(57)【要約】【課題】部品ストレスの増大や部品の大型化を招くことなく、ランプ始動後のグロー放電からアーク放電へのスムーズな移行を行うことができる高圧放電灯点灯装置を提供する。【解決手段】コンデンサＣｅ１、Ｃｅ２の接続点とスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点の間に、負荷であるランプＤＬと並列的に接続されるコンデンサＣ１とインダクタＬ１の直列回路を接続し、負荷であるランプＤＬに低周波矩形波の電力を供給する高圧放電灯点灯装置において、コンデンサＣｅ１、Ｃｅ２の直列回路に並列接続され、少なくとも１つのインダクタＬ３とスイッチング素子Ｑ３から構成される補助チョッパ回路５を設け、非点灯時およびランプＤＬが始動してからアーク放電に移行するまでの時間においてスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のうちどちらか一方のみを高周波でオン／オフさせる。【選択図】図１
2005100829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１コンデンサ及び第２コンデンサの直列回路と、逆導通型の第１スイッチング素子および第２スイッチング素子の直列回路とを並列に接続し、前記第１コンデンサおよび第２コンデンサの接続点と前記第１スイッチング素子および第２スイッチング素子の接続点との間に、負荷であるランプと並列的に接続される第３コンデンサと第１インダクタの直列回路を接続し、第１の期間では第１スイッチング素子を高周波でオン・オフし、第２の期間では第２スイッチング素子を高周波でオン・オフすることで、負荷であるランプに低周波矩形波の電力を供給する高圧放電灯点灯装置において、第１コンデンサ及び第２コンデンサの直列回路に並列接続され、少なくとも１つのインダクタとスイッチング素子から構成される補助チョッパ回路を設け、非点灯時およびランプが始動してからアーク放電に移行するまでの時間において第１スイッチング素子および第２スイッチング素子のうちどちらか一方のみを高周波でオン／オフさせることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項２】
請求項１において、第１コンデンサの両端に第１コンデンサの電力を消費させる回路を接続したことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項３】
請求項２において、第１コンデンサの電力を消費させる回路としてイグナイタ回路を接続したことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項４】
請求項１において、補助チョッパ回路のインダクタより電源を供給され第１および第２スイッチング素子を駆動させる駆動回路を設けたことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項５】
請求項４において、前記インダクタをトランス構成にして、その２次巻線により高電位側のスイッチング素子を駆動させるための電源を供給することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置を備える照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高圧放電灯を矩形波点灯させる高圧放電灯点灯装置及びこれを用いた照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は従来の高圧放電灯点灯装置の回路図である。直流電源ＢＴにはコンデンサＣｅ１，Ｃｅ２の直列回路とスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路が並列に接続されている。コンデンサＣｅ１，Ｃｅ２の接続点とスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点の間には、インダクタＬ１とコンデンサＣ１の直列回路が接続されている。コンデンサＣ１の両端にはイグナイタ回路３のパルストランスＰＴの２次巻線を介して放電灯ＤＬが接続されている。放電灯ＤＬはＨＩＤランプ（高輝度高圧放電灯）である。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はＭＯＳＦＥＴよりなり、逆並列ダイオードを内蔵している。
