JP2003197392A

JP2003197392A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2003197392A
Application number: JP2001390755A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Ido; 滋井戸; Minoru Yamamoto; 実山本; Yoshinobu Murakami; 善宣村上; Naoki Onishi; 尚樹大西
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2003-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】調光比略３％以下の調光状態においても、放
電灯を安定点灯させることのできる放電灯点灯装置を提
供する。【解決手段】直流電源回路、電圧変換回路、平滑回
路、インバータ回路、負荷回路、電圧変換回路が有する
スイッチング素子を動作させる調光手段１及びインバー
タ回路が有するスイッチング素子を駆動する駆動手段
２、を備えた放電灯点灯装置において、調光手段１によ
り電圧変換回路の出力電圧Ｖｄｃを変化させて放電灯Ｌ
Ａの調光が可能であるとともに、放電灯ＬＡの調光時に
ＬＣ共振回路の共振周波数ｆ０の近傍の周波数ｆ０’か
ら共振周波数ｆ０より高い第１の周波数ｆ１へと所定の
時間内に漸次移行させる周波数制御手段５を設けた構成
としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放電灯点灯装置に
関するものであり、さらに詳しくは、放電灯の調光が可
能な放電灯点灯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、演出・省エネルギーなどを目的と
して、様々な場面で調光用の放電灯点灯装置が使用され
るようになってきた。この種の調光用の放電灯点灯装置
としては、たとえば、特開平４−３４２９９５号公報の
ものが挙げられる。このものは、図１５に示すように、
交流電源ＡＣと；入力フィルタ回路を構成するコンデン
サＣ１、フィルタＬＦ１及びコンデンサＣ２と；交流電
源ＡＣからの交流電圧を整流する整流回路ＤＢと；昇降
圧チョッパ回路を構成するスイッチング素子Ｑ１、Ｑ
２、ダイオードＤ１、Ｄ２及びインダクタＬ１と；昇降
圧チョッパ回路の出力電圧を平滑するコンデンサＣ３
と；インバータ回路を構成するスイッチング素子Ｑ３及
びＱ４と；直流遮断コンデンサＣ４と；負荷回路を構成
する共振用インダクタＬ２、トランスＴ１（１次側巻線
Ｎ１、２次側巻線Ｎ２）、共振用コンデンサＣ６及び放
電灯ＬＡと；スイッチング素子Ｑ１及びＱ２を制御し放
電灯ＬＡを調光する調光手段１と；スイッチング素子Ｑ
３及びＱ４を駆動する駆動手段２と；駆動手段２にトリ
ガ信号を送信するトリガ信号発生手段３と；調光手段１
に調光信号を送る調光器４と；を備えている。

【０００３】この調光用の放電灯点灯装置においては、
調光を深くした場合に放電灯ＬＡが立ち消えを起こした
り、放電灯ＬＡにちらつきや移動縞が生じたりしないよ
うに、放電灯電圧にパルス電圧を周期的に重畳する制御
を行っている。このパルス電圧を発生させる方法を以下
に説明する。

【０００４】放電灯ＬＡを調光制御すると、調光下限付
近においては、放電灯ＬＡに流れる電流（以下、放電灯
電流という。）が減少し放電灯ＬＡの両端にかかる電圧
（以下、放電灯電圧という。）は増加する。したがっ
て、放電灯ＬＡの等価インピーダンスは増加し、等価イ
ンピーダンスは十ｋΩ程度なる場合もある。この状態で
は、実質的に放電灯ＬＡの存在を無視でき、インバータ
回路は、インダクタＬ２とコンデンサＣ６との共振状態
に支配されることになる。このときの共振カーブを図１
６に示す。図１６の縦軸は放電灯電圧Ｖ、横軸はインバ
ータ回路の動作周波数ｆを、ｆ０は共振周波数、ｆ０’
は共振周波数ｆ０の近傍の周波数、ｆ１は調光下限付近
でのインバータ回路の動作周波数をそれぞれ示してい
る。共振の鋭さをＱとすると、この共振周波数ｆ０の近
傍においては、共振の鋭さＱの値は非常に大きい値とな
っており、たとえば、ｆ＝ｆ１での放電灯電圧を１００
Ｖ程度と考えた場合、ｆ＝ｆ０’での放電灯電圧は数ｋ
Ｖとなる場合もある。

【０００５】この場合において、図１７（ｃ）に示すよ
うにトリガ信号発生手段３で発生させたトリガ信号で、
（ｂ）に示すようにインバータ回路の動作周波数ｆをｆ
１→ｆ０’に変化させた場合、放電灯電圧は（ａ）に示
すような波形となる。すなわち、インバータ回路の動作
周波数ｆをｆ１→ｆ０’に瞬時に変化させた場合に、放
電灯電圧は瞬時に変化することができず、一定の過渡応
答時間ｔ１が必要となる。この過渡応答時間ｔ１は、一
般にＱ（共振の鋭さ）／ｆ０’（変化後の動作周波数）
程度と考えられている。

