JP4196059B2

JP4196059B2 - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP4196059B2
Application number: JP2002203104A
Authority: JP
Inventors: 浩司山下; 浩史野呂; 潤熊谷; 健一福田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2022-07-11
Also published as: JP2004047272A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯点灯装置に関し、具体的には、ＨＩＤランプを点灯させる放電灯点灯装置の制御電源回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
蛍光灯やＨＩＤランプ等を点灯させるための回路として、いわゆる銅鉄安定器を用いたものと、電子バラストと呼称される放電灯点灯装置を用いたものとがある。図１２は、銅鉄安定器を用いた放電灯点灯回路を示す図である。この回路では、銅鉄安定器１０３が商用交流電源１０１とランプ１０４との間に直列に接続されている。コンデンサ１０２はノイズ防止用である。
【０００３】
図１３は、電子バラストの概略構成を示すブロック図である。整流回路を含む直流電源回路２が商用交流電源１に接続され、直流電源回路２の出力側にインバータ回路３が接続されている。インバータ回路３の出力側にランプ４が接続され、ランプ４への供給電力が調整・制御される。近年では、安定器の軽量化、小型化、高機能化を目的として、銅鉄安定器に代わって電子バラストが主流になってきている。
【０００４】
図１４は、従来の電子バラストの具体的な回路例を示している。直流電源回路２は整流回路５、スイッチング素子６、ダイオード７、インダクタンス８、コンデンサ９及び制御回路１０を備えている。スイッチング素子６、ダイオード７及びインダクタンス８によって昇圧チョッパ回路が構成され、この昇圧チョッパ回路は交流電源１からの交流電圧を直流電圧に整流・平滑する機能を有する。
【０００５】
インバータ回路３はスイッチング素子１１、ダイオード１２、インダクタンス１３、コンデンサ１４及び制御回路１５とを含み、スイッチング素子１１、ダイオード１２及びインダクタンス１３により降圧チョッパ回路が構成されている。制御回路１５はランプ４に供給されるランプ電圧Ｖｌａ（電流、電力でもよい）を検出し、ランプ電圧Ｖｌａに応じてスイッチング素子１１のオン・オフ制御を行なうことにより、ランプ４に供給する電力を調整している。極性反転回路４ａによってランプ４に供給する電力の周波数が決まり、通常は数十〜数百Ｈｚに設定されている。トランス２０はイグナイタ制御回路２１により発生した電圧をランプ４に供給し、ランプの点灯を開始する。
【０００６】
また、制御回路１０、１５の電源回路としてコンデンサ１６を含む制御電源回路１７が設けられている。コンデンサ１６は、インダクタンス８の二次巻線に発生した電圧からダイオード１８及び抵抗１９を介して充電され、制御回路１０、１５に電源を供給する。制御電源回路１７のコンデンサ１６の出力側に三端子レギュレータを追加してもよい。このようにインダクタンス８の二次巻線から電源を供給するには、直流電源回路２が動作しインダクタンス８に所定の電流が流れていることが必要である。
【０００７】
一般に、高圧放電灯は、点灯開始から時間が経過するにしたがってランプ電圧が上昇していく傾向にある。銅鉄安定器を用いた点灯回路の場合は、ランプ電圧が上昇していくとランプの再点弧電圧が上昇するために点灯維持が困難になり、いわゆる立ち消えを起こすことがある。図１５は、銅鉄安定器におけるランプ電圧波形と点灯維持電圧波形を示している。ランプ電圧波形が点灯維持電圧波形と重なるとランプは立ち消えを起こす。
【０００８】
一方、電子バラストでは寿命末期においても再点弧電圧が銅鉄安定器に比べて上昇しないので、立ち消えは発生しにくい。したがって、銅鉄安定器に比べて電子バラストを用いた点灯回路のほうがランプの寿命が長くなる。しかし、立ち消えを発生しにくい電子バラストの場合は、銅鉄安定器に比べてランプにかかる負荷が大きくなりランプの破損に至るおそれがある。そこで、ランプの破損を防止するためにランプへの電力を自動的に停止する制御を実行する電子バラストもある。
【０００９】
