JP2005071828A - Electrodeless discharge lamp lighting device and illumination device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バルブ内に封入された放電ガスに高周波電磁界が印加されることで光を出力する無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置及び照明装置に関する。 The present invention relates to an electrodeless discharge lamp lighting device and an illumination device for lighting an electrodeless discharge lamp that outputs light by applying a high frequency electromagnetic field to a discharge gas sealed in a bulb.
従来、バルブ内に封入された放電ガスと、高周波電圧が供給される誘導コイルとを備え、高周波電圧の供給によって前記誘導コイルに発生する電磁界により、前記放電ガスが電離及び励起し、この電離及び励起によって生じる光を光源として利用した無電極放電灯が知られている(例えば、下記特許文献1)。
Conventionally, a discharge gas sealed in a bulb and an induction coil to which a high-frequency voltage is supplied are provided, and the discharge gas is ionized and excited by an electromagnetic field generated in the induction coil by the supply of the high-frequency voltage. In addition, an electrodeless discharge lamp using light generated by excitation as a light source is known (for example,
この無電極放電灯の点灯動作を制御する放電灯点灯回路は、例えば、交流電源から出力される交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路と、直流電源回路の出力を高周波電圧に変換し、この高周波電圧を無電極放電灯の誘導コイルに供給するインバータ回路と、誘導コイルとインバータ回路との間に配設される共振回路とを備えて構成されている。 The discharge lamp lighting circuit for controlling the lighting operation of this electrodeless discharge lamp is, for example, a DC power supply circuit that converts an AC voltage output from an AC power supply into a DC voltage, and an output of the DC power supply circuit is converted into a high-frequency voltage, The inverter circuit is configured to supply this high-frequency voltage to the induction coil of the electrodeless discharge lamp, and a resonance circuit disposed between the induction coil and the inverter circuit.
このような構成を備えた放電灯点灯回路による無電極放電灯の調光(発光光量の調節)の方法の1つとして、図12に示すような方法がある。図12は、インバータ回路13の動作周波数finvとコイル電圧Vcoilの波形を示す図である。なお、図12のコイル電圧Vcoilの波形において、白黒の縞模様に描いた部分は、高周波電圧の波形を示し、この高周波電圧の波形のピークを結ぶ線は振幅の変化を示している。
As one method of dimming (adjusting the amount of emitted light) of the electrodeless discharge lamp by the discharge lamp lighting circuit having such a configuration, there is a method as shown in FIG. FIG. 12 is a diagram illustrating waveforms of the operating frequency finv and the coil voltage Vcoil of the
図12に示すように、誘導コイルに高周波電圧を印加する期間T1と高周波電圧を印加しない期間T2とを交互に設けて、誘導コイルに印加される高周波電圧(以下、コイル電圧という)を周期的に変化させることで、無電極放電灯は点灯動作(高いコイル電圧の印加時)と消灯動作(低いコイル電圧の印加時)とを繰り返す。これにより、無電極放電灯は、点灯期間と消灯期間との比率に応じた発光光量となる。 As shown in FIG. 12, the period T1 during which the high frequency voltage is applied to the induction coil and the period T2 during which the high frequency voltage is not applied are alternately provided, and the high frequency voltage (hereinafter referred to as coil voltage) applied to the induction coil is periodically Thus, the electrodeless discharge lamp repeats a lighting operation (when a high coil voltage is applied) and a light-off operation (when a low coil voltage is applied). Thus, the electrodeless discharge lamp has a light emission amount corresponding to the ratio between the lighting period and the extinguishing period.
また、インバータ回路の動作周波数finvに対するコイル電圧Vcoilの特性は、無電極放電灯の放電ガスが安定してアーク状放電状態となる点灯期間(時刻T=t2〜t3)と、誘導コイルに始動電圧Viを印加して前記アーク状放電状態に安定するまでの始動期間(時刻T=t1〜t2)とで異なるものとなり(図3参照)、この特性に基づき、無電極放電灯を点灯させる場合、始めに比較的高い電圧(始動電圧)Viが必要となる始動期間においては、インバータ回路の動作周波数finvを周波数f1に設定してコイル電圧Vcoilを電圧Vi(図3の点aに対応する電圧)とする。なお、一般的に、この始動電圧Viは無電極放電灯を点灯させるのに必要な最低限の電圧Vst(図3参照)より大きい値に設定される。そして、無電極放電灯が点灯すると、コイル電圧Vcoilは電圧Viから電圧Vs(図3の点bに対応する電圧)に低下する。このとき、無電極放電灯の点灯後においてもインバータ回路の動作周波数finvを周波数f1に維持すると、無電極放電灯の発光光量が所望の値とならない場合が生じることから、無電極放電灯が点灯すると、直ちにインバータ回路の動作周波数finvを周波数f1から周波数f2(f2>f1)に切り換えて、コイル電圧Vcoilを電圧Va(図3の点cに対応する電圧)に設定する。その後、無電極放電灯を消灯させるべきタイミング(時刻T=t4)に達するまで、インバータ回路の動作周波数finvを周波数f2に維持することにより、コイル電圧Vcoilを一定値Vaに維持する。 Further, the characteristics of the coil voltage Vcoil with respect to the operating frequency finv of the inverter circuit include the lighting period (time T = t2 to t3) in which the discharge gas of the electrodeless discharge lamp is stably in an arc-like discharge state, and the starting voltage applied to the induction coil. It becomes different in the starting period (time T = t1 to t2) from when Vi is applied until the arc discharge state is stabilized (see FIG. 3). In the starting period in which a relatively high voltage (starting voltage) Vi is required at the beginning, the operating frequency finv of the inverter circuit is set to the frequency f1, and the coil voltage Vcoil is set to the voltage Vi (voltage corresponding to the point a in FIG. 3). And In general, the starting voltage Vi is set to a value larger than the minimum voltage Vst (see FIG. 3) necessary for lighting the electrodeless discharge lamp. When the electrodeless discharge lamp is turned on, the coil voltage Vcoil decreases from the voltage Vi to the voltage Vs (voltage corresponding to the point b in FIG. 3). At this time, if the operating frequency finv of the inverter circuit is maintained at the frequency f1 even after the electrodeless discharge lamp is turned on, the light emission quantity of the electrodeless discharge lamp may not be a desired value. Then, the operating frequency finv of the inverter circuit is immediately switched from the frequency f1 to the frequency f2 (f2> f1), and the coil voltage Vcoil is set to the voltage Va (voltage corresponding to the point c in FIG. 3). Thereafter, the coil voltage Vcoil is maintained at a constant value Va by maintaining the operating frequency finv of the inverter circuit at the frequency f2 until the timing (time T = t4) at which the electrodeless discharge lamp is to be extinguished is reached.
この点灯期間と消灯期間の時間比率を変えることによって、無電極放電灯の調光を行う調光方式は、時分割調光制御方式と呼ばれており、直流電源回路の出力電圧を昇降圧することで無電極放電灯の調光を行う直流電圧調光制御方式や、インバータ回路のスイッチング素子の周波数を制御することで無電極放電灯の調光を行う周波数調光制御方式に比して優れた特性を有している。 The dimming method for dimming the electrodeless discharge lamp by changing the time ratio between the lighting period and the extinguishing period is called the time-division dimming control method, and it boosts and lowers the output voltage of the DC power supply circuit. Compared to the DC voltage dimming control method for dimming electrodeless discharge lamps and the frequency dimming control method for dimming electrodeless discharge lamps by controlling the frequency of the switching element of the inverter circuit It has characteristics.
