JP4655579B2 - 無電極放電灯点灯装置及び照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、放電ガスを封入した透光性のバルブ内に電極を持たず、誘導コイルに高周波電流を流すことによって発生した高周波電磁界によって放電ガスを励起発光させる無電極放電灯点灯装置の寿命検出に関するものである。

放電灯点灯装置の寿命検出に関する従来例として、特開平９−９２４７４がある。従来例のブロック構成図を図８に示す。図８を用いて従来例について説明する。放電灯Ｌａに電力を供給する点灯回路１０を備え、この点灯回路１０は外部からの制御信号によって放電灯Ｌａを点灯させる始動制御、定常点灯時のランプ電流の制御、放電灯Ｌａを消灯させる消灯制御が可能になっている。ここでは、点灯回路１０はインバータ回路であって、カーバッテリのような直流電源ＤＣを交流電力に変換して放電灯Ｌａに供給する。また、点灯回路１０は、インバータ回路を構成するスイッチング素子のオンデューティを変化させることによって放電灯Ｌａへの通電期間を制御したり、放電灯Ｌａへの電力供給路に共振回路を設けてスイッチング素子のスイッチング周波数を変化させることによって放電灯Ｌａのランプ電流を制御するものを採用している。点灯回路１０にはランプ電圧を検出する電圧検出部１１が設けられ、この電圧検出部１１により検出されたランプ電圧は制御回路２０に入力される。

制御回路２０はマイクロコンピュータを用いて構成され、電圧検出部１１より入力されたランプ電圧に基づいて点灯回路１０を制御するための制御信号を発生させる。制御回路２０はランプ電圧に応じてランプ電流を制御することにより発光輝度をほぼ一定に保つ機能を備えているが、図８に示す構成では省略してある。また、マイクロコンピュータは図８に一点鎖線で囲んだ部分である。

制御回路２０は、アナログ値で入力されるランプ電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器２１を備え、Ａ／Ｄ変換器２１ではランプ電圧を一定時間毎にサンプリングする。このサンプリング周期はマイクロコンピュータの内部のクロック信号を計数するカウンタ２２により規定されている。Ａ／Ｄ変換器２１の出力値は、比較器２３，２４においてあらかじめ設定されている上限値Ｕｐおよび下限値Ｌｗとそれぞれ比較される。すなわち、ランプ電圧が上限値Ｕｐと下限値Ｌｗとにより設定された許容範囲内であるか否かが比較される。この比較は、サンプリング値が得られてから次のサンプリング値が得られるまでの間の時間内で行なわれる。

ここで、Ａ／Ｄ変換器２１の出力値が上限値Ｕｐを上回るか下限値Ｌｗを下回るときには判定部２５において寿命末期の可能性があると推定し、出力ポート２６を通して報知装置３０を駆動して、放電灯Ｌａの寿命を予告報知する。報知装置３０には、発光ダイオードや液晶表示器を用いた視覚的報知を行なうものと、ブザーや音声合成器を用いた音響的報知を行なうものとのどちらを用いてもよく、両方を同時に用いるようにしてもよい。また、判定部２５により寿命末期の可能性が検出されるとタイマ２７が時限動作を開始し、タイマ２７の時限動作の終了時点までＡ／Ｄ変換器２１の出力値が上記許容範囲を越え続けているときには、出力ポート２６を通して点灯回路１０に対して放電灯Ｌａを消灯させるように指示し、同時に、放電灯Ｌａの交換を促す報知を行なうように報知装置３０を駆動する。

このように、図８の点灯装置では、ランプ電圧が上限値Ｕｐと下限値Ｌｗとの間の許容範囲を逸脱したときに報知装置３０のみを駆動して放電灯Ｌａは消灯させずに予告報知のみを行ない、ランプ電圧が許容範囲を逸脱する状態がタイマ２７で設定された一定時間継続した場合には放電灯Ｌａを消灯させるのである。つまり、ランプ電圧の一過的な変動に対しては放電灯Ｌａがただちに消灯することはないが、寿命末期の可能性を予告報知して使用者に注意を促すことができる。このことにより、報知装置３０による警告が発生したときに放電灯Ｌａの消灯を予測することができ、急に消灯することによる危険の回避が可能になる。

予告報知を行なうことによって、使用者に対して放電灯の寿命末期による消灯の可能性を示唆することができ、また、ランプ電圧の一時的変動では放電灯を消灯させないから、車両用のヘッドランプに用いる場合でも突然の消灯による危険を回避することができるという利点を有する。

