(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧放電灯と、この高圧放電灯に高周波電力を供給する高周波電力供給回路と、この高周波電力供給回路の出力周波数を制御する制御回路と、高圧放電灯の管電圧を検出する電圧検出手段と、高圧放電灯に流れる負荷電流を検出する電流検出手段とを備えた高圧放電灯点灯装置において、前記制御回路は所定の周波数で前記高圧放電灯を点灯したときの管電圧を基準管電圧として記憶し、前記高周波電力供給回路の出力周波数を下降したときに管電圧が前記基準管電圧よりも高くなる地点の第１の周波数と、出力周波数を上昇したときに管電圧が基準管電圧よりも高くなる地点の第２の周波数とを記憶し、前記高周波電力供給回路の出力周波数は、これらの第１と第２の周波数の間であって、且つ負荷電流が所定値となる周波数を選定したことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項２】
高圧放電灯と、この高圧放電灯に高周波電力を供給する高周波電力供給回路と、この高周波電力供給回路の出力周波数を制御する制御回路と、高圧放電灯の管電圧を検出する電圧検出手段と、高圧放電灯に流れる負荷電流を検出する電流検出手段とを備えた高圧放電灯点灯装置において、前記制御回路は前記高周波電力供給回路の出力周波数を高圧放電灯の管電圧が所定の基準値以下の範囲内であって、且つ負荷電流が所定値となる周波数を選定したことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記高周波電力供給回路の出力周波数の変化を、一定の間隔で繰り返し行なうようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記電圧検出手段で検出された高圧放電灯の管電圧或いは前記電流検出手段で検出された負荷電流が所定量だけ変化した場合に、負荷電流が前記所定値となるよう前記高周波電力供給回路の出力周波数を変化させたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の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、高圧放電灯を高周波点灯する点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来における高圧放電灯点灯装置の回路構成図を示す。図６において、１は直流電源、２は直流電源１の直流電圧を高周波電圧に変換する第１のスイッチング素子２ａと第２のスイッチング素子２ｂとから成るインバータ回路、３はインバータ回路２を構成する各スイッチング素子の駆動周波数を制御する制御回路、４は共振コンデンサ５およびチョークコイル６を含む負荷回路、７は負荷回路４からの出力電圧により高周波点灯する高圧放電灯である。
【０００３】
こうした構成を有する高圧放電灯点灯装置は、制御回路３により１０ｋＨｚ以上の周波数をもつ高周波電圧が、負荷回路４を介して高圧放電灯７へ供給するように、各スイッチング素子を駆動制御する。そして、制御回路３は一般周知である高圧放電灯７の発光管内の放電アークの湾曲に伴う”立ち消え”或いは”ゆらぎ”の音響共鳴現象の発生を防止するため、高圧放電灯７の点灯周波数を予め非共鳴周波数に設定して、各スイッチング素子を駆動制御する。
【０００４】
