KR100721631B1 - 방전등 점등장치 및 조명기구 - Google Patents

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Abstract

1쌍의 MOS형 FET를 서로 번갈아 온, 오프제어해서 직류전원(1)의 전압을 고주파전압으로 변환하는 고주파 인버터회로(2)와, 상기 인버터회로로부터의 고주파전압이 공급되는 인덕터(6), 커패시터(8) 및 방전등(7)을 구비하고, 방전등이 정격동작하고 있을 때의 임피던스에서 점등주파수(fs)에 대한 편각이 -20°~40° 사이에 설정되어 이루어지는 공진부하회로와, 프로그램 데이터와 메모리(18)에 저장된 데이터에 기초해서 방전등(7)의 점등주기보다도 짧은 주기로 MOS형 FET(3, 4)를 온, 오프구동하는 펄스전압을 연속적으로 생성하고, 상기 펄스전압의 온폭을 점등주기에 대응한 정현파전압의 파형변화에 따라서 펄스폭제어하는 CPU(13)를 구비하고, 인버터회로(2)로부터의 고주파 출력에 의해 방전등(7)에 거의 정현파상의 전류를 공급한다.
방전등 점등장치

Description

방전등 점등장치 및 조명기구{Discharge Lamp Lighting Device and Lighting Unit}
본 발명은 방전등 점등장치 및 조명기구에 관한 것이다.
종래, 방전등 점등장치로서는 직류전원에 1쌍의 스위칭소자를 직렬로 접속하고, 한쪽의 스위칭소자에 인덕터, 커패시터 및 방전등을 구비한 공진부하회로를 병렬로 접속하고, 각 스위칭소자의 스위칭동작에 의해 직류전압을 고주파전압으로 변환해서 방전등에 공급하는 것에 있어서, 스위칭소자 및 인덕터의 전력손실을 저감하여 전력변환효율의 향상을 꾀한 것이 알려져 있다(예를 들면, 특개평10-243661호 공보 참조).
그러나, 스위칭소자 및 인덕터의 전력손실을 저감해서 전력변환효율의 향상을 꾀하는 것에서는, 제어가 복잡화되는 문제가 있었다. 또, 인덕터의 한류작용(限流作用)이 작아져 방전등을 안정적으로 점등유지시킬 수 없게 되는 우려가 있었다.
본 발명은, 무효전력을 저감할 수 있어 전력변환효율의 향상을 꾀할 수 있는 방전등 점등장치 및 조명기구를 제공한다.
또한, 본 발명은 인덕터를 작게 할 수 있음과 함께 방전등을 안정적으로 점등유지할 수 있는 방전등 점등장치 및 조명기구를 제공한다.
또한, 본 발명은 출력전압의 제어폭을 충분히 확보할 수 있는 방전등 점등장치 및 조명기구를 제공한다.
청구항1 기재의 발명은, 스위치소자를 온, 오프제어해서 직류전원전압을 고주파전압으로 변환하는 인버터회로와, 인버터회로로부터 고주파전압이 공급되고, 인덕터, 커패시터 및 소정의 점등주파수(fs)로 점등되는 방전등을 구비하고, 방전등이 정격동작하고 있을 때의 임피던스에서 점등주파수(fs)에 대한 편각이 -20°~40°의 사이에 설정되어 이루어지는 공진부하회로와, 방전등의 점등주기보다도 짧은 주기로 상기 스위치소자를 온, 오프구동하는 펄스전압을 연속적으로 생성하고, 상기 펄스전압의 온폭을 상기 점등주기에 대응한 정현파전압의 파형변화에 따라서 펄스폭 변조해, 상기 인버터회로로부터 상기 방전등에 거의 정현파상의 전류를 공급하는 제어를 행하는 제어회로를 구비한 것을 특징으로 하는 방전등 점등장치이다.
도1은, 본 발명의 제1 실시형태를 나타내는 일부 블럭을 포함하는 회로구성도이다.
도2는, 같은 실시형태에서의 예열기간, 시동전압 인가기간, 점등유지 제어기간에서의 동작기준 주파수와 각각의 이행시의 주파수 변화를 나타내는 도이다.
도3은, 같은 실시형태에서의 MOS형 FET를 온, 오프구동하는 구동신호 파형을 나타내는 도이다.
도4는, 같은 실시형태에서의 인버터회로의 MOS형 FET의 양단간에 발생하는 전압파형을 나타내는 도이다.
도5는, 같은 실시형태에서의 방전등에 대한 인가전압파형을 나타내는 도이다.
도6은, 본 발명의, 제2 실시형태를 나타내는 회로구성도이다.
도7A는, 같은 실시형태에서의 정현파 전압원으로부터 출력되는 정현파전압 파형도이다.
도7B는, 같은 실시형태에서의 콤퍼레이터로부터 출력되는 펄스폭 변조된 펄스전압 파형도이다.
도8은, 본 발명의 제3 실시형태를 나타내는 회로구성도이다.
도9A는, 같은 실시형태에서의 승산기로부터 출력되는 전압파형도이다.
도9B는, 같은 실시형태에서의 콤퍼레이터로부터 출력되는 펄스전압 파형도이다.
도9C는, 같은 실시형태에서의 콤퍼레이터로부터 출력되는 펄스전압 파형도이다.
도9D는, 같은 실시형태에서의 방전등에 흐르는 전류파형도이다.
도10은, 본 발명의 제4 실시형태를 나타내는 회로구성도이다.
도11A는, 같은 실시형태에서의 전압제어발진기로부터 출력되는 전압파형도이다.
도11B는, 같은 실시형태에서의 콤퍼레이터로부터 출력되는 펄스전압 파형도 이다.
도11C는, 같은 실시형태에서의 콤퍼레이터로부터 출력되는 펄스전압 파형도이다.
도11D는, 같은 실시형태에서의 방전등에 흐르는 전류파형도이다.
도12는, 본 발명의 제5 실시형태에서의 삼각파 신호와 정현파신호의 진폭을 나타내는 파형도이다.
도13은, 같은 실시형태에서 콤퍼레이터로부터 출력되는 펄스폭 변조된 펄스전압파형을 나타내는 도이다.
도14는, 같은 실시형태에서 콤퍼레이터로부터 출력되는 펄스전압파형에 포함되는 주파수(fs)성분과 주파수(fc)성분의 실효치 및 그 합의 실효치를 나타내는 그래프이다.
도15는, 같은 실시형태에서의 인버터회로의 출력전압파형을 나타내는 도이다.
도16은, 같은 실시형태에서의 공진부하회로의 등가회로를 나타내는 회로도이다.
도17은, 도16에 나타내는 등가회로에 대해서 전원으로부터 각 주파수의 전력을, 실효치를 바꾸어 공급한 경우의 저항(R)에 양단간에 발생하는 전력전압 특성을 나타내는 도이다.
도18은, 같은 실시형태에서, Vs=Vc 및 Vs＞Vc로서 정현파신호의 진폭을 변화시켰을 때의 방전등에 공급되는 최종출력을 나타내는 그래프이다.
도19는, 본 발명의 제6 실시형태에서의 공진부하회로의 편각을 설명하기 위한 도이다.
