JP2829876B2

JP2829876B2 - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2829876B2
Application number: JP30903189A
Authority: JP
Inventors: 芳生剱持; 真上野
Original assignee: AI RAITEINGU SHISUTEMU KK
Current assignee: AI RAITEINGU SHISUTEMU KK
Priority date: 1989-11-30
Filing date: 1989-11-30
Publication date: 1998-12-02
Anticipated expiration: 2013-12-02
Also published as: JPH03171596A

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３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４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を除去する
ため、例えば第５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５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。
更にはまた入力電圧の変動によりランプ電力が大きく変
化してしまうという問題点がある。

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、本発明者は先に特願昭63−329439号において、
第６図に示すような放電灯点灯装置を提案した。なお第
６図において、第５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とフリーホイル
ダイオードD₂，直流リアクトルL₁，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
パルスのバイパス用のコンデンサである。更にこの点灯
装置においては、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７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ある。降圧形チョッパ回路
２におけるスイッチング回路12において、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R₁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。

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，R
₁₁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。

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５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５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８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８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８図（ロ）に示す比較出力波形
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８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９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に亘ってツェナーダイオー
ドZD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、前述のように動作し
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が、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、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ようになっている。

〔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ようになっているが、降圧形チ
ョッパ回路２におけるスイッチング回路12を構成してい
る演算増幅器16のフィードバック回路にツェナーダイオ
ードZDが挿入されているため、スイッチング回路12が温
度的安定性に欠けるという問題点がある。すなわち、ツ
ェナーダイオードは温度が上昇すると、2V程度の低いツ
ェナー電圧が下がるため、このようなツェナーダイオー
ドを演算増幅器のフィードバック回路に挿入している場
合には、温度の上昇に伴って演算増幅器の増幅率が低下
し、それによりランプ電力が過電力となってしまう。更
に過電力によって周辺回路のトランジスタの温度が上昇
し、それによってツェナーダイオードの温度が更に上昇
し、この悪循環の繰り返しによって最後には熱暴走して
しまうという問題点があった。

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なされたもので、電源の周囲温度
の上昇に対しても常に一定のランプ電力を供給できるよ
うにした温度補償機能を備え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と入力端に接続した温度補償回路
とを有し、周囲温度変化に基づく演算増幅器の増幅率の
変動を補償しつつ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。

このように構成することにより、演算増幅器の入力端
に接続された温度補償回路によって、演算増幅器のフィ
ードバック回路に挿入されているツェナーダイオードの
温度特性の補償が行われ、周囲温度の広い範囲に亘って
常に一定のランプ電力を供給でき、安定した点灯動作が
可能となる。

〔実施例〕

以下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６
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、入力電圧検出回路21の検出出力が
入力される信号反転回路22の出力、並びに降圧形チョッ
パ回路２の電流検出素子R₁の検出出力を温度補償回路31
を介してスイッチング回路12に入力するように構成され
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,
降圧形チョッパ回路におけるスイッチング回路12及び温
度補償回路31の詳細な回路構成を示す図で、同じく第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。本実施例
においては、温度補償回路31としては、負特性サーミス
タ32を用い、該サーミスタ32をスイッチング回路12の入
力端子ｂと演算増幅器16のマイナス入力端子との間に、
入力抵抗R₆と共に直列接続するものである。

このように構成された点灯装置においては、第６図及
び第７図に示した先に提案した点灯装置と同様に、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、且つ安定時付近においては演算増幅率を
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。

更に本発明においては、定常状態において、周囲温度
が上昇した場合、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のツェナー電圧が下がり、抵抗
R₇，R₈、ツェナーダイオードZDを含むフィードバック回
路のインピーダンスが下がるため、演算増幅器16の増幅
率が下がり過電力になろうとする。このとき、演算増幅
器16のマイナス入力端に挿入されている抵抗R₆と負特性
サーミスタ32のインピーダンスは周囲温度上昇によって
下がるため、結果的に入力インピーダンスとフィードバ
ックインピーダンスの比は一定となり、周囲温度が上昇
しても演算増幅器16は一定の増幅率を保持でき、したが
って定常状態においては、周囲温度が変化しても定電力
を維持することができる。

なお上記実施例では、温度補償回路として演算増幅器
のマイナス入力端に直列接続した負特性サーミスタで構
成したものを示したが、同様な温度補償を行う回路であ
れば、何れでも用いることができる。

〔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
器に温度補償回路を介して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
を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、更に入力電圧
の変動並びに周囲温度の変化に対してほぼ一定のランプ
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、信号反転回路及び
温度補償回路の具体的な回路構成を示す図、第３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４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５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６図は、先に提
案した放電灯点灯装置を示す回路構成図、第７図は、そ
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図、第８図（イ），（ロ）は、そ
の動作を説明するための信号波形図、第９図は、そのラ
ンプ電圧とランプ電力との関係を示す図である。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、31は温度補償回路、32は負特
性サーミスタを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−177298（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−252096（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−301493（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−150693（ＪＰ，Ａ) 実開平２−65899（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05B 41/24 - 41/29

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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と入力端
に接続した温度補償回路とを有し、周囲温度変化に基づ
く演算増幅器の増幅率の変動を補償しつつ直流入力電圧
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。