JP4403752B2 - 放電灯点灯装置および照明器具 - Google Patents

Description

本発明は放電灯を点灯させる放電灯点灯装置およびこれを用いた照明器具に関するものである。

従来の放電灯点灯装置（特願２００２−３１２４８４）を図１４に示す。図中、１は交流電源、２は直流電源回路、３は点灯回路、４は制御・駆動回路、５は共振回路、６は力率改善制御回路である。交流電源１には、ノイズフィルター回路と電路保護素子を介して直流電源回路２におけるダイオードブリッジＤＢの交流入力端が接続されている。ダイオードブリッジＤＢの直流出力の高圧側にはインダクタＬ３の一端が接続されている。ダイオードブリッジＤＢの直流出力の低圧側とインダクタＬ３の他端との間にはスイッチング素子Ｑ５が接続されている。インダクタＬ３とスイッチング素子Ｑ５の接続点にはダイオードＤ５のアノード側が接続されており、ダイオードＤ５のカソード側とグラウンド間にはコンデンサＣ５が接続されている。力率改善制御回路６は、ダイオードブリッジＤＢから出力される全波整流波形に合わせて直流電源回路２のスイッチング素子Ｑ５をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、インダクタＬ３に流れる三角電流波形のピークが全波整流波形を辿るようにＰＷＭ信号を送る制御回路である。（ここでは、点灯回路３の電源として、交流電源１とチョッパ回路方式の直流電源回路２を用いる場合について説明したが、これは点灯回路３に直流電源を供給できるものであれば何でもよく、電池でも市販の直流電源でも良い。）

点灯回路３は直流電源回路２から供給される直流電源を交流に変換して負荷ＤＬに供給するために、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４によりフルブリッジ回路を形成している。スイッチング素子Ｑ１とＱ３の各一端が直流電源の高電位側に接続されており、スイッチング素子Ｑ１の他端とスイッチング素子Ｑ２の一端が直列に接続され、スイッチング素子Ｑ３の他端とスイッチング素子Ｑ４の一端が直列に接続されており、スイッチング素子Ｑ２とＱ４の各他端がグラウンドに接続されている。負荷電流を制限するために、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点と負荷ＤＬとの間にインダクタＬ１が直列に接続されており、負荷電流のリップル成分を除去するため負荷ＤＬと並列にコンデンサＣ１が接続されている。点灯回路３の負荷ＤＬは高圧放電灯（以下、単にランプＤＬと呼ぶ）である。

制御・駆動回路４は点灯回路３を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を所望の動作に制御するものであり、制御回路４０と駆動回路４１，４２を備えている。制御回路４０は例えばマイクロコンピュータ（以下、単にマイコンと呼ぶ）で構成されている。駆動回路４１，４２はマイコンの出力信号によりスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動するドライバＩＣよりなる。

共振回路５は、ランプＤＬを始動するための共振電圧を発生するために、前記スイッチング素子Ｑ１とＱ２の接続点と負荷ＤＬの間に直列に接続されたインダクタＬ２と、インダクタＬ２の巻線の一部に一端を接続されたコンデンサＣ２と、コンデンサＣ２の他端に直列に接続された抵抗Ｒ３とからなる。なお、ダイオードＤ１，Ｄ２は共振回路５に流れる共振電流が電流検出抵抗Ｒ１には流れないようにバイパスさせている。

以下、この高圧放電灯点灯装置の動作について、始動モードと点灯モードに分けて説明する。
《始動モード》
まず、高圧放電灯を始動するには、ランプＤＬの電極間に高電圧を印加して、電極間の絶縁を破壊する必要がある。この放電灯点灯装置においては、インダクタＬ２とコンデンサＣ２の共振周波数ｆ２（≒３６０ＫＨｚ）の１／３の周波数１２０ＫＨｚでスイッチング素子Ｑ１とＱ４のペアとスイッチング素子Ｑ２とＱ３のペアを交互に夫々略５０％のデューティーでオン・オフする。この動作（動作ａとする）をマイコンで設定された回数（５０回）繰り返す。そして、動作ａを５０回実施した後、ランプの発熱を下げるため、８００μｓｅｃの間、電圧印加を停止する。次に、この８００μｓｅｃの経過後、再び動作ａを繰り返す。この動作ａと８００μｓｅｃの休止動作の組み合わせ（動作ｂとする）を２０秒間繰り返した後、ランプの発熱を下げるため、２分間、電圧印加を停止する。次に、この２分間の休止後、再び動作ｂを繰り返す。この動作ｂと２分間の休止動作の組み合わせ（動作ｃとする）を３０分間繰り返してもランプが点灯しない場合は、回路が動作を停止する。

