JP3971808B2

JP3971808B2 - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP3971808B2
Application number: JP20928595A
Authority: JP
Inventors: 芳生釼持
Original assignee: Eye Lighting Systems Corp
Current assignee: Eye Lighting Systems Corp
Priority date: 1995-07-26
Filing date: 1995-07-26
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2015-07-26
Also published as: JPH0945490A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放電灯の寿命末期に生じるランプ電圧の低下に基づく長期間の過電流状態による障害の発生を防止できるようにした放電灯点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、メタルハライドランプや高圧ナトリウムランプ等の高輝度放電灯が普及しており、かかる放電灯の点灯装置としては、従来は、漏洩変圧器と主コンデンサとからなる進相型安定器やチョークコイル型安定器などの銅鉄型の安定器を用いて放電灯を点灯させる方法が用いられていたが、最近は、小型軽量化を図るため、高周波インバータを用いた電子点灯方法や矩形波を用いた電子点灯方法が用いられるようになっている。
【０００３】
図３は、従来の矩形波点灯を行う電子点灯方式の放電灯点灯装置の構成例を示す図である。図３において、１は商用電源、２は商用電源１より供給される交流電力を全波整流する整流回路、３は該整流回路２の出力電圧を昇圧する昇圧インバータ回路で、入力電流検知抵抗12と昇圧コイル13と昇圧用パワーＭＯＳＦＥＴ14とダイオード15と電解コンデンサ16とで構成されている。４は前記昇圧インバータ回路３の出力を定電力化する降圧インバータ回路で、降圧用パワーＭＯＳＦＥＴ17とフリーホイールダイオード18と降圧コイル19と平滑コンデンサ20と出力電流検知抵抗21とで構成されている。５は前記降圧インバータ回路４の出力を矩形波電圧として放電灯７に供給するフルブリッジ形低周波インバータからなる矩形波回路で、フルブリッジ形に接続されたパワーＭＯＳＦＥＴ22〜25で構成されている。６は始動時に前記矩形波回路５からの矩形波電圧と共に放電灯７に印加する高圧パルスを発生する始動回路である。
【０００４】
８は昇圧インバータ制御回路で、前記昇圧インバータ回路３の入力電圧を検出する入力電圧検出部と、出力電圧を検出する昇圧電圧検出部と、入力電流を検出する入力電流検出部と、前記入力電圧検出部、昇圧電圧検出部及び入力電流検出部からの検出信号を受けて、昇圧インバータ回路３の昇圧用パワーＭＯＳＦＥＴ14をパルス幅変調（ＰＷＭ）するための第１のパルス信号を出力する出力部とを備え、昇圧用パワーＭＯＳＦＥＴ14をパルス幅変調して、降圧インバータ回路４へ印加する昇圧電圧を一定にすると共に、前記昇圧インバータ回路３への入力電流の波形歪みを修正して、入力力率がほぼ100 ％になるように制御するように構成されている。
【０００５】
９は降圧インバータ制御回路で、降圧インバータ回路４の出力電圧、電流である放電灯電圧、電流を検出する放電灯電圧検出部及び放電灯電流検出部と、該放電灯電圧検出部と放電灯電流検出部とから得られる各検出信号を受けて、降圧インバータ回路４の降圧用パワーＭＯＳＦＥＴ17のパルス幅変調（ＰＷＭ）を行って、次段の矩形波回路５への電力供給を一定にするように制御するための、第２のパルス信号を出力する出力部とを備えている。
【０００６】
10は矩形波制御回路で、矩形波回路５を構成する各パワーＭＯＳＦＥＴ22〜25を駆動する第３のパルス信号を送出する出力部を備えており、この第３のパルス信号により各パワーＭＯＳＦＥＴを交互にＯＮ，ＯＦＦ動作させ、矩形波回路５より矩形波電圧を出力するようなっている。また、始動回路６は直列接続されたチョークコイル26と、該チョークコイル26の一端に接続された充放電コンデンサ27と、前記チョークコイル26の中間タップに接続された双方向性スイッチング素子28と、前記充放電コンデンサ27と双方向性スイッチング素子28の他端に接続された充電抵抗29とで構成されている。なお、30は該始動回路６から発生する高圧パルスのバイパス用コンデンサであり、また11は前記各制御回路８，９，10に制御電圧を供給する制御電源回路である。
