(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサに充電された電荷を、スイッチング素子をオンして、上記スイッチング素子に直列に接続されたトランスの一次側に流して、高圧放電灯に直列に接続された二次側巻線に高圧パルスを発生させて上記高圧放電灯を始動させる高圧パルス発生回路と、上記高圧パルス発生回路に供給する電流を分流するバイパス回路と、上記高圧パルス発生回路の上記スイッチング素子をオンしてから、あらかじめ定められた時間経過後に、一定時間だけ、上記バイパス回路を駆動させて、上記高圧パルス発生回路に供給する電流を保持電流以下にする制御回路と、を備えたことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項２】
コンデンサに充電された電荷を、スイッチング素子をオン、オフしてトランスの一次巻線に印加し、二次巻線に高電圧パルスを発生させて高圧放電灯を始動させる高圧パルス発生回路と、スイッチング素子とリアクトルを有し、上記高圧放電灯へ供給する電力を制限する降圧型コンバータ構成の限流回路と、を備え、上記高圧パルス発生回路の上記コンデンサは、上記限流回路のスイッチング素子と上記リアクトルの結合点に接続されて充電されることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項３】
コンデンサに充電された電荷を、スイッチング素子をオン、オフしてトランスの一次巻線に印加し、二次巻線に高電圧パルスを発生させて高圧放電灯を始動させる高圧パルス発生回路と、スイッチング素子とダイオードを有し、交流入力電圧を高力率で直流電圧に変換するアクティブフィルタと、を備え、上記高圧パルス発生回路の上記コンデンサは、上記アクティブフィルタのスイッチング素子と上記ダイオードの結合点に接続されて充電されることを特徴とする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】
この発明は高圧放電灯点灯装置に関し、特に、高圧放電灯を始動させるための高圧パルス発生回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は特開平５−２１１８１号公報に示された従来の放電灯点灯装置の回路構成図である。図において、Ｅは第１の直流電源、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３はコンデンサ、Ｑ１、Ｑ２はスイッチング素子、Ｑ３はトライアック等のスイッチング素子、Ｄ１、Ｄ２はダイオード、Ｌ１はインピーダンス、ＤＬは放電灯、ｎ１はパルストランスＰＴの放電灯６に接続された側の巻線、ｎ２はパルストランスＰＴのトライアック等のスイッチング素子側に接続された巻線である。第１の直流電源Ｅの両端に抵抗Ｒ１を介して接続されたコンデンサＣ４の電圧が第２の直流電源である。
【０００３】
このように構成することにより、コンデンサＣ４の電圧を第１の直流電源Ｅの直流電圧に略等しい電圧まで上昇させ、抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ４に電荷を充電し、スイッチング素子Ｑ３をオンし、コンデンサＣ４の電荷をパルストランスＰＴの巻線ｎ２に流す。パルストランスＰＴのｎ１は、巻線ｎ２のＮ倍の巻数であるので、パルストランスの巻線ｎ１には、コンデンサＣ４の充電電圧のＮ倍の高圧パルス電圧が発生し、高圧放電灯の絶縁破壊を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来の放電灯点灯装置には、次の問題点があった。