【０００３】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は制御回路１により図７に示すようにオン・オフ制御される。第１の期間Ｔ１ではスイッチング素子Ｑ１が高周波でオン・オフされて、スイッチング素子Ｑ２はオフしている。第２の期間Ｔ２ではスイッチング素子Ｑ２が高周波でオン・オフされて、スイッチング素子Ｑ１はオフしている。コンデンサＣｅ１，Ｃｅ２は十分に容量が大きく、期間Ｔ１，Ｔ２の交番周期では、コンデンサＣｅ１の電圧Ｖｃｅ１、コンデンサＣｅ２の電圧Ｖｃｅ２は変動しない。直流電源ＢＴの電圧ＶｂｔはコンデンサＣｅ１，Ｃｅ２により分圧され、Ｖｂｔ＝Ｖｃｅ１＋Ｖｃｅ２であるが、コンデンサＣｅ１，Ｃｅ２の容量が略等しい場合、Ｖｃｅ１≒Ｖｃｅ２となる。
【０００４】
第１の期間Ｔ１において、スイッチング素子Ｑ１がオンすると、コンデンサＣｅ１→スイッチング素子Ｑ１→コンデンサＣ１（放電灯ＤＬ、イグナイタ回路３）→インダクタＬ１→コンデンサＣｅ１の経路で電流が流れる。スイッチング素子Ｑ１がオフすると、インダクタＬ１の蓄積エネルギーにより、インダクタＬ１→コンデンサＣｅ２→スイッチング素子Ｑ２（の逆並列ダイオード）→コンデンサＣ１（放電灯ＤＬ、イグナイタ回路３）→インダクタＬ１の経路で電流が流れる。第２の期間Ｔ２において、スイッチング素子Ｑ２がオンすると、コンデンサＣｅ２→インダクタＬ１→コンデンサＣ１（イグナイタ回路３、放電灯ＤＬ）→スイッチング素子Ｑ２→コンデンサＣｅ２の経路で電流が流れる。スイッチング素子Ｑ２がオフすると、インダクタＬ１の蓄積エネルギーにより、インダクタＬ１→コンデンサＣ１（イグナイタ回路３、放電灯ＤＬ）→スイッチング素子Ｑ１（の逆並列ダイオード）→コンデンサＣｅ１→インダクタＬ１の経路で電流が流れる。これにより、放電灯ＤＬの電圧Ｖｌａは図７に示すような低周波の矩形波電圧となる。
【０００５】
イグナイタ回路３は放電灯ＤＬの非点灯時において、始動用の高圧パルス電圧を発生する。このイグナイタ回路３の動作する非点灯時の動作波形を図８に示す。放電灯ＤＬの非点灯時においては、ランプ電圧Ｖｌａの振幅はＶｂｔ／２となり、これに高圧パルス電圧が重畳されて、ピーク電圧はＶｐとなる。コンデンサＣｅ１，Ｃｅ２の容量が略等しいときには、正負のピーク電圧は略同等となる。
【０００６】
高圧パルス電圧により放電灯ＤＬの絶縁が破壊されると、放電灯ＤＬはグロー放電状態となり、イグナイタ回路３は高圧パルス電圧の発生を停止し、図７の動作波形となる。この状態をしばらく継続することで放電灯ＤＬにエネルギーが注入され、放電灯ＤＬはアーク放電状態に移行し、安定点灯状態となる。このような従来の技術は、例えば、特許文献１（特開２０００−１９５６９２号公報）などに開示されている。
【０００７】
図９はコンデンサＣｅ１，Ｃｅ２の容量がアンバランスである場合の非点灯時の動作波形図である。コンデンサＣｅ１、Ｃｅ２の容量が異なることで、その容量比で直流電源ＢＴの出力電圧Ｖｂｔが分圧される。このため、放電灯ＤＬに低周波の矩形波電圧の極性ごとに期間Ｔ１とＴ２とで異なる電圧が印加される。直流電源ＢＴの電圧Ｖｂｔは、少なくとも一方の極性においてピーク電圧Ｖｐが高輝度放電灯ＤＬの始動に必要とされる約２５０Ｖから３００Ｖ以上となるように設定される。また、コンデンサＣｅ１、Ｃｅ２の分圧比も少なくとも低周波矩形波電圧の一方の極性において約２５０Ｖ〜３００Ｖを印加できるような容量比となるように設定する。例えば、直流電源ＢＴの出力電圧Ｖｂｔが４５０Ｖのとき、コンデンサＣｅ１、Ｃｅ２の容量比は１：２に設定され、各コンデンサＣｅ１、Ｃｅ２には、３００Ｖと１５０Ｖの電圧が印加されることになる。さらに、高輝度放電灯ＤＬの両端には、一方の極性の電圧値が３００Ｖ、他方の極性の電圧値が１５０Ｖの低周波矩形波電圧が印加されることになる。この例では図９のＶｌａの波形に示すように、Ｖｃｅ１は３００Ｖ、Ｖｃｅ２は１５０Ｖとなり、期間Ｔ１においてランプには始動に十分な電圧が印加されることになる。これにより、図６の点灯装置に比ベコンデンサＣｅ２及びスイッチング素子Ｑ２の耐圧を下げることができる。
