JP2006210267A - 放電ランプ点灯装置および照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】予熱時におけるインバータ回路の動作周波数を高く設定したものにおいて、始動時のインバータ回路の動作周波数を常に安定した始動電圧が得られるように制御する。
【解決手段】予熱時には高い動作周波数で動作して蛍光ランプ４に低い電圧の高周波出力を供給して予熱し、始動時には動作周波数を低下させて蛍光ランプに高い電圧の高周波出力を供給して始動動作を行い、点灯時には動作周波数を所定のランプ電圧を維持するように制御するインバータ回路３と、蛍光ランプ４に印加する電圧を検出し、この検出電圧を基準電圧と比較し、検出電圧が始動時電圧を超えると出力する電圧信号のレベルを変化する電圧検出部１０と、始動時において電圧検出部からの電圧信号のレベル変化に応じてインバータ回路の高周波出力電圧が予め設定した始動時電圧を維持するようにインバータ回路の動作周波数を可変制御する制御回路６とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放電ランプ点灯装置および照明器具に関する。

放電ランプ点灯装置において、予熱時には放電ランプに低い電圧の高周波出力を供給してフィラメント電極を予熱し、始動時には２次電圧を切替えて放電ランプに高い電圧の高周波出力を供給して始動動作を行い、点灯時には動作周波数を所定のランプ電圧を維持するように制御するインバータ回路を使用したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−２９４１９４号公報（段落「００３８」〜「００４２」等）

放電ランプ点灯装置には、負荷回路にＬＣ共振回路を形成するインダクタＬとキャパシタＣが設けられているが、装置のコンパクト化を図るためにはこれらの回路素子を小さくする必要がある。そして、インダクタやキャパシタの容量を小さくするには、特に予熱時におけるインバータ回路の動作周波数を高くする必要がある。しかしながら、動作周波数を高くすると放電ランプに印加される高周波出力電圧は低くなる。従って、インダクタやキャパシタの容量を小さくして予熱時の動作周波数を高くした場合は、予熱時から始動時に切り替わったときにインバータ回路の動作周波数を低く切替えてインバータ回路から出力される高周波出力電圧を大きくする、いわゆる、２次電圧の切替えが必要になる。

一方、インダクタやキャパシタの容量を小さくした場合、無負荷時の周波数特性曲線が共振周波数近傍で急峻になるが、始動時には高周波出力電圧を大きくしなければならないことから、そのときの動作周波数は共振周波数近傍で制御することになる。しかし、共振周波数近傍では動作周波数が僅かに変化するだけでも出力電圧が大きく変動する。また、使用するインダクタの容量は小さいので、出力電圧が急激に高くなると、インダクタが飽和して制御に支障を来たすという問題がある。

そこで、本発明は、ＬＣ共振回路のインダクタやキャパシタの容量を小さくするために予熱時におけるインバータ回路の動作周波数を高く設定したものにおいて、始動時におけるインバータ回路の動作周波数を、常に安定した始動電圧が得られるように制御できる放電ランプ点灯装置およびこの放電ランプ点灯装置を使用した照明器具を提供する。

請求項１に記載の放電ランプ点灯装置の発明は、予熱時には所定の動作周波数で動作し放電ランプにＬＣ共振回路を介して低い電圧の高周波出力を供給してフィラメント電極を予熱し、始動時には動作周波数を所定の動作周波数よりも低下させて放電ランプにＬＣ共振回路を介して高い電圧の高周波出力を供給して始動動作を行い、点灯時には動作周波数を所定のランプ電圧を維持するように動作するインバータ回路と、放電ランプに印加する電圧を検出し、この検出電圧を予め設定した始動時電圧を決める基準電圧と比較し、検出電圧が始動時電圧を超えると出力信号のレベルが変化する電圧検出部と、始動時において電圧検出部からの出力信号のレベル変化に応じてインバータ回路の高周波出力電圧が予め設定した始動時電圧を維持するようにインバータ回路の動作周波数を可変制御する制御回路を具備したものである。

本発明によれば、インバータ回路は、予熱時には所定の動作周波数で動作してＬＣ共振回路を介して放電ランプのフィラメント電極を予熱する。また、始動時には動作周波数を所定の動作周波数よりも低下させて２次電圧を高い電圧に切替えて放電ランプにＬＣ共振回路を介して高電圧を印加する。また、点灯時には動作周波数を所定のランプ電圧を維持するように動作する。そして、始動時においては、放電ランプに印加する電圧を検出し、この検出電圧を予め設定した始動時電圧を決める基準電圧と比較し、検出電圧が始動時電圧を超えると出力信号のレベルが変化する。制御回路は、出力信号のレベル変化に応じてインバータ回路の高周波出力電圧が予め設定した始動時電圧を維持するようにインバータ回路の動作周波数を可変制御する。従って、始動時に放電ランプに印加する高周波電圧が予め設定した始動時電圧を超えることがあると、制御回路は、直ちにインバータ回路の動作周波数を可変制御して高周波出力電圧を抑制する。このような制御を行うことにより、ＬＣ共振回路のインダクタやキャパシタの容量を小さくしてもインダクタが飽和するのを防止できる。

