JP3508269B2 - 無電極放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無電極放電灯を点灯さ
せる無電極放電灯点灯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、よく知られている高圧金属蒸気放
電灯（ＨＩＤ放電灯とも呼ぶ。）は、バルブの両端部に
高融点金属の電極を封着し、電極間でアーク放電を発生
させ、それによりバルブ内部に封入した金属蒸気を電離
及び励起させて発光させる。しかし、高圧金属蒸気放電
灯ではバルブ内部に電極を有するので、電極部品が必
要、電極の封止構造が複雑、電極の封止部からのリーク
防止する為の特別な工夫が必要などの第１の問題点が生
じる。 上述の様な有電極形の放電灯が持つ問題点を解
消する放電灯として、無電極放電灯がよく知られてお
り、また、無電極放電灯に高周波電磁界を印加して無電
極放電灯を発光させる無電極放電灯点灯装置もよく知ら
れている。

【０００３】この様な無電極放電灯点灯装置は、バルブ
内部に不活性ガス及び金属蒸気などの放電ガスを封入し
た無電極放電灯と、交流電源を直流出力に変換する電源
回路、及び前記電源回路の直流出力を交流の高周波電力
に変換する高周波回路を含む高周波電源と、高周波電源
の出力端に接続されると共に、無電極放電灯に近接配設
される高周波電力供給用コイル（以下、誘導コイルと呼
ぶ。）とから構成されている。そして、高周波電源から
誘導コイルに高周波電流を流すことにより、誘導コイル
に高周波電磁界を発生させ、無電極放電灯に高周波電力
を供給し、無電極放電灯内に高周波プラズマ電流を発生
させて紫外線もしくは可視光を発生させる。

【０００４】次に、無電極放電灯点灯装置の回路例を図
２に示す。本回路は、交流電源ＡＣをフィルター回路
１，整流器ＤＢを介して整流した直流電圧を所謂昇圧チ
ョッパ回路３で昇圧し、高周波回路４で交流の高周波電
圧（例えば１３．５６ＭＨｚ）に変換し、マッチング回
路５を介して誘導コイル６に供給するものであり、昇圧
チョッパ回路３と高周波回路４とで高周波電源を構成す
る。

【０００５】ここでフィルター回路１は、インダクタン
ス素子Ｌ１，コンデンサＣ１，Ｃ２から構成される。昇
圧チョッパ回路３は、インダクタンス素子Ｌ２，コンデ
ンサＣ３，ダイオードＤ５，スイッチング素子Ｑ１で構
成され、スイッチング素子Ｑ１はチョッパ制御回路８に
より制御されるものであり、入力電流歪を低減すると共
に、低周波リップル成分の少ない平滑された直流電圧を
出力するものである。

【０００６】高周波回路４は、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
点に結合されたインダクタンス素子Ｌ３，コンデンサＣ
４の直列回路と、トランスＴ１を介してスイッチング素
子Ｑ２，Ｑ３を交互にオンオフする発振回路・駆動回路
９とから構成されるＤ級増幅回路である。

【０００７】マッチング回路５は、コンデンサＣ５〜Ｃ
９より構成され、高周波回路４及び誘導コイル６の両方
のインピーダンス整合をとるものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例に
於ては、以下の様な問題点が生じる。

【０００９】無電極放電灯の始動から安定点灯までの過
渡状態では、誘導コイル６、無電極放電灯７などのイン
ピーダンスが時々刻々と変化するので、これらの変化に
応じて高周波回路４の出力インピーダンスとマッチング
回路５のインピーダンスとの少なくとも一方を変化させ
て、高周波回路４と誘導コイル６との両方のインピーダ
ンス整合（マッチング）をとることが必要である。

【００１０】しかし、無負荷状態及びマッチング回路の
インピーダンス不整合時などの異常状態、及び周囲温度
の変化による無電極放電灯７の特性が変化する場合など
は、入射電力に対する反射電力の割合が増加してしまい
回路効率が低下すると共に、昇圧チョッパ回路３と高周
波回路４とに大きなストレスがかかってしまい、昇圧チ
ョッパ回路３と高周波回路４とを構成する素子の耐量を
上げねばならずコストアップになる、という第１の問題
点が生じる。

