WO2008029655A1

WO2008029655A1 - Discharge lamp operation device and illumination device

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Publication number: WO2008029655A1
Application number: PCT/JP2007/066560
Authority: WO
Inventors: Naoki Onishi; Tetsuya Hamana; Keisuke Ueda; Kouichi Ikegami; Kazuhiko Tachibana; Takuya Sakai
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd; Ikeda Electric Co Ltd; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd; Panasonic Life Solutions Ikeda Electric Co Ltd
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2007-08-27
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2009-02-28
Also published as: US20100013393A1; CN101513129A; JP4608470B2; US7973493B2; JP2008059938A; EP2059097A4; EP2059097A1; CN101513129B

Description

明細書

放電灯点灯装置、及び照明装置

技術分野

[0001] 本発明は、放電灯点灯装置、及び照明装置に関するものである。

背景技術

[0002] 蛍光灯を代表とする放電灯を点灯させる放電灯点灯装置としては、商用交流電圧を直流電圧に変換し、この直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路を用レヽて放電灯を高周波で点灯させる電子安定器が一般的である。このような電子安定器は、外部から入力される調光信号の増減に応じて放電灯に供給する電力量を増減することにより、放電灯の明るさを変えることのできる調光機能を有するものがある。この調光機能付きの電子安定器は、省エネルギー用途や、演出用途として一般的に使用されている。このような調光機能付きの放電灯点灯装置は、例えば定格光出力の 10%以下といった低光束調光領域まで、光出力のばらつきや、ちらつき等の不安定現象が発生しな!/、安定した調光性能が要求されて!/、る。

[0003] このような要求に応えるために、放電灯点灯装置は、放電灯の点灯状態を検出して、入力される調光信号に応じて放電灯が所定の出力となるようにフィードバック制御を行うものが知られている。このフィードバック制御は、放電灯に流れるランプ電流を検出し、検出したランプ電流値が調光信号に応じた所定の電流値となるようにフィードバック制御するものや、放電灯に供給されるランプ電力を検出し、検出した電力値が調光信号に応じた所定の電力値となるようにフィードバック制御する方式が一般的に用いられている。

[0004] 図 11は、従来の放電灯点灯装置の代表的な構成を示す回路図である。直流電圧源 E1は、一般的に商用電源を全波整流回路で整流した後にコンデンサによって平滑する構成や、昇圧チヨツバ回路のような AC/DC変換回路により容易に構成することができ、直流電圧 Vdcを発生する。

[0005] この放電灯点灯装置は、直流電圧源 E1の正極と負極との間に、ハイサイド側のスイッチング素子 Q1と、ローサイド側のスイッチング素子 Q2と、抵抗 R1とを有する直列回路が接続されている。この放電灯点灯装置は、スイッチング素子 Ql , Q2を交互に高周波でスイッチングさせることにより、直流電圧 Vdcを高周波電圧に変換するハーフブリッジのインバータ回路 INV (交流出力回路）を構成している。

[0006] そして、放電灯点灯装置は、スイッチング素子 Q2と抵抗 R1との直列回路の両端が、インバータ回路 INVの出力端を構成している。この出力端間には、インダクタ L1とコンデンサ C1との直列回路が接続され、さらにコンデンサ C1の両端間には、コンデンサ C2と蛍光灯 (放電灯) FLとの直列回路が接続され、インダクタ Ll、コンデンサ C 1 , C2によって共振回路を構成しており、蛍光灯 FLには略正弦波状の高周波電圧が印加されて、蛍光灯 FLを高周波で点灯させて!/、る。

[0007] インバータ回路 INVの出力端間には、さらにトランス T1の一次巻線と直流カット用のコンデンサ C3との直列回路が接続されており、トランス T1の 2組の二次巻線の各両端 a, b及び c, dには、コンデンサ C4, C5を各々介して蛍光灯 FLのフィラメントの各両端が接続されており、トランス T1から蛍光灯 FLの各フィラメントを適宜加熱するための予熱電流が供給されて!/、る。

[0008] そして、スイッチング素子 Q2に直列接続している抵抗 R1は、スイッチング素子 Q2 を流れる電流を検出し、検出した電流の平均値によってインバータ回路 INVから出力される平均電力を等価的に検出している。抵抗 R1によって検出したインバータ回路 INVの平均電力は、抵抗 R2を介してオペアンプ OP1の反転入力端子に入力され、オペアンプ OP1の非反転入力端子には、外部から入力される調光信号 Vslのレべルに応じて調光指令値制御回路 5から出力される調光指令値電圧 ValOが入力されている。オペアンプ OP1は、反転入力端子と出力端子との間にコンデンサ C6が接続されており、これらの 2つの入力を比較して、互いの差分を表す出力電圧を変化させ

[0009] オペアンプ OP1の出力端子には、インバータ制御回路 6が接続されている。インバータ制御回路 6は、オペアンプ OP1の出力電圧に応じてスイッチング素子 Ql , Q2のスイッチング周波数を変化させる。これによつて、インバータ制御回路 6は、インバータ回路 INVの出力電力を制御し、インバータ回路 INVの出力電力に等価な抵抗 R1 の両端電圧が、調光指令値電圧 ValOと略同一となるようにフィードバック制御を行う。そして、調光指令値制御回路 5は、調光信号 Vslのレベルに応じて調光指令値電圧 ValOを適宜変化させることにより、インバータ回路 INVの出力電力を調光信号 Vs 1に応じて調整し、蛍光灯 FLの調光を行う。

