JP2009218018A - 照明灯制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＥＲＳを使用して、蛍光灯などの照明灯を調光する照明灯制御装置において、たとえ負荷電圧が変動し、放電管や安定器などの周辺機器の寿命がユーザ等により設定された寿命に対して変動したとしても、これを的確に検出（把握）するようにして、これらの周辺機器の適切な交換時期をユーザに知らせる。
【解決手段】少なくとも１個の蛍光管および安定器を備える蛍光灯２及び交流電源３間に接続され、蛍光灯を駆動する負荷電圧Ｖｌｏａｄを、交流電源の電源電圧Ｖから調整出力するＭＥＲＳ４と、このＭＥＲＳを制御する制御装置１３とを備えた蛍光灯システム１であって、制御装置は、照明灯に対する負荷電圧に少なくとも基づいて安定器の交換時期を算出する交換時期算出部４７と、算出された安定器の交換時期を外部に通知する交換時期通知部４９と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば蛍光灯等の照明灯及び交流電源間に接続され、前記交流電源の電源電圧を、前記照明灯を点灯するための所望の負荷電圧となるように調整して出力する磁気エネルギー回生スイッチ（以下、単にＭＥＲＳと称する）と、所望の負荷電圧となるように前記電源電圧を調整させるべく、ＭＥＲＳの駆動を制御する制御装置とを備えた照明灯制御装置に関する。

近年、このようなＭＥＲＳを使用して、例えば蛍光灯を調光する照明灯制御装置が開発されつつある。

このような照明灯制御装置としては、蛍光灯及び交流電源間に直列に接続され、蛍光灯を点灯するための負荷電圧となるように、交流電源の電源電圧を調整して出力するＭＥＲＳと、電源電圧が所望の負荷電圧となるように、ＭＥＲＳの駆動を制御する制御装置とを備えた技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

ＭＥＲＳは、直列に相互接続された一方側の２個の逆導通型半導体スイッチ及び、直列に相互接続された他方側の２個の逆導通型半導体スイッチで構成するブリッジ回路と、一方側の逆導通型半導体スイッチ間の中点及び他方側の逆導通型半導体スイッチ間の中点を接続するコンデンサとを有して構成している。

そして、このように構成するＭＥＲＳを制御する制御装置は、電源電圧の零クロスポイント及び、同零クロスポイントの時間差に相当するゲート位相角に基づき、ブリッジ回路を構成する４個の逆導通型半導体スイッチの内、対角線上に位置するペアの逆導通型半導体スイッチを同時にＯＮ又はＯＦＦ動作するためのスイッチ切替タイミングを調整するようになっており、このようなスイッチ切替タイミングに応じて、２組の逆導通型半導体スイッチのペアの内、一方のペアの逆導通型半導体スイッチがＯＮした場合、他方のペアの逆導通型半導体スイッチをＯＦＦするように、制御装置は、各ペアの逆導通型半導体スイッチを交互にＯＮ／ＯＦＦ制御することになる。

さらに、制御装置は、ゲート位相角を調整し、この調整したゲート位相角に基づき、スイッチ切替タイミングを調整することで、同スイッチ切替タイミングに応じた所望の負荷電圧となるように、電源電圧を調整させるべく、ＭＥＲＳ内部の各逆導通型半導体スイッチをＯＮ／ＯＦＦ制御することになる。

そして、特許文献１に開示された照明灯制御装置は、ゲート位相角を調整することで、ＭＥＲＳ内の各逆導通型半導体スイッチのスイッチ切替タイミングを調整し、同スイッチ切替タイミングに応じた各逆導通型半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦ駆動に応じて、電源電圧からの出力電圧を調整する。調整された出力電圧を、所望の負荷電圧として、安定器を介して蛍光管に印加することで、蛍光灯を調光することができるものである。

ところで、蛍光灯に用いられる蛍光管は、使用を継続していく過程で、両端に接続された電極に塗布された電子放出物質の蒸発や飛散などが原因で劣化していく。このように蛍光管の劣化が進行すると、照度の低下や、明滅の発生を招き、ユーザに不快感などを与えることがある。

また、蛍光灯は、点灯開始時に蛍光管の両端に必要な電圧を与える、あるいは蛍光管に一定の電流を供給し、安定した点灯を維持するために安定器を備えて構成している。このような安定器として、例えば、磁気安定器が使用されており、かかる磁気安定器は、コイル、コンデンサ、出口線を備えて構成しており、かかるコイル、コンデンサ、出口線などは絶縁物を用いて構成しているのであるが、これらの絶縁物は、使用を継続していく過程で、劣化していくことが知られており、絶縁物の劣化が相当進行すれば寿命が到来することになり、寿命が到来すると、磁気安定器を構成する回路や素子などに過電流が流れ、発熱などの発生の要因となってしまうおそれがある。

このように、蛍光管や安定器などの照明灯制御装置の周辺機器が寿命に近づくと、ユーザに不快感を与える原因となるばかりでなく、機器の発熱などの不具合の原因となってしまうことがある。そのため、周辺機器の寿命をメーカなどが事前にカタログなどを通じてユーザに知らせておくのが一般的である。しかし、メーカなどが定めた周辺機器の寿命は、常に一率的に到来するものではなく、ユーザ側における実際の使用環境などの違いにより個別の機器によって寿命は異なる場合が発生する。

そこで、特許文献２や特許文献３などによって、蛍光灯などの照明灯の点灯時間や点灯回数に基づいて照明灯の寿命を判定する技術が既に提案されているところである。

また、特許文献４には、照明灯の明るさを検知して、その明るさに基づいて寿命を予測する技術が開示されている。
特許第３７３５６７３号公報（「特許請求の範囲」及び段落番号「００１４」〜「００１５」参照） 特開平１０−１４８８９５号公報 特開平８−１５２８６２号公報 特開平８−６９８８３号公報

さて、ＭＥＲＳを使用して、蛍光管などの放電管および安定器などから構成される照明灯を調光する照明灯制御装置は、上記の通り、設定される調光量に応じてゲート位相角を調整することで、電源電圧を調整し、調整された電圧を所望の負荷電圧として、安定器を介して放電管に印加し、これにより、照明灯の照度が調整されるように構成されている。

つまり、ＭＥＲＳを使用した照明灯制御装置では、照度の調整に伴い、安定器や放電管などから構成される照明灯に印加される負荷電圧が変動することになり、負荷電圧の大きさが変わると、放電管や安定器などの周辺機器に対する電気的な負荷や周囲温度も変化することになってしまう。

このように放電管や安定器などの周辺機器に対して電気的な負荷や周囲温度が変化するような場合には、一般に、これらの周辺機器の寿命にも少なからず影響を与えることになる。

よって、ＭＥＲＳを使用して、蛍光灯などの照明灯を調光するように構成された照明灯制御装置では、ユーザによって設定される調光量によって負荷電圧が変動するため、放電管や安定器などの周辺機器の寿命にも少なからず影響を与える。そのため、ユーザが、周辺機器の寿命を感知して、周辺機器の適切な交換時期を予測することをより困難になる。

そこで、本発明は、ＭＥＲＳを使用して、蛍光灯などの照明灯を調光する照明灯制御装置において、たとえ負荷電圧が変動し、放電管や安定器などの周辺機器の寿命がユーザ等により設定された寿命に対して変動したとしても、これを的確に検出（把握）するようにして、これらの周辺機器の適切な交換時期をユーザに知らせる構成を有する照明灯制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る照明灯制御装置は、少なくとも１個の放電管と、当該放電管に供給される電力を制御する安定器とを備える照明灯及び交流電源間に接続され、前記交流電源の電源電圧を調整して、前記照明灯を点灯するための負荷電圧として出力する磁気エネルギー回生スイッチと、前記照明灯の調光量を設定する調光量設定手段と、前記調光量設定手段によって設定された調光量に応じた負荷電力が前記磁気エネルギー回生スイッチから出力されるように、前記磁気エネルギー回生スイッチの駆動を制御する制御手段と、前記照明灯に対する負荷電圧に少なくとも基づいて前記安定器の交換時期を算出する交換時期算出手段と、算出された前記安定器の交換時期を外部に通知する交換時期通知手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、交換時期算出手段が、照明灯に対する負荷電圧に少なくとも基づいて安定器の交換時期を算出し、交換時期通知手段が算出された交換時期を外部に通知するようにしたので、調光量に応じて負荷電力が変動しても、ユーザはメーカ等の設定した交換時期に影響されることなく当該使用環境に適合した安定器の交換時期を的確に検出（把握）することができる。

