JP3965718B2 - 放電ランプ点灯装置および照明装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放電ランプ点灯装置およびこれを用いた照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電ランプは寿命末期になると、半波の放電となる異常放電を起こす。この異常放電によって電極近傍が異常に加熱される。特にガラスバルブが細い放電ランプにおいては、電極とガラスバルブとの間隔が小さいので、異常放電によってガラスバルブの温度が非常に高くなる。このため、ガラスバルブ、プラスチックス製口金、ソケットなどが溶融するという問題がある。
【０００３】
このような問題を回避するために、放電ランプの寿命末期などの異常を検出したときに、高周波発生手段の動作を停止することが一般的に行われている。
【０００４】
しかし、これでは高周波発生手段の動作停止により、放電ランプが暗転してしまうので、保安上問題がある。
【０００５】
これに対して、特開平１−２３１２９５号公報には、複数の放電ランプを並列点灯するときに、放電ランプの異常を検出したら、他の正常な放電ランプが点灯維持できる程度に高周波発生手段の出力を低減させることが開示されている。この従来技術によれば、寿命末期時に残余の放電ランプを高周波発生手段の出力を絞って点灯するので、最低限の照明レベルを確保することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、細管の放電ランプにおいては高周波発生手段の出力を絞ってもガラスバルブの温度が高すぎてしまう。また、異常放電ランプが放電維持できなくなるまで出力を絞ることも開示されているが、この状態では正常放電ランプの点灯を維持することが困難である。特に家庭用の照明器具においては、定格電力の異なる２以上の放電ランプを単一の高周波発生手段で点灯することが多いので、異常時に残余の正常放電ランプを点灯維持させるのは極めて困難である。
【０００７】
本発明は、細管の放電ランプであっても複雑な保護回路を用いないで寿命末期時に放電ランプを減光ないし消灯させることができる放電ランプ点灯装置およびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の放電ランプ点灯装置は、放電ランプ、インダクタンスおよびキャパシタンスを含む負荷回路と；放電ランプの全光点灯時には負荷回路の固有共振周波数より十分低い周波数の高周波出力を発生するとともに、調光点灯時には固有共振周波数より高い周波数の高周波を発生して、負荷回路に高周波出力を供給する高周波発生手段と；全光点灯および調光点灯を設定する制御手段と；を具備し、前記負荷回路は、全光点灯時には開放電圧は低いが短絡電流は大きい第１の負荷特性を示し、調光点灯時には開放電圧は高いが短絡電流は小さい第２の負荷特性を示し、かつ正常時の放電ランプの動作特性が第１および第２の負荷特性に対して動作点を形成するが、寿命末期の放電ランプの動作特性が第１および第２の負荷特性に対して動作点を形成し得ないか第２の負荷特性に対してのみ動作点を形成するように構成されていることを特徴としている。
【０００９】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１０】
まず、放電ランプについて説明する。
【００１１】
放電ランプは、特に限定されないが、細管の放電ランプであってもよい。ここでいう細管の放電ランプとは、たとえばコンパクト形蛍光ランプ、電球形蛍光ランプ、高周波点灯専用の環形蛍光ランプ（ＦＨＣ２０、ＦＨＣ２７、ＦＨＣ３４形、いずれも管外径は１６．５ｍｍである。いずれも本件出願人の製造による。）などに対して所期の効果を奏する。しかし、一般形の蛍光ランプに対しても有効である。
【００１２】
次に、負荷回路について説明する。
【００１３】
負荷回路は、放電ランプ、インダクタンスおよびキャパシタンスを含むのであれば、その具体的回路接続は問わないが、固有共振周波数を有する。本発明において、負荷回路は高周波発生手段から見て、放電ランプおよび放電ランプを安定に点灯する限流要素を含んだ回路をいう。放電ランプを始動するために用いられる回路構成は負荷回路に付加されていてもよいが、必須要件ではない。
【００１４】
負荷回路は、上記のように具体的回路構成を問わない。しかし、インダクタンスは、一般的には主として放電ランプの限流要素として用いられる。この場合、高周波発生手段とは別に接続されたインダクタまたは高周波発生手段の一部を構成する出力トランスの漏洩インダクタンスの形において負荷回路に接続される。
【００１５】
また、キャパシタンスは、一般的には放電ランプの予熱のために用いられ、また他のキャパシタンスは限流要素と直列接続されて限流要素の一部として、あるいは直流カットのために用いられることが多い。
【００１６】
また、負荷回路は、後述する高周波発生手段の高周波出力の周波数との関係において、以下に示す負荷特性を有している。すなわち、負荷回路の負荷特性は、第１および第２の負荷特性を含んでいる。第１の負荷特性は、開放電圧が低くて短絡電流が大きい。そして、全光点灯時には、第１の負荷特性が機能する。これに対して、第２の負荷特性は、開放電圧が高くて短絡電流が小さい。そして、調光点灯時には第２の負荷特性が機能する。
【００１７】
負荷回路の数は、１または複数用いることを許容する。複数の場合は、それらを高周波発生手段に対して並列接続することができる。また、１つの負荷回路に複数の放電ランプを直列接続することができる。
【００１８】
高周波発生手段について説明する。
【００１９】
高周波発生手段は、高周波出力の周波数が負荷回路の固有共振周波数より十分に低い周波数と、固有共振周波数より高い周波数との少なくとも２段階に可変であるものとする。もちろん、上記の周波数範囲内で連続的に周波数が可変であってもよい。
【００２０】
また、高周波発生手段は、後述する制御手段による制御により少なくとも全光点灯時と調光点灯時の高周波出力の周波数を変化するように構成されている。全光点灯時の周波数は、負荷回路の固有共振周波数より十分に低い周波数である。このときの周波数は、前記負荷回路の第１の負荷特性を決定する。また、調光点灯時の周波数は、固有共振周波数より高い周波数である。このときの周波数は、負荷回路の第２の負荷特性を決定する。
【００２１】
また、高周波発生手段は、既知の高周波発生のためのあらゆる回路方式を採用することができる。たとえばブロッキング発振形、マルチバイブレータ形、ハーフブリッジ形、フルブリッジ形およびこれらの変形形などのインバータを用いることができる。
【００２２】
さらに、電圧共振形および電流共振形のいずれでもよいが、電流共振形の場合、耐圧の相対的に低いスイッチング手段を用いることができるとともに、負荷回路のインダクタンスおよびキャパシタンスに関係なく周波数を設定することが可能なため、周波数可変範囲を広くすることができるさらにまた、放電ランプを調光するために、高周波発生手段はオンデューティを変化するなどの常套手段を用いることができるものとする。
【００２３】
高周波発生手段の電源は、適当なものを用いることができるが、一般的には商用交流電源を整流し、さらに平滑化してなる直流電源を用いることができる。平滑化を行うためには、平滑コンデンサを用いることができるが、力率が悪くなるので、これを回避するとともに、所望の電源電圧を得るとともに、高調波の少ないチョッパなどのＤＣ−ＤＣコンバータを用いることもできる。
【００２４】
制御手段について説明する。
【００２５】
制御手段は、放電ランプの点灯状態を少なくとも全光点灯と調光点灯とのいずれかに設定することができるものとする。制御手段は、高周波発生手段を制御して、全光モードおよび調光モードのいずれかの動作モードに設定する。調光モードは、段調光、連続調光のいずれでもよい。
【００２６】
制御手段による高周波発生手段の制御は、全光モードおよび調光モードのそれぞれに応じて高周波出力の周波数を所定に変化させるように行われる。
【００２７】
また、必要に応じて消灯などの制御モードの切り換えも付加してこれを行うことができるように構成することができる。
【００２８】
制御手段を操作する手法としては、壁スイッチ、赤外線などを用いるリモートコントロールなどの手法を採用することができる。
【００２９】
最後に、作用について説明する。
【００３０】
本発明においては、全光点灯時に高周波発生手段の発生する高周波が負荷回路の固有共振周波数に対して十分低い周波数であるから、負荷回路は実質的に共振しない。
【００３１】
しかし、この開放電圧は放電ランプのランプ電圧より高いものとする。さらに、放電ランプの寿命末期には正常時に比較してランプ電圧が著しく高くなるが、開放電圧は寿命末期時のランプ電圧より明らかに低いものとする。したがって、正常点灯時のランプ電圧の２〜２．７倍程度に設定するとよい。
【００３２】
