JP2006185621A - 放電灯点灯装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特別の回路を設けることなく放電ランプの異常を検出して放電ランプを消灯でき、全体として構成を簡単化し小形化も図る。
【解決手段】インバータ回路を動作して放電ランプ点灯制御している状態でランプ特性検出手段によりランプ電流を検出する。そして、ランプ電流の検出値を取り込み、この検出値に従ってランプ電力が一定になるようにインバータ回路の点灯周波数を制御する。そして、点灯周波数が所定の範囲から外れているか否かを判断する。点灯周波数が所定の範囲から外れていることを判断すると、異常を判定し、インバータ回路の動作を停止させ、放電ランプを消灯する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ランプ寿命など放電ランプの異常を検出して放電ランプを消灯させる放電灯点灯装置及びこの放電灯点灯装置を組み込んだ照明装置に関する。

放電灯点灯装置において、ランプ寿命を検出する方法としては、ランプ電圧を検出してランプ寿命を検出する方法やランプ電流の半波成分を検出してランプ寿命を検出する方法などが知られている。そして、ランプ電圧を検出するものとしては、例えば、放電ランプのランプ電圧波形の正、負電圧をそれぞれ検出する正電圧検出回路と、負電圧検出回路、及び検出した正、負電圧の電圧差を検出する一対の差動増幅回路と、この差動増幅回路の出力電圧が所定の閾値を超えたとき動作停止命令信号を出力する寿命判定回路を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１５８４０４号公報

しかしながら、従来は、ランプ寿命を検出するのに差動増幅回路や寿命判定回路など点灯制御に関わらない特別の回路を設ける必要があり、全体として構成が大きく複雑化する問題があった。
本発明は、このような問題を解決するために為されたもので、特別の回路を設けることなくランプ寿命や特性変化など放電ランプの異常を検出して放電ランプを消灯でき、全体として簡単な構成にでき、小形化も図ることができる放電灯点灯装置及び照明装置を提供する。

本発明は、放電ランプを点灯するインバータ点灯回路と、放電ランプのランプ電流あるいはランプ電圧を検出するランプ特性検出手段と、このランプ特性検出手段が検出した検出値が所定値になるようにインバータ点灯回路の点灯周波数を制御するとともにこの制御した点灯周波数を今の点灯周波数として記憶する点灯周波数制御手段と、記憶した今の点灯周波数が所定の範囲を外れたか否かを判断する判断手段と、この判断手段が、点灯周波数が所定の範囲を外れたことを判断すると、インバータ点灯回路により放電ランプを消灯させる消灯制御手段を具備した放電灯点灯装置にある。
このように、ランプ特性検出手段が検出した検出値が所定値になるようにインバータ点灯回路の点灯周波数を制御している状態で、今の点灯周波数が所定の範囲を外れると放電ランプの消灯が行われるので、特別の回路を設けることなく放電ランプの異常に対処できる。

また、本発明は、放電ランプを点灯するインバータ点灯回路と、放電ランプのランプ電流及びランプ電圧を検出するランプ特性検出手段と、このランプ特性検出手段が検出した検出値が所定値になるようにインバータ点灯回路のスイッチ素子のオンデューティを制御するとともにこの制御したオンデューティを今のオンデューティとして記憶するオンデューティ制御手段と、記憶した今のオンデューティが所定の範囲を外れたか否かを判断する判断手段と、この判断手段が、オンデューティが所定の範囲を外れたことを判断すると、インバータ点灯回路により放電ランプを消灯させる消灯制御手段を具備した放電灯点灯装置にある。

このように、ランプ特性検出手段が検出した検出値が所定値になるようにインバータ点灯回路のスイッチ素子のオンデューティを制御している状態で、今のオンデューティが所定の範囲を外れると放電ランプの消灯が行われるので、特別の回路を設けることなく放電ランプの異常に対処できる。

