JP3280475B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents
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Description
プなどの放電灯を安定に点灯制御する放電灯点灯装置に
関するものである。
が求められ、また個性が重要視されている。このような
走行安全性の向上や車体のデザインニーズの高まりに対
し、ヘッドライトに関していえば、光量の増加や小形化
が求められているが、従来の自動車用電球では、もはや
このような要求に対する対応が困難になっている。この
ため、車載用の新光源として、放電灯の採用が検討され
ている。
メタルハライドランプの構造を示す概略図を示し、図に
おいて、12はメタルハライドランプで、これは石英管
121を両端で封止し、その中央に発光管122がおか
れた構造となっている。
られたタングステン電極で、モリブデン箔124a,1
24bを通して外部リード125a,125bと接続さ
れている。そして、発光管122内部にはナトリウム,
スカンジウム等の数種類の金属を沃素と化合させた金属
ハロゲン化物126と始動ガス(例えば、キセノンガ
ス)127および水銀128が封入されている。
球と大きく異る点は、従来の電球においては、一本のフ
ィラメントが単に電圧を印加されることにより発光して
いたのに対し、放電灯は電極間で発生するアークを発光
体とし、このアーク光を制御するため点灯装置が必要と
なる点である。
放電灯の発光のしくみを通して説明する。放電灯12は
初期において、まず数kVから+数kVの高電圧が必要
となり、点灯装置はこの高電圧を発生して放電灯の電極
123a,123b間に印加する。
3b間で放電がスタートし、電極123a,123b間
に電流が流れ、その後、点灯装置は放電灯12の最大定
格の電力あるいは電流を供給することにより、放電灯1
2の発光量をできるだけ早く増やすようにする。
が封入されている始動ガス127を活性化して、始動ガ
ス127によるアーク放電を開始する。
20Vから上昇し、点灯装置は、この電圧に従って放電
灯12への投入電力が徐々に減少するように調整して、
過負荷状態で放電灯12の発光量を調整する。
の温度は急速に上昇し、水銀128が蒸発して、今度は
水銀ガスによるアーク放電が始まる。この水銀アークの
中心部の温度は約4500K(ケルビン)に達し、発光
管122内部はさらに高温・高圧となるため、金属ハロ
ゲン化物126の蒸発が始まり、アーク内において金属
イオンとハロゲンイオンに分離し、金属イオンが金属特
有のスペクトルで発光する。
物126が気化した後、アーク光は最終的なフォームと
出力に達し、放電灯12のランプ電圧も飽和して、安定
電圧になる(以後、この電圧をランプ最終電圧と呼
ぶ)。点灯装置は、この時放電灯12へ供給する電力を
定格電力に固定することにより、放電灯12はちらつき
のない安定した光を発する。
げ安定させるために、ランプ電圧を基に、放電灯に供給
する電力をこまめに制御する必要があるが、その制御方
法に関しては、図29に示すユーリカ プロジェクト
273 ベディリス(EUREKA PROJECT
273 VEDILIS)(以下、VEDILISとい
う)の規格にその一例が示されている。
し、流入させるランプ電流(すなわち電力)を指示する
ランプ電流制御特性である。VEDILISにおけるラ
ンプ電流制御特性は、放電灯の最大定格電力および最大
定格電流を満たす範囲内において点灯立ち上げ制御を行
い、最終的に定格電力で点灯制御させるというものであ
る。
定格電力/最大定格電流で求められる電圧28.8Vま
では、最大定格電流以下の電流を流入させており、ラン
プ電流制御特性上で直線特性を有する。次に、ランプ電
圧が28.8Vから任意の電圧(ここでは40V)まで
は、ランプ電圧に対して最大定格電力になるような電流
を流入させ、同特性上で曲線特性を有する。
低定格電圧65Vまでは直線特性を有し、これ以上の電
圧ではランプ電圧に対し、定格電力38Wの上限で点灯
させるようなランプ電流を流入させ、同特性上で曲線特
性を有する。
電流制御特性は、総括するとランプ電圧が飽和,安定す
るまで直線,曲線,直線曲線特性を持つ。
に示されているランプ電流制御特性である。この従来例
においては、直線gaなるランプ電流制御特性を持って
放電灯に最大定格電流を流す発光促進領域と呼ぶAa領
域から、直線gcなるランプ電流制御特性を持って定電
力制御を行う定電力領域と呼ぶB領域へ移行する期間
(遷移領域Abと呼んでいる)を直線gcと角度θをな
す直線gbで結ぶことと、直線gaと直線gbを滑らか
な曲線hで結ぶことをもって電力変化率低減手段と呼ぶ
制御手段を備えたことを特徴としている。また、PQ は
定電力曲線である。
は以上のように構成されているので、両者とも製造ばら
つきや経年変化によってばらつく任意のランプ電圧にお
ける放電灯の発光効率を全く考慮せず、固定のランプ電
流制御特性しか持つことができないばかりか、その固定
のランプ電流制御特性もその最低定格電圧に向った制御
であるため、ほとんどの場合においてランプ電圧がラン
プ最終電圧に達する付近で電力不足の制御となって、放
電灯の光出力に大きなアンダーシュートを持つなどの問
題点があった。
消するためになされたもので、放電灯のばらつきによる
発光効率の違いを吸収できる放電灯点灯装置を得ること
を目的とする。
させる際に過電力で点灯することを防止できる放電灯点
灯装置を得ることを目的とする。
止できる放電灯点灯装置を得ることを目的とする。
記憶できる放電灯点灯装置を得ることを目的とする。
ランプ電流制御特性を実現でき、簡便な回路で点灯装置
を構成でき、ランプ電圧を点灯開始後急激に上昇させ、
その後緩やかに上昇させて飽和,安定させることができ
る放電灯点灯装置を得ることを目的とする。
入でき、光量の立ち上がりを速くできる放電灯点灯装置
を得ることを目的とする。
を抑制できる放電灯点灯装置を得ることを目的とする。
電灯点灯装置は、ランプ電流制御手段が複数のランプ電
流制御特性を備え、放電灯のランプ最終電圧に応じて複
数のランプ電流制御特性の中から最適なランプ電流制御
特性を選択するようにしたものである。
ランプ電流制御手段が特性不明の放電灯を点灯させる際
に複数のランプ電流制御特性の中で投入電力の最も少な
いランプ電流制御特性に従って放電灯に電流を流すよう
にしたものである。
ランプ電流制御手段が、ランプ電圧が下降した時、ラン
プ電流制御特性を複数のランプ電流制御特性の中から選
択されていたランプ電流制御特性より電力投入の少ない
ランプ電流制御特性に切り替えるようにしたものであ
る。
ランプ最終電圧記憶手段が、ランプ最終電圧が記憶して
いる電圧以下になっても、一定時間記憶内容を変化させ
ないようにしたものである。
複数のランプ電流制御特性のそれぞれが、該放電灯の最
大定格電力以下,最大定格電流以下,かつ最大定格電圧
以下で、ランプ電圧−ランプ電流座標上に少なくとも4
本の略直線を組み合わせた該略直線の各々の交点4を頂
点とする略折れ線で表わされ、第1の略直線が、第1の
座標点(0、放電灯の最大定格電流)と第2の座標点
(放電灯の最大定格電力/放電灯の最大定格電流、放電
灯の最大定格電流)を結ぶ直線で、第2の略直線が、第
2の座標点を通る該放電灯の最大定格電力が描く最大定
格電力曲線の接線であり、第3の略直線が、該放電灯の
最低定格電圧と該放電灯の最大定格電圧の範囲で、該放
電灯の定格電力が描く定格電力曲線と2つの座標点で交
差する直線であり、第4の略直線が第3の略直線上のラ
ンプ最終電圧が表わす第3の座標点を通り、第2の略直
線に向って描かれる直線としたものである。
ランプ電流制御特性を構成する第4の略直線が、ランプ
最終電圧より低い方に描かれる放電灯の最大定格電力曲
線の接線としたものである。
ランプ電流制御手段が放電灯の光量立ち上がり特性に生