以下、高電圧印加中にランプが絶縁破壊して、点灯モードへ移行する場合について説明する。動作ａにより、インダクタＬ２の１次巻線Ｎ１とコンデンサＣ２の接続点にはグラウンドＧＮＤに対して数ＫＶの共振電圧が発生し、インダクタＬ２の２次巻線Ｎ２を介してＮ１：Ｎ２の巻数比分、昇圧された共振電圧がランプＤＬに印加され、ランプＤＬが始動する。このとき、図１４で示すインダクタＬ１の２次巻線からダイオードＤ３，Ｄ４により全波整流された電圧を検出することで、ランプＤＬの始動を検出し、次の点灯モードへ移行するものである。

《点灯モード》
ランプＤＬの絶縁破壊後、制御回路４０はスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチングモードを切り替える。その動作を以下説明する。
ａ）制御回路４０は、スイッチング素子Ｑ２とＱ３のペアをオフ状態、スイッチング素子Ｑ１とＱ４のペアをオン状態にして、ランプ電流が所望の電流値に到達するのを電流検出抵抗Ｒ１で電圧に変換して検出した後、スイッチング素子Ｑ４をオフする。ランプ電流が０になるゼロクロス点をインダクタＬ１の２次巻線から検出し、スイッチング素子Ｑ４を再びオンし、再度同じ動作を繰り返して、三角波状のランプ電流を流す。

ｂ）制御回路４０は次に、スイッチング素子Ｑ１とＱ４のペアをオフ状態、スイッチング素子Ｑ２とＱ３のペアをオン状態にして、ａ）の動作に対して逆向きのランプ電流を流す。ランプ電流が所望の電流値に到達するのを電流検出抵抗Ｒ１で電圧に変換して検出した後、スイッチング素子Ｑ３をオフする。ランプ電流が０になるゼロクロス点をインダクタＬ１の２次巻線から検出し、スイッチング素子Ｑ３を再びオンし、再度同じ動作を繰り返して、三角波状のランプ電流を流す。

制御回路４０は前記ａ）、ｂ）の動作を１００Ｈｚ〜２００Ｈｚの周波数で交番させて、ランプＤＬに安定した電力を供給する。なお、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４はそれぞれ逆並列ダイオードを内蔵しており、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４がオフしたときの回生電流はそれぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の逆並列ダイオードを介して流れる。

以上の高圧放電灯点灯装置により、従来なかなか飛躍的な小型化のできなかったインダクタンス部品を小型化でき、かつ、始動用高電圧発生のために高調波成分に対して共振させていることによりスイッチング周波数を上げなくて済むので、スイッチングロスも増えることなく、更にはランプ絶縁破壊に必要な高電圧も従来と同レベルを維持することができる。

なお、特許文献１には、始動時には第１の共振回路で高電圧を得て放電灯を始動させ、点灯後は第２の共振回路で放電灯を点灯させる放電灯点灯装置が開示されているが、異なる共振回路を用いて異なる始動電圧を得る点は開示されていない。
特開平８−３３００８４号公報

上記の従来構成では、放電灯を始動させるためのインダクタＬ２とコンデンサＣ２からなる共振回路の共振周波数は、接続されたケーブルの浮遊容量により低周波側にシフトし、浮遊容量の値が大きくなるにつれてシフト量も大きくなる。インダクタＬ２とコンデンサＣ２の共振回路を小型化するためには、共振電流を小さくすればよく、コンデンサＣ２の容量を下げればよい。しかし、コンデンサＣ２はその値が大体５００ｐＦ以下の場合、放電灯点灯装置と放電灯の間に接続されたケーブルの浮遊容量（ＶＶＦケーブルの場合約１００ｐＦ／ｍ）との差がきわめて小さくなり、共振回路の共振周波数のシフトが大きく、放電灯始動に必要な始動電圧を確保できないという問題があった。その結果、放電灯点灯装置と放電灯間のケーブル長を１ｍ以上に延長することができないという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、始動電圧を発生させる共振回路を有する放電灯点灯装置およびこれを用いた照明器具において、浮遊容量の影響による始動不良を防止できるようにすることにある。

