JP2000106292A

JP2000106292A - 放電灯点灯装置および照明装置

Info

Publication number: JP2000106292A
Application number: JP10278513A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Kitamura; 紀之北村
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2000-04-11

Abstract

(57)【要約】【課題】従来においては、調光点灯時には大きい開放電
圧を発生するため、調光点灯時において放電灯が寿命末
期に至った場合には放電灯を立ち消えさせることができ
なかった。【解決手段】全光時の周波数ｆ1および調光点灯時の周
波数ｆ２が固有共振周波数ｆ0より十分に低いので、誘
導性素子３ｂは主として放電灯３ａの限流要素として作
用するから、いわゆる共振による大きい電圧は発生せ
ず、開放電圧は低くなる。そして、放電灯３ａは、正常
時における初期点灯時の動作特性は曲線ａであるが、寿
命の進展に伴って動作特性が図において徐々に上方へ移
動していき、寿命末期時には曲線ｂになっている。すな
わち、放電灯３ａの寿命末期時には、動作特性により定
まるランプ電圧が負荷特性曲線Ａにより定まる開放電圧
より高くなっているから、動作点を形成することができ
ないので、点灯を維持できないで、消灯する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は放電灯を高周波点灯
する放電灯点灯装置およびこれを用いた照明装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】本発明者は先行技術として特願平９−１
０００１９号公報のものを提案した。このものは、たと
えば図５に示すような回路構成である。すなわち、５１
は直流電源、５２は高周波発生手段、５３は負荷回路、
５４は制御手段である。直流電源５１は、たとえば商用
交流電源を全波整流回路にて整流し、チョッパで平滑化
する構成である。

【０００３】高周波発生手段５２は、入力端に直流電源
５１が接続され、交互にスイッチング動作を行う一対の
スイッチング手段５２ａ、５２ｂおよびスイッチング手
段５２ａ、５２ｂのスイッチングを制御する駆動回路５
２ｃを主体に構成されている。

【０００４】また、高周波発生手段５２は、スイッチン
グ手段５２ａ、５２ｂが直流電源５１に対して直列接続
されたハーフブリッジ形インバータであり、このインバ
ータは電流共振形に属する。

【０００５】負荷回路５３は、高周波発生手段５２の出
力端に接続され、放電灯５３ａ、インダクタ５３ｂ、コ
ンデンサ５３ｃ、５３ｄからなる。インダクタ５３ｂお
よびコンデンサ５３ｄは放電灯５３ａと直列に接続さ
れ、コンデンサ５３ｃは放電灯５３ａと並列に接続され
ている。たとえばインダクタ５３ｂは１．１５ｍＨ、コ
ンデンサ５３ｃは２２００ｐＦである。一方、コンデン
サ５３ｄは０．１μＦであり、直流カット用として作用
する。負荷回路５３の固有共振周波数ｆ0は１００ＫＨ
ｚである。

【０００６】制御手段５４は、高周波発生手段５２の出
力周波数を、放電灯５３ａの始動時、全光点灯時、調光
点灯時に対応させて変更するための手段である。そし
て、動作周波数はたとえば全光点灯時の周波数ｆ1が５
０ＫＨｚ、調光点灯時の周波数ｆ2が１０５ＫＨｚに設
定されている。

【０００７】図６および図７を参照して図５の装置の作
用を説明する。

【０００８】図６は、図５に示す放電灯点灯装置におけ
る負荷回路の周波数特性を示すグラフである。図におい
て、横軸は周波数を、縦軸は出力電圧を、それぞれ示
す。ｆ0は固有共振周波数、ｆ1は全光点灯時の周波数、
ｆ2は調光点灯時の周波数である。すなわち、全光点灯
時の周波数ｆ1は固有共振周波数ｆ0に比較して十分に低
く、そのときの出力電圧も低い。これに対して、調光点
灯時の周波数ｆ2は固有共振周波数ｆ0より高く、その出
力電圧は全光点灯時の電圧より高く設定されている。こ
れは、放電灯５３ａとして、いわゆるＴ５管のように細
形管を用いた場合、調光のためにランプ電流を減少させ
ると、ランプ電圧がかなり大きくなる。したがって、放
電灯を調光点灯しても放電灯が立消えないようにある程
度調光点灯時の開放電圧を大きくしている。

