JPH0582277A

JPH0582277A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JPH0582277A
Application number: JP24944490A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Wake; 厚夫和氣; Mitsuharu Miyazaki; 光治宮崎; Masataka Ozawa; 正孝小沢; Takayuki Kamiya; 卓之紙谷; Shigeru Horii; 堀井　　滋
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-09-07
Filing date: 1990-09-18
Publication date: 1993-04-02

Abstract

(57)【要約】電子出願以前の出願であるので要約・選択図及び出願人の識別番号は存在しない。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は放電灯を起動し、点灯制御する放電灯点灯装置に関するものである。

従来の技術メタルハライドランプなどの放電ランプの動作の間に一般に発生する有害な電気泳動、および音響共振作用を低減、または実質的に除去するために、放電ランプの一対の電極間にＬＣ共振による高い電圧を供給して、放電ランプに封入された励起可能な成分を励起し、その後、この励起を維持するために、前記一対の電極に所定範囲内の大きさを有し、かつ所定の繰り返し速度を有する高周波電流を高周波インバータより供給し、さらには前記高周波電流を、前記電極に供給する方向を周期的に交互に変更する方法を用いることは、既に第１２図に示す、特開昭61-273183号公報で知られている。

発明が解決しようとする課題この種の放電灯点灯装置では、第１２図に示すように放電ランプを起動、点灯させるために、一般にコンデンサC₂とチョークコイルＬよりなるＬＣ回路の直列共振により発生させた高電圧（共振電圧）を放電ランプＲへ供給している。

この場合、共振電圧はほぼ正弦波を維持しているので、高電圧パルスを印加させた場合よりも大きな始動エネルギーを放電ランプへ供給することができ、しがたって、高電圧パルスを印加させる方式よりも一般に始動性が向上する。

しかしながら、この種の放電ランプを始動（再始動）させるためには、一般に数ｋ〜数十ｋＶのブレークダウン電圧が必要であり、ＬＣ回路の直列共振でこれだけの高電圧を確保するためには、同時に数Ａ程度の共振電流をコンデンサC₂およびチョークコイルＬに流す必要がある。したがって、チョークコイルＬの飽和を防止するため、チョークコイルのコアサイズを大きくすること、また共振により発生する高電圧に対する絶縁を確保するため、共振に関与するコンデンサC₂およびチョークコイルＬが大型になり、点灯装置の小型化を阻害するという問題があった。

課題を解決するための手段上記課題を解決するために、本発明の放電灯点灯装置は、直流電源と、この直流電源により駆動されて発振する高周波インバータと、前記高周波インバータの出力端に接続されたチョークコイルとコンデンサの直列回路からなる共振回路と、前記チョークコイルとコンデンサの接続点に接続された放電ランプと、前記放電ランプに直列または並列に高電圧パルスを印加するように接続された起動パルス発生装置と、ランプ特性に関する特性を検出する検知装置と、前記検知装置の出力信号により前記高周波インバータの発振周波数またはデューティー比を可変して前記放電ランプの点灯を制御する点灯制御装置とを備えたものである。

作用上記構成により、放電ランプの起動時に点灯装置の発振周波数を制御して、ＬＣ直列共振により数百〜数ｋＶ程度の高電圧を発生させ、この電圧に、起動パルス発生装置からエネルギーは小さいが、放電ランプの主電極間をブレークダウンさせることが可能な電圧値を有する高電圧パルスを重畳させて放電ランプへ印加する。これにより、放電ランプの始動性を向上させ、かつ点灯装置、特に共振回路の小型化を実現できる。

実施例以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する。第１図は本発明の放電灯点灯装置の第１の実施例を示す回路図である。

第１図において１１は電源装置、１２、１３はコンデンサ、１４はチョークコイル、１５は放電ランプ、１６は起動パルス発生装置、１７は検知装置、１８は点灯制御装置であり、電源装置１１はコンデンサ１２、チヨークコイル１４、起動パルス発生装置１６、検知装置１７を介して放電ランプ１５を始動、点灯するように接続されている。

また、電源装置１１は、直流電源１９、放電ランプ１５をコンデンサ１２、１３、チョークコイル１４を介して駆動する高周波インバータ２０、発振回路２１で構成されており、発振回路２１は、点灯制御装置１８により制御され、これにより高周波インバータ２０の発振周波数が、ＬＣ直列共振回路を構成するコンデンサ１２、１３が有するキャパシタンス、およびチョークコイル１４が有するインダクタンスによって決定される共振周波数となるように制御されたときに、放電らんぷ１５と起動パルス発生装置１６の直列回路に並設されたコンデンサ１３の両端に高電圧が発生する。

