WO2003105541A1

WO2003105541A1 - 無電極電球形蛍光ランプおよび放電ランプ点灯装置

Info

Publication number: WO2003105541A1
Application number: PCT/JP2003/007234
Authority: WO
Inventors: 容子松林; 健一郎高橋; 宮崎　光治; 小南　智; 倉地　敏明; 守竹田
Original assignee: 松下電器産業株式会社
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2003-12-18
Also published as: JPWO2003105541A1; EP1513377A1; CN1596565A; AU2003242025A1; US20040263093A1; US6977472B2

Abstract

無電極蛍光ランプ３と点灯回路４と口金とが一体に構成された電球形無電極蛍光ランプである。点灯回路４は、ＡＣ／ＤＣ変換部５と、無電極蛍光ランプ３を間欠駆動させる構成を有する、ＤＣ／ＡＣ変換部６と、位相制御された交流電圧のターン･オンを検出し、且つ、ＤＣ／ＡＣ変換部６に点灯期間と消灯期間との比を変える間欠指令信号を出力する構成を有する、調光制御部７とを含んでいる。そして、調光制御部７は、無電極蛍光ランプ３の点灯が不安定になる前に無電極蛍光ランプ３を消灯させる信号を出力する構成を有している。

Description

糸田 » 無電極電球形蛍光ランプおょぴ放電ランプ点灯装置技術分野

本発明は、放電ランプ点灯装置に関する。特に、無電極蛍光ランプを調光することができる無電極電球形蛍光ランプに関する。背景技術

蛍光ランプは、白熱電球に比べて効率が高く、且つ長寿命であることから地球環境保護並びに経済性の観点から広く普及している。そして近年、電極の無い無電極電球形蛍光ランプが、従来の有電極の電球形蛍光ランプに比べて寿命が数倍も長いことから経済的な光源として注目され、需要が増加する傾向にある。

また、蛍光ランプと点灯回路とが一体化された電球形蛍光ランプが、住宅、ホテル、レストランなどで省エネルギー光源として注目され、電球に代えてそのまま利用できる手軽さもあり普及しつつある。この電球形蛍光ランプは、有電極の蛍光ランプに加えて、無電極の蛍光ランプについても開発されている。

電球形蛍光ランプが普及するにつれ、調光可能な白熱電球と同様に、電球形蛍光ランプについても調光を行いたいというニーズが生まれてきている。より詳しく述べると、住宅やホテルでは、読書をしたり、あるいは家族との団欒を楽しんだりと人々は色々な生活行為を行っており、これらの生活行為に合わせた快適な光環境とするため、それぞれの場にふさわしい明るさとすることをユーザは望み、そのような機能を求める。電球は、放電により発光している訳でないので、単に供給電力を調整するだけで容易に調光することができる。一方、蛍光ランプの発光は、放電によるものであるので、電球のように供給電力を単に調整するだけでは、実際に使用できるレベルの、調光可能な蛍光ランプを実現することは難しい。

最近、電球の場合と同様に既存の電球用調光器を利用して明るさを変えたいというユーザーのニーズに応えて、電球用調光器に接続して調光点灯できる有電極の電球形蛍光ランプが開発された（例えば、特開平 1 1一 1 1 1 4 8 6号公報参照）。しかしながら、無電極の電球形蛍光ランプで調光可能なものは、いまだ開発されていないのが実情である。

また、有電極の電球形蛍光ランプでは、電極から電子を放出するため電極の予熱が必要であり、そのためにはある程度の大きさの電圧が必要となる。従って、有電極蛍光ランプを用いて調光を深くしていくと、調光電圧が電極の予熱に必要な電圧より低くなった途端に消灯してしまい、スムーズな調光を行うことができない。

本願出願人は、無電極電球形蛍光ランプでありながら、調光可能なものを開発して、そのようなランプを完成させることに成功したが、それでもなお、まだ不十分なところがある。例えば、低調光の場合においてランプの立ち消えやチラツキが生じ、スム一ズな調光動作を実現することができないことがある。

本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、スムーズな調光動作を実現できる無電極電球形蛍光ランプおよび放電ランプ点灯装置を提供することにある。発明の開示

本発明による無電極電球形蛍光ランプは、無電極蛍光ランプと、前記無電極蛍光ランプに高周波電圧を印加する点灯回路と、前記点灯回路に電気的に接続された口金とを備え、前記無電極蛍光ランプと前記点灯回路と前記口金とは一体に構成されており、前記点灯回路は、位相制御された交流電圧を直流電圧に変換する A C /D C変 m部と、前記直流電圧を高周波電圧に変換する D C ZA C変換部であって、当該高周波電圧を前記無電極蛍光ランプに印加して点灯させる点灯期間と、前記高周波電圧の発生を停止して前記無電極蛍光ランプを消灯する消灯期間とによって、前記無電極蛍光ランプを間欠駆動させる構成を有する、 D C/A C変換部と、前記位相制御された交流電圧のターン'オンを検出し、且つ、前記 D C/ A C変換部に前記点灯期間と前記消灯期間との比を変える間欠指令信号を出力する、調光制御部とをを含んでおり、前記調光制御部は、前記無電極蛍光ランプの点灯が不安定になる前に前記無電極蛍光ランプを消灯させる信号を出力する構成を有する。

ある好適な実施形態において、前記調光制御部は、第 1の調光制御信号入力部および第 2の調光制御信号入力部と、のこぎり波を発生するのこぎり波発生回路と、調光指令信号を発生する調光指令信号発生回路とを含んでおり、前記第 1の調光制御信号入力部は、フォト力ブラを介して、前記のこぎり波発生回路に接続されており、前記第 2の調光制御信号入力部は、前記調光指令信号発生回路に接続されている。

