JP4179090B2

JP4179090B2 - 放電ランプ点灯装置

Info

Publication number: JP4179090B2
Application number: JP2003281271A
Authority: JP
Inventors: 滋井戸; 尚樹大西
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2023-07-28
Also published as: JP2005050667A

Description

本発明は、放電ランプ点灯装置、特に調光機能を有する放電ランプ点灯装置に関するものである。

この種の放電ランプ点灯装置の従来例としては、特許第３２９３６５０号公報に示されるものがある。このものは、フィラメントを有する放電ランプを出力可変に点灯させるインバータ回路と；
このインバータ回路の出力電力に応じた電圧を検出する電力検出手段と；
放電ランプのランプ電圧を検出するランプ電圧検出手段と；
このランプ電圧検出手段で検出された電圧がランプ基準電圧より高いか否かを検出するランプ電圧比較手段と；
ランプ電圧検出手段で検出された電圧がランプ基準電圧より高いと判断された場合に、電力検出手段で検出された電圧を出力基準電圧に対して相対的に低下させて出力比較手段で基準電圧と比較させるオフセット手段と；
予め設定された放電ランプの点灯状態に応じてインバータ回路の出力電力が安定化するように、出力比較手段の出力に従いインバータ回路の出力電力を制御するとともに、ランプ電圧検出手段で検出されたランプ電圧が、ランプ基準電圧より高いとされた場合には、電力検出手段で検出された電圧をオフセット手段で相対的に低下させて出力比較手段の出力に従いインバータ回路の出力電力を制御する制御手段と；を具備している。

これにより、予め設定された放電ランプの点灯状態に応じて出力電力が安定化するように、出力比較手段の出力に従いインバータ回路の出力電力を制御するとともに、ランプ電圧検出手段で検出されたランプ電圧がランプ基準電圧より高いとされた場合には、電力検出手段で検出された電圧をオフセット手段で相対的に低下させて出力比較手段の出力に従いインバータ回路の出力電力を制御し、放電ランプの電圧がランプ基準電圧より上昇すると、この検出されたランプ電圧を相対的に低下させて基準電圧と比較し、オフセット手段によりインバータ回路の出力電力に対応する出力電圧を実際のランプ電圧より低く補正して制御手段によりランプ電圧がランプ基準電圧より高くない場合に比べてインバータ回路の出力電力を増加させて放電ランプの立ち消えを防止できる。
特許第３２９３６５０号公報

上記従来例では、ランプ電圧がランプ基準電圧よりも高いとされた場合にインバータ回路の出力を増加させるので、放電ランプの電流電圧特性が負特性領域では放電ランプの立ち消えを防止するだけでなく、放電ランプのチラツキをも防止できるものと考えられる。しかしながら、たとえば放電ランプの光出力を定格の１０％以下に絞った場合、放電ランプの電流電圧特性が正特性領域となり、ランプ電流の低下とともにランプ電圧も低下するので、上記従来例では対応することができない。

本発明は、かかる事由に鑑みてなしたものであり、その目的とするところは、放電ランプの光出力を絞り、電流電圧特性の正特性領域で使用する場合であっても、チラツキを低減することのできる放電ランプ点灯装置を提供することである。

請求項１に係る発明は、放電ランプに高周波の交流電力を供給するインバータ回路と、放電ランプにインピーダンス要素を介して直流電力を供給する直流電源と、インバータ回路の交流電力を制御して放電ランプを調光制御する調光制御部と、を備える放電ランプ点灯装置において、前記放電ランプの両端に生じる直流電圧の振動振幅を検出する振動電圧検出回路を設け、調光制御部は、振動電圧検出回路が直流電圧の振動振幅の増加を検出した場合に、放電ランプの入力電力を増加させるようにしたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、前記振動電圧検出回路は、周波数１〜１００Hzの直流電圧の振動振幅を検出するフィルタからなることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１記載の発明において、前記振動電圧検出回路で検出した直流電圧の振動の周波数を検出する周波数検出回路を設け、周波数検出回路で検出した直流電圧の振動が所定の周波数帯となる場合に、振動の周波数が所定の周波数帯以外となるまで放電ランプへの直流電力もしくは交流電力を増加させるようにしたことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、前記振動電圧検出回路は、放電ランプの両端に発生する直流電圧に対応する基準電圧により振動振幅を判別するものであることを特徴とする。