この際、同時に放電ランプ１５の主電極間にも起動パルス発生装置１６から高電圧パルスが供給される。すなわち、起動パルス発生装置１６はパルストランス２２と、充電回路２３と、放電ギャップ２４と、コンデンサ２５とで構成され、充電回路２３からの高周波出力をコンデンサ２５へ充電し、放電ギャップ２４を介してパルストランス２２の一次巻線に入力し、エネルギーは小さいが、放電ランプ１５の主電極間をブレークダウンさせるのに充分なだけのパルス電圧を、パルストランス２２の二次巻線から出力し、放電ランプ１５に印加する。本実施例では、起動パルス発生装置１６は、放電ランプ１５に高電圧パルスを直列に印加するように接続されているが、並列に印加するように接続されてもよい。パルストランス２２の二次巻線からの出力電圧は、コンデンサ１３を介して放電ランプ１５に印加され、放電ランプ１５の主電極間をブレークダウンさせる。検知装置１７はこのときの状態を検出し、点灯制御装置１８を制御する。なお、この際、検知装置１７はインピーダンスが小さく、コンデンサ１２、１３、およびチョークコイル１４で構成される直列共振回路の共振条件、また、発生させた高電圧パルスの減衰や吸収、およびランプ電流の制限には影響しないものとする。

このような構成の放電灯点灯装置の動作を説明する。直流電源１９の出力電圧が、抵抗２６を介してトランス２７の一次巻線の中点に供給されると、発振回路２１からの信号によりトランジスタ２８、２９が交互にスイッチングし、抵抗２６と、トランス２７の一次巻線と、トランジスタ２８、またはトランジスタ２９の一方を介して電流が流れ、トランス２７のそれぞれの二次巻線には、スイッチング素子であるＦＥＴ３０、３１を駆動するドライブ回路３２、３３を動作させるために、点灯制御装置１８で設定された発振周波数で交番する交流電圧が出力される。

この際、ＦＥＴ３０、３１は、点灯制御装置１８で設定された休止期間を伴いつつ、交互にオン・オフする。なお、チョークコイル１４およびパルストランス２２の二次巻線が有するインダクタンス成分は、放電ランプ１５が点灯したときにはランプ電流を制限するインダクタンスとなる。また、コンデンサ１２は、ＦＥＴ３０がオン、ＦＥＴ３１がオフの期間に電荷を充電し、逆にＦＥＴ３０がオフ、ＦＥＴ３１がオンの期間に電荷を放電することにより、放電ランプ１５の点灯を維持させる機能を有し、共振電圧発生時にはキャパシタンス成分のひとつとして作用する。チョークコイル１４は、ランプ電流制限機能を有するとともに、共振電圧発生時のインダクタンス成分として作用する。

本実施例では、直流電源１９が投入されたときに、高周波インバータ２０は、まず２ｋＨｚ程度の低い周波数で発振し、この低い周波数の電圧をコンデンサ１２、１３、およびチョークコイル１４で構成される直列共振回路に供給する。この際に生じる低い周波数の電圧に、共振回路による高い周波数の共振電圧が重畳されると、検知装置１７はこの共振電圧を検出する。点灯制御装置１８はこの検出電圧により、高周波インバータ２０の発振周波数をたとえば１００ｋＨｚ前後の高い周波数に変化させる。この高い周波数が、直列共振回路の共振周波数付近に設定されていると、コンデンサ１３の両端に数百〜数ｋＶ程度の高い共振電圧が発生する。ここで起動パルス発生装置１６を構成する充電回路２３は、コンデンサ１３と並列に接続されており、コンデンサ１３の両端の電圧が共振により上昇するにともない、充電回路２３入力電圧、および充電回路２３の出力端に接続されたコンデンサ２５の両端に発生する電圧も上昇する。その電圧により放電ギャップ２４がブレークダウンすれば、放電ギャップ２４を介して高周波出力がパルストランス２２の一次巻線に入力され、その結果、昇圧されたパルス電圧がパルストランス２２の二次巻線に発生し、コンデンサ１３を介して放電ランプ１５に印加される。これにより放電ランプ１５の主電極間がブレークダウンし、初期放電を開始する。なお、コンデンサ１３は、印加された高電圧パルスが、電源装置１１側へ還流するのを防止する機能も有する。この際、放電ランプ１５には予め共振によりコンデンサ１３の両端に発生した数百〜数ｋＶ程度に相当する高い共振電圧が供給されている。

したがって、本方式では、放電ランプ１５が初期放電を開始してから、アーク放電へ移行するまでに必要な始動エネルギーの大部分を、この際に供給された共振電圧でまかなうことができる。したがって、起動パルス発生装置１６から放電ランプ１５へ印加する高電圧パルスは、放電ランプ１５の主電極間をブレークダウンし、初期放電を開始させるのに必要なだけの、極めてパルス幅が狭い、エネルギーが小さいパルス電圧で充分となる。

これら一連の動作によつて、放電ランプ１５は、グロー放電からアーク放電への移行途中で立消えることなく、容易に起動、点灯することが可能となる。

放電ランプ１５が点灯すれば、放電ランプ１５のインピーダンスが低下し、多くの電流が放電ランプ１５を通して流れて、コンデンサ１２、１３、およびチョークコイル１４で構成される直列共振回路が共振を維持できなくなる。この際、検知装置１７は、前記直列共振回路を流れる電流が急激に変化したことを検出することにより、放電ランプ１５が起動したことを検知する。