ある好適な実施形態において、前記のこぎり波発生回路および前記調光指令信号発生回路は、コンパレータに接続されている。

ある好適な実施形態において、前記調光制御部は、さらに、前記ターン'オンと前記 D C/A C変換部の間欠駆動の点灯とのタイミングを同期させる信号を出力する構成を有している。

ある好適な実施形態において、前記調光制御部は、コンデンサと抵抗とから構成された微分回路を含む、のこぎり波発生回路を有しており、前記微分回路は、前記位相制御された交流電圧のターン .オンおよびターン ·オフに同期したパルス波を発生するトランジスタのコレクタ端子に接続されており、前記微分回路の出力端子には、ダィオードのアノード側が接続されており、そして、前記ダイオードの力ソード側には、放電用トランジスタのベース端子が接続されており、前記放電用トランジスタのエミッタ端子には、電位調整用ダイォードが接続されており、前記放電用トランジスタのコレクタ端子とェミッタ端子間には、充放電用コンデンサが接続されており、それによって、前記位相制御された電圧のターン 'オンに同期した、のこぎり波が発生される。

ある好適な実施形態において、前記位相制御された交流電圧は、調光器によって位相制御された調光器出力電圧である。

本発明による放電ランプ点灯装置は、放電ランプと、位相制御された交流電圧を直流電圧に変換する A C/D C変換部と、前記直流電圧を高周波電圧に変換する D C / A C変換部であって、当該高周波電圧を前記放電ランプに印加して点灯させる点灯期間と、前記高周波電圧の発生を停止して前記放電ランプを消灯する消灯期間とによつて、前記放電ランプを間欠駆動させる、 D C/A C変換部と、前記位相制御された交流電圧のターン'オンを検出し、且つ、前記 D CZA C変換部に前記点灯期間と前記消灯期間との比を変える間欠指令信号を出力する、調光制御部とを備え、前記放電ランプは、無電極の放電ランプであり、前記調光制御部は、前記放電ランプの点灯が不安定になる前に前記放電ランプを消灯させる信号を出力する構成を有する。

ある好適な実施形態において、前記調光制御部は、さらに、前記ターン'オンと前記 D CZA C変換部の間欠駆動の点灯とのタイミングを同期させる信号を出力する構成を有する。

ある好適な実施形態において、前記放電ランプは、凹入部を有する放電バルブを有しており、前記放電バルブの前記凹入部には、誘導コイルが揷入されている。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施形態 1にかかる電球形無電極蛍光ランプ（放電ランプ点灯装置）の回路構成図である。

図 2は、実施形態 1の電球形無電極蛍光ランプの構成を模式的に示す断面図である。図 3は、実施形態 1の構成における各種波形を示す波形図である。

図 4 ( a ) は、位相制御角とオン ·デュティ比率との関係を示す波形図であり、図

4 ( b ) は、位相制御角ととオン 'デュティ比率との関係を示すグラフである。

図 5は、本発明の実施形態 2にかかる放電ランプ点灯装置の回路構成図である。図 6は、参考形態にかかる放電ランプ点灯装置の回路構成図である。

図 7は、非同期タイプの放電ランプ点灯装置の回路構成図である。

図 8は、図 7に示した放電ランプ点灯装置の各種波形図である。

図 9は、図 7に示した放電ランプ点灯装置の各種波形図である。発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。図 1は、本発明の実施形態 1にかかる放電ランプ点灯装置の構成を模式的に示している。そして、図 2は、本実施形態の放電ランプ点灯装置を、無電極電球形蛍光ランプとして構成したものの断面図である。

本実施形態の無電極電球形蛍光ランプは、無電極蛍光ランプ 3と、無電極蛍光ランプ 3に高周波電圧を印加する点灯回路 4 (回路基板 5 4 ) と、点灯回路 4 (回路基板 5 4 ) に電気的に接続された口金 5 6とを備えている。図 2に示した回路基板 5 4には、図 1に示した点灯回路 4が形成されている。具体的には、回路基板 5 4には、点灯回路 4に示した構成の配線が形成され、各々の回路部品が取り付けられている。図 2に示すように、無電極電球形蛍光ランプは、無電極蛍光ランプ 3と点灯回路 4 (回路基板 5 4 ) と口金 5 6とは一体に構成されている。ここで、無電極蛍光ランプ 3は、凹入部 1 7 aを有する放電バルブ 1 7を有しており、凹入部 1 7 aには、コア 1 6 aと巻線 1 6 bとからなる誘導コイル 1 6が揷入されている。巻線 1 6 bは、回路基板 5 4と電気的に接続されており、回路基板 5 4に周囲には、回路基板 5 4を収容するカバー 5 5が設けられている。カバー 5 5の下部には、口金 5 6 (例えば、白熱電球用 E 2 6型）が取り付けられており、口金 5 6は、回路基板 5 4と電気的に接続されている。この口金 5 6を白熱電球用ソケットにねじ込むことにより、電力が供給されて、無電極蛍光ランプ 3を点灯させることができる。口金 5 6を通して入力される交流電圧は、例えば、外部の位相制御装置（図 1中の調光器 2、典型的には、白熱電球用調光器等）によつて位相制御された交流電圧である。

