(57)【要約】【課題】パルス発生回路の振動電流によって制御極付半導体スイッチング素子がオン状態を継続し、次回以降はパルス電圧を発生できなくなって、放電灯を始動できないという問題を解決すること。【解決手段】振動電流がパルス発生回路に流れて制御極付半導体スイッチング素子１６をオン状態に保持しようとしても、より保持電流値が大きい自己保持形の２端子半導体スイッチング素子１５が直列的に接続されているため、前記振動電流によってもこの２端子半導体スイッチング素子１５はオン状態に保持することができなくなる。したがって、同時に制御極付半導体スイッチング素子１６もオフするから、次回のパルス発生動作時には制御極付半導体スイッチング素子が所定のタイミングでオンしてパルストランスに高電圧を発生させる。【選択図】図１
2008135239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサと；
パルストランスおよび自己保持形の制御極付半導体スイッチング素子を直列に含み、前記コンデンサに並列的に接続されて、制御極付半導体スイッチング素子のオン時に前記コンデンサの放電電流に基づいてパルストランスに放電灯始動用の高電圧を発生するパルス発生回路と；
パルス発生回路の制御極付半導体スイッチング素子の自己保持電流よりも保持電流値が大きく、制御極付半導体スイッチング素子に対して直列的に接続された自己保持形の２端子半導体スイッチング素子と；
を具備していることを特徴とする始動装置。
【請求項２】
パルストランスと；
コンデンサおよび自己保持形の制御極付半導体スイッチング素子を直列に含み、前記パルストランスの入力巻線に対して直列的に接続されて、制御極付半導体スイッチング素子のオン時に前記コンデンサの充電電流に基づいて前記パルストランスに放電灯始動用の高電圧を発生するパルス発生回路と；
パルス発生回路の制御極付半導体スイッチング素子よりも保持電流値が大きく、制御極付半導体スイッチング素子に対して直列的に接続された自己保持形の２端子半導体スイッチング素子と；
を具備していることを特徴とする始動装置。
【請求項３】
放電灯と；
この放電灯および放電灯を付勢する電源との間に介在し、放電灯を安定点灯するための安定器と；
安定器の出力側に設けられた請求項１または２記載の始動装置と；
を具備していることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項４】
照明器具本体と；
照明器具本体に設けられた放電灯と；
放電灯を付勢する請求項３記載の放電灯点灯装置と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放電灯の始動時に高電圧を供給する始動装置、この始動装置を用いた放電灯点灯装置およびこの放電灯点灯装置を用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ等の高輝度放電灯やその他始動に高電圧を必要とする放電灯に対しては、始動装置が用いられる。このような始動装置としては各種のものが提案されているが、その内の一例として、充放電用のコンデンサにパルストランスおよび制御極付半導体スイッチング素子を直列に含むパルス発生回路を並列接続し、充放電用のコンデンサの電荷を制御極付半導体スイッチング素子のオンにより急速に放電させ、このときの放電電流に基づいてパルストランスに高電圧を発生させる形式のものがある（一例として特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
また、他の例として、パルストランスの入力巻線にコンデンサおよび制御極付半導体スイッチング素子を直列に含むパルス発生回路を直列接続し、コンデンサを制御極付半導体スイッチング素子のオンにより急速に充電し、このときの充電電流に基づいてパルストランスに高電圧を発生させる形式のものがある（一例として特許文献３）。
【０００４】
特許文献１には、制御極付半導体スイッチング素子として一方向性のものが示されているが、制御極付半導体スイッチング素子のターンオフ時間との関係により、制御極付半導体スイッチング素子が逆極性の電圧を印加されてもターンオフできないときには、パルス発生回路には減衰する振動電流が流れる。