[0010] また、蛍光灯 FLの一端と直流電圧源 E1の低圧側出力（グランドレベル）との間に接続された抵抗 R12, R13の直列回路と、抵抗 R13に並列接続されたコンデンサ C 12とは、直流電圧検出回路 2を構成する。この直流電圧検出回路 2は、蛍光灯 FLの両端電圧を抵抗 R12, R13で分圧し、コンデンサ C12によって平滑することで、蛍光灯 FLの両端に発生する高周波電圧の直流電圧成分を検出する。そして、蛍光灯 FL の寿命末期時における蛍光灯 FLの整流作用（半波放電によるランプ電流の非対称性）による直流電圧成分の増加を比較回路 20によって検出し、直流電圧成分が所定値以上となった場合には、比較回路 20からインバータ制御回路 6へ発振停止信号 V rlOを出力し、インバータ制御回路 6はスイッチング素子 Ql , Q2のスイッチング動作を停止させることで、寿命末期時における蛍光灯 FLや回路部品への過大なストレスの発生を防止している。

[0011] また、放電灯の低光束調光時における立ち消えを防止するために、放電灯の点灯状態をフィードバックして放電灯に直流バイアスを与える放電灯点灯装置もある。（例えば、特開 2002— 75681号公報）。

[0012] 上述のように、放電灯に流れるランプ電流や、放電灯に供給されるランプ電力を検出して、放電灯へ供給する電力をフィードバック制御する一般的な放電灯点灯装置は、調光比が低くなる（光出力が低下する）につれてランプ電流、ランプ電力が低下する。このため、例えば調光比が定格光出力の 10%以下といった低光束調光領域では、ランプ電流やランプ電力の検出値が微少な値となり、フィードバック制御の精度が悪化してしまう。このため、特に放電灯の周囲温度が低い場合には、放電灯の光出力が低下してちらつきが発生しやすくなる他、点灯を維持することが困難となつて立ち消えが発生するとレ、う課題があった。

[0013] 本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、光出力が低下した場合でも、放電灯の調光点灯時の安定性を向上させることができる放電灯点灯装置、及び照明装置を提供することにある。発明の開示

[0014] 本発明は、調光信号のレベルの増減に応じて放電灯に供給する電力量を増減させて放電灯の調光を行う放電灯点灯装置にお!/、て、前記放電灯に交流電力を供給する交流出力回路と、前記放電灯に印加される交流電圧に直流電圧を重畳させる直流重畳回路と、前記放電灯の両端に発生する電圧の直流電圧成分を検出する直流電圧検出回路と、前記直流電圧検出回路の検出値と外部からの調光信号とを入力し、前記直流電圧検出回路の検出値が第 1の閾値を上回った場合には、入力された調光信号よりも高いレベルの調光信号を出力し、前記直流電圧検出回路の検出値が第 1の閾値以下の第 2の閾値を下回った場合は、出力する調光信号のレベルを入力された調光信号のレベルにまで低減させる調光信号補正回路と、前記調光信号補正回路によって出力される調光信号のレベルの増減に応じて、前記交流出力回路が前記放電灯に供給する交流の電力量を増減させて放電灯の調光を行う制御回路とを備えることを特徴とする。

[0015] この発明によれば、放電灯点灯装置において、例えば周囲温度が低下し、放電灯の光出力が低下した場合でも、光出力の低下を抑制するように調光信号の補正がなされるので、光出力の低下によるちらつきや立ち消えの発生を防止し、放電灯の調光点灯時の安定性を向上させることができる。

[0016] また、本発明において、前記調光信号補正回路は、前記直流電圧検出回路の検出値が第 1の閾値を上回った場合はレベルが増大し、前記直流電圧検出回路の検出値が第 2の閾値を下回った場合はレベルが低減する調光信号を生成する補正手段と、外部から入力される調光信号のレベルと前記補正手段から出力される調光信号のレベルとを互いに比較し、 V、ずれか高レ、ほうのレベルに設定された調光信号を出力する高ィ直優先手段とを備え、前記制御回路は、前記高ィ直優先手段が出力する調光信号のレベルの増減に応じて、前記交流出力回路が前記放電灯に供給する交流の電力量を増減させて前記放電灯の調光を行うことが望ましい。

[0017] この発明によれば、調光信号補正回路の機能を実現できる。

[0018] 更に、本発明において、前記直流重畳回路は、少なくとも直流電圧成分を含む電圧源の両端間にインピーダンス要素を介して前記放電灯を接続して構成されていることが望ましい。

[0019] この発明によれば、直流重畳回路の機能を実現できる。

[0020] 更に、本発明は、前記調光信号補正回路によって出力される調光信号のレベルを変化させる時定数を、前記調光信号補正回路に入力される調光信号のレベルが変化する時定数より大きぐ且つ、前記直流電圧検出回路が直流電圧成分を検出する時定数より小さく設定することが望ましレ、。

[0021] この発明によれば、外部から入力された調光信号のレベルが急激に変化した場合でも、調光信号補正回路から出力される調光信号の過渡的な変化を安定させることができ、調光信号補正回路の過渡的な動作が安定する。

[0022] 更にまた、本発明は、前記調光信号補正回路が出力する調光信号が所定レベル以上のときに前記直流電圧検出回路の検出値が第 1の閾値を上回った場合に、前記交流出力回路から前記放電灯への交流電力の供給を停止させる手段を備えることが望ましい。

[0023] この発明によれば、放電灯の寿命末期時における放電灯や回路部品への過大なストレスの発生を防止できる。

[0024] 更にまた、本発明は、前記放電灯の両端に発生する電圧の交流電圧成分を検出する交流電圧検出回路と、前記交流電圧検出回路の検出値が第 3の閾値を上回つた場合に、前記交流出力回路から前記放電灯への交流電力の供給を停止させる手段とを備えてレ、ること力 S望ましレ、。

[0025] この発明によれば、ランプ異常による放電灯や回路部品への過大なストレスの発生を防止できる。

[0026] 更にまた、本発明は、前記第 1の閾値、前記第 2の閾値、前記第 3の閾値のうち、少なくとも 1つの閾値を、調光信号のレベルに応じて可変とすることが望ましい。

[0027] この発明によれば、閾値を調光信号のレベルに応じた最適な値とすることができ、調光信号の補正動作、放電灯の寿命末期状態の検出精度、ランプ異常状態の検出精度等を向上させることができる。

