(57)【要約】【課題】電力変換回路の出力側に低インピーダンス成分が接続されている場合の過剰な電力供給を防止して回路保護を可能にするとともに、始動モード開始後は過電圧に対しても回路保護が可能な放電ランプ点灯装置を提供する。【解決手段】電力変換回路15の予熱モードの任意地点から電圧検出手段21により検出した検出電圧が所定の第１閾値電圧を下回っているかどうかを判定部26により判定する。電力変換回路15の始動モード開始後の任意地点から電圧検出手段21により検出した検出電圧が所定の第２閾値電圧を超えているかどうかを判定部26により判定する。検出電圧が第１閾値電圧を下回っていると判定したとき、および、検出電圧が所定の第２閾値電圧を超えていると判定したときには、それぞれ発振制御部25が電力変換回路15を停止させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を出力する直流電源と；
放電ランプを予熱するための予熱モード、放電ランプを始動させるための始動モードおよび放電ランプを点灯制御するための点灯モードのそれぞれの制御モードを備え、少なくとも１つのスイッチング素子を有し直流電源からの直流電圧を高周波電圧に変換して放電ランプに供給する電力変換回路と；
放電ランプ電圧に対応した検出電圧を検出する電圧検出手段と；
電力変換回路の予熱モードの任意地点から電圧検出手段により検出した検出電圧が所定の第１閾値電圧を下回っているかどうかを判定するとともに、電力変換回路の始動モード開始後の任意地点から電圧検出手段により検出した検出電圧が所定の第１閾値電圧よりも大きい所定の第２閾値電圧を超えているかどうかを判定する判定手段と；
電力変換回路の駆動を制御するとともに、判定手段により、検出電圧が所定の第１閾値電圧を下回っていると判定されたとき、および、検出電圧が所定の第２閾値電圧を超えていると判定されたときに、それぞれ電力変換回路を停止させる制御手段と；
を具備していることを特徴とする放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
電圧検出手段は、検出電圧を、高電位ほど分圧比を小さくした抵抗分圧によって検出する
ことを特徴とする請求項１記載の放電ランプ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電圧を変換して放電ランプに供給する電力変換回路を備えた放電ランプ点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば放電ランプを点灯させる放電ランプ点灯装置は、商用交流電源を整流した後、この整流した入力電圧を昇圧チョッパ回路などの力率改善回路により昇圧した直流電圧に変換する直流電源と、この直流電源から出力される直流電圧を高周波電圧に変換して放電ランプを点灯させるインバータ回路と、このインバータ回路から供給される電力を制御するＬＣ共振回路などの共振回路(主回路)などとを備えている。インバータ回路は、例えば対をなすスイッチング素子を備えたハーフブリッジ型のものなどがあり、スイッチング素子をドライブ回路によって制御することによりスイッチング動作させ、所定周波数の高周波電圧を、ＬＣ共振回路を介して放電ランプに印加することが可能である。
【０００３】
このような放電ランプ点灯装置では、例えば放電ランプの寿命末期や不点灯などの異常状態で、放電ランプ電圧が過電圧になることがあり、このような過電圧が継続すると回路に好ましくない影響を与えるおそれがある。そのため、放電ランプ電圧を検出し、この検出電圧が所定の閾値電圧を超えた場合には、ドライブ回路によるスイッチング素子のスイッチング動作を停止させることで、インバータ回路の動作を停止させることで、回路を保護する構成が知られている(例えば、特許文献１参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７３４３０号公報(第５−９頁、図１)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
放電ランプは、出力端子内のインピーダンスが低下すると、まれにトラッキングが生じる場合がある。
【０００６】
しかしながら、上述の放電ランプ点灯装置では、過電圧は検出することができても放電ランプ電圧が低い場合の過剰な電力供給を防止することが容易でないという問題点を有している。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、電力変換回路の出力側に低インピーダンス成分が接続されている場合の過剰な電力供給を防止して回路保護を可能にするとともに、始動モード開始後は過電圧に対しても回路保護が可能な放電ランプ点灯装置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】
【０００８】
