JP4697114B2 - 無電極放電灯点灯装置及びその照明器具 - Google Patents

Description

本発明は無電極放電灯点灯装置及びその照明器具に関するものである。

第１の従来例として特開２００５−１５８４６４号公報に示される無電極放電灯点灯装置がある。これは、共振回路を有する電力変換回路の出力を無電極放電灯に近接する誘導コイルに供給するものであり、図２に示すように、動作周波数ｆｉｎｖが開始周波数ｆｓから徐々に減少して行き、電力変換回路の出力電圧が始動電圧に達すると、無電極放電灯が点灯して共振特性が始動時の曲線イから点灯時の曲線ロへ変化することで出力電圧Ｖｃｏｉｌが下降する。さらに無電極放電灯が点灯した後も動作周波数ｆｉｎｖは終了周波数ｆｅまで減少し、その後、動作周波数ｆｉｎｖは電力変換回路の共振電流が無電極放電灯の定格点灯時における所望のレベルになるように制御される。即ち、電力変換回路の出力は所定の動作周波数での連続発振動作を行っている。

第２の従来例として特開２０００−３５３６００号公報に示される無電極放電灯点灯装置がある。これは、無電極放電灯に近接配置される誘導コイルの両端電圧Ｖｃｏｉｌの振幅を間欠的に変化させ、高振幅の期間では無電極放電灯を点灯させ、低振幅の期間では誘導コイルの両端電圧Ｖｃｏｉｌを点灯維持電圧未満とすることで無電極放電灯を消灯させ、点灯期間と消灯期間の時間比率により無電極放電灯の点滅動作を行い、所望の出力を得ている。

なお、特許文献３（特開昭６２−１６３２９６号公報）には、無電極放電灯点灯装置において、温度検知回路を設け、低温始動時に管内温度を上昇させた後、放電灯を始動することが提案されている。
特開２００５−１５８４６４号公報 特開２０００−３５３６００号公報 特開昭６２−１６３２９６号公報

無電極放電灯では高い始動電圧が必要であるので、電力変換回路の共振回路のＱが高く設計される。そのため、周囲温度の影響を受けやすく、入力電力特性等の大きな変化を生じ、立ち消えといった問題が生じやすい。特に間欠発振による点灯は、低電力出力等の無電極放電灯が立ち消えしやすい状況で用いられることが多い。であるから、間欠発振では多くの場合、周囲温度が変化しても共振曲線上の動作点をずらさないよう制御する必要がある。

《間欠発振に伴う問題点》
無電極放電灯で間欠発振させる場合、共振回路のＱが高く設計されるので、温度特性によって駆動周波数がずれることで次のような問題が起こりやすい。駆動周波数が共振曲線の出力の小さい側（図２の右側）に変化すると、点灯期間のランプ入力電力は低下する。このとき生成されるプラズマが少なくなるので、消灯期間でのプラズマ拡散は早くなる。よって、再点弧電圧が上がり、カプラ、回路素子への連続的なストレスの印加、騒音の増大につながる。共振点付近で動作させるときは、共振曲線の左右どちら側にずれてもこの問題が発生する。すなわち、駆動周波数が共振曲線の左側にずれると、消灯期間のインバータ回路出力も共振の山側に移動することで増大する。これが雑音増加や、消灯期間での損失増大につながる。

なお、初始動時や点灯後回路が冷えている間は上記の問題が発生しなくとも、回路が温まると温度特性により駆動周波数が変化することで上記のような問題が生じる場合もある。

間欠発振動作では、ただでさえ点灯・消灯を繰り返し、周期的に再点弧電圧が発生するため、連続発振の場合と比較してランプの電力制御が難しく、ユニット間の電気特性ばらつきが大きい。これに温度特性による特性変化等が加わると、特性の差はかなり大きくなり、場合によっては電力を収めたい範囲内に収めることができなくなる。

《始動電圧に関する問題点》
無電極放電灯の始動時、再点弧時には、高い始動電圧が必要である。共振回路のＱが高いため、温度特性により駆動周波数が少しでもずれるとこの始動電圧が出せなくなる。特に間欠発振の場合、点灯中にも常に高い再点弧電圧を必要とする。初始動時や点灯後回路が冷えている間は所定の始動電圧、再点弧電圧を出すことができても、回路が温まると温度特性により駆動周波数が変化する。このとき、駆動周波数が共振点と逆側に変化すると、所定の再点弧電圧が出せなくなり、ランプは消灯する。一方、駆動周波数が共振点側にずれると、回路のオーバーシュート等により再点弧電圧が出過ぎて、これがストレスの増加、騒音の増加につながる。

