JP2009266602A - 無電極放電灯点灯装置及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】 無電極放電灯のちらつきや立ち消えが抑制される無電極放電灯点灯装置及び照明器具を提供する。
【解決手段】 無電極放電灯に近接配置された誘導コイルに高周波の交流電力を出力する電源回路と、電源回路を制御する制御回路とを備える。制御回路は、電源回路の出力電圧Ｖｃｏｉｌにおける動作周波数ｆよりも低い周波数の成分であるリプルの振幅が高いほど動作周波数ｆを低くすることで、電源回路の出力電圧Ｖｃｏｉｌを安定させる。これにより、リプルが抑制されるから、無電極放電灯のちらつきや立ち消えが抑制される。
【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、無電極放電灯に近接配置される誘導コイルと、誘導コイルに対して高周波の交流電力を出力する電源回路と、電源回路の出力電力を制御する制御回路とを備える無電極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）。無電極放電灯は、例えばガラスのような透光性を有する材料からなり放電ガスが封入されたバルブを有し、誘導コイルが発生させた高周波の電磁界によりバルブの内部で放電が発生するとともに紫外光が発生するように構成されているものである。発生した紫外光はそのまま用いられることもあるが、一般的な照明用の無電極放電灯では、バルブ内面に蛍光膜が設けられており、この蛍光膜により紫外光を可視光に変換して照明に用いるようになっている。

この種の無電極放電灯点灯装置において、制御回路は、電源回路の一部と誘導コイルと無電極放電灯とが構成する共振回路の共振周波数（以下、単に「共振周波数」と呼ぶ。）に対して電源回路の出力の周波数（以下、「動作周波数」と呼ぶ。）を制御することで、無電極放電灯への供給電力を制御する。すなわち、制御回路が動作周波数を共振周波数に近づけるほど、電源回路から無電極放電灯への供給電力が増加する。
特開２００５−１５８４６０号公報

動作周波数を十分に共振周波数に近い範囲内としている限りにおいては、電源回路の出力電圧において動作周波数よりも周波数が低い成分（以下、「リプル」と呼ぶ。）は抑制される。しかしながら、無電極放電灯点灯装置の使用開始時の状態でリプルが十分に抑制されるように動作周波数の範囲が設定されていても、上記共振回路を構成する部品の経年変化による上記共振回路の特性の変化や、導電材料からなる反射板の変形であって無電極放電灯に近づくような変形による渦電流損の増加などにより、無電極放電灯に供給される電力が低下する結果、リプルが十分に抑制されるような動作周波数の範囲が狭くなることにより、リプルの振幅が大きくなり、場合によっては無電極放電灯のちらつきや立ち消えが発生してしまう可能性があった。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、無電極放電灯のちらつきや立ち消えが抑制される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、無電極放電灯に近接配置される誘導コイルと、誘導コイルに対して交流電力を出力する電源回路と、電源回路を制御する制御回路とを備え、電源回路は、直流電源と、誘導コイル及び無電極放電灯とともに共振回路を構成する共振部と、直流電源と共振部との接続を切り換えるスイッチング部と、制御回路から動作周波数を指示され、共振部から誘導コイルに出力される交流電力の周波数を、制御回路によって指示された動作周波数とするように、スイッチング部を駆動する駆動部とを有し、制御回路は、電源回路の出力電圧における動作周波数よりも低い周波数の成分であるリプルの振幅を検出するとともに、検出されたリプルの振幅が大きいほど、動作周波数を前記共振回路の共振周波数に近くすることを特徴とする。

この発明によれば、制御回路の動作によりリプルの振幅が抑制されるので、無電極放電灯のちらつきや立ち消えが抑制される。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、制御回路において、検出されたリプルの振幅に対する動作周波数の変更幅の関係は連続的であることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、制御回路による動作周波数の制御の時定数は、発生し得るリプルの周期の半分以下であることを特徴とする。

