JPH0676974A - 無電極放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ランプ始動直後にスタータ回路を誤動作なく
確実に停止させられるようにする。 【構成】 直流電源部２と、この直流電源部２からの直
流電源を高周波電源に変換するインバータ部４と、ラン
プチューブ内に少なくとも放電性ガスまたは蒸気が封入
されたランプ本体１３と、ランプ本体３の周囲に巻か
れ、インバータ部４から高周波電源が供給される点灯用
コイル１２と、インバータ部４と点灯用コイル１２との
間に接続されるマッチング回路９と、ランプ本体１３に
始動用の高電圧を印加するスタータ回路１４と、このス
タータ回路１４の動作をオン・オフする始動用スイッチ
１５と、ランプの始動に必要な一定時間を計時し、この
一定時間だけ始動用スイッチ１５をオンするタイマ回路
２０と、ランプの始動が正常に行なわれなかったときに
インバータ部４からの高周波電源の出力を停止させる制
御回路８とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ランプ本体の周囲に巻
かれた点灯用コイルから、磁気的に結合するランプ本体
内のプラズマリングに高周波電力を入力してランプを点
灯させる無電極放電ランプ点灯装置に関し、特に始動か
ら点灯に移行する際のスタータ回路の切換え制御を良好
に行なえるようにした点灯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】無電極放電ランプは、石英ガラスからな
るランプ本体のメインチューブが球状に形成され、この
メインチューブ内にたとえばクリプトンガスや励起時に
蒸気化する発光金属が封入されている。この無電極放電
ランプは、ランプ本体の周囲に点灯用コイルが数ターン
程度（１ターンから３ターン程度）巻かれており、この
点灯用コイルに数ＭＨｚ以上の短波帯の高周波電流を通
じることにより、ランプ本体内の放電性ガスまたは蒸気
が励起し、コイルと磁気的に結合するプラズマリングが
形成される。これにより点灯用コイルから、磁気的に結
合するランプ本体内のプラズマリングに高周波電力が供
給され、無電極放電ランプが高周波点灯される。このよ
うな無電極放電ランプは、高効率、高輝度、高演色、長
寿命などの優れた特性を合わせ持っている。

【０００３】図６に、この無電極放電ランプを点灯させ
るための一般的な点灯装置の概略的な構成を示す。この
図で、商用交流電源１は直流電源部２で整流・平滑され
ることで直流電源に変換されたあと、インバータ部４で
たとえば１３ＭＨｚ程度の高周波電源に変換される。こ
のインバータ部４の出力端子間には、マッチング回路９
の一部を構成する直列共振コンデンサ１０を介して点灯
用コイル１２が接続され、この点灯用コイル１２に並列
共振コンデンサ１１が接続されている。点灯用コイル１
１は、ランプ本体１３の周囲に数ターン巻き付けられ
る。また、点灯用コイル１２には並列にスタータ回路１
４が接続されており、このスタータ回路１４に始動用ス
イッチ１５が直列に接続されている。このように構成さ
れる点灯装置では、ランプ始動時にスイッチ１５をオン
してスタータ回路１４を動作させると、この回路１４で
発生した放電開始用のキック状の高いエネルギ（高電
圧）がランプ本体１３の上部に延びるグロー細管（始動
用細管）１３ａに静電的に印加される。このとき、グロ
ー細管１３ａと点灯用コイル１２との間にランプ本体１
３内を通ってグロー放電が形成され、同時に点灯用コイ
ル１２の磁界によってランプ本体１３内のガスが励起さ
れることによって、グロー放電がアーク放電に移行し
て、点灯用コイル１２の磁界と結合するプラズマリング
が形成される。ランプ本体１３内にプラズマリングが形
成されたことが、図示しない検出手段によって検出され
ると同時に、始動用のスイッチ１５がオフされ、スター
タ回路１４の動作が停止される。プラズマリングの形成
に伴い、点灯用コイル１２からはランプ本体１３内に高
周波電力が定常的に入力され、ランプはウォーミングア
ップを経て安定に点灯される。また、この無電極放電ラ
ンプではランプが始動されてから点灯されるまでの間
に、インバータ部４から見たランプ負荷（マッチング回
路９、点灯用コイル１２、スタータ回路１４およびラン
プ本体１３を含む）のインピーダンスが刻々変化する。
これは、ランプ始動前はランプ本体１３と結合しない点
灯用コイル１２のみが負荷となり、誘導性の負荷が強く
現れているが、ランプが点灯すると、点灯用コイル１２
とランプ本体１３内のプラズマリングが結合してインダ
クタンス分が少なくなり、抵抗性の負荷が加わるととも
に、ランプ本体１３内の放電性ガスや発光蒸気の励起状
態か刻々変化して、インピーダンスを変化させることに
よる。したがって、ランプの始動直後のインバータ部４
とランプ負荷とのマッチングずれに対処するために、た
とえばマッチング回路９の直列共振コンデンサ１０の容
量を切り換えることで、適切なインピーダンス整合が図
れるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
無電極放電ランプでは、ランプ始動後もスイッチ１５が
オンされ続けると、スタータ回路１４が動作したままと
なり、細管１３ａからランプ本体１３内にグロー電流が
流れ続けることで、細管１３ａとランプ本体１３とを仕
切る隔壁１３ｂが破れてピンホールが開くという不具合
が発生する。また、スタータ回路１４でむだな電力が消
費され続けることになる。そこで、プラズマリングが形
成されたことを適切な検出手段によって検出し、速やか
に始動用スイッチ１５をオフする必要がある。従来、こ
のプラズマリングが形成されたことを検出するには、以
下に列記するような方法が採られていた。 （１）ランプ本体１３の近傍にフォトダイオードなどの
受光素子を配しておき、アーク放電に移行したことをこ
の受光素子で検出する。 （２）プラズマリングの形成によって生じるインピーダ
ンス変動に伴い、各部の電圧が変化するが、この電圧の
変化をたとえば点灯用コイル１２の両端で検出する。 （３）同様なインピーダンスの変化により発生する電圧
と電流の位相変化を検出する。 （４）同様なインピーダンスの変化により発生するイン
バータ部４への入力電力の変化を検出する。

