JP3941482B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、定格ランプ電流が略等しく且つ定格ランプ電力が異なる同種の放電灯に適合するとともに何れの放電灯も調光可能な放電灯点灯装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図13に示すように、直流電源1の直流出力をインバータ部2にて高周波出力に変換し、インダクタL1とコンデンサC1の共振回路3を介して放電灯Laに供給するとともに、外部から与えられる調光信号に応じて調光部4によりインバータ部2の動作周波数やオンデューティ比を制御して高周波出力を調整することで放電灯Laを調光するようにした放電灯点灯装置が従来より提供されている(以下、「従来例1」という)。しかしながら、この従来例1では調光範囲の下限付近までインバータ部2の高周波出力を低下させた場合に放電灯Laのちらつきや立ち消えが起こり易くなるため、あまり調光を深く(光出力を低く)することができなかった。
【0003】
そこで、上記のようなちらつきや立ち消えを抑えつつ、調光範囲の下限を下げてより深い調光を可能とした放電灯点灯装置が提案されている(以下、「従来例2」という)。この従来例2は、図14に示すようにインバータ部2の出力端間に直列接続されるインダクタL1及びコンデンサC1に加えて、インダクタL1とコンデンサC1の接続点と放電灯Laの一端との間にコンデンサC2が直列に接続されて共振回路3が構成されている。上記コンデンサC2を追加したことによって、調光範囲の下限付近におけるインバータ部2の動作周波数(下限動作周波数)fDimと共振回路3の無負荷共振周波数f0とを略一致させるように設計し易くなり、調光範囲の下限付近におけるインバータ部2の出力電圧(無負荷2次電圧)を高くしてちらつきや立ち消えを抑制し、より深い調光が可能になるという利点がある。
【0004】
ところで、最近では定格ランプ電流が略等しく且つ定格ランプ電力が異なる同種の放電灯、例えば高周波点灯専用形蛍光ランプの中のコンパクト形蛍光ランプFHT24,FHT32,FHT42(JIS C7601参照)を適合ランプとする放電灯点灯装置が提供されている。図15における曲線イ、ロは上記同種の放電灯A,Bのランプ電圧−ランプ電流特性をそれぞれ示し、同図における曲線a〜dは放電灯A,Bを適合ランプとする放電灯点灯装置(インバータ部2)の出力電圧−出力電流特性をそれぞれ示している。なお、曲線aが定格点灯時、曲線dが調光下限、曲線b,cが調光範囲における出力電圧−出力電流特性をそれぞれ示している。また、インバータ部2の動作周波数を変化させることで曲線a〜dのように出力電圧−出力電流特性が変化し、各曲線a〜dと曲線イ,ロとの交点が放電灯A,Bの動作点となる。
【0005】
ここで、上述のように調光下限付近におけるちらつきや立ち消えを防止するためにインバータ部2の下限動作周波数fDimと共振回路3の無負荷共振周波数f0とを略一致(fDim≒f0)させて無負荷2次電圧を高くしているので、調光下限における出力電圧−出力電流特性が、図15の曲線dに示すように傾きがほぼ無限大となる略垂直な直線に近い特性(定電流特性)となる。なお、放電灯点灯装置の出力電圧−出力電流特性は、直流電源1の出力電圧、共振回路3の回路構成並びに回路素子の定数設定、調光部4の調光制御方式等によって異なる。
【0006】
このようにインバータ部2の下限動作周波数fDimと共振回路3の無負荷共振周波数f0とを略一致させている場合、放電灯A,Bを調光下限で調光点灯したときのランプ電流が略等しくなるが、定格点灯時の動作周波数fFullにおける出力電圧−出力電流特性は図15の曲線aに示すように調光時よりも傾きが小さくなるため、放電灯A,Bのランプ電流の差が大きくなる。すなわち、定格ランプ電力が異なる同種の放電灯に適合し且つ調光下限におけるちらつきや立ち消えを抑制した上記従来例2の場合、定格点灯時における各放電灯毎の定格の光出力と実際の光出力との差が大きくなり、また、各放電灯の間で調光時の光出力比にばらつきが生じるという問題があった。
【0007】
一方、ランプ電流を検出して調光信号に応じたランプ電流となるようにインバータ部の出力を帰還制御し、ランプ電流の瞬時値の変動を抑制することで上記従来例2の問題を解決した放電灯点灯装置が提供されている(例えば、特開平9−251899号公報参照)。
【0008】