【０００６】このように、インバータ回路の動作周波数
ｆをｆ１→ ｆ０’及びｆ０’→ｆ１のように変化させ
ることを繰り返すと、パルス電圧を発生させることがで
きる。そして、このパルス電圧を放電灯ＬＡに印可する
ことにより、調光が深くなった場合においても、放電灯
ＬＡが立ち消えを起こしたり、放電灯ＬＡにちらつきや
移動縞が生じたりするのを防ぐことができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１７
においてインバータ回路の動作周波数ｆをｆ０’→ｆ１
に瞬時に変化させた場合、一般に過渡応答時間ｔ１後に
は、放電灯電圧及び放電灯電流は減少するはずだが、イ
ンダクタＬ２とコンデンサＣ６との共振によるエネルギ
ーがインバータ回路に蓄積されているため、実際にはイ
ンバータ回路の動作状態は、動作周波数ｆ０’と動作周
波数ｆ１とが混在したいわゆるビート状態（うなり状
態）となる場合がある。このときのビート周波数ｆ２
は、ｆ２＝ｆ１−ｆ０’であり、このビート状態が発生
した場合において、ビート状態の半周期にスイッチング
素子Ｑ３及びＱ４に流れる電流は進相電流となる。進相
電流が流れる過渡期間ｄｔの間は、スイッチング素子Ｑ
３及びＱ４の内臓ダイオードが短絡されている状態であ
り、このときに内臓ダイオードには過大な電流が流れ
る。（このときのスイッチング素子Ｑ３及びＱ４への過
電流ストレスを以下、ｄｉ／ｄｔストレスという。）こ
のｄｉ／ｄｔストレスは、２００〜３００Ａ／μｓｅｃ
程度にも達する場合があり、スイッチング素子Ｑ３及び
Ｑ４にダメージを与える場合がある。

【０００８】本発明は、上記問題点に鑑みてなしたもの
であり、その目的とするところは、調光下限付近におい
て、動作周波数ｆをｆ０’→ｆ１に変化させ放電灯ＬＡ
にパルス電圧を与える場合において、ｄｉ／ｄｔストレ
スの発生を防ぎ、スイッチング素子Ｑ３及びＱ４にスト
レスを与えない放電灯点灯装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の放電灯点
灯装置は、直流電源回路と；少なくとも１のスイッチン
グ素子を有し、直流電源回路からの電圧を他の電圧に変
換し出力する電圧変換回路と；電圧変換回路からの出力
電圧を平滑し出力する平滑回路と；少なくとも１のスイ
ッチング素子を有し、平滑回路からの平滑された電圧を
高周波の電圧に変換し出力するインバータ回路と；放電
灯及びＬＣ共振回路を含み、インバータ回路からの高周
波の電圧により共振動作をする負荷回路と；電圧変換回
路が有するスイッチング素子を動作させる調光手段と；
インバータ回路が有するスイッチング素子を駆動する駆
動手段と；を備えた放電灯点灯装置において、調光手段
により電圧変換回路の出力電圧を変化させて放電灯の調
光が可能であるとともに、放電灯の調光下限付近におい
てＬＣ共振回路の共振周波数の近傍の周波数から共振周
波数より高い第１の周波数へと所定の時間内に漸次移行
させる周波数制御手段を設けたことを特徴とするもので
ある。

【００１０】このような放電灯点灯装置においては、共
振周波数の近傍の周波数から第１の周波数へと移行する
際に、所定の時間を設定し該時間をかけて周波数制御手
段により周波数を共振周波数の近傍の周波数から共振周
波数より高い第１の周波数へと変化させる。

【００１１】請求項２記載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、共振周波数から第１
の周波数へと漸次移行させる場合において、周波数を連
続的に移行させることを特徴とするものである。

【００１２】請求項３記載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、共振周波数から第１
の周波数へと漸次移行させる場合において、周波数を段
階的に移行させることを特徴とするものである。

【００１３】請求項４記載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、周波数制御手段によ
り第１の周波数から共振周波数へと所定の時間内に移行
させる場合において、周波数を連続的又は段階的に移行
させることを特徴とするものである。

【００１４】請求項５記載の放電灯点灯装置は、請求項
２又は３記載の放電灯点灯装置において、所定の時間を
ｔ、共振の鋭さをＱ、第１の周波数をｆ１としたとき
に、所定の時間ｔが、ｔ＞Ｑ／ｆ１を満足することを特
徴とするものである。

【００１５】インバータ回路の動作周波数を変化させた
場合、放電灯電圧は瞬時に変化することができず、一定
の過渡応答時間が必要となる。この過渡応答時間は、一
般にＱ（共振の鋭さ）／ｆ１（変化後の動作周波数）程
度と考えられている。所定の時間ｔをこの過渡応答時間
よりも長く設定しておき、インバータ回路のスイッチン
グ素子に発生するｄｉ／ｄｔストレスを抑制する。

【００１６】請求項６記載の放電灯点灯装置は、請求項
２又は３記載の放電灯点灯装置において、共振回路のエ
ネルギーを消費するエネルギー消費手段を設け、所定の
時間内において、エネルギー消費手段により共振回路の
エネルギーを消費させることを特徴とするものである。

【００１７】このような放電灯点灯装置においては、共
振周波数の近傍の周波数から第１の周波数へと動作周波
数を移行させた際に、インバータ回路に蓄積されている
共振エネルギーをエネルギー消費手段により消費させ
る。

【００１８】請求項７記載の放電灯点灯装置は、請求項
６記載の放電灯点灯装置において、エネルギー消費手段
は、少なくとも抵抗を備えていることを特徴とするもの
である。

【００１９】請求項８記載の放電灯点灯装置は、請求項
２又は３記載の放電灯点灯装置において、所定の時間内
において、インバータ回路のスイッチング素子を駆動す
る駆動手段と、スイッチング素子のゲートと、の間にイ
ンピーダンス要素を挿入することを特徴とするものであ
る。

【００２０】このような放電灯点灯装置においては、ス
イッチング素子のゲートに入力されるゲート電圧の立ち
下がりを遅延させる。

【００２１】請求項９記載の放電灯点灯装置は、請求項
１又は２記載の放電灯点灯装置において、インバータ回
路が有するスイッチング素子に流れる進相電流を検出す
る検出手段と、検出手段の検出を受けてインバータ回路
の発振を停止させる発振停止手段と、を備えたことを特
徴とするものである。

【００２２】請求項１０記載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、調光下限は、調光
比略３％以下であることを特徴とするものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
を図１及び図２を参照して説明する。

