(57)【要約】【課題】ランプの始動性を確保するとともに、放電ギャップ等のスイッチ素子の寿命も確保した放電灯点灯装置を提供する。【解決手段】始動時にランプＬａに高圧パルスを印加するイグナイタ部３は、パルス発生用コンデンサＣ１と、パルス発生用コンデンサＣ１に並列接続されたパルストランスＰＴ１の１次巻線ＰＴ１ａと放電ギャップＧＡＰとの直列回路と、ランプＬａに直列接続したパルストランスＰＴ１の２次巻線ＰＴ１ｂとを備え、パルス発生用コンデンサＣ１はイグナイタ充電部４によって充電され、放電ギャップＧＡＰは両端電圧が所定のスイッチング電圧Ｖｓ以上に達すると導通する。そしてパルス発生用コンデンサＣ１は積層型セラミック製コンデンサが用いられており、その特性は放電ギャップＧＡＰのスイッチング電圧Ｖｓが高いほど、放電ギャップＧＡＰの導通時における実効容量が減少するものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、
前記直流電源からの入力を交番電力に変換してランプに供給することによりランプを点灯させるインバータ部と、
高圧パルスをランプに印加することによりランプを始動させるもので、高圧パルスを発生するためのエネルギーを蓄えるパルス発生用コンデンサ、前記パルス発生用コンデンサの充電電圧が所定の電圧範囲内にあるときに導通して前記パルス発生用コンデンサを放電させるスイッチ素子、前記スイッチ素子が導通すると前記パルス発生用コンデンサが放電するパルス電流が１次巻線を流れ、２次巻線に発生する高圧パルスをランプに印加するパルストランスから構成されるイグナイタ部と、
前記パルス発生用コンデンサを充電する充電部とを備え、
前記スイッチ素子の導通時に前記パルス発生用コンデンサが蓄えているエネルギーは、前記スイッチ素子が導通する所定の電圧範囲内において一定のエネルギー範囲内に収まることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記パルス発生用コンデンサの容量は充電電圧が増加すると減少する特性を有することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記パルス発生用コンデンサは誘電体と電極とが積層構造を成すもので、誘電体の材質はセラミックであることを特徴とする請求項２記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記パルス発生用コンデンサは複数のコンデンサを直列接続したものであることを特徴とする請求項３記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記パルス発生用コンデンサは複数のコンデンサを並列接続したものであることを特徴とする請求項３記載の放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の放電灯点灯装置の回路構成を示しており、放電灯点灯装置は、直流電源１と、直流電源１からの入力をランプＬａが必要としている電力に調整するとともに交番電力に変換してランプＬａに供給するインバータ部２と、始動時に高圧パルスを発生してランプＬａに印加するイグナイタ部３と、イグナイタ部３に高圧パルスを発生するためのエネルギーを供給するイグナイタ充電部４とを備える。
【０００３】
イグナイタ部３は、パルス発生用コンデンサＣ１０と、パルス発生用コンデンサＣ１０に並列接続されたパルストランスＰＴ１の１次巻線ＰＴ１ａと放電ギャップＧＡＰとの直列回路と、ランプＬａに直列接続したパルストランスＰＴ１の２次巻線ＰＴ１ｂとを備えて、パルス発生用コンデンサＣ１０はイグナイタ充電部４によって充電される。放電ギャップＧＡＰは自己トリガ機能を有するもので、両端電圧が所定のスイッチング電圧Ｖｓ以上に達すると導通（オン）する。
【０００４】
以下、ランプＬａの始動動作について説明する。まず、ランプ始動時には、イグナイタ充電部４によってイグナイタ部３のパルス発生用コンデンサＣ１０を充電し、その充電電圧は放電ギャップＧＡＰの両端に印加される。そして充電電圧が放電ギャップＧＡＰのスイッチング電圧Ｖｓまで上昇すると放電ギャップＧＡＰが導通する。放電ギャップＧＡＰが導通するとパルス発生用コンデンサＣ１０の充電電荷が１次巻線ＰＴ１ａ、放電ギャップＧＡＰを介して放電され、パルストランスＰＴ１の１次巻線ＰＴ１ａにはパルス電流が流れて、２次巻線ＰＴ１ｂには高圧パルスが発生する。発生した高圧パルスは放電灯Ｌａの電極間に印加されて電極間を絶縁破壊し、放電灯Ｌａは放電を開始する。
【０００５】
