JP2699187B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、直流を入力した降圧形チョッパ回路で電
流制御を行い、フルブリッジ形インバータで矩形波点灯
するようにした、メタルハライドランプ等の高輝度放電
灯の点灯装置の改良に関する。

〔従来の技術〕

近年、メタルハライドランプ等の高輝度放電灯が普及
し始めており、かかる放電灯の点灯装置も、第４図に示
すように、漏洩変圧器T_rと主コンデンサＣとからなる進
相型安定器など銅鉄形の安定器を用いてランプＬを点灯
する方式から、第５図に示すように、高周波インバータ
H.Iを用いた方式へと、小型軽量化が計られるようにな
ってきている。

しかしながら、このような高周波インバータを用いた
点灯装置においては、ある周波数領域の電流が供給され
ると音響的共鳴現象が生じ、アークが立ち消えしたりし
て不安定となるという問題点がある。

従来、かかる音響的共鳴現象による不安定の除去する
ため、例えば第６図に示すような矩形波点灯方式が提案
されている。すなわち第６図において、１は商用電源、
D₁は整流素子、C₁は平滑コンデンサであり、２は降圧形
チョッパ回路で、スイッチングトランジスタQ₁とフリー
ホイルダイオードD₂と直流リアクトルL₁と平滑コンデン
サC₂と前記スイッチングトランジスタQ₁を駆動制御する
定電流フィードバック回路３とで構成されている。R₁は
前記定電流フィードバック回路３へ検出出力を入力する
電流検出素子、４はスイッチングトランジスタQ₂,Q₃,
Q₄,Q₅からなるフルブリッジ形インバータである。

そしてこのように構成された点灯装置においては、商
用電源１は整流素子D₁で整流され、その直流出力は降圧
形チョッパ回路２に入力されて、定電流制御が行われ、
該チョッパ回路２の出力はフルブリッジ形インバータ４
に入力される。そして該インバータ４の動作によりラン
プ５には矩形波交番電圧が印加され、矩形波点灯が行わ
れる。この矩形波点灯は、矩形波が印加されるため、ラ
ンプのちらつきが少なく良好な点灯が行われるとされて
いる。

ところが、上記従来の放電灯点灯装置においては、降
圧形チョッパ回路において定電流制御を行っているた
め、ランプ始動時においてもランプ安定時の電流しか流
せない。しかし一般的に放電灯点灯においては、ランプ
始動時は安定時の1.2〜2.5倍程度の電流が必要とされ、
したがって安定時の電流で始動すると、始動時間が長く
かかったり、あるいは放電が安定せずランプが始動しな
い場合もある。また安定時は定電流制御が行われるた
め、ランプ電圧の変化が直接ランプ電力の変化となり、
したがってランプの製造時のばらつきによるランプ電圧
のばらつきや、寿命末期におけるランプ電圧の上昇によ
る過入力を防止することができないという欠点がある。

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、本発明者は先に第７図に示すような放電灯点灯
装置を提案した。なお第７図において、第６図に示した
従来例と同一構成部材については同一符号を付して示し
ている。降圧形チョッパ回路２は、スイッチングトラン
ジスタQ₁とフリーホルダダイオードD₂,直流リアクトルL
₁,平滑コンデンサC₂,スイッチングトランジスタQ₁の駆
動回路11,電流検出素子R₁の検出出力を入力して前記駆
動回路11へ制御信号を送出するスイッチング回路12とで
構成されている。13はフルブリッジ形インバータ４を構
成するスイッチングトランジスタQ₂,Q₃,Q₄,Q₅を駆動す
るためのフリップフロップ回路で、14はインバータ４の
出力端に接続された始動回路である。なおC₃は始動回路
14から発生する高圧パルスのバイパスのコンデンサであ
る。

第８図は、降圧形チョッパ回路２におけるスイッチン
グ回路12の回路構成を示す図であり、15は三角波状基準
波の発振器で、抵抗R₄及びコンデンサC₄は該発振器15の
発生基準波の発振周波数を決定している。16は演算増幅
器で、R₅は該増幅器16のドリフト補償抵抗で、R₆は入力
抵抗であり、それらの抵抗R₅,R₆を介して電流検出素子R
₁の検出出力が演算増幅器16に入力されるようになって
いる。そして演算増幅器16の入出力端間には、抵抗R₇、
抵抗R₈とツェナーダイオードZDの直列回路、位相補償す
るための抵抗R₉とコンデンサC₅の直列回路とをそれぞれ
並列接続したフィードバック回路が接続されている。17
は前記演算増幅器16からの基準電圧と発振器15からの三
角波を比較して増幅する比較器で、該比較器17の出力は
チョッパ回路２の駆動回路11に入力されるようになって
いる。

