JP4069650B2

JP4069650B2 - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP4069650B2
Application number: JP2002078959A
Authority: JP
Inventors: 和弘西本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2022-03-20
Also published as: JP2003272885A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯の寿命末期などでの現象を検出して回路を保護する機能を備える放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６に従来の放電灯点灯装置の回路図を示す。この放電灯点灯装置は、直流電源Ｅの両端間に直列に接続される一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２より成るインバータ回路１と、カップリング用のコンデンサＣ０と、このコンデンサＣ０を介してスイッチング素子Ｑ２の両端に接続される負荷回路２とを備えている。この負荷回路２は、コンデンサＣ０と直列に接続される共振用のチョークコイルＬと、一対のフィラメントを有し、コンデンサＣ０およびチョークコイルＬを介してスイッチング素子Ｑ２の両端に接続される放電灯Ｌａと、この放電灯Ｌａの両フィラメントの非電源側に接続される共振およびフィラメント予熱電流通電用のコンデンサＣ２とを含んでいる。また、Ｃ１はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング損失低減、雑音低減等の目的でスイッチング素子Ｑ１もしくはＱ２と並列に接続されるコンデンサであり、ここではスイッチング素子Ｑ１と並列に接続している。そして、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオン／オフする制御回路６が設けられる。このように構成される放電灯点灯装置によれば、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン／オフと共振とにより、直流電源Ｅの電力が高周波電力に変換されて放電灯Ｌａに供給され、放電灯Ｌａの両フィラメントが予熱された後、放電灯Ｌａが始動して点灯に至る。
【０００３】
ところで、上記構成の放電灯点灯装置では、放電灯Ｌａとして蛍光灯が使用されるが、一般に蛍光灯の場合、寿命末期などでフィラメントの電子放出物質（エミッタという）が消耗して、片側のフィラメントだけ電子放出物質が消耗したいわゆる片側エミレスに起因して半波放電の現象が発生することがあり、また、両側のフィラメントの電子放出物質が消耗したいわゆる両側エミレスに起因して管電圧が上昇する現象が発生することがある。あるいは、放電灯のフィラメント断線によるいわゆる無負荷状態が発生することもある。
【０００４】
このため、上記放電灯点灯装置では、スイッチング素子Ｑ２と直列に抵抗Ｒ１を接続し、この抵抗Ｒ１でスイッチング素子Ｑ２に流れる電流を検出して、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ２，Ｒ３、コンデンサＣ５で構成される回路部でピーク電圧をホールドして、異常検知手段５に入力し、所定電圧以上になれば異常検知手段５から制御回路６に異常検知信号を出力し、インバータ回路１の出力を低減もしくは停止させて放電灯点灯装置を保護している。
【０００５】
以下、寿命末期状態及び無負荷状態におけるスイッチング電流検出部３の動作について説明する。図７は、ランプＬａのインピーダンスが変化したときの共振カーブ（コンデンサＣ２の電圧）を示したものであり、ランプＬａのインピーダンスが大きくなるにつれて共振カーブがａ→ｂ→ｃと変化し、動作ポイントが遅相から同相に近づく方向に変化する。図中、ｆｓはインバータ回路１の動作周波数、ｄは無負荷時の共振カーブである。
【０００６】
図８はスイッチング素子Ｑ２の両端電圧Ｖ_DSと、このスイッチング素子Ｑ２に流れるスイッチング電流Ｉ_Dの波形を示したものである。スイッチング電流Ｉ_Dが負方向に流れている期間Ｔｆは、共振回路によるフライホイル電流がＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチング素子Ｑ２の寄生ダイオード（逆並列ダイオード）を介して流れている。図８の（ａ），（ｂ），（ｃ）は図７の共振カーブａ，ｂ，ｃにそれぞれ対応しており、スイッチング電流Ｉ_Dは、ランプＬａのインピーダンスが大きくなるにつれて、フライホイル電流が少なくなるとともにスイッチング電流Ｉ_Dのピーク値が高くなる。
【０００７】
