周波数で動作し、また交流入力を整流した脈流を直接スイッチングして入力力率を改善するコンバータ回路を有するので、本発明によれば入力力率が向上し、電源波形歪を減少したコンバータ回路及びインバータ回路によるメタルハライドランプの点灯装置ができ、高電圧の発生回路を簡略化したことによって高電圧回路に使用する高価な部品を減らすことができてコストダウンの効果は大きい。さらに、本願発明では特開平９−９２４８２号公報に記載してある独立した低周波発振回路は不要となるため、本願は特開平９−９２４８２号公報に記載の発明に比べて回路のさらなる簡略化が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る放電灯点灯装置の一実施形態を示す回路ブロック図である。
【図２】図２は、交流入力回路の回路図である。
【図３】図３は、コンバータ回路の回路図である。
【図４】図４は、インバータ回路の回路図である。
【図５】図５は、従来の高電圧発生回路の回路図である。
【図６】図６は、本発明の高電圧発生回路図である。
【図７】図７は、制御回路の回路図である。
【図８】図８は、インバータ駆動回路の回路図である。
【図９】図９は、補助電源回路の回路図である。
【図１０】図１０は、圧電トランスの特性曲線図である。
【図１１】図１１は、コンバータ回路の入力電圧と入力電流の特性曲線図である。
【符号の説明】
１・・・・・交流入力回路
２・・・・・コンバータ回路
３・・・・・インバータ回路
４・・・・・高電圧発生回路
５・・・・・制御回路
５Ａ・・・・基準電圧発生回路
５Ｂ・・・・誤差増幅回路
５Ｃ・・・・コンバータ駆動パルス幅制御回路
５Ｄ・・・・負荷電流検出回路
６・・・・・インバータ駆動回路
Ｃ・・・・・・・コンデンサ
ＩＣ０１・・・・集積回路
ＩＣ０２・・・・オペアンプ
ＩＣ０３・・・・オペアンプ
ＩＣ０４・・・・タイマー
ＩＣ０５・・・・バッファ
ＩＣ０６・・・・フォトカプラ
ＩＣ０７・・・・フォトカプラ
Ｌ・・・・・・・インダクタ
ＬＩ・・・・・・ＨＩＤランプ
Ｑ０１・・・・・トランジスタ
Ｑ０２・・・・・トランジスタ
Ｑ０３・・・・・トランジスタ
Ｑ０４・・・・・トランジスタ
Ｑ０５・・・・・トランジスタ
ＲＣ０１・・・・ブリッジ整流器
Ｔ１・・・・・・圧電トランス
【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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【図７】
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【図８】
0003582749.tif 000009
【図９】
0003582749.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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