請求項１記載の放電ランプ点灯装置は、直流電圧を出力する直流電源と；放電ランプを予熱するための予熱モード、放電ランプを始動させるための始動モードおよび放電ランプを点灯制御するための点灯モードのそれぞれの制御モードを備え、少なくとも１つのスイッチング素子を有し直流電源からの直流電圧を高周波電圧に変換して放電ランプに供給する電力変換回路と；放電ランプ電圧に対応した検出電圧を検出する電圧検出手段と；電力変換回路の予熱モードの任意地点から電圧検出手段により検出した検出電圧が所定の第１閾値電圧を下回っているかどうかを判定するとともに、電力変換回路の始動モード開始後の任意地点から電圧検出手段により検出した検出電圧が所定の第１閾値電圧よりも大きい所定の第２閾値電圧を超えているかどうかを判定する判定手段と；電力変換回路の駆動を制御するとともに、判定手段により、検出電圧が所定の第１閾値電圧を下回っていると判定されたとき、および、検出電圧が所定の第２閾値電圧を超えていると判定されたときに、それぞれ電力変換回路を停止させる制御手段と；を具備しているものである。
【０００９】
直流電源は、例えば交流電圧を整流した後、昇圧チョッパ回路などの力率改善回路によって直流電圧を得るものでもよいし、電池電源あるいはキャパシタなどであってもよい。
【００１０】
電力変換回路は、例えば対をなすスイッチング素子を備えたインバータ回路および共振回路などを備えている。
【００１１】
電圧検出手段は、例えば複数の抵抗器の直列回路を電力変換回路側に対して放電ランプと並列に接続することにより放電ランプ電圧に対応、例えば比例した検出電圧を検出する構成が用いられるが、これに限定されるものではない。
【００１２】
判定手段は、例えば設定された第１閾値電圧あるいは第２閾値電圧と電圧検出手段で検出した検出電圧とをそれぞれ入力する比較器(コンパレータ)などが用いられる。
【００１３】
制御手段は、例えば電力変換回路のインバータ回路のスイッチング素子のスイッチングを停止させることにより電力変換回路の動作を停止させることが可能である。
【００１４】
請求項２記載の放電ランプ点灯装置は、電圧検出手段は、検出電圧を、高電位ほど分圧比を小さくした抵抗分圧によって検出するものである。
【００１５】
高電位ほど分圧比を小さくするとは、高電位側の抵抗器の抵抗値を低電位側の抵抗器の抵抗値よりも小さく設定することをいう。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の放電ランプ点灯装置によれば、電力変換回路の予熱モードの任意地点から電圧検出手段により検出した放電ランプ電圧に対応する検出電圧が所定の第１閾値電圧を下回っているかどうかを判定手段により判定し、また、電力変換回路の始動モード開始後の任意地点から電圧検出手段により検出した検出電圧が所定の第１閾値電圧よりも大きい所定の第２閾値電圧を超えているかどうかを判定手段により判定し、検出電圧が所定の第１閾値電圧を下回っていると判定されたとき、および、検出電圧が所定の第２閾値電圧を超えていると判定されたときには、それぞれ制御手段が電力変換回路を停止させることにより、予熱モードから、電力変換回路の出力側に低インピーダンス成分が接続されている場合の過剰な電力供給を防止して回路保護が可能になるとともに、始動モード開始後は過電圧に対しても回路保護が可能になる。
【００１７】
請求項２記載の放電ランプ点灯装置によれば、請求項１記載の放電ランプ点灯装置の効果に加えて、電圧検出手段が、検出電圧を、高電位ほど分圧比を小さくした抵抗分圧によって検出することにより、放電ランプ電圧の分圧比を最適化でき、電圧検出手段の小型化が可能になるととともに、小型化した場合の周辺からのノイズの影響を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態を示す放電ランプ点灯装置の回路図である。
【図２】(a)は同上放電ランプ点灯装置の予熱から始動後までの放電ランプ電圧を示すグラフ、(b)は同上放電ランプ点灯装置の判定手段による判定開始のタイミングを示す説明図である。
【図３】同上放電ランプ点灯装置の検出電圧と閾値電圧との関係を示すグラフである。
【図４】同上放電ランプ点灯装置を備えた照明器具の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は放電ランプ点灯装置の回路図、図２(a)は同上放電ランプ点灯装置の予熱から始動後までの放電ランプ電圧を示すグラフ、図２(b)は同上放電ランプ点灯装置の判定手段による判定開始のタイミングを示す説明図、図３は放電ランプ点灯装置の検出電圧と閾値電圧との関係を示すグラフ、図４は放電ランプ点灯装置を備えた照明器具の斜視図である。
【００２１】
