(57)【要約】【課題】ランプ点灯制御に入る前の共振電圧制御において、極性反転回路における損失を低減することができる高圧放電灯点灯装置を提供することを目的とする。【解決手段】ＬＣ共振回路の共振周波数の奇数分の１の周波数であって、高圧放電灯を点灯するのに十分な電圧をＬＣ共振回路が発生する周波数である第０の周波数よりも高い周波数である第１の周波数を設定し、高圧放電灯が点灯していることを検出する点灯検出回路と、第０の周波数と第１の周波数との間に第２の周波数を設定し、第１の周波数から、第２の周波数に向けて、極性反転回路２の駆動周波数を下げ、その後に、点灯検出回路の検出信号が、共振電圧設定値に達したときに、または駆動周波数が第２の周波数に達したときに、駆動周波数を、第１の周波数に向かって上げることによって、駆動周波数の低下、上昇を繰り返す高圧放電灯点灯装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＣ共振回路の共振周波数の奇数分の１の周波数である第０の周波数よりも高い周波数である第１の周波数を設定する第１の周波数設定手段と；
上記高圧放電灯が点灯していることを検出する点灯検出回路と；
上記第０の周波数と上記第１の周波数との間に第２の周波数を設定する第２の周波数設定手段と；
上記第１の周波数から、上記第２の周波数に向けて、極性反転回路２の駆動周波数を下げ、その後に、上記点灯検出回路の検出信号が、高圧放電灯を点灯するのに十分な電圧である共振電圧設定値に達したときに、または上記駆動周波数が第２の周波数に達したときに、上記駆動周波数を、上記第１の周波数に向かって上げることによって、上記駆動周波数を制御する制御手段と；
を有することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項２】
請求項１であって、
上記制御手段は、上記駆動周波数を上昇させて、上記駆動周波数が第１の周波数に達した後に、上記駆動周波数を第１の周波数に、一定期間、固定して、上記極性反転回路を駆動し、上記一定期間が経過した後に、上記点灯検出回路が上記高圧放電灯が点灯していることを検出し、上記高圧放電灯が点灯していなければ、上記駆動周波数の低下、上昇と、上記駆動周波数を第１の周波数に一定期間固定して上記極性反転回路を駆動する動作とを、繰り返す手段であることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項３】
請求項１であって、
上記ＬＣ共振回路は、第１のインダクタと、上記第１のインダクタと磁気的に結合されている第２のインダクタと、共振コンデンサとを有し、上記第１のインダクタと上記第２のインダクタとが直列接続され、上記第１のインダクタと上記第２のインダクタとによって、上記高圧放電灯の印加電圧を分圧する回路であることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項４】
請求項１であって、
上記制御手段は、上記点灯検出回路が上記高電圧放電灯の点灯を検出するまで、上記駆動周波数の低下、上昇を繰り返す手段であることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項５】
ＬＣ共振回路の共振周波数の奇数分の１の周波数である第０の周波数よりも高い周波数である第１の周波数を設定する第１の周波数設定工程と；
上記高圧放電灯が点灯していることを検出する点灯検出工程と；
上記第０の周波数と上記第１の周波数との間に第２の周波数を設定する第２の周波数設定工程と；
上記第１の周波数から、上記第２の周波数に向けて、直流電圧を、矩形波交流電圧に変換する極性反転回路の駆動周波数を下げ、その後に、上記点灯検出回路の検出信号が、高圧放電灯を点灯するのに十分な電圧である共振電圧設定値に達したときに、または上記駆動周波数が第２の周波数に達したときに、上記駆動周波数を、上記第１の周波数に向かって上げることによって、上記駆動周波数を制御する制御工程と；
