(57)【要約】【課題】ランプ特性のばらつきの影響が少ない、精度の高い異常放電検出を行なうことで、接続不良等が生じた場合でも確実に発振停止可能な、安全性の高い放電灯点灯装置を提供する。【解決手段】直流電圧を高周波電圧に変換して放電ランプ３を点灯させるインバータ回路部２を備えた放電灯点灯装置において、ランプ電流のピーク値検出手段４と、ランプ電流の実効値検出手段５と、それぞれの検出手段４，５の出力を比較する比較器６とを備え、異常放電発生時に比較器６の出力が反転したことを受けてインバータ回路部２の発振を停止させる機能を具備した。【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部を備えた放電灯点灯装置において、ランプ電流のピーク値検出手段と、ランプ電流の実効値検出手段と、前記それぞれの検出手段の出力を比較する比較器とを備え、異常放電発生時に前記比較器の出力が反転したことを受けて前記インバータ回路部の発振を停止させる機能を具備したことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
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部を備えた放電灯点灯装置において、ランプ電流のピーク値検出手段と、ランプ電流の実効値検出手段を備え、前記各検出手段の出力が入力される除算器と、前記除算器の出力と基準値を比較する比較器とを備え、異常放電発生時に前記比較器の出力が反転したことを受けて前記インバータ回路部の発振を停止させる機能を具備したことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記基準値を調光状態によって変化させたことを特徴とする請求項２記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
ランプ電圧のピーク値検出手段と、ランプ電圧の実効値検出手段と、前記ランプ電圧のピーク値と実効値の各検出手段の出力が入力される第２の除算器を備え、前記比較器に入力される基準値を前記第２の除算器の出力としたことを特徴とする請求項２記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯点灯装置を備えたことを特徴とする非常用照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷出力部の接続不良や半田付け不良によって起こり得る異常放電を検出し、発振停止を行なう放電灯点灯装置及びそれを用いた誘導灯器具のような非常用照明器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放電灯点灯装置、特にランプ電圧が高電圧である冷陰極ランプを用いたものであると、万一、コネクタの接触不良や半田付け不良などがあった場合、高圧火花放電等の異常放電が発生することがあり、放電状態が継続すると発熱など、不安全な問題が引き起こされる恐れがある。このような不安全に対する対策として、火花放電を検出し、点灯装置の発振を停止させる手段が特許文献１として開示されている。この従来例では、火花放電発生時にランプ電圧にパルス状の高電圧ノイズが重畳するので、発振トランスの２次側に設けた電圧検出回路からの出力は、開放電圧よりもはるかに高い火花放電時電圧となる。このような異常を検知した時に１次側発振を停止させる発振停止回路を設けることで、安全を確保するようにしたものである。
【特許文献１】特開２００５−５０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ランプ自身の正常時の点灯電圧の温度特性等を含めたばらつきは非常に幅広いものである。また、点灯装置の出力が異常放電発生時に高くなりはするが、異常放電が発生した箇所やそのときの放電ギャップの距離によって発生する電圧の大きさがまちまちである。そのため、これらを含めて検出しきい値の設定が可能かどうかが課題となる。
【０００４】
また、特許文献１の回路のように、負荷に並列に共振コンデンサを接続したような場合は、その共振コンデンサを利用してランプ電圧検出を簡単に実現することができるが、トランスの１次側で共振回路を構成し、２次側において、ランプと直列にバラストコンデンサを接続されたような点灯回路の場合は、ランプに並列に、新たにランプ電圧検出回路を構成する必要がある。このとき、負荷が冷陰極ランプのように非常に高インピーダンスのものであると、検出回路のインピーダンスも非常に高くする必要があるため、外来ノイズ等の影響を受けやすく、正常点灯時でも保護回路が動作して消灯してしまうという誤動作の可能性が大きくなる。
【０００５】