ここで、図８の（ｂ），（ｃ）に示すように、スイッチング電流Ｉ_Dが正方向に流れ始めるときに発生する急峻な電流は、図６におけるコンデンサＣ１の充電電流である。スイッチング素子Ｑ１がオンからオフに変化した時には共振電流の一部としてコンデンサＣ１の充電電流が流れて、Ｖ_DSの立ち下がりの傾きを滑らかにし、また、スイッチング素子Ｑ２がオンからオフに変化した時には共振電流の一部としてのコンデンサＣ１の放電電流が流れてＶ_DSの立ち上がりの傾きを滑らかにしている。この充放電電流は、フライホイル電流が流れる期間Ｔｆに充放電が完了しなければ、スイッチング素子Ｑ２がオンした時にスイッチング素子Ｑ２を介して急峻な充放電電流として流れる。つまり、フライホイル電流が減少するにつれてコンデンサＣ１に充電できる量が減少し、残りをスイッチング素子Ｑ２への順方向電流により満充電することになるので、フライホイル電流が減少するにつれてスイッチング素子Ｑ２へ流れる急峻な電流はピークが大きく、幅が広くなっていく。
【０００８】
寿命末期状態は、ランプＬａの等価インピーダンスが大きくなっていく現象であるため、図８の（ｂ），（ｃ）に示すように、共振電流のピーク値が増加するとともに、コンデンサＣ１からの急峻な電流もピークが大きく、幅が広くなっていく。無負荷状態では、図９に示すように、負荷への電流（共振電流）が無くなるため、コンデンサＣ１への充電電流を全てスイッチング素子Ｑ２を介して流すことになり、最もピークが大きく、幅の広い充電電流が流れる。このように、寿命末期状態又は無負荷状態になった場合に、スイッチング素子Ｑ２に流れる電流が増加することを検出するのが図６のスイッチング電流検出部３である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、放電灯のインピーダンスは周囲温度等によって変化するものであり、寿命末期状態においても正常状態とのインピーダンスの差が大きくならない場合が発生する。つまり、正常状態と寿命末期状態において、スイッチング素子Ｑ２に流れる電流の差が小さく、図６のスイッチング電流検出部３の構成では、寿命末期状態を正確に検出できないといった課題が発生する。
【００１０】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、放電灯の寿命末期の現象を簡単な構成で確実に検出して回路を保護する放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、上記の課題を解決するために、図１に示すように、直流電源Ｅと、この直流電源Ｅの両端間に直列に接続される一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２からなるインバータ回路１と、前記一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のいずれかと並列に接続される負荷回路２と、前記一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の少なくとも一方と並列に接続される第１のコンデンサＣ１と、前記一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のうち低電位側のスイッチング素子Ｑ２と前記直流電源Ｅのグランド間に直列に挿入された第１の抵抗Ｒ１と、前記インバータ回路１の出力を低減もしくは停止させる異常検知信号を出力する異常検知手段５とを備え、前記負荷回路２はインダクタＬと第２のコンデンサＣ２及び第２のコンデンサＣ２に並列接続される放電灯Ｌａとの共振回路からなり、前記第１の抵抗Ｒ１と並列に微分回路４を接続し、この微分回路４の出力が所定値以上となると前記異常検知手段５から異常検知信号を出力する放電灯点灯装置であって、前記異常検知手段５は所定値以下の入力で異常検知信号を出力し、図４に示すように、前記異常検知手段５は所定値以下の入力で異常検知信号を出力し、前記異常検知手段５には、第３のコンデンサＣ３に充電された平滑電圧が入力され、前記微分回路４の出力は第３のスイッチング素子Ｑ３の制御電極に入力され、前記微分回路４の出力が所定値以上となると前記第３のスイッチング素子Ｑ３により前記第３のコンデンサＣ３に充電された平滑電圧を放電させて前記異常検知手段５の入力を所定値以下とすることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２の発明によれば、図５に示すように、前記第３のスイッチング素子Ｑ３と前記第３のコンデンサＣ３の間に第２の抵抗Ｒ６が挿入され、前記第３のコンデンサＣ３と前記第２の抵抗Ｒ６で構成される時定数回路を有することを特徴とするものである。
請求項３の発明によれば、図５に示すように、前記微分回路４の出力が所定期間断続して所定値以上となると、前記異常検知手段５から異常検知信号を出力することを特徴とするものである。
