JP4534678B2 - 放電灯点灯装置、照明器具及び照明システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の定格電力の放電灯を点灯可能で、しかも放電灯の定格電力を自動的に判別し、放電灯の定格電力で点灯させることが可能な放電灯点灯装置及びそれを使用した照明器具、照明システムに関するものである。

図１７は特許文献１（特開２００３−２２９２８９号公報）に開示された従来例のブロック図を示しており、図１８、図１９はその具体的な回路構成を示している。以下、各部の構成について説明する。直流電源１は、交流電源ＡＣとダイオードブリッジＤＢとを備えている。交流電源ＡＣは商用の交流電源であり、電圧は、たとえば、１００Ｖ、２００Ｖ又は２４０Ｖである。

ダイオードブリッジＤＢは、交流電源ＡＣからの交流電圧を脈流状の直流電圧に整流し出力するものである。ここで、交流電源ＡＣの電圧が１００Ｖの場合、ダイオードブリッジの代わりに、たとえば、倍電圧整流回路を用いてもよい。倍電圧整流回路を用いると、交流電源の電圧が実質的に２００Ｖと同等とみなせ、倍電圧整流回路以後に接続されている回路に流れる電流が、ダイオードブリッジを用いた場合と比べ約半分となるので、放電灯点灯装置の効率を上げることができる。

また、ダイオードブリッジＤＢの前段にコンデンサ及びインダクタ等から構成される入力フィルタ回路（図示しない）を挿入してもよい。このような入力フィルタ回路をダイオードブリッジＤＢの前段に挿入しておくと、交流電源ＡＣからの雑音を後述する電力変換回路２に漏れるのを防止したり、あるいは逆に、電力変換回路２からの雑音が電源側に漏れるのを防止することができる。

電力変換回路２は、昇圧チョッパ回路２ａ１と降圧チョッパ回路２ａ２とフルブリッジインバータ回路２ｂとを備えている。昇圧チョッパ回路２ａ１は、力率改善用であってダイオードブリッジＤＢからの脈流状の直流電圧を所望の直流電圧に変換し出力するものであり、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、インダクタＬ１及びコンデンサＣ１から構成されている。そして、スイッチング素子Ｑ１を、たとえば、昇圧チョッパ回路２ａ１の制御回路ＩＣ２ａ１であるモトローラ社製の集積回路ＭＣ３４２６１の１番ピンをスイッチング素子Ｑ１のゲートに接続し制御する。このＭＣ３４２６１の１番ピンは、スイッチング素子Ｑ１の駆動周波数を決定するピンである。

ここで昇圧チョッパ回路２ａ１は、その他、降圧チョッパ、昇降圧チョッパ等であっても構わない。要は、ある直流電圧を別の直流電圧に変換するものであれば、どのような回路構成でも構わない。

降圧チョッパ回路２ａ２は、後述する高圧放電灯３への供給電力を制御するものであり、スイッチング素子Ｑ２、ダイオードＤ２、インダクタＬ２及びコンデンサＣ２から構成されている。そして、スイッチング素子Ｑ２を、たとえば、降圧チョッパ回路２ａ２の制御回路ＩＣ２ａ２である日本電気製の集積回路μＰＣ１０９４で制御する。

ここで、降圧チョッパ回路２ａ２は、その他、昇圧チョッパ、昇降圧チョッパ回路等であっても構わない。昇圧チョッパ回路２ａ１と同様に、要は、ある直流電圧を別の直流電圧に変換するものであれば、どのような回路構成でも構わない。

フルブリッジインバータ回路２ｂは、降圧チョッパ回路２ａ２からの直流電圧をスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６のオン／オフ動作により矩形波電圧に変換するものであり、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６は、たとえば、電界効果トランジスタから構成されている。ここではフルブリッジ型のインバータ回路を採用したが、インバータ回路はその他ハーフブリッジ型、１石型、あるいは、プッシュプル型であってもよい。要は、直流電圧を交流の矩形波電圧に変換するものであれば、どのような回路構成でも構わない。そして、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６のゲートａ、ｂ、ｅ及びｄに、たとえば、フルブリッジインバータ回路２ｂの制御回路ＩＣ２ｂである三菱電機製の集積回路Ｍ６３９９１ＦＰを接続し制御する。

イグナイタ回路２ｃは高圧放電灯３に数ＫＶピークのパルス電圧を与え始動させるものであり、コンデンサやパルストランス等から構成されている。

高圧放電灯３は、セラミック又はガラス容器内に不活性ガス（たとえば、アルゴン、クリプトン）や水銀（その他、ナトリウム、カドミウム）蒸気等の放電ガスが封入されており、励起された封入金属に電子が衝突することにより可視光を発生するものである。高圧放電灯３としては、外形寸法が略同一で、発光管内のアーク間距離が５ｍｍ、７ｍｍ、９ｍｍとそれぞれ異なるメタルハライドランプを想定している。このメタルハライドランプの電気特性は、アーク間距離が５ｍｍのもので、ランプ電力３５Ｗ、ランプ電圧９０Ｖ、ランプ電流０．５Ａであり、アーク間距離が７ｍｍのもので、ランプ電力７０Ｗ、ランプ電圧９０Ｖ、ランプ電流１Ａであり、アーク間距離が９ｍｍのもので、ランプ電力１５０Ｗ、ランプ電圧９５Ｖ、ランプ電流１．８Ａである。なお、ここでは、メタルハライドランプを想定しているが、高圧放電灯３は高圧ナトリウム灯等のどのようなＨＩＤランプでもよい。

