CN101938879A - 放电灯点灯装置及使用该放电灯点灯装置的照明装置 - Google Patents

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CN101938879A CN2010102141909A CN201010214190A CN101938879A CN 101938879 A CN101938879 A CN 101938879A CN 2010102141909 A CN2010102141909 A CN 2010102141909A CN 201010214190 A CN201010214190 A CN 201010214190A CN 101938879 A CN101938879 A CN 101938879A
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小松直树
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Abstract

本发明提供不增加成本且能够防止在放电灯异常时的负载电压低的区域负载电流增大的放电灯点灯装置及使用该放电灯点灯装置的照明装置。具有根据检测电路(4)的检测结果、将驱动信号发送至开关元件(Q1～Q5)而分别对降压电路(1)的输出电压及极性反转电路(2)的高频电压进行控制的控制电路(5)，在驱动信号中设定使降压电路的开关元件(Q1)成为接通状态的接通期间的最小值及使降压电路的开关元件(Q1)成为断开状态的断开期间的最大值，控制电路具有根据检测电路的检测结果使驱动信号的断开期间的最大值变化的可变单元(50)，可变单元随着负载电压(VLa)变小而使驱动信号的断开期间的最大值变大。

Description

放电灯点灯装置及使用该放电灯点灯装置的照明装置
技术领域
本发明涉及放电灯点灯装置及使用该放电灯点灯装置的照明装置。
背景技术
以往，公知有向水银灯或金属卤化灯等高压放电灯供给点灯电力的放电灯点灯装置。以下，利用附图说明以往的放电灯点灯装置。如图7(a)所示，该以往的放电灯点灯装置包括：降压电路1，将从直流电源DC供给的直流电压降压至所需的电压值后输出；极性反转电路2，将降压电路1的输出电压变换为高频电压而输出；共振电路3，被施加来自极性反转电路2的高频电压，利用共振作用使放电灯La点灯；检测电路4，对供给至放电灯La的负载电压VLa以及负载电流ILa进行检测；以及控制电路5，根据检测电路4的检测结果对降压电路1以及极性反转电路2进行控制。
降压电路1包括：与直流电源DC的输出端间连接的由开关元件Q1、电感器L1、电容器C1形成的串联电路；以及与开关元件Q1与电感器L1之间的连接点连接的二极管D1；根据从控制电路5供给的驱动信号对开关元件Q1的接通/断开进行切换，由此使来自直流电源DC的直流电压降压，然后输出至电容器C1的两端间。
极性反转电路2是将开关元件Q2、Q3的串联电路与开关元件Q4、Q5的串联电路并列连接而成的，在开关元件Q2、Q3的连接点与开关元件Q4、Q5的连接点之间连接有共振电路3及放电灯La。此外，降压电路1的开关元件Q1以及极性反转电路2的开关元件Q2～Q5都是由场效应晶体管(FET)形成。共振电路3是如下形成的，即，脉冲变压器PT的一次绕线N1与二次绕线N2形成的串联电路与放电灯La串联连接，并且，在脉冲变压器PT的一次绕线N1与二次绕线N2之间的连接点和降压电路1的低压侧的输出端之间，连接有电容器C2以及电阻R1形成的串联电路。检测电路4连接在放电灯La的两端之间，检测经未图示的电阻施加至放电灯La的两端间的负载电压VLa以及在放电灯La中流动的负载电流ILa。
