CN101730355B

CN101730355B - 放电灯点灯装置及照明器具

Info

Publication number: CN101730355B
Application number: CN2009102081074A
Authority: CN
Inventors: 长田晓; 熊谷润; 松崎宣敏
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: EP2182781A3; CN101730355A; US8299723B2; US20100109546A1; JP2010108650A; EP2182781A2

Abstract

本发明提供一种放电灯点灯装置及照明器具，抑制向稳定动作的转移时的闪烁或中断。具备：谐振部，与放电灯(DL)一起构成负载电路；以及控制部(3)，驱动全桥电路的开关元件(Q2～Q5)。控制部(3)在使放电灯(DL)启动的启动动作中，将驱动全桥电路的开关元件(Q2～Q5)的启动频率设为以下频率，该频率为：以能够在放电灯(DL)中使放电开始的程度，接近于放电灯(DL)关灯的状态下的上述负载电路的谐振频率的奇数分之1，而且，以能够到启动动作的结束时为止充分提高放电灯(DL)的各电极的温度的程度，接近于放电灯(DL)点灯的状态下的上述负载电路的谐振频率。

Description

放电灯点灯装置及照明器具

技术领域

本发明涉及放电灯点灯装置及照明器具。

背景技术

以往以来，作为使也称为HID(高强度放电灯：High-intensity discharge lamp)的高压放电灯这样的热阴极型的放电灯点灯的放电灯点灯装置，提供了一种放电灯点灯装置，该放电灯点灯装置具备：电力转换部，输入直流电并输出交流电；谐振部，与放电灯一起构成在电力转换部的输出端间所连接的谐振电路；以及控制部，控制电力转换部。

进而，作为这种放电灯点灯装置，提供了以下装置，即：控制部在放电灯的启动时，在使电力转换部的输出电压较高来使放电灯启动的启动动作之后，开始使放电灯的点灯维持用的交流电从电力转换部输出至放电灯的稳定动作(例如，参照专利文献1及专利文献2)。

上述开始动作具体而言例如是：使电力转换部的输出的频率(以下称为“动作频率”)在预定的启动时间内，成为谐振部与放电灯所构成的谐振电路(以下称为“负载电路”)的、在放电灯关灯的状态下的谐振频率或该谐振频率的3以上的奇数分之一左右，从而使启动用的高电压输出至放电灯。

专利文献1：日本特开2004-146300号公报

专利文献2：日本特开2005-507554号公报

在此，负载电路的谐振频率随着放电灯的放电的开始即启动而变化。这样，在启动动作中的动作频率相对于放电灯的启动后的负载电路的谐振频率大为偏离的情况下，到启动动作的结束为止供给至放电灯的电力较少，因此放电灯的各电极的温度较低，在稳定动作的开始时放电灯的放电变得不稳定，而有可能发生闪烁或中断。

发明内容

本发明鉴于上述情况而做成，其目的在于，提供一种放电灯点灯装置及照明器具，抑制向稳定动作的转移时的闪烁或中断。

第1发明的发明的特征在于，具备：电力转换部，被输入直流电并输出交流电；谐振部，与放电灯一起构成在电力转换部的输出端间所连接的谐振电路；以及控制部，控制电力转换部；控制部在放电灯启动时，使电力转换部的输出的频率成为预定的启动频率，从而使放电灯进行开始放电的启动动作，之后，使电力转换部的输出的频率成为比启动频率低的预定的稳定频率，从而转移至使放电灯的点灯维持用的交流电输出至放电灯的稳定动作；启动频率设为：相对于放电灯处于未点灯状态的上述谐振电路的谐振频率的奇数分之一，是同一频率，而且，是比放电灯处于点灯状态的上述谐振电路的谐振频率高的频率。

根据本发明，与相对于由谐振部和放电灯构成的谐振电路的在放电灯点灯的状态下的谐振频率、启动频率大为偏离的情况相比，易于确保到启动动作的结束时为止放电灯的各电极的温度，因此抑制了向稳定动作的转移时的闪烁或中断。

