JP2948627B2 - 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］ 本発明は、メタルハライドランプや高圧ナトリウムラ
ンプ等の高圧放電灯を始動点灯させるための放電灯点灯
装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、高圧放電灯を始動点灯させるための装置が多数
提案されている。高圧放電灯は、例えば、オスラム社製
のHQIの場合、始動時に数KV程度の高圧パルス電圧をラ
ンプ両端に印加する必要があり、他の高圧放電灯でも同
程度の高圧パルス電圧を始動時に必要とする。このよう
な高圧パルス電圧を発生させるために、以下に示すよう
に、種々の方式が提案されている。

従来例１ 第14図は高圧放電灯の代表的な点灯装置のブロック回
路図である。交流電源Vsの交流電圧は、安定器Ｂを介し
て、イグナイタIGと高圧放電灯DLに供給されている。始
動時には、イグナイタIGが上記の高圧パルス電圧を発生
させる。ところが、この種の高圧放電灯は点灯中のラン
プ自身の動作温度が数百〜数千℃という非常に高い温度
に達しており、一度消灯すると、ランプ温度が常温程度
まで下がらないと再始動できず、この間、５〜10分程度
の時間を要していた。そこで、再始動までの時間を短縮
するために、ランプ両端に、始動時よりも１桁高い数十
KVの高圧パルス電圧を印加すると、消灯直後のランプで
も瞬時に再始動できることは一般的に知られている。

従来例２ 第15図に示す点灯装置（特開昭57−165999号公報参
照）では、上記の原理により再始動に要する時間を短縮
している。すなわち、再始動用のスイッチS₀をONする
と、交流電源Vsから交流電圧は昇圧トランスTr₁で昇圧
され、この昇圧された電圧が放電ギャップＧの放電開始
電圧に達すると、コンデンサC₂、放電ギャップＧ、パル
ストランスTrの１次巻線の閉回路で放電する。この放電
により、パルストランスTrの２次巻線に数十KV程度の高
圧パルス電圧が発生し、再始動時のように始動しにくい
状態でも高圧放電灯DLを瞬時に点灯させることができ
る。図中、L₁は安定器であり、C₁は高圧パルス電圧を高
圧放電灯DLに印加するための高周波バイパス用のコンデ
ンサである。

この従来例では、昇圧トランスTr₁が100V又は200Vの
交流電圧を１次側の入力とし、２次側に数千Ｖの電圧を
発生させているため、昇圧比が大きくなって、２次巻線
が非常に多くなる。また、高電圧に耐えるように設計す
る必要があることから、昇圧トランスTr₁が非常に大型
化する。さらに、ランプ点灯後は再始動用のスイッチS₀
をオフにして、高圧パルス電圧の発生を停止させる必要
がある。

従来例３ 第16図はさらに他の従来例（特開昭59−196594号公報
参照）を示している。この従来例では、コンデンサC₇と
ダイオードD₅₁,D₅₂による倍電圧整流回路を用いたこと
により、昇圧比を小さくできると共に、昇圧トランスTr
₁がインバータ回路１により高周波動作していることか
ら、昇圧トランスTr₁の小型化を実現できる。しかしな
がら、従来例２と同様に、再始動用のスイッチS₀を設け
る必要があった。

従来例４ 第17図は別の従来例の回路図である。この回路では、
安定器Ｂ（例えば、商用周波数の点灯回路、インバータ
による高周波点灯回路あるいは矩形波点灯回路）の２次
電圧でイグナイタIGが動作する方式としている。つま
り、安定器Ｂの端子ａ−ｂ間に発生する無負荷２次電圧
を整流回路３で整流し、スイッチング用のトランジスタ
Q₅を高周波でオン・オフ駆動し、昇圧トランスTr₁によ
り２次側電圧を数千Ｖまで昇圧し、整流用のダイオード
D₅を介してコンデンサC₂を充電する。そして、コンデン
サC₂の電圧が放電ギャップＧの放電開始電圧に達する
と、コンデンサC₂、パルストランスTrの１次巻線、放電
ギャップＧの閉回路で放電する。これにより、パルスト
ランスTrの２次側に数十KVの高圧パルス電圧が発生し、
コンデンサC₁を介して高圧放電灯DLに印加され、再始動
時のように始動しにくい状態であっても瞬時に始動可能
としている。