点灯制御回路４は、図１８（ｂ）に示すように、コンパレータＣＯＭＰ１及びコンパレータＣＯＭＰ２等から構成されており、後述するＩｌａ検出回路５ａからの信号とコンパレータＣＯＭＰ１等から構成される発振回路の基準出力信号とを比較し、制御回路ＩＣ２ａ２を介してスイッチング素子Ｑ２を制御する。

検出手段５は、図１８（ａ）に示すようにランプ電流を検出するＩｌａ検出回路５ａとランプ電圧を検出するＶｌａ検出回路５ｂとから構成されている。

Ｖｌａ検出回路５ｂは、増幅器ＯＰＡＭＰ１等から構成されており、ランプ電圧に比例する抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との分圧電圧Ｖｌａが抵抗を介して増幅器ＯＰＡＭＰ１の反転入力端子に入力されている。そして、ランプ電圧に応じた電圧値としてのランプ電流の目標値電圧Ｖｉを生成する。

Ｉｌａ検出回路５ａは、増幅器ＯＰＡＭＰ２等から構成されており、目標値電圧Ｖｉと抵抗Ｒ３に流れるランプ電流Ｉｌａとの誤差に基づく電圧を増幅し、点灯制御回路４のコンパレータＣＯＭＰ２の非反転入力端子に入力する。コンパレータＣＯＭＰ２は非反転入力端子に入力される電圧を、反転入力端子に入力される三角波電圧と比較することで、スイッチング素子Ｑ２をオン・オフ制御するパルス電圧を発生する。

タイマー手段６は、図１９に示すようにコンパレータＣＯＭＰ３、ツェナーダイオードＺＤ、コンデンサＣ０及び抵抗Ｒ５、Ｒ６から構成されている。そして、抵抗Ｒ５及び抵抗Ｒ６の一端は制御電源電圧Ｖｃｃに接続されている。もちろん、タイマー手段６は図示したものに限らず、たとえば、シグネティクス社製の８ピンタイプのＩＣであるＮＥ５５５を使用してもよい。このＮＥ５５５の動作は周知なので詳しい動作説明は省略する。

判別手段７は、図１９に示すように、ラッチ回路ＲＳ、コンパレータＣＯＭＰ４、スイッチ素子ＳＷ、ダイオードＤ０、基準電圧Ｖｃ及び抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒｗ７０、Ｒｗ１５０とから構成されている。

つぎに、従来例の動作を説明する。ここで、図２０（ａ）は、放電灯点灯装置が７０Ｗを出力するときに定格電力が７０ＷのＨＩＤランプ及び１５０ＷのＨＩＤランプをそれぞれ接続したときのランプ電圧Ｖｌａの変化を示しており、図２０（ｂ）は、放電灯点灯装置に１５０ＷのＨＩＤランプが接続されたときのコンパレータＣＯＭＰ３、コンパレータＣＯＭＰ４及びラッチ回路ＲＳのＱ出力を示しており、さらに図２０（ｃ）は、放電灯点灯装置に７０ＷのＨＩＤランプが接続されたときのコンパレータＣＯＭＰ３、コンパレータＣＯＭＰ４及びラッチ回路ＲＳのＱ出力を示している。

いま、放電灯点灯装置に定格電力が１５０ＷのＨＩＤランプが接続されている場合を考える。交流電源ＡＣが投入されると、昇圧チョッパ回路２ａ１、降圧チョッパ回路２ａ２及びフルブリッジインバータ回路２ｂに電力が供給され、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６のオン／オフ動作を開始する。すると、イグナイタ回路２ｃにより絶縁破壊電圧が印加され、ＨＩＤランプ３が始動する。ＨＩＤランプ３が始動すると、イグナイタ回路２ｃは動作を停止すると共に、ＨＩＤランプ３に電力が供給され、ランプ電圧は図２０（ａ）に示すように上昇を開始する。また、交流電源ＡＣの投入と同時にコンデンサＣ０の充電が開始される。そして、図２０（ａ）に示すｔ＝ｔ１でコンデンサＣ０の充電電圧がコンパレータＣＯＭＰ３の閾値電圧を超え、コンパレータＣＯＭＰ３がオンする。コンパレータＣＯＭＰ３がオンすると、その出力、つまり、ダイオードＤ０のカソード側の電位がＨレベルとなり、ダイオードＤ０のアノード側、すなわち、ラッチ回路ＲＳのセット入力ＳはコンパレータＣＯＭＰ４の出力により決定される。

次に、ｔ＝ｔ４にてランプ電圧がＶｃに達すると、コンパレータＣＯＭＰ４の反転入力が非反転入力Ｖｃよりも大きくなり、この時点でコンパレータＣＯＭＰ４がオフする。つまり、ｔ＝ｔ４において、コンパレータＣＯＭＰ４の出力はＨレベルからＬレベルに変化するが、それよりも早いｔ＝ｔ１において、既にコンパレータＣＯＭＰ３がオンしているので、ｔ＝ｔ１の時点で、ラッチ回路ＲＳのセット入力ＳにＨ信号が入力され、図２０（ｂ）に示すように、ラッチ回路ＲＳの出力ＱがＨ信号を出力する。これにより、スイッチ素子ＳＷがオンするので、Ｉｌａ検出回路５ａに入力される電流は抵抗Ｒ３、Ｒｗ７０、Ｒｗ１５０の並列抵抗で決まる値となる。すなわち、目標値電圧Ｖｉは定格電力が１５０ＷのＨＩＤランプの電圧となり、この目標値電圧Ｖｉに基づいて点灯制御回路４により定格電力が１５０ＷのＨＩＤランプを定格電力の１５０Ｗで点灯させる。

