JP3687287B2

JP3687287B2 - 無電極放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP3687287B2
Application number: JP20197097A
Authority: JP
Inventors: 大志城戸
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1997-07-28
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2017-07-28
Also published as: JPH1145791A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無電極放電灯の近傍に配置された誘導コイルに、高周波電磁界を誘起して、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ものであり、特に無電極放電灯の始動時に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の無電極放電灯点灯装置の一例を示している。無電極放電灯１は、石英やセラミックスなどの透光性材料で気密に形成されたバルブの内部に希ガスあるいは希ガスの放電によって励起発光する物質又は金属蒸気などを封入し、内管面には必要に応じて蛍光体が塗布されている。無電極放電灯１の外周には、導電性の良い金属などで形成された高周波電磁界印加手段（誘導コイル２）が近接して配設されている。この誘導コイル２にマッチング回路９を介して高周波電源回路３が接続されている。高周波電源回路３は、直流電源Ｅに接続され、高周波電力を発生させる。この高周波電源回路３から誘導コイル２に数ＭＨｚから数百ＭＨｚの高周波電流を流すことにより、誘導コイル２に高周波電磁界を発生させ、無電極放電灯１に高周波電力を供給し、無電極放電灯１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する。ここで、マッチング回路９は、無電極放電灯１の点灯安定時に効率良く高周波電力を送ることができるように、無電極放電灯１の点灯安定時において高周波電源回路３からみた負荷インピーダンスが適正値となるように設計されている。また、イグナイタ回路５は無電極放電灯１の近傍に始動用電極７を有し、この電極に高電圧を供給して無電極放電灯１の始動を補助する回路である。
【０００３】
図６は従来の無電極放電灯点灯装置の具体回路図である。図中、３１は水晶振動子Ｘを用いた発振回路であり、コイルＬ₆とコンデンサＣ₁₅により低Ｑの同調回路を構成し、無調整の発振器としている。発振回路３１の発振出力を増幅するプリアンプ３２は、トランジスタＱ₄によりＣ級増幅を行っており、コイルＬ₅とコンデンサＣ₁₇により発振周波数に同調するように構成している。抵抗Ｒ₈〜Ｒ₁₀からなる回路は減衰器を構成しており、抵抗Ｒ₁₁はコイルＬ₅のＱを下げるために挿入されている。フィルタ回路３３は、チョークコイルＬ₃、コンデンサＣ₄等から構成され、高周波が直流電源Ｅに帰還することを防止している。プリアンプ３２の出力を更に高周波電力増幅するメインアンプ３４は、パワーＭＯＳＦＥＴ（以下、トランジスタと称す）Ｑ₅による増幅器となっている。コイルＬ₇は、トランジスタＱ₅の入力キャパシタンスを打ち消すために挿入してあり、抵抗Ｒ₁₂はトランジスタＱ₅の入力インピーダンスをプリアンプ３２の出力と整合させるために接続してある。マッチング回路９はコンデンサＣ₁₈〜Ｃ₂₀等で構成され、メインアンプ３４の出力と後段の無電極放電灯１及び誘導コイル２とのインピーダンス整合を行っている。
【０００４】
上述のように、無電極放電灯点灯装置は、高周波電源回路３の高周波出力を効率よく負荷となる誘導コイル２と無電極放電灯１（以下負荷Ｌｐと呼ぶ）に供給するためマッチング回路９を具備している。しかし、マッチング回路９からみた負荷Ｌｐの入力インピーダンスは、無電極放電灯１の状態によって大きく変化する。すなわち、無電極放電灯１が消灯している状態（始動時）では、負荷Ｌｐは概ね誘導コイル２のみとなり、誘導成分が大きくなるのに対し、無電極放電灯１が点灯している状態（点灯時）では、誘導コイル２が、無電極放電灯１の内部に発生したプラズマ（プラズマ抵抗）と結合するため、始動時に比べて抵抗成分が大きくなる。すると、例えばマッチング回路９を、無電極放電灯１が点灯している状態での負荷Ｌｐと高周波電源回路３とのインピーダンス整合を行うように設計した場合、始動時には、負荷Ｌｐと高周波電源回路３とのインピーダンス整合は不整合となり、高周波電源回路３に反射電力を与えるため、高周波電源回路３にストレスを与え、特にメインアンプ３４のトランジスタＱ₅に過大なストレスを与えることとなる。