【特許文献１】特開２０００−１９５６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図９のような動作を用いたとしても、始動から点灯に移る時に半波放電が起こると放電灯ＤＬに対して一方の方向にしか電流が流れなくなるため、コンデンサＣｅ１、Ｃｅ２のどちらか一方に直流電源ＢＴの出力電圧Ｖｂｔである４５０Ｖが印加される場合があるので、結局は部品のストレス減、また、小型化にはつながらない。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、部品ストレスの増大や部品の大型化を招くことなく、ランプ始動後のグロー放電からアーク放電へのスムーズな移行を行うことができる高圧放電灯点灯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】
【００１０】
本発明の高圧放電灯点灯装置によれば、上記の課題を解決するために、図１に示すように、第１コンデンサＣｅ１及び第２コンデンサＣｅ２の直列回路と、逆導通型の第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２の直列回路とを並列に接続し、前記第１コンデンサＣｅ１および第２コンデンサＣｅ２の接続点と前記第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２の接続点との間に、負荷であるランプＤＬと並列的に接続される第３コンデンサＣ１と第１インダクタＬ１の直列回路を接続し、図７に示すように、第１の期間Ｔ１では第１スイッチング素子Ｑ１を高周波でオン・オフし、第２の期間Ｔ２では第２スイッチング素子Ｑ２を高周波でオン・オフすることで、負荷であるランプＤＬに低周波矩形波の電力を供給する高圧放電灯点灯装置において、第１コンデンサＣｅ１及び第２コンデンサＣｅ２の直列回路に並列接続され、少なくとも１つのインダクタＬ３とスイッチング素子Ｑ３から構成される補助チョッパ回路５を設け、非点灯時およびランプＤＬが始動してからアーク放電に移行するまでの時間において第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２のうちどちらか一方のみを高周波でオン／オフさせることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、非点灯時およびランプが始動してからアーク放電に移行するまでの時間において第１スイッチング素子および第２スイッチング素子のうちどちらか一方のみを高周波でオン／オフさせるようにしたから、高圧放電灯が始動した後、安定点灯に至るまでの間に、半波放電状態に陥ることを防止できる。また、補助チョッパ回路を設けたことにより、どちらか一方のスイッチング素子のみをオン／オフさせても、第１コンデンサ又は第２コンデンサが異常に昇圧されることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は請求項１の発明に係る高圧放電灯点灯装置の回路図である。図６の従来例に比べると、ダイオードＤ１とスイッチング素子Ｑ３及びインダクタＬ３よりなる補助チョッパ回路５を付加した点が異なる。また、制御回路１からスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３に与えられる制御信号が異なり、図２に示すような動作波形となっている。つまり、本発明によれば、非点灯時およびランプが始動しアーク放電へ確実に移行するまでの時間において、スイッチング素子Ｑ１のみを高周波でオン／オフし、スイッチング素子Ｑ２はオフしたままにすることでＤＣ始動（ＤＣ電圧印加）を行わせることにより半波放電を防止したものである。
