JP2008059938A - 放電灯点灯装置、及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光出力が低下した場合でも、放電灯の調光点灯時の安定性を向上させ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。
【解決手段】 直流重畳回路１は、蛍光灯ＦＬに印加される交流電圧に直流電圧を重畳させ、調光信号補正回路Ｋ１は、直流電圧検出回路２の検出値と外部からの調光信号Ｖｓ１を入力されて、直流電圧検出回路２の検出値が第１の閾値Ｖｔｈ１を上回った場合には、調光信号Ｖｓ１よりも高いレベルの調光信号Ｖｓ０を出力し、直流電圧検出回路２の検出値が第１の閾値Ｖｔｈ１以下の第２の閾値Ｖｔｈ２を下回った場合は、出力する調光信号Ｖｓ０のレベルを入力された調光信号Ｖｓ１のレベルにまで低減させる。そして、調光信号補正回路Ｋ１が出力する調光信号Ｖｓ０のレベルの増減に応じて、インバータ回路ＩＮＶが蛍光灯ＦＬに供給する交流の電力量を増減させて蛍光灯ＦＬの調光を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電灯点灯装置、及び照明装置に関するものである。

蛍光灯を代表とする放電灯を点灯させる放電灯点灯装置としては、商用交流電圧を直流電圧に変換し、この直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路を用いて放電灯を高周波で点灯させる電子安定器が一般的である。このような電子安定器においては、外部から入力される調光信号の増減に応じて放電灯に供給する電力量を増減することにより、放電灯の明るさを変えることのできる調光機能を有するものがあり、省エネルギー用途や、演出用途として一般的に使用されている。このような調光機能付きの放電灯点灯装置においては、例えば定格光出力の１０％以下といった低光束調光領域まで、光出力のばらつきや、ちらつき等の不安定現象が発生しない安定した調光性能が要求されている。

このような要求に応えるために、放電灯の点灯状態を検出して、入力される調光信号に応じて放電灯が所定の出力となるようにフィードバック制御を行う放電灯点灯装置が知られている。フィードバック制御としては、放電灯に流れるランプ電流を検出し、検出したランプ電流値が調光信号に応じた所定の電流値となるようにフィードバック制御するものや、放電灯に供給されるランプ電力を検出し、検出した電力値が調光信号に応じた所定の電力値となるようにフィードバック制御する方式が一般的に用いられている。

図１１は、従来の放電灯点灯装置の代表的な構成を示す回路図であり、直流電圧源Ｅ１は、一般的に商用電源を全波整流回路で整流した後、コンデンサで平滑する構成や、昇圧チョッパ回路のようなＡＣ／ＤＣ変換回路により容易に構成することができ、直流電圧Ｖｄｃを発生する。

直流電圧源Ｅ１間には、ハイサイド側のスイッチング素子Ｑ１と、ローサイド側のスイッチング素子Ｑ２と、抵抗Ｒ１との直列回路が接続しており、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互に高周波でスイッチングさせることにより、直流電圧Ｖｄｃを高周波電圧に変換するハーフブリッジのインバータ回路ＩＮＶ（交流出力回路）を構成している。

そして、スイッチング素子Ｑ２と抵抗Ｒ１の直列回路の両端はインバータ回路ＩＮＶの出力端を構成しており、この出力端間には、インダクタＬ１とコンデンサＣ１との直列回路が接続され、さらにコンデンサＣ１の両端間には、コンデンサＣ２と蛍光灯（放電灯）ＦＬとの直列回路が接続されて、インダクタＬ１、コンデンサＣ１，Ｃ２で共振回路を構成しており、蛍光灯ＦＬには略正弦波状の高周波電圧が印加されて、蛍光灯ＦＬを高周波で点灯させている。

インバータ回路ＩＮＶの出力端間には、さらにトランスＴ１の一次巻線と直流カット用のコンデンサＣ３との直列回路が接続して、トランスＴ２の２組の二次巻線の各両端ａ，ｂ及びｃ，ｄは、コンデンサＣ４，Ｃ５を各々介して蛍光灯ＦＬのフィラメントの各両端に接続されており、トランスＴ１から蛍光灯ＦＬの各フィラメントを適宜加熱するための予熱電流が供給されている。

そして、スイッチング素子Ｑ２に直列接続している抵抗Ｒ１は、スイッチング素子Ｑ２を流れる電流を検出し、検出した電流の平均値によってインバータ回路ＩＮＶから出力される平均電力を等価的に検出している。抵抗Ｒ１によって検出したインバータ回路ＩＮＶの平均電力は、抵抗Ｒ２を介してオペアンプＯＰ１の反転入力端子に入力され、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には、外部から入力される調光信号Ｖｓ１のレベルに応じて調光指令値制御回路５から出力される調光指令値電圧Ｖａ１０が入力されている。オペアンプＯＰ１は、反転入力端子と出力端子との間にコンデンサＣ６を接続し、これらの２つの入力を比較して、互いの差分が小さくなるように出力電圧を変化させる。

オペアンプＯＰ１の出力端子はインバータ制御回路６に接続され、インバータ制御回路６は、オペアンプＯＰ１の出力電圧に応じてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数を変化させることによって、インバータ回路ＩＮＶの出力電力を制御し、インバータ回路ＩＮＶの出力電力に等価な抵抗Ｒ１の両端電圧が、調光指令値電圧Ｖａ１０と略同一となるようにフィードバック制御を行う。そして、調光指令値制御回路５は、調光信号Ｖｓ１のレベルに応じて調光指令値電圧Ｖａ１０を適宜変化させることにより、インバータ回路ＩＮＶの出力電力を調光信号Ｖｓ１に応じて調整し、蛍光灯ＦＬの調光を行う。

