(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源装置と；
直流電源装置の出力電圧をスイッチングするスイッチング装置と；
スイッチング装置の出力を供給されるインダクタおよび第１のコンデンサの直列的回路と；
第１のコンデンサが電源側フィラメント間に位置するように第１のコンデンサに並列的に設けられたけい光ランプと；
けい光ランプの非電源側フィラメントの間にけい光ランプのフィラメントを介して第１のコンデンサと並列的に設けられた第２のコンデンサと；
インダクタ、第１および第２のコンデンサならびにけい光ランプを含む負荷回路に流れる共振電流を帰還して出力電圧波形を整形し、この電圧波形によってスイッチング装置をオンオフ制御する自励式の制御装置と；
を具備し、自励式の制御装置ならびに第１および第２のコンデンサの定数は、第１および第２のコンデンサの合成容量が前記インダクタと直列共振する場合には前記けい光ランプを点灯可能な高周波電力を出力し、けい光ランプのフィラメントが点灯中に断線することによって第１のコンデンサのみがインダクタと共振する場合にはけい光ランプが消灯するような高周波電力を出力する値に設定されていることを特徴とするけい光ランプ点灯装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記第１および第２のコンデンサが接続され前記けい光ランプが点灯している場合にはスイッチング装置を負荷回路に流れる電流がスイッチング電圧に対して遅相になり、かつ、けい光ランプを点灯可能な高周波電力を出力するようにオンオフ制御し、けい光ランプのフィラメントが点灯中に断線することによって第１のコンデンサのみが接続されている場合には進相になり、かつ、けい光ランプが消灯するような高周波電力を出力するようにオンオフ制御することを特徴とする請求項１記載のけい光ランプ点灯装置。
【請求項３】
前記第１および第２のコンデンサは、互いの合成容量が前記インダクタと直列共振する場合には前記けい光ランプを点灯可能な高周波電力を出力し、けい光ランプのフィラメントが点灯中に断線することによって第１のコンデンサのみがインダクタと共振する場合には制御装置の帰還出力ではスイッチング装置の発振を継続不可能な高周波電力を出力する値に設定されていることを特徴とする請求項１記載のけい光ランプ点灯装置。
【請求項４】
照明器具本体と;
請求項１ないし３のいずれか一記載のけい光ランプ点灯装置と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、けい光ランプを高周波点灯し、けい光ランプの寿命末期時における異常点灯を防止するけい光ランプ点灯装置に関する。
【従来の技術】
従来、けい光ランプを高周波点灯する装置においては、けい光ランプの寿命末期時にけい光ランプが半波放電することによる過入力、過入力に伴う異常温度上昇等による問題を防止するために保護手段を設けることが行われている（従来技術１）。
【０００２】
保護手段としては、けい光ランプのランプ電圧、ランプ電流等から異常点灯状態を検知する検知手段、検知手段からの検知信号に応じてけい光ランプ点灯装置の出力を停止ないしは低減する手段からなるものである。また、異常温度上昇を検知してけい光ランプ点灯装置の出力を停止させる温度ヒューズからなる場合もある。
【０００３】
また、別の従来技術として特開昭６３-１７５３９１号公報のものが提案されている（従来技術２）。この従来技術２は、インバータ回路の出力にインダクタおよび第１のコンデンサの直列回路を接続し、第１のコンデンサと並列にけい光ランプを接続し、けい光ランプの非電源側に第２のコンデンサを並列接続したものである。
【０００４】
この従来技術２によれば、直列共振回路のコンデンサを上記のように第１および第２のものに分割したから、けい光ランプの点灯後にフィラメントに過大な電流が流れることを防止しながら、電源電圧が低くても共振電圧を高めてけい光ランプをスムーズに始動できるというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術１は、保護手段が必要な分確実にコストアップとなり、また、装置の小形化を阻害することになる。温度ヒューズを用いるものは、さらに、部品の特性ばらつき、被温度検知部品との結合関係等により動作温度範囲を精度よく管理できないという問題もある。