また、従来例として特開平７−８５９８２号公報に開示される高圧放電灯点灯装置が挙げられる。これは、直流電源の直流電圧の大きさに応じて点灯周波数を単調増加するようにＦＭ変調回路を設けたものである。これにより、点灯周波数を非共鳴周波数帯内に設定して高圧放電灯を安定に点灯させると共に、電圧変動があった場合でも常に高圧放電灯への供給電力を一定にして所定の明るさを保つように構成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高圧放電灯点灯装置は、前述のように点灯周波数を予め非共鳴周波数に設定して高圧放電灯を点灯するように構成している。しかしながら、一般に高圧放電灯は累積点灯時間に伴って発光管内の音波の速度が変化したり、或いは電極が消耗することにより非共鳴周波数帯自体も変化することが知られている。したがって、それらの要因によって点灯周波数が共鳴周波数帯内に進入することで音響共鳴現象が発生し、高圧放電灯の点灯状態を安定に保つことが出来ないという問題点を有していた。また、高圧放電灯或いは回路部品の特性バラツキ、高圧放電灯の経時変化などにより負荷電流が変化した場合に、所定の明るさを保つことが出来ないという問題点を有していた。
【０００６】
この発明は、前述のような問題点を解決するためになされたもので、各種要因によって非共鳴周波数帯が変化した場合でも、常にその周波数帯内に点灯周波数を設定できるように工夫して発光管内の放電アークの”立ち消え”或いは”ゆらぎ”を起こすことがなく高圧放電灯を安定に高周波点灯させる。これと共に、回路部品の特性バラツキや高圧放電灯の経時変化などで負荷電流が変化した場合に、速やかに負荷電流を所定値に設定することが出来る高圧放電灯点灯装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯と、この高圧放電灯に高周波電力を供給する高周波電力供給回路と、この高周波電力供給回路の出力周波数を制御する制御回路と、高圧放電灯の管電圧を検出する電圧検出手段と、高圧放電灯に流れる負荷電流を検出する電流検出手段とを備えた高圧放電灯点灯装置において、前記制御回路は所定の周波数で前記高圧放電灯を点灯したときの管電圧を基準管電圧として記憶し、前記高周波電力供給回路の出力周波数を下降したときに管電圧が前記基準管電圧よりも高くなる地点の第１の周波数と、出力周波数を上昇したときに管電圧が基準管電圧よりも高くなる地点の第２の周波数とを記憶し、前記高周波電力供給回路の出力周波数は、これらの第１と第２の周波数の間であって、且つ負荷電流が所定値となる周波数を選定するようにしたものである。
【０００９】
また、高圧放電灯と、高圧放電灯に高周波電力を供給する高周波電力供給回路と、高周波電力供給回路の出力周波数を制御する制御回路と、高圧放電灯の管電圧を検出する電圧検出手段と、高圧放電灯に流れる負荷電流を検出する電流検出手段とを備えた高圧放電灯点灯装置において、制御回路は高周波電力供給回路の出力周波数を高圧放電灯の管電圧が所定の基準値以下の範囲内であって、且つ負荷電流が所定値となる周波数を選定するようにしたものである。
【００１０】
また、制御回路は高周波電力供給回路の出力周波数の変化を、一定の間隔で繰り返し行なうようにしたものである。
【００１１】
また、制御回路は電圧検出手段で検出された高圧放電灯の管電圧或いは電流検出手段で検出された負荷電流が所定量だけ変化した場合に、負荷電流が前記所定値となるよう高周波電力供給回路の出力周波数を変化させるようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る高圧放電灯点灯装置を示す回路構成図である。図１において、従来例と同一の符号は同一または相当部分を示す。８は例えば定格３５Ｗの高圧放電灯７の管電圧を検出する電圧検出器、９は高圧放電灯７に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出抵抗、１０は負荷電流検出抵抗９の検出電流を増幅して制御回路１１に帰還させる誤差アンプである。そして、制御回路１１は音響共鳴現象が発生しない４０ＫＨｚ〜４５ＫＨｚの非共鳴周波数帯内に予め点灯周波数を設定するように、インバータ回路２の駆動周波数を制御する。
【００１３】
