JP2009032527A - 無電極放電灯点灯装置及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】高温時の電力変換回路へのストレスを低減させることができる無電極放電灯点灯装置及び高温時でも信頼性の高い照明器具を提供することにある。
【解決手段】直流電源からの電力供給を受け高周波電圧を出力する電力変換回路９と、前記電力変換回路９の出力端間に接続され、バルブ内に放電ガスを封入した無電極放電灯６に近接配置される誘導コイル５と、誘導コイル５の両端間電圧を無電極放電灯６が点灯する大きさに設定する点灯期間と点灯しない大きさに設定する不点灯期間とを交互に切り替えて無電極放電灯６を点滅動作させる周波数制御回路１２と、前記無電極放電灯６の周囲温度を検出する温度検出手段である周囲温度検出回路４１４とを備え、ＰＷＭ発振回路１３とオンデューティ設定回路４１１とから構成される再点弧電圧低下手段は、周囲温度検出回路４１４による検出温度が高温時に前記点灯期間を上昇させて再点弧電圧を低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無電極放電灯点灯装置及び照明器具に関するものである。

従来から、無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置として、無電極放電灯を点滅動作させて調光を行うものが提案されている(特許文献１)。ここで、上記特許文献１に開示された無電極放電灯点灯装置は、直流電源の出力を高周波電圧に変換して無電極放電灯に近接する誘導コイルへ供給する電力変換回路を備えており、電力変換回路から誘導コイルの両端間に印加する電圧を図１６に示すように無電極放電灯が点灯する大きさに設定した点灯期間Ｔｏｎと点灯しない大きさに設定した不点灯期間Ｔｏｆｆとを周期的に交互に切り替えることにより無電極放電灯を点滅動作させ、点滅動作の１周期Ｔ（＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）に占める点灯期間Ｔｏｎの割合を調節することにより調光を行うものである。
特開２０００−３５３６００号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている無電極放電灯点灯装置では、無電極放電灯の点滅動作における再点弧始動時毎（つまり、点滅動作の周期毎）に誘導コイルの両端間に高い再点弧電圧が発生するので、特に、周囲温度が高温（例えば、６０℃）のときに電力変換回路の半導体素子（例えば、ＦＥＴ等）や共振回路のコンデンサ（例えば、フィルムコンデンサ等）のパルス耐圧が低下し、再点弧電圧による連続ストレス印加が問題となる。

本願発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、高温時における電力変換回路へのストレスを低減することが可能な無電極放電灯点灯装置及び照明器具を提供することにある。

請求項１の発明は、直流電源からの電力供給を受け高周波電圧を出力する電力変換回路であって、少なくともスイッチング素子及び共振回路を含む電力変換回路と、前記電力変換回路の出力端間に接続され、バルブ内に放電ガスを封入した無電極放電灯に近接配置される誘導コイルと、前記電力変換回路の動作周波数を制御し、前記高周波電圧を前記無電極放電灯が点灯する大きさに設定する点灯期間と点灯しない大きさに設定する不点灯期間とを交互に切り替えて前記無電極放電灯を点滅動作させる周波数制御回路と、前記無電極放電灯の周囲温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段による検出温度が常温よりも高い規定温度以上のときに前記無電極放電灯の点滅動作における不点灯期間に対する点灯期間の時間比率を上昇させる再点弧電圧低下手段を有することを特徴とする。

この発明によれば、前記温度検出手段による検出温度が常温よりも高い規定温度以上のときには、前記再点弧電圧低下手段が、不点灯期間に対する点灯期間の時間比率を上昇させるので不点灯期間を短縮できて、前記再点弧電圧を低減することができるから、高温時における前記電力変換回路へのストレスを低減させることが可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記点灯期間での前記動作周波数を前記電力変換回路における共振回路の共振周波数近傍に設定することを特徴とする。

この発明によれば、前記無電極放電灯の前記点滅動作における前記点灯期間の前記動作周波数を前記共振回路の前記共振周波数近傍に設定するので、前記共振回路の部品定数のばらつきや、前記電力変換回路の周囲温度の変化により前記共振周波数のずれが生じても、前記動作周波数が前記共振回路の点灯時における共振曲線のピーク付近であるため、前記共振周波数のずれによる前記電力変換回路の出力の変化は小さく、前記無電極放電灯の点灯を安定させ、立ち消え防止が可能となる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記周波数制御回路へＰＷＭ信号を与えるＰＷＭ発振回路を有し、前記周波数制御回路は、ＰＷＭ発振回路からのＰＷＭ信号に基づいて前記動作周波数の制御を行うものであり、前記再点弧電圧低下手段は、前記時間比率を上昇させるときにＰＷＭ信号の周波数を上昇させることにより前記再点弧電圧を低下させることを特徴とする。