【０００６】
また、従来技術２は、けい光ランプが寿命末期になって半波放電した場合でもこの異常点灯状態を継続する可能性がある。このため、けい光ランプおよび点灯装置に対して過入力状態になり、けい光ランプでは、フィラメントを支持するサポートワイヤが赤熱・変形してバルブに触れ、バルブを破損したり、サポートワイヤを支持するピンチシール部、ステム等を溶融させたりすることがある。また、けい光ランプ点灯装置では破損するばかりでなく、発熱部品、配線板等を発煙、発火させたりすることがある。
【０００７】
本発明は、極力部品を増加させることなく、けい光ランプが異常点灯状態になった場合には異常点灯を持続させないようにして、けい光ランプ、同点灯装置の破損、発煙、発火といった問題を解消ないしは低減できるけい光ランプ点灯装置および照明装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のけい光ランプ点灯装置は、直流電源装置と；直流電源装置の出力電圧をスイッチングするスイッチング装置と；スイッチング装置の出力を供給されるインダクタおよび第１のコンデンサの直列的回路と；第１のコンデンサが電源側フィラメント間に位置するように第１のコンデンサに並列的に設けられたけい光ランプと；けい光ランプの非電源側フィラメントの間にけい光ランプのフィラメントを介して第１のコンデンサと並列的に設けられた第２のコンデンサと；インダクタ、第１および第２のコンデンサならびにけい光ランプを含む負荷回路に流れる共振電流を帰還して出力電圧波形を整形し、この電圧波形によってスイッチング装置をオンオフ制御する自励式の制御装置と；を具備し、自励式の制御装置ならびに第１および第２のコンデンサの定数は、第１および第２のコンデンサの合成容量が前記インダクタと直列共振する場合には前記けい光ランプを点灯可能な高周波電力を出力し、けい光ランプのフィラメントが点灯中に断線することによって第１のコンデンサのみがインダクタと共振する場合にはけい光ランプが消灯するような高周波電力を出力する値に設定されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明および以下の発明において、特に限定しない限り、各構成、用語等はつぎのように定義される。直流電源装置は、たとえば商用電源を入力して整流、整流平滑等するもの、同じくアクティブフィルタ等低歪化回路を介するもの、バッテリ等の直流電源そのものを用いるもの等種々のものを使用可能なものである。
【００１０】
スイッチング装置は、１個のスイッチング素子から構成されるものでも、一対以上のスイッチング素子から構成されるものでもよく、スイッチング素子としてもバイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、サイリスタ等の半導体スイッチング素子を適宜使用できるものである。
【００１１】
第１および第２のコンデンサは、第１のコンデンサのみがインダクタと共振する場合には共振出力としてけい光ランプが点灯維持不可能な高周波電力を出力する値に設定されているが、この場合、けい光ランプの消灯後にインダクタおよび第１のコンデンサに流れる電流の位相はスイッチング電圧に対して遅相でも進相でもよい。また、第１のコンデンサのみがインダクタと共振する場合にはけい光ランプが点灯維持不可能な高周波電力を出力するのは、けい光ランプのフィラメントが断線したような寿命末期時にはけい光ランプが継続点灯することによる悪影響を未然に防止することを狙ったものである。したがって、この場合の高周波出力電力は極力小さい方がよい。また、前述のようにフィラメントが断線したけい光ランプを再始動しようとした場合には、けい光ランプを始動できない高周波電力であることが好ましいことになる。高周波電力の出力値は、インダクタ、第１のコンデンサおよびけい光ランプの等価抵抗値からなる共振出力特性とスイッチング周波数との関係により設定可能である。
