JPS6256639B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は放電灯定入力調光装置に関する。

従来、HIDランプの点灯方式として、第１図に
示す位相制御方式が広く知られている。この方式
はHIDランプＬと直列接続された交流制御素子及
び限流インダクタンスで、ランプ電流の限流機能
を果たすことから、限流インダクタンスのＶ・Ａ
容量を小さくできるメリツトがある。又、交流制
御素子の導通位相を従来は第１図に示すランプ両
端電圧を検出する方法で定めていた。しかし、こ
の方法であると、施工上、制御部contがランプＬ
と近接する必要があり、しかも、高圧ナトリウム
灯の始動時のキツク電圧より制御部を保護するブ
ロツク回路が必要であつた。このことは、制御部
contがHIDランプＬより受ける伝導熱及び高圧パ
ルスで、品質劣化の原因となり、しかも構成部品
点数が多く、コストアプ形状が大となる欠点があ
つた。交流制御素子の導通位相を決定する他の方
法として、ランプ電流を検出する方法があるが、
この方法ではランプと直列に検出要素を接続し、
しかも制御部との絶縁を施す必要があるなど、や
はりコストアツプ、形状が大となる欠点がある。

一方、システム化、高級化といつた時代の要請
から、点灯装置もデイジタル信号で、点灯状態を
制御し得る機能が必要となつた。これはつまり点
滅・調光パターン制御あるいはスケジユーリング
等のコンピユータによるシステム制御が、省エネ
ルギーの面からも要請され、又IC、LSI技術の著
しい進歩により、マイコンが安価に手に入る様に
なつてきたからである。この様な背景から、デイ
ジタル制御に適した点灯制御方式が考えられてお
り、その１つにランプ電流位相を検出して、その
検出信号により、交流制御素子の導通位相を制御
する方式（以後この方式を位相検知方式と呼称す
る）がある。

本発明は放電灯のランプ電流位相に応じて、放
電灯に直列に接続された、交流制御素子の導通位
相を定める位相制御方式の点灯装置で、ランプ電
圧の高いランプに対しても立消えせず、安定に調
光し、かつ調光比を容易に変更できる放電灯定入
力調光点灯装置を提供するにある。

前述した位相検知方式の主回路を第２図に示
す。第２図において１はHIDランプ、２は制御
部、３は主チヨーク、４は交流制御素子、５は副
チヨークを示す。第２図からも分る様に、制御部
２は交流制御素子４の両端電圧及び電源電圧を入
力し、ランプ電流位相を検出している。この検出
する方法の一例として第２図の制御部内端子イ，
ロ間に、絶縁された二次巻線を有したトランスを
接続し、その二次巻線の両端電圧を検出する方法
でよい。この様にすると、ランプ電流がゼロクロ
スすれば、交流制御素子の自己オフ機能で、オフ
し、前記トランスの一次側両端にランプ電流より
90゜進んだ進相電圧が発生し、この電圧は絶縁さ
れた二次巻線へ誘起されることから、ランプ電流
のゼロクロス位相は、二次巻線の両端電圧の立上
り位相となる。そして基準位相を電源電圧のゼロ
クロス位相とすれば、制御部は電源半サイクル毎
に、ランプ電流位相を検出できることになる。

第３図は、定入力始動（入力電流がランプ始動
過程において定格時の入力電流以下）制御に必要
な位相検知方式の基本原理図である。イは始動直
後、ロは定格時で、ｅは電源電圧波形、ｉはラン
プ電流を示す。HIDランプはランプが始動した直
後、ランプ内の等価コンダクタンスが、定格時に
比べ非常に大きい為、ランプ電流が大きく流れよ
うとする。従つて、このランプ電流を定入力始動
に必要な値までしぼると、ランプ電流のゼロクロ
ス位相Ｔ（ここでは交流制御素子のオフ位相）
と、交流制御素子のオフ期間△Ｔは始動直後と定
格時と大きく異なることがわかる。HIDランプの
始動過程の全過程で、このＴと△Ｔの関係を図示
したものが、第４図である。逆にいえば、第４図
を満たす制御を行えば、定入力始動が得られるわ
けである。つまり、ランプ電流位相Ｔに応じて、
交流制御素子のオフ期間△Ｔを第４図の関係をみ
たす様に制御しているわけである。

この様な制御を行う定入力点灯装置において、
調光状態へ制御する方法を考える。調光へ切換え
るには交流制御素子の導通位相θ（＝Ｔ＋△Ｔ）
を定格時のそれより適当に遅らせる必要がある。
その後希望する調光比に相当する位相関係Ｔと△
Ｔを満たす様に制御して安定な調光状態を得るこ
とが可能となる。