すなわち、無電極放電灯の調光の範囲、特に、無電極放電灯の発光光量を小さくする場合において、調光の下限が低ければ低いほど無電極放電灯としての性能が高いとされ、調光の範囲を広げるために調光の下限をより低く設定できるようにすることが望まれている。このような要求に対し、直流電圧調光制御方式を採用する場合、無電極放電灯の調光を行うために直流電源回路の出力電圧を下げていくと、交流電源のピーク電圧付近から入力電流の歪みが大きくなってくるため、調光の下限を低く設定するのが困難で調光範囲が狭くなる場合がある。また、無電極放電灯の始動性を考慮して始動時にコイル電圧を高くする必要がある旨前述したが、その高いコイル電圧を生成するために、共振回路の共振の鋭さQを高く設定すると、周波数調光制御方式を採用した場合に、微小な周波数の変化に対しても、誘導コイルの両端の電圧が大きく変化することとなり、調光の下限を低く設定しようとする場合は、精度の高い周波数調整技術が必要となる。このように精度よく周波数を調整することは、無電極放電灯や放電灯点灯回路を構成する各種電子部品の特性のばらつきを考慮すると非常に困難である。 That is, in the range of dimming of the electrodeless discharge lamp, in particular, when reducing the amount of light emitted by the electrodeless discharge lamp, the lower the dimming lower limit, the higher the performance as the electrodeless discharge lamp is. In order to widen the range, it is desired that the lower limit of dimming can be set lower. When the DC voltage dimming control method is adopted in response to such demands, if the output voltage of the DC power supply circuit is lowered in order to perform dimming of the electrodeless discharge lamp, the input current starts from around the peak voltage of the AC power supply. Therefore, it is difficult to set the lower limit of dimming low, and the dimming range may be narrowed. In addition, as described above, it is necessary to increase the coil voltage at the start in consideration of the startability of the electrodeless discharge lamp, but in order to generate the high coil voltage, if the resonance sharpness Q of the resonance circuit is set high, When the frequency dimming control method is adopted, the voltage at both ends of the induction coil changes greatly even with minute changes in frequency, and high accuracy is required when setting the lower limit of dimming to a low level. Frequency adjustment technology is required. In this way, it is very difficult to accurately adjust the frequency in consideration of variations in characteristics of various electronic components constituting the electrodeless discharge lamp and the discharge lamp lighting circuit.
これに対し、前述の時分割調光制御方式を採用する場合には、無電極放電灯を交互に点灯・消灯させており、無電極放電灯からの平均の発光光量を低下させることで調光を行うものであるから、直流電圧調光制御方式や周波数調光制御方式の場合に生じる前記不具合が発生することがなく、調光の下限を低く設定することができる。
しかしながら、無電極放電灯の点灯後においてもインバータ回路の動作周波数を始動時の周波数f1に維持すると、無電極放電灯の発光光量を所望の値まで低下させることができない場合が生じることを考慮して、インバータ回路の動作周波数を瞬間的に周波数f1から周波数f2に上げることでコイル電圧Vcoilを低下させ、これにより無電極放電灯の発光光量を落とした場合、無電極放電灯等から放出されるノイズに、周波数f1の成分を有するノイズと周波数f2の成分を有するノイズとの2種類のノイズが含まれることとなる。また、周波数f1から周波数f2への切換え時にその切換えによるノイズも発生する。 However, taking into account that if the operating frequency of the inverter circuit is maintained at the starting frequency f1 even after the electrodeless discharge lamp is turned on, the amount of light emitted from the electrodeless discharge lamp may not be reduced to a desired value. Thus, when the operating frequency of the inverter circuit is instantaneously increased from the frequency f1 to the frequency f2, the coil voltage Vcoil is lowered, and when the amount of light emitted from the electrodeless discharge lamp is reduced, the light is emitted from the electrodeless discharge lamp or the like. The noise includes two types of noise, noise having a frequency f1 component and noise having a frequency f2 component. Further, when switching from the frequency f1 to the frequency f2, noise due to the switching is also generated.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、時分割調光制御中における点灯期間において、可及的にノイズを低減することのできる無電極放電灯点灯装置及び照明装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an electrodeless discharge lamp lighting device and a lighting device capable of reducing noise as much as possible during a lighting period during time-division dimming control. The purpose is to do.
上述の目的を達成するために、本発明の第1の手段に係る無電極放電灯点灯装置は、 無電極放電灯の誘導コイルに印加すべく高周波電圧を出力する無電極放電灯点灯装置であって、直流電源と、前記直流電源に接続され前記直流電源の直流電圧をスイッチング素子のオンオフ動作により高周波電圧に変換する電力変換回路と、前記電力変換回路に接続され、無電極放電灯の誘導コイルに印加される高周波電圧を発生する共振回路と、前記誘導コイルに印加される高周波電圧を周期的にオンオフすることによって、前記無電極放電灯に点灯及び消灯の動作を周期的に行わせる電力制御回路とを備える無電極放電灯点灯装置において、前記電力変換回路は、前記無電極放電灯の点灯期間、前記誘導コイルに印加される高周波電圧の周波数を、前記無電極放電灯の点灯を開始させるのに必要な電圧値の高周波電圧を生成する前記スイッチング素子によるオンオフ動作の周波数で一定とする。 In order to achieve the above object, an electrodeless discharge lamp lighting device according to the first means of the present invention is an electrodeless discharge lamp lighting device that outputs a high frequency voltage to be applied to an induction coil of an electrodeless discharge lamp. A DC power source, a power conversion circuit connected to the DC power source and converting a DC voltage of the DC power source into a high frequency voltage by an on / off operation of a switching element, and an induction coil of an electrodeless discharge lamp connected to the power conversion circuit A resonance circuit that generates a high-frequency voltage applied to the power supply and a power control that causes the electrodeless discharge lamp to periodically turn on and off by periodically turning on and off the high-frequency voltage applied to the induction coil In the electrodeless discharge lamp lighting device comprising a circuit, the power conversion circuit calculates a frequency of a high-frequency voltage applied to the induction coil during a lighting period of the electrodeless discharge lamp. The constant frequency of the on-off operation by the switching element that generates a high frequency voltage of the voltage value required to initiate the lighting of the electrodeless discharge lamp.
また、上述の無電極放電灯点灯装置において、前記直流電源は、前記無電極放電灯の点灯期間、前記直流電圧を小さくすることにより、前記誘導コイルに印加される高周波電圧を調整する。 In the above electrodeless discharge lamp lighting device, the DC power supply adjusts the high frequency voltage applied to the induction coil by reducing the DC voltage during the lighting period of the electrodeless discharge lamp.
また、上述の無電極放電灯点灯装置において、前記電力変換回路は、前記無電極放電灯の点灯期間、前記スイッチング素子によるオンオフ動作のデューティを小さくすることにより、前記誘導コイルに印加される高周波電圧を調整する。 Further, in the electrodeless discharge lamp lighting device described above, the power conversion circuit is configured such that the high-frequency voltage applied to the induction coil by reducing a duty period of the on / off operation by the switching element during the lighting period of the electrodeless discharge lamp. Adjust.
本発明の第1の手段に係る照明装置は、少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスと、前記放電ガスを封入するバルブと、高周波電圧を生成する高周波電源回路と、前記バルブに設けられた断面凹形状の空洞部内に配設され、前記高周波電源回路から供給される高周波電圧により前記放電ガスに高周波電磁界を供給する誘導コイルと、磁気性材料からなり、前記誘導コイルが巻回される円筒形状のコアと、熱伝導性材料からなり、前記コアの内側で該コアに接触する部材とを備える照明装置において、前記高周波電源回路は、請求項1ないし4のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置である。
An illumination device according to a first means of the present invention includes a discharge gas containing at least mercury and a rare gas, a bulb for sealing the discharge gas, a high-frequency power circuit for generating a high-frequency voltage, and a cross section provided in the bulb. An induction coil that is disposed in a concave cavity and supplies a high-frequency electromagnetic field to the discharge gas by a high-frequency voltage supplied from the high-frequency power circuit, and a cylinder made of a magnetic material and wound around the
本発明によれば、電力変換回路は、無電極放電灯の点灯期間、誘導コイルに印加される高周波電圧の周波数を、無電極放電灯の点灯を開始させるのに必要な電圧値の高周波電圧を生成するスイッチング素子によるオンオフ動作の周波数で一定とするようにしたので、従来における周波数f2の成分を有するノイズの発生を防止することができるとともに、周波数の切換えを行わないから、その切換えによるノイズの発生も防止することができ、これにより、従来に比してノイズを低減することができる。 According to the present invention, the power conversion circuit converts the frequency of the high-frequency voltage applied to the induction coil during the lighting period of the electrodeless discharge lamp to the high-frequency voltage of a voltage value necessary to start lighting of the electrodeless discharge lamp. Since the frequency of the on / off operation by the switching element to be generated is made constant, it is possible to prevent the occurrence of noise having a component of the frequency f2 in the related art and the frequency is not switched. Generation | occurrence | production can also be prevented and, thereby, noise can be reduced compared with the past.
