JP2005310735A

JP2005310735A - 放電灯点灯装置および照明装置

Info

Publication number: JP2005310735A
Application number: JP2004253517A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kudo; 啓之工藤; Hirokazu Otake; 寛和大武; Katsuyuki Kobayashi; 勝之小林
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】部品の発熱などを抑制して直流電圧源の出力電圧が低いときにも適切にインバータ回路を制御できる放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】調光点灯時には調光信号はＬレベルのためトランジスタQ2はオフし、抵抗R5と抵抗R6，R7の分圧電圧でチョッパ制御ＩＣ16で検出する出力電圧を設定するため、昇圧チョッパ回路14は調光点灯の低い出力電圧で出力する。蛍光ランプFLには全光点灯時より低い電圧の調光点灯状態でインバータ回路21から高周波交流電圧が印加し、蛍光ランプFLは調光点灯する。調光信号により電界効果トランジスタQ5はオフ状態となり、スナバ回路26は、スナバコンデンサC8にスナバコンデンサC9が並列に接続された状態になるため、インバータ制御ＩＣ23へ電源を供給する容量は大きくなる。インバータ回路21が一定の周波数で動作していても、インバータ制御ＩＣ23に適切な電流を供給し、正常に動作する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電ランプを調光可能に点灯する放電灯点灯装置および照明装置に関する。

従来、電源回路に２つのスイッチング素子を有するハーフブリッジ型のインバータ回路を接続し、インバータ回路はインバータ制御回路により制御される。また、このインバータ回路の低圧側のスイッチング素子に対して並列にスナバ回路を形成し、このスナバ回路をインバータ制御回路の電源としている（たとえば特許文献１）。
特開２００３−２２４９８０号公報

しかしながら、上記背景技術の構成の場合、電源回路の電圧を低下させてインバータ回路の出力電圧も低下させ、この低下された出力電圧で負荷となる放電ランプを点灯させると、スナバ回路に流れる電流が低下する。このため、通常出力より出力電圧が低いたとえば始動時あるいは調光時にインバータ制御回路への電流が低下し、制御が不安定になる。一方、この状態でインバータ制御回路への電流が十分になるように設計すると、全光点灯の電源回路の出力電圧が高い状態では、供給量が過剰になり部品の発熱が生じたり、あるいは、部品の発熱などを抑制するために定格を高くする必要がある。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、部品の発熱などを抑制して出力電圧が低いときにも適切にインバータ回路を制御できる放電灯点灯装置および照明装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の放電灯点灯装置は、直流電圧を出力する直流電圧源と；直流電圧源の出力に接続されるスイッチング素子を有し、このスイッチング素子を動作させて放電ランプを周波数一定で点灯させるインバータ回路と；スイッチング素子に対して並列に接続される複数のスナバコンデンサを有するスナバ回路と；直流電圧源の出力電圧が低いときには複数のスナバコンデンサへの充電電流からつくられる電源を供給源とするとともに、出力電圧が低い状態より出力が高い所定値以上の出力電圧のときには出力電圧が低いときより少ない個数のスナバコンデンサへの充電電流からつくられる電源を供給源として動作するインバータ回路を制御するインバータ制御手段とを具備したもので、出力電圧が低くなると電気的に複数のスナバコンデンサを接続して見掛け上の容量を大きくするもので、出力電圧が所定値以上のときはインバータ制御手段の動作電圧源が出力電圧の低いときに比べて少ない個数のスナバコンデンサから供給されるため、簡単にスナバ回路からインバータ制御手段への電力を制御し、出力電圧が低くてもインバータ制御手段を適切に動作させることができるとともに、スナバ回路からの電力量を十分にするために通常時に必要以上にスナバ回路からの電力を大きくする必要もないので、部品などの発熱を生ずることなく、電圧の低下時にも確実にインバータ制御手段を制御する。

