JP2004127721A - 照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】入力電圧が小さく、位相角制御器を用いて導通角が小さい領域まで使用して、比較的高出力の放電ランプの調光を行う場合にも、部品ストレスの増大、部品温度上昇、部品形状の大型化を抑え放電ランプの安定点灯、確実な予熱・始動を可能にする。
【解決手段】入力端子３、フィルタ回路４、整流器５、チョッパ回路６、調光信号回路７、インバータ回路８、制御回路９および放電ランプ１０を備え、制御回路９に、チョッパ回路６の平滑コンデンサＣ１の電圧が位相角制御された交流電源１の導通角の変化に対して略一定から変極点を介して低下する動作特性を有し変極点の前に消灯するような消灯機能９３を設けた。
【選択図】 図１
【解決手段】入力端子３、フィルタ回路４、整流器５、チョッパ回路６、調光信号回路７、インバータ回路８、制御回路９および放電ランプ１０を備え、制御回路９に、チョッパ回路６の平滑コンデンサＣ１の電圧が位相角制御された交流電源１の導通角の変化に対して略一定から変極点を介して低下する動作特性を有し変極点の前に消灯するような消灯機能９３を設けた。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位相角制御された交流電源と接続され、交流電源の位相角に応じて放電ランプを調光する照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は特表平１０−５０１６５１号公報（特許文献１）に記載されている従来の照明装置の構成図である。
【０００３】
この従来の照明装置は、基本構成として、位相角制御された交流電源電圧を受け取るための一対の電源入力端子１’，２’と、安定化手段と、電力供給手段と、調光信号引出し手段とを備えている。なお、Ｈは安全回路である。
【０００４】
安定化手段は、放電ランプＬＡへ電力を与えるためのものであって、インバータＤ、共振タンク出力回路Ｆおよび制御器Ｇにより構成され、実質的に一定の直流電圧が受け取られる直流入力端子と、調光信号を受け取るための、直流入力端子とは別の調光入力端子と、調光信号の特性に対応するレベルで放電ランプＬＡへ供給される電力を制御するための第１制御手段とを含んでいる。
【０００５】
電力供給手段は、前調節器回路Ｃ（具体回路では昇圧チョッパ）により構成され、安定化手段の直流入力端子へ実質的に一定の直流電圧を供給するために、電源入力端子１’，２’へ接続される。
【０００６】
調光信号引出し手段は、調光インターフェース回路Ｉにより構成され、位相角制御された交流電源電圧から調光信号を引き出すため、および安定化手段の調光入力端子へ調光信号を供給するためのものである。
【０００７】
この構成では、安定化手段が、電力供給手段を電源として、位相角制御された交流電源電圧の位相角に応じて生成される調光信号により放電ランプＬＡを調光するので、交流電源電圧の位相角を変えることにより放電ランプＬＡの調光が可能となる。
【０００８】
ところで、交流電源電圧が低導通角である場合には、実質的に一定の直流電圧も低下してしまうために、放電ランプＬＡの低光束時の点灯維持電圧が不足して消灯しがちになるので、上記従来の照明装置では、交流電源電圧の位相角に無関係に、実質的に一定レベルに直流電圧を維持するためのフィードバック手段を備え、比較的広い導通角範囲で放電ランプを調光制御可能としている。
【０００９】
【特許文献１】
特表平１０−５０１６５１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記フィードバック手段を備えたとしても、１００Ｖ系交流電源のように電圧実効値が小さく、例えば、電力供給手段の直流電圧が約４００Ｖであり、負荷出力電力の比較的大きい９６Ｗクラスの放電ランプを調光比４０％まで調光する場合、図１７に示すように、直流電圧（Ｖｄｃ ）が低導通角になるに従って低下してしまう。
【００１１】
交流電源の導通角を全範囲にわたって変化させて調光レベルを変える場合、交流電源の導通角が９０度以下となり、電源電圧のピーク値がゼロに近づくに従い、一定の直流電圧を供給する電力供給手段が一定の直流電圧（Ｖｄｃ ）を維持するのが困難となる。
【００１２】
電力供給手段を構成する昇圧チョッパ回路の設計によってはより低導通角まで一定のチョッパ出力が得られるように改善はできるが、負荷出力が大きく導通角が小さいほど一定のチョッパ出力を維持するために入力電流のピーク値が極端に高くなってしまうため、部品ストレス、部品温度上昇、部品形状の大型化を招くほか、昇圧チョッパの制御範囲の面から実質的に設計不可能となる。
【００１３】
従って実質的には導通位相角が小さくなると部品ストレスが大きくなるのみでなくチョッパ出力の一定制御が不可能となり、図１７に示すようにチョッパ出力はある導通角以下で変極点を介して急激に低下する。
【００１４】
このような低導通角領域ではインバータに供給される電源電圧が低下するため、放電ランプの調光時の点灯維持が困難となるだけでなく、電源投入時の予熱、始動にも悪影響を及ぼす。
【００１５】
予熱、始動時にチョッパ出力が略一定時の電圧を１００％としたときの９０％に相当する電圧に低下した場合について説明する。一例として負荷として９６Ｗ蛍光ランプを使用して実験を行ったところ、チョッパ出Ｖｄｃ が１０％低下した場合、予熱電流（Ｉｐｈ ）は１１％低下、始動時の発振電圧は１３％低下することがわかった。
【００１６】
部品バラツキや調整バラツキなどを考慮した予熱電流のバラツキについて考えてみると、図１８に示すように、Ｖｄｃ が１００％時の非導通角θＢ で電源投入した場合の予熱電流のバラツキを、ＴＹＰ を１００％としてＭＡＸ が＋１０％、ＭＩＮ が−１０％とすると（バラツキ幅Ｂ）、Ｖｄｃ が９０％となる導通角θＡ で電源投入した場合は１０％低下したＴＹＰ に対してＭＡＸ が＋１０％、ＭＩＮ が−１０％となり、トータルのバラツキはＶｄｃ が１００％時のＴＹＰ を基準にＭＡＸ が＋１０％、ＭＩＮ が約−２０％となる（バラツキ幅Ａ）。このことは始動時の発振電圧についても同様でありバラツキ幅は大きくなる。なお、Ｖｄｃ がさらに低下した場合はバラツキ幅もさらに大きくなることは言うまでもない。
【００１７】
以上のことから低導通角までチョッパ出力の一定制御するには部品ストレスの増大、部品温度上昇、部品形状の大型化を招き、一方ではチョッパ出力の変動に伴い先行予熱電流不足によるランプ寿命の悪化、始動時の発振電圧不足により始動不良を引き起こすといった課題がある。
【００１８】
本発明の目的は、入力電圧が小さく、かつ位相角制御器（位相調光器）を用いて導通角が小さい領域まで使用して、比較的高出力の放電ランプの調光を行う場合にも、部品ストレスの増大、部品温度上昇、部品形状の大型化を抑えつつ放電ランプの安定点灯、確実な予熱・始動が可能な照明装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１記載の発明の照明装置は、位相角制御された交流電源と接続される入力端子と、前記位相角制御された交流電源を直流電圧に整流する整流器と、インダクタ、整流素子および平滑コンデンサを含み、前記インダクタを介して前記直流電圧を高周波でスイッチングして入力電流の高調波歪みを抑制するチョッパ回路と、前記位相角制御された交流電源の導通角に応じた調光信号を生成する調光信号回路と、前記平滑コンデンサの電圧を交流電圧に変換するためのインバータ回路と、前記インバータ回路を通じて、前記平滑コンデンサを電源として前記調光信号回路の出力を受けて負荷である放電ランプを調光制御する制御回路とを具備し、前記制御回路が、前記平滑コンデンサの電圧が前記位相角制御された交流電源の導通角の変化に対して略一定から変極点を介して低下する動作特性を有し変極点の前に消灯するような消灯機能を有することを特徴とする。
【００２０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の照明装置において、前記変極点は略一定時の電圧の９０％以下の電圧であることを特徴とする。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の照明装置において、前記制御回路が、前記位相角制御された交流電源の導通角が小さくなるにつれ前記負荷出力が小さくなり、かつ全出力時の導通角以上で負荷出力が一定となるよう制御することを特徴とする。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の照明装置において、前記制御回路が、調光下限において前記交流電源の導通角が変化しても前記負荷出力が略一定となる領域を持つことを特徴とする。
【００２３】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の照明装置において、前記制御回路が、調光下限において消灯状態から点灯させる時の前記交流電源の導通角が、点灯状態から消灯させる時の導通角よりも大きくなるようなヒステリシス区間を持つことを特徴とする。
