(57)【要約】【課題】直流電源からの直流電圧が異なる場合の起動時間のばらつきおよび放電灯の装着状態の誤判定を抑制できる放電灯点灯装置を提供する。【解決手段】放電灯FLが出力側に着脱可能で、取り付けた放電灯FLにインバータ回路12の出力周波数に応じた電圧を印加する共振回路13を備える。共振回路13の出力側への放電灯FLの装着を検出する装着検出部15を備える。制御回路16は、放電灯FLへの供給電力を制御可能であるとともに、装着検出部15からの検出出力と所定の検出閾値とを比較することで共振回路13の出力側への放電灯FLの装着を判定し、判定に応じて放電灯FLへの供給電力を制御する。制御回路16は、直流電源11からの直流電圧の大きさに応じて検出閾値を変化させる。直流電源11からの直流電圧が異なる場合の起動時間のばらつきおよび放電灯FLの装着状態の誤判定を抑制できる。【選択図】図１
2010061948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流出力を生じる直流電源と；
少なくとも１つのスイッチング素子を有し、このスイッチング素子のスイッチング動作により直流電源からの直流出力を交流に変換するインバータ回路と；
負荷が出力側に着脱可能で、この取り付けられた負荷にインバータ回路の出力を印加する負荷回路と；
この負荷回路の出力側への負荷の装着を検出する装着検出部と；
スイッチング素子をスイッチング動作させることで負荷への供給電力を制御可能であるとともに、装着検出部からの検出出力と所定の検出閾値とを比較することで負荷回路の出力側への負荷の装着を判定し、この判定に応じて負荷への供給電力を制御する制御手段と；
直流電源からの直流出力の大きさと直流電源に入力される交流電源の交流出力の大きさとの少なくともいずれかに応じて制御手段での検出閾値を変化させる可変手段と；
を具備していることを特徴とする負荷制御装置。
【請求項２】
検出閾値は、直流電源からの直流出力の関数である
ことを特徴とする請求項１記載の負荷制御装置。
【請求項３】
負荷としての放電灯が装着可能な器具本体と；
放電灯を点灯させる請求項１または２記載の負荷制御装置と；
を具備してい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、装着検出部からの検出出力と所定の検出閾値とを比較することで共振回路の出力側への負荷の装着を判定可能な負荷制御装置およびこれを備えた照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の負荷制御装置としての放電灯点灯装置では、例えば、交流、あるいは直流の入力電源を平滑および昇圧あるいは降圧して得た直流電圧を交流電圧に変換するハーフブリッジ形のインバータ回路と、このインバータ回路の出力間に接続されインダクタおよびコンデンサを備えたＬＣ共振回路とを備えており、このＬＣ共振回路の共振作用によって、このＬＣ共振回路の出力側に装着した熱陰極型の放電灯を始動、点灯させている。このような放電灯点灯装置では、インバータ回路の入力電圧を抵抗分圧した直流電圧により、放電灯のフィラメントを検出する装着検出部である検出回路を備え、この検出回路からの検出出力と予め設定した検出閾値とを比較し、この検出閾値を基準にして放電灯の装着の有無を判定する(例えば、特許文献１参照。)。
【特許文献１】特開２００８−１２３９１１号公報(第４−５頁、図３)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の負荷制御装置では、検出回路が入力電圧を分圧しているため、検出閾値レベルが入力電圧に対して一定であると、入力電圧が相対的に低い場合、始動までの時間(起動時間)が長くなる一方で、入力電圧が相対的に高い場合、負荷の装着状態を誤判定するおそれがある。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、直流電源からの直流出力が異なる場合の起動時間のばらつきおよび負荷の装着状態の誤判定を抑制できる負荷制御装置およびこれを備えた照明器具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】
