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技術 放電灯点灯装置及び照明装置

出願人 パナソニックIPマネジメント株式会社
発明者 光安啓佃和吉前川健市長尾仁太郎上仮屋淳一土井勝之
出願日 2009年7月30日 (11年4ヶ月経過) 出願番号 2009-177873
公開日 2011年2月17日 (9年10ヶ月経過) 公開番号 2011-034718
状態 拒絶査定
技術分野 放電ランプ高周波または変換器直流点灯回路
主要キーワード 周波数スイープ 正負非対称 内蔵タイマー 交流電圧検出回路 負特性 等価インピーダンス 楕円軌道 高耐圧ドライバ
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図面 (12)

課題

放電灯点灯装置から放電灯までの配線が長くなる使用状態としても、必要以上の電圧を出力することなく、始動電圧が比較的大きな放電灯でも寿命末期に至るまで確実に点灯させることができる放電灯点灯装置及び照明装置を提供する。

解決手段

直流電源回路1と、直流電源回路1に接続され直流電源回路1の出力電圧交流電圧に変換するインバータ回路2と、インバータ回路2の動作開始時に動作周波数を徐々に変化させる周波数スイープ回路5と、インバータ回路2の出力電圧を検出する二次電圧検出回路6とを備え、二次電圧検出回路6のインバータ回路2の出力電圧を検出するためのしきい値電圧を放電灯Laの始動電圧を超える値に設定する。

概要

背景

近年、蛍光ランプを20kHz以上の高周波点灯させてランプ発光効率を改善することにより、従来の銅鉄式安定器よりも省エネを図ることができるインバータ式の安定器が普及している。その一例として、図5に示す回路構成放電灯点灯装置は、商用電源直流電圧に変換する直流電源回路1と、直流電源回路1から出力される直流電圧を高周波電力に変換するスイッチング素子Q1、Q2等からなるインバータ回路2と、インバータ回路2のスイッチング素子Q1、Q2を駆動させる駆動回路3と、外部からの調光信号Sに対応し、所定の周波数にてインバータ回路2のスイッチング素子Q1、Q2を駆動させるための駆動周波数信号を駆動回路3に出力する周波数制御回路4とから構成され、インバータ回路2のスイッチング素子Q2の両端には共振用インダクタL1を介して蛍光ランプ等の放電灯Laの両方のフィラメントの一端間を接続するとともに、両側のフィラメントの非電源側端間に共振用コンデンサC1を接続するようになっている。

この回路の特徴は、共振用インダクタL1と共振用コンデンサC1の共振作用を利用して放電灯Laを点灯させる際に必要な高電圧印加したり、放電開始後に放電灯Laを流れる電流を所定の値に制限することが容易な回路構成で実現できることである。この特徴についてさらに詳しく説明する。

図5に示す共振用インダクタL1と共振用コンデンサC1からなる共振回路10は、等価的に図6の回路に置き換えて考えることができる。このとき、入力電圧は直流電圧VDCの値に√2/πをかけた値を実効値とする正弦波電圧と等価と考えることができる。この等価回路より回路方程式を立てると以下の式となる。

ここで、共振回路10の入力電圧と出力電流電圧の関係を明確にするために、式を変形してiL、iC、vLを消去すると、次の微分方程式が導かれる。さらに、複素表示を用いると次式に変形される。

したがって、この式から入力電圧、出力電流、電圧の実効値は以下の式で表すことができ、さらに変形すると(1)式が成立する。ここで、共振回路10から出力される電圧と電流の特性を、図7に示すように横軸を出力電流、縦軸出力電圧としてグラフを描くと、(1)式はこの出力特性CPの軌跡楕円軌道となることを示している。

この特性と縦軸との交点は、共振回路10に負荷が接続されていない場合の開放電圧を示しており、放電灯Laが放電する前の等価インピーダンス無限大の状態で印加される電圧になる。このとき、共振回路10の固有振動周波数f0は、1/2π√(L1・C1)(=ω0/2π)で表されるので、開放電圧Voは(2)式で示される。この式から急峻な出力特性を得るためには、共振回路10に入力される電圧を高く設定するか、インバータ回路2の動作周波数を共振回路10の固有振動周波数に近づければよいことが分かる。この電圧が放電灯Laによって決まるランプ始動電圧よりも高くなると放電灯Laが放電を開始する。放電灯Laは点灯すると一般的に図7に示すような負特性を持ち、この特性(ランプ特性)CLと共振回路10の出力特性CPの交点Aが動作点となり、放電灯Laに流れる電流と放電灯Laにかかる電圧が決まるのである。

