JP2005135619A - Electrode-less discharge lamp lighting device and lighting system - Google Patents
Electrode-less discharge lamp lighting device and lighting system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005135619A JP2005135619A JP2003367592A JP2003367592A JP2005135619A JP 2005135619 A JP2005135619 A JP 2005135619A JP 2003367592 A JP2003367592 A JP 2003367592A JP 2003367592 A JP2003367592 A JP 2003367592A JP 2005135619 A JP2005135619 A JP 2005135619A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- discharge lamp
- voltage
- phase
- switching element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
Abstract
Description
本発明は、内部に放電ガスを封入した透光性材料よりなる無電極放電ランプに高周波電磁界を印加して発光させる無電極放電灯点灯装置及びこれを用いた照明装置に関するものである。 The present invention relates to an electrodeless discharge lamp lighting device that emits light by applying a high-frequency electromagnetic field to an electrodeless discharge lamp made of a translucent material in which a discharge gas is enclosed, and an illumination device using the same.
図12は従来の一般的な放電灯点灯装置の回路図である。ここでは、放電灯Laとして一対のフィラメント電極を備える熱陰極型の放電灯(例えば、蛍光ランプ)を用いている。直流電源回路には、高周波インバータ回路としてのスイッチング素子Q1,Q2の直列回路が接続されている。スイッチング素子Q1,Q2は駆動回路により高周波で交互にオン・オフされる。スイッチング素子Q2の両端には直流カット用のコンデンサC1と共振用のインダクタL1を介して放電灯Laと共振用のコンデンサC2の並列回路が接続されている。直流カット用のコンデンサC1の容量は共振用のコンデンサC2の容量よりも十分に大きく設定されている。 FIG. 12 is a circuit diagram of a conventional general discharge lamp lighting device. Here, a hot cathode discharge lamp (for example, a fluorescent lamp) having a pair of filament electrodes is used as the discharge lamp La. A series circuit of switching elements Q1 and Q2 as a high frequency inverter circuit is connected to the DC power supply circuit. Switching elements Q1 and Q2 are alternately turned on and off at a high frequency by a drive circuit. A parallel circuit of the discharge lamp La and the resonance capacitor C2 is connected to both ends of the switching element Q2 via a DC cut capacitor C1 and a resonance inductor L1. The capacity of the DC cut capacitor C1 is set sufficiently larger than the capacity of the resonance capacitor C2.
スイッチング素子Q1がオン、スイッチング素子Q2がオフのとき、直流電源回路からスイッチング素子Q1、インダクタL1、コンデンサC1、放電灯Laのフィラメント、コンデンサC2、放電灯Laのフィラメントを介して電流が流れ、スイッチング素子Q1がオフ、スイッチング素子Q2がオンのとき、コンデンサC1からインダクタL1、スイッチング素子Q2、放電灯Laのフィラメント、コンデンサC2、放電灯Laのフィラメントを介して電流が流れる。 When the switching element Q1 is on and the switching element Q2 is off, current flows from the DC power supply circuit through the switching element Q1, inductor L1, capacitor C1, discharge lamp La filament, capacitor C2, discharge lamp La filament, and switching. When the element Q1 is off and the switching element Q2 is on, current flows from the capacitor C1 through the inductor L1, the switching element Q2, the filament of the discharge lamp La, the capacitor C2, and the filament of the discharge lamp La.
スイッチング素子Q1,Q2のオン・オフの周波数をインダクタL1とコンデンサC2の共振周波数の近傍に設定することにより、コンデンサC2の両端には高電圧が発生し、放電灯Laが始動する。放電灯Laが始動すると、放電灯Laの負荷抵抗成分が共振用のコンデンサC2と並列に加わることで、共振周波数が変化するので、スイッチング素子Q1,Q2のオン・オフの周波数を始動時の周波数から点灯時の周波数に変化させる。 By setting the on / off frequency of the switching elements Q1, Q2 in the vicinity of the resonance frequency of the inductor L1 and the capacitor C2, a high voltage is generated at both ends of the capacitor C2, and the discharge lamp La is started. When the discharge lamp La is started, the load resistance component of the discharge lamp La is applied in parallel with the resonance capacitor C2, so that the resonance frequency changes. Therefore, the on / off frequency of the switching elements Q1, Q2 is set to the frequency at the start. Change from to the lighting frequency.