上記公報に記載された放電灯点灯装置(以下、「従来例3」という)の概略構成を図16に示す。この従来例3では、商用電源101を高周波電源102にて高周波電力に変換し、高周波電源102から負荷回路103の放電灯へ供給される高周波電流を電流検出回路105にて検出し、この検出回路105により検出されるランプ電流信号Saと調光部111から入力される調光信号Sbにより、高周波電源102を制御する制御信号Seを帰還制御回路107で作るようにしている。帰還制御回路107は、ランプ電流信号Saと調光信号Sbを減算器108で減算し、その誤差信号Scを誤差増幅回路109により増幅する。増幅された信号Sdと調光信号Sbをさらに加算器112で加算して制御信号Seとしている。また、加算器112と誤差増幅回路109との間にスイッチ113が設けられ、スイッチ113の接続・非接続は、調光信号Sbと基準信号発生部114が出力する動作切替調光レベル信号Sfの値を比較するコンパレータ等の比較回路115によって切り換えられる。
【0009】
而して、上記従来例3では、ランプ電流信号Saの値が調光信号Sbと同じ場合には、誤差信号Scは0となり、誤差増幅回路109の出力も0であるから、制御信号Seとして、調光信号Sbが直接高周波電源102に入力される。また、ランプ電流信号Saが調光信号Sbよりも少ない場合は、誤差信号Scが発生し、誤差増幅回路109により増幅され、さらに調光信号Sbに加算されることで制御信号Seが形成され、高周波電源102に入力される。このように調光信号Sbに応じた帰還制御を行うことによりランプ電流信号Saを増加させ、ランプ電流の瞬時値の変動を抑制して放電灯のちらつきを防止している。
【0010】
さらに、比較回路115に出力される動作切替調光レベル信号Sfは、帰還制御をいかなる調光レベルにおいて開始・停止させるかを決定するための基準値となる信号であり、この信号の値が調光信号Sbに対して大きいか小さいかを判断することにより比較回路115を作動させる。この従来例3では、図17に示すように動作切替調光レベル信号Sfの値を調光信号Sbの調光レベル(定格点灯時の光出力を100%としたときの光出力比)に対してほぼ40〜60%の範囲内に設定している。すなわち、調光レベルがほぼ40%以下では、低温時に放電灯の立ち消えやちらつき等の問題が生じ易く、調光レベルがほぼ60%以下では、放電灯点灯装置の製品化時に生ずる個体差(例えば構成部品のばらつき等)がありえること、また、調光レベルがほぼ50%のときには帰還制御の必要性が低いこと、無駄な帰還制御を省く範囲がより広いことが好ましい点や放電灯のちらつき等に十分に対応する点等の理由から、調光レベルがほぼ40〜60%の間にある時に帰還制御を停止することが最も効果的である。
【0011】
上記従来例3によれば、調光信号Sbが予め設定されている値に達した時(例えば、調光レベルが50%以上の時)にスイッチ113が開成されて帰還制御を停止するため、電流検出回路105からは制限された範囲(調光レベルの0〜50%)でのみランプ電流信号Saが検出されればよく、このため帰還制御に不必要なランプ電流信号Saまでも検出する必要をなくし、検出範囲を狭くすることによりダイナミックレンジを相対的に広げてランプ電流信号の検出精度を高めることができ、ノイズ耐性も向上させることができる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図13に示した従来例1の出力電圧−出力電流特性は図18に示す曲線a〜dのようになり、上述のような同種の放電灯A,Bを調光する場合、定格点灯(調光レベル100%)付近では同じ調光信号(調光レベル)に対するランプ電流がほぼ等しくなるが、調光を深く(調光レベルを小さく)したときに放電灯点灯装置の出力電圧−出力電流特性(曲線c)と放電灯Aのランプ電圧−ランプ電流特性(曲線イ)との接点が無くなって放電灯Aが立ち消えを起こす虞がある。また、放電灯Aが立ち消えを起こす領域に対しては従来例3のようなランプ電流の帰還制御は意味を為さず、必然的に調光可能な範囲が狭く(浅く)なってしまう。
【0013】
一方、従来例2では調光下限付近での立ち消えは発生しないが、仮に従来例3のような帰還制御を行った場合、図17に示すように調光下限付近における帰還制御のゲインが大きいために帰還制御回路107による放電灯の出力応答が過剰になり、帰還制御回路107が異常発振を起こしてしまう虞がある。例えば、調光下限付近で放電が不安定になり、調光信号に応じた所望のランプ電流に対してその瞬時値がわずかに減少したとすると、帰還制御回路107がランプ電流を増加させる方向に動作するが、上記ゲインが大きいと必要以上にランプ電流が増加する。その結果、帰還制御回路107が今度はランプ電流を減少させる方向に動作するが、同じくゲインが大きいために必要以上にランプ電流が減少してしまい、帰還制御によってランプ電流の瞬時値の変動を大きくさせてちらつきを助長させてしまうことになる。従来例2は調光下限における出力電圧−出力電流特性が、図15の曲線dに示すような定電流特性となっているために立ち消えやちらつきの発生が抑えられるが、低温環境下では特に調光下限付近にて放電が不安定になりやすく、このために本来であればちらつきとして知覚されない程度のランプ電流の僅かな変動が図19に示すように帰還制御回路107によって増大し、ちらつきの原因となる場合がある。故に、通常は図20に示すように調光下限においてもランプ電流の波高値が略一定となることが望ましい。
