JP4141064B2 - 無電極放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無負荷時に間欠発振や発振停止により回路を保護する機能を備えた無電極放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６に従来の無電極放電灯点灯装置の一例を示す（特開平７−３２６４８３号）。この点灯装置は、直流電源Ｅと、直流電源Ｅからの電力供給を受け、高周波電力を出力する高周波電力供給手段Ａと、高周波電力供給手段Ａの出力端に接続される高周波電力供給用コイル５と、高周波電力供給用コイル５の近傍に配置されガラスバルブ内に不活性ガス、金属蒸気などの放電ガスを封入した無電極放電灯６とを備えて構成されている。ここで、高周波電力供給手段Ａは、直流電源Ｅの両端に接続される発振回路１と、直流電源Ｅの両端に接続され発振回路１の信号を受けて増幅された高周波電力を出力する増幅部２，３と、無電極放電灯６と増幅部２，３との間に設けられるマッチング回路４とから構成されている。以下、それぞれの構成について説明する。
【０００３】
まず、発振回路１は、水晶振動子Ｘを用いた回路であり、コイルＬ１、コンデンサＣ１により低Ｑの同調回路を構成し、無調整の発振器としている。増幅部２，３は、発振回路１の発振出力を増幅するプリアンプ２（第１の増幅回路）と、プリアンプ２の出力をさらに高周波電力増幅するメインアンプ３（第２の増幅回路）とから構成されている。ここで、プリアンプ２は、トランジスタＱ２によりＣ級増幅を行なっている。コイルＬ２、コンデンサＣ１０により発振周波数に同調するようにしている。抵抗Ｒ８からＲ１０は減衰器を構成し、抵抗Ｒ１５は、コイルＬ２のＱを下げるために設けている。そして、メインアンプ３は、パワーＭＯＳＦＥＴ（以下、トランジスタと称す）Ｑ３による増幅器となっている。コイルＬ５は、トランジスタＱ３の入力キャパシタンスを打ち消すために設けてあり、抵抗Ｒ１７はトランジスタＱ３の入力インピーダンスをプリアンプ２の出力と整合させるために設けてある。フィルター回路７は、コイルＬ３、コンデンサＣ３等から構成され、高周波が電源に帰還することを防いでいる。マッチング回路４は、コンデンサＣ１３，Ｃ１４等から構成され、メインアンプ３の出力と後段の無電極放電灯６及び高周波電力供給用コイル５との間に設けられ、両方のインピーダンスのマッチングを取り、反射を無くして無電極放電灯６に効率良く高周波電力を伝達するようにインピーダンス整合を行なっているものである。無電極放電灯６は、ガラスバルブ内に不活性ガス、金属蒸気などの放電ガスを封入したものであり、この外周には近接して数ターンの空芯コイルである高周波電力供給用コイル５が巻回され、高周波電力を無電極放電灯６内の放電ガスに供給している。
【０００４】
過電流保護回路８は、トランジスタＱ５（ＭＯＳＦＥＴ等）と、そのゲートに接続された放電抵抗Ｒ７と、電流検出用の抵抗Ｒ１と、コンパレータＩＣ１と、直流電源Ｅの両端に接続される抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との直列回路と、抵抗Ｒ１の両端に接続される抵抗Ｒ０とコンデンサＣ４との直列回路とを備え、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点とコンパレータＩＣ１の−端子とが接続され、抵抗Ｒ０とコンデンサＣ４との接続点とコンパレータＩＣ１の＋端子とが接続されている。そして、過電流が流れると過電流保護回路８の作用により無電極放電灯６は消灯する。
【０００５】
以下、動作状態を簡単に説明する。直流電源Ｅからの直流電圧を受けると、発振回路１が発振を開始し、プリアンプ２に発振回路１の信号が伝達されて増幅され、メインアンプ３に増幅された信号が伝達されて更に増幅される。メインアンプ３にて増幅された高周波電圧は、無電極放電灯６の球状の外周に沿って近接配置された高周波電力供給用コイル５に印加される。そして、高周波電力供給用コイル５に数ＭＨｚから数１００ＭＨｚの高周波電流を流すことにより、高周波電力供給用コイル５に高周波電力を発生させ、無電極放電灯６に高周波電力を供給し、無電極放電灯６内に高周波プラズマ電流を発生させて紫外線もしくは可視光を発生するようになっている。
