JP4513376B2 - 高圧放電灯点灯装置及び照明器具 - Google Patents

Description

本発明は高圧放電灯点灯装置及びこれを用いた照明器具に関するものである。

特開２００３−２２３９９７号では、深い調光が可能な高圧放電灯点灯装置が提案されている。図２２はランプ両端電圧Ｖｌａに対するランプ電力の変化率を示している。図中、ａ、ｂの点線で示された点灯装置の出力特性と太い実線ｃで示されたランプ特性の交点で回路が動作することになる。このように動作させると、図２２のａに示すように、ランプ両端電圧Ｖｌａが上昇に転じるまでの比較的出力の高い調光範囲（例えば、４０〜１００％）においては、定電力特性を取ることができ、ランプの個体差や寿命によるランプインピーダンスの変動に対し、略一定の電力を得ることが可能であり、また、図２２のｂに示すように、ランプ両端電圧Ｖｌａが上昇に転じる、比較的出力の低い調光範囲（例えば、４０％以下）においては、定電流の特性で動作するので、ランプ特性との交点である動作点を取ることができ、立消えなどを生じず、安定に点灯でき、調光範囲を拡大することが可能である。

なお、図２３は図２２のａ、ｂの出力特性におけるランプ電流Ｉｌａの目標値が示してある。上述のように、出力特性ａの調光領域ではランプ両端電圧Ｖｌａの増加に応じてランプ電流Ｉｌａの目標値を減少させることで略定電力制御を行い、出力特性ｂの調光領域では、ランプ両端電圧Ｖｌａの増加に応じてランプ電流Ｉｌａの目標値を一定にして、定電流制御を行っている。

また、調光範囲を広げる目的で、特開平６−１１１９８７号に示すような特性の放電灯点灯装置も知られている。図２４はその特性を示したもので、放電灯点灯装置のランプ電流Ｉｌａに対するランプ電圧Ｖｌａを示しており、ランプ電圧Ｖｌａが閾値Ｖｔｈを越える瞬間の電流指令値がＸであったとし、これよりもさらに低い電流指令値ＹあるいはＺを出力するように調整しても、放電灯の電圧−電流曲線Ｑとはｙ点あるいはｚ点で交差し、依然として点灯状態を維持させることができる。かくして、ランプ電圧Ｖｌａが閾値Ｖｔｈよりも低いときには、定電力調光が行われ、ランプ電圧Ｖｌａが閾値Ｖｔｈ以上の範囲では定電流調光が行われる。このことは、輝度の一層小さい領域まで調光範囲を広げたことにほかならない。
特開２００３−２２３９９７号公報 特開平６−１１１９８７号公報

特許文献１、２のいずれの場合も、高圧放電灯を低光束レベルまで調光するために、点灯装置に定電流特性を持たせ、点灯装置の出力特性とランプ特性の動作点を、定電力による調光制御に比べ、確実に維持するものである。しかしながら、例えば定格点灯時を１００％とした場合の照度比２０％以下といった、更に深い調光領域においては、図２２の太い実線ｃに示すように、調光が深くなるのに応じてランプ電圧が急激に上昇するため、点灯装置とランプ特性の動作点の維持が困難となり、結果的には立消えが発生するといった欠点があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来例で述べたような定電流制御で得られる調光下限よりも、更に低光束レベルまで調光可能な高圧放電灯点灯装置を提供することにある。

本発明にあっては、上記の課題を解決するために、図２に示すように、直流電源Ｅを入力電源として負荷側の高圧放電灯ＤＬに交流電力を供給して全点灯または調光点灯を行う電力変換手段１を備え、調光が深くなるにつれて前記高圧放電灯ＤＬの両端電圧が大きくなる領域において、前記電力変換手段１の出力特性を、図１（ｂ）の特性ＢＣ１に示すように、前記電力変換手段１の出力電圧の増加に対して前記電力変換手段１の出力電流を増加させる特性としたことを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、従来の定電流制御に比べて、更により広い範囲で安定に低光束点灯ができる。
請求項２の発明によれば、ランプ電流の変化量／ランプ電圧の変化量を一定にすることで、制御を簡易化することができる。
請求項３の発明によれば、調光を深くしても、動作点を確実に持つため、更により広い範囲で安定に低光束点灯ができる。
請求項４の発明によれば、始動後からランプ電圧が０Ｖから動作点における電圧まで点灯装置の出力特性を持つため、例えば低光束な調光始動が確実に行える。
請求項５の発明によれば、定電流制御と本発明による動作との切替点のランプ電圧の値を調光に応じて変化させるため、低光束領域での明るさ調整を容易に行える。