【0014】
また、従来例3においては調光レベルが50%以上の場合に帰還制御回路107による帰還制御を行わないため、定格点灯付近にて調光信号に応じた所望のランプ電流に対して各放電灯A,B間におけるランプ電流の差が大きくなり、各放電灯毎の定格の光出力と実際の光出力との差が大きくなり、また、各放電灯の間で調光時の光出力比にばらつきが生じる。このことは定格ランプ電力が異なる同種の放電灯に適合する放電灯点灯装置においては好ましくないものである。
【0015】
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、定格ランプ電流が略等しく且つ定格ランプ電力が互いに異なる同種の放電灯に適合可能であり且つ立ち消えやちらつき、異常発振を起こすことなく各放電灯毎に光出力比を略一定に調光可能な放電灯点灯装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、直流電源の直流出力を高周波出力に変換するインバータ部と、インバータ部の出力端に接続される共振回路及び放電灯を含む負荷部と、負荷部に供給される高周波出力を調整して放電灯を調光する調光手段と、任意の調光レベルにおけるインバータ部の動作周波数が無負荷共振周波数に一致するように設定された共振回路とを備え、インバータ部は検出したランプ電流が所望のレベルとなるように制御されるものであり、調光手段はインバータ部の動作周波数を変化させるものであって、定格点灯時の光出力を100%としたときの光出力比40%〜60%の調光範囲内でインバータ部の動作周波数を共振回路の無負荷共振周波数に一致させたことを特徴とし、ランプ電流の瞬時値の変動を抑えることができ、立ち消えやちらつき、異常発振を起こすことなく放電灯の光出力比を略一定に調光することができるとともに、インバータ部の異常発振が防止できる。
【0017】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、負荷部は、インバータ部の出力端間に直列接続されたインダクタ及びコンデンサからなる共振回路を具備し、共振回路のコンデンサに放電灯が並列接続されてなることを特徴とし、請求項1の発明と同様の作用を奏する。
【0018】
請求項3の発明は、請求項1の発明において、負荷部は、インバータ部の出力端間にインダクタ及び第1のコンデンサが直列接続され、第1のコンデンサと並列に放電灯及び第2のコンデンサが直列接続されてなることを特徴とし、共振回路の共振周波数を増やして調光範囲を広げることができる。
【0019】
請求項4の発明は、請求項3の発明において、負荷部は、第2のコンデンサと並列に第3のコンデンサ及びスイッチ要素が直列接続され、調光レベルに応じてスイッチ要素が開閉されることを特徴とし、スイッチ要素を閉成することで共振回路の共振周波数を増やして調光範囲を広げることができる。
【0020】
請求項5の発明は、請求項1の発明において、負荷部は、インバータ部の出力端間に直列接続されたインダクタ及びコンデンサからなる共振回路を具備し、共振回路のコンデンサに放電灯が並列接続されてなることを特徴とし、請求項1の発明と同様の作用を奏する。
【0021】
請求項6の発明は、請求項1の発明において、負荷部は、インバータ部の出力端間にインダクタ及び第1のコンデンサが直列接続され、第1のコンデンサと並列に放電灯及び第2のコンデンサが直列接続されてなることを特徴とし、共振回路の共振周波数を増やして調光範囲を広げることができる。
【0022】
請求項7の発明は、請求項6の発明において、負荷部は、第2のコンデンサと並列に第3のコンデンサ及びスイッチ要素が直列接続され、調光レベルに応じてスイッチ要素が開閉されることを特徴とし、共振回路の共振周波数を増やして調光範囲を広げることができる。
【0023】
請求項8の発明は、請求項1〜7の何れかの発明において、調光手段はインバータ部の動作周波数並びに直流電源の出力電圧を変化させることを特徴とし、請求項1〜7の何れかの発明と同様の作用を奏する。
【0024】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の基本構成について説明する。本発明の放電灯点灯装置は、図1に示すように直流電源1の直流出力を高周波出力に変換するインバータ部2と、インバータ部2の出力端に接続される共振回路3及び放電灯Laを含む負荷部と、負荷部に供給される高周波出力を調整して放電灯Laを調光する調光部4と、互いに定格ランプ電流が略等しく且つ定格ランプ電力が異なる同種の放電灯Laの何れが接続された状況においても任意の調光レベルでのランプ電流を略一定とするランプ電流一定化手段とを備えている。なお、定格ランプ電流が略等しく且つ定格ランプ電力が異なる同種の放電灯Laとしては高周波点灯専用形蛍光ランプの中のコンパクト形蛍光ランプFHT42,FHT32,FHT24を例示するが、これに限定する趣旨ではない。