この発明によれば、前記温度検出手段による検出温度が前記規定温度以上の場合、前記再点弧電圧低下手段が、前記不点灯期間に対する前記点灯期間の時間比率を上昇させるときにＰＷＭ信号の周波数を上昇させる為、点灯期間は常温時と同じにすることができ、常温時の再点弧始動時間占有率を維持することにより常温時の前記無電極放電灯の点灯の安定性を維持することができる。しかも、前記再点弧電圧低下手段は、ＰＷＭ信号の周波数を上昇させ、かつ、前記点灯期間Ｔｏｎの時間比率を上昇させるので前記不点灯期間Ｔｏｆｆが短縮し、前記再点弧電圧を低減することにより高温時の前記電力変換回路へのストレスを低減させることが可能となる。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の発明において、前記再点弧電圧低下手段は、前記不点灯期間から前記点灯期間への移行時に前記電力変換回路の出力電圧の立ち上がりを緩やかにすることを特徴とする。

この発明によれば、前記再点弧電圧低下手段は、前記温度検出手段による検出温度が常温よりも高い規定温度以上の場合、前記時間比率を上昇させたときに前記電力変換回路の出力電圧の立ち上がりを緩やかにして再点弧始動時間を長くするので、常温時の前記無電極放電灯の点灯の安定性を維持することができる。しかも、前記再点弧電圧低下手段は、前記電力変換回路の出力電圧の立ち上がりを緩やかにすることで前記再点弧電圧を低減して高温時に前記電力変換回路へのストレスを低減させることが可能となる。

請求項５の発明は、請求項１乃至３の発明において、前記温度検出手段は、感温素子により前記周囲温度を検出することを特徴とする。

この発明によれば、前記温度検出手段を小型化することが可能となり、かつ、前記温度検出手段の部品コストを低減できる。

請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無電極放電灯点灯装置を備えることを特徴とする。

この発明によれば、照明器具の周囲温度が常温よりも高い規定温度以上の場合に無電極放電灯点灯装置に含まれる前記電力変換回路へのストレスを低減することができるので、高温時でも信頼性の高い照明器具を提供することができる。

本発明では、無電極放電灯の周囲温度が常温よりも高い規定温度以上でも点滅動作における不点灯期間に対する点灯期間の時間比率を上昇し、不点灯期間が短縮されて再点弧電圧が低下するので、電力変換回路へのストレスを低減することを可能とする効果がある。

（実施形態１）
以下、本実施形態の無電極放電灯点灯装置について図１乃至図７に基づいて説明する。

本実施形態の無電極放電灯点灯装置は、図１（ａ）に示すように、交流電源ＡＣからの電力供給を受けて直流電圧ＶＤＣを出力する直流電源Ｅと、直流電源Ｅからの電力供給を受けて高周波電圧Ｖｃｏｉｌを出力する電力変換回路９と、電力変換回路９の出力端間に接続され、無電極放電灯６に近接して配置される誘導コイル５と、電力変換回路９を駆動するドライブ回路１１と、電力変換回路９に含まれるスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４のスイッチング周波数（以下、動作周波数という）ｆｉｎｖを制御する始動スイープ回路１２と、始動スイープ回路１２にＰＷＭ信号Ｖｐｗｍを入力するＰＷＭ発振回路１３とを備えている。なお、本実施形態の無電極放電灯点灯装置は、直流電源Ｅ、電力変換回路９、ドライブ回路１１、始動スイープ回路１２及びＰＷＭ発振回路１３により点灯回路１が構成されている。

直流電源Ｅは、交流電源ＡＣを整流するダイオードブリッジ１０と、ダイオードブリッジ１０の出力を昇圧する昇圧チョッパとから構成されている。ここで、昇圧チョッパは、ダイオードブリッジ１０の出力端間にインダクタＬ１０とＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ６との直列回路が接続され、スイッチング素子Ｑ６の両端間にダイオードＤ１０と平滑コンデンサＣ１０との直列回路が接続されており、スイッチング素子Ｑ６をオン・オフして平滑コンデンサＣ１０の両端電圧からなる上述の直流電圧ＶＤＣを制御する制御回路２とを備えている。なお、ダイオードＤ１０は、インダクタＬ１０から平滑コンデンサＣ１０に電流が流れる向きに接続される。