【００１２】
本発明において、直列的とは、直列はもちろん中間に他の部品を介在させている場合も含むことを意味している。並列的も同様な意味で用いている。
【００１３】
請求項１記載の発明は、けい光ランプが正常である場合すなわちけい光ランプのフィラメントを介して第２のコンデンサが電気的に接続されている場合には、所定の高周波電力がけい光ランプに供給されてけい光ランプが点灯している。
【００１４】
けい光ランプが寿命等の理由によりそのフィラメントの一方でも切断すると、第２のコンデンサが電気的に切離され実質的に第１のコンデンサのみがインダクタとの直列共振に関与するようになる。第１のコンデンサおよびインダクタの直列共振では、けい光ランプを点灯維持できない高周波電力を出力するよう予め定数設定されている。したがって、けい光ランプは消灯し、寿命であることを使用者に認識させる。また、寿命末期時にけい光ランプを異常点灯し続けることによりけい光ランプのサポートワイヤが赤熱して変形し、バルブに触れてバルブを破損するといった事態やピンチシール部、ステムを溶融するといった事態を防止する。また、けい光ランプ点灯装置構成部品の異常発熱による発煙、発火も防止する。
【００１５】
また、けい光ランプの点灯中は第１および第２のコンデンサがインダクタと共振するから、すなわち共振用のコンデンサを分割したから、第２のコンデンサのみで所定の共振を行わせるものに比して点灯中にフィラメントおよび第２のコンデンサに流れる電流値を調整可能である。たとえば、点灯中にフィラメントに流れる電流値が大きくならないようにできる。
【００１６】
請求項２は、請求項１記載のけい光ランプ点灯装置において、前記制御装置は、前記第１および第２のコンデンサが接続され前記けい光ランプが点灯している場合にはスイッチング装置を負荷回路に流れる電流がスイッチング電圧に対して遅相になり、かつ、けい光ランプを点灯可能な高周波電力を出力するようにオンオフ制御し、けい光ランプのフィラメントが点灯中に断線することによって第１のコンデンサのみが接続されている場合には進相になり、かつ、けい光ランプが消灯するような高周波電力を出力するようにオンオフ制御することを特徴とする。
【００１７】
本発明において、スイッチング装置は一対以上のスイッチング素子を有して構成されるものである。スイッチング装置の各スイッチング素子には、逆向きの電流を通流するために逆並列にダイオードを接続するのが好ましい。なお、電界効果トランジスタのようにその構成上逆並列に寄生ダイオードを有している場合には、前記ダイオードを省略できる。
【００１８】
制御装置は、発振装置等を用いるいわゆる他励式でも、変流器、変圧器等を用いて自己の発振出力の一部を帰還するいわゆる自励式のいずれでもよい。他励式の場合、予め負荷回路の定数を計算して発振装置の出力周波数を、けい光ランプが点灯していて第１および第２のコンデンサが接続されている場合には遅相となり、第１のコンデンサのみが接続される場合は進相となるスイッチング周波数に選定することができる。この場合、けい光ランプの点灯前、すなわち、インダクタ、けい光ランプの両フィラメント（抵抗）、第１および第２のコンデンサが共振回路を形成期間には遅相であっても進相であってもよい。自励式の場合、変流器、バラスト等の帰還手段を含む駆動回路を形成するが、駆動回路の定数設計によりけい光ランプが点灯していて第１および第２のコンデンサが接続されている場合には遅相となり、第１のコンデンサのみが接続されている場合は進相となるスイッチング周波数とすることができる。この場合も、けい光ランプの点灯前には遅相であっても進相であってもよい。
【００１９】
