JP4619178B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ回路の発振を制御するマイクロコンピュータを備えた放電灯点灯装置に関するものである。

従来より知られている放電灯点灯装置として、マイクロコンピュータと、商用電源を整流する整流回路の出力電圧をマイクロコンピュータからの制御に基づいて昇圧するチョッパ回路と、チョッパ回路の出力電圧をマイクロコンピュータの制御に基づいて高周波電力に変換し、放電灯に供給するインバータ回路とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。この種の放電灯点灯装置のマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」という
）は、商用電源のオン／オフを検出手段を通じて検出しており、特に商用電源のオフや電圧低下を内部に設けられたリセット電圧を用いて行っている。
特開２００４−３５５８６４公報

前述した従来の放電灯点灯装置では、商用電源の投入により、マイコン及び他の回路に動作電圧が印加されると、マイコンが他の各回路より先に立ち上がってインバータ回路を発振させるので、他の回路が不安定な動作をする可能性があった。また、商用電源が遮断されても、マイコンは、動作電圧がリセット電圧以下になるまで発振を継続しているため、他の回路が不安定な動作をする可能性があった。

本発明は、前述のような課題を解決するためになされたもので、商用電源が投入されたとき他の回路が立ち上がるまでマイコンが発振制御を行わないようにし、商用電源が遮断されたときはマイコンが略同時に停止するようにした放電灯点灯装置を提供することを目的とする。

本発明に係る放電灯点灯装置は、商用電源の電圧を整流する整流回路を有し、この整流回路の整流電圧を平滑化する直流電源回路と、直流電源回路の出力を高周波電力に変換し、放電灯に供給するインバータ回路と、整流回路からの整流電圧を検知すると第１の所定時間経過するまで整流電圧が入力されるているか否かを監視し、第１の所定時間を経過するまで整流電圧が入力されているときは商用電源の投入を通知する電源監視手段と、電源監視手段を通じて商用電源の投入を検知したときに、制御モードに基づいてインバータ回路の発振周波数を制御する制御手段とを備えたものである。

また、電源監視手段は、整流回路の整流電圧がゼロボルトになる度に第２の所定時間の間その整流電圧が入力されているか否かを監視し、第２の所定時間経過しても整流電圧が入力されないときは商用電源の遮断を通知し、制御手段は、電源監視手段を通じて商用電源の遮断を検知したとき、インバータ回路の出力を停止させる。

本発明においては、直流電源回路の整流回路からの整流電圧を検知すると第１の所定時間経過するまで整流電圧が入力されているか否かを監視し、第１の所定時間を経過するまで整流電圧が入力されているときは、商用電源が投入されたと判断して、制御モードに基づいてインバータ回路の発振周波数を制御するようにしたので、常に安定した動作が得られるという効果がある。

また、本発明においては、整流回路の整流電圧がゼロボルトになる度に第２の所定時間の間その整流電圧が入力されているか否かを監視し、第２の所定時間経過しても整流電圧が入力されないときは商用電源が遮断されたと判断して、インバータ回路の出力を停止させるようにしたので、他の回路が不安定な動作をするということがなくなった。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置の概略構成を示す回路ブロック図、図２は周波数とランプ電圧・電流の相関における予熱・始動時及び点灯時の共振カーブを示す図である。
本実施の形態の放電灯点灯装置は、例えばハーフブリッジ方式の点灯回路で、商用電源と接続される直流電源回路１０と、駆動回路２１及び駆動回路２１の駆動信号（パルス信号）で交互にオン・オフし、直流電源回路１０の出力を高周波電力に変換する一対のスイッチング素子２２，２３からなるインバータ回路２０と、インバータ回路２０の出力側に設けられた放電灯３０（以下、「ランプ３０」という）と、このランプ３０に流れる高周波電流を制限するチョークコイル３１と、ランプ３０の両端に接続され、そのチョークコイル３１とで直列共振回路が構成される始動コンデンサ３２と、スイッチング素子２２，２３の交互のオン・オフに基づいて充放電を繰り返すカップリングコンデンサ３３と、スイッチング素子２２に並列に接続された抵抗３４と、始動コンデンサ３２に並列に接続された抵抗３５と、チョークコイル３１に発生する高周波の電圧を降圧する２次コイル３６と、この２次コイル３６により降圧された電圧を整流するダイオード３７と、第１電圧検出回路４０と、第２電圧検出回路４１と、整流回路１１の一方の出力端（正極側）と接続されたマイクロコンピュータ５０（以下「マイコン５０」という）とを備えている。

