JPH0917589A - 無電極放電ランプ点灯回路及び照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 点灯時の回路動作の安定化を図ることができ
且つ無電極放電ランプを確実に点灯するようにするこ
と。 【構成】 電源が投入されると、制御回路９は始動用電
源回路７を動作させて高周波電流を始動用昇圧回路８に
送ることにより電極１３に高電圧を印加する。制御回路
９は電圧検出回路１０の検出電圧が下がることによりガ
スプローブ１６に放電が発生したことを知ると、高周波
電源回路１を動作させて励起コイル５に高周波電流を供
給する。制御回路９は電圧検出回路１１の検出電圧が下
がることにより無電極放電ランプ６が点灯したことを知
ると、始動用電源回路７の動作を停止して電極１３への
高電圧の印加を停止する。これにより、点灯時の回路動
作を安定化できると共に無電極放電ランプを容易且つ確
実に点灯させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は無電極放電ランプに電磁
エネルギーを注入して前記放電ランプを点灯させる無電
極放電ランプ点灯回路及びこの点灯回路を用いた照明装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の無電極放電ランプ点灯回路は例え
ば図４に示すような構成を有している。回路に電源が投
入されると、電源回路１０１から所定の直流電圧がＦＥ
Ｔ１０３、１０４に供給される。これに伴ってドライブ
回路１０２が起動して、ドライブ回路１０２からＦＥＴ
１０３、１０４のゲートにスイッチング制御信号が入力
されるため、ＦＥＴ１０３、１０４がスイッチングして
高周波電流を発生する。

【０００３】この高周波電流はコンデンサ２、４により
構成されるマッチング回路を通して励起コイル５側に供
給される。当初、励起コイル５には大きな無効電流が流
れるため、この励起コイル５の自己誘導によって両端に
高電圧が発生するが、この時、スイッチ１２がオンにな
っているため、前記励起コイル５に発生した高電圧は始
動回路１７を構成するコンデンサＣ０、Ｃ１、コイルＬ
及び制動抵抗Ｒ側に印加される。但し、コンデンサＣ
０、Ｃ１、コイルＬ及び制動抵抗Ｒは始動回路１７の共
振回路を形成している。

【０００４】これにより、始動回路１７を形成する共振
回路により更に高い電圧（２ＫＶ程度）が発生し、この
高電圧が電極１３に印加される。このため、ガスプロー
ブ１６にコロナ放電が発生し、このコロナ放電が無電極
放電ランプ６内に侵入して、この無電極放電ランプ６内
の希ガスを電離する。

【０００５】このような状態になると、励起コイル５に
も実効高周波電流が流れ始め、この励起コイル５により
発生される静電界によって無電極放電ランプ６内にリン
グ状の放電路が形成される。この時点で、スイッチ１２
はオフとなり、電極１３への高電圧印加が停止される。
無電極放電ランプ６内に形成されたリング状の放電路は
励起コイル５と磁気結合するため、励起コイル５に流れ
る実効高周波電流は更に大きくなって、この励起コイル
５に発生する電磁エネルギーが前記リング状の放電路を
通して無電極放電ランプ６内に注入され、前記リング状
の放電灯をアーク転移させて、無電極放電ランプ６を全
光で点灯する。

【０００６】しかし、上記のような従来の無電極放電ラ
ンプ点灯回路では、スイッチ１２がオンになっている無
電極放電ランプ始動時に、ガスプローブ１６の電極１３
に高電圧を印加するために、ＦＥＴ１０３、１０４から
出力された３５Ｖ程度の電圧を励起コイル５の端子間で
６００Ｖに昇圧した後、始動回路１７により、更に２Ｋ
Ｖに昇圧して、ガスプローブ６の電極１３に印加しなけ
ればならない。このため、励起コイル５及び始動回路１
７を含む負荷側のＱが非常に大きくなって、回路動作が
不安定となり、無電極放電ランプ６がつきにくいばかり
でなく、回路の動作バランスがちょっと崩れても、負荷
電流が大きく変動して、ＦＥＴ１０３、１０４側の高周
波電源回路に大電流が流れて、ＦＥＴ１０３、１０４を
破壊するなどという事故が発生する恐れもあった。

