JP2009224244A

JP2009224244A - 放電灯点灯装置、照明装置

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Publication number: JP2009224244A
Application number: JP2008068901A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Ito; 雄一郎伊藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2008-03-18
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2028-03-18
Also published as: JP5121517B2

Abstract

【課題】インバータ回路のスイッチング周波数の上昇を抑制し、かつ周囲温度が低下した場合でも、調光時のちらつき、立ち消え、ジャンプ現象を抑制でき、安定した調光点灯を行うことのできる放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】交流電力を供給するインバータ５と、インバータ５の出力端に接続された共振回路と、インバータ５の動作を制御して放電灯の調光率を調節する制御部１１と、を備え、制御部１１は、インバータ５の駆動周波数を、共振回路の共振周波数と略一致する第１周波数と、インバータ５が供給する電力を調節するための第２周波数と、で切り替え、調光率を下限値から所定範囲の間の低域で調節する際には、インバータ５の駆動周波数を第１周波数と第２周波数で交互に切り替え、かつ、第２周波数を固定するとともに、インバータ５を第２周波数で駆動する期間を可変することで、調光率を調節する。
【選択図】図２

Description

本発明は、放電灯を点灯させる装置、およびその装置を用いて点灯させる放電灯を備えた照明装置に関するものであり、特に、調光点灯が可能なものに関する。

調光点灯を可能にする放電灯点灯装置の構成は、商用交流電源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により点灯し、インバータ駆動周波数を調節することによりバラストコイルのインピーダンスを変え、放電灯に投入する電力を調整して調光するものが一般的である。
このような放電灯点灯装置においては、低光束時の調光点灯時は放電灯の点灯状態が不安定となり、ちらつきや立ち消えといった現象が発生することがある。

そこで従来、『低光束調光時のランプ電流の発振を抑えてクレストファクタの低減及びちらつきや立ち消えを防止するとともに安定したフィードバック制御が可能な放電灯点灯装置を提供する。』ことを目的とした技術として、『スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチング制御することで直流電源Ｖｄｃの直流電力を高周波電力に変換して放電灯ＦＬに供給する電力変換部１と、放電灯ＦＬの調光比に応じた基準値を電力変換部１の高周波出力と比較し該高周波出力を基準値に一致させる方向へスイッチング制御の制御量を調整するフィードバック部２とを備え、フィードバック部２は誤差増幅器３を具備している。誤差増幅器３を構成するオペアンプＯＰの入力抵抗Ｒ３に抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の直列回路を並列接続してある。』というものが提案されている（特許文献１）。

一方、周囲温度が低温時、例えば０℃においては、放電灯の特性は、常温時、例えば２５℃の時と異なり、調光点灯時の放電灯電圧が非常に高くなる特性がある。
このため、周囲温度が低温時においては、放電灯点灯装置から放電灯を安定点灯させる電圧が供給できず、安定した点灯が困難となり、急激にランプの光束が変化するジャンプ現象と呼ばれる現象が発生する。

この場合、従来のフィードバック制御による放電灯点灯装置では、フィードバック制御回路の応答速度の限界により、ジャンプ現象による急激な光束変化にフィードバック制御が追従できず、正常な点灯が困難になることがあった。

そこで従来、『光出力の連続的可変が容易に行なえる調光用放電ランプ点灯装置を提供する』ことを目的とした技術として、『調光制御部１１は高周波電源１０及びインピーダンスＺ１を制御して放電ランプ３を調光する。ランプ動作ポイント切り換え制御部１２は、上記調光信号Ｓ１或いはランプ電流検出信号Ｓ２を受け、低出力時に安定な動作ポイントでの動作期間と、急激に変化する動作ポイントでの動作期間を交互に繰り返して連続的に光出力制御を行なうような制御信号を調光制御部１１に与える。』というものが提案されている（特許文献２）。

特開２００５−７１８７４号公報（要約）特開平６−７６９７９号公報（要約）

上記特許文献２に記載の技術では、放電灯に周期的にパルス電圧を印加することで放電を安定化させ、ジャンプ現象を抑制している。また、パルス電圧を印加しない期間では、インバータ駆動周波数を上昇させて、放電灯の光束を絞る。
上述のようなパルス電圧を印加する方式では、パルス電圧印加時に放電灯への供給エネルギーが増加するため、パルス電圧を印加しない従来例と比較して、調光時はインバータ駆動周波数をより高くする必要がある。

しかしながら、インバータ駆動周波数の上昇により、インバータ回路のスイッチング素子（例えばＭＯＳＦＥＴ）のスイッチング損失がインバータ駆動周波数に比例して増加して回路効率が低下する。
また、インバータ駆動周波数の上昇に伴って電磁妨害ノイズが増加して、他の機器への誤動作を引き起こす等の可能性がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、インバータ回路のスイッチング周波数の上昇を抑制し、かつ周囲温度が低下した場合でも、調光時のちらつき、立ち消え、ジャンプ現象を抑制でき、安定した調光点灯を行うことのできる放電灯点灯装置を提供することを目的とする。

