(57)【要約】【課題】フィードバック制御回路を用いずに安定した連続調光動作を行う放電灯点灯装置を提供する。【解決手段】インバータ回路２２は、直流電源回路２１から出力される直流電圧Ｖｍをスイッチング素子Ｑ１及びＱ２でスイッチングすることにより高周波の交流電圧に変換して出力する。放電灯点灯装置１１は、インバータ回路２２から出力される交流電圧を放電灯ＬＡＭＰに印加することによりＬＡＭＰを点灯させる。ＨＶＩＣ２４及び動作周波数設定回路２５は、インバータ回路２２に対してＱ１及びＱ２のスイッチング周波数を設定することによりＬＡＭＰの調光制御を行う。このとき、Ｑ１及びＱ２のスイッチング周波数に対するＬＡＭＰの電流値の特性曲線にて、同一のスイッチング周波数に対応する電流値が複数存在する範囲を動作禁止範囲として、動作禁止範囲に含まれないスイッチング周波数を設定する。【選択図】図２
2010177174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から出力される直流電圧をスイッチング素子でスイッチングすることにより高周波の交流電圧に変換して出力するインバータ回路を具備し、前記インバータ回路から出力される交流電圧を放電灯に印加することにより前記放電灯を点灯させる放電灯点灯装置において、
前記インバータ回路に対して前記スイッチング素子のスイッチング周波数を設定することにより前記放電灯の調光制御を行う周波数設定部であって、前記スイッチング素子のスイッチング周波数の所定範囲を動作禁止範囲として、前記動作禁止範囲に含まれないスイッチング周波数を設定する周波数設定部を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記周波数設定部は、前記スイッチング素子のスイッチング周波数に対する前記放電灯の電流値の特性曲線にて、同一のスイッチング周波数に対応する電流値が複数存在する範囲を前記動作禁止範囲とすることを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記周波数設定部は、前記動作禁止範囲の最小値未満を動作範囲とし、前記動作範囲に含まれるスイッチング周波数を設定することを特徴とする請求項２に記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記放電灯点灯装置は、さらに、
温度に応じて前記動作禁止範囲を定義した定義データを予め記憶する記憶装置と、
温度を測定する温度センサとを備え、
前記周波数設定部は、前記記憶装置から前記定義データを読み取り、読み取った定義データで定義された、前記温度センサで測定された温度に対応する前記動作禁止範囲に含まれないスイッチング周波数を設定することを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれかに記載の放電灯点灯装置と、
前記放電灯点灯装置に接続され、外部からの電力線に接続される電源端子台と、
前記放電灯点灯装置に接続され、前記放電灯が取り付けられるランプソケットとを備えることを特徴とする照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯点灯装置及び照明器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放電灯点灯装置が連続調光動作する場合、動作周波数とランプ電流の特性カーブにおいて、異なるランプ電流値にて、動作周波数が同じ値となる周波数範囲でジャンプ現象に似た動作により、動作が不安定になるといった課題がある。そのため、従来の放電灯点灯装置では、フィードバック制御回路を用いて、連続調光動作をさせていた。
【０００３】
例えば、特許文献１には、電力フィードバックを用い、ジャンプ現象の対策を行うことが記載されている。例えば、特許文献２、特許文献３には、電力フィードバックを用い、異なる定格値を有する放電灯に自動的に適合でき、適切な点灯を行うことができることが記載されている。また、積分器を設けることで、基準電圧の変更に伴う急激な放電灯の明るさ（光出力）の変化を抑制し、使用時の快適性にも優れた放電灯点灯装置とすることも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３０８８７号公報