【００１３】
図２は非点灯から点灯に至るまでの各部の動作波形である。非点灯状態から点灯状態に移る際において、半波放電が起こると放電灯ＤＬに対して一方の方向にしか電流が流れないが、スイッチング素子Ｑ１だけをオン／オフさせると一方の方向のみしか電流が流れることはないので、立消えが起こる場合はあっても、半波放電の状態となることは防止することができる。
【００１４】
図２のランプ電圧Ｖｌａの波形に示すように、ランプＤＬが始動しアーク放電へ確実に移行するまでの期間に数十秒から数分間の期間Ｔ３を設け、その間も非点灯時に引き続きスイッチング素子Ｑ１だけをオン／オフさせることで放電を安定させ、その後は従来と同様にスイッチング素子Ｑ２もオン／オフさせ、スイッチング素子Ｑ１と交互にスイッチングさせるようにする。
【００１５】
放電を安定させる期間Ｔ３において、スイッチング素子Ｑ１がオンしている間はインダクタＬ１を通って放電灯ＤＬ（コンデンサＣ１）に電流Ｉ１が流れ、インダクタＬ１にエネルギーが蓄えられる。そしてスイッチング素子Ｑ１がオフしているときはインダクタＬ１に蓄えられていたエネルギーが放出されコンデンサＣｅ２、スイッチング素子Ｑ２の寄生ダイオード、インダクタＬ１を通って放電灯ＤＬ（コンデンサＣ１）に電流Ｉ１’が流れる。そのときコンデンサＣｅ２にコンデンサＣｅ１から放出されたエネルギーが印加される。
【００１６】
しかしながら、期間Ｔ３においてはスイッチング素子Ｑ１のみしか駆動させていないので、図６の点灯装置においてＤＣ始動を行わせるとコンデンサＣｅ２に溜まったエネルギーを放出する経路がないため、コンデンサＣｅ２に電圧が溜まる一方となる。そこで、図１の回路では点線に示すような補助チョッパ回路５を設置してコンデンサＣｅ２に充電されるエネルギーの放出経路を設けた。
【００１７】
図１に示すような補助チョッパ回路５を追加することによって、コンデンサＣｅ２に蓄えられた電圧が所定値を超えるとスイッチング素子Ｑ３がオンし、コンデンサＣｅ２に充電されたエネルギーが放電され、スイッチング素子Ｑ３を通ってインダクタＬ３にエネルギーが蓄えられる。次にスイッチング素子Ｑ３がオフするとインダクタＬ３に蓄えられたエネルギーが放出され、ダイオードＤ１を通ってコンデンサＣｅ１に充電される。このとき、スイッチング素子Ｑ３は高周波でオン／オフさせている。これによりコンデンサＣｅ２に溜まるエネルギーを放電でき、過電圧印加を防止できる。
以上のように、図１及び図２に示した請求項１の構成によれば、半波放電防止と過電圧印加防止の効果がある。
【実施例１】
【００１８】
図３は本発明の実施例１の回路図である。図１に示した基本回路において、非点灯から点灯に移るまでの期間においてはスイッチング素子Ｑ１のみ駆動させるため、駆動回路２は例えばドライブトランスを用いた駆動回路にする必要がある。しかし、ドライブトランスを用いた場合、部品形状の大型化などの不具合を生じる。そこで、市場で多く用いられている高耐圧ハーフブリッジドライバＩＣ（例えば、ＩＲ２１０６）を用いる。このようなドライバＩＣ２ａの場合、高電位側のスイッチング素子Ｑ１のドライブ電源の取り方として、一般的に低電位側のスイッチング素子Ｑ２がオンしたときに高電位側のスイッチング素子Ｑ１のドライブ電源を充電するブートストラップ方式が多く用いられている。つまり、図３に示すように、スイッチング素子Ｑ２がオンすると、低電位側のスイッチング素子Ｑ２のドライブ電源Ｅ１からダイオードＤ３を介してコンデンサＣ３を充電することで、高電位側のスイッチング素子Ｑ１のドライブ電源を得ている。
【００１９】
