(57)【要約】【課題】所望の重畳波形が正確に得られる安価な高圧放電灯の点灯装置を提供する。【解決手段】インバータ２２を駆動する矩形波パルスに同期して、この矩形波パルスの立ち上がり／立ち下がりから一定期間遅れた所定の期間、駆動パルス信号のディーティー比を所定割合で拡張する。コンバータ２０の出力電圧をフィードバックしてコンバータ２０を駆動させる駆動パルス信号を生成し、この駆動パルス信号を反転させ、この反転させたパルス信号のＨＩＧＨのパルス長を所定の割合で短縮し、この短縮されたパルスとインバータ２２を駆動させる矩形波パルスの立下りと同期して立ち下がり、矩形波パルスよりもＨＩＧＨのパルス長が短いゲートパルスとの論理積パルスを生成し、この論理積パルスを駆動パルスに重畳させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された直流電流を、パルス信号に基づいて所望の電圧に変換するコンバータと、
前記コンバータから出力された直流電流を交流電流に変換するインバータと、
前記直流電流から高圧パルスを発生させて高圧放電灯に供給する始動器と、
前記コンバータの出力電圧または出力電流または出力電力をフィードバックして前記コンバータを駆動させる駆動パルス信号を生成する制御回路と、
前記インバータを駆動する矩形波パルスに同期して、前記矩形波パルスの立ち上がり／立ち下がりから一定期間遅れた所定の期間、前記駆動パルス信号のディーティー比を所定割合で拡張するパルス幅調整回路と、
を備えることを特徴とする高圧放電灯の点灯装置。
【請求項２】
入力された直流電流を、パルス信号に基づいて所望の電圧に変換するコンバータと、
前記コンバータから出力された直流電流を交流電流に変換するインバータと、
前記直流電流から高圧パルスを発生させて高圧放電灯に供給する始動器と、
前記コンバータの出力をフィードバックして前記コンバータを駆動させ、駆動パルス信号を生成する制御回路と、
前記駆動パルス信号を反転させ、この反転させたパルス信号のＨＩＧＨのパルス長を所定の割合で短縮し、この短縮されたパルスと前記インバータを駆動させる矩形波パルスの立下りおよび立ち上がりと同期して立ち下がり、前記矩形波パルスよりもＨＩＧＨのパルス長が短いゲートパルスとの論理積パルスを生成し、この論理積パルスを駆動パルス信号に重畳させる、パルス重畳回路と、
を備えることを特徴とする高圧放電灯の点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、効率よくフリッカーを抑える高圧放電灯の点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧放電灯のフリッカーを抑える点灯装置として、高圧放電灯に供給するランプ電流の半周期の所定数分の１で電流パルスを発生させ、この電流パルスの極性をランプ電流と同一にするとともにこの電流パルスをその発生した半周期の後の部分でこのランプ電流に重畳する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
このパルスの重畳を行うための回路は様々なものが提案されている（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特表平１０−５０１９１９号公報
【特許文献２】特開２００４−２８１３８１号公報
【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２に記載の技術においては、誤差増幅器に並列に接続されるコンデンサによって誤差増幅器の入力パルスに対する出力パルスの遅れが発生し、所望のランプ電流の波形が得られず、フリッカーが減少しにくいという問題点があった。
【０００５】
従来の点灯装置はコンデンサにおいて位相補償により入力パルスに対する出力パルスの遅れが発生する。
【０００６】
本発明は、所望の重畳波形が正確に得られる安価な高圧放電灯の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】
【０００７】
