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技術 放電灯始動回路および放電灯点灯装置

出願人 TDKラムダ株式会社
発明者 堀川工大平昌彦笹山輝久郎
出願日 2010年6月1日 (10年6ヶ月経過) 出願番号 2010-126301
公開日 2011年12月15日 (9年0ヶ月経過) 公開番号 2011-253689
状態 特許登録済
技術分野 放電ランプ高周波または変換器直流点灯回路 放電灯の点灯回路一般(3)
主要キーワード パルス駆動信号 部品ばらつき 加極性 ドット側端子 トリガパルス 蓄積エネルギー 充電信号 挿入接続
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年12月15日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

放電灯に対して最適な始動波形を、ごく簡単な回路構成で連続的に印加することができるようにする。

解決手段

始動時にインバータ11からの高周波交流電力を受けて、負荷である放電灯16が始動し得るような出力電圧Voutを、この放電灯16に出力する始動回路12を、インバータ11の出力端に接続する。始動回路12は、インバータ11の出力端にそれぞれ接続され、放電灯16と直列に接続する2つの巻線31,32と、当該各巻線31,32の入力側の極性に対して出力側の極性がそれぞれ逆になるように、互いに交差して接続する2つのコンデンサ41,42と、により構成される。

概要

背景

近年、放電灯としてのランプ技術の進歩により、始動時にランプを点灯に至らしめる始動電圧が小さくなっている。これに伴い、放電灯始動回路を含む放電灯点灯装置において、放電灯が必要とする始動時の波形も変化してきている。

旧来の放電灯は、始動時に15kV前後の高電圧を必要とし、放電灯点灯装置もこれに合せて設計する必要があったが、放電灯内部にクリプトンなどを封入することにより、始動に必要な電圧が3kV〜5kV前後に下がってきている。また、新たなニーズとして、1kV〜2kV前後のパルス電圧を連続的に発生する放電灯点灯装置も要求されている。

こうした放電灯の始動電圧低下に伴い、点灯装置の側は従来の高周波始動方式を応用,発展させる形でその要求を実現している。これは具体的には、例えば特許文献1のように、従来の回路方式は変えずに、始動時におけるインバータ周波数を逐次変化させて、共振周波数部品ばらつきに合せ込んで一時的に所望のパルス電圧を得るものや、他に新たな回路を付加してその実現を図るものなどである。

概要

放電灯に対して最適な始動波形を、ごく簡単な回路構成で連続的に印加することができるようにする。始動時にインバータ11からの高周波の交流電力を受けて、負荷である放電灯16が始動し得るような出力電圧Voutを、この放電灯16に出力する始動回路12を、インバータ11の出力端に接続する。始動回路12は、インバータ11の出力端にそれぞれ接続され、放電灯16と直列に接続する2つの巻線31,32と、当該各巻線31,32の入力側の極性に対して出力側の極性がそれぞれ逆になるように、互いに交差して接続する2つのコンデンサ41,42と、により構成される。

目的

本発明は、放電灯の始動時において、その放電灯に対し最適な始動波形をごく簡単な回路構成で提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

交流電力を出力する出力回路に接続され、この出力回路からの交流電力を受けて、放電灯始動し得る出力電圧を当該放電灯に出力する放電灯始動回路であって、前記出力回路の出力端にそれぞれ接続され、前記放電灯と直列に接続する2つの巻線と、前記2つの巻線の入力側の極性に対して出力側の極性が逆になるように接続する少なくとも2つのコンデンサと、により構成されることを特徴とする放電灯始動回路。

請求項2

交流電力を出力する出力回路と、この出力回路からの交流電力を受けて、放電灯が始動し得る出力電圧を当該放電灯に出力する放電灯始動回路とを備え、前記放電灯始動回路は、前記出力回路の出力端にそれぞれ接続され、前記放電灯と直列に接続する2つの巻線と、前記2つの巻線の入力側の極性に対して出力側の極性が逆になるように接続する少なくとも2つのコンデンサと、により構成されることを特徴とする放電灯点灯装置

