JP2009176679A - 放電灯点灯装置および照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷インピーダンスが変化した場合でも放電灯を安定して始動、点灯させることが可能な放電灯点灯装置および照明器具を提供することにある。
【解決手段】電力変換回路９は直流電源を交流に変換して負荷回路２９に供給する。駆動回路１１は電力変換回路９のスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を駆動する。周波数制御回路１２は、始動時に電力変換回路９の出力を増加させるように駆動回路１１の駆動周波数を始点周波数から終点周波数へ可変制御する電圧制御回路１３を備える。また周波数制御回路１２の共振周波数算出回路１４は、負荷回路２９の負荷インピーダンスと点灯時における共振回路の共振周波数との対応関係が予め設定されたデータテーブルを有し、放電灯を始動点灯させる前にインピーダンス検出回路１６が検出した負荷インピーダンスをもとにデータテーブルから共振回路の共振周波数を抽出して、抽出した共振周波数を終点周波数に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電灯点灯装置および照明器具に関するものである。

従来、図９に示す回路構成を有する放電灯点灯装置が提供されている（例えば特許文献１参照）。この放電灯点灯装置は、交流電源Ｖin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部Ｅと、直流電源部Ｅから直流電力の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の出力側に接続される誘導コイル５および当該誘導コイル５に近接配置された無電極放電灯６からなる負荷回路２９と、電力変換回路９の動作周波数を制御することによって電力変換回路９の出力電圧Ｖcoilを変化させる電圧制御回路１３とを備えている。

直流電源部Ｅは、交流電源Ｖinの交流出力を整流するダイオードブリッジからなる整流回路１０と、インダクタＬ１０、ダイオードＤ１０、スイッチング素子Ｑ６、平滑コンデンサＣ１０並びにスイッチング素子Ｑ６を駆動する駆動回路２を具備した従来周知の昇圧チョッパ回路で構成される。

電力変換回路９は、直流電源部Ｅの出力端間に直列接続された一対のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を具備し、ローサイドのスイッチング素子Ｑ４にインダクタＬｓ、コンデンサＣｐ，Ｃｓからなる共振回路が接続された所謂ハーフブリッジ型のインバータ回路で構成され、電界効果トランジスタからなる一対のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４は駆動回路１１によってオン／オフされる。

無電極放電灯６は、透明な球状のガラスバルブ又は内面に蛍光体が塗布された球状のガラスバルブ内に、不活性ガス、金属蒸気などの放電ガス（例えば水銀及び希ガス）を封入して形成される。ここで、電力変換回路９は、誘電コイル５に対して数十ｋＨｚから数ＭＨｚの高周波電流を流すことによって、誘導コイル５に高周波電磁界を発生させて、無電極放電灯６に高周波電力を供給しており、これに応じて無電極放電灯６内に高周波プラズマ電流を発生させて紫外線若しくは可視光を発光させるようになっている。

駆動回路１１は、入力される電圧ＶＩに応じた周波数で、Ｈout−Ｈ-GND端子間、Ｌout−Ｌ-GND端子間にそれぞれ矩形波パルスの駆動信号（両者の位相差は約１８０度）を出力するもので、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を交互にスイッチングすることによって、共振回路を介して誘導コイル５に高周波出力を供給する。図１０は駆動回路１１の具体回路を示し、定電圧源Ｅ０と電圧制御発振器ＶＣＯと抵抗Ｒ１０，Ｒ１１とで構成される。電圧制御発振器ＶＣＯの入力端子ＶＩには、定電圧源Ｅ０の出力電圧が抵抗Ｒ１０，Ｒ１１で分圧されて与えられており、その分圧点からのシンク電流Ｉoに応じて電圧レベルが変化する。したがって、電圧制御発振器ＶＣＯの入力端子ＶＩには、シンク電流Ｉoに応じた電圧値が入力されることになり、電圧制御発振器ＶＣＯはそれに応じた駆動周波数ｆｉｎｖでＨout−Ｈ-GND端子間、Ｌout−Ｌ-GND端子間に、互いに位相が約１８０度ずれた、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４に対する略矩形波状の駆動信号を出力する。

電圧制御回路１３は、オペアンプＱ１、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１からなる積分回路と、コンデンサＣ１の電荷放電用スイッチＳＷ０などで構成される。ここで、駆動回路１１の入力端子ＶＩは、ダイオードなどを介してオペアンプＱ１の出力端子に接続されるとともに、可変抵抗ＶＲを介して直流電源部Ｅの低圧側端に接続されている。

