(57)【要約】【課題】従来の熱陰極型の放電点灯装置では予熱から始動、点灯に移行する時に放電灯の応答性のばらつきにより直列ＬＣ共振回路周波数−ゲイン曲線の共振周波数ｆ０を超えた周波数（ｆ０より低い周波数）インピーダンスがキャパシタンス領域で点灯するものが発生する。この場合ハーフブリッジのスイッチング素子に流れる電流位相が電圧より進む共振はずれが発生し、スイッチング素子の発熱が大きくなり破壊するという問題を有している。【解決手段】電源起動期間、予熱期間、始動期間、点灯中の夫々において可変容量ダイオードに印加する直流電圧を任意に設定して、始動時の直流電圧を直列ＬＣ共振回路周波数−ゲイン曲線の共振周波数ｆ０より高い周波数になる設定値とすることで、共振周波数ｆ０より高い周波数で確実に放電灯を点灯することができる周波数制御回路を備えることを特徴とした放電灯点灯装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数をＲ，Ｃの時定数で決める周波数制御回路とこの周波数で動作するハーフブリッジ又はフルブリッジ回路に接続したＬ−Ｃ直列共振回路と共振コンデンサと並列に熱陰極型放電灯の両端の熱陰極（フィラメント）のそれぞれの片端を接続し、更に放電灯両端フィラメントの他端に直列にコンデンサを接続して点灯させる回路を有し、周波数制御回路の周波数を決めるコンデンサに電圧可変容量（可変容量ダイオード）を用いて電源起動期間、予熱期間、始動期間、点灯中の夫々において前記可変容量ダイオードに印加する直流電圧を任意に設定でき、また直流調光制御電圧で発振周波数を任意に変えることで管電流の（無段階調光）を実現する周波数制御回路を備えることを特徴とした放電灯点灯装置。
【請求項２】
請求項１において、１００〜４００Ｈｚ程度の発振周波数に比べて充分に低い周波数で前記可変容量ダイオードに印加する直流電圧を切り替え、この切り替えの時間比率を制御することによって調光を実現することを特徴とした放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、熱陰極型放電灯点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来から、熱陰極型の放電灯の調光制御可能な放電点灯装置が提供されている。従来例として複数のコンデンサ切り替えと可変容量ダイオード用いた周波数制御回路（特願２００６−３３５１０３）がある。図８は従来例の放電点灯装置である。他励ＰＷＭ制御ＩＣ１には周波数制御回路３、ハーフブリッジ直列共振回路２とラッチ保護回路６が接続されている。周波数制御回路３は発振周波数を決めるコンデンサＣ８と調光用の可変容量ダイオードＶＣ１とその可変容量ダイオードＶＣ１のアノードにはＯＮ−ＯＦＦするためのスイッチングトランジスタＱ６が接続されている。またコンデンサＣ８の一端にはオーバーシュート低減回路１０（インバータ起動時のソフトスタート回路）が接続されている。またトランジスタＱ６のベースには予熱期間から点灯移行時に周波数を緩やかに遷移させるための周波数スムージング回路５が接続されている。【０００３】  ハーフブリッジ直列共振回路２はＤＣカット用のコンデンサＣ１と共振コイルＬ１と共振コンデンサＣ２が直列接続されている。その出力は放電灯１の高圧側のフィラメントＦ１接続されている。また放電灯１の低圧側のフィラメントＦ２は過電流検出抵抗Ｒ３を介してグランドに接続されている。放電灯１のフィラメントＦ１、Ｆ２の他端はフィラメント電流を決めるコンデンサＣ３に接続されている。【０００４】  図１０は本発明の電源シーケンスの一例を示す。インバータＯＮ−ＯＦＦ信号図８の１２がＨＩＧＨになると電源ＲＥＧ図８  ７の出力に１４Ｖと５Ｖが出力される。他励ＰＷＭ制御ＩＣ１が起動しハーフブリッジ直列共振回路２に電圧が出力される。その時の出力電圧は他励ＰＷＭ制御ＩＣ１の発振周波数と図９に示す直列ＬＣ共振回路周波数−ゲイン曲線で決定される。また発振周波数は抵抗Ｒ２とコンデンサＣ８，Ｃ１２，可変容量ダイオードＶＣ１の合成容量で決定される。