도20은, 같은 실시형태에서의 편각과 인덕터성분(Lr)에 발생하는 전력(VA)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도21은, 본 발명의 제7 실시형태에서 공진부하회로의 임피던스 편각을 O°로 설정한 경우의 직류전원전압(VDC)에 대한 인덕터성분(Lr)에 발생하는 전력(VA)을 나타내는 그래프이다.
도22는, 같은 실시형태에서의 인버터회로의 출력전압파형을 나타내는 도이다.
도23은, 본 발명의 제8 실시형태에서, 펄스전압의 주파수(fc)를 변화시켰을 때의 공진부하회로의 인덕터성분(Lr), 스위칭소자의 손실 및 이 손실들의 합을 나타내는 그래프이다.
도24는, 본 발명의 제9 실시형태를 나타내는 조명기구의 사시도이다.
(제1 실시형태)
도1에 나타낸 것과 같이, 직류전원(1)에 고주파 인버터회로(2)를 접속하고 있다. 상기 고주파 인버터회로(2)는 스위치소자로서, 1쌍의 MOS형 FET(3, 4)의 직렬회로를 상기 직류전원(1)에 접속하고, 상기 FET(4)의 드레인단자를 제1 커패시터(5), 인덕터(6)를 직렬로 통해서 방전등(7)의 한쪽의 필라멘트전극(7a)의 일단에 접속함과 함게 소스단자를 상기 방전등(7)의 다른 쪽의 필라멘트전극(7b)의 일단에 접속하고 있다. 상기 방전등(7)의 각 필라멘트전극(7a, 7b)의 타단간에 예열전류를 흘리기 위한 제2 커패시터(8)를 접속하고 있다.
상기 인덕터(6), 방전등(7) 및 제2 커패시터(8)는 LC직렬공진회로를 포함하는 공진부하회로를 구성하고 있다. 또, 상기 제1 커패시터(5)는 직류 컷용의 커패시터이다. 상기 각 MOS형 FET(3, 4)에는, 기생 다이오드로서 다이오드(9, 10)가 병렬로 접속되어 있다.
상기 각 MOS형 FET(3, 4)의 게이트에는 구동회로(11, 12)가 접속되고, 상기 각 구동회로(11, 12)는 제어회로를 구성하는 CPU(13)로부터의 신호에 의해서 구동제어되도록 되어 있다. 상기 구동회로(11)는 1쌍의 MOS형 FET(14, 15)로 이루어지고, 또, 상기 구동회로(12)는 1쌍의 MOS형 FET(16, 17)로 이루어지고, 각각 CPU(13)로부터의 신호를 증폭해서 상기 각 MOS형 FET(3, 4)의 게이트에 대해서, 온, 오프구동신호를 공급하도록 되어 있다.
상기 CPU(13)는 타이머를 내장하고, 시퀀스 프로그램과 메모리(18)에 저장되어 있는 데이터에 기초해서, 상기 각 구동회로(11, 12)에 공급하는 신호의 타이밍을 제어하도록 되어 있다. 즉, 상기 CPU(13)는 스타트조작이 개시되면, 방전등(7)에 대해서, 도2에 나타낸 것과 같이, 우선, 일정시간 예열을 행하고, 그 후 시동용 고전압의 인가를 일정시간 행하도록 되어 있다.
상기 CPU(13)는 예열기간에서는 동작주파수를 높은 기준주파수로 설정하고, 상기 기준주파수에 기초해서 구동회로(11, 12)에 신호를 출력하고, 구동회로(11, 12)는 기준주파수에 기초해서 상기 각 MOS형 FET(3, 4)를 서로 번갈아 스위칭구동한다.
그리고, 일정시간의 예열이 종료되면 시동전압 인가기간에 들어가, 동작주파수를 저하시켜서 시동시의 기준주파수로 바꾼다. 이 때, 동작주파수를 msec오더라는 짧은 시간으로 급속히 저하시키지 않고 단계적으로 저하시켜서 시동시의 기준주파수로 이행시킨다. 이 단계적으로 저하시키는 변화기간은 예를 들면, 약 10msec 정도로 설정되어 있다. 이 시동기간에서는 방전등(7)에 시동용 고전압이 인가된다.
그리고, 일정시간이 경과해서 방전등(7)이 점등을 개시하면 점등유지 제어기간에 들어가, 동작주파수는 더욱 저하되서 점등시의 기준주파수가 된다. 이 때, 동작주파수를 nsec오더라는 짧은 시간으로 급속히 저하시키지 않고 단계적으로 저하시켜서 점등시의 기준주파수로 이행시킨다.
방전등(7)을 점등유지시키는 제어기간에서는, CPU(13)는 방전등(7)이 고주파 인버터회로(2)로부터의 고주파전압에 의해서 고주파점등될 때의 점등주기로서의 점등사이클(1/점등주파수)을 T라고 하면, 이 점등사이클(T)의 1사이클을 n분할로서의 10분할하고, 각 구간에서 MOS형 FET(3, 4)를 온, 오프구동하는 펄스전압을 생성하고, 상기 펄스전압의 온폭을 점등사이클(T)에 대응한 정현파전압의 파형변화에 따라서 변화시킨다. 즉, 온폭이 각 구간의 전압치의 피크치, 평균치 또는 실효치의 절대치에 따라서 중→대→중→소→중→대...로 변화되도록 펄스폭 변조된다. 그리고, CPU(13)는 상기 펄스폭 변조된 신호를 구동회로(11)로 공급하고, 상기 구동회로(11)로부터 MOS형 FET(3)에 도3에 나타내는 구동신호를 공급하고 온, 오프구동한 다. 또, CPU(13)는 구동회로(11)에 공급한 신호와는 온, 오프가 완전히 반대인 신호를 구동회로(12)로 공급하고, 상기 구동회로(12)로부터 MOS형 FET(4)에 구동신호를 공급해서 온, 오프구동한다.
점등유지 제어기간에서 CPU(13)는 인버터회로(2)의 1쌍의 MOS형 FET(3, 4)를 이와 같은 타이밍으로 온, 오프구동함으로써 인버터회로(2)의 MOS형 FET(4)의 양단간에는 도4에 나타내는 것과 같은 펄스전압이 발생하고, 상기 펄스전압파형이 제1 커패시터(5), 인덕터(6), 방전등(7) 및 제2 커패시터(8)로 이루어지는 공진부하회로로 공급된다. 공진부하회로에서는 인덕터(6)와 커패시터(8)의 필터효과에 의해서 고주파성분이 제거되고, 방전등(7)에 인가되는 전압파형은 도5에 나타낸 것과 같은 거의 정현파의 전압파형이 된다. 이것에 의해 방전등(7)에는 거의 정현파상의 전류가 흐르게 된다.
이와 같이, 방전등(7)이 점등된 후의 점등유지 제어에서는, 방전등(7)의 점등사이클(T)을 10분할하고, 상기 분할된 각 구간에서 MOS형 FET(3, 4)를 온, 오프구동하는 펄스전압을 생성하고, 상기 펄스전압의 온폭을 점등사이클(T)에 대응한 정현파전압의 파형변화에 따라서 중→대→중→소→중→대...로 변화되도록 펄스폭 변조시킴으로써 인버터회로(2)로부터 방전등(7)에 거의 정현파상의 전류를 공급할 수 있기 때문에, 무효전력을 저감할 수 있다. 이것에 의해, 전력변환효율의 향상을 꾀할 수 있다.