を有することを特徴とする高圧放電灯の点灯制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧放電灯を点灯する高圧放電灯点灯装置及びその点灯制御方法に関し、特に高圧放電灯点灯用の高電圧をイグナイタに代わり、ＬＣ共振回路の共振電圧を用いる高圧放電灯点灯装置及び高圧放電灯の点灯制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の高圧放電灯点灯装置として、共振回路とランプとの間に、イグナイタ回路が設けられ、イグナイタ回路を構成するイグナイタトランスの２次側に高電圧を発生させる装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記従来例において、制御回路は、１つ目の周波数でインバータ回路の動作を開始してから、上記共振回路の電圧が所定レベルを超える２つ目の周波数まで、インバータ回路の動作周波数を変化させ、動作周波数を２つ目の周波数に、所定期間、維持して放電灯を点灯する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１２７６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の高圧放電灯点灯装置は、上記のように、イグナイタトランスや高耐圧コンデンサ等によって、装置全体が大型化するという問題があり、また、高価であるという問題がある。
【０００６】
高圧放電灯点灯装置における装置の大型化を回避するために、イグナイタの代わりに、ＬＣ共振回路を用い、この共振電圧を使用して高圧放電灯を点灯する装置が知られている。つまり、インダクタとコンデンサとを直列に接続し、コンデンサに並列に高圧放電灯を接続し、高圧放電灯を点灯させる。すなわち、イグナイタ回路を取り除き、イグナイタ回路のイグナイタトランスで発生する高電圧を補う。つまり、ＬＣ共振回路の動作周波数を共振周波数の奇数分の１に近づけることによって、ＬＣ共振回路で高電圧を発生する。
【０００７】
しかし、動作周波数を共振周波数の奇数分の１に近づけてインバータ回路を駆動すると、インバータ回路における損失が大きいという問題がある。
【０００８】
本発明は、ランプ点灯制御に入る前の共振電圧制御において、インバータ回路（以下、「極性反転回路」という）における損失を低減することができる高圧放電灯点灯装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ＬＣ共振回路の共振周波数の奇数分の１の周波数である第０の周波数よりも高い周波数である第１の周波数を設定する第１の周波数設定手段と、上記高圧放電灯が点灯していることを検出する点灯検出回路と、上記第０の周波数と上記第１の周波数との間に第２の周波数を設定する第２の周波数設定手段と、上記第１の周波数から、上記第２の周波数に向けて、極性反転回路２の駆動周波数を下げ、その後に、上記点灯検出回路の検出信号が、高圧放電灯を点灯するのに十分な電圧である共振電圧設定値Ｖ１に達したときに、または上記駆動周波数が第２の周波数に達したときに、上記駆動周波数を、上記第１の周波数に向かって上げることによって、上記駆動周波数の低下、上昇を繰り返す制御手段とを有することを特徴とする高圧放電灯点灯装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ランプ点灯制御に入る前の共振電圧制御において、極性反転回路における損失を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１である高圧放電灯点灯装置１００を示す回路図である。
【図２】極性反転回路２の駆動周波数とＬＣ共振回路３の出力電圧との関係を示す図である。