【０００５】しかし、第１の検出手段を採用した場合、
受光素子が周囲外光の影響を受けやすい上、さらにグロ
ー電流による発光をアーク放電による発光と誤検出して
しまうという問題点がある。また、受光素子自体も点灯
用コイル１２が発する高周波磁界の誘導を受け、誤動作
しやすいという欠点がある。また、第２乃至第４のいず
れかの検出手段を採用した場合でも、Ｑが高いマッチン
グ回路９の各素子にバラツキがあったり、経時変化によ
ってマッチング回路９の特性が変化してしまうと、プラ
ズマリングの形成を良好に検出できず、誤動作や不動作
が起こるという問題点がある。また、検出回路自体が高
周波の誘導を受けやすいという問題点もある。

【０００６】本発明は、このような従来の技術が有する
課題を解決するために提案されたものであり、ランプ始
動直後のスタータ回路の切り換えを適切に行なうことが
できる無電極放電ランプ点灯装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、直流電源部と、この直流電源部からの直流
電源を高周波電源に変換するインバータ部と、ランプチ
ューブ内に少なくとも放電性ガスまたは蒸気が封入され
たランプ本体と、ランプ本体の近傍またはランプ本体内
に配置され、上記インバータ部から高周波電源が供給さ
れる点灯用コイルと、この点灯用コイルに直列接続され
た共振用の直列コンデンサおよび点灯用コイルに並列接
続された共振用の並列コンデンサにより少なくとも構成
されたマッチング回路と、ランプ本体に始動用の高電圧
を印加するスタータ回路と、このスタータ回路の動作を
オン・オフする始動用スイッチとを有し、ランプ始動時
に上記スタータ回路を動作させてランプを始動させ、そ
の後は上記点灯用コイルと磁気的に結合するランプ本体
内のプラズマリングを介して高周波電力をこのランプ本
体内に入力することで、無電極放電ランプを点灯させる
点灯装置において、ランプ始動時に上記始動用スイッチ
をオンし、ランプの始動に必要な一定時間を計時したあ
とにこの始動用スイッチをオフするタイマ回路と、この
タイマ回路によって始動用スイッチがオフされたあと
に、ランプが正常に始動されたか否かを所定の検出手段
を用いて検出する始動状態検出部と、この始動状態検出
部の出力に基づいてランプが正常に始動されなかったこ
とが確認されたときに、上記インバータ部からの高周波
電源の出力を停止する制御部とを備えている。ここで、
ランプの始動が正常に行なわれたか否かの検出条件はつ
ぎの通りであり、この条件に当てはまるときに高周波電
源の出力を停止する。 （１）インバータ部への入力電力が規定値を下回ったと
き。 （２）インバータ部から出力される電流の位相が規定値
よりも進んだとき。 （３）インバータ部から出力される電圧と電流の位相を
検出して、これらの位相差が一定となるように閉ループ
系を用いた制御を行なっているときに、インバータ部か
らの出力周波数が規定値を下回ったとき。 （４）インバータ部への入力電力が一定となるように制
御を掛けているときに、入力電力が規定値を上回ったと
き。