【００２４】図１に示す放電灯点灯装置は、交流電源Ａ
Ｃと；入力フィルタ回路（コンデンサＣ１、フィルタＬ
Ｆ１及びコンデンサＣ２）と；交流電源ＡＣからの電圧
を整流する整流回路ＤＢと；整流回路ＤＢからの電圧を
他の電圧に変換する電圧変換回路（スイッチング素子Ｑ
１、Ｑ２、ダイオードＤ１、Ｄ２及びインダクタＬ１）
と；電圧変換回路の出力電圧を平滑するコンデンサＣ３
と；少なくとも１以上のスイッチング素子を有し、電圧
変換回路の出力電圧を高周波電圧に変換するインバータ
回路（スイッチング素子Ｑ３及びＱ４）と；放電灯ＬＡ
及びＬＣ共振回路を含み、インバータ回路に接続される
負荷回路（共振用インダクタＬ２、トランスＴ１（１次
側巻線Ｎ１、２次側巻線Ｎ２）、共振用コンデンサＣ６
及び放電灯ＬＡと）と；直流遮断コンデンサＣ４と；電
圧変換回路の出力電圧を変化させることにより、放電灯
ＬＡを調光する調光手段１と；スイッチング素子Ｑ３及
びＱ４を駆動する駆動手段２と；駆動手段２にトリガ信
号を送信するトリガ信号発生手段３と；調光手段１に調
光信号を送る調光器４と；ＬＣ共振回路の共振周波数の
近傍の周波数から共振周波数より高い第１の周波数へと
動作周波数を所定の時間内に漸次移行させる周波数制御
手段５と；を備えている。

【００２５】この放電灯点灯装置は、図１５で示した放
電灯点灯装置に、周波数制御手段５を付加した構成とな
っている。

【００２６】以下、各部の構成を詳述する。

【００２７】交流電源ＡＣは、商用の交流電源であり、
電圧は、たとえば、１００Ｖ、２００Ｖ又は２４０Ｖで
ある。

【００２８】入力フィルタ回路は、交流電源ＡＣからの
雑音をインバータ回路に侵入するのを防止したり、ある
いは逆に、インバータ回路からの雑音が電源側に漏れる
のを防止するものである。

【００２９】整流回路ＤＢは、交流電源ＡＣからの交流
電圧を脈流電圧に整流し出力するものであり、たとえ
ば、ダイオードブリッジで構成する。交流電源ＡＣの電
圧が１００Ｖの場合、ダイオードブリッジの代わりに、
たとえば、倍電圧整流回路を用いてもよい。倍電圧整流
回路を用いると、交流電源ＡＣの電圧が実質的に２００
Ｖと同等とみなせ、倍電圧整流回路以後に接続されてい
る回路に流れる電流が、ダイオードブリッジを用いた場
合と比べ約半分となるので、放電灯点灯装置の効率を上
げることができる。

【００３０】電圧変換回路は、整流回路ＤＢからの電圧
を他の電圧に変換するものであり、本実施の形態では、
昇降圧チョッパ回路を採用している。もちろん電圧変換
回路は、その他、昇圧チョッパ、降圧チョッパ、あるい
は極性反転チョッパ回路であっても構わない。要は、あ
る直流電圧を別の直流電圧に変換するものであれば、ど
のような回路構成でも構わない。

【００３１】コンデンサＣ３は、電圧変換回路の出力電
圧を平滑するものであり、たとえば、電界コンデンサで
構成する。

【００３２】インバータ回路は、コンデンサＣ３からの
直流電圧をスイッチング素子Ｑ３及びＱ４のオン／オフ
動作により矩形波電圧に変換するものであり、スイッチ
ング素子Ｑ３及びＱ４は、たとえば、電界効果トランジ
スタで構成する。

【００３３】直流遮断コンデンサＣ４は、インバータ回
路に流れる直流成分を遮断し、これにより、インバータ
回路は交流電圧でのみ動作することになる。コンデンサ
Ｃ４の容量は、通常はコンデンサＣ６よりも大きく設定
されている。

【００３４】負荷回路は、インダクタＬ２とコンデンサ
Ｃ６との直列共振回路の共振動作により放電灯ＬＡを始
動・点灯させるものである。放電灯ＬＡは、たとえば、
蛍光灯である。また、本実施の形態では、インダクタＬ
２とトランスＴ１とを別々に設けているが、トランスＴ
１にリーケージトランスを用いて、インダクタＬ２を省
略しても構わない。さらに、放電灯ＬＡの定格放電灯電
圧が小さい場合には、トランスＴ１を省略してもよい。

【００３５】調光手段１は、調光器４の調光信号を受け
てスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の周波数を制御するもの
であり、具体的な回路構成としては、たとえば、モトロ
ーラ社製の集積回路ＭＣ３４２６１を用いてもよい。

【００３６】駆動手段２は、インバータ回路を構成する
スイッチング素子Ｑ３及びＱ４のゲートに駆動パルス信
号を送るものである。駆動手段２の具体的な回路構成と
しては、たとえば、インターナショナルレクティファイ
アー社製の高耐圧集積回路ＩＲ２１１０を用いてもよ
い。

【００３７】トリガ信号発生手段３は、インバータ回路
の動作周波数ｆをｆ１→ ｆ０’に変化させる場合の動
作周波数ｆの変化のタイミング信号を発生させるもので
ある。

【００３８】周波数制御手段５は、トリガ信号発生手段
３からのタイミング信号を受けて、インバータ回路の動
作周波数ｆを掃引信号により所定の時間内に漸次変化さ
せるものである。

