JP3521687B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として住宅用照
明器具に用いられる放電灯点灯装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、図４に示すように、直流−交
流変換を行ない高周波電力を出力するインバータ回路Ｉ
ＮＶを用いることにより、放電灯Ｌａを高周波で点灯さ
せる放電灯点灯装置が知られている。インバータ回路Ｉ
ＮＶには、高周波でオンオフされるスイッチング素子を
用いている。放電灯Ｌａを高周波で点灯させるとインダ
クタなどの限流要素を小型化することができるから小型
化が可能になり、また放電灯Ｌａに印加される電圧の変
化（商用電源の瞬時値の周期的変化）により生じるちら
つきを防止することができる。

【０００３】インバータ回路ＩＮＶの電源にはチョッパ
回路ＣＨの出力電圧が用いられる。チョッパ回路ＣＨ
は、交流電源ＡＣである商用電源を整流回路ＤＢで全波
整流することにより得られた脈流電圧を入力とし、高周
波（商用電源周波数よりも十分に高い周波数）でオンオ
フされるスイッチング素子を用いることによって、脈流
電圧に直流−直流変換を施して直流電圧を出力するもの
である。つまり、チョッパ回路ＣＨは、一般に、スイッ
チング素子に直列接続されたインダクタを備え、スイッ
チング素子のオン期間にインダクタに蓄積されたエネル
ギをスイッチング素子のオフ期間に平滑コンデンサに放
出する構成を有している。このような構成によって、入
力電流を高周波的に流すことができるから、交流電源Ａ
Ｃと整流回路ＤＢとの間に高周波阻止用の比較的小型の
（素子定数の小さい）フィルタＦを設けるだけで交流電
源ＡＣからの入力電流歪を低減することができる。たと
えば、整流回路ＤＢの出力電圧を平滑コンデンサにより
平滑した場合には、交流電源ＡＣからの入力電流が交流
電源ＡＣの電圧のピーク値付近でのみ流れることにな
り、交流電源ＡＣの電源周波数の２倍程度の周波数で断
続することになるから、入力電流歪を除去するには大型
のフィルタを必要とするが、チョッパ回路ＣＨを設ける
ことによって、フィルタＦを大幅に小型化することがで
きるのである。しかも、チョッパ回路ＣＨを用いること
によって入力電流を入力電圧に比例するように流すこと
が可能になり、入力電流歪の増加を抑制するだけでなく
高力率な放電灯点灯装置を提供することも可能になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、チョッパ回
路ＣＨとインバータ回路ＩＮＶとにはスイッチング素子
が用いられており、上述した放電灯点灯装置では、チョ
ッパ回路ＣＨのスイッチング素子とインバータ回路ＩＮ
Ｖのスイッチング素子とはそれぞれ独立して動作するチ
ョッパ制御回路ＣＮ₁ とインバータ制御回路ＣＮ₂ とを
用いて制御されている。つまり、チョッパ制御回路ＣＮ
₁ は、たとえばチョッパ回路ＣＨの出力電圧をほぼ一定
に保つような制御を行ない、またインバータ回路ＣＮ₂
は、たとえばランプ電流をほぼ一定に保つような制御を
行なっている。

【０００５】しかしながら、チョッパ制御回路ＣＮ₁ と
インバータ制御回路ＣＮ₂ とは独立して動作しているも
のであるから、予熱、始動、定格点灯、調光点灯といっ
た正常時の動作や、放電灯の寿命末期時に生じるエミレ
ス状態（フィラメントの電子放出物質の消耗による半波
点灯状態）、放電灯が接続されていない無負荷状態、あ
るいは複数の放電灯を１台のインバータ回路で同時に点
灯させているときに一部の放電灯が外れたときの負荷変
動状態などの異常時の動作に対して、チョッパ回路ＣＨ
とインバータ回路ＩＮＶとを適切な動作状態に制御しよ
うとすれば、チョッパ制御回路ＣＮ₁ とインバータ制御
回路ＣＮ₂ とにそれぞれ指示を与える複雑な構成が必要
になる。

【０００６】これに対して、インバータ回路のスイッチ
ング素子をチョッパ回路のスイッチング素子としても兼
用した放電灯点灯装置が提案されている。この構成で
は、インバータ回路を制御すればチョッパ回路も連動し
て制御され、チョッパ制御回路とインバータ制御回路と
を個別に設ける必要がないものである。しかしながら、
チョッパ回路とインバータ回路とを個々に制御すること
ができないから、上述のような各種の動作状態に対して
適切に制御しようとすれば、チョッパ回路としての動作
とインバータ回路としての動作との関連性を考慮した複
雑な制御が必要になる。つまり、制御回路の構成が複雑
になる。

