(57)【要約】【課題】放電灯が点灯するまでの時間を短くした安価な放電灯点灯装置を得る。【解決手段】放電灯点灯装置は、交流電源１１の交流電圧を所定の直流電圧に変換する直流電源回路１と、直流電源回路１からの出力を交流電圧に変換するインバーター回路２と、インバーター回路２から交流電力を受ける負荷回路３と、負荷回路３に取り付けられた高圧放電灯７を始動する始動回路４と、始動回路４が有する充放電コンデンサー４３の電圧を検出する抵抗で形成される検出回路８と、インバーター回路２の極性反転を制御する制御回路５と、を備える。制御回路５は、充放電コンデンサー４３が所定の電圧に達したときに、インバーター回路２を制御して、負荷回路３に供給される交流電圧の極性を反転させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の交流電力を直流電圧に変換する直流電源回路と、
前記直流電源回路の出力を交流電圧に変換するインバーター回路と、
前記インバーター回路から電力供給を受け、放電灯に出力する負荷回路と、
前記放電灯に高電圧パルスを発生させる始動回路と、
電圧検出回路と、制御回路と、を備え、
前記始動回路は、前記直流電源回路の出力間に設けられ、直列に接続された充電抵抗及び充放電コンデンサーと、前記負荷回路に２次巻線が挿入された昇圧トランス及び昇圧トランスの１次巻線と直列に接続された２端子サイリスターと、を備え、
前記昇圧トランス及び前記２端子サイリスターが、前記充放電コンデンサーに並列接続され、
前記電圧検出回路は、前記充放電コンデンサーの電圧を検出し、
前記制御回路は、前記電圧検出回路で検出した前記充放電コンデンサーの電圧値が所定の電圧に達したときに、前記インバーター回路を制御して、出力交流電圧の極性を反転させる
ことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記所定の電圧は、
前記２端子サイリスターが導通する電圧のばらつき範囲の下限値よりも小さくする
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】
前記充放電コンデンサーの最大電圧値が記憶される電圧記憶手段を備え、
前記所定の電圧は、
前記電圧保持部に保持された最大電圧値よりも小さい
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】
前記直流電源回路は、
出力電圧を調整する電圧調整手段を備え、
前記制御回路は、
前記充放電コンデンサーの充電から放電までの期間を計測し、
計測した期間が一定の期間となるように前記電圧調整手段を制御して前記直流電源回路の出力電圧を調整する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記制御回路は、
前記計測した期間が一定の期間よりも短い場合は、
前記直流電源回路の出力電圧を低くする
ことを特徴とする請求項４に記載の放電灯点灯装置。
【請求項６】
前記制御回路は、
前記計測した期間が一定の期間よりも長い場合は、
前記直流電源回路の出力電圧を高くする
ことを特徴とする請求項４に記載の放電灯点灯装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の放電灯点灯装置を備えたことを特徴とする照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯の点灯を制御する制御回路を有する放電灯点灯装置及びこの放電灯点灯装置を備えた照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の放電灯点灯装置は、放電灯に印加される矩形波の極性が切り替わった直後に高いパルス電圧を印加させるために、充放電コンデンサーへの充電量を制御する制御用電圧応答素子を備えている。そのような例として、「充電抵抗Ｒ１および充放電用コンデンサＣ２と直列に、たとえばＳＳＳのような制御用電圧応答素子Ｓ３を挿入することにより、充放電用コンデンサＣ２への充電動作を矩形波反転時のみ行なうように規制した」（例えば、特許文献１参照）ものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−９４２８９号公報（第４頁、図１、２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