前述した直流電源回路１０は、例えば昇圧型チョッパ回路からなり、商用電源１の電圧を全波整流（整流電圧）する整流回路１１と、整流回路１１の出力端間に接続されたインダクタ１２及びスイッチング素子１３と、そのスイッチング素子１３の両端間に接続されたダイオード１４及び平滑コンデンサ１５と、スイッチング素子１３をオン・オフするパワー・ファクタ・コントローラ（ＰＦＣ）１６とからなっている。スイッチング素子１３のオン期間にインダクタ１２に電流を流し込み、スイッチング素子１３のオフ期間にインダクタ１２に蓄えられたエネルギーをダイオード１４を介して平滑コンデンサ１５に充電し、この平滑コンデンサ１５の両端電圧を整流回路１１の整流電圧のピーク値よりも昇圧してインバータ回路２０に出力する。

第１電圧検出回路４０は、商用電源の投入時には、平滑コンデンサ１５から抵抗３４→ランプ３０の一方のフィラメント→抵抗３５→ランプ３０のもう一方のフィラメントを介して流れる電流から電圧を検出する。この電圧を検出したときはランプ３０が装着されていると判断してその旨を知らせる信号をマイコン５０に出力し、電圧が検出されなかったときはランプ３０の未装着と判断して駆動信号の発振を停止させる信号をマイコン５０に出力する。また、その後は、カップリングコンデンサ３３に生じる電圧により、ランプ電流の偏りを検出する。第２電圧検出回路４１は、２次コイル３６に発生する電圧を検出し、この検出電圧が異常に高いときランプ異常とみなして、駆動信号の発振を停止させる信号をマイコン５０に出力する。なお、第１電圧検出回路４０と第２電圧検出回路４１ともランプ３０が点灯するまでの間は、ランプ３０の始動電圧により誤動作を起こさないようにマスクされる。

マイコン５０は、予め予熱モードの予熱期間ｔ１及び周波数ｆ１、始動モードの始動期間ｔ２及び周波数ｆ２、全光モードの周波数ｆ３、調光モードの周波数ｆ４をそれぞれ有している。また、リモコン（図示せず）の調光操作に基づく段調光信号（調光率）に対応して設定された調光周波数を有している。このマイコン５０は、電源が印加されると、図２に示すように、まず予熱モードに入って予熱期間ｔ１の間、周波数ｆ１でインバータ回路２０のスイッチング素子２２，２３が交互にオン・オフされるように駆動回路２１を制御し、その後、始動モードに入って周波数をｆ１からｆ２に移行し、この周波数ｆ２でインバータ回路２０のスイッチング素子２２，２３が交互にオン・オフされるように駆動回路２１を制御する。始動モードの始動期間ｔ２を経過する前に、第１電圧検出回路４０を通じてランプ点灯を検出したときは、全光モードの周波数ｆ３、或いは調光モードの周波数ｆ４に移行する。この何れかのモードの選択は、予め設定されたもので、リモコンの操作に基づくものである。