この従来例は、ランプ点灯中の電力を略一定に保つための制御回路7を備えている。図1に示すように、スイッチング素子Q2の主電極を流れる電流を電流検出回路8で検出し、その検出値が指示値発生回路10の設定値と略等しくなるように、比較演算手段17の出力により、駆動回路6の発振周波数を変化させ、スイッチング素子Q1,Q2のオン・オフの周波数を変化させている。
This conventional example includes a
共振回路の周波数特性を図13に示す。横軸はスイッチング素子Q1,Q2のオン・オフの動作周波数であり、縦軸は共振用のコンデンサC1の電圧である。ランプ点灯前は無負荷特性の動作点aで動作させ、放電灯Laが点灯すると、放電灯Laの抵抗成分が加わることにより、共振回路の共振周波数は大きく変化するので、負荷特性の動作点bで動作するようにスイッチング素子Q1,Q2の動作周波数を変化させる。動作点bにおいて、所望の負荷出力を得るための動作周波数は一義的に求めることが出来る。すなわち、図1のような回路において、スイッチング素子Q2の主電極を流れる電流を検出すれば、その時の負荷に出力されている電力を推定することが出来、出力電力を制御することが可能となる。 FIG. 13 shows the frequency characteristics of the resonance circuit. The horizontal axis is the on / off operating frequency of the switching elements Q1 and Q2, and the vertical axis is the voltage of the resonance capacitor C1. Before the lamp is lit, it is operated at the operating point a having no load characteristics. When the discharge lamp La is lit, the resistance component of the discharge lamp La is added, so that the resonance frequency of the resonance circuit changes greatly. The operating frequencies of the switching elements Q1 and Q2 are changed so as to operate at. At the operating point b, the operating frequency for obtaining a desired load output can be uniquely determined. That is, in the circuit as shown in FIG. 1, if the current flowing through the main electrode of the switching element Q2 is detected, the power output to the load at that time can be estimated, and the output power can be controlled. .
図12の従来例では、スイッチング素子Q2の主電極を流れる電流値の正の区間の平均値を検出しているが、実効値やピーク値、負の区間の平均値、絶対値の平均値などを検出する場合もある。 In the conventional example of FIG. 12, the average value of the positive section of the current value flowing through the main electrode of the switching element Q2 is detected, but the effective value, peak value, average value of the negative section, average value of the absolute value, etc. May be detected.
なお、特許文献1,2には、インバータの出力電圧と出力電流の位相差を検出して、位相差に応じて発振周波数を制御する無電極放電灯点灯装置が提案されているが、特許文献1は始動性改善のための技術であり、点灯時の動作とは無関係である。また、特許文献2はスイッチング素子の主電極を流れる電流値の検出を利用するものではないので、構成が複雑化する欠点がある。
上述の制御回路を無電極放電灯点灯装置に応用した場合について考える。ここで、無電極放電灯点灯装置とは、図14に示すように、内部に放電ガスを封入した無電極放電ランプ1の近傍に誘導コイル2を巻回し、この誘導コイル2に高周波電圧を印加して無電極放電ランプ1に高周波電磁界を印加することで、無電極放電ランプ1を発光せしめる点灯装置である。
Consider the case where the above control circuit is applied to an electrodeless discharge lamp lighting device. Here, the electrodeless discharge lamp lighting device is, as shown in FIG. 14, in which an
図14に示す無電極放電灯点灯装置においては、負荷電圧の周波数特性は図15のようになる。無電極放電灯点灯装置は、無電極放電ランプ1の始動のために、共振点に近い周波数を動作点とする必要がある。また、無電極放電ランプ1の始動後も誘導コイル2のインダクタンス成分が大きく残り、負荷の共振周波数は大きく変化しない。また、無電極放電灯点灯装置においては、誘導コイル2に直列および並列に接続された容量性成分が必要となり、共振点は2点以上存在する。このようなことから、スイッチング素子Q2の主電極を流れる電流値の正の区間の平均値、実効値やピーク値、負の区間の平均値、絶対値の平均値などを検出した場合、同一の検出値を出力した場合でも、負荷の位相の状態が異なる場合がある。
In the electrodeless discharge lamp lighting device shown in FIG. 14, the frequency characteristics of the load voltage are as shown in FIG. In order to start the
この例として、スイッチング素子Q2の主電極を流れる電流値の正の区間の平均値が同一な2つの状態を図16に示す。このような場合、電流の検出値は同一であっても、負荷の位相が異なるので、出力電力は異なる値となる幾つかの場合が存在する。 As an example of this, FIG. 16 shows two states in which the average value of the positive section of the current value flowing through the main electrode of the switching element Q2 is the same. In such a case, even if the detected current value is the same, there are several cases where the output power has a different value because the phase of the load is different.
このように、上述の従来例のような電流検出手段では、出力電力を制御することが出来ない。したがって、無電極放電ランプ点灯中の光出力を均一にすることが不可能となるほか、過大な電力が出力された場合に与えられるストレスに耐えるような大型で高価な部品を使用する必要がある。 As described above, the output power cannot be controlled by the current detecting means as in the conventional example described above. Therefore, it becomes impossible to make the light output uniform during the operation of the electrodeless discharge lamp, and it is necessary to use large and expensive parts that can withstand the stress given when excessive power is output. .
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で、出力電力を確実に制御し、部品に対するストレスが小さく、安価で簡易な無電極放電灯点灯装置を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve such problems. The object of the present invention is to control output power reliably with a simple configuration, to reduce stress on components, and to be inexpensive and simple. The object is to provide an electrodeless discharge lamp lighting device.