또, 방전등(7)에 대해서 동작주파수를 높은 기준주파수로 설정해서 일정시간 예열을 행한 후, 동작주파수를 시동시의 기준주파수로 저하시켜서 시동전압의 인가 를 행하지만, 이 때의 동작주파수를 단계적으로 저하시켜서 시동시의 기준주파수로 이행시키도록 하고 있기 때문에, 상기 이행시에서의 회로 스트레스를 작게 할 수 있고, 시동시에 회로소자가 파괴될 우려는 없다. 또, 시동시부터 방전등(7)이 점등되었을 때도 기준주파수의 저하가 있지만 이때도 단계적으로 저하시켜서 점등유지시의 기준주파수로 이행시키고 있으므로 회로 스트레스를 작게 할 수 있다.
(제2 실시형태)
또한, 상술한 실시형태와 동일부분 또는 대응되는 부분에는 동일부호를 붙이고, 상세한 설명은 생략하겠다.
이 실시형태는 도6에 나타낸 것과 같이, CPU를 대신해서 하드회로를 사용해서 인버터회로(2)의 각 MOS형 FET(3, 4)를 온, 오프제어하는 것이다. 즉, 주파수(fL)의 정현파전압을 발생하는 정현파 전압원(21)과, 상기 정현파 전압원(21)으로부터 발생하는 정현파전압주파수(fL)의 정수배의 주파수의 삼각파신호를 발생하는 삼각파신호원(22)과, 상기 정현파 전압원(21)으로부터의 정현파전압과 삼각파신호원(22)으로부터의 삼각파신호를 비교해, 정현파전압이 삼각파신호전압보다도 높을 때 하이레벨신호를 출력하고, 삼각파신호전압 이하일 때 로우레벨신호를 출력하는 콤퍼레이터(23)를 설치하고, 상기 콤퍼레이터(23)의 출력신호를 구동회로(11)로 공급함과 함께 반전회로(24)를 통해서 구동회로(12)에 공급하고 있다. 상기 정현파 전압원(21)으로부터 발생하는 정현파전압의 주파수(fL)는 방전등(7)의 사이클, 즉 점등주파수에 대응되고 있다.
이와 같은 구성에서는, 정현파 전압원(21)으로부터 도7A에 나타낸 것과 같은 정현파전압이 발생하면, 콤퍼레이터(23)로부터는 예를 들면, 점등사이클의 1사이클을 10분할하고, 상기 분할한 각 구간에서 펄스폭 변조된 도7B에 나타내는 것과 같은 펄스전압이 출력되고, 구동회로(11)에 공급됨과 함께 반전회로(24)를 통해서 구동회로(12)로 공급된다.
각 구간에서의 펄스전압은 구간내의 정현파전압의 평균치에 따라서 하이레벨과 로우레벨의 기간이 변화되고, 평균치가 작을수록 로우레벨을 출력하는 기간이 길어지고, 평균치가 클수록 하이레벨을 출력하는 기간이 길어진다. 이와 같이 정현파전압의 구간내의 평균치에 따라서 펄스폭 변조된다.
구동회로(11)는 도7B와 같은 파형의 구동신호에 의해서 MOS형 TFT(3)를 온, 오프구동하고, 구동회로(12)는 도7B의 파형을 반전된 파형의 구동신호에 의해서 MOS형 FET(4)를 온, 오프구동한다.
이것에 의해, 점등유지 제어기간에서는 인버터회로(2)의 MOS형 FET(4)의 양단간에는 상술한 제1 실시형태와 동일하게 도4에 나타낸 것과 같은 펄스전압이 발생하고, 상기 펄스전압의 고주파성분은 인덕터(6)와 커패시터(8)의 필터효과에 의해서 제거된다. 이렇게 해서, 방전등(7)에는 도5에 나타낸 것과 같은 거의 정현파의 전압파형이 인가된다. 이것에 의해, 방전등(7)에는 거의 정현파상의 전류가 흐르게 된다. 따라서, 이 실시형태에서도 무효전력을 저감해서 전력변환효율의 향상을 꾀할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
(제3 실시형태)
또한, 상술한 실시형태와 동일부분 또는 대응되는 부분에는 동일부호를 붙이 고, 상세한 설명은 생략하겠다. 이 실시형태는 램프전류를 검출해서 피드백제어하는 것이다.
도8에 나타낸 것과 같이, 방전등(7)의 다른 쪽의 필라멘트전극(7b)에 램프전류 검출수단을 구성하는 트랜스(25)를 접속하고 있다. 즉, 필라멘트전극(7b)의 각 단에 제1, 제2의 권선(25a, 25b)의 일단을 접속하고, 제1 권선(25a)의 타단을 MOS형 FET(4)의 소스단자에 접속하고, 제2 권선(25b)의 타단을 커패시터(8)에 접속하고 있다.
그리고, 상기 각 권선(25a, 25b)과 전기적으로 결합된 제3 권선(25c)을 설치하고, 상기 권선(25c)의 양단간에 다이오드 브릿지로 구성된 전파정류회로(26)의 입력단자를 접속하고 있다.
상기 전파정류회로(26)의 출력단자간에 저항(27)과 커패시터(31)의 병렬회로를 접속하고, 상기 출력단자간에 발생하는 출력전압을 저항(32)을 통해서 오차증폭기(28)의 반전입력단자(-)로 공급하고 있다. 상기 오차증폭기(28)의 비반전 입력단자(+)에는 기준전압(Vref)이 공급되고 있다. 상기 오차증폭기(28)는 전파정류회로(26)로부터의 출력전압과 기준전압(Vref)의 차를 증폭해서 출력하도록 되어 있다.
상기 오차증폭기(28)로부터의 출력을 승산기(29)에 공급하고 있다. 또, 상기 승산기(29)에는 정현파 전압원(21)으로부터의 정현파전압이 입력되어 있다. 상기 승산기(29)는 상기 정현파 전압원(21)으로부터의 정현파전압과 상기 오차증폭기(28)로부터의 출력을 승산해서 정현파전압의 진폭을 가변해서 콤퍼레이터(23)에 공급하고 있다. 상기 콤퍼레이터(23)는 상기 승산기(29)로부터의 정현파전압과 삼각 파신호원(22)으로부터의 삼각파신호를 비교하도록 되어 있다.
이와 같은 구성에서는 방전등(7)에 흐르는 램프전류는 트랜스(25)에 의해서 검출된다. 즉, 램프전류가 제1 권선(25a)을 통해서 흐르면, 제3 권선(25c)에 전압이 유기된다. 이 때 커패시터(8)를 통해서 흐르는 전류의 영향은 제1 권선(25a)과 제2 권선(25b)의 관계로 제거된다. 이렇게 해서, 제3 권선(25c)에는 램프전류에 의해서만 전압이 유기된다.
상기 제3 권선(25c)에 유기되는 전압은 램프전류의 방향에 따라서 극성이 반전되므로, 교류전압이 되어 전파정류회로(26)의 입력단자에 인가된다. 그리고, 전파정류회로(26)의 출력단자로부터 전파정류전압을 출력하고, 상기 전파정류전압이 저항(27)과 커패시터(31)의 병렬회로에 의해서 평활되어 직류전압이 된다. 상기 직류전압이 오차증폭기(28)의 반전입력단자(-)에 입력된다.
