(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、
トランス及び第１のスイッチング素子を含み、前記直流電源からの直流電圧を昇圧する昇圧手段と、
該昇圧手段から昇圧された直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、
該インバータ回路の動作を制御する制御回路と、
該制御回路に制御電圧を供給する電源回路とを備えた放電灯点灯装置において、
前記昇圧手段の出力側に並列に接続された、抵抗と第２のスイッチング素子とからなる直列回路を備え、
前記第２のスイッチング素子は、インバータ回路の入力側に接続されたコンデンサ、及び該コンデンサに１次側が接続され、放電灯に２次側が直列に接続されたパルストランスとともに始動回路を構成し、始動時にオン・オフ動作をして放電灯を点灯させるものであり、
前記電源回路は、前記直流電源から電圧を得て制御電圧を発生する第１の電源回路と、前記昇圧手段のトランスの２次側から電圧を得て前記第１の電源回路よりも高い制御電圧を発生する第２の電源回路とを備え、
前記制御回路は、
放電灯の端子間電圧の値が所定範囲から外れた場合に前記インバータ回路の動作を停止する停止手段を備え、
前記第１の電源回路から制御電圧が供給されて制御動作を開始し、制御動作の開始後は前記第２の電源回路から制御電圧が供給されるようにし、
前記停止手段により前記インバータ回路の動作が停止したときに、前記第２のスイッチング素子をオン状態にするとともに、前記第１のスイッチング素子をオン／オフ制御して前記第２の電源回路から得られる制御電圧を一定に維持することを特徴とする放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インバータ回路により放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に関するものである
【０００２】
【従来の技術】
図３は、例えば特開平９−３２０７８２号公報に開示された従来の放電灯点灯装置を示す回路構成図である。図３において、１は交流電源、２は交流電源１から供給される交流電圧を直流電圧に変換する整流回路、３は整流回路２の出力端子に並列接続するインバータ回路、４はインバータ回路３の出力端子に並列接続する放電灯である。５は整流回路２の出力端子の一方に接続する第１の抵抗、６は第１の抵抗５の片側に接続するツェナーダイオード、７はツェナーダイオード６の両側に並列接続するコンデンサ、８はコンデンサ７の両側に並列接続するインバータ制御回路であり、このインバータ制御回路８と前述のインバータ回路３との間にダイオード９と第２の抵抗１０とから成る直列回路を形成する。
【０００３】
次に、放電灯点灯装置の動作を図３に示す回路構成図を併用して説明する。交流電源１から供給される交流電圧が整流回路２により直流電圧に変換され、その直流電圧は第１の抵抗５に印加される。このとき、第１の抵抗５に電流が流れてツェナーダイオード６の定電圧作用によりコンデンサ７に所定の電圧が充電される。そして、コンデンサ７の充電電圧はインバータ制御回路８に供給され、これによってインバータ回路３が動作して放電灯４に高周波電圧が印加される。次に、インバータ回路３が動作することでその回路を構成するトランス（図示なし）から出力される電圧がダイオード９から第２の抵抗１０を通じてコンデンサ７に充電され、その充電電圧がインバータ制御回路８に供給される。したがって、インバータ回路３は動作し続けることにより、放電灯４は点灯状態を維持することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の放電灯点灯装置は、前述のようにインバータ回路が動作したときにその回路から出力される電圧をインバータ制御回路の制御電圧として供給することで、インバータ回路の動作を継続させて放電灯を点灯している。ここで、インバータ制御回路は放電灯が寿命末期となってその端子間電圧が高くなった場合に放電管内の圧力上昇を抑制するため、インバータ回路の動作を停止させて放電灯への電圧供給を遮断する必要がある。しかし、インバータ回路を停止した場合はインバータ制御回路に駆動電圧を供給することが不可能となる。したがって、インバータ制御回路はその回路に記憶された放電灯の寿命末期データが消滅された後に、再びコンデンサの充電電圧により駆動する状態となる。これにより、インバータ回路は所定時間だけ動作を行った後で停止するという間欠動作を繰り返す状態となる。これにより、放電灯が寿命末期であってもインバータ回路から放電灯へ高周波電圧が間欠的に供給されるために、放電管内の圧力が徐々に上昇していくという問題点が有った。
