(57)【要約】【課題】  間欠点灯動作の消灯期間の開始直後に回路部品にかかる電気的ストレスが抑えられる無電極放電灯点灯装置及び照明器具を提供する。【解決手段】  ハーフブリッジ形のインバータ回路のスイッチング装置を交互にオンオフする動作周波数ｆの制御により出力電力が制御される。無電極放電灯を点灯させる程度に動作周波数ｆを低くする点灯期間Ｐ１と無電極放電灯を消灯させる程度に動作周波数ｆを高くする消灯期間Ｐ２とを交互に繰り返す間欠点灯動作において、点灯期間Ｐ１と消灯期間Ｐ２との間に、各スイッチング装置をそれぞれオフ状態に維持する停止期間Ｐ３が設けられている。ループを構成するスイッチング装置が有するダイオードに流れる逆電流が停止期間Ｐ３中の減衰により低減されるから、消灯期間Ｐ２の開始直後における逆電流の重畳による電気的ストレスが抑えられる。【選択図】図１
2011009012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無電極放電灯に近接配置される誘導コイルとともに共振回路を構成する共振部と、
直流電源の出力端間に接続される２個のスイッチング装置の直列回路からなり一方のスイッチング装置の両端間に共振部が接続されたスイッチング部と、
スイッチング部の２個のスイッチング装置を交互にオンオフ駆動することで共振部から誘導コイルに交流電力を出力させる制御部とを備え、
制御部は、スイッチング部の２個のスイッチング装置を交互にオンオフする周波数である動作周波数を前記共振回路の共振周波数に対し無電極放電灯が点灯する程度に近くする点灯期間と、動作周波数を前記共振回路の共振周波数に対し無電極放電灯が消灯する程度に高くする消灯期間とを周期的に交互に繰り返す間欠点灯動作が可能であって、
スイッチング部において少なくとも両端間に共振部が接続された前記一方のスイッチング装置は、開閉される電路に対して並列であって直流電源の電圧に対して逆向きのダイオードを有していて、
間欠点灯動作において、点灯期間の終了後であって消灯期間を開始する前に、制御部がスイッチング部の２個のスイッチング装置をともにオフ状態に維持する停止期間が設けられていることを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
【請求項２】
スイッチング部において両端間に共振部が接続された一方のスイッチング装置が有するダイオードと共振部と誘導コイルとが構成するループに流れる電流を検出する電流検出部を備え、
制御部は、停止期間を終了して消灯期間を開始するタイミングを、電流検出部によって検出された電流が所定レベルまで減少したタイミングとす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】
制御部は、間欠点灯動作における消灯期間の開始直後の所定時間には一時的に動作周波数を低くすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項４】
制御部は、停止期間から消灯期間への移行時と、消灯期間から点灯期間への移行時との少なくとも一方において、動作周波数を連続的に徐々に変更することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項５】
間欠点灯動作において点灯期間と停止期間と消灯期間との繰り返しの周波数は４ｋＨｚ以上とされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の無電極放電灯点灯装置と、共振部に接続された誘導コイルと、無電極放電灯点灯装置と誘導コイルとをそれぞれ保持する器具本体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、無電極放電灯点灯装置及び該無電極放電灯点灯装置を用いた照明器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えばガラスのような透光性を有する材料からなるバルブに放電ガスが封入されてなる無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置が提供されている。この種の無電極放電灯点灯装置は、無電極放電灯に近接配置される誘導コイルに対して高周波の交流電力を供給することにより、無電極放電灯のバルブ内に高周波電磁界を発生させるものである。高周波電磁界によって無電極放電灯のバルブ内にアーク放電が発生すると、励起された放電ガスが紫外線を放出する。無電極放電灯のバルブの内面には蛍光体が塗布されており、この蛍光体によって上記紫外線が可視光に変換されることにより、無電極放電灯は発光する。
【０００３】