【特許文献１】特開平１１−２８３７６９号公報（図１）
【特許文献２】特公平６−９７６３８号公報（図９）
【特許文献３】特許第３１９８７７７号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２、３のような方式における従来のものは、パルス発生回路の振動電流によって制御極付半導体スイッチング素子がオン状態を継続し、その内に充放電用のコンデンサに充電電流が流れるようになると、制御極付半導体スイッチング素子に自己保持電流以上の電流が流れ、制御極付半導体スイッチング素子はターンオフできなくなることがある。このように、制御極付半導体スイッチング素子がターンオフしないと、次回以降はパルス電圧を発生できなくなるので、放電灯を始動できないということになる。
【０００６】
本発明は、１回のパルス発生動作が終了すると制御極付半導体スイッチング素子をオフして、次のパルス発生動作を行なえるようにした始動装置、この始動装置を用いた放電灯点灯装置およびこの放電灯点灯装置を備える照明装置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】
【０００７】
請求項１の発明の始動装置は、コンデンサと；パルストランスおよび自己保持形の制御極付半導体スイッチング素子を直列に含み、前記コンデンサに並列的に接続されて、制御極付半導体スイッチング素子のオン時に前記コンデンサの放電電流に基づいてパルストランスに放電灯始動用の高電圧を発生するパルス発生回路と；パルス発生回路の制御極付半導体スイッチング素子の自己保持電流よりも保持電流値が大きく、制御極付半導体スイッチング素子に対して直列的に接続された自己保持形の２端子半導体スイッチング素子と；を具備していることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明の始動装置は、パルストランスと；コンデンサおよび自己保持形の制御極付半導体スイッチング素子を直列に含み、前記パルストランスの入力巻線に対して直列的に接続されて、制御極付半導体スイッチング素子のオン時に前記コンデンサの充電電流に基づいて前記パルストランスに放電灯始動用の高電圧を発生するパルス発生回路と；パルス発生回路の制御極付半導体スイッチング素子よりも保持電流値が大きく、制御極付半導体スイッチング素子に対して直列的に接続された自己保持形の２端子半導体スイッチング素子と；を具備していることを特徴とする。
【０００９】
請求項１、２に記載の発明において、用語の定義および技術的な意味は次のとおりである。
【００１０】
自己保持形の制御極付半導体スイッチング素子とは両極性、片極性のどちらでもよく、例えばトライアック、ＳＣＲを使用することができる。パルストランスは、適用しようとする放電灯を始動できる高電圧を発生できるものであればよく、その構成、個数は任意である。また、パルストランスが放電灯を安定点灯するための安定器の1部ないしは全部を兼用するものであってもよく、この場合には、部品数の低減、それに伴う点灯装置全体の小形化、低価格化が可能となる。
【００１１】
また、自己保持形の２端子半導体スイッチングは例えばサイダックである。
【００１２】
なお、本発明において並列的とは、直接並列に接続されているものおよび他の部品を介して並列接続されているものを含むことを意味している。直列的についても同様なことを意味する。
【００１３】
請求項１、２に記載の発明は、振動電流がパルス発生回路に流れて制御極付半導体スイッチング素子をオン状態に保持しようとしても、この制御極付半導体スイッチング素子に対しては、より保持電流値が大きい自己保持形の２端子半導体スイッチング素子が直列的に接続されているため、前記振動電流によってもこの２端子半導体スイッチング素子をオン状態に保持することができなくなる。したがって、同時に制御極付半導体スイッチング素子もオフするから、次回のパルス発生動作時には制御極付半導体スイッチング素子が所定のタイミングでオンしてパルストランスに高電圧を発生させる。
【００１４】
なお、２端子半導体スイッチング素子および制御極付半導体スイッチング素子はブレークオーバ電圧と保持電流値との両者が適切なものを入手することが商業的に困難なため、個別にそれぞれ適切な値のものを選定するのが実際上有利である。