控制电路5例如由微型电子计算机构成，检测降压电路1的输出电压以及在电感器L1中流动的电流IL1，并且，控制对开关元件Q1的接通/断开进行切换的驱动信号的频率或占空比，以将降压电路1的输出电压维持为规定电压。另外，在极性反转电路2中，以对一对开关元件Q2、Q5与另一对开关元件Q3、Q4交替地进行接通/断开的方式，向各开关元件Q2～Q5发送驱动信号。控制电路5读取检测电路4中的检测结果，按照检测结果适当地改变开关元件Q2～Q5的驱动信号的频率，由此对放电灯La的启动以及点灯进行控制。
在此，在降压电路1的电感器L1中流动的电流IL1被电容器C1除去波动成分，而成为在放电灯La中流动的负载电流ILa。因此，在控制电路5中，为了在放电灯La中流动适当的负载电流ILa，而对在电感器L1流动的电流IL1设定目标值，并控制发送至开关元件Q1的驱动信号的接通期间Ton以及断开期间Toff。
通常，在降压电路1的动作中，存在电流临界模式以及电流连续模式2种动作模式。如图9(a)所示，电流临界模式是在电感器L1中流动的电流IL1成为零的瞬间，控制电路5将开关元件Q1切换为接通的动作模式。在该动作模式中具有开关元件Q1中的开关损耗少的特征。另一方面，如图9(b)所示，电流连续模式是控制电路5以不使电感器L1中流动的电流IL1变为零的方式对开关元件Q1的接通/断开进行切换的动作模式。
在放电灯La稳定点灯时，降压电路1通常以开关损耗少的电流临界模式进行动作。但是，在负载电压VLa低的放电灯La的启动时，在电感器L1中流动的电流IL1变为零为止所需要的时间有变长的倾向，电流临界模式下的开关频率f有可能进入人的可听频率范围。
专利文献1中公开了解决上述问题的方案。根据该专利文献1公开的发明，设定发送至开关元件Q1的驱动信号的断开期间Toff的最大值Toffmax，以断开期间Toff不超过最大值Toffmax的方式对开关元件Q1进行驱动，由此，防止开关频率f进入可听频率范围。另外，为了可靠地使开关元件Q1从断开状态切换为接通状态，设定接通期间Ton的最小值Tonmin(参照图9(c))。
通常，高压放电灯启动之后一段时间内负载电压VLa低，要达到稳定点灯，需要稳定点灯时的最大2倍左右的负载电流ILa。因此，在负载电压VLa低的区域中，进行恒电流控制。另外，在负载电压VLa达到一定电压以上时，为了得到稳定的光输出，进行恒电力控制(参照图8(a)～(c))。
以下，将接通期间Ton达到最小值Tonmin时的负载电压作为V0，将断开期间Toff达到最大值Toffmax时的负载电压作为V1，使用图9说明VLa≥V1、V0＜VLa＜V1、VLa≤V0这3个期间中的开关元件Q1的开关动作。
在VLa≥V1的情况下，降压电路1以电流临界模式进行动作。即，如图9(a)所示，控制电路5根据由检测电路4检测出的负载电压VLa以及负载电流ILa设定在电感器L1中流动的电流IL1的目标值IP1，进行控制，使得当在电感器L1中流动的电流IL1达到目标值IP1时，将开关元件Q1切换为断开，当在电感器L1中流动的电流IL1达到零，将开关元件Q1切换为接通的方式进行控制。
在V0＜VLa＜V1的情况下，降压电路1以电流连续模式进行动作。即，如图9(b)所示，控制电路5根据由检测电路4检测出的负载电流ILa设定在电感器L1中流动的电流IL1的目标值IP2，进行控制，使得当在电感器L1中流动的电流IL1达到目标值IP2时，将开关元件Q1切换为断开，当之后经过断开期间Toff的最大值Toffmax时，将开关元件Q1切换为接通。
在此，如果放电灯La处于正常的状态，另外，对放电灯La进行的接线正常，则负载电压VLa比V0大，是不会比V0小的。但是，在放电灯La没有被正确地进行安装或没有对放电灯La正常地进行接线等异常的情况下，负载电压VLa有可能变得小于V0。