この発明によれば、制御回路による動作周波数の制御の時定数をより大きくする場合に比べ、リプルの振幅をより小さく抑えることができる。

請求項４の発明は、請求項１の発明において、制御回路において、検出されたリプルの振幅に対する動作周波数の変更幅の関係は段階的であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の無電極放電灯点灯装置と、無電極放電灯点灯装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする。

請求項１の発明は、制御回路は、電源回路の出力電圧における動作周波数よりも低い周波数の成分であるリプルの振幅を検出するとともに、検出されたリプルの振幅が大きいほど、動作周波数を前記共振回路の共振周波数に近くするので、リプルの振幅が抑制され、無電極放電灯のちらつきや立ち消えが抑制される。

請求項３の発明は、制御回路による動作周波数の制御の時定数は、発生し得るリプルの周期の半分以下であるので、制御回路による動作周波数の制御の時定数をより大きくする場合に比べ、リプルの振幅をより小さく抑えることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

本実施形態の無電極放電灯点灯装置は、図２に示すように、交流電源ＡＣから交流電力を電圧値ＶＤＣの直流電直に変換する直流電源回路１と、直流電源回路１が出力した直流電力を電圧値Ｖｃｏｉｌの高周波電力に変換するインバータ回路２と、インバータ回路２を制御する制御回路３と、インバータ回路２から供給される高周波電力により高周波電磁界を生成する誘導コイル４１とを備える。

誘導コイル４１の近傍には、例えばガラスのような透明な材料からなる中空のバルブを有して誘導コイル４１とともに負荷回路４を構成する無電極放電灯４２が配置される。つまり、誘導コイル４１の両端が、負荷回路４の入力端である。無電極放電灯４２において、バルブには、例えば不活性ガスと金属蒸気とを含む放電ガスが封入され、バルブの内面には蛍光体膜が設けられている。すなわち、誘導コイル４１が発生させる高周波電磁界によってバルブ内に放電が発生すると、発生した紫外線が蛍光体膜において可視光に変換されることにより、無電極放電灯４２が発光する。

直流電源回路１は、交流電源ＡＣから供給された交流電流を全波整流するダイオードブリッジＤＢと、ダイオードブリッジＤＢの出力端間に接続されたインダクタＬ１とダイオードＤ１と平滑コンデンサＣ１との直列回路と、インダクタＬ１とダイオードＤ１との接続点とダイオードブリッジＤＢの低電圧側の出力端との間に接続されたスイッチング素子Ｑ１と、平滑コンデンサＣ１の両端電圧ＶＤＣを一定とするようなデューティ比でスイッチング素子Ｑ１をオンオフ駆動する電圧制御部１１とを備える、周知の昇圧型コンバータである。

インバータ回路２は、直流電源回路１の出力端間すなわち平滑コンデンサＣ１の両端間に接続されたスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の直列回路と、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の接続点に一端が接続されたインダクタＬｓと、インダクタＬｓの他端に一端が接続されて他端が誘導コイル４１の一端に接続された直列コンデンサＣｓと、一端がインダクタＬｓと直列コンデンサＣｓとの接続点に接続され他端がローサイド（低電圧側）のスイッチング素子Ｑ３と誘導コイル４１との接続点に接続された並列コンデンサＣｓと、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を交互にオンオフ駆動する駆動部２１とを備える。つまり、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４が交互にオンオフされることで、インダクタＬｓと直列コンデンサＣｓと並列コンデンサＣｓと負荷回路４とが構成する共振回路と直流電源回路１との接続が切り換えられ、この共振回路の共振により、直流電源回路１が出力した直流電力が高周波の交流電力に変換されて負荷回路４に供給される。すなわち、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３が請求項におけるスイッチング部を構成し、インダクタＬｓと直列コンデンサＣｓと並列コンデンサＣｓとが請求項における共振部を構成している。また、各スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３はそれぞれＮチャネル型のＦＥＴからなり、駆動部２１は、ハイサイド（高電圧側）のスイッチング素子Ｑ２のゲートに接続される端子Ｈｏｕｔとハイサイドのスイッチング素子Ｑ２のソースに接続される端子Ｈ−ＧＮＤとを有してこれらの端子間に矩形波状の駆動信号を出力することによってハイサイドのスイッチング素子Ｑ２をオンオフし、ローサイドのスイッチング素子Ｑ３のゲートに接続される端子Ｌｏｕｔとローサイドのスイッチング素子Ｑ３のソースに検出抵抗Ｒｄを介して接続される端子Ｌ−ＧＮＤとを有してこれらの端子間に矩形波状の駆動信号を出力することによってローサイドのスイッチング素子Ｑ３をオンオフする。さらに、駆動部２１は、制御端子ＣＯＮから流出する制御電流Ｉｏが多いほど高い動作周波数ｆでスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をオンオフする。通常、動作周波数ｆは、上述した共振回路の共振周波数（以下、単に「共振周波数」と呼ぶ。）よりも高い範囲とされ、従って、動作周波数ｆが低くなるほどインバータ回路２の出力電圧（以下、「コイル電圧」と呼ぶ。）Ｖｃｏｉｌの実効値やインバータ回路２の出力電力Ｗは高くなる。

