JP2005050711A

JP2005050711A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2005050711A
Application number: JP2003282242A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Kenmochi; 芳生釼持; Yoshihisa Umezawa; 佳久梅沢
Original assignee: Eye Lighting Systems Corp
Current assignee: Eye Lighting Systems Corp
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2023-07-30
Also published as: JP4406754B2

Abstract

【課題】調光時における色温度変化を抑制し、演色性の劣化を改善できるようにした放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】直流電圧を降圧チョッパ回路３で任意の電流・電圧に変換した後、フルブリッジ形インバータ４で矩形波出力を行って放電灯７を点灯するようにした放電灯点灯装置において、降圧チョッパ回路を制御する制御部５を設け、インバータを駆動する矩形波駆動信号のタイミングに同期させて、その駆動信号の半サイクルに対応する期間において出力電流値の時間的な比率を変化させ、その時間的な比率を変化させた電流値を半サイクルに対応する期間毎に繰り返し降圧チョッパ回路から出力させるように、降圧チョッパ回路を駆動する駆動制御信号を制御部から送出させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、放電灯点灯装置に関し、特に調光時における色温度特性を改善できるようにした放電灯点灯装置に関する。

近年メタルハライドランプ等の高輝度放電灯（ＨＩＤと略称されている）は、従来の漏洩変圧器と主コンデンサとからなる進相型安定器などを用いた点灯方式に代わって、インバータを用いた矩形波点灯方式の小型軽量化が図られた点灯装置で点灯されるようになっている。

このようなインバータを用いた矩形波点灯装置は、例えば、特開平５−３６４８４号公報に開示されており、図８に示すように、整流素子102 と、平滑コンデンサからなる平滑回路103 と、電流制御を行うための降圧形チョッパ回路104 と、フルブリッジ形インバータ105 と、該インバータ105 への入力電圧と入力電流を検出して降圧形チョッパ回路104 を駆動制御する駆動制御回路106 とで構成され、インバータ105 の出力端に、図示しない始動回路を介して放電灯107 を接続して点灯されるようになっている。なお、図８において、101 は商用電源であり、108 はフルブリッジ形インバータ105 の駆動回路である。

このように構成された放電灯点灯装置において、ランプ電力を変化させて調光を行う場合は、一般に降圧形チョッパ回路104 に入力する駆動制御回路106 から出力される高周波パルス駆動信号のデューティ比を調整し、図９に示すように、フルブリッジ形インバータ105 からのランプ電流の振幅を増減させて、ランプ電力を変化させて行っている。なお、図９はインバータの駆動周波数が 100Ｈz で、ランプ定格電流ｉ₁の場合の態様を示している。
特開平５−３６４８４号公報

ところで、従来の放電灯点灯装置において、上記のようにランプ電流の振幅を単純に増減させてランプ電力を変化させ、調光を行った場合、ランプ電力を減少させて調光率を低くするにつれて、色温度が高い方へ移行し、演色性が劣化してしまうという問題点がある。

本発明は、従来の放電灯点灯装置における上記問題点を解消するためになされたもので、色温度特性を任意に変えることが可能で、特に調光時における色温度変化を抑制し演色性の劣化を改善できるようにした放電灯点灯装置を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するため、請求項１に係る発明は、直流を降圧チョッパ回路に入力して電流制御を行い該降圧チョッパ回路の出力をフルブリッジ形インバータに入力し、該インバータの出力端に放電灯を接続して点灯するようにした放電灯点灯装置において、前記降圧チョッパ回路の出力電流を、前記インバータの出力の半サイクル動作期間に対応する期間の出力電流値の時間的な比率を変化し、且つその時間的な比率を前記半サイクル動作に同期させて繰り返すように、出力させる制御手段を備えていることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る放電灯点灯装置において、前記制御手段は、前記半サイクル動作期間に対応する期間における時間的な比率を変化させた電流値のうち、最大値が前記半サイクル動作期間に対応する期間の終期に現れるように、前記降圧チョッパ回路の出力電流を制御することを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に係る放電灯点灯装置において、前記電流値の最大値は、前記放電灯の定格電流値とし、前記電流値の時間的な比率を変えて調光制御するように構成したことを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項２に係る放電灯点灯装置において、前記電流値の最大値は、前記放電灯の定格電流値を超えた電流値とし、前記電流値の時間的な比率を変えて調光制御するように構成したことを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項４に係る放電灯点灯装置において、前記半サイクル動作期間に対応する期間における時間的な比率が変化する電流値の平均値は、前記放電灯の定格電流値とし、前記電流値の時間的な比率を変えて色温度調整を行うように構成したことを特徴とするものである。