【０００７】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、チョッパ回路とインバータ回路とを
比較的簡単な構成で関連付けて制御し、かつ各種の動作
状態に応じてチョッパ回路とインバータ回路とを個別に
も制御することができる放電灯点灯装置を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、交流
電源を整流する整流回路と、高周波でオンオフされる第
１のスイッチング素子を用いて整流回路出力に直流−直
流変換を行なうチョッパ回路と、高周波でオンオフされ
る第２のスイッチング素子を用いてチョッパ回路出力を
高周波電力に変換するインバータ回路と、共振回路およ
び放電灯を含みインバータ回路の高周波出力が共振回路
を介して放電灯に供給される負荷回路と、第１および第
２のスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路と
を備え、制御回路は、第１および第２のスイッチング素
子の動作周波数を設定する基準信号を発生する発振回路
と、第１のスイッチング素子をオンオフさせるチョッパ
制御信号を基準信号に同期して発生しチョッパ制御信号
のオンデューティを設定するチョッパ制御回路と、第２
のスイッチング素子をオンオフさせるインバータ制御信
号を基準信号に同期してチョッパ制御信号と同じ周波数
で発生しインバータ制御信号のオンデューティを設定す
るインバータ制御回路と、発振回路の出力周波数とチョ
ッパ制御回路から発生するチョッパ制御信号のオンデュ
ーティとインバータ制御回路から発生するインバータ制
御信号のオンデューティとを関連付けるように正常時や
異常時の各条件に応じて発振回路とインバータ制御回路
とチョッパ制御回路とを連動させて制御する動作指示回
路とを備えるものである。この構成によれば、発振回路
によりチョッパ回路とインバータ回路との動作周波数を
決定し、チョッパ制御回路とインバータ制御回路とによ
ってそれぞれチョッパ制御信号とインバータ制御信号と
のオンデューティを決定するから、チョッパ回路とイン
バータ回路とにそれぞれオンデューティを独立して設定
することができるチョッパ制御信号とインバータ制御信
号とを与えることができ、チョッパ回路とインバータ回
路とを個別に制御することができる。しかも、チョッパ
回路とインバータ回路との動作周波数は発振回路により
同じ周波数に設定されるから、共通の回路を用いて回路
構成を簡単にすることが可能になる。また、動作指示回
路は発振回路とチョッパ制御回路とインバータ制御回路
とを連動させて制御するから、チョッパ回路とインバー
タ回路とを個別に制御可能としながらも、種々の条件に
応じてチョッパ回路とインバータ回路とを関連付けて制
御することができ、簡単な回路構成ながら比較的複雑な
制御を実現することができる。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、動作指示回路が、予熱、始動、定格点灯、調光点灯
の各状態に応じて発振回路とインバータ制御回路とチョ
ッパ制御回路とを関連付けて制御し、基準信号の周波数
とインバータ制御信号のオンデューティとチョッパ制御
信号のオンデューティとを各状態に適合させるものであ
る。この構成によれば、予熱、始動、定格点灯、調光点
灯という正常動作時の各種動作状態に応じてチョッパ回
路とインバータ回路とを適正に制御することができ、た
とえば始動時にはチョッパ回路の出力電圧を定格点灯時
よりも高く設定すれば、インバータ回路の動作周波数と
共振回路の共振周波数との関係のみで放電灯に印加する
電圧を予熱電圧から始動電圧まで変化させる場合に比較
すると、インバータ回路の動作周波数の変化の範囲を小
さくすることができ、インバータ回路の動作周波数が共
振回路の共振周波数以下になる（いわゆる進相領域にな
る）のを防止するように制御することが可能になる。そ
の結果、インバータ回路が進相領域で動作することによ
る第２のスイッチング素子の破壊を防止することができ
る。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、動作指示回路が、チョッパ回路およびインバータ回
路の動作の異常を監視し、異常が検出されるとその異常
に応じて発振回路とインバータ制御回路とチョッパ制御
回路とを関連付けて制御するものである。この構成によ
れば、各種の異常に対処するようにチョッパ回路とイン
バータ回路とを適切に制御することができ、たとえばチ
ョッパ回路の出力電圧の異常上昇による回路素子の破壊
などを防止することができる。

【００１１】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、動作指示回路が、インバータ回路の出力を監視し、
インバータ回路の出力の変化に応じてチョッパ制御信号
のオンデューティを変化させるようにチョッパ制御回路
を制御するものである。この構成では、インバータ回路
の出力が低下すればチョッパ回路の出力も低下させるよ
うにインバータ回路とチョッパ回路とを連動させて制御
することになり、インバータ回路の消費電力が低下した
ときにチョッパ回路の出力電圧が異常上昇するのを防止
することができる。

【００１２】請求項５の発明は、請求項４の発明におい
て、負荷回路が並列的に接続された複数の放電灯を備
え、動作指示回路が、少なくとも１つの放電灯が接続さ
れていないことを検出すると、チョッパ回路の出力を低
下させるようにチョッパ制御回路を制御するものであ
る。この構成によれば、複数の放電灯を１台のインバー
タ回路で同時に点灯させる装置において、少なくとも１
つの放電灯が接続されていなければインバータ回路の消
費電力が減少するから、このときにチョッパ回路の出力
を低下させることにより、チョッパ回路の出力電圧の異
常上昇を防止することができる。

【００１３】請求項６の発明は、請求項４の発明におい
て、動作指示回路が、放電灯の寿命末期状態またはイン
バータ回路の無負荷状態を検出するとチョッパ回路を停
止させるようにチョッパ制御回路を制御するものであ
る。一般に寿命末期状態や無負荷状態でインバータ回路
を動作させるとインバータ回路に大きなストレスがかか
るが、寿命末期状態や無負荷状態ではチョッパ回路を停
止させる構成を採用することでインバータ回路のストレ
スを防止することができるのである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本実施形態は、図１に示すよう
に、複数（図では２個）の放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ ₂ を１台
のインバータ回路ＩＮＶを用いて高周波で点灯させるも
のであり、インバータ回路ＩＮＶの電源は、商用電源で
ある交流電源ＡＣをダイオードブリッジなどの整流回路
ＤＢで全波整流し、チョッパ回路ＣＨで直流−直流変換
することにより得ている。チョッパ回路ＣＨは入力電流
を高周波でチョッピングすることにより入力電流を高周
波的に流すから、交流電源ＡＣと整流回路ＤＢとの間に
高周波阻止用のフィルタＦを挿入することによって、交
流電源ＡＣに高周波電流が洩れないようにしてある。こ
のフィルタＦは交流電源ＡＣの電源周波数程度の低周波
を通過させチョッパ回路ＣＨの動作周波数程度の高周波
を阻止するように設計される。この構成によって、入力
電流歪を低減することができ、結果的にＩＥＥＥ規格に
クラスＣとして定められた照明器具等のＥＭＩに関する
水準を達成することが可能になっている。なお、ＥＭＩ
に関する水準は１９８８年より日本においても設定され
る予定になっている。