【０００７】また、上記のように始動時に高電圧を発生
しなければならないため、始動回路１７の構成部品であ
るコンデンサやコイルのサイズが絶縁上大きくなって高
価になるばかりでなく、主回路側のＦＥＴ１０３、１０
４やマッチング回路を構成する各部品も大きなものを使
用しなければならず、この分、各部品の浮遊容量などが
大きくなって、回路設計上の精度が落ちてしまい、上記
のような不具合の発生を助長していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の無電極放電ラン
プ点灯回路は始動時に無電極放電ランプのガスプローブ
に高電圧を掛けなければならないため、負荷側のＱが非
常に大きくなって、回路動作が不安定となり、無電極放
電ランプ６がつきにくいばかりでなく、点灯時の負荷電
流変動が大きいために高周波電源回路に大電流が流れ
て、スイッチング素子を破壊するなどという事故が発生
する恐れもあった。また、始動回路や主回路の構成部品
として絶縁上サイズが大きい部品を使用しなければなら
ず、この分、各部品の浮遊容量などが大きくなって、回
路設計上の精度が落ちてしまい、上記のような不具合の
発生を助長していた。

【０００９】そこで本発明は上記の問題点を解決するた
めになされたもので、点灯時の回路の安定化を図ると共
に無電極放電ランプを容易且つ確実に点灯することがで
きる信頼性の高い無電極放電ランプ点灯回路及びこの点
灯回路を用いた照明装置を提供することを目的としてい
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、高周
波電流を発生する高周波電源回路と、この高周波電源回
路から発生された高周波電流が流れる励起コイルと、始
動用高周波電流を発生する始動用電源回路と、この始動
用電源回路から発生された高周波電流の電圧を昇圧する
始動用昇圧回路と、この始動用昇圧回路から発生された
高電圧を印加する電極と、前記始動用電源回路を動作さ
せた後、前記高周波電源回路を動作させる制御を行う制
御回路とを具備している。

【００１１】請求項２の発明は、高周波電流を発生する
高周波電源回路と、この高周波電源回路から発生された
高周波電流が流れる励起コイルと、始動用高周波電流を
発生する始動用電源回路と、この始動用電源回路から発
生された高周波電流の電圧を昇圧する始動用昇圧回路
と、前記励起コイルから発生された電磁エネルギーが注
入されて発光する補助管付き放電ランプと、前記始動用
昇圧回路から発生された高電圧を印加する前記ランプの
補助管に近接配置された電極と、前記ランプの始動時、
前記始動用電源回路を動作させた後、前記高周波電源回
路を動作させる制御を行う制御回路とを具備している。

【００１２】請求項３の発明は、前記制御回路は前記補
助管に放電が発生すると、前記高周波電源回路を動作さ
せ、前記無電極放電ランプが点灯すると、前記始動用電
源回路の動作を停止する構成を具備している。

【００１３】請求項４の発明は、前記電極の印加電圧を
検出する第１の電圧検出回路と、前記励起コイルに発生
する電圧を検出する第２の電圧検出回路とを備え、前記
制御回路は前記第１及び第２の電圧検出回路により検出
された電圧の変化により前記補助管の放電の発生及び無
電極放電ランプの点灯を知る構成を具備している。

【００１４】請求項５の発明は、前記制御回路は時間計
時手段を備え、この時間計時手段が所定時間を計時する
と前記補助管に放電が発生したと見做し、その後、前記
時間計時手段が所定時間を更に計時すると前記無電極放
電ランプが点灯したと見做す構成を具備している。

【００１５】請求項６の発明は、前記請求項１乃至５い
ずれか記載の無電極放電ランプ点灯回路と、この無電極
放電ランプ点灯回路を収納する筐体とを具備している。

【００１６】請求項７の発明は、前記請求項１乃至５い
ずれか記載の無電極放電ランプ点灯回路と、この無電極
放電ランプ点灯回路を収納する筐体と、前記無電極放電
ランプ点灯回路により点灯される放電ランプとを具備し
ている。