本発明に係る放電灯点灯装置は、交流電力を直流に変換する直流電源回路と、前記直流電源回路の出力を交流に変換して交流電力を供給するインバータと、前記インバータの出力端に接続された共振回路と、前記インバータの動作を制御して前記放電灯の調光率を調節する制御部と、を備え、前記制御部は、前記インバータの駆動周波数を、前記共振回路の共振周波数と略一致する第１周波数と、前記インバータが供給する電力を調節するための第２周波数と、で切り替え、前記調光率を下限値から所定範囲の間の低域で調節する際には、前記インバータの駆動周波数を前記第１周波数と前記第２周波数で交互に切り替え、かつ、前記第２周波数を固定するとともに、前記インバータを前記第２周波数で駆動する期間を可変することで、前記調光率を調節するものである。

本発明に係る放電灯点灯装置によれば、調光率を低域で調節する際には、第２周波数を固定してその期間を可変調整することで、放電灯に投入する電力を調整して調光率を調節するので、第２周波数の上昇を抑えることができ、インバータのスイッチング損失に伴う回路効率の低下、電磁妨害ノイズの増加を抑制することができる。
また、周囲温度が低下した場合でも、第１周波数でパルス電圧を印加することにより、調光時のちらつき、立ち消え、ジャンプ現象を抑制でき、安定した調光点灯を行うことができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置の構成図である。
図１において、放電灯点灯装置は、商用交流電源１より交流電力の供給を受けて放電灯８を点灯させる装置であり、整流回路２、昇圧チョッパ回路３、平滑コンデンサ４、インバータ回路５、ドライバ６、バラストコイル７、放電灯８（装着時）、共振コンデンサ９、直流カットコンデンサ１０、インバータ制御回路１１、調光コントローラ１２を備えている。

整流回路２は、商用交流電源１から供給される交流電力を全波整流する。
昇圧チョッパ回路３は、整流回路２で全波整流された直流電圧を昇圧する。
平滑コンデンサ４は、昇圧チョッパ回路３が出力する直流電圧を平滑化する。
インバータ回路５は、平滑コンデンサ４に並列接続され直流電圧を高周波に変換するスイッチング素子５ａ、５ｂを直列接続して備えたハーフブリッジ形のインバータである。

ドライバ６は、インバータ制御回路１１の指示に基づき、スイッチング素子５ａ、５ｂを駆動する。
インバータ回路５の出力に接続されたバラストコイル７、放電灯８、および共振コンデンサ９は、負荷回路を形成する。また、バラストコイル７と共振コンデンサ９は、ＬＣ直列共振回路を形成する。
直流カットコンデンサ１０は、直流電流を通さないようにする役割を果たす。

インバータ制御回路１１は、回路デバイス等のハードウェアにより構成され、インバータ回路５の（各スイッチング素子の）駆動周波数を第１周波数と第２周波数で切り替えるよう制御する。
第１周波数は、バラストコイル７と共振コンデンサ９からなる共振回路の共振周波数近傍に設定され、第２周波数は、放電灯８への投入電力を調節するために設定される。これらの詳細は後述する。
調光コントローラ１２は、放電灯８の調光率を指示する調光信号を、インバータ制御回路１１に出力する。インバータ制御回路１１は、この調光信号に基づき、インバータ回路５を駆動制御する。

本実施の形態１における「直流電源回路」は、整流回路２、昇圧チョッパ回路３がこれに相当する。
また、「共振回路」は、バラストコイル７と共振コンデンサ９からなるＬＣ直列共振回路がこれに相当する。
また、「制御部」は、ドライバ６とインバータ制御回路１１がこれに相当する。

以上、本実施の形態１に係る放電灯点灯装置の構成について説明した。
次に、本実施の形態１に係る放電灯点灯装置の動作について説明する。まず、動作制御に関する基本的な考え方を示し、その後に具体的な動作手順について説明する。

インバータ制御回路１１は、調光コントローラ１２から調光信号により指示された調光率が１００％付近〜中域程度までの区間では、第２周波数を可変として放電灯８への投入電力を調節して調光を行う。
この区間では、調光率の可変制御のために第２周波数をさほど上昇させなくともよいため、第２周波数を可変させてもその上限値は一定以内に収まり、インバータ回路５のスイッチング損失や電磁妨害ノイズの影響はさほど高くない。

また、インバータ制御回路１１は、調光コントローラ１２から調光信号により指示された調光率が下限値付近の区間では、第２周波数を固定として、インバータ回路５を第２周波数で駆動する期間（第２周波数の発振期間）を可変調整するのみで、放電灯８への投入電力を調節して調光を行う。
これにより、第２周波数の上昇を抑え、インバータ回路５のスイッチング損失に伴う回路効率の低下、電磁妨害ノイズの増加を抑制することを図る。

また、インバータ制御回路１１は、第１周波数で放電灯８へパルス電圧を印加することにより、周囲温度が低下した場合でも、調光時のちらつき、立ち消え、ジャンプ現象を抑制し、安定した調光点灯を達成することを図る。

調光率の中域や低域の閾値は、放電灯８やインバータ回路５の特性等に応じて適宜定めておく。

以上、本実施の形態１に係る放電灯点灯装置の動作制御の基本的な考え方を示した。
次に、本実施の形態１に係る放電灯点灯装置の具体的な動作手順を説明する。

（１）商用交流電源１を投入
放電灯点灯装置に商用交流電源１を投入すると、整流回路２は商用交流電源１から供給される交流電力を整流し、得られた直流電圧は昇圧チョッパ回路３により昇圧され、さらに平滑コンデンサ４によって平滑化される。
平滑コンデンサ４によって平滑化された直流電源は、インバータ回路５のスイッチング素子５ａ、５ｂが交互にオン・オフすることによって高周波電圧に変換される。
スイッチング素子５ａ、５ｂのオン・オフ制御は、インバータ制御回路１１が行う。