【０００７】
このように構成された放電灯点灯装置においては、商用電源１からの交流電力は整流回路２で整流され、その直流電圧は昇圧インバータ回路３に印加される。そして昇圧インバータ回路３の入力電圧、出力電圧及び入力電流は、昇圧インバータ制御回路８のそれぞれの検出部で検出され、その検出信号が演算され、その結果がＰＷＭ用の第１のパルス信号としてパワーＭＯＳＦＥＴ14のゲートに供給され、昇圧インバータ回路３の出力電圧を定電圧とする。この昇圧インバータ回路３からの直流定電圧は、降圧インバータ回路４に入力される。そして放電灯電圧及び放電灯電流は、降圧インバータ制御回路９の放電灯電圧検出部と放電灯電流検出部で検出され、その検出信号に基づく第２のパルス信号によりパワーＭＯＳＦＥＴ17が制御されて、降圧インバータ回路４の定電力制御が行われ、該降圧インバータ回路４の出力は、フルブリッジ形低周波インバータからなる矩形波回路５に入力される。そして、矩形波制御回路10からの第３のパルス信号で駆動される矩形波回路５の動作による矩形波電圧と、始動回路６による高圧パルスが、放電灯７に印加されて放電灯７が始動し、始動後は定電力制御された矩形波点灯が行われるようになっている。
【０００８】
なお、始動回路６の動作を更に詳細に説明すると、次の通りである。すなわち、始動時に矩形波回路５からの矩形波電波が印加されると、充放電コンデンサ27には充電抵抗29を介して電荷が蓄積される。そして前記コンデンサ27と並列に接続されている双方向性スイッチング素子28のブレークオーバ電圧に達すると、該スイッチング素子28がターンオンし、チョークコイル26の巻線の一部を介して前記コンデンサ27に蓄積された電荷が放電される。これによりチョークコイル26の一部には前記スイッチング素子28のブレークオーバ電圧が発生し、その巻数比によりチョークコイル26の両端には高電圧が発生し、始動パルスとして放電灯７に印加される。これにより放電灯７が始動点灯すると、ランプ電圧が低下するので、前記コンデンサ27には前記スイッチング素子28のブレークオーバ電圧に達しない電圧が印加され、前記スイッチング素子28がターンオンすることはなくなり、したがって高圧パルスの発生は自動的に停止するようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような電子点灯方式の放電灯点灯装置を用いて放電灯を点灯する場合、放電灯の寿命末期にランプ電圧が低下し、短絡状態に近づくことがある。このような放電灯を前記点灯装置で点灯すると、放電灯の寿命末期には低ランプ電圧となり、その過電流のため最も電流量の大きい矩形波回路５を構成する４個のＭＯＳＦＥＴが発熱してしまう。
【００１０】
すなわち、ＭＯＳＦＥＴは通常0.5 Ω程度のオン抵抗が存在し、例えば150 Ｗの放電灯では安定時にランプ電圧が95Ｖ，電流が1.6 Ａであるので、ＭＯＳＦＥＴ１個の電力損Ｗ_loss1は、
Ｗ_loss1＝0.5 〔Ω〕×1.6²〔Ａ〕＝1.28〔Ｗ〕
である。しかしながら、寿命末期では放電灯のランプ電圧は30Ｖ程度まで低下し、逆に管電流は2.6 Ａと上昇してしまい、この時のＭＯＳＦＥＴの電力損Ｗ_loss2は、
Ｗ_loss2＝0.5 〔Ω〕×2.6²〔Ａ〕＝3.38〔Ｗ〕
となり、正常時の2.64倍になってしまう。
【００１１】
矩形波回路５を構成する各ＭＯＳＦＥＴ22〜25は、通常図４に示すように個別に放熱板を兼ねた金属ケース31に取り付けられているが、これらのＭＯＳＦＥＴの放熱が充分でないと、上記のような寿命末期の過電流状態が長時間続くことによって発熱が増加し、最後にはＭＯＳＦＥＴが破壊してしまう。特に、各ＭＯＳＦＥＴの特性にばらつきがある場合、特定のものが早期に破壊してしまうおそれがある。また、仮に破壊を防止するために放熱を充分に取ろうとすると、寿命末期の異常状態の放電灯を必要以上に点灯し続けることになる。
【００１２】