【００１５】
請求項３に記載の放電灯点灯装置は、放電灯と；この放電灯および放電灯を付勢する電源との間に介在し、放電灯を安定点灯するための安定器と；安定器の出力側に設けられた請求項１または２記載の始動装置と；を具備していることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明において、放電灯とは、水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ等の高輝度放電灯の他、熱陰極形の蛍光ランプ、冷陰極形の蛍光ランプ、外部電極形の放電灯等どのようなものでもよい。
【００１７】
安定器は、直流点灯を含む０〜１００Ｈｚの間の低周波で点灯するもの、前記低周波領域より高く例えば１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの間の高周波で点灯するもののいずれでもよい。
【００１８】
請求項３に記載の放電灯点灯装置は、始動装置が確実に作動して始動用の高電圧を供給され、したがって、放電灯も確実に始動点灯することが可能になる。
【００１９】
請求項４に記載の発明の照明装置は、照明器具本体と；この器具本体に設けられた放電灯と；この放電灯を点灯する請求項３に記載の放電灯点灯装置と；を具備している。
【００２０】
照明装置としては、屋内用、屋外用を問わないし、放電灯点灯装置が照明器具本体に内蔵されていても内蔵されていなくてもよいものである。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１および２記載の発明によれば、確実に作動して放電灯始動用の高電圧を発生する始動装置を提供することができる。
【００２２】
請求項３記載の発明によれば、始動装置からの高電圧を印加して放電灯を確実に始動することが可能な放電灯点灯装置を提供することができる。
【００２３】
請求項４記載の発明によれば、放電灯が確実に始動、点灯する照明装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態を図１を参照して説明する。図１は放電灯点灯装置の一実施形態を示す回路図である。１は商用電源、２は商用電源１から付勢されて点灯する放電灯である。３は放電灯２を安定点灯するための安定器であって、本実施形態では力率改善用のコンデンサ４およびインダクタ５によって形成されている。
【００２５】
６は始動装置で、安定器３の出力側に設けられている。始動装置６は、安定器３の出力電圧を整流する整流装置７を有し、整流装置７の出力端間に充放電用のコンデンサ８を抵抗９、１０および逆流防止用のダイオード１１を介して接続している。また、コンデンサ８にはパルストランス１２、１３（実際にはそれぞれの入力巻線１２a、１３ａ）、限流または波形整形用のインダクタ１４、自己保持形の２端子半導体スイッチング素子１５および自己保持形の制御極付半導体スイッチング素子１６の直列回路が並列接続されている。前記２端子半導体スイッチング素子１５と制御極付半導体スイッチング素子１６とは、自己保持電流値が２端子半導体スイッチング素子１５の方が大きい関係に選定されている。
【００２６】
本実施形態において２個のパルストランス１２、１３を用いているのは、一方で相対的に波高値は大きいが幅の小さいパルス電圧を得、他方で相対的に波高値は小さいが幅の大きいパルス電圧を得るためである。このような両方のパルス電圧を放電灯２に印加することにより、放電破壊からグロー放電への移行をスムーズにできる。そして、これらパルストランス１２、１３の出力巻線１２ｂ、１３ｂが放電灯２と直列接続されている。
【００２７】
また、前記制御極付半導体スイッチング素子１６には、導通制御回路が設けられている。すなわち、前記整流装置７の正側出力端と前記制御極付半導体スイッチング素子１６の一方の主極との間に抵抗１７と抵抗１８およびコンデンサ１９との分圧回路が接続され、分圧点と制御極付半導体スイッチング素子１６の制御極との間に後述するフォトカプラの受光素子２０およびブレークオーバ素子２１が接続されている。２２は制御極付半導体スイッチング素子１６の内部静電容量の電荷引抜き用の抵抗である。