【００１７】

【作用】請求項１の発明において、制御回路は前記始動
用電源回路を動作させて、この回路から発生された始動
用高周波電流を始動用昇圧回路に供給して、この回路に
より昇圧された高周波高電圧を電極に印加する。その
後、制御回路は高周波電源回路を動作させて、この回路
から発生される高周波電流を励起コイルに供給する。

【００１８】請求項２の発明において、前記ランプの始
動時、制御回路は前記始動用電源回路を動作させて、こ
の回路から発生された始動用高周波電流を始動用昇圧回
路に供給して、この回路により昇圧された高周波高電圧
を放電ランプの補助管に近接配置された電極に印加す
る。その後、制御回路は高周波電源回路を動作させて、
この回路から発生される高周波電流を励起コイルに供給
することにより、この励起コイルに発生する電磁エネル
ギーを前記放電ランプに注入して点灯させる。

【００１９】請求項３の発明において、前記制御回路は
前記補助管に放電が発生すると、前記高周波電源回路を
動作させ、その後、前記無電極放電ランプが点灯する
と、前記始動用電源回路の動作を停止する。

【００２０】請求項４の発明において、前記制御回路は
第１の電圧検出回路により検出された前記電極の印加電
圧が変化すると、前記補助管の放電の発生を知り、第２
の電圧検出回路により検出された前記励起コイルに発生
する電圧が変化すると、前記無電極放電ランプの点灯を
知る。

【００２１】請求項５の発明において、前記制御回路は
時間計時手段が所定時間を計時すると前記補助管に放電
が発生したと見做し、その後、前記時間計時手段が所定
時間を更に計時すると前記無電極放電ランプが点灯した
と見做す。

【００２２】請求項６の発明において、筐体に収納され
た前記請求項１乃至５いずれか記載の無電極放電ランプ
点灯回路は後から取り付けられた放電ランプを点灯す
る。

【００２３】請求項７の発明において、筐体に収納され
た前記請求項１乃至５いずれか記載の無電極放電ランプ
点灯回路は放電ランプを点灯する。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の一実施例を示す回路図である。図
１において、１は高周波電流を発生する高周波電源回路
で、直流電圧をＦＥＴ１０３、１０４に供給する電源回
路１０１と、ＦＥＴ１０３、１０４をスイッチングする
ドライブ回路１０２と、直流電流をスイッチングするこ
とにより高周波電流を発生する電界効果トランジスタ
（ＦＥＴ）１０３、１０４を有している。２、４は高周
波電源回路１と励起コイル５をマッチングさせて高周波
電流を円滑に励起コイル５に供給するためのマッチング
回路を構成するコンデンサ、５は無電極放電ランプ６に
電磁エネルギーを注入する励起コイル、６は希ガスが封
入された無電極放電ランプ、７は無電極放電ランプ６を
始動するための高周波電流を供給する始動用電源回路
で、ドライブ回路７１、ＦＥＴ７２、７３を有してい
る。８はガスプローブ１６を放電させるための高電圧を
発生させる始動用昇圧回路で、コンデンサ８１、コイル
８２及び抵抗８３を有する共振回路を構成している。９
は無電極放電ランプ始動時に電極１３に高電圧を印加す
るタイミングと励起コイル５に高周波電源回路１からの
高周波電流を流すタイミングを制御する制御回路、１０
は始動用昇圧回路８の出力電圧を検出する電圧検出回路
（第１の電圧検出回路）、１１は励起コイル５の出力電
圧を検出する電圧検出回路（第２の電圧検出回路）、１
３はガスプローブ１６に高電圧を印加するためにガスプ
ローブ１６の先端に近接配置された電極、１６は無電極
放電ランプ６のバルブ表面に接続されて、無電極放電ラ
ンプ６内の希ガスを電離するための放電を起こすガスプ
ローブである。

【００２５】次に本実施例の動作について説明する。電
源が投入されると、制御回路９は始動用電源回路７のド
ライブ回路７１を動作させ且つ、高周波電源回路１のド
ライブ回路１０２は動作させない制御を行う。これによ
り、ドライブ回路７１からＦＥＴ７２、７３のゲートに
スイッチング制御信号が入力されるため、これらＦＥＴ
７２、７３がスイッチングすることにより、高周波電流
を始動用昇圧回路８に供給する。