高圧パルス発生回路のスイッチング素子としては、トライアック、サイリスタのような大容量のスイッチング素子を高圧パルス発生回路に使用するが、このような素子は、外部信号によりオフできず、素子に流れる電流が一定の値（保持電流）以下になれば自動的にオフする。コンデンサに充電する充電電流が、保持電流以上であると一度スイッチング素子がオンになるとオフしない場合があるので、通常、保持電流以下で充電するため、充電時間が長くなり、高圧パルスの発生間隔が長く、放電灯の始動性が悪い。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、高圧放電灯の始動性をよくした高圧放電灯点灯装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる高圧放電灯点灯装置は、コンデンサに充電された電荷を、スイッチング素子をオンして、上記スイッチング素子に直列に接続されたトランスの一次側に流して、高圧放電灯に直列に接続された二次側巻線に高圧パルスを発生させて上記高圧放電灯を始動させる高圧パルス発生回路と、上記高圧パルス発生回路に供給する電流を分流するバイパス回路と、上記高圧パルス発生回路の上記スイッチング素子をオンしてから、あらかじめ定められた時間経過後に、一定時間だけ、上記バイパス回路を駆動させて、上記高圧パルス発生回路に供給する電流を保持電流以下にする制御回路と、を備える。
【０００７】
また、コンデンサに充電された電荷を、スイッチング素子をオン、オフしてトランスの一次巻線に印加し、二次巻線に高電圧パルスを発生させて高圧放電灯を始動させる高圧パルス発生回路と、スイッチング素子とリアクトルを有し、上記高圧放電灯へ供給する電力を制限する降圧型コンバータ構成の限流回路と、を備え、上記高圧パルス発生回路の上記コンデンサは、上記限流回路のスイッチング素子と上記リアクトルの結合点に接続されて充電されるものである。
【０００８】
また、コンデンサに充電された電荷を、スイッチング素子をオン、オフしてトランスの一次巻線に印加し、二次巻線に高電圧パルスを発生させて高圧放電灯を始動させる高圧パルス発生回路と、スイッチング素子とダイオードを有し、交流入力電圧を高力率で直流電圧に変換するアクティブフィルタと、を備え、上記高圧パルス発生回路の上記コンデンサは、上記アクティブフィルタのスイッチング素子と上記ダイオードの結合点に接続されて充電されるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１である高圧放電灯点灯装置を示すブロック図、図２は動作波形図である。
図１において、１は交流電源、２は交流電圧を全波整流するダイオードブリッジ、３は交流電圧を高力率で直流電圧に変換するアクティブフィルタ、４は高圧放電灯６の電力が一定となるように高圧放電灯６に流す電流を制御する限流回路、５は直流電圧を低周波の交流電圧に変換するインバータである。
７は高圧放電灯６を始動するための高電圧パルスを発生させる高圧パルス回路であり、パルストランス７ａ、サイリスタ（スイッチング素子）７ｂ、アクティブフィルタ３の出力電圧がダイオード７ｅと抵抗７ｄを介して、充電されるコンデンサ７ｃから構成されている。
【００１１】
１４は高圧パルス発生回路７への充電電流を分流するバイパス回路であり、抵抗１４ａとスイッチング素子１４ｂとで構成されている。
１３は放電灯電圧検出回路１２で検出された放電灯電圧に基づいて高圧放電灯６に流す目標電流を演算するとともに、アクティブフィルタ３、限流回路４、インバータ５、高圧パルス発生回路７及びバイパス回路１４を各々制御する制御回路である。
【００１２】
８は制御回路１２の電源を生成する制御電源生成回路、９はアクティブフィルタ出力電圧検出回路、１１は放電灯電流検出回路、１２は放電灯電圧検出回路、１０は放電灯電流検出回路１１で検出した放電灯電流が制御回路１３から出力される目標電流と一致するように制御する差動増幅器である。
【００１３】
次に、図１により動作を説明する。まず、交流電源が投入されると、制御電源回路８が制御電源を生成し、制御回路１３が動作を始める。