放電灯は、高いパルス電圧が印加されてから放電灯に印加されている矩形波の極性が切り替わるまでの期間（以下、「印加同極期間」と記す）が長い方が点灯しやすい特性を有している。しかしながら、サイダック等の２端子サイリスターを用いた始動回路では、前記２端子サイリスターが導通する電圧にばらつきがあるため、高圧パルスの発生周期が不規則となる。従来の技術では、この発生周期の不規則を抑制するために、制御用電圧応答素子を用いて充放電コンデンサーへの充電動作を規制したが、製造コストが高価になってしまうという課題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、製造コストを高価にすることなく、前記印加同極期間を長くし、放電灯が点灯するまでの時間を短くした放電灯点灯装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の放電灯点灯装置は、交流電源の交流電力を直流電圧に変換する直流電源回路と、前記直流電源回路の出力を交流電圧に変換するインバーター回路と、前記インバーター回路から電力供給を受け、放電灯に出力する負荷回路と、前記放電灯に高電圧パルスを発生させる始動回路と、電圧検出回路と、制御回路と、を備え、前記始動回路は、前記直流電源回路の出力間に設けられ、直列に接続された充電抵抗及び充放電コンデンサーと、前記負荷回路に２次巻線が挿入された昇圧トランス及び昇圧トランスの１次巻線と直列に接続された２端子サイリスターと、を備え、前記昇圧トランス及び前記２端子サイリスターが、前記充放電コンデンサーに並列接続され、前記電圧検出回路は、前記充放電コンデンサーの電圧を検出し、前記制御回路は、前記電圧検出回路で検出した前記充放電コンデンサーの電圧値が所定の電圧に達したときに、前記インバーター回路を制御して、出力交流電圧の極性を反転させる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る放電灯点灯装置は、前記２端子サイリスターが導通する電圧のばらつきに左右されないように、前記充放電コンデンサーの電圧が所定の電圧に達したときに放電灯の交流電圧の極性を反転させ、その後発生する高圧パルスから次の極性の反転までの印加同極期間を長くし、放電灯が点灯するまでの時間を短くする。
また、前記電圧検出回路には抵抗を用いることができるため安価に形成でき、本発明の放電灯点灯装置自体も、製造コストを低価格に抑えることができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。
【図２】実施の形態１の２端子サイリスターが導通電圧のばらつき範囲の下限値で導通し、高圧パルスが発生しているときの波形図である。
【図３】実施の形態１の２端子サイリスターが導通電圧のばらつき範囲の上限値で導通し、高圧パルスが発生しているときの波形図である。
【図４】実施の形態２の２端子サイリスターが導通電圧のばらつき範囲の下限値で導通し、高圧パルスが発生しているときの波形図である。
【図５】実施の形態２の２端子サイリスターが導通電圧のばらつき範囲の上限値で導通し、高圧パルスが発生しているときの波形図である。
【図６】実施の形態３のパルス発生間隔が一定の期間よりも短く高圧パルスを発生し始めたときの波形図である。
【図７】実施の形態３のパルス発生間隔が一定の期間よりも長く高圧パルスを発生し始めたときの波形図である。
【図８】実施の形態４に係る照明器具の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。
図１において、放電灯点灯装置１００は、直流電源回路１と、ハーフブリッジ型のインバーター回路２と、負荷回路３と、始動回路４と、検出回路８と、制御回路５と、を備えている。
【００１０】
直流電源回路１は、商用電源などの交流電源１１の交流電力を直流電力に整流する整流回路１２と、この整流回路１２の両出力端子間に接続されたコンデンサー１３と、コンデンサー１３と並列に接続された電圧調整回路の昇圧チョッパー回路１４と、を有している。
昇圧チョッパー回路１４は、整流回路１２の出力端子にインダクター１５及びスイッチング素子１６を直列に接続した回路を有し、インダクター１５及びスイッチング素子１６の接続点からダイオード１７を順極性に介してインバーター回路２と接続している。
【００１１】
