JP2005174609A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＷＭ制御によって放電灯の調光を行うインバータを用いた照明装置において、無負荷状態に発生する過大なリンギング電圧を抑制することで、電子部品への印加ストレスを抑制し、安価で小型化が容易な放電灯の点灯装置を提供する。
【解決手段】間欠発振の開始時にリンギング電圧を生じる自励発振式の共振型インバータ１を備え、インバータ１の発振動作を停止および再開させる調光用スイッチング素子Ｑ３のオン・オフ比率を制御することで放電灯ＦＬの調光を行う照明装置であって、電源投入時から検出回路３が放電灯ＦＬの点灯状態を判断するまでの期間、インバータ１が発振動作を停止しないように調光用スイッチング素子Ｑ３を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自励発振式の共振型インバータを用いてＰＷＭ制御により放電灯を調光点灯させる照明装置に関するものである。

蛍光灯などの放電灯を調光点灯させる手段としては、例えば特開平５−１９８３８４に記載されているようなＰＷＭ制御方式が一般的に知られている。具体的には、図８に示すように、調光制御回路２ａに接続されたスイッチング素子Ｑ３をＰＷＭ調光信号に応じてオン・オフさせることで、自励発振式のインバータ１への電力供給を周期的に断続させる。ＰＷＭ信号の周波数は一般的に、インバータの発振周波数よりも低く設定され、例えば特開平５−１９８３８４ではＰＷＭ調光信号が約１２０Ｈｚ、インバータのスイッチング周波数が約３５ＫＨｚと開示されている。
特開平５−１９８３８４号公報

しかし、上述のようなＰＷＭ制御によって放電灯を調光点灯させようとすると、図９に示すように、スイッチング素子Ｑ３がオンするごとにＰＷＭ調光信号の周期Ｔで繰り返される瞬間的な過電圧（以下リンギング電圧と称する）がインバータ発振電圧に発生する。このリンギング電圧は、放電灯が接続された状態であれば、放電灯を点灯させるエネルギーとして消費されるが、放電灯が外された無負荷状態ではエネルギーを消費する負荷が無いため、無負荷時の方が過大な電圧になる。従って、インバータ回路のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２やトランスＴ１などの電子部品は、耐電圧の高い部品の選定が必要になり、部品の大型化やコストが高くなるという問題が生じる。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、リンギング電圧による電子部品への印加ストレスを抑制することで、安価で小型でありながら放電灯の調光点灯が可能な照明装置を提供することを目的とするものである。

本発明にあっては、上記の課題を解決するために、図１に示すように、直流電源ＤＣからの供給電力を高周波の交流に変換して放電灯ＦＬを点灯させるインバータ１と、放電灯ＦＬの点灯状態を検出する検出回路３と、インバータ１の発振動作を停止および再開させる調光用スイッチング素子Ｑ３と、調光用スイッチング素子Ｑ３のオン・オフ比率を制御することで放電灯ＦＬの調光を行う制御回路とからなり、インバータ１は間欠発振の開始時にリンギング電圧を生じる自励発振式の共振型インバータであり、放電灯ＦＬの調光はインバータ１の発振周波数よりも低い周波数で調光用スイッチング素子Ｑ３をオン・オフするＰＷＭ制御で行う照明装置であって、制御回路は、電源投入時から検出回路３が放電灯ＦＬの点灯状態を判断するまでの期間、インバータ１が発振動作を停止しないように調光用スイッチング素子Ｑ３を制御することを特徴とするものである。

本発明によれば、自励発振式の共振型インバータを用いてＰＷＭ制御により放電灯を調光点灯させる照明装置において、無負荷状態に発生する過大なリンギング電圧を抑制することで、電子部品への印加ストレスを抑制し、安価で小型化が容易な放電灯の点灯装置を提供することが可能となる。