電力変換回路９は、直流電源Ｅの出力端間に一対のＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の直列回路が接続され、直流電源Ｅからの直流電圧ＶＤＣをスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４でスイッチングして高周波電圧に変換する。ここで、低電位側のスイッチング素子Ｑ４のドレイン・ソース間には、インダクタＬｓとコンデンサＣｐとの直列回路が接続されており、インダクタＬｓとコンデンサＣｐとで共振回路を構成している。また、コンデンサＣｐの両端間にはコンデンサＣｓを介して上述の誘導コイル５が接続されている。ここにおいて、電力変換回路９は、ドライブ回路１１からの駆動信号によりスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４が高周波で交互にオン・オフされて高周波電圧を発生させ、誘導コイル５に対して数十ｋＨｚから数百ｋＨｚの高周波電流を流すことにより、誘導コイル５に高周波電磁界を発生させる。この高周波電磁界によって無電極放電灯６から紫外線もしくは可視光が発生する
ドライブ回路１１は、図１（ｂ）に示すように、定電圧源Ｅｓの両端間に二つの抵抗Ｒ１０，Ｒ１１の直列回路が接続され、抵抗Ｒ１１の両端間に電圧制御発振器ＶＣＯが接続されており、電圧制御発振器ＶＣＯは、入力端子ＶＩへの入力電圧に応じた動作周波数ｆｉｎｖでＨｏｕｔ端子・Ｈ−ＧＮＤ端子間、Ｌｏｕｔ端子・Ｌ−ＧＮＤ端子間に、相互に位相が１８０°ずれた矩形波状の駆動信号を出力する。電圧制御発振器ＶＣＯの入力端子ＶＩには、定電圧源Ｅｓの出力電圧が抵抗Ｒ１０，Ｒ１１で分圧されて与えられており、入力端子ＶＩへの入力電圧が抵抗Ｒ１０，Ｒ１１の接続点から始動スイープ回路１２に流れるシンク電流Ｉｖｐの変化に応じて変化する。なお、ドライブ回路１１のＨｏｕｔ端子・Ｈ−ＧＮＤ端子間はスイッチング素子Ｑ３のゲート・ソース間に接続され、Ｌｏｕｔ端子・Ｌ−ＧＮＤ端子間はスイッチング素子Ｑ４のゲート・ソース間に接続されている。

始動スイープ回路１２は、直流電源（図示せず）の直流電圧Ｅ１を抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１に与えるとともに、コンデンサＣ１の両端に抵抗Ｒ３とＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ７の直列回路と抵抗Ｒ２が接続されている。また、コンデンサＣ1の一端と抵抗Ｒ１との接続点はオペアンプＯＰ８の反転入力端子に接続され、コンデンサＣ１の他端は抵抗Ｒ１２２を介してオペアンプＯＰ８の非反転入力端子と接続されており、オペアンプＯＰ８の非反転入力端子と出力端子間には抵抗Ｒ１２１が接続されている。オペアンプＯＰ８から出力される制御電圧Ｖｆは抵抗Ｒ４、ダイオードＤ４を介してドライブ回路１１に印加される。この始動スイープ回路１２とドライブ回路１１とで、電力変換回路９の動作周波数ｆｉｎｖを制御し、高周波電圧Ｖｃｏｉｌを無電極放電灯６が点灯する大きさに設定する点灯期間と点灯しない大きさに設定する不点灯期間とを交互に切り替えて無電極放電灯６を点滅動作させる周波数制御回路が構成されている。

次に、本実施形態の無電極放電灯点灯装置の基本的な動作について図２，図３を参照しながら説明する。

図２は、電力変換回路９に含まれる上述の共振回路の始動時の共振曲線イと点灯時の共振曲線ロを示す。ここで、図２中の周波数ｆｅは無電極放電灯６の点弧始動に充分な高周波電圧Ｖｃｏｉｌが誘導コイル５に印加されるように同図の共振回路の共振周波数付近に設定されている。また、図２中の周波数ｆｓは無電極放電灯６が点灯維持できない程度の高周波電圧Ｖｃｏｉｌが誘導コイル５に印加されるように設定されている。