また、放電灯点灯装置に定格電力が７０ＷのＨＩＤランプが接続されている場合には、コンパレータＣＯＭＰ３がオンになるｔ＝ｔ１よりも早いｔ＝ｔ３の時点でコンパレータＣＯＭＰ４の反転入力が非反転入力Ｖｃよりも大きくなり、この時点でコンパレータＣＯＭＰ４がオフする。つまり、ｔ＝ｔ３において、コンパレータＣＯＭＰ４の出力はＨレベルからＬレベルに変化するから、それよりも遅いｔ＝ｔ１において、コンパレータＣＯＭＰ３がオンしても、ラッチ回路ＲＳのセット入力ＳにＨ信号が入力されることはない。したがって、ラッチ回路ＲＳの出力ＱはＬ信号を出力するので、スイッチ素子ＳＷはオフとなり、Ｉｌａ検出回路５ａに入力される電流は抵抗Ｒ３とＲｗ７０で決まる値となる。すなわち、目標値電圧Ｖｉは定格電力が７０ＷのＨＩＤランプの電圧となり、この目標値電圧Ｖｉに基づいて点灯制御回路４により定格電力が７０ＷのＨＩＤランプを定格電力の７０Ｗで点灯させる。

なお、高圧放電灯の種類に応じて、スイッチ素子ＳＷ、抵抗Ｒｗ７０及び抵抗Ｒｗ１５０の数を適宜増加させると、定格電力の異なる複数の高圧放電灯を該高圧放電灯の定格電力で点灯できることになる。

以上のようにして、１台の放電灯点灯装置により高圧放電灯の種類に応じて各高圧放電灯をそれぞれ定格点灯させることができるのである。

次に、図２１に示す放電灯点灯装置は、図１７に示す放電灯点灯装置において、タイマー手段６の積算時間を補正する補正手段１０を付加した構成としている。放電灯点灯装置を再始動した場合には、高圧放電灯３の温度は上昇しており、したがって、初始動時よりも点灯しやすい状態となっている。すなわち、図２２（Ａ）に示すように判定手段７に設けた所定の閾値電圧Ｖａに達するまでの時間ｔ＝ｔ１は、初始動時の閾値電圧Ｖａに達するまでの時間ｔ＝ｔ２と比較して、短くなる。したがって、この場合は補正手段１０により（ｔ２−ｔ１）の時間を補正してやると、再始動時の高圧放電灯の種類の判別間違いを防止することができる。

このように、特許文献１の点灯装置にあっては、複数の定格電力のＨＩＤランプを対象負荷とし、点灯させたときの過渡特性または定常特性から、負荷種別を判別し、いずれのランプについても定格点灯させるものであり、一台の点灯装置で定格電力の異なるランプが使用可能である。このため、例えば、省エネのために、通常よりも低い定格電力のランプに切り替えることが容易である。或いは、店舗の改装などで、光学設計が変更になる場合などにもランプの交換だけで良いなどの利点がある。
特開２００３−２２９２８９号公報

上述の特許文献１では、負荷の判別手法として、過渡特性が所定値を超えるまでの時間を計測することが提案されており、再始動時においては上記の時間を補正することが提案されている。ここで、再始動時に上記の時間を補正するのは、初始動特性に比べて立ち上がりが早いためである。

ところが、特許文献１では、初始動と再始動の区別の方法については開示されていない。また、初始動と再始動の特性の立ち上がり状態は、図２２（Ａ），（Ｂ）に示すような２つの状態だけで無く、ランプの冷え具合によって、中間的な様々な状態を取りうる。よって、より確実な負荷判別手段が必要であり、特に初始動、再始動の違いを前提にした負荷判別手段が必要である。

上記課題に対して、本発明者らは、図３に示すように、異なる定格電力のランプを特定の電力特性のバラストで点灯したときの始動時のランプの過渡特性の挙動の違いでもって、ランプの定格電力を判定することを提案している。

図４にＨＩＤランプ点灯回路のバラスト特性を示す。Ｂ１は７０Ｗ専用のバラスト特性、Ｂ２は３５Ｗ専用のバラスト特性の一例である。何れもランプ電圧Ｖｌａが低い領域では定ランプ電流制御を行い、ランプ電圧Ｖｌａが所定値を越えると定電力制御を行う。負荷判別のためのバラスト特性は、７０Ｗランプの場合には、Ｂ１と同じ特性で、３５Ｗランプの場合には、Ｖｌａ＝４０Ｖの時点で３５Ｗと判定し、Ｂ２の３５Ｗの定電力の特性に移動するようなＢ３のバラスト特性を持たせることで実現可能である。

何れの場合も、定ランプ電流制御→定電力制御のシーケンスを踏むことになり、バラストの制御回路は、一度の切換だけで済み、しかもその切換のタイミングは、ランプ電圧Ｖｌａの特定の値というように、予め決定した特性値である。