以下の実施形態１，２では本発明の前提となる構成について説明し、実施形態３により請求項１の発明を説明し、実施形態４により請求項２，３の発明を説明する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１に第１の実施形態を示す。図１の回路はスイッチング電流検出部３の構成のみが図６の回路と異なり、他の構成は図６と同じである。この実施形態は、図１で示すように、スイッチング素子Ｑ２に流れる電流を検出する抵抗Ｒ１と並列にコンデンサＣ４と抵抗Ｒ４で構成される微分回路４を接続したところに特徴を有している。つまり、スイッチング素子Ｑ２に流れる電流は、寿命末期等になるとコンデンサＣ１の急峻な充放電電流が流れることに着目して、微分回路４を用いることにより確実に異常を検出できるようにしたものである。
【００１４】
図２は微分回路４の出力、つまりコンデンサＣ４と抵抗Ｒ４の接続点の電圧波形を示しており、図２（ａ），（ｂ）は図７及び図８の（ａ），（ｂ）にそれぞれ対応した波形である。微分回路４の出力は、まさにスイッチング素子Ｑ２の電流Ｉ_Dの波形を微分した波形となり、通常の共振電流が流れる（ａ）の場合の電圧値は低くなるが、コンデンサＣ１の充放電電流のような急峻な電流が流れる（ｂ）の場合の電圧値は高くなる。
【００１５】
つまり、スイッチング電流検出部３に微分回路４を設けることにより、コンデンサＣ１の充放電電流の確実な検出が可能になり、微分回路４の出力を異常検知手段５に入力して、所定電圧以上になれば異常検知手段５から制御回路６に異常検知信号を出力し、寿命末期又は無負荷の異常状態において、確実にインバータ回路１の出力を低減もしくは停止させて放電灯点灯装置を保護できるものである。
【００１６】
なお、制御回路６はスイッチング周波数を発振する発振器７と、発振器７の出力によりスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオン・オフさせるドライブ回路８と、異常検知信号の入力時に発振器７の出力を停止させる、もしくはスイッチング周波数を高くするように制御する出力制御部９とから構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、自励式のインバータ回路において異常検知信号を受けて一方のスイッチング素子を常にオフさせることにより出力を停止させるような構成であっても良い。
【００１７】
（実施形態２）
図３に第２の実施形態を示す。本実施形態は図１の実施形態で異常検知手段５にタイマー機能を持たせた例である。微分回路４は、電圧の変化に対して非常に敏感であるため、外来ノイズ等に対する考慮が重要となってくる。そこで、本実施形態では、異常検知手段５にインバータ回路１の発振周期に同期して連続した検出信号が入力された時に異常検知信号を出力するようにした例である。
【００１８】
以下詳細を説明する。微分回路４の出力はコンパレータ５１に入力され、所定電圧Ｖｒｅｆ以上であればコンパレータ５１の出力がＨｉｇｈとなり、Ｄ−フリップフロップ５２の入力にＨｉｇｈ信号が入力される。一方、遅延回路５３によりスイッチング素子Ｑ２へのドライブ回路８の出力を遅延させた信号の立ち上がりエッジが、Ｄ−フリップフロップ５２のクロック信号ＣＬＫとなる。遅延回路５３による遅延時間は３００ｎｓｅｃ程度とする。つまり、コンデンサＣ１の充電電流が流れるタイミングでクロック信号を与えている。そのため、寿命末期等にスイッチング素子Ｑ２にコンデンサＣ１の充電電流が流れると、Ｄ−フリップフロップ５２の出力はＨｉｇｈ出力となり、反転回路５４によりカウンター５５のストップ信号はＬｏｗとなる。カウンター５５へのクロック信号はＤ−フリップフロップ５２へのクロック信号と同じ信号であるので、Ｄ−フリップフロップ５２のＨｉｇｈ出力がカウンター５５で決定している所定周期継続すると、異常検知手段５の出力としてＨｉｇｈ信号を制御回路６に出力する。つまり、微分回路４の出力がカウンター５５で決定している所定周期の間、断続して所定電圧以上になると異常検知手段５の出力としてＨｉｇｈ信号が出力される。
【００１９】
以上のように、本実施形態では異常検知手段５にタイマー機能を持たせてあるため、外来ノイズ等による誤動作がなく、寿命末期又は無負荷といった異常状態において、確実にインバータ回路１の出力を低減もしくは停止させて放電灯点灯装置を保護できる。
【００２０】
（実施形態３）
図４に第３の実施形態を示す。本実施形態は、異常検知手段５の入力が所定電圧以下となると、制御回路６に異常検知信号を出力する例である。スイッチング素子Ｑ３の制御電極（ベース）には、コンデンサＣ４と抵抗Ｒ４よりなる微分回路の出力が入力されており、微分回路の出力がスイッチング素子Ｑ３のオン電圧以上になれば、スイッチング素子Ｑ３がオンする。一方、異常検知手段５の入力には電圧源Ｅ’から抵抗Ｒ５を介してコンデンサＣ３に充電された平滑電圧が入力されている。微分回路の出力がスイッチング素子Ｑ３のオン電圧以上になると、スイッチング素子Ｑ３がオンしてコンデンサＣ３の電荷を放電し、異常検知手段５の入力が所定値以下となって制御回路６に異常検知信号を出力する。なお、電圧源Ｅ’は例えば制御回路５の制御電源電圧Ｖｃｃ、あるいはスイッチング素子Ｑ２へのドライブ回路出力を利用すればよく、とにかく平均値として所定電圧より高い電圧を発生させるものであればよい。