【００２４】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の照明装置において、前記制御回路が消灯状態から点灯させる時の導通角は調光下限域であることを特徴とする。
【００２５】
請求項７記載の発明は、請求項５または６記載の照明装置において、前記制御回路が、基準電圧と調光信号に応じた直流電圧のどちらかが前記位相角制御された交流電源の導通角の変化に対してヒステリシス特性を有し、かつ前記基準電圧と前記調光信号に応じた直流電圧の大小関係に応じて点灯状態から消灯または消灯状態から点灯するヒステリシス回路を備え、前記ヒステリシス区間で前記位相角制御された交流電源を投入すると、予熱、始動を経て点灯状態へ移行するような前記基準電圧と前記調光信号に応じた直流電圧の大小関係にすることを特徴とする。
【００２６】
請求項８記載の発明は、請求項１から７のいずれかに記載の照明装置において、前記消灯機能が調光信号に応じて点灯状態から消灯させる時の第１導通角よりも小さい第２導通角まで前記調光信号回路および前記制御回路を動作させるのに必要な制御電源を確保可能な制御電源回路を有し、前記第１導通角よりも小さく前記第２導通角よりも大きい範囲で前記位相角制御された交流電源の電圧レベルに応じて前記制御回路の動作を停止させる動作停止機能を有することを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の照明装置を示す構成図、図２は位相角制御された交流電源の非導通角と直流電圧との関係と、非導通角と光出力比との関係とを示す図である。
【００２８】
図１において、１は交流電源（商用電源）、２は交流電源１の位相角制御用の位相角制御器、３は位相角制御器２の出力と接続される、実施形態１の照明装置の入力端子である。
【００２９】
上記照明装置において、４はノイズ流出防止用のフィルタ回路、５は（全波）整流器、６はチョッパ回路、７は入力端子３への入力電力から調光信号出力を得るための調光信号回路、８は例えばスイッチング素子などによるハーフまたはフルブリッジ回路構成のインバータ回路、９は本照明装置全般の制御を行うものであって例えば調光比４０％を下限として調光を行う制御回路、１０は放電ランプとしての例えば９６Ｗの蛍光ランプである。なお、本発明は、９６Ｗに限定されず、また調光比４０％を下限として調光を行うものに限定されないことは言うまでもない。
【００３０】
チョッパ回路６は、インダクタＬ１，スイッチング素子（図１ではＭＯＳ型ＦＥＴ）Ｑ１、ダイオードＤ１および平滑コンデンサＣ１により昇圧チョッパの回路構成になっている。制御回路９は、チョッパ制御回路９１，インバータ制御回路９２および消灯機能９３により構成されている。
【００３１】
ここで、昇圧チョッパ回路の設計によっては、図２中のＶｄｃＣで示すようにＶｄｃＡに比べ、より非導通角の大きい領域まで平滑コンデンサＣ１の電圧Ｖｄｃ を略一定に保つことが可能であるが、前述したように部品のストレスが大きくなるなどの課題がある。
【００３２】
そこで、実施形態１では、「変極点Ａ」，「変極点Ｃ」は、電圧ＶｄｃＡ，ＶｄｃＣがそれぞれ略一定時の電圧の９０％に低下した電圧に相当するものとして、「調光カーブＡ」，「調光カーブＣ」のように、「変極点Ａ」，「変極点Ｃ」に相当する非導通角θＡ ，θＣ よりも小さい非導通角θ２Ａ，θ２Ｃで、制御回路９に設けられた消灯機能９３を用いて放電ランプ１０を消灯することにより、０度から１８０度までの全導通角範囲の位相電源入力に対して部品のストレスを抑制しつつ、かつ確実に予熱、始動を可能にする。
【００３３】
変極点を９０％とした理由は、前述したように予熱電流バラツキ、始動時の発振電圧バラツキを考慮して９０％以上が望ましいからである。また、実際にチョッパ回路６の制御動作特性も非導通角が大きくなるに従い、出力一定制御が困難となり、やがてＶｄｃ は９０％付近から非導通角の変化に応じて急激に低下する。
【００３４】
図３から図６を用いて具体回路例を説明する。図３の具体回路例の調光信号回路７は、交流電源１の位相を直流に変換する位相−ＤＣ変換回路として、整流器５の両入力端子にアノードが接続されるダイオードＤ３，Ｄ４と、これらの両カソードとＧＮＤとの間に直列に接続される抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、これらのうち接地された抵抗Ｒ４と並列に接続されるコンデンサＣ３と、このコンデンサＣ３の高電位側と調光信号出力用端子との間に接続されるダイオードＤ５と、その端子とＧＮＤとの間に直列に接続される抵抗Ｒ５，Ｒ６と、これらのうち接地された抵抗Ｒ６と並列に接続されるコンデンサＣ４とにより構成されている。
【００３５】
図４の具体回路例の調光信号回路７は、位相−ｄｕｔｙ変換回路として、上記ダイオードＤ３，Ｄ４、抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、抵抗Ｒ４と並列に接続されるコンデンサＣ５と、このコンデンサＣ５の高電位側と＋端子が接続されるコンパレータＣＯＭＰ１と、この−端子とＶｃｃ端子との間に接続される抵抗Ｒ５’と、コンパレータＣＯＭＰ１の−端子とＧＮＤとの間に接続される抵抗Ｒ６’と、コンパレータＣＯＭＰ１の出力端子および調光信号出力用端子とＶｃｃ端子との間に接続される抵抗Ｒ７とにより構成されている。
【００３６】
図５の具体回路例の調光信号回路７は、位相−ｄｕｔｙ−ＤＣ変換回路として、上記ダイオードＤ３，Ｄ４、抵抗Ｒ１〜Ｒ４，Ｒ５’，Ｒ６’，Ｒ７、コンデンサＣ５およびコンパレータＣＯＭＰ１と、コンパレータＣＯＭＰ１の出力端子と調光信号出力用端子との間に直列に介設される抵抗Ｒ８と、調光信号出力用端子とＧＮＤとの間に接続される抵抗Ｒ９およびコンデンサＣ６とにより構成されている。
【００３７】
上記各構成において、Ｃ３，Ｃ４，Ｃ６には、ほぼリップルのない直流電圧に平滑するため、比較的容量の大きいコンデンサが用いられる。Ｃ５には、位相角制御された交流電源１の整流電圧に比例した電圧を得るため、比較的容量の小さいコンデンサが用いられる。
【００３８】
コンパレータＣＯＭＰ１の−端子電圧をＶ−、＋端子電圧をＶ＋、出力端子電圧をＶｏｕｔとすると、各部の波形は図６に示すようになる。Ｖ−を基準電圧としてＶ＋と比較して調光信号出力Ｖｏｕｔを出力する。このＶｏｕｔは、図５の具体回路では直流電圧にさらに変換される。
【００３９】
上記の調光信号出力は、例えばインバータ制御ＩＣ等の仕様に応じて使い分けられることになる。フェーダ操作器などの調光器（位相角制御器２）の操作により交流電源１が位相角制御される場合には、調光信号回路７により位相角に応じた調光信号が生成され、それを受けたチョッパ制御回路９１およびインバータ制御回路９２が、例えば図２のθ２Ａ以上の非導通角のとき、消灯機能９３により発振を停止する。消灯機能９３は、例えばインバータ制御ＩＣおよびチョッパ制御ＩＣの発振停止可能なリセット端子を利用して実現できる。
【００４０】
図７に、リセット端子の電圧がしきい電圧以下で発振停止する場合の具体回路例を示す。なお、図７の制御回路９ではチョッパ制御回路９１の図示を省略してある。
【００４１】
図７の例では、図４に示した調光信号回路７が使用され、この調光信号回路７の調光信号出力Ｖｏｕｔを消灯機能９３が入力するようになっている。図７の具体回路例の消灯機能９３は、コンパレータＣＯＭＰ１の出力端子にアノードが接続されるダイオードＤ６と、このカソードとＧＮＤとの間に直列に接続される抵抗Ｒ８，Ｒ９と、接地された抵抗Ｒ９と並列に接続されるコンデンサＣ６と、Ｖｃｃ端子とＧＮＤとの間に直列に接続される抵抗Ｒ１０，Ｒ１１と、接地された抵抗Ｒ１１と並列に接続されるコンデンサＣ７と、抵抗Ｒ８，Ｒ９の接続点に−端子が接続され抵抗Ｒ１０，Ｒ１１の接続点に＋端子が接続されるコンパレータＣＯＭＰ２と、インバータ制御回路９２を構成するインバータ制御ＩＣのリセット端子とＧＮＤとの間に抵抗Ｒ１６を介して接続されるスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ２と、この制御端子（ゲート）とコンパレータＣＯＭＰ２の出力端子との間に接続される抵抗Ｒ１５とにより構成されている。
【００４２】
この構成において、θ２Ａ以上の非導通角のとき、コンパレータＣＯＭＰ２がＨ信号を出力し、スイッチング素子Ｑ２がオンする。つまり、コンパレータＣＯＭＰ２の−端子には、調光信号出力を直流に変換した電圧（ＶＤＣ２− とする）が入力し、非導通角が大きくなるに従ってＶＤＣ２− が低下し、θ２Ａ以下でコンパレータＣＯＭＰ２の＋端子の基準電圧（Ｖｒｅｆ２＋とする）と比較してＶＤＣ２− ＜Ｖｒｅｆ２＋となり、コンパレータＣＯＭＰ２の出力端子からＨ信号が出力される。
【００４３】