上記放電開始後のランプＬａは図８に示すように、ランプ電流Ｉｌａがランプ電圧Ｖｌａに対して正特性を持つグロー放電領域Ａ１から、ランプ電流Ｉｌａがランプ電圧Ｖｌａに対して負特性を持つア−ク放電領域Ａ２を通過し、その後、安定点灯領域に移行する（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２９４８６２７号公報（３頁左上段第１６行〜第２０行、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記イグナイタ部３の役目として、ランプＬａの放電開始後にグロー放電領域Ａ１から初期のアーク放電領域Ａ２へ移行させることがあるが、ランプＬａの状態（オフ時間、周囲温度、放電開始時の電極間の放電経路等）の影響により、必要なエネルギーが異なる。
【０００８】
例えば図９は、放電を行うのに十分なエネルギーの高圧パルスが印加された場合の、時間Ｔに対するランプ電流Ｉｌａ波形（図９（ａ））、ランプ電圧Ｖｌａ波形（図９（ｂ））を示しており、始動時に無負荷２次電圧Ｖ１が印加された状態で、時間ｔ０で高圧パルスを印加されてからランプ電流Ｉｌａは徐々に増加し、時間ｔ１においてランプ電圧Ｖｌａが無負荷２次電圧Ｖ１から低下し始めるとともにランプ電流Ｉｌａは急増した後急減して、安定点灯状態に移行する。
【０００９】
対して図１０は、ランプＬａの放電電流が最も流れにくい再始動時に、電極間の放電開始時の放電経路がランプ発光部のガラス表面の最冷点近傍を通過した場合の、時間Ｔに対するランプ電流Ｉｌａ波形（図１０（ａ））、ランプ電圧Ｖｌａ波形（図１０（ｂ））を示しており、放電を行うのに十分なエネルギーの高圧パルスが印加されない状態を示している。この場合、始動時に無負荷２次電圧Ｖ１が印加された状態で、時間ｔ０で高圧パルスを印加されて以降、ランプＬａの電極間が絶縁破壊し放電電流が流れているにも関わらず、グロー放電領域の山を乗り越えるエネルギーが不足していて、アーク放電領域へ移行することができず、ランプ電圧Ｖｌａが無負荷２次電圧Ｖ１から低下しないため、インバータ部２からの押し込み電流を流すことができず、始動遅れが発生する。
【００１０】
ここで上記パルス発生用コンデンサＣ１０は高耐圧のＰＥＴ製フィルムコンデンサが用いられており、パルス発生用コンデンサＣ１０の実効容量は図２の特性Ｓ１１に示すように、放電ギャップＧＡＰのスイッチング電圧Ｖｓ（すなわちパルス発生用コンデンサＣ１０の充電電圧）に対してほぼ一定で安定している。そして従来、上記始動遅れを回避するためにはパルス発生用コンデンサＣ１０の容量を大きくしていた。
【００１１】
しかし、個別の放電ギャップＧＡＰの各スイッチング電圧Ｖｓは同一ではなく、ある所定の範囲内でばらつく。そして、放電ギャップＧＡＰの導通時におけるパルス発生用コンデンサＣ１０の放電エネルギーＥｇは、Ｅｇ＝１／２×Ｃ１０×Ｖｓ２で表され、スイッチング電圧Ｖｓに対して図３に示す特性Ｓ１２で示される。したがって、放電ギャップＧＡＰのスイッチング電圧Ｖｓが高い場合は、パルス発生用コンデンサＣ１０の放電エネルギーＥｇがエネルギー過多の領域Ｂ１にまで達し、放電ギャップＧＡＰが導通して流れるパルス電流が増加して、放電ギャップＧＡＰの寿命が短くなる傾向があった。
【００１２】
反対に放電ギャップＧＡＰのスイッチング電圧Ｖｓが低い場合は、放電エネルギーＥｇが、エネルギー不足の領域Ｂ２内にとどまり、始動遅れが発生する確率が増える傾向があった。
【００１３】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、ランプの始動性を確保するとともに、放電ギャップ等のスイッチ素子の寿命も確保した放電灯点灯装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、直流電源と、前記直流電源からの入力を交番電力に変換してランプに供給することによりランプを点灯させるインバータ部と、高圧パルスをランプに印加することによりランプを始動させるもので、高圧パルスを発生するためのエネルギーを蓄えるパルス発生用コンデンサ、前記パルス発生用コンデンサの充電電圧が所定の電圧範囲内にあるときに導通して前記パルス発生用コンデンサを放電させるスイッチ素子、前記スイッチ素子が導通すると前記パルス発生用コンデンサが放電するパルス電流が１次巻線を流れ、２次巻線に発生する高圧パルスをランプに印加するパルストランスから構成されるイグナイタ部と、前記パルス発生用コンデンサを充電する充電部とを備え、前記スイッチ素子の導通時に前記パルス発生用コンデンサが蓄えているエネルギーは、前記スイッチ素子が導通する所定の電圧範囲内において一定のエネルギー範囲内に収まることを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１において、前記パルス発生用コンデンサの容量は充電電圧が増加すると減少する特性を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２において、前記パルス発生用コンデンサは誘電体と電極とが積層構造を成すもので、誘電体の材質はセラミックであることを特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項３において、前記パルス発生用コンデンサは複数のコンデンサを直列接続したものであることを特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項３において、前記パルス発生用コンデンサは複数のコンデンサを並列接続したものであることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
（実施形態１）
図１は本実施形態の放電灯点灯装置の回路構成を示しており、放電灯点灯装置は、直流電源１と、直流電源１からの入力をランプＬａが必要としている電力に調整するとともに交番電力に変換してランプＬａに供給するインバータ部２と、始動時に高圧パルスを発生してランプＬａに印加するイグナイタ部３と、イグナイタ部３に高圧パルスを発生するためのエネルギーを供給するイグナイタ充電部４と、インバータ部２のスイッチング動作を制御する制御部５とを備える。
【００２１】
インバータ部２は、ＤＣ／ＤＣ変換部２ａと、ＤＣ／ＡＣ変換部２ｂとから構成され、ＤＣ／ＤＣ変換部２ａは、直流電源１の出力端間に接続したトランスＴ１の１次巻線Ｔ１ａとスイッチング素子Ｑ１との直列回路と、トランスＴ１の２次巻線Ｔ１ｂと、２次巻線Ｔ１ｂの一端に接続して２次巻線Ｔ１ｂの出力を半波整流するダイオードＤ１と、ダイオードＤ１の出力端と２次巻線Ｔ１ｂの他端との間に接続して半波整流出力を平滑するコンデンサＣ３とを備え、２次巻線Ｔ１ｂの他端は直流電源１の低圧側に接続されている。そして、制御部５がスイッチング素子Ｑ１をオン・オフすることで直流電源１からの入力をランプＬａが必要としている直流電力に変換して出力する。
【００２２】
ＤＣ／ＡＣ変換部２ｂは、コンデンサＣ３の両端間に接続したスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の直列回路とスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の直列回路との並列回路と、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の接続中点とスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の接続中点との間に接続したコンデンサＣ２とを備え、制御部５がスイッチング素子Ｑ２，Ｑ５とスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４とを交互にをオン・オフすることで、ＤＣ／ＤＣ変換部２ａの直流出力を矩形波の交番電力に変換し、交番電力をランプＬａに供給して点灯させる
イグナイタ部３は、パルス発生用コンデンサＣ１と、パルス発生用コンデンサＣ１に並列接続されたパルストランスＰＴ１の１次巻線ＰＴ１ａと放電ギャップＧＡＰとの直列回路と、ランプＬａに直列接続したパルストランスＰＴ１の２次巻線ＰＴ１ｂとを備える。そしてパルス発生用コンデンサＣ１の一端はイグナイタ充電部４の出力に接続され、他端はスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の接続中点に接続されており、イグナイタ充電部４によって充電される。放電ギャップＧＡＰは自己トリガ機能を有するもので、両端電圧が所定のスイッチング電圧Ｖｓ以上に達すると導通（オン）する。
【００２３】
イグナイタ充電部４は、トランスＴ１の２次巻線Ｔ１ｂとダイオードＤ１との接続中点に一端を接続したトランスＴ１の３次巻線Ｔ１ｃとダイオードＤ２との直列回路を備え、ダイオードＤ２の出力がイグナイタ部３のパルス発生用コンデンサＣ１の充電電流Ｉｃとなる。
【００２４】
以下、ランプＬａの始動動作について説明する。まず、ランプ始動時には、イグナイタ充電部４が出力する充電電流Ｉｃによってイグナイタ部３のパルス発生用コンデンサＣ１を充電し、その充電電圧は放電ギャップＧＡＰの両端に印加される。そして充電電圧が放電ギャップＧＡＰのスイッチング電圧Ｖｓにまで上昇すると放電ギャップＧＡＰが導通する。放電ギャップＧＡＰが導通するとパルス発生用コンデンサＣ１の充電電荷が１次巻線ＰＴ１ａ、放電ギャップＧＡＰを介して放電され、パルストランスＰＴ１の１次巻線ＰＴ１ａにはパルス電流が流れて、２次巻線ＰＴ１ｂには高圧パルスが発生する。発生した高圧パルスは放電灯Ｌａの電極間に印加されて電極間を絶縁破壊し、放電灯Ｌａは放電を開始する。
