JP2010123523A - 放電灯点灯装置及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】 共振周波数の変動に応じた動作周波数の補正が自動的に行われる放電灯点灯装置及び照明器具を提供する。
【解決手段】 始動時、出力の周波数ｆを徐々に低下させて放電灯を始動させる始動スイープ動作ｔ４〜ｔ５の前には、放電灯を含む共振回路の放電灯が点灯した状態での共振周波数が取りうる範囲に対する高周波数側と低周波数側とでそれぞれ出力の周波数ｆを徐々に変化させるとともに出力電圧Ｖｘの振幅と出力の周波数ｆとの組のデータを複数組得るプレスイープ動作ｔ０〜ｔ１，ｔ２〜ｔ３と、プレスイープ動作中に得られた出力電圧Ｖｘの振幅と周波数ｆとの組のデータに基いて上記共振周波数を推定する共振周波数推定動作とが行われる。始動スイープ動作の終了時及び終了後の出力の周波数ｆｅは、共振周波数推定動作で推定された共振周波数とされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、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、放電灯に交流電流を供給して点灯させ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）。

この種の放電灯点灯装置として、例えば図１２に示すものがある。この放電灯点灯装置は、放電灯としての無電極放電灯４２に近接配置されて無電極放電灯４２とともに負荷回路４を構成する誘導コイル４１と、交流電源ＡＣから供給された交流電力を直流電力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高周波の交流電力に変換して誘導コイル４１に出力する電源回路としてのインバータ回路２と、インバータ回路２の出力の周波数を制御する制御回路３とを備える。

無電極放電灯４２は、例えばガラスのような透明な材料からなり中空であって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たバルブを有する。バルブの内面には紫外線を可視光に変換する蛍光体膜が塗布されており、誘導コイル４１が発生させる高周波電磁界によって上記のバルブ内にアーク放電が発生すると、発生した紫外線が上記の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Ｌ０とダイオードＤ０と出力コンデンサＣ０との直列回路と、インダクタＬ０とダイオードＤ０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Ｑ０と、出力コンデンサＣ０の両端電圧（すなわち直流電源回路１の出力電圧）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Ｑ０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（ブーストコンバータ）である。

インバータ回路２は、周知のいわゆるハーフブリッジ形であって、直流電源回路１の出力端間すなわち出力コンデンサＣ０の両端間に接続されたスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２との直列回路と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２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スイッチング素子Ｑ２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Ｃｐと、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２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Ｑ１，Ｑ２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Ｃｐと誘導コイル４１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誘導コイル４１に供給されるのであり、２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が請求項におけるスイッチング部を構成し、インバータ回路２のコンデンサＣｓ，ＣｐとインダクタＬｓとが請求項における共振部を構成する。また、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はそれぞれＮチャネル型のＦＥＴからなり、駆動部２１は、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートに対してそれぞれ矩形波状の駆動信号を出力することによって各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をそれぞれオンオフ駆動する。さらに、駆動部２１は、制御端子ＣＯＮを有し、制御端子ＣＯＮから流出する制御電流Ｉｏが多いほど、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオンオフする周波数、すなわちインバータ部２の出力の周波数（以下、「動作周波数」と呼ぶ。）ｆを高くする。より具体的には、駆動部２１は、図１３に示すように、制御端子ＣＯＮの電位（以下、「制御電圧」と呼ぶ。）ＶＩに応じた周波数でスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオンオフ駆動する周知の電圧制御発振器ＶＣＯと、定電圧源Ｅ０に一端が接続されて他端がグランドに接続された２個の抵抗Ｒａ，Ｒｂの直列回路とを備える。抵抗Ｒａ，Ｒｂの接続点は制御端子ＣＯＮに接続されている。電圧制御発振器ＶＣＯは図１４に示すように制御電圧ＶＩが低いほど動作周波数ｆを高くするものであって、制御電流Ｉｏが多くなると、低電圧側の抵抗Ｒｂに流れる電流が減少して制御電圧ＶＩが低くなることにより、動作周波数ｆが高くなる。

通常、図１５に示すように、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。）ｆｒの設計時の想定値ｆｒ０よりも高い範囲とされており、制御電流Ｉｏが少なくなって動作周波数ｆが低くなるほど、出力電圧Ｖｘの振幅｜Ｖｘ｜は大きくなり、インバータ回路２から誘導コイル４１に供給される電力は増加する。なお、図１５において、上側の曲線Ａ０，Ａ１は直流電圧Ｖｄｃが定常電圧Ｖｓであって且つ無電極放電灯４２が消灯している状態での出力電圧Ｖｘの振幅｜Ｖｘ｜と動作周波数ｆとの関係を示し、下側の曲線Ｂ０，Ｂ１は直流電圧Ｖｄｃが定常電圧Ｖｓであって且つ無電極放電灯４２が点灯している状態での出力電圧Ｖｘの振幅｜Ｖｘ｜と動作周波数ｆとの関係を示している。また、破線Ａ０，Ｂ０は設計時に想定された曲線を示し、実線Ａ１，Ｂ１は実際の使用状態での曲線の例を示す。共振周波数ｆｒ及びその想定値ｆｒ０は、無電極放電灯４２の点灯時と消灯時とで同じとなっている。