制御回路３は、コイル電圧Ｖｃｏｉｌの実効値に応じた電圧を出力する電圧検出部３１と、電圧検出部３１の出力電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３２と、Ａ／Ｄ変換器３２によってＡ／Ｄ変換されて入力された電圧検出部３１の出力電圧に基いて、コイル電圧Ｖｃｏｉｌにおける動作周波数ｆよりも周波数が低い成分（リプル）の振幅（以下、「リプル電圧」と呼ぶ。）Ｖｒｉｐを検出するとともに検出されたリプル電圧Ｖｒｉｐに応じた電圧を出力する処理部３３と、処理部３３の出力電圧をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器３４と、非反転入力端子にＤ／Ａ変換器３４の出力電圧が入力されるとともに出力端子と反転入力端子とが接続されてボルテージホロワを構成するオペアンプＯＰ１とを備える。オペアンプＯＰ１の出力端子は、アノードを駆動部２１に向けたダイオードＤ２と抵抗Ｒ１との直列回路を介して駆動部２１の制御端子ＣＯＮに接続されている。すなわち、処理部３３の出力電圧に応じた電流（以下、「制御電流」と呼ぶ。）Ｉｏが駆動部２１の制御端子ＣＯＮから流出して制御回路３に流入する。

電圧検出部３１は、ローサイドのスイッチング素子Ｑ３と誘導コイル５との接続点にアノードが接続されるとともにカソードが抵抗Ｒ２を介して直列コンデンサＣｓと誘導コイル４１との接続点に接続されたダイオードＤ３と、このダイオードＤ３と抵抗Ｒ２との接続点にアノードが接続されてカソードが電圧検出部３１の出力端としてＡ／Ｄ変換器３２に出力されたダイオードＤ４と、このダイオードＤ４のカソードに一端が接続され他端がローサイドのスイッチング素子Ｑ３と誘導コイル４１との接続点に接続された抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２との並列回路とを備える。すなわち、コイル電圧ＶｃｏｉｌがダイオードＤ４で半波整流され抵抗Ｒ２，Ｒ３で分圧されコンデンサＣ２で平滑された電圧が、電圧検出部３１の出力電圧となる。

Ａ／Ｄ変換器３２と処理部３３とＤ／Ａ変換器３４とはそれぞれ例えば集積回路を用いて周知技術で実現可能であるので、詳細な図示並びに説明は省略する。

処理部３３の動作を説明する。既に述べたように、処理部３３は、Ａ／Ｄ変換器３２を介して入力された電圧検出部３１の出力に基いてリプル電圧Ｖｒｉｐを検出し、検出されたリプル電圧Ｖｒｉｐに応じた電圧を出力する。具体的には、例えば図３及び図４に示すようにリプル電圧Ｖｒｉｐが高いほど、図３にＡ１で示す安定点灯可能な範囲がＡ２で示すように狭くなったことになるので、これに対応して高い電圧を出力することにより制御電流Ｉｏを減少させて動作周波数ｆを低くし、インバータ回路２の出力電力Ｗを増加させる。

