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JP4244077B2 - 高圧放電灯点灯装置 - Google Patents

高圧放電灯点灯装置 Download PDF

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ等の高圧放電灯を始動・点灯させる高圧放電灯点灯装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図12は従来の高圧放電灯点灯装置の基本的な回路構成を示している。この装置は、昇圧チョッパで構成された直流電源回路1と、降圧チョッパ回路2と、極性反転回路3と、高圧パルス電圧発生回路Igと、降圧チョッパ回路2のスイッチング素子Q2の駆動制御を行うための制御回路5とから成る。この制御回路5の詳細を図13に示す。
【0003】
図12の直流電源回路1は全波整流器DBで商用交流電源ACを全波整流して得られる脈流電圧をインダクタンス素子L1、ダイオードD1、コンデンサC1、MOSFETなどのスイッチング素子Q1により構成される所謂昇圧チョッパ回路により直流電圧に変換するようになっている。降圧チョッパ回路2は数10kHzでオン・オフするMOSFETなどのスイッチング素子Q2、ダイオードD2、インダクタンス素子L2で構成され、その出力電流IL2は図14の(a)に示すような三角波状である。そのインダクタンス素子L2の2次巻線に発生する電圧は直列接続されている抵抗R4を介して出力電流IL2の検出出力として制御回路5へ送られ、制御回路5を通じ降圧チョッパ回路2のスイッチング素子Q2をゼロクロススイッチング駆動制御するためのフィードバック信号となる(図14(b))。また、コンデンサC2は、降圧チョッパ回路2の出力電流から高周波成分を除去するものである。極性反転回路3は前段の降圧チョッパ回路2からの直流出力を、MOSFETのようなスイッチング素子Q3〜Q6で構成されるフルブリッジ回路により、低周波の矩形波交流電圧に変換し、数100Hzの低周波の矩形波交流電流を高圧放電灯LAに供給する。高圧パルス電圧発生回路Igは、始動時に高圧放電灯LAを絶縁破壊させるための高圧パルス電圧を発生させ、高圧放電灯LAの点灯後は動作を停止する。
【0004】
図13に示す制御回路5は、降圧チョッパ回路2のインダクタンス素子L2の2次巻線電圧を検出するゼロ電流検出回路51と、ゼロ電流検出回路51の出力を受けてゼロ電流となったときに発生するトリガパルス(図14(c))により、スイッチング素子Q2を駆動させるための所定の信号を発生させるPWM回路52と、PWM回路52の出力信号(図14(d))によりスイッチング素子Q2を駆動するドライバ回路53から構成される。
【0005】
ここで、上記回路説明を踏まえて電源投入からランプの安定点灯までの動作を説明する。商用交流電源ACが投入されると、直流電源回路1、降圧チョッパ回路2、極性反転回路3と制御回路5が動作を開始する。これに伴い、図12の端子LA1−LA2間に、図15の(1)の期間のように、降圧チョッパ回路2の出力電圧(=Vdc)を極性反転回路3により極性反転させた矩形波交流電圧に、高圧パルス発生回路Igより発生される高圧パルス電圧が重畳された電圧Vo2が発生する。次に、図15の(1)の期間の高圧パルス電圧により高圧放電灯LAが絶縁破壊されてから安定点灯状態に入るまでの期間が図15の(2)の期間である。絶縁破壊直後、高圧放電灯LAはほぼ短絡状態となり、端子LA1−LA2間には高圧放電灯短絡電流Io2が流れる。その後、高圧放電灯LAが徐々に安定点灯に移行するが、その過程でランプ電流Io2は短絡電流値と比べて少なくなり、ランプ電圧は上がる。高圧放電灯が安定点灯状態になると、端子LA1−LA2間には、高圧放電灯LAの定格電圧Vla・定格電流Ilaが発生する。このときの波形が図15の(3)の期間である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
白熱灯や蛍光灯といった高圧放電灯以外のE26口金を持つランプをE26べース型ランプソケットを有する高圧放電灯点灯装置に誤挿入する可能性があった。白熱灯や蛍光灯を高圧放電灯点灯装置へ誤挿入した場合、正当な点灯装置とランプの組合せでないため正常点灯できなく、所望の光出力を得るのが困難であった。また、高圧放電灯点灯装置において、白熱灯や蛍光灯の誤挿入時に出力電流が増大し、部品温度上昇が大きくなり、これに連れて部品の寿命が短縮される問題があった。
【0007】