この例によれば、特許文献１では考慮されていなかった初始動、再始動の違いに関わらず負荷判別が可能である。この例を用いれば、ほとんど全てのランプを判別可能と思われるが、ランプの特性改善により、始動時のランプの過渡特性の挙動が変わることが考えられる。

具体的に言えば、ＨＩＤランプは光束の立ち上がりが遅く、点灯初期には十分な光が得られないという特徴がある。この遅い光束立ち上がりをメーカが改善することは当然考えられる。この場合、図３のランプ電圧Ｖｌａの立ち上がり時間が短くなるように特性が改善されることになり、７０Ｗランプでありながら、改善前の３５Ｗ並の立ち上がりをすることになる。

全てのランプメーカが一斉に特性の改善を行えば、負荷判別の閾値を変更することで対応可能であるが、実際にはメーカの特性改善は、まちまちであり、一社だけが上記の改善を行うと、同一の定格ランプでありながら、点灯初期の立ち上がり特性が大きく異なるランプが市場に混在することになり、厄介なことには、図３に示す特性を基に負荷判別のバラストを設計すると、新しい特性を改善した７０Ｗランプが定格３５Ｗと誤判別されることになる。

以上述べたように、過渡特性による判別だけでは、ランプの特性改善によるランプの挙動変化には対応できない。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、複数の定格電力の放電灯を点灯可能で、しかも放電灯の定格電力を自動的に判別し、放電灯の定格電力で点灯させることが可能な放電灯点灯装置において、ランプの特性改善に対しても負荷判別を可能とすることを目的とする。

上記の解決を課題するべく、本発明者らは高圧放電灯の安定時の特性を種々の電力値に対して詳細に観察した。図５は３５Ｗランプと７０Ｗランプを種々の電力で点灯させたときの安定時の電力と電圧の関係を示す。（ａ）は複数種の３５Ｗランプについて、（ｂ）は複数種の７０Ｗランプについて、安定時のランプ電力Ｗｌａとランプ電圧Ｖｌａの関係を測定したものである。

ここで、ランプＷｌａが３０Ｗ〜３５Ｗの間のデータに着目すると、３５Ｗランプは３５Ｗから３０Ｗに電力が減少すると、ランプ電圧Ｖｌａも減少することが図５（ａ）から分かる。一方、７０Ｗランプは、３５Ｗの電力で点灯した場合、ランプ電圧が７５Ｖを下回るランプが存在するが、３５Ｗランプではそのようなことがないことが図５（ａ），（ｂ）から分かる。また、７０Ｗランプで３５Ｗ電力点灯時に７５Ｖを下回らないランプは、３０Ｗに電力を減少させると、ランプ電圧が上昇するか、殆ど変化がないことが図５（ｂ）から分かる。

このように、ある一定の電力値で点灯させたときの特性値が３５Ｗランプと７０Ｗランプでは異なることを発見した。

ここで示した２つの定常状態での特性値と、始動時の立ち上がり特性による負荷判別を組み合わせることで、ランプの特性改善による特性値の変化にも対応ができ、より信頼性の高い放電灯点灯装置が実現できることになる。

本発明によれば、複数の定格電力の放電灯を点灯可能であって、しかも、放電灯の定格電力を自動的に判別し、放電灯の定格電力で点灯させることが可能な放電灯点灯装置において、ランプの特性が改良されたことによって過渡特性が大きく異なる負荷が対象となった場合であっても、始動時の過渡特性と、異なる２つの定常特性の違いから、負荷判別を確実に行うことができる。

（実施形態１）
図１は本発明の実施の形態１の回路図である。電力制御回路４ａの構成については、従来例の図１８のＩｌａ検出回路５ａ、Ｖｌａ検出回路５ｂ、点灯制御回路４と同様であるので、詳細は省略する。抵抗Ｒ１、Ｒ２はランプ電圧Ｖｌａに相当する電圧を分圧した電圧をマイコン７ａのアナログポート（７番ピン）に入力する。マイコンとしては、例えばマイクロチップ社製ＰＩＣ１２Ｆ６７５（Ａ／Ｄ変換機能・フラッシュメモリ付き８ビットマイコン）を使用する。このマイコンは、８ピンのパッケージで内部クロック回路を持っており、外付け部品がほとんど必要なく、制御回路を構成する上で有利である。

本実施形態では、マイコンを用いて目標電力を切り替える手段として、電流の検出抵抗を切り替えている。マイコンの３、５、６番ピンは出力ポートに設定され、それぞれ３０Ｗ、３５Ｗ、７０Ｗに目標電力を切り替えるための電流検出抵抗Ｒｗ１、Ｒｗ２、Ｒｗ３の切り替えを実現する。６番ピンがＨレベルのときはスイッチ素子ＳＷ１がオンとなり、電流検出抵抗Ｒｗ１が抵抗Ｒ３と並列に接続される。５番ピンがＨレベルのときはスイッチ素子ＳＷ２がオンとなり、電流検出抵抗Ｒｗ２が抵抗Ｒ３と並列に接続される。３番ピンがＨレベルのときはスイッチ素子ＳＷ３がオンとなり、電流検出抵抗Ｒｗ３が抵抗Ｒ３と並列に接続される。これにより、電力制御回路４ａの構成を変更しなくても３段階に目標電力を切り替えることができる。なお、マイコンの１番ピンは電源端子、８番ピンはグランド端子である。