この種の無電極放電灯点灯装置として、無電極放電灯が点灯する程度に誘導コイルへの出力電力を大きくする点灯期間と、無電極放電灯が消灯される程度に誘導コイルへの出力電力を小さくする消灯期間とを交互に繰り返すことで、無電極放電灯を間欠的に点灯させる間欠点灯動作を行い、この間欠点灯動作中に点灯期間が占める割合（オンデューティ）の変更により、無電極放電灯の光出力を変更可能としたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
より具体的には、図５に示すように、無電極放電灯点灯装置１は、直流電力を出力する直流電源Ｅの出力端間に接続された２個のスイッチング装置Ｑ１，Ｑ２の直列回路からなるスイッチング部２と、スイッチング部２の低電圧側（ローサイド）のスイッチング装置Ｑ２の両端間に接続され、無電極放電灯６に近接配置される誘導コイル５とともに共振回路を構成する共振部３と、スイッチング部２の２個のスイッチング装置Ｑ１，Ｑ２を交互にオンオフすることにより共振部３から誘導コイル５に高周波の交流電力を出力させる制御部４とを備える。共振部３は、誘導コイル５との直列回路が上記スイッチング装置Ｑ２の両端間に接続されたインダクタＬ１と、誘導コイル５に並列に接続されたコンデンサＣ１とからなる。すなわち、スイッチング部２と共振部３とは全体として周知のいわゆるハーフブリッジ形のインバータ回路を構成している。また、制御部４は、周知の電子回路により実現可能であるので、詳細な図示並びに説明は省略する。
【０００５】
ここで、制御部４がスイッチング部２の２個のスイッチング装置Ｑ１，Ｑ２を交互にオンオフする周波数（以下、「動作周波数」と呼ぶ。）ｆと、共振部３から誘導コイル５への出力電圧（すなわち誘導コイル５の両端電圧）Ｖｘの振幅（以下、「出力振幅」と呼ぶ。）Ｖｘｐとの関係を図６に示す。図６において、上側の曲線は無電極放電灯６が消灯した状態（無負荷時）での動作周波数ｆと出力振幅Ｖｘｐとの関係を示し、下側の曲線は無電極放電灯６が点灯した状態（点灯時）での動作周波数ｆと出力振幅Ｖｘｐとの関係を示す。
【０００６】
そして、制御部４は、動作周波数ｆを、共振部３と誘導コイル５とが構成する共振回路の共振周波数（以下、単に「共振周波数」と呼ぶ。）ｆ０よりも高い範囲内で制御する。つまり、動作周波数ｆが高くされるほど、動作周波数ｆは共振周波数ｆ０から遠くなって出力振幅Ｖｘｐが低下する。制御部４は、動作周波数ｆを、消灯期間には無電極放電灯６が点灯しない程度に十分に高い周波数（以下、「消灯周波数」と呼ぶ。）ｆ２とし、点灯期間には、無負荷時から無電極放電灯６の点灯開始が可能であって且つ無電極放電灯６の点灯開始後にも無電極放電灯６の点灯維持が可能な程度に共振周波数ｆ０に近い周波数（以下、「点灯周波数」と呼ぶ。）ｆ１とするといったように、動作周波数ｆの切換によって点灯期間と消灯期間とを切り換える。
【０００７】
すなわち、消灯期間から点灯期間への移行時には、図６の矢印Ａ１で示すように動作周波数ｆの低下に伴って出力振幅Ｖｘｐが大きくなり、無電極放電灯６が点灯を開始したときに回路特性の変化に伴って出力振幅Ｖｘｐは図６の矢印Ａ２で示すように急激に低下する。その後、点灯期間から消灯期間への移行時には図６の矢印Ａ３で示すように動作周波数ｆの上昇に伴って出力振幅Ｖｘｐが低下することにより無電極放電灯６が消灯する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３５３６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、スイッチング部２を構成するスイッチング装置Ｑ１，Ｑ２としてはＭＯＳＦＥＴのように構造として寄生ダイオードを含むものがあり、このようなスイッチング装置Ｑ１，Ｑ２は寄生ダイオードの順方向を直流電源Ｅの出力電圧の逆向きとして用いられる。また、図７に示すように、寄生ダイオードを含まないトランジスタなどのスイッチング素子を用いてスイッチング装置Ｑ１，Ｑ２を構成する場合であっても、各スイッチング装置Ｑ１，Ｑ２においてそれぞれ上記スイッチング素子に並列にダイオードＤ１，Ｄ２を接続し、各スイッチング装置Ｑ１，Ｑ２のオフされる期間同士の重なる期間には共振電流が上記のダイオードＤ１，Ｄ２に流れるように構成すれば、このようなダイオードＤ１，Ｄ２を設けない場合に比べてスイッチング装置Ｑ１，Ｑ２がオンされるタイミングでのスイッチング装置Ｑ１，Ｑ２の両端電圧を低くしてスイッチングロスを抑えることができる。
【００１０】