本発明によれば、上記の課題を解決するために、図1に示すように、無電極放電ランプ1の近傍に巻回される誘導コイル2と、前記誘導コイル2に接続されインダクタンス素子L1及びキャパシタンス素子C1を含む共振回路3と、スイッチング素子Q2を含み前記共振回路3に接続される電力変換回路4と、前記電力変換回路4に電力を供給する電源回路5と、前記スイッチング素子Q2を駆動する駆動回路6と、前記駆動回路6による前記スイッチング素子Q2の駆動周波数を変化させる制御回路7と、前記スイッチング素子Q2の主電極の電流値を検出する電流検出回路8とからなる無電極放電灯点灯装置において、前記共振回路3又は前記電力変換回路4又は前記誘導コイル2の電流又は電圧の位相を検出する位相検出回路9を設け、前記制御回路7は、所定の指示値と前記位相検出回路9の検出出力および前記電流検出回路8の検出出力に応じて、前記スイッチング素子Q2の駆動周波数を制御することを特徴とするものである。
According to the present invention, in order to solve the above problems, as shown in FIG. 1, an
請求項1の発明によれば、位相検出回路により負荷の状態を正確に把握し、出力電力を確実に制御することができるので、部品に対するストレスが小さく、安価で簡易な無電極放電灯点灯装置を得ることができる。
請求項2の発明によれば、スイッチング素子の駆動電圧又は主電極端子電圧を基準電圧とすることで、比較的簡単な構成で位相検出が可能となる。特に、スイッチング素子の駆動電圧を基準電圧として用いた場合には、位相検出回路に耐圧の低い部品を用いることができるので、コストダウンが可能となる。
According to the first aspect of the present invention, the state of the load can be accurately grasped by the phase detection circuit, and the output power can be controlled reliably, so that the stress on the parts is small, and the electrodeless discharge lamp lighting device is inexpensive and simple. Can be obtained.
According to the second aspect of the present invention, the phase detection can be performed with a relatively simple configuration by using the drive voltage of the switching element or the main electrode terminal voltage as the reference voltage. In particular, when the driving voltage of the switching element is used as a reference voltage, components with low withstand voltage can be used for the phase detection circuit, so that the cost can be reduced.
請求項3の発明によれば、スイッチング素子の駆動電圧又は主電極端子電圧を基準電圧とし、この基準電圧の立ち上がり又は立ち下がり時における位相検出部位の電流又は電圧の瞬時値を用いて位相を検出する構成となっており、瞬時値を用いて判断を行うので、位相検出に時間的遅れが生じず、すばやく反応することで、電力を安定化させることが可能となる。また、位相検出回路をデジタル系で構成した場合に、複雑な構成とならず、安価で信頼性の高い無電極放電灯点灯装置を得ることが出来る。
請求項4の発明によれば、スイッチング素子の駆動電圧又は主電極端子電圧を基準電圧とし、この基準電圧と位相検出部位の電流又は電圧との駆動周波数1周期分の瞬時値の積の和を用いて位相を検出するようにしたので、位相検出部位の電流又は電圧に歪み波が加わったり、ノイズなどの外乱成分が加わっても安定した電力を供給することが可能となる。
According to the invention of
According to the invention of
図1に本発明の無電極放電灯点灯装置の実施の形態を示す。この点灯装置は、内部に放電ガスを封入した透光性材料よりなる無電極放電ランプ1と、無電極放電ランプ1の近傍に巻回される誘導コイル2と、前記誘導コイル2に接続されインダクタンス素子L1及びキャパシタンス素子C1を含む共振回路3と、スイッチング素子Q1,Q2を含み前記共振回路3に接続される電力変換回路4と、前記電力変換回路4に電力を供給する電源回路5と、前記スイッチング素子Q1,Q2を駆動する駆動回路6と、前記駆動回路6による前記スイッチング素子Q1,Q2の駆動周波数を変化させる制御回路7と、前記スイッチング素子Q2の主電極の電流値を検出する電流検出回路8とからなる無電極放電灯点灯装置において、前記共振回路3又は前記電力変換回路4又は前記誘導コイル2の電流又は電圧の位相を検出する位相検出回路9を設け、前記制御回路7に設けた指示値発生回路10の指示値と前記位相検出回路9の検出出力および前記電流検出回路8の検出出力に応じて、前記スイッチング素子Q1,Q2の駆動周波数を制御することを特徴とする。
FIG. 1 shows an embodiment of an electrodeless discharge lamp lighting device of the present invention. The lighting device includes an
ここで、位相検出回路9は、振動波形のピーク点の位相を検出するものでも良いし、ゼロクロス点の位相を検出するものでも良いし、波形全体の位相を検出するものでも良い。要するに、位相の違いによる負荷状態の違いが分かるものであれば良い。
Here, the
位相検出部位の電流の位相を検出するには、例えば、検出対象となるインダクタンス素子又はキャパシタンス素子にカレントトランスを直列に挿入して電流の位相を検出する。あるいは微小な抵抗を直列に接続し、抵抗の両端電圧をオペアンプにより増幅することにより、電流を検出する。また、位相検出部位の電圧の位相を検出するには、例えば、検出対象となるインダクタンス素子又はキャパシタンス素子に高インピーダンスの抵抗分圧回路を並列接続して、電圧の位相を検出する。あるいはインダクタンス素子に2次巻線を設けて、2次巻線出力により電圧の位相を検出する。 In order to detect the phase of the current at the phase detection portion, for example, a current transformer is inserted in series into an inductance element or a capacitance element to be detected, and the phase of the current is detected. Alternatively, a current is detected by connecting a minute resistor in series and amplifying the voltage across the resistor with an operational amplifier. In order to detect the phase of the voltage at the phase detection portion, for example, a high-impedance resistance voltage dividing circuit is connected in parallel to the inductance element or capacitance element to be detected, and the phase of the voltage is detected. Alternatively, a secondary winding is provided in the inductance element, and the phase of the voltage is detected by the secondary winding output.