この目的を達成するために本発明は、パルス信号に基づいて入力された直流電流を所望の電圧に変換するコンバータと、コンバータから出力された直流電流を交流電流に変換するインバータと、直流電流から高圧パルスを発生させて高圧放電灯に供給する始動器と、コンバータの出力電圧または出力電流または出力電力をフィードバックしてコンバータを駆動させる駆動パルス信号を生成する制御回路と、インバータを駆動する矩形波パルスに同期して、矩形波パルスの立ち上がり／立ち下がりから一定期間遅れた所定の期間、駆動パルス信号のディーティー比を所定割合で拡張するパルス幅調整回路と、を備えることを特徴とする高圧放電灯の点灯装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、所望の重畳波形が正確に得られ、安価に製造することが可能となるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明による高圧放電灯の点灯装置の一実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
【００１０】
図１は第１の実施形態の高圧放電灯の点灯装置の回路図である。図１に示すように、本実施形態の高圧放電灯の点灯装置（以下、点灯装置と呼ぶ。）は、パルス信号に基づいて入力された直流電流を所望の電圧に変換するコンバータ２０と、コンバータ２０から出力された直流電流を交流電流に変換するインバータ２２と、直流電流から高圧パルスを発生させて高圧放電灯に供給する始動器２３と、目標電力値ＷＯをコンバータ２０の出力電圧ＶＬによって除算して目標ランプ電流値ＩＯを出力する除算器３２と、除算器３２と並列に接続された第１のコンデンサＣ３と、第１のコンデンサＣ３と並列に接続された第１の抵抗器Ｒ４とを備える。
【００１１】
コンバータ２０は昇圧チョッパー回路を用いることができる。コンバータ２０は例えば、電源に並列に接続されたコンデンサＣ１と電源に直列に接続されたトランスＴと、トランスＴのグランド側に直列にドレインが接続され、ソースがグランドに接続されたパワーＭＯＳ  ＦＥＴ等のスイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１のゲートに直列に接続された抵抗器Ｒ６と、抵抗器Ｒ６に並列に接続され、一端がグランドに接続する抵抗器Ｒ７と、抵抗器Ｒ６に直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１のドライブ回路２１を備える。
【００１２】
また、コンバータ２０はトランスＴの２次巻き線に直列に接続されたダイオードＤ１と、ダイオードＤ１に直列に、トランスＴに並列に接続されたコンデンサＣ２を備える。
【００１３】
コンバータ２０の出力はインバータ２２に供給され、直流から交流に変換される。インバータ２２の出力は始動器２３に供給され高圧放電管２４に供給する高圧パルスが生成される。
【００１４】
さらに、点灯装置はパルス信号に波形を重畳させる装置を備える。以下具体的に説明する。
【００１５】
点灯装置は目標電力値ＷＯを格納するメモリ３１と、コンバータ２０の出力電圧を検出して目標電力値ＷＯを検出した出力電圧ＶＬによって除算して目標ランプ電流値ＩＯを出力する除算器３２と、タイマー回路３３と、を備える。
【００１６】
点線３０にて囲んだメモリ３１と除算器３２とタイマー回路３３とはマイコンやＡＳＩＣなどにより構成することができる。
【００１７】
タイマー回路３３は所定の周波数の矩形波パルスを生成する。更にタイマー回路３３は、矩形波パルスの立ち上がりから一定期間遅れて立ち上がり、且つ矩形波パルスが立ち下がる前に立ち下がるとともに、矩形波パルスの立ち下がりから一定期間遅れて立ち上がり、且つ矩形波パルスが立ち上がる前に立ち下がるゲートパルスを生成する。
【００１８】
また、点灯装置はコンバータの出力電圧をフィードバックしてコンバータ２０を駆動させる駆動パルス信号を生成する制御回路４０を備える。
【００１９】