上記のように、直流電源Ｅに対して逆向きの寄生ダイオードを含むＭＯＳＦＥＴのようなスイッチング素子からなるスイッチング装置Ｑ１，Ｑ２、又は、寄生ダイオードを含まないトランジスタのようなスイッチング素子と該スイッチング素子に並列に且つ直流電源Ｅに対して逆向きに接続されたダイオードＤ１，Ｄ２とからなるスイッチング装置Ｑ１，Ｑ２を用いる場合において、両端間に共振部３が接続された一方のスイッチング装置（以下、「第２スイッチング装置」と呼ぶ。）Ｑ２がオンされている期間内に点灯期間から消灯期間への切り換えがなされ、点灯期間において第２スイッチング装置Ｑ２のオン状態が継続される時間よりも短い時間で第２スイッチング装置Ｑ２がオフされて他方のスイッチング装置（以下、「第１スイッチング装置」と呼ぶ。）Ｑ１がオンされた場合、この切換の直後には、共振部３及び誘導コイル５には、直流電源Ｅから第１スイッチング装置Ｑ１を通じて流れる電流に加え、第２スイッチング装置Ｑ２のダイオードＤ２を流れる電流が重畳された電流が流れることとなり、一時的に大きな電流が流れることで、共振部３を構成する各回路部品や誘導コイル５に対して大きな電気的ストレスがかかってしまう。
【００１１】
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、間欠点灯動作の消灯期間の開始直後に回路部品にかかる電気的ストレスが抑えられる無電極放電灯点灯装置及び照明器具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明は、無電極放電灯に近接配置される誘導コイルとともに共振回路を構成する共振部と、直流電源の出力端間に接続される２個のスイッチング装置の直列回路からなり一方のスイッチング装置の両端間に共振部が接続されたスイッチング部と、スイッチング部の２個のスイッチング装置を交互にオンオフ駆動することで共振部から誘導コイルに交流電力を出力させる制御部とを備え、制御部は、スイッチング部の２個のスイッチング装置を交互にオンオフする周波数である動作周波数を前記共振回路の共振周波数に対し無電極放電灯が点灯する程度に近くする点灯期間と、動作周波数を前記共振回路の共振周波数に対し無電極放電灯が消灯する程度に高くする消灯期間とを周期的に交互に繰り返す間欠点灯動作が可能であって、スイッチング部において少なくとも両端間に共振部が接続された前記一方のスイッチング装置は、開閉される電路に対して並列であって直流電源の電圧に対して逆向きのダイオードを有していて、間欠点灯動作において、点灯期間の終了後であって消灯期間を開始する前に、制御部がスイッチング部の２個のスイッチング装置をともにオフ状態に維持する停止期間が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、共振部とともにループを構成する一方のスイッチング装置が有するダイオードを流れる逆電流を停止期間中に減衰させることができるから、停止期間を設けない場合に比べ、消灯期間の開始直後に回路部品にかかる電気的なストレスを抑えることができる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、スイッチング部において両端間に共振部が接続された一方のスイッチング装置が有するダイオードと共振部と誘導コイルとが構成するループに流れる電流を検出する電流検出部を備え、制御部は、停止期間を終了するタイミングを、電流検出部によって検出された電流が所定レベルまで減少したタイミングとすることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、停止期間中に逆電流を十分に減衰させ且つ停止期間が長くなりすぎないような、停止期間の長さの最適化が可能となる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、制御部は、間欠点灯動作における消灯期間の開始直後の所定時間には一時的に動作周波数を低くすることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、動作周波数を低くしない場合に比べ、点灯期間が終了してから次の点灯期間が開始されるまでの無電極放電灯内でのプラズマの減少が抑えられる。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において、制御部は、停止期間から消灯期間への移行時と、消灯期間から点灯期間への移行時との少なくとも一方において、動作周波数を連続的に徐々に変更することを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、停止期間から消灯期間への移行時と消灯期間から点灯期間への移行時との両方で動作周波数がステップ状に急激に変更される場合に比べ、回路部品にかかる電気的なストレスを抑えることができる。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、間欠点灯動作において点灯期間と停止期間と消灯期間との繰り返しの周波数は４ｋＨｚ以上とされていることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、点灯期間と停止期間と消灯期間との繰り返しの周波数を４ｋＨｚ未満とする場合に比べ、誘導コイルにおいて発生する騒音が人の耳に聞こえにくくなる。
