(57)【要約】【課題】  部品ばらつきが大きい場合においても、立ち消えを抑制することのできる無電極放電灯点灯装置を提供すること。【解決手段】  スイッチング素子のオン・オフにより直流電力を高周波電力に変換する高周波電源回路1と、高周波電源回路1に接続されインダクタ及びコンデンサを含む共振回路2と、共振回路2に接続され無電極放電灯3に誘導電界を誘起する誘導コイルLcと、を備える無電極放電灯点灯装置において、高周波電源回路1の共振回路2の共振状態を検出する共振状態検出手段と、共振状態検出手段の検出値によりスイッチング素子を略共振周波数で駆動させる信号を出力する制御回路11と、を設けた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子のオン・オフにより直流電力を高周波電力に変換する高周波電源回路と、高周波電源回路に接続されインダクタ及びコンデンサを含む共振回路と、共振回路に接続され無電極放電灯に誘導電界を誘起する誘導コイルと、を備える無電極放電灯点灯装置において、高周波電源回路の共振回路の共振状態を検出する共振状態検出手段と、共振状態検出手段の検出値によりスイッチング素子を略共振周波数で駆動させる信号を出力する制御回路と、設けたことを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記共振状態検出手段は、共振回路のインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段であり、制御回路は、インピーダンス算出手段が算出したインピーダンスが極大値を取るように駆動周波数を変化させるものであることを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記インピーダンス算出部は、無電極放電灯のプラズマ抵抗を表す等価回路素子から高周波電源側を見たインピーダンスを算出するものであることを特徴とする請求項２記載の
無電極放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記インピーダンス算出部は、誘導コイルに入力される電力を検出する手段を有することを特徴とする請求項２記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記インピーダンス算出部は、誘導コイル又は無電極放電灯の温度を検出する手段を有し、温度の検出値から誘導コイル又は無電極放電灯の温度を算出するものであることを特徴とする請求項２記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５記載の無電極放電灯装置を備える照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置及びその照明器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無電極放電灯点灯装置に関する従来例としては、例えば特開２００４−１１９０３９号公報に示されるものがある。このものは、整合回路を構成する電子部品の定数が少しでもばらついた場合において、始動直後から無電極放電灯を深く調光するときにも、無電極放電灯が立ち消えを起こしにくい無電極放電灯点灯装置及び照明装置を提供するもので、具体的な手段としては、無電極放電灯の始動時にはチョッパ回路の出力する直流電圧を第１の直流電圧に設定するとともに周波数制御回路によりスイッチング素子の周波数を制御し、電圧検出回路により無電極放電灯が点灯したことを検出し、無電極放電灯の点灯直後にはチョッパ回路の出力する直流電圧を第１の直流電圧よりも大きい第２の直流電圧に設定するものである。そして、点灯時の駆動周波数が共振周波数に近い場合には、立ち消えを起こすことなく、より深い調光が可能になるとの旨、記載されている。
【特許文献１】特開２００４−１１９０３９号公報（第１、７、８頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来例においては、点灯時の駆動周波数が共振周波数に近い場合には、立ち消えを起こすことなく、より深い調光が可能になるとの旨、記載されているが、整合回路は、反射による損失をできるだけ小さくするためにＱ値が高く設定されており、電子部品の定数が少しでもばらつくと駆動周波数が共振周波数からずれることが懸念される。
【０００４】
