JP4083895B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インバータ回路からの高周波電力によって放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図10に、従来の放電灯点灯装置の回路図を示す。図において、1は商用電源を整流、平滑化して直流電流を得る直流電源、2はMOS FET等のスイッチング素子2a、2bから成るインバ−タ回路、3はインバータ回路2を駆動するインバータ駆動回路、4はインバータ回路2の出力側に接続された結合コンデンサ、5はチョ−クコイル5a、始動コンデンサ5bおよび放電灯5cから成る放電灯負荷回路、6は検出抵抗7と、抵抗8aおよびコンデンサ8bを備えた積分回路8(ハイパスフィルタ−)から構成され放電灯負荷回路5に供給される正味電流を検出する電流検出回路、9は誤差増幅器、10aおよび10bは誤差増幅器9での積分用の抵抗およびコンデンサであり、誤差増幅器9の反転入力端には積分回路8の出力電圧が、また、非反転入力端には安定化された基準電圧用直流電源11および分割抵抗12、13とを備えた基準電圧回路14から基準電圧が入力され、上記の2つの電圧の差が誤差増幅器9で増幅されて制御信号としてインバ−タ駆動回路3にフィードバックされている。
【0003】
なお、商用電源から直流電流を得る場合の直流電源1の構成例を図11に示す。図に示すように、商用電源1aから出力された交流電流はダイオ−ドブリッジ1bで全波整流された後、平滑コンデンサ1cで平滑化され、直流電流として負荷回路に出力されるよう構成されている。
【0004】
以下、この図10に示した従来例の回路の動作について説明する。図において、インバータ駆動回路3によりインバ−タ回路2が駆動されると直流電源1から供給される直流電流が高周波電流に変換され、放電灯負荷回路5に供給されて、放電灯5cが点灯する。この時、放電灯負荷回路5には結合コンデンサ4が接続されているため、スイッチング素子2aおよび2bのON、OFFに連動して、検出抵抗7には、図12に示すような順方向および逆方向(回生方向)に交流電流が流れることになり、回路損失を無視すると、この有効成分(順および逆方向の電流の和。以下、正味電流と呼ぶ)が放電灯5cで電力として消費される。
【0005】
また、検出抵抗7によって検出された電流は、積分回路8で順方向および逆方向の電流の和(正味電流)が検出されて、対応する電圧が誤差増幅器9の反転入力端に入力される。一方、誤差増幅器9の非反転入力端には、基準電圧回路14から基準電圧用直流電源11の電圧を分割抵抗12及び13で分割して生成した基準電圧が入力されており、誤差増幅器9では、この基準電圧と積分回路8からの出力電圧との電圧差が増幅されるとともに、積分用の抵抗10aおよびコンデンサ10bによって積分され、インバ−タ駆動回路3に制御信号としてフィードバックされることにより、インバ−タ駆動回路3でインバータ回路2のスイッチング周波数が制御され、直流電源1から放電灯負荷回路5に供給される高周波電流が調整される。こうして、直流電源1の出力電圧が一定の場合、放電灯負荷回路5に供給される高周波電流がインバ−タ回路2のスイッチング周波数で制御されるため、インバ−タ回路2のスイッチング周波数を制御して積分回路8の出力電圧が基準電圧に等しくなるよう保持すれば、放電灯5cに供給される電力を一定に保つことができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図10に示した従来の放電灯点灯装置では、基準電圧回路14から出力される基準電圧が点灯装置毎に固定されていたため、異なる定格値を有する放電灯に対応するためには、チョークコイル5aや始動コンデンサ5b等の部品をあらかじめ複数種類用意しておき、装着する放電灯5cの定格値に合わせて回路定数を変更したり、商品群をラインアップする場合に放電灯5cの定格値に対応した多種類の放電灯点灯装置を用意しておく必要があり、生産時の部品管理や製品の在庫管理が煩雑になり、管理コストが高くなるといった問題点があった。
【0007】
また、放電灯点灯装置を設置した後に、照度アップや省電力等の目的で異なる定格値の放電灯に変更する場合には、放電灯点灯装置を新たに交換、設置する必要があり、購入費用や交換のための運用コストが高くなるといった問題点も有していた。
【0008】
この発明は、従来装置の上記のような問題点を解消するためになされたもので、この発明の第1の目的は、1つの放電灯点灯装置で複数の異なる定格値を有する放電灯に自動的に適合できるとともに、設置後においても放電灯の定格値の変更に自動的に対応でき、生産時の部品管理等の管理コストや設置後の運用コスト等の削減が可能な放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【0009】
また、この発明の第2の目的は、放電灯の定格値の変更を自動的に行うことにより、定格値の変更が容易であるとともに、電気的な知識がない場合にも確実に定格値が変更され、放電灯に定格値を超える過大な電流が流れることを防止して、放電灯が短寿命となる心配のない放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【0010】
また、この発明の第3の目的は、同一の放電灯で複数の定格値を有する放電灯にも適合できる放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【0011】