技術分野

0001

本発明は、放電灯始動時において、その放電灯に対し最適な始動波形をごく簡単な回路構成で提供することができる放電灯始動回路および放電灯点灯装置に関する。

背景技術

0002

近年、放電灯としてのランプ技術の進歩により、始動時にランプを点灯に至らしめる始動電圧が小さくなっている。これに伴い、放電灯始動回路を含む放電灯点灯装置において、放電灯が必要とする始動時の波形も変化してきている。

0003

旧来の放電灯は、始動時に15kV前後の高電圧を必要とし、放電灯点灯装置もこれに合せて設計する必要があったが、放電灯内部にクリプトンなどを封入することにより、始動に必要な電圧が3kV〜5kV前後に下がってきている。また、新たなニーズとして、1kV〜2kV前後のパルス電圧を連続的に発生する放電灯点灯装置も要求されている。

0004

こうした放電灯の始動電圧低下に伴い、点灯装置の側は従来の高周波始動方式を応用,発展させる形でその要求を実現している。これは具体的には、例えば特許文献1のように、従来の回路方式は変えずに、始動時におけるインバータ周波数を逐次変化させて、共振周波数部品ばらつきに合せ込んで一時的に所望のパルス電圧を得るものや、他に新たな回路を付加してその実現を図るものなどである。

先行技術

0005

特表2006−513539号公報

発明が解決しようとする課題

0006

上記特許文献1などに提案する技術は、何れの場合も放電灯に対応した所望のパルス電圧を得ることができるものの、連続的に所望の電圧は得られない。また、70kHz〜200kHz程度の高い周波数でインバータを動作させ、且つ高い電圧を発生させるため、部品バラつきに起因した共振周波数のバラつきを考慮すると、安全面での懸念がある。さらに、新たな回路を付加する場合には、その分価格が高くなる問題点がある。

0007

そこで本発明は上記問題点に鑑み、放電灯に対して最適な始動波形を、ごく簡単な回路構成で連続的に印加することができる放電灯始動回路および放電灯点灯装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

本発明の放電灯始動回路は、上記目的を達成するために、交流電力を出力する出力回路に接続され、この出力回路からの交流電力を受けて、放電灯が始動し得る出力電圧を当該放電灯に出力する放電灯始動回路であって、前記出力回路の出力端にそれぞれ接続され、前記放電灯と直列に接続する2つの巻線と、前記2つの巻線の入力側の極性に対して出力側の極性が逆になるように接続する少なくとも2つのコンデンサと、により構成される。

0009

また、本発明の放電灯点灯装置は、交流電力を出力する出力回路と、この出力回路からの交流電力を受けて、放電灯が始動し得る出力電圧を当該放電灯に出力する放電灯始動回路とを備え、前記放電灯始動回路は、前記出力回路の出力端にそれぞれ接続され、前記放電灯と直列に接続する2つの巻線と、前記2つの巻線の入力側の極性に対して出力側の極性が逆になるように接続する少なくとも2つのコンデンサと、により構成される。

発明の効果

0010

本発明によれば、出力回路から放電灯始動回路に与えられる交流電力の極性が反転した瞬間に、コンデンサはそれまでの充電電圧を維持しようとするので、出力回路からの交流電圧にコンデンサ自身の持つ充電電圧がそれぞれ加算され、その交流電圧の3倍の出力電圧を放電灯に瞬間的に印加することができる。また、出力回路から交流電力を所定時間与え続けることで、放電灯が点灯し得るような出力電圧を連続的に放電灯始動回路から発生させることができ、放電灯の点灯性能が向上する。したがって、従来のような充放電回路を不要にし、しかも僅か2個のコンデンサを付加したごく簡単な回路構成で、放電灯に対して最適な始動波形を連続的に印加することができる。

図面の簡単な説明

0011

本発明の一実施例における放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。
同上、始動時における動作を説明する等価的な回路図である。
同上、始動時における動作を説明する等価的な回路図である。
同上、始動時における動作を説明する等価的な回路図である。
同上、始動時における動作を説明する等価的な回路図である。
従来例における放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。