【００１１】また、図３（ａ）には、始動開始時（電源
投入時）からの点灯時間の経過に対するランプ電力の変
化を示す。これは、無電極放電灯７の点灯後の初期では
無電極放電灯７の内部蒸気圧が低く、ランプインピーダ
ンスが低くなっている為に、ランプ電力が一時的に著し
く大きくなってしまう、という第２の問題点が生じるこ
とを示す。

【００１２】本発明は、上記第１，第２の問題点を鑑み
てなされたもので、その目的とするところは、無負荷状
態及びマッチング回路のインピーダンス不整合時などの
異常状態、及び周囲温度の変化による無電極放電灯の特
性が変化する場合に、装置に対してかかるストレスを簡
単な回路構成で防止可能であると共に、回路効率を向上
し、点灯時間の経過によらず無電極放電灯の出力を所定
の状態にすることが可能な無電極放電灯点灯装置を提供
する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明によれば、ガラスバルブ内に放
電ガスを封入した無電極放電灯と、無電極放電灯に沿っ
て近接配置された高周波電力供給用コイルと、交流電源
を直流出力に変換する電源回路、及び電源回路の直流出
力を交流の高周波電力に変換する高周波回路を含み、高
周波電力供給用コイルに高周波電力を供給する高周波電
源と、高周波電力供給用コイル及び高周波電源の両方の
インピーダンス整合をとるマッチング回路とを備えた無
電極放電灯点灯装置において、基準値からの無電極放電
灯の出力変動を検出して、その変動量に応じて電源回路
を制御する制御手段を備え、制御手段は、高周波電力供
給用コイルの両端電圧変動、高周波電力供給用コイルに
流れる電流変動、高周波電源の出力電流変動、マッチン
グ回路を構成する素子の両端電圧変動、無電極放電灯の
出力変動の内の複数を検出することにより、無電極放電
灯の出力変動を検出するものであることを特徴とする。

【００１４】請求項２記載の発明によれば、制御手段
は、高周波電力供給用コイルの両端電圧変動、高周波電
力供給用コイルに流れる電流変動、高周波電源の出力電
流変動、マッチング回路を構成する素子の両端電圧変
動、無電極放電灯の出力変動の全てを検出することによ
り、無電極放電灯の出力変動を検出するものであること
を特徴とする。

【００１５】請求項３記載の発明によれば、制御手段
は、無電極放電灯の始動時から安定点灯までの間に於
て、電源回路を制御することにより無電極放電灯の出力
変動を抑制することを特徴とする。

【００１６】請求項４記載の発明によれば、制御手段
は、無電極放電灯の安定点灯時に於て、電源回路を制御
することにより無電極放電灯の出力変動を抑制すること
を特徴とする。

【００１７】請求項５記載の発明によれば、電源回路
は、交流電源を整流した直流電力を昇圧して直流出力に
変換する昇圧チョッパ回路であることを特徴とする。

【００１８】請求項６記載の発明によれば、高周波回路
はＤ級増幅回路であることを特徴とする。

【００１９】

【作用】請求項１記載の発明によれば、無負荷状態及び
マッチング回路のインピーダンス整合時などの異常状
態、及び周囲温度の変化による無電極放電灯の特性が変
化する場合に、制御手段により、高周波電力供給用コイ
ルの両端電圧、高周波電力供給用コイルに流れる電流、
高周波電源の出力電流、マッチング回路に印加される電
圧、無電極放電灯の光出力の内の複数を検出し、それら
と基準値とを比較し、電源回路を制御して無電極放電灯
の出力を所定の状態にする。

【００２０】請求項２記載の発明によれば、無負荷状態
及びマッチング回路のインピーダンス整合時などの異常
状態、及び周囲温度の変化による無電極放電灯の特性が
変化する場合に、制御手段により、高周波電力供給用コ
イルの両端電圧、高周波電力供給用コイルに流れる電
流、高周波電源の出力電流、マッチング回路に印加され
る電圧、無電極放電灯の光出力の全てを検出し、それら
と基準値とを比較し、電源回路を制御して無電極放電灯
の出力を所定の状態にする。

【００２１】請求項３記載の発明によれば、無電極放電
灯の始動時から安定点灯までの間に於て、制御手段によ
り電源回路を制御して、ランプインピーダンスが上昇す
ることによる無電極放電灯の出力変動を抑制する。

【００２２】請求項４記載の発明によれば、無電極放電
灯の安定点灯時に於て、制御手段により電源回路を制御
して、周囲温度の変化による無電極放電灯の特性が変化
することによる無電極放電灯の出力変動を抑制する。