本発明によれば、放電ランプの両端に生じる直流電圧の振動を検出する振動電圧検出回路を設け、振動電圧検出回路が直流電圧の振動の増加を検出した場合に、放電ランプの入力電力を増加させるようにしたことにより、ランプ電流の低下とともにランプ電圧も低下する正特性領域においても放電ランプのチラツキを低減することができる。

（第１の実施形態）
第１の実施形態を、図１〜図４に基づいて説明する。図１は本実施形態の回路図である。図２は、放電ランプの両端の電圧（ＶＬＡ）、ローパスフィルタ７出力、ハイパスフィルタ８出力及びコンパレータＣＰ１出力を示す図である。図３は、コンパレータＣＰ１出力及びカウンターＣＮＴ１出力を示す図である。図４は、周波数と利得の関係を示す図である。

本実施形態の放電ランプ点灯装置は、放電ランプＬａに高周波の交流電力を供給するインバータ回路1と、放電ランプＬａにインピーダンス要素である抵抗Ｒ１を介して直流電力を供給する直流電源２と、インバータ回路１の交流電力を制御して放電ランプを調光制御する調光制御部３と、を備えている。

具体的には、図１に示すように、商用電源ＶＳにダイオードブリッジＤＢが接続され、ダイオードブリッジＤＢの出力端には、インダクタＬ１を介してスイッチ素子Ｑ３が接続されている。スイッチ素子Ｑ３には、ダイオードＤ１を介して直流電源２に相当するコンデンサＣ１が接続されている。コンデンサＣ１の出力端には、インバータ回路１に相当するスイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２の直列回路が接続されている。スイッチ素子Ｑ２の両端には、リーケージトランスＴ１の一次巻き線とコンデンサＣ１１の直列回路が接続されている。また、リーケージトランスＴ１の一次巻き線には、コンデンサＣ１０が並列に接続されている。スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２の直列回路には、抵抗Ｒ１を介して、コンデンサＣ１３とリーケージトランスＴ１の二次巻き線からなる直列回路が接続されている。コンデンサＣ１の出力端には、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の直列回路が接続され、抵抗Ｒ２の両端には、蛍光ランプである放電ランプＬａ及び抵抗Ｒ２０とコンデンサＣ２０からなる直列回路が接続されている。

スイッチ素子Ｑ３には、駆動部４を介して調光制御回路３が接続されている。スイッチ素子Ｑ１及びスイッチ素子Ｑ２には、駆動部５を介して調光制御回路３が接続されている。

ここで重要なことは、放電ランプＬａの両端に生じる直流電圧の振動を検出するため放電ランプＬａの両端に抵抗Ｒ２０とコンデンサＣ２０の直列回路からなるローパスフィルタ７及び抵抗Ｒ２０とコンデンサＣ２０の接続点に、コンデンサＣ２１及び抵抗Ｒ２１からなるハイパスフィルタ８を設け、ローパスフィルタ７及びハイパスフィルタ８から振動電圧検出回路６を構成したことである。ちなみに、図４に示すように、ローパスフィルタ７は、インバータの動作周波数fINVよりも低い、ｆCL（１００ｋＨｚ）以下の直流電圧の振動を通過させる（実線）。また、ハイパスフィルタ８は、ｆCH（１ｋＨｚ）以上の直流電圧の振動を通過させる（破線）。