じるアンダーシュートを減少させるアンダーシュート抑
制手段を備え、ランプ電圧の変化によって、ランプ電流
制御特性上に制御の動作点を変化させることで、上記ア
ンダーシュート制御手段に基づいてランプ電流制御特性
を変化させるようにしたものである。
ンプ電流制御手段がランプ最終電圧記憶手段と複数のラ
ンプ電流制御特性を備え、ランプ最終電圧によって複数
のランプ電流制御特性から放電灯に適したランプ電流制
御特性を選択することにより、放電灯の製造ばらつきや
経年劣化による発光効率の変化に対処でき、どのような
放電灯を点灯させても、常に安定した発光量を得る。
は、ランプ電流制御手段がランプ最終電圧記憶手段と複
数のランプ電流制御特性を有し、特性不明の放電灯を点
灯させる際に、複数のランプ電流制御特性から任意のラ
ンプ電圧に対して投入電力の最も少ないランプ電流制御
特性を選択することにより、定常点灯時に特性不明の放
電灯を過電力で点灯することを防止する。
は、ランプ電力制御手段がランプ最終電圧記憶手段と複
数のランプ電流制御手段と有し、周囲環境の変化や放電
灯の異常等の何らかの原因よりランプ電圧が下降した
時、ランプ電流制御特性を複数のランプ電流制御特性の
中から選択されていたランプ電流制御特性より電力投入
の少ないランプ電力制御特性に切り替わるようにしたこ
とにより、周囲環境の変化や放電灯に異常等が生じて
も、過電力で点灯することを防止する。
は、ランプ電流制御手段がランプ最終電圧記憶手段と複
数のランプ電流制御手段を有し、点灯中の放電灯のラン
プ最終電圧がランプ最終電圧記憶手段が記憶している電
圧以下になっても、一定時間記憶内容を変化させないこ
とにより、ランプ最終電圧をノイズ等による一過性の変
動で誤記憶することを防止でき、従って次回点灯時にも
最適な光量立ち上がりを実現する。
は、第1〜第4の略直線を描くことで、ランプ電圧を点
灯開始後急激に上昇させ、続いて緩やかに上昇させて、
簡単なアルゴリズムで速やかに飽和,安定させるランプ
電流制御特性を得る。
は、第4の略直線をランプ最終電圧より低い方に描くこ
とで、点灯初期に最大電力を投入可能にし、光量の立ち
上がりを速くできるランプ電流制御特性を得る。
は、ランプ電流制御手段が放電灯の光量立ち上がり特性
に生じるアンダーシュートを減少させるアンダーシュー
ト抑制手段を有するため、ランプ電圧の変化によってラ
ンプ電流制御特性上を制御の動作を変化させることで、
アンダーシュートを抑え、またオーバーシュートと上記
アンダーシュートの光量差を縮小することで違和感のな
い光量立ち上がりを実現する。
よび図2において、1は直流電源、2は点灯スイッチ、
3は昇圧型チョッパ構成による直流昇圧手段(以下、D
C昇圧手段という)であり、コイル31,ダイオード3
2,コンデンサ33およびスイッチング素子34から構
成される。
C昇圧手段3の入力端子であるコイル31の一方の端子
に接続され、コイル31の他方の端子にはスイッチング
素子34のドレイン端子とダイオード32のアノード端
子が接続されている。
サ33の一方の端子に接続され、DC昇圧手段3の出力
となり、コンデンサ33の他方の端子はスイッチング素
子34のソース端子および直流電源1の接地(以下、G
NDという)に接続されている。
4aと4つの入力端子4b〜4dを持ち、端子4aはD
C昇圧手段3のスイッチング素子34のゲート端子に接
続され、端子4bはDC昇圧手段3の出力に接続されて
いる。
電流検出手段5の出力に接続され、端子4dはランプ電
流制御手段7の出力に接続されている。昇圧制御手段4
はパルス幅変調(以下、PWMという)制御部41と誤
差増幅器42,43と抵抗44〜47から構成される。
子4bとGNDとの間に直列接続され、抵抗44と抵抗
45の接続点4eは誤差増幅器42の非反転入力端子に
入力される。また、抵抗46と抵抗47は基準電圧(例
えば、5V)とGNDとの間に直列接続され、抵抗46
と抵抗47の接続点4fは誤差増幅器42の反転入力端
子に接続される。
端子4cに接続され、反転入力端子は端子4dに接続さ
れる。これら誤差増幅器42,43の出力はそれぞれダ
イオード48,49を介してワイヤードオア接続され
て、PWM制御部41に入力される。
2あるいは43の出力レベルが低い時、スイッチ素子3
4へ出力する信号のオンデューティを広げて、DC昇圧
手段3の昇圧度を上げ、誤差増幅器42あるいは43の
出力レベルが高い時、スイッチング素子34のオンデュ
ーティを狭めて、昇圧度を下げるように動作する。
誤差増幅器42と43がワイヤードオアされて接続され
ているため、いずれかの出力レベルの高い方が優先され
てPWM制御部41に入力される。
端子はGNDに接地され、他方の端子は昇圧制御手段4
の端子4cに接続される。
2,コンデンサ63,ツェナーダイオ−ド64とオペア
ンプ65からなる。抵抗61の一方の端子は電圧検出手
段6の入力端子となり、DC昇圧手段3の出力端子に接
続され、他方の端子は抵抗62を介してGNDに接地さ
れるとともに、コンデンサ63の一方の端子,ツェナー
ダイオード64のカソードおよびオペアンプ65の非反
転入力端子に入力される。
の他方の端子はともにGNDに接地されている。ツェナ
ーダイオード64はオペアンプ65の非反転入力に過電
圧が印加されないよう保護することを主目的に挿入され
ている。オペアンプ65の反転入力端子はこのオペアン
プ65の出力に接続され、電圧検出手段6の出力とな
る。
理手段71,タイマ回路72と指示電流テーブル73を
備え、処理手段71は、A/D,D/A内蔵のマイクロ
コンピュータで構成され、指示電流テーブル73はRO
M等のメモリで構成される。
らの入力に基づいて放電灯12へ投入する電力、すなわ
ち電流を指示するもので、その指示信号は昇圧制御手段
4の端子4dに出力される。
値が意味する指示電流値は、電流検出手段5に生じ昇圧
制御手段4の端子4cに入力される電圧が意味する電流
値と等しいものである。例えば、電流検出手段6に生じ
る電圧が1Vの時の電流が1Aであるとすれば、ランプ
電流制御手段7の出力電圧値1Vも指示電流1Aを意味
する。
れているフルブリッジ構成のインバータ手段であり、ス
イッチング素子81と82のドレイン端子はDC昇圧手
段3の出力端子に接続され、ソース端子はそれぞれスイ
ッチング素子83,84のドレイン端子に接続されてい
る。
出手段9は抵抗91と抵抗92がDC昇圧手段3の出力
とGND間に直列に接続され、分圧された電圧が比較器
93に入力される。比較器93は分圧された電圧の立ち
下がりエッジを検出して、これをもって始動放電成功と
判別して、信号をタイマ回路101と電流制御手段7へ
送出する。
段8を構成するスイッチング素子81〜84をオン,オ
フするために各スイッチング素子のゲートにそれぞれ接
続される出力端子10a〜10dを持つ。
動回路102とを備え、駆動回路102は同一周波数で
スイッチング素子81と84が同位相、スイッチング素
子82と83が同位相で、スイッチング素子81と82
が逆位相で、かつスイッチング素子81,84とスイッ
チング素子82,83が同時にオンしないような期間、
いわゆるデッドタイムを備えた信号を端子10a〜10
dに出力する。
を入力してからの時間をカウントする。
12と時定数回路113からなる始動放電手段であり、
始動放電手段11を構成するトランス111の1次側端
子は高電圧発生手段112に接続され、トランス111
の2次側の一方の端子は、インバータ手段8を構成する
スイッチング素子81のソース端子に接続されるととも
に、時定数回路113を介して高電圧発生手段112に
接続される。
電灯12の一方の端子に接続され、放電灯12の他方の
端子はインバータ手段8を構成するスイッチング素子8
2のソース端子に接続される。
この発明の基本構成を示すブロック図、図2はその詳細
を示す回路図であり、同図において、点灯スイッチ2が
オンされると、直流電源1の電圧を受けて、昇圧制御手
