JP4592266B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、放電灯の点灯時間や外部信号によって放電灯の光出力を制御可能とした放電灯点灯装置に関するものである。

図１２に放電灯を点灯させる放電灯点灯装置の一般的な回路図を示す。この回路は、商用電源電圧ＡＣを受けて、これを全波整流するダイオードブリッジよりなる整流器ＤＢ１を備え、その直流出力端間には、ＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１の直列回路が接続される。さらに、スイッチング素子Ｑ１の両端間にはダイオードＤ１と平滑コンデンサＣ１の直列回路が接続され、平滑コンデンサＣ１を電源としてインバータ回路が駆動されるようになっている。インバータ回路は、平滑コンデンサＣ１の両端間に接続されたＭＯＳＦＥＴからなる一対のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の直列回路を備え、一方のスイッチング素子Ｑ３の両端間には、直流カット用のコンデンサＣ２と共振用のインダクタＬ２と放電灯Ｌａ１との直列回路が接続された構成を有する。また、放電灯Ｌａ１の両フィラメントＦ１，Ｆ２の非電源側端子間にはインダクタＬ２と共に共振回路を構成するコンデンサＣ３が接続される。

また、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のゲート端子は、インバータ制御ＩＣ３と接続されており、インバータ制御ＩＣ３からの駆動信号により、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３がオン／オフされる構成となっている。ここで、電源投入後にスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３は高周波でオン／オフされ、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３は交互にオン／オフされる。

このようなインバータ回路の動作は周知のものであり、インダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ１と平滑コンデンサＣ１より構成された昇圧チョッパ回路により、整流器ＤＢ１からの出力電圧を昇圧し、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を交互にオン／オフさせることにより、放電灯Ｌａ１に交番電流を流している。ここで、放電灯Ｌａ１ヘの給電経路にはインダクタＬ２とコンデンサＣ３が存在するから、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のスイッチング周期（動作周波数）とインダクタＬ２とコンデンサＣ３などによる共振周波数との関係によって、放電灯Ｌａ１へ供給するエネルギーを調整することができ、放電灯Ｌａ１の光出力を変化させることができる。

図１３に本インバータを実装した放電灯点灯装置の正面図を示す。図中、１は整流回路部、２はインバータ回路部、３はインバータ制御ＩＣ、５はセット基板である。この種の放電灯点灯装置は、主として施設照明用の器具に用いられている。一般的に、施設照明用の器具はＦＨＦ３２やＦＬＲ１１０ランプを見れば一目瞭然のように、横手方向に非常に長い。そのため、器具内部に内蔵される安定器についても横手方向に長くするという制約ができてしまう。通常、施設照明用の放電灯点灯装置は長方形になるのが一般的である。上述の通り、放電灯点灯装置は入力電源端子より整流回路部１（チョッパ回路）、インバータ回路部２、出力端子の順番で構成されている。そのため、それらを実装する際も上記順番に実装されることになる。図１３に示すように、幅方向への距離が非常に制約された基板においては、チョッパチョークＬ１やバラストチョークＬ２は基板の幅方向の大きさに匹敵するほど大きく、実装する上では非常に困難になってくる。このため、チョークＬ１，Ｌ２を基板の幅一杯に配置し、その前後（基板の長手方向）にスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３や平滑コンデンサＣ１、チョッパーダイオードＤ１を配置することにより対応している。

さらに、インバータ制御ＩＣ３と整流回路部１（チョッパ回路）のスイッチング素子Ｑ１との配線距離、およびインバータ制御ＩＣ３とインバータ回路部２のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の配線距離は、双方ともが短くなるように考慮する必要がある。そのため、インバータ制御ＩＣ３を、整流回路部１（チョッパ回路）のスイッチング素子Ｑ１とインバータ回路部２のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３との間に配置している。これは、インバータ制御ＩＣ３から出力されている各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３のゲート端子までの配線パターンにノイズが重畳されると、スイッチング素子が誤動作してオンし、最悪の場合、インバータの同時オンといった事態を招く恐れもあるからである。

（従来例２）
一般に、放電灯の光束は使用開始直後は定格よりも高く、その後、点灯時間が経過するに従い低下する（光束減退）ことが知られている。図１４の従来例では、上記の特性を利用して、インバータ出力を使用開始直後から定格よりも低く抑えておき、放電灯の光束減退カーブに応じて時間的にインバータ出力を高めていくよう制御することにより、放電灯の使用開始より、点灯時間によらず光出力を破線で示すように略一定に保ち、かつ使用開始初期の余分な光出力を抑えることで、その分の電力消費を抑え、省エネルギーを図る技術であり、これを初期照度補正という。また、この機能を持った放電灯点灯装置はすでに公知である（特開２００１−１５２７６号公報）。

