JP4608804B2 - 無電極放電灯点灯装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は出力制御のためのチョッパ回路を有する無電極放電灯点灯装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来例の無電極放電灯点灯装置の回路図を図8に示す。本回路は、透明なあるいは内壁に蛍光体が塗布された球状のガラスバルブ内に、不活性ガス、金属蒸気等の放電ガス(例えば水銀及び希ガス)を封入した無電極放電灯1と、この無電極放電灯1の球状の外周に沿って近接配置された誘導コイル2と、誘導コイル2に接続され、高周波電力を誘導コイル2に供給する高周波電源3と、誘導コイル2と高周波電源3との両方のマッチングをとって反射を無くし、無電極放電灯1に効率よく高周波電力を供給するマッチング回路4とを備えて構成される。
【0003】
高周波電源3は、メインアンプ7とそのドライブ装置9とから構成されている。メインアンプ7は、一次巻線n1 、二次巻線n21,n22からなる駆動トランスT1 と、2つの電界効果トランジスタ(以下、スイッチング素子と呼ぶ。)Q1 ,Q2 の直列接続を有する所謂D級増幅回路となっており、また、ドライブ装置9は、水晶振動子Xを用いた発振回路5と、発振回路5の発振出力を増幅するプリアンプ6とから構成されている。ドライブ装置9の出力を駆動トランスT1 を介してスイッチング素子Q1 ,Q2 に印加することにより、メインアンプ7は動作を行う。そして、高周波電源3から誘導コイル2に数百KHzから数百MHzの高周波電流を流すことにより、誘導コイル2に高周波磁界を発生させて無電極放電灯1に高周波電力を供給し、無電極放電灯1内に高周波プラズマ電流を発生させて紫外線もしくは可視光を発生させる。
【0004】
ここで、メインアンプ7の駆動電源となる第1の直流電源E1 は、交流電源ACを整流器DBで整流し、インダクタンス素子L11、スイッチング素子Q11、ダイオードD11、平滑コンデンサC11、制御回路81から構成される所謂昇圧チョッパ回路で高電圧に昇圧し、平滑コンデンサC11で平滑すると共に、入力電流歪みを改善できるものである。
【0005】
また、ドライブ装置9の駆動電源となる第2の直流電源E2 は、第1の直流電源E1 の直流電圧出力が入力され、スイッチング素子Q12、インダクタンス素子L12、ダイオードD12、平滑コンデンサC12、制御回路82から構成される所謂降圧チョッパ回路で低電圧に降圧し、平滑コンデンサC12で平滑するものである。
【0006】
なお、第1の直流電源E1 の制御回路81は、平滑コンデンサC11の両端電圧V2 を抵抗R11,R21により検出してスイッチング素子Q11を制御するものである。また、第2の直流電源E2 の制御回路82は、平滑コンデンサC12の両端電圧を抵抗R12,R22により検出してスイッチング素子Q12を制御するものである。第1、第2の直流電源E1 ,E2 を例えばスイッチング素子Q11,Q12のパルス幅制御により動作させる場合、制御回路81,82内の制御ICとしてはμPC494(NEC製)が使用可能である。
【0007】
また、矩形波の調光信号を調光回路11に印加することにより、駆動トランスT1 の一次巻線n1 の両端を短絡したり開放したりすることにより、メインアンプ7は間欠発振動作を行う。その動作を図9に示す。発振動作を停止させる期間(tOFF )を調整することによって無電極放電灯1の出力制御、即ち調光を行うことができる。なおこのような調光方式は例えば特開平6−45087号に開示されているものと同様である。
【0008】
ここで例えば図10に示すように、無電極放電灯1が全負荷状態(出力制御を行っていない状態、この時の調光比を100%とする)から、深い調光状態(出力をかなり絞る方向)に切り替えた(時間t=t0 )とすると、第1の直流電源E1 は、軽負荷時にインダクタンス素子L11に流れる電流が臨界値を下回れば、レギュレーションが悪化する場合があり、スイッチング素子Q11におけるゲート・ソース間電圧VGS(Q11)のONデューティは急に減少すると共に出力電圧V2 は全負荷時と比較して急に増加してしまうため、図10のように時間t0 を境に出力電圧V2 が急激に増加してしまう。