駆動回路１１は、その入力端子ＶＩから電圧制御回路１３および可変抵抗ＶＲにそれぞれ流れるシンク電流Ｉsw、Ｉvrの和Ｉo（＝Ｉsw＋Ｉvr）に応じて駆動周波数ｆinvを変化させる。ここで、可変抵抗ＶＲは、電力変換回路９や負荷回路２９による共振回路や、駆動回路１１などの回路部品のばらつきを吸収し、安定した始動点灯が行えるように抵抗値が調整される。なお図１１は駆動回路１１の入力電圧ＶＩと駆動周波数ｆinvとの関係を示しており、入力電圧ＶＩの増加に伴って駆動周波数ｆinvが漸減するようになっている。また、図１２は駆動周波数ｆinvと誘導コイル５に発生する電圧Ｖcoilとの関係を示し、図中のａ，ｂは無負荷時の特性を、ｃ，ｄは点灯時の特性をそれぞれ示している。また図中に実線で示した特性曲線ｂ，ｄは負荷インピーダンスの変化がある場合、破線で示した特性曲線ａ，ｃは負荷インピーダンスの変化が無い場合の特性曲線である。

次に本点灯装置の動作について説明する。電圧制御回路１３のスイッチＳＷ０がオンからオフに切り替わると、電圧源Ｅ１からの電力供給を受け、抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１が充電される。コンデンサＣ１の両端電圧ＶＣ１はオペアンプＱ１の非反転入力端子に入力されており、両端電圧ＶＣ１の漸増に応じて電流Ｉswを漸減させる。この時、シンク電流Ｉoも漸減し、それに応じて電圧制御発振器ＶＣＯの入力電圧ＶＩが漸増するので、電圧制御発振器ＶＣＯから出力される駆動信号の周波数（駆動周波数）ｆinvが始点周波数ｆｓから終点周波数ｆｅへ向かってスイープ制御される（図１２参照）。ここで、電力変換回路９の駆動周波数ｆinvと誘導コイル５に発生する電圧Ｖcoilとが図１２に示すような関係を有している場合、駆動周波数が始動周波数ｆｓから終点周波数ｆｅへ向かってスイープ制御されることにより、電圧Ｖcoilが徐々に増加する。そして、この周波数スイープの間に、電力変換回路９の出力電圧Ｖcoilが、無電極放電灯６の点弧始動に最低限必要な電圧を超えるように設計されているため、ある駆動周波数ｆinv（＝ｆｉ）で無電極放電灯６が始動する。無電極放電灯６が始動点灯すると、共振回路の共振特性が無負荷時の特性曲線ａから点灯時の特性曲線ｃに切り替わるので、電圧Ｖcoilが直ちに低下して、点灯時の特性曲線ｃ上の値へと切り替わりる。その後も駆動回路１１によって駆動周波数が終点周波数ｆｅまでスイープされ、周波数ｆｅにおける出力電圧Ｖcoilが無電極放電灯６に供給されて、無電極放電灯６が点灯状態を維持するようになっている。

ところで、上述の点灯装置では負荷として無電極放電灯６を用いており、無電極放電灯６の場合、点弧始動時はインダクタ負荷であるため、有電極の蛍光灯などに比べて、始動時により大きな電圧、電力を必要とし、安定した始動、点灯を行うためには、電力変換回路９の共振回路のＱ値を高く設定する必要がある。しかしながら、特に周囲温度の変化や、無電極放電灯６周囲への金属筐体の接近など、電力変換回路９の負荷インピーダンスの変動要因があれば、誘導コイル５に印加される電圧Ｖcoilも大きく変化して、安定した始動、点灯を行うことが困難になる。したがって、上述の放電灯点灯装置のように、電圧制御回路１３が電力変換回路９の駆動周波数をスイープさせることによって放電灯を始動させるようにすれば、負荷インピーダンスの変動をある程度は吸収できるため、安定した始動、点灯が可能になり、このような理由から周波数スイープによる始動は、特に無電極放電灯負荷の場合に有効であると言える。

