JP4321061B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はインバータ回路を用いて放電灯を高周波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】
【特許文献1】
特開2000−012266号公報
【特許文献2】
特開2002−299084号公報
【0003】
図13は従来の放電灯点灯装置(特開2000−12266)の回路図である。この従来例は、放電灯の点灯時の制御方法の一つとして定電力制御を用いるものである。以下、その回路構成について説明する。直流電源Eには、MOSFETよりなるスイッチング素子Q2,Q3の直列回路が抵抗R6を介して接続されている。直流電源Eとスイッチング素子Q2の接続点には、放電灯Laの予熱電極F1の電源側端子が接続されている。放電灯Laの予熱電極F1,F2の非電源側端子間には共振用(および予熱電流通電用)の始動コンデンサC6が並列接続されている。放電灯Laの予熱電極F2の電源側端子とスイッチング素子Q2,Q3の接続点の間には直流カット用のカップリングコンデンサC5を介して共振用(および限流用)のインダクタンス要素であるバラストチョークT1が接続されている。
【0004】
スイッチング素子Q2,Q3はMOSFETよりなり、集積回路よりなる制御回路IC2からの駆動信号により交互にオン・オフ駆動される。制御回路IC2において、1番ピンは制御電源電圧入力端子、2番、4番ピンは駆動信号電圧出力端子、3番ピンは基準電圧出力端子、5番ピンは異常検出用入力端子、6番ピンは発振周波数を決定する電流を出力する電流出力端子、7番ピンは発振周波数を決定するコンデンサの充放電のための電流入出力端子、図示しない8番ピンはグランド端子である。
【0005】
スイッチング素子Q3に直列接続された抵抗R6の両端には抵抗R11とダイオードD6を介してコンデンサC9が接続されており、コンデンサC9の端子電圧は制御回路IC2の5番ピンに入力されている。抵抗R6,R11とダイオードD6及びコンデンサC9は異常検出回路10を構成している。異常検出回路10は放電灯Laの異常を検出する回路である。
【0006】
制御回路IC2の動作電源は、直流電源Eから抵抗R1を介してコンデンサC3に充電された電圧をツェナーダイオードDZにより定電圧化した直流電圧が供給されている。この直流電圧は、誤差増幅器11の抵抗R9,R10により分圧されてオペアンプIC3の非反転入力端子に印加されている。オペアンプIC3の反転入力端子と出力端子の間にはコンデンサC2が接続されている。オペアンプIC3の反転入力端子には、スイッチング素子Q3と直列接続された抵抗R6に生じる高周波電圧を抵抗R5とコンデンサC8よりなる積分回路12で平均化した電圧が印加されている。オペアンプIC3の出力端子はダイオードD5のカソードに接続されており、ダイオードD5のアノードは抵抗R3を介して抵抗R2と制御回路IC2の6番ピンの接続点に接続されている。制御回路IC2の6番ピンに接続された抵抗R2と7番ピンに接続されたコンデンサC4の他端は接地されており、これらの時定数により制御回路IC2の発振周波数が決定される。
【0007】
次に、エミレス検出回路13の構成について説明する。誤差増幅器11と積分回路12を含むエミレス検出回路13は、放電灯のエミレス点灯を検出するとともに、発振周波数を制御するための電圧を出力する回路であり、放電灯Laに流れる高周波電流を検出抵抗R6により検出し、この検出抵抗R6で検出された高周波電圧を抵抗R5とコンデンサC8からなる積分回路12で平均化し、この積分回路12の出力電圧と誤差増幅器11の抵抗R9,R10の接続点に得られる基準電圧とが等しくなるように、オペアンプIC3の出力電圧を変化させて抵抗R3に流入する電流を制御するものである。
【0008】
以下、図13に示す回路の動作について説明する。まず、インバータ回路1の動作を説明する。直流電源Eが投入されると、直流電源E→起動抵抗R1→制御電源コンデンサC3→直流電源Eの閉ループで電流が流れ、制御電源コンデンサC3が充電される。制御電源コンデンサC3の電圧は制御回路IC2の1番ピンに印加され、制御電源コンデンサC3の電圧が上昇し、制御回路IC2の動作電圧に達すると、制御回路IC2が発振を開始する。この発振により制御回路IC2の2番ピンからスイッチング素子Q2のゲートに、4番ピンからスイッチング素子Q3のゲートに高周波で交互に電圧が印加され、スイッチング素子Q2とQ3が交互にオン/オフ動作をし、インバータ回路1が高周波で発振する。
【0009】
これにより、インバータ回路1は、スイッチング素子Q3がONのときは、直流電源E→予熱電極F1→始動コンデンサC6→予熱電極F2→カップリングコンデンサC5→バラストチョークT1→スイッチング素子Q3→検出抵抗R6→直流電源Eの閉ループで、スイッチング素子Q2がONのときは、カップリングコンデンサC5→予熱電極F2→始動コンデンサC6→予熱電極F1→スイッチング素子Q2→バラストチョークT1→カップリングコンデンサC5の閉ループで電流が交互に流れ、バラストチョークT1、カップリングコンデンサC5、予熱電極F2、始動コンデンサC6、予熱電極F1の直列回路に高周波電流が流れる。