また、マイコン５０は、整流回路１１との間に整流電圧をマイコン動作に必要な電圧まで降下させる分圧回路（図示せず）が設けられており、その分圧回路の出力をデジタル量に変換するＡ／Ｄ変換器、電源監視手段及び制御手段を備えている。例えば、整流回路１１からの整流電圧の半周期（50Hzの場合、10ms）を検知すると第１の所定時間経過するまで整流電圧が印加されているか否かを監視し、第１の所定時間を経過するまで整流電圧が印加されているときは、本装置に商用電源１が印加されたと判断して、制御モード（予熱、始動及び全光又は調光の各モードのこと）に基づいてインバータ回路２０を制御する。整流電圧が印加されているときは、その整流電圧がゼロボルトになる度に第２の所定時間（例えば約３ms）の間その整流電圧が印加されているか否かを監視し、第２の所定時間経過しても整流電圧が印加されないときは、商用電源１が遮断されたと判断して、インバータ回路２０の制御を停止する。

また、商用電源１の遮断を検知したときに、整流回路１１の整流電圧が予め設定された下限電圧値（マイコン５０のリセット電圧）まで低下したか否かを監視し、整流電圧が下限電圧値まで低下する前に再び整流回路１１の整流電圧を検知したときは、第３の所定時間経過（例えば約12ms）するまで整流電圧が印加されているか否かを監視し、第３の所定時間を経過するまで整流電圧が印加されているときは、商用電源１が再投入されたと判断して、再び予熱モードから入ってインバータ回路２０を制御する。

また、第２の所定時間（３ms）後の整流電圧が定常状態の電圧より低いときは、商用電源の電圧が低下（サグ状態）したと判断して、インバータ回路２０の制御を停止し、この状態において、第２の所定時間後の整流電圧が復帰したときは、第４の所定時間経過（例えば約7 ms）後に予熱モードから入ってインバータ回路２０を制御する。

次に、前記のように構成された放電灯点灯装置において、電源オン時及びオフ時、電源瞬停時、電圧サグ時の動作を図３乃至図６を参照しながら説明する。図３は整流電圧が印加されたときの実施の形態１と従来とを比較して示す動作波形図、図４は整流電圧が遮断されたときの実施の形態１と従来とを比較して示す動作波形図、図５は整流電圧の瞬停及び復帰時の実施の形態１と従来とを比較して示す動作波形図、図６は整流電圧が低下したときの実施の形態１と従来とを比較して示す動作波形図である。

本装置のマイコン５０は、図３（ａ）に示すように商用電源１の投入により整流回路１１からの整流電圧が印加されると、その整流電圧の半周期（50Hzの場合、10ms）を検知して第１の所定時間経過するまで整流電圧が印加されるか否かを監視する。この第１の所定時間は、マイコン５０及び他の回路の各部品に動作可能な電圧が印加されるまでの時間である（図３（ｂ）（ｃ）参照）。整流電圧の半周期を検知してから第１の所定時間を経過するまで整流電圧が印加されているときは、本装置に商用電源１が印加されたと判断して、予熱モードに入って周波数ｆ１でインバータ回路２０のスイッチング素子２２，２３が交互にオン・オフされるように駆動回路２１を制御する（同図（ｄ）参照）。

このように、本実施の形態においては、マイコン５０より立ち上がり時間が長い他の回路の各部品が動作可能な電圧となったときに駆動回路２１から駆動信号を発振させるようにしているので、マイコンの電源が安定したときに駆動信号を発振させる従来と比べ（同図（ｂ）（ｅ）参照）、本装置の動作が安定している。

駆動回路２１からの駆動信号によりランプ３０が点灯しているとき、マイコン５０は、整流電圧がゼロボルトになる度に第２の所定時間（約３ms）の間その整流電圧が印加されているか否かを監視し、図４（ａ）に示すように第２の所定時間を経過しても整流電圧が印加されないときは、商用電源が遮断されたと判断して、インバータ回路２０の駆動回路２１の制御を停止し駆動信号の発振を停止させる（同図（ｄ）参照）。