請求項２記載の放電灯点灯装置は、出力電圧を少なくとも２段階で変化することができ、かつ、調光時は出力電圧を低下させる直流電圧源と；スイッチング素子を有し、このスイッチング素子を動作させて放電ランプを周波数一定で点灯させるインバータ回路と；スイッチング素子に対して並列に接続される複数のスナバコンデンサを有するスナバ回路と；調光時には複数のスナバコンデンサへの充電電流からつくられる電源を供給源とするとともに、全光時には調光時より少ない個数のスナバコンデンサへの充電電流からつくられる電源を供給源として動作するインバータ回路を制御するインバータ制御手段とを具備したもので、調光信号が入力されると電気的に複数のスナバコンデンサを接続して見掛け上の容量を大きくするもので、調光信号により全光点灯と調光点灯とを切り換え、この切り換えにより直流電圧源の出力電圧および複数のスナバコンデンサの接続を切り換えてインバータ制御手段の動作電圧源を変化させるため、簡単にスナバ回路からインバータ制御手段への電力を制御し、直流電圧源の出力電圧を低下させてもインバータ制御手段を適切に動作させることができるとともに、直流電圧源の出力電圧が高い時に必要以上にスナバ回路からの電力を大きくする必要もないので、部品などの発熱を生ずることなく、電圧の低下時にも確実にインバータ制御手段を制御する。

請求項３記載の照明装置は、放電ランプが装着される器具本体と；放電ランプを点灯させる請求項１または２記載の放電灯点灯装置とを具備したもので、それぞれの作用を奏する。

請求項１記載の放電灯点灯装置によれば、出力電圧が低くなると電気的に複数のスナバコンデンサを接続して見掛け上の容量を大きくするもので、出力電圧が所定値以上のときはインバータ制御手段の動作電圧源が出力電圧の低いときに比べて少ない個数のスナバコンデンサから供給されるため、簡単にスナバ回路からインバータ制御手段への電力を制御し、出力電圧が低くてもインバータ制御手段を適切に動作させることができるとともに、スナバ回路からの電力量を十分にするために通常時に必要以上にスナバ回路からの電力を大きくする必要もないので、部品などの発熱を生ずることなく、電圧の低下時にも確実にインバータ制御手段を制御できる。

請求項２記載の放電灯点灯装置によれば、調光信号が入力されると電気的に複数のスナバコンデンサを接続して見掛け上の容量を大きくするもので、調光信号により全光点灯と調光点灯とを切り換え、この切り換えにより直流電圧源の出力電圧および複数のスナバコンデンサの接続を切り換えてインバータ制御手段の動作電圧源を変化させるため、簡単にスナバ回路からインバータ制御手段への電力を制御できるとともに、直流電圧源の出力電圧を低下させてもインバータ制御手段を適切に動作させることができるとともに、直流電圧源の出力電圧が高い時に必要以上にスナバ回路からの電力を大きくする必要もないので、部品などの発熱を生ずることなく、電圧の低下時にも確実にインバータ制御手段を制御できる。

請求項３記載の照明装置によれば、放電ランプを点灯させる請求項１または２記載の放電灯点灯装置とを具備したので、それぞれの効果を奏することができる。

以下、本発明の照明装置の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図２は照明装置の外観を示す斜視図で、この図２に示すように、照明器具本体１には円環状の放電ランプとしての消費電力の蛍光ランプFLが配設され、この蛍光ランプFLを覆うように乳白色のセード２が照明器具本体１に装着されている。

図１は放電灯点灯装置を示す回路図で、放電灯点灯装置11は照明器具本体１に収納され、図１に示すように、商用交流電源ｅに力率改善回路として機能する直流電圧源12が接続され、商用交流電源ｅには全波整流回路としてたとえばダイオードブリッジ13が接続され、このダイオードブリッジ13の出力端子には平滑用のコンデンサC1が接続されている。

また、コンデンサC1には、昇圧チョッパ回路14が接続され、この昇圧チョッパ回路14はコンデンサC1にインダクタL1、チョッパ用スイッチング素子としての電界効果トランジスタQ1および電流検出用の抵抗R1が直列に接続され、電界効果トランジスタQ1および抵抗R1に対して並列にダイオードD1およびコンデンサC2の直列回路が接続されている。

