JP2004165090A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パルス状電圧を放電灯に印加することで、照度比が定格点灯時の数％以下の低光束調光を可能とした放電灯点灯装置において、パルス電圧のピーク値の微妙な変化が目に見えるちらつきとなって現れることを防止する。
【解決手段】放電灯４に高周波電圧を供給するインバータ回路２と、放電灯４に供給する電力を可変して放電灯４の調光を行う調光制御回路６と、放電灯４にパルス状電圧を周期的に印加するパルス印加制御回路７とを備えた放電灯点灯装置において、パルス状電圧を印加する周期を放電灯４に供給する高周波電圧の周期の整数倍に同期させた。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放電灯点灯装置に関し、特に調光用電子安定器の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平７−６８８９号公報
【０００３】
例えば蛍光灯を代表とする放電灯の調光用安定器としては、低周波の商用電源を高周波に変換するインバータ回路を用いて放電灯を高周波点灯し、放電灯に供給する電力を制御することにより放電灯を調光する調光用電子安定器が一般的となっている。このような調光用電子安定器においては、より低光束までちらつき等の不安定現象の発生しない安定した調光性能を得ることが要求されている。
【０００４】
この要求に応えるために、例えば、上掲の特許文献１（特開平７−６８８９号公報）に開示されているように、放電灯に周期的にパルス状の電圧を印加し、ちらつき等の不安定現象を回避し、低光束まで安定した放電を維持することが提案されている。この特許文献１に開示された発明は、放電灯に高周波電力を供給するインバータ回路を備え、入力される調光信号に応じて前記インバータ回路を制御し、放電灯に供給する電力を可変することにより放電灯の調光を行うと共に、放電灯に供給する電力の出力状態を周期的に切り替えることにより、図１６に示すようなパルス状の電圧波形を放電灯に印加し、放電灯を安定に点灯させるようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図１６のようなパルス状電圧を発生させる場合、図１７に示すように放電灯に供給する高周波電圧の位相と、パルス電圧を発生させるパルス信号の位相が毎回異なるため、放電灯に印加されるパルス電圧のピーク値が毎回わずかに変化することになる。これは、パルス信号に応じて出力レベルを切り換えても、負荷回路の過渡応答特性により放電灯に印加されるパルス電圧の立上がり波形が傾きを持つため、パルス信号がＨｉｇｈからＬｏｗに切り替わるタイミングと、高周波電圧がピーク値に到達するタイミングがずれることによりパルス電圧のピーク値が変わるためである。つまり、インバータ回路を高周波で駆動するインバータ駆動信号とパルス信号の周期のずれによってパルス電圧のピーク値に低周波のビート成分が発生し、低周波のちらつきを生じるという課題を有している。
特に、照度比が定格点灯時の数％以下といった低光束調光時においては、パルス発生時の光出力が平均化されて放電灯の光出力が決まるためパルス電圧のピーク値の微妙な変化が目に見えるちらつきとなって現れやすくなる。
【０００６】
また、このようなパルス状電圧を放電灯に印加する技術においては、周期的に印加するパルス状電圧によって光出力が周期的に変化するために、このパルス状電圧による光出力の変動が十分に平均化され、ちらつきとして感じない程度の短い周期でパルスを印加する必要がある。しかしながら、このパルスを印加する周波数と、商用交流電源の持つ商用周波数とのずれにより、本来のパルス周波数よりも低い周波数のビートを発生し、低周波のちらつきを生じるという課題もある。
【０００７】
さらに、このようなパルス状電圧を放電灯に印加する安定器を複数台用いて、近接した複数の放電灯を点灯させる場合、各々の安定器が持つパルス周波数や、インバータ駆動周波数のばらつきによる微妙なずれによって、各々の放電灯の間に発生する電位差が低周波で変動し、放電灯間で低周波の干渉ビートによるちらつきが発生する場合がある。この現象は特に比較的管径の細い直管蛍光灯を近接して配置した場合に発生しやすい問題である。
【０００８】
また、本来これらのちらつきは非常に軽微なものであり、一般的な調光範囲では問題とならないが、例えば放電灯を光出力比が定格時の数％以下といった極めて低光束まで調光する調光用電子安定器においては、非常に重要な課題となるものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による放電灯点灯装置は、放電灯を高周波で点灯し調光すると共に、周期的にパルス状電圧を印加することにより、低光束まで安定な放電灯の調光を行う調光用電子安定器において、印加するパルス状電圧の印加周期を、インバータを高周波で駆動するインバータ駆動信号に同期させる手段を設けたものである。