また、制御回路３は、無電極放電灯４２の始動時に動作周波数ｆを徐々に低下させることによりインバータ回路２から誘導コイル４１への出力電力を徐々に増加させるスイープ動作を行う始動スイープ回路３１を備える。

始動スイープ回路３１は、一端が定電圧源Ｅ１に接続された抵抗Ｒ１と、この抵抗Ｒ１の他端に一端が接続され他端が回路のグランドに接続された抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１とスイッチＳＷとの並列回路とを有する。また、始動スイープ回路３１は、反転入力端子が帰還抵抗Ｒ３を介して出力端子に接続されるとともに入力抵抗Ｒ４を介してグランドに接続されたオペアンプＯＰ１を備える。また、オペアンプＯＰ１の出力端子は、逆流防止用のダイオードＤ１と出力抵抗Ｒ５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。さらに、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子は抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１との接続点に接続されている。始動スイープ回路３１において、コンデンサＣ１の両端電圧が安定した状態での動作を考えると、スイッチＳＷがオンされている場合には、スイッチＳＷがオフされている場合に比べ、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子への入力電圧Ｖｃ１が低くなりオペアンプＯＰ１の出力電圧が低くなってスイープ電流Ｉｓｗが増加し動作周波数ｆが高くなることにより、インバータ回路２から誘導コイル４１に供給される電力は少なくなる。また、スイッチＳＷがオンからオフに切り換えられたときには、抵抗Ｒ１，Ｒ２とコンデンサＣ１とが構成する回路の時定数により、オペアンプＯＰ１の出力電圧が徐々に高くなりスイープ電流Ｉｓｗが徐々に減少することで動作周波数ｆが徐々に低くされインバータ回路２から誘導コイル４１への供給電力が徐々に増加する始動スイープ動作が行われる。そして、始動スイープ開始時の動作周波数（以下、「スイープ始点周波数」と呼ぶ。）ｆｓは、出力電圧Ｖｘの振幅｜Ｖｘ｜が無電極放電灯４２の始動に必要な値（以下、「始動電圧」と呼ぶ。）Ｖｔｈに達するときの動作周波数（以下、「始動周波数」と呼ぶ。）ｆｉがとり得る値よりも高くされている。さらに、始動スイープ終了時の動作周波数（以下、「スイープ終点周波数」と呼ぶ。）ｆｅは、共振周波数の想定値ｆｒ０と同じ値とされ、すなわち始動周波数ｆｉよりも低くされている。これにより、始動スイープ動作中に動作周波数ｆが確実に始動周波数ｆｉに達し、そのときに出力電圧Ｖｘの振幅｜Ｖｘ｜が無電極放電灯４２の始動に必要な値（以下、「始動電圧」と呼ぶ。）Ｖｔｈに達することにより、無電極放電灯４２のバルブ内で放電が開始されて無電極放電灯４２が点灯する。始動周波数ｆｉは回路部品の特性のばらつきや周囲温度等の環境の条件によっても変動するが、上記のような始動スイープ動作により、前記変動にもかかわらず確実に無電極放電灯４２の始動が可能となる。

また、上記のようなインバータ回路２の出力端には、誘導コイル４１に代えて、図１６に示すような熱陰極型の放電灯Ｌａと放電灯Ｌａのフィラメントの一端間に接続されたコンデンサＣｒとからなり放電灯Ｌａの各フィラメントの他端を入力端とする負荷回路４を接続することで、放電灯Ｌａを点灯させることもできる。
特開２００３−３３２０９０号公報

ここで、インバータ回路２のローサイドのスイッチング素子Ｑ２の両端間に接続された共振回路の共振周波数ｆｒは、コンデンサＣｓ，Ｃｐ，ＣｒやインダクタＬｓ等の回路部品の経年変化などの条件によって変化する。