コンデンサＣ２１と抵抗Ｒ２１の接続点は、コンパレータＣＰ１の入力端子（＋）に接続され、コンパレータＣＰ１の入力端子（ー）には、直流電源Ｖｒｅｆ１が接続されている。そして、コンパレータＣＰ１の出力端には、カウンターCNT１が接続され、カウンターCNT１の出力端は、調光制御部３と駆動部５の接続点に接続されている。そして、カウンターCNT１のリセット端子には、コンパレータＣＰ２の出力端子が接続され、コンパレータＣＰ２の入力端子（＋）には微分器９を介して調光器１０が、コンパレータＣＰ２の入力端子（ー）には、直流電源Ｖｒｅｆ２が接続されている。また、調光器１０は、調光制御部３にも接続されている。

以上の構成において、商用電源ＶＳから交流電圧が供給されると、ダイオードブリッジＤＢにより整流され、駆動部４から出力される駆動信号によりスイッチ素子Ｑ３がスイッチングされることによりインダクタＬ１にエネルギーが蓄えられ、このエネルギーにより、所望の直流電圧がコンデンサＣ１の両端に発生する。そして、駆動部５から出力される高周波の駆動信号によりスイッチ素子Ｑ１及びスイッチ素子Ｑ２が交互にスイッチングされ、高周波の交流電力が放電ランプＬａに供給される。また、コンデンサＣ１の出力端には、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の直列回路が接続され、抵抗Ｒ２の両端には、放電ランプＬａが接続されていることにより、直流電力が放電ランプＬａに供給される。ここで、スイッチ素子Ｑ１及びスイッチ素子Ｑ２を駆動する駆動信号の駆動周波数を高くすると、リーケージトランスＴ１の漏れインピーダンスによるインピーダンスが増加し、放電ランプＬａに流れるランプ電流は減少する。

ランプ電流が減少していくと、放電ランプＬａの放電が不安定になり、チラツキが発生する。放電ランプＬａの放電が不安定になるということは、即ち放電ランプＬａのインピーダンスが不安定になるということであり、これにより、放電ランプＬａの両端の電圧（VLA）は、図２（a）に示すように変動する。放電ランプＬａの両端の電圧（VLA）は、ローパスフィルタ７を介することにより、ローパスフィルタ７の出力電圧（ＶＤＫ）即ち、は、放電ランプＬａの両端の電圧（VLA）から高周波分を除いたものとなる。更に、ローパスフィルタの出力電圧（ＶＤＫ）を、ハイパスフィルタ８で処理することにより、ランプ電圧の振動成分を選択する。このようにハイパスフィルタ８を通すのは、放電ランプＬａのインピーダンスが変動すると抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２及び放電ランプＬａによる分圧比が変化し、これに伴いローパスフィルタの出力電圧（ＶＤＫ）が変化し、直流電圧の振動が検出しにくくなる為である。ここで、前述のように人がチラツキを感じる１〜１００Ｈｚの振動電圧をパスするように、ローパスフィルタ７及びハイパスフィルタ８の定数を設定している。そして、コンパレータＣＰ１は、ハイパスフィルタ８の出力電圧（ＶＤＫ２）を直流電源Ｖｒｅｆ１の出力電圧とを比較し、ハイパスフィルタ８の出力電圧（ＶＤＫ２）が直流電源Ｖｒｅｆ１の出力電圧以上となると信号をカウンターCNT１に出力する。図３に示すように、カウンターCNT１は、コンパレータＣＰ１からの信号を受けるとカウント数を１増加させる。なお、コンパレータＣＰ１は、ハイパスフィルタ８の出力電圧（ＶＤＫ２）の正の振幅を比較の対象としても良いし、負の振幅を比較の対象としてもよい。また、正負の両方の振幅を比較の対象としてもよい。

次に、カウンターCNT１は、カウント数に対応した電圧値を駆動部５と調光制御部３の接続点に出力する。これにより、駆動部５の駆動信号の周波数は低下し、これにより、放電ランプＬａのランプ電流が増加し、放電ランプＬａの放電は安定する。