負荷特性は、開放電圧が上記のように低いが、短絡電流は相対的に大きい。この負荷特性は負荷回路のインダクタンス、キャパシタンスおよび高周波発生手段の周波数を適切に設定することにより、容易に得ることができる。たとえば放電ランプと並列にキャパシタンスが接続されている場合に、そのキャパシタンスの容量を全光点灯時に実質的に共振が発生しないように小さく設定することで容易に実現することができる。
【００３３】
そうして、放電ランプの正常時すなわち寿命中において、放電ランプは、その動作特性が第１および第２の負荷特性のいずれに対しても動作点を形成し得るので、正常に点灯し、したがって全光点灯および調光点灯のいずれも問題のない点灯動作を行う。
【００３４】
ところが、全光点灯時に放電ランプが寿命末期になると、放電ランプは、ランプ電圧が高くなってその動作特性が第１の負荷特性に対して動作点を形成し得なくなるので、点灯を維持することができなくなって消灯する。また、調光点灯時に放電ランプが寿命になると、上記と同様な理由でその動作特性が第２の負荷特性に対して動作点を形成し得なくなって消灯するか、第２の負荷特性においてより大きく調光点灯する領域で動作点を形成するので、調光点灯状態が一層暗くなる。放電ランプ負荷回路が複数並列接続されている場合には、寿命末期の放電ランプは上記のように消灯するが、正常な放電ランプは引き続き点灯を継続する。
【００３５】
なお、本発明において、固有共振周波数より十分低いとは、当該周波数では実質的に共振しない程度の周波数をいう。換言すれば、前述のように開放電圧が正常な放電ランプのランプ電圧に対して２〜２．７倍程度を出力するような周波数をいう。
【００３６】
一方、調光時には高周波発生手段の発生する高周波が負荷回路の固有共振周波数より高いので、負荷回路は共振して高周波発生手段の開放電圧は高くなる。このときの負荷特性は開放電圧が高いが、短絡電流は小さい。
【００３７】
そうして、開放電圧が高いので、調光度を大きく、すなわち深く調光することができる。
【００３８】
請求項２の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項１記載の放電ランプ点灯装置において、負荷回路は、放電ランプ、放電ランプと直列接続されたインダクタンスおよび放電ランプと並列接続された小容量のキャパシタンスを含むことによって、全光時の動作周波数に対して固有共振周波数が十分に高く設定されていることを特徴としている。
【００３９】
本発明は、さらに負荷回路を最も一般的で簡単な回路構成にするとともに、放電ランプと並列接続されるキャパシタンスの容量を小さくすることによって、請求項１の周波数の要件を満足するものである。
【００４０】
したがって、構成が簡単でありながら、特別な保護回路を設けることなく、寿命末期時の保護動作が確実にできる。
【００４１】
請求項３の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項１または２記載の放電ランプ点灯装置において、高周波発生手段は、全光点灯時の動作周波数ｆが負荷回路の固有共振周波数をｆ0としたとき、下式を満足していることを特徴している。
【００４２】
ｆ0／３≦ｆ≦ｆ0／２
本発明は、全光点灯時の高周波発生手段の周波数を上記のように規定することにより、高周波発生手段のスイッチング手段が進相動作をしないようにしたものである。なお、高周波発生手段の動作周波数がｆ0／２〜ｆ0であると、進相モードになる。
【００４３】
進相スイッチングが生じると、高周波発生手段が一時的に短絡状態になるために、スイッチング手段の破壊の要因になり、信頼性が著しく低下するので、回避しなければならない。
【００４４】
請求項４の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項１ないし３のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置において、負荷回路は、その複数が高周波発生手段の出力端に並列接続されており；寿命末期になった放電ランプは減光ないし消灯するが、正常な放電ランプは点灯し続けるように構成されている；ことを特徴としている。
【００４５】
本発明において、負荷回路中の放電ランプはその複数が直列接続されたものであってもよい。
【００４６】
そうして、本発明においてはいずれかの放電ランプが寿命末期になっても残余の放電ランプが点灯を継続しているので、暗転がなく、安全である。
【００４７】
請求項５の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項１ないし４のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置において、負荷回路と並列に接続されたインダクタンスを具備していることを特徴としている。
【００４８】
インダクタンスは、単一機能のインダクタンスだけでなく、他の機能および目的を備えたインダクタンスであってもよく、たとえばフィラメント加熱トランスの１次巻線、負荷回路の全光時の開放電圧を調整するための昇圧または降圧用のトランスであってもよい。また、インダクタンスと直列にコンデンサを接続することにより、インダクタに流れようとする直流をカットして不所望な磁気飽和を回避することができる。
【００４９】
本発明においては、負荷回路と並列にインダクタンスを接続したことにより、たとえ負荷回路に進相電流が流れても、上記インダクタンスに流れる遅相電流によって進相電流を相殺することができ、したがって本発明によれば、設計の裕度が高くなり、高周波発生手段のスイッチング手段が進相スイッチングするのを効果的に防止することができる。
【００５０】
請求項６の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項１ないし５のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置において、放電ランプの始動時において、動作周波数の高次の高調波の共振電圧を放電ランプに印加することを特徴としている。
【００５１】
本発明においては、始動時のように無負荷のときに高周波発生手段の動作周波数に対して高次たとえば３次の共振電圧を発生させるので、スイッチング手段は共振電圧の３半サイクル目の時にオフ動作をする。
【００５２】
なお、高次の高調波としては３次以外の奇数次の高調波であってもよい。
【００５３】
請求項７の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に支持された請求項１ないし６のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置と；を具備していることを特徴としている。
【００５４】
本発明は、照明器具などの照明装置において、請求項１ないし６の特徴および作用を有している。照明器具の場合、家庭用、施設用など任意所望の照明器具に適応する。また、屋内用、屋外用のいずれでもよい。
【００５５】
本発明において、照明装置とは、放電ランプの発光を利用するあらゆる装置を含む。
【００５６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００５７】
図１は、本発明の放電ランプ点灯装置の第１の実施形態を示す回路図である。
【００５８】
図において、１は直流電源、２は高周波発生手段、３は負荷回路、４は制御手段である。
【００５９】
直流電源１は、商用交流電源を全波整流回路にて整流し、チョッパで平滑化する構成である。
【００６０】
高周波発生手段２は、入力端に直流電源１が接続され、交互にスイッチング動作を行う一対のスイッチング手段２ａ、２ｂおよびスイッチング手段２ａ、２ｂのスイッチングを制御する駆動回路２ｃを主体に構成されている。そして、動作周波数は全光点灯時の周波数ｆ1が５０ＫＨｚ、調光点灯時の周波数ｆ2が１０５ＫＨｚに設定されている。
【００６１】
また、高周波発生手段２は、スイッチング手段２ａ、２ｂが直流電源１に対して直列接続されたハーフブリッジ形インバータであり、このインバータは電流共振形に属する。
【００６２】
負荷回路３は、高周波発生手段２の出力端に接続され、放電ランプ３ａ、インダクタンス３ｂ、キャパシタンス３ｃ、３ｄからなる。インダクタンス３ｂおよびキャパシタンス３ｄは放電ランプ３ａと直列に接続され、キャパシタンス３ｃは放電ランプと並列に接続されている。インダクタンスは１．１５ｍＨ、キャパシタンス３ｃは２２００ｐＦである。一方、キャパシタンス３ｄは０．１μＦであり、直流カット用として作用する。負荷回路３の固有共振周波数ｆ0は１００ＫＨｚである。
【００６３】
上記とは別の設計例を次に示す。
【００６４】
【００６５】
制御手段４は、放電ランプ３ｂを全光点灯と調光点灯とに変更するための手段で、本実施形態においては高周波発生手段２の出力周波数を変更することにより、これを行うように構成されている。
【００６６】
図２は、図１に示す本発明の第１の実施形態における負荷回路の周波数特性曲線を示すグラフである。
【００６７】
図において、横軸は周波数を、縦軸は出力電圧を、それぞれ示す。
【００６８】