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、矩形波回路を構成するＭＯＳＦＥＴの破壊を防止すると共に寿命末期の放電灯の長期間の点灯を防止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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項１記載の発明は、商用電力を直流電力に変換する整流回路と、該整流回路から放電灯へ供給する電力を制御するＭＯＳＦＥＴを有する制御回路と、放電灯への供給電圧を矩形波にするための４個のスイッチング素子を有する矩形波回路とを備えた放電灯点灯装置であって、前記矩形波回路を構成する各スイッチング素子をＭＯＳＦＥＴで構成すると共に、前記矩形波回路を構成する各ＭＯＳＦＥＴを１個のパッケージに収納してモジュール化し、且つ該ＭＯＳＦＥＴモジュールの温度を検出できるようにサーマルプロテクタを配設して、該サーマルプロテクタの動作により点灯装置の動作を停止させるようにした放電灯点灯装置において、前記ＭＯＳＦＥＴモジュールに放熱手段を設け、前記サーマルプロテクタは放電灯の安定動作時における前記ＭＯＳＦＥＴモジュールの温度上昇によっては動作せず、放電灯の寿命末期におけるランプ電圧低下に基づく過電流による前記ＭＯＳＦＥＴモジュールの温度上昇によって作動するように構成するものである。
【００１４】
このように構成した放電灯点灯装置においては、矩形波回路を構成する４個のＭＯＳＦＥＴを一体的にモジュール化しているため、矩形波回路を構成する各ＭＯＳＦＥＴの特性のばらつきによる温度上昇のばらつきが回避されると共に、各ＭＯＳＦＥＴの発熱が集中するので温度上昇の検知が容易となり、また発熱エリアが限定されるので、他の電子部品への影響を少なくすることができる。また、サーマルプロテクタをＭＯＳＦＥＴモジュールの温度上昇を検出できるように配設し、放電灯の異常状態である低ランプ電圧化を間接的に検知するようにしているので、放電灯点灯装置中最も電流量が大きく破壊されやすい矩形波回路を構成するＭＯＳＦＥＴの破壊を確実に防止すると共に、寿命末期における異常状態の放電灯の長期間の点灯を防止することができ、過電流による矩形波回路を構成するＭＯＳＦＥＴモジュールの破壊を防止するように、温度上昇の制御を容易に行うことができる。
【００１５】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記サーマルプロテクタは、復帰形のものであることを特徴とするものである。このように復帰形のサーマルプロテクタを用いることにより、放電灯の寿命末期時には上記矩形波回路を構成するＭＯＳＦＥＴの破壊を防止すると共に、放電灯の点滅を繰り返させ、放電灯が寿命末期で低ランプ電圧化していることを、使用者側に知らせることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態及び実施例】
次に、実施例について説明する。図１は、本発明に係る放電灯点灯装置の一実施例を示す回路構成図で、図２はその主要部の配置構成を示す図であり、図３に示した従来例と同一又は対応する部材には同一符号を付して示している。この実施例は、150 Ｗのメタルハライドランプ（通常動作時のランプ電圧95Ｖ，ランプ電流1.6 Ａ）点灯用のもので、図３に示した従来例と異なる点は、矩形波回路を構成する４個のＭＯＳＦＥＴとして、１個のパッケージに４個のＭＯＳＦＥＴを収納してモジュール化したＭＯＳＦＥＴモジュール５Ｘを用い、該ＭＯＳＦＥＴモジュール５Ｘを、図２に示すように、放熱板を兼ねた金属ケース31にペースト状の熱伝導材を介して密着接合し、ＭＯＳＦＥＴモジュール５Ｘの接合面とは反対側の表面には、熱応動スイッチなどからなるサーマルプロテクタ32を密着し、金属ケース31に固着した押さえ金具33を用いて、サーマルプロテクタ32を押圧保持するようにしている点である。なお、図２において、34は放電灯点灯装置を構成する他の電子部品等を搭載しているプリント基板である。
【００１７】
サーマルプロテクタ32の接点は、各制御回路用の電源回路11の出力側に接続されていて、サーマルプロテクタ32の作動時には、各制御回路への電源回路の接続を遮断するようになっている。またＭＯＳＦＥＴモジュール５Ｘの金属ケース31による放熱は、ランプ始動時の数分間のＭＯＳＦＥＴモジュール５Ｘの発熱ではサーマルプロテクタ32が動作せず、放電灯の寿命末期においてランプ電圧が、例えば30Ｖ以下となりランプ電流が2.6 Ａになって、この状態が持続するとＭＯＳＦＥＴモジュール５Ｘの発熱によりサーマルプロテクタ32が動作するような特性をもつように設定されている。
【００１８】
次に、このように構成された実施例の動作について説明する。通常の放電灯の始動時には、2.8 Ａの始動電流がＭＯＳＦＥＴモジュール５Ｘに流れるが、数分の間に1.6 Ａまで低下し安定してしまうので、ＭＯＳＦＥＴモジュール５Ｘはサーマルプロテクタ32が作動する温度には達せず、サーマルプロテクタ32は動作せず通常の点灯動作が持続される。放電灯が寿命末期となりランプ電圧が、例えば30Ｖ以下となってランプ電流が2.6 Ａになり、この状態が継続すると、サーマルプロテクタ32が動作する温度以上にＭＯＳＦＥＴモジュール５Ｘが発熱し、サーマルプロテクタ32が動作して、放電灯点灯装置の動作機能が停止し、ＭＯＳＦＥＴモジュール５Ｘの破壊が防止される。
