JP2006073439A - 放電灯点灯装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ランプ始動時の状態に関係なく同一検出・同一制御方式で複数種のランプの定格電力種を判別でき、ランプへのストレスの少ない放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】直流電源からの電力を変換して高圧放電灯に電力を供給する電力変換回路と、電力変換回路の供給電力を制御する点灯制御回路と、放電灯の電気特性を検出し、放電灯の定格電力種を判別する放電灯判別回路とを備え、複数の定格電力種の高圧放電灯を負荷対象とし、そのうちいずれか１種を接続して点灯する放電灯点灯装置であって、接続された高圧放電灯の定格電力種は、高圧放電灯の始動後の安定点灯に至るまでの過渡期間と、始動後の時間が充分に経過した安定期間との放電灯の電気特性から前記放電灯判別回路により判別し、判別された結果に基づいて、前記電力変換回路の供給電力を制御し、接続された高圧放電灯を点灯する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の定格電力の放電灯を点灯可能で、しかも放電灯の定格電力を自動的に判別し、放電灯の定格電力で点灯させることが可能な放電灯点灯装置及びそれを使用した照明装置に関するものである。

図１３は特許文献１（特開２００３−２２９２８９号公報）に開示された従来例のブロック図を示しており、図１４、図１５はその具体的な回路構成を示している。以下、各部の構成について説明する。直流電源１は、交流電源ＡＣとダイオードブリッジＤＢとを備えている。交流電源ＡＣは商用の交流電源であり、電圧は、たとえば、１００Ｖ、２００Ｖ又は２４０Ｖである。

ダイオードブリッジＤＢは、交流電源ＡＣからの交流電圧を脈流状の直流電圧に整流し出力するものである。ここで、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、たとえば、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、交流電源の電圧が実質的に２００Ｖと同等とみなせ、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約半分となるので、放電灯点灯装置の効率を上げることができる。

また、ダイオードブリッジＤＢの前段にコンデンサ及びインダクタ等から構成される入力フィルタ回路（図示しない）を挿入してもよい。このような入力フィルタ回路をダイオードブリッジＤＢの前段に挿入しておくと、交流電源ＡＣからの雑音を後述する電力変換回路２に漏れるのを防止したり、あるいは逆に、電力変換回路２からの雑音が電源側に漏れるのを防止することができる。

電力変換回路２は、昇圧チョッパ回路２ａ１と降圧チョッパ回路２ａ２とフルブリッジインバータ回路２ｂとを備えている。昇圧チョッパ回路２ａ１は、力率改善用であってダイオードブリッジＤＢからの脈流状の直流電圧を所望の直流電圧に変換し出力するものであり、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、インダクタＬ１及びコンデンサＣ１から構成されている。そして、スイッチング素子Ｑ１を、たとえば、昇圧チョッパ回路２ａ１の制御回路ＩＣ２ａ１であるモトローラ社製の集積回路ＭＣ３４２６１の１番ピンをスイッチング素子Ｑ１のゲートに接続し制御する。このＭＣ３４２６１の１番ピンは、スイッチング素子Ｑ１の駆動周波数を決定するピンである。

ここで昇圧チョッパ回路２ａ１は、その他、降圧チョッパ、昇降圧チョッパ等であっても構わない。要は、ある直流電圧を別の直流電圧に変換するものであれば、どのような回路構成でも構わない。

降圧チョッパ回路２ａ２は、後述する高圧放電灯３への供給電力を制御するものであり、スイッチング素子Ｑ２、ダイオードＤ２、インダクタＬ２及びコンデンサＣ２から構成されている。そして、スイッチング素子Ｑ２を、たとえば、降圧チョッパ回路２ａ２の制御回路ＩＣ２ａ２である日本電気製の集積回路μＰＣ１０９４で制御する。

ここで、降圧チョッパ回路２ａ２は、その他、昇圧チョッパ、昇降圧チョッパ回路等であっても構わない。昇圧チョッパ回路２ａ１と同様に、要は、ある直流電圧を別の直流電圧に変換するものであれば、どのような回路構成でも構わない。

フルブリッジインバータ回路２ｂは、降圧チョッパ回路２ａ２からの直流電圧をスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６のオン／オフ動作により矩形波電圧に変換するものであり、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６は、たとえば、電界効果トランジスタから構成されている。ここではフルブリッジ型のインバータ回路を採用したが、インバータ回路はその他ハーフブリッジ型、１石型、あるいは、プッシュプル型であってもよい。要は、直流電圧を交流の矩形波電圧に変換するものであれば、どのような回路構成でも構わない。そして、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６のゲートａ、ｂ、ｅ及びｄに、たとえば、フルブリッジインバータ回路２ｂの制御回路ＩＣ２ｂである三菱電機製の集積回路Ｍ６３９９１ＦＰを接続し制御する。

イグナイタ回路２ｃは高圧放電灯３に数ＫＶピークのパルス電圧を与え始動させるものであり、コンデンサやパルストランス等から構成されている。

高圧放電灯３は、セラミック又はガラス容器内に不活性ガス（たとえば、アルゴン、クリプトン）や水銀（その他、ナトリウム、カドミウム）蒸気等の放電ガスが封入されており、励起された封入金属に電子が衝突することにより可視光を発生するものである。高圧放電灯３としては、外形寸法が略同一で、発光管内のアーク間距離が５ｍｍ、７ｍｍ、９ｍｍとそれぞれ異なるメタルハライドランプを想定している。このメタルハライドランプの電気特性は、アーク間距離が５ｍｍのもので、ランプ電力３５Ｗ、ランプ電圧９０Ｖ、ランプ電流０．５Ａであり、アーク間距離が７ｍｍのもので、ランプ電力７０Ｗ、ランプ電圧９０Ｖ、ランプ電流１Ａであり、アーク間距離が９ｍｍのもので、ランプ電力１５０Ｗ、ランプ電圧９５Ｖ、ランプ電流１．８Ａである。なお、ここでは、メタルハライドランプを想定しているが、高圧放電灯３は高圧ナトリウム灯等のどのようなＨＩＤランプでもよい。