【００２６】始動用昇圧回路８は入力された高周波電流
をコンデンサ８１、コイル８２、抵抗８３により構成さ
れる共振回路によってほぼ２ＫＶに昇圧し、これを電極
１３に印加する。このため、ガスプローブ１６内にコロ
ナ放電が発生し、このコロナ放電が無電極放電ランプ６
内に侵入して、この無電極放電ランプ６内の希ガスを電
離する。

【００２７】制御回路９は電圧検出回路１０により検出
された電極１３の印加電圧を読み込み、この電圧が所定
値以下に下がるまで、上記した制御を継続し、前記電圧
が所定値以下に下がると、制御回路９はドライブ回路１
０２を動作させて、高周波電源回路１のＦＥＴ１０２、
１０３をスイッチングさせることにより、高周波電流を
コンデンサ２、４により構成されるマッチング回路を通
して励起コイル５に供給する。なお、ガスプローブ１６
内に放電が発生すると、電極１３の印加電圧が下がるた
め、この電圧を監視することにより制御回路９はガスプ
ローブ１６の放電を知ることができる。

【００２８】無電極放電ランプ６内が電離している状態
では、当初から励起コイル５に実効高周波電流が流れ始
め、この励起コイル５により発生される静電界によって
無電極放電ランプ６内にリング状の放電路が形成され
る。無電極放電ランプ６内に形成されたリング状の放電
路は励起コイル５と磁気結合するため、励起コイル５に
流れる実効高周波電流は更に大きくなって、この励起コ
イル５に発生する電磁エネルギーが前記リング状の放電
路を通して無電極放電ランプ６内に注入され、前記リン
グ状の放電灯をアーク転移させて、無電極放電ランプ６
を全光で点灯する。

【００２９】制御回路９は高周波電源回路１のドライブ
回路１０２を動作させた後、電圧検出回路１１の電圧を
読み込んで、励起コイル５に発生する電圧を監視し、こ
の電圧が所定値以下に下がると、始動用電源回路７のド
ライブ回路７１の動作を停止する制御を行って、始動用
昇圧回路８への高周波電流の供給を停止して、電極１３
への高電圧の印加を停止する。尚、無電極放電ランプ６
が点灯すると、励起コイル５に発生する電圧が下がるた
め、この電圧を監視することにより制御回路９は無電極
放電ランプ６の点灯を知ることができる。

【００３０】図２は上記した制御回路９の制御動作を示
したフローチャートである。制御回路９はステップ２０
１で装置への電源投入を知ると、ステップ２０２にて始
動用電源回路７のスイッチングを開始して、始動用昇圧
回路８により発生された高電圧をガスプローブ１６の電
極１３に印加する。この間、制御回路９はステップ２０
３で電極１３の電圧が所定電圧以下になったかどうかを
監視し、以下になると、ガスプローブ１６に放電が発生
したと判断して、ステップ２０４へ進む。

【００３１】制御回路９はステップ２０４で高周波電源
回路１のスイッチングを開始して、この回路から発生さ
れる高周波電流を励起コイル５に供給する。この間、制
御回路９はステップ２０５で励起コイル５の端子電圧が
所定電圧以下になったかどうかを監視し、所定電圧以下
になると、無電極放電ランプ６が点灯したと判断して、
ステップ２０６へ進み、ここで始動用電源回路７のスイ
ッチングを停止して、前記電極１３への高電圧の印加を
終了する。

【００３２】本実施例によれば、上記のように制御回路
９により最初に始動用電源回路７と始動用昇圧回路８を
動作させて電極１３に高電圧を印加してガスプローブ１
６内にコロナ放電を起こさせておいてから、ドライブ回
路１０２を動作させて高周波電源回路１から高周波電流
を励起コイル５に供給する始動手順を採っているため、
励起コイル５に当初から有効電流を流してこの励起コイ
ル５に流れる電流量を抑制でき、しかも励起コイル５は
ガスプローブ１６の電極１３に印加する高電圧を発生し
ないで済むため、主回路の負荷側のＱを低く設計でき
る。このため、始動時の回路の安定性を著しく高めるこ
とができる。

