JP2005339817A - 照明装置の異常検出方法および照明装置 - Google Patents

Abstract

【目的】蛍光管に流れる管電流が少なく、異常蛍光管と正常蛍光管の検出電圧の差が小さい調光状態においても、安定して寿命末期の異常蛍光管を検出することのできる照明装置の異常検出方法および照明装置を提供する。
【構成】直流電圧Ｖｉ１、駆動回路１０、周波数制御回路４０およびトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２にて構成されるインバータ回路の出力と、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点の間に限流リアクトルＬと蛍光管Ｋの直列回路を接続する。限流リアクトルＬと蛍光管Ｋの接続点を検出回路２０に接続して蛍光管Ｋの蛍光管電圧を検出する。調光時には、周波数制御回路４０がインバータ回路のスイッチング周波数を一時的に下げて蛍光管電圧の測定を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インバータ回路および調光機能を備えた照明装置に関する。

インバータ回路を備えた照明装置においては、直流電源をインバータ回路により高周波の交流電圧に変換して蛍光管に印加し、蛍光管を高周波点灯する。蛍光管は蛍光物質が塗布されたガラス管およびガラス管両端に取り付けられた電極により構成されていて、電極にはエミッタ（電子放射物質）が塗布されている。蛍光管が寿命になると、片側の電極に塗布されていたエミッタが失われた片エミッタレスの状態になる。この片エミッタレス状態においてさらに点灯動作を継続すると、フィラメントが溶断してしまう。フィラメントが溶断した（溶断オープン）状態で、フィラメント間に電圧が印加され続けると、フィラメント間で放電を生じ、この放電による温度上昇で蛍光管Ｋのガラスが溶融する恐れがある。特に、最近、高輝度で、細い管径１６mmの蛍光管が使用されるようになってきた。この管径１６mmの蛍光管においては、放電による温度上昇によって蛍光管のガラスが溶ける恐れがより高くなった。このため蛍光管の寿命を確実に検出することが重要である。従来、蛍光管をはじめとする蛍光管の片エミッタレス状態を検出する方法としては、スイッチング素子の温度を検出する方法、蛍光管の電圧(蛍光管電圧)を検出する方法などがある。しかしながら、スイッチング素子の温度を検出する方法においては、検出速度が遅く、検出精度が悪いという問題がある。そのため、検出方式が比較的簡便な電圧検出方式（例えば、特許文献１参照）が多く採用されている。

従来の電圧検出方式の例について、図５により説明を行う。図５は蛍光管電圧を検出する検出回路２００を備えた照明装置の回路図であり、検出回路２００の他に、直流電源Ｖｉ１，トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，トランジスタＴｒ１，ＴＲ２を制御・駆動する駆動回路１０，限流リアクトルＬ，蛍光管Ｋ，コンデンサＣ１，Ｃ２および予熱用コンデンサＣ３から構成される。直流電源Ｖｉ１に対しトランジスタＴｒ１とＴｒ２の直列回路およびコンデンサＣ１とＣ２の直列回路がそれぞれ並列に接続されている。トランジスタＴｒ１とＴｒ２の接続点およびコンデンサＣ１とＣ２の接続点の間に限流リアクトルＬと蛍光管Ｋの直列回路が接続されている。また、蛍光管Ｋには予熱用コンデンサＣ３が接続されている。限流リアクトルＬと蛍光管Ｋの一方の電極との接続点は検出回路２００に接続されていて、検出回路２００が検出すべき蛍光管電圧を与える入力部となっている。２つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は駆動回路１０により交互にオン・オフするよう制御され、高周波電圧を蛍光管Ｋに印加して蛍光管Ｋを点灯させる。コンデンサＣ１とＣ２は直流をカットするもので、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量値は等しく、蛍光管Ｋの他方の電極を直流電源Ｖｉ１の両端の中点に交流的に接続するものである。