在VLa≤V0的情况下，降压电路1以电流连续模式进行动作。即，与V0＜VLa＜V1的情况相同，控制电路5根据由检测电路4检测出的负载电流ILa设定在电感器L1中流动的电流IL1的目标值IP2，进行控制，使得当在电感器L1中流动的电流IL1达到目标值IP2时，将开关元件Q1切换为断开，当之后经过断开期间Toff的最大值Toffmax时，将开关元件Q1切换为接通。
专利文献1：日本特表平10-511220号公报。
但是，在上述以往例子中，在VLa≤V0、即负载电压VLa处于V0以下(0～10V)的非常低的区域时，由于接通期间Ton已达到最小值Tonmin，所以不能够进一步缩短接通期间Ton，另外，由于断开期间Toff已达到最大值Toffmax，所以不能够进一步延长断开期间Toff。因此，如图9(c)所示，在电感器L1中流动的电流IL1超过了目标值IP2的状态下，开关元件Q1的开关动作被进行，所以不能够控制负载电流ILa，结果，出现负载电流ILa增大的问题(参照图7(b)，图8(c))。因此，为了能够承受负载电流ILa的增大，需要使构成电路的部件大型化或高性能化，从而存在成本增大的问题。
作为解决上述问题的方法，例如图10(a)所示，在开关元件Q1与控制电路5之间设置辅助电路6，所述辅助电路6包括：比较器60，将在电感器L1中流动的电流IL1与由控制电路5设定的阈值进行比较；以及乘法器61，使比较器60的输出与从控制电路5输出的驱动信号相乘。通过设置该辅助电路6，能够防止在负载电压VLa非常低的区域在电感器L1中流动的电流IL1增大至阈值以上。但是，在该解決方法中，需要另外增加电路，另外，在使用开关元件Q1驱动用的驱动用IC的情况下，存在产生因窄脉冲而引起错误动作这样的缺陷的问题。
作为其他的解決方法，如图10(b)所示，在控制电路5中，在电感器L1中流动的电流IL1为阈值以上的情况下，以不向开关元件Q1输出接通信号的方式进行处理。在该解決方法中存在在电感器L1中流动的电流IL1的波动变大的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种不增加成本、能够防止在放电灯异常时的负载电压低的区域负载电流增大的放电灯点灯装置以及使用该放电灯点灯装置的照明装置。
第一技术方案的发明为了达到上述目的，其特征在于，具备：降压电路，至少具备开关元件以及电感器，将来自直流电源的直流电压降压后输出；极性反转电路，具备1个或多个开关元件，使来自降压电路的输出电压的极性周期性地反转而输出高频电压；共振电路，被施加来自极性反转电路的高频电压，利用共振作用使放电灯点灯；检测电路，对供给至放电灯的负载电压以及负载电流进行检测；以及控制电路，根据检测电路的检测结果，将对降压电路以及极性反转电路的各开关元件的接通/断开进行切换的驱动信号发送给开关元件，分别对降压电路的输出电压及极性反转电路的高频电压进行控制；在驱动信号中设定使降压电路的开关元件成为接通状态的接通期间的最小值以及使降压电路的开关元件成为断开状态的断开期间的最大值，控制电路具有根据检测电路的检测结果使驱动信号的断开期间的最大值变化的可变单元，可变单元随着负载电压变小而使驱动信号的断开期间的最大值变大。
第二技术方案的发明的特征在于，在第一技术方案的发明中，在驱动信号的接通期间为最小值的情况下，可变单元在使断开期间的最大值变化。
第三技术方案的发明的特征在于，在第一技术方案的发明中，在负载电压低于放电灯正常时在从启动时起至稳定点灯时为止的过程中可取的电压的最小值时，可变单元使断开期间的最大值变化。
第四技术方案的发明的特征在于，在第一技术方案的发明中，可变单元在放电灯的负载电流超过规定的电流值的情况下，使断开期间的最大值变化。
第五技术方案的发明的特征在于，在第一至第四技术方案中任一项发明中，驱动信号的接通期间的最小值设定为降压电路的开关元件能够从断开状态切换为接通状态的程度的大小。