【００３３】又、上記効果により、始動時に回路の動作
バランスが崩れてＦＥＴ１０３、１０４等に大きな電流
が流れることがなくなるため、ＦＥＴ１０３、１０４の
容量を無電極放電ランプ６を点灯するだけのマージンに
設定しても、ＦＥＴ１０３、１０４の保護を十分に行う
ことができる。これにより、励起コイル５に流れる電流
を小さくできるため、高周波電源回路１及びマッチング
回路などを構成する使用部品のサイズを小型にできる
分、回路の設計精度を向上させることができ、上記効果
を容易に得ることができる。

【００３４】ここで、励起コイル５が１６７Ｈで始動時
の励起コイル５に発生する電圧が６００Ｖくらいの時、
上記順番で無電極放電ランプ６を点灯すると、励起コイ
ル５には最大で４０Ａくらいの電流が流れ、しかも無電
極放電ランプ６は容易且つ確実に点灯するが、順番を逆
にすると、励起コイル５には最大で７０〜８０Ａくらい
の電流が流れ、且つ無電極ランプがつきにくくなるた
め、本例は著しい効果を有しているといえる。

【００３５】又、始動用電源回路７は始動時に電極１３
に印加する高電圧を発生するためだけの高周波電流を供
給すればよく、しかも電極１３から流れる電流は僅かな
ため、ＦＥＴ７１、７３は小型小容量のものでよく、装
置のコストアップ要因とはならないと共に、発生する高
周波電流値が小さいため、ＦＥＴ７２、７３が破壊され
るようなことはなく、安定な動作を行うことができ、装
置にとって不安定要因になることはない。

【００３６】尚、制御回路９がガスプローブ１６内の放
電の発生や、無電極放電ランプ６の点灯を知るために、
ガスプローブ１６及び無電極放電ランプ６に近接して配
置される光電素子等からガスプローブ１６内及び無電極
放電ランプ６内の明るさの変化を得るようにしても同様
の効果がある。又、制御回路９は内部に時間計時手段を
備え、電源投入からの時間経過を前記時間計時手段によ
って監視し、ガスプローブ１６に放電が開始される十分
な時間が経った時、ガスプローブ１６に放電が発生した
と判断し、同様に無電極放電ランプ６が点灯するに十分
な時間が経過した時に無電極放電ランプ６が点灯したと
判断しても同様の効果がある。

【００３７】図３は本発明の照明装置の一実施例を示し
た図である。耐熱プラスチックまたは金属で円形状に形
成された板部材としてのベースプレート４１の下面中心
には、ソケット４６を介して無電極放電ランプ（以下単
にランプと称する）６が設けられている。このランプ６
の頂部には、ガスプローブ１６が突設されており、ベー
スプレート４１からはガスプローブ１６の先端部が突き
出ている。

【００３８】又、ベースプレート４１の下面には、励起
コイル５の基端がビス止めされており、この励起コイル
５がランプ６の外周部に２回巻き付けられている。又、
ランプ６及び励起コイル５はアクリル樹脂で半球状に形
成されたカバー４２で覆われており、カバー４２の上端
縁がベースプレート４１の外周部に固定されている。こ
のカバー４２は、ランプ６の配光を調整すると共に、ラ
ンプ６及び励起コイル５に手が触れるのを防いだり、塵
埃や虫が侵入するのを防いでいる。ベースプレート４１
とカバー４２等が本照明装置の筐体を構成している。

【００３９】一方、ベースプレート４１の上面には実装
基板４３が立設されており、この実装基板４３には図１
に示した本発明の無電極放電ランプ点灯回路を構成する
電子部品が搭載されている。上記した無電極放電ランプ
点灯回路から前記ガスプローブ１６の先端部の電極（図
示せず）に高電圧が印加されてガスプローブ１６が放電
した後、励起コイル５に高周波電流が供給されて放電ラ
ンプ６が点灯される。尚、４４は外部放熱器で、ヒート
パイプ４５を通して伝達されてくる放電ランプ６の発熱
を外部に放散する。

【００４０】本実施例によれば、図１に示した無電極放
電ランプ点灯回路を搭載しているため、放電ランプ６の
点灯時に安定に動作して、前記点灯回路の電源部が破壊
されることなく、放電ランプ６を容易且つ確実に点灯す
ることができる。