本発明は、このような課題を鑑みてなしたものであって、その目的とするところは、部品ばらつきが大きい場合においても、立ち消えを抑制することのできる無電極放電灯点灯装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、スイッチング素子のオン・オフにより直流電力を高周波電力に変換する高周波電源回路と、高周波電源回路に接続されインダクタ及びコンデンサを含む共振回路と、共振回路に接続され無電極放電灯に誘導電界を誘起する誘導コイルと、を備える無電極放電灯点灯装置において、高周波電源回路の共振回路の共振状態を検出する共振状態検出手段と、共振状態検出手段の検出値によりスイッチング素子を略共振周波数で駆動させる信号を出力する制御回路と、設けたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１において前記共振状態検出手段は、共振回路のインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段であり、制御回路は、インピーダンス算出手段が算出したインピーダンスが極大値を取るように駆動周波数を変化させるものであることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項２記載の発明において、前記インピーダンス算出部は、無電極放電灯のプラズマ抵抗を表す等価回路素子から高周波電源側を見たインピーダンスを算出するものであることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項２記載の発明において、前記インピーダンス算出部は、誘導コイルに入力される電力を検出する手段を有することを特徴とする
請求項５に係る発明は、請求項２記載の発明において、前記インピーダンス算出部は、誘導コイル又は無電極放電灯の温度を検出する手段を有し、温度の検出値から誘導コイル又は無電極放電灯の温度を算出するものであることを特徴とする。
【０００９】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５記載の発明の無電極放電灯装置を備える照明器具であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高周波電源回路の共振回路の共振状態を検出する共振状態検出手段と、共振状態検出手段の検出値によりスイッチング素子を略共振周波数で駆動させる信号を出力する制御回路を設けることにより、部品ばらつきが大きい場合においても、立ち消えを抑制し、より深い調光制御をする無電極放電灯点灯装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
本実施形態を図１〜３に基づいて説明する。図１は、本実施形態の回路構成を示す図である。図２は、無電極放電灯の断面図である。図３は、スイッチング素子の駆動周波数とインピーダンスの関係を示す図である。
【００１２】
本実施形態の無電極放電灯点灯装置は、図１に示すようにスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のオン・オフにより直流電源Ｅが供給する直流電力を高周波電力に変換する高周波電源回路１と、高周波電源回路１に接続されインダクタＬｓ及びコンデンサＣｓ、Ｃｐを含む共振回路２と、共振回路２に接続され無電極放電灯３に誘導電界を誘起する誘導コイルＬｃと、を備えている。
【００１３】
誘導コイルＬｃに高周波電力を供給する高周波電源回路１の直流電源Ｅは、外部からの調光信号に応じた直流電圧を出力するもので、スイッチング素子SW1及びSW2の直列回路に接続されるとともに、直流電源Ｅの直流電圧を調光信号に基づいて増減させる出力電圧調整回路４に接続されている。
【００１４】
共振回路２は、高周波電源回路１のスイッチング素子SW２の両端に接続されたインダクタンスＬｓとコンデンサＣｐの直列回路及びコンデンサＣｐの両端に接続されたコンデンサＣｓとで構成されている。コンデンサＣｓの負荷側の端子とコンデンサCpの回路グランド側の端子、即ち共振回路２の出力端には、無電極放電灯３に電磁誘導電界を誘起する誘導コイルＬｃが接続されている。誘導コイルＬｃにより電磁誘導電界を誘起される無電極放電灯３は、図２に示すように直径が約１６０ｍｍ、高さが２４０ｍｍの略電球形状のバルブ５内にバッファガスであるアルゴンガスと水銀とが封入されるもので、バルブ５の内面には蛍光体が塗布されている。また、バルブ５は、内径が３２ｍｍであって中心方向に突出する窪み部６を有しており、その窪み部６内には前記誘導コイルＬｃが巻回される筒状のコア７と、筒状のコア７の内部に取り付けられてコア７の熱を放熱するベース部９に支持された金属棒８が設置されている。
【００１５】