【0010】
このとき、(カップリングコンデンサC5の容量)≫(始動コンデンサC6の容量)の関係があり、バラストチョークT1と始動コンデンサC6のLC直列共振によって始動コンデンサC6に共振高電圧が生じ、この共振高電圧が放電灯Laに印加され、放電灯Laが点灯する。
【0011】
図14は抵抗R6に発生する高周波電圧波形を示しており、(a)は放電灯Laの正常点灯時、(b)は放電灯Laの不点灯時の波形図である。正常放電灯を接続のとき、異常検出回路10の検出抵抗R6には図14(a)に示す高周波電圧が生じるが、整流ダイオードD6の整流作用で平滑コンデンサC9の電圧はほぼこの高周波電圧のピーク値V1となっており、ピーク値V1が印加されている制御回路IC2の異常検出用入力端子(5番ピン)の動作電圧V5との関係がV1<V5となるように設定されているため、制御回路IC2の発振は継続している。
【0012】
一方、このとき、検出抵抗R6に生じた高周波電圧がエミレス検出回路13の積分回路12によって平均化され、この直流電圧が誤差増幅器11のオぺアンプIC3の反転入力端子に入力されている。ところで、制御回路IC2の発振周波数はコンデンサC4の容量値と、制御回路IC2の電流出力端子(6番ピン)から主発振抵抗R2とR3に流出する電流値で決定され、この電流値が大きいほど発振周波数が高い。そして、電流出力端子(6番ピン)から抵抗R3に流れる電流は、オぺアンプIC3の出力電圧の変化に応じて変化することにより、制御回路IC2の発振周波数が制御される。
【0013】
従って、制御回路IC2の発振周波数の制御は、積分回路12の出力電圧が、オぺアンプIC3の非反転入力端子の基準電圧に等しくなるように、オぺアンプIC3の出力電圧が制御されることにより行われる。この結果、検出抵抗R6を流れる高周波電流の平均値、すなわち、放電灯Laの予熱電極F1、F2で消費される電力の和が一定に保たれる。このように、検出抵抗R6に流れる高周波の平均電流がエミレス検出回路13で設定された値に保持されるように、エミレス検出回路13が制御回路IC2の発振周波数を制御している。
【0014】
次に、放電灯の寿命末期あるいは不良で放電灯が不点灯の状態の動作について説明する。バラストチョークT1、カップリングコンデンサC5、予熱電極F1、始動コンデンサC6及び予熱電極F2の直列回路に高周波電流が流れた後、放電灯Laが寿命末期等で異常電力を消費する状態となった場合でも、エミレス検出回路13が作用し、検出抵抗R6に流れる高周波の平均電流が設定値に保持されるように制御回路IC2の発振周波数が制御される。
【0015】
しかし、放電灯Laが寿命末期あるいは不良の場合、(カップリングコンデンサC5の容量)≫(始動コンデンサC6の容量)の関係があり、バラストチョークT1と始動コンデンサC6のLC直列共振によって始動コンデンサC6に共振高電圧が生じ、この共振高電圧が放電灯Laに印加されるが、放電灯Laが点灯しない。
【0016】
このとき、異常検出回路10の検出抵抗R6には図14(b)に示す高周波電圧が生じるが、整流ダイオードD6の整流作用で平滑コンデンサC9の電圧はほぼこの高周波電圧のピーク値V3となっており、ピーク値V3が印加されている集積回路IC2の異常検出用入力端子(5番ピン)の動作電圧V5との関係がV3>V5となるように設定されているため、制御回路IC2の発振は停止する。そして、直流電源Eから起動抵抗R1を介して供給されている電流により、この発振停止状態が保持される。
【0017】
次に、放電灯Laが寿命末期で放電灯Laが電力を過剰に消費するエミレス点灯状態の場合は、放電灯Laは予熱電極F1、F2に塗布されている電子放射物質が消耗された状態のエミレス状態(電子放出不良状態)で点灯しているため、放電灯Laの電圧が上昇しているが、誤差増幅器11により、放電灯Laの正常点灯時と比較して、オぺアンプIC3の出力電圧が低下し、制御回路IC2の発振周波数が高い状態となり、正常点灯時と同様に、放電灯Laで消費される電力の和が一定に保たれる。
【0018】
このように従来例では、スイッチング素子Q3に直列接続された検出抵抗R6の電圧を検出してオぺアンプIC3によるフィードバック制御を行い、正常ランプ点灯時、寿命末期ランプ点灯時ともに電力が一定となるように制御していると同時に、ランプが異常で不点灯となった場合には検出抵抗R6の電圧が高くなることを利用して発振停止させているため、簡単な構成で安全性の高い放電灯点灯装置を供給できる。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の定電力制御を行う場合には寿命末期にランプ電圧が高い状態、つまりランプインピーダンスが増加している状態を考慮する以外に、正常点灯時に使用される放電灯の周囲温度特性を考慮しなければならない。すなわち、ランプのインピーダンスは温度依存性があり、一般の蛍光灯の水銀ランプでは最冷点温度、アマルガム入りランプでは封入されているアマルガムの温度によってランプのインピーダンスが変化する。図15に示すように一般的にはランプ単体点灯において常温以上では周囲温度が高くなるにつれてランプのインピーダンスは小さくなる。