このため、誘導コイル2とメインアンプ7との間のインピーダンスマッチング状態も急に変化するため、メインアンプ7の出力が不安定になることがあり、その際、無電極放電灯1の出力にちらつきが発生する、という問題があった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、無電極放電灯の調光を行う場合、全負荷状態と深い調光状態のように、出力差が大きな状態間の切り替えを行った時でも、切り替え時に無電極放電灯にちらつきが発生することのない無電極放電灯点灯装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記の課題を解決するために、図1に示すように、少なくとも1つのスイッチング素子を有し直流電圧を出力するチョッパ回路E1 と、前記チョッパ回路からの電力供給を受け高周波電力を出力すると共に間欠動作により出力制御が可能な高周波電源回路3と、前記高周波電源回路の出力端に接続された誘導コイル2と、前記誘導コイルに近接配置されて点灯するバルブ内に放電ガスを封入した無電極放電灯1と、前記高周波電源回路と前記誘導コイルとの間に接続されるインピーダンス整合をとるための整合回路4とから構成された無電極放電灯点灯装置において、前記無電極放電灯1の出力を出力制御により切り替える時に発生する前記チョッパ回路の出力電圧変化を緩やかにする電圧補正手段を有し、前記電圧補正手段は、前記チョッパ回路においてその出力電圧を検出することによりスイッチング素子のパルス幅制御を行なうことを特徴とするものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)
本発明の実施形態1の回路構成を図1に示す。従来の技術と同一の構成、動作及び効果については説明を省略する。従来の技術との相違点は、調光回路11からの制御線12を第1の直流電源E1 における電圧検出端子(抵抗R11,R21の接続点)に接続していることである。本実施形態の動作について図2により説明する。時間t=t0 で無電極放電灯1を全負荷状態(調光比100%)から、深い調光状態(出力をかなり絞る方向)に切り替える際、調光回路11から制御線12を介して抵抗R21に、鋸歯状波電流I4 を流し(図1の矢印方向に対して正側)、この鋸歯状波電流I4 は時間t=t0 でピーク値I4Pをとり、時間t=t1 でゼロとなる。これにより抵抗R21の両端電圧は高くなるため、制御回路81の作用により第1の直流電源E1 の出力は低減する方向となる。すなわち第1の直流電源E1 の負荷が軽くなったことで、レギュレーションが悪化して出力電圧は増加方向となるが、逆に鋸歯状波電流I4 の作用により、出力電圧は低減する方向となるため、スイッチング素子Q11のONデューティは従来の技術の場合(図10)と比較して緩やかに低減し、その結果、出力電圧V2 も緩やかに増加する。このため、誘導コイル2とメインアンプ7との間のインピーダンスマッチング状態は緩やかに変化するため、メインアンプ7の出力は不安定になることがなく、その際、無電極放電灯1の出力にちらつきが発生することもなくなる、という効果がある。
【0012】
(実施形態2)
本発明の実施形態2の動作について図3に示す。実施形態1と同一の構成、動作及び効果については説明を省略する。実施形態1との相違点は、無電極放電灯1が深い調光状態から全負荷状態(調光比100%)に切り替えると共に、鋸歯状波電流I4 を図1の矢印方向に対して負側に流したことであり、同様にスイッチング素子Q11のONデューティは鋸歯状波電流I4 を流さない場合と比較して緩やかに増加し、その結果、出力電圧V2 も緩やかに低減し、無電極放電灯1の出力にちらつきが発生することがなくなるという効果がある。
【0013】
(実施形態3)
本発明の実施形態3の動作について図4に示す。実施形態1、2と同一の構成、動作及び効果については説明を省略する。本実施形態は実施形態1、2に適用され、無電極放電灯1の出力切り替え時の出力変化割合に比例して、鋸歯状波電流I4 のピーク値I4Pを変化させている。なお、ピーク値I4Pの傾きは、無電極放電灯1の出力切り替え時に、その出力が不安定にならないように設定される。これにより、どのような出力間での切り替えであっても出力電圧V2 をより緩やかに変化させることができるという効果がある。
【0014】
(実施形態4)