本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高圧放電灯以外の白熱灯誤挿入した場合の対策を考慮した高圧放電灯点灯装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記の課題を解決するために、図1に示すように、口金の形状が白熱灯口金と同一形状である高圧放電灯LAと、点灯用のエネルギーを供給する電源1と、前記電源1に接続された少なくとも限流要素(L2)と高圧パルス発生回路Igを含み、高圧放電灯LAを始動させ、安定に点灯維持する点灯回路と、前記点灯回路の出力に接続され、前記口金に適合する形状のランプソケット(端子LA1−LA2)とを有して成る高圧放電灯点灯装置において、前記ランプソケットに前記高圧放電灯LAと同一形状の口金を持つ白熱灯挿入されている誤挿入時に、誤挿入を検出する手段Detを有し、誤挿入検出時には、前記点灯回路が前記ランプソケットに高圧放電灯LAが挿入されている場合よりも大きい電力を供給し、ランプが白熱灯であった場合にランプへ供給する電流を多くして、フィラメントを断線させる制御を行うことを特徴とするものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
前提となる構成1)
図1は本発明の前提となる構成1の回路図である。本回路では、従来の高圧放電灯点灯装置(図12)に、白熱灯か蛍光灯が誤挿入されていた場合にそれを検知して、回路動作を停止させる機能を持つランプ誤挿入検知回路Detを追加したものである。
【0010】
以下、ランプ誤挿入検知回路Detの動作を詳しく説明する。ランプLAが高圧放電灯である場合、絶縁破壊前のランプ両端のインピーダンスは、非常に大きく、ほぼ無限大である。しかし、白熱灯や点灯回路内蔵型蛍光灯のランプ両端のインピーダンスは高圧放電灯の絶縁破壊前のランプ両端のインピーダンスに比較して非常に小さい。この特性を利用して、パルス印加前の2次電圧が発生している期間の出力端子LA1−LA2間の電圧を検出し、ランプが高圧放電灯であるのか、または白熱灯か点灯回路内蔵型蛍光灯であるのかが判断できる。
【0011】
ここで、端子LA1−LA2間の電圧によるランプ誤挿入検知方法を説明する。高圧パルス電圧が発生しない無負荷時動作をする図2(1)の期間を設ける。この期間において、負荷が高圧放電灯の場合、絶縁破壊が起こっていないので、端子LA1−LA2間のインピーダンスは非常に大きく、ほぼ無限大であるため、端子LA1−LA2間の電圧(VDet)を検出すると、図2のVokで示す2次電圧と同じ電圧の矩形波が検出される。しかし、負荷が白熱灯や蛍光灯の場合、インピーダンスが端子LA1−LA2間につながり、前記Vokの振幅の矩形波2次電圧よりも低い電圧値の矩形波Vstが検出される。そこで、VokとVstを判別するスレッシュホールド電圧Vthを設定しておき、このスレッシュホールド電圧Vthよりも低い電圧すべてをVstと判断する。
【0012】
ランプ誤挿入検知回路Detにて、スレッシュホールド電圧Vthよりも低い電圧Vstが検出された場合、ランプ誤挿入検知回路Detから制御回路5へ停止信号を送信して、スイッチング素子Q2への制御信号の出力を停止させる。スレッシュホールド電圧Vthよりも高い電圧Vokを検出したときには、以後、従来の高圧放電灯点灯装置の動作をする。
【0013】
前提となる構成2)
図3に本発明の前提となる構成2の回路図を示す。本回路の基本動作は前提となる構成1と同じであるが、前提となる構成1のランプ誤挿入検知回路Detの検出箇所を変更し、端子LA1−LA2間に流れる電流の検出に換えたものである。
ここで本構成例のランプ誤挿入検知回路Detの検知方法を説明する。電源投入時に、高圧パルス電圧が発生しない無負荷時動作をする図2(1)の期間を設ける。この期間において、負荷が高圧放電灯で絶縁破壊が起こっていない場合、端子LA1−LA2間のインピーダンスは非常に大きく、ほぼ無限大であるため電流は流れないが、負荷が白熱灯や蛍光灯の場合、インピーダンスが端子LA1−LA2間に接続されていることになるので、このインピーダンスを介して電流が流れる。これにより、電流を検知した場合、白熱灯あるいは点灯回路内蔵型蛍光灯が誤挿入されていることが分かる。そこで、本構成例では、ランプ誤挿入検知回路Detにて電流が検出された場合、ランプ誤挿入検知回路Detから制御回路5へ停止信号を送信して、スイッチング素子Q2への制御信号の出力を停止させる。ランプ誤挿入検知回路Detにて電流を検出しなかった場合、以後、従来の高圧放電灯点灯装置の動作をする。
【0014】