図３は点滅動作の説明図であり、同図（ａ）は高周波電圧Ｖｃｏｉｌの時間変化を示し、同図（ｂ）は動作周波数ｆｉｎｖの時間変化を示し、同図（ｃ）は始動スイープ回路１２に入力されるＰＷＭ信号Ｖｐｗｍの時間変化を示す。始動スイープ回路１２に入力されるＰＷＭ信号Ｖｐｗｍは最大値Ｈ、最小値Ｌの矩形波状である。時刻ｔ１でＰＷＭ信号ＶｐｗｍがＬとなると、動作周波数ｆｉｎｖは周波数ｆｓから周波数ｆｅへ徐々に変化する（以下、周波数スイープという）。これに伴い、高周波電圧Ｖｃｏｉｌが徐々に増大し、初期点弧始動時の最高電圧Ｖｉｎｇ１（以下、初期点弧電圧という）を越えたところで無電極放電灯６が点灯する。そして、時刻ｔ２で動作周波数ｆｉｎｖが周波数ｆｅとなると周波数スイープが終了する。次に、時刻ｔ３でＰＷＭ信号ＶｐｗｍがＨとなると、動作周波数ｆｉｎｖが周波数ｆｓに変化し、これに伴って、高周波電圧Ｖｃｏｉｌが点灯維持電圧より低くなり無電極放電灯６が消灯する。次に、時刻ｔ４でＰＷＭ信号ＶｐｗｍがＬとなると再び動作周波数ｆｉｎｖの周波数スイープが開始し、これに伴い、高周波電圧Ｖｃｏｉｌが徐々に増大し、再点弧始動時の最大電圧（以下、再点弧電圧という）Ｖｉｎｇ２を越えたところで無電極放電灯６が点灯する。そして、時刻ｔ５で動作周波数ｆｉｎｖが周波数ｆｅとなると周波数スイープが終了する。次に、時刻ｔ６でＰＷＭ信号ＶｐｗｍがＨとなると、動作周波数ｆｉｎｖが周波数ｆｓに変化し、これに伴って、高周波電圧Ｖｃｏｉｌが点灯維持電圧より低くなり無電極放電灯６が消灯する。以降、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍに応じてこれらの一連の動作を繰り返し行うことにより無電極放電灯６がＰＷＭ信号Ｖｐｗｍの周波数ｆｐｗｍで点滅動作をする。そして、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのデューティを可変することにより、無電極放電灯６の点灯期間Ｔｏｎと不点灯期間Ｔｏｆｆとの時間比率を変化させ、無電極放電灯６を調光することができる。

なお、図３に示すように、初期点弧電圧Ｖｉｇｎ１に対して再点弧電圧Ｖｉｇｎ２は小さくなるが、これは無電極放電灯６のバルブ内に残留するイオンの存在のためである。また、電力変換回路９の動作周波数ｆｉｎｖは装置の低コスト化のため、数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚとし、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍの周波数ｆｐｗｍは人間の目にちらつき感を与えないよう、１００Ｈｚ〜数ｋＨｚに設定される。

ところで、本実施形態の無電極放電灯点灯装置は、無電極放電灯６の周囲温度を検出する温度検出手段を備えており、ＰＷＭ発振回路１３が温度検出手段の出力に基づいてＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのオンデューティを変化させる。

ここで、上述のＰＷＭ発振回路１３は、入力端子４１５に接続された抵抗の抵抗値に応じてＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのオンデューティが変化するものである。入力端子４１５には、図１（ｃ）に示すようなデューティ設定回路４１１が接続されている。デューティ設定回路４１１は、入力端子４１５にスイッチング素子Ｑ４１２を介して感温素子（例えば、サーミスタなど）からなる感温抵抗Ｒｔｈ又は抵抗Ｒ４１３を選択的に接続する。スイッチング素子Ｑ４１２は、無電極放電灯６の周囲温度を検出する温度検出手段である周囲温度検出回路４１４の出力に基づいて制御され、周囲温度検出回路４４による検出温度が常温（例えば、図４（ａ）に示すように無電極放電灯６を全点灯させたときに無電極放電灯６の光出力が最高となる２０℃）よりも高い規定温度（例えば、６０℃）以上になると感温抵抗Ｒｔｈ側に接続される。ここで、感温抵抗Ｒｔｈは、無電極放電灯６の周囲温度に応じてその抵抗値が変化する。すると、ＰＷＭ発振回路１３から出力されるＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのオンデューティは、無電極放電灯６の周囲温度が常温よりも高い規定温度以上では前記周囲温度が高くなるにつれて、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのオンデューティが下降する。すると、図４（ｂ）に示すように、無電極放電灯６の点滅動作における一周期のうち点灯期間Ｔｏｎの占める割合（以下、点灯期間占有率という）が上昇する。すると、前記点滅動作の周期が一定であることを前提とすれば、点灯期間占有率の上昇に伴い、不点灯期間Ｔｏｆｆが減少するため、不点灯期間Ｔｏｆｆに対する点灯期間Ｔｏｎの時間比率が上昇することになる。これにより、前記規定温度を６０℃に限らず適宜設定することで、図４（ａ）の調光時の光出力の周囲温度依存性が示すように、常温よりも高い規定温度以上での光出力の急激な低下を和らげることができる。また、周囲温度検出回路４１４は、感温素子（例えば、サーミスタなど）により前記周囲温度を検出するものであってもよい。なお、上述のＰＷＭ発振回路１３としては、例えばルネサステクノロジ社製のＭ６２２１２ＦＰを用いればよく、この集積回路のＦＢ端子を上述の入力端子４１５とすればよい。