段4が動作を開始し、DC昇圧手段3のスイッチング素
子34をオン,オフすることにより、直流電源1の電圧
を昇圧する。
は、直流電源1,スイッチング素子34,コイル31の
ループが形成され、コイル31にはこの経路で直流電源
より流れ込む電流により、電磁エネルギーが蓄積され
る。
おいては、直流電源1,点灯スイッチ2,コイル31,
ダイオード32,コンデンサ33のループが形成され、
スイッチング素子34のオン期間中にコイル31に蓄積
された電磁エネルギーが、ダイオード32を通してコン
デンサ33に放出され静電エネルギーに変換されて、コ
ンデンサ33に蓄積される。これにより、コンデンサ3
3の両端にはこれに相当する電圧が直流電源1の電圧に
上乗せされて現れる。
フのデューティを変えながら周波数fで繰り返すことに
より、コンデンサ33の電圧、つまりDC昇圧手段3の
出力が徐々に昇圧される。
る。このスイッチング素子34のオン,オフのデューテ
ィは昇圧制御手段4の端子4bや端子4c,4dからの
入力に応じて変化する。
47で分圧した接続点4fの固定電圧Vf(反転入力)
とDC昇圧手段3の出力Vaを抵抗44と45で分圧し
た接続点4eの電圧Ve (非反転入力)の差を誤差増幅
器42で増幅する。ここで、固定電圧Vf は、接続点4
e点の電圧Ve が例えばVa=400V(以後、所定値
1)の時の電圧と等しくなるように設定しておく。
C昇圧手段3の出力Vaは所定値1よりも低く、誤差増
幅器42の出力は低レベルとなるため、PWM制御部4
1はスイッチング素子34へのゲート信号出力のオンデ
ューティを広げ、DC昇圧手段3の出力Vaの昇圧度を
上げ、Vaが上昇して所定値1に近づくにつれてオンデ
ューティを狭めて昇圧度を下げ、所定値1に達した時点
(Vf =Ve )でその電圧を維持する。
所定値1に達する時間をt1とする。なお、この時電流
検出手段5には電流が流れていない(端子4cの電圧V
c =0)ため、誤差増幅器43の出力は、誤差増幅器4
2の出力よりも低レベルであり、PWM制御部41には
入力されず昇圧動作に関与しない。
102はインバータ手段8のスイッチング素子81と8
4をオンし続け、逆にスイッチング素子82と83はオ
フし続ける。従って放電灯12にはDC昇圧手段3の出
力Va(直流電圧)がそのまま印加されている。
を介して始動放電手段11の時定数回路113に入力さ
れる。時定数回路113の出力が所定値2に達した時、
高電圧発生手段からインパルス状の電圧がトランス11
1へ出力され、放電灯12に高電圧パルスが印加され始
動放電される。
に達する時間t2と、DC昇圧手段3の出力Vaが所定値
1に達する時間t1は、t2≧t1の関係となる。
ことにより、DC昇圧手段3の負荷(放電灯12のイン
ピーダンス)が無負荷状態から重負荷状態に変わり、D
C昇圧手段3の出力Vaは急激に低下する。
で検出されて、タイマ回路101と電流制御手段7へ送
出され、タイマ手段101は所定時間t3をカウントす
る。そして、タイマ回路101が所定時間t3をカウン
トした時点で、駆動回路102は周波数f2(例えば、
400Hz)、デューティ比約50%で数μsec程度
のデッドタイムを備えた信号を、スイッチング素子8
1,84とスイッチング素子82,83を交互にオン,
オフするため逆位相で送出する。
素子81〜84によるオンロスがあるものの、ゼローピ
ークがほぼ電圧Vaである矩形波交流電圧が印加され
る。従って、逆にいえば電圧Vaはほぼ放電灯12のラ
ンプ電圧VL に等しいことになる(VL ≒Va)。
前述の各部の動作波形を記している。
よって得られるランプ電圧VL をオペアンプ(バッフ
ァ)を介してランプ電流制御手段7へ送出する。コンデ
ンサ63はランプ電圧VL に重畳するDC昇圧手段3の
出力リップルを吸収するために設けている。
格光量に素早く安定して立ち上げるためのランプ電流制
御特性を記した指示電流テーブル73を備え、処理手段
71は入力されたランプ電圧VL の値に応じて、指示電
流テーブル73から指示ランプ電流ILSを読み取り、こ
の指示信号に相当する電圧を誤差増幅記43へ出力す
る。
るランプ電流IL は、電流検出手段5で電圧変換されて
誤差増幅器43の非反転入力に入力され、ランプ電流制
御手段7が指示するランプ電流ILSに相当する電圧が入
力される反転入力と比較されて、誤差増幅器43から出
力される。
差増幅器42の出力より大きくなるため、これ以後(始
動放電以後)誤差増幅器43の出力に応じてスイッチン
グ素子34のオンデューティがPWM制御部41によっ
て制御される。
段7の出力より大きい(実際に流れているランプ電流I
L が指示するランプ電流ILSより大きい)場合、誤差増
幅器43は高レベルの信号を出力し、これによってPW
M制御部41はスイッチング素子34のオンデューティ
を狭めて、DC昇圧手段3の出力電圧を小さくし、ラン
プへ流れるデューティを減少させる。
制御手段7の出力より小さい(実際流れているランプ電
流IL が指示するランプ電流ILSより小さい)場合、誤
差増幅器43は低レベルの信号を出力し、PWM制御部
41はスイッチング素子34のオンデューティを広げ、
DC昇圧手段3の出力電圧を大きくして、ランプへ流れ
る電流を増加させるようにする。
り、実際に流れているランプ電流と指示するランプ電流
を等しくなるように動作する。このフィードバック系に
より放電灯12は速やかに定格光量に達する。
電流テーブル73において予め設定したおくランプ電流
制御特性について、放電灯12として35Wメタルハラ
イドランプを例にとって詳細に説明する。
発光効率の関係を、実験を通して求めた図であり、横次
空調にランプ電圧、縦軸に放電灯12が1W(ワット)
で発する光束lm、すなわち発光効率lm/Wを示して
いる。この図4に示すランプ電圧と発光効率の関係図
は、以下のことを示している。
ンプ電圧が低い期間A1 においては、始動ガス(例え
ば、キセノンガス)の発光が主となり、この時の発光効
率は比較的高い。
る期間A2 においては、発光管内部の温度上昇により、
水銀の電離が盛んになり水銀蒸気圧が高まり、ランプ電
圧は上昇していく。この時の発光はほとんど水銀である
ため発光効率も水銀蒸気圧とともに上昇していく。
ほぼ一定の期間A3 においては、ランプ電圧の決定に寄
与する水銀がほとんど蒸発した状態であるが、発光はま
だ水銀に依存しているため、発光効率があまり変化しな
い。
が、発光効率の上昇が大きい期間A4 においては、金属
ハロゲン化物の蒸発,電離が盛んになり、金属の発光が
活発になるため発光効率は急激に上昇し、ランプ電圧は
最終値に落ち着く点で発光効率の上昇も止まる。この期
間におけるランプ電圧の若干の上昇は金属ハロゲン化物
の蒸気圧によるものである。
効率には密接な関係があり、また放電灯12の発光量l
mは発光効率lm/W×電力Wで求められることから、
この発光効率を考慮して、任意のランプ電圧の時に投入
する電力を設定すれば発光量を安定させることができ
る。
電圧はランプ最終電圧85.0Vに安定し、この時の発
光効率は85,7lm/Wであるから、定格点灯時すな
わち発光量100%出力時の光束は3000lmとな
る。
例えば50.0V時には発光効率が49.7lm/Wで
あるから投入電力を3000lm/49.7lm/W=
60.4Wと設定すれば定格電力投入時の発光量と同じ
3000lmの光束が得られる。
光量を一定にするために求めたランプ電力制御特性を図
5に示す。横軸はランプ電圧V、縦軸は任意のランプ電
圧の時に放電灯12に投入するランプ電力Wを示す。
る最大定格電力PM 、例えば75Wが規定されているの
でこれを越えない範囲で上記ランプ電力制御特性を定め
ている。
めたランプ電流制御特性を図6に示す。横軸はランプ電
圧V、縦軸は任意のランプ電圧の時に放電灯12に投入
するランプ電流Aを示す。
流入させることのできる最大定格電流IM 、例えば2.