しかし、最近の照明器具動向として、例えば、直管用の放電灯であればT8ランプ(管径25.5mm)や、T5ランプ(管径16mm)などのように従来の放電灯よりも管径を細くすることによってランプの発光効率を向上させた高効率のランプが主流となってきている。放電灯の一般的な特徴として、管径が細くなるほどランプ始動電圧が高くなる傾向にある。例えば、従来のFL40S(管径32mm、長さ1198mm)の始動電圧が180Vであるのに対し、冷蔵ショーケース用の放電灯として省エネを目的に最近使用されるようになったプリンス電機製T5ランプの「FLR1190T5」(管径15.5mm、長さ1190mm)では始動電圧が360Vと2倍になっている。

このような放電灯を点灯させる場合、始動電圧以上の電圧を供給するために直流電源回路1の出力電圧を高く設定することも有効であるが、直流電源装置が大型化することから通常は先述のように共振用インダクタL1と共振用コンデンサC1の共振作用を利用して高電圧を放電灯Laに印加する。つまり、インバータ回路2の動作周波数を共振用インダクタL1と共振用コンデンサC1の固有振動周波数の近傍に設定することによって、(2)式の分母を小さくして開放電圧Voを高くするのである。

しかし、この共振作用を利用する手段にも課題がある。最近、省エネに対する関心の高まりとともに、インバータ式の安定器は冷蔵ショーケース用の照明など、一般の照明器具とは異なる用途でもインバータ式の安定器が使用されるようになっている。冷蔵ショーケース用照明装置ではショーケースが大型であることから、放電灯点灯装置から放電灯Laまでの配線が長くなる傾向にあり、配線が長くなると放電灯点灯装置から供給される電圧が減衰して放電灯Laの始動電圧を得難くなる。これは共振作用を利用する手段の場合に特に顕著である。これは図8に示すように、放電灯Laへの配線によって発生する浮遊容量Csが放電灯Laと並列に発生し、共振作用に影響するためである。配線が長くなって浮遊容量Csが増加すると、このときの固有振動周波数f0’は1/2π√(L1・(C1+Cs))で表され、f0よりも低くなる。このとき放電灯点灯装置の出力電圧の周波数特性が図9に示されるように、f0’が低い方へシフトするために、出力電圧が下がってしまうのである。

このような状態でも放電灯Laを確実に点灯させるためには、インバータ回路2の動作周波数fs’も同様に小さくしなければならず、浮遊容量Csに応じて動作周波数を変化することになり、制御が複雑になるため現実的ではない。したがって、図10に示すように動作周波数fsを始動モード期間中は固定にするのではなく、例えば、特許文献1に記載されているように、動作周波数を徐々に下げていけば(図11)、配線長によって浮遊容量Csが変化しても放電灯Laの始動電圧に達した時点で放電灯Laを点灯させることができる。

概要

放電灯点灯装置から放電灯までの配線が長くなる使用状態としても、必要以上の電圧を出力することなく、始動電圧が比較的大きな放電灯でも寿命末期に至るまで確実に点灯させることができる放電灯点灯装置及び照明装置を提供する。直流電源回路1と、直流電源回路1に接続され直流電源回路1の出力電圧を交流電圧に変換するインバータ回路2と、インバータ回路2の動作開始時に動作周波数を徐々に変化させる周波数スイープ回路5と、インバータ回路2の出力電圧を検出する二次電圧検出回路6とを備え、二次電圧検出回路6のインバータ回路2の出力電圧を検出するためのしきい値電圧を放電灯Laの始動電圧を超える値に設定する。

目的

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、放電灯点灯装置から放電灯までの配線が長くなる使用状態としても、必要以上の電圧を出力することなく、始動電圧が比較的大きな放電灯でも寿命末期に至るまで確実に点灯させることができる放電灯点灯装置及び照明装置を提供する