【特許文献２】特開２０００−１５０１８４号公報
【特許文献３】特開２０００−１５０１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、フィードバック制御回路等を用いずに、連続調光動作する場合、上記のような不具合が発生する。また、フィードバック制御回路の定数が適切でない場合も、同様の不具合が発生する。しかしながら、フィードバック制御回路は高価で複雑であるという課題があった。
【０００６】
本発明は、例えば、フィードバック制御回路を用いずに安定した連続調光動作を行う放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一の態様に係る放電灯点灯装置は、直流電源から出力される直流電圧をスイッチング素子でスイッチングすることにより高周波の交流電圧に変換して出力するインバータ回路を具備し、前記インバータ回路から出力される交流電圧を放電灯に印加することにより前記放電灯を点灯させる放電灯点灯装置であり、前記インバータ回路に対して前記スイッチング素子のスイッチング周波数を設定することにより前記放電灯の調光制御を行う周波数設定部であって、前記スイッチング素子のスイッチング周波数の所定範囲を動作禁止範囲として、前記動作禁止範囲に含まれないスイッチング周波数を設定する周波数設定部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一の態様によれば、放電灯点灯装置において、インバータ回路に対してスイッチング素子のスイッチング周波数を設定することにより放電灯の調光制御を行う周波数設定部が、前記スイッチング素子のスイッチング周波数の所定範囲を動作禁止範囲として、前記動作禁止範囲に含まれないスイッチング周波数を設定するため、フィードバック制御回路を用いずに安定した連続調光動作を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る照明器具の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。
【図３】実施の形態１に係る放電灯点灯装置の特性カーブを示すグラフである。
【図４】実施の形態１に係る動作周波数設定回路の構成例を示す回路図である。
【図５】フィードバック制御回路を備えた放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。
【図６】フィードバック制御回路を備えた放電灯点灯装置の動作周波数設定回路及びフィードバック制御回路の構成例を示す回路図である。
【図７】図２に示した回路の等価回路である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る照明器具１０の構成を示すブロック図である。
【００１２】
図１において、照明器具１０は、放電灯点灯装置１１、放電灯点灯装置１１に接続された電源端子台１２及びランプソケット１３を備えている。電源端子台１２は、外部の商用電源１４とつながる電力線１５に接続されている。ランプソケット１３には、不図示の放電灯が取り付けられる。放電灯点灯装置１１は、電源端子台１２を介して商用電源１４により給電され、ランプソケット１３に取り付けられた放電灯の点灯制御及び調光制御を行う。
【００１３】
図２は、本実施の形態に係る放電灯点灯装置１１の構成を示す回路図である。
【００１４】
図２において、放電灯点灯装置１１は、直流電源回路２１、インバータ回路２２、負荷回路２３、ＨＶＩＣ２４（高耐圧集積回路）、動作周波数設定回路２５を備えている。
【００１５】
直流電源回路２１は、整流回路（例えばダイオードブリッジ）、昇圧チョッパ回路等からなる。整流回路は、商用電源１４の交流電圧を整流し、直流電圧に変換して出力する。昇圧チョッパ回路は、整流回路から出力される直流電圧を昇圧して出力する。図中、Ｖｍは昇圧チョッパ回路の出力電圧を表している。