ところが、本発明の点灯装置の場合、高電位側のスイッチング素子Ｑ１のみをオン／オフさせるため、ダイオードＤ３を介してコンデンサＣ３にドライブ電源が供給できなくなる不具合が生じる。そこで、図３に示すようにインダクタＬ３をトランス構成にし、コンデンサＣｅ２が放電した後、インダクタＬ３に蓄えられるエネルギーを利用してスイッチング素子Ｑ１を駆動させるための電源を図中のドライバＩＣ２ａに供給させることができるようにした。これにより、スイッチング素子Ｑ１が非点灯から点灯に移るまでの期間もスイッチングし続けることが可能となる。
【００２０】
しかし、非点灯時においては負荷での電力消費がないため、図２に示すように、コンデンサＣｅ２の電圧Ｖｃｅ２が一定値から増加せず、スイッチング素子Ｑ３がオン／オフしないため、図１の点灯装置においては上述のようにスイッチング素子Ｑ１を駆動させるための電源をドライバＩＣ２ａに供給できない。
【００２１】
そこで、図３に示すようにコンデンサＣｅ１の両端にコンデンサＣｅ１に蓄えられたエネルギーを消費する回路を設けた。コンデンサＣｅ１の両端に図３に示すようにイグナイタとして利用される回路を設置することでコンデンサＣｅ１に溜まった電力を消費させることができる。抵抗Ｒ１とコンデンサＣ２及び電圧応答スイッチ素子Ｓは図１のパルス発生回路４に相当する。コンデンサＣｅ１から抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ２が充電され、コンデンサＣ２の電圧が上昇すると、電圧応答スイッチ素子Ｓがオンして、パルストランスＰＴの１次巻線にパルス電流が流れる。これにより、パルストランスＰＴの２次巻線には巻数比に応じた高電圧が発生する。コンデンサＣｅ１の電圧Ｖｃｅ１が減少すると、直流電源ＢＴの出力電圧Ｖｂｔは一定であるので、当然、コンデンサＣｅ２の電圧Ｖｃｅ２が増加する。これにより、スイッチング素子Ｑ３がオンするので、非点灯時においてもスイッチング素子Ｑ１を駆動させるための電源をドライバＩＣ２ａに供給することができる。
【実施例２】
【００２２】
図４は本発明の実施例２の回路図であり、コンデンサＣｅ１の両端に抵抗Ｒ１、スイッチング素子Ｑ４の直列回路を接続したものである。この場合もスイッチング素子Ｑ４をオンさせることで実施例１と同様にコンデンサＣｅ１に溜まった電力を消費させることができる。本実施例の非点灯から点灯に至るまでの各部動作波形を図５に示すが、スイッチング素子Ｑ４をオンさせる期間は非点灯時のみである。したがって、点灯時には抵抗Ｒ１による電力消費は生じない。本実施例によれば、高電位側のスイッチング素子Ｑ１を駆動させるための電源を確保できる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明はオフィスや一般家庭用の照明器具あるいは車載用の点灯装置、映像投影装置の光源装置などに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】請求項１の高圧放電灯点灯装置の回路図である。
【図２】図１の点灯装置の動作波形図である。
【図３】本発明の実施例１の回路図である。
【図４】本発明の実施例２の回路図である。
【図５】図４の回路の動作波形図である。
【図６】従来の高圧放電灯点灯装置の回路図である。
【図７】従来例の点灯時の動作波形図である。
【図８】従来例の非点灯時の動作波形図である。
【図９】従来例のコンデンサの容量が異なる場合の非点灯時の動作波形図である。
【符号の説明】
【００２５】
１      制御回路
２      駆動回路
３      イグナイタ回路
４      パルス発生回路
５      補助チョッパ回路
Ｑ１    第１スイッチング素子
Ｑ２    第２スイッチング素子
Ｑ３    第３スイッチング素子
Ｃｅ１  第１コンデンサ
Ｃｅ２  第２コンデンサ
Ｃ１    第３コンデンサ
Ｌ１    第１インダクタ
ＤＬ    ランプ（高圧放電灯）
【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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