請求項２記載の発明は、けい光ランプが寿命になってのフィラメントが断線すると、第２のコンデンサが電気回路的に取除かれ、第１のコンデンサのみが接続される。したがって、制御装置は負荷回路の状態との関係によりけい光ランプを点灯維持不可能な高周波電力を出力するようなスイッチング周波数でスイッチング装置をオンオフ制御する。このため、けい光ランプは消灯する。同時にこのスイッチング周波数は、負荷回路に流れる電流をスイッチング電圧に対して進み位相とする。電流が進み位相であると、互いに直列的に接続されたスイッチング装置のスイッチング時の電力損失が大きくなることが知られている。すなわち、進相の場合は、一方のスイッチング装置がオフで逆並列のダイオードに電流が流れている状態で他方のスイッチング装置がオンするため、逆並列のダイオードの回復時間にこの逆並列ダイオードおよびオンした他方のスイッチング装置の直列的回路に直流電源装置から大きな電流が流れることが知られている。遅相の場合には、スイッチング時に前記回復電流を流す逆並列のダイオードおよびオンした他方のスイッチング装置の直列的回路を形成することがなく、スイッチング装置と逆並列のダイオードに流れる電流、スイッチング装置のスイッチオン時の電流は負荷回路を介して流れることになるから、大きな電流が流れることがない。
【００２０】
本発明は、けい光ランプが消灯した後は上記進相関係でスイッチング装置のオンオフがなされるから、スイッチング装置はその電力損失により発熱し破壊する。したがって、発振を継続することにより電力損失を生じたり、無負荷発振を長時間継続することにより徐々に炭化が進み発煙、発火したりするといった事態を防止する。
【００２１】
なお、上述のように、けい光ランプの点灯前にも進相になるようにしてもよいものであるが、この場合でも、一般にけい光ランプの始動時間は１〜２秒未満であるから、けい光ランプ点灯装置の電力損失〜破壊には実質的に影響なくすることができる。
【００２２】
請求項３記載は、請求項１記載のけい光ランプ点灯装置において、前記第１および第２のコンデンサは、互いの合成容量が前記インダクタと直列共振する場合には前記けい光ランプを点灯可能な高周波電力を出力し、けい光ランプのフィラメントが点灯中に断線することによって第１のコンデンサのみがインダクタと共振する場合には制御装置の帰還出力ではスイッチング装置の発振を継続不可能な高周波電力を出力する値に設定されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項３記載の発明は、変流器、バラスト等の帰還手段を含む制御装置を形成し、第１コンデンサのみが接続されてインダクタと共振する場合には、スイッチング装置および制御装置が自励発振を継続しない。したがって、けい光ランプのフィラメントが確実に接続されていなかったり、断線している場合にはけい光ランプが点灯することがなく、出荷時の点検等で確実に良、不良を判断できる。
【００２４】
請求項４記載の照明装置は、照明器具本体と;請求項１ないし３のいずれか一記載のけい光ランプ点灯装置と；を具備していることを特徴とする。
【００２５】
本発明において、対象とする照明装置は、一般照明用、表示灯、ＯＡ機器用等どのようなものであってもよい。また、いわゆる電球形けい光ランプでもよい。
【００２６】
本発明の照明装置は、請求項１ないし３のいずれか一記載のけい光ランプ点灯装置と同様な作用を有する照明装置となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の一実施形態を説明する。
【００２８】
図１は本発明の一実施形態を示す回路図である。１は直流電源装置である。この直流電源装置１は、交流電源２に接続される電流フューズ、この電流フューズ３を介して交流電源２に接続される高周波カットフィルタ４を有する。また、高周波カットフィルタ４を介して交流電圧を入力される整流装置５、この整流装置５の出力端間に設けられた平滑コンデンサ６、限流用の抵抗７を有する。
【００２９】
８、９は互いに直列的に接続された一対の電圧駆動形のスイッチング装置であり、本実施形態では電界効果トランジスタである。スイッチング装置８はＮ形であり、スイッチング装置９はＰ形であって、それぞれのソース同士が接続されている。また、各スイッチング装置８、９のゲートも互いに接続されている。スイッチング装置９のソース・ドレインには、コンデンサ１０と抵抗１１とがそれぞれ並列接続されている。
【００３０】