【００２８】
なお、前記抵抗１０には保護用の定電圧素子２３および後述するフォトカプラの受光素子２４がそれぞれ並列に接続されている。また、前記充放電用のコンデンサ８には放電用の抵抗２５が並列接続されている。
【００２９】
次に、３０は安定器３の出力側に設けられた降圧トランスであり、この降圧トランス３０の出力側には整流装置３１、定電圧回路３２を介してパルス発生位相制御回路３３、パルス発生制御回路３４が設けられている。前記パルス発生位相制御回路３３は、前述のパルス電圧が商用電源電圧の各半サイクルの６０°〜９０°の間好ましくは８０°〜９０°の間に発生するように制御するものである。すなわち、前記位相の間制御信号を出力して前記制御極付半導体スイッチング素子１６の導通制御回路を作用させるようにしている。具体的には、スイッチング素子３５およびフォトカプラの発光素子３６の直列回路からなる出力回路を備え、前記位相期間にスイッチング素子３５をオンして発光素子３６をオンするようにしている。発光素子３６がオンすることにより、前記導通制御回路のフォトカプラの受光素子２０がオンするのである。
【００３０】
パルス発生制御回路３４は、放電灯２が始動時に例えば２０分経過しても始動しない場合に始動装置６の作動を停止するものである。具体的には、タイマ（図示しない。）と、スイッチング素子３７およびフォトカプラの発光素子３８の直列回路からなる出力回路を備え、前記タイマの設定時間内はスイッチング素子３７をオンして発光素子３８をオンするようにしている。発光素子３７オンすることにより、充放電用のコンデンサ８の充電回路に介挿された前記受光素子２４がオンしてコンデンサ８に十分な充電電流を供給する。
【００３１】
次に、本実施形態の作用を説明する。図示しないスイッチ等により商用電源１が投入されると、パルス発生制御回路３４は予め設定された所定時間内はスイッチング素子３７をオンして発光素子３８をオンする。このため、充放電用のコンデンサ８は安定器３、整流装置７、抵抗９、受光素子２４、ダイオード１１を介して充電される。
【００３２】
一方、パルス発生位相制御回路３３は、予め設定された商用電源電圧の所定の位相例えば８０°〜９０°の間にスイッチング素子３５をオンして発光素子３６をオンする。これにより、導通制御回路の受光素子２０がオンするから、それ以前に充電されていた分圧回路のコンデンサ１９の電圧によりブレークオーバ素子２１がオンする。
【００３３】
したがって、制御極付の半導体スイッチング素子１６がオンし、前記コンデンサ８の充電電荷がパルストランス１２、１３の各入力巻線１２ａ、１３ａ、インダクタ１４、２端子半導体スイッチング素子１５、制御極付の半導体スイッチング素子１６の閉回路内に放電される。このときの急峻な放電電流に基づき、パルストランス１２、１３の各入力巻線１２ａ、１３ａにはＬ×ｄｉ／ｄｔのパルス電圧が発生し、各出力巻線１２ｂ、１３ｂにて昇圧される。
【００３４】
これらパルス電圧は、放電灯２に印加され、放電灯２を始動させる。新しい放電灯であると、１回のパルス電圧で始動することも可能であるが、使用時間の経過とともに、始動に要する時間（パルス電圧印加回数）が大きくなる傾向がある。
【００３５】
放電灯２が始動すると、安定器３を介して電力を供給され、かつ、安定器の限流作用により、放電灯２は案低に点灯を維持する。なお、放電灯２が点灯した後は、始動電圧が不要であるから、始動装置６の作動を停止させることが省電力、部品の劣化防止、雑音低減等の観点から有利である。このためには、例えば放電灯２のランプ電流の有無を監視し、ランプ電流が検出されると始動装値６の作動を停止することができる。この場合、始動装置６を停止する手段としては、パルス発生位相制御回路３３およびパルス発生制御回路３４の少なくとも一方を利用するようにしてもよいし、別個に停止手段を設けてもよい。
【００３６】
ところで、始動装置６における前記のパルス電圧発生時には、コンデンサ８、パルストランス１２、１３の各入力巻線１２ａ、１３ａ、インダクタ１４、２端子半導体スイッチング素子１５、制御極付の半導体スイッチング素子１６の閉回路内には、主としてコンデンサ８の容量成分、パルストランス１２、１３の誘導成分による共振電流が流れる。これは、制御極付半導体スイッチング素子１６および２端子半導体スイッチング素子１５のターンオフ速度に対して前記共振電流の周波数が大きく各半サイクルの立上がり速度が大きいためである。
