JP5402023B2 - 点灯装置及びこの点灯装置を備える照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、ランプを点灯させる点灯装置に関するものである。

点灯装置の寿命末期時に点灯装置内にあるコンデンサの両端電圧やコンデンサに流れる電流に含まれるリップル成分により点灯装置の寿命を判断する技術がある。（例えば、特許文献１）

また、電解コンデンサのコンデンサ容量が低下したと判定するとき、スイッチング素子を強制的にオンにして過電流を流して過電流保護素子を溶断し、電源と放電灯点灯回路とを切り離す技術がある。（例えば、特許文献２）

また、コンデンサの寿命が検知されたときに、スイッチング周波数を高くして、コンデンサのリップル電流を小さくし、コンデンサの内部発熱を抑制して、コンデンサの破裂、破損までの時間を延長する技術があり、コンデンサの温度及びコンデンサの出力電流に基づいて、使用条件によるコンデンサのリップル電圧の変動を補正してその影響をなくす技術がある。（例えば、特許文献３）

特開２００６−２３６６６６号公報（段落「００２０」〜段落「００２２」、図４参照。） 特開２００７−２０７７０８号公報（段落「００１３」、図１参照。） 特開２０００−３５０４４８号公報（段落「００１３」、段落「００２４」、図１参照。）

しかしながら、電解コンデンサのコンデンサ容量が低下したときに過電流保護素子を溶断すると、電源と放電灯点灯回路とが切り離されるため、ランプが点灯中に突然ランプが消える恐れがあった。

また、電解コンデンサのリップル電圧が増加する、或いは内部の損失角の正接ｔａｎδが変化することにより、電解コンデンサのリップル発熱（リップル電流による自己発熱）が増大するため、電解コンデンサの温度上昇に伴って、電解コンデンサの経年劣化が加速される恐れがあった。また、電解コンデンサ内部の圧力が上昇して、電解コンデンサの安全弁が動作してミスト状の電解液が放出される恐れがあり、ユーザーはミスト状の電解液を煙と誤認して、火災と間違える恐れがあった。

また、点灯装置の寿命は、電解コンデンサの寿命が大きく影響しており、電解コンデンサが寿命になると、リップル電圧の変動が大きくなり、点灯装置の動作が不安定になることがあった。

本発明に係わる点灯装置は、入力される交流電圧を整流する電源整流回路と、この電源整流回路に接続され、平滑電圧を生成する電解コンデンサを有する直流電源回路と、上記電解コンデンサに接続され、上記平滑電圧を接続されるランプに対応する電圧に変換して上記ランプを点灯する点灯回路と、上記電解コンデンサに並列に接続され、上記電解コンデンサのリップル電圧を検出するとともに、この検出するリップル電圧が予め設定される基準電圧よりも下回るとき、上記ランプの明るさを低減させる寿命レベル信号を上記点灯回路に出力する寿命検知回路を備え、上記寿命検知回路の寿命レベル信号に応じて、上記電解コンデンサのリップル電圧が上記基準電圧と略等しくなるように上記点灯回路を制御して上記ランプの明るさを低減させる。

本発明によれば、リップル電圧に基づいてランプが消費する電力を制御できるとともに、電解コンデンサの寿命を延ばすことができる。

実施の形態１を示す点灯装置の回路ブロック図である。 実施の形態１を示す点灯装置の各部の動作を示す波形図である。 実施の形態１を示す点灯装置の各部の動作を示す波形図である。 実施の形態１を示す電解コンデンサの特性を示す特性図である。 実施例１に示す照明器具である。 実施例１を示す点灯装置のブロック図である。 実施例１を示す点灯装置の各部の動作を示す波形図である。 実施例１を示す点灯装置の各部の動作を示す波形図である。 実施例２を示す点灯装置の回路ブロック図である。 実施例２を示す他の点灯装置の回路ブロック図である。 実施例３を示す点灯装置の回路ブロック図である。 実施の形態２を示す点灯装置の回路ブロック図である。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態の点灯装置を示す回路ブロック図である。

点灯装置１０は、入力される交流電圧ＡＣをダイオードブリッジＤＢにより直流電圧に変換する電源整流回路２０と、この電源整流回路２０に接続され、変換された直流電圧を平滑する直流電源回路３０と、この直流電源回路３０で平滑される平滑電圧を変換して、接続されるランプＬＡを点灯する点灯回路４０と、直流電源回路３０及び点灯回路４０に接続され、直流電源回路３０のリップル電圧に応じて、ランプＬＡの点灯状態を変更する寿命レベル信号を点灯回路４０に出力する寿命検知回路５０と、を備える。

直流電源回路３０は、電源整流回路２０が整流した直流電圧を平滑して、平滑電圧を生成する電解コンデンサＣ１を備える。

点灯回路４０は、直流電源回路３０の電解コンデンサＣ１に充電された平滑電圧を、接続されるランプＬＡの種類に応じた電力に変換して出力する回路である。例えば、点灯装置１０に接続されるランプＬＡは、放電ランプ、ＬＥＤ、ハロゲンランプなどであり、例えば、点灯装置１０に接続されるランプＬＡが放電ランプである場合は、高周波電流を出力するインバータ回路を点灯回路４０として用い、点灯装置１０に接続されるランプＬＡがＬＥＤである場合は、定電流を出力する定電流回路を点灯回路４０として用いる。

寿命検知回路５０は、直流電源回路３０に並列に接続され、直流電源回路３０の平滑電圧からリップル電圧を検出するリップル電圧検出回路５１と、このリップル電圧検出回路５１が検出するリップル電圧が予め設定される基準電圧Ｌを下回るとき、寿命レベル信号を出力する検出信号判定回路５２と、を備える。

リップル電圧検出回路５１は、電解コンデンサＣ１に並列接続され、電解コンデンサＣ１が平滑する平滑電圧に対応するリップル電圧検出信号を出力する。このリップル電圧検出回路５１は、電解コンデンサＣ１により平滑された直流電圧に重畳されるリップル電圧のレベルを検出する回路であり、リップル電圧のレベルに応じて検出信号判定回路５２にリップル電圧検出信号を送出する回路である。