効果

実績

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請求項1

直流電源と、前記直流電源に接続され前記直流電源の出力電圧交流電圧に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の動作開始時に動作周波数を徐々に変化させる周波数スイープ回路と、前記インバータ回路の出力電圧を検出する負荷異常検出回路とを備え、前記負荷異常検出回路の前記インバータ回路の出力電圧を検出するためのしきい値電圧放電灯始動電圧を超える値に設定された放電灯点灯装置

請求項2

前記負荷異常検出回路は、前記インバータ回路の出力電圧の交流成分と直流成分をそれぞれ検出可能であり、前記インバータ回路の動作開始から所定の時間が経過するまでの間は前記直流成分の検出を禁止する請求項1に記載の放電灯点灯装置。

請求項3

前記負荷異常検出回路は、前記インバータ回路の動作開始から所定の時間が経過した後に前記交流成分のしきい値電圧を小さくする請求項2に記載の放電灯点灯装置。

請求項4

前記周波数スイープ回路は、前記インバータ回路の動作開始から所定の時間が経過するまでは周波数を固定とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の放電灯点灯装置。

請求項5

請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の放電灯点灯装置と、前記放電灯点灯装置に接続される放電灯と、を備えた照明装置

請求項6

前記放電灯は、管径が25.5mm以下である請求項5に記載の照明装置。

技術分野

0001

本発明は、放電灯点灯させる放電灯点灯装置及び該放電灯点灯装置を用いた照明装置に関する。

背景技術

0002

近年、蛍光ランプを20kHz以上の高周波で点灯させてランプ発光効率を改善することにより、従来の銅鉄式安定器よりも省エネを図ることができるインバータ式の安定器が普及している。その一例として、図5に示す回路構成の放電灯点灯装置は、商用電源直流電圧に変換する直流電源回路1と、直流電源回路1から出力される直流電圧を高周波電力に変換するスイッチング素子Q1、Q2等からなるインバータ回路2と、インバータ回路2のスイッチング素子Q1、Q2を駆動させる駆動回路3と、外部からの調光信号Sに対応し、所定の周波数にてインバータ回路2のスイッチング素子Q1、Q2を駆動させるための駆動周波数信号を駆動回路3に出力する周波数制御回路4とから構成され、インバータ回路2のスイッチング素子Q2の両端には共振用インダクタL1を介して蛍光ランプ等の放電灯Laの両方のフィラメントの一端間を接続するとともに、両側のフィラメントの非電源側端間に共振用コンデンサC1を接続するようになっている。

0003

この回路の特徴は、共振用インダクタL1と共振用コンデンサC1の共振作用を利用して放電灯Laを点灯させる際に必要な高電圧印加したり、放電開始後に放電灯Laを流れる電流を所定の値に制限することが容易な回路構成で実現できることである。この特徴についてさらに詳しく説明する。

0004

図5に示す共振用インダクタL1と共振用コンデンサC1からなる共振回路10は、等価的に図6の回路に置き換えて考えることができる。このとき、入力電圧は直流電圧VDCの値に√2/πをかけた値を実効値とする正弦波電圧と等価と考えることができる。この等価回路より回路方程式を立てると以下の式となる。

0005

0006

ここで、共振回路10の入力電圧と出力電流電圧の関係を明確にするために、式を変形してiL、iC、vLを消去すると、次の微分方程式が導かれる。さらに、複素表示を用いると次式に変形される。

0007

0008

したがって、この式から入力電圧、出力電流、電圧の実効値は以下の式で表すことができ、さらに変形すると(1)式が成立する。ここで、共振回路10から出力される電圧と電流の特性を、図7に示すように横軸を出力電流、縦軸出力電圧としてグラフを描くと、(1)式はこの出力特性CPの軌跡楕円軌道となることを示している。

0009

0010

この特性と縦軸との交点は、共振回路10に負荷が接続されていない場合の開放電圧を示しており、放電灯Laが放電する前の等価インピーダンス無限大の状態で印加される電圧になる。このとき、共振回路10の固有振動周波数f0は、1/2π√(L1・C1)(=ω0/2π)で表されるので、開放電圧Voは(2)式で示される。この式から急峻な出力特性を得るためには、共振回路10に入力される電圧を高く設定するか、インバータ回路2の動作周波数を共振回路10の固有振動周波数に近づければよいことが分かる。この電圧が放電灯Laによって決まるランプ始動電圧よりも高くなると放電灯Laが放電を開始する。放電灯Laは点灯すると一般的に図7に示すような負特性を持ち、この特性(ランプ特性)CLと共振回路10の出力特性CPの交点Aが動作点となり、放電灯Laに流れる電流と放電灯Laにかかる電圧が決まるのである。