さらに、電界効果トランジスタQ1のゲートには、チョッパ制御手段15のたとえばＳＴマイクロ社製型番Ｌ６５６１のチョッパ制御ＩＣ16が接続され、このチョッパ制御ＩＣ16は電源Ｖccおよびダイオードブリッジ13の負極にも接続されている。また、チョッパ制御ＩＣ16はインダクタL1に磁気的に接続された電流検出用の検出巻線L2の一端に抵抗R2を介して接続され、検出巻線L2の他端はダイオードブリッジ13の負極に接続されている。

また、コンデンサC1に対して並列に抵抗R3および抵抗R4の直列回路が接続され、抵抗R3および抵抗R4の接続点がチョッパ制御ＩＣ16に接続されている。さらに、コンデンサC2に対して並列に抵抗R5、抵抗R6および抵抗R7の直列回路が接続され、抵抗R5および抵抗R6の接続点がチョッパ制御ＩＣ16に接続されるとともに、コンデンサC3が接続されている。

そして、抵抗R7には出力電圧切換回路17が接続され、この出力電圧切換回路17は直流電圧源12の出力電圧値を２段階に切り換え、抵抗R7にスイッチング素子としてのトランジスタQ2のコレクタ、エミッタが接続され、このトランジスタQ2のベース、エミッタ間には抵抗R8が接続され、トランジスタQ2のベースには抵抗R9が接続されて調光信号が入力されるように形成されている。

また、昇圧チョッパ回路14にはハーフブリッジ型のインバータ回路21が接続されている。このインバータ回路21は、昇圧チョッパ回路14のコンデンサC2に対して並列に、スイッチング素子としての電界効果トランジスタQ3および電界効果トランジスタQ4が直列に接続されている。そして、電界効果トランジスタQ3および電界効果トランジスタQ4のゲートにはそれぞれインバータ制御手段22のたとえばＳＴマイクロ社製型番Ｌ６５７１のインバータ制御ＩＣ23が接続されている。

さらに、インバータ制御ＩＣ23には、電界効果トランジスタQ3および電界効果トランジスタQ4の接続点および電源Ｖccが接続されている。また、電源Ｖccおよびダイオードブリッジ13の負極の間に抵抗R11およびコンデンサC4の直列回路の周波数設定回路24が接続され、電源ＶccにダイオードD2およびコンデンサC5が接続され、これらダイオードD2およびコンデンサC5はインバータ制御ＩＣ23に接続されている。

また、インバータ回路21の電界効果トランジスタQ4には、負荷回路25が接続されている。この負荷回路25は電界効果トランジスタQ4の両端間に、直流カット用コンデンサC6、バラストチョークL3および蛍光ランプFLのフィラメントFLa，FLbの一端に接続され、蛍光ランプFLのフィラメントFLa，FLbの他端間には予熱用コンデンサC7が接続されている。

さらに、電界効果トランジスタQ4の両端間には、スナバ回路26が接続され、このスナバ回路26は電界効果トランジスタQ4の両端間にスナバコンデンサC8およびスイッチング素子となる電界効果トランジスタQ5の直列回路が接続され、スナバコンデンサC8に対して並列にスナバコンデンサC9およびダイオードD3の直列回路が接続され、スナバコンデンサC9およびダイオードD3の接続点は抵抗R12、ダイオードD4および平滑用コンデンサC10の直列回路を介してダイオードブリッジ13の負極に接続されている。また、ダイオードD4および平滑用コンデンサC10の接続点は電源Ｖccに接続され、平滑用コンデンサC10に対して並列にツェナダイオードZD1が接続されている。さらに、ダイオードブリッジ13の正極は、起動抵抗R15を介してダイオードD4および平滑用コンデンサC10の接続点に接続されている。

次に、上記実施の形態の動作について説明する。

まず、全光点灯時について説明する。

商用交流電源ｅの交流電圧をダイオードブリッジ13で全波整流し、コンデンサC1で平滑する。

チョッパ制御ＩＣ16では、抵抗R3および抵抗R4によりコンデンサC1の入力電圧を検出し、検出巻線L2でインダクタL1の入力電流を検出し、抵抗R1で電界効果トランジスタQ1に流れる電流を検出するとともに、抵抗R5、抵抗R6および抵抗R7の直列回路によりコンデンサC2の出力電圧を検出し、昇圧チョッパ回路14は出力電圧一定の出力をする。