방전등(7)에서 램프전류가 정상상태에 있을 때는, 오차증폭기(28)의 반전입력단자(-)에 입력되는 직류전압은 기준전압(Vref)과 거의 같아지고, 이때는 오차증폭기(28)로부터의 출력은 거의 Vref와 같은 값이 된다. 따라서, 승산기(29)로부터의 전압파형은 도9A에 파형 V10으로 나타내는 것과 같이 정현파 전압원(21)으로부터의 정현파전압파형을 Vref배한 전압과 거의 동일한 전압파형이 된다. 콤퍼레이터(23)는 상기 승산기(29)로부터의 정현파전압파형과 삼각파신호원(22)으로부터의 삼각파신호를 비교해서, 승산기(29)로부터의 정현파전압이 삼각파신호원(22)으로부터의 삼각파신호전압보다도 높을 때 하이레벨신호를 출력하고, 승산기(29)로부터의 정현파전압이 삼각파신호원(22)으로부터의 삼각파신호전압 이하일 때 로우레벨신호 를 출력하므로, 콤퍼레이터(23)로부터 출력되는 펄스전압은 도9B에 나타내는 것과 같아진다. 따라서, 이때에 방전등(7)에는 도9D에 파형 V20으로 나타낸 것과 같은 전압파형이 인가된다.
이 상태에서, 방전등(7)의 램프전류가 증가하면, 전파정류회로(26)의 출력이 커져 오차증폭기(28)의 반전입력단자(-)에 입력되는 전압이 기준전압(Vref)보다도 커지고, 오차증폭기(28)로부터의 출력은 기준전압(Vref)보다도 작아진다. 따라서, 승산기(29)로부터의 전압파형은 도9A에 파형 V11로 나타내는 것과 같이, 정현파 전압원(21)으로부터의 정현파전압파형을 Vref배한 전압파형보다도 진폭이 작아진다. 즉, 승산기(29)로부터의 전압파형의 진폭이 작아진다.
이 때문에, 콤퍼레이터(23)로부터 출력되는 펄스전압은 도9C에 나타내는 것과 같이 t1의 구간에서 로우레벨기간이 길어지도록, 또, t2의 구간에서는 짧아지도록 제어된 펄스전압이 된다. 이 결과, 방전등(7)에 흐르는 전류파형은 도9D에 파형 V21로 나타내는 것과 같이 진폭이 작아져 램프전류의 증가가 억제된다.
또, 방전등(7)의 램프전류가 감소하면, 전파정류회로(26)의 출력이 작아져 오차증폭기(28)의 반전입력단자(-)로 입력되는 전압이 기준전압(Vref)보다도 작아지고, 오차증폭기(28)로부터의 출력은 기준전압(Vref)보다도 커진다. 따라서, 승산기(29)로부터의 전압파형의 진폭은 반대로 커지고, 콤퍼레이터(23)로부터 출력되는 펄스전압은 t1구간에서 로우레벨기간이 짧아지도록, 또, t2의 구간에서는 길어지도록 제어된 펄스전압이 된다. 이 결과, 방전등(7)에 흐르는 전류의 진폭이 커져 램프전류의 감소가 억제된다.
이와 같은 피드백제어에 의해서 방전등(7)에 흐르는 램프전류가 일정하게 유지된다. 또, 이와 같은 피드백제어에 의해서 램프전류의 한류작용효과를 얻을 수 있기 때문에, 인덕터(6)로서 용량이 작은 것을 사용해도 전체적으로는 충분한 한류작용을 얻을 수 있다. 따라서, 방전등을 안정적으로 점등 유지할 수 있다. 물론, 이 실시형태에서도 상술한 실시형태와 같이 단순한 제어로 전력변환효율의 향상을 꾀할 수 있다.
(제4 실시형태)
이 실시형태는 제3 실시형태와 같이, 램프전류를 검출해서 피드백제어하는 것이다. 또한, 제3 실시형태와 동일부분 또는 대응하는 부분에는 동일부호를 붙이고 상세한 설명은 생략하겠다.
도10에 나타낸 것과 같이, 도8의 정현파 전압원(21) 및 승산기(29)를 대신해서 전압제어발진기(VCO)(30)를 사용하고 있다. 그 외의 구성은 도8과 같다. 오차증폭기(28)로부터의 출력을 상기 전압제어발진기(30)에 공급하고, 상기 전압제어발진기(30)의 출력을 콤퍼레이터(23)에 공급하고 있다.
방전등(7)에서 램프전류가 정상상태에 있을 때는, 오차증폭기(28)의 반전입력단자(-)에 입력되는 전류전압은 기준전압(Vref)과 거의 같아지고, 이때는 오차증폭기(28)로부터의 출력은 거의 Vref와 같은 값이 된다. 이것에 의해, 전압제어발진기(30)는 도11A에 파형 V30으로 나타내는 것과 같이 기준주파수(fL)의 정현파전압을 출력한다.
이 때 콤퍼레이터(23)로부터 출력되는 펄스전압은 도11B에 나타내는 것과 같 아진다. 따라서, 방전등(7)에는 도11D에 파형 V40으로 나타내는 것과 같은 전류가 흐른다.
이 상태로 방전등(7)의 램프전류가 증가하면, 전파정류회로(26)의 출력이 커져서 오차증폭기(28)의 반전입력단자(-)에 입력되는 전압이 기준전압(Vref)보다도 커지고, 오차증폭기(28)로부터의 출력은 기준전압(Vref)보다도 작아진다. 이것에 의해, 전압제어발진기(30)는 도11A에 파형 V31로 나타내는 것과 같이 출력되는 정현파전압의 주파수를 기준주파수(fL)보다도 높게 한다.
전압제어발진기(30)가 출력하는 정현파전압은 콤퍼레이터(23)에서 삼각파신호원(22)으로부터의 삼각파신호전압과 비교된다. 콤퍼레이터(23)는 전압제어발진기(30)로부터의 정현파전압이 삼각파신호원(22)으로부터의 삼각파신호전압보다도 높을 때 하이레벨신호를 출력하고, 전압제어발진기(30)로부터의 정현파전압이 삼각파신호원(22)으로부터의 삼각파신호전압 이하일 때 로우레벨신호를 출력한다. 따라서, 전압제어발진기(30)가 출력하는 정현파전압의 주파수가 높아지면, 콤퍼레이터(23)로부터 출력되는 펄스전압은 도11C에 나타내는 것과 같이 변화한다. 이 결과, 방전등(7)에 인가되는 전압파형은 도11D에 파형 V41로 나타내는 것과 같이 주파수가 높아져 램프전류의 증가가 억제된다.
반대로, 방전등(7)의 램프전류가 감소하면, 전파정류회로(26)의 출력이 작아져 오차증폭기(28)의 반전입력단자(-)에 입력되는 전압이 기준전압(Vref)보다도 작아지고, 오차증폭기(28)로부터의 출력은 기준전압(Vref)보다도 커진다. 이것에 의해, 전압제어발진기(30)는 출력되는 정현파전압의 주파수를 기준주파수(fL)보다도 낮게 한다.