点灯制御回路４は、図１４（ｂ）に示すように、コンパレータＣＯＭＰ１及びコンパレータＣＯＭＰ２等から構成されており、後述するＩｌａ検出回路５ａからの信号とコンパレータＣＯＭＰ１等から構成される発振回路の基準出力信号とを比較し、制御回路ＩＣ２ａ２を介してスイッチング素子Ｑ２を制御する。

検出手段５は、図１４（ａ）に示すようにランプ電流を検出するＩｌａ検出回路５ａとランプ電圧を検出するＶｌａ検出回路５ｂとから構成されている。

Ｖｌａ検出回路５ｂは、増幅器ＯＰＡＭＰ１等から構成されており、ランプ電圧に比例する抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との分圧電圧Ｖｌａが抵抗を介して増幅器ＯＰＡＭＰ１の反転入力端子に入力されている。そして、ランプ電圧に応じた電圧値としてのランプ電流の目標値電圧Ｖｉを生成する。

Ｉｌａ検出回路５ａは、増幅器ＯＰＡＭＰ２等から構成されており、目標値電圧Ｖｉと抵抗Ｒ３に流れるランプ電流Ｉｌａとの誤差に基づく電圧を増幅し、点灯制御回路４のコンパレータＣＯＭＰ２の非反転入力端子に入力する。コンパレータＣＯＭＰ２は非反転入力端子に入力される電圧を、反転入力端子に入力される三角波電圧と比較することで、スイッチング素子Ｑ２をオン・オフ制御するパルス電圧を発生する。

タイマー手段６は、図１５に示すようにコンパレータＣＯＭＰ３、ツェナーダイオードＺＤ、コンデンサＣ０及び抵抗Ｒ５、Ｒ６から構成されている。そして、抵抗Ｒ５及び抵抗Ｒ６の一端は制御電源電圧Ｖｃｃに接続されている。もちろん、タイマー手段６は図示したものに限らず、たとえば、シグネティクス社製の８ピンタイプのＩＣであるＮＥ５５５を使用してもよい。このＮＥ５５５の動作は周知なので詳しい動作説明は省略する。

判別手段７は、図１５に示すように、ラッチ回路ＲＳ、コンパレータＣＯＭＰ４、スイッチ素子ＳＷ、ダイオードＤ０、基準電圧Ｖｃ及び抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒｗ７０、Ｒｗ１５０とから構成されている。

つぎに、従来例の動作を説明する。ここで、図１６（ａ）は、放電灯点灯装置が７０Ｗを出力するときに定格電力が７０ＷのＨＩＤランプ及び１５０ＷのＨＩＤランプをそれぞれ接続したときのランプ電圧Ｖｌａの変化を示しており、図１６（ｂ）は、放電灯点灯装置に１５０ＷのＨＩＤランプが接続されたときのコンパレータＣＯＭＰ３、コンパレータＣＯＭＰ４及びラッチ回路ＲＳのＱ出力を示しており、さらに図１６（ｃ）は、放電灯点灯装置に７０ＷのＨＩＤランプが接続されたときのコンパレータＣＯＭＰ３、コンパレータＣＯＭＰ４及びラッチ回路ＲＳのＱ出力を示している。

いま、放電灯点灯装置に定格電力が１５０ＷのＨＩＤランプが接続されている場合を考える。交流電源ＡＣが投入されると、昇圧チョッパ回路２ａ１、降圧チョッパ回路２ａ２及びフルブリッジインバータ回路２ｂに電力が供給され、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６のオン／オフ動作を開始する。すると、イグナイタ回路２ｃにより絶縁破壊電圧が印加され、ＨＩＤランプ３が始動する。ＨＩＤランプ３が始動すると、イグナイタ回路２ｃは動作を停止すると共に、ＨＩＤランプ３に電力が供給され、ランプ電圧は図１６（ａ）に示すように上昇を開始する。また、交流電源ＡＣの投入と同時にコンデンサＣ０の充電が開始される。そして、図１６（ａ）に示すｔ＝ｔ１でコンデンサＣ０の充電電圧がコンパレータＣＯＭＰ３の閾値電圧を超え、コンパレータＣＯＭＰ３がオンする。コンパレータＣＯＭＰ３がオンすると、その出力、つまり、ダイオードＤ０のカソード側の電位がＨレベルとなり、ダイオードＤ０のアノード側、すなわち、ラッチ回路ＲＳのセット入力ＳはコンパレータＣＯＭＰ４の出力により決定される。

次に、ｔ＝ｔ４にてランプ電圧がＶｃに達すると、コンパレータＣＯＭＰ４の反転入力が非反転入力Ｖｃよりも大きくなり、この時点でコンパレータＣＯＭＰ４がオフする。つまり、ｔ＝ｔ４において、コンパレータＣＯＭＰ４の出力はＨレベルからＬレベルに変化するが、それよりも早いｔ＝ｔ１において、既にコンパレータＣＯＭＰ３がオンしているので、ｔ＝ｔ１の時点で、ラッチ回路ＲＳのセット入力ＳにＨ信号が入力され、図１６（ｂ）に示すように、ラッチ回路ＲＳの出力ＱがＨ信号を出力する。これにより、スイッチ素子ＳＷがオンするので、Ｉｌａ検出回路５ａに入力される電流は抵抗Ｒ３、Ｒｗ７０、Ｒｗ１５０の並列抵抗で決まる値となる。すなわち、目標値電圧Ｖｉは定格電力が１５０ＷのＨＩＤランプの電圧となり、この目標値電圧Ｖｉに基づいて点灯制御回路４により定格電力が１５０ＷのＨＩＤランプを定格電力の１５０Ｗで点灯させる。