【0020】
つまり、ランプを器具内に設置し使用される場合には器具形状、ランプ設置方向によりランプインピーダンスが変化するということになる。従って、従来例のように定電力制御を用いると、例えば放電灯の定格ランプ電力付近で定電力制御を行うものとすると、常温でランプを器具込み状態で施工すると器具の構造、例えば器具で放電灯を覆う構造になっている場合と放電灯が剥き出しになっている構造とではランプのインピーダンスが全く変わる。つまり、同一の放電灯であっても、放電灯を覆う構造の照明器具と放電灯が剥き出しの構造の照明器具とでは、放電灯を覆う構造の方が放電灯の周囲温度が高くなるために、ランプインピーダンスも異なり、剥き出し構造の照明器具に比べて放電灯を覆う構造の器具ではランプインピーダンスが小さくなるので、放電灯の定格ランプ電流以上の電流が放電灯に流れ、放電灯の短寿命をもたらすことになるという課題が生じる。
【0021】
これらは放電灯の種類が異なっても同様な課題が生じる。FCLといった丸管では一般的にぺンダントタイプの方がシーリングタイプよりもランプインピーダンスが高く、FBTといった片口金ランプでは口金水平方向点灯と口金垂直方向点灯とでランプインピーダンスが異なるという具合である。
さらに、ランプインピーダンスが小さいところで定電力制御を行う場合には、周囲温度によりランプインピーダンスが大きくなった場合にランプ電流が小さくなり過ぎて所定の光出力が出ないといった課題も生じる。
【0022】
従って、特許文献1の従来例のように定電力制御を行う場合、正常点灯時のランプインピーダンスを考慮しなければ放電灯の短寿命、もしくは光出力不足といった不具合が生じる。
また、特許文献2の従来例には、放電灯のランプ電圧により放電灯の異常を検出してインバータの発振周波数を制御することが提案されているが、正常点灯時のランプインピーダンスの変化に対応してインバータの発振周波数を適正に制御するというものではなかった。
【0023】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、ランプの周囲温度が変化しても、ランプ寿命を損なうこと無く、最適な光出力が得られる放電灯点灯装置を提供することを課題とする。
【0024】
【課題を解決するための手段】
請求項1の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、直流電源Eと、直流電源Eの出力を高周波でスイッチングするスイッチング素子を有するインバータ回路1と、インバータ回路1の高周波出力を印加されるインダクタT1とコンデンサC1からなる共振回路2と、共振回路2の共振電圧を印加される放電灯Laと、前記インバータ回路1の発振周波数を切り替える発振周波数制御手段5と、前記放電灯Laの定格ランプインピーダンス近傍以上のランプインピーダンスの範囲ではランプインピーダンスが上昇するにつれて発振周波数が高くなるように制御することにより負荷電力が略一定となる定電力制御を行うように前記発振周波数制御手段5を動作させ、前記放電灯Laの定格ランプインピーダンス近傍未満のランプインピーダンスの範囲では発振周波数が略一定となるように前記発振周波数制御手段5を動作させる切替手段4を有することを特徴とするものである。
【0025】
請求項2の放電灯点灯装置によれば、同じ課題を解決するために、図8に示すように、直流電源Eと、直流電源Eの出力を高周波でスイッチングするスイッチング素子を有するインバータ回路1と、インバータ回路1の高周波出力を印加されるインダクタT1とコンデンサC1からなる共振回路2と、共振回路2の共振電圧を印加される放電灯Laと、前記インバータ回路1の発振周波数を切り替える発振周波数制御手段5と、前記放電灯Laの定格ランプ電圧近傍以上のランプ電圧の範囲ではランプ電圧が上昇するにつれて発振周波数が高くなるように制御することにより負荷電力が略一定となる定電力制御を行うように前記発振周波数制御手段5を動作させ、前記放電灯Laの定格ランプ電圧近傍未満のランプ電圧の範囲では発振周波数が略一定となるように前記発振周波数制御手段5を動作させる切替手段4を有することを特徴とするものである。
【0026】
請求項3の発明によれば、請求項1記載の放電灯点灯装置において、前記発振周波数制御手段5はランプ寿命と判別できるランプインピーダンスを超えると、負荷電力が略一定となる定電力制御から発振周波数が略一定となる固定周波数制御に切り替えることを特徴とする。
請求項4の発明によれば、請求項2記載の放電灯点灯装置において、前記発振周波数制御手段5はランプ寿命と判別できるランプ電圧を超えると、負荷電力が略一定となる定電力制御から発振周波数が略一定となる固定周波数制御に切り替えることを特徴とする。
【0027】
請求項5の発明によれば、請求項1〜4のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記放電灯の電力を検出するランプ電力検出手段を備え、このランプ電力検出手段の検出出力に基づいて発振周波数を制御することで前記定電力制御を行うことを特徴とする。