また、本発明は、上記放電灯点灯装置において、さらに、インバータ点灯回路に直流電圧を供給する昇圧チョッパ回路と、この昇圧チョッパ回路内のインダクタに２次巻線を設け、その２次巻線から電力の供給を受けて制御手段への制御電源を出力する制御電源出力手段を具備し、昇圧チョッパ回路は、入力電圧が大きくなると出力する直流電圧も大きくする制御を行うことにある。
また、本発明は、上記放電灯点灯装置を装置本体に組み込んだ照明装置にある。

本発明によれば、特別の回路を設けることなくランプ寿命や特性変化など放電ランプの異常を検出して放電ランプを消灯でき、全体として簡単な構成にでき、小形化も図ることができる放電灯点灯装置及び照明装置を提供できる。
また、本発明によれば、さらに、入力電圧の広い範囲に対して安定した制御電源を出力することができる放電灯点灯装置及び照明装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
この実施の形態は放電灯点灯装置について述べる。図１に示すように、商用交流電源１に点灯回路２を接続している。前記点灯回路２は、ダイオードブリッジからなる全波整流回路３を設け、この整流回路３の入力端子を、コンデンサ及びインダクタからなるフィルタ回路４を介して前記交流電源１に接続している。

前記点灯回路２は、前記全波整流回路３の出力端子に昇圧チョッパ回路５を接続している。前記昇圧チョッパ回路５は、前記全波整流回路３の出力端子にコンデンサ６を並列に接続するとともに、第１のインダクタ７を介してＭＯＳ形の第１のＦＥＴ（電界効果形トランジスタ）８と電流検出素子９との直列回路を並列に接続している。そして、前記第１のＦＥＴ８と電流検出素子９との直列回路にダイオード１０を順方向に介して電解コンデンサからなる平滑コンデンサ１１を並列に接続している。そして、チョッピング制御部１２を設け、このチョッピング制御部１２に前記全波整流回路３からの入力電圧、前記平滑コンデンサ１１の両端間に発生する出力電圧、前記電流検出素子９からの出力電圧をそれぞれ入力し、前記ＦＥＴ８をオン、オフ制御する。前記昇圧チョッパ回路５では第１のＦＥＴ８のオン、オフ動作と第１のインダクタ７の作用により電源電圧が昇圧され、昇圧された直流電圧が平滑コンデンサ１１に充電されて出力される。

前記点灯回路２は、昇圧チョッパ回路５の出力端子、すなわち、平滑コンデンサ１１の両端間に、インバータ回路１３を接続している。前記インバータ回路１３は、ＭＯＳ形の第２、第３のＦＥＴ１４，１５の直列回路を平滑コンデンサ１１の両端間に接続し、第３のＦＥＴ１５にコンデンサ１６と第２のインダクタ１７との直列回路を介して放電ランプ１８の１対のフィラメント電極１８ａ，１８ｂの一端を接続している。そして、前記放電ランプ１８の１対のフィラメント電極１８ａ，１８ｂの他端間に予熱コンデンサ１９を接続している。

インバータ回路１３の各ＦＥＴ１４，１５をインバータ制御部２０によって交互にオン、オフ動作するようにスイッチング制御している。前記インバータ制御部２０にはランプ電流を検出するランプ特性検出手段２１からランプ電流の検出値が入力している。前記インバータ制御部２０は、内部にマイクロプロセッサを設けて点灯周波数制御手段を構成し、ランプ電流の検出値をデジタル値に変換した後そのデジタル値をマイクロプロセッサが取り込み、そのデジタル値と予めテーブルに設定した所定値とを比較しながら、デジタル値が所定値になるように各ＦＥＴ１４，１５をスイッチング制御してインバータ回路１３の点灯周波数を制御するとともにそのときの点灯周波数を今の点灯周波数としてメモリに記憶するようになっている。このような制御によって、点灯周波数を常に把握しながらランプ電流の一定制御、あるいはランプ電力一定制御を行うことができる。

例えば、ランプ電力一定制御の場合における出力制御特性とランプ特性の一例を示すと、図２に示すようになる。このランプ電力一定制御において、正常な放電ランプを点灯するときに所望の出力を得るのに点灯周波数がｆ1であったとする。この放電ランプが寿命末期になって特性が変化しランプ電圧が上がると、出力制御の結果、図３に示すように点灯周波数がｆ1からｆ2になる。