このように、本実施の形態においては、第２の所定時間（約３ms）の間に整流電圧が印加されなかったとき、商用電源が遮断されたと判断して駆動信号の発振を停止させるので、マイコンの電源がリセット電圧まで低下したときに駆動信号の発振を停止させる従来と比べ（同図（ｂ）（ｅ）参照）、本装置が不安定な動作をすることなくランプ３０が消灯する。

また、マイコン５０は、商用電源１の遮断を検知したときに、図５（ａ）に示すように、整流回路１１の整流電圧が予め設定された下限電圧値（マイコン５０のリセット電圧）まで低下したか否かを監視し、整流電圧が下限電圧値まで低下する前に第２の所定時間（約３ms）の間に再び整流回路１１の整流電圧を検知したときは、第３の所定時間経過（約12ms）するまで整流電圧が印加されているか否かを監視し、第３の所定時間を経過するまで整流電圧が印加されているときは、商用電源１が再投入されたと判断して、再び予熱モードから入ってインバータ回路２０を制御する（同図（ｄ）参照）。

この場合、従来では、整流電圧が断たれてもマイコンの電源がリセット電圧まで低下しなかったとき駆動信号の発振を継続しているため（同図（ｂ）（ｅ）参照）、部品の故障やランプ異常を誤検出する可能性があるが、本実施の形態においては、整流電圧が断たれたとき略同時に発振を停止し、整流電圧の再印加を検知したときに再び予熱モードから入るようにしているので、瞬停で再点灯させても不安定な動作がない。

また、図６（ａ）に示すように、ランプ点灯中に第２の所定時間（３ms）後の整流電圧が定常状態の電圧より低いときは、商用電源の電圧が低下（サグ状態）したと判断して、駆動信号の発振を停止させ（同図（ｄ）参照）、この状態において、第２の所定時間後の整流電圧が復帰したときは、第４の所定時間経過（約7 ms）後に予熱モードから入ってインバータ回路２０を制御する。

以上のように、整流電圧が定常状態の電圧より低いとき駆動信号の発振を停止させ、整流電圧が復帰したときは、予熱モードから入るようにしているので、整流電圧が低下してもマイコンの電源がリセット電圧まで低下しなかったとき駆動信号の発振を継続している従来と比べ、電圧低下による入力電圧の増加で部品が発熱するということがなくなり、安定した動作を提供できる。

実施の形態２．
本実施の形態の放電灯点灯装置は、整流電圧が定常状態の電圧より低いとき駆動信号の発振を停止させ、整流電圧が復帰したときは予熱モードから入るようにした点灯装置に代えて、整流電圧が定常状態の電圧より低くいとき、その電圧でランプ３０を点灯できるようにインバータ回路２０の駆動回路２１を制御するようにしたものである。

図７は整流電圧が低下したときの実施の形態２と従来とを比較して示す動作波形図である。
例えば、ランプ３０を全光点灯中に、整流回路１１の整流電圧が定常状態の電圧より低くなると（図７（ａ）参照）、マイコン５０は、低下した電圧に応じた周波数でスイッチング素子２２，２３が駆動されるように駆動回路２１を制御し、ランプ３０を調光点灯させる（同図（ｂ）参照）。

このように、マイコン５０に印加される整流電圧が定常状態の電圧より低くなったとき、発振周波数を調光周波数に切り換えてインバータ回路２０の出力を減少させるようしたので、電圧低下でも全光点灯を継続している従来と比べ、電圧低下による入力電流の増加を低減でき（同図（ｃ）（ｄ）参照）、部品の発熱を抑えることができる。

なお、前述した実施の形態１、２では、整流電圧を全波整流としたが、これに変えて半波整流の電圧でも良い。

本発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置の概略構成を示す回路ブロック図である。 周波数とランプ電圧・電流の相関における予熱・始動時及び点灯時の共振カーブを示す図である。 整流電圧が印加されたときの実施の形態１と従来とを比較して示す動作波形図である。 整流電圧が遮断されたときの実施の形態１と従来とを比較して示す動作波形図である。 整流電圧の瞬停及び復帰時の実施の形態１と従来とを比較して示す動作波形図である。 整流電圧が低下したときの実施の形態１と従来とを比較して示す動作波形図である。 整流電圧が低下したときの実施の形態２と従来とを比較して示す動作波形図である。

