JP3978625B2 - 放電灯の点灯回路装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、照明器具装置に使用される高周波インバータ回路を備えた放電灯の点灯回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は例えば従来の放電灯の点灯回路装置のブロック図である。図において、１は放電ランプ１５の電流を制限するバラストチョーク、２は放電ランプ１５の両端に接続された始動コンデンサ、３は放電灯１５とグランド間に直列に接続されるカップリングコンデンサ、４ａ、４ｂは高周波インバータ回路のスイッチング素子としてのＦＥＴ、６は抵抗５を介してスイッチング素子４ａ、４ｂのタイミング周波数を決定するコンデンサ、９はインバータ制御回路、２０は分圧抵抗である。
【０００３】
この構成において、放電灯を点灯させるためには、放電灯の両極間に高電圧を印加すればよく、この場合は放電灯のフィラメントが十分予熱されないうちに放電が開始され点灯することになる。このことは、放電灯両極に位置されるフィラメント部分を傷めるることになり、ひいては放電灯自体の寿命を短くすることにつながる。この装置においては、同一の点灯周波数を決定する抵抗及びコンデンサの回路定数が放電灯の点灯に必要な始動電圧を発生するように設定されている。
【０００４】
起動時、もしくは点灯しない状態においては、放電灯の等価抵抗が高く、バラストチョークコイル１と、始動用コンデンサ２とによる直列共振回路が形成される。その後、放電灯１５が点灯を開始すると放電灯の等価抵抗が小さくなるため始動用コンデンサ２および放電灯両極に発生する電圧は減少し、直列共振の役目は減少する。
【０００５】
これを周波数で見ると、図１３の周波数と始動電圧を示す共振曲線のグラフに示すように、周波数がｆ３から低下することにより印加電圧が上昇し、周波数がｆ２付近で放電が開始される。その後ｆ１前後の周波数で点灯特性が良好となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の放電灯の点灯回路装置では、周波数をｆ３からｆ１まで変化させるまでの予熱時間内において実際に予熱がおこなわれるのはｆ２の近辺を通過するだけでありこのため予熱が不十分となる問題点があった。
【０００７】
また、始動電圧規格が異なる放電灯を点灯させる場合にも、点灯周波数を決定する抵抗及びコンデンサの回路定数を変更するか、もしくは放電灯ごとに適する回路定数の高周波インバータ始動回路を設計する必要があった。
【０００８】
したがって、各放電灯の点灯に必要な始動電圧規格毎に始動回路装置を設計及び製造する必要があり、生産上においても多品種生産をしなければならないなどの生産コストの負担が非常に大きいとともに、放電灯に異なる規格の始動回路装置が誤使用する恐れがあるなどの問題点があり、一つの放電灯の点灯回路装置で異なる始動電圧の放電灯の点灯に対応できない等の問題点があった。
【０００９】
さらに、従来、例えば放電灯が寿命末期やエミッタレス等による異常放電やフィラメント切れによる不点灯が生じても異常現象を詳細に判断し動作する保護回路方式がないなどの問題点があった。
【００１０】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、必要十分な予熱時間の設定と、始動電圧規格の異なる複数の放電灯の点灯を可能とし、少品種多量生産が可能となり、生産効率の向上が図れる放電灯の点灯回路装置を得ることを目的とする。
【００１１】
また、放電灯が不点灯及び異常放電した時、もしくは放電灯のフィラメントが切れた状態でも、異常状態の監視内容が従来よりも詳細に判断し、保護することが可能となる放電灯の点灯回路装置を得ることを目的とする。
【００１２】
さらに、その監視内容を放電灯から遠距離もしくは人が不在の状況においても放電灯の異常状態の監視することが容易となる放電灯の点灯回路装置を得ることを目的とする。
【００１３】
また、放電灯が灯した後に、不点灯及び異常放電した場合であっても、放電灯及び回路保護を動作させることが可能となる放電灯の点灯回路装置を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる放電灯の点灯回路装置においては、高周波インバータにより、始動電圧が異なる複数の放電灯の点灯回路装置において、前記高周波インバータの出力端に少なくともインダクタンスと前記放電灯の直列回路が接続され、前記放電灯の一方の極のフィラメントの一端は前記高周波インバータの出力端に、他方の極のフィラメントの一端はカップリングコンデンサを介して接地され、前記一方の極のフィラメントの他端と前記他方の極のフィラメントの他端に始動コンデンサが接続され、前記高周波インバータは発振周波数を可変できるように構成されるとともに、前記発振周波数を複数種類設定可能な周波数設定手段と、前記発振周波数の内それぞれの１つの周波数を所定時間出力する時間制御手段と、前記放電灯の放電開始を検出する放電検出手段と、前記放電灯の始動時に前記発振周波数の内高い周波数を選択して出力し、前記時間制御手段が設定する所定時間内に前記放電検出手段が放電開始を検出しないときに前記周波数設定手段の発生する周波数は、前記インダクタンスと前記始動コンデンサによる共振周波数よりも高い周波数から前記共振周波数に近づく周波数となるように設定された複数の周波数を全て出力するまで段階的に変化させて出力し、前記放電検出手段が放電開始を検出したときは、前記放電灯を点灯周波数で点灯させ、前記周波数設定手段により複数種類設定される前記発振周波数のうち、前記共振周波数に最も近い発振周波数を出力した後も、前記放電検出手段が放電開始を検出しないときは、保護信号を出力する点灯制御手段と、この点灯制御手段から出力される信号を入力し、前記保護信号が入力されると前記高周波インバータの電源を遮断する遮断回路と、を備える。
【００１５】
また、点灯制御手段は、マイクロコンピュータ素子とし、このマイクロコンピュータ素子の出力ポートをデジタルまたはアナログポート出力としたものである。
【００１６】
また、放電灯と並列に接続される始動コンデンサの両極に接続された検出信号入力部から点灯電圧を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路の検出電圧があらかじめ定められた電圧値を越えたときに、異常信号を出力する保護手段と、この保護手段からの異常信号により高周波インバータの電源を遮断する遮断回路とを備える。
【００１８】
また、放電灯と並列に接続された始動コンデンサに直列に接続された検出入力部から前記始動コンデンサに流れる電流を検出する電流検出回路を備える。
【００１９】
また、電圧検出回路、電流検出回路及び保護手段の出力信号を外部のシステムに出力する外部出力回路を備える。
【００２０】
また、外部出力回路からの出力信号を伝送する光ファイバー伝送手段または無線伝送手段を備える。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図面を参照して説明する。図１は放電灯の点灯回路装置のブロック図、図２は動作フローチャート、図３は周波数と発生する始動電圧の関係を示す共振曲線図、図４は各動作に対応した始動電圧と発振周波数の状態を示す図、図５は図４に示した動作時におけるマイクロコンピュータ素子７の入出力波形図である。図１において１５は放電灯であり、３種類の放電灯を取り替えて使用可能である。１は放電灯１５に供給する電流を制限または、調整するためのバラストチョークコイル、２は放電灯１５に並列に接続される始動用コンデンサ、３は放電灯１５とグランド間に直列に接続されるカップリングコンデンサ、４ａ、４ｂは高周波インバータ回路のスイッチング素子としてのＦＥＴである。
【００２２】
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは抵抗５を介してスイッチング素子４ａ、４ｂのタイミング周波数を決定することにより、高周波インバータ回路の発振周波数を設定する複数種類の周波数設定手段であるコンデンサであり、７は放電灯１５の種類に応じ、放電灯に流れる電流とあらかじめ定められた時間に基づいて、前記周波数設定手段であるコンデンサ６ｂ、６ｃ、６ｄのいずれかに対応したトランジスタ素子８ａ、８ｂ、８ｃをオン、オフさせる点灯制御手段であるマイクロコンピュータ素子である。コンデンサ６ｂ、６ｃ、６ｄは３種類の放電灯に対応した各周波数毎に設定された定数をもっている。９はスイッチング素子４ａ、４ｂを交互にオン、オフさせて、発振周波数を生成する高周波インバータ制御回路である。
【００２３】
１０は遮断回路であるトランジスタ素子、１１は平滑用コンデンサ、１２はＡ／Ｆ（アクティブフィルタ）制御回路、１３は整流回路、１４ａ、１４ｂは放電灯フィラメント、１６は商用交流電源、１７はマイクロコンピュータ素子７を動作させるためのクロック信号を発生させる発振子、１８は電流検出信号回路（カレントトランス）２３の検出入力部、２０は分圧抵抗、２１はＦＥＴ保護用のダイオード、２２はＡ／Ｆ（アクティブフィルタ）制御回路１２、ダイオード２１等からなる昇圧回路、２５は共通電位である。
