JP4475072B2 - 放電灯点灯装置およびそれを用いる照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、インバータを用いて放電灯を高周波点灯させ、特に蛍光灯の明暗調節のためにフィードバック制御を行い、放電灯を所望の調光レベルへ調光させる放電灯点灯装置およびそれを用いる照明器具に関する。

従来から、前記蛍光灯等の放電灯の明るさを調整する調光用放電灯点灯装置は公知であるが、調光レベルが深い（暗い）ときや放電灯の周囲温度が低温の際に、移動縞、或いはチラツキが発生する。また、より深い調光レベルにおいては、放電灯の立ち消えが生じるという問題もある。

そこで、上記の問題を解決するために、ランプ電流を検出し、調光信号レベルに応じたランプ電流となるように制御するランプ電流フィードバック（Ｉｌａ−Ｆ／Ｂ）制御が知られている。この制御によって、放電灯の周囲温度が低温の際においても、調光信号に応じた一定のランプ電流を維持させるようにランプ電流フィードバックが動作するので、前記チラツキを防止することができる。

図１５は、そのようなランプ電流フィードバック制御を実現する放電灯点灯装置１０１の電気的構成を示すブロック図である。この放電灯点灯装置１０１は、特許文献１に記載されたものである。この放電灯点灯装置では、高周波電源１０２が商用電源１０３からの商用交流を高周波でスイッチングして負荷回路である放電灯１０４に与えており、そのランプ電流をランプ電流検出回路１０５で検出している。前記ランプ電流検出回路１０５から出力されるランプ電流信号Ｉｌａは、帰還制御回路１０６の減算器１０７に入力され、調光器１０８からの調光信号ＣＴＬとの差分が求められる。前記差分は、誤差増幅器１０９において増幅され、スイッチ１１０を介して加算器１１１に与えられ、前記調光器１０８からの調光信号ＣＴＬに加算されて調光制御信号ＶＣＴＬとして前記高周波電源１０２に与えられる。

したがって、調光制御信号ＶＣＴＬが減少することで、放電灯１０４が調光される。また、ランプ電流信号Ｉｌａの値が調光信号ＣＴＬと同じ場合には、帰還制御回路１０６の出力は０であり、調光信号ＣＴＬの値がそのまま高周波電源１０２に入力される。これに対して、ランプ電流信号Ｉｌａの値が調光信号ＣＴＬからずれている場合は、誤差増幅回路１０９によって増幅された差分が帰還制御回路１０６の出力となり、調光信号ＣＴＬに加算され、高周波電源１０２に入力される。これによって、調光信号ＣＴＬに対して、所定のランプ電流よりも少なく、チラツキが発生する可能性がある場合には、調光制御信号ＶＣＴＬが増加するので、ランプ電流信号Ｉｌａのレベルも増加する。また、放電が不安定となり、チラツキを発生する場合、ランプ電流信号Ｉｌａの瞬時値が増減を繰り返すが、上述のようなランプ電流のフィードバック制御によって、瞬時値の変化が抑制され、チラツキを防止することができる。

一方、前記調光信号ＣＴＬはまた、比較器１１２に入力されており、この比較器１１２は、前記調光信号ＣＴＬが基準信号発生部１１３からの動作切替調光レベル信号Ｖｒｅｆ以上である場合は前記スイッチ１１０を開成して前記調光制御信号ＶＣＴＬとして調光信号ＣＴＬのみが出力されるようにし、前記動作切替調光レベル信号Ｖｒｅｆ未満である場合は前記スイッチ１１０を閉成して前記調光制御信号ＶＣＴＬとして上述のように前記調光信号ＣＴＬとランプ電流信号Ｉｌａとの差分の増幅値が加算されるようになっている。

これによって、チラツキの発生し難い浅い調光レベルでは、フィードバック制御を停止させている。たとえば、図１６において参照符号α１で示すように、光出力が５０％を境界として、フィードバック制御を停止する。或いは、前記誤差増幅回路１０９を可変ゲインアンプとして前記比較器１１２の出力を与え、参照符号α２で示すように、調光下限から光出力１００％までフィードバックゲインを減少させることで、実際に必要な検出範囲のダイナミックレンジをより広くでき、検出精度を高め、ノイズ耐性を向上できるとしている。
特開平９−２５１８９９号公報

ところが、定格電力の異なる放電等を点灯・調光させる場合、ランプ毎にチラツキ、立ち消えが発生する調光レベル（ランプ電流値）が異なるので、定格出力（光出力１００％）から調光下限までフィードバックゲインを変化させると、ランプによってはチラツキが発生したり、ランプ間において同じ調光信号（調光レベル）に対するランプ電流に差が生じてくるという問題がある。

すなわち、図１７に示すようなバラストＶ−Ｉ特性を持つ放電灯点灯装置（周波数調光）では、定格電力の異なる放電灯であるランプＡとランプＢとを調光させる場合、バラストＶ−Ｉ特性とランプＶ−Ｉ特性との観点から、定格電力の大きいランプＡの方が、同じランプ電流（同じ調光信号レベル）に対してランプ電圧が高いので、チラツキが発生し易いと言える。また、ランプＡの方が、ランプＢに比べて、調光制御信号ＶＣＴＬの僅かな変化でランプ電流信号Ｉｌａが大きく変化し、安定点灯し難いと言える。

一方、調光下限付近では、前記図１６に示されるようにフィードバックゲインが大きいので帰還制御回路１０６が異常発振を起こす場合がある。図１７の調光下限はバラストＶ−Ｉ特性がほぼ垂直になっているが、これは調光下限時の無負荷２次電圧が高いことを意味する。調光下限で無負荷２次電圧が高いことは、立ち消え・チラツキが発生し難いことを意味するが、チラツキが発生した場合は、僅かなフィードバック制御動作でも無負荷時の２次電圧が高いので、ランプ電流の増減が大きく、フィードバック制御動作が異常発振し易い。