本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、無電極放電灯点灯装置において、温度特性による特性変化を抑制し、始動性を改善するとともに立ち消えを防止することを課題とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、少なくともスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と共振回路１１を含み、直流電力を高周波電力に変換して出力する電力変換回路１と、前記電力変換回路１の出力端に接続され、バルブ内に放電ガスを封入した無電極放電灯Ｌに近接配置される誘導コイル２と、制御電流に応じた駆動周波数で前記スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を駆動する駆動回路３と、インピーダンス素子を含んで構成され、インピーダンス値に応じた前記制御電流を出力する電流制御部７とを備える無電極放電灯点灯装置であって、前記駆動回路３に含まれ、制御電流に応じ駆動周波数を制御するとともに、同じ制御電流でも駆動温度によって駆動周波数が変化する特性の駆動ＩＣを有し、周囲温度が変化することによる前記電力変換回路１の共振回路１１の共振周波数の変化に対して前記駆動周波数を追随させるように前記電流制御部７にインピーダンス値を可変する感温素子Ｒｔを備え、少なくとも駆動ＩＣと感温素子Ｒｔが定性的に同様の温度変化となる程度まで、感温素子Ｒｔが駆動ＩＣ近辺に配置されるとともに、前記電流制御部７に接続され、前記無電極放電灯Ｌを点弧もしくは再点弧させる時に前記電力変換回路１からの出力電圧を検出し、前記周囲温度が変化することで前記出力電圧が所定値からずれるのを前記感温素子Ｒｔにより抑えるように、前記出力電圧に基づいて前記制御電流を変化させる始動制御部６を備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、周囲温度の変化に対し、駆動回路の温度特性によって通常では駆動周波数が本来の値からずれる場合でも、この駆動周波数のずれを抑える方向に感温素子によって制御電流を制御することで、駆動周波数を本来の値に近づけることができる。よって、共振曲線上の動作点を所定の範囲内に収めることができ、特性変化、立ち消えを防止する。

また、周囲温度の変化に対し、共振回路の回路定数が温度特性によって変化し、共振曲線がずれる場合でも、この共振曲線のずれに合わせて駆動周波数もずれるよう感温素子によって制御電流を制御することで、駆動周波数はずれるが、共振曲線上の動作点を所定の範囲以内に収めることができ、特性変化、立ち消えを防止できる。

（実施形態１）
図１に本発明の実施形態１に係る無電極放電灯点灯装置の回路構成を示す。この点灯装置は、電力変換回路としてのインバータ回路１と、誘導コイル２と、ドライブ回路３と、電圧検出回路４と、直流電源回路５と、始動制御部６と、電流制御部７とを備えている。電流制御部７に感温素子Ｒｔを有することにより、広い範囲の周囲温度Ｔａ（例えば−２０℃〜＋６０℃）において、無電極放電灯Ｌを安定に始動及び点灯するものである。

無電極放電灯Ｌは、透明な球状のガラスバルブまたは内面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）が封入されている。そして、誘導コイル２から供給される高周波電力により、無電極放電灯Ｌ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が発生する。

直流電源回路５は、例えば商用電源などの交流電源Ｖｉｎからの交流電力を直流電力に変換し、インバータ回路１に供給するものである。図示された回路では、交流電力を全波整流するダイオードブリッジＤＢと、スイッチング素子Ｑ５、インダクタＬ５、ダイオードＤ５、制御回路５１及び平滑用コンデンサＣ５からなる昇圧チョッパ回路で構成されている。なお、チョッパ回路には、昇圧型のほか、降圧型、極性逆転型等があり、用途に応じて使い分けている。

インバータ回路１は、直流電源回路５から供給される直流電圧ＶＤＣを高周波電圧Ｖｃｏｉｌに変換して出力する電力変換回路であり、誘導コイル２に対して、例えば、数十ｋＨｚから数百ＭＨｚの高周波電圧Ｖｃｏｉｌを供給する。インバータ回路１は、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２及び共振回路１１を備える。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、例えばＦＥＴなどが用いられ、それぞれのスイッチング状態（オン及びオフ）を可変することにより高周波電圧Ｖｃｏｉｌの動作周波数ｆｉｎｖを周波数スイープさせる。