実施例

0012

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例について説明する。

0013

図1は、本実施例における放電灯点灯装置の回路構成を示している。同図において、11は直流電力を交流電力に変換して出力する出力回路としてのインバータ、12はこのインバータの出力端に接続する始動回路であり、始動回路12ひいては放電灯点灯装置の出力端子14,15間には、負荷としての放電灯16が接続される。インバータ11は、例えばフルブリッジ接続された4つのスイッチング素子21〜24を備えて構成され、これらのスイッチング素子21〜24に対して各々パルス駆動信号を与えることで、入力端子26,27からインバータ11に印加入力される直流入力電圧Vinを、例えば400V程度の交流電圧Vacに変換して、始動回路12に出力するようになっている。なお、スイッチング素子21〜24として、MOS型FETの他にIGBTなどの各種半導体素子を使用することができる。

0014

始動回路12は、前記インバータ11からの交流電圧Vacを受けて、放電灯16が始動し得る高電圧を、出力電圧Voutとして出力端子14,15間に生成出力するもので、ここでは2つのほぼ均等な第1の巻線31と第2の巻線32を、共通の磁心33に巻回してなる加極性トランス34と、第1のコンデンサ41と、第2のコンデンサ42とにより構成される。第1の巻線31は、インバータ11の一方の出力端から出力端子14に至る第1の極性ライン44に挿入接続され、第2の巻線32は、インバータ11の他方の出力端から出力端子15に至る第2の極性ライン45に挿入接続される。また、2つのコンデンサ41,42は、始動回路12ひいては巻線31,32の入力側の極性に対して出力側の極性が逆になるように、加極性トランス34を跨いで交差して接続される。すなわち、始動回路12の入力側で、インバータ11の一方の出力端に巻線31の非ドット側端子とコンデンサ42の一端が接続され、インバータ11の他方の出力端に巻線32のドット側端子とコンデンサ41の一端が接続されると共に、始動回路12の出力側で、出力端子14に巻線31のドット側端子とコンデンサ41の他端が接続され、出力端子15に巻線32の非ドット側端子とコンデンサ42の他端が接続される。

0015

図1では、始動回路12に1つの加極性トランス34を備えているが、巻線31,32をあえて共通の磁心33に巻回する必要はない。例えば、巻線31,32を各々独立した素子インダクタとして構成することも可能である。この場合も、2つのコンデンサ41,42は、始動回路12の入力側の極性に対して出力側の極性が逆になるように、互いに交差して接続する。また、コンデンサ41,42の容量は何れも10pF〜10000pFで、放電灯16が点灯し、インバータ11からの交流電圧Vacの周波数が起動時よりも低下した定常時には、無視できる程度の小さな容量値選定する。

0016

次に、上記構成について、その動作を図2図5の各図に基づき説明する。

0017

放電灯16の始動時において、図示しない制御回路からスイッチング素子21〜24に定常時よりも高周波のパルス駆動信号が与えられると、対をなすスイッチング素子21,24とスイッチング素子22,23が交互にオンオフして、インバータ11の出力端に正負交互に切り替わる矩形波状の交流電圧Vacが発生する。

0018

ここで図2に示すように、始動直後初期状態において、インバータ11の他方の出力端を基準として、インバータ11の一方の出力端に+Vの電圧が発生したとする。放電灯16が点灯するまでは、その放電灯16を開放状態と見なすことができ、また巻線31,32は、インバータ11からの交流電圧Vacの極性が切り替わった直後に開放状態となるものの、その後は短絡状態となるので、第1のコンデンサ41は、第2の極性ライン45に接続する一端を基準として、第1の極性ライン44に接続する他端に+Vの電圧が充電され、また第2のコンデンサ42は、第2の極性ライン45に接続する他端を基準として、第1の極性ライン44に接続する一端に+Vの電圧が充電される。このとき、出力端子14,15間には、第2の極性ライン45に接続する一方の出力端子15を基準として、もう一方の出力端子14に+Vの出力電圧Voutが発生する。

0019

やがて、インバータ11からの交流電圧Vacの極性を反転させると、図3に示すように、インバータ11の一方の出力端を基準として、インバータ11の他方の出力端に+Vの電圧が発生するようになる。コンデンサ41,42は短時間の過渡的な条件下において、自身の持つ電位差を維持しようとするので、始動回路12の入力段、すなわちインバータ11の出力側において、交流電圧Vacの極性が反転した瞬間は、それぞれのコンデンサ41,42が維持する電圧+Vにより、インバータ11から出力される交流電圧Vacに各コンデンサ41,42自身が持つそれぞれの電圧+Vがバイアスされる。つまり瞬間的には、コンデンサ41の他端に接続する出力端子14に+2Vの電圧が発生し、コンデンサ42の他端に接続する出力端子15に−Vの電圧が発生するので、出力端子14,15間から放電灯16に対して、交流電圧Vacの3倍の出力電圧Vout(=+3V)が印加されることになる。

0020

その後、2つの巻線31,32とこれに付加した2つのコンデンサ41,42との間で、共振によるエネルギー交換が行なわれ、出力端子14,15間に発生する出力電圧Voutは、一定の周波数を持って振動しながら減衰してゆく。そして、最終的には図4に示すように、第1のコンデンサ41は、第1の極性ライン44に接続する他端を基準として、第2の極性ライン45に接続する一端に+Vの電圧が充電され、また第2のコンデンサ42は、第1の極性ライン44に接続する一端を基準として、第2の極性ライン45に接続する他端に+Vの電圧が充電される。

0021

やがて、インバータ11からの交流電圧Vacの極性を再び反転させると、図5に示すように、インバータ11の他方の出力端を基準として、インバータ11の一方の出力端に+Vの電圧が発生するようになる。ここでも、交流電圧Vacの極性が反転した瞬間に、それぞれのコンデンサ41,42が維持する電圧+Vにより、インバータ11から出力される交流電圧Vacに各コンデンサ41,42自身が持つそれぞれの電圧+Vがバイアスされるので、コンデンサ41の他端に接続する出力端子14に−Vの電圧が発生し、コンデンサ42の他端に接続する出力端子15に+2Vの電圧が発生する。したがって、図3の場合とは極性が反転するものの、やはり出力端子14,15間から放電灯16に対して、交流電圧Vacの3倍の出力電圧Vout(=+3V)が印加される。

0022

その後、2つの巻線31,32とこれに付加した2つのコンデンサ41,42との間で、共振によるエネルギーの交換が行なわれ、出力端子14,15間に発生する出力電圧Voutは、一定の周波数を持って振動しながら減衰してゆく。そして、最終的には図2に示すように、第1のコンデンサ41は、第2の極性ライン45に接続する一端を基準として、第1の極性ライン44に接続する他端に+Vの電圧が充電され、また第2のコンデンサ42は、第2の極性ライン45に接続する他端を基準として、第1の極性ライン44に接続する一端に+Vの電圧が充電される。

0023

以後は、上述した図2図5に至る各動作が繰り返され、インバータ11から高周波の交流電圧Vacが出力され続ける限り、放電灯16の点灯に必要な高い電圧を連続して出力することができる。一例として、始動時におけるインバータ11からの交流電圧Vacが400Vである場合、放電灯16の両端間にはその3倍、すなわち1.2kVの出力電圧Voutが印加されることになり、始動電圧が1kV程度の放電灯16であれば、その放電灯16を十分に放電開始させることが可能になる。

0024

こうして放電灯16が放電開始すると、定常状態移行して各スイッチング素子21〜24に与えられるパルス駆動信号の周波数が低下し、インバータ11からはそれまでよりも周波数の低い交流電圧Vacが発生する。定常時において、始動回路12は回路上無視できるものとなり、インバータ11からの交流電圧Vacが、ほぼそのまま出力端子14,15を通して放電灯16の両端間に供給され、当該放電灯16の点灯が継続する。