また、全光点灯時には調光信号はＨレベルのため、トランジスタQ2はオンし、抵抗R7をバイパスするので、出力電圧は抵抗R5および抵抗R6の分圧比で決まる出力電圧でフィードバック制御して低くして、昇圧チョッパ回路14は全光点灯状態の出力電圧で出力する。

そして、蛍光ランプFLには高い電圧の全光点灯状態でインバータ回路21から高周波交流電圧が印加されるため、蛍光ランプFLは全光点灯する。

さらに、インバータ回路21は、蛍光ランプFLの点灯中は抵抗R11およびコンデンサC4で設定される周波数の一定周波数で動作する。また、インバータ制御ＩＣ23は、スナバ回路26が電源となる。具体的には、全光点灯時には調光信号はＨレベルであるため、電界効果トランジスタQ5はオン状態となる。このため、スナバコンデンサC9の充電電流はスナバコンデンサC9、抵抗R12、ダイオードD4および平滑用コンデンサC10の経路で流れ、スナバコンデンサC9の放電電流は電界効果トランジスタQ5、ダイオードD3およびスナバコンデンサC9の経路で流れ、スナバコンデンサC8の充放電電流はいずれの場合も電界効果トランジスタQ5を介して流れ平滑用コンデンサC10には流れない。したがって、平滑用コンデンサC10の両端電圧はツェナダイオードZD1で設定される電圧で一定電圧となりインバータ制御ＩＣ23およびチョッパ制御ＩＣ16に印加される。なお、インバータ制御ＩＣ23およびチョッパ制御ＩＣ16の消費電流の余剰分はツェナダイオードZD1に流れる。

次に、調光点灯時について説明する。

全光点灯時の場合と同様に、チョッパ制御ＩＣ16では、抵抗R5、抵抗R6および抵抗R7の直列回路によりコンデンサC2の出力電圧を検出し、昇圧チョッパ回路14は出力電圧一定の出力をするが、調光点灯時には調光信号はＬレベルのため、トランジスタQ2はオフし、抵抗R5、抵抗R6および抵抗R7の直列回路の、全光時よりも分圧比が高い抵抗R5と抵抗R6および抵抗R7の分圧電圧でフィードバック制御するため、昇圧チョッパ回路14は調光点灯状態の低い出力電圧で出力する。

そして、蛍光ランプFLには全光点灯時より低い電圧の調光点灯状態でインバータ回路21から高周波交流電圧が印加されるため、蛍光ランプFLは調光点灯する。

さらに、インバータ回路21は、蛍光ランプFLの点灯中は抵抗R11およびコンデンサC4で設定される周波数の一定周波数で動作する。また、インバータ制御ＩＣ23は、スナバ回路26が電源となる。具体的には、調光点灯時には調光信号はＬレベルであるため、電界効果トランジスタQ5はオフ状態となる。このため、スナバコンデンサC9の充電電流はスナバコンデンサC9、抵抗R12、ダイオードD4および平滑用コンデンサC10の経路で流れるとともに、スナバコンデンサC8の充電電流はスナバコンデンサC8、ダイオードD3、抵抗R12、ダイオードD4および平滑用コンデンサC10の経路で流れる。このように、スナバコンデンサC8およびスナバコンデンサC9の充電電流が共に平滑用コンデンサC10に流れてインバータ制御ＩＣ23に供給される。したがって、平滑用コンデンサC10の両端電圧はツェナダイオードZD1により一定電圧となりインバータ制御ＩＣ23に印加され、インバータ制御ＩＣ23の消費電流の余剰分はツェナダイオードZD1に流れる。

また、スナバコンデンサC9の放電電流は電界効果トランジスタQ5の寄生ダイオード、ダイオードD3およびスナバコンデンサC9の経路で流れるとともに、スナバコンデンサC8の放電電流は電界効果トランジスタQ4の寄生ダイオードおよびスナバコンデンサC8の経路で流れる。