以下、本発明に係る照明装置の第1の実施形態を図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of a lighting device according to the invention will be described with reference to the drawings.
図1は、照明装置の構成を示す図である。図1に示すように、照明装置1は、無電極放電灯2と、この無電極放電灯2の点灯動作を制御する放電灯点灯回路3とを有する。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a lighting device. As shown in FIG. 1, the
図2は、無電極放電灯2の断面図である。図2に示すように、無電極放電灯2は、バルブ4と、誘導コイル5と、コア6と、熱伝導体7と、基台8とを有する。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the electrodeless discharge lamp 2. As shown in FIG. 2, the electrodeless discharge lamp 2 includes a
バルブ4は、石英ガラス等の透光性を有する材料で略球形状の周面と内部に断面凹形状の空洞部9を形成してなる部材である。バルブ4の内部には、少なくとも金属蒸気(例えば水銀蒸気等)及び希ガスを含む放電ガスが封入されている。バルブ4の内壁には、蛍光体10及び保護膜11が塗布されている。
The
蛍光体10は、水銀から放射される紫外線を可視光に変換するものであり、ハロ燐酸カルシウム、赤色蛍光体である(Y、Gd)BO3:Eu、緑色蛍光体であるCaPO4、青色蛍光体であるBaMgAll4O23:Eu等の材料が用いられる。保護膜11は、水銀蒸気と石英ガラス(バルブ4の材質)との反応を抑制して、バルブ4の光束維持率を向上させるためのものであり、アルミナ(Al2O3)、シリカ(SiO2)、チタニア(TiO2)、セリア(CeO2)、イットリア(Y2O3)、マグネシア(MgO)等の微粒子が用いられる。保護膜11は、バルブ4の透過率を向上するため、蛍光体10に比して薄膜とされている。
The phosphor 10 converts ultraviolet rays emitted from mercury into visible light, and is composed of calcium halophosphate, red phosphor (Y, Gd) BO3: Eu, green phosphor CaPO4, and blue phosphor. Some material such as BaMgAll4O23: Eu is used. The protective film 11 is for suppressing the reaction between mercury vapor and quartz glass (the material of the bulb 4) to improve the luminous flux maintenance factor of the
誘導コイル5は、銅又は銅合金からなる条材が所定回数巻回されて形成されたものである。誘導コイル5は、巻回された部位がコア6に外嵌される一方、端部は、放電灯点灯回路3(後述の共振回路14)の出力端子に接続されており、放電灯点灯回路3から供給される高周波電圧により所定の周波数(例えば13.56kHz)で高周波電磁界を 発振し、その高周波電磁界をバルブ4の内部に封入された放電ガスに付与する。なお、放電ガスに付与する高周波電磁界の周波数は、13.56MHzに限られず、放射雑音による他の電気機器への悪影響を少なくできる2.6MHzから15MHz程度であれば他の周波数でもよい。
The
ここで、無電極放電灯2の発光の原理について説明する。放電灯点灯回路3からの高周波電圧の供給により誘導コイル5の周囲に高周波電磁界が発生すると、この高周波電磁界によりバルブ4内部の電子が加速して放電ガスの原子に衝突することにより、放電ガスが電離して新たな電子が発生する。発生した電子は、前記高周波電磁界によりエネルギーを受け取り、放電ガスの原子に衝突してエネルギーを付与する。エネルギーが付与された原子は電離したり励起したりする結果、プラズマが生じ、励起した原子が基底状態に戻るときに発光する。無電極放電灯2は、この光を光源として利用したものである。
Here, the principle of light emission of the electrodeless discharge lamp 2 will be described. When a high-frequency electromagnetic field is generated around the
コア6は、円筒状に形成された部材であり、一端が空洞部9の内部に向かうように他端が基台8に固定立設されている。コア6は、透磁率が略150の軟磁性体であるニッケル亜鉛(NiZn)フィライト等の材料が用いられるが、マンガン亜鉛(Mn−Zn)フェライト等、軟磁性金属を含むものであればどのようなものでもよい。また、軟磁性金属単体をコア6の材料として用いてもよい。なお、軟磁性体とはバルク状態での保磁力Hcが100e程度以下のものである。
The
熱伝導体7は、径の異なる円筒部を有する断面略凸状の長尺部材である。熱伝導体7は、大径側の円筒部の下端において基台8に支持されている一方、小径側の円筒部の周面がコア6の内周面に接触する。
The heat conductor 7 is a long member having a substantially convex cross section having cylindrical portions having different diameters. The heat conductor 7 is supported by the
基台8は、アルミダイキャストにより形成され、上面に開口を有する有底の略円筒状部材である。
The
図1に戻り、放電灯点灯回路3は、交流電源ACと、直流電源回路12と、インバータ回路13と、共振回路14と、駆動回路15と、変換回路16とを有してなる。
Returning to FIG. 1, the discharge
交流電源ACは、商用の交流電源であり、その電圧は、例えば100V、200Vあるいは240Vである。 The AC power source AC is a commercial AC power source, and the voltage thereof is, for example, 100V, 200V, or 240V.
直流電源回路12は、整流回路17と昇圧チョッパ回路18とを備えて構成されており、交流電源ACから供給される交流電圧を所定の直流電圧VDCに変換するものである。
The DC
整流回路17は、例えばダイオードブリッジ等からなり、交流電源ACから出力される交流電圧を脈状の直流電圧に整流して出力するものである。なお、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、例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200Vと同等とみなすことができ、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て約半分となるので、放電灯点灯回路3の効率を上げることができる。
The
昇圧チョッパ回路18は、インダクタL1と、スイッチング素子Q1と、制御回路19と、コンデンサC1と、ダイオードDとを備えて構成されている。インダクタL1は、整流回路17の出力端子とスイッチング素子Q1のドレイン端子に接続されており、スイッチング素子Q1がオンのときエネルギーを蓄え、スイッチング素子Q1がオフすると蓄えたエネルギーを放出する。スイッチング素子Q1は、例えばFET(Field-Effect-Transistor)からなる素子であり、ドレイン端子がインダクタL1に、ソース端子が整流回路17の出力端子に接続されている。制御回路19は、その出力がスイッチング素子Q1のゲート端子に接続されており、スイッチング素子のオンオフ動作を制御するものである。コンデンサC1は、ダイオードDのカソードと回路グランドとに接続されており、スイッチング素子Q1がオフのとき充電し、スイッチング素子Q1がオンのとき放電することにより、インダクタL1の出力電圧を直流電圧VDCに平滑化するものであり、例えば、電解コンデンサである。ダイオードDは、アノードがインダクタL1に、カソードがコンデンサC1に接続されており、コンデンサC1からの放電電流がインダクタL1側に流れる(逆流)のを防止するものである。
The step-up
このような構成を有する昇圧チョッパ回路18においては、コンデンサC1の両極に、整流回路17により出力される直流電圧が常時印加されている。また、スイッチング素子Q1がオンされている間、整流回路17から供給される電流がインダクタL1及びスイッチング素子Q1を流れ、インダクタL1にはその電流値に応じたエネルギーが蓄積される。そして、スイッチング素子Q1がオフされると、インダクタL1に蓄えられたエネルギーがコンデンサC1に与えられる。これにより、コンデンサC1の両極には、インダクタL1により与えられたエネルギーによる電圧が整流回路17の直流電圧に重畳して印加されることとなり、これにより、整流回路17により出力される脈状の直流電圧が昇圧された直流電圧VDCが生成される。
In the step-up
なお、本実施形態では、昇圧チョッパ回路を採用したが、降圧チョッパ回路を用いてもよい。要は、ある直流電圧を別の直流電圧に変換して出力するものであれば、どのような回路構成でもよい。また、図示しないが、昇圧チョッパ回路18の後段に降圧チョッパ回路をさらに接続し、交流電源AC、整流回路17、昇圧チョッパ回路18及び降圧チョッパ回路によって直流電源回路を構成してもよい。昇圧チョッパ回路18の後段に降圧チョッパ回路を接続していると、例えば交流電源ACが100Vから242Vのマルチ電源で、かつ定格消費電力の異なる複数の無電極放電灯にも、1の放電灯点灯回路で対応できることとなる。すなわち、昇圧チョッパ回路18によってマルチ電源を直流電圧の一定とし、降圧チョッパ回路によって無電極放電灯に供給する電力を調整し、複数の交流電源及び種類の異なる無電極放電灯にも、1の放電灯点灯回路で対応することができる。
In this embodiment, the step-up chopper circuit is used, but a step-down chopper circuit may be used. In short, any circuit configuration may be used as long as a certain DC voltage is converted into another DC voltage and output. Although not shown, a step-down chopper circuit may be further connected to the subsequent stage of the step-up