このように、位相検出回路9の検出出力に応じて、スイッチング素子Q1,Q2の駆動周波数を制御することにより、負荷の状態を正確に把握し、出力電力を確実に制御することができるので、部品に対するストレスが小さく、安価で簡易な無電極放電灯点灯装置を得ることができる。
Thus, by controlling the drive frequency of the switching elements Q1 and Q2 according to the detection output of the
なお、電力変換回路4の構成については、交互にオン・オフされる2個のスイッチング素子Q1,Q2を直列接続したハーフブリッジ回路に限らず、1個のスイッチング素子とLC振動回路を組み合わせた一石式の電力変換回路を用いても良いし、4個のスイッチング素子によりフルブリッジ回路を構成し、対角方向のスイッチング素子を交互にオン・オフさせることで直流電源電圧を高周波交流電圧に変換するような構成を用いても構わない。
The configuration of the
また、電源回路5として、図1の回路では商用交流電源Vsを整流ブリッジDBにより全波整流して、インダクタL3とスイッチング素子Q3とダイオードD3よりなる昇圧チョッパ回路51を介して平滑コンデンサC3に直流電圧を得る構成を例示したが、これに限定されるものではない。図中、52はスイッチング素子Q3を高周波でオン・オフさせる制御回路である。
Further, as the
無電極放電ランプの断面構造を図17に例示する。この無電極放電ランプ1は、少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスが内部に封入された透光性の材料よりなる略球形状のバルブ20の中央部に、下方に開口する断面凹形状の空洞部21を有している。この空洞部21には、放電ガスに高周波電磁界を供給する誘導コイル2が収納されている。また、誘導コイル2が巻回される磁性材料で円筒状のコア22と、コア22の内側に配置されてコア22と接触する熱伝導性材料よりなる放熱部材23を備えている。バルブ20の内側には蛍光体24が塗布されている。蛍光体24は気化した水銀の放電により発生した紫外線を可視光に変換するものである。
A cross-sectional structure of an electrodeless discharge lamp is illustrated in FIG. This
図1の無電極放電灯点灯装置は、例えば、図18に示すような照明装置として利用することができる。無電極放電ランプ1は一般的に数十MHzの高周波で駆動されるので、ランプからの輻射ノイズを吸収するために金属メッシュ等のシールドカバー25で覆われている。26は誘導コイル2を支える基台であり、27は点灯回路である。
The electrodeless discharge lamp lighting device of FIG. 1 can be used as a lighting device as shown in FIG. 18, for example. Since the
以下、本発明の種々の実施例について説明するが、各実施例における基本的な構成については図1において説明したものと同様であるから、基本的機能が実質的に同様の部位については同一の符号を付し、共通する部分については重複する説明を省略する。 Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described. Since the basic configuration in each embodiment is the same as that described in FIG. 1, the portions having substantially the same basic functions are the same. Reference numerals are assigned, and overlapping descriptions of common parts are omitted.
