JP4775178B2 - 放電灯点灯装置及び照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、放電灯を高周波点灯させる放電灯点灯装置及びこれを用いた照明器具に関するものである。

放電灯点灯装置において、放電灯の寿命末期状態を検出して保護動作や寿命お知らせを行う寿命検知技術は従来から存在し、例えば特開２００１−１８５３７４号の図１に示されているようなものがある（従来例１）。この例では、放電灯点灯装置に放電灯の点灯時間を積算する累積カウンターを搭載し、所定の累積点灯時間に達した場合に、保護動作または報知動作を行う、というものである。

また、特開２００２−８３６９７号では、放電灯のフィラメント電圧を検出する手段を設け、フィラメントのエミッタ（電子放出物質）が消耗した状態であるか否かを判定することにより、放電灯の寿命末期状態を検出する技術が開示されている（従来例２）。
特開２００１−１８５３７４号公報 特開２００２−８３６９７号公報

しかしながら、上述の従来例１では、あらかじめ寿命であると判断するための累積点灯時間を決めておく必要があるため、放電灯個々の寿命ばらつきに応じた判定ができない。すなわち、対象とする放電灯における、個々のばらつきを含めた最も短い寿命時間に合わせた累積点灯時間の設定をすることになるため、実際には寿命が相当残っているにも関わらず、寿命末期であると判断されてしまうおそれがある。

一方、上述の従来例２では、エミッタの消耗状態を個々のランプについて検出するため、実際に使用しているランプの状態に応じた寿命判定ができる。しかしながら、放電灯のフィラメント電圧を検出する手段を、２つあるフィラメントの双方に設ける必要があるため非効率的であり、また、フィラメント電圧は通常は数Ｖ程度であるため、検出回路の精度も高精度なものが必要となってしまう。

本発明は上述のような問題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、比較的簡易な構成でありながら、実際に使用している放電灯個々の寿命末期状態を容易に検出し、適した動作をさせることができる放電灯点灯装置及びこれを用いた照明器具を提供することにある。

請求項１の発明にあっては、上記の課題を解決するために、図１に示すように、交流電源Ｖｓを整流する整流回路（Ｄ１，Ｄ２）と、整流後の直流電圧を平滑する平滑回路（Ｃ１，Ｃ２）と、平滑回路の出力を高周波出力に変換するインバータ回路２と、インバータ回路２の動作を制御する制御回路４とを有し、前記制御回路４は、放電灯ＦＬの先行予熱及び始動時には、インバータ回路２の動作周波数を高い周波数から低い周波数へ連続的に変化させることにより、予熱電流及び始動電圧を次第に大きくするスイープ予熱・始動方式を備え、前記インバータ回路２の高周波出力により放電灯ＦＬを点灯させる放電灯点灯装置において、予熱開始から放電灯ＦＬが点灯するまでの所要時間または放電灯ＦＬが点灯する直前の放電灯ＦＬの両端電圧を検出するスイープ状態検出回路５と、少なくとも放電灯ＦＬの使用を開始した直後のスイープ状態検出回路５の検出値を記憶する記憶回路６を有し、この記憶された検出値に対して、スイープ状態検出回路５の検出値が所定の変動率まで上昇した場合に、制御回路４は放電灯ＦＬが寿命であると判断してインバータ回路２の出力抑制または停止による保護動作を行うことを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１において、予熱開始から放電灯が点灯するまでの所要時間が、初めて放電灯を点灯させた時の初期値に対して１０％以上上昇した場合を寿命と判断することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１において、放電灯が点灯する直前の放電灯の両端電圧が初めて放電灯を点灯させた時の初期値に対して１０％以上上昇した場合を寿命と判断することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１において、制御回路４は、予熱開始から放電灯が点灯するまでの所要時間または放電灯が点灯する直前の放電灯の両端電圧の変動率に応じて、前記インバータ回路２の出力を変化させることにより、放電灯の光出力を略一定に保持することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載された放電灯点灯装置と放電灯とを用いて構成された照明器具である。

請求項１〜３、５の発明によれば、比較的安価な手段で放電灯が寿命に近づいたことを事前に検出することが出来るので、放電灯の寿命末期における安全性を確保することができる。

請求項４、５の発明によれば、放電灯を長期間使用し続けても、光出力を略一定に維持できるので、放電灯の使用時間によらず明るさが略一定の放電灯点灯装置及び照明器具を提供することができる。