第2发明的发明的特征在于，具备：电力转换部，被输入直流电并输出交流电；谐振部，与放电灯一起构成在电力转换部的输出端间所连接的谐振电路；以及控制部，控制电力转换部；控制部在放电灯启动时，使电力转换部的输出的频率在预定的启动频率范围内周期性地变化，从而使放电灯进行开始放电的启动动作，之后，使电力转换部的输出的频率成为比启动频率范围的下端低的预定的稳定频率，从而转移至使放电灯的点灯维持用的交流电输出至放电灯的稳定动作；启动频率范围包括关灯时谐振频率的奇数分之1，并使得反复进行使动作频率从放电灯处于未点灯状态的上述谐振电路的比关灯时谐振频率的奇数分之1大的预定的最大频率，逐渐下降到比关灯时谐振频率的上述奇数分之1小的预定的最小频率的动作。

根据本发明，与相对于由谐振部和放电灯构成的谐振电路的在放电灯点灯的状态下的谐振频率、启动频率范围大为偏离的情况相比，易于确保到启动动作的结束时为止放电灯的各电极的温度，因此抑制了向稳定动作的转移时的闪烁或中断。

第3发明的发明的特征在于，具备：电力转换部，被输入直流电并输出交流电；谐振部，与放电灯一起构成在电力转换部的输出端间所连接的谐振电路；以及控制部，控制电力转换部；控制部在放电灯启动时，使电力转换部的输出的频率在预定的启动频率范围内周期性地变化，从而使放电灯进行开始放电的启动动作，之后，使电力转换部的输出的频率成为比启动频率范围的下端低的预定的稳定频率，从而转移至使放电灯的点灯维持用的交流电输出至放电灯的稳定动作，启动频率范围设为：包括放电灯处于未点灯状态的上述谐振电路的谐振频率的奇数分之一，而且，不包括放电灯处于点灯状态的上述谐振电路的谐振频率，而且，相对于放电灯处于点灯状态的上述谐振电路的谐振频率，接近在放电灯的启动后到启动动作的结束时为止可使放电灯的各电极的温度充分高的程度的频率范围。

第4发明的发明为：在第3发明的发明中，其特征在于，启动频率比放电灯在点灯状态下的上述谐振电路的谐振频率大。

第5发明的发明为：在第1或2发明的某一个发明中，其特征在于，谐振部包括被串联连接至放电灯的电感器。

第6发明的发明为：在第1或2发明的某一个发明中，其特征在于，放电灯在未点灯的状态下的上述谐振电路的谐振频率为放电灯在点灯的状态下的上述谐振电路的谐振频率的5倍以上。

第7发明的发明为：在第1或2发明的某一个发明中，其特征在于，启动动作的持续时间为800ms。

第8发明的发明为：在第1或2发明的某一个发明中，其特征在于，控制部在启动动作中检测放电灯的放电的开始，并且在检测出放电灯的放电的开始之后，在经过预定的电极加热时间后转移至稳定动作。

根据本发明，与第7发明的发明相比，启动动作的持续时间缩短，施加于放电灯的电气压力减轻，有可能延长放电灯的寿命。

第9发明的发明为：在第1或2发明的某一个发明中，其特征在于，控制部在启动动作中，判断放电灯中是否发生半波放电，并且在判断为放电灯中未发生半波放电时，转移至稳定动作。

根据本发明，与第7发明或第8发明的发明相比，启动动作的持续时间缩短，施加于放电灯的电气压力减轻，有可能延长放电灯的寿命。

第10发明的发明的特征在于，照明器具具备第1或2发明的某一个中记载的放电灯点灯装置和保持放电灯点灯装置的器具主体。

根据第1发明的发明，启动频率设为：相对于由谐振部和放电灯构成的谐振电路的在放电灯点灯的状态下的谐振频率，是相同频率或接近在放电灯的启动后到启动动作的结束时为止可使放电灯的各电极的温度充分高的程度的频率，因此，与相对于上述谐振频率、启动频率大为偏离的情况相比，易于确保到启动动作的结束时为止放电灯的各电极的温度，因此抑制了向稳定动作的转移时的闪烁或中断。