（実施形態１）
図１に本発明の実施形態１の回路構成を示す。本実施形態では、図８の従来例に対して、放電灯ＦＬの点灯状態をＰＷＭ制御部２にフィードバックさせる検出回路３を追加している。以下、その回路構成について説明する。

直流電源ＤＣの一端は調光用スイッチング素子Ｑ３と定電流用インダクタＬ１を介して発振トランスＴ１の１次巻線のセンタータップに接続されている。発振トランスＴ１の１次巻線の両端は発振用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を介して直流電源ＤＣの他端に接続されている。発振トランスＴ１の１次巻線の両端には共振用のコンデンサＣ１が並列接続されている。発振用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はここではバイポーラトランジスタよりなり、そのベースには抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して直流バイアスが付与されている。また、この直流バイアスに重畳して

発振トランスＴ１の帰還巻線から自励発振用の帰還バイアスが付与されている。発振トランスＴ１の２次巻線にはバラスト用のコンデンサＣ２を介して放電灯ＦＬ（例えば、冷陰極蛍光灯）が接続されている。

また、放電灯ＦＬのランプ電流を検出できる箇所に検出回路３が挿入されている。この検出回路３は、放電灯ＦＬの点灯状態を判別し、放電灯ＦＬが無負荷状態であるか安定点灯状態であるかの判別結果を出力する。検出回路３の出力はＰＷＭ制御部２に入力されている。

ＰＷＭ制御部２は、直流電源ＤＣを電源として動作し、調光点灯用の低周波のＰＷＭ信号を発振出力する矩形波発振器であり、ＰＷＭ信号によりスイッチング素子Ｑ４をオン・オフすることで、抵抗Ｒ３を介してスイッチング素子Ｑ３をオン・オフ制御する制御回路を構成している。ＰＷＭ制御部２は電源投入から所定時間はスイッチング素子Ｑ３のオンデューティーが１００％となるように制御する。その後、検出回路３の出力に応じて、放電灯ＦＬが無負荷状態であるときにはオンデューティー０％となるように、放電灯ＦＬが安定点灯状態であるときには所定のオンデューティーとなるように制御する。

図２は具体的な動作を示すフローチャートである。電源投入時は、放電灯が不点灯のため、タイマー等によりオンデューティー１００％で動作させる。その後、検出回路によって放電灯が点灯しているか否かの判断をし、放電灯が点灯している場合はＰＷＭ制御によって調光点灯動作に移行し、無負荷状態の場合はオンデューティーを０％とし、インバータの動作を停止させる。また、ＰＷＭ制御によって調光点灯動作中に放電灯が外されるなどして無負荷状態に至った場合においても、検出回路の出力を受けてオンデューティーを０％とし、インバータの動作を停止させる。

このようにすれば、放電灯を始動させようとしてインバータが起動する瞬間にはリンギング電圧が発生するが、オンデューティー１００％で始動させるので過大なリンギング電圧が継続することは無くなる。また、検出回路が無負荷状態と判断した時にはインバータの動作を停止させるので、リンギング電圧は発生しなくなる。一般的に、電子部品の耐電圧は、パルス的な過電圧であれば製品定格より高い電圧にも耐え得るので、本実施形態によれば、電子部品を大型化したり耐電圧を高くしたりすることなく、ＰＷＭ制御による放電灯の調光が可能となる。

図３は、放電灯の始動時における放電灯のインピーダンス変化を表したものである。一般的に、放電灯をインバータで始動させようとすると、始動の過程で放電灯のインピーダンスが無負荷状態の∞から点灯状態の所定値まで変化する。従って、放電灯を調光点灯させようとしてインバータをＰＷＭ制御しながら放電灯を始動させると、過渡状態におけるリンギング電圧は安定点灯時よりも高くなってしまう。

図４は従来例の動作説明図であり、同図（ａ）は点灯開始後、安定点灯に至るまでの過渡状態（図３のａ点）におけるＰＷＭ調光信号とインバータ発振電圧の関係を示しており、同図（ｂ）は安定点灯時（図３のｂ点）におけるＰＷＭ調光信号とインバータ発振電圧の関係を示している。