【図３】実施例1の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】共振電圧設定値Ｖ１が、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との間に設定されている場合の動作を示すフローチャートである。
【図５】実施例１において、高圧放電灯４が点灯した後の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例２である高圧放電灯点灯装置２００を示す回路図である。
【図７】高圧放電灯点灯装置２００の動作を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
発明を実施するための形態は、以下の実施例である。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の実施例１である高圧放電灯点灯装置１００を示す回路図である。
【００１４】
高圧放電灯点灯装置１００は、降圧コンバータ回路１と、極性反転回路２と、ＬＣ共振回路３と、制御回路５と、点灯検出回路６とを有する。
【００１５】
降圧コンバータ回路１は、直流電圧を降圧して高圧放電灯４へ供給する電力を制御する回路であり、従来例と同様である。降圧コンバータ回路１は、ＤＣ３５０〜４００Ｖ程度の直流電圧を、ランプ点灯動作時には２００Ｖ程度の電圧へ降圧し、定常点灯時には１００Ｖ程度の電圧へ降圧する降圧チョッパ回路である。
【００１６】
実施例１では、降圧コンバータ回路１を用いているが、高圧放電灯点灯装置１００の入力直流電圧が低ければ、降圧コンバータ回路１の代わりに、昇圧コンバータ回路を使用するようにしてもよい。
【００１７】
極性反転回路２は、降圧コンバータ回路１の直流出力電圧を、矩形波交流電圧に変換する回路であり、従来例と同様である。極性反転回路２は、直流電圧を切り替えるＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ等のスイッチ素子からなるフルブリッジ回路と、各スイッチ素子に並列に接続されているダイオードとを有する。なお、極性反転回路２を、ハーフブリッジ回路で構成するようにしてもよい。
【００１８】
ＬＣ共振回路３は、インダクタＬ１、Ｌ２と、共振コンデンサＣ１とを有する。インダクタＬ１、Ｌ２は、磁気的に結合され、極性反転回路２の出力端子ａ１と高圧放電灯４の端子ｂ１との間に、直列に接続されている。つまり、インダクタＬ１、Ｌ２は、高圧放電灯４の電圧を分圧する。共振コンデンサＣ１の一端が、インダクタＬ１と、インダクタＬ２との間に接続され、高圧放電灯４の端子ｂ２が接続されている極性反転回路２の出力端子ａ２に、共振コンデンサＣ１の他端が接続されている。
【００１９】
制御回路５は、点灯検出回路６が検出した信号に応じて、高圧放電灯４の点灯前において、共振回路３の共振電圧が、高圧放電灯４の始動に十分な電圧値になるように、降圧コンバータ１と極性反転回路２とを制御する。そして、高圧放電灯４が点灯した後は、高圧放電灯４が立ち消えせずに、輝度の立ち上がりがスムーズになるように、制御回路５が、降圧コンバータ１と極性反転回路２とを制御する。
【００２０】
つまり、制御回路５は、ＬＣ共振回路３の共振周波数の奇数分の１の周波数である第０の周波数ｆ０よりも高い周波数である第１の周波数ｆ１を設定する。また、制御回路５は、上記第０の周波数ｆ０と上記第１の周波数ｆ１との間に第２の周波数ｆ２を設定する。さらに、制御回路５は、上記第１の周波数ｆ１から、上記第２の周波数ｆ２に向けて、極性反転回路２の駆動周波数を下げ、その後に、上記点灯検出回路６の検出信号が、高圧放電灯を点灯するのに十分な電圧である共振電圧設定値Ｖ１に達したときに、または上記駆動周波数が第２の周波数ｆ２に達したときに、上記駆動周波数を、上記第１の周波数ｆ１に向かって上げることによって、上記駆動周波数の低下、上昇を繰り返す。
【００２１】
