JP2007265790A - 放電灯点灯装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】始動性を確保しながら始動時の閃光を抑制できる放電灯点灯装置およびこの放電灯点灯装置を用いた照明装置を提供すること。
【解決手段】点灯検出制御の制御時定数を始動時における放電灯３への印加電圧の制御時定数より小さくしているため、放電灯の点灯検出と略同時に高周波発生装置１の出力は点灯電力制御に移行する。したがって、放電灯３が始動しているにもかかわらず始動電圧相当の大きい電圧を印加して光出力を大きくすることを回避ないしは短時間にし、使用者に閃光と感じさせることがないかその程度を軽減する。
【選択図】図１

Description

本発明は熱陰極形の放電灯を高周波点灯する放電灯点灯装置およびこの放電灯点灯装置を備えた照明装置に関する。

放電灯を調光点灯するような場合、その始動時に一瞬大きな光出力で点灯し、その後所定の光出力（調光度）に移行する現象が生じることがある。使用者にとっては、この始動時の一瞬の光出力が閃光のように感じられるため、その解消が求められている。

このような要求に応えるものとして特許文献１のものが提案されている。特許文献１の技術は、高周波発生装置（インバータ）の共振回路部の共振特性と、インバータ部のスイッチング周波数またはデューティとの関係を利用して高周波発生装置の出力を変化させるものである。すなわち、予熱時および点灯制御時と、始動電圧印加制御時とで、共振特性を変化させるとともにこれに対応させてインバータのスイッチング周波数も変化させるようにしている。これによって、放電灯の始動を確保しながら、放電灯始動時の閃光を抑制しようとするものである。
特開２００５−３０２４２９号公報

しかしながら、特許文献１のものは、共振回路部の共振特性を変化させるために、インバータ部の直流電源電圧やインバータ部スイッチング素子の駆動信号のデューティを変化させている。このため、直流電圧を変化させるための制御回路が必要となり、また、デューティを変化させることにより過大電圧が発生する、直流電流が流れることにより巻線部品が飽和しやすくなる、などの問題点がある。

本発明は、共振回路部の定数を変化させることなく、始動性を確保しながら始動時の閃光を抑制できる放電灯点灯装置およびこの放電灯点灯装置を用いた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、熱陰極形の放電灯を付勢する出力可変の高周波発生装置と；高周波発生装置の出力制御を、フィラメントの予熱制御、始動電圧の印加制御、点灯検出制御、点灯電力制御の順で行うとともに、点灯検出制御の制御時定数が始動時における放電灯への印加電圧の制御時定数より小さい制御装置と；を具備していることを特徴とする。

本発明において、高周波発生装置は出力可変のものであればどのようなものでもよいが、例えば商用電源電圧を整流する整流装置（必要に応じて平滑装置）およびインバータを備えたものとすることができる。この場合、インバータは一石式、多石式のいずれでもよい。また、出力制御が容易という点では、特許文献１のようにスイッチング部および共振回路部を備えたものが好適である。

また、制御装置は、熱陰極形の放電灯を円滑に始動点灯するために、始動初期は相対的に小さい電圧を印加してフィラメントの予熱を行い、その後、フィラメントが十分予熱された状態で始動用の大きい電圧を印加し、放電灯が点灯したことを検出した後は例えばランプ電流、電圧、電力等が予め設定された所定値になるようフィードバック制御する点灯電力制御を行う。このような制御の手順および個々の制御手段はそれぞれ既知ないしは周知であるので、当業者においては適宜制御手段を構成することができる。

点灯電力制御において、予め設定されるランプ電流値、電圧値、あるいは電力値（基準値）を調光信号に応じて変更することにより調光点灯制御が可能である。もっとも、調光点灯制御は調光信号に応じて検出信号値を変更する等他の手段によるものでもよい。

本発明は、点灯検出制御の制御時定数を始動時における放電灯への印加電圧の制御時定数より小さくしているため、放電灯の点灯検出と略同時に高周波発生装置の出力は点灯電力制御に移行する。したがって、放電灯が始動しているにもかかわらず始動電圧相当の大きい電圧を印加して光出力を大きくすることを回避ないしは短時間にする。これによって、使用者に閃光と感じさせることがないかその程度を軽減する。