【０００９】図７は、図５に示す装置の負荷回路の負荷
特性を示すグラフである。図において、横軸は出力電流
を、縦軸は出力電圧を、それぞれ示す。

【００１０】曲線Ａは全光点灯時の負荷特性曲線であ
り、曲線Ｂは調光点灯時の負荷特性曲線である。全光
点灯時においては開放電圧は低いが、短絡電流は大き
い。すなわち、全光点灯時には固有共振周波数より十分
低い周波数で動作するから、インダクタ５３ｂは放電灯
５３ａの単なる限流インピーダンスとして作用するの
で、高周波発生手段５２の開放電圧は低い。しかし、相
当に低い周波数であるため、短絡電流は相対的に大き
い。この負荷特性は負荷回路５２のインダクタ、コンデ
ンサおよび高周波発生手段の周波数を適切に設定するこ
とにより、容易に得ることができる。

【００１１】そうして、全光点灯時に放電灯５３ａが寿
命末期になると、その放電灯５３aは点灯を維持するこ
とができなくなって消灯する。負荷回路が複数並列接続
されている場合には、寿命末期の放電ランプを上記のよ
うに消灯させるが、正常な放電ランプを引き続き点灯維
持させることも可能である。

【００１２】これに対して、調光点灯時においては上述
した理由により開放電圧は大きいが、短絡電流は小さ
い。

【００１３】放電灯５３ａは、正常時における初期点灯
時の動作特性は図７に示すように曲線ａであるが、寿命
の進展に伴って動作特性が図において徐々に上方へ移動
していき、寿命末期時には曲線ｂになっている。すなわ
ち、放電灯５３ａの寿命末期時には、動作特性により定
まるランプ電圧が負荷特性曲線Ａにより定まる開放電圧
より高くなっているから、動作点を形成することができ
ないので、点灯を維持できないで、消灯する。

【００１４】一方、調光時には高周波発生手段５２の発
生する高周波が負荷回路５３の固有共振周波数ｆ0より
やや高い程度なので、負荷回路５３は共振して高周波発
生手段の開放電圧は高くなる。このときの負荷特性は開
放電圧が高いが、短絡電流は小さい。

【００１５】そうして、開放電圧が高いので、調光度を
大きく、すなわち深く調光することができる。

【００１６】以上のように、従来のものは、放電灯５３
ａが全光点灯時には、放電灯５３ａが寿命末期になって
半波の放電となる異常放電を継続することができる。こ
の結果、電極近傍の異常加熱等を防止できる。特にガラ
スバルブが細い放電灯においては、電極とガラスバルブ
との間隔が小さいので、異常放電によってガラスバルブ
の温度が非常に高くなる。このため、ガラスバルブ、プ
ラスチックス製口金、ソケットなどが溶融するという問
題があるが、これを防止できる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
調光点灯時には大きい開放電圧を発生するため、調光点
灯時において放電灯が寿命末期に至った場合には放電灯
を立ち消えさせることができなかった。

【００１８】本発明は、複雑な保護回路を用いないで、
全光点灯時および調光点灯時において寿命末期時に放電
灯を減光ないし消灯させることができる放電灯点灯装置
およびこれを用いた照明装置を提供することを目的とす
る。

【００１９】

【課題を達成するための手段】請求項１の発明の放電灯
点灯装置は、放電灯、誘導性素子および容量性素子を含
む負荷回路と；放電灯の始動時には相対的に負荷回路の
固有共振周波数に近い周波数の高周波出力を発生し、全
光点灯時には負荷回路の固有共振周波数より十分低い周
波数の高周波出力を発生し、かつ、調光点灯時には固有
共振周波数および全光点灯時の周波数の間の周波数の高
周波出力を発生して、負荷回路に高周波出力を供給する
高周波発生手段と；始動時、全光点灯および調光点灯に
応じて高周波発生手段の出力周波数を変化させる制御手
段と；を具備していることを特徴とする。