以上の如く、消灯機能９３を用いて放電ランプ１０を消灯することにより、０度から１８０度までの全導通角範囲の位相角電源入力に対して、部品ストレスを抑制しつつ、負荷である放電ランプ１０を確実に点灯ないし予熱・始動させることができる。
【００４４】
（実施形態２）
図８は本発明の実施形態２の照明装置の動作原理図、図９は同照明装置の具体回路構成図である。
【００４５】
位相角制御器２において、位相制御素子としてトライアックが使われる場合、非導通角は最小値となる全点灯時でも通常２０〜３０度程度となるが、実使用において、０度、つまり位相角制御されずに交流電源１がそのまま使用される場合には、負荷出力が位相角制御された交流電源１で点灯した場合の定格出力を超えてしまうことになる。
【００４６】
実施形態２では、図８に示すように、全点灯（光出力比１００％）時の非導通角θ１ 以下では全点灯時の出力と略一定となるようにする。これを実現するためには、図９の具体回路例のように、抵抗Ｒ１７，Ｒ１８、コンデンサＣ８、ダイオードＤ７およびオペアンプＯＰａｍｐ１により構成される上限クランプ回路７０を、図５に示した調光信号回路７の出力に接続し、非導通角に応じた調光信号（直流信号）の上限（非導通角θ１ 以下）をクランプすればよい。
【００４７】
図９の構成例では、全点灯時における調光信号出力の電圧（ＶＤＣｏｕｔ−ｆｕｌｌ とする）と等しくなるように、オペアンプＯＰａｍｐ１の＋端子に印加する基準電圧を設定することにより、調光信号出力電圧の上限がＶＤＣｏｕｔ−ｆｕｌｌ でクランプされることになる。
【００４８】
これにより、図８に示すように、全点灯時の非導通角θ１ 以下では全点灯時の出力と略一定となり、０度、つまり位相角制御されずに交流電源１がそのまま使用される場合でも、定格出力での点灯状態を維持することができる。なお、調光信号出力電圧は非導通角が小さくなるに従って増加する。
【００４９】
（実施形態３）
図１０，図１１は本発明の実施形態３の照明装置の動作原理図、図１２，図１３は同照明装置の具体回路構成図である。
【００５０】
実施形態３の照明装置は、フェーダ操作器などの調光器の操作により交流電源１が位相角制御され、低導通角領域において放電ランプ１０を点灯状態から消灯または消灯状態から点灯（復帰）させる場合、図１０に示すように、調光下限に下限クランプ区間および消灯・復帰ヒステリシスを設けたことを特徴とする。
【００５１】
図７に示した具体回路例では、消灯・復帰ヒステリシスを持たないので、消灯・復帰のしきい値近傍で放電ランプ１０がちらつくなどの不安定な動作となる場合がある。
【００５２】
実施形態３では、調光器を操作して非導通角を大きくしていく場合、調光下限のθ２ から消灯するθ４ までを下限クランプ区間とし、θ４ からθ５ を経て１８０度までを消灯区間とする。逆に非導通角を大きくしていく場合、１８０度からθ５ 、θ４ を経てθ３ で復帰（予熱、始動を経て点灯）する。なお、復帰のタイミングはθ２ ＜θ３ ＜θ４ とする。
【００５３】
また、多灯一括制御をする場合にも、θ２ 、θ３ 、θ４ のそれぞれのポイントにおいて部品バラツキなどにより各放電ランプ１０間で各動作状態（調光下限、復帰、消灯）が異ならないように十分マージンを設ける。具体的には、θ２ とθ３ との間にすべての放電ランプ１０が調光下限出力で点灯するポイントが存在しており、θ５ では確実に全放電ランプ１０が消灯する。
【００５４】
上記動作のうち下限クランプ動作は、図１２の具体回路例のように、図９に示した上限クランプ回路７０とはダイオードＤ７の向きが異なる構成の下限クランプ回路７１で達成することができる。
【００５５】
図１２の構成例では、調光下限出力時における調光信号出力の電圧（ＶＤＣｏｕｔ−ｄｉｍとする）と等しくなるように、オペアンプＯＰａｍｐ１の＋端子に印加する基準電圧を設定することにより、調光信号出力電圧の下限がＶＤＣｏｕｔ−ｄｉｍでクランプされることになる。
【００５６】
ヒステリシス動作は、図１３の具体回路例のように、図７に示した消灯機能９３の一部である抵抗Ｒ１０，Ｒ１１、コンデンサＣ７およびコンパレータＣＯＭＰ２と、追加部品の抵抗Ｒ１２〜Ｒ１４とにより構成されるヒステリシス回路７２で達成することができる。
【００５７】
この構成例では、図１１に示すようなヒステリシス動作となる。ただし、Ｖｒｅｆ３＋はコンパレータＣＯＭＰ２の＋端子電圧、ＶＤＣ３−は−端子電圧、Ｖｏｕｔ３ は出力端子電圧である。
【００５８】
非導通角を大きくしていく場合、θ４ までの区間ではＶｒｅｆ３＋（１） ＜ＶＤＣ３−の関係によりＶｏｕｔ３ がＬ信号を出力するため、Ｑ２はオフとなり点灯状態を保つ。θ４ を超え、Ｖｒｅｆ３＋（１） ＞ＶＤＣ３− となると、Ｖｏｕｔ３ がＨ信号を出力するため、分圧比が変わり、Ｖｒｅｆ３＋（１） からこれよりも大きなＶｒｅｆ３＋（２） へと変化し、θ４ 以上の領域では消灯状態となる。
【００５９】
非導通角を小さくしていく場合、θ３ までの区間ではＶＤＣ３− ＜Ｖｒｅｆ３＋（２） の関係によりＶｏｕｔ３ がＨ信号を出力し、Ｑ２はオンとなり消灯状態を維持する。θ３ を超え、ＶＤＣ３− ＞Ｖｒｅｆ３＋（２） となると、Ｖｏｕｔ３ がＬ信号を出力するため、分圧比が変わりＶｒｅｆ３＋（２） からＶｒｅｆ３＋（１） へと変化し、θ３ 以下の領域では点灯状態となる。
【００６０】
実施形態３によれば、多灯一括制御する場合にも部品バラツキなどにより各放電ランプ１０間で点灯、消灯が混在しない非導通角を設けることができる。
【００６１】
（実施形態４）
図１４は本発明の実施形態４の照明装置の動作原理図である。
【００６２】
実施形態３では、図１０に示したように、ヒステリシス区間θ３ 〜θ４ において、フェーダ操作器などの調光器の操作方向により消灯または点灯の２つの状態が存在するのに対し、実施形態４では、ヒステリシス区間θ３ 〜θ４ において、入力端子３に主電源（位相角制御された交流電源１）が投入される場合、つまりオフからオンになる場合には必ず点灯状態になるようにしたことを特徴とする。
【００６３】
この特徴を具備する照明装置にするには、図１３に示したヒステリシス回路７２において、コンパレータＣＯＭＰ２の＋端子に印加する入力電圧Ｖｒｅｆ３＋の立上りの時定数を、−端子に印加する入力電圧ＶＤＣ３− の立上りの時定数よりも遅くするとともに、Ｖｒｅｆ３＋が電源投入から略一定になるまでの時間はチョッパ制御ＩＣおよびインバータ制御ＩＣが電源投入から起動（発振開始）するまでの時間よりも速くすればよい。
【００６４】
入力端子３に主電源が投入されオフからオンになる場合、コンパレータＣＯＭＰ２において＋端子に印加する入力電圧と−端子に印加する入力電圧の過渡的な時間変化は、図１４に示すような変化となる。何れの非導通角においても、−端子に印加する入力電圧ＶＤＣ３− が＋端子に印加する入力電圧Ｖｒｅｆ３＋よりも早く立ち上がるようになっている。
【００６５】
非導通角０°〜θ４ 未満までは、−端子に印加する入力電圧が＋端子に印加する入力電圧よりも早く立ち上がり、且つ、＋端子に印加する入力電圧よりも高い電圧で一定となるので、コンパレータＣＯＭＰ２の出力電圧がＬとなり、消灯（発振停止）となることはない。
【００６６】
−端子に印加する入力電圧がθ４ 以上から１８０°までの場合は、やはり−端子に印加する入力電圧が＋端子に印加する入力電圧よりも早く立ち上がるが、ある時間で＋端子に印加する入力電圧が−端子に印加する入力電圧よりも高くなるので、コンパレータＣＯＭＰ２の出力にＨが出力され、消灯（発振停止）となる。ただし、θ４ 以上〜１８０°における−端子に印加する入力電圧が＋端子に印加する入力電圧より高い区間は、コンパレータＣＯＭＰ２の出力端子にＬが出力されるが、この区間ではチョッパ制御ＩＣやインバータ制御ＩＣの電源電圧がＩＣの駆動電圧までに達していないため、チョッパ回路やインバータ回路が動作することはない。また、一度コンパレータＣＯＭＰ２の出力端子に＋信号が出力されると、ヒステリシス特性により＋端子に印加する入力電圧が増加する。
【００６７】
上記の動作により、図１１に示すように、「区間Ａ」では入力端子３に主電源が投入されても、−端子に印加する入力電圧が＋端子に印加する入力電圧よりも早く立ち上がり、且つ＋端子に印加する入力電圧よりも高い電圧で一定となるので、コンパレータＣＯＭＰ２にＨが出力されることなく、放電ランプ１０が点灯（発振）する。また、区間Ｂにおいては、−端子に印加する入力電圧が＋端子に印加する入力電圧よりも早く立ち上がっても、ある時間で＋端子に印加する入力電圧が−端子に印加する入力電圧よりも高くなり、コンパレータＣＯＭＰ２にＨが出力され、同時に、＋端子に印加する入力電圧が増加するため、非導通角がθ３ 以下になるまで点灯することはない（発振停止を維持する）。
【００６８】
実施形態４によれば、θ３ からθ４ のヒステリシス区間で点灯状態から、入力端子３に印加される主電源をオフして再投入しても、放電ランプ１０を確実に予熱、始動を経て点灯状態へと移行させることができる。