インバータ制御部２０のマイクロプロセッサは、インバータ回路１３の今の点灯周波数を把握している。そこで、放電ランプ１８が正常に点灯していると判断するための点灯周波数の所定の範囲を設定しておき、ランプが寿命末期になったり、特性が変化したりして、点灯周波数が所定の範囲から外れる事態が生じると異常発生と判断することができる。

このような制御を実行するためにインバータ制御部２０のマイクロプロセッサは、図４に示すプログラム制御を行う。すなわち、ステップＳ１にて、インバータ回路１３を動作して放電ランプ１８を予熱制御し、始動制御し、点灯制御する。ステップＳ２にて、ランプ特性検出手段２１が検出したランプ電流の検出値を取り込む。

ステップＳ３にて、検出したランプ電流の検出値に従ってランプ電力が一定になるようにインバータ回路１３の点灯周波数を制御するとともにこの制御した点灯周波数を今の点灯周波数としてメモリに記憶する（点灯周波数制御手段）。そして、ステップＳ４にて、記憶した今の点灯周波数が所定の範囲から外れているか否かを判断する（判断手段）。

所定の範囲内であれば、ステップＳ５にて、終了か否かを判断する。これは、ランプ消灯のためのスイッチ操作が行われたか否かを判断することになる。終了でなければ、ステップＳ２に戻って同じ処理を繰り返す。また、終了であれば、ステップＳ６にて、インバータ回路１３の動作を停止させ、放電ランプ１８を消灯する。

また、点灯動作中に、ステップＳ４にて点灯周波数が所定の範囲から外れていることを判断すると、ステップＳ７にて、異常を判定し、インバータ回路１３の動作を停止させ、放電ランプ１８を消灯する（消灯制御手段）。

このような構成においては、インバータ制御部２０は、ランプ特性検出手段２１が検出したランプ電流の検出値を取り込み、このランプ電流の検出値に従ってランプ電力が一定になるようにインバータ回路１３の点灯周波数を制御する。そして、放電ランプ１８が寿命末期に近づくと点灯周波数が大きくなり、寿命末期になると点灯周波数が所定の範囲から外れるようになる。インバータ制御部２０は、点灯周波数が所定の範囲から外れたのを判断すると異常を判定し、インバータ回路１３の動作を停止させ、放電ランプ１８を消灯する。

従って、寿命などによって放電ランプ１８に異常が発生したのを特別の回路を設けることなく、インバータ制御部２０のマイクロプロセッサにより検出して放電ランプ１８を消灯させることができ、全体として簡単な構成にでき、小形化も図ることができる。

（第２の実施の形態）
この実施の形態は高圧放電灯点灯装置について述べる。なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図５に示すように、昇圧チョッパ回路５として、平滑コンデンサ１１に代えて、同じく電解コンデンサからなる２つの平滑コンデンサ２２，２３の直列回路を接続している。そして、前記昇圧チョッパ回路５の出力端子、すなわち、前記平滑コンデンサ２２，２３の直列回路の両端間に、高圧放電ランプ２４を点灯制御するインバータ回路２５を接続している。

前記インバータ回路２５は、前記平滑コンデンサ２２，２３の直列回路にＭＯＳ形の第４、第５のＦＥＴ２６，２７の直列回路を並列に接続し、このＦＥＴ２６，２７にそれぞれダイオード２８，２９を図示極性にして並列に接続している。そして、前記高圧放電ランプ２４の一端を、この高圧放電ランプ２４のランプ電流及びランプ電圧を検出するランプ特性検出手段３０を介して平滑コンデンサ２２，２３の接続点に接続している。また、前記高圧放電ランプ２４の他端を、トランス３１の２次巻線及び第１のインダクタ３２を直列に介して前記ＦＥＴ２６，２７の接続点に接続している。そして、前記トランス２４の１次巻線をイグナイタ３３に接続している。また、前記ランプ特性検出手段３０、高圧放電ランプ２４及びトランス３１の２次巻線の直列回路にコンデンサ３４を並列に接続している。前記イグナイタ３３は始動時に動作してトランス３１の２次巻線に高圧パルス電圧を発生させる。