【００３７】
このように、制御極付半導体スイッチング素子１６が共振電流によりオン状態を維持すると、充放電用のコンデンサ８の次回の充電とのタイミングによっては、制御極付半導体スイッチング素子１６はターンオフすることができなくなり、次回のパルス発生動作を行なえなくなってしまうことがあった。
【００３８】
これに対して本発明では、制御極付半導体スイッチング素子１６よりも自己保持電流値が大きい２端子半導体スイッチング素子１５を、制御極付半導体スイッチング素子１６と直列的に接続している。このため、前記共振電流が流れても、この共振電流がある程度減衰した時点で２端子半導体スイッチング素子１５は自己保持電流を供給されなくなってオフするから、制御極付半導体スイッチング素子１６もオフする。したがって、制御極付半導体スイッチング素子１６は、次の半サイクル時には上述と同様にパルス発生位相制御回路３３、導通制御回路によりオンしてパルス電圧作用を行なうことができるのである。
【００３９】
次に、図２を参照して本発明の始動装値の別の実施形態を説明する。図２は本発明の始動装値の別の実施形態を示す部分回路図である。図２の省略部分は、図１のものと同様に構成することもできるし、別個の構成としてもよい。いずれも当業者であれば容易に構成可能である。本実施形態の始動装値４０は、パルストランス４１と、コンデンサ４２および制御極付半導体スイッチング素子４３を直列に含んで形成されパルストランス４１の入力巻線４１ａに直列接続されたパルス発生回路と、前記制御極付半導体スイッチング素子４３に直列的に接続された制御極付半導体スイッチング素子１６よりも自己保持電流値が大きい２端子半導体スイッチング素子４４とを備えたものである。
【００４０】
なお、４５は限流または波形整形用のインダクタ、４６は導通制御回路、４７は放電用の抵抗である。また、４８は雑音低減または力率改善用のコンデンサ、１、３は図１と同じ商用電源、安定器である。
【００４１】
本実施形態においては、導通制御回路４６により予め設定された位相で制御極付半導体スイッチング素子４３がオンすると、商用電源１から、パルストランス４１の入力巻線４１ａ、インダクタ４５、２端子半導体スイッチング素子４４および制御極付半導体スイッチング素子４３の直列回路に流れ込み、コンデンサ４２を急速充電する。このときの急峻な電流によりパルストランス４１は高パルス電圧を発生する。
【００４２】
ところで、図２の実施形態においても、パルス発生回路には共振電流が流れ、制御極付半導体スイッチング素子４３のターンオフを妨げる可能性があるが、本発明では２端子半導体スイッチング素子４４を設けているため、端子半導体スイッチング素子４４を設けていない場合に比して共振電流の減衰の早い段階でターンオフする。したがって、次回以降のパルス発生動作を確保できる。
【００４３】
図３は照明装置の一実施形態を示す概略図である。本実施形態の照明装置は、屋外用の投光器である。５０は照明器具本体、５１は始動装値の収納箱である。放電灯は図示を省略したが、照明器具本体５０内に収納されている。また、安定器は照明器具本体５０および始動装値の収納箱５１とは別設される形式である。このような照明装置は、放電灯を始動させる所定の期間は始動用の高電圧を印加されて放電灯の始動が確実になることを期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】放電灯点灯装置の一実施形態を示す回路図
【図２】図２は本発明の始動装値の別の実施形態を示す部分回路図
【図３】照明装置の一実施形態を示す概略図
【符号の説明】
【００４５】
３：安定器、２：放電灯、６：始動装値、８、４２：コンデンサ、１２、１３：パルストランス、１５、４４：２端子半導体スイッチング素子、１６、４３：制御極付半導体スイッチング素子、５０：照明器具本体。
【図１】
2008135239.tif 000003
【図２】
2008135239.tif 000004
【図３】
2008135239.tif 000005