また、蛍光灯ＦＬの一端と直流電圧源Ｅ１の低圧側出力（グランドレベル）との間に接続された抵抗Ｒ１２，Ｒ１３の直列回路と、抵抗Ｒ１３に並列接続されたコンデンサＣ１２とは、直流電圧検出回路２を構成し、蛍光灯ＦＬの両端電圧を抵抗Ｒ１２，Ｒ１３で分圧し、コンデンサＣ１２で平滑することで、蛍光灯ＦＬの両端に発生する高周波電圧の直流電圧成分を検出する。そして、蛍光灯ＦＬの寿命末期時における蛍光灯ＦＬの整流作用（半波放電によるランプ電流の非対称性）による直流電圧成分の増加を比較回路２０によって検出し、直流電圧成分が所定値以上となった場合には、比較回路２０からインバータ制御回路６へ発振停止信号Ｖｒ１０を出力し、インバータ制御回路６はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作を停止させることで、寿命末期時における蛍光灯ＦＬや回路部品への過大なストレスの発生を防止している。

また、放電灯の低光束調光時における立ち消えを防止するために、放電灯の点灯状態をフィードバックして放電灯に直流バイアスを与える放電灯点灯装置もある。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−７５６８１号公報

上述のように、放電灯に流れるランプ電流や、放電灯に供給されるランプ電力を検出して、放電灯へ供給する電力をフィードバック制御する一般的な放電灯点灯装置においては、調光比が低くなる（光出力が低下する）につれてランプ電流、ランプ電力が低下するため、例えば調光比が定格光出力の１０％以下といった低光束調光領域では、ランプ電流やランプ電力の検出値が微少な値となり、フィードバック制御の精度が悪化してしまう。このため、特に放電灯の周囲温度が低い場合には、放電灯の光出力が低下してちらつきが発生しやすくなる他、点灯を維持することが困難となって立ち消えが発生するという課題があった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、光出力が低下した場合でも、放電灯の調光点灯時の安定性を向上させ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ことにある。

請求項１の発明は、調光信号のレベルの増減に応じて放電灯に供給する電力量を増減させて放電灯の調光を行う放電灯点灯装置において、放電灯に交流電力を供給する交流出力回路と、放電灯に印加される交流電圧に直流電圧を重畳させる直流重畳回路と、放電灯の両端に発生する電圧の直流電圧成分を検出する直流電圧検出回路と、直流電圧検出回路の検出値と外部からの調光信号とを入力されて、直流電圧検出回路の検出値が第１の閾値を上回った場合には、入力された調光信号よりも高いレベルの調光信号を出力し、直流電圧検出回路の検出値が第１の閾値以下の第２の閾値を下回った場合は、出力する調光信号のレベルを入力された調光信号のレベルにまで低減させる調光信号補正回路と、調光信号補正回路が出力する調光信号のレベルの増減に応じて、交流出力回路が放電灯に供給する交流の電力量を増減させて放電灯の調光を行う制御回路とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、放電灯点灯装置において、例えば周囲温度が低下し、放電灯の光出力が低下した場合でも、光出力の低下を抑制するように調光信号の補正がなされるので、光出力の低下によるちらつきや立ち消えの発生を防止し、放電灯の調光点灯時の安定性を向上させることができる。

請求項２の発明は、請求項１において、前記調光信号補正回路は、前記直流電圧検出回路の検出値が第１の閾値を上回った場合はレベルが増大し、直流電圧検出回路の検出値が第２の閾値を下回った場合はレベルが低減する調光信号を生成する補正手段と、外部から入力される調光信号のレベルと前記補正手段から出力される調光信号のレベルとを互いに比較し、いずれか高いほうのレベルに設定された調光信号を出力する高値優先手段とを備え、前記制御回路は、高値優先手段が出力する調光信号のレベルの増減に応じて、交流出力回路が放電灯に供給する交流の電力量を増減させて放電灯の調光を行うことを特徴とする。

この発明によれば、調光信号補正回路の機能を実現できる。

請求項３の発明は、請求項１または２において、前記直流重畳回路は、少なくとも直流電圧成分を含む電圧源の両端間にインピーダンス要素を介して放電灯を接続して構成されることを特徴とする。

この発明によれば、直流重畳回路の機能を実現できる。

請求項４の発明は、請求項１乃至３いずれかにおいて、前記調光信号補正回路から出力される調光信号のレベルが変化する時定数は、調光信号補正回路に入力される調光信号のレベルが変化する時定数より大きく、且つ直流電圧検出回路が直流電圧成分を検出する時定数より小さく設定されることを特徴とする。

この発明によれば、外部から入力された調光信号のレベルが急激に変化した場合でも、調光信号補正回路から出力される調光信号の過渡的な変化を安定させることができ、調光信号補正回路の過渡的な動作が安定する。

請求項５の発明は、請求項１乃至４いずれかにおいて、前記調光信号補正回路が出力する調光信号が所定レベル以上のときに直流電圧検出回路の検出値が第１の閾値を上回った場合、前記交流出力回路から放電灯への交流電力の供給を停止させる手段を備えることを特徴とする。

この発明によれば、放電灯の寿命末期時における放電灯や回路部品への過大なストレスの発生を防止できる。

請求項６の発明は、請求項１乃至５いずれかにおいて、放電灯の両端に発生する電圧の交流電圧成分を検出する交流電圧検出回路と、交流電圧検出回路の検出値が第３の閾値を上回った場合、前記交流出力回路から放電灯への交流電力の供給を停止させる手段とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、ランプ異常による放電灯や回路部品への過大なストレスの発生を防止できる。