ｆ0は固有共振周波数、ｆ1は全光点灯時の周波数、ｆ2は調光点灯時の周波数である。すなわち、全光点灯時の周波数ｆ1は固有共振周波数ｆ0に比較して十分に低く、そのときの出力電圧も低い。これに対して、調光点灯時の周波数ｆ2は固有共振周波数ｆ0より高く、その出力電圧は全光点灯時の電圧より高いことを示している。
【００６９】
図３は、図１に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第１の実施形態における負荷回路の負荷特性を示すグラフである。
【００７０】
図において、横軸は出力電流を、縦軸は出力電圧を、それぞれ示す。
【００７１】
曲線Ａは全光点灯時の負荷特性曲線であり、曲線Ｂは調光点灯時の負荷特性曲線である。
【００７２】
全光点灯時においては開放電圧は低いが、短絡電流は大きい。
【００７３】
これに対して、調光点灯時においては反対に開放電圧は大きいが、短絡電流は小さい。
【００７４】
以上、図１ないし図３を参照して本発明の第１の実施形態を説明したが、要するに本実施形態は、全光時の周波数が固有共振周波数より十分に低いので、インダクタンスのみが限流要素として作用するから、開放電圧は低くなる。
【００７５】
さて、図３に示すように放電ランプは、正常時における初期点灯時の動作特性は曲線ａであるが、寿命の進展に伴って動作特性が図において徐々に上方へ移動していき、寿命末期時には曲線ｂになっている。すなわち、放電ランプの寿命末期時には、動作特性により定まるランプ電圧が負荷特性曲線Ａにより定まる開放電圧より高くなっているから、動作点を形成することができないので、点灯を維持できないで、消灯する。
【００７６】
このため、電極近傍のガラスバルブや口金、ソケットなどが溶融するようなことを回避できる。
【００７７】
また、キャパシタンス３ｃの容量を小さくして固有共振周波数を全光点灯時の周波数より十分に高く設定することができるので、回路構成がすこぶる簡単である。
【００７８】
図４は、本発明の放電ランプ点灯装置の第２の実施形態を示す回路図である。
【００７９】
図において、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００８０】
本実施形態は、複数たとえば２個の負荷回路３、３’を高周波発生手段２の出力端に並列接続したものである。放電ランプ３ａ、３ａ’は始動電圧が大差なければ、異なる消費電力の放電ランプを用いることができる。
【００８１】
そうして、本実施形態においては、一方の放電ランプたとえば３ａが寿命末期になると、後述する理由により、放電ランプ３ａは、大幅な減光点灯に移行する。しかし、残余の放電ランプ３ａ’は高周波発生手段の出力電圧よりランプ電圧が低いので、正常な点灯を継続する。
【００８２】
図５は、図４に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第２の実施形態における負荷特性を示すグラフである。
【００８３】
図において、横軸は出力電流を、縦軸は出力電圧を、それぞれ示す。
【００８４】
図中、曲線Ｃは負荷回路の負荷特性曲線、曲線ａは放電ランプの正常時の全光点灯における動作特性曲線、曲線ｂは同じく寿命末期時の動作特性曲線である。すなわち、負荷特性は、出力電流が大きい領域では出力電圧が低く、出力電流が小さい領域では急激に出力電圧が高くなるように設定されている。
【００８５】
したがって、放電ランプは全光点灯時には負荷特性曲線Ｃと動作特性曲線ａの交点Ｘが動作点となって正常に作動する。しかし、放電ランプは寿命の進展に伴って徐々にその動作特性が図において上方向に転移していき、寿命末期時には曲線ｂになっている。このため、放電ランプが寿命末期になると、負荷特性曲線Ｃはその出力電流が小さい領域において動作特性曲線ｂと交叉するので、放電ランプは交点Ｙにおいてのみ作動し得るから、点灯していても大幅な減光状態となり、放電ランプの電極近傍の異常高温化を未然に防止できる。また、容易に寿命末期に至ったことを認識することができる。
【００８６】
図６は、従来技術における負荷特性を示すグラフである。
【００８７】
図において、図５と同一部分については説明を省略する。
【００８８】
従来技術においては、負荷特性がほぼ円弧状の曲線Ｃ’となる。このため、放電ランプの寿命末期時の動作特性曲線ｂと負荷特性曲線Ｃ’との交点Ｙ’の位置においては、出力電流が正常時の交点Ｘ’における出力電流に対して大きな差がなく、このため寿命末期になると、半波放電によって電極近傍が異常高温になりやすい。
【００８９】
図７は、図４に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第２の実施形態における負荷回路の周波数特性を示すグラフである。
【００９０】
図において、横軸は周波数を、縦軸は出力電圧を、それぞれ示す。
【００９１】
本実施形態にあっては、始動時（無負荷時）において、負荷回路の固有共振周波数ｆ0に対してｆ0／３の周波数のときに相対的に小さな低次の共振が現れる。このｆ0／３の近傍に始動時の出力周波数を設定すると、第３次高調波の共振が発生し、しかも遅れ位相のスイッチングを実現できることが分かった。
【００９２】
図８は、図４に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第２の実施形態において始動時にスイッチング手段を通流する電流波形を示すグラフである。
【００９３】
図において、横軸は時間を、縦軸は電流を、それぞれ示す。
【００９４】
時間ｔ0はスイッチング手段のオン時、時間ｔ1はオフ時をそれぞれ示す。すなわち、始動時（無負荷時）において、スイッチング手段がオンすると、高周波発生手段の動作周波数に対して第３次の高調波の共振が起こり、その共振電流がスイッチング手段を通流する。
【００９５】
【００９６】
図９は、従来技術における始動時にスイッチング手段を通流する電流波形を示すグラフである。
【００９７】
図において、図８と同一部分は説明を省略する。
【００９８】
図から理解できるように、高次の共振は発生しないから、スイッチング手段は１半サイクル目でオフする。したがって、開放電圧を共振によって高めることはできない。
【００９９】
図１０は、本発明の放電ランプ点灯装置の第３の実施形態を示す回路図である。
【０１００】
図において、図４と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【０１０１】
本実施形態は、負荷回路３、３’と並列にインダクタンス５を接続しているとともに、駆動回路２ｃの具体回路を示している点において異なる。
【０１０２】
すなわち、インダクタンス５は、キャパシタンス６と直列接続されたうえで、負荷回路３、３’と並列接続されている。
【０１０３】
なお、キャパシタンス６は直流カット用である。
【０１０４】
駆動回路２ｃは、発振器２ｃ１、基準電位源２ｃ２、比較器２ｃ３およびインバータ２ｃ４からなる。
【０１０５】
そうして、負荷回路３、３’と並列接続されたインダクタンス５には遅れ電流が流れるので、たとえば負荷回路に多少の進相電流が流れたとしても、相殺されて高周波発生手段２には確実に遅れ電流を流すことができる。
【０１０６】
また、駆動回路２ｃは、発振器２ｃ１の出力と基準電位源２ｃ２とを比較器２ｃ３で比較して第１の駆動信号を形成し、スイッチング手段２ｂの制御極に供給する。さらに、インバータ２ｃ４で第１の駆動信号を反転させて第２の駆動信号を形成し、スイッチング手段２ａの制御極に供給する。
【０１０７】
図１１は、図１０に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第３の実施形態における無負荷時に各部に流れる電流の波形図である。
【０１０８】
図において、イは負荷回路３、３’に流れる電流ｉLを、ロはインダクタンス５に流れる電流ｉIを、ハはスイッチング手段２ａ、２ｂに流れる電流ｉSを、それぞれ示している。
【０１０９】
図は、負荷回路に流れる電流ｉLをタイミングの基準にしているが、電流ｉLは進相電流である。
【０１１０】
これに対して、電流ｉIは遅相電流である。
【０１１１】
スイッチング手段２ａ、２ｂに流れる電流ｉSは、電流ｉLとｉIの合成電流であるから、両者を適当に設定することにより、図示のように遅相電流になる。
【０１１２】
図１２は、本発明の放電ランプ点灯装置の第４の実施形態を示す回路図である。
【０１１３】
図において、図１０と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【０１１４】
本実施形態は、インダクタンス５’が昇圧トランスを兼ねている点において異なる。
【０１１５】
すなわち、インダクタンス５’は、１次巻線５ａ’をキャパシタンス６’を介して高周波発生手段２の出力端に接続し、２次巻線５ｂ’を１次巻線５ａ’と直列接続して負荷回路３、３’と並列接続している。したがって、インダクタンス５’は単巻トランス形の昇圧トランスを構成している。
【０１１６】
そうして、本実施形態においては、昇圧トランスによって負荷回路３、３’の要求する電圧に整合させることができるとともに、昇圧トランスの１次巻線５ａ’を流れる遅れの励磁電流をスイッチング手段に通流させることができる。