前提となる構成3)
図4に本発明の前提となる構成3の回路図を示す。本回路の基本動作は前提となる構成1と同じであるが、ランプ誤挿入検知回路が前提となる構成1の電圧検出方法による検知回路Det1と、前提となる構成2の電流検出方法による検知回路Det2の両方の検出方法を併用した電力検出方法によりランプ誤挿入を検知することを特徴とするものである。
【0015】
ランプ誤挿入検知回路Det1では、前提となる構成1の電圧による検知を行い、ランプ誤挿入検知回路Det2では前提となる構成2の電流による検知を行っている。このように、2つの検出方法を併用することにより、前提となる構成1、2よりも微細な電圧・電流の変化も検知でき、より正確なランプ誤挿入検出回路を構成できる。
【0016】
前提となる構成4)
構成例の回路は、前提となる構成1と同じ図1である。本回路の基本動作は前提となる構成1〜3と同じであるが、ランプ誤挿入検知回路Detの検知期間である図2(1)の期間を設けず、検出も高圧パルス電圧発生回路Igの動作停止後の図15(2)の期間において行うものである。
【0017】
以下に、本構成例によるランプ誤挿入検知回路Detの動作を詳しく説明する。ランプが高圧放電灯である場合、絶縁破壊後の端子LA1−LA2間のインピーダンスは、ほぼ0から徐々に増していく。しかし、ランプが白熱灯や点灯回路内蔵型蛍光灯の場合、端子LA1−LA2間のインピーダンスは常にほぼ一定に保たれる。前提となる構成1〜3における端子LA1−LA2間の電圧、電流又は電力の検出を図15(2)の期間に2つ以上のコンパレータにより2つ以上のスレッシュホールド値を設けて何段階かに分けて行うことにより、インピーダンスの変化が検出できる。インピーダンスに変化がある場合、ランプが高圧放電灯であることが分かり、インピーダンスに変化が無い場合は白熱灯か点灯回路内蔵型蛍光灯であると判断できる。そこで、本構成例では、ランプ誤挿入検知回路Detにて、端子LA1−LA2間のインピーダンスの変化が検知されなかった場合には、ランプ誤挿入検知回路Detから制御回路5へ停止信号を送信して、スイッチング素子Q2への制御信号の出力を停止させるものである。また、端子LA1−LA2間のインピーダンスの変化が検知されたときには、従来の高圧放電灯点灯装置の動作をする。
【0018】
比較例1
図5に本発明に対する比較例1の制御方法を示す。回路図は、上述の図1、図3又は図4に対応する。本回路の基本動作は前提となる構成1〜4と同じであるが、ランプ誤挿入検出時において、ランプへ供給する電力を絞り、ランプの点灯状態が異常であることを使用者に知らせる制御を行うことを特徴とするものである。
【0019】
以下に本構成例の制御方法について説明する。上述の前提となる構成1〜4のいずれかの手段により、ランプ誤挿入を検出した場合、制御回路5からスイッチング素子Q2へ出力するドライブ信号のオン幅を破線で示した通常点灯時のドライブ信号のオン幅よりも狭くする。図5で示すように、ドライブ信号のオン幅tonが通常点灯時でのドライブ信号より狭いと、当然、出力電流(同図(a))、出力電圧(同図(b))のピーク値も通常点灯時よりも低くなる。そのため、端子LA1−LA2間の負荷に供給される出力も通常点灯時での出力よりも小さく絞られた出力となる。
【0020】
比較例2
図6に本発明に対する比較例2の制御方法を示す。回路図は、上述の図1、図3又は図4に対応する。本回路の基本動作は前提となる構成1〜4と同じであるが、ランプ誤挿入検出時において、ランプへ供給する電力を間欠的に供給し、ランプを点滅させて、ランプの点灯状態が異常であることを使用者に知らせる制御を行うことを特徴とするものである。
【0021】
以下に本構成例の制御方法を説明する。上述の前提となる構成1〜4のいずれかの手段により、ランプ誤挿入を検出した場合、制御回路5からスイッチング素子Q2へ出力するドライブ信号を図6のように、ある一定に設定された時間ごとに間欠発振させる。これにより、ランプを点滅させて、ランプの点灯状態が異常であることを使用者に知らせることができる。
【0022】
(実施例
図7に本発明の実施例の制御方法を示す。回路図は、上述の図1、図3又は図4に対応する。本回路の基本動作は前提となる構成1〜4と同じであるが、ランプ誤挿入検出時において、ランプが白熱灯であった場合にランプへ供給する電流を多くして、フィラメントを断線させる制御を行うものである。
【0023】