また、図１に示すように共振回路２のインダクタンスＬｓには、共振回路２に流れる電流を検出する２次巻線が設けられており、その一端は回路グランドに接続され、他端は共振回路２の共振状態を検出する共振状態検出手段の１つであるインピーダンス算出部１０の第１の入力端子に接続されている。インダクタンスＬｓとスイッチング素子SW１及びSW2の接続点には、共振回路２の電圧を検出する抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の直列回路が接続されており、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点が、インピーダンス算出部１０の第２の入力端子に接続されている。インピーダンス算出部１０は、共振回路２の電圧と共振電流の比によりインピーダンスを算出するもので、インピーダンス算出部１０の出力端は、インピーダンス算出部１０の検出信号に基づいてスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２を共振周波数の近傍で駆動させるように駆動周波数を変化させる制御回路１１の入力端に接続されている。ここで、制御回路１１は、駆動周波数の変化前のインピーダンスを記憶するメモリと、メモリに記憶されたインピーダンスと検出されたインピーダンスとを比較部と、を備えている（いずれも図示せず）。制御回路１１の出力端は、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２に駆動信号を出力する駆動回路１２に接続され、駆動回路１２の出力端は、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２に接続されている。
【００１６】
以上の構成における基本的な動作をまず説明する。直流電源ＥがＯＮになると制御回路１１がスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２を駆動させる周波数の信号を出力する。駆動回路１２は、２つの出力端から交互に矩形波の駆動信号をスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２に出力する。これにより、直流電源Ｅが出力する直流電圧が高周波の交流電圧に変換され、共振回路２であるインダクタＬｓ、コンデンサＣｐ及びコンデンサＣｓを介して誘導コイルＬｃに数１０ｋＨｚ〜数ＭＨｚの高周波電圧が印加され、誘導コイルＬｃ端の電圧により無電極放電灯３には電磁誘導電界が誘起され、無電極放電灯３内の偶存電子が電磁誘導電界により加速されることにより放電が発生する。
【００１７】
次に、本実施形態における特徴的な動作について説明する。インダクタＬｓの２次巻線は、インダクタＬｓの一次巻線に流れる電流、即ち共振電流を検出し、この検出値がインピーダンス算出部１０の第１の入力端子に入力される。また、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点には、コンデンサＣｐに印加される電圧、即ち共振回路２の電圧を抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の抵抗比で分圧した共振電圧の検出信号が発生し、インピーダンス算出部１０の第２の入力端子に入力される。インピーダンス算出部１０は、共振電流と、共振回路の電圧の比によりインピーダンスを算出し、その値を制御回路１１に出力する。制御回路１１は、新たに得られたインピーダンスと、メモリに記憶されたインピーダンスとを比較部で比較し、新たに得られたインピーダンスがメモリに記憶されたインピーダンスよりも大きい場合には、駆動周波数を増加させる。一方、新たに得られたインピーダンスがメモリに記憶されたインピーダンスよりも小さい場合には、駆動周波数を減少させる。このように駆動周波数を変化させる理由は、図３に示すように駆動周波数を０から増加させていくとインピーダンスは上に凸となる曲線を描き、この曲線のインピーダンスが極大値となる点で駆動周波数が共振周波数となると見なされるからである。制御回路１１は、上記ように駆動周波数を変化させ、駆動周波数が共振周波数となるように制御を行う。
【００１８】
以上の動作により、高周波電源回路１の駆動周波数は、共振回路２の共振周波数に略等しい周波数となるので、共振回路２の部品ばらつきが大きい場合においても、立ち消えを抑制することができ、より深い調光が可能となる。
（第２の実施形態）
本実施形態を図４に基づいて説明する。図４は、本実施形態の共振回路、誘導コイル及び無電極放電灯の等価回路を示す図である。図５は、本実施形態における等価回路のスイッチング素子の駆動周波数とインピーダンスの関係を示す図である。