【００３９】つぎに、本実施の形態の動作を説明する。

【００４０】放電灯ＬＡを調光するために、昇降圧チョ
ッパ回路の出力電圧Ｖｄｃを下げていき調光比が１０％
程度を下回ると、放電灯ＬＡにちらつきや移動縞が発生
する。特に調光比が３％以下になると、ちらつきや移動
縞の他に放電灯ＬＡが立ち消えを起こす場合もある。こ
の場合において、ちらつきや移動縞、さらには立ち消え
を防止するために従来の技術の項で説明したように、駆
動手段２によりインバータ回路の動作周波数ｆをｆ１→
ｆ０’及びｆ０’→ｆ１に変化させ、放電灯電圧ＬＡに
パルス電圧を重畳させる。この、動作周波数ｆをｆ０’
→ｆ１に変化させるときに、図２（ｃ）に示す掃引信号
と周波数制御手段５により、図２（ｂ）に示すように動
作周波数ｆを所定の時間をかけて変化させる。すると、
インバータ回路に蓄積されているインダクタＬ２とコン
デンサＣ６との共振によるエネルギーは徐々に消費され
ていくことになり、ビート状態は発生しない。したがっ
て、スイッチング素子Ｑ３及びＱ４に進相電流が流れ
ず、ｄｉ／ｄｔストレスが発生することもない。

【００４１】つぎに、図３に周波数制御手段５の具体的
な回路の一例を示す。図３に示す周波数制御手段５は、
グランドと駆動手段２との間に、コンデンサＣ１０と、
抵抗Ｒ１０１及びＲ１０２の直列回路と、を接続してい
る。また、抵抗Ｒ１０２と並列に、コンデンサＣ１０１
と、抵抗Ｒ１０３及びスイッチング素子ＳＷ１の直列回
路と、を接続している。ここで、コンデンサＣ１０は電
流ｉｍを積分する積分用のコンデンサである。そして、
抵抗Ｒ１０１に流れる電流をｉｍとし、この実施の形態
では、動作周波数ｆは電流ｉｍに比例するように駆動手
段２で制御される。

【００４２】以下、この回路の動作を図４を参照しなが
ら説明する。

【００４３】放電灯ＬＡの深調光時に、放電灯電圧にパ
ルス電圧を周期的に重畳している場合には、スイッチン
グ素子ＳＷ１は、トリガ信号発生手段３のトリガ信号を
受けて、交互にオン／オフ動作を繰り返している。これ
により、抵抗Ｒ１０１に流れる電流ｉｍが変化する。こ
のときの電流ｉｍの変化態様は、スイッチング素子ＳＷ
１がオンすると、抵抗Ｒ１０１には、合成抵抗（（Ｒ１
０１）＋（Ｒ１０２／／Ｒ１０３））で決まる電流ｉｍ
が流れることになり、電流ｉｍは増加する。すると、動
作周波数ｆはｆ０’へと低くなり、共振状態が強くなる
ので放電灯ＬＡにパルス電圧が印可される。

【００４４】つぎに、スイッチング素子ＳＷ１がオフす
ると、コンデンサＣ１０１の充電が開始され、電流ｉｍ
は図７（ｃ）のように変化する。すなわち、電流ｉｍは
合成抵抗（Ｒ１０１＋Ｒ１０２）で決まる電流に急激に
変化するのではなく、一定時間内に徐々に変化するいわ
ゆる積分動作をすることになる。そして、スイッチング
素子ＳＷ１がオフすると、今度はコンデンサＣ１０１の
電荷が放電されていくので、やはり、電流ｉｍは急激に
変化しない。したがって、電流ｉｍに比例して変化する
動作周波数ｆも、図４（ｂ）の示すように一定の時間内
に、ｆ０’→ｆ１に変化することになり、ビート状態は
発生しない。よって、スイッチング素子Ｑ３及びＱ４に
流れる電流が進相電流となることもなく、ｄｉ／ｄｔス
トレスの発生を防ぐことができる。

【００４５】また、周波数制御手段５の応用形態とし
て、図５に示すものが挙げられる。このものにおいて
は、図３の周波数制御手段５において、抵抗Ｒ１０１と
グランドとの間に、スイッチング素子Ｑ１０２と抵抗Ｒ
１０２と抵抗Ｒ１０３及びスイッチング素子Ｑ１０１の
直列回路と、の並列回路と、スイッチング素子Ｑ１０１
とトリガ信号発生手段３との間に抵抗Ｒ１０４と、スイ
ッチング素子Ｑ１０２とトリガ信号発生手段３との間に
抵抗Ｒ１０５と、を設けている。また、抵抗Ｒ１０５と
並列にダイオードＤ１０５が、スイッチング素子Ｑ１０
２とグランドとの間にコンデンサＣ１０５が、ダイオー
ドＤ１０５のカソードとグランドとの間にダイオードＤ
１０５’がそれぞれ接続されている。この抵抗Ｒ１０
５、ダイオードＤ１０５及びコンデンサＣ１０５で、ス
イッチング素子Ｑ１０２のオンのタイミングを遅延させ
る遅延回路を構成している。

【００４６】この周波数制御手段５は、図６（ｂ）に示
すように、動作周波数ｆがｆ０’→ｆ１に変化する場合
にのみ、動作周波数を段階的に変化させ、ビート状態の
発生によるｄｉ／ｄｔストレスの発生を防ぐものであ
る。