【０００５】
請求項１記載の負荷制御装置は、直流出力を生じる直流電源と；少なくとも１つのスイッチング素子を有し、このスイッチング素子のスイッチング動作により直流電源からの直流出力を交流に変換するインバータ回路と；負荷が出力側に着脱可能で、この取り付けられた負荷にインバータ回路の出力を印加する負荷回路と；この負荷回路の出力側への負荷の装着を検出する装着検出部と；スイッチング素子をスイッチング動作させることで負荷への供給電力を制御可能であるとともに、装着検出部からの検出出力と所定の検出閾値とを比較することで負荷回路の出力側への負荷の装着を判定し、この判定に応じて負荷への供給電力を制御する制御手段と；直流電源からの直流出力の大きさと直流電源に入力される交流電源の交流出力の大きさとの少なくともいずれかに応じて制御手段での検出閾値を変化させる可変手段と；を具備しているものである。
【０００６】
直流電源は、例えば電池電源および整流化直流電源のいずれであってもよい。また、整流化直流電源の場合、平滑化および非平滑化直流電源のいずれであってもよい。さらに、所望により整流化直流電源に直流チョッパなどのスイッチングレギュレータからなる直流−直流コンバータを組み合わせることができる。
【０００７】
インバータ回路は、例えば電界効果トランジスタなどのスイッチング素子の動作により直流電圧を高周波電圧に変換して出力できれば、ハーフブリッジ形、フルブリッジ形などいずれでもよい。
【０００８】
負荷回路は、例えばインダクタおよびコンデンサなどを備え、印加されたインバータ回路の出力を共振により波形変換するとともに、共振の程度を加減して負荷の各種動作モードに応じた所要の電圧を負荷に印加する共振回路などをいう。
【０００９】
負荷は、例えば熱陰極形放電灯である熱陰極形蛍光ランプや高圧放電灯などの放電灯を用いることができるが、これらに限定されない。
【００１０】
装着検出部は、例えば直流電源の直流出力を抵抗器などのインピーダンス素子により分圧した電圧を測定するものである。
【００１１】
制御手段は、例えばインバータ回路のスイッチング素子のスイッチング周波数を可変させることにより、負荷への供給電力を制御するように構成されている。また、制御手段は、例えばＣＰＵおよびＲＡＭなどを備えソフトウェアによって制御されるものでもよく、あるいは、半導体集積回路をハード的に構成してもよい。
【００１２】
可変手段は、例えば制御手段とともに共通の半導体集積回路に備えられている。
【００１３】
ここで、例えば負荷として放電灯を用いる場合、この放電灯のフィラメントに対する電流供給量は、負荷回路だけでなく、フィラメントに接続したコンデンサの容量によっても決定され、一般に、このコンデンサ容量を大きくすると、インピーダンス成分が小さくなり、供給電流量が大きくなる。また、熱陰極形放電灯の調光の場合には、放電灯電流値が小さくなるため、フィラメントを適切な温度に加熱する必要がある。したがって、補助加熱回路によってフィラメントに供給する電流を適切に設定するためにコンデンサの容量をより大きく設定すると、一方で、放電灯の装着の誤検出の問題が生じる。このため、装着検出用の検出閾値を可変して誤検出を抑制することにより、補助加熱用のコンデンサの容量をより大きく設定し、フィラメント補助加熱を適切に設定できる。
【００１４】
請求項２記載の負荷制御装置は、請求項１記載の負荷制御装置において、検出閾値は、直流電源からの直流出力の関数であるものである。
【００１５】
直流出力の関数とは、例えば直流出力の増減に対応して増減する一次関数などとする。なお、この直流出力の関数の上限値、下限値、あるいはそれら双方を設定すれば、動作可能な電源電圧を制限できる。
【００１６】