また、図２は点灯周波数に対する高圧放電灯７の管電圧、負荷電流の特性図である。管電圧特性において、音響共鳴現象が発生する共鳴周波数帯では管電圧が高く、非共鳴周波数帯では管電圧が低くかつほぼ一定値を示している。負荷電流特性については、点灯周波数の上昇に応じて負荷電流が減少しており、この特性は高圧放電灯７や回路部品（例えば、チョークコイルなど）の特性バラツキで上昇或いは下降変化する。さらに、高圧放電灯７の経時変化などで非共鳴周波数帯が変化すると共に、負荷電流特性についても上昇或いは下降変化する性質を有する。こうしたことにより、一方の特性（図中のａ特性）の場合において、負荷電流が目標値ｉｘとなるときの点灯周波数はｆｘである。他方の特性（図中のｂ特性）の場合は、負荷電流が目標値ｉｘとなるときの点灯周波数はｆｙであり、上昇変動することが分かる。このために、負荷電流特性の上昇或いは下降変化に追従して、その都度点灯周波数を負荷電流が目標値ｉｘが得られるように設定変更する必要がある。なお、負荷電流の目標値ｉｘは高圧放電灯７への供給電力を定格電力に設定するための値である。
【００１４】
次に、こうした構成を有する高圧放電灯点灯装置の点灯動作について、図１，図２と図３に示すフローチャート図を併用して説明する。点灯装置の動作を開始した場合に（ステップＳ１００）、制御回路１１は初期の点灯周波数を非共鳴周波数と一致するようにインバータ回路２の駆動周波数を制御し、高圧放電灯７を点灯させる（ステップＳ１０１）。このとき、高圧放電灯７の管電圧を電圧検出器８で検出し、検出された管電圧をＶ０として記憶する（ステップＳ１０２）。そして、インバータ回路２の駆動周波数を変化させて点灯周波数を徐々に下降し（ステップＳ１０３）、この過程で電圧検出器８により高圧放電灯７の管電圧Ｖｘを検出する。
【００１５】
次に、制御回路１１は管電圧Ｖｘが初期点灯時の管電圧Ｖ０と比べて大きいかどうかを判断し（ステップＳ１０４）、ここでＮＯである場合には点灯周波数の下降を続行させる。また、ＹＥＳであった場合には管電圧Ｖｘが管電圧Ｖ０と比べて大きいために共鳴周波数帯に近づいたと判断し、点灯周波数の下降を停止すると共に、このときの点灯周波数ｆ１を記憶する（ステップＳ１０５）。なお、管電圧Ｖｘが管電圧Ｖ０と比べて大きいかどうかを判断する基準値即ち電圧差分値を約１Ｖ以下とする。
【００１６】
次に、制御回路１１は点灯周波数をｆ１から逆に上昇させ（ステップＳ１０６）、この過程で前述と同様に管電圧Ｖｘが管電圧Ｖ０と比べて大きいかどうかを判断する（ステップＳ１０７）。ここで、ＮＯの場合には点灯周波数の上昇を続行させ、ＹＥＳであった場合には共鳴周波数帯に近づいたと判断して点灯周波数の上昇を停止すると共に、このときの点灯周波数ｆ２を記憶する（ステップ１０８）。そして、制御回路１１は点灯周波数ｆ１を下限値、同じくｆ２を上限値として、誤差アンプ１０の出力信号に基づいて高圧放電灯７に流れる負荷電流が目標値ｉｘとなるような点灯周波数ｆｘで高圧放電灯７を点灯させる（ステップＳ１０９）。
【００１７】
この後に、点灯動作が終了したかどうかを判断し（ステップＳ１１０）、ここでＮＯ即ち点灯動作が終了せず点灯装置に消灯信号が送り出されないと判断した場合には、高圧放電灯７を点灯周波数ｆｘで点灯維持する。そして、制御部１１に格納されるタイマーにより例えば数秒間或いは数分間のカウント動作を行なった後で（ステップＳ１１１）、ステップＳ１０２の工程へ戻って管電圧を記憶する。この後に、再びインバータ回路２の駆動周波数を変化させ、点灯周波数をｆｘを基点として下降させる（ステップＳ１０３）。これ以降は、前述の工程を繰り替えし行なう。また、ＹＥＳ即ち点灯装置に消灯信号が送り出されたと判断した場合には、点灯装置の動作を終了させる（ステップＳ１１２）。
【００１８】