さらには、印加するパルス状電圧の周波数を商用交流電源周波数の整数倍の周波数に設定する、あるいは同期させる手段を設けたことを特徴としている。また、このようなパルス状電圧を発生する安定器を複数台用いて近接する複数の放電灯を点灯する場合においては、各安定器間でパルス周波数やインバータ駆動周波数にばらつきが生じないように、各周波数を同期させる手段を設けたり、たとえ周波数のずれが生じても互いに干渉しないように各放電灯を導電性の遮蔽物で物理的に遮蔽する手段を設けたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態を図１に示す。本実施の形態は、商用交流電源Ｖａｃを直流電圧に変換するチョッパ回路１と、変換された直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路２よりなり、インバータ回路２の出力部に負荷回路３を介して放電灯４が接続されている。さらに、入力される調光信号５に応じて、チョッパ回路１の出力直流電圧値や、インバータ回路２の駆動周波数や駆動デューティなどを制御して放電灯４を調光する調光制御回路６と、放電灯４にパルス状電圧を印加するためのパルス印加制御回路７が接続され、パルス印加制御回路７からのパルス信号に応じてインバータ駆動信号を制御し、放電灯４にパルス状電圧を印加するように構成されている。
【００１１】
このような構成において、パルス印加制御回路７から出力されるパルス信号は、インバータ回路２の駆動信号の整数倍に同期する手段を設けたものである。本実施の形態によると、放電灯４に印加されるパルス電圧は図２に示すように、毎回均一な高さのパルス電圧となり、低光束調光点灯時においても低周波のちらつきを生じることなく、安定した光出力を得ることができる。
【００１２】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態を図３に示す。本実施の形態は、実施の形態１のより具体的な実施形態を示すものであって、調光制御回路６は制御用のマイクロコンピュータを有しており、このマイクロコンピュータはタイマとカウンタを備え、さらにパルス信号制御のためのプログラムを有している。インバータ回路２の駆動信号はマイクロコンピュータのタイマによって供給されるように構成されている。さらにマイクロコンピュータのカウンタによってインバータ駆動信号の発生回数をカウントし、所定のカウント数に到達した時点でパルス信号を発生し、インバータ回路２の駆動信号を制御することにより放電灯４にパルス電圧を発生させるようにプログラムされている。本構成によると、インバータ駆動信号とパルス信号を同期させるための特別な回路を必要とせず、簡単な構成で二つの信号の同期をとることができる。
【００１３】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態を図４及び図５に示す。実施の形態１で示したような構成において、チョッパ回路１により変換された直流電圧は通常、商用電源周波数の２倍の周波数成分を持つリップル電圧を含んでいる。このリップル電圧により、放電灯４に印加される電圧は商用電源周波数の２倍の周波数でリップルを持つことになる。この商用電源周波数の２倍の周波数でのリップルは比較的周波数が高いため、通常ちらつきとしては感じにくい。しかしながら、このリップル周波数と放電灯４に印加するパルス状電圧の印加周波数とがビートを発生すると、図４に示すように放電灯４に印加される電圧の包絡線がより低周波成分のリップルを持つようになり、目に感じやすい低周波のちらつきが発生する。
【００１４】
この問題を解決するために、本実施の形態では、図５に示すように、パルス周波数が直流電圧の商用リップル周波数の整数倍となるようにパルス周波数を設定することにより、ビートによる低周波ちらつきを実質的に無くす、あるいは極めて低周波の周波数成分とすることにより、ちらつきを感じにくくするものである。パルス周波数は人間の目にちらつきとして感じる周波数よりも十分に高くする必要があるため、パルス周波数は電源電圧周波数の３倍以上とすることが望ましい。また、主に前記直流電圧値を可変して調光を行う方式の調光電子安定器にあっては、直流電圧値が低くなるほど直流電圧に重畳される商用電源周波数リップルのリップル率が大きくなり発生するビートの影響が大きくなるため、本実施の形態の効果が特に有効となる。
