JP2008130437A - 放電灯点灯装置及び照明器具 - Google Patents

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Abstract

【課題】低温時にも立ち消えやちらつきなく、深く調光可能で、ランプ周囲温度が変化しても調光信号に応じた照度に明るさを一定とする。
【解決手段】直流電圧Vdcを高周波電圧に変換するインバータ回路3と、インバータ回路3から高周波電圧を供給されるLC共振回路4aを含み放電灯Laを接続可能な負荷回路4と、放電灯Laの放電灯電流を検出し、放電灯電流検出信号を出力する放電灯電流検出部5と、放電灯Laを調光点灯させる調光信号を出力する調光器8と、調光信号に応じて変化する放電灯電流指令値V*と前記放電灯電流検出信号との誤差が小さくなる方向にインバータ回路3を制御するフィードバック手段10と、所定の調光信号において放電灯周囲温度が変化しても放電灯光出力が一定となる方向に前記放電灯電流指令値V*を変化させる補正手段とを設けた。
【選択図】図1

Description

本発明は、蛍光ランプ等の放電灯を高周波で点灯・調光する放電灯点灯装置であって、特に低温時にちらつきなく、深く調光することができ、電源電圧や周囲温度が変動しても一定の明るさを得られる放電灯点灯装置に関するものである。
放電灯を低光束まで調光する技術として、ランプ電流を検出し、ランプ電流を調光信号により変化する指令値と等しくなるようにインバータ出力を可変させるランプ電流フィードバック方式がある。
特開平6−302393号では、ランプ電流フィードバック方式を用いることで、調光レベルを100%〜約1%の広範囲にわたり、ちらつき、移動縞なしに安定して調光できるとしている。理論的にも放電灯点灯装置の出力インピーダンスを無限大とし、低光束時にも定電流特性を維持できれば、数%まで調光が可能となる。
また、ランプ周囲温度が変化しても明るさを一定にする技術として、特開2000−260593号がある。この従来例では、ランプ電圧とランプ電流を検出し、乗算回路にてランプ電力とし、調光信号に応じたランプ電力値となるようにインバータ回路を制御すると共に、乗算回路でのランプ電流とランプ電圧の比率を変化させることで、深い調光状態においては、インバータ回路を定電流制御化し、深い調光も可能としている。
特開平6−302393号公報 特開2000−260593号公報
しかし、特許文献1(特開平6−302393号)の技術では、周囲温度が変化してもランプ電流は変化しないので、低温時での調光下限レベルが、実質的な調光下限となる。低温時が最もランプ電圧が上昇し、ちらつき、立ち消えが発生しやすいためである。通常の照明器具の使用温度(例えば25℃〜35℃程度)であれば、1%まで調光可能な場合でも、低温(例えば5℃〜10℃)を考慮した場合には、ちらつき・立ち消えが発生するため、商品仕様としては、低温でも安定に調光できるレベルである10%までしか調光できないことになる。低温時のちらつき・立ち消えを考慮すると、常温での調光下限を上げる必要があるのである。
また、一般的な蛍光灯の周囲温度特性として、図14に示すように同じランプ電流であれば、周囲温度が低下すると、ランプの光出力は低下するため、低温時には必要以上に(所望の光よりも)照度低下を発生させる。また、高温時にも照度変化は発生し、全光出力時には照度低下、調光時には照度増加が発生し、調光信号(=ランプ電流)が同じであっても、周囲温度や器具形状によって光出力が変化してしまうのである。これは、ランプの光出力が最冷点温度によって変化するからであり、定格出力時も調光下限時もランプの光出力が最も大きくなる最冷点温度は同じだからである。
また、特許文献2(特開2000−260593号)の技術では、定格出力時はランプ電力フィードバックにより周囲温度が変化しても照度をほぼ等しくするように動作するが、調光時にはランプ電流フィードバックのように動作するので、周囲温度が変化すると照度も変化するはずである(完全な電力換算値ではないため)。