特に、図１２の例のように無電極放電灯４２の点灯に用いるためにインバータ回路２の出力端間に誘導コイル４１が接続される場合、無電極放電灯４２の始動には比較的に高い電圧が必要なことにより、上記共振回路のＱ値は比較的に高くされる。このため、例えば誘導コイル４１と周囲の反射板等の金属製品との距離などの条件による共振周波数の変化で、動作周波数ｆ毎のインバータ回路２の出力電圧が大きく変化しやすい。さらに、図１７に示すように金属製の反射板６１が近接配置される場合、誘導コイル４１による高周波電磁界で例えば矢印Ｉｒで示すような誘導電流が反射板６１に発生することでリアクタンス成分が発生し、このリアクタンス成分は誘導コイル４１と反射板６１との距離によって変化するから、反射板６１の変形等によって誘導コイル４１と反射板６１との距離が変化すると、共振周波数ｆｒがさらに想定値ｆｒ０から離れることになる。

そして、特性が図１５における破線Ａ０，Ｂ０で示すような設計時に想定された特性から、図１５における実線Ａ１，Ｂ１で示すような特性に変化し、実際の共振周波数ｆｒが想定値ｆｒ０から高周波側にずれた場合には、始動スイープ動作の終了直前には動作周波数ｆが共振周波数ｆｒを通り過ぎる形となって出力電圧Ｖｘの振幅｜Ｖｘ｜が低下する。上記のような共振周波数ｆｒのずれが大きくなって出力電圧Ｖｘの振幅｜Ｖｘ｜が小さくなると、無電極放電灯４２の立ち消えが発生することも考えられる。

そこで、図１２の例では、上記のような共振周波数ｆｒの変化による出力の変化を抑えるために、一端がインバータ部２の駆動部２１の制御端子ＣＯＮに接続され他端がグランドに接続された可変抵抗器ＶＲが設けられている。すなわち、可変抵抗器ＶＲを操作して制御電流Ｉｏのうち可変抵抗器ＶＲを流れる電流による寄与分（以下、「調整電流」と呼ぶ。）Ｉｖｒを調整することにより、上記のような出力電圧Ｖｘの振幅｜Ｖｘ｜の低下を抑制することができる。しかし、上記のような可変抵抗器ＶＲを用いる場合、効果を得るためには、人の手で可変抵抗器ＶＲの抵抗値を変化させて調整電流Ｉｖｒを調整する必要があり、手間がかかる。

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、共振周波数の変動に応じた動作周波数の補正が自動的に行われる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、直流電力を入力されて放電灯を含む負荷回路に交流電力を供給する電源回路と、電源回路の出力電圧の振幅に応じた検出電圧を出力する電圧検出回路と、電源回路の出力の周波数である動作周波数を制御する制御回路とを備え、電源回路は、負荷回路とともに共振回路を構成する共振部と、直流電力が入力される入力端と共振部との接続を切り換える少なくとも１個のスイッチング素子を備えるスイッチング部とを有し、放電灯の始動時、制御回路は、前記共振回路の共振周波数が取りうる範囲の高周波数側と低周波数側とでそれぞれ動作周波数を徐々に変化させるとともに検出電圧と動作周波数との組のデータを複数組得るプレスイープ動作と、プレスイープ動作中に得られた検出電圧と動作周波数との組のデータに基いて前記共振回路の前記放電灯が点灯した状態での共振周波数を推定する共振周波数推定動作と、動作周波数を徐々に低下させることにより放電灯を始動させる始動スイープ動作とを行い、始動スイープ動作の終了後には動作周波数を始動スイープ動作の終了時の値に維持するものであって、制御回路は、始動スイープ動作の終了時の動作周波数を、共振周波数推定動作で推定された共振周波数とすることを特徴とする。

この発明によれば、始動スイープ動作の終了時及び終了後の動作周波数が、共振周波数の変動に応じて自動的に補正される。また、共振周波数が取りうる範囲の高周波数側と低周波数側とでそれぞれ得られたデータを共振周波数の推定に用いるので、共振周波数が取りうる範囲の片側で得られたデータのみを共振周波数の推定に用いる場合に比べ、共振周波数の推定の精度の向上が可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、制御回路は、共振周波数推定動作においては、前記共振回路の共振周波数が取りうる範囲の高周波数側と低周波数側とでそれぞれ、プレスイープ動作中に得られた検出電圧と動作周波数との組のデータに対して所定の関数によるフィッティングを行い、前記共振回路の共振周波数が取りうる範囲の高周波数側で得られた関数のグラフと、前記共振回路の共振周波数が取りうる範囲の低周波数側で得られた関数のグラフとの交点の周波数を、前記共振回路の前記放電灯が点灯した状態での共振周波数として推定することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、制御回路は、共振周波数推定動作においては、前記共振回路の共振周波数が取りうる範囲の高周波数側と低周波数側とでそれぞれ、検出電圧が所定の基準電圧となるときの動作周波数を得て、得られた２個の動作周波数をそれぞれｆｄ１，ｆｄ２として０＜ｎ＜１である定数ｎを用いた式（ｎ−１）ｆｄ１＋ｎｆｄ２で表される周波数を、前記共振回路の前記放電灯が点灯した状態での共振周波数として推定することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において、制御回路は、プレスイープ動作中、前記共振回路の共振周波数が取りうる範囲の高周波数側と低周波数側とでそれぞれ、検出電圧を所定の目標電圧に近づけるような比例制御を行うことを特徴とする。