また、放電灯点灯装置に定格電力が７０ＷのＨＩＤランプが接続されている場合には、コンパレータＣＯＭＰ３がオンになるｔ＝ｔ１よりも早いｔ＝ｔ３の時点でコンパレータＣＯＭＰ４の反転入力が非反転入力Ｖｃよりも大きくなり、この時点でコンパレータＣＯＭＰ４がオフする。つまり、ｔ＝ｔ３において、コンパレータＣＯＭＰ４の出力はＨレベルからＬレベルに変化するから、それよりも遅いｔ＝ｔ１において、コンパレータＣＯＭＰ３がオンしても、ラッチ回路ＲＳのセット入力ＳにＨ信号が入力されることはない。したがって、ラッチ回路ＲＳの出力ＱはＬ信号を出力するので、スイッチ素子ＳＷはオフとなり、Ｉｌａ検出回路５ａに入力される電流は抵抗Ｒ３とＲｗ７０で決まる値となる。すなわち、目標値電圧Ｖｉは定格電力が７０ＷのＨＩＤランプの電圧となり、この目標値電圧Ｖｉに基づいて点灯制御回路４により定格電力が７０ＷのＨＩＤランプを定格電力の７０Ｗで点灯させる。

なお、高圧放電灯の種類に応じて、スイッチ素子ＳＷ、抵抗Ｒｗ７０及び抵抗Ｒｗ１５０の数を適宜増加させると、定格電力の異なる複数の高圧放電灯を該高圧放電灯の定格電力で点灯できることになる。

以上のようにして、１台の放電灯点灯装置により高圧放電灯の種類に応じて各高圧放電灯をそれぞれ定格点灯させることができるのである。

次に、図１７に示す放電灯点灯装置は、図１３に示す放電灯点灯装置において、タイマー手段６の積算時間を補正する補正手段１０を付加した構成としている。放電灯点灯装置を再始動した場合には、高圧放電灯３の温度は上昇しており、したがって、初始動時よりも点灯しやすい状態となっている。すなわち、図１８（Ａ）に示すように判定手段７に設けた所定の閾値電圧Ｖａに達するまでの時間ｔ＝ｔ１は、初始動時の閾値電圧Ｖａに達するまでの時間ｔ＝ｔ２と比較して、短くなる。したがって、この場合は補正手段１０により（ｔ２−ｔ１）の時間を補正してやると、再始動時の高圧放電灯の種類の判別間違いを防止することができる。

このように、特許文献１の点灯装置にあっては、複数の定格電力のＨＩＤランプを対象負荷とし、点灯させたときの過渡特性から、負荷種別を判別し、いずれのランプについても定格点灯させるものであり、一台の点灯装置で定格電力の異なるランプが使用可能である。このため、例えば、省エネルギーのために、通常よりも低い定格電力のランプに切り替えることが容易である。或いは、店舗の改装などで、光学設計が変更になる場合などにもランプの交換だけで良いなどの利点がある。
特開２００３−２２９２８９号公報

特許文献１の技術を用いた場合、ランプ消灯後直ぐに電源を再投入する再始動モードでは、ランプの過渡特性が初始動時とは異なるため、ランプを再始動するタイミングに規制が生じる。その他、ランプを一度安定点灯させてから過渡的な変化を与える場合にはランプに過剰な負荷が掛かる可能性があり、また、制御が複雑化するという課題がある。

本発明は、上述のような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ランプ始動時の状態（初始動・再始動）に関係なく、同一検出・同一制御方式で複数種のランプの定格電力種を判別することができ、さらに、ランプ安定点灯前に一次判別が可能なことで、ランプへのストレスの少ない点灯を行わせることが出来る放電灯点灯装置を提供することにある。

本発明にあっては、上記の課題を解決するために、直流電源からの電力を変換して高圧放電灯に電力を供給する電力変換回路と、電力変換回路の供給電力を制御する点灯制御回路と、放電灯の電気特性を検出し、放電灯の定格電力種を判別する放電灯判別回路とを備え、複数の定格電力種の高圧放電灯を負荷対象とし、そのうちいずれか１種を接続して点灯する放電灯点灯装置であって、接続された高圧放電灯の定格電力種は、高圧放電灯の始動後の安定点灯に至るまでの過渡期間と、始動後の時間が充分に経過した安定期間との放電灯の電気特性から前記放電灯判別回路により判別し、判別された結果に基づいて、前記電力変換回路の供給電力を制御し、接続された高圧放電灯を点灯することを特徴とする。ここで、放電灯の電気特性とは、放電灯の電圧、電流、電力並びにそれらの変化速度や変化に要する時間などを含む。

本発明によれば、上述のように、高圧放電灯の始動後の安定点灯に至るまでの過渡期間と、始動後の時間が充分に経過した安定期間との放電灯の電気特性から接続された高圧放電灯の電力種を判別するようにしたので、同一検出・同一制御方式で複数種のランプの定格電力種を判別することができ、さらに、ランプ安定点灯前に一次判別が可能なことで、ランプへのストレスの少ない点灯を行わせることが出来るという効果がある。