このような動作をするため、インバータ回路21が一定の周波数で動作していても、インバータ制御ＩＣ23およびチョッパ制御ＩＣ16には適切な値の電流が供給され、スナバ回路26を電源としてこのスナバ回路26を供給源としても所定の電圧を得ることができるため、インバータ制御ＩＣ23およびチョッパ制御ＩＣ16は動作が不安定になることなく正常に動作する。また、供給電流からインバータ制御ＩＣ23およびチョッパ制御ＩＣ16の消費電流をのぞいた過剰分はツェナダイオードZD1に流れるように供給量を切り換えるため、不要な余剰電流がツェナダイオードZD1および抵抗R12、ダイオードD4に流れることがなくなるので発熱が抑えられる。

なお、直流電圧源12は３段階以上あるいは連続的に出力電圧値を切り換え可能でもよく、この場合直流電圧源12の出力電圧の切り換えに対応してスナバコンデンサの電気的に接続される数を変化するように設定しても同様の効果を得ることができる。

また、インバータ回路21は、ハーフブリッジ型に限られることなく、一石式のものでも同様の効果を得ることができる。

次に、他の実施の形態を図３を参照して説明する。

図３は他の実施の形態の放電灯点灯装置を示す回路図で、基本的には図１に示す放電灯点灯装置11と同様であるが、調光信号は抵抗R9にのみ供給され、電界効果トランジスタQ4には供給されない構成である。また、電界効果トランジスタQ3および電界効果トランジスタQ4に対して並列に、抵抗R21および抵抗R22の直列回路が接続され、これら抵抗R21および抵抗R22の接続点はツェナダイオードZD2を介して電界効果トランジスタQ5のゲートに接続されており、この電界効果トランジスタQ5のゲート、ソース間には、コンデンサC21が接続されている。なお、抵抗R21、抵抗R22およびツェナダイオードZD2などにより、インバータ回路21の出力電圧を検出する出力電圧検出回路31が形成されている。

そして、この図３に示す放電灯点灯装置11も図１に示す放電灯点灯装置11と基本的には動作も同様であるが、調光信号によっては電界効果トランジスタQ4は制御されない。すなわち、図４に示すように、蛍光ランプFLが通常の全光点灯状態で、直流電圧源12の出力電圧が高い場合には、抵抗R21および抵抗R22の分圧された電圧も高くなるため、ツェナダイオードZD2がオンして電界効果トランジスタQ5のゲートにゲート電圧を印加し、電界効果トランジスタQ5がオンする。この電界効果トランジスタQ5のオンにより、スナバコンデンサC9の充電電流はスナバコンデンサC9、抵抗R12、ダイオードD4および平滑用コンデンサC10の経路で流れ、スナバコンデンサC9の放電電流は電界効果トランジスタQ5、ダイオードD3およびスナバコンデンサC9の経路で流れ、スナバコンデンサC8の充放電電流はいずれの場合も電界効果トランジスタQ5を介して流れ平滑用コンデンサC10には流れない。したがって、平滑用コンデンサC10の両端電圧はツェナダイオードZD1で設定される電圧で一定電圧となりインバータ制御ＩＣ23およびチョッパ制御ＩＣ16に印加される。なお、インバータ制御ＩＣ23およびチョッパ制御ＩＣ16の消費電流の余剰分はツェナダイオードZD1に流れる。

一方、図４に示すように、直流電圧源12の動作開始時、あるいは、調光信号が出力された蛍光ランプFLの調光時には、蛍光ランプFLが全光点灯状態より直流電圧源12からの出力電圧が低く、抵抗R21および抵抗R22の分圧された電圧も低くなるため、ツェナダイオードZD2がオフして電界効果トランジスタQ5のゲートにゲート電圧が印加されず、電界効果トランジスタQ5がオフする。この電界効果トランジスタQ5はオフにより、スナバコンデンサC9の充電電流はスナバコンデンサC9、抵抗R12、ダイオードD4および平滑用コンデンサC10の経路で流れるとともに、スナバコンデンサC8の充電電流はスナバコンデンサC8、ダイオードD3、抵抗R12、ダイオードD4および平滑用コンデンサC10の経路で流れる。このように、スナバコンデンサC8およびスナバコンデンサC9の充電電流が共に平滑用コンデンサC10に流れてインバータ制御ＩＣ23およびチョッパ制御ＩＣ16に供給される。したがって、平滑用コンデンサC10の両端電圧はツェナダイオードZD1により一定電圧となりインバータ制御ＩＣ23およびチョッパ制御ＩＣ16に印加され、インバータ制御ＩＣ23およびチョッパ制御ＩＣ16の消費電流の余剰分はツェナダイオードZD1に流れる。