請求項７の発明は、請求項６において、前記第１、第２、第３の各閾値のうち、少なくとも１つの閾値は、調光信号のレベルに応じて可変となることを特徴とする。

この発明によれば、閾値を調光信号のレベルに応じた最適な値とすることができ、調光信号の補正動作、放電灯の寿命末期状態の検出精度、ランプ異常状態の検出精度等を向上させることができる。

請求項８の発明は、請求項１乃至７いずれかにおいて、前記交流出力回路は複数の放電灯に交流電力を供給し、各放電灯の両端に発生する電圧の直流電圧成分を個別に検出する複数の直流電圧検出回路を備えて、前記調光信号補正回路は、複数の直流電圧検出回路の検出値のうち、最もレベルの高い検出値に応じて調光信号を補正することを特徴とする。

この発明によれば、回路部品や放電灯のばらつきによって各放電灯の光出力に差が生じても、光出力が低いほうの放電灯の状態に応じて調光信号レベルの補正動作が行われるため、複数の放電灯を備えた場合でも、いずれかの放電灯の光出力が極端に低下してちらつきや立ち消えを起こすことを防止している。

請求項９の発明は、請求項１乃至８いずれかにおいて、少なくとも直流電圧検出回路の検出値、及び外部からの調光信号を入力される入力ポートと、プログラムを実行することで、直流電圧検出回路の検出値が第１の閾値を上回った場合には、入力された調光信号よりも高いレベルの調光信号を出力し、直流電圧検出回路の検出値が第２の閾値を下回った場合は、出力する調光信号のレベルを入力された調光信号のレベルにまで低減させる演算手段と、演算手段が出力する調光信号のレベルに応じた調光指令値を出力する出力ポートとを備えるマイクロコンピュータを設けたことを特徴とする。

この発明によれば、各機能を比較的安価なマイクロコンピュータを用いることで実現できるため、コスト削減や実装スペースの削減が可能になる。また、点灯させる放電灯の種類が異なる場合でも、プログラムの変更によって閾値等の変更が可能となり、設計変更を容易に行うことができる。

請求項１０の発明は、放電灯と、放電灯を点灯させる請求項１乃至９いずれか記載の放電灯点灯装置と、放電灯点灯装置を収納する筐体と、放電灯を放電灯点灯装置に接続するソケットとを備えることを特徴とする。

この発明によれば、放電灯を備えた照明装置において、例えば周囲温度が低下し、放電灯の光出力が低下した場合でも、光出力の低下を抑制するように調光信号の補正がなされるので、光出力の低下によるちらつきや立ち消えの発生を防止し、放電灯の調光点灯時の安定性を向上させることができる。

以上説明したように、本発明では、光出力が低下した場合でも、放電灯の調光点灯時の安定性を向上させることができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は、本実施形態の放電灯点灯装置の構成を示す回路図であり、図１１に示す従来構成において、直流電圧源Ｅ１の高圧側出力を、蛍光灯ＦＬとコンデンサＣ２の接続点にインピーダンス要素たる抵抗Ｒ１１を介して接続することで、インバータ回路ＩＮＶから蛍光灯ＦＬに印加される高周波の交流電圧に微少な直流電圧成分を重畳させる直流重畳回路１と、直流電圧検出回路２が検出した蛍光灯ＦＬの直流電圧成分に基づいて調光信号を補正する調光信号補正回路Ｋ１とを備え、調光信号補正回路Ｋ１の出力が調光指令値制御回路５へ出力される。他の構成は、図１１に示す従来構成と同様であり、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

本放電灯点灯装置によるインバータ回路ＩＮＶの高周波出力による蛍光灯ＦＬの点灯、予熱動作は従来構成と略同様であり、以下、本実施形態の調光動作について説明する。

調光信号補正回路Ｋ１は、補正部３（補正手段）と、ＯＲ回路部４（高値優先手段）とで構成されており、補正部３は、直流電圧検出回路２の検出値を第１の閾値Ｖｔｈ１及び第２の閾値Ｖｔｈ２と比較して（Ｖｔｈ１≧Ｖｔｈ２の関係を満たす）、その比較結果に応じたレベルの調光信号Ｖｓ２を出力する機能を有しており、調光信号Ｖｓ２は、直流電圧検出回路２の検出値が第１の閾値Ｖｔｈ１を上回った場合はレベルが増大し、直流電圧検出回路２の検出値が第２の閾値Ｖｔｈ２を下回った場合はレベルが低減する。そして、ＯＲ回路部４は、外部から入力される調光信号Ｖｓ１のレベルと補正部３から出力される調光信号Ｖｓ２のレベルとを互いに比較し、いずれかレベルが高いほうの調光信号を出力する。

ここで、図２は、放電灯の調光に伴うランプインピーダンスの変化を図示したものであり、特性Ｙ１ａは常温時、特性Ｙ１ｂは低温時のランプインピーダンス特性を各々示す。蛍光灯ＦＬに代表される放電灯は、一般的に調光比が低くなると、ランプ電流の減少とともにランプの等価インピーダンスが増大する負性抵抗の特性を示す。図２に示すように、定格点灯（Ｆｕｌｌ）付近でのランプインピーダンスは比較的低く、例えばＦＨＦ３２形の直管型蛍光灯の場合、３００Ω程度のランプインピーダンスを示す。しかし、調光下限（Ｄｉｍ）付近では、ランプインピーダンスが急激に増加し、定格出力に対する調光比が５％程度では、特性Ｙ１ａに示す常温時において１０ｋΩ〜２０ｋΩ程度まで増加する。また、特性Ｙ１ｂに示す低温時では、ランプインピーダンスがさらに増加し、例えば周囲温度が０℃時には、２０ｋΩ〜４０ｋΩ程度まで増加する。このことが、低温時において蛍光灯ＦＬの光出力が低下し、ちらつきや立ち消えが起こりやすくなる原因となっていた。