（実施形態１）
図１に本発明の実施形態１に係る高圧放電灯点灯装置の回路図を示す。以下、その回路構成について説明する。直流電源１は、商用交流電源ＶｓとダイオードブリッジＤＢとを備えており、商用交流電圧を全波整流した脈流電圧を出力する。直流電源１の出力端に接続された、昇圧チョッパ回路２ａ１、降圧チョッパ回路２ａ２、フルブリッジインバータ回路２ｂは電力変換回路を構成している。昇圧チョッパ回路２ａ１は、力率改善用であってダイオードブリッジＤＢからの脈流状の直流電圧を所望の直流電圧に変換し出力するものであり、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、インダクタＬ１及びコンデンサＣ１から構成されている。降圧チョッパ回路２ａ２は、高圧放電灯３への供給電力を制御するものであり、スイッチング素子Ｑ２、ダイオードＤ２、インダクタＬ２及びコンデンサＣ２から構成されている。フルブリッジインバータ回路２ｂは、降圧チョッパ回路２ａ２からの直流電圧をスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６のオン／オフ動作により矩形波電圧に変換するものであり、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６は、たとえば、電界効果トランジスタから構成されている。イグナイタ回路２ｃは高圧放電灯３に数ＫＶピークのパルス電圧を与え始動させるものであり、コンデンサやパルストランス等から構成されている。ＩＣ２ａ１は昇圧チョッパ回路２ａ１の制御回路、ＩＣ２ｂはフルブリッジインバータ回路２ｂの制御回路である。これらの電力変換回路の構成については従来例と同様であるので、重複する説明は省略する。

次に、電力変換回路の供給電力を制御する点灯制御回路４ａの具体的な回路構成を図２に示す。負荷電力を制御する方式には種々の方式があるが、ここでは、昇圧チョッパ回路２ａ１の出力電圧（コンデンサＣ１の電圧）が所望の一定電圧に制御されている場合において、このコンデンサＣ１から流れ出る出力電流を適正な値に制御することにより負荷に供給する電力を制御する方式を採用している。

例えば、コンデンサＣ１の出力電圧が３００Ｖであり、定格電力７０Ｗの放電灯を定格で点灯させたい場合、７０Ｗ／３００Ｖ＝０．７８Ａとなるように、コンデンサＣ１より流れ出る平均電流を制御することで、負荷に所望の電力を供給することができる。そのために、電流検出抵抗Ｒ３に流れる電流を抵抗Ｒ１４，Ｒ１５とコンデンサＣ３，Ｃ４よりなるＣＲ積分回路により平均値として検出し、これと抵抗Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９及びＲ１６により設定された基準値とを誤差増幅器ＯＰ１で比較することにより、適正なオン幅の制御信号を作成し、これをコンパレータＣＯＭＰ２により高周波の鋸歯状波信号と比較することにより、スイッチング素子Ｑ２をオン／オフ制御するためのＰＷＭ信号を生成するものである。

ここで、誤差増幅器ＯＰ１の基準値を決める抵抗Ｒ１６にはＭＯＳトランジスタＱ７が並列に接続されており、このＭＯＳトランジスタＱ７のオン・オフを切り替えることにより、負荷に供給される電力を二段階に切り替えることができる。また、このＭＯＳトランジスタＱ７のゲート・ソース間電圧を連続的に変化させることにより、負荷に供給される電力を任意の電力に調節することができる。本回路では、放電灯判別回路７ａの出力によりＭＯＳトランジスタＱ７のゲート・ソース間電圧を切り替えることにより、負荷に供給される電力を調節可能としている。

次に、放電灯判別回路７ａについて説明する。この放電灯判別回路７ａは、例えば、Ａ／Ｄ変換機能とＤ／Ａ変換機能を有するマイコンにより構成され、そのＡ／Ｄ変換機能を用いて、抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧されたランプ電圧を検出可能としている。また、そのＤ／Ａ変換機能を用いて、ＭＯＳトランジスタＱ７のゲート・ソース間電圧を切り替えることにより、放電灯に供給される電力を後述のように切り替えて、ランプ電圧の変化を検出できるようにしている。これにより、高圧放電灯３の始動後の安定点灯に至るまでの過渡期間と、始動後の時間が充分に経過した安定期間とのランプ電圧を検出し、その検出結果に基づいて、接続された放電灯の定格電力を判定する。そして、その判定結果に応じて、ＭＯＳトランジスタＱ７のゲート・ソース間電圧を切り替えることにより、接続された放電灯を定格電力で安定点灯させるように動作する。

図３は放電灯判別回路７ａの始動後の安定点灯に至るまでの過渡期間におけるランプ電圧の立ち上がり特性を利用した定格電力の一次判定の原理説明図であり、フィリップス製ＣＤＭ３５／ＰＡＲ３０Ｌ（定格電力３９Ｗ、定格電圧９０Ｖ）、ＣＤＭ７０／ＰＡＲ３０Ｌ（定格電力７０Ｗ、定格電圧９０Ｖ）を同一点灯装置で点灯したときのランプ電圧Ｖｌａの立ち上がり特性を示している。横軸は電源投入後の経過時間（点灯時間）、縦軸はランプ電圧Ｖｌａ（Ｖ）である。高圧放電灯が点灯すると、ランプ電圧Ｖｌａは、図３に示すように、始動直後の低電圧から定格電圧に向かって上昇する。このとき、例えば、Ｖｌａ＝３０ＶからＶｌａ＝４０Ｖに移行するのに要する時間は、図３よりＣＤＭ３５では約５秒程度、ＣＤＭ７０では約１５秒となる。したがって、この時間を計測し、比較判定の閾値を約１０秒程度に設定することにより、ランプ定格電力を判定することができる。

図４に複数種のランプ（定格電力３９Ｗ、７０Ｗ）について、Ｖｌａ＝３０ＶからＶｌａ＝４０Ｖに移行するのに要する時間を測定した結果を示す。この図より、立ち上がり時間に多少のばらつきはあるものの、約５秒から７秒の範囲に比較判定の閾値を設定することにより、ランプの定格電力を判別することが可能であることが分かる。

この放電灯判別回路７ａにより判別されたランプの定格電力となるように、電流検出抵抗Ｒ３に流れる電流を点灯制御回路４ａにより調整することによって適切な電力でランプ３を点灯させることができるが、ここでは、この判定結果は最終的なものとはせず、一次判定結果とする。