（２）フィラメント予熱モード
商用交流電源１の投入後、放電灯８を点灯させる前に、インバータ制御回路１１は、放電灯８が備えるフィラメント８ａ、８ｂを先行して予熱する予熱モードで動作する状態となる。
ここでいう予熱とは、放電灯８が放電を開始する以前の状態で、フィラメント８ａ、８ｂの温度を、放電開始に適した温度まで上昇させておくことをいう。
インバータ制御回路１１は、放電灯８への印加電圧が放電開始電圧以下となるように、十分高いインバータ駆動周波数でインバータ回路５を動作させ、バラストコイル７、フィラメント８ａ、共振コンデンサ９、フィラメント８ｂの順でフィラメントに電流を流し、フィラメントを予熱する。

（３）始動モード〜点灯モード
予熱モードを開始してから十分な時間が経過する等により、フィラメント８ａ、８ｂの予熱が完了すると、インバータ制御回路１１は、放電灯８を点灯させるためにインバータ回路５を始動モードで制御する。
始動モードとは、インバータ回路５の駆動周波数を、バラストコイル７と共振コンデンサ９からなるＬＣ共振回路の共振周波数に近づけるモードである。
インバータ回路５の駆動周波数が上述のＬＣ共振回路の共振周波数に近づくと、放電灯８に高電圧が印加されるため、放電灯８は放電を開始して放電灯８が点灯し、点灯モードとなる。

図２は、点灯モードにおける各調光率のランプ電圧波形を示すものである。
図２（ａ）は、調光率（定格点灯時の照度を１００％とした場合の照度比）１００％付近のほぼ全光時の電圧波形である。
調光率１００％付近では、放電灯８の放電は安定しているため、ジャンプ現象等の心配はあまりなく、したがって第１周波数によるパルス電圧は印加しない。

図２（ｂ）は、調光率が中域付近の電圧波形である。
図２（ａ）の状態の下で、調光コントローラ１２より、放電灯の電力を絞って光束を下げるべき旨の調光信号が出力されると、インバータ制御回路１１は、インバータ回路５の駆動周波数を、先に説明した第１周波数と第２周波数で交互に切り替える。
第１周波数により放電灯８へ周期的にパルス状電圧を印加し、もって低温時のジャンプ現象、立ち消えを抑制する。

なお、インバータ制御回路１１は、図２（ｂ）の状態の下では、第１周波数とそのパルス電圧印加期間Ｔ１を固定とし、第２周波数のみを可変としてランプへの投入電力を調節して調光を行う。
すなわち、第１周波数は共振周波数付近として設定することで放電灯８にパルス電圧を印加し、第２周波数を高くすることによってバラストコイル７のインピーダンスを増加させて放電灯８への投入電力を絞る。

図２（ｃ）は、調光率が下限値付近の電圧波形である。
インバータ制御回路１１は、調光率が下限値付近においては、第１周波数とパルス電圧印加期間Ｔ１、および第２周波数を固定とし、第２周波数の発振期間Ｔ２の可変調整のみでランプ電力を調節して調光を行う。
すなわち、パルス電圧印加時は放電灯８への投入エネルギーが増加するが、放電灯８への投入エネルギーが小さい第２周波数の発振期間Ｔ２を長くすることにより、放電灯８への平均投入電力を小さくできる。
これにより、第２周波数を高くすることなく調光が可能となる。

また、インバータ制御回路１１は、第１周波数によるパルス電圧印加期間Ｔ１を固定とすることにより、確実に放電灯８にパルス電圧を印加できる。

図２（ｃ）の状態の下では、以上のような電圧波形の制御を行うことにより、第２周波数の上昇を抑え、インバータ回路５のスイッチング損失に伴う回路効率の低下、電磁妨害ノイズの増加を抑制することができる。
また、第１周波数による放電灯８へのパルス状電圧印加期間Ｔ１は固定とし、第２周波数印加期間Ｔ２のみ可変としているため、確実に放電灯８パルス状電圧が印加でき、周囲温度が低下した場合でも、調光時のちらつき、立ち消え、ジャンプ現象を抑制でき、安定した調光点灯を達成することができる。

図３は、調光率、第２周波数、第２周波数の発振期間Ｔ２の関係を示すものである。
調光率が下限値付近の低域では、第２周波数ｆ２を固定し、第２周波数の発振期間Ｔ２を長くすることで、調光率を下げるような制御がなされていることが分かる。
また、調光率が中域の区間では、第２周波数の発振期間Ｔ２を固定し、第２周波数ｆ２を上げることで、光束を絞って調光率を調節していることが分かる。
もちろん、第２周波数と、第２周波数の発振期間Ｔ２を同時に可変する期間があってもよいことはいうまでもない。

以上のように、本実施の形態１に係る放電灯点灯装置では、インバータ制御回路１１は、調光率が中域程度付近では、第１周波数を固定し第２周波数のみを可変として放電灯８への投入電力を調節して調光を行い、調光率が下限付近においては、第１周波数および第２周波数を固定として、第２周波数の発振期間Ｔ２の可変調整みでランプ電力を調節して調光を行うことにより、第２周波数の上昇を抑えることができる。