本発明に係る照明灯制御装置の１つの態様では、照明灯制御装置は、さらに、前記照明灯に対する負荷電圧と前記安定器の使用可能期間との関係が、所定期間あたりの前記照明灯の点灯時間に応じて示されたマップを記憶する記憶手段を備え、前記交換時期算出手段は、所定期間における前記照明灯の点灯時間と、前記照明灯に対する負荷電圧とを所定期間ごとに測定し、前記マップを参照することで、測定された前記照明灯の点灯時間と負荷電圧とに対応する前記安定器の使用可能期間を所定期間ごとに求め、求められた各使用可能期間と、前記安定器の使用開始時点からの経過期間とに基づいて前記安定器の交換時期を算出する、ことを特徴とする。

本発明に係る照明灯制御装置の１つの態様によれば、交換時期算出手段が、照明灯に対する負荷電圧と安定器の使用可能期間との関係を、所定期間あたりの照明灯の点灯時間ごとに示したマップを参照することで、測定された照明灯の点灯時間と負荷電圧とに対応する安定器の使用可能期間を所定期間ごとに求め、求められた各使用可能期間と、安定器の使用開始時点からの経過期間とに基づいて安定器の交換時期を算出する。よって、照明灯に対する負荷電圧のほかに所定期間あたりの照明灯の点灯時間も考慮して、安定器の交換時期が算出されるため、より精度よく安定器の交換時期を算出することができる。

本発明に係る照明灯制御装置は、少なくとも１個の放電管と、当該放電管に供給される電力を制御する安定器とを備える照明灯及び交流電源間に接続され、前記交流電源の電源電圧を調整して、前記照明灯を点灯するための負荷電圧として出力する磁気エネルギー回生スイッチと、前記照明灯の調光量を設定する調光量設定手段と、前記調光量設定手段によって設定された調光量に応じた負荷電力が前記磁気エネルギー回生スイッチから出力されるように、前記磁気エネルギー回生スイッチの駆動を制御する制御手段と、前記照明灯の近傍に設けられ前記照明灯の周囲温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段により検知された前記照明灯の周囲温度に少なくとも基づいて前記安定器の交換時期を算出する交換時期算出手段と、算出された前記安定器の交換時期を外部に通知する交換時期通知手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る照明灯制御装置によれば、交換時期算出手段が、温度検知手段により検知された照明灯の周囲温度に少なくとも基づいて安定器の交換時期を算出し、交換時期通知手段が、算出された安定器の交換時期を外部に通知するようにしたので、調光量に応じて負荷電力が変動しても、ユーザは容易に安定器の交換時期を把握することができる。

本発明に係る照明灯制御装置の１つの態様では、照明灯制御装置は、さらに、前記照明灯の周囲温度と前記安定器の使用可能期間との関係が、所定期間あたりの前記照明灯の点灯時間に応じて示されたマップを記憶する記憶手段を備え、前記交換時期算出手段は、所定期間における前記照明灯の点灯時間と、前記照明灯の周囲温度とを所定期間ごとに測定し、前記マップを参照することで、測定された前記照明灯の点灯時間と周囲温度とに対応する前記安定器の使用可能期間を所定期間ごとに求め、求められた各使用可能期間と、前記安定器の使用開始時点からの経過期間とに基づいて前記安定器の交換時期を算出することを特徴とする。

本発明に係る照明灯制御装置の１つの態様によれば、交換時期算出手段は、照明灯の周囲温度と安定器の使用可能期間との関係を、所定期間あたりの照明灯の点灯時間ごとに示したマップを参照することで、測定された照明灯の点灯時間と周囲温度とに対応する安定器の使用可能期間を所定期間ごとに求め、求められた各使用可能期間と、安定器の使用開始時点からの期間とに基づいて安定器の交換時期を算出する。よって、よって、照明灯の周囲温度のほかに所定期間あたりの照明灯の点灯時間も考慮して、安定器の交換時期が算出されるため、より精度よく安定器の交換時期を算出することができる。

本発明に係る照明灯制御装置の１つの態様では、放電管の点灯回数および放電管の点灯時間に基づいて、放電管の交換時期を算出し、算出された交換時期を外部に通知する放電管交換時期通知部を、備えることを特徴とする。

本発明に係る照明灯制御装置の１つの態様によれば、放電管交換時期通知部が放電管の点灯回数および放電管の点灯時間に基づいて、放電管の交換時期を算出し、算出された交換時期を外部に通知するようにしたので、調光量に応じて負荷電力が変動しても、ユーザは容易に放電管の交換時期を把握することができる。

本発明に係る照明灯制御装置の１つの態様によれば、放電管の照度を測定する照度測定手段と、測定された照度が所定の閾値未満となった時点で、前記放電管が交換時期に達したと判定して、その旨を外部に通知する放電管交換時期通知部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る照明灯制御装置の１つの態様によれば、放電管交換時期通知部が測定された照度が所定の閾値未満となった時点で、蛍光灯が交換時期に達したと判定して、その旨を外部に通知するようにしたので、調光量に応じて負荷電力が変動しても、ユーザは容易に放電管の交換時期を把握することができる。

本発明によれば、ＭＥＲＳを使用して、照明灯を調光する照明灯制御装置において、安定器や放電管の交換時期が通知されるため、調光量に応じて負荷電力が変動しても、ユーザはメーカ等により設定された交換時期に影響されることなく当該使用環境に適合した安定器或いは放電管の交換時期を的確に検出（把握）することができる。

以下、図面に基づき本発明の照明灯制御装置に関わる実施の形態を示す蛍光灯システムについて説明する。図１は本実施の形態を示す蛍光灯システム内部の概略構成を示すブロック図である。

図１に示す蛍光灯システム１は、例えば蛍光灯等の誘導性負荷に相当する蛍光灯２と、電源電圧Ｖを供給する交流電源３と、蛍光灯２及び交流電源３間に直列接続され、交流電源３の電源電圧Ｖから蛍光灯２へ印加する負荷電圧Ｖｌｏａｄを調整出力するＭＥＲＳ４と、蛍光灯２のＯＮ／ＯＦＦは勿論のこと、蛍光灯２の調光量を設定する調光量設定部５と、交流電源３の電源電圧Ｖを検出する電源電圧検出部６と、蛍光灯２への負荷電圧Ｖｌｏａｄを検出する負荷電圧検出部７と、蛍光灯２への負荷電流を検出する負荷電流検出部８と、ＭＥＲＳ４内部のコンデンサ電圧を検出するコンデンサ電圧検出部９と、蛍光灯２の現在調光量を測定する調光量測定部１０と、交流電源３及びＭＥＲＳ４間の位相を検出すると共に、蛍光灯２及びＭＥＲＳ４間の位相を検出する位相検出部１１と、様々な情報を表示する情報表示部１２と、ＭＥＲＳ４を駆動制御すると共に、蛍光灯システム１全体を制御する制御装置１３と、蛍光灯２の電源ＯＮ／ＯＦＦを設定する電源ＯＮ／ＯＦＦ設定部１４とを有している。また、蛍光灯システム１は、交流電源３及びＭＥＲＳ４間の接続をＯＮ／ＯＦＦする第１ＳＷ３１と、ＭＥＲＳ４を経由することなく、交流電源３及び蛍光灯２間の迂回接続をＯＮ／ＯＦＦする第２ＳＷ３２とを備え、制御装置１３は、第１ＳＷ３１及び第２ＳＷ３２をＯＮ／ＯＦＦ駆動制御する。