6Aが規定されているので、これを越えない範囲で上記
ランプ電流制御特性を定めている。
記フィードバック制御を行った結果が、図7に示す放電
灯12の光の立ち上がり特性である。最大定格電力P
M 、最大定格電流IM の規定により、わずかのオーバー
シュートやアンダーシュート等があるものの放電灯の発
光量(光出力)をほぼステップ的にかつ速やかに100
%光量に立ち上げることができる。
らランプ電圧とランプ投入電力の関係を求め、さらにラ
ンプ電圧とランプ電流の関係をランプ電流制御特性とし
て予め定めることにより、理想的な発光量を得ることが
できるわけであるが、ここで問題となるのは、放電灯1
2の製造ばらつきや経年変化によって、ランプ電圧と発
光効率の関係がばらつくことである。
も、安定してステップ的に発光量を立ち上げるために
は、放電灯12のばらつきを吸収する必要があり、この
発明においては放電灯のランプ最終電圧に着目した。
電圧と発光効率の関係を表す図である。ここで、放電灯
12のランプ最終電圧は、個々の放電灯の製造ばらつき
や経年変化により一定しておらず、このため任意のラン
プ電圧における発光効率も様々で、例えば図8における
曲線η65(ランプ最終電圧65V)、η85(同85
V)、η105 (同105V)のように種々のばらつきを
生じている。
とするためのランプ電圧とランプ投入電力の対応特性が
唯一の場合、ランプ電圧に対する発光効率の違いを吸収
することができず、従って最適な電力を放電灯12に投
入することができなくなって、速やかな光量の立ち上が
りは実現しにくい。
吸収するために、「ランプ電圧とランプ投入電力」の対
応特性を、図8の発光効率曲線η65〜η105 に応じて作
成したものである。
η65を、P85は発光効率曲線η85を、P105 は発光効率
曲線η105 をもとに求めたものである。また、図10は
これらの投入電力曲線P65〜P105 をもとに求めたラン
プ電流制御特性である。
は投入電力特性P65をもとに求め、同様に、i85は
P85、i105 はP105 より求めたものである。そして、
ランプ最終電圧が65V以上85V未満にあるもので
は、i65のランプ電流制御特性に従って放電灯12に電
流を流し、ランプ電圧が65Vを越えた時点から定格電
力曲線に従って放電灯へ流す電流を制御する。
の特性に従って電流を流し、105V以上の場合i105
の特性に従って電流を流す。これらも同様に、ランプ電
圧が各ランプ電流制御特性の下限の電圧を越えてから
は、定格電力曲線に従って放電灯12に流す電流を制御
する。これにより、個々の放電灯のばらつきに応じて適
切な電力を放電灯12に供給することができる。
出手段9が始動放電を検出し、この信号をランプ電流制
御手段7のタイマ回路72へ送出する。タイマ回路72
はこの信号を入力してから所定時間t4(例えば、2
分)をカウントする。
号を出力し、処理手段71はこの時に電圧検出手段6か
ら入力していたランプ電圧をランプ最終電圧VM として
記憶する。なお、タイマ回路72は所定時間t4経過後
は、所定時間t5(例えば、5秒)を随時カウントし、
カウントアップの度に記憶値を更新する。
もとに指示電流テーブル73から上記のようなランプ電
流制御特性を選択して、点灯制御を行う。例えば、ラン
プ最終電圧VM が65V≦VM <85Vの時i65のラン
プ電流制御特性を選択する。
ランプ最終電圧が不明のため、指示電流テーブル73か
らはランプ最終電圧付近での過電力点灯を避けるため
に、投入電力の最も少ない電力制御特性(i65に示す電
流制御特性)を選択して、点灯制御を行う。
85で初回から点灯制御を行った場合、もし仮にランプ最
終電圧65Vのランプが装着されたとしたら、i85の電
流制御特性上の65V点(点g)でランプ電圧の上昇が
止まり、常時過電力で点灯するため、これを回避するこ
とを目的としている。
電圧についてのランプ電流制御特性を示したが、3つ以
上にしてもよいのはいうまでもなく、ランプ電流制御特
性を増すほど、より放電灯の製造ばらつきや経年変化に
対応した適切な電力を放電灯に投入できる。
図11において、点線で示した曲線PM は放電灯12の
最大定格電力時の各ランプ電圧におけるランプ電流で、
点線の曲線Ptは定格電力時の各ランプ電圧におけるラ
ンプ電流で、点線の直線IM は最大定格電流である。
および最大定格電圧を示しており、一点鎖線it は放電
灯12の最低定格電圧と最大定格電圧の範囲内におい
て、定格電力曲線PT と2点で交わる直線である。
ら2点のうち電圧の低い方の点、すなわち、定格電力曲
線PT と最低定格電圧VMIN とが交わる点iP6と、電圧
の高い方の点、すなわち定格電力曲線PT と最大定格電
圧VMAX とが交わる点iP5とを結ぶ直線としている。
って複数のランプ電流制御特性を持つが、説明の簡単化
のため、まずある一つのランプ電流制御特性iS を例に
とって説明する。ランプ電流制御特性iS は、ランプ電
圧0Vから最大定格電圧105Vの範囲内において点i
P1〜iP5を結ぶ4つの直線特性i1 〜i4 を組み合わせ
て示されている。
ま、ランプ電流制御特性を(ランプ電圧、指示ランプ電
流)の座標で表した場合、点iP1(ランプ電圧が0ボル
ト、放電灯の最大定格電流)で、点iP2は(放電灯の最
大定格電力/放電灯の最大定格電流、放電灯の最大定格
電流)の点である。
て異なる。つまり、実施例1で示したように、ランプ最
終電圧が65V以上85V未満の時は、直線it 上のラ
ンプ電圧65Vにおける点になり、ランプ最終電圧が8
5V以上105V未満の時は、直線it 上のランプ電圧
85Vにおける点になり、また105V以上の時は、直
線it 上のランプ電圧105Vの点になる。
85Vの点で説明する。点iP3は、点iP2を通る曲線P
M の接線i2 と、点iP4を通る曲線PM の接線のうち点
iP4におけるランプ電圧より低い方の電圧範囲に引かれ
る接線i3 との交点である。すなわち、ランプ電流制御
特性を構成する第4の略直線i3 が、ランプ最終電圧よ
り低い方に描かれる放電灯の最大定格電力曲線PMの接
線となる。
るためのランプ電流制御手段7Aの回路構成を示す。こ
のランプ電流制御手段7Aは差動増幅手段71a,72
a,73a,最大値選択手段74およびクリップ手段7
5から構成される。
検出手段6の出力であり、並列に接続された差動増幅手
段71a〜73aに入力される。差動増幅手段71a
は、この入力VINを抵抗R3を介してオペアンプOP1
の反転入力端子に入力する。
4を介してオペアンプOP1の出力に接続される。抵抗
R5,R6は基準電源VREF とGNDとの間に直列接続
され、抵抗R5とR6の分圧点はオペアンプOP1の非
反転端子に接続される。
抵抗R7〜R10とオペアンプOP2から構成され、差
動増幅手段73aも抵抗R11〜R14とオペアンプO
P3から構成される。ただし、これら並列に接続された
3種の差動増幅手段71a〜73aの入出力特性はすべ
て異なるものである。
例1、図2で示した抵抗61と62の抵抗値をR1,R
2とした時、これらのR1とR2の分圧により、VIN=
Va・R2/(R1+r2)で表される。
〜m3 を持ち、それぞれ差動増幅手段71a〜73aの
出力VS1〜VS3を、オペアンプOP4〜OP6の非反転
入力端子に入力する。オペアンプOP4の反転入力端子
はダイオードD1のカソード端子に接続され、このダイ
オードD1を介してオペアンプOP4の出力に接続され
る。
ダイオードD2のカソード端子に接続され、このダイオ
ードD2を介してオペアンプOP5の出力に接続され
る。オペアンプOP6の反転入力端子はダイオードD3
のカソード端子に接続され、このダイオードD3を介し
てオペアンプOP6の出力に接続される。
子はそれぞれダイオードD1〜D3を介して接続され、
すなわちワイヤードオア構成されて、最大値選択手段7
4の出力となる。
段75を構成するオペアンプOP7の反転入力端子に接
続されるとともに、抵抗R17を介してダイオードD4
のアノードに接続され、ダイオードD4のカソードはオ
ペアンプOP7の出力に接続される。
ND間に直列接続され、抵抗R15,R16の分圧点は
オペアンプOP7の非反転入力端子に接続される。そし
て、抵抗R17とダイオードD4の接続点が、ランプ電
流制御手段7Aの出力として昇圧制御手段の端子4dに
接続される。
る。差動増幅手段71aの入出力特性は、VS1={R6
/(R5+R6)}{1+R4/R3}VREF −(R4
/R3)VINで表される。同様に、差動増幅手段72
a,73aの入出力特性は、それぞれ、VS2={R10