制御回路１３はアクティブフィルタ３の動作を開始して、アクティブフィルタ３の出力電圧があらかじめ定められた電圧になるように制御する。また、制御回路１３は、目標放電灯電流の初期値を出力し、さらに、インバータ５の駆動を開始させ、放電灯６の両端に交流電圧を印加させるとともに、制御回路１３は高圧パルス発生回路７を駆動させて放電灯６に高電圧パルスを印加し、放電灯６の絶縁破壊を行う。
【００１４】
次に、制御回路１３は放電灯電流検出回路１１が放電灯６に電流が流れ始めたことを検出すれば、放電灯６が点灯を開始したと判定して、高圧パルス発生回路７を停止させる。電流が検出されない場合は、再び高圧パルス発生回路７を駆動させる。
【００１５】
そして、放電灯６が点灯後は、制御回路１３があらかじめ定められた時間毎に、放電灯電圧検出回路１２から放電灯電圧を読み込み、放電灯電力が、あらかじめ定められた電力となるように目標電流値を演算し、これを差動増幅器１０に出力する。
差動増幅器１０は、制御回路１３が出力した目標放電灯電流値と放電灯電流検出回路１１から出力された放電灯電流と比較し、放電灯電流が目標電流と一致するように限流回路４を制御する。
【００１６】
次に、図１、図２により高圧パルス発生回路７の動作について、さらに詳しく説明する。図２（ａ）はサイリスタ７ｂの駆動信号、図２（ｂ）はスイッチング素子１４ｂの駆動信号、図２（ｃ）は高圧パルス発生回路７への充電電流、図２（ｄ）はサイリスタ７ｂの動作波形である。
まず、コンデンサ７ｃには、ダイオード７ｅ、抵抗７ｄを介して、アクティブフィルタ３の出力電圧が充電される。そして、サイリスタ７ｂを駆動すると、コンデンサ７ｃに充電された電荷は、トランス７ａのサイリスタ側に接続された一次側巻線を介してサイリスタ７ｂにパルス的に流れる。トランス７ａの高圧放電灯６側の二次側巻線は一次側巻線のｎ倍の巻数で構成されているため、一次側に流れるパルス電流により、コンデンサ７ｃの充電電圧のｎ倍の電圧がトランス７ａの二次側に発生し、これが高圧放電灯６に印加される。
【００１７】
サイリスタ７ｂは図２（ａ）に示すように、一定時間毎の駆動信号により駆動される。これによりサイリスタ７ｂは図２（ｄ）に示されるようにオンとなる。しかし、サイリスタ７ｂの駆動信号がオフとなっても、図２（ｃ）で示すように高圧パルス発生回路７の充電電流は保持電流以上なので、サイリスタ７ｂはオフとならない。
そこで、本実施の形態では、バイパス回路１４を設け、図２（ｂ）に示すように、サイリスタ７ｂを駆動後、あらかじめ定められた時間だけ、スイッチング素子１４ｂをオンして、高圧パルス発生回路７への充電電流を分流し、充電電流を保持電流以下とする。そして、サイリスタ７ｂは充電電流が保持電流以下となるためオフとなる。
【００１８】
以上のように、バイパス回路を駆動することで、充電電流を保持電流以下にでき、スイッチング素子をオフできるので、サイリスタの保持電流以上の大きな電流で高圧パルス発生回路のコンデンサを短時間で充電でき、高圧パルスの発生間隔を短くできる。この結果、高圧放電灯の始動性がよくなる。
【００１９】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２である高圧放電灯点灯装置を示すブロック図、図４は動作波形図である。図３において実施の形態１で示した図１と同一または相当部分には、同じ符号を付し、説明を省略する。
４は放電灯６に流れる電流が目標電流になるように制限する限流回路であり、４ａはスイッチング素子、４ｂはダイオード、４ｃはリアクトル、４ｄは電流を平滑するコンデンサである。
【００２０】
次に、図３、４により動作を説明する。全体の動作は実施の形態１と同じであるので、限流回路４と高圧パルス発生回路７の動作を説明する。
図４（ａ）はスイッチング素子４ａの駆動信号、図４（ｂ）はスイッチング素子４ａがオンのときのリアクトル４ｃを流れる電流、図４（ｃ）はスイッチング素子４ａがオフのときのリアクトル４ｃを流れる電流、図４（ｄ）限流回路４の出力電流である。
【００２１】