以上のように、高圧放電灯７や回路部品の特性バラツキ、高圧放電灯７の経時変化などの各種要因により非共鳴周波数帯や負荷電流特性が変化した場合でも、常に点灯周波数を非共鳴周波数帯内に設定し、かつ負荷電流を目標値ｉｘとなるように高圧放電灯７を安定点灯させることができる。したがって、音響共鳴現象による影響を回避すると共に、高圧放電灯７の明るさを所定レベルに保つことができる。
【００１９】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る高圧放電灯点灯装置の動作の流れを示すフローチャート図である。なお、高圧放電灯点灯装置の回路構成図は実施の形態１と同様である。図４に示すフローチャート図において、点灯装置の動作を開始した場合に（ステップＳ２００）、制御回路１１は初期の点灯周波数を非共鳴周波数と一致するようにインバータ回路２の駆動周波数を制御し、高圧放電灯７を点灯させる（ステップＳ２０１）。この後で、点灯周波数を徐々に下降してゆき（ステップＳ２０２）、このときに電圧検出器８の検出電圧即ち管電圧Ｖｘが閾値Ｖｓに到達したかどうかを判断する（ステップＳ２０３）。
【００２０】
なお、ここで閾値Ｖｓは例えば図５の管電圧特性図に示すように、非共鳴周波数帯で管電圧Ｖｘが窪み形状をもった特性を有する高圧放電灯７の場合に、非共鳴周波数帯における点灯周波数の下限値ｆ１と、同じく上限値ｆ２とに対応する管電圧に相当し、点灯周波数を出来るだけ広範囲に変化させることが出来るようにするためである。
【００２１】
次に、前述のステップＳ２０３でＮＯの場合には管電圧Ｖｘが閾値Ｖｓに到達していないと判断し、点灯周波数の下降を続行させる。また、ＹＥＳの場合には管電圧Ｖｘが閾値Ｖｓに到達したために共鳴周波数帯に近づいたと判断し、点灯周波数の変化を停止すると共に、このときの点灯周波数ｆ１を記憶する（ステップＳ２０４）。次に、制御回路１１は点灯周波数をｆ１を基点として徐々に上昇させ（ステップＳ２０５）、この過程で管電圧Ｖｘが閾値Ｖｓに到達したかどうかを判断する（ステップＳ２０６）。
【００２２】
ここで、ＮＯの場合には点灯周波数の上昇を続行させ、ＹＥＳの場合には管電圧Ｖｘが閾値Ｖｓに到達したために共鳴周波数帯に近づいたと判断し、点灯周波数の変化を停止すると共に、このときの点灯周波数ｆ２を記憶する（ステップＳ２０７）。そして、制御回路１１は点灯周波数ｆ１を下限値、同じくｆ２を上限値として、誤差アンプ１０の出力信号に基づいて負荷電流が目標値ｉｘとなるような点灯周波数ｆｘで高圧放電灯７を点灯させる（ステップＳ２０９）。
【００２３】
以上のように、実施の形態１で述べた各種要因により非共鳴周波数帯や負荷電流特性が変化した場合でも、常に点灯周波数を非共鳴周波数帯内に設定し、かつ負荷電流を目標値ｉｘとなるように高圧放電灯７を安定点灯させ、音響共鳴現象による影響を回避すると共に、高圧放電灯７の明るさを所定レベルに保つことができる。
【００２４】
なお、実施の形態１および実施の形態２において、定格３５Ｗの高圧放電灯７の初期点灯周波数を非共鳴周波数帯の一つである４０ＫＨｚ〜４５ＫＨｚの範囲内に設定しているが、これは他の非共鳴周波数帯から選定するようにしても良い。
【００２５】
また、制御部１１は点灯周波数の下降／上昇変化を一定間隔で繰返し行うように制御する他に、高圧放電灯７の管電圧の上昇量をトリガとして、下降／上昇変化するように制御を行なっても良い。また、点灯周波数の下降／上昇変化を一定間隔で行い、かつその間に管電圧が上昇した場合には点灯周波数を変化するようにしても良い。
【００２６】
また、制御部１１は管電圧の微分値を算出し、その微分値の大きさに基づいて非共鳴周波数帯内での点灯周波数の下限値ｆ１と、同じく上限値ｆ２を決定し、その範囲内で点灯周波数を下降／上昇変化するように制御を行なっても良い。
【００２７】
また、制御回路１１は非共鳴周波数と一致するようにインバータ回路２の駆動周波数を制御して高圧放電灯７を点灯させ、その後で点灯周波数を変化させる際に、前述とは逆方向即ち上昇変化を行なった後で下降変化するようにしても良い。