次にこのように構成された先に提案した放電灯点灯装
置の動作を、第６図に示した従来例と異なる部分につい
て説明する。まず第６図に示した従来の点灯装置と同様
に、商用電源１は整流素子D₁で整流され、その直流出力
は降圧形チョッパ回路２に入力されて電流制御が行わ
れ、該チョッパ回路２の出力はフルブリッジ形インバー
タ４に入力される。そして該インバータ４の動作と、始
動回路14の動作によりランプ５は始動して点灯が行われ
る。ランプ始動時には、始動電流が大きいため電流検出
素子R₁の検出出力V₁が大となる。したがってこの検出出
力V₁が入力されるスイッチング回路12の演算増幅器16の
入出力差が大きくなり、それによりフィードバック回路
のツェナーダイオードZDが導通状態となる。その結果、
この演算増幅器16の増幅率αはほぼ次式（１）で表され
るようになる。

この増幅率αは、ツェナーダイオードZDを含むフィー
ドバック回路の抵抗R₈と抵抗R₇とが並列に接続されるた
め、フィードバック抵抗R₇のみの場合の次式（２）で表
される増幅率α′より、低く抑えられるようになってい
る。

これにより、第９図（イ）に示すように、演算増幅器
16の出力基準電圧Ｂは、増幅率αの時の値B₁ は、増幅率α′の時の値 より低くなる。この演算増幅器16の出力基準電圧B₁又は
B₂は、同じく第９図（イ）に示す発振器15の三角波Ａと
比較器17で比較され、第９図（ロ）に示す比較検出波形
C₁又はC₂が得られる。この比較出力Ｃは降圧形チョッパ
回路２の駆動回路11に入力され、降圧形チョッパ回路２
のスイッチングトランジスタQ₁には第９図（ロ）に示す
パルス幅t₁又はt₂と同じ駆動パルスが印加されて駆動制
御される。演算増幅器16の増幅率がαの時のパルス幅t₁
は、増幅率がα′の時のパルス幅t₂より広いので、始動
時には大なる始動電流を流すようになっている。

ランプ起動後ランプ電圧は上昇し、それに伴って電流
検出素子R₁の検出出力V₁は低下し、演算増幅器16の出力
基準電圧Ｂは降下してくるが、定格ランプ電圧に到る前
の所定の電圧に達した後は、演算増幅器16のフィードバ
ック回路のツェナーダイオードZDは遮断されるように、
その時点の演算増幅器16の入出力電位差にツェナーダイ
オードZDのツェナー電圧をセットしておく。

これにより前記所定のランプ電圧に達すると、それ以
降は演算増幅器16は増幅率α′の増幅器となり、その所
定のランプ電圧に到る間は、ツェナーダイオードZDの非
線形特性によってアナログ的に増幅率は増加する。

したがってランプ電圧とランプ電力との関係を示すレ
インボーカーブは、第10図に示すように、点線で示すツ
ェナーダイオードZDが導通状態における特性曲線ａか
ら、１点鎖線で示すツェナーダイオードZDがオフ状態に
おける特性曲線ｂへ、点P,Q亘ってツェナーダイオードZ
Dの非線形特性によって連続的に変移し、実線ｃで示す
ような特性となり、定格近傍のある範囲内のランプ電圧
の変動に対してランプ電力をほぼ一定にする機能をも
ち、ランプ電圧の上昇によって過電力とならないように
なっている。

このように、ランプの始動電流を始動に充分な値とし
て供給する手段が、降圧形チョッパ回路のスイッチング
回路における演算増幅器のフィードバック回路に、抵抗
とツェナーダイオードの直列回路を付加するのみで得ら
れ、且つそれらの値を適宜選択することにより、始動時
のランプ電流を自由に設定でき、ランプ電圧の上昇に伴
い過電力とならないようにすることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、先に提案した上記放電灯点灯装置において
は、ランプ電圧の上昇に伴いランプ電力が過入力となら
ないようにすることはできるが、反面、定電流機能を抑
えているために、入力電圧の変動に対しては定電力特性
が劣ってしまうという問題点がある。すなわちランプ電
圧とランプ電力の関係を示すレインボーカーブｃは、入
力電圧を＋10％変動させると、第11図の曲線c_-1のよう
に変化し、また−10％変動させた場合には、同じく第10
図の曲線c_-2のように変化し、定格ランプ電圧付近にお
ける±10％の入力電圧の変化に対するランプ電力の変動
率は、±25％程度になってしまう。