このような放電灯点灯装置においては、放電灯の点灯時間の計時および記憶と、点灯時間に応じてインバータ出力を変化させる制御が要求され、簡単にこれを行うためにマイコンを搭載することが多い。
なお、特許文献１には環状の蛍光灯照明器具において、円形の回路基板にチョッパ回路とインバータ回路を実装する構成が開示されている。
特開平１１−２５７５１号公報

従来例１のような放電灯点灯装置に、従来例２のような初期照度補正機能を付加するには、インバータ制御ＩＣとしては、外部からの信号入力によりインバータの動作周波数を制御して放電灯の光出力を制御することができるものが必要となる。さらに、点灯時間の計時手段、インバータ制御ＩＣへの制御信号出力および可変手段が必要となってくる。これらは、従来例２のように、マイコンを用いれば容易に実現することが可能である。

しかしながら、従来例１のように、施設照明用の放電灯点灯装置は長方形であることが多く、チョッパチョークやバラストチョークなどの部品の実装が困難な上、インバータ制御ＩＣの配置についても制約がある。その中で、マイコンおよびマイコンを動作させるための電源回路、発振回路、リセット回路等を実装するにあたっては、その配置によっては、上記制約を満足できなくなるだけでなく、マイコンとインバータ制御ＩＣとの信号配線にノイズが重畳されることにより制御信号が崩れて、所望の光出力にならないことも考えられる。

この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、初期照度補正機能のような光出力の制御機能を有するマイコンを含む制御部を搭載する際に、適切な配置となるよう制約を設けて搭載することで、ノイズや実装スペースの問題を軽減しながら、所望の動作を行うことができる放電灯点灯装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために、図１〜図５に示すように、電源電圧を直流に変換する整流回路部１と、整流回路部１の直流出力を受けて放電灯を高周波で点灯させるインバータ回路部２と、インバータ回路部２のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の駆動を制御するインバータ制御ＩＣ３と、制御信号を出力する制御部４とを含み、制御部４から出力される制御信号によって、インバータ制御ＩＣ３はインバータの発振周波数を制御することによって制御部４で放電灯Ｌａ１の光出力を制御可能とした放電灯点灯装置において、インバータ制御ＩＣ３は整流回路部１とインバータ回路部２の間に配置され、かつ、制御部４はインバータ制御ＩＣ３の近傍に配置され、外部信号出力部６から入力される外部信号により制御信号の出力状態を切り替え可能とされており、図１１に示すように、制御部４と外部信号出力部６はハイブリッドＩＣ４６として一体化し、外部信号出力部６を前記ハイブリッドＩＣ４６上に実装し、外部信号出力部６だけがセット基板５を収めるケース９から露出するような加工を施したことを特徴とするものである。

以上のように、本発明によれば、インバータ制御ＩＣは整流回路部とインバータ回路部の間に配置されているので、インバータ制御ＩＣから各回路部のスイッチング素子への駆動信号がノイズの影響を受けにくく、かつ、制御部はインバータ制御ＩＣの近傍に配置されているので、制御部からインバータ制御ＩＣへの配線上の制御信号もノイズの影響を受けにくく、したがって、外部信号出力部から入力される外部信号により制御信号の出力状態を切り替える際に、外部信号を制御部で受けることにより、所望の動作を確実に行うことができる放電灯点灯装置を提供することができる。また、制御部と外部信号出力部はハイブリッドＩＣとして一体化し、外部信号出力部を前記ハイブリッドＩＣ上に実装し、外部信号出力部だけがセット基板を収めるケースから露出するような加工を施したので、放電灯点灯装置の外に外部信号出力部を設ける必要がなく、そのための接続部も必要なくなる。当然、配線がなくなり、ハイブリッドＩＣ上の極めて短いパターンで外部信号出力部と制御部との間の外部信号を伝送することができるので、より一層ノイズ等による影響を防ぐことができる。