【００１５】チョッパ回路ＣＨとインバータ回路ＩＮＶ
とは、集積回路よりなる制御回路ＣＮによって制御され
る。制御回路ＣＮは、基準信号を発生する発振回路１
と、基準信号を受けてインバータ回路ＩＮＶのスイッチ
ング素子のオンオフを制御するインバータ制御信号を生
成するインバータ制御回路２と、インバータ制御信号を
受けてチョッパ回路ＣＨのスイッチング素子のオンオフ
を制御するチョッパ制御信号を生成するチョッパ制御回
路３とを備える。発振回路１とインバータ制御回路２と
チョッパ制御回路３とは、動作指示回路４からの指示に
より、インバータ制御信号やチョッパ制御信号の周波
数、デューティ比、休止期間を設定する。チョッパ制御
信号はインバータ制御信号を受けて生成されるから、チ
ョッパ制御信号とインバータ制御信号との周波数は同じ
であって、この周波数は発振回路１の出力周波数により
設定される。

【００１６】後述するようにインバータ回路ＩＮＶとし
ては２個のスイッチング素子を交互にオンオフさせるハ
ーフブリッジ型のものを採用しており、各スイッチング
素子のオン期間と両スイッチング素子がともにオフにな
る休止期間（各一方のスイッチング素子のオン後に各他
方のスイッチング素子がオンになるまでの期間）との合
計は、発振回路１から出力される基準信号の１周期に設
定される。インバータ制御回路２では動作指示回路４か
ら指示を受けて、インバータ制御信号のデューティ比
（各スイッチング素子のオン期間と休止期間との和同士
の比）や休止期間を設定する。ただし、本実施形態で
は、休止期間を設けずに、一方のスイッチング素子をオ
ンオフさせるようにインバータ制御信号を生成し、イン
バータ制御信号とはオンオフを反転させた信号を生成し
て他方のスイッチング素子をオンオフさせる。

【００１７】動作指示回路４は、上述のように発振回路
１とインバータ制御回路２とチョッパ回路３とに指示を
与えることにより、チョッパ回路ＣＨとインバータ回路
ＩＮＶとが連動するように制御する。また、インバータ
制御信号とチョッパ制御信号との周波数は発振回路１に
より共通に設定され、インバータ制御信号とチョッパ制
御信号とのデューティ比はインバータ制御回路２とチョ
ッパ制御回路３とにより個別に設定されるから、インバ
ータ回路ＩＮＶとチョッパ回路ＣＨとの動作を関連付け
て制御することができるのはもちろんのこと、必要に応
じてインバータ回路ＩＮＶとチョッパ回路ＣＨとを個別
にも制御することが可能になる。しかも、インバータ制
御信号とチョッパ制御信号との生成に発振回路１を共用
していることにより回路構成が簡単になっている。

【００１８】さらに具体的な回路例を示して説明する。
チョッパ回路ＣＨ、インバータ回路ＩＮＶは図２のよう
に構成されている。チョッパ回路ＣＨは、整流回路ＤＢ
の出力端間にインダクタＬ₃ とスイッチング素子Ｑ₃ と
の直列回路を接続し、スイッチング素子Ｑ₁ の両端間に
ダイオードＤ₃ と平滑コンデンサＣ₃ との直列回路を接
続した構成を有する。このチョッパ回路ＣＨは昇圧型で
あって、動作は周知であるが簡単に説明する。スイッチ
ング素子Ｑ₃ は高周波でオンオフされ、スイッチング素
子Ｑ₃ のオン期間には整流回路ＤＢからインダクタＬ₃
に電流を流してエネルギを蓄積し、スイッチング素子Ｑ
₃ のオフ期間にはインダクタＬ₃ に蓄積されているエネ
ルギを放出する。ここで、インダクタＬ₃ に蓄積された
エネルギを放出する際にインダクタＬ₃ の両端に生じる
電圧を整流回路ＤＢの出力電圧に加算した電圧がダイオ
ードＤ₃ を介して平滑コンデンサＣ₃ に印加されるか
ら、平滑コンデンサＣ₃ の両端電圧は整流回路ＤＢの出
力電圧よりも昇圧されることになる。この動作から明ら
かなように、スイッチング素子Ｑ₃ のオンオフに伴って
整流回路ＤＢに電流が流れるから、スイッチング素子Ｑ
₃ を高周波でオンオフさせることにより、交流電源ＡＣ
から入力電流を高周波的に流すことができるのである。
つまり、交流電源ＡＣの電源周波数は通過させるがスイ
ッチング素子Ｑ ₃ をオンオフさせる高周波は阻止する程
度のフィルタＦを用いることにより、入力電流を連続さ
せて入力電流歪を低減することができる。

