(57)【要約】【課題】安価で確実な動作を行う高圧放電灯点灯装置を提供する。【解決手段】ＡＣ電源を直流化する直流電源回路と、直流電源回路の出力を高周波に変換するインバータ回路と、インバータ回路を駆動するドライバ回路と、ドライバ回路の出力周波数を切換える周波数切換回路と、インバータの高周波出力を調整するチョークコイルと、チョークコイルに直列接続された高圧放電灯とコンデンサとの並列回路と、からなり、周波数切換回路は、高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない周波数帯に属する第１の周波数と、これより高い第２の周波数と、を交互に切換えると共に、第１の周波数の期間を、第２の周波数の期間より長く設定する。【選択図】        図１
2004288375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣ電源を直流化する直流電源回路と、
該直流電源回路の出力を高周波に変換するインバータ回路と、
該インバータ回路を駆動するドライバ回路と、
該ドライバ回路の出力周波数を切換える周波数切換回路と、
該インバータの高周波出力を調整するチョークコイルと、
該チョークコイルに直列接続された高圧放電灯とコンデンサとの並列回路と、からなり、
前記周波数切換回路は、
前記高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない周波数帯に属する第１の周波数と、これより高い第２の周波数と、を交互に切換えると共に、
該第１の周波数の期間を、該第２の周波数の期間より長く設定したことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記直流電源回路の出力電圧から、前記ＡＣ電源と同期する同期信号を抽出する直流電圧検出回路を設けると共に、
該同期信号をトリガとして前記第１の周波数と前記第２の周波数を交互に切換えることを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記第２の周波数が、
前記高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない周波数帯に属することを特徴とする請求項１又は２記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記第２の周波数が、
前記チョークコイルと前記コンデンサによって決まる共振周波数の近傍に設定されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記第２の周波数の期間を、
音響共鳴現象が引き起こされるのに要する時間以下に設定したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項６】
前記第２の周波数を、
周期的に変動させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項７】
前記第２の周波数を、単調減少させるようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項８】
前記高圧放電灯の両端電圧を検出する高周波電圧検出回路を設けると共に、
該高周波電圧検出回路の出力増加に対して、第１の周波数を増加させることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項９】
前記第１の周波数の変動範囲を、前記高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない周波数帯内に設定したことを特徴とする請求項８記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項１０】
前記高圧放電灯点灯装置を構成する回路部品に接触して温度を検出する温度検知手段を設け、これにより該回路部品が所定以上の温度になったことを検出した時、前記インバータ回路の出力を停止させると共に、
該回路部品の温度が所定値以下になった時、前記インバータ回路を再起動することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項１１】