インバータ回路13は、例えば電界効果トランジスタで構成されるスイッチング素子Q2とスイッチング素子Q3との直列回路を備えて構成されており、スイッチング素子Q2は、ドレイン端子がコンデンサC1の一方の電極(陽極)に、ゲート端子が後述する駆動回路15のHout端子に、ソース端子が駆動回路15のH−GND端子に接続されている一方、スイッチング素子Q3は、ドレイン端子がH−GND端子に、ゲート端子が駆動回路15のLout端子に、ソース端子が駆動回路15のコンデンサC1の他方の電極(陰極)に接続されている。なお、電界効果トランジスタは、そのドレイン端子がその内蔵ダイオードのカソードと接続されるように、ソース端子とドレインとの間に並列にダイオードが内蔵されているので、別途ダイオードを外付けする必要がない。電界効果トランジスタに代えて、トランジスタとトランジスタに逆並列に接続されるダイオードとの組合せを用いてもよい。また、本実施形態では、所謂ハーフブリッジ型のインバータ回路を用いているが、フルブリッジ型、あるいはプッシュプル型であってもよい。
The
インバータ回路13は、スイッチング素子Q2、Q3を数十kHzから数百MHzの周波数で交互にオンオフすることで、昇圧チョッパ回路18の出力電圧VDCを数十kHzから数百MHzの高周波電圧に変換し、この高周波電圧を誘導コイル5に供給することで、誘導コイル5に高周波電磁界を発生させて、無電極放電灯2に高周波電圧を供給する。なお、インバータ回路13は、特許請求の範囲における電力変換回路を構成するものである。
The
共振回路14は、インダクタLsとコンデンサCpとが直列に接続されてなる直列共振回路を備えて構成されており、インバータ回路13から出力される高周波電圧からその共振特性を用いて数kV〜数十kVの高電圧を生成し、この高電圧を誘導コイル5に印加して無電極放電灯2を点灯させる。なお、共振回路14は、インダクタLsに対してコンデンサCpと並列接続されたコンデンサCsを備え、このコンデンサCsによりインバータ回路13と誘導コイル5との間のインピーダンスを整合し、インバータ回路13からの高周波電力を効率よく誘導コイル5に供給するインピーダンスマッチングの機能も果たす。
The
ここで、インバータ回路13から供給される高周波電圧の周波数(誘導コイル5に発生させる高周波電磁界の周波数、以下、動作周波数という)finvに対する誘導コイル5に印加する電圧Vcoil(以下、コイル電圧Vcoilという)の特性について、図3に示す共振曲線を参照して説明する。
Here, the voltage Vcoil applied to the
図3に示すように、インバータ回路13の動作周波数finvに対するコイル電圧Vcoilの特性は、誘導コイル5への高周波電圧の印加を開始してからバルブ4内に一定量以上のプラズマが速やかに生じてアーク状放電状態となるまでの始動期間と、アーク状放電状態を維持する点灯期間とで異なる。
As shown in FIG. 3, the characteristic of the coil voltage Vcoil with respect to the operating frequency finv of the
すなわち、始動期間における共振曲線L1は、動作周波数finvが共振回路14のインピーダンスが最小となる共振周波数fQと一致するときコイル電圧Vcoilは理論上無限大となり、周波数finvが周波数fpから離れるにしたがって低下していく。一方、点灯期間においては、始動期間に比して放電ガスのインピーダンスが小さくなるため、点灯期間における共振曲線L2は、始動期間の共振曲線L1に比してコイル電圧Vcoilが全体的に低いものとなり、コイル電圧Vcoilは前記共振周波数fQで最大となり、動作周波数finvが周波数fpから離れるにしたがって低下していく。
That is, the resonance curve L1 in the starting period, the coil voltage Vcoil when the switching frequency finv coincides with the resonance frequency f Q where the impedance of the
本実施形態では、無電極放電灯2に点灯と消灯とを非常に短い時間で複数回交互に行わせ、その点灯時間と消灯時間との比率により無電極放電灯2の発光光量を決定する所謂時分割調光方式を採用している。すなわち、点灯時間の割合が大きくなるほど無電極放電灯2の発光光量が大きくなる。なお、後述するように、この点灯時間と消灯時間との比率は、後述の変換回路16に入力されるPWM信号(調光信号)のデューティにより決定する。
In this embodiment, the electrodeless discharge lamp 2 is turned on and off alternately for a plurality of times in a very short time, and the amount of light emitted from the electrodeless discharge lamp 2 is determined by the ratio between the lighting time and the turn-off time. Time division dimming method is adopted. That is, the amount of light emitted from the electrodeless discharge lamp 2 increases as the lighting time ratio increases. As will be described later, the ratio between the lighting time and the light-off time is determined by the duty of a PWM signal (dimming signal) input to the
そして、無電極放電灯2を点灯状態から消灯状態に移行させるためには、誘導コイル5に印加する電圧を所定の閾値Voff(以下、消灯電圧Voffという)以下の電圧に設定する必要がある。このようなコイル電圧Vcoilの制御を行うため、本実施形態では、図3に示すように、インバータ回路13の動作周波数finvを0に設定することで、コイル電圧Vcoilを0に設定する。
In order to shift the electrodeless discharge lamp 2 from the lighting state to the extinguishing state, it is necessary to set the voltage applied to the
また、消灯状態からバルブ4内部の放電ガスをアーク状放電状態にするためには、誘導コイル5への電圧の印加を開始する時のコイル電圧Vcoilを所定の閾値Vst以上に設定する必要がある。このようなコイル電圧Vcoilの制御を行うため、図3に示すように、誘導コイル5に電圧の印加を開始するときのインバータ回路13の動作周波数finvを例えば周波数f1に設定することで、コイル電圧Vcoilを前記閾値Vst以上の電圧Viに設定する(点a)。また、無電極放電灯2が点灯する(放電ガスがアーク状放電状態となる)と、コイル電圧Vcoilの特性は共振曲線L2に示す特性に移行し、コイル電圧Vcoilは点bに対応する電圧に低下する。
In order to change the discharge gas inside the
なお、図3に示す共振特性において、共振周波数fQを通る直線Xの右側の領域A、すなわちコイル電圧Vcoilの位相に対して誘導コイル5に流れる電流の位相が遅れる遅相領域Aを利用して、コイル電圧Vcoilの制御を行うのは、共振周波数fQを通る直線Xの左側の進相領域Bを利用してコイル電圧Vcoilの制御を行った場合に、スイッチング素子Q2、Q3が同時にオンするタイミングが生じることで、非常に大きな電流が誘導コイル5に流れる虞があるためである。
Note that in the resonance characteristics shown in FIG. 3, by utilizing the resonance frequency f Q right region A of the straight line X passing through, namely the slow area A phase is delayed of the current flowing through the
以上の構成に加えて、時分割調光制御時において無電極放電灯2が点灯したときに、従来では、無電極放電灯の発光光量をインバータ回路13の動作周波数finvを瞬間的に周波数f1から周波数f2まで上昇させていたところ、本実施形態では、インバータ回路13の動作周波数finvを、周波数f1に維持するようにしている。なお、この点については後述する。
In addition to the above configuration, when the electrodeless discharge lamp 2 is lit during time-division dimming control, conventionally, the light emission quantity of the electrodeless discharge lamp is instantaneously changed from the operating frequency finv of the
変換回路16は、図略のPWM制御信号発生装置から出力されるPWM信号(調光信号)Vpwm及びコイル電圧Vcoilに基づき、インバータ回路13の動作周波数finvを制御するための制御信号(出力電圧)Vfを生成するものである。この出力電圧Vfについては後述する。変換回路16は、誘導コイル5の端子に接続されており、コイル電圧Vcoilを検出するようになっている。本実施形態では、コイル電圧Vcoilを検出することで、主に放電ガスがアーク状放電状態になったか否かを検出する。
The
なお、PWM信号の周波数は小さいほうが、1周期(点灯期間+消灯期間)における前記始動期間の割合が小さくなり、始動期間の大きなコイル電圧Vcoilによる無電極放電灯2の発光が目立つのが抑制されることにより、調光下限を低く設定することができるが、PWM信号の周波数が小さ過ぎて消灯期間が長くなると、人間の目にちらつき感を与えることから、それらのバランスを考えて120kHz程度に設定されている。 Note that the smaller the frequency of the PWM signal, the smaller the ratio of the starting period in one cycle (lighting period + extinguishing period), and the light emission of the electrodeless discharge lamp 2 due to the coil voltage Vcoil having a large starting period is suppressed. However, if the PWM signal frequency is too small and the extinguishing period becomes long, the human eyes will flicker, so that the balance is considered to be about 120 kHz. Is set.