さらに、この発明の第4の目的は、基準電圧の変更に伴う急激な放電灯の明るさ(光出力)の変化を抑制し、使用時の快適性にも優れた放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る放電灯点灯装置は、上記の目的を達成するために、直流電源と、上記直流電源から供給される直流を高周波電流に変換するインバータ回路と、上記インバータ回路からの高周波電流により放電灯を点灯させる放電灯負荷回路と、上記インバータ回路から上記放電灯負荷回路に供給される電流を検出する電流検出回路と、基準電圧を発生する基準電圧回路と、上記電流検出回路からの出力と上記基準電圧回路からの基準電圧に基づいて制御信号を生成する誤差増幅器と、上記誤差増幅器からの制御信号に基づいて上記インバータ回路のスイッチング周波数を制御し、上記インバータ回路から上記放電灯負荷回路に供給される電流を制御するインバータ駆動回路とを備えた放電灯点灯装置において、上記基準電圧回路を放電灯の定格値に対応した複数の異なる基準電圧を出力できるよう構成するとともに、上記基準電圧回路には、上記放電灯負荷回路に装着された放電灯の定格値を識別し、この定格値に適合した基準電圧を自動的に選択可能な基準電圧選択手段を設け、さらに、上記放電灯点灯装置起動時の上記インバータ回路のスイッチング周波数を設定する初期周波数設定手段を設けるとともに、上記基準電圧選択手段が、上記初期周波数設定手段によって設定されたスイッチング周波数で運転した際の上記電流検出回路からの出力に基づいて上記放電灯負荷回路に装着された放電灯の定格値を識別し、この定格値に適合した基準電圧を自動的に選択するよう構成したものである。
【0013】
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、上記基準電圧回路を、基準電圧用直流電源と上記基準電圧用直流電源の電圧を分割する分割抵抗とを備え、あらかじめ設定された放電灯の定格値に対応した複数の異なる基準電圧を発生する基準電圧発生部と、上記放電灯負荷回路に装着された放電灯の定格値を識別し、上記基準電圧発生部で生成する基準電圧の中からこの定格値に適合した基準電圧を自動的に選択する基準電圧選択手段とから構成したものである。
【0014】
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、上記基準電圧回路を、基準電圧用直流電源と、上記基準電圧用直流電源の電圧を分割する分割抵抗と、基準電圧を選択するスイッチ部と上記スイッチ部を制御するスイッチ制御部とを備えた基準電圧選択手段とから構成するとともに、上記スイッチ部の各スイッチを上記分割抵抗に並列に接続し、上記スイッチ制御部でバイパスする分割抵抗を選択することにより、上記基準電圧回路から出力される基準電圧を選択するよう構成したものである。
0015
さらに、この発明に係る放電灯点灯装置は、上記基準電圧選択手段を、上記電流検出回路の出力をデジタルデータ化するA/D変換器と、上記初期周波数設定手段で設定されたスイッチング周波数に対応する放電灯の電流値を記憶する記憶回路と、上記A/D変換器によって検出されたデジタルデータと上記記憶回路にあらかじめ保存された電流値とを比較して装着された放電灯の定格値を識別し、制御信号を出力する演算回路とを備えたスイッチ制御部と、上記演算回路からの制御信号により上記基準電圧回路から出力される基準電圧を選択するスイッチ部とから構成したものである。
0016
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、放電灯の定格値を識別する情報を上記基準電圧選択手段に手動で入力できる外部設定手段を設けたものである。
0017
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、上記基準電圧回路と上記誤差増幅器との間に緩衝回路を設け、上記基準電圧回路から出力される基準電圧を変更する際、上記緩衝回路によって、上記誤差増幅器に入力される基準電圧が連続的に変化するよう構成したものである。
0018
さらに、この発明に係る放電灯点灯装置は、基準電圧の変更時に、上記基準電圧回路から出力される基準電圧が、変更時点で選択されている基準電圧に近い基準電圧から順番に出力されるよう構成したものである。
0019
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、上記基準電圧回路を上記誤差増幅器が実装された回路基板上に設けたものである。
0020
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、上記基準電圧回路および上記誤差増幅器が実装された回路基板をケース内に収納したものである。
0021
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1である放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。図において、1は商用電源を整流、平滑化して直流電流を得る直流電源、2はMOS FET等のスイッチング素子2a、2bから成るインバ−タ回路、3は、内部に電圧によってスイッチング周波数が制御される電圧制御発振回路3a(図中、「VCO」と記載)およびドライバ3bを備え、インバータ回路2を駆動するインバータ駆動回路、4はインバータ回路2の出力側に接続された結合コンデンサ、5はチョ−クコイル5a、始動コンデンサ5bおよび放電灯5cから成る放電灯負荷回路、6は検出抵抗7と、抵抗8aおよびコンデンサ8bを備えた積分回路8(ハイパスフィルタ−)から構成され放電灯負荷回路5に供給される正味電流を検出する電流検出回路、9は誤差増幅器、10aおよび10bは誤差増幅器9での積分用の抵抗およびコンデンサであり、誤差増幅器9の反転入力端には積分回路8の出力電圧が、また、非反転入力端には基準電圧回路14から基準電圧が入力され、上記の2つの電圧の差が誤差増幅器9で増幅されて制御信号としてインバ−タ駆動回路3にフィードバックされている。
0022
なお、この実施の形態1では、インバータ駆動回路3には、この放電灯点灯装置の起動時のインバータ回路2のスイッチング周波数を記憶するROM21aと、起動時から一定期間このROM21a内に記憶されたスイッチング周波数でインバータ回路2を駆動するようインバータ駆動回路3を制御する制御部21bを備えた初期周波数設定手段21が接続されている。
0023