前記インバータ回路２５の各ＦＥＴ２６，２７をインバータ制御部３５によって交互にオン、オフ動作するようにスイッチング制御する。前記インバータ回路２５は、各ＦＥＴ２６，２７のオン、オフ動作によって矩形波電圧を出力し高圧放電ランプ２４に印加する。前記インバータ制御部３５には前記ランプ特性検出手段３０からランプ電流及びランプ電圧の検出値が入力している。前記インバータ制御部３５は、内部にマイクロプロセッサを設けてオンデューティ制御手段を構成し、ランプ電流及びランプ電圧の検出値をデジタル値に変換した後そのデジタル値をマイクロプロセッサが取り込み、予めテーブルに設定した所定値と比較しながら、例えばランプ電力が一定になるように各ＦＥＴ２６，２７のオンデューティを制御する。

ランプ電力一定制御において、高圧放電ランプが寿命末期になるとランプ電圧が高くなるので、これに伴って制御する各ＦＥＴ２６，２７のオンデューティも大きくなる。インバータ制御部３５のマイクロプロセッサは、各ＦＥＴ２６，２７のオンデューティの時間幅を常に把握することができる。そこで、高圧放電ランプ２４が正常に点灯していると判断できるオンデューティの所定範囲を設定しておき、ランプが寿命末期になったり、特性が変化したりして、オンデューティが所定範囲から外れる事態が生じると異常発生と判断する。

このような制御を実行するためにインバータ制御部３５のマイクロプロセッサは、図６に示すプログラム制御を行う。すなわち、ステップＳ１１にて、インバータ回路２５を動作して高圧放電ランプ２４を始動制御し点灯制御する。ステップＳ１２にて、ランプ特性検出手段３０が検出したランプ電流の検出値とランプ電圧の検出値を取り込み、ステップＳ１３にて、検出したランプ電流の検出値に従ってランプ電力が一定になるようにインバータ回路１３のオンデューティを制御するとともにこの制御したオンデューティを今のオンデューティとしてメモリに記憶する（オンデューティ制御手段）。そして、ステップＳ１４にて、今のオンデューティが所定の範囲から外れているか否かを判断する（判断手段）。

所定の範囲内であれば、ステップＳ１５にて、終了か否かを判断する。これは、ランプ消灯のためのスイッチ操作が行われたか否かを判断することになる。終了でなければ、ステップＳ１２に戻って同じ処理を繰り返す。また、終了であれば、ステップＳ１６にて、インバータ回路２５の動作を停止させ、高圧放電ランプ２４を消灯する。

また、点灯動作中に、ステップＳ１４にてオンデューティが所定の範囲から外れていることを判断すると、ステップＳ１７にて、異常を判定し、インバータ回路２５の動作を停止させ、高圧放電ランプ２４を消灯する（消灯制御手段）。

このような構成においては、インバータ制御部３５は、ランプ特性検出手段３０が検出したランプ電流の検出値及びランプ電圧の検出値を取り込み、この検出値に従ってランプ電力が一定になるようにインバータ回路２５の各ＦＥＴ２６，２７のオンデューティを制御する。そして、高圧放電ランプ２４が寿命末期に近づくとオンデューティが大きくなり、寿命末期になるとオンデューティが所定の範囲から外れるようになる。インバータ制御部３５は、オンデューティが所定の範囲から外れたのを判断すると異常を判定し、インバータ回路２５の動作を停止させ、高圧放電ランプ２４を消灯する。

従って、寿命などによって高圧放電ランプ２４に異常が発生したのを特別の回路を設けることなく、インバータ制御部３５のマイクロプロセッサにより検出して高圧放電ランプ２４を消灯させることができ、全体として簡単な構成にでき、小形化も図ることができる。