【００１９】インバータ回路ＩＮＶは、平滑コンデンサ
Ｃ₃ の両端間に接続された一対のスイッチング素子
Ｑ₁ ，Ｑ₂ の直列回路を備え、一方のスイッチング素子
Ｑ₂ の両端間には、直流カット用のコンデンサＣ₁₁，Ｃ
₁₂とインダクタＬ₂₁，Ｌ₂₂と放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ との
直列回路が接続される。ここに、コンデンサＣ₁₁とイン
ダクタＬ₂₁と放電灯Ｌａ₁ との直列回路と、コンデンサ
Ｃ₁₂とインダクタＬ₂₂と放電灯Ｌａ₂ との直列回路とは
並列接続される。また、放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ は蛍光灯
であって、各放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ の一対のフィラメン
トの間には各インダクタＬ₂₁，Ｌ₂₂とともに共振回路を
構成するコンデンサＣ₂₁，Ｃ₂₂がそれぞれ接続される。
さらに、図示する放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ は定格の異なる
ものであって、たとえば４０Ｗ，３２Ｗの組み合わせや
４０Ｗ，３０Ｗの組み合わせになる。このように仕様の
異なる放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ を並列的に接続して１台の
インバータ回路ＩＮＶで点灯させるために、インダクタ
Ｌ₂₁，Ｌ₂₂およびコンデンサＣ ₂₁，Ｃ₂₂からなる共振回
路は各放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ の仕様に合わせて設定され
ている。ただし、各共振回路の共振周波数はほぼ一致さ
せておくのが望ましい。

【００２０】チョッパ回路ＣＨのスイッチング素子Ｑ₃
およびインバータ回路ＩＮＶのスイッチング素子Ｑ₁ ，
Ｑ₂ にはそれぞれＭＯＳＦＥＴが用いられる。また、チ
ョッパ回路ＣＨのスイッチング素子Ｑ₃ には駆動回路１
１を通してチョッパ制御信号が与えられ、インバータ回
路ＩＮＶのスイッチング素子Ｑ₁ ，Ｑ₂ には駆動回路１
２を通してインバータ制御信号が与えられる。駆動回路
１２では１系統のインバータ制御信号を受けて２個のス
イッチング素子Ｑ₁ ，Ｑ₂ のオンオフが互いに逆になる
ように制御するために、スイッチング素子Ｑ₂ のオンオ
フはインバータ制御信号の論理値をそのまま用いて制御
し、スイッチング素子Ｑ₁ のオンオフはインバータ制御
信号の論理値を反転させて制御するように構成されてい
る。したがって、スイッチング素子Ｑ₁ とスイッチング
素子Ｑ₂ とのオンオフが互いに反対になり、インバータ
制御信号のオンデューティを変化させると、スイッチン
グ素子Ｑ₁ ，Ｑ₂ のオン期間の比率つまり、上述したデ
ューティ比を変化させることができる。

【００２１】チョッパ回路ＣＨでは、スイッチング素子
Ｑ₃ のオンデューティを変化させると平滑コンデンサＣ
₃ の両端電圧が変化することが知られている。また、イ
ンバータ回路ＩＮＶでは、スイッチング素子Ｑ₁ ，Ｑ₂
をオンオフさせる動作周波数が変化すると共振回路のイ
ンピーダンスが変化するから、放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂に
印加される両端電圧が変化する。さらに、インバータ回
路ＩＮＶのスイッチング素子Ｑ₁ ，Ｑ₂ のデューティ比
を変化させると、放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ への供給電力が
変化するから調光点灯させることができる。

【００２２】ところで、チョッパ回路ＣＨやインバータ
回路ＩＮＶの動作状態を監視するために、本実施形態の
回路では各種の検出機能が設けてある。チョッパ回路Ｃ
Ｈには、平滑コンデンサＣ₃ の両端電圧を監視するため
に、平滑コンデンサＣ₃ の両端電圧を分圧する抵抗
Ｒ₃₁，Ｒ₃₂および抵抗Ｒ₃₂に並列接続したコンデンサＣ
₃₂が設けられている。制御回路ＣＮでは、コンデンサＣ
₃₂の両端電圧をチョッパ制御回路３に入力し、コンデン
サＣ₃₂の両端電圧（つまり、平滑コンデンサＣ₃ の両端
電圧）がチョッパ制御回路３に設定された電圧値に保た
れるように、スイッチング素子Ｑ₃ のオンデューティを
調節する。なお、チョッパ制御回路３はワンショットマ
ルチバイブレータを基本構成とするものであり、時定数
を決定するコンデンサＣ₃₃は集積回路である制御回路Ｃ
Ｎに対して外付けになる。

【００２３】また、チョッパ回路ＣＨのスイッチング素
子Ｑ₃ に過電流が流れるのを防止するために、スイッチ
ング素子Ｑ₃ の通過電流を検出する抵抗Ｒ₃₃がスイッチ
ング素子Ｑ₃ に直列接続されている。図３に示すよう
に、制御回路ＣＮは抵抗Ｒ₃₃の両端電圧を既定の閾値と
比較する過電流検知回路５を備える。過電流検知回路５
は抵抗Ｒ₃₃の両端電圧が増加して上記閾値に達するとイ
ンバータ制御回路２およびチョッパ制御回路３に対して
スイッチング素子Ｑ₁ 〜Ｑ₃ をオフにするように指示す
る。スイッチング素子Ｑ₃ がオフになれば、平滑コンデ
ンサＣ₃ はインダクタＬ₃ を通して整流回路ＤＢの出力
により充電されるだけであるから、平滑コンデンサＣ₃
の両端電圧は交流電源ＡＣのピーク電圧程度まで低下す
る。また、インバータ回路ＩＮＶの動作が停止するか
ら、放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ には給電されなくなる。