0011

しかし、最近の照明器具動向として、例えば、直管用の放電灯であればT8ランプ(管径25.5mm)や、T5ランプ(管径16mm)などのように従来の放電灯よりも管径を細くすることによってランプの発光効率を向上させた高効率のランプが主流となってきている。放電灯の一般的な特徴として、管径が細くなるほどランプ始動電圧が高くなる傾向にある。例えば、従来のFL40S(管径32mm、長さ1198mm)の始動電圧が180Vであるのに対し、冷蔵ショーケース用の放電灯として省エネを目的に最近使用されるようになったプリンス電機製T5ランプの「FLR1190T5」(管径15.5mm、長さ1190mm)では始動電圧が360Vと2倍になっている。

0012

このような放電灯を点灯させる場合、始動電圧以上の電圧を供給するために直流電源回路1の出力電圧を高く設定することも有効であるが、直流電源装置が大型化することから通常は先述のように共振用インダクタL1と共振用コンデンサC1の共振作用を利用して高電圧を放電灯Laに印加する。つまり、インバータ回路2の動作周波数を共振用インダクタL1と共振用コンデンサC1の固有振動周波数の近傍に設定することによって、(2)式の分母を小さくして開放電圧Voを高くするのである。

0013

しかし、この共振作用を利用する手段にも課題がある。最近、省エネに対する関心の高まりとともに、インバータ式の安定器は冷蔵ショーケース用の照明など、一般の照明器具とは異なる用途でもインバータ式の安定器が使用されるようになっている。冷蔵ショーケース用照明装置ではショーケースが大型であることから、放電灯点灯装置から放電灯Laまでの配線が長くなる傾向にあり、配線が長くなると放電灯点灯装置から供給される電圧が減衰して放電灯Laの始動電圧を得難くなる。これは共振作用を利用する手段の場合に特に顕著である。これは図8に示すように、放電灯Laへの配線によって発生する浮遊容量Csが放電灯Laと並列に発生し、共振作用に影響するためである。配線が長くなって浮遊容量Csが増加すると、このときの固有振動周波数f0’は1/2π√(L1・(C1+Cs))で表され、f0よりも低くなる。このとき放電灯点灯装置の出力電圧の周波数特性図9に示されるように、f0’が低い方へシフトするために、出力電圧が下がってしまうのである。

0014

このような状態でも放電灯Laを確実に点灯させるためには、インバータ回路2の動作周波数fs’も同様に小さくしなければならず、浮遊容量Csに応じて動作周波数を変化することになり、制御が複雑になるため現実的ではない。したがって、図10に示すように動作周波数fsを始動モード期間中は固定にするのではなく、例えば、特許文献1に記載されているように、動作周波数を徐々に下げていけば(図11)、配線長によって浮遊容量Csが変化しても放電灯Laの始動電圧に達した時点で放電灯Laを点灯させることができる。

先行技術

0015

特開2000−068090号公報

発明が解決しようとする課題

0016

しかしながら、この方式では放電灯Laが正常であれば配線が長くなっても確実に放電灯Laを点灯させることができるが、放電灯Laの寿命末期時などには始動電圧を印加しても放電しない場合があり、この状態で動作周波数をさらに下げていくと固有振動周波数f0もしくはf0’にさらに近づくことになり、必要以上に電圧が発生するため、この電圧を考慮して放電灯点灯装置を設計しなければならず、放電灯点灯装置が大型化するという課題がある。

0017

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、放電灯点灯装置から放電灯までの配線が長くなる使用状態としても、必要以上の電圧を出力することなく、始動電圧が比較的大きな放電灯でも寿命末期に至るまで確実に点灯させることができる放電灯点灯装置及び照明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

0018

本発明の放電灯点灯装置は、直流電源と、前記直流電源に接続され前記直流電源の出力電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の動作開始時に動作周波数を徐々に変化させる周波数スイープ回路と、前記インバータ回路の出力電圧を検出する負荷異常検出回路とを備え、前記負荷異常検出回路の前記インバータ回路の出力電圧を検出するためのしきい値電圧が放電灯の始動電圧を超える値に設定された。