（第３の実施の形態）
この実施の形態は放電灯点灯装置について述べる。なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図７に示すように、全波整流回路３の出力端子に昇圧チョッパ回路４０を接続している。前記昇圧チョッパ回路４０は、前記全波整流回路３の出力端子にコンデンサ６を並列に接続するとともに、インダクタ４１を介してＭＯＳ形の第１のＦＥＴ８と電流検出素子９との直列回路を並列に接続している。そして、前記第１のＦＥＴ８と電流検出素子９との直列回路にダイオード１０を順方向に介して平滑コンデンサ１１を並列に接続している。

前記インダクタ４１に２次巻線を設け、この２次巻線にダイオード４２を介して電解コンデンサからなる平滑コンデンサ４３を並列に接続し、２次巻線に発生する電圧をダイオード４２で整流し、出力する電圧に基づいて平滑コンデンサ４３を充電するようにしている。前記平滑コンデンサ４３の負極端子は全波整流回路３の出力端子の負極側に接続している。そして、前記平滑コンデンサ４３の両端間に発生する直流電圧をチョッパ制御部４４及びインバータ制御部２０への制御電源としている。この制御電源回路では、第１のＦＥＴ８がオフしたときにダイオード４２を介して平滑コンデンサ４３に充電電流が流れるようになっている。

前記チョッパ制御部４４は、全波整流回路３の出力端子からの全波整流電圧を取り込んで入力電圧を検出し、入力電圧が大きくなるとそれに応じて前記平滑コンデンサ１１の両端間に出力される直流電圧が大きくなり、入力電圧が小さくなるとそれに応じて前記平滑コンデンサ１１の両端間に出力される直流電圧が小さくなるように、第１のＦＥＴ８をスイッチング制御する。例えば、商用交流電源１の入力電圧が１００Ｖから２００Ｖの範囲あるいはそれよりも広い範囲で変化してもそれに応じて前記平滑コンデンサ１１の両端間に出力される直流電圧を変化できるようになっている。その他の構成は前述した第１の実施の形態と同様の構成になっている。

このような構成の昇圧チョッパ回路４０は交流電源１からの入力電圧が高い場合は平滑コンデンサ１１から出力される直流電圧も高く制御する。ところで、交流電源１の電源電圧が高くなっても平滑コンデンサ１１から出力される直流電圧を一定に制御するものでは、制御電源の制御電圧特性は図８に示すようになる。すなわち、交流電源電圧が大きいときには制御電圧が低下するので、必要以上の電圧を確保するためには全体の電圧を大きくする必要がある。この場合には耐圧の高い部品が必要になる。また、定電圧回路や定電圧素子も必要となる。

これに対し、この実施の形態のように商用交流電源１の入力電圧が広い範囲で変化してもそれに応じて平滑コンデンサ１１の両端間に出力される直流電圧を変化できる昇圧チョッパ回路４０の場合は、制御電源の制御電圧特性は図９に示すようになる。すなわち、交流電源電圧が大きく変化しても制御電圧はそれほど変化しない。従って、商用交流電源１からの入力電圧が広い範囲で変化しても昇圧チョッパ回路４０は対応できることになる。

なお、この実施の形態においても昇圧チョッパ回路４０以外は前述した第１の実施の形態と同じ構成である。従って、寿命などによって放電ランプ１８に異常が発生したのを特別の回路を設けることなく、インバータ制御部２０のマイクロプロセッサにより検出して放電ランプ１８を消灯させることができ、全体として簡単な構成にでき、小形化も図ることができる。

なお、この実施の形態は放電ランプ１８を点灯制御するとともに点灯周波数を可変してランプ電力一定制御を行うインバータ回路１３に昇圧チョッパ回路４０を接続したものについて述べたがこれに限定するものではなく、高圧放電ランプ２４を点灯制御するとともにＦＥＴのオンデューティを可変してランプ電力一定制御を行うインバータ回路２５に昇圧チョッパ回路４０を接続したものであってもよい。