請求項6の発明によれば、請求項5記載の放電灯点灯装置において、前記ランプ電力検出手段は前記共振回路2の共振電流を検出することを特徴とする。
【0028】
請求項7の発明によれば、請求項1〜6のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、図12に示すように、前記放電灯の電圧を検出するランプ電圧検出手段を備え、このランプ電圧検出手段の検出出力が所定値を超えるとインバータ回路1のスイッチング素子の動作を停止させることを特徴とする。
【0029】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
本発明の第1の実施の形態を図1に示す。この実施の形態では、直流電源Eと、直流電源電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路1と、バラストチョークT1とコンデンサC1からなる共振回路2と、コンデンサC1と並列接続される放電灯Laと、放電灯Laのランプインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段3と、その検出したインピーダンスにより放電灯Laへの出力電力を一定にするか、発振周波数を固定にするかを切り替える切替手段4と、それらの制御信号をインバータ回路1へ出力する発振周波数制御手段5から構成される。
【0030】
回路の動作としては直流電源Eの直流電圧をインバータ回路1で高周波の交流電圧に変換してバラストチョークT1とコンデンサC1からなる共振回路2に印加し、その共振作用により放電灯Laを高周波点灯させる。図2を用いて説明すると、点灯時には放電灯LaのランプインピーダンスRlaを検出し、そのインピーダンス値が放電灯の略定格ランプインピーダンスRla1=(定格ランプ電力/(定格ランプ電流)2 )まではインバータ回路1の発振周波数fを固定とし、それ以上では出力電力が略一定となるように発振周波数fを変化させる。つまり、図2のようにランプインピーダンスRlaがRla1となるまでは発振周波数fは一定値f1であり、それ以上のランプインピーダンスでは発振周波数fは徐々に高周波となる。この発振周波数fが徐々に高周波となる傾きはランプインピーダンスと出力電力の関係で決まる。出力電力はランプインピーダンスがRla1までは徐々に増加し、インピーダンスRla1以上では略一定となる。この出力電力の値は略定格ランプ電力とする。
【0031】
このように制御することで、放電灯Laの周囲温度が変化し、ランプインピーダンスが変化して小さくなった場合にも放電灯Laに対し過大なランプ電流を供給することはなく、またランプインピーダンスが大きくなった場合にも出力電力は略定格ランプ電力で一定となるため、放電灯Laが寿命末期でエミレス状態となっても、点灯装置を構成している電子部品のストレスは緩和できる。また、例えば放電灯LaのランプインピーダンスがRla1よりも小さい場合の固定発振周波数f1を略定格ランプ電流を放電灯Laに流せる周波数に設定しておくと、ランプインピーダンスが小さくなった場合においても放電灯Laの光出力をその周囲温度での最適値にすることができる。
【0032】
(実施の形態2)
本発明の第2の実施の形態を図3に示す。この実施の形態では、直流電源Eと、直流電源電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路1と、バラストチョークT1とコンデンサC1からなる共振回路2と、コンデンサC1と並列接続される放電灯Laと、その予熱回路6と、放電灯Laのランプインピーダンスを検出するランプインピーダンス検出回路部31と、その検出したインピーダンスにより放電灯Laへの出力電力を一定にするか、発振周波数を固定にするかを切り替える切替手段41と、この切替手段41を含みインバータ回路1のスイッチング素子の発振を制御する発振周波数制御回路51からなる。
【0033】
本実施の形態のインバータ回路1は、直流電源Eの両端に接続されたMOSFETよりなるスイッチング素子Q4,Q5の直列回路を備え、スイッチング素子Q5の両端に直流カット用のカップリングコンデンサC10を介して共振回路2及び放電灯Laを接続して成るハーフブリッジ式インバータ回路である。
【0034】
発振周波数制御回路51は、集積回路IC101と抵抗R101〜R108とコンデンサC101〜C103とトランジスタQ101〜Q103とダイオードD101とオぺアンプIC102と基準電圧Vrefとから構成される。
【0035】
図4は発振周波数制御回路51の電源投入後の発振周波数の変化を示す。発振周波数は、集積回路IC101のTc端子とアース間に接続されたコンデンサC102と、集積回路IC101のTOSC端子とアース間に接続された抵抗R102〜R104と、TPRE端子とアース間に接続された抵抗R106と、TSTR端子とアース間に接続された抵抗R107とで決まる。
【0036】