まず、限流回路４のスイッチング素子４ａは、作動増幅回路１０からの制御信号により、高周波でオンオフされる。リアクトル４ｃには、スイッチング素子４ａがオンのときは、図４（ｂ）に示すような電流ＩＬ（図３参照）が流れ、オフのときは図４（ｃ）に示すような電流ＩＤ（図３参照）が流れる。コンデンサ４ｄはこれらの電流ＩＬ、ＩＤ平滑して、限流回路４の出力電流は図４（ｄ）に示すような直流となる。
限流回路４は、図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように電流値が傾斜する降圧型のものである。
【００２２】
スイッチング素子４ａのオン時間が長ければ、出力の直流電流が増加し、スイッチング素子４ａのオン時間が短ければ、出力の直流電流が減少するので、差動増幅回路１０は、目標電流と放電灯電流が一致するようにスイッチング素子４ａのオン時間を制御する。
【００２３】
また、高圧パルス発生回路７の充電電流は、限流回路４のスイッチング素子４ａとリアクトル４ｃの結合点から取るので、山と谷があり、図４の（ｂ）（ｃ）に示す電流の合成の電流となり、保持電流以下の領域が存在する充電電流となる。
【００２４】
以上のように、充電電流が保持電流以下となる領域ができるので、スイッチング素子の保持電流以上の電流で高圧パルス発生回路のコンデンサを充電しても確実にオフできるようになる。この結果、高圧パルス発生回路のコンデンサを短時間で充電でき、高圧パルスの発生間隔を短くできるので、高圧放電灯の始動性がよくなる。
【００２５】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３である高圧放電灯点灯装置を示すブロック図、図６は動作波形図である。図５において実施の形態１で示した図１と同一または相当部分には、同じ符号を付し、説明を省略する。３は交流入力電圧を高力率で直流電圧に昇圧するアクティブフィルタであり、スイッチング素子３ａ、リアクトル３ｂ、ダイオード３ｃ、コンデンサ３ｄからなる。
【００２６】
次に、図５、６により動作を説明する。全体の動作は実施の形態１と同じであるので、アクティブフィルタ３と高圧パルス発生回路７の動作を説明する。
図６（ａ）はスイッチング素子３ａの駆動信号、図６（ｂ）はスイッチング素子３ａがオンのときにリアクトル３ｂに流れる電流、図６（ｃ）はスイッチング素子３ａがオフのときリアクトル３ｂに流れる電流、図３（ｄ）アクティブフィルタ３の出力電圧である。
【００２７】
まず、制御回路１３の制御信号により、スイッチング素子３ａをオンにすると、図６（ｂ）に示すような電流ＩＴｒが流れる（図５参照）。この電流ＩＴｒにより、リアクトル３ｂにはエネルギーが蓄積される。スイッチング素子３ｂをオフにすると、リアクトル３ｂに蓄積されたエネルギーは、図６（ｃ）に示すような電流ＩＤとなってコンデンサ３ｄを充電する（図５参照）。そして、コンデンサ３ｄにより、電流が平滑されるので、アクティブフィルタ３の出力電圧は、図６（ｄ）に示すような直流電圧となる。
電流値ＩＴｒ、ＩＤは図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、リアクトル３ｂにより傾斜したものとなる。
【００２８】
また、高圧パルス発生回路７の充電電流は、アクテイブフィルタ３のスイッチング素子３ａとダイオード３ｃのアノードとの結合点から取るので、山と谷があり、図６の（ｂ）（ｃ）に示す電流の合成の電流となり、保持電流以下の領域が存在する充電電流となる。
【００２９】
以上のように、充電電流が保持電流以下となる領域ができるので、スイッチング素子の保持電流以上の電流で高圧パルス発生回路のコンデンサを充電しても確実にオフできるようになる。この結果、高圧パルス発生回路のコンデンサを短時間で充電でき、高圧パルスの発生間隔を短くできるので、高圧放電灯の始動性がよくなる。
【００３０】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４である高圧放電灯点灯装置を示すブロック図、図８は動作波形図である。図７において実施の形態１で示した図１と同一または相当部分には、同じ符号を付し、説明を省略する。