検出回路２００は、限流リアクトルＬと蛍光管Ｋの一方の電極との接続点Ａと直流電源Ｖｉ１のマイナス側電極（基準電位）との間に接続された分圧用抵抗Ｒ１，Ｒ２、分圧用抵抗Ｒ１とＲ２の接続点ＢにコンデンサＣ４を介してアノードが接続されたダイオードＤ２、基準電位にアノードが接続されダイオード２とコンデンサＣ４の接続点Ｃにカソードが接続されたダイオードＤ１、ダイオードＤ２のカソードと基準電位の間に接続された抵抗Ｒ３およびコンデンサＣ５、および非反転入力にダイオード２のカソードが接続され反転入力端子に基準電圧発生回路Ｖｒｅｆが接続されたヒステリシスコンパレータＣｍｐより構成されている。
直流電源Ｖｉ１の電源電圧を３００Ｖとすると、蛍光管Ｋの点灯時に接続点Ａの電圧は直流電源Ｖｉ１の電源電圧範囲を超えた、例えば−５０Ｖ〜３５０Ｖの交流電圧となる。抵抗Ｒ１とＲ２はこれを分圧した信号を得るものであり、上の−５０Ｖ〜３５０Ｖの交流電圧の場合では、例えば１／５０程度に分圧して接続点Ｂから３Ｖ±４Ｖ，振幅８Ｖの信号を出力する。検出回路２００は接続点Ｂの信号のマイナス側に振れる電圧も含めた信号の全振幅を検出するものである。接続点Ｂの信号電圧の変化範囲を−Ｖ１〜Ｖ２（Ｖ１，Ｖ２＞０）とする。接続点Ｂの電位が（基準電位に比べて）マイナスでかつ低下しつつある（絶対値としては大きくなっている）状態では、ダイオードＤ２はオフ（遮断）し、コンデンサＣ４はダイオードＤ１によって基準電位に接続され、コンデンサＣ４は基準電位と接続点Ｂの電位差に応じた電荷を蓄積して、接続点Ｃの電位は基準電位と等しくなる（説明を簡単にするために、ダイオードＤ１およびＤ２の順方向降下電圧は無視する）。なお、この場合はコンデンサＣ４の接続点Ｃ側の電極に正電荷が蓄積される。接続点Ｂの電位が最低電位−Ｖ１になった時点でコンデンサＣ４は−Ｖ１を記憶したことになる。続いて接続点Ｂの電位が上昇に転ずると、接続点Ｃの電位は（基準電位に比べて）プラスになり、ダイオードＤ２を介しての電荷の注入はなくなる。接続点Ｂの電位が−Ｖ１からＶ２に上昇していく期間の動作は、コンデンサＣ４が−Ｖ１で充電されかつコンデンサＣ５の電荷がゼロの状態を初期条件として、コンデンサＣ３，Ｃ４の直列回路に印加される電圧が０〜（Ｖ１＋Ｖ２）に変化するものになる。抵抗Ｒ３を無視すると、接合点Ｂの電位が最大値Ｖ２になったとき、コンパレータＣｍｐの非反転入力端子への入力電圧ＶｉｎはＶｉｎ＝（Ｖ１＋Ｖ２）・Ｃ４／（Ｃ４+Ｃ５）となる。なお、コンデンサＣ４，Ｃ５の容量値もＣ４，Ｃ５と表記した。信号Ｂが−Ｖ１とＶ２の間で振動する毎にコンデンサＣ４およびダイオードＤ１，Ｄ２による回路によりコンデンサＣ５に電荷が注入され、それが抵抗Ｒ３によるコンデンサＣ５の放電がつりあうところで電圧Ｖｉｎが定まる。この電圧Ｖｉｎが信号Ｂの全振幅（Ｖ１+Ｖ２）すなわち蛍光管電圧に対する指標を与えることになる。ヒステリシスコンパレータＣｍｐは信号Ｖｉｎと基準電圧発生回路のＶｒｅｆからの出力電圧Ｖｒｅｆを比較し、Ｖｉｎ＞Ｖｒｅｆと判断すると出力信号ＶｏｕｔとしてＨ（ハイレベル）を出力する。特許文献１においては、寿命末期になると蛍光管電圧が正常時にくらべ上昇することから、ＶｏｕｔとしてＨが継続的に出力されると蛍光管の寿命末期と判断する。
特開平０５−０６２７８５号公報 （第３−４頁、図１）

