(57)【要約】【課題】フェライトリングコアなどを用いることなく、高電圧ランプ始動時に生ずる４０ＭＨｚの高周波ノイズを低減できるようにして、別部品を設けることによるスペース的な問題やコストアップを抑え、且つ、高周波ノイズに起因する障害を低減させる。【解決手段】高電圧放電灯（３）のイグナイタ回路（４）の昇圧トランスとして外鉄型トランス（２）を用い、高電圧パルス生成用の一次コイル（Ｌ１）及び二次コイル（Ｌ２）をコア内芯部（１６ａ）に巻回し、高周波成分に対して高インピーダンスを与えるチョークコイル（Ｌ３）をコア外芯部（１６ｂ）に巻回して、そのチョークコイル（Ｌ３）を二次コイル（Ｌ２）と直列に接続した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスで生じさせた高電圧パルスを高圧放電灯に供給することによりランプ電極間を絶縁破壊させて点灯開始させるイグナイタ回路と、絶縁破壊後にランプ電極間の自続放電を維持する点灯電力を供給する電力調整回路を備えた高圧放電灯の点灯装置において、前記トランスとして外鉄型トランスが用いられ、該トランスには、高電圧パルス生成用一次コイル及び二次コイルがコア内芯部に巻回されると共に、高周波成分に対して高インピーダンスを与えるチョークコイルがコア外芯部に巻回され、該チョークコイルが前記二次コイルと直列に接続されたことを特徴とする高圧放電灯の点灯装置。
【請求項２】
トランスで生じさせた高電圧パルスを高圧放電灯に供給することによりランプ電極間を絶縁破壊させて点灯開始させるイグナイタ回路であって、前記トランスとして外鉄型トランスが用いられ、該トランスには、高電圧パルス生成用一次コイル及び二次コイルがコア内芯部に巻回されると共に、高周波成分に対して高インピーダンスを与えるチョークコイルがコア外芯部に巻回され、該チョークコイルが前記二次コイルと直列に接続されたことを特徴とするイグナイタ回路。
【請求項３】
負荷に高電圧パルスを供給するトランスであって、パルス生成用一次コイル及び二次コイルが外鉄型トランスのコア内芯部に巻回されると共に、高周波成分に対して高インピーダンスを与えるチョークコイルがコア外芯部に巻回され、該チョークコイルが前記二次コイルと直列に接続されたことを特徴とするトランス。
【請求項４】
負荷に形成された一対の電極に対して個別に接続される二つの二次コイルが前記コア内芯部に巻回されると共に、前記各二次コイルと直列に接続される二つのチョークコイルが両側のコア外芯部に夫々巻回されたことを特徴とする請求項３記載のトランス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電灯に高電圧パルスを供給することによりランプ電極間を絶縁破壊させて点灯開始させる高圧放電灯の点灯装置とその部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
店舗など屋内商業施設及び屋外施設の照明に使用されるメタルハライドランプ、液晶プロジェクタ用の光源、自動車その他の乗物用前照灯などの高圧放電灯は、ＨＩＤランプ（Ｈｉｇｈ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｌａｍｐ）又は高輝度放電灯とも称され、消費電力に対する発光効率に優れるだけでなく、ハロゲンランプなどに比して同一光量に対する発熱量も少なく安全性が高いことから、近年、屋内商業施設及び屋外施設の照明など高輝度の光源が必要とされるところに使用されている。