図２にマイコンの動作フローチャートに示す。以下、その動作について説明する。

ランプ点灯前は、ランプ電圧Ｖｌａの検出電圧はほぼツェナーダイオードＺＤ２でクランプされており、Ｖｃｃ＝５Ｖになるように設定している。始動パルスの印加によりランプが点灯するとランプ電圧Ｖｌａの検出電圧は低レベルになる。この低レベルに移行したのをマイコンのアナログポート（７番ピン）の入力で監視しておき、点灯を判別する（＃１，＃２）。

次に、定電流制御に移行し、ランプ電圧Ｖｌａが３０Ｖに相当する検出電圧に達するまで監視する（＃３，＃４）。そして、ランプ電圧が３０Ｖに相当する検出電圧に達してから、ランプ電圧が４０Ｖに相当する検出電圧に達するまで時間をマイコンで計測する（＃５，＃６）。

具体的な計測手段はプログラムに依存するが、例えば、アナログポート（７番ピン）の検出電圧の値を一定間隔でＡ／Ｄ変換器で読み込み、検出電圧がランプ電圧Ｖｌａの３０Ｖ相当から４０Ｖ相当に移行するまでに、何回Ａ／Ｄ変換器で値を読み込んだかをカウントすることで、経過時間に相当する計測値が得られる。当然、マイコンのクロック周波数とＡ／Ｄ変換器を作動させる間隔から、実際の時間を計測しても良い。

この時間を予めプログラミングされた値（ΔＴ）と大小を比較し、小さいときは３５Ｗ、大きいときは７０Ｗと判別する（＃７）。７０Ｗのランプと判定された場合には、ランプ電圧が７０Ｖに相当する検出電圧に達するまで定電流制御を継続し（＃８，＃９）、その後、７０Ｗの定電力制御に切り替える（＃１０）。

ここで、上記プログラミングされた値（ΔＴ）とは、図３のｔ１，ｔ２の値を考慮して決定される。図３は、ＣＤＭ−３５とＣＤＭ−７０の各３本について、初始動時のランプ電圧Ｖｌａの立ち上がり特性を示している。

図３を用いて本発明によるランプ種別の一次判定（＃３〜＃７）の原理を説明する。図３よりＣＤＭ−３５の変曲点となるランプ電圧ＶｌａはＶ３≒４７Ｖ、ＣＤＭ−７０の変曲点となるランプ電圧Ｖｌａは約７０Ｖとなるので、ランプ電圧Ｖｌａが４７Ｖ以下の特性の立ち上がりでランプ種別を判別する。

具体的には、ランプ電圧ＶｌａがＶ１＝３０ＶからＶ２＝４０Ｖに達するまでに要する時間を計測する。この時間ｔ１，ｔ２にはＣＤＭ−３５とＣＤＭ−７０とで明らかに違いが生じており、定格電力が判別可能である。

なお、同一ランプの再始動時の特性について計測した場合にも、初始動時の特性（図３）を時間軸方向で左方向にシフトした特性となり、ランプ電圧ＶｌａがＶ１＝３０ＶからＶ２＝４０Ｖに達するまでに要する時間ｔ１’，ｔ２’は、図３のｔ１，ｔ２とほぼ同じであり、変曲点となるランプ電圧Ｖｌａの値もほぼ同じであるので、同様の手法でランプ種別の一次判定が可能である。

以上より、変曲点以下で特性がある所定値から別の所定値に達するまでの時間を計測し、その値を予め設定された値と比較することにより、初始動、再始動に関係なく、現在動作させているランプ種別が一次判定できる。

ところで、上述のように、７０Ｗランプでありながら、図３のＶｌａの立ち上がり時間が短くなるように特性が改善されることがあり、改善前の３５Ｗ並の立ち上がり特性を呈することがある。このようなランプについては、＃１１〜＃１９の二次判定により、３５Ｗランプであるのか、立ち上がり特性を改善された７０Ｗランプであるのかを判定する。

図６は図３で示した始動時の立ち上がり特性で７０Ｗと判別できるランプを装着した場合のバラスト特性変化を示す。始動直後のランプ電圧Ｖｌａの低い間は、一定電流で点灯させる。ランプ電圧Ｖｌａが３０〜４０Ｖの間に、７０Ｗのランプであると判別されると、更にランプ電圧Ｖｌａが約７０Ｖに達するまで一定電流で制御する。その後、７０Ｗのランプに対する定電力制御に切り換える。

図７は同じく７０Ｗのランプであっても始動時の立ち上がり特性が改善されたランプを装着した場合のバラスト特性変化を示す。始動直後のランプ電圧Ｖｌａの低い間は、同じく一定電流で点灯させる。ランプ電圧Ｖｌａが３０〜４０Ｖの間に、７０Ｗのランプであると判別されない場合、一旦、低い方のランプ定格電力の３５Ｗのランプに対する定電力制御に移行する（＃１１）。その後、ランプ電圧Ｖｌａの変化がほぼ無くなったのを検知して（＃１２）、そのときのランプ電圧Ｖｌａの値Ｖｌａ１を記憶し（＃１３）、ランプ電力を３０Ｗのランプに対する定電力制御に切り換える（＃１４）。その後、またランプ電圧Ｖｌａの変化がほぼ無くなったのを検知して（＃１５）、そのときのランプ電圧Ｖｌａの値Ｖｌａ２を記憶する（＃１６）。なお、＃１２又は＃１５では、放電灯の発光照度を検出して、その時間変化が所定値以下となったことにより特性値がほぼ安定したと判定するように構成しても良い。

