JP2010177174A - Discharge lamp lighting device and illumination fixture - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a discharge lamp lighting device and a lighting fixture.
放電灯点灯装置が連続調光動作する場合、動作周波数とランプ電流の特性カーブにおいて、異なるランプ電流値にて、動作周波数が同じ値となる周波数範囲でジャンプ現象に似た動作により、動作が不安定になるといった課題がある。そのため、従来の放電灯点灯装置では、フィードバック制御回路を用いて、連続調光動作をさせていた。 When the discharge lamp lighting device performs continuous dimming operation, the operation curve and the lamp current characteristic curve are different from each other in the frequency range where the operation frequency is the same value at different lamp current values, and the operation is not performed. There is a problem of becoming stable. Therefore, in the conventional discharge lamp lighting device, the continuous light control operation is performed using the feedback control circuit.
例えば、特許文献1には、電力フィードバックを用い、ジャンプ現象の対策を行うことが記載されている。例えば、特許文献2、特許文献3には、電力フィードバックを用い、異なる定格値を有する放電灯に自動的に適合でき、適切な点灯を行うことができることが記載されている。また、積分器を設けることで、基準電圧の変更に伴う急激な放電灯の明るさ(光出力)の変化を抑制し、使用時の快適性にも優れた放電灯点灯装置とすることも記載されている。
For example,
従来、フィードバック制御回路等を用いずに、連続調光動作する場合、上記のような不具合が発生する。また、フィードバック制御回路の定数が適切でない場合も、同様の不具合が発生する。しかしながら、フィードバック制御回路は高価で複雑であるという課題があった。 Conventionally, when continuous light control operation is performed without using a feedback control circuit or the like, the above-described problems occur. A similar problem occurs when the constants of the feedback control circuit are not appropriate. However, there is a problem that the feedback control circuit is expensive and complicated.
本発明は、例えば、フィードバック制御回路を用いずに安定した連続調光動作を行う放電灯点灯装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is, for example, to provide a discharge lamp lighting device that performs a stable continuous dimming operation without using a feedback control circuit.
本発明の一の態様に係る放電灯点灯装置は、直流電源から出力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り高周波の交流電圧に変換して出力するインバータ回路を具備し、前記インバータ回路から出力される交流電圧を放電灯に印加することにより前記放電灯を点灯させる放電灯点灯装置であり、前記インバータ回路に対して前記スイッチング素子のスイッチング周波数を設定することにより前記放電灯の調光制御を行う周波数設定部であって、前記スイッチング素子のスイッチング周波数の所定範囲を動作禁止範囲として、前記動作禁止範囲に含まれないスイッチング周波数を設定する周波数設定部を備えることを特徴とする。 A discharge lamp lighting device according to one aspect of the present invention includes an inverter circuit that converts a DC voltage output from a DC power source into a high-frequency AC voltage by switching with a switching element, and outputs the inverter circuit from the inverter circuit. A discharge lamp lighting device for lighting the discharge lamp by applying an output AC voltage to the discharge lamp, and dimming control of the discharge lamp by setting a switching frequency of the switching element for the inverter circuit A frequency setting unit configured to set a switching frequency not included in the operation prohibited range, with a predetermined range of the switching frequency of the switching element as an operation prohibited range.
本発明の一の態様によれば、放電灯点灯装置において、インバータ回路に対してスイッチング素子のスイッチング周波数を設定することにより放電灯の調光制御を行う周波数設定部が、前記スイッチング素子のスイッチング周波数の所定範囲を動作禁止範囲として、前記動作禁止範囲に含まれないスイッチング周波数を設定するため、フィードバック制御回路を用いずに安定した連続調光動作を行うことが可能となる。 According to one aspect of the present invention, in the discharge lamp lighting device, the frequency setting unit that performs dimming control of the discharge lamp by setting the switching frequency of the switching element with respect to the inverter circuit includes the switching frequency of the switching element. Since the switching frequency not included in the operation prohibition range is set with the predetermined range as the operation prohibition range, stable continuous dimming operation can be performed without using a feedback control circuit.