【００４１】

【発明の効果】以上記述した請求項１又は２の発明によ
れば、点灯時の回路の安定化を図ると共に無電極放電ラ
ンプを容易且つ確実に点灯することができ、回路の信頼
性を向上させることができる。

【００４２】請求項３乃至５いずれかの発明によれば、
無電極放電ランプのガスプローブに放電させてから励起
コイルに高周波電流を流す始動手順を適切なタイミング
で行うことができる。

【００４３】請求項６又は７の発明によれば、始動時に
電源が破壊されることなく、放電ランプを容易且つ確実
に点灯できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の無電極放電ランプ点灯回路の一実施例
を示した回路図。

【図２】図１に示した制御回路の制御動作例を示したフ
ローチャート。

【図３】本発明の照明装置の一実施例を示した図。

【図４】従来の無電極放電ランプ点灯回路の一例を示し
た回路図。

【符号の説明】

１…高周波電源回路 ２、４…コンデ
ンサ ５…励起コイル ６…無電極放電
ランプ ７…始動用電源回路 ８…始動用昇圧
回路 ９…制御回路 １０、１１…電
圧検出回路 １３…電極 １６…ガスプロ
ーブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 昭浩 東京都品川区東品川四丁目３番１号 東芝 ライテック株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波電流を発生する高周波電源回路
   と；この高周波電源回路から発生された高周波電流が流
   れる励起コイルと；始動用高周波電流を発生する始動用
   電源回路と；この始動用電源回路から発生された高周波
   電流の電圧を昇圧する始動用昇圧回路と；この始動用昇
   圧回路から発生された高電圧を印加するための電極と；
   前記始動用電源回路を動作させた後、前記高周波電源回
   路を動作させる制御を行う制御回路と；を具備したこと
   を特徴とする無電極放電ランプ点灯回路。
2. 【請求項２】 高周波電流を発生する高周波電源回路
   と；この高周波電源回路から発生された高周波電流が流
   れる励起コイルと；始動用高周波電流を発生する始動用
   電源回路と；この始動用電源回路から発生された高周波
   電流の電圧を昇圧する始動用昇圧回路と；前記励起コイ
   ルから発生された電磁エネルギーが注入されて発光する
   補助管付き放電ランプと；前記始動用昇圧回路から発生
   された高電圧が印加され、前記ランプの補助管に近接配
   置された電極と；前記ランプの始動時、前記始動用電源
   回路を動作させた後、前記高周波電源回路を動作させる
   制御を行う制御回路と；を具備したことを特徴とする無
   電極放電ランプ点灯回路。
3. 【請求項３】 前記制御回路は前記補助管に放電が発生
   すると、前記高周波電源回路を動作させ、前記無電極放
   電ランプが点灯すると、前記始動用電源回路の動作を停
   止することを特徴とする請求項２記載の無電極放電ラン
   プ点灯回路。
4. 【請求項４】 前記電極の印加電圧を検出する第１の電
   圧検出回路と；前記励起コイルに発生する電圧を検出す
   る第２の電圧検出回路と；を備え、 前記制御回路は前記第１及び第２の電圧検出回路により
   検出された電圧の変化により前記補助管の放電の発生及
   び無電極放電ランプの点灯を知ることを特徴とする請求
   項３記載の無電極放電ランプ点灯回路。
5. 【請求項５】 前記制御回路は時間計時手段を備え、こ
   の時間計時手段が所定時間を計時すると前記補助管に放
   電が発生したと見做し、その後、前記時間計時手段が所
   定時間を更に計時すると前記無電極放電ランプが点灯し
   たと見做すことを特徴とする請求項３記載の無電極放電
   ランプ点灯回路。
6. 【請求項６】 前記請求項１乃至５いずれか記載の無電
   極放電ランプ点灯回路と；この無電極放電ランプ点灯回
   路を収納する筐体と；を具備したことを特徴とする照明
   装置。
7. 【請求項７】 前記請求項１乃至５いずれか記載の無電
   極放電ランプ点灯回路と；この無電極放電ランプ点灯回
   路を収納する筐体と；前記無電極放電ランプ点灯回路に
   より点灯される放電ランプと；を具備したことを特徴と
   する照明装置。