図 1に示した点灯回路 4は、位相制御された交流電圧を直流電圧に変換する A C / D C変換部 5と、 A CZD C変換部 5で変換された直流電圧を高周波電圧に変換する D CZA C変換部 6と、調光制御部 7とを有している。なお、 A C /D C変換部 5、 D CZ A C変換部 6および調光制御部 7は、それぞれ、平滑化直流電圧変換部、インバータ部および検知部（検知手段）と称することも可能である。点灯回路 4は、商用電源 1の電圧を位相制御する調光器 2を介して、商用電源 1に接続される。そして、点灯回路 4は、調光器 2で位相制御された電圧のターン 'オンに応じて無電極蛍光ランプ 3を点灯する。商用電源、 1は、例えば 6 0 H z、 1 0 0 V の交流電源であり、これに調光器 2が接続される。調光器 2は、トライアツクを用いた位相制御を利用した調光器であり、典型的には、市販の白熱電球用調光器を用いることができる。

A CZD C変換部 5は、調光器 2から供給される位相制御された電圧を直流に変換する。この A CZD C変換部 5としては、例えばダイオード ·ブリッジと平滑用コンデンサなど、を利用したものを用いることができる。 D CZA C変換部 6は、変換した高周波電圧を無電極蛍光ランプ 3に印加して点灯させる点灯期間と、高周波電圧の発生を停止して無電極蛍光ランプ 3を消灯する消灯期間とによって、無電極蛍光ランプ 3を間欠駆動させる構成を有している。

図 1に示すように、本実施形態の D CZA C変換部 6は、発振部 8と、スィッチ回路 9、駆動回路 1 0、スィツチング素子（MO S F E T 1 1、 1 2 ) 、共振用インダクタ 1 3、共振用コンデンサ 1 4、 1 5とから構成されている。つまり、共振用コンデンサ 1 5に、誘導コイル 1 6が直列に接続され、さらに誘導コイル 1 6と共振用コンデンサ 1 5との直列回路は、共振用コンデンサ 1 4に並列接続されている。ここで、誘導コイル 1 6と無電極放電バルブ 1 7とによって、無電極蛍光ランプ 3が構成される。誘導コイル 1 6は、フェライト磁芯 1 6 aと卷線 1 6 bとで構成されており、放電バルブ 1 7が有する凹入部 1 7 aに配置されている。

調光制御部 7は、位相制御された交流電圧のターン'オンを検出し、且つ、 D CZA C変換部 6 (特に、スィッチ回路 9 ) に点灯期間と消灯期間との比を変える間欠指令信号を出力する構成を有している。また、調光制御部 7は、無電極蛍光ランプ 3の点灯が不安定になる前に、無電極蛍光ランプ 3を消灯させる信号を出力する構成となつている。さらに、本実施形態の調光制御部 7は、ターン ·オンと D C/A C変換部 6の間欠駆動の点灯とのタイミングを同期させる信号を出力する構成となっている。言い換えると、調光制御部 7は、同期形デューティ変調回路と呼ぶことができる。本実施形態の調光制御部 7は、図 1に示すように、調光制御信号入力部 A 18と、フォトカブラ 1 9と、のこぎり波発生回路 20と、調光指令信号入力部 B 21と、調光指令信号発生回路 22と、コンパレータ 23 (例えば、オペアンプを用いて構成されたコンパレータ）とから構成されている。フォトカプラ 1 9を用いることにより、調光制御信号入力部 A 1 8とのこぎり波発生回路 20との間を絶縁することとできるため、ノイズを低減することができ、性能を向上させることができる。調光器 2により位相制御された電圧を入力する調光制御信号入力部 A 18と、フォト力ブラ 1 9と、のこぎり波発生回路 20とによって、のこぎり波を発生する。さらに、調光指令信号入力部 B 21と、調光指令信号発生回路 22とによって調光指令信号を発生し、そして、のこぎり波をコンパレータ 23の非反転入力端子に、調光指令信号をコンパレータ 23の反転入力端子に接続することによって、これらの差電圧から、コンパレータ 23は間欠調光信号を発生する。

以下、本実施形態 1の構成の動作について簡単に説明する。

まず、商用電源 1の出力電圧は、調光器 2で位相制御され、次いで、この位相制御された交流電圧は、 AC/D C変換部 5で直流電圧に変換される。

次に、発振部 8の駆動周波数 f l (Hz) の出力で、 DCZAC変換部 6の MOS FET 1 1、 1 2の駆動回路 10が駆動して、 2つの M〇 SFET 1 1, 1 2が交互にオン、オフすることによって、 ACZDC変換部 5によって平滑化された直流電圧は高周波電圧に変換される。

次いで、この高周波電圧は、共振用インダクタ 13，共振用コンデンサ 14、 1 5、誘導コイル 16からなる共振回路に印加される。誘導コイル 16を流れる電流によつて、無電極放電バルブ 17内に交流電磁界が発生し、そして、この交流電磁界によつて供給されるエネルギーにより、無電極放電バルブ内に封入されている発光ガス（図示せず）は励起して発光する。発光ガスとしては、例えば、水銀、クリプトン、キセノンなど、あるいはこれらの混合ガスが用いられる。場合によっては、水銀の無い、希ガスのみのガスを用いることも可能である。

なお、この場合、位相制御された電圧のターン■オンのタイミングは調光制御部 7 によって検出され、このターン ·オンと同期した間欠指令信号のターン'オンが調光制御部 7で発生され、スィッチ回路 9に伝達される。間欠指令信号がスィッチ回路 9に伝達されている期間（オン期間、または無電極蛍光ランプ 3の点灯期間）においては、スィツチ回路 9はオンとなり、 MO S F E T l l、 1 2の駆動回路 1 0をオンさせる。これに対して、間欠指令信号がスィッチ回路 9に伝達されていない期間（オフ期間、または無電極蛍光ランプ 3の消灯期間）では、スィッチ回路 9はオフとなり、 M〇S F E T 1 1、 1 2の駆動回路 1 0がオフとなる。スィッチ回路 9がオンの期間中、 M 〇S F E T 1 1、 1 2は、駆動周波数 f 1 (H z ) で、交互に、オン ·オフを繰り返す。調光器 2によって位相制御された電圧の導通期間が変わることに応じて、調光制御部 7からの間欠指令信号によって決まるスィツチ回路 9のオン期間とオフ期間の比が変わり、これに応じて MO S F E T 1 1、 1 2のオン期間とオフ期間の比（デューティ比と呼ぶ）が変わる。つまり、このデューティ比を変えることで無電極蛍光ランプ 3への電気エネルギー入力が変わり、無電極蛍光ランプ 3の調光が行われる。