（前提となる構成１）
図１のように、制御部４をインバータ制御ＩＣ３の近傍で、かつ整流回路部１とインバータ制御ＩＣ３の間に配置する。外部信号出力部を接続する場合、制御部４で外部信号を受信することになる。したがって、図１のように配置することで、外部信号の配線パターンの引き回しを少なく抑えることができるので、セット基板５のパターン設計を容易にすることができる。さらに、外部信号へのノイズの影響を受けにくくすることができるので、制御部４が外部信号を受け損なう恐れが著しく軽減され、制御部４が間違った制御信号を出力して所望の光出力が得られなくなる、という不具合を無くすることができる。また、制御部４の配置が、例えば、インバータ回路部２とインバータ制御ＩＣ３の間に配置されておれば、インバータ回路部２のスイッチングの動作周波数は固定しておらず、また発振電圧も高いことから、制御部４へのノイズの影響も大きくなるので、このことからも、整流回路部１とインバータ制御ＩＣ３の間の配置の方がよい。

（前提となる構成２）
本発明の前提となる構成２の放電灯点灯装置の正面図を図２に示す。また、その回路図を図３に示す。図２のように、放電灯点灯装置は整流回路部１（チョッパ回路）、インバータ回路部２、インバータ制御ＩＣ３を搭載した放電灯点灯装置に、さらにマイコンを含む制御部４を付加している。

インバータ制御ＩＣ３は、整流回路部１（チョッパ回路）のスイッチング素子Ｑ１およびインバータ回路部２のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をスイッチングすることで、放電灯Ｌａ１を点灯させる。このインバータ制御ＩＣ３から各々のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３までの配線パターンは、双方ともが短くなるように、整流回路部１（チョッパ回路）のスイッチング素子Ｑ１とインバータ回路部２のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３との間にインバータ制御ＩＣ３を配置している。

ところで、このインバータ制御ＩＣ３が、外部から制御信号によりインバータの動作周波数を変化させて放電灯Ｌａ１の光出力を制御することができれば、従来例記載の初期照度補正機能のような付加価値の高い照明制御を行うことができ、マイコンを用いて制御信号の出力および変化を行うようにすれば、比較的簡単に実現することができる。そのためには、マイコンおよびこれを駆動させるための発振回路、電源回路、リセット回路等の周辺の制御回路を含む制御部４を搭載する必要がある。

制御部４から制御信号をインバータ制御ＩＣ３に出力するにあたっては、整流回路部１（チョッパ回路）およびインバータ回路部２のスイッチングによるノイズの影響を極力抑えておくことが重要である。これは、ノイズによるマイコンの誤動作や、制御信号のパターンにノイズが重畳することによって所望の光出力が得られない、といった不具合を回避するためである。

そこで、制御部４はインバータ制御ＩＣ３の近傍に配置することで、制御信号のパターンを極力短くし、パターンがアンテナとなって、ノイズを拾いやすくなることを防ぎ、上記の不具合を起きにくくさせる。

本例は、整流回路部１としてチョッパ回路を用いたものについて述べたが、インバータ制御ＩＣ３の配置について同様の制約を受けるものについては、本例に限らず同様の効果を与えるものである。

また、インバータ制御ＩＣ３および制御部４のセット基板５への実装は、セット基板５の表面，裏面を問うものではなく、制御部４をインバータ制御ＩＣ３の近傍に配置することで、双方間の配線パターンを短くすることができ、本例を適用することができる。よって、インバータ制御ＩＣ３の配置されている面の真裏側に制御部４を配置しても構わない。

（前提となる構成３）
本例は、前提となる構成２の放電灯点灯装置の外部に外部信号出力部６を設け、外部信号出力部６からの外部信号により、制御信号を切り替えるものであり、図４のような回路図となる。外部信号出力部６は、例えば人体検知センサのように、人体から放射される赤外線を検出して人の存在を信号として出力できるものを想定している。人体検知センサにより、人体検知時と非検知時で光出力を切り替えるような照明器具を実現する場合、人体検知センサは器具外に設置することになり、そこから放電灯点灯装置へ配線し接続することになる。人体検知センサを取り付ける位置を器具の中央とするならば、照明器具内の配置は図５のようになる。

図５に示すように、一般に放電灯点灯装置の電源穴８は照明器具の中央付近に設けられることが多い。そのため、前提となる構成２記載の放電灯点灯装置と接続する場合、セット基板５の入力側（電源側）あるいは出力側（負荷側）のどちらかになるが、上記の放電灯点灯装置の電源穴８の位置を考えれば、放電灯点灯装置の入力側（電源側）が器具の中央を向く方向となる。その場合に、放電灯点灯装置の出力側に人体検知センサ７の接続部を設けると、人体検知センサ７から接続部への配線が非常に長くなり、ノイズ等の影響を受けやすくなる。