この発明によれば、前記共振回路の共振周波数が取りうる範囲の高周波数側と低周波数側とでそれぞれ動作周波数の範囲を一定とする場合に比べ、プレスイープ動作中の動作周波数を前記共振周波数により近付けることができる。また、比例制御により、プレスイープ動作中、検出電圧が目標電圧に近いほど動作周波数の変化が遅くなることになるから、動作周波数の変化速度を一定とする場合に比べ、より共振周波数に近い位置での測定データがより多く得られやすくなる。以上により、共振周波数推定動作での共振周波数の推定の精度の向上が可能となる。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、制御回路は、外部から入力される信号に従って放電灯の点灯・消灯を交互に切り換える調光動作が可能であって、調光動作中、放電灯の再点灯毎に、終了時の動作周波数を共振周波数推定動作で推定された共振周波数とするような始動スイープ動作を行うことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかの発明において、負荷回路は、電源回路の出力端間に接続された誘導コイルと、透光性を有する材料からなるバルブに放電ガスが封入されてなり誘導コイルに近接配置された無電極放電灯とからなることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置と、放電灯点灯装置と負荷回路とをそれぞれ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の発明によれば、放電灯の始動時、制御回路は、前記共振回路の共振周波数が取りうる範囲の高周波数側と低周波数側とでそれぞれ動作周波数を徐々に変化させるとともに検出電圧と動作周波数との組のデータを複数組得るプレスイープ動作と、プレスイープ動作中に得られた検出電圧と動作周波数との組のデータに基いて前記共振回路の前記放電灯が点灯した状態での共振周波数を推定する共振周波数推定動作と、動作周波数を徐々に低下させることにより放電灯を始動させる始動スイープ動作とを行い、始動スイープ動作の終了後には動作周波数を始動スイープ動作の終了時の値に維持するものであって、制御回路は、始動スイープ動作の終了時の動作周波数を、共振周波数推定動作で推定された共振周波数とするので、始動スイープ動作の終了時及び終了後の動作周波数が、共振周波数の変動に応じて自動的に補正される。また、共振周波数が取りうる範囲の高周波数側と低周波数側とでそれぞれ得られたデータを共振周波数の推定に用いるので、共振周波数が取りうる範囲の片側で得られたデータのみを共振周波数の推定に用いる場合に比べ、共振周波数の推定の精度の向上が可能となる。

請求項４の発明によれば、制御回路は、プレスイープ動作中、前記共振回路の共振周波数が取りうる範囲の高周波数側と低周波数側とでそれぞれ、検出電圧を所定の目標電圧に近づけるような比例制御を行うので、前記共振回路の共振周波数が取りうる範囲の高周波数側と低周波数側とでそれぞれ動作周波数の範囲を一定とする場合に比べ、プレスイープ動作中の動作周波数を前記共振周波数により近付けることができる。また、比例制御により、プレスイープ動作中、検出電圧が目標電圧に近いほど動作周波数の変化が遅くなることになるから、動作周波数の変化速度を一定とする場合に比べ、より共振周波数に近い位置での測定データがより多く得られやすくなる。以上により、共振周波数推定動作での共振周波数の推定の精度の向上が可能となる。

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。

本実施形態の基本構成は図１２〜図１５で説明した従来例と共通であるので、共通する部分については同じ符号を付して図示並びに詳細な説明は省略する。

本実施形態は、図２に示すように、インバータ回路２が誘導コイル４１に出力する電圧（以下、「出力電圧」と呼ぶ。）Ｖｘの振幅が大きいほど高い電圧値の直流電圧である検出電圧Ｖｘｓを出力する電圧検出回路５を備える。電圧検出回路５は、整流用のダイオードと分圧用の抵抗と平滑用のコンデンサとで構成されている。