請求項６の発明によれば、ランプの経時変化に対して、調光下限付近のランプ電力を初期の頃と同程度の電力とすることができる。
請求項７の発明によれば、定電力制御、定電力制御と定電流制御の中間的な制御、定電流制御、並びに本発明の低光束点灯時の制御の組合せで、定格点灯から調光下限までの広い範囲で滑らかに連続的な制御が行える。
請求項８，９，１０の発明によれば、簡単な制御回路で実現できる。
請求項１１の発明によれば、マイコンのデータテーブルを参照することで、ランプ電圧による制御動作の切替回路などが不要になり、回路を簡略化できる。
請求項１２の発明によれば、マイコンのデータテーブルに格納すべきデータ量を少なくできる。
請求項１３の発明によれば、従来よりも更に低いレベルまで調光可能な照明器具を実現できる。

（実施形態１）
図１（ａ），（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る放電灯点灯装置の動作特性を示しており、同図（ａ）はランプ電圧Ｖに対するランプ電力Ｗのグラフ上に、点灯装置の出力特性とランプ特性を示したものである。図中、点ａ、点ｂを通過するように示された実線ＬＣがランプ特性であり、点Ａ、点Ｂを通過するように示された実線および点線からなる線ＢＣ１が本実施形態に係る点灯装置の出力特性である。また、比較のため、従来例で示した定電流制御による出力特性を点線ＢＣ２で示している。

ランプ特性ＬＣにおいて、点ａで示す定格点灯から調光を深くしていく、すなわちランプ電力Ｗを小さくしていくと、ランプ電圧Ｖは略一定か、もしくは若干低くなっていく。ランプ電圧がある点（Ｖｂ）に到達してもなお調光すると、点ｂを過ぎてからランプ電圧は急激に上昇する。

このとき、白丸で示す点灯装置の出力特性ＢＣ１とランプ特性ＬＣとの交点ＣＰがランプの動作点となるが、点灯装置の出力特性をＢＣ１のような特性とすることによって、ランプ特性ＬＣ、出力特性ＢＣ１の各々の特性曲線が直交的に交わるため、動作点を確実に持ち、更に調光を深くしていったときにも、動作点を維持しやすくなる。その結果、深い調光まで安定に点灯することが可能になるのである。

ちなみに従来例で示したような定電流制御、すなわち点線ＢＣ２で示す出力特性の場合にも、ランプ特性ＬＣと出力特性ＢＣ２の交点ＣＰでランプは動作することになるが、上述したような動作に比べると、ランプ特性ＬＣと出力特性ＢＣ２の傾きが近づいているため、更に調光を深くしていった場合に立消えしやすくなる。

図１（ｂ）は、図１（ａ）における各々の特性をランプ電圧Ｖとランプ電流Ｉのグラフに置き換えたもので、ランプ特性ＬＣ、出力特性ＢＣ１、ＢＣ２は図１（ａ）と対応するものを示している。図１（ｂ）からも出力特性ＢＣ１とランプ特性ＬＣが直交的に交わっており、確実に動作点を持っていることが分かる。このため、深い調光まで安定に点灯することが可能となる。

また、図１（ｂ）における動作点付近における傾き、すなわち、（ランプ電流Ｉの変化量／ランプ電圧Ｖの変化量）は略一定であれば、回路設計が容易になる。

なお、定電流制御を示す出力特性ＢＣ２の場合、更に調光を深くすると特性の傾きがランプ特性ＬＣと同じようになってくるため、動作点が不安定になり、立消えしやすくなる。

図２は本実施形態に係る点灯装置の回路構成を示している。この点灯装置は、直流電源Ｅと、電力変換手段１と、前記電力変換手段１に接続される高圧放電灯ＤＬと、前記電力変換手段１に調光信号を送信する調光器２とから構成されている。

前記電力変換手段１は、直流電源Ｅの両端に接続されたＤＣ／ＤＣ変換手段３と、前記ＤＣ／ＤＣ変換手段３の出力に接続されたＤＣ／ＡＣ変換手段４と、ＤＣ／ＤＣ変換手段３のスイッチング素子Ｑのオン・オフ制御を行う制御回路５とを備えている。

前記制御回路５は、高圧放電灯ＤＬに流れる電流を検出して現在のランプ電流値Ｉｌａを出力するランプ電流検出回路５１と、調光器２からの信号を受けてランプ電流の指令値Ｉｌａ＊を演算するランプ電流指令値演算回路５２と、前記ランプ電流の指令値Ｉｌａ＊と検出値Ｉｌａの差をα倍するゲイン回路５３とからなっており、このゲイン回路５３の出力に応じたパルス幅でＤＣ／ＤＣ変換手段３のスイッチング素子Ｑをオン・オフすることで、ランプ電流の指令値Ｉｌａ＊と検出値Ｉｌａが略一致するように動作する。

図３は図２の構成を更に詳細に示した回路図である。直流電源Ｅは、交流電源Ｖｓと、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４でなるダイオードブリッジＤＢと、インダクタＬ１、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ５、電解コンデンサＣ１とからなる昇圧チョッパ回路と、この昇圧チョッパ回路の制御回路６とからなっている。制御回路６は電解コンデンサＣ１の電圧を検出してスイッチング素子Ｑ１のオン・オフを制御する。

