JP5344183B2 - 点灯装置および照明器具 - Google Patents

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Description

本発明は、光源を調光点灯可能な点灯装置、この点灯装置を用いた照明器具に関する。
従来、インバータ回路のスイッチング素子の発振をスイッチング制御し、放電灯を調光点灯可能な点灯装置では、放電灯の明るさを深く絞る深調光時に、スイッチング制御の１サイクル中に発振期間と発振停止期間とを設けてこれらのデューティ比を相対的に変化させて放電灯を調光点灯させているものがある。
そして、放電灯の明るさを深く絞る深調光時には、スイッチング制御の１サイクルにおける発振停止期間のデューティ比が増加するため、これによって放電灯の負荷電流が０まで低下して放電灯が消灯し、人間の目では判別できないが放電灯が点灯と消灯とを繰り返すようになる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００９−１４０７６６号公報（第７頁、図１−２）
しかしながら、放電灯を深調光することで、放電灯が点灯と消灯とを繰り返すようになると、放電灯からうなりが発生したり、再点弧により放電灯の寿命が低下したり、放電灯の照明下においてデジタルカメラやビデオカメラで撮影した画像が縞状に映るなど、各種の不具合が生じる。また、放電灯に限らす、他の光源でも、光源が点灯と消灯とを繰り返すことによる不具合が生じる。
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、深調光時に光源が点灯と消灯とを繰り返すことによる不具合を解消できる点灯装置、およびこの点灯装置を用いた照明器具を提供することを目的とする。
請求項１記載の点灯装置は、スイッチング素子の発振により光源を点灯させる駆動回路と；光源の点灯状態を検出する状態検出手段と；状態検出手段による光源の点灯状態の検出値に基づいて駆動回路のスイッチング素子をフィードバック制御するとともに、スイッチング素子の発振を制御する発振制御の１サイクルの発振期間と発振停止期間とを相対的に変化させて光源を調光点灯させ、かつ発振停止期間中に状態検出手段の検出値が光源の消灯を示す領域よりも高い値に設定された所定の閾値に達した場合には発振停止期間を終了してスイッチング素子の発振を開始させる制御手段と；を具備しているものである。
本発明および以下の発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
光源は、例えば、放電灯やＬＥＤ、あるいは白熱ランプなど、いずれでもよい。
駆動回路は、例えば、放電灯を点灯させるインバータ回路、ＬＥＤを点灯させるチョッパ回路などが含まれ、スイッチング素子の発振に応じて光源を調光点灯可能なものであればよい。
状態検出手段は、例えば、光源の負荷電流や負荷電圧を検出する検出手段、光源の光出力を検出する光センサなどが含まれる。
制御手段は、例えば、駆動回路のスイッチング素子の発振をスイッチング制御し、光源の明るさを絞る場合には、スイッチング制御の１サイクルにおける発振停止期間のデューティ比を増加させる。
制御手段が閾値で判定する状態検出手段の検出値は、例えば、負荷電流や負荷電圧の検出値、これら検出値の低下の傾き値、あるいは光源の光出力の値などが含まれる。
閾値は、例えば、負荷電流や負荷電圧、これら検出値の低下の傾き、および光源の光出力などの検出値において、光源が消灯してしまうのに相当する検出下限の検出値より高く、かつ、検出値が微小となってくると検出値にばらつきが生じやすいことから、このばらつきを考慮して検出下限の検出値の２倍程度が好ましい。
請求項２記載の点灯装置は、スイッチング素子の発振により光源を点灯させる駆動回路と；光源の点灯状態を検出する状態検出手段と；状態検出手段による光源の点灯状態の検出値に基づいて駆動回路のスイッチング素子をフィードバック制御するとともに、スイッチング素子の発振を制御する発振制御の１サイクルの発振期間と発振停止期間とを相対的に変化させて光源を調光点灯させ、かつ発振停止期間の開始から光源が消灯しない程度に設定された所定の経過時間が経過した場合には発振停止期間を終了してスイッチング素子の発振を開始させる制御手段と；を具備しているものである。
発振停止期間の開始からの所定の経過時間は、発振停止期間中に光源が消灯してしまうのに相当する経過時間より短く設定される。
請求項３記載の照明器具は、光源が配置される器具本体と；光源を点灯させる請求項１または２記載の点灯装置と；を具備しているものである。