【００１５】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態を図６に示す。本実施の形態は、商用電源が例えば５０Ｈｚと６０Ｈｚといった複数の定格周波数を持つような場合に、パルス周波数を直流電源リップル電圧の周波数、つまり各々の商用電源周波数の２倍の周波数の公倍数としたものである。本実施の形態によると、例えば商用電源が５０Ｈｚと６０Ｈｚの二つの定格周波数を持つ場合、パルス周波数として６００Ｈｚや１２００Ｈｚといった二つの定格周波数の２倍の周波数の公倍数を選ぶことにより、５０Ｈｚと６０Ｈｚのどちらの周波数の商用電源を入力とした場合でも、直流電圧のリップル電圧周期とパルス周期とのビート現象による低周波ちらつきの発生を抑制するものである。
【００１６】
（実施の形態５）
本発明の第５の実施の形態を図７に示す。本実施の形態は、実施の形態３及び実施の形態４において、ばらつき等の影響による商用電源周波数とパルス周波数のずれによるビート現象の発生を抑制するために、電源周期を検知する電源周期検知手段８を設け、検知した電源周期に同期手段９によりパルス信号を定期的に同期させてパルス電圧を発生するようにしたものである。本構成により、商用電源周波数や、パルス周波数がばらつき等によって変動した場合においても、ビート現象を発生することなく、安定したパルス電圧を放電灯４に印加することができる。また、検知した商用電源周波数に応じてパルス電圧周波数を切り替えることにより、実施の形態４で示したような複数の商用電源周波数にも対応できる。
【００１７】
（実施の形態６）
本発明の第６の実施の形態を図８に示す。本実施の形態は、実施の形態５において、商用電源周期を検知する手段９の代わりに、直流電圧のリップル電圧の周期を検知する手段１０を設け、リップル電圧の周期に定期的に同期してパルス電圧を発生させるようにしたものである。
【００１８】
（実施の形態７）
本発明の第７の実施の形態を図９に示す。本実施の形態は実施の形態５において、パルス印加周波数を各々の商用電源周波数に同期するような周波数に設定する代わりに、各々の商用電源周波数の倍数周波数成分の略中間となる周波数に設定したものである。これにより、図９に示すように例えばパルス周波数として５５０Ｈｚ近傍を選択した場合、各々の直流電圧リップル周波数成分との差は約５０Ｈｚとなり、例えば数Ｈｚといった低周波のビートを生じる場合に比べてちらつきの周波数が高くなり、目に感じにくくなるという利点がある。
【００１９】
（実施の形態８）
本発明の第８の実施の形態を図１０に示す。本実施の形態は放電灯の調光度合いが深くなり、直流電圧に重畳されるリップル電圧のリップル率が大きくなるに応じて、パルス電圧の印加周波数、またはパルス電圧のピーク値のいずれか、または双方をより広範囲に渡ってランダムに変化させるように制御するランダムパルス印加制御回路７１を設けたものである。これにより、直流電圧リップル周波数とパルス周波数のビートによるちらつき周期、またはちらつき強度がランダムに変化するようになり、ちらつきを目に感じにくくするものである。
【００２０】
（実施の形態９）
本発明の第９の実施の形態を図１１に示す。本実施の形態は放電灯にパルス状電圧を印加する調光電子安定器を複数台用いて近接した複数の放電灯を点灯する場合において、各々の安定器間でパルス電圧を印加する周期、または、インバータ駆動信号周期の何れか、もしくは双方を同期させる手段を設けたものである。図中、４Ａ，４Ｂは放電灯、Ａ，Ｂは調光電子安定器、Ｃは同期信号、Ｖ_Ａ ，Ｖ_Ｂ は印加電圧波形である。放電灯は例えば管径が２６ミリメートル以下の直管ランプである。本構成によると、異なる安定器Ａ，Ｂによって点灯される各々の放電灯４Ａ，４Ｂは、常に同位相の高周波電圧、同位相のパルス電圧で駆動されるため、各々の放電灯４Ａ，４Ｂ間の電位差が安定し、相互干渉によるビートちらつきの発生を抑制することができる。また、同期をとるための信号源として、例えば調光信号や、商用電源電圧周期を用いることができる。
【００２１】
（実施の形態１０）
本発明の第１０の実施の形態を図１２に示す。本実施の形態は実施の形態９の構成において、異なる安定器Ａ，Ｂ間のパルス周期を同期させる手段に加えて、パルスを発生させる位相を安定器毎にずらすパルス位相可変手段ａ，ｂを設けたものである。本構成によると各々の放電灯４Ａ，４Ｂに同時にパルスの高電圧が印加されることがなくなり、各々のランプ間の電位差変化を抑制し、干渉ビートによるちらつきのレベルを低減することができる。
【００２２】
（実施の形態１１）