したがって、本実施の形態１に係る放電灯点灯装置は、簡単な回路構成でインバータ回路５のスイッチング損失に伴う回路効率の低下、電磁妨害ノイズの増加を抑制でき、周囲温度が低下した場合でも、調光時のちらつき、立ち消え、ジャンプ現象を抑制でき、安定した調光点灯を達成するものである。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る放電灯点灯装置の構成図である。
本実施の形態２に係る放電灯点灯装置の構成と、実施の形態１の図１で説明した構成との相違点は、ローサイドのスイッチング素子５ｂと直列に検出抵抗１５が接続される点である。
検出抵抗１５は、インバータ回路５の電流を検出し、等価的に放電灯８に投入された電力を検出できる。検出された信号は、フィルタ回路１６を介して平滑化され、インバータ制御回路１１に入力される。
インバータ制御回路１１は、検出された検出信号値に基づき求めた放電灯８への供給電力と、目標ランプ電力値とを比較し、放電灯８への供給電力を目標ランプ電力値に近づけるようにインバータ回路５を制御するフィードバック制御手段（図示せず）を具備している。
なお、ここでいう目標ランプ電力値は、調光率との対応関係により定まる、放電灯８へ供給すべき電力値のことである。

フィードバック制御手段は、インバータ制御回路１１の一部として、インバータ制御回路１１と同様の回路デバイス等により構成される。

以上、本実施の形態２に係る放電灯点灯装置の構成について説明した。
次に、本実施の形態２に係る放電灯点灯装置の動作制御の基本的な考え方を示す。

本実施の形態２に係る放電灯点灯装置において、インバータ制御回路１１は、実施の形態１と同様に、放電灯８にパルス電圧を印加する第１周波数と、放電灯８へ投入する電力を調節するための第２周波数とを交互に切り換える。
さらに、フィードバック制御手段は、検出抵抗１５を介して放電灯８への投入電力を検出ないし算出し、調光信号により決定される目標ランプ電力値と、実際に放電灯８へ投入されている電力とを比較演算し、両者が一致するように第２周波数または第２周波数の発振期間Ｔ２の少なくとも一方を可変調整する。
これにより、放電灯の特性ばらつき、周囲温度の変動に対応して、略一定の電力を放電灯８に投入することを図る。

以上、本実施の形態２に係る放電灯点灯装置の動作制御の基本的な考え方を示した。
次に、本実施の形態２に係る放電灯点灯装置の具体的な動作手順を説明する。

（１）商用交流電源１を投入〜（３）始動モード〜点灯モード
商用交流電源１を投入してから、放電灯８が点灯を開始する点灯モードに至るまでは、実施の形態１で説明した動作と同様であるため、説明を省略する。

（４）投入電力の制御
放電灯８が点灯すると、検出抵抗１５はインバータ回路５に流れる電流を検出し、その検出信号がフィルタ回路１６により平滑化されてインバータ制御回路１１に入力される。
フィードバック制御手段は、入力された電流検出信号に基づき放電灯８への投入電力を算出し、算出結果と目標ランプ電力値とを比較し、両者が一致するようにインバータ回路５を制御する。

上記ステップ（４）における放電灯８への投入電力の制御について、以下に詳述する。

（４．１）調光率が中域付近の場合
フィードバック制御手段は、調光率が中域程度付近では、第１周波数は固定として第２周波数のみをインバータ制御回路１１により制御して、検出抵抗１５の検出値に基づき求めた放電灯８への投入電力と、目標ランプ電力値とが一致するように、放電灯８への投入電力を調節して調光を行う。

（４．２）調光率が下限値付近の場合
フィードバック制御手段は、調光率が下限値付近では、第１周波数および第２周波数を固定として、第２周波数の発振期間Ｔ２のみをインバータ制御回路１１により制御して、検出抵抗１５の検出値に基づき求めた放電灯８への投入電力と、目標ランプ電力値とが一致するように、放電灯８への投入電力を調節して調光を行う。

以上のような電圧波形の制御を行うことにより、調光率が下限値付近においては、第２周波数の印加期間Ｔ２のみで放電灯８への投入電力を調整するため、第２周波数の上昇を抑えることができる。
もちろん、第２周波数と、第２周波数の発振期間Ｔ２を同時に可変する期間があってもよいことはいうまでもない。

本実施の形態２においては、インバータ回路５の電流を検出し、これをもって等価的に放電灯８に投入された電力を検出することとしたが、放電灯８への投入電力を検出する手段はこれに限られるものではなく、放電灯８に流れる電流を直接検出する手段（図示せず）を設け、これを用いて放電灯８への投入電力を得るように構成してもよい。

以上のように、本実施の形態２に係る放電灯点灯装置では、実施の形態１と同様に、インバータ制御回路１１は、放電灯８にパルス電圧を印加する第１周波数と、放電灯８に投入する電力を調節する第２周波数とを交互に切り換える。
また、フィードバック制御手段は、検出抵抗１５を介して放電灯８への投入電力を検出し、調光信号により決定される目標ランプ電力値と、実際に放電灯８へ投入されている電力とを比較演算し、両者が一致するように第２周波数または第２周波数の印加期間Ｔ２を可変として、放電灯８への投入電力を調節する。
これにより、放電灯８の特性ばらつき、周囲温度の変化に対応して、略一定の電力を放電灯８へ投入することができる。