[0028] 更にまた、本発明において、前記交流出力回路は、複数の放電灯に交流電力を供給し、各放電灯の両端に発生する電圧の直流電圧成分を個別に検出する複数の直流電圧検出回路を備え、前記調光信号補正回路は、複数の直流電圧検出回路の検出値のうち、最もレベルの高い検出値に応じて調光信号を補正することが望ましい。

[0029] この発明によれば、回路部品や放電灯のばらつきによって各放電灯の光出力に差が生じても、光出力が低いほうの放電灯の状態に応じて調光信号レベルの補正動作が行われるため、複数の放電灯を備えた場合でも、いずれかの放電灯の光出力が極端に低下してちらつきや立ち消えを起こすことを防止している。

[0030] 更にまた、本発明は、少なくとも直流電圧検出回路の検出値及び外部からの調光信号が入力される入力ポートと、プログラムを実行することで、前記直流電圧検出回路の検出値が第 1の閾値を上回った場合には入力された調光信号よりも高いレベルの調光信号を出力し、前記直流電圧検出回路の検出値が第 2の閾値を下回った場合には出力する調光信号のレベルを入力された調光信号のレベルにまで低減させる演算手段と、前記演算手段が出力する調光信号のレベルに応じた調光指令値を出力する出力ポートとを備えるマイクロコンピュータを設けて構成しても良い。

[0031] この発明によれば、各機能を比較的安価なマイクロコンピュータを用いることで実現できるため、コスト削減や実装スペースの削減が可能になる。また、点灯させる放電灯の種類が異なる場合でも、プログラムの変更によって閾値等の変更が可能となり、設計変更を容易に行うことができる。

[0032] 更にまた、本発明は、放電灯と、当該放電灯を点灯させる請求項 1乃至請求項 9の何れか一項に記載の放電灯点灯装置と、前記放電灯点灯装置を収納する筐体と、前記放電灯を放電灯点灯装置に接続するソケットとを備えた照明装置にも適用され

[0033] この発明によれば、放電灯を備えた照明装置において、例えば周囲温度が低下し、放電灯の光出力が低下した場合でも、光出力の低下を抑制するように調光信号の補正がなされるので、光出力の低下によるちらつきや立ち消えの発生を防止し、放電灯の調光点灯時の安定性を向上させることができる。

図面の簡単な説明

[0034] [図 1]図 1は、第 1実施形態の放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。

[図 2]図 2は、ランプインピーダンスの特性を示す図である。 [図 3]図 3は、同上の放電灯点灯装置の動作を示す図である。

[図 4]図 4は、 (a)〜（c)第 2実施形態の放電灯点灯装置の動作を示す図である。

[図 5]図 5は、第 3実施形態の放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。

[図 6]図 6は、同上の放電灯点灯装置の動作を示す図である。

[図 7]図 7は、第 4実施形態の放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。

[図 8]図 8は、第 5実施形態の放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。

[図 9]図 9は、第 6実施形態の放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。

[図 10]図 10は、第 7実施形態の照明装置の外観を示す図である。

[図 11]図 11は、従来の放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0035] 以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

[0036] (第 1実施形態）

図 1は、第 1実施形態の放電灯点灯装置の構成を示す回路図であり、図 11に示す従来構成において、直流電圧源 E1の高圧側出力を、蛍光灯 FLとコンデンサ C2の接続点にインピーダンス要素である抵抗 Rl 1を介して接続することで、インバータ回路 INVから蛍光灯 FLに印加される高周波の交流電圧に微少な直流電圧成分を重畳させる直流重畳回路 1と、直流電圧検出回路 2が検出した蛍光灯 FLの直流電圧成分に基づいて調光信号を補正する調光信号補正回路 K1とを備え、調光信号補正回路 K1の出力が調光指令制御回路 5へ出力される。他の構成は、図 11に示す従来構成と同様であり、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

[0037] 本放電灯点灯装置によるインバータ回路 INVの高周波出力による蛍光灯 FLの点灯、予熱動作は従来構成と略同様であり、以下、第 1実施形態に係る放電灯点灯装置の調光動作につ!/、て説明する。

[0038] 調光信号補正回路 K1は、補正部 3 (補正手段）と、 OR回路部 4 (高値優先手段）とで構成されている。補正部 3は、直流電圧検出回路 2の検出値を第 1の閾値 Vthl及び第 2の閾値 Vth2と比較して (Vthl≥Vth2の関係を満たす）、その比較結果に応じたレベルの調光信号 Vs2を出力する機能を有している。調光信号 Vs2は、直流電圧検出回路 2の検出値が第 1の閾値 Vthlを上回った場合は、補正部 3によってレべルが増大され、直流電圧検出回路 2の検出値が第 2の閾値 Vth2を下回った場合は、補正部 3によってレベルが低減される。そして、 OR回路部 4は、外部から入力される調光信号 Vs 1のレベルと補正部 3から出力される調光信号 Vs2のレベルとを互!/ヽに比較し、 V、ずれかレベルが高!/、ほうの調光信号を出力する。

[0039] ここで、図 2は、蛍光灯 FLの調光に伴うランプインピーダンスの変化を図示したものである。特性 Ylaは常温時のランプインピーダンス特性を示し、特性 Ylbは低温時のランプインピーダンス特性を示す。蛍光灯 FLに代表される放電灯は、一般的に調光比が低くなると、ランプ電流の減少とともにランプの等価インピーダンスが増大する負性抵抗の特性を示す。図 2に示すように、調光信号 VsOのレベルが定格点灯 (Full) 付近におけるランプインピーダンスは比較的低ぐ例えば FHF32形の直管型蛍光灯の場合、 300 Ω程度のランプインピーダンスを示す。し力、し、調光信号 VsOのレベルが調光下限 (Dim)付近においては、ランプインピーダンスが急激に増加し、定格出力に対する調光比が 5%程度では、ランプインピーダンス特性 Ylaに示す常温時において 10k Q〜20k Q程度まで増加する。また、ランプインピーダンス特性 Ylbに示す低温時では、ランプインピーダンスがさらに増加し、例えば周囲温度が 0°C時には、 20k Q〜40k Q程度まで増加する。このこと力低温時において蛍光灯 FLの光出力が低下し、ちらつきや立ち消えが起こりやすくなる原因となっていた。