また、制御回路３は、プレスイープ回路３２及び終点補正回路３３を備える。プレスイープ回路３２と終点補正回路３３とは、それぞれ、アノードがインバータ回路２の駆動部２１の制御端子ＣＯＮに接続されたダイオードと、このダイオードのカソードに一端が接続された抵抗と、この抵抗の他端に出力端子が接続されるとともに反転入力端子が出力端子に接続されてボルテージホロワを構成するコンパレータとからなる。さらに、制御回路３は、ＭＰＵからなりプレスイープ回路３２と終点補正回路３３とのオペアンプの非反転入力端子にそれぞれＤ／Ａ変換器３４ａを介して接続された演算回路３４を備える。また、演算回路３４は、Ａ／Ｄ変換器３４ｂを介して電圧検出回路５の出力端に接続されている。さらに、演算回路３４には、外部から入力されて無電極放電灯４２の点灯・消灯を指示する制御信号が入力される。また、演算回路３４は、始動スイープ回路３１のオペアンプＯＰ１の出力端子にも接続されてスイープ電流Ｉｓｗを検出している。さらに、演算回路３４は、インバータ回路２の駆動部２１において制御端子ＣＯＮとは別途に設けられた停止用端子ＣＯＮ２に接続されており、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をともにオフ状態として負荷回路４（誘導コイル４１及び無電極放電灯４２）への給電を停止させるような制御も上記の停止用端子ＣＯＮ２への入力電圧によって可能となっている。

以下、本実施形態の制御回路３の動作を説明する。本実施形態の制御回路３は、制御信号が入力されたとき、始動スイープ回路３１による始動スイープ動作を開始する前に、インバータ部２のスイッチング素子Ｑ２の両端間に接続された共振回路（以下、単に「共振回路」と呼ぶ。）の共振周波数（以下、単に「共振周波数」と呼ぶ。）を推定するための測定データを得るプレスイープ動作と、プレスイープ動作中に得られた測定データに基いて共振回路の共振周波数を推定する共振周波数推定動作とを行い、続く始動スイープ動作では、共振周波数推定動作で推定された共振周波数を、動作周波数ｆの範囲の下限とする。

本実施形態の動作について具体的に説明する。演算回路３４は、図１に示すように、外部から入力される制御信号ＶｓｔがＨレベルとなったタイミングｔ０にプレスイープ動作を開始する。制御信号Ｖｓｔは所定の始動時間だけＨレベルに維持された後のタイミングｔ４にＬレベルに戻るものであって、始動スイープ回路３１のスイッチＳＷは、制御信号ＶｓｔがＨレベルからＬレベルとなったタイミングｔ４にオフされ、このとき始動スイープ動作が開始される。すなわち、プレスイープ動作と共振周波数推定動作とはそれぞれ制御信号Ｖｓｔが最初にＨレベルとなってからＬレベルとなるまでの期間ｔ０〜ｔ４中に行われる。

プレスイープ動作では、演算回路３４は、プレスイープ回路３２への出力電圧を変化させて駆動部２１からプレスイープ回路３２への流入電流Ｉｄを徐々に変化させることにより、共振周波数がとり得る範囲よりも高周波数側と低周波数側とで、それぞれ、無電極放電灯４２が始動しない（つまり放電が開始されない）範囲、すなわち従来例で説明した始動電圧Ｖｔｈに出力電圧Ｖｘの振幅｜Ｖｘ｜が達しない範囲で動作周波数ｆを徐々に変化させ、その間、動作周波数ｆと検出電圧Ｖｘｓとの組を上記の高周波数側と低周波数側とで複数組ずつ、測定データとして記憶する。図１の例では、所定の第１始点周波数ｆｓ１から、第１始点周波数ｆｓ１よりも低く且つ共振周波数がとり得る範囲に対して無電極放電灯４２が始動しない程度に（つまり、出力電圧Ｖｘの振幅｜Ｖｘ｜が始動電圧Ｖｔｈとなるような始動検出電圧Ｖｔｓに検出電圧Ｖｘｓが達しない程度に）十分に高い第１終点周波数ｆｅ１にかけて、所定時間ｔ０〜ｔ１をかけて徐々に動作周波数ｆを低下させる高周波側スイープ動作を行った後、所定時間ｔ１〜ｔ２にわたって各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をそれぞれオフさせる休止動作を行い、その後、所定の第２始点周波数ｆｓ２から、第２始点周波数ｆｓ２よりも高く且つ共振周波数がとり得る範囲に対して無電極放電灯４２が始動しない程度に（つまり、出力電圧Ｖｘの振幅｜Ｖｘ｜が始動電圧Ｖｔｈとなるような始動検出電圧Ｖｔｓに検出電圧Ｖｘｓが達しない程度に）十分に低い第２終点周波数ｆｅ２にかけて、所定時間ｔ２〜ｔ３をかけて徐々に動作周波数ｆを上昇させる低周波側スイープ動作を行っている。また、測定データの取得は、高周波側スイープ動作中と低周波側スイープ動作中とにそれぞれ複数回（例えば３回）ずつ行われている。なお、プレスイープ動作中に動作周波数ｆを変化させる方向は上記に限られず、例えば図３に示すように、第２始点周波数ｆｓ２を第２終点周波数ｆｅ２よりも低い周波数とすることで、低周波側スイープ動作でも徐々に動作周波数ｆを低下させるようにしてもよい。図３の例での第２始点周波数ｆｓ２は、図１の例での第２終点周波数ｆｅ２と同様にして決定することができる。