請求項１記載の点灯装置によれば、スイッチング素子の発振停止期間中に状態検出手段の検出値が所定の閾値に達した場合には、発振停止期間が終了する前でも、発振停止期間を終了してスイッチング素子の発振を開始させるため、深調光時に光源が消灯するのを防止でき、光源が点灯と消灯とを繰り返すことによる不具合を解消できる。
請求項２記載の点灯装置によれば、スイッチング素子の発振停止期間の開始から光源が消灯しない程度に設定された所定の経過時間が経過した場合には、発振停止期間が終了する前でも、発振停止期間を終了してスイッチング素子の発振を開始させるため、深調光時に光源が消灯するのを防止でき、光源が点灯と消灯とを繰り返すことによる不具合を解消できる。
請求項３記載の照明器具によれば、請求項１または２記載の点灯装置を備えることで、それらの効果を奏することができる。
本発明の一実施の形態を示す点灯装置の回路図である。 同上点灯装置のスイッチング出力および負荷電流を示す波形図である。 同上点灯装置のスイッチング出力および負荷電流を示す一部を拡大した波形図である。 同上点灯装置を用いた照明器具の斜視図である。
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、放電灯点灯装置である点灯装置10は、商用電源ｅに商用電源電圧を整流する全波整流素子RECの入力端子が接続され、この全波整流素子RECの出力端子に整流された直流電圧を昇圧するチョッパ回路などの昇圧回路11が接続されている。昇圧回路11の出力端子間に、平滑用のコンデンサC1が接続されているとともに、直流電圧を高周波電圧に変換して出力する駆動回路を構成するインバータ回路12が接続されている。このインバータ回路12は、ハーフブリッジ形インバータであり、直列接続された２つのスイッチング素子としての電界効果トランジスタQ1，Q2を有している。電界効果トランジスタQ2の両端に、直流カット用のコンデンサCと、インダクタである共振インダクタンスＬおよびコンデンサである共振コンデンサC3を有する共振回路13とが接続されている。共振コンデンサC3と並列に光源としての例えば熱陰極形蛍光ランプなどの放電灯FLが接続されている。なお、放電灯FLのフィラメントを加熱する加熱手段は図面では省略している。そして、インバータ回路12および共振回路13などにより駆動回路14が構成されている。
また、電界効果トランジスタQ1，Q2のゲートにはこれら電界効果トランジスタQ1，Q2のオンオフ動作を制御する制御手段としての制御回路16が接続されている。
また、共振コンデンサC3の両端に一対の抵抗R1，R2で構成される分圧回路19が接続され、この分圧回路19により放電灯FLの放電電圧を検出する電圧検出手段20が構成されている。
さらに、放電灯FLの一方のフィラメントと共振コンデンサC3の接地される一端側との間に、逆阻止用のダイオードD1と抵抗R3との直列回路が接続され、ダイオードD1のアノード側と抵抗R3の接地側との間にダイオードD2が接続され、ダイオードD1と抵抗R3との接続点23にて、インバータ回路12が出力する電流（以下、出力電流という）を検出する電流検出手段24が構成されている。
これら電圧検出手段20および電流検出手段24は、電圧値および電流値を入力して放電灯FLの点灯状態を検出する状態検出手段としての検出回路27に接続されている。この検出回路27は、電圧検出手段20が検出する放電電圧のピーク位相を検出するピーク位相検出手段の機能を有している。なお、ピーク位相検出手段の機能は、制御回路16に設けてもよい。ここで、放電電圧のピーク位相とは、正弦波状の放電電圧の最大値または最小値を指す。
そして、制御回路16は、例えばマイコンやＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）などの制御素子である図示しないマイクロプロセッサなどで構成されており、ピーク位相検出手段で検出された放電電圧のピーク位相において電流検出手段24で検出されたインバータ回路12の出力電流を所定の目標値に近づけるようにインバータ回路12をフィードバック制御する機能、図示しないリモコンなどの調光操作手段の操作により外部から入力される調光信号に対応して設定される調光レベルの目標値に放電灯FLの明るさを調光制御する機能、これらフィードバック制御および調光制御に応じてインバータ回路12の電界効果トランジスタQ1，Q2に出力するスイッチング信号を生成する信号生成手段の機能などを有している。
放電電圧のピーク位相の位置では、容量性成分として例えば漏洩電流成分は容量性であるため０と考えることができ、放電電流のみを検出することになる。インバータ回路12の出力電流は放電灯FLに流れる実質的な放電電流（以下、負荷電流という）と漏洩電流成分との和であるため、漏洩電流成分は放電電圧のピーク位相の位置では０となることから、放電電圧のピーク位相で出力電流を検出することにより、簡単な構成で放電灯FLに流れる実質的な負荷電流のみを検出でき、この負荷電流によってインバータ回路12の電界効果トランジスタQ1，Q2をフィードバック制御することができ、深い調光時も安定した点灯を得ることができる。