この従来例では、高圧放電灯DLが点灯すると、安定器
Ｂの端子ａ−ｂ間の電圧は略ランプ電圧まで低下するの
で、イグナイタIGの出力も自動的に低下又は停止する。
これにより、高圧パルス電圧の発生も自動的に止まるの
で、専用のスイッチS₀が不要となる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述の従来例４では、イグナイタIGの動作時に安定器
Ｂの無負荷２次電圧が低下するので、高圧放電灯DLにグ
ロー放電からアーク放電に移行するのに要する電力を十
分に供給することができず、始動性能が低下するという
問題が生じる。つまり、イグナイタIGが動作していない
ときの安定器Ｂの無負荷２次電圧は、第18図（ａ）又は
（ｂ）に示すような電圧となるが、イグナイタIGが動作
すると、第19図（ａ）又は（ｂ）のように低下してしま
う。図中、Vpは高圧パルス電圧であり、それ以外の実線
は安定器Ｂの無負荷２次電圧である。また、上記各図に
おいて、図（ａ）は高周波点灯の場合の動作波形を示し
ており、図（ｂ）は低周波の矩形波点灯の場合の動作波
形を示している。第19図（ａ），（ｂ）の場合に、第18
図（ａ），（ｂ）の場合に比べて無負荷２次電圧が低下
するのは、ほとんど常にイグナイタIGを動作させている
ので、イグナイタIGでの電力消費が大きくなり、安定器
Ｂの内部インピーダンスによる電圧降下が生じるためで
ある。

本発明はこ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、安定器の無負荷２次電圧で動
作するイグナイタを備えた高圧放電灯用の点灯装置にお
いて、安定器の無負荷２次電圧の所定期間でのみイグナ
イタを動作させて、無負荷２次電圧の低下を最小限と
し、始動・再始動性能を良好とすることにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明にあっては、上記の課題を解決するために、第
１図に示すように、高圧放電灯DLとパルストランスTrの
２次巻線と第１のコンデンサC₁とで閉回路を構成し、入
力電源Ｅから給電されるインバータ回路１の出力に第１
のコンデンサC₁を並列的に接続し、インバータ回路１の
矩形波電圧の出力を間欠的に昇圧し整流した電圧により
充電される第２のコンデンサC₂と放電ギャップＧと前記
パルストランスTrの１次巻線とで閉回路を構成したこと
を特徴とするものである。

なお、インバータ回路１により低周波の矩形波電圧を
発生させ、直流カット用のコンデンサC₃をインバータ回
路１と昇圧回路２の間に挿入すれば、高圧パルス電圧の
発生期間を矩形波電圧の極性反転直後に限定することが
できる。また、インバータ回路１により低周波の矩形波
電圧を発生させる第１の動作期間と、高周波電圧を発生
させる第２の動作期間とを交番させれば、高圧パルス電
圧の発生期間を第２の動作期間に限定することができ
る。さらに、直流カット用のコンデンサC₃が無くても、
昇圧回路２を間欠的に動作させれば、高圧パルス電圧の
発生時期を限定することができる。

［作用］ 本発明にあっては、このように、インバータ回路１の
出力を間欠的に昇圧し整流した電圧により高圧パルス電
圧発生用のコンデンサC₂を充電するようにしたから、常
にインバータ回路１の出力が高圧パルス電圧発生のため
に消費されるわけではない。したがって、高圧パルス電
圧発生用のコンデンサC₂の充電が休止される期間では、
インバータ回路１の出力によりアーク放電への移行を促
進するような電圧を高圧放電灯DLに与えることができ、
始動特性、再始動特性を改善できるものである。

［実施例１］ 第２図は本発明の第１実施例の回路図である。以下、
その回路構成について説明する。直流の入力電源Ｅに
は、トランジスタQ₁,Q₃の直列回路と、トランジスタQ₂,
Q₄の直列回路が並列的に接続されている。各トランジス
タQ₁〜Q₄には、それぞれダイオードD₁〜D₄が逆並列に接
続されている。トランジスタQ₁,Q₃の接続点とトランジ
スタQ₂,Q₄の接続点の間には、インダクタL₁を介してコ
ンデンサC₁が接続されており、このコンデンサC₁の両端
には、パルストランスTrの２次巻線n₅を介して高圧放電
灯DLが接続されている。