【０００５】
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、放電灯が寿命末期に至った場合はインバータ回路を確実に停止させ、放電灯へ高周波電圧を供給することがなく放電管内の圧力上昇を抑制する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】
この発明に係る放電灯点灯装置は、直流電源と、トランス及び第１のスイッチング素子を含み、前記直流電源からの直流電圧を昇圧する昇圧手段と、該昇圧手段から昇圧された直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、該インバータ回路の動作を制御する制御回路と、該制御回路に制御電圧を供給する電源回路とを備えた放電灯点灯装置において、前記昇圧手段の出力側に並列に接続された、抵抗と第２のスイッチング素子とからなる直列回路を備え、前記第２のスイッチング素子は、前記インバータ回路の入力側に接続されたコンデンサ、及び該コンデンサに１次側が接続され、放電灯に２次側が直列に接続されたパルストランスとともに始動回路を構成し、始動時にオン・オフ動作をして放電灯を点灯させるものであり、前記電源回路は、前記直流電源から電圧を得て制御電圧を発生する第１の電源回路と、前記昇圧手段のトランスの２次側から電圧を得て前記第１の電源回路よりも高い制御電圧を発生する第２の電源回路とを備え、前記制御回路は、放電灯の端子間電圧の値が所定範囲から外れた場合に前記インバータ回路の動作を停止する停止手段を備え、前記第１の電源回路から制御電圧が供給されて制御動作を開始し、制御動作の開始後は前記第２の電源回路から制御電圧が供給されるようにし、前記停止手段により前記インバータ回路の動作が停止したときに、前記第２のスイッチング素子をオン状態にするとともに、前記第１のスイッチング素子をオン／オフ制御して第２の電源回路から得られる制御電圧を一定に維持する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明による放電灯点灯装置の実施の形態１を示す回路構成図である。図１において、１１は商用交流電源、１２は商用交流電源１１から供給される交流電圧を全波整流する全波整流回路、１３は全波整流回路１２から出力される電圧を昇圧して直流電圧に変換する昇圧回路である。この昇圧回路１３は、スイッチング素子１４の両端にダイオード１５を通じてコンデンサ１６が並列接続され、かつスイッチング素子１４の一端にトランス１７の一次巻線１７ａが接続されて形成する。１８は昇圧回路１３から出力される直流電圧をインバータ回路１９で高周波電圧に変換し、その高周波電圧を放電灯２０へ印加したときに流れる電流の大きさを抑制する限流回路である。
【０００９】
２１は放電灯２０にパルス電圧を印加して、その放電灯２０を始動させる始動回路である。始動回路２１は放電灯２０の一端に接続されるパルストランス２２の一次巻線２２ａ、その二次巻線２２ｂの一端に接続される抵抗２３およびコンデンサ２４、二次巻線２２ｂの他端に接続される抵抗２５およびスイッチング素子２６から構成される。２７は昇圧回路１３の出力電圧を検出する昇圧回路用電圧検出器、２８は限流回路１８の出力電圧を検出する限流回路用電圧検出器、２９は限流回路１８の出力電流を検出する電流検出器である。
【００１０】
３０は昇圧回路用電圧検出器２７の出力電圧に基づいて昇圧回路１３のスイッチング素子１４をオン／オフ制御し、かつ限流回路用電圧検出器２８および限流回路用電流検出器２９の出力に基づいて限流回路１８のスイッチング素子（図示なし）をオン／オフ制御する制御回路である。さらに、制御回路３０はインバータ回路１９から所定の周波数をもつ高周波電圧が出力されるように、その回路のスイッチング素子（図示なし）をオン／オフ制御したり、かつ始動回路２１のスイッチング素子２６をオン／オフ制御する。３１は制御回路３０を駆動させる制御電源回路であり、この回路は全波整流回路１２の出力側の一端に接続する抵抗３２およびツェナーダイオード３３から成る直列回路、昇圧回路１３を構成するトランス１７の二次巻線１７ｂの両端にダイオード３４を介して接続されるコンデンサ３５、ダイオード３４とコンデンサ３５との接続点に接続される定電圧素子３６およびコンデンサ３７から成る直列回路、ツェナーダイオード３３とコンデンサ３７との間に接続されるダイオード３８から構成する。