さらに詳しく説明すると、ランプ固有の出力応答に対して、ゲインが大きいとフィードバック制御によってランプの出力応答が過剰になる。たとえば、放電が不安定になり、ランプ電流信号Ｉｌａの瞬時値が僅かに減少したとする。帰還制御回路１０６はランプ電流信号Ｉｌａを増加させる方向に動作するが、ゲインが大きいために必要以上にランプ電流を増加させることになる。すると、今度はランプ電流を減少させる方向にフィードバック制御されるが、必要以上に減少させてしまうことになる。こうして、フィードバックゲインが大きいと、図１８に示されるようにランプ電流の減少と増加とが不必要に繰返され、チラツキの原因となる。したがって、調光下限においても図１９の様なランプ電流波形が望ましいのに比べて、フィードバック制御を行うことで、逆にチラツキを助長させてしまうことになる。

また、上記従来技術では、定格電力付近（或いは光出力５０％以上）でフィードバック制御を行わない（或いはフィードバックゲインが小さい）ので、同じ調光信号ＣＴＬに対してランプ電流信号Ｉｌａの差が生じ、ランプによってはチラツキ・立ち消えが発生する。これは、定格電力の異なる放電灯を対象とした調光バラストにおいては好ましくない。

以上のように、従来技術では、放電灯１０４のＦｕｌｌ出力（明）から調光下限（暗）にかけてフィードバックゲインを増加させているので、定格電力の異なる放電灯の立ち消え・チラツキや帰還制御回路１０６の異常発振を起こすことなく、深く調光することはできないという問題がある。

逆に、Ｆｕｌｌ出力（明）から調光下限（暗）にかけてフィードバックゲインを低下させてゆくことも考えられるが、ゲインを変化させることは安定点灯の観点から問題がある。フィードバック制御の安定判別手段として、ボード線図による安定解析があるが、Ｆｕｌｌ出力（明）から調光下限（暗）までゲインを変化させることで、位相余裕やゲイン余裕が変化し、設計範囲が狭くなってしまう。また、スイッチや可変誤差増幅回路などを必要としてコストアップになる。

本発明の目的は、特に定格電力の異なる放電灯が装着された場合においても、立ち消え・チラツキや帰還制御回路の異常発振を起こすことなく、深い調光が可能な放電灯点灯装置およびそれを用いる照明器具を提供することである。

本発明の放電灯点灯装置は、インバータを用いて放電灯を高周波点灯させ、その放電灯に流れる電流を検出手段が検出し、その検出結果に対応したフィードバック信号を前記インバータへフィードバックすることで、所望とする調光レベルで放電灯を点灯させるようにした放電灯点灯装置において、前記検出手段は、１次巻線が前記放電灯と直列に接続され、前記放電灯に流れるランプ電流を検出するカレントトランスと、前記カレントトランスの２次巻線間に接続されるコンデンサとインダクタとの並列共振回路と、前記カレントトランスの２次巻線からの出力電流を整流する整流回路と、前記整流回路の出力電流を電圧変換する抵抗およびコンデンサの並列回路とを備えて構成され、調光下限時における前記インバータの動作周波数が、該インバータと前記放電灯との間に介在される共振回路の無負荷共振周波数近傍に設定されており、かつ前記並列共振回路における共振周波数がＦｕｌｌ出力付近における前記インバータの動作周波数に設定されることで、前記調光下限時には該並列共振回路によって前記カレントトランスの２次巻線からの出力電流がバイパスされ、前記フィードバック信号のレベルが略０またはフィードバック制御が動作しない程度に小さい値に設定されることを特徴とする。

上記の構成によれば、蛍光灯などの放電灯をインバータを用いて高周波点灯させる放電灯点灯装置において、検出手段が、放電灯に流れる電流を検出し、その検出結果に対応したフィードバック信号を前記インバータへフィードバックすることで調光制御を行うにあたって、前記インバータの調光下限時における動作周波数を、該インバータと前記放電灯との間に介在される共振回路の無負荷共振周波数近傍に設定するとともに、かつ前記調光下限時における前記フィードバック信号のレベルを、略０またはフィードバック制御が動作しない程度に小さい値に設定する。

上述のように調光下限のインバータの動作周波数を共振回路の無負荷共振周波数と略等しくすることで、調光下限のバラストＶ−Ｉ特性はほぼ垂直となる。これによって、調光下限時の無負荷２次電圧が高くなり、定格電力が異なるけれども、定格電流が略等しい放電灯に対して、共に立ち消えを起こし難くすることができる。一方、Ｆｕｌｌ出力付近ではバラストＶ−Ｉ特性が傾くが、フィードバック制御が働き、前記定格電力の異なる放電灯に対して、共にランプ電流は一定となる。

したがって、そのように定格電力の異なる放電灯が装着されても、各放電灯の光出力比を略等しく調光することができる。また、調光下限のバラストＶ−Ｉ特性が垂直になるので、立ち消え・チラツキが生じ難く、低光束調光域まで安定に調光することができる。さらにまた、定格電力の異なるランプが装着されても、調光下限付近でのフィードバック信号のレベルが略０またはフィードバック制御が動作しない程度に小さい値となるので、異常発振を防止することができる。こうして、深い調光が可能な放電灯点灯装置を実現することができる。