ＭＥＲＳ４は、スイッチＯＦＦ時の導通方向が相互に逆向きに直列接続した第１ＭＯＳＦＥＴ（以下、単に第１ＭＯＳと称する）２１Ａ及び第４ＭＯＳＦＥＴ（以下、単に第４ＭＯＳと称する）２４Ａ、スイッチＯＦＦ時の導通方向が相互に逆向きに直列接続した第２ＭＯＳＦＥＴ（以下、単に第２ＭＯＳと称する）２２Ａ及び第３ＭＯＳＦＥＴ（第３ＭＯＳと称する）２３Ａで構成するブリッジ回路２０と、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ間の中点にある端子ａ及び、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ間の中点にある端子ｂを接続し、各ＭＯＳ２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ及び２４ＡのＯＮ／ＯＦＦタイミング（スイッチ切替タイミング）に応じて充放電を繰り返すコンデンサ２５と、交流電源３に接続する接続端子２６と、蛍光灯２に接続する接続端子２７とを有している。

また、各ＭＯＳ２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ及び２４Ａには、ダイオードを並列に接続し、第１ＭＯＳ２１Ａには第１ダイオード２１Ｂ、第２ＭＯＳ２２Ａには第２ダイオード２２Ｂ、第３ＭＯＳ２３Ａには第３ダイオード２３Ｂ、第４ＭＯＳ２４Ａには第４ダイオード２４Ｂを並列接続している。

また、制御装置１３は、交流電源３の電源電圧Ｖの零クロスポイント及び、この零クロスポイントを基準にした時間差に相当するゲート位相角αに基づくスイッチ切替タイミングに応じて、ブリッジ回路２０を構成する各ＭＯＳ２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ及び２４Ａの内、対角線上に位置する第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａを同時にＯＮ（又はＯＦＦ）動作すると共に、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａを同時にＯＦＦ（又はＯＮ）動作すべく、ＭＥＲＳ４を駆動制御するものである。その結果、一方の第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａが同時にＯＮした場合、他方の第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａが同時にＯＦＦするのに対し、一方の第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａが同時にＯＦＦした場合、他方の第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａが同時にＯＮし、交互にＯＮ／ＯＦＦするものである。尚、第１ＭＯＳ２１Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ、第３ＭＯＳ２３Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａは、設定に応じて同時にＯＦＦする期間（デッドタイム）や、同時にＯＮする期間を設けるようにしても良い。

また、制御装置１３は、ＭＥＲＳ４内の第１ＭＯＳ２１Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ、第３ＭＯＳ２３Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡのゲートＧ１，Ｇ２，Ｇ３及びＧ４をＯＮ／ＯＦＦ制御するゲート駆動信号を出力するゲート位相制御部４１を備え、ゲート位相制御部４１は、調光量設定部５で設定した調光量に相当する負荷電圧ＶｌｏａｄをＭＥＲＳ４で調整出力させるべく、同調光量に相当する負荷電圧Ｖｌｏａｄに対応したゲート位相角αを算出し、この算出したゲート位相角αを設定したゲート駆動信号を出力するものである。

また、ＭＥＲＳ４は、ゲート駆動信号に応じて、同ゲート駆動信号に含むゲート位相角αに基づき、第１ＭＯＳ２１Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ，第３ＭＯＳ２３Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡをＯＮ／ＯＦＦ駆動制御し、これら各ＭＯＳ２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ及び２４ＡのＯＮ／ＯＦＦ駆動に応じて、蛍光灯２へ印加する負荷電圧Ｖｌｏａｄを交流電源３の電源電圧Ｖから調整出力し、蛍光灯２は、負荷電圧Ｖｌｏａｄに応じた調光量で点灯するものである。尚、当然ながら、ＭＥＲＳ４は、負荷電圧Ｖｌｏａｄの調整に応じて負荷電力を調整し、同負荷電力の調整に応じて調光量を調整するものである。

また、調光量設定部５は、電源ＯＮ／ＯＦＦ設定部１４にて電源ＯＮ設定中に、例えば調光量１００％、すなわち定格電圧１．０相当の通常点灯から調光量約７０％、すなわち定格電圧０．７相当の範囲内で所定調光量相当の定格電圧の割合を設定するものである。

また、調光量測定部１０は、蛍光灯２の現在調光量、例えば蛍光灯２の明るさを直接測定する光センサに相当するものである。尚、調光量測定部１０としては、光センサを使用せず、例えばＭＥＲＳ４の入力電力や出力電力を測定し、この測定結果から逆算して間接的に蛍光灯２の現在調光量を測定するようにしても良いことは言うまでもない。

また、制御装置１３は、調光量測定部１０を通じて蛍光灯２の現在調光量を測定し、現在調光量が設定調光量となるように、ＭＥＲＳ４を駆動制御するものである。

また、位相検出部１１は、交流電源３の電源電圧Ｖの位相を検出し、この電源電圧Ｖの位相を位相情報としてゲート位相制御部４１に通知するものである。

ゲート位相制御部４１は、位相検出部１１からの電源電圧Ｖの位相情報に基づき、ゲート駆動信号をＭＥＲＳ４の各ＭＯＳ２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ及び２４Ａ側のゲートＧ１，Ｇ２，Ｇ３及びＧ４に供給し、その結果、ゲート駆動信号ＯＮに応じてＭＯＳのゲートをＯＮ作動することでソース及びドレイン間の接続をスイッチＯＮすると共に、ゲート駆動信号ＯＦＦに応じてＭＯＳのゲートをＯＦＦ作動することでソース及びドレイン間の接続をスイッチＯＦＦするものである。

各ＭＯＳ２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ及び２４Ａは、ゲート駆動信号ＯＮに応じてソース及びドレイン間の接続をスイッチＯＮした場合、電流Ｉを両方向に導通可能とするのに対し、ゲート駆動信号ＯＦＦに応じてソース及びドレイン間の接続をスイッチＯＦＦした場合、ダイオード２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂを通じて電流Ｉをダイオード順方向の一方向にのみ導通可能とするものである。

また、ＭＥＲＳ４は、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａへのゲート駆動信号ＯＮに応じて第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ側のソース及びドレイン間の接続をスイッチＯＮすると同時に、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａへのゲート駆動信号ＯＦＦに応じて第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ側のソース及びドレイン間の接続をスイッチＯＦＦするものである。

また、同様に、ＭＥＲＳ４は、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａへのゲート駆動信号ＯＮに応じて第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ側のソース及びドレイン間の接続をスイッチＯＮすると同時に、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａへのゲート駆動信号ＯＦＦに応じて第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ側のソース及びドレイン間の接続をスイッチＯＦＦするものである。

つまり、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａは同一方向のスイッチ極性、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａは同一方向のスイッチ極性を備え、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａのスイッチ極性は、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａのスイッチ極性と逆方向となる。

では、まず、ＭＥＲＳ４の基本原理について説明する。図２は交流電源３の電源電圧ＶとＭＥＲＳ４を駆動制御するゲート駆動信号との関係を端的に示すタイミング説明図である。

図２（ａ）は交流電源３が供給する電源電圧Ｖの時間的な変化を示し、電源電圧Ｖは、定格電圧の正電圧＋Ｖａ及び定格電圧の負電圧−Ｖａを１周期Ｔとした正弦波である。尚、説明の便宜上、負電圧から正電圧へ移行する零クロスポイント（周期“０”）のタイミングを“ｔ２”、次の正電圧から負電圧へ移行する零クロスポイント（周期“Ｔ／２”＝１８０°）のタイミングを“ｔ４”、更に次の負電圧から正電圧へ再び移行する零クロスポイント（周期“Ｔ”＝３６０°）のタイミングを“ｔ７”とする。