また従来、回路構成部品が変化してもランプ電力の変化を抑制できるようにした無電極放電灯点灯装置が提案されており（例えば特許文献２参照）、この文献に示された放電灯点灯装置では、高周波電源から整合回路及び無電極放電灯までの回路網において回路定数を適正に設定することで、ランプ電力の変化を抑制した放電灯点灯装置が提供されている。
特開２００３−３３２０９０号公報 特開２０００−１２２６１号公報

上述した前者の放電灯点灯装置では、電力変換回路９および負荷回路２９が共振回路を含み、その共振特性を利用して電力変換回路９の駆動周波数を制御することによって、無電極放電灯６に電力を与えて始動点灯を行うのであるが、電力変換回路９および負荷回路２９の負荷インピーダンスが変化すると、両回路に含まれる共振回路の共振周波数が変化して、放電灯に十分な電力が与えらなくなる可能性があり、立ち消えが発生するなどして安定した始動、点灯が行えなくなるという問題があった。これらのインピーダンスが変化する要因としては、周囲温度変化や、回路素子定数のばらつきや、経時変化、金属筐体への負荷回路２９の接近などがある。

特に負荷回路２９に無電極放電灯６を用いた場合、無電極放電灯６が金属筐体に接近すると、負荷インピーダンスの変化が顕著に起こることになる。図１３は無電極放電灯６を用いたダウンライトの一例を示し、このダウンライトでは、反射板３０で無電極放電灯６が覆われているが、反射板３０が例えば金属製のように高導電率のものである場合は、誘導コイル５からの電磁誘導による誘導電流３１が反射板３０上でループ状に流れることになる。したがって、反射板３０によるインダクタ成分が発生し、等価回路では誘導コイル５にインダクタが並列接続されたことになる。その結果、図１２に示すように始動時、点灯時の共振曲線が、ダウンライト器具のような金属筐体が存在しない場合に比較して高周波側にシフトする（始動時の特性曲線がａ→ｂ、点灯時の共振曲線がｃ→ｄ）。ここで、無電極放電灯６の点灯後もコンデンサＣ１の両端電圧ＶＣ１は満充電となって電圧ＶＣ１が一定値となるまで変化するため、駆動周波数は終点周波数ｆｅまで変化する。しかしながら、共振曲線が高周波側にシフトして図１２の曲線ｄとなっているため、終点周波数ｆｅは、点灯時の共振曲線ｄのピークを超えて、電圧Ｖcoilが低下する領域まで周波数スイープが行われることになり、その結果、電力変換回路９の出力が点灯維持電力を下回った場合、無電極放電灯６の立ち消えが発生するという問題があった。

このような問題を回避する一つの方法として、金属筐体に囲まれた器具に装着した状態で、終点周波数ｆｅが、共振曲線のピークよりも低周波側とならないように可変抵抗ＶＲの抵抗値を調整することが考えられるが、多種多様な器具に対応させるためには、この各々で終点周波数ｆｅの調整を行う必要があり、手間やコストが非常にかかってしまうという問題があった。

また上述した後者の無電極放電灯では、高周波電源から整合回路及び無電極放電灯までの回路網において回路定数を適正に設定することで、ランプ電力の変化を抑制しているが、周囲温度の変化や、経時変化や、金属筐体が負荷回路２９に接近したことによって生じる負荷インピーダンスの変動には対応することができず、放電灯の始動、点灯が不安定になって、立ち消えが発生する可能性もあった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、負荷インピーダンスが変化した場合でも放電灯を安定して始動、点灯させることが可能な放電灯点灯装置および照明器具を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、スイッチング素子並びに共振回路を具備し、直流電源から供給される直流電圧をスイッチング素子でスイッチングすることによって交流に変換する電力変換回路と、スイッチング素子を駆動させる駆動信号を出力する駆動回路と、電力変換回路の出力側に接続された少なくとも放電灯を含む負荷回路と、放電灯の始動時に電力変換回路の出力を増加させるように駆動回路の駆動周波数を始点周波数から終点周波数へ可変制御する周波数制御回路とを備え、周波数制御回路は、負荷回路の負荷インピーダンスと放電灯の点灯時における共振回路の共振周波数との対応関係が予め設定されたデータテーブルを有するとともに、放電灯を始動点灯させる前に予め負荷回路の負荷インピーダンスを検出するインピーダンス検出手段を有し、インピーダンス検出手段により検出された負荷インピーダンスの検出結果をもとにデータテーブルから共振回路の共振周波数を抽出して、抽出した共振周波数を終点周波数に設定することを特徴とする。