図１に示すように、電子安定器としての熱陰極形放電ランプ点灯装置である放電ランプ点灯装置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13およびこのインバータ回路13の出力周波数に応じた電圧を出力する共振回路14を備えた電力変換回路15が電気的に接続され、この電力変換回路15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ランプFLが着脱可能に装着される。また、この放電ランプ点灯装置10は、インバータ回路13などを制御する制御素子16を備え、この制御素子16には、電力変換回路15のインバータ回路13の駆動用のドライバ部であるドライブ素子17が電気的に接続されている。
【００２２】
直流電源11は、例えば１００Ｖ〜２４２Ｖなどの商用交流電源をブリッジダイオードなどの全波整流素子によって整流した後、例えば昇圧チョッパ回路などの図示しない力率改善回路によって昇圧および平滑して直流電圧を出力するものである。
【００２３】
また、インバータ回路13は、スイッチング素子としての電界効果トランジスタQ1，Q2が直列に接続された、いわゆるハーフブリッジ型のものである。
【００２４】
電界効果トランジスタQ1，Q2は、制御端子であるゲート端子がドライブ素子17に電気的に接続されており、このドライブ素子17から供給される信号によってオンオフが制御される。
【００２５】
共振回路14は、電界効果トランジスタQ2の両端に電気的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の一次巻線の出力側に、放電ランプFLと並列にコンデンサである共振コンデンサC2が電気的に接続されて構成されている。また、この共振回路14の出力側には、放電ランプ電圧VLに対応、例えば比例した検出電圧VCLを検出する電圧検出手段21が、放電ランプFLと並列に電気的に接続されている。
【００２６】
電圧検出手段21は、抵抗器R1，R2，R3，R4の直列回路を備え、この抵抗器R3と抵抗器R4との接続点にコンデンサC3が電気的に接続され、このコンデンサC3に、ダイオードD1，D2に並列回路が電気的に接続され、かつ、ダイオードD2のカソード側に、抵抗器R5，R6の直列回路が電気的に接続されている。そして、これら抵抗器R5，R6の接続点が制御素子16側に電気的に接続されている。
【００２７】
抵抗器R1〜R3は、抵抗器R1の抵抗値が最も小さく、抵抗器R3の抵抗値が最も大きくなるように設定されている。すなわち、電圧検出手段21は、高電位ほど放電ランプ電圧VLの分圧比が小さくなるように抵抗器R1〜R3の抵抗値が設定されている。なお、抵抗器R2は、抵抗器R1よりも抵抗値が大きければ、抵抗器R3と等しい抵抗値でもよいし、抵抗器R3よりも小さい抵抗値でもよい。
【００２８】
また、放電ランプFLは、各フィラメントFLa，FLbに対して、図示しない予熱回路が接続されている。
【００２９】
そして、制御素子16は、例えばＩＣ(集積回路)であり、直流電源11の力率改善回路と接続される図示しない力率改善制御部、放電ランプFLの動作(点灯)状態に基づいてインバータ回路13の電界効果トランジスタQ1，Q2の動作制御用の周波数信号Ｐを生成してドライブ素子17へと出力する制御手段としての発振制御部25、および、電圧検出手段21を介して検出した検出電圧VCLと所定の第１閾値電圧VTH1および第２閾値電圧VTH2(図３)とを比較していずれが大きいか(小さいか)を判定する判定手段としての状態検出部である判定部26などを内部に一体に備えている。
【００３０】
なお、制御素子16が力率改善制御部、発振制御部25および判定部26などを一体に備えるとは、これらが制御素子16において集積化していることをいう。
【００３１】
力率改善制御部は、例えば、電源側の入力電圧、および、力率改善回路のスイッチング素子に流れるスイッチング電流などの所定の信号に基づいて、このスイッチング素子のスイッチングパルスであるチョッピング用周波数信号を生成して出力する機能を有している。
【００３２】
発振制御部25は、電力変換回路15を制御することにより、放電ランプFLを、始動前予熱状態から始動状態を経て点灯させるように連続的に制御するものである。すなわち、発振制御部25は、電力変換回路15を(始動前)予熱モードで動作させることで放電ランプFLを予熱状態とし、電力変換回路15を始動モードで動作させることで放電ランプFLを始動状態とし、電力変換回路15を点灯モードで動作させることで放電ランプFLを点灯制御することが可能となっている。
【００３３】
また、発振制御部25は、判定部26により判定した放電ランプFLの点灯状態に基づいて、所定の周波数を有する周波数信号Ｐを生成する機能を有している。具体的に、発振制御部25は、検出電圧VCLが第１閾値電圧VTH1を下回っているとき、あるいは、検出電圧VCLが第２閾値電圧VTH2を超えているときに、インバータ回路13を停止させるように周波数信号Ｐを生成し、それら以外のときには、放電ランプFLの点灯状態に応じた周波数信号Ｐを生成する。
【００３４】