また、インバータの動作周波数が変化すると、カレントトランスの２次側に接続された並列共振回路によってダイオードブリッジなどの整流回路の出力電流が変化し、Ｆｕｌｌ出力付近ではこの並列共振回路のインピーダンスが非常に高く、前記並列共振回路にはカレントトランスの２次巻線からの電流は殆ど流れない。これによって、カレントトランスの２次巻線電流の大部分がダイオードブリッジに流れ、フィードバックされる。調光するに従い、インバータ動作周波数は並列共振回路の共振周波数を離れるので、調光下限では、相対的にダイオードブリッジに流れる電流よりも並列共振回路でバイパスされる電流の割合は最も多くなり、フィードバックされる信号は小さくなる。

したがって、前記調光下限時には、Ｆｕｌｌ出力時よりもランプ電流値に対するランプ電流信号値が相対的に減少する。こうして、前記調光下限時におけるフィードバック信号のレベルを略０に設定する手段を具体的に構成することができる。また、ランプ電流を検出するにあたっての損失を抑えることができる。

また、本発明の放電灯点灯装置では、検出手段における検出結果と調光信号との差分を増幅し、前記フィードバック信号を作成する帰還制御回路が、調光器からの調光信号によって、前記調光下限時にフィードバック時定数が小さくなり、この帰還制御回路からのフィードバック信号によって、前記インバータの動作周波数が制御されることを特徴とする。

上記の構成によれば、Ｆｕｌｌ出力から前記調光下限まではフィードバック時定数τは比較的大きく、調光下限からは比較的大きくなるので、周波数調光方式でも最適なフィードバック時定数で調光することができ、フィードバック手段の設計範囲が広くなり、低コストな放電灯点灯装置を実現することができる。

さらにまた、本発明の放電灯点灯装置は、ランプ電圧検出手段を設け、該ランプ電圧検出手段からのランプ電圧信号を前記フィードバック信号に加算することを特徴とする。

上記の構成によれば、ランプ電圧を検出し、インバータ動作周波数や直流電源の出力電圧を補正することで、低温時でもランプ電流が低下せず、低光束調光域まで安定に調光することができる。

また、本発明の照明器具は、前記の放電灯点灯装置を用いることを特徴とする。

上記の構成によれば、深い調光が可能な照明器具を実現することができる。

本発明の放電灯点灯装置およびそれを用いる照明器具は、以上のように、蛍光灯などの放電灯をインバータを用いて高周波点灯させる放電灯点灯装置において、放電灯に流れる電流の検出結果に対応したフィードバック信号を前記インバータへフィードバックすることで調光制御を行うにあたって、前記インバータの調光下限時における動作周波数を、該インバータと前記放電灯との間に介在される共振回路の無負荷共振周波数近傍に設定するとともに、かつ前記調光下限時における前記フィードバック信号のレベルを、略０またはフィードバック制御が動作しない程度に小さい値に設定する。

それゆえ、調光下限のバラストＶ−Ｉ特性はほぼ垂直となり、該調光下限時の無負荷２次電圧が高くなり、定格電力が異なるけれども、定格電流が略等しい放電灯に対して、各放電灯の光出力比を略等しく調光することができるとともに、立ち消え・チラツキが生じ難く、低光束調光域まで安定に調光することができる。また、定格電力の異なるランプが装着されても、調光下限付近でのフィードバック信号のレベルが略０またはフィードバック制御が動作しない程度に小さい値となるので、異常発振を防止することができる。こうして、深い調光が可能な放電灯点灯装置およびそれを用いる照明器具を実現することができる。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の第１の形態に係る放電灯点灯装置１の電気的構成を示すブロック図である。この放電灯点灯装置１は、大略的に、直流電源２と、インバータ３と、共振回路４と、ランプ電流検出回路５と、ランプ電流フィードバック回路６と、調光器７と、２つの制御回路８，９とを備えて構成される。

前記直流電源２は、商用電源１０の交流電圧ＶＳから一定の直流電圧ＶＤＣを作成するものであり、商用交流をダイオードブリッジＤＢ１によって全波整流し、その直流の脈流を昇圧チョッパ回路によって昇圧する。昇圧チョッパ回路は、インダクタＬ２、スイッチング素子Ｑ３、ダイオードＤ１および平滑コンデンサＣ３を備えて成り、前記ダイオードブリッジＤＢ１からの脈流を、インダクタＬ２およびスイッチング素子Ｑ３の直列回路によってスイッチングし、ダイオードＤ１および平滑コンデンサＣ３によって整流することで昇圧する。前記スイッチング素子Ｑ３のゲートは制御回路８によって制御され、前記直流電圧ＶＤＣが予め定める一定値となるように制御される。前記直流電圧ＶＤＣの範囲は、
ＶＳ（ｐｅａｋ）≦ＶＤＣ
となる。ここで、ＶＳ（ｐｅａｋ）は、交流電圧ＶＳのピーク値を示しており、前記商用電源１０の実効値が１００Ｖであれば約１４１Ｖ、２００Ｖであれば約２８２Ｖとなる。

前記直流電源２からの直流電圧ＶＤＣは、インバータ３に入力され、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２によってスイッチングされる。前記スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、相互に直列に接続され、その直列回路が直流電源２の出力となる平滑コンデンサＣ３に並列に接続される。これらのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、パルス幅変調制御ＩＣから成る制御回路９によって、高周波で相反駆動され、かつ所望調光レベルに応じて動作周波数および／またはデューティが変化される。以下の説明では、調光レベルに応じて動作周波数を変化するものとする。たとえば、バラスト（後述のインダクタＬ１）の設計や放電灯Ｌａの種類によって異なるけれども、前記動作周波数の変化に対するランプ電流の変化は、図２で示すようになる。前記スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点からは、直流カットコンデンサＣＤによって、直流成分が除去された交流電圧が出力される。