/(R9+R10)}{1+(R8/R7)}VREF −
(R8/R7)VIN,およびVS3={R14/(R13
+R14)}{1+(R12/R11)}VREF −(R
12/R11)VINと表わされる。
2)}である。ここで、各差動増幅手段71a〜73a
の抵抗値を異なる値とすることにより、各差動増幅手段
71a〜73aの入出力特性を自在に変化させることが
可能である。差動増幅手段71a〜73aの入出力特性
を図13に示す。
の出力は最大値選択手段74に入力される。最大値選択
手段74は入力をワイヤードオア構成を通して出力する
ため、入力された信号VS1〜VS3の中で最も大きな信号
を優先的に出力し、これにより最大値選択手段74の出
力VPKは図14となる。なお、点線は図13で示した差
動増幅手段71a〜73aの出力である。
プ手段75に入力され、オペアンプOP7の非反転入力
端子の電圧VCP={R16/(R15+R16)}}V
REFで制限されて、ランプ電流制御手段7Aの出力とな
る。なお、抵抗R17はダイオードD4を介してオペア
ンプOP7に過大な電流が流れないようにするための電
流制限抵抗である。
圧VOUT は、実施例1でも述べたように、任意のランプ
電圧Vaに対して、その時に放電灯12に流すべき電流
を指示するもので、その電圧値が意味する電流の値は電
流検出手段5に生じ、昇圧制御手段の端子4cに入力さ
れる電圧が意味する電流値と等しいものである。
Vの時の電流が1Aであるとすれば、ランプ電流制御手
段7Aの出力電圧VOUT =1Vも指示電流1Aを意味す
る。
を総括すれば、ランプ電圧が点VP2における電圧未満の
時には、vS ={R16/(R15+R16+)}VRE
F なる直線v1 の特性になり、ランプ電圧が点VP3にお
ける電圧以上、点VP4における電圧未満の時、vS =
{R6/(R5+R6)}{1+(R4/R3)}VRE
F −(R4/R3){R2/(R1+R2)}Vaなる
直線v2 の特性になる。
vP4における電圧未満の時、vS ={R10/(R9+
R10}{1+(R8/R7)}VREF −(R8/R
7){R2/(R1+R2)}Vaなる直線v3 の特性
になる。
上の時、vS ={R14/(R13+R14)}{1+
(R12/R11)}VREF −(R12/R11){R
2/(R1+R2)}Vaなる直線v4 の電圧を出力す
る。
P5に相当し、直線vS ならびにv1〜v4 は直線iS な
らびにi1 〜i4 に相当する。従って、このような回路
構成により、図15で示したランプ電流制御特性を実現
できる。ここで、複数のランプ電流制御特性のそれぞれ
は、該放電灯12の最大定格電力以下,最大定格電流以
下,かつ最大定格電圧以下で、ランプ電圧−ランプ電流
座標上に少なくとも4本の略直線i3 〜i4 を組み合わ
せた該略直線i3 〜i4 の各々の交点をiP2〜iP4を頂
点とする略折れ線で表わされ、第1の略直線が、第1の
座標点(0、放電灯の最大定格電流)と第2の座標点
(放電灯の最大定格/放電灯の最大定格電流、最大定格
電流)を結ぶ直線である。
る該放電灯の最大定格電力が描く最大定格電力曲線の接
線であり、第3の略直線が、該放電灯の最低定格電圧と
該放電灯の最大定格電圧の範囲で、該放電灯の定格電力
が描く定格電力曲線と2つの座標点で交差する直線であ
り、第4の略直線が第3の略直線上のランプ最終電圧が
表わす第3の座標点を通り、第2の略直線に向って描か
れる直線である
安定するまでのランプ電圧の時間変化について、図16
を用いて述べる。図16は横軸を時間、縦軸をランプ電
圧として、ランプ電圧の上昇過程を示すもので、ランプ
電圧は点灯開始後急激に上昇し、やがて緩やかな上昇を
行って飽和,安定する。
うため、投入電流(電力)の変化率が異なる点iP2なら
びに点iP3をランプ電圧が通過する時間は非常に速く、
また発光効率の低い期間に点iP2,iP3が存在するた
め、放電灯の発光量にはちらつきや急激な変化は見られ
ず、目視では視認できないレベルである。
は、発光効率の高い期間ではあるが、ランプ電圧の上昇
が非常に緩やかになっているため、点iP4での屈曲を通
り過ぎる時間は非常に緩やかで、時間的に見た場合、点
iP4の屈曲は存在しないに等しい。従って、放電灯の発
光にちらつきが生じるような影響を及ぼさない。
いて、ランプ最終電圧85Vの放電灯を点灯させた時の
光量立ち上がり特性を図17に示す。ランプ電圧がV1
〜V2 の範囲で発光効率を考慮した実施例1のランプ電
流制御特性点i85より多くランプ電流を流していること
から、オーバーシュートがあるものの実施例1の光量立
ち上がりよりも100%光量に達する時間が短い。
効率を考慮した実施例1のランプ電流制御特性点i85よ
り少ないランプ電流が流れることから若干のアンダーシ
ュートがあるものの、オーバーシュート、アンダーシュ
ートとも、それぞれ定格光量の±20%を越えることは
なく、これは実用上問題のないレベルである。
最大定格電圧までのランプ電流制御特性を上記のような
最低4つの直線を組み合わせた折れ線で示すという簡易
な制御アルゴリズムおよび簡易で安価な回路構成で、実
用上問題のない発光量を得ることができる。
大定格電力曲線の接線にしたことにより、光量の立ち上
がりを速くすることができる。
のランプ電流制御特性について説明してきたが、つぎに
ランプ最終電圧によって複数のランプ電流制御特性を持
つ場合について説明する。図18は複数のランプ電流制
御特性を示した図である。
iP31 ,iP41 ,iP5を結ぶランプ最終電圧が65V以
上85V未満の時の制御特性で、ランプ電流制御特性i
S2は点iP1,iP2,iP32 ,iP42 ,iP5を結ぶランプ
最終電圧85V以上105V未満の時の制御特性で、ラ
ンプ電流制御特性iP3は点iP1,iP2,iP33 ,iP43
を結び、iP43 以上においては直線it に従う制御特性
である。
,iP4X (X =1〜3)は、上記iP3およびiP4と同
様の意味合いを持つ点である。
幅手段72aを図19のような回路構成にすることで実
現でき、差動増幅手段72aは、ランプ最終電圧記憶手
段722,スイッチ切り替え手段723,タイマ回路7
24および差動増幅部721からなる。
ンプOP8,抵抗R18〜R25から構成され、スイッ
チS1の接点を切り替えることにより、差動増幅部72
1の入出力特性が変化する。なお、スイッチS1は接点
A1〜A4,接点B1〜B4を備え、スイッチ切り替え
手段723からの信号によって接点を切り替える。
は、スイッチS1の接点A1−A2,B1−B2が導通
し、85V以上105V未満の時、スイッチS1の接点
A1−A3,B1−B3が導通し、105V以上の時、
スイッチS1の接点A1−A4,B1−B4が導通す
る。
で構成され、電圧検出手段6からランプ電圧を入力し、
タイマ回路724からの信号を入力した時に、その時の
ランプ電圧をランプ最終電圧として記憶する。スイッチ
切り替え手段723は、電圧検出手段6とランプ最終電
圧記憶手段722からの信号を入力とし、入力信号に応
じてスイッチS1の接点を切り替える。
らの始動放電成功の信号を入力し、入力した時点から所
定時間t4(例えば、2分)をカウントし、時間t4経
過後ランプ最終電圧記憶手段722へ記憶を促す信号を
送出する。この後は所定時間t5(例えば、5秒)経過
の度に上記信号をランプ最終電圧記憶手段722へ送出
する。
V未満の時、差動増幅部721のスイッチS1の接点A
1−A2,B1−B2が導通することにより、差動増幅
部721は抵抗R18,R19,R22,R23とオペ
アンプOP8とで差動増幅回路が構成される。
23/(R22+R23)}{1+(R19/R1
8)}VREF −(R19/R18){R2/(R1+R
2)}Vaとなる。このVS65 の入出力特性は、抵抗値
の選定によりランプ電流制御特性iS1における点iP31
とiP41 とを結ぶ直線特性となる。
上105V未満の時、差動増幅部721のスイッチS1
の接点A1−A3,B1−B3が導通することにより、
差動増幅部721は抵抗R18,R20,R22,R2
4とオペアンプOP8とで差動増幅回路が構成される。
5 =R24/(R22+R24){1+(R20/R1
8)}VREF −(R20/R18){R2/(R1+R
2)}Vaとなる。このVS85 の入出力特性は、抵抗値
の選定によりランプ電流制御制御特性iS2における点i
P32 とiP42 を結ぶ直線特性となる。
以上の時、差動増幅部721のスイッチS1の接点A1
−A4,B1−B4が導通することにより、差動増幅部