0019

上記構成によれば、負荷異常検出回路におけるしきい値電圧を、放電灯の始動電圧よりも少し高めに設定することで、放電灯の点灯に充分な電圧を供給でき、かつ放電灯の異常時に放電開始しなかった場合には必要以上の電圧が供給されないようにすることができる。これにより、放電灯点灯装置の大型化を図ることなく、始動電圧が比較的大きな放電灯でも寿命末期に至るまで確実に点灯させることが可能となる。

0020

また、上記構成において、前記負荷異常検出回路は、前記インバータ回路の出力電圧の交流成分と直流成分をそれぞれ検出可能であり、前記インバータ回路の動作開始から所定の時間が経過するまでの間は前記直流成分の検出を禁止するのが望ましい。

0021

上記構成によれば、放電灯の放電開始直後に発生する出力電圧の直流成分によって負荷異常検出回路が動作してしまうのを防止することができる。つまり、放電灯が放電を開始した直後は放電が不安定であり非対称放電が発生し易く、非対称放電が発生した場合、出力電圧の直流成分が発生するからである。その間、直流成分の検出を禁止することで、負荷異常検出ミスを防止できる。

0022

また、上記構成において、前記負荷異常検出回路は、前記インバータ回路の動作開始から所定の時間が経過した後に前記交流成分のしきい値電圧を小さくするのが望ましい。

0023

上記構成によれば、放電灯の寿命末期、破損等の異常状態が検出可能となる。

0024

また、上記構成において、前記周波数スイープ回路は、前記インバータ回路の動作開始から所定の時間が経過するまでは周波数を固定とするのが望ましい。

0025

上記構成によれば、放電灯のフィラメントを効率良く加熱できる。

0026

本発明の照明装置は、前記放電灯点灯装置と、前記放電灯点灯装置に接続される放電灯とを備えた。

0027

上記構成によれば、放電灯点灯装置から放電灯までの配線が長くなる使用状態において、T5ランプのようにランプ電圧が比較的大きなランプであっても放電灯を確実に点灯させることができ、かつ、放電灯の寿命末期等の異常状態においても小型化を実現できる。

0028

また、上記構成において、前記放電灯は、管径が25.5mm以下である。

0029

上記構成によれば、T8ランプ(管径25.5mm)や、T5ランプ(管径16mm)などの直管用の放電灯を確実に点灯させることができる。

発明の効果

0030

本発明は、放電灯点灯装置から放電灯までの配線が長くなる使用状態としても、必要以上の電圧を出力することなく、始動電圧が比較的大きな放電灯でも寿命末期に至るまで確実に点灯させることができる。

図面の簡単な説明

0031

本発明の一実施の形態に係る放電灯点灯装置の回路構成を示す図
図1の放電灯点灯装置の動作を示すシーケンス
本発明を適用した放電灯点灯装置の回路構成を示す図
図3の放電灯点灯装置の動作を示すフローチャート
従来の放電灯点灯装置の回路構成を示す図
図5の放電灯点灯装置の共振用インダクタと共振用コンデンサからなる共振回路を等価的に示す図
図5の放電灯点灯装置の共振用インダクタと共振用コンデンサからなる共振回路から出力される電圧と電流の特性を示す図
図5の放電灯点灯装置の回路構成を示す図
図5の放電灯点灯装置の出力電圧の周波数特性を示す図
図5の放電灯点灯装置のインバータ回路の動作周波数を示す図
特許文献1に記載された放電灯点灯装置のインバータ回路の動作周波数を示す図

実施例

0032

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

0033

図1は、本発明の一実施の形態に係る放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。なお、図1において前述した図5と共通する部分には同一の符号を付けている。