【００２４】
放電灯１５は３種類のものが使用可能であるが、これらの放電灯を例えばＡ、Ｂ、Ｃとしてその特性を表１に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
表１には、放電灯１５の種類Ａ、Ｂ、Ｃの各々について始動電圧、発振周波数、予熱時間及び予熱のモードの種類等を示しているが、例えば、放電灯１５の種類がＡの場合、周波数ｆ１（７５．２ｋＨｚ）で時間予熱され、周波数がｆ２（７０．８ｋＨｚ）となったとき、始動電圧がＶＳ２（１６８Ｖ）となり点灯される。ＶＴは放電ランプ１５の電圧であり、ｔ／ｔＡは安定電圧値をマイクロコンピュータ素子７が読む時間ｔＡを含む、点灯後の時間ｔである。
【００２７】
次に、図１により動作について説明する。
商用交流電源１６の交流は整流回路１３により全波整流された後、昇圧回路２２により昇圧された後、平滑用コンデンサ１１により直流電圧電流に変換される。この直流電圧電流をインバータ制御回路９により出力されるゲート電圧により、各スイッチング素子４ａ、４ｂを交互にオン、オフさせる。このとき、インバータ制御回路９に接続される抵抗５及び各コンデンサ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの素子の定数により、ゲート電圧出力の周波数が決められる。すなわち、マイクロコンピュータ素子７は、放電灯１５の種類に応じ、コンデンサ６ｂ、６ｃ、６ｄのいずれかに対応したトランジスタ素子８ａ、８ｂ、８ｃのいずれかをオンとし、周波数を設定する。
【００２８】
次に、表１、図１〜図５により詳しく説明する。まず、図２のステップＳ１で起動する。ステップＳ２では、放電灯１５を予熱するための交流予熱電流は、図３の共振曲線図に示されるように、抵抗５及びコンデンサ６ｂの定数により決められた予熱周波数ｆ１（７５．２ｋＨｚ）により電圧Ｖｓ１として放電灯１５に供給され、マイクロコンピュータ素子７のタイマー回路により設定時間ｔ１の間予熱を行う。
【００２９】
そして、この設定時間ｔ１と電流検出回路２３により検出された電流に基づいて、フィラメント１４ａ、１４ｂが十分予熱されたと判断されたとき、マイクロコンピュータ素子７の出力ポートＤ１より、トランジスタ８ａのベースにエミッタとコレクタ間をオン状態にさせる信号が出力され、コンデンサ６ｂとグランド間が接続される。コンデンサ６ｂとグランド間が接続されると、抵抗５及びコンデンサ６ａの定数により決められた周波数ｆ１は、コンデンサ６ａの容量にコンデンサ６ｂが並列に接続されることにより、コンデンサ容量が増えて周波数が低下し、点灯周波数であるｆ２（７０．８ＫｋＨｚ）となる。このとき、図３の共振曲線に示すように、バラストチョークコイル１と始動用コンデンサ２によるＬＣ直列共振が発生し、この直列共振により放電灯１５の両極間である放電灯フィラメント１４ａ、１４ｂに高電圧Ｖｓ２（１６８Ｖ）が発生することにより、始動電圧規格Ｖｓ２の放電灯１５の種類がＡの場合に点灯可能となる。
【００３０】
次に、ステップＳ３では、点灯されたかどうかチェックし、放電灯１５の種類がＡで点灯されたときは、ステップＳ４で正常点灯かどうか点灯を確認し、ステップＳ５で図３に示すように、放電灯１５の抵抗成分により共振は減少し、ＬＣ直列共振からチョークコイル１及びインバータ制御回路９からの点灯周波数により制御された電圧ＶＴ２が放電灯１５に供給される。
【００３１】
ステップＳ４で、放電灯が不点灯もしくは異常放電により、放電灯１５の負荷による抵抗損失成分が生じない場合は、共振曲線により高い電圧が継続して印加することになるので、ステップＳ１２に進み、放電灯１５の電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）もしくは、電流検出回路２３からの検出手段よりマイクロコンピュータ素子７の保護手段が遮断回路であるトランジスタ素子１０のべース電圧をオフ状態にさせる信号Ｄ０を出力し、インバータ制御回路９の電源ラインをＯＦＦにし、回路を保護する。
【００３２】
そして、ステップＳ１３で、再起動し、設定時間ｔ１からの点灯動作を繰り返し、再度確認後、保護状態に移行することも可能である。再起動しない場合は、ステップＳ１４で保護を停止する。
【００３３】
以上の各動作に対応した始動電圧と発振周波数の状態を図４に示し、図４の動作時におけるマイクロコンピュータ素子７の出力波形を図５に示す。図５において、（ａ）は周波数の波形、（ｂ）はマイクロコンピュータ素子７の出力ポートＤ３から出力され、放電灯１５の種類Ｃに対応したトランジスタ８ｃのベースをオンとする信号波形、（ｃ）は出力ポートＤ２から出力され、放電灯１５の種類Ｂに対応したトランジスタ８ｂのベースをオンとする信号波形、（ｄ）は出力ポートＤ１から出力され、放電灯１５の種類Ａに対応したトランジスタ８ａのベースをオンとする信号波形、（ｅ）は出力ポートＤ０から出力され、トランジスタ１０のベースをオンとする信号波形、（ｆ）はクロックパルスである。
【００３４】
ステップＳ３で、放電灯１５の種類がＡでなく点灯が開始されない場合は、ステップＳ６に進み、放電灯１５による抵抗成分が生じないのでさらに予熱交流周波数ｆ２での予熱状態が継続される。
【００３５】
次に、マイクロコンピュータ素子７のタイマー回路により、設定時間ｔ２と電流検出回路２３による監視された電流によりフィラメント１４ａ、１４ｂが予熱された状態が経過すると、出力ポートＤ２からの信号により、コンデンサ６ｃとグランド間が接続されるトランジスタ８ｂがオンとなる。
【００３６】
次に、図３で示す共振曲線により交流周波数ｆ３（６１．７ｋＨｚ）で、バラストチョークコイル１と始動用コンデンサ２とによるＬＣ直列共振が発生し、この直列共振により放電灯１５の両極間に高電圧Ｖｓ３が発生することにより、始動電圧規格Ｖｓ３（３２４Ｖ）の放電灯１５の種類Ｂが点灯可能となる。
【００３７】
次に、ステップＳ７では、点灯電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）または電流検出回路２３からの検出信号によりマイクロコンピュータ素子が点灯確認を実行する。放電灯１５の種類がＢで点灯されたときは、ステップＳ４で正常点灯かどうか点灯を確認し、ステップＳ５で図３に示すように、放電灯１５の抵抗成分により共振は減少し、ＬＣ直列共振からチョークコイル１及びインバータ制御回路９からの点灯周波数により制御された電圧ＶＴ３が放電灯１５に供給される。
【００３８】
ステップＳ４で、放電灯１５が異常放電の場合は、ステップＳ１２に進み、放電灯１５の電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）もしくは、電流検出回路２３からの検出手段よりマイクロコンピュータ素子７の保護手段がトランジスタ素子１０のべース電圧をオフ状態にさせる信号Ｄ０を出力し、インバータ制御回路９の電源ラインをＯＦＦにし、回路を保護する。
【００３９】
そして、ステップＳ１３で、再起動し、設定時間ｔ１からの点灯動作を繰り返し、再度確認後、保護状態に移行することも可能である。再起動しない場合は、ステップＳ１４で保護を停止する。
【００４０】
次に、ステップＳ７では、点灯されたかどうかチェックし、放電灯１５の種類がＢで点灯されたときは、ステップＳ４で正常点灯かどうか点灯を確認し、ステップＳ５で図３に示すように、放電灯１５の抵抗成分により共振は減少し、ＬＣ直列共振からチョークコイル１及びインバータ制御回路９からの点灯周波数により制御された電圧ＶＴ３が放電灯１５に供給される。
【００４１】
ステップＳ４で、放電灯１５が異常放電の場合は、ステップＳ１２に進み、放電灯１５の電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）もしくは、電流検出回路２３からの検出手段よりマイクロコンピュータ素子７がある設定時間ｔ５期間内にトランジスタ素子１０のべース電圧をオフ状態にさせる信号Ｄ０を出力し、インバータ制御回路９の電源ラインをＯＦＦにし、回路を保護する。
【００４２】
そして、ステップＳ１３で、再起動し、設定時間ｔ１からの点灯動作を繰り返し、再度確認後、保護状態に移行することも可能である。再起動しない場合は、ステップＳ１４で保護を停止する。
【００４３】
ステップＳ７で、放電灯１５の種類がＡ、Ｂでなく、点灯が開始されない場合は、ステップＳ８に進み、放電灯１５による抵抗成分が生じないのでさらに予熱交流周波数ｆ３での予熱状態が継続される。
【００４４】
次に、マイクロコンピュータ素子７のタイマー回路により、設定時間ｔ３と電流検出回路２３による監視された電流によりフィラメント１４ａ、１４ｂが予熱された状態が経過すると、出力ポートＤ３からの信号により、コンデンサ６ｄとグランド間が接続されるトランジスタ８ｃがオンとなる。
【００４５】