【0025】
また、図2における曲線イ,ロ,ハは上記3種類の放電灯La(FHT42,FHT32,FHT24)のランプ電圧−ランプ電流特性をそれぞれ示している。同じく、図2における曲線a〜dは、放電灯点灯装置(インバータ部2)の出力電圧−出力電流特性であって、曲線aが定格点灯時、曲線dが調光下限、曲線b,cが調光範囲における特性をそれぞれ示している。但し、インバータ部2の出力電圧−出力電流特性は調光範囲全域で全て傾きが無限大の直線となることが理想ではあるが、実際には調光範囲の広さやランプ電流一定化手段の具体的な構成によっては、必ずしも調光範囲全域で全ての特性が傾き無限大の直線とはならない。
【0026】
而して、本発明では、定格点灯から調光下限までの調光範囲における出力電圧−出力電流特性が、ランプ電流一定化手段によって、図2の曲線a〜dに示すように傾きがほぼ無限大となる略垂直な直線に近い特性(定電流特性)となる。従って、上記3種類の放電灯La(FHT42,FHT32,FHT24)の何れを点灯する場合においても、定格点灯(調光レベル100%)から調光下限の調光範囲全域にわたって光出力比を略一定とした調光が可能であり、しかも、調光下限付近におけるちらつきや立ち消えも防止できるものである。
【0027】
以下、上記ランプ電流一定化手段を具体化した実施形態について説明する。但し、本発明の実施形態を説明する前に、本発明の参考例について説明する。
【0028】
(参考例1)
図3に本参考例の概略構成を示し、図4には本参考例のインバータ部2の出力電圧−出力電流特性(曲線a〜e)並びに適合する上記3種類の放電灯La(FHT42,FHT32,FHT24)のランプ電圧−ランプ電流特性(曲線イ,ロ,ハ)を示す。本参考例は、調光範囲の中央付近、あるいは中央よりも若干調光下限寄りの調光レベルにおけるインバータ部2の動作周波数fが無負荷共振周波数f0に略一致するように設定された共振回路3によってランプ電流一定化手段が構成される点に特徴がある。
【0029】
図3に示すようにインバータ部2は、直流電源1の出力端間にMOSFETからなる一対のスイッチング素子Q1,Q2が直列接続された、従来周知のハーフブリッジ型の構成を有し、ローサイドのスイッチング素子Q2に直流カット用のコンデンサCDを介して共振回路3が接続され、制御回路2aによりスイッチング素子Q1,Q2を交互にスイッチングさせることで直流電源1の直流出力を高周波出力に変換する。制御回路2aは外部から与えられる調光信号に応じてインバータ部2の動作周波数(スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数)を調整することで共振回路3を介して放電灯Laに供給する高周波電力を可変するものである。また、共振回路3はインダクタL1とコンデンサC1の直列回路からなり、コンデンサC1の両端に放電灯Laが並列接続される。そして、インダクタL1のインダクタンス値とコンデンサC1の容量値を適当に設定することにより、共振回路3の無負荷共振周波数f0を調光範囲の中央付近、あるいは中央よりも若干調光下限寄りの調光レベルにおけるインバータ部2の動作周波数fに一致させている。すなわち、調光下限付近に比べて定格点灯時の方がランプ電圧が低いため、インバータ部2の出力電圧−出力電流特性の傾きが同じであれば定格点灯時の方が各放電灯(FHT42,FHT32,FHT24)のランプ電流の差が小さく、またランプ電流に対する光出力の変化幅も調光下限付近に比べて小さいことを考慮して、上述のように共振回路3の共振周波数f0を設定している。
【0030】
而して本参考例によれば、定格点灯及び調光下限の動作周波数に近付くほど、つまり共振回路3の共振周波数f0から遠ざかるほどインバータ部2の出力電圧−出力電流特性の傾きが小さく(緩やかに)なるが、調光下限が比較的に高い(調光範囲が狭い)場合には、従来例3のようなランプ電流の帰還制御を用いなくても、立ち消えやちらつき、異常発振を起こすことなく各放電灯(FHT42,FHT32,FHT24)毎に光出力比を略一定に調光することができる。
【0031】
(参考例2)
図5に本参考例の概略構成を示し、図6には本参考例のインバータ部2の出力電圧−出力電流特性(曲線a〜e)並びに適合する上記3種類の放電灯La(FHT42,FHT32,FHT24)のランプ電圧−ランプ電流特性(曲線イ,ロ,ハ)を示す。本参考例は、コンデンサC1の両端にコンデンサC2と放電灯Laが直列に接続され、インダクタL1と2つのコンデンサC1,C2により共振回路3が構成される点に特徴があり、その他の構成は参考例1と共通である。すなわち、本参考例においてもインダクタL1のインダクタンス値とコンデンサC1,C2の容量値を適当に設定することにより、共振回路3の無負荷共振周波数f0を調光範囲の中央付近、あるいは中央よりも若干調光下限寄りの調光レベルにおけるインバータ部2の動作周波数fに一致させている。