0034

図1において、本実施の形態の放電灯点灯装置8は、従来の放電灯点灯装置と同様の直流電源回路1とインバータ回路2を備え、インバータ回路2の出力は共振用インダクタL1を介して本装置8の出力端子7aに接続され、直流電源回路1の−電位がインバータ回路2と本装置8の出力端子7bに接続されている。また、本装置8の出力端子には従来の放電灯点灯装置と同様に放電灯Laが接続され、放電灯Laの非電源側に共振用コンデンサC1が接続されている。また、本装置8は、周波数スイープ回路5と二次電圧検出回路(負荷異常検出回路)6を有し、二次電圧検出回路6の出力に応じて周波数スイープを停止させる機能を有する。周波数スイープ回路5及び二次電圧検出回路6は、従来の放電灯点灯装置には無いものである。なお、冷蔵ショーケース用の放電灯点灯装置では、共振用コンデンサC1が放電灯点灯装置の外部に配置されることが多いが、放電灯点灯装置の内部に設けても良い。

0035

放電灯点灯装置8と放電灯点灯装置8に接続される放電灯Laは照明装置15を構成する。

0036

図2は、本実施の形態の放電灯点灯装置8の動作を示すシーケンス図である。同図において、放電灯点灯装置8の動作開始から時刻t1までは予熱モードとしてインバータ回路2の動作周波数をf1に固定する。この状態では放電灯Laが放電しないように本装置8の出力電圧を低く抑え、かつ、放電灯Laのフィラメントに共振用コンデンサC1を介して電流を流し、フィラメントを加熱しておく。次に、時刻t1からt2までの期間は動作周波数をf1からf2まで徐々に変化させて周波数をスイープさせる。この動作によって放電灯Laに印加される電圧は徐々に増加していき、やがて放電灯Laの始動電圧Vsを超えると放電を開始し、放電灯Laが点灯する。このとき、動作周波数f2を配線の浮遊容量Csが最も大きくなる条件においても始動電圧Vsを供給可能な周波数に設定しておけば、浮遊容量Csが小さい場合は電圧の減衰が小さいので早く点灯し、浮遊容量Csが大きい場合には時刻t2に近づいた時点で点灯することになる。

0037

さらに、二次電圧検出回路6で本装置8の出力端子7a,7b間の電圧を検出し、検出電圧が所定のしきい値Vdを超えると周波数スイープを停止し、インバータ回路2の発振も停止させる。しきい値Vdを放電灯Laの始動電圧Vsよりも少し高い値に設定しておけば放電灯Laの点灯に充分な電圧を供給でき、かつ、放電灯Laの異常時に放電開始しなかった場合には必要以上の電圧が供給されないようにすることができる。

0038

このように本実施の形態の放電灯点灯装置8によれば、本装置8から放電灯Laまでの配線が長くなっても、T5ランプのようにランプ電圧が比較的高い放電灯を確実に点灯させることができ、かつ、必要以上の電圧が供給されないようにできるため、本装置8を小型で安価に構成することが可能となる。

0039

(実施例)
以下に、本発明を適用した放電灯点灯装置について実施例を説明する。図3は、本発明を適用した放電灯点灯装置の回路構成を示す図であり、また図4は同装置の動作を示すフローチャートである。

0040

放電灯点灯装置8の入力には、商用電源20がスイッチ21を介して接続されており、フィルタ回路(図示せず)、整流回路22を介して直流電源回路1に入力されている。図示せぬフィルタ回路は、直流電源回路1やインバータ回路2で発生する高周波ノイズを商用電源から除去するものであり、整流回路22はダイオードブリッジ等で構成され、商用電源20の交流電圧を全波整流している。

0041

直流電源回路1は、チョッパーチョークL2、スイッチング素子Q3、整流ダイオードD1、及び平滑コンデンサC2からなる昇圧チョッパー回路で構成されている。スイッチング素子Q3には例えば図のようにMOSFETが用いられ、スイッチング素子Q3を導通させると整流回路22の出力段からチョークコイルL2とスイッチング素子Q3を介して電流が流れることにより、チョークコイルL2にはエネルギーが蓄えられる。その後、スイッチング素子Q3を遮断すると、チョークコイルL2に蓄えられたエネルギーは整流ダイオードD1を介して平滑コンデンサC2へと供給される。このようにスイッチング素子Q3の導通と遮断を繰り返すことにより平滑コンデンサC2への電流供給と遮断を繰り返し、このスイッチングを高周波で行うことにより平滑コンデンサC2の両端にはほぼ直流の電圧を得ることができる。

