(57)【要約】【課題】点灯後に出力が定格に近づくまでの期間中、高圧放電灯に流れる電流量が少なくなり、高圧放電灯の光束が安定するまでに時間がかかった。【解決手段】直流電源１と、直流電源１の出力を高周波に変換して、高圧放電灯７に供給するインバータ回路２と、インバータ回路２を駆動するドライバ３と、安定点灯到達後の高圧放電灯７への電流量を調整する第１のインダクタ５と、放電開始時の高圧放電灯７の過電流を抑制する第２のインダクタ４と、高圧放電灯７の始動時に第１のインダクタ５に周期的に高圧パルスを発生させる始動回路８と、高圧放電灯７の放電開始を検出する放電検出回路９と、放電検出回路９で放電開始を検出するまでは、第１の周波数をドライバ３に出力し、放電検出回路９で放電開始を検出した後は、第１の周波数より低い第２の周波数をドライバ３に出力する制御回路１０とを備える。【選択図】　図１
2004127645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧放電灯の点灯を制御する高圧放電灯点灯装置において、
直流電源と、
前記直流電源の出力を高周波に変換して、前記高圧放電灯に供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路を駆動するドライバと、
前記インバータ回路の出力点と前記高圧放電灯との間に接続され、安定点灯到達後の前記高圧放電灯への電流量を調整する第１のインダクタと、
前記インバータ回路の出力点と前記高圧放電灯との間に接続され、放電開始時の前記高圧放電灯の過電流を抑制する第２のインダクタと、
前記高圧放電灯の始動時に前記第１のインダクタに周期的に高圧パルスを発生させる始動回路と、
前記高圧放電灯の放電開始を検出する放電検出回路と、
前記放電検出回路で放電開始を検出するまでは、第１の周波数を前記ドライバに出力し、前記放電検出回路で放電開始を検出した後は、前記第１の周波数より低い第２の周波数を前記ドライバに出力する制御回路とを備えることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項２】
高圧放電灯の点灯を制御する高圧放電灯点灯装置において、
直流電源と、
前記直流電源の出力を高周波に変換して、前記高圧放電灯に供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路を駆動するドライバと、
前記インバータ回路の出力点と前記高圧放電灯との間に接続され、安定点灯到達後の前記高圧放電灯への電流量を調整する第１のインダクタと、
前記インバータ回路の出力点と前記高圧放電灯との間に接続され、放電開始時の前記高圧放電灯の過電流を抑制する第２のインダクタと、
前記高圧放電灯の始動時に前記第１のインダクタに周期的に高圧パルスを発生させる始動回路と、
前記高圧放電灯の放電開始を検出する放電検出回路と、
前記放電検出回路で放電開始を検出するまでは、安定点灯到達後の周波数より高い第１の周波数を前記ドライバに出力し、前記放電検出回路で放電開始を検出した後の所定の期間は、安定点灯到達後の周波数より低い第２の周波数を前記ドライバに出力させることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記高圧放電灯に流れる電流を検出する電流検出回路を更に備え、
前記制御回路は、前記電流検出回路の検出電流に基づいて、前記所定の期間中、前記高圧放電灯に流れる電流が前記高圧放電灯の最大定格値を超えないように、前記ドライバの出力周波数を制御することを特徴とする請求項２記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記放電検出回路は、前記高圧放電灯の両端電圧も併せて検出し、
前記制御回路は、前記所定の期間を前記放電検出回路で検出した電圧値が所定値以下の期間としたことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記第１のインダクタは、磁気的に結合された２次巻線を有し、
前記始動回路は、前記２次巻線の一端と前記直流電源の出力点との間に接続されたインピーダンス素子と、前記２次巻線の一端とグランド間に接続されたコンデンサと、前記２次巻線の他端とグランド間に接続されたスイッチング素子とを備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項６】
前記第１のインダクタと前記高圧放電灯との直列回路に対して、第２のコンデンサを並列接続したことを特徴とする請求項５記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項７】
前記第１のインダクタと前記高圧放電灯との直列回路に対して、第２のコンデンサと第２のスイッチング素子との直列回路を並列接続したことを特徴とする請求項５記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項８】