根据第2发明的发明，启动频率范围设为包括由谐振部和放电灯构成的谐振电路的在放电灯点灯的状态下的谐振频率，因此，与相对于上述谐振频率、启动频率大为偏离的情况相比，易于确保到启动动作的结束时为止放电灯的各电极的温度，因此抑制了向稳定动作的转移时的闪烁或中断。

根据第3发明的发明，启动频率范围相对于由谐振部和放电灯构成的谐振电路的在放电灯点灯的状态下的谐振频率，设为接近在放电灯的启动后到启动动作的结束时为止可使放电灯的各电极的温度充分高的程度的频率范围，因此，与相对于上述谐振频率、启动频率范围大为偏离的情况相比，易于确保到启动动作的结束时为止放电灯的各电极的温度，因此抑制了向稳定动作的转移时的闪烁或中断。

根据第8发明的发明，控制部在启动动作中检测放电灯的放电的开始，并且在检测出放电灯的放电的开始之后，在经过预定的电极加热时间后转移至稳定动作，因此，与第7发明的发明相比，启动动作的持续时间缩短，施加于放电灯的电气压力减轻，有可能延长放电灯的寿命。

根据第9发明的发明，控制部在启动动作中，判断放电灯中是否发生半波放电，并且在判断为放电灯中未发生半波放电时，转移至稳定动作，因此，与第7发明或第8发明的发明相比，启动动作的持续时间缩短，施加于放电灯的电气压力减轻，有可能延长放电灯的寿命。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的电路框图。

图2是表示同上的动作的说明图。

图3是表示同上的在放电灯点灯的状态下的动作频率与灯电流的振幅之间的关系的说明图。

图4是表示同上的动作的变更例的说明图。

图5是表示同上的动作的其他变更例的说明图。

图6是表示利用了同上的照明器具的一个例子的立体图。

图7是表示利用了同上的照明器具的其他例子的立体图。

图8是表示利用了同上的照明器具的另外的其他例子的立体图。

符号说明

1放电灯点灯装置

3控制部

5照明器具

51器具主体

DL放电灯

具体实施方式

以下，参照附图说明用于实施本发明的最佳方式。

本实施方式的放电灯点灯装置1如图1所示，使也称为HID(高强度放电灯：High-intensity discharge lamp)的高压放电灯这样的热阴极型的放电灯DL点灯，作为将从直流电源2输入的直流电转换为交流电的电力转换部，具备由4个开关元件Q2～Q5构成的全桥电路。另外，在上述全桥电路的一方的输出端、即开关元件Q2、Q3的连接点，经由第一电感器PT，连接至放电灯DL的一端(即一方的电极)，所述开关元件Q2、Q3构成一个串联电路，所述一个串联电路是分别由开关元件Q2～Q5中的每两个构成并与直流电源2的输出端间彼此并联连接的两个串联电路中的一个串联电路。进而，在上述全桥电路的另一方的输出端、即构成另一方的串联电路的开关元件Q4、Q5的连接点，经由第二电感器L2，连接至放电灯DL的另一端(即另一方的电极)。另外，第一电感器PT为具有抽头的所谓自耦变压器，该抽头经由第一电容器C4与电阻R1的串联电路而接地。进而，在第一电感器PT与放电灯DL的串联电路上，并联连接有第二电容器C3。即，各电感器PT、L2与各电容器C3、C4成为与放电灯DL一起构成谐振电路(以下称为“负载电路”)的谐振部。