【０１１７】
図１３は、本発明の放電ランプ点灯装置の第５の実施形態を示す回路図である。
【０１１８】
図において、図１０と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【０１１９】
本実施形態は、インダクタンス５”がフィラメント加熱トランスを兼ねている点において異なる。
【０１２０】
すなわち、インダクタンス５”は、１次巻線５ａ”をキャパシタンス６を介して高周波発生手段２の出力端に接続し、放電ランプ３、３’のフィラメント電極の数に等しい数の２次巻線ａ、ｂ、ｃ、ｄを放電ランプ３、３’のフィラメント電極ａ、ｂ、ｃ、ｄに接続している。
【０１２１】
そうして、本実施形態においては、放電ランプ３、３’のフィラメント電極ａ、ｂ、ｃ、ｄをインダクタんすであるフィラメント加熱トランスにより加熱してラピッドスタート形に構成できるとともに、フィラメント加熱トランスの１次巻線５ａ”に流れる遅れの励磁電流をスイッチング手段２ａ、２ｂに通流させることができる。
【０１２２】
図１４は、本発明の照明装置の一実施形態を示す概念図である。
【０１２３】
本実施形態は、細管形の放電ランプ３ａ１、３ａ２を用いた家庭用の天井直付形照明器具である。
【０１２４】
図において、７はシャーシ、８は反射板、９は点灯装置、１０は透光カバーである。
【０１２５】
シャーシ７は、円形の浅皿状をなし、天井に取り付ける手段を備えているとともに、透光カバー１０を装着するための機構を有している。
【０１２６】
反射板８は、極力浅く形成されるとともに、放電ランプ３ａ１、３ａ２の発光をなるべく透光カバー１０の面の輝度が均一になるように反射する形状に成形されている。
【０１２７】
点灯装置９は、放電ランプを除いた負荷回路、高周波発生手段および直流電源からなり、シャーシ７および反射板８の間に形成される空間内に配設されている。
【０１２８】
透光カバー１０は、シャーシ７の下面に配設されて放電ランプ３ａ１、３ａ２および反射板８などを包囲している。
【０１２９】
ところで、放電ランプ３ａ１、３ａ２は、管外径が１６．５ｍｍの細管で、かつ環形の蛍光ランプを用いている。この蛍光ランプは形名がＦＨＣ２７およびＦＨＣ３４で、それぞれを全光点灯において３８Ｗ、４８Ｗの高出力点灯するように点灯装置９が構成されている。
【０１３０】
そうして、本実施形態の照明器具は、従来の一般形の蛍光ランプが管外径２９ｍｍであるのに対して、上記のように管外径が１６．５ｍｍなので、器具高さを平均４０％小さくでき、すこぶる薄形にできるので、マンションに見られるように比較的低い天井高さの室内に設置しても圧迫感がない。また、定格寿命は一般形の蛍光ランプが６０００時間であるのに対して、９０００時間なので、１．５倍になる。さらに、従来細管の放電ランプにおいて深刻な問題を提起しやすい寿命末期の異常温度上昇による溶融の心配がないことは既述のとおりである。
【０１３１】
【発明の効果】
請求項１ないし６の各発明によれば、高周波発生手段が、放電ランプの全光点灯時には負荷回路の固有共振周波数より十分低い周波数の高周波出力を発生するとともに、調光点灯時には固有共振周波数より高い周波数の高周波を発生し、負荷回路が、全光点灯時には開放電圧は低いが短絡電流は大きい第１の負荷特性を示し、調光点灯時には開放電圧は高いが短絡電流は小さい第２の負荷特性を示し、かつ正常時の放電ランプの動作特性が第１および第２の負荷特性に対して動作点を形成するが寿命末期の放電ランプの動作特性が第１および第２の負荷特性に対して動作点を形成し得ないか、または第２の負荷特性に対してのみ動作点を形成するように構成されていることにより、たとえ細管の放電ランプであっても複雑な保護回路を用いることなく、寿命末期時に放電ランプを減光ないし消灯させることができるので、ガラスバルブ、口金、ソケットなどが溶融するのを未然に防止する放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１３２】
請求項２の発明によれば、加えて放電ランプと並列接続されたキャパシタンスの容量を小さくすることにより、構成が簡単でありながら、特別な保護回路を設けることなく、寿命末期時の保護動作が確実な放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１３３】
請求項３の発明によれば、加えて全光点灯時における高周波発生手段の動作周波数を負荷回路の固有共振周波数ｆ0の１／３ないし１／２にしたことにより、スイッチング手段が進相動作をしないようにした放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１３４】
請求項４の発明によれば、加えて複数の負荷回路を高周波発生手段の出力端に並列接続したことにより、寿命末期になった放電ランプは減光ないし消灯するが、正常な放電ランプは引き続き点灯するので、暗転することがない放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１３５】
請求項５の発明によれば、加えて負荷回路と並列にインダクタンスを接続したことにより、遅れの電流をスイッチング手段に通流させるので、スイッチング手段が進相動作になりにくくて、設計の裕度の高い放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１３６】
請求項６の発明によれば、加えて放電ランプの始動時に高次の高調波の共振電圧を発生させることにより、始動を容易にした放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１３７】
請求項７の発明によれば、請求項１ないし６の効果を有する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の放電ランプ点灯装置の第１の実施形態を示す回路図
【図２】 図１に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第１の実施形態における負荷回路の周波数特性を示すグラフ
【図３】 図１に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第１の実施形態における負荷特性を示すグラフ
【図４】本発明の放電ランプ点灯装置の第２の実施形態を示す回路図
【図５】図４に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第２の実施形態における負荷特性を示すグラフ
【図６】 従来技術における負荷特性を示すグラフ
【図７】 図４に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第２の実施形態における負荷回路の周波数特性を示すグラフ
【図８】 図４に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第２の実施形態において始動時にスイッチング手段を通流する電流波形を示すグラフ
【図９】 従来技術における始動時にスイッチング手段を通流する電流波形を示すグラフ
【図１０】 本発明の放電ランプ点灯装置の第３の実施形態を示す回路図
【図１１】 図１０に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第３の実施形態における無負荷時に各部に流れる電流の波形図
【図１２】 本発明の放電ランプ点灯装置の第４の実施形態を示す回路図
【図１３】 本発明の放電ランプ点灯装置の第５の実施形態を示す回路図
【図１４】 本発明の照明装置の一実施形態を示す概念図
【符号の説明】
１…直流電源
２…高周波発生手段
２ａ…スイッチング手段
２ｂ…スイッチング手段
２ｃ…駆動回路
３…負荷回路
３ａ…放電ランプ
３ｂ…インダクタンス
３ｃ…キャパシタンス
３ｄ…キャパシタンス
４…制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は放電ランプ点灯装置およびこれを用いた照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電ランプは寿命末期になると、半波の放電となる異常放電を起こす。この異常放電によって電極近傍が異常に加熱される。特にガラスバルブが細い放電ランプにおいては、電極とガラスバルブとの間隔が小さいので、異常放電によってガラスバルブの温度が非常に高くなる。このため、ガラスバルブ、プラスチックス製口金、ソケットなどが溶融するという問題がある。
【０００３】
このような問題を回避するために、放電ランプの寿命末期などの異常を検出したときに、高周波発生手段の動作を停止することが一般的に行われている。
【０００４】
しかし、これでは高周波発生手段の動作停止により、放電ランプが暗転してしまうので、保安上問題がある。
【０００５】