【００２４】一方、放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ の動作状態な
いし接続状態を検出するために、インバータ回路ＩＮＶ
と各放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ との間にそれぞれ接続された
インダクタＬ₂₁，Ｌ₂₂の２次巻線の出力を用いる。各２
次巻線は異極性の一端同士が接続され、各他端はそれぞ
れ整流用のダイオードＤ₄₁，Ｄ₄₂を介して共通に接続さ
れる経路と、共通に接続した後に整流用のダイオードＤ
₄₃を通る経路とに２分される。つまり、インダクタ
Ｌ₂₁，Ｌ₂₂を通る電流の極性に応じて各ダイオード
Ｄ₄₁，Ｄ₄₂の一方に択一的に電流が流れ、正常時にはダ
イオードＤ₄₁，Ｄ₄₂のカソードに電圧が常時発生する。
また、ダイオードＤ₄₃のアノードに印加される電圧は両
２次巻線の両端電圧を打ち消し合った電圧であって、正
常時にはダイオードＤ₄₃のカソードに電圧が発生しない
ように設定されている。ダイオードＤ₄₁，Ｄ₄₂のカソー
ド電圧は抵抗Ｒ₄₁およびコンデンサＣ₄₁により平滑され
て制御回路ＣＮのエミレス／無負荷検出回路６に入力さ
れる。また、ダイオードＤ₄₃のカソード電圧は抵抗Ｒ₄₃
およびコンデンサＣ₄₃により平滑されて制御回路ＣＮの
１灯はずれ検出回路７に入力される。

【００２５】いま、放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ の寿命末期に
おいて一方のフィラメントの電子放出物質が飛散して電
子が放出されにくくなり、印加電圧の半波でのみ点灯す
る状態（エミッタが消耗して生じる現象という意味でエ
ミレス状態という）になったとする。このとき、インダ
クタＬ₂₁，Ｌ₂₂には半波でしか電流が流れないから２次
巻線出力が低下し、結果的にダイオードＤ₄₁，Ｄ₄₂のカ
ソード電位の平均値が低下する。エミレス／無負荷検出
回路６はこのような電圧低下を検出してエミレス状態と
判断する。また、フィラメントが断線したり放電灯Ｌａ
₁ ，Ｌａ₂ が接続されていない無負荷状態でもインダク
タＬ₂₁，Ｌ₂₂の２次巻線出力の平均値が低下するから、
エミレス／無負荷検出回路６によって無負荷状態を検出
することができる。ここに、ダイオードＤ₄₁，Ｄ₄₂のカ
ソード電位に対する閾値を設定するために、エミレス／
無負荷検出回路６には感度調節用の抵抗Ｒ₄₂が接続可能
になっている。

【００２６】一方、放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ が１灯だけし
か接続されていない状態では、ダイオードＤ₄₁，Ｄ₄₂の
カソード電位の平均値が低下するとともに、インダクタ
Ｌ₂₁，Ｌ₂₂の２次巻線出力の差が大きくなる。その結
果、ダイオードＤ₄₃のカソードに比較的大きな電圧が生
じるから、１灯はずれ検出回路７では電圧の上昇を検出
して一方の放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ が外れていることを検
出するのである。

【００２７】エミレス状態ではインダクタＬ₂₁，Ｌ₂₂が
限流要素として機能しないからインバータ回路ＩＮＶの
スイッチング素子Ｑ₁ ，Ｑ₂ に過大な電流が流れるおそ
れがあり、また無負荷状態では放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ で
の電力消費がないから余剰エネルギによって平滑コンデ
ンサＣ₃ の両端電圧が異常に上昇するおそれがある。こ
れらの現象はチョッパ回路ＣＨやインバータ回路ＩＮＶ
の破壊につながるものでるから、エミレス状態ないし無
負荷状態が検出されたときにはチョッパ回路ＣＨの動作
を停止させる。この動作により、チョッパ回路ＣＨの動
作が停止すれば上述のように平滑コンデンサＣ₃ の両端
電圧が低下するから、インバータ回路ＩＮＶの破壊が防
止される。さらに安全性を高めるには、インバータ回路
ＩＮＶも停止させればよい。

【００２８】また、放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ が１灯だけ外
れた状態では、インバータ回路ＩＮＶの負荷が小さくな
るから消費電力の低下により平滑コンデンサＣ₃ の両端
電圧が上昇することが考えられる。そこで、この場合に
は平滑コンデンサＣ₃ の両端電圧の上昇を防止するよう
に、チョッパ回路ＣＨのスイッチング素子Ｑ₃ のオンデ
ューティを放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ が２灯とも接続されて
いる場合よりも小さくする。

【００２９】チョッパ回路ＣＨやインバータ回路ＩＮＶ
の出力の制御は、上述したエミレス状態や無負荷状態あ
るいは１灯はずれ状態のような異常状態に対してのみ行
なわれるものではなく、正常時においても、予熱、始
動、定格点灯、調光点灯などの各状態に応じて行なう必
要がある。すなわち、予熱時には放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂
の両端間に印加する電圧を低く設定するためにインバー
タ回路ＩＮＶの動作周波数は高く設定し、また消費電力
が少ないから平滑コンデンサＣ₃ の両端電圧の異常上昇
を避けるためにチョッパ回路ＣＨのスイッチング素子Ｑ
₃ のオンデューティを小さくする必要がある。ここに、
インバータ回路ＩＮＶの動作周波数は共振回路の共振周
波数（無負荷時共振周波数）よりも高い領域（遅相領域
という）に設定してある。

【００３０】また、始動時には放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ の
両端間に印加する電圧を始動電圧まで上昇させなければ
ならないから、インバータ回路ＩＮＶの動作周波数を予
熱時よりも低く設定する必要がある。ただし、インバー
タ回路ＩＮＶの動作周波数の設定範囲は遅相領域でなけ
ればならないから、比較的高い始動電圧を得るために、
チョッパ回路ＣＨの出力電圧を高くするようにスイッチ
ング素子Ｑ₃ のオンデューティを大きくする。