【００４７】以下、図５に示す回路の動作を説明する。

【００４８】上記実施の形態と同様に、放電灯ＬＡの深
調光時にパルス電圧を周期的に重畳している場合には、
スイッチング素子Ｑ１０１は、トリガ信号発生手段３の
トリガ信号を受けて、図６（ｅ）に示すように交互にオ
ン／オフ動作を繰り返している。ここで、まず、図６
（ｄ）及び（ｅ）に示すように、スイッチング素子Ｑ１
０１及びＱ１０２がともにオフの場合には、電流ｉｍに
比例する動作周波数ｆは、合成抵抗（Ｒ１０１＋Ｒ１０
２）で決まる値となっている。つぎに、スイッチング素
子Ｑ１０１がオフからオンになった場合には、動作周波
数ｆは、合成抵抗（（Ｒ１０１）＋（Ｒ１０２／／Ｒ１
０３））で決まる値となる。この合成抵抗（（Ｒ１０
１）＋（Ｒ１０２／／Ｒ１０３））は、合成抵抗（Ｒ１
０１＋Ｒ１０２）よりも値が小さいので、電流ｉｍは増
加し、動作周波数も図６（ｂ）に示すようにｆ０’→ｆ
１’と高くなる。このスイッチング素子Ｑ１０１がオフ
からオンになった瞬間から、コンデンサＣ１０５の充電
が開始され、図６に示すｔ２後にスイッチング素子Ｑ１
０２はオンする。すると、今度は動作周波数ｆは、抵抗
Ｒ１０１で決定まる値となる。抵抗Ｒ１０１は合成抵抗
（（Ｒ１０１）＋（Ｒ１０２／／Ｒ１０３））よりも小
さいので、電流ｉｍは増加し、動作周波数ｆも図６
（ｂ）に示すようにｆ１’→ｆ１と高くなる。この一連
の動作でもって、動作周波数をｆ０’→ｆ１’→ｆ１と
段階的に変化させることができ、インバータ回路の動作
がビート状態に入るのを防ぐことができる。これによ
り、スイッチング素子Ｑ３及びＱ４のｄｉ／ｄｔストレ
スの発生を防ぐことができる。

【００４９】なお、上記のような遅延回路を多数設けて
おくと、動作周波数ｆの変化をより細かく制御でき、ｄ
ｉ／ｄｔストレスの発生を確実に防ぐことができる。

【００５０】また、放電灯電圧に重畳させるパルス電圧
の波形しては、図７（ａ）に示すようなものでもよい。
図６（ａ）のパルス電圧は、パルス電圧がピーク値に達
するまでの時間が図７（ａ）に比べて短いが、逆にこの
ために、放電灯ＬＡに高い電圧が重畳される時間が長く
なる。このために、放電灯ＬＡの放電状態が不安定にな
る場合がある。そこで、図７（ｃ）に示すような掃引信
号により、動作周波数ｆを図７（ｂ）のように、瞬時で
はなく一定の時間をかけて漸次ｆ１→ ｆ０’に変化さ
せる。このようにすると放電灯ＬＡに重畳される電圧波
形は図７（ａ）のような略三角形状の波形となり、放電
灯ＬＡに高い電圧を重畳する時間を極力短くすることが
できる。

【００５１】上記図７（ａ）のような略三角形状の波形
を発生させる回路として、図８に示す回路が挙げられ
る。この回路は、図５に示した遅延回路をスイッチング
素子Ｑ１０１のゲートにも設けたものである。すなわ
ち、スイッチング素子Ｑ１０１とトリガ信号発生手段３
との間に抵抗Ｒ１０６と抵抗Ｒ１０７との直列回路を設
けている。また、抵抗Ｒ１０６と並列にダイオードＤ１
０６が、ダイオードＤ１０６のアノードとグランドとの
間にコンデンサＣ１０６が、ダイオードＤ１０６のカソ
ードとグランドとの間にダイオードＤ１０６’が、それ
ぞれ接続されている。

【００５２】この回路の基本的な動作は図５に示した回
路と同じであり、スイッチング素子Ｑ１０１のゲートに
も遅延回路を設けることにより、抵抗Ｒ１０１に流れる
電流ｉｍ及び動作周波数ｆをそれぞれ図９（ｃ）及び
（ｂ）に示すような凹部形とすることができ、放電灯Ｌ
Ａに重畳される電圧波形を図９（ａ）の略三角形状にす
ることができる。

【００５３】なお、上記のような遅延回路を多数設けて
おくと、放電灯ＬＡに重畳される電圧波形をより三角形
状に近づけることができる。

【００５４】以下、本発明の第２の実施の形態を図１０
及び図１１を参照して説明する。

【００５５】図１０に示す放電灯点灯装置は、スイッチ
ング素子Ｑ３及びＱ４が同時にオフしている期間（デッ
ドタイム）にスイッチング素子Ｑ３又はＱ４に流れる電
流が進相電流か遅相電流かを判断し、進相電流が流れて
いると判断した場合には、スイッチング素子Ｑ３及びＱ
４のゲートに入力するゲート信号を無効にし、ビート状
態とそれに伴うｄｉ／ｄｔストレスの発生を防ぐもので
ある。

【００５６】この放電灯点灯装置は、図１に示す放電灯
点灯装置において、以下の構成を付加している。

【００５７】エッジエッジトリガ回路６は、トリガ信号
発生手段３の信号を受けて、タイマ７の出力としてハイ
信号（Ｈ信号）を出力するものである。

【００５８】デッドタイム回路２ａ’、２ｂ’は、スイ
ッチング素子Ｑ３及びＱ４をそれぞれ駆動する駆動手段
２ａ、２ｂの前段に接続され、スイッチング素子Ｑ３及
びＱ４のゲート電圧の立ち上がり時間を遅らせるもので
ある。

【００５９】アンド回路ＡＮ１、ＡＮ２は、デッドタイ
ム回路２ａ’、２ｂ’の出力信号と、タイマ７の出力信
号と、スイッチング素子Ｑ３及びＱ４の直列回路の中点
Ｖｘの信号と、を入力し、ＲＳフリップフロップ回路Ｆ
Ｆ１、ＦＦ２の各Ｓ端子に信号を出力するものである。