【００１６】
インバータ回路２２は、スイッチング素子を具備する。図中、Ｑ１、Ｑ２はスイッチング用ＭＯＳ−ＦＥＴを表している。スイッチング用ＭＯＳ−ＦＥＴはスイッチング素子の例である。インバータ回路２２は、Ｑ１及びＱ２のオン／オフを繰り返すことで昇圧チョッパ回路の出力電圧Ｖｍを高周波交流電圧に変換して出力する。
【００１７】
負荷回路２３は、バラストチョーク、始動用コンデンサ、カップリングコンデンサを具備する。図中、Ｌはバラストチョーク、Ｃは始動用コンデンサ、Ｃｃはカップリングコンデンサを表している。負荷回路２３には放電灯が接続され、放電灯はインバータ回路２２から出力される高周波交流電圧によって点灯される。図中、ＬＡＭＰは放電灯を表している。
【００１８】
ＨＶＩＣ２４は、インバータ回路２２のＱ１及びＱ２に、インバータ回路２２が動作する動作周波数（Ｑ１及びＱ２のスイッチングをするスイッチング周波数、ＬＡＭＰを点灯する点灯周波数）を指令する。インバータ回路２２は、高周波交流電圧を負荷回路２３に供給してＬＡＭＰを点灯させる。また、ＨＶＩＣ２４からの指令に従って動作周波数を変更してＬＡＭＰの明るさを制御する（即ち、ＬＡＭＰの調光制御を行う）。図中、ＶｃｃはＨＶＩＣ２４の電源、Ｒｃは負荷回路２３の負荷電流をモニタする抵抗である。
【００１９】
ここで、放電灯点灯装置１１について、図３に示すような動作周波数とランプ電流の特性カーブ（特性曲線）が描ける。図３において、動作周波数が一定以上高くなると同一動作周波数に対するランプ電流値が複数存在している。
【００２０】
動作周波数設定回路２５は、上記特性カーブにおける同一動作周波数で複数のランプ電流値が存在する動作周波数範囲をインバータ回路２２が動作しないように動作禁止範囲と設定し、同一動作周波数で複数のランプ電流値が存在する動作周波数範囲の最小値未満の動作周波数範囲をインバータ回路２２が動作する動作範囲と設定する。後述するように、動作周波数設定回路２５は、外部から調光指令を受けると、調光指令に従って、ＨＶＩＣ２４がインバータ回路２２のＱ１及びＱ２に指令する動作周波数を動作範囲内で制御する。
【００２１】
上記のように、本実施の形態では、インバータ回路２２は、直流電源（直流電源回路２１）から出力される直流電圧（Ｖｍ）をスイッチング素子（Ｑ１及びＱ２）でスイッチングすることにより高周波の交流電圧に変換して出力する。放電灯点灯装置１１は、インバータ回路２２から出力される交流電圧を放電灯（ＬＡＭＰ）に印加することにより放電灯（ＬＡＭＰ）を点灯させる。周波数設定部（ＨＶＩＣ２４及び動作周波数設定回路２５）は、インバータ回路２２に対してスイッチング素子（Ｑ１及びＱ２）のスイッチング周波数を設定することにより放電灯（ＬＡＭＰ）の調光制御を行う。このとき、周波数設定部（ＨＶＩＣ２４及び動作周波数設定回路２５）は、スイッチング素子（Ｑ１及びＱ２）のスイッチング周波数の所定範囲を動作禁止範囲として、動作禁止範囲に含まれないスイッチング周波数を設定する。所定範囲とは、例えば図３に示したように、スイッチング素子（Ｑ１及びＱ２）のスイッチング周波数に対する放電灯（ＬＡＭＰ）の電流値の特性曲線にて、同一のスイッチング周波数に対応する電流値が複数存在する範囲である。
【００２２】
本実施の形態では、周波数設定部（ＨＶＩＣ２４及び動作周波数設定回路２５）は、動作禁止範囲の最小値未満を動作範囲とし、動作範囲に含まれるスイッチング周波数を設定する。この場合、動作範囲は、例えば図３に示したように、スイッチング素子（Ｑ１及びＱ２）のスイッチング周波数に対する放電灯（ＬＡＭＰ）の電流値の特性曲線にて、同一のスイッチング周波数に対応する電流値が複数存在するスイッチング周波数の最小値未満の範囲になる。
【００２３】
本実施の形態によれば、放電灯点灯装置１１が上記のような周波数設定部を備えているため、フィードバック制御回路を用いずに安定した連続調光動作を行うことが可能となる。
【００２４】
図４は、図２に示した動作周波数設定回路２５の構成例を示す回路図である。
【００２５】