次いで、点灯制御装置１８は、検知装置１７の検出信号により、高周波インバータ２０の発振周波数が、１０ｋＨｚ程度の低い周波数になるように制御する。その後は、ランプ電圧が低いときは、高周波インバータ２０の発振周波数を低くして、チョークコイル１４を通して放電ランプ１５に流れる電流を大きくし、また、ランプ電圧が高いときには高周波インバータ２０の発振周波数を高くしてチョークコイル１４を通して放電ランプ１５に流れる電流を小さくして、放電ランプ１５を定格点灯するように制御する。なお、本実施例では、放電ランプ１５が起動し、ランプ電流が流れて放電ランプ１５のインピーダンスが低下すると、コンデンサ１２、１３、およびチョークコイル１４で構成される直列共振回路が共振構造を維持できなくなり、コンデンサ１３の両端に供給される電圧、したがって、起動パルス発生装置１６を構成する充電回路２３の入力電圧が低下して、自動的に起動パルスの発生は停止する。また、充電回路２３の入力インピーダンスは、コンデンサ１３と比較して充分に大きく、コンデンサ１２、１３、およびチョークコイル１４で構成される直列共振回路の共振条件には影響を与えないものとする。

このように、放電ランプ１５のグロー放電からアーク放電への移行に必要なエネルギーの大部分を共振電圧により供給しているが、従来例と異なり、放電ランプ１５のブレークダウンに要するエネルギーは起動パルス発生装置１６で発生する高電圧パルスが有するエネルギーを利用することができる。

したがって、共振で発生することが要求される始動エネルギーは、従来例に比べて微量でも相当の効果が得られることが期待され、特に、従来例で放電ランプ１５のブレークダウンに必要とした共振電圧のピーク値は、数百〜数ｋＶ程度（本実施例では従来例の約１割）まで低減させることができる。また、共振周波数が等しい場合、同じ共振電圧を発生させるために必要となる、チョークコイル１４のインダクタンス値を、約１割にまで低減することができ、また耐圧も低くなることから、チョークコイル１４の容積が大幅に小さくなる。また、同時にコンデンサ１２、１３に要求される耐圧も低くなることから、コンデンサ１２、１３も大幅に小型化することができる。

これにより、放電ランプ１５の起動・点灯に要する構成要素は従来例よりも増えるが、点灯装置全体としては、大幅な小型化が期待できる。また、共振を利用することにより、直流電源１９の出力電圧を大幅に低下させることも実現できる。

なお、本実施例では、放電ランプ１５の起動・点灯を検知する手段として、放電ランプ１５のインピーダンスの変化にともなう共振電流の変化を検出したが、この他に、ランプ電流やランプ電圧、光出力など、ランプの起動・点灯を確認できるランプ特性に関するものであれば他のものでも構わない。

また、本実施例では、電源装置１１をシリーズインバータ回路で構成したが、出力電圧の極性が交番し、同様の効果が得られるもの、たとえばブリッジインバータ回路などを用いても差し支えない。また本実施例では、点灯中のランプ電流を、コンデンサ１２、チョークコイル１４で制限するようにしたが、高周波インバータ前段の直流電源で、電流制限するようにしたものでも良く、高周波インバータに用いた半導体素子のチョッパ動作によっても良い。また、高周波インバータは、共振動作中は出力電圧の極性を交番させるインバータ動作をするが、点灯中は低周波の交流出力、または直流出力を出すようにしても良い。

次に、本発明における放電灯点灯装置の第２の実施例を第２図に示す。第２図において、１１は電源装置、１２、１３はコンデンサ、１４はチョークコイル、１５は放電ランプ、３４は起動パルス発生装置、１７は検知装置、３５は点灯制御装置である。起動パルス発生操作３４の充電回路３６は、電源装置１１の出力端、すなわちＦＥＴ３１のドレイン−ソース間にその入力端を接続されており、検知装置１７からの信号をもとに動作する点灯制御装置３５からの出力を得て、充電回路３６は充電を停止して、高電圧パルスの発生を停止する機能を有する。この放電灯点灯装置に電力が供給された場合に、共振電圧の発生とともに、起動パルス発生装置３４から放電ランプ１５に高電圧パルスが印加され、放電ランプ１５が起動・点灯するまでの基本的な動作は、第１の実施例と同様である。

ところで、第１の実施例では、高電圧パルスの印加停止を、放電ランプ１５が起動・点灯することにともなう、コンデンサ１２、１３、およびチョークコイル１４で構成される直列共振回路の共振構造の崩壊、すなわち、コンデンサ１３の両端に発生する電圧の低下により、起動パルス発生装置１６への充電が不足することを利用して自動的に行なっていた。しかし、このような方式では、放電ランプ１５が起動・点灯した後も、起動パルス発生装置１６を構成する充電回路２３の時定数にともなう残留電荷が存在し、これにより不要なパルス電圧が発生して、放電ランプ１５が点灯後、ちらつきが発生したり、また、アーク放電へ移行した後も放電ランプ１５が高周波振動するという問題がある。

本実施例では、放電ランプ１５が起動・点灯したことを検知装置１７が検知して、点灯制御装置３５へ信号を送り、点灯制御装置３５が高周波インバータ２０の発振周波数を制御する際に、同時に起動パルス発生装置３４へも信号を送り、充電回路３６の充電を停止して、高電圧パルスの発生を停止させている。これにより、放電ランプ１５が起動・点灯直後において、高電圧パルスの放電ランプ１５への印加を確実に停止させることができ、前記課題を解決して、アーク放電への速やかな移行を実現することができる。