【００６０】ＲＳフリップフロップ回路ＦＦ１、ＦＦ２
は、そのＱバーの出力がロウ信号（Ｌ信号）を出力して
いるときは、スイッチング素子Ｑ３及びＱ４のゲートに
ゲート信号が入力されないようにするものである。

【００６１】また、デッドタイム回路２ａ’とＲＳフリ
ップフロップ回路ＦＦ１との間には反転回路ＩＮＶが挿
入されており、この反転回路ＩＮＶにより、周波数制御
手段５からのスイッチング素子Ｑ３へのゲート信号を反
転させ、したがって、スイッチング素子Ｑ３及びＱ４を
交互にオンオフ動作させることができる。なお、周波数
制御手段５は図３に示したものと同一である。

【００６２】以下、進相電流が流れていると判断した場
合にスイッチング素子Ｑ３及びＱ４のゲート信号を無効
にする動作を説明する。

【００６３】まず、トリガ信号発生手段３がＬ信号を出
力しているときは、スイッチング素子Ｑ１０１はオフし
ている。このとき、インバータ回路の動作周波数ｆは、
合成抵抗（Ｒ１０１＋Ｒ１０２）で決まる値で動作して
おり、低くなっている。すなわち、この状態は、動作周
波数ｆが低くパルス電圧が発生している状態である。つ
ぎに、トリガ信号発生手段３がＨ信号を出力すると、ス
イッチング素子Ｑ１０１はオンし、動作周波数ｆは、合
成抵抗（（Ｒ１０１）＋（Ｒ１０２／／Ｒ１０３））で
決まる値で動作し、動作周波数ｆが高くなる。このトリ
ガ信号発生手段３がＨ信号を出力した瞬間から、エッジ
エッジトリガ回路６を介してタイマ７が、アンド回路Ａ
Ｎ１、ＡＮ２のＢ端子にＨ信号を出力する。

【００６４】このとき、たとえば、図１１Ａの期間で
は、デッドタイムによるスイッチング素子Ｑ４のゲート
信号の遅れが生じており、このときにデッドタイム回路
２ｂ’がＨ信号を出力し、アンド回路ＡＮ２のＡ端子に
はＨ信号が入力される。しかし、このときはスイッチン
グ素子Ｑ４の内臓ダイオード（図示しない）に電流が流
れている状態（遅相モード）なので、アンド回路ＡＮ２
のＣ端子にはＬ信号が入力され、結局、アンド回路ＡＮ
２はＬ信号を出力する。すなわち、遅相モードでは、ス
イッチング素子Ｑ３及びＱ４のゲート信号は無効にされ
ない。

【００６５】ところが、図１１Ｂの期間では、スイッチ
ング素子Ｑ３の内臓ダイオード（図示しない）に電流が
流れている状態（進相モード）であり、したがって、ア
ンド回路ＡＮ２のＣ端子にはＨ信号が入力され、アンド
回路ＡＮ２はＨ信号を出力する。すると、ＲＳフリップ
フロップ回路ＦＦ２は出力端子ＱバーからＬ信号を出力
し、デッドタイム回路２ｂ’へ入力される信号が強制的
にゼロとなり、スイッチング素子Ｑ４のゲートには信号
が入力されなくなる。このようにして、進相電流を検出
することができ、ビート状態とそれに伴うｄｉ／ｄｔス
トレスの発生を防ぐことができる。

【００６６】なお、上記説明で特に言及していない回路
構成、作用、効果等は第１の実施の形態と同様である。

【００６７】以下、本発明の第３の実施の形態を図１２
を参照して説明する。

【００６８】図１２に示す放電灯点灯装置と図１に示す
放電灯点灯装置との相違点は、図１２に示す放電灯点灯
装置においては、放電灯ＬＡと並列に抵抗Ｒ１００を設
けた点である。

【００６９】上述したように、深調光時に放電灯ＬＡに
パルス電圧を重畳させる場合において、動作周波数ｆを
ｆ０’→ｆ１に変化させたときに、インダクタＬ２とコ
ンデンサＣ６との共振によるエネルギーがインバータ回
路に蓄積されているのが問題であった。本実施の形態
は、このＬＣ共振による蓄積エネルギーを放電灯ＬＡと
並列に接続した抵抗Ｒ１００で消費させて、ビート状態
に入るのを防ぐものである。ただし、放電灯ＬＡの調光
点灯中にずっと、抵抗Ｒ１００を接続していると、共振
の鋭さＱが低下してしまうので（放電灯ＬＡ、抵抗Ｒ１
００、インダクタＬ２及びコンデンサＣ６からなる共振
回路の共振の鋭さＱは、Ｑ＝１／（Ｒ１００＋放電灯Ｌ
Ａの等価抵抗）×ＳＱＲＴ（Ｌ２／Ｃ６）で与えられ
る。）、たとえば、別途抵抗Ｒ１００と直列にスイッチ
等（図示しない）を設け、放電灯ＬＡにパルス電圧を加
えるときだけ放電灯ＬＡと並列に抵抗Ｒ１００を接続し
てもよい。また、このとき、共振の鋭さＱの減少を補正
するために、昇降圧チョッパ回路の出力電圧Ｖｄｃを上
昇する制御を行ってもよい。

【００７０】そして、放電灯ＬＡと並列に抵抗Ｒ１００
を接続した状態で、動作周波数ｆがｆ０’→ｆ１に変化
するまでの所要時間をＴＷ、ｆｂ＝（ｆ１−ｆ０’）と
した場合に、ＴＷ＜０．５×（１／ｆｂ）を満足するよ
うに、抵抗Ｒ１００を設定すると、スイッチング素子Ｑ
３及びＱ４に流れる電流が進相電流となることもなく、
ｄｉ／ｄｔストレスの発生を抑えることができる。なぜ
なら、０．５×（１／ｆｂ）は、ビート状態の半周期を
表しており、これよりもＴＷが小さければ、動作周波数
ｆがｆ０’→ｆ１に変化する間にスイッチング素子Ｑ３
及びＱ４には遅相電流しか流れないからである。