【００１１】
次に、こうした構成を有する放電灯点灯装置の動作を、図１に示す回路構成図を併用して説明する。放電灯点灯装置の動作を開始した場合に、全波整流回路１２から出力される電圧が制御電源回路３１の抵抗３２に印加する。このとき、ツェナーダイオード３３の定電圧作用でその電圧はダイオード３８を介してコンデンサ３７に電圧が例えば１０Ｖとなるように充電される。そして、コンデンサ３７の充電電圧が制御回路３０に供給することでその回路は駆動し、昇圧回路１３のスイッチング素子１４を所定時間だけオンして全波整流回路１２から出力される直流電流をトランス１７の一次巻線１７ａに流す。この後で、スイッチング素子１４をオフして一次巻線１７ａに蓄積された電磁エネルギー即ち起電力をダイオード１５を介してコンデンサ１６に充電する。
【００１２】
そして、制御回路３０は昇圧回路１３の出力電圧即ちコンデンサ１６の充電電圧が所定値となるように、昇圧回路用電圧検出器２７の出力に基づいてスイッチング素子１６をオン／オフ制御する。また、スイッチング素子１４をオン／オフ駆動してトランス１７の一次巻線１７ａに電流が断続的に流れる過程で、その二次巻線１７ｂには一次巻線１７ａよりも低い矩形波状の交流電圧が発生する。二次巻線１７ｂの巻き数を一次巻線１７ａに対して約１／１５に設定した場合に、一次巻線１７ａに印加される交流電圧が例えば平均値１８０Ｖとすると、二次巻線１７ｂには平均値１２Ｖが発生する。そして、二次巻線１７ｂに発生した交流電圧はダイオード３４を介してコンデンサ３５に充電して平滑され、平滑した直流電圧は定電圧素子３６により所定の電圧レベルに維持される。さらに、所定の電圧レベルに維持された電圧はコンデンサ３７に充電される。
【００１３】
ここで、ダイオード３８のアノード側の電圧即ちツェナーダイオード３３に印加される所定の電圧とダイオード３８のカソード側の電圧即ちコンデンサ３７の充電電圧との大きさを、アノード側１０Ｖに対してカソード側１２Ｖとなるように電圧設定する。したがって、制御回路３０が駆動して昇圧回路１３のスイッチング素子１４がオン／オフ駆動した場合に、ツェナーダイオード３３に印加される所定の電圧がダイオード３８を介してコンデンサ３７に充電されず、定電圧素子３６を介した電圧がコンデンサ３７に充電され、その充電電圧が制御回路３０に供給される。つまり、制御回路３０はツェナーダイオード３３に印加される所定の電圧を制御回路３０の駆動電源として駆動し、その回路が駆動を開始した直後から昇圧回路１３を構成するトランス１７の二次巻線１７ｂの出力電圧を駆動電源とする。
【００１４】
これにより、全波整流回路１２から出力される直流電圧を例えば１８０Ｖに設定し、そのときに制御回路３０を駆動する電力を考慮した場合はツェナーダイオード３３に印加する電圧を１０Ｖ、通電電流を２０ｍＡとなるように設定する必要がある。したがって、抵抗３２はオームの法則により１７０Ｖ／２０ｍＡ＝８．５ＫΩと算出され、抵抗３２の消費電力即ちジュール熱は３．４Ｗと求められる。このために、抵抗３２の定格容量が大きくなる関係上、そのサイズは大型化して点灯装置が大きくなるという問題点を生じる。しかし、抵抗３２に流れる電流が２０ｍＡであっても通電時間が短いために定格容量３．４Ｗを確保する必要がなく、それ以下の定格容量を有するものであっても良い。したがって、抵抗３２を大型化する必要がないため点灯装置をコンパクト化でき、さらに部品の低コスト化を実現できる。
【００１５】
次に、制御回路３０は限流回路１８のスイッチング素子（図示なし）を所定の間隔でオン／オフ駆動させ、限流回路１８から出力される電圧および電流の大きさを制御する。そして、限流回路１８の出力電圧は始動回路２１の抵抗２３を通じてコンデンサ２４に充電される。この後で、制御回路２０は限流回路１８のスイッチング素子をオフすると同時に始動回路２１のスイッチング素子２６を所定時間だけオンにして、コンデンサ２４に充電された電圧をパルストランス２２の２次巻線２２ｂに印加する。このとき、二次巻線２２ｂには電流が流れて電磁エネルギー即ち起電力が蓄積する。なお、限流回路１８のスイッチング素子と始動回路２１のスイッチング素子２６とをそれぞれ交互にオンさせる理由は、昇圧回路１３の出力電圧が限流回路１８のスイッチング素子を介して始動回路２１のスイッチング素子２６に印加されることを防ぐためである。これにより、双方のスイッチング素子に過大な電圧が印加されることなく、素子の破損を未然に防止することができる。