前記第２のコンデンサの一端を前記スイッチング素子の高電位側に接続し、前記第２のコンデンサと前記スイッチング素子との直列回路が、前記第１のインダクタと前記高圧放電灯との直列回路に対して並列になるように接続したことを特徴とする請求項７記載の高圧放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電灯の点灯を制御する高圧放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高圧放電灯点灯装置（第１の従来技術）としては、例えば、図２０に示すものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２１１８１号公報
【０００４】
図２０に示すように、従来の高圧放電灯点灯装置は、直流電源４０の両端にＭＯＳＦＥＴ４１ａ，４１ｂからなるインバータ回路４１が接続され、インバータ回路４１の出力点には、限流インピーダンス４２、コイル４３、直流カットコンデンサ４４ａ，４４ｂおよび高圧放電灯４５（以下、「ランプ」という）が直列接続されている。また、コイル４３と高圧放電灯４５との直列回路に対してコンデンサ４６が並列に接続され、インバータ回路４１と並列に始動回路４７が設けられている。始動回路４７は、抵抗４７ａ、コンデンサ４７ｂおよびトライアック４７ｃを備え、コイル４３の１次側と２次側とは磁気的に結合している。なお、コイル４３の１次巻数と２次巻数との比率は、ｎ対１である。
【０００５】
次に動作について説明する。
まず、ランプ４５が放電を開始する前の動作を説明する。電源が投入されると、インバータ回路４１と始動回路４７が動作を開始する。ＭＯＳＦＥＴ４１ａ，４１ｂは、数１０ｋＨｚで交互にＯＮ・ＯＦＦされ、直流電流４０の出力を高周波に変換する。このとき、ランプ４５は放電していないのでインピーダンスは無限大であり、高周波電流はどこにも流れないが、ランプ４５の両端には、直流電源４０の電圧値をＶｄｃとすると±１／２Ｖｄｃの電圧が矩形波状に印加されていることになる。
【０００６】
始動回路４７において、トライアック４７ｃは、数１０ｍｓ間隔で数μｓのパルス幅でＯＮされる。スイッチング素子がＯＦＦ時は、抵抗４７ａを介してコンデンサ４７ｂが直流電源４０の出力値Ｖｄｃに充電され、ＯＮ時にコンデンサ４７ｂの電荷がコイル４３の２次巻線、トライアック４７ｃを介して放電される。このとき、コイル４３の２次巻線にはピーク値Ｖｄｃのパルス電圧が発生し、１次巻線側にはピーク値ｎ×Ｖｄｃのパルス電圧が印加され、ランプ４５にはピーク値ｎ×Ｖｄｃ±１／２Ｖｄｃのパルス電圧（以下、「始動パルス」という）が印加される。この始動パルスがランプ４５に周期的に繰り返し印加されることによって、ランプ４５の電極間で絶縁破壊が起こり、放電が開始され、放電開始後はトライアック４７ｃをＯＦＦに保つ。
【０００７】
図２１は、ランプ４５の電極間の絶縁破壊時におけるインピーダンスの変化を示すグラフである。ランプ４５が電極間で絶縁破壊を起こす瞬間は、ランプ４５のインピーダンスが瞬時に無限大からほぼ０Ωになるので、この瞬間にランプ４５に大電流が流れることになる。また、このとき、コイル４３はｎ×Ｖｄｃの高圧がかかっているので磁気的に飽和状態となっているため、インダクタンスも０Ｈに近い状態となっている。従って、コイル４３とランプ４５だけではインピーダンスが０Ωになる瞬間があり、電流を抑制する要素がない状態となるため、インバータ回路４１に大電流が流れ、故障の原因となり得る。そこで、インバータ回路４１への大電流を抑制するために、ランプ４５と直列に限流インピーダンス４２が設けられている。
【０００８】
次に、限流インピーダンス４２の働きを説明する。インバータ回路４１の出力周波数をｆ、これに対応する角速度をω、限流インピーダンス４２のインダクタンスをＬ４２とすると、限流インピーダンス４２は常にωＬ４２のインピーダンスを持つことになる。これにより、ランプ４５の絶縁破壊時にコイル４３とランプ４５のインピーダンスがほとんど０となっても、ｎ×Ｖｄｃ／（ωＬ４２）以上の電流は流れないことになり、インバータ回路４１が保護される。
【０００９】
次に、ランプ４５の放電開始後の動作を説明する。放電開始後はトライアック４７ｃのＯＦＦを維持し、始動パルス発生を停止させる。トライアック４７ｃがＯＦＦとなると、コンデンサ４７ｂの電圧はＶｄｃ一定となり、コイル４３の２次巻線には電流はほとんど流れなくなる。一方、コイル４３は磁気的飽和から回復し、ωＬ４３のインピーダンスを持ち、限流インピーダンス４２とともに、インバータ回路４１からランプ４５に投入される高周波電流を減流する働きを持つ。なお、図２２は、電源投入後からのドライバの出力周波数と始動回路４７での始動パルスの有無を示すタイムチャートである。図において、ｔ１は放電開始時を示し、通常１秒程度である。
【００１０】
以上の装置は、限流インピーダンス４２を用いた点に特徴があるが、限流インピーダンス４２を用いずにインバータ回路４１への大電流を抑制する高圧放電灯点灯装置（第２の従来技術）も従来より知られている（特許文献２参照）。
