(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスの２次側に形成された２次側閉ループと、該閉ループ上に直列配置されたランプとを備えたランプ点灯装置において、
前記閉ループ上に直列配置され、特定の周波数領域で他の周波数よりも高インピーダンスとなるインピーダンス素子と、
前記インピーダンス素子の両端に発生した電位差を検出する手段と、
前記検出した電位差に基づいて保護動作を行う手段と
を具備することを特徴とするランプ駆動装置。
【請求項２】
前記インピーダンス素子は、直列接続された複数のインピーダンス素子であることを特徴とする請求項１に記載のランプ駆動装置。
【請求項３】
前記インピーダンス素子は、それぞれ異なる特定の周波数領域で他の周波数よりも高インピーダンスとなるインピーダンス素子であることを特徴とする請求項２に記載のランプ駆動装置。
【請求項４】
前記電位差を検出する手段は、前記インピーダンス素子のそれぞれの両端に発生した電位差を検出し、
前記保護動作を行う手段は、前記検出した電位差をそれぞれ整流して平滑化する手段と該平滑化した各電位差の論理積を求める手段を具備し、該求めた論理積と前記インピーダンス素子のいずれかの両端に発生した電位差とに基づいて保護動作を行う
ことを特徴とする請求項３に記載のランプ駆動装置。
【請求項５】
前記インピーダンス素子は、フェライトビースであることを特徴とする請求項１に記載のランプ駆動装置。
【請求項６】
前記閉ループは、２つのトランスのそれぞれの２次側が配置され、該２つのトランスにより前記ランプを作動駆動することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のランプ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ランプ駆動装置に関し、特に、異常放電の検出に有効なランプ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧の発生によりランプを点灯させるランプ駆動装置では、トランスやランプの接触不良によって異常放電が発生する場合がある。この種の異常放電は、発煙や発火に至る恐れがあるため、異常放電が発生した場合には、点灯動作を停止させる必要がある。
【０００３】
ここで、異常放電を検出して動作停止を行う手法としては、例えば下記の文献に示されたものが知られている。
【特許文献１】特許第３１２３１６１号公報
【特許文献２】特開２００２−１５１２８７号公報
【特許文献３】特開２００４−１３５４８９号公報  特特許文献１には、同文献の図１に記載されたように、コンデンサを用いて異常放電を検出する手法が開示されており、特許文献２には、同文献の図２に記載されたように、ハイパスフィルタを用いて異常放電を検出する手法が開示されており、特許文献３には、磁束変化を利用して異常放電を検出する手法が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１および２に示された手法では、コンデンサやハイパスフィルタで検出した信号を電圧変換するための抵抗器が必要となるため部品点数が増加し、また、これらの手法では、周波数の高い信号成分がほぼ全域にわたって検出されるため、例えば、携帯電話の影響を受けて誤動作する可能性がある。
【０００５】
また、特許文献３の手法では、磁束検出を行うための配線設計が必要になるため、基板上の配線自由度が少なくなるとともに、周波数選択性も良くなく、上記特許文献１および２と同様に、携帯電話の影響を受けて誤動作する可能性がある。
【０００６】
また、特許文献１乃至３に共通する課題として、異常放電以外のノイズ成分、例えば、静電気放電が発生した場合でも、このノイズ成分は、コンデンサやハイパスフィルタを通過するため、本来停止させるべきではない状況下でも動作停止に至るという課題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、異常放電と他のノイズとの区別に有効で耐ノイズ性能に優れた異常放電検出手法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、トランスの２次側に形成された２次側閉ループと、該閉ループ上に直列配置されたランプとを備えたランプ点灯装置において、前記閉ループ上に直列配置され、特定の周波数領域で他の周波数よりも高インピーダンスとなるインピーダンス素子と、前記インピーダンス素子の両端に発生した電位差を検出する手段と、前記検出した電位差に基づいて保護動作を行う手段とを具備することを特徴とする。