近年、火災発生時に最終避難口や避難通路などの場所を絵柄で表示する誘導灯器具に、冷陰極ランプを用いたものが多く見られるが、このような誘導灯器具における誤動作は回避すべきである。しかしながら、誤動作回避のために検出回路のインピーダンスを低くすれば、検出回路への漏れ電流を含めて点灯回路の設計を行なう必要があると同時に損失の増加は免れず、点灯回路が大型化してしまうといった課題がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決し、ランプ特性のばらつきの影響が少ない、精度の高い異常放電検出を行なうことで、万が一、接続不良等が生じた場合でも確実に発振停止可能な、より安全性の高い放電灯点灯装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、直流電圧を高周波電圧に変換して放電ランプ３を点灯させるインバータ回路部２を備えた放電灯点灯装置において、ランプ電流のピーク値検出手段４と、ランプ電流の実効値検出手段５と、前記それぞれの検出手段４，５の出力を比較する比較器６とを備え、異常放電発生時に前記比較器６の出力が反転したことを受けて前記インバータ回路部２の発振を停止させる機能を具備したことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、同じ課題を解決するために、図５に示すように、直流電圧を高周波電圧に変換して放電ランプ３を点灯させるインバータ回路部２を備えた放電灯点灯装置において、ランプ電流のピーク値検出手段４と、ランプ電流の実効値検出手段５を備え、前記各検出手段４，５の出力が入力される除算器８と、前記除算器８の出力と基準値を比較する比較器９とを備え、異常放電発生時に前記比較器９の出力が反転したことを受けて前記インバータ回路部２の発振を停止させる機能を具備したことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、図６に示すように、前記基準値を調光状態によって変化させたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項２の発明において、図７に示すように、ランプ電圧のピーク値検出手段１０と、ランプ電圧の実効値検出手段１１と、前記ランプ電圧のピーク値と実効値の各検出手段１０，１１の出力が入力される第２の除算器１２を備え、前記比較器９に入力される基準値を前記第２の除算器１２の出力としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯点灯装置を備えたことを特徴とする誘導灯器具のような非常用照明器具である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１，２の発明によれば、異常放電発生時のランプ電流の特性変化を相対的に判定するので、ランプの特性ばらつきに関わらず、異常放電を検出することが可能であり、検出の精度が高く、安全性の高い放電灯点灯装置を提供できる効果がある。
【００１３】
請求項３の発明によれば、調光状態まで含めて精度の高い異常放電検出が可能となる効果がある。
【００１４】
請求項４の発明によれば、基準値にランプ電圧より求められた相対値を用いるので、回路方式に関わらず調光状態まで含めて、より検出の精度が高められるという効果がある。
【００１５】
請求項５の発明によれば、基本機能を阻害することなく、安全性が向上した誘導灯器具を提供できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施形態１）
図１に実施形態１の放電灯点灯装置のブロック図を示す。本実施形態の放電灯点灯装置は、直流電源１を高周波に変換するインバータ回路部２を備え、インバータ回路部２から出力される高周波高電圧により冷陰極ランプ３を点灯させるものであり、ランプ電流のピーク値を検出する手段４と、ランプ電流の実効値を検出する手段５を備え、それぞれの検出結果を比較器６に入力して比較することにより異常放電発生の有無を判定し、異常放電発生時はインバータ回路部２の動作を停止するように構成されたことを特徴とするものである。
【００１７】
次に、本実施形態の動作について説明する。図２（ａ）に示すように、正常時にインバータ回路部２からの高周波電圧印加によりランプ３は点灯し、ランプ３には略正弦波の電流が流れている。ここで、インバータ回路部２とランプ３を接続しているコネクタの接触不良や半田付け不良等により、ランプ３を含む回路ループにギャップが生じると、その間で高圧火花放電等の異常放電が発生する恐れがあることは前述したとおりである。放電が発生し、継続している時は、ランプ３も点灯を維持しているが、放電とはいえ、その部分のインピーダンスは正常状態よりも大きいものであり、ランプ電流ＩＬ（実効値）は低下する傾向にある。また、負荷のインピーダンスが大きくなっているので、インバータ回路部２の出力は開放状態に近づく方向に変化し、出力電圧ＶＬは上昇する。ところが、ギャップ部分の放電は空気中の放電であり、電圧の変化に対して電流は大きく変化する。そのため、図２（ｂ）に示すように、出力電圧ＶＬの正弦波状の変化に対し、０Ｖ付近ではランプ電流ＩＬは小さく、ピークに近づくにつれて大きく増加するような、ピーク値の高い歪んだ波形となる。