第六技术方案的发明的特征在于，在第一至第五技术方案中任一项发明中，控制电路至少包括微型计算机。
第七技术方案的发明的特征在于，具有第一至第六技术方案中任一项所述的放电灯点灯装置以及容纳放电灯的装置本体。
发明效果
根据本发明，通过在放电灯异常时的负载电压低的区域使驱动信号的断开期间的最大值变大，能够防止负载电流增大。因此，由于不需要如以往那样使构成电路的部件的大型化或高性能化，不需要另外设置电路，所以能够防止成本增加。
附图说明
图1是表示本发明的放电灯点灯装置的第一实施方式的图，(a)是电路图，(b)是时序图。
图2是本发明的放电灯点灯装置的第一实施方式的负载电压与各种参数的相关图。
图3是本发明的放电灯点灯装置的第二实施方式的负载电压与各种参数的相关图。
图4是表示本发明的放电灯点灯装置的第二实施方式的的负载电压的上升特性的图。
图5是本发明的放电灯点灯装置的第三实施方式的负载电压与各种参数的相关图。
图6(a)～(c)是表示本发明的照明装置的实施方式的图。
图7是表示以往的放电灯点灯装置的图，(a)是电路图，(b)是负载电压与负载电流的相关图。
图8(a)～(c)是以往的放电灯点灯装置的负载电压与各种参数的相关图。
图9(a)～(c)是以往的放电灯点灯装置的实施方式的时序图。
图10(a)、(b)是表示以往的放电灯点灯装置所具有的问题的通常的解决方案的一个例子的图。
附图标记说明
1降压电路
2极性反转电路
3共振电路
4检测电路
5控制电路
50可变单元
L1电感器
La放电灯
Q1～Q5开关元件
具体实施方式
(第一实施方式)
以下，利用附图说明本发明的放电灯点灯装置的第一实施方式。其中，由于本实施方式的基本结构与以往例子相同，在共同的部位上标注相同的附图标记，省略说明。如图1(a)所示，本实施方式的特征在于，在控制电路5中设置可变单元50，所述可变单元50根据检测电路4的检测结果使驱动信号的断开期间Toff的最大值Toffmax变化。
以下，利用附图说明本实施方式的主要的动作。如图2(a)～(c)所示，在VLa≥V1的情况下，以及在V0＜VLa＜V1的情况下，分别进行与以往例子相同的控制。此外，在本实施方式的控制电路5中，在电流临界模式中，作为因对在电感器L1中流动的电流IL1检测失败等而使开关元件Q1从断开切换为接通的定时迟延的情况下的保护功能，设定为伴随负载电压VLa的增大，使驱动信号的断开期间Toff的最大值Toffmax变小。通过这样进行设定，即使在由于某种原因而使开关元件Q1从断开切换为接通的定时迟延的情况下，也能够以比所需的驱动信号的开关频率f稍小的频率进行开关动作。而且，能够尽量缩短在电感器L1中流动的电流IL1的供给停止的期间，从而能够降低放电灯La中断(立ち消え)的可能性。
在VLa≤V0的情况下，即在放电灯La的连接或布线出现异常而负载电压VLa进入压力低的区域，驱动信号的接通期间Ton达到最小值Tonmin时，在以往例子中，由于驱动信号的断开期间Toff已达到最大值Toffmax所以不能够控制负载电流ILa，结果负载电流ILa增大。另一方面，在本实施方式中，在驱动信号的接通期间Ton达到最小值Tonmin时，可变单元50使驱动信号的断开期间Toff的最大值Toffmax变化。具体地说，以随着负载电压VLa变小而使驱动信号的断开期间Toff的最大值Toffmax变大的方式进行控制(参照图2(a))。