検出信号判定回路５２は、入力されるリップル電圧検出信号と予め設定される基準電圧Ｌを比較して、リップル電圧検出信号が基準電圧Ｌよりも下回るとき、この基準電圧Ｌよりも下回る割合に応じる寿命レベル信号を出力する。例えば、検出信号判定回路５２は、リップル電圧検出信号が予め設定される基準電圧Ｌ以上であれば、点灯回路４０に寿命レベル信号を出力せず、リップル電圧検出信号が予め設定される基準電圧Ｌ未満であれば、基準電圧Ｌを下回るレベルに応じる寿命レベル信号を点灯回路４０に出力する。

次に、電解コンデンサＣ１のコンデンサ容量の変化に伴って、リップル電圧が変化するときの点灯装置１０の動作について説明する。

図２は、電解コンデンサが初期時（新品時）のときの各部の特性を示す特性図であり、図２（ａ）は、電解コンデンサの電圧を示す図であり、図２（ｂ）は、リップル電圧検出回路が検出する電圧を示す図であり、図２（ｃ）は、ランプの明るさを示す図である。

電解コンデンサＣ１が初期状態のとき、リップル電圧は小さいので、リップル電圧検出回路５１の出力の変動も小さい。そのため、リップル電圧検出回路５１が出力するリップル電圧検出信号は、検出信号判定回路５２の基準電圧Ｌよりも高い状態となる。

したがって、リップル電圧検出信号が基準電圧Ｌよりも高い状態であるため、検出信号判定回路５２は、寿命レベル信号を出力せず、点灯回路４０は、ランプＬＡを通常点灯する。

図３は電解コンデンサが経年劣化していき、寿命に至る前の状態の各部の特性を示す特性図であり、図３（ａ）は、電解コンデンサの電圧を示す図であり、図３（ｂ）は、リップル電圧検出回路が検出する電圧を示す図であり、図３（ｃ）は、ランプの明るさを示す図である。

電解コンデンサＣ１が経年劣化して寿命（初期のコンデンサ容量に対して５０％に低下したとき）になるまで、コンデンサ容量が徐々に低下していくので、電解コンデンサＣ１のリップル電圧が徐々に大きくなる。このとき、リップル電圧検出回路５１が出力するリップル電圧検出信号のレベルも次第に大きくなる。

リップル電圧検出信号のレベルが次第に大きくなって、リップル電圧検出回路５１が出力するリップル電圧検出信号の下限値が、検出信号判定回路５２の基準電圧Ｌを下回るとき、検出信号判定回路５２は、寿命レベル信号を出力する。この寿命レベル信号は、基準電圧Ｌを下回った電圧値に応じた差分の信号である。例えば、リップル電圧検出信号が基準電圧Ｌを１Ｖ下回るとき、０．５Ｖの寿命レベル信号を出力し、リップル電圧検出信号が基準電圧Ｌを５Ｖ下回るとき、２．５Ｖの寿命レベル信号を出力する。

点灯回路４０は、寿命レベル信号が入力されると、寿命レベル信号のレベルに応じて、ランプＬＡの明るさを暗くして、ランプＬＡで消費される電力が低くなるように制御する。

ランプＬＡで消費される電力が低くなると、電解コンデンサＣ１に対する負荷（この場合は点灯回路４０及びランプＬＡによる消費電力）が軽減され、電解コンデンサＣ１のリップル電圧は小さくなる。

なお、寿命レベル信号の説明の便宜上、「リップル電圧検出信号が基準電圧Ｌを１Ｖまたは２．５Ｖ下回るとき」としたが、実際には、リップル電圧検出信号が基準電圧Ｌに達すると、ランプＬＡの明るさを低減して、ランプＬＡで消費される電力が少なくなるように制御して、電解コンデンサＣ１のリップル電圧を低減するので、リップル電圧検出信号が基準電圧Ｌを大きく下回ることがない。したがって、寿命検知回路５０が点灯回路４０に寿命レベル信号を出力して、リップル電圧検出信号が基準電圧Ｌとほぼ等しくなるように制御している。

次に、寿命検知回路５０の有無による電解コンデンサＣ１の経年劣化（コンデンサ容量の低下）の違いを説明する。

図４は、寿命検知回路の有無による経年時間と電解コンデンサのコンデンサ容量の関係を示す図である。

電解コンデンサＣ１のコンデンサ容量は、新品時のコンデンサ容量を１００％とすると、時間の経過とともにコンデンサ容量は低下していく。これは、電解コンデンサＣ１の内部の電解液が時間の経過とともに蒸発していくため、電解コンデンサＣ１のコンデンサ容量が徐々に低下する。

なお、この実施の形態において、電解コンデンサＣ１のコンデンサ容量が５０％まで経過するとき、電解コンデンサＣ１の寿命とする。

ここで、電解コンデンサＣ１の寿命時間について説明する。電解コンデンサＣ１などの部品の寿命時間をτ、故障モードごとの固有の定数をＡ、Ｅａ、絶対温度をＴ、ボルツマン定数をｋとするとき、τ＝Ａ・ｅｘｐ（Ｅａ／ｋＴ）という関係が成り立つというアレニウスの法則がある。一般的な電解コンデンサは、このアレニウスの法則により、使用温度が１０℃低下すると寿命が２倍に延びることが知られている。裏返して捉えると、使用温度が１０℃上昇すると寿命が半減すると言える。

したがって、電解コンデンサＣ１の経年劣化時は、電解コンデンサＣ１の内部電解液が減少していくことによりコンデンサ容量が低下し、リップル電圧が上昇する現象が起こる。この状態においては、リップル発熱も増加するため、加速的に内部電解液の減少が進行する。