まず、放電灯Laの予熱時にはTPRE端子のトランジスタQ101とTSTR端子のトランジスタQ102がオンし、TOSC端子、TPRE端子、TSTR端子から各端子に接続された抵抗に電圧を印加する。コンデンサC102を充電する電流ICOSCは、抵抗R102、R106、R107に流れる電流IROSC、IRPRE、IRSTRの和の比電流であり、TOSC端子、TPRE端子、TSTR端子の全てに電流が流れるときに最も大きくなる。
【0037】
そのとき、コンデンサC102の両端電圧VCOSCは図5に示すように基準値Vthcで放電するので三角波となり、その三角波の周期Tが発振周波数となる。放電灯Laの予熱時には最も大きい電流がコンデンサC102に充電電流ICOSCとして流れるので、発振周波数は最も高くなる。
【0038】
次に、放電灯Laを始動させるときにはトランジスタQ101がオフ、トランジスタQ102がオンとなり、コンデンサC102を充電する電流ICOSCは、TOSC端子とTSTR端子から流れる電流IROSC、IRSTRの和の比電流となり、予熱時よりも充電電流ICOSCは小さくなり、発振周波数は予熱時よりも低くなる。
【0039】
次に、点灯時にはトランジスタQ101及びQ102が共にオフとなり、TOSC端子に接続された抵抗R102にのみ電圧を印加するので、Tc端子に接続されたコンデンサC102に流れる充電電流ICOSCは最も小さくなり、点灯時の発振周波数が最も低くなる。
【0040】
次に、図4を参照して動作を簡単に説明する。TOSC端子、TPRE端子、TSTR端子が動作するタイミング、つまりトランジスタQ101、Q102がオン、オフするタイミングは、集積回路IC101の外部電源VccとTIMER端子に接続された抵抗R108とコンデンサC103の時定数で決まるタイマー回路にて決定される。つまり、図4に示すように、各々のトランジスタQ101、Q102は電源投入から時間th、ts(th<ts)だけオンする。その結果、集積回路IC101のOUT端子から出力される前記インバータ回路の発振周波数は、時間thだけ周波数fhとなり、次の時間ts−thだけ周波数fs(<fh)となり、時間ts経過後は周波数foとなる。
【0041】
図6はインバータ回路1の発振周波数と放電灯Laへ印加される共振電圧との関係を示す特性図である。周波数fhの場合の共振電圧Vhは、周波数fsの場合の共振電圧Vsよりも小さいので、共振電圧Vsと共振電圧Vhとの間に、放電灯Laの始動電圧を設定しておくと、電源投入から時間th経過するまで放電灯Laは始動せずに十分に予熱され、その後、電源投入から時間ts経過するまでに放電灯Laを始動させることができる。電源投入から時間ts経過後は、トランジスタQ101、Q102、Q103ともオフし、前記インバータ回路1の発振周波数はfoとなり、放電灯Laは点灯する。
【0042】
次に、ランプインピーダンス検出回路部31について説明する。インバータ回路1内のスイッチング素子Q5のグランド側に接続された抵抗R6には、インバータ回路内のダイオードD1を介して正方向の電流は流れるが、ダイオードD2により負方向の電流はバイパスされるため、図7に示されるような高周波電圧が生じている。この電圧が抵抗R105を介して発振周波数制御回路51内のオぺアンプIC102の反転入力端子に入力され、オぺアンプIC102の非反転入力端子の基準電圧Vrefに等しくなるようにオぺアンプIC102の出力電圧が制御されることになる。つまり、オぺアンプIC102の出力は、出力電力が略一定となるような制御信号である電力一定信号を出力する。ただし、オぺアンプIC102の反転入力端子にはトランジスタQ103が接続されており、トランジスタQ102と同様なシーケンスで制御される。つまり、時間tsまではトランジスタQ103がオンしており、オぺアンプIC2の反転入力端子がLowに落ちるため、オぺアンプIC102の出力電圧は集積回路IC101のTOSC端子内の内部電圧以上となっている。このため、時間tsまでは発振周波数は先述した周波数fh、fsで固定される。
【0043】
電源投入から時間ts経過後はトランジスタQ103がオフするため、オぺアンプIC102は先述したように電力一定信号を出力する。この時間ts経過後において、放電灯Laの略定格ランプインピーダンスRla1(定格ランプ電力/(定格ランプ電流)2 )相当までが接続されたときには集積回路IC101のTOSC端子内の内部電圧VOSCと切替手段41のダイオードD101の順電圧Vfの差以上になるように抵抗R6、基準電圧Vref、フィードバック抵抗R101、コンデンサC101を設定する。従って、放電灯Laの周囲温度が変化し、放電灯LaのランプインピーダンスRlaが略定格ランプインピーダンスRla1よりも小さい場合には図2に示すように固定の発振周波数f1で動作する。また、この固定の発振周波数f1では例えば放電灯Laには略定格ランプ電流のランプ電流を流すように発振周波数f1を設定することにより放電灯Laの周囲温度の変動でランプインピーダンスが小さい場合には定電力性を無くして無駄な電力を消費させず、放電灯の短寿命を防止する。
【0044】