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、本実施の形態に係る照明器具10の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a
図1において、照明器具10は、放電灯点灯装置11、放電灯点灯装置11に接続された電源端子台12及びランプソケット13を備えている。電源端子台12は、外部の商用電源14とつながる電力線15に接続されている。ランプソケット13には、不図示の放電灯が取り付けられる。放電灯点灯装置11は、電源端子台12を介して商用電源14により給電され、ランプソケット13に取り付けられた放電灯の点灯制御及び調光制御を行う。
In FIG. 1, the
図2は、本実施の形態に係る放電灯点灯装置11の構成を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of the discharge
図2において、放電灯点灯装置11は、直流電源回路21、インバータ回路22、負荷回路23、HVIC24(高耐圧集積回路)、動作周波数設定回路25を備えている。
In FIG. 2, the discharge
直流電源回路21は、整流回路(例えばダイオードブリッジ)、昇圧チョッパ回路等からなる。整流回路は、商用電源14の交流電圧を整流し、直流電圧に変換して出力する。昇圧チョッパ回路は、整流回路から出力される直流電圧を昇圧して出力する。図中、Vmは昇圧チョッパ回路の出力電圧を表している。
The DC
インバータ回路22は、スイッチング素子を具備する。図中、Q1、Q2はスイッチング用MOS−FETを表している。スイッチング用MOS−FETはスイッチング素子の例である。インバータ回路22は、Q1及びQ2のオン/オフを繰り返すことで昇圧チョッパ回路の出力電圧Vmを高周波交流電圧に変換して出力する。
The
負荷回路23は、バラストチョーク、始動用コンデンサ、カップリングコンデンサを具備する。図中、Lはバラストチョーク、Cは始動用コンデンサ、Ccはカップリングコンデンサを表している。負荷回路23には放電灯が接続され、放電灯はインバータ回路22から出力される高周波交流電圧によって点灯される。図中、LAMPは放電灯を表している。
The
HVIC24は、インバータ回路22のQ1及びQ2に、インバータ回路22が動作する動作周波数(Q1及びQ2のスイッチングをするスイッチング周波数、LAMPを点灯する点灯周波数)を指令する。インバータ回路22は、高周波交流電圧を負荷回路23に供給してLAMPを点灯させる。また、HVIC24からの指令に従って動作周波数を変更してLAMPの明るさを制御する(即ち、LAMPの調光制御を行う)。図中、VccはHVIC24の電源、Rcは負荷回路23の負荷電流をモニタする抵抗である。
The HVIC 24 commands the operating frequency (the switching frequency for switching between Q1 and Q2 and the lighting frequency for lighting LAMP) to operate the
ここで、放電灯点灯装置11について、図3に示すような動作周波数とランプ電流の特性カーブ(特性曲線)が描ける。図3において、動作周波数が一定以上高くなると同一動作周波数に対するランプ電流値が複数存在している。
Here, with respect to the discharge
動作周波数設定回路25は、上記特性カーブにおける同一動作周波数で複数のランプ電流値が存在する動作周波数範囲をインバータ回路22が動作しないように動作禁止範囲と設定し、同一動作周波数で複数のランプ電流値が存在する動作周波数範囲の最小値未満の動作周波数範囲をインバータ回路22が動作する動作範囲と設定する。後述するように、動作周波数設定回路25は、外部から調光指令を受けると、調光指令に従って、HVIC24がインバータ回路22のQ1及びQ2に指令する動作周波数を動作範囲内で制御する。
The operating
上記のように、本実施の形態では、インバータ回路22は、直流電源(直流電源回路21)から出力される直流電圧(Vm)をスイッチング素子(Q1及びQ2)でスイッチングすることにより高周波の交流電圧に変換して出力する。放電灯点灯装置11は、インバータ回路22から出力される交流電圧を放電灯(LAMP)に印加することにより放電灯(LAMP)を点灯させる。周波数設定部(HVIC24及び動作周波数設定回路25)は、インバータ回路22に対してスイッチング素子(Q1及びQ2)のスイッチング周波数を設定することにより放電灯(LAMP)の調光制御を行う。このとき、周波数設定部(HVIC24及び動作周波数設定回路25)は、スイッチング素子(Q1及びQ2)のスイッチング周波数の所定範囲を動作禁止範囲として、動作禁止範囲に含まれないスイッチング周波数を設定する。所定範囲とは、例えば図3に示したように、スイッチング素子(Q1及びQ2)のスイッチング周波数に対する放電灯(LAMP)の電流値の特性曲線にて、同一のスイッチング周波数に対応する電流値が複数存在する範囲である。
As described above, in the present embodiment, the
本実施の形態では、周波数設定部(HVIC24及び動作周波数設定回路25)は、動作禁止範囲の最小値未満を動作範囲とし、動作範囲に含まれるスイッチング周波数を設定する。この場合、動作範囲は、例えば図3に示したように、スイッチング素子(Q1及びQ2)のスイッチング周波数に対する放電灯(LAMP)の電流値の特性曲線にて、同一のスイッチング周波数に対応する電流値が複数存在するスイッチング周波数の最小値未満の範囲になる。