また、電解コンデンサＣ１が経年劣化すると、電解コンデンサＣ１を流れる電流損失が大きくなるとともに、電解コンデンサＣ１の自己発熱が高くなる。したがって、電解コンデンサＣ１の自己発熱により温度が上昇するため、電解コンデンサＣ１の寿命を早めることに繋がる。

このように、電解コンデンサＣ１が使用される環境によって、電解コンデンサＣ１の寿命時間が変化することが分かる。

次に、この電解コンデンサＣ１の経年劣化を検出するときの点灯装置１０の動作を説明する。

この実施の形態に示す点灯装置１０では、電源整流回路２０が整流した脈流を電解コンデンサＣ１で平滑するため、電解コンデンサＣ１のピーク電圧値は脈流電圧のピーク電圧値に規制される。一方、電解コンデンサＣ１の平滑電圧のリップル電圧の下限は、コンデンサ容量とランプＬＡ及び点灯回路４０で消費される電力によって規制され、コンデンサ容量が低下する、或いはランプＬＡ及び点灯回路４０で消費される電力が増加すると、電解コンデンサＣ１のリップル電圧の下限は減少し、したがって、リップル電圧が高くなる。

電解コンデンサＣ１が新品時のとき、直流電源回路３０が平滑する平滑電圧は、電源整流回路２０が出力するピーク電圧が最大値（リップル電圧の上限値）となり、電解コンデンサＣ１のコンデンサ容量及びランプＬＡによって消費される電力に応じてリップル電圧の下限値が決まる。

したがって、新品時の電解コンデンサＣ１のコンデンサ容量に対する、経年劣化して低下した電解コンデンサＣ１のコンデンサ容量の割合に応じて、電解コンデンサＣ１が平滑する際に生じるリップル電圧は大きくなる。

そのため、寿命検知回路５０によって、電解コンデンサＣ１の経年劣化に伴う電解コンデンサＣ１のリップル電圧のレベルを検知してランプＬＡの点灯状態を変化させ、ランプＬＡにより消費される電力を軽減しているので、電解コンデンサＣ１のリップル電圧が所定の範囲内に収まり、また、電解コンデンサＣ１の自己発熱を抑える事ができる。

よって、図４に示したように、寿命検知回路５０の有無によって、電解コンデンサＣ１の寿命特性が変化し、寿命検知回路５０によって、電解コンデンサＣ１の寿命が長くなる。

また、電解コンデンサＣ１は、リップル電圧が大きくなるほど電解コンデンサＣ１を流れる電流損失（ｔａｎδ）が大きくなり、この電流損失により電解コンデンサＣ１は自己発熱する。

しかしながら、リップル電圧は、電解コンデンサＣ１のコンデンサ容量とランプＬＡに供給する電力に影響を受けるので、リップル電圧が基準電圧Ｌよりも下回るとき、ランプＬＡに供給する電力を低下させることで、リップル電圧が大きくなるのを抑えることができる。

したがって、電解コンデンサＣ１の電流損失を小さくできるので、電解コンデンサＣ１の自己発熱（リップル発熱）を小さくできる。

よって、電解コンデンサＣ１の温度上昇を抑えることができるので、寿命特性カーブを緩やかにでき、電解コンデンサＣ１の長寿命化ができる。

また、リップル電圧の大きさによって、ランプＬＡの明るさを変化させるので、ユーザーに点灯装置１０の寿命、特に電解コンデンサＣ１の寿命が近づいていることを報知することができる。

なお、本実施の形態では、基準電圧Ｌをリップル電圧の負側（リップル電圧の低い側）を基準に設定しているが、直流電源回路３０のリップル電圧の正側（リップル電圧の高い側）が変化する場合は、基準電圧Ｌを正側に設定してもよいし、基準電圧Ｌを正側、負側の両側に設定しても良い。

また、電解コンデンサＣ１のコンデンサ容量が大きいとき、リップル電圧は小さくなる。そのため、検出信号判定回路５２が検出するリップル電圧検出信号は、基準電圧Ｌよりも高くなるので、用いる電解コンデンサＣ１のコンデンサ容量に応じて基準電圧Ｌを適宜設定するとよい。

また、本実施の形態の点灯装置１０は、ランプＬＡによって消費される電力が、点灯回路４０などによって消費される電力と比較して非常に大きいため、リップル電圧が基準電圧Ｌを下回るときランプＬＡに供給する電力を制限する場合について説明したが、ランプＬＡによって消費される電力が小さい場合、点灯装置１０が正常に動作する範囲で、消費電力の大きい回路の動作を一時的に制限或いは停止するように制御してもよい。

また、本実施の形態では、電解コンデンサＣ１のコンデンサ容量が、初期のコンデンサ容量に対して５０％まで低下したときを寿命としたが、点灯装置１０に用いる電解コンデンサＣ１の種類による電気特性に応じて設定すればよく、電解コンデンサＣ１の寿命は、初期のコンデンサ容量に対して、コンデンサ容量が５０％まで低下したときに限定されない。

なお、電解コンデンサＣ１のコンデンサ容量は、点灯装置１０に通電していなくても時間の経過に伴って電解液が蒸発するためにコンデンサ容量が低下していく。また、電解コンデンサＣ１のコンデンサ容量の低下は、電解コンデンサＣ１が使用される環境による影響を大きく受ける。したがって、点灯装置１０に通電しているときに発熱する電子部品（電解コンデンサＣ１の自己発熱を含む。）の影響によって、電解コンデンサＣ１の寿命に与える影響が大きい（電解コンデンサＣ１の寿命が短くなる）ため、本実施の形態では、点灯装置１０に通電している場合の電解コンデンサＣ１の寿命特性を説明した。点灯装置１０に通電していない場合は、図４に示す電解コンデンサＣ１の寿命特性の傾きが緩やかになる。

実施例１．
本実施例は、本実施の形態に示す寿命検知回路及び点灯回路の具体的な構成を示すものである。

図５は、本実施例を示す照明器具である。
照明器具１００は、放電ランプＬＡ１に電力を供給する点灯装置１０ａを内蔵する器具本体１０１と、放電ランプＬＡ１を機械的に保持するとともに、放電ランプＬＡ１と点灯装置１０ａを電気的に接続するランプソケット１０２から構成される。