【００７１】つぎに、本実施の応用形態を図１３を参照
して説明する。

【００７２】図１３に示す放電灯点灯装置と図１に示す
放電灯点灯装置との相違点は、図１３に示す放電灯点灯
装置においては、トランスＴ１に３次側巻線Ｎ３を設け
た点、３次側巻線Ｎ３と直列に抵抗Ｒ２００とスイッチ
ＳＷ３との直列回路を設けた点、さらに、ＳＷ３を制御
するエッジトリガ回路６とタイマ７とを設けた点であ
る。

【００７３】この応用形態でも、上記実施の形態と同様
に、抵抗Ｒ２００でＬＣ共振による蓄積エネルギーを消
費させて、ビート状態に入るのを防ぐ。すなわち、動作
周波数ｆがｆ０’→ｆ１に変化するときに、エッジトリ
ガ回路６からのトリガ信号がタイマ７に入力されスイッ
チＳＷ３をオンさせる。スイッチＳＷ３がオンした状態
では、トランスＴ１に３次側巻線Ｎ３を介して、抵抗Ｒ
２００によりＬＣ共振による蓄積エネルギーを消費する
ことができる。そして、動作周波数ｆがｆ０’→ｆ１に
変化した後は、タイマ７によりスイッチＳＷ３をオフさ
せ、ＬＣ共振回路から抵抗Ｒ２００を開放する。このよ
うにしても、スイッチング素子Ｑ３及びＱ４のｄｉ／ｄ
ｔストレスの発生を防ぐことができる。

【００７４】なお、上記説明で特に言及していない回路
構成、作用、効果等は第１の実施の形態と同様である。

【００７５】以下、本発明の第４の実施の形態を図１４
を参照して説明する。

【００７６】図１４に示す放電灯点灯装置と図１３に示
す放電灯点灯装置との相違点は、図１４に示す放電灯点
灯装置においては、スイッチング素子Ｑ３及びＱ４のゲ
ートにスイッチＳＷ２０１と抵抗Ｒ２０１との並列回路
及びスイッチＳＷ２０２と抵抗Ｒ２０２との並列回路を
それぞれ設けた点である。そして、スイッチＳＷ２０１
及びスイッチＳＷ２０２はタイマ７に接続されている。

【００７７】本実施の形態によれば、動作周波数ｆがｆ
０’→ｆ１に変化した場合において、エッジトリガ回路
６及びタイマ７により、スイッチＳＷ２０１及びスイッ
チＳＷ２０２をそれぞれオフさせる。すると、ゲート電
圧の立ち上がり又は立ち下がりが鈍くなり、ｄｉ／ｄｔ
ストレスを低減することができる。ゲート電圧の立ち上
がり又は立ち下がりが鈍くなると、いわゆるスイッチン
グロスが増加するが、スイッチＳＷ２０１及びスイッチ
ＳＷ２０２をそれぞれオフさせるのは、深調光になの
で、スイッチング素子Ｑ３及びＱ４に流れる電流は少な
く、スイッチング素子Ｑ３及びＱ４が熱暴走等を起こし
て破壊に至ることはない。

【００７８】なお、上記説明で特に言及していない回路
構成、作用、効果等は第１の実施の形態と同様である。

【００７９】

【発明の効果】請求項１ないし３記載の放電灯点灯装置
は、放電灯の調光時に共振周波数の近傍の周波数から第
１の周波数へと所定の時間内に漸次移行させる周波数制
御手段を設けているので、一定の時間をかけて動作周波
数を変化させることができ、したがって、インバータ回
路は進相動作になることがない。このため、ビート状態
は発生せず、インバータ回路のスイッチング素子にｄｉ
／ｄｔストレスは発生しない。

【００８０】請求項４記載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、周波数制御手段によ
り第１の周波数から共振周波数へと所定の時間内に移行
させる場合において、周波数を連続的又は段階的に移行
させているので、放電灯にパルスのピーク値電圧が印加
される時間を極力短くすることができ、放電の不安定な
状態を極力短くすることができる。

【００８１】請求項５記載の放電灯点灯装置は、請求項
２又は３記載の放電灯点灯装置において、所定の時間ｔ
をＱ（共振の鋭さ）／ｆ１（変化後の動作周波数）より
も長く設定しているので、ビート状態は発生しない。し
たがって、スイッチング素子Ｑ３及びＱ４に進相電流が
流れず、ｄｉ／ｄｔストレスが発生することもない。

【００８２】請求項６又は７記載の放電灯点灯装置は、
請求項２又は３記載の放電灯点灯装置において、共振回
路のエネルギーを消費するエネルギー消費手段を設けて
いるので、ビート状態は発生しない。したがって、スイ
ッチング素子Ｑ３及びＱ４に進相電流が流れず、ｄｉ／
ｄｔストレスが発生することもない。

【００８３】請求項８記載の放電灯点灯装置は、請求項
２又は３記載の放電灯点灯装置において、インバータ回
路のスイッチング素子を駆動する駆動手段と、スイッチ
ング素子のゲートと、の間にインピーダンス要素を挿入
しているので、ゲート電圧の立ち上がり及び立ち下がり
を遅延させることができ、ビート状態は発生しない。し
たがって、スイッチング素子Ｑ３及びＱ４に進相電流が
流れず、ｄｉ／ｄｔストレスが発生することもない。