以下、図 3も加えて、調光制御部 7の動作を詳しく説明する。図 3は、位相制御信号 a、ターン'オン検出信号 b、のこぎり波 c、調光指令信号 d、間欠指令信号 e、光出力 f との関係を示し、 5つの図において、横軸は時間軸であり、この時間軸は、各図において共通尺度である。

図 3中の位相制御電圧 aは、まず、図 1の調光制御部 7における調光制御信号入力部 A 1 8に入力される。そして、この調光制御信号入力部 A 1 8で全波整流され、次いで、フォトカプラ 1 9を駆動するに適当な電圧（例えば 2 V) に減圧されてフォトカプラ 1 9に印加される。

調光器 2で位相制御された電圧がターン'オンすると同時に、フォト力ブラ 1 9に入力される全波整流された電圧がターン'オンする。次いで、フォトカプラ 1 9の立ち上がり時間（例えば 2 0 μ s ) 後に、フォト力ブラ 1 9に内蔵された発光ダイォードが発光する。

このダイォードの発光によってフォトカプラ 1 9を構成するトランジスタから、位相制御電圧 aのターン■オンおよびターン'オフに同期したパルス波が出力される。そして、のこぎり波発生回路 2 0において、単安定マルチバイブレータなどの I Cにより、フォトカプラ 1 9からのターン ·オン信号をトリガ入力とし、位相制御電圧 aのターン ·オンのみに同期したターン'オン検出信号 bを出力する。

このターン'オン検出信号 bをトランジスタのベース端子に接続し、ェミッタとコレクタ間に接続されたコンデサの充放電を行い、のこぎり波 cが出力される。 ' 一方、位相制御電圧 aは、図 1の調光制御部 7における調光制御信号入力部 B 2 1 に入力され、この調光制御信号入力部 B 2 1によって半波整流される。そして、調光指令信号発生回路 2 2で、位相制御された電圧の半波整流分が積分され、次いで、調光指令信号 dが出力される。

コンパレータ 2 3では、非反転入力端子にのこぎり波 cを入力し、反転入力端子に調光指令信号 dを入力し、両信号の電位差により間欠指令信号 eが出力される。

その後、間欠指令信号 eは、スィッチ回路 9に伝達され、間欠指令信号 eがオン期間のあいだ、 D C /A C変換部 6の MO S F E T 1 1、 1 2が駆動周波数 i l (Η ζ ) で駆動され、光出力 ίが得られる。

この間欠指令信号 eのオン状態は、のこぎり波 cの電位が調光指令信号 dの電位より高くなるまで持続される。電位関係が反転すると、間欠指令信号 eがオフとなり、スィツチ回路 9に伝達され、 MO S F E T l l、 1 2の駆動が停止し、消灯する。このようにして、のこぎり波 cの電位と調光指令信号 dの電位関係により間欠指令信号 eのデュティが決まり、そして、間欠指令信号オンの期間点灯、オフの期間消灯が繰り返されて、間欠調光が可能となる。

さらに、のこぎり波発生回路 2 0では、充放電用コンデンサの電荷が完全に放電された場合でも、ある一定の電位を確保するように設定されている _D 例えば、ェミッタ端子に順方向電圧約 0 . 6 Vのダイオードを 3個接続すると、のこぎり波 cの最低電位は約 1 . 8 Vとなる。また、のこぎり波は、位相制御された電圧のターン 'オンの信号をトリガとし充放電を行うため、位相制御された電圧の導通角が変化しても一定の波形を維持する。一方、調光指令信号 dは位相制御された電圧の半波整流分を積分しているため、その電位は変化し、のこぎり波 cのある一定電位（最低電位）以下になると、間欠指令信号 eが全てオフ期間となり、位相制御された電圧のある導通角以下では（のこぎり波 cの最低電位と調光指令信号 dの電位が等しくなる導通角以下では）、 DCZAC変換部 6の MOS FET 11、 12の駆動が停止し消灯する。

このように、のこぎり波の最低電位を調整することにより、調光器 2からの位相制御された電圧の任意の位相レベルで、 DCZAC変換部 6の MOSFET 1 1， 12 の駆動を停止し、消灯することが可能となる。

次に、図 4を加えて、本実施形態における位相制御された電圧の導通角と、間欠指令信号のオン'デュティとの関係を説明する。

図 4 (a) は、位相制御電圧 aと間欠指令信号 eとの関係を示している。ここで、 ( i) は、位相制御角が約 0度、（ii) は位相制御角が約 90度、（iii) は位相制御角が約 120度の場合を示している。そして、位相制御電圧 a、間欠指令信号 bの波形を示す 6つの図における横軸は時間軸であり、この時間軸は各図において共通尺度である。