【００６９】
（実施形態５）
図１５は本発明の実施形態５の照明装置を示す構成図である。
【００７０】
実施形態３では、図１０に示したように、θ４ からθ５ を経て１８０度までの消灯区間で確実に放電ランプ１０の消灯（発振停止）を維持するために消灯機能を設けたが、消灯区間でスイッチング素子Ｑ２をオンし続けるための制御電源が必要となる。主電源が小さい領域（低導通角領域）で制御電源を確保するということは、導通角の広い領域でロスが大きくなることを意味している。主なロスはＲ，ＺＤで消費される。
【００７１】
実施形態５の照明装置は、θ４ で調光信号出力に応じて消灯後θ４ より広い非導通角θ５ で位相角制御された交流電源１の電圧の実効値レベルに応じて制御回路９の動作を完全に停止させる消灯機能（動作停止機能）を設け、さらにθ５ より広い非導通角まで消灯維持可能な制御電源を確保することを特徴とする。
【００７２】
図１５の例では、消灯機能９３は、ダイオードＤ３〜Ｄ４と、抵抗Ｒ１〜Ｒ６と、コンデンサＣ３，Ｃ４と、ツェナーダイオードＺＤ１とにより構成されている。この消灯機能９３を用いて、インバータ制御ＩＣおよびチョッパ制御ＩＣの電源リセット端子のしきい電圧以下とすることで、消灯時の待機電力を低減できる。
【００７３】
なお、図１５の例では、調光信号回路７とは別に消灯機能９３が設けられる構成となるが、消灯機能９３の回路構成が、ツェナーダイオードＺＤ１を除いて図３の調光信号回路７の回路構成と同じであるので、図３の調光信号回路７の構成を兼用し、ツェナーダイオードＺＤ１を付加して消灯機能９３を持つようにしてもよい。
【００７４】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項１記載の発明の照明装置は、位相角制御された交流電源と接続される入力端子と、前記位相角制御された交流電源を直流電圧に整流する整流器と、インダクタ、整流素子および平滑コンデンサを含み、前記インダクタを介して前記直流電圧を高周波でスイッチングして入力電流の高調波歪みを抑制するチョッパ回路と、前記位相角制御された交流電源の導通角に応じた調光信号を生成する調光信号回路と、前記平滑コンデンサの電圧を交流電圧に変換するためのインバータ回路と、前記インバータ回路を通じて、前記平滑コンデンサを電源として前記調光信号回路の出力を受けて負荷である放電ランプを調光制御する制御回路とを具備し、前記制御回路が、前記平滑コンデンサの電圧が前記位相角制御された交流電源の導通角の変化に対して略一定から変極点を介して低下する動作特性を有し変極点の前に消灯するような消灯機能を有するので、チョッパ回路の部品ストレスを大きくすることなく、負荷である放電ランプを確実に点灯ないし予熱・始動させることができる。
【００７５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の照明装置において、前記変極点は略一定時の電圧の９０％以下の電圧であるので、チョッパ回路の部品ストレスを大きくすることなく、負荷である放電ランプを確実に点灯ないし予熱・始動させることができる。
【００７６】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の照明装置において、前記制御回路が、前記位相角制御された交流電源の導通角が小さくなるにつれ前記負荷出力が小さくなり、かつ全出力時の導通角以上で負荷出力が一定となるよう制御するので、位相角制御された交流電源の全出力時と通常の交流電源で同等の出力を得ることができる。
【００７７】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の照明装置において、前記制御回路が、調光下限において前記交流電源の導通角が変化しても前記負荷出力が略一定となる領域を持つので、消灯する位相角が多少変動しても確実に調光下限の出力を得ることができる。
【００７８】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の照明装置において、前記制御回路が、調光下限において消灯状態から点灯させる時の前記交流電源の導通角が、点灯状態から消灯させる時の導通角よりも大きくなるようなヒステリシス区間を持つので、電源の位相角を消灯する位相に設定しても、位相や制御回路のふらつきにより点灯・消灯を繰り返してちらつくことを抑制することができる。
【００７９】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の照明装置において、前記制御回路が消灯状態から点灯させる時の導通角は調光下限域であるので、請求項５記載の発明において、電源の位相角を変化させて消灯から点灯させても、調光下限の出力で点灯するという効果がある。
【００８０】
請求項７記載の発明は、請求項５または６記載の照明装置において、前記制御回路が、基準電圧と調光信号に応じた直流電圧のどちらかが前記位相角制御された交流電源の導通角の変化に対してヒステリシス特性を有し、かつ前記基準電圧と前記調光信号に応じた直流電圧の大小関係に応じて点灯状態から消灯または消灯状態から点灯するヒステリシス回路を備え、前記ヒステリシス区間で前記位相角制御された交流電源を投入すると、予熱、始動を経て点灯状態へ移行するような前記基準電圧と前記調光信号に応じた直流電圧の大小関係にするので、請求項５記載の発明において、調光下限で点灯させていて、元電源をオフし、再度オンした場合に確実に点灯するという効果がある。
【００８１】
請求項８記載の発明は、請求項１から７のいずれかに記載の照明装置において、前記消灯機能が調光信号に応じて点灯状態から消灯させる時の第１導通角よりも小さい第２導通角まで前記調光信号回路および前記制御回路を動作させるのに必要な制御電源を確保可能な制御電源回路を有し、前記第１導通角よりも小さく前記第２導通角よりも大きい範囲で前記位相角制御された交流電源の電圧レベルに応じて前記制御回路の動作を停止させる動作停止機能を有するので、交流電源の全位相角において制御電源の消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の照明装置を示す構成図である。
【図２】位相角制御された交流電源の非導通角と直流電圧との関係と、非導通角と光出力比との関係とを示す図である。
【図３】調光信号回路の具体回路例を示す図である。
【図４】調光信号回路の具体回路例を示す図である。
【図５】調光信号回路の具体回路例を示す図である。
【図６】図４，図５中のコンパレータの動作説明図である。
【図７】リセット端子の電圧がしきい電圧以下で発振停止する場合の具体回路例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態２の照明装置の動作原理図である。
【図９】同照明装置の具体回路構成図である。
【図１０】本発明の実施形態３の照明装置の動作原理図である。
【図１１】本発明の実施形態３の照明装置の動作原理図である。
【図１２】同照明装置の具体回路構成図である。
【図１３】同照明装置の具体回路構成図である。
【図１４】本発明の実施形態４の照明装置の動作原理図である。
【図１５】本発明の実施形態５の照明装置を示す構成図である。
【図１６】従来の照明装置の構成図である。
【図１７】位相角制御された交流電源の非導通角と直流電圧との関係を示す図である。
【図１８】位相角制御された交流電源の非導通角と予熱電流との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 交流電源
２ 位相角制御器
３ 入力端子
４ フィルタ回路
５ 整流器
６ チョッパ回路
７ 調光信号回路
７０ 上限クランプ回路
７１ 下限クランプ回路
７２ ヒステリシス回路
８ インバータ回路
９ 制御回路
９１ チョッパ制御回路
９２ インバータ制御回路
９３ 消灯機能
１０ 放電ランプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、位相角制御された交流電源と接続され、交流電源の位相角に応じて放電ランプを調光する照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は特表平１０−５０１６５１号公報（特許文献１）に記載されている従来の照明装置の構成図である。
【０００３】
この従来の照明装置は、基本構成として、位相角制御された交流電源電圧を受け取るための一対の電源入力端子１’，２’と、安定化手段と、電力供給手段と、調光信号引出し手段とを備えている。なお、Ｈは安全回路である。
【０００４】
安定化手段は、放電ランプＬＡへ電力を与えるためのものであって、インバータＤ、共振タンク出力回路Ｆおよび制御器Ｇにより構成され、実質的に一定の直流電圧が受け取られる直流入力端子と、調光信号を受け取るための、直流入力端子とは別の調光入力端子と、調光信号の特性に対応するレベルで放電ランプＬＡへ供給される電力を制御するための第１制御手段とを含んでいる。