次に、図６を用いて、本実施例の点灯装置について説明する。
図６は、本実施の形態における点灯装置の寿命検知回路及び点灯回路の具体的な構成を示す回路ブロック図である。

点灯装置１０ａは、入力される交流電圧ＡＣをダイオードブリッジＤＢにより直流電圧に変換する電源整流回路２０と、この電源整流回路２０に接続され、変換された直流電圧を平滑する直流電源回路３０と、この直流電源回路３０で平滑される平滑電圧を変換して、接続される放電ランプＬＡ１を点灯する点灯回路４０ａと、直流電源回路３０及び点灯回路４０ａに接続され、直流電源回路３０の平滑電圧に応じて、放電ランプＬＡ１の点灯状態を変更する寿命レベル信号を点灯回路４０ａに出力する寿命検知回路５０ａと、を備える。

点灯回路４０ａは、直流電源回路３０が平滑する平滑電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路４１と、このインバータ回路４１のスイッチングを制御する制御回路４２と、放電ランプＬＡ１が接続されるとともに、接続される放電ランプＬＡ１にインバータ回路４１が変換する高周波電圧を供給する負荷回路４３を備える。

負荷回路４３は、一端がインバータ回路４１に接続され、他端に放電ランプＬＡ１が接続されるインダクタＬ１と、接続される放電ランプＬＡ１と並列に接続されるコンデンサＣ２と、一端に放電ランプＬＡ１が接続されるとともに、他端がインバータ回路４１に接続される結合コンデンサＣ３とを備え、インダクタＬ１、コンデンサＣ２の共振を利用して、接続される放電ランプＬＡ１を点灯させるとともに、結合コンデンサＣ３によって、この負荷回路４３内に流れる直流電流を制限する。

インバータ回路４１は、ドレイン端子が直流電源回路の正電位側に接続されるＦＥＴ Ｑ１と、ドレイン端子がＦＥＴ Ｑ１のソース端子に接続され、ソース端子が直流電源回路の負電位側に接続されるＦＥＴ Ｑ２とを備え、ＦＥＴ Ｑ１、及び、Ｑ２を交互にスイッチングして、直流電源回路３０が平滑する平滑電圧を高周波電圧に変換する回路である。

制御回路４２は、インバータ回路４１がスイッチング動作する動作周波数を決定するとともに、寿命検知回路５０ａが出力する寿命レベル信号を入力するときは、インバータ回路４１の動作周波数を変更する周波数設定回路４２ａと、この周波数設定回路４２ａが設定する動作周波数でインバータ回路４１のＦＥＴ Ｑ１、Ｑ２をＯＮ／ＯＦＦするインバータ制御回路４２ｂと、を備える。

周波数設定回路４２ａは、インバータ回路４１の発振周波数を決定する回路で、寿命検知回路５０ａから送出された信号を受け、その結果に基づき周波数を変更する回路である。負荷回路４３が、インダクタＬ１とコンデンサＣ２によるＬＣ共振回路で構成されているため、周波数が高くなるほど負荷出力（放電ランプＬＡ１に供給する電力）が低減する。

周波数設定回路４２ａは、寿命レベル信号が入力されるとき、入力される寿命レベル信号に応じてインバータ回路４１の発振周波数を変更する。

インバータ制御回路４２ｂは、周波数設定回路４２ａから指示される周波数により、ＦＥＴ Ｑ１，Ｑ２を交互にＯＮ／ＯＦＦさせる回路である。

寿命検知回路５０ａは、電解コンデンサＣ１に並列に接続されるリップル電圧検出回路５１ａと、このリップル電圧検出回路５１ａに接続されるとともに、点灯回路４０ａに接続される検出信号判定回路５２ａを備える。

リップル電圧検出回路５１ａは、直列接続される抵抗Ｒ１、Ｒ２を備え、この直列接続されるＲ１、Ｒ２は電解コンデンサＣ１に並列接続され、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点から電解コンデンサＣ１が平滑する平滑電圧に対応するリップル電圧検出信号を出力する。このリップル電圧検出回路５１ａは、電解コンデンサＣ１により平滑された直流電圧に重畳されるリップル電圧のレベルを検出する回路であり、リップル電圧のレベルに応じて検出信号判定回路５２ａにリップル電圧検出信号を送出する回路である。

検出信号判定回路５２ａは、直列接続される抵抗Ｒ３、Ｒ４によって制御電源電圧Ｖｃｃを分圧して基準電圧Ｌを生成する基準電圧設定回路５３ａと、この基準電圧設定回路５３ａが設定する基準電圧Ｌとリップル電圧検出回路５１ａが出力するリップル電圧検出信号とを比較するオペアンプＯＰと、このオペアンプＯＰの出力端子に接続され、オペアンプＯＰの出力に基づいて寿命レベル信号を生成する検出信号生成回路５４ａと、を備える。

検出信号生成回路５４ａは、一端がオペアンプＯＰの出力端子に接続される抵抗Ｒ５と、この抵抗Ｒ５の他端にカソード端子が接続され、アノード端子が周波数設定回路４２ａに接続されるダイオードＤ１と、を備える。

次に、本実施例の点灯装置の回路動作について説明する。

図７は、電解コンデンサが初期時（新品時）のときの各部の特性を示す特性図であり、図７（ａ）は、電解コンデンサの電圧を示す図であり、図７（ｂ）は、リップル電圧検出回路が検出する電圧を示す図であり、図７（ｃ）は、インバータ回路の発振周波数を示す図であり、図７（ｄ）は、放電ランプの明るさを示す図である。

電解コンデンサＣ１が初期時（新品時）のときは、リップル電圧の変動が小さく、リップル電圧検出回路５１が検出するリップル電圧は基準レベルよりも高い。したがって、リップル電圧検出回路５１は寿命レベル信号を出力しないため、インバータ回路４１の発振周波数は一定となり、放電ランプＬＡ１の明るさも一定となる。