前記直流カットコンデンサＣＤからの出力は、インダクタ（バラスト）Ｌ１とコンデンサＣ１とのＬＣ直列共振回路から成る共振回路４を介して、放電灯Ｌａの両端子間に与えられる。前記共振回路４および放電灯Ｌａは、負荷回路を構成する。

前記放電灯Ｌａのグランド側の端子からインバータ３の間には、該放電灯Ｌａのランプ電流を検出するランプ電流検出回路５が介在されている。検出されたランプ電流信号Ｉｌａは、ランプ電流フィードバック回路６の帰還制御回路１１の減算器１２に入力され、調光器７からの調光信号ＣＴＬとの差分が求められる。前記差分は、誤差増幅回路１３において増幅され、加算器１４において前記調光器７からの調光信号ＣＴＬに加算されて調光制御信号ＶＣＴＬとして前記制御回路９に与えられる。制御回路９は、前記調光制御信号ＶＣＴＬに対応して、インバータ３の動作周波数を変化する。

したがって、調光制御信号ＶＣＴＬが減少することで、放電灯Ｌａが調光される。また、ランプ電流信号Ｉｌａの値が調光信号ＣＴＬと同じ場合には、帰還制御回路１１の出力は０であり、調光信号ＣＴＬの値がそのまま制御回路９に入力される。これに対して、ランプ電流信号Ｉｌａの値が調光信号ＣＴＬからずれている場合は、誤差増幅回路１３によって増幅された信号が帰還制御回路１１の出力となり、調光信号ＣＴＬに加算され、制御回路９に入力される。これによって、調光信号ＣＴＬに対して、所定のランプ電流よりも少なく、チラツキが発生する可能性がある場合には、調光制御信号ＶＣＴＬが増加するので、ランプ電流信号Ｉｌａも増加する。また、放電が不安定となり、チラツキを発生する場合、ランプ電流信号Ｉｌａの瞬時値が増減を繰り返すが、上述のようなランプ電流のフィードバック制御によって、瞬時値の変化が抑制され、チラツキを防止することができるようになっている。

上述のように構成される放電灯点灯装置１において、注目すべきは本発明では、前記帰還制御回路１１（誤差増幅回路１３）のゲインは、図３に示されるように、光出力１００％（Ｆｕｌｌ出力）から調光下限まで一定であっても、調光制御信号ＶＣＴＬが減少することで放電灯Ｌａが調光されることである。このため、調光下限時のインバータ３の動作周波数が、共振回路４の無負荷共振周波数近傍に設定されており、かつランプ電流に対するランプ電流信号Ｉｌａの変化が、図４に示されるように、前記調光下限時の値が略０となる特性に設定されていることである。

前記調光下限時のランプ電流信号Ｉｌａの値が略０となるように、前記ランプ電流検出回路５は、抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、スイッチＳＷ１と、ダイオードＤ３と、コンデンサＣ２とを備えて構成される。抵抗Ｒ１，Ｒ２は、放電灯Ｌａのグランド側の端子からインバータ３への経路に直列に挿入されて検出部となり、抵抗Ｒ１と並列にバイパス用のスイッチＳＷ１が設けられている。前記スイッチＳＷ１は、前記調光器７から与えられる調光信号ＣＴＬ’によってオン／オフ制御される。前記調光信号ＣＴＬ’は、前記調光下限時に前記スイッチＳＷ１をオンさせる。

一方、前記放電灯Ｌａと抵抗Ｒ１との間から、ダイオードＤ３を介して前記ランプ電流の一部が取出される。このランプ電流は、コンデンサＣ２および抵抗Ｒ３の並列回路によって平滑化されるとともに電圧変換され、前記ランプ電流信号Ｉｌａとして前記帰還制御回路１１へ出力される。したがって、前記調光下限時にスイッチＳＷ１がオンし、抵抗Ｒ１がスイッチＳＷ１によってバイパスされると、前記ランプ電流の殆どはインバータ３に流れ、コンデンサＣ２の端子電圧、すなわち前記ランプ電流信号Ｉｌａのレベルは、上述のように略０となる。これによって、上述のように、定格出力時から調光下限時までフィードバックゲインが一定であるにも関わらず、調光下限付近では、殆どランプ電流がランプ電流信号Ｉｌａに変換されないので、実質的にフィードバックゲインが減少していることと同じ効果を得ることができる。

図５は、上述のように構成される放電灯点灯装置１の動作を説明するためのグラフであり、本実施の形態でのランプＶ−Ｉ特性とバラストＶ−Ｉ特性とを示している。ランプは定格電力の異なる放電灯ＡとＢとである。本実施の形態では、上述のように調光下限のインバータ３の動作周波数は、共振回路４の無負荷共振周波数と略等しいので、調光下限のバラストＶ−Ｉ特性はほぼ垂直となる。これによって、調光下限時の無負荷２次電圧が高くなり、定格電力が異なるけれども、定格電流が略等しい放電灯に対して、共に立ち消えを起こし難くすることができる。

一方、Ｆｕｌｌ出力付近ではバラストＶ−Ｉ特性が傾いているが、帰還制御回路１１が働き、ランプＡ、ランプＢのどちらを装着しても調光信号ＣＴＬに対するランプ電流は一定となる。すなわち、同じ調光信号ＣＴＬ（ランプ電流信号）において、定格電力の大きいランプＡの方が、小さいランプＢに比べて、調光制御信号ＶＣＴＬが大きくなる。したがって、ＦＨＴ４２／３２／２４などの定格電力が異なるけれども、定格電流が略等しいランプを本放電灯点灯装置１に用いた場合、各ランプの光出力比を略等しく調光することができる。