また、基準電圧回路14は、安定化された基準電圧用直流電源11の電圧を分割抵抗12a、12b、12cおよび13で分割して放電灯5cの定格値(例えば、32W、40W、45W)に対応した3つの基準電圧をあらかじめ設定、生成する基準電圧発生部15と、基準電圧発生部15で生成された3つの基準電圧の中から基準電圧を選択し誤差増幅器9に入力する3つのスイッチ20a、20b、20cから成るスイッチ部20と、電流検出回路6に接続され、初期周波数設定手段21で設定された起動時のスイッチング周波数に対応した電流データと電流検出回路6からの出力に基づいて放電灯負荷回路5に装着された放電灯5cの定格値を検出し、スイッチ部20の各スイッチを自動制御するスイッチ制御部22とを備えている。また、このスイッチ制御部22およびスイッチ部20は、全体として基準電圧選択手段23を構成している。
0024
さらに、このスイッチ制御部22の具体的構成は、図1に示すように、電流検出回路6からの出力をデジタル変換するA/D変換器22aと、インバータ回路2のスイッチング周波数と放電灯負荷回路5に流れる正味電流値との関係を記憶した記憶回路22bと、上記A/D変換器22aからの出力と上記記憶回路22b内に保存された電流データに基いて放電灯負荷回路5に装着された放電灯5cの定格値を識別し、スイッチ部20にON/OFF信号を送出する演算回路22cから構成され、この実施の形態1では、スイッチ制御部22をA/D変換機能およびメモリを内蔵したマイコンで、また、スイッチ部20を半導体スイッチにより構成している。
0025
以下、この実施の形態1の動作について図1の構成図と図2のフローチャートを用いて説明する。まず、この放電灯点灯装置が起動されると、ステップS1において、初期周波数設定手段21からインバータ駆動回路3に制御信号が送出され、インバータ駆動回路3内の電圧制御発振回路3aが初期周波数設定手段21内のROM21aに記憶された周波数で発振し、この信号がドライバ3bで増幅されてインバータ回路2を駆動することにより、直流電源1から供給される直流電流が高周波電流に変換されて、放電灯負荷回路5に供給され、放電灯5cが点灯する。
0026
この時、放電灯負荷回路5には結合コンデンサ4が接続されているため、スイッチング素子2aおよび2bのON、OFFに連動して、放電灯負荷回路5には、直流電源1→スイッチング素子2a→結合コンデンサ4→放電灯負荷回路5→検出抵抗7→直流電源1なる右周りおよび結合コンデンサ4→スイッチング素子2b→放電灯負荷回路5→結合コンデンサ4なる左周りの交流電流が交互に流れることになり、この結果、検出抵抗7には図12と同様の交流電流が流れて、積分回路8でこの交流電流の順方向および逆方向の電流の和(正味電流)が検出され、積分回路8に接続されたスイッチ制御部22に放電灯負荷回路5に供給されている正味電流の信号が入力される。
0027
こうして、放電灯点灯装置を起動後、初期周波数設定手段21によって設定された一定周波数でインバータ回路2を駆動すれば、放電灯負荷回路5にはこのスイッチング周波数に対応した正味電流が供給されるようになり、一方、この間、スイッチ制御部22では、ステップS2で、電流検出回路6から入力された正味電流(ID)をA/D変換器22aが検出し、ステップS3で、演算回路22cが、電流値が安定したか、すなわち、定常運転状態に移行したかが判断され、定常状態に移行した後、ステップS4で、検出された電流データと記憶回路22bに保存された図3に示すようなスイッチング周波数と正味電流の関係を表すデータが比較されることにより、放電灯負荷回路5に装着されている放電灯5cの定格値が識別される。
0028
そして、この結果を基に、ステップS5およびステップS6で、演算回路22cがスイッチ部20を制御することにより、基準電圧発生部15で生成される3つの基準電圧の中から、装着された放電灯5cの定格値に適合した基準電圧が選択され、この基準電圧が誤差増幅器9を介してインバータ駆動回路3に入力される。一方、ステップS7では、起動時からの経過時間が監視されており、あらかじめ設定された一定時間が経過したところで、ステップS8に移行し、起動時に機能する初期周波数設定手段21による制御を停止し、以後、誤差増幅器9による制御へ切り替えられる。
0029
ここで、図3に示したスイッチング周波数と正味電流の関係を表す回路特性図を用いて、上記した正味電流とスイッチング周波数の関係から放電灯5cの定格値を識別する方法について詳しく説明する。なお、図中、横軸はインバータ回路2のスイッチング周波数、縦軸は各周波数で駆動した場合の正味電流値であり、放電灯Aおよび放電灯Bで表す線は、それぞれ、異なる定格電力WLAおよびWLB(WLA>WLB)を有する2種類の放電灯の特性曲線である。
0030
図1に示すように、結合コンデンサ4と放電灯負荷回路5からなる回路系はLCRから成る共振系を構成しているため、スイッチング周波数を変化させることにより内部を流れる電流は、図3のように変化する。また、定格電力がWLA>WLBである放電灯を同一周波数f1で点灯させた場合の正味電流は、インピーダンスの違いにより定格電力が大なる放電灯Aの正味電流IDAが定格電力が小なる放電灯Bの正味電流IDBより大きくなり、こうして、電流検出回路6からの信号をA/D変換して得られた正味電流値IDが、初期周波数設定手段21により設定されたスイッチング周波数f1での各放電灯の電流値IDAおよびIDBのどちらにより近いかを比較することにより、装着された放電灯5cの定格値を識別することができる。なお、この図3では、スイッチング周波数と正味電流の関係を特性曲線として表現したが、実際の放電灯点灯装置では、起動時のスイッチング周波数f1が定まっているため、設定されたスイッチング周波数に対応する正味電流IDAおよびIDBのみを記憶回路22bに保存しておき、この値を電流検出回路6から出力される正味電流の値と比較するだけでよい。
0031
また、図4には、誤差増幅器9に入力される基準電圧と放電灯負荷回路5で消費される電力の関係を表す特性図を示す。定格値に適合した基準電圧が選択された後、電流検出回路6の出力電圧が基準電圧に等しくなるようインバータ回路2のスイッチング周波数が制御され、直流電源1から放電灯5cの定格値に適合した高周波電流(正味電流)が放電灯負荷回路5に供給され、回路損失を無視すれば、この正味電流に対応した一定の電力(WLAまたはWLB)が放電灯5cで消費されることは、従来例と全く同様である。
0032