また、調光時に立ち消えやちらつきが発生した場合、図16に示すようにランプ特性が実線Aから点線Bへと変化し、瞬間的にランプ電流値は減少するが、ランプ電圧は増加するので、過渡的にはランプ電力はそれほど変化しないため、インバータ出力は変化せず、そのまま立ち消えに至ることがある。また、図14と図15に示すようにランプ電力と照度は周囲温度に対して必ずしも同じ変化を示すわけではないので、正確には周囲温度に対して、照度を等しくすることはできない。
また、特許文献2の技術では、電力によるフィードバックを行うため、定格電力の異なる、定格電流の等しい放電灯(例えば、FHT42/32/24など)を同じ放電灯点灯装置で調光することはできない。つまり、接続される負荷によって、ランプ電力が異なるため、調光信号が同じでも調光レベルが異なることになる。このため、FHT24に適合する点灯回路で調光するとFHT42では立ち消えしてしまう。或いは、FHT42に適合する点灯回路ではFHT24の接続時に定格出力以上の電力で点灯してしまう。
本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、低温時にも立ち消えやちらつきなく、従来例よりも更に深く調光することが可能であり、ランプ周囲温度が変化しても調光信号に応じた照度に明るさを一定とすることを課題とする。また、定格電力の異なる、定格電流のほぼ等しい放電灯を調光信号に応じて同じ照度比で調光可能とすることを課題とする。
請求項1の発明は、上記の課題を解決するために、図1に示すように、直流電圧Vdcを高周波電圧に変換するインバータ回路3と、インバータ回路3から高周波電圧を供給されるLC共振回路4aを含み放電灯Laを接続可能な負荷回路4と、放電灯Laの放電灯電流を検出し、放電灯電流検出信号を出力する放電灯電流検出部5と、放電灯Laを調光点灯させる調光信号を出力する調光器8と、前記調光信号に応じて変化する放電灯電流指令値V*と前記放電灯電流検出信号との誤差が小さくなる方向に前記インバータ回路3を制御するフィードバック手段10と、所定の調光信号において放電灯周囲温度が変化しても放電灯光出力が一定となる方向に前記放電灯電流指令値V*を変化させる補正手段とを有することを特徴とするものである。
請求項2の発明は、請求項1の発明において、放電灯電力を検出し、放電灯電力検出信号を出力する放電灯電力検出部7を備え、前記補正手段は、調光信号に応じた放電灯電流指令値を放電灯電力検出信号により変化させることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1の発明において、図6に示すように、インバータ回路3に流れる共振電流を検出し、共振電流検出信号を出力する共振電流検出部7iを備え、前記補正手段は、調光信号に応じた放電灯電流指令値を共振電流検出信号により変化させることを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項2の発明において、図7に示すように、放電灯の周囲温度を検出する温度検出手段21を具備し、前記放電灯電力検出信号より変化される放電灯電流指令値の変化量を、温度検出手段の値に応じて変化させることを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項3の発明において、放電灯の周囲温度を検出する温度検出手段を具備し、前記共振電流検出信号により変化される放電灯電流指令値の変化量を、温度検出手段の値に応じて変化させることを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれかの発明において、図11に示すように、放電灯の周囲温度を検出する温度検出手段22を具備し、前記調光信号に応じて変化する放電灯電流指令値の変化量を、温度検出手段22の値に応じて変化させることを特徴とする。
請求項7の発明は、請求項1〜6のいずれかに記載の放電灯点灯装置と、この放電灯点灯装置により点灯動作が制御される放電灯とを含むことを特徴とする照明器具である。
請求項1の発明によれば、ランプ周囲温度が変化しても調光信号に応じて、光出力が略一定となる。低温時はランプ電流を増加させるので、低温時のちらつき・立ち消えを考慮した場合には従来例よりも深く調光することができる。