【００２３】請求項５記載の発明によれば、昇圧チョッ
パ回路により、交流電力を低周波リップル成分の少ない
平滑された直流出力に変換すると共に、入力電流歪を低
減する。

【００２４】請求項６記載の発明によれば、Ｄ級増幅回
路により、電源回路の直流出力を交流の高周波出力に変
換する。

【００２５】

【実施例】本発明に係る実施例の回路図を図１に示す。

【００２６】図２に示した従来例と異なる点は、高周波
回路４の出力端と誘導コイル６との間の回路構成を以下
の様に構成したことであり、その他の従来例と同一構成
には同一符号を付すことにより説明を省略する。

【００２７】つまり、無電極放電灯７の両端電圧を抵抗
Ｒ１，Ｒ２で分圧した電圧Ｅ１と、誘導コイル６に流れ
る電流をカレントトランスＣＴ２で検出した電圧Ｅ２
と、マッチング回路５を構成する素子に印加される電圧
Ｅ３、つまり本回路に於てはマッチング回路５の出力電
圧をコンデンサＣ８，Ｃ９で分圧した電圧Ｅ３と、高周
波回路４の出力電流をカレントトランスＣＴ１で検出し
た電圧Ｅ４と、無電極放電灯７の光出力を光ファイバー
１８，フォトトランジスタ１３を介して検出した電圧Ｅ
５とを、比較回路１０に入力し、基準信号回路１１に於
ける電圧Ｅ１〜Ｅ５の各々に対する基準値Ｅ０と比較し
て、チョッパ制御回路８に信号を送信する。

【００２８】なお、誘導コイル６の両端電圧、つまり電
圧Ｅ１は始動直後は小さく、無電極放電灯７の点灯時間
の経過と共に上昇する。誘導コイル６に流れる電流、つ
まり電圧Ｅ２は始動直後は大きく、無電極放電灯７の点
灯時間の経過と共に所定値になる。マッチング回路５の
出力電圧、つまり電圧Ｅ３は、高周波回路４及び誘導コ
イル６の両方のインピーダンス整合（マッチング）がず
れると大きくなる。高周波回路４の出力電流、つまり電
圧Ｅ４は始動直後は大きくなる。

【００２９】そして、電圧Ｅ１〜Ｅ５の各々が基準値Ｅ
０より大きくなると、チョッパ制御回路８を制御して昇
圧チョッパ回路３の直流出力を低減して無電極放電灯７
の出力変動を抑制する。

【００３０】また、無電極放電灯７の始動から安定点灯
までの間は、昇圧チョッパ回路３の出力を徐々に上昇さ
せて無電極放電灯７の過大な出力を抑制する。

【００３１】ここで基準信号回路１１は、無電極放電灯
７の出力を制御する条件、例えば電源投入から安定点灯
まで無電極放電灯７の光出力を略一定にする、及び無電
極放電灯７の安定点灯後の出力変動を抑制するなどの条
件を設定するものである。また本回路に於ては、電圧Ｅ
１〜Ｅ５を検出する検出部と比較回路１０と基準信号回
路１１とチョッパ制御回路８とで、昇圧チョッパ回路３
の制御手段を構成する。

【００３２】以上の様に構成したことにより、装置に対
してかかるストレスを防止可能であると共に、図３
（ｂ）に示す様に、無電極放電灯７の点灯時間の経過に
よらず略一定の電力を無電極放電灯７に供給することが
でき、回路効率の向上ができる。

【００３３】なお、電圧Ｅ１〜Ｅ５のうち少なくとも１
つまたは複数を比較回路１０に入力する様にしてもよ
く、無電極放電灯７の始動状態と安定点灯状態との各々
に対する比較回路１０及び基準信号回路１１を設けて、
それらを状態変化により切り換えてもよい。また、昇圧
チョッパ回路３は、降圧チョッパ回路でも昇降圧チョッ
パ回路でもよいが、効率面では昇圧チョッパ回路が一番
よい。高周波回路４はＣ級増幅回路でもＥ級増幅回路で
もよい。更に、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の動作周波
数は常に一定であればよく、そうすることで高周波回路
４によるノイズの影響を低減でき、高周波回路４及びマ
ッチング回路５の構成を簡単にすることができる。