前記高圧放電灯点灯装置を構成する回路部品に接触して温度を検出する温度検知手段を設け、これにより該回路部品が所定以上の温度になったことを検出した時、装置を構成する回路結線の一部を断線させて、前記インバータ回路の出力を停止させることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項１２】
前記回路部品が、
前記インバータ回路を構成するスイッチング素子であることを特徴とする請求項１０乃至１１のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電灯を高周波で点灯する高圧放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高圧放電灯点灯装置では、電源投入後、高圧放電灯（以下、「ランプ」という）が放電を開始する前後で、始動パルスを発生したり、点灯周波数の制御を切換えたりしていた（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−３４２９９０号公報
【特許文献２】
特開平６−２４３９８２号公報
【特許文献３】
特許３２７９３２２号公報
【特許文献４】
特許２９４６３８９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置は以上のように構成されており、以下に示すような課題があった。
【０００５】
放電開始の前後で始動パルスを発生したり、点灯周波数の制御を切換えたりするため、放電開始を検出する検出回路が必要であった。この結果、装置が高価になる他、検出回路の精度によっては、完全に放電を開始していないにもかかわらず放電開始後の制御に移行してしまうなどの不具合が生じていた。
【０００６】
本発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、安価で確実な動作を行う高圧放電灯点灯装置を提供することを目的にしている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高圧放電灯点灯装置は、ＡＣ電源を直流化する直流電源回路と、直流電源回路の出力を高周波に変換するインバータ回路と、インバータ回路を駆動するドライバ回路と、ドライバ回路の出力周波数を切換える周波数切換回路と、インバータの高周波出力を調整するチョークコイルと、チョークコイルに直列接続された高圧放電灯とコンデンサとの並列回路と、からなり、周波数切換回路は、高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない周波数帯に属する第１の周波数と、これより高い第２の周波数と、を交互に切換えると共に、第１の周波数の期間を、第２の周波数の期間より長く設定するように構成したものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック図である。
図において直流電源回路２は、商用電源１からの交流電圧を直流化し、直流電源回路２の出力は、インバータ回路３によって高周波電力に変換される。
【０００９】
詳しくは、直流電源回路２には、ダイオード２ａ、２ｂと平滑コンデンサ２ｃ、２ｄから構成された倍電圧整流回路が採用されている。またインバータ回路３は、ドライバ回路４から出力される周波数に基づいて交互にＯＮ／ＯＦＦする二つのＭＯＳＦＥＴ  ３ａ、３ｂから構成されており、直流電力を高周波電力に変換する。そしてこの高周波電力は、直流カットコンデンサ５を介して、チョークコイル６によって電流を調整され、ランプ７及び共振コンデンサ８に印加される。なお、本実施の形態ではランプ７として定格２０Ｗのセラミック製メタルハライドランプを用いる。
【００１０】
また周波数切換回路９は、内蔵されたタイマの出力に基づいてドライバ回路４の出力周波数ｆを切換える。図２は、本実施の形態に係る周波数切換回路９がドライバ回路４の出力周波数を切換える様子を示したものである。図において出力周波数ｆは異なる二つの周波数ｆ１、ｆ２の間で、周期的に、交互に切換わる。一周期（Ｔ）中、出力周波数がｆ２である期間はｄであり、それ以外の期間（＝Ｔ−ｄ）はｆ１である。
【００１１】
ここで出力周波数ｆ１は放電開始後において、ランプ７を点灯するのに好適な周波数であり、出力周波数ｆ２は放電開始前において、ランプ７電極間の絶縁を破壊するため、高圧を印加するのに好適な周波数である。以下では、出力周波数ｆ１、出力周波数ｆ２、周期Ｔ及び期間ｄの設定について説明する。