【０００５】
この課題に対しては、図７のように、始動時にインピーダンス整合されたマッチング回路と点灯時にインピーダンス整合されたマッチング回路を具備し、これらを切り替えるという手段が考案されている（実開平５−２０２９７号）。以下、これをマッチング切替回路６と呼ぶ。図７において、Ｓｗはスイッチを示し、このスイッチＳｗの切り替えによって、始動時と点灯時のインピーダンス整合をとることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来技術であっても、例えば高周波電源回路３に安定した或る一定の直流電圧を供給するために、直流電源回路４として昇圧チョッパ回路を用いたときに、無電極放電灯１の始動時において、高周波電源回路３と始動回路５と昇圧チョッパ回路が同時に動作し始めたとすると、たとえマッチング切替回路６で始動時のインピーダンス整合を行っていたとしても、昇圧チョッパ回路の動作が安定した状態になるよりも高周波電源回路３が安定した状態になるまでの時間が遅ければ、誘導コイル２が経時変化などでインピーダンスが変化していた場合には、マッチング切替回路６でのインピーダンス整合が正確にとれず、無電極放電灯１が始動しなくなるという可能性がある。
【０００７】
また、特願平８−３１５３１２号に記載されているように、負荷のインピーダンスに応じてマッチングを連続的に変化させる可変マッチング回路を備える構成では、無電極放電灯１及び誘導コイル２を負荷としている場合には、始動時において短期間かつ急峻にインピーダンスが変化するので、マッチングの連続的な変化が追従できず、この場合にもまたインピーダンス整合が正確にとれないという課題が残る。
【０００８】
さらに、無電極放電灯１の始動時において、誘導コイル２と高周波電源回路３のインピーダンス整合をとる別の手段として、始動時のみ高周波電源回路３の周波数を変化させるという方法がある。しかし、この方法では無電極放電灯１の始動時の短い時間に周波数を変化させて確実に誘導コイル２と高周波電源回路３のインピーダンス整合をとらなければならないが、高周波電源回路３の周波数が高いため、ノイズの影響を受けやすく非常に制御困難であり、また回路構成が複雑になるという欠点がある。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、直流電源回路と高周波電源回路とマッチング回路と始動回路を有した無電極放電灯点灯装置において、無電極放電灯が点灯しなかったり、あるいは過大な電流が高周波電源回路に流れ、素子が破壊されてしまうということがなく、確実に無電極放電灯を始動させることができ、さらに小型化可能な無電極放電灯点灯装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明にあっては、上記の課題を解決するために、図１に示すように、無電極放電灯１と、前記無電極放電灯１に近接して配置される誘導コイル２と、前記誘導コイル２に高周波電力を供給する高周波電源回路３と、前記高周波電源回路３に直流電力を供給する昇圧チョッパ回路よりなる直流電源回路４と、前記無電極放電灯１に近接して配置される始動用電極７と、前記始動用電極７に高電圧を印加して前記無電極放電灯１の始動を補助する始動回路５と、前記誘導コイル２と高周波電源回路３の間に配置されて両者間のインピーダンス整合を無電極放電灯１の始動時及び点灯時で可能とするマッチング切替回路６とを備えた無電極放電灯点灯装置において、前記無電極放電灯１の始動時に、前記高周波電源回路３が高周波電圧の出力を開始する時期と前記始動回路５が始動用電極７に高電圧の印加を開始する時期はいずれも前記直流電源回路４が昇圧動作を開始するよりも前であり、前記直流電源回路４が昇圧動作を開始した後に、マッチング切替回路６が始動時のインピーダンス整合状態から点灯時のインピーダンス整合状態に切り替わると共に、始動回路５が始動用電極７に高電圧を印加する動作を停止することを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の第１の実施例を図１に示す。本実施例の基本的な回路構成は、図５の従来例と同じであり、透光性のガラスバルブまたは内面に蛍光体が塗布されたガラスバルブ内に不活性ガス、金属蒸気等の放電ガスを封入した無電極放電灯１と、この無電極放電灯１の近傍に配置された誘導コイル２と、この誘導コイル２に接続され高周波電力を誘導コイル２に供給する高周波電源回路３と、始動時と点灯時において誘導コイル２と高周波電源回路３のインピーダンスを整合し無電極放電灯１に効率良く高周波電力を伝達するマッチング切替回路６とを備えている。また、本実施例では、高周波電源回路３に直流電力を供給する昇圧機能を有する直流電源回路４（例えば昇圧チョッパ回路）を備え、直流電源回路４の入力端には商用電源ＡＣが接続されている。始動回路５は無電極放電灯１の近傍に始動用電極７を有し、この電極に高電圧を供給して無電極放電灯１の始動を補助する。そして、高周波電源回路３から誘導コイル２に数百ＫＨｚから数百ＭＨｚの高周波電流を流すことにより、誘導コイル２に高周波電磁界を発生させ、無電極放電灯１に高周波電力を供給し、内部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ようになっている。