【００１１】
【特許文献２】
特開平５−６７４９６号公報
【００１２】
この高圧放電灯点灯装置は、まずインバータを５ｋＨｚ程度の高い周波数で発振させ、ランプ点灯後に出力が定格に近づいたらインバータの発振周波数を４００Ｈｚ程度の低い周波数に下げる。このため、ランプの電極間で絶縁破壊が起こる際には、インバータは高い周波数で発振しているので、インバータに大電流が流れることはない。即ち、インバータに流れる電流Ｉは、Ｉ＝Ｖ／（ω２πｆＬ）なので、周波数ｆの値が大きければ、電流Ｉは小さい値に抑えられ、インバータへの大電流が抑制される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した第１の従来技術に係る高圧放電灯点灯装置は、ランプ始動時にコイル４３及びランプ４５に高圧がかかっても飽和しないだけのコアサイズを限流インピーダンス４２が要し、また、放電開始後はコイル４３のインピーダンスだけでもランプ４５を安定に点灯できるにもかかわらず接続されていたため、装置の小型化の妨げとなっていた。さらに、限流インピーダンス４２において、巻線による損失（銅損）が発生し、回路の発熱の原因となり問題であった。
また、上述した第２の従来技術に係る高圧放電灯点灯装置は、ランプ点灯後に出力が定格に近づくまでの期間中、インバータを高い周波数で発振させているので、この期間にランプに流れる電流量が少なくなり、ランプの光束が安定するまでに時間がかかり問題であった。
【００１４】
本発明は、これらの問題点を解決するためになされたもので、高圧放電灯の特に高周波点灯において、ランプ絶縁破壊時の大電流を抑制してインバータ回路の故障を防止し、かつ、装置の小型化及び低損失化を目的とするものである。また、ランプの光束が安定するまでの時間を短縮させることを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の高圧放電灯点灯装置は、直流電源と、直流電源の出力を高周波に変換して、高圧放電灯に供給するインバータ回路と、インバータ回路の出力点と高圧放電灯との間に接続され、安定点灯到達後の高圧放電灯への電流量を調整する第１のインダクタと、インバータ回路を駆動するドライバと、インバータ回路の出力点と高圧放電灯との間に接続され、放電開始時の高圧放電灯の過電流を抑制する第２のインダクタと、高圧放電灯の始動時に第１のインダクタに周期的に高圧パルスを発生させる始動回路と、高圧放電灯の放電開始を検出する放電検出回路と、放電検出回路で放電開始を検出するまでは、第１の周波数をドライバに出力し、放電検出回路で放電開始を検出した後は、第１の周波数より低い第２の周波数をドライバに出力する制御回路とを備えることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る高圧放電灯点灯装置の好適な実施の形態について添付図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る高圧放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。同図に示すように、直流電源１の両端にＭＯＳＦＥＴ２ａ，２ｂからなるインバータ回路２が接続され、インバータ回路２はドライバ３によって駆動制御されている。インバータ回路２の出力点には、空芯インダクタ（第２のインダクタ）４、チョークコイル（第１のインダクタ）５、直流カットコンデンサ６および高圧放電灯７（以下、「ランプ」という）が直列接続されている。チョークコイル５の１次側と２次側とは磁気的に結合され、チョークコイル５の１次巻数と２次巻数との比率は、ｎ対１である。
【００１７】
インバータ回路２と並列に始動回路８が設けられ、始動回路８は、チョークコイル５の２次巻線の一端と直流電源１の出力点との間に接続された抵抗（インピーダンス素子）８ａと、チョークコイル５の２次巻線の一端とグランド間に接続されたコンデンサ８ｂと、チョークコイル５の２次巻線の他端とグランド間に接続されたスイッチング素子８ｃと、チョークコイル５の２次巻線の他端と直流電源１の出力点との間に接続されたダイオード８ｄと、チョークコイル５と並列に接続されたコンデンサ８ｅとを備えている。
【００１８】
直流カットコンデンサ６と高圧放電灯７の間には放電検出回路９が接続され、放電検出回路９の出力点にはスイッチング素子８ｃを制御する制御回路１０が接続されている。また、制御回路１０はドライバ３と始動回路８に接続され、制御回路１０の制御信号がドライバ３と始動回路８に与えられる。
なお、以降の実施の形態におけるランプ７は、定格電力３５Ｗセラミック製発光管を持つメタルハライドランプを用いるものとする。
【００１９】
次に動作について説明する。