次に、図３で示す共振曲線により交流周波数ｆ４（４７．３７ｋＨｚ）で、バラストチョークコイル１と始動用コンデンサ２とによるＬＣ直列共振が発生し、この直列共振により放電灯１５の両極間に高電圧Ｖｓ３が発生することにより、始動電圧規格Ｖｓ４（４１０Ｖ）の放電灯１５の種類Ｃが点灯可能となる。
【００４６】
次に、ステップＳ９では、点灯電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）または電流検出回路２３からの検出信号によりマイクロコンピュータ素子が点灯確認を実行する。放電灯１５の種類がＣで点灯されたときは、ステップＳ４で正常点灯かどうか点灯を確認し、ステップＳ５で図３に示すように、放電灯１５の抵抗成分により共振は減少し、ＬＣ直列共振からチョークコイル１及びインバータ制御回路９からの点灯周波数により制御された電圧ＶＴ４が放電灯１５に供給される。
【００４７】
ステップＳ４で、放電灯１５が異常放電の場合は、ステップＳ１２に進み、放電灯１５の電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）もしくは、電流検出回路２３からの検出手段よりマイクロコンピュータ素子７の保護手段がトランジスタ素子１０のべース電圧をオフ状態にさせる信号Ｄ０を出力し、インバータ制御回路９の電源ラインをＯＦＦにし、回路を保護する。
【００４８】
そして、ステップＳ１３で、再起動し、設定時間ｔ１からの点灯動作を繰り返し、再度確認後、保護状態に移行することも可能である。再起動しない場合は、ステップＳ１４で保護を停止する。
【００４９】
次に、ステップＳ９では、点灯されたかどうかチェックし、放電灯１５の種類がＣで点灯されたときは、ステップＳ４で正常点灯かどうか点灯を確認し、ステップＳ５で図３に示すように、放電灯１５の抵抗成分により共振は減少し、ＬＣ直列共振からチョークコイル１及びインバータ制御回路９からの点灯周波数により制御された電圧ＶＴ４が放電灯１５に供給される。
【００５０】
ステップＳ４で、放電灯１５が異常放電の場合は、ステップＳ１２に進み、放電灯１５の電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）もしくは、電流検出回路２３からの検出手段よりマイクロコンピュータ素子７がある設定時間ｔ５期間内にトランジスタ素子１０のべース電圧をオフ状態にさせる信号Ｄ０を出力し、インバータ制御回路９の電源ラインをＯＦＦにし、回路を保護する。
【００５１】
そして、ステップＳ１３で、再起動し、設定時間ｔ１からの点灯動作を繰り返し、再度確認後、保護状態に移行することも可能である。再起動しない場合は、ステップＳ１４で保護を停止する。
【００５２】
このように、各周波数毎に設定された定数のコンデンサ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが並列に接続され、各予熱期間毎にマイクロコンピュータ素子７のタイマー回路及び電流検出回路２３により制御された出力Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が各出カポートより順次出力され、コンデンサ６ｂ、６ｃ、６ｄとグランド間に接続される各トランジスタ８ａ、８ｂ、８ｃのベースに電圧を供給することによりトランジスタのエミッタ、コレクタ間をオン状態にさせることにより放電灯１５の種類Ａ、Ｂ、Ｃの始動電圧規格により設定された高電圧Ｖｓ２、Ｖｓ３、Ｖｓ４を放電灯１５の両極間に印加することができる。
【００５３】
なお、ステップＳ３で放電灯Ａが点灯しない場合は、ステップＳ６、７と進み、点灯させることもでき、同様にステップＳ７で放電灯Ｂが点灯しない場合、ステップＳ８、９と進み、点灯させることもできる。
【００５４】
また、本実施の形態１では、放電灯の始動電圧規格が異なる種類Ａ、Ｂ、Ｃについて述べたが、並列接続されるコンデンサ、トランジスタ及び出力ポートの数を増加させればより多くの異なる始動電圧を発生することができ、放電灯の種類を増やすことができる。
【００５５】
また、本実施の形態１では、マイコンの出力ポートにデジタル出力を使用したが、アナログ出力ポートでもトランジスタ８の能動領域の特性を利用することにより、抵抗５とトランジスタ８の直列抵抗の値が可変となるのでインバータ制御回路９の周波数制御が可能となり同様な効果を奏することができる。
【００５６】
また、マイクロコンピュータ素子のアナログ出力ポートから直接、ＦＭ変調により周波数制御された制御信号を用いることにより、先に使用した抵抗５、コンデンサ６が不要となった状態で始動電圧を同様に発生し、制御することが可能となる。
【００５７】
実施の形態２
以下、実施の形態２を図について説明する。図６は放電灯の点灯回路装置のブロック図、図７は異常点灯状態の判別を示す図、図８は点灯後の監視状態を示す図、図９は放電灯の監視状況を示す図、図１０は動作フローチャートである。なお、図において実施の形態１で示した図１と同一または相当部分には、同じ符号を付し、説明を省略する。図６において、２４ａ、２４ｂは一端が各々始動コンデンサ２の両極の端子１９ａ、１９ｂの２箇所に接続され、他端がマイクロコンピュータ素子７に接続され、放電灯１５の点灯電圧を検出する電圧検出回路、２５は共通電位である。２６は保護動作状態、放電灯１５の放電電圧等の監視情報を外部のシステムに出力する外部出力回路である。
【００５８】
この構成において、抵抗やコンデンサ等によって入力に比例された分圧信号電圧が電圧検出回路２４ａ、２４ｂによって検出され、この検出電圧をマイクロコンピュータ素子７で監視することにより、放電灯１５が不点灯もしくはエミッタレスなどの異常放電による高い電圧が生じた時は、放電灯１５の管電圧が上昇し、共通電位２５とは逆側の電圧検出入力部１９ａに高い電圧の信号が入力されることにより監視することができる。
【００５９】
また、点灯後に共通電位２５側の始動コンデンサ２に近いところでフィラメント切れが生じても、不点灯にならず放電が維持されるような異常放電では、始動コンデンサ２の共通電位２５側の電圧が高い状態に変化するのでその電圧変化を共通電位２５側の電圧検出入力部１９ｂを介して電圧検出回路２４ｂで検出することによりフィラメント切れによる異常放電か、不点灯もしくはエミッタレスによる異常放電かを判断することが可能となる。さらに、始動コンデンサ２に流れる電流を電流検出回路２３により検出することでもフィラメント切れを監視することが可能となる。
【００６０】
これら、各検出入力からの信号変化量を総合的に検出することにより図７に示す異常点灯状態判別図から異常点灯の状態を詳細に判別することが可能となる。図において、正常点灯は検出部１９ａの電圧と検出部１８の電流が適正値であり、検出部１９ｂの電圧が０の場合であり、エミッタレス異常点灯は、この正常点灯における検出部１９ａの電圧と検出部１８の電流が上昇した場合である。
【００６１】
次に、放電灯１５の電圧監視の動作について図８により説明する。図において正常点灯レベル範囲は、Ｖｋ０に対して
ｔ≦ｔＡの場合−Ｖｋ２≦Ｖｋ≦＋Ｖｋ１
ｔ＞ｔＡの場合、−Ｖ２≦Ｖｋ≦＋Ｖ１
であり、斜線部が異常点灯レベルの範囲である。マイクロコンピュータ素子７の保護手段は、この異常範囲のときに、遮断回路であるトランジスタ素子１０のべース電圧をオフ状態にさせる信号Ｄ０を出力し、インバータ制御回路９の電源ラインをＯＦＦにし、回路を保護する。
【００６２】
放電灯１５の点灯確認直後では、図に示すごとく電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）の電圧信号を相対的に広い範囲の第１の電圧値である＋Ｖｋ１、−Ｖｋ２で監視し、点灯直後からさらに放電灯１５が灯に移行されるｔＡ時間経過時点で、電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）の信号電圧Ｖｋをマイクロコンピュータ素子７に読み込み安定電圧値の基準値Ｖｋ０として記憶登録する。
【００６３】
ｔＡ時間以後は、電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）の信号電圧Ｖｋと基準電圧Ｖｋ０のレベル差をマイクロコンピュータ素子７にて演算処理をおこない、そのレベル差とある設定された先ほどの＋Ｖｋ１、−Ｖｋ２よりも相対的に狭い範囲の第２の電圧値である＋Ｖ１、−Ｖ２を比較監視することで、放電灯１５の寿命末期による異常放電現象が徐々に進行する場合においても保護を動作することが可能となる。
【００６４】
以上の保護動作状態、電圧検出回路２４ａ、２４ｂの検出レベルなどの監視情報内容はマイクロコンピュータ素子７のデジタル、もしくはアナログ等のポート出力を使用し、外部出力回路２６を介し外部のシステムに出力することも可能である。図９は情報内容を一元化することにより、システム的に照明器具装置を監視する状況を示したものである。図９に示すように、放電灯点灯回路３１、３２、３３、３４からの各々の監視情報Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂｎを監視システム装置３５に集め、ステップＳ１１で異常判断し、ステップＳ１２で異常等の監視情報を監視システム装置に表示することにより集中監視をする。