また、図１に示す判定部26は、電圧検出手段21から出力される検出電圧VCLと、例えば０．５Ｖなどの第１閾値電圧VTH1およびこの第１閾値電圧VTH1よりも大きい例えば４Ｖなどの第２閾値電圧VTH2とを比較判定し、その比較判定結果を発振制御部25側へと出力するものである。また、判定部26は、第１閾値電圧VTH1について、図２(a)、図２(b)および図３に示すように、電力変換回路15の予熱モードの任意の地点から検出電圧VCLとの大きさの比較を開始しており、第２閾値電圧VTH2について、電力変換回路15の始動モード後から検出電圧VCLとの大きさの比較を開始している。
【００３５】
また、図１に示すように、ドライブ素子17は、制御素子16の発振制御部25から供給される調光用の周波数信号Ｐに応じて、数十ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ程度の周波数、例えば５０ｋＨｚ以上で電界効果トランジスタQ1，Q2を交互にオンオフする(スイッチング駆動する)ことで、電界効果トランジスタQ2のドレイン−ソース間に所定の高周波交流を発生させるものである。
【００３６】
このように構成された放電ランプ点灯装置10は、図４に示すような電気機器としての照明器具に適用できる。この照明器具は、放電ランプ点灯装置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ランプFLが装着されるソケット42などを備えている。
【００３７】
次に、上記一実施の形態の動作を説明する。
【００３８】
図１に示す放電ランプ点灯装置10を起動させると、力率改善回路から制御素子16へと給電され、この制御素子16が動作する(予熱モード)。
【００３９】
制御素子16では、力率改善制御部により生成されたチョッピング用周波数信号によって力率改善回路のスイッチング素子がスイッチング駆動され、電源で整流された入力電圧の位相を、力率改善回路で入力電流の位相と合わせて力率を改善するとともに、発振制御部25により生成された周波数信号Ｐによってドライブ素子17が駆動されることにより、電界効果トランジスタQ1，Q2が、例えば５０ｋＨｚなどの所定の周波数でオンオフ動作するため、力率改善回路から出力された出力電圧が平滑された直流電圧が高周波交流電圧に変換され、この高周波交流電圧により、共振回路14が共振して共振電流が流れ、また、予熱回路により放電ランプFLのフィラメントFLa，FLbが予熱される。
【００４０】
なお、インバータ回路13が駆動すると、制御素子16には、このインバータ回路13側から給電される。
【００４１】
また、予熱モードの開始から、電圧検出手段21で検出された検出電圧VCLが制御素子16の判定部26に入力される。そして、この検出電圧VCLが第１閾値電圧VTH1を下回ったとき(VCL＜VTH1)にのみ、判定部26から発振制御部25へと出力された信号により、発振制御部25において周波数信号Ｐにより電界効果トランジスタQ1，Q2のスイッチング動作を停止させてインバータ回路13を停止させる。
【００４２】
この後、所定時間が経過すると、予熱モードが終了し、この予熱モードでのフィラメントFLa，FLbの予熱によりフィラメントFLa，FLb間に所定の始動電圧が印加されて放電ランプFLが始動する。
【００４３】
そして、始動モードが開始した後、電力変換回路15により放電ランプFLへと始動電圧が供給され、放電ランプFLが始動点灯すると始動モードが終了し、点灯モードへと移行する。
【００４４】
上記始動モード開始以降においても、電圧検出手段21で検出された検出電圧VCLが抵抗器R11を介して制御素子16の判定部26に入力されている。そして、検出電圧VCLが第１閾値電圧VTH1を下回ったとき(VCL＜VTH1)、あるいは、検出電圧VCLが第２閾値電圧VTH2を超えたとき(VCL＞VTH2)に、判定部26から発振制御部25へと信号が出力され、この信号により、発振制御部25において周波数信号Ｐにより電界効果トランジスタQ1，Q2のスイッチング動作を停止させてインバータ回路13を停止させる。
【００４５】
そして、放電ランプFLの点灯後、電圧検出手段21で検出された検出電圧VCLなどに基づき、発振制御部25からドライブ素子17へと供給される周波数信号Ｐを生成することにより、インバータ回路13の駆動周波数を可変させ、放電ランプ電流(放電ランプ電圧、放電ランプ電力)が所定の目標値となるようにフィードバック制御がなされる。
【００４６】
このように、電力変換回路15の予熱モードの任意地点から電圧検出手段21により検出した検出電圧VCLが所定の第１閾値電圧VTH1を下回っているかどうかを判定部26により判定し、また、電力変換回路15の始動モード開始後の任意地点から電圧検出手段21により検出した検出電圧VCLが所定の第２閾値電圧VTH2を超えているかどうかを判定部26により判定し、検出電圧VCLが所定の第１閾値電圧VTH1を下回っていると判定されたとき、および、検出電圧VCLが所定の第２閾値電圧VTH2を超えていると判定されたときには、それぞれ発振制御部25が電力変換回路15のインバータ回路13を停止させることにより、予熱モードから電力変換回路15の出力側に低インピーダンス成分が接続されている場合の過剰な電力供給を防止して回路保護が可能になるとともに、始動モード開始後は過電圧に対しても回路保護が可能になる。