本発明の第１１の実施の形態を図１３に示す。本実施の形態は実施の形態１０の構成において、異なる安定器Ａ，Ｂが各々異なるパルス周波数を持つように、パルス周波数の設定値を安定器毎に変えるパルス周波数可変手段ａ１，ｂ１を設けたものである。本実施の形態によると、各々の安定器Ａ，Ｂが有するパルス周波数のずれを大きく設定することにより、ビートの周波数を高くし、ちらつきを目に感じにくくすることができる。また、実施の形態８で述べたように、パルス周波数やパルスピーク値をランダムに可変する手段を用いれば、このような調光電子安定器Ａ，Ｂを複数台用いて近接した複数の放電灯４Ａ，４Ｂを点灯する場合においても同様に、ちらつきの発生を目立たなくする効果が得られる。
【００２３】
（実施の形態１２）
本発明の第１２の実施の形態を図１４に示す。本実施の形態は放電灯にパルス状電圧を印加する調光電子安定器Ａ，Ｂを複数台用いて近接した複数の放電灯４Ａ，４Ｂを点灯する場合において、各々の放電灯４Ａ，４Ｂ間に導電性の遮蔽板１１を設置するものである。本実施の形態によると、各々の放電灯４Ａ，４Ｂに発生する高周波電圧の近接する他の放電灯への干渉を低減し、ちらつきを低減することができる。また、図１５に示すような導電性の透明チューブ１２を放電灯４Ａ，４Ｂに装着することによっても同様の効果を得ることができる。
なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明によれば、放電灯を駆動する高周波電圧と、放電灯にパルス状電圧を印加するパルス電圧周期とを同期させることによって、高周波電圧周期とパルス電圧周期のビートによるパルス状電圧の変動をなくし、安定したパルスを放電灯に印加することにより、ちらつきのない安定した放電灯の低光束調光点灯を実現した放電灯点灯装置が提供される。
さらに、パルス状電圧周期を直流電圧のリップル周期の整数倍に同期するように設定することにより、これら二つの周波数のビートによるちらつきを低減することができる。または、パルス状電圧周期と直流電圧のリップル周期との差が大きくなるようにパルス周期を設定したり、パルス周期をランダムに変動させることによりビートによるちらつきの度合いを軽減することができ、ちらつきが少ない放電灯の低光束調光点灯を実現した放電灯点灯装置が提供される。
さらに、放電灯にパルス状電圧を印加する調光電子安定器を複数台用いて近接した複数の放電灯を点灯する場合において、各々の安定器のパルス周期や、インバータ駆動周期を同期させる手段を設けることにより、ランプ間の干渉によるちらつきを低減した放電灯点灯装置が供給される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のブロック回路図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の動作波形図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態のブロック回路図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の第１の動作波形図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態の第２の動作波形図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態の動作波形図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態のブロック回路図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態のブロック回路図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態の動作説明図である。
【図１０】本発明の第８の実施の形態のブロック回路図である。
【図１１】本発明の第９の実施の形態の概略構成図である。
【図１２】本発明の第１０の実施の形態の概略構成図である。
【図１３】本発明の第１１の実施の形態の概略構成図である。
【図１４】本発明の第１２の実施の形態の概略構成図である。
【図１５】本発明の第１２の実施の形態の一変形例の概略構成図である。
【図１６】従来例の動作波形図である。
【図１７】従来例の課題を説明するための動作波形図である。
【符号の説明】
１ チョッパ回路
２ インバータ回路
３ 負荷回路
４ 放電灯
５ 調光信号
６ 調光制御回路
７ パルス印加制御回路

Claims (20)