請求項２の発明は、スイッチング素子並びに共振回路を具備し、直流電源から供給される直流電圧をスイッチング素子でスイッチングすることによって交流に変換する電力変換回路と、スイッチング素子を駆動させる駆動信号を出力する駆動回路と、電力変換回路の出力側に接続された少なくとも放電灯を含む負荷回路と、放電灯の始動時に電力変換回路の出力を増加させるように駆動回路の駆動周波数を始点周波数から終点周波数へ可変制御する周波数制御回路とを備え、周波数制御回路は、放電灯を始動点灯させる前に予め負荷回路の負荷インピーダンスを検出するインピーダンス検出手段を有し、所定の周波数範囲で負荷インピーダンスを検出することによって得られた共振回路の共振周波数を終点周波数に設定することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、インピーダンス検出手段は、自動平衡ブリッジ法を用いてインピーダンス検出を行うことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかの１つの発明において、インピーダンス検出手段は、負荷インピーダンスの検出後に、負荷回路から電気的に切り離されることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかの１つの発明において、周波数制御回路は、電力変換回路の出力を徐々に増加させるように駆動回路の駆動周波数をスイープさせることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れかの１つの発明において、放電灯は、バルブ内にバッファガスとして少なくともクリプトンを含むガスが封入されたことを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れかの１つの発明において、負荷回路が、電力変換回路の出力端間に接続される誘導コイルと、バルブ内に放電ガスが封入され、誘導コイルに近接配置されて誘導コイルに発生する高周波電磁界により点灯する無電極放電灯とを備えたことを特徴とする。

請求項８の発明は照明器具であって、請求項１乃至７の何れか１項に記載の放電灯点灯装置を備えたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、放電灯を始動点灯する前にインピーダンス検出手段が負荷インピーダンスを予め検出し、負荷インピーダンスの検出結果をもとにデータテーブルから共振周波数を抽出して、抽出した共振周波数を周波数スイープの終点周波数に設定しているので、点灯時の共振回路の共振周波数より低周波側まで周波数がスイープされることがなく、負荷インピーダンスが変動した場合でも放電灯に供給される電力が低下することがなく、放電灯を安定して始動、点灯させることができる。

請求項２の発明によれば、共振周波数付近で負荷インピーダンスが最小となることを利用し、放電灯を始動点灯させる前にインピーダンス検出手段が所定の周波数範囲で負荷インピーダンスを検出することによって、所定の周波数範囲における負荷インピーダンスの検出結果をもとに共振周波数を求め、この共振周波数を周波数スイープの終点周波数に設定しているので、点灯時の共振回路の共振周波数より低周波側まで周波数がスイープされることがなく、負荷インピーダンスが変動した場合でも放電灯に十分な電力を供給し、放電灯を安定して始動、点灯させることができる。さらに、請求項１の発明に比べて、負荷インピーダンスと共振周波数との相関関係が未知であっても、所定の周波数範囲で負荷インピーダンスを検出することによって、例えば負荷インピーダンスが最小となるときの周波数から共振周波数を求めて、終点周波数の補正が行えるという利点がある。

請求項３の発明によれば、自動平衡ブリッジ法を用いることで負荷インピーダンスを正確に検出できるという利点がある。

請求項４の発明によれば、放電灯の始動、点灯時には負荷回路に比較的高い電圧が加わるので、負荷インピーダンスの検出後はインピーダンス検出手段を負荷回路から電気的に切り離すことで、インピーダンス検出手段に過大な電圧が加わるのを防止することができる。

請求項５の発明によれば、放電灯が点弧始動に最低限必要な電圧を、電力変換回路の出力が超えた時点で、放電灯を始動、点灯させることができる。

請求項６の発明によれば、バッファガスとして例えばアルゴン（Ａｒ）のみを使用する場合と比較して、クリプトン（Ｋｒ）を混合させた方が点灯時のプラズマインピーダンスを低減でき、点灯時における共振曲線のＱ値をより低減させることができるので、駆動周波数に対する電力変換回路の出力や、高周波電圧の感度が抑制され、駆動周波数制御の精度をより向上させることができる。

請求項７の発明によれば、金属筐体が接近して配設されることにより負荷インピーダンスが変化しやすい無電極放電灯を負荷とする場合でも、無電極放電灯を安定して始動、点灯させることができる。

