JPH1145791A - 無電極放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】無電極放電灯１が点灯しなかったり、あるいは
過大な電流が高周波電源回路３に流れ、素子が破壊され
てしまうということがなく、確実に無電極放電灯１を始
動させることができ、さらに小型化可能な点灯装置を提
供する。 【解決手段】無電極放電灯１と、誘導コイル２と、高周
波電源回路３と、直流電源回路４と、始動回路５と、誘
導コイル２と高周波電源回路３のインピーダンス整合を
無電極放電灯１の始動時及び点灯時で可能とするマッチ
ング切替回路６とを備えた無電極放電灯点灯装置におい
て、無電極放電灯１の始動時は高周波電源回路３と始動
回路５の動作が直流電源回路４の動作よりも優先される
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無電極放電灯の近
傍に配置された誘導コイルに、高周波電磁界を誘起し
て、無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置に
関するものであり、特に無電極放電灯の始動時に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の無電極放電灯点灯装置の一
例を示している。無電極放電灯１は、石英やセラミック
スなどの透光性材料で気密に形成されたバルブの内部に
希ガスあるいは希ガスの放電によって励起発光する物質
又は金属蒸気などを封入し、内管面には必要に応じて蛍
光体が塗布されている。無電極放電灯１の外周には、導
電性の良い金属などで形成された高周波電磁界印加手段
（誘導コイル２）が近接して配設されている。この誘導
コイル２にマッチング回路９を介して高周波電源回路３
が接続されている。高周波電源回路３は、直流電源Ｅに
接続され、高周波電力を発生させる。この高周波電源回
路３から誘導コイル２に数ＭＨｚから数百ＭＨｚの高周
波電流を流すことにより、誘導コイル２に高周波電磁界
を発生させ、無電極放電灯１に高周波電力を供給し、無
電極放電灯１内に高周波プラズマ電流を発生させて紫外
線もしくは可視光を発生する。ここで、マッチング回路
９は、無電極放電灯１の点灯安定時に効率良く高周波電
力を送ることができるように、無電極放電灯１の点灯安
定時において高周波電源回路３からみた負荷インピーダ
ンスが適正値となるように設計されている。また、イグ
ナイタ回路５は無電極放電灯１の近傍に始動用電極７を
有し、この電極に高電圧を供給して無電極放電灯１の始
動を補助する回路である。

【０００３】図６は従来の無電極放電灯点灯装置の具体
回路図である。図中、３１は水晶振動子Ｘを用いた発振
回路であり、コイルＬ₆ とコンデンサＣ₁₅により低Ｑの
同調回路を構成し、無調整の発振器としている。発振回
路３１の発振出力を増幅するプリアンプ３２は、トラン
ジスタＱ₄ によりＣ級増幅を行っており、コイルＬ₅と
コンデンサＣ₁₇により発振周波数に同調するように構成
している。抵抗Ｒ₈ 〜Ｒ₁₀からなる回路は減衰器を構成
しており、抵抗Ｒ₁₁はコイルＬ₅ のＱを下げるために挿
入されている。フィルタ回路３３は、チョークコイルＬ
₃ 、コンデンサＣ₄ 等から構成され、高周波が直流電源
Ｅに帰還することを防止している。プリアンプ３２の出
力を更に高周波電力増幅するメインアンプ３４は、パワ
ーＭＯＳＦＥＴ（以下、トランジスタと称す）Ｑ₅ によ
る増幅器となっている。コイルＬ ₇ は、トランジスタＱ
₅ の入力キャパシタンスを打ち消すために挿入してあ
り、抵抗Ｒ₁₂はトランジスタＱ₅ の入力インピーダンス
をプリアンプ３２の出力と整合させるために接続してあ
る。マッチング回路９はコンデンサＣ₁₈〜Ｃ₂₀等で構成
され、メインアンプ３４の出力と後段の無電極放電灯１
及び誘導コイル２とのインピーダンス整合を行ってい
る。

【０００４】上述のように、無電極放電灯点灯装置は、
高周波電源回路３の高周波出力を効率よく負荷となる誘
導コイル２と無電極放電灯１（以下負荷Ｌｐと呼ぶ）に
供給するためマッチング回路９を具備している。しか
し、マッチング回路９からみた負荷Ｌｐの入力インピー
ダンスは、無電極放電灯１の状態によって大きく変化す
る。すなわち、無電極放電灯１が消灯している状態（始
動時）では、負荷Ｌｐは概ね誘導コイル２のみとなり、
誘導成分が大きくなるのに対し、無電極放電灯１が点灯
している状態（点灯時）では、誘導コイル２が、無電極
放電灯１の内部に発生したプラズマ（プラズマ抵抗）と
結合するため、始動時に比べて抵抗成分が大きくなる。
すると、例えばマッチング回路９を、無電極放電灯１が
点灯している状態での負荷Ｌｐと高周波電源回路３との
インピーダンス整合を行うように設計した場合、始動時
には、負荷Ｌｐと高周波電源回路３とのインピーダンス
整合は不整合となり、高周波電源回路３に反射電力を与
えるため、高周波電源回路３にストレスを与え、特にメ
インアンプ３４のトランジスタＱ₅ に過大なストレスを
与えることとなる。