Ｖｌａ１が所定の値（例えば７５Ｖ）以下であれば、７０Ｗのランプ（始動時の立ち上がり特性が改善されたランプ）と判別する（＃１７）。Ｖｌａ１が上記所定の値より大きい場合には、△Ｖｌａ＝Ｖｌａ２−Ｖｌａ１を計算し（＃１８）、△Ｖｌａが所定値Ｖｄより大きければ７０Ｗのランプと判別する（＃１９）。７０Ｗのランプと判別されると、出力制御を７０Ｗのランプに対する定電力制御（＃１０）に切り換えて、定格点灯させる。

図８は３５Ｗランプを装着した場合のバラスト特性変化を示す。始動直後のランプ電圧Ｖｌａの低い間は、同じく一定電流で点灯させる。ランプ電圧Ｖｌａが３０〜４０Ｖの間には、７０Ｗのランプであるとは判別されないので、３５Ｗのランプに対する定電力制御に移行する（＃１１）。その後、ランプＶｌａの変化がほぼ無くなったのを検知して、そのときのランプ電圧Ｖｌａの値Ｖｌａ１を記憶し、ランプ電力を３０Ｗのランプに対する定電力制御に切り替える（＃１２〜＃１４）。その後、またランプ電圧Ｖｌａの変化がほぼ無くなったのを検知して、そのときのランプ電圧Ｖｌａの値Ｖｌａ２を記憶する（＃１５，＃１６）。

Ｖｌａ１が所定の値（例えば７５Ｖ）以下ではないので、ここでも７０Ｗのランプとは判別されない（＃１７）。次に、△Ｖｌａ＝Ｖｌａ２−Ｖｌａ１を計算するが（＃１８）、ここでも△Ｖｌａが所定値Ｖｄ以下であるので、３５Ｗのランプと判別され（＃１９）、出力制御を３５Ｗのランプに対する定電力制御（＃２０）に切り換えて、定格点灯される。

ここで、図５（ａ），（ｂ）より、△Ｖｌａがほぼゼロまたは正の数値であれば７０Ｗのランプ、負の値であれば３５Ｗのランプであると分かるので、△Ｖｌａと比較される所定値として、負の一定値Ｖｄを閾値に取ることで７０Ｗのランプと３５Ｗのランプの判定が可能である。

以上の点灯開始からランプへの印加電力の変化を図９及び図１０に示した。図９は７０Ｗのランプを装着した場合について、ランプへの印加電力の時間変化を示したものであり、図中の■で示した変化は図６に、図中の▲で示した変化は図７にそれぞれ対応する。図１０は図６の７０Ｗのランプと図８の３５Ｗのランプの場合について、ランプヘの印加電力の時間変化を示したものであり、図中の■で示した変化は図６に、図中の◆で示した変化は図８にそれぞれ対応する。

（実施形態２）
本発明の実施形態２について、図１１と図１２を用いて説明する。上述の実施形態１では、「定電流制御→３５Ｗで定電力制御→３０Ｗで定電力制御」という順番でバラスト特性を切り替えていたのに対して、この実施形態２では、「定電流制御→３０Ｗで定電力制御→３５Ｗで定電力制御」という順番でバラスト特性を切り替えている点が異なる。つまり、ランプ電圧Ｖｌａが４０Ｖに達した段階で、７０Ｗランプと判別されなかった場合に、３５Ｗランプであるのか、それとも始動時の立ち上がり特性が改善された７０Ｗランプであるのかを判別するために、先に３０Ｗのランプ電力となるように定電力制御を行い、その後、３５Ｗのランプ電力となるように定電力制御を行い、３５Ｗランプと判別された場合には、図１１に示すように、そのまま３５Ｗのランプ電力となるように定電力制御を続ける。また、３５Ｗランプではなく、始動時の立ち上がり特性が改善された７０Ｗランプであると判別された場合には、図１２に示すように、７０Ｗのランプ電力の定電力制御に切り替える。

図１１は３５Ｗランプが装着された場合のバラスト特性の変化を示す。図１２は７０Ｗランプのうち、特性改善により始動時の立ち上がり特性が速くなったランプが装着された場合のバラスト特性の変化を示す。なお、７０Ｗランプのうち、特性改善前のランプ、つまり、始動時の立ち上がり特性の遅いランプが装着されている場合のバラスト特性の変化については、実施形態１で説明した図６と同様である。

以下、実施形態１にならって、本実施形態の動作について詳しく説明する。
図６は図３で示した始動時の立ち上がり特性で７０Ｗと判別できるランプを装着した場合のバラスト特性変化を示す。始動直後のランプ電圧Ｖｌａの低い間は、一定電流で点灯させる。ランプ電圧Ｖｌａが３０〜４０Ｖの間に、７０Ｗのランプであると判別されると、更にランプ電圧Ｖｌａが約７０Ｖに達するまで一定電流で制御する。その後、７０Ｗのランプに対する定電力制御に切り換える。