請求項８の発明によれば、放電灯を安定して始動、点灯させることが可能な照明器具を実現できる。

以下に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）
本実施形態の放電灯点灯装置の回路図を図１に示す。尚、図９に示した従来の放電灯点灯装置と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

この放電灯点灯装置は、交流電源Ｖin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部Ｅと、直流電源部Ｅから直流電力の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が備えるスイッチング素子を駆動させる駆動回路１１と、電力変換回路９の出力側に接続された誘導コイル５および当該誘導コイル５に近接配置された無電極放電灯６からなる負荷回路２９と、駆動回路１１の駆動周波数を制御することによって電力変換回路９の出力を制御する周波数制御回路１２とを備えている。また周波数制御回路１２は、始動時に電力変換回路９の動作周波数を始点周波数から終点周波数までスイープ制御することによって電力変換回路９の出力電圧Ｖcoilを変化させる電圧制御回路１３と、負荷回路２９の両端間のインピーダンス（負荷インピーダンス）を検出するインピーダンス検出回路１６（インピーダンス検出手段）と、インピーダンス検出回路１６の検出結果を受けて、電力変換回路９および負荷回路２９から構成される共振回路におけるランプ点灯時の共振周波数ｆ０を算出する共振周波数算出回路１４と、共振周波数ｆ０の算出結果に基づいて電圧制御回路１３が駆動周波数をスイープ制御する際の終点周波数を補正する終点周波数補正回路１５とを備えている。なお本回路では、図９に示す回路において、回路部品のばらつきを吸収して安定した始動、点灯を行うために設けた可変抵抗ＶＲを無くしている。

インピーダンス検出回路１６は、負荷回路２９の一方の入力端がスイッチＳＷ１を介して反転入力端子に接続されるとともに、非反転入力端子に直流電源部Ｅの低圧側端が接続されたオペアンプＱ１１と、オペアンプＱ１１の反転入力端子と出力端子との間に接続された抵抗Ｒｓと、負荷回路２９の他方の入力端と直流電源部Ｅの低圧側端との間にスイッチＳＷ２を介して接続された発振器ＯＳＣと、発振器ＯＳＣとスイッチＳＷ２との接続点の電圧Ｖ１およびオペアンプＱ１１の出力電圧Ｖ２が入力される検出器１７とで構成される従来周知の自動平衡ブリッジからなり、負荷回路２９の負荷インピーダンスを検出する。このインピーダンス検出回路１６は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を用いて負荷回路２９に電気的に接続したり、負荷回路２９から電気的に切り離すことができる。なお発振器ＯＳＣの発振周波数は、実際の電力変換回路９の駆動周波数付近の所定周波数に設定されている。そして、自動平衡ブリッジでは負荷インピーダンスＺ＝Ｖ１×Ｒｓ／Ｖ２という関係が成り立つので、検出器１７では上式を用いて負荷インピーダンスを求め、検出結果を共振周波数算出回路１４に出力する。

共振周波数算出回路１４は、インピーダンス検出回路１６の出力（アナログ電圧）をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器２１と、マイクロプロセッサ（以下、ＭＰＵと略称す。）１９と、ＭＰＵ１９から出力されるデジタル値をアナログ電圧に変換するＤ／Ａ変換器２０などで構成される。ここで、ＭＰＵ１９の出力端子Ｏ２から出力される周波数スイープ開始のトリガ信号により、電圧制御回路１３のスイッチＳＷ０のオン／オフが切り替えられ、また出力端子Ｏ３から出力される信号によりスイッチＳＷ１，ＳＷ２のオン／オフが切り替えられるのである
終点周波数補正回路１５はオペアンプＱ１０および抵抗Ｒ４などで構成され、共振周波数算出回路１４の出力を受けて、電圧制御回路１３による周波数スイープの終点周波数を補正する。

ここで、本点灯装置の動作の概要を図２〜図４に基づいて説明する。本点灯装置は大まかに分けて、始動前に負荷インピーダンスを検出する動作と、負荷インピーダンスを検出した後に電力変換回路９の駆動周波数を制御して放電灯を始動、点灯させる動作との２つの動作を行うものである。図４は負荷インピーダンスの測定を行ってから無電極放電灯６を始動、点灯させるまでの各部の波形図であり、同図（ａ）は電力変換回路９の出力電圧Ｖcoilの波形図、同図（ｂ）は駆動周波数ｆinvの波形図である。