また、ＤＣ／ＤＣ変換手段３は、スイッチング素子Ｑ２とダイオードＤ６とインダクタＬ２とコンデンサＣ２とからなる降圧チョッパ回路であり、ランプ電流を検出するための抵抗Ｒ０が降圧チョッパの出力端のグランド側に直列に挿入されている。スイッチング素子Ｑ２のオン・オフを制御回路５により調整することで後段のＤＣ／ＡＣ変換手段４によって高圧放電灯ＤＬに供給されるランプ電流の値を制御することができる。

ＤＣ／ＡＣ変換手段４は、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の直列回路と、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６の直列回路が並列的に接続され、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の接続点とスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６の接続点との間には高圧放電灯ＤＬの始動を行うためのイグナイタＩＧと高圧放電灯ＤＬの直列回路が接続され、いわゆるフルブリッジ型のインバータで構成されている。スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６は制御回路７の低周波発振器７１から駆動回路７２を通じて出力される信号でオン・オフされ、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ６がオン、スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５がオフの状態と、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ６がオフ、スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５がオンの状態とが数１００Ｈｚ程度の周波数で交互に繰り返されることになる。このため、高圧放電灯ＤＬに流れる電流Ｉ_DLは数１００Ｈｚ程度の矩形波となる。

また、制御回路５は、調光器２からの信号を受けてランプ電流の指令値Ｉｌａ＊を出力するランプ電流指令値演算回路５２と、そのランプ電流の指令値Ｉｌａ＊をプラス側端子に入力されたオペアンプＯＰ１と、オペアンプＯＰ１の出力レベルに応じたパルス幅でスイッチング素子Ｑ２のオン・オフを制御する駆動回路５４とで構成される。オペアンプＯＰ１のマイナス側端子には、前記ＤＣ／ＤＣ変換手段３内に設けられた抵抗Ｒ０の一端から検出されるランプ電流Ｉｌａの信号が抵抗Ｒ１を介して入力されており、また、オペアンプＯＰ１のマイナス側端子と出力端子の間には抵抗Ｒ２が接続されており、オペアンプＯＰ１はランプ電流の検出値Ｉｌａが指令値Ｉｌａ＊に一致するようにフィードバック動作を行うものである。

ここで、ランプ電流指令値演算回路５２は、調光器２によって可変される直流電圧源Ｖ＊と、ＤＣ／ＤＣ変換手段３の出力端の電圧、すなわち高圧放電灯ＤＬのランプ電圧を抵抗Ｒ３、Ｒ４で分圧して得られる検出電圧Ｖｌａの和をランプ電流の指令値Ｉｌａ＊としている。なお、平均化のため、抵抗Ｒ４と並列にコンデンサＣ３が接続されている。回路中、抵抗Ｒ３、Ｒ４、コンデンサＣ３が無ければ、調光器２によって調整される直流電圧電源Ｖ＊の出力電圧がそのままランプ電流の指令値Ｉｌａ＊となるため、この場合は、ランプ電圧に関わらずランプ電流を一定にする定電流制御となるが、本実施形態では、ランプ電圧に応じた検出電圧Ｖｌａの成分もフィードバックして加算しているため、図１（ｂ）に示したようなランプ電圧に応じてランプ電流が増加する出力特性が比較的簡単に実現できる。なお、図３には図示しないが、ランプ点灯判別回路や異常保護回路においてもランプ電圧を検出するため、それらと回路を兼用することもできることは言うまでもない。

図４（ａ）、（ｂ）は、実際に本発明を用いて高圧放電灯を調光制御した場合の実測データを示しており、図４（ａ）はランプ電圧Ｖに対するランプ電力Ｗを、電圧、電力共にランプの定格点灯時の値を１００％として、その比率で表している。ｄｉｍ１、ｄｉｍ２、ｄｉｍ３、ｄｉｍ４で示す線は、ある調光レベルにおいて高圧放電灯の代りに可変抵抗を接続して測定した、点灯装置の出力特性を示しており、図１（ａ）で述べたＢＣ１に相当する。また、ＬＣは上記可変抵抗の代りに実際にランプを点灯させたときのランプ特性を示しており、図１（ａ）のＬＣに相当することになる。調光下限で実線ＬＣが途切れているのは、立消えか、または激しいちらつきを生じていたことを示している。図よりランプの電圧が急激に上昇するような領域においても、立消えを発生せずに安定に点灯していることが分かる。

図４（ｂ）はランプ電圧Ｖに対するランプ電流Ｉを、電圧、電流共にランプの定格点灯時の値を１００％として、その比率で表している。ｄｉｍ１、ｄｉｍ２、ｄｉｍ３、ｄｉｍ４で示す線は、ある調光レベルにおいて高圧放電灯の代りに可変抵抗を接続して測定した、点灯装置の出力特性を示しており、図１（ｂ）で述べたＢＣ１に相当する。また、ＬＣは上記可変抵抗の代りに実際にランプを点灯させたときのランプ特性を示しており、図１（ｂ）のＬＣに相当することになる。図４（ｂ）より、ある調光レベルにおける点灯装置の出力電流がランプ電圧の増加に応じて大きくなる、図１（ｂ）で示した特性と同じものを示していることが分かる。