請求項２に記載の放電ランプ点灯装置の発明は、請求項１記載の放電ランプ点灯装置において、予熱時のインバータ回路の動作周波数を、点灯時のインバータ回路の動作周波数の略３倍に設定したことにある。

請求項３に記載の照明器具の発明は、請求項１又は２記載の放電ランプ点灯装置と、放電ランプ点灯装置を配設している照明器具本体を具備している。

本発明によれば、ＬＣ共振回路のインダクタやキャパシタの容量を小さくするために予熱時におけるインバータ回路の動作周波数を高く設定したものにおいて、始動時におけるインバータ回路の動作周波数を、常に安定した始動電圧が得られるように制御できる放電ランプ点灯装置およびこの放電ランプ点灯装置を使用した照明器具を提供できる。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は放電ランプ点灯装置の回路構成を示すブロック図で、商用交流電源Ｖsに、平滑・整流回路１を接続し、この平滑・整流回路１の出力端子にアクティブ回路２を接続し、このアクティブ回路２の出力端子に高周波インバータ回路３を接続している。

前記整流・平滑回路１は、商用交流電源Ｖsの交流電圧を整流し平滑し、その直流電圧を前記アクティブ回路２に入力する。前記アクティブ回路２は、例えば、昇圧チョッパ回路であり、入力した直流電圧を所定の出力電圧に変換して前記インバータ回路３に入力する。

前記インバータ回路３は、アクティブ回路２から出力された直流電圧を高周波電圧に変換して出力するように、１対の電界効果トランジスタＦＥＴ1、ＦＥＴ2を用いてハーフブリッジ形に形成している。すなわち、電界効果トランジスタＦＥＴ1および電界効果トランジスタＦＥＴ2の直列回路をアクティブ回路２の出力側に接続し、電界効果トランジスタＦＥＴ2のドレイン、ソース間に、インダクタＬ1および直流カット用コンデンサＣ1を直列に介して放電ランプとしての蛍光ランプ４のフィラメント電極４ａ，４ｂの一端を接続している。そして、蛍光ランプ４のフィラメント電極４ａ，４ｂの他端間に始動用コンデンサＣ2を接続している。前記インダクタＬ1、直流カット用コンデンサＣ1、始動用コンデンサＣ2は無負荷時のＬＣ共振回路を形成している。

前記電界効果トランジスタＦＥＴ1および電界効果トランジスタＦＥＴ2のゲートを駆動回路５に接続している。前記駆動回路５は、制御回路６に接続し、この制御回路６の制御信号に応じて、蛍光ランプ４の予熱時、始動時および点灯時にそれぞれ所定の周波数で各電界効果トランジスタＦＥＴ1、ＦＥＴ2を交互にスイッチング駆動する。インバータ回路３は、電界効果トランジスタＦＥＴ1、ＦＥＴ2のスイッチング動作により、高周波電圧を出力して、蛍光ランプ４を予熱、始動、点灯制御する。

前記蛍光ランプ４のフィラメント電極４ａ，４ｂの一端間に、抵抗Ｒ1と抵抗Ｒ2の直列回路からなる、蛍光ランプ４に印加する電圧を検出する検出回路７を接続している。そして、抵抗Ｒ1と抵抗Ｒ2の接続点Ａをコンパレータ８の非反転入力端子(+)に接続している。コンパレータ８の反転入力端子(-)には始動時電圧を決める基準電圧Ｖrefを印加している。

前記コンパレータ８は、接続点Ａからの検出電圧が基準電圧Ｖrefを超えると、ハイレベル出力を送出し、検出電圧が基準電圧Ｖref以下ではローレベル出力を送出する。コンパレータ８からの出力を、平滑回路９に供給している。この平滑回路９は、図２に示すように、コンパレータ８の出力端子にカソード端子を接続したダイオードＤ1と、このダイオードＤ1のカソード端子に直列に接続した抵抗Ｒ3と、この抵抗Ｒ3に直列に接素せく下抵抗Ｒ4と、抵抗Ｒ3とＲ4との接続点と接地間に接続したコンデンサＣ3からなり、コンパレータ８の出力を平滑してアナログな電圧信号に変換し、その電圧信号を前記制御回路６に供給している。なお、コンパレータ８の出力部がオープンコレクタになっているときにはダイオードＤ1は不要となる。
前記検出回路７、コンパレータ８、平滑回路９は、電圧検出部１０を構成している。