전압제어발진기(30)가 출력하는 정현파전압의 주파수가 낮아지면, 콤퍼레이터(23)로부터 출력되는 펄스전압도 그것에 따라서 변화되고, 방전등(7)에 인가되는 전압파형은 주파수가 낮아져 램프전류의 감소가 억제된다.
이와 같은 피드백제어에 의해서 방전등(7)에 흐르는 램프전류가 일정하게 유지된다. 그리고, 이와 같은 피드백제어를 행함으로써, 램프전류의 한류작용효과를 얻을 수 있으므로 인덕터(6)로서 용량이 작은 것을 사용해도 전체적으로 충분한 한류작용을 얻을 수 있다. 따라서, 방전등을 안정적으로 점등 유지할 수 있다. 물론, 이 실시형태에서도 상술한 실시형태와 같이 간단한 제어로 전력변환효율의 향상을 꾀할 수 있다.
(제5 실시형태)
이 실시형태는 예를 들면, 상술한 제2 실시형태, 즉, 도6에서 방전등(7)의 점등주파수를 fs, 콤퍼레이터(23)로부터 출력되는 펄스전압의 주파수를 fc(＞fs)로 했을 때, 정격부하를 사용한 공진부하회로의 출력전압주파수 특성에서, 주파수(fs)성분에서의 출력전압(Vs)과 주파수(fc)성분에서의 출력전압(Vc)이 Vs＞Vc가 되도록 설정한 것에 관해서 서술하겠다.
이와 같은 설정을 행함으로써, 정현파 전압원(21)으로부터의 정현파전압을 변화시킴으로써 부하인 방전등(7)에 공급되는 출력전압을 가변시킬 수 있어서 출력전압의 제어폭을 충분히 확보할 수 있다.
예를 들면, 도12에 나타내는 것과 같이, 삼각파신호원(22)으로부터의 삼각파 신호(S1)의 진폭을 1, 정현파 전압원(21)으로부터의 정현파신호(S2)의 진폭을 0.8로 하고, 방전등(7)의 점등주파수(fs)를 50kHz, 콤퍼레이터(23)로부터 출력되는 펄스전압의 주파수(fc)를 1MHz로 했을 경우, 콤퍼레이터(23)는 정현파신호(S2)의 전압이 삼각파신호(S1)의 전압보다도 클 때는 출력을 「1」, 정현파신호(S2)의 전압이 삼각파신호(S1)의 전압 이하일 때는 출력을 「0」으로 하기 때문에, 콤퍼레이터(23)로부터 출력되는 펄스폭 변조된 펄스전압파형은 도13에 나타낸 것과 같아진다.
그런데, 삼각파신호(S1)의 진폭을 「1」로 했을 때의 정현파신호(S2)의 진폭에 대해, 콤퍼레이터(23)로부터 출력되는 펄스전압파형에 포함되는 주파수(fs)성분과 주파수(fc)성분의 실효치를 나타내면 도14에 나타낸 것과 같아진다. 도14에서 그래프(g1)는 주파수(fs)성분의 실효치를 나타내고, 그래프(g2)는 주파수(fc)성분의 실효치를 나타내고, 그래프(g3)는 주파수(fs) 성분의 실효치와 주파수(fc)성분의 실효치를 가산한 값을 나타내고 있다.
도14의 그래프로부터는 예를 들면, 정현파신호(S2)의 진폭이 0.6일 때는 주파수(fs)성분의 실효치는 대략 0.4, 주파수(fc)성분의 실효치는 대략 0.7이 되고, 정현파신호(S2)의 진폭이 0.8일 때는 주파수(fs)성분의 실효치도 주파수(fc)성분의 실효치도 대략 0.6이 되고, 정현파신호(S2)의 진폭이 1.0일 때는 주파수(fs)성분의 실효치는 대략 0.7, 주파수(fc)성분의 실효치는 거의 0.4로 역전되는 것을 알 수 있다. 또, 정현파신호(S2)의 진폭이 0.4이상에서는, 주파수(fs)성분의 실효치와 주파수(fc)성분의 실효치의 합이 대략 1.13으로 일정해지는 것도 알 수 있다.
콤퍼레이터(23)로부터의 펄스전압을 구동회로(11)에 공급해서 인버터회로(2) 의 MOS형 FET(3)를 스위칭구동하고, 또, 상기 펄스전압을 반전회로(24)에서 반전해서 구동회로(12)로 공급해서 인버터회로(2)의 MOS형 FET(4)를 스위칭구동하면, 인버터회로(2)로부터 도15에 나타내는 펄스폭 변조된 출력전압이 발생하고, 제1 커패시터(5), 인덕터(6), 방전등(7) 및 제2 커패시터(8)로 이루어지는 공진부하회로에 공급된다. 이때, 부하인 방전등(7)에는 공진부하회로의 주파수 특성에 따른 출력이 공급된다.
즉, 인버터회로(2)로부터 출력되는 펄스폭 변조된 출력전압에 포함되는 각 주파수성분에 대해서 그 각 주파수성분에 대해서 공진부하회로의 게인에 따른 출력을 얻을 수 있으므로, 이것들을 합성한 출력이 최종출력이 되어 방전등(7)에 공급된다.
상기 방전등(7)에 공급되는 최종출력이 거의 정현파상의 출력으로 하기 위해서는 공진부하회로의 주파수 특성을 이용해서 주파수(fc)성분을 포함하는 고조파 성분을 감쇠시킬 필요가 있다.
또, 도14에 나타내는 그래프로부터 주파수(fs)성분의 실효치를 크게 하면, 주파수(fc)성분의 실효치가 작아지는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 정현파신호(S2)의 진폭이 0.6일 때는 주파수(fs)성분의 실효치는 대략 0.4, 주파수(fc)성분의 실효치는 대략 0.7이 되지만, 이 경우에서, 도16에 나타내는 공진부하회로의 등가회로에 대해서 전원(AC)로부터 각 주파수의 전력을 공급하면, 저항(R)에 양단간에 발생하는 출력전압으로서 도17에 실선의 그래프로 나타내는 특성을 얻을 수 있었다.
도16의 등가회로에서 Lr은 인덕터성분을 나타내고, Cf는 커패시터성분을 나 타내고, R은 방전등(7)의 정격동작시의 등가부하저항을 나타내고 있다.
또, 공진부하회로의 공진주파수(1/2π√Lr·Cf)는 주파수(fs)보다도 크고, 또한 주파수(fc)보다도 낮게 설정되어 있다.
도17에서의 실선의 그래프(g11)는 AC의 실효치가 대략 0.4인 경우를 나타내고 있고, 실선의 그래프(g12)는 AC의 실효치가 대략 0.7인 경우를 나타내고 있다. 이것은 정현파신호(S2)의 진폭을 0.6으로 했을 때에 상당한다.
도14로부터, 정현파신호(S2)의 진폭이 0.6일 때는 주파수(fs)성분의 실효치가 대략 0.4로, 주파수(fc)성분의 실효치가 대략 0.7이며, 그 실효치의 합은 거의 일정하다. 또, 정현파신호(S2)의 진폭을 0.8, 1.0으로 변화시키면 주파수(fs)성분의 실효치가 커지고, 주파수(fc)성분의 실효치가 작아지지만, 그 실효치의 합은 거의 일정하며 변화되지 않는다.