また、上述のようにマイクロコンピュータを用いて制御回路２０を構成していることによって、個別部品を用いて制御回路２０を構成する場合に比較すると回路構成が簡単になり、しかも制御回路２０の動作をソフトウェアで規定できるから、個別部品を用いる場合よりも複雑かつ細かな制御が可能になる。

なお、特許文献２（特開２００３−３３２０８９号公報）には、検出された出力が所定の設定出力となるように高周波発振器の発振周波数を制御する手段を備える無電極放電灯点灯装置において、この発振周波数の変化幅を所定の範囲内に制限することが提案されているが、無電極放電灯の寿命末期の判定に関する記載はない。
特開平９−９２４７４号公報 特開２００３−３３２０８９号公報

電球やガラスバルブ内部に電極を有する放電灯の場合、電極が劣化しランプが不点になるためランプ寿命を容易に検出可能である。しかし、無電極放電灯の場合、寿命末期に光束が徐々に低下するものの、電極がないため、ランプが不点とならずランプ寿命を超えても継続して使用される可能性が高い。そのとき、光束不足となるだけではなく、高周波電源回路が破壊したり、誘導コイルの被覆が劣化して地絡するといった不都合な状態となる可能性がある。したがって、何らかの手段により寿命を検出することが望まれる。

図８の従来例では、ランプ電圧を一定時間毎にサンプリングし、あらかじめ設定されている上限値Ｕｐおよび下限値Ｌｗとそれぞれ比較する。しかしながら、無電極放電灯の光出力を略一定化するために、高周波電源回路の出力電流または出力電圧の少なくともいずれかが所望の値となるように高周波電源回路の駆動周波数を制御する周波数制御回路を備えていると、ランプ電圧に相当する誘導コイルの両端電圧の変化は小さく、寿命検出が困難であるという課題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、出力を一定化するための周波数制御回路を有する無電極放電灯点灯装置においても無電極放電灯の寿命検出を可能とすることにある。

本発明にあっては、上記の課題を解決するために、図１に示すように、無電極放電灯１の近傍に設置された誘導コイル２と、前記誘導コイル２に高周波電力を供給する高周波電源回路３と、前記無電極放電灯１の点灯時に前記高周波電源回路３の出力電流または出力電圧の少なくともいずれかが所望の値となるように前記高周波電源回路３の駆動周波数を制御する周波数制御回路５とを備える無電極放電灯点灯装置において、あらかじめ設定してある駆動周波数の許容範囲を逸脱すると前記無電極放電灯１の寿命と判定する寿命検出回路７を有し、前記寿命検出回路７は、図６に示すように、寿命初期における安定点灯時の前記駆動周波数である初期安定周波数ｆ１を前記寿命初期における安定点灯時に記憶させる機能を有し、前記駆動周波数の許容範囲ｆＵＰ〜ｆＬＷは、前記初期安定周波数ｆ１を中心として所定の幅を持ち、安定点灯時の駆動周波数が前記駆動周波数の許容範囲ｆＵＰ〜ｆＬＷを逸脱すると前記無電極放電灯１の寿命と判定することを特徴とするものである。

本発明によれば、あらかじめ設定してある駆動周波数の許容範囲を逸脱すると無電極放電灯の寿命と判定する寿命検出回路を有するものであるから、出力を一定化するための周波数制御回路を有する無電極放電灯点灯装置においても、無電極放電灯の寿命検出が可能となるものである。

以下、本発明を実施するための形態について説明するが、後述の実施形態２が請求項１の特徴に対応しており、その他の実施形態１，３は請求項２，３の特徴に対応している。
（実施形態１）
図１に本発明の実施形態１の回路ブロック図を示す。この点灯装置は、無電極放電灯１と、無電極放電灯１の近傍に配置された誘導コイル２と、この誘導コイル２に高周波電力を供給する高周波電源回路３と、高周波電源回路３の出力を略正弦波に変換し、始動時および安定点灯時に所望の電力を供給するための共振回路４と、高周波電源回路３の駆動周波数を制御するための周波数制御回路５と、高周波電源回路３に直流電圧を供給する直流電源回路６と、駆動周波数を測定し許容範囲を逸脱すると無電極放電灯１の寿命と判定する寿命検出回路７とを備えて構成されている。