上記請求項１に係る発明のように構成された放電灯点灯装置においては、前記インバータの出力の半サイクル動作期間に対応する期間の出力電流値の時間的な比率が変化するように制御されているので、その対応期間においては、その期間の平均電流値より高い電流値成分が存在する。高い電流値成分が存在すると、放電動作中の放電灯内においては、高い電流値に対応するプラズマの一部が保持されることになり色温度の変化を抑制することが可能となる。したがって、電流値の時間的な比率を変えてその期間における平均電流値を変え調光を行う場合においても、色温度の変化を抑制することができ、また平均電流値を変えずに電流値の時間的な比率を変えた場合は、最大電流値が変化し、それに対応した色温度で放電灯を点灯させることが可能となる。

また、請求項２に係る発明のように構成された放電灯点灯装置においては、時間的な比率を変えた電流値の最大値がインバータの半サイクル動作期間に対応する期間の終期に現れるように構成しているので、インバータ出力が反転する場合に最大値から反転されることになり、インバータ出力を反転して点灯を維持する際に安定した再点弧が行われ、より安定した点灯を行わせることができる。

また、請求項３に係る発明のように構成された放電灯点灯装置においては、電流値の最大値を放電灯の定格電流値とし、電流値の時間的な比率を変えて調光制御するように構成されているので、できるだけ色温度の変化を抑制しながら調光制御を行うことができる。また、請求項４に係る発明のように構成された放電灯点灯装置においては、動作中の放電灯において、より高い電流値成分に対応するプラズマが一部保持されることになり、より一層色温度変化を抑制しながら調光制御を行うことができる。

また、請求項５に係る発明のように構成された放電灯点灯装置においては、時間的な比率が変化する電流値の平均値を定格電流値とし、前記電流値の時間的な比率を変えて色温度調整を行うようにしているので、放電灯の構成を変えずに所望の色温度で点灯させることが可能となる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明に係る放電灯点灯装置の実施例を示す概略ブロック構成図である。図１において、１は商用電源電圧（ＡＣ， 100Ｖ）を直流電圧にするための整流回路、２は力率改善用のアクティブフィルタ回路、３は電流制御を行って任意の電圧、電流に変換するための降圧チョッパ回路、４はフルブリッジ形インバータ、５はＣＰＵやデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）などからなる制御部で、インバータ４の入力電圧と入力電流を検出したり、あるいは操作部６からの設定により、降圧チョッパ回路３を駆動制御するための駆動制御信号を送出したり、フルブリッジ形インバータの矩形波駆動信号を送出したりするものである。６は前述の操作部で、調光等を行う際の各種ファクタを入力するためのものであり、７はインバータ４の出力端に図示しない始動回路を介して接続されるメタルハライドランプ等の放電灯である。

このように構成された放電灯点灯装置における概略的な点灯動作について説明すると、電源電圧が整流回路１で直流に変換され、アクティブフィルタ回路２で昇圧された直流電圧を、降圧チョッパ回路３で任意の電流、電圧に変換した後、インバータ４で矩形波出力を行い、この出力で放電灯７が点灯されるようになっている。