【００２２】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の無電極放電灯点灯装置と、共振部に接続された誘導コイルと、無電極放電灯点灯装置と誘導コイルとをそれぞれ保持する器具本体とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１の発明によれば、間欠点灯動作において、点灯期間の終了後であって消灯期間を開始する前に、制御部がスイッチング部の２個のスイッチング装置をともにオフ状態に維持する停止期間が設けられているので、共振部とともにループを構成する一方のスイッチング装置が有するダイオードを流れる逆電流を停止期間中に減衰させることができるから、停止期間を設けない場合に比べ、消灯期間の開始直後に回路部品にかかる電気的なストレスを抑えることができる。
【００２４】
請求項２の発明によれば、スイッチング部において両端間に共振部が接続された一方のスイッチング装置が有するダイオードと共振部と誘導コイルとが構成するループに流れる電流を検出する電流検出部を備え、制御部は、停止期間を終了するタイミングを、電流検出部によって検出された電流が所定レベルまで減少したタイミングとするので、停止期間中に逆電流を十分に減衰させ且つ停止期間が長くなりすぎないような、停止期間の長さの最適化が可能となる。
【００２５】
請求項３の発明によれば、制御部は、間欠点灯動作における消灯期間の開始直後の所定時間には一時的に動作周波数を低くするので、動作周波数を低くしない場合に比べ、点灯期間が終了してから次の点灯期間が開始されるまでの無電極放電灯内でのプラズマの減少が抑えられる。
【００２６】
請求項４の発明によれば、制御部は、停止期間から消灯期間への移行時と、消灯期間から点灯期間への移行時との少なくとも一方において、動作周波数を連続的に徐々に変更するので、停止期間から消灯期間への移行時と消灯期間から点灯期間への移行時との両方で動作周波数がステップ状に急激に変更される場合に比べ、回路部品にかかる電気的なストレスを抑えることができる。
【００２７】
請求項５の発明によれば、間欠点灯動作において点灯期間と停止期間と消灯期間との繰り返しの周波数は４ｋＨｚ以上とされているので、点灯期間と停止期間と消灯期間との繰り返しの周波数を４ｋＨｚ未満とする場合に比べ、誘導コイルにおいて発生する騒音が人の耳に聞こえにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態において動作周波数ｆと出力電圧Ｖｘとの時間変化を示す説明図である。
【図２】同上の比較例において動作周波数ｆと出力電圧Ｖｘとの時間変化を示す説明図である。
【図３】同上の変更例を示す回路ブロック図である。
【図４】同上を用いた照明器具を示す一部破断した正面図である。
【図５】無電極放電灯点灯装置の一例を示す回路ブロック図である。
【図６】同上において動作周波数と出力電圧の振幅との関係を示す説明図である。
【図７】図５の等価回路を示す回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
本実施形態の基本構成は図５〜図７で説明した従来例と共通であるので、共通する部分については図示並びに説明を省略する。
【００３１】
本実施形態は、図１に示すように、点灯期間Ｐ１と消灯期間Ｐ２との間に、制御部４がスイッチング部２の各スイッチング装置Ｑ１，Ｑ２をそれぞれオフ状態に維持する停止期間Ｐ３が設けられている点を特徴とする。これにより、停止期間Ｐ３が設けられず点灯期間Ｐ１の後に消灯期間Ｐ２が連続する場合に比べ、第２スイッチング装置Ｑ２が有するダイオードＤ２を流れる電流（以下、「逆電流」と呼ぶ。）が停止期間Ｐ３中の減衰により低減されるから、消灯期間Ｐ２の開始直後における逆電流の重畳による電気的ストレスが抑えられる。
【００３２】
また、図１の例では、消灯期間Ｐ２の開始直後には動作周波数ｆを消灯周波数ｆ２よりも低い周波数ｆ３から消灯周波数ｆ２まで所定時間をかけて連続的に上昇させ、その後は動作周波数ｆを消灯周波数ｆ２に保っている。これにより、図２に示すように消灯期間Ｐ２の開始直後から動作周波数ｆを消灯周波数ｆ２とする場合に比べ、消灯期間Ｐ２の開始直後には無電極放電灯６が点灯しない範囲内で出力電圧Ｖｘの振幅が一時的に大きくなっているから、点灯期間Ｐ１の終了後に次の点灯期間Ｐ１が開始されるまでの無電極放電灯６内のプラズマの減少が抑えられる。
【００３３】