因此，由于能够使驱动信号的断开期间Toff变长而使在电感器L1中流动的电流IL1变小，所以结果能够将负载电流ILa抑制在允许的负载电流ILa的最大值Imax以下(参照图1(b))。负载电流ILa的最大值Imax是根据例如构成电路的部件的规格适当决定的。实际上，存在因迟延等使对在电感器L1中流动的电流IL1的控制延迟而使负载电流ILa变大的可能性，所以优选的是，进行控制，使得从驱动信号的接通期间Ton达到最小值Tonmin这一点的附近开始，使驱动信号的断开期间Toff的最大值Toffmax变化。此外，在进行控制使驱动信号的断开期间Toff的最大值Toffmax变大时，开关频率f进入可听频率范围(参照图2(b))，但是在放电灯La启动后，负载电压VLa随着时间上升，由于开关频率f进入可听频率范围的时间很短，所以在实际使用时几乎不形成问题。另外，在本实施方式中使驱动信号的断开期间Toff的最大值Toffmax线性变化，但是例如非线性或阶梯状变化也可以。
如上所述，即使在放电灯La异常时的负载电压VLa低的区域、驱动信号的接通期间Ton达到最小值Tonmin的情况下，通过使驱动信号的断开期间Toff的最大值Toffmax变大，也能够防止负载电流ILa增大(参照图2(c))。因此，由于不需要如以往那样使构成电路的部件的大型化或高性能化，不需要另外设置电路，所以能够防止成本增加。
(第二实施方式)
以下，利用附图说明本发明的放电灯点灯装置的第二实施方式。其中，由于本实施方式的基本结构与第一实施方式相同，所以在共同的部位上标注相同的附图标记，省略说明。如图3(a)～(c)所示，本实施方式的特征在于，在负载电压VLa低于放电灯La的正常时负载电压VLa在从启动时起至稳定点灯时为止的过程中可取的电压的最小值Vmin时，可变单元50使断开期间Toff的最大值Toffmax变化。
通常，如图4所示，如果放电灯La的安装或布线等正常，则负载电压VLa不会低于Vmin(约18V)。另外，该最小值Vmin在放电灯La的种类相同的情况下大致恒定。因此，在本实施方式中，在低于放电灯La正常时可取的负载电压VLa的最小值Vmin的范围内，使驱动信号的断开期间Toff的最大值Toffmax变化(参照图3(a))。具体地说，与第一实施方式相同，以随着负载电压VLa变小而使驱动信号的断开期间Toff的最大值Toffmax变大的方式进行控制。
因此，由于能够使驱动信号的断开期间Toff变长而使在电感器L1中流动的电流IL1变小，所以结果能够将负载电流ILa抑制在允许的负载电流ILa的最大值Imax以下(参照图3(c))。负载电流ILa的最大值Imax是根据例如构成电路的部件的规格适当决定的。实际上，存在因迟延等使对在电感器L1中流动的电流IL1的控制延迟而使负载电流ILa变大的可能性，所以优选的是，进行控制，使得从负载电压VLa达到最小值Vmin这一点的附近开始使驱动信号的断开期间Toff的最大值Toffmax变化。另外，在本实施方式中，与第一实施方式相同，使驱动信号的断开期间Toff的最大值Toffmax线性变化，但是例如非线性或阶梯状变化也可以。
如上所述，即使在放电灯La异常时的负载电压VLa低的区域、负载电压VLa低于放电灯La的正常时负载电压VLa在从启动时起至稳定点灯时为止的过程中可取的电压的最小值Vmin情况下，通过使驱动信号的断开期间Toff的最大值Toffmax变大，也能够防止负载电流ILa增大。因此，由于不需要如以往那样使构成电路的部件的大型化或高性能化，不需要另外设置电路，所以能够防止成本增加。
(第三实施方式)
以下，利用附图说明本发明的放电灯点灯装置的第三实施方式。其中，由于本实施方式的基本结构与第一实施方式相同，所以在共同的部位上标注相同的附图标记，省略说明。如图5(a)～(c)所示，本实施方式的特征在于，在放电灯La的负载电流ILa超过规定的电流值Ir的情况下，可变单元50使断开期间Toff的最大值Toffmax变化。具体地说，与第一实施方式相同，以随着负载电压VLa变小而使驱动信号的断开期间Toff的最大值Toffmax变大的方式进行控制。