0025

図6は、比較として従来の始動回路12’を含む放電灯点灯装置の一例を示したものである。ここでは、始動回路12’の入力側において、巻線31,32と直列回路を形成するようにコンデンサ51が接続される。また、加極性トランス34と電磁気的に結合する始動巻線52を含む充放電回路53が、始動回路12’としてさらに付加される。充放電回路53は、前記始動巻線52の他に、抵抗54と、トリガ用のコンデンサ55と、サイリスタ若しくはMOS型FETなどのスイッチ素子56とにより構成され、放電灯16の始動時において、スイッチ素子56をオフした状態で外部から充電信号CHGが与えられると、抵抗54を通してコンデンサ55を充電し、その後にスイッチ素子56をオンして始動巻線52とコンデンサ55とによる閉回路を形成すると、コンデンサ55の蓄積エネルギーを利用して始動巻線52にトリガパルスを印加し、コンデンサ51によって放電灯16の両端間に直列的に接続した巻線31,32に電圧を誘起して、放電灯16に所望の出力電圧Voutを供給するようになっている。

0026

ここで、図1図6の回路を比較すると、本実施例の始動回路12は、加極性トランス34またはインダクタンスを構成する2つの巻線31,32と、その巻線31,32に交差するように2つのコンデンサ41,42を備えていればよく、従来の充放電回路53に相当する構成は全く不要となる。また、始動時において各スイッチング素子21〜24を高周波にスイッチング動作させ、インバータ11から所定の交流電圧Vacを一定時間与え続ければ、放電灯16に対して必要とされる電圧を連続的に出力することができ、放電灯16の点灯性能の上昇を見込むことが可能になる。

0027

以上のように、本実施例におけるインバータ11に接続する放電灯始動回路としての始動回路12は、始動時にインバータ11からの高周波の交流電力を受けて、負荷である放電灯16が始動し得るような出力電圧Voutを、この放電灯16に出力するものであって、特にここではインバータ11の出力端にそれぞれ接続され、放電灯16と直列に接続する2つの巻線31,32と、当該各巻線31,32の入力側の極性に対して出力側の極性がそれぞれ逆になるように、互いに交差して接続する2つのコンデンサ41,42と、により構成される。また、インバータ11と始動回路12とを含めた放電灯点灯装置に関しても、同様の構成を有する。

0028

このようにすると、インバータ11から始動回路12に与えられる交流電力の極性が反転した瞬間に、始動回路12を構成するコンデンサ41,42はそれまでの充電電圧を維持しようとするので、インバータ11からの交流電圧Vacにコンデンサ41,42自身の持つ充電電圧+Vがそれぞれ加算され、交流電圧Vacの3倍の出力電圧Voutを放電灯16に瞬間的に印加することができる。また、インバータ11から前記交流電力Vacを所定時間与え続けることで、放電灯16が点灯し得るような出力電圧Vacを連続的に始動回路12から発生させることができ、放電灯16の点灯性能が向上する。したがって、従来のような充放電回路53を不要にし、しかも僅か2個のコンデンサ41,42を付加したごく簡単な回路構成で、放電灯16に対して最適な始動波形を連続的に印加することができる。

0029

なお本発明は、本実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば出力回路としてのインバータ11は、実施例中のような4個のスイッチング素子21〜24をブリッジ接続したフルブリッジ構成のものに限定されない。また前述のように、巻線31,32は共通の磁心33に巻回して1つの加極性トランス34を構成するものでも、または別々な磁心に巻回して2つのインダクタを構成するものでも、同様の効果が得られる。また、2つのコンデンサ41,42は、所望の容量を得られれば良く、例えばコンデンサ41を2つ、コンデンサ42を2つ用いても構わない。

0030

11インバータ(出力回路)
12始動回路(放電灯始動回路)
16放電灯
31,32巻線
41,42 コンデンサ

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