上記構成によれば、リプル電圧Ｖｒｉｐが高いほど動作周波数ｆを低くすることで、図１に示すようにインバータ回路２の出力電圧すなわちコイル電圧Ｖｃｏｉｌが安定してリプル電圧Ｖｒｉｐが低減されるから、無電極放電灯４２のちらつきや立ち消えが抑制される。

なお、動作周波数ｆの変更幅（低下幅）Δｆは、図４のように検出されたリプル電圧Ｖｒｉｐに対して連続的に単調増加させてもよいし、図５に示すようにリプル電圧Ｖｒｉｐが所定の閾値Ｖｔｈ以下であれば０としてリプル電圧Ｖｒｉｐが所定の閾値Ｖｔｈを上回ったときには正の一定値とするといったように段階的に変化させてもよい。図５の例では閾値Ｖｔｈが１個であって動作周波数ｆが２段階となっているが、閾値Ｖｔｈを複数個として動作周波数ｆを３段階以上に変化させることも可能である。

さらに、上記のような動作周波数ｆの制御の時定数を、発生する可能性があるリプルの周期の半分以下とすれば、図６に示すようにリプル電圧Ｖｒｉｐをさらに低減することができる。

上記の各種の無電極放電灯点灯装置は、図７や図８に示すように無電極放電灯４２とともに器具本体５１に保持して照明器具５を構成することができる。照明器具５は、器具本体５１の形状や構造を適宜選択することにより、図７のような街路灯としたり、図８のような防犯灯としたり、あるいは図示しないダウンライトとすることができる。このような各種の照明器具５はそれぞれ周知技術で実現可能であるので、詳細な図示並びに説明は省略する。本実施形態の無電極放電灯点灯装置を用いた照明器具５であれば、２個を互いに近接配置したときの相互誘導によるリプル電圧Ｖｒｉｐも抑制される。

本発明の実施形態におけるインバータ回路の出力電圧の波形と動作周波数との関係を示す説明図である。 同上を示す回路ブロック図である。 同上における動作周波数とインバータ回路の出力電力との関係を示す説明図である。 同上においてリプル電圧と動作周波数の変更幅との関係の一例を示す説明図である。 同上においてリプル電圧と動作周波数の変更幅との関係の別の例を示す説明図である。 同上の別の形態におけるインバータ回路の出力電圧の波形と動作周波数との関係を示す説明図である。 同上を用いた照明器具の一例を示す説明図である。 同上を用いた照明器具の別の例を示す説明図である。

符号の説明

１ 直流電源回路
２ インバータ回路
３ 制御回路
５ 照明器具
２１ 駆動部
４１ 誘導コイル
４２ 無電極放電灯
５１ 器具本体

Claims (5)

1. 無電極放電灯に近接配置される誘導コイルと、
   誘導コイルに対して交流電力を出力する電源回路と、
   電源回路を制御する制御回路とを備え、
   電源回路は、直流電源と、誘導コイル及び無電極放電灯とともに共振回路を構成する共振部と、直流電源と共振部との接続を切り換えるスイッチング部と、制御回路から動作周波数を指示され、共振部から誘導コイルに出力される交流電力の周波数を、制御回路によって指示された動作周波数とするように、スイッチング部を駆動する駆動部とを有し、
   制御回路は、電源回路の出力電圧における動作周波数よりも低い周波数の成分であるリプルの振幅を検出するとともに、検出されたリプルの振幅が大きいほど、動作周波数を前記共振回路の共振周波数に近くすることを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
2. 制御回路において、検出されたリプルの振幅に対する動作周波数の変更幅の関係は連続的であることを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯点灯装置。
3. 制御回路による動作周波数の制御の時定数は、発生し得るリプルの周期の半分以下であることを特徴とする請求項２記載の無電極放電灯点灯装置。
4. 制御回路において、検出されたリプルの振幅に対する動作周波数の変更幅の関係は段階的であることを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯点灯装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の無電極放電灯点灯装置と、無電極放電灯点灯装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする照明器具。

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