(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特性電圧よりも高い電圧を供給するとランプ電流が増大し、特性電圧よりも低い電圧を供給するとランプ電流が減少する放電灯と、放電灯の特性電圧よりも高い電圧値と低い電圧値とを、放電灯を安定点灯させ得るように含ませると共に、瞬時電圧が連続的で且つ１サイクル単位で変化する交流電圧成分を出力する電源手段とを備え、前記電源手段は、放電灯の特性電圧よりも高い電圧値を有し、瞬時電圧が連続的に変動する第１の交流電源と、放電灯の特性電圧よりも低い電圧値を有し、瞬時電圧が連続的に変動する第２の交流電源と、前記第１の交流電源と第２の交流電源とを、１サイクル単位でゼロクロス点で放電灯に接続して、放電灯を安定点灯するように切り替える切替手段とを備えた放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記電源手段は、１サイクル単位の電圧波形の振幅を変化させてランプ電流を制御するように構成された請求項１の放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記電源手段は、１サイクル単位の電圧波形の振幅が略正弦波状に変化する電圧周期を有する前記第１の交流電源と、１サイクル単位の電圧波形の振幅が略正弦波状に変化する電圧周期を有する前記第２の交流電源とを備えた請求項２の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記電源手段は、１ｋＨｚ以上で電圧波形の振幅を変化させてランプ電流を制御するよう構成された請求項３の放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記電源手段は、１サイクル単位の電圧波形の振幅を連続的に変化させて、ランプ電流をなめらかに制御するよう構成された請求項３の放電灯点灯装置。
【請求項６】
前記電源手段は、複数サイクルを有する前記第１の交流電源と、複数サイクルを有する前記第２の交流電源とを備えた請求項３の放電灯点灯装置。
【請求項７】
前記電源手段は、前記第１の交流電源と前記第２の交流電源とを交互に切り替えて、前記放電灯に接続するよう構成された請求項３の放電灯点灯装置。
【請求項８】
前記電源手段は、前記第１の交流電源と前記第２の交流電源とをランダムに切り替えて、前記放電灯に接続するよう構成された請求項３の放電灯点灯装置。
【請求項９】
前記電源手段は、前記第１の交流電源、あるいは前記第２の交流電源との、少なくとも一方のサイクルは一定になるよう構成された請求項３の放電灯点灯装置。
【請求項１０】
前記電源手段は、前記第１の交流電源、あるいは前記第２の交流電源との、一方のサイクル数を徐々に増加し、他方のサイクル数を徐々に減少するよう構成された請求項３の放電灯点灯装置。
【請求項１１】
前記電源手段は、前記第１の交流電源、あるいは前記第２の交流電源の内の少なくとも一方をサイクル単位で間引くよう構成された請求項３の放電灯点灯装置。
【請求項１２】
前記電源手段は、前記第１の交流電源と前記第２の交流電源との、互いの周波数が異なるよう構成された請求項３の放電灯点灯装置。
【請求項１３】
前記電源手段は、調光時の調光が深くなる程に、前記第１の交流電源の、電圧ピーク値を高くすると共にサイクル数を減少させるよう構成された請求項３の放電灯点灯装置。
【請求項１４】
前記電源手段は、安定点灯時よりも始動時の方が前記第１の交流電源の、電圧ピーク値を高くするよう構成された請求項３の放電灯点灯装置。
【請求項１５】
前記電源手段は、調光時の調光が深くなる程に、前記第２の交流電源の電圧ピーク値を低くするよう構成された請求項１３の放電灯点灯装置。
【請求項１６】
予熱・始動時はフィードバック制御をせずに予め設定された振幅の電圧を放電灯に供給し、点灯時にはランプ電流を検出する検出回路により安定点灯するように、フィードバック制御を行うべく構成された請求項１の放電灯点灯装置。
【請求項１７】
前記電源手段は、スイッチドキャパシタからなる昇圧回路と、前記昇圧回路の出力の極性を反転する極性反転回路とを有する前記第１の交流電源と、スイッチドキャパシタからなる昇圧回路と、前記昇圧回路の出力の極性を反転する極性反転回路とを有する前記第２の交流電源とを備えた請求項１の放電灯点灯装置。
【請求項１８】
前記電源手段は、前記交流電圧成分に略矩形波状の交流電圧を重畳して、放電灯を安定点灯させ得るように出力すべく構成された請求項１の放電灯点灯装置。
【請求項１９】