符号の説明

１ 商用電源、１０ 直流電源回路、１１ 整流回路、１２ インダクタ、１３ スイッチング素子、１４ ダイオード、１５ 平滑コンデンサ、１６ パワー・ファクタ・コントローラ、２０ インバータ回路、２１ 駆動回路、２２，２３ スイッチング素子、３０ ランプ、３１ チョークコイル、３２ 始動コンデンサ、３３ カップリングコンデンサ、３４，３５ 抵抗、３６ ２次コイル、３７ ダイオード、４０ 第１電圧検出回路、４１ 第２電圧検出回路、５０ マイコン。

Claims (7)

1. 商用電源の電圧を整流する整流回路を有し、この整流回路の整流電圧を平滑化する直流電源回路と、
   前記直流電源回路の出力を高周波電力に変換し、放電灯に供給するインバータ回路と、
   前記整流回路からの整流電圧を検知すると第１の所定時間経過するまで整流電圧が入力されているか否かを監視し、第１の所定時間を経過するまで整流電圧が入力されているときは商用電源の投入を通知する電源監視手段と、
   該電源監視手段を通じて商用電源の投入を検知したときに、制御モードに基づいて前記インバータ回路の発振周波数を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 請求項１に記載の放電灯点灯装置において、
   放電灯の異常を検出する異常検出回路を有し、
   前記第１の所定時間は、前記異常検出回路及び／又は前記制御手段の制御電源が安定するまでの時間であることを特徴とする放電灯点灯装置。
3. 前記電源監視手段は、前記整流回路の整流電圧がゼロボルトになる度に第２の所定時間の間その整流電圧が入力されているか否かを監視し、第２の所定時間経過しても整流電圧が入力されないときは商用電源の遮断を通知し、
   前記制御手段は、前記電源監視手段を通じて商用電源の遮断を検知したとき、前記インバータ回路の出力を停止させることを特徴とする請求項１又は２記載の放電灯点灯装置。
4. 前記電源監視手段は、商用電源の遮断を検知したときに前記整流回路の整流電圧が予め設定された下限電圧値まで低下したか否かを監視し、整流電圧が下限電圧値まで低下する前に再び前記整流回路の整流電圧を検知したときは第３の所定時間経過するまで整流電圧が入力されているか否かを監視し、第３の所定時間を経過するまで整流電圧が入力されているときは商用電源の再投入を通知し、
   前記制御手段は、前記電源監視手段を通じて商用電源の再投入を検知したとき、再び制御モードに基づいて前記インバータ回路の発振周波数を制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の放電灯点灯装置。
5. 前記電源監視手段は、第２の所定時間後の整流電圧が定常状態の電圧より低いとき、商用電源の電圧低下を通知し、
   前記制御手段は、前記電源監視手段を通じて商用電源の電圧低下を検知したとき、前記インバータ回路の出力を停止させることを特徴とする請求項３又は４記載の放電灯点灯装置。
6. 前記電源監視手段は、商用電源の電圧低下を通知した後に、第２の所定時間後の整流電圧が復帰したときは、第４の所定時間経過後に商用電源の電圧復帰を通知し、
   前記制御手段は、前記インバータ回路の制御を停止した後に、商用電源の電圧復帰を検知したときは、再び制御モードに基づいて前記インバータ回路の発振周波数を制御することを特徴とする請求項５記載の放電灯点灯装置。
7. 前記制御手段は、前記電源監視手段を通じて商用電源の電圧低下を検知したとき、その電圧で前記放電灯を点灯できるように前記インバータ回路の発振周波数を制御することを特徴とする請求項５記載の放電灯点灯装置。

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