インバーター回路２は、昇圧チョッパー回路１４の出力間に接続された第１の電解コンデンサー２１及び第２の電解コンデンサー２２の直列回路と、この第１の電解コンデンサー２１及び第２の電解コンデンサー２２の直列回路と並列に接続された第１のスイッチング素子２３及び第２のスイッチング素子２４の直列回路と、を有している。
このインバーター回路２は、昇圧チョッパー回路１４からの直流電圧を交流電圧に変換し、負荷回路３に供給する。
【００１２】
負荷回路３は、コンデンサー３２と、コンデンサー３３と、インダクター３１とを有する。コンデンサー３２及びインダクター３１は、第１の電解コンデンサー２１及び第２の電解コンデンサー２２の接続点と、第１のスイッチング素子２３及び第２のスイッチング素子２４の接続点との間に直列に接続されており、コンデンサー３３は、コンデンサー３２及びインダクター３１の接続点とグランドとの間に接続されている。
【００１３】
負荷回路３には、高圧放電灯７が取り付けられており、コンデンサー３２と並列に、高圧放電灯７及び昇圧トランス４１の２次巻線４１ａとの直列回路が接続されている。この高圧放電灯７には、ＨＩＤランプ（高圧水銀ランプ）や高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ等を用いることができる。なお、高圧放電灯７は、本発明の点灯対象である「放電灯」に相当する。
【００１４】
始動回路４は、昇圧チョッパー回路１４の出力間に接続された充電抵抗４２及び充放電コンデンサー４３の直列回路と、充放電コンデンサー４３と並列に接続された昇圧トランス４１の１次巻線４１ｂ及び２端子サイリスター４４の直列回路と、を有し、高圧放電灯７に高圧パルスを印加するイグナイター（灯火手段）の役割を果たす。なお、本実施の形態では、２端子サイリスター４４にサイダック等を用いている。
【００１５】
制御回路５は、昇圧チョッパー回路１４のスイッチング素子１６と、インバーター回路２のスイッチング素子２３及び２４とに接続しており、それぞれ直流電源回路１の出力制御とインバーター回路２の動作制御を行っている。なお、電圧記憶手段５１及び期間計測手段５２は、本実施の形態では使用せず、後述の実施の形態にて使用する。
昇圧チョッパー回路１４の制御においては、制御回路５は、昇圧チョッパー回路１４の出力電圧を検出する手段（図示せず）を有し、検出した出力電圧に応じて、昇圧チョッパー回路１４のスイッチング素子１６を高周波でオン・オフ制御させることにより、出力電圧のフィードバック制御を行っている。
【００１６】
また、インバーター回路２のスイッチング素子の制御においては、制御回路５は、スイッチング素子２３及び２４の一方をオフにし、その間に他方のスイッチング素子を高周波でオン・オフするという動作を交互に切り替えることで、インバーター回路２による交流電圧を得ている。交互に切り替えるタイミングは、先の一方が高周波でオン・オフ切り替わっている周期に比べて十分遅い低周波とする。このインバーター回路２の交流を作り出す低周波での一回の極性切り替えを、以後「低周波切り替え」と記述する。
【００１７】
検出回路８は、始動回路４の充放電コンデンサー４３と並列に配設され、充放電コンデンサー４３にかかる電圧を検出する。
【００１８】
制御回路５は、高圧放電灯７が始動点灯する際に、検出された電圧が所定の電圧に達していれば、スイッチング素子２３及び２４の低周波切り替えを実施する。また、制御回路５は、高圧放電灯７の電圧及び電流を検出する手段（図示せず）を有し、高圧放電灯７の点灯時は検出した電圧及び電流に応じて、インバーター回路２のスイッチング素子２３及び２４でチョッパー制御することによって、高圧放電灯７の電力調整を行う。なお、制御回路５は、マイコン（マイクロコンピューター）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等を備えた演算装置である。
【００１９】
次に本実施の形態の動作について説明する。
通常、２端子サイリスター４４には導通する電圧にばらつきがある。導通する電圧にばらつきがあると、高圧パルスが発生するタイミングにばらつきが生じ、印加同極期間もばらつき、高圧放電灯７の点灯が不安定になる。そこで、本実施の形態における制御回路５は、充放電コンデンサー４３の電圧が２端子サイリスターの導通する電圧のばらつき範囲の最下限より小さい値になったときに、スイッチング素子２３及び２４の低周波切り替えを行う。ばらつき範囲の最下限で極性を反転させることで、印加同極期間が安定した状態で提供される。ここでの「下限値より小さい値」とは、下限値とほぼ同等又は若干低いことを意味する。