本発明は、ランプ電流位相（Ｔ）に応じて交流
制御素子のオフ期間△Ｔを決定する位相制御によ
る定入力点灯装置に対して、調光機能を付加する
ことを特徴としている。

調光制御には２つの大きな課題がある。それは
第１に切換時にランプが立消えしないことであ
り、第２には希望する調光比の調光状態へ制御す
ることである。そこで第１の切換え時のランプ立
消えしない点について考察してみる。まず切換時
のＴと△Ｔの関係について調べると、第５図とな
ることが分る。○ロ点が定格時の関係とすれば、こ
の点から導通位相θ（＝Ｔ＋△Ｔ）を増減すると
○ロ−○ハの直線上もしくは延長線上（第５図の破線
上）を切換時のＴと△Ｔの関係がとるということ
である。調べる方法として、第６図の回路で定格
時より瞬時に交流制御素子の導通位相θを切換
え、その１秒後の交流制御素子両端電圧（Ｖ_TR
ｃ）を測定し、Ｖ_TRcの立上り位相をＴとしその
ＴよりＶ_TRcの立下り位相までの期間を△Ｔとし
てシンクロスコープを用い測定した。回路定数は
ランプが水銀灯400W（ランプ電圧149V）主チヨ
ークのインピーダンス電圧80V／3.3A、副チヨー
クのインピーダンス電圧68V／0.375A、電源電圧
200Vであり、水銀灯400Wの定格出力は第５図○ロ
において400Wである。

調光切換時位相の関係Ｔと△Ｔが、第５図破線
上をみたすが△Ｔが大きくなりすぎるとランプ電
流が絞られすぎ、ランプ電圧の再点弧部分が大き
くなり、ランプが立消えすることになり、△Ｔを
あまり大きく切換えることはできない。

以上の理由により調光制御条件は、切換点がた
とえば○ハであれば、○ハをみたす必要のあることは
明らかである。

次に第２の課題である狙つた調光比への制御に
ついて、その制御条件を説明する。第６図におい
て定格時より十分時間をかけて徐々に導通位相θ
を遅らせて、調光比60％までの各安定状態の位相
関係Ｔと△Ｔを前述の方法で測定すると第５図の
鎖線で示す線上となることがわかつた。このこと
から今、60％調光比の調光状態へ制御するには、
最終的に○ニ点をみたす様な位相制御を行う必要の
あることを示している。

以上の２つの位相制御条件、つまり調光切換時
の位相関係（第５図の破線）及び調光安定時の位
相関係（第５図の鎖線）を調光制御条件が満たす
必要がある。

従つて本発明の調光制御条件は○ハをみたし、し
かも調光比により鎖線の一点を通るＴと△Ｔの関
数を規定するものである。たとえば今かりに70％
調光比へ調光制御する場合は、○ハと○ホを単純に直
線で結んだ関数を制御条件として、○イと○ロを結ぶ
直線の定入力制御条件より切換えればよい。60％
調光比としたい時は○ハと○ニを結ぶ直線を制御条件
に選べばよい。

実施例 ○ハと○ニを結ぶ直線を制御条件にした定入力調光
制御方法について第７図、第８図で説明する。第
１クロツク及び第２クロツクの周期はそれぞれＴ
及び△Ｔの制御し得る最小位相角単位である。電
源投入後より、ランプが始動過程にある間、定入
力条件が実現される。この動作は調光用SWがオ
フしていると、トランジスタQ₁を介してINV出力
に“Ｌ”出力が出る。その結果定入力条件用の初
期値、加算カウンタ開始位相（T₀）、第１クロツ
クの周期を選ぶ。

電源ゼロクロス位相より、位相角T₀遅れて、
加算カウンタは△TOに相当する第２クロツクの
デイジタル値を初期値セツトして第１クロツクを
カウント開始する。ランプ電流のゼロクロス位相
が検出されると遅延回路は加算カウンタの内容を
ラツチ（保持）する。そして次の電源ゼロクロス
位相より位相角T₀遅れた位相で、加算カウンタ
は初期値セツトしてカウント開始すると同時に、
減算カウンタは遅延回路でラツチされていたカウ
ンタ内容を初期値セツトし、ランプ電流のゼロク
ロス位相迄セツトしつづける。つまり減算カウン
タの初期値は、前の半サイクルのランプ電流位相
Ｔに相当する値である。そこでランプ電流のゼロ
クロス位相で減算カウンタは第２クロツクを減算
開始し、減算カウンタ内容がゼロとなつた位相
で、トリガパルスを発生する。この様にして定入
力条件ａは実現され、ランプは定格点灯に至る。

つづいて任意の時刻で、調光用SWが閉じると
Q₀がオンし、INV出力は反転し、“Ｌ”より
“Ｈ”に変わる。この結果、調光条件用の初期値
加算カウンタ開始位相（T₁）第１クロツクの周期
が選ばれる。この時Ｔと△Ｔは○ハに移り調光切換
えが完了する。その後、始動過程とは逆にランプ
電圧減少過程に入り、ランプ電流が増加しようと
し、ランプ電流位相が遅れ傾向になり、○ニ点へ向
つて制御されることになる。そして○ニ点で安定し
狙う調光比が得られることになる。