In the present embodiment, the frequency setting unit (
本実施の形態によれば、放電灯点灯装置11が上記のような周波数設定部を備えているため、フィードバック制御回路を用いずに安定した連続調光動作を行うことが可能となる。
According to the present embodiment, since the discharge
図4は、図2に示した動作周波数設定回路25の構成例を示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration example of the operating
図4において、動作周波数設定回路25は、コンデンサC1、抵抗R1のほか、それぞれスイッチSW2,SW3,・・・,SWnによってオン/オフされる抵抗R2,R3,・・・,Rnを具備する。R1及びR2,R3,・・・,Rnはいずれも固定抵抗であるものとする。動作周波数fopは、C1の容量と、R1及びR2,R3,・・・,Rnの合成抵抗Rsとに基づき、HVIC24にて、例えば動作周波数fop=1.41/(Rs×C1)のように決まる。そのため、動作周波数設定回路25は、調光指令回路31から入力される調光指令電圧によりSW2,SW3,・・・,SWnをオン/オフしてRsを制御することで、動作周波数を変更し、調光動作を行う。前述したように、動作周波数設定回路25が動作周波数を変更する範囲は、図3に示した動作範囲である。なお、調光指令回路31は、放電灯点灯装置11に具備されてもよいし、照明器具10が備える他の装置に具備されてもよい。調光指令回路31は、照明制御装置等に実装された調光器から調光信号を受信し、調光信号に応じた調光指令電圧をSW2,SW3,・・・,SWnに印加する。
4, the operating
上記例では、R1及びR2,R3,・・・,Rnはいずれも固定抵抗であるものとしたが、R1を可変抵抗としてもよい。この場合、SW2,SW3,・・・,SWn、及び、R2,R3,・・・,Rnは不要となる。 In the above example, R1 and R2, R3,..., Rn are all fixed resistors, but R1 may be a variable resistor. In this case, SW2, SW3,..., SWn, and R2, R3,.
以下では、本実施の形態に係る放電灯点灯装置11と、フィードバック制御回路を備えた放電灯点灯装置とを対比する。
Below, the discharge
図5は、フィードバック制御回路を備えた放電灯点灯装置81の構成を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a discharge
図5において、放電灯点灯装置81は、図2に示した放電灯点灯装置11と同様に、直流電源回路91、インバータ回路92、負荷回路93、HVIC94、動作周波数設定回路95を備えるほか、FB回路96(フィードバック制御回路)を備えている。
In FIG. 5, the discharge
図6(a)は、図5に示した動作周波数設定回路95の構成例を示す回路図である。図6(b)は、図5に示したFB回路96の構成例を示す回路図である。
FIG. 6A is a circuit diagram showing a configuration example of the operating
図6(a)において、動作周波数設定回路95は、コンデンサC1、抵抗R1,R2、ダイオードD1を具備する。図6(b)において、FB回路96は、コンデンサC2、抵抗R3、オペアンプ97を具備する。調光指令回路31は、図4に示したものと同様に、照明制御装置等に実装された調光器から調光信号を受信し、調光信号に応じた調光指令電圧をオペアンプ97の反転端子入力(IN+)に印加する。オペアンプ97の非反転端子入力(IN−)には、負荷電流をモニタするRcにてセンスされた電圧が印加される。オペアンプ97は、非反転端子(IN−)の電圧(制御量)が反転端子(IN+)の電圧(指令値)と等しくなるように、出力電圧(以下、Voutと表す)を変える。即ち、オペアンプ97は、調光指令電圧に基づいてB部の電圧を調節する。動作周波数設定回路95のC部は、HVIC94と接続されており、定電圧源(以下、Vrと表す)となっている。電流I1は、I1=Vr/R1となる。また、電流I2は、I2=(Vr−Vout−Vf)/R2となる。ここで、Vfは、D1のオン電圧を表している。動作周波数fopは、I1,I2と、C1の容量と、Vrとに基づき、HVIC94にて、例えば動作周波数fop=(1.41×(I1+I2))/(C1×Vr)のように決まる。そのため、動作周波数設定回路95及びFB回路96は、オペアンプ97からの出力電圧を制御することで、動作周波数を変更し、調光動作を行う。オペアンプ97により制御量が指令値となるように帰還制御しているため、制御量の不意な変化に対して安定した調光制御が可能となる。なお、C2、R3は積分器として用いている。
In FIG. 6A, the operating