比較のために、図３における抵抗Ｒ３、Ｒ４、コンデンサＣ３を付加しない、いわゆる定電流制御でも同様に実験を行った。図５（ａ），（ｂ）がその結果であり、各々の記号については、図４（ａ），（ｂ）のものと同様であるため説明を省略するが、図４に比べると、明らかにランプ点灯時のＬＣの調光下限が図４ほどは低くなっていないことが分かる。すなわち、図４の本発明の場合には、ランプ電力で定格の約２０（％）、ランプ電流で定格の約１６（％）まで調光が可能であったのに対して、図５の定電流制御では、そこまで達していないことが明らかに分かる。

本実施形態によれば、定電流制御に比べ、更により広い範囲で安定に低光束点灯ができる。また、（ランプ電流の変化量／ランプ電圧の変化量）の比率を略一定にすることで、制御を簡易化でき、簡単な制御回路で実現できる。

（実施形態２）
図６（ａ），（ｂ）は本発明の第２実施形態に係る放電灯点灯装置の動作特性を示している。図中、ＬＣはランプ特性を示しており、ＢＣ１、ＢＣ１’、ＢＣ１”で示された各々の線は点灯装置の出力特性を示している。図６（ａ）が図１（ａ）と異なる点は、調光が深くなるにつれて、点灯装置の出力特性の傾きを大きくしている点である。このように制御することでランプ電圧が急激に変化する低光束領域でも、点灯装置の出力特性とランプ特性が、より直交的に交わるため、動作点を確実に維持することが可能となる。なお、回路については図示しないが、例えばランプ電圧検出回路によって検出される検出値Ｖｌａを２乗して用いるなどすれば良く、比較的容易に達成できる。

また、図６（ｂ）は図６（ａ）において縦軸をランプ電流Ｉに変換したグラフであり、ランプ特性ＬＣ、点灯装置の出力特性ＢＣ１、ＢＣ１’、ＢＣ１”については、図６（ａ）と対応するものが示してある。図６（ｂ）からも調光を深くしたときに、点灯装置の出力特性とランプ特性が、より直交的に交わることが分かる。
本実施形態によれば、調光を深くしても、動作点を確実に持つため、更により広い範囲で安定に低光束点灯ができる。

（実施形態３）
図７（ａ），（ｂ）は本発明の第３実施形態に係る放電灯点灯装置の動作特性を示している。図７（ａ）が図１（ａ）と異なる点は、点灯装置の出力特性をランプ電圧が０からＶｔｈまでは定電流制御としたことである。ランプ電圧がＶｔｈより大きい領域、すなわち点灯装置の出力特性の点Ａよりランプ電圧が大きい領域では、実施形態１で述べたのと同じである。

一般的に高圧放電灯は、イグナイタのような始動回路で始動後、ランプ電圧が０（Ｖ）付近から徐々に大きくなっていくことになるが、出力特性を電圧０（Ｖ）から確実に持つことで、図７（ａ）のＢＣ１上をランプの動作点が推移することになり、例えば調光始動を行うことができる。なお、図では省略しているが、ランプ始動直後の数１０秒に関しては、ある程度の電流を流す必要があるため、図７（ａ）はそれ以降の特性を示している。

図７（ｂ）は、図７（ａ）において縦軸をランプ電流Ｉに変換したグラフであり、ランプ特性ＬＣ、点灯装置の出力特性ＢＣ１については、図７（ａ）と対応するものが示してある。ランプ電圧が０からＶｔｈまではランプ電流を一定に制御し、ランプ電圧がＶｔｈより大きくなると、ランプ電圧の増加に応じてランプ電流の指令値も増加させている。

図８は、本実施形態の回路構成を示している。図８が図２と異なる点は、制御回路５において、高圧放電灯ＤＬの両端電圧を検出するランプ電圧検出回路５５と、上記検出回路５５の検出値Ｖｌａと直流電圧Ｖｔｈを比較するコンパレータＣＯＭＰ１と、コンパレータＣＯＭＰ１の出力によってランプ電流の指令値Ｉｌａ＊をＶｂｃ１、Ｖｂｃ２のいずれかに切替えるスイッチＳＷとからなる回路が付加された点、並びに、調光器２からの信号で可変電圧源Ｖｄｉｍの出力電圧を可変とすることでＶｂｃ２の値が調整できるように構成された点である。本回路を用いれば、図７（ａ），（ｂ）で示したようにランプ電圧Ｖｔｈで特性が切替わる回路を簡単に構成することができる。なお、ランプ電流指令値演算回路５２として図３に例示した構成を用いる場合、抵抗Ｒ３、Ｒ４、コンデンサＣ３よりなる回路を図８のランプ電圧検出回路５５として兼用できる。