駆動回路15は、変換回路16の出力電圧Vfに応じた周波数で、Hout端子とH‐GND端子との間、及びLout端子とL‐GND端子との間に、それぞれ位相差が略180°の矩形波状の駆動信号を出力するものである。これにより、スイッチング素子Q2,Q3が交互にオンオフする。なお、本実施形態では、Hout端子とH‐GND端子との間、及びLout端子とL‐GND端子との間に出力される各駆動信号のデューティは略同一とされている。
The
図4(a)は、PWM信号Vpwmを示す図、図4(b)は、変換回路16の出力電圧Vfを示す図、図4(c)は、インバータ回路13の動作周波数finvを示す図、図4(d)は、コイル電圧Vcoilの波形を示す図である。
4A shows a PWM signal Vpwm, FIG. 4B shows an output voltage Vf of the
まず、時刻T=t1で、PWM信号VpwmがH(ハイ)からL(ロー)に切り換わると、変換回路16は、出力電圧Vfを瞬間的に0からV1に上げることで、インバータ回路13の動作周波数finvを瞬間的に0から周波数f1まで上げる。これにより、コイル電圧Vcoilは、前述の電圧Vst(図3参照)以上の始動電圧Viとなる。また、周波数f1は、図3に示す「f1」に相当するものである。
First, when the PWM signal Vpwm is switched from H (high) to L (low) at time T = t1, the
そして、無電極放電灯2が点灯開始し(アーク状放電状態となり)、コイル電圧Vcoilが電圧Viから低下すると、従来では、変換回路16は、出力電圧Vfを瞬間的に電圧V1から電圧V2に上げることで、インバータ回路13の動作周波数finvを瞬間的に周波数f1から周波数f2まで上げていたところ、本実施形態では、変換回路16が出力電圧Vfを電圧V1で一定とすることにより、インバータ回路13の動作周波数finvを、周波数f1に維持する。これにより、コイル電圧Vcoilは、電圧Vs(図3の点bに対応する電圧)となる。なお、時刻T=t1からT=t2までの期間が無電極放電灯2の点灯期間Tonとなる。
Then, when the electrodeless discharge lamp 2 starts to light (becomes an arc discharge state) and the coil voltage Vcoil decreases from the voltage Vi, conventionally, the
その後、時刻T=t3でPWM信号VpwmがL(ロー)からH(ハイ)に切り換わると、変換回路16は、出力電圧Vfを瞬間的にV1から0に下げることで、インバータ回路13の動作周波数finvを、瞬間的に周波数f1から0に下げる。これにより、コイル電圧Vcoilは0となり、無電極放電灯2は消灯する。なお、時刻T=t2からT=t3までの期間が無電極放電灯2の消灯期間Toffとなる。
Thereafter, when the PWM signal Vpwm is switched from L (low) to H (high) at time T = t3, the
以降、時刻T=t1から時刻T=t3までの動作が繰り返し行われることで、無電極放電灯2は点灯と消灯を繰り返し、点灯期間Tonと消灯期間Toffとの比率に応じた発光光量で無電極放電灯2が発光する。 Thereafter, by repeating the operation from time T = t1 to time T = t3, the electrodeless discharge lamp 2 repeats lighting and extinguishing, and there is no emission light quantity according to the ratio between the lighting period Ton and the extinguishing period Toff. The electrode discharge lamp 2 emits light.
このように、無電極放電灯2の点灯期間Tonにおいて、インバータ回路13の動作周波数finvを周波数f1で一定に維持するようにしたから、無電極放電灯2や放電灯点灯回路3から放出されるノイズが主に周波数f1の成分を有するノイズのみとなり、周波数f2の成分を有するノイズの発生を防止することができるとともに、周波数f1から周波数f2への切換えを行わないから、その切換えによるノイズの発生も防止することができ、これにより、従来に比してノイズを低減することができる。
As described above, since the operating frequency finv of the
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
本実施形態においては、前述の第1の実施形態における放電灯点灯回路3に対し、さらに時分割調光制御中であるか無電極放電灯を連続して点灯させる全点灯制御中であるかを検出する検出回路を備えるとともに、変換回路16と制御回路19とを接続し、検出回路の検出結果に応じて変換回路16により制御回路19の動作を制御することで、直流電源回路12の出力電圧VDCが制御可能に構成されている点が異なり、それ以外の構成については第1〜第4の実施形態における照明装置と略同様であるから、相違点についてのみ説明する。
In the present embodiment, whether the discharge
図5は、第2の実施形態に係る照明装置の構成を示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an illumination device according to the second embodiment.