【００１９】
本実施形態においては、共振状態検出手段の一つであるインピーダンス算出部１０が、無電極放電灯３のプラズマ抵抗分を示す等価回路素子Ｒｃ１から高周波電源１側を見てインピーダンスを算出する点が第１の実施形態と異なる。すなわち、図４に示すように、プラズマ抵抗分を示す等価回路素子Ｒｃ１から高周波電源１側を見た場合、インダクタＬｃ１、Ｌｃ２及びコンデンサＣｓ、Ｃｐが直列に接続され、コンデンサＣｐの両端にインダクタＬｓが接続される回路構成となる。この場合、共振回路２内の抵抗成分は、インダクタＬｃ１、Ｌｃ２、Ｌｓ及びコンデンサＣｓ、Ｃｐに寄生するものしかなく、その値は非常に小さい値となるので、この等価回路におけるインピーダンスは、図５に示すように共振周波数において非常に変化率が大きくなる。これにより、本実施形態においては精度良く共振周波数を算出することが可能となる。
（第３の実施形態）
本実施形態を図６に基づいて説明する。図６は、本実施形態の共振回路、誘導コイル及び無電極放電灯の等価回路を示す図である。
【００２０】
本実施形態においては、等価回路上、インダクタＬｃ２が無電極放電灯Ｒｃ１に対して並列に接続され、さらにインダクタＬｃ２に対してインダクタＬｃ１、コンデンサＣｓ、Ｃｐの直列回路が並列に接続されている点が第２の実施形態と異なる。ここで、インダクタＬｃ１は、誘導コイルのインダクタンスをＬｃとし、結合係数をｋとするとＬｃ１＝（１−ｋ2）×Ｌｃで算出される。また、同様にしてインダクタＬｃ２は、Ｌｃ２＝ｋ2×Ｌｃで表される。このような等価回路を用いることにより、第２の実施形態で示した等価回路に比べて無電極放電灯３のプラズマ抵抗Ｒｃ１の変化によって生じる二次側インダクタンスＬｃ２の変化の影響を押さえることができる。
（第４の実施形態）
本実施形態を図７及び図８に基づいて説明する。図７は、本実施形態の回路構成を示す図である。図８は、誘導コイルの入力電力Ｐとプラズマ抵抗Ｒｃ２との関係を示す図である。
【００２１】
本実施形態においては、誘導コイルＬｃへの入力電力を検出する手段を設けた点が第１の実施形態と異なる。入力電力を検出する手段は、スイッチング素子ＳＷ１に流れる電流を検出する電流検出部４０と、直流電源の電圧を検出する電圧検出部４１と、スイッチング素子ＳＷ１に流れる電流と直流電源Eの電圧を乗算することにより誘導コイルＬｃへの入力電力を算出する乗算器４２とで構成され、乗算器４２の出力端子はインピーダンス算出部１０に接続されている。
【００２２】
ここで、誘導コイルＬｃへの入力電力Ｐとプラズマ抵抗Ｒｃ２との関係は、図８に示すようにＲｃ２＝２．０×１０6×Ｐ-1.8で近似される曲線となる。このようにプラズマ抵抗Ｒｃ２は、入力電力Ｐの関数で表されるので、スイッチング素子ＳＷ２又は共振回路２から誘導コイルＬｃを見たインピーダンスを算出する場合には、誘導コイルＬｃへの入力電力Ｐからインピーダンスを算出することができる。これにより、無電極放電灯３への入力電力が変化した場合においても、精度良く共振回路２の共振周波数を算出することが可能となる。
さらに、スイッチング素子ＳＷ１に流れる電流と、直流電源Eの電圧とで入力電力を算出しているため、駆動周波数よりも低い周波数もしくは直流で測定することができ、検出装置を簡易化することができる。
【００２３】
なお、本実施形態においては、スイッチング素子ＳＷ１に流れる電流と、直流電源Ｅの電圧とで入力電力を算出したが、共振回路２の電圧、電流により入力電力を算出するようにしてもよい。共振回路２の電圧、電流により入力電力を算出する場合、電圧の低い点や位相差の少ない点で検出することができ、検出回路の耐圧を抑えることが可能になるとともにより精度良く検出することが可能となる。また、誘導コイルＬｃの電圧電流から入力電力を算出すると、より直接的に入力電力を測定することになるので、より精度良くインピーダンスを算出することができるようになる。
（第５の実施形態）
第５の実施形態を図９に基づいて説明する。図９は、本実施形態の回路構成を示す図である。
【００２４】
本実施形態においては、共振回路２の電流を検出するインダクタＬｓの２次巻線Ｌｓ２
、及び電圧を検出する抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２を省き、誘導コイルＬｃのコア７の温度検出手段５０を設けた点が第１の実施形態と異なる。
【００２５】