また、フィードバック制御手段は、調光率が下限値付近においては、第１周波数および第２周波数を固定として、第２周波数の発振期間Ｔ２のみをインバータ制御回路１１で制御して放電灯８への投入電力を調節し調光を行う。
これにより、インバータ回路５の駆動周波数の上昇を抑え、スイッチング損失の増加に伴う回路効率の低下、電磁妨害ノイズの増加を抑制でき、安定した調光点灯を達成するものである。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る放電灯点灯装置では、実施の形態２で説明したフィルタ回路１６の回路定数を小さくして、部品小型化と、フィードバック制御の応答性を上げることを可能とする制御動作について説明する。
なお、本実施の形態３に係る放電灯点灯装置の構成は、実施の形態２の図４で説明したものと同様であるため、説明を省略する。

図５は、検出抵抗１５の検出信号波形と、ランプ電圧波形との関係を示すものである。
放電灯８への投入電力を検出して次の制御にフィードバックする制御手法を、パルス電圧を印加する放電灯点灯装置に用いた場合、放電灯８の電力は、パルス電圧印加周期に同期して脈動する。
そのため、検出抵抗１５の検出信号も、同様に脈動するので、フィルタ回路１６を用いて検出信号を十分に平滑化して後の演算等に用いるのが通常である。

図５（ｂ）では、フィルタ回路１６の回路定数を大きくして十分に平滑化を行った場合の検出信号波形を示した。
図５（ｃ）では、フィルタ回路１６の回路定数を小さくして、検出信号がパルス電圧印加周期に同期した脈動を行う場合の検出信号波形を示した。

パルス電圧印加周期は、一般的に放電灯８のちらつきとして感じられない程度の周波数となるような周期で印加するが、それでもインバータ回路５の駆動周波数と比較すると、十分低い周波数であるといえる。
そのため、図５（ｂ）に示したように、検出抵抗１５による検出信号の脈動を除去する程度にフィルタ回路１６を設計すると、フィルタ回路１６の回路定数が大きくなり、部品が大型化する課題がある。
また、フィルタ回路１６の回路定数が大きくなるため、フィードバック制御の応答が遅くなり、急峻な負荷変動に追従できない可能性がある。

そこで、本実施の形態３では、フィルタ回路１６の回路定数を小さくして図５（ｃ）に示したような検出信号を脈動を許容しつつ、放電灯８への投入電力を正確に検出することのできる手法を説明する。

本実施の形態３において、フィルタ回路１６は、図５（ｃ）のようなパルス電圧印加周期に同期した脈動が検出信号に生じる程度の小型の回路定数のものを用いる。
また、フィードバック制御手段は、以下の手順で放電灯８への投入電力を算出する。

（１）フィードバック制御手段は、図５（ｃ）に示すパルス電圧印加に同期して脈動する検出信号の、第１周波数の発振期間Ｔ１に対応した期間と、第２周波数の発振期間Ｔ２に対応した期間との、それぞれの期間で少なくとも１回以上、検出抵抗１５より検出電圧を取得する。

（２）フィードバック制御手段は、各期間の平均検出電圧を求め、パルス電圧を印加する１周期分の放電灯８への投入電力を算出し、フィードバック制御を行う。平均検出電圧は、以下の式で近似することができる。
Ｖ_ave＝（Ｔ１×Ｖ１＋Ｔ２×Ｖ２）／（Ｔ１＋Ｔ２）
ただし、
Ｖ_ave：平均検出電圧
Ｖ１：期間Ｔ１における検出電圧
Ｖ２：期間Ｔ２における検出電圧

以上のように、本実施の形態３によれば、第１周波数の発振期間Ｔ１と、第２周波数の発振期間Ｔ２の、それぞれの期間で少なくとも１回以上、検出抵抗１５の検出信号を取得して放電灯８への投入電力を算出し、各期間の平均電力を求め、パルス電圧を印加する１周期分の平均投入電力を算出し、フィードバック制御を行う。
これにより、検出抵抗１５の検出信号の脈動を許容することができるので、フィルタ回路１６の小型化と、フィードバック制御の応答の高速化が可能となり、急峻な負荷変動への対応を達成する。

実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４に係る放電灯点灯装置の構成図である。
本実施の形態４に係る放電灯点灯装置の構成と、実施の形態１の図１で説明した構成との相違点は、インバータ回路５の出力端子に、バラストコイル７、放電灯８、共振コンデンサ９からなる負荷回路と並列に、直流カットコンデンサ１３、フィラメント予熱トンラス１４が接続され、かつ共振コンデンサ９が放電灯８のフィラメント８ａ、８ｂを介さずに接続されている点にある。
フィラメント予熱トンラス１４を設けることにより、フィラメント予熱を適切に実行でき、放電灯８の短寿命化、早期黒化を抑制することを図る。