【０００９】
このように、トランス２次側の閉ループ上に直列配置したインピーダンス素子の両端電位差を利用することで、従来のコンデンサ方式のように、電流電圧変換用の抵抗器が不要になるため、部品点数が削減されたランプ駆動装置を提供することができる。
【００１０】
また、ランプ駆動電流の周波数では低インピーダンス特性を有し、それ以上の周波数では高インピーダンス特性を有するインピーダンス素子を利用することで、特定の周波数帯域に存在する異常放電成分を好適に検出することができる。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記インピーダンス素子は、直列接続された複数のインピーダンス素子であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記インピーダンス素子は、それぞれ異なる特定の周波数領域で他の周波数よりも高インピーダンスとなるインピーダンス素子であることを特徴とする。
【００１３】
このように、互いに異なる周波数特性を備えた複数のインピーダンス素子の高インピーダンス領域をそれぞれ利用することで、複数の周波数領域に存在する信号成分の検出が可能になるとともに、検出対象外としたいノイズ成分を避けた検出が可能になり、ノイズによる誤動作が防止された信頼性の高い保護機構を提供することができる。
【００１８】
また、請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記電位差を検出する手段は、前記インピーダンス素子のそれぞれの両端に発生した電位差を検出し、前記保護動作を行う手段は、前記検出した電位差をそれぞれ整流して平滑化する手段と該平滑化した各電位差の論理積を求める手段を具備し、該求めた論理積と前記インピーダンス素子のいずれかの両端に発生した電位差とに基づいて保護動作を行うことを特徴とする。
【００１９】
このように、２つ以上のインピーダンス素子の両端電位差の論理積を求めることで、各インピーダンス素子が高インピーダンスとなる周波数の全てにスペクトルが存在する信号成分を検出することができる。この結果、静電気ノイズと異常放電の区別が可能になる。
【００２０】
また、請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記インピーダンス素子は、フェライトビースであることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかの発明において、前記閉ループは、２つのトランスのそれぞれの２次側が配置され、該２つのトランスにより前記ランプを作動駆動することを特徴とする。
【００２３】
このように、２次側閉ループに異常が検出されると、点灯制御部を介してランプの点灯動作を停止させることで、異常放電等が発生した場合であっても、好適な保護動作が行われる。
【００２４】
尚、上記各発明において、２次側閉ループに配置するインピーダンス素子は、ランプ駆動電流の損失を防止するために、ランプ駆動電流の周波数では低インピーダンス特性を有し、検出対象となる異常放電等の信号成分の周波数で高インピーダンス特性を有する素子を用いることが望ましい。
【００２５】
このような素子の例としては、例えば、ランプの駆動周波数ではインピーダンスが低く、２００ＭＨｚ〜５００ＭＨｚ付近で急激にインピーダンスが高くなるフェライトビーズを用いることができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、異常放電成分とノイズ成分の区別に有効で耐ノイズ性能に優れたランプ駆動装置が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係るランプ駆動装置を添付図面を参照して詳細に説明する。尚、本発明は、以下説明する実施形態に限らず適宜変更可能である。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態に係るランプ駆動装置の構成を示す回路ブロック図である。同図に示すランプ駆動装置は、複数のランプを点灯させるフルブリッジ型のインバータユニットを例示したものであり、複数のランプに対して制御回路とトランスを１つずつ設けた多灯制御構成を有する。
【００２９】
同図に示すように、直流電源１０がスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４で構成されたフルブリッジ回路に接続され、このフルブリッジ回路の後段にコンデンサＣを介してトランスＴＲが接続されて、該トランスＴＲの２次側から高圧電力を出力するインバータ回路が構成される。このトランスＴＲの２次側から後段が高圧ラインとなる。尚、トランスＴＲの２次側に接続され、制御回路に帰還されるラインも便宜上、高圧ラインと称す。また、インバータ回路の構成や動作は、周知の技術であるため、本実施形態では説明を省略する。