因此，由于能够使驱动信号的断开期间Toff变长而使在电感器L1中流动的电流IL1变小，结果能够将负载电流ILa抑制在规定的电流值Ir以下(参照图5(c))。规定的电流值Ir是根据例如构成电路的部件的规格适当决定的。实际上，存在因迟延等使对在电感器L1中流动的电流IL1的控制延迟而使负载电流ILa变大的可能性，所以优选的是，进行控制，使得从负载电流ILa达到规定的电流值Ir这一点的附近开始使驱动信号的断开期间Toff的最大值Toffmax变化。另外，在本实施方式中，与第一实施方式相同，使驱动信号的断开期间Toff的最大值Toffmax线性变化，但是例如非线性或阶梯状变化也可以。
如上所述，即使在放电灯La异常时的负载电压VLa低的区域、负载电流ILa超过规定的电流值Ir的情况下，通过使驱动信号的断开期间Toff的最大值Toffmax变大，能够防止负载电流ILa增大。因此，由于不需要如以往那样使构成电路的部件的大型化或高性能化，不需要另外设置电路，所以能够防止成本增加。
此外，能够将上述各实施方式的放电灯点灯装置设置在图6(a)～(c)所示的照明装置中。图6(a)表示将放电灯点灯装置适用于嵌顶灯的例子，图6(b)、(c)表示将放电灯点灯装置适用于射灯的例子。另外，在各图中，A表示放电灯点灯装置，B表示容纳放电灯La的装置本体，C表示将安装放电灯的灯座(未图示)与放电灯点灯装置电连接的布线。另外，能够实现如下的照明系统，所述照明系统具有多个上述照明装置以及设置在从所述外部电源向各照明装置供电的路径上并对各照明装置统一控制或分别控制的控制装置。

Claims (8)

1.一种放电灯点灯装置，其特征在于，具备：
降压电路，至少具备开关元件以及电感器，将来自直流电源的直流电压降压后输出；
极性反转电路，具备开关元件，使来自降压电路的输出电压的极性周期性地反转而输出高频电压；
共振电路，被施加来自极性反转电路的高频电压，利用共振作用使放电灯点灯；
检测电路，对供给至放电灯的负载电压及负载电流进行检测；以及
控制电路，根据检测电路的检测结果，向降压电路及极性反转电路的开关元件发送对各开关元件的接通/断开进行切换的驱动信号，分别对降压电路的输出电压及极性反转电路的高频电压进行控制；
在驱动信号中设定使降压电路的开关元件成为接通状态的接通期间的最小值、以及使降压电路的开关元件成为断开状态的断开期间的最大值，
控制电路具有根据检测电路的检测结果使驱动信号的断开期间的最大值变化的可变单元，
可变单元随着负载电压变小而使驱动信号的断开期间的最大值变大。
2.根据权利要求1所述的放电灯点灯装置，其特征在于，
在驱动信号的接通期间为最小值的情况下，上述可变单元使断开期间的最大值变化。
3.根据权利要求1所述的放电灯点灯装置，其特征在于，
在负载电压低于放电灯正常时从启动时起至稳定点灯时为止的过程中可取的电压的最小值时，上述可变单元使断开期间的最大值变化。
4.根据权利要求1所述的放电灯点灯装置，其特征在于，
在放电灯的负载电流超过规定的电流值的情况下，上述可变单元使断开期间的最大值变化。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的放电灯点灯装置，其特征在于，
上述驱动信号的接通期间的最小值设定为降压电路的开关元件能够从断开状态切换为接通状态的程度的大小。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的放电灯点灯装置，其特征在于，
上述控制电路至少包括微型计算机。
7.根据权利要求1所述的放电灯点灯装置，其特征在于，
在上述负载电压比断开期间的最大值时的负载电压大的情况下，上述可变单元以使上述断开期间的最大值随着上述负载电压的增加而变小的方式进行设定。
8.一种照明装置，其特征在于，
具有权利要求1～4中任一项所述的放电灯点灯装置和容纳放电灯的装置本体。
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