【０００６】
ここで、過電流が抵抗Ｒ１に流れた場合の動作を説明する。何らかの原因、例えば、無電極放電灯６の異常によるインピーダンスの変化、無電極放電灯６の未装着、無電極放電灯６の破損又は高周波電力供給手段Ａの異常等により過電流が抵抗Ｒ１に流れると、抵抗Ｒ１の両端に過電圧が発生する。そして、抵抗Ｒ３の両端電圧（所定値に設定されている基準電圧）Ｖａに比べて、コンデンサＣ４の電圧Ｖｂの方が高くなると、コンパレータＩＣ１の出力がＨｉｇｈレベルとなり、トランジスタＱ５がオン状態となって、トランジスタＱ２のべース・エミッタ間およびトランジスタＱ３のゲート・ソース間が短絡され、トランジスタＱ２のべース電圧およびトランジスタＱ３のゲート電圧は零となり、プリアンプ２およびメインアンプ３での増幅が行なわれず、高周波電力の供給が停止されて無電極放電灯６は消灯する。
【０００７】
上述のように、プリアンプ２およびメインアンプ３での増幅が行なわれず、無電極放電灯６が消灯すると、抵抗Ｒ１には過電流が流れなくなる。そうすると、抵抗Ｒ３の両端電圧Ｖａより、コンデンサＣ４の両端電圧Ｖｂの方が低くなり、コンパレータＩＣ１の出力がＬｏｗレベルとなり、トランジスタＱ５がオフ状態となって、トランジスタＱ２のべース・エミッタ間およびトランジスタＱ３のゲート・ソース間が開放され、トランジスタＱ２のべース電圧およびトランジスタＱ３のゲート電圧が発生し、プリアンプ２およびメインアンプ３での増幅が行なわれ、高周波電力の供給が再開されて無電極放電灯６は点灯する。
【０００８】
このように、何らかの異常が発生した場合には、その異常が解除されるまで無電極放電灯６を点滅制御して、直流電源Ｅからの入力電流の平均値を制限して高周波電力供給手段Ａを保護している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例においては、例えば無電極放電灯がバルブの破損等の理由により点灯しない、いわゆる無負荷状態になった場合でも、点灯回路に電流が印加されている限り間欠発振を続けるため、点灯回路の構成素子にストレスが蓄積され、周囲温度が高温である場合などの最悪の場合、素子が破壊してしまうという課題がある。一方、これを防ぐために、間欠発振中の誘導コイルの両端電圧を低く設定したり、間欠発振時の発振している期間を短く設定すると、周囲温度が低温である場合や初始動時などの始動困難な場合において、始動しなくなる恐れがある。以下、間欠発振中に、発振している期間を「間欠発振オン期間」、発振停止している期間を「間欠発振オフ期間」と呼ぶこととする。
【００１０】
本発明はこれらの課題を解決するためのものであり、点灯回路の構成素子にかかるストレスが厳しい条件、すなわち周囲温度が高温である場合においても無負荷時の点灯回路の構成素子にかかるストレスを抑え、かつ、無電極放電灯が始動しにくい条件、すなわち周囲温度が低温である場合においても無電極放電灯が始動しやすいような無負荷保護回路を有した無電極放電灯点灯装置を提案するものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の無電極放電灯点灯装置によれば、上記の課題を解決するために、図１に示すように、直流電圧を高周波出力に変換する高周波電源回路と、前記高周波電源回路の高周波電圧が供給される誘導コイル５と、前記誘導コイル５に近接配置された無電極放電灯６と、少なくとも前記誘導コイル５と前記無電極放電灯６からなる負荷の異常を検出し、前記負荷の異常時に前記高周波電源回路を間欠発振させる間欠発振手段を有する保護回路８を有する無電極放電灯点灯装置において、低温時に無電極放電灯の始動しにくさの条件となる周囲温度の変化により間欠発振条件を変化させ、前記間欠発振条件は、低温時には、高温時より、間欠発振中に発振している期間である間欠発振オン期間を長くしたことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の無電極放電灯点灯装置の様々な実施の形態について説明する。従来例と同一の動作を行なう場合には、重複する説明を省く。