一般的に放電灯（主に蛍光灯）は、点灯中においてフィラメント温度が低い場合、フィラメントは飛散領域と呼ばれるエミッタ（電子放射物質）が固まった状態で飛散していく領域に入り、これが早期黒化、短寿命化の原因となる。
そのため、常にフィラメントに予熱電流を流し、フィラメント温度を最適温度（一般的に約１０００℃）に保つ必要がある。
また、フィラメント温度が高すぎる場合も、エミッタの消耗、蒸発が早くなり、同様に短寿命化の原因となる。さらには、フィラメント温度が高い場合、フィラメントによる電力損失が大きくなり、効率が低下する。

図７は、フィラメント予熱電流波形と、ランプ電圧波形との関係を示すものである。
図７（ａ）はランプ電圧波形、図７（ｂ）は共振コンデンサ９によるフィラメント予熱電流波形、図７（ｃ）は本実施の形態３に係る放電灯点灯装置を用いた場合のフィラメント予熱電流波形を示す。

共振コンデンサ９によるフィラメント予熱では、点灯中はバラストコイル７、フィラメント８ａ、共振コンデンサ９、フィラメント８ｂ、直流カットコンデンサ１０、の経路で電流が流れる。
したがって、インバータ駆動周波数が第１周波数の期間においては、バラストコイル７と共振コンデンサ９の共振作用を利用して放電灯８にパルス電圧を印加するため、共振コンデンサ９に過大な電流が流れる。
これにより、共振コンデンサ９と直列に接続されたフィラメント８ａ、８ｂにも図７（ｂ）の第１周波数に対応する期間に示すように過大な電流が流れ、放電灯８の早期黒化、短寿命化をもたらす。
また、フィラメントによる電力損失が大きくなり、効率の悪化をもたらす。

そこで、本実施の形態４では、フィラメント予熱トランス１４を、バラストコイル７、放電灯８、共振コンデンサ９からなる負荷回路と並列に新たに設ける。
これにより、図７（ｃ）に示すように、バラストコイル７と共振コンデンサ９の共振作用の影響を受けることなくフィラメントに予熱電流を供給することができる。
また、共振コンデンサ９はフィラメントを介さず接続されているため、共振コンデンサ９に過大な電流が流れても放電灯８に悪影響を及ぼすことはない。

なお、本実施の形態４では、実施の形態１の図１で説明した構成に加えてフィラメント予熱トランス１４等を新たに構成した例を説明したが、実施の形態２の図４で説明した構成の下で、本実施の形態４と同様の構成を用いてもよい。

以上のように、本実施の形態４によれば、放電灯８のフィラメントを予熱する手段として、フィラメント予熱トランス１４を用いることにより、フィラメント予熱を適切に行うことができ、放電灯８の早期黒化、短寿命化を抑制することができる。
また、フィラメントによる電力損失を小さくでき、効率の悪化を抑制できる。

実施の形態５．
本発明の実施の形態５では、調光信号の変化に応じて連続的に調光率を変化して滑らかに光束を変化させる連続調光について説明する。なお、本実施の形態５に係る放電灯点灯装置の構成は、実施の形態１〜４のいずれかで説明したものと同様であるため、説明を省略する。

図８は、連続調光を行う場合における第２周波数の変化を示す図である。
図８（ａ）に示すように、調光コントローラ１２より、光束を低くすべき旨の調光信号が出力された場合、インバータ制御回路１１は、第２周波数を高めることによってバラストコイル７のインピーダンスを増加させ、放電灯８への投入電力を絞る。

図８（ｂ）は、第２周波数が高くなっていく様子を示している。
時間経過にともない、インバータ制御回路１１は、図８（ｂ）に示すように、インバータ回路５の駆動周波数を第１周波数で動作する期間と第２周波数で動作する期間で交互に繰り返しながら、第２周波数のみ次第に高くするような制御動作を行う。

具体的には、インバータ制御回路１１は、第２周波数の印加期間内に周波数を少しずつ増加させることを、第２周波数印加期間に到達する毎に繰り返し、これにより第２周波数のみ上昇させる。
第２周波数印加期間内のどの位相の時点で周波数を増加させるか、即ち図８（ｂ）中の周波数更新ポイントは、各周期毎に一致させておき、パルス状電圧印加周期と同期した、毎回決められた同じ更新ポイントにて周波数の更新を行う。

上述のように更新ポイントを同期させる理由について、以下に説明する。
第２周波数の更新ポイントがパルス状電圧印加周期と同期しない場合、ユーザにとっては、周波数更新時にランプがちらついているように感じられ、調光率を滑らかに連続的に変化させることが困難となる。
これは、パルス電圧を印加する方式では、パルス電圧を印加することにより、常にランプインピーダンスが変動するため、周波数更新ポイントが毎回異なる場合、更新ポイントで電流が変化する割合が一定とならないためである。

本実施の形態５におけるその他の制御動作は、実施の形態１〜４のいずれかで説明したものと同様であるため、説明を省略する。

以上のように、本実施の形態５によれば、第２周波数を変化させる更新ポイントをパルス電圧印加周期と同期させ、毎回同じ更新ポイントにて周波数の更新を行うことにより、略一定の割合でランプ電流を変化させることができ、第２周波数が変化する瞬間にちらつきとして目に感じられにくくなり、滑らかな連続調光が可能となる。

実施の形態６．
実施の形態５では、第２周波数を緩やかに変化させる制御動作について説明した。
本発明の実施の形態６では、第１周波数と第２周波数の切り替えを緩やかに行う制御動作について説明する。なお、本実施の形態６に係る放電灯点灯装置の構成は、実施の形態１〜４のいずれかで説明したものと同様であるため、説明を省略する。