次の共振周波数推定動作では、演算回路３４は、共振周波数がとり得る範囲よりも高周波数側と低周波数側との両方について、それぞれ、プレスイープ動作中に得られた測定データに基いて動作周波数ｆと検出電圧Ｖｘｓとの関係を推定するとともに、共振周波数がとり得る範囲の高周波数側で得られた上記の関係と、低周波数側で得られた上記の関係とに基いて、共振周波数を推定する。具体的には、例えば図４に示すように、動作周波数ｆと検出電圧Ｖｘｓとの関係を一次関数に近似し、高周波側スイープ動作中に得られた測定データに対するフィッティングで得られた一次関数のグラフ（直線）と、低周波側スイープ動作中に得られた測定データに対するフィッティングで得られた一次関数のグラフ（直線）との交点の動作周波数ｆを、共振周波数であると推定する。上記のフィッティングには例えば最小２乗法のような周知の方法を用いることができる。なお、近似する関数（フィッティングに用いる関数）としては上記のような一次関数に限られず、例えば、検出電圧Ｖｘｓを、動作周波数ｆの二次関数ａｆ^２＋ｂｆ＋ｃに近似してもよいし、動作周波数ｆを指数とする数ｅ^ｂｆの一次関数ａｅ^ｂｆ＋ｃに近似してもよいし、動作周波数ｆの逆数１／ｆの一次関数ａ／ｆ＋ｂに近似してもよい。ここで、上記のａ，ｂ，ｃはそれぞれ測定データへのフィッティングによって決定される数である。上記のようにグラフが曲線となる関数に近似した場合にも、図５に示すように、高周波数側で得られた関数のグラフと低周波数側で得られた関数のグラフとの交点の周波数を共振周波数であると推定することができる。

そして、演算回路３４は、始動スイープ動作の開始後、終点補正回路３３に流入する電流（以下、「補正電流」と呼ぶ。）Ｉｃを終点補正回路３３への出力電圧によって制御し、これによって制御電流Ｉｏを補正することで、始動スイープ動作の終了時ｔ６の動作周波数（すなわち始動スイープ動作中の動作周波数ｆの最小値。以下、「スイープ終点周波数」と呼ぶ。）ｆｅを、共振周波数推定動作で推定された共振周波数とする。図１の例では、演算回路３４は、所定時間ｔ４〜ｔ６をかけて補正電流Ｉｃを徐々に増加させ、その後は、補正電流Ｉｃを、共振周波数推定動作で推定された共振周波数に応じた一定値（以下、「定常補正電流」と呼ぶ。）Ｉｃｓに保っている。この結果、始動スイープ動作の開始時ｔ４の動作周波数（以下、「スイープ始点周波数」と呼ぶ）ｆｓは破線で示すように補正電流Ｉｃを０とした場合と同じとなる一方、スイープ終点周波数ｆｅは、補正電流Ｉｃを０とした場合でのスイープ終点周波数ｆｅ０に対して定常補正電流Ｉｃｓに応じた値だけ高くなっている。本実施形態では、スイープ始点周波数ｆｓは第１始点周波数ｆｓ１と等しい周波数とされている。

さらに、図１の例では、制御信号Ｖｓｔは、最初にＨレベルからＬレベルに低下した後、所定のオン時間だけＬレベルとなった後に所定のオフ時間だけＨレベルとなるという変化を、動作周波数ｆよりも十分に低い周波数で繰り返している。制御信号ＶｓｔがＨレベルとなったときｔ７，ｔ１０，ｔ１３に始動スイープ回路３１のスイッチＳＷがオンされることで動作周波数ｆが高くなって無電極放電灯４２が消灯され、次に制御信号ＶｓｔがＬレベルとなったときｔ８，ｔ１１に再び始動スイープ回路３１のスイッチＳＷがオフされることで始動スイープ動作が開始され、この始動スイープ動作中に動作周波数ｆが始動周波数ｆｉに達したタイミングｔ９，ｔ１２で無電極放電灯４２が再点灯する。すなわち、上記の点灯と消灯との繰り返しにより無電極放電灯４２の光出力の制御（調光）が行われているのであり、制御信号ＶｓｔによるＰＷＭ制御が行われている。上記のような制御信号Ｖｓｔの周波数は人の目にちらつきが認識されない程度に高いことが望ましく、例えば１００Ｈｚ以上とする。また、上記の２回目以降の始動スイープ動作では、最初から補正電流Ｉｃが定常補正電流Ｉｃｓに達していることにより、補正電流Ｉｃを０とした場合（図１の破線）に比べた動作周波数ｆの上昇幅は始動スイープ動作の全体にわたって一定となっている。