前記電源手段は、放電灯の特性電圧よりも高い電圧値と低い電圧値との、一方を放電灯の始動に、他方を放電灯のフィラメントの予熱に用いるように構成された請求項１８の放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、限流要素を小さくして放電灯を安定に点灯する放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３８に従来例の回路図を示す。この回路は、ランプＬＰと電源の間に挿入されたスイッチＳＷをａ或いはｂに高速に切り替えて、ランプＬＰの特性電圧よりも高い電圧の直流電源ＤＣ1 と、ランプＬＰの特性電圧よりも低い電圧の直流電源ＤＣ2 を交互に使用して、ランプ電流を設定範囲に制御して点灯しようとするものであり、限流要素を小さくすることができる。ランプの特性電圧よりも高い電圧を供給するとランプ電流は増大し、ランプの特性電圧よりも低い電圧を供給するとランプ電流は減少するので、スイッチＳＷの切替えを適切に制御することにより、ランプ電流を制御することができるのである。以下、その原理について説明する。
【０００３】
一般的に、ランプ（放電灯）を点灯するにはバラスト（限流要素）が必要である。その理由はランプの電気特性が負特性である（つまり負性抵抗を有する）からである。ランプの電流Ｅと電流密度Ｊとの関係は一般に以下の式で示される。
Ｊ＝σＥ
ここで、σは導電率と呼ばれ、固体の場合には定数とみなしてよいものである。しかし、気体放電の場合には導電率は以下の式に示されるように電子密度の関数になる。
σ＝ｅｎμ
【０００４】
ただし、ｅは単位電荷、ｎは電子密度、μは移動度である。移動度μは電子温度と圧力の関数であるが一定とみなしてよい。このことから、電流密度（つまり放電電流）はランプ内部の電子密度と電界の２つによって決定されることがわかる。基本的にはランプ電流（電流密度）が決まると、結果として電子密度と電界が決まる、という考え方が最も分かりやすく、しかも現実にそうなっている。一般に電流を増やすと電子密度が増加し、電界はさほど変化しない（実際には多少変化するが、電子密度ほど顕著でない）。ランプは限流要素無しの電圧源で点灯されると、電子密度が増加してしまい、結果として電流が増加してしまう。その結果、過電流が流れ、諸々のトラブルが生じる。増加する時定数の方が減少する時定数よりも大きいために電子密度は増加する。これを避けるためには、印加する電界を変化させて電子に与えるエネルギーを変化させなければならない。
【０００５】
安定点灯状態から高い電圧源に接続すると、電流は増加し始めるので電圧を低下させる。これはランプ特性電圧（維持電圧）以下まで低下させる必要がある。すると、電流は減少し始めるので、次に電圧を上昇させる。これはランプ特性電圧（維持電圧）以上まで上昇させる必要がある。すると、電流は再び増加し始める。そこで、再び電圧を低下させる。これはランプ特性電圧（維持電圧）以下まで低下させる必要がある。以下、これらの動作を繰り返す。このように電圧をランプの特性電圧ラインの上下に変化させれば、ランプを安定に点灯できる。実際に電流が増加する時間と減少する時間は、減少が０．数ｍｓｅｃから数ｍｓｅｃのオーダー、増加が数μから数十μｓｅｃ程度と考えられる。
【０００６】
次に、図３９は他の従来例の回路図である。この回路では、２つの交流電源ＡＣ1 ，ＡＣ2 を有し、ランプの特性電圧よりも低い電圧をインダクタＬを介してランプＬＰに常に供給しておき、これに重畳して交流電圧をキャパシタＣを介して供給することにより、ランプの特性電圧よりも高い電圧を供給し、この振幅を変調して安定に点灯しようとするものである。いずれの従来例も、ランプの特性電圧を挟む２つの電圧源を設けて、これらを交互に接続することによって、実質上の限流要素を小型にする、或いは限流要素を無くするようにしたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来例は、制御しない固定的な実効電圧値の主電源（特に低い電圧の方）を使用する考えであるため、ランプの広範囲の出力変化に対応することが困難であり、また、ランプ電流波形が歪むためにランプからの輻射ノイズが高い等の問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記の課題を解決するために、特性電圧よりも高い電圧を供給するとランプ電流が増大し、特性電圧よりも低い電圧を供給するとランプ電流が減少する放電灯と、放電灯の特性電圧よりも高い電圧値と低い電圧値とを、放電灯を安定点灯させ得るように含ませると共に、瞬時電圧が連続的で且つ１サイクル単位で変化する交流電圧成分を出力する電源手段とを備え、前記電源手段は、放電灯の特性電圧よりも高い電圧値を有し、瞬時電圧が連続的に変動する第１の交流電源と、放電灯の特性電圧よりも低い電圧値を有し、瞬時電圧が連続的に変動する第２の交流電源と、前記第１の交流電源と第２の交流電源とを、１サイクル単位でゼロクロス点で放電灯に接続して、放電灯を安定点灯するように切り替える切替手段とを備えた放電灯点灯装置としたものである。つまり、ランプの特性電圧よりも高い電源とランプの特性電圧よりも低い電源の２つの電圧源を用いて時分割で切り替えてランプに接続し、それぞれの電圧源の電圧値を可変とし、その振幅を負荷の状態に応じて変調するものである。