また、調光下限のバラストＶ−Ｉ特性が垂直になるので、チラツキ難い上、基本的に定格電力の異なるランプが装着されてもフィードバックゲインを増加させる必要はなく、前述の図３で示すように一定である。むしろ、調光下限付近でのランプ電流信号Ｉｌａと調光信号ＣＴＬとを０、或いは非常に小さくすることで、フィードバック制御を弱め、異常発振を防止している。これは、調光下限における調光制御信号ＶＣＴＬは、ランプＡもランプＢもほぼ同じであるからであり、無負荷２次電圧が高いので、フィードバック制御を行う必要がないからである。

一方、そのようにフィードバックゲインが小さくても、調光が浅い場合は、ランプのインピーダンス（等価抵抗）が低く、低温であっても、調光下限よりは安定して点灯させることができ、また図６で示すように、ランプ電流の変化に対する光出力の変化は、調光が浅くなる程小さくなっており、問題は生じない。

以上のように、調光下限時におけるインバータ３の動作周波数を無負荷共振周波数近傍とし、調光下限でランプ電流に対するランプ電流信号Ｉｌａを非常に小さくすることで、フィードバックゲインを一定にしたまま、同じ調光レベルに対する定格電力の異なる放電灯のランプ電流を等しく、深く調光することができる。

なお、調光下限でインバータ３の動作周波数ｆＤｉｍを無負荷共振周波数ｆ０にする手法としては、共振回路設計によって、周波数調光を行いながら、ｆＤｉｍ≒ｆ０としてもよいし、動作周波数ｆＤｉｍを無負荷共振周波数ｆ０に一致させたまま、調光制御は、直流電源２の出力を可変して行う方式（Ｖｄｃ調光方式）や、インバータ３のオンＤｕｔｙを可変して行う方式（Ｄｕｔｙ調光方式）を用いてもよい。

［実施の形態２］
図７は、本発明の実施の第２の形態に係る放電灯点灯装置２１の電気的構成を示すブロック図である。この放電灯点灯装置２１は、前述の放電灯点灯装置１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この放電灯点灯装置２１では、ランプ電流フィードバック回路２６において、減算器１２のプラス側に直流電源２７がスイッチＳＷ２と加算器２８とを介して接続され、ＳＷ２は前記調光信号ＣＴＬ’に応じてオン／オフされ、加算器２８は、前記調光信号ＣＴＬに、増分となる直流電源２７からの電圧Ｅ１を加えた値を減算器１２のプラス側に出力することである。

図８は、上述のように構成される放電灯点灯装置２１のランプ電流に対するランプ電流信号Ｉｌａの変化を示すグラフである。ランプ定格出力時から調光下限の境界２９にかけては上述のように調光信号ＣＴＬ’によってスイッチＳＷ１はオフしており、ランプ電流信号Ｉｌａはランプ電流と抵抗Ｒ１に抵抗Ｒ２を加えた抵抗値とに比例した信号を出力し、ランプ電流に応じてランプ電流信号Ｉｌａが減少してゆく。このとき、減算器１２へは、加算器２８から、前記調光信号ＣＴＬに直流電源２７からの電圧Ｅ１が加算されて入力されている。

前記境界２９付近で調光信号ＣＴＬ’が一定値以下になり、スイッチＳＷ１がオンし、ランプ電流信号Ｉｌａはランプ電流と抵抗Ｒ２の抵抗値のみとに比例した信号を出力する。これによって、境界２９以下のランプ電流ではランプ電流値に対するランプ電流信号値が一気に減少する。しかしながら、このとき前記調光信号ＣＴＬ’によってスイッチＳＷ２も同時にオフし、加算器２８の出力は直流電源２７からの電圧Ｅ１が低下した値を減算器１２のプラス側に出力するので、スイッチＳＷ１のオン／オフ時における光出力の変化（ランプ電流の変化）はない。すなわち、減算器１２のプラスマイナス両側の入力が同時に小さくなるので、出力の変化は小さい。

このように構成することで、前記境界２９前後でのフィードバックゲインの急激な切替わりを抑制し、滑らかな調光制御を行うことができる。

［実施の形態３］
図９は、本発明の実施の第３の形態に係る放電灯点灯装置３１の電気的構成を示すブロック図である。この放電灯点灯装置３１は、前述の放電灯点灯装置１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この放電灯点灯装置３１では、前述のランプ電流検出回路５から、ランプ電流検出回路３５に変更されていることである。このランプ電流検出回路３５では、検出部としてカレントトランスＣＴを設け、検出回路として、インダクタＬ３と、コンデンサＣ４と、ダイオードブリッジＤＢ２と、前述のコンデンサＣ２および抵抗Ｒ３の並列回路とが設けられている。

前記放電灯Ｌａのマイナス側の端子とインバータ３との間にはカレントトランスＣＴの１次巻線Ｎ１が介在されている。一方、２次巻線Ｎ２側には、コンデンサＣ４とインダクタＬ３との並列共振回路と、ダイオードブリッジＤＢ２が接続され、ダイオードブリッジＤＢ２の出力端には前述のコンデンサＣ２および抵抗Ｒ３の並列回路が接続されている。したがって、インバータ３の動作周波数が変化すると、カレントトランスＣＴの２次側に接続された並列共振回路によってダイオードブリッジＤＢ２の出力電流が変化する。

図１０は、上述のように構成される放電灯点灯装置３１におけるランプ電流の変化に対するランプ電流信号Ｉｌａの変化を示すグラフである。本実施の形態では、前述のように、インバータ３の動作周波数が変化することで放電灯Ｌａが調光される。すなわち、図２で示すように、定格出力時にはインバータ３の動作周波数は低く（約５０ｋＨｚ）、調光するに従い高くなる（下限時に約９０ｋＨｚ）。