以上、この実施の形態1によれば、放電灯負荷回路5に供給される正味電流を基準電圧回路14から入力される基準電圧によって制御するよう構成するとともに、放電灯負荷回路5に装着されている放電灯5cの定格値をスイッチ制御部22で検知し、スイッチ部20で基準電圧回路14から出力される基準電圧を自動的に切り替えて、装着された放電灯5cの定格値に適合した正味電流が放電灯負荷回路5に供給されるよう構成したため、同一の放電灯点灯装置で種々の定格値を有する放電灯に適用可能な放電灯点灯装置を得ることができ、この結果、多種類の部品や放電灯点灯装置を備える必要がなくなり、生産時の部品管理等の管理コストが安くなる効果がある。また、放電灯5cの定格値に合わせて自動的に基準電圧が変更されるため、製品出荷時等にスイッチを操作して手動で定格値を設定する必要がないといった利点もある。
0033
また、放電灯点灯装置を設置した後に照度アップなどのために放電灯5cの定格値を変更する場合も、放電灯5cの定格値に合わせて基準電圧が自動的に切り替わるため、同一の放電灯点灯装置で異なる定格値の放電灯を使用することができ、放電灯点灯装置を新たに交換、設置する必要がなくなって、購入費用や運用コストが削減できる効果がある。また、いつでも基準電圧の変更が可能なため、長期にわたって使用可能な資源効率に優れた放電灯点灯装置が得られる効果がある。
0034
さらに、スイッチ制御部22およびスイッチ部20からなる基準電圧選択手段23が、装着されている放電灯5cの定格値を判断し、基準電圧を自動的に切り替えて放電灯5cの定格値に適合した正味電流が供給されるよう構成したため、電気の知識がなくても、常に、放電灯5cの定格値に適合した正味電流を流すことができ、放電灯5cの交換時等において、放電灯5cの選択ミスやスイッチ部の設定ミス等により放電灯5cに過大な電流を流して放電灯5cが短寿命となることを防止できる効果がある。
0035
また、起動時に初期周波数設定手段21で設定したスイッチング周波数f1でインバータ回路2を駆動し、この時の電流検出回路6からの正味電流のデータに基いて放電灯負荷回路5に装着されている放電灯5cの定格値をスイッチ制御部22で検知するよう構成したため、起動時のスイッチング周波数f1を適切に設定することにより、放電灯5cの定格値が識別される前に定格値を超える電流が流れて放電灯5cが短寿命となることを防止できる効果がある。
0036
また、基準電圧回路14を、基準電圧用直流電源11と分割抵抗12a、12b、12cおよび13とを備え、あらかじめ設定された放電灯の定格値に対応した複数の異なる基準電圧を生成する基準電圧発生部15と、基準電圧発生部15で生成する基準電圧を自動的に選択する選択スイッチ23とで構成したため、例えば、分割抵抗12を可変抵抗等によって構成し、可変抵抗の抵抗を変えて電圧の分割比を変更する方式に比べて、回路構成がシンプルになり、安価な基準電圧回路が得られる効果があるとともに、基準電圧の設定が容易となる効果がある。
0037
また、スイッチ制御部22を、A/D変換器22a、記憶回路22bおよび演算回路22cとから構成し、A/D変換器22aで電流検出回路6の出力をデジタルデータ化するとともに、演算回路22cにおいて、このデジタルデータを記憶回路22bにあらかじめ保存された電流データと比較して装着された放電灯5cの定格値を識別し、基準電圧回路14からこの定格値に対応した基準電圧が出力されるようスイッチ部20に制御信号を出力するよう構成したため、記憶回路22b内のデータを変更するだけで多種類の放電灯に対応でき、適用範囲の広い柔軟性に優れた放電灯点灯装置が得られる効果がある。
0038
また、スイッチ制御部22をマイコンで、また、スイッチ部20を半導体スイッチで構成したため、基準電圧選択手段23の回路を集積化でき、装置の小型化が可能となる効果がある。
0039
なお、この実施の形態1においては、起動時の手順として、最初から初期周波数設定手段21で設定されたスイッチング周波数で駆動し、この間に基準電圧を選択するよう構成した例を示したが、例えば、基準電圧回路14と誤差増幅器9により、一旦、最も小さい正味電流に対応した基準電圧で点灯した後、初期周波数設定手段21で設定されたスイッチング周波数で駆動し、この間に基準電圧を識別して切り替えるよう構成してもよい。
0040
また、上記の実施の形態1では、正味電流の値を得る方法として、電流検出回路6から誤差増幅器9へ出力される信号を分岐してスイッチ制御部22に入力した例を示したが、上記の電流検出回路6とは別に電流検出回路を設けてスイッチ制御部22に入力するよう構成してもよい。
0041
また、この実施の形態1では、インバータ駆動回路3を電圧制御発振回路3aとドライバ3bで構成した例を示したが、電圧制御発振回路3aの替りに電流制御発振回路を応用しても良く、上記と全く同様の効果が得られる。
0042
さらに、基準電圧選択手段23として、スイッチ制御部22をマイコンで、また、スイッチ部20を半導体スイッチで構成した例を示したが、例えば、異なる電圧でON、OFFされるリレーを組み合わせ、電流検出回路6からの出力電圧によって各スイッチ20a、20b、20cの接点がON/OFFされるリレー回路で構成し、アナログ処理してもよく、また、上記したように、分割抵抗12として可変抵抗を用いて、電圧の分割比を変更するよう構成してもよい。
0043
また、この実施の形態1においては、放電灯負荷回路5に供給される正味電流をA/D変換器22aで検出、演算回路22cで監視することにより定常運転状態への移行を判断したが、マイコン22内に内蔵されたタイマーで一定時間待機してから、正味電流を検出するよう構成してもよく、さらには、初期周波数設定手段21から誤差増幅器9に制御を渡す時間をあらかじめ設定するのではなく、基準電圧の選択完了後に、スイッチ制御部22から初期周波数選択手段21に信号を送出し、初期周波数選択手段21での制御を停止するよう構成してもよく、この場合、正味電流の値を監視することによって定常状態を判断するよう構成したことともあいまって、待機時間に裕度をもっておく必要がないため、起動から基準電圧の選択まで速やかに行える効果がある。
0044
実施の形態2.