図2に本発明の実施例1の構成を示す。本実施例では、位相検出回路9は、遅れ・進みのいずれかを検出する構成としている。このように、位相検出回路9は進み・遅れのいずれかを検出する構成としたので、位相検出回路9が簡易になる効果がある。また、位相検出回路9の検出結果に基づく駆動周波数の変化も2値切り替え方式でよいので、例えば、制御回路7内にスイッチ素子Sを設け、検出位相の遅れ・進みの判定結果に応じてスイッチ素子SのON/OFFを切り替えることにより、駆動回路6の駆動周波数を切り替えてやればよい。
FIG. 2 shows the configuration of the first embodiment of the present invention. In this embodiment, the
ここで、図2の駆動回路6は、例えばコンデンサの充放電回路と電圧比較器を用いた発振回路を有しているものとする。つまり、所定の充電時定数でコンデンサを充電し、コンデンサの電圧が第1の基準電圧に達すると電圧比較器の出力が反転する。その後、所定の放電時定数でコンデンサを放電し、コンデンサの電圧が第1の基準電圧よりも低い第2の基準電圧に達すると電圧比較器の出力が再び反転する。その後、所定の時定数でコンデンサが充電される動作を繰り返す。これにより、電圧比較器の出力には矩形波電圧が得られるから、この矩形波電圧により、スイッチング素子Q1,Q2を交互にオン・オフさせているものとする。
Here, it is assumed that the
制御回路7では、電流検出回路8の出力値と指示値発生回路10の指示値が一致するように駆動回路6のコンデンサの充放電の時定数あるいは第1又は第2の基準電圧を変化させることによりスイッチング素子Q1,Q2のON・OFFの周波数を変化させているが、さらに、位相検出回路9の検出結果に基づいて、スイッチ素子SのON/OFFを切り替えることにより、駆動回路6のコンデンサの充放電の時定数あるいは第1又は第2の基準電圧を切り替えれば、駆動回路6の発振周波数を位相の進み・遅れに応じて2段階に切り替えることができる。
In the
図15に示すように、無電極放電灯点灯装置における共振回路を含む負荷部の周波数特性は、幾つかのピークを有するが、このピークは、無電極放電灯点灯装置内の共振回路が複数の共振点を有することにより生じている。そして、各共振点において、その共振に寄与する共振回路の電圧又は電流は、共振点を境として位相の遅れ・進みが反転する。したがって、動作点に設定したい動作周波数において、その共振に寄与する共振回路の電圧又は電流の遅れ・進みを見分ければ、負荷特性全体の位相および位相角度を厳密に測定しなくても、望む動作点で動作しているかが判断可能となる。これにより、位相検出回路および駆動周波数の変化手段を簡易化することができ、より小型で安価な無電極放電灯点灯装置を得ることができる。 As shown in FIG. 15, the frequency characteristic of the load portion including the resonance circuit in the electrodeless discharge lamp lighting device has several peaks. This peak is caused by a plurality of resonance circuits in the electrodeless discharge lamp lighting device. This is caused by having a resonance point. At each resonance point, the voltage or current of the resonance circuit that contributes to the resonance is reversed in phase delay / advance at the resonance point. Therefore, if the delay or advance of the voltage or current of the resonant circuit that contributes to the resonance is identified at the operating frequency that you want to set as the operating point, the desired operation can be achieved without measuring the phase and phase angle of the entire load characteristics. It is possible to determine whether the point is operating. Thereby, the phase detection circuit and the drive frequency changing means can be simplified, and a more compact and inexpensive electrodeless discharge lamp lighting device can be obtained.
図3に本発明の実施例2の構成を示す。本実施例では、位相検出回路9は、スイッチング素子Q2の駆動電圧Vgsを基準に位相を検出する。図3の回路では、スイッチング素子Q2はMOSFETであり、そのオン・オフのタイミングに合わせてゲート・ソース間の駆動電圧VgsはHighレベルとLowレベルとに切り替わる。そこで、共振回路3または誘導コイル2の電圧又は電流の位相をスイッチング素子Q2の駆動電圧Vgsを基準に測定する。例えば、共振回路3のインダクタL1の電圧又は電流、コンデンサC1の電圧又は電流、コンデンサC2の電圧又は電流、誘導コイル2の電圧又は電流の位相を、スイッチング素子Q2の駆動電圧Vgsを基準に測定する。
FIG. 3 shows the configuration of the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the
本実施例では、このように、位相検出回路9は、スイッチング素子Q2の駆動電圧Vgsを基準に共振回路3または誘導コイル2の電圧又は電流の位相を検出する構成となっているので、比較的低い電圧を用いることができ、分圧や耐電圧に対する配慮を減らすことが可能となり、より設計の容易な無電極放電灯点灯装置を得ることが出来る。
In the present embodiment, as described above, the
なお、スイッチング素子Q2の駆動電圧Vgsを基準にする代わりに、スイッチング素子Q2の主電極端子電圧Vdsを基準に位相を検出するようにしても構わない。この場合、スイッチング素子Q2のドレイン・ソース間に分圧抵抗を並列接続し、その分圧点の電圧を基準に共振回路3または誘導コイル2の電圧又は電流の位相を検出する構成とすれば良い。この場合、最大値の把握できる電圧を基準に用いることができるので、スイッチング素子Q2の主電極端子電圧Vdsのピーク値の位相に対して共振回路3または誘導コイル2の電圧又は電流の位相を検出することができる。
Instead of using the drive voltage Vgs of the switching element Q2 as a reference, the phase may be detected based on the main electrode terminal voltage Vds of the switching element Q2. In this case, a voltage dividing resistor may be connected in parallel between the drain and source of the switching element Q2, and the voltage or current phase of the