請求項2の発明によれば、ランプ電力の変化を放電灯光出力の変化として捉えるので、光センサや温度センサを使用する必要がなく、低温時にちらつき・立ち消えが発生し難く、深く調光することができ、器具周囲温度や器具形状によらず、所定の調光信号に対する一定の照度を得ることができる。
請求項3の発明によれば、インバータ電力の変化を放電灯光出力の変化として捉えるので、光センサや温度センサを使用する必要がなく、低温時にちらつき・立ち消えが発生し難く、深く調光することができ、器具周囲温度や器具形状によらず、所定の調光信号に対する一定の照度を得ることができる。
請求項4の発明によれば、ランプ周囲温度に対するランプ光出力とランプ電力の変化が異なっていても、温度検出手段により、器具周囲温度や器具形状によらず、所定の調光信号に対する一定の照度を正確に得ることができる。
請求項5の発明によれば、ランプ周囲温度に対するランプ光出力とインバータ電力の変化が異なっていても、温度検出手段により、器具周囲温度や器具形状によらず、所定の調光信号に対する一定の照度を正確に得ることができる。
請求項6の発明によれば、ランプ電力やインバータ電力を検出しないので、定格電力の異なる定格電流の略等しい放電灯を調光信号に対する光出力をほぼ等しくして点灯・調光することができる。
(実施形態1)
図1は本発明の実施形態1の回路図である。本実施形態は、ランプ電力(Ila×Vla)を検出し、Ilaフィードバック指令値を可変するものである。
以下、その回路構成について説明する。本回路は、出力電圧一定の直流電源Eと、直流電源Eの出力端に接続されたインバータ回路3と、インバータ回路3の出力端に接続された共振回路4aとランプLaからなる負荷回路4と、ランプLaに流れるランプ電流を検出し、ランプ電流信号を出力するランプ電流検出部5と、ランプ電圧を検出し、ランプ電圧信号を出力するランプ電圧検出部6と、ランプ電流信号とランプ電圧信号を乗算器7aで演算し、ランプ電力を算出してランプ電力信号を出力するランプ電力検出部7と、調光信号を出力する調光器8と、調光信号をランプ電流フィードバック指令値電圧に変換するDuty−DC変換回路9と、オペアンプOP1を含むランプ電流フィードバック手段10から構成されている。ランプLaは蛍光灯のような熱陰極型放電灯である。
直流電源Eは昇圧チョッパ回路を用いている。昇圧チョッパ回路は図示するように、交流電源Vsと、ダイオードブリッジDB1と、インダクタL2と、ダイオードD1と、平滑コンデンサC3と、スイッチング素子Q3とからなっており、スイッチング素子Q3にはスイッチング素子Q3を駆動する制御回路2の出力端子が接続されている。チョッパ回路の動作により、チョッパ出力電圧Vdcを一定にしたり、可変させたりすることができる。本実施形態では、チョッパ出力電圧Vdcはランプ負荷、電源電圧によらず、一定とするように動作する。
インバータ回路3は直流電源Eの出力に並列に、スイッチング素子Q1,Q2の直列回路が接続され、スイッチング素子Q1とQ2の中点とバラストチョークL1の間には直流カット用コンデンサCdが接続されている。スイッチング素子Q1,Q2は制御回路1により高周波で交互にオン・オフするように駆動される。
制御回路1はPWM−ICであり、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数やオン・デューティを可変することができる。
ランプ電流検出部5は、ランプLaに流れる電流をカレントトランスCTで検出し、その2次巻線出力をダイオードブリッジDB2で整流し、抵抗R1により電圧信号であるランプ電流検出信号に変換して出力する。検出信号は時定数の小さいコンデンサで平滑しても良い。
ランプ電流フィードバック手段10は、誤差増幅器としてのオぺアンプOP1とその帰還インピーダンス(コンデンサCl、抵抗Rp)からなる帰還制御回路11と、オペアンプOP1の入力抵抗R−,R+および調光信号により変化する指令値電圧V*から構成されている。
オぺアンプOP1のマイナス側(反転入力端子)にはランプ電流検出信号が入力され、プラス側(非反転入力端子)には指令値電圧V*が入力されている。オぺアンプOP1のゲインは入力抵抗R−と、帰還インピーダンスの抵抗Rp、コンデンサClの比例積分ゲインで決定され、コンデンサClと抵抗Rpはカットオフ周波数を決定しており、低周波のリップルを低減している。