図 4 (a) の位相制御電圧 aは、まず、図 1の調光制御部 7における調光制御信号入力部 8に入力され、この調光制御信号入力部 A 18で整流される。次に、間欠指令信号発生部 19を介して間欠指令信号 bがスィッチ回路 9に伝達され、これによつて D CZAC変換部 6の M〇 SFET 11、 12が駆動周波数 f 1 (Hz) で駆動する。本実施形態では、図 4 (a) の（iii) から分かるように、位相制御電圧 aが残っていても、間欠指令信号 eをオフにするようにしている。つまり、調光制御部 7は、無電極蛍光ランプ 3の点灯が不安定になる前に、無電極蛍光ランプ 3を消灯させる信号を出力する。，

図 4 (b) は、位相制御角とオン ·デュティ比との関係を示しており、横軸は位相制御角 [度]、縦軸はオン 'デュティ比である。ここで、（I) は調光器 2の調光度を深くした場合の電気エネルギー供給不足領域であり、この領域では蛍光ランプ 3に印加される電圧が低く、立ち消えあるいはチラツキ等の現象が生じ得ることが本願発明者によって確認されている。

この電気エネルギー供給不足領域（I) は、位相制御角が 120度以上の範囲である。位相制御角が 1 2 0度以上になると、チラツキが現れ始める傾向があり、 1 5 0 度以上になると多くの人が不快に感じるようになり、より深い調光をすると立ち消えてしまう。無電極電球形蛍光ランプの特性のバラツキにより、位相制御角が 1 2 0度を越えてもちらつかないものもあるが、全てのランプについて確実にチラツキがないようにするためには、電気エネルギー供給不足領域（I ) を位相制御角が 1 2 0度以上の範囲とすることが好ましい。

また、位相制御角が 0から 1 2 0度までの間、即ちオン ·デュティ比が 1 0 0から 0になるまでは、図 4 ( b ) に示すように、位相制御角が大きくなるに従ってオン - デュティ比が直線的に減少する。つまり、この範囲において、位相制御角とオン -デュティ比と力傾きが負の略一次関数の関係となっている。そのため、調光器を操作したときに、この範囲において、ランプの発光出力も略位相制御角が大きくなるにつれ、ほぼ線形的に減少するので、ランプの調光が行いやすい。

本実施形態では、電気エネルギー供給不足領域（I ) までの間に、間欠指令信号 e のオン 'デュティ比を 0として、無電極蛍光ランプ 3を消灯させるため、チラツキや不点灯といった不具合を生じることはない。

なお、単安定マノレチバイブレータのオン時間幅 tは、 t = 0 . 6 9 3 R C ( I Cに付加される抵抗 Rとコンデンサ C ) によって自在に設定できるが、このオン時間幅が長い場合、充放電用のコンデンサの電荷が完全に放電され後も電荷の充電が開始されず、のこぎり波 cのオフ期間（最低電位の期間）が長くなる。このため、のこぎり波 cと調光指令信号 dとの差電圧による間欠指令信号のオン期間の調整範囲は狭くなり、その結果、 MO S F E Tの駆動期間の調整範囲が狭く、低い調光レベルが実現できなくなる。したがって、単安定マルチバイブレータのオン時間幅は、短ければ短いほど間欠調光指令信号のオン期間の調整範囲を広げることとなる。一方、のこぎり波は電荷の充放電による信号のため、安定したのこぎり波を得るためには、十分な放電時間を設定しなくてはいけない。そのため、例えばのこぎり波の最大出力レベルを約 4 V とする場合、その放電時間を考慮して、約 0 . 4 m sとすることが好ましい。

また、コンパレータ 2 3の代わりに、ヒステリシスをもつコンパレータを用いると、入力信号がノイズを含んでいる場合でも、不要な出力の反転が行われることがなく、その結果、チラツキが発生しない調光を行うことが可能となる。

以上、本実施形態 1の電球形無電極蛍光ランプによれば、調光制御部 7が、無電極蛍光ランプ 3の点灯が不安定になる前に無電極蛍光ランプ 3を消灯させる信号を出力する構成を有しているので、深い調光（低調光）を安定して行うことが可能となる。つまり、電球用調光器などで位相制御された交流電圧のターン ·オンを正確に検出し駆動を開始し、かつ蛍光ランプの始動に必要な印加電圧が得られる範囲内で駆動を停止し、チラツキを生じない、スムーズな調光動作を実現することができる。

なお、本実施形態では、電球形無電極蛍光ランプの形態の構成を示したが、蛍光体を有していない電球形無電極放電ランプの形態にしてもよい。すなわち、殺菌ランプのように放電バルブに蛍光体を塗布しない放電ランプであってもよい。また、用途は、 —般照明用に限定されず、例えば紅斑効果やビタミン Dの生成に有効な作用スぺクトルを有する健康線ランプや、植物の光合成や形態形成に有効な作用スぺクトルを有する植物育成用ランプを点灯するものであっても良い。さらに、図 1に示した回路図からも分かるように、本実施形態の構成は、電球形に限らず、無電極蛍光ランプ 3と点灯回路 4とが別々になっているような放電ランプ点灯装置（無電極放電ランプ点灯装置）であってもよい。

ここで、本実施形態の電球形無電極蛍光ランプにおいて点灯回路 4が無電極蛍光ランプ 3に印加する高周波電圧の周波数について簡単に説明する。本実施形態における当該周波数は、実用的に一般的に使用されている I S M帯の 1 3 . 5 6 MH zまたは数 MH zと比べると、 1 MH z以下（例えば、 5 0〜5 0 0 k H z ) の比較的低い周波数の領域となっている。この低周波数領域の周波数を使用する理由を述べると、次の通りである。まず、 1 3 . 5 6 MH zまたは数 MH zのような比較的高い周波数領域で動作させる場合、点灯回路（回路基板）内の高周波電源回路から発生するラインノィズを抑制するためのノィズフィルタが大型となり、高周波電源回路の体積が大きくなつてしまう。また、ランプから放射または伝播されるノイズが高周波ノイズの場合、高周波ノイズには非常に厳しい規制が法令にて設けられているため、その規制をクリア一するには、高価なシールドを設けて使用する必要があり、コストダウンを図る上で大きな障害となる。一方、 1 ΜΗ ζ〜5 0 k H _Z程度の周波数領域で動作させる場合には、高周波電源回路を構成する部材として、一般電子機器用の電子部品として使用されている安価な汎用品を使用することができるとともに、寸法の小さい部材を使用することが可能となるため、コストダゥンぉよび小型化を図ることができ、利点が大きい。ただし、本実施形態の無電極蛍光ランプは、 1 MH z以下の動作に限らず、 1 3 . 5 6 MH zまたは数 MH z等の周波数の領域においても動作させ得るものである。