上記の構成により、放電灯点灯装置の限流要素を小さくしてランプを安定に点灯し、広範囲の出力変化対応や輻射ノイズの改善が図れるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の前提となる構成１の回路図を図３６に示す。この回路では、電圧源ＤＣ3 とＤＣ4 の電圧値が可変となっているものであり、ＤＣ3 はランプの特性電圧よりも高い実効電圧値をとり、ＤＣ4 はランプの特性電圧よりも低い実効電圧値をとる。これらの電圧源ＤＣ3 とＤＣ4 を用いて、電圧源ＤＣ3 が接続されたときランプ電流が増加し、設定値に達したらスイッチ手段ＳＷで切替え、電圧源ＤＣ4 が接続されたときランプ電流が減少し、設定値に達したらスイッチ手段ＳＷで切替えるようにして、電源からランプへの接続時間を設定することによってランプＬＰに設定した電流を流すことが可能で、ランプ電流の増減を設定範囲内におさめるようにスイッチ手段ＳＷで制御できる。ランプへの電流を増加する場合は高い方の電圧源の接続時間（周期個数）の割合を増加するだけでなく、増加に従って電源電圧を低くしていく。さらに、低い方の電圧源も低い方に変化させてもよい。また、ランプへの電流を減少する場合は、高い方の電圧源の接続時間割合を減少するだけでなく、減少に従って電源電圧を高くしていく。さらに、低い方の電圧源も高い方に変化させてもよい。
【００１０】
このように、電圧源の電圧を可変とし、交互に接続することによって、例えばランプ電流を増加したとき、ランプ特性電圧の低下に伴う電源電圧との差電圧を小さくすることが可能となり、ランプへのストレスを低減しながら広範囲の出力変化に対応でき、限流要素を小さくすることが可能となる。ここで、電圧源ＤＣ3 ，ＤＣ4 の可変範囲は正の最大値から負の最大値まで変化してランプに交流電流を供給してもよい。
【００１１】
本発明の前提となる構成２の回路図を図３７に示す。この回路は、電圧源の電圧値が一方の極性で可変となっているもので、変化の仕方は図３６の構成１と同様であり、極性反転スイッチＳａ〜Ｓｄによって極性を反転し、ランプＬＰに交流電流を供給するものである。この場合も、電圧源ＤＣ3 ，ＤＣ4 の電圧値を可変にすることによって、例えばランプ電流を増加したときランプ特性電圧の低下に伴う電源電圧との差電圧を小さくすることが可能となり、ランプへのストレスを低減しながら限流要素を小さくすることが可能となる。
【００１２】
本発明の実施例１の回路図を図１に示す。この回路は、電圧源が電圧可変交流電源となっているもので、交流実効電圧値がランプの特性電圧よりも高い電圧源ＡＣ1 と低い電圧源ＡＣ2 の２つの電圧源を用いる。実効電圧値の変化の仕方は図３６の構成１と同様であり、２つの領域の電圧源を交互に切り替えてランプに接続し、ランプに交流電流を供給するものである。
【００１３】
この場合も同様に、両方の電圧値を可変にすることによって、例えばランプ電流を増加したときランプ特性電圧の低下に伴う電源電圧との差電圧を小さくすることが可能となり、ランプへのストレスを低減しながら限流要素を小さくすることが可能となる。また、さらに電圧源を高周波とすれば、装置の一層の小型化が可能となるものである。
【００１４】
本発明の実施例２の回路図を図２に、その動作波形図を図３に示す。本実施例の基本構成は、ユニット化した複数の電圧源を制御手段３により直列に自由に接続して負荷であるランプに接続可能としたもので、インダクタＬｆとキャパシタＣｆのフィルタ回路と組み合わせることによって正弦波状の電流を供給可能としたものである。電圧源としてＣ1 〜Ｃｎのキャパシタを用い、必要な電圧に応じて直列に接続する個数を変化させる。各キャパシタＣ1 〜Ｃｎへの充電は放電が行われていない期間に行う。
【００１５】
ユニット化した複数の電圧源の各ユニットは、１つのキャパシタと、これを囲むブリッジ回路で構成される。例えば、キャパシタＣ1 に対してスイッチ手段Ｓ1 ａ〜Ｓ1 ｄを組み合わせて１ユニットとする。ユニットの動作は、キャパシタＣ1 のプラス極をインダクタＬｆに接続し、マイナス極をＢ点に接続したい場合には、スイッチ手段Ｓ1 ａ、Ｓ1 ｄ、Ｓ2 ｃ、Ｓ2 ｄ、Ｓ3 ｃ、Ｓ3 ｄ、…、Ｓｎｃ、Ｓｎｄをオンし、その他をオフにする。全てのキャパシタを直列に接続する場合には、各ユニットで添字がａとｄのスイッチを全てオンにし、その他をオフにする。また、これと逆極性の電圧をランプに供給したい場合には、各ユニットで添字がｂとｃのスイッチを全てオンにし、その他をオフにする。このようにして直列接続する電源の数を変化させることができ、小さなインダクタＬｆとキャパシタＣｆのフィルタ回路によって滑らかな交流電流をランプＬＰに供給することが可能である。
【００１６】