【００１２】
本実施例の始動時における直流電源回路４の出力電圧、高周波電源回路３の出力電圧、始動回路５の出力電圧、及びマッチング切替回路６の状態（始動側にあるか点灯側にあるか）の動作説明図を図２に示す。
以下、図２について説明する。始動時において、ｔ₁で商用電源ＡＣが投入されると、まず、高周波電源回路３が動作する。このとき、直流電源回路４は昇圧チョッパ回路なので、商用電源ＡＣをそのまま整流平滑した電圧が高周波電源回路３に供給されている。また、このとき、マッチング切替回路６の状態は、始動側（始動状態のときに誘導コイル２と高周波電源回路３がインピーダンス整合状態となる）にある。そして、ｔ₂で始動回路５が動作して、始動用電極７により無電極放電灯１に高電圧を印加する。その後、ｔ₃で直流電源回路４の昇圧チョッパ回路が動作すると、その出力電圧が増加するに伴い、高周波電源回路３の出力も増加する。そして、その後、ｔ₄で無電極放電灯１が点灯すると共に、マッチング切替回路６が始動側から点灯側（点灯状態のときに誘導コイル２と高周波電源回路３がインピーダンス整合状態となる）に移行する。
【００１３】
本実施例においては、無電極放電灯１の始動時に、高周波電源回路３、始動回路５、直流電源回路４、マッチング切替回路６の順に動作させているので、誘導コイル２の経時変化などによるインピーダンス変化があったとしても、確実に無電極放電灯１を点灯することができる。
【００１４】
（実施例２）
本発明の第２の実施例の基本回路構成は実施例１と同じであり、その動作のみが異なるので、重複する説明は省略し、回路動作について説明する。実施例１と本実施例の異なる点は、高周波電源回路３と始動回路５の動作順序である。始動時における直流電源回路４、高周波電源回路３、始動回路５、及びマッチング切替回路６の動作説明図を図３に示す。
【００１５】
以下、図３について説明する。始動時において、ｔ₁で商用電源ＡＣが投入されると、まず始動回路５が動作して始動用電極７に高電圧を印加する。このとき、マッチング切替回路６の状態は、始動側（始動状態のときに誘導コイル２と高周波電源回路３がインピーダンス整合状態となる）にある。その後、ｔ₂で高周波電源回路３が動作する。そして、ｔ₃で直流電源回路４の昇圧チョッパ回路が動作し、その出力電圧が増加するに伴い、高周波電源回路３の出力も増加する。そして、その後、ｔ₄で無電極放電灯１が点灯すると共に、マッチング切替回路６が始動側から点灯側（点灯状態のときに誘導コイル２と高周波電源回路３がインピーダンス整合状態となる）に移行する。
【００１６】
（実施例３）
本発明の第３の実施例の基本回路構成は実施例１と同じであり、その動作のみが異なるので、重複する説明は省略し、回路動作について説明する。実施例１と本実施例の異なる点は、高周波電源回路３と始動回路５の動作順序である。始動時における直流電源回路４、高周波電源回路３、始動回路５、及びマッチング切替回路６の動作説明図を図４に示す。
【００１７】
以下、図４について説明する。始動時において、ｔ₁ で商用電源ＡＣが投入されると、まず高周波電源回路３と始動回路５が略同時に動作する。始動回路５が動作すると、始動用電極７に高電圧を印加する。このとき、直流電源回路４は昇圧チョッパ回路なので、商用電源ＡＣをそのまま整流平滑した電圧が高周波電源回路３に供給されている。また、このとき、マッチング切替回路６の状態は、始動側（始動状態のときに誘導コイル２と高周波電源回路３がインピーダンス整合状態となる）にある。
【００１８】
その後、ｔ₂で直流電源回路４の昇圧チョッパ回路が動作すると、その出力電圧が増加するに伴い、高周波電源回路３の出力も増加する。そして、その後、ｔ₃で無電極放電灯１が点灯すると共に、マッチング切替回路６が始動側から点灯側（点灯状態のときに誘導コイル２と高周波電源回路３がインピーダンス整合状態となる）に移行する。