しかしながら、照明器具が１台だけ設置された部屋等において、ランプへの電力を停止してその照明器具を消灯することは不都合である。そこで、ランプ電圧が所定の電圧より高くなるとランプへの供給電力を制御するように構成した点灯装置がある。例えば、ランプ電圧が所定の電圧より高くなるとランプへの供給電力を１／２にすることにより、ランプを完全に消灯するのではなく、ある程度の明るさを確保しながら、ランプの交換が必要であることを使用者に報知することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような点灯装置において、ランプが寿命末期に達しランプへの供給電力が１／２に低減される場合にも立ち消えを起こすことがある。つまり、ランプ自身が寿命末期であるために、電極の磨耗等に起因して放電が不安定となっており、ランプへの供給電力を急に減少させるとランプ電圧が一瞬上昇する。その結果、再点弧電圧等が点灯維持電圧を超えて立ち消えを起こすことがある。
【００１１】
本発明は、上記のような従来の課題を解決し、直流電源回路部とインバータ回路部を備え、ランプへの電力供給を減少させることによりランプが寿命末期にあることを報知すると共に、その際に立ち消えが発生しにくい放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る放電灯点灯装置は、整流回路を含む直流電源回路と、該直流電源回路の出力側に接続され、高圧放電灯を点灯させる少なくとも１つのスイッチング素子を有する点灯回路と、前記高圧放電灯のランプ電圧を検出する検出手段と、該検出手段の出力信号に基づいて前記高圧放電灯が寿命であると判別する寿命判別手段と、前記高圧放電灯が寿命であると判別されたときに前記高圧放電灯への供給電力を減少させる制御手段とを備えた放電灯点灯装置であって、前記制御手段は、前記高圧放電灯が寿命であると判別されたときに、前記直流電源回路の出力電圧を上昇させることにより、ランプ電圧を再点弧電圧よりも増加させた後に前記高圧放電灯の供給電力を減少させ、その後、高圧放電灯のランプが安定点灯した後は前記直流電源回路の出力電圧を下げることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項２に係る放電灯点灯装置は、前記高圧放電灯が寿命であると判別され、かつ、前記直流電源回路の出力電圧を上昇させたときに、高圧放電灯のランプの供給電力が所定の電力以上にならないように制御することを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項３に係る放電灯点灯装置は、前記点灯回路がスイッチング素子とインダクタを有し、前記スイッチング素子は高周波でオン・オフし、スイッチング周波数又はデューティ比を制御することにより前記高圧放電灯のランプに供給する電力を制御する制御回路を備え、インダクタに流れる電流を検出する検出手段を有し、検出手段によりスイッチング素子のオン・オフを制御し、前記スイッチング素子の最大オン幅を設定する設定値を有し、前記ランプが寿命であると前記寿命判別手段が判別したときに、前記制御手段が前記スイッチング素子の最大オン幅を広げたのち、ランプの供給電力を減少させることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項４に係る放電灯点灯装置は、前記高圧放電灯のランプが寿命であると前記寿命判別手段が判別したときに、前記制御手段が前記スイッチング素子の最大オン幅を広げた後に前記ランプへの供給電力を減少させ、前記ランプが安定点灯状態になった後に前記スイッチング素子の最大オン幅を小さくすることを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項５に係る放電灯点灯装置は、前記制御手段は、前記高圧放電灯の電圧が所定値以上にならないように前記高圧放電灯の供給電力を制御しながら、前記高圧放電灯の出力を所定の時定数で徐々に減少させていくことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて詳しく説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る放電灯点灯装置である電子バラストの回路図である。上記図１４に示した回路図と同じ機能を有する構成要素には同じ番号を付している。この電子バラストは、交流電源１に接続された昇圧チョッパ回路２と、その出力側に接続された降圧チョッパ回路３と、トランス２０及びイグナイタ制御回路２１で構成されたイグナイタ回路と、ランプ４と、昇圧チョッパ回路２及び降圧チョッパ回路３の制御回路１０及び１５及び制御電源回路１７と、ランプ電圧判別回路２８を備えている。
【００２２】