次に、放電灯判別回路７ａの安定期間のランプ電圧を用いた定格電力の二次判定の原理を説明する。
図５と図６に一般的なメタルハライドランプの負荷特性を示す。図５では、定格電力３９Ｗ、定格電圧９０Ｖのランプについて、ランプ電力Ｗｌａとランプ電圧Ｖｌａの関係を示す。図より、一般的に定格電力で点灯したときに、定格電圧で動作するようにランプは設計されているが、定格電力以上の電力でランプを点灯した場合、図の領域Ｘに示されるように、ランプ電圧Ｖｌａは定格電力で点灯していた電圧よりも上昇する。また、定格電力以下の電力で点灯したとき、図の領域Ｙに示されるように、ランプ電圧Ｖｌａは定格電力で点灯していた電圧よりも下降し、さらに、点灯電力を減少させていくと、図の領域Ｚに示されるように、ランプ電圧Ｖｌａは急激に上昇し始める。

図６では、定格電力７０Ｗ、定格電力３９Ｗのランプ（いずれも定格電圧９０Ｖ）について、ランプ電力Ｗｌａとランプ電圧Ｖｌａの関係を示す。図より、定格電力７０Ｗのランプでは、上記領域Ｚは約３９Ｗ付近で現れるの対し、定格電力３９Ｗのランプでは点灯電力３９Ｗ前後の領域では、領域ＸもしくはＹとなる。

これらの図５及び図６からも明らかなように、定格電力３９Ｗと７０Ｗのランプの定格電力を判別するには、点灯電力３９Ｗ付近の２箇所で点灯させたときのランプ電圧Ｖｌａの変化の仕方を検出すれば良いことが分かる。ここで、先に述べた、ランプ電圧Ｖｌａの立ち上がり特性の判別結果（一次判定結果）と、図５及び図６の安定点灯時のランプのＷｌａ−Ｖｌａ特性より得られる判別結果（二次判定結果）とを組み合わせることにより、より確実にランプの定格電力を判別することが可能となる。

具体的には、電源投入後の過渡期間では、図３の原理による一次判定を行い、さらに、充分に時間が経過した安定期間では、図６の原理による二次判定を行うように構成すれば良い。つまり、電源投入後、イグナイタ回路２ｃの高圧パルス発生動作により高圧放電灯３が点灯すると、始動直後の低電圧から定格電圧に向かってランプ電圧Ｖｌａが上昇するから、Ｖｌａ≧３０Ｖになると、マイコンのタイマーをスタートさせ、Ｖｌａ≧４０Ｖになると、マイコンのタイマーをストップさせ、Ｖｌａ＝３０ＶからＶｌａ＝４０Ｖに移行するのに要した時間Ｔ１を計測し、これを過渡期間の計測結果（一次判定結果）とする。

次に、点灯電力３９Ｗ付近の２箇所で点灯させたときのランプ電圧Ｖｌａの変化の仕方を検出する。具体的には、図６の一点鎖線で示した３９Ｗ±ΔＷのランプ電力となるように、マイコンのＤ／Ａ変換ポートからＭＯＳトランジスタＱ７のゲート・ソース間電圧を調節することでオペアンプＯＰ１の基準電圧を可変制御する。これにより、点灯電力３９Ｗ＋ΔＷのランプ電力で安定点灯している場合のランプ電圧Ｖｌａ１と、点灯電力３９Ｗ−ΔＷのランプ電力で安定点灯している場合のランプ電圧Ｖｌａ２を検出し、これを安定期間の計測結果（二次判定結果）とする。なお、安定点灯しているか否かは、検出されるランプ電圧が殆ど変化しなくなった（ｄＶｌａ／ｄｔ≒０となった）ことを検出することで判定すれば良い。具体的には、マイコンのＡ／Ｄ変換ポートから入力されるランプ電圧をタイマー割り込みなどで一定時間毎に観測し、複数回にわたり観測された電圧の変化が所定値以下となったときに、安定点灯していると判定すれば良い。

以上により得られた過渡期間の計測結果Ｔ１と、安定期間の計測結果Ｖｌａ１，Ｖｌａ２に基づいて、放電灯のランプ種別を最終的に判定し、判定された定格電力７０Ｗまたは３９Ｗで定格点灯するように、マイコンのＤ／Ａ変換ポートからＭＯＳトランジスタＱ７のゲート・ソース間電圧を切り替えるものである。

なお、ここでは、放電灯判別回路７ａを構成するマイコンがランプ電圧を検出するためのＡ／Ｄ変換機能と、ランプ電力の目標値を切り替えるためのＤ／Ａ変換機能を共に有しているという前提で説明したが、別の手段として、例えば、マイコンの２値出力ポートからデューティ可変のＰＷＭ信号を出力し、これをＣＲ積分回路によりフィルタリングして得られるアナログ電圧をＭＯＳトランジスタＱ７のゲート・ソース間に印加することで、オペアンプＯＰ１の基準電圧を調節可能としても良いし、あるいはまた、抵抗とスイッチ素子の直列回路を抵抗Ｒ１６と並列に複数個接続し、各スイッチ素子のオン・オフをマイコンの２値出力ポートのＨ／Ｌ出力により切り替えるように構成しても良い。要するに、安定点灯時のランプ電力をマイコンにより調整できるような構成であれば良く、点灯制御回路４ａの構成は図示されたものには限定されない。