図３の動作波形図を用いてキャパシタが５個の場合について説明する。時刻ｔ0 でランプ電圧Ｖｚがゼロクロスし、時刻ｔ1 までスイッチ手段Ｓ1 ａ、Ｓ1 ｄ、Ｓ2 ｃ、Ｓ2 ｄ、Ｓ3 ｃ、Ｓ3 ｄ、…、Ｓｎｃ、Ｓｎｄをオンし、その他をオフにする。このようにしてキャパシタＣ1 をフィルタ回路に接続すると電流が次第に増加していく。続く時刻ｔ2 までスイッチ手段Ｓ1 ａ、Ｓ1 ｄ、Ｓ2 ａ、Ｓ2 ｄ、Ｓ3 ｃ、Ｓ3 ｄ、…、Ｓｎｃ、Ｓｎｄをオンし、その他をオフにする。このようにして、キャパシタＣ1 、Ｃ2 をフィルタ回路に接続すると電流が次第に増加していく。さらに、時刻ｔ３までスイッチ手段Ｓ1 ａ、Ｓ1 ｄ、Ｓ2 ａ、Ｓ2 ｄ、Ｓ3 ａ、Ｓ3 ｄ、…、Ｓｎｃ、Ｓｎｄをオンし、その他をオフにする。このようにして、キャパシタＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 をフィルタ回路に接続すると、電流が次第に増加していく。同様に時刻ｔ4 、ｔ5 と接続するキャパシタ数を増加していき、各時刻の間の期間を設定すれば、電圧波形を略正弦波状に上昇させることが可能となる。時刻ｔ6 〜ｔ10にかけて接続するキャパシタの個数を減少していき、同様に略正弦波状に下降していく。
【００１７】
時刻ｔ10からは、キャパシタの極性を逆に接続し、同様にしてマイナス側の波形をつくる。例えば、時刻ｔ11までスイッチ手段Ｓ1 ｂ、Ｓ1 ｃ、Ｓ2 ｃ、Ｓ2 ｄ、Ｓ3 ｃ、Ｓ3 ｄ、…、Ｓｎｃ、Ｓｎｄをオンし、その他をオフにする。このようにしてキャパシタＣ1 を先ほどとは逆極性にフィルタ回路に接続すると電流が次第に負方向に増加していき、正方向の場合と同様のやり方で波形を作っていく。
【００１８】
時刻ｔ20からはプラスの波形を作っていくが、ここでは、直列のキャパシタを３個とした場合を示している。キャパシタの接続やフィルタの動作はキャパシタが５個の場合と同様であり、この場合はピークの低い電圧の供給が可能となる。
【００１９】
このように、各スイッチ手段の制御によって接続するキャパシタ即ち電圧源の個数を変化させることが可能で、例えば、ランプ電流を検出し、設定値よりも増加した場合はランプの特性電圧よりも上の電圧源の振幅や接続周期を減少するか、或いはランプの特性電圧よりも下の電圧源の振幅を減少するか接続周期を増加すれば安定方向に制御可能となる。さらに、動作周波数を上げて、接続周期の個数による制御の割合を増やせば、２つの電圧源の差が小さい状態での制御を可能とする方向となり、ランプの寿命を伸ばす方向となるの制御が可能となる。
【００２０】
直流点灯では電子密度、電子温度ともに時間的な変化がなく一定であるが、正弦波状の電圧の周波数を高くして高周波（数ｋＨｚ以上の正弦波）とした場合には、電子密度はほとんど変化しないが、電子温度は十分に追随する。電圧源でランプを点灯した場合に生じる電流の暴走は電子密度の増加が原因であり、制御の考え方としては直流の場合と基本的には変わらない。電子密度は時間的に変化しないが電子温度は時間的に変化し、電流の各瞬時値に対してそれぞれ増加と減少の時定数が存在する。電流の大きいところでは時定数は共に大きくなり、小さいところでは共に小さくなるが、制御時間という観点では高周波でも直流とほぼ同等のオーダーと考えられる。
【００２１】
図３において、Ｖ1 、Ｖ2 はランプの特性電圧を示し、直列のキャパシタの段数をスイッチの制御によって適切に切り替えることによって特性電圧を越える正弦波状の電圧と、下回る正弦波状の電圧が供給できる。切替点をゼロクロス点に設定すれば波形が極端にひずむこともなく、ランプ電流波形を正弦波状のまま特性電圧の上下で制御でき、実質上の限流要素を極力小さくしながら、さらに輻射ノイズを低くしての放電灯点灯が可能となる。
【００２２】
本発明の実施例３の動作波形図を図４に示す。本実施例の回路は図２と同様であり、ランプの特性電圧Ｖ1 、Ｖ2 を超える正弦波状の電圧周期の個数を複数とった場合を示している。ランプの特性電圧を超える正弦波状の電圧周期数が連続して多くなると、ランプ電流の実効値は増大していく。ランプ電流の増加の時定数に比べて供給電圧の周波数を高くすればするほど、周期の数によるランプ電流の制御はやりやすくなる。
【００２３】
図４（ａ）では、時刻ｔ1 で、ランプの特性電圧を下回る正弦波状の電圧供給にスイッチし、その後、再度ランプの特性電圧を上回る電圧を供給して、この繰返しでランプ電流を安定に制御することが可能となる。この場合も同様に、切替え点を時刻ｔ1 のようにゼロクロス点に設定すれば波形が極端に歪むこともなく、ランプ電流波形を正弦波状のまま特性電圧の上下で制御できる。
【００２４】
また、図４（ｂ）では、時刻ｔ1 で急に変化するのではなく、波形のピーク値が滑らかに正弦波状に変化してランプの特性電圧の上下を行き来するように制御している。これにより、実質上の限流要素を極力小さくしながら、さらに輻射ノイズを低くしての放電灯点灯が可能となる。
【００２５】
本発明の実施例４の回路図を図５に示す。本実施例の基本構成は、図２の回路にランプ電流の検出手段２を設けたものである。例えばランプの電流の増加減少を検出して、ランプ電流が設定値よりも増加していく場合は、直列のキャパシタの個数を減少し、または特性電圧よりも高い電源の接続周期の個数を減少する、或いは特性電圧よりも低い電源の接続周期の個数を増加する制御を行う。逆に、ランプ電流が設定値よりも減少していく場合は、直列のキャパシタの個数を増加し、または特性電圧よりも高い電源の接続周期の個数を増加する、或いは特性電圧よりも低い電源の接続周期の個数を減少する制御を行う。変換部及び制御手段については、図２の回路と同様である。
