JP2011028909A - 無電極放電灯点灯装置及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導コイルに供給する高周波電力の周波数が低い場合や時分割調光における切替周波数が高い場合においても所望の調光比で調光可能とする。
【解決手段】時分割調光回路４がオン期間Ｔonにおける高周波電力（高周波電圧）の周期数を計数するとともに当該計数値が目標とする調光比に対応した値に達したときにオン期間Ｔonからオフ期間Ｔoffに切り替える。故に、オン期間Ｔonにおいて誘導コイル２に供給される高周波電力が当該高周波電力の周波数やオン期間Ｔonとオフ期間Ｔoffの切替周波数によって変動することを抑制でき、その結果、誘導コイル２に供給する高周波電力の周波数が低い場合や時分割調光における切替周波数が高い場合においても所望の調光比で調光することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無電極放電灯を調光点灯する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、放電ガスが封入されたバルブに誘導コイルを近接配置してなり、誘導コイルから放電ガスに高周波電磁界を作用させることで発光する無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置が提供されている。

この種の無電極放電灯点灯装置として、誘導コイルに高周波電力を供給して前記高周波電磁界を発生させる高周波電源回路と、高周波電源回路の出力を制御することにより無電極放電灯を調光点灯させる時分割調光回路とを備えたものがある。

この無電極放電灯点灯装置では、時分割調光回路において高周波電源回路の駆動周波数を切り替えることにより、誘導コイルに供給する高周波電力を無電極放電灯が点灯する大きさに設定するオン期間と点灯しない大きさに設定するオフ期間とを周期的に交互に切り替え、１周期に占めるオン期間の割合（以下、オンデューティという）を調節することで無電極放電灯の調光を行うことができる（たとえば特許文献１参照）。

特開２０００−３５３６００号公報

ところで、上述のような時分割調光回路を有する無電極放電灯点灯装置において、高周波電源回路の動作周波数が低くなった場合や、オン期間とオフ期間を切り替える切替周波数が高くなった場合、オン期間における高周波電流（高周波電圧）の周期数が減少するため、オン期間の長さやオン期間とオフ期間の切替のタイミングによっては前記周期数が変動し、その結果、無電極放電灯の明るさ（光出力）が目標とする調光比からずれてしまう虞があった。特に、深い調光状態（光出力が非常に小さくなる状態）ではオン期間に入る周期数が更に減少するために周期数の変動による調光比のずれが大きくなってしまう。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、誘導コイルに供給する高周波電力の周波数が低い場合や時分割調光における切替周波数が高い場合においても所望の調光比で調光することができ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、上記目的を達成するために、放電ガスを封入したバルブに誘導コイルが近接配置されてなる無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置であって、駆動周波数に応じて増減する高周波電力を誘導コイルに供給する高周波電源回路と、誘導コイルに供給される高周波電力を無電極放電灯が点灯するレベルに設定するオン期間と点灯しないレベルに設定するオフ期間とを周期的に交互に繰り返すように高周波電源回路の駆動周波数を制御することで無電極放電灯を調光点灯させる時分割調光回路とを備え、時分割調光回路は、オン期間における高周波電力の周期数を計数するとともに当該計数値が目標とする調光比に対応した値に達したときにオン期間からオフ期間に切り替えることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、オン期間において誘導コイルに供給される高周波電力が当該高周波電力の周波数やオン期間とオフ期間の切替周波数によって変動することを抑制できる。その結果、誘導コイルに供給する高周波電力の周波数が低い場合や時分割調光における切替周波数が高い場合においても所望の調光比で調光することができる無電極放電灯点灯装置が提供可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、高周波電源回路の入力電圧を調整することでオン期間における高周波電力を増減する制御手段を備えたことを特徴とする。

請求項２の発明によれば、周期数の調整のみでは連続して滑らかに調光することが困難であるが、制御手段が高周波電源回路の入力電圧を調整してオン期間における高周波電力を増減することにより、連続した滑らかな調光が可能となる。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、時分割調光回路並びに制御手段を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の発明は、上記目的を達成するために、請求項１〜３の何れかに記載の無電極放電灯点灯装置と、無電極放電灯を支持する灯体とを備えたことを特徴とする。

請求項４の発明によれば、請求項１〜３の発明と同様の作用を奏する照明器具が提供できる。

本発明によれば、誘導コイルに供給する高周波電力の周波数が低い場合や時分割調光における切替周波数が高い場合においても所望の調光比で調光することができる無電極放電灯点灯装置及び照明器具を提供できる。

本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施形態１を示す概略回路構成図である。 同上の動作説明用の波形図である。 同上の動作説明図である。 本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施形態２を示す概略回路構成図である。 本発明に係る照明器具の実施形態を示す一部破断した側面図である 本発明に係る照明器具の別の実施形態を示す側面図である。

（実施形態１）
本実施形態の無電極放電灯点灯装置は、図１に示すように直流電源Ｅから供給される直流電力を高周波電力に変換して無電極放電灯１に近接配置された誘導コイル２に供給する高周波電源回路３を備えている。