【０００３】図５は交流矩形波電圧で点灯させる一般的な高圧放電灯の点灯装置４１を示すもので、ＥＥ型コア、ＥＩ型コアなどの外鉄型トランス４２で生じさせた高電圧パルスを高圧放電灯４３に供給することによりランプ電極４３ａ、４３ｂ間を絶縁破壊させて点灯開始させるイグナイタ回路４４と、絶縁破壊後にランプ電極４３ａ、４３ｂ間の自続放電を維持する点灯電力を供給する電力調整回路４５と、ランプ点灯開始前はイグナイタ回路４４に対し正弦波交流を供給し、ランプ点灯開始後は高圧放電灯４３へのリップル電流を軽減するためのフィルタとなる共振回路４６を備えている。
【０００４】ところで、一般に高圧放電灯４３は、消灯直後は内部のガス圧が高いため、再点灯させようとしてもランプ電極４３ａ、４３ｂ間の絶縁破壊がおきにくい。このため、消灯直後の再始動性を確保しようとすると、イグナイタ回路４４から供給される高電圧パルスの電圧値を高めに設定しておく必要がある。
特に、プロジェクタの光源として高圧放電灯４３を用いる場合、消灯直後に再点灯させる頻度が高いことから、その要請が高い。
【０００５】一方、近年プロジェクタの小型化が進むにつれ、稀ではあるが、高圧放電灯始動時にノイズ電圧が発生して部品故障に至る事例が見受けられた。
このような障害は、点灯装置単体では発生せず、プロジェクタ内に設置した場合にのみ発生している。
【０００６】そこで本発明者らが実験・研究したところ、プロジェクタ用の高圧放電灯点灯装置自体が小型化に伴い、各電気部品・電子部品が高密度実装されて各部品間隔が狭くなったことから、高圧放電等と点灯装置を接続するハーネスや、プロジェクタ本体の浮遊静電容量が増加していることが要因であるという結論に至った。
【０００７】そして、さらに詳細に部品故障の起こるメカニズムを調べたところ、始動用の高電圧パルス発生時にイグナイタ回路４４のコンデンサ（図示せず）から発せられる高周波成分（ノイズ）により放射電磁界が形成され、これによって生じる電磁波が近くにある電子回路に侵入し、その電子回路に実装されたダイオード、トランジスタなどの非直線素子で整流されて直流分を発生し輻射ノイズとなって電子部品に影響を与えているものと考えられる。
【０００８】図６は高圧放電灯４３のランプ電極間が絶縁破壊された直後のイグナイタ回路４４のコンデンサを電源とする電流Ｉｃと、その影響で点灯装置４１内の電子部品に印加された電圧Ｖｄを示すグラフである。
これによれば、電流Ｉｃは約１．２ＭＨｚの低周波成分に、約４０ＭＨｚの高周波成分が重畳されており、この高周波成分が主なノイズ源と推定される。
【０００９】この電流Ｉｃは、ランプ電極４３ａ、４３ｂ間が絶縁破壊されて導通された瞬間（ｔ０）に、トランス４２で昇圧された電気エネルギーがサージ電流となって流れるもので、その周波数は回路設計上せいぜい１〜数ＭＨｚであるが、実際には、４０ＭＨｚの高周波が重畳されていた。
これは、ＥＥ型コアやＥＩ型コアの外鉄型トランスを使用した場合に、高圧放電灯までの給電線やトランス巻線の浮遊静電容量の共振周波数の影響を受け、基本周波数に４０ＭＨｚの高周波成分が重畳されているものであり、その結果イグナイタ回路や高圧放電灯までの給電線に４０ＭＨｚの磁界が発生しノイズ源となっているものと推定される。
【００１０】このようなサージ電流の振動によるノイズの発生を低減させるためには、一般的には、図５破線に示すように、電磁環境を両立させるための電磁場ノイズ対策用（ＥＭＣ対策用）フェライトリングコア５１にハーネスの電線を貫通させる方法が知られている。
特に、ハーネスの片線のみをフェライトリングコア５１に貫通させれば、コア５１とハーネスの電線で形成されるコイルがノーマルチョークコイルの働きを有するため高周波ノイズ成分を有効に低減させることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発明者の実験によれば、４０ＭＨｚの高周波ノイズを除こうとすると、約２μＨのインダクタンスが必要になり、これをフェライトリングコア５１で実現しようとすると、その大きさが内径１０ｍｍ、外径１８ｍｍ、長さ３０ｍｍ程度と比較的大型になり、小型のプロジェクタ内にそのようなスペースを確保することが難しく、さらにはフェライトリングコア５１を用いることによるコストアップの問題が生ずる。