【００２６】
このようにして、検出手段を用いることによって最適な特性電圧を越える正弦波状の電圧と、最適な特性電圧を下回る正弦波状の電圧が供給でき、実質上の限流要素を極力小さくしてさらに輻射ノイズを低くしての放電灯点灯が可能となる。
【００２７】
本発明の実施例５の動作波形図を図６に示す。本実施例の回路は図５と同様であり、ランプの特性電圧Ｖ1 、Ｖ2 を超える正弦波状の電圧周期の個数或いは下回る正弦波状の電圧周期の個数を連続して複数とった場合を示している。単位時間当たりのランプの特性電圧を挟む正弦波状の電圧源の切替数を少なくし、大きな電圧差をランプに供給するのではなく、滑らかな電流制御を行うもので、より一層、輻射ノイズを低減した放電灯点灯が可能となる。
【００２８】
本発明の実施例６の動作波形図を図７に示す。本実施例の回路は図５と同様であり、ランプの特性電圧Ｖ1 、Ｖ2 を超える正弦波状の電圧周期の個数或いは下回る正弦波状の電圧周期の個数を連続して複数とり、その振幅を連続的に変化させたものである。このように、振幅を連続的に変化させることにより、さらに滑らかな切替えを行うことができ、より一層、輻射ノイズを低減した放電灯点灯が可能となる。
【００２９】
本発明の実施例７の動作波形図を図８に示す。本実施例の回路は図５と同様であり、ランプの特性電圧Ｖ1 、Ｖ2 を超える正弦波状の電圧周期と下回る正弦波状の電圧周期を交互に切り替えながら振幅を連続的に変化させているため、さらに細かく滑らかに切替えを行うことができ、より一層、輻射ノイズを低減した放電灯点灯が可能となる。
【００３０】
本発明の実施例８の動作波形図を図９に示す。本実施例の回路は図５と同様であり、ランプの特性電圧Ｖ1 、Ｖ2 を超える正弦波状の電圧周期の個数或いは下回る正弦波状の電圧周期の個数や振幅をランダムに変化させたもので、正弦波状の電流の周期がランプの電流の増減の時定数に近く、長いときに制御性を向上することが可能となる。
【００３１】
本発明の実施例９の動作波形図を図１０に示す。本実施例の回路は図５と同様であり、ランプの特性電圧Ｖ1 ，Ｖ2 を越える正弦波状の電圧周期の個数或いは振幅を制御し、下回る正弦波状の電圧周期の個数を固定化したもので、ランプ電流の変化範囲が狭くてよい場合等において回路の簡略化を可能とするものである。
【００３２】
本発明の実施例１０の動作波形図を図１１に示す。本実施例の回路は図５と同様であり、ランプの特性電圧Ｖ1 、Ｖ2 を下回る正弦波状の電圧周期の個数或いは振幅を制御し、越える正弦波状の電圧周期の個数を固定化したもので、図１０と同様にランプ電流の変化範囲が狭くてよい場合等において回路の簡略化を可能とするものである。
【００３３】
本発明の実施例１１の回路図を図１２に、その動作波形図を図１３に示す。本実施例の回路構成は一般的な共振型インバータ回路４であるが、動作は一般的なものとは異なる。ここでは、２石式の電流共振型を例にとる。放電灯点灯用のインバータでは、スイッチング素子の動作周波数を、負荷を含めた共振回路の自己共振周波数よりも高くとり、スイッチング素子の電流波形の位相を遅らせてスイッチングさせることによりスイッチングロスを低減している。
【００３４】
図１３において、期間ｔ0 −ｔ1 では、スイッチング素子の動作周波数を共振回路の自己共振周波数に近付けて共振エネルギーを大きくし、ランプへのエネルギーを大きくしている。期間ｔ1 −ｔ2 では、スイッチング素子の動作周波数を共振回路の自己共振周波数から遠ざけて共振エネルギーを小さくし、ランプへのエネルギーを小さくしている。この周波数が高い場合と低い場合の２つの電源を用いて交互にランプに電力を供給し、ランプ電流を制御すれば、限流要素ほどのインダクタンス値は必要なく、装置の小型化が可能となる。１石式の電圧共振型インバータでも同様にスイッチング素子のオン時間を制御して、実質的に２つの電圧源を作ることによって同様の制御が可能となるものである。
【００３５】
本発明の実施例１２の回路図を図１４に、その動作波形図を図１５に示す。ここでは、２石式の電流共振型のインバータ回路を例にとる。直流電源ＤＣ6 には、スイッチ手段Ｓ1 ，Ｓ2 の直列回路が接続されており、スイッチ手段Ｓ2 の両端には、インダクタＬ1 とコンデンサＣ3 の直列回路が並列接続されている。コンデンサＣ3 の両端には、コンデンサＣ4 を介してランプＬＰが接続されている。このように、本実施例の回路構成は一般的な共振型インバータ回路であるが、動作は一般的なものとは異なる。
【００３６】