【００１２】
一般に高圧放電灯を高周波で点灯する場合、ランプ内の音波の進行波と反射波の干渉作用により放電アークが曲げられ、立ち消えやランプ破壊などを引き起こすいわゆる音響共鳴現象が生じやすいことが知られている。したがって特に１ｋＨｚ以上の高周波点灯時では、音響共鳴現象が起こらない非共鳴周波数帯を選んで点灯する。図３に、本実施の形態で用いる定格２０Ｗのセラミック製メタルハライドランプの非共鳴周波数帯と共鳴周波数帯（音響共鳴現象が起こる周波数帯）の分布を示す。また図には併せて、周波数ｆと図１に示した回路構成における高周波部のアドミタンスＹとの関係を示している。
【００１３】
ここで高周波部は、直流カットコンデンサ５、チョークコイル６、ランプ７及び共振コンデンサ８からなる部分である。
また図においてＬｃとＬｓは、それぞれランプ７が放電を開始する前と後における周波数ｆとアドミタンスＹとの関係を示した特性曲線である。Ｒｃ、Ｒｓはそれぞれ特性曲線Ｌｃ、Ｌｓにおける共振点であり、共振点Ｒｓは共振点Ｒｃより低い周波数となる。
【００１４】
このように特性曲線が、放電を開始する前と後において大きく異なるのは、ランプ７のインピーダンスが放電を開始する前は無限大であるのに対し、放電を開始した後では低いレベルまで下がることに拠る。
【００１５】
即ち、放電を開始する前の高周波部は、直流カットコンデンサ５、チョークコイル６及び共振コンデンサ８の直列回路で表されるが、実際の回路構成において、直流カットコンデンサ５は共振コンデンサ８よりも十分大きな容量であるため、特性曲線Ｌｃは、チョークコイル６と共振コンデンサ８に支配的されたものを示す。
【００１６】
これに対して放電を開始した後の高周波部は、ランプ７と共振コンデンサ８の並列結合部に直流カットコンデンサ５とチョークコイル６を直列結合した回路で表されるが、実際の回路構成において、ランプ７のインピーダンスは共振コンデンサ８のインピーダンスに比べて十分小さく、ランプ７と共振コンデンサ８の並列結合部のインピーダンスは無視され、特性曲線Ｌｓは、直流カットコンデンサ５とチョークコイル６によって支配されたものを示す。
【００１７】
出力周波数ｆ１の設定においては、曲線Ｌｓの共振点Ｒｓより高い、遅れ位相の領域で、かつ、非共鳴周波数帯に属するように設定する必要がある。
【００１８】
出力周波数ｆ１を（４２〜５０）ｋＨｚの非共鳴周波数帯に含まれる４５ｋＨｚに設定して定格ランプ電力を得るため、直流カットコンデンサ５の容量が０．１μＦ、チョークコイル６の容量が１．３ｍＨとした。なお、この時の共振点Ｒｓは、約１４ｋＨである。また、出力周波数ｆ１は、テレビリモコン等の動作周波数帯と重なる可能性をなくため、４０ｋＨＺ以上に設定するのが望ましく、本実施の形態では、ｆ１を（３０〜３８）ｋＨｚの非共鳴周波数帯は避けて設定した。
【００１９】
また出力周波数ｆ２は、共振コンデンサ８の両端に高電圧を印加するため、アドミタンスが大きく（特性曲線Ｌｃの共振点Ｒｃに近く）、かつ非共鳴周波数帯に属するように設定する。
２０Ｗセラミック製メタルハライドランプにおける共鳴周波数帯と非共鳴周波数帯の分布と特性曲線Ｌｃを踏まえ、両方の条件（アドミタンスが大きく、非共鳴周波数帯に属する）満たす周波数として非共鳴周波数帯（７９〜８３）ｋＨｚに属する８０ｋＨｚを設定する。
【００２０】
また周期Ｔは、出力周波数ｆ１と出力周波数ｆ２の切換動作が視覚的に認識できない程度であればよいが、放電開始を早めるため、１ｓｅｃ以下とするのが望ましい。
【００２１】
さらに期間ｄは、数μｓｅｃ〜数ｍｓｅｃの幅があれば十分であるが、期間ｄは、短い方が放電開始後に切換動作による光の段差が出にくいことから、できるだけ短く設定する方が望ましい。
【００２２】
以上をまとめると２０Ｗセラミック製メタルハライドランプにおいて出力周波数ｆ１を４５ｋＨｚ、出力周波数ｆ２を８０ｋＨｚ、周期Ｔを１０ｍｓｅｃ、期間ｄを１ｍｓｅｃに設定した。このときの出力周波数ｆに対するランプ電流ｉＬ及びランプ電圧ＶＬの変化を図４に示す。図よりランプが放電を開始する前は、出力周波数ｆ２の作用によりランプ７に高圧が印加され、放電を開始した後は、主に出力周波数ｆ１によって安定点灯されることが分かる。
【００２３】