【００１２】そこで本発明は、フェライトリングコアなどの別部品を用いることなく、高電圧ランプ始動時に生ずる４０ＭＨｚの高周波ノイズを低減させて、スペース的な問題やコストアップを抑え、且つ、高周波ノイズによる障害を低減させることを技術的課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明は、トランスで生じさせた高電圧パルスを高圧放電灯に供給することによりランプ電極間を絶縁破壊させて点灯開始させるイグナイタ回路と、絶縁破壊後にランプ電極間の自続放電を維持する点灯電力を供給する電力調整回路を備えた高圧放電灯の点灯装置において、前記トランスとして外鉄型トランスが用いられ、該トランスには、高電圧パルス生成用一次コイル及び二次コイルがコア内芯部に巻回されると共に、高周波成分に対して高インピーダンスを与えるチョークコイルがコア外芯部に巻回され、該チョークコイルが前記二次コイルと直列に接続されたことを特徴とする。
【００１４】本発明によれば、パルス生成用一次コイルに昇圧用パルス電圧が印加されると、トランスのコア内芯部から両側のコア外芯部を通り再びコア内芯部に戻る磁界が形成され、電磁誘導により二次コイルにはその昇圧比に応じた高電圧パルスが発生し、二次コイルに発生した高電圧パルスが高圧放電灯に印加されるとランプ電極間が絶縁破壊されて導通状態となる。
ので、電力調整回路から供給される点灯電力により点灯が開始される。
【００１５】この瞬間に、トランスで昇圧された電気エネルギーがサージ電流となってランプ電極間を流れ、その周波数は回路設計上せいぜい１〜数ＭＨｚであるが、ＥＥ型コアやＥＩ型コアの外鉄型トランスを使用した場合に、実際には、高圧放電灯までの給電線やトランス巻線の浮遊静電容量の共振周波数の影響を受けて、基本周波数に４０ＭＨｚの高周波成分が重畳され、その結果イグナイタ回路や高圧放電灯までの給電線に４０ＭＨｚの磁界が発生しノイズ源となる。
【００１６】しかし、発明者の実験によれば、トランスのコア外芯部に二次コイルと直列のチョークコイルを巻回するだけで、高周波ノイズを遮断することができた。
これは、チョークコイルをコア外芯部に設けることにより、コア内芯部を通らずにコア外芯部を周回する磁界が形成され、チョークコイルはコア内芯部を通る４０ＭＨｚの磁界の影響を受け難い単独のノーマルモードのチョークコイルとなり、高電圧パルス供給時に給電線を流れる高周波ノイズを遮断する働きをすると考えられる。
すなわち、ノイズの原因となる４０ＭＨｚの周波数は主として二次コイルの浮遊静電容量で決まる周波数であり、チョークコイルにより形成される磁界は二次コイルの影響を受けないため、そのノイズを低減させることができたものと推測される。
【００１７】
【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具体的に説明する。
図１は本発明に係る高圧放電灯の点灯装置を示す回路図、図２は本発明に係るイグナイタ回路及びトランスを示す説明図である。
【００１８】図１に示す高圧放電灯の点灯装置１は、トランス２で生じさせた高電圧パルスを高圧放電灯３に供給することによりランプ電極３ａ、３ｂ間を絶縁破壊させて点灯開始させるイグナイタ回路４と、絶縁破壊後にランプ電極３ａ、３ｂ間の自続放電を維持する点灯電力を供給する電力調整回路５と、ランプ点灯開始前はイグナイタ回路４に対し正弦波交流を供給し、ランプ点灯開始後は高圧放電灯３へのリップル電流を軽減するためのフィルタとなる共振回路６を備えている。