【０００８】

【作用】上述した構成によれば、タイマ回路で決められ
る時間だけスタータ回路をオンできる。また、始動が正
常に行われなかった場合は高周波電源を停止できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明による無電極放電ランプ点灯装
置の具体的な実施例を図面に基づき詳細に説明する。な
お、説明にあたっては従来例と同様部分に同一符号を付
して、重複する部分の説明を一部省略する。図１のブロ
ック図に、この点灯装置の一実施例を示す。この図で、
商用交流電源１は直流電源部２で整流・平滑されて直流
電源に変換され、この直流電源が電源遮断スイッチ３を
介してインバータ部４に送られる。このスイッチ３は通
常オン状態にあり、始動直後に回路の異常が検出された
ときに制御回路８によってオフされる。インバータ部４
は、ＦＥＴなどからなるスイッチング素子５，６を直列
に接続したＤ級ハーフブリッジ型に構成され、これらス
イッチング素子５，６がドライブ回路７によってスイッ
チングされることで、直流電源が１３ＭＨｚ程度の高周
波電源に変換される。ドライブ回路７には制御回路８か
ら所定の励起周波数となる発振信号が入力されている。
インバータ部４の出力端子は、マッチング回路９を介し
て点灯用コイル１２に接続され、この点灯用コイル１２
から高周波電力がランプ本体１３内に入力されること
で、無電極放電ランプが高周波点灯される。マッチング
回路９は、点灯用コイル１２に直列に接続された共振用
の直列コンデンサ１０とコイル１２に対して並列に接続
された共振用の並列コンデンサ１１とからなり、共振の
尖鋭度（Ｑファクタ）が３００〜５００と非常に高く設
定されている。また、点灯用コイル１２にはスタータ回
路１４と始動用スイッチ１５の直列回路が並列に接続さ
れており、ランプ始動時にスイッチ１５がオンされるこ
とで、このスタータ回路１４で発生した始動用の高電圧
がランプ本体１３のグロー細管１３ａに印加される。こ
の始動用スイッチ１５は、制御回路８の制御下にあるタ
イマ回路２０によって開閉される。

【００１０】また、インバータ部４の出力端子間には、
出力電圧波形検出用のコンデンサ１６，１７が接続され
ており、これらコンデンサ１６，１７の接続点から検出
されたインバータ部４の出力電圧波形が位相比較回路１
９に入力される。また、インバータ部４と直列コンデン
サ１０とを結ぶ出力ラインには、誘導を利用して出力電
流波形を検出するカレントトランス１８が設置されてお
り、このカレントトランス１８で検出したインバータ部
４の出力電流波形が位相比較回路１９に入力される。始
動状態検出部を兼ねるこの位相比較回路１９では、出力
電圧と出力電流の位相を比較し、その比較結果を制御回
路８に入力する。制御回路８では、位相比較回路１９か
らの比較出力を受けて、ランプ点灯時に出力電圧と出力
電流の位相が規定値となるようにドライブ回路７に出力
される発振周波数を制御している。通常は、この制御に
より電圧位相のゼロクロス点と電流位相のゼロクロス点
とを一致させ、インバータ部４でゼロボルトスイッチン
グが行なえるようにすることで、高周波電源の変換効率
を高めている。なお、この比較出力に基づいてマッチン
グ回路９の直列コンデンサ１０の容量を変え、インバー
タ部４とランプ負荷とが適正なマッチング状態となるよ
うに制御することもできる。