この際、本実施例において、調光動作を行う場合は、制御部５により降圧チョッパ回路３を次のように制御するものである。すなわち、インバータ４を駆動する矩形波駆動信号のタイミングに同期させて、その駆動信号の半サイクルに対応する期間において、出力電流値の時間的な比率を変化させ、且つその時間的に変化させた比率の電流値を半サイクルに対応する期間毎に繰り返し降圧チョッパ回路３から出力させるように、降圧チョッパ回路３を駆動する駆動制御信号を、制御部５より出力させるものである。

例えば、インバータ４の半サイクルに対応する期間Ｔ（インバータ動作周波数を 100Ｈz とすると、Ｔ＝５ｍｓ）において、その期間内の最大電流値をランプの定格電流に対応するｉ₁とし、最低電流値をｉ₂＝ｉ₁／４とし、50％の調光率とする場合には、これらの数値を操作部６から入力することにより、図２に示すように、インバータ４の半サイクル期間に対応する期間の最初の０〜２／３Ｔの期間はｉ₂の電流値、２／３Ｔ〜Ｔの期間はｉ₁の電流値となるように、制御部５からの駆動制御信号により、降圧チョッパ回路３が制御される。なお、図２においては、わかりやすくするため、降圧チョッパ回路３の出力電流ではなく、インバータ４を通した出力電流波形を示している。

400Ｗのメタルハライドランプを用いて上記のような調光制御を行った場合の、ランプ電流波形の実測値を図３に示す。

このように、調光時に定格電流値（ｉ₁）の成分を一部残すことにより、調光時においても動作中の放電灯において定格点灯時のプラズマ成分を一部保持させることができる。一般にランプ電流を一率に低減させて、つまり振幅を低減して調光を行うと、メタルハライドランプでは赤味成分が低減し、色温度が上昇する傾向があるが、上記本実施例のように、調光時に一部の期間に定格電流を流して定格電流に対応するプラズマ成分を一部継続して保持させることにより、色温度の上昇を抑制することができる。

従来のように、インバータ４の半サイクル期間に対応する全期間に亘り一様に電流値（振幅）を変える代わりに、上記実施例のように、半サイクルに対応する期間Ｔにおける電流の時間的な比率、つまりｉ₂の値及びその期間を変えて、調光率を変えた点灯をさせたときの色温度の測定結果を、従来の振幅を変化させて調光を行った場合の測定結果と比較して図４に示す。図４において、実線で本実施例の測定結果を、点線で従来例の測定結果を示している。

図４からわかるように、本実施例の場合、調光に伴う色温度の変化が抑えられていることがわかる。なお、図４において、本実施例と、従来例との差異は、25％調光で数％程度の差しかないけれども、数値上の色温度の差異がこの程度であっても、実際に目で観察した場合には、その感じ方では、かなりの差異となって現れるものであり、したがって、本実施例と従来例とでは十分な効果上の差異が得られるものである。

また、上記実施例では、インバータの半サイクル期間に対応する期間Ｔにおいて、最大電流値ｉ₁（定格電流）となる期間が、期間Ｔの終期である２／３Ｔ〜Ｔの期間で印加するようにしているのは、インバータ４による放電灯への印加電流が反転する際、放電灯の再点弧が安定して行われるようにするためである。期間Ｔの終期における電流値が大きい場合には、インバータによる印加電流の反転時における再点弧が安定に行われ、安定した点灯が得られる。

なお、上記実施例では、期間Ｔにおける最大値を定格電流値ｉ₁としたものを示したが、図５に示すように、最小値をｉ₂より小さくして最大値を定格電流値ｉ₁より大にして、調光点灯させることも可能であり、この場合は、電流値が大きいほど、メタルハライドランプにおいては、赤味成分が増加する傾向があるので、調光を行った場合の色温度の上昇を一層抑制することが可能となる。