（実施形態１）
図１に本発明の実施形態１の回路構成の一例を示す。また、図２に実施形態１の場合の低温時と高温時における間欠発振の動作波形を示す。この実施形態１は、請求項６および請求項７の内容を具体的に説明するものである。図１に示した点灯装置の主回路の構成については、図６に示した従来例と同様で、水晶振動子Ｘを用いた発振回路１と、発振回路１の発振出力を増幅するプリアンプ２と、プリアンプ２の出力をさらに高周波電力増幅するメインアンプ３と、メインアンプ３と無電極放電灯６への高周波電力供給用コイル５との間に設けられるマッチング回路４とから構成されている。また、フィルタ回路７と無負荷保護回路８を備えている。本実施形態では、メインアンプ３の構成が従来例とは異なり、Ｄ級増幅回路を用いているが、主回路は従来例とほぼ同じ回路動作を行なうので説明を省略する。本実施形態は、図１に示した保護回路８の構成に特徴を有するものである。
【００１３】
図１の保護回路８の動作について説明する。従来例と同様に、無電極放電灯６が点灯している状態から無負荷状態になると、検出抵抗Ｒ１に流れる電流が増加し、抵抗Ｒ１の両端電圧が上がる。すると、コンパレータＩＣ１の出力がＨｉｇｈレべルとなり、コンパレータＩＣ１の出力がＨｉｇｈレべルとなる。これにより、ダイオードＤ３を介してトランジスタＱ５のゲート電位が上昇して、トランジスタＱ５がＯＮし、トランジスタＱ２，Ｑ４のゲート・ソース間を短絡し、高周波出力を停止させる。その間に、コンパレータＩＣ１のＨｉｇｈレべルの出力はダイオードＤ４を介してコンデンサＣ５を充電し、コンパレータＩＣ２の正入力端子の電圧が上昇する。高周波出力が停止すると、検出抵抗Ｒ１に流れる電流が減少するためトランジスタＱ５はＯＦＦし、発振を再開する。
【００１４】
この間欠発振を繰り返すうちに、コンパレータＩＣ２の正入力端子の電圧が徐々に上昇し、コンパレータＩＣ２の負入力端子に印加された基準電圧（抵抗Ｒ４，Ｒ５による分圧電圧）を越えると、コンパレータＩＣ２の出力がＨｉｇｈレべルとなる。いったん、コンパレータＩＣ２の出力がＨｉｇｈレべルとなると、ダイオードＤ６を介してコンデンサＣ５を充電し続けるので、コンパレータＩＣ２はＨｉｇｈレべルを出力した状態を維持し、この信号がダイオードＤ５を介してトランジスタＱ５をＯＮし続けることとなり、発振停止を維持する。これにより、無負荷状態を検出してから所望の回数だけ間欠発振した後、発振停止を維持するため、無負荷時に点灯回路の構成素子にかかるストレスを抑えることができる。所望の回数の間欠発振の後、発振を停止しているので、発振を停止しない場合に比べると、間欠発振オン期間をより長く設定できるため、無電極放電灯が低温時や初始動時のような場合でも始動しやすい。また、始動時に発生する高調波ノイズの発生も抑えられる。
【００１５】
ここで、例えば抵抗Ｒ４，Ｒ５として温度可変抵抗を用いると、低温時にコンパレータＩＣ２の負入力端子に印加される基準電圧を高く、高温時にコンパレータＩＣ２の負入力端子に印加される基準電圧を低く設定することが可能であり、この時の間欠発振動作は、図２に示すように、低温時に高温時より間欠発振回数を多くすることができる。このように、高温時に間欠発振回数を少なくすることで無負荷時に点灯回路の構成素子にかかるストレスを抑え、且つ、低温時に間欠発振回数を多くすることで無電極放電灯がより始動しやすいような無負荷保護回路を有した無電極放電灯点灯装置を提供できる。
【００１６】
なお、ここでは、間欠発振オフ期間に検出電圧を充電する例で説明したが、間欠発振オン期間に検出電圧を充電してもよい。また、検出電圧を充電するのではなく、間欠発振の発振回数をカウントして、所望の回数だけ間欠発振した後、発振停止を維持するようにしてもよい。また、タイマー回路を設け、無負荷検出してから一定時間後に間欠発振停止を維持するようにしてもよい。
【００１７】
本実施形態では、発振停止時の保護回路からの出力信号はＬｏｗレべルであるが、保護回路からの出力信号は適切な制御ができればよく、Ｈｉｇｈレべル又はＬｏｗレべルのいずれかに限定する必要はない。
【００１８】
（実施形態２）