【００２０】本発明および以下の各発明において、特に
指定しない限り用語の定義および技術的意味は次によ
る。

【００２１】放電灯は、特に限定されないが、ランプ電
流値の変化に対してランプ電圧値の変化が少ない太管た
とえばＴ１０管以上のものが好ましいが、細管の放電灯
であってもよい。ここでいう細管の放電灯とは、従来の
ようにいわゆるＴ５管のように調光点灯時にランプ電圧
がかなり大きくなるものをも場合によっては含むもので
ある。すなわち、調光度との兼合いによっては、たとえ
ば、浅い調光で許容される場合には、調光点灯時にラン
プ電圧がかなり大きくなる放電灯も使用可能である。

【００２２】負荷回路は、放電灯、誘導性素子および容
量性素子を含むのであれば、その具体的回路接続は問わ
ないが、固有共振周波数を有する。本発明において、負
荷回路は高周波発生手段から見て、放電灯および放電灯
を安定に点灯する限流要素を含んだ回路をいう。放電灯
を始動するために用いられる回路構成は負荷回路に付加
されていてもよいが、必須要件ではない。

【００２３】負荷回路は上記のように具体的回路構成を
問わないが、しかし、一般的には誘導性素子は、主とし
て放電灯の限流要素として用いられる。この場合、高周
波発生手段とは別に接続されたチョークコイルからなる
誘導性素子または高周波発生手段の一部を構成する出力
トランスの漏洩インダクタンスの形において負荷回路に
接続される。

【００２４】また、容量性素子は、一般的には放電灯の
フィラメント予熱用、および／または始動電圧印加用と
しても用いられ、また他の容量性素子は限流要素と直列
接続されて限流要素の一部として、あるいは直流カット
のために用いられることが多い。

【００２５】負荷回路の数は、１または複数用いること
を許容する。複数の場合は、それらを高周波発生手段に
対して並列接続することができる。また、１つの負荷回
路に複数の放電灯を直列接続することができる。

【００２６】高周波発生手段は、高周波出力の周波数が
変化可能であり、それは段階的に可変であっても連続的
に可変であってもよい。

【００２７】また、高周波発生手段は、既知の高周波発
生のためのあらゆる回路方式を採用することができる。
たとえばブロッキング発振形、マルチバイブレータ形、
ハーフブリッジ形、フルブリッジ形およびこれらの変形
形などのインバータを用いることができる。

【００２８】さらに、電圧共振形および電流共振形のい
ずれでもよいが、電流共振形の場合、耐圧の相対的に低
いスイッチング手段を用いることができるとともに、負
荷回路の誘導性素子および容量性素子に関係なく周波数
を設定することが可能なため、周波数可変範囲を広くす
ることができるさらにまた、放電灯を調光するために、
高周波発生手段はオンデューティを変化するなどの常套
手段を付加的に用いることができるものとする。

【００２９】高周波発生手段の電源は、適当なものを用
いることができるが、一般的には商用交流電源を整流
し、さらに平滑してなる直流電源を用いることができ
る。平滑を行うために、平滑コンデンサを用いることが
できるが、力率が悪くなるので、これを回避するととも
に、所望の電源電圧を得るとともに、高調波の少ないチ
ョッパなどのＤＣ−ＤＣコンバータを用いることもでき
る。

【００３０】制御手段は、放電灯の点灯状態を少なくと
も全光点灯と調光点灯とのいずれかに設定することがで
きるものとする。制御手段は、高周波発生手段を制御し
て、全光モードおよび調光モードのいずれかの動作モー
ドに設定する。調光モードは、段調光、連続調光のいず
れでもよい。

【００３１】また、必要に応じて消灯などの制御モード
の切り換えも付加してこれを行うことができるように構
成することができる。

【００３２】制御手段を操作する手法としては、壁スイ
ッチ、赤外線などを用いるリモートコントロールなどの
手法を採用することができる。

【００３３】最後に、作用について説明する。本発明に
おいては、全光点灯時に高周波発生手段の発生する高周
波が負荷回路の固有共振周波数に対して十分低い周波数
であるから、負荷回路は実質的に共振しない。したがっ
て、放電灯の限流要素は単にインピーダンスとして作用
するので、高周波発生手段の開放電圧は低い。しかし、
この開放電圧は放電灯のランプ電圧より高いものとす
る。さらに、放電灯の寿命末期には正常時に比較してラ
ンプ電圧が著しく高くなるが、開放電圧は寿命末期時の
ランプ電圧より明らかに低いものとする。したがって、
正常点灯時のランプ電圧の２〜２．７倍程度に設定する
とよい。

