JP4619167B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータによる高周波電力で放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に関するものである。

従来、放電灯の予熱・始動時において放電灯内のフィラメントに電流を流して予熱し、点灯時において放電灯内のフィラメントに流れる電流を抑制するように制御する予熱制御回路を設けた放電灯点灯装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この放電灯点灯装置は、放電灯予熱時においてインバータ回路の動作周波数が、共振用インダクタ、共振用コンデンサの共振周波数に対して十分高い領域に設定されている。そして、放電灯にインバータ回路から印加される電圧は始動に必要な電圧よりも充分低い値に設定され、そのため放電灯は開始されないようになっている。

この予熱制御回路における予熱用変圧器の１次巻線には、コンデンサと、予熱スイッチ要素たる双方向性の予熱用スイッチ素子とを介してインバータ回路の高周波出力により電流が流れ、そのため予熱用変圧器の予熱用巻線からフィラメント電流制限用のコンデンサを介して放電灯のフィラメントにはフィラメント電流が流れて先行予熱が行われるようになっている。

そして、所定時間が経過すると、インバータ回路の動作状態が始動動作状態になって、その動作周波数が放電灯を始動するのに必要な電圧を印加することができる領域に設定され、放電灯は速やかに点灯するようになっている。これにより、ランプ電流が放電灯に流れることになる。放電灯の始動開始直後では、予熱用スイッチ素子はオン状態を継続させ、放電灯のフィラメントには継続してフィラメント電流が流れることになる。その後、放電灯が点灯状態になると予熱用スイッチ素子がオフ制御されるようになっている。

特開２００１−３５１７９０号公報（第４頁、第１図）

上記の放電灯点灯装置は、放電灯が点灯すると予熱制御回路の予熱用スイッチ素子をオフし、予熱用変圧器の予熱用巻線から放電灯のフィラメントに流れていたフィラメント電流が遮断されるようになっている。そうすると、放電灯を交換した後に放電灯を点灯させる場合においては、再度予熱、始動をしなければならないことになり、電力消費の低減及び時間の短縮という目的を達成することができなかった。

また、放電灯の交換後における予熱・始動状態中に放電灯が取り外されてしまうと、予熱制御回路内を電流が循環するようなループが形成される場合がある。そうすると、通常動作中には発生しない過電圧がインバータ回路を制御するインバータ制御回路に印加されることになる。その結果、インバータ制御回路に故障が発生してしまうという問題もあった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、回路構成を複雑にすることなく電力消費の低減及び時間の短縮し、放電灯の交換後における予熱・始動状態中に放電灯が取り外されてもインバータ制御集積回路を保護することができる放電灯点灯装置を提供することを目的とする。

本発明に係る放電灯点灯装置は、発振出力信号を出力するインバータ制御集積回路と、前記インバータ制御集積回路から出力される発振出力信号でスイッチング素子をオン・オフして直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波インバータ回路と、前記スイッチング素子と接地電位との間に接続されて放電灯に流れる電流を検出する検出抵抗と、前記高周波インバータ回路が放電灯の予熱・始動の動作状態にあるときに該放電灯のフィラメントに電流を流して予熱する予熱制御回路とを有し、前記予熱制御回路の負電位側を、前記スイッチング素子と前記検出抵抗との間に接続することを特徴とする。

また、本発明に係る放電灯点灯装置は、発振出力信号を出力するインバータ制御集積回路と、前記インバータ制御集積回路から出力される発振出力信号でスイッチング素子をオン・オフして直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波インバータ回路と、前記インバータ制御集積回路と前記高周波インバータ回路との間に接続されたブートストラップコンデンサを備えたブートストラップ回路と、前記スイッチング素子と接地電位との間に接続されて放電灯に流れる電流を検出する検出抵抗と、前記高周波インバータ回路が放電灯の予熱・始動の動作状態にあるときに該放電灯のフィラメントに電流を流して予熱する予熱制御回路とを有し、前記ブートストラップコンデンサに定電圧素子を並列に接続したことを特徴とする。