【００６５】
次に、予熱、点灯及び回路保護等の全体の動作フローを図１０に示す。図１０は放電灯１５が複数のｎ個の場合を示し、ステップＳ１からステップＳ１４は実施の形態１の図２と同じである。ステップＳ１６、１７は放電灯１５がｎ種類のときの予熱と点灯の場合であり、ステップＳ２〜ステップＳ９と同様な動作を行う。ステップＳ１８では、ステップＳ５で正常点灯した後にｔＡ経過したときに、電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）の信号電圧Ｖｋをマイクロコンピュータ素子７に読み込み安定電圧値の基準値Ｖｋ０ として記憶登録する。
【００６６】
次に、ステップＳ１９で電圧検出回路２４ａ、２４ｂによる点灯中の放電灯１５の検出電圧とＶｋ０を比較し、ｔ≦ｔＡの場合、−ＶＫ２≦Ｖｋ≦＋Ｖｋ１、ｔ＞ｔＡの場合、−Ｖ２≦Ｖｋ≦＋Ｖ１ならば正常点灯として、ステップＳ５に進み、ｔ≦ｔＡの場合、−ＶｋＫ２＞Ｖｋ＞＋Ｖｋ１、ｔ＞ｔＡの場合、−Ｖ２＞Ｖｋ＞＋Ｖ１ならば異常点灯として、ステップＳ１２に進み、回路保護を行う。ステップＳ１５はステップＳ１４の動作後、外部出力回路２６により異常状態などの動作状態、放電電圧のレベルなどの監視情報を外部のシステムに出力する。
【００６７】
なお、外部出力回路２６は、外部ノイズからの影響が通信伝送路に非常に大きい場所、点灯回路装置の数が非常に多く、伝送用の通信路が複数本になる場合などは、図１１に示すように、外部ノイズからの影響が比較的小さく、かつ伝送容量の大きい光ファイバー伝送手段、もしくは、ワイヤレス等の無線伝送手段を使用してもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、高周波インバータにより、始動電圧が異なる複数の放電灯の点灯回路装置において、前記高周波インバータの出力端に少なくともインダクタンスと前記放電灯の直列回路が接続され、前記放電灯の一方の極のフィラメントの一端は前記高周波インバータの出力端に、他方の極のフィラメントの一端はカップリングコンデンサを介して接地され、前記一方の極のフィラメントの他端と前記他方の極のフィラメントの他端に始動コンデンサが接続され、前記高周波インバータは発振周波数を可変できるように構成されるとともに、前記発振周波数を複数種類設定可能な周波数設定手段と、前記発振周波数の内それぞれの１つの周波数を所定時間出力する時間制御手段と、前記放電灯の放電開始を検出する放電検出手段と、前記放電灯の始動時に前記発振周波数の内高い周波数を選択して出力し、前記時間制御手段が設定する所定時間内に前記放電検出手段が放電開始を検出しないときに前記周波数設定手段の発生する周波数は、前記インダクタンスと前記始動コンデンサによる共振周波数よりも高い周波数から前記共振周波数に近づく周波数となるように設定された複数の周波数を全て出力するまで段階的に変化させて出力し、前記放電検出手段が放電開始を検出したときは、前記放電灯を点灯周波数で点灯させ、前記周波数設定手段により複数種類設定される前記発振周波数のうち、前記共振周波数に最も近い発振周波数を出力した後も、前記放電検出手段が放電開始を検出しないときは、保護信号を出力する点灯制御手段と、この点灯制御手段から出力される信号を入力し、前記保護信号が入力されると前記高周波インバータの電源を遮断する遮断回路と、を備えたので、必要十分な予熱時間の設定と、始動電圧規格の異なる複数の放電灯の点灯を可能とし、始動電圧規格毎の点灯装置を製造する必要がなく、少品種多量生産が可能となり、生産効率の向上を図ることができる。
【００６９】
また、点灯制御手段は、マイクロコンピュータ素子とし、このマイクロコンピュータ素子の出力ポートをデジタルまたはアナログポート出力としたので、出力ポートをデジタルとした場合は簡単な構成とすることができ、アナログ出力ポートの場合、抵抗とトランジスタの直列抵抗の値が可変となるので周波数制御をすることができる。また、アナログ出力ポートから直接、ＦＭ変調により周波数制御された制御信号を用いることにより、抵抗、コンデンサが不要となった状態で始動電圧を発生させることができる。
【００７０】
また、放電灯と並列に接続される始動コンデンサの両極に接続された検出信号入力部から点灯電圧を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路の検出電圧があらかじめ定められた電圧値を越えたときに、異常信号を出力する保護手段と、この保護手段からの異常信号により高周波インバータの電源を遮断する遮断回路とを備えたので、放電灯が灯した後に不点灯及び異常放電した場合であっても、放電灯の動作及び回路保護をさせることができる。また、放電灯が不点灯及び異常放電した時、もしくは放電灯のフィラメントが切れた状態でも、異常状態の監視内容を詳細に判断することができる。
【００７２】
また、放電灯と並列に接続された始動コンデンサに直列に接続された検出入力部から前記始動コンデンサに流れる電流を検出する電流検出回路を備えたので、放電灯が不点灯及び異常放電した時、もしくは放電灯のフィラメントが切れた状態でも、異常状態の監視内容を詳細に判断することができる。
【００７３】
また、電圧検出回路、電流検出回路及び保護手段の出力信号を外部のシステムに出力する外部出力回路を備えたので、放電灯から遠距離もしくは人が不在の状況においても放電灯の異常状態の監視をすることが容易となる。
【００７４】
また、外部出力回路からの出力信号を伝送する光ファイバー伝送手段または無線伝送手段を備えたので、外部ノイズからの影響を少なくすることができ、また、伝送容量を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示す放電灯の点灯回路装置のブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の動作を示すフローチャートである。
【図３】 周波数と始動電圧を示す共振曲線のグラフである。
【図４】 始動電圧と発振周波数の状態を示す図である。
【図５】 マイクロコンピュータ素子の入出力の入出力波形図である。
【図６】 この発明の実施の形態２を示す放電灯の点灯回路装置のブロック図である。
【図７】 異常点灯状態の判別を示す図である。
【図８】 点灯後の監視状態を示す図である。
【図９】 監視情報を外部に出力してシステム的な監視状態を示す図である。
【図１０】 この発明の実施の形態２の動作を示すフローチャートである。
【図１１】 監視情報を外部に出力してシステム的な監視状態を示す図である。
【図１２】 従来の放電灯の点灯回路装置を示す回路図である。
【図１３】 従来の放電灯の点灯回路装置の周波数と始動電圧を示す共振曲線のグラフである。
【符号の説明】
１ バラストチョークコイル、２ 始動用コンデンサ、４ａ、４ｂ スイッチング素子（ＦＥＴ）、５ 抵抗、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ コンデンサ、７ マイクロコンピュータ素子、８ａ、８ｂ、８ｃ トランジスタ素子、９ インバータ制御回路、１０ トランジスタ素子、１４ａ、１４ｂ 放電灯フィラメント、１５ 放電灯、１８ 検出入力部、１９ａ、１９ｂ 電圧検出回路の検出入力部、２３ 電流検出回路、２４、２４ａ、２４ｂ 電圧検出回路、２６ 外部出力回路。
【発明の属する技術分野】
この発明は、照明器具装置に使用される高周波インバータ回路を備えた放電灯の点灯回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は例えば従来の放電灯の点灯回路装置のブロック図である。図において、１は放電ランプ１５の電流を制限するバラストチョーク、２は放電ランプ１５の両端に接続された始動コンデンサ、３は放電灯１５とグランド間に直列に接続されるカップリングコンデンサ、４ａ、４ｂは高周波インバータ回路のスイッチング素子としてのＦＥＴ、６は抵抗５を介してスイッチング素子４ａ、４ｂのタイミング周波数を決定するコンデンサ、９はインバータ制御回路、２０は分圧抵抗である。
【０００３】
この構成において、放電灯を点灯させるためには、放電灯の両極間に高電圧を印加すればよく、この場合は放電灯のフィラメントが十分予熱されないうちに放電が開始され点灯することになる。このことは、放電灯両極に位置されるフィラメント部分を傷めるることになり、ひいては放電灯自体の寿命を短くすることにつながる。この装置においては、同一の点灯周波数を決定する抵抗及びコンデンサの回路定数が放電灯の点灯に必要な始動電圧を発生するように設定されている。
【０００４】