これに対して、特開平１−２３１２９５号公報には、複数の放電ランプを並列点灯するときに、放電ランプの異常を検出したら、他の正常な放電ランプが点灯維持できる程度に高周波発生手段の出力を低減させることが開示されている。この従来技術によれば、寿命末期時に残余の放電ランプを高周波発生手段の出力を絞って点灯するので、最低限の照明レベルを確保することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、細管の放電ランプにおいては高周波発生手段の出力を絞ってもガラスバルブの温度が高すぎてしまう。また、異常放電ランプが放電維持できなくなるまで出力を絞ることも開示されているが、この状態では正常放電ランプの点灯を維持することが困難である。特に家庭用の照明器具においては、定格電力の異なる２以上の放電ランプを単一の高周波発生手段で点灯することが多いので、異常時に残余の正常放電ランプを点灯維持させるのは極めて困難である。
【０００７】
本発明は、細管の放電ランプであっても複雑な保護回路を用いないで寿命末期時に放電ランプを減光ないし消灯させることができる放電ランプ点灯装置およびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の放電ランプ点灯装置は、放電ランプ、インダクタンスおよびキャパシタンスを含む負荷回路と；放電ランプの全光点灯時には負荷回路の固有共振周波数より十分低い周波数の高周波出力を発生するとともに、調光点灯時には固有共振周波数より高い周波数の高周波を発生して、負荷回路に高周波出力を供給する高周波発生手段と；全光点灯および調光点灯を設定する制御手段と；を具備し、前記負荷回路は、全光点灯時には開放電圧は低いが短絡電流は大きい第１の負荷特性を示し、調光点灯時には開放電圧は高いが短絡電流は小さい第２の負荷特性を示し、かつ正常時の放電ランプの動作特性が第１および第２の負荷特性に対して動作点を形成するが、寿命末期の放電ランプの動作特性が第１および第２の負荷特性に対して動作点を形成し得ないか第２の負荷特性に対してのみ動作点を形成するように構成されていることを特徴としている。
【０００９】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１０】
まず、放電ランプについて説明する。
【００１１】
放電ランプは、特に限定されないが、細管の放電ランプであってもよい。ここでいう細管の放電ランプとは、たとえばコンパクト形蛍光ランプ、電球形蛍光ランプ、高周波点灯専用の環形蛍光ランプ（ＦＨＣ２０、ＦＨＣ２７、ＦＨＣ３４形、いずれも管外径は１６．５ｍｍである。いずれも本件出願人の製造による。）などに対して所期の効果を奏する。しかし、一般形の蛍光ランプに対しても有効である。
【００１２】
次に、負荷回路について説明する。
【００１３】
負荷回路は、放電ランプ、インダクタンスおよびキャパシタンスを含むのであれば、その具体的回路接続は問わないが、固有共振周波数を有する。本発明において、負荷回路は高周波発生手段から見て、放電ランプおよび放電ランプを安定に点灯する限流要素を含んだ回路をいう。放電ランプを始動するために用いられる回路構成は負荷回路に付加されていてもよいが、必須要件ではない。
【００１４】
負荷回路は、上記のように具体的回路構成を問わない。しかし、インダクタンスは、一般的には主として放電ランプの限流要素として用いられる。この場合、高周波発生手段とは別に接続されたインダクタまたは高周波発生手段の一部を構成する出力トランスの漏洩インダクタンスの形において負荷回路に接続される。
【００１５】
また、キャパシタンスは、一般的には放電ランプの予熱のために用いられ、また他のキャパシタンスは限流要素と直列接続されて限流要素の一部として、あるいは直流カットのために用いられることが多い。
【００１６】
また、負荷回路は、後述する高周波発生手段の高周波出力の周波数との関係において、以下に示す負荷特性を有している。すなわち、負荷回路の負荷特性は、第１および第２の負荷特性を含んでいる。第１の負荷特性は、開放電圧が低くて短絡電流が大きい。そして、全光点灯時には、第１の負荷特性が機能する。これに対して、第２の負荷特性は、開放電圧が高くて短絡電流が小さい。そして、調光点灯時には第２の負荷特性が機能する。
【００１７】
負荷回路の数は、１または複数用いることを許容する。複数の場合は、それらを高周波発生手段に対して並列接続することができる。また、１つの負荷回路に複数の放電ランプを直列接続することができる。
【００１８】
高周波発生手段について説明する。
【００１９】
高周波発生手段は、高周波出力の周波数が負荷回路の固有共振周波数より十分に低い周波数と、固有共振周波数より高い周波数との少なくとも２段階に可変であるものとする。もちろん、上記の周波数範囲内で連続的に周波数が可変であってもよい。
【００２０】
また、高周波発生手段は、後述する制御手段による制御により少なくとも全光点灯時と調光点灯時の高周波出力の周波数を変化するように構成されている。全光点灯時の周波数は、負荷回路の固有共振周波数より十分に低い周波数である。このときの周波数は、前記負荷回路の第１の負荷特性を決定する。また、調光点灯時の周波数は、固有共振周波数より高い周波数である。このときの周波数は、負荷回路の第２の負荷特性を決定する。
【００２１】
また、高周波発生手段は、既知の高周波発生のためのあらゆる回路方式を採用することができる。たとえばブロッキング発振形、マルチバイブレータ形、ハーフブリッジ形、フルブリッジ形およびこれらの変形形などのインバータを用いることができる。
【００２２】
さらに、電圧共振形および電流共振形のいずれでもよいが、電流共振形の場合、耐圧の相対的に低いスイッチング手段を用いることができるとともに、負荷回路のインダクタンスおよびキャパシタンスに関係なく周波数を設定することが可能なため、周波数可変範囲を広くすることができるさらにまた、放電ランプを調光するために、高周波発生手段はオンデューティを変化するなどの常套手段を用いることができるものとする。
【００２３】
高周波発生手段の電源は、適当なものを用いることができるが、一般的には商用交流電源を整流し、さらに平滑化してなる直流電源を用いることができる。平滑化を行うためには、平滑コンデンサを用いることができるが、力率が悪くなるので、これを回避するとともに、所望の電源電圧を得るとともに、高調波の少ないチョッパなどのＤＣ−ＤＣコンバータを用いることもできる。
【００２４】
制御手段について説明する。
【００２５】
制御手段は、放電ランプの点灯状態を少なくとも全光点灯と調光点灯とのいずれかに設定することができるものとする。制御手段は、高周波発生手段を制御して、全光モードおよび調光モードのいずれかの動作モードに設定する。調光モードは、段調光、連続調光のいずれでもよい。
【００２６】
制御手段による高周波発生手段の制御は、全光モードおよび調光モードのそれぞれに応じて高周波出力の周波数を所定に変化させるように行われる。
【００２７】
また、必要に応じて消灯などの制御モードの切り換えも付加してこれを行うことができるように構成することができる。
【００２８】
制御手段を操作する手法としては、壁スイッチ、赤外線などを用いるリモートコントロールなどの手法を採用することができる。
【００２９】
最後に、作用について説明する。
【００３０】
本発明においては、全光点灯時に高周波発生手段の発生する高周波が負荷回路の固有共振周波数に対して十分低い周波数であるから、負荷回路は実質的に共振しない。
【００３１】
しかし、この開放電圧は放電ランプのランプ電圧より高いものとする。さらに、放電ランプの寿命末期には正常時に比較してランプ電圧が著しく高くなるが、開放電圧は寿命末期時のランプ電圧より明らかに低いものとする。したがって、正常点灯時のランプ電圧の２〜２．７倍程度に設定するとよい。
【００３２】
負荷特性は、開放電圧が上記のように低いが、短絡電流は相対的に大きい。この負荷特性は負荷回路のインダクタンス、キャパシタンスおよび高周波発生手段の周波数を適切に設定することにより、容易に得ることができる。たとえば放電ランプと並列にキャパシタンスが接続されている場合に、そのキャパシタンスの容量を全光点灯時に実質的に共振が発生しないように小さく設定することで容易に実現することができる。
【００３３】
そうして、放電ランプの正常時すなわち寿命中において、放電ランプは、その動作特性が第１および第２の負荷特性のいずれに対しても動作点を形成し得るので、正常に点灯し、したがって全光点灯および調光点灯のいずれも問題のない点灯動作を行う。
【００３４】
ところが、全光点灯時に放電ランプが寿命末期になると、放電ランプは、ランプ電圧が高くなってその動作特性が第１の負荷特性に対して動作点を形成し得なくなるので、点灯を維持することができなくなって消灯する。また、調光点灯時に放電ランプが寿命になると、上記と同様な理由でその動作特性が第２の負荷特性に対して動作点を形成し得なくなって消灯するか、第２の負荷特性においてより大きく調光点灯する領域で動作点を形成するので、調光点灯状態が一層暗くなる。放電ランプ負荷回路が複数並列接続されている場合には、寿命末期の放電ランプは上記のように消灯するが、正常な放電ランプは引き続き点灯を継続する。
【００３５】