さらに、制御回路16は、外部からの調光信号に応じて、インバータ回路12の電界効果トランジスタQ1，Q2の発振を制御するスイッチング制御の１サイクル中の発振期間と発振停止期間とを相対的に変化させて放電灯FLを調光点灯させ、かつ発振停止期間中に検出回路27の検出値が所定の閾値に達した場合には発振停止期間を終了して電界効果トランジスタQ1，Q2の発振を開始させる機能を有している。
なお、図示していないがインバータ回路と共振回路との間には放電灯FLのフィラメントを予熱する予熱回路が接続され、この予熱回路が制御回路16によって制御される。
このように構成された点灯装置10は、図４に示すような照明器具に適用できる。この照明器具は、点灯装置10が配置された器具本体41、この器具本体41の両端に直管形の放電灯FLが装着されるソケット42などを備えている。
次に、点灯装置10の作用を説明する。
商用電源ｅの投入によって昇圧回路11が駆動され、かつ、制御回路16が駆動されてスイッチング信号がインバータ回路12の電界効果トランジスタQ1，Q2に出力され、電界効果トランジスタQ1，Q2がスイッチング動作されることにより、インバータ回路12から高周波交流電圧が出力される。
この高周波交流電圧により共振回路13が共振して共振電流が流れ、制御回路16により予熱回路が制御されて放電灯FLのフィラメントに予熱電流が流れ、放電灯FLのフィラメントが予熱される。
放電灯FLのフィラメントが予熱されることにより、制御回路16によりインバータ回路12が制御されて放電灯FLに始動電圧が印加され、放電灯FLが点灯する。
そして、制御回路16では、検出回路27によって検出される負荷電流や負荷電圧に基づいて、これら負荷電流や負荷電圧が所定の目標値となるようにフィードバック制御がなされる。
このように点灯した放電灯FLを調光する場合には、リモコンなどの調光操作手段の操作によって外部から調光信号が制御回路16に入力される。
図２に示すように、制御回路16では、調光信号に基づいて、インバータ回路12の電界効果トランジスタQ1，Q2に出力するスイッチング信号を可変制御する。すなわち、スイッチング制御の１サイクルＴ中の発振期間Ｔonと発振停止期間Ｔoffとのデューティ比を変化させる。
スイッチング制御の１サイクルＴ中の発振期間Ｔonが１００％であれば放電灯FLが全光点灯し、放電灯FLの明るさを絞る場合には、スイッチング制御の１サイクルＴ中における発振停止期間Ｔoffのデューティ比を増加させることにより放電灯FLが調光点灯する。
このとき、調光点灯する放電灯FLの負荷電流ＩRは、発振期間Ｔonから発振停止期間Ｔoffに切り換わると徐々に低下していき、発振停止期間Ｔoffから発振期間Ｔonに切り換わると上昇して所定の電流値に復帰する。
そして、放電灯FLの明るさをより絞る深調光時には、スイッチング制御の１サイクルＴ中における発振停止期間Ｔoffのデューティ比を増加させる。
この場合、発振期間Ｔonから発振停止期間Ｔoffに切り換わって放電灯FLの負荷電流ＩRが低下していくとき、この発振停止期間Ｔoffから発振期間Ｔonに切り換わる前に放電灯FLの負荷電流ＩRが０まで低下してしまうと（図２のａ部分）、放電灯FLが消灯してしまう。そのため、人間の目では判別できないが放電灯FLが点灯と消灯とを繰り返すようになる。
そこで、制御回路16では、発振停止期間Ｔoff中において、検出回路27で検出される負荷電流ＩRの検出値が予め設定された所定の閾値に達したか監視し、達したと判定した場合には、発振停止期間Ｔoffが終了する前でも、発振停止期間Ｔoffを終了して電界効果トランジスタQ1，Q2の発振を開始させ、つまり発振停止期間Ｔoffから発振期間Ｔonに切り換えるように制御する。
判定する負荷電流ＩRの閾値は、放電灯FLが消灯してしまうのに相当する検出下限となる負荷電流ＩRの検出値より高く、かつ、負荷電流ＩRの検出値が微小となってくると負荷電流ＩRの検出値にばらつきが生じやすいことから、このばらつきを考慮して検出下限となる負荷電流ＩRの検出値の２倍程度が好ましく、これにより高い検出精度が得られる。