インバータ起動時は抵抗Ｒ２、コンデンサＣ８で決定される周波数例えば約１００ｋＨｚ（図８のＳ点）で発振する。次にトランジスタＱ５がＯＮして抵抗Ｒ２とコンデンサＣ８，Ｃ１２の合成容量で決定される周波数例えば約８０ｋＨｚ（図９の▲１▼点）で発振する。この期間が予熱期間でフィラメントＦ１，Ｆ２に電流を流してフィラメントを加熱する。フィラメント電流は２πｆ・Ｃ３・Ｖで一義的に決定される。インバータ起動時に高い周波数で起動させることによりハーフブリッジ直列共振回路２の出力電圧を抑えることでソフトスタートを実現する。また予熱時間は予熱時間制御回路１２のリセットＩＣ  ＩＣ１３の出力ディレイ時間を決定するコンデンサＣ１３で一義的に決定される。【０００５】  予熱期間が終了すると予熱時間制御回路１２のリセットＩＣ  ＩＣ１３の出力電圧図１Ａ点が５Ｖとなる。この電圧は周波数スムージング回路５を介してトランジスタＱ６のベースに印加されてトランジスタＱ６が導通する。これにより可変容量ダイオードＶＣ１がグランドに接続されて他励ＰＷＭ制御ＩＣ１の発振周波数は抵抗Ｒ２とコンデンサＣ８，Ｃ１２，可変容量ダイオードＶＣ１の合成容量で決定される。このとき発振周波数は例えば５０ｋＨｚとする。図９の直列ＬＣ共振回路周波数−ゲイン曲線の▲１▼点から曲線に沿っ��ゲインが徐々に高くなり▲２▼点の熱陰極型放電灯の放電開始電圧に達すると管電流が流れる。管電流が流れると管のインピーダンスが低下するために最終的には▲３▼点で安定放電をする。ＩＣ１３の出力Ａ点の電圧は、周波数スムージング回路５のコンデンサＣ１０、Ｃ９、抵抗Ｒ１６で積分されるために立ち上がりが緩やかになる。これによりトランジスタＱ６のベース電流も緩やかな立ち上がりをする。可変容量ダイオードＶＣ１に流れる電流波形を緩やかにすることで、発振周波数が８０ｋＨｚから５０ｋＨｚまで緩やかに移行し周波数がスムージングされる。周波数を８０ｋＨｚから５０ｋＨｚまで緩やかに移行させて周波数をスムージングする効果は、図９の直列ＬＣ共振回路周波数−ゲイン曲線の熱陰極型放電灯の放電開始電圧▲２▼を確実に通過して▲３▼点に移行するために確実な点灯動作を行うことができる。以上のように従来例では他励ＰＷＭ制御ＩＣ１の発振周波数を決定するコンデンサＣ１２、可変容量ダイオードＶＣ１をトランジスタで切り替えることで放電灯１の予熱、点灯を実現する放電灯点灯装置である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  ところが、上記従来例では予熱から始動、点灯に移行する時に放電灯の応答性のばらつきにより直列ＬＣ共振回路周波数−ゲイン曲線の共振周波数ｆ０を超えた周波数（ｆ０より低い周波数）インピーダンスがキャパシタンス領域で点灯するものが発生する。この場合図１１に示すようにハーフブリッジのスイッチング素子に流れる電流位相が電圧より進む共振はずれが発生し、スイッチング素子の発熱が大きくなり破壊するという問題を有している。【０００７】  本発明は、前記問題点を解決して放電灯が点灯する周波数を直列ＬＣ共振回路周波数−ゲイン曲線の共振周波数ｆ０より高い周波数、インピ−ダンスがインダクタンス領域で確実に点灯できる熱陰極放電灯点灯装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  請求項１の発明は、前記目的を達成するために電源起動期間、予熱期間、始動期間、点灯中の夫々において可変容量ダイオードに印加する直流電圧を任意に設定して、始動時の直流電圧を直列ＬＣ共振回路周波数−ゲイン曲線の共振周波数ｆ０より高い周波数になる設定値とすることで、共振周波数ｆ０より高い周波数、インピーダンスがインダクタンス領域で確実に放電灯を点灯することができる周波数制御回路を備えることを特徴とした放電灯点灯装置。【０００９】  この発明によれば、直列ＬＣ共振回路周波数−ゲイン曲線の共振周波数ｆ０より高い周波数、インピーダンスがインダクタンス領域（スイッチング素子の電流位相が電圧より遅れる領域）で確実に点灯しすることで共振はずれを防ぎスイッチング素子の破壊を防止できる熱陰極放電灯点灯装置を提供できる。【００１０】  請求項２の発明は、請求項１の説明において１００〜４００Ｈｚ程度の低い周波数で、可変容量ダイオードに印加する直流電圧を切り替えする時間比率を制御することによって調光（ＰＷＭ調光）を実現することを特徴とする。【００１１】  この発明によれば、請求項１における幅広い調光範囲を有した熱陰極型放電灯点灯装置を提供することができる。