まず始動前に負荷インピーダンスを検出する動作について説明する。図４の時刻ｔ１において、共振周波数算出回路１４のＭＰＵ１９がスイッチＳＷ０をオンにして、電圧制御回路１３による周波数スイープ動作を停止させるとともに、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンにして、インピーダンス検出回路１６を負荷回路２９に接続させ、インピーダンス検出回路１６の検出器１７が、電圧Ｖ１，Ｖ２の検出値と抵抗Ｒｓの抵抗値とから負荷インピーダンスを検出し、検出結果を共振周波数算出回路１４に出力する。共振周波数算出回路１４では、インピーダンス検出回路１６からの出力（アナログ電圧）をＡ／Ｄ変換器１４によりデジタル値に変換してＭＰＵ１９に入力する。ここで、電力変換回路９および負荷回路２９が備える共振回路のランプ点灯時における共振周波数ｆ０と、負荷インピーダンスＺとの相関関係（図３参照）が予め求められて、この相関関係を示すデータテーブルがＭＰＵ１９の内部メモリ（図示せず）に設定されており、ＭＰＵ１９では、Ａ／Ｄ変換器１４によりデジタル値に変換されて入力された負荷インピーダンスの検出結果と上記の相関関係をもとに共振周波数ｆ０を算出し、算出結果をＤ／Ａ変換器２０によりアナログ電圧に変換して終点周波数補正回路１５に出力する。例えば負荷インピーダンスＺの測定結果がＺ１の場合は図３より共振周波数ｆ０がｆ１と求まり、この周波数ｆ１が周波数スイープの終点周波数に設定されるのである。なお、始動、点灯時には電力変換回路９の出力電圧Ｖcoilが比較的高くなるため、ＭＰＵ１９では、負荷インピーダンスの測定を終えると、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフにして、インピーダンス検出回路１６を負荷回路２９から切り離すようになっている。

次に、負荷インピーダンスの検出後に負荷インピーダンスをもとに算出された共振周波数ｆ０に基づいて、駆動周波数をスイープ制御する際の終点周波数を補正する動作について説明する。

図４の時刻ｔ２において、ＭＰＵ１９がスイッチＳＷ０をオンからオフに切り替えると（なおスイッチＳＷ１，ＳＷ２はオフ）、電圧制御回路１３が図９の回路で説明したのと同様の動作を行い、駆動回路１１の駆動周波数ｆinvを始点周波数ｆｓから終点周波数へとスイープさせ、それに応じて電力変換回路９の出力電圧Ｖcoilが徐々に漸増される。ここで、駆動周波数ｆinvがスイープ制御される際の終点周波数は、補正前の周波数ｆｅ０から、共振周波数算出回路１４で求められた共振周波数ｆｅ（＞ｆｅ０）に設定されているので、無電極放電灯６の点灯時における共振回路の共振周波数に終点周波数を近付けることができる。したがって、負荷インピーダンスの変動によって共振回路の共振特性が高周波側にシフトした場合でも、周波数スイープの終点周波数を負荷インピーダンスの検出結果から求めた共振周波数に補正することで、終点周波数が共振回路の共振周波数よりも低周波側となるのを防止できる。図４（ｂ）中のｂは終点周波数の補正がない場合の駆動周波数ｆinvを、同図中のａは終点周波数の補正がある場合の駆動周波数ｆinvをそれぞれ示し、終点周波数の補正が無い場合は駆動周波数ｆinvが共振周波数よりも低周波側の周波数ｆｅ０まで低下するために、電力変換回路９の出力が低下して無電極放電灯６の始動、点灯が不安定になるが、本実施形態では終点周波数を共振周波数ｆｅに補正しているので、電力変換回路９の出力が低下して無電極放電灯６が立ち消えを起こすことは無く、無電極放電灯６を安定して始動、点灯させることができる。而して、ＭＰＵ１９がこのような制御を行うことによって、周波数スイープ制御における終点周波数の始動動作に対する影響度が緩和されるため、図９に示す回路で回路素子のばらつきを吸収するために設けていた可変抵抗ＶＲを無くすことができ、可変抵抗ＶＲを調整する手間も無くすことができる。

なお本実施形態では、負荷インピーダンスを測定するために自動平衡ブリッジからなるインピーダンス検出回路１６を用いているが、負荷インピーダンスを測定するための回路を自動平衡ブリッジに限定する趣旨のものではなく、負荷インピーダンスの測定が可能であれば自動平衡ブリッジ以外の回路で構成しても良い。