ランプ電圧の検出信号Ｖｌａが所定の直流電圧Ｖｔｈより小さい期間では、コンパレータＣＯＭＰ１の出力がＬレベルとなり、スイッチＳＷがＶｂｃ２側に切り替わる。スイッチＳＷがＶｂｃ２側になると、ランプ電流の指令値Ｉｌａ＊は調光器２からの信号で任意に設定されるＶｄｉｍとなるので、各調光レベルに応じた定電流制御となる。ランプ始動後、ランプ電圧は徐々に増加し、やがてランプ電圧の検出値Ｖｌａが所定の直流電圧Ｖｔｈを越えると、コンパレータＣＯＭＰ１の出力はＨレベルとなり、スイッチＳＷはＶｂｃ１側に切り替わる。この場合は、既に実施形態１で述べたのと同様な制御が行われるため、安定に低光束点灯を行うことができる。

本実施形態によれば、始動後からランプ電圧が０Ｖから動作点における電圧まで点灯装置の出力特性を持つため、例えば低光束で調光始動が確実に行える。また、簡単な制御回路で実現できる利点がある。

（実施形態４）
図９（ａ），（ｂ）は、本発明の第４実施形態に係る放電灯点灯装置の動作特性を示している。本実施形態は、実施形態３における制御動作の切替点Ｖｔｈの値を調光が深くなるのに応じて増加させている点が実施形態３とは異なる。

以下に図９（ａ）を用いて説明する。図中、点Ａ、点Ｂを通過する点灯装置の出力特性ＢＣ１は、前記実施形態３で示した特性と同じである。ランプ電圧がＶｔｈ１に達すると、図中の点Ａで制御動作が切り替わり、点灯装置の出力特性ＢＣ１とランプ特性ＬＣの交点でランプが点灯することになる。図９（ｂ）は、図９（ａ）において縦軸をランプ電流Ｉに変換したグラフであり、ランプ特性ＬＣ、点灯装置の出力特性ＢＣ１、ＢＣ１’，ＢＣ１”については、図９（ａ）と対応するものが示してある。

次に、実施形態３で示した回路のまま、調光を深くしようとすると、Ｖｔｈ１の値はそのままなので、点灯装置の出力特性は上述のＢＣ１からＢＣ１’へと推移することになる。しかしながら、ここで、ランプ電圧がＶｔｈ１より大きい領域では、ＢＣ１、ＢＣ１’のいずれの特性もランプ特性ＬＣと直交に近い特性のため、点灯維持の面では良いのだが、動作点の変化量が小さいため、明るさの変化がわかりにくくなる。ＢＣ１と明るさの差をつけるために、点Ａ’から点Ｂ’に至る線の傾きを緩くすれば、明るさの差はつくが、その場合には立消えやしすくなってしまう。

そこで、点灯装置の出力特性ＢＣ１から更に深く調光する場合には、切替点をＶｔｈ１からＶｔｈ２に変更することにより、点灯装置の出力特性がＢＣ１”のようになり、ＢＣ１’と比べて同じ傾きのまま、明るさの差を大きくすることができるようになる。したがって、切替点Ｖｔｈの値をランプ電圧に応じて任意に変化させることで調光時の明るさの微調整が可能となる。調光レベルに対して光出力の差が大き過ぎる場合には、逆にランプ電圧に応じて切替点Ｖｔｈを下げる方向に制御すれば良い。

図１０は本実施形態の回路構成である。図１０が図８と異なる点は、ランプ電圧検出回路５５の検出値Ｖｌａが制御動作の切替点の電圧を決定している直流電圧Ｖｔｈを制御している点が異なる。このように構成することにより、ランプ電圧の増加に対して、Ｖｔｈの値も大きくなっていくため、図９（ａ），（ｂ）のＢＣ１”のような点灯装置の出力特性を得ることができる。

なお、図１１に示すように、調光信号の大きさに応じて直流電圧源Ｖｔｈの電圧を可変制御するように構成しても良い。例えば、調光信号が図９（ａ），（ｂ）の点Ａを通る大きさであれば切替点をＶｔｈ１とし、調光信号が図９（ａ），（ｂ）の点Ａ”を通る大きさであれば、切替点をＶｔｈ２とするように、調光信号の大きさに応じて直流電圧Ｖｔｈの大きさを可変制御する。

本実施形態によれば、定電流制御と本発明による低光束点灯の制御動作との切替点の電圧を調光の深さに応じて変化させるため、低光束領域での明るさ調整を容易に行える。

（実施形態５）
図１２は本発明の第５実施形態に係る放電灯点灯装置の動作特性を示している。本実施形態は、ランプが長時間点灯された、例えば寿命末期のような状態でも確実に低光束点灯を行うための実施形態である。