【００２５】
ここで本実施形態のパルス発生用コンデンサＣ１は積層型セラミック製コンデンサが用いられており、その特性は図２の特性Ｓ１に示すように、放電ギャップＧＡＰのスイッチング電圧Ｖｓが高いほど、放電ギャップＧＡＰの導通時における実効容量が減少するものである（すなわちパルス発生用コンデンサＣ１の充電電圧が増加するほど、実効容量が減少する）。
【００２６】
この放電ギャップＧＡＰの導通時におけるパルス発生用コンデンサＣ１の放電エネルギーＥｇは、Ｅｇ＝１／２×Ｃ１×Ｖｓ２で表され、スイッチング電圧Ｖｓに対して図３に示す特性Ｓ２で示される。そして放電ギャップＧＡＰのスイッチング電圧Ｖｓが高い場合は、パルス発生用コンデンサＣ１の実効容量が減少するので、パルス発生用コンデンサＣ１の放電エネルギーＥｇは相対的に小さくなる。また、放電ギャップＧＡＰのスイッチング電圧Ｖｓが低い場合は、パルス発生用コンデンサＣ１の実効容量が増加するので、パルス発生用コンデンサＣ１の放電エネルギーＥｇは相対的に大きくなる。したがって、放電ギャップＧＡＰのスイッチング電圧Ｖｓが所定の範囲内でばらついても、放電エネルギーＥｇは、エネルギー過多で放電ギャップＧＡＰの寿命が短くなる領域Ｂ１とエネルギー不足で始動遅れが発生する領域Ｂ２との間で略一定となり、エネルギー過多時の放電ギャップＧＡＰの短寿命化の防止、及びエネルギー不足時のランプ始動遅れの防止を図ることができる。
【００２７】
また、高誘電率の積層型セラミック製コンデンサをパルス発生用コンデンサＣ１に用いることによって、フィルムコンデンサと比べてパルス発生用コンデンサＣ１の小型化を図ることができ、さらにはイグナイタ部３の小型化をも図ることができる。
【００２８】
（実施形態２）
図４は本実施形態の放電灯点灯装置の回路構成を示しており、イグナイタ部３は、パルス発生用コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂの直列回路と、パルス発生用コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂの直列回路に並列接続されたパルストランスＰＴ１の１次巻線ＰＴ１ａと放電ギャップＧＡＰとの直列回路と、ランプＬａに直列接続したパルストランスＰＴ１の２次巻線ＰＴ１ｂとを備える。そしてパルス発生用コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂの直列回路の両端はイグナイタ充電部４に接続され、パルス発生用コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂの接続中点はインバータ部２の一方の出力に接続される。
【００２９】
イグナイタ充電部４は、インバータ部２の他方の出力からパルス発生用コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂの直列回路の一端に向かって順方向に接続されたダイオードＤ３と、パルス発生用コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂの直列回路の他端からインバータ部２の他方の出力に向かって順方向に接続されたダイオードＤ４とを備えている。そして、インバータ部２は図５に示す正の電圧Ｖｏと負の電圧−Ｖｏとを交互に発生する矩形波電圧を出力しており、正の電圧Ｖｏ時にはダイオードＤ３を介してコンデンサＣ１ａを充電し、負の電圧−Ｖｏ時にはダイオードＤ４を介してコンデンサＣ１ｂを充電する。
【００３０】
このようにインバータ部２が多電圧昇圧回路の場合は、パルス発生用コンデンサとして少なくとも２つ以上のコンデンサを直列接続した構成としてもよい。
【００３１】
さらに本実施形態においても実施形態１と同様に、図２の特性Ｓ１を有する積層型セラミック製コンデンサをパルス発生用コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂに用いており、実施形態１と同様に、エネルギー過多時の放電ギャップＧＡＰの短寿命化の防止、エネルギー不足時のランプ始動遅れの防止、パルス発生用コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂの小型化を図ることができる。なお、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
【００３２】
（実施形態３）