図１１は３５Ｗランプを装着した場合のバラスト特性変化を示す。始動直後のランプ電圧Ｖｌａの低い間は、同じく一定電流で点灯させる。ランプ電圧Ｖｌａが３０〜４０Ｖの間には、７０Ｗのランプであるとは判別されないので、ランプ電力が３０Ｗとなる定電力制御に移行する。その後、ランプＶｌａの変化がほぼ無くなったのを検知して、そのときのランプ電圧Ｖｌａの値Ｖｌａ１を記憶し、ランプ電力が３５Ｗとなる定電力制御に切り替える。その後、ランプ電圧Ｖｌａが上下いずれかに変化したことを検知して、そのときのランプ電圧Ｖｌａの値Ｖｌａ２を記憶する。△Ｖｌａ＝Ｖｌａ２−Ｖｌａ１を計算し、△Ｖｌａが所定値以上であれば３５Ｗのランプと判別し、出力が３５Ｗとなる定電力制御を維持したまま、定格点灯に移行する。

図１２は７０Ｗのランプであっても始動時の立ち上がり特性が改善されたランプを装着した場合のバラスト特性変化を示す。始動直後のランプ電圧Ｖｌａの低い間は、同じく一定電流で点灯させる。ランプ電圧Ｖｌａが３０〜４０Ｖの間に、７０Ｗのランプであるとは判別されない場合、ランプ電力が３０Ｗとなる定電力制御に移行する。その後、ランプ電圧Ｖｌａの変化がほぼ無くなったのを検知して、そのときのランプ電圧Ｖｌａの値Ｖｌａ１を記憶し、ランプ電力が３５Ｗとなる定電力制御に切り換える。その後、ランプ電圧Ｖｌａが上下いずれかに変化したことを検知して、そのときのランプ電圧Ｖｌａの値Ｖｌａ２を記憶する。△Ｖｌａ＝Ｖｌａ２−Ｖｌａ１を計算し、△Ｖｌａが所定値以下であれば７０Ｗのランプと判別する。７０Ｗのランプと判別されると、出力制御を７０Ｗのランプに対する定電力制御に切り換えて、定格点灯させる。

この実施形態においても、始動時の過渡特性（Ｖｌａ＝３０〜４０Ｖの経過時間）と定常時の２つの特性値から負荷を判別する点については、実施形態１と同じであり、同様に信頼性の高い点灯装置が実現できることに変わりは無い。本実施形態の具体的な回路構成については、実施形態１で説明した図１の回路図と同様であり、マイコンのプログラム（図２のフローチャートの定数）を変更するのみで、回路構成を変える必要はない。この点は、制御回路にマイコン（マイクロコントローラ）を利用する利点の一つである。

（実施形態３）
上述の実施形態１，２では、対象ランプ（３５Ｗと７０Ｗ）のうち小さい方の定格電力以下で安定点灯させることにより負荷判別を行ったが、小さい方の定格電力以上の電力で点灯させても良い。例えば、図１３、図１４では、定電流制御でＶｌａ＝４０Ｖに達した後は、まず４０Ｗで点灯させ、その後、３０Ｗで点灯させている。図１３は３５Ｗランプが装着された場合のバラスト特性の変化を示す。図１４は７０Ｗランプのうち、特性改善により始動時の立ち上がり特性が速くなったランプが装着された場合のバラスト特性の変化を示す。

ここでは、３０Ｗの定電力制御で点灯させる場合については、十分に安定点灯する前であってもランプ電圧Ｖｌａの検出を行うことができる。なぜなら、制御電力を切り替えた時点で、ランプ電圧Ｖｌａの変化を見れば、３５Ｗランプであれば、図１３に示すようにランプ電圧Ｖｌａが低下していくのに対し、７０Ｗランプでは変化が無いか、或いはランプ電圧Ｖｌａが上昇していくので、十分に安定点灯するまで待つ必要が無いのである。このように、２回目の定電力制御の期間を短くすることで、ランプ本来の定格点灯に移行するまでの時間が短くなるという効果もある。２回目の定電力制御の期間を短くする制御は、実施形態１，２の場合にも適用できることは言うまでもない。

なお、本実施形態において、１回目の定電力制御として、４０Ｗで点灯させる利点は、７０Ｗランプに対しては、何れにしても調光点灯状態であり、なるべく大きな電力で点灯させる方が、寿命の観点や、ランプの立ち消え防止の点で有利である。一方、３５Ｗランプに対しては、過剰点灯になるので、あまり大きな電力で点灯させない方が寿命の観点で有利である。そこで、図５（ａ），（ｂ）の特性を鑑みて、４０Ｗを選んだものである。

ここで述べた動作を実現するために、本実施形態の回路構成においては、図１５に示すように、４０Ｗの定電力制御による点灯を実現するために、Ｉｌａ検出回路に検出抵抗Ｒｗ４とスイッチ素子ＳＷ４が追加されている。

また、これまでの実施形態では３５Ｗ、７０Ｗランプを対象負荷とし、定格電力点灯制御を３０Ｗ，３５Ｗ，４０Ｗと限定してきたが、対象ランプが変われば、定格電力点灯制御の値は適宜変更すれば良く、図５（ａ），（ｂ）で示したような特性から選べばよいことは容易に理解できる。