【0032】
本参考例における共振回路3には負荷変動に応じた2つの共振周波数が存在する。つまり、放電灯Laの等価負荷抵抗RLaは調光を深く(調光レベルを小さく)するほどに大きくなり、無負荷(RLa=∞)の場合の共振周波数(無負荷共振周波数)f01はインダクタL1とコンデンサC1によって決まる。一方、調光を浅く(調光レベルを大きく)すれば等価負荷抵抗RLaは小さくなり、負荷短絡(RLa=0)の場合の共振周波数f02はインダクタL1とコンデンサC1,C2によって決まる。このように共振回路3の共振周波数f01,f02が2つ存在することから、参考例1に比較して定格点灯付近におけるインバータ部2の出力電圧−出力電流特性の傾きを無限大に近づけてほぼ定電流特性とすることができる。
【0033】
本参考例は上述のように構成されるものであるから、参考例1に比較して広い調光範囲にわたって各放電灯(FHT42,FHT32,FHT24)毎に光出力比を略一定に調光することができる。
【0034】
(参考例3)
図7に本参考例の概略構成を示す。本参考例は、コンデンサC2と並列にコンデンサC3及びスイッチ要素SWが直列接続され、制御回路2aにより調光レベルに応じてスイッチ要素SWが開閉される点に特徴があり、その他の構成は参考例2と共通である。
【0035】
而して、制御回路2aによりスイッチ要素SWが開成された状態では、参考例2と同一の、インダクタL1とコンデンサC1,C2からなる共振回路3が形成されるが、スイッチ要素SWが閉成された状態では、インダクタL1とコンデンサC1,C2,C3からなる共振回路3が形成されるためにもう一つの無負荷共振周波数f03が存在することになる。なお、制御回路2aは外部から入力される調光信号に応じて調光レベルが大きい場合にはスイッチ要素SWをオンとし、調光レベルが小さい場合にはスイッチ要素SWをオフとする。
【0036】
そして本参考例においては、インダクタL1のインダクタンス値とコンデンサC1の容量値を適当に設定することにより、共振回路3の無負荷共振周波数f01を調光範囲の中央付近、あるいは中央よりも若干調光下限寄りの調光レベルにおけるインバータ部2の動作周波数fに一致させるとともに、インダクタL1のインダクタンス値とコンデンサC1,C2,C3の容量値を適当に設定することにより、共振回路3の無負荷共振周波数f03を調光範囲の中央よりも定格点灯寄りの調光レベルにおけるインバータ部2の動作周波数fに一致させることによって、参考例2に比較して広い調光範囲にわたって各放電灯(FHT42,FHT32,FHT24)毎に光出力比を略一定に調光することができる。
【0037】
(実施形態1)
図8に本実施形態の概略構成を示す。本実施形態は、ランプ電流を検出する電流検出回路5と、電流検出回路5で検出したランプ電流が所望のレベルとなるようにインバータ部2を帰還制御する帰還制御回路6とを備えた点に特徴があり、電流検出回路5並びに帰還制御回路6にてランプ電流一定化手段を構成している。但し、参考例2と共通の構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、本実施形態では、交流電源ACをダイオードブリッジDBで全波整流し、インダクタL2、ダイオードD1、スイッチング素子Q3、平滑コンデンサC0並びにスイッチング素子Q3をスイッチング制御する制御回路1aで構成された従来周知の昇圧チョッパ回路にて所望のレベルの直流電圧を得るようにした直流電源1を例示しているが、直流電源1の構成はこれに限定されるものではない。
【0038】
電流検出回路5は放電灯Laに流れるランプ電流を検出し、検出したランプ電流のレベルに応じたランプ電流信号を出力する。帰還制御回路6はオペアンプOPを具備し、オペアンプOPの反転入力端子(−)に抵抗Rsを介してランプ電流信号が入力され、非反転入力端子(+)に抵抗Rcを介して入力される基準電圧Vrとの差分を増幅した信号(調光制御信号)をインバータ部2の制御回路2aに出力する。また、オペアンプOPの反転入力端子と出力端子の間にはコンデンサCfと抵抗Rfの並列回路が接続されており、オペアンプOPのゲインがコンデンサCf並びに抵抗Rf,Rsの比例積分ゲインによって決定され、コンデンサCfと抵抗Rfの並列回路により低周波リップルを低減している。さらに、帰還制御回路6の基準電圧Vrは外部(調光器7)から与えられる調光信号によって調光レベルに応じた電圧レベルに増減される。
【0039】