高周波電源回路３は、直流電源Ｅの出力端間に一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を直列接続してなるハーフブリッジ型のインバータ回路３０と、インバータ回路３０のローサイドのスイッチング素子Ｑ２と誘導コイル２との間に挿入された共振回路３１と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を駆動するインバータ制御回路３２とを具備している。

インバータ回路３０は、一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をインバータ制御回路３２から出力される駆動信号によって交互に高周波数でスイッチングすることにより、直流電源Ｅから出力される直流電力を高周波電力に変換する。共振回路３１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点と誘導コイル２の一端の間に直列接続されたインダクタＬｓおよびコンデンサＣｓと、誘導コイル２およびコンデンサＣｓに並列接続されたコンデンサＣｐとからなる。そして、インバータ制御回路３２が駆動信号の周波数（駆動周波数）を共振回路３１の共振周波数に近付ければ高周波電源回路３の高周波出力（高周波電力）を増大させ、共振周波数から遠ざければ高周波電源回路３の高周波出力が減少させることができる。

また、本実施形態の無電極放電灯点灯装置は、無電極放電灯１を調光点灯させる時分割調光回路４を備えている。時分割調光回路４は、誘導コイル２に供給される高周波電力を無電極放電灯１が点灯するレベル（点灯レベル）に設定するオン期間Ｔonと点灯しないレベル（不点灯レベル）に設定するオフ期間Ｔoffとを周期的に交互に繰り返すように高周波電源回路３（インバータ制御回路３２）を制御するものである（図２参照）。

インバータ制御回路３２は、時分割調光回路４の出力に応じてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチングする駆動信号の周波数（駆動周波数）を切り替えるように動作する。すなわち、図２に示すようにインバータ制御回路３２は時分割調光回路４の出力がオン（ハイレベル）のときに定格点灯時と同一の駆動周波数（例えば、１３５キロヘルツ）でスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を駆動することで無電極放電灯１を点灯状態とし、時分割調光回路４の出力がオフ（ローレベル）のときに定格点灯時よりも充分に高い駆動周波数（例えば、２８０キロヘルツ）でスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を駆動することで無電極放電灯１を不点灯状態とする。

このように、本実施形態では時分割調光回路４の出力のオンオフが交互に繰り返されることで、無電極放電灯１が点灯するオン期間Ｔonと点灯しないオフ期間Ｔoffとが交互に繰り返されることになる。尚、時分割調光回路４の出力のオンオフ周波数（切替周波数）は、使用者に無電極放電灯１の点滅によるちらつきを感じさせないようにたとえば１００ヘルツ以上に設定される。このとき、調光制御信号の大きさ（信号電圧レベル）を変化させて１周期に占めるオン期間Ｔonの割合であるオンデューティ（＝Ｔon／（Ｔon＋Ｔoff））を変化させることで無電極放電灯１の調光比を調節することができ、無電極放電灯１の点灯時に所望の光出力となるようにオンデューティが設定される。

ここで、製造コストを低減するためには高周波電力の周波数（インバータ回路３０の駆動周波数）を低くする必要があり、また、誘導コイル２がコア（磁芯）に巻回されている場合においてコアから発生する騒音を低減するために時分割調光回路４による切替周波数を高くする必要がある。そして、従来技術で説明したように、インバータ回路３０の駆動周波数が低くなった場合や、切替周波数が高くなった場合、オン期間Ｔonにおける高周波電流（高周波電圧）の周期数が減少するため、オン期間Ｔonの長さやオン期間Ｔoffとオフ期間Ｔoffの切替のタイミングによっては前記周期数が変動し、その結果、無電極放電灯１の明るさ（光出力）が目標とする調光比からずれてしまう虞がある。

そこで本実施形態では、時分割調光回路４がオン期間Ｔonにおける高周波電力（高周波電圧）の周期数（実際にはインバータ回路３０から出力される駆動信号の周期数）を計数するとともに当該計数値が目標とする調光比に対応した値に達したときにオン期間Ｔonからオフ期間Ｔoffに切り替えるようにしている。例えば、目標とする調光比に対応した計数値が「４」であるとすれば、図２に示すように時分割調光回路４は誘導コイル２に印加される高周波電圧の周期数が４（４周期）に達したときに出力をオフしてオフ期間Ｔoffに切り替える。

而して本実施形態によれば、オン期間Ｔonにおいて誘導コイル２に供給される高周波電力が当該高周波電力の周波数やオン期間Ｔonとオフ期間Ｔoffの切替周波数によって変動することを抑制でき、その結果、誘導コイル２に供給する高周波電力の周波数が低い場合や時分割調光における切替周波数が高い場合においても所望の調光比で調光することができる。

ところで、周期数に応じてオン期間Ｔonからオフ期間Ｔoffへ切り替えた場合、オンデューティが離散的な値しか取り得なくなるため、調光比に応じて無電極放電灯１の光出力を連続且つ滑らかに変化（調光）させることができない。