一方、前記コンデンサＣ４とインダクタＬ３とによる並列共振回路の共振周波数は、Ｆｕｌｌ出力付近のインバータ動作周波数に設定されている。したがって、Ｆｕｌｌ出力付近ではこの並列共振回路のインピーダンスが非常に高く、該並列共振回路にはカレントトランスＣＴの２次巻線Ｎ２からの電流は殆ど流れない。これによって、カレントトランスＣＴの２次巻線Ｎ２を流れる電流の大部分がダイオードブリッジＤＢ２に流れ、フィードバックされる。調光するに従い、インバータ動作周波数は並列共振回路の共振周波数を離れるので、調光下限では、相対的にダイオードブリッジＤＢ２に流れる電流よりも並列共振回路でバイパスされる電流の割合は最も多くなり、フィードバックされる信号は小さく、フィードバック制御が動作しない程度に小さい値なる。したがって、図１０で示すように、Ｆｕｌｌ出力時よりもランプ電流値に対するランプ電流信号値が相対的に減少する。

このように構成することで、前述の放電灯点灯装置２１とは異なり、Ｆｕｌｌ出力から調光下限まで、ランプ電流に対するランプ電流信号Ｉｌａの値を相対的に徐々に小さくすることができる。また、実質的にカレントトランスＣＴを用いた方が巻数比によって小さな信号を増幅することができるので、抵抗Ｒ１，Ｒ２を用いるよりもランプ電流検出回路での損失を抑えることができるという利点がある。

［実施の形態４］
図１１は、本発明の実施の第４の形態に係る放電灯点灯装置４１の電気的構成を示すブロック図である。この放電灯点灯装置４１は、前述の放電灯点灯装置３１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この放電灯点灯装置４１では、直流電源４２は昇降圧チョッパであり、チョッパ出力を可変して調光を行う、Ｖｄｃ調光を採用していることである。これに対応して、その制御回路４８およびランプ電流フィードバック回路４６が用いられる。一方、前記インバータ３を制御する制御回路４９は、前記スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を一定の動作周波数で駆動する。

前記直流電源４２は、前述の直流電源２の昇圧チョッパ構成に、さらに入力側に直列にスイッチング素子Ｑ４が設けられ、そのスイッチング素子Ｑ４とインダクタＬ２との接続点とグランドとの間にダイオードＤ２が設けられて構成されている。前記制御回路４８は、パルス幅変調制御ＩＣから成り、ランプ電流フィードバック回路４６からの調光制御信号ＶＣＴＬ’に応答して、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の動作周波数を可変することができる。

これによって、平滑コンデンサＣ３から出力する直流電圧Ｖｄｃを、
ＶＳ（ｐｅａｋ）≦ＶｄｃあるいはＶＳ（Ｐｅａｋ）≧Ｖｄｃ
とすることができる。

一方、ランプ電流フィードバック回路４６は、基準電圧源４３と、帰還制御回路４４とを備えて構成され、前記ランプ電流検出回路３５からのランプ電流信号Ｉｌａは、入力抵抗Ｒ−を介して、帰還制御回路４４のオペアンプＯＰの負入力端に入力される。前記オペアンプＯＰの正入力端には、入力抵抗Ｒ＋を介して、前記基準電圧源４３から基準電圧Ｖｌａが入力される。前記基準電圧Ｖｌａは、調光器７からの調光信号ＣＴＬによって設定される。オペアンプＯＰは、前記ランプ電流信号Ｉｌａと基準電圧Ｖｌａとを比較し、その差分を増幅して、調光制御信号ＶＣＴＬ’として前記制御回路４８へ出力するとともに、その出力は、相互に並列の帰還抵抗ＲＰおよび帰還コンデンサＣＩを介して負帰還されている。

したがって、オペアンプＯＰのゲインは、入力抵抗Ｒ−、帰還抵抗ＲＰおよび帰還コンデンサＣＩの比例積分ゲインで決定され、さらに帰還抵抗ＲＰおよび帰還コンデンサＣＩはカットオフ周波数を決定しており、低周波のリップルを低減している。前記帰還抵抗ＲＰおよび帰還コンデンサＣＩによってリップル成分が低減されるので、前記コンデンサＣ２は省略されている。

このように構成されるランプ電流フィードバック回路４６の概略動作は、以下の通りである。ランプ電流信号Ｉｌａが基準電圧Ｖｌａより低くなり、制御回路４８に帰還制御回路４４から＋の調光制御信号ＶＣＴＬ’が入力されると、制御回路４８はスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の動作周波数を低下させ、出力電圧Ｖｄｃを上昇させて、光出力（ランプ電流）を増加させる。これに対して、ランプ電流信号Ｉｌａが基準電圧Ｖｌａより高くなり、制御回路４８に帰還制御回路４４から−の調光制御信号ＶＣＴＬ’が入力されると、制御回路４８は動作周波数を増加させ、出力電圧Ｖｄｃを低下させて、光出力を低下させる。このようにして、昇降圧チョッパの動作周波数が制御回路４８によって制御されることで、調光器７からの調光信号ＣＴＬに応じて、放電灯Ｌａの調光点灯が行われる。

上述のように構成することで、ランプ電流フィードバック回路４６の入力抵抗Ｒ−と帰還コンデンサＣＩとによって遅れ時間（フィードバック時定数）が設定され、ランプ電流信号Ｉｌａが変化してから、調光制御信号ＶＣＴＬ’が変化するまでのその遅れ時間が動作周波数分の１に定められている。すなわち、
Ｒ−×ＣＩ＝１／ｆＤｉｍ
たとえば、調光下限周波数が５０ｋＨｚである場合は、２０μｓｅｃとなる。これは、ランプ電流の１周期分の時間であり、ランプ電流の実効値を示す最小の時間となる。したがって、フィードバックの応答速度を非常に速くすることができる。