図８は電解コンデンサが経年劣化していき、寿命に至る前の状態の各部の特性を示す特性図であり、図８（ａ）は、電解コンデンサの電圧を示す図であり、図８（ｂ）は、リップル電圧検出回路が検出する電圧を示す図であり、図８（ｃ）は、インバータ回路の発振周波数を示す図であり、図８（ｄ）は、ランプの明るさを示す図である。

電解コンデンサＣ１が経年劣化していくと、リップル電圧の変動が大きくなり、リップル電圧検出回路５１ａが検出するリップル電圧は基準電圧Ｌよりも下回るようになる。したがって、リップル電圧検出回路５１ａは、寿命レベル信号を出力して、インバータ回路４１は、寿命レベル信号に応じてインバータ回路４１の発振周波数を変動させる。そのため、放電ランプＬＡ１の明るさもインバータ回路４１の発振周波数に応じて変動する。

本実施例では、交流電圧ＡＣが２００Ｖのときについて説明する。なお、交流電圧ＡＣは、２００Ｖに限定されることなく、１００Ｖや２５４Ｖであってもよい。

直流電源回路３０の電解コンデンサＣ１が平滑した平滑電圧は、リップル電圧検出回路５１ａの抵抗Ｒ１、Ｒ２によって分圧されてリップル電圧検出信号が出力される。

このリップル電圧検出信号は、検出信号判定回路５２ａのオペアンプＯＰによって基準電圧Ｌと比較される。

例えば、電解コンデンサＣ１が新品時であり、放電ランプＬＡ１が１００％の明るさで点灯しているときのリップル電圧範囲（電解コンデンサが新品時の初期値）が５Ｖであったとする。

この場合、直流電源回路３０が平滑する平滑電圧は、最大値が２８２Ｖとなり、下限値が２７７Ｖとなる。

一方、直流電源回路３０が平滑する平滑電圧は、電解コンデンサＣ１のコンデンサ容量が低下すると、最大値が２８２Ｖと変化しないが、コンデンサ容量の低下する割合に応じて、下限値が低くなる（例えば、２５４Ｖ）ので、リップル電圧は大きくなる。

検出信号判定回路５２ａは、リップル電圧検出信号が基準電圧Ｌ以上であるとき、オペアンプＯＰから寿命レベル信号を出力しない。また、検出信号判定回路５２ａは、リップル電圧検出信号が基準電圧Ｌを下回るとき、オペアンプＯＰから基準電圧Ｌよりも下回る割合（リップル電圧が基準レベルＬを下回るとき、その下回る差分）に応じる寿命レベル信号を送出する。

周波数設定回路４２ａは、寿命レベル信号が入力されないときは、予め設定されている動作周波数で動作するように、インバータ制御回路４２ｂに周波数信号を出力し、寿命レベル信号が入力されるとき、寿命レベル信号に基づいて予め設定されている動作周波数よりも高い周波数信号をインバータ制御回路４２ｂに出力する。このときの動作周波数は、オペアンプＯＰで比較されたリップル電流検出信号が基準電圧Ｌよりも低くなるほど動作周波数が高くなる周波数信号をインバータ制御回路４２ｂに出力する。

なお、この実施例における周波数設定回路４２ａは、周波数設定回路４２ａから引き出される電流量に応じてインバータ回路４１を発振する周波数を決定しており、オペアンプＯＰを介して周波数設定回路４２ａから引き出す電流量を調整している。

周波数設定回路４２ａは、その差分が大きいほど、設定周波数を高く遷移させる。これにより、負荷出力が低減される（放電ランプＬＡ１に供給する電力が小さくなる）ため、リップル電圧は低下する。この動作の繰り返しにより、リップル電圧は、設定される基準レベルと等しくなるように制御され、電解コンデンサＣ１の容量低下時のリップル電流による自己発熱（リップル発熱）を低下させることができる。つまり、電解コンデンサＣ１のコンデンサ容量が低下したときの加速的な寿命の短縮を回避することができるので、電解コンデンサＣ１の寿命を延ばすことができる。

検出信号判定回路５２ａは、入力されるリップル電圧検出信号と予め設定される基準電圧Ｌを比較して、リップル電圧検出信号が基準電圧Ｌよりも下回るとき、この基準電圧Ｌよりも下回る割合に応じる寿命レベル信号を出力する。この検出信号判定回路５２ａは、リップル電圧検出回路５１ａが検出するリップル電圧検出信号に基づいて、放電ランプＬＡ１の点灯状態を変更する寿命レベル信号を出力する。例えば、リップル電圧検出信号が予め設定される基準電圧Ｌ以上であれば、インバータ回路４１の周波数が通常となるように寿命レベル信号を出力せず、リップル電圧検出信号が予め設定される基準電圧Ｌ未満であれば、基準電圧Ｌを下回ったレベルに応じて、インバータ回路４１の周波数をリニア（周波数を高く）に変更して、放電ランプＬＡ１を調光する。

なお、本実施例の検出信号判定回路５２ａは、オペアンプＯＰを用いる場合について説明したが、リップル電圧が基準電圧Ｌの範囲を下回るとき能動的にトランジスタを動作させて寿命レベル信号を生成してもよく、また、マイコンなどを用いて寿命レベル信号を生成してもよい。

この実施例では、直流電源回路３０が、電源整流回路２０が整流した直流電圧を平滑して、平滑電圧を生成する電解コンデンサＣ１を備えるコンデンサインプット方式である場合について説明した。