図5に示すように、本実施形態においては、前述したように、無電極放電灯2に点灯と消灯とを交互に行わせる時分割調光制御中であるか、無電極放電灯2を連続して点灯させる全点灯制御中であるかを検出する検出回路20が備えられており、この検出回路20は、変換回路16及び駆動回路15に接続されている。検出回路20は、コンデンサC2と電気抵抗R1との並列回路からなり、コンデンサC2の両端には、PWM信号Vpwmに応じた矩形波状の電圧が印加される。そして、時分割調光制御中における消灯期間(PWM信号VpwmがH(ハイ)の期間)でコンデンサC2が充電され、点灯期間(PWM信号VpwmがL(ロー)の期間)でその充電された電荷が電気抵抗R1を介して放電される。その場合に、PWM信号Vpwmが常時L(ロー)となる全点灯制御中は、常にコンデンサC2の電圧Vdは閾値Vthより小さくなる一方、時分割調光制御中は、コンデンサC2の電圧Vdは、前述のように放電しても閾値Vthより小さくならないように設定されており、電圧Vdと閾値Vthとの大小を比較することで、全点灯制御中であるか時分割調光制御中であるかを検出する。
As shown in FIG. 5, in the present embodiment, as described above, time-dimming dimming control in which the electrodeless discharge lamp 2 is alternately turned on and off is being performed, or the electrodeless discharge lamp 2 is continuously operated. A
また、前述したように変換回路16と制御回路19とが接続されており、変換回路16は、前記電圧Vdと閾値Vthとの大小に応じた電圧Vtを制御回路19に出力し、制御回路19は、この電圧Vtに応じた周波数(又はデューティ)でスイッチング素子Q1にオンオフ動作を行わせることで、直流電源回路12の出力電圧VDCを制御可能に構成している。
Further, as described above, the
図6(a)は、PWM信号Vpwmを示す図、図6(b)は、変換回路16の出力電圧Vfを示す図、図6(c)は、インバータ回路13の動作周波数finvを示す図、図6(d)は、検出回路20の出力電圧Vdを示す図、図6(e)は、直流電源回路12の出力電圧VDCを示す図、図6(f)は、コイル電圧Vcoilの波形を示す図である。
6A is a diagram illustrating the PWM signal Vpwm, FIG. 6B is a diagram illustrating the output voltage Vf of the
まず、PWM信号VpwmがL(ロー)からH(ハイ)に切り換わる時刻T=t1まで、無電極放電灯2に対して全点灯制御が行われている。すなわち、PWM信号VpwmがL(ロー)に維持され、変換回路16の出力電圧Vfは電圧V2に維持されることで、インバータ回路13の動作周波数が周波数f2に維持される。また、このとき、検出回路20のコンデンサC2の両極には電圧は生じず(電圧Vd=0)、変換回路16は、これを受けて制御回路19への出力電圧Vtを所定の出力電圧に設定する(図示せず)ことで直流電源回路12の出力電圧VDCは電圧VDC1に維持される。これにより、インバータ回路の動作周波数f2と直流電源回路12の出力電圧VDC1の大きさに応じたコイル電圧Vaが印加される。
First, full lighting control is performed on the electrodeless discharge lamp 2 until time T = t1 when the PWM signal Vpwm switches from L (low) to H (high). That is, the PWM signal Vpwm is maintained at L (low) and the output voltage Vf of the
そして、無電極放電灯2に対する時分割調光制御を行うべく時刻T=t1でPWM信号VpwmがL(ロー)からH(ハイ)に切り換わると、変換回路16は、出力電圧Vfを電圧V2から0に下げることで、インバータ回路13の動作周波数finvを周波数f2から0に下げる。これにより、無電極放電灯2は消灯する。このとき、検出回路20のコンデンサC2の電圧Vdは、PWM信号Vpwm(H(ハイ)信号)により電圧Vd=Vd1となり、変換回路16は、この検出回路20の出力電圧Vd1を受けて制御回路19への出力電圧Vtを所定の出力電圧に設定することで直流電源回路12の出力電圧VDCを電圧VDC2に下げる。このように、直流電源回路12の出力電圧VDCは電圧VDC2に下げる理由については、後述する。
When the PWM signal Vpwm is switched from L (low) to H (high) at time T = t1 to perform time-division dimming control for the electrodeless discharge lamp 2, the
次に、時刻T=t2でPWM信号VpwmがH(ハイ)からL(ロー)に切り換わると、変換回路16は、出力電圧Vfを0から電圧V1に上げることで、インバータ回路13の動作周波数finvを0から周波数f1に上昇させる。この周波数f1は、図3に示す「f1」に相当するものであり、インバータ回路の動作周波数finvを周波数f1に切換えることで、コイル電圧Vcoilは前記電圧Vst以上の電圧Viとなって無電極放電灯2が放電を開始し、放電ガスがアーク状放電状態となると、コイル電圧Vcoilは低下する。また、このとき、検出回路20のコンデンサC2の電圧Vdは、時刻T=t1から時刻T=t2までの間に充電された電荷が放電されることにより電圧Vd1から指数関数的に低下するが、前述したように、時分割調光制御中は、コンデンサC2の電圧Vdは前述の閾値Vthより小さくならないため、変換回路16は、制御回路19に時刻T=t1から時刻T=t2までの電圧Vtと同じ電圧を制御回路19に出力し、これにより、直流電源回路12の出力電圧VDCは電圧VDC2に維持される。
Next, when the PWM signal Vpwm is switched from H (high) to L (low) at time T = t2, the
そして、放電ガスがアーク状放電状態となると、従来では、変換回路16は出力電圧Vfを電圧V1から電圧V2に上げることで、インバータ回路の動作周波数finvを周波数f1から周波数f2に上げていたところ、本実施形態では、前記第1の実施形態と同様に、ノイズの種類を減らすため、変換回路16は、出力電圧Vfを電圧V1に維持することで、インバータ回路の動作周波数finvを周波数f1に維持する。
When the discharge gas is in an arc-like discharge state, the
ただし、この場合、インバータ回路の動作周波数finvを周波数f1に維持すると無電極放電灯2の発光光量を低く設定することができない場合がある。そのため、スイッチング素子Q1によるスイッチング動作の周波数(またはデューティ)を変えて直流電源回路12の出力電圧VDCを下げることによっても、無電極放電灯2の発光光量を低下することができることから、従来では、放電ガスがアーク状放電状態となるとインバータ回路の動作周波数finvを周波数f1から周波数f2に切換えることで無電極放電灯2の発光光量を低下させていたところ、本実施形態では、これに変えて直流電源回路12の出力電圧VDCを電圧VDc1から電圧VDC2に低下することで無電極放電灯2の発光光量を低下させるようにしている。なお、本実施形態では、無電極放電灯2に対する時分割調光制御が開始される時刻T=t1から、直流電源回路12の出力電圧VDCを電圧VDC2に低下するようにしているが、時分割調光制御中においてL(ロー)のPWM信号Vpwmが出力されている期間だけ直流電源回路12の出力電圧VDCは電圧VDC2に低下するようにしてもよい。このようにして、時分割調光制御を行っている間は、時刻T=t1から時刻T=t3までの動作が繰り返し行われ、時刻T=t2から時刻T=t3までの点灯期間Tonと時刻T=t1から時刻T=t2までの消灯期間Toffとの比率に応じた発光光量で無電極放電灯2が発光する。
However, in this case, if the operating frequency finv of the inverter circuit is maintained at the frequency f1, the emitted light quantity of the electrodeless discharge lamp 2 may not be set low. For this reason, the amount of light emitted from the electrodeless discharge lamp 2 can also be reduced by changing the frequency (or duty) of the switching operation by the switching element Q1 to lower the output voltage V DC of the DC
その後、無電極放電灯2の全点灯制御を行うべく時刻T=t4でPWM信号VpwmがL(ロー)に維持されると、コンデンサC2の電圧Vdが閾値Vthと一致する時刻T=t5まで、変換回路16は、出力電圧Vfを電圧V1に維持することで、インバータ回路13の動作周波数finvが周波数f1に維持される。また、時刻T=t5で、コンデンサC2の電圧Vdが閾値Vthと一致すると、変換回路16は、出力電圧Vfを電圧V1から電圧V2に上げることで、インバータ回路13の動作周波数finvを周波数f1から周波数f2に上げるとともに、変換回路16は、コンデンサC2の電圧Vdが閾値Vthと一致したことを受けて制御回路19への出力電圧Vtを所定の出力電圧に設定することで、直流電源回路12の出力電圧VDCを電圧VDC2から電圧VDC1に上げる。これにより、インバータ回路13の動作周波数f2と直流電源回路12の出力電圧VDC1の大きさに応じたコイル電圧Vaが印加される。
Thereafter, when the PWM signal Vpwm is maintained at L (low) at time T = t4 to perform full lighting control of the electrodeless discharge lamp 2, until time T = t5 when the voltage Vd of the capacitor C2 matches the threshold value Vth, The
このように、第1の実施形態と同様、無電極放電灯2の点灯期間Tonにおいて、インバータ回路13の動作周波数finvを周波数f1で一定に維持するようにしたから、無電極放電灯2や放電灯点灯回路3から放出されるノイズが主に周波数f1の成分を有するノイズのみとなり、周波数f2の成分を有するノイズを解消することができるとともに、周波数f1から周波数f2への切換えを行わないから、その切換えによるノイズの発生も防止することができ、これにより、従来に比してノイズを低減することができる。また、無電極放電灯2の点灯期間Tonにおいて、インバータ回路13の動作周波数finvを周波数f1で一定に維持することで、無電極放電灯2の発光光量を低く設定できなくなるのを、直流電源回路12の出力電圧VDCを下げることで補うようにしたから、無電極放電灯2の点灯期間Tonにおいて、インバータ回路13の動作周波数finvを周波数f1で一定に維持しても、無電極放電灯2の発光光量を低く設定することができる。
As described above, since the operation frequency finv of the
なお、全点灯制御中であるか時分割調光制御中であるかを検出する検出回路20をコンデンサC2と電気抵抗R1との並列回路により構成したが、この検出回路20に代えて、図7に示すように、コンデンサC2と電気抵抗R1との直列回路で構成した検出回路20’を設け、そのコンデンサC2の両端の電圧Ve(コンデンサC2と電気抵抗R1との接続点Tにおける電圧)を変換回路16に出力するようにしてもよい(第3の実施形態)。この場合にも、コンデンサC2の両極には、PWM信号Vpwmに応じた矩形波状の電圧が印加されることとなり、時分割調光制御中における消灯期間(PWM信号VpwmがH(ハイ)の期間)でコンデンサC2が充電され、充電された電荷が点灯期間(PWM信号VpwmがL(ロー)の期間)で電気抵抗R1を介して放電される。そして、全点灯制御中は、コンデンサの電圧Veは常に閾値Vthより小さくなる一方、時分割調光制御中は、電圧Veが閾値Vthより小さくならないように設定されており、電圧Veと閾値Vthとの大小を比較することで、全点灯制御中であるか時分割調光制御中であるかを検出する。
Although the
そして、コンデンサC2の電圧Veの時間変化は、図6で説明したコンデンサC2の電圧Vdと同様のものとなる。また、PWM信号Vpwm、変換回路16から駆動回路15への出力電圧Vf、インバータ回路13の動作周波数finv、直流電源回路12の出力電圧VDC及びコイル電圧Vcoilは図6と同様の時間変化となるとともに、これらの時間変化とコンデンサC2の電圧Veの時間変化との関係も図6と同様のものとなる。
The time change of the voltage Ve of the capacitor C2 is the same as the voltage Vd of the capacitor C2 described in FIG. Further, the PWM signal Vpwm, the output voltage Vf from the
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
本実施形態においては、前述の第2の実施形態における放電灯点灯回路3に対し、さらに変換回路16が前述の第1〜第4の実施形態における出力電圧Vfに加えて出力電圧Vpを生成し、これら2種類の出力電圧Vf,Vpを駆動回路15に出力するように構成している点が主に異なり、それ以外の構成については第1〜第4の実施形態における照明装置と略同様であるから、相違点についてのみ説明する。
In the present embodiment, the
図8は、第4の実施形態に係る照明装置の構成を示す図である。 FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a lighting device according to the fourth embodiment.