（実施形態２）
図７は一般的なメタルハライドランプ（定格電力３９Ｗ、７０Ｗ、共に定格電圧９０Ｖ）の負荷特性を示す。縦軸はランプ電力Ｗｌａ、横軸はランプ電圧Ｖｌａである。実線Ａ−Ａ’と点線ａ−ａ’は定格電力７０Ｗ、定格電圧９０Ｖのランプ、実線Ｂ−Ｂ’と点線ｂ−ｂ’は定格電力３９Ｗ、定格電圧９０Ｖのランプの負荷特性（Ｗｌａ−Ｖｌａ特性）を示す。実線は、数十から数百Ｈｚの矩形波電流でランプを点灯させたときの負荷特性であり、点線は、直流電流でランプを点灯させたときの負荷特性である。

図７から明らかなように、定格電力付近においては、数十から数百Ｈｚの矩形波電流で点灯させたときのランプ電圧Ｖｌａと、直流電流で点灯させたときのランプ電圧Ｖｌａの差は殆どない。一方、定格電力より小さい領域では、矩形波電流で点灯させたときのランプ電圧Ｖｌａより、直流電流で点灯させたときのランプ電圧Ｖｌａの方が小さくなる。したがって、２つの異なる定格電力のランプのうち、小さい方の定格電力付近において、矩形波電流での点灯と直流電流での点灯を行わせて、ランプ電圧Ｖｌａの変化率を求めることにより、ランプの定格電力を判別することが可能となる。

本実施形態の回路構成は、基本的には図１、図２と同様であるが、本実施形態では、フルブリッジインバータ回路２ｂの制御回路ＩＣ２ｂによる極性反転動作を放電灯判別回路７ａを構成するマイコンの制御下に置くことで、矩形波電流での点灯と直流電流での点灯を切り替え可能としておく必要がある。また、放電灯判別回路７ａを構成するマイコンの安定期間における電気特性の判別のためのプログラムを変更する。具体的には、実施形態１では、安定期間において、小さい方の定格電力３９Ｗ付近の２つのランプ電力（３９Ｗ±ΔＷ）で点灯させたときのランプ電圧Ｖｌａ１，Ｖｌａ２を検出していたのに対して、本実施形態では、小さい方の定格電力３９Ｗで矩形波点灯させたときと、同じく小さい方の定格電力３９Ｗで直流点灯させたときのランプ電圧の違いを検出できるように構成する必要がある。

なお、矩形波電流での点灯と直流電流の点灯の順序については、高圧放電灯の始動時には、立ち消え防止のために直流電流による点灯を一時的に維持することがあるので、この直流電流による点灯維持後、電極寿命の改善のために矩形波電流での点灯に切り換えたときのランプ電圧Ｖｌａの変化率を観測することで、ランプの定格電力を判別するようにしても構わない。つまり、直流電流による点灯維持後、矩形波電流での点灯に切り替えたときに、ランプ電圧Ｖｌａの変化率が閾値よりも小さければ、小さい方の定格電力でそのまま点灯させれば良く、ランプ電圧Ｖｌａの変化率が閾値よりも大きければ、大きい方の定格電力に切り換えて点灯させれば良い。ここで、判定のための閾値は、図７において、３９Ｗの点灯時において、直線Ｂ−Ｂ’と点線ｂ−ｂ’の間隔よりも大きく、直線Ａ−Ａ’と点線ａ−ａ’の間隔よりも小さい所定値に設定すれば良い。

また、安定点灯時の電気特性として、複数種の放電灯の中で最も小さい定格電力で数十から数百Ｈｚの低周波で点灯させたときの放電灯電圧と、最も小さい定格電力よりもさらに小さい電力で数十から数百Ｈｚの低周波で点灯させたときの放電灯電圧と、最も小さい定格電力以下で直流で点灯させたときの放電灯電圧とを組み合わせて得られた値を用いても良い。例えば、図７の場合について具体的に説明すると、３９Ｗとこれより小さい３０Ｗの点灯電力で数十から数百Ｈｚの矩形波電流でランプを点灯させたときの放電灯電圧ＶｌａＡ、ＶｌａＢを検出し、さらに、３９Ｗまたは３０Ｗの点灯電力でランプを直流電流で点灯させたときの放電灯電圧ＶｌａＣを検出し、これらの放電灯電圧ＶｌａＡ、ＶｌａＢ、ＶｌａＣを組み合わせて安定点灯時の電気特性として用いても良い。このようにすれば、まず、ＶｌａＡとＶｌａＢの比較により実施形態１の原理による判定が可能であると共に、次に、ＶｌａＡまたはＶｌａＢとＶｌａＣを比較することにより実施形態２の原理による判定が可能となり、両者が相俟って、実施形態１と実施形態２を組み合わせた精度の高い判定が可能となる。

（実施形態３）
図８は一般的なメタルハライドランプ（定格電力３９Ｗ、７０Ｗ、共に定格最小電圧７５Ｖ）の負荷特性を示す。縦軸はランプ電力Ｗｌａ、横軸はランプ電圧Ｖｌａである。実線Ａ−Ａ’は定格電力７０Ｗのランプ、実線Ｂ−Ｂ’は定格電力３９Ｗのランプの負荷特性（Ｗｌａ−Ｖｌａ特性）を示す。図８より、定格電力の最も大きい７０Ｗと定格電力の最も小さい３９Ｗの範囲で２つのランプを点灯させた場合、定格最小電圧７５Ｖ以下となるのは、必ず定格電力７０Ｗのランプであることが分かる。

図９は一般的なメタルハライドランプ（定格電力３９Ｗ、７０Ｗ、共に定格最大電圧１１５Ｖ）の負荷特性を示す。縦軸はランプ電力Ｗｌａ、横軸はランプ電圧Ｖｌａである。実線Ａ−Ａ’は定格電力７０Ｗのランプ、実線Ｂ−Ｂ’は定格電力３９Ｗのランプの負荷特性（Ｗｌａ−Ｖｌａ特性）を示す。図９より、定格電力の最も大きい７０Ｗと定格電力の最も小さい３９Ｗの範囲で２つのランプを点灯させた場合、定格最大電圧１１５Ｖ以上となるのは、必ず定格電力３９Ｗのランプであることが分かる。