図３に本発明の実施形態２の低温時と高温時における間欠発振動作波形を示す。本実施形態の回路構成は図１と同様である。この実施形態２は、請求項６および請求項８の内容を具体的に説明するものである。図１の回路動作については、実施形態１で説明したので、説明を省略する。
【００１９】
実施形態１と同様、抵抗Ｒ４，Ｒ５に温度可変抵抗を用い、その温度可変抵抗として、実施形態１の場合より低温時にコンパレータＩＣ２の負入力端子に印加される基準電圧をより高くするような温度特性の抵抗を用いて、コンパレータＩＣ２の電源電圧より高くなるように設定すると、実施形態１と異なり、低温時には間欠発振を永続する。したがって、高温時に間欠発振回数を少なくすることで無負荷時に点灯回路の構成素子にかかるストレスを抑え、且つ、低温時には間欠発振を永続することで実施形態１の場合より更に無電極放電灯１がより始動しやすいような無負荷保護回路８を有した無電極放電灯点灯装置を提供できる。
【００２０】
（実施形態３）
図４に本発明の実施形態３の低温時と高温時における間欠発振時の動作波形を示す。本実施形態の無負荷保護回路の具体例については省略するが、実施形態１および実施形態２と同様に、可変温度素子を用いるといった手段により、間欠発振時の一周期の時間はほぼ等しくしながら、低温時には、高温時より、間欠発振オン期間を長くする。
【００２１】
本実施形態により、高温時に間欠発振オン期間を短くすることで無負荷時に点灯回路の構成素子にかかるストレスを抑え、且つ、低温時に間欠発振オン期間を長くすることで、無電極放電灯１がより始動しやすいような無負荷保護回路８を有した無電極放電灯点灯装置を提供できる。また、実施形態１または実施形態２との組み合わせにより、効果をより高めることができる。
【００２２】
（実施形態４）
図５に本発明の実施形態４の低温時と高温時における間欠発振時の動作波形を示す。本実施形態の無負荷保護回路の具体例については省略するが、実施形態１および実施形態２と同様に、可変温度素子を用いるといった手段により、図５のように、間欠発振オン期間はほぼ等しくしながら、低温時には、高温時より、間欠発振オフ期間を短くすることにより、間欠発振の周期を変化させる。
【００２３】
本実施形態により、高温時に間欠発振オフ期間を長くすることで無負荷時に点灯回路の構成素子にかかるストレスを抑え、且つ、低温時に間欠発振オフ期間を短くすることで、無電極放電灯１がより始動しやすいような無負荷保護回路８を有した無電極放電灯点灯装置を提供できる。また、実施形態１または実施形態２との組み合わせにより、効果をより高めることができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の無電極放電灯点灯装置によれば、低温時と高温時で間欠発振条件を変化させることにより、点灯回路の構成素子にかかるストレスが厳しい条件、すなわち周囲温度が高温の場合においても無負荷時の点灯回路の構成素子にかかるストレスを抑え、かつ、無電極放電灯が始動しにくい条件、すなわち周囲温度が低温の場合においても無電極放電灯が始動しやすいような無負荷保護回路を有した無電極放電灯点灯装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の回路図である。
【図２】本発明の実施形態１の動作説明図である。
【図３】本発明の実施形態２の動作説明図である。
【図４】本発明の実施形態３の動作説明図である。
【図５】本発明の実施形態４の動作説明図である。
【図６】従来例の回路図である。
【符号の説明】
１ 発振回路
２ プリアンプ回路
３ メインアンプ回路
４ マッチング回路
５ 誘導コイル
６ 無電極放電灯
７ フィルター回路
８ 無負荷保護回路

Claims (9)

1. 直流電圧を高周波出力に変換する高周波電源回路と、
   前記高周波電源回路の高周波電圧が供給される誘導コイルと、
   前記誘導コイルに近接配置された無電極放電灯と、
   少なくとも前記誘導コイルと前記無電極放電灯からなる負荷の異常を検出し、前記負荷の異常時に前記高周波電源回路を間欠発振させる間欠発振手段を有する保護回路を有する無電極放電灯点灯装置において、