図１５において、時刻ｔ1 でスイッチ手段Ｓ1 がオンし、時刻ｔ2 でスイッチ手段Ｓ1 がオフ、スイッチ手段Ｓ2 がオンし、時刻ｔ3 でスイッチ手段Ｓ2 がオフする場合、動作周波数を低くして共振エネルギーを大きくし、ランプへのエネルギーを大きくする。時刻ｔ3 からはスイッチ手段Ｓ1 、Ｓ2 は共にオフし、共振回路の自由振動で減少していくエネルギーをランプＬＰに供給する。時刻ｔ1 で再びスイッチ手段Ｓ1 がオンし、この繰返しで、減衰振動する電流をランプに供給することによって、ランプの特性電圧の上下の２つの範囲の電源をランプに供給し、ランプ電流を制御すれば、限流要素としてのインダクタンス値は必要なく、装置の小型化が可能となる。
【００３７】
本発明の実施例１３の動作波形図を図１６に示す。本実施例の回路構成は図５と同様である。ランプ電流を変化させる場合、例えばランプ電流を減少するとき、ランプの特性電圧よりも高い電圧源の接続周期の個数を次第に減少していき、ランプの特性電圧よりも低い電圧源の接続周期の個数を次第に増加していくことによっても、滑らかにランプ電流を変化させることができる。この場合、より一層、輻射ノイズを低減した放電灯点灯が可能となる。
【００３８】
本発明の実施例１４の回路図を図１７に示す。本実施例の回路構成はこれまでの２つの電圧可変電源を１つの電圧可変交流電源に置き換えたもので、検出手段２によりランプ電流の状態を検出し、これまでの説明と同様に、振幅制御手段３により電圧可変交流電源Ｖａｃの電圧を制御してランプ電流の振幅を瞬時に制御し、ランプ電流波形を正弦波状にすれば、回路構成を簡略化した上に、より一層、輻射ノイズを低減した放電灯点灯が可能となる。
【００３９】
本発明の実施例１５の動作波形図を図１８に示す。本実施例の回路は図１７と同様であり、ランプの特性電圧Ｖ1 、Ｖ2 を下回る正弦波状の電圧源をなくし、越える正弦波状の電圧周期の個数或いは振幅を制御するものであり、さらに個数を制御する場合に、ある周期（１つ以上、例えば図示のｔ1 −ｔ2 の期間）を削除してランプ電流を制御するものである。この場合も、ランプ電流の変化範囲が狭くてよい場合等において回路の簡略化を可能とするものである。
【００４０】
本発明の実施例１６の動作波形図を図１９に示す。本実施例の回路は図５と同様であり、ランプの特性電圧Ｖ1 、Ｖ2 を越える正弦波状の電圧源と下回る正弦波状の電圧源を用い、正弦波状の電圧周期の個数或いは振幅を制御するものであり、さらにランプの特性電圧を下回る電圧周期の個数を制御する場合に、ある周期（１つ以上、例えば図示のｔ1 −ｔ2 の期間）を削除してランプ電流を制御するものである。この場合も、ランプ電流の変化範囲が狭くてよい場合等において回路の簡略化を可能とするものである。
【００４１】
本発明の実施例１７の動作波形図を図２０に示す。本実施例の回路は図５と同様であり、ランプの特性電圧Ｖ1 、Ｖ2 を越える正弦波状の電圧源と下回る正弦波状の電圧源を用い、正弦波状の電圧周期の個数或いは振幅を制御し、さらにランプの特性電圧を越える電圧源の周波数を、ランプの特性電圧を下回る電圧源の周波数よりも高くしたものである。本実施例では、ランプの特性電圧を下回る電源の電圧が、ランプの特性電圧を越える電源の電圧よりもランプの特性電圧により近い場合に、安定かつ制御が簡単になる、或いは構成が簡単な回路を提供することが可能となるものである。
【００４２】
本発明の実施例１８の動作波形図を図２１に示す。本実施例の回路は図５と同様であり、ランプの特性電圧Ｖ1 、Ｖ2 を越える正弦波状の電圧源と下回る正弦波状の電圧源を用い、正弦波状の電圧周期の個数或いは振幅を制御し、さらにランプの特性電圧を越える電圧源の周波数を、ランプの特性電圧を下回る電圧源の周波数よりも低くしたものである。本実施例では、ランプの特性電圧を越える電源の電圧が、ランプの特性電圧を下回る電源の電圧よりもランプの特性電圧により近い場合に、安定かつ制御が簡単になる、或いは構成が簡単な回路を提供することが可能となるものである。
【００４３】
本発明の実施例１９の動作波形図を図２２に示す。本実施例の回路は図５と同様であり、ランプの特性電圧Ｖ1 、Ｖ2 を越える正弦波状の電圧源と下回る正弦波状の電圧源を用い、正弦波状の電圧周期の個数或いは振幅を制御し、さらに調光時には、少なくとも調光の度合が増すにつれて、ランプの特性電圧を越える電圧源の振幅をより高く、電圧周期の個数をより少なく制御するものである。本実施例では、調光時にはランプの特性電圧がＶ1 、Ｖ2 からＶ1 ’、Ｖ2 ’に次第に上昇していくことに対応するものであり、より安定な調光点灯の提供が可能となるものである。
【００４４】
本発明の実施例２０のブロック図を図２３に、動作波形図を図２４に示す。本実施例では、交流電源から、入力保護回路やフィルタを持つ入力回路５と、例えば図２に示すような回路を持つ主回路１を経て、ランプＬＰにエネルギーが供給される。ランプＬＰと主回路１の間には検出手段２があり、ランプＬＰの電流等を検出し、制御回路３にフィードバックして制御を行う。
【００４５】