本発明に係る放電灯点灯装置は、発振出力信号を出力するインバータ制御集積回路と、前記インバータ制御集積回路から出力される発振出力信号でスイッチング素子をオン・オフして直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波インバータ回路と、前記スイッチング素子と接地電位との間に接続されて放電灯に流れる電流を検出する検出抵抗と、前記高周波インバータ回路が放電灯の予熱・始動の動作状態にあるときに該放電灯のフィラメントに電流を流して予熱する予熱制御回路とを有し、前記予熱制御回路の負電位側を、前記スイッチング素子と前記検出抵抗との間に接続するので、回路構成を複雑にすることなく電力消費の低減及び時間の短縮し、放電灯の交換後における予熱・始動状態中に放電灯が取り外されてもインバータ制御集積回路を保護することができる。

また、本発明に係る放電灯点灯装置は、発振出力信号を出力するインバータ制御集積回路と、前記インバータ制御集積回路から出力される発振出力信号でスイッチング素子をオン・オフして直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波インバータ回路と、前記インバータ制御集積回路と前記高周波インバータ回路との間に接続されたブートストラップコンデンサを備えたブートストラップ回路と、前記スイッチング素子と接地電位との間に接続されて放電灯に流れる電流を検出する検出抵抗と、前記高周波インバータ回路が放電灯の予熱・始動の動作状態にあるときに該放電灯のフィラメントに電流を流して予熱する予熱制御回路とを有し、前記ブートストラップコンデンサに定電圧素子を並列に接続したので、回路構成を複雑にすることなく電力消費の低減及び時間の短縮し、放電灯の交換後における予熱・始動状態中に放電灯が取り外されてもインバータ制御集積回路を保護することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置５０の回路構成を示す回路図である。放電灯点灯装置５０は、直流電源（商用電源を整流平滑した電源を含む）Ｅからの直流電圧を高周波電圧に変換する高周波インバータ回路１と、インバータ制御集積回路ＩＣ２と、高周波インバータ回路１の出力端間に接続された放電灯Ｌのランプ電流を制限する負荷回路２と、放電灯Ｌの予熱・始動を制御する予熱制御回路３とで構成されている。

高周波インバータ回路１は、スイッチングを行うスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴＱ４とＭＯＳＦＥＴＱ５とで構成されている。ＭＯＳＦＥＴＱ４は、ドレインが直流電圧電源に接続され、ソースがＭＯＳＦＥＴＱ５のドレインと接続され、ゲートがインバータ制御集積回路ＩＣ２のＨＶＧ端子に接続されている。ＭＯＳＦＥＴＱ５は、ソースが検出抵抗Ｒ３を介して接地され、ゲートがインバータ制御集積回路ＩＣ２のＬＶＧ端子に接続されている。

インバータ制御集積回路ＩＣ２は、高周波インバータ回路１のＭＯＳＦＥＴＱ４とＭＯＳＦＥＴＱ５とを制御するものである。すなわち、ＨＶＧ（ハイサイド出力）端子からＭＯＳＦＥＴＱ４のオン・オフ制御信号である発振出力信号を出力し、ＬＶＧ（ローサイド出力）端子からＭＯＳＦＥＴＱ５のオン・オフ制御信号である発振出力信号を出力して、ＭＯＳＦＥＴＱ４とＭＯＳＦＥＴＱ５とを交互にオン・オフ制御するのである。

また、インバータ制御集積回路ＩＣ２は、Ｖｂｏｏｔ端子と、ＯＵＴ端子と、ＯＰｉｎ−端子と、ＧＮＤ端子とを有している。Ｖｂｏｏｔ端子は、出力ブートストラップ端子として機能するものであり、図示省略のハイサイド駆動回路を動作させる端子である。ＯＵＴ端子は、ハイサイド基準端子として機能するものであり、ハイサイド駆動回路の基準電位を定めているものである。ＯＰｉｎ−端子は、センスアンプ反転入力端子として機能するものであり、ここでは異常検出用端子として使用されている。ＧＮＤ端子は、グランド端子を略したものであり、接地を意味するものである。なお、Ｖｂｏｏｔ端子とＯＵＴ端子との間にコンデンサＣ７６を接続してブートストラップ回路５を構成している。

ブートストラップ回路５とは、コンデンサＣ７６で充電された電圧で図示省略のハイサイド駆動回路（ハイサイド・ドライバ）を動作させる回路形式のことである。つまり、ＭＯＳＦＥＴＱ５をオンしている間にコンデンサＣ７６が充電されて、その電圧がＯＵＴ端子を介してハイサイド駆動回路に入力するのである。また、ブートストラップ回路５は、出力電圧が上昇するに伴いＭＯＳＦＥＴＱ４のゲートも昇圧されるようになっており、ハイレベルは電源電圧まで引き上げられることになる。