【００１９】電力調整回路５は、直流電力を出力する電源回路７から出力される直流電力を適切な電圧値まで降圧させる高圧チョッパ回路８と、この直流電力を所定のタイミングで反転させて低周波の矩形波交流電流に変換するブリッジ回路８を備えている。
【００２０】共振回路６は、始動時の動作周波数を例えば数十ｋＨｚに設定したブリッジ回路８から出力される高周波電圧を、その電源電圧より高い正弦波の共振交流電圧に変換してイグナイタ回路４に供給する。
【００２１】イグナイタ回路４は、図２に示すように、前記共振交流電圧を倍電圧整流する整流用ダイオード１１、１２と、これを充電する充電用コンデンサ１３、１４と、充電電圧がブレークオーバー電圧（例えば８００Ｖ）に達すると絶縁破壊する放電ギャップ１５と、絶縁破壊したときに流れるパルスを昇圧して高電圧パルスを生じさせるトランス２を備えている。
【００２２】トランス２は、例えばＥＥ型又はＥＩ型コアの外鉄型トランスが用いられ、本例ではＥＩ型コア１６のコア内芯部１６ａにパルス生成用一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２が巻回され、そのコア外芯部１６ｂに、前記二次コイルＬ２と直列に接続されるチョークコイルＬ３が巻回されている。
【００２３】本例では、ＥＩ型コア１６のギャップが０．１５ｍｍ、パルス生成用一次コイルＬ１が５ターン、二次コイルＬ２が４０ターン、チョークコイルＬ３が５ターン巻かれている。
ここで、トランス２に形成された各コイルＬ１〜Ｌ３は、非導通状態で夫々Ｌ１＝１１μＨ、Ｌ２＝７０８μＨ、Ｌ３＝１１μＨであった。
なお、チョークコイルＬ３は外鉄型トランス２のコア外芯部１６ｂに巻回されているので、別部品を必要とせず、したがって、チョークコイルＬ３を設けるためのスペースを別途確保する必要もない。
【００２４】以上が本発明の構成であって、次にその作用について説明する。
まず、ランプ始動時は、ブリッジ回路８から出力された数十ｋＨｚの高周波電圧が共振回路６に供給されると、共振回路６からその電源電圧より高い正弦波の共振交流電圧がイグナイタ回路４に供給され、イグナイタ回路４のダイオード１１、１２で倍電圧整流され、充電用コンデンサ１３、１４に充電される。
【００２５】そして、充電電圧が放電ギャップ１５のブレークオーバー電圧（例えば８００Ｖ）に達すると放電ギャップ１５が絶縁破壊され、コンデンサ１３、１４に蓄積された電荷が昇圧用パルスとなって、トランス２の一次コイルＬ１に供給される。
一次コイルＬ１に昇圧用パルス電圧が印加されると、トランス２のコア内芯部１６ａから両方のコア外芯部１６ｂ、１６ｃに分かれて再びコア内芯部１６ａに戻る二つの磁界Ｍ１、Ｍ２が形成され、その電磁誘導により二次コイルＬ２にはその昇圧比に応じて１０ｋＶ程度に昇圧された高電圧パルスが発生する。
この高電圧パルスが高圧放電灯３に供給されると、ランプ電極３ａ、３ｂ間で絶縁破壊を起こし、または、絶縁破壊を起こすまで上記動作を繰返す。
【００２６】そして、ランプ電極間が絶縁破壊されて導通された瞬間に、トランス２で昇圧された電気エネルギーがランプ電極３ａ、３ｂ間をサージ電流となって流れる。
この電流は、設計値としてはせいぜい１〜数ＭＨｚであるが、実際には、高圧放電灯までの給電線やトランス巻線の浮遊静電容量の影響を受けて４０ＭＨｚの高周波が重畳され、これがノイズ源となる。
【００２７】しかし、本発明では、トランス２のコア外芯部１６ｂに二次コイルＬ２と直列のチョークコイルＬ３を巻回することにより、図３に示すように高周波ノイズを有効に除去することができた。
図３は、高圧放電灯３のランプ電極３ａ、３ｂ間が絶縁破壊（ｔ０）の直前から直後までイグナイタ回路４のコンデンサ１３、１４を電源とする電流Ｉｃと、点灯装置１内の電子部品に印加された電圧Ｖｄを示している。