なお、本発明において、固有共振周波数より十分低いとは、当該周波数では実質的に共振しない程度の周波数をいう。換言すれば、前述のように開放電圧が正常な放電ランプのランプ電圧に対して２〜２．７倍程度を出力するような周波数をいう。
【００３６】
一方、調光時には高周波発生手段の発生する高周波が負荷回路の固有共振周波数より高いので、負荷回路は共振して高周波発生手段の開放電圧は高くなる。このときの負荷特性は開放電圧が高いが、短絡電流は小さい。
【００３７】
そうして、開放電圧が高いので、調光度を大きく、すなわち深く調光することができる。
【００３８】
請求項２の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項１記載の放電ランプ点灯装置において、負荷回路は、放電ランプ、放電ランプと直列接続されたインダクタンスおよび放電ランプと並列接続された小容量のキャパシタンスを含むことによって、全光時の動作周波数に対して固有共振周波数が十分に高く設定されていることを特徴としている。
【００３９】
本発明は、さらに負荷回路を最も一般的で簡単な回路構成にするとともに、放電ランプと並列接続されるキャパシタンスの容量を小さくすることによって、請求項１の周波数の要件を満足するものである。
【００４０】
したがって、構成が簡単でありながら、特別な保護回路を設けることなく、寿命末期時の保護動作が確実にできる。
【００４１】
請求項３の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項１または２記載の放電ランプ点灯装置において、高周波発生手段は、全光点灯時の動作周波数ｆが負荷回路の固有共振周波数をｆ0としたとき、下式を満足していることを特徴している。
【００４２】
ｆ0／３≦ｆ≦ｆ0／２
本発明は、全光点灯時の高周波発生手段の周波数を上記のように規定することにより、高周波発生手段のスイッチング手段が進相動作をしないようにしたものである。なお、高周波発生手段の動作周波数がｆ0／２〜ｆ0であると、進相モードになる。
【００４３】
進相スイッチングが生じると、高周波発生手段が一時的に短絡状態になるために、スイッチング手段の破壊の要因になり、信頼性が著しく低下するので、回避しなければならない。
【００４４】
請求項４の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項１ないし３のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置において、負荷回路は、その複数が高周波発生手段の出力端に並列接続されており；寿命末期になった放電ランプは減光ないし消灯するが、正常な放電ランプは点灯し続けるように構成されている；ことを特徴としている。
【００４５】
本発明において、負荷回路中の放電ランプはその複数が直列接続されたものであってもよい。
【００４６】
そうして、本発明においてはいずれかの放電ランプが寿命末期になっても残余の放電ランプが点灯を継続しているので、暗転がなく、安全である。
【００４７】
請求項５の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項１ないし４のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置において、負荷回路と並列に接続されたインダクタンスを具備していることを特徴としている。
【００４８】
インダクタンスは、単一機能のインダクタンスだけでなく、他の機能および目的を備えたインダクタンスであってもよく、たとえばフィラメント加熱トランスの１次巻線、負荷回路の全光時の開放電圧を調整するための昇圧または降圧用のトランスであってもよい。また、インダクタンスと直列にコンデンサを接続することにより、インダクタに流れようとする直流をカットして不所望な磁気飽和を回避することができる。
【００４９】
本発明においては、負荷回路と並列にインダクタンスを接続したことにより、たとえ負荷回路に進相電流が流れても、上記インダクタンスに流れる遅相電流によって進相電流を相殺することができ、したがって本発明によれば、設計の裕度が高くなり、高周波発生手段のスイッチング手段が進相スイッチングするのを効果的に防止することができる。
【００５０】
請求項６の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項１ないし５のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置において、放電ランプの始動時において、動作周波数の高次の高調波の共振電圧を放電ランプに印加することを特徴としている。
【００５１】
本発明においては、始動時のように無負荷のときに高周波発生手段の動作周波数に対して高次たとえば３次の共振電圧を発生させるので、スイッチング手段は共振電圧の３半サイクル目の時にオフ動作をする。
【００５２】
なお、高次の高調波としては３次以外の奇数次の高調波であってもよい。
【００５３】
請求項７の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に支持された請求項１ないし６のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置と；を具備していることを特徴としている。
【００５４】
本発明は、照明器具などの照明装置において、請求項１ないし６の特徴および作用を有している。照明器具の場合、家庭用、施設用など任意所望の照明器具に適応する。また、屋内用、屋外用のいずれでもよい。
【００５５】
本発明において、照明装置とは、放電ランプの発光を利用するあらゆる装置を含む。
【００５６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００５７】
図１は、本発明の放電ランプ点灯装置の第１の実施形態を示す回路図である。
【００５８】
図において、１は直流電源、２は高周波発生手段、３は負荷回路、４は制御手段である。
【００５９】
直流電源１は、商用交流電源を全波整流回路にて整流し、チョッパで平滑化する構成である。
【００６０】
高周波発生手段２は、入力端に直流電源１が接続され、交互にスイッチング動作を行う一対のスイッチング手段２ａ、２ｂおよびスイッチング手段２ａ、２ｂのスイッチングを制御する駆動回路２ｃを主体に構成されている。そして、動作周波数は全光点灯時の周波数ｆ1が５０ＫＨｚ、調光点灯時の周波数ｆ2が１０５ＫＨｚに設定されている。
【００６１】
また、高周波発生手段２は、スイッチング手段２ａ、２ｂが直流電源１に対して直列接続されたハーフブリッジ形インバータであり、このインバータは電流共振形に属する。
【００６２】
負荷回路３は、高周波発生手段２の出力端に接続され、放電ランプ３ａ、インダクタンス３ｂ、キャパシタンス３ｃ、３ｄからなる。インダクタンス３ｂおよびキャパシタンス３ｄは放電ランプ３ａと直列に接続され、キャパシタンス３ｃは放電ランプと並列に接続されている。インダクタンスは１．１５ｍＨ、キャパシタンス３ｃは２２００ｐＦである。一方、キャパシタンス３ｄは０．１μＦであり、直流カット用として作用する。負荷回路３の固有共振周波数ｆ0は１００ＫＨｚである。
【００６３】
上記とは別の設計例を次に示す。
【００６４】
【００６５】
制御手段４は、放電ランプ３ｂを全光点灯と調光点灯とに変更するための手段で、本実施形態においては高周波発生手段２の出力周波数を変更することにより、これを行うように構成されている。
【００６６】
図２は、図１に示す本発明の第１の実施形態における負荷回路の周波数特性曲線を示すグラフである。
【００６７】
図において、横軸は周波数を、縦軸は出力電圧を、それぞれ示す。
【００６８】
ｆ0は固有共振周波数、ｆ1は全光点灯時の周波数、ｆ2は調光点灯時の周波数である。すなわち、全光点灯時の周波数ｆ1は固有共振周波数ｆ0に比較して十分に低く、そのときの出力電圧も低い。これに対して、調光点灯時の周波数ｆ2は固有共振周波数ｆ0より高く、その出力電圧は全光点灯時の電圧より高いことを示している。
【００６９】
図３は、図１に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第１の実施形態における負荷回路の負荷特性を示すグラフである。
【００７０】
図において、横軸は出力電流を、縦軸は出力電圧を、それぞれ示す。
【００７１】
曲線Ａは全光点灯時の負荷特性曲線であり、曲線Ｂは調光点灯時の負荷特性曲線である。
【００７２】
全光点灯時においては開放電圧は低いが、短絡電流は大きい。
【００７３】
これに対して、調光点灯時においては反対に開放電圧は大きいが、短絡電流は小さい。
【００７４】
以上、図１ないし図３を参照して本発明の第１の実施形態を説明したが、要するに本実施形態は、全光時の周波数が固有共振周波数より十分に低いので、インダクタンスのみが限流要素として作用するから、開放電圧は低くなる。
【００７５】