実施例２．
本実施例は、本実施の形態に示す点灯装置の具体的な構成を示すものである。また、本実施例は、実施例１に示す直流電源回路の構成が異なるものである。

本実施例において、実施例１に示す部分と同じ構成の部分は同符号を付し、説明を省略する。

図９を用いて、本実施例の点灯装置について説明する。
図９は、本実施例の点灯装置を示す回路ブロック図である。

点灯装置１０ｂは、交流電圧ＡＣをダイオードブリッジＤＢにより直流電圧に変換する電源整流回路２０と、この電源整流回路２０に接続され、電源整流回路２０が出力する電圧よりも高い電圧に昇圧するアクティブフィルタ回路３０ｂと、アクティブフィルタ回路３０ｂが出力する電圧を放電ランプＬＡ１に供給する電力に変換する点灯回路４０ｂと、アクティブフィルタ回路３０ｂが出力する電圧からリップル電圧を判断する寿命検知回路５０ａを備える。

アクティブフィルタ回路３０ｂは、インダクタＬ２と、ＦＥＴ Ｑ３と、ＦＥＴ Ｑ３のオン／オフを制御する昇圧チョッパ制御回路３１ａと、ダイオードＤ２と、電解コンデンサＣ１ａと、この電解コンデンサＣ１ａに並列に接続され、電解コンデンサＣ１ａの平均電圧を検出する直列接続された抵抗Ｒ６、Ｒ７を備える。

アクティブフィルタ回路３０ｂが出力する昇圧電圧は、昇圧チョッパ制御回路３１ａがＦＥＴ Ｑ３のスイッチングを制御して、抵抗Ｒ６、Ｒ７が検出する電圧（電解コンデンサＣ１ａの平滑電圧の平均値）が一定になるように制御されている。

寿命検知回路５０ａは、抵抗Ｒ１、Ｒ２が直列接続され、リップル電圧検出信号を出力するリップル電圧検出回路５１ａと、このリップル電圧検出回路５１ａが出力するリップル電圧検出信号と基準電圧Ｌを比較する検出信号判定回路５２ａとを備える。

電解コンデンサＣ１ａが初期（新品）状態で、電解コンデンサＣ１ａの電圧は、平均値の±５％程度が最大値、最小値となる。電解コンデンサＣ１ａが劣化した状態で、放電ランプＬＡ１が消費する電力を一定とする場合は、電解コンデンサＣ１ａの電圧は、平均値の±１０％程度が最大値、最小値となる。また、負荷が大きくなるほどリップル電流が大きくなる。

電解コンデンサＣ１ａが劣化した状態のとき、寿命検知回路５４ａにより、放電ランプＬＡ１が消費する電力をリップル電圧に応じて変化させると、電解コンデンサＣ１ａの電圧の最大値、最小値を、平均値の±７〜８％程度となるように制御される。

なお、本実施例では、電解コンデンサＣ１ａの平均電圧を検知する回路（直列接続する抵抗Ｒ６、Ｒ７）と、リップル電圧を検出するリップル電圧検出回路５１ａ（直列接続する抵抗Ｒ１、Ｒ２）をそれぞれ電解コンデンサＣ１ａに並列接続する場合について説明したが、図１０に示す点灯装置１０ｃの寿命検知回路５０ｂのように、複数の直列接続した抵抗Ｒ１ａ、Ｒ２ａ、Ｒ７ａを電解コンデンサＣ１ａに並列接続して、電解コンデンサＣ１ａの平均電圧を検知する回路とリップル電圧を検出するリップル電圧検出回路を１つに纏めて、電解コンデンサ電圧検出回路５１ｂとしてもよい。

この実施例では、電源整流回路２０で整流した直流電圧を昇圧するアクティブフィルタ回路３０ｂを有するアクティブフィルタ方式である場合について説明した。

実施例３．
本実施例は、本実施の形態に示す点灯装置の具体的な構成を示すものである。また、本実施例は、実施例１に示す点灯回路の構成が異なるものである。

本実施例において、実施例１に示す部分と同じ構成の部分は同符号を付し、説明を省略する。

図１１を用いて、本実施例の点灯装置について説明する。
図１１は、本実施例の点灯装置を示す回路ブロック図である。

まず、点灯装置１０ｄの構成について説明する。
点灯装置１０ｄは、入力される交流電圧ＡＣを脈流の直流電圧に変換する電源整流回路２０と、電源整流回路２０に接続され、変換された脈流の直流電圧をほぼ一定電圧となるように平滑する一次側電解コンデンサＣ１ｂを有する直流電源回路３０ｃと、一次側電解コンデンサＣ１ｂに接続されるとともに、接続されるＬＥＤランプＬＡ２に電力を供給する点灯回路４０ｃと、一次側電解コンデンサＣ１ｂのリップル電圧を検知する寿命検知回路５０ｃと、を備える。

点灯回路４０ｃは、一次側電解コンデンサＣ１ｂに接続されるフライバック回路４１ａと、フライバック回路４１ａに接続される二次側電解コンデンサＣ１ｃと、接続されるＬＥＤランプＬＡ２に流れる負荷電流を検出する電流検出回路４３と、電流検出回路４３が検出する電流がほぼ一定となるように、フライバック回路４１ａを制御する制御回路４２ｃと、を備える。

フライバック回路４１ａは、１次側の一端が一次側電解コンデンサＣ１ｂの高電位側に接続されるトランスＴ１と、トランスＴ１の１次側の他端に接続され、ＯＮ／ＯＦＦするスイッチング回路４４と、トランスＴ１の二次側の一端にアノード端子が接続されるダイオードＤ３と、を備える。

制御回路４２ｃは、負荷に流れる電流を決定する基準値を設定する基準値設定器ＤＥと、電流検出回路４３が検出する電流値と基準値設定器ＤＥの基準値とを比較する比較器ＣＰと、比較器ＣＰで比較した結果に応じて、スイッチング回路４４をオン／オフ制御する制御信号を生成するとともに、生成した制御信号を出力するスイッチング回路制御信号生成部ＰＱと、を備える。

スイッチング回路制御信号生成部ＰＱは、フォトトランジスタを備えて、点灯装置１０ｄの一次側と二次側とを電気的に絶縁している。

スイッチング回路４４は、ＦＥＴなどからなるスイッチング部ＳＷと、スイッチング回路制御部４２ｃに接続され、入力される制御信号に応じてスイッチング部ＳＷのオン／オフを切り替えるオン／オフコントローラＣＴを備える。