【発明の実施するための最良の形態】
【００１２】  以下、本発明の実施形態１を図１〜図７に基づいて説明をする。図１は実施形態１の回路構成を示すものである。他励ＰＷＭ制御ＩＣ１には周波数制御回路３、ハーフブリッジ直列共振回路２とラッチ保護回路６が接続されている。周波数制御回路３は発振周波数を決めるコンデンサＣ８、Ｃ１２と抵抗Ｒ２と可変容量ダイオードＶＣ１とその可変容量ダイオードＶＣ１のアノードには、電源起動期間、予熱期間、始動期間、点灯中の夫々で直流電圧を切り替える直流電圧切り替え回路１５が抵抗Ｒ２０を介して接続されている。また発振周波数を決めるコンデンサＣ１２の他端は、オーバーシュート低減回路１０のスイッチングトランジスタＱ５のコレクタに接続されている。直流電圧切り替え回路１５は直流電圧を決定する抵抗Ｒ２４、Ｒ２５、Ｒ２７、Ｒ２８と切り替えトランジスタＱ９、Ｑ１０とダイオードＤ１４とバッファ用オペアンプＩＣ４から構成されている。直流調光制御信号１３は抵抗Ｒ３５、ダイオードＤ１２を介してバッファ用オペアンプＩＣ４の＋入力端子に入力されている。
【００１３】  ハーフブリッジ直列共振回路２はＤＣカット用のコンデンサＣ１と共振コイルＬ１と共振コンデンサＣ２が直列接続されている。その出力は放電灯１の高圧側のフィラメントＦ１接続されている。放電灯１のフィラメントＦ１、Ｆ２の他端はフィラメント電流を決めるコンデンサＣ３に接続されている。
【００１４】  図６は本発明の電源シーケンスの一例を示す。インバータＯＮ−ＯＦＦ信号図１１２がＨＩＧＨになると電源ＲＥＧ図１  ７の出力に１４Ｖと５Ｖが出力される。他励ＰＷＭ制御ＩＣ１が起動しハーフブリッジ直列共振回路２に電圧が出力される。その時の出力電圧は他励ＰＷＭ制御ＩＣ１の発振周波数と図３に示す直列ＬＣ共振回路周波数−ゲイン曲線で決定される。図１の直流調光電圧入力は０Ｖ、ＰＷＭ調光制御信号は５Ｖ、トランジスタＱ８はＯＮ状態である。電源起動時は抵抗Ｒ２、コンデンサＣ８と可変容量ダイオードＶＣ１のカソード電圧で決定される容量値（図５で決まる容量値）で決定される周波数となる。電源起動期間（電源立ち上がり期間）はトランジスタＱ５、Ｑ９、Ｑ１０がＯＦＦで可変容量ダイオードＶＣ１のカソードには、電源１４ＶからコンデンサＣ２１を介してパルス電圧が印加される。例えば図２、図７に示すように約５．６Ｖが印加されその時のＩＣ１の発振周波数は、例えば約８０ｋＨｚ（図３のＳ点）となる。次にトランジスタＱ５がＯＮして他励ＰＷＭ制御ＩＣ１の発振周波数は、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ８、Ｃ１２と可変容量ダイオードＶＣ１のカソード電圧で決定される容量値との合成容量で決定される周波数となる。予熱時間制御回路８の出力図１Ａ点電圧は０ＶでトランジスタＱ９、Ｑ１０はＯＦＦで、可変容量ダイオードＶＣ１のカソードには、抵抗Ｒ２４と抵抗Ｒ２５、Ｒ２７、Ｒ２８の合成抵抗とで分圧した電圧例えば約３．２Ｖが印加されその時の他励ＰＷＭ制御ＩＣ１の発振周波数は、例えば約６９ｋＨｚ（図３の▲１▼点）となる。この期間が予熱期間でフィラメントＦ１，Ｆ２に電流を流してフィラメントを加熱する。フィラメント電流は２πｆ・Ｃ３・Ｖで一義的に決定される。