図１４に示した回路図と同じ機能を有する昇圧チョッパ回路２、降圧チョッパ回路３、トランス２０及びイグナイタ制御回路２１、制御回路１０及び１５等の構成と機能についての説明は割愛し、異なる構成要素について説明する。ランプ電圧判別回路２８はランプ４がある所定値以上つまりランプが寿命末期であるときにＨ信号を出力する。
【００２３】
図１において、ランプ４が点灯していない状態又は接続されていない状態、いわゆる無負荷状態にあるときは、昇圧チョッパ回路２の出力電圧Ｖｄｃと降圧チョッパ回路３の出力電圧Ｖｌａがほぼ等しいとする。このときのランプの点灯維持電圧はＶｄｃである。
【００２４】
次に、ランプ４が寿命末期に達し、ランプ電圧が上昇した場合を図２に基づいて説明する。図２は、本発明の第１の実施形態におけるランプ電圧の上昇に伴う各電圧信号の変化を示すタイムチャートである。図２において、ランプ電圧が上昇するとランプ電圧判別回路２８を構成するコンパレータ２６の出力信号がＬレベルからＨレベルに変化する。この出力信号を受けて制御回路１０が昇圧チョッパ回路２の出力電圧をＶ０からＶ１に変える。ここでＶ０＜Ｖ１である。降圧チョッパ回路３の出力電圧Ｖｌａはランプ無負荷状態においてはＶｄｃとほぼ等しいためランプ４の点灯維持電圧がＶ１になる。この時Ｖｄｃが増加してもランプ電力が上昇しないように制御回路１５が動作する。昇圧チョッパ回路２が上記の動作を行ったのち、制御回路１５はランプ４の供給電力を減少させる。
【００２５】
図１０は、点灯維持電圧波形及びランプ電圧波形を示す図である。実線は通常点灯時における点灯維持電圧及びランプ電圧波形を示し、破線は本実施形態における点灯維持電圧とランプ電圧波形を示す。点灯維持電圧波形を破線のように増加させることにより、ランプ電圧波形の再点弧電圧が破線のように増加しても波形が重ならない。したがって、点灯維持電圧を一旦上昇させることにより、寿命末期状態にあるランプ４を立ち消えさせることなく電力を減少させることができる。
【００２６】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態におけるランプ電圧の上昇に伴う各電圧信号の変化を示すタイムチャートである。この実施形態では、図１の回路図において昇圧チョッパ回路２の動作が図３に示すように制御される。高圧放電灯は、前述したように供給電力を急に減少させた場合に、再点弧電圧の上昇やランプ電圧の上昇が顕著に見られ、ランプ電力が安定すればランプ電圧も一定となる。
【００２７】
第１の実施形態では、ランプ寿命判別回路２８がＨ信号を出力した後は昇圧チョッパ回路２の出力電圧Ｖｄｃがランプ電力の減少の後Ｖ１を維持しているが、本実施形態ではランプ４の電力を減少させる過程において出力電圧ＶｄｃをＶ１とし、安定してからはＶ０に戻す。
【００２８】
このように、ランプ電力が急に変化する期間は点灯維持電圧を上昇させることによってランプ４の立ち消えを防止し、その後ランプ電力が安定すると再び昇圧チョッパ回路２の出力電圧ＶｄｃをＶ０に戻す。こうすることにより、昇圧チョッパ回路２および降圧チョッパ回路３の電力ロスを低減することができる。
【００２９】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る放電灯点灯装置である電子バラストの回路図である。図４において、ランプ無負荷状態における昇圧チョッパ回路２の出力電圧Ｖｄｃと降圧チョッパ回路３の出力電圧Ｖｌａの関係はＶｄｃ＞Ｖｌａである。これは、例えばＶｄｃ＝４００Ｖのときに、安全性の面からＶｌａ＝２８０Ｖのように出力電圧を下げている場合である。
【００３０】
図５に示すように、あるランプの状態の検出値（例えばランプ電圧）を基準値Ａとし、降圧チョッパ回路３に流れる電流を抵抗３３の両端の電圧として検出したときの瞬時値Ｘが基準値ＡになるとＯＦＦ信号をＱ３に送り、電流瞬時値Ｘが基準値Ｂ以下になると再びＯＮ信号をＱ３に送りランプに供給する電力を制御しているものがある。この場合、図６のタイムチャートに示すように、ランプ点灯時及びランプ無負荷時におけるＱ３のＯＮ幅の最大値Ｃを設定しておき、いかなる場合においてもこの最大値を超えないようにしている。
【００３１】
ランプの立ち消えが発生しようとする場合、図１１に示すように再点弧電圧が上昇し、同時にランプ電流の波形も変化し、オーバーシュート電流が大きくなる。もし、点灯装置の点灯維持電圧がランプの再点弧電圧以下であればランプは立ち消えを起こす。ランプ電流に関しても同様で、点灯装置からの供給がオーバーシュート電流よりも小さい場合はランプが立ち消えを起こしてしまう。そこで、立ち消えが発生しそうになったときには、ランプにエネルギーを供給するために通常設定している最大値よりも大きなＯＮ幅とすることにより立ち消えを防止することができる。
【００３２】