【０００５】この課題に対しては、図７のように、始動
時にインピーダンス整合されたマッチング回路と点灯時
にインピーダンス整合されたマッチング回路を具備し、
これらを切り替えるという手段が考案されている（実開
平５−２０２９７号）。以下、これをマッチング切替回
路６と呼ぶ。図７において、Ｓｗはスイッチを示し、こ
のスイッチＳｗの切り替えによって、始動時と点灯時の
インピーダンス整合をとることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来技
術であっても、例えば高周波電源回路３に安定した或る
一定の直流電圧を供給するために、直流電源回路４とし
て昇圧チョッパ回路を用いたときに、無電極放電灯１の
始動時において、高周波電源回路３と始動回路５と昇圧
チョッパ回路が同時に動作し始めたとすると、たとえマ
ッチング切替回路６で始動時のインピーダンス整合を行
っていたとしても、昇圧チョッパ回路の動作が安定した
状態になるよりも高周波電源回路３が安定した状態にな
るまでの時間が遅ければ、誘導コイル２が経時変化など
でインピーダンスが変化していた場合には、マッチング
切替回路６でのインピーダンス整合が正確にとれず、無
電極放電灯１が始動しなくなるという可能性がある。

【０００７】また、特願平８−３１５３１２号に記載さ
れているように、負荷のインピーダンスに応じてマッチ
ングを連続的に変化させる可変マッチング回路を備える
構成では、無電極放電灯１及び誘導コイル２を負荷とし
ている場合には、始動時において短期間かつ急峻にイン
ピーダンスが変化するので、マッチングの連続的な変化
が追従できず、この場合にもまたインピーダンス整合が
正確にとれないという課題が残る。

【０００８】さらに、無電極放電灯１の始動時におい
て、誘導コイル２と高周波電源回路３のインピーダンス
整合をとる別の手段として、始動時のみ高周波電源回路
３の周波数を変化させるという方法がある。しかし、こ
の方法では無電極放電灯１の始動時の短い時間に周波数
を変化させて確実に誘導コイル２と高周波電源回路３の
インピーダンス整合をとらなければならないが、高周波
電源回路３の周波数が高いため、ノイズの影響を受けや
すく非常に制御困難であり、また回路構成が複雑になる
という欠点がある。

【０００９】したがって、本発明の目的は、直流電源回
路と高周波電源回路とマッチング回路と始動回路を有し
た無電極放電灯点灯装置において、無電極放電灯が点灯
しなかったり、あるいは過大な電流が高周波電源回路に
流れ、素子が破壊されてしまうということがなく、確実
に無電極放電灯を始動させることができ、さらに小型化
可能な無電極放電灯点灯装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明にあっては、上記
の課題を解決するために、図１に示すように、無電極放
電灯１と、前記無電極放電灯１に近接して配置される誘
導コイル２と、前記誘導コイル２に高周波電力を供給す
る高周波電源回路３と、前記高周波電源回路３に直流電
力を供給する昇圧機能を有する直流電源回路４と、前記
無電極放電灯１の始動を補助する始動回路５と、前記誘
導コイル２と高周波電源回路３の間に配置されて両者間
のインピーダンス整合を無電極放電灯１の始動時及び点
灯時で可能とするマッチング切替回路６とを備えた無電
極放電灯点灯装置において、前記無電極放電灯１の始動
時は高周波電源回路３と始動回路５の動作が直流電源回
路４の動作よりも優先されることを特徴とするものであ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】