実施の形態 2

次に、図 5を参照しながら、本発明の実施の形態 2を説明する。本実施形態の放電ランプ点灯装置は、上記実施形態 1で示した構成と類似しているが、位相制御された電圧のターン ·オンを検出するのこぎり波発生回路 2 0の構成が上記実施形態 1と異なり、本実施形態の構成では、 I Cを使わず、安価に構成することができる。

図 5は、本実施形態における位相制御された電圧のターン'オンを検出する回路を示しており、特に、のこぎり波発生回路 2 0の構成を示している。なお、上記実施形態 1と同一の構成は、同一の符号を付して、重複する説明は省略することとする。

図 5に示したのこぎり波発生回路 2 0は、微分回路 2 0 1とダイオード 2 0 2とトランジスタ 2 0 3とコンデンサ 2 0 4とを有しており、微分回路 2 0 1は、コンデンサと抵抗とから構成されている。当該のこぎり波発生回路 2 0は、フォト力ブラ 1 9 を介して、調光制御信号入力部 A 1 8に接続されており、そして、調光制御信号入力部 A 1 8は調光器 2に接続され、調光器 2は商用電源 1に電気的に接続されている。なお、フォト力ブラ 1 9と微分回路 2 0 1との間に電流増幅のためにトランジスタを本実施形態において、微分回路 2 0 1は、位相制御された交流電圧のターン■オンおよびターン■オフに同期したパルス波を発生するフォトカプラ 1 9のトランジスタのコレクタ端子に接続されている。微分回路 2 0 1の出力端子には、ダイオード 2 0 2のァノード側が接続されており、そして、ダイオード 2 0 2のカソード側には、放電用トランジスタ 2 0 3のベース端子が接続されている。放電用トランジスタ 2 0 3 のコレクタ端子とエミッタ端子間には、充放電用コンデンサ 2 0 4が接続されている。さらに、放電用トランジスタ 2 0 3のェミッタ端子には、電位調整用ダイオード 2 0 5が直列に 3個接続している。なお、電位調整用ダイオード 2 0 5のアノード端子が放電用トランジスタ 2 0 3のェミッタ端子に接続している。このような構成により、のこぎり波発生回路 2 0は、位相制御された電圧のターン 'オンに同期した、のこぎり波を発生することができる。

以下、本実施形態の動作について簡単に説明する。なお、本実施形態の構成でも、放電ランプの点灯原理は、上記実施形態 1の場合と同じであるので、重複した説明は省略する。

フォトカプラ 1 9からのパルス波により、微分回路 2 0 1の出力信号はパルス波の立上がりと立下りに同期した微分波となり、漏れ電流の低いダイオード 2 0 2を用いることにより立ち上がりに同期した微分波のみが、トランジスタ 2 0 3のベース端子に入力され、前記トランジスタ 2 0 3のコレクタ端子とエミッタ端子間に接続されたコンデンサ 2 0 4は、フォトカプラ 1 9の立上がりをトリガとして充放電を繰り返し、のこぎり波を発生する構成となっている。そして、放電用トランジスタ 2 0 3のエミッタ端子に、例えば順方向電圧約 0 . 6 Vの電位調整用ダイオード 2 0 5を 3個接続しているので、のこぎり波の最低電位は約 1 . 8 Vとなって、のこぎり波のベース電圧を底上げできる。また、のこぎり波は、位相制御された電圧のターン ' オンの信号をトリガとし充放電を行うため、位相制御された電圧の導通角が変化しても一定の波形を維持する。

本実施形態 2の構成にすると、高価な I C部品を使わず、安価な部品で構成することが可能である。本実施形態では、電位調整用ダイオード 2 0 5を 3個用いたが、 4 個以上でもよいし、 1個または 2個でもよい。また、ダイオードの替わりに定電圧電源を用いてもよい。なお、バッファ回路を付加し、出力インピーダンスを高めればなお良い。図 6は、本発明の実施形態と比較のために示す、参考形態としての有電極の放電ランプ点灯装置の回路図である。上述した実施形態 1と異なる点は、放電バルブ 1 7 ' が有電極であり、この有電極の蛍光ランプ 3 ' を点灯するために負荷共振回路の構成が異なる点だけである。なお、上記実施形態 1と同様の構成は、同一符号を付してその説明を省略する。