一方、インバータ部2の制御回路2aは、いわゆるPWM(パルス幅変調)用の集積回路で構成され、帰還制御回路6から与えられる調光制御信号に応じてインバータ部2の動作周波数fを可変制御している。具体的には、ランプ電流信号が基準電圧Vrよりも低い場合に帰還制御回路6より正極性の調光制御信号が出力されると、動作周波数fを低下させることでランプ電流を増大して放電灯Laの光出力を増加させ、反対に、ランプ電流信号が基準電圧Vrよりも高い場合に帰還制御回路6より負極性の調光制御信号が出力されると、動作周波数fを増加させることでランプ電流を減少して放電灯Laの光出力を低下させる。このように電流検出回路5で検出するランプ電流が調光器7から指示される調光レベルに応じた電流値に一致するように帰還制御回路6にて帰還制御しているため、ランプ電流の瞬時値の変動を抑制して放電灯Laのちらつきが防止できる。
【0040】
ここで、本実施形態のインバータ部2の出力電圧−出力電流特性(曲線a〜d)並びに定格ランプ電流が略等しく且つ定格ランプ電力が異なる同種の放電灯A,Bのランプ電圧−ランプ電流特性(曲線イ,ロ)をそれぞれ図9に示す。いま、共振回路3の無負荷共振周波数f0が調光下限におけるインバータ部2の動作周波数fに略一致させてあるとすると、調光レベルが大きくなって動作周波数fが無負荷共振周波数f01よりも低くなるにつれてインバータ部2の出力電圧−出力電流特性の傾きが減少するので、任意の調光信号(調光レベル)に対して同一の動作周波数fにてインバータ部2を動作させると各放電灯A,Bのランプ電流が異なってしまうことになるが、本実施形態では帰還制御回路6が調光信号に応じた所望のランプ電流となるように帰還制御を行っているので、任意の調光信号に対して各放電灯A,Bのランプ電流を略一定にできる。
【0041】
ところで、本実施形態においても参考例2と同様に、共振回路3の無負荷共振周波数f01を調光範囲の中央付近、あるいは中央よりも若干調光下限寄りの調光レベルにおけるインバータ部2の動作周波数fに一致させているが、具体的には、図10に示すように調光レベルが40%及び60%のときのインバータ部2の動作周波数f40,f60に対して、f60≦f01≦f40となるように無負荷共振周波数f01を設定することが望ましい。すなわち、放電が不安定になり易い調光下限付近を避けて無負荷共振周波数f01を上記範囲内に設定すれば、ランプ電流をある程度定電流化できているために帰還制御回路6による帰還制御のゲインを比較的に小さくしてもランプ電流を一定にすることができるとともに、インバータ部2の異常発振が防止できる。
【0042】
なお、上述の参考例1〜3並びに実施形態1では制御回路2aにより動作周波数fを変化させることでインバータ部2の出力を調整していたが、スイッチング素子Q1,Q2のオンデューティ比を変化させることで出力調整を行い、放電灯Laを調光するようにすれば、参考例3のように共振回路3の回路構成を切り換えることなく、定格点灯から調光下限までの調光範囲における出力電圧−出力電流特性を、図2の曲線a〜dに示すように傾きがほぼ無限大となる略垂直な直線に近い定電流特性とすることができる。なお、スイッチング周波数は共振回路3の無負荷共振周波数f0近傍に設定される。
【0043】
(実施形態2)
図11に本実施形態の概略構成を示す。本実施形態は、従来周知の2石昇降圧チョッパ回路にて直流電源1を構成し、調光信号に応じて直流電源1の出力電圧を変化させることで放電灯Laを調光する点に特徴がある。但し、インバータ部2及び共振回路3の回路構成については参考例2と同一であるから説明は省略する。
【0044】
昇降圧チョッパ回路は、実施形態1における昇圧チョッパ回路の前段(入力側)に、スイッチング素子Q4並びにダイオードD2を追加したものであって、制御回路1aによりスイッチング素子Q3,Q4がスイッチング制御されて交流電源ACの電源電圧(ピーク値)よりも高い又は低い所望の直流電圧Vdcが得られるものである。なお、このような回路構成の昇降圧チョッパ回路は従来周知であるから詳細な動作説明は省略する。
【0045】
而して、制御回路1aによりスイッチング素子Q3,Q4のスイッチング周波数を低く(又はオンデューティ比を大きく)すれば直流電源1の出力電圧Vdcが増大し、スイッチング周波数を高く(又はオンデューティ比を小さく)すれば出力電圧Vdcが減少し、それに伴ってインバータ部2から放電灯Laに供給される高周波電力も増減されるために放電灯Laが調光されることになる。なお、共振回路3の無負荷共振周波数f01は、調光範囲の中央付近、あるいは中央よりも若干調光下限寄りの調光レベルにおけるインバータ部2の動作周波数fに一致させてある。
【0046】
本実施形態は上述のように構成されるものであり、定格ランプ電流が略等しく且つ定格ランプ電力が異なる同種の放電灯(FHT42,FHT32,FHT24)毎に調光信号に対するランプ電流の値を略等しくして光出力を略一定に調光することができる。なお、周囲温度によってインバータ部2の出力特性が変化する場合においては、実施形態1で説明した電流検出回路5及び帰還制御回路6を組み合わせることで常温時でも低温時でも同様の出力特性が得られる。