（第４の実施の形態）
この実施の形態は照明装置について述べる。図１０に示すように、放電灯点灯装置１００を照明装置本体１０１の中央裏面部に組み込み、この照明装置本体１０１に放電ランプ１０２を装填している。放電灯点灯装置１００としては、前述した各実施の形態の点灯装置を使用している。また、放電ランプとしては通常の蛍光ランプであっても水銀ランプのような高圧放電ランプであってもよい。

このような構成の照明装置に使用する放電灯点灯装置１００は、寿命などによって放電ランプに異常が発生したのを特別の回路を設けることなく、インバータ制御部のマイクロプロセッサにより検出して放電ランプを消灯させることができ、全体として簡単な構成にでき、小形化も図ることができる。従って、照明装置としても全体として簡単な構成にでき、小形化も図ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る、放電灯点灯装置の構成を示す一部ブロックを含む回路図。 ランプ電力一定制御の場合における出力制御特性とランプ特性の一例を示すグラフ。 図２の特性を周波数と電圧との関係で示したグラフ。 同実施の形態におけるインバータ制御部のマイクロプロセッサによる要部制御を示す流れ図。 本発明の第２の実施の形態に係る、放電灯点灯装置の構成を示す一部ブロックを含む回路図。 同実施の形態におけるインバータ制御部のマイクロプロセッサによる要部制御を示す流れ図。 本発明の第３の実施の形態に係る、放電灯点灯装置の構成を示す一部ブロックを含む回路図。 入力電源電圧の変化に対して昇圧チョッパ回路から出力される直流電圧を一定に制御する場合の、制御電源の制御電圧特性を示すグラフ。 入力電源電圧の変化に対して昇圧チョッパ回路から出力される直流電圧を可変制御する場合の、制御電源の制御電圧特性を示すグラフ。 本発明の第４の実施の形態を示す図で、放電灯点灯装置を照明装置本体に組み込んだ照明装置の斜視図。

符号の説明

２…点灯回路、１３…インバータ回路、１４，１５…ＦＥＴ、１８…放電ランプ、２０…インバータ制御部。

Claims (4)

1. 放電ランプを点灯するインバータ点灯回路と；
   前記放電ランプのランプ電流あるいはランプ電圧を検出するランプ特性検出手段と；
   このランプ特性検出手段が検出した検出値が所定値になるように前記インバータ点灯回路の点灯周波数を制御するとともにこの制御した点灯周波数を今の点灯周波数として記憶する点灯周波数制御手段と；
   前記記憶した今の点灯周波数が所定の範囲を外れたか否かを判断する判断手段と；
   この判断手段が、点灯周波数が所定の範囲を外れたことを判断すると、前記インバータ点灯回路により放電ランプを消灯させる消灯制御手段と；
   を具備したことを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 放電ランプを点灯するインバータ点灯回路と；
   前記放電ランプのランプ電流及びランプ電圧を検出するランプ特性検出手段と；
   このランプ特性検出手段が検出した検出値が所定値になるように前記インバータ点灯回路のスイッチ素子のオンデューティを制御するとともにこの制御したオンデューティを今のオンデューティとして記憶するオンデューティ制御手段と；
   前記記憶した今のオンデューティが所定の範囲を外れたか否かを判断する判断手段と；
   この判断手段が、オンデューティが所定の範囲を外れたことを判断すると、前記インバータ点灯回路により放電ランプを消灯させる消灯制御手段と；
   を具備したことを特徴とする放電灯点灯装置。
3. さらに、インバータ点灯回路に直流電圧を供給する昇圧チョッパ回路と、この昇圧チョッパ回路内のインダクタに２次巻線を設け、その２次巻線から電力の供給を受けて制御手段への制御電源を出力する制御電源出力手段を具備し、
   前記昇圧チョッパ回路は、入力電圧が大きくなると出力する直流電圧も大きくする制御を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の放電灯点灯装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１記載の放電灯点灯装置と；
   この放電灯点灯装置を組み込んだ照明装置本体と；
   を具備したことを特徴とする照明装置。

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