前記制御回路６は、マイクロプロセッサ、メモリ、ＶＣＯ（電圧制御発振器）等を備えている。ＶＣＯは、予熱時には所定の電圧レベルに応じて所定の周波数信号を出力し、制御回路６は、このＶＣＯからの周波数信号に従ってインバータ回路３の各電界効果トランジスタＦＥＴ1、ＦＥＴ2を交互にスイッチング駆動し、インバータ回路３は予熱時の動作周波数で動作して予熱用の高周波出力を蛍光ランプ４に供給する。

また、ＶＣＯは、点灯時には所定の電圧レベルに応じて所定の周波数信号を出力し、制御回路６は、このＶＣＯからの周波数信号に従ってインバータ回路３の各電界効果トランジスタＦＥＴ1、ＦＥＴ2を交互にスイッチング駆動し、インバータ回路３は点灯時の動作周波数で動作して点灯用の高周波出力を蛍光ランプ４に供給する。

また、ＶＣＯは、始動時には電圧検出部１０からの電圧信号レベルに応じた周波数信号を出力する。すなわち、電圧信号レベルが高くなると周波数を上げるように動作する。制御回路６は、このＶＣＯからの周波数信号に従ってインバータ回路３の各電界効果トランジスタＦＥＴ1、ＦＥＴ2を交互にスイッチング駆動し、インバータ回路３は始動時の動作周波数で動作して始動用の高周波出力を蛍光ランプ４に供給する。

次に、本発明の一実施の形態の作用について述べる。
商用交流電源Ｖsが投入されると、制御回路６により駆動回路５が制御され、この駆動回路５によってインバータ回路３の電界効果トランジスタＦＥＴ1、ＦＥＴ2がスイッチング動作される。まず、制御回路６は予め設定された一定時間の予熱動作を行う。これは、ＶＣＯに所定の電圧レベルを供給し、高い周波数の周波数信号を発生させる。そして、制御回路６は、このＶＣＯからの周波数信号に従ってインバータ回路３の各電界効果トランジスタＦＥＴ1、ＦＥＴ2を交互にスイッチング駆動し、インバータ回路３は予熱用に設定された所定の動作周波数で動作して予熱用の高周波出力を蛍光ランプ４に供給する。

すなわち、図３に周波数特性曲線を示すように、予熱時の動作周波数としては所定周波数ｆ1が設定される。この時点では無負荷時となっているので、無負荷時の特性曲線から蛍光ランプ４には出力電圧Ｖ1が印加され、この出力電圧Ｖ1によってフィラメント電極４ａ，４ｂに予熱電流が流れる。こうして、予め設定された一定時間の予熱が行われる。

一定時間の予熱が終了すると、制御回路６は、電圧検出部１０からの電圧信号レベルによってＶＣＯを動作させる。これにより、ＶＣＯは電圧検出部１０からの電圧信号レベルに応じた周波数信号を出力する。すなわち、ＶＣＯは出力する周波数信号の周波数をＬＣ共振回路の共振周波数近傍まで低下させる。これにより、インバータ回路３の動作周波数は周波数ｆ2になる。動作周波数が周波数ｆ2になると、無負荷時の特性曲線から蛍光ランプ４に印加する出力電圧はＶ1からＶ2に大きく変化する。すなわち、蛍光ランプ４の始動に必要な高い電圧が印加される。

始動時においては、コンパレータ８によって蛍光ランプ４に印加する電圧を監視し、この電圧が予め設定した始動時電圧を超えることがあると、検出電圧が基準電圧Ｖrefを超えるので、コンパレータ８の出力が直ちにハイレベルになる。コンパレータ出力がハイレベルになると、平滑回路９から出力される電圧信号レベルが上昇するので、制御回路６のＶＣＯは周波数を上げる動作を行う。これにより、インバータ回路３の動作周波数が高くなり、インバータ回路３から出力する高周波電圧が低下される。こうして、始動時には蛍光ランプ４に印加する電圧は予め設定した始動時電圧に略一定に制御される。

始動により蛍光ランプ４が点灯するようになると、制御回路６は点灯時の動作を行う。蛍光ランプ４が点灯動作を開始すると、制御回路６はＶＣＯに所定のランプ電圧を印加するために設定した所定の電圧レベルを供給する。これにより、ＶＣＯは、更に低い周波数の周波数信号を発生させる。そして、制御回路６は、このＶＣＯからの周波数信号に従ってインバータ回路３の各電界効果トランジスタＦＥＴ1、ＦＥＴ2を交互にスイッチング駆動し、インバータ回路３は点灯時の動作周波数ｆ3で動作し、所定のランプ電圧を維持する所定の高周波出力を蛍光ランプ４に供給する。こうして、以降、蛍光ランプ４は点灯状態を維持し続ける。