[0040] 第 1実施形態に係る放電灯点灯装置は、蛍光灯 FLに微少な直流電圧成分を重畳する直流重畳回路 1を備えて!/、る。ランプインピーダンスの低!/、定格点灯 (Full)付近においては、蛍光灯 FLの両端には、ほとんど直流電圧成分が発生しないが、ランプインピーダンスの高い調光時においては、蛍光灯 FLの両端には、直流電圧成分が発生する。

[0041] この直流重畳回路 1によって蛍光灯 FLの両端に発生する直流電圧成分 (ランプ電圧直流成分）は、直流電圧源 E1の直流電圧 Vdcと、抵抗 Rl l , R12, R13の抵抗値及びランプインピーダンスによる分圧比とによって決まる。このため、図 3に示すように、蛍光灯 FLの両端に発生する直流電圧成分は、ランプインピーダンスの増加に比例して増加する。すなわち、直流電圧成分は、調光信号 VsOのレベルが定格点灯（Ful 1)付近である場合には低くなり、調光信号 VsOのレベルが調光下限 (Dim)付近である場合には急激に増加する。なお、図 3において、特性 Y2aは常温時の直流電圧成分の変化を示し、特性 Y2bは低温時の直流電圧成分の変化を示す。

[0042] 補正部 3は、図 3に示すように、直流電圧検出回路 2が検出した直流電圧成分と第 1の閾値 Vthlとを比較し、直流電圧成分が閾値 Vthlより大きい場合には、出力する調光信号 Vs2のレベルを徐々に増加させる。そして、 OR回路部 4では、外部から入力される調光信号 Vslのレベルと補正部 3から出力される調光信号 Vs2のレベルとを互いに比較し、 V、ずれか高!/、ほうのレベルに設定された調光信号 VsOを出力する。したがって、外部からの調光信号 Vslのレベルが低く設定され、且つ周囲温度が低い場合には、直流電圧成分が閾値 Vthl以上に大きくなるので、調光信号 Vs2のレベルが増加して調光信号 Vslより大きくなり、 OR回路部 4は、調光信号 Vs2と同レべルの調光信号 VsOを出力する。

[0043] そして、調光指令値制御回路 5は、通常よりもレベルが増加する方向に補正された調光信号 VsOに基づいて調光指令値電圧 Valを出力し、オペアンプ OP1は、調光指令値電圧 Valとインバータ回路 INVの出力電力に等価な抵抗 R1の両端電圧とを比較して、互いの差分を表す出力電圧を変化させる。

[0044] オペアンプ OP1の出力端子は、インバータ制御回路 6に接続されている。インバータ制御回路 6は、オペアンプ OP1の出力電圧に応じてスイッチング素子 Ql , Q2のスイッチング周波数を変化させる。これによつて、インバータ回路 INVは、インバータ制御回路 6によって出力電力が制御される。このように放電灯点灯装置は、インバータ回路 INVの出力電力に等価な抵抗 R1の両端電圧力 S、調光指令値電圧 Valと略同一となるようにフィードバック制御を行う。そして、調光指令値制御回路 5は、調光信号 VsOのレベルに応じて調光指令値電圧 Valを適宜変化させることにより、インバータ回路 INVの出力電力を調光信号 VsOに応じて調整し、蛍光灯 FLの調光を行う。すなわち、調光指令値制御回路 5、オペアンプ ΟΡ1、抵抗 R2、コンデンサ C6、インバータ制御回路 6が、調光信号 Vs2のレベルの増減に応じてインバータ回路 INVが蛍光灯 FLに供給する交流の電力量を増減させることによって、蛍光灯 FLの調光を行う制御回路を構成している。

[0045] したがって、外部からの調光信号 Vslのレベルが低く設定された状態で、周囲温度が低い場合、従来は、蛍光灯 FLの光出力が低下して、ちらつきや立ち消えが発生していた。しかし、第 1実施形態の放電灯点灯装置は、補正部 3によって本来の調光信号 Vslよりレベルが高い調光信号 Vs2を優先して出力するようになり、低温時の光出力の低下を補正するように自動的に調光信号 VsOのレベルを調光信号 Vs2と同レべルまで増加させるように動作する。これによつて、放電灯点灯装置は、蛍光灯 FLのちらつきや立ち消えの発生を防止することができる。

[0046] 補正部 3による調光信号 Vs2のレベルを増加させる動作は、直流電圧検出回路 2 が検出する直流電圧成分が第 1の閾値 Vthlを下回るまで継続されるので、光出力の過度の低下を防止することができる。

[0047] そして、周囲温度の上昇や、調光信号 Vslのレベルの増加によって、ランプインピ一ダンスが低下し、直流電圧検出回路 2が検出した直流電圧成分が第 2の閾ィ直 Vth 2を下回ると、補正部 3は、調光信号 Vs2のレベルを徐々に低下させる。そして、調光信号 Vs2のレベルが調光信号 Vslのレベルを下回ると、 OR回路部 4は、調光信号 V siと同レベルの調光信号 VsOを出力する。すなわち、放電灯点灯装置は、 OR回路部 4によって本来の調光信号 Vslを優先して出力するようになり、調光信号 Vslに従つて通常の調光制御が行われる。

[0048] なお、上記第 1の閾値 Vthl、第 2の閾値 Vth2は、 Vthl≥ Vth2の関係を満たすように設定され、第 1の閾値 Vthlと第 2の閾値 Vth2との差は、例えば、調光信号を急激に変化させた場合等の過渡的な動作を考慮し、適宜設定すればよ!/、。