【００１６】
次に、始動回路２１のスイッチング素子２６をオフにしてパルストランス２２の２次巻線２２ｂに蓄えられた起電力を１次巻線２２ａ側に放出する。ここで、１次巻線２２ａの巻数は２次巻線２２ｂの巻数に対して１０倍程度の比率であるので、１側巻線２２ａにはコンデンサ２４の充電電圧の１０倍程度に相当する高電圧が印加される。そして、その高電圧は放電灯２０の端子間に印加されることで放電灯２０が始動する。
【００１７】
次に、制御回路３０は放電灯２０が始動した直後に限流回路用電圧検出器２８の出力値から放電灯２０に印加される電圧を読み込み、放電灯２０に供給される電力が目標電力となるように目標電流を決定する。そして、放電灯２０に流れる電流を電流検出器２９で検出し、その検出値に基づいて限流回路１８のスイッチング素子をオン／オフ制御する。ここで、放電灯２０に流れる電流が目標電流値よりも小さい場合はスイッチング素子のオン時間をオフ時間と比べて長くし、かつ放電灯電流が目標電流値よりも大きい場合はスイッチング素子のオン時間をオフ時間と比べて短くする。この後に、スイッチング素子によりオン／オフされたパルス状の電流はこの回路に格納される平滑回路で直流電流に平滑される。そして、限流回路１８から出力される直流電流はインバータ回路１９で高周波電流に変換され、その高周波電流を放電灯２０へ流すことで点灯状態となる。
【００１８】
次に、制御回路３０は限流回路用電圧検出器２８の出力値がある閾値を超えた場合、即ち放電灯２０の端子間電圧が所定値以上となった場合に放電灯２０が寿命末期であると判断し、限流回路１８およびインバータ回路１９の動作を停止させて放電灯２０への高周波電圧の供給を遮断する。このとき、制御回路３０の駆動を維持して限流回路１８およびインバータ回路１９の停止状態を継続させるために、昇圧回路１３のトランス１７の二次巻線１７ｂから出力される電圧の大きさを所定値に維持する必要がある。制御回路３０の駆動電力を一定にさせる手段として、限流回路用電圧検出器２８の出力値がある閾値を超えた時点に始動回路２１のスイッチング素子２６をオン状態にする。これにより、制御回路３０は昇圧回路１３のコンデンサ１６に充電された電圧を始動回路２１のスイッチング素子２６を介して抵抗２５に放電させ、このときコンデンサ１６の充電電圧を所定値に維持するために昇圧回路１３のスイッチング素子１４をオン／オフ制御する。
【００１９】
ここで、トランス１７の一次巻線１７ａの巻き数がｎ１であってその巻線に流れる電流をＩ１とし、さらに二次巻線１７ｂの巻き数がｎ２であって、その巻線に流れる電流をＩ２とした場合に、Ｉ１×ｎ１＝Ｉ２×ｎ２の関係式が成立する。そして、ｎ２＝ｎ１／１５であるためにＩ２＝１５×Ｉ１が求められることで、一次巻線１７ａに流れる電流の１５倍相当の電流を二次巻線１７ｂから出力することができる。制御回路３０の駆動を維持するための駆動電力を例えば１２Ｖ×２０ｍＡ＝２４０ｍＷに設定した場合に、一次巻線１７ａには２０ｍＡ／１５＝１．３ｍＡ程度の電流を流せば良い。したがって、昇圧回路１３のコンデンサ１６の充電電圧を４００Ｖ、かつ一次巻線１７ａに流れる電流を１．３ｍＡ程度に設定するために適切な抵抗２５の定数は、４００Ｖ／１．３ｍＡ＝約３０８ｋΩと求められる。これにより、抵抗２５の消費電力は３０８ｋΩ×１．３ｍＡ×１．３ｍＡ＝０．５２Ｗ程度と算出され、定格容量の非常に小さい抵抗器で済むことになる。
【００２０】
次に、前述の動作内容を図２に示すタイミングチャート図を併用して説明する。図２（ａ）において、制御回路３０に始動電源Ｗが時間Ｔだけ供給されると、制御回路３０は動作して図２（ｂ）に示すように昇圧回路１３のスイッチング素子１４をオン／オフ駆動させる。これにより、制御回路３０には駆動電圧として図２（ｃ）に示すように昇圧回路１３のトランス１７から出力電圧が供給される。そして、制御回路３０は始動回路２２のスイッチング素子２６を図２（ｄ）に示すように短時間Ｓだけオン駆動させて放電灯２０を始動する。この後に、制御回路３０はインバータ回路１９を図２（ｅ）に示すように動作させ、これにより放電灯２０が点灯状態となって図２（ｆ）に示すようにその端子間電圧はＶ１を維持する。これ以降に、放電灯２０は寿命末期となって放電管内の圧力が高くなり図２（ｆ）のａ部に示すようにその端子間電圧はＶ１からＶ２へと上昇したとき、制御回路３０は図２（ｅ）のｂ部に示すようにインバータ回路１９の動作を停止させる。これと同時に、制御回路３０は始動回路２２のスイッチング素子２６を図２（ｄ）のｃ部に示すように連続的にオン駆動し、制御回路３０の動作を継続させる。