図4に本発明の実施例3の構成を示す。本実施例では、位相検出回路9は、スイッチング素子Q2の駆動電圧Vgsの立下り時における電力変換回路4の出力電流の瞬時値を用いて位相を測定している。立下り検出回路11が動作したときに、出力電流の瞬時値を取り込み、その値の正負符号で位相を判定している。瞬時値を用いて判断を行うので、位相検出回路9に時間的遅れが生じず、すばやく反応し、電力を安定化させることが可能となる。また、位相検出回路9をデジタル系で構成した場合に、複雑な構成とならず、安価で信頼性の高い無電極放電灯点灯装置を得ることが出来る。
FIG. 4 shows the configuration of the third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the
図5に本発明の実施例4の構成を示す。本実施例では、位相検出回路9は、スイッチング素子Q2の駆動電圧Vgs又は主電極端子電圧Vdsを基準電圧とし、この基準電圧と位相検出部位の電流又は電圧との駆動周波数1周期分の瞬時値の積の和を用いて位相を検出することを特徴とする。このような検出を行うことで、位相検出部位の電流又は電圧に歪み波が加わったり、ノイズなどの外乱成分が加わった場合でも、位相検出結果に影響することはないので、安定した電力を供給することが可能となる。
FIG. 5 shows the configuration of
図5に例示した構成によれば、位相検出回路9は、乗算器91と積分器92と位相弁別器93を備える。乗算器91は基準電圧と位相検出部位の電流又は電圧の瞬時値との積を求める。積分器92は、乗算器91の出力値を駆動周波数1周期分について積分する。位相弁別器93は、積分器92の出力を所定レベルと比較して、2値信号を出力する。
According to the configuration illustrated in FIG. 5, the
位相検出回路9の基準電圧として、スイッチング素子Q2の駆動電圧Vgsを用いる場合には、乗算器91としてアナログスイッチ回路を用いても良い。また、積分器92としては、CR積分回路のようなローパスフィルタ回路を用いても良い。また、位相弁別器93としては、基準電圧とコンパレータを用いても良い。
When the driving voltage Vgs of the switching element Q2 is used as the reference voltage of the
なお、図5の位相検出回路9において、位相弁別器93を省略し、乗算器91と積分器92よりなる積和演算回路のみで位相検出回路を構成し、位相差に応じたアナログ信号を出力するようにしても良い。
In the
ここで、位相検出部位の電流又は電圧としては、例えば、共振回路3のインダクタL1の電圧又は電流、コンデンサC1の電圧又は電流、コンデンサC2の電圧又は電流、誘導コイル2の電圧又は電流、あるいはスイッチング素子Q2の主電極の電流の瞬時値などが用いられる。
Here, as the current or voltage of the phase detection portion, for example, the voltage or current of the inductor L1 of the
位相検出回路9の基準電圧としてスイッチング素子Q2の駆動電圧Vgsを用いる場合には、乗算器91は、駆動電圧VgsがHighレベルのときに“1”、Lowレベルのときに“0”を乗算することになるので、結局、駆動電圧VgsがHighレベルのときの位相検出部位の電流又は電圧を積分器92で平均化した値を位相弁別器93で所定レベルと比較して、2値信号を出力することになる。
When the driving voltage Vgs of the switching element Q2 is used as the reference voltage of the
なお、乗算器91は駆動電圧VgsがHighレベルのときに“0”、Lowレベルのときに“1”を乗算するようにしても良い。この場合、駆動電圧VgsがLowレベルのときの位相検出部位の電流又は電圧を積分器92で平均化した値を位相弁別器93で所定レベルと比較して、2値信号を出力することになる。
The
最も簡単な構成例として、スイッチング素子Q2の主電極の駆動電圧Vgsと、電力変換回路4の出力電流の瞬時値との駆動周波数1周期分の瞬時値の積の和を用いて位相を検出する構成とすれば、駆動電圧VgsがHighレベル又はLowレベルのときの電流検出抵抗R1の検出電圧をCR積分回路により平均化した電圧を所定の基準電圧と比較することで、位相の遅れ・進みを判定できる。
As the simplest configuration example, the phase is detected using the sum of the products of the instantaneous values for one cycle of the driving frequency of the driving voltage Vgs of the main electrode of the switching element Q2 and the instantaneous value of the output current of the
図6に本発明の実施例5の構成を示す。本実施例では、位相検出回路9は、誘導コイル電流の位相を検出する構成となっている。このように、位相検出回路9が、誘導コイル電流の位相を検出する構成とすることで、この誘導コイル2を含む共振系の共振を正確に判断することが可能となり、より正確に、電力制御をすることが可能な無電極放電灯点灯装置を得ることが出来る。
FIG. 6 shows the configuration of the fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the
図7に本発明の実施例6の構成を示す。本実施例では、キャパシタンス素子は誘導コイル2に直列に接続されて直列共振回路を形成するとともに、制御回路7は、前記直列共振回路の電流の位相が遅れ位相となるようにスイッチング素子Q1,Q2の駆動周波数を制御する構成となっている。
FIG. 7 shows the configuration of
無電極放電灯点灯装置の誘導コイル2は、ランプ始動前はほとんど抵抗成分が無く、ランプ点灯後に並列に抵抗が接続された等価回路で近似することが出来る。
The
本実施例では、キャパシタンス素子は誘導コイル2に直列に接続され直列共振回路を形成するため、ランプの点灯直後から直列共振回路の位相は遅れとなっている。ランプ安定時の動作点を遅れ位相とし、前記制御回路7は、前記直列共振回路の電流の位相が遅れ位相となるようにスイッチング素子Q1,Q2の駆動周波数を制御する構成とすることで、ランプ点灯前・点灯直後・安定点灯時の全ての状態で遅れ位相で動作させることが可能となる。
これにより、制御系の構成が簡易になり、小型で信頼性の高い無電極放電灯点灯装置を得ることが出来る。
In this embodiment, since the capacitance element is connected in series to the
Thereby, the configuration of the control system is simplified, and a small and highly reliable electrodeless discharge lamp lighting device can be obtained.