[0049] また、 OR回路部 4において、調光信号 VsOのレベルを変化させる時定数を、外部からの調光信号 Vslのレベルが変化する時定数よりも大きぐ且つ直流電圧検出回路 2の応答時定数より小さくなるように設定することが望ましい。これによつて、放電灯点灯装置は、例えば、外部から入力された調光信号 Vslのレベルが急激に変化した場合でも、調光信号補正回路 K1から出力される調光信号 VsOの過渡的な変化を安定させることができ、調光信号補正回路 K1の過渡的な動作を安定させることができる

〇

[0050] このように、蛍光灯 FLの両端の高周波電圧に重畳される直流電圧成分を検出することで、ランプインピーダンスを等価的に検出し、このランプインピーダンスの検出値に応じて調光信号 VsOのレベルを自動的に増減させることによって、光出力の低下によるちらつきや立ち消えの発生を防止し、調光点灯時の安定性を向上させている。

[0051] また、第 1実施形態の放電灯点灯装置において、周囲温度が低い時に、直流電圧検出回路 2が検出した直流電圧成分が第 1の閾ィ直 Vthlを上回るように設定されているが（図 3参照）、常温時においても直流電圧成分が第 1の閾ィ直 Vthlを上回るように設定してもよい。

[0052] なお、図 1に示す放電灯点灯装置の回路構成は一例であり、インバータ回路 INV、共振回路、フィラメント予熱回路、フィードバック制御回路の各構成は、図 1に示す構成に限定されるものではなぐ第 1実施形態で説明した各機能を備えるものであればよい。

[0053] (第 2実施形態）

第 2実施形態の放電灯点灯装置は、第 1実施形態に係る放電灯点灯装置の構成に蛍光灯 FL (放電灯）の寿命末期状態を検出する機能を付加したものである。この放電灯点灯装置の動作は、図 4 (a)、図 4 (b)、図 4 (c)に示される。なお、第 2実施形態に係る放電灯点灯装置の回路構成は、第 1実施形態に係る放電灯点灯装置と同様に図 1で示され、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

[0054] 一般に、放電灯の寿命が末期である時には、放電灯の整流作用（半波放電によるランプ電流の非対称性）が発生し、放電灯の両端電圧の直流電圧成分が増加する。しかし、ランプ電流の低下する低光束調光領域においては、放電灯の寿命末期においても放電灯の整流作用（半波放電によるランプ電流の非対称性）が弱ぐ放電灯の両端に十分な直流電圧成分が発生しないため、従来は放電灯の寿命末期状態の検出が困難であった。

[0055] 一方、第 2実施形態に係る放電灯点灯装置においては、図 1に示すように蛍光灯 F Lに微少な直流電圧成分を重畳する直流重畳回路 1を備えているため、蛍光灯 FL の寿命末期時におけるランプインピーダンスの増加を検出することが可能である。そして、蛍光灯 FLの明るさを制御している調光時において、蛍光灯 FLが寿命末期状態となり、放電の維持が困難になると、ランプインピーダンスが通常より増加するため、直流重畳回路 1によって蛍光灯 FLの両端に発生する直流電圧成分も増加する。そして第 1実施形態で説明したように、直流電圧検出回路 2は、この直流電圧成分の値を検出し、直流電圧成分の検出値が第 1の閾値 Vthlを上回った場合、調光信号補正回路 K1が出力する調光信号 VsOのレベルは増加する方向に補正される。正常な蛍光灯 FLであれば、調光信号 VsOのレベルの増加によって直流電圧成分が減少し、直流電圧成分が第 1の閾値 Vthlを下回った時点で調光信号の補正動作は完了する。

[0056] しかし、蛍光灯 FLが寿命末期状態である場合は、調光信号 VsOのレベルが増加すると蛍光灯 FLの半波放電による整流作用が強まるため、寿命末期状態の蛍光灯 FL 両端の直流電圧成分は、図 4 (a)中の特性 Y2cに示すように、全調光範囲に亘つて第 1の閾ィ直 Vthlを上回ってしまう。

[0057] そこで、第 2の実施形態に係る放電灯点灯装置の補正部 3は、直流電圧成分の検出値が第 1の閾値 Vthlを上回った後、補正動作によって調光信号 Vs2のレベルが所定レベル S1にまで増加した時点で (このとき、 OR回路部 4が出力する調光信号 V sOは調光信号 Vs2と同レベルである）、蛍光灯 FL両端の直流電圧成分が第 1の閾値 Vthlを上回って!/、る場合には蛍光灯 FLが寿命末期であると認識して（図 4 (a)参照）、補正部 3からインバータ制御回路 6へ発振停止信号 Vrlを出力し、スイッチング素子 Ql , Q2のスイッチング動作を停止させることで、寿命末期時における蛍光灯 F Lや回路部品への過大なストレスの発生を防止している。すなわち、図 4 (a)中において、調光信号 Vs2がレベル S1以上、且つランプ電圧直流成分が第 1の閾値 Vthl以上の領域が、ランプ寿命末期検出領域 A1となる。

[0058] また、図 4 (b)に示すように、調光信号 Vs2がレベル S 1以上の領域では、調光信号 Vs2のレベルが増加するにつれて第 1の閾値 Vthlが直線的に低下するように構成とすること力 S望ましく、あるいは、図 4 (c)に示すように、全調光範囲に亘つて、調光信号 Vs2のレベルが増加するにつれて第 1の閾値 Vthlが直線的に低下するように構成とすることが望ましい。このような放電灯点灯装置は、第 1の閾値 Vthlを調光信号 Vs2 のレベルに応じた最適な値とすることができ、蛍光灯 FLの寿命末期状態の検出精度を向上させること力 Sできる。なお、第 1の閾値 Vthlの可変パターンは、連続的あるいは段階的の!/、ずれでもよ!/、。 [0059] また、第 2の閾値 Vth2も調光信号 Vs2のレベルに応じて可変とし、調光信号の補正動作を行ってもよい。