ここで、停止期間Ｐ３が長いほど、無電極放電灯６内のプラズマが減少することにより、次の点灯期間Ｐ１の開始後に実際に無電極放電灯６が再点灯するまでにかかる時間が長くなり、オンデューティと実際の光出力とのずれが大きくなってしまう。そこで、停止期間Ｐ３中に逆電流が十分に減少し且つ停止期間Ｐ３が長くなりすぎないように停止期間Ｐ３の長さを最適化するためには、停止期間Ｐ３の長さを一定とするのではなく、第２スイッチング装置Ｑ２が有するダイオードＤ２と共振部３と誘導コイル５とが構成するループに流れる電流を検出する電流検出部を設けるとともに、制御部４が、停止期間Ｐ３を終了して消灯期間Ｐ２を開始するタイミングを、電流検出部によって検出された電流が所定レベルまで減少したタイミングとすることが望ましい。電流検出部は、例えば、図３に示すように、共振部３のインダクタＬ１に設けた二次巻線と、この二次巻線に流れる誘導電流に応じた電圧を制御部４に出力する誘導電流検出部４０とで構成することができる。この場合、制御部４は、停止期間Ｐ３中に誘導電流検出部４０の出力電圧を所定の切換閾値と比較し、誘導電流検出部４０の出力電圧が切換閾値にまで低下した時点で消灯期間Ｐ２を開始する。
【００３４】
さらに、制御部４が、停止期間Ｐ３から消灯期間Ｐ２への移行時と、消灯期間Ｐ２から点灯期間Ｐ１への移行時との一方又は両方において、動作周波数ｆを連続的に徐々に変更するようにしてもよく、この構成を採用すれば、動作周波数ｆを急激に変化させる場合に比べて回路部品にかかる電気的なストレスが抑えられる。
【００３５】
ところで、磁束の漏れを抑えるために誘導コイル５に近接配置される磁性体（図示せず）や誘導コイル５自身には磁力による歪みが発生し、これが騒音の原因となるが、この騒音の周波数は、間欠点灯動作における点灯期間Ｐ１と停止期間Ｐ３と消灯期間Ｐ２との繰り返しの周波数（ＰＷＭ周波数）にほぼ一致する。周波数が４ｋＨｚ以上の音は人の耳に比較的に聞こえにくいことが知られているので、上記騒音による不快感を抑えるためには、ＰＷＭ周波数は４ｋＨｚ以上とすることが望ましい。
【００３６】
なお、制御部４は、間欠点灯動作のオンデューティ（すなわち１周期の間欠点灯動作に点灯期間が占める割合）を、外部からの入力に応じて連続的又は段階的に変化させるものであってもよい。この場合において、外部からの入力によりオンデューティが１００％とされたときには制御部４が停止期間Ｐ３や消灯期間Ｐ２の動作を行わず点灯期間Ｐ１の動作のみを継続する連続点灯動作を行うようにしてもよい。制御部４への外部からの入力は、有線で伝送される電気信号であってもよいし、電波や赤外光を媒体としたワイヤレス信号であってもよいし、操作入力であってもよい。いずれの場合にも、外部からの入力を受け付ける入力手段は、電気信号やワイヤレス信号を受信する適宜の受信回路や、操作入力を受け付ける押釦スイッチ等の入力装置を用いて、周知技術で実現可能であるので図示並びに説明は省略する。
【００３７】
上記の無電極放電灯点灯装置１は、図４に示すような照明器具７に用いることができる。図４の照明器具７は、無電極放電灯点灯装置１を収納及び保持したケース１０と、ケース１０が固定されるとともに誘導コイル５と無電極放電灯６とをそれぞれ放熱板７０を介して保持しケース１０及び放熱板７０とともに請求項における器具本体を構成するベース７１と、透光性を有する材料からなり無電極放電灯６を囲む筒形状であって放熱板７０に対して固定され無電極放電灯６の光を拡散させる拡散板７２と、透光性を有する材料からなり拡散板７２を囲む筒形状であって一方（図４での下側）の開口がベース７１により閉塞されたグローブ７３と、グローブ７３の他方（図４での上側）の開口を閉塞するカバー７４とを備える。無電極放電灯６は電球形状であって窪みを有し、誘導コイル５は無電極放電灯６の窪み内に挿入されることで無電極放電灯６に近接配置されている。上記のような照明器具７は周知技術で実現可能であるので、詳細な図示並びに説明は省略する。
【符号の説明】
【００３８】
１  無電極放電灯点灯装置
２  スイッチング部
３  共振部
４  制御部
５  誘導コイル
６  無電極放電灯
７  照明器具
１０  ケース（請求項における器具本体）
４０  誘導電流検出部（請求項における電流検出部）
７０  放熱板（請求項における器具本体）
７１  ベース（請求項における器具本体）
Ｅ  直流電源
Ｑ１，Ｑ２  スイッチング装置
Ｄ１，Ｄ２  ダイオード
【図１】
2011009012.tif 000003
【図２】
2011009012.tif 000004
【図３】
2011009012.tif 000005
【図４】
2011009012.tif 000006
【図５】
2011009012.tif 000007
【図６】
2011009012.tif 000008
【図７】
2011009012.tif 000009