【００３４】負荷特性は、開放電圧が上記のように低い
が、短絡電流は相対的に大きい。この負荷特性は負荷回
路の誘導性素子、容量性素子および高周波発生手段の周
波数を適切に設定することにより、容易に得ることがで
きる。たとえば放電灯と並列に容量性素子が接続されて
いる場合に、その容量性素子の容量を全光点灯時に実質
的に共振が発生しないように小さく設定することで容易
に実現することができる。

【００３５】そうして、全光点灯時に放電灯が寿命末期
になると、その放電灯は点灯を維持することができなく
なって消灯する。

【００３６】なお、本発明において、固有共振周波数よ
り十分低いとは、当該周波数では実質的に共振しない程
度の周波数をいう。換言すれば、前述のように開放電圧
が正常な放電灯のランプ電圧に対して２〜２．７倍程度
を出力するような周波数をいう。

【００３７】一方、調光時には高周波発生手段の発生す
る高周波が負荷回路の固有共振周波数より低く、全光点
灯時の周波数より高いので、負荷回路はやはり実質的に
共振することがなく、高周波発生手段の開放電圧は低く
なる。このときの負荷特性は開放電圧が全光点灯時のそ
れ若干高いが、短絡電流は若干小さい。

【００３８】したがって、放電灯が寿命末期になるとや
はり放電灯は点灯を維持できなくなって立ち消える。

【００３９】請求項２の発明の放電灯点灯装置は、請求
項１記載の放電灯点灯装置において、高周波発生手段お
よび制御手段は、負荷回路の固有共振周波数をｆ0とし
たとき、全光点灯時の動作周波数ｆ1および調光点灯時
の動作周波数ｆ2が下式を満足していることを特徴して
いる。

【００４０】ｆ0／５≦ｆ1≦ｆ0／３、ｆ0／３≦ｆ2≦ｆ0 本発明は、全光点灯時、調光点灯時の高周波発生手段の
周波数を上記のように規定することにより、放電灯の寿
命末期時に放電灯を立ち消えさせる好適な範囲を設計で
きる。

【００４１】請求項３の発明の照明装置は、照明装置本
体と；照明装置本体に支持された請求項１または２記載
の放電灯点灯装置と；を具備していることを特徴として
いる。

【００４２】本発明は、照明器具などの照明装置におい
て、請求項１または２の特徴および作用を有している。
照明器具の場合、家庭用、施設用など任意所望の照明器
具に適応する。また、屋内用、屋外用のいずれでもよ
い。本発明において、照明装置とは、放電灯の発光を利
用するあらゆる装置を含む。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００４４】図１は、本発明の放電灯点灯装置の第１の
実施形態を示す回路図である。図において、１は直流電
源、２は高周波発生手段、３は負荷回路、４は制御手段
である。直流電源１は、たとえば商用交流電源を全波整
流回路にて整流し、チョッパ（いずれも図示しないが、
それぞれ周知である。）で平滑化する構成である。

【００４５】高周波発生手段２は、入力端に直流電源１
が接続され、交互にスイッチング動作を行う一対のスイ
ッチング手段２ａ、２ｂおよびスイッチング手段２ａ、
２ｂのスイッチングを制御する駆動回路２ｃを主体に構
成されている。そして、動作周波数は全光点灯時の周波
数ｆ1が可聴周波数以上たとえば約５０ＫＨｚに設定さ
れ、調光点灯時の周波数ｆ2は全光点灯時の周波数ｆ1に
応じて上述の式を満たすように設定される。