721は抵抗R18,R21,R22,R25とオペア
ンプOP8とで差動増幅回路が構成される。
5 ={R25/(R22+R25)]}{1+(R21
/R18)}VREF −(R21/R18){R2/(R
1+R2)}Vaとなる。このVS85 の入出力特性は、
抵抗値の選定によりランプ電流制御特性iS2における点
iP32 とiP42 を結ぶ直線特性となる。
に点灯させる以前、すなわち初期状態においては、ラン
プ最終電圧記憶手段722は電力投入の最も少ない65
Vを仮に記憶させておき、これによりスイッチ切り替え
手段723はスイッチS1の接点A1−A2,B1−B
2を導通させることにより、ランプ電流制御特性はiS1
となる。
点灯すると、ランプ電圧の上昇にともない、ランプ電流
はランプ電流制御特性iS1に従って流れる。そして、次
第にランプ電圧の上昇が穏やかになり、任意のランプ電
圧で飽和・安定する(ランプ最終電圧に達する)。
724からの出力により、ランプ最終電圧記憶手段72
2が上記任意のランプ電圧をランプ最終電圧として記憶
する。その後、所定時間t5が経過するごとに、記憶値
は更新される。その電圧値に応じてスイッチ切り替え手
段723は、スイッチS1の接点を切り替える。
スイッチ切り替え手段723はスイッチS1の接点を切
り替え、A1−A3,B1−B3を導通させる。これに
より、ランプ電流制御特性がiS1からiS2に変化する。
た時、今度はランプ電圧の上昇に対し、ランプ電流は放
電灯の特性を考慮したランプ電流制御特性iS2に従って
安定点灯に達する。
灯後最初の所定時間t4経過を除いて、電圧検出手段6
から入力されるランプ電圧がランプ最終電圧記憶手段7
22の記憶値を下回った時、直ちにスイッチS1の接点
を電力投入の最も少ないiS1に切り替える。ただし、ラ
ンプ最終電圧記憶手段722の記憶値は、所定時間t5
が経過するまで更新しない。
電圧が86Vで安定し、ランプ電流の電流制御特性iS2
上の動作点x1 で点灯していた時に、放電灯12自身あ
るいは外部環境等の変化で、ランプ電圧が下降し85V
を下回った場合、動作点は点x2 に変化し、このため所
定時間t5が経過し、ランプ最終電圧記憶手段722が
記憶値を更新するまで、過電力状態で点灯してしまう。
ンプ電圧が、ランプ最終電圧記憶手段722の記憶値を
下回った時、直ちにスイッチS1の接点を電力投入の最
も少ないiS1に切り替えるという構成を付加することに
より、ランプ電流制御特性が点線で示すiS1に変化し、
動作点がx3 となることで定格電力点灯を維持できる。
けで、ランプ最終電圧記憶手段722の記憶値は所定時
間t5が経過するまで更新しないことにより、ランプ電
圧の下降がノイズ等による一過性のものである場合に間
違って記憶する確率が低下し、次回点灯においても最適
な電力で放電灯を立ち上げることができる。
圧0Vから最大定格電圧までのランプ電流制御特性をこ
の発明を実現するための最も少ない数の4つの直線を組
み合わせた折れ線で説明したが、この直線の数は4つ以
上でよいのは言うまでもなく、直線数を増やすことによ
り、発光効率を基に作成されるランプ電流制御特性に近
似させることができ、より滑らかな光量の立ち上がり特
性を得ることができる。
電流制御特性を有するランプ電流制御手段7Aについて
説明したが、この数は増減させてもよいのは言うまでも
なく、ランプ電流制御特性を増すほど、放電灯のばらつ
きをより十分に吸収できる。
る。実施例2においては、図11に示すランプ電流制御
特性を、ランプ電流制御手段7Aの基本となる回路構成
を図12を用いてそれぞれ説明したが、この実施例3で
は図21のランプ電流制御手段7Bの回路構成で説明す
る。
段76〜78、加算手段79とクリップ手段80から構
成される。
検出手段6の出力であり、並列に接続された差動増幅手
段76〜78に入力される。差動増幅手段76は、この
入力VINを抵抗R26を介してオペアンプOP9の反転
入力端子に入力する。
27を介してオペアンプOP9の出力に接続される。抵
抗R28,R29は基準電源VREF とGND間に直列接
続され、抵抗R28とR29の分圧点はオペアンプOP
9の非反転入力端子に接続される。
抗R30〜R33とオペアンプOP10から構成され、
差動増幅手段78も抵抗R34〜R37とオペアンプO
P11から構成される。ただし、これら並列に接続され
た3種の差動増幅手段76〜78の出力特性はすべて異
なるものである。
例1,図2で示した抵抗61と62の抵抗値をR1,R
2とした時、R1とR2の分圧により、VIN=Va・R
2/(R1+R2)で表される。
を持ち、それぞれ差動増幅手段76〜78の出力VS6〜
VS8を入力する。端子n1 は抵抗R38を介して、端子
n2は抵抗R39を介して、また端子n3 は抵抗R40
を介して、それぞれオペアンプOP12の非反転入力端
子に接続される。
ペアンプOP12の出力端子とGND間に直列接続で挿
入される抵抗R41とR42の分圧点に接続され、オペ
アンプOP12の出力端子はそのまま加算手段79の出
力Vadとして、クリップ手段80へ出力される。
を構成するオペアンプOP13の反転入力端子に接続さ
れるとともに、抵抗R45を介してダイオードD5のア
ノードに接続され、ダイオードD5のカソードはオペア
ンプOP13の出力に接続される。
ND間に直列接続され、抵抗R43とR44の分圧点は
オペアンプOP13の非反転入力端子に接続される。そ
して、抵抗R45とダイオードD5の接続点が、ランプ
電流制御手段7の出力として昇圧制御手段4の端子4d
に接続される。
8の入出力特性は、VS6={R29/(R28+R2
9)}{1+(R27/R26)}VREF −(R27/
R26)VIN,VS7={R33/(R32+R33)}
{1+(R31/R30)}VREF −(R31/R3
0)VIN,VS8={R37/(R36+R37)}{1
+(R35/R34)}VREF −(R35/R34)V
INとなる。
値を異なる値とすることにより、各差動増幅手段76〜
78の入出力特性を自在に変化させることが可能であ
り、差動増幅手段76〜78の入出力特性を図22に示
す。
力は加算手段79に入力される。加算手段79は入力さ
れた信号の総和を出力するもので、その出力をVadとす
れば、Vad={1+(R41/R42)}{(R39・
R40・VS4+R38・R40・VS5+R38・R39
・VS6)/(R38・R39+R39・R40+R38
・R40)}となる。ここで、R38=R39=R4
0、R41=2×R42とすれば、Vad=VS6+VS7+
VS8となり、図23で示される。
0に入力され、オペアンプOP12の非反転端子の入力
であるvCP={R44/(R43+R44)}VREF で
制限される。なお、抵抗R45はダイオードD5を介し
てオペアンプOP13に過大な電流が流れないようにす
るための電流制限抵抗である。
圧VOUT は、実施例1でも述べたように任意のランプ電
圧Vaに対してその時にランプに流すべき電流を指示す
るもので、その電圧値が意味する電流の値は電流検出手
段5に生じ、昇圧制御手段4の端子4cに入力される電
圧が意味する電流値と等しいものである。
電圧が1Vの時の電流が1Aであるとすれば、ランプ電
流制御手段7Bの出力電圧VOUT =1Vも指示電流1A
を意味する。
を総括すれば、ランプ電圧が点vP2における電圧未満の
時、vS ={R44/(R43+R44)}VREF なる
直線v1 の特性になり、ランプ電圧が点vP2における電
圧以上の時、vS ={R29/(R28+R29)}
{1+(R27/R26)}VREF −(R27/R2
6){R2/(R1+R2)}Va+{R33/(R3
2+R33)}{1+(R31/R30)}VREF −
(R31/R30){R2/(R1+R2)}Va+
{R37/(R36+R37)}{1+(R35/R3
4)}VREF −(R35/R34){R2/(R1+R
2)}Vaなる直線v2 ,v3 ,v4 の特性になる。
11の点iP1〜iP5に相当し、直線vS 並びにv1 〜v
4 は直線iS ならびにi1 〜i4 に相当する。従って、
このような回路構成により、図24で示したランプ電流
制御特性を実現できる。
た構成(回路定数は異なるが)に代えることにより、図
18で示した複数のランプ電流制御特性が得られる。
点灯開始からの時間に対するランプ電圧,ランプ電流お
よび光出力を示している。実線vは放電灯12のランプ
電圧立ち上がり特性で、実線wは従来のランプ電流制御
特性に従って放電灯に流れるランプ電流で、実線lは従