【００２０】
図２は、実施の形態１の２端子サイリスターが導通電圧のばらつき範囲の下限値で導通し、高圧パルスが発生しているときの波形図である。図３は、実施の形態１の２端子サイリスターが導通電圧のばらつき範囲の上限値で導通し、高圧パルスが発生しているときの波形図である。図２及び図３において、（ａ）は、充放電コンデンサー４３の充電電圧を、（ｂ）は、スイッチング素子２３のゲート信号波形を、（ｃ）は、スイッチング素子２４のゲート信号波形を、（ｄ）は、高圧放電灯７の電圧波形を示す。
【００２１】
図２（ａ）（ｂ）（ｃ）が示すように、制御回路５は、充放電コンデンサー４３の充電電圧が２端子サイリスターが導通する電力のばらつき範囲の下限値より小さい値になったときに、スイッチング素子２３及び２４の低周波切り替えを行っている。図２（ａ）（ｄ）は、低周波切り替えが行なわれた後に２端子サイリスター４４が導通する電圧に達し、高圧放電灯に高圧パルスが発生していることを示している。
【００２２】
図３も、図２と同様に、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）において、制御回路５は、充放電コンデンサー４３の充電電圧が２端子サイリスターが導通する電力のばらつき範囲の下限値より小さい値になったときに、制御回路５がスイッチング素子２３及び２４の低周波切り替えを行っている。図３（ａ）（ｄ）は、低周波切り替えが行われ、その後、２端子サイリスター４４のばらつき範囲の上限値に達するまで、充放電コンデンサー４３が充電され、その後高圧放電灯に高圧パルスが発生していることを示している。
【００２３】
図３が示すように２端子サイリスター４４の導通する電力がばらつき範囲の上限値であるとき印加同電極期間は短くなるが、それでも高圧放電灯に点灯する十分な時間が確保されている。また、本実施の形態で用いた検出回路８は、抵抗を用いて形成されており、安価に装置が実現できる。
本実施の形態に係る放電灯点灯装置は、安価な検出回路８を使用しながら、充放電コンデンサー４３の電圧を計測し、計測した電圧が２端子サイリスターのばらつき範囲の下限値より小さい値で低周波切り替えを行うことで、印加同電極期間を長くし、高圧放電灯７の点灯をしやすくする効果を得ることができる。
【００２４】
実施の形態２．
実施の形態１では、充放電コンデンサー４３の所定の電圧を、２端子サイリスター４４が導通する電圧のばらつき範囲の下限値よりも小さく設定したが、本実施の形態では、所定の電圧を充放電コンデンサー４３の最大電圧値よりも小さい値とする。ここでの「最大電圧値より小さい値」とは、充放電コンデンサー４３に蓄積された最大電圧値とほぼ同等又は若干低いことを意味する。
【００２５】
なお、本実施の形態に係る放電灯点灯装置１００において、制御回路５は、充放電コンデンサー４３の最大電圧値を保持する電圧記憶手段５１（図１参照）を備えている。その他の構成は、上記実施の形態１（図１）の構成と同様であり、同一箇所には同一の符号を付する。
【００２６】
図４は、実施の形態２の２端子サイリスターが導通電圧のばらつき範囲の下限値で導通し、高圧パルスが発生しているときの波形図である。図５は、実施の形態２の２端子サイリスターが導通電圧のばらつき範囲の上限値で導通し、高圧パルスが発生しているときの波形図である。図４及び図５において、（ａ）は、充放電コンデンサー４３の充電電圧を、（ｂ）は、スイッチング素子２３のゲート信号波形を、（ｃ）は、スイッチング素子２４のゲート信号波形を、（ｄ）は、高圧放電灯７の電圧波形を示す。
【００２７】
図４及び図５の（ａ）（ｂ）（ｃ）において、制御回路５は、検出回路８によって検出された充放電コンデンサー４３の電圧が、所定の電圧である最大電圧値より小さい値になったとき、スイッチング素子２３及び２４の低周波切り替えを行っている。また、図４及び図５の（ａ）（ｄ）は、低周波切り替えが行われた後にすぐに２端子サイリスター４４は導通する電圧に達し、高圧放電灯に高圧パルスが発生していることを示している。つまり、図４及び図５は、２端子サイリスター４４の導通する電圧にばらつきがあっても、制御回路５が低周波切り替えを行った直後に高圧パルスが発生するように制御していることを示している。
【００２８】