請求項３記載の照明器具は、負荷としての放電灯が装着可能な器具本体と；放電灯を点灯させる請求項１または２記載の負荷制御装置と；を具備しているものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の負荷制御装置によれば、直流電源からの直流出力の大きさと直流電源に入力される交流電源の交流出力の大きさとの少なくともいずれかに応じて制御手段の検出閾値を可変手段で変化させることにより、直流電源からの直流出力が異なる場合の起動時間のばらつきおよび負荷の装着状態の誤判定を抑制できる。
【００１８】
請求項２記載の負荷制御装置によれば、請求項１記載の負荷制御装置の効果に加えて、検出閾値を直流出力に確実に対応させる。
【００１９】
請求項３記載の照明器具によれば、請求項１または２記載の負荷制御装置により負荷としての放電灯を制御することで、それぞれの効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は負荷制御装置の回路図、図２は電源投入後からの経過時間と装着検出部で検出する検出電圧との関係を示すグラフ、図３は直流電圧と検出閾値との関係を示すグラフ、図４は負荷制御装置を適用した照明器具の斜視図である。
【００２２】
図１に示すように、負荷制御装置としての放電灯点灯装置10は、直流電源11の出力側に、この直流電源11からの直流出力(直流電圧)を高周波交流電圧に変換して出力するインバータ回路12が接続され、このインバータ回路12の出力側に、このインバータ回路12の出力周波数に応じた電圧を出力する負荷回路としての共振回路13が接続され、この共振回路13の出力側に負荷としての例えば熱陰極形蛍光ランプなどの放電灯FLが着脱可能に装着される。また、この放電灯点灯装置10には、放電灯FLの装着を検出する装着検出部15が接続され、この装着検出部15が、インバータ回路12の動作を制御する制御回路16に接続されている。
【００２３】
直流電源11は、例えば電池電源、あるいは、１００Ｖ〜２４２Ｖなどの交流や直流の入力電源を整流化した直流電源などである。
【００２４】
インバータ回路12は、ハーフブリッジ形インバータであり、直列接続された２つのスイッチング素子としての電界効果トランジスタ(ＦＥＴ)Q1，Q2を有している。
【００２５】
共振回路13は、電界効果トランジスタQ2の両端に接続された直流カット用のコンデンサC1と、インダクタとしてのバラストチョークである共振インダクタンスＬの一次巻線L1との直列回路を備えるとともに、この共振インダクタンスＬの一次巻線L1の出力側に、放電灯FLと並列にコンデンサである共振コンデンサC2が接続されている。
【００２６】
放電灯FLは、一方のフィラメントFLaに対して、予熱用のコンデンサC3と共振インダクタンスＬの二次巻線L2aとの直列回路が並列に接続され、他方のフィラメントFLbに対して、予熱用のコンデンサC4と共振インダクタンスＬの二次巻線L2bとの直列回路が並列に接続されて、予熱回路19を構成している。
【００２７】
装着検出部15は、直流電源11に対して共振インダクタンスＬの一次巻線L1、フィラメントFLa，FLbとともにグランド電位へと接続される直列回路を構成する分圧用のインピーダンス素子である抵抗器R1，R2，R3を備えた電圧検出回路である。
【００２８】
抵抗器R1は、ハイサイドの電界効果トランジスタQ1のドレイン−ソース間に対してコンデンサC1と並列に接続されている。
【００２９】
抵抗器R2は、共振コンデンサC2に対して放電灯FLと並列に、フィラメントFLa，FLb間に接続されている。
【００３０】
抵抗器R3は、他方のフィラメントFLbに対して、直流カット用のコンデンサC5と並列にグランド電位と接続されている。
【００３１】
制御回路16は、電界効果トランジスタQ1，Q2のゲート、直流電源11の正電位側、および、装着検出部15の抵抗器R3と他方のフィラメントFLbとの接続点とそれぞれ接続されている。そして、制御回路16は、電界効果トランジスタQ1，Q2のスイッチング動作を制御することで放電灯FLへの供給電力を制御可能であり、装着検出部15からの検出出力である抵抗器R3で分圧された検出電圧と所定の検出閾値Vthとを比較することで共振回路13への放電灯FLの装着を判定して供給電力を制御する制御手段の機能と、直流電源11の直流出力である直流電圧を検出してこの検出した直流電圧の大きさに応じて検出閾値Vthを変化させるとともに、放電灯点灯装置10が起動すると、図３の想像線に示すように、検出閾値Vthを所定量、例えば２割程度低下させてヒステリシスを持たせる可変手段の機能とを有している。