５ａ、５ｃはハイサイド側、５ｂ、５ｄはローサイド側のスイッチング素子、であり、これらは直流電圧を低周波の交流電圧に変換するインバータを構成している。
また、スイッチング素子５ｄは高圧パルス発生回路のスイッチング素子の役割も持っている。７ａはパルストランス、７ｃはコンデンサ、７ｄは抵抗、７ｅはダイオードである。スイッチング素子５ｄ、パルストランス７ａ、コンデンサ７ｃ、抵抗７ｄ及びダイオード７ｅは高圧パルス発生回路を構成している。
【００３１】
次に、図７、８により動作を説明する。全体の動作は実施の形態１と同じであるので、インバータ及び高圧パルス発生回路に相当する構成について動作を説明する。
図８（ａ）はコンデンサ７ｃの充電電圧、図８（ｂ）はスイッチング素子５ａ、５ｄの駆動信号、図８（ｃ）はスイッチング素子５ｂ、５ｃの駆動信号、図８（ｄ）放電灯電流検出回路１１の出力電流である。
【００３２】
まず、放電灯始動時に、スイッチング素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを全てオフ状態とする。この時、抵抗７ｄを介してコンデンサ７ｃが充電される。一定時間、スイッチング素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを全てオフ状態とした後、スイッチング素子５ａ、５ｄをオンにする。これにより、コンデンサ７ｃに充電された電荷は、トランス７ａのスイッチング素子５ｄと直列に接続された一次側巻線を介してスイッチング素子５ｄにパルス的に流れる。高圧放電灯６と直列に接続されたトランス７ａの二次側巻線は一次側巻線のｎ倍の巻数で構成されているため、一次側に流れるパルス電流により、コンデンサ７ｃの充電電圧のｎ倍の電圧がトランス７ａの二次側に発生し、これが高圧放電灯６に印加される。
【００３３】
スイッチング素子５ａ、５ｄをオンしてからあらかじめ定められた時間経過後に、制御回路１３が放電灯電流検出回路１１の出力を読み込む。このとき、電流が流れていなければ、点灯失敗と判定して、再び、あらかじめ定められた時間、スイッチング素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを全てオフにして、コンデンサ７ｃを充電して、スイッチング素子５ａ、５ｄをオンとし、高圧放電灯に高圧パルスを印加する。再び、スイッチング素子５ａ、５ｄをオンしてからあらかじめ定められた時間経過後に制御回路１３は、放電灯電流検出回路１１の出力を読み、電流が流れていれば、点灯が成功したと判定して、以後、スイッチング素子５ａ、５ｄの組とスイッチング素子５ｂ、５ｃ組を交互にオンオフして、放電灯に交流の電力を供給する。
【００３４】
ここで、抵抗５ｅは、放電灯インピーダンスよりも十分大きい値に設定されているので、放電灯点灯後は、コンデンサ７ｃに電荷が充電されることはなく、放電灯６に流れる。
また、スイッチング素子５ｂ、５ｃがオンの時は、ダイオード７ｅがコンデンサ７ｃの充電を阻止する。
【００３５】
以上のように、高圧パルス発生回路のスイッチング素子をインバータのスイッチング素子と兼用できるので、部品点数が少なくなり、安価で小型にすることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、コンデンサに充電された電荷を、スイッチング素子をオンして、上記スイッチング素子に直列に接続されたトランスの一次側に流して、高圧放電灯に直列に接続された二次側巻線に高圧パルスを発生させて上記高圧放電灯を始動させる高圧パルス発生回路と、上記高圧パルス発生回路に供給する電流を分流するバイパス回路と、上記高圧パルス発生回路の上記スイッチング素子をオンしてから、あらかじめ定められた時間経過後に、一定時間だけ、上記バイパス回路を駆動させて、上記高圧パルス発生回路に供給する電流を保持電流以下にする制御回路と、を備えたので、バイパス回路を駆動することで、充電電流を保持電流以下にでき、スイッチング素子をオフできる。このため大きな充電で高圧パルス発生回路のコンデンサを短時間で充電でき、高圧パルスの発生間隔を短くでき、高圧放電灯の始動性がよくなる。