第３図は本実施例の動作波形図である。トランジスタ
Q₁,Q₂は数10KHz程度の高周波で交互に動作し、トランジ
スタQ₃,Q₄は100〜数100Hz程度の低周波で交互に動作す
る。そして、トランジスタQ₄がオンのときには、トラン
ジスタQ₁がオン・オフ動作し、トランジスタQ₃がオンの
ときには、トランジスタQ₂がオン・オフ動作する。この
とき、インダクタL₁とコンデンサC₁はローパスフィルタ
ーとして作用するので、インバータ回路の端子ａ−ｂ間
には、トランジスタQ₃,Q₄の動作周波数と同じ周波数の
矩形波電圧が発生する。

次に、イグナイタIGの構成について説明する。端子ａ
−ｂ間には、直流カット用のコンデンサC₃を介してダイ
オードブリッジDBの交流入力端子が接続されており、ダ
イオードブリッジDBの直流出力端子ｃ−ｄ間にはコンデ
ンサC₄が並列接続されている。コンデンサC₄の両端に
は、昇圧トランスTr₁の１次巻線n₁がトランジスタQ₅を
介して接続されている。トランジスタQ₅のベースには起
動抵抗R_gを介して起動電流が供給されると共に、帰還巻
線n₃からベース抵抗R_Bを介して駆動電流が供給される。
これらの昇圧トランスTr₁とトランジスタQ₅及び抵抗R_g,
R_Bは一石自励式のインバータ回路を構成しており、コン
デンサC₄に得られた端子ｃ−ｄ間の電圧を昇圧する。発
振トランスTr₁の２次巻線n₂には、ダイオードD₅を介し
てコンデンサC₂が接続されている。コンデンサC₂は放電
ギャップＧを介してパルストランスTrの１次巻線n₄に接
続されている。

このイグナイタIGは、第４図に示すような端子ａ−ｂ
間の矩形波電圧を受けて動作するものであり、直流カッ
ト用のコンデンサC₃が入力側に挿入されているので、第
５図に示すように、端子ａ−ｂ間の電圧の極性が反転し
たときにのみ、端子ｃ−ｄ間に電圧が発生する。この部
分の動作を第６図（ａ）〜（ｄ）に詳細に示す。端子ｃ
−ｄ間に第６図（ａ）に示すような電圧が発生すると、
起動抵抗R_gを介してトランジスタQ₅のベースに起動電流
が流れて、トランジスタQ₅がオンする。トランジスタQ₅
がオンすると、昇圧トランスTr₁の１次巻線n₁に電圧が
発生し、帰還巻線n₃にもその巻数比に応じた電圧が発生
する。この電圧でベース抵抗R_Bを介してトランジスタQ₅
に更にベース電流が流れて、トランジスタQ₅は完全にオ
ンとなる。これにより、第６図（ｂ）に示すように、ト
ランジスタQ₅のコレクタ電流が流れる。この電流がある
一定値以上になると、今度はベース電流不足となり、ト
ランジスタQ₅のエミッタ−コレクタ間電圧V_CEが上昇す
ると共に、昇圧トランスTr₁の巻線n₁,n₃の電圧が低下す
るため、よりベース電流不足となり、トランジスタQ₅は
急激にオフする。トランジスタQ₅がオフすると、昇圧ト
ランスTr₁に蓄積されたエネルギーは、ダイオードD₅を
介してコンデンサC₂に充電される。そして、昇圧トラン
スTr₁のエネルギーが放出し尽くされると、トランジス
タQ₅が再びオンして、以下、この動作を繰り返す。これ
により、コンデンサC₂の電圧は第６図（ｃ）に示すよう
に上昇する。そして、放電ギャップＧの放電開始電圧V_G
（例えば、数千Ｖ）に達すると、コンデンサC₂に蓄積さ
れている電荷は、パルストランスTrの１次巻線n₄、放電
灯ギャップＧを介して急激に放電し、このとき、パルス
トランスTr₂の巻数比に応じた高圧パルス電圧（例え
ば、数十KV）が第６図（ｄ）に示すように、パルストラ
ンスTrの２次巻数n₅に発生し、高周波バイパス用のコン
デンサC₁を介して高圧放電灯DLに印加される。これによ
り、例えば、ランプ消灯直後の非常に再始動しにくい状
態にあっても、高圧放電灯DLは瞬時に点灯される。第７
図に始動時の高圧放電灯DLの両端電圧の波形を示してい
る。図中、Vpは高圧パルス電圧であり、V₀₂は無負荷２
次電圧である。