本発明の実施形態4の回路構成を図5に示す。実施形態1と同一の構成、動作及び効果については説明を省略する。実施形態1との相違点は、調光回路11からの制御線12を第2の直流電源E2 における電圧検出端子(抵抗R12,R22の接続点)に接続していることである。動作は図2に示すとおり(ただし、VGS(Q11)のONデューティ→VGS(Q12)のONデューティ、V2 →V3 と読み替えるものとする)であり、無電極放電灯1の出力を切り替えた時の第2の直流電源E2 の出力電圧V3 は緩やかに増加する。ここで、出力電圧V3 が急激に増加した場合も出力電圧V2 の場合と同様にメインアンプ7の出力が不安定になり、その際、無電極放電灯1の出力にちらつきが発生することがあるため、出力電圧V3 を緩やかに変化させることにより、実施形態1と同様の効果がある。なお、調光回路11からの鋸歯状波電流I4 を、第1の直流電源E1 における電圧検出端子(抵抗R11,R21の接続点)にも同時に印加しても良く、無電極放電灯1の出力を切り替えた時のメインアンプ7の出力はより安定する。
【0015】
(実施形態5)
本発明の実施形態5の動作を図6に示す。実施形態1と同一の構成、動作及び効果については説明を省略する。実施形態1との相違点は、電流I4 を階段状としており、時間t=t0 〜t2 と時間t=t2 〜t1 で2段階の電流値に切り替えていることである。その結果、VGS(Q11)のONデューティや出力電圧V2 も段階的に変化することになるので、従来の技術と比較して無電極放電灯1の出力を切り替えた時のメインアンプ7の出力はより安定になり、その際、無電極放電灯1の出力にちらつきが発生することも抑制されるという効果がある。
【0016】
(実施形態6)
本発明の実施形態6の動作を図7に示す。従来例と同一の構成、動作及び効果については説明を省略する。従来例との相違点は、時間t=t0 〜t1 の期間で時間をかけて調光比を緩やかに減少させたことであり、その結果、VGS(Q11)のONデューティや出力電圧V2 も緩やかに変化することとなり、無電極放電灯1の出力にちらつきが発生することがなくなるという効果がある。
【0017】
【発明の効果】
本発明によれば、無電極放電灯の出力を出力制御により切り替える時に発生するチョッパ回路の出力電圧変化を緩やかにする電圧補正手段を有するので、全負荷状態と深い調光状態のように、出力差が大きな状態間の切り替えを行った時でも、切り替え時に無電極放電灯にちらつきが発生することがないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1の回路構成図である。
【図2】本発明の実施形態1の動作説明図である。
【図3】本発明の実施形態2の動作説明図である。
【図4】本発明の実施形態3の動作説明図である。
【図5】本発明の実施形態4の回路構成図である。
【図6】本発明の実施形態5の動作説明図である。
【図7】本発明の実施形態6の動作説明図である。
【図8】従来例の回路構成図である。
【図9】従来例の調光原理の説明図である。
【図10】従来例の動作説明図である。
【符号の説明】
1 無電極放電灯
2 誘導コイル
3 高周波電源
4 マッチング回路
5 発振回路
6 プリアンプ
7 メインアンプ
9 ドライブ装置
11 調光回路
12 制御線
81 制御回路(昇圧チョッパ回路)
82 制御回路(降圧チョッパ回路)
Claims (10)
- 少なくとも1つのスイッチング素子を有し直流電圧を出力するチョッパ回路と、前記チョッパ回路からの電力供給を受け高周波電力を出力すると共に間欠動作により出力制御が可能な高周波電源回路と、前記高周波電源回路の出力端に接続された誘導コイルと、前記誘導コイルに近接配置されて点灯するバルブ内に放電ガスを封入した無電極放電灯と、前記高周波電源回路と前記誘導コイルとの間に接続されるインピーダンス整合をとるための整合回路とから構成された無電極放電灯点灯装置において、前記無電極放電灯の出力を出力制御により切り替える時に発生する前記チョッパ回路の出力電圧変化を緩やかにする電圧補正手段を有し、前記電圧補正手段は、前記チョッパ回路においてその出力電圧を検出することによりスイッチング素子のパルス幅制御を行なうことを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
- 少なくとも1つのスイッチング素子を有し直流電圧を出力するチョッパ回路と、前記チョッパ回路からの電力供給を受け高周波電力を出力すると共に間欠動作により出力制御が可能な高周波電源回路と、前記高周波電源回路の出力端に接続された誘導コイルと、前記誘導コイルに近接配置されて点灯するバルブ内に放電ガスを封入した無電極放電灯と、前記高周波電源回路と前記誘導コイルとの間に接続されるインピーダンス整合をとるための整合回路とから構成された無電極放電灯点灯装置において、前記無電極放電灯の出力を出力制御により切り替える時に発生する前記チョッパ回路の出力電圧変化を緩やかにする電圧補正手段を有し、前記電圧補正手段は、前記無電極放電灯の出力制御により出力電力を増加する方向に切り替える時、前記チョッパ回路の出力電圧を増加させるように補正することを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