図４において、動作周波数設定回路２５は、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１のほか、それぞれスイッチＳＷ２，ＳＷ３，・・・，ＳＷｎによってオン／オフされる抵抗Ｒ２，Ｒ３，・・・，Ｒｎを具備する。Ｒ１及びＲ２，Ｒ３，・・・，Ｒｎはいずれも固定抵抗であるものとする。動作周波数ｆｏｐは、Ｃ１の容量と、Ｒ１及びＲ２，Ｒ３，・・・，Ｒｎの合成抵抗Ｒｓとに基づき、ＨＶＩＣ２４にて、例えば動作周波数ｆｏｐ＝１．４１／（Ｒｓ×Ｃ１）のように決まる。そのため、動作周波数設定回路２５は、調光指令回路３１から入力される調光指令電圧によりＳＷ２，ＳＷ３，・・・，ＳＷｎをオン／オフしてＲｓを制御することで、動作周波数を変更し、調光動作を行う。前述したように、動作周波数設定回路２５が動作周波数を変更する範囲は、図３に示した動作範囲である。なお、調光指令回路３１は、放電灯点灯装置１１に具備されてもよいし、照明器具１０が備える他の装置に具備されてもよい。調光指令回路３１は、照明制御装置等に実装された調光器から調光信号を受信し、調光信号に応じた調光指令電圧をＳＷ２，ＳＷ３，・・・，ＳＷｎに印加する。
【００２６】
上記例では、Ｒ１及びＲ２，Ｒ３，・・・，Ｒｎはいずれも固定抵抗であるものとしたが、Ｒ１を可変抵抗としてもよい。この場合、ＳＷ２，ＳＷ３，・・・，ＳＷｎ、及び、Ｒ２，Ｒ３，・・・，Ｒｎは不要となる。
【００２７】
以下では、本実施の形態に係る放電灯点灯装置１１と、フィードバック制御回路を備えた放電灯点灯装置とを対比する。
【００２８】
図５は、フィードバック制御回路を備えた放電灯点灯装置８１の構成を示す回路図である。
【００２９】
図５において、放電灯点灯装置８１は、図２に示した放電灯点灯装置１１と同様に、直流電源回路９１、インバータ回路９２、負荷回路９３、ＨＶＩＣ９４、動作周波数設定回路９５を備えるほか、ＦＢ回路９６（フィードバック制御回路）を備えている。
【００３０】
図６（ａ）は、図５に示した動作周波数設定回路９５の構成例を示す回路図である。図６（ｂ）は、図５に示したＦＢ回路９６の構成例を示す回路図である。
【００３１】
図６（ａ）において、動作周波数設定回路９５は、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１，Ｒ２、ダイオードＤ１を具備する。図６（ｂ）において、ＦＢ回路９６は、コンデンサＣ２、抵抗Ｒ３、オペアンプ９７を具備する。調光指令回路３１は、図４に示したものと同様に、照明制御装置等に実装された調光器から調光信号を受信し、調光信号に応じた調光指令電圧をオペアンプ９７の反転端子入力（ＩＮ＋）に印加する。オペアンプ９７の非反転端子入力（ＩＮ−）には、負荷電流をモニタするＲｃにてセンスされた電圧が印加される。オペアンプ９７は、非反転端子（ＩＮ−）の電圧（制御量）が反転端子（ＩＮ＋）の電圧（指令値）と等しくなるように、出力電圧（以下、Ｖｏｕｔと表す）を変える。即ち、オペアンプ９７は、調光指令電圧に基づいてＢ部の電圧を調節する。動作周波数設定回路９５のＣ部は、ＨＶＩＣ９４と接続されており、定電圧源（以下、Ｖｒと表す）となっている。電流Ｉ１は、Ｉ１＝Ｖｒ／Ｒ１となる。また、電流Ｉ２は、Ｉ２＝（Ｖｒ−Ｖｏｕｔ−Ｖｆ）／Ｒ２となる。ここで、Ｖｆは、Ｄ１のオン電圧を表している。動作周波数ｆｏｐは、Ｉ１，Ｉ２と、Ｃ１の容量と、Ｖｒとに基づき、ＨＶＩＣ９４にて、例えば動作周波数ｆｏｐ＝（１．４１×（Ｉ１＋Ｉ２））／（Ｃ１×Ｖｒ）のように決まる。そのため、動作周波数設定回路９５及びＦＢ回路９６は、オペアンプ９７からの出力電圧を制御することで、動作周波数を変更し、調光動作を行う。オペアンプ９７により制御量が指令値となるように帰還制御しているため、制御量の不意な変化に対して安定した調光制御が可能となる。なお、Ｃ２、Ｒ３は積分器として用いている。
【００３２】