【００３０】
インバータ回路の後段には、２０本のランプ１４−１〜１４−２０が高圧ラインに対して並列に接続され、トランスＴＲの２次側巻線とＧＮＤ間には、高圧ラインを流れる電流量を検出する電流検出回路１６と、高圧ラインに印加された電圧値を検出する電圧検出回路１８とがそれぞれ配置される。
【００３１】
ランプ１４−１〜１４−２０とＧＮＤ間には、各ランプの合計電流量を検出する管電流検出回路２０が配置され、この管電流検出回路２０の検出結果が制御回路１２に出力される。制御回路１２は、管電流検出回路２０の出力に基づいて、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御し、ランプ１４−１〜１４−２０に流れる電流を一定に維持する定電流フィードバック制御を行う。
【００３２】
制御回路１２は、さらに、電流検出回路１６の検出結果を内部に取り込んで所定の基準値と比較し、検出結果が基準値を超えた場合には過電流保護を行うとともに、電圧検出回路１８の検出結果を内部に取り込んで所定の基準値と比較し、検出結果が基準値を超えた場合には過電圧保護を行う。
【００３３】
制御回路１２は、上記過電流保護および過電圧保護に加えて、インピーダンス素子３０と異常放電検出回路３２とを用いて、異常放電検出時の保護動作を実行する。インピーダンス素子３０は、トランスＴＲの２次側に形成された高圧ライン上に直列配置され、このインピーダンス素子３０によって生じた電位差を異常放電検出回路３２で検出し、制御回路１２は、この検出結果に基づいて異常放電時の保護動作を行う。
【００３４】
図２は、高圧ラインに流れる通常時の電流波形と異常放電発生時の電流波形とを示す特性図である。同図（ａ）に示すように、異常放電が発生していない通常状態の場合は、ランプに流れる管電流５０は、１００ｋＨｚ以下の交流波形になる。一方、同図（ｂ）に示すように、高圧ラインに異常放電が発生した場合は、１００ｋＨｚ以下の管電流５０に数十ＭＨｚ以上の異常放電成分５２が周期的にまたはランダムに重畳した電流波形が得られる。
【００３５】
図３は、管電流成分と異常放電成分とその他のノイズ成分の周波数特性例を示す概念図である。同図に示すように、例えば、管電流５０の周波数スペクトルは、６０ｋＨｚ以下の低周波領域に存在し、静電気ノイズ５２の周波数スペクトルは、例えば１００ＭＨｚに存在し、携帯電話が発生するノイズ成分５４は、例えば８００ＭＨｚに存在し、異常放電５６は、数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの範囲にわたる広域のスペクトル分布を有する。
【００３６】
図４は、異常放電成分とインピーダンス素子の周波数特性との関係を示す概念図である。同図に示すように、インピーダンス素子３０として、周波数特性が約２００ＭＨｚ〜５００ＭＨｚでインピーダンスが高くなるビーズ等の素子を用いることで、異常放電成分５２を選択的に検出することが可能になる。
【００３７】
図５は、第２の実施形態に係るランプ駆動装置の構成を示す回路ブロック図である。同図に示すランプ駆動装置は、図１の検出回路１６、１８、２０を省略し、異常放電検出回路３２の構成を具体化にした例である。その他は図１と同様に構成される。
【００３８】
同図に示すように、異常放電検出回路３２は、インピーダンス素子３０の両端の電位差として出力された電圧波形を整流・平滑する整流・平滑回路３４と、該整流・平滑後の電圧値を所定の閾値Ｖｒｅｆと比較する比較器３６とで構成され、制御回路１２は、この整流・平滑回路３４の出力電圧値が閾値Ｖｒｅｆ以上となった場合に、異常放電の発生と判断してスイッチング動作を停止させる。
【００３９】
ここで、同図に示すランプ駆動装置において、ランプに流れる電流は、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ａ→・・・の順に流れるとともに、この電流は交流であるため逆方向にも流れる。インピーダンス素子３０は、このＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ａ→・・・のループ上に直列配置され、このインピーダンス素子３０両端の電位差を検出することで異常放電の発生有無を判定する。
【００４０】