図3の動作周波数とランプ電流の関係を示したグラフのような特性をもつ放電灯点灯装置では、フィードバック制御を行わない場合、ランプ電流190mA付近で調光動作が不安定となる。具体的にはランプ電流190mAで暫くすると、LAMPが立消える。グラフより、動作周波数とランプ電流の特性カーブにて、ランプ電流190mAに対応する動作周波数は動作禁止範囲に含まれている(具体的には、動作禁止範囲の最小値となっている)から、ジャンプ現象が発生したためであるということがわかる。一方、フィードバック制御を行った場合、ランプ電流10mAまで上記のような不具合が発生しない。また、本実施の形態のように、動作周波数とランプ電流の特性カーブの動作範囲で調光動作する設計とすれば、上記のような不具合が発生しないことになる。本実施の形態によれば、高価で複雑なフィードバック制御回路を用いる必要がなくなり、安価で簡単な回路構成にて、安定した調光制御を行うことが可能となる。 In the discharge lamp lighting device having the characteristics shown in the graph showing the relationship between the operating frequency and the lamp current in FIG. 3, the dimming operation becomes unstable in the vicinity of the lamp current of 190 mA when feedback control is not performed. Specifically, after a while at a lamp current of 190 mA, LAMP disappears. From the graph, in the characteristic curve of the operating frequency and the lamp current, the operating frequency corresponding to the lamp current of 190 mA is included in the operation prohibited range (specifically, the minimum value of the operation prohibited range). It can be seen that this is because a jump phenomenon has occurred. On the other hand, when feedback control is performed, the above-described problem does not occur up to a lamp current of 10 mA. Further, if the dimming operation is designed in the operating range of the characteristic curve of the operating frequency and the lamp current as in the present embodiment, the above problems do not occur. According to the present embodiment, it is not necessary to use an expensive and complicated feedback control circuit, and stable dimming control can be performed with an inexpensive and simple circuit configuration.
図7は、図2に示した回路の等価回路である。 FIG. 7 is an equivalent circuit of the circuit shown in FIG.
図7において、Vは電源電圧、Lはバラストチョーク、Cは始動コンデンサ、IRはランプ電流、Rはランプインピーダンスである。このとき、動作周波数とランプ電流の関係は以下の通りである。
異なるランプ電流をIR1,IR2と、対になるランプインピーダンスをR1,R2(ランプ電圧―電流特性による)とした場合、上記式より、以下の関係が成り立つ場合に、異なるランプ電流値にて動作周波数が同じ値となるといえる。
即ち、上記の関係が成り立つ場合に、周波数f(IR1,R1)=f(IR2,R2)となる。 That is, when the above relationship holds, the frequency f (I R1 , R1) = f (I R2 , R2).
例えば、上記のように、動作周波数とランプ電流の関係から、異なるランプ電流値にて動作周波数が同じ値となる周波数の最小値未満の周波数範囲(動作範囲)を算出することが可能である。なお、動作範囲においては、動作周波数とランプ電流の関係が1対1の関係となる。 For example, as described above, from the relationship between the operating frequency and the lamp current, it is possible to calculate a frequency range (operating range) that is less than the minimum value of the frequencies at which the operating frequency becomes the same value at different lamp current values. In the operating range, the relationship between the operating frequency and the lamp current is a one-to-one relationship.
実施の形態2.
本実施の形態について、主に実施の形態1との差異を説明する。
Embodiment 2. FIG.
In the present embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described.