【００４６】負荷回路３は、高周波発生手段２の出力端
に接続され、放電灯３ａ、誘導性素子３ｂ、３ｅとして
のチョークコイル、容量性素子３ｃ、３ｄからなる。誘
導性素子３ｂおよび容量性素子３ｄは放電灯３ａと直列
に接続され、容量性素子３ｃは放電灯３ａと並列に接続
されている。また、誘導性素子３ｅは前記誘導性素子３
ｂおよび容量性素子３ｃの直列回路に対して並列的に設
けられている。並列的とは他の部品が介在していてもよ
いことを意味する。誘導性素子３ｂは０．６５ｍＨ、３
ｅは４．７ｍＨ、容量性素子３ｃは２７００ｐＦであ
る。一方、容量性素子３ｄは０．１μＦであり、直流カ
ット用として作用する。

【００４７】なお、使用した放電灯３ａは環形蛍光ラン
プＦＣＬ３０Ｎ／２８（東芝ライテック(株)製）であ
る。

【００４８】制御手段４は、放電灯３ａを全光点灯と調
光点灯とに変更するための手段で、本実施形態において
は高周波発生手段２の出力周波数を変更することによ
り、これを行うように構成されている。

【００４９】図２は、図１に示す本発明の第１の実施形
態における負荷回路の周波数特性曲線を示すグラフであ
る。

【００５０】図において、横軸は周波数を、縦軸は出力
電圧、出力電力を、それぞれ示す。

【００５１】ｆ0は固有共振周波数、１／３ｆ0は３次共
振周波数、１／５ｆ0は５次共振周波数、ｆ1は全光点灯
時の周波数、ｆ2は調光点灯時の周波数、ｆ20は始動時
の周波数である。なお、本実施形態において、フィラメ
ント予熱期間（始動電圧印加前のある期間）には、始動
時の周波数より大きい周波数で動作するようにして適正
な予熱を図るようにしてもよい。全光点灯時の周波数ｆ
1は固有共振周波数ｆ0に比較して十分に低く、そのとき
の出力電圧も低い。これに対して、調光点灯時の周波数
ｆ2は固有共振周波数ｆ0より低く、全光点灯時の周波数
ｆ1より高い。そして、その出力電圧は若干ではあるが
全光点灯時の電圧より低いことを示している。より詳細
には、本実施形態においては、固有共振周波数ｆ0、３
次共振周波数１／３ｆ0、５次共振周波数１／５ｆ0との
関係において、全光点灯時の周波数ｆ1、調光点灯時の
周波数ｆ2は、ｆ0／５≦ｆ1≦ｆ0／３、ｆ0／３≦ｆ2≦
ｆ0となるように設定されている。これにより、全光点
灯時の周波数ｆ1、調光点灯時の周波数ｆ2を適切にかつ
設計の自由度を持ちながら設定し易くなる。

【００５２】図３は、図１に示す本発明の放電ランプ点
灯装置の第１の実施形態における負荷回路の負荷特性を
示すグラフである。

【００５３】図において、横軸は出力電流を、縦軸は出
力電圧を、それぞれ示す。

【００５４】曲線Ａは全光点灯時の負荷特性曲線であ
り、曲線Ｂは調光点灯時の負荷特性曲線である。

【００５５】全光点灯時においては、相対的に開放電圧
は低いが、短絡電流は大きい。一方、調光点灯時におい
ては相対的に開放電圧は大きいが、短絡電流は小さい。

【００５６】以上、図１ないし図３を参照して本発明の
第１の実施形態を説明したが、要するに本実施形態は、
全光時の周波数ｆ1および調光点灯時の周波数ｆ２が固
有共振周波数ｆ0より十分に低いので、誘導性素子３ｂ
は主として放電灯３ａの限流要素として作用するから、
いわゆる共振による大きい電圧は発生せず、開放電圧は
低くなる。

【００５７】そして、図３に示すように放電灯３ａは、
正常時における初期点灯時の動作特性は曲線ａである
が、寿命の進展に伴って動作特性が図において徐々に上
方へ移動していき、寿命末期時には曲線ｂになってい
る。すなわち、放電灯３ａの寿命末期時には、動作特性
により定まるランプ電圧が負荷特性曲線Ａにより定まる
開放電圧より高くなっているから、動作点を形成するこ
とができないので、点灯を維持できないで、消灯する。