そして、略定格ランプインピーダンスRla1以上ではオぺアンプIC102の出力電圧は集積回路IC101の内部電圧VOSCと切替手段41のダイオードD101の順電圧Vfの差以下となり、抵抗R6を流れる高周波電流の平均値、すなわち放電灯Laで消費される電力がほぼ一定(ここでは定格ランプ電力の0.9倍から1.2倍程度)に保つように各部品の定数を設定する。従って、放電灯Laの周囲温度が変化してランプインピーダンスが小さい場合にも過大なランプ電流を流すことなく、余計な電力を消費しなくて済むことになる。また、定格ランプインピーダンス以上では略定格ランプ電力にて定電力性を保つため、最適な光出力を得ることができる。
【0045】
(実施の形態3)
第3の実施の形態を図8に示す。この実施の形態では図1に示した実施の形態1の回路でインピーダンス検出手段3をランプ電圧検出手段7に置き換えたものであり、放電灯Laのランプ電圧を抵抗R301、R302で分圧し、ランプ電圧のピークtoピーク値をコンデンサC301、ダイオードD301、ダイオードD302にて検出し、抵抗R303,R304とコンデンサC302により平滑するものである。この検出された電圧値を発振周波数制御手段5へ出力し、切替手段4によりインバータ回路1の出力電力を一定にするか、発振周波数を一定にするかを制御する。この実施の形態では放電灯Laの検出されたランプ電圧Vlaが略定格ランプ電圧Vla1未満では発振周波数fを固定し、略定格ランプ電圧Vla1以上では出力電力を一定とする。その他の制御は実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
【0046】
(実施の形態4)
本発明の第4の実施の形態を図9に示す。この実施の形態では、図3に示した実施の形態2の回路で直流電源Eを昇圧型のチョッパー回路部8に置き換えて、このチョッパー回路部8のスイッチング素子Q6に流れる電流を検出することで、ランプインピーダンス検出回路部32を構成したものである。図9において、ACは交流電源電圧、9は雑音対策用のフィルタ回路、DBは交流電圧を全波電圧にするダイオードブリッジ回路である。交流電源ACからの入力電圧はフィルタ回路9を介しダイオードブリッジ回路DBにて全波整流される。その全波整流出力はチョッパ回路部8により直流平滑電圧に変換される。チョッパ回路部8としては、一般的な昇圧型のチョッパ回路の構成を用いており、ダイオードブリッジ回路DBの整流出力端にインダクタT2とスイッチング素子Q6と電流検出用の抵抗R51の直列回路を接続し、スイッチング素子Q6と抵抗R51の直列回路にダイオードD6を介して平滑用のコンデンサC11を接続している。スイッチング素子Q6は汎用の力率改善用IC(例えばモトローラ社製のMC33262)などで発振を制御され、入力力率が略1になるように、また、平滑用コンデンサC11の両端電圧が略一定になるように、スイッチングを制御される。従って、インダクタT2に流れる電流波形は図10(a)のようになり、スイッチング素子Q6のグランド側に接続されている抵抗R51には図10(b)に示すような電流が流れるために、抵抗R51にも同様な電圧波形が生じる。この抵抗R51に発生した電圧は抵抗R110とコンデンサC110とで平滑され、抵抗R105を介し、オぺアンプIC102の反転入力端子に入力される。この抵抗R51に発生する電圧のピーク値は出力電力が大きいほど高くなり、つまり放電灯LaのランプインピーダンスRlaが大きいほど電圧ピーク値が高くなるので、ランプインピーダンス検出回路部32として機能する。
【0047】
図11はランプインピーダンスRlaと発振周波数fの関係を示している。実施の形態2と同様にランプインピーダンスRlaが定格ランプインピーダンスRla1までは、オぺアンプIC102の出力電圧は集積回路IC101のTOSC端子内の内部電圧VOSCと切替手段41のダイオードD101の順電圧Vfの差以上になるように抵抗R51、抵抗R110、コンデンサC110、抵抗R105、基準電圧Vref、フィードバック抵抗R101、コンデンサC101の値を設定する。
【0048】
放電灯Laの周囲温度が変化し、放電灯LaのランプインピーダンスRlaが定格ランプインピーダンスRla1よりも小さい場合には固定の発振周波数f1で動作する。この固定の発振周波数f1では例えば放電灯Laには略定格ランプ電流のランプ電流を流すように発振周波数f1を設定することにより放電灯Laの周囲温度の変動でランプインピーダンスが小さい場合には定電力性を無くして無駄な電力を消費させず、放電灯の短寿命を防止する。
【0049】
また、略定格ランプインピーダンスRla1以上ではオぺアンプIC102の出力電圧は集積回路IC101の内部電圧VOSCと切替手段41のダイオードD101の順電圧Vfの差以下となり、抵抗R51を流れる高周波電流の平均値、すなわち放電灯Laで消費される電力(ここでは定格ランプ電力の0.9から1.2倍程度の設定)がほぼ一定に保つように各部品の定数を設定する。
【0050】
次にランプインピーダンスRlaがランプインピーダンスRla1のおおよそ1.5倍のRla2(1.5×定格ランプ電力/(定格ランプ電流)2 )となったときには、オぺアンプIC102の出力電圧を切替手段42の定電圧ダイオードZD101にてクランプ(制御電源電圧Vcc−定電圧ダイオードZD101の電圧)することによりランプインピーダンスRlaがRla2以上となった場合には発振周波数fは固定の発振周波数f2へと固定される。