図２（ｂ）及び（ｃ）はゲート位相角αに応じた第１ＭＯＳ２１Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ、第３ＭＯＳ２３Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａへのゲート駆動信号を端的に示すタイミング説明図である。尚、図２（ａ）乃至図２（ｃ）は同一時間軸に相当するものである。

図２（ｂ）はゲート位相角αを０°＜α≦９０°に設定した場合のゲート駆動信号を端的に示し、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡをＯＦＦからＯＮするゲート駆動信号のタイミングを、電源電圧Ｖの零クロスポイント（周期“０”）のタイミング“ｔ２”を基準に、同タイミング“ｔ２”からαだけ位相を進めたタイミング“ｔ１”とした場合、同タイミング“ｔ１”から電源電圧Ｖの半周期Ｔ／２後のタイミング“ｔ３”を、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡをＯＮからＯＦＦするゲート駆動信号のタイミングとするものである。尚、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａのスイッチング位相は、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａとは逆相となるため、タイミング“ｔ１”では第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡをＯＮからＯＦＦするタイミングに相当し、タイミング“ｔ３”では第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡをＯＦＦからＯＮするタイミングに相当するものである。

また、図２（ｃ）はゲート位相角αを９０°＜α＜１８０°に設定した場合のゲート駆動信号を端的に示し、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡをＯＦＦからＯＮするゲート駆動信号のタイミングを、電源電圧Ｖの零クロスポイント（周期“０”）のタイミング“ｔ２”を基準に、同タイミング“ｔ２”からαだけ位相を進めたタイミング“ｔ０”とした場合、同タイミング“ｔ０”から電源電圧Ｖの半周期Ｔ／２後のタイミング“ｔ２ｙ”を、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡをＯＮからＯＦＦするゲート駆動信号のタイミングとするものである。尚、タイミング“ｔ０”では第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡをＯＮからＯＦＦするタイミングに相当し、タイミング“ｔ２ｙ”では第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡをＯＦＦからＯＮするタイミングに相当するものである。

また、図示せぬが、ゲート位相角αをα＝１８０°に設定した場合、電源電圧Ｖが正電圧の場合、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮ、電源電圧Ｖが負電圧の場合、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＮ、すなわち第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＦＦである。

また、同様に図示せぬが、ゲート位相角αをα＝０°に設定した場合、電源電圧Ｖ及びゲート駆動信号は同期し、電源電圧Ｖが正電圧の場合、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＮ、すなわち第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＦＦ、また、電源電圧Ｖが負電圧の場合、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮである。

図３はゲート位相角αを（α＝０°）に設定した場合に関わるＭＥＲＳ４の内部動作を端的に示す説明図である。

ＭＥＲＳ４は、交流電源３の電源電圧Ｖが正電圧の場合、図３（ａ）に示すように、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＮで導通状態、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＦＦ、すなわち第２ダイオード２２Ｂ及び第４ダイオード２４Ｂが順方向で導通状態となるため、コンデンサ２５の両端が短絡状態となる。その結果、電源電圧Ｖは、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。

また、ＭＥＲＳ４は、交流電源３の電源電圧Ｖが負電圧の場合、図３（ｂ）に示すように、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮで導通状態、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂが順方向で導通状態となるため、コンデンサ２５の両端が短絡状態となる。その結果、電源電圧Ｖは、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。

つまり、ＭＥＲＳ４は、ゲート位相角をα＝０°に設定した場合、電源電圧Ｖが、そのまま、蛍光灯２に対する負荷電圧Ｖｌｏａｄとなるため、交流電源３及び蛍光灯２間にＭＥＲＳ４を配置しない場合と同じである。

次にゲート位相角αを０°＜α≦９０°に設定した場合のＭＥＲＳ４の内部動作について説明する。図４はゲート位相角（０°＜α≦９０°）に設定した場合の電源電圧Ｖ、ゲート駆動信号、コンデンサ電圧Ｖｃ及び負荷電圧Ｖｌｏａｄ（点線）の関係を端的に示す説明図、図５乃至図６はゲート位相角（０°＜α≦９０°）に設定した場合に関わるＭＥＲＳ４の内部動作を端的に示す説明図である。

ＭＥＲＳ４は、図４に示すように、ゲート位相角αに設定したゲート駆動信号に応じて第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａと、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａとを交互にＯＮ／ＯＦＦ駆動するものである。

タイミング“ｔ１”直前においてＭＥＲＳ４は、電源電圧Ｖが負電圧のため、図５（ａ）に示すように、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮで導通状態、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂが順方向で導通状態となるため、コンデンサ２５の両端が短絡状態となる。その結果、第１ダイオード２１Ｂ→第４ＭＯＳ２４Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ→第３ダイオード２３Ｂの電流経路で、コンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃは０Ｖを保持、電源電圧Ｖが、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。

次にＭＥＲＳ４は、電源電圧Ｖが負電圧のまま、タイミング“ｔ１”に到達すると、図５（ｂ）に示すように、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＮで導通状態、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＦＦ、すなわち、第２ＭＯＳ２２Ａ、第２ダイオード２２Ｂ、第４ＭＯＳ２４Ａ及び第４ダイオード２４Ｂの電流経路は遮断状態となる。尚、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａは、ＯＦＦからＯＮ駆動するに際し、第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂが導通状態であるため、スイッチング損失が生じることなく、零電圧スイッチングを実現している。

その結果、タイミング“ｔ１”〜“ｔ２”の最初の期間においてＭＥＲＳ４は、第１ＭＯＳ２１Ａ→コンデンサ２５→第３ＭＯＳ２３Ａの経路で電流が流れて、コンデンサ２５の充電動作を開始し、コンデンサ電圧Ｖｃは上昇することになる。

更に負荷電圧Ｖｌｏａｄは、図４に示すように、電源電圧Ｖに９０°までの進み位相でコンデンサ電圧Ｖｃが重畳されることになるため、負荷電圧Ｖｌｏａｄの負電圧の減少は更に加速され、電源電圧Ｖの周期０°に到達するタイミング“ｔ２”前、すなわち、電源電圧Ｖが負電圧であるにもかかわらず、負荷電圧Ｖｌｏａｄは正電圧に反転することになる。

その結果、ＭＥＲＳ４内の負荷電流は徐々に減少して電流の向きが反転して（図５（ｂ）内の点線電流方向参照）、コンデンサ２５の放電を開始し、コンデンサ電圧Ｖｃは、第３ＭＯＳ２３Ａ→コンデンサ２５→第１ＭＯＳ２１Ａの電流経由で放電することになる。

次にＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ２”に到達して、電源電圧Ｖが正電圧に反転した場合、図５（ｃ）に示すように、第３ＭＯＳ２３Ａ→コンデンサ２５→第１ＭＯＳ２１Ａの経路でコンデンサ２５の放電を継続することになる。

更にＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ２ｘ”に到達すると、放電中のコンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるため、図６（ａ）に示すように、ＯＦＦ中の第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ側の第２ダイオード２２Ｂ及び第４ダイオード２４Ｂは順方向で導通状態となり、コンデンサ２５の両端が短絡状態となるため、タイミング“ｔ２ｘ”〜“ｔ３”の期間では、第４ダイオード２４Ｂ→第１ＭＯＳ２１Ａ、第３ＭＯＳ２３Ａ→第２ダイオード２２Ｂの電流経路で、電源電圧Ｖは、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。