이것은 콤퍼레이터(23)로부터의 펄스전압으로 인버터회로(2)를 구동했을 때 인버터회로(2)로부터 출력되는 펄스폭 변조된 출력전압에서도 같아지는 것을 나타내고 있다. 즉, 정현파신호(S2)의 진폭을 0.6~1.0으로 변화시킨 경우에, 인버터회로(2)로부터의 출력전압에서 주파수(fs)성분의 실효치 및 주파수(fc)성분의 실효치는 각각 변화되지만, 그 실효치의 합은 거의 일정해진다.
또, 도17에서 AC의 실효치가 대략 0.4일 때의 주파수(fs)에서의 출력전압(Vs)과 AC의 실효치가 대략 0.7일 때의 주파수(fc)에서의 출력전압(Vc1)의 관계를 조사한 결과, 양자가 거의 같아지는 것 같은 Lr, Cr의 설정으로 되어 있을 경우, 정현파의 진폭을 0.4~1.0으로 변화시켜도 출력전압의 실효치는 거의 변화되지 않는 다.
바꿔 말하면, 주파수(fs)에서의 출력전압과 주파수(fc)에서의 출력전압이 거의 같아지는 관계에서는 정현파신호(S2)의 진폭을, 예를 들면 0.2~1.0으로 변화시켜도 방전등(7)에 공급되는 최종출력은 도18에 그래프(g3)로 나타내는 것과 같이 거의 변화되지 않는다는 것을 알 수 있었다.
그래서, 본 발명자들은 주파수(fs)에서의 출력전압(Vs)과 주파수(fc)에서의 출력전압(Vc)을 다르게 하는 것을 생각해, 도17의 특성으로부터 인덕터성분(Lr)이나 커패시터성분(Cf)을 변화시키든가 주파수(fc)를 변화시키면 Vs＞Vc로 설정할 수 있으므로 이것에 대해서 실험을 했다.
주파수(fc) 부근에서 출력전압이 크게 저하되도록 인덕터성분(Lr)이나 커패시터성분(Cf)을 설정해서 저항(R)에 양단간에 나타나는 출력전압 특성을 측정한 결과, AC의 실효치가 대략 0.4일 때는 도17에 점선의 그래프(g21)로 나타나는 특성을 얻을 수 있고, AC의 실효치가 거의 0.7일 때는 도17에 점선의 그래프(g22)로 나타나는 특성을 얻을 수 있었다. 그리고, 이 특성으로부터 AC의 실효치가 대략 0.4일 때의 주파수(fs)에서의 출력전압(Vs)과 AC의 실효치가 대략 0.7일 때의 주파수(fc)에서의 출력전압(Vc2)의 관계가 Vs＞Vc2가 되었다.
이와 같은 조건하에서 정현파신호(S2)의 진폭을 0.2~1.0으로 변화한 결과, 방전등(7)에 공급되는 최종출력은 도18에 그래프(g4)로 나타내는 것과 같이 변화되는 것을 알았다. 즉, 방전등(7)의 점등주파수를 fs, 콤퍼레이터(23)로부터 출력되는 펄스전압의 주파수를 fc(＞fs)로 했을 때, 방전등(7)의 정격동작시의 등가부하 저항을 사용한 공진부하회로의 출력전압의 주파수 특성에서, 주파수(fs)성분에서의 출력전압(Vs)과 주파수(fc)성분에서의 출력전압(Vc)이, Vs＞Vc가 되도록 설정하면, 정현파 전압원(21)으로부터의 정현파전압의 진폭을 변화시킴으로써 방전등(7)에 공급되는 출력전압을 가변시킬 수 있어서 출력전압의 제어폭을 충분히 확보할 수 있게 된다.
이것에 의해, 정현파 전압원(21)으로부터의 정현파전압의 진폭을 변화시켜서 방전등(7)을 조광제어할 수 있게 된다. 또, 점등하고 싶은 방전등(7)의 정격에 맞도록 출력을 제어하는 것도 간단히 할 수 있다.
또한, 도17의 실선의 그래프(g12)에서 주파수(fc)를 크게하면 주파수(fc)에서의 출력전압(Vc1)이 저하되는 것을 알 수 있다. 따라서, 정현파 전압원(21)으로부터의 정현파전압의 진폭을 변화시킴으로써 방전등(7)에 공급되는 출력전압을 가변시키려면 인덕터성분(Lr)이나 커패시터성분(Cf)을 변화시키지 않고 주파수(fc)를 크게해도 좋다.
또한, 이 실시형태는 제2 실시형태에 적용한 것에 대해서 서술했지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 제1 실시형태에도, 제3, 제4 실시형태에도 적용할 수 있다.
(제6 실시형태)
이 실시형태는 방전등(7)의 점등주파수를 fs, 콤퍼레이터(23)로부터 출력되는 펄스전압의 주파수를 fc(＞fs)로 했을 때, 방전등(7)의 정격동작시의 등가부하저항을 사용한 공진부하회로의 출력전압의 주파수 특성에서, 주파수(fs)성분에서의 출력전압(Vs)과 주파수(fc)성분에서의 출력전압(Vc)이 Vs＞Vc가 되도록 설정한 제5 실시형태에서, 또한 정격부하를 사용한 공진부하회로의 임피던스의, 방전등(7)의 점등주파수(fs)에 대한 편각을, -20°~40°사이에 설정하는 것을 조건으로 한 것이다.
즉, 인버터회로(2)에 공급되는 직류전압(VDC)에 대해서 원하는 전력을 방전등(7)에 공급하기 위한 인덕터성분(Lr)과 커패시터성분(Cf)의 조합은 무한히 존재한다. 이 때문에, 무효전력을 줄여서 회로손실을 저감하는 것을 단순히 인덕터성분(Lr)과 커패시터성분(Cf)의 조합에 의해서 규정하는 것은 곤란하다.
한편, 도16의 등가회로에서, 전원(AC)에서 본 공진부하회로의 임피던스(Z)는 Re(Z)+j·Im(Z)=jωLr+1/(1/R)+jωCf이 된다.
이것을 벡터로 나타내면, 도19에 나타내는 것과 같아진다. 이 때의 임피던스(Z)와 실수부의 Re(Z)가 이루는 각도가 편각이 된다. 즉, 편각=tan-1(Im(Z)/Re(Z))가 된다.
도19의 벡터로부터 편각을 작게 하면 허수부를 줄일 수 있다. 이것은 무효전력을 줄이게 된다. 따라서, 공진부하회로에서 무효전력을 줄여서 회로손실을 저감하려면 공진부하회로의 임피던스(Z)의 편각으로 규정하는 것이 가능하다.
예를 들면, 직류전압(VDC)=350V, 점등주파수(fs)=20kHz, 펄스전압의 주파수(fc)=200kHz로 하고, 방전등(7)의 정격동작시의 등가저항을 300Ω, 방전등(7)의 정격전류를 0.37A로 했을 때에, 편각을 -40°, -20°, 0°, 20°, 40°, 60°로 변화 시켜, 그 때의 인덕터성분(Lr)에 발생하는 전력(VA)을 플롯한 결과 도20에 나타내는 결과를 얻을 수 있었다.