図5には、この発明の実施の形態2である放電灯点灯装置の構成を表す回路図を示す。この実施の形態2では、インバータ駆動回路3は、電流によって発振周波数が制御される電流制御発振回路3c(図中、「CCO」と記載)とドライバ3bから構成され、さらに、放電灯点灯装置の起動時のスイッチング周波数を設定するための初期周波数設定手段21として、インバータ駆動回路3とグランド間には周波数設定抵抗24が、また、インバータ駆動回路3と誤差増幅器9間にはダイオード25が接続されている。なお、図中、図1と同一または相当部分は同一記号を付し、説明を省略する。
0045
以下、この実施の形態2の動作について、電圧制御発振回路3aと電流制御発振回路3cの動作の違い、および、周波数設定抵抗24とダイオード25の動作を中心に、図5の構成図と図6のフローチャートを用いて説明する。図5において、電流制御発振回路3cは、電流制御発振回路3cの内部に内蔵された内部電源(図示せず)から流れ出る電流値によって発振周波数が制御される発振回路であり、この例では、内部電源から周波数設定抵抗24を介してグランドに流れ出る電流とダイオード25から誤差増幅器9に引き込まれる電流の合計電流によって電流制御発振回路3cの発振周波数が制御される。
0046
まず、ステップS1において、この放電灯点灯装置の起動前に、スイッチ制御部22によって、スイッチ部20のスイッチ20a、20b、20cのうち最も高い基準電圧に対応したスイッチ20cをONに、また、他のスイッチ20a、20bをOFFに設定する。これは、誤差増幅器9の出力側の電位を周波数設定抵抗24の上流側の電位より高く設定することにより、ダイオード25によって電流制御発振回路3c側から誤差増幅器9側に電流が流入することを防止し、この結果、起動後一定時間の間、電流制御発振回路3cから流れ出る電流を一定に保つことにより、スイッチング周波数を周波数設定抵抗24で設定した一定周波数に保持するためである。
0047
次に、ステップS2において、上記の状態で放電灯点灯装置を起動すると、電流制御発振回路3cは周波数設定抵抗24を通ってグランドに流れ出る電流に対応した一定の周波数で発振し、この信号をドライバ3bで増幅して、インバータ回路2を駆動することにより、直流電源1から供給される直流電流が高周波電流に変換されて、放電灯負荷回路5に供給され、放電灯5cが点灯する。
0048
放電灯負荷回路5に電流が流れ出すと、検出抵抗7には図12と同様の交流電流が流れ、積分回路8でこの交流電流の順方向および逆方向の電流の和(正味電流)が検出されて、放電灯負荷回路5に供給されている正味電流に対応した信号が誤差増幅器9の反転入力端に入力されるとともに、基準電圧選択手段23内のスイッチ制御部22内にも入力される。
0049
なお、上記したように、周波数設定抵抗24で設定されるスイッチング周波数と起動時の基準電圧を適当に選択しておけば、定常状態においても、電流制御発振回路3c側から誤差増幅器9側へ電流が流入することを防止でき、この結果、放電灯点灯装置を起動後、周波数設定抵抗24によって設定された一定周波数でインバータ回路2をスイッチングすることができ、放電灯負荷回路5には周波数設定抵抗24で設定されたスイッチング周波数に対応した定常的な正味電流が供給されるようになる。
0050
こうして、スイッチ制御部22では、ステップS3において、電流検出回路6から送出された正味電流の信号からA/D変換器22aが正味電流値(ID)を検出し、続いて、ステップS4で、電流値が安定したかが判断され、定常状態になった後に、ステップS5で、この電流データを演算回路22cにおいて記憶回路22bに保存された正味電流のデータと比較することにより、放電灯負荷回路5に装着されている放電灯5cの定格値が識別される。
0051
そして、この結果を基に、ステップS6およびステップS7において、装着された放電灯5cの定格値に適合した基準電圧がスイッチ部20によって選択されると、ダイオード25の誤差増幅器9側の電位が低くなって、インバータ駆動回路3側から誤差増幅器9側に電流が引き込まれるようになり、以後、ステップ8以降では、周波数設定抵抗24を流れる電流と誤差増幅器9に引き込まれる電流とによってインバータ駆動回路3内の電流制御発振回路3cが制御されるようになり、放電灯負荷回路5に供給される正味電流が調整されることになる。
0052
以上のように、この実施の形態2によれば、上記実施の形態1と全く同様の効果が得られるとともに、放電灯点灯装置の起動時のスイッチング周波数を設定するための初期周波数設定手段21として周波数設定抵抗24を設けたため、周波数設定抵抗24とダイオード25といった簡単な回路で起動時のスイッチング周波数が設定できるため、実施の形態1のようにインバータ駆動回路3を制御するための別の制御回路が不要となって、コストが削減できる効果がある。
0053
なお、以上の説明から明らかなように、この実施の形態2の電流制御発振回路3cの替りに電圧制御発振回路を応用しても、全く同様の効果が得られる。
0054
実施の形態3.
図7には、この発明の実施の形態3である放電灯点灯装置の回路図を示す。なお、この発明は、例えば、三菱電機オスラム株式会社製のHf蛍光放電灯(形名FHF32EX)のように、同一放電灯で複数の定格値を有している(FHF32EXの場合は、32Wと45Wの2つの定格電力を有する)放電灯を、実施の形態1に示した放電灯点灯装置で駆動した場合、複数の定格値を持っていても、スイッチング周波数f1に対する電流検出回路6からの正味電流の出力IDを表す特性曲線が1本だけとなるため、スイッチ制御部22だけではこの放電灯を32Wで運転するのか、45Wで運転するかの識別ができないといった問題点を解決するためになされたものである。
0055
以下、この実施の形態3の構成および動作について図7を用いて説明する。図7において、26は、スイッチ制御部22に設けられた放電灯5cの定格を外部からマニュアル設定するための外部設定手段であり、この実施の形態では、「自動モード」、「32Wモード」、「45Wモード」の3つが切り替えられる外部設定スイッチで構成されている。なお、図1と同一または相当部分は同一記号を付し、説明を省略する。
0056
以下、この実施の形態3の動作について説明する。図7において、この放電灯点灯装置が起動されると、まず、初期周波数設定手段21によって設定されたスイッチング周波数でインバータ回路2が駆動され、放電灯5cはこの周波数に対応した電力で点灯される。一方、このスイッチング周波数で運転されている一定期間の間にスイッチ制御部22では、最初に、外部設定スイッチ26の設定状況が検出され、「自動モード」に設定されている場合は、実施の形態1と同様の手順で装着された放電灯5cの定格値が自動識別され、一定時間後に、この定格値に適合した基準電圧に切り替えられる。また、外部設定スイッチ26の設定が「32Wモード」あるいは「45Wモード」である場合は、自動識別を行わず、この外部設定スイッチ26で設定された定格値で放電灯5cを点灯するようスイッチ部20を切り替える。
0057
こうして、この実施の形態3によれば、上記した実施の形態1で得られた効果に加え、スイッチ制御部22に、定格値の手動設定が可能な外部設定手段26を付加したため、複数の定格値を有する放電灯に対しても対応できる放電灯点灯装置が得られる効果がある。
0058
なお、上記の実施の形態3では、まず、外部設定スイッチ26の設定状況を検出し、この設定状況によってスイッチ制御部22で「自動モード」、「32Wモード」、「45Wモード」の、それぞれに対応した処理を行うよう構成した例を示したが、複数の定格値を有する放電灯のスイッチング周波数と正味電流の特性曲線が分かっている場合は、まず、起動時のスイッチング周波数と正味電流の関係から複数定格を有する放電灯であるかどうかを判断し、複数定格である場合に、外部設定スイッチ26の設定状況を確認に行くよう構成してもよく、この場合、複数定格以外の放電灯に対しては上記の実施の形態1と同様にして定格値の自動識別が行われる。
0059
また、上記においては、外部設定スイッチ26として「自動モード」以外に、「32Wモード」、「45Wモード」の2つのモードを持つ例を示したが、外部設定スイッチ26の接点の数を増やせば、3つ以上の定格値にも対応できることは明らかである。
0060
実施の形態4.