請求項２記載の放電灯点灯装置は、請求項１記載のものにおいて、前記制御装置は、中央処理手段、主記憶手段、前記高周波発生装置の情報を検出する検出手段、高周波発生装置のスイッチング制御手段を有し、中央処理手段は検出手段からの情報をもとにスイッチング制御信号を生成し、スイッチング制御手段に与えることで高周波発生装置の出力を制御するものであって、放電灯の始動時における点灯検出プログラムはスイッチングサイクルの自然倍の間隔毎に実行し、始動電圧の印加制御を行うプログラムは、点灯検出プログラムの実行間隔よりも長い一定時間毎に実行することを特徴とする。

本発明において、前記高周波発生装置の情報を検出するとは、高周波発生装置の出力電圧信号等である他、放電灯のランプ電流、電圧、電力に対応する情報を含むものである。

本発明は、制御装置を中央処理手段等を有するものとして構成している。このようなものとしては、例えばＩＣ、マイコン、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）を用いて構成することができる。

本発明によれば、制御装置の制御内容をプログラム化でき構成を非常に簡素化できる。制御装置の制御内容は高周波発生装置の出力変化の状態から検証可能である。

請求項３記載の照明装置は、照明器具本体と；照明器具本体に設けられた熱陰極形の放電灯と；熱陰極形の放電灯を点灯する請求項１または２記載の放電灯点灯装置と；を具備していることを特徴とする。

本発明において、照明装置は屋内用、屋外用、住宅用、施設用等どのようなものでもよい。本発明は、請求項１または２記載の発明の作用と同様の作用を行う照明装置である。

請求項１記載の発明は、放電灯の点灯検出と略同時に高周波発生装置の出力電圧を低減して点灯電力制御に移行するから、指導性を確保しながら、始動時の閃光の問題を解消ないしは軽減することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明に加えて、御内容をプログラム化できるので、構成を非常に簡素化できる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のいずれかの放電灯点灯装置を備えた照明装置を提供できる。

次に、本発明の一実施形態を図１〜図３を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態を示す回路図、図２は同じく制御装置の制御内容を示す制御ブロック図、図３は点灯検出とランプ電流の関係を示す概念図である。

高周波発生装置１は、交流電源あるいは直流電源２からの出力を受け、熱陰極形の放電灯３を付勢する。このような高周波発生装置１としては、半導体スイッチ素子を有するスイッチング部、インダクタおよびコンデンサを含む共振回路部などから形成されている。制御装置４は、放電灯３の状態に応じて適宜高周波発生装置１の出力を変化させるものであり、点灯時の出力制御は、負荷である放電灯３のランプ電流値を検出し、この検出信号に応じて高周波発声装置１のスイッチング周波数を制御する。このような制御装置４は、中央処理手段、主記憶手段および高周波発生装置のスイッチング制御手段等からなる処理部４１、スイッチング制御手段からの出力に応じてスイッチ素子を駆動する駆動信号を生成する駆動手段４２を有している。

また、本実施形態では、検出したランプ電流値が別途設定された制御目標値に近づくように、スイッチ素子のスイッチング周波数をフィードバック制御する。制御目標値は、例えば使用者が外部から調光信号５を変化させることにより設定可能であり、この値に従って放電灯３を調光することができる。

電源１が投入されると、フィラメントの予熱制御、始動電圧の印加制御、を経て放電灯３が始動点灯する。始動時には放電灯３が始動するために必要な電圧を放電灯３の両端に印加するように制御を行う。これによりランプが始動すると、ランプ電流が流れ、これによりランプの点灯検出を行う。または、ランプ電流が流れることで、ランプ両端の電圧が低下するので、これにより点灯検出を行ってもよい。

放電灯３への印加電圧を始動に必要な所定の目標値に近づけるための制御として、比例積分制御がよく用いられる。これは図２の制御ブロック図で示すことができる。ランプ印加電圧を検出し、制御目標値との差を求め、それを比例係数Ｋｐ倍したものと、積分係数Ｋｉ倍したのち、積分値を求めたものとの和を元に、電圧値-周波数変換回路（ＶＯＣ）により駆動信号を生成し、高周波発生装置１を制御する。比例係数Ｋｐや積分係数Ｋｉの設定により、印加電圧の制御精度や、時定数を変更できる。

また、放電灯３の点灯検出について、前述のようにランプ電流の検出により点灯したことを検出する場合、制御装置４にコンパレータ４３を設け、反転入力端子に点灯検出の閾値４４を設定し、ランプ電流検出信号ｉを非反転入力端子に入力する。ランプ電流が所定値以上流れたことを検出すると、制御状態を始動から点灯へ移行させればよい。