制御回路1は帰還制御回路11の出力信号である調光制御信号が増加すると動作周波数を低下させて、光出力(ランプ電流)を増加させるようにスイッチング素子Q1,Q2を制御する。調光制御信号が低下すると、動作周波数を増加させて、光出力(ランプ電流)を低下させるようにスイッチング素子Q1,Q2を制御する。
調光器8は調光信号としてPWM信号を出力し、Duty−DC変換回路9において、PWM信号はDC信号に変換される。DC信号は指令値電圧V*としてオぺアンプOP1のプラス側に入力される。PWM信号はオン・デューティが減少していくに従い、ランプLaの定格出力から調光下限へ調光される。Duty−DC変換回路9はランプLaの定格出力から調光下限に向かうに従い、DC電圧である指令値電圧V*を低下させていく。
ランプ電力検出部7はランプ電力信号をDuty−DC変換回路9に出力し、指令値電圧V*は調光信号とランプ電力信号に応じて変化する。
図2と図3は本実施形態でのランプの周囲温度特性であり、ランプ周囲温度に対する照度とランプ電力の変化を示している。照度とランプ電力がランプ周囲温度に対してほぼ同じ変化を示していることが分かる。
本実施形態では、ランプ電力信号を検出することで、ランプ周囲温度に対するランプ電流フィードバック指令値V*の変化を図4のように変化させる。このように変化させることで、ランプ周囲温度が変化しても、ランプ照度を調光信号に応じて略等しくすることが出来る。即ち、調光信号が定格出力時の場合、ランプ電力信号が周囲温度25℃でのランプ電力よりも低下した時や増加した時は、指令値電圧V*を増加させて、ランプ電流を増加させ、照度を増加させる。また、調光信号が調光下限レベルの場合、ランプ電力信号が低下した時は指令値電圧V*を増加させて、ランプ電流を増加させ、ランプ電力信号が増加したときは指令値電圧V*を低下させて、ランプ電流を低下させる。
このように、ランプ周囲温度が変化することにより、ランプ電力が所定の調光信号に対する周囲温度25℃でのランプ電力に比べて増減しても、ランプ電流フィードバック指令値電圧V*が増減することにより、ランプ電力は常に周囲温度25℃でのランプ電力に収束することになる。
結果的に、ランプ電力と照度との関係から、周囲温度が変化しても所定の調光信号に対する照度は一定となる。
調光信号とランプ電力検出信号に対する指令値の変化はDuty−DC変換回路9のRC時定数をランプ電力検出信号に応じて変化させればよいが、実際にはマイコンを用いて、図5のようにランプ電力検出信号と調光Duty信号に対するDC信号(ランプ電流フィードバック指令値V*)を出力するデータテーブルを設けておけばよい。
また、ランプ周囲温度が低温時においては、ランプ電流の指令値が上昇するため、立ち消え、ちらつきが発生し難い。また、照度は図2のように変化するため、ランプ電流が増加しても照度変化が発生することはない。従来例のように調光下限は低温時のちらつき・立ち消えで決定されるのではなく、常温(25℃〜35℃)付近でのちらつき・立ち消えで決まるので、これまでのランプ電流フィードバック制御を用いた従来例よりも更に深くまで調光することができる。
以上のように本実施形態では、ランプ電流フィードバック調光方式でありながら、調光信号に応じて変化するフィードバック指令値がランプ電力に応じて変化するように制御されるため、低温時にちらつき・立ち消えが発生し難く、深くまで調光することができ、周囲温度や器具形状により、所定の調光信号に対する照度が変化することがない。
(実施形態2)
図6に本発明の実施形態2の回路図を示す。本実施形態が先の実施形態と異なる点は、ランプ電流の指令値を周囲温度に応じて変化させる補正手段としてインバータ電力検出部7iを用いた点である。
本実施形態では、チョッパ出力電圧Vdcがランプ負荷の大きさや電源電圧によらず一定であるため、インバータ回路3のスイッチング素子Q2に流れる共振電流を検出することで、インバータ電力に相当する信号を検出している。
ランプフィラメントで消費される電力も発生するので、ランプ電力とインバータ電力の値は厳密には同じではないが、ランプ電力の増減と共にインバータ電力も増減するので、代用特性として用いることができる。