通常、フィードバック時定数τがτ＞１／ｆ（ＩＮＶ）であっても、フィードバックゲインが大きく、かつランプの点灯状態が不安定な場合は、フィードバックの異常発振を起こす場合があるが、本実施の形態では、前述のように調光下限付近では、フィードバック動作が弱められているので、そのような異常発振を抑制しつつ、フィードバックの応答速度を速くすることができる。

本実施の形態では、Ｆｕｌｌ出力から調光下限までインバータ動作周波数が一定のＶｄｃ調光を採用しているので、ランプ電流の１周期分の時間は変化しない。かつ、インバータ動作周波数は無負荷共振周波数で一定であり、調光下限付近でのフィードバック動作を弱めつつ、最適な応答速度でフィードバック動作が行われるので、上述の放電灯点灯装置，２１，３１に比べて、同じ調光レベルに対する定格電力の異なる放電灯のランプ電流をさらに等しく、深く調光することができる。

［実施の形態５］
図１２は、本発明の実施の第５の形態に係る放電灯点灯装置５１の電気的構成を示すブロック図である。この放電灯点灯装置５１は、前述の放電灯点灯装置４１に類似している。注目すべきは、この放電灯点灯装置５１では、ランプ電流フィードバック回路５６の帰還制御回路５４が、上述のランプ電流フィードバック回路４６の帰還制御回路４４において、前記帰還コンデンサＣＩが相互に並列の２つの帰還コンデンサＣＩ１，ＣＩ２に分割され、一方の帰還コンデンサＣＩ２には直列に、前記調光器７からの調光信号ＣＴＬによって切換え制御されるスイッチＳＷ３が接続されていることである。したがって、前記調光信号ＣＴＬによって、帰還制御回路５４の時定数が変化される。一方、調光制御信号ＶＣＴＬによって、前述の制御回路９を介してインバータ３の動作周波数が制御される。

上述のように構成することで、Ｆｕｌｌ出力から前記調光下限までは、スイッチＳＷ３はオンされており、フィードバック時定数τは、
τ＝Ｒ−×（ＣＩ１＋ＣＩ２）
となる。前記調光下限まで調光されると、スイッチＳＷ３はオフされ、フィードバック時定数τは、
τ＝Ｒ−×ＣＩ１となり、時定数τが小さくなる。すなわち、フィードバックの応答速度が早くなる。

このように調光レベルに応じてフィードバック時定数を変化できるようにすることによって、上述の放電灯点灯装置４１のように動作周波数一定のＶｄｃ調光方式を用いずに、周波数調光方式でもより最適なフィードバック時定数に近付け（τ≒１／ｆ）調光することができる。周波数調光方式は、Ｖｄｃ調光方式よりもランプ電流フィードバック回路の設計範囲が広くなり、低コストな放電灯点灯装置を実現できることは言うまでもない。

［実施の形態６］
図１３は、本発明の実施の第６の形態に係る放電灯点灯装置６１の電気的構成を示すブロック図である。この放電灯点灯装置６１は、前述の放電灯点灯装置３１，４１，５１に類似している。注目すべきは、この放電灯点灯装置６１では、ランプ電圧を検出するランプ電圧検出部６２が設けられているとともに、ランプ電流フィードバック回路６６が、前述のランプ電流フィードバック回路４６の構成に、そのランプ電圧検出部６２からのランプ電圧信号Ｅｌａを前記帰還制御回路４４からの出力に加算して前記調光制御信号ＶＣＴＬとする加算器６３が設けられていることである。

このように構成することで、放電灯Ｌａの周囲温度の低温時に調光下限で調光制御する際に、ランプ電圧が急激に増加することを利用して、帰還制御回路４４からの出力にこのランプ電圧信号Ｅｌａをさらに加えてフィードバックすることで、ランプ出力を増加させ、チラツキ、立ち消えを防ぐことができる。

本実施の形態では、これまでの実施の形態と同様に調光下限でのインバータ動作周波数は無負荷共振周波数近傍であり、ランプ電流信号Ｉｌａはフィードバック制御が殆ど行われない程小さな値である。基本的には、調光下限では、ランプ両端にかかる無負荷２次電圧は非常に高く、フィードバック動作を行わなくても、立ち消え、チラツキが発生することはない。しかしながら、放電灯点灯装置の部品ばらつきや、無視しえない配線間の浮遊静電容量によって共振系がばらつき、ランプ両端の無負荷２次電圧が低下する場合がある。また、ランプ周囲温度の低温時には、その影響が顕著に現れ、ランプ電流が低下することになる。これは、部品ばらつきによってバラスト特性が傾き、かつフィードバック動作が弱められているので、ランプインピーダンスが大きくなるとランプ電流が低下するからである。

図１４に定格電力４２Ｗの高周波点灯専用形コンパクト型ランプ（ＦＨＴ４２）におけるランプ電流に対するランプ電圧（ｒｍｓ）の変化を示す（室温２５℃と低温５℃）。境界６５のランプ電流以下で、かつ低温時に急激にランプ電圧が増加している。この領域では、基準電圧Ｖｌａとランプ電流信号Ｉｌａとが非常に小さく、誤差を増幅しても、調光制御信号ＶＣＴＬの変化は殆どなく、実質的にフィードバック制御が弱められている。しかしながら、低温時に境界６５のランプ電流以下では、ランプ電流信号Ｉｌａが急激に増加するので、調光制御信号ＶＣＴＬも増加し、放電灯Ｌａの出力は増加する。仮に、たとえ増加しすぎたとしても、一定以上のランプ電流になれば、ランプ電流信号Ｉｌａが増加し、フィードバック動作が行われるので、所望のランプ電力を得ることができる。