図3に示したような動作周波数とランプ電流の特性カーブは、例えば温度によって変化する。そこで、本実施の形態では、放電灯点灯装置11が温度センサを用いて現在温度を測定し、現在温度に応じて予め定義された動作禁止範囲及び動作範囲を基に、インバータ回路22の動作周波数を設定する。
The characteristic curve of the operating frequency and the lamp current as shown in FIG. 3 varies depending on the temperature, for example. Therefore, in the present embodiment, the discharge
図示していないが、放電灯点灯装置11は、図2に示したものと同様に、直流電源回路21、インバータ回路22、負荷回路23、HVIC24、動作周波数設定回路25を備えるほか、記憶装置、温度センサを備えている。
Although not shown, the discharge
記憶装置には、温度に応じて動作禁止範囲及び動作範囲を定義した定義データが予め記憶されている。温度センサは、所定のタイミングで(例えば1時間ごとに)温度を測定する。周波数設定部(前述したHVIC24及び動作周波数設定回路25のほか、マイクロコンピュータ等から構成される)は、記憶装置から定義データを読み取り、読み取った定義データで定義された動作禁止範囲及び動作範囲の中から、温度センサで測定された温度に対応するものを特定する。そして、特定した動作範囲に含まれるスイッチング周波数を設定する(即ち、特定した動作禁止範囲に含まれないスイッチング周波数を設定する)。これにより、本実施の形態では、より正確な調光制御が可能となる。
The storage device stores in advance definition data that defines the operation prohibition range and the operation range according to the temperature. The temperature sensor measures the temperature at a predetermined timing (for example, every hour). The frequency setting unit (comprising a microcomputer in addition to the
10 照明器具、11 放電灯点灯装置、12 電源端子台、13 ランプソケット、14 商用電源、15 電力線、21 直流電源回路、22 インバータ回路、23 負荷回路、24 HVIC、25 動作周波数設定回路、31 調光指令回路、81 放電灯点灯装置、91 直流電源回路、92 インバータ回路、93 負荷回路、94 HVIC、95 動作周波数設定回路、96 FB回路、97 オペアンプ。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記インバータ回路に対して前記スイッチング素子のスイッチング周波数を設定することにより前記放電灯の調光制御を行う周波数設定部であって、前記スイッチング素子のスイッチング周波数の所定範囲を動作禁止範囲として、前記動作禁止範囲に含まれないスイッチング周波数を設定する周波数設定部を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。 An inverter circuit that converts a DC voltage output from a DC power source into a high-frequency AC voltage by switching with a switching element and outputs the AC voltage, and applying the AC voltage output from the inverter circuit to the discharge lamp is provided. In a discharge lamp lighting device for lighting a discharge lamp,
A frequency setting unit that performs dimming control of the discharge lamp by setting a switching frequency of the switching element with respect to the inverter circuit, wherein the operation is performed with a predetermined range of the switching frequency of the switching element as an operation prohibition range. A discharge lamp lighting device comprising a frequency setting unit for setting a switching frequency not included in the prohibited range.
温度に応じて前記動作禁止範囲を定義した定義データを予め記憶する記憶装置と、
温度を測定する温度センサとを備え、
前記周波数設定部は、前記記憶装置から前記定義データを読み取り、読み取った定義データで定義された、前記温度センサで測定された温度に対応する前記動作禁止範囲に含まれないスイッチング周波数を設定することを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の放電灯点灯装置。 The discharge lamp lighting device further includes:
A storage device for preliminarily storing definition data defining the operation prohibition range according to temperature;
A temperature sensor for measuring the temperature,
The frequency setting unit reads the definition data from the storage device, and sets a switching frequency defined by the read definition data and not included in the operation prohibition range corresponding to the temperature measured by the temperature sensor. The discharge lamp lighting device according to any one of claims 1 to 3.
前記放電灯点灯装置に接続され、外部からの電力線に接続される電源端子台と、
前記放電灯点灯装置に接続され、前記放電灯が取り付けられるランプソケットとを備えることを特徴とする照明器具。 A discharge lamp lighting device according to any one of claims 1 to 4,
A power terminal block connected to the discharge lamp lighting device and connected to an external power line;
A lighting fixture comprising: a lamp socket connected to the discharge lamp lighting device and to which the discharge lamp is attached.
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