図９は、インバータ制御回路１１がインバータ周波数を第１周波数と第２周波数の間で切換える時のランプ電圧波形を示したものである。
インバータ回路５の駆動周波数を、第１周波数から第２周波数へ、または第２周波数から第１周波数へ急峻に切り換えると、瞬時にランプ電圧が変動するため、切換え直後に放電が不安定になる。このためランプのちらつきや、負荷電流の急激な変化に伴うバラストコイル７の鳴きが発生する。

そこで本実施の形態６において、インバータ制御回路１１は、インバータ周波数を第１周波数から第２周波数へ切り替える際、周波数をスイープさせ、徐々に切り換える。
これにより、負荷電流の急激な変化を抑え、ランプのちらつき、バラストコイル７の鳴きを抑制できる。第２周波数から第１周波数への切換えの際も、同様に周波数をスイープさせ、徐々にきりかえることにより、同様の効果をもたらす。

本実施の形態６におけるその他の制御動作は、実施の形態１〜５のいずれかで説明したものと同様であるため、説明を省略する。

実施の形態７．
図１０は、本発明の実施の形態７に係る放電灯点灯装置の構成図である。
本実施の形態７に係る放電灯点灯装置は、インバータ制御回路１１をマイクロコンピュータ１７で構成したものである。その他の構成は、実施の形態１〜６いずれかで説明したものと同様であるため、説明を省略する。
なお、図１０では、実施の形態２の図４で説明したものを本実施の形態７における構成例として示した。この場合、フィードバック制御手段に相当する機能も、マイクロコンピュータ１７に含まれる。

本実施の形態７に係る放電灯点灯装置では、インバータ回路５の動作制御をマイクロコンピュータ１７上で実行されるソフトウェアにより行うため、従来のハードウェアによる制御回路と比較して部品点数の削減が可能で、回路構成の簡素化とコストダウンを図ることができる。

図１１は、マイクロコンピュータ１７内部の制御の流れを示すものである。以下、同図に示す制御の流れについて説明する。
まず外部の調光コントローラ１２より入力される調光信号から、放電灯８へ投入する電力を決定する。
次に、検出抵抗１５より検出した放電灯への投入電力をＡ／Ｄ変換器を介して取り込み、目標ランプ電力と比較する。
目標ランプ電力と放電灯８への投入電力の比較演算により得られた誤差から、放電灯８への投入電力を調節する第２周波数を決定する。
そして第１周波数と第２周波数が作成されて、マイクロコンピュータ１７内部のタイマー／カウンターによりタイミングが計られ、第１周波数と第２周波数が決められたタイミングで交互に切り替わる。
ここで、ハイサイドのスイッチング素子５ａとローサイドのスイッチング素子５ｂが同時にオンすることによる短絡を防止するため、デッドタイムを作成した後、インバータ駆動信号が外部に出力される。
インバータ駆動信号は外部のドライバ６に入力され、スイッチ素子５ａ、５ｂを駆動するための最適な信号に変換される。

以上のように、インバータ回路５の制御をマイクロコンピュータ１７でソフトウェア制御することにより、従来のハードウェアによる制御回路と比較して部品点数の削減による回路構成の簡素化が可能で、コストダウンを図ることができる。

実施の形態８．
図１２は、本発明の実施の形態８に係る照明装置の側断面図である。
照明装置本体１８の内部には、実施の形態１〜７のいずれかで説明した放電灯点灯装置２０が収納され、放電灯１９は照明装置本体１８の外部のランプソケット２１に装着され、配線２２により放電灯点灯装置２０に接続され、照明装置を形成する。

本実施の形態８に係る照明装置によれば、インバータ回路５のスイッチング損失に伴う回路効率の低下、電磁妨害ノイズの増加を抑制でき、周囲温度が低下した場合でも、調光時のちらつき、立ち消え、ジャンプ現象を抑制でき、安定した調光点灯を達成する。

実施の形態１に係る放電灯点灯装置の構成図である。点灯モードにおける各調光率のランプ電圧波形を示すものである。調光率、第２周波数、第２周波数の発振期間Ｔ２の関係を示すものである。実施の形態２に係る放電灯点灯装置の構成図である。検出抵抗１５の検出信号波形とランプ電圧波形の関係を示すものである。実施の形態４に係る放電灯点灯装置の構成図である。フィラメント予熱電流波形と、ランプ電圧波形との関係を示すものである。連続調光を行う場合における第２周波数の変化を示す図である。インバータ制御回路１１がインバータ周波数を第１周波数と第２周波数の間で切換える時のランプ電圧波形を示したものである。実施の形態７に係る放電灯点灯装置の構成図である。マイクロコンピュータ１７内部の制御の流れを示すものである。実施の形態８に係る照明装置の側断面図である。

符号の説明

１商用交流電源、２整流回路、３昇圧チョッパ回路、４平滑コンデンサ、５インバータ回路、６ドライバ、７バラストコイル、８放電灯、８ａ〜８ｂフィラメント、９共振コンデンサ、１０直流カットコンデンサ、１１インバータ制御回路、１２調光コントローラ、１３直流カットコンデンサ、１４フィラメント予熱トンラス、１５検出抵抗、１６フィルタ回路、１７マイクロコンピュータ、１８照明装置本体、１９放電灯、２０放電灯点灯装置、２１ランプソケット、２２配線。