点灯検出回路６は、整流用ダイオードＤ１と、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２と、平滑コンデンサＣ２とを有する。整流用ダイオードＤ１のアノード側が、インダクタＬ１とＬ２との接続点に接続され、整流用ダイオードＤ１のカソード側が、分圧抵抗Ｒ１の一端に接続されている。分圧抵抗Ｒ１とＲ２とが直列接続され、つまり、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２は、ダイオードＤ１の出力電圧を分圧する。分圧抵抗Ｒ１の他端と分圧抵抗Ｒ２の一端とが接続され、分圧抵抗Ｒ２の他端が接地されている。平滑コンデンサＣ２が、分圧抵抗Ｒ２と並列接続されている。電圧検出点Ｐ１は、分圧抵抗Ｒ１の他端と分圧抵抗Ｒ２の一端との接続点である。
【００２２】
次に、高圧放電灯点灯装置１００の動作について説明する。
【００２３】
まず、高圧放電灯４が点灯する前における共振電圧の制御について説明する。
【００２４】
極性反転回路２が出力する矩形波の周波数を第１の周波数ｆ１とし、この第１の周波数ｆ１は、ＬＣ共振回路３の共振周波数の奇数分の１（たとえば１／５）の周波数ｆ０よりも高い周波数に設定されている。
【００２５】
高圧放電灯４が点灯する前に共振電圧を制御する場合、ＬＣ共振回路３の共振周波数の１／５の周波数ｆ０よりも高い周波数に設定されている。
【００２６】
第２の周波数ｆ２は、共振周波数の奇数分の１の周波数ｆ０と、第１の周波数ｆ１との間の周波数であり、高圧放電灯４を点灯するのに十分な電圧を発生する周波数よりも低い周波数である。
【００２７】
次に、高圧放電灯を点灯するのに十分な電圧である共振電圧設定値Ｖ１が、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との間に設定されている場合の動作について説明する。
【００２８】
図２は、極性反転回路２の駆動周波数とＬＣ共振回路３の出力電圧との関係を示す図である。
【００２９】
図３は、実施例1の動作を示すタイミングチャートである。
【００３０】
横軸は、時間を示し、縦軸は、極性反転回路２の駆動周波数を示す。
【００３１】
なお、図３において、一点鎖線は、従来例の動作を示す。
【００３２】
図４は、共振電圧設定値Ｖ１が、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との間に設定されている場合の動作を示すフローチャートである。
【００３３】
まず、点灯検出回路６が検出した信号が、共振電圧設定値Ｖ１に達するまで、極性反転回路２の駆動周波数を、第１の周波数ｆ１から第２の周波数ｆ２に向けて、図２に［１］で示すように、徐々に下げる（Ｓ２）。
【００３４】
点灯検出回路６の検出信号が、共振電圧設定値Ｖ１に対応する電圧に達すると（Ｓ３）、第１の周波数ｆ１に向かって、図２に［２］で示すように、駆動周波数を徐々に上げる（Ｓ５）。
【００３５】
駆動周波数が第１の周波数ｆ１に達した後に（Ｓ６）、駆動周波数を第１の周波数ｆ１に固定し（Ｓ７）、一定期間ｔ２〜ｔ３の間、極性反転回路２を駆動する（Ｓ８）。
【００３６】
一定期間ｔ２〜ｔ３を経過した後に、点灯検出回路６が、高圧放電灯４の点灯の成否を調べるために、点灯検出回路６が検出した信号の値を、予め設定されている点灯検出設定値とを比較する（Ｓ９）。
【００３７】
なお、極性反転回路２の出力周波数が第２の周波数ｆ２である場合におけるＬＣ共振回路３の出力電圧の値よりも、共振電圧設定値Ｖ１が、高く設定されていれば、極性反転回路２の駆動周波数が第２の周波数ｆ２に達したときに、極性反転回路２の駆動周波数を、第１の周波数ｆ１に向かって上げる。
【００３８】
高圧放電灯４が点灯すれば、後述のように、極性反転回路２の駆動周波数を、第１の周波数ｆ１以下とし、点灯しなければ、これまでの流れを一周期とする一連の動作（時間（ｔ０〜ｔ３）の動作）を、高圧放電灯４の点灯が検出されるまで、または予め決められた期間が経過するまで、継続する。
【００３９】