本発明によれば、上記の課題を解決するために、少なくとも直流電源と、直流電源の出力電圧をスイッチングする少なくとも２つのスイッチング素子と、スイッチング素子によりスイッチングされた電圧により放電灯を始動させるための始動電圧を発生させる共振回路と、スイッチング素子を制御する制御回路とを備えた放電灯点灯装置において、始動電圧を発生させる複数の共振回路を有し、スイッチング素子のスイッチング周波数を第１の共振回路の共振周波数の近傍に設定することにより第１の共振回路で発生させた共振電圧により放電灯を始動させ、放電灯が点灯しない場合、スイッチング素子のスイッチング周波数を別の共振回路の共振周波数の近傍に設定することにより当該別の共振回路で発生させた共振電圧により放電灯を点灯させるようにスイッチング素子のスイッチング周波数を切り替える手段を前記制御回路に備えることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、出力線長の影響により始動電圧が低下するのを防ぎ、確実にランプを点灯させることができる。これにより、放電灯点灯装置とランプ間の出力線長の制約が少なくなり、器具設計の自由度に大きく貢献する効果がある。また、各共振回路の特性に最適な周波数を選択することで、よりいっそう始動電圧が低下するのを防ぎ、確実にランプを点灯させることができる。
請求項２の発明によれば、出力線長の影響により変化する共振回路の共振周波数が低周波側にシフトするので、制御回路の出力信号の周波数は高周波から低周波に切り替えることで、確実に高い始動電圧を発生させることができる。
請求項３の発明によれば、通常、放電灯点灯装置は一度設置されると出力線長が変更されることはないので、ランプ始動までの時間を短縮することができる。

（前提となる構成１）
図１は本発明の前提となる構成を示す回路図である。交流電源１には、全波整流器ＤＢの交流入力端子が接続されている。全波整流器ＤＢの直流出力端子の高圧側にはインダクタＬ３の一端が接続されている。インダクタＬ３の他端にはダイオードＤ５のアノードが接続されている。ダイオードＤ５のカソードは、コンデンサＣ５の一端に接続されている。コンデンサＣ５の他端は全波整流器ＤＢの直流出力端子の低圧側に接続されている。インダクタＬ３とダイオードＤ５の接続点には、ＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチング素子Ｑ５のドレインが接続されている。スイッチング素子Ｑ５のソースは抵抗Ｒ２を介して全波整流器ＤＢの直流出力端子の低圧側に接続されている。インダクタＬ３には２次巻線が設けられている。この２次巻線の一端は全波整流器ＤＢの直流出力端子の低圧側に接続されており、他端はＰＦＣ制御回路６に接続されている。ＰＦＣ制御回路６は力率改善用の制御回路であり、前記スイッチング素子Ｑ５を交流電源１の商用周波数よりも高い周波数でオン・オフ制御して、入力電流の休止期間を無くし、入力力率を改善する機能を有する。例えば、前記２次巻線の出力によりインダクタＬ３に流れる電流がゼロになったことを検出すると、スイッチング素子Ｑ５をオンにする。また、スイッチング素子Ｑ５と直列に接続された抵抗Ｒ２によりスイッチング素子Ｑ５に流れる電流を検出し、その検出電流が所定値に達するとスイッチング素子Ｑ５をオフさせるように動作する。また、ＰＦＣ制御回路６はコンデンサＣ５の端子電圧を検出しており、コンデンサＣ５の電圧が所定の電圧となるようにスイッチング素子Ｑ５をオン・オフ制御する。これにより一点鎖線で囲まれた回路は直流電源回路２として動作する。なお、ここでは直流電源回路２の構成として昇圧チョッパを例示したが、これに限定されるものではない。

次に、直流電源回路２から供給される直流電源電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するための構成について説明する。直流電源回路２のコンデンサＣ５の両端には、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の直列回路を並列に接続した回路が、電流検出用の抵抗Ｒ１を介して接続されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４はＭＯＳＦＥＴよりなり、駆動回路４１，４２によりオン・オフ駆動される。各駆動回路４１，４２には、制御回路４０からオン・オフ制御のための制御信号が供給されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点とスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点の間には、コンデンサＣ１とインダクタＬ１の直列回路が接続されている。インダクタＬ１には２次巻線が設けられている。この２次巻線の一端は接地されており、他端は制御回路４０に入力されている。また、コンデンサＣ１の両端電圧は制御回路４０に入力されている。コンデンサＣ１の両端には、高圧放電灯よりなるランプＤＬとインダクタＬ２の直列回路が並列接続されている。インダクタＬ２には中間タップが設けられている。この中間タップと直流電源回路２の低圧側との間にはコンデンサＣ２とＣ３の直列回路が接続されている。コンデンサＣ３にはスイッチング素子Ｑ６が並列接続されている。このスイッチング素子Ｑ６は制御回路４０によりオン状態またはオフ状態に制御される。インダクタＬ２とコンデンサＣ２は第１の共振回路を構成しており、インダクタＬ２とコンデンサＣ２，Ｃ３は第２の共振回路を構成している。これらのインダクタＬ２及びコンデンサＣ２，Ｃ３よりなる共振回路は、ランプＤＬを始動するための共振電圧を発生するために設けられている。一方、インダクタＬ１は点灯時に負荷電流を制限するためにランプＤＬと直列に接続されており、コンデンサＣ１は点灯時に負荷電流のリップル成分を除去するためにランプＤＬと並列に接続されている。