また本実施形態では、無電極放電灯６にバッファガスとして少なくともクリプトン（Ｋｒ）を含むガスが封入されており、バッファガスとして例えばアルゴン（Ａｒ）のみを使用する場合と比較して、クリプトンを混合させた方が点灯時のプラズマインピーダンスを低減できるから、点灯時における共振曲線のＱ値をより低減させることができ、その結果、駆動周波数に対する電力変換回路９の出力や、高周波電圧Ｖcoilの感度が抑制され、上記のような駆動周波数制御の精度をより向上させることができる。

また本実施形態では誘導コイル５と誘導コイル５に近接配置された無電極放電灯６とで負荷回路２９を構成しているが、図５に示すようにフィラメント電極Ｆ１，Ｆ２を有する蛍光灯ＦＬと、コンデンサＣ２０とで負荷回路２９を構成しても良いし、光源として他の放電灯を用いても良い。

（実施形態２）
実施形態２の放電灯点灯装置の回路図を図６に示す。尚、実施形態１で説明した放電灯点灯装置と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

本実施形態の放電灯点灯装置では、実施形態１で説明した放電灯点灯装置において、インピーダンス検出回路１６の発振器ＯＳＣとして、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１８を用い、ＭＰＵ１９からの制御信号（デジタル値）をＤ／Ａ変換器２２によりアナログ電圧に変換してＶＣＯ１８に入力することにより、ＶＣＯ１８の発振周波数ｆvcoを可変制御しており、所定の周波数範囲で負荷インピーダンスの検出を行っている。

ここで、ＶＣＯ１８の発振周波数ｆvcoと負荷インピーダンスＺとの関係は例えば図７に示すようになり、発振周波数ｆvcoが共振回路の共振周波数ｆ０付近で負荷インピーダンスＺが最小（変曲点）となる。したがって、ランプ始動時に、ＭＰＵ１９が、スイッチＳＷ０をオン、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンとした状態で、ＶＣＯ１８の発振周波数ｆvcoを所定の周波数範囲で変化させて、上記周波数範囲でインピーダンス検出回路１６により負荷インピーダンスＺを検出させており、負荷インピーダンスＺが最小となるときの発振周波数ｆvcoから共振周波数ｆ０を求めている。その後、ＭＰＵ１９がスイッチＳＷ０をオフ、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフとして、電圧制御回路１３により駆動周波数のスイープ制御を行わせる際に、終点周波数補正回路１５により終点周波数ｆｅを負荷インピーダンスＺが最小となるときの発振周波数ｆvco（＝ｆ０）に補正しているので、実施形態１と同様に電力変換回路９の出力が低下して、無電極放電灯６が立ち消えすることはなく、安定して始動、点灯を行わせることが可能になる。また本点灯装置では、実施形態１の放電灯点灯装置に比較して、共振周波数算出回路１４では、負荷インピーダンスＺと共振周波数ｆ０との相関関係が未知であっても、駆動周波数をスイープ制御する際の終点周波数を適切に補正することが可能になるという効果がある。

（実施形態３）
上述した各実施形態の放電灯点灯装置を用いる照明器具の実施形態について図８に基づいて説明する。

図８（ａ）は本発明の放電灯点灯装置を街路灯４０に適用した一実施形態を示し、街路灯４０の灯体４０ａ内に無電極放電灯６を収納配置するとともに、各実施形態で説明した回路が形成されたプリント配線板（図示せず）が、灯体４０ａと別体に設けた器具本体（図示せず）の内部に収納されている。

また図８（ｂ）は本発明の放電灯点灯装置を防犯灯４１に適用した一実施形態を示し、防犯灯４１の灯体４１ａ内に無電極放電灯６を収納配置するとともに、各実施形態で説明した回路が形成されたプリント配線板（図示せず）が、灯体４１ａと別体に設けた器具本体（図示せず）の内部に収納されている。

このように、上述した各実施形態の放電灯点灯装置を用いて照明器具を構成することにより、放電灯の負荷インピーダンスが変動する場合でも放電灯を安定して始動、点灯させることが可能な照明器具を実現することができる。