【００１１】つぎに、このように構成される無電極放電
ランプ点灯装置の動作を説明する。まず、点灯装置が起
動されると、制御回路８によってタイマ回路２０の計時
がスタートされ、同時に始動用スイッチ１５がオンされ
る。これにより、スタータ回路１４が動作して、ランプ
のグロー細管１３ａに始動用の高電圧が印加される。タ
イマ回路２０が適正な始動時間に相当する一定時間（た
とえば１秒）を計時すると、この回路２０からの制御信
号によって始動用スイッチ１５がオフされ、スタータ回
路１４の動作が停止される。この始動動作によって、ラ
ンプ本体１３内の放電状態はグロー放電からアーク放電
に移行し、スイッチ１５がオフされる直前にランプ本体
１３内には点灯用コイル１２と磁気的に結合するプラズ
マリングが形成される。これにより、ランプは点灯用コ
イル１２から入力される高周波電力によってウォーミン
グアップを経たあと点灯状態となる。

【００１２】一方、タイマ回路２０によってスタータ回
路１４が適正時間動作されたにもかかわらず、ランプの
始動が正常に行なわれなかった場合は、つぎのような動
作手順を経てランプ負荷への高周波電力の供給が停止さ
れる。まず、制御回路８は予め決められた一定時間タイ
マ回路２０が計時したことを確認すると、位相比較回路
１９からの出力信号を調べ、出力電流の位相が規定値よ
りあるレベル以上に進んでいた場合、ランプの始動が正
常に行なわれなかったと判断して、ドライブ回路７への
発振信号の供給を停止する。続いて、電源遮断スイッチ
３をオフして、直流電源のインバータ部４への供給を停
止し、インバータ部４からランプ負荷に供給されていた
高周波電力を遮断する。なお、スタータ回路１４が停止
したにもかかわらず、出力電流の位相が進んでいるの
は、点灯用コイル１２と結合するはずのプラズマリング
が形成されず、コイル単独による誘導性の負荷が強く現
れていることによる。このように、ランプの始動が正常
に行なわれなかった場合は高周波電源を遮断してしまう
ので、点灯用コイル１２での過剰な電力の消費を防げ、
スイッチング素子５，６を保護できる。ランプが不点で
あった場合は、所定のシーケンスによって一定時間後に
再起動を掛け、再びランプの始動の是非を確認する。こ
の再起動によってもランプが正常に始動できなかった場
合は、ランプの破損などが考えられるので、その後装置
の起動は行なわない。

【００１３】なお、上述した実施例では出力電流の位相
を調べることによってランプの始動が正常に行なわれた
か否かを判定しているが、ランプ負荷への出力周波数を
検出して、この周波数が規定値以下である場合はランプ
が正常に始動されなかったと判定することもできる。こ
のようにランプの始動が異常であったときに、出力周波
数が低下するのは、コイル単独による誘導性の負荷に対
してマッチングをとろおとして制御回路８が発振周波数
を下げることによる。または、インバータ部４への入力
電力を検出して、この電力値が規定値を下回ったことが
検出されたとき、あるいは入力電力が一定となる制御を
掛けている場合に、入力電力が規定値を上回ったことが
検出された場合に、ランプの始動が正常に行なわれなか
ったと判定することもできる。

【００１４】つぎに、他の実施例の無電極放電ランプの
構成を図２に基づいて説明する。この実施例のランプで
は、ランプ本体２１とグロー管２４とが分離されてお
り、器具２５に固定されたグロー管２４上にランプ本体
２１を載せる構成となっている。ここで、ランプ本体２
１は発光性ガスまたは蒸気が封入された球状の内管（メ
インチューブ）２３とこの内管２３を保護する外管２２
からなる。点灯用コイル１２は外管２２の周囲に巻かれ
ている。始動時にグロー管２４からは、この管２４と対
峙し静電的に接触する内管２３にグロー電流を通じるこ
とができる。なお、２６は器具２５に固定されたランプ
カバーである。このような構成としたことにより、グロ
ー細管１３ａとランプ本体１３とを隔壁１３ｂで隔てた
図１のランプとは異なり、グロー管２４とランプ本体２
１との熱的強度が高くなり、タイマ回路２０で設定され
る始動時間を長くできる。これにより、より安定な始動
を行なえる。また、ランプ本体２１とグロー管２４とを
分離したことは構造的にも強度となり、ランプの着脱、
交換が容易となる。