来の放電灯の光量立ち上がり特性である。
特性に従って流れるランプ電流で、点線l’はこの発明
における放電灯の光量立ち上がり特性である。また、一
点鎖線V2 は第1の所定ランプ電圧で、一点鎖線V3 は
第2の所定ランプ電圧である。また、図26はこの発明
におけるランプ最終電圧付近のランプ電流制御特性を拡
大したものである。
圧は図25の実線vに示すように点灯初期の低い電圧か
ら上昇し、ランプ最終電圧V4 (この発明においては、
85Vと仮定する)に達する。
プ電流制御手段は実線wに従ってランプ電流を変化させ
る。これを図25で示せば、制御の動作点vD1がランプ
電流制御特性上を左側から右側に(ランプ最終電圧V4
に向って)進んでいくことになる。
D1はランプ電流制御特性i3 をその動作点をvD1→vD2
→vD3と変化させながら、ランプ最終電圧V4 に落ち着
く。しかしながら、この放電灯12の最適な電流制御特
性は点線で示す発光効率を考慮したi85であるため、点
線i85と従来のランプ電流制御特性i3 が作る領域(ラ
ンプ電圧V2 とV4 の範囲内である斜線部)で電流(電
力)不足となる。
放電灯の光量立ち上がり特性lに、ランプ電圧vがV2
からV4 に変化する間でアンダーシュートとして現れて
くる。
なくし、オーバーシュート量との差を縮めて違和感の少
ない光量立ち上がり特性を実現するものである。
27はこの発明におけるランプ電力制御手段の差動増幅
手段90の構成を表す図であり、この差動増幅手段90
はアンダーシュート抑制手段として機能する。なお、説
明簡単化のため、実施例2の図11に示した一つのラン
プ電力制御特性に限って説明を行うが、実施例2の図1
9で示した差動増幅手段72aに拡張することが可能で
ある。
から出力されるランプ電圧相当の電圧VINを入力とし、
図12に示すような最大値選択手段74の端子m2へ出
力を行う。電圧検出手段6の出力は、抵抗R7を介して
オペアンプOP2の反転入力端子に接続されるととも
に、一つの入力端子Si1と2つの出力端子S01,S02を
備えるスイッチ切り替え手段725へ入力される。
8を介して出力端子に接続されるとともに、抵抗R46
を介してスイッチS2の一方の端子に接続され、スイッ
チS2の他方の端子はオペアンプOP2の出力端子に接
続される。
準電源VREF とGND間に直列接続される抵抗R9とR
10の分圧点に接続されるとともに、抵抗R47を介し
てスイッチS3の一方の端子に接続され、スイッチS3
の他方の端子はGNDに接地される。スイッチS2なら
びにS3は、それぞれスイッチの開閉を操作する端子が
設けられ、これらの端子は互いに接続されてスイッチ切
り替え手段725の出力端子S01に接続される。
4の出力VS2’であり、時定数切り替え部726に入力
される。オペアンプPO2の出力端子は時定数切り替え
部726の抵抗R48を介して抵抗R49に接続され
て、差動増幅手段90の出力となる。
S4の一方の端子が接続され、他方の端子は差動増幅手
段90の出力に接続されるコンデンサC1を介して接地
される。スイッチS4には、このスイッチS4の開閉を
操作する端子が設けられ、スイッチ切り替え手段725
の出力端子S02に接続される。
電圧検出手段6の出力VINが第1の所定ランプ電圧(例
えば、ランプ最終電圧−10V)以下の時、スイッチS
2,S3をオープンする信号を出力し、第1の所定ラン
プ電圧以上、第2の所定ランプ電圧(例えば、ランプ最
終電圧−5V)未満の時スイッチS2およびS3をショ
ートする信号を出力する。
チS4をショートする信号を出力し、第2の所定ランプ
電圧以上の時、スイッチS4をオープンする信号を出力
する。なお、第1および第2の所定ランプ電圧には、第
1の所定ランプ電圧<第2の所定ランプ電圧の関係があ
り、ともに図11に示すランプ電流制御特性iS の点の
点iP3とiP4におけるランプ電圧の範囲内にある。
8は、非常に小さな抵抗であり、スイッチS4がショー
ト状態においてコンデンサC1に流入する電流を制限す
るためのものであり、コンデンサC1と作る時定数は非
常に小さいものである。
り、R48《R49の関係があり、スイッチS4がオー
プン状態においては、抵抗R49とコンデンサC1が作
る時定数は大きいものである。
ランプ電圧が第1の所定ランプ電圧v2 未満において
は、スイッチS2,S3はオープンであるため、制御の
動作点vD1はランプ電流制御特性i3 上に存在し、i3
={R10/(R9+R10)}{1+(R8/R
7)}VREF −(R8/R7){R2/(R1+R
2)}Vaに従って、放電灯12に電流が通電される。
イッチS4はショートされており、抵抗R48とコンデ
ンサC1の時定数回路を構成しているが、前述のように
非常に小さいものであるため、この時定数切り替え部7
26の影響は無視できる。
v2 に達した時、スイッチ切り替え部726はスイッチ
S2,S3をショートする。差動増幅部734は抵抗R
8に並列に抵抗R46が接続されることで、ゲインが低
下し、また抵抗R10に抵抗R47が並列接続されるこ
とでオフセットが低下する。
図26に示すようにit1のように変化し、制御の動作点
はvD1→vk1と移動する。ここで、it1は、it1={R
10・R47/(R10+R47)}/[R9+{R1
0・R47/(R10+R47)}]{1+R8・R4
6)/R7(R8+R46)}VREF −{R8・R46
/R7(R8+R46)}{R1/(R1+R2)}V
aである。
に達した時、スイッチ切り替え手段725はスイッチS
1,S2および時定数切り替え部726のスイッチS4
をオープンする。これにより差動増幅部734は再び元
の入出力特性に変化し、また時定数切り替え部726の
入出力特性は時定数(R48+R49)C1≒R49・
C1で変化する。
電圧V2 を境にit1からi3 へ切り替わるが、差動増幅
手段90の入出力特性すなわちランプ電流制御特性は、
時定数切り替え部の時定数に従って緩やかにit1→it2
→it3→i3 と変化し、制御の動作点もvk2→vk3→v
k4→vD3と変化する。なお、便宜上段階的に変化するよ
うに説明しているが、実際はit1からi3 へは連続的に
変化する。また、vD3は2つの座標点のうち、ランプ電
圧が低い方の点である。
た図26の斜線部を上記回路構成によって補うことによ
って、ランプ電圧がV2 からV4 へ変化する期間に流れ
るランプ電流は図25の点線w’で示すようになり、光
量立ち上がり特性も従来の実線から点線l’のように変
化し、アンダーシュートをより少なくすることができ
る。
ランプ電流制御手段がランプ最終電圧記憶手段と複数の
ランプ電流制御特性を備え、ランプ最終電圧によって複
数のラ ンプ電流制御特性から放電灯に適したランプ電流
制御特性を選択するように構成したので、放電灯の製造
ばらつきや、経年劣化による発光効率の変化に対処で
き、どのような放電灯を点灯させても、常に安定した発
光量を得ることができるものが得られる効果がある。
手段がランプ最終電圧記憶手段と複数のランプ電流制御
特性を有し、特性不明の放電灯を点灯させる際に、複数
のランプ電流制御特性から任意のランプ電圧に対して投
入電力の最も少ないランプ電流制御特性を選択するよう
に構成したので、定常点灯時に特性不明の放電灯を過電
力で点灯するのを防止できるものが得られる効果があ
る。
手段がランプ最終電圧記憶手段と複数のランプ電流制御
手段と有し、周囲環境の変化や放電灯の異常等の何らか
の原因よりランプ電圧が下降した時、ランプ電流制御特
性を複数のランプ電流制御特性の中から選択されていた
ランプ電流制御特性より電力投入の少ないランプ電流制
御特性に切り替わるように構成したので、周囲環境の変
化や放電灯の異常等が生じても、過電力で点灯するのを
防止できるものが得られる効果がある。
手段がランプ最終電圧記憶手段と複数のランプ電流制御
手段を有し、点灯中の放電灯のランプ最終電圧がランプ
最終電圧記憶手段が記憶している電圧以下になっても、
一定時間記憶内容を変化させないように構成したので、
ランプ最終電圧をノイズ等による一過性の変動で誤記憶
することを防止でき、従って次回点灯時にも最適な光量
の立ち上がりを実現できるものが得られる効果がある。
流制御特性のそれぞれが、該放電灯の最大定格電力以
下,最大定格電流以下,かつ最大定格電圧以下で、ラン
プ電圧−ランプ電流座標上に少なくとも4本の略直線を
組み合わせた該略直線の各々の交点4を頂点とする略折
れ線で表わされ、第1の略直線が、第1の座標点(0、
放電灯の最大定格電流)と第2の座標点(放電灯の最大