まず、本実施形態では、蛍光灯ＦＬに微少な直流電圧成分を重畳する直流重畳回路１を備えており、ランプインピーダンスの低い定格点灯（Ｆｕｌｌ）付近では蛍光灯ＦＬの両端にはほとんど直流電圧成分が発生しないが、ランプインピーダンスの高い調光時においては蛍光灯ＦＬの両端に直流電圧成分が発生する。

この直流重畳回路１によって蛍光灯ＦＬの両端に発生する直流電圧成分（ランプ電圧直流成分）は、直流電圧源Ｅ１の直流電圧Ｖｄｃと、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３の抵抗値及びランプインピーダンスによる分圧比とによって決まるため、図３に示すように、蛍光灯ＦＬの両端に発生する直流電圧成分は、ランプインピーダンスの増加に比例して増加する。すなわち、直流電圧成分は、定格点灯（Ｆｕｌｌ）付近において低く、調光下限（Ｄｉｍ）付近では急激に増加する。なお、図３において、特性Ｙ２ａは常温時、特性Ｙ２ｂは低温時の直流電圧成分特性を各々示す。

補正部３は、図３に示すように、直流電圧検出回路２が検出した直流電圧成分と第１の閾値Ｖｔｈ１とを比較し、直流電圧成分が閾値Ｖｔｈ１より大きい場合には、出力する調光信号Ｖｓ２のレベルを徐々に増加させる。そして、ＯＲ回路部４では、外部から入力される調光信号Ｖｓ１のレベルと補正部３から出力される調光信号Ｖｓ２のレベルとを互いに比較し、いずれか高いほうのレベルに設定された調光信号Ｖｓ０を出力する。したがって、外部からの調光信号Ｖｓ１のレベルが低く設定され、且つ周囲温度が低い場合には、直流電圧成分が閾値Ｖｔｈ１以上に大きくなるので、調光信号Ｖｓ２のレベルが増加して調光信号Ｖｓ１より大きくなり、ＯＲ回路部４からは調光信号Ｖｓ２と同レベルの調光信号Ｖｓ０が出力される。

そして、調光指令値制御回路５は、通常よりもレベルが増加する方向に補正された調光信号Ｖｓ０に基づいて調光指令値電圧Ｖａ１を出力し、オペアンプＯＰ１は、調光指令値電圧Ｖａ１とインバータ回路ＩＮＶの出力電力に等価な抵抗Ｒ１の両端電圧とを比較して、互いの差分が小さくなるように出力電圧を変化させる。

オペアンプＯＰ１の出力端子はインバータ制御回路６に接続され、インバータ制御回路６は、オペアンプＯＰ１の出力電圧に応じてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数を変化させることによって、インバータ回路ＩＮＶの出力電力を制御し、インバータ回路ＩＮＶの出力電力に等価な抵抗Ｒ１の両端電圧が、調光指令値電圧Ｖａ１と略同一となるようにフィードバック制御を行う。そして、調光指令値制御回路５は、調光信号Ｖｓ０のレベルに応じて調光指令値電圧Ｖａ１を適宜変化させることにより、インバータ回路ＩＮＶの出力電力を調光信号Ｖｓ０に応じて調整し、蛍光灯ＦＬの調光を行う。すなわち、調光指令値制御回路５、オペアンプＯＰ１、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ６、インバータ制御回路６が、調光信号Ｖｓ０のレベルの増減に応じて、インバータ回路ＩＮＶが放電灯に供給する交流の電力量を増減させて放電灯の調光を行う制御回路を構成している。

したがって、外部からの調光信号Ｖｓ１のレベルが低く設定された状態で、周囲温度が低い場合、従来は、蛍光灯ＦＬの光出力が低下して、ちらつきや立ち消えが発生していたが、本実施形態では、本来の調光信号Ｖｓ１よりレベルが高い調光信号Ｖｓ２が優先されるようになり、低温時の光出力の低下を補正するように自動的に調光信号Ｖｓ０のレベルを調光信号Ｖｓ２と同レベルまで増加させるように動作するので、ちらつきや立ち消えの発生を防止することができる。

補正部３による調光信号Ｖｓ２のレベルの増加は、直流電圧検出回路２が検出する直流電圧成分が第１の閾値Ｖｔｈ１を下回るまで継続されるので、光出力の過度の低下を防止することができる。

そして、周囲温度の上昇や、調光信号Ｖｓ１のレベルの増加によって、ランプインピーダンスが低下し、直流電圧検出回路２が検出した直流電圧成分が第２の閾値Ｖｔｈ２を下回ると、補正部３は調光信号Ｖｓ２のレベルを徐々に低下させる。そして、調光信号Ｖｓ２のレベルが調光信号Ｖｓ１のレベルを下回ると、ＯＲ回路部４は、調光信号Ｖｓ１と同レベルの調光信号Ｖｓ０を出力する。すなわち、本来の調光信号Ｖｓ１が優先されるようになり、調光信号Ｖｓ１による通常の調光制御が行われる。

なお、上記第１の閾値Ｖｔｈ１、第２の閾値Ｖｔｈ２は、Ｖｔｈ１≧Ｖｔｈ２の関係を満たすように設定され、第１の閾値Ｖｔｈ１と第２の閾値Ｖｔｈ２との差は、例えば、調光信号を急激に変化させた場合等の過渡的な動作を考慮し、適宜設定すればよい。