また、放電ランプ点灯装置の使用者により、調光器１０が操作され、調光レベルが変更された場合には、微分器９が、調光レベルの変化を検知し、カウンターCNT１のリセット端子に信号が出力されて、カウンターCNT１のカウント数はリセットされる。

以上のように、本実施形態においては、放電ランプＬａに印加される直流電圧の振動を検出し、直流電圧の振動数に応じて放電ランプＬａの入力電力を増加させるため、放電ランプＬａを電流電圧特性の正特性領域で使用する場合であっても、放電ランプＬａのチラツキを抑制することができる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態を、図５に基づいて説明する。図５は、本実施形態の回路図である。

本実施形態は、放電ランプＬａのチラツキの判定を直流電圧のリップル率で行うもので、第１の実施形態で用いた直流電源Ｖｒｅｆ１を、抵抗Ｒ２３及び抵抗Ｒ２４からからなる分圧回路１１と、抵抗Ｒ２５及びコンデンサＣ２５からなるローパスフィルタ１２で置き換えたものである。なお、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一符号を付して説明を省略する。

すなわち、コンデンサＣ２０とコンデンサＣ２１の接続点には、抵抗Ｒ２３と抵抗Ｒ２４の直列回路が接続されている。また、抵抗Ｒ２３と抵抗Ｒ２４の接続点は、抵抗Ｒ２５を介してコンパレータＣＰ１の入力端子（−）に接続されている。また、コンパレータＣＰ１の入力端子（−）とグランド間には、コンデンサＣ２５が接続されておりコンデンサＣ２５と抵抗Ｒ２５でローパスフィルタ１２を形成している。

すなわち、抵抗Ｒ２３と抵抗Ｒ２４の直列回路に印加される直流電圧（ＶＤＫ）は、抵抗Ｒ２３と抵抗Ｒ２４により分圧され、ローパスフィルタ１２でもって放電ランプＬａの直流電圧に比例した基準電圧となる。また、ハイパスフィルタ８から出力される電圧は第１の実施形態と同じである。ここで、リップル率の調整は、抵抗Ｒ２３と抵抗Ｒ２４の比を所定の値とすることで行う。例えば、抵抗Ｒ２３と抵抗Ｒ２４の比が１：１である場合には、リップル率５０％の直流電圧の振動でチラツキを検出する。

このように、リップル率で放電ランプＬａのチラツキを判別することにより、調光器１０の出力が変動した場合や放電ランプＬａのバラツキにより、直流電圧値が変動してもチラツキを変動することができるのである。

なお、コンパレータＣＰ１の基準電圧値を調光信号に応じて変化させることでも、同様な効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態を、図６に基づいて説明する。図６は、本実施形態の回路図である。

本実施形態は、放電ランプＬａの両端に生じる直流電圧の振動が所定の周波数帯である場合にチラツキと判定するため、周波数検出回路に相当するＦ/Vコンバータ１４、コンパレータＣＰ３及びコンパレータＣＰ４を設けたものである。

具体的には、コンパレータＣＰ１の出力端子にＦ/Vコンバータ１４を接続し、Ｆ/Vコンバータ１４の出力端子を、コンパレータＣＰ３の入力端子（+）及びコンパレータＣＰ４の入力端子（ー）に接続している。そして、コンパレータＣＰ３及びコンパレータＣＰ４の出力端子は、ＡＮＤ回路１５の入力端子に接続され、ＡＮＤ回路１５の出力端子は、カウンターCNT１の入力端子に接続されている。