図６は、図５に示すランプ駆動装置の各点に生じる波形を示す特性図である。同各図に示すように、通常動作時は、図５に示すＥ点、Ｆ点、Ｇ点にそれぞれ同図（ａ）に示す波形が出力され、異常放電発生時には、同図（ｂ）に示す波形が出力される。
【００４１】
ここで、本実施形態では、図４に示すような約２００ＭＨｚ〜５００ＭＨｚでインピーダンスが高くなるフェライトビーズをインピーダンス素子３０として使用しているため、同図（ｂ）に示すように、Ｆ点の電圧は、異常放電成分５２の大きなピークを含む電圧となり、この電圧が整流・平滑された結果、Ｇ点の電位が上昇する。このＧ点の電位が閾値Ｖｒｅｆを超えた場合は、異常放電発生と判断されてインバータの動作が停止する。
【００４２】
このように、本実施形態では、約２００ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの周波数帯域の異常放電ノイズを選択的に検出できるため、当該周波数以外の携帯電話等の他のノイズによる誤動作を防止することができる。尚、検出電圧のレベルや検出周波数を変える場合は、フェライトビーズのインピーダンス特性や周波数特性を変えることで容易に対応可能である。
【００４３】
図７は、第３の実施形態に係るランプ駆動装置の構成を示す回路ブロック図である。同図に示すランプ駆動装置は、特性の異なるインピーダンス素子を複数利用した場合の構成例である。その他は図５と同様である。このランプ駆動装置は、同図に示すように、互いに周波数特性の異なるインピーダンス素子３０−１および３０−２を直列に配置することで、異常放電検出部が構成される。
【００４４】
図８は、図７に示すインピーダンス素子３０−１および３０−２の周波数特性を示す特性図である。同図に示すように、本実施形態では、インピーダンス素子３０−１の高インピーダンス領域に発生した周波数ｆ１付近の成分と、インピーダンス素子３０−２の高インピーダンス領域に発生した周波数ｆ２付近の成分のいずれか一方を検出した場合に保護動作が行われる。尚、検出対象とする周波数領域を広げたい場合には、検出対象周波数が高インピーダンスとなる第３、第４のインピーダンス素子をさらに直列に配置すれば良い。
【００４５】
この構成は、周波数ｆ１と周波数ｆ２の間の周波数特性を有するノイズによる誤動作を避けたい場合や、周波数ｆ１より低い周波数および周波数ｆ２より高い周波数のノイズによる誤動作を避けたい場合に有効である。
【００４６】
図９は、第４の実施形態に係るランプ駆動装置の構成を示す回路ブロック図である。同図に示すランプ駆動装置は、特性の異なるインピーダンス素子間の電位を利用して異常放電を検出する場合の構成例である。その他は図７と同様である。このランプ駆動装置は、同図に示すように、互いに周波数特性の異なるインピーダンス素子３０−１および３０−２を直列に配置し、これらインピーダンス素子間の電位が異常放電検出回路３２に入力される。
【００４７】
図１０は、図９に示すインピーダンス素子３０−１および３０−２の周波数特性を示す特性図である。同図に示すように、本実施形態では、実線で示したインピーダンス素子３０−１の高インピーダンス領域に発生した周波数ｆ１付近の成分を検出し、点線で示したインピーダンス素子３０−２の高インピーダンス領域に発生した周波数ｆ２付近の成分を遮断する。
【００４８】
この構成は、周波数ｆ１の成分を検出対象としつつ、周波数ｆ２のノイズ成分による誤動作を避けたい場合に有効である。
【００４９】
図１１は、第５の実施形態に係るランプ駆動装置の構成を示す回路ブロック図である。同図に示すランプ駆動装置は、異常放電と静電気ノイズの区別に有効な構成を有し、その他は図７と同様である。
【００５０】
このランプ駆動装置は、同図に示すように、互いに周波数特性の異なるインピーダンス素子３０−１、３０−２および３０−３を直列に配置し、これらインピーダンス素子間に生じた電位差を整流・平滑回路３４−１、３４−２および３４−３でそれぞれ整流・平滑し、これらの論理積をＡＮＤ演算器３８で取ることにより広範囲にわたる異常放電成分を検出する。
【００５１】
ここで、静電気ノイズは単発であるが故に周波数は固定しないが、発生するスペクトラムは狭い帯域に限られる。このことから異常放電をした場合にはインピーダンス素子３０−１、３０−２および３０−３のすべてに電圧が発生するが、静電気ノイズの場合にはすべての素子で電圧が発生するわけではない。つまり広い周波数帯でノイズが検出されないと保護動作を行わない構成とする。
【００５２】