【００４７】
すなわち、照明器具としての使用上、放電ランプFLを接続する電力変換回路15の共振回路14の出力端子間には、放電ランプFLの出力端子内のインピーダンスの低下に伴いまれに放電ランプFLにトラッキングが生じる場合がある。そのため、第１閾値電圧VTH1を設けて低い放電ランプ電圧VLを検出できるように構成したことで、トラッキングなどが生じた場合の過剰な電力供給による回路の損傷を確実に防止できる。
【００４８】
しかも、通常の動作において、放電ランプ点灯装置10は、電力変換回路15の予熱モード、始動モードおよび点灯モードの順で制御シーケンスが経過する。低い放電ランプ電圧VLは、予熱モードから生じる可能性があるため、この予熱モードから判定部26により検出電圧VCLと第１閾値電圧VTH1とを比較することにより、予熱モードでの低い放電ランプ電圧VLによる過剰な電力供給を確実に防止できる。また、過電圧については、始動モード時から生じる可能性があるため、始動モード開始後から判定部26により検出電圧VCLと第２閾値電圧VTH2とを比較することにより、始動モード開始後の過電圧に対して回路を確実に保護できる。
【００４９】
また、電力変換回路15の予熱モードの任意地点から電圧検出手段21により検出した検出電圧VCLに基づいて、所定の第１閾値電圧VTH1を下回っているかどうかを判定部26によって判定することにより、回路全体および制御素子16の立ち上がり時の不安定状態での検出電圧VCLに基づいて判定部26が判定することを容易に回避でき、判定部26による判定が確実になる。
【００５０】
さらに、電力変換回路15の始動モード開始後の任意地点から電圧検出手段21により検出した検出電圧VCLに基づいて、所定の第２閾値電圧VTH2を超えているかどうかを判定部26によって判定することにより、回路を構成する部品の耐圧と放電ランプFLとの特性に対応した好適な始動モード時間にすることができる。すなわち、始動モードの時間中、回路には高電圧が印加されるので、始動モード時間が長すぎると部品の耐圧をより高いものにしなければならず、また、回路の短寿命化のおそれがある一方で、放電ランプFLは始動特性を確保するために始動モード時間が長い方が好ましい。また、始動モード時間が短すぎると部品にとっては好適であるものの、放電ランプFLの始動特性は低下する。したがって、始動モード開始後の任意地点から電圧検出手段21により検出した検出電圧VCLに基づいて、所定の第２閾値電圧VTH2を超えているかどうかを判定部26によって判定することにより、検出(判定)開始のタイミングによって始動モード時間を設定でき、部品と放電ランプFLとのそれぞれの特性の兼ね合いで好適な始動時間を確保することが容易になる。
【００５１】
また、判定部26を発振制御部25などとともに一体的に集積化することにより、回路全体としての小型化が可能になる。
【００５２】
さらに、電圧検出手段21が、検出電圧VCLを、高電位ほど放電ランプ電圧VLの分圧比を小さくした抵抗分圧によって検出することにより、放電ランプ電圧VLの分圧比を最適化でき、電圧検出手段21の小型化が可能になる。また、このように電圧検出手段21を小型化した場合、周辺からのノイズが検出電圧VCLに載る可能性が高まるものの、本実施の形態では、ノイズの影響をより受けやすい高電位側の分圧比を小さくしているので、小型化した場合でも周辺からのノイズの影響を低減できる。
【００５３】
なお、上記一実施の形態において、電圧検出手段21により検出する検出電圧VCLは、放電ランプ電圧VLを間接的に検出可能な値であれば、すなわちこの放電ランプ電圧VLと所定の関係を有する(放電ランプ電圧VLに対応する)値であれば、どのような値を検出する構成としてもよい。
【００５４】
また、直流電源11および電力変換回路15などのそれぞれの細部の構成は、上記構成および制御に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５５】
10    放電ランプ点灯装置
11    直流電源
15    電力変換回路
21    電圧検出手段
25    制御手段としての発振制御部
26    判定手段としての判定部
FL    放電ランプ
Q1，Q2    スイッチング素子としての電界効果トランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2011028919.tif 000005
【図４】
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