【００１５】つぎに、さらに他の実施例の無電極放電ラ
ンプの構成を図３乃至図５に基づいて説明する。この実
施例のランプでは、グロー管２７がランプ本体２１から
分離されているとともに、このグロー管２７の基部に取
付けねじ部２８が装着されている。グロー管２７は、こ
のねじ部２８を器具２５の内側部のソケット２９に螺着
することで装着され、このソケット２９を介してスター
タ回路１４からの始動用高電圧の給電を受ける。ランプ
本体２１は、内管２３がグロー管２７の先端部の熱容量
大部２７ａに対峙するように点灯用コイル１２内に装着
される。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、タ
イマ回路によって計時される始動に必要な一定時間だけ
始動用スイッチをオンしてスタータ回路を動作させ、計
時終了後は始動用スイッチをオフする構成としたので、
従来のように受光素子などを用いてランプが点灯状態に
移行したのを検出してから始動用スイッチをオフする方
式とは異なり、誤検出による誤動作が発生せず、正確に
ランプを始動状態から点灯状態に移行させることができ
る。また、ランプの始動が正常に行なわれなかったこと
が検出された場合は、インバータ部の動作を停止してし
まうので、点灯用コイルでむだな電力が消費されること
もなく、インバータ部のスイッチング素子をストレスか
ら保護することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による無電極放電ランプ点灯装置の一実
施例を示すブロック図である。

【図２】他の実施例の無電極放電ランプを示す斜視図で
ある。

【図３】さらに他の実施例の無電極放電ランプを示す斜
視図である。

【図４】図３に用いられるグロー管の一部切欠き断面図
である。

【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。

【図６】従来の無電極放電ランプ点灯装置を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１ 商用交流電源 ２ 直流電源部 ３ 電源遮断スイッチ ４ インバータ部 ５，６ スイッチング素子 ７ ドライブ回路 ８ 制御回路 ９ マッチング回路 １０ 直列コンデンサ １１ 並列コンデンサ １２ 点灯用コイル １３ ランプ本体 １３ａ グロー細管 １３ｂ 隔壁 １４ スタータ回路 １５ 始動用スイッチ １６，１７ 出力電圧波形検出用のコンデンサ １８ 出力電流波形検出用のカレントトランス １９ 位相比較回路 ２０ タイマ回路 ２１ ランプ本体 ２２ 外管 ２３ 内管 ２４，２７ グロー管 ２５ 器具 ２６ ランプカバー ２８ 取付けねじ部 ２９ ソケット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源部と、この直流電源部からの直
   流電源を高周波電源に変換するインバータ部と、ランプ
   チューブ内に少なくとも放電性ガスまたは蒸気が封入さ
   れたランプ本体と、ランプ本体の近傍またはランプ本体
   内に配置され、上記インバータ部から高周波電源が供給
   される点灯用コイルと、この点灯用コイルに直列接続さ
   れた共振用の直列コンデンサおよび点灯用コイルに並列
   接続された共振用の並列コンデンサにより少なくとも構
   成されたマッチング回路と、ランプ本体に始動用の高電
   圧を印加するスタータ回路と、このスタータ回路の動作
   をオン・オフする始動用スイッチとを有し、ランプ始動
   時に上記スタータ回路を動作させてランプを始動させ、
   その後は上記点灯用コイルに磁気的に結合するランプ本
   体内のプラズマリングを介して高周波電力をこのランプ
   本体内に入力することで無電極放電ランプを点灯させる
   点灯装置において、 ランプ始動時に上記始動用スイッチをオンし、ランプの
   始動に必要な一定時間を計時したあとにこの始動用スイ
   ッチをオフするタイマ回路と、 このタイマ回路によって始動用スイッチがオフされたあ
   とに、ランプが正常に始動されたか否かを所定の検出手
   段を用いて検出する始動状態検出部と、 この始動状態検出部からの出力に基づいてランプが正常
   に始動されなかったことが確認されたときに、上記イン
   バータ部からの高周波電源を停止させる制御部とを備え
   ることを特徴とする無電極放電ランプ点灯装置。