【００１８】
実際にはインバータ回路部２の限流要素に制限されるが、ランプ電流ＩＬのピーク値は実効値ほどは低下せず、むしろ正常時と同等ぐらいか、場合によっては大きくなる。このように、異常放電の発生によってランプ電流が歪み、ピーク値に比べて実効値はより低下する傾向にある。このことを利用し、ランプ電流のピーク検出手段４と実効値検出手段５を設け、正常時は（ピーク検出出力）＜（実効値検出出力）の関係となり、異常放電発生時にこの関係が反転するように適切に各検出手段４，５の出力を係数倍したものを比較器６に入力する。
【００１９】
これにより、異常放電発生時に比較器６より発振停止信号をインバータ回路部２に送り、インバータ回路動作を停止させることで、放電持続による発熱を未然に防ぐことが可能となる。さらに、本発明ではランプ電流のピーク値と実効値を適切に係数倍した後、比較している、いわゆる相対的な判定であるので、ランプ特性のばらつきによる影響を少なくすることが可能であり、検出の精度を高めることが可能である。
【００２０】
より具体的な回路例を図３に示す。直流電源１からスイッチング素子Ｑ１を介して定電流プッシュプルインバータ回路に電源供給され、トランスＴ１の２次側からバラストコンデンサＣ２を介して負荷のランプ３が接続された構成である。制御手段７によってスイッチング素子Ｑ４をＯＮ／ＯＦＦすることにより、スイッチング素子Ｑ１をＯＮ／ＯＦＦし、インバータ回路部２を起動／停止することができる。ランプ３に直列に接続されている抵抗Ｒ５１はランプ電流のピーク値検出用であり、抵抗Ｒ５１，Ｒ５２の直列回路はランプ電流の実効値検出用である。
【００２１】
抵抗Ｒ５１，Ｒ５２は上述した検出手段４，５の出力の係数倍に相当するものであり、ここではピーク値検出を分圧した例を示している。それぞれダイオードで半波整流し、ピーク検出はコンデンサＣ３でピークを保持し、実効値検出の方は抵抗Ｒ６、コンデンサＣ４で平滑し、それぞれをコンパレータＣＯＭＰに入力している。コンパレータＣＯＭＰの出力はスイッチング素子Ｑ４のベースに接続された構成となっている。
【００２２】
図４を用いて動作を説明する。正常時において、各検出電圧Ｖ１，Ｖ２は抵抗Ｒ５１，Ｒ５２によってＶ１＞Ｖ２となるように設定する。ここで、コネクタの接触不良等により異常放電が発生すると、ランプ電流波形は歪み、ピーク検出電圧Ｖ２は上昇、実効値検出電圧Ｖ１は下降する。こののち、Ｖ１＜Ｖ２となったとき、コンパレータＣＯＭＰの出力が反転し、スイッチング素子Ｑ４をＯＦＦさせる。これにより、スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦし、インバータ回路部２は発振を停止する。
【００２３】
以上の動作により、異常放電発生時にインバータ回路部２を停止することができる。また、同じ電流を検出抵抗の違いで検出したあとの検出出力を比較しているので、各ランプのばらつきを考慮する必要がなく、さらに外来ノイズの影響も打ち消されるので、検出の精度を高めることができる。
【００２４】
なお、図３においては、インバータ回路部２の構成として、定電流プッシュプルインバータ回路を例示したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、ハーフブリッジ回路やその他の一般的な回路方式を用いても良いことは言うまでもない。また、検出回路の構成も図示された例に限定されるものではないことは明らかである。
【００２５】
（実施形態２）
図５に実施形態２の放電灯点灯装置のブロック図を示す。本実施形態はランプ電流のピーク値と実効値の検出出力を除算器８に入力することでクレストファクタ（ＣＦ）を演算し、求められたクレストファクタを比較器９により基準値（基準ＣＦ）と比較することで異常放電発生の有無を判定するようにしたことを特徴とし、それ以外は実施形態１と同様である。
【００２６】
実施形態１でも述べたように、異常放電の発生によってランプ電流が歪み、ピーク値に比べて実効値はより低下する傾向にある。言い換えれば、異常放電の発生によってクレストファクタが増加する傾向にある、ということである。そこで、本実施形態では、図５に示すように、ランプ電流のピーク値と実効値の各検出値を除算器８に入力してクレストファクタを演算する構成としている。ここで、除算器８としては、マイクロコンピュータなどを利用することが考えられる。
【００２７】
図３に示すインバータ回路部２を用いたときの調光時の正常点灯時と異常放電発生時のクレストファクタの実測結果の一例を図６に示す。図中、◆は正常点灯時の入力電流ＩＬのクレストファクタ、■は異常放電発生時の入力電流ＩＬのクレストファクタである。