本実施形態の回路動作について説明する。ランプ４が寿命に達したことをランプ寿命判別回路２８が判別すると、コンパレータ２６からＨ信号が出力される。この信号を受けて制御回路１５の最大ＯＮ幅を設定している値が変更される。
【００３３】
例えば、図６に示すように、正常時は最大値Ｃに設定しておき、ランプ寿命判別回路２８が動作したときには設定値Ｄになるようにする。これによればランプへの供給能力が高まり、ランプが立ち消えになろうと瞬間のオーバーシュート電流においても電流を供給できる。このあと制御回路１５によりランプ４の供給電力を下げる。こうして、本実施形態においても立ち消えを防止できる。
【００３４】
（第４の実施形態）
本実施形態についても、図４に示した第３の実施形態の回路を用いて説明する。第３の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。第３の実施形態ではランプ４が寿命に達したことをランプ寿命判別回路２８が判別した後は最大ＯＮ幅を変えるために設定値Ｄとしたが、本実施形態においてはランプの供給電力を減少させランプ４が安定点灯した後は再び最大ＯＮ幅設定を最大値Ｃに戻す。
【００３５】
これにより、ランプ４の供給電力を下げようとしているときのみ最大ＯＮ幅が変わることになる。本実施形態においても、ランプ４の寿命末期状態においても立ち消えが発生することなく、ランプ電力を減少させることができる。
【００３６】
（第５の実施形態）
図７は、本発明の第５の実施形態におけるランプ電圧の上昇に伴う各電圧信号の変化を示すタイムチャートである。電子バラストの回路構成は、図４に示したものと同じである。
【００３７】
ランプ４が寿命に達したことがランプ寿命判別回路２８によって判別されると、コンパレータ２６がＨ信号を出力する。これに応じて制御回路１５がランプ４の供給電力を減少させるが、急激に供給電力を減少させるのではなく、ランプ４のランプ電圧の上昇が小さくなるように、所定の時定数でランプ電力を減少させる。この実施形態においても、ランプの寿命末期に電力を減少させる場合において立ち消えを防止することができる。
【００３８】
なお、本実施形態において、第１から第４の実施形態のいずれか一つ又は複数を組み合わせて実施してもよい。
【００３９】
（第６の実施形態）
図８は、本発明の第６の実施形態に係る放電灯点灯装置である電子バラストの回路図である。図１４に示した回路図と同じ機能を有する構成要素には同じ番号を付している。本実施形態の回路構成では、ランプ電圧検出回路として抵抗２９及び３０が降圧チョッパ回路３の出力側に直列接続され、両抵抗２９，３０の接続点の電圧が制御回路１５に入力されている。
【００４０】
ランプ４が寿命に達したことがランプ寿命判別回路２８によって判別されると、コンパレータ２６がＨ信号を出力する。この信号を受けた制御回路１５はランプ４の供給電力を減少させる。ランプ電力が変化すると、ランプ４の電圧、再点弧電圧が上昇する。この電圧を抵抗２９及び３０で分圧した電圧が所定値以上になると、制御回路１５はランプ電力の減少度合いを小さくする。図９は、ランプ寿命判別回路２８のコンパレータ２６がＨ信号を出力した後のタイムチャートである。ランプ電圧が上昇している部分Ａは供給電力を減少させていきランプ電圧が上昇していく過程を示す。Ｂはランプ電圧が所定レベルに達したため供給電力の減少を抑えている部分であり、ランプ電圧が所定値以上上昇していないことを示す。Ｃの部分はランプ電圧が所定値以下になったため再び供給電力を下げて安定点灯に移行したことを示す。
【００４１】
すなわち、ランプ電力を減少させる場合においてランプ電圧の変化を監視しながら供給電力を絞るためランプ電圧、もしくは、再点弧電圧が点灯維持電圧とある所定値以上の電圧をもつことができるためランプ４の立ち消えを防止することができる。
【００４２】
以上、第１から第６の実施形態において、直流電源回路として昇圧チョッパ回路を用いた場合を説明したが、降圧チョッパ回路や昇降圧チョッパ回路を用いてもよい。また、点灯回路として降圧チョッパ回路と極性反転回路を接続した回路を用いたが、ハーフブリッジ回路、フルブリッジ回路で構成された点灯装置においても同様の効果が得られる。
【００４３】
更に、上記の各実施形態では、ランプ電圧が所定の電圧以上になれば寿命末期状態であると判別していたが、初期のランプ電圧を記憶しておき、ランプ電圧の上昇幅が所定値に達すれば寿命末期であると判別してもよい。こうすれば、初期におけるランプ電圧のばらつきを吸収して、精度の良い判別が可能となる。
【００４４】