図２に安定点灯時における誘導コイル２の両端電圧Ｖｃｏｉｌの周波数特性の一例を示す。共振周波数ｆ０の近傍で誘導コイル２の両端電圧Ｖｃｏｉｌは最大となる。無電極放電灯１の安定点灯時に所望の出力となるときの駆動周波数をｆ１とする。

図３に無電極放電灯１が点灯した後の高周波電源回路３の駆動周波数の経時変化の一例を示す。無電極放電灯１は、始動してから安定点灯するまでインピーダンスが変化するので、高周波電源回路３の出力が一定となるように駆動周波数を変化させる。駆動周波数がほぼ一定となる時間ｔ１のときの駆動周波数をｆ１とする。

図４に本実施形態における具体的な回路構成の一例を示す。直流電源回路６は、整流器６２、インダクタＬ１、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｑ３、平滑コンデンサＣ１、電源制御回路６１から成り、交流電源ＡＣの入力から直流電圧を出力する。その出力をＶＤＣとする。

高周波電源回路３は、交互にオン・オフされるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、およびその駆動回路３１から成り、周波数制御回路５によりスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を駆動する周波数が設定される。

共振回路４は、インダクタＬｓ、コンデンサＣｓおよびＣｐから成る。その共振特性により、誘導コイル２の両端電圧Ｖｃｏｉｌの振幅は、高周波電源回路３の周波数ｆｉｎｖの変化に応じて、図２に示すように変化する。

周波数制御回路５は、ソース電流検出用抵抗Ｒ１、その検出された電位と基準電位との比較を行なうためのオペアンプＩＣ１、抵抗Ｒ２、Ｒ３およびコンデンサＣ２、オペアンプＩＣ１の非反転入力端子への電圧を決定するための抵抗Ｒ４、Ｒ５およびコンデンサＣ３と、周波数設定回路５１とで構成されている。周波数設定回路５１は、電流Ｉｆの値に応じて駆動回路３１の周波数が変化するように動作するものである。

次に、出力を一定化するための周波数制御の動作について説明する。ソース電流を抵抗Ｒ１の両端電圧すなわちＶｉにより検出してオペアンプＩＣ１の負入力端子に入力し、基準電位である正入力端子の電位との比較を行なう。正入力端子が略一定電圧であるため、ソース電流を略一定化するようにフィードバック制御される。このように、スイッチング素子Ｑ２のソース電流を略一定に保つことにより、無電極放電灯１の出力を略一定化することができる。

寿命検出回路７は、あらかじめ設定してある駆動周波数の許容範囲である上限値ｆＵＰと下限値ｆＬＷを記憶し、許容範囲内であるか否かが比較判定される。例えば、周波数設定回路５１における電流Ｉｆの限度値を設定しておくことで、周波数可変範囲を限定することができる。

図５に寿命末期時に無電極放電灯１が点灯した後の高周波電源回路３の駆動周波数の経時変化の一例を示す。無電極放電灯点灯装置として、駆動周波数が比較的低い数ＭＨｚ以下の場合、誘導コイル２をフェライトコアに巻回することが多いが、寿命末期に近づくとフェライトコアの劣化による誘導コイル２のインダクタの減少などにより駆動周波数を大きく変化させなければ出力を一定化できなくなる。したがって、駆動周波数の範囲を設定しておき、例えば上限値ｆＵＰを超えた場合に、無電極放電灯の寿命と推定し、寿命検出回路７が動作し、寿命末期を検出する。また、誤検出を防止するためにｔ２〜ｔ３までの一定時間継続した場合に寿命検出回路７が寿命末期検出信号を出力できるようにすると、精度良く検出することが可能である。

この実施形態１では、寿命検出回路７により寿命末期を検出した場合、高周波電源回路３の動作を停止させることで、無電極放電灯１を消灯させる。したがって、無電極放電灯１が不点となることにより、寿命末期を報知することができる。

（実施形態２）
実施形態２について、図６を用いて説明する。なお、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。この実施形態２では、無電極放電灯点灯装置の寿命初期時に高周波電源回路３の駆動周波数が略一定となる安定点灯時の駆動周波数である初期安定周波数ｆ１を記憶させる機能を有し、駆動周波数の許容範囲を初期安定周波数ｆ１を中心としてｆＵＰ〜ｆＬＷまでの所定の幅を持った周波数範囲としたものであり、駆動周波数がほぼ一定となる時間ｔ１のときの駆動周波数が許容範囲を逸脱すると、無電極放電灯１は寿命と判定される。始動時から安定点灯時までの駆動周波数の変化を無視できるので、駆動周波数の許容範囲を狭く設定することができ、実施形態１と比較して、より精度高く寿命末期を検出することが可能となる。