- 少なくとも1つのスイッチング素子を有し直流電圧を出力するチョッパ回路と、前記チョッパ回路からの電力供給を受け高周波電力を出力すると共に間欠動作により出力制御が可能な高周波電源回路と、前記高周波電源回路の出力端に接続された誘導コイルと、前記誘導コイルに近接配置されて点灯するバルブ内に放電ガスを封入した無電極放電灯と、前記高周波電源回路と前記誘導コイルとの間に接続されるインピーダンス整合をとるための整合回路とから構成された無電極放電灯点灯装置において、前記無電極放電灯の出力を出力制御により切り替える時に発生する前記チョッパ回路の出力電圧変化を緩やかにする電圧補正手段を有し、前記電圧補正手段は、前記無電極放電灯の出力制御により出力電力を減少する方向に切り替える時、前記チョッパ回路の出力電圧を減少させるように補正することを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
- 前記チョッパ回路の出力電圧変化を連続的とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
- 前記チョッパ回路の出力電圧変化を断続的とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
- 少なくとも1つのスイッチング素子を有し直流電圧を出力するチョッパ回路と、前記チョッパ回路からの電力供給を受け高周波電力を出力すると共に間欠動作により出力制御が可能な高周波電源回路と、前記高周波電源回路の出力端に接続された誘導コイルと、前記誘導コイルに近接配置されて点灯するバルブ内に放電ガスを封入した無電極放電灯と、前記高周波電源回路と前記誘導コイルとの間に接続されるインピーダンス整合をとるための整合回路とから構成された無電極放電灯点灯装置において、前記無電極放電灯の出力を出力制御により切り替える時に発生する前記チョッパ回路の出力電圧変化を緩やかにする電圧補正手段を有し、前記電圧補正手段は、前記無電極放電灯の出力制御により出力電力を切り替える時、前記高周波電源回路の間欠動作のデューティを一定時間かけて徐々に切り替えることを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
- 前記電圧補正手段は、前記高周波電源回路に印加された出力制御信号により前記電圧補正を行うことを特徴とする請求項6に記載の無電極放電灯点灯装置。
- 前記高周波電源回路はメインアンプと該メインアンプを駆動するためのドライブ装置とからなると共に、前記チョッパ回路は各々該メインアンプ、ドライブ装置に電力供給する第1、第2のチョッパ回路からなり、前記第1、第2のチョッパ回路の少なくとも一方について前記電圧補正手段を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
- 前記チョッパ回路は、昇圧チョッパ回路、降圧チョッパ回路または昇降圧チョッパ回路のいずれかであることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
- 少なくとも1つのスイッチング素子を有し直流電圧を出力するチョッパ回路と、前記チョッパ回路からの電力供給を受け高周波電力を出力すると共に間欠動作により出力制御が可能な高周波電源回路と、前記高周波電源回路の出力端に接続された誘導コイルと、前記誘導コイルに近接配置されて点灯するバルブ内に放電ガスを封入した無電極放電灯と、前記高周波電源回路と前記誘導コイルとの間に接続されるインピーダンス整合をとるための整合回路とから構成された無電極放電灯点灯装置において、前記無電極放電灯の出力を出力制御により切り替える時に発生する前記チョッパ回路の出力電圧変化を緩やかにする電圧補正手段を有し、前記電圧補正手段は、前記チョッパ回路においてその出力電圧を検出することによりスイッチング素子のパルス幅制御を行ない、前記チョッパ回路は、昇圧チョッパ回路、降圧チョッパ回路または昇降圧チョッパ回路のいずれかであることを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
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