まず、ランプ７が放電を開始する前の動作を説明する。電源が投入されると、制御回路１０の制御信号がドライバ３と始動回路８に与えられる。制御信号を入力したドライバ３は、インバータ回路２のＭＯＳＦＥＴ２ａ，２ｂを数１０ｋＨｚで交互にＯＮ・ＯＦＦ制御し、直流電流１の出力を高周波に変換する。このとき、ランプ７は放電していないのでインピーダンスは無限大である。このため、高周波電流はどこにも流れないが、ランプ７の両端には、直流電源の電圧値をＶｄｃとすると±１／２Ｖｄｃの電圧が矩形波状に印加されることになる。
【００２０】
始動回路８において、スイッチング素子８ｃは、制御回路１０の制御信号によって数１０ｍｓ間隔で数μｓのパルス幅でＯＮされる。スイッチング素子８ｃがＯＦＦ時には、抵抗８ａを介してコンデンサ８ｂが直流電源の出力値Ｖｄｃに充電され、ＯＮ時には、コンデンサ８ｂの電荷がチョークコイル５の２次巻線、スイッチング素子８ｃを介して放電される。
【００２１】
この時、チョークコイル５の２次巻線にはピーク値Ｖｄｃのパルス電圧が発生し、１次巻線側にはピーク値ｎ×Ｖｄｃのパルス電圧が印加され、ランプ７にはピーク値ｎ×Ｖｄｃ±１／２Ｖｄｃのパルス電圧（以下、「始動パルス」という）が印加される。この始動パルスがランプ７に周期的に繰り返し印加されることによって、ランプ７の電極間で絶縁破壊が起こり、放電が開始される。その後、放電開始を放電検出回路９で検出し、制御回路１０は、放電開始後にスイッチング素子８ｃをＯＦＦに保つ。
【００２２】
次に、空芯インダクタ４の働きを説明する。図２は、空芯インダクタ４の断面形状を示す図である。図のように、空芯インダクタ４はフェライトコアを持たずボビン４ａと巻線４ｂだけで構成され、磁気的な結合を持たないインダクタンスである。従って、チョークコイル５に高圧パルスが印加され、空芯インダクタ４にも相応の高圧が印加された状態で、チョークコイル５が飽和した場合でも空芯インダクタ４は飽和しないことになる。
【００２３】
ここで、インバータ回路２の出力周波数をｆ、これに対応する角速度をω、空芯インダクタ４のインダクタンスをＬ４とすると、空芯インダクタ４は常にωＬ４のインピーダンスを持つことになる。これにより、ランプ７の絶縁破壊時にチョークコイル５とランプ７のインピーダンスがほとんど０となっても、ｎ×Ｖｄｃ／（ωＬ４）以上の電流は流れないことになり、インバータ回路２が保護される。なお、チョークコイル５のインダクタンスをＬ５とすると、通常、Ｌ４：Ｌ５＝１：１００〜５００程度である。
【００２４】
なお、ダイオード８ｄは、スイッチング素子８ｃがＯＮからＯＦＦになった瞬間に過電圧がかからないようにするためのものであり、コンデンサ８ｅは、チョークコイル５の１次側に発生するパルス波形を調整するためのものである。
【００２５】
次に、ランプ７放電開始後の動作を説明する。放電検出回路９がランプ７の放電開始を検知すると、制御回路１０がスイッチング素子８ｃのＯＦＦを維持し、始動パルス発生を停止させる。このため、余計な始動パルスを発生させ続けることによる電力消費の増加を防ぐことができる。スイッチング素子８ｃがＯＦＦになると、コンデンサ８ｂの電圧Ｖｄｃは一定となり、チョークコイル５の２次巻線には電流はほとんど流れなくなる。一方、チョークコイル５は磁気的飽和から回復し、ωＬ５のインピーダンスを持ち、インバータ回路２からランプ７に投入される高周波電流を減流する働きを持つ。
なお、Ｌ４≪Ｌ５であるから、Ｌ４は放電開始後の動作にはほとんど寄与しない。また、コンデンサ８ｅにもほとんど電流は流れない。
【００２６】
さらに、高圧放電灯は一般に、高周波で点灯する場合、ランプ内の音波の進行波と反射波の干渉作用により放電アークが曲げられ、立ち消えやランプ破壊などを引き起こすいわゆる音響共鳴現象が生じやすいことが知られている。従って、特に１ｋＨｚ以上の高周波点灯時においては、音響共鳴現象が起こらない非共鳴周波数帯を選んで点灯するのが一般的である。
【００２７】
音響共鳴現象を生じる周波数をｆｒとすると、ｆｒは、発光管内の音速ｖと発光管の形状に依存する関数になり、発光管内の音速ｖは、
ｖ＝（γＲＴ／Ｍ）１／２　γ：定数、Ｒ：気体定数、Ｔ：温度、Ｍ：平均分子量で表される。従って、ドライバ３は、この周波数ｆｒを避けた非共鳴周波数帯（以下、「窓」という）の固定の周波数でインバータ回路２を駆動する構成となっている。
【００２８】
例えば、図３は、セラミック製発光管を持つ定格３５Ｗのメタルハライドランプの点灯周波数と共鳴周波数帯との関係を示す図である。図３に示すように、可聴域（１５ｋＨｚ）以上２００ｋＨｚ以下では、３０ｋＨｚ近辺と、４０ｋ〜４５ｋＨｚの範囲で窓が存在するので、例えば、点灯周波数として、これに含まれる周波数ｆｓ等を選ぶのが望ましい。
【００２９】
そこで、放電検出回路９で放電開始を検出するまでの間は、制御回路１０によって図４に示す周波数ｆ１（第１の周波数）がドライバ３に出力されるので、インバータ回路２の出力周波数はｆ１（例えば１ｋＨｚ以上）であるが、放電検出回路９が放電開始を検出した後は、制御回路１０によって周波数ｆ１より低い周波数ｆｓ（第２の周波数）がドライバ３に出力されるので、インバータ回路２の出力周波数はｆｓ（例えば４２Ｈｚ）となる。