さて、図３に示すように放電ランプは、正常時における初期点灯時の動作特性は曲線ａであるが、寿命の進展に伴って動作特性が図において徐々に上方へ移動していき、寿命末期時には曲線ｂになっている。すなわち、放電ランプの寿命末期時には、動作特性により定まるランプ電圧が負荷特性曲線Ａにより定まる開放電圧より高くなっているから、動作点を形成することができないので、点灯を維持できないで、消灯する。
【００７６】
このため、電極近傍のガラスバルブや口金、ソケットなどが溶融するようなことを回避できる。
【００７７】
また、キャパシタンス３ｃの容量を小さくして固有共振周波数を全光点灯時の周波数より十分に高く設定することができるので、回路構成がすこぶる簡単である。
【００７８】
図４は、本発明の放電ランプ点灯装置の第２の実施形態を示す回路図である。
【００７９】
図において、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００８０】
本実施形態は、複数たとえば２個の負荷回路３、３’を高周波発生手段２の出力端に並列接続したものである。放電ランプ３ａ、３ａ’は始動電圧が大差なければ、異なる消費電力の放電ランプを用いることができる。
【００８１】
そうして、本実施形態においては、一方の放電ランプたとえば３ａが寿命末期になると、後述する理由により、放電ランプ３ａは、大幅な減光点灯に移行する。しかし、残余の放電ランプ３ａ’は高周波発生手段の出力電圧よりランプ電圧が低いので、正常な点灯を継続する。
【００８２】
図５は、図４に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第２の実施形態における負荷特性を示すグラフである。
【００８３】
図において、横軸は出力電流を、縦軸は出力電圧を、それぞれ示す。
【００８４】
図中、曲線Ｃは負荷回路の負荷特性曲線、曲線ａは放電ランプの正常時の全光点灯における動作特性曲線、曲線ｂは同じく寿命末期時の動作特性曲線である。すなわち、負荷特性は、出力電流が大きい領域では出力電圧が低く、出力電流が小さい領域では急激に出力電圧が高くなるように設定されている。
【００８５】
したがって、放電ランプは全光点灯時には負荷特性曲線Ｃと動作特性曲線ａの交点Ｘが動作点となって正常に作動する。しかし、放電ランプは寿命の進展に伴って徐々にその動作特性が図において上方向に転移していき、寿命末期時には曲線ｂになっている。このため、放電ランプが寿命末期になると、負荷特性曲線Ｃはその出力電流が小さい領域において動作特性曲線ｂと交叉するので、放電ランプは交点Ｙにおいてのみ作動し得るから、点灯していても大幅な減光状態となり、放電ランプの電極近傍の異常高温化を未然に防止できる。また、容易に寿命末期に至ったことを認識することができる。
【００８６】
図６は、従来技術における負荷特性を示すグラフである。
【００８７】
図において、図５と同一部分については説明を省略する。
【００８８】
従来技術においては、負荷特性がほぼ円弧状の曲線Ｃ’となる。このため、放電ランプの寿命末期時の動作特性曲線ｂと負荷特性曲線Ｃ’との交点Ｙ’の位置においては、出力電流が正常時の交点Ｘ’における出力電流に対して大きな差がなく、このため寿命末期になると、半波放電によって電極近傍が異常高温になりやすい。
【００８９】
図７は、図４に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第２の実施形態における負荷回路の周波数特性を示すグラフである。
【００９０】
図において、横軸は周波数を、縦軸は出力電圧を、それぞれ示す。
【００９１】
本実施形態にあっては、始動時（無負荷時）において、負荷回路の固有共振周波数ｆ0に対してｆ0／３の周波数のときに相対的に小さな低次の共振が現れる。このｆ0／３の近傍に始動時の出力周波数を設定すると、第３次高調波の共振が発生し、しかも遅れ位相のスイッチングを実現できることが分かった。
【００９２】
図８は、図４に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第２の実施形態において始動時にスイッチング手段を通流する電流波形を示すグラフである。
【００９３】
図において、横軸は時間を、縦軸は電流を、それぞれ示す。
【００９４】
時間ｔ0はスイッチング手段のオン時、時間ｔ1はオフ時をそれぞれ示す。すなわち、始動時（無負荷時）において、スイッチング手段がオンすると、高周波発生手段の動作周波数に対して第３次の高調波の共振が起こり、その共振電流がスイッチング手段を通流する。
【００９５】
【００９６】
図９は、従来技術における始動時にスイッチング手段を通流する電流波形を示すグラフである。
【００９７】
図において、図８と同一部分は説明を省略する。
【００９８】
図から理解できるように、高次の共振は発生しないから、スイッチング手段は１半サイクル目でオフする。したがって、開放電圧を共振によって高めることはできない。
【００９９】
図１０は、本発明の放電ランプ点灯装置の第３の実施形態を示す回路図である。
【０１００】
図において、図４と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【０１０１】
本実施形態は、負荷回路３、３’と並列にインダクタンス５を接続しているとともに、駆動回路２ｃの具体回路を示している点において異なる。
【０１０２】
すなわち、インダクタンス５は、キャパシタンス６と直列接続されたうえで、負荷回路３、３’と並列接続されている。
【０１０３】
なお、キャパシタンス６は直流カット用である。
【０１０４】
駆動回路２ｃは、発振器２ｃ１、基準電位源２ｃ２、比較器２ｃ３およびインバータ２ｃ４からなる。
【０１０５】
そうして、負荷回路３、３’と並列接続されたインダクタンス５には遅れ電流が流れるので、たとえば負荷回路に多少の進相電流が流れたとしても、相殺されて高周波発生手段２には確実に遅れ電流を流すことができる。
【０１０６】
また、駆動回路２ｃは、発振器２ｃ１の出力と基準電位源２ｃ２とを比較器２ｃ３で比較して第１の駆動信号を形成し、スイッチング手段２ｂの制御極に供給する。さらに、インバータ２ｃ４で第１の駆動信号を反転させて第２の駆動信号を形成し、スイッチング手段２ａの制御極に供給する。
【０１０７】
図１１は、図１０に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第３の実施形態における無負荷時に各部に流れる電流の波形図である。
【０１０８】
図において、イは負荷回路３、３’に流れる電流ｉLを、ロはインダクタンス５に流れる電流ｉIを、ハはスイッチング手段２ａ、２ｂに流れる電流ｉSを、それぞれ示している。
【０１０９】
図は、負荷回路に流れる電流ｉLをタイミングの基準にしているが、電流ｉLは進相電流である。
【０１１０】
これに対して、電流ｉIは遅相電流である。
【０１１１】
スイッチング手段２ａ、２ｂに流れる電流ｉSは、電流ｉLとｉIの合成電流であるから、両者を適当に設定することにより、図示のように遅相電流になる。
【０１１２】
図１２は、本発明の放電ランプ点灯装置の第４の実施形態を示す回路図である。
【０１１３】
図において、図１０と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【０１１４】
本実施形態は、インダクタンス５’が昇圧トランスを兼ねている点において異なる。
【０１１５】
すなわち、インダクタンス５’は、１次巻線５ａ’をキャパシタンス６’を介して高周波発生手段２の出力端に接続し、２次巻線５ｂ’を１次巻線５ａ’と直列接続して負荷回路３、３’と並列接続している。したがって、インダクタンス５’は単巻トランス形の昇圧トランスを構成している。
【０１１６】
そうして、本実施形態においては、昇圧トランスによって負荷回路３、３’の要求する電圧に整合させることができるとともに、昇圧トランスの１次巻線５ａ’を流れる遅れの励磁電流をスイッチング手段に通流させることができる。
【０１１７】
図１３は、本発明の放電ランプ点灯装置の第５の実施形態を示す回路図である。
【０１１８】
図において、図１０と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【０１１９】
本実施形態は、インダクタンス５”がフィラメント加熱トランスを兼ねている点において異なる。
【０１２０】
すなわち、インダクタンス５”は、１次巻線５ａ”をキャパシタンス６を介して高周波発生手段２の出力端に接続し、放電ランプ３、３’のフィラメント電極の数に等しい数の２次巻線ａ、ｂ、ｃ、ｄを放電ランプ３、３’のフィラメント電極ａ、ｂ、ｃ、ｄに接続している。
【０１２１】
そうして、本実施形態においては、放電ランプ３、３’のフィラメント電極ａ、ｂ、ｃ、ｄをインダクタんすであるフィラメント加熱トランスにより加熱してラピッドスタート形に構成できるとともに、フィラメント加熱トランスの１次巻線５ａ”に流れる遅れの励磁電流をスイッチング手段２ａ、２ｂに通流させることができる。
【０１２２】
図１４は、本発明の照明装置の一実施形態を示す概念図である。
【０１２３】