図１０に定格電力３９Ｗ、７０Ｗ、共に定格電圧９０Ｖ、定格最小電圧７５Ｖ、定格最大電圧１１５Ｖのランプ数種の負荷特性を示す。図１０より点灯電力が３９Ｗから７０Ｗの範囲内で定格最小電圧７５Ｖ以下となるのは、定格電力７０Ｗのランプのみであることが分かる。つまり、２つのランプの定格電力を判別する場合、２つのランプの定格電力範囲で点灯させたときのランプ電圧Ｖｌａを検出することにより、ランプの定格電力を判別することが可能である。

本実施形態の回路構成は、図１、図２と同様であり、放電灯判別回路７ａを構成するマイコンの安定期間の電気特性の判別のためのプログラムのみを変更すれば良い。具体的には、定格電圧が同じで定格電力が異なる複数の適合ランプのうちいずれかが装着されたときに、最大定格電力と最小定格電力の範囲で点灯させてみて、そのときのランプ電圧Ｖｌａを測定し、定格最小電圧以下であれば最大定格電力のランプであると判別し、定格最大電圧以上であれば最小定格電力のランプであると判別すれば良い。

（実施形態４）
図１１に定格電力３９Ｗ、７０Ｗのランプの電力を判別するフローチャートを示す。本実施形態の回路構成は、図１、図２と同様であり、放電灯判別回路７ａを構成するマイコンのプログラムの概略を示している。まず、点灯してランプ電圧が安定するまでの過渡期間において、ランプ電圧が３０Ｖから４０Ｖまで上昇するのに要する時間Ｔ１を計測する。そのときの計測結果が７秒以下であれば３９Ｗであり、７秒より長ければ７０Ｗと判別されるが、一旦、放電灯判別回路７ａを構成するマイコン内のメモリに判別結果は格納される（第１判別結果）。

次に、２つのランプの小さい方の定格電力（Ｗｌａ＝３９Ｗ）で点灯したときのランプ電圧が定格最小電圧の７５Ｖ以上であれば３９Ｗと判断され、７５Ｖ未満であれば７０Ｗと判別させる。ここでもまた、メモリ内に判別結果とそのときのランプ電圧Ｖｌａ１が格納される（第２判別結果）。

次に、点灯電力を２つのランプの定格電力の小さい方の電力よりもさらに低下させる。今回はＷｌａ＝３０Ｗとした。この３０Ｗの電力点灯したときのランプ電圧Ｖｌａ２を検出し、前回のランプ電圧Ｖｌａ１との変化率を算出する。その結果、Ｖｌａ１−Ｖｌａ２≦０であれば７０Ｗと判別し、Ｖｌａ１−Ｖｌａ２＞０であれば３９Ｗと判別する（第３判別結果）。

以上の３つの判別結果より、接続された負荷の定格電力が判別される。なお、第１判別結果、第２判別結果、第３判別結果が一致しない場合には、多数決による判別結果に基づいて定格電力で点灯させても良いし、判別不能として消灯もしくは減光させるように制御しても良い。

なお、ここでは、第１判別結果として、あらかじめ設定された放電灯電圧Ｖ１、Ｖ２（Ｖ１＜Ｖ２）におけるＶ１からＶ２への変化に要する時間を所定の基準値と比較しているが、あらかじめ設定された放電灯電圧Ｖ１、Ｖ２（Ｖ１＜Ｖ２）の差を、Ｖ１からＶ２への変化に要する時間で除算して得られる値を所定の基準値と比較しても良いし、あらかじめ設定された放電灯電圧Ｖ１、Ｖ２（Ｖ１＜Ｖ２）の範囲の放電灯電圧を積算して得られる値を所定の基準値と比較しても良い。具体的には、一定時間毎に放電灯電圧Ｖｌａを検出し、Ｖｌａ≧Ｖ１となってからＶｌａ≧Ｖ２となるまでの検出電圧の積算値を求めて、これを所定の基準値と比較しても良い。

さらに、放電灯電圧の変化率として、２つの電力Ｗ１、Ｗ２（Ｗ１＞Ｗ２）で点灯したときの放電灯電圧Ｖ３、Ｖ４の範囲の放電灯電圧を積算して得られる値を用いても良い。例えば、Ｗ１＝３９Ｗ、Ｗ２＝３０Ｗとしたときに、Ｗ１＝３９Ｗで点灯したときの放電灯電圧Ｖ３から、Ｗ２＝３０Ｗで点灯したときの放電灯電圧Ｖ４までの範囲で、放電灯検出Ｖｌａを一定時間毎に検出し、その検出電圧の積算値を求めて、これを所定の基準値と比較しても構わない。

（実施形態５）
図１２は本発明の放電灯点灯装置を用いた照明器具の構成例を示す。（ａ）、（ｂ）はスポットライトに適用した例、（ｃ）はダウンライトに適用した例であり、図中、１１は点灯装置の回路を格納した電子バラスト、１２は高圧放電灯を装着した灯体、１３は配線である。いずれの照明器具も３５Ｗ、７０Ｗのような複数の種類の高圧放電灯を適宜選択して装着することができる。これらの照明器具を複数組み合わせて照明システムを構築しても良く、必要な照度、発光色、デザイン等に応じて、種類の異なる複数の高圧放電灯が混在して用いられても構わない。これらの点灯装置として前述のランプ種を判別できる高圧放電灯点灯装置を搭載することで、ランプごとに点灯装置を変える必要がなくなる。