以上のように本実施形態では、ランプ電力の代用特性としてインバータ電力を検出するようにしたから、先の実施形態1のようにランプ電圧信号、ランプ電流信号を検出し、乗算してランプ電力信号を算出する必要がないので、低コストでありながら、実施形態1と同様の効果を得ることができる。
(実施形態3)
図7に本発明の実施形態3の回路図を示す。本実施形態が先の実施形態と異なる点は、ランプ電力検出部7の出力に温度検出手段21が設けられており、ランプ電力の検出によるランプ電流のフィードバック指令値の変化量を周囲温度に乗じて変化させる点である。また、調光器8からの調光信号が所定の値となると、温度検出手段21の温度検出レベルを切り替えることを特徴としている。温度検出手段21は、例えば、PTCサーミスタ、NTCサーミスタ、温度補償用コンデンサなどから構成される。
図8に高周波点灯専用形コンパクト型ランプであるFHT42の照度比の周囲温度特性を示す。図9に同じくFHT42ランプ電力の周囲温度特性を示す。それぞれ25℃での調光比約100%、約50%、約20%時の値を示している。各調光レベルのランプ電流は一定である。
接続されるランプの特性によっては、本実施形態のように周囲温度に対するランプ電力と照度比の変化量が同じでないため、ランプ電力を検出してランプ電流のフィードバック指令値を変化させても、これまでの実施形態のように調光信号に対して、ランプ周囲温度が変化しても同一の照度を得ることはできない場合がある。
そこで、ランプ電力検出部7の出力に温度検出手段21を設け、図10のようにランプ周囲温度(あるいは器具周囲温度)の変化により、ランプ電力信号を変化させることで、周囲温度が変化しても調光信号に応じた一定の照度を得ることができる。調光信号によって、温度検出手段21の温度検出レベルが切り替えられるので、調光レベルに応じてランプ電力検出信号をランプ照度の変化に近づけることができる。
即ち、調光レベルに応じて、周囲温度が変化すると、サーミスタの抵抗値が変化し、ランプ電力信号の値も変化するので、周囲温度に対するランプ電力信号と照度の変化が等しくなるようにランプ電力信号の値を変化させるのである。これにより、周囲温度に対するランプ電力信号の変化と照度の変化量がほぼ等しくなるため、先の実施形態のように周囲温度が変化しても所定の調光信号に対してほぼ等しい光出力を得ることができる。
(実施形態4)
図11に本発明の実施形態4の回路図を示す。本実施形態が先の実施形態と異なる点は、調光信号を周囲温度に応じて変化させる点である。この実施形態では、これまでの実施形態のように、ランプ電力やインバータ電力を検出する必要はなく、Duty−DC変換回路9の出力端に設けられた温度検出手段22により、ランプ電流のフィードバック指令値V*をランプ周囲温度に応じて変化させる。温度検出手段22は、例えば、PTCサーミスタ、NTCサーミスタ、温度補償用コンデンサなどから構成される。
このように、Duty−DC変換回路9の出力端に温度検出手段22を設けることで、周囲温度に対する調光信号に応じたランプ電流フィードバック指令値V*の変化を図4のように設定することができる。
本実施形態は、これまでの実施形態のようにランプ電力やインバータ電力を検出しないので、定格電力の異なる定格電流の略等しい放電灯を調光信号に対する光出力をほぼ等しくして点灯・調光することができる。ランプ負荷としては、FHT42/32/24のように定格電流が略等しく、フィラメントも同一のものを使用している。これらのランプは、周囲温度に対する照度の変化がほぼ同じ特性を示すので、接続されたランプ負荷を判別することなく本実施形態を適用することができる。
(実施形態5)
図12に本発明の実施形態4の回路図を示す。本実施形態がこれまでの実施形態と異なる点は、調光器8に温度検出手段23とDuty−Duty変換回路9が設けられており、人が操作する調光器8のボリュームに対する調光器出力信号が室内の温度によって変化する点である。温度検出手段23は、例えば、PTCサーミスタ、NTCサーミスタ、温度補償用コンデンサなどから構成され、例えば、調光器8のボリュームと直列あるいは並列に接続される。これにより、室内で一つの調光器8で複数の照明器具30を点灯・調光させる場合、周囲温度が変化しても放電灯光出力を一括して調光信号に応じた値に一定とすることができる。
(実施形態6)