【0051】
これは放電灯LaのランプインピーダンスRlaがRla2に近づいたときに立ち消えした場合、ランプインピーダンスRlaは無限大となり、放電灯Laのフィラメント部分での消費だけで略一定の出力電力にするために発振周波数fが低い点f3に移動し、コンデンサC1の両端電圧が異常に大きくなる発振持続を阻止するためである。
【0052】
本実施の形態によれば、放電灯の周囲温度が変化してランプインピーダンスが小さい場合にも過大なランプ電流を流すことなく、余計な電力を消費しなくて済むことになる。また、定格ランプインピーダンス以上では略定格ランプ電力にて定電力性を保つため、最適な光出力を得ることができ、さらに、ランプインピーダンスが寿命末期付近のインピーダンスでは立ち消え時の不具合を回避できる。
【0053】
(実施の形態5)
本発明の第5の実施の形態を図12に示す。この実施の形態では、図3に示した第2の実施の形態にランプ電圧を検出するランプ電圧検出回路部71を追加したものであり、ランプ電圧検出回路部71以外は実施の形態2と同様であるので、重複する説明は省略する。このランプ電圧検出回路部71はバラストチョークT1の二次巻線と抵抗R201、R202、ダイオードD201、D202、コンデンサC201と比較器comp1と基準電圧Vref2から構成される。
【0054】
このランプ電圧検出回路部71の動作は、バラストチョークT1の二次巻線から抵抗R201とダイオードD202を介し、半波電圧にてランプ電圧の比例値相当を検出し、コンデンサC201にて平滑し、コンパレータcomp1のプラス入力端子へ入力する。コンパレータcomp1のマイナス入力端子には所定の基準電圧Vref2が設定されており、正常点灯時にはコンパレータcomp1のプラス入力端子の電圧値は基準電圧Vref2よりも低いため、コンパレータcomp1の出力はLowとなっている。
【0055】
放電灯Laが寿命末期状態(エミレス状態など)の場合にはランプインピーダンスが正常よりも極めて大きくなるため、ランプ電圧が正常点灯時に比べ増加する。従って、コンパレータcomp1のプラス入力端子の電圧が上昇し、基準電圧Vref2を超えるとコンパレータcomp1の出力はHighとなり、その信号を集積回路IC101のSTOP端子が受け、STOP端子の入力信号がLowからHighに変わったところで、スイッチング素子Q4,Q5へのドライブ信号を停止する。
【0056】
ランプインピーダンスRlaがRla1よりも小さい場合には切替手段41のダイオードD101により固定の発振周波数f1となり、定電力性を無くして過大なランプ電流を流すことはないので、放電灯Laの短寿命を防止できる。そして、略定格ランプインピーダンスRla1以上ではオぺアンプIC102の出力電圧は集積回路IC101の内部電圧VOSCと切替手段41のダイオードD101の順電圧Vfの差以下となり、抵抗R6を流れる高周波電流の平均値、すなわち放電灯Laで消費される電力(ここでは定格ランプ電力の0.9から1.2倍程度の設定)を一定に保つように動作する。従って、ランプインピーダンスRlaがRla1を超えると、発振周波数fは固定の周波数f1から徐々に増加する。
【0057】
放電灯Laがエミレス状態になった場合、ランプインピーダンスRlaが略定格ランプインピーダンスRla1のおおよそ1.5倍のRla2(1.5×定格ランプ電力/(定格ランプ電流)2 )となったときにはランプ電圧検出回路部71が動作し、スイッチング素子Q4,Q5の発振を停止させる。
【0058】
本実施の形態によれば、放電灯の寿命末期までは出力電力を略一定化させるので、放電灯自身の発熱を抑えることができ、また、従来例ではエミレス状態で発振停止させていなかったが、この実施の形態ではさらにランプ電圧検出回路部71によりインバータ回路1の発振を停止させるため、より安全である。
【0059】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、放電灯の定格ランプインピーダンス近傍以上のランプインピーダンスの範囲ではランプインピーダンスが上昇するにつれて発振周波数が高くなるように制御することにより負荷電力が略一定となる定電力制御を行うように、また、放電灯の定格ランプインピーダンス近傍未満のランプインピーダンスの範囲では発振周波数が略一定となるようにインバータ回路の発振周波数制御手段を動作させるようにしたので、放電灯の周囲温度が変化しランプインピーダンスが小さい場合でも余計な電力を消費することは無く、ランプの短寿命を防ぐことが可能である。また、定格ランプインピーダンス近傍以上では略定格ランプ電力にて定電力性を保つため、最適な光出力を得ることができる。
【0060】
請求項2の発明によれば、放電灯の定格ランプ電圧近傍以上のランプ電圧の範囲ではランプ電圧が上昇するにつれて発振周波数が高くなるように制御することにより負荷電力が略一定となる定電力制御を行うように、また、放電灯の定格ランプ電圧近傍未満のランプ電圧の範囲では発振周波数が略一定となるようにインバータ回路の発振周波数制御手段を動作させるようにしたので、放電灯の周囲温度が変化しランプ電圧が小さい場合でも余計な電力を消費することは無く、ランプの短寿命を防ぐことが可能である。また、定格ランプ電圧近傍以上では略定格ランプ電力にて定電力性を保つため、最適な光出力を得ることができる。