이 도20의 결과로부터, 편각을 -20°~40°의 범위에서 설정하면 인덕터성분(Lr)에 발생되는 전력(VA)을 작게 할 수 있고, 무효전력을 줄일 수 있다. 특히, 0°~20°에서는 인덕터성분(Lr)에 발생하는 전력(VA)을 충분히 작게할 수 있고, 무효전력을 대폭 줄일 수 있다.
이에 비해, 편각이 -20°를 하회하면 인덕터성분(Lr)에 발생하는 전력(VA)이 급격히 증가한다. 또, 편각이 40°를 상회하면 동일하게 인덕터성분(Lr)에 발생하는 전력(VA)이 급격히 증가한다. 따라서, 편각이 -20°를 하회하는 범위나 편각이 40°를 상회하는 범위는 무효전력이 많아져서 회로손실이 커져 바람직하지 않다.
이와 같이, 편각을 -20°~40°의 범위로 설정함으로써, 인덕터성분(Lr)에 발생하는 전력(VA)을 작게 할 수 있어, 공진부하회로에서의 회로손실을 줄일 수 있다. 그리고, 인덕터성분(Lr)에 발생하는 전력(VA)을 작게 할 수 있으므로, 사용하는 인덕터(6)도 소형화할 수 있다.
(제7 실시형태)
이 실시형태는 방전등(7)의 점등주파수를 fs, 콤퍼레이터(23)로부터 출력된 펄스전압의 주파수를 fc(＞fs)로 했을 때, 방전등(7)의 정격동작시의 등가부하저항을 사용한 공진부하회로의 출력전압의 주파수 특성에서, 주파수(fs)성분에서의 출력전압(Vs)과 주파수(fc)성분에서의 출력전압(Vc)이 Vs＞Vc가 되도록 설정하고, 또한, 정격부하를 사용한 공진부하회로의 임피던스의 방전등(7)의 점등주파수(fs)에 대한 편각을, -20°~40° 사이에 설정한 제6 실시형태에서, 또한, 정격부하를 사용한 공진부하회로에 발생하는 부하전압에 포함되는 방전등(7)의 점등주파수(fs)성분의 실효치(VLrms)와, 인버터회로(2)의 출력전압에 포함되는 방전등(7)의 점등주파수(fs)성분의 실효치(Virms)가 거의 같아지도록 인버터회로(2)에 인가되는 직류전원(1)으로부터의 직류전원전압(VDC)을 설정하는 것을 조건으로 한 것이다.
도6에 나타내는 회로구성의 방전등 점등장치에서, 예를 들면, 방전등(7)의 점등주파수 fs=20kHz, 펄스전압의 주파수(fc)=200kHz, 삼각파신호원(22)으로부터의 삼각파신호에 대한 정현파 전압원(21)으로부터 발생하는 정현파전압의 변조도를 0.9, 방전등(7)의 정격전류를 0.37A, 램프전압을 113V로 하고, 직류전원(1)으로부터의 직류전원전압(VDC)에 대해서, 제1 커패시터(5), 인덕터(6), 방전등(7) 및 제2 커패시터(8)로 이루어지는 공진부하회로의 임피던스 편각을 0°로 설정하고, 직류전원전압(VDC)을 파라미터로서 각 직류전원전압(VDC)에 대한 인덕터성분(Lr)에 발생하는 전력(VA)을 구한 결과, 도21에 나타내는 결과를 얻을 수 있었다.
이 도21의 그래프는 직류전원전압(VDC)을 높게 할수록 인덕터성분(Lr)에 발생하는 전력(VA)이 저하되는 것을 나타내고 있고, 직류전원전압(VDC)을 높게 할수록 사용하는 인덕터(6)를 소형화할 수 있는 것을 나타내고 있다.
인버터회로(2)로부터 공진부하회로에 공급되는 출력전압은 펄스폭 변조형이며, 이 파형에는 정현파전압의 주파수성분과 펄스전압의 주파수성분이 포함되어 있 다. 그리고, 진폭 1의 삼각파신호를 진폭 0.9의 정현파전압으로 변조하고 있으므로, 인버터회로(2)로부터의 출력전압의 변조도도 0.9이다. 즉, 인버터회로(2)로부터의 출력전압은 도22에 나타내는 것과 같은 전압파형이 된다.
여기에 포함되는 변조신호성분은 Virms=VDC/(2√2)·α로서 나타낼 수 있다. 여기서, Virms는 인버터회로(2)의 출력전압에 포함되는 방전등(7)의 점등주파수(fs)성분의 실효치이며, α는 변조도이다.
이 실효치(Virms)를 정격부하를 사용한 공진부하회로에 발생하는 부하전압에 포함되는 방전등(7)의 점등주파수(fs)성분의 실효치(VLrms)와 거의 동일해지도록 설정함으로써, 직류전원전압(VDC)을 높게 설정할 수 있는 것이 가능해진다. 즉, 실효치(VLrms)는 램프전압에 상당하므로 상술한 예에서는 VLrms=113V가 된다. α=0.9가 되어 있으므로, 직류전원전압(VDC)은 상기식으로부터 355V가 된다. 이 전압치는 설정할 수 있는 직류전원전압(VDC)의 거의 상한치로 되어 있다. 또한, 직류전원전압(VDC)을 355V보다도 높게 하면, 필요한 인덕터성분(Lr)이나 커패시터성분(Cf)의 설정이 불가능해진다.
이와 같이, 직류전원전압(VDC)을 높게 설정할 수 있고, 이것에 의해 인덕터성분(Lr)에 발생하는 전력(VA)을 작게 할 수 있어, 공진부하회로에서의 회로손실을 줄일 수 있다. 또, 인덕터성분(Lr)에 발생하는 전력(VA)을 작게 할 수 있으므로 사용하는 인덕터(6)도 소형화할 수 있다.
(제8 실시형태)
이 실시형태는 도6에 나타내는 회로구성의 방전등 점등장치에서, 예를 들면, 방전등(7)의 점등주파수 fs=20kHz, 삼각파신호원(22)으로부터의 삼각파신호에 대한 정현파 전압원(21)으로부터 발생하는 정현파전압의 변조도를 0.9, 방전램프가 정격점등되고 있을 때의 임피던스를 부하로 했을 때의 점등주파수(fs)에서의 공진부하회로의 임피던스의 편각을 0°로 하고, 펄스전압의 주파수(fc)를 변화시켰을 때의 공진부하회로의 인덕턴스성분(Lr) 및 스위칭소자(3, 4)의 손실을 구한 것이다.
이 결과를 도23에 나타낸다. 이 도에서 알 수 있듯이, 펄스전압의 주파수(fc)=40kHz=2*점등주파수(fs)에서, 인덕터성분(Lr) 및 스위칭소자(3, 4)의 손실이 극소가 되고, 양 손실의 합도 펄스전압의 주파수(fc)=40kHz=2*점등주파수(fs)에서 극소가 된다.
또, 펄스전압의 주파수(fc)=500kHz 부근에는 인덕터성분(Lr)의 극소점이 있지만, 펄스전압의 주파수(fc)는 스위칭주파수이기도 하기 때문에 스위칭손실이 증가하고 있다.