図１２は、図１１に示すインピーダンス素子の周波数特性を示す特性図である。同図に示すように、静電気ノイズ５２は、狭帯域の周波数特性を有するが、異常放電成分５６は、広帯域の周波数特性を有するため、インピーダンス素子３０−１〜３０−３の全てが信号を検出した場合は異常放電と判定し、これ以外でインピーダンス素子３０−１〜３０−３の内いずれか一つでも信号を検出しなかった場合は静電気ノイズと判定する。
【００５３】
図１３は、第６の実施形態に係るランプ駆動装置の構成を示す回路ブロック図である。同図に示すランプ駆動装置は、本発明を差動方式に適用した場合の構成を有する。このランプ駆動装置は、図１のスイッチング回路に相当する交流電源１１−１および１１ー２と、一対のトランスＴＲ１およびＴＲ２をそれぞれランプ１４の両端に配置することで、対極の差動電圧がランプ１４に印加される差動駆動構成を有する。
【００５４】
このような差動構成においては、トランスＴＲ１およびＴＲ２の接地ラインに対し、同図に示すようなダイオードブリッジを介してインピーダンス素子３０が直列配置され、このインピーダンス素子両端の電位差を異常放電検出回路３２に入力することで、異常放電の発生を検出し、この検出した信号に基づく保護動作が行われる。このように構成することで、差動の両極間でインピーダンス素子３０を共用することができる。
【００５５】
図１４は、第７の実施形態に係るランプ駆動装置の構成を示す回路ブロック図である。同図に示すランプ駆動装置は、差動の両極に各々インピーダンス素子を配置した構成を有する。その他は図１３と同様である。
【００５６】
このランプ駆動装置は、トランスＴＲ１の高圧ラインとトランスＴＲ２の高圧ラインのそれぞれにインピーダンス素子３０−１および３０−２が配置され、各インピーダンス素子の両端電位差が整流・平滑回路３４−１および３４−２によってそれぞれ検出される。
【００５７】
これら整流・平滑回路の出力は、共通の比較器３６に入力され、これら整流・平滑回路のいずれか一方の出力が所定の閾値を超えた場合に保護動作が行われる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明によれば、異常放電成分とその他のノイズ成分との区別が可能になるため、各種ノイズの影響を受けやすい機器への適用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態に係るランプ駆動装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】高圧ラインに流れる通常時の電流波形と異常放電発生時の電流波形とを示す特性図である。
【図３】管電流成分と異常放電成分とその他のノイズ成分の周波数特性を示す概念図である。
【図４】異常放電成分とインピーダンス素子の周波数特性との関係を示す概念図である。
【図５】第２の実施形態に係るランプ駆動装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図６】図５に示すランプ駆動装置の各点に生じる波形を示す特性図である。
【図７】第３の実施形態に係るランプ駆動装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図８】図７に示すインピーダンス素子３０−１および３０−２の周波数特性を示す特性図である。
【図９】第４の実施形態に係るランプ駆動装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図１０】図９に示すインピーダンス素子３０−１および３０−２の周波数特性を示す特性図である。
【図１１】第５の実施形態に係るランプ駆動装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図１２】図１１に示すインピーダンス素子の周波数特性を示す特性図である。
【図１３】第６の実施形態に係るランプ駆動装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図１４】第７の実施形態に係るランプ駆動装置の構成を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０…直流電源、１１…交流電源、１２…制御回路、１４…ランプ、１６…電流検出回路、１８…電圧検出回路、２０…管電流検出回路、３０…インピーダンス素子、３２…異常放電検出回路、３４…整流・平滑回路、３６…比較器、３８…ＡＮＤ演算器、５０…管電流成分、５２…静電気によるノイズ成分、５４…携帯電話によるノイズ成分、５６…異常放電成分
【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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