次にＭＥＲＳ４は、電源電圧Ｖが正電圧のまま、タイミング“ｔ３”に到達すると、図６（ｂ）に示すように、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮで導通状態、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち、第１ＭＯＳ２１Ａ、第１ダイオード２１Ｂ、第３ＭＯＳ２３Ａ及び第３ダイオード２３Ｂの電流経路は遮断状態となる。尚、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａは、ＯＦＦからＯＮ駆動するに際し、第２ダイオード２２Ｂ及び第４ダイオード２４Ｂが導通状態であるため、スイッチング損失が生じることなく、零電圧スイッチングを実現している。

その結果、タイミング“ｔ３”〜“ｔ４”の最初の期間においてＭＥＲＳ４は、第４ＭＯＳ２４Ａ→コンデンサ２５→第２ＭＯＳ２２Ａの経路で電流が流れて、コンデンサ２５の充電動作を開始し、コンデンサ電圧Ｖｃは上昇することになる。

更に負荷電圧Ｖｌｏａｄは、電源電圧Ｖに９０°までの進み位相でコンデンサ電圧Ｖｃが重畳されることになるため、負荷電圧Ｖｌｏａｄの正電圧の減少は更に加速し、電源電圧Ｖの周期１８０°に到達するタイミング“ｔ４”前、すなわち、電源電圧Ｖが正電圧であるにもかかわらず、負荷電圧Ｖｌｏａｄは、負電圧に反転することになる。

その結果、ＭＥＲＳ４内の負荷電流は徐々に減少して電流の向きが反転して（図６（ｂ）内の点線矢印参照）、コンデンサ２５の放電を開始し、コンデンサ電圧Ｖｃは、第２ＭＯＳ２２Ａ→コンデンサ２５→第４ＭＯＳ２４Ａの経由で放電することになる。

次にＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ４”に到達して、電源電圧Ｖが負電圧に反転した場合、図６（ｃ）に示すように、第２ＭＯＳ２２Ａ→コンデンサ２５→第４ＭＯＳ２４Ａの経路でコンデンサ２５の放電を継続することになる。

更にＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ４ｘ”に到達すると、放電中のコンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるため、図５（ａ）に示すように、ＯＦＦ中の第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ側の第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂは順方向で導通状態となり、コンデンサ２５の両端が短絡状態となるため、タイミング“ｔ４ｘ”〜“ｔ６”の期間では、第１ダイオード２１Ｂ→第４ＭＯＳ２４Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ→第３ダイオード２３Ｂの電流経路で、電源電圧Ｖは、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。

そして、ＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ６”以降、前述したタイミング“ｔ１”〜“ｔ６”の処理動作を繰り返し継続することになる。

従って、ＭＥＲＳ４は、ゲート位相角を０°＜α≦９０°に設定した場合、誘導性負荷の蛍光灯２による遅れ力率に対してコンデンサ電圧Ｖｃを進み位相で電源電圧Ｖに重畳することになるため、ゲート位相角αを進めるに連れて力率が改善され、負荷電圧Ｖｌｏａｄ（Ｖｌｏａｄ＝Ｖ＋Ｖｃ）が上昇し、その結果、負荷電力も上昇することになる。

尚、ＭＥＲＳ４内のコンデンサ２５の容量及びゲート位相角αのタイミングに応じてコンデンサ２５の充電から放電に反転するタイミングは異なる場合があることは言うまでもなく、さらに、コンデンサ２５の容量を大きくした場合、コンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖにはならない動作もあり得ることは言うまでもない。

次にゲート位相角αを９０°＜α＜１８０°に設定した場合のＭＥＲＳ４の内部動作について説明する。図７はゲート位相角（９０°＜α＜１８０°）に設定した場合の電源電圧Ｖ、ゲート駆動信号、コンデンサ電圧Ｖｃ及び負荷電圧Ｖｌｏａｄ（点線）の関係を端的に示す説明図、図８乃至図１０はゲート位相角（９０°＜α＜１８０°）に設定した場合に関わるＭＥＲＳ４の内部動作を端的に示す説明図である。

ＭＥＲＳ４は、図７に示すように、ゲート位相角αに設定したゲート駆動信号に応じて第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａと、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａとを交互にＯＮ／ＯＦＦ駆動するものである。

タイミング“ｔ０”直前においてＭＥＲＳ４は、電源電圧Ｖが負電圧のため、図８（ａ）に示すように、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮで導通状態、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂが順方向で導通状態となるため、コンデンサ２５の両端が短絡状態となる。その結果、第１ダイオード２１Ｂ→第４ＭＯＳ２４Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ→第３ダイオード２３Ｂの電流経路で、コンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃは０Ｖを保持、電源電圧Ｖが、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。

次にＭＥＲＳ４は、電源電圧Ｖが負電圧のまま、タイミング“ｔ０”に到達すると、図８（ｂ）に示すように、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＮで導通状態、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＦＦ、すなわち、第２ＭＯＳ２２Ａ、第２ダイオード２２Ｂ、第４ＭＯＳ２４Ａ及び第４ダイオード２４Ｂの電流経路は遮断状態となる。尚、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａは、ＯＦＦからＯＮ駆動するに際し、第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂが導通状態であるため、スイッチング損失が生じることなく、零電圧スイッチングを実現している。

その結果、タイミング“ｔ０”〜“ｔ１ｘ”の最初の期間においてＭＥＲＳ４は、第１ＭＯＳ２１Ａ→コンデンサ２５→第３ＭＯＳ２３Ａの経路で電流が流れて、コンデンサ２５の充電動作を開始し、コンデンサ電圧Ｖｃは上昇することになる。

更に負荷電圧Ｖｌｏａｄは、電源電圧Ｖに９０°を超えて進み位相でコンデンサ電圧Ｖｃが重畳されることになるため、図７に示すように、電源電圧Ｖがピークの負電圧になる前に、逆電圧方向でコンデンサ電圧Ｖｃが重畳されることになるため、負荷電圧Ｖｌｏａｄは電源電圧Ｖに比較して減少する。その結果、タイミング“ｔ０”〜“ｔ１ｘ”間では、電源電圧Ｖが負電圧であるにもかかわらず、負荷電圧Ｖｌｏａｄは負電圧から正電圧に反転することになる。

その結果、ＭＥＲＳ４内のコンデンサ２５に流れる負荷電流の向きが反転して（図８（ｂ）内の点線電流方向参照）、コンデンサ２５の放電を開始し、コンデンサ電圧Ｖｃは、第３ＭＯＳ２３Ａ→コンデンサ２５→第１ＭＯＳ２１Ａの電流経路で放電することになる。

次にＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ１ｘ”に到達すると、コンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖ、さらに、タイミング“ｔ２”に到達すると、電源電圧Ｖが正電圧に反転することになる。尚、これらタイミング“ｔ１ｘ”〜タイミング“ｔ２”の期間は、電源電圧Ｖの位相が０Ｖに近く、しかも、コンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるため、負荷電圧Ｖｌｏａｄは、電源電圧Ｖのピーク値に比較して０Ｖに近い電圧となる。図７に示す波形例では電源電圧Ｖが正電圧に反転するタイミング“ｔ２”の前にコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるものである。

また、ＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ１ｘ”に到達すると、コンデンサ２５の放電継続に応じてコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるため、図８（ｃ）に示すように、ＯＦＦ中の第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ側の第２ダイオード２２Ｂ及び第４ダイオード２４Ｂが順方向で導通状態となり、コンデンサ２５の両端が短絡状態となるため、タイミング“ｔ１ｘ”〜“ｔ２”の期間では、第４ダイオード２１Ｂ→第１ＭＯＳ２１Ａ、第３ＭＯＳ２３Ａ→第２ダイオード２２Ｂの電流経路で、電源電圧Ｖは、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。

次にＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ２”に到達して、電源電圧Ｖが正電圧に反転すると、図９（ａ）に示すように、第２ダイオード２２Ｂ及び第４ダイオード２４Ｂは順方向で導通状態となり、コンデンサ２５の両端が短絡状態となるため、タイミング“ｔ２”〜“ｔ２ｙ”の期間では、第４ダイオード２４Ｂ→第１ＭＯＳ２１Ａ、第３ＭＯＳ２３Ａ→第２ダイオード２２Ｂの電流経路で、電源電圧Ｖは、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。