本実施の形態に係る放電灯点灯装置は、２端子サイリスター４４が同通する電圧にばらつきがあっても、充放電コンデンサー４３にかかる電圧の最大値を保持し、利用して、低周波切り替えを行い、印加同電極期間を長くすることで、高圧放電灯７の点灯をしやすくする効果を得ることができる。
【００２９】
実施の形態３．
実施の形態１及び２では、充放電コンデンサー４３が所定の電圧に達したときに負荷回路３に供給される交流電圧の極性を反転したものであるが、本実施の形態では、その前提の下、充放電コンデンサー４３及び充電抵抗４２などの定数にばらつきがある場合でも、高圧パルスの発生間隔を一定に制御するものである。
【００３０】
なお、本実施の形態に係る放電灯点灯装置１００において、制御回路５は、充放電コンデンサー４３の最大電圧値（または最小電圧値）から最大電圧値（または最小電圧値）までの期間を計測する期間計測手段５２（図１参照）を備えている。この期間は、高圧パルスの発生期間と同じである。その他の構成は、上記実施の形態１（図１）の構成と同様であり、同一箇所には同一の符号を付する。
【００３１】
図６は、実施の形態３のパルス発生間隔が一定の期間よりも短く高圧パルスを発生し始めたときの波形図である。図７は、実施の形態３のパルス発生間隔が一定の期間よりも長く高圧パルスを発生し始めたときの波形図である。図６及び図７において、（ａ）は、昇圧チョッパー回路１４の出力電圧を、（ｂ）は、充放電コンデンサー４３の充電電圧を、（ｃ）は、高圧放電灯７に印加される電圧波形を示す。
【００３２】
図６に示すように、高圧パルスの発生期間が一定の期間よりも短い場合は、制御回路５は、昇圧チョッパー回路１４のスイッチング素子１６を高周波でオン・オフ制御させ、オフの期間を長くすることで昇圧チョッパー回路１４の出力電圧を低下して、充放電コンデンサー４３の充電時間を遅くする。
【００３３】
また、図７に示すように高圧パルスの発生期間が一定の期間よりも長い場合は、制御回路５は、昇圧チョッパー回路１４のスイッチング素子１６を高周波でオン・オフ制御させ、オンの期間を長くすることで昇圧チョッパー回路１４の出力電圧を上昇して、充放電コンデンサー４３の充電時間を早くする。
【００３４】
以上のように、制御回路５は、充放電コンデンサー４３及び充電抵抗４２などの定数に個体のばらつきがある場合でも、昇圧チョッパー回路１４のスイッチング素子１６を制御して、出力電力を調整し、充放電コンデンサー４３が所定の電圧にいたるまでの間隔を一定にすることができる。
本実施の形態に係る放電灯点灯装置は、実施の形態１〜２に係る特性に加え、低周波切り替えを一定にする制御回路５を有し、構成機器の個体のばらつきにも耐性のある安定した点灯機能を得ることができる。
【００３５】
実施の形態４．
図８は、実施の形態４に係る照明器具の構成図である。
図８において、照明器具３００は、実施の形態１〜３のいずれかの放電灯点灯装置１００と、この放電灯点灯装置１００の負荷回路に取り付けられた高圧放電灯７と、リフレクター２００と、を備えている。
【００３６】
本実施の形態に係る照明器具３００は、実施の形態１〜３のいずれかの放電灯点灯装置１００を有することにより、高圧放電灯７が点灯するまでの時間を短縮し、安価な部品構成で製造できるという効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１ 直流電源回路、２  インバーター回路、３  負荷回路、４  始動回路、５  制御回路、７  高圧放電灯、８  検出回路、１１  交流電源、１２  整流回路、１３  コンデンサー、１４  昇圧チョッパー回路、１５  インダクター、１６  スイッチング素子、１７  ダイオード、２１  電解コンデンサー、２２  電解コンデンサー、２３  スイッチング素子、２４  スイッチング素子、３１  インダクター、３２  コンデンサー、３３  コンデンサー、４１  昇圧トランス、４１ａ  ２次巻線、４１ｂ  １次巻線、４２  充電抵抗、４３  充放電コンデンサー、４４  ２端子サイリスター、５１  電圧記憶手段、５２  期間計測手段、１００  放電灯点灯装置、２００  リフレクター、３００  照明器具。
【図１】
2011018559.tif 000003
【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】
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