温度検出手段５０は、例えばサーミスタであってインピーダンス算出部１０と誘導コイルＬｃのコア７とに接続されている。誘導コイルＬｃのインダクタンスは、誘導コイルＬｃの温度によってその値が変化する。これは、誘導コイルＬｃが巻回されたコア７の透磁率が温度に依存しているためである。特に、第１の実施形態で示したように無電極放電灯３が窪み部６を有し、窪み部６内に誘導コイルＬｃ及びコア７が設置される場合には、無電極放電灯３からの熱の影響を受け、特にコア７の温度が変化しやすくなる。一方、コンデンサＣｓ、Ｃｐ、及びインダクタＬｓは、無電極放電灯３から離れているため、誘導コイルＬｃほど温度の影響を受けない。従って、インピーダンス算出部１０が誘導コイルＬｃの温度とインピーダンスとの関係を予め把握しておけば、共振回路２の電流を検出するインダクタＬｓの２次巻線Ｌｓ２、及び電圧を検出する抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２を設けることなく、精度よくインピーダンスを算出することが可能となる。
【００２６】
なお、以上の実施形態においては、共振電流と共振回路の電圧によりインピーダンスを算出し、このインピーダンスの特性から共振周波数を求めたが、たとえば共振電流と共振回路の電圧を直接測定しこれらの位相が同相にする位相ロックループ回路を用いてもよい。
（第６の実施形態）
第６の実施形態を図１０、図１１に基づいて説明する。図１０は、本実施形態の回路構成を示す図である。図１１は、駆動周波数と入力電流の関係を示す図である。
【００２７】
本実施形態は、共振回路２の電流を検出するインダクタＬｓの２次巻線、及び電圧を検出する抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２を省き、高周波電源回路１のスイッチング素子ＳＷ１に流れる電流を検出する電流検出部６０を設け、制御回路１１に接続するようにした点が異なる。
【００２８】
駆動周波数と入力電流との関係は、図１１に示すように上に凸となり、駆動周波数に対して極大値を示す特性となる。この極大値においては共振回路２の状態が略共振状態となっている。そこで、制御回路１１はスイッチング素子ＳＷ１に流れる直流電流を検出し、その入力電流が最大となるポイントを算出して、入力電流が最大となる駆動周波数で共振回路２を動作させる。ここで、制御回路１１は、駆動周波数をスキャンして入力電流の極大値を検出するが、スキャンのスピードは、その検出精度向上のため、直流電源Ｅの出力電圧の変化速度に比べて十分早くすることが望ましく、本実施形態においては、直流電源Ｅの出力電圧の変化が１割変化する間に誘導コイルのＱ値の回数以上行うように設定した。以上のように、スイッチング素子ＳＷ１に流れる入力電流のみを検出するので、検出回路を簡略化することが可能となる。
【００２９】
なお、以上の実施形態に示した無電極放電灯点灯装置は、例えば図示しない開口を有する略回転楕円形の灯具と共に照明器具を構成する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１の実施形態の回路構成を示す図である。
【図２】同実施形態の無電極放電灯の断面図である。
【図３】同実施形態におけるスイッチング素子の駆動周波数とインピーダンスの関係を示す図である。
【図４】第２の実施形態の共振回路、誘導コイル及び無電極放電灯の等価回路を示す図である。
【図５】同実施形態における等価回路のスイッチング素子の駆動周波数とインピーダンスの関係を示す図である。
【図６】第３実施形態の共振回路、誘導コイル及び無電極放電灯の等価回路を示す図である。
【図７】第４の実施形態の回路構成を示す図である。
【図８】同実施形態における入力電力Ｐとプラズマ抵抗Ｒｃ２との関係を示す図である。
【図９】第５の実施形態の回路構成を示す図である。
【図１０】第６の実施形態の回路構成を示す図である。
【図１１】同実施形態における駆動周波数と入力電流の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    高周波電源回路
２    共振回路
３    無電極放電灯
４    出力電圧調整回路
５    バルブ
６    窪み部
７    コア
８    金属棒
９    ベース部
１０  インピーダンス算出部
１１  制御回路
１２  駆動回路
【図１】
2006155963.tif 000003
【図２】
2006155963.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006155963.tif 000006
【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】
2006155963.tif 000011
【図１０】
2006155963.tif 000012
【図１１】
2006155963.tif 000013