本実施例の特徴は、インバータ回路の出力端子ａ−ｂ
間の電圧極性反転直後のある一定期間のみイグナイタIG
が動作し、高圧パルス電圧を発生させているので、高圧
パルス電圧の休止期間においては、インバータ回路の出
力端子ａ−ｂ間に十分な無負荷２次電圧を確保できるこ
とにある。これにより、高圧放電灯DLをグロー放電から
アーク放電に移行させるエネルギーを供給できるので、
高圧放電灯DLの始動性能が非常に向上するものである。
また、高圧放電灯DLが始動点灯すると、端子ａ−ｂ間の
電圧は略ランプ電圧まで降下する。例えば、無負荷２次
電圧が280V程度であれば、高圧放電灯DLの始動後は、ラ
ンプ電圧は90V程度まで降下する。このため、イグナイ
タIGの動作は停止し、高圧放電灯DLの点灯中は高圧パル
ス電圧は完全に停止し、高圧放電灯DLは安定に点灯維持
できるものである。

［実施例２］ 第８図は本発明の第２実施例の回路図である。本実施
例では、第２図に示す第１実施例におけるトランジスタ
Q₁,Q₃とダイオードD₁,D₃に代えて、トランジスタQ₆,Q₇
とダイオードD₆,D₇を配置し、トランジスタQ₂,Q₄とダイ
オードD₂,D₄に代えて、コンデンサC₅,C₆を配置したもの
であり、ハーフブリッジ式のインバータ回路を構成して
いる。したがって、端子ａ−ｂ間に得られる電圧は、フ
ルブリッジ式のインバータ回路を用いた第１実施例に比
べると、約半分となる。

第９図は本実施例の動作波形図である。同図に示すよ
うに、第１の期間T₁では、トランジスタQ₇はオフであ
り、トランジスタQ₆が数10KHz程度の高周波でオン・オ
フを繰り返し、第２の期間T₂では、トランジスタQ₆がオ
フとなり、トランジスタQ₇が上記の高周波でオン・オフ
を繰り返す。これにより、端子ａ−ｂ間に得られる電圧
は、第１の期間T₁と第２の期間T₂とで極性が反転する矩
形波電圧となる。なお、イグナイタIGの回路構成は、第
１実施例と同じであるので、図示を省略している。

この実施例においても、インバータ回路の端子ａ−ｂ
間に得られる無負荷２次電圧は、第１及び第２の期間
（T₁＋T₂）を一周期とした矩形波電圧となり、その電圧
の極性反転直後にのみ高圧パルス電圧が発生するもので
あり、第１実施例と同じ動作となる。

［実施例３］ 第10図は本発明の第３実施例の回路図である。本実施
例では、ランプ始動時（無負荷時）において、第11図に
示すように、期間t₁,t₃では高周波インバータとして動
作し、期間t₂,t₄では第１実施例と同様に低周波の矩形
波インバータとして動作するものである。高周波インバ
ータとしての動作期間t₁,t₃においては、例えば、トラ
ンジスタQ₁とQ₄がオンのとき、トランジスタQ₂とQ₃はオ
フとなり、逆に、トランジスタQ₁とQ₄がオフのときは、
トランジスタQ₂とQ₃はオンとなり、この動作を高周波的
に交互に行うものである。

次に、本実施例で用いるイグナイタIGについて説明す
る。高周波インバータとして動作期間t₁,t₃では、トラ
ンジスタQ₁〜Q₄は高周波でスイッチング動作しているの
で、昇圧トランスTr₁の１次側には、直流カット用のコ
ンデンサC₃を介して高周波の電圧が印加され、その２次
側には昇圧した電圧が発生する。この昇圧された電圧を
ダイオードD₅₁,D₅₂にて全波整流して、コンデンサC₂に
電荷を蓄積する。コンデンサC₂の電圧が上昇し、放電ギ
ャップＧの放電開始電圧に達すると、コンデンサC₂の電
荷はパルストランスTrの１次巻線、放電ギャップＧを介
して急激に放電する。このとき、パルストランスTrの２
次側には、その巻数比に応じた高圧パルス電圧が発生
し、コンデンサC₁を介して高圧放電灯DLに印加される。
つまり、本実施例では、高周波インバータとしての動作
期間t₁,t₃においてのみ、高圧パルス電圧が発生するも
のである。