また、オンデューティ設定回路４１１としては、図７に示すように、入力端子４１５・グランド間に抵抗Ｒ４２３とスイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ４２４の直列回路を接続し、前記直列回路の両端に抵抗Ｒ４２２を接続したものであってもよい。ここで、スイッチング素子Ｑ４２４は無電極放電灯６の周囲温度を検出する温度検出手段からの出力に基づいて制御され、前記温度検出手段は、図７に示すように定電圧源Ｅ４２５からの直流電圧を感温素子である感温抵抗Ｒｔｈ，抵抗Ｒ４２６で分圧してスイッチング素子Ｑ４２４に出力するものである。前記温度検出手段による検出温度が前記規定温度以上の場合にスイッチング素子Ｑ４２４がオンすることでＰＷＭ発振回路１３の入力端子４１５に接続されたオンデューティ設定回路４１１の抵抗値が変化する。すると、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのオンデューティが下降し、点灯期間占有率が上昇し、不点灯期間Ｔｏｆｆに対する点灯期間Ｔｏｎの時間比率が上昇することになる。

次に、本実施形態の無電極放電灯点灯装置の常温時の動作と高温時の動作とを図５に基づいて説明する。図５（ａ）は常温時での動作波形、同図（ｂ）は高温時の動作波形を示す。なお、図５（ａ）（ｂ）には誘導コイル５の両端間の高周波電圧Ｖｃｏｉｌの包絡線のみを示す。次に、本実施形態の動作について説明する。ここで、点灯期間Ｔｏｎのうち、再点弧始動に要する時間Ｔ_１の割合（以下、再点弧始動時間占有率という）は無電極放電灯６が安定して点滅動作が行えるかどうかの重要な要素でもあり、この割合が大きすぎると、例えば、無電極放電灯６の周囲温度変化等による影響で再点弧始動に要する時間Ｔ_１が変動した場合に無電極放電灯６の光出力の変化が大きくなることで無電極放電灯６の点灯が不安定になり、場合によっては立ち消えの可能性がある。

本実施形態では、無電極放電灯６の周囲温度が前記規定温度以上のとき（高温時）に無電極放電灯６の点滅動作における不点灯期間Ｔｏｆｆに対する点灯期間Ｔｏｎの時間比率を上昇させる再点弧電圧低下手段が、ＰＷＭ発振回路１３とオンデューティ設定回路４１１とから構成され、図５に示すようにＰＷＭ信号Ｖｐｗｍの周波数ｆｐｗｍを一定に保ちつつ、不点灯期間Ｔｏｆｆに対する点灯期間Ｔｏｎの時間比率を増加させる点に特徴がある。これにより高温時には常温時に比べて不点灯期間Ｔｏｆｆが短縮され（図５（ａ）（ｂ）参照）、再点弧電圧Ｖｉｎｇ２を低下させることができるものである。

また、本実施形態における再点弧電圧低下手段は、周波数ｆｅ（図２参照）は電力変換回路９に含まれる共振回路の共振周波数付近に設定することを可能とするので、無電極放電灯６が再点弧始動を行った後の動作点は、点灯時における曲線ロ（図２参照）のピーク付近となるため、電力変換回路９に含まれる部品定数のばらつきや、前記電力変換回路９の周囲温度の変化により前記共振周波数のずれが生じても、前記共振周波数のずれによる電力変換回路９の出力の変化は小さく、無電極放電灯６の点灯を安定させ、立ち消え防止が可能となる。

ここで、無電極放電灯６の周囲温度が前記規定温度以上の場合に点灯期間Ｔｏｎの時間比率を増加させると、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍの周波数ｆｐｗｍは一定であることを前提とすれば、無電極放電灯６の光出力が常温時に比べて増加することが懸念される。

しかし、例えば、図８に示した無電極放電灯６と図９に示したカプラ３１９とからなるランプユニットは、図６に示すように無電極放電灯６の周囲温度が前記規定温度以上になると、光出力及び供給される高周波電力が大きく低下する。特に、前記無電極放電灯６であって、バルブ２１４内の水銀の蒸気圧を制御するためのアマルガムを使用しないものでは前記規定温度以上での光出力の低下がより顕著になる。