共振回路１１は、例えば、コイルＬｓ及びコンデンサＣｓ，Ｃｐで構成され、共振周波数の近傍で大きな高周波電圧Ｖｃｏｉｌを出力する。また、無電極放電灯Ｌを負荷とする場合、点弧始動時はインダクタ負荷であるため、有電極の蛍光ランプ等、他の光源と比較して始動時に大きな電力を必要とする。従って、安定した始動、点灯を行うためには共振回路１１のＱを高く設定する必要がある。

インバータ回路１より出力される高周波電圧Ｖｃｏｉｌの動作周波数ｆｉｎｖに対する変化を図２に示す。無電極放電灯Ｌの始動時には、動作周波数ｆｉｎｖをｆｓからｆｅに向けて低下させ、共振回路１１の共振周波数に近づくように周波数スイープさせることにより、高周波電圧Ｖｃｏｉｌは徐々に増加していく。この周波数スイープの間に無電極放電灯Ｌが点弧始動に最低限必要な電圧を超えるように設計されているため、ｆｓからｆｅの間のある周波数で無電極放電灯Ｌが点灯する。点灯後、直ちに図２の始動時の共振曲線イから点灯時の共振曲線ロ上に動作点が移動し、高周波電圧Ｖｃｏｉｌは低減する。

このような周波数スイープによる始動を用いれば、例えば、無電極放電灯Ｌの周囲への金属筐体接近等、インバータ回路１の負荷インピーダンスの変動要因があり、高周波電圧Ｖｃｏｉｌが大きく変化した場合であっても、負荷インピーダンス変動の影響を吸収可能であるため、無電極放電灯Ｌの安定始動及び点灯ができる。このような周波数スイープによる始動は、特に無電極放電灯負荷の場合に有効である。

インバータ回路１は駆動周波数を周期的に可変し、視覚的に感じない速さで点灯期間と消灯期間を繰り返すことで無電極放電灯の電力制御を行う。この電力制御は、調光しないフル出力時の電力制御手段として用いてもよいし、調光時の電力制御手段として用いてもよい。このように、無電極放電灯Ｌの動作状態はフル出力、調光出力のどちらでも構わないが、そのときの電力は２０〜４０Ｗと小電力なものであり、共振特性のずれに対して立消えしやすい状態であるものとする。

駆動周波数の周期的可変による電力制御において、Ｑの高い共振回路を用いても立消えしないよう、無電極放電灯Ｌの点灯期間での駆動周波数は共振点付近となるように制御されている。駆動周波数の制御方法として、共振定数のばらつき吸収及び電力制御をデューティ比で行うようにすることで、共振点付近での動作が可能となる。

誘導コイル２は、図１に示すように、インバータ回路１の出力側に接続され、インバータ回路１から高周波電圧Ｖｃｏｉｌが供給される。これにより、誘導コイル２は、高周波電磁界を発生させて無電極放電灯Ｌに高周波電力を供給する。

ドライブ回路３は、電流制御部７からの制御電流Ｉｆの大きさに応じて可変する周波数で、Ｈｏｕｔ端子とＨ−ＧＮＤ端子間、Ｌｏｕｔ端子とＬ−ＧＮＤ端子間にそれぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対する略矩形波状の駆動信号を出力する駆動回路である。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対する駆動信号の位相差は略１８０°である。

図３に示すように、制御電流Ｉｆが大きいほど高周波電圧Ｖｃｏｉｌの動作周波数ｆｉｎｖが高くなるように駆動信号を出力する。なお、ドライブ回路３は、温度特性を持つ駆動ＩＣを備えており、出力される駆動周波数は同じ制御電流Ｉｆでも高温時ほどおよそリニアに高くなる（低温ほどおよそリニアに低くなる）特性を持っている。