（実施例１）本発明の第１の実施例を図１に示す。本実
施例の基本的な回路構成は、図５の従来例と同じであ
り、透光性のガラスバルブまたは内面に蛍光体が塗布さ
れたガラスバルブ内に不活性ガス、金属蒸気等の放電ガ
スを封入した無電極放電灯１と、この無電極放電灯１の
近傍に配置された誘導コイル２と、この誘導コイル２に
接続され高周波電力を誘導コイル２に供給する高周波電
源回路３と、始動時と点灯時において誘導コイル２と高
周波電源回路３のインピーダンスを整合し無電極放電灯
１に効率良く高周波電力を伝達するマッチング切替回路
６とを備えている。また、本実施例では、高周波電源回
路３に直流電力を供給する昇圧機能を有する直流電源回
路４（例えば昇圧チョッパ回路）を備え、直流電源回路
４の入力端には商用電源ＡＣが接続されている。始動回
路５は無電極放電灯１の近傍に始動用電極７を有し、こ
の電極に高電圧を供給して無電極放電灯１の始動を補助
する。そして、高周波電源回路３から誘導コイル２に数
百ＫＨｚから数百ＭＨｚの高周波電流を流すことによ
り、誘導コイル２に高周波電磁界を発生させ、無電極放
電灯１に高周波電力を供給し、内部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を発生させるよう
になっている。

【００１２】本実施例の始動時における直流電源回路４
の出力電圧、高周波電源回路３の出力電圧、始動回路５
の出力電圧、及びマッチング切替回路６の状態（始動側
にあるか点灯側にあるか）の動作説明図を図２に示す。
以下、図２について説明する。始動時において、ｔ₁ で
商用電源ＡＣが投入されると、まず、高周波電源回路３
が動作する。このとき、直流電源回路４は昇圧チョッパ
回路なので、商用電源ＡＣをそのまま整流平滑した電圧
が高周波電源回路３に供給されている。また、このと
き、マッチング切替回路６の状態は、始動側（始動状態
のときに誘導コイル２と高周波電源回路３がインピーダ
ンス整合状態となる）にある。そして、ｔ₂ で始動回路
５が動作して、始動用電極７により無電極放電灯１に高
電圧を印加する。その後、ｔ₃ で直流電源回路４の昇圧
チョッパ回路が動作すると、その出力電圧が増加するに
伴い、高周波電源回路３の出力も増加する。そして、高
周波電源回路３と誘導コイル２のインピーダンスが整合
されたときに、ｔ₄ で無電極放電灯１が点灯すると共
に、マッチング切替回路６が始動側から点灯側（点灯状
態のときに誘導コイル２と高周波電源回路３がインピー
ダンス整合状態となる）に移行する。

【００１３】本実施例においては、無電極放電灯１の始
動時に、高周波電源回路３、始動回路５、直流電源回路
４、マッチング切替回路６の順に動作させているので、
誘導コイル２の経時変化などによるインピーダンス変化
があったとしても、確実に無電極放電灯１を点灯するこ
とができる。

【００１４】（実施例２）本発明の第２の実施例の基本
回路構成は実施例１と同じであり、その動作のみが異な
るので、重複する説明は省略し、回路動作について説明
する。実施例１と本実施例の異なる点は、高周波電源回
路３と始動回路５の動作順序である。始動時における直
流電源回路４、高周波電源回路３、始動回路５、及びマ
ッチング切替回路６の動作説明図を図３に示す。

【００１５】以下、図３について説明する。始動時にお
いて、ｔ₁ で商用電源ＡＣが投入されると、まず始動回
路５が動作して始動用電極７に高電圧を印加する。この
とき、マッチング切替回路６の状態は、始動側（始動状
態のときに誘導コイル２と高周波電源回路３がインピー
ダンス整合状態となる）にある。その後、ｔ₂ で高周波
電源回路３が動作する。そして、ｔ₃ で直流電源回路４
の昇圧チョッパ回路が動作し、その出力電圧が増加する
に伴い、高周波電源回路３の出力も増加する。そして、
高周波電源回路３と誘導コイル２のインピーダンスが整
合されたときに、ｔ₄ で無電極放電灯１が点灯すると共
に、マッチング切替回路６が始動側から点灯側（点灯状
態のときに誘導コイル２と高周波電源回路３がインピー
ダンス整合状態となる）に移行する。

【００１６】（実施例３）本発明の第３の実施例の基本
回路構成は実施例１と同じであり、その動作のみが異な
るので、重複する説明は省略し、回路動作について説明
する。実施例１と本実施例の異なる点は、高周波電源回
路３と始動回路５の動作順序である。始動時における直
流電源回路４、高周波電源回路３、始動回路５、及びマ
ッチング切替回路６の動作説明図を図４に示す。

【００１７】以下、図４について説明する。始動時にお
いて、ｔ₁ で商用電源ＡＣが投入されると、まず高周波
電源回路３と始動回路５が略同時に動作する。始動回路
５が動作すると、始動用電極７に高電圧を印加する。こ
のとき、直流電源回路４は昇圧チョッパ回路なので、商
用電源ＡＣをそのまま整流平滑した電圧が高周波電源回
路３に供給されている。また、このとき、マッチング切
替回路６の状態は、始動側（始動状態のときに誘導コイ
ル２と高周波電源回路３がインピーダンス整合状態とな
る）にある。