上述のように、図１の放電灯点灯装置では、始動時の共振電圧を発生させるための共振回路は、インダクタＬ２とコンデンサＣ２、Ｃ３とコンデンサＣ３の両端に接続されたスイッチング素子Ｑ６からなり、スイッチング素子Ｑ６がオンのとき、共振回路はインダクタＬ２とコンデンサＣ２の共振特性Ｘ１を持ち、スイッチング素子Ｑ６がオフのとき、インダクタＬ２とコンデンサＣ２、Ｃ３の共振特性Ｘ２を持つ。

以下、この放電灯点灯装置の動作について説明する。
《始動モード》（図３）
高圧放電灯を始動するにはランプＤＬの電極間に高電圧を印加して、電極間の絶縁を破壊する必要がある。この放電灯点灯装置においては、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４のペアとスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のペアを交互に夫々略５０％のデューティでオン・オフする。共振回路のスイッチング素子Ｑ６は導通状態にあり、共振特性Ｘ１の共振電圧が発生し、インダクタＬ２の他端に始動電圧が発生する。この動作（動作ａ）をＴ１秒間繰り返す。

動作ａの後、制御回路４０によりスイッチング素子Ｑ６をオフして共振回路は共振特性Ｘ２となり、共振特性Ｘ２に応じた共振電圧がＴ２秒間発生する（動作ｂ）。この一連の動作を数十秒（例えば２０秒）間繰り返した後、ランプの発熱を下げるため、数分（例えば２分）間電圧印加を停止する。数分間の休止後、再び動作ａ、ｂを繰り返す。この「動作ａ、ｂ→数分間休止」の動作を３０分間繰り返してもランプが点灯しない場合は、回路が動作を停止する。以上の動作を図３に示す。

動作ａの期間中にランプが点灯した場合、動作ｂは行わず、次の点灯モードに移行する。ランプの点灯判別は、ランプ両端の電圧かランプに流れる電流により行う。

なお、動作ａ、ｂはそれぞれ規定の時間行うものとしたが、制御回路４０をマイコンで構成することで、設定された回数動作するようにしてもよい。また、動作ａ、ｂはその間、常に共振電圧を発生させるだけでなく、間欠動作を行うようにしても良い。

《点灯モード》（図４）
ランプＤＬが温まり、ランプ電圧が定格ランプ電圧の近辺に到達すると、制御回路４０は図４のようにスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチングモードを切り替える。その動作を以下説明する。
１）制御回路４０は、スイッチング素子Ｑ２とＱ３のペアをオフ状態にして、スイッチング素子Ｑ１とＱ４のペアをオンして、インダクタＬ１の電流ＩＬ１が所望の電流値に到達するのを電流検出抵抗Ｒ１で電圧に変換して検出すると、スイッチング素子Ｑ４をオフする。その後、インダクタＬ１の２次巻線出力によりインダクタＬ１の電流ＩＬ１が０になるのを検出すると、スイッチング素子Ｑ４を再びオンし、再度同じ動作を繰り返して、図４のような三角波状の電流ＩＬ１を流す。

２）制御回路４０は次に、スイッチング素子Ｑ１とＱ４のペアをオフ状態にして、スイッチング素子Ｑ２とＱ３のペアをオンして上記１）の動作とは逆向きのランプ電流を流す。インダクタＬ１の電流ＩＬ１が所望の電流値に到達するのを電流検出抵抗Ｒ１で電圧に変換して検出すると、スイッチング素子Ｑ３をオフする。その後、インダクタＬ１の２次巻線出力によりインダクタＬ１の電流ＩＬ１が０になるのを検出すると、スイッチング素子Ｑ３を再びオンし、再度同じ動作を繰り返して、図４のような三角波状の電流ＩＬ１を流す。
３）制御回路４０は前記１）、２）の動作を１００Ｈｚ〜２００Ｈｚの周波数で交番させて、ランプＤＬに安定した電力を供給する。