0042

直流電源制御回路24は、スイッチング素子Q3のスイッチングを制御しており、平滑コンデンサC2の両端電圧抵抗R1とR2で分圧して検出している。平滑コンデンサC2の両端電圧が所定の電圧よりも低い場合にはスイッチング素子Q2の導通時間が長くなるように、逆に電圧が低い場合には導通時間が短くなるようにフィードバック制御することにより、電源電圧や負荷の状態が変化しても平滑コンデンサC2の電圧を一定に制御することができる。直流電源制御回路24は、その機能を集積化した汎用のICが発売されており、例えば、富士電機製のFA5501等は入力電流高調波歪を改善する力率改善機能ひとつのICに内蔵しており、これらのICを使用することによりこれらの制御部を容易に構成することができる。

0043

インバータ回路2は、直流電源回路1の出力段にMOSFET等のスイッチング素子Q1、Q2を2個直列に接続したハーフブリッジ回路と、このハーフブリッジ回路の2つのスイッチング素子Q1、Q2の接続端子中点)から放電灯点灯装置8の出力端子7aの間に直列に接続された共振用インダクタL1と直流カット用コンデンサC3で構成されている。ハーフブリッジ回路の2つのスイッチング素子Q1、Q2を例えば25kHz程度の高周波で交互にスイッチングすることにより、スイッチング素子Q2の両端には矩形波電圧が発生し、直流電源の出力電圧を高周波電圧に変換することができる。共振用インダクタL1は放電灯点灯装置8の外部で放電灯Laと並列に接続される共振用コンデンサC1と共振回路10を構成しており、この矩形波電圧を正弦波状の電圧に変換して放電灯Laに供給する。放電灯Laが放電を開始する前の状態では放電灯Laの等価インピーダンスが点灯時に比べて極めて大きいため、共振用コンデンサC1の両端に放電灯Laの放電開始に必要な始動電圧を容易に得ることが可能となる。

0044

駆動回路3は、周波数制御回路4で設定されるインバータ回路2の動作周波数に応じてハーフブリッジ回路のスイッチング素子Q1、Q2を交互にON/OFFさせるもので、例えば、IR社製のIR2151等のハーフブリッジ回路用の高耐圧ドライバICを用いることによって、部品点数が少なく容易に駆動回路を構成することができる。

0045

二次電圧検出回路6は、出力端子間の交流電圧を検出する交流電圧検出回路61と直流電圧を検出する直流電圧検出回路62より構成されている。交流電圧検出回路61は、コンデンサC61、C62、抵抗R61、R62、及びダイオードD61、D62でフィルタ回路を構成し、共振用インダクタL1と直流カット用コンデンサC3の接続点と出力端子7b間に並列に接続されている。この間に発生している直流電圧は放電灯点灯装置8の出力端子7aへは直流カット用コンデンサC3で、交流電圧検出回路61へはフィルタ回路のコンデンサC61でそれぞれカットされている。交流電圧検出回路61の出力段は交流電圧成分が直流電圧に整流平滑され、周波数制御回路4へ出力される。この検出電圧は出力端子7a,7b間に発生する交流電圧と比例関係にあるので、放電灯Laの始動電圧Vsよりも少し高い電圧が発生したときにインバータ回路2を停止するようにしきい値を設定すると、放電灯Laの異常状態を検出することが可能となる。

0046

また、直流電圧を検出する直流電圧検出回路62は、抵抗R63とコンデンサC63からなるフィルタ回路で構成され、出力端子7a,7b間に発生する直流電圧を検出する。この直流電圧検出回路62も放電灯Laが寿命末期になったときの異常検出回路として使用する。

0047

放電灯Laのフィラメントには放電管内電子を放出しやすくするためにエミッタが塗布されており、このエミッタが消耗してなくなると寿命末期状態となる。どちらか一方のフィラメントのエミッタが消耗すると、放電灯Laを流れる電流が正負非対称となり直流電圧が発生する。通常の点灯時は直流電圧がほぼゼロであるため、放電灯Laの寿命末期を検出することができる。図中の出力端子7bに接続されたフィラメントのエミッタが消耗した場合は正方向に直流電圧が発生するので、この直流電圧を抵抗R63と抵抗R64で分圧した電圧が周波数制御回路4に入力され、この電圧が予め設定された検出しきい値を上回るとインバータ回路2を停止する。