以下に本実施例の制御方法を説明する。前提となる構成1〜4のいずれかの手段により、ランプ誤挿入を検出した場合、制御回路5からスイッチング素子Q2へ出力するドライブ信号のオン幅を通常点灯時のドライブ信号のオン幅よりも広くする。図7で示すように、ドライブ信号のオン幅tonが通常点灯時よりも広いと、当然出力電流(同図(a))、出力電圧(同図(b))のピーク値も破線で示す通常点灯時よりも高くなる。そのため、端子LA1−LA2間の負荷に供給される出力も通常時よりも大きい出力となる。これにより、ランプが白熱灯であった場合にランプへ供給する電流を多くして、フィラメントを断線させることができる。
【0024】
前提となる構成5
図8に本発明の前提となる構成5の回路図を示す。本回路図は、上述の各構成と同じくランプ誤挿入検知回路Detを付加したものであるが、5石式の高圧放電灯点灯回路と比べて、スイッチング素子が一つ減った4石のフルブリッジ式点灯回路を用いる点を特徴としている。本構成例の回路は、直流電源回路1である昇圧チョッパ部と、4石のフルブリッジ式の極性反転回路3と、高圧パルス電圧発生回路Igと、ランプ誤挿入検知回路Detと、ランプ誤挿入検知時に昇圧チョッパ動作停止信号を出力する制御回路5から成る。直流電源回路1は上述の各構成と同様のものである。極性反転回路3は前段の昇圧チョッパを含めた直流電源回路1からの直流出力をMOSFETのようなスイッチング素子Q3〜Q6で構成されるフルブリッジ回路により低周波の矩形波交流電流に変換して高圧放電灯LAに供給する矩形波インバータを構成する。下側のスイッチング素子Q5とQ6は、交互に数100Hzの低周波でオン・オフする。上側のスイッチング素子Q3は下側のスイッチング素子Q6がオンしている期間に、上側のスイッチング素子Q4は下側のスイッチング素子Q5がオンしている期間に、それぞれ数10kHzの高周波でオン・オフする。高圧パルス電圧発生回路Igは、高圧放電灯を絶縁破壊させるための高圧パルス電圧を発生させ、高圧放電灯の始動後は動作を停止する。
【0025】
図8に示す制御回路5は、ランプ誤挿入検知回路Detが前提となる構成1と同じく電圧による検出をして、ランプが白熱灯か点灯回路内蔵型蛍光灯である場合に、ランプ誤挿入検知回路Detからの停止信号を受けて昇圧チョッパ回路のスイッチング素子Q1の動作を停止させる。ランプが高圧放電灯である場合には、ランプ誤挿入検知回路Detからの停止信号が来ないので、通常の昇圧チョッパ動作を行わせる。
【0026】
前提となる構成6
図9に本発明の前提となる構成6の回路図を示す。本構成例も上述の各構成と同じくランプ誤挿入検知回路Detを付加したものであるが、4石式の高圧放電灯点灯回路と比べて、スイッチング素子がさらに二つ減った2石のハーフブリッジ式点灯回路を用いている点が異なる。本構成例の点灯回路は、直流電源回路1である昇圧チョッパ部と、2石のハーフブリッジ式極性反転回路3と、高圧パルス電圧発生回路Igと、ランプ誤挿入検知回路Detと、ランプ誤挿入検知時に昇圧チョッパ動作停止信号を出力する制御回路5から成る。直流電源回路1は上述の各構成と同様のものである。極性反転回路3は、前段の昇圧チョッパを含めた直流電源回路1からの直流出力を入力とし、MOSFETのようなスイッチング素子Q2とQ3で構成されるハーフブリッジ回路により低周波の矩形波電圧を出力させる。
【0027】
以下、本構成例の動作について説明する。スイッチング素子Q2がオン・オフする期間とスイッチング素子Q3がオン・オフする期間は、数100Hzで切り替わる。スイッチング素子Q2がオン・オフしている期間では、スイッチング素子Q3はオフであり、スイッチング素子Q3がオン・オフしている期間では、スイッチング素子Q2はオフである。また、スイッチング素子Q2、Q3は数10kHzの高周波でオン・オフする。以上の動作によって、高圧放電灯LAに低周波の矩形波の交流電流を流すものである。高圧パルス電圧発生回路Igは、高圧放電灯を絶縁破壊させるための高圧パルス電圧を発生させ、高圧放電灯の始動後は動作を停止する。
【0028】
図9に示す制御回路5は、ランプ誤挿入検知回路Detが前提となる構成2と同じ検出をして、ランプが白熱灯か点灯回路内蔵型蛍光灯である場合にはランプ誤挿入検知回路Detからの停止信号を受けて、昇圧チョッパ回路のスイッチング素子Q1の動作を停止させる。ランプが高圧放電灯である場合にはランプ誤挿入検知回路Detからの停止信号が来ないので、通常の昇圧チョッパ動作を行わせる。
【0029】
前提となる構成7
図10に本発明の前提となる構成7の要部回路図を示す。上述の各構成において、直流電源回路1は、交流電源と整流平滑回路と昇圧チョッパ回路を組み合わせたものであったが、図10(a)のように、交流電源と整流平滑回路を組み合わせたものでも良く、また、図10(b)のように、直流電源回路は電池に置き換えても良い。