電流制御部７は、インピーダンス素子であり、温度検出用の感温素子である感温抵抗Ｒｔを備えている。感温抵抗Ｒｔは、周囲温度Ｔａによりインピーダンス値が変化し、周囲温度Ｔａによりその抵抗値を略リニアに変化させることができる。例えば松下電子部品（株）製のＥＲＡシリーズを用いれば＋１０００ｐｐｍ／℃〜＋４７００ｐｐｍ／℃の種々の正温度係数を選択可能である。このような部品を使用すれば、周囲温度Ｔａと感温抵抗Ｒｔの抵抗値との関係は、図４の実線のように正の傾きで略リニアに変化する。従って、図５の実線のように制御電流Ｉｆは高温になるほど小さく、低温になるほど大きくなるように変化する。

図４の破線で示す従来例の場合、周囲温度Ｔａが上がると駆動電流Ｉｆに変化がなくても駆動ＩＣの温度特性のため、駆動周波数が高くなってしまう。この結果、共振曲線上の動作ポイントが共振点付近から共振曲線の右側にずれる（図２参照）。よって、出力の低下、立ち消えといった問題が起こる。このように、従来ならば周囲温度が変化すると、駆動ＩＣの温度特性により駆動周波数がずれ、その結果、特にＱの高い共振回路を用いている場合には、大きな電力変化や立消えといった問題が起こりやすい。

しかし、本実施形態の場合、図４の実線で示すように、周囲温度Ｔａが高いほど感温抵抗Ｒｔの抵抗値が上昇するので、図５の実線で示すように、周囲温度Ｔａが高いほど制御電流Ｉｆは小さくなる。このように、制御電流Ｉｆが減少することにより、図３のように、駆動周波数ｆｉｎｖが低い方にずれるように作用するので、高温時に動作周波数が高周波側へずれることを抑えることができる。これによって、出力電力の低下、ランプの立ち消えを防ぐことが可能となる。

電圧検出回路４は、図１に示すように、例えば、抵抗Ｒ８，Ｒ９、ダイオードＤ２，Ｄ３及びコンデンサＣ４により構成される。この電圧検出回路４は、インバータ回路１から出力される高周波電圧Ｖｃｏｉｌを検出、整流及び平滑し、始動制御部６、電流制御部７に出力する。

始動制御部６は、図１に示すように、例えばオペアンプＯＰ１、抵抗Ｒ５，Ｒ６を備え、電圧検出回路４の出力及びコンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ１から誘導コイル２の高周波電圧Ｖｃｏｉｌが所定の値になるように制御電流Ｉｆを可変する。また、直流電源Ｅ１を電源とし、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１からなる積分回路、コンデンサＣ１の電荷放電用スイッチＳｗ、抵抗Ｒ２等から構成される回路を備え、電荷放電用スイッチＳｗがＯＮからＯＦＦに切り替わると、直流電源Ｅ１から電力供給を受け、抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１を充電し、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ１をオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に出力する。

始動制御部６の動作原理について説明すると、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ１をオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に印加し、入力基準電圧とする。一方、電圧検出回路４の出力を、抵抗Ｒ５を介してオペアンプＯＰ１の反転入力端子に印加する。オペアンプＯＰ１は反転入力端子電圧がコンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ１に近づくように差動増幅動作を行い、電流制御部７を介して制御電流Ｉｆをドライブ回路３に出力する。これにより、周囲温度Ｔａと制御電流Ｉｆとの関係は、図５のように負の傾きで略リニアに変化する。また、オペアンプＯＰ１の差動増幅動作により、出力電圧設定値Ｖｅは、直流電圧ＶＤＣの電圧変動の影響を受けずに一定とすることができる（図６参照）。

また、駆動周波数の周期的可変による電力制御を行うために、ＰＷＭの始動制御信号である電圧Ｖｐｗｍを出力する図外のＰＷＭ制御信号発生装置がある。このＰＷＭ制御信号発生装置は、この点灯装置内にあってもよいし、点灯装置の外にあり、ＰＷＭ信号のみが点灯装置に入力されてもよい。

駆動周波数の周期的可変による電力制御について説明すると、始動制御信号Ｖｐｗｍがスイッチング素子Ｑ７の制御端子に入力され、スイッチング素子Ｑ７がＯＮ→ＯＦＦに変化すると、直流電圧Ｅ１からの電力供給を受けて抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１を充電し、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ１をオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に印加し、その出力に対応した制御電流Ｉｆを、電流制御部７を介してドライブ回路３に出力する。その結果、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１より決定される時定数τ＝τ１〔＝Ｃ１×Ｒ１〕に応じて動作周波数ｆｉｎｖは開始周波数ｆｓから終了周波数ｆｅまで徐々にスイープする。