図13に上述のいずれかの実施形態の放電灯点灯装置と、この放電灯点灯装置により点灯・調光動作が制御される放電灯とを含むダウンライト照明器具を示す。灯体31には高周波点灯専用形コンパクト型ランプであるFHT42/32/24などが装着されており、器具ケース32に収納された点灯装置により点灯・調光される。
本発明の実施形態1の回路図である。 本発明の実施形態1におけるランプ周囲温度に対する照度の変化を示す特性図である。 本発明の実施形態1におけるランプ周囲温度に対するランプ電力の変化を示す特性図である。 本発明の実施形態1の動作説明図である。 本発明の実施形態1に用いるデータテーブルの説明図である。 本発明の実施形態2の回路図である。 本発明の実施形態3の回路図である。 高周波点灯専用形コンパクト型ランプであるFHT42の照度比の温度特性図である。 高周波点灯専用形コンパクト型ランプであるFHT42のランプ電力の温度特性図である。 本発明の実施形態3の動作説明図である。 本発明の実施形態4の回路図である。 本発明の実施形態5の回路図である。 本発明の実施形態6の照明器具の構成を示す図であり、(a)は平面図、(b)は側面図である。 従来の蛍光灯の照度比の温度特性図である。 従来の蛍光灯のランプ電力の温度特性図である。 従来の蛍光灯の動作点の変化を示す特性図である。
符号の説明
La 放電灯
3 インバータ回路
4 負荷回路
4a 共振回路
5 ランプ電流検出部
10 フィードバック手段

Claims (7)

  1. 直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、インバータ回路から高周波電圧を供給されるLC共振回路を含み放電灯を接続可能な負荷回路と、放電灯の放電灯電流を検出し、放電灯電流検出信号を出力する放電灯電流検出部と、放電灯を調光点灯させる調光信号を出力する調光器と、前記調光信号に応じて変化する放電灯電流指令値と前記放電灯電流検出信号との誤差が小さくなる方向に前記インバータ回路を制御するフィードバック手段と、所定の調光信号において放電灯周囲温度が変化しても放電灯光出力が一定となる方向に前記放電灯電流指令値を変化させる補正手段とを有することを特徴とする放電灯点灯装置。
  2. 放電灯電力を検出し、放電灯電力検出信号を出力する放電灯電力検出部を備え、前記補正手段は、調光信号に応じた放電灯電流指令値を放電灯電力検出信号により変化させることを特徴とする請求項1記載の放電灯点灯装置。
  3. インバータ回路に流れる共振電流を検出し、共振電流検出信号を出力する共振電流検出部を備え、前記補正手段は、調光信号に応じた放電灯電流指令値を共振電流検出信号により変化させることを特徴とする請求項1記載の放電灯点灯装置。
  4. 放電灯の周囲温度を検出する温度検出手段を具備し、前記放電灯電力検出信号より変化される放電灯電流指令値の変化量を、温度検出手段の値に応じて変化させることを特徴とする請求項2記載の放電灯点灯装置。
  5. 放電灯の周囲温度を検出する温度検出手段を具備し、前記共振電流検出信号により変化される放電灯電流指令値の変化量を、温度検出手段の値に応じて変化させることを特徴とする請求項3記載の放電灯点灯装置。
  6. 放電灯の周囲温度を検出する温度検出手段を具備し、前記調光信号に応じて変化する放電灯電流指令値の変化量を、温度検出手段の値に応じて変化させることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載の放電灯点灯装置と、この放電灯点灯装置により点灯動作が制御される放電灯とを含むことを特徴とする照明器具。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2124220A1 (en) 2008-05-19 2009-11-25 Sony Ericsson Mobile Communications Japan, Inc. Display apparatus, display control method, and display control program

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