図8に示すように、本実施形態においては、前述したように変換回路16から2種類の出力電圧Vf,Vpが駆動回路15に出力されるようになっており、この2種類の出力電圧Vf,Vpによりコイル電圧Vcoilを制御するようにしている。すなわち、出力電圧Vfは、スイッチング素子Q2,Q3によるスイッチング動作の周波数を制御するものであり、前述したように、この周波数を大きくすることで、コイル電圧Vcoilは低下し、無電極放電灯2の発光光量が低下する。一方、出力電圧Vpは、スイッチング素子Q2,Q3によるスイッチング動作のデューティを制御するものであり、このデューティを小さくすることで、コイル電圧Vcoilは低下し、無電極放電灯2の発光光量が低下する。なお、スイッチング素子Q3,Q4によるスイッチング動作のデューティは、その1周期に対する、スイッチング素子Q2,Q3のゲート・ソース間電圧がH(ハイ)レベルとなる時間の割合を変えることで制御される。
As shown in FIG. 8, in this embodiment, two types of output voltages Vf and Vp are output from the
図9(a)は、PWM信号Vpwmを示す図、図9(b)は、変換回路16の出力電圧Vfを示す図、図9(c)は、インバータ回路13の動作周波数finvを示す図、図9(d)は、検出回路20の出力電圧Vdを示す図、図9(e)は、変換回路16の出力電圧Vpを示す図、図9(f)は、スイッチング素子Q2,Q3によるスイッチング動作のデューティDUTYを示す図、図9(g)は、コイル電圧Vcoilの波形を示す図である。
9A is a diagram illustrating the PWM signal Vpwm, FIG. 9B is a diagram illustrating the output voltage Vf of the
まず、PWM信号VpwmがL(ロー)からH(ハイ)に切り換わる時刻T=t1まで、無電極放電灯2に対し全点灯制御が行われている。すなわち、PWM信号VpwmがL(ロー)に維持されることにより、変換回路16の出力電圧Vfは電圧V2に維持され、インバータ回路13の動作周波数finvが周波数f2に維持される。また、このとき、検出回路20’のコンデンサC2の両極には電圧は生じず(電圧Vd=0)、変換回路16は、これを受けて所定の出力電圧Vpを電圧Vp1に設定することでスイッチング素子Q2、Q3によるスイッチング動作のデューティDUTYがDUTY1に維持される。これにより、インバータ回路13の動作周波数f2とスイッチング素子Q2、Q3によるスイッチング動作のデューティDUTY1に応じたコイル電圧Vaが印加される。
First, full lighting control is performed on the electrodeless discharge lamp 2 until time T = t1 when the PWM signal Vpwm switches from L (low) to H (high). That is, when the PWM signal Vpwm is maintained at L (low), the output voltage Vf of the
そして、無電極放電灯2の時分割調光制御を行うべく時刻T=t1でPWM信号VpwmがL(ロー)からH(ハイ)に切り換わると、変換回路16は、出力電圧Vfを電圧V2から0に下げることで、インバータ回路13の動作周波数finvを周波数f2から0に下げる。これにより、無電極放電灯2は消灯する。なお、このとき、検出回路20’のコンデンサC2の電圧Vdは、PWM信号Vpwm(「H」レベル信号)によりVd1となり、変換回路16は、この検出回路20’の出力電圧Vd1を受けて出力電圧Vpを電圧Vp1から電圧Vp2に下げることで、スイッチング素子Q2、Q3によるスイッチング動作のデューティDUTYがDUTY1からDUTY2に低下する。このように、スイッチング素子Q2、Q3によるスイッチング動作のデューティDUTYをDUTY1からDUTY2に低下させる理由については、後述する。
When the PWM signal Vpwm is switched from L (low) to H (high) at time T = t1 to perform time-division dimming control of the electrodeless discharge lamp 2, the
次に、時刻T=t2でPWM信号VpwmがH(ハイ)からL(ロー)に切り換わると、変換回路16は、出力電圧Vfを0から電圧V1に上げることで、インバータ回路13の動作周波数finvを0から周波数f1に上げる。この周波数f1は、図3に示す「f1」に相当するものであり、インバータ回路13の動作周波数finvを周波数f1に設定することで、コイル電圧Vcoilは前記電圧Vst以上の電圧Viとなって無電極放電灯2が放電を開始し、放電ガスがアーク状放電状態となると、コイル電圧Vcoilは低下する。また、このとき、検出回路20’のコンデンサC2の電圧Vdは、時刻T=t1から時刻T=t2までの間に充電された電荷が放電されることにより電圧Vd1から指数関数的に低下するが、前述したようにコンデンサC2の電圧Vdは前述の閾値Vthより小さくならないため、変換回路16は、時刻T=t1から時刻T=t2までの制御回路19への出力電圧Vp1と同じ電圧を出力し、これによりスイッチング素子Q2、Q3によるスイッチング動作のデューティDUTYはDUTY2に維持される。
Next, when the PWM signal Vpwm is switched from H (high) to L (low) at time T = t2, the
そして、放電ガスがアーク状放電状態となると、従来では、変換回路16は出力電圧Vfを電圧V1から電圧V2に上げることで、インバータ回路の動作周波数finvを周波数f1から周波数f2に上げていたところ、本実施形態では、前記第1の実施形態と同様に、ノイズの種類を減らすため、変換回路16は、出力電圧Vfを電圧V1に維持することで、インバータ回路の動作周波数finvを周波数f1に維持する。
When the discharge gas is in an arc-like discharge state, the
ただし、この場合、インバータ回路13の動作周波数finvを周波数f1に維持すると無電極放電灯2の発光光量を低く設定することができない場合がある。そのため、スイッチング素子Q2,Q3によるスイッチング素子のデューティを変えることによっても、無電極放電灯2の発光光量を低下することができることから、従来では、放電ガスがアーク状放電状態となるとインバータ回路13の動作周波数finvを周波数f1から周波数f2に切換えることで無電極放電灯2の発光光量を低下させていたところ、本実施形態では、これに代えてスイッチング素子Q2、Q3によるスイッチング動作のデューティDUTYをDUTY1からDUTY2に低下することで、無電極放電灯の発光光量を低下させるようにしている。なお、本実施形態では、無電極放電灯2の時分割調光制御が開始される時刻T=t1から、スイッチング素子Q2、Q3によるスイッチング動作のデューティDUTYをDUTY1からDUTY2に低下するようにしているが、時分割調光制御中にL(ロー)のPWM信号Vpwmが出力されている期間だけスイッチング素子Q2、Q3によるスイッチング動作のデューティDUTYをDUTY1からDUTY2に低下するようにしてもよい。このようにして、時分割調光制御を行っている間は、時刻T=t1から時刻T=t3までの動作が繰り返し行われ、時刻T=t2から時刻T=t3までの点灯期間Tonと時刻T=t1から時刻T=t2までの消灯期間Toffとの比率に応じた発光光量で無電極放電灯2が発光する。
However, in this case, if the operating frequency finv of the
その後、無電極放電灯2の全点灯制御を行うべく時刻T=t4でPWM信号VpwmがL(ロー)に維持されると、コンデンサC2の電圧Vdが閾値Vthと一致する時刻T=t5まで、変換回路16は、出力電圧Vfを電圧V1に維持することで、インバータ回路13の動作周波数finvが周波数f1に維持され、時刻T=t5で、コンデンサC2の電圧Vdが閾値Vthと一致すると、変換回路16は、出力電圧Vfを電圧V1から電圧V2に上げることで、インバータ回路13の動作周波数finvを周波数f1から周波数f2に上げる。また、変換回路16は、コンデンサC2の電圧Vdが閾値Vthと一致したことを受けて制御回路19への出力電圧Vp1を所定の出力電圧Vp1に設定することで、スイッチング素子Q2、Q3によるスイッチング動作のデューティDUTYをDUTY2からDUTY1に上昇させる。これにより、インバータ回路13の動作周波数f2とスイッチング素子Q2、Q3によるスイッチング動作のデューティDUTY2とに応じたコイル電圧Vaが印加される。
Thereafter, when the PWM signal Vpwm is maintained at L (low) at time T = t4 to perform full lighting control of the electrodeless discharge lamp 2, until time T = t5 when the voltage Vd of the capacitor C2 matches the threshold value Vth, The