したがって、ブートストラップ回路５を用いるとＭＯＳＦＥＴＱ４のゲート電圧も高いものとなるので、充電速度が増すようになる。なお、コンデンサＣ７６は、ブートストラップコンデンサとしての機能を果たすものであり、インバータ制御集積回路ＩＣ２と高周波インバータ回路１との接続されている。

予熱制御回路３は、コンデンサＣ８０と、予熱用変圧器Ｔ３−１と、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴＱ６とが直列に接続されて構成されている。また、予熱制御回路３には、ＭＯＳＦＥＴＱ６をオン・オフ制御する予熱制御集積回路ＩＣ３が備えられている。なお、放電灯Ｌが点灯してから所定時間（数秒程度）経過後に、予熱制御集積回路ＩＣ３はＭＯＳＦＥＴＱ６をオフ制御するようになっている。なお、ＭＯＳＦＥＴＱ６がオフ制御されてもコンデンサ８１を介して電流が流れるようになっている。さらに、予熱制御回路３は、コンデンサＣ２と直列に接続された予熱用変圧器Ｔ３−２とコンデンサＣ３と直列に接続された予熱用変圧器Ｔ３−３とを備えている。

予熱制御回路３を構成するＭＯＳＦＥＴＱ６のソースは、接地されずにＭＯＳＦＥＴＱ５のソースと接続するようになっている。すなわち、予熱制御回路３の負電位側をＭＯＳＦＥＴＱ５と検出抵抗Ｒ３との間に接続するようになっているので、ＭＯＳＦＥＴＱ６を経由した電流は接地されることなく、高周波インバータ回路１に循環するようになっている（矢印Ｃ）。なお、ＭＯＳＦＥＴＱ６を経由した電流は、抵抗Ｒ４を経てインバータ制御集積回路ＩＣ２のＯＰｉｎ−端子にも流れるようになっている。この電流に基づいて、インバータ制御集積回路ＩＣ２は、負荷回路２や予熱制御回路３で発生した異常を検出できるようになっている。

負荷回路２は、高周波インバータ回路１の出力端間に接続されており、バラストチョークＴ２と、バラストチョークＴ２に直列に接続された放電灯Ｌと、放電灯Ｌに並列に接続された共振用（始動）コンデンサＣ１とで構成されている。バラストチョークＴ２は、一般に共振用インダクタとして機能するものである。放電灯Ｌは、熱陰極形の放電灯であるとよい。共振用（始動）コンデンサＣ１は、バラストチョークＴ２との共振特性を利用して放電灯Ｌに印加する電圧を制限するものである。また、負荷回路２は、コンデンサＣ１０とコンデンサＣ１１を備えている。これにより、放電灯Ｌが取り外されても電流が流れるようになっている。

次に、放電灯点灯装置５０の放電灯Ｌ点灯処理動作について説明する。まず、直流電源Ｅが投入されると、インバータ制御集積回路ＩＣ２にブートストラップ回路５を介して電圧が印加される。この電圧が上昇し、インバータ制御集積回路ＩＣ２の動作電圧に達すると、インバータ制御集積回路ＩＣ２が発振を開始する。この発振によりインバータ制御集積回路ＩＣ２のＨＶＧ端子からＭＯＳＦＥＴＱ４のゲートに高周波数の電圧が印加されＭＯＳＦＥＴＱ４がオン制御され、次に、ＬＶＧ端子からＭＯＳＦＥＴＱ５のゲートに高周波数の電圧が印加されＭＯＳＦＥＴＱ５がオン制御される。

すなわち、インバータ制御集積回路ＩＣ２は、ＭＯＳＦＥＴＱ４とＭＯＳＦＥＴＱ５とを交互にオン・オフ制御することで、高周波インバータ回路１が高周波で発振するようになっている。そうすると、バラストチョークＴ２と共振用（始動）コンデンサＣ１とにＬＣ直列共振が生じることになる。この共振によって共振用（始動）コンデンサＣ１に共振高電圧が生じ、この共振高電圧によって放電灯Ｌが点灯するようになっている。