【００３０】
このように、ランプ７の電極間で絶縁破壊が起こる際には、インバータ回路２の出力周波数は高い周波数ｆ１なので、インバータ回路２に大電流が流れることを確実に抑制することができる。また、ランプ７の電極間で放電を開始した後には、放電検出回路９の検出信号に基づいて、インバータ回路２の出力周波数は周波数ｆ１より低い周波数ｆｓに降下するので、ランプ７に流れる電流量が多くなり、短い時間でランプの光束を安定させることができる。
【００３１】
図５は、電源投入後からのインバータ回路２の出力周波数と、始動回路８での始動パルスの有無を示すタイムチャートである。図５に示すように、放電開始前は、音響共鳴現象が発生しないのでｆ１は任意に選択できる。ここで、ｆ１に対する角速度をω１とすると、空芯インダクタ４のインピーダンスはω１・Ｌ４となり、ｆ１をｆｓの４倍の周波数とすれば、空芯インダクタ４において、従来と同じインピーダンスを得るのにインダクタンスは従来の１／４で済み、巻数も従来の１／２で済むことになる。
以上のように、空芯インダクタ４の巻数を任意の値とすることができるので、ランプの絶縁破壊時の大電流を抑制すると共に、空芯インダクタ４の巻数を減らして放電開始後の損失（銅損）を大幅に減らすことができ、ボビン４ａもより小型にすることができる。
【００３２】
実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る高圧放電灯点灯装置を説明する。実施の形態１では、放電開始直後のインバータ回路の出力周波数を窓に含まれる周波数としたが、実施の形態２では、放電開始直後の周波数を更に下げ、ランプ電流をより多く流して、光束の立ち上がりを一層速める装置について説明する。
【００３３】
図６は、実施の形態２に係る高圧放電灯点灯装置を示す回路図である。この実施の形態２が図１に示す実施の形態１と異なるのは、ランプ７の放電および両端電圧を検出する放電検出回路１１と、インバータ回路２の一端に接続されたカレントトランス１２と、カレントトランス１２に対向して配置され、ランプ７に流れる電流を検出する電流検出回路１３とを備えている点である。その他の構成については実施の形態１と同一又は同等である。なお、実施の形態１と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３４】
次に動作について説明する。
図７は、放電開始からのランプ電圧の変化を示すグラフである。なお、ランプ電圧は明るさにほぼ比例するものとする。放電開始後約３０秒程度はアルゴン放電となり、合計２分弱で光束安定に達する。図７において、ｔ２はアルゴン放電終了の時間、ｔ３は光束安定到達時である。なお、アルゴン放電中に音響共鳴現象はほとんど起こらず、また、起こったとしても激しいちらつきや立ち消えは起こさない。
【００３５】
図８は、電源投入後からのランプ電流と、インバータ回路２の出力周波数と、始動回路８での始動パルスの有無を示すタイムチャートである。ｔ１までの動作は実施の形態１と同様である。ｔ１からｔ２までの所定の期間は、インバータ回路２の出力周波数をｆ２とする。ここで、ｆ２はランプ電流が最大定格値を超えない最小の出力周波数であり、制御回路１０では、電流検出回路１３の検出値を入力とし、ランプ電流の最大定格値を目標値とする。そして、ドライバ３の出力周波数を出力とし、ランプ電流がランプの最大定格値で一定となるように帰還する。
【００３６】
ここで、放電検出回路１１によりランプ電圧を監視して、ランプ電圧が所定値を超える瞬間をｔ２とする。このように、ｔ１からｔ２までの所定の期間を、放電検出回路１１の出力値が所定値以下である期間としたので、確実に所定の期間を設定することができ、音響共鳴現象による立ち消えを解消することができる。なお、放電検出回路１１によりランプ電圧を監視して、ｔ１からの経過時間が所定値を超えたらｔ２としてもよい。
【００３７】
以上より、アルゴン放電期間中にランプ電流をより多く流し、ランプ内での温度上昇を加速できるので、上記のｔ１〜ｔ２までの時間を短縮し、光束安定に達するまでの時間（ｔ３）をより短縮することができる。
また、高圧放電灯は一般にランプ電流を最大定格以上流すとランプ寿命が縮まってしまうが、上記のように最大定格を超えない範囲に保つ設定としたので、従来と同様のランプ寿命を確保することができる。
さらに、ｔ２経過後の出力周波数はｔ３でｆｓに達っしていればよく、その間の出力周波数はｆ２又はｆｓに束縛されるものでなくてよい。即ち、その間は、放電状態に合わせて適切な出力周波数で点灯するようにしてもよい。
【００３８】
また、電源投入からｔ１までは高い周波数ｆ１を出力するので、空芯インダクタ４の巻数を任意の値とすることができ、ランプ７の絶縁破壊時の大電流を抑制すると共に、放電開始後の空芯インダクタ４の銅損を大幅に減らすことができる。さらに、ｔ１〜ｔ２までの期間は、光束安定時の出力周波数ｆｓより低い周波数ｆ２で点灯してランプ電流を多くするので、光束安定までの時間を短縮することができる。