いま、ドライブ回路３において制御電流Ｉｆと動作周波数ｆｉｎｖの関係が図３の特性に設定されている場合、動作周波数ｆｉｎｖは減少方向にスイープすることとなり、インバータ回路１の共振曲線が図２であるとすると、スイープに応じて誘導コイル電圧Ｖｃｏｉｌが増加し、無電極放電灯Ｌの点弧始動が可能となる。

一方、スイッチング素子Ｑ７がＯＦＦ→ＯＮに変化すると、コンデンサＣ１の電荷が抵抗Ｒ３、スイッチング素子Ｑ７を介して放電され、電圧Ｖｃ１のレベルは抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２//Ｒ３の分圧で決定され、誘導コイル電圧Ｖｃｏｉｌ＝Ｖｓｔ１となり、誘導コイル電圧Ｖｃｏｉｌが減少するので、無電極放電灯Ｌの点灯維持に必要な電圧より下回ることで消灯する。

従って、始動制御信号Ｖｐｗｍにより周期的に点灯、消灯を繰り返すことにより間欠点灯が可能となり、始動制御信号ＶｐｗｍのＯＮデューティを可変することにより、無電極放電灯Ｌに対する平均的な電力を制御することができる。

また、本回路は、始動スイープの時定数を可変制御可能な時定数可変回路８を有している。時定数可変回路８はコンデンサＣ１に並列接続されたコンデンサＣ０、スイッチング素子Ｑ９の直列回路から構成され、スイープの時定数はスイッチング素子Ｑ９の制御入力に印加される時定数可変信号Ｖｔによって切替制御され、スイッチング素子Ｑ９がＯＮの時、時定数τ＝τ０〔＝（Ｃ０＋Ｃ１）×Ｒ１〕、ＯＦＦの時、時定数τ＝τ１〔＝Ｃ１×Ｒ１〕となる。

図８を用いて時定数可変回路８の動作について説明する。時間ｔ＝ｔ０で交流電源Ｖｉｎを投入し、一定時間後のｔ＝ｔ４まで、時定数可変信号ＶｔをＨレベルとすることでスイープの時定数τ＝τ０となり、その後、時定数可変信号ＶｔをＬレベルとすることで時定数τ＝τ１（＜τ０）に減少する。

即ち、時定数ｔ＝ｔ１で始動制御信号ＶｐｗｍがＨ→Ｌレベルになり、無電極放電灯Ｌの初期点弧のスイープを行い、電圧Ｖｃｏｉｌ＝Ｖｉｇｎ１で点弧するが、このときは時定数τ＝τ０である。時間ｔ＝ｔ３で始動制御信号ＶｐｗｍがＬ→Ｈレベルになり、誘導コイル電圧Ｖｃｏｉｌ＝Ｖｓｔ１と無電極放電灯Ｌの点灯に必要な電圧以下となり、消灯する。その後、時間ｔ＝ｔ５で再び始動制御信号ＶｐｗｍがＨ→Ｌレベルになり、無電極放電灯Ｌの再点弧のスイープを行い、電圧Ｖｃｏｉｌ＝Ｖｉｇｎ２で再点弧するが、このときは時定数τ＝τ１であり、これ以降は点滅周波数である始動制御信号Ｖｐｗｍの周波数ｆｐｗｍが１００Ｈｚ〜数ｋＨｚの一定値で時定数τ＝τ１として動作する。

この結果、本回路のように、時定数τ＝τ０として初期点弧することによって、時定数τ＝τ１で初期点弧する場合と比較して、初期点弧時の最高電圧Ｖｃｏｉｌ＝Ｖｉｇｎ１を低減することが可能となる。従って、有電極の蛍光ランプ等、他の光源と比較して、無電極放電灯Ｌでは、インバータ回路１の共振回路１１のＱが高く設定されている場合であっても、高周波電圧Ｖｃｏｉｌの立ち上がり角度が緩和され、少しずつ高周波電圧Ｖｃｏｉｌを上昇させていくことができるので、誘導コイル２に必要以上に大きな電圧が印加されることがなく、よりきめ細かく、誘導コイル２に印加する高周波電圧Ｖｃｏｉｌを制御することができる。