このように、本実施の形態の放電灯点灯装置６１では、フィードバック動作が弱められ、部品ばらつきによって調光下限付近の動作周波数が無負荷共振周波数からずれているとしても、ランプ電圧を検出し、インバータ動作周波数を決定する調光制御信号ＶＣＴＬを補正するので、低温時においても、ちらつき、立ち消えを起こさずに、深く調光することができる。

なお、上述の説明では、放電灯Ｌａの点灯状態をランプ電流から検出したけれども、放電灯電力、放電灯光出力、またはインバータ３のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を流れる電流から検出するようにしてもよい。

本発明の実施の第１の形態に係る放電灯点灯装置の電気的構成を示すブロック図である。 インバータの動作周波数の変化に対するランプ電流の変化の一例を示すグラフである。 本発明のフィードバックゲインを示すグラフである。 実際に放電灯に流れるランプ電流に対する本発明の検出回路で検出されるランプ電流信号の変化を示すグラフである。 図１で示す放電灯点灯装置の動作を説明するためのランプＶ−Ｉ特性とバラストＶ−Ｉ特性とを示すグラフである。 ランプ電流の変化に対する光出力の変化を示すグラフである。 本発明の実施の第２の形態に係る放電灯点灯装置の電気的構成を示すブロック図である。 図７で示す放電灯点灯装置のランプ電流に対するランプ電流信号の変化を示すグラフである。 本発明の実施の第３の形態に係る放電灯点灯装置の電気的構成を示すブロック図である。 図９で示す放電灯点灯装置におけるランプ電流の変化に対するランプ電流信号の変化を示すグラフである。 本発明の実施の第４の形態に係る放電灯点灯装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施の第５の形態に係る放電灯点灯装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施の第６の形態に係る放電灯点灯装置の電気的構成を示すブロック図である。 高周波点灯専用形コンパクト型ランプの一例におけるランプ電流に対するランプ電圧の変化を示すグラフである。 ランプ電流フィードバック制御を実現する典型的な従来技術の放電灯点灯装置の電気的構成を示すブロック図である。 図１５で示す放電灯点灯装置のフィードバック制御動作を説明するためのグラフである。 図１５で示す放電灯点灯装置の動作を説明するためのランプＶ−Ｉ特性とバラストＶ−Ｉ特性とを示すグラフである。 フィードバックゲインが大きい場合に生じる異常振動を示す波形図である。 図１８に対して、フィードバックゲインが適切な場合の波形図である。

１，２１，３１，４１，５１，６１ 放電灯点灯装置
２，４２ 直流電源
３ インバータ
４ 共振回路
５，３５ ランプ電流検出回路
６，２６，４６，５６，６６ ランプ電流フィードバック回路
７ 調光器
８，９；４８，４９ 制御回路
１０商用電源
１１，４４，５４ 帰還制御回路
１２ 減算器
１３ 誤差増幅回路
１４，２８，６３ 加算器
２７ 直流電源
４３ 基準電圧源
６２ ランプ電圧検出部
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４ コンデンサ
Ｃ３ 平滑コンデンサ
ＣＤ 直流カットコンデンサ
ＣＩ；ＣＩ１，ＣＩ２ 帰還コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ３ ダイオード
ＤＢ１，ＤＢ２ ダイオードブリッジ
Ｌ１〜Ｌ３ インダクタ
Ｌａ 放電灯
ＯＰ オペアンプ
Ｑ１〜Ｑ４ スイッチング素子
Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗
Ｒ−，Ｒ＋ 入力抵抗
ＲＰ 帰還抵抗
ＳＷ１〜ＳＷ３ スイッチ

Claims (4)

1. インバータを用いて放電灯を高周波点灯させ、その放電灯に流れる電流を検出手段が検出し、その検出結果に対応したフィードバック信号を前記インバータへフィードバックすることで、所望とする調光レベルで放電灯を点灯させるようにした放電灯点灯装置において、
   前記検出手段は、
   １次巻線が前記放電灯と直列に接続され、前記放電灯に流れるランプ電流を検出するカレントトランスと、
   前記カレントトランスの２次巻線間に接続されるコンデンサとインダクタとの並列共振回路と、
   前記カレントトランスの２次巻線からの出力電流を整流する整流回路と、
   前記整流回路の出力電流を電圧変換する抵抗およびコンデンサの並列回路とを備えて構成され、
   調光下限時における前記インバータの動作周波数が、該インバータと前記放電灯との間に介在される共振回路の無負荷共振周波数近傍に設定されており、かつ前記並列共振回路における共振周波数がＦｕｌｌ出力付近における前記インバータの動作周波数に設定されることで、前記調光下限時には該並列共振回路によって前記カレントトランスの２次巻線からの出力電流がバイパスされ、前記フィードバック信号のレベルが略０またはフィードバック制御が動作しない程度に小さい値に設定されることを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記検出手段における検出結果と調光信号との差分を増幅し、前記フィードバック信号を作成する帰還制御回路が、調光器からの調光信号によって、前記調光下限時にフィードバック時定数が小さくなり、この帰還制御回路からのフィードバック信号によって、前記インバータの動作周波数が制御されることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. ランプ電圧検出手段を設け、該ランプ電圧検出手段からのランプ電圧信号を前記フィードバック信号に加算することを特徴とする請求項１または２記載の放電灯点灯装置。
4. 前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置を用いることを特徴とする照明器具。

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