【００３１】定格点灯時には、放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ の
安定点灯状態を保つことができる程度に、チョッパ回路
ＣＨの出力電圧を始動時よりも引き下げ、また定格出力
が得られるようにインバータ回路ＩＮＶの動作周波数を
適宜に設定する。さらに、調光点灯には、インバータ回
路ＩＮＶの動作周波数を定格点灯時よりも高い周波数に
設定して（たとえば、定格点灯時に５０ｋＨｚであると
して、調光点灯時には８０ｋＨｚなどに設定する）、放
電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ への印加電圧を引き下げたり、スイ
ッチング素子Ｑ₁ ，Ｑ₂ のデューティ比を変更して（た
とえば、定格点灯時に１：１であるとして、調光点灯時
には２：１などに設定する）、放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ へ
の供給電力を低減させる。このとき、チョッパ回路ＣＨ
の負荷が小さくなるから、平滑コンデンサＣ₃ の両端電
圧の異常上昇を防止するために、スイッチング素子Ｑ₃
のオンデューティを定格点灯時よりも小さくする。

【００３２】ところで、電源投入時にはインバータ回路
ＩＮＶが動作する前にチョッパ回路ＣＨが動作を開始す
ると、チョッパ回路ＣＨの負荷が軽いために平滑コンデ
ンサＣ₃ の両端電圧が異常上昇するおそれがあり、また
放電灯Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ を消灯させる際にも、インバータ
回路ＩＮＶがチョッパ回路ＣＨに先立って停止すると平
滑コンデンサＣ₃ の両端電圧が異常上昇する可能性が生
じる。そこで、電源投入時にはインバータ回路ＩＮＶが
チョッパ回路ＣＨの動作と同時ないしチョッパ回路ＣＨ
の動作に先立って動作するように制御する必要があり、
また消灯時にはインバータ回路ＩＮＶをチョッパ回路Ｃ
Ｈの動作に遅れて停止させる必要がある。調光時も同様
であって、インバータ回路ＩＮＶの出力低下の前にチョ
ッパ回路ＣＨの出力を低下させる必要がある。

【００３３】上述のように、正常時や異常時の各条件に
応じて、チョッパ回路ＣＨとインバータ回路ＩＮＶとの
動作周波数やオンデューティ、あるいは動作タイミング
を制御しなければならない。そこで、各種タイミングを
制御するためのタイマ回路８と、タイマ回路８で設定さ
れたタイミングおよびエミレス／無負荷検出回路６や１
灯はずれ検出回路７で検出された異常状態に基づいてチ
ョッパ回路ＣＨやインバータ回路ＩＮＶの動作を決定す
るモード切換回路９とを制御回路ＣＮに設けている。モ
ード切換回路９は発振回路１の出力周波数とインバータ
制御回路２およびチョッパ制御回路３からの出力信号の
オンデューティの組み合わせを制御する。ここに、イン
バータ制御回路２はチョッパ制御回路３と同様にワンシ
ョットマルチバイブレータを基本構成とするものであ
り、時定数を決定するコンデンサＣ ₃₄は外付けされる。
また、発振回路１の時定数を決定するコンデンサＣ₃₁も
外付けされる。

【００３４】タイマ回路８は、電源投入以後に予熱期間
と始動期間とを時限する機能を有し、予熱期間、始動期
間にそれぞれ対応した信号（Tyo ，Tsid）をモード切換
回路９に与え、モード切換回路９では予熱期間、始動期
間、点灯期間に応じて発振回路１、インバータ制御回路
２、チョッパ制御回路３を連動させて制御する。電源投
入のタイミングは、定電圧／定電流回路２１の出力を受
けて内部電源リセット回路２２からタイマ回路８に入力
されるリセット解除信号により与えられる。定電圧／定
電流回路２１は制御回路ＣＮで用いる各種の基準電圧や
基準電流を発生する回路であって、それらを設定するた
めの抵抗Ｒ₃₈〜Ｒ₄₀が外付け可能になっている。また、
予熱期間は外付けされる抵抗Ｒ₃₅とコンデンサＣ₃₅とに
より設定され、始動期間は抵抗Ｒ₃₆とコンデンサＣ₃₆と
により設定される。さらに、タイマ回路８は上述した消
灯時や調光時やエミレス状態による消灯時などのタイミ
ングを設定する信号（それぞれTstop ，Tdim，Temi）も
出力し、調光時のタイミングはコンデンサＣ₃₇と抵抗Ｒ
₃₇とにより決定される。ここで、消灯は定電圧／定電流
回路２１の出力電圧を監視している電源リセット回路２
２により検出される。また、調光状態に切り換えるため
の信号は外部からタイマ回路８に与えられ、タイマ回路
８を通してモード切換回路９に指示が与えられる。

【００３５】モード切換回路９には、エミレス／無負荷
検出回路６および１灯はずれ検出回路７による検出信号
も入力され、エミレス状態ないし無負荷状態や１灯はず
れ状態に応じて発振回路１、インバータ制御回路２、チ
ョッパ制御回路３の出力を連動させて制御する。以上の
説明から明らかなように、図１に示した動作指示回路４
は、図３に示す構成のうち、過電流検知回路５、エミレ
ス／無負荷検出回路６、１灯はずれ検出回路７、タイマ
回路８、モード切換回路９により構成されることにな
る。