寿命検知回路５０ｃは、一次側電解コンデンサＣ１ｂのリップル電圧を検出し、検出したリップル電圧に応じた寿命レベル信号を制御回路４２ｃに出力する。

なお、本実施例の電源整流回路２０は、入力される交流電圧ＡＣを脈流の直流電圧に変換する場合について説明したが、入力される交流電圧ＡＣを入力される交流電圧ＡＣのピーク電圧よりも高い電圧まで昇圧する昇圧チョッパ型回路を用いてもよく、また、入力される交流電源ＡＣを入力される交流電源のピーク電圧よりも低い電圧まで降圧する降圧チョッパ型回路などを用いてもよい。

また、本実施例のスイッチング部ＳＷは、ＦＥＴを用いる場合について説明したが、バイポーラトランジスタなどの他の半導体スイッチング素子や、リレーなどの機械的スイッチング素子であってもよい。

また、本実施例では、スイッチング回路制御信号生成部ＰＱにフォトトランジスタを備えて、点灯装置１０ｄの一次側と二次側とを絶縁するとともに、オン／オフコントローラＣＴを介してスイッチング部ＳＷをオン／オフ制御する場合について説明したが、スイッチング回路制御信号生成部ＰＱは、オン／オフコントローラＣＴを介さずに直接スイッチング部ＳＷのオン／オフ制御をしてもよい。

次に、点灯装置１０ｄの動作について説明する。

トランスＴ１の一次側には、スイッチング回路４４のＯＮ／ＯＦＦ動作に応じて、一次側電解コンデンサＣ１ｂで平滑された電力が供給され、トランスＴ１の二次側には、トランスＴ１の一次側に流れる一次電流に応じた二次電流が流れ、トランスＴ１の巻数比に応じた二次電圧が発生する。

トランスＴ１の二次側に発生する二次電圧は、ダイオードＤ３によって整流されて、二次側電解コンデンサＣ１ｃに充電される。二次側電解コンデンサＣ１ｃに充電される電力は、接続されるＬＥＤランプＬＡ２に電力が供給される。

スイッチング回路制御信号生成部ＰＱが生成する制御信号は、ほぼ一定周波数の信号（例えば、１００ｋＨｚの周波数の制御信号）であり、比較器ＣＰによって比較した結果に応じて、スイッチング回路４４のオン／オフデューティーを変更する。例えば、比較器ＣＰによって電流検出回路４３が検出する電流値が多いと判断するときは、スイッチング回路４４のオン時間が短くなる制御信号を生成し、比較器ＣＰによって電流検出回路４３が検出する電流値が少ないと判断するときは、スイッチング回路４４のオン時間が長くなる制御信号を生成する。

次に、寿命検知回路５０ｃがリップル電圧を検出した場合の点灯装置１０ｄの動作について説明する。

一次側電解コンデンサＣ１ｂが劣化して、リップル電圧の変動幅が大きくなるとき、スイッチング回路４４のオン／オフデューティーを変更して、ＬＥＤランプＬＡ２に供給する電力を抑制する。

なお、本実施例では、寿命検知回路５０ｃを一次側電解コンデンサＣ１ｂに並列に接続して、一次側電解コンデンサＣ１ｂのリップル電圧を検出する場合について説明したが、寿命検知回路５０ｃを二次側電解コンデンサＣ１ｃに並列に接続して、二次側電解コンデンサＣ１ｃのリップル電圧を検出してもよい。

また、寿命検知回路５０ｃを、一次側電解コンデンサＣ１ｂ及び二次側電解コンデンサＣ１ｃにそれぞれ並列に接続して、一次側電解コンデンサＣ１ｂまたは二次側電解コンデンサＣ１ｃのうち、いずれか一方のリップル電圧が基準電圧Ｌを下回るときにＬＥＤランプＬＡ２が消費する電力を軽減するように制御してもよい。

また、一次側電解コンデンサＣ１ｂの寿命特性と、二次側電解コンデンサＣ１ｃの寿命特性が異なる場合、寿命が短い方に寿命検知回路５０ｃを備えると、点灯装置１０ｄを構成する回路構成が簡易になるとともに、一次側電解コンデンサＣ１ｂ及び二次側電解コンデンサＣ１ｃの寿命をともに延ばすことができる。このように、複数の電解コンデンサを備える点灯装置の場合、寿命が最も短い電解コンデンサに寿命検知回路を並列に備えるのが望ましい。

実施の形態２．
本実施の形態は、実施の形態１に示す点灯回路のリップル電圧検出回路の構成が異なるものである。

本実施の形態において、実施の形態１に示す部分と同じ構成の部分は同符号を付し、説明を省略する。

図１２は、本実施の形態の点灯装置の構成を示す回路ブロック図である。

点灯装置１０ｅは、入力される交流電圧ＡＣをダイオードブリッジＤＢにより直流電圧に変換する電源整流回路２０と、この電源整流回路２０に接続され、変換された直流電圧を平滑する直流電源回路３０と、この直流電源回路２０で平滑される平滑電圧を変換して、接続されるランプＬＡを点灯する点灯回路４０と、直流電源回路２０及び点灯回路４０に接続され、直流電源回路２０の平滑電圧に応じて、ランプＬＡの点灯状態を変更する寿命レベル信号を点灯回路４０に出力する寿命検知回路５０ｄと、を備える。

寿命検知回路５０ｄは、リップル電圧を検出するリップル電圧検出回路５１と、リップル電圧検出回路５１のリップル電圧検出信号を入力するとともに、入力するリップル電圧検出信号から電解コンデンサＣ１が寿命であるか否かを判別し、判別した結果に基づいて、寿命レベル信号を出力する検出信号判定回路５２ｂを備える。