直流电源2为：在对从交流电源AC输入的交流电进行全波整流的二极管桥DB的输出端，连接有公知的所谓升压斩波电路(boost converter)，具备：在二极管桥DB的输出端间连接的电感器L1和二极管D1和电容器C1的串联电路、相对于二极管D1和电容器C1的串列电路并联连接的开关元件Q1、以及对开关元件Q1进行导通断开控制的驱动电路21，将电容器C1的两端作为输出端。驱动电路21控制开关元件Q1的导通断开的占空比，以使输出电压即电容器C1的两端电压一定。如上所述的驱动电路21可以通过公知技术实现，所以省略详细的图示及说明。

进而，本实施方式具备：控制部3，对于构成全桥电路的各开关元件Q2～Q5进行导通断开控制。控制部3对开关元件Q2～Q5进行导通断开控制，以使相互位于对角的开关元件Q2～Q5彼此同时导通，而且相互串联连接的开关元件Q2～Q5彼此交替导通断开。由此，从直流电源2输入的直流电被转换为交流电，该交流电的频率为上述导通断开驱动的极性反转的频率(以下称为“动作频率”)。在如上所述的控制部3，例如可以使用ST社制造的ST72215那样的微型计算机。

以下，说明控制部3的动作。

若电源导通并启动，则控制部3首先在预定的启动时间内进行启动动作，该启动动作使动作频率为用于启动放电灯DL的预定的启动频率。在本实施方式中，启动频率设为：相对于放电灯DL未点灯的状态下的负载电路的谐振频率(以下称为“关灯时谐振频率”)的、例如11分之1的附近的频率，即相对于放电灯未点灯的状态下的谐振电路的谐振频率的奇数分之一，是同一频率或以接近在放电灯中能够使放电开始的程度的频率，且比点灯时谐振频率稍高的频率。关灯时谐振频率在本实施方式的情况下，是作为自耦变压器的第一电感器PT的一次绕线部分(即开关元件Q2、Q3的连接点与抽头之间的部分)、第一电容器C4和电阻R1的LCR串联谐振电路的谐振频率，在本实施方式中为440kHz。由此，第一电感器PT的一次绕线部分所产生的谐振电压通过第一电感器PT升压而施加至放电灯DL。通过该电压，在图2所示的启动时刻t1，放电灯DL中开始放电，即放电灯DL启动(点灯)，向放电灯DL的输出电流(以下称为“灯电流”)Ila开始流动，向放电灯DL的输出电压(以下称为“灯电压”)Vla下降。另外，随着放电灯DL的启动(点灯)所引起的放电灯DL的阻抗的变化，负载电路的谐振频率也变化为比关灯时谐振频率低的点灯时谐振频率(在本实施方式中例如约20kHz)。

控制部3在图2所示的动作切换时刻t2结束了启动动作之后，通过使动作频率比启动动作中的动作频率即启动频率低(例如至数十Hz～数百Hz)，开始将用于维持放电灯DL的点灯的矩形波交流电供给至放电灯DL的稳定动作。另外，在稳定动作中，控制部3进行PWM控制，即：对于一方的串联电路的各开关元件Q4、Q5，在位于对角的开关元件Q2、Q3导通的期间中也保持不导通，以预定的占空比进行导通断开，从而调整向放电灯DL的供电。

在此，本实施方式中的灯电流Ila的振幅与动作频率f之间的关系如图3所示。在本实施方式中，对于启动频率，以能够确保在放电灯DL的启动后向稳定动作转移前充分加热放电灯DL的各电极所需的约0.5A的振幅的灯电流Ila的程度，设为接近于点灯时谐振频率(约20kHz)的频率的40kHz左右，从而能够在转移至稳定动作之前充分加热放电灯DL的各电极，使向稳定动作转移后的点灯稳定。另外，上述40kHz这样的频率是关灯时谐振频率即440kHz的11(即奇数)分之1，所以也适于放电灯DL的启动。另外，启动时间设为放电灯DL的启动(放电的开始)所最低需要的时间与放电灯DL的启动后的各电极的加热所最低需要的时间之和(例如800ms)以上的时间。进而，放电灯未点灯的状态下的上述谐振电路的谐振频率优选为放电灯点灯的状态下的上述谐振电路的谐振频率的5倍以上。