[0060] (第 3実施形態）

図 5は、本実施形態の放電灯点灯装置の構成を示す回路図であり、第 1実施形態の構成に、蛍光灯 FL両端の交流電圧成分を検出する交流電圧検出回路 7と、交流電圧検出回路 7の検出値を第 3の閾値 Vth3と比較し、当該比較結果に基づいてィンバータ制御回路 6へスイッチング素子 Ql , Q2のスイッチング動作を停止させる発振停止信号 Vr2を出力する比較回路 8とを付加したものである。なお、第 1実施形態と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

[0061] 交流電圧検出回路 7は、蛍光灯 FLの一端と直流電圧源 E1の低圧側出力（グランドレベル）との間に接続された抵抗 R14, R15の直列回路と、抵抗 R15に並列接続されたコンデンサ C 13とダイオード D11との直列回路と、ダイオード D11に並列接続されたダイオード D12と抵抗 R16との直列回路と、抵抗 R16に並列接続されたコンデンサ C14とで構成される。そして、蛍光灯 FLの両端に発生する電圧は、抵抗 R14, R15によって分圧され、分圧された電圧は、コンデンサ C13によって直流電圧成分が除去された後にダイオード Dl l , D12によって整流され、整流された電圧は、抵抗 R16、コンデンサ C14によって平滑される。これによつて、蛍光灯 FLの両端の交流電圧成分は、直流電圧値として検出される。

[0062] ここで、図 6は、調光に伴う蛍光灯 FLの両端の交流電圧成分（ランプ電圧交流成分 )の変化を図示したものである。特性 Y3aは、常温時の蛍光灯 FLの両端の交流電圧成分 (ランプ電圧交流成分）の変化を示し、特性 Y3bは、低温時の蛍光灯 FLの両端の交流電圧成分 (ランプ電圧交流成分）の変化を示し、特性 Y3cは、ランプ異常時の蛍光灯 FLの両端の交流電圧成分 (ランプ電圧交流成分）の変化を示す。正常なランプを用いた場合は、常温時、低温時ともに、調光信号 VsOが調光下限 (Dim)から増加するに伴って、交流電圧成分も増加した後、調光信号 VsOの増加に伴って交流電圧成分が徐々に低下する特性を有する（特性 Y3a, Y3b参照）。

[0063] 蛍光灯 FLの寿命末期において蛍光灯 FLの両端のフィラメントが消耗した等の異常状態では、放電が困難となってランプインピーダンスは増加する力蛍光灯 FLの整流作用（半波放電によるランプ電流の非対称性）は生じず、図 11に示す従来構成では蛍光灯 FL両端の直流電圧成分は増加しない。しかし、インダクタ L1とコンデンサ C1との共振作用によって、蛍光灯 FLの両端に発生する交流電圧成分が増加する。通常は、この交流電圧成分を検出することによって蛍光灯 FLの異常状態を検出すること力 Sできる力例えば、調光比が 10%以下のような低光束調光領域では、ランプインピーダンスが増加しても共振作用が弱いため交流電圧成分が十分に増大せず、蛍光灯 FLの異常状態を検出することが困難であった。

[0064] しかし、第 3実施形態に係る放電灯点灯装置は、直流重畳回路 1によって蛍光灯 F Lの両端に微少な直流電圧成分を重畳して!/、るので、蛍光灯 FLの両端の高周波電圧に重畳される直流電圧成分を検出することで、ランプインピーダンスの増加を検出できる。したがって、蛍光灯 FLが寿命末期状態になって放電を維持することが困難になってくるとランプインピーダンスが増加して、蛍光灯 FL両端の直流電圧成分が増加すると、放電灯点灯装置は、この直流電圧成分の増加を直流電圧検出回路 2によつて検出し、検出した直流電圧成分が第 1の閾値 Vthlを上回った場合には、調光信号補正回路 K1によって調光信号 VsOのレベルを増大する方向に補正する。したがって、放電灯点灯装置は、調光信号 VsOの増大に伴ってインバータ回路 INVの出力を増加させ、インダクタ L1とコンデンサ C1との共振作用を強めて、蛍光灯 FLの両端に発生する交流電圧成分を増加させる。

[0065] そして、比較回路 8は、交流電圧検出回路 7が検出した交流電圧成分を第 3の閾値 Vth3と比較し、交流電圧成分が第 3の閾値 Vth3を上回った場合には、蛍光灯 FL が異常状態であると認識し、インバータ制御回路 6へ発振停止信号 Vr2を出力する。そして、インバータ制御回路 6は、スイッチング素子 Ql , Q2のスイッチング動作を停止させることで、ランプ異常による蛍光灯 FLや回路部品への過大なストレスの発生を防止している。すなわち、図 6中において、ランプ電圧交流成分が第 3の閾ィ直 Vth3 以上の領域が、ランプ異常検出領域 A2となる。

[0066] また、図 6に示すように、調光信号 VsOのレベルがレベル S2以上の領域において、調光信号 VsOのレベルが増加するにつれて第 3の閾値 Vth3が低下するように構成することで、第 3の閾値 Vth3を調光信号 VsOのレベルに応じた最適な値とすることができ、ランプ異常状態の検出精度を向上させることができ、正常ランプの誤検出を防止することが可能になる。なお、第 3の閾値 Vth3は、連続的あるいは段階的に変化させればよい。

[0067] このように、第 3実施形態に係る放電灯点灯装置は、第 1実施形態で説明した蛍光灯 FL両端の直流電圧成分の検出による調光信号の補正動作と、上記蛍光灯 FLの両端の交流電圧成分の検出動作とを用いることで、従来は困難であった低光束調光状態における蛍光灯 FLの異常状態の検出を可能としている。

[0068] (第 4実施形態）

図 7は、第 4実施形態に係る放電灯点灯装置の構成を示す回路図であり、第 3実施形態の構成における調光信号補正回路 Kl、調光指令値制御回路 5、比較回路 8を、マイクロコンピュータ 9 (以後、マイコン 9と称す）で構成したものである。