次にＭＥＲＳ４は、電源電圧Ｖが正電圧のまま、タイミング“ｔ２ｙ”に到達すると、図９（ｂ）に示すように、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮで導通状態、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち、第１ＭＯＳ２１Ａ、第１ダイオード２１Ｂ、第３ＭＯＳ２３Ａ及び第３ダイオード２３Ｂの電流経路は遮断状態となる。尚、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａは、ＯＦＦからＯＮ駆動するに際し、第２ダイオード２２Ｂ及び第４ダイオード２４Ｂが導通状態であるため、スイッチング損失が生じることなく、零電圧スイッチングを実現している。

その結果、タイミング“ｔ２ｙ”〜“ｔ３ｘ”の最初の期間においてＭＥＲＳ４は、第４ＭＯＳ２４Ａ→コンデンサ２５→第２ＭＯＳ２２Ａの経路で電流が流れて、コンデンサ２５の充電動作を開始し、コンデンサ電圧Ｖｃは上昇することになる。

更に負荷電圧Ｖｌｏａｄは、電源電圧Ｖに９０°を超えて進み位相でコンデンサ電圧Ｖｃが重畳されることになるため、図７に示すように、電源電圧Ｖがピークの正電圧になる前に、逆電圧方向でコンデンサ電圧Ｖｃが重畳されることになるため、負荷電圧Ｖｌｏａｄは電源電圧Ｖに比較して減少する。その結果、タイミング“ｔ２ｙ”〜“ｔ３ｘ”間では、電源電圧Ｖが正電圧であるにもかかわらず、負荷電圧Ｖｌｏａｄは正電圧から負電圧に反転することになる。

その結果、ＭＥＲＳ４内のコンデンサ２５に流れる負荷電流の向きが反転して（図９（ｂ）内の点線電流方向参照）、コンデンサ２５の放電を開始し、コンデンサ電圧Ｖｃは、第２ＭＯＳ２２Ａ→コンデンサ２５→第４ＭＯＳ２４Ａの電流経路で放電することになる。

次にＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ３ｘ”に到達すると、コンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖ、さらに、タイミング“ｔ４”に到達すると、電源電圧Ｖが負電圧に反転することになる。尚、これらタイミング“ｔ３ｘ”〜タイミング“ｔ４”の期間は、電源電圧Ｖの位相が０Ｖに近く、しかも、コンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるため、負荷電圧Ｖｌｏａｄは、電源電圧Ｖのピーク値に比較して０Ｖに近い電圧となる。図７に示す波形例では電源電圧Ｖが負電圧に反転するタイミング“ｔ４”の前にコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるものである。

ＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ３ｘ”に到達すると、コンデンサ２５の放電継続に応じてコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるため、図９（ｃ）に示すように、ＯＦＦ中の第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ側の第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂが順方向で導通状態となり、コンデンサ２５の両端が短絡状態となるため、タイミング“ｔ３ｘ”〜“ｔ４”の期間では、第１ダイオード２１Ｂ→第４ＭＯＳ２４Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ→第３ダイオード２３Ｂの電流経路で、電源電圧Ｖは、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。

更にＭＥＲＳ２４は、タイミング“ｔ４”に到達すると、電源電圧Ｖが負電圧に反転し、図１０に示すように、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮで導通状態、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂが順方向で導通状態となるため、コンデンサ２５の両端が短絡状態となる。その結果、第１ダイオード２１Ｂ→第４ＭＯＳ２４Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ→第３ダイオード２３Ｂの電流経路で、コンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃは０Ｖを保持、電源電圧Ｖが、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。

つまり、ＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ４”以降、前述したタイミング“ｔ０”〜“ｔ４”の処理動作を繰り返し継続することになる。

従って、ＭＥＲＳ４は、ゲート位相角を９０°＜α＜１８０°に設定した場合、誘導性負荷の蛍光灯２に対してコンデンサ電圧Ｖｃを更に９０°を超えた進み位相で電源電圧Ｖに、コンデンサ電圧Ｖｃを逆電圧方向に重畳することになるため、ゲート位相角αを進めるに連れて力率が低下し、負荷電圧Ｖｌｏａｄ（Ｖｌｏａｄ＝Ｖ−Ｖｃ）が減少し、その結果、負荷電力も減少することになる。

尚、ここまで、ゲート位相角αを変化させた場合のＭＥＲＳ４の基本原理について説明してきたが、次に本実施の形態の主眼である安定器や蛍光管の交換時期の通知手順について説明する。まず、安定器の交換時期の通知手順について説明する。なお、本実施形態では、放電管の一例として蛍光管を用いる場合を説明する。しかし、蛍光管は一例に過ぎず、他の放電管、たとえば、水銀管、ネオン管などについても本実施形態に係るシステムは、適用可能である。

図１１は、一般的なラピッド方式の蛍光灯２を端的に示す図である。図１１は、１個の蛍光管を点灯させる１灯用の蛍光灯２の構成を示す。図１１において、交流電源３から制御装置１３を介して接続された蛍光灯２は、安定器２Ｃ及び１個の蛍光管２Ｄで構成される。安定器２Ｃは、いわゆる磁気安定器であり、図には示していないが、温度ヒューズ、インダクタ、抵抗、コンデンサなどで構成される。

このように構成された蛍光灯システム１において、安定器２Ｃは、一般に、負荷電圧が５％上昇すると、内部の温度が１０度程度上昇し、寿命が２／３〜１／２程度に減る。逆に言えば、負荷電圧が５％減少すれば、安定器２Ｃの寿命が３／２〜２程度増加することが期待される。このように、負荷電圧の大きさによって、安定器２Ｃの寿命は変動する。

ＭＥＲＳを使用しない一般的な蛍光灯システムでは、通常、負荷電圧を調整することで、蛍光灯の照度を調整することはしていない。したがって、負荷電圧も安定しており、負荷電圧の大きさに応じて安定器２Ｃの寿命を予測することは比較的容易である。一方、ＭＥＲＳを使用した蛍光灯システム１では、上記の通り、ゲート位相角を調整することで、負荷電圧を調整し、蛍光灯１の照度を調整することができる。つまり、負荷電圧の変動により、安定器２Ｃの寿命が変動し、安定器２Ｃの適切な交換時期を予想が困難な場合がある。

そこで、本実施の形態では、制御装置１３が、負荷電圧をパラメータとして、安定器２Ｃの寿命を予測し、ユーザに交換時期を通知する。

以下、制御装置１３において安定器２Ｃの交換時期を予測する際に機能する各部について説明する。

点灯時間測定部４２は、電源ＯＮ／ＯＦＦ設定部１４から出力される電源ＯＮ信号および電源ＯＦＦ信号を検知して、予め定められた所定期間（例えば、一日）ごとに、所定期間あたりの蛍光灯２の点灯時間を算出する。

負荷電圧測定部４３は、蛍光灯２に印可される負荷電圧Ｖｌｏａｄを、負荷電圧検出部７を介して測定し、所定期間における平均負荷電圧を算出する。使用可能期間算出部４４は、所定期間における点灯時間および平均負荷電圧に基づいて、安定器２Ｃの使用可能期間を求め、使用可能期間蓄積部４５に所定期間ごとに登録する。

使用可能期間算出マップ記憶部４６は、使用可能期間算出部４４が所定期間における点灯時間および平均負荷電圧に基づいて、安定器２Ｃの使用可能期間を求める際に参照するマップを記憶する。図１２に使用可能期間算出マップの一例を示す。安定器の使用可能期間は、所定期間における蛍光灯２の点灯時間によっても異なる。