１２は負荷回路である。この負荷回路１２は、スイッチング装置９に対して並列的に設けられており、限流用のインダクタ１３、直流カットコンデンサ１４、けい光ランプ１５、けい光ランプの電源側フィラメント間に設けられた第１のコンデンサ１６およびけい光ランプ１５の非電源側フィラメント間に設けられた第２のコンデンサ１７を含んでいる。本実施形態の負荷回路１２は、前記限流用のインダクタ１４と第１および第２のコンデンサ１６、１７の合成容量、または前記限流用のインダクタ１４と第１のコンデンサ１６とが直列共振するように定数設定されている。
【００３１】
１８は制御装置で、前記インダクタ１３に磁気結合された帰還手段１９を有し、この帰還手段１９の出力はインダクタ２０およびコンデンサ２１の直列共振回路に供給されるようになっている。主としてこの直列共振回路によって、帰還手段１９の出力電圧波形が整形され、また、値も決定される。
【００３２】
前記直列共振回路の出力はコンデンサ２２を介して各スイッチング装置８、９のゲート・ソース間に印加されるようになっている。また、各スイッチング装置８、９のゲート・ソース間に対しては、定電圧素子２３、２４の直列回路が並列に接続されている。抵抗２５、２６は前記抵抗１１とともに始動回路を構成するものである。
【００３３】
つぎに、本実施形態の作用を説明する。図示しないスイッチにより交流電源２が投入されると、直流電源装置１は、平滑コンデンサ６の両端に所定の直流電圧を発生する。平滑コンデンサ６の両端電圧が十分立上がる過程または十分立上がった後において、抵抗２５、２６、１１、帰還手段１９の閉回路に直流電源装置１の出力電圧が印加される。これにより、実質抵抗２６の両端電圧が各スイッチング装置８、９のゲート・ソース間に印加し、順方向となるＮ形のスイッチング装置8のスレッシュホールド電圧に達すると、スイッチング装置８がオンする。
【００３４】
スイッチング装置８がオンすると、直流電源装置１からスイッチング装置８のドレイン・ソースを介して、負荷回路１２に電流が流れる。そして、負荷回路１２に流れる電流は、限流用のインダクタ１４、フィラメント抵抗および第１および第２のコンデンサ１６、１７の共振回路により共振電流となる。また、負荷回路１２に流れる電流により帰還手段１９は出力を発生し、インダクタ２０およびコンデンサ２１による直列共振回路により波形整形、昇圧されてスイッチング装置８オンバイアスし、スイッチング装置９を逆バイアスする。
【００３５】
負荷回路１２の共振電圧が極性反転するタイミングになると、前記インダクタ２０およびコンデンサ２１による直列共振回路の出力も反転して逆向きの出力を発生する。したがって、スイッチング装置８がオフし、スイッチング装置９がオンする。スイッチング装置９がオンすると、負荷回路１２にはスイッチング装置９を介して前回とは逆向きの共振電流が流れる。
【００３６】
以後、スイッチング装置８、９は交互にオンオフし、これに応じて負荷回路１２はけい光ランプ１５に高周波電圧を供給する。けい光ランプ１５は、フィラメントを予熱された後、始動、点灯する。けい光ランプ１５の点灯前と点灯後とでは、けい光ランプ１５の抵抗成分の有無に応じて共振特性が変化する。けい光ランプ１５の点灯前の方が、共振の尖鋭度は大きくなるように設計されている。
【００３７】
そして、第１および第２のコンデンサ１６、１７が電気回路的に接続されていて、けい光ランプ１５が点灯している期間は、負荷回路の電流の位相は電圧に対して遅れ位相になっている。すなわち、インダクタ１３、第１および第２のコンデンサ１６、１７、けい光ランプ１５の共振回路の固有振動周波数に対して、インダクタ２０およびコンデンサ２１による直列共振回路の共振周波数を大きくしている。
【００３８】
つぎに、けい光ランプ１５のフィラメントが断線すると、第２のコンデンサ１７が回路上切離される。これにより、負荷回路１２には実質インダクタ１３、第１のコンデンサ１６およびけい光ランプ１５が存在することになる。そして、この場合には、けい光ランプ１５を点灯維持不可能な高周波電力しか発生し得ず、かつ、負荷回路１２の電流が進相位相となる周波数でスイッチング装置８、９をオンオフ制御する。すなわち、インダクタ１３、第１のコンデンサ１６およびけい光ランプ１５の抵抗成分からなる共振特性に関し、その共振周波数より小さい周波数となるように前記インダクタ２０およびコンデンサ２１の定数を設定してある。