照明装置にはトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のスイッチング周波数やインバータの直流電源の電圧値を制御して蛍光管に流れる管電流を増減させ、調光するものがある。その構成例を図６に示す。図６に示す回路は、図５に示す回路に対し、直流電源Ｖｉ１を可変電圧タイプの直流電源Ｖｉ２に変更し、直流電源Ｖｉ２の出力電圧やトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のスイッチング周波数などを制御する制御回路３０を設けたものである。調光は通常時に対し蛍光管の管電流を少なくして蛍光管の発光を減少させることにより行われる。なお、スイッチング周波数により調光できる原理は以下のとおりである。すなわち、点灯後の蛍光管は通常の抵抗と同じ特性となり、限流リアクトルＬおよびコンデンサＣ１，Ｃ２と合わせて、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の接続点から出力されるインバータ出力に対し、ＬＣＲの負荷を構成する。通常は、このＬＣＲ回路の共振周波数より高い周波数で動作させているので、周波数が上がると電流が少なくなって暗くなり、周波数が低くなると電流が増えて明るくなる。

本出願人の研究・開発によって得られた知見によると、調光機能すなわち管電流に対する正常蛍光管および寿命末期の異常蛍光管の蛍光管電圧特性は図７のようになる。図７は横軸が管電流で、大きいほど蛍光管が明るくなる。縦軸は検出回路２００により検出された検出電圧（上述のＶｉｎに相当）である。図７を見れば分かるように、蛍光管が最大出力で動作している場合は、異常蛍光管と正常蛍光管とで検出電圧に大きな差があり、蛍光管の異常検出に問題はない。ところが、調光を行い、蛍光管を流れる管電流を減少させて発光を暗くするに従い、異常蛍光管と正常蛍光管の検出電圧の差が小さくなり、従来の異常検出方法で異常を検出するのは困難になってしまうという問題が生じる。
本発明は上記の点にかんがみてなされたものであり、その目的は前記した課題を解決して、管電流の少ない調光状態においても、安定して寿命末期の異常蛍光管を検出することのできる照明装置の異常検出方法および照明装置を提供することにある。

そこで、上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、放電灯および該放電灯に直列に接続されたリアクトルに直流電圧を変換して交流電圧を供給するインバータ回路、および前記交流電圧の周波数を変化させるもしくは前記直流電圧を変化させることにより前記放電灯の明るさを制御する調光機能を備えた照明装置において、放電灯が減光されているときには前記交流電圧の周波数を低くして前記放電灯とリアクトルの接続部の電位を検出することにより前記放電灯の異常を検出する照明装置の異常検出方法である。
請求項２に係る発明は、放電灯および該放電灯に直列に接続されたリアクトルに直流電圧を変換して交流電圧を供給するインバータ回路、および前記交流電圧の周波数を変化させるもしくは前記直流電圧を変化させることにより前記放電灯の明るさを制御する調光機能を備えた照明装置において、放電灯が減光されているときには前記直流電圧の電圧値を高くして前記放電灯とリアクトルの接続部の電位を検出することにより前記放電灯の異常を検出する照明装置の異常検出方法である。

請求項３に係る発明は、放電灯および該放電灯に直列に接続されたリアクトルに直流電圧を変換して交流電圧を供給するインバータ回路、および前記交流電圧の周波数を変化させるもしくは前記直流電圧を変化させることにより前記放電灯の明るさを制御する調光機能を備えた照明装置において、異常検出動作時に放電灯が減光されている場合は前記交流電圧の周波数を一時的に低くする周波数制御回路および前記放電灯とリアクトルの接続部の電位を検出することにより前記放電灯の異常を検出する検出回路を備えた照明装置である。
請求項４に係る発明は、放電灯および該放電灯に直列に接続されたリアクトルに直流電圧を変換して交流電圧を供給するインバータ回路、および前記交流電圧の周波数を変化させるもしくは前記直流電圧を変化させることにより前記放電灯の明るさを制御する調光機能を備えた照明装置において、異常検出動作時に放電灯が減光されている場合は前記直流電圧の電圧値を一時的に高くする電源制御回路および前記放電灯とリアクトルの接続部の電位を検出することにより前記放電灯の異常を検出する検出回路を備えた照明装置である。

この発明の照明装置の異常検出方法および照明装置は、異常蛍光管の蛍光管電圧と正常蛍光管の蛍光管電圧との差が小さい調光状態で照明装置が動作していても、周波数もしくは電圧を変更することにより一時的に蛍光管電流を増やして蛍光管電圧に差が出やすい状態にさせてから蛍光管電圧を測定するので、調光時でも安定して異常蛍光管を検出することができる。また、蛍光管電流を増加させる時間を限定するので、蛍光灯にチラツキが発生することがない。