そこで、使用可能期間算出マップには、蛍光灯２の点灯時間ごとに負荷電圧と使用可能期間との関係を示すグラフが示されている。使用可能期間算出部４４は、図１２に示すような使用可能期間算出マップ上で、点灯時間測定部４２が測定した蛍光灯２の点灯時間に対応する負荷電圧と使用可能期間との関係を示すグラフを特定し、そのグラフから負荷電圧測定部４３が算出した平均負荷電圧に対応する使用可能期間を求める。

交換時期算出部４７は、使用可能期間に基づいて安定器２Ｃの交換時期を算出する。より具体的には、交換時期算出部４７は、最初に電源をＯＮした時点でタイマ４８の計測を開始する。

そして、交換時期算出部４７は、例えば、１ヶ月ごとに、タイマ４８の値を参照することで、その時点における蛍光灯システム１の使用期間Ｔｂを求める。

次いで、交換時期算出部４７は、使用可能期間蓄積部４５に登録された使用可能期間群に基づいて平均使用可能期間Ｔａを求める。さらに、交換時期算出部４７は、平均使用可能期間Ｔａから使用期間Ｔｂを減算することで、交換時期Ｔｃ（つまり、安定器２Ｃが使用できる残余期間）を求める。

なお、本実施の形態では、交換時期Ｔｃを算出する場合に、負荷電圧や使用可能期間は、複数の値の平均値を用いている。しかし、例えば、負荷電圧や使用可能期間の正規分布を求め、そのピークの値を平均値の代わりに用いてもよい。

交換時期通知部４９は、求められた交換時期Ｔｃを情報表示部１２に表示する。なお、交換時期Ｔｃを情報表示部１２に表示するタイミングは、任意のタイミングでよい。例えば、電源のＯＮやＯＦＦ時にその都度表示してもよい。あるいは、算出された交換時期Ｔｃが予め設定された時期（例えば、交換時期までの期間が残り１週間など）に達した段階で、表示してもよい。

以上、本実施の形態によれば、制御装置１３が、負荷電圧の大きさを考慮して、安定器２Ｃの交換時期を求め、情報表示部１２を介してユーザに通知する。よって、ユーザはメーカ等により設定された交換時期に影響されることなく当該使用環境に適合した安定器２Ｃの交換時期を的確に検出（把握）することができる。

なお、上記の説明では、安定器２Ｃの使用可能期間Ｔａを、負荷電圧をパラメータとして求める例について説明した。しかし、安定器２Ｃの使用可能期間Ｔａは、蛍光灯２の周囲温度に基づいて求めてもよい。この場合、蛍光灯システム１は、次のように構成する。すなわち、蛍光灯２の周囲温度を測定する温度センサを蛍光灯２の近傍に設け、制御装置１３に、負荷電圧測定部４３の代わりに、周囲温度測定部を設ける。また、使用可能期間算出部マップ記憶部４６には、図１２に示すマップの代わりに、図１３に示すようなマップを記憶しておく。つまり、使用可能期間算出部マップ記憶部４６は、周囲温度と使用可能期間との関係を示すグラフを、所定期間における蛍光灯２の点灯時間ごとに示したマップを記憶しておく。

ここで、周囲温度測定部は、蛍光灯２の近傍に設けられた温度センサを介して測定し、所定期間における平均周囲温度を算出する。そして、使用可能期間算出部４４は、図１３に示すような使用可能期間算出マップ上で、点灯時間測定部４２が測定した蛍光灯２の点灯時間に対応する周囲温度と使用可能期間との関係を示すグラフを特定し、そのグラフから周囲温度測定部５２が算出した平均周囲温度に対応する使用可能期間を求める。交換時期算出部４７は、求められた使用可能期間に基づいて、負荷電圧をパラメータとした場合と同様に、安定器２Ｃの交換時期を求める。

以上、負荷電圧の代わりに蛍光灯２の周囲温度をパラメータとして、安定器２Ｃの交換時期を求め、ユーザに通知してもよい。

続いて、蛍光管２Ｄの交換時期の通知手順について説明する。図１に示すように、制御装置１３は、蛍光管交換時期通知部５０を備える。蛍光管交換時期通知部５０は、まず、最初に電源をＯＮする時に、調光量１００％で蛍光灯２を点灯し、その時点の初期電源電圧Ｖｏを電源電圧検出部６を介して取得するとともに、その時点における初期負荷電流Ｉｏを負荷電流検出部８を介して取得する。

ここで、調光量１００％は、第１ＭＯＳ２１Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ、第３ＭＯＳ２３Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａを同時にＯＮするか、第２ＳＷ３２をＯＮすることで実現すればよい。次いで、蛍光管交換時期通知部５０は、初期電源電圧Ｖｏと初期負荷電流Ｉｏとを乗算することで、初期電力Ｗｏを算出し、メモリ（図示せず）に保存しておく。

その後、蛍光管交換時期通知部５０は、予め定められたタイミング、例えば電源をＯＮするごとに、電源電圧Ｖおよび負荷電流Ｉを取得し、電力Ｗを求め、その電力Ｗが初期電力Ｗｏより予め定められた割合小さくなった時点（例えば蛍光管２Ｄが一般形蛍光灯であればＪＩＳ規格に基づいて７０％未満となった時点）で、蛍光管２Ｄが交換時期に達したと判定する。

次いで、蛍光管交換時期通知部５０は、情報表示部１２を介して、ユーザに蛍光管２Ｄの交換時期であることを通知する。なお、蛍光管２Ｄがコンパクト形蛍光灯や高演色性蛍光灯の場合には、ＪＩＳ規格に基づいて、電力Ｗが初期電力Ｗｏの６０％未満となった時点で蛍光管２Ｄが交換時期に達したと判定すればよい。

また、蛍光管交換時期通知部５０は、電力Ｗではなく、蛍光管２Ｄの照度より直接、交換時期を判定してもよい。この場合、蛍光管交換時期通知部５０は、蛍光管２Ｄの照度を測定する光センサとして機能する調光量測定部１０から、蛍光管２Ｄの照度を取得して、交換時期を判定する。

つまり、蛍光管交換時期通知部５０は、まず、最初に電源をＯＮする時に、調光量１００％で蛍光灯２を点灯し、その時点の蛍光管２Ｄの照度を調光量測定部１０介して初期照度Ｌｏ取得し、初期照度Ｌｏをメモリに記憶する。

その後、蛍光管交換時期通知部５０は、電源をＯＮするごとなどに、蛍光管２Ｄの照度Ｌを取得して、照度Ｌが初期照度Ｌｏより所定の割合（例えば、一般形蛍光灯であれば７０％）未満となった時点で、蛍光管２Ｄが交換時期に達したと判定する。

さらに、蛍光管交換時期通知部５０は、蛍光管２Ｃの点灯回数および蛍光管２Ｃの点灯時間に基づいて、蛍光管２Ｃの交換時期を算出し、通知してもよい。蛍光管は、一般に、１回点灯すると寿命が１時間短くなると言われている。

また、蛍光管の使用可能期間（寿命）は、メーカの規格などで予め定められており、例えば、１００００時間である。

そこで、蛍光管交換時期通知部５０は、使用可能期間Ｔｌから、使用時間Ｔｍを減算するとともに、一回の点灯あたり１時間ずつ減算することで、交換時期を算出することができる。つまり、次式より交換時期Ｔｍを算出することができる。

交換時期Ｔｍ（時間）＝使用可能期間Ｔｌ−点灯回数×１時間−使用時間Ｔｍ
また、蛍光管交換時期通知部５０は、例えば、一日ごとに交換時期Ｔｍを算出し、所定期間（例えば、１５日間）記録しておく。そして、これらの記録データに基づいて、例えば最小自乗法などを用いて図１４に示すような回帰直線Ｌを求め、その回帰直線により一日あたりの交換時期Ｔｍの変化量（傾き）を求め、その変化量から蛍光管の交換すべき日を予測してもよい。例えば、図１４に示すような回帰直線Ｌを用いる場合には、Ｘ軸の切片の値を蛍光管の交換すべき日と予測すればよい。