【0047】
なお、直流電源1を実施形態1で説明した昇圧チョッパ回路にて構成し、調光信号に応じて制御回路1aがスイッチング素子Q3のスイッチング周波数(又はオンデューティ比)を変化させて放電灯Laを調光するとともに、帰還制御回路6によりインバータ部2の動作周波数を制御してランプ電流を帰還制御する構成とすれば、帰還制御によって出力電圧Vdcの変化量が少なくても済むので、部品点数の多い2石昇降圧チョッパ回路を用いなくても安定し調光することができる。
【0048】
(実施形態3)
図12に本実施形態の概略構成を示す。本実施形態は、昇圧チョッパ回路にて直流電源1を構成し、調光信号に応じて直流電源1の出力電圧を変化させるとともにインバータ部2の動作周波数を変化させることで放電灯Laを調光する点に特徴がある。但し、インバータ部2及び共振回路3の回路構成については参考例1と同一であるから説明は省略する。また、共振回路3の無負荷共振周波数f0は、調光範囲の中央付近、あるいは中央よりも若干調光下限寄りの調光レベルにおけるインバータ部2の動作周波数fに一致させてある。
【0049】
制御回路1aは調光信号に応じてスイッチング素子Q3のスイッチング周波数(又はオンデューティ比)を変化させて直流電源1の出力電圧Vdcを調整し、同時に制御回路2aが調光信号に応じてスイッチング素子Q1,Q2のオンデューティ比を変化させることで出力調整を行って放電灯Laを調光する。本実施形態の場合にも定格点灯から調光下限までの調光範囲における出力電圧−出力電流特性を、図2の曲線a〜dに示すように傾きがほぼ無限大となる略垂直な直線に近い定電流特性とすることができ、任意の調光信号に対して同種の放電灯のランプ電流を略一定にできる。
【0050】
また、直流電源1の出力電圧Vdcを可変する調光制御と、インバータ部2のオンデューティ比を可変する調光制御とを行っているので、各々の調光制御の動作を少なく抑えることができ、回路設計の余裕度が大きくなるという利点がある。例えば、直流電源1の出力電圧Vdcを可変する調光制御のみであれば、実施形態2のように昇降圧チョッパ回路にて直流電源1を構成する必要があるが、本実施形態では直流電源1を昇圧チョッパ回路で構成しても充分な調光範囲を確保することができ、回路構成の簡素化が図れる。なお、周囲温度によってインバータ部2の出力特性が変化する場合においては、実施形態1で説明した電流検出回路5及び帰還制御回路6を組み合わせることで常温時でも低温時でも同様の出力特性が得られる。
【0051】
【発明の効果】
請求項1の発明は、直流電源の直流出力を高周波出力に変換するインバータ部と、インバータ部の出力端に接続される共振回路及び放電灯を含む負荷部と、負荷部に供給される高周波出力を調整して放電灯を調光する調光手段と、任意の調光レベルにおけるインバータ部の動作周波数が無負荷共振周波数に一致するように設定された共振回路とを備え、インバータ部は検出したランプ電流が所望のレベルとなるように制御されるものであり、調光手段はインバータ部の動作周波数を変化させるものであって、定格点灯時の光出力を100%としたときの光出力比40%〜60%の調光範囲内でインバータ部の動作周波数を共振回路の無負荷共振周波数に一致させたので、ランプ電流の瞬時値の変動を抑えることができ、立ち消えやちらつき、異常発振を起こすことなく放電灯の光出力比を略一定に調光することができるとともに、インバータ部の異常発振が防止できるという効果がある。
【0052】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、負荷部は、インバータ部の出力端間に直列接続されたインダクタ及びコンデンサからなる共振回路を具備し、共振回路のコンデンサに放電灯が並列接続されてなるので、請求項1の発明と同様の効果を奏する。
【0053】
請求項3の発明は、請求項1の発明において、負荷部は、インバータ部の出力端間にインダクタ及び第1のコンデンサが直列接続され、第1のコンデンサと並列に放電灯及び第2のコンデンサが直列接続されてなるので、共振回路の共振周波数を増やして調光範囲を広げることができるという効果がある。
【0054】
請求項4の発明は、請求項3の発明において、負荷部は、第2のコンデンサと並列に第3のコンデンサ及びスイッチ要素が直列接続され、調光レベルに応じてスイッチ要素が開閉されるので、スイッチ要素を閉成することで共振回路の共振周波数を増やして調光範囲を広げることができるという効果がある。
【0055】
請求項5の発明は、請求項1の発明において、負荷部は、インバータ部の出力端間に直列接続されたインダクタ及びコンデンサからなる共振回路を具備し、共振回路のコンデンサに放電灯が並列接続されてなるので、請求項1の発明と同様の効果を奏する。
【0056】