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、無電極放電灯と、前記無電極放電灯に近接して配置される誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源回路と、前記高周波電源回路に直流電力を供給する昇圧チョッパ回路よりなる直流電源回路と、前記無電極放電灯に近接して配置される始動用電極と、前記始動用電極に高電圧を印加して前記無電極放電灯の始動を補助する始動回路と、前記誘導コイルと高周波電源回路の間に配置された両者間のインピーダンス整合を無電極放電灯の始動時及び点灯時で可能とするマッチング切替回路とを備えた無電極放電灯点灯装置において、前記無電極放電灯の始動時に、前記高周波電源回路が高周波電圧の出力を開始する時期と前記始動回路が始動用電極に高電圧の印加を開始する時期はいずれも前記直流電源回路が昇圧動作を開始するよりも前であり、前記直流電源回路が昇圧動作を開始した後に、マッチング切替回路が始動時のインピーダンス整合状態から点灯時のインピーダンス整合状態に切り替わると共に、始動回路が始動用電極に高電圧を印加する動作を停止するようにしたので、誘導コイルの経時変化などによるインピーダンス変化があったとしても、無電極放電灯が点灯しなかったり、あるいは過大な電流が高周波電源回路に流れ、素子が破壊されてしまうということがなく、確実に無電極放電灯を始動させることができ、さらに小型化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】本発明の実施例１の全体構成を示すブロック回路図である。
【図２】本発明の実施例１の動作説明図である。
【図３】本発明の実施例２の動作説明図である。
【図４】本発明の実施例３の動作説明図である。
【図５】従来例１の全体構成を示すブロック回路図である。
【図６】従来例１の具体的な回路構成を示す回路図である。
【図７】従来例２の具体的な回路構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１無電極放電灯
２誘導コイル
３高周波電源回路
４直流電源回路
５始動回路
６マッチング切替回路

Claims

無電極放電灯と、前記無電極放電灯に近接して配置される誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源回路と、前記高周波電源回路に直流電力を供給する昇圧チョッパ回路よりなる直流電源回路と、前記無電極放電灯に近接して配置される始動用電極と、前記始動用電極に高電圧を印加して前記無電極放電灯の始動を補助する始動回路と、前記誘導コイルと高周波電源回路の間に配置されて両者間のインピーダンス整合を無電極放電灯の始動時及び点灯時で可能とするマッチング切替回路とを備えた無電極放電灯点灯装置において、前記無電極放電灯の始動時に、前記高周波電源回路が高周波電圧の出力を開始する時期と前記始動回路が始動用電極に高電圧の印加を開始する時期はいずれも前記直流電源回路が昇圧動作を開始するよりも前であり、前記直流電源回路が昇圧動作を開始した後に、マッチング切替回路が始動時のインピーダンス整合状態から点灯時のインピーダンス整合状態に切り替わると共に、始動回路が始動用電極に高電圧を印加する動作を停止することを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
前記無電極放電灯の始動時において、前記高周波電源回路が高周波電圧の出力を開始した後に前記始動回路が始動用電極に高電圧を印加する動作を開始す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。
前記無電極放電灯の始動時において、前記始動回路が始動用電極に高電圧を印加する動作を開始した後に前記高周波電源回路が高周波電圧の出力を開始す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。
前記無電極放電灯の始動時において、前記高周波電源回路が高周波電圧の出力を開始するのと略同時に前記始動回路が始動用電極に高電圧を印加する動作を開始す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。
前記無電極放電灯の始動時において、前記直流電源回路の昇圧動作が終了する時期は、マッチング切替回路が始動時のインピーダンス整合状態から点灯時のインピーダンス整合状態に切り替わった後であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
前記高周波電源回路の動作周波数は数百ｋＨｚ〜数百ＭＨｚであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
前記高周波電源回路は水晶振動子を含んでいることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
前記直流電源回路、高周波電源回路、始動回路、マッチング切替回路を収納する筐体を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。