また、上記実施例では、期間Ｔにおける最大値を期間Ｔの終期にのみ印加するようにしたものを示したが、図６の（Ａ）に示すように、最大値となる電流値を期間Ｔの始期と終期に印加し、中間の期間の電流値及び又はその期間を調整して調光動作をさせることもできる。この場合もインバータによる印加電流の反転時に最大値から最大値へ移行するため再点弧が安定して行われ、安定した点灯が得られる。

また、図６の（Ｂ）に示すように、期間Ｔにおける最大値を期間Ｔの中間部において印加し、期間Ｔの始期及び終期の電流値及び／又はその期間を調整して調光動作を行わせることもできる。この場合も、インバータ反転時に少ない電流値から少ない電流値に移行するため再点弧が安定して行われる。

また、図６の（Ｂ）の変形例として図６の（Ｃ）に示すように、期間Ｔにおける最大値を期間Ｔの中央部に設定すると共に、始期と終期の電流値を傾斜状に変化させて調光を行うことも可能である。この場合は、反転時に電流値が徐々に増減するために、反転時のショックが少なく安定した点灯が得られる。

また、図７に示すように、期間Ｔにおける平均電流を定格電流値ｉ₁となるようにして、つまり調光せずに、期間Ｔにおける電流値の時間的な比率を変化させた場合、当然のことながら、期間Ｔにおける最大値は定格電流値以上となり、定格電流以上の電流値の大きさにより、メタルハライドランプにおいては赤味成分が増加するので、その時間的な比率を変えながら、つまり最大電流値を変えながら定格点灯させることにより、定格点灯時において、ランプ構造を変えずに、色温度を変えることが可能となる。

本発明に係る放電灯点灯装置の実施例を示す回路構成図である。図１に示した実施例において、電流値の時間的な比率を変えて調光を行う場合におけるランプ印加電流波形の一例を示す図である。図２に示したランプ電流を印加した場合のランプ電流の実測値を示す図である。図２に示した手法で調光を行った場合の色温度の変化を、従来の振幅変化方式で調光を行った場合の色温度の変化を対比して示す図である。調光時におけるランプ印加電流波形の他の例を示す図である。調光時におけるランプ印加電流波形の更に他の例を示す図である。ランプ印加電流の時間的な比率を変えて色温度特性を変える態様を示す図である。従来の放電灯点灯装置の構成例を示すブロック構成図である。従来の振幅を変化させて調光を行う態様を示すランプ電流波形図である。

符号の説明

１整流回路
２アクティブフィルタ回路
３降圧チョッパ回路
４フルブリッジ形インバータ
５制御部
６操作部
７放電灯

Claims

直流を降圧チョッパ回路に入力して電流制御を行い該降圧チョッパ回路の出力をフルブリッジ形インバータに入力し、該インバータの出力端に放電灯を接続して点灯するようにした放電灯点灯装置において、前記降圧チョッパ回路の出力電流を、前記インバータの出力の半サイクル動作期間に対応する期間の出力電流値の時間的な比率を変化させ、且つその時間的な比率を前記半サイクル動作に同期させて繰り返すように、出力させる制御手段を備えていることを特徴とする放電灯点灯装置。
前記制御手段は、前記半サイクル動作期間に対応する期間における時間的な比率を変化させた電流値のうち、最大値が前記半サイクル動作期間に対応する期間の終期に現れるように、前記降圧チョッパ回路の出力電流を制御することを特徴とする請求項１に係る放電灯点灯装置。
前記電流値の最大値は、前記放電灯の定格電流値とし、前記電流値の時間的な比率を変えて調光制御するように構成したことを特徴とする請求項２に係る放電灯点灯装置。
前記電流値の最大値は、前記放電灯の定格電流値を超えた電流値とし、前記電流値の時間的な比率を変えて調光制御するように構成したことを特徴とする請求項２に係る放電灯点灯装置。
前記半サイクル動作期間に対応する期間における時間的な比率が変化する電流値の平均値は、前記放電灯の定格電流値とし、前記電流値の時間的な比率を変えて色温度調整を行うように構成したことを特徴とする請求項４に係る放電灯点灯装置。