【0061】
また、請求項3又は4の発明によれば、寿命末期付近のランプインピーダンスまたはランプ電圧では発振周波数が略一定となるようにインバータ回路の発振周波数制御手段を動作させるようにしたので、ランプ立ち消え時の不具合を回避できる。
また、請求項7の発明によれば、寿命末期時にインバータ回路の発振を停止するように制御するため、より安全性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の回路図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の動作説明図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態の回路図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態の電源投入後の発振周波数の変化を示す動作説明図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態の発振周波数制御回路の動作説明のための波形図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態の発振周波数と共振電圧の関係を示す周波数特性図である。
【図7】本発明の第2の実施の形態の動作説明のための波形図である。
【図8】本発明の第3の実施の形態の回路図である。
【図9】本発明の第4の実施の形態の回路図である。
【図10】本発明の第4の実施の形態の動作説明のための波形図である。
【図11】本発明の第4の実施の形態の動作説明図である。
【図12】本発明の第5の実施の形態の回路図である。
【図13】従来例の回路図である。
【図14】従来例の動作説明のための波形図である。
【図15】従来例における放電灯の温度特性を示す特性図である。
【符号の説明】
E 直流電源
La 放電灯
1 インバータ回路
2 共振回路
3 インピーダンス検出手段
4 切替手段
5 発振周波数制御手段
Claims (7)
- 直流電源と、直流電源の出力を高周波でスイッチングするスイッチング素子を有するインバータ回路と、インバータ回路の高周波出力を印加されるインダクタとコンデンサからなる共振回路と、共振回路の共振電圧を印加される放電灯と、前記インバータ回路の発振周波数を切り替える発振周波数制御手段と、前記放電灯の定格ランプインピーダンス近傍以上のランプインピーダンスの範囲ではランプインピーダンスが上昇するにつれて発振周波数が高くなるように制御することにより負荷電力が略一定となる定電力制御を行うように前記発振周波数制御手段を動作させ、前記放電灯の定格ランプインピーダンス近傍未満のランプインピーダンスの範囲では発振周波数が略一定となるように前記発振周波数制御手段を動作させる切替手段を有することを特徴とする放電灯点灯装置。
- 直流電源と、直流電源の出力を高周波でスイッチングするスイッチング素子を有するインバータ回路と、インバータ回路の高周波出力を印加されるインダクタとコンデンサからなる共振回路と、共振回路の共振電圧を印加される放電灯と、前記インバータ回路の発振周波数を切り替える発振周波数制御手段と、前記放電灯の定格ランプ電圧近傍以上のランプ電圧の範囲ではランプ電圧が上昇するにつれて発振周波数が高くなるように制御することにより負荷電力が略一定となる定電力制御を行うように前記発振周波数制御手段を動作させ、前記放電灯の定格ランプ電圧近傍未満のランプ電圧の範囲では発振周波数が略一定となるように前記発振周波数制御手段を動作させる切替手段を有することを特徴とする放電灯点灯装置。
- 前記発振周波数制御手段はランプ寿命と判別できるランプインピーダンスを超えると、負荷電力が略一定となる定電力制御から発振周波数が略一定となる固定周波数制御に切り替えることを特徴とする請求項1記載の放電灯点灯装置。
- 前記発振周波数制御手段はランプ寿命と判別できるランプ電圧を超えると、負荷電力が略一定となる定電力制御から発振周波数が略一定となる固定周波数制御に切り替えることを特徴とする請求項2記載の放電灯点灯装置。
- 前記放電灯の電力を検出するランプ電力検出手段を備え、このランプ電力検出手段の検出出力に基づいて発振周波数を制御することで前記定電力制御を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
- 前記ランプ電力検出手段は前記共振回路の共振電流を検出することを特徴とする請求項5記載の放電灯点灯装置。
- 前記放電灯の電圧を検出するランプ電圧検出手段を備え、このランプ電圧検出手段の検出出力が所定値を超えるとインバータ回路のスイッチング素子の動作を停止させることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
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