【００３２】
ここで、検出閾値Vthは、例えば直流電源11からの直流電圧の関数、例えば直流電圧の増減に対応して増減する一次関数であり、かつ、下限値Vth1および上限値Vth2が設定されている。
【００３３】
なお、制御回路16は、ハード的に構成した半導体集積回路でもよく、ＣＰＵやＲＡＭを搭載しソフトウェアによって制御するマイコンなどであってもよい。
【００３４】
このように構成された放電灯点灯装置10は、図４に示すような照明器具に適用できる。この照明器具は、放電灯点灯装置10が配置された器具本体41、この器具本体41の両端に直管形の放電灯FLが装着されるソケット42などを備えている。
【００３５】
次に、上記一実施の形態の動作を説明する。
【００３６】
電源が投入されると、直流電源11からの直流電圧を装着検出部15で検出することで、制御回路16が放電灯FLの装着を検出する。
【００３７】
放電灯FLのフィラメントFLa，FLbは、抵抗として考えることができるので、直流電源11からの直流電圧をフィラメントFLa，FLbを含む装着検出部15の分圧回路の直流電圧レベルにより、放電灯FLの装着を検出できる。
【００３８】
具体的に、電源が投入されると、放電灯FLが装着されていない状態では、検出出力は０Ｖとなり検出閾値Vthを超えないので、制御回路16は放電灯FLが装着されていないと判定し、電界効果トランジスタQ1，Q2のスイッチング動作を直ちに停止して、インバータ回路12からの出力を停止する。
【００３９】
また、放電灯FLが装着されている状態では、直流電圧が抵抗器R1、一方のフィラメントFLa、抵抗器R2、他方のフィラメントFLbおよび抵抗器R3で分圧される。したがって、このときの検出出力が図２に示すようにコンデンサC3，C4の充電により時間とともに上昇し、検出閾値Vthを超えると、制御回路16は電界効果トランジスタQ1，Q2のスイッチング動作を制御してインバータ回路12を起動し、共振回路13によりインバータ回路12の出力周波数に対応して昇圧した電圧を出力し、予熱回路19を用いてフィラメントFLa，FLbを予熱するなど、放電灯FLを適宜始動制御することで、放電灯FLが点灯に至る。
【００４０】
このように、放電灯FLの装着を検出しない場合には、動作を即座に停止させるため、共振回路13による高電圧が、放電灯FLが装着されていないソケット42から出力されることがなく、また、インバータ回路12を構成する電界効果トランジスタQ1，Q2のストレスも低減できる。
【００４１】
ここで、装着検出部15での検出電圧は、直流電源11からの直流電圧を分圧したものなので、直流電圧のレベルによって検出される値が異なる。１００Ｖ〜２４２Ｖなどの異なる入力電圧に対応した回路構成では、電源入力時に直流電源11からの直流電圧が異なる。共振回路13は、制御回路16が起動してから動作するため、検出閾値Vthが一定であると、制御回路16が動作するまでの時間が図２に示すように異なる。すなわち、フィラメントFLa，FLbに並列にコンデンサC3，C4を接続して予熱(加熱)を行う本実施の形態の場合、電源投入と同時にコンデンサC3，C4が充電されるため、検出電圧が検出閾値Vthのレベルに達するまでの時間は、電圧に大きく依存する(図２中の時間t1，t2)。また、フィラメントFLa，FLbに並列にコンデンサC3，C4を接続して予熱(加熱)を行うため、例えば放電灯FLのフィラメントFLa，FLbの一方のみが共振回路13の出力側に装着されている場合に、電源投入時にコンデンサC3，C4の一方が充電されることにより、検出電圧が瞬間的に立ち上がり、この検出電圧が検出閾値Vthを超えると、放電灯FLが装着されているものと制御回路16が誤判定し、放電灯点灯装置10が、放電灯FLが装着されている状態での動作を行うおそれがある。特に、電源電圧が大きく、かつ、調光点灯時の予熱量を確保するためにコンデンサC3，C4の容量を大きくするほど、充電電圧が大きくなるため、上記の誤判定の可能性が高くなる。