このように、電界効果トランジスタQ1，Q2の発振停止期間Ｔoff中に検出回路27で検出される放電灯FLの負荷電流ＩRが所定の閾値に達した場合には、発振停止期間Ｔoffが終了する前でも、発振停止期間Ｔoffを終了して電界効果トランジスタQ1，Q2の発振を開始させるため、深調光時に放電灯FLが消灯するのを防止でき、放電灯FLが点灯と消灯とを繰り返すことによる不具合を解消できる。すなわち、放電灯FLの場合には、放電灯FLからうなりが発生したり、再点弧により放電灯FLの寿命が低下したり、放電灯FLの照明下においてデジタルカメラやビデオカメラで撮影した画像が縞状に映るなどの各種の不具合を防止できる。
なお、判定する負荷電流ＩRの閾値は、図３に示すように、低下していく負荷電流ＩRが０付近に近付くと、低下の度合いが急になるように変化するため（図３のｂ部分）、この負荷電流ＩRの低下の傾きの変化率でもよい。この場合、制御回路16は、発振停止期間Ｔoffにおいて、負荷電流ＩRの低下の傾きの変化率を監視し、傾きの変化率が閾値に達したと判定したら、発振停止期間Ｔoffが終了する前でも、発振停止期間Ｔoffを終了して電界効果トランジスタQ1，Q2の発振を開始させる。
また、制御回路16での閾値による判定対象は、負荷電流ＩRに限らず、負荷電圧でもよく、それらの両方でもよく、あるいはそれらによる電力でもよい。
また、制御回路16での閾値による判定対象は、放電灯FLの光出力でもよい。この場合、放電灯FLの光出力を検出する光センサを放電灯FLと対向するように器具本体41に配置し、この光センサで検出される放電灯FLの光出力値を検出回路27に入力する。そして、制御回路16は、発振停止期間Ｔoffにおいて、光センサで検出される放電灯FLの光出力値を監視し、この放電灯FLの光出力値が所定の閾値に達したと判定したら、発振停止期間Ｔoffが終了する前でも、発振停止期間Ｔoffを終了して電界効果トランジスタQ1，Q2の発振を開始させる。判定する放電灯FLの光出力値の閾値は、発振停止期間Ｔoffに放電灯FLが消灯してしまうのに相当する光出力値を下限とし、好ましくはその下限値の２倍とする。
また、制御回路16により、電界効果トランジスタQ1，Q2の発振停止期間Ｔoffの開始からの経過時間を監視し、電界効果トランジスタQ1，Q2の発振停止期間Ｔoffが終了する前に発振停止期間Ｔoffの開始から所定の経過時間が経過した場合には、発振停止期間Ｔoffが終了する前でも、発振停止期間Ｔoffを終了して電界効果トランジスタQ1，Q2の発振を開始させるようにしてもよい。発振停止期間Ｔoffの開始からの所定の経過時間は、発振停止期間Ｔoff中に放電灯FLが消灯してしまうのに相当する経過時間より短く設定される。そして、この場合にも、深調光時に放電灯FLが消灯するのを防止でき、放電灯FLが点灯と消灯とを繰り返すことによる不具合を解消できる。
また、前記実施の形態では、光源として放電灯FLを調光点灯可能な点灯装置10を示したが、例えば、ＬＥＤや白熱ランプなどの光源を調光点灯可能な点灯装置にも本発明を適用でき、深調光時に光源が点灯と消灯とを繰り返すことによる不具合を解消できる。
10 点灯装置
14 駆動回路
16 制御手段としての制御回路
27 状態検出手段としての検出回路
41 器具本体
FL 光源としての放電灯
Q1，Q2 スイッチング素子としての電界効果トランジスタ

Claims (3)

  1. スイッチング素子の発振により光源を点灯させる駆動回路と；
    光源の点灯状態を検出する状態検出手段と；
    状態検出手段による光源の点灯状態の検出値に基づいて駆動回路のスイッチング素子をフィードバック制御するとともに、スイッチング素子の発振を制御する発振制御の１サイクルの発振期間と発振停止期間とを相対的に変化させて光源を調光点灯させ、かつ発振停止期間中に状態検出手段の検出値が光源の消灯を示す領域よりも高い値に設定された所定の閾値に達した場合には発振停止期間を終了してスイッチング素子の発振を開始させる制御手段と；
    を具備していることを特徴とする点灯装置。
  2. スイッチング素子の発振により光源を点灯させる駆動回路と；
    光源の点灯状態を検出する状態検出手段と；
    状態検出手段による光源の点灯状態の検出値に基づいて駆動回路のスイッチング素子をフィードバック制御するとともに、スイッチング素子の発振を制御する発振制御の１サイクルの発振期間と発振停止期間とを相対的に変化させて光源を調光点灯させ、かつ発振停止期間の開始から光源が消灯しない程度に設定された所定の経過時間が経過した場合には発振停止期間を終了してスイッチング素子の発振を開始させる制御手段と；
    を具備していることを特徴とする点灯装置。
  3. 光源が配置される器具本体と；
    光源を点灯させる請求項１または２記載の点灯装置と；
    を具備していることを特徴とする照明器具。
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