根据以上结构，与启动频率大为偏离点灯时谐振频率的情况(例如设启动频率为100kHz的情况)相比，抑制了向稳定动作的转移时的闪烁或中断。

另外，也可以不如上所述将启动动作中的动作频率f设为一定，而如图4所示，在启动动作中，使动作频率f在预定的启动频率范围内周期性变化。在图4的例子中，反复进行以下动作，即：使动作频率f从比关灯时谐振频率的奇数分之1大的预定的最大频率，逐渐下降到比关灯时谐振频率的上述奇数分之1小的预定的最小频率。即，上述启动频率范围包括关灯时谐振频率的奇数分之1。在该情况下，可以设为启动频率范围包括点灯时谐振频率，也可以设为启动频率范围不包括点灯时谐振频率。在设为启动频率范围包括点灯时谐振频率的情况下，上述奇数例如设为25。另外，在设为启动频率范围不包括点灯时谐振频率的情况下，例如将上述奇数设为13，将启动频率范围设为：相对于点灯时谐振频率是高频侧，即比点灯时谐振频率大，而且，接近在放电灯DL的启动后到启动动作的结束时为止能够使放电灯DL的各电极的温度充分高的程度的点灯时谐振频率的频率范围。

另外，也可以不如上所述将启动动作的持续时间设为一定的启动时间，而构成为：控制部3常时或定期地判断启动动作中放电灯DL是否启动，并且，在判断(检测)出放电灯DL的启动之后，在预定的电极加热时间(例如500ms)后从启动动作转移至稳定动作。作为判断放电灯DL的启动的方法，例如检测第一电感器PT与第一电容器C4的连接点的电位(参照图5。以下称为“谐振电压”)Vp1的振幅并且与预定的启动阈值进行比较，若谐振电压Vp1的振幅为启动阈值以上，则判断为放电灯DL尚未启动，在谐振电压Vp1的振幅小于启动阈值时，判断为放电灯DL启动。如图5所示，因为上述谐振电压Vp1的振幅在放电灯DL启动的定时t1急剧下降并成为大致0，所以可以根据谐振电压Vp1来进行放电灯DL的启动的判断。若采用此结构，与将启动动作的持续时间设为一定的情况相比，启动动作的持续时间缩短，施加于放电灯DL的电气压力减轻，有可能延长放电灯DL的寿命。

然而，如在图5中夸张描绘的那样，若放电灯DL的各电极的加热不充分，则由于在放电灯DL中发生半波放电，灯电流Ila容易成为正负不对称。相反地，若灯电流Ila正负对称，则也可以认为放电灯DL的各电极的加热充分。因此，也可以构成为：控制部3在启动动作中，常时或定期地判断放电灯DL中是否发生半波放电，在判断为未发生半波放电时，结束启动动作而转移至稳定动作。作为判断是否发生半波放电的方法，具体而言，例如分别检测灯电流Ila的正负各极性的峰值(绝对值)，将检测出的每个极性的峰值之差(以下称为“不对称电流值”。)与预定的对称阈值进行比较，若不对称电流值小于对称阈值，则灯电流Ila正负对称，判断为未发生半波放电，若不对称电流值为对称阈值以上，则灯电流Ila正负不对称，判断为发生半波放电。若采用该结构，则与将启动动作的持续时间设为一定的情况、或检测出放电灯DL的启动之后在预定时间后转移至稳定动作的情况相比，启动动作的持续时间缩短，施加于放电灯DL的电气压力减轻，有可能延长放电灯DL的寿命。

进而，作为结束启动动作而转移至稳定动作的定时的决定方法，也可以对启动时间、启动的检测和半波放电的检测进行组合来使用。例如，设为在经过了预定的启动时间的定时、检测出放电灯DL的启动之后经过了预定的电极加热时间的定时、以及灯电流Ila正负对称而判断为未发生半波放电的定时之中，最晚的定时上转移至稳定动作。实现上述各种动作的控制部3能够通过公知技术实现，所以省略详细的图示以及说明。