起動時、もしくは点灯しない状態においては、放電灯の等価抵抗が高く、バラストチョークコイル１と、始動用コンデンサ２とによる直列共振回路が形成される。その後、放電灯１５が点灯を開始すると放電灯の等価抵抗が小さくなるため始動用コンデンサ２および放電灯両極に発生する電圧は減少し、直列共振の役目は減少する。
【０００５】
これを周波数で見ると、図１３の周波数と始動電圧を示す共振曲線のグラフに示すように、周波数がｆ３から低下することにより印加電圧が上昇し、周波数がｆ２付近で放電が開始される。その後ｆ１前後の周波数で点灯特性が良好となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の放電灯の点灯回路装置では、周波数をｆ３からｆ１まで変化させるまでの予熱時間内において実際に予熱がおこなわれるのはｆ２の近辺を通過するだけでありこのため予熱が不十分となる問題点があった。
【０００７】
また、始動電圧規格が異なる放電灯を点灯させる場合にも、点灯周波数を決定する抵抗及びコンデンサの回路定数を変更するか、もしくは放電灯ごとに適する回路定数の高周波インバータ始動回路を設計する必要があった。
【０００８】
したがって、各放電灯の点灯に必要な始動電圧規格毎に始動回路装置を設計及び製造する必要があり、生産上においても多品種生産をしなければならないなどの生産コストの負担が非常に大きいとともに、放電灯に異なる規格の始動回路装置が誤使用する恐れがあるなどの問題点があり、一つの放電灯の点灯回路装置で異なる始動電圧の放電灯の点灯に対応できない等の問題点があった。
【０００９】
さらに、従来、例えば放電灯が寿命末期やエミッタレス等による異常放電やフィラメント切れによる不点灯が生じても異常現象を詳細に判断し動作する保護回路方式がないなどの問題点があった。
【００１０】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、必要十分な予熱時間の設定と、始動電圧規格の異なる複数の放電灯の点灯を可能とし、少品種多量生産が可能となり、生産効率の向上が図れる放電灯の点灯回路装置を得ることを目的とする。
【００１１】
また、放電灯が不点灯及び異常放電した時、もしくは放電灯のフィラメントが切れた状態でも、異常状態の監視内容が従来よりも詳細に判断し、保護することが可能となる放電灯の点灯回路装置を得ることを目的とする。
【００１２】
さらに、その監視内容を放電灯から遠距離もしくは人が不在の状況においても放電灯の異常状態の監視することが容易となる放電灯の点灯回路装置を得ることを目的とする。
【００１３】
また、放電灯が灯した後に、不点灯及び異常放電した場合であっても、放電灯及び回路保護を動作させることが可能となる放電灯の点灯回路装置を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる放電灯の点灯回路装置においては、高周波インバータにより、始動電圧が異なる複数の放電灯の点灯回路装置において、前記高周波インバータの出力端に少なくともインダクタンスと前記放電灯の直列回路が接続され、前記放電灯の一方の極のフィラメントの一端は前記高周波インバータの出力端に、他方の極のフィラメントの一端はカップリングコンデンサを介して接地され、前記一方の極のフィラメントの他端と前記他方の極のフィラメントの他端に始動コンデンサが接続され、前記高周波インバータは発振周波数を可変できるように構成されるとともに、前記発振周波数を複数種類設定可能な周波数設定手段と、前記発振周波数の内それぞれの１つの周波数を所定時間出力する時間制御手段と、前記放電灯の放電開始を検出する放電検出手段と、前記放電灯の始動時に前記発振周波数の内高い周波数を選択して出力し、前記時間制御手段が設定する所定時間内に前記放電検出手段が放電開始を検出しないときに前記周波数設定手段の発生する周波数は、前記インダクタンスと前記始動コンデンサによる共振周波数よりも高い周波数から前記共振周波数に近づく周波数となるように設定された複数の周波数を全て出力するまで段階的に変化させて出力し、前記放電検出手段が放電開始を検出したときは、前記放電灯を点灯周波数で点灯させ、前記周波数設定手段により複数種類設定される前記発振周波数のうち、前記共振周波数に最も近い発振周波数を出力した後も、前記放電検出手段が放電開始を検出しないときは、保護信号を出力する点灯制御手段と、この点灯制御手段から出力される信号を入力し、前記保護信号が入力されると前記高周波インバータの電源を遮断する遮断回路と、を備える。
【００１５】
また、点灯制御手段は、マイクロコンピュータ素子とし、このマイクロコンピュータ素子の出力ポートをデジタルまたはアナログポート出力としたものである。
【００１６】
また、放電灯と並列に接続される始動コンデンサの両極に接続された検出信号入力部から点灯電圧を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路の検出電圧があらかじめ定められた電圧値を越えたときに、異常信号を出力する保護手段と、この保護手段からの異常信号により高周波インバータの電源を遮断する遮断回路とを備える。
【００１８】
また、放電灯と並列に接続された始動コンデンサに直列に接続された検出入力部から前記始動コンデンサに流れる電流を検出する電流検出回路を備える。
【００１９】
また、電圧検出回路、電流検出回路及び保護手段の出力信号を外部のシステムに出力する外部出力回路を備える。
【００２０】
また、外部出力回路からの出力信号を伝送する光ファイバー伝送手段または無線伝送手段を備える。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図面を参照して説明する。図１は放電灯の点灯回路装置のブロック図、図２は動作フローチャート、図３は周波数と発生する始動電圧の関係を示す共振曲線図、図４は各動作に対応した始動電圧と発振周波数の状態を示す図、図５は図４に示した動作時におけるマイクロコンピュータ素子７の入出力波形図である。図１において１５は放電灯であり、３種類の放電灯を取り替えて使用可能である。１は放電灯１５に供給する電流を制限または、調整するためのバラストチョークコイル、２は放電灯１５に並列に接続される始動用コンデンサ、３は放電灯１５とグランド間に直列に接続されるカップリングコンデンサ、４ａ、４ｂは高周波インバータ回路のスイッチング素子としてのＦＥＴである。
【００２２】
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは抵抗５を介してスイッチング素子４ａ、４ｂのタイミング周波数を決定することにより、高周波インバータ回路の発振周波数を設定する複数種類の周波数設定手段であるコンデンサであり、７は放電灯１５の種類に応じ、放電灯に流れる電流とあらかじめ定められた時間に基づいて、前記周波数設定手段であるコンデンサ６ｂ、６ｃ、６ｄのいずれかに対応したトランジスタ素子８ａ、８ｂ、８ｃをオン、オフさせる点灯制御手段であるマイクロコンピュータ素子である。コンデンサ６ｂ、６ｃ、６ｄは３種類の放電灯に対応した各周波数毎に設定された定数をもっている。９はスイッチング素子４ａ、４ｂを交互にオン、オフさせて、発振周波数を生成する高周波インバータ制御回路である。
【００２３】
１０は遮断回路であるトランジスタ素子、１１は平滑用コンデンサ、１２はＡ／Ｆ（アクティブフィルタ）制御回路、１３は整流回路、１４ａ、１４ｂは放電灯フィラメント、１６は商用交流電源、１７はマイクロコンピュータ素子７を動作させるためのクロック信号を発生させる発振子、１８は電流検出信号回路（カレントトランス）２３の検出入力部、２０は分圧抵抗、２１はＦＥＴ保護用のダイオード、２２はＡ／Ｆ（アクティブフィルタ）制御回路１２、ダイオード２１等からなる昇圧回路、２５は共通電位である。
【００２４】
放電灯１５は３種類のものが使用可能であるが、これらの放電灯を例えばＡ、Ｂ、Ｃとしてその特性を表１に示す。
【００２５】
【表１】
表１には、放電灯１５の種類Ａ、Ｂ、Ｃの各々について始動電圧、発振周波数、予熱時間及び予熱のモードの種類等を示しているが、例えば、放電灯１５の種類がＡの場合、周波数ｆ１（７５．２ｋＨｚ）で時間予熱され、周波数がｆ２（７０．８ｋＨｚ）となったとき、始動電圧がＶＳ２（１６８Ｖ）となり点灯される。ＶＴは放電ランプ１５の電圧であり、ｔ／ｔＡは安定電圧値をマイクロコンピュータ素子７が読む時間ｔＡを含む、点灯後の時間ｔである。
【００２７】
次に、図１により動作について説明する。
商用交流電源１６の交流は整流回路１３により全波整流された後、昇圧回路２２により昇圧された後、平滑用コンデンサ１１により直流電圧電流に変換される。この直流電圧電流をインバータ制御回路９により出力されるゲート電圧により、各スイッチング素子４ａ、４ｂを交互にオン、オフさせる。このとき、インバータ制御回路９に接続される抵抗５及び各コンデンサ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの素子の定数により、ゲート電圧出力の周波数が決められる。すなわち、マイクロコンピュータ素子７は、放電灯１５の種類に応じ、コンデンサ６ｂ、６ｃ、６ｄのいずれかに対応したトランジスタ素子８ａ、８ｂ、８ｃのいずれかをオンとし、周波数を設定する。