制御回路４０は除算器３２と並列に接続された第１のコンデンサＣ３と、第１のコンデンサＣ３と並列に接続された第１の抵抗器Ｒ４と、コンバータ２０から検出した出力電圧ＩＬと目標ランプ電流値ＩＯとの誤差を増幅した誤差増幅値を出力し、第１のコンデンサＣ３及び第１の抵抗器Ｒ４と並列に接続された誤差増幅器４１と、を備える。
【００２０】
また、制御回路４０は、鋸歯状波を発生させる鋸歯状波発生回路４４と直流電流を供給する付加機能回路４５とを備える。
【００２１】
また、制御回路４０は、鋸歯状波と誤差増幅値及び直流電流の電圧とを比較して比較値を出力する比較器４２と比較値と直流電流の電圧との第１の論理積を出力する第１の論理積回路４３とを備える。制御回路４０は図１に記載したアナログ回路の他、マイコンやＡＳＩＣなどにより構成することができる。
【００２２】
さらに、点灯装置はパルス幅調整回路を備える。このパルス幅調整回路はタイマー回路３３より出力されたゲートパルスがＨＩＧＨの期間、駆動パルス信号のディーティー比を所定割合で拡張する。
【００２３】
このパルス幅調整回路はアナログ回路によってもマイコンなどを使用したディジタル回路によっても構成することができる。本実施形態においては以下に述べるパルス重畳回路１０によって構成される。
【００２４】
パルス重畳回路１０は、第１の論理積の反転値を出力する反転器１１と、反転器１１に直列に接続された第２のコンデンサＣ４と、第２のコンデンサＣ４に直列に接続され、他端を接地する第２の抵抗器Ｒ５と、第２のコンデンサＣ４に直列に接続され、ヒステリシス値を出力するヒステリシス付バッファアンプ１２と、タイマー回路３３から供給されたパルス信号とヒステリシス値との第２の論理積を出力する第２の論理積回路１３と、第２の論理積と第１の論理積との論理和を出力する論理和回路１４と、を備える。
【００２５】
パルス重畳回路１０はドライブ回路２１にこの論理和を出力する。ドライブ回路２１はこの論理和に基づいてコンバータ２０を駆動するパルスを出力する。
【００２６】
図２は付加機能回路４５の構成を示す回路図である。図２に示すように付加機能回路４５は、直流電圧源４８に並列に接続された低電圧検出回路４７と、低電圧検出回路４７に並列に接続されたソフトスタート回路４６とを備える。
【００２７】
ソフトスタート回路４６は、低電圧検出回路４７の出力に直列に接続されたコンデンサＣ５と、コンデンサＣ５に並列に接続された抵抗器Ｒ８と、抵抗器Ｒ８及びコンデンサＣ５に直列に接続された抵抗器Ｒ９とを備える。ソフトスタート回路４６の出力は図１のＨへ、コンデンサＣ５の抵抗器Ｒ８側の出力は図１のＧへ、それぞれ接続される。
【００２８】
次に、点灯装置の動作について説明する。図３は図１の各点における波形を示した図である。
【００２９】
除算器３２は抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２によって検出された電圧ＶＬを入力し、目標電力値ＷＯをメモリから読み出す。そして、除算器３２はＷＯをＶＬによって除算して目標ランプ電流値ＩＯに相関した電圧を出力する。
【００３０】
この目標ランプ電流値ＩＯに相関した電圧は誤差増幅器４１に出力される。また、誤差増幅器４１には抵抗器Ｒ３によって検出された電流ＩＬが入力される。誤差増幅器４１は目標ランプ電流値ＩＯと電流ＩＬとの誤差を増幅した値を比較器４２に出力する。
【００３１】
図３（ｃ）は誤差増幅器４１の出力を示した図である。図３（ｃ）に示すように第１のコンデンサＣ３の作用、すなわち位相補償により変化が緩慢となっている。
【００３２】
鋸歯状波発生回路４４は鋸歯状波を生成して比較器４２に出力する。図３（ｂ）は鋸歯状波発生回路４４が生成した波形を示す。
【００３３】
付加機能回路４５は定電圧を生成し比較器４２に出力する。図３（ｄ）は図１Ｇ点における電圧を示している。
【００３４】
比較器４２は鋸波状波形と誤差増幅器４１の出力と付加機能回路４５の出力した定電圧とを比較した波形を第１の論理積回路４３に出力する。
【００３５】
また、付加機能回路４５は定電圧を生成し、第１の論理積回路４３に出力する。図３（ａ）は付加機能回路４５のＨ点における波形を示す。