本参考形態の構成では、図 6に示すように、蛍光ランプ 3 ' 、共振用ィンダクタ 1 3、共振用コンデンサ 1 5、共振兼余熱用のコンデンサ 1 4とによつて構成された L C共振回路が、 MO S F E T 1 2のドレイン端子とソース端子間に接続されている。本参考形態の構成において、 L C共振回路のコンデンサ 1 4の両端に共振電圧として高電圧が発生すると、放電バルブ 1 7 ' 内の 2つの電極への余熱電流によって電極の温度が上昇し、そして、電極から熱電子が発生しやすくなると、放電バルブ 1 7 ' は絶縁破壌を起こし放電を開始する。放電バルブ 1 7 ' が放電を始めると共振用インダクタ 1 5により放電バルブ 1 7 ' を流れる電流を制限し安定した放電が維持される。本参考形態の調光制御部 7の構成と動作は、上記実施形態 1の場合と同様である。放電ランプ点灯装置の構成を図 6のような構成とすることにより、調光が比較的浅いときには、有電極の蛍光ランプを安定して調光点灯できる。し力、し、調光が深くなると、電極の予熱が不十分となって電子が放出されないようになり、ある程度の明るさから突然消灯してしまい、スムーズに調光できない。この点が本発明の放電ランプ点灯装置と異なる点である。

本参考形態の放電ランプ点灯装置は、有電極の蛍光ランプ 3 ' を含むものであるため、間欠駆動を行う点灯回路 4においては、本参考形態の有電極の蛍光ランプ 3 ' との組み合わせはあまり適しておらず、上記実施形態 1及び 2の無電極蛍光ランプ 3と組み合わせる方がより適している。つまり、間欠駆動はオンオフを繰り返す動作であるので、有電極の蛍光ランプ 3 ' の場合にはその電極の消耗が激しく、寿命が短くなつてしまうという問題が生じる。ここで、無電極放電ランプ 3の場合には、そもそも電極が存在しないので、そのような問題は生じない。

なお、本発明の上記実施形態 1では、調光制御部は 7は、ターン'ォ：変換部 6の間欠駆動の点灯とのタイミングを同期させる信号を出力する構成を有しているが、これは、同期させた方がより良好に調光動作を実行させることができるからである。

図 7に示した構成は、間欠駆動の点灯回路 4' でありながら、ターン'オンと DC/ A C変換部 6の間欠駆動の点灯とのタイミングを同期させることを意図していないものである。上記実施形態 1の構成と異なるのは、調光制御信号を発生させ、 DC/A C変換部（インバータ回路） 6に調光指令信号を送る調光制御部 7' の構成である。調光制御部 7 ' は、調光信号発生部 74と D C/A C変換部 6に調光指令信号を送る調光指令信号部 10とで構成されている。トライアツクで位相制御された調光器 2 からの出力は、半端整流器 71を介して半端整流され、その出力電圧（1 20Hz) と、基準周波数（120Hz) の基準電圧を発生する三角波発生回路 72の出力電圧とが、比較器 73で比較され、比較器 73から周波数が一定で、パルス波状の調光信号が出力される。この調光信号を調光指令信号部 10を介して DCZAC変換部 6に送り、 D C/AC変換部 6のオン時間とオフ時間とを変えて無電極蛍光ランプ 3の調光を行った。放電ランプとしては無電極蛍光ランプを用い、インバータ回路のスイツチング周波数 f 1は 200 kHzとし、スィツチング素子としては MOS FETを用いている。

図 7に示した構成の実験結果を図 8に示す。ここで、図 8に示した内容とともに、図 7に示した放電ランプ点灯装置の動作と特性についても説明する。

図 8は、 aから dの波形を示す波形図であり、横軸は時間軸であり、その時間軸は各波形図において共通尺度である。

図 8中の aは、調光器 2で位相制御された電圧の波形を示している。この図からわかるように、調光器 2のトライアツクの導通角は πに近づいており、したがって、なり深い調光が行われている。図 8の bは、図 8の aのような位相制御された電圧が点灯回路 4に入力されたとき、調光制御部 7から D CZA C変換部 6に送られる調光指令信号を示している。

図 8の aと bとを比較すると分かるように、ここでは、位相制御電圧のターン ·ォンと、調光指令信号のターン 'オンとは同期が取れていない。すなわち、位相制御電圧がターン .オンした後、調光制御部 7からの調光指令信号は時間 Δ tだけ遅れて D C/AC変換部に送られている。 M〇SFET 1 1、 1 2のドレイン電流は、無電極蛍光ランプ 3が始動するために大きなエネルギーを必要とし、図 8の cに示すように点灯する瞬間大きな電流が流れる。調光指令信号のターン ·オンが、位相制御電圧のターン .オンから Δ t時間だけ遅れることにより、 MOSFET 1 1、 1 2のドレイン電流の立ち上がりが遅れ、その分だけ無電極蛍光ランプ 3に供給される高周波電力の供給時間が減少し発光時間が短くなるだけでなく、位相制御電圧がターン■オンした直後の位相制御電圧がもっとも高い状態で D C/AC変換部の駆動が停止しているため、無電極放電ランプの発光出力の低下が大きい。

調光器 2によってさらに深い調光をしていくと、 MOSOSFET 1 1、 12のドレイン電流が減少し、その結果、無電極蛍光ランプ 3に供給される高周波電力が低減し、点灯するか消灯するかの閾状態に近い状態となる。

他の例では、図 9のようにずれが生じ、この例でも、同期がとれていないので、同様に、無電極蛍光ランプ 3に供給される高周波電力が低減し、点灯するか消灯するかの閾状態に近い状態となる。このような状態では、チラツキや立ち消えが生じ易くなり、また、深い調光を行う場合に、ずれ時間 Δ tがあまりに大きくなると、無電極蛍光ランプがまったく点灯できな、状態となる。