【００２１】
以上の動作方法により、放電灯２０が寿命末期に至った場合は放電灯２０にインバータ回路１９から高周波電圧を供給することがなく、放電管内の圧力上昇を防止する放電灯点灯装置を得ることができる。
【００２２】
【発明の効果】
この発明に係る放電灯点灯装置は、直流電源と、トランス及び第１のスイッチング素子を含み、前記直流電源からの直流電圧を昇圧する昇圧手段と、該昇圧手段から昇圧された直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、該インバータ回路の動作を制御する制御回路と、該制御回路に制御電圧を供給する電源回路とを備えた放電灯点灯装置において、前記昇圧手段の出力側に並列に接続された、抵抗と第２のスイッチング素子とからなる直列回路を備え、前記第２のスイッチング素子は、前記インバータ回路の入力側に接続されたコンデンサ、及び該コンデンサに１次側が接続され、放電灯に２次側が直列に接続されたパルストランスとともに始動回路を構成し、始動時にオン・オフ動作をして放電灯を点灯させるものであり、前記電源回路は、前記直流電源から電圧を得て制御電圧を発生する第１の電源回路と、前記昇圧手段のトランスの２次側から電圧を得て前記第１の電源回路よりも高い制御電圧を発生する第２の電源回路とを備え、前記制御回路は、放電灯の端子間電圧の値が所定範囲から外れた場合に前記インバータ回路の動作を停止する停止手段を備え、前記第１の電源回路から制御電圧が供給されて制御動作を開始し、制御動作の開始後は前記第２の電源回路から制御電圧が供給されるようにし、前記停止手段により前記インバータ回路の動作を停止させたときに、前記第２のスイッチング素子をオン状態にするとともに、前記第１のスイッチング素子をオン／オフ制御して前記第２の電源回路から得られる制御電圧を一定に維持するようにしたので、例えば放電灯が寿命末期に至った場合は制御回路を駆動し続けてインバータ回路の動作を停止させることが可能である。これにより、放電灯に高周波電圧を供給することがなく、放電管内の圧力上昇を防止することができる。また、制御回路に駆動電力を与える電源回路を構成する抵抗の定格容量を比較的小さくすることが可能であり、これによって点灯装置をコンパクト化すると共に低コストを実現できる。また、停止手段がインバータ回路の動作を停止させたときに第２の電源回路から得られる制御電圧を一定に維持するようにしたので、例えば放電灯が寿命末期に至った場合はインバータ回路から高周波電圧を供給することを停止し、放電管内の圧力上昇を確実に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の放電灯点灯装置の実施形態を示す回路構成図である。
【図２】  実施の形態１に係る放電灯点灯装置の動作に関するタイミングチャート図である。
【図３】  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、２  整流回路、３  インバータ回路、４  放電灯、５  第１の抵抗、６  ツェナーダイオード、７  コンデンサ、８  インバータ制御回路、９ダイオード、１０  第２の抵抗、１１  商用交流電源、１２  全波整流回路、１３  昇圧回路、１４  スイッチング素子、１５  ダイオード、１６  コンデンサ、１７  トランス、１８  限流回路、１９  インバータ回路、２０  放電灯、２１  始動回路、２２  パルストランス、２３  抵抗、２４  コンデンサ、２５抵抗、２６  スイッチング素子、２７  昇圧回路用電圧検出器、２８  限流回路用電圧検出器、２９  限流回路用電流検出器、３０  制御回路、３１  制御電源回路、３２  抵抗、３３  ツェナーダイオード、３４  ダイオード、３５  コンデンサ、３６  定電圧素子、３７  コンデンサ、３８  ダイオード。
【図１】
0004206637.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004206637.tif 000004