図１２において、ランプ特性ＬＣ、点灯装置の出力特性ＢＣは実施例３、４で述べてきたのと同様である。ランプが長時間点灯すると、ランプ電圧は高くなっていくため、ランプ特性ＬＣは右側にシフトしていき、やがて、点線で示すＬＣ’のような特性になる。したがって、長時間点灯しても、ランプ特性ＬＣと点灯装置の出力特性ＢＣ１の交点で示されるランプの動作点と同じランプ電力になるためには、点灯時間に応じて調光のレベルを下げると共に、実施形態４のように切替点Ｖｔｈ１の値も大きくすれば良く、その大きくした切替点がＶｔｈ３となる。このＶｔｈ３で切替わる点灯装置の出力特性が一点鎖線で示したＢＣ１’であり、ＬＣ’とＢＣ１’の交点は先述のＬＣとＢＣ１の交点とほぼ同じランプ電力とすることができる。

図１３は、図１２の特性を達成するための回路構成である。図１３が図１０と異なる点は、図１０において、ランプ電圧の検出値で直流電圧源Ｖｔｈを可変制御していた代りに点灯時間の積算タイマ５６で直流電圧源Ｖｔｈの出力値を点灯時間の経過とともに徐々に大きくしている点と、同じく点灯時間積算タイマ５６の出力信号で図１２の点Ａ、点Ａ’までの傾きを決定している直流電圧源Ｖｄｉｍの出力値も変化させている点である。直流電圧源Ｖｄｉｍの出力値は、点灯時間の経過とともに下げていくことになる。他の部分は図１０と同じため、説明を省略する。

なお、ランプが数１０００時間といった長時間点灯すると、発光管の黒化などにより全体として照度は低くなる傾向があるため、実際には長時間点灯した後の動作点は、初期の頃よりも若干大きめに設定するのが望ましい。つまり、ランプの経時変化に対して、調光下限付近のランプ電力を初期の頃より大きくすることで、点灯初期の頃と同程度の照度を得ることができる。

これまでに述べてきた実施形態によれば、点灯装置の出力特性は、ランプ電圧に対してランプ電力、ランプ電流が大きくなる特性のため、比較的容易に達成することができ、例えば、図３で示したような回路でも、定数変更のみで対応が可能である。

以上のように、本実施形態によれば、ランプの経時変化に対して、調光下限付近のランプ電力を初期の頃と同程度の電力とすることができる。また、ランプの経時変化に対して、調光下限付近のランプ電力を初期の頃より大きくすることで、点灯初期の頃と同程度の照度を得ることができる。

（実施形態６）
図１４（ａ），（ｂ）は、本発明の第６実施形態に係る放電灯点灯装置の動作特性を示している。本実施形態は、定格点灯から低光束の調光下限までの調光制御を連続的に行うものであり、例えば、定電力制御と定電流制御といった異なる制御の切替時に発生する不安定な現象を抑制するものである。

以下に詳しく説明する。図１４（ａ）において、実線で示したランプ特性ＬＣと、点線で示した点灯装置の出力特性の交点ＣＰ１、ＣＰ２、…、ＣＰ６のうち、定格点灯を行う点ＣＰ１における出力特性をＢＣ１とし、以下、調光を深くするのに応じて、ＢＣ２、ＢＣ３、…、ＢＣ６と出力特性が変化していく。また、図１４（ｂ）にはこれまでと同様に縦軸をランプ電流とした場合の図１４（ａ）に対応するグラフを示すが、このうち、ＣＰ１、ＣＰ２、…ＣＰ６で示される点は、図１４（ａ）におけるランプ特性ＬＣとそれぞれの点灯装置の出力特性ＢＣ１、ＢＣ２、…、ＢＣ６の交点、いわゆるランプの動作点を示している。

動作点ＣＰ１、ＣＰ２における各々ＢＣ１、ＢＣ２の出力特性は、従来からある定電力制御であり、ランプ電圧が変化しても動作点付近においては、ほぼ一定の電力に維持される。また、動作点ＣＰ４におけるＢＣ４の出力特性は、従来例でも示したような定電流制御であり、ランプ電圧が変化しても動作点付近においては、ほぼ一定の電流に維持される。動作点ＣＰ３におけるＢＣ３の出力特性は、上記定電力制御と定電流制御の中間的な制御であり、ランプ電圧の増加に応じてランプ電力は増加し、ランプ電流は減少する。また、動作点ＣＰ５、ＣＰ６における各々ＢＣ５、ＢＣ６の出力特性は、これまでの実施形態で述べてきたようなランプ電圧の増加に対してランプ電流を増加させる制御である。これらの制御を調光レベルに応じて連続的に行うことで、定格点灯から調光下限まで、より滑らかな調光を実現できる。また、定格点灯付近では従来からある定電力制御のため、ランプ電圧の変動時にも点灯装置に過大な電力が加わることはない。

図１５は図１４（ａ），（ｂ）で示した制御を、横軸をランプ電力、縦軸をランプ電流の変化量ΔＩ／ランプ電圧の変化量ΔＶとして示したグラフであり、図１４（ｂ）における各動作点での傾きに相当する。定電力制御を実現するＣＰ１付近では、この傾きは負の値となるが、徐々に傾きを０にしていき、定電流制御は△Ｉ／△Ｖ＝０となる動作点ＣＰ４で達成される。その点から、低光束点灯維持をするために、ＣＰ５、ＣＰ６の動作点では更に傾きを正の値にしていくのである。