図8に本発明の実施例7の構成を示す。本実施例では、キャパシタンス素子は誘導コイル2に並列に接続され並列共振回路を形成するとともに、制御回路7は、前記並列共振回路の電流の位相が進み位相となるようにスイッチング素子Q1,Q2の駆動周波数を制御する構成となっている。この場合、並列共振回路の電流の位相を検出すれば良いので、誘導コイル2の直接の電流を検出するより少ない電流の位相を検出すれば良い。このため、検出手段が小型になり、小型な無電極放電灯点灯装置を得ることが出来る。
FIG. 8 shows the configuration of the seventh embodiment of the present invention. In this embodiment, the capacitance element is connected in parallel to the
図9に本発明の実施例8の構成を示す。本実施例では、制御回路7は、位相検出回路9の検出値が設定した位相値と異なった場合に、駆動周波数を一時的に、設定した位相値となる方向に、設定した位相値より大きな変化をもたらすように周波数を変化させる手段12を設けた構成となっている。
FIG. 9 shows the configuration of the eighth embodiment of the present invention. In the present embodiment, when the detection value of the
具体的には、制御回路7内にスイッチ素子Sを設け、前記位相検出回路9の指示値が設定した位相値と異なった場合に、一時的にスイッチ素子Sを短絡し、駆動回路6の発振周波数を決定するコンデンサの充放電回路を流れる電流を一時的に変化させ、駆動周波数を変化させている。一時的な周波数の変化により真の位相状態に移ると、その位相状態の中でスイッチング素子Q2の主電極の電流値を検出する電流検出回路8により安定状態となり、求める出力電力を得ることが出来る。
Specifically, a switch element S is provided in the
その原理を図15により説明する。例えば、動作点bで発振すべきところを動作点b”で動作していたとする。この場合、位相検出回路9の検出値は設定した位相値とは異なり、その周波数近傍でスイッチング素子Q2の主電極の電流値を指示値に合わせる制御を行なっても、求める出力電力とはならない。このように、位相値が異なる場合には、一度その位相状態から抜け出さなければ、求める出力電力の状態を得ることは出来ない。そこで、この場合、動作点bとb”の間で動作点bに近い方向に周波数を振るのではなく、さらに大きく周波数を変化させて、動作点bよりも高い周波数にまで振ってしまう。この状態から、電流検出抵抗R1によるフィードバック制御を掛けると、動作点bで落ち着くことになる。
The principle will be described with reference to FIG. For example, it is assumed that the part that should oscillate at the operating point b is operating at the operating point b ″. In this case, the detected value of the
このように、本実施例では、偽の位相状態に陥った場合でも、簡易な構成ですばやく真の位相状態に戻すことが出来、ストレスの少ない、小型で安価な無電極放電灯点灯装置を得ることが出来る。 As described above, in this embodiment, even when a false phase state occurs, it is possible to quickly return to the true phase state with a simple configuration, and to obtain a small and inexpensive electrodeless discharge lamp lighting device with less stress. I can do it.
図10に本発明の実施例9の構成を示す。本実施例では、上述の実施例8において、前記周波数変化手段は、無電極放電ランプ1の始動後、無電極放電灯点灯装置が温度的に略安定動作状態になった後に、一定間隔で動作することを特徴とする。温度的に略安定動作状態となることの検出には、ランプ始動後の時間を測定する計時回路13を用いている。これにより、前記周波数変化手段は、無電極放電ランプの始動後、無電極放電灯点灯装置が温度的に略安定動作状態になった後に、一定間隔で動作する構成となっている。これにより、設計した光出力が求められる安定点灯時に、正確に出力電力を合わすことが可能となる。
FIG. 10 shows the configuration of the ninth embodiment of the present invention. In the present embodiment, in the above-described eighth embodiment, the frequency changing means operates at regular intervals after the
また、一定間隔で動作することにより、万一、何らかの原因により、偽の位相状態に陥った場合でも、その状態から抜け出すことが出来、出力電力を安定して出力する無電極放電灯点灯装置を得ることが出来る。 In addition, by operating at regular intervals, in the event that it falls into a false phase state for any reason, an electrodeless discharge lamp lighting device that can get out of that state and stably output power is provided. Can be obtained.