この点、本実施形態では、上述のように無電極放電灯６の周囲温度が前記規定温度以上の場合に点灯期間Ｔｏｎの時間比率を上昇させるので、前記規定温度以上での光出力の大きな低下を緩和し、前記規定温度以上の温度領域における光出力の温度依存性を少なくすることができる。

また、無電極放電灯６の周囲温度が前記規定温度以上の温度領域における無電極放電灯６の光出力の温度依存性を少なくする手段として、常温時では電力変換回路９における動作周波数ｆｉｎｖを電力変換回路９に含まれる共振回路の共振周波数から相対的に大きくずらし、一方、無電極放電灯６の周囲温度が前記規定温度以上では動作周波数ｆｉｎｖを前記共振周波数付近になるように設定することにより、前記規定温度以上において常温時に比べて無電極放電灯６に供給される高周波電力を増加させ、無電極放電灯６の光出力が増加するように制御することが考えられる。

しかし、この場合、常温時では動作周波数ｆｉｎｖが前記共振周波数から相対的に大きくずれているため、常温時に立ち消えしやすくなる。

この点、本実施形態では無電極放電灯６の周囲温度が前記規定温度以上でのみならず常温時においても前記動作周波数ｆｉｎｖを電力変換回路９に含まれる共振回路の共振周波数付近に設定することができるため、無電極放電灯６の点灯を安定させつつ、無電極放電灯６の周囲温度が前記規定温度以上の温度領域における無電極放電灯６の光出力の温度依存性を小さくすることができるため有利である。

なお、無電極放電灯６としては、例えば、上述の図８に示すように、不活性ガスや金属蒸気等の放電ガスが封入されるガラス製のバルブ２１４を備え、バルブ２１４に、図９に示すカプラ３１９が挿入されるキャビティ２５が形成され、キャビティ２５の底部からキャビティ２５の開口に向かって排気細管２８が突設されているものがある。ここで、バルブ２１４の内壁には、保護膜２２及び蛍光体膜２３が塗布されている（図示では一部のみを示す）。また、無電極放電灯６のバルブネック部２２３には樹脂材から成る口金２１５が取り付けられ、その内側にキャビティ２５の封止部２１１がある。なお、図９に示すように、カプラ３１９には、上述の誘導コイル５が設けられており、誘導コイル５は点灯回路１が収納された金属ケース３２０から導出された接続線３２２を介して点灯回路１と接続されている。

本実施形態の無電極放電灯点灯装置を用いた照明器具は、例えば図１０に示すように一つの筐体９６内に無電極放電灯６及びカプラ３１９と共に収納されることで構成され、或いは、図１１に示すような筐体１０６内に無電極放電灯６及びカプラ３１９とともに収納されることで構成される。なお、図１０に示す照明器具は、屋外で例えば防犯灯として使用される。

（実施形態２）
本実施形態の無電極放電灯点灯装置は上述の図１と略同じであり、ＰＷＭ発振回路１３の構成のみが異なる。上述の実施形態１と同一の構成については説明を省略する。

ところで、本実施形態の無電極放電灯点灯装置は無電極放電灯６の周囲温度を検出する温度検出手段を備えており、ＰＷＭ発振回路１３が温度検出手段の出力に基づいて出力されるＰＷＭ信号の周波数ｆｐｗｍを変化させる。

ここで、ＰＷＭ発振回路１３は、図１２に示すように、入力端子４１５とグランドの間の容量に応じてＰＷＭ信号Ｖｐｗｍの周波数が変化するものである。入力端子４１５には図１２に示すような周波数設定回路４３１が接続されている。周波数設定回路４３１は、入力端子４１５・グランド間にコンデンサＣ４３３とスイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ４３４の直列回路を接続され、前記直列回路の両端にコンデンサＣ４３２を接続されたものである。ここで、スイッチング素子Ｑ４３４は無電極放電灯６の周囲温度を検出する温度検出手段である周囲温度検出回路４３５からの出力に基づいて制御され、常温よりも高い規定温度以上になるとスイッチング素子Ｑ４３４がオンする。すると、ＰＷＭ発振回路１３の入力端子４１５に接続された周波数設定回路４３１の容量が小さくなり、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍの周波数ｆｐｗｍが上昇する。ここで、周囲温度検出回路４３５は感温素子により前記周囲温度を検出する回路であってもよい。なお、上述のＰＷＭ発振回路１３としては、例えばルネサステクノロジ社製のＭ６２２１２ＦＰと呼ばれている集積回路を用いればよく、この集積回路のＣｏｓｃ端子を上述の入力端子４１５とすればよい。