始動電圧制御では、必要な印加電圧が得られるように制御装置４にコンパレータ４５を設け、非反転入力端子に基準値４６を設定し、電圧検出信号ｖ非反転入力端子に入力する。そして、これらの比較結果に応じて動作周波数をフィードバック制御すればよい。このとき、点灯検出の制御速度が遅く、十分なランプ電流が流れているにもかかわらず点灯したと判定されない場合には始動電圧制御が継続される。

ランプ電流が流れることでランプ両端電圧は低下するが、始動電圧制御中は始動に必要な高い電圧を印加する方向に制御は移行する。すなわち、出力を大きくするように例えば動作周波数が低下する。ランプ電流がさらに低下することで放電灯３の点灯検出が行われ、点灯電力制御へ移行する。点灯電力制御として調光を行うよう指令が与えられている場合、ランプ電流が流れ始めてから、点灯検出が行われるまでの期間は、放電灯３に過剰電流が流れてしまい、使用者に閃光として認識されてしまう。この状態を図３に示す。図３は、放電灯３が点灯したにもかかわらず、点灯検出制御時定数が大きいため、大きなランプ電流が流れた後に点灯を検出している状態を概念的に示したものである。信号

これに対して、本発明は、始動電圧の印加制御よりも、点灯検出制御の方の制御速度をより速く設定している。その具体的手段としては、電圧検出信号ｖの積分定数を大きくするなどの方法がある。このような本発明においては、点灯検出制御が始動電圧の印加制御よりも速く実行されるから、放電灯３に大きな電流が流れることを防止できることは、図３を参照しても容易に理解される。

次に、本発明の他の実施形態を図４および図５を参照して説明する。図４は本発明の他の実施形態を示す回路図、図５は電圧、電流と制御タイミングとの関係を概念的に示す図である。

本実施形態は、制御装置４０にプロセッサなどを用いたものである。また、本実施形態の高周波発生装置１０は整流装置１１、昇圧チョッパ１２およびハーフブリッジインバータ１３を有している。ハーフブリッジインバータ１３はインダクタ１４およびコンデンサ１５を含む直列共振回路を有し、前記コンデンサ１５に放電灯３を並列接続している。

制御装置４０は、例えばマイコンを主として構成されるもので、マイコンは中央処理手段４１、主記憶手段４２、不揮発メモリ４３、プログラムメモリ４４、インターフェイス４５、ＡＤ変換手段４６等を有している。前記ＡＤ変換手段４６には電圧検出信号ｖおよび電流検出信号ｉが入力されるようになっている。なお、電圧検出手段および電流検出手段については図示を省略したが、既知ないしは周知のもの等を適宜採用し得る。また、制御装置４０はハーフブリッジインバータ１３のスイッチング素子１６、１７のスイッチングを制御するスイッチング制御手段４７を有している。

制御装置４０は、ランプ電流とランプ電圧を検出し、ＡＤ変換手段４６によりディジタル値に変換したのち、ランプ電流検出値を入力とする点灯検出プログラムと、ランプ電圧検出値を入力とする始動電圧制御プログラムが、条件に従い実行される。始動電圧制御プログラムは比例積分制御を利用して、一定の始動電圧が得られるように動作周波数を決定する制御を行う。始動電圧制御は、積分係数を設定する観点から一定時間毎に実行される。

また、点灯検出プログラムは、ランプ電流検出値が所定に閾値を超えたかどうか判定し、判定された場合、始動電圧制御を終了させて、点灯電力制御を開始するように制御を行う。

このとき、図５に示すように、始動電圧制御はスイッチング周期を超える一定間隔毎に実行する。一方、点灯検出プログラムは、スイッチング周期毎に実行する。点灯検出をより高頻度に行うことで、点灯検出から点灯制御への時間遅れを短くでき、始動時の閃光を抑えることができる。

さらに、図５の（１）や（２）ように、同時に実行条件が成立した場合、点灯検出プログラムを実行してから始動電圧制御プログラムを実行することで、点灯検出の制御速度を高くでき、始動時の閃光を抑えることができる。

次に、図６を参照して照明装置の実施形態を説明する。本実施形態の照明装置は、天井直付形の照明器具である。６１は照明器具本体、６２は照明器具本体６１に設けられたソケット、６３は反射板、６４はソケット６２に装着された熱陰極形の放電灯、６５は照明器具本体６１に内蔵された放電灯点灯装置である。

このような本発明の照明装置は、調光点灯状態の始動時でも閃光の問題が無いか低減し、かつ、始動性も確保される。

さらに、本発明に適用することが可能な電源装置の実施形態を図７〜図９を参照して説明する。なお、この実施形態は本発明以外にも適用可能である。

本実施形態は、電源装置に使用される電界コンデンサの寿命を判定または推定するものである。従来、電解コンデンサのリプル電圧が所定値を超えたことで、それを寿命判定の目安とするものが提案されている。