ただし、間欠点灯における消灯期間の誘導コイル電圧Ｖｃｏｉｌ＝Ｖｓｔ１のレベルは、過大に高くしてもインバータ回路１や、誘導コイル２等での損失が増大するため、実質的に該損失が僅かとなる程度とする。

なお、間欠点灯における消灯は、インバータ回路１の動作周波数ｆｉｎｖの制御により誘導コイル２の電圧Ｖｃｏｉｌを点灯維持に必要な電圧未満とする手段以外にも、インバータ回路１の出力を停止させる手段（図示はしない）であっても構わない。

また、始動制御部６の時定数可変手段としてはコンデンサ以外にも抵抗を可変するものであってもよく、同様の効果が得られる。

さて、駆動周波数の周期的可変による電力制御は、通常、立ち消えしやすい場合に用いることが多いので、そのＯＮ期間では、立ち消えを防ぐため、駆動周波数は立消えしにくい共振点付近となるよう制御されている。よって、駆動周波数が共振曲線上の左右どちらにずれてもＯＮ期間時の出力電力は低下し、再点弧時の電圧は増大する。このため、回路素子、カプラヘの連続的なストレス増大、騒音増大という問題が起こる。さらに、従来では駆動ＩＣの温度特性により周囲温度が低くなると駆動周波数が下がる。よって、間欠点灯のＯＦＦ期間の駆動周波数も下がり、その結果、ＯＦＦ期間における共振曲線上の動作点が遅相モードでは共振の山の方にずれ、ランプ消灯状態ではあるが出力電圧が増大する。これが効率の悪化、雑音増大という問題を生じさせていた。

これに対して、本実施形態の構成では、感温素子Ｒｔの働きによって周囲温度Ｔａの変化により従来であれば駆動周波数がずれて行く場合であっても、このずれを小さくすることができるので、上記の問題の発生を抑えることが可能となる。すなわち、周囲温度変化に対する間欠点灯のＯＮ期間、ＯＦＦ期間の駆動周波数のずれを抑えられるので、再点弧電圧増加による騒音増大、ＯＦＦ期間における効率低下を抑えることができる。特に、間欠点灯のＯＮ期間では、周囲温度Ｔａが変化しても感温素子Ｒｔの作用で常に共振点付近で動作させることができる。これにより立ち消えを防ぐことが可能となる。

また、無電極放電灯はインダクタンス負荷で位相角があり、無効電流が効率に大きく影響する。共振点から高周波側にずれると位相角が大きくなり、効率が悪化するということが起こるが、これも防ぐことができる。

さらに、間欠点灯では電力特性等のばらつきが大きくなり、電力を所定の範囲内に抑えるのが難しいが、本発明によれば、周囲温度が変化した場合でも特性をおよそ一定化することが可能で、電力特性のばらつきを抑えることができる。

なお、ランプ点灯後、駆動ＩＣ等の温度特性を持つ素子の温度が時間と共に変化しても、これに合わせて同じ回路内の感温素子Ｒｔの温度も変化するので、回路が冷えた状態から安定点灯時の温まった状態まで常に周波数補正を行うことができる。

一方、無電極放電灯Ｌが無い無負荷状態や、暗所始動時のように、無電極放電灯Ｌの始動に時間がかかる場合においては、オペアンプＯＰ１の差動増幅動作により、誘導コイル電圧Ｖｃｏｉｌは、ある設定電圧Ｖｅで一定となり、この設定電圧Ｖｅが誘導コイル２の高周波電圧Ｖｃｏｉｌの上限値となる。

従来の場合、設定電圧Ｖｅに対応した設定周波数が高温ほど高周波側にずれる。よって、図６の破線のように、実際の出力電圧値は高温時ほど低下する。この結果、回路の出力電圧がランプの始動電圧を下回ってしまうことで、高温時にランプが点灯しないという問題があった。周囲温度全体にわたって始動時の出力電圧を増大させることで高温時の始動も可能とすることはできるが、これだと低温時のストレスが増大してしまう。

これに対して、本実施形態では感温抵抗Ｒｔを用いることでインバータ回路１の設定電圧Ｖｅは、図６の実線のように、周囲温度Ｔａに対しておよそ一定となるよう制御されている。よって、高温時も回路出力電圧がランプ始動電圧を下回ることはなく、良好な始動性を確保することができる。なお、ここでいう始動とは、間欠点灯のＯＦＦ期間からＯＮ期間に移行する際の再点弧の場合も含む。