次に、本実施形態の無電極放電灯点灯装置の常温時の動作と高温時の動作とを図１３に基づいて説明する。図１３（ａ）は常温時での動作波形、同図（ｂ）は高温時の動作波形を示す。なお、図１３（ａ）（ｂ）には誘導コイル５の両端間の高周波電圧Ｖｃｏｉｌの包絡線のみを示す。

本実施形態では、ＰＷＭ発振回路１３と周波数設定回路４３１とで構成される再点弧電圧低下手段が無電極放電灯６の周囲温度が前記規定温度以上で点灯期間Ｔｏｎの時間比率を上昇させると同時にＰＷＭ信号Ｖｐｗｍの周波数ｆｐｗｍを上昇させることで必然的に再点弧始動時間占有率を常温時と同じに維持できる点にある。すると、無電極放電灯６の点灯は常温時の安定性を維持し、また、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍの周波数ｆｐｗｍを上昇させることにより不点灯期間Ｔｏｆｆが短縮されるため、不点灯期間Ｔｏｆｆにおけるバルブ内のイオンの拡散が減少し、再点弧電圧Ｖｉｎｇ２を常温時よりも小さく抑えることが可能となる。

ここで、無電極放電灯６は再点弧始動時間占有率が大きくなると点灯が不安定になるため、再点弧始動時間占有率はある値以下になるように設定されるのが通例である。そして、再点弧始動時間占有率を小さく抑えるための手段にはＰＷＭ信号Ｖｐｗｍの周波数ｆｐｗｍを小さくすることによるものがある。

しかし、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍの周波数ｆｐｗｍを小さくしすぎると不点灯期間Ｔｏｆｆが大きくなり、点灯期間Ｔｏｎでバルブ内に生成されたイオンが拡散し、再点弧電圧Ｖｉｎｇ２が上昇する。その結果、電力変換回路９から出力される高周波電圧が上昇し、電力変換回路９へのストレスが増大する問題がある。

この点、本実施形態では、点灯期間Ｔｏｎの時間比率を上昇させると同時に、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍの周波数ｆｐｗｍを上昇させるため、無電極放電灯６の常温時の点灯の安定性を維持しつつ、再点弧電圧Ｖｉｎｇ２を下げることができるので有利である。

（実施形態３）
本実施形態の無電極放電灯点灯装置は図１４に示すように上述の図１と略同じであり、始動スイープ回路１２のみが異なる。上述の実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の始動スイープ回路１２ではコンデンサＣ１の両端間にコンデンサＣ３２及びスイッチング素子Ｑ３２の直列回路が接続されている。スイッチング素子Ｑ３２は無電極放電灯６の周囲温度の温度検出手段である周囲温検出回路１４からの出力に応じてオン・オフし、スイッチング素子Ｑ３２がオンするとコンデンサＣ３２がコンデンサＣ１の両端に接続される。ここで、周囲温度検出回路１４は、直流電源Ｅ１４の電圧を抵抗Ｒ１４、感温素子である感温抵抗Ｒｔｈで分圧してスイッチング素子Ｑ３２に出力するものである。

次に、本実施形態の無電極放電灯点灯装置の常温時の動作と高温時の動作とを図１５に基づいて説明する。図１５（ａ）は常温時での動作波形、同図（ｂ）は高温時の動作波形を示す。なお、図１５（ａ）（ｂ）には誘導コイル５の両端間の高周波電圧Ｖｃｏｉｌの包絡線のみを示す。

本実施形態では、無電極放電灯６の周囲温度が前記規定温度以上の場合に、ＰＷＭ発振回路１３と始動スイープ回路１２とから構成される再点弧電圧低下手段が、不点灯期間Ｔｏｆｆに対する点灯期間Ｔｏｎの時間比率を上昇させると同時に始動スイープ回路１２により前記不点灯期間から前記点灯期間への移行時に高周波変換回路９から出力される高周波電圧Ｖｃｏｉｌの立ち上がりを緩やかにする点である。これにより、再点弧始動時間占有率が常温時と比べて上昇せず、無電極放電灯６の点灯の常温時の安定性を維持することができ、かつ、再点弧電圧Ｖｉｎｇ２を低減することが可能となる。