そこで、上記の人体検知センサ７のような外部信号出力部６と放電灯点灯装置を接続する際の接続部は、放電灯点灯装置の入力側に設けることが望ましい。このようにすることで、外部信号を伝送する配線を短くすることができ、ノイズの影響を受けにくくすることができる。図中、９は放電灯点灯装置のケースである。

人の存在の有無によって放電灯の光出力を制御する照明器具は従来より存在するが、それらは人体検知センサ７と制御部４を一体としたブロックで構成されていたのに対し、本例では、人体検知センサ７のみを外部に出すことで実現できる。また、人体検知センサ７を接続しなくても、制御部４によってさまざまな放電灯の光出力制御を実現することもできる。

本例においては、外部信号出力部６は人体検知センサ７を含み、人体検知情報を制御部４へ伝送して、制御部４が制御信号を制御し、光出力を変化させるものとしたが、これに限らず、例えば明るさセンサを含み、センサへの入射光量によって、制御部４が制御信号を制御するようなものであっても構わない。外部より、放電灯の光出力を制御できる手段であれば、どのようなものであっても構わない。

外部信号出力部６は、図５では、照明器具の外側になっているが、放電灯点灯装置９の外側で、照明器具の内側あるいは表面であってもよい。
外部信号の形態は、パルス信号やＰＷＭ信号のようなディジタル信号であっても、アナログ電圧信号であってもよく、外部信号出力部６と制御部４の間で信号の授受を行うことができれば、どのようなものであっても構わない。

（前提となる構成４）
図６は本発明の前提となる構成４の要部回路図である。本例は、制御部４からインバータ制御ＩＣ３への制御信号の形態に関する。インバータ制御ＩＣ３が、ＰＷＭ信号を受信して、デューティ比の幅によりインバータ駆動を制御することができれば、制御部４が含むマイコンもＰＷＭ信号で制御信号を出力してやればよい。多くのマイコンはＰＷＭ出力を比較的簡単に行うことができるので、プログラムの作成も容易である。しかし、インバータ制御ＩＣ３がアナログロジックのみで構成されている場合には、ＰＷＭ信号のデューティ幅を読み取ることは極めて難しい。

一方、インバータ制御ＩＣ３がアナログ電圧信号でインバータ駆動を制御することは可能である。そのような場合は、マイコンもアナログ信号電圧で制御信号を出力するようにすればよい。ただ、マイコンでアナログ電圧信号を出力する場合、マイコンにＤ／Ａ変換器が搭載されていることが条件となり、マイコンの選択の幅が狭くなる。特に、４ビットマイコンのような低価格のマイコンでは、Ｄ／Ａ変換器が搭載されているものは極めて少ない。

そのような場合は、制御部４のマイコンはＰＷＭ信号で制御信号を出力し、制御部４内あるいはインバータ制御ＩＣ３の近傍で、ＰＷＭ信号を平滑する回路を設けてやれば、上記の問題を解決できる。図６の例では、制御部４のマイコンから出力されるＰＷＭ信号を抵抗Ｒ１，Ｒ２とコンデンサＣ４よりなるローパスフィルタ回路によりアナログ電圧信号に変換してインバータ制御ＩＣ３に入力している。

（前提となる構成５）
図７〜図９により本発明の前提となる構成５を説明する。本例は、制御部４をハイブリッドＩＣとすることを提案するものである。従来例記載の通り、細長い長方形の基板の場合、実装スペースは非常に限られており、マイコンやこれを駆動するための発振回路、電源回路、リセット回路等の周辺回路を実装することも難しくなってくる。そこで、制御部４をハイブリッドＩＣとすることにより、セット基板５上にマイコン４１および周辺回路４２を実装する必要がなくなるので、実装面積を著しく小さくすることができる。つまり、セット基板５上にはハイブリッドＩＣを実装するスペースとこれへの配線スペースだけで済むので、マイコン４１や周辺回路４２を実装するスペースを考慮しなくてもよく、実装設計および基板パターン設計を簡単にすることができる。