【０００５】
電力供給手段は、前調節器回路Ｃ（具体回路では昇圧チョッパ）により構成され、安定化手段の直流入力端子へ実質的に一定の直流電圧を供給するために、電源入力端子１’，２’へ接続される。
【０００６】
調光信号引出し手段は、調光インターフェース回路Ｉにより構成され、位相角制御された交流電源電圧から調光信号を引き出すため、および安定化手段の調光入力端子へ調光信号を供給するためのものである。
【０００７】
この構成では、安定化手段が、電力供給手段を電源として、位相角制御された交流電源電圧の位相角に応じて生成される調光信号により放電ランプＬＡを調光するので、交流電源電圧の位相角を変えることにより放電ランプＬＡの調光が可能となる。
【０００８】
ところで、交流電源電圧が低導通角である場合には、実質的に一定の直流電圧も低下してしまうために、放電ランプＬＡの低光束時の点灯維持電圧が不足して消灯しがちになるので、上記従来の照明装置では、交流電源電圧の位相角に無関係に、実質的に一定レベルに直流電圧を維持するためのフィードバック手段を備え、比較的広い導通角範囲で放電ランプを調光制御可能としている。
【０００９】
【特許文献１】
特表平１０−５０１６５１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記フィードバック手段を備えたとしても、１００Ｖ系交流電源のように電圧実効値が小さく、例えば、電力供給手段の直流電圧が約４００Ｖであり、負荷出力電力の比較的大きい９６Ｗクラスの放電ランプを調光比４０％まで調光する場合、図１７に示すように、直流電圧（Ｖｄｃ ）が低導通角になるに従って低下してしまう。
【００１１】
交流電源の導通角を全範囲にわたって変化させて調光レベルを変える場合、交流電源の導通角が９０度以下となり、電源電圧のピーク値がゼロに近づくに従い、一定の直流電圧を供給する電力供給手段が一定の直流電圧（Ｖｄｃ ）を維持するのが困難となる。
【００１２】
電力供給手段を構成する昇圧チョッパ回路の設計によってはより低導通角まで一定のチョッパ出力が得られるように改善はできるが、負荷出力が大きく導通角が小さいほど一定のチョッパ出力を維持するために入力電流のピーク値が極端に高くなってしまうため、部品ストレス、部品温度上昇、部品形状の大型化を招くほか、昇圧チョッパの制御範囲の面から実質的に設計不可能となる。
【００１３】
従って実質的には導通位相角が小さくなると部品ストレスが大きくなるのみでなくチョッパ出力の一定制御が不可能となり、図１７に示すようにチョッパ出力はある導通角以下で変極点を介して急激に低下する。
【００１４】
このような低導通角領域ではインバータに供給される電源電圧が低下するため、放電ランプの調光時の点灯維持が困難となるだけでなく、電源投入時の予熱、始動にも悪影響を及ぼす。
【００１５】
予熱、始動時にチョッパ出力が略一定時の電圧を１００％としたときの９０％に相当する電圧に低下した場合について説明する。一例として負荷として９６Ｗ蛍光ランプを使用して実験を行ったところ、チョッパ出Ｖｄｃ が１０％低下した場合、予熱電流（Ｉｐｈ ）は１１％低下、始動時の発振電圧は１３％低下することがわかった。
【００１６】
部品バラツキや調整バラツキなどを考慮した予熱電流のバラツキについて考えてみると、図１８に示すように、Ｖｄｃ が１００％時の非導通角θＢ で電源投入した場合の予熱電流のバラツキを、ＴＹＰ を１００％としてＭＡＸ が＋１０％、ＭＩＮ が−１０％とすると（バラツキ幅Ｂ）、Ｖｄｃ が９０％となる導通角θＡ で電源投入した場合は１０％低下したＴＹＰ に対してＭＡＸ が＋１０％、ＭＩＮ が−１０％となり、トータルのバラツキはＶｄｃ が１００％時のＴＹＰ を基準にＭＡＸ が＋１０％、ＭＩＮ が約−２０％となる（バラツキ幅Ａ）。このことは始動時の発振電圧についても同様でありバラツキ幅は大きくなる。なお、Ｖｄｃ がさらに低下した場合はバラツキ幅もさらに大きくなることは言うまでもない。
【００１７】
以上のことから低導通角までチョッパ出力の一定制御するには部品ストレスの増大、部品温度上昇、部品形状の大型化を招き、一方ではチョッパ出力の変動に伴い先行予熱電流不足によるランプ寿命の悪化、始動時の発振電圧不足により始動不良を引き起こすといった課題がある。
【００１８】
本発明の目的は、入力電圧が小さく、かつ位相角制御器（位相調光器）を用いて導通角が小さい領域まで使用して、比較的高出力の放電ランプの調光を行う場合にも、部品ストレスの増大、部品温度上昇、部品形状の大型化を抑えつつ放電ランプの安定点灯、確実な予熱・始動が可能な照明装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１記載の発明の照明装置は、位相角制御された交流電源と接続される入力端子と、前記位相角制御された交流電源を直流電圧に整流する整流器と、インダクタ、整流素子および平滑コンデンサを含み、前記インダクタを介して前記直流電圧を高周波でスイッチングして入力電流の高調波歪みを抑制するチョッパ回路と、前記位相角制御された交流電源の導通角に応じた調光信号を生成する調光信号回路と、前記平滑コンデンサの電圧を交流電圧に変換するためのインバータ回路と、前記インバータ回路を通じて、前記平滑コンデンサを電源として前記調光信号回路の出力を受けて負荷である放電ランプを調光制御する制御回路とを具備し、前記制御回路が、前記平滑コンデンサの電圧が前記位相角制御された交流電源の導通角の変化に対して略一定から変極点を介して低下する動作特性を有し変極点の前に消灯するような消灯機能を有することを特徴とする。
【００２０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の照明装置において、前記変極点は略一定時の電圧の９０％以下の電圧であることを特徴とする。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の照明装置において、前記制御回路が、前記位相角制御された交流電源の導通角が小さくなるにつれ前記負荷出力が小さくなり、かつ全出力時の導通角以上で負荷出力が一定となるよう制御することを特徴とする。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の照明装置において、前記制御回路が、調光下限において前記交流電源の導通角が変化しても前記負荷出力が略一定となる領域を持つことを特徴とする。
【００２３】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の照明装置において、前記制御回路が、調光下限において消灯状態から点灯させる時の前記交流電源の導通角が、点灯状態から消灯させる時の導通角よりも大きくなるようなヒステリシス区間を持つことを特徴とする。
【００２４】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の照明装置において、前記制御回路が消灯状態から点灯させる時の導通角は調光下限域であることを特徴とする。
【００２５】
請求項７記載の発明は、請求項５または６記載の照明装置において、前記制御回路が、基準電圧と調光信号に応じた直流電圧のどちらかが前記位相角制御された交流電源の導通角の変化に対してヒステリシス特性を有し、かつ前記基準電圧と前記調光信号に応じた直流電圧の大小関係に応じて点灯状態から消灯または消灯状態から点灯するヒステリシス回路を備え、前記ヒステリシス区間で前記位相角制御された交流電源を投入すると、予熱、始動を経て点灯状態へ移行するような前記基準電圧と前記調光信号に応じた直流電圧の大小関係にすることを特徴とする。
【００２６】
請求項８記載の発明は、請求項１から７のいずれかに記載の照明装置において、前記消灯機能が調光信号に応じて点灯状態から消灯させる時の第１導通角よりも小さい第２導通角まで前記調光信号回路および前記制御回路を動作させるのに必要な制御電源を確保可能な制御電源回路を有し、前記第１導通角よりも小さく前記第２導通角よりも大きい範囲で前記位相角制御された交流電源の電圧レベルに応じて前記制御回路の動作を停止させる動作停止機能を有することを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の照明装置を示す構成図、図２は位相角制御された交流電源の非導通角と直流電圧との関係と、非導通角と光出力比との関係とを示す図である。
【００２８】
図１において、１は交流電源（商用電源）、２は交流電源１の位相角制御用の位相角制御器、３は位相角制御器２の出力と接続される、実施形態１の照明装置の入力端子である。
【００２９】