【００２８】
次に、表１、図１〜図５により詳しく説明する。まず、図２のステップＳ１で起動する。ステップＳ２では、放電灯１５を予熱するための交流予熱電流は、図３の共振曲線図に示されるように、抵抗５及びコンデンサ６ｂの定数により決められた予熱周波数ｆ１（７５．２ｋＨｚ）により電圧Ｖｓ１として放電灯１５に供給され、マイクロコンピュータ素子７のタイマー回路により設定時間ｔ１の間予熱を行う。
【００２９】
そして、この設定時間ｔ１と電流検出回路２３により検出された電流に基づいて、フィラメント１４ａ、１４ｂが十分予熱されたと判断されたとき、マイクロコンピュータ素子７の出力ポートＤ１より、トランジスタ８ａのベースにエミッタとコレクタ間をオン状態にさせる信号が出力され、コンデンサ６ｂとグランド間が接続される。コンデンサ６ｂとグランド間が接続されると、抵抗５及びコンデンサ６ａの定数により決められた周波数ｆ１は、コンデンサ６ａの容量にコンデンサ６ｂが並列に接続されることにより、コンデンサ容量が増えて周波数が低下し、点灯周波数であるｆ２（７０．８ＫｋＨｚ）となる。このとき、図３の共振曲線に示すように、バラストチョークコイル１と始動用コンデンサ２によるＬＣ直列共振が発生し、この直列共振により放電灯１５の両極間である放電灯フィラメント１４ａ、１４ｂに高電圧Ｖｓ２（１６８Ｖ）が発生することにより、始動電圧規格Ｖｓ２の放電灯１５の種類がＡの場合に点灯可能となる。
【００３０】
次に、ステップＳ３では、点灯されたかどうかチェックし、放電灯１５の種類がＡで点灯されたときは、ステップＳ４で正常点灯かどうか点灯を確認し、ステップＳ５で図３に示すように、放電灯１５の抵抗成分により共振は減少し、ＬＣ直列共振からチョークコイル１及びインバータ制御回路９からの点灯周波数により制御された電圧ＶＴ２が放電灯１５に供給される。
【００３１】
ステップＳ４で、放電灯が不点灯もしくは異常放電により、放電灯１５の負荷による抵抗損失成分が生じない場合は、共振曲線により高い電圧が継続して印加することになるので、ステップＳ１２に進み、放電灯１５の電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）もしくは、電流検出回路２３からの検出手段よりマイクロコンピュータ素子７の保護手段が遮断回路であるトランジスタ素子１０のべース電圧をオフ状態にさせる信号Ｄ０を出力し、インバータ制御回路９の電源ラインをＯＦＦにし、回路を保護する。
【００３２】
そして、ステップＳ１３で、再起動し、設定時間ｔ１からの点灯動作を繰り返し、再度確認後、保護状態に移行することも可能である。再起動しない場合は、ステップＳ１４で保護を停止する。
【００３３】
以上の各動作に対応した始動電圧と発振周波数の状態を図４に示し、図４の動作時におけるマイクロコンピュータ素子７の出力波形を図５に示す。図５において、（ａ）は周波数の波形、（ｂ）はマイクロコンピュータ素子７の出力ポートＤ３から出力され、放電灯１５の種類Ｃに対応したトランジスタ８ｃのベースをオンとする信号波形、（ｃ）は出力ポートＤ２から出力され、放電灯１５の種類Ｂに対応したトランジスタ８ｂのベースをオンとする信号波形、（ｄ）は出力ポートＤ１から出力され、放電灯１５の種類Ａに対応したトランジスタ８ａのベースをオンとする信号波形、（ｅ）は出力ポートＤ０から出力され、トランジスタ１０のベースをオンとする信号波形、（ｆ）はクロックパルスである。
【００３４】
ステップＳ３で、放電灯１５の種類がＡでなく点灯が開始されない場合は、ステップＳ６に進み、放電灯１５による抵抗成分が生じないのでさらに予熱交流周波数ｆ２での予熱状態が継続される。
【００３５】
次に、マイクロコンピュータ素子７のタイマー回路により、設定時間ｔ２と電流検出回路２３による監視された電流によりフィラメント１４ａ、１４ｂが予熱された状態が経過すると、出力ポートＤ２からの信号により、コンデンサ６ｃとグランド間が接続されるトランジスタ８ｂがオンとなる。
【００３６】
次に、図３で示す共振曲線により交流周波数ｆ３（６１．７ｋＨｚ）で、バラストチョークコイル１と始動用コンデンサ２とによるＬＣ直列共振が発生し、この直列共振により放電灯１５の両極間に高電圧Ｖｓ３が発生することにより、始動電圧規格Ｖｓ３（３２４Ｖ）の放電灯１５の種類Ｂが点灯可能となる。
【００３７】
次に、ステップＳ７では、点灯電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）または電流検出回路２３からの検出信号によりマイクロコンピュータ素子が点灯確認を実行する。放電灯１５の種類がＢで点灯されたときは、ステップＳ４で正常点灯かどうか点灯を確認し、ステップＳ５で図３に示すように、放電灯１５の抵抗成分により共振は減少し、ＬＣ直列共振からチョークコイル１及びインバータ制御回路９からの点灯周波数により制御された電圧ＶＴ３が放電灯１５に供給される。
【００３８】
ステップＳ４で、放電灯１５が異常放電の場合は、ステップＳ１２に進み、放電灯１５の電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）もしくは、電流検出回路２３からの検出手段よりマイクロコンピュータ素子７の保護手段がトランジスタ素子１０のべース電圧をオフ状態にさせる信号Ｄ０を出力し、インバータ制御回路９の電源ラインをＯＦＦにし、回路を保護する。
【００３９】
そして、ステップＳ１３で、再起動し、設定時間ｔ１からの点灯動作を繰り返し、再度確認後、保護状態に移行することも可能である。再起動しない場合は、ステップＳ１４で保護を停止する。
【００４０】
次に、ステップＳ７では、点灯されたかどうかチェックし、放電灯１５の種類がＢで点灯されたときは、ステップＳ４で正常点灯かどうか点灯を確認し、ステップＳ５で図３に示すように、放電灯１５の抵抗成分により共振は減少し、ＬＣ直列共振からチョークコイル１及びインバータ制御回路９からの点灯周波数により制御された電圧ＶＴ３が放電灯１５に供給される。
【００４１】
ステップＳ４で、放電灯１５が異常放電の場合は、ステップＳ１２に進み、放電灯１５の電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）もしくは、電流検出回路２３からの検出手段よりマイクロコンピュータ素子７がある設定時間ｔ５期間内にトランジスタ素子１０のべース電圧をオフ状態にさせる信号Ｄ０を出力し、インバータ制御回路９の電源ラインをＯＦＦにし、回路を保護する。
【００４２】
そして、ステップＳ１３で、再起動し、設定時間ｔ１からの点灯動作を繰り返し、再度確認後、保護状態に移行することも可能である。再起動しない場合は、ステップＳ１４で保護を停止する。
【００４３】
ステップＳ７で、放電灯１５の種類がＡ、Ｂでなく、点灯が開始されない場合は、ステップＳ８に進み、放電灯１５による抵抗成分が生じないのでさらに予熱交流周波数ｆ３での予熱状態が継続される。
【００４４】
次に、マイクロコンピュータ素子７のタイマー回路により、設定時間ｔ３と電流検出回路２３による監視された電流によりフィラメント１４ａ、１４ｂが予熱された状態が経過すると、出力ポートＤ３からの信号により、コンデンサ６ｄとグランド間が接続されるトランジスタ８ｃがオンとなる。
【００４５】
次に、図３で示す共振曲線により交流周波数ｆ４（４７．３７ｋＨｚ）で、バラストチョークコイル１と始動用コンデンサ２とによるＬＣ直列共振が発生し、この直列共振により放電灯１５の両極間に高電圧Ｖｓ３が発生することにより、始動電圧規格Ｖｓ４（４１０Ｖ）の放電灯１５の種類Ｃが点灯可能となる。
【００４６】
次に、ステップＳ９では、点灯電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）または電流検出回路２３からの検出信号によりマイクロコンピュータ素子が点灯確認を実行する。放電灯１５の種類がＣで点灯されたときは、ステップＳ４で正常点灯かどうか点灯を確認し、ステップＳ５で図３に示すように、放電灯１５の抵抗成分により共振は減少し、ＬＣ直列共振からチョークコイル１及びインバータ制御回路９からの点灯周波数により制御された電圧ＶＴ４が放電灯１５に供給される。
【００４７】
ステップＳ４で、放電灯１５が異常放電の場合は、ステップＳ１２に進み、放電灯１５の電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）もしくは、電流検出回路２３からの検出手段よりマイクロコンピュータ素子７の保護手段がトランジスタ素子１０のべース電圧をオフ状態にさせる信号Ｄ０を出力し、インバータ制御回路９の電源ラインをＯＦＦにし、回路を保護する。
【００４８】
そして、ステップＳ１３で、再起動し、設定時間ｔ１からの点灯動作を繰り返し、再度確認後、保護状態に移行することも可能である。再起動しない場合は、ステップＳ１４で保護を停止する。
【００４９】