図11は本実施例をデジタル系で構成した場合の動作説明のためのフローチャートである。ここでは、制御回路7をマイコンで構成し、タイマー割込を用いて一定間隔で位相検出を行うようにしている。その前提として、例えば1msごとに電流検出回路8の検出値をマイコンの入力ポートから取り込んで、駆動回路6の発振周波数fをフィードバック制御する。電流の検出値が過大であれば発振周波数fを微小量δf減少させ、過小であれば発振周波数fを微小量δf増加させ、適正であれば、その発振周波数fを維持する。この電流フィードバック制御のためのタイマー割込の回数をカウントすることで、一定間隔ごとに位相検出回路9により位相を検出し、検出位相が設定値から外れていれば、駆動回路6の発振周波数fを通常の変化幅δfよりも十分に大きい変化量ΔF(≫δf)だけ高周波側に変化させる。これにより、万一、何らかの原因により、偽の位相状態に陥った場合でも、その状態から抜け出すことが出来、その後、通常の電流フィードバック制御を行うことで、適正な出力を安定して維持することができる。
FIG. 11 is a flowchart for explaining the operation when the present embodiment is configured as a digital system. Here, the
なお、図2〜図10の直流電源Eは、図1に示すように、商用交流電源Vsから整流ブリッジDBと昇圧チョッパ回路51を介して平滑コンデンサC0に直流電圧を得る構成に限らず、単純なコンデンサ入力型の整流平滑回路を用いても良いし、その他のチョッパ回路またはコンバータ回路を用いても構わない。
2 to 10 is not limited to a configuration in which a DC voltage is obtained from the commercial AC power supply Vs to the smoothing capacitor C0 via the rectifier bridge DB and the step-up
本発明は、高効率でランプ交換頻度の少ない長寿命の照明装置として、例えば、屋外や高所の照明装置に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as, for example, an outdoor or high-level lighting device as a long-life lighting device with high efficiency and low lamp replacement frequency.
1 無電極放電ランプ
2 誘導コイル
3 共振回路
4 電力変換回路
5 電源回路
6 駆動回路
7 制御回路
8 電流検出回路
9 位相検出回路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003367592A JP2005135619A (en) | 2003-10-28 | 2003-10-28 | Electrode-less discharge lamp lighting device and lighting system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003367592A JP2005135619A (en) | 2003-10-28 | 2003-10-28 | Electrode-less discharge lamp lighting device and lighting system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005135619A true JP2005135619A (en) | 2005-05-26 |
Family
ID=34645556
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003367592A Pending JP2005135619A (en) | 2003-10-28 | 2003-10-28 | Electrode-less discharge lamp lighting device and lighting system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005135619A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007265901A (en) * | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Lighting device of electroless discharge lamp |
KR100860851B1 (en) * | 2007-07-30 | 2008-09-29 | 한국에너지기술연구원 | Drive circuit for high-intensity discharge lamp |
WO2013080279A1 (en) * | 2011-11-28 | 2013-06-06 | 三菱電機株式会社 | Auxiliary power source device for vehicle and overcurrent protection method |
-
2003
- 2003-10-28 JP JP2003367592A patent/JP2005135619A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007265901A (en) * | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Lighting device of electroless discharge lamp |
KR100860851B1 (en) * | 2007-07-30 | 2008-09-29 | 한국에너지기술연구원 | Drive circuit for high-intensity discharge lamp |
WO2013080279A1 (en) * | 2011-11-28 | 2013-06-06 | 三菱電機株式会社 | Auxiliary power source device for vehicle and overcurrent protection method |
KR101525752B1 (en) * | 2011-11-28 | 2015-06-03 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | Auxiliary power source device for vehicle and overcurrent protection method |
US9595886B2 (en) | 2011-11-28 | 2017-03-14 | Mitsubishi Electric Corporation | Vehicle auxiliary power supply device and overcurrent protection method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100914433B1 (en) | Circuit arrangement | |
JP2008181900A (en) | Hid lamp ballast, and hid lamp operation method | |
KR19980063601A (en) | Inverter | |
US7365498B2 (en) | Electrodeless discharge lamp lighting device and luminaire | |
US8305000B2 (en) | Discharge lamp lighting apparatus | |
US7498750B2 (en) | Gas discharge lamp driving circuit and method with resonating sweep voltage | |
US8294390B2 (en) | Discharge lamp lighting apparatus | |
KR101114490B1 (en) | Electronic ballast for discharge lamp | |
JP4354803B2 (en) | Ballast for driving discharge lamp | |
JP2005135619A (en) | Electrode-less discharge lamp lighting device and lighting system | |
US6445140B2 (en) | Circuit device | |
JP4014576B2 (en) | Electrodeless discharge lamp power supply | |
CN1937876A (en) | High voltage discharge lamp lighting device and illumination apparatus | |
CA2652927C (en) | Discharge-lamp lighting device and luminaire | |
EP2866531B1 (en) | Discharge lamp lighting device, discharge lamp lighting method, and projector | |
EP1186210A1 (en) | Switched dimming ballast | |
JP5163892B2 (en) | Discharge lamp lighting device | |
JP4186788B2 (en) | Electrodeless discharge lamp lighting device | |
JP2010123522A (en) | Electrodeless discharge lamp lighting device and luminaire | |
JP4543646B2 (en) | High pressure discharge lamp lighting device and lighting device | |
JP2004288375A (en) | High pressure discharge lamp lighting device | |
JP6262135B2 (en) | Electronic ballast | |
JP2009176679A (en) | Discharge lamp lighting device, and luminaire | |
JP2011029096A (en) | Discharge lamp lighting device and lighting apparatus | |
JP2005063862A (en) | Electrodeless discharge lamp lighting apparatus and lighting device |