図１６は、図１４（ｂ）とほぼ同様な特性の一例を示している。特徴的なのは、ランプ電流Ｉ１を境にして点灯装置の出力特性が対称的になっている点である。図１６では、図１４（ｂ）と同様に動作点を白丸で示してある。このような対称的な特性にすることにより、例えば、出力特性をマイコンなどのデータテーブル化するときに対称性を利用してデータ量を約半分にすることができる。

図１７は図１４（ｂ）の出力特性を達成するための回路例である。図１４（ｂ）の出力特性を予めマイコンなどのデータテーブルで保持しておき、ランプ電圧の検出値Ｖｌａと調光器からの調光信号とでランプ電流の指令値Ｉｌａ＊を決定している。図では、ランプ電圧として、Ｖｌａ１という値が検出され、調光器からの調光信号がＤｉｍ５のレベルの場合には、データテーブルの特性図よりランプ電流の指令値として、Ｉ（Ｄｉｍ５）が選択され、指令値Ｉｌａ＊として出力されることになる。このように定格から深い調光までの全ての特性Ｄｉｍ１、Ｄｉｍ２、…、Ｄｉｍ６をデータテーブル化しておけば、これまでの実施形態で用いたようなＶｔｈでの切替回路が不要になり、制御回路を簡略化できる。

本実施形態によれば、従来の定電力制御、定電力制御と定電流制御の中間的な制御、定電流制御と、これまで述べてきた低光束点灯の制御の組合せで、定格点灯から調光下限までの広い範囲で滑らかに連続的な制御が行える。また、マイコンのデータテーブルを参照することで、ランプ電圧に応じた動作切替回路などが不要になり、回路構成を簡略化できる。

なお、これまでの実施例で、主回路の構成として、図３に昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回路とフルブリッジ型のインバータの組合せの回路例を示したが、これに限らず、例えば、図１８、図１９、図２０に示すような回路でも良く、また、ランプ電流の波形についても数１００Ｈｚ程度の矩形波である必要はなく、高周波の正弦波などであっても良いことは言うまでもない。要は、点灯装置の出力特性として、図１（ａ），（ｂ）で示すような特性の得られる制御であれば良いのである。

図１８の回路例では、商用交流電源ＶｓをダイオードＤ１〜Ｄ４よりなる全波整流器により整流し、インダクタＬ１、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ５、平滑コンデンサＣ１よりなる昇圧チョッパ回路により直流電圧に変換し、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６よりなるフルブリッジインバータ回路により交流電圧に変換し、イグナイタＩＧを介して高圧放電灯ＤＬに交流電圧を供給する構成となっている。

図１９の回路例では、図１８の回路例において、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の直列回路に代えて、電解コンデンサＣ１，Ｃ２の直列回路を接続したハーフブリッジインバータ回路を用いている。イグナイタＩＧは昇圧用のパルストランスとパルス発生回路よりなり、始動時にパルス発生回路がパルス電圧を発生することにより、パルストランスの２次側から高圧放電灯ＤＬに高電圧パルスが印加される。なお、電解コンデンサＣ１，Ｃ２の直流電圧は、スイッチング素子Ｑ１のオン・オフを制御することにより可変制御されるものであるが、ＤＣ−ＤＣコンバータの構成は、図示された昇圧チョッパに限らず、降圧チョッパ、昇降圧チョッパ（極性反転型チョッパ）、あるいはフライバック型ＤＣ−ＤＣコンバータなど、任意の回路構成を用いることができることは言うまでも無い。

図２０の回路例では、別回路のイグナイタＩＧを省略し、代わりにインダクタＬ２とコンデンサＣ３よりなる共振回路をカップリングコンデンサＣ２を介してスイッチング素子Ｑ４の両端に接続し、始動時には共振周波数付近でスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を交互にオン・オフさせることにより始動用高電圧を発生させ、点灯時にはランプ電力に応じた周波数でスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を交互にオン・オフさせることにより定格点灯から調光下限までの広い範囲で連続的な出力制御が行えるように構成されている。

これまでに説明した高圧放電灯点灯装置は、例えば図２１に示すような照明器具や、あるいはそれらの照明器具を制御する照明システムに組込まれて使用されるものである。図中、８は電子バラスト、９はランプ配線、１０は反射板である。ここでは、照明器具としてダウンライトを例示したが、そのほかにもスポットライトや、他の任意の構成の照明器具にも適用できることは言うまでも無い。