本実施形態においても、実施形態１と同様、周波数設定回路５１において電流Ｉｆの限度値を設定しておくことで、周波数可変範囲を限定することができる。

寿命末期の報知手段も実施形態１と同様な手段でも構わないし、高周波電源回路３の動作を間欠発振させることで、無電極放電灯１を点滅させても構わない。点滅させると、始動不良の場合と区別することができるので、寿命末期の報知であることが容易に判断可能である。

（実施形態３）
実施形態３について、図７を用いて説明する。なお、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。図７では、周囲温度の変化時の駆動周波数の許容範囲の一例を点線で示している。この許容範囲は、例えば初期安定周波数が周囲温度変化時に実線のように変化したときに、実線に対して所定の幅を持った周波数範囲とする。無電極放電灯点灯装置の周囲温度を検出して、周囲温度に応じて所定の周波数範囲の判定値を補正すると、実施形態１および実施形態２よりも更に精度高く寿命末期を検出することができる。

本実施形態においても、実施形態１と同様、周波数設定回路５１において電流Ｉｆの限度値を設定しておくことで、周波数可変範囲を限定することができる。また、寿命末期の報知手段については、実施形態１または実施形態２と同様な手段で構わない。

上記各実施形態１〜３に記載の無電極放電灯点灯装置は、例えば、図９に示すような照明器具として利用することができる。無電極放電灯１は一般的に数十ＭＨｚの高周波で駆動されるので、ランプからの輻射ノイズを吸収するために金属メッシュ等のシールドカバー１５で覆われている。１３は誘導コイル２を支える基台であり、１４は点灯回路である。

本発明の実施形態１の無電極放電灯点灯装置のブロック図である。 本発明の実施形態１における誘導コイルの両端電圧の周波数特性の一例を示す特性図である。 本発明の実施形態１における寿命初期時の駆動周波数の経時変化の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態１における具体的な回路構成の一例を示す回路図である。 本発明の実施形態１における寿命末期時の駆動周波数の経時変化と寿命検出回路の出力を示す説明図である。 本発明の実施形態２における寿命末期時の駆動周波数の経時変化を示す説明図である。 本発明の実施形態３における駆動周波数の許容範囲の周囲温度特性の一例を示す説明図である。 従来の放電灯点灯装置のブロック図である。 本発明の無電極放電灯点灯装置を用いた照明器具の断面図である。

符号の説明

１ 無電極放電灯
２ 誘導コイル
３ 高周波電源回路
３１ 駆動回路
４ 共振回路
５ 周波数制御回路
５１ 周波数設定回路
６ 直流電源回路
６１ 電源制御回路
６２ 整流器
７ 寿命検出回路
ｆ０ 共振周波数
ｆＵＰ 駆動周波数許容範囲の上限値
ｆＬＷ 駆動周波数許容範囲の下限値

Claims (4)

1. 無電極放電灯の近傍に設置された誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源回路と、前記無電極放電灯の点灯時に前記高周波電源回路の出力電流または出力電圧の少なくともいずれかが所望の値となるように前記高周波電源回路の駆動周波数を制御する周波数制御回路とを備える無電極放電灯点灯装置において、あらかじめ設定してある駆動周波数の許容範囲を逸脱すると前記無電極放電灯の寿命と判定する寿命検出回路を有し、前記寿命検出回路は、寿命初期における安定点灯時の前記駆動周波数である初期安定周波数を前記寿命初期における安定点灯時に記憶させる機能を有し、前記駆動周波数の許容範囲は、前記初期安定周波数を中心として所定の幅を持ち、安定点灯時の駆動周波数が前記駆動周波数の許容範囲を逸脱すると前記無電極放電灯の寿命と判定することを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
2. 前記寿命検出回路は、ある一定時間以上、前記駆動周波数の許容範囲を逸脱した場合に、前記無電極放電灯の寿命と判定することを特徴とする請求項１に記載の無電極放電灯点灯装置。
3. 前記無電極放電灯点灯装置の周囲温度を検出して、前記周囲温度に応じて、前記駆動周波数の許容範囲を補正することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置を備えることを特徴とする照明器具。

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