このように、第1の実施形態と同様、無電極放電灯2の点灯期間Tonにおいて、インバータ回路13の動作周波数finvを周波数f1で一定に維持するようにしたから、無電極放電灯2や放電灯点灯回路3から放出されるノイズが主に周波数f1の成分を有するノイズのみとなり、周波数f2の成分を有するノイズの発生を防止することができるとともに、周波数f1から周波数f2への切換えを行わないから、その切換えによるノイズの発生も防止することができ、これにより、従来に比してノイズを低減することができる。また、無電極放電灯2の点灯期間Tonにおいて、インバータ回路13の動作周波数finvを周波数f1で一定に維持することで、無電極放電灯2の発光光量を低く設定できなくなるのを、直流電源回路12の出力電圧VDCを下げることで補うようにしたから、無電極放電灯2の点灯期間Tonにおいて、インバータ回路13の動作周波数finvを周波数f1で一定に維持しても、無電極放電灯2の発光光量を低く設定することができる。
As described above, since the operation frequency finv of the
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。 Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
本実施形態においては、前述の第1の実施形態における放電灯点灯回路3に対し、前記第2の実施形態と同様の検出回路を備え、さらに前述した図略のPWM制御信号発生装置と変換回路16との間に後述するDUTY変換回路を備える点が異なり、それ以外の構成については第1〜第4の実施形態における照明装置と略同様であるから、相違点についてのみ説明する。
In the present embodiment, the discharge
図10は、第5の実施形態に係る照明装置の構成を示す図である。 FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a lighting device according to the fifth embodiment.
図10に示すように、本実施形態においては、前述したように全点灯制御中であるか時分割調光制御中であるかを検出する検出回路20を備える。この検出回路20の構成及び動作については前記第2の実施形態の検出回路20と略同様であるから説明は省略する。また、図略のPWM制御信号発生装置と変換回路16との間にDUTY変換回路21が接続されており、前記第1〜第4の実施形態において、無電極放電灯2の点灯期間Tonの間、インバータ回路13の動作周波数finvを周波数f1で一定に維持することで、無電極放電灯2の発光光量を低く設定できなくなるのを補うため、PWM制御信号発生装置から出力されるPWM信号のデューティを変換する(小さくする)ようにしている。
As shown in FIG. 10, the present embodiment includes a
図11は、DUTY変換回路21によるDUTY変換関数を示したものである。図11の直線Lに示すように、DUTY変換回路21は、図略のPWM制御信号発生装置から出力されるPWM信号Vpwmのデューティに比して小さいデューティのPWM信号Vpwm’を出力する。
FIG. 11 shows a DUTY conversion function by the
このように、例えば前記第2の実施形態(図6参照)において、無電極放電灯2の点灯時間Tonが短くなる。これにより、前記第1〜第4の実施形態において、無電極放電灯2の点灯期間Tonの間、インバータ回路13の動作周波数finvを周波数f1で一定に維持することで、無電極放電灯の発光光量を低く設定できなくなるのを、前述のようなDUTY補正回路20によりPWM制御信号発生装置から出力されるPWM信号Vpwmのデューティを小さくし、その信号PWM信号Vpwm’により無電極放電灯2の点灯時間Tonを短くすることで補うようにしたから、無電極放電灯2の点灯期間Tonの間、インバータ回路13の動作周波数finvを周波数f1で一定に維持しても、無電極放電灯2の発光光量を低く設定することができる。
Thus, for example, in the second embodiment (see FIG. 6), the lighting time Ton of the electrodeless discharge lamp 2 is shortened. Thus, in the first to fourth embodiments, the operating frequency finv of the
1 照明装置
2 無電極放電灯
3 放電灯点灯回路
4 バルブ
5 誘導コイル
6 コア
7 熱伝導体
12 直流電源回路
13 インバータ回路
14 共振回路
15 駆動回路
16 変換回路
17 整流回路
18 昇圧チョッパ回路
19 制御回路
20,20’ 検出回路
21 DUTY変換回路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記電力変換回路は、前記無電極放電灯の点灯期間、前記誘導コイルに印加される高周波電圧の周波数を、前記無電極放電灯の点灯を開始させるのに必要な電圧値の高周波電圧を生成する前記スイッチング素子によるオンオフ動作の周波数で一定とすることを特徴とする無電極放電灯点灯装置。 An electrodeless discharge lamp lighting device that outputs a high-frequency voltage to be applied to an induction coil of an electrodeless discharge lamp, wherein the DC power supply is connected to the DC power supply and the DC voltage of the DC power supply is turned on and off by a switching element. A power conversion circuit for converting to a voltage; a resonance circuit connected to the power conversion circuit for generating a high frequency voltage applied to an induction coil of an electrodeless discharge lamp; and a high frequency voltage applied to the induction coil periodically. In an electrodeless discharge lamp lighting device comprising a power control circuit that periodically turns on and off the electrodeless discharge lamp by turning it on and off,
The power conversion circuit generates a high-frequency voltage having a voltage value necessary to start lighting of the electrodeless discharge lamp with a frequency of a high-frequency voltage applied to the induction coil during a lighting period of the electrodeless discharge lamp. An electrodeless discharge lamp lighting device, wherein the frequency of on / off operation by the switching element is constant.
前記高周波電源回路は、請求項1ないし4のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置であることを特徴とする照明装置。
A discharge gas containing at least mercury and a rare gas; a bulb for sealing the discharge gas; a high-frequency power supply circuit for generating a high-frequency voltage; and a high-frequency power supply disposed in a hollow section having a concave cross section provided in the bulb. An induction coil that supplies a high-frequency electromagnetic field to the discharge gas by a high-frequency voltage supplied from a circuit, and a magnetic material, a cylindrical core around which the induction coil is wound, and a thermally conductive material, In a lighting device comprising a member that contacts the core inside the core,
5. The lighting device according to claim 1, wherein the high-frequency power supply circuit is the electrodeless discharge lamp lighting device according to claim 1.
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