【００３４】

【発明の効果】請求項１、２記載の発明によれば、無負
荷状態及びマッチング回路のインピーダンス不整合時な
どの異常状態、及び周囲温度の変化による無電極放電灯
の特性が変化する場合に、装置に対してかかるストレス
を簡単な回路構成で防止可能であると共に、回路効率を
向上可能で、点灯時間の経過によらず無電極放電灯の出
力を所定の状態にすることが可能な無電極放電灯点灯装
置を提供できる。

【００３５】請求項３記載の発明によれば、始動から安
定点灯までの間に於て、ランプインピーダンス変化する
ことによる、装置に対してかかるストレスを簡単な回路
構成で防止可能であると共に、回路効率を向上可能で、
点灯時間の経過によらず無電極放電灯の出力を所定の状
態にすることが可能な無電極放電灯点灯装置を提供でき
る。

【００３６】請求項４記載の発明によれば、安定点灯時
に於て、周囲温度の変化によって無電極放電灯の特性が
変化することによる、装置に対してかかるストレスを簡
単な回路構成で防止可能であると共に、回路効率を向上
可能で、点灯時間の経過によらず無電極放電灯の出力を
所定の状態にすることが可能な無電極放電灯点灯装置を
提供できる。

【００３７】請求項５記載の発明によれば、低周波リッ
プル成分を低減し、入力電流歪を低減すると共に、装置
に対してかかるストレスを簡単な回路構成で防止可能
で、回路効率を向上可能で、点灯時間の経過によらず無
電極放電灯の出力を所定の状態にすることが可能な無電
極放電灯点灯装置を提供できる。

【００３８】請求項６記載の発明によれば、高周波回路
を構成する素子の耐量を低減でき、装置に対してかかる
ストレスを簡単な回路構成で防止可能で、回路効率を向
上可能で、点灯時間の経過によらず無電極放電灯の出力
を所定の状態にすることが可能な無電極放電灯点灯装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例の回路図を示す。

【図２】本発明に係る従来例の回路図を示す。

【図３】（ａ）従来例に係る、及び（ｂ）実施例に係
る、無電極放電灯の点灯時間の経過とランプ電力との関
係を示す図である。

【符号の説明】

３ チョッパ回路 ４ 高周波回路 ５ マッチング回路 ６ 誘導コイル ７ 無電極放電灯

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 41/24

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラスバルブ内に放電ガスを封入した無
   電極放電灯と、前記無電極放電灯に沿って近接配置され
   た高周波電力供給用コイルと、交流電源を直流出力に変
   換する電源回路、及び前記電源回路の直流出力を交流の
   高周波電力に変換する高周波回路を含み、前記高周波電
   力供給用コイルに前記高周波電力を供給する高周波電源
   と、前記高周波電力供給用コイル及び前記高周波電源の
   両方のインピーダンス整合をとるマッチング回路とを備
   えた無電極放電灯点灯装置において、基準値からの前記
   無電極放電灯の出力変動を検出して、その変動量に応じ
   て前記電源回路を制御する制御手段を備え、該制御手段
   は、前記高周波電力供給用コイルの両端電圧変動、前記
   高周波電力供給用コイルに流れる電流変動、前記高周波
   電源の出力電流変動、マッチング回路を構成する素子の
   両端電圧変動、前記無電極放電灯の出力変動の内の複数
   を検出することにより、前記無電極放電灯の出力変動を
   検出するものであることを特徴とする無電極放電灯点灯
   装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記高周波電力供給用
   コイルの両端電圧変動、前記高周波電力供給用コイルに
   流れる電流変動、前記高周波電源の出力電流変動、マッ
   チング回路を構成する素子の両端電圧変動、前記無電極
   放電灯の出力変動の全てを検出することにより、前記無
   電極放電灯の出力変動を検出するものであることを特徴
   とする請求項１記載の無電極放電灯点灯装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記無電極放電灯の始
   動時から安定点灯までの間において、前記電源回路を制
   御することにより前記無電極放電灯の出力変動を抑制す
   ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電
   源装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記無電極放電灯の安
   定点灯時において、前記電源回路を制御することにより
   前記無電極放電灯の出力変動を抑制することを特徴とす
   る請求項１または請求項２に記載の記載の電源装置。
5. 【請求項５】 前記電源回路は、交流電源を整流した直
   流電力を昇圧して直流出力に変換する、昇圧チョッパ回
   路であることを特徴とする請求項１または請求項２に記
   載の電源装置。
6. 【請求項６】 前記高周波回路はＤ級増幅回路であるこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装
   置。