【００１９】
上記実施例においては、サーマルプロテクタの接点を制御用電源回路11の出力側に接続するようにしたものを示したが、商用電源１をリレー等を用いて間接的に遮断するように接続してもよい。また、サーマルプロテクタとして復帰形のものを用いることにより、放電灯の点滅を繰り返させ、放電灯が寿命末期で低ランプ電圧化していることを、使用者側に知らせることが可能となる。
【００２０】
また、上記実施例においては、ＭＯＳＦＥＴモジュールの放熱部材として単なる平板状の金属ケースを用いたものを示したが、多数の放熱フィンを設けた放熱板を用いることもできる。また、サーマルプロテクタはＭＯＳＦＥＴモジュールに密着させて配置したものを示したが、サーマルプロテクタはＭＯＳＦＥＴモジュールの温度上昇を検出できるように配置すればよく、例えばＭＯＳＦＥＴモジュールに接触させず、近接させて配置してもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上実施例に基づいて説明したように、請求項１記載の発明によれば、矩形波回路を構成する４個のＭＯＳＦＥＴを一体的にモジュール化しているため、該矩形波回路を構成する各ＭＯＳＦＥＴの温度上昇のばらつきが回避されると共に、各ＭＯＳＦＥＴの発熱が集中するので温度上昇の検知が容易となる。またサーマルプロテクタをＭＯＳＦＥＴモジュールの温度上昇を検出できるように配置しているため、放電灯の寿命末期における低ランプ電圧化を間接的に検知し、点灯装置を安全に停止させることができ、前記矩形波回路を構成するＭＯＳＦＥＴの破壊等を防止し点灯装置の信頼性を向上させることができ、矩形波回路を構成するＭＯＳＦＥＴモジュールの温度上昇の制御を容易に行うことができる。また、請求項２記載の発明によれば、放電灯の寿命末期時には上記矩形波回路を構成するＭＯＳＦＥＴの破壊を防止すると共に、放電灯の点滅を繰り返させ、放電灯が寿命末期で低ランプ電圧化していることを、使用者側に知らせることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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ある。
【図２】図１に示した実施例の主要部の構成を示す図である。
【図３】従来の放電灯点灯装置の構成例を示す回路構成図である。
【図４】図３に示した従来例における矩形波回路を構成するＭＯＳＦＥＴの配置態様を示す図である。
【符号の説明】
１商用電源
２整流回路
３昇圧インバータ回路
４降圧インバータ回路
５矩形波回路
５ＸＭＯＳＦＥＴモジュール
６始動回路
７放電灯
８昇圧インバータ制御回路
９降圧インバータ制御回路
10 矩形波制御回路
11 制御電源回路
12 入力電流検知抵抗
13 昇圧コイル
14 昇圧用パワーＭＯＳＦＥＴ
15 ダイオード
16 電解コンデンサ
17 降圧用パワーＭＯＳＦＥＴ
18 フリーホイールダイオード
19 降圧コイル
20 平滑コンデンサ
21 出力電流検知抵抗
22〜25 パワーＭＯＳＦＥＴ
26 チョークコイル
27 充放電コンデンサ
28 双方向性スイッチング素子
29 充電抵抗
30 バイパス用コンデンサ
31 金属ケース
32 サーマルプロテクタ
33 押さえ金具
34 プリント基板

Claims

商用電力を直流電力に変換する整流回路と、該整流回路から放電灯へ供給する電力を制御するＭＯＳＦＥＴを有する制御回路と、放電灯への供給電圧を矩形波にするための４個のスイッチング素子を有する矩形波回路とを備えた放電灯点灯装置であって、前記矩形波回路を構成する各スイッチング素子をＭＯＳＦＥＴで構成すると共に、前記矩形波回路を構成する各ＭＯＳＦＥＴを１個のパッケージに収納してモジュール化し、且つ該ＭＯＳＦＥＴモジュールの温度を検出できるようにサーマルプロテクタを配設して、該サーマルプロテクタの動作により点灯装置の動作を停止させるようにした放電灯点灯装置において、前記ＭＯＳＦＥＴモジュールに放熱手段を設け、前記サーマルプロテクタは放電灯の安定動作時における前記ＭＯＳＦＥＴモジュールの温度上昇によっては動作せず、放電灯の寿命末期におけるランプ電圧低下に基づく過電流による前記ＭＯＳＦＥＴモジュールの温度上昇によって作動するように構成したことを特徴とする放電灯点灯装置。
前記サーマルプロテクタは、復帰形のものであることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。