[0069] マイコン 9は、入力ポートを構成する A/Dコンバータ 9aと、プログラムを実行することで調光信号補正回路 Kl、調光指令値制御回路 5、比較回路 8として機能する演算部 9bと、出力ポートを構成する D/Aコンバータ 9c及びデジタルポート 9dとを備える。そして、直流電圧検出回路 2が検出した蛍光灯 FL両端の直流電圧成分、交流電圧検出回路 7が検出した蛍光灯 FL両端の交流電圧成分、外部からの調光信号 Vs l は、 A/Dコンバータ 9aに入力されて、デジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された蛍光灯 FL両端の直流電圧成分は、演算部 9bにて、第 1実施形態の調光制御補正回路 K1及び調光指令値制御回路 5と同様の処理が施される。すなわち、直流電圧成分は、第 1の閾値 Vthlと比較され、直流電圧成分が閾値 Vthlより大きい場合には、調光信号 Vs2のレベルを徐々に増加させる。そして、外部から入力される調光信号 Vs 1のレベルと調光信号 Vs2のレベルとを互!/、に比較し、 V、ずれか高!/ヽほうのレベルに設定された調光信号 VsOを生成し、この調光信号 VsOのレベルに応じた調光指令値電圧 Valを D/Aコンバータ 9cを介して出力することで、オペアンプ ΟΡ1、インバータ制御回路 6を介してスイッチング素子 Q l , Q2のスイッチング動作を制御して、蛍光灯 FLを調光制御するのである。

[0070] さらに、演算部 9bにおいて、第 2実施形態，第 3実施形態と同様に蛍光灯 FLの寿命末期状態及びランプ異常状態を検出する機能をプログラムによって実行し、蛍光灯 FLの寿命末期状態及びランプ異常状態を検出した場合は、デジタルポート 9dを介してインバータ制御回路 6へ発振停止信号 Vr3を出力し、スイッチング素子 Ql , Q 2のスイッチング動作を停止させることで、寿命末期時及びランプ異常による蛍光灯 F Lや回路部品への過大なストレスの発生を防止している。

[0071] また、第 1実施形態〜第 3実施形態で説明した閾値 Vthl , Vth2, Vth3の可変制御も、演算部 9bでプログラムを実行することで実現できる。

[0072] このように、第 4実施形態に係る放電灯点灯装置は、調光信号の補正機能、比較機能、閾値の可変機能等の複雑な機能を比較的安価なマイコン 9を用いることで実現できるため、コスト削減や実装スペースの削減が可能になる。また、点灯させる放電灯の種類が異なる場合でも、プログラムの変更によって各閾値等の変更が可能となり、設計変更を容易に行うことができる。

[0073] (第 5実施形態）

図 8は、第 5実施形態に係る放電灯点灯装置の構成を示す回路図であり、共振系を構成するコンデンサ C2にインピーダンス要素たる抵抗 Rl 1 'を並列接続して直流重畳回路 1を構成した点が第 1実施形態とは異なり、直流重畳回路 1 'は、インバータ回路 INVの出力電圧に含まれる直流電圧成分を抵抗 Rl 1 'を介して蛍光灯 FLに重畳させるものである。なお、第 1実施形態と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

[0074] また、直流重畳回路としては、直流電源、あるいは直流電圧成分を含む電源の両端にインピーダンス要素を介して放電灯を接続するものであればよぐ第 1実施形態〜第 4実施形態の直流重畳回路 1や、第 5実施形態の直流重畳回路 1 'の構成に限定されるものではない。

[0075] (第 6実施形態）

図 9は、本実施形態の放電灯点灯装置の構成を示す回路図であり、第 1実施形態の構成において複数の蛍光灯 FL1 , FL2の点灯及び調光を可能にした多灯用の放電灯点灯装置である。なお、第 1実施形態と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

[0076] 第 6実施形態に係る放電灯点灯装置は、共振系を構成するコンデンサ C2と蛍光灯 FL1 , FL2との間に各蛍光灯に流れるランプ電流を 2経路に均等に流すためのバランサ T2を設けている。このバランサ T2の各経路の出力端は、コンデンサ C7, C8を介して蛍光灯 FL1 , FL2に各々接続されている。

[0077] また、蛍光灯 FL1には、直流電圧源 E1の高圧側出力を蛍光灯 FL1とコンデンサ C 7の接続点にインピーダンス要素たる抵抗 R11を介して接続した直流重畳回路 1と、抵抗 R12, R13、コンデンサ C12で構成された直流電圧検出回路 2とが接続されている。蛍光灯 FL2には、抵抗 R21を用いて直流重畳回路 1と同様に構成された直流重畳回路 11と、抵抗 R22, R23、コンデンサ C22を用いて直流電圧検出回路 2と同様に構成された直流電圧検出回路 12とが接続されている。ここで、コンデンサ C7, C 8は直流電圧成分をカットするためのものであり、各蛍光灯に発生する直流電圧成分が互いに影響し合うことを防止して!/、る。

[0078] さらに、直流電圧検出回路 2, 12で検出した蛍光灯 FL1 , FL2の両端の各直流電圧成分はダイオード D10, D20を介して補正部 3へ各々入力され、補正部 3は、蛍光灯 FL1 , FL2の各直流電圧成分のうち、電圧レベルの高い直流電圧成分に基づいて調光信号レベルの補正を行う。

[0079] したがって、この放電灯点灯装置によれば、回路部品や蛍光灯のばらつきによって蛍光灯 FL1 , FL2の各光出力に差が生じても、直流電圧成分が大きいほうの蛍光灯 FL、すなわち光出力が低いほうの蛍光灯 FLの状態に応じて調光信号のレベルの補正を行うため、一方の蛍光灯 FLの光出力が極端に低下してちらつきや立ち消えを起こすことを防止している。