上記構成によれば、始動スイープ動作の終了時ｔ６以後の動作周波数であるスイープ終点周波数ｆｅを、プレスイープ動作で得られた測定データに基いて共振周波数推定動作で推定された共振周波数とするので、部品の経年変化や周囲温度等による共振周波数の変動に合わせてスイープ終点周波数ｆｅが補正されることになって始動スイープ動作の終了時ｔ６以後にも無電極放電灯４２への供給電力が確保され、立ち消えが抑制される。また、スイープ終点周波数ｆｅの変更すなわち定常補正電流Ｉｃｓの変更は自動的に行われるから、図１２の従来例における可変抵抗ＶＲのような素子を用いて手動で調整を行う場合と違って手間がかからない。

また、共振周波数がとり得る範囲の両側でそれぞれ得た測定データを共振周波数の推定に用いていることにより、共振周波数がとり得る範囲の片側で得た測定データのみを共振周波数の推定に用いる場合に比べ、共振周波数の推定の精度の向上が可能となる。

なお、プレスイープ動作において、上記のように第１終点周波数ｆｅ１や第２終点周波数ｆｅ２を一定とする代わりに、図６に示すように、高周波側スイープ動作と低周波側スイープ動作とで、それぞれ検出電圧Ｖｘｓを所定の目標電圧Ｖｔｇに近づけるような比例制御を動作周波数ｆに対して行ってもよい。ここで、第１終点周波数ｆｅ１や第２終点周波数ｆｅ２を一定とする場合には、プレスイープ動作中の無電極放電灯４２を確実に避けようとすると、共振周波数の変動を考慮して第１終点周波数ｆｅ１や第２終点周波数ｆｅ２と共振周波数との差を比較的に大きくする必要がある。これに対し、上記のような比例制御を採用すれば、プレスイープ動作中の無電極放電灯４２を確実に避けながらも、第１終点周波数ｆｅ１や第２終点周波数ｆｅ２を共振周波数により近くすることができる。また、図７に示すように、高周波側スイープ動作と低周波側スイープ動作とのそれぞれにおいて、動作周波数ｆが共振周波数から離れた開始時よりも、動作周波数ｆが共振周波数により近い終了時に動作周波数ｆの変化が遅くなるから、動作周波数ｆの変化速度を一定とする場合に比べ、より共振周波数に近い位置での測定データがより多く得られやすくなる。以上により、共振周波数推定動作での共振周波数の推定の精度が向上する。さらに、図７の例では、始動スイープ動作の開始時から終了時にかけて動作周波数ｆの変化速度を徐々に遅くしている。このような動作は周知技術で実現可能であるので、詳細な説明は省略する。

また、共振周波数推定動作は上記のようなものに限られず、例えば、図８に示すように、検出電圧Ｖｘｓが所定の基準電圧Ｖｄとなるときの動作周波数（以下、「基準周波数」と呼ぶ。）ｆｄ１，ｆｄ２を高周波側スイープ動作と低周波側スイープ動作とでそれぞれ得て、共振周波数推定動作では基準周波数ｆｄ１，ｆｄ２に基いて共振周波数を推定してもよい。具体的には、０＜ｎ＜１である定数ｎを用いて、基準周波数ｆｄ１，ｆｄ２の加重和（１−ｎ）ｆｄ１＋ｎｆｄ２を共振周波数と推定し、これをスイープ終点周波数ｆｅとする。上記の定数ｎは実際の回路の特性に応じて適宜選択すればよく、例えば動作周波数ｆと検出電圧Ｖｘｓとの関係を示す図８のようなグラフの形状が共振周波数に関して対称である場合には上記の定数ｎは０．５となる。

さらに、回路構成は図２のようなものに限られず、例えば図９に示すように、制御回路３において始動スイープ回路３１とプレスイープ回路３２とをそれぞれ省略し、補正電流Ｉｃのみで制御電流Ｉｏが決定されるようにしてもよい。この場合、動作周波数ｆは演算回路３４から終点補正回路３３への出力電圧のみによって決定される。この構成を採用すれば、演算回路３４のプログラムによって図１と同様の動作が実現可能でありながらも、部品点数を削減することができる。

また、従来例で説明した始動電圧Ｖｔｈや始動周波数ｆｉは周囲温度によって変動するので、周囲温度を検出する温度検出部（図示せず）を設けるとともに、温度検出部によって検出された温度に応じて制御回路３が始点周波数ｆｓ１，ｆｓ２や終点周波数ｆｅ１，ｆｅ２や目標電圧Ｖｔｇを変更してもよい。上記のような温度検出部は周知技術によって実現可能であるので、図示並びに説明は省略する。