【００２８】
図６において、横軸はインバータ回路部２の入力電圧を示している。インバータ回路部２として図３の構成を用いた場合、直流電源１からの入力電圧に応じてランプ電流ＩＬが変化するので、図６の横軸は等価的にランプ電流（正常点灯時）、もしくは調光レベルを表しているとも言える。
【００２９】
図６より、インバータ回路部２の入力電圧が低くなるほど、クレストファクタは上昇する傾向にあるが、異常放電発生時はさらにクレストファクタが上昇しているのが分かる。調光時のクレストファクタ特性は回路方式等により変わるであろうが、ここで述べたいのは、図６の一点鎖線で示したように、インバータ回路部２の入力電圧や正常点灯時のランプ電流値に応じて、すなわち調光レベルに応じて基準クレストファクタの値を変化させることで、調光時においても、異常放電発生時にインバータ回路部２を停止させることができるということである。この基準クレストファクタの値は、それぞれの回路方式の調光特性に応じて決定すればよい。
【００３０】
本実施形態においても先の実施形態と同様に、各ランプのばらつきを考える必要がなく、検出の精度を高めることができる。
【００３１】
（実施形態３）
図７に実施形態３の放電灯点灯装置のブロック図を示す。本実施形態はランプ電流及びランプ電圧のピーク値と実効値の検出出力を除算器に入力することでそれぞれのクレストファクタを演算し、求められたクレストファクタを比較することで異常放電発生の有無を判定するようにしたことを特徴とするものである。
【００３２】
実施形態２でも述べたように、ランプ電流は異常放電発生によってクレストファクタが増加する傾向にある。しかしながら、図２にも示したように、ランプ電圧は値が上昇するものの波形は余り乱れず、クレストファクタの値は余り変化が無い。図８にランプ電流、ランプ電圧の正常点灯時と異常放電発生時のクレストファクタの実測結果を示す。実線がランプ電流、破線がランプ電圧を表し、菱形のマーカーが正常点灯時、四角のものが異常放電発生時である。すなわち、◆は正常点灯時の入力電流ＩＬのクレストファクタ、■は異常放電発生時の入力電流ＩＬのクレストファクタであり、◇は正常点灯時の入力電圧ＶＬのクレストファクタ、□は異常放電発生時の入力電圧ＶＬのクレストファクタである。
【００３３】
横軸は図６と同様にインバータ回路部２の入力電圧としている。図８から分かるように、ランプ電圧のクレストファクタ（◇：正常点灯時、□：異常放電発生時）は、異常放電が発生しても正常点灯時とほぼ同等である。このことを利用し、実施形態２で述べたクレストファクタの基準値（基準ＣＦ）にランプ電圧のクレストファクタを用いる。
【００３４】
これにより、各調光レベルに応じた基準クレストファクタ値を設定する必要がないので、回路方式に関わらず調光時まで含めた異常放電の検出が可能となる。また、ランプ電圧もクレストファクタを演算しているため、各ランプのばらつきを考える必要がないとともに、外来ノイズの影響を打ち消すことが可能なため、高インピーダンスの回路を構成しても検出の精度を高めることができる。
【００３５】
ここで、図８の入力電圧が高い場合のように、正常点灯時のランプ電流とランプ電圧のクレストファクタに差がある場合もあるが、比較器よりも前段において、少なくとも一方を適宜係数倍するように設定すれば検出可能となる。
【００３６】
（実施形態４）
上述の実施形態１〜３のいずれかの放電灯点灯装置は、火災発生時に最終避難口や避難通路などの場所を絵柄で表示する誘導灯器具に内蔵して、例えば冷陰極ランプのような放電灯を点灯させる用途に用いることができる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態１の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の回路の動作説明のための波形図である。
【図３】本発明の実施形態１の具体構成を示す回路図である。
【図４】図３の回路の動作説明のための波形図である。
【図５】本発明の実施形態２の構成を示すブロック図である。
【図６】図５の回路の動作説明図である。
【図７】本発明の実施形態３の構成を示すブロック図である。
【図８】図７の回路の動作説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  直流電源
２  インバータ回路部
３  ランプ（放電灯）
４  ランプ電流のピーク値を検出する手段
５  ランプ電流の実効値を検出する手段
６  比較器
【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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