【００３９】
なお、実施の形態１において、ｆ１からｆｓ及びｆ１からｆ２への切り換えは瞬時に行ったが、放電開始後のアルゴン放電期間中は音響共鳴現象が起きないことから、切り換えをなだらかに行ってもよい。また、インバータ回路２に使用するＭＯＳＦＥＴとしては、逆回復時間が数十〜数百ｎｓ程度の高速の回生ダイオードを内蔵したものを用い、上記の電流振動が起こってもインバータ回路２が適切な動作が保たれるようにしてもよい。
【００４０】
実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る高圧放電灯点灯装置を説明する。実施の形態１では、ランプ７の絶縁破壊時のランプ電流を抑制する装置を示したが、実施の形態３では、絶縁破壊時のランプ電流の振動がインバータ回路２に到達するのを抑制する装置について説明する。
【００４１】
図９は、実施の形態３に係る高圧放電灯点灯装置を示す回路図である。この実施の形態３が図１に示す実施の形態１と異なるのは、チョークコイル５とランプ７との直列回路に対してコンデンサ（第２のコンデンサ）１４を並列接続している点である。その他の構成については実施の形態１と同一又は同等である（ドライバ３、放電検出回路９、制御回路１０は図中省略している）。なお、実施の形態１と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４２】
実施の形態３の高圧放電灯点灯装置は、チョークコイル５とランプ７との直列回路に対してコンデンサ１４を並列接続しているので、チョークコイル５、ランプ７及びコンデンサ１４による閉ループが構成され、絶縁破壊時のランプ電流の振動がこのループに流れ、大電流がインバータ回路２に到達するのを抑制することができる。
なお、安定点灯中は、コンデンサ１４とチョークコイル５及び空芯インダクタ４によって共振電流が発生するので、この共振電流がインバータ回路２の損失とならない範囲でコンデンサ１４の容量を選択する必要がある。
【００４３】
実施の形態４．
次に、実施の形態４に係る高圧放電灯点灯装置を説明する。実施の形態４では、絶縁破壊時および安定点灯中においてもコンデンサ１４が接続されている装置を示したが、実施の形態４では、安定点灯中はコンデンサ１４が切り離される装置について説明する。
【００４４】
図１０は、実施の形態４に係る高圧放電灯点灯装置を示す回路図である。この実施の形態４が図９に示す実施の形態３と異なるのは、コンデンサ（第２のコンデンサ）１４とグランド間にスイッチング素子（第２のスイッチング素子）１５を挿入している点である。その他の構成については実施の形態３と同一又は同等である（ドライバ３、放電検出回路９、制御回路１０は図中省略している）。なお、実施の形態３と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４５】
図１１はスイッチング素子８ｃ，１５の動作を示すタイムチャートである。スイッチング素子１５は、ランプ７が放電開始する前、即ち、スイッチング素子８ｃの動作によりランプ７にパルスが印加されている期間は、ＯＮを維持し、放電開始後はＯＦＦするものとする。これにより、コンデンサ１４の容量は実施の形態３の装置に比べ大きいものとすることができ、絶縁破壊時のランプ電流の振動がインバータ回路２に到達するのを、より確実に抑制することができる。
【００４６】
また、放電開始前のスイッチング素子１５は、必ずしも常時ＯＮしている必要はなく、図１２（ａ）に示すようにスイッチング素子８ｃと同位相でＯＮ／ＯＦＦしてもよい。さらに、図１２（ｂ）に示すようにスイッチング素子に対して遅れを持たせた位相としてもよく、図１２（ｃ）に示すように反転位相でＯＮ／ＯＦＦしてもよい。即ち、スイッチング方法については、コンデンサ１４がランプ電流振動を吸収しさえすれば、駆動回路の設計上簡便なものを選択することができる。
【００４７】
実施の形態５．
次に、実施の形態５に係る高圧放電灯点灯装置を説明する。実施の形態４では、コンデンサ１４の容量の選択範囲を広げるために、新たにスイッチング素子を設けたが、実施の形態５では、コンデンサ１４以外の部品を付加しないで相応の効果が得られる装置について説明する。
【００４８】
図１３は、実施の形態５に係る高圧放電灯点灯装置を示す回路図である。この実施の形態５が図９に示す実施の形態３と異なるのは、コンデンサ１４がスイッチング素子８ｃに接続されている点である。その他の構成については実施の形態３と同一又は同等である（ドライバ３、放電検出回路９、制御回路１０は図中省略している）。なお、実施の形態３と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４９】
図１４はスイッチング素子８ｃの動作を示すタイムチャートである。ランプが放電開始する前、即ち、スイッチング素子８ｃの動作によりランプ７にパルスが印加されている期間は、コンデンサ１４にも同様のＯＮ／ＯＦＦのパルスが繰返し印加され、放電開始後はＯＦＦするものとする。これにより、少ない部品点数でコンデンサ１４の容量を実施の形態３のものに比べて大きくすることができ、絶縁破壊時のランプ電流の振動がインバータ回路２に到達するのを、確実に抑制することができる。