以上の構成において、コンパレータＣＰ１が検出した信号をＦ/Vコンバータ１４が受けると、信号の周波数に対応した電圧をコンパレータＣＰ３及びコンパレータＣＰ４に出力する。コンパレータＣＰ３は、Ｆ/Vコンバータ１４の出力電圧を受け、直流電源Ｖｒｅｆ３が出力する基準電圧値以上となった場合に信号を出力する。また、コンパレータＣＰ４は、Ｆ/Vコンバータ１４の出力電圧を受け、直流電源Ｖｒｅｆ４が出力する基準電圧値以下となった場合に信号を出力する。タイマー１６は、低周波の連続したHi／Lo信号を出力しており、放電ランプＬａの直流電圧の振動が継続し、コンパレータＣＰ３及びコンパレータＣＰ４からの信号が出力され続けた場合に、カウンターCNT１が、カウント数に対応する電圧を調光制御部３と駆動部５に出力する。そして、調光制御部３は、振動の周波数が所定の周波数帯以外となるまで放電ランプＬａへの直流電力もしくは交流電力を増加させる。

このように、放電ランプＬａに印加される直流電圧の振動を振幅と周波数で検出することにより、より精度よくチラツキを防止することができるのである。

（第４の実施形態）
第４の実施形態を、図７及び図８に基づいて説明する。図７は、本実施形態の部分回路図である。図８は、スイッチＳＷ１とコンパレータＣＰ１の信号波形を示す図である。

本実施形態は、ハイパスフィルタ８とコンパレータＣＰ１との間に、スイッチＳＷ１を設け、タイマー１７の入力端子をコンパレータＣＰ１の出力端子に接続し、タイマー１７の出力端子をスイッチＳＷ１の切り替え端子に接続したものである。

この構成により、コンパレータＣＰ１が、放電ランプＬａに印加される直流電圧の振動を検出し、信号を出力すると、図８に示すようにタイマー１７が、信号を受け、一定時間Tmの間スイッチＳＷ１をオフの状態にする。コンパレータＣＰ１は、スイッチＳＷ１がオフの状態となることにより、信号を出力しなくなる。そして、一定時間Tmを経過すると、スイッチＳＷ１がオンになり、放電ランプＬａに印加される直流電圧の振動がコンパレータＣＰ１に入力される。

以上のように、タイマー１７及びスイッチＳＷ１により、一定時間Tmの間コンパレータＣＰ１の出力信号を停止するため、調光制御部３により放電ランプＬａに急激に電力が供給されることを抑制し、放電ランプＬａの光出力の急激な変化を防止することができる。

なお、本実施形態においては、タイマー１７及びスイッチＳＷ１を設けたが、カウンターCNT１とコンパレータＣＰ１との間に、時定数の大きいローパスフィルタを設けても同様の効果を得ることができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態を、図９及び図１０に基づいて説明する。図９は、本実施形態の部分回路図である。図１０は、カウンターCNT２の出力信号とコンパレータＣＰ１の出力信号を示す図である。

本実施形態は、前述のカウンターCNT１に替えてリミット端子を有するカウンターCNT２を設け、リミット端子を駆動部５に接続したものである。

この構成において、放電ランプＬａに印加される直流電圧の振動を、コンパレータＣＰ１が検出し、カウンターCNT２に信号を出力する。そして図１０に示すようにカウンターCNT２は、コンパレータＣＰ１の信号をカウントし、カウントした値が、設定した上限値に達すると、カウンターCNT２のリミット端子から信号が出力される。駆動部５は、カウンターCNTから信号を受け、駆動信号を停止することにより、スイッチ素子Ｑ１及びスイッチ素子Ｑ２のスイッチングを停止させ、放電ランプＬａを消灯させる。

以上の動作により、チラツキの発生後、放電ランプＬａの劣化等により、放電ランプＬａへの入力電力を増加させてもチラツキが停止しない場合には、放電ランプＬａを消灯させることにより、チラツキを強制的に停止させることができる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態を、図１１及び図１２に基づいて説明する。図１１は、本実施形態の部分回路図である。図１２は、コンパレータＣＰ１の出力信号、カウンターCNT１の出力信号及びタイマー１８の出力信号を示す図である。