図8には、この発明の実施の形態4として、基準電圧の切り替えに伴う放電灯5cの明るさの変化を連続的に変化させることが可能な放電灯点灯装置の回路図を示す。図において、27a、27bおよび28は、それぞれ、緩衝用抵抗、緩衝用コンデンサおよび抵抗であり、緩衝用抵抗27aと緩衝用コンデンサ27bは全体として緩衝用積分回路27を構成している。なお、図1と同一または相当部分は同一記号を付し、説明を省略する。
0061
このように、この実施の形態4では、基準電圧を選択するスイッチ部20のスイッチが、仮に、22aがONの状態から22bがONの状態に変化した場合に、その電圧の変化分が緩衝用積分回路27で積分されるので、誤差増幅器9に入力される基準電圧は緩衝用積分回路27の積分定数で連続的に変化し、この積分定数を適当に選定すれば、基準電圧の変化を徐々に変化させることができ、光出力をスム−スに変化させることができる。
0062
以上のように、この実施の形態4によれば、上記した実施の形態1で得られた効果に加え、誤差増幅器9の入力端と基準電圧回路14の間に緩衝回路27である緩衝用積分回路27を設け、基準電圧の切り替えにともなう基準電圧回路14の階段的な出力の変化を緩衝し、誤差増幅器9に入力される信号が徐々に、連続的に変化するよう構成したため、起動時のスイッチング周波数から放電灯5cの定格値に適合した基準電圧に自動的に切り替える際等に生じる、放電灯5cの光出力(明るさ)の急激な階段状の変化を抑制することができ、起動から定常状態に至る光出力をスム−スに変化させることができるため、ユーザの違和感や不快感を減少でき、快適性に優れた放電灯点灯装置が得られる効果がある。
0063
なお、このように、毎起動時に放電灯5cの定格値が識別されスイッチ部20が切り替えられて基準電圧の選択が自動で行われる放電灯点灯装置においては、装置を起動するたびに放電灯5cの明るさが変化することになり、明るさが毎回急変することはユーザの快適性を大きく損なうもので、光出力をスム−スに変化させることのできる上記実施の形態4の放電灯点灯装置は実用上非常に大きな利点となる。
0064
さらに、例えば、起動時のスイッチング周波数から45W定格時に切り替える際も、直接45W定格の基準電圧に切り替えるのではなく、スイッチ制御部22で、32W→40W→45Wと順に1段づつ切り替えるようにすれば、緩衝用積分回路27の効果ともあいまって、光出力がより連続的に変化し、一層快適な放電灯点灯装置が得られる効果がある。
0065
また、上記の実施の形態4では、誤差増幅器9に入力される緩衝回路27として、緩衝用抵抗27aと緩衝用コンデンサ27bからなる緩衝用積分回路27を用いた例を示したが、例えば、オペアンプによる積分回路等の、これと同等の機能を持つ他の構成でも良い。
0066
実施の形態5.
図9には、実施の形態5である放電灯点灯装置の回路構成図を示す。これまでの実施の形態1ないし実施の形態4においては、スイッチ部20を基準電圧発生部15と誤差増幅器9の間に配置し、基準電圧発生部15により生成された複数の基準電圧の中から、スイッチ部20により誤差増幅器9に入力する基準電圧を選択するよう構成した例を示したが、図9に示すこの実施の形態のように、スイッチ部20の各スイッチ20a、20、20cを各分割抵抗12a、12b、12cに並列に接続し、スイッチ部20の各スイッチをON、OFFすることによって分割抵抗12a、12b、12cがバイパスされ、誤差増幅器9に接続された基準電圧の出力端の両側の分割抵抗の分割比が変化し、基準電圧が変更されるよう構成してもよい。
0067
なお、図9中、16は、分割抵抗12a、12b、12cおよび13に直列に接続された分割抵抗であり、また、図1と同一または相当部分は同一記号を付し、説明を省略する。さらに、動作についても、上記の実施の形態1と全く同様であり、説明を省略する。
0068
こうして、この実施の形態5によれば、上記した実施の形態1で得られた効果に加え、以下のような効果が得られる。すなわち、一般に誤差増幅器9の入力インピ−ダンスは非常に大きいことから、実施の形態1に示した例では、スイッチ部20の各接点には長期間にわたって微少電流が流れ続けることになり、このような条件下で基準電圧の値を長期間安定して保つことはなかなか困難であった。しかし、この実施の形態5によれば、スイッチ部20を分割抵抗12a、12b、12cに並列に接続したため、スイッチ部20には、基準電圧用直流電源11からの分割抵抗を流れる電流が流れることになり、経年変化に対して安定を保つために必要な電流値を流すことができるため、経年変化に対して耐久性が高く、信頼性の高い放電灯点灯装置が得られる効果がある。
0069
なお、図9では、スイッチ部20の各スイッチ20a,20b,20cを各分割抵抗12a、12b、12cの上流側とグランド間に並列に設けた例を示したが、スイッチ部20の各スイッチ20a、20b、20cが、それぞれ、分割抵抗12a、12b、12cをバイパスするよう接続しても良く、この場合、各スイッチの切り替えにより多種類の分割比を得ることができ、少ない分割抵抗数でより多くの定格値に対応できる放電灯点灯装置が得られる効果がある。
0070
実施の形態6.