上記照明装置において、４はノイズ流出防止用のフィルタ回路、５は（全波）整流器、６はチョッパ回路、７は入力端子３への入力電力から調光信号出力を得るための調光信号回路、８は例えばスイッチング素子などによるハーフまたはフルブリッジ回路構成のインバータ回路、９は本照明装置全般の制御を行うものであって例えば調光比４０％を下限として調光を行う制御回路、１０は放電ランプとしての例えば９６Ｗの蛍光ランプである。なお、本発明は、９６Ｗに限定されず、また調光比４０％を下限として調光を行うものに限定されないことは言うまでもない。
【００３０】
チョッパ回路６は、インダクタＬ１，スイッチング素子（図１ではＭＯＳ型ＦＥＴ）Ｑ１、ダイオードＤ１および平滑コンデンサＣ１により昇圧チョッパの回路構成になっている。制御回路９は、チョッパ制御回路９１，インバータ制御回路９２および消灯機能９３により構成されている。
【００３１】
ここで、昇圧チョッパ回路の設計によっては、図２中のＶｄｃＣで示すようにＶｄｃＡに比べ、より非導通角の大きい領域まで平滑コンデンサＣ１の電圧Ｖｄｃ を略一定に保つことが可能であるが、前述したように部品のストレスが大きくなるなどの課題がある。
【００３２】
そこで、実施形態１では、「変極点Ａ」，「変極点Ｃ」は、電圧ＶｄｃＡ，ＶｄｃＣがそれぞれ略一定時の電圧の９０％に低下した電圧に相当するものとして、「調光カーブＡ」，「調光カーブＣ」のように、「変極点Ａ」，「変極点Ｃ」に相当する非導通角θＡ ，θＣ よりも小さい非導通角θ２Ａ，θ２Ｃで、制御回路９に設けられた消灯機能９３を用いて放電ランプ１０を消灯することにより、０度から１８０度までの全導通角範囲の位相電源入力に対して部品のストレスを抑制しつつ、かつ確実に予熱、始動を可能にする。
【００３３】
変極点を９０％とした理由は、前述したように予熱電流バラツキ、始動時の発振電圧バラツキを考慮して９０％以上が望ましいからである。また、実際にチョッパ回路６の制御動作特性も非導通角が大きくなるに従い、出力一定制御が困難となり、やがてＶｄｃ は９０％付近から非導通角の変化に応じて急激に低下する。
【００３４】
図３から図６を用いて具体回路例を説明する。図３の具体回路例の調光信号回路７は、交流電源１の位相を直流に変換する位相−ＤＣ変換回路として、整流器５の両入力端子にアノードが接続されるダイオードＤ３，Ｄ４と、これらの両カソードとＧＮＤとの間に直列に接続される抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、これらのうち接地された抵抗Ｒ４と並列に接続されるコンデンサＣ３と、このコンデンサＣ３の高電位側と調光信号出力用端子との間に接続されるダイオードＤ５と、その端子とＧＮＤとの間に直列に接続される抵抗Ｒ５，Ｒ６と、これらのうち接地された抵抗Ｒ６と並列に接続されるコンデンサＣ４とにより構成されている。
【００３５】
図４の具体回路例の調光信号回路７は、位相−ｄｕｔｙ変換回路として、上記ダイオードＤ３，Ｄ４、抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、抵抗Ｒ４と並列に接続されるコンデンサＣ５と、このコンデンサＣ５の高電位側と＋端子が接続されるコンパレータＣＯＭＰ１と、この−端子とＶｃｃ端子との間に接続される抵抗Ｒ５’と、コンパレータＣＯＭＰ１の−端子とＧＮＤとの間に接続される抵抗Ｒ６’と、コンパレータＣＯＭＰ１の出力端子および調光信号出力用端子とＶｃｃ端子との間に接続される抵抗Ｒ７とにより構成されている。
【００３６】
図５の具体回路例の調光信号回路７は、位相−ｄｕｔｙ−ＤＣ変換回路として、上記ダイオードＤ３，Ｄ４、抵抗Ｒ１〜Ｒ４，Ｒ５’，Ｒ６’，Ｒ７、コンデンサＣ５およびコンパレータＣＯＭＰ１と、コンパレータＣＯＭＰ１の出力端子と調光信号出力用端子との間に直列に介設される抵抗Ｒ８と、調光信号出力用端子とＧＮＤとの間に接続される抵抗Ｒ９およびコンデンサＣ６とにより構成されている。
【００３７】
上記各構成において、Ｃ３，Ｃ４，Ｃ６には、ほぼリップルのない直流電圧に平滑するため、比較的容量の大きいコンデンサが用いられる。Ｃ５には、位相角制御された交流電源１の整流電圧に比例した電圧を得るため、比較的容量の小さいコンデンサが用いられる。
【００３８】
コンパレータＣＯＭＰ１の−端子電圧をＶ−、＋端子電圧をＶ＋、出力端子電圧をＶｏｕｔとすると、各部の波形は図６に示すようになる。Ｖ−を基準電圧としてＶ＋と比較して調光信号出力Ｖｏｕｔを出力する。このＶｏｕｔは、図５の具体回路では直流電圧にさらに変換される。
【００３９】
上記の調光信号出力は、例えばインバータ制御ＩＣ等の仕様に応じて使い分けられることになる。フェーダ操作器などの調光器（位相角制御器２）の操作により交流電源１が位相角制御される場合には、調光信号回路７により位相角に応じた調光信号が生成され、それを受けたチョッパ制御回路９１およびインバータ制御回路９２が、例えば図２のθ２Ａ以上の非導通角のとき、消灯機能９３により発振を停止する。消灯機能９３は、例えばインバータ制御ＩＣおよびチョッパ制御ＩＣの発振停止可能なリセット端子を利用して実現できる。
【００４０】
図７に、リセット端子の電圧がしきい電圧以下で発振停止する場合の具体回路例を示す。なお、図７の制御回路９ではチョッパ制御回路９１の図示を省略してある。
【００４１】
図７の例では、図４に示した調光信号回路７が使用され、この調光信号回路７の調光信号出力Ｖｏｕｔを消灯機能９３が入力するようになっている。図７の具体回路例の消灯機能９３は、コンパレータＣＯＭＰ１の出力端子にアノードが接続されるダイオードＤ６と、このカソードとＧＮＤとの間に直列に接続される抵抗Ｒ８，Ｒ９と、接地された抵抗Ｒ９と並列に接続されるコンデンサＣ６と、Ｖｃｃ端子とＧＮＤとの間に直列に接続される抵抗Ｒ１０，Ｒ１１と、接地された抵抗Ｒ１１と並列に接続されるコンデンサＣ７と、抵抗Ｒ８，Ｒ９の接続点に−端子が接続され抵抗Ｒ１０，Ｒ１１の接続点に＋端子が接続されるコンパレータＣＯＭＰ２と、インバータ制御回路９２を構成するインバータ制御ＩＣのリセット端子とＧＮＤとの間に抵抗Ｒ１６を介して接続されるスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ２と、この制御端子（ゲート）とコンパレータＣＯＭＰ２の出力端子との間に接続される抵抗Ｒ１５とにより構成されている。
【００４２】
この構成において、θ２Ａ以上の非導通角のとき、コンパレータＣＯＭＰ２がＨ信号を出力し、スイッチング素子Ｑ２がオンする。つまり、コンパレータＣＯＭＰ２の−端子には、調光信号出力を直流に変換した電圧（ＶＤＣ２− とする）が入力し、非導通角が大きくなるに従ってＶＤＣ２− が低下し、θ２Ａ以下でコンパレータＣＯＭＰ２の＋端子の基準電圧（Ｖｒｅｆ２＋とする）と比較してＶＤＣ２− ＜Ｖｒｅｆ２＋となり、コンパレータＣＯＭＰ２の出力端子からＨ信号が出力される。
【００４３】
以上の如く、消灯機能９３を用いて放電ランプ１０を消灯することにより、０度から１８０度までの全導通角範囲の位相角電源入力に対して、部品ストレスを抑制しつつ、負荷である放電ランプ１０を確実に点灯ないし予熱・始動させることができる。
【００４４】
（実施形態２）
図８は本発明の実施形態２の照明装置の動作原理図、図９は同照明装置の具体回路構成図である。
【００４５】
位相角制御器２において、位相制御素子としてトライアックが使われる場合、非導通角は最小値となる全点灯時でも通常２０〜３０度程度となるが、実使用において、０度、つまり位相角制御されずに交流電源１がそのまま使用される場合には、負荷出力が位相角制御された交流電源１で点灯した場合の定格出力を超えてしまうことになる。
【００４６】
実施形態２では、図８に示すように、全点灯（光出力比１００％）時の非導通角θ１ 以下では全点灯時の出力と略一定となるようにする。これを実現するためには、図９の具体回路例のように、抵抗Ｒ１７，Ｒ１８、コンデンサＣ８、ダイオードＤ７およびオペアンプＯＰａｍｐ１により構成される上限クランプ回路７０を、図５に示した調光信号回路７の出力に接続し、非導通角に応じた調光信号（直流信号）の上限（非導通角θ１ 以下）をクランプすればよい。
【００４７】
図９の構成例では、全点灯時における調光信号出力の電圧（ＶＤＣｏｕｔ−ｆｕｌｌ とする）と等しくなるように、オペアンプＯＰａｍｐ１の＋端子に印加する基準電圧を設定することにより、調光信号出力電圧の上限がＶＤＣｏｕｔ−ｆｕｌｌ でクランプされることになる。
【００４８】
これにより、図８に示すように、全点灯時の非導通角θ１ 以下では全点灯時の出力と略一定となり、０度、つまり位相角制御されずに交流電源１がそのまま使用される場合でも、定格出力での点灯状態を維持することができる。なお、調光信号出力電圧は非導通角が小さくなるに従って増加する。
【００４９】
（実施形態３）
図１０，図１１は本発明の実施形態３の照明装置の動作原理図、図１２，図１３は同照明装置の具体回路構成図である。
【００５０】
実施形態３の照明装置は、フェーダ操作器などの調光器の操作により交流電源１が位相角制御され、低導通角領域において放電ランプ１０を点灯状態から消灯または消灯状態から点灯（復帰）させる場合、図１０に示すように、調光下限に下限クランプ区間および消灯・復帰ヒステリシスを設けたことを特徴とする。