本実施形態は、カウンターCNT１がカウントしたカウント数を一定時間後にカウントダウンさせるため、タイマー１８のリセット端子をコンパレータＣＰ１の出力端子に接続し、タイマー１８の出力端子をカウンターCNT１のＤＣＬＫ端子に接続したものである。

この構成により、放電ランプＬａに印加される直流電圧の振動を、コンパレータＣＰ１が検出し、カウンターCNT１に信号を出力する。カウンターCNT１は、コンパレータＣＰ１の信号を受けコンパレータＣＰ１の信号をカウントする。また、同時にタイマー１８は、コンパレータＣＰ１からの信号を受けてリセットされ、この時点から計時を行う。タイマー１８が計時した時間が所定の時間を経過すると、タイマー１８からカウンターCNT１に信号が出力され、カウンターCNT１のカウント数を減少させる。その後、所定の時間の間にコンパレータＣＰ１からの信号が出力されなければ、タイマー１８はリセットされ、所定の時間経過後にタイマー１８からカウンターCNT１に信号が出力され、カウンターCNT１のカウント数を減少させる。ここで、所定の時間は、振動電圧検出回路６のフィルタ特性により１秒以上を設定している。

これにより、チラツキが発生しやすい放電ランプＬａの始動直後には、放電ランプＬａへの入力電力の値を大きくし、所定の時間を経過した後は、入力電力の値を小さくするので、常にチラツキの発生しない調光の下限を維持することができる。

第１の実施形態の回路図である。同実施形態における放電ランプの両端の電圧（ＶＬＡ）、ローパスフィルタ７出力、ハイパスフィルタ８出力及びコンパレータＣＰ１出力を示す図である。同実施形態におけるコンパレータＣＰ１出力及びカウンターＣＮＴ１出力を示す図である。同実施形態における周波数と利得の関係を示す図である。第２の実施形態の回路図である。第３の実施形態の回路図である。第４の実施形態の部分回路図である。同実施形態におけるスイッチＳＷ１とコンパレータＣＰ１の信号波形を示す図である。第５の実施形態の部分回路図である。同実施形態におけるカウンターCNT２の出力信号とコンパレータＣＰ１の出力信号を示す図である第６の実施形態の部分回路図である。同実施形態におけるコンパレータＣＰ１の出力信号、カウンターCNT１の出力信号及びタイマー１８の出力信号を示す図である。

符号の説明

１インバータ回路
２直流電源
３調光制御回路
４駆動部
５駆動部
６振動電圧検出回路
７ローパスフィルタ
８ハイパスフィルタ
９微分器
１０調光器
１１分圧回路
１２ローパスフィルタ
１３ローパスフィルタ

Claims

放電ランプに高周波の交流電力を供給するインバータ回路と、放電ランプにインピーダンス要素を介して直流電力を供給する直流電源と、インバータ回路の交流電力を制御して放電ランプを調光制御する調光制御部と、を備える放電ランプ点灯装置において、前記放電ランプの両端に生じる直流電圧の振動振幅を検出する振動電圧検出回路を設け、調光制御部は、振動電圧検出回路が直流電圧の振動振幅の増加を検出した場合に、放電ランプの入力電力を増加させるようにしたことを特徴とする放電ランプ点灯装置。
前記振動電圧検出回路は、周波数１〜１００Hzの直流電圧の振動振幅を検出するフィルタからな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。
前記振動電圧検出回路で検出した直流電圧の振動の周波数を検出する周波数検出回路を設け、周波数検出回路で検出した直流電圧の振動が所定の周波数帯となる場合に、振動の周波数が所定の周波数帯以外となるまで放電ランプへの直流電力もしくは交流電力を増加させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の放電ランプ点灯装置。
前記振動電圧検出回路は、放電ランプの両端に発生する直流電圧に対応する基準電圧により振動振幅を判別するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の放電ランプ点灯装置。