また、本実施例では、起動パルス発生装置３４の充電回路３６は、電源装置１１の出力端、すなわちＦＥＴ３１のドレイン−ソース間にその入力端を接続されているので、その入力インピーダンスの大きさは、コンデンサ１２、１３、およびチョークコイル１４で構成される直列共振回路の共振条件に影響を与えない。したがって、起動パルス発生装置３４の入力インピーダンスを極めて小さくすることが可能となる。これにより、起動パルス発生装置３４を構成する充電回路３６の充電時定数を短く設定することができ、高電圧パルスの発生周期、すなわちパルス間隔を狭くすることができる。これにより、１発あたりの高電圧パルスが有するエネルギーを低減しても、単位時間内に放電ランプ１５へ印加される高電圧パルスの数が増加し、第１の実施例と同等以上の始動性が期待できる。また、１発あたりの高電圧パルスが有するエネルギーを低減できるので、第１の実施例の場合よりも、充電回路３６、ならびに起動パルス発生装置３４全体の小型化が期待できる。

なお、本実施例では、起動パルス発生装置３４を、放電ランプ１５のアース側へ設置したが、高圧側へ設置しても構わない。また、高電圧パルスの発生位相を電源装置１１のスイッチングに同期させてもよく、この場合、高電圧パルスの発生位相が３０°〜９０°または２１０°〜２７０°に設定されておれば、放電ランプ１５は点灯維持しやすい。

次に、本発明における放電灯点灯装置の第３の実施例を第３図に示す。第３図において１１は電源装置、１２、１３はコンデンサ、１４はチョークコイル、１５は放電ランプ、３７は起動パルス発生装置、３８は検知装置、３９は起動パルス制御装置、４０は点灯制御装置である。電源装置１１は、その構成および機能ともに第１の実施例と同様であり、コンデンサ１２、チョークコイル１４、起動パルス発生装置３７、検知装置３８を介して放電ランプ１５を起動、点灯するように接続されている。

本実施例が第１の実施例と異なるのは、まず検知装置３８であり、検知装置３８は、放電ランプ１５の起動、点灯を検出する機能を有するとともに、コンデンサ１２、１３およびチョークコイル１４で構成される直列共振回路により発生する共振電流を検出し、そのピーク値を検知する機能を有することである。また、本実施例では、第１の実施例における放電ギャップ２４の代わりに制御端子付きのスイッチ素子であるサイリスタ４１が使用され、検知装置３８は、第３図ように共振電流を検出できる場所に配置され、そのピーク値を検知し、その検知信号を、起動パルス発生装置３７のサイリスタ４１のゲート端子を制御するように接続された起動パルス制御装置３９へ入力する。

すなわち、本実施例では、起動パルス発生装置３７を構成する充電回路３６の出力端に接続されたコンデンサ２５が充電を完了しても、起動パルス制御装置３９からの信号を受けるまではサイリスタ４１は導通せずに、コンデンサ２５に充電された電荷が維持される。そして検知装置３８が共振電流を検出して共振電流のピーク値を検知し、起動パルス制御装置３９へ信号を発すると、起動パルス発生装置３７から高電圧パルスが発生し、共振電圧のピーク値に重畳されて、放電ランプ１５へ印加されるように制御する。第１の実施例では、共振電圧のピーク値付近で確実に高電圧パルスを発生させることは困難であつたが、これに対して、本実施例では高電圧パルスを確実に共振電圧のピーク値で放電ランプ１５へ印加させることになり、共振電圧に高電圧パルスを重畳させる効果を高め、より確実にランプを起動させることが可能となる。

なお、本実施例では、共振電流を検知する方式に依ったが、共振電圧を検知しても構わない。また本実施例では、共振のピーク値を検知したが、放電ランプ１５の始動性を向上させるのに効果があるある一定値以上であれば、ピーク値以外を検知して起動パルス発生装置３７を動作させても差し支えない。

次に、本発明における放電灯点灯装置の第４の実施例を第４図に示す。第４図において１１は電源装置、１２、１３はコンデンサ、１４はチョークコイル、１５は放電ランプ、３７は起動パルス発生装置、３８は検知装置、４２は起動パルス制御装置、４３は点灯制御装置、４４は発振制御装置であり、電源装置１１は、コンデンサ１２、チョークコイル１４、起動パルス発生装置３７、検知装置３８を介して放電ランプ１５を起動、点灯するように接続されている。

本実施例では、発振制御装置４４は、点灯制御装置４３と電源装置１１の発振回路２１の間に介装されて、電源装置１１の高周波インバータ２０を駆動させる発振回路２１を一定周期で間欠制御する。同時に、発振回路２１が動作している期間に発振制御装置４４より点灯制御装置４３、検知装置３８を経由して、起動パルス制御装置４２へ信号が送られ、起動パルス発生装置３７を動作させて、放電ランプ１５へ高電圧パルスを印加し、起動、点灯させている。したがって、本実施例の場合も、第３の実施例の場合と同様に、起動パルス発生装置３７を構成する充電回路３６の出力端に接続されたコンデンサ２５が充電を完了しても、起動パルス制御装置４２からの信号を受けるまではサイリスタ４１は導通せずに、コンデンサ２５に充電された電荷が維持される。そして、発振制御装置４４の信号により決定される共振電圧の発生期間に同期して、起動パルス発生装置３７が動作し、放電ランプ１５へ高電圧パルスを印加して、放電ランプ１５を起動、点灯させている。