【００５１】
図７に示した具体回路例では、消灯・復帰ヒステリシスを持たないので、消灯・復帰のしきい値近傍で放電ランプ１０がちらつくなどの不安定な動作となる場合がある。
【００５２】
実施形態３では、調光器を操作して非導通角を大きくしていく場合、調光下限のθ２ から消灯するθ４ までを下限クランプ区間とし、θ４ からθ５ を経て１８０度までを消灯区間とする。逆に非導通角を大きくしていく場合、１８０度からθ５ 、θ４ を経てθ３ で復帰（予熱、始動を経て点灯）する。なお、復帰のタイミングはθ２ ＜θ３ ＜θ４ とする。
【００５３】
また、多灯一括制御をする場合にも、θ２ 、θ３ 、θ４ のそれぞれのポイントにおいて部品バラツキなどにより各放電ランプ１０間で各動作状態（調光下限、復帰、消灯）が異ならないように十分マージンを設ける。具体的には、θ２ とθ３ との間にすべての放電ランプ１０が調光下限出力で点灯するポイントが存在しており、θ５ では確実に全放電ランプ１０が消灯する。
【００５４】
上記動作のうち下限クランプ動作は、図１２の具体回路例のように、図９に示した上限クランプ回路７０とはダイオードＤ７の向きが異なる構成の下限クランプ回路７１で達成することができる。
【００５５】
図１２の構成例では、調光下限出力時における調光信号出力の電圧（ＶＤＣｏｕｔ−ｄｉｍとする）と等しくなるように、オペアンプＯＰａｍｐ１の＋端子に印加する基準電圧を設定することにより、調光信号出力電圧の下限がＶＤＣｏｕｔ−ｄｉｍでクランプされることになる。
【００５６】
ヒステリシス動作は、図１３の具体回路例のように、図７に示した消灯機能９３の一部である抵抗Ｒ１０，Ｒ１１、コンデンサＣ７およびコンパレータＣＯＭＰ２と、追加部品の抵抗Ｒ１２〜Ｒ１４とにより構成されるヒステリシス回路７２で達成することができる。
【００５７】
この構成例では、図１１に示すようなヒステリシス動作となる。ただし、Ｖｒｅｆ３＋はコンパレータＣＯＭＰ２の＋端子電圧、ＶＤＣ３−は−端子電圧、Ｖｏｕｔ３ は出力端子電圧である。
【００５８】
非導通角を大きくしていく場合、θ４ までの区間ではＶｒｅｆ３＋（１） ＜ＶＤＣ３−の関係によりＶｏｕｔ３ がＬ信号を出力するため、Ｑ２はオフとなり点灯状態を保つ。θ４ を超え、Ｖｒｅｆ３＋（１） ＞ＶＤＣ３− となると、Ｖｏｕｔ３ がＨ信号を出力するため、分圧比が変わり、Ｖｒｅｆ３＋（１） からこれよりも大きなＶｒｅｆ３＋（２） へと変化し、θ４ 以上の領域では消灯状態となる。
【００５９】
非導通角を小さくしていく場合、θ３ までの区間ではＶＤＣ３− ＜Ｖｒｅｆ３＋（２） の関係によりＶｏｕｔ３ がＨ信号を出力し、Ｑ２はオンとなり消灯状態を維持する。θ３ を超え、ＶＤＣ３− ＞Ｖｒｅｆ３＋（２） となると、Ｖｏｕｔ３ がＬ信号を出力するため、分圧比が変わりＶｒｅｆ３＋（２） からＶｒｅｆ３＋（１） へと変化し、θ３ 以下の領域では点灯状態となる。
【００６０】
実施形態３によれば、多灯一括制御する場合にも部品バラツキなどにより各放電ランプ１０間で点灯、消灯が混在しない非導通角を設けることができる。
【００６１】
（実施形態４）
図１４は本発明の実施形態４の照明装置の動作原理図である。
【００６２】
実施形態３では、図１０に示したように、ヒステリシス区間θ３ 〜θ４ において、フェーダ操作器などの調光器の操作方向により消灯または点灯の２つの状態が存在するのに対し、実施形態４では、ヒステリシス区間θ３ 〜θ４ において、入力端子３に主電源（位相角制御された交流電源１）が投入される場合、つまりオフからオンになる場合には必ず点灯状態になるようにしたことを特徴とする。
【００６３】
この特徴を具備する照明装置にするには、図１３に示したヒステリシス回路７２において、コンパレータＣＯＭＰ２の＋端子に印加する入力電圧Ｖｒｅｆ３＋の立上りの時定数を、−端子に印加する入力電圧ＶＤＣ３− の立上りの時定数よりも遅くするとともに、Ｖｒｅｆ３＋が電源投入から略一定になるまでの時間はチョッパ制御ＩＣおよびインバータ制御ＩＣが電源投入から起動（発振開始）するまでの時間よりも速くすればよい。
【００６４】
入力端子３に主電源が投入されオフからオンになる場合、コンパレータＣＯＭＰ２において＋端子に印加する入力電圧と−端子に印加する入力電圧の過渡的な時間変化は、図１４に示すような変化となる。何れの非導通角においても、−端子に印加する入力電圧ＶＤＣ３− が＋端子に印加する入力電圧Ｖｒｅｆ３＋よりも早く立ち上がるようになっている。
【００６５】
非導通角０°〜θ４ 未満までは、−端子に印加する入力電圧が＋端子に印加する入力電圧よりも早く立ち上がり、且つ、＋端子に印加する入力電圧よりも高い電圧で一定となるので、コンパレータＣＯＭＰ２の出力電圧がＬとなり、消灯（発振停止）となることはない。
【００６６】
−端子に印加する入力電圧がθ４ 以上から１８０°までの場合は、やはり−端子に印加する入力電圧が＋端子に印加する入力電圧よりも早く立ち上がるが、ある時間で＋端子に印加する入力電圧が−端子に印加する入力電圧よりも高くなるので、コンパレータＣＯＭＰ２の出力にＨが出力され、消灯（発振停止）となる。ただし、θ４ 以上〜１８０°における−端子に印加する入力電圧が＋端子に印加する入力電圧より高い区間は、コンパレータＣＯＭＰ２の出力端子にＬが出力されるが、この区間ではチョッパ制御ＩＣやインバータ制御ＩＣの電源電圧がＩＣの駆動電圧までに達していないため、チョッパ回路やインバータ回路が動作することはない。また、一度コンパレータＣＯＭＰ２の出力端子に＋信号が出力されると、ヒステリシス特性により＋端子に印加する入力電圧が増加する。
【００６７】
上記の動作により、図１１に示すように、「区間Ａ」では入力端子３に主電源が投入されても、−端子に印加する入力電圧が＋端子に印加する入力電圧よりも早く立ち上がり、且つ＋端子に印加する入力電圧よりも高い電圧で一定となるので、コンパレータＣＯＭＰ２にＨが出力されることなく、放電ランプ１０が点灯（発振）する。また、区間Ｂにおいては、−端子に印加する入力電圧が＋端子に印加する入力電圧よりも早く立ち上がっても、ある時間で＋端子に印加する入力電圧が−端子に印加する入力電圧よりも高くなり、コンパレータＣＯＭＰ２にＨが出力され、同時に、＋端子に印加する入力電圧が増加するため、非導通角がθ３ 以下になるまで点灯することはない（発振停止を維持する）。
【００６８】
実施形態４によれば、θ３ からθ４ のヒステリシス区間で点灯状態から、入力端子３に印加される主電源をオフして再投入しても、放電ランプ１０を確実に予熱、始動を経て点灯状態へと移行させることができる。
【００６９】
（実施形態５）
図１５は本発明の実施形態５の照明装置を示す構成図である。
【００７０】
実施形態３では、図１０に示したように、θ４ からθ５ を経て１８０度までの消灯区間で確実に放電ランプ１０の消灯（発振停止）を維持するために消灯機能を設けたが、消灯区間でスイッチング素子Ｑ２をオンし続けるための制御電源が必要となる。主電源が小さい領域（低導通角領域）で制御電源を確保するということは、導通角の広い領域でロスが大きくなることを意味している。主なロスはＲ，ＺＤで消費される。
【００７１】
実施形態５の照明装置は、θ４ で調光信号出力に応じて消灯後θ４ より広い非導通角θ５ で位相角制御された交流電源１の電圧の実効値レベルに応じて制御回路９の動作を完全に停止させる消灯機能（動作停止機能）を設け、さらにθ５ より広い非導通角まで消灯維持可能な制御電源を確保することを特徴とする。
【００７２】
図１５の例では、消灯機能９３は、ダイオードＤ３〜Ｄ４と、抵抗Ｒ１〜Ｒ６と、コンデンサＣ３，Ｃ４と、ツェナーダイオードＺＤ１とにより構成されている。この消灯機能９３を用いて、インバータ制御ＩＣおよびチョッパ制御ＩＣの電源リセット端子のしきい電圧以下とすることで、消灯時の待機電力を低減できる。
【００７３】
なお、図１５の例では、調光信号回路７とは別に消灯機能９３が設けられる構成となるが、消灯機能９３の回路構成が、ツェナーダイオードＺＤ１を除いて図３の調光信号回路７の回路構成と同じであるので、図３の調光信号回路７の構成を兼用し、ツェナーダイオードＺＤ１を付加して消灯機能９３を持つようにしてもよい。
【００７４】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項１記載の発明の照明装置は、位相角制御された交流電源と接続される入力端子と、前記位相角制御された交流電源を直流電圧に整流する整流器と、インダクタ、整流素子および平滑コンデンサを含み、前記インダクタを介して前記直流電圧を高周波でスイッチングして入力電流の高調波歪みを抑制するチョッパ回路と、前記位相角制御された交流電源の導通角に応じた調光信号を生成する調光信号回路と、前記平滑コンデンサの電圧を交流電圧に変換するためのインバータ回路と、前記インバータ回路を通じて、前記平滑コンデンサを電源として前記調光信号回路の出力を受けて負荷である放電ランプを調光制御する制御回路とを具備し、前記制御回路が、前記平滑コンデンサの電圧が前記位相角制御された交流電源の導通角の変化に対して略一定から変極点を介して低下する動作特性を有し変極点の前に消灯するような消灯機能を有するので、チョッパ回路の部品ストレスを大きくすることなく、負荷である放電ランプを確実に点灯ないし予熱・始動させることができる。