【００３６】以上説明したように、正常時や異常時に適
合した動作を行なうように、モード切換回路９が発振回
路１、インバータ制御回路２、チョッパ制御回路３を連
動させて制御することができるのである。つまり、従来
のようにチョッパ回路ＣＨやインバータ回路ＩＮＶが独
立して制御されている場合に比較して、チョッパ回路Ｃ
Ｈやインバータ回路ＩＮＶを適正な条件で動作させるこ
とが可能になるのである。しかも、インバータ制御回路
２とチョッパ制御回路３とは発振回路１を共用してお
り、さらにモード切換回路９では、発振回路１の出力周
波数と、インバータ制御信号およびチョッパ制御信号の
オンデューティとを設定するから、比較的簡単な回路構
成ながらチョッパ回路ＣＨとインバータ回路ＩＮＶとを
独立して制御することが可能になる。なお、上述したよ
うに制御回路ＣＮは集積回路であって、上述のように一
部回路を共用するなど回路構成を簡略化していることで
集積化が容易かつ低コスト化が可能になっている。しか
も、インバータ制御信号やチョッパ制御信号の周波数を
発振回路１で決定し、オンデューティをインバータ制御
回路２およびチョッパ制御回路３で設定するから、イン
バータ制御信号やチョッパ制御信号の制御が容易であ
る。また、チョッパ回路ＣＨおよびインバータ回路ＩＮ
Ｖの制御および異常の検出などを１個の集積回路で行な
うから、回路の実装面積の低減につながる。制御回路Ｃ
Ｎの製造プロセスにはバイポーラプロセスを使用するこ
とで製造コストを低減することができる。なお、図２の
制御回路ＣＮにおいて、丸付き数字は図３における端子
内の番号に対応する。

【００３７】

【発明の効果】請求項１の発明は、交流電源を整流する
整流回路と、高周波でオンオフされる第１のスイッチン
グ素子を用いて整流回路出力に直流−直流変換を行なう
チョッパ回路と、高周波でオンオフされる第２のスイッ
チング素子を用いてチョッパ回路出力を高周波電力に変
換するインバータ回路と、共振回路および放電灯を含み
インバータ回路の高周波出力が共振回路を介して放電灯
に供給される負荷回路と、第１および第２のスイッチン
グ素子のオンオフを制御する制御回路とを備え、制御回
路は、第１および第２のスイッチング素子の動作周波数
を設定する基準信号を発生する発振回路と、第１のスイ
ッチング素子をオンオフさせるチョッパ制御信号を基準
信号に同期して発生しチョッパ制御信号のオンデューテ
ィを設定するチョッパ制御回路と、第２のスイッチング
素子をオンオフさせるインバータ制御信号を基準信号に
同期してチョッパ制御信号と同じ周波数で発生しインバ
ータ制御信号のオンデューティを設定するインバータ制
御回路と、発振回路の出力周波数とチョッパ制御回路か
ら発生するチョッパ制御信号のオンデューティとインバ
ータ制御回路から発生するインバータ制御信号のオンデ
ューティとを関連付けるように正常時や異常時の各条件
に応じて発振回路とインバータ制御回路とチョッパ制御
回路とを連動させて制御する動作指示回路とを備えるも
のであり、発振回路によりチョッパ回路とインバータ回
路との動作周波数を決定し、チョッパ制御回路とインバ
ータ制御回路とによってそれぞれチョッパ制御信号とイ
ンバータ制御信号とのオンデューティを決定するから、
チョッパ回路とインバータ回路とにそれぞれオンデュー
ティを独立して設定することができるチョッパ制御信号
とインバータ制御信号とを与えることができ、チョッパ
回路とインバータ回路とを個別に制御することができる
という利点がある。しかも、チョッパ回路とインバータ
回路との動作周波数は発振回路により同じ周波数に設定
されるから、共通の回路を用いて回路構成を簡単にする
ことが可能になるという利点もある。また、動作指示回
路は発振回路とチョッパ制御回路とインバータ制御回路
とを連動させて制御するから、チョッパ回路とインバー
タ回路とを個別に制御可能としながらも、種々の条件に
応じてチョッパ回路とインバータ回路とを関連付けて制
御することができ、簡単な回路構成ながら比較的複雑な
制御を実現することができるという効果がある。請求項
２の発明のように、動作指示回路が、予熱、始動、定格
点灯、調光点灯の各状態に応じて発振回路とインバータ
制御回路とチョッパ制御回路とを関連付けて制御し、基
準信号の周波数とインバータ制御信号のオンデューティ
とチョッパ制御信号のオンデューティとを各状態に適合
させるものでは、予熱、始動、定格点灯、調光点灯とい
う正常動作時の各種動作状態に応じてチョッパ回路とイ
ンバータ回路とを適正に制御することができ、たとえば
始動時にはチョッパ回路の出力電圧を定格点灯時よりも
高く設定すれば、インバータ回路の動作周波数と共振回
路の共振周波数との関係のみで放電灯に印加する電圧を
予熱電圧から始動電圧まで変化させる場合に比較する
と、インバータ回路の動作周波数の変化の範囲を小さく
することができ、インバータ回路の動作周波数が共振回
路の共振周波数以下になる（いわゆる進相領域になる）
のを防止するように制御することが可能になる。その結
果、インバータ回路が進相領域で動作することによる第
２のスイッチング素子の破壊を防止することができると
いう利点がある。

【００３８】請求項３の発明のように、動作指示回路
が、チョッパ回路およびインバータ回路の動作の異常を
監視し、異常が検出されるとその異常に応じて発振回路
とインバータ制御回路とチョッパ制御回路とを関連付け
て制御するものでは、各種の異常に対処するようにチョ
ッパ回路とインバータ回路とを適切に制御することがで
き、たとえばチョッパ回路の出力電圧の異常上昇による
回路素子の破壊などを防止することができるという利点
がある。