本実施形態は、細管形の放電ランプ３ａ１、３ａ２を用いた家庭用の天井直付形照明器具である。
【０１２４】
図において、７はシャーシ、８は反射板、９は点灯装置、１０は透光カバーである。
【０１２５】
シャーシ７は、円形の浅皿状をなし、天井に取り付ける手段を備えているとともに、透光カバー１０を装着するための機構を有している。
【０１２６】
反射板８は、極力浅く形成されるとともに、放電ランプ３ａ１、３ａ２の発光をなるべく透光カバー１０の面の輝度が均一になるように反射する形状に成形されている。
【０１２７】
点灯装置９は、放電ランプを除いた負荷回路、高周波発生手段および直流電源からなり、シャーシ７および反射板８の間に形成される空間内に配設されている。
【０１２８】
透光カバー１０は、シャーシ７の下面に配設されて放電ランプ３ａ１、３ａ２および反射板８などを包囲している。
【０１２９】
ところで、放電ランプ３ａ１、３ａ２は、管外径が１６．５ｍｍの細管で、かつ環形の蛍光ランプを用いている。この蛍光ランプは形名がＦＨＣ２７およびＦＨＣ３４で、それぞれを全光点灯において３８Ｗ、４８Ｗの高出力点灯するように点灯装置９が構成されている。
【０１３０】
そうして、本実施形態の照明器具は、従来の一般形の蛍光ランプが管外径２９ｍｍであるのに対して、上記のように管外径が１６．５ｍｍなので、器具高さを平均４０％小さくでき、すこぶる薄形にできるので、マンションに見られるように比較的低い天井高さの室内に設置しても圧迫感がない。また、定格寿命は一般形の蛍光ランプが６０００時間であるのに対して、９０００時間なので、１．５倍になる。さらに、従来細管の放電ランプにおいて深刻な問題を提起しやすい寿命末期の異常温度上昇による溶融の心配がないことは既述のとおりである。
【０１３１】
【発明の効果】
請求項１ないし６の各発明によれば、高周波発生手段が、放電ランプの全光点灯時には負荷回路の固有共振周波数より十分低い周波数の高周波出力を発生するとともに、調光点灯時には固有共振周波数より高い周波数の高周波を発生し、負荷回路が、全光点灯時には開放電圧は低いが短絡電流は大きい第１の負荷特性を示し、調光点灯時には開放電圧は高いが短絡電流は小さい第２の負荷特性を示し、かつ正常時の放電ランプの動作特性が第１および第２の負荷特性に対して動作点を形成するが寿命末期の放電ランプの動作特性が第１および第２の負荷特性に対して動作点を形成し得ないか、または第２の負荷特性に対してのみ動作点を形成するように構成されていることにより、たとえ細管の放電ランプであっても複雑な保護回路を用いることなく、寿命末期時に放電ランプを減光ないし消灯させることができるので、ガラスバルブ、口金、ソケットなどが溶融するのを未然に防止する放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１３２】
請求項２の発明によれば、加えて放電ランプと並列接続されたキャパシタンスの容量を小さくすることにより、構成が簡単でありながら、特別な保護回路を設けることなく、寿命末期時の保護動作が確実な放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１３３】
請求項３の発明によれば、加えて全光点灯時における高周波発生手段の動作周波数を負荷回路の固有共振周波数ｆ0の１／３ないし１／２にしたことにより、スイッチング手段が進相動作をしないようにした放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１３４】
請求項４の発明によれば、加えて複数の負荷回路を高周波発生手段の出力端に並列接続したことにより、寿命末期になった放電ランプは減光ないし消灯するが、正常な放電ランプは引き続き点灯するので、暗転することがない放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１３５】
請求項５の発明によれば、加えて負荷回路と並列にインダクタンスを接続したことにより、遅れの電流をスイッチング手段に通流させるので、スイッチング手段が進相動作になりにくくて、設計の裕度の高い放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１３６】
請求項６の発明によれば、加えて放電ランプの始動時に高次の高調波の共振電圧を発生させることにより、始動を容易にした放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１３７】
請求項７の発明によれば、請求項１ないし６の効果を有する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の放電ランプ点灯装置の第１の実施形態を示す回路図
【図２】 図１に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第１の実施形態における負荷回路の周波数特性を示すグラフ
【図３】 図１に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第１の実施形態における負荷特性を示すグラフ
【図４】本発明の放電ランプ点灯装置の第２の実施形態を示す回路図
【図５】図４に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第２の実施形態における負荷特性を示すグラフ
【図６】 従来技術における負荷特性を示すグラフ
【図７】 図４に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第２の実施形態における負荷回路の周波数特性を示すグラフ
【図８】 図４に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第２の実施形態において始動時にスイッチング手段を通流する電流波形を示すグラフ
【図９】 従来技術における始動時にスイッチング手段を通流する電流波形を示すグラフ
【図１０】 本発明の放電ランプ点灯装置の第３の実施形態を示す回路図
【図１１】 図１０に示す本発明の放電ランプ点灯装置の第３の実施形態における無負荷時に各部に流れる電流の波形図
【図１２】 本発明の放電ランプ点灯装置の第４の実施形態を示す回路図
【図１３】 本発明の放電ランプ点灯装置の第５の実施形態を示す回路図
【図１４】 本発明の照明装置の一実施形態を示す概念図
【符号の説明】
１…直流電源
２…高周波発生手段
２ａ…スイッチング手段
２ｂ…スイッチング手段
２ｃ…駆動回路
３…負荷回路
３ａ…放電ランプ
３ｂ…インダクタンス
３ｃ…キャパシタンス
３ｄ…キャパシタンス
４…制御手段
Claims (7)
- 放電ランプ、インダクタンスおよびキャパシタンスを含む負荷回路と；
放電ランプの全光点灯時には負荷回路の固有共振周波数より十分低い周波数の高周波出力を発生するとともに、調光点灯時には固有共振周波数より高い周波数の高周波を発生して、負荷回路に高周波出力を供給する高周波発生手段と；
全光点灯および調光点灯を設定する制御手段と；
を具備し、前記負荷回路は、全光点灯時には開放電圧は低いが短絡電流は大きい第１の負荷特性を示し、調光点灯時には開放電圧は高いが短絡電流は小さい第２の負荷特性を示し、かつ正常時の放電ランプの動作特性が第１および第２の負荷特性に対して動作点を形成するが、寿命末期の放電ランプの動作特性が第１および第２の負荷特性に対して動作点を形成し得ないか第２の負荷特性に対してのみ動作点を形成するように構成されていることを特徴とする放電ランプ点灯装置。 - 負荷回路は、放電ランプ、放電ランプと直列接続されたインダクタンスおよび放電ランプと並列接続された小容量のキャパシタンスを含むことによって、全光時の動作周波数に対して固有共振周波数が十分に高く設定されていることを特徴とする請求項１記載の放電ランプ点灯装置。
- 高周波発生手段は、全光点灯時の動作周波数ｆが負荷回路の固有共振周波数をｆ0としたとき、下式を満足していることを特徴とする請求項１または２記載の放電ランプ点灯装置。
ｆ0／３≦ｆ≦ｆ0／２ - 負荷回路は、その複数が高周波発生手段の出力端に並列接続されており；
寿命末期になった放電ランプは減光ないし消灯するが、正常な放電ランプは点灯し続けるように構成されている；
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置。 - 負荷回路と並列に接続されたインダクタンスを具備していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置。
- 放電ランプの始動時において、動作周波数の高次の共振電圧を放電ランプに印加することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置。
- 照明装置本体と；
照明装置本体に支持された請求項１ないし６のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
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