【００３６】
第１の論理積回路４３は付加機能回路４５の生成した定電圧と比較器４２の出力との論理積を出力する。図３（ｅ）は比較器４２の出力波形すなわちＡ点の電圧を示した図である。この波形がドライブ回路２１への出力の基本波形となる。
【００３７】
第１の論理積回路４３は反転器１１に出力する。図３（ｆ）は反転器１１の出力波形を示した図である。
【００３８】
反転器１１の出力はコンデンサＣ４と抵抗器Ｒ５によって構成される微分回路に出力される。図３（ｉ）はＢ点、すなわち微分後の波形を示す図である。
【００３９】
微分回路は微分後の波形をヒステリシス付バッファアンプ１２に出力する。ヒステリシス付バッファアンプ１２は微分後の波形の電圧が第１の閾値Ｌ１から第２の閾値Ｌ２の間にあるときにＨＩＧＨを、それ以外のときＬＯＷを第２の論理積回路１３に出力する。
【００４０】
すなわち、微分回路とヒステリシス付バッファアンプ１２により、反転された基本波のＨＩＧＨの長さが所定の割合にて短縮される。
【００４１】
図３（ｇ）はタイマー回路３３のイの点における出力波形、すなわちインバータ２２を駆動させる矩形波パルスと同期したゲートパルスを示す図である。このゲートパルスは通常ＨＩＧＨの時間が３０μｓから４００μｓの範囲にある。この出力波形は第２の論理積回路１３に入力する。
【００４２】
また、図３（ｈ）に示すようにゲートパルスは矩形波パルスに一定時間遅れをもって立ち上がる。さらに所定時間ＨＩＧＨを保った後にＬＯＷとなり、その後矩形波パルスもＬＯＷとなる。すなわち、前述の矩形波パルスと同期したゲートパルスとは、立ち上がりエッジや立ち下がりエッジと同一タイミングであることを意味するのではなく、単に矩形波パルスに対してゲートパルスの時間的な遅れが一定であることを意味する。また、矩形波パルスの立ち上がり／立ち下がりの前にゲートパルスを立ち下げるため、インバータ２２の極性反転後のランプを目標ランプ電流値と同等にすることができる。
【００４３】
図３（ｊ）は第２の論理積回路１３の出力Ｃ点、すなわち図３（ｇ）のイ点の出力と図３（ｉ）のヒステリシス付バッファアンプ１２の出力との第２の論理積を示す図である。ここで、重畳波形が生成される。
【００４４】
第２の論理積回路１３はこの重畳波形を論理和回路１４に出力する。また、第２の論理積回路１３は基本波形を入力している。図３（ｋ）はＤ点、すなわち図３（ｅ）の第１の論理積回路４３の出力と図３（ｊ）の第２の論理積との論理和を示す図である。このようにＤ点からの出力はパルス幅が重畳されている。
【００４５】
図３（ｌ）は図１のＥ点における波形を示す。また、図３（ｍ）は図１のＦ点における波形を示す。図４は図１Ｆ点における波形を示した図である。図３（ｍ）及び図４に示すように、所望の重畳波形が正確に得られる。
【００４６】
図５は本実施形態の応用例による出力波形を示した図である。本実施形態において、除算器３２は、コンバータ２０の出力電圧を検出し、目標電力値ＷＯに補正値αを加算した値を検出した出力電圧ＶＬによって除算して補正値を加算した目標ランプ電流値ＩＯを出力する。
【００４７】
図５（ａ）の点線部に示すように、第１の実施形態によっても図１のＦ点の波形が鈍ることがある。これを補正するために、ゲートパルスがＨＩＧＨの期間だけ補正値αを目標電力値ＷＯに加える。
【００４８】
このように構成することにより、図５（ｂ）の点線部に示すように、波形のなまりがなくなるという効果がある。
【００４９】
以上述べたように、本実施形態の高圧放電灯の点灯装置はコンバータ２０の出力電圧をフィードバックして基本波形を生成し、この基本波形を反転させ、反転させたパルスのＨＩＧＨの長さを短縮し、インバータを駆動させるパルスと同期したパルスとの論理積によってパルスを取り出して重畳波形を生成し、この重畳波形を基本波形に重畳する。
【００５０】
このため、本実施形態の高圧放電灯の点灯装置は所望の重畳波形が正確に得られ、安価に製造することが可能となるという効果がある。
【００５１】
図６は本発明の第２の実施形態の高圧放電灯の点灯装置を示した図である。なお、上述した実施形態で同一機能の部分には同一の符号を付してここでの説明は省略する。