定格電力/放電灯の最大定格電流、放電灯の最大定格電
流)を結ぶ直線で、第2の略直線が、第2の座標点を通
る該放電灯の最大定格電力が描く最大定格電力曲線の接
線であり、第3の略直線が、該放電灯の最低定格電圧と
該放電灯の最大定格電圧の範囲で、該放電灯の定格電力
が描く定格電力曲線と2つの座標点で交差する直線であ
り、第4の略直線が第3の略直線上のランプ最終電圧が
表わす第3の座標点を通り、第2の略直線に向って描か
れる直線としたので、非常に簡単なアルゴリズムで、ラ
ンプ電流制御特性が実現でき、マイコンなどを用いず
に、簡便な回路で点灯装置を構成でき、ランプ電圧を点
灯開始後急激に上昇させ、その後緩やかに上昇させて飽
和,安定させることができるものが得られる効果があ
る。
特性を構成する第4の略直線が、ランプ最終電圧より低
い方に描かれる放電灯の最大定格電力曲線の接線とした
ので、アルゴリズムのうちで、点灯初期に最大電力を投
入でき、光量の立ち上がりを速くできるものが得られる
効果がある。
手段が放電灯の光量立ち上がり特性に生じるアンダーシ
ュートを減少させるアンダーシュート抑制手段を備え、
ランプ電圧の変化によってランプ電流制御特性上の制御
の動作を変化させていき、上記アンダーシュート抑制手
段に基づいてランプ電流制御特性を変化させるように構
成したので、上記立ち上がり特性におけるアンダーシュ
ートを抑えることができ、また、オーバーシュートとア
ンダーシュートの光量差を縮小することで違和感のない
光量の立ち上がりを実現できるものが得られる効果があ
る。
基本構成を示すブロック図である。
路図である。
形を示すタイミングチャートである。
率との関係を示す発光効率特性図である。
係から求めたランプ電圧と投入電力との関係を示す投入
電力特性図で有る。
けるランプ電圧対ランプ電流の関係を示すランプ電流制
御特性図である。
電灯の光量の立ち上がり特性を示す光量立ち上がり特性
図である。
発光効率との関係を示す発光効率特性図である。
係から求めた、ランプ電圧と投入電力との関係を示す投
入電力特性図である。
おけるランプ電流制御特性図である。
流の関係を示すランプ電流制御特性を示すランプ電流特
性図である。
するためのランプ電流制御手段を示す回路図である。
プ電圧に対する差動増幅手段の出力電圧を示す特性図で
ある。
プ電圧に対する最大値選択手段の出力電圧を示す電圧特
性図である。
プ電圧に対する出力電圧を示す電圧特性図である。
的な立ち上がり状況を示すランプ電圧特性図である。
す光量立ち上がり特性図である。
性を示すランプ電流特性図である。
を実現するためのランプ電流制御手段を構成する差動増
幅手段を示す回路図である。
降時のランプ電流制御特性の変化を表すランプ電流特性
図である。
御手段を示す回路図である。
増幅手段のランプ電圧に対する出力の関係を示す出力特
性図である。
手段のランプ電圧に対する出力の関係を示す出力特性図
である。
に対する出力の関係を示す出力特性図である。
電圧,ランプ電流の変化を示す特性図である。
ランプ電流対ランプ電圧特性図である。
ト抑制手段を示す回路図である。
る。
御特性図である。
を示すランプ電流対ランプ電圧特性図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 直流電源と該直流電源の電圧を昇圧する
直流昇圧手段と、該直流昇圧手段の出力を交流変換する
インバータ手段と、該インバータ手段の出力端子に接続
された放電灯と、該放電灯に高電圧を印加して始動放電
させる始動放電手段と、該放電灯のランプ電圧を検出す
るランプ電圧検出手段と、該放電灯に流れるランプ電流
を検出するランプ電流検出手段と、上記ランプ電圧検出
手段で検出したランプ電圧に対応して、該放電灯へ供給
する電流を指示するランプ電流制御特性を複数備えた記
憶手段から該放電灯の定格点灯時におけるランプ最終電
圧に応じて1つのランプ電流特性を選択して、該放電灯
へ供給する電流を制御するランプ電流制御手段と、該ラ
ンプ電流制御手段が指示するランプ電流と該ランプ電流
検出手段で検出した検出信号を比較し、その比較に基づ
いて該直流昇圧手段の出力を可変させる昇圧制御手段と
を備えた放電灯点灯装置。 - 【請求項2】 直流電源と該直流電源の電圧を昇圧する
直流昇圧手段と、該直流昇圧手段の出力を交流変換する
インバータ手段と、該インバータ手段の出力端子に接続
された放電灯と、該放電灯に高電圧を印加して始動放電
させる始動放電手段と、該放電灯のランプ電圧を検出す
るランプ電圧検出手段と、該放電灯に流れるランプ電流
を検出するランプ電流検出手段と、上記ランプ電圧に対
する発光効率が不明の放電灯を点灯させる際に、任意の
ランプ電圧に対して最も投入電力の少ないランプ電流制
御特性を、複数のランプ電流制御特性を備えた記憶手段
から選択するランプ電流制御手段と、該ランプ電流制御
手段が指示するランプ電流と該ランプ電流検出手段で検
出した検出信号を比較し、その比較に基づいて該直流昇
圧手段の出力を可変させる昇圧制御手段とを備えた請求
項1記載の放電灯点灯装置。 - 【請求項3】 直流電源と該直流電源の電圧を昇圧する
直流昇圧手段と、該直流昇圧手段の出力を交流変換する
インバータ手段と、該インバータ手段の出力端子に接続
された放電灯と、該放電灯に高電圧を印加して始動放電
させる始動放電手段と、該放電灯のランプ電圧を検出す
るランプ電圧検出手段と、該放電灯に流れるランプ電流
を検出するランプ電流検出手段と、上記ランプ電圧が下
降したとき、ランプ電流制御特性を記憶手段に記憶され
た複数のランプ電流制御特性の中から選択されていたラ
ンプ電流制御特性より電力投入の少ないランプ電流制御
特性に切り替わるランプ電流制御手段と、該ランプ電流
制御手段が指示するランプ電流と該ランプ電流検出手段
で検出した検出信号を比較し、その比較に基づいて該直
流昇圧手段の出力を可変させる昇圧制御手段とを備えた
請求項1記載の放電灯点灯装置。 - 【請求項4】 直流電源と該直流電源の電圧を昇圧する
直流昇圧手段と、該直流昇圧手段の出力を交流変換する
インバータ手段と、該インバータ手段の出力端子に接続
された放電灯と、該放電灯に高電圧を印加して始動放電
させる始動放電手段と、該放電灯のランプ電圧を検出す
るランプ電圧検出手段と、該放電灯に流れるランプ電流
を検出するランプ電流検出手段と、上記ランプ電圧検出
手段で検出したランプ電圧に対応して、該放電灯へ供給
する電流を指示するランプ電流制御特性を持ち、複数の
ランプ電流特性と放電灯の定格点灯時におけるランプ最
終電圧を記憶手段に記憶し、その記憶したランプ最終電
圧に応じて1つのランプ電流特性を選択するとともに、
ランプ最終電圧が記憶している電圧以下になっても一定
時間記憶内容を変化させないランプ電流制御手段と、該
ランプ電流制御手段が指示するランプ電流と該ランプ電
流検出手段で検出した検出信号を比較し、その比較に基
づいて該直流昇圧手段の出力を可変させる昇圧制御手段
とを備えた請求項1記載の放電灯点灯装置。 - 【請求項5】 複数のランプ電流制御特性のそれぞれ
が、該放電灯の最大定格電力以下,最大定格電流以下,
かつ最大定格電圧以下で、ランプ電圧−ランプ電流座標
上に少なくとも4本の略直線を組み合わせた該略直線の
各々の交点を頂点とする略折れ線で表わされ、第1の略
直線が、第1の座標点(0、放電灯の最大定格電流)と
第2の座標点(放電灯の最大定格電力/放電灯の最大定
格電流、放電灯の最大定格電流)を結ぶ直線で、第2の
略直線が、第2の座標点を通る該放電灯の最大定格電力
が描く最大定格電力曲線の接線であり、第3の略直線
が、該放電灯の最低定格電圧と該放電灯の最大定格電圧
の範囲で、該放電灯の定格電力が描く定格電力曲線と2
つの座標点で交差する直線であり、第4の略直線が第3
の略直線上のランプ最終電圧が表わす第3の座標点を通
り、第2の略直線に向って描かれる直線である請求項1
記載の放電灯点灯装置。 - 【請求項6】 ランプ電流制御特性を構成する第4の略
直線が、ランプ最終電圧より低い方に描かれる放電灯の
最大定格電力曲線の接線である請求項5記載の放電灯点
灯装置。 - 【請求項7】 ランプ電流制御手段が放電灯の光量立ち
上がり特性に生じるアンダーシュートを減少させるアン
ダーシュート抑制機能を有し、ランプ電圧の変化によっ
てランプ電流制御特性上を変化していく制御の動作点
が、第4の略直線上にあるとき、上記アンダーシュート
抑制機能に基づいてランプ電流制御特性を変化させる請
求項5記載の放電灯装置。
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