【００３７】
また、コンデンサに充電された電荷を、スイッチング素子をオン、オフしてトランスの一次巻線に印加し、二次巻線に高電圧パルスを発生させて高圧放電灯を始動させる高圧パルス発生回路と、スイッチング素子とリアクトルを有し、上記高圧放電灯へ供給する電力を制限する降圧型コンバータ構成の限流回路と、を備え、上記高圧パルス発生回路の上記コンデンサは、上記限流回路のスイッチング素子と上記リアクトルの結合点に接続されて充電されるので、充電電流がスイッチング素子の保持電流以下の領域が存在する。このため、大きな充電電流でもスイッチング素子オフでき、高圧パルス発生回路のコンデンサを短時間で充電でき、高圧放電灯の始動性がよくなる。
【００３８】
また、コンデンサに充電された電荷を、スイッチング素子をオン、オフしてトランスの一次巻線に印加し、二次巻線に高電圧パルスを発生させて高圧放電灯を始動させる高圧パルス発生回路と、スイッチング素子とダイオードを有し、交流入力電圧を高力率で直流電圧に変換するアクティブフィルタと、を備え、上記高圧パルス発生回路の上記コンデンサは、上記アクティブフィルタのスイッチング素子と上記ダイオードの結合点に接続されて充電されるので、充電電流がスイッチング素子の保持電流以下の領域が存在する。このため、大きな充電電流でもスイッチング素子オフでき、高圧パルス発生回路のコンデンサを短時間で充電でき、高圧パルスの発生間隔を短くでき、高圧放電灯の始動性がよくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１である高圧放電灯点灯装置を示すブロック図である。
【図２】  この発明の実施の形態１である高圧放電灯点灯装置の動作説明図である。
【図３】  この発明の実施の形態２である高圧放電灯点灯装置の制御回路に設けられた目標設定手段関連のブロック図である。
【図４】  この発明の実施の形態２である高圧放電灯点灯装置の動作説明図である。
【図５】  この発明の実施の形態３である高圧放電灯点灯装置の制御回路に設けられた目標設定手段関連のブロック図である。
【図６】  この発明の実施の形態３である高圧放電灯点灯装置の動作説明図である。
【図７】  この発明の実施の形態４である高圧放電灯点灯装置の制御回路に設けられた目標設定手段関連のブロック図である。
【図８】  この発明の実施の形態４である高圧放電灯点灯装置の動作説明図である。
【図９】  従来の放電灯点灯装置を示す回路構成図である。
【符号の説明】
１  交流電源、３  アクティブフィルタ、３ａ  スイッチング素子、３ｂ  リアクトル、３ｃ  ダイオード、４  限流回路、４ａ  スイッチング素子、４ｃ  リアクトル、４ｄ  コンデンサ、５  インバータ、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ  スイッチング素子、６  高圧放電灯、７  高圧パルス回路、７ａ  パルストランス、７ｂ  サイリスタ、７ｃ  コンデンサ、７ｄ  抵抗、１０  差動増幅器、１１放電灯電流検出回路、１２  放電灯電圧検出回路、１３  制御回路、１４  バイパス回路。
【図１】
0004151107.tif 000002
【図２】
0004151107.tif 000003
【図３】
0004151107.tif 000004
【図４】
0004151107.tif 000005
【図５】
0004151107.tif 000006
【図６】
0004151107.tif 000007
【図７】
0004151107.tif 000008
【図８】
0004151107.tif 000009
【図９】
0004151107.tif 000010