本発明は、先に提案した放電灯点灯装置における上記
問題点を解決するためになされたもので、始動時のラン
プ放電を安定にして始動時間を短縮し且つランプ電圧の
上昇に対して所定値以上の過入力を防止すると共に、入
力電圧の変動に対してランプ電圧が一定になるようにし
た放電灯点灯装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段及び作用〕

上記問題点を解決するため、本発明は、直流を降圧形
チョッパ回路に入力して電流制御を行い該降圧形チョッ
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放電灯
点灯装置において、前記直流入力電圧を検出する手段
と、前記降圧形チョッパ回路の出力部のフリーホイルダ
イオードと平滑コンデンサとの間に挿入した電流検出素
子と、前記直流入力電圧検出手段の検出出力と前記電流
検出素子の検出出力を入力する演算増幅器を内蔵した前
記降圧形チョッパ回路のパルス幅を制御するスイッチン
グ回路とを備え、前記演算増幅器は第１の抵抗とツェナ
ーダイオードの直列回路と第２の抵抗の並列回路からな
るフィードバック回路を有し、直流入力電圧及びランプ
電流に応動して演算増幅器の増幅率を変え、チョッパ回
路のパルス幅を制御するように構成するものである。

このように直流入力電圧及びランプ電流に応動して演
算増幅器の増幅率を変え、チョッパ回路のパルス幅を制
御するように構成することにより、放電灯始動時には演
算増幅器のフィードバック回路のツェナーダイオードが
導通し、その増幅率が抑えられて降圧形チョッパ回路の
パルス幅が大となるように制御され、始動に十分な電流
を流して安定した始動が行われる。そして安定時付近に
おいてはフィードバック回路のツェナーダイオードが非
導通となり、演算増幅器の増幅率が高められて降圧形チ
ョッパ回路のパルス幅が小となるように制御され、ラン
プ電圧の上昇に伴って過電力とならないように適切な電
力が供給される。また入力電圧の変動に応じて降圧形チ
ョッパ回路のパルス幅が変えられ、ほぼ一定のランプ電
力となるように制御される。

〔実施例〕

次に実施例について説明する。第１図は、本発明に係
る放電灯点灯装置の一実施例を示す回路構成図で、第７
図に示した先に提案した放電灯点灯装置と同一構成部材
には同一符号を付して、その説明を省略する。

本発明においては、直流電源回路と降圧形チョッパ回
路２との間に入力電圧検出回路21が設けられており、そ
の検出出力が信号反転回路22を介して、降圧形チョッパ
回路２のスイッチング回路12に、前記電流検出素子R₁の
検出出力と共に入力されるように構成されている。

第２図は、前記入力電圧検出回路21,信号反転回路22
及び降圧形チョッパ回路２におけるスイッチング回路12
の詳細な回路構成を示す図で、スイッチング回路12は第
８図に示した先に提案した点灯装置におけるスイッチン
グ回路の構成と同じである。入力電圧検出回路21は、直
流電源回路に並列に接続された分圧用直列接続抵抗R₁₀,
R₁₁と、分圧用抵抗R₁₀,R₁₁の接続点と負側のラインとの
間に抵抗R₁₂を介して接続したホトカプラ23の入力側と
なる発光ダイオードLEDとで構成されている。また信号
反転回路22は、定電圧源24と該電圧源24に抵抗R₁₃,R₁₄
を介して接続されたホトカプラ23の出力側となるホトト
ランジスタPTとで構成されており、定電圧源24の正側に
接続された抵抗R₁₃の両端を、前記スイッチング回路12
の入力端子a,bにそれぞれ接続している。そして前記入
力電圧検出回路21のホトカプラ23の入力側を構成する発
光ダイオードLEDで検出した検出信号を、ホトカプラ23
の出力側を構成する信号反転回路22のホトトランジスタ
PTで受けて、該検出信号を反転して前記スイッチング回
路12の演算増幅器16へマイナス入力を供給するように構
成されている。