本発明は、ＭＥＲＳを使用して、蛍光灯などの照明灯を調光する照明灯制御装置において、安定器や放電管の交換時期が通知されるため、調光量に応じて負荷電力が変動しても、ユーザはメーカ等により設定された交換時期に影響されることなく当該使用環境に適合した安定器或いは放電管の交換時期を的確に検出（把握）することができるために、例えば蛍光灯等の照明灯及び交流電源間に接続され、前記交流電源の電源電圧を、前記照明灯を点灯するための所望の負荷電圧となるように調整して出力する磁気エネルギー回生スイッチ（以下、単にＭＥＲＳと称する）と、所望の負荷電圧となるように前記電源電圧を調整させるべく、ＭＥＲＳの駆動を制御する制御装置とを備えた照明灯制御装置等に好適である。

本発明の照明灯制御装置に関わる実施の形態を示す蛍光灯システム内部の概略構成を示すブロック図である。 本実施の形態に関わる交流電源の電源電圧とＭＥＲＳを制御するゲート駆動信号との関係を端的に示すタイミング説明図である。（ａ）電源電圧のタイミング説明図（ｂ）ゲート位相角（０°＜α≦９０°）設定時のゲート駆動信号のタイミング説明図（ｃ）ゲート位相角（９０°＜α＜１８０°）設定時のゲート駆動信号のタイミング説明図 ゲート位相角（α＝０°）設定時に関わるＭＥＲＳ内部の動作を端的に示す説明図である。 ゲート位相角（０°＜α≦９０°）設定時に関わる電源電圧、ゲート駆動信号、コンデンサ電圧及び負荷電圧との関係を端的に示す説明図である。 ゲート位相角（０°＜α≦９０°）設定時に関わるＭＥＲＳ内部の動作を端的に示す説明図である。 ゲート位相角（０°＜α≦９０°）設定時に関わるＭＥＲＳ内部の動作を端的に示す説明図である。 ゲート位相角（９０°＜α＜１８０°）設定時に関わる電源電圧、ゲート駆動信号、コンデンサ電圧及び負荷電圧との関係を端的に示す説明図である。 ゲート位相角（９０°＜α＜１８０°）設定時に関わるＭＥＲＳ内部の動作を端的に示す説明図である。 ゲート位相角（９０°＜α＜１８０°）設定時に関わるＭＥＲＳ内部の動作を端的に示す説明図である。 ゲート位相角（９０°＜α＜１８０°）設定時に関わるＭＥＲＳ内部の動作を端的に示す説明図である。 一般的なラピッド方式の蛍光灯を端的に示す図である。 所定期間における点灯時間および平均負荷電圧に基づいて安定器の使用可能期間を求める際に参照されるマップの一例を示す図である。 所定期間における点灯時間および周囲温度に基づいて安定器の使用可能期間を求める際に参照されるマップの一例を示す図である。 蛍光管の交換すべき日を予測する際に用いる回帰直線の一例を示す図である。

符号の説明

１ 蛍光灯システム（照明灯制御装置）
２ 照明灯
３ 交流電源
４ ＭＥＲＳ（磁気エネルギー回生スイッチ）
５ 調光量設定部
６ 電源電圧検出部
７ 負荷電圧検出部
８ 負荷電流検出部
９ コンデンサ電圧検出部
１０ 調光量測定部
１１ 位相検出部
１２ 情報表示部
１３ 制御装置
１４ 電源ＯＮ／ＯＦＦ設定部
３１ 第１ＳＷ
３２ 第２ＳＷ（迂回接続手段）
４１ ゲート位相制御部
４２ 点灯時間測定部
４３ 負荷電圧測定部
４４ 使用可能期間算出部
４５ 使用可能期間蓄積部
４６ 使用可能期間算出マップ記憶部
４７ 交換時期算出部
４８ タイマ
４９ 交換時期通知部
５０ 蛍光管交換時期通知部

Claims (6)

1. 少なくとも１個の放電管と、当該放電管に供給される電力を制御する安定器とを備える照明灯及び交流電源間に接続され、前記交流電源の電源電圧を調整して、前記照明灯を点灯するための負荷電圧として出力する磁気エネルギー回生スイッチと、
   前記照明灯の調光量を設定する調光量設定手段と、
   前記調光量設定手段によって設定された調光量に応じた負荷電力が前記磁気エネルギー回生スイッチから出力されるように、前記磁気エネルギー回生スイッチの駆動を制御する制御手段と、
   前記照明灯に対する負荷電圧に少なくとも基づいて前記安定器の交換時期を算出する交換時期算出手段と、
   算出された前記安定器の交換時期を外部に通知する交換時期通知手段と、
   を備えることを特徴とする照明灯制御装置。
2. 請求項１に記載の照明灯制御装置は、さらに、
   前記照明灯に対する負荷電圧と前記安定器の使用可能期間との関係が、所定期間あたりの前記照明灯の点灯時間に応じて示されたマップを記憶する記憶手段を備え、
   前記交換時期算出手段は、
   所定期間における前記照明灯の点灯時間と、前記照明灯に対する負荷電圧とを所定期間ごとに測定し、前記マップを参照することで、測定された前記照明灯の点灯時間と負荷電圧とに対応する前記安定器の使用可能期間を所定期間ごとに求め、求められた各使用可能期間と、前記安定器の使用開始時点からの経過期間とに基づいて前記安定器の交換時期を算出する、
   ことを特徴とする照明灯制御装置。
3. 少なくとも１個の放電管と、当該放電管に供給される電力を制御する安定器とを備える照明灯及び交流電源間に接続され、前記交流電源の電源電圧を調整して、前記照明灯を点灯するための負荷電圧として出力する磁気エネルギー回生スイッチと、
   前記照明灯の調光量を設定する調光量設定手段と、
   前記調光量設定手段によって設定された調光量に応じた負荷電力が前記磁気エネルギー回生スイッチから出力されるように、前記磁気エネルギー回生スイッチの駆動を制御する制御手段と、
   前記照明灯の近傍に設けられ前記照明灯の周囲温度を検知する温度検知手段と、
   前記温度検知手段により検知された前記照明灯の周囲温度に少なくとも基づいて前記安定器の交換時期を算出する交換時期算出手段と、
   算出された前記安定器の交換時期を外部に通知する交換時期通知手段と、
   を備えることを特徴とする照明灯制御装置。
4. 請求項３に記載の照明灯制御装置は、さらに、
   前記照明灯の周囲温度と前記安定器の使用可能期間との関係が、所定期間あたりの前記照明灯の点灯時間に応じて示されたマップを記憶する記憶手段を備え、
   前記交換時期算出手段は、
   所定期間における前記照明灯の点灯時間と、前記照明灯の周囲温度とを所定期間ごとに測定し、前記マップを参照することで、測定された前記照明灯の点灯時間と周囲温度とに対応する前記安定器の使用可能期間を所定期間ごとに求め、求められた各使用可能期間と、前記安定器の使用開始時点からの経過期間とに基づいて前記安定器の交換時期を算出する、
   ことを特徴とする照明灯制御装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の照明灯制御装置において、
   前記放電管の点灯回数および放電管の点灯時間に基づいて、放電管の交換時期を算出し、算出された交換時期を外部に通知する放電管交換時期通知手段を、
   備えることを特徴とする照明灯制御装置。
6. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の照明灯制御装置において、
   前記放電管の照度を測定する照度測定手段と、
   測定された照度が所定の閾値未満となった時点で、前記放電管が交換時期に達したと判定して、その旨を外部に通知する放電管交換時期通知手段と、
   を備えることを特徴とする照明灯制御装置。