上述の放電灯点灯装置を用いた照明器具の構成例を図２に示す。この照明器具は、図１に示すような放電灯点灯装置６と、この放電灯点灯装置６に接続された出力線７と、出力線７の他端に接続されたランプソケット及び反射板８を備える灯具９と、灯具９のランプソケットに装着されたランプＤＬとから構成されている。放電灯点灯装置６と灯具９を接続する出力線７の長さは、照明器具の設置状況に応じて異なる長さとなる場合がある。

上述の始動モードにおいて、共振回路で始動電圧を発生させる場合、図５に示すように、放電灯点灯装置と放電灯間の出力線の浮遊容量により共振回路の共振特性は影響を受ける。異なる出力線長をＡ、Ｂ（Ａ＜Ｂ）とすると、出力線長がＡの場合、共振回路がＸ１の共振特性を持つ場合に高い共振電圧を得ることができ、Ｘ２の共振特性では非常に小さい共振電圧しか得ることができない。この場合、スイッチング素子Ｑ６がオンのとき放電灯を点灯させることができる。しかし、出力線長がＢの場合、Ｘ１、Ｘ２の共振特性はそれぞれ低周波側にシフトし、Ｘ１の共振特性ではスイッチング素子を駆動しても低い電圧しか発生させることができず、放電灯を点灯させることができない。一方、Ｘ２の共振特性では高い共振電圧を得ることができ、放電灯を点灯させることができる。

図５の例では、スイッチング素子の駆動周波数ｆは一定範囲を掃引するとしたが、固定されたままの値でもよい。また、共振回路の共振特性Ｘ１、Ｘ２のそれぞれに適した別の周波数を用いても構わない。また、共振回路の共振周波数は、スイッチング素子の駆動周波数の３倍（あるいはそれ以上の奇数倍）であってもよい。

（前提となる構成２）
図６は本発明の前提となる構成２の放電灯点灯装置の回路図である。本例では、図１の基本構成において、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の直列回路をコンデンサＣ４，Ｃ６の直列回路に置き換えたものであり、他の構成については図１と同様である。以下、この放電灯点灯装置の動作について説明する。

《始動モード》（図７）
高圧放電灯を始動するにはランプＤＬの電極間に高電圧を印加して、電極間の絶縁を破壊する必要がある。本例の放電灯点灯装置においては、スイッチング素子Ｑ１とＱ２を交互に夫々略４０％と６０％のデューティでオン・オフする。ところで、図６の回路には、インダクタＬ２とコンデンサＣ２・Ｃ３からなる共振回路と、インダクタＬ１とコンデンサＣ１からなるＬＣ回路を具備しているが、ランプ点灯時のランプ電流抑制用であるインダクタＬ１のインダクタンスは数百μＨ〜数ｍＨの範囲、ランプ点灯時のランプ電流リップル除去用のコンデンサであるＣ１の容量は数百ｎＦ〜数μＦの範囲であり、これらの共振周波数は数ＫＨｚレベルであり、始動時のスイッチング素子の動作周波数よりもかなり低いため、インダクタＬ１とコンデンサＣ１からなるＬＣ回路は始動時の動作には影響しない。

インダクタＬ２とコンデンサＣ２・Ｃ３からなる共振回路のスイッチング素子Ｑ６は導通状態にあり、共振特性Ｘ１による共振電圧が発生し、インダクタＬ２の他端に始動電圧が発生する。この動作ａを制御回路４０のマイコンで設定された回数繰り返す。動作ａを規定回数実施した後、制御回路４０によりスイッチング素子Ｑ６をオフして共振回路は共振特性Ｘ２となり、この共振特性Ｘ２に応じた共振電圧がＴ２秒間発生する（動作ｂ）。この一連の動作を数十秒（例えば２０秒）間繰り返した後、ランプの発熱を下げるため、数分（例えば２分）間電圧印加を停止する。数分間の休止後、再び動作ａ、ｂを繰り返す。この「動作ａ、ｂ→数分間休止の動作」を３０分間繰り返してもランプが点灯しない場合は、回路が動作を停止する。動作ａの期間中にランプが点灯した場合、動作ｂは行わず点灯モードに移行する。ランプの点灯判別は、ランプ両端の電圧かランプに流れる電流により行う。

ここでは、動作ａ、ｂはそれぞれ規定の回数行うものとしたが、設定された時間動作するようにしてもよい。さらに、動作ａ、ｂはその間、常に共振電圧を発生させるだけでなく、間欠動作を行うようにしても良い。

なお、スイッチング素子の駆動周波数は一定範囲を掃引しても良いし、固定されたままの値でもよい。また、動作ａ、ｂで共振回路の共振特性Ｘ１、Ｘ２のそれぞれに適した別の周波数を用いても構わない。