次に、放電灯点灯装置５０の放電灯Ｌ予熱処理動作について説明する。予熱とは、放電灯Ｌを点灯させる前段階に行うものであり、放電灯Ｌの点灯が迅速かつ短時間で行い得るようにするものである。予熱制御回路３では、予熱時において高周波インバータ回路１の動作周波数が、バラストチョークＴ２、共振用（始動）コンデンサＣ１の共振周波数に対して十分高い領域に設定されている。そして、放電灯Ｌに高周波インバータ回路１から印加される電圧は始動に必要な電圧よりも充分低い値に設定されているために、放電灯点灯装置５０が動作を開始しても、すぐには放電灯Ｌが点灯しないようになっている。

すなわち、予熱時において、ＭＯＳＦＥＴＱ６は予熱制御集積回路ＩＣ３によりオン制御されて、コンデンサＣ８０を介して高周波インバータ回路１の高周波出力により予熱用変圧器Ｔ３−１に電流が流れるために予熱用変圧器Ｔ３−２と予熱用変圧器Ｔ３−３にも電圧が生じフィラメント電流制限用のコンデンサＣ２、Ｃ３を介して放電灯Ｌの図示省略のフィラメントに電流が流れて先行予熱が行われるようになっている。

放電灯Ｌの点灯中、直流電圧はＯＰｉｎ−端子に入力されるようになっている。この電圧は、ＯＰｉｎ−端子の動作電圧より低い値に設定されており、インバータ制御集積回路ＩＣ２は正常発振を継続することが可能になっている。一方、このとき、検出抵抗Ｒ３には高周波電圧（正電圧）が生じている。また、予熱制御回路３の予熱制御集積回路ＩＣ３は、放電灯Ｌの点灯後、所定時間経過するとＭＯＳＦＥＴＱ６をオフ制御する。

ところで、予熱制御回路３のＭＯＳＦＥＴＱ６のソースを接地させてしまうと、放電灯Ｌを取り外したときに予熱制御回路３を流れている電流がＧＮＤ、検出抵抗Ｒ３、ＭＯＳＦＥＴＱ５を流れて再度予熱制御回路３に戻ってくるというループを形成してしまう。つまり、検出抵抗Ｒ３にはＧＮＤに対して負電圧が生じることになる。このような状態のもとで、ＭＯＳＦＥＴＱ５がオンされると、インバータ制御集積回路ＩＣ２のＯＵＴ端子も同様にＧＮＤに対して負電圧が生じてしまう。

その結果、ＯＵＴ端子と検出抵抗Ｒ３とに生じる電圧は相対的に上昇することになる。つまり、ＨＶＧ端子とＯＵＴ端子とにあらかじめ設定されている電圧差よりも相対的に大きな電圧（過電圧）となってしまう。そうなると、ＯＵＴ端子とＶｂｏｏｔ端子との間にもその過電圧が印加されて、Ｖｂｏｏｔ端子やインバータ制御集積回路ＩＣ２が故障してしまう場合がある。

したがって、本発明に係る放電灯点灯装置５０は、複雑な回路構成にすることなく、放電灯Ｌの交換後においても放電灯Ｌに必要以上の始動電圧を印加することなく、迅速に点灯させることを可能にし、放電灯Ｌの予熱・始動中に放電灯Ｌが取り外されたとしても、ＭＯＳＦＥＴＱ６のソースをＧＮＤに接地させないようにしたので、Ｖｂｏｏｔ端子やインバータ制御集積回路ＩＣ２に過電圧が印加されることがない。なお、本実施の形態において、インバータ制御集積回路ＩＣ２と予熱制御集積回路ＩＣ３とを分けて構成した場合を例に示しているが、インバータ制御集積回路ＩＣ２に予熱制御集積回路ＩＣ３の機能を備えて一体として構成してもよい。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る放電灯点灯装置５０ａの回路構成を示す回路図である。図１で示した実施の形態１と共通するものについては、同符号を付し説明を省略する。放電灯点灯装置５０ａは、ブートストラップコンデンサとして機能するコンデンサＣ７６と並列に定電圧素子である定電圧ダイオード（ツェナーダイオード）ＤＺ１７１を接続するように構成されている。この定電圧ダイオードＤＺ１７１は、所定の電圧になると電流を流すものである。