ここでは、本発明の実施の形態として、調光時の管電流が少ない状態では異常蛍光管の蛍光管電圧と正常蛍光管の蛍光管電圧の差が小さくとも、管電流を増加させれば蛍光管電圧の差を大きくできること着目し、調光時に蛍光管電圧の検出を行う場合は一時的に管電流を増やすものについて、以下図面により説明を行う。

図１は本発明の第１の実施例を示す回路図である。図５と同じものについては同一符号を付して説明は省略する。検出回路２０の具体的な構成は、図５の検出回路２００と同じものでよいが、これに限定するものではなく同等の機能をもつものであればよい。トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は、ＭＯＳＦＥＴでもバイポーラトランジスタでもよいが、図１はＭＯＳＦＥＴを適用した例となっている。
図１の照明回路は蛍光管の明るさをインバータの動作周波数（スイッチング周波数）で制御している。周波数制御回路４０は調光制御におけるインバータの動作周波数を制御するものであるが、また蛍光管電圧を測定するときの動作周波も制御するものでもある。図７と同様に本出願人が得た知見によれば、インバータの動作周波数に対する正常蛍光管および寿命末期の異常蛍光管の蛍光管電圧特性は図２のようになる。上述のように、動作周波数が高ければ蛍光管は暗く、低ければ明るく制御されている。蛍光管が図２の周波数ｆ１の状態で動作している、即ち蛍光管の発光量を抑えるよう調光されているときに蛍光管電圧を測定する場合、本実施例では測定に先立って周波数制御回路４０が一時的に動作周波数をｆ２に変更し、測定終了後に動作周波数をｆ１に戻すよう駆動回路１０を制御する。従来の照明装置では、動作周波数がｆ１のまま蛍光管電圧を測定するが、図２に示すように異常蛍光管と正常蛍光管の検出電圧の差が小さく、異常蛍光管の検出が困難となる。動作周波数ｆ２においては、図２に示すように異常蛍光管と正常蛍光管の検出電圧の差は十分大きく、異常蛍光管の検出に問題がない。本実施例では、蛍光管電圧を測定するときに、動作周波数を一時的にｆ１からｆ２変更するため、確実に異常蛍光管を検出することができる。測定時の動作周波数ｆ２としては、調光時動作周波数ｆ１と最大出力動作周波数ｆ３の間（ｆ１＞ｆ２≧ｆ３）に設定する。

調光状態ｆ１にあるときは、一定間隔で動作周波数をｆ２に設定するよう制御される。動作周波数をｆ２に設定する間隔としては、１Ｈｚ以下、または２００Ｈｚ程度もしくはそれ以上とし、ｆ２で動作する時間は０．１ｓ（秒）あるいはデューティとして約１０％もしくはそれ以下に設定すれば蛍光管にチラツキは発生しない。

本発明の第２の実施例を図３に示す。図１と同じものについては同一符号を付して説明は省略する。
図３の照明回路は蛍光管の明るさをインバータの直流電源Ｖｉ２の電圧で制御している。電圧制御回路５０は調光制御におけるインバータの直流電源Ｖｉ２の出力電圧を制御するものであるが、また蛍光管電圧を測定するときの出力電圧も制御するものでもある。図２および７と同様に本出願人が得た知見によれば、直流電源Ｖｉ２の出力電圧に対する正常蛍光管および寿命末期の異常蛍光管の蛍光管電圧特性は図４のようになる。電源電圧が高ければ蛍光管は明るく、低ければ暗く制御されている。蛍光管が図２の電圧Ｖ１の状態で動作している、即ち蛍光管の発光量を抑えるよう調光されているときに蛍光管電圧を測定する場合、本実施例では測定に先立って電圧制御回路５０が一時的に電源電圧をＶ２に変更し、測定終了後に電源電圧をＶ１に戻すよう直流電源回路Ｖｉ２を制御する。従来の照明装置では、電源電圧がＶ１のまま蛍光管電圧を測定するが、図４に示すように異常蛍光管と正常蛍光管の検出電圧の差が小さく、異常蛍光管の検出が困難となる。電源電圧Ｖ２においては、図４に示すように異常蛍光管と正常蛍光管の検出電圧の差は十分大きく、異常蛍光管の検出に問題がない。本実施例では、蛍光管電圧を測定するときに、電源電圧を一時的にＶ１からＶ２変更するため、確実に異常蛍光管を検出することができる。測定時の電源電圧としては、調光時電源電圧Ｖ１と最大出力となる電源電圧Ｖ３の間（Ｖ１≧Ｖ２＞Ｖ１）に設定する。