これにより、高電圧パルス発生時には放電ランプ１５に確実に共振電圧を供給しているにも関わらず、共振時にコンデンサ１２、１３およびチョークコイル１４へ流れる単位時間当りの等価的な共振電流の値が減少し、チョークコイル１４に要求される飽和電流密度を下げることができるので、チョークコイル１４を小型化できる。また、同時に共振時にコンデンサ１２、１３およびチョークコイル１４へ供給すべき等価的な電力も減少するため、電源装置１１の最大出力電力が低減され、電源装置１１の小型化も期待できる。

次に本発明における放電灯点灯装置の第５の実施例を第５図に示す。第５図において１１は電源装置、１２、１３はコンデンサ、４５はチョークコイル、１５は放電ランプ、１６は起動パルス発生装置、１７は検知装置、４６は点灯制御装置であり、電源装置１１は、コンデンサ１２、チョークコイル４５、起動パルス発生装置１６、検知装置１７を介して放電ランプ１５を起動、点灯するように接続されている。

本実施例では、点灯制御装置４６は飽和電流特性制御機能を有し、共振電圧発生時、すなわち、チョークコイル４５に共振電流が流れる際にはチョークコイル４５が飽和しないが、放電ランプ１５の点灯直後、つまりチョークコイル４５に大きな始動電流が流れる期間において飽和し、インダクタンス成分を喪失するという飽和電流特性を制御する。

このような構成の放電灯点灯装置に電力が供給された場合に、共振電圧の発生とともに、起動パルス発生装置１６から放電ランプ１５に高電圧パルスが印加され、放電ランプ１５が起動、点灯するまでの基本的な動作は、第１の実施例と同様である。本実施例では、放電ランプ１５が起動後、光束を速やかにたち上げるために放電ランプ１５へ大きな始動電流を供給する期間において、チョークコイル４５が飽和し、インダクタンス成分を喪失するような制御を行なう。すなわち、放電ランプ１５が起動したことを検知装置１７が検知すると、点灯制御装置４６へ信号が送られ、点灯制御装置４６は、チョークコイル４５が飽和し、インダクタンス成分を喪失して、放電ランプ１５のランプ電流を制限するインダクタンス成分が極めて小さな値となるように、発振回路２１の発振周波数を制御する。本実施例では、起動パルス発生装置１６を構成するパルストランス２２の二次巻線が有するインダクタンス成分のみとなり、安定点灯時の約１割となる。

したがって、放電ランプ１５が起動後、光束を速やかにたち上げるために必要となる始動電流供給期間において、極めて大きな始動電流を放電ランプ１５へ供給することが可能となり、放電ランプ１５の起動から安定点灯までに要する所要時間を短縮することができる。

なお、放電ランプ１５へ始動電流が供給され、放電ランプ１５のランプ電圧が上昇すると、それにともない放電ランプ１５の発光管内のガス圧も上昇し、放電ランプ１５のインピーダンスも大きくなる。これにより、放電ランプ１５の起動直後よりもランプ電流が制限され、やがてチョークコイル４５が飽和しない電流値までランプ電流が低下する。その結果、チョークコイル４５は、速やかにインダクタンス成分を回復し、放電ランプ１５の安定点灯に必要なインダクタンス成分を有する限流素子として作用するものとする。

また、本実施例では、始動電流供給後の放電ランプ１５のインピーダンス上昇により、ランプ電流が制限されて、チョークコイル４５のインダクタンス成分が自動的に回復する方式をとったが、これ以外に、たとえばランプ電圧の上昇を検知して、チョークコイル４５のインダクタンス成分を回復させるごとき制御を行なっても構わない。

次に、本発明における放電灯点灯装置の第６の実施例を第６図に示す。第６図において１１は電源装置、１２、１３はコンデンサ、４５はチョークコイル、１５は放電ランプ、６３は起動パルス発生装置、４８は検知装置、４９は点灯制御装置であり、電源装置１１は、コンデンサ１２、チョークコイル４５、起動パルス発生装置６３、検知装置４８を介して放電ランプ１５を起動、点灯するように接続されている。なお、本実施例において、起動パルス発生装置６３は、ＬＣ直列共振回路を構成するコンデンサ１３を含む充電回路４７、放電ギャップ２４、パルストランス２２で構成されており、充電回路４７は、コンデンサ１３、５０、２５、抵抗５１、ダイオード５２、５３により２倍圧整流回路を構成している。

本実施例は、充電回路である２倍圧整流回路の入力端を、チョークコイル４５とともにＬＣ直列共振回路を構成するコンデンサ１３の両端に接続したことを特徴としている。すなわち、コンデンサ１３の両端に発生する共振電圧を２倍圧整流して、放電ギャップ２４をブレークダウンさせるのに必要な電圧をコンデンサ２５へ充電する。コンデンサ２５へ充電された電圧が、放電ギャップ２４がブレークダウンするのに必要な電圧に達すれば、放電ギャップ２４がブレークダウンし、発生したパルス電圧がパルストランス２２で昇圧されて放電ランプ１５へ印加され、放電ランプ１５の主電極間がブレークダウンする。これら一連の動作により、放電ランプ１５は始動、点灯する。