【００７５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の照明装置において、前記変極点は略一定時の電圧の９０％以下の電圧であるので、チョッパ回路の部品ストレスを大きくすることなく、負荷である放電ランプを確実に点灯ないし予熱・始動させることができる。
【００７６】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の照明装置において、前記制御回路が、前記位相角制御された交流電源の導通角が小さくなるにつれ前記負荷出力が小さくなり、かつ全出力時の導通角以上で負荷出力が一定となるよう制御するので、位相角制御された交流電源の全出力時と通常の交流電源で同等の出力を得ることができる。
【００７７】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の照明装置において、前記制御回路が、調光下限において前記交流電源の導通角が変化しても前記負荷出力が略一定となる領域を持つので、消灯する位相角が多少変動しても確実に調光下限の出力を得ることができる。
【００７８】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の照明装置において、前記制御回路が、調光下限において消灯状態から点灯させる時の前記交流電源の導通角が、点灯状態から消灯させる時の導通角よりも大きくなるようなヒステリシス区間を持つので、電源の位相角を消灯する位相に設定しても、位相や制御回路のふらつきにより点灯・消灯を繰り返してちらつくことを抑制することができる。
【００７９】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の照明装置において、前記制御回路が消灯状態から点灯させる時の導通角は調光下限域であるので、請求項５記載の発明において、電源の位相角を変化させて消灯から点灯させても、調光下限の出力で点灯するという効果がある。
【００８０】
請求項７記載の発明は、請求項５または６記載の照明装置において、前記制御回路が、基準電圧と調光信号に応じた直流電圧のどちらかが前記位相角制御された交流電源の導通角の変化に対してヒステリシス特性を有し、かつ前記基準電圧と前記調光信号に応じた直流電圧の大小関係に応じて点灯状態から消灯または消灯状態から点灯するヒステリシス回路を備え、前記ヒステリシス区間で前記位相角制御された交流電源を投入すると、予熱、始動を経て点灯状態へ移行するような前記基準電圧と前記調光信号に応じた直流電圧の大小関係にするので、請求項５記載の発明において、調光下限で点灯させていて、元電源をオフし、再度オンした場合に確実に点灯するという効果がある。
【００８１】
請求項８記載の発明は、請求項１から７のいずれかに記載の照明装置において、前記消灯機能が調光信号に応じて点灯状態から消灯させる時の第１導通角よりも小さい第２導通角まで前記調光信号回路および前記制御回路を動作させるのに必要な制御電源を確保可能な制御電源回路を有し、前記第１導通角よりも小さく前記第２導通角よりも大きい範囲で前記位相角制御された交流電源の電圧レベルに応じて前記制御回路の動作を停止させる動作停止機能を有するので、交流電源の全位相角において制御電源の消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の照明装置を示す構成図である。
【図２】位相角制御された交流電源の非導通角と直流電圧との関係と、非導通角と光出力比との関係とを示す図である。
【図３】調光信号回路の具体回路例を示す図である。
【図４】調光信号回路の具体回路例を示す図である。
【図５】調光信号回路の具体回路例を示す図である。
【図６】図４，図５中のコンパレータの動作説明図である。
【図７】リセット端子の電圧がしきい電圧以下で発振停止する場合の具体回路例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態２の照明装置の動作原理図である。
【図９】同照明装置の具体回路構成図である。
【図１０】本発明の実施形態３の照明装置の動作原理図である。
【図１１】本発明の実施形態３の照明装置の動作原理図である。
【図１２】同照明装置の具体回路構成図である。
【図１３】同照明装置の具体回路構成図である。
【図１４】本発明の実施形態４の照明装置の動作原理図である。
【図１５】本発明の実施形態５の照明装置を示す構成図である。
【図１６】従来の照明装置の構成図である。
【図１７】位相角制御された交流電源の非導通角と直流電圧との関係を示す図である。
【図１８】位相角制御された交流電源の非導通角と予熱電流との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 交流電源
２ 位相角制御器
３ 入力端子
４ フィルタ回路
５ 整流器
６ チョッパ回路
７ 調光信号回路
７０ 上限クランプ回路
７１ 下限クランプ回路
７２ ヒステリシス回路
８ インバータ回路
９ 制御回路
９１ チョッパ制御回路
９２ インバータ制御回路
９３ 消灯機能
１０ 放電ランプ
Claims (8)
- 位相角制御された交流電源と接続される入力端子と、前記位相角制御された交流電源を直流電圧に整流する整流器と、インダクタ、整流素子および平滑コンデンサを含み、前記インダクタを介して前記直流電圧を高周波でスイッチングして入力電流の高調波歪みを抑制するチョッパ回路と、前記位相角制御された交流電源の導通角に応じた調光信号を生成する調光信号回路と、前記平滑コンデンサの電圧を交流電圧に変換するためのインバータ回路と、前記インバータ回路を通じて、前記平滑コンデンサを電源として前記調光信号回路の出力を受けて負荷である放電ランプを調光制御する制御回路とを具備し、前記制御回路が、前記平滑コンデンサの電圧が前記位相角制御された交流電源の導通角の変化に対して略一定から変極点を介して低下する動作特性を有し変極点の前に消灯するような消灯機能を有することを特徴とする照明装置。
- 前記変極点は略一定時の電圧の９０％以下の電圧であることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
- 前記制御回路が、前記位相角制御された交流電源の導通角が小さくなるにつれ前記負荷出力が小さくなり、かつ全出力時の導通角以上で負荷出力が一定となるよう制御することを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。
- 前記制御回路が、調光下限において前記交流電源の導通角が変化しても前記負荷出力が略一定となる領域を持つことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の照明装置。
- 前記制御回路が、調光下限において消灯状態から点灯させる時の前記交流電源の導通角が、点灯状態から消灯させる時の導通角よりも大きくなるようなヒステリシス区間を持つことを特徴とする請求項４記載の照明装置。
- 前記制御回路が消灯状態から点灯させる時の導通角は調光下限域であることを特徴とする請求項５記載の照明装置。
- 前記制御回路が、基準電圧と調光信号に応じた直流電圧のどちらかが前記位相角制御された交流電源の導通角の変化に対してヒステリシス特性を有し、かつ前記基準電圧と前記調光信号に応じた直流電圧の大小関係に応じて点灯状態から消灯または消灯状態から点灯するヒステリシス回路を備え、前記ヒステリシス区間で前記位相角制御された交流電源を投入すると、予熱、始動を経て点灯状態へ移行するような前記基準電圧と前記調光信号に応じた直流電圧の大小関係にすることを特徴とする請求項５または６記載の照明装置。
- 前記消灯機能が調光信号に応じて点灯状態から消灯させる時の第１導通角よりも小さい第２導通角まで前記調光信号回路および前記制御回路を動作させるのに必要な制御電源を確保可能な制御電源回路を有し、前記第１導通角よりも小さく前記第２導通角よりも大きい範囲で前記位相角制御された交流電源の電圧レベルに応じて前記制御回路の動作を停止させる動作停止機能を有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の照明装置。
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-
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