本実施形態の放電灯点灯装置の回路構成は実施形態１の図１と略同様であるが、パルス発生用コンデンサＣ１を図６に示すように、コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３の並列回路で構成している点が異なる。並列接続するコンデンサの数は３つに限るものではなく、容量の小さなコンデンサであっても並列接続することで容量を大きくすることができる。
【００３３】
さらに本実施形態においても実施形態１と同様に、図２の特性Ｓ１を有する積層型セラミック製コンデンサをパルス発生用コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３に用いており、実施形態１と同様に、エネルギー過多時の放電ギャップＧＡＰの短寿命化の防止、エネルギー不足時のランプ始動遅れの防止、パルス発生用コンデンサＣ１の小型化を図ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１の発明は、直流電源と、前記直流電源からの入力を交番電力に変換してランプに供給することによりランプを点灯させるインバータ部と、高圧パルスをランプに印加することによりランプを始動させるもので、高圧パルスを発生するためのエネルギーを蓄えるパルス発生用コンデンサ、前記パルス発生用コンデンサの充電電圧が所定の電圧範囲内にあるときに導通して前記パルス発生用コンデンサを放電させるスイッチ素子、前記スイッチ素子が導通すると前記パルス発生用コンデンサが放電するパルス電流が１次巻線を流れ、２次巻線に発生する高圧パルスをランプに印加するパルストランスから構成されるイグナイタ部と、前記パルス発生用コンデンサを充電する充電部とを備え、前記スイッチ素子の導通時に前記パルス発生用コンデンサが蓄えているエネルギーは、前記スイッチ素子が導通する所定の電圧範囲内において一定のエネルギー範囲内に収まるので、ランプの始動性を確保するとともに、放電ギャップ等のスイッチ素子の寿命も確保することができるという効果がある。
【００３５】
請求項２の発明は、請求項１において、前記パルス発生用コンデンサの容量は充電電圧が増加すると減少する特性を有するので、パルス発生用コンデンサが蓄えるエネルギーを、スイッチ素子が導通する所定の電圧範囲内において一定のエネルギー範囲内に収めることができるという効果がある。
【００３６】
請求項３の発明は、請求項２において、前記パルス発生用コンデンサは誘電体と電極とが積層構造を成すもので、誘電体の材質はセラミックであるので、パルス発生用コンデンサの小型化を図ることができ、さらにはイグナイタ部の小型化をも図ることができるという効果がある。
【００３７】
請求項４の発明は、請求項３において、前記パルス発生用コンデンサは複数のコンデンサを直列接続したものであるので、多電圧昇圧回路を用いたインバータ部に対応できるという効果がある。
【００３８】
請求項５の発明は、請求項３において、前記パルス発生用コンデンサは複数のコンデンサを並列接続したので、容量の小さなコンデンサであっても容量を大きくすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の放電灯点灯装置の構成を示す図である。
【図２】同上のパルス発生用コンデンサの実効容量の特性を示す図である。
【図３】同上のパルス発生用コンデンサの放電エネルギーの特性を示す図である。
【図４】本発明の実施形態２の放電灯点灯装置の構成を示す図である。
【図５】同上のインバータ部の出力電圧波形を示す図である。
【図６】本発明の実施形態３のパルス発生用コンデンサの構成を示す図である。
【図７】従来の放電灯点灯装置の構成を示す図である。
【図８】始動時のランプ電圧−ランプ電流の関係を示す図である。
【図９】（ａ）始動時に十分なエネルギーの高圧パルスが印加された場合のランプ電流波形を示す図である。
（ｂ）同上のランプ電圧波形を示す図である。
【図１０】（ａ）始動時に十分なエネルギーの高圧パルスが印加されなかった場合のランプ電流波形を示す図である。
（ｂ）同上のランプ電圧波形を示す図である。
【符号の説明】
１  直流電源
２  インバータ部
２ａ  ＤＣ／ＤＣ変換部
２ｂ  ＤＣ／ＡＣ変換部
３  イグナイタ部
４  イグナイタ充電部
５  制御部
Ｃ１  パルス発生用コンデンサ
ＰＴ１  パルストランス
ＧＡＰ  放電ギャップ
Ｌａ  ランプ
【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】
2004342327.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004342327.tif 000011
【図１０】
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