   低温時に無電極放電灯の始動しにくさの条件となる周囲温度の変化により間欠発振条件を変化させ、前記間欠発振条件は、低温時には、高温時より、間欠発振中に発振している期間である間欠発振オン期間を長くしたことを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
2. 間欠発振時の一周期の時間を略等しくしたことを特徴とする請求項１に記載の無電極放電灯点灯装置。
3. 直流電圧を高周波出力に変換する高周波電源回路と、
   前記高周波電源回路の高周波電圧が供給される誘導コイルと、
   前記誘導コイルに近接配置された無電極放電灯と、
   少なくとも前記誘導コイルと前記無電極放電灯からなる負荷の異常を検出し、前記負荷の異常時に前記高周波電源回路を間欠発振させる間欠発振手段を有する保護回路を有する無電極放電灯点灯装置において、
   低温時に無電極放電灯の始動しにくさの条件となる周囲温度の変化により間欠発振条件を変化させ、
   負荷の異常時に前記高周波電源回路を一定時間にわたり間欠発振させた後、間欠発振を停止してその状態を保持する機能を前記保護回路に付加し、前記間欠発振条件は、低温時には、高温時より、間欠発振を開始してから停止するまでの時間を長くしたことを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
4. 直流電圧を高周波出力に変換する高周波電源回路と、
   前記高周波電源回路の高周波電圧が供給される誘導コイルと、
   前記誘導コイルに近接配置された無電極放電灯と、
   少なくとも前記誘導コイルと前記無電極放電灯からなる負荷の異常を検出し、前記負荷の異常時に前記高周波電源回路を間欠発振させる間欠発振手段を有する保護回路を有する無電極放電灯点灯装置において、
   低温時に無電極放電灯の始動しにくさの条件となる周囲温度の変化により間欠発振条件を変化させ、
   負荷の異常時に前記高周波電源回路を一定時間にわたり間欠発振させた後、間欠発振を停止してその状態を保持する機能を前記保護回路に付加し、前記間欠発振条件は、高温時には、一定時間にわたり間欠発振させた後、間欠発振を停止し、低温時には、間欠発振を永続させることを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
5. 少なくとも１つ以上の感温素子を使用して間欠発振条件を可変としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
6. 前記感温素子は間欠発振の開始と停止を制御する比較器の基準電圧を設定する分圧抵抗としたことを特徴とする請求項５記載の無電極放電灯点灯装置。
7. 前記比較器は、間欠発振の停止期間中に充電され、間欠発振期間中に放電されるコンデンサの電圧と前記基準電圧とを比較することにより間欠発振条件を周囲温度に応じて可変とすることを特徴とする請求項６記載の無電極放電灯点灯装置。
8. 前記比較器は、間欠発振の停止期間中に放電され、間欠発振期間中に充電されるコンデンサの電圧と前記基準電圧とを比較することにより間欠発振条件を周囲温度に応じて可変とすることを特徴とする請求項６記載の無電極放電灯点灯装置。
9. 直流電圧を高周波出力に変換する高周波電源回路と、
   前記高周波電源回路の高周波電圧が供給される誘導コイルと、
   前記誘導コイルに近接配置された無電極放電灯と、
   少なくとも前記誘導コイルと前記無電極放電灯からなる負荷の異常を検出し、前記負荷の異常時に前記高周波電源回路を間欠発振させる間欠発振手段を有する保護回路とを有する無電極放電灯点灯装置において、
   負荷の異常時に前記高周波電源回路を一定時間にわたり間欠発振させた後、間欠発振を停止してその状態を保持する機能を前記保護回路に付加し、
   低温時に無電極放電灯の始動しにくさの条件となる周囲温度を検出する少なくとも１つ以上の感温素子を備え、
   前記間欠発振条件は、前記感温素子により制御され、低温時には、高温時より、間欠発振を開始してから停止するまでの時間を長くしたことを特徴とする無電極放電灯点灯装置。

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