【００５２】
図６に示すように、本実施形態の点灯装置は、パルス信号に基づいて入力された直流電流を所望の電圧に変換するコンバータ２０と、コンバータ２０から出力された直流電流を交流電流に変換するインバータ２２と、直流電流から高圧パルスを発生させて高圧放電灯に供給する始動器２３と、コンバータ２０にパルス信号を供給する制御部６０と、を備える。
【００５３】
コンバータ２０は昇圧チョッパー回路を用いることができる。コンバータ２０は例えば、電源に並列に接続されたコンデンサＣ１と電源に直列に接続されたトランスＴと、トランスＴのグランド側に直列にドレインが接続され、ソースがグランドに接続されたパワーＭＯＳ  ＦＥＴ等のスイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１のゲートに直列に接続された抵抗器Ｒ６と、抵抗器Ｒ６に並列に接続され、一端がグランドに接続する抵抗器Ｒ７と、抵抗器Ｒ６に直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１のドライブ回路２１を備える。
【００５４】
コンバータ２０の出力はインバータ２２に供給され、直流から交流に変換される。インバータ２２の出力は始動器２３に供給され高圧放電管２４に供給する高圧パルスが生成される。
【００５５】
また、コンバータ２０はトランスＴの２次巻き線に直列に接続されたダイオードＤ１と、ダイオードＤ１に直列に、トランスＴに並列に接続されたコンデンサＣ２を備える。
【００５６】
制御部６０は例えばＣＰＵ、メモリその他の電子部品から構成され、あらかじめ設定されたプログラムに従って動作する。また、制御部６０は所定の幅をもったパルスを生成する回路を有する。
【００５７】
図７は制御部６０の動作を示したフローチャートである。図７に示すように、ステップＳ７０１において、制御部６０は予め定めておいた所定の最小のパルス幅を出力する。例えば、所定最小パルス幅を１０２とし、フルスケールを１０２３とすると、約１０％のＰＷＭ波形を出力することになる。
【００５８】
次いで、ステップＳ７０２において、制御部６０は目標電力値ＷＯを読み込む。次に、ステップＳ７０３において、制御部６０は抵抗器Ｒ１及び抵抗器Ｒ２によって分圧されたランプ電圧に略比例する電圧をＡ／Ｄ変換器などにより取り込み、ランプ電圧値ＶＬに変換する。
【００５９】
ステップＳ７０４において、制御部６０は抵抗器Ｒ３によって検出されたランプ電流に略比例した電圧をＡ／Ｄ変換器などにより取り込み、ランプ電流値ＩＬに変換する。
【００６０】
ステップＳ７０５において、制御部６０は目標ランプ電力ＷＯを、検出したランプ電圧値ＶＬによって除算して目標ランプ電流値ＩＯを算出する。
【００６１】
ステップＳ７０６において、制御部６０はランプ電流値ＩＬから目標ランプ電流値ＩＯを減算してその誤差を求める。
【００６２】
ステップＳ７０７において、制御部６０はステップＳ７０６において算出した誤差が、０より大きいか、０より小さいか、０と等しいかを判定する。
【００６３】
ここで、ステップＳ７０１において最小のパルス幅しか出力していないため、ランプ電流は低電力点灯を行うには大幅に少ない状態となっている。このため、通常誤差は０より小さく、ランプ電流値ＩＬが目標ランプ電流値よりも少ない状態となる。このように誤差が０より小さい場合には、制御部６０はステップＳ７０９に進む。
【００６４】
ステップＳ７０９において、制御部６０は最小パルス幅の１０２に例えば１を加算してパルス幅を１０３とする。この加算を順次繰り返すことにより、やがて目標ランプ電流値ＩＯとランプ電流値ＩＬとが同一となる。このときはステップＳ７０７において、制御部６０は誤差をゼロと判定してステップＳ７１０に進む。
【００６５】
また、ランプ電流値ＩＬが目標ランプ電流値ＩＯを上回った場合、即ち誤差が０より大きい場合は、制御部６０はステップＳ７０８に進み、現在のパルス幅から例えば１を減じて次のパルス幅とする。
【００６６】