また、本実施形態では、駆動周波数を制御し、感温抵抗Ｒｔを含んだ電流制御部７を始動時、再点弧時、通常点灯時とも共用化することで部品点数を少なくすることができている。さらに、オペアンプＯＰ１の差動増幅動作により、出力電圧設定値Ｖｅは直流電圧ＶＤＣの電圧変動の影響を受けず一定となり、出力電圧設定値Ｖｅの低下による始動性悪化も防止することができる。

このように、本実施形態では、感温素子Ｒｔの作用により周囲温度Ｔａが変化しても、始動時、再点弧時に駆動ＩＣ等の温度特性によって駆動周波数が設定値からずれるのを防ぎ、所定の値の始動電圧、再点弧電圧を出すことができる。また、始動時・点灯時とも同じ感温素子Ｒｔで周波数補正を行うことで、部品点数が少なくなる。ランプ点灯後、駆動ＩＣ等の温度特性を持つ回路素子の温度が時間と共に変化すれば、これに合わせて同じ回路内の感温素子の温度も変化するので、回路が冷えた状態から安定点灯時の温まった状態まで再点弧電圧が変化したり、ランプ再点弧電圧を下回ることで不点となることはない。

図６は出力電圧Ｖｅが周囲温度に対しおよそ一定となるように制御した例であるが、図７のように高温時には出力電圧Ｖｅが若干下がるような特性を残しておいてもよい。この場合でも無電極放電灯の始動電圧を上回り、ランプ点灯が可能である。さらに、高温時に回路出力とランプ始動電圧の差が大きくなることがなく、ストレスを抑えた設計にすることができる。

また、実施形態１の変形例として、感温素子は正温度係数であればサーミスタ等の部品を用いてもよい。このような構成であっても実施形態１と同様の効果を得ることができる。また、ドライブ回路３内の温度特性を持つ駆動ＩＣ近辺に感温抵抗を設置することで、駆動中も駆動ＩＣと感温抵抗が同じような温度変化をする。これによって、駆動ＩＣが原因となる駆動周波数のずれに合わせて、より正確にこれを補正することが可能となる。

（実施形態２）
上述の実施形態１では、間欠点灯の場合について説明したが、図１の構成において、間欠点灯させない連続点灯の場合でも、駆動周波数を共振周波数から少しずらして電力調整する場合には、感温抵抗Ｒｔを設けることが有効となる。本実施形態の回路構成は図１と同じでよいが、間欠点灯のための始動制御信号ＶｐｗｍをＬレベルに固定しておけば良い。

ここで、連続発振の場合に、前記感温素子は、前記共振周波数と前記駆動周波数の差が一定となるよう前記インピーダンス値を可変することが好ましい。このように、共振周波数と駆動周波数の差が一定になるよう制御すれば、共振曲線上の動作点がずれないから、電力変化も起こらない。これにより、特性変化、立ち消えを防止できる。

（実施形態３）
図９は本発明の無電極放電灯点灯装置で用いるバルブの断面図である。この図９に示すように、無電極放電灯Ｌは、断面凹形状の空洞部９ｂを有し、内部に放電ガスが封入されてなる略球状のバルブ９ａから構成されるもので、バルブ９ａの空洞部９ｂ内に、フェライトコアを有する誘導コイル２が挿入されるものである。

誘導コイル２は、無電極放電灯Ｌの内部に封入された放電ガスに高周波電磁界を供給するものであり、導電性を有する線材が複数ターン巻回されたコイル本体２ａと、コイル本体２ａを保持するボビン２ｂと、ボビン２ｂ内部に収納された略筒状のコア２ｃとを備えている。コア２ｃは、例えば高周波磁気特性の良好な、Ｍｎ−Ｚｎのフェライトからなり、アルミ等の金属材料で形成された放熱体２１によって保持される。コア２ｃの発熱は、放熱体２１を介して台座部２０に捨てられる。なお、コア２ｃと放熱体２１の間に金属の板材を丸めて渦巻き状にしたバネ部材２２を介在させ、コア２ｃと放熱体２１とを熱的に接続してある。