なお、本発明は、上記の実施形態及び各図に示した具体的な回路例に限らず、種々の形態及び回路構成で実施することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の放電灯点灯装置によれば、直流電源回路部、インバータ回路部及びランプ寿命判別回路を備えた放電灯点灯装置において、ランプ電圧が上昇する寿命末期状態において出力が減少するようなランプの立ち消えを発生することなく、ランプの供給電力を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る放電灯点灯装置である電子バラストの回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるランプ電圧の上昇に伴う各電圧信号の変化を示すタイムチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態におけるランプ電圧の上昇に伴う各電圧信号の変化を示すタイムチャートである。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る放電灯点灯装置である電子バラストの回路図である。
【図５】第３の実施形態における電流検出値と制御信号との関係を示すタイムチャートである。
【図６】第３の実施形態における電流検出値と制御信号との関係を示すタイムチャートである。
【図７】本発明の第５の実施形態におけるランプ電圧の上昇に伴う各電圧信号の変化を示すタイムチャートである。
【図８】本発明の第６の実施形態に係る放電灯点灯装置である電子バラストの回路図である。
【図９】本発明の第６の実施形態におけるランプ寿命判別回路のコンパレータがＨ信号を出力した後のタイムチャートである。
【図１０】本発明の第１の実施形態における点灯維持電圧波形及びランプ電圧波形を示す図である。
【図１１】第３の実施形態における電流検出値と制御信号との関係を示すタイムチャートである。
【図１２】銅鉄安定器を用いた放電灯点灯回路を示す図である。
【図１３】電子バラストの概略構成を示すブロック図である。
【図１４】従来の電子バラストの具体的な回路例を示す図である。
【図１５】銅鉄安定器におけるランプ電圧波形と点灯維持電圧波形を示す図である。
【符号の説明】
５整流回路
２直流電源回路
４高圧放電灯
３点灯回路
２４，２５検出手段
２８寿命判別手段
１０，１５制御手段

Claims

整流回路を含む直流電源回路と、該直流電源回路の出力側に接続され、高圧放電灯を点灯させる少なくとも１つのスイッチング素子を有する点灯回路と、前記高圧放電灯のランプ電圧を検出する検出手段と、該検出手段の出力信号に基づいて前記高圧放電灯が寿命であると判別する寿命判別手段と、前記高圧放電灯が寿命であると判別されたときに前記高圧放電灯への供給電力を減少させる制御手段とを備えた放電灯点灯装置であって、前記制御手段は、前記高圧放電灯が寿命であると判別されたときに、前記直流電源回路の出力電圧を上昇させることにより、ランプ電圧を再点弧電圧よりも増加させた後に前記高圧放電灯の供給電力を減少させ、その後、高圧放電灯のランプが安定点灯した後は前記直流電源回路の出力電圧を下げることを特徴とする放電灯点灯装置。
前記制御手段は、前記高圧放電灯が寿命であると判別され、かつ、前記直流電源回路の出力電圧を上昇させたときに、高圧放電灯のランプの供給電力が所定の電力以上にならないように制御することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
前記点灯回路はスイッチング素子とインダクタを有し、前記スイッチング素子は高周波でオン・オフし、スイッチング周波数又はデューティ比を制御することにより前記高圧放電灯のランプに供給する電力を制御する制御回路を備え、インダクタに流れる電流を検出する検出手段を有し、検出手段によりスイッチング素子のオン・オフを制御し、前記スイッチング素子の最大オン幅を設定する設定値を有し、前記ランプが寿命であると前記寿命判別手段が判別したときに、前記制御手段が前記スイッチング素子の最大オン幅を広げたのち、ランプの供給電力を減少させることを特徴とする請求項１又は２記載の放電灯点灯装置。
前記高圧放電灯のランプが寿命であると前記寿命判別手段が判別したときに、前記制御手段が前記スイッチング素子の最大オン幅を広げた後に前記ランプへの供給電力を減少させ、前記ランプが安定点灯状態になった後に前記スイッチング素子の最大オン幅を小さくすることを特徴とする請求項３記載の放電灯点灯装置。
前記制御手段は、前記高圧放電灯の電圧が所定値以上にならないように前記高圧放電灯の供給電力を制御しながら、前記高圧放電灯の出力を所定の時定数で徐々に減少させていくことを特徴とする請求項３記載の放電灯点灯装置。