請求項6の発明は、請求項1の発明において、負荷部は、インバータ部の出力端間にインダクタ及び第1のコンデンサが直列接続され、第1のコンデンサと並列に放電灯及び第2のコンデンサが直列接続されてなるので、共振回路の共振周波数を増やして調光範囲を広げることができるという効果がある。
【0057】
請求項7の発明は、請求項6の発明において、負荷部は、第2のコンデンサと並列に第3のコンデンサ及びスイッチ要素が直列接続され、調光レベルに応じてスイッチ要素が開閉されるので、共振回路の共振周波数を増やして調光範囲を広げることができるという効果がある。
【0058】
請求項8の発明は、請求項1〜7の何れかの発明において、調光手段はインバータ部の動作周波数並びに直流電源の出力電圧を変化させるので、請求項1〜7の何れかの発明と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の基本構成を示す概略構成図である。
【図2】 同上の出力電圧−出力電流特性並びに同上に適合する各放電灯のランプ電圧−ランプ電流特性を示す図である。
【図3】 本発明の参考例1を示す概略構成図である。
【図4】 同上の出力電圧−出力電流特性並びに同上に適合する各放電灯のランプ電圧−ランプ電流特性を示す図である。
【図5】 本発明の参考例2を示す概略構成図である。
【図6】 同上の出力電圧−出力電流特性並びに同上に適合する各放電灯のランプ電圧−ランプ電流特性を示す図である。
【図7】 本発明の参考例3を示す概略構成図である。
【図8】 実施形態1を示す概略構成図である。
【図9】 同上の出力電圧−出力電流特性並びに同上に適合する各放電灯のランプ電圧−ランプ電流特性を示す図である。
【図10】 同上におけるインバータ部の動作周波数と無負荷2次電圧及び光出力の関係を示す図である。
【図11】 実施形態2を示す概略構成図である。
【図12】 実施形態3を示す概略構成図である。
【図13】 従来例1を示す概略構成図である。
【図14】 従来例2を示す概略構成図である。
【図15】 同上の出力電圧−出力電流特性並びに同上に適合する各放電灯のランプ電圧−ランプ電流特性を示す図である。
【図16】 従来例3を示す概略構成図である。
【図17】 同上における光出力比(調光レベル)と帰還制御ゲインの関係を示す図である。
【図18】 従来例1の出力電圧−出力電流特性並びに同上に適合する各放電灯のランプ電圧−ランプ電流特性を示す図である。
【図19】 従来例3の動作説明図である。
【図20】 従来例3の動作説明図である。
【符号の説明】
1 直流電源
2 インバータ部
3 共振回路
4 調光部
La 放電灯
Claims (8)
- 直流電源の直流出力を高周波出力に変換するインバータ部と、インバータ部の出力端に接続される共振回路及び放電灯を含む負荷部と、負荷部に供給される高周波出力を調整して放電灯を調光する調光手段と、任意の調光レベルにおけるインバータ部の動作周波数が無負荷共振周波数に一致するように設定された共振回路とを備え、インバータ部は検出したランプ電流が所望のレベルとなるように制御されるものであり、調光手段はインバータ部の動作周波数を変化させるものであって、定格点灯時の光出力を100%としたときの光出力比40%〜60%の調光範囲内でインバータ部の動作周波数を共振回路の無負荷共振周波数に一致させたことを特徴とする放電灯点灯装置。
- 負荷部は、インバータ部の出力端間に直列接続されたインダクタ及びコンデンサからなる共振回路を具備し、共振回路のコンデンサに放電灯が並列接続されてなることを特徴とする請求項1記載の放電灯点灯装置。
- 負荷部は、インバータ部の出力端間にインダクタ及び第1のコンデンサが直列接続され、第1のコンデンサと並列に放電灯及び第2のコンデンサが直列接続されてなることを特徴とする請求項1記載の放電灯点灯装置。
- 負荷部は、第2のコンデンサと並列に第3のコンデンサ及びスイッチ要素が直列接続され、調光レベルに応じてスイッチ要素が開閉されることを特徴とする請求項3記載の放電灯点灯装置。
- 負荷部は、インバータ部の出力端間に直列接続されたインダクタ及びコンデンサからなる共振回路を具備し、共振回路のコンデンサに放電灯が並列接続されてなることを特徴とする請求項1記載の放電灯点灯装置。
- 負荷部は、インバータ部の出力端間にインダクタ及び第1のコンデンサが直列接続され、第1のコンデンサと並列に放電灯及び第2のコンデンサが直列接続されてなることを特徴とする請求項1記載の放電灯点灯装置。
- 負荷部は、第2のコンデンサと並列に第3のコンデンサ及びスイッチ要素が直列接続され、調光レベルに応じてスイッチ要素が開閉されることを特徴とする請求項6記載の放電灯点灯装置。
- 調光手段はインバータ部の動作周波数並びに直流電源の出力電圧を変化させることを特徴とする請求項1〜7の何れかに記載の放電灯点灯装置。
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