図１０は本発明の無電極放電灯点灯装置で用いるカプラの斜視図である。カプラとは誘導コイル２とその周辺部材のことであり、図中、２ａはコイル本体、２ｂはボビン、２ｃはコア、２０は台座である。インバータ回路は金属ケース１０に収納されて、管灯線１２を介してカプラのコイル本体２ａに給電している。このカプラは上述の無電極放電灯Ｌを構成するバルブ９ａの空洞部９ｂに挿入されて、管灯線１２を介してインバータ回路からコイル本体２ａに高周波電力が供給されることでバルブ９ａ内に高周波電磁界が発生し、内部の放電ガスが放電するものである。

（実施形態４）
図１１は無電極放電灯点灯装置と無電極放電灯Ｌから構成される照明器具の具体的構成例を示している。図示された照明器具は、反射部を構成するプリズム３０と、プリズム３０の基部に設けられたランプソケット部３１と、ランプソケット部３１の下方に設けられた回路収納部３２と、全体を覆う笠３３とを含んで構成されている。ランプソケット部３１に無電極放電灯Ｌが装着され、回路収納部３２に無電極放電灯点灯装置を構成する回路が収納されるものである。

本実施形態によれば、照明器具に実施形態１〜３の無電極放電灯点灯装置を用いることにより、特性変化が少なく、立ち消えしにくい、信頼性の高い照明器具を提供することが可能である。

本発明の実施形態１に係る無電極放電灯点灯装置の回路図である。 図１の点灯装置に用いる共振回路の特性図である。 図１の点灯装置の制御電流と駆動周波数の関係を示す特性図である。 図１の点灯装置に用いる感温抵抗の温度特性を示す特性図である。 図１の点灯装置の制御電流の温度特性を示す特性図である。 本発明の実施形態１の動作説明図である。 本発明の実施形態１の一変形例の動作説明図である。 図１の点灯装置の間欠発振動作を示す動作波形図である。 本発明の無電極放電灯点灯装置で用いるバルブの断面図である。 本発明の無電極放電灯点灯装置で用いるカプラの斜視図である。 本発明の無電極放電灯点灯装置を用いる照明器具の一部破断せる正面図である。

符号の説明

１ インバータ回路（電力変換回路）
２ 誘導コイル
３ ドライブ回路
４ 電圧検出回路
５ 直流電源回路
６ 始動制御部
７ 電流制御部
１１ 共振回路
Ｒｔ 感温素子
Ｌ 無電極放電灯

Claims (4)

1. 少なくともスイッチング素子と共振回路を含み、直流電力を高周波電力に変換して出力する電力変換回路と、
   前記電力変換回路の出力端に接続され、バルブ内に放電ガスを封入した無電極放電灯に近接配置される誘導コイルと、
   制御電流に応じた駆動周波数で前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、
   インピーダンス素子を含んで構成され、インピーダンス値に応じた前記制御電流を出力する電流制御部とを備える無電極放電灯点灯装置であって、
   前記駆動回路に含まれ、制御電流に応じ駆動周波数を制御するとともに、同じ制御電流でも駆動温度によって駆動周波数が変化する特性の駆動ＩＣを有し、
   周囲温度が変化することによる前記電力変換回路の共振回路の共振周波数の変化に対して前記駆動周波数を追随させるように前記電流制御部にインピーダンス値を可変する感温素子を備え、
   少なくとも駆動ＩＣと感温素子が定性的に同様の温度変化となる程度まで、感温素子が駆動ＩＣ近辺に配置されるとともに、
   前記電流制御部に接続され、前記無電極放電灯を点弧もしくは再点弧させる時に前記電力変換回路からの出力電圧を検出し、前記周囲温度が変化することで前記出力電圧が所定値からずれるのを前記感温素子により抑えるように、前記出力電圧に基づいて前記制御電流を変化させる始動制御部を備えることを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
2. 前記感温素子は、前記共振周波数と前記駆動周波数の差が一定となるよう前記インピーダンス値を可変することを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯点灯装置。
3. 前記駆動周波数を可変し、視覚的に感じない速さで点灯期間と消灯期間を繰り返すことで前記無電極放電灯の電力制御を行うとともに、前記点灯期間において、前記周囲温度が変化しても前記駆動周波数が前記共振回路における共振点付近となることを特徴とする請求項１、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た照明器具。

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