このような一連制御が行われることで、始動時においてインダクタＬ1が飽和状態になるのを防止できる。すなわち、ＬＣ共振回路に使用されているインダクタＬ1やキャパシタであるコンデンサＣ1、Ｃ2はコンパクト化を図るために容量の小さいものを使用している。この関係で予熱時のインバータ回路３の動作周波数を高い周波数ｆ1に設定している。この周波数ｆ1は、例えば、点灯時の周波数ｆ3の略３倍程度に設定される。

このときの無負荷時の周波数特性曲線は、共振周波数近傍においてより急峻に立ち上がる曲線になる。この周波数特性曲線においては、予熱時の動作周波数は高く設定されるのでインバータ回路３から出力される高周波出力電圧は低くなる。これに対し、始動時ではインバータ回路３から出力される高周波出力電圧を高くする必要があり、始動時の動作周波数を、予熱時の周波数ｆ1から共振周波数近傍の周波数ｆ2まで大きく低下させて蛍光ランプ４に印加する出力電圧を低い電圧Ｖ1から高い電圧Ｖ2に変換することになる。

しかし、始動時の動作周波数ｆ2近傍では、周波数が少しでも変化すると出力電圧が大きく変化する。出力電圧が予め設定した始動時電圧よりも大きくなると、容量の小さいインダクタＬ1はすぐに飽和して機能を果たせなくなるおそれがある。このため、出力電圧が予め設定した始動時電圧よりも大きくなるのをコンパレータ８で検出し、さらに、平滑回路９でそれをレベル変化にして制御回路６に供給している。これにより、制御回路６はインバータ回路３の動作周波数を上げて出力電圧を低下させる制御が迅速にできるようになり、始動時におけるインバータ回路の動作周波数を、常に安定した始動電圧が得られるように制御でき、インダクタＬ1が飽和状態になるのを防止できる。

なお、この実施の形態では、電圧検出部１０を、コンパレータ８と平滑回路９を使用して構成したが必ずしもこれに限定されるものではない。
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。この実施の形態は、放電ランプ点灯装置を組み込んだ照明器具ついて述べる。
図４に示す照明器具１１は、天井などに設置される直付け照明器具であり、照明器具本体１２が天井などに取り付けられている。照明器具本体１２は、反射面１３を有するカバー１４が配設され、その両端に一対のランプソケット１５，１５が設けられている。

また、照明器具本体１２は、カバー１４内に放電ランプ点灯装置１６を配設している。放電ランプ点灯装置１６は、図１に示す放電ランプ点灯装置と同じ構成であり、この放電ランプ点灯装置１６に蛍光ランプ４がランプソケット１５，１５を使用して接続される。

このように、この照明器具１１は、図１に示す放電ランプ点灯装置と同じ構成の放電ランプ点灯装置１６を配設しているので、同様に、始動時におけるインバータ回路の動作周波数を、常に安定した始動電圧が得られるように制御でき、インダクタＬ1が飽和状態になるのを防止できる。

本発明の一実施の形態に係る放電ランプ点灯装置の回路構成を示すブロック図。 同実施の形態における電圧検出部の平滑回路の具体的構成を示す回路図。 同実施の形態における無負荷時と負荷時の周波数特性曲線を示す図。 本発明の他の実施の形態に係る照明器具の構成を示す外観図。

符号の説明

３…高周波インバータ回路、４…蛍光ランプ、６…制御回路、７…検出回路、８…コンパレータ、９…平滑回路、１０…電圧検出部。

Claims (3)

1. 予熱時には所定の動作周波数で動作し放電ランプにＬＣ共振回路を介して低い電圧の高周波出力を供給してフィラメント電極を予熱し、始動時には動作周波数を所定の動作周波数よりも低下させて放電ランプにＬＣ共振回路を介して高い電圧の高周波出力を供給して始動動作を行い、点灯時には動作周波数を所定のランプ電圧を維持するように動作するインバータ回路と；
   放電ランプに印加する電圧を検出し、この検出電圧を予め設定した始動時電圧を決める基準電圧と比較し、検出電圧が始動時電圧を超えると出力信号のレベルが変化する電圧検出部と；
   始動時において前記電圧検出部からの出力信号のレベル変化に応じて前記インバータ回路の高周波出力電圧が予め設定した始動時電圧を維持するように前記インバータ回路の動作周波数を可変制御する制御回路と；
   を具備したことを特徴とする放電ランプ点灯装置。
2. 予熱時のインバータ回路の動作周波数を、点灯時のインバータ回路の動作周波数の略３倍に設定したことを特徴とする請求項１記載の放電ランプ点灯装置。
3. 請求項１又は２記載の放電ランプ点灯装置と；
   放電ランプ点灯装置を配設している照明器具本体と；
   を具備していることを特徴とする照明器具。

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