一方、低周波の矩形波インバータとしての動作期間
t₂,t₄では、直流カット用コンデンサC₃の存在により、
第１実施例と同様にイグナイタIGは不動作となる。した
がって、インバータ回路の端子ａ−ｂ間には、正規の安
定した無負荷２次電圧が確保され、グロー放電からアー
ク放電に移行するためのエネルギーが十分に供給される
ので、始動性能が良好となる。また、高圧放電灯DLが点
灯すれば、高周波インバータとしての動作期間t₁,t₃は
省略し、第１実施例と同様と動作とすれば良い。あるい
は、全期間t₁〜t₄にわたって、イグナイタIGが動作しな
い程度の周波数でインバータ動作をさせても良い。これ
は第１又は第２実施例についても同様である。

［実施例４］ 第12図は本発明の第４実施例の回路である。第１実施
例又は第２実施例に示すインバータ回路の端子ａ−ｂ間
に、第12図に示すようなイグナイタIGを接続すれば、直
流カット用のコンデンサC₃が無くても、イグナイタIGを
間欠的に動作させることができる。本実施例では、イグ
ナイタIGを間欠的に動作させるために、トランジスタQ₅
を他励制御とし、間欠発振回路４によってトランジスタ
Q₅を間欠的に高周波駆動している。つまり、矩形波電圧
のほぼ全域に高圧パルス電圧を重畳させるのではなく、
第13図に示すように、ある一定の期間にのみイグナイタ
IGを動作させて、間欠的に高圧パルス電圧Vpを重畳させ
るものである。このようにすると、イグナイタIGが動作
していない期間においては、端子ａ−ｂ間に十分な無負
荷２次電圧を確保でき、高圧放電灯DLの始動性能が向上
するものである。

なお、蛍光灯用のスタータの分野において、例えば、
特開昭58−10397号公報の従来例に記載されているよう
な毎サイクル点灯方式があるが、本発明では、主点灯回
路がインバータ回路で構成されており、そのインバータ
回路の出力で動作するイグナイタIGもインバータ回路で
構成されている点が異なる。また、イグナイタIGには、
コンデンサC₂の充電電荷を急激に放電させるための放電
ギャップＧよりなるスイッチング素子を有している点も
異なり、本発明は高圧放電灯DLに特に適合した点灯装置
となっている。

［発明の効果］ 本発明にあっては、上述のように、高圧放電灯を始動
させるための高圧パルス電圧を安定器の無負荷２次電圧
を電源として発生させる点灯装置において、高圧パルス
電圧をある一定期間にのみ発生させるようにしたことに
より、高圧パルス電圧の発生していない期間では、高圧
放電灯に十分な無負荷２次電圧を印加することができ、
始動性能、再始動性能が非常に良好な放電灯点灯装置を
提供できるという効果がある。また、安定器の無負荷２
次電圧を電源として高圧パルス電圧を発生させているこ
とから、高圧放電灯の始動によりランプ電圧が低下する
と、自動的に高圧パルス電圧の発生が停止するので、雑
音の発生が少なくなり、また、放電ギャップの寿命が改
善されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示す回路図、第２図は本発
明の第１実施例の回路図、第３図乃至第７図は同上の動
作波形図、第８図は本発明の第２実施例の回路図、第９
図は同上の動作波形図、第10図は本発明の第３実施例の
回路図、第11図は同上の動作波形図、第12図は本発明の
第４実施例の回路図、第13図は同上の動作波形図、第14
図は従来例のブロック回路図、第15図は他の従来例の回
路図、第16図はさらに他の従来例の回路図、第17図は別
の従来例の回路図、第18図及び第19図は同上の動作波形
図である。 １はインバータ回路、２は昇圧回路、３は整流回路、
C₁,C₂,C₃はコンデンサ、Ｇは放電ギャップ、Trはパルス
トランス、DLは高圧放電灯、Ｅは入力電源である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−38594（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−194295（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−298687（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−167987（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−298686（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−298688（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−175597（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−196595（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−172299（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05B 41/14 - 41/29

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高圧放電灯とパルストランスの２次巻線と
   第１のコンデンサとで閉回路を構成し、入力電源から給
   電される安定器の出力に第１のコンデンサを並列的に接
   続し、安定器の矩形波電圧の出力を間欠的に昇圧し整流
   した電圧により充電される第２のコンデンサと放電ギャ
   ップと前記パルストランスの１次巻線とで閉回路を構成
   したことを特徴とする放電灯点灯装置。