（実施形態１）
図１に本発明の実施形態１に係る放電灯点灯装置の回路図を示す。図１の放電灯点灯装置は、整流ダイオードＤ１，Ｄ２と平滑コンデンサＣ１，Ｃ２からなる、いわゆる倍電圧整流回路によって交流電源Ｖｓを整流・平滑し、制御回路４によりインバータ回路２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオンさせることによって高周波出力を得ている。負荷回路は、放電灯ＦＬに並列接続された共振コンデンサＣ４と、放電灯ＦＬに直列接続された共振チョークコイルＬ１を含むＬＣ共振回路３を備え、直流カット用コンデンサＣ３を介してスイッチング素子Ｑ２の両端に接続されている。放電灯ＦＬに対する高周波出力の大きさは、整流・平滑回路１の出力電圧およびスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作周波数によって決まり、共振チョークコイルＬ１と共振コンデンサＣ４および放電灯ＦＬによって構成されるＬＣＲ共振カーブに従って変化する。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作周波数はＬＣＲ共振カーブの共振点よりも高い遅相モードに設定され、動作周波数が高くなると出力は減少する。

この放電灯点灯装置における、電源投入から放電灯が点灯するまでの動作は次の通りである。制御回路４によって制御されるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作周波数と電源投入後の経過時間の関係は図２に示すようになっている。経過時間Ｔ１からスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が動作を開始する。この時点での動作周波数はｆＭＡＸであり、インバータ回路２が出力を開始し、放電灯の両端電圧に応じて、放電灯のフィラメントに共振コンデンサＣ４を介して予熱電流が流れ始める。経過時間Ｔと共に動作周波数が低くなっていき、これに応じて放電灯の両端電圧Ｖが上昇する。

経過時間Ｔ４では、放電灯の両端電圧Ｖは放電灯が始動するのに十分な電圧に達する。放電灯の両端電圧Ｖが放電灯の始動電圧（放電を開始する電圧）を超えると、放電灯が点灯し、光出力を得ることができる。この放電灯の始動電圧は、放電灯が新しい場合には比較的低く、残り寿命が少なくなるにつれて高くなるため、放電灯が点灯するまでの所要時間も放電灯の状態によってＴ２〜Ｔ４の間で変動する。

図３は放電灯が新しい場合における、始動時の放電灯両端電圧Ｖの変化を示すグラフである。放電灯が点灯するまでの所要時間Ｔは図２におけるＴ２であり、点灯する直前の放電灯両端電圧はＶ２である。

図４は、放電灯の残り寿命が少なくなっている場合の、始動時の放電灯両端電圧Ｖの変化を示すグラフである。放電灯が点灯するまでの所要時間Ｔは図２におけるＴ３であり、点灯する直前の放電灯両端電圧はＶ３である。このように、放電灯の残り寿命が少なくなっている状態では、放電灯が新しい場合に比べて、放電灯が点灯するまでの所要時間Ｔ及び点灯する直前の放電灯両端電圧Ｖがそれぞれ大きくなる。

本実施形態では、予熱開始から放電灯が点灯するまでの所要時間Ｔと、放電灯が点灯する直前の放電灯の両端電圧Ｖとを検出するスイープ状態検出回路５と、これらＴ及びＶの値を記憶する記憶回路６を設けている。また、放電灯ＦＬを交換した場合には、自動または手動のリセット手段７により記憶回路６の記憶内容を消去可能としてある。

新しい放電灯を初めて点灯させた時に、放電灯が点灯するまでの所要時間Ｔと、放電灯が点灯する直前の放電灯の両端電圧Ｖとを検出し、記憶回路６に記憶させる。これを初期値と呼ぶことにする。以後、放電灯を点灯させるたびに、放電灯が点灯するまでの所要時間Ｔと、放電灯が点灯する直前の放電灯の両端電圧Ｖとを検出し、記憶回路６に記憶されている初期値と比較する。

そして、放電灯が点灯するまでの所要時間Ｔが所定の変動率に達した場合に、放電灯が寿命末期であると判断し、制御回路４がスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の駆動を停止させる。これによって、放電灯の寿命末期状態を的確に検出し、寿命末期時の過熱などの異常動作を防止することができる。

本実施形態は、放電灯として、デスクスタンドに主に用いられているＦＰＬ２７タイプのものを使用した例である。ＦＰＬ２７においては、前記の所定の変動率は概ね１０％であるので、所定の変動率として１０％と設定しておくことにより、寿命末期状態を的確に検出できる。

放電灯の寿命時間は、同一の種類のものであっても個々のばらつきが存在し、一定ではないが、本実施形態を用いれば、個々の放電灯の寿命時期を的確に検出し、放電灯点灯装置の動作を停止または抑制することによる保護動作を行うことができるので、放電灯を寿命末期まで無駄なく使用できる。