【００１５】  次に予熱期間が終了し始動期間に移行する。予熱時間制御回路８の出力電圧図１Ａ点が５ＶとなりトランジスタＱ１０がＯＮする。他励ＰＷＭ制御ＩＣ１の発振周波数は、例えば約５０ｋＨｚ（図３の▲３▼点）は、抵抗Ｒ２４と抵抗Ｒ２５、Ｒ２７の合成抵抗とで分圧した電圧例えば約１．５Ｖが印加され、その時の他励ＰＷＭ制御ＩＣ１の発振周波数は、例えば約５７ｋＨｚ（図３の▲２▼点）となる。このときコンデンサＣ２０の積分効果で可変容量ダイオードＶＣ１のカソード電圧は、３．２Ｖから１．５Ｖまで緩やかな傾斜で変化し図３の直列ＬＣ共振回路周波数−ゲイン曲線上を▲１▼点から▲２▼点に緩やかに移動していく。この過程で放電灯１の放電開始電圧に達すると管電流が流れる。管電流が流れると放電灯１のインピーダンスが低下し図３のＡ点で放電をする。図３の▲２▼点は共振周波数ｆ０より少し高い周波数に設定されており共振周波数ｆ０より低い周波数インピーダンスがキャパシタンス領域で点灯することはなく共振はずれを防止することができる。
【００１６】  始動期間は抵抗３１とコンデンサＣ１８の時定数で決定され、放電灯１が始動期間で点灯可能な時間に設定されている。放電灯１が点灯してからトランジスタＱ９がＯＮする。可変容量ダイオードＶＣ１のカソードには、抵抗Ｒ２４と抵抗Ｒ２５とで分圧した電圧例えば約０．５Ｖが印加され、その時の他励ＰＷＭ制御ＩＣ１の発振周波数は、例えば約５０ｋＨｚ（図３の▲３▼点）となる。最終的には▲３▼点で安定放電をする。
【００１７】  次に直流調光制御信号１３による調光動作について述べる。図１の直流調光制御信号１３を０Ｖから徐々に電圧を上げていくと、可変容量ダイオードＶＣ１のカソード電圧が上昇する。図５は可変容量ダイオードＶＣ１のカソード電圧とその容量変化を示すグラフである。容量値は印加するＤＣ電圧を大きくすると低下していく特性を有している。つまり可変容量ダイオードＶＣ１に印加するＤＣ電圧を変えることで他励ＰＷＭ制御ＩＣ１の発振周波数を可変することができる。従って直流調光制御信号１３電圧を大きくしていくと、図３の直列ＬＣ共振回路周波数−ゲイン曲線において点灯時▲３▼点ｆ＝５０ｋＨｚから▲４▼点ｆ＝７４ｋＨｚまで点線矢印に沿って周波数が変化することでゲインが下がり放電灯１に流れる電流を減少することができる。
【００１８】  次にＰＷＭ調光信号１４による調光動作について述べる。ＰＷＭ調光は図１のＰＷＭ調光信号１４、図６のような低周波の矩形波信号で実現する。通常点灯時トランジスタＱ８はＯＮ状態（ＰＷＭ調光信号１４はＨＩＧＨ）で他励ＰＷＭ制御ＩＣ１の発振周波数は、例えば約５０ｋＨｚ（図３の▲３▼点）と設定されている。ＰＷＭ調光信号１４がＬＯＷになるとトランジスタＱ８がＯＦＦする。この時可変容量ダイオードＶＣ１のカソードには、抵抗Ｒ２２と抵抗Ｒ２３で分圧された直流電圧例えば約４．３Ｖが印加される。他励ＰＷＭ制御ＩＣ１の発振周波数は、例えば約７４ｋＨｚ（図３の▲４▼点）となる。図３の直列ＬＣ共振回路周波数−ゲイン曲線において点灯時▲３▼点ｆ＝５０ｋＨｚから▲４▼点ｆ＝７４ｋＨｚまで点線矢印に沿って周波数が変化することでゲインが下がり放電灯１に流れる電流を減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明における放電灯点灯装置の実施例を示す回路構成図である。
【図２】本発明の実施例での可変容量ダイオード印加電圧ＶＣＯＮ曲線図である。
【図３】本発明の実施例での直列ＬＣ共振回路周波数−ゲイン曲線である。
【図４】本発明の実施例での調光特性である。
【図５】可変容量ダイオード  容量ＶＳ逆電圧特性図である。
【図６】本発明の実施例での電源シーケンス図である。
【図７】本発明の実施例での可変容量ダイオード印加電圧ＶＣＯＮタイミング図である。
【図８】従来の実施例、特願２００６−３３５１０３を示す構成図である。
【図９】従来の実施例、特願２００６−３３５１０３における直列ＬＣ共振回路周波数−ゲイン曲線である。
【図１０】従来の実施例、特願２００６−３３５１０３での電源シーケンス図である。
【図１１】共振はずれ時での電流波形
【符号の説明】
【００２０】１、放電灯
２、ハーフブリッジ直列共振回路
３、周波数制御回路
ＶＣ１、可変容量ダイオード
１３、直流調光制御信号
１４、ＰＷＭ調光信号
Ｃ２、共振コンデンサ
Ｃ３、フィラメント電流コンデンサ
【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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