【００３９】請求項４の発明のように、動作指示回路
が、インバータ回路の出力を監視し、インバータ回路の
出力の変化に応じてチョッパ制御信号のオンデューティ
を変化させるようにチョッパ制御回路を制御するもので
は、インバータ回路の出力が低下すればチョッパ回路の
出力も低下させるようにインバータ回路とチョッパ回路
とを連動させて制御することになり、インバータ回路の
消費電力が低下したときにチョッパ回路の出力電圧が異
常上昇するのを防止することができるという利点を有す
る。

【００４０】請求項５の発明のように、負荷回路が並列
的に接続された複数の放電灯を備え、動作指示回路が、
少なくとも１つの放電灯が接続されていないことを検出
すると、チョッパ回路の出力を低下させるようにチョッ
パ制御回路を制御するものでは、複数の放電灯を１台の
インバータ回路で同時に点灯させる装置において、少な
くとも１つの放電灯が接続されていなければインバータ
回路の消費電力が減少するから、このときにチョッパ回
路の出力を低下させることにより、チョッパ回路の出力
電圧の異常上昇を防止することができるという利点があ
る。

【００４１】請求項６の発明のように、動作指示回路
が、放電灯の寿命末期状態またはインバータ回路の無負
荷状態を検出するとチョッパ回路を停止させるようにチ
ョッパ制御回路を制御するものでは、寿命末期状態や無
負荷状態においてチョッパ回路を停止させる構成を採用
することでインバータ回路のストレスを防止することが
できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。

【図２】同上の具体回路図である。

【図３】同上に用いる制御回路のブロック図である。

【図４】従来例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 発振回路 ２ インバータ制御回路 ３ チョッパ制御回路 ４ 動作指示回路 ５ 過電流検知回路 ６ エミレス／無負荷検出回路 ７ １灯はずれ検出回路 ８ タイマ回路 ９ モード切換回路 ＡＣ 交流電源 Ｃ₁₁，Ｃ₁₂ コンデンサ Ｃ₂₁，Ｃ₂₂ コンデンサ ＣＨ チョッパ回路 ＣＮ 制御回路 ＤＢ 整流回路 ＩＮＶ インバータ回路 Ｌ₂₁，Ｌ₂₂ インダクタ Ｌａ₁ ，Ｌａ₂ 放電灯 Ｑ₁ 〜Ｑ₃ スイッチング素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清家 宏 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (72)発明者 佐伯 浩司 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−266982（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−275543（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−234689（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−127496（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 41/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源を整流する整流回路と、高周波
   でオンオフされる第１のスイッチング素子を用いて整流
   回路出力に直流−直流変換を行なうチョッパ回路と、高
   周波でオンオフされる第２のスイッチング素子を用いて
   チョッパ回路出力を高周波電力に変換するインバータ回
   路と、共振回路および放電灯を含みインバータ回路の高
   周波出力が共振回路を介して放電灯に供給される負荷回
   路と、第１および第２のスイッチング素子のオンオフを
   制御する制御回路とを備え、制御回路は、第１および第
   ２のスイッチング素子の動作周波数を設定する基準信号
   を発生する発振回路と、第１のスイッチング素子をオン
   オフさせるチョッパ制御信号を基準信号に同期して発生
   しチョッパ制御信号のオンデューティを設定するチョッ
   パ制御回路と、第２のスイッチング素子をオンオフさせ
   るインバータ制御信号を基準信号に同期してチョッパ制
   御信号と同じ周波数で発生しインバータ制御信号のオン
   デューティを設定するインバータ制御回路と、発振回路
   の出力周波数とチョッパ制御回路から発生するチョッパ
   制御信号のオンデューティとインバータ制御回路から発
   生するインバータ制御信号のオンデューティとを関連付
   けるように正常時や異常時の各条件に応じて発振回路と
   インバータ制御回路とチョッパ制御回路とを連動させて
   制御する動作指示回路とを備えることを特徴とする放電
   灯点灯装置。
2. 【請求項２】 動作指示回路は、予熱、始動、定格点
   灯、調光点灯の各状態に応じて発振回路とインバータ制
   御回路とチョッパ制御回路とを関連付けて制御し、基準
   信号の周波数とインバータ制御信号のオンデューティと
   チョッパ制御信号のオンデューティとを各状態に適合さ
   せることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 【請求項３】 動作指示回路は、チョッパ回路およびイ
   ンバータ回路の動作の異常を監視し、異常が検出される
   とその異常に応じて発振回路とインバータ制御回路とチ
   ョッパ制御回路とを関連付けて制御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. 【請求項４】 動作指示回路は、インバータ回路の出力
   を監視し、インバータ回路の出力の変化に応じてチョッ
   パ制御信号のオンデューティを変化させるようにチョッ
   パ制御回路を制御することを特徴とする請求項１記載の
   放電灯点灯装置。
5. 【請求項５】 負荷回路は並列的に接続された複数の放
   電灯を備え、動作指示回路は、少なくとも１つの放電灯
   が接続されていないことを検出すると、チョッパ回路の
   出力を低下させるようにチョッパ制御回路を制御するこ
   とを特徴とする請求項４記載の放電灯点灯装置。
6. 【請求項６】 動作指示回路は、放電灯の寿命末期状態
   またはインバータ回路の無負荷状態を検出するとチョッ
   パ回路を停止させるようにチョッパ制御回路を制御する
   ことを特徴とする請求項４記載の放電灯点灯装置。