このようにして制御部６０はランプ電流値ＩＬを目標ランプ電流値ＩＯに一致させ、これによりランプに印加される電力と目標ランプ電流値ＩＯを一致させる。
【００６７】
このように、パルス幅に誤差分を加算又は減算して直ちにパルス幅を目標値に近づけるのではなく、所定値ずつ増減させてパルス幅を目標値に近づけることを一般に位相制御と呼ぶ。この位相制御は時間的遅れをもってパルス幅を目標値に近づけることにより、制御系全体に位相余裕をもたせ、安定した制御を可能にする。図１においては、コンデンサＣ３がこの時間遅れを積極的に作り出す作用を持つ。
【００６８】
なお、ここでパルス幅に加減する値を所定値としたが、この加減する値を誤差の絶対値が大きくなるほど大きく、小さくなるに従って小さくする方法である位相積分制御によっても時間遅れを生じさせて位相余裕を生じさせることも可能である。
【００６９】
ステップＳ７１０において、制御部６０はゲートパルスがＨＩＧＨか否かを判定する。制御部６０は、ゲートパルスがＨＩＧＨでない場合ステップＳ７１２に進み、ゲートパルスがＨＩＧＨの場合、ステップＳ７１１に進んで、現在のパルス幅に所定値を加算する。なお、ここで所定値とは、予め実験などにより前述のフリッカー等が程良く抑制できるランプ電流の重畳量を実現できるパルス幅となる値とする。
【００７０】
ステップＳ７１２において、制御部６０は駆動パルス幅が所定最大値以下か、すなわち許容される範囲以上に広がっていないかを判定する。
【００７１】
制御部６０は、駆動パルス幅が所定最大値以下の場合ステップＳ７１４に進み、所定最大値以下でない場合、ステップＳ７１３においてパルス幅を所定最大値としてステップＳ７１４に進む。
【００７２】
ステップＳ７１４において、制御部６０はパルス波形を出力してステップＳ７０２に戻る。ステップＳ７１４において出力されたパルス波形がドライブ回路２１を通じてスイッチング素子Ｑ１をＯＮ／ＯＦＦさせてコンバータの出力を変化させる。
【００７３】
以上のようにして、目標ランプ電流値よりも大きなランプ電流が所定のパルス幅分だけ多く流れることになり、正確な重畳電流を生成することが可能となる。
【００７４】
本実施形態において、制御部６０は、コンバータ２０の出力電圧を検出し、目標電力値ＷＯに補正値αを加算した値を検出した出力電圧ＶＬによって除算して、補正値を加算した目標ランプ電流値ＩＯを出力するように構成することもできる。
【００７５】
図５（ａ）の点線部に示すように、第２の実施形態によっても図６のＦ点の波形が鈍ることがある。これを補正するために、ゲートパルスがＨＩＧＨの期間だけ補正値αを目標電力値ＷＯに加える。
【００７６】
このように構成することにより、図５（ｂ）の点線部に示すように、波形のなまりがなくなるという効果がある。
【００７７】
以上述べたように、本実施形態の高圧放電灯の点灯装置は制御部６０がインバータを駆動する矩形波パルスに同期して、この矩形波パルスの立ち上がり／立ち下がりから一定期間遅れた所定の期間、駆動パルス信号のディーティー比を所定割合で拡張する。このため、本実施形態の高圧放電灯の点灯装置は所望の重畳波形がさらに正確に得ることが可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】第１の実施形態の高圧放電灯の点灯装置の回路図である。
【図２】付加機能回路４５の構成を示す回路図である。
【図３】図１の各点における波形を示した図である。
【図４】図１Ｆ点における波形を示した図である。
【図５】応用例による出力波形を示した図である。
【図６】第２の実施形態の高圧放電灯の点灯装置を示した図である。
【図７】制御部６０の動作を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００７９】
１０：重畳回路、
２０：コンバータ、
２２：インバータ、
２３：始動器、
３３：タイマー回路。
【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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