ハイブリッドＩＣの形状は、図７のようなＳＩＬ（シングル・イン・ライン）タイプであってもよいし、図８のようなＤＩＰ（デュアル・イン・ライン）タイプでもよい。いずれの場合でも、マイコン等の部品の実装スペースを、放電灯点灯装置のセット基板５に設けておく必要はなくなる。

さらに、ＳＩＬタイプのハイブリッドＩＣ４０を、図９のように端子部を曲げて、セット基板５が収まるケース９の外形と平行となるようにしてもよい。このようにすれば、ハイブリッドＩＣ４０の実装箇所をセット基板５の端付近に設けることが可能となり、放電灯点灯装置のケース９内で空間を大きく取ることができ、実装設計の自由度を増すことができる。

（前提となる構成６）
本例は、図１０のように、インバータ制御ＩＣ３と制御部４をハイブリッドＩＣ４３として一体化したものである。このようにすれば、前提となる構成５よりも、実装設計および基板パターン設計を簡単にすることができることは言うまでもない。また、インバータ制御ＩＣ３と制御部４が一体化されていることで、制御信号のパターンも極めて短くすることができるので、より一層ノイズ等による影響を防ぐことができる。

（実施例１）
本実施例は、図１１のように、制御部４と外部信号出力部６をハイブリッドＩＣ４６として一体化したものである。例えば、人体検知センサをハイブリッドＩＣ４６上に実装し、人体検知センサだけがセット基板５を収めるケース９から露出するような加工を施せば、放電灯点灯装置の外に外部信号出力部６を設ける必要がなく、そのための接続部も必要なくなる。当然、配線がなくなり、ハイブリッドＩＣ４６上の極めて短いパターンで外部信号出力部６と制御部４との間の外部信号を伝送することができるので、より一層ノイズ等による影響を防ぐことができる。
本発明は、以上に説明した各構成を適宜組み合わせて実施してもよく、同様に本発明の効果を生じるものである。

本発明は例えば施設照明用の放電灯点灯装置の用途に適用できる。また、一般家庭やオフィス用の放電灯点灯装置の用途にも適用できる。

本発明の前提となる構成１の正面図である。 本発明の前提となる構成２の正面図である。 本発明の前提となる構成２の回路図である。 本発明の前提となる構成３の回路図である。 本発明の前提となる構成３の照明器具への実装状態を示す正面図である。 本発明の前提となる構成４の要部回路図である。 本発明の前提となる構成５の制御部の構成例を示す斜視図である。 本発明の前提となる構成５の制御部の他の構成例を示す斜視図である。 本発明の前提となる構成５の制御部の実装構造の一例を示す断面図である。 本発明の前提となる構成６の制御部の構成例を示す斜視図である。 本発明の実施例１の制御部の実装構造の一例を示す断面図である。 従来例１の回路図である。 従来例１の正面図である。 従来例２の動作説明図である。

符号の説明

１ 整流回路部
２ インバータ回路部
３ インバータ制御ＩＣ
４ 制御部
５ セット基板
６ 外部信号出力部
４１ マイコン
４２ 発振子
４６ ハイブリッドＩＣ

Claims (5)

1. 電源電圧を直流に変換する整流回路部と、整流回路部の直流出力を受けて放電灯を高周波で点灯させるインバータ回路部と、インバータ回路部のスイッチング素子の駆動を制御するインバータ制御ＩＣと、制御信号を出力する制御部とを含み、制御部から出力される制御信号によって、インバータ制御ＩＣはインバータの発振周波数を制御することによって制御部で放電灯の光出力を制御可能とした放電灯点灯装置において、インバータ制御ＩＣは整流回路部とインバータ回路部の間に配置され、かつ、制御部はインバータ制御ＩＣの近傍に配置され、外部信号出力部から入力される外部信号により制御信号の出力状態を切り替え可能とされており、制御部と外部信号出力部はハイブリッドＩＣとして一体化し、外部信号出力部を前記ハイブリッドＩＣ上に実装し、外部信号出力部だけがセット基板を収めるケースから露出するような加工を施したことを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 制御部は、整流回路部とインバータ制御ＩＣの間に配置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. インバータ制御ＩＣと制御部は、双方を搭載した１つのハイブリッドＩＣであることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
4. ハイブリッドＩＣは、実装される基板面から斜めに配置されることを特徴とする請求項１又は３記載の放電灯点灯装置。
5. 制御部は、放電灯の点灯時間に応じて、放電灯の光出力を高めるように、インバータ制御ＩＣへ制御信号を出力する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。

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