另外，作为直流电源2，例如也可以使用电池等其他的公知的直流电源。

上述各种放电灯点灯装置例如可以用于图6～图8所示的照明器具5。图6～图8的照明器具5分别具备：器具主体51，收纳放电灯点灯装置1；以及灯体52，保持放电灯DL。另外，图6的照明器具5和图7的照明器具5分别具备将放电灯点灯装置1与放电灯DL电连接的供电线53。如上所述的各种照明器具5能够通过公知技术实现，所以省略详细的说明。进而，在上述实施方式中，启动频率的值、关灯时谐振频率的值、点灯时谐振频率的值以及奇数的值等，都不限定于本实施方式。

Claims

1.一种放电灯点灯装置，其特征在于，具备：

电力转换部，被输入直流电并输出交流电；

谐振部，与放电灯一起构成在电力转换部的输出端间所连接的谐振电路；以及

控制部，控制电力转换部；

控制部在放电灯启动时，使电力转换部的输出的频率成为预定的启动频率，从而使放电灯进行开始放电的启动动作，之后，使电力转换部的输出的频率成为比启动频率低的预定的稳定频率，从而转移至使放电灯的点灯维持用的交流电输出至放电灯的稳定动作；

启动频率设为：相对于放电灯处于未点灯状态的上述谐振电路的谐振频率的奇数分之一，是同一频率，而且，是比放电灯处于点灯状态的上述谐振电路的谐振频率高的频率。

2.一种放电灯点灯装置，其特征在于，具备：

电力转换部，被输入直流电并输出交流电；

控制部，控制电力转换部；

控制部在放电灯启动时，使电力转换部的输出的频率在预定的启动频率范围内周期性地变化，从而使放电灯进行开始放电的启动动作，之后，使电力转换部的输出的频率成为比启动频率范围的下端低的预定的稳定频率，从而转移至使放电灯的点灯维持用的交流电输出至放电灯的稳定动作；

启动频率范围包括关灯时谐振频率的奇数分之1，并使得反复进行使动作频率从放电灯处于未点灯状态的上述谐振电路的比关灯时谐振频率的奇数分之1大的预定的最大频率，逐渐下降到比关灯时谐振频率的上述奇数分之1小的预定的最小频率的动作。

3.如权利要求1或2所记载的放电灯点灯装置，其特征在于，

谐振部包括被串联连接至放电灯的电感器。

4.如权利要求1或2所记载的放电灯点灯装置，其特征在于，

放电灯在未点灯的状态下的上述谐振电路的谐振频率为放电灯在点灯的状态下的上述谐振电路的谐振频率的5倍以上。

5.如权利要求1或2所记载的放电灯点灯装置，其特征在于，

启动动作的持续时间为800ms。

6.如权利要求1或2所记载的放电灯点灯装置，其特征在于，

控制部在启动动作中检测放电灯的放电的开始，并且在检测出放电灯的放电开始之后，在经过预定的电极加热时间后转移至稳定动作。

7.如权利要求1或2所记载的放电灯点灯装置，其特征在于，

控制部在启动动作中，判断放电灯中是否发生半波放电，并且在判断为放电灯中未发生半波放电时，转移至稳定动作。

8.如权利要求1或2所记载的放电灯点灯装置，其特征在于，

控制部作为结束启动动作而转移至稳定动作的定时的决定方法，在经过了预定的启动时间的定时、检测出放电灯的启动之后经过了预定的电极加热时间的定时、以及灯电流为正负对称而判断为未发生半波放电的定时之中，在最晚的定时下转移至稳定动作。

9.一种照明器具，其特征在于，具备：

权利要求1或2所记载的放电灯点灯装置；以及

保持放电灯点灯装置的器具主体。