また、ＯＲ回路部４において、調光信号Ｖｓ０のレベルを変化させる時定数を、外部からの調光信号Ｖｓ１のレベルが変化する時定数よりも大きく、且つ直流電圧検出回路２の応答時定数より小さくなるように設定することによって、例えば、外部から入力された調光信号Ｖｓ１のレベルが急激に変化した場合でも、調光信号補正回路Ｋ１から出力される調光信号Ｖｓ０の過渡的な変化を安定させることができ、調光信号補正回路Ｋ１の過渡的な動作が安定する。

このように、蛍光灯ＦＬ両端の高周波電圧に重畳される直流電圧成分を検出することで、ランプインピーダンスを等価的に検出し、このランプインピーダンスの検出値に応じて調光信号Ｖｓ０のレベルを自動的に増減させることによって、光出力の低下によるちらつきや立ち消えの発生を防止し、調光点灯時の安定性を向上させている。

また、本実施形態において、周囲温度が低い時に、直流電圧検出回路２が検出した直流電圧成分が第１の閾値Ｖｔｈ１を上回るように設定されているが（図３参照）、常温時においても直流電圧成分が第１の閾値Ｖｔｈ１を上回るように設定してもよい。

なお、図１に示す放電灯点灯装置の回路構成は一例であり、インバータ回路ＩＮＶ、共振回路、フィラメント予熱回路、フィードバック制御回路の各構成は、図１に示す構成に限定されるものではなく、本実施形態で説明した各機能を備えるものであればよい。

（実施形態２）
本実施形態の放電灯点灯装置は、実施形態１の構成に放電灯の寿命末期状態を検出する機能を付加したものであり、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に動作説明図を示す。なお、回路構成は実施形態１と同様に図１で示され、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

一般に、放電灯の寿命末期時には放電灯の整流作用（半波放電によるランプ電流の非対称性）が発生し、放電灯の両端電圧の直流電圧成分が増加する。しかし、ランプ電流の低下する低光束調光領域においては、放電灯の寿命末期においても放電灯の整流作用（半波放電によるランプ電流の非対称性）が弱く、放電灯の両端に十分な直流電圧成分が発生しないため、従来は放電灯の寿命末期状態の検出が困難であった。

一方、本実施形態においては、図１に示すように蛍光灯ＦＬに微少な直流電圧成分を重畳する直流重畳回路１を備えているため、蛍光灯ＦＬの寿命末期時におけるランプインピーダンスの増加を検出することが可能である。そして、調光時において、蛍光灯ＦＬが寿命末期状態となり、放電の維持が困難になると、ランプインピーダンスが通常より増加するため、直流重畳回路１によって蛍光灯ＦＬの両端に発生する直流電圧成分も増加する。そして実施形態１で説明したように、直流電圧検出回路２はこの直流電圧成分の値を検出し、直流電圧成分の検出値が第１の閾値Ｖｔｈ１を上回った場合、調光信号補正回路Ｋ１が出力する調光信号Ｖｓ０のレベルは増加する方向に補正される。正常な蛍光灯ＦＬであれば、調光信号Ｖｓ０のレベルの増加によって直流電圧成分が減少し、直流電圧成分が第１の閾値Ｖｔｈ１を下回った時点で調光信号の補正動作は完了する。

しかし、蛍光灯ＦＬが寿命末期状態である場合は、調光信号Ｖｓ０のレベルが増加すると蛍光灯ＦＬの半波放電による整流作用が強まるため、寿命末期状態の蛍光灯ＦＬ両端の直流電圧成分は、図４（ａ）中の特性Ｙ２ｃに示すように、全調光範囲に亘って第１の閾値Ｖｔｈ１を上回ってしまう。

そこで本実施形態において、補正部３は、直流電圧成分の検出値が第１の閾値Ｖｔｈ１を上回った後、補正動作によって調光信号Ｖｓ２のレベルが所定レベルＳ１にまで増加した時点で（このとき、ＯＲ回路部４が出力する調光信号Ｖｓ０は調光信号Ｖｓ２と同レベルである）、蛍光灯ＦＬ両端の直流電圧成分が第１の閾値Ｖｔｈ１を上回っている場合には蛍光灯ＦＬが寿命末期であると認識して（図４（ａ）参照）、補正部３からインバータ制御回路６へ発振停止信号Ｖｒ１を出力し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作を停止させることで、寿命末期時における蛍光灯ＦＬや回路部品への過大なストレスの発生を防止している。すなわち、図４（ａ）中において、調光信号Ｖｓ２がレベルＳ１以上、且つランプ電圧直流成分が第１の閾値Ｖｔｈ１以上の領域が、ランプ寿命末期検出領域Ａ１となる。

また、図４（ｂ）に示すように、調光信号Ｖｓ２がレベルＳ１以上の領域では、調光信号Ｖｓ２のレベルが増加するにつれて第１の閾値Ｖｔｈ１が直線的に低下するように構成したり、あるいは図４（ｃ）に示すように、全調光範囲に亘って、調光信号Ｖｓ２のレベルが増加するにつれて第１の閾値Ｖｔｈ１が直線的に低下するように構成することで、第１の閾値Ｖｔｈ１を調光信号Ｖｓ２のレベルに応じた最適な値とすることができ、寿命末期状態の検出精度を向上させることができる。なお、第１の閾値Ｖｔｈ１の可変パターンは、連続的あるいは段階的のいずれでもよい。

また、第２の閾値Ｖｔｈ２も調光信号Ｖｓ２のレベルに応じて可変とし、調光信号の補正動作を行ってもよい。

（実施形態３）
図５は、本実施形態の放電灯点灯装置の構成を示す回路図であり、実施形態１の構成に、蛍光灯ＦＬ両端の交流電圧成分を検出する交流電圧検出回路７と、交流電圧検出回路７の検出値を第３の閾値Ｖｔｈ３と比較し、当該比較結果に基づいてインバータ制御回路６へスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作を停止させる発振停止信号Ｖｒ２を出力する比較回路８とを付加したものである。なお、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