これによれば、電流Ｉｃに重畳される約４０ＭＨｚの高周波成分がほとんどなく、約１．２ＭＨｚの低周波成分のみが観察されており、点灯装置１内の電子部品の印加電圧Ｖｄに大きな乱れはない。
これは、チョークコイルＬ３をコア外芯部１６ｂに設けることにより、コア内芯部１６ａを通らずにコア外芯部１６ｂ、１６ｃを周回する磁界Ｍ３が形成されるためと考えられる。
すなわち、チョークコイルＬ３のコアとなるコア外芯部１６ｂには、コア内芯部１６ａを通る４０ＭＨｚのノイズを含む磁界Ｍ１と、コア内芯部１６ａを通らずにコア外芯部１６ｂ、１６ｃを周回する磁界Ｍ３が形成されるが、コア内芯部１６ａを通らない磁界Ｍ３が形成されることにより、４０ＭＨｚのノイズを含む磁界Ｍ１やＭ２とは全く関係のない他のコイルを設けたのと同等の効果が得られる。
これにより、チョークコイルＬ３はノーマルモードのチョークコイルとなり、高電圧パルス供給時に給電線を流れる高周波ノイズを遮断する働きをすると考えられる。
【００２８】そして、ランプ電極３ａ、３ｂ間が絶縁破壊されると、ブリッジ回路８の動作周波数が数十ｋＨｚの高周波から低周波に移行して高圧放電灯３が点灯を開始し、また共振回路６は高圧放電灯３へのリップル電流を軽減するためのフィルタ回路の働きをすることとなる。
【００２９】なお、トランス２は上述の説明に限らず、図４に示すように、高圧放電灯（負荷）３のランプ電極３ａ、３ｂに対して個別に接続される二つの二次コイルＬ２１、Ｌ２２が前記コア内芯部１６ａに巻回されると共に、前記各二次コイルＬ２１、Ｌ２２と直列に接続される二つのチョークコイルＬ３１、Ｌ３２が両側のコア外芯部１６ｂ、１６ｃに夫々巻回されたものでも良い。
【００３０】本例によれば、二次コイルＬ２１、Ｌ２２が二つ形成されていることから、例えばランプ電極３ａ、３ｂ間の絶縁破壊電圧が１０ｋＶである場合に、各ランプ電極３ａ、３ｂに反対極性の±５ｋＶの高電圧パルスを印加させるだけで絶縁破壊を起こさせることができ、このときのコア１６の耐圧は５ｋＶで足り、コア耐圧の低いトランス２を形成することができる。
また、チョークコイルＬ３１、Ｌ３２が二つ形成されていることから高周波成分の抑制効果も高い。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、外鉄型トランスのコア外芯部にチョークコイルを巻回したので、フェライトリングコアなどの別部品を用いるときのようなスペース的な問題がなく、また、コストアップを抑えることができ、ひいては、高電圧ランプ始動時に生ずる４０ＭＨｚの高周波ノイズによる部品故障などの障害を低減させることができるという大変優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高圧放電灯の点灯装置を示す回路図。
【図２】本発明に係るイグナイタ回路及びトランスを示す説明図。
【図３】ノイズ対策を施した信号波形を示す説明図。
【図４】トランスの他の実施形態を示す説明図。
【図５】従来装置を示す回路図。
【図６】ノイズが重畳した信号波形を示す説明図。
【符号の説明】
１………点灯装置
２………トランス
３………高圧放電灯
３ａ、３ｂ………ランプ電極
４………イグナイタ回路
５………電力調整回路
１０………給電線
１６………コア
１６ａ………コア内芯部
１６ｂ………コア外芯部
Ｌ１………一次コイル
Ｌ２、Ｌ２１、Ｌ２２………二次コイル
Ｌ３、Ｌ３１、Ｌ３２………チョークコイル
【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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