調光状態Ｖ１にあるときは、一定間隔で電源電圧をＶ２に設定するよう制御される。電源電圧をＶ２に設定する間隔としては、１Ｈｚ以下、または２００Ｈｚ程度もしくはそれ以上とし、Ｖ２で動作する時間は０．１ｓ（秒）あるいはデューティとして約１０％もしくはそれ以下に設定すれば蛍光管にチラツキは発生しない。
実施例１では調光制御を動作周波数で制御を行う照明装置における蛍光管電圧測定に対し動作周波数の変更で対応し、実施例２では調光制御をインバータの電源電圧により行う照明装置における蛍光管電圧測定にはインバータ電源電圧の変更で対応したが、この組み合わせに限るものではない。調光制御を動作周波数で制御を行う照明装置における蛍光管電圧測定に対しインバータ電源電圧の変更で対応してもよいし、調光制御をインバータの電源電圧により行う照明装置における蛍光管電圧測定に対し動作周波数の変更で対応するようにしてもよい。

本発明の実施例１について説明するための回路図である。 動作周波数と検出電圧の関係を示すグラフである。 本発明の実施例２について説明するための回路図である。 電源電圧と検出電圧の関係を示すグラフである。 従来の照明装置および蛍光管電圧の検出回路について説明するための回路図である。 調光機能を持った従来の照明装置について説明するための回路図である。 蛍光管に流れる管電流と検出電圧の関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 駆動回路
２０，２００ 検出回路
３０ 制御回路
４０ 周波数制御回路
５０ 電圧制御回路
Ｃｍｐ ヒステリシスコンパレータ
Ｃ１〜Ｃ５ コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
Ｋ 蛍光管
Ｌ 限流リアクトル
Ｔｒ１，Ｔｒ２ トランジスタ
Ｖｉ１，Ｖｉ２ 直流電源
Ｖｒｅｆ 基準電圧発生回路（およびその出力電圧）

Claims (4)

1. 放電灯および該放電灯に直列に接続されたリアクトルに直流電圧を変換して交流電圧を供給するインバータ回路、および前記交流電圧の周波数を変化させるもしくは前記直流電圧を変化させることにより前記放電灯の明るさを制御する調光機能を備えた照明装置において、放電灯が減光されているときには前記交流電圧の周波数を低くして前記放電灯とリアクトルの接続部の電位を検出することにより前記放電灯の異常を検出することを特徴とする照明装置の異常検出方法。
2. 放電灯および該放電灯に直列に接続されたリアクトルに直流電圧を変換して交流電圧を供給するインバータ回路、および前記交流電圧の周波数を変化させるもしくは前記直流電圧を変化させることにより前記放電灯の明るさを制御する調光機能を備えた照明装置において、放電灯が減光されているときには前記直流電圧の電圧値を高くして前記放電灯とリアクトルの接続部の電位を検出することにより前記放電灯の異常を検出することを特徴とする照明装置の異常検出方法。
3. 放電灯および該放電灯に直列に接続されたリアクトルに直流電圧を変換して交流電圧を供給するインバータ回路、および前記交流電圧の周波数を変化させるもしくは前記直流電圧を変化させることにより前記放電灯の明るさを制御する調光機能を備えた照明装置において、異常検出動作時に放電灯が減光されている場合は前記交流電圧の周波数を一時的に低くする周波数制御回路および前記放電灯とリアクトルの接続部の電位を検出することにより前記放電灯の異常を検出する検出回路を備えたことを特徴とする照明装置。
4. 放電灯および該放電灯に直列に接続されたリアクトルに直流電圧を変換して交流電圧を供給するインバータ回路、および前記交流電圧の周波数を変化させるもしくは前記直流電圧を変化させることにより前記放電灯の明るさを制御する調光機能を備えた照明装置において、異常検出動作時に放電灯が減光されている場合は前記直流電圧の電圧値を一時的に高くする電源制御回路および前記放電灯とリアクトルの接続部の電位を検出することにより前記放電灯の異常を検出する検出回路を備えたことを特徴とする照明装置。
   

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