放電ランプ１５の主電極間がブレークダウンすれば、放電ランプ１５のインピーダンスが減少し、チョークコイル４５とコンデンサ１３で構成されるＬＣ直列共振回路の共振条件が崩れる。これにより、コンデンサ２５の両端へ充電される電圧が不足し、高電圧パルスの発生は速やかに停止する。

しかし、放電ランプ１５の主電極間がブレークダウンし、グロー放電が開始されても、始動エネルギーの不足などの理由により、放電ランプ１５がアーク放電に転移しない場合、放電ランプ１５のインピーダンスが再び大きくなって、チョークコイル４５とコンデンサ１３で構成されるＬＣ直列共振回路の共振条件が回復し、コンデンサ２５へ高電圧が充電されることにより、起動パルス発生装置６３が動作して高電圧パルスが発生し、放電ランプ１５へ印加される。これらの動作を繰り返してやがて放電ランプ１５は完全にアーク放電へ転移し、安定点灯に至る。なお、この際における高周波インバータ２０を含めた電源装置１１の基本的な動作は、第１の実施例と同様である。

本発明は、共振により発生する高周波の高電圧を整流して起動パルス発生装置のコンデンサを充電することを特徴としており、これにより、放電ギャップをブレークダウンさせるために必要な高電圧を簡単な構成で容易に得ることができる。すなわち、比較的低次の昇圧回路でも十分な高電圧を得ることができる。充電回路を大幅に小型化することが可能になる。なお、本実施例の充電回路である２倍圧整流回路構成の中で、抵抗５１は、放電ギャップ２４の持続放電を防止するための制限抵抗であり、これ以外に放電ギャップ２４の持続放電を防止するための手段を講じれば省略してもよい。また、抵抗５１の配置も、本実施例の場合以外に、例えばダイオード５２に直列に接続するなど、本発明の効果を損なうものでなければ他のものでも構わない。また、本実施例では、整流回路として２倍圧整流回路を用いたが、これ以外に例えば３倍圧や４倍圧整流回路でもよく、また逆にコンデンサ１３の両端に発生する共振電圧が、放電ギャップ２４をブレークダウンさせるのに十分な電圧を確保していれば、昇圧機能を有しない整流回路でも差し支えない。また本実施例では、チョークコイル４５とコンデンサ１３で構成されるＬＣ直列共振回路によりコンデンサ１３の両端に発生する共振電圧を利用したが、チョークコイル４５の両端に発生する共振電圧を利用しても構わない。

次に本発明における放電灯点灯装置の第７の実施例を第７図に示す。第７図において１１は電源装置、１２、１３はコンデンサ、５４はその一次巻線がコンデンサ１３とともにＬＣ直列共振回路を構成するトランス、１５は放電ランプ、６４はトランス５４を含む起動パルス発生装置、５７は検知装置、５８は点灯制御装置であり、電源装置１１は、コンデンサ１２、起動パルス発生装置６４、検知装置５７を介して放電ランプ１５を起動、点灯するように接続されている。なお、起動パルス発生装置６４は、その入力端として、トランス５４の二次巻線を有し、コンデンサ２５、抵抗５５、ダイオード５６、放電ギャップ２４、パルストランス２２からなる整流回路を充電回路としている。

本実施例は、起動パルス発生装置６４の入力端を、その一次巻線がコンデンサ１３とともにＬＣ直列共振回路を構成するトランス５４の二次巻線に接続したことを特徴としている。すなわち、トランス５４の一次巻線とコンデンサ１３で構成されるＬＣ直列共振回路により、トランス５４の一次巻線の両端に発生する共振電圧を、トランス５４の二次巻線へ伝達することにより昇圧し、整流することにより、放電ギャップ２４をブレークダウンさせるのに必要な電圧をコンデンサ２５へ充電する。コンデンサ２５へ充電された電圧が、放電ギヤツプ２４がブレークダウンするのに必要な電圧に達すれば、放電ギャップ２４がブレークダウンし、発生したパルス電圧がパルストランス２２で昇圧されて放電ランプ１５へ印加される。これにより、放電ランプ１５の主電極間がブレークダウンする。これら一連の動作により、放電ランプ１５が始動、点灯するまでの過程は、第６の実施例と同様である。また、この際における高周波インバータ２０を含めた電源装置１１の基本的な動作は、第１の実施例と同様である。

本発明の特徴は、ＬＣ直列共振により発生する共振電圧を、トランスを用いて昇圧することにより、整流回路を昇圧機能を有しない構成でも、放電ギャップをブレークダウンさせるのに必要な電圧をコンデンサへ充電できることにある。すなわち、トランス５４の一次巻線の両端に発生した共振電圧を、二次巻線の巻数を操作することにより、任意の電圧値まで、容易に昇圧することが可能となる。