また、スナバコンデンサC9の放電電流は電界効果トランジスタQ5の寄生ダイオード、ダイオードD3およびスナバコンデンサC9の経路で流れるとともに、スナバコンデンサC8の放電電流は電界効果トランジスタQ5の寄生ダイオードおよびスナバコンデンサC8の経路で流れる。

このように、単に調光時のみならず、直流電圧源12の動作開始などの出力電圧が低いときにもスナバ回路26の見掛け上の充電量を大きくできるため、蛍光ランプFLの始動時にもインバータ制御IC23によりインバータ回路21を制御できる。

また、他の実施の形態を図５を参照して説明する。

図５は他の実施の形態の放電灯点灯装置を示す回路図で、基本的には図３に示す放電灯点灯装置11と同様であるが、インバータ回路21の電界効果トランジスタQ3および電界効果トランジスタQ4の両端間に接続されていた分圧用の抵抗R21および抵抗R22に代えて、電界効果トランジスタQ4の両端間に分圧用の抵抗R25および抵抗R26を接続している。

このように、電界効果トランジスタQ4の両端間に接続しても、電界効果トランジスタQ4にはインバータ回路21の電界効果トランジスタQ3および電界効果トランジスタQ4の出力電圧にほぼ比例した電圧が出力されるため、図３に示す放電灯点灯装置11と同様に動作し、同様の効果を得ることができる。

本発明の放電灯点灯装置の一実施の形態を示す回路図である。同上照明装置の外観を示す斜視図である。同上他の実施の形態の放電灯点灯装置を示す回路図である。同上インバータ回路の出力電圧を示す図である。同上また他の実施の形態の放電灯点灯装置を示す回路図である。

符号の説明

１照明器具本体
11 放電灯点灯装置
12 直流電圧源
21 インバータ回路
22 インバータ制御手段
26 スナバ回路
C8，C9 スナバコンデンサ
FL 放電ランプとしての蛍光ランプ
Q3，Q4 スイッチング素子としての電界効果トランジスタ

Claims

直流電圧を出力する直流電圧源と；
直流電圧源の出力に接続されるスイッチング素子を有し、このスイッチング素子を動作させて放電ランプを周波数一定で点灯させるインバータ回路と；
スイッチング素子に対して並列に接続される複数のスナバコンデンサを有するスナバ回路と；
直流電圧源の出力電圧が低いときには複数のスナバコンデンサへの充電電流からつくられる電源を供給源とするとともに、出力電圧が低い状態より出力が高い所定値以上の出力電圧のときには出力電圧が低いときより少ない個数のスナバコンデンサへの充電電流からつくられる電源を供給源として動作するインバータ回路を制御するインバータ制御手段と；
を具備したことを特徴とする放電灯点灯装置。
出力電圧を少なくとも２段階で変化することができ、かつ、調光時は出力電圧を低下させる直流電圧源と；
スイッチング素子を有し、このスイッチング素子を動作させて放電ランプを周波数一定で点灯させるインバータ回路と；
スイッチング素子に対して並列に接続される複数のスナバコンデンサを有するスナバ回路と；
調光時には複数のスナバコンデンサへの充電電流からつくられる電源を供給源とするとともに、全光時には調光時より少ない個数のスナバコンデンサへの充電電流からつくられる電源を供給源として動作するインバータ回路を制御するインバータ制御手段と；
を具備したことを特徴とする放電灯点灯装置。
放電ランプが装着される器具本体と；
放電ランプを点灯させる請求項１または２記載の放電灯点灯装置と；
を具備したことを特徴とする照明装置。