【００８４】請求項９記載の放電灯点灯装置は、請求項
１又は２記載の放電灯点灯装置において、インバータ回
路に流れるインバータ電流の異常を検出する検出手段
と、検出手段の検出を受けてインバータ回路の発振を停
止させる発振停止手段と、を備えているので、インバー
タ回路が進相動作になった場合にも、インバータ回路の
発振を停止させ、インバータ回路のスイッチング素子に
発生するｄｉ／ｄｔストレスを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態を示す回路図である。

【図２】第１の実施の形態の動作を説明する波形図であ
る。

【図３】第１の実施の形態の周波数制御手段の具体的な
回路を示した回路図である。

【図４】図３に示す回路図の動作を説明する波形図であ
る。

【図５】周波数制御手段の応用形態を示す回路図であ
る。

【図６】図５に示す回路図の動作を説明する波形図であ
る。

【図７】第１の実施の形態の応用形態を示す波形図であ
る。

【図８】図７に示すパルス電圧波形を発生させるのため
の回路図である。

【図９】図８に示す回路図の動作を説明する波形図であ
る。

【図１０】第２の実施の形態を示す回路図である。

【図１１】第２の実施の形態の動作を説明する波形図で
ある。

【図１２】第３の実施の形態を示す回路図である。

【図１３】第３の実施の形態の他の実施の形態を示す回
路図である。

【図１４】第４の実施の形態を示す回路図である。

【図１５】従来例を示す回路図である。

【図１６】従来例の共振動作を説明するための説明図で
ある。

【図１７】従来例の動作を示す説明図である。

【符号の説明】

ＡＣ交流電源（直流電源回路の一部）ＤＢ整流回路（直流電源回路の一部）Ｃ２コンデンサ（直流電源回路の一部）Ｑ１、Ｑ２スイッチング素子（電圧変換回路の一部）Ｄ１、Ｄ２ダイオード（電圧変換回路の一部）Ｌ１インダクタ（電圧変換回路の一部）Ｃ３コンデンサ（平滑回路）Ｑ３、Ｑ４スイッチング素子（インバータ回路）Ｌ２インダクタ（負荷回路の一部）Ｔ１トランス（負荷回路の一部）Ｃ６コンデンサ（負荷回路の一部）ＬＡ放電灯（負荷回路の一部）１調光手段２駆動手段Ｖｄｃ電圧変換回路の出力電圧ｆ０共振周波数ｆ０’ 共振周波数の近傍の周波数ｆ１第１の周波数５周波数制御手段Ｒ１００抵抗（エネルギー消費手段）Ｒ２００抵抗（エネルギー消費手段）Ｒ２０１抵抗（インピーダンス要素）Ｒ２０２抵抗（インピーダンス要素）ＡＮ１、２検出手段ＦＦ１、２発振停止手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村上善宣大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者大西尚樹大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 3K072 AA02 AC02 AC04 AC11 BA05 BB01 BB10 CA02 CA03 CA16 CB04 DB03 DD03 DD04 DE06 EB06 EB08 GA02 GB03 GB12 GC04 HA05 HA06 HA10 HB02 HB06 3K098 CC13 CC24 CC41 CC52 DD22 DD35 DD37 DD42 DD43 DD46 EE03 EE11 EE14 EE20 EE25 EE31 EE32 FF04 GG02 GG03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源回路と；少なくとも１のスイッ
チング素子を有し、直流電源回路からの電圧を他の電圧
に変換し出力する電圧変換回路と；電圧変換回路からの
出力電圧を平滑し出力する平滑回路と；少なくとも１の
スイッチング素子を有し、平滑回路からの平滑された電
圧を高周波の電圧に変換し出力するインバータ回路と；
放電灯及びＬＣ共振回路を含み、インバータ回路からの
高周波の電圧により共振動作をする負荷回路と；電圧変
換回路が有するスイッチング素子を動作させる調光手段
と；インバータ回路が有するスイッチング素子を駆動す
る駆動手段と；を備えた放電灯点灯装置において、調光
手段により電圧変換回路の出力電圧を変化させて放電灯
の調光が可能であるとともに、放電灯の調光下限付近に
おいてＬＣ共振回路の共振周波数の近傍の周波数から共
振周波数より高い第１の周波数へと所定の時間内に漸次
移行させる周波数制御手段を設けたことを特徴とする放
電灯点灯装置。
【請求項２】共振周波数から第１の周波数へと漸次移
行させる場合において、周波数を連続的に移行させるこ
とを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】共振周波数から第１の周波数へと漸次移
行させる場合において、周波数を段階的に移行させるこ
とを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】周波数制御手段により第１の周波数から
共振周波数へと所定の時間内に移行させる場合におい
て、周波数を連続的又は段階的に移行させることを特徴
とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】所定の時間をｔ、共振の鋭さをＱ、第１
の周波数をｆ１としたときに、所定の時間ｔが、ｔ＞Ｑ
／ｆ１を満足することを特徴とする請求項２又は３記載
の放電灯点灯装置。
【請求項６】共振回路のエネルギーを消費するエネル
ギー消費手段を設け、所定の時間内において、エネルギ
ー消費手段により共振回路のエネルギーを消費させるこ
とを特徴とする請求項２又は３記載の放電灯点灯装置。
【請求項７】エネルギー消費手段は、少なくとも抵抗
を備えていることを特徴とする請求項６記載の放電灯点
灯装置。
【請求項８】所定の時間内において、インバータ回路
のスイッチング素子を駆動する駆動手段と、スイッチン
グ素子のゲートと、の間にインピーダンス要素を挿入す
ることを特徴とする請求項２又は３記載の放電灯点灯装
置。
【請求項９】インバータ回路が有するスイッチング素
子に流れる進相電流を検出する検出手段と、検出手段の
検出を受けてインバータ回路の発振を停止させる発振停
止手段と、を備えたことを特徴とする請求項１又は２記
載の放電灯点灯装置。
【請求項１０】調光下限は、調光比略３％以下である
ことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。