また、上記の実施の形態1ないし実施の形態5において、基準電圧発生部15やスイッチ部20を含む基準電圧回路14を誤差増幅器9と同一の回路基板上に実装すれば、放電灯5cの放電によって基準電圧発生部15やスイッチ部20に流れる微少電流が外乱ノイズの影響で変動し、放電灯5cの出力が不安定になることを防止できるとともに、スイッチ部を別基板に設置する場合に比べてノイズ対策費用が軽減できる利点がある。
0071
実施の形態7.
さらに、回路基板を金属等で形成したケース内に収納すれば、放電灯5cの取り替え時等に回路基板を損傷する危険が少なくなり、また、ケースを金属で形成すれば放電灯5cの放電によるノイズの影響が一層軽減される効果もある。
0072
また、上記の実施の形態1ないし実施の形態5においては、誤差増幅器9に積分用のコンデンサ10bを付加した例を示したが、積分回路8の積分定数を適当に選定すれば、誤差増幅器9の積分の機能は不要となり、コンデンサ10bは増幅用の抵抗によって置き換えることができる。また、積分回路8の機能を誤差増幅器9内に一体化してもよい。
0073
また、上記の実施の形態1ないし実施の形態5では、誤差増幅器9に入力される基準電圧の数を3種類としたが、これを2種類または4種類以上としても全く同様の効果が得られる。さらに、放電灯負荷回路5として1灯用のものを例示したが、同一定格を持つ2灯用以上のものに適用しても良い。また、基準電圧用直流電源11を直流電源1から供給される直流電圧を安定化して使用するよう構成すれば、電源の共用が図られ、部品点数やコストが減少できる利点がある。
0074
さらに、上記の実施の形態1および実施の形態7では、それぞれ、基本的な構成のみを説明したが、これらの構成を組み合わせることにより一層使い易い放電灯点灯装置が得られることは明らかであり、また、インバ−タ駆動回路3内の発振回路を、電流制御発振回路(CCO)または電圧制御発振回路(VCO)のどちらで構成しても同様の効果が得られる。
0075
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
0076
インバータ回路から放電灯負荷回路に供給される電流を基準電圧回路から出力される基準電圧によって制御するよう構成するとともに、上記基準電圧回路には、上記放電灯負荷回路に装着された放電灯の定格値を識別し、この定格値に適合した基準電圧を自動的に選択可能な基準電圧選択手段を設けたため、同一の放電灯点灯装置で種々の定格値を有する放電灯に適用可能な放電灯点灯装置を得ることができ、この結果、生産時の部品管理等の管理コストが安くなる効果がある。また、放電灯の定格値に合わせて基準電圧が自動的に切り替わるため、放電灯の交換時等において放電灯の選択ミス等によって放電灯が短寿命となることを防止できる効果がある。また、放電灯点灯装置起動時に初期周波数設定手段によって設定されたスイッチング周波数で上記インバータ回路を駆動し、この時放電灯負荷回路に供給された正味電流から、上記基準電圧選択手段が上記放電灯負荷回路に装着された放電灯の定格値を識別するよう構成したため、起動時のスイッチング周波数を適切に設定することにより、放電灯の定格値が識別される前に、定格値を超える電流が流れて放電灯が短寿命となることを防止できる放電灯点灯装置が得られる効果がある。
0077
また、上記基準電圧回路を、基準電圧用直流電源と上記基準電圧用直流電源の電圧を分割する分割抵抗とを備え、あらかじめ設定された放電灯の定格値に対応した複数の異なる基準電圧を発生する基準電圧発生部と、上記放電灯負荷回路に装着された放電灯の定格値を識別し、上記基準電圧発生部で生成する基準電圧の中からこの定格値に適合した基準電圧を自動的に選択する基準電圧選択手段とから構成したため、上記基準電圧回路の構成がシンプルになり、安価な基準電圧回路が得られるとともに、基準電圧の設定が容易になる効果がある。
0078
また、上記基準電圧選択手段内のスイッチ部を分割抵抗に並列に接続したため、経年変化に対して安定した動作が得られ、信頼性の高い放電灯点灯装置が得られる効果がある。
0079
さらに、上記基準電圧選択手段内のスイッチ制御部を、A/D変換器と、記憶回路と、演算回路とから構成し、上記A/D変換器で上記電流検出回路の出力をデジタルデータ化するとともに、上記演算回路において、このデジタルデータを上記記憶回路にあらかじめ保存された電流データと比較して装着された放電灯の定格値を識別し、上記基準電圧回路からこの定格値に対応した基準電圧が出力されるようスイッチ部に制御信号を出力するよう構成したため、上記記憶回路内のデータを変更するだけで多種類の放電灯に対応でき、適用範囲の広い放電灯点灯装置が得られる効果がある。
0080
また、放電灯の定格値を識別する情報を上記基準電圧選択手段に手動で入力できる外部設定手段を設けたため、複数の定格値を有する放電灯にも対応できる放電灯点灯装置が得られる効果がある。
0081
また、上記基準電圧回路と上記誤差増幅器との間に緩衝回路を設け、上記基準電圧回路から出力される基準電圧が変化する際、上記誤差増幅器に入力される基準電圧が連続的に変化するよう構成したため、基準電圧の自動的な変更に伴う放電灯の光出力(明るさ)の急激な変化を抑制することができ、起動から定常状態に至る光出力がスム−スに変化するため、ユーザの違和感や不快感を減少でき、快適性に優れた放電灯点灯装置が得られる効果がある。
0082
さらに、基準電圧を変更する際、上記基準電圧回路から出力される電圧が、変更時点で選択されている基準電圧に近い基準電圧から順番に出力されるよう構成したため、一層光出力をスム−スに変化させることができ、より快適性に優れた放電灯点灯装置が得られる効果がある。
0083
また、上記基準電圧回路を上記誤差増幅器が実装された回路基板上に設けたため、上記スイッチ部等に流れる微少電流が外乱ノイズの影響で変動し、放電灯の出力が不安定になることを防止できるとともに、別基板に設置する場合に比べてノイズ対策費用が軽減できる効果がある。
0084
また、上記基準電圧回路および上記誤差増幅器が実装された回路基板をケース内に収納したため、上記回路基板の損傷が防止される効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1の構成を示す回路図。