したがって、整流回路の昇圧過程を省略できるので、整流回路の小型、軽量化が可能となる。なお、本実施例でも、第６の実施例の場合と同様に、整流回路を構成する、抵抗５１は、放電ギャップ２４の持続放電を防止するための制限抵抗であり、これ以外に放電ギャップ２４の持続放電を防止するための手段を講じれば省略してもよい。また、抵抗５１の配置も、本実施例の場合以外に、例えばダイオード５６に直列に接続するなど、本発明の効果を損なうものでなければ他のものでも構わない。

次に、本発明における放電灯点灯装置の第８の実施例を第８図に示す。第８図において１１は電源装置、１２、１３はコンデンサ、１４はチョークコイル、１５は放電ランプ、３７は起動パルス発生装置、５９は検知装置、３９は起動パルス制御装置、６０は点灯制御装置である。電源装置１１は、その構成および機能ともに第１の実施例と同様であり、コンデンサ１２、チョークコイル１４、起動パルス発生装置３７、検知装置５９を介して放電ランプ１５を起動、点灯するように接続されている。

本実施例が第１の実施例と異なるのは、まず検知装置５９であり、検知装置５９は、放電ランプ１５の起動、点灯を検出する機能を有するとともに、コンデンサ１２、１３およびチョークコイル１４で構成される直列共振回路により発生する共振電流を検出することにより、９０度位相がずれた共振電圧の位相のピーク値を検知する機能を有することである。また、本実施例では、第１の実施例における放電ギャップ２４の代わりに制御端子付きのスイッチ素子であるサイリスタ４１が使用され、検知装置５９は、第８図ように共振電流を検出できる場所に配置され、９０度位相がずれた共振電圧の位相のピーク値を検知して、その検知信号を、起動パルス発生装置３７のサイリスタ４１のゲート端子を制御するように接続された起動パルス制御装置３９へ入力する。

すなわち、本実施例では、起動パルス発生装置３７を構成する充電回路３６の出力端に接続されたコンデンサ２５が充電を完了しても、起動パルス制御装置３９からの信号を受けるまではサイリスタ４１は導通せずに、コンデンサ２５に充電された電荷が維持される。そして検知装置５９が共振電流を検出して共振電圧の位相のピーク値を検知し、起動パルス制御装置３９へ信号を発すると、起動パルス発生装置３７から高電圧パルスが発生し、第９図に示すように、共振電圧の位相のピーク値に重畳されて、放電ランプ１５へ印加されるように制御する。すなわち、コンデンサ１３の両端に発生する共振電圧の位相のピーク値付近で、サイリスタ４１が導通するようにゲート信号を制御する。第１、および第３の実施例では、共振電圧の位相のピーク値付近で確実に高電圧パルスを発生させることは困難であつたが、これに対して、本実施例では高電圧パルスを確実に共振電圧の位相のピーク値で放電ランプ１５へ印加させることになり、共振電圧に高電圧パルスを重畳させる効果を高め、第１、および第３の実施例の場合よりも確実にランプを起動させることが可能となる。

次に、本発明における放電灯点灯装置の第９の実施例を第１０図に示す。第１０図において１１は電源装置、１２、１３はコンデンサ、１４はチョークコイル、１５は放電ランプ、３７は起動パルス発生装置、６１は検知装置、３９は起動パルス制御装置、６２は点灯制御装置である。電源装置１１は、その構成および機能ともに第１の実施例と同様であり、コンデンサ１２、チョークコイル１４、起動パルス発生装置３７、検知装置６１を介して放電ランプ１５を起動、点灯するように接続されている。

本実施例が第１の実施例と異なるのは、まず検知装置６１であり、検知装置６１は、放電ランプ１５の起動、点灯を検出する機能を有するとともに、コンデンサ１２、１３およびチョークコイル１４で構成される直列共振回路により発生する共振電流を検出することにより、共振電流の位相のピーク値を検知する機能を有することである。また、本実施例では、第１の実施例における放電ギャップ２４の代わりに制御端子付きのスイッチ素子であるサイリスタ４１が使用され、検知装置６１は、第１０図ように共振電流を検出できる場所に配置され、共振電流の位相のピーク値を検知し、その検知信号を、起動パルス発生装置３７のサイリスタ４１のゲート端子を制御するように接続された起動パルス制御装置３９へ入力する。すなわち、本実施例では、起動パルス発生装置３７を構成する充電回路３６の出力端に接続されたコンデンサ２５が充電を完了しても、起動パルス制御装置３９からの信号を受けるまではサイリスタ４１は導通せずに、コンデンサ２５に充電された電荷が維持される。

そして検知装置６１が共振電流を検知して共振電圧の位相のピーク値を検知し、起動パルス制御装置３９へ信号を発すると、起動パルス発生装置３７から高電圧パルスが発生し、第１１図に示すように、共振電流の位相のピーク値に重畳されて、放電ランプ１５へ印加されるように制御する。すなわち、コンデンサ１３の両端に発生する共振電流の位相のピーク値付近で、サイリスタ４１が導通するようにゲート信号を制御する。