交流電圧検出回路７は、蛍光灯ＦＬの一端と直流電圧源Ｅ１の低圧側出力（グランドレベル）との間に接続された抵抗Ｒ１４，Ｒ１５の直列回路と、抵抗Ｒ１５に並列接続されたコンデンサＣ１３とダイオードＤ１１との直列回路と、ダイオードＤ１１に並列接続されたダイオードＤ１２と抵抗Ｒ１６との直列回路と、抵抗Ｒ１６に並列接続されたコンデンサＣ１４とで構成される。そして、蛍光灯ＦＬの両端に発生する電圧を抵抗Ｒ１４，Ｒ１５で分圧し、分圧した電圧からコンデンサＣ１３によって直流電圧成分を除去した後、ダイオードＤ１１，Ｄ１２で整流し、整流した電圧を抵抗Ｒ１６、コンデンサＣ１４によって平滑することで、蛍光灯ＦＬ両端の交流電圧成分を直流電圧値として検出する。

ここで、図６は、調光に伴う蛍光灯ＦＬ両端の交流電圧成分（ランプ電圧交流成分）の変化を図示したものであり、特性Ｙ３ａは常温時、特性Ｙ３ｂは低温時、特性Ｙ３ｃはランプ異常時の特性を各々示す。正常なランプを用いた場合は、常温時、低温時ともに、調光信号Ｖ０が調光下限（Ｄｉｍ）から増加するに伴って、交流電圧成分も増加した後、調光信号Ｖ０の増加に伴って交流電圧成分が徐々に低下する特性を有する（特性Ｙ３ａ，Ｙ３ｂ参照）。

蛍光灯ＦＬの寿命末期において蛍光灯ＦＬの両端のフィラメントが消耗した等の異常状態では、放電が困難となってランプインピーダンスは増加するが、蛍光灯ＦＬの整流作用（半波放電によるランプ電流の非対称性）は生じず、図１１に示す従来構成では蛍光灯ＦＬ両端の直流電圧成分は増加しない。しかし、インダクタＬ１とコンデンサＣ１との共振作用によって、蛍光灯ＦＬの両端に発生する交流電圧成分が増加する。通常は、この交流電圧成分を検出することによって蛍光灯ＦＬの異常状態を検出することができるが、例えば、調光比１０％以下のような低光束調光領域では、ランプインピーダンスが増加して共振作用が弱いため交流電圧成分が十分に増大せず、蛍光灯ＦＬの異常状態を検出することが困難であった。

しかし、本実施形態では、直流重畳回路１によって蛍光灯ＦＬ両端に微少な直流電圧成分を重畳しているので、蛍光灯ＦＬ両端の高周波電圧に重畳される直流電圧成分を検出することで、ランプインピーダンスの増加を検出できる。したがって、蛍光灯ＦＬが寿命末期状態になって放電を維持することが困難になってくるとランプインピーダンスが増加して、蛍光灯ＦＬ両端の直流電圧成分が増加する。直流電圧検出回路２は、この直流電圧成分の増加を検出し、検出した直流電圧成分が第１の閾値Ｖｔｈ１を上回った場合には、調光信号補正回路Ｋ１によって調光信号Ｖｓ０のレベルを増大する方向に補正する。したがって、調光信号Ｖｓ０の増大に伴ってインバータ回路ＩＮＶの出力が増加し、インダクタＬ１とコンデンサＣ１との共振作用が強まって、蛍光灯ＦＬの両端に発生する交流電圧成分が増加する。

そして、比較回路８は、交流電圧検出回路７が検出した交流電圧成分を第３の閾値Ｖｔｈ３と比較し、交流電圧成分が第３の閾値Ｖｔｈ３を上回った場合には、蛍光灯ＦＬが異常状態であると認識し、比較回路８からインバータ制御回路６へ発振停止信号Ｖｒ２を出力し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作を停止させることで、ランプ異常による蛍光灯ＦＬや回路部品への過大なストレスの発生を防止している。すなわち、図６中において、ランプ電圧交流成分が第３の閾値Ｖｔｈ３以上の領域が、ランプ異常検出領域Ａ２となる。

また、図６に示すように、調光信号Ｖｓ０のレベルがレベルＳ２以上の領域において、調光信号Ｖｓ０のレベルが増加するにつれて第３の閾値Ｖｔｈ３が低下するように構成することで、第３の閾値Ｖｔｈ３を調光信号Ｖｓ０のレベルに応じた最適な値とすることができ、ランプ異常状態の検出精度を向上させることができ、正常ランプの誤検出を防止することが可能になる。なお、第３の閾値Ｖｔｈ３は、連続的あるいは段階的に変化させればよい。

このように、本実施形態では、実施形態１で説明した蛍光灯ＦＬ両端の直流電圧成分の検出による調光信号の補正動作と、上記蛍光灯ＦＬ両端の交流電圧成分の検出動作とを用いることで、従来は困難であった低光束調光状態における蛍光灯ＦＬの異常状態の検出を可能としている。

（実施形態４）
図７は、本実施形態の放電灯点灯装置の構成を示す回路図であり、実施形態３の構成における調光信号補正回路Ｋ１、調光指令値制御回路５、比較回路８を、マイクロコンピュータ９（以後、マイコン９と称す）で構成したものである。