[0080] また、放電灯点灯装置によれば、一方の蛍光灯 FLが寿命末期状態またはランプ異常状態になって直流電圧成分が増加した場合でも、寿命末期状態またはランプ異常状態を確実に検出でき、インバータ回路 INVのスイッチング動作を停止させることができる。

[0081] なお、図 9において、蛍光灯 FLのフィラメント予熱回路や交流電圧検出回路 7を省略しているが、第 1実施形態〜第 5実施形態と同様に備えることで同様の機能を有すること力 Sでさる。

[0082] (第 7実施形態）図 10は、第 1実施形態〜第 6実施形態いずれかの放電灯点灯装置を搭載した照明装置 30の外観を示す斜視図である。この照明装置 30は、第 1実施形態〜第 6実施形態の!/、ずれかの放電灯点灯装置を収容した筐体 31と、蛍光灯 FLを放電灯点灯装置に接続するためのソケット 32とを備えている。そして、本実施形態の照明装置 30においても、周囲温度が低い状態で使用した場合に、光出力の極端な低下や、ちらつき、立ち消えの発生を防止することができる。

産業上の利用可能性

本発明によれば、光出力が低下した場合でも、放電灯の調光点灯時の安定性を向上させること力 Sでさる。

Claims

請求の範囲

[1] 調光信号のレベルの増減に応じて放電灯に供給する電力量を増減させて放電灯の調光を行う放電灯点灯装置にお!/、て、

前記放電灯に交流電力を供給する交流出力回路と、

前記放電灯に印加される交流電圧に直流電圧を重畳させる直流重畳回路と、前記放電灯の両端に発生する電圧の直流電圧成分を検出する直流電圧検出回路と、

前記直流電圧検出回路の検出値と外部からの調光信号とを入力し、前記直流電圧検出回路の検出値が第 1の閾値を上回った場合には、入力された調光信号よりも高いレベルの調光信号を出力し、前記直流電圧検出回路の検出値が第 1の閾値以下の第 2の閾値を下回った場合は、出力する調光信号のレベルを入力された調光信号のレベルにまで低減させる調光信号補正回路と、

前記調光信号補正回路によって出力される調光信号のレベルの増減に応じて、前記交流出力回路が前記放電灯に供給する交流の電力量を増減させて放電灯の調光を行う制御回路と

を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。

[2] 前記調光信号補正回路は、前記直流電圧検出回路の検出値が第 1の閾値を上回つた場合はレベルが増大し、前記直流電圧検出回路の検出値が第 2の閾値を下回つた場合はレベルが低減する調光信号を生成する補正手段と、外部から入力される調光信号のレベルと前記補正手段から出力される調光信号のレベルとを互いに比較し、いずれか高いほうのレベルに設定された調光信号を出力する高値優先手段とを備え、

前記制御回路は、前記高値優先手段が出力する調光信号のレベルの増減に応じて、前記交流出力回路が前記放電灯に供給する交流の電力量を増減させて前記放電灯の調光を行うことを特徴とする請求項 1に記載の放電灯点灯装置。

[3] 前記直流重畳回路は、少なくとも直流電圧成分を含む電圧源の両端間にインピーダンス要素を介して前記放電灯を接続して構成されることを特徴とする請求項 1又は請求項 2に記載の放電灯点灯装置。

[4] 前記調光信号補正回路によって出力される調光信号のレベルを変化させる時定数は、前記調光信号補正回路に入力される調光信号のレベルが変化する時定数より大きぐ且つ、前記直流電圧検出回路が直流電圧成分を検出する時定数より小さく設定されることを特徴とする請求項 1乃至請求項 3の何れか一項に記載の放電灯点灯装置。

[5] 前記調光信号補正回路が出力する調光信号が所定レベル以上のときに前記直流電圧検出回路の検出値が第 1の閾値を上回った場合に、前記交流出力回路から前記放電灯への交流電力の供給を停止させる手段を備えることを特徴とする請求項 1 乃至請求項 4の何れか一項に記載の放電灯点灯装置。

[6] 前記放電灯の両端に発生する電圧の交流電圧成分を検出する交流電圧検出回路と、

前記交流電圧検出回路の検出値が第 3の閾値を上回った場合に、前記交流出力回路から前記放電灯への交流電力の供給を停止させる手段と

を備えることを特徴とする請求項 1乃至請求項 5の何れか一項に記載の放電灯点灯装置。

[7] 前記第 1の閾値、前記第 2の閾値、前記第 3の閾値のうち、少なくとも 1つの閾値は、調光信号のレベルに応じて可変となることを特徴とする請求項 6に記載の放電灯点灯装置。

[8] 前記交流出力回路は、複数の放電灯に交流電力を供給し、各放電灯の両端に発生する電圧の直流電圧成分を個別に検出する複数の直流電圧検出回路を備え、前記調光信号補正回路は、複数の直流電圧検出回路の検出値のうち、最もレベルの高い検出値に応じて調光信号を補正することを特徴とする請求項 1乃至請求項 7 の何れか一項に記載の放電灯点灯装置。

[9] 少なくとも直流電圧検出回路の検出値及び外部からの調光信号が入力される入力ポートと、プログラムを実行することで、前記直流電圧検出回路の検出値が第 1の閾値を上回った場合には入力された調光信号よりも高いレベルの調光信号を出力し、前記直流電圧検出回路の検出値が第 2の閾値を下回った場合には出力する調光信号のレベルを入力された調光信号のレベルにまで低減させる演算手段と、前記演算手段が出力する調光信号のレベルに応じた調光指令値を出力する出力ポートとを備えるマイクロコンピュータを設けたことを特徴とする請求項 1乃至請求項 8の何れか一項に記載の放電灯点灯装置。

放電灯と、当該放電灯を点灯させる請求項 1乃至請求項 9の何れか一項に記載の放電灯点灯装置と、

前記放電灯点灯装置を収納する筐体と、

前記放電灯を放電灯点灯装置に接続するソケットと

を備えることを特徴とする照明装置。