図３の動作周波数とランプ電流の関係を示したグラフのような特性をもつ放電灯点灯装置では、フィードバック制御を行わない場合、ランプ電流１９０ｍＡ付近で調光動作が不安定となる。具体的にはランプ電流１９０ｍＡで暫くすると、ＬＡＭＰが立消える。グラフより、動作周波数とランプ電流の特性カーブにて、ランプ電流１９０ｍＡに対応する動作周波数は動作禁止範囲に含まれている（具体的には、動作禁止範囲の最小値となっている）から、ジャンプ現象が発生したためであるということがわかる。一方、フィードバック制御を行った場合、ランプ電流１０ｍＡまで上記のような不具合が発生しない。また、本実施の形態のように、動作周波数とランプ電流の特性カーブの動作範囲で調光動作する設計とすれば、上記のような不具合が発生しないことになる。本実施の形態によれば、高価で複雑なフィードバック制御回路を用いる必要がなくなり、安価で簡単な回路構成にて、安定した調光制御を行うことが可能となる。
【００３３】
図７は、図２に示した回路の等価回路である。
【００３４】
図７において、Ｖは電源電圧、Ｌはバラストチョーク、Ｃは始動コンデンサ、ＩＲはランプ電流、Ｒはランプインピーダンスである。このとき、動作周波数とランプ電流の関係は以下の通りである。
【数１】
2010177174.tif 000003
【００３５】
異なるランプ電流をＩＲ１，ＩＲ２と、対になるランプインピーダンスをＲ１，Ｒ２（ランプ電圧―電流特性による）とした場合、上記式より、以下の関係が成り立つ場合に、異なるランプ電流値にて動作周波数が同じ値となるといえる。
【数２】
2010177174.tif 000004
【００３６】
即ち、上記の関係が成り立つ場合に、周波数ｆ（ＩＲ１，Ｒ１）＝ｆ（ＩＲ２，Ｒ２）となる。
【００３７】
例えば、上記のように、動作周波数とランプ電流の関係から、異なるランプ電流値にて動作周波数が同じ値となる周波数の最小値未満の周波数範囲（動作範囲）を算出することが可能である。なお、動作範囲においては、動作周波数とランプ電流の関係が１対１の関係となる。
【００３８】
実施の形態２．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。
【００３９】
図３に示したような動作周波数とランプ電流の特性カーブは、例えば温度によって変化する。そこで、本実施の形態では、放電灯点灯装置１１が温度センサを用いて現在温度を測定し、現在温度に応じて予め定義された動作禁止範囲及び動作範囲を基に、インバータ回路２２の動作周波数を設定する。
【００４０】
図示していないが、放電灯点灯装置１１は、図２に示したものと同様に、直流電源回路２１、インバータ回路２２、負荷回路２３、ＨＶＩＣ２４、動作周波数設定回路２５を備えるほか、記憶装置、温度センサを備えている。
【００４１】
記憶装置には、温度に応じて動作禁止範囲及び動作範囲を定義した定義データが予め記憶されている。温度センサは、所定のタイミングで（例えば１時間ごとに）温度を測定する。周波数設定部（前述したＨＶＩＣ２４及び動作周波数設定回路２５のほか、マイクロコンピュータ等から構成される）は、記憶装置から定義データを読み取り、読み取った定義データで定義された動作禁止範囲及び動作範囲の中から、温度センサで測定された温度に対応するものを特定する。そして、特定した動作範囲に含まれるスイッチング周波数を設定する（即ち、特定した動作禁止範囲に含まれないスイッチング周波数を設定する）。これにより、本実施の形態では、より正確な調光制御が可能となる。
【符号の説明】
【００４２】
１０  照明器具、１１  放電灯点灯装置、１２  電源端子台、１３  ランプソケット、１４  商用電源、１５  電力線、２１  直流電源回路、２２  インバータ回路、２３  負荷回路、２４  ＨＶＩＣ、２５  動作周波数設定回路、３１  調光指令回路、８１  放電灯点灯装置、９１  直流電源回路、９２  インバータ回路、９３  負荷回路、９４  ＨＶＩＣ、９５  動作周波数設定回路、９６  ＦＢ回路、９７  オペアンプ。
【図１】
2010177174.tif 000005
【図２】
2010177174.tif 000006
【図３】
2010177174.tif 000007
【図４】
2010177174.tif 000008
【図５】
2010177174.tif 000009
【図６】
2010177174.tif 000010
【図７】
2010177174.tif 000011