【００４２】
そこで、本実施の形態では、図３に示すように、制御回路16が直流電源11からの直流電圧を検出し、この検出した直流電源11からの直流電圧のレベルに応じて検出閾値Vthの大きさを可変させることで、直流電源11からの直流電圧が異なる場合の放電灯点灯装置10の起動時間のばらつきおよび放電灯FLの装着状態の誤判定を抑制できる。
【００４３】
すなわち、図２の想像線に示すように、検出した直流電源11からの直流電圧が大きい場合には、制御回路16が検出閾値Vthを大きくし、検出した直流電源11からの直流電圧が小さい場合には、制御回路16が検出閾値Vthを小さくすることで、放電灯点灯装置10を略等しい時間Ｔで起動させることができるだけでなく、直流電圧によって異なる装着検出部15での検出電圧に対応して、放電灯FLの装着の有無を確実に判定できる。
【００４４】
また、検出閾値Vthを、直流電源11からの直流電圧の関数とすることにより、検出閾値Vthを直流電圧に確実に対応させることができるとともに、下限値と上限値とを設定することにより、放電灯点灯装置10が動作可能な電源電圧(直流電源11からの直流電圧)を制限できる。
【００４５】
さらに、制御回路16は、半導体集積回路で構成できるため、特別な構成を設ける必要がない。
【００４６】
なお、放電灯FLのフィラメントFLa，FLbに対する電流供給量は、共振インダクタンスＬの構成だけでなく、コンデンサC3，C4によっても決定される。一般に、コンデンサ容量を大きくすると、インピーダンス成分が小さくなるため、供給電流量が大きくなる。また、熱陰極型放電灯を調光する場合には、放電灯電流値が小さくなるため、フィラメントを適切な温度に加熱する必要がある。このため、補助加熱回路によってフィラメントに供給する電流を適切に設定している。したがって、調光回路においては、コンデンサC3，C4の容量をより大きく設定している。一方で、コンデンサC3，C4の容量を大きくすると、上述のように放電灯FLの装着の誤検出の問題がある。このため、装着検出用の検出閾値Vthのレベルを可変することで、誤検出を抑制することにより、調光回路においてコンデンサC3，C4の容量をより大きく設定し、フィラメント補助加熱を適切に設定できる。
【００４７】
また、上記一実施の形態において、制御回路16は、直流電源11からの直流出力の大きさに応じて検出閾値Vthを変化させたが、例えば直流電源11に入力される交流電源の交流出力の大きさに応じて検出閾値Vthを可変させたり、直流電源11からの直流出力の大きさおよび直流電源11に入力される交流電源の交流出力の大きさのそれぞれに応じて検出閾値Vthを可変させたりしてもよい。
【００４８】
さらに、負荷としては放電灯FLに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施の形態を示す負荷制御装置の回路図である。
【図２】同上電源投入後からの経過時間と装着検出部で検出する検出電圧との関係を示すグラフである。
【図３】同上直流電圧と検出閾値との関係を示すグラフである。
【図４】同上負荷制御装置を適用した照明器具の斜視図である。
【符号の説明】
【００５０】
10    負荷制御装置としての放電灯点灯装置
11    直流電源
12    インバータ回路
13    負荷回路としての共振回路
15    装着検出部
16    制御手段および可変手段の機能を有する制御回路
41    器具本体
FL    負荷としての放電灯
Q1，Q2    スイッチング素子である電界効果トランジスタ
【図１】
2010061948.tif 000003
【図２】
2010061948.tif 000004
【図３】
2010061948.tif 000005
【図４】
2010061948.tif 000006