《点灯モード》（図８）
点灯モードでは制御回路４０は図８のようにスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチングモードを切り替える。その動作を以下説明する。
１）制御回路４０は、スイッチング素子Ｑ２をオフ状態にして、スイッチング素子Ｑ１をオン・オフ制御する。スイッチング素子Ｑ１をオンした後、インダクタＬ１の電流ＩＬ１が所望の電流値に到達するのを電流検出抵抗Ｒ１で電圧に変換して検出すると、スイッチング素子Ｑ１をオフする。その後、インダクタＬ１の２次巻線出力によりインダクタＬ１の電流ＩＬ１が０になるのを検出すると、スイッチング素子Ｑ１を再びオンし、再度同じ動作を繰り返して、図８のような三角波状の電流ＩＬ１を流す。

２）制御回路４０は次に、スイッチング素子Ｑ１をオフ状態にして、スイッチング素子Ｑ２をオン・オフ制御する。この動作により上記１）の動作とは逆向きのランプ電流を流す。スイッチング素子Ｑ２をオンした後、インダクタＬ１の電流ＩＬ１が所望の電流値に到達するのを電流検出抵抗Ｒ１で電圧に変換して検出すると、スイッチング素子Ｑ２をオフする。その後、インダクタＬ１の２次巻線出力によりインダクタＬ１の電流ＩＬ１が０になるのを検出すると、スイッチング素子Ｑ２を再びオンし、再度同じ動作を繰り返して、図８のような三角波状の電流ＩＬ１を流す。
３）制御回路４０は前記１）、２）の動作を１００Ｈｚ〜２００Ｈｚの周波数で交番させて、ランプＤＬに安定した電力を供給する。

（実施例１）
図９は本発明の実施例１の回路図である。本実施例では、直流電源回路２として、降圧チョッパ回路の構成を用いている。すなわち、全波整流器ＤＢの直流出力端子の高圧側にはスイッチング素子Ｑ５の一端が接続されており、スイッチング素子Ｑ５の他端にはダイオードＤ５のカソードとインダクタＬ３の一端が接続されている。インダクタＬ３の他端はコンデンサＣ５の高圧側に接続されている。コンデンサＣ５の低圧側は抵抗Ｒ１を介してダイオードＤ１のアノードおよび全波整流器ＤＢの直流出力端子の低圧側に接続されている。スイッチング素子Ｑ５は制御回路４０によりオン・オフ制御され、コンデンサＣ５には全波整流器ＤＢの直流出力電圧を降圧した直流電圧が充電される。

コンデンサＣ５の両端には、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の直列回路が並列接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点とスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点の間には、コンデンサＣ１とインダクタＬ１の直列回路が接続されている。インダクタＬ１には２次巻線が設けられている。この２次巻線の一端は接地されており、他端は制御回路４０に入力されている。また、コンデンサＣ１の両端電圧は制御回路４０に入力されている。コンデンサＣ１の両端には、高圧放電灯よりなるランプＤＬとインダクタＬ２の直列回路が並列接続されている。インダクタＬ２には中間タップが設けられている。この中間タップと直流電源回路２の低圧側との間にはコンデンサＣ２が接続されている。コンデンサＣ２とインダクタＬ２は第１の共振回路（共振特性Ｘ１）を構成しており、コンデンサＣ１とインダクタＬ１は第２の共振回路（共振特性Ｘ２）を構成している。共振特性Ｘ１とＸ２の共振周波数をそれぞれｆ１、ｆ２とすると、ｆ１＞ｆ２となるように回路定数を設定する。なお、制御回路４０にはＥＥＰＲＯＭ４３が接続されている。

《始動モード》
始動モードについては、図３で説明した動作と基本的には同様であるが、スイッチング素子Ｑ６が無いので、期間Ｔ１の動作ａと期間Ｔ２の動作ｂとで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング周波数を共振特性Ｘ１とＸ２に適合するように切り替えている。すなわち、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４のペアとスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のペアを交互に夫々略５０％のデューティでオン・オフする周波数を共振特性Ｘ１の共振周波数ｆ１の近傍に設定する。これにより、共振特性Ｘ１の共振電圧が発生し、インダクタＬ２の他端に始動電圧が発生する。この動作（動作ａ）をＴ１秒間繰り返す。