なお、上述の実施の形態においては、例として定格３５Ｗのセラミック発光管をもつメタルハライドランプを用いて説明したが、他の定格や種類のメタルハライドランプに適用することもできる。
【００５０】
実施の形態６．
実施の形態１〜５においては、ランプの放電開始前後の動作を改良する回路構成及びその制御方法を示したが、実施の形態６では、上記の構成を実際の回路基板に具現化した場合の部品配置を、内部ノイズによる誤動作防止と小型化の観点から最適化した装置について説明する。
【００５１】
図１５は、実施の形態６に係る高圧放電灯点灯装置を示す回路図であり、実施の形態１の図１における直流電源１を商用電源対応として具体的に示したものである。図中１７は商用電源、１８はノイズフィルタ、１９は整流回路であり、ノイズフィルタ１８で整流回路１９よりランプ７側で発生するノイズを商用電源１７側に出さないようにしている。整流回路１９で全波整流された商用電源は、コイル２０ａ、スイッチング素子２０ｂ、ダイオード２０ｃからなる昇圧コンバータ２０で昇圧され、平滑コンデンサ２１で直流化される。インバータ回路２よりランプ７側の構成は実施の形態１の図１と同様であるので説明を省略する。
なお、動作、特に周波数の制御については実施の形態１，２に示したものであればいずれであってもよい。
【００５２】
図１６は、実施の形態６に係る高圧放電灯点灯装置の回路を基板上に実装した例を示す図である。図中、２２はパワー基板（上面図）、２３は制御基板であり、パワー基板２２には図１５に示した部分のうち、商用電源１７とランプ７以外のものが実装される。制御基板２３には図１５には図示されていない各種検出回路、制御回路等が実装され、信号ライン２４を介してパワー基板２２と接続される。
【００５３】
本実施の形態においては、制御基板２３がパワー基板２２に対して垂直に装着されることを想定しているが、装着方法はこれに限られない。
パワー基板２２において、入力ライン２５を介して商用電源が供給され、パワー基板２２で変換された高周波電力は、出力ライン２６を介して接続されるであろうランプ７に印加される。
【００５４】
スペース２７にノイズフィルタ１８と整流回路１９が実装され、入力ライン２５は、スペース２７上の適当な位置に接続される。スペース２７に近接したスペース２８には昇圧コンバータ２０が実装される。
一方、出力ライン２６側のスペース２９にはチョークコイル５とコンデンサ８ｅが実装される。高圧がかかるチョークコイル５及びコンデンサ８ｅとランプ７（出力ライン２６）間のパターンは、他のパターンや部品との絶縁距離を大きく取らなくてはならないため、上記のパターンを最短にすることにより、他の部品配置に自由度を持たせることができる。
【００５５】
また、一般に高圧が発生するコイルの下面にパターンを結線すると、その結線にノイズが乗りやすくなることから、チョークコイル５の下面についてもパターンを配線しない方が望ましく、結果としてチョークコイル５の下面はデッドスペースとなる。従って、パターンの密集が予想される基板中央部へのチョークコイル５の配置は避ける構成が望ましい。
【００５６】
平滑コンデンサ２１がスペース２８とスペース２９間のスペースに実装され、平滑コンデンサ２１に近接したスペース３０に始動回路８のコンデンサ８ｂ及びスイッチング素子８ｃが実装される。スペース２９とスペース３０に囲まれたスペース３１にインバータ回路２、空芯インダクタ４、直流カットコンデンサ６等の部品が実装される。
なお、上記で指定のなかった部品についてはパワー基板２２上であれば実装位置は任意でよい。
【００５７】
図１５において、始動中期間中に最も多くの電流が流れるのはコンデンサ８ｂ→チョークコイル５の２次巻線→スイッチング素子８ｃであり、このループにおける大電流がグランドラインを介して他のループへ流れ込むのを防止する必要がある。なぜなら、上記ループからの電流が他のループへ流れ込んだ場合、他のループにおいてはそれがノイズ源となり、特にスイッチング素子の誤動作を誘発する可能性があるためである。
そこで、図１６の配置は、パワー基板２２上で最もノイズ吸収能力のある平滑コンデンサ２１を上記ループの近傍に配置し、大電流が他のループに流れこまないような構成としている。
【００５８】
図１７は、図１６の配置を考慮した上で、スイッチング素子２ａ，２ｂ，８ｃ，２０ｂの配置例を示す図である。各スイッチング素子とも図１８に示すような自立型のＭＯＳＦＥＴを用いて基板縁上に配置される。図１８において、３２ａはモールド部、３２ｂはリードである。なお、上記ＭＯＳＦＥＴの放熱が必要な場合は、パワー基板２２を覆うべき金属ケース等にモールド部３２ａを接触さるようにしてもよい。図１７に示すように、入力側から見て、スイッチング素子２０ｂ→スイッチング素子８ｃ→スイッチング素子２ａ→スイッチング素子２ｂの順で配置することにより、各スイッチング素子と各スペースとの結線が最も効率的に行えることになる。