【００３９】
したがって、けい光ランプ１５は直ちに消灯し、けい光ランプ１５の消灯により、負荷回路１２の共振回路から実質けい光ランプ１５の抵抗成分が切離される。そして、本実施形態では、電流が進相位相となるモードで発振を継続するから、スイッチング装置の８、９の電力損失が増大し、発熱して速やかに破壊する。
【００４０】
なお、本実施形態は、Ｎ形、Ｐ形のスイッチング装置を組合わせて用いることにより、帰還手段１９および制御装置１８を１個にできるので、装置全体の一層の小形化を図れる。
【００４１】
本発明の他の実施形態として、第１のコンデンサのみがインダクタと共振する場合、すなわち、第２のコンデンサが電気回路上切離された場合には、スイッチング装置が発振を継続できないようにしてもよい。このような本実施形態を実現するためには、たとえば図１のものにおいて、第１および第２のコンデンサ１６、１７の配分を変更したり、インダクタ２０およびコンデンサ２１の直列共振回路定数を変更したりすることにより可能となる。
【００４２】
本発明の照明装置の一実施形態を説明する。図２は本発明の照明装置の一実施形態を簡略化して示す一部断面正面図である。本実施形態は、いわゆる電球形けい光ランプに適用したものである。３０は照明器具本体であり、口金部３１、ベース部３２およびカバー３３を有する。３４はけい光ランプで、３個のＵ字状バルブを相互に連結して１個の放電空間を形成している。
【００４３】
３５はけい光ランプ点灯装置で、配線基板３６に電子部品３７を装着して構成されており、主として口金部３１およびベース部３２内に収納、支持されている。けい光ランプ点灯装置３５としては、上述した実施形態のものである。
【００４４】
図２においては配線の図示を省略してあるが、所要の配線が行われている。本実施形態においても、けい光ランプ３４が寿命等によりそのフィラメントが断線すると、上述した実施形態と同様に作用する。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明は、第１および第２のコンデンサが接続されている場合にはけい光ランプを点灯でき、けい光ランプのフィラメントが断線することによって第１のコンデンサのみがインダクタと共振する場合にはけい光ランプが消灯するようにしているから、異常点灯状態の持続を確実に防止できる。したがって、けい光ランプのサポートワイヤが赤熱して変形し、バルブに触れてバルブを破損するといった事態やピンチシール部、ステムを溶融するといった事態を防止でき、また、けい光ランプ点灯装置構成部品の異常発熱による発煙、発火を防止できる。しかも、従来の保護装置のように格別に部品を増加しないから、装置を小形、安価に提供できる。
【００４６】
請求項２記載の発明は、さらに、けい光ランプの消灯後は電流が進み位相になるようにスイッチング装置をオンオフ制御するから、スイッチング装置を破壊に至らせ、無負荷発振を継続することによる電力損失、異常発熱を防止できる。
【００４７】
請求項３記載の発明は、第１のコンデンサのみがインダクタと共振する場合は、スイッチング装置の発振を継続させないから、けい光ランプのフィラメントが接続されていない場合、切断された場合にはそもそもけい光ランプを点灯しないものである。したがって、出荷時等において不良品として識別できる。
【００４８】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一記載の発明と同様な効果を奏する照明装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す回路図
【図２】本発明の照明装置の一実施形態を簡略化して示す一部断面正面図
【符号の説明】
１…直流電源装置、８、９…スイッチング装置、１２…負荷回路、１３…インダクタ、１５…けい光ランプ、１６…第１のコンデンサ、１７…第２のコンデンサ、１８…制御装置、３０…照明器具本体、３４…けい光ランプ、３５…けい光ランプ点灯装置。
【図１】
0003646855.tif 000002
【図２】
0003646855.tif 000003