そのような不安定の状態が存在しても、本発明によれば、調光制御部は、ランプの点灯が不安定になる前にランプを消灯させる信号を出力する構成を有しているので、スムーズな調光を行うことができる。さらに、ここで、同期をとれば、より深い調光にしても不安定の状態が生じにくくすることができるため、それだけ実際の明るさを可変できる範囲（実際の調光の範囲）を広くとることができ、その結果、より優れた、調光可能な無電極放電ランプを実現することができるので好適となる。つまり、上記各実施形態に示した放電ランプ点灯装置（例えば、電球形無電極蛍光ランプ）よれば、調光器により位相制御された電圧を蛍光ランプに入力し、蛍光ランプを調光する場合、位相制御された電圧のターン'オンと DC/AC変換部 6を間欠駆動させるための間欠指令信号のターン'オンのタイミングを同期させ、位相制御された電圧の導通角が πに近づきランプ印加電圧が低下することに起因して放電ランプの点灯が不安定になる前に、蛍光ランプの消灯することができるので、安定な調光動作を実現することができる。

本発明の電球形無電極蛍光ランプおよび放電ランプ点灯装置によれば、調光制御部が、無電極蛍光ランプ（または放電ランプ）の点灯が不安定になる前に、無電極蛍光ランプ（または放電ランプ）を消灯させる信号を出力する構成を有しているので、チラツキを生じない、スムーズな調光動作を実現することができる。産業上の利用可能性

本発明は、無電極の放電ランプに適用する場合に有用であり、特に調光器に接続された無電極電球形蛍光ランプをちらつき無しでスムーズに調光させることができる点で産業上の利用可能性は高い。

Claims

言青求の範囲

1 . 無電極蛍光ランプと、

前記無電極蛍光ランプに高周波電圧を印加する点灯回路と、

前記点灯回路に電気的に接続された口金と

を備え、

前記無電極蛍光ランプと前記点灯回路と前記口金とは一体に構成されており、前記点灯回路は、

位相制御された交流電圧を直流電圧に変換する A C /D C変換部と、

前記直流電圧を高周波電圧に変換する D C /A C変換部であって、当該高周波電圧を前記無電極蛍光ランプに印加して点灯させる点灯期間と、前記高周波電圧の発生を停止して前記無電極蛍光ランプを消灯する消灯期間とによって、前記無電極蛍光ランプを間欠駆動させる構成を有する、 D C /A C変換部と、

前記位相制御された交流電圧のターン'オンを検出し、且つ、前記 D C /A C変換部に前記点灯期間と前記消灯期間との比を変える間欠指令信号を出力する構成を有する、調光制御部と

を含んでおり、

前記調光制御部は、前記無電極蛍光ランプの点灯が不安定になる前に前記無電極蛍光ランプを消灯させる信号を出力する構成を有している、無電極電球形蛍光ランプ。

2 . 前記調光制御部は、

第 1の調光制御信号入力部および第 2の調光制御信号入力部と、

のこぎり波を発生するのこぎり波発生回路と、

調光指令信号を発生する調光指令信号発生回路と

を含んでおり、

前記第 1の調光制御信号入力部は、フォト力ブラを介して、前記のこぎり波発生回路に接続されており、

前記第 2の調光制御信号入力部は、前記調光指令信号発生回路に接続されている、請求項 1に記載の無電極電球形蛍光ランプ。

3 . 前記のこぎり波発生回路および前記調光指令信号発生回路は、コンパレータに接続されている、請求項 2に記載の無電極電球形蛍光ランプ。

4 . 前記調光制御部は、さらに、前記ターン'オンと前記 D C/ A C変換部の間欠駆動の点灯とのタイミングを同期させる信号を出力する構成を有している、請求項 1に記載の無電極電球形蛍光ランプ。

5 . 前記調光制御部は、コンデンサと抵抗とから構成された微分回路を含む、のこぎり波発生回路を有しており、

前記微分回路は、前記位相制御された交流電圧のターン■オンおよびターン ·オフに同期したパルス波を発生するトランジスタのコレクタ端子に接続されており、前記微分回路の出力端子には、ダイオードのアノード側が接続されており、そして、前記ダイォ一ドのカソード側には、放電用トランジスタのベース端子が接続されており、

前記放電用トランジスタのェミッタ端子には、電位調整用ダイォードが接続されており、

前記放電用トランジスタのコレクタ端子とェミッタ端子間には、充放電用コンデンサが接続されており、それによつて、前記位相制御された電圧のターン ·オンに同期した、のこぎり波が発生される、請求項 1に記載の無電極電球形蛍光ランプ。

6 . 前記位相制御された交流電圧は、調光器によって位相制御された調光器出力電圧である、請求項 1から 5の何れか一つに記載の無電極電球形蛍光ランプ。

7 . 放電ランプと、

位相制御された交流電圧を直流電圧に変換する A CZD C変換部と、

前記直流電圧を高周波電圧に変換する D C Z A C変換部であって、当該高周波電圧を前記放電ランプに印加して点灯させる点灯期間と、前記高周波電圧の発生を停止して前記放電ランプを消灯する消灯期間とによって、前記放電ランプを間欠駆動させる、 D C/A C変換部と、

前記位相制御された交流電圧のターン'オンを検出し、且つ、前記 D CZA C変換部に前記点灯期間と前記消灯期間との比を変える間欠指令信号を出力する、調光制御部と

を備え、

前記放電ランプは、無電極の放電ランプであり、

前記調光制御部は、前記放電ランプの点灯が不安定になる前に前記放電ランプを消灯させる信号を出力する構成を有する、放電ランプ点灯装置。

8 . 前記調光制御部は、さらに、前記ターン ·オンと前記 D CZA C変換部の間欠駆動の点灯とのタイミングを同期させる信号を出力する構成を有する、請求項 7に記載の放電ランプ点灯装置。

9 . 前記放電ランプは、凹入部を有する放電バルブを有しており、

前記放電バルブの前記凹入部には、誘導コイルが挿入されている、請求項 7または 8に記載の放電ランプ点灯装置。