検出信号判定回路５２ｂは、リップル電圧検出回路５１が検出するリップル電圧と基準電圧Ｌとを比較して基準電圧Ｌを下回る回数をカウントするカウント部５５を有し、このカウント部５５がカウントする回数が所定回数（例えば１２０回）に達するとき、リップル電圧が基準電圧Ｌを下回るレベルに応じた寿命レベル信号を点灯回路４０に出力する。

一般に電力会社が供給している商用電源（交流電源）は５０Ｈｚか６０Ｈｚであり、瞬時停電、電源サグが発生する時間は、約２秒以下である。そのため、カウント部５５がカウントする回数を１２０回程度とすると、瞬時停電、電源サグによって、リップル電圧検出回路５１が基準電圧Ｌを下回るリップル電圧検出信号を出力するとき、検出信号判定回路５２ｂが寿命レベル信号を出力するのを排除することができる。

このように、リップル電圧検出信号が基準電圧Ｌを下回る回数をカウントするので、交流電圧ＡＣが過渡的に変化するときなど、電解コンデンサＣ１が本来の寿命になっていないときに、リップル電圧検出信号が基準電圧Ｌを下回ることによって、点灯回路４０の出力が制限されることがなくなる。したがって、一時的に暗くなることによって、照明器具を使用しているユーザーが不快感を感じたり、照明器具の故障であると誤解したりすることがない。

１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ 点灯装置、２０ 電源整流回路、３０、３０ａ、３０ｃ 直流電源回路、３０ｂ アクティブフィルタ回路、３１ａ 昇圧チョッパ制御回路、４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ 点灯回路、４１ インバータ回路、４１ａ フライバック回路、４２、４２ｃ 制御回路、４２ａ 周波数設定回路、４２ｂ インバータ制御回路、４３ 電流検出回路、４４ スイッチング回路、５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ 寿命検知回路、５１、５１ａ リップル電圧検出回路、５１ｂ 電解コンデンサ電圧検出回路、５２、５２ａ、５２ｂ 検出信号判定回路、５３ａ 基準電圧設定回路、５４ａ 検出信号生成回路、５５ カウント部、１００ 照明器具、１０１ 器具本体、１０２ ランプソケット、ＡＣ 交流電圧、ＤＢ ダイオードブリッジ、Ｃ１、Ｃ１ａ、 電解コンデンサ、Ｃ１ｂ 一次側電解コンデンサ、Ｃ１ｃ 二次側電解コンデンサ、Ｃ２ コンデンサ、Ｃ３ 結合コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ３ ダイオード、Ｒ１〜Ｒ７、Ｒ１ａ、Ｒ２ａ、Ｒ７ａ 抵抗、Ｌ１、Ｌ２ インダクタ、Ｔ１ トランス、Ｑ１〜Ｑ３ ＦＥＴ、ＯＰ オペアンプ、ＳＷ スイッチング部、ＣＴ オン／オフコントローラ、ＰＱ スイッチング回路制御信号生成部、ＣＰ 比較器、ＤＥ 基準値設定器、ＬＡ ランプ、ＬＡ１ 蛍光ランプ、ＬＡ２ ＬＥＤ。

Claims (7)

1. 入力される交流電圧を整流する電源整流回路と、
   上記電源整流回路に接続され、平滑電圧を生成する電解コンデンサを有する直流電源回路と、
   上記電解コンデンサに接続され、上記平滑電圧を接続されるランプに対応する電圧に変換して上記ランプを点灯する点灯回路と、
   上記電解コンデンサに並列に接続され、上記電解コンデンサのリップル電圧を検出するとともに、この検出するリップル電圧が予め設定される基準電圧よりも下回るとき、上記ランプの明るさを低減させる寿命レベル信号を上記点灯回路に出力する寿命検知回路と、
   を備え、
   上記寿命検知回路の寿命レベル信号に応じて、上記電解コンデンサのリップル電圧が上記基準電圧と略等しくなるように上記点灯回路を制御して上記ランプの明るさを低減させることを特徴とする点灯装置。
2. 寿命検知回路は、検出するリップル電圧が予め設定される基準電圧を下回る回数をカウントするカウント部を備え、上記カウント部がカウントする回数が予め設定される規定回数を越えるとき、寿命レベル信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の点灯装置。
3. 入力される交流電圧を整流する電源整流回路と、
   上記電源整流回路に接続され、平滑電圧を生成する電解コンデンサを有する直流電源回路と、
   上記電解コンデンサに接続され、上記平滑電圧を接続されるランプに対応する電圧に変換して上記ランプを点灯する点灯回路と、
   上記電解コンデンサに並列に接続され、上記電解コンデンサのリップル電圧を検出するとともに、この検出するリップル電圧が予め設定される基準電圧よりも上回るとき、上記ランプの明るさを低減させる寿命レベル信号を上記点灯回路に出力する寿命検知回路と、
   を備え、
   上記寿命検知回路の寿命レベル信号に応じて、上記電解コンデンサのリップル電圧が上記基準電圧と略等しくなるように上記点灯回路を制御して上記ランプの明るさを低減させることを特徴とする点灯装置。
4. 寿命検知回路は、検出するリップル電圧が予め設定される基準電圧を上回る回数をカウントするカウント部を備え、上記カウント部がカウントする回数が予め設定される規定回数を越えるとき、寿命レベル信号を出力することを特徴とする請求項３に記載の点灯装置。
5. 点灯回路は、スイッチング素子と、このスイッチング素子を所定の周期でＯＮ／ＯＦＦ制御するとともに、寿命検知回路が寿命レベル信号を出力するときは、スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦする周期を変更する制御回路と、上記スイッチング素子に接続され、ランプに供給する電流または電圧を制限するインダクタ及びコンデンサと、を備えることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の点灯装置。
6. 点灯回路は、スイッチング素子と、このスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御して、予め設定される所定電流がランプに流れるように制御するとともに、寿命検知回路が寿命レベル信号を出力するときは、上記ランプに流れる電流を上記所定電流よりも少ない電流となるように制御する制御回路と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の点灯装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の点灯装置と、
   上記点灯装置を固定する器具本体と、
   を備えることを特徴とする照明器具。

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