今度は逆に調光用SWが開くと、制御条件がｂ
からａに変わり、点灯状態は容易に定格点灯を得
ることができる。

第２図に示した位相検知方式は、第７図の様な
モデルで表わすと明らかな様に、二線制御が可能
であり、従来にないHIDランプの二線調光が可能
となる。しかも位相検知方式で有利となるデイジ
タル制御を行えば、デイジタルシステム又はマイ
コンシステムと結合が可能であり、調光パターン
制御も容易に行え、HID照明にも大きな省電力効
果をもたらすことができる。

又調光制御においては、第５図の説明でも明ら
かな様に調光比の選択は制御線の傾きあるいは切
換時の位相関係で決まることから、調光比は容易
に変更でき多段調光あるいは連続調光できる効果
も有している。前記の点灯装置において調光制御
が可能となつた。しかし、単一レベルの調光だけ
ではその場に応じた明るさ、演色性を得ることに
対しては、まだ欠点がある。つまり最近高圧ナト
リウム灯と、マルチハロゲン灯といつた異なつた
種類のランプを２灯点灯し、高効率で、高演色な
照明が要求されている。この場合互いのランプの
調光比を加減することで、任意の演色性が得られ
る利点がある。従つて調光レベルも単一ではな
く、複数レベルの調光が望まれ次の実施例はこの
多段調光を得る手段について行われた。第１０図
は被複数の調光条件を行う場合の説明図である。

第５図より調光制御条件の傾きを同一とした時
調光比80％、70％、60％の調光条件は第１０図の
それぞれｂ，ｃ，ｄの様になることは明らかであ
る。このための実施例を第１１図に示す。

スイツチS₁，S₂，S₃は各々60％、70％、80％調
光用スイツチであり、オンの時調光に入る。又ス
イツチS₁，S₂，S₃はいづれかオンの時は、他のス
イツチは全てオフとなる様にしておく。今、スイ
ツチS₁だけオンとなつたとすると、トランジスタ
Q₁だけがオンし、インバータINV１の出力は
“Ｈ”となる。従つて初期値回路内の値は
01101110（16進数で6E）となる。S₁がオフの
時、つまり定格点灯状態ではこの値は01001110
（16進数で4E）だから急に初期値が大きくなる。
この事は△T₀が△T₃に増加することとなる。
又、スイツチS₁，S₂，S₃の出力はOR回路にそれ
ぞれ入力されており、スイツチのオンを監視し、
いづれかのスイツチが、オンした時（つまり調光
切換が生じた時）、第１クロツクの周期を調光用
に切換える。これはいづれのスイツチが入つても
同じ周期に切りかわる。従つて調光条件ｂ，ｃ，
ｄは傾きが同一であり、定入力条件とは異なる様
になつている。この傾きは特に定入力条件と変え
る必要はないが、傾きを大きくした方が、調光切
換え時の立消えを防ぐ効果が大きい。

この実施例によれば調光比を初期値の設定で容
易に変更でき、多段調光が可能となつた。このこ
とから、高圧ナトリウム灯、マルチハロゲン灯と
いつた異種ランプでの混合比を任意に設定でき、
HID照明の屋内照明への展開が容易となる。

又デイジタル値で、調光比を設定できることか
らマイコン制御にも適しており、今後のシステム
商品の中枢となりうる可能性がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の位相制御方式、第２図は本発明
の位相検知方式の主回路、第３図イ，ロは定入力
始動制御の位相検知方式の基本図、第４図はラン
プ電流のゼロクロス位相Ｔと交流制御素子のオフ
期間との関係、第５図は定格時、60％、70％、80
％調光時のＴと△Ｔとの関係、第６図はＴと△Ｔ
とを定める測定回路、第７図は位相検知方式のモ
デル、第８図及び第９図は光入力調光制御方法を
説明するための図面、第１０図は複数の調光条件
を説明するための図面、第１１図は本発明の他の
実施例を示す。 １……HIDランプ、２……制御部、３……主チ
ヨーク、４……交流制御素子、５……副チヨー
ク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 商用電源に交流制御素子、限流インピーダン
   ス及びランプを直列接続し、ランプ電流位相に対
   応して、該交流制御素子の導通位相を電源の半サ
   イクル毎に制御する制御回路を有する放電灯点灯
   装置において、 該制御回路は、ランプ電流位相と、制御すべき
   該交流制御素子の導通位相との対応関係を少くと
   も２つ以上記憶する素子を備え、 該交流制御素子の導通位相は、電源投入後は前
   記対応関係のうち特定の１つにより必ず制御さ
   れ、外部スイツチ信号が入力されると、前記特定
   の対応関係にかわり、他の対応関係がスイツチ信
   号に対応して選択され、これにより制御される様
   な制御回路を有したことを特徴とする放電灯定入
   力調光点灯装置。 ２ 所望の調光用スイツチを複数個設け、このス
   イツチの中のいずれかをオンとした場合、これに
   応じて調光の初期位を定めるようにした特許請求
   の範囲第１項記載の放電灯定入力調光点灯装置。