【００１８】その後、ｔ₂ で直流電源回路４の昇圧チョ
ッパ回路が動作すると、その出力電圧が増加するに伴
い、高周波電源回路３の出力も増加する。そして、高周
波電源回路３と誘導コイル２のインピーダンスが整合さ
れたときに、ｔ₃ で無電極放電灯１が点灯すると共に、
マッチング切替回路６が始動側から点灯側（点灯状態の
ときに誘導コイル２と高周波電源回路３がインピーダン
ス整合状態となる）に移行する。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、無電極放電灯と、前記
無電極放電灯に近接して配置される誘導コイルと、前記
誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源回路と、
前記高周波電源回路に直流電力を供給する昇圧機能を有
する直流電源回路と、前記無電極放電灯の始動を補助す
る始動回路と、前記誘導コイルと高周波電源回路の間に
配置された両者間のインピーダンス整合を無電極放電灯
の始動時及び点灯時で可能とするマッチング切替回路と
を備えた無電極放電灯点灯装置において、前記無電極放
電灯の始動時は高周波電源回路と始動回路の動作が直流
電源回路の動作よりも優先したので、誘導コイルの経時
変化などによるインピーダンス変化があったとしても、
無電極放電灯が点灯しなかったり、あるいは過大な電流
が高周波電源回路に流れ、素子が破壊されてしまうとい
うことがなく、確実に無電極放電灯を始動させることが
でき、さらに小型化可能な無電極放電灯点灯装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の全体構成を示すブロック回
路図である。

【図２】本発明の実施例１の動作説明図である。

【図３】本発明の実施例２の動作説明図である。

【図４】本発明の実施例３の動作説明図である。

【図５】従来例１の全体構成を示すブロック回路図であ
る。

【図６】従来例１の具体的な回路構成を示す回路図であ
る。

【図７】従来例２の具体的な回路構成を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１ 無電極放電灯 ２ 誘導コイル ３ 高周波電源回路 ４ 直流電源回路 ５ 始動回路 ６ マッチング切替回路

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無電極放電灯と、前記無電極放電灯に
   近接して配置される誘導コイルと、前記誘導コイルに高
   周波電力を供給する高周波電源回路と、前記高周波電源
   回路に直流電力を供給する昇圧機能を有する直流電源回
   路と、前記無電極放電灯の始動を補助する始動回路と、
   前記誘導コイルと高周波電源回路の間に配置されて両者
   間のインピーダンス整合を無電極放電灯の始動時及び点
   灯時で可能とするマッチング切替回路とを備えた無電極
   放電灯点灯装置において、前記無電極放電灯の始動時は
   高周波電源回路と始動回路の動作が直流電源回路の動作
   よりも優先されることを特徴とする無電極放電灯点灯装
   置。
2. 【請求項２】 前記無電極放電灯の始動時において、
   前記高周波電源回路の動作後に前記始動回路が動作する
   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. 【請求項３】 前記無電極放電灯の始動時において、
   前記始動回路の動作後に前記高周波電源回路が動作する
   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。
4. 【請求項４】 前記無電極放電灯の始動時において、
   前記高周波電源回路と前記始動回路が略同時に動作する
   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。
5. 【請求項５】 前記無電極放電灯の始動時において、
   前記直流電源回路の動作後に前記マッチング切替回路が
   動作することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに
   記載の無電極放電灯点灯装置。
6. 【請求項６】 前記無電極放電灯の始動時において、
   前記マッチング切替回路の動作後に前記直流電源回路が
   動作することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに
   記載の無電極放電灯点灯装置。
7. 【請求項７】 前記無電極放電灯の始動時において、
   前記マッチング切替回路と前記直流電源回路が略同時に
   動作することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに
   記載の無電極放電灯点灯装置。
8. 【請求項８】 前記高周波電源回路の動作周波数は数
   百ｋＨｚ〜数百ＭＨｚであることを特徴とする請求項１
   乃至７のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
9. 【請求項９】 前記直流電源回路は昇圧チョッパ回路
   であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記
   載の無電極放電灯点灯装置。
10. 【請求項１０】 前記高周波電源回路は水晶振動子を
    含んでいることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか
    に記載の無電極放電灯点灯装置。
11. 【請求項１１】 前記直流電源回路、高周波電源回
    路、始動回路、マッチング切替回路を収納する筐体を有
    することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記
    載の無電極放電灯点灯装置。