（実施形態４）
図１６は本発明の放電灯点灯装置を用いた照明器具の構成例を示す。（ａ）、（ｂ）はスポットライトに適用した例、（ｃ）はダウンライトに適用した例であり、図中、１１は点灯装置の回路を格納した電子バラスト、１２は高圧放電灯を装着した灯体、１３は配線である。いずれの照明器具も３５Ｗ、７０Ｗのような複数の種類の高圧放電灯を適宜選択して装着することができる。これらの照明器具を複数組み合わせて照明システムを構築しても良く、必要な照度、発光色、デザイン等に応じて、種類の異なる複数の高圧放電灯が混在して用いられても構わない。

本発明の実施形態１の要部回路構成を示す回路図である。 本発明の実施形態１の要部動作を示すフローチャートである。 始動時の立ち上がり時間計測によるランプ種判別の原理を示す説明図である。 始動時の立ち上がり時間計測によるランプ種判別に用いるバラスト特性の説明図である。 安定時のランプ電圧とランプ電力の関係を複数種のランプについて測定した結果を示す特性図である。 本発明の実施形態１のランプ種判別に用いるバラスト特性の説明図である。 本発明の実施形態１のランプ種判別に用いるバラスト特性の説明図である。 本発明の実施形態１のランプ種判別に用いるバラスト特性の説明図である。 本発明の実施形態１のランプ電力の時間変化を示す説明図である。 本発明の実施形態１のランプ電力の時間変化を示す説明図である。 本発明の実施形態２のランプ種判別に用いるバラスト特性の説明図である。 本発明の実施形態２のランプ種判別に用いるバラスト特性の説明図である。 本発明の実施形態３のランプ種判別に用いるバラスト特性の説明図である。 本発明の実施形態３のランプ種判別に用いるバラスト特性の説明図である。 本発明の実施形態３の要部回路構成を示す回路図である。 本発明の実施形態４の照明器具を示す斜視図である。 従来の高圧放電灯点灯装置のブロック図である。 従来の高圧放電灯点灯装置の具体回路図である。 従来の高圧放電灯点灯装置の要部構成を示す具体回路図である。 従来の高圧放電灯点灯装置の動作説明図である。 従来の高圧放電灯点灯装置の他の構成例を示すブロック図である。 図２１の従来例の動作説明図である。

符号の説明

１ 直流電源
２ 電力変換回路
３ 放電ランプ
４ 点灯制御回路
５ 検出手段
７ 判別手段

Claims (12)

1. 直流電源からの電力を変換し、高圧放電灯に電力を供給する電力変換回路と、電力変換回路の供給電力を制御する点灯制御回路とを備えた放電灯点灯装置において、放電灯点灯装置は複数種類の高圧放電灯を対象とし、高圧放電灯の種類を判別し、該高圧放電灯を定格点灯させる定格点灯手段を設けた放電灯点灯装置であって、放電灯の始動から略一定のランプ電流で放電灯を駆動する第１の期間と、略一定のランプ電力Ｗｌａ１で放電灯を駆動する第２の期間と、別の略一定のランプ電力Ｗｌａ２で放電灯を駆動する第３の期間を有し、第１の期間における放電灯の特性値の変化率で放電灯の種類を検出し、第２及び第３の期間は放電灯駆動の目標ランプ電力を切り替えることで実現し、第２及び第３の期間で放電灯を駆動する時間は放電灯の特性値がほぼ安定するまでとし、第２及び第３の期間の最後に放電灯特性値を検出し、その検出結果に応じた所定のランプ電力で放電灯を点灯させ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、対象とする複数種類の放電灯の定格電力はＷ１とＷ２（Ｗ２＞Ｗ１）の２種類とし、Ｗ２＞Ｗｌａ１＞Ｗｌａ２かつＷ１＞Ｗｌａ２であることを特徴とする放電灯点灯装置。
3. 請求項１において、対象とする複数種類の放電灯の定格電力はＷ１とＷ２（Ｗ２＞Ｗ１）の２種類とし、Ｗ２＞Ｗｌａ２＞Ｗｌａ１かつＷ１＞Ｗｌａ１であることを特徴とする放電灯点灯装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、第３の期間を経た後、目標ランプ電力を適正な電力目標値に切り替えることを特徴とする放電灯点灯装置。
5. 請求項１において、放電灯の特性値の時間変化が所定値以下となったことにより特性値がほぼ安定したと判定することを特徴とする放電灯点灯装置。
6. 請求項１において、放電灯の発光照度検出手段を有し、放電灯の発光照度の時間変化が所定値以下となったことにより特性値がほぼ安定したと判定することを特徴とする放電灯点灯装置。
7. 請求項１において、第３の期間は放電灯特性値が安定する前に検出を行い、負荷種別の判別を行うことを特徴とする放電灯点灯装置。
8. 請求項２において、Ｗ２＞Ｗｌａ１≒Ｗ１＞Ｗｌａ２としたことを特徴とする放電灯点灯装置。
9. 請求項３において、Ｗ２＞Ｗｌａ２≒Ｗ１＞Ｗｌａ１としたことを特徴とする放電灯点灯装置。
10. 請求項１〜９のいずれかにおいて、Ａ／Ｄ変換機能を有するマイクロコントローラを有し、上記Ａ／Ｄ変換機能を用いて特性値を検出し、検出値にしたがって目標ランプ電力の切り替えを行うことを特徴とする放電灯点灯装置。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の放電灯点灯装置を備えた照明器具。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載の放電灯点灯装置及び照明器具を含む照明システム。

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