しかし、リプル電圧の変動のみ検出しているのでは、リプル電圧の上昇が回路の動作状態に起因するものなのか、電解コンデンサの特性変化(寿命）に起因するものなのかが判定できないという問題があった。

そこで、本実施形態は、電解コンデンサの直列等価抵抗を用いて、電源装置の寿命を判定、推定しようとするものである。

図７において、図１または図４と同じまたは対応する部分には同じ符号を付してある。また、図８は、電解コンデンサの直列等価抵抗（以下、ＥＳＲという。）の動作時間に対する変化の様子を示すものである。このように動作時間の経過と共に、電解コンデンサは、内部の電解液が減少することでＥＳＲが増加する。これにより、リプル電圧が増加するなど、電解コンデンサの寿命に影響を与える。本提案はこのようなＥＳＲの増加を検出して、電源装置の寿命を判定するものである。

図７において、回路の構成部品の中で寿命が最も短いのは、一般的に電解液を含む電解コンデンサ７である。そこで、電解コンデンサ７が寿命となったことを判定し、それを装置の寿命とすることが有益である。

電解コンデンサ７を流れる電流と、端子電圧を検出し、その比（電圧/電流）によりＥＳＲを計算する。図８の特性において、ＥＳＲの閾値を設定しておき、検出したＥＳＲがこれを超えることで寿命と判定することができる。

ＥＳＲを計算するとき、端子電圧と電流との位相はずれているので、瞬時値を検出してもＥＳＲを知ることはできない。そこで、リプル電圧とリプル電流を検出し、その比によりＥＳＲを算出すればよい。

また、ＥＳＲの履歴を記憶しておき、履歴データから電解コンデンサ７の残り寿命を判定することができる。これは図９のように、過去のＥＳＲの履歴データを利用して、現時点より未来に向かって、ＥＳＲがどのように変化するかを推定することで行う。例えば、所定の動作条件の元での、動作時間に対するＥＳＲデータと比較することで、未来のＥＳＲの変化を推定することができる。残り寿命の判定結果をユーザーに知らせることもできる。

また、同様にＥＳＲの変化率の履歴を記憶しておき、ＥＳＲの場合と同様に未来のＥＳＲを推定することで、電解コンデンサ７の残り寿命を判定することもできる。

さらに、電解コンデンサ７の寿命を判定した場合、インバータ部や直流電源部の動作を停止させることで、装置全体を保護することができる。

本発明の一実施形態を示す回路図 同じく制御装置の制御内容を示す制御ブロック図 同じく点灯検出とランプ電流の関係を示す概念図 本発明の他の実施形態を示す回路図 同じく電圧、電流と制御タイミングとの関係を概念的に示す図 本発明の照明装置の一実施形態を示す斜視図 本発明に適用可能な電源装置の実施形態を示す回路図 同じく電解コンデンサの直列等価抵抗値の動作時間に対する変化の様子を示す図 同じく電解コンデンサの直列等価抵抗値の動作時間に対する変化の様子を示す図

符号の説明

１、 １０…高周波発生装置、３…放電灯、４、４０…制御装置

Claims (3)

1. 熱陰極形の放電灯を付勢する出力可変の高周波発生装置と；
   高周波発生装置の出力制御を、フィラメントの予熱制御、始動電圧の印加制御、点灯検出制御、点灯電力制御の順で行うとともに、点灯検出制御の制御時定数が始動時における放電灯への印加電圧の制御時定数より小さい制御装置と；
   を具備していることを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記制御装置は、中央処理手段、主記憶手段、前記高周波発生装置の情報を検出する検出手段、高周波発生装置のスイッチング制御手段を有し、中央処理手段は検出手段からの情報をもとにスイッチング制御信号を生成し、スイッチング制御手段に与えることで高周波発生装置の出力を制御するものであって、放電灯の始動時における点灯検出プログラムはスイッチングサイクルの自然倍の間隔毎に実行し、始動電圧の印加制御を行うプログラムは、点灯検出プログラムの実行間隔よりも長い一定時間毎に実行することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 照明器具本体と；
   照明器具本体に設けられた熱陰極形の放電灯と；
   熱陰極形の放電灯を点灯する請求項１または２記載の放電灯点灯装置と；
   を具備していることを特徴とする照明装置。

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