ここで、本実施形態における始動スイープ回路１２の動作では、無電極放電灯６の周囲温度が常温時では抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１より決定される第１の時定数τ１（＝Ｃ１×Ｒ１）で動作周波数ｆｉｎｖを周波数スイープするのに対し、無電極放電灯６の周囲温度が常温よりも高い規定温度以上になるとスイッチング素子Ｑ３２がオンし、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１，Ｃ３２より決定される第１の時定数τ１よりも大きい第２の時定数τ２（＝（Ｃ１＋Ｃ２）×Ｒ１）で動作周波数ｆｉｎｖが周波数スイープする点である。これにより、動作周波数ｆｉｎｖの周波数スイープの速度を前記規定温度以上では常温時に比べて遅くすることができ、その結果として、前記規定温度以上での高周波電圧Ｖｃｏｉｌの立ち上がりを常温時に比べて緩やかにすることが可能となる。再点弧始動時に高周波電圧Ｖｃｏｉｌの立ち上がりを緩やかにすると再点弧始動電圧Ｖｉｎｇ２が小さく抑えられることから、前記規定温度以上で再点弧電圧Ｖｉｎｇ２を低減することが可能となる。

ここで、再点弧始動時の高周波電圧Ｖｃｏｉｌの立ち上がりを緩やかにし過ぎると再点弧時間が長くなるため、再点弧始動時間占有率が大きくなり無電極放電灯６の点灯が不安定になることが懸念される。

しかし、本実施形態では、前記規定温度以上で点灯期間Ｔｏｎの時間比率を上昇させると同時に再点弧始動時の高周波電圧Ｖｃｏｉｌの立ち上がりを緩やかにするため、結果的に再点弧始動時間占有率が常温時と比べて上昇しない。従って、無電極放電灯６の点灯の常温時の安定性を維持しつつ、再点弧電圧Ｖｉｎｇ２を低減することが可能となる。

実施形態１における無電極放電灯点灯装置を示し、（ａ）は回路図、（ｂ）はドライブ回路の回路図、（ｃ）は要部回路図である。 同上の動作説明図である。 同上の動作説明図である。 同上の動作説明図である。 同上の動作説明図である。 同上に用いる無電極放電灯の特性図である。 同上の要部回路図である。 同上における無電極放電灯の一部破断した概略側面図である。 同上の無電極放電灯点灯装置で用いるカプラの概略斜視図である。 同上の無電極放電灯点灯装置を備えた照明器具の概略側面図である。 同上の無電極放電灯点灯装置を備えた照明器具の一部破断した概略正面図である。 実施形態２における無電極放電灯点灯装置の要部回路図である。 同上の動作説明図である。 実施形態３における無電極放電灯点灯装置の回路図である。 同上の動作説明図である。 従来例の動作説明図である。

符号の説明

１ 点灯回路
５ 誘導コイル
６ 無電極放電灯
９ 電力変換回路
１０ ダイオードブリッジ
１１ ドライブ回路
１２ 始動スイープ回路
１３ ＰＷＭ発振回路
４１１ オンデューティ設定回路
４１４ 周囲温度検出回路
Ｅ 直流電源

Claims (6)

1. 直流電源からの電力供給を受け高周波電圧を出力する電力変換回路であって、少なくともスイッチング素子及び共振回路を含む電力変換回路と、前記電力変換回路の出力端間に接続され、バルブ内に放電ガスを封入した無電極放電灯に近接配置される誘導コイルと、前記電力変換回路の動作周波数を制御し、前記高周波電圧を前記無電極放電灯が点灯する大きさに設定する点灯期間と点灯しない大きさに設定する不点灯期間とを交互に切り替えて前記無電極放電灯を点滅動作させる周波数制御回路と、前記無電極放電灯の周囲温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段による検出温度が常温よりも高い規定温度以上のときに前記無電極放電灯の点滅動作における不点灯期間に対する点灯期間の時間比率を上昇させる再点弧電圧低下手段を有することを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
2. 前記点灯期間での前記動作周波数を前記共振回路の共振周波数近傍に設定することを特徴とする請求項１に記載の無電極放電灯点灯装置。
3. 前記周波数制御回路へＰＷＭ信号を与えるＰＷＭ発振回路を有し、前記周波数制御回路は、ＰＷＭ発振回路からのＰＷＭ信号に基づいて前記動作周波数の制御を行うものであり、前記再点弧電圧低下手段は、前記時間比率を上昇させるときにＰＷＭ信号の周波数を上昇させることにより前記再点弧電圧を低下させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無電極放電灯点灯装置。
4. 前記再点弧電圧低下手段は、前記点滅動作における前記時間比率を上昇させたときに前記不点灯期間から前記点灯期間への移行時に前記電力変換回路の出力電圧の立ち上がりを緩やかにすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無電極放電灯点灯装置。
5. 前記温度検出手段は、感温素子により前記周囲温度を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無電極放電灯点灯装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無電極放電灯点灯装置を備えた照明器具。

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