第１、および第３の実施例では、共振電流の位相のピーク値付近で確実に高電圧パルスを発生させることは困難であつたが、これに対して、本実施例では高電圧パルスを確実に共振電流の位相のピーク値で放電ランプ１５へ印加させることになる。これにより、放電ランプ１５が起動後、グロー放電からアーク放電への転移に必要なエネルギーとなる大きな始動電流を容易に供給することか可能となる。従来、これらの始動エネルギーは、放電ランプへ印加される高電圧パルスが有するエネルギーによるところが大きく、また高電圧パルスが有する始動エネルギーのみでは、放電ランプがグロー放電からアーク放電へ転移する際に必要なエネルギーが不足し、放電ランプがブレークダウン直後に、立消えやすという問題があった。本発明によれば、高電圧パルスが有するエネルギーを少なくしても確実に始動エネルギーを供給することが可能となり、起動パルス発生装置３７を小型化しても、第１、および第３の実施例の場合よりも確実にランプを起動させることが可能となる。

発明の効果以上のように本発明によれば、放電ランプの起動時に、点灯装置を構成するＬＣ直列共振回路により発生する共振電圧に、高電圧パルスを重畳させて放電ランプに印加することにより、放電ランプの始動性を良好にし、かつ点灯装置の大幅な小型化を実現しう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図は本発明の第１の実施例における放電灯点灯装置の回路図、第２図は本発明の第２の実施例における放電灯点灯装置の回路図、第３図は本発明の第３の実施例における放電灯点灯装置の回路図、第４図は本発明の第４の実施例における放電灯点灯装置の回路図、第５図は本発明の第５の実施例における放電灯点灯装置の回路図、第６図は本発明の第６の実施例における放電灯点灯装置の回路図、第７図は本発明の第７の実施例における放電灯点灯装置の回路図、第８図は本発明の第８の実施例における放電灯点灯装置の回路図、第９図は本発明の第８の実施例における放電灯点灯装置の制御位相図、第１０図は本発明の第９の実施例における放電灯点灯装置の回路図、第１１図は本発明の第９の実施例における放電灯点灯装置の制御位相図、第１２図は従来の放電灯点灯装置の回路図である。１１…電源装置、１２…コンデンサ、１３…コンデンサ、１４…チョークコイル、１５…放電ランプ、１６…起動パルス発生装置、１７…検知装置、１８…点灯制御装置、１９…直流電源、２０ …高周波インバータ、２１…発振回路、２２…パルストランス、２３…充電回路、２４…放電ギャップ、３４…起動パルス発生装置、３５…点灯制御装置、３６…充電回路、３７…起動パルス発生装置、３８…検知装置、３９…起動パルス制御装置、４０…点灯制御装置、４１…サイリスタ（制御端子付きのスイッチ素子）、４２…起動パルス制御装置、４４…発振制御装置、４５…チョークコイル、４６…点灯制御装置、４７…充電回路、４８…検知装置、４９…点灯制御装置、５４…トランス、５７…検知装置、５８…点灯制御装置、５９…検知装置、６０…点灯制御装置、６１…検知装置、６２…点灯制御装置、６３…起動パルス発生装置、６４…起動パルス発生装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者紙谷卓之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者堀井滋大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源と、この直流電源により駆動さ
れて発振する高周波インバータと、前記高周波インバータの出力端に接続されたチョークコイルとコンデンサの直列回路からなる共振回路と、前記チョークコイルとコンデンサの接続点に接続された放電ランプと、前記放電ランプに直列または並列に高電圧パスルを印加するように接続された起動パルス発生装置と、ランプ特性に関する特性を検出する検知装置と、前記検知装置の出力信号により前記高周波インバータの発振周波数またはデューティー比を可変して前記放電ランプの点灯を制御する点灯制御装置とを備えた放電灯点灯装置。
【請求項２】点灯制御装置は、検知装置の出力信号に
より起動パルス発生装置の出力を停止するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】検知装置は、少なくともある一定値以上
に上昇した共振電圧または共振電流を検出するように構成され、さらに、前記検知装置からの信号を受けて起動パルス発生装置を動作させるトリガ信号を発生させる起動パルス制御装置を備え、前記起動パルス発生装置は、前記起動パルス制御装置からの信号を受けて放電ランプに起動パルスを印加するように動作する制御端子付きのスイッチ素子を有していることを特徴とする請求項１または２記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】高周波インバータを間欠発振させるよう
に制御する発振制御装置を備え、前記発振制御装置からの信号を受けて共振電圧の発生に同期して起動パルス発生装置を動作させるためのトリガ信号を発生させる起動パルス制御装置を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】点灯制御装置は、チョークコイルが共振
電圧発生時には放電せずかつ放電ランプへ始動電流供給時には飽和するような飽和電流特性制御機能を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項６】起動パルス発生装置は、高周波インバー
タの出力端に接続されたチョークコイルとコンデンサの直列回路からなる共振回路に接続された整流回路を充電回路として有することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項７】起動パルス発生装置は、高周波インバー
タの出力端に接続されたその一時巻線とコンデンサの直列回路が共振回路を構成するトランスの二次巻線に接続された整流回路を充電回路として有することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項８】検知装置は、少なくとも共振電圧または
共振電流の位相を検出する機能を有し、共振電圧のピーク値付近に同期して起動パルス発生装置を動作させることを特徴とする請求項３記載の放電灯点灯装置。
【請求項９】検知装置は、少なくとも共振電圧または
共振電流の位相を検出する機能を有し、共振電流のピーク値付近に同期して起動パルス発生装置を動作させることを特徴とする請求項３記載の放電灯点灯装置。