なお、本実施例においては、自立型のＭＯＳＦＥＴを用いたが、面実装型のものを同様の位置に配置してもよい。
【００５９】
図１９は、図１６，１７の構成に、グランドラインの配線パターンを加えた一例を示す図である。３３は主なグランドラインを示すものである。平滑コンデンサ２１のマイナス極２１ａと、スペース３０におけるグランドとを最短距離で結線し、かつ、高圧を発生するスペース２９を避けてスペース２８、スペース３１及び制御基板２３へのグランドラインを結線するものである。
上記の配置で、回路基板を実装することにより、始動期間中に始動回路から発生するノイズにより、インバータ回路２や昇圧回路２０が誤動作するのを防止することができ、かつ、基板スペースを有効に使って小型な基板を構成することができる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明に係る高圧放電灯点灯装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
即ち、高圧放電灯の絶縁破壊時には、インバータ回路の出力周波数は高い第１の周波数なので、インバータ回路に大電流が流れることを抑制することができる。また、高圧放電灯の電極間で放電を開始した後は、放電検出回路の検出信号に基づいて、インバータ回路の出力周波数は第１の周波数より低い第２の周波数に降下するので、高圧放電灯に流れる電流量が多くなり、短い時間でランプの光束を安定させることができる。
また、第２のインダクタの巻数を任意の値とすることができるので、高圧放電灯の絶縁破壊時の大電流を抑制すると共に、放電開始後における第２のインダクタの巻数を減らし、損失（銅損）を大幅に減らすことができ、第２のインダクタのボビンをより小型にすることができる。
【００６１】
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る高圧放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。
【図２】空芯インダクタの断面形状を示す図である。
【図３】メタルハライドランプの点灯周波数と共鳴周波数帯との関係を示す図である。
【図４】メタルハライドランプの点灯周波数と共鳴周波数帯との関係を示す図である。
【図５】電源投入後からのインバータ回路の出力周波数と、始動回路での始動パルスの有無を示すタイムチャートである。
【図６】実施の形態２に係る高圧放電灯点灯装置を示す回路図である。
【図７】放電開始からのランプ電圧の変化を示すグラフである。
【図８】ランプ電流と出力周波数と始動パルスとの関係を示すタイムチャートである。
【図９】実施の形態３に係る高圧放電灯点灯装置を示す回路図である。
【図１０】実施の形態４に係る高圧放電灯点灯装置を示す回路図である。
【図１１】スイッチング素子の動作を示すタイムチャートである。
【図１２】２つのスイッチング素子の動作タイミングを示すタイムチャートである。
【図１３】実施の形態５に係る高圧放電灯点灯装置を示す回路図である。
【図１４】スイッチング素子の動作を示すタイムチャートである。
【図１５】実施の形態６に係る高圧放電灯点灯装置を示す回路図である。
【図１６】実施の形態６に係る高圧放電灯点灯装置の回路を基板上に実装した例を示す図である。
【図１７】スイッチング素子の配置例を示す図である
【図１８】自立型のＭＯＳＦＥＴを示す斜視図である。
【図１９】グランドラインの配線パターンを加えた例を示す図である。
【図２０】従来の高圧放電灯点灯装置を示す回路図である。
【図２１】ランプの電極間の絶縁破壊時におけるインピーダンスの変化を示すグラフである。
【図２２】電源投入後からのドライバの出力周波数と始動回路での始動パルスの有無を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１…直流電源、２…インバータ回路、２ａ，２ｂ…ＭＯＳＦＥＴ、３…ドライバ、４…空芯インダクタ（第２のインダクタ）、４ａ…ボビン、４ｂ…巻線、５…チョークコイル（第１のインダクタ）、６…直流カットコンデンサ、７…高圧放電灯、８…始動回路、８ａ…抵抗（インピーダンス素子）、８ｂ…コンデンサ、８ｃ…スイッチング素子、８ｄ…ダイオード、８ｅ…コンデンサ、９，１１…放電検出回路、１０…制御回路、１２…カレントトランス、１３…電流検出回路、１４…コンデンサ（第２のコンデンサ）、１５…スイッチング素子（第２のスイッチング素子）、２０…昇圧コンバータ、２１…平滑コンデンサ、２２…パワー基板、２３…制御基板、２４…信号ライン、２５…入力ライン、２６…出力ライン、２７〜３１…スペース、３３…グランドライン。
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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