動作ａの後、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４のペアとスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のペアを交互に夫々略５０％のデューティでオン・オフする周波数を共振特性Ｘ２の共振周波数ｆ２の近傍に設定する。これにより、共振特性Ｘ２に応じた共振電圧がＴ２秒間発生する（動作ｂ）。この一連の動作を数十秒（例えば２０秒）間繰り返した後、ランプの発熱を下げるため、数分（例えば２分）間電圧印加を停止する。数分間の休止後、再び動作ａ、ｂを繰り返す。この「動作ａ、ｂ→数分間休止」の動作を３０分間繰り返してもランプが点灯しない場合は、回路が動作を停止する。

動作ａの期間中にランプが点灯した場合、動作ｂは行わず、次の点灯モードに移行する。ランプの点灯判別は、ランプ両端の電圧かランプに流れる電流により行う。

また、本点灯装置の制御回路４０にはＥＥＰＲＯＭ４３が接続されており、始動モードの動作ａ、ｂのうちどちらのモードでランプが点灯したかの情報を保持できるようになっている。これにより次回電源を投入したときの始動は、ＥＥＰＲＯＭ４３に保存されたモードから行う。通常、放電灯点灯装置は一度設置されると出力線長が変更されることはないので、本実施例の構成により、ランプ始動までの時間を短縮することができる。

《点灯モード》
本実施例では、チョッパ回路のスイッチング素子Ｑ５は制御回路４０により制御されており、数１０ＫＨｚ以上の高周波にてスイッチングされる。スイッチング素子Ｑ５のオン、オフの比率やデューティを制御することによって、平滑コンデンサＣ５の両端電圧を制御することができる。平滑コンデンサＣ５の両端電圧はスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４よりなる極性反転回路の負荷状態により変化するので、負荷状態に応じてスイッチング素子Ｑ５のスイッチング周波数やデューティが調整される。一方、極性反転回路は２組のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４とスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３を数１０〜数１００Ｈｚの低周波でスイッチングしている。すなわち、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４がオンでスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３がオフとなる第１の状態と、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４がオフでスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３がオンとなる第２の状態とが、数１０〜数１００Ｈｚの低周波で交番するように動作する。

（実施例２）
図１０は本発明の実施例２の動作説明図である。放電灯点灯装置の回路構成については図１に示した基本構成と同様である。本実施例では、インダクタＬ１とコンデンサＣ１を第３の共振回路（共振特性Ｘ３）として利用するものである。始動モードでは、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４のペアとスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のペアを交互に夫々略５０％のデューティでオン・オフする。共振回路のスイッチング素子Ｑ６は導通状態にあり、共振特性Ｘ１の共振電圧が発生し、インダクタＬ２の他端に始動電圧が発生する。この動作（動作ａ）をＴ１秒間繰り返す。

動作ａの後、制御回路４０によりスイッチング素子Ｑ６をオフして共振回路は共振特性Ｘ２となり、共振特性Ｘ２に応じた共振電圧がＴ２秒間発生する（動作ｂ）。動作ａ、ｂの制御回路４０の出力信号の周波数はｆ３１である。次に制御回路４０の出力信号の周波数を共振特性Ｘ３の共振周波数の近傍の周波数ｆ３３にして共振特性Ｘ３により共振電圧をＴ３秒間発生させる（動作ｃ）。

この一連の動作を数十秒間繰り返した後、ランプの発熱を下げるため、数分間電圧印加を停止する。数分間の休止後、再び動作ａ、ｂ、ｃを繰り返す。この「動作ａ、ｂ、ｃ→数分間休止の動作」を３０分間繰り返してもランプが点灯しない場合は、回路が動作を停止する。

動作ａの期間中にランプが点灯した場合、動作ｂ、ｃは行わず点灯モードに移行する。また、動作ｂの期間中にランプが点灯した場合、動作ｃは行わず点灯モードに移行する。点灯モードについては、図４で説明した動作と同様なので、重複する説明は省略する。

（比較例１）
図１１は本発明に対する比較例１としての放電灯点灯装置の回路図である。本比較例では、図１の基本構成において、コンデンサＣ３とスイッチング素子Ｑ６の並列回路を省略したものである。本比較例では、インダクタＬ２とコンデンサＣ２の共振回路による共振特性Ｘ１のみを利用してスイッチング周波数を切り替えることにより、出力線長にかかわらず所定の始動電圧を確保する。スイッチング周波数の切り替えは、固定された値を切り替えてもよく、ある範囲を連続的あるいは離散的に掃引（スイープ）してもよい。図１３の例では、ｆ１１〜ｆ１２間のスイープとｆ１１’〜ｆ１２’間のスイープとを切り替えている。