上記各種の放電灯点灯装置は、図１０や図１１に示すような照明器具６に用いることができる。上記の各照明器具６は、それぞれ、直流電源回路１とインバータ回路２と制御回路３と誘導コイル４１と無電極放電灯４２とをそれぞれ収納した器具本体６０を備える。図１０の照明器具６は路傍に配設され、図１１の照明器具６は電柱ＰＯに対して固定されるといったように、上記の各照明器具６はそれぞれ屋外に設置して用いられるものであって、器具本体６０は防水性を有する。上記のような照明器具６は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。

本発明の実施形態において出力電圧と動作周波数と制御信号と補正電流との波形の例を示す説明図である。 同上を示す回路ブロック図である。 プレスイープ動作の別の例を示す説明図である。 共振周波数推定動作の一例を示す説明図である。 共振周波数推定動作の別の例を示す説明図である。 プレスイープ動作の更に別の例を示す説明図である。 図６のプレスイープ動作による動作周波数の変化を示す説明図である。 共振周波数推定動作の更に別の例を示す説明図である。 同上の変更例を示す回路ブロック図である。 同上を用いた照明器具の一例を示す、一部破断した正面図である。 同上を用いた照明器具の別の例を示す正面図である。 従来例を示す回路ブロック図である。 同上におけるインバータ回路の駆動部を示す回路ブロック図である。 同上における制御電圧と動作周波数との関係を示す説明図である。 同上の動作を示す説明図である。 負荷回路の別の例を示す回路図である。 無電極放電灯を用いる場合に発生する課題を示す説明図である。

符号の説明

２ インバータ回路（請求項における電源回路）
３ 制御回路
４ 負荷回路
５ 電圧検出回路
６ 照明器具
４１ 誘導コイル
４２ 無電極放電灯
６０ 器具本体
Ｌａ 放電灯
Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子

Claims (7)

1. 直流電力を入力されて放電灯を含む負荷回路に交流電力を供給する電源回路と、
   電源回路の出力電圧の振幅に応じた検出電圧を出力する電圧検出回路と、
   電源回路の出力の周波数である動作周波数を制御する制御回路とを備え、
   電源回路は、負荷回路とともに共振回路を構成する共振部と、直流電力が入力される入力端と共振部との接続を切り換える少なくとも１個のスイッチング素子を備えるスイッチング部とを有し、
   放電灯の始動時、制御回路は、前記共振回路の共振周波数が取りうる範囲の高周波数側と低周波数側とでそれぞれ動作周波数を徐々に変化させるとともに検出電圧と動作周波数との組のデータを複数組得るプレスイープ動作と、プレスイープ動作中に得られた検出電圧と動作周波数との組のデータに基いて前記共振回路の前記放電灯が点灯した状態での共振周波数を推定する共振周波数推定動作と、動作周波数を徐々に低下させることにより放電灯を始動させる始動スイープ動作とを行い、始動スイープ動作の終了後には動作周波数を始動スイープ動作の終了時の値に維持するものであって、
   制御回路は、始動スイープ動作の終了時の動作周波数を、共振周波数推定動作で推定された共振周波数とすることを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 制御回路は、共振周波数推定動作においては、前記共振回路の共振周波数が取りうる範囲の高周波数側と低周波数側とでそれぞれ、プレスイープ動作中に得られた検出電圧と動作周波数との組のデータに対して所定の関数によるフィッティングを行い、前記共振回路の共振周波数が取りうる範囲の高周波数側で得られた関数のグラフと、前記共振回路の共振周波数が取りうる範囲の低周波数側で得られた関数のグラフとの交点の周波数を、前記共振回路の前記放電灯が点灯した状態での共振周波数として推定することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 制御回路は、共振周波数推定動作においては、前記共振回路の共振周波数が取りうる範囲の高周波数側と低周波数側とでそれぞれ、検出電圧が所定の基準電圧となるときの動作周波数を得て、得られた２個の動作周波数をそれぞれｆｄ１，ｆｄ２として０＜ｎ＜１である定数ｎを用いた式（ｎ−１）ｆｄ１＋ｎｆｄ２で表される周波数を、前記共振回路の前記放電灯が点灯した状態での共振周波数として推定することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
4. 制御回路は、プレスイープ動作中、検出電圧を所定の目標電圧に近づけるような比例制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置。
5. 制御回路は、外部から入力される信号に従って放電灯の点灯・消灯を交互に切り換える調光動作が可能であって、調光動作中、放電灯の再点灯毎に、終了時の動作周波数を共振周波数推定動作で推定された共振周波数とするような始動スイープ動作を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置。
6. 負荷回路は、電源回路の出力端間に接続された誘導コイルと、透光性を有する材料からなるバルブに放電ガスが封入されてなり誘導コイルに近接配置された無電極放電灯とからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置と、放電灯点灯装置と負荷回路とをそれぞれ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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