マイコン９は、入力ポートを構成するＡ／Ｄコンバータ９ａと、プログラムを実行することで調光信号補正回路Ｋ１、調光指令値制御回路５、比較回路８として機能する演算部９ｂと、出力ポートを構成するＤ／Ａコンバータ９ｃ及びデジタルポート９ｄとを備える。そして、直流電圧検出回路２が検出した蛍光灯ＦＬ両端の直流電圧成分、交流電圧検出回路７が検出した蛍光灯ＦＬ両端の交流電圧成分、外部からの調光信号Ｖｓ１は、Ａ／Ｄコンバータ９ａに入力されて、デジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された蛍光灯ＦＬ両端の直流電圧成分は、演算部９ｂにて、実施形態１の調光制御補正回路Ｋ１及び調光指令値制御回路５と同様の処理を施される。すなわち、直流電圧成分は、第１の閾値Ｖｔｈ１と比較され、直流電圧成分が閾値Ｖｔｈ１より大きい場合には、調光信号Ｖｓ２のレベルを徐々に増加させる。そして、外部から入力される調光信号Ｖｓ１のレベルと調光信号Ｖｓ２のレベルとを互いに比較し、いずれか高いほうのレベルに設定された調光信号Ｖｓ０を生成し、この調光信号Ｖｓ０のレベルに応じた調光指令値電圧Ｖａ１をＤ／Ａコンバータ９ｃを介して出力することで、オペアンプＯＰ１、インバータ制御回路６を介してスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作を制御して、蛍光灯ＦＬを調光制御するのである。

さらに、演算部９ｂにおいて、実施形態２，３と同様に蛍光灯ＦＬの寿命末期状態及びランプ異常状態を検出する機能をプログラムによって実行し、蛍光灯ＦＬの寿命末期状態及びランプ異常状態を検出した場合は、デジタルポート９ｄを介してインバータ制御回路６へ発振停止信号Ｖｒ３を出力し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作を停止させることで、寿命末期時及びランプ異常による蛍光灯ＦＬや回路部品への過大なストレスの発生を防止している。

また、実施形態１〜３で説明した閾値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２，Ｖｔｈ３の可変制御も、演算部９ｂでプログラムを実行することで実現できる。

このように、本実施形態では、調光信号の補正機能、比較機能、閾値の可変機能等の複雑な機能を比較的安価なマイコン９を用いることで実現できるため、コスト削減や実装スペースの削減が可能になる。また、点灯させる放電灯の種類が異なる場合でも、プログラムの変更によって各閾値等の変更が可能となり、設計変更を容易に行うことができる。

（実施形態５）
図８は、本実施形態の放電灯点灯装置の構成を示す回路図であり、共振系を構成するコンデンサＣ２にインピーダンス要素たる抵抗Ｒ１１’を並列接続して直流重畳回路１を構成した点が実施形態１とは異なり、直流重畳回路１’は、インバータ回路ＩＮＶの出力電圧に含まれる直流電圧成分を抵抗Ｒ１１’を介して蛍光灯ＦＬに重畳させるものである。なお、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

また、直流重畳回路としては、直流電源、あるいは直流電圧成分を含む電源の両端にインピーダンス要素を介して放電灯を接続するものであればよく、実施形態１〜４の直流重畳回路１や、本実施形態の直流重畳回路１’の構成に限定されるものではない。

（実施形態６）
図９は、本実施形態の放電灯点灯装置の構成を示す回路図であり、実施形態１の構成において複数の蛍光灯ＦＬ１，ＦＬ２の点灯、調光を可能にした多灯用の放電灯点灯装置である。なお、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

本実施形態においては、共振系を構成するコンデンサＣ２と蛍光灯ＦＬ１，ＦＬ２との間に各蛍光灯に流れるランプ電流を２経路に均等に流すためのバランサＴ２を設け、バランサＴ２の各経路の出力端はコンデンサＣ７，Ｃ８を介して蛍光灯ＦＬ１，ＦＬ２に各々接続している。

また、蛍光灯ＦＬ１には、直流電圧源Ｅ１の高圧側出力を蛍光灯ＦＬ１とコンデンサＣ７の接続点にインピーダンス要素たる抵抗Ｒ１１を介して接続した直流重畳回路１と、抵抗Ｒ１２，Ｒ１３、コンデンサＣ１２で構成された直流電圧検出回路２とが接続され、蛍光灯ＦＬ２には、抵抗Ｒ２１を用いて直流重畳回路１と同様に構成された直流重畳回路１１と、抵抗Ｒ２２，Ｒ２３、コンデンサＣ２２を用いて直流電圧検出回路２と同様に構成された直流電圧検出回路１２とが接続されている。ここで、コンデンサＣ７，Ｃ８は直流電圧成分をカットするためのものであり、各蛍光灯に発生する直流電圧成分が互いに影響し合うことを防止している。

さらに、直流電圧検出回路２，１２で検出した蛍光灯ＦＬ１，ＦＬ２の各両端の直流電圧成分はダイオードＤ１０，Ｄ２０を介して補正部３へ各々入力されることによって、補正部３は、蛍光灯ＦＬ１，ＦＬ２の各直流電圧成分のうち、電圧レベルの高い直流電圧成分に基づいて調光信号レベルの補正動作を行う。

したがって、回路部品や蛍光灯のばらつきによって蛍光灯ＦＬ１，ＦＬ２の各光出力に差が生じても、直流電圧成分が大きいほうの蛍光灯、すなわち光出力が低いほうの蛍光灯の状態に応じて調光信号レベルの補正動作が行われるため、一方の蛍光灯の光出力が極端に低下してちらつきや立ち消えを起こすことを防止している。

また、一方の蛍光灯が寿命末期状態またはランプ異常状態になって直流電圧成分が増加した場合でも、寿命末期状態またはランプ異常状態を確実に検出でき、インバータ回路ＩＮＶのスイッチング動作を停止させることができる。