このように構成した放電灯点灯装置において、放電始
動時及び安定時付近においては、先に提案した第７図及
び第８図に示したものと同様に動作して、安定した始動
を行わせると共に、ランプ電圧の上昇に伴う過入力を防
止して適切な電力を供給する。

次に直流入力電圧が変動した場合の動作について説明
する。前記入力電圧検出回路21で検出された検出信号
は、信号反転回路22において反転され、スイッチング回
路12の演算増幅器16にマイナスの信号を入力する。一
方、ランプ電流検出素子R₁においては、ａ点からｂ点に
向けて電流が流れるため、ａ点を基準にするとｂ点はマ
イナスとなり、電流検出素子R₁による検出信号も演算増
幅器16に対してはマイナス入力となっている。したがっ
て直流入力電圧検出信号はランプ電流検出信号に重畳し
た形となり、直流入力電圧が上昇すると、その上昇分だ
け演算増幅器16への入力電圧はマイナスに増加する。そ
れにより演算増幅器16の出力電圧Ｂは上昇し、比較出力
波形Ｃのパルス幅ｔは小さくなり、降圧形チョッパ回路
２において電流が少なくなるように制御される。また逆
に直流入力電圧が下降した場合には、逆の動作が行われ
チョッパ回路２において電流が増加するように制御され
る。

したがって、第11図に示したレインボーガーブc_-1,c
_-2は、第３図に示すように、c_-1′,c_-2′のように修正
され、ランプ電圧及び入力電圧の広範囲の変動に対して
も定電力特性が達成される。

〔発明の効果〕

以上実施例に基づいて説明したように、本発明によれ
ば、降圧形チョッパ回路のパルス幅を制御するスイッチ
ング回路を構成する演算増幅器のフィードバック回路
に、抵抗とツェナーダイオードの直列回路を付加すると
共に、入力電圧検出信号を電流検出信号と共に演算増幅
器に入力させるという簡単な構成で、放電灯始動時には
演算増幅器の増幅率を抑えてパルス幅を大なるように制
御し、始動に充分な電流を流して安定した始動を行わ
せ、且つ安定時付近では演算増幅率の高めてランプ電圧
の上昇に伴って過電力とならないように、適切な電力を
供給することができ、また入力電圧の変動に対してほぼ
一定の電力となるようにすることができる。したがって
ランプの寿命を著しく向上させることのできる放電灯点
灯装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る放電灯点灯装置の一実施例を示
す回路構成図、第２図は、その降圧形チョッパ回路のス
イッチング回路、入力電圧検出回路及び信号反転回路の
具体的な回路構成を示す図、第３図は、ランプ電圧とラ
ンプ電力と入力電圧との関係を示す図、第４図は、従来
の銅鉄形安定器を用いた放電灯点灯装置を示す図、第５
図は、従来の高周波インバータを用いた放電灯点灯装置
を示す図、第６図は、従来の低周波矩形波点灯の放電灯
点灯装置の回路構成例を示す図、第７図は、先に提案し
た放電灯点灯装置を示す回路構成図、第８図は、そのス
イッチング回路の具体的な回路構成図、第９図（イ），
（ロ）は、その動作を説明するための信号波形図、第10
図は、そのランプ電圧とランプ電力との関係を示す図、
第11図は、レインボーカーブの入力電圧の変動による変
化を示す図である。 図において、２は降圧形チョッパ回路、４はフルブリッ
ジ形インバータ、５は放電灯、11は駆動回路、12はスイ
ッチング回路、14は始動回路、15は発振器、16は演算増
幅器、17は比較器、21は入力電圧検出回路、22は信号反
転回路、23はホトカプラを示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流を降圧形チョッパ回路に入力して電流
   制御を行い該降圧形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放電灯点灯装置において、前記直流
   入力電圧を検出する手段と、前記降圧形チョッパ回路の
   出力部のフリーホイルダイオードと平滑コンデンサとの
   間に挿入した電流検出素子と、前記直流入力電圧検出手
   段の検出出力と前記電流検出素子の検出出力を入力する
   演算増幅器を内蔵した前記降圧形チョッパ回路のパルス
   幅を制御するスイッチング回路とを備え、前記演算増幅
   器は第１の抵抗とツェナーダイオードの直列回路と第２
   の抵抗の並列回路からなるフィードバック回路を有し、
   直流入力電圧及びランプ電流に応動して演算増幅器の増
   幅率を変え、チョッパ回路のパルス幅を制御するように
   構成したことを特徴とする放電灯点灯装置。