【００２１】
（実施形態４）
図５に第４の実施形態を示す。本実施形態は、第３の実施形態のコンデンサＣ３とスイッチング素子Ｑ３の間に抵抗Ｒ６を追加したものであり、コンデンサＣ３と抵抗Ｒ６で放電の時定数回路を構成させたものである。つまり、スイッチング電流検出部３にタイマー機能を持たせて、外来ノイズ等による誤動作に対して影響を受けにくくした例である。コンデンサＣ４と抵抗Ｒ４よりなる微分回路の出力がスイッチング素子Ｑ３のオン電圧以上になると、スイッチング素子Ｑ３がオンしてコンデンサＣ３の電荷を放電する。この時、外来ノイズ等によって、単発的にスイッチング素子Ｑ３がオンする程度では、抵抗Ｒ６とコンデンサＣ３との時定数により、コンデンサＣ３の電圧がすぐには所定値以下とならない。
【００２２】
一方、寿命末期等により連続的にスイッチング素子Ｑ３がオン／オフを繰り返す場合、抵抗Ｒ５からの充電量に対して抵抗Ｒ６を介しての放電量を多くしておけば、コンデンサＣ３の電圧は低下していき、所定値以下とすることができる。
【００２３】
以上のように、スイッチング電流検出部３にタイマー機能を持たせてあるため、外来ノイズ等による誤動作がなく、寿命末期又は無負荷といった異常状態において、確実にインバータ回路１の出力を低減もしくは停止させて放電灯点灯装置を保護できる。また、実施形態２と同様に、異常検知手段５にもタイマー機能を持たせてやれば、更に耐ノイズ性能にすぐれた放電灯点灯装置が提供できる。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ハーフブリッジインバータ回路における一方のスイッチング素子に並列コンデンサを備え、この並列コンデンサをＬＣ共振回路と放電灯を含む負荷回路に流れる電流により充放電することによりスイッチング素子の電圧の急峻な変化を緩和してスイッチング損失や雑音を低減させた放電灯点灯装置において、寿命末期等にランプインピーダンスが大きくなったときに、前記並列コンデンサの充電電流がスイッチング素子を介して流れる現象を微分回路により検出して、インバータ回路の出力を低減もしくは停止させるようにしたものであるから、簡単な回路構成で確実に異常状態を検知して放電灯点灯装置を保護できる効果がある。また、請求項１〜３の発明によれば、微分回路の出力を蓄積して異常検知信号を得るようにしたので、単発的な外来ノイズによって誤動作することを防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の回路図である。
【図２】本発明の実施形態１の動作波形図である。
【図３】本発明の実施形態２の要部回路図である。
【図４】本発明の実施形態３の要部回路図である。
【図５】本発明の実施形態４の要部回路図である。
【図６】従来の放電灯点灯装置の回路図である。
【図７】従来例のスイッチング周波数と出力の関係を示す特性図である。
【図８】従来例のスイッチング素子の電圧及び電流を示す波形図である。
【図９】従来例の無負荷時のスイッチング素子の電圧及び電流を示す波形図である。
【符号の説明】
１インバータ回路
２負荷回路
３スイッチング電流検出部
４微分回路
５異常検知手段
６制御回路

Claims

直流電源と、この直流電源の両端間に直列に接続される一対のスイッチング素子からなるインバータ回路と、前記一対のスイッチング素子のいずれかと並列に接続される負荷回路と、前記一対のスイッチング素子の少なくとも一方と並列に接続される第１のコンデンサと、前記一対のスイッチング素子のうち低電位側のスイッチング素子と前記直流電源のグランド間に直列に挿入された第１の抵抗と、前記インバータ回路の出力を低減もしくは停止させる異常検知信号を出力する異常検知手段とを備え、前記負荷回路はインダクタと第２のコンデンサ及び第２のコンデンサに並列接続される放電灯との共振回路からなり、前記第１の抵抗と並列に微分回路を接続し、この微分回路の出力が所定値以上となると前記異常検知手段から異常検知信号を出力する放電灯点灯装置であって、前記異常検知手段は所定値以下の入力で異常検知信号を出力し、前記異常検知手段には第３のコンデンサに充電された平滑電圧が入力され、前記微分回路の出力は第３のスイッチング素子の制御電極に入力され、前記微分回路の出力が所定値以上となると前記第３のスイッチング素子により前記第３のコンデンサに充電された平滑電圧を放電させて前記異常検知手段の入力を所定値以下とすることを特徴とする放電灯点灯装置。
前記第３のスイッチング素子と前記第３のコンデンサの間に第２の抵抗が挿入され、前記第３のコンデンサと前記第２の抵抗で構成される時定数回路を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。
前記微分回路の出力が所定期間断続して所定値以上となると、前記異常検知手段から異常検知信号を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の放電灯点灯装置。