本実施例では、図２４に示すように、予熱時にはランプのフィラメントに設定された予熱電流を供給し、始動時にはランプの両端に設定された電圧を供給し、ランプは予熱を経て始動し点灯に至る。ここからは、ランプの特性電圧Ｖｌａに応じて、検出手段からの検出信号によって主回路を制御し、ランプの特性電圧Ｖｌａの上下の電圧をランプに供給する。ランプが予熱、始動する時点では、ランプの特性電圧Ｖｌａに応じた制御をする必要がないため、フィードバック制御をせずに動作させれば、制御回路を簡略化でき、コストの安い回路を提供することができるものである。
【００４６】
本発明の実施例２１のブロック図を図２５に、動作説明図を図２６に、動作波形図を図２７に示す。本実施例では、交流電源ＡＣからキャパシタを並列接続して充電し、ランプに直列接続して放電するもので、交流化のために極性反転手段１４を設ける。図２６に示すように、並列充電、直列放電の昇圧手段１０は複数個（１からｎ）あり、入力電圧に応じて切り替えて接続することによって入力電流の歪を改善することが可能となる。また、出力時にも順番に出力していくことによって、任意の周波数での出力が可能となる。
【００４７】
各昇圧手段は、高電圧出力時と低電圧出力時との２種類の状態の電圧を出力でき、また、充電時と放電時のキャパシタの接続個数を変化することによって任意の昇圧比を作れるため、図２７に示すように、ランプの特性電圧Ｖｌａの上下の値をとる２つの交流電圧に対応が可能である。この場合も同様に、正弦波状の交流電圧源を接続することによって、ノイズの少ない点灯装置を実現することが可能となる。
【００４８】
本発明の実施例２２のブロック図を図２８に示す。本実施例では、実施例２１と比べて、昇圧手段１１、１２を高電圧用と低電圧用の２種類で構成したものである。動作的には、図２４と同様になり、ランプの特性電圧よりも高い電圧と低い電圧を選別手段１３にて選別し、極性反転手段１４に供給し、ランプＬＰに供給する。この場合も、並列充電、直列放電の昇圧手段は複数個（１からｎ）あり、入力電圧に応じて切り替えて接続することによって入力電流の歪みを改善することが可能で、任意の周波数での出力が可能で、充電時と放電時のキャパシタの接続個数を変化することによって任意の昇圧比を作れるため、変化するランプの特性電圧Ｖｌａの上下の値をとる２つの交流電圧に対応することが可能である。この場合も同様に、正弦波状の交流電圧源を接続することによって、ノイズの少ない点灯装置を実現することが可能となる。
【００４９】
本発明の実施例２３の動作波形図を図２９に示す。本実施例では、実施例１９と比べて、調光時においてランプの特性電圧Ｖｌａ2 よりも高い電圧Ｖｐ3 は、定常時におけるランプの特性電圧Ｖｌａ1 よりも高い電圧Ｖｐ1 に比べてさらに高く、また、調光時においてランプの特性電圧Ｖｌａ2 よりも低い電圧Ｖｐ4 は、定常時におけるランプの特性電圧Ｖｌａ1 よりも低い電圧Ｖｐ2 に比べてさらに低くなるように、出力電圧を制御するものである。これによって、全体のエネルギーを減らし、かつランプ電圧の上昇にも対応できるため、幅広い安定した調光が可能となるものである。
【００５０】
本発明の実施例２４の回路図を図３０に、動作波形図を図３１、図３２に示す。本実施例は、直流電源ＤＣに、スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４よりなるフルブリッジ回路等の直流交流変換回路を介して高周波交流電圧源Ｂ（振幅Ｖｂ）とランプＦＬを直列接続したものである。その動作は、直流電源ＤＣがランプ特性電圧Ｖｌａに近い電圧を持っており、高周波交流電圧源Ｂが電源と同極性のときには、ランプＦＬにはＶｄｃ＋Ｖｂ（＞Ｖｌａ）が印加され、ランプＦＬは暴走しようとする。高周波交流電圧源Ｂが電源と逆極性のときにはＶｄｃ−Ｖｂ（＜Ｖｌａ）が印加され、ランプＦＬは立ち消えようとする。高周波交流電圧源Ｂの周期をランプＦＬの時定数より短くすることにより、ランプ電圧の２値制御を行うことができる。本実施例は、ランプ点灯の交流の基本周波数を、ランプＦＬの時定数による２値制御の時定数と独立して設定できる。
【００５１】
本発明の実施例２５を図３３に示す。本実施例はインバータ回路２２の電圧源を直列に２つ用意し、そのうちの１つはランプ特性電圧よりも低い電圧（Ｖ２）を、もう１つはランプ特性電圧より高い電圧と低い電圧の差の電圧（Ｖ１）を持ち、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２の切り換えによってランプＦＬを安定点灯させるための２つの電圧を作り出す回路において、ランプＦＬの予熱、始動を行うものである。通常、この２つの電圧はランプ特性電圧付近であり、Ｖ１≪Ｖ２となっている。この例では、始動電圧発生回路２１としてコッククロフト回路を用いている。
【００５２】