本発明の実施形態１の動作を示す特性図である。 本発明の実施形態１の回路構成例を示す回路図である。 本発明の実施形態１の具体的な回路構成例を示す回路図である。 本発明の低光束点灯制御を用いて高圧放電灯を調光制御した場合の実測データを示す特性図である。 従来の定電流制御を用いて高圧放電灯を調光制御した場合の実測データを示す特性図である。 本発明の実施形態２の動作を示す特性図である。 本発明の実施形態３の動作を示す特性図である。 本発明の実施形態３の回路構成例を示す回路図である。 本発明の実施形態４の動作を示す特性図である。 本発明の実施形態４の回路構成例を示す回路図である。 本発明の実施形態４の他の回路構成例を示す回路図である。 本発明の実施形態５の動作を示す特性図である。 本発明の実施形態５の回路構成例を示す回路図である。 本発明の実施形態６の動作を示す特性図である。 本発明の実施形態６の動作を示す特性図である。 本発明の実施形態６の動作を示す特性図である。 本発明の実施形態６の回路構成例を示す回路図である。 本発明の点灯装置の具体回路の他の例を示す回路図である。 本発明の点灯装置の具体回路のさらに他の例を示す回路図である。 本発明の点灯装置の具体回路の別の例を示す回路図である。 本発明の点灯装置を用いた照明器具の外観の一例を示す斜視図である。 従来例１の特性図である。 従来例１の動作説明図である。 従来例２の特性図である。

符号の説明

Ｅ 直流電源
１ 電力変換手段
２ 調光器
３ ＤＣ／ＤＣ変換手段
４ ＤＣ／ＡＣ変換手段
５ 制御回路
ＤＬ 高圧放電灯

Claims (13)

1. 直流電源を入力電源として負荷側の高圧放電灯に交流電力を供給して全点灯または調光点灯を行う電力変換手段を備え、調光が深くなるにつれて前記高圧放電灯の両端電圧が大きくなる領域において、前記電力変換手段の出力特性を、前記電力変換手段の出力電圧の増加に対して前記電力変換手段の出力電流を増加させる特性としたことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
2. 前記出力電圧の増加に対する出力電流の増加の割合は略一定であることを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
3. 調光が深くなるにつれて前記出力電圧の増加に対する出力電流の増加の割合を大きくすることを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
4. 前記高圧放電灯の両端電圧が０から任意の電圧までの範囲では、前記電力変換手段の出力特性は、出力電圧の増加に対する出力電流の増加を略０とし、前記高圧放電灯の両端電圧が前記任意の電圧より大きい範囲では、前記電力変換手段の出力特性は、出力電圧の増加に対して出力電流を増加させる特性としたことを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
5. 前記任意の電圧の値を、調光が深くなるほど大きくすることを特徴とする請求項４記載の高圧放電灯点灯装置。
6. 前記電力変換手段に、点灯の累積時間をカウントする点灯時間積算タイマを有し、前記任意の電圧の値を前記点灯時間積算タイマのカウント値に応じて大きくすると共に、前記点灯時間積算タイマのカウント値に応じて調光を深くすることを特徴とする請求項４記載の高圧放電灯点灯装置。
7. 調光が深くなるのに応じて、前記高圧放電灯の両端電圧が略一定かまたは小さくなる領域において、前記電力変換手段の出力特性を、調光が深くなるのに応じて、出力電圧の増加に対する出力電流の増加の割合を負から０に連続的に変化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高圧放電灯点灯装置。
8. 前記電力変換手段は、前記高圧放電灯に流れる電流に応じた電圧を出力する電流検出回路と、前記高圧放電灯の両端電圧に応じた電圧を出力する電圧検出回路と、調光器からの調光信号に応じた電圧を出力する直流電圧源とを備え、前記電流検出回路の出力電圧が、前記電圧検出回路の出力電圧と前記直流電圧源の出力電圧の和に略一致するように動作する制御回路を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
9. 前記電力変換手段は、前記高圧放電灯に流れる電流を検出する電流検出回路と、前記高圧放電灯の両端電圧を検出する電圧検出回路と、調光器からの調光信号に応じた電圧を出力する直流電圧源と、前記電圧検出回路の検出電圧が所望の値までは、前記調光器からの調光信号に応じて変化する直流電圧源の出力電圧を選択して出力し、前記電圧検出回路の検出電圧が所望の値より大きい場合には、前記電圧検出回路の出力電圧と前記直流電圧源の出力電圧との和に相当する電圧を出力する切替回路と、前記電流検出回路によって検出される電流検出値が前記切替回路の出力の値に略一致するように動作する制御回路とを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
   
10. 前記切替回路の所望の値は、前記電圧検出回路の出力電圧に応じて変化することを特徴とする請求項９記載の高圧放電灯点灯装置。
11. 前記電力変換手段は、前記高圧放電灯に流れる電流を検出する電流検出回路と、前記高圧放電灯の両端電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路の検出電圧と調光器からの調光信号に応じてデータテーブルを参照して電流の指令値を出力するマイコンと、前記電圧検出回路によって検出される電圧検出値に応じた電流の指令値と前記電流検出回路によって検出される電流検出値が略一致するように動作する制御回路とを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
12. 前記マイコンのデータテーブルに格納される出力特性は、前記高圧放電灯の両端電圧に対する前記電流の指令値が所望の電流指令値を中心に線対称であることを特徴とする請求項１１記載の高圧放電灯点灯装置。
13. 請求項１〜１２のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置を具備したことを特徴とする照明器具。

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