1. 放電灯に高周波電圧を供給するインバータ回路と、前記放電灯に供給する電力を可変して放電灯の調光を行う調光制御回路と、前記放電灯にパルス状電圧を周期的に印加するパルス状電圧発生制御回路とを備えた放電灯点灯装置において、前記パルス状電圧を印加する周期を前記放電灯に供給する高周波電圧の周期の整数倍に同期させたことを特徴とする放電灯点灯装置。
2. パルス状電圧を印加する周期を、前記インバータ回路を高周波で駆動するインバータ駆動信号周波数の周期の整数倍に同期させる手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. パルス状電圧発生制御回路は前記高周波電圧またはインバータ駆動信号をカウントし、所定のカウント数に達した時点でパルス状電圧を発生する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。
4. 商用交流電源と、前記商用交流電源を直流電圧に変換するチョッパ回路と、前記変換された直流電圧を高周波電圧に変換し放電灯に高周波電圧を供給するインバータ回路と、前記放電灯に供給する電力を可変して放電灯の調光を行う調光制御回路と、前記放電灯にパルス状電圧を周期的に印加するパルス状電圧発生制御回路とを備えた放電灯点灯装置において、前記パルス状電圧の印加周波数は、商用交流電源周波数の略整数倍であることを特徴とする放電灯点灯装置。
5. 請求項４記載の放電灯点灯装置で、商用交流電源が複数の定格周波数を有するものにおいて、パルス状電圧を印加する周波数を前記各々の定格周波数の公倍数近傍としたことを特徴とする放電灯点灯装置。
6. パルス状電圧を印加する周波数は、商用交流電源周波数の３以上の整数倍近傍であることを特徴とする請求項４又は５記載の放電灯点灯装置。
7. 商用交流電源周波数の周期を検知する手段と、検知した電源周期にパルス状電圧を印加する周期を定期的に同期させる手段を設けたことを特徴とする請求項６記載の放電灯点灯装置。
8. 検知した商用交流電源周波数の周期に応じて、パルス状電圧を印加する周波数を切り換える手段を設けたことを特徴とする請求項７記載の放電灯点灯装置。
9. 商用交流電源周波数の周期を検知する手段は、チョッパ回路により変換された直流電圧に重畳されるリップル電圧の周期を検知する手段であることを特徴とする請求項７又は８記載の放電灯点灯装置。
10. パルス状電圧を印加する周波数は、商用交流電源周波数の整数倍の周波数の略中間となる周波数であることを特徴とする請求項４又は５記載の放電灯点灯装置。
11. 調光制御回路はチョッパ回路により変換された直流電圧を可変して放電灯の調光を行う制御を備えていることを特徴とする請求項４〜１０のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
12. パルス状電圧を印加する周波数が調光レベルに応じてランダムに変化する手段を設けたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
13. 放電灯に印加するパルス状電圧のピーク値が調光レベルに応じてランダムに変化する手段を設けたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
14. 複数の異なる放電灯点灯装置間でパルス状電圧を印加する周期、または放電灯に印加する高周波電圧の周期のいずれか一方もしくは双方を互いに同期させる手段を設けたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
15. 複数の異なる放電灯点灯装置毎にパルス状電圧を印加する位相を異ならせる手段を設けたことを特徴とする請求項１４記載の放電灯点灯装置。
16. 複数の異なる放電灯点灯装置毎にパルス状電圧を印加する周波数を異ならせる手段を設けたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
17. 複数の異なる放電灯点灯装置によって点灯される複数の放電灯の間に導電性の遮蔽物を設置したことを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
18. 導電性の遮蔽物は放電灯を被う導電性の透明チューブであることを特徴とする請求項１７記載の放電灯点灯装置。
19. 放電灯を定格光出力の５％以下まで調光することを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
20. 放電灯は管径が２６ミリメートル以下の直管蛍光灯であることを特徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載の放電灯点灯装置。

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