なお本実施形態では照明器具として街路灯や防犯灯を例に説明を行ったが、本発明の放電灯点灯装置を用いる照明器具を街路灯や防犯灯に限定する趣旨のものではなく、ダウンライトなどの照明器具にも幅広く適用することができる。

実施形態１の放電灯点灯装置の回路図である。 同上の電力変換回路の駆動周波数と出力電圧の関係を示す図である。 同上の負荷インピーダンスと点灯時の共振周波数との関係を示す図である。 同上の始動、点灯時の動作を示し、（ａ）は電力変換回路の出力電圧の波形図、（ｂ）は駆動周波数の波形図である。 同上に用いる負荷回路の他の例を示す要部回路図である。 実施形態２の放電灯点灯装置の回路図である。 同上に用いる発振器の発振周波数と負荷インピーダンスの関係を示す図である。 （ａ）（ｂ）は実施形態３の照明器具を説明する説明図である。 従来の放電灯点灯装置の回路図である。 同上の駆動回路の具体回路図である。 同上の駆動回路の入力電圧と駆動周波数との関係を示す図である。 同上のインバータ回路の駆動周波数と出力電圧の関係を示す説明図である。 同上を用いた照明器具の外観斜視図である。

符号の説明

６ 無電極放電灯
９ 電力変換回路
１１ 駆動回路
１２ 周波数制御回路
１３ 電圧制御回路
１４ 共振周波数算出回路
１６ インピーダンス検出回路（インピーダンス検出手段）
２９ 負荷回路
Ｑ３、Ｑ４ スイッチング素子

Claims (8)

1. スイッチング素子並びに共振回路を具備し、直流電源から供給される直流電圧をスイッチング素子でスイッチングすることによって交流に変換する電力変換回路と、前記スイッチング素子を駆動させる駆動信号を出力する駆動回路と、電力変換回路の出力側に接続された少なくとも放電灯を含む負荷回路と、前記放電灯の始動時に前記電力変換回路の出力を増加させるように前記駆動回路の駆動周波数を始点周波数から終点周波数へ可変制御する周波数制御回路とを備え、
   前記周波数制御回路は、前記負荷回路の負荷インピーダンスと前記放電灯の点灯時における前記共振回路の共振周波数との対応関係が予め設定されたデータテーブルを有するとともに、前記放電灯を始動点灯させる前に予め前記負荷回路の負荷インピーダンスを検出するインピーダンス検出手段を有し、前記インピーダンス検出手段により検出された負荷インピーダンスの検出結果をもとに前記データテーブルから共振回路の共振周波数を抽出して、抽出した共振周波数を前記終点周波数に設定することを特徴とする放電灯点灯装置。
2. スイッチング素子並びに共振回路を具備し、直流電源から供給される直流電圧をスイッチング素子でスイッチングすることによって交流に変換する電力変換回路と、前記スイッチング素子を駆動させる駆動信号を出力する駆動回路と、電力変換回路の出力側に接続された少なくとも放電灯を含む負荷回路と、前記放電灯の始動時に前記電力変換回路の出力を増加させるように前記駆動回路の駆動周波数を始点周波数から終点周波数へ可変制御する周波数制御回路とを備え、
   前記周波数制御回路は、前記放電灯を始動点灯させる前に予め前記負荷回路の負荷インピーダンスを検出するインピーダンス検出手段を有し、所定の周波数範囲で前記負荷インピーダンスを検出することによって得られた前記共振回路の共振周波数を前記終点周波数に設定することを特徴とする放電灯点灯装置。
3. 前記インピーダンス検出手段は、自動平衡ブリッジ法を用いてインピーダンス検出を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の放電灯点灯装置。
4. 前記インピーダンス検出手段は、前記負荷インピーダンスの検出後に、前記負荷回路から電気的に切り離されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の放電灯点灯装置。
5. 前記周波数制御回路は、前記電力変換回路の出力を徐々に増加させるように前記駆動回路の駆動周波数をスイープさせることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の放電灯点灯装置。
6. 前記放電灯は、バルブ内にバッファガスとして少なくともクリプトンを含むガスが封入されたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の放電灯点灯装置。
7. 前記負荷回路が、前記電力変換回路の出力端間に接続される誘導コイルと、バルブ内に放電ガスが封入され、前記誘導コイルに近接配置されて誘導コイルに発生する高周波電磁界により点灯する無電極放電灯とを備えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の放電灯点灯装置。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の放電灯点灯装置を備えたことを特徴とする照明器具。

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