Claims

放電灯を点灯させる装置であって、
交流電力を直流に変換する直流電源回路と、
前記直流電源回路の出力を交流に変換して交流電力を供給するインバータと、
前記インバータの出力端に接続された共振回路と、
前記インバータの動作を制御して前記放電灯の調光率を調節する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記インバータの駆動周波数を、
前記共振回路の共振周波数と略一致する第１周波数と、
前記インバータが供給する電力を調節するための第２周波数と、
で切り替え、
前記調光率を下限値から所定範囲の間の低域で調節する際には、
前記インバータの駆動周波数を前記第１周波数と前記第２周波数で交互に切り替え、
かつ、
前記第２周波数を固定するとともに、前記インバータを前記第２周波数で駆動する期間を可変することで、前記調光率を調節する
ことを特徴とする放電灯点灯装置。
前記制御部は、
前記調光率を前記低域以上所定値未満の中域で調節する際には、
前記インバータの駆動周波数を前記第１周波数と前記第２周波数で交互に切り替え、
かつ、
前記第１周波数を固定するとともに、
前記インバータを前記第１周波数で駆動する期間を固定し、
前記第２周波数を可変することで、前記調光率を調節する
ことを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
前記制御部は、
前記調光率を前記低域で調節する際には、
前記第１周波数を固定するとともに、
前記インバータを前記第１周波数で駆動する期間を固定する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放電灯点灯装置。
前記インバータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記インバータが供給する電力を制御するフィードバック制御部と、
を備え、
前記フィードバック制御部は、
前記電流検出手段の検出結果に基づき、
前記第２周波数または前記インバータを前記第２周波数で駆動する期間の少なくとも一方を可変することにより、
前記インバータが供給する電力を前記放電灯の目標電力値に近づける
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
前記放電灯に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記インバータが供給する電力を制御するフィードバック制御部と、
を備え、
前記フィードバック制御部は、
前記電流検出手段の検出結果に基づき、
前記第２周波数または前記インバータを前記第２周波数で駆動する期間の少なくとも一方を可変することにより、
前記インバータが供給する電力を前記放電灯の目標電力値に近づける
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
放電灯を点灯させる装置であって、
交流電力を直流に変換する直流電源回路と、
前記直流電源回路の出力を交流に変換して交流電力を供給するインバータと、
前記インバータの出力端に接続された共振回路と、
前記インバータの動作を制御して前記放電灯の調光率を調節する制御部と、
前記インバータまたは前記放電灯に流れる電流を検出する電流検出手段と、
を備え、
前記制御部は、
前記インバータの駆動周波数を、
前記共振回路の共振周波数と略一致する第１周波数と、
前記インバータが供給する電力を調節するための第２周波数と、
で切り替え、
前記インバータを前記第１周波数で駆動している期間と、前記第２周波数で駆動している期間と、のそれぞれで少なくとも１回ずつ、前記電流検出手段の検出結果を取得し、
その検出結果に基づき各期間における前記放電灯の平均電力値を求め、
その平均電力値を前記放電灯の目標電力値に近づけるように、前記第２周波数または前記インバータを前記第２周波数で駆動する期間の少なくとも一方を可変する
ことを特徴とする放電灯点灯装置。
放電灯を点灯させる装置であって、
交流電力を直流に変換する直流電源回路と、
前記直流電源回路の出力を交流に変換して交流電力を供給するインバータと、
前記インバータの出力端に接続された共振回路と、
前記インバータの動作を制御して前記放電灯の調光率を調節する制御部と、
前記共振回路と並列に接続され、前記放電灯のフィラメントを予熱するフィラメント予熱トランスと、
を備え、
前記制御部は、
前記インバータの駆動周波数を、
前記共振回路の共振周波数と略一致する第１周波数と、
前記インバータが供給する電力を調節するための第２周波数と、
で切り替える
ことを特徴とする放電灯点灯装置。
放電灯を点灯させる装置であって、
交流電力を直流に変換する直流電源回路と、
前記直流電源回路の出力を交流に変換して交流電力を供給するインバータと、
前記インバータの出力端に接続された共振回路と、
前記インバータの動作を制御して前記放電灯の調光率を調節する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記インバータの駆動周波数を、
前記共振回路の共振周波数と略一致する第１周波数と、
前記インバータが供給する電力を調節するための第２周波数と、
で切り替え、
前記調光率を調節する際には、
前記インバータを前記第２周波数で駆動している期間において、
各期間内の同位相の位置で前記第２周波数を変化させることを繰り返すことにより、前記調光率を連続的に変化させる
ことを特徴とする放電灯点灯装置。
前記制御部は、
前記インバータの駆動周波数を、
前記共振回路の共振周波数と略一致する第１周波数と、
前記インバータが供給する電力を調節するための第２周波数と、
で切り替える際に、
前記インバータの駆動周波数を連続的に変化させる
ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
前記制御部をワンチップマイクロコンピュータで構成した
ことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
前記フィードバック制御部をワンチップマイクロコンピュータで構成した
ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の放電灯点灯装置。
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の放電灯点灯装置と、
前記放電灯点灯装置が点灯させる放電灯と、
を備えたことを特徴とする照明装置。