したがって、予熱制御回路３のＭＯＳＦＥＴＱ６のソースをＧＮＤに接地させてしまったとしても、検出抵抗Ｒ３に生じる負電圧が原因で発生するＨＶＧ端子とＯＵＴ端子との間の過電圧がＶｂｏｏｔ端子に印加されないことになる。すなわち、Ｖｂｏｏｔ端子やインバータ制御集積回路ＩＣ２の故障を防止できる。このような構成すれば、検出抵抗Ｒ３に負電圧が生じても、インバータ制御集積回路ＩＣ２のＶｂｏｏｔ端子に過電圧が印加されることはない。

すなわち、定電圧ダイオードＤＺ１７１を追加するだけで済み、回路構成を複雑にすることなく、放電灯Ｌの交換後において、交換後の放電灯Ｌに必要以上の始動電圧を印加せず、迅速に点灯させることができ、同時にインバータ制御集積回路ＩＣ２に発生する故障を防止することが可能になる。

実施の形態では、スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴである場合を例に説明したがこれに限定するものではなく、ＦＥＴやＩＧＢＴ等のスイッチング素子であってもよい。また、実施の形態では、ブートストラップ回路５に定電圧（ツェナー）ダイオードＤＺ１７１を設けた場合を例に説明したが、これに限定するものではなく、バリスタ等であってもよい。なお、本実施の形態において、インバータ制御集積回路ＩＣ２と予熱制御集積回路ＩＣ３とを分けて構成した場合を例に示しているが、インバータ制御集積回路ＩＣ２に予熱制御集積回路ＩＣ３の機能を備えて一体として構成してもよい。

実施の形態１に係る放電灯点灯装置の回路構成を示す回路図である。 実施の形態２に係る放電灯点灯装置の回路構成を示す回路図である。

符号の説明

１ 高周波インバータ回路、２ 負荷回路、３ 予熱制御回路、５ ブートストラップ部、５０ 放電灯点灯装置、５０ａ 放電灯点灯装置、ＩＣ２ インバータ制御集積回路、ＩＣ３ 予熱制御集積回路、Ｑ４ ＭＯＳＦＥＴ、Ｑ５ ＭＯＳＦＥＴ、Ｑ６ ＭＯＳＦＥＴ、Ｃ１ 共振（始動）コンデンサ、Ｃ２ フィラメント電流制限用コンデンサ、Ｃ３ フィラメント電流制限用コンデンサ、Ｃ１０ コンデンサ、Ｃ１１ コンデンサ、Ｃ７６ ブートストラップコンデンサ、Ｃ８０ 予熱用コンデンサ、Ｔ２ バラストチョーク、Ｔ３−１ 予熱用変圧器、Ｔ３−２ 予熱用変圧器、Ｔ３−３ 予熱用変圧器、Ｒ３ 検出抵抗、Ｒ４ 抵抗、Ｅ 直流電源、Ｌ 放電灯、ＤＺ１７１ 定電圧（ツェナー）ダイオード。

Claims (3)

1. 発振出力信号を出力するインバータ制御集積回路と、
   前記インバータ制御集積回路から出力される発振出力信号でスイッチング素子をオン・オフして直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波インバータ回路と、
   前記スイッチング素子と接地電位との間に接続されて放電灯に流れる電流を検出する検出抵抗と、
   前記高周波インバータ回路が放電灯の予熱・始動の動作状態にあるときに該放電灯のフィラメントに電流を流して予熱する予熱制御回路とを有し、
   前記予熱制御回路の負電位側を、
   前記スイッチング素子と前記検出抵抗との間に接続する
   ことを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 発振出力信号を出力するインバータ制御集積回路と、
   前記インバータ制御集積回路から出力される発振出力信号でスイッチング素子をオン・オフして直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波インバータ回路と、
   前記インバータ制御集積回路と前記高周波インバータ回路との間に接続されたブートストラップコンデンサを備えたブートストラップ回路と、
   前記スイッチング素子と接地電位との間に接続されて放電灯に流れる電流を検出する検出抵抗と、
   前記高周波インバータ回路が放電灯の予熱・始動の動作状態にあるときに該放電灯のフィラメントに電流を流して予熱する予熱制御回路とを有し、
   前記ブートストラップコンデンサに定電圧素子を並列に接続した
   ことを特徴とする放電灯点灯装置。
3. 前記定電圧素子がツェナーダイオードである
   ことを特徴とする請求項２に記載の放電灯点灯装置。
   

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