図５は本実施形態の動作説明図であり、同図（ａ）は点灯開始後、安定点灯に至るまでの過渡状態におけるＰＷＭ調光信号とインバータ発振電圧の関係を示しており、インバータは連続発振動作となっている。同図（ｂ）は安定点灯時におけるＰＷＭ調光信号とインバータ発振電圧の関係を示している。つまり、放電灯のインピーダンスが高い過渡状態（図３のａ点）におけるＰＷＭ調光信号のオンデューティを１００％とし、インバータをオンデューティー１００％で動作させて放電灯を始動させ、放電灯が安定点灯（図３のｂ点）した後にＰＷＭ動作させることで、過大なリンギング電圧が継続して発生しないよう抑制するものである。

以上のように、実施形態１では、インバータをオンデューティー１００％で動作させて放電灯を始動させ、放電灯が安定点灯した後にＰＷＭ制御によって調光させ、調光点灯中に放電灯が外された場合にはインバータを停止させることで、過大なリンギング電圧が継続して発生することが無くなり、電子部品を大型化したり耐電圧を高くしたりすること無く、ＰＷＭ制御による放電灯の調光が可能となり、かつ安全性の高い照明装置を提供することが可能となる。

（実施形態２）
実施形態１によって、無負荷状態におけるリンギング電圧の発生を抑制することが可能となった。しかし、冷陰極蛍光灯などのように、暗所で始動しにくい放電灯を点灯させる場合は、希に始動に失敗する場合がある。このような暗所での始動性を向上させる技術としては、例えば特開２０００−１８８１９２がある。点灯開始から所定時間経過して放電灯の点灯状態が確定した段階で、無負荷状態で不点となっているのか、暗所始動に失敗したのかを判断し、後者の場合は暗黒状態を回避するルーチンを実行する。本実施形態は、暗所始動の判断機能を有する照明装置において、ＰＷＭ制御による調光点灯を行う例である。

このような暗所始動失敗による暗黒状態の回避ルーチンを有する照明装置において、放電灯をＰＷＭ制御によって調光させる場合は、図６に示すフローチャートを実行することで、調光点灯時のリンギング電圧を抑制することができる。回路構成は実施形態１と同じであるので省略する。具体的には、点灯開始からオンデューティー１００％で動作させたのち、暗所始動に失敗していないかどうか判断し、成功している場合には所定のオンデューティーで調光点灯をさせ、失敗した場合には暗黒状態を回避するためインバータを間欠発振させる。例えば、発振時間を３６０ｍｓｅｃ、停止時間を３ｓｅｃとして、間欠的に動作させる。調光点灯に移行した場合は実施形態１と同じ処理であるので説明は省略する。間欠発振に移行した場合は、間欠発振によってランプの点灯に成功すれば点灯開始と同様の処理を行い、失敗した場合は間欠発振を継続させる。

この結果、放電灯が安定して点灯している時のみＰＷＭ制御による調光点灯を行うことが可能となり、リンギング電圧を抑制するとともに暗所始動の性能も確保することができる。厳密に言えば、暗所始動失敗時の間欠発振継続中は無負荷状態とほぼ同じであるため、間欠発振のインバータ起動ごとにリンギング電圧が発生するが、特開２０００−１８８１９２にもあるように間欠発振時のインバータ動作時間は０．３６秒程度の短時間で良いので、実施形態１と同様にパルス的な過電圧であれば製品定格より高い電圧にも耐え得るので、電子部品を大型化したり耐電圧を高くしたりすること無く、ＰＷＭ制御による放電灯の調光が可能となる。なお、放電灯を点灯させるインバータ回路は、点灯開始から放電灯を数秒以内に安定点灯するように設計するのが一般的である。従って、実施形態１および２において、オンデューティー１００％で動作させる期間を、放電灯の点灯状態に関わらず、例えば３秒間などの一定時間としても良い。