なお、放電灯の種類によって、前記変動率は異なるため、放電灯にあわせて所定の変動率を設定することにより、放電灯の種類によらず本実施形態を適用することができる。

（実施形態２）
本実施形態は、実施形態１と同一の回路構成において、放電灯が寿命末期であると判断する判断手段が異なるものである。すなわち、放電灯が点灯する直前の放電灯両端電圧Ｖが所定の変動率に達した場合に、放電灯が寿命末期であると判断し、制御回路４がスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の駆動を停止させるものであり、その効果は実施形態１と同じである。

本実施形態も、放電灯として、デスクスタンドに主に用いられているＦＰＬ２７タイプのものを使用した例である。ＦＰＬ２７においては、前記の所定の変動率は概ね１０％であるので、所定の変動率として１０％と設定しておくことにより、寿命末期状態を的確に検出できる。

なお、放電灯の種類によって、前記変動率は異なるため、放電灯にあわせて所定の変動率を設定することにより、放電灯の種類によらず本実施形態を適用することができる。

（実施形態３）
本実施形態は、実施形態１及び２と同一の回路構成において、制御回路４による制御方法が異なるものである。一般的に放電灯は残り寿命が少なくなってくるに従って、光出力が低下する傾向にある。図５のように、インバータ回路２の出力が一定の場合、放電灯の光出力は図６のように徐々に低下する。

ここで、放電灯が点灯するまでの所要時間Ｔまたは放電灯が点灯する直前の放電灯両端電圧Ｖの変動率に応じて、図７のようにインバータ回路出力を徐々に増加するように制御回路４で制御し、これによって、図８に示すように、放電灯の光出力を累積点灯時間に依らず略一定に保つことができるようになる。

つまり、本実施形態によれば、放電灯が新しい時期から寿命末期に至るまでの間、略一定の光出力を得られるので、常に一定の明るさを保つ照明器具を提供することができる。

本発明の実施形態１の回路構成を示す回路図である。 本発明の実施形態１の始動時の発振周波数の変化を示す説明図である。 本発明の実施形態１の寿命初期の始動時の出力電圧を示す波形図である。 本発明の実施形態１の寿命末期の始動時の出力電圧を示す波形図である。 本発明の実施形態３の第１の動作説明図である。 本発明の実施形態３の第２の動作説明図である。 本発明の実施形態３の第３の動作説明図である。 本発明の実施形態３の第４の動作説明図である。

符号の説明

ＦＬ 放電灯
１ 整流・平滑回路
２ インバータ回路
４ 制御回路
５ スイープ状態検出回路
６ 記憶回路
７ リセット手段

Claims (5)

1. 交流電源を整流する整流回路と、整流後の直流電圧を平滑する平滑回路と、平滑回路の出力を高周波出力に変換するインバータ回路と、インバータ回路の動作を制御する制御回路とを有し、前記制御回路は、放電灯の先行予熱及び始動時には、インバータ回路の動作周波数を高い周波数から低い周波数へ連続的に変化させることにより、予熱電流及び始動電圧を次第に大きくするスイープ予熱・始動方式を備え、前記インバータ回路の高周波出力により放電灯を点灯させる放電灯点灯装置において、
   予熱開始から放電灯が点灯するまでの所要時間または放電灯が点灯する直前の放電灯の両端電圧を検出するスイープ状態検出回路と、少なくとも放電灯の使用を開始した直後のスイープ状態検出回路の検出値を記憶する記憶回路を有し、この記憶された検出値に対して、スイープ状態検出回路の検出値が所定の変動率まで上昇した場合に、制御回路は放電灯が寿命であると判断してインバータ回路の出力抑制または停止による保護動作を行うことを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 請求項１において、予熱開始から放電灯が点灯するまでの所要時間が、初めて放電灯を点灯させた時の初期値に対して１０％以上上昇した場合を寿命と判断することを特徴とする放電灯点灯装置。
3. 請求項１において、放電灯が点灯する直前の放電灯の両端電圧が初めて放電灯を点灯させた時の初期値に対して１０％以上上昇した場合を寿命と判断することを特徴とする放電灯点灯装置。
4. 請求項１において、制御回路は、予熱開始から放電灯が点灯するまでの所要時間または放電灯が点灯する直前の放電灯の両端電圧の変動率に応じて、前記インバータ回路の出力を変化させることにより、放電灯の光出力を略一定に保持することを特徴とする放電灯点灯装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載された放電灯点灯装置と放電灯とを用いて構成された照明器具。

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