따라서, 스위치소자(3, 4)의 스위칭손실(3, 4)의 양쪽의 손실을 크게 증가시키지 않고, 인덕터성분(Lr) 및 스위치소자(3, 4)의 양쪽의 손실의 저하를 꾀하려면 펄스전압의 주파수(fc)가 점등주파수(fs)의 5배 이하의 범위가 좋다. 즉, 본 실시예에서는 펄스전압의 주파수(fc)=30kHz~100kHz이며, 적합한 범위로서는 30kHz~50kHz이다.
(제9 실시형태)
이 실시형태는 상술한 각 실시형태의 방전등 점등장치를 구비한 조명기구에 대해서 서술하겠다.
도24는 조명기구(100)를 나타내고, 상기 조명기구(100)는 조명기구 본체(101)의 소켓(102)에 방전등(103)을 부착하고, 내부에 상술한 각 실시형태의 어느 것인가의 방전등 점등장치를 방전등 점등장치(104)로서 편입하여, 상기 방전등 점등장치(104)에 의해서 방전등(103)을 점등하도록 되어 있다.
이와 같이 해서, 상술한 각 실시형태의 방전등 점등장치를 구비한 조명기구를 실현할 수 있다. 즉 전력변환효율의 향상을 꾀할 수 있는 조명기구를 실현할 수 있다. 또, 피드백제어하는 방전등 점등장치를 사용한 경우는 더욱 인덕터(6)를 작게 해도 방전등을 안정적으로 점등유지할 수 있는 조명기구를 실현할 수 있다.
또, 주파수(fs)성분에서의 출력전압(Vs)과 주파수(fc)성분에서의 출력전압(Vc)이 Vs＞Vc가 되도록 설정한 방전등 점등장치를 사용한 경우는 출력전압의 제어폭을 충분히 확보할 수 있는 조명기구를 실현할 수 있다. 또한, 공진부하회로의 임피던스의 방전등의 점등주파수(fs)에 대한 편각을 -10°~40°사이에 설정함으로써, 또한 공진부하회로에 발생하는 부하전압에 포함되는 방전등의 점등주파수(fs)성분의 실효치(VLrms)와 인버터회로(2)의 출력전압에 포함되는 방전등의 점등주파수(fs)성분의 실효치(Virms)가 거의 같아지도록 직류전원전압을 설정함으로써, 회로손실을 저감할 수 있고, 인덕턴스를 소형화할 수 있는 조명기구를 실현할 수 있다.
본 발명은 무효전력을 저감할 수 있어 전력변환효율의 향상을 꾀할 수 있는 방전등 점등장치 및 조명기구로 이용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 스위치소자를 온, 오프제어해서 직류전원전압을 고주파전압으로 변환하는 인버터회로와,
    상기 인버터회로로부터 고주파전압이 공급되고, 인덕터, 커패시터 및 소정의 점등주파수(fs)로 점등되는 방전등을 구비하고, 방전등이 정격동작하고 있을 때의 임피던스에서 상기 점등주파수(fs)에 대한 편각이 -20°~40°사이에 설정되어 이루어지는 공진부하회로와,
    방전등의 점등주기보다도 짧은 주기로 상기 스위치소자를 온, 오프구동하는 펄스전압을 연속적으로 생성하고, 상기 펄스전압의 온폭을 상기 점등주기에 대응한 정현파전압의 파형변화에 따라서 펄스폭 변조하고, 상기 인버터회로로부터 상기 방전등에 거의 정현파상의 전류를 공급하는 제어를 행하는 제어회로와,
    를 구비한 것을 특징으로 하는 방전등 점등장치.
  2. 스위치소자를 온, 오프제어해서 직류전원전압을 고주파전압으로 변환하는 인버터회로와,
    상기 인버터회로로부터 고주파전압이 공급되고, 인덕터, 커패시터 및 소정의 점등주파수(fs)로 점등되는 방전등을 구비한 공진부하회로와,
    방전등의 점등주기보다도 짧은 주기로 상기 스위치소자를 온, 오프구동하는 펄스전압을 연속적으로 생성하고, 상기 펄스전압의 주파수(fc)가 상기 점등주파수 (fs)의 5배 이하의 범위로 설정되고, 상기 펄스전압의 온폭을 상기 점등주기에 대응한 정현파전압의 파형변화에 따라서 펄스폭 변조하고, 상기 인버터회로로부터 상기 방전등에 거의 정현파상의 전류를 공급하는 제어를 행하는 제어회로와,
    를 구비한 것을 특징으로 하는 방전등 점등장치.
  3. 스위치소자를 온, 오프제어해서 직류전원전압을 고주파전압으로 변환하는 인버터회로와,
    상기 인버터회로로부터 고주파전압이 공급되고, 인덕터, 커패시터 및 소정의 점등주파수(fs)로 점등되는 방전등을 구비한 공진부하회로와,
    방전등의 점등주기보다도 짧은 주기로 상기 스위치소자를 온, 오프구동하는 펄스전압을 연속적으로 생성하고, 상기 펄스전압의 온폭을 상기 점등주기에 대응한 정현파전압의 파형변화에 따라서 펄스폭 변조하고, 상기 인버터회로로부터 상기 방전등에 거의 정현파상의 전류를 공급하는 제어를 행하는 제어회로와,
    상기 방전등에 흐르는 램프전류를 검출하는 램프전류 검출수단과,
    상기 램프전류 검출수단이 검출하는 램프전류량에 따라서 온폭을 펄스폭 변조하려고 사용하는 점등주기에 대응한 정현파 전압파형의 주파수를, 램프전류가 일정해지도록 가변제어하는 피드백제어수단과,
    를 구비한 것을 특징으로 하는 방전등 점등장치.
  4. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어회로는,
    스위치소자를 온, 오프구동하는 구동주파수를 가변제어하면서 상기 방전등에 대해서 일정시간의 예열을 행하고,
    시동전압의 인가를 일정시간 행하고, 램프 시동 후는 점등유지 제어를 행하고,
    적어도 예열시의 기준구동 주파수로부터 시동전압 인가시의 기준구동 주파수로의 절환시에는 주파수를 서서히 변화시키는 제어를 행하고,
    점등유지 제어에서는 상기 방전등의 점등주기보다도 짧은 주기로 상기 스위치소자를 온, 오프구동하는 펄스전압을 연속적으로 생성하고,
    상기 펄스전압의 온폭을 상기 방전등의 점등주기에 대응한 정현파전압의 파형변화에 따라서 펄스폭 변조하고,
    상기 인버터회로로부터 상기 방전등에 거의 정현파상의 전류를 공급하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 방전등 점등장치.
  5. 제1항에 있어서,
    방전등이 정격동작하고 있을 때의 공진부하회로에 발생하는 부하전압에 포함되는 방전등의 점등주파수(fs)성분의 실효치(VLrms)와, 인버터회로의 출력전압에 포함되는 방전등의 점등주파수(fs)성분의 실효치(Virms)가 거의 같아지도록 직류전원전압을 설정한 것을 특징으로 하는 방전등 점등장치.
  6. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,
    제어회로는 펄스폭 변조의 변조도를 0.8이상으로 설정한 것을 특징으로 하는 방전등 점등장치.
  7. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 기재된 방전등 점등장치와,
    상기 방전등 점등장치를 갖는 조명기구 본체와,
    를 구비한 것을 특징으로 하는 조명기구.
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