回路動作を次に示す。まず、すべてのスイッチング素子がオフの状態からスイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５をオンすることによりランプフィラメントの予熱を行う。それと同時にスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ７の切り換えによってコッククロフト回路の充電を行う。コッククロフト回路の充電、及びランプのフィラメント予熱が完了したとき、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ７をオフ、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ６をオンして始動電圧を印加し、ランプＦＬを点灯する。ランプＦＬが通常点灯状態に移れば、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２の切り換えで、ランプＦＬを安定点灯する。このように、本実施例では、ランプＦＬの予熱、始動回路について示し、フィラメント予熱には低い電圧源を用いて電流値を抑え、始動電圧を発生させるのに高い電圧源を用いるものである。これにより、ランプ予熱の電流を低減することができる。
【００５３】
本発明の実施例２６を図３４、図３５に示す。本実施例は、インバータ回路などの負荷回路において、共振の時定数を変えることにより、ランプ印加電圧を変化させて安定点灯を図るものである。これにより、回路が簡略化でき、安価な点灯装置を提供できる。例として、フルブリッジ構成のインバータ回路を示す。ランプ通常点灯時に、検出部によりランプ電流を検出し、ランプ電流の増減に応じて、図３４ではスイッチング素子ＳＷ１をオン・オフすることによりランプの安定点灯を図る。また、図３５の例ではスイッチング素子ＳＷ１のオン・オフ、スイッチング素子ＳＷ２のオフ・オンによって同様の効果が得られるものである。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、電圧源を用いてランプ電流自体を直接制御することを可能とし、限流要素を小さくすることによって小型の装置を構成でき、かつランプの広範囲の出力変化に対応でき、また、クレストファクタを小さくでき、ランプへのストレスが少なく、安定点灯を可能とする効果がある。さらに、正弦波状のランプ電流にすることができるので、輻射ノイズの低減を可能とする効果がある。また、高周波数化によって、装置のさらなる小型化を可能とする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１の回路図である。
【図２】  本発明の実施例２の回路図である。
【図３】  本発明の実施例２の動作波形図である。
【図４】  本発明の実施例３の回路図である。
【図５】  本発明の実施例４の回路図である。
【図６】  本発明の実施例５の動作波形図である。
【図７】  本発明の実施例６の動作波形図である。
【図８】  本発明の実施例７の動作波形図である。
【図９】  本発明の実施例８の動作波形図である。
【図１０】  本発明の実施例９の動作波形図である。
【図１１】  本発明の実施例１０の動作波形図である。
【図１２】  本発明の実施例１１の回路図である。
【図１３】  本発明の実施例１１の動作波形図である。
【図１４】  本発明の実施例１２の回路図である。
【図１５】  本発明の実施例１２の動作波形図である。
【図１６】  本発明の実施例１３の動作波形図である。
【図１７】  本発明の実施例１４の回路図である。
【図１８】  本発明の実施例１５の動作波形図である。
【図１９】  本発明の実施例１６の動作波形図である。
【図２０】  本発明の実施例１７の動作波形図である。
【図２１】  本発明の実施例１８の動作波形図である。
【図２２】  本発明の実施例１９の動作波形図である。
【図２３】  本発明の実施例２０の回路図である。
【図２４】  本発明の実施例２０の動作波形図である。
【図２５】  本発明の実施例２１の回路図である。
【図２６】  本発明の実施例２１の動作説明のための回路図である。
【図２７】  本発明の実施例２１の動作波形図である。
【図２８】  本発明の実施例２２の回路図である。
【図２９】  本発明の実施例２３の動作波形図である。
【図３０】  本発明の実施例２４の回路図である。
【図３１】  本発明の実施例２４の動作波形図である。
【図３２】  本発明の実施例２４の出力波形を示す動作波形図である。
【図３３】  本発明の実施例２５の回路図である。
【図３４】  本発明の実施例２６の回路図である。
【図３５】  本発明の実施例２６の負荷回路の別の構成を示す回路図である。
【図３６】  本発明の前提となる構成１の回路図である。
【図３７】  本発明の前提となる構成２の回路図である。
【図３８】  第１の従来例の回路図である。
【図３９】  第２の従来例の回路図である。
【符号の説明】
ＡＣ1     高電圧側の電圧源
ＡＣ2     低電圧側の電圧源
ＳＷ      スイッチ手段
ＬＰ      ランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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