【００２８】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００３０】
この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯と、この高圧放電灯に高周波電力を供給する高周波電力供給回路と、この高周波電力供給回路の出力周波数を制御する制御回路と、高圧放電灯の管電圧を検出する電圧検出手段と、高圧放電灯に流れる負荷電流を検出する電流検出手段とを備えた高圧放電灯点灯装置において、前記制御回路は所定の周波数で前記高圧放電灯を点灯したときの管電圧を基準管電圧として記憶し、前記高周波電力供給回路の出力周波数を下降したときに管電圧が前記基準管電圧よりも高くなる地点の第１の周波数と、出力周波数を上昇したときに管電圧が基準管電圧よりも高くなる地点の第２の周波数とを記憶し、前記高周波電力供給回路の出力周波数は、これらの第１と第２の周波数の間であって、且つ負荷電流が所定値となる周波数を選定するようにしたので、高圧放電灯や回路部品の特性バラツキ、高圧放電灯の経時変化などの各種要因により非共鳴周波数帯や負荷電流特性が変化した場合でも、音響共鳴現象による影響を回避すると共に、高圧放電灯の明るさを所定レベルに保つことができる。
【００３１】
また、高圧放電灯と、高圧放電灯に高周波電力を供給する高周波電力供給回路と、高周波電力供給回路の出力周波数を制御する制御回路と、高圧放電灯の管電圧を検出する電圧検出手段と、高圧放電灯に流れる負荷電流を検出する電流検出手段とを備えた高圧放電灯点灯装置において、制御回路は高周波電力供給回路の出力周波数を高圧放電灯の管電圧が所定の基準値以下の範囲内であって、且つ負荷電流が所定値となる周波数を選定するようにしたので、高圧放電灯の管電圧特性即ち非共鳴周波数帯の電圧特性に制約されることがなく、常に音響共鳴現象による影響を回避すると共に、高圧放電灯の明るさを所定レベルに保つことができる。
【００３２】
また、制御回路は高周波電力供給回路の出力周波数の変化を、一定の間隔で繰り返し行なうようにしたので、高圧放電灯の管電圧特性を監視しながら常に常に音響共鳴現象による影響を回避すると共に、明るさを所定レベルに保つことができる。
【００３３】
また、制御回路は電圧検出手段で検出された高圧放電灯の管電圧或いは電流検出手段で検出された負荷電流が所定量だけ変化した場合に、負荷電流が前記所定値となるよう高周波電力供給回路の出力周波数を変化させるようにしたので、速やかに音響共鳴現象による影響を回避し、かつ高圧放電灯の明るさを所定レベルに保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の高圧放電灯点灯装置に係る回路構成図を示す。
【図２】  実施の形態１の管電圧／負荷電流特性図である。
【図３】  実施の形態１の点灯動作の流れを示すフローチャート図である。
【図４】  実施の形態２の点灯動作の流れを示すフローチャート図である。
【図５】  実施の形態２の管電圧／負荷電流特性図である。
【図６】  従来の高圧放電灯点灯装置を示す回路構成図である。
【符号の説明】
１  直流電源、２  インバータ回路、３  制御回路、４  負荷回路、５  共振コンデンサ、６  チョークコイル、７  高圧放電灯、８  電圧検出器、９  負荷電流検出抵抗、１０  誤差アンプ、１１  制御回路。
【図１】
0004103413.tif 000002
【図２】
0004103413.tif 000003
【図３】
0004103413.tif 000004
【図４】
0004103413.tif 000005
【図５】
0004103413.tif 000006
【図６】
0004103413.tif 000007