本発明の実施形態１の概略構成を示すブロック回路図である。 本発明の実施形態１の詳細な構成を示す回路図である。 定格電力の異なる高圧放電灯のランプ電圧立ち上がり特性図である。 複数種の高圧放電灯のランプ電圧の立ち上がり時間を測定した結果を示す図である。 一般的な高圧放電灯の負荷特性を示す説明図である。 定格電力の異なる高圧放電灯の安定点灯時の負荷特性の違いを示す説明図である。 本発明の実施形態２の動作説明図である。 本発明の実施形態３の最小定格電圧付近の動作説明図である。 本発明の実施形態３の最大定格電圧付近の動作説明図である。 複数種の高圧放電灯の安定点灯時の負荷特性図である。 本発明の実施形態４の動作説明のためのフローチャートである。 本発明の放電灯点灯装置を用いた照明器具の構成例を示す斜視図である。 従来の高圧放電灯点灯装置のブロック図である。 従来の高圧放電灯点灯装置の具体回路図である。 従来の高圧放電灯点灯装置の要部構成を示す具体回路図である。 従来の高圧放電灯点灯装置の動作説明図である。 従来の高圧放電灯点灯装置の他の構成例を示すブロック図である。 図１７の従来例の動作説明図である。

符号の説明

１ 直流電源
２ 電力変換回路
３ 放電ランプ
４ａ 点灯制御回路
７ａ 放電灯判別回路

Claims (14)

1. 直流電源からの電力を変換して高圧放電灯に電力を供給する電力変換回路と、電力変換回路の供給電力を制御する点灯制御回路と、放電灯の電気特性を検出し、放電灯の定格電力種を判別する放電灯判別回路とを備え、複数の定格電力種の高圧放電灯を負荷対象とし、そのうちいずれか１種を接続して点灯する放電灯点灯装置であって、接続された高圧放電灯の定格電力種は、高圧放電灯の始動後の安定点灯に至るまでの過渡期間と、始動後の時間が充分に経過した安定期間との放電灯の電気特性から前記放電灯判別回路により判別し、判別された結果に基づいて、前記電力変換回路の供給電力を制御し、接続された高圧放電灯を点灯することを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 請求項１において、高圧放電灯の始動後の過渡期間とは、高圧放電灯の電気特性が変化し続ける期間であり、安定期間とは、高圧放電灯の電気特性がほぼ安定する期間であることを特徴とする放電灯点灯装置。
3. 請求項２において、高圧放電灯の電気特性が変化し続ける過渡期間の電気特性とは、高圧放電灯の放電灯電圧の変化率であり、安定期間の電気特性とは、所定の電力で点灯させたときの放電灯電圧であることを特徴とする放電灯点灯装置。
4. 請求項２において、高圧放電灯の電気特性が変化し続ける過渡期間の電気特性とは、高圧放電灯の放電灯電圧の変化率であり、安定期間の電気特性とは、２つ以上の所定の電力で点灯させたときに得られる放電灯電圧の変化率であることを特徴とする放電灯点灯装置。
5. 請求項２において、高圧放電灯の電気特性が変化し続ける過渡期間の電気特性とは、高圧放電灯の放電灯電圧の変化率であり、安定期間の電気特性とは、数十から数百Ｈｚの低周波で点灯させたときと直流で点灯させたときの放電灯電圧の変化率であることを特徴とする放電灯点灯装置。
6. 請求項３において、安定期間の電気特性とは、複数種の放電灯中の最も大きい定格電力と最も小さい定格電力の範囲で点灯したときの放電灯電圧の変化率であることを特徴とする放電灯点灯装置。
7. 請求項３において、安定期間の電気特性とは、複数種の放電灯の中で最も小さい定格電力以下で数十から数百Ｈｚの低周波で点灯させたときと直流で点灯させたときの放電灯電圧の変化率であることを特徴とする放電灯点灯装置。
8. 請求項４において、安定期間の２つ以上の所定の電力とは、複数種の放電灯中の最も小さい定格電力と、前記最も小さい定格電力よりもさらに小さい電力であることを特徴とする放電灯点灯装置。
9. 請求項１〜８のいずれかにおいて、安定点灯時の電気特性とは、複数種の放電灯の中で最も小さい定格電力で数十から数百Ｈｚの低周波で点灯させたときの放電灯電圧と、最も小さい定格電力よりもさらに小さい電力で数十から数百Ｈｚの低周波で点灯させたときの放電灯電圧と、最も小さい定格電力以下で直流で点灯させたときの放電灯電圧とを組み合わせて得られた値であることを特徴とする放電灯点灯装置。
10. 請求項２〜５のいずれかにおいて、過渡期間の放電灯電圧の変化率とは、あらかじめ設定された放電灯電圧Ｖ１、Ｖ２（Ｖ１＜Ｖ２）におけるＶ１からＶ２への変化に要する時間であることを特徴とする放電灯点灯装置。
11. 請求項２〜５のいずれかにおいて、過渡期間の放電灯電圧の変化率とは、あらかじめ設定された放電灯電圧Ｖ１、Ｖ２（Ｖ１＜Ｖ２）の差を、Ｖ１からＶ２への変化に要する時間で除算して得られる値であることを特徴とする放電灯点灯装置。
12. 請求項２〜５のいずれかにおいて、過渡期間の放電灯電圧の変化率とは、あらかじめ設定された放電灯電圧Ｖ１、Ｖ２（Ｖ１＜Ｖ２）の範囲の放電灯電圧を積算して得られる値であることを特徴とする放電灯点灯装置。
13. 請求項４、６、８のいずれかにおいて、放電灯電圧の変化率とは、２つの電力Ｗ１、Ｗ２（Ｗ１＞Ｗ２）で点灯したときの放電灯電圧Ｖ３、Ｖ４の範囲の放電灯電圧を積算して得られる値であることを特徴とする放電灯点灯装置。
14. 請求項１〜１３のいずれかに記載の放電灯点灯装置を具備したことを特徴とする照明装置。

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