次に、ステップＳ９では、点灯されたかどうかチェックし、放電灯１５の種類がＣで点灯されたときは、ステップＳ４で正常点灯かどうか点灯を確認し、ステップＳ５で図３に示すように、放電灯１５の抵抗成分により共振は減少し、ＬＣ直列共振からチョークコイル１及びインバータ制御回路９からの点灯周波数により制御された電圧ＶＴ４が放電灯１５に供給される。
【００５０】
ステップＳ４で、放電灯１５が異常放電の場合は、ステップＳ１２に進み、放電灯１５の電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）もしくは、電流検出回路２３からの検出手段よりマイクロコンピュータ素子７がある設定時間ｔ５期間内にトランジスタ素子１０のべース電圧をオフ状態にさせる信号Ｄ０を出力し、インバータ制御回路９の電源ラインをＯＦＦにし、回路を保護する。
【００５１】
そして、ステップＳ１３で、再起動し、設定時間ｔ１からの点灯動作を繰り返し、再度確認後、保護状態に移行することも可能である。再起動しない場合は、ステップＳ１４で保護を停止する。
【００５２】
このように、各周波数毎に設定された定数のコンデンサ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが並列に接続され、各予熱期間毎にマイクロコンピュータ素子７のタイマー回路及び電流検出回路２３により制御された出力Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が各出カポートより順次出力され、コンデンサ６ｂ、６ｃ、６ｄとグランド間に接続される各トランジスタ８ａ、８ｂ、８ｃのベースに電圧を供給することによりトランジスタのエミッタ、コレクタ間をオン状態にさせることにより放電灯１５の種類Ａ、Ｂ、Ｃの始動電圧規格により設定された高電圧Ｖｓ２、Ｖｓ３、Ｖｓ４を放電灯１５の両極間に印加することができる。
【００５３】
なお、ステップＳ３で放電灯Ａが点灯しない場合は、ステップＳ６、７と進み、点灯させることもでき、同様にステップＳ７で放電灯Ｂが点灯しない場合、ステップＳ８、９と進み、点灯させることもできる。
【００５４】
また、本実施の形態１では、放電灯の始動電圧規格が異なる種類Ａ、Ｂ、Ｃについて述べたが、並列接続されるコンデンサ、トランジスタ及び出力ポートの数を増加させればより多くの異なる始動電圧を発生することができ、放電灯の種類を増やすことができる。
【００５５】
また、本実施の形態１では、マイコンの出力ポートにデジタル出力を使用したが、アナログ出力ポートでもトランジスタ８の能動領域の特性を利用することにより、抵抗５とトランジスタ８の直列抵抗の値が可変となるのでインバータ制御回路９の周波数制御が可能となり同様な効果を奏することができる。
【００５６】
また、マイクロコンピュータ素子のアナログ出力ポートから直接、ＦＭ変調により周波数制御された制御信号を用いることにより、先に使用した抵抗５、コンデンサ６が不要となった状態で始動電圧を同様に発生し、制御することが可能となる。
【００５７】
実施の形態２
以下、実施の形態２を図について説明する。図６は放電灯の点灯回路装置のブロック図、図７は異常点灯状態の判別を示す図、図８は点灯後の監視状態を示す図、図９は放電灯の監視状況を示す図、図１０は動作フローチャートである。なお、図において実施の形態１で示した図１と同一または相当部分には、同じ符号を付し、説明を省略する。図６において、２４ａ、２４ｂは一端が各々始動コンデンサ２の両極の端子１９ａ、１９ｂの２箇所に接続され、他端がマイクロコンピュータ素子７に接続され、放電灯１５の点灯電圧を検出する電圧検出回路、２５は共通電位である。２６は保護動作状態、放電灯１５の放電電圧等の監視情報を外部のシステムに出力する外部出力回路である。
【００５８】
この構成において、抵抗やコンデンサ等によって入力に比例された分圧信号電圧が電圧検出回路２４ａ、２４ｂによって検出され、この検出電圧をマイクロコンピュータ素子７で監視することにより、放電灯１５が不点灯もしくはエミッタレスなどの異常放電による高い電圧が生じた時は、放電灯１５の管電圧が上昇し、共通電位２５とは逆側の電圧検出入力部１９ａに高い電圧の信号が入力されることにより監視することができる。
【００５９】
また、点灯後に共通電位２５側の始動コンデンサ２に近いところでフィラメント切れが生じても、不点灯にならず放電が維持されるような異常放電では、始動コンデンサ２の共通電位２５側の電圧が高い状態に変化するのでその電圧変化を共通電位２５側の電圧検出入力部１９ｂを介して電圧検出回路２４ｂで検出することによりフィラメント切れによる異常放電か、不点灯もしくはエミッタレスによる異常放電かを判断することが可能となる。さらに、始動コンデンサ２に流れる電流を電流検出回路２３により検出することでもフィラメント切れを監視することが可能となる。
【００６０】
これら、各検出入力からの信号変化量を総合的に検出することにより図７に示す異常点灯状態判別図から異常点灯の状態を詳細に判別することが可能となる。図において、正常点灯は検出部１９ａの電圧と検出部１８の電流が適正値であり、検出部１９ｂの電圧が０の場合であり、エミッタレス異常点灯は、この正常点灯における検出部１９ａの電圧と検出部１８の電流が上昇した場合である。
【００６１】
次に、放電灯１５の電圧監視の動作について図８により説明する。図において正常点灯レベル範囲は、Ｖｋ０に対して
ｔ≦ｔＡの場合−Ｖｋ２≦Ｖｋ≦＋Ｖｋ１
ｔ＞ｔＡの場合、−Ｖ２≦Ｖｋ≦＋Ｖ１
であり、斜線部が異常点灯レベルの範囲である。マイクロコンピュータ素子７の保護手段は、この異常範囲のときに、遮断回路であるトランジスタ素子１０のべース電圧をオフ状態にさせる信号Ｄ０を出力し、インバータ制御回路９の電源ラインをＯＦＦにし、回路を保護する。
【００６２】
放電灯１５の点灯確認直後では、図に示すごとく電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）の電圧信号を相対的に広い範囲の第１の電圧値である＋Ｖｋ１、−Ｖｋ２で監視し、点灯直後からさらに放電灯１５が灯に移行されるｔＡ時間経過時点で、電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）の信号電圧Ｖｋをマイクロコンピュータ素子７に読み込み安定電圧値の基準値Ｖｋ０として記憶登録する。
【００６３】
ｔＡ時間以後は、電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）の信号電圧Ｖｋと基準電圧Ｖｋ０のレベル差をマイクロコンピュータ素子７にて演算処理をおこない、そのレベル差とある設定された先ほどの＋Ｖｋ１、−Ｖｋ２よりも相対的に狭い範囲の第２の電圧値である＋Ｖ１、−Ｖ２を比較監視することで、放電灯１５の寿命末期による異常放電現象が徐々に進行する場合においても保護を動作することが可能となる。
【００６４】
以上の保護動作状態、電圧検出回路２４ａ、２４ｂの検出レベルなどの監視情報内容はマイクロコンピュータ素子７のデジタル、もしくはアナログ等のポート出力を使用し、外部出力回路２６を介し外部のシステムに出力することも可能である。図９は情報内容を一元化することにより、システム的に照明器具装置を監視する状況を示したものである。図９に示すように、放電灯点灯回路３１、３２、３３、３４からの各々の監視情報Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂｎを監視システム装置３５に集め、ステップＳ１１で異常判断し、ステップＳ１２で異常等の監視情報を監視システム装置に表示することにより集中監視をする。
【００６５】
次に、予熱、点灯及び回路保護等の全体の動作フローを図１０に示す。図１０は放電灯１５が複数のｎ個の場合を示し、ステップＳ１からステップＳ１４は実施の形態１の図２と同じである。ステップＳ１６、１７は放電灯１５がｎ種類のときの予熱と点灯の場合であり、ステップＳ２〜ステップＳ９と同様な動作を行う。ステップＳ１８では、ステップＳ５で正常点灯した後にｔＡ経過したときに、電圧検出回路２４ａ（または２４ｂ）の信号電圧Ｖｋをマイクロコンピュータ素子７に読み込み安定電圧値の基準値Ｖｋ０ として記憶登録する。
【００６６】
次に、ステップＳ１９で電圧検出回路２４ａ、２４ｂによる点灯中の放電灯１５の検出電圧とＶｋ０を比較し、ｔ≦ｔＡの場合、−ＶＫ２≦Ｖｋ≦＋Ｖｋ１、ｔ＞ｔＡの場合、−Ｖ２≦Ｖｋ≦＋Ｖ１ならば正常点灯として、ステップＳ５に進み、ｔ≦ｔＡの場合、−ＶｋＫ２＞Ｖｋ＞＋Ｖｋ１、ｔ＞ｔＡの場合、−Ｖ２＞Ｖｋ＞＋Ｖ１ならば異常点灯として、ステップＳ１２に進み、回路保護を行う。ステップＳ１５はステップＳ１４の動作後、外部出力回路２６により異常状態などの動作状態、放電電圧のレベルなどの監視情報を外部のシステムに出力する。
【００６７】