そこで、オン期間Ｔonにおいて高周波電源回路３から誘導コイル２に供給する高周波電力を調光比に応じて増減すれば、周期数ｎに対応したオン期間Ｔonと周期数ｎ＋１に対応したオン期間Ｔonとの間の調光比の変化を連続且つ滑らかな変化とすることができる。例えば、直流電源Ｅから高周波電源回路３に供給される直流電圧を増減することによって高周波電源回路３の高周波出力（高周波電力）を調整すればよい。具体的には、図３に示すようにオン期間Ｔonにおいて直流電源Ｅの直流電圧ＶをＶmin〜Ｖmaxの範囲で調光比に比例して増減すればよい。

（実施形態２）
本実施形態の無電極放電灯点灯装置は、図４に示すように直流電源Ｅとして商用交流電源ＡＣから供給される交流電力を直流電力に変換する昇圧チョッパ回路５を備えるとともに、時分割調光回路４がマイクロコンピュータを主構成要素とする点に特徴がある。但し、高周波電源回路３を含むその他の構成については実施形態１と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

昇圧チョッパ回路５は、ダイオードブリッジＤＢ、チョークコイルＬ１、整流用のダイオードＤ１、スイッチング素子Ｑ３、平滑コンデンサＣ１、スイッチング素子Ｑ３を駆動するチョッパ制御回路５０で構成される。但し、この種の昇圧チョッパ回路５は従来周知であるから詳細な説明は省略する。

本実施形態における時分割調光回路４は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと略す。）４０を主構成要素とし、調光信号が入力される調光信号入力端子４１，４１と、調光信号入力端子４１，４１間に直列接続された分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２と、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２で抵抗分圧された調光信号を平滑するコンデンサＣ２とを具備している。調光信号は、矩形波信号からなり、調光比に応じてハイレベルのパルス幅が変化するものである。つまり、調光信号のパルス幅が長くなるほどにコンデンサＣ２の両端電圧（充電電圧）が上昇するから、マイコン４０ではコンデンサＣ２の両端電圧を取り込むとともに当該両端電圧の電圧レベルに基づいて目標とする調光比を求めている。

そして、調光信号で指示された調光比に応じて、マイコン４０がオンデューティ並びにインバータ回路３０の駆動周波数並びにオン期間Ｔonにおける周期数を演算してインバータ制御回路３２に与え、インバータ制御回路３２がマイコン４０から与えられるオンデューティ、駆動周波数並びに周期数でインバータ回路３０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を駆動するのである。さらに、マイコン４０は調光比に応じてオン期間Ｔonにおける高周波電力を微調整するため、チョッパ制御回路５０に制御信号を与えて昇圧チョッパ回路５の出力電圧（直流電圧）を増大又は減少させる（図３参照）。よって本実施形態においても実施形態１と同様に、調光比に応じて無電極放電灯１の光出力を連続且つ滑らかに変化（調光）させることができる。

尚、誘導コイル２に印加される高周波電圧（誘導コイル電圧）を抵抗分圧してマイコン４０に取り込み、マイコン４０が高周波電圧の波形からその周期数をカウントしてオン期間Ｔonからオフ期間Ｔoffへの切替のタイミングを決定すれば、より正確に目標とする調光比を実現できる。

ところで、上記各実施形態の無電極放電灯点灯装置を用いた照明器具の例として、図５および図６に示すような照明器具Ａが考えられる。図５に示す照明器具Ａの筐体１１は内部に無電極放電灯点灯装置（図示せず）および無電極放電灯１を支持し、内部空間を密閉することにより防水性能が付与されたものであって、街路灯として屋外で使用される。また、図６に示す照明器具Ａの筐体１１も内部空間を密閉することで防水性能が付与されたものであって、電柱１２等に取り付けられ防犯灯として屋外で使用される。

１ 無電極放電灯
２ 誘導コイル
３ 高周波電源回路
４ 時分割調光回路

Claims (4)

1. 放電ガスを封入したバルブに誘導コイルが近接配置されてなる無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置であって、
   駆動周波数に応じて増減する高周波電力を誘導コイルに供給する高周波電源回路と、誘導コイルに供給される高周波電力を無電極放電灯が点灯するレベルに設定するオン期間と点灯しないレベルに設定するオフ期間とを周期的に交互に繰り返すように高周波電源回路の駆動周波数を制御することで無電極放電灯を調光点灯させる時分割調光回路とを備え、
   時分割調光回路は、オン期間における高周波電力の周期数を計数するとともに当該計数値が目標とする調光比に対応した値に達したときにオン期間からオフ期間に切り替えることを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
2. 高周波電源回路の入力電圧を調整することでオン期間における高周波電力を増減する制御手段を備えた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. 時分割調光回路並びに制御手段を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２記載の無電極放電灯点灯装置。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の無電極放電灯点灯装置と、無電極放電灯を支持する灯体とを備えたことを特徴とする照明器具。

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