高圧放電灯４が点灯したことを、点灯検出回路６が検出すると、極性反転回路２の駆動周波数を第１の周波数ｆ１以下の周波数であり、数十ｋＨｚの周波数である新たな第３の周波数（高圧放電灯ウオームアップ周波数）ｆ３に設定する（Ｓ１０）。
【００４０】
なお、時間（ｔ０〜ｔ１）、時間（ｔ１〜ｔ２）は、１ｍｓ等、数ｍｓオーダーの時間であり、時間（ｔ２〜ｔ３）は、２０ｍｓ等、数十ｍｓオーダーの時間である。
【００４１】
また、図３に示すタイムチャートで、時間（ｔ３〜ｔ４）において、駆動周波数を第３の周波数ｆ３にする代わりに、駆動周波数を、第１の周波数ｆ１に設定するようにしてもよい。
【００４２】
次に、高圧放電灯４が点灯した後の制御について説明する。
【００４３】
図５は、実施例１において、高圧放電灯４が点灯した後の動作を示すフローチャートである。
【００４４】
極性反転回路２の駆動周波数は、第３の周波数ｆ３に設定されている（Ｓ１１）。
【００４５】
一定時間（ｔ３〜ｔ４）の間、極性反転回路２の駆動周波数を周波数ｆ３に固定する（Ｓ１２）。
【００４６】
高圧放電灯４の点灯を検出してから、時間（ｔ３〜ｔ４）が経過した後に、極性反転回路２の駆動周波数を、高圧放電灯４が定常的に点灯するための周波数である定常点灯周波数ｆ４にする（Ｓ１３）。この定常点灯周波数ｆ４は、通常、数百Ｈｚである。なお、時間（ｔ３〜ｔ４）は、３〜５秒間等の数秒オーダーの時間である。
【００４７】
ところで、ＬＣ共振回路３の共振周波数の１／５の周波数ｆ０近傍の周波数で、極性反転回路２を駆動すると、極性反転回路２における損失が大きい。しかし、上記実施例によれば、高圧放電灯４を点灯させる初期において、ＬＣ共振回路３の共振周波数の１／５の周波数ｆ０よりも高い周波数で、極性反転回路２を駆動するので、ランプ点灯制御に入る前の共振電圧制御において、極性反転回路２における損失を低減することができる。
【００４８】
上記実施例によれば、インダクタＬ１、Ｌ２によって、高圧放電灯４の電圧を分圧するので、ダイオードＤ１、共振コンデンサＣ１の耐圧を低くすることができ、したがって、高圧放電灯４の点灯検出回路６を、安価なダイオード、コンデンサのみで構成することができる。上記実施例によれば、ＬＣ共振回路３を構成する共振コンデンサＣ１の耐圧を、従来例の約１／２以下にすることができる。つまり、インダクタＬ１とコンデンサＣ１とによって構成されている共振回路と比較すると、実施例１におけるそれらの耐圧を、約１／２以下に低下させることができる。
【００４９】
さらに、上記実施例によれば、高圧放電灯４の点灯検出回路６が検出した信号を、共振電圧制御の入力信号としても利用可能であるので、小型で安価な高圧放電灯点灯装置を提供することができる。つまり、共振電圧制御を行う共振振幅検出回路と高圧放電灯の点灯検出を行う点灯検出回路をそれぞれ別々に設ける必要がないので、小型、安価になる。また、点灯検出回路６が共振振幅検出と点灯検出との両方を兼ねているので、ＬＣ共振回路３の共振電圧制御の信号として、また高圧放電灯の点灯検出の信号として利用可能である。
【実施例２】
【００５０】
図６は、本発明の実施例２である高圧放電灯点灯装置２００を示す回路図である。
【００５１】
高圧放電灯点灯装置２００は、高圧放電灯点灯装置１００において、制御回路５の代わりに、制御回路５１を設けた装置である。
【００５２】
図７は、高圧放電灯点灯装置２００の動作を示すタイムチャートである。
【００５３】
制御回路５１は、図７に示すように制御する回路である。つまり、制御回路５１は、図５において、周波数を一定にする期間（ｔ２−ｔ３）の動作を削除した動作を実現する回路であり、点灯検出されるまで、期間（ｔ０〜ｔ２）の動作を繰り返す回路である。
【００５４】
実施例２は、実施例１において、（ｔ２−ｔ３）を削除した点のみが異なるので、高圧放電灯の点灯を検出した後の動作は、実施例１と同様である。このために、実施例１が実施例２と相違する点は、極性反転回路２の損失が若干増えることと、高圧放電灯の点灯性が若干良くなることである。