【0030】
前提となる構成8
図11に本発明の前提となる構成8の回路図を示す。本構成例では、商用交流電源ACからインダクタL1を介して、ランプLAへ電力が供給される。高圧パルス電圧発生回路Igから高圧パルス電圧がランプLAに印加される前に、ランプ誤挿入検知回路Detに電流が流れると、ランプ誤挿入検知回路Detがそれを検知して、絶縁破壊前には電流の流れない高圧放電灯とは異なる負荷である白熱灯か蛍光灯がE26べース型ソケットへ挿入されていることを制御回路6へ伝える。制御回路6からは、スイッチング素子Q1へ停止信号が伝達されて、スイッチング素子Q1がオフし、負荷への電力供給を停止させる。
【0031】
【発明の効果】
本発明によれば、口金の形状が白熱灯口金と同一形状である高圧放電灯の点灯装置において、ランプソケットに白熱灯挿入されている誤挿入を検出する手段を有し、誤挿入検出時には、点灯回路がランプソケットに高圧放電灯が挿入されている場合よりも大きい電力を供給し、ランプが白熱灯であった場合にランプへ供給する電流を多くして、フィラメントを断線させる制御を行うようにしたので、高圧放電灯点灯装置内の部品の発熱を防止することができ、これにより点灯装置の寿命を確保することができるという効果がある。また供給する電力大きくすことにより、誤挿入を使用者に知らせることができ、異常使用を防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の前提となる構成1の回路図である。
【図2】 本発明の前提となる構成1の始動時の動作を示す動作説明図である。
【図3】 本発明の前提となる構成2の回路図である。
【図4】 本発明の前提となる構成3の回路図である。
【図5】 本発明に対する比較例1の動作波形図である。
【図6】 本発明に対する比較例2の動作波形図である。
【図7】 本発明の実施例の動作波形図である。
【図8】 本発明の前提となる構成5の回路図である。
【図9】 本発明の前提となる構成6の回路図である。
【図10】 本発明の前提となる構成7の要部回路図である。
【図11】 本発明の前提となる構成8の回路図である。
【図12】 従来例の回路図である。
【図13】 従来例の制御回路の回路図である。
【図14】 従来例の動作波形図である。
【図15】 従来例の始動時の動作を示す動作説明図である。
【符号の説明】
1 直流電源回路
2 降圧チョッパ回路
3 極性反転回路
5 制御回路
LA 高圧放電灯
Ig 高圧パルス電圧発生回路
Det ランプ誤挿入検知回路

Claims (4)

  1. 口金の形状が白熱灯口金と同一形状である高圧放電灯と、点灯用のエネルギーを供給する電源と、前記電源に接続された少なくとも限流要素と高圧パルス発生回路を含み、高圧放電灯を始動させ、安定に点灯維持する点灯回路と、前記点灯回路の出力に接続され、前記口金に適合する形状のランプソケットとを有して成る高圧放電灯点灯装置において、前記ランプソケットに前記高圧放電灯と同一形状の口金を持つ白熱灯挿入されている誤挿入時に、誤挿入を検出する手段を有し、誤挿入検出時には、前記点灯回路が前記ランプソケットに高圧放電灯が挿入されている場合よりも大きい電力を供給し、ランプが白熱灯であった場合にランプへ供給する電流を多くして、フィラメントを断線させる制御を行うことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
  2. 請求項において、誤挿入検出手段は、前記高圧パルス発生回路による高圧パルスの印加前に前記点灯回路の出力電圧又は出力電流又は出力電力を検出することにより誤挿入を検出するように構成されていることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
  3. 請求項において、誤挿入検出手段は、前記高圧パルス発生回路による高圧パルスの印加後に前記点灯回路の出力電圧又は出力電流又は出力電力を検出することにより誤挿入を検出するように構成されていることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
  4. 請求項1乃至のいずれかにおいて、前記点灯回路は、昇圧チョッパ回路と、昇圧チョッパ回路の出力に接続された4石のフルブリッジ回路とを含んで構成されていることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
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