以上のように、実施形態２では、暗所始動失敗時の処理と組み合わせることにより、リンギング電圧を抑制するとともに暗所始動の性能も確保することができる。

（実施形態３）
図７は本発明の実施形態３の回路図である。図中、４は商用電源、５は商用電源を降圧する降圧回路、６は商用電源の停電を検出する停電検出回路、７は蓄電池、８は停電検出回路の出力を受けて商用電源による常用点灯と蓄電池による非常用点灯を切り替える切替回路、９は商用電源の通電時に降圧回路の出力により蓄電池を充電する充電回路である。１はＰＷＭ制御による調光機能を有するインバータである。インバータの構成については実施形態１または２と同様である。

非常灯や誘導灯などの非常用照明装置では、商用電源通電時に点灯させる光源と、停電時に点灯させる光源とを兼用して、照明装置の意匠性を高めているものが多い。このような照明装置では、図７に示すように、通電時は蓄電池７への充電を行うとともにインバータ１によって放電灯ＦＬを点灯させ、停電時はインバータ１の電源を蓄電池７に切り替える構成を用いている。

一般的に、停電時は商用電源通電時よりも光出力を低くするので、停電時にＰＷＭ制御によって調光を行うことで、所定の光出力を得ることが可能となる。また、商用電源通電時にもＰＷＭ制御による調光を行えば、オンデューティーの違いによって光出力の違う商品であっても回路を共通化することが可能となり、装置のコストダウンを図ることが可能となる。

なお、いずれの実施形態においても、ＰＷＭ調光信号に応じてオン・オフする調光用スイッチング素子Ｑ３の挿入位置は、図１に示すように、インバータへの電力供給を遮断する位置へ挿入しても良いし、図８のようにインバータの発振用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の駆動回路（直流バイアス）を遮断する位置へ挿入しても良く、同様な効果が得られる。

本発明の実施形態１の構成を示す回路図である。 本発明の実施形態１の動作を示すフローチャートである。 放電灯のインピーダンスの時間的変化を示す説明図である。 従来例の動作を示す波形図である。 本発明の実施形態１の動作を示す波形図である。 本発明の実施形態２の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態１または２を用いた非常用照明装置の構成を示すブロック回路図である。 従来例の回路図である。 従来例の動作を示す波形図である。

符号の説明

１ インバータ
２ ＰＷＭ制御部
３ 検出回路
ＦＬ 放電灯
Ｑ３ スイッチング素子

Claims (3)

1. 直流電源からの供給電力を高周波の交流に変換して放電灯を点灯させるインバータと、放電灯の点灯状態を検出する検出回路と、インバータの発振動作を停止および再開させる調光用スイッチング素子と、調光用スイッチング素子のオン・オフ比率を制御することで放電灯の調光を行う制御回路とからなり、インバータは間欠発振の開始時にリンギング電圧を生じる自励発振式の共振型インバータであり、放電灯の調光はインバータの発振周波数よりも低い周波数で調光用スイッチング素子をオン・オフするＰＷＭ制御で行う照明装置であって、制御回路は、電源投入時から検出回路が放電灯の点灯状態を判断するまでの期間、インバータが発振動作を停止しないように調光用スイッチング素子を制御することを特徴とする照明装置。
2. 請求項１において、放電灯は冷陰極蛍光灯であり、制御回路は、検出回路が放電灯は無負荷状態であると判断したときには、インバータが発振動作を停止し続けるように調光用スイッチング素子を制御し、検出回路が放電灯は暗所始動に失敗したと判断したときには、インバータが間欠発振するように調光用スイッチング素子を制御することを特徴とする照明装置。
3. 請求項１又は２において、インバータは商用電源と前記直流電源を電源として動作し、少なくとも商用電源の停電時には前記直流電源によって放電灯を点灯させることを特徴とする非常用照明装置。

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