【００５８】このため、電極近傍のガラスバルブや口
金、ソケットなどが溶融するようなことを回避できる。

【００５９】また、たとえば容量性素子３ｃの容量を小
さくして固有共振周波数を全光点灯時の周波数より十分
に高く設定することができるので、回路構成がすこぶる
簡単である。

【００６０】図４は、本発明の照明装置の一実施形態を
示す概念図である。本実施形態は、環形の放電灯３ａ
１、３ａ２を用いた家庭用の天井直付形照明器具であ
る。

【００６１】図において、７はシャーシ、８は反射板、
９は点灯装置、１０は透光カバーである。

【００６２】シャーシ７は、円形の浅皿状をなし、天井
に取り付ける手段を備えているとともに、透光カバー１
０を装着するための機構を有している。

【００６３】反射板８は、極力浅く形成されるととも
に、放電灯３ａ１、３ａ２の発光をなるべく透光カバー
１０の面の輝度が均一になるように反射する形状に成形
されている。

【００６４】点灯装置９は、放電灯を除いた負荷回路、
高周波発生手段および直流電源からなり、シャーシ７お
よび反射板８の間に形成される空間内に配設されてい
る。

【００６５】透光カバー１０は、シャーシ７の下面に配
設されて放電灯３ａ１、３ａ２および反射板８などを包
囲している。

【００６６】ところで、放電灯３ａ１、３ａ２は、上記
環形蛍光ランプＦＣＬ３０Ｎ／２８（東芝ライテック
(株)製）である。

【００６７】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、複雑な保護回
路を用いることなく、放電灯が全光点灯および調光点灯
のいずれであっても、寿命末期時に放電灯灯を立ち消え
させることにより、ガラスバルブ、口金、ソケットが溶
融する等の問題を防止する放電灯点灯装置を提供するこ
とができる。

【００６８】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
に加えて全光点灯時の周波数および調光点灯時の周波数
を適切でかつ設計の自由度を持たせて設定できる。

【００６９】請求項３の発明によれば、請求項１または
２の発明の効果を有する照明装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放電灯点灯装置の一実施形態を示す回
路図

【図２】図１に示す放電灯点灯装置の負荷回路の周波数
特性を示すグラフ

【図３】図１に示す放電灯点灯装置の負荷特性を示すグ
ラフ

【図４】本発明の照明装置の一実施形態を示す概念図

【図５】従来技術を示す回路図

【図６】図５に示す放電灯点灯装置の負荷回路の周波数
特性を示すグラフ

【図７】図５に示す放電灯点灯装置の負荷特性を示すグ
ラフ

【符号の説明】

１…直流電源、２…高周波発生手段、２ａ、２ｂ…スイ
ッチング手段、２ｃ…駆動回路、３…負荷回路、３ａ…
放電灯、３ｂ…誘導性素子、３ｃ、３ｄ…容量性素子、
４…制御手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放電灯、誘導性素子および容量性素子を含
む負荷回路と；放電灯の始動時には相対的に負荷回路の
固有共振周波数に近い周波数の高周波出力を発生し、全
光点灯時には負荷回路の固有共振周波数より十分低い周
波数の高周波出力を発生し、かつ、調光点灯時には固有
共振周波数および全光点灯時の周波数の間の周波数の高
周波出力を発生して、負荷回路に高周波出力を供給する
高周波発生手段と；始動時、全光点灯時および調光点灯
時に応じて高周波発生手段の出力周波数を変化させる制
御手段と；を具備していることを特徴とする放電灯点灯
装置。
【請求項２】高周波発生手段および制御手段は、負荷回
路の固有共振周波数をｆ0としたとき、全光点灯時の動
作周波数ｆ1および調光点灯時の動作周波数f2が下式を
満足していることを特徴とする請求項１記載の放電灯点
灯装置。ｆ0／５≦ｆ1≦ｆ0／３、ｆ0／３≦ｆ2≦ｆ0
【請求項３】照明装置本体と；照明装置本体に支持され
た請求項１または２記載の放電灯点灯装置と；を具備し
ていることを特徴とする照明装置。