【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。
【図3】 この発明の実施の形態1の放電灯の定格値の識別方法を示す説明図。
【図4】 この発明の実施の形態1の基準電圧と消費電力の関係を表す特性図。
【図5】 この発明の実施の形態2の構成を示す回路図。
【図6】 この発明の実施の形態2の動作を示すフローチャート。
【図7】 この発明の実施の形態3の構成を示す回路図。
【図8】 この発明の実施の形態4の構成を示す回路図。
【図9】 この発明の実施の形態5の構成を示す回路図。
【図10】 従来の放電灯点灯装置の構成を示す回路図。
【図11】 従来の放電灯点灯装置の直流電源の構成を示す回路図。
【図12】 従来の放電灯点灯装置の検出抵抗を流れる電流波形図。
【符号の説明】
1 直流電源
2 インバ−タ回路
3 インバータ駆動回路
5 放電灯負荷回路
5c 放電灯
6 電流検出回路
9 誤差増幅器
11 基準電圧用直流電源
12、12a、12b、12c 分割抵抗
13 分割抵抗
14 基準電圧回路
15 基準電圧発生部
16 分割抵抗
20 スイッチ部
20a、20b、20c スイッチ
21 初期周波数設定手段
22 スイッチ制御部
22a A/D変換器
22b 記憶回路
22c 演算回路
23 基準電圧選択手段
24 周波数設定抵抗(初期周波数設定手段)
26 外部設定スイッチ(外部設定手段)
27 緩衝用積分回路(緩衝回路)

Claims (9)

  1. 直流電源と、上記直流電源から供給される直流を高周波電流に変換するインバータ回路と、上記インバータ回路からの高周波電流により放電灯を点灯させる放電灯負荷回路と、上記インバータ回路から上記放電灯負荷回路に供給される電流を検出する電流検出回路と、基準電圧を発生する基準電圧回路と、上記電流検出回路からの出力と上記基準電圧回路からの基準電圧に基づいて制御信号を生成する誤差増幅器と、上記誤差増幅器からの制御信号に基づいて上記インバータ回路のスイッチング周波数を制御し、上記インバータ回路から上記放電灯負荷回路に供給される電流を制御するインバータ駆動回路とを備えた放電灯点灯装置において、上記基準電圧回路を放電灯の定格値に対応した複数の異なる基準電圧を出力できるよう構成するとともに、上記基準電圧回路には、上記放電灯負荷回路に装着された放電灯の定格値を識別し、この定格値に適合した基準電圧を自動的に選択可能な基準電圧選択手段を設け、さらに、上記放電灯点灯装置起動時の上記インバータ回路のスイッチング周波数を設定する初期周波数設定手段を設けるとともに、上記基準電圧選択手段が、上記初期周波数設定手段によって設定されたスイッチング周波数で運転した際の上記電流検出回路からの出力に基づいて上記放電灯負荷回路に装着された放電灯の定格値を識別し、この定格値に適合した基準電圧を自動的に選択するよう構成したことを特徴とする放電灯点灯装置。
  2. 上記基準電圧回路を、基準電圧用直流電源と上記基準電圧用直流電源の電圧を分割する分割抵抗とを備え、あらかじめ設定された放電灯の定格値に対応した複数の異なる基準電圧を発生する基準電圧発生部と、上記放電灯負荷回路に装着された放電灯の定格値を識別し、上記基準電圧発生部で生成する基準電圧の中からこの定格値に適合した基準電圧を自動的に選択する基準電圧選択手段とから構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の放電灯点灯装置。
  3. 上記基準電圧回路を、基準電圧用直流電源と、上記基準電圧用直流電源の電圧を分割する分割抵抗と、基準電圧を選択するスイッチ部と上記スイッチ部を制御するスイッチ制御部とを備えた基準電圧選択手段とから構成するとともに、上記スイッチ部の各スイッチを上記分割抵抗に並列に接続し、上記スイッチ制御部でバイパスする分割抵抗を選択することにより、上記基準電圧回路から出力される基準電圧を選択するよう構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の放電灯点灯装置。
  4. 上記基準電圧選択手段を、上記電流検出回路の出力をデジタルデータ化するA/D変換器と、上記初期周波数設定手段で設定されたスイッチング周波数に対応する放電灯の電流値を記憶する記憶回路と、上記A/D変換器によって検出されたデジタルデータと上記記憶回路にあらかじめ保存された電流値とを比較して装着された放電灯の定格値を識別し、制御信号を出力する演算回路とを備えたスイッチ制御部と、上記演算回路からの制御信号により上記基準電圧回路から出力される基準電圧を選択するスイッチ部とから構成したことを特徴とする特許請求の範囲第項記載の放電灯点灯装置。
  5. 放電灯の定格値を識別する情報を上記基準電圧選択手段に手動で入力できる外部設定手段を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
  6. 上記基準電圧回路と上記誤差増幅器との間に緩衝回路を設け、上記基準電圧回路から出力される基準電圧の変更時に、上記誤差増幅器に入力される基準電圧が連続的に変化するよう構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
  7. 基準電圧を変更する際、上記基準電圧選択手段が、変更時点で選択されている基準電圧に近い基準電圧から順番に基準電圧を選択するよう構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
  8. 上記基準電圧回路を、上記誤差増幅器が実装された回路基板上に設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
  9. 上記基準電圧回路および上記誤差増幅器が実装された回路基板をケース内に収納したことを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
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