0048

フィラメントが寿命末期のときには負方向に直流電圧が発生するため、正方向と同様の検出動作ができない。このためにトランジスタQ61とツェナーダイオードD64、抵抗R65が検出端子制御回路用の直流電源23の間に接続されている。負方向の電圧が大きくなるとツェナーダイオードD64にかかる電圧が大きくなりツェナー電圧を超えるとトランジスタQ61のベースからツェナーダイオードD64を介して検出端子に電流が流れ、トランジスタQ62が導通し、直流電圧検出回路62には直流電源23の電圧を抵抗R65と抵抗R64で分圧された電圧が周波数制御回路4に出力されるので、このときの電圧が先に設定した検出しきい値を上回るように抵抗値を設定すれば、放電灯Laが寿命末期時に発生する負方向の直流電圧も検出可能となる。これらの動作により放電灯Laの寿命末期検出が可能となり、点灯中に寿命末期状態に至ってもインバータ回路2を安全に停止させることができる。

0049

また、この検出回路であれば交流電圧の振幅に関わらず直流電圧のみで異常状態を判断できるので、周囲温度が変化したり、調光制御などでランプ電圧の実効値が変化しても寿命末期時の半波放電現象を精度良く検出することができる。したがって、例えば、放電灯の長さが異なる「FLR1190T5」と「FLR300T5」のように、定格ランプ電流が同じでランプ電圧が異なるランプの寿命末期状態を同じ回路で検出可能となる。

0050

ここで、トランジスタQ62はインバータ回路2が動作を開始してから放電灯Laが点灯するまでの間は短絡され、直流電圧検出回路62の動作が禁止される。これは、この間の放電灯Laが放電を開始した直後は放電が不安定であり非対称放電が発生しやすいために、これによって発生する出力電圧の直流成分によって直流電圧検出回路62が動作しないようにしている。

0051

これらのインバータ回路2の周波数制御や放電灯Laの異常検出などの動作は周波数制御回路4によって制御される。そのフローチャートを図4に示す。同図において、電源が投入されると、まず直流電圧検出回路62の動作を禁止させ(S10)、その状態でインバータ回路2の動作周波数を予熱モードのf1に設定し(S11)、内蔵のタイマーで時間をカウントして時刻t1が経過するまで(S12で「Y」になるまで)同じ処理を繰り返す。

0052

次いで、内蔵タイマーが時刻t1の経過をカウントすると、交流電圧検出回路61の検出しきい値を放電灯Laの始動電圧Vsよりも少し高い電圧に相当するしきい値Vd1に変更し(S13)、インバータ回路2の動作周波数を徐々に下げていく(S14)。放電灯Laが正常であれば出力電圧が始動電圧Vsを超えた時点で放電開始し、二次電圧が低下する。放電灯Laが異常状態で二次電圧がVsを超えてさらに上昇する場合は、交流電圧検出回路61の検出電圧Vi1がしきい値を超えた時点(S15で「Y」と判定)で異常状態と判断してインバータ回路2の発振を停止させる(S16)。動作周波数がf2に達する時刻t2が経過しても(S17で「Y」と判定)検出電圧Vi1がしきい値Vd1よりも低ければ(S15で「N」と判定)、放電灯Laが正常に点灯したと判断して点灯モード移行する。

0053

点灯モードでは交流電圧検出回路61のしきい値を放電灯Laが点灯しているときの二次電圧よりも少し高い電圧に相当するVd2に切り替え(S18)、さらに直流電圧検出回路62を有効にして(S19)、放電灯Laの寿命末期、破損等の異常状態を検出可能とする。検出電圧Vi1もしくはVi2がしきい値を超えなければ(S20で「N」と判定又はS21で「N」と判定)、点灯モードを継続して放電灯Laを点灯させ(S22)、しきい値を超えた場合(S20で「Y」と判定又はS21で「Y」と判定)は、インバータ回路2の動作を停止させる(S16)。これらの制御はマイコンを用いることによって容易に実現できる。

0054

1直流電源回路
2インバータ回路
3駆動回路
4周波数制御回路
5周波数スイープ回路
6二次電圧検出回路
7a、7b出力端子
8放電灯点灯装置
10共振回路
15照明装置
20商用電源
21 スイッチ
22整流回路
23直流電源
24直流電源制御回路
61交流電圧検出回路
62直流電圧検出回路
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