【００５５】
図７に示すように、駆動周波数が第１の周波数ｆ１に戻った（時刻２）後に、駆動周波数を第２の周波数ｆ２に向けて低くし、第２の周波数ｆ２になった（時刻ｔ１ａ）ら、第１の周波数ｆ１に向けて駆動周波数を高くし、第１の周波数ｆ１になり（時刻ｔ２ａ）、これらを繰り返し、このようにして、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との間を行き来するようにする。このようにすれば、極性反転回路２における損失が少し多くなるが、高圧放電灯を点灯するのに十分な電圧Ｖ１の発生回数が増えるので、高圧放電灯４の点灯性が良くなる。
【００５６】
上記実施例において、高圧放電灯点灯装置１００、２００では、インダクタＬ１、Ｌ２が、高圧放電灯４に印加される電圧を分圧するので、共振コンデンサＣ１の耐圧を低くすることができ、また、整流用ダイオードＤ１の耐圧を低くすることができる。
【００５７】
なお、上記実施例において、ＬＣ共振回路３から、インダクタＬ２を削除するようにしてもよい。このようにすると、点灯検出回路６が、高圧放電灯４に印加される電圧をそのまま検出するので、共振コンデンサＣ１の耐圧を高くする必要があり、また、点灯検出回路６を構成する整流用ダイオードＤ１の耐圧を高くする必要がある。
【００５８】
また、上記実施例において、制御回路５、５１は、ＬＣ共振回路３の共振周波数の奇数分の１の周波数であって、高圧放電灯４を点灯するのに十分な電圧を、ＬＣ共振回路３の共振周波数の奇数分の１の周波数である第０の周波数ｆ０よりも高い周波数である第１の周波数ｆ１を設定する第１の周波数設定手段の例である。また、制御回路５、５１は、上記第０の周波数ｆ０と上記第１の周波数ｆ１との間に第２の周波数ｆ２を設定する第２の周波数設定手段の例である。しかも、制御回路５、５１は、上記第１の周波数ｆ１から、上記第２の周波数ｆ２に向けて、極性反転回路２の駆動周波数を下げ、その後に、上記点灯検出回路６の検出信号が、高圧放電灯を点灯するのに十分な電圧である共振電圧設定値Ｖ１に達したときに、または上記駆動周波数が第２の周波数ｆ２に達したときに、上記駆動周波数を、上記第１の周波数ｆ１に向かって上げることによって、上記駆動周波数の低下、上昇を繰り返す制御手段の例である。
【００５９】
この場合、上記制御手段は、上記駆動周波数を上昇させて、上記駆動周波数が第１の周波数ｆ１に達した後に、上記駆動周波数を第１の周波数ｆ１に、一定期間、固定して、上記極性反転回路２を駆動し、上記一定期間が経過した後に、上記点灯検出回路６が上記高圧放電灯４が点灯していることを検出し、上記高圧放電灯４が点灯していなければ、上記駆動周波数の低下、上昇と、上記駆動周波数を第１の周波数ｆ１に一定期間固定して上記極性反転回路２を駆動する動作とを、繰り返す手段である。
【００６０】
また、上記ＬＣ共振回路３は、第１のインダクタと、第１のインダクタと磁気的に結合されている第２のインダクタと、共振コンデンサとを有し、上記第１のインダクタと上記第２のインダクタとが直列接続され、上記第１のインダクタと上記第２のインダクタとによって、上記高圧放電の印加電圧を分圧する回路である。
【００６１】
しかも、上記実施例における手段を工程に置き換えれば、上記実施例を、高圧放電灯の点灯制御方法として把握することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１００、２００…高圧放電灯点灯装置、
１…高圧コンバータ、
２…極性反転回路、
３…ＬＣ共振回路、
４…高圧放電灯、
５、５１…制御回路、  
６…点灯検出回路、
Ｌ１、Ｌ２…インダクタ、
Ｃ１…共振コンデンサ、
Ｒ１、Ｒ２…分圧抵抗、
Ｃ２…平滑コンデンサ。
【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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