なお、外部出力回路２６は、外部ノイズからの影響が通信伝送路に非常に大きい場所、点灯回路装置の数が非常に多く、伝送用の通信路が複数本になる場合などは、図１１に示すように、外部ノイズからの影響が比較的小さく、かつ伝送容量の大きい光ファイバー伝送手段、もしくは、ワイヤレス等の無線伝送手段を使用してもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、高周波インバータにより、始動電圧が異なる複数の放電灯の点灯回路装置において、前記高周波インバータの出力端に少なくともインダクタンスと前記放電灯の直列回路が接続され、前記放電灯の一方の極のフィラメントの一端は前記高周波インバータの出力端に、他方の極のフィラメントの一端はカップリングコンデンサを介して接地され、前記一方の極のフィラメントの他端と前記他方の極のフィラメントの他端に始動コンデンサが接続され、前記高周波インバータは発振周波数を可変できるように構成されるとともに、前記発振周波数を複数種類設定可能な周波数設定手段と、前記発振周波数の内それぞれの１つの周波数を所定時間出力する時間制御手段と、前記放電灯の放電開始を検出する放電検出手段と、前記放電灯の始動時に前記発振周波数の内高い周波数を選択して出力し、前記時間制御手段が設定する所定時間内に前記放電検出手段が放電開始を検出しないときに前記周波数設定手段の発生する周波数は、前記インダクタンスと前記始動コンデンサによる共振周波数よりも高い周波数から前記共振周波数に近づく周波数となるように設定された複数の周波数を全て出力するまで段階的に変化させて出力し、前記放電検出手段が放電開始を検出したときは、前記放電灯を点灯周波数で点灯させ、前記周波数設定手段により複数種類設定される前記発振周波数のうち、前記共振周波数に最も近い発振周波数を出力した後も、前記放電検出手段が放電開始を検出しないときは、保護信号を出力する点灯制御手段と、この点灯制御手段から出力される信号を入力し、前記保護信号が入力されると前記高周波インバータの電源を遮断する遮断回路と、を備えたので、必要十分な予熱時間の設定と、始動電圧規格の異なる複数の放電灯の点灯を可能とし、始動電圧規格毎の点灯装置を製造する必要がなく、少品種多量生産が可能となり、生産効率の向上を図ることができる。
【００６９】
また、点灯制御手段は、マイクロコンピュータ素子とし、このマイクロコンピュータ素子の出力ポートをデジタルまたはアナログポート出力としたので、出力ポートをデジタルとした場合は簡単な構成とすることができ、アナログ出力ポートの場合、抵抗とトランジスタの直列抵抗の値が可変となるので周波数制御をすることができる。また、アナログ出力ポートから直接、ＦＭ変調により周波数制御された制御信号を用いることにより、抵抗、コンデンサが不要となった状態で始動電圧を発生させることができる。
【００７０】
また、放電灯と並列に接続される始動コンデンサの両極に接続された検出信号入力部から点灯電圧を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路の検出電圧があらかじめ定められた電圧値を越えたときに、異常信号を出力する保護手段と、この保護手段からの異常信号により高周波インバータの電源を遮断する遮断回路とを備えたので、放電灯が灯した後に不点灯及び異常放電した場合であっても、放電灯の動作及び回路保護をさせることができる。また、放電灯が不点灯及び異常放電した時、もしくは放電灯のフィラメントが切れた状態でも、異常状態の監視内容を詳細に判断することができる。
【００７２】
また、放電灯と並列に接続された始動コンデンサに直列に接続された検出入力部から前記始動コンデンサに流れる電流を検出する電流検出回路を備えたので、放電灯が不点灯及び異常放電した時、もしくは放電灯のフィラメントが切れた状態でも、異常状態の監視内容を詳細に判断することができる。
【００７３】
また、電圧検出回路、電流検出回路及び保護手段の出力信号を外部のシステムに出力する外部出力回路を備えたので、放電灯から遠距離もしくは人が不在の状況においても放電灯の異常状態の監視をすることが容易となる。
【００７４】
また、外部出力回路からの出力信号を伝送する光ファイバー伝送手段または無線伝送手段を備えたので、外部ノイズからの影響を少なくすることができ、また、伝送容量を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示す放電灯の点灯回路装置のブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の動作を示すフローチャートである。
【図３】 周波数と始動電圧を示す共振曲線のグラフである。
【図４】 始動電圧と発振周波数の状態を示す図である。
【図５】 マイクロコンピュータ素子の入出力の入出力波形図である。
【図６】 この発明の実施の形態２を示す放電灯の点灯回路装置のブロック図である。
【図７】 異常点灯状態の判別を示す図である。
【図８】 点灯後の監視状態を示す図である。
【図９】 監視情報を外部に出力してシステム的な監視状態を示す図である。
【図１０】 この発明の実施の形態２の動作を示すフローチャートである。
【図１１】 監視情報を外部に出力してシステム的な監視状態を示す図である。
【図１２】 従来の放電灯の点灯回路装置を示す回路図である。
【図１３】 従来の放電灯の点灯回路装置の周波数と始動電圧を示す共振曲線のグラフである。
【符号の説明】
１ バラストチョークコイル、２ 始動用コンデンサ、４ａ、４ｂ スイッチング素子（ＦＥＴ）、５ 抵抗、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ コンデンサ、７ マイクロコンピュータ素子、８ａ、８ｂ、８ｃ トランジスタ素子、９ インバータ制御回路、１０ トランジスタ素子、１４ａ、１４ｂ 放電灯フィラメント、１５ 放電灯、１８ 検出入力部、１９ａ、１９ｂ 電圧検出回路の検出入力部、２３ 電流検出回路、２４、２４ａ、２４ｂ 電圧検出回路、２６ 外部出力回路。
Claims (6)
- 高周波インバータにより、始動電圧が異なる複数の放電灯の点灯回路装置において、
前記高周波インバータの出力端に少なくともインダクタンスと前記放電灯の直列回路が接続され、前記放電灯の一方の極のフィラメントの一端は前記高周波インバータの出力端に、他方の極のフィラメントの一端はカップリングコンデンサを介して接地され、前記一方の極のフィラメントの他端と前記他方の極のフィラメントの他端に始動コンデンサが接続され、前記高周波インバータは発振周波数を可変できるように構成されるとともに、
前記発振周波数を複数種類設定可能な周波数設定手段と、
前記発振周波数の内それぞれの１つの周波数を所定時間出力する時間制御手段と、
前記放電灯の放電開始を検出する放電検出手段と、
前記放電灯の始動時に前記発振周波数の内高い周波数を選択して出力し、前記時間制御手段が設定する所定時間内に前記放電検出手段が放電開始を検出しないときに前記周波数設定手段の発生する周波数は、前記インダクタンスと前記始動コンデンサによる共振周波数よりも高い周波数から前記共振周波数に近づく周波数となるように設定された複数の周波数を全て出力するまで段階的に変化させて出力し、前記放電検出手段が放電開始を検出したときは、前記放電灯を点灯周波数で点灯させ、前記周波数設定手段により複数種類設定される前記発振周波数のうち、前記共振周波数に最も近い発振周波数を出力した後も、前記放電検出手段が放電開始を検出しないときは、保護信号を出力する点灯制御手段と、
この点灯制御手段から出力される信号を入力し、前記保護信号が入力されると前記高周波インバータの電源を遮断する遮断回路と、
を備えたことを特徴とする放電灯の点灯回路装置。 - 点灯制御手段は、マイクロコンピュータ素子とし、このマイクロコンピュータ素子の出力ポートをデジタルまたはアナログポート出力としたことを特徴する請求項１記載の放電灯の点灯回路装置。
- 放電灯と並列に接続される始動コンデンサの両極に接続された検出信号入力部から点灯電圧を検出する電圧検出回路と、
この電圧検出回路の検出電圧があらかじめ定められた電圧値を越えたときに、異常信号を出力する保護手段と、この保護手段からの異常信号により高周波インバータの電源を遮断する遮断回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載の放電灯の点灯回路装置。 - 放電灯と並列に接続された始動コンデンサに直列に接続された検出入力部から前記始動コンデンサに流れる電流を検出する電流検出回路を備えたことを特徴とする請求項１または請求項３記載の放電灯の点灯回路装置。
- 電圧検出回路、電流検出回路及び保護手段の出力信号を外部のシステムに出力する外部出力回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の放電灯の点灯回路装置。
- 外部出力回路からの出力信号を伝送する光ファイバー伝送手段または無線伝送手段を備えたことを特徴とする請求項５記載の放電灯の点灯回路装置。
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