本比較例の始動モードにおける動作を図１２と図１３により説明する。始動モードでは、スイッチング素子Ｑ１とＱ４のペアとスイッチング素子Ｑ２とＱ３のペアを交互に夫々略５０％のデューティでオン・オフする。この時のスイッチング素子の駆動周波数は、図１３に示すように、ｆ１１〜ｆ１２間でスイープさせている。この動作（動作ａ）を規定回数繰り返す（期間Ｔ１）。動作ａの後、制御回路４０の出力信号の周波数をｆ１１’〜ｆ１２’間でのスイープに変更してスイッチング素子を駆動する。この動作（動作ｂ）を規定回数繰り返す（期間Ｔ２）。この一連の動作を数十秒（例えば２０秒）間繰り返した後、ランプの発熱を下げるため、数分（例えば２分）間電圧印加を停止する（期間Ｔ３）。数分間の休止後、再び動作ａ、ｂを繰り返す。この「動作ａ、ｂ→数分間休止の動作」を３０分間繰り返してもランプが点灯しない場合は、回路が動作を停止する。

動作ａの期間中にランプが点灯した場合、動作ｂは行わず点灯モードに移行する。ランプの点灯判別は、ランプ両端の電圧またはランプに流れる電流により行う。

始動モードにおいて、インバータ回路の共振回路で始動電圧を発生させる場合、放電灯点灯装置と放電灯間の出力線の浮遊容量により共振回路の共振特性は影響を受ける。コンデンサＣ２の静電容量が５００ｐＦ以下の場合、特に影響が顕著になる。異なる出力線長をＡ、Ｂ（Ａ＜Ｂ）とすると、出力線長がＡの場合周波数がｆ１１〜ｆ１２の動作で高い共振電圧を得ることができる。一方、出力線長がＢの場合、共振回路の共振周波数は低周波側にシフトし、ｆ１１〜ｆ１２でスイッチング素子を駆動しても低い電圧しか発生させることができず、放電灯を点灯させることができない。一方、周波数をｆ１１’〜ｆ１２’に切り替えると高い共振電圧を得ることができ、放電灯を点灯させることができる。点灯モードについては、図４で説明した動作と同様なので、重複する説明は省略する。

本発明はオフィスや一般家庭用の照明器具に利用できる。

本発明の放電灯点灯装置の前提となる構成１を示す回路図である。 本発明の照明器具の基本的な構成を示す構成図である。 図１の点灯装置の始動時の動作説明図である。 図１の点灯装置の点灯時の動作説明図である。 図１の点灯装置の共振特性を示す周波数特性図である。 本発明の前提となる構成２を示す回路図である。 図６の点灯装置の始動時の動作説明図である。 図６の点灯装置の点灯時の動作説明図である。 本発明の実施例１を示す回路図である。 本発明の実施例２の始動時の動作説明図である。 本発明に対する比較例１を示す回路図である。 図１１の点灯装置の始動時の動作説明図である。 図１１の点灯装置の点灯時の動作説明図である。 従来例の回路図である。

２ 直流電源回路
４０ 制御回路
Ｘ１ 第１の共振回路
Ｘ２ 第２の共振回路
Ｑ１〜Ｑ５ スイッチング素子
ＤＬ 放電灯

Claims (4)

1. 少なくとも直流電源と、直流電源の出力電圧をスイッチングする少なくとも２つのスイッチング素子と、スイッチング素子によりスイッチングされた電圧により放電灯を始動させるための始動電圧を発生させる共振回路と、スイッチング素子を制御する制御回路とを備えた放電灯点灯装置において、始動電圧を発生させる複数の共振回路を有し、スイッチング素子のスイッチング周波数を第１の共振回路の共振周波数の近傍に設定することにより第１の共振回路で発生させた共振電圧により放電灯を始動させ、放電灯が点灯しない場合、スイッチング素子のスイッチング周波数を別の共振回路の共振周波数の近傍に設定することにより当該別の共振回路で発生させた共振電圧により放電灯を点灯させるようにスイッチング素子のスイッチング周波数を切り替える手段を前記制御回路に備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 請求項１において、切り替えられるスイッチング周波数は高周波から低周波に切り替えられることを特徴とする放電灯点灯装置。
3. 請求項１又は２のいずれかにおいて、放電灯が第１以外の共振回路の共振周波数の近傍に設定されたスイッチング周波数により点灯する場合、点灯した時のスイッチング周波数を保持する手段を備え、次回電源を投入直後はそのスイッチング周波数により始動電圧を発生させることを特徴とする放電灯点灯装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯装置と、この放電灯点灯装置に接続された出力線と、出力線の他端に接続されたランプソケット及び反射板を備える灯具と、灯具のランプソケットに装着された放電灯とを備えることを特徴とする照明器具。

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