なお、図９において、蛍光灯のフィラメント予熱回路や交流電圧検出回路７を省略しているが、実施形態１〜５と同様に備えることで同様の機能を有することができる。

（実施形態７）
図１０は、実施形態１〜６いずれかの放電灯点灯装置を搭載した照明装置３０の外観を示す斜視図であり、照明装置３０は、実施形態１〜６いずれかの放電灯点灯装置を収容した筐体３１と、蛍光灯ＦＬを放電灯点灯装置に接続するためのソケット３２とを備えている。そして、本実施形態の照明装置３０においても、周囲温度が低い状態で使用した場合に、光出力の極端な低下や、ちらつき、立ち消えの発生を防止することができる。

実施形態１の放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。 ランプインピーダンスの特性を示す図である。 同上の放電灯点灯装置の動作を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）実施形態２の放電灯点灯装置の動作を示す図である。 実施形態３の放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。 同上の放電灯点灯装置の動作を示す図である。 実施形態４の放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。 実施形態５の放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。 実施形態６の放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。 実施形態７の照明装置の外観を示す図である。 従来の放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。

符号の説明

Ｅ１ 直流電圧源
ＩＮＶ インバータ回路
Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子
Ｋ１ 調光信号補正回路
ＯＰ１ オペアンプ
ＦＬ 蛍光灯
１ 直流重畳回路
２ 直流電圧検出回路
３ 補正部
４ ＯＲ回路部
５ 調光指令値制御回路
６ インバータ制御回路

Claims (10)

1. 調光信号のレベルの増減に応じて放電灯に供給する電力量を増減させて放電灯の調光を行う放電灯点灯装置において、
   放電灯に交流電力を供給する交流出力回路と、
   放電灯に印加される交流電圧に直流電圧を重畳させる直流重畳回路と、
   放電灯の両端に発生する電圧の直流電圧成分を検出する直流電圧検出回路と、
   直流電圧検出回路の検出値と外部からの調光信号とを入力されて、直流電圧検出回路の検出値が第１の閾値を上回った場合には、入力された調光信号よりも高いレベルの調光信号を出力し、直流電圧検出回路の検出値が第１の閾値以下の第２の閾値を下回った場合は、出力する調光信号のレベルを入力された調光信号のレベルにまで低減させる調光信号補正回路と、
   調光信号補正回路が出力する調光信号のレベルの増減に応じて、交流出力回路が放電灯に供給する交流の電力量を増減させて放電灯の調光を行う制御回路と
   を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記調光信号補正回路は、前記直流電圧検出回路の検出値が第１の閾値を上回った場合はレベルが増大し、直流電圧検出回路の検出値が第２の閾値を下回った場合はレベルが低減する調光信号を生成する補正手段と、外部から入力される調光信号のレベルと前記補正手段から出力される調光信号のレベルとを互いに比較し、いずれか高いほうのレベルに設定された調光信号を出力する高値優先手段とを備え、前記制御回路は、高値優先手段が出力する調光信号のレベルの増減に応じて、交流出力回路が放電灯に供給する交流の電力量を増減させて放電灯の調光を行うことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 前記直流重畳回路は、少なくとも直流電圧成分を含む電圧源の両端間にインピーダンス要素を介して放電灯を接続して構成されることを特徴とする請求項１または２記載の放電灯点灯装置。
4. 前記調光信号補正回路から出力される調光信号のレベルが変化する時定数は、調光信号補正回路に入力される調光信号のレベルが変化する時定数より大きく、且つ直流電圧検出回路が直流電圧成分を検出する時定数より小さく設定されることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の放電灯点灯装置。
5. 前記調光信号補正回路が出力する調光信号が所定レベル以上のときに直流電圧検出回路の検出値が第１の閾値を上回った場合、前記交流出力回路から放電灯への交流電力の供給を停止させる手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の放電灯点灯装置。
6. 放電灯の両端に発生する電圧の交流電圧成分を検出する交流電圧検出回路と、交流電圧検出回路の検出値が第３の閾値を上回った場合、前記交流出力回路から放電灯への交流電力の供給を停止させる手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の放電灯点灯装置。
7. 前記第１、第２、第３の各閾値のうち、少なくとも１つの閾値は、調光信号のレベルに応じて可変となることを特徴とする請求項６記載の放電灯点灯装置。
8. 前記交流出力回路は複数の放電灯に交流電力を供給し、各放電灯の両端に発生する電圧の直流電圧成分を個別に検出する複数の直流電圧検出回路を備えて、前記調光信号補正回路は、複数の直流電圧検出回路の検出値のうち、最もレベルの高い検出値に応じて調光信号を補正することを特徴とする請求項１乃至７いずれか記載の放電灯点灯装置。
9. 少なくとも直流電圧検出回路の検出値、及び外部からの調光信号を入力される入力ポートと、プログラムを実行することで、直流電圧検出回路の検出値が第１の閾値を上回った場合には、入力された調光信号よりも高いレベルの調光信号を出力し、直流電圧検出回路の検出値が第２の閾値を下回った場合は、出力する調光信号のレベルを入力された調光信号のレベルにまで低減させる演算手段と、演算手段が出力する調光信号のレベルに応じた調光指令値を出力する出力ポートとを備えるマイクロコンピュータを設けたことを特徴とする請求項１乃至８いずれか記載の放電灯点灯装置。
10. 放電灯と、放電灯を点灯させる請求項１乃至９いずれか記載の放電灯点灯装置と、放電灯点灯装置を収納する筐体と、放電灯を放電灯点灯装置に接続するソケットとを備えることを特徴とする照明装置。

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