このように放電開始前後で出力周波数の制御状態を変化させずに、放電開始動作と安定点灯動作とを兼ねる回路構成としたので、検出回路が不要となり、安価かつ簡単な構成の点灯装置を提供することができる。
【００２４】
また、安定点灯中に何らかの放電不安定が生じ立ち消えた場合でも、特別な検出回路や追加的な制御を設けることなく、放電開始前の状態と同じ動作状態とすることができ、確実な点灯復帰が可能となる。
【００２５】
実施の形態２．
実施の形態１では、出力周波数ｆ２を非共鳴周波数帯に設定する場合について説明したが、本実施の形態では、出力周波数ｆ２を共鳴周波数帯に設定する場合について説明する。
図５は図３と同じく、２０Ｗセラミック製メタルハライドランプにおける共鳴周波数帯と非共鳴周波数帯の分布と、周波数ｆと高周波部のアドミタンスＹの関係、及び本実施の形態に係る出力周波数ｆ２の設定を示したものである。
回路構成及び動作は、実施の形態１と同じであるので説明を省略する。実施の形態１との相違は、出力周波数ｆ２と期間ｄの設定にある。
【００２６】
一般に高圧放電灯を高周波点灯する場合、出力周波数を非共鳴周波数帯から共鳴周波数帯に移動させてから、音響共鳴現象が発生するまでに、約１ｍｓｅｃの時間を要することが知られている。したがって逆に、周波数ｆ２が共鳴周波数帯に属する周波数であっても、１ｍｓｅｃ以内の期間ｄで、非共鳴周波数帯に属する周波数ｆ１に切換われば、音響共鳴現象は起こらず、安定に切換え動作が継続するものと考えられる。
本実施の形態は、このような考察に基づいたものであり、出力周波数ｆ２を共振点Ｒｃ付近の任意の周波数に設定し、期間ｄを１ｍｓｅｃ以内に設定したものである。
【００２７】
以上のように構成することで、出力周波数ｆ２の設定範囲は、共鳴周波数帯まで拡張される。この結果、設計の自由度が高まり、特に出力周波数ｆ２を高く設定することで、共振コンデンサ８の容量を下げ、さらなる小型化を図ることができる。
【００２８】
実施の形態３．
実施の形態１及び２では、出力周波数ｆ２が単一周波数である場合について説明したが、本実施の形態では、出力周波数ｆ２が単一周波数ではない場合について説明する。
図６は、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック図である。
図中１〜９は実施の形態１に示したものと同じであるので説明を省略する。本実施の形態では、周波数切換回路９に内蔵されたタイマとは別に、新たにタイマ回路１０を設置している。
【００２９】
次に動作について説明する。
一般にコイルやコンデンサといった電子部品はその特性値（容量）にバラツキがあり、このバラツキによって図３に示した共振点Ｒｓ、Ｒｃはずれる。出力周波数ｆ１は共振点Ｒｓから離れた、なだらかな箇所に設定されるため、共振点Ｒｓが多少ずれてもアドミタンスはほとんど変わらず、問題にはならない。
【００３０】
一方、出力周波数ｆ２は、高電圧を発生させるために、アドミタンスの大きな共振点Ｒｃの近傍に設定する必要がある。この結果、共振点Ｒｃが少しでもずれると、アドミタンスは大きく変化し、放電開始前に、ランプに印加する電圧が大きく変動する。特に共振点Ｒｃが、印加電圧の減少する方向にずれた場合には、放電を開始することができない場合が想定される。
【００３１】
このようなことを回避するために、例えば図７に示すように周波数ｆ２を、タイマ回路１０により決められた周期で、異なる二つ周波数ｆ２１、ｆ２２に交互に切換るようにする。
ここで周波数ｆ２１、ｆ２２はいずれも共振点Ｒｃの近傍から選ばれており、共振点Ｒｃが多少ずれてもどちらかの周波数のアドミタンスが、所定以上の値をとるように設定されている。
【００３２】
以下では、この点について詳しく説明する。
図８は、放電を開始する前における周波数ｆとランプ７に印加される電圧との関係を示したものである。
ランプ７に印加される電圧は、高周波部のアドミタンスＹにほぼ比例するため、図８に示す特性曲線は、図３で示した周波数ｆとアドミタンスＹの関係を示す特性曲線Ｌｃにほぼ相似するものとなる。
図においてＬＶｃは、各部品の特性値がバラツキの中心（センター値）にある場合の特性曲線を示している。またＬＶｃ′は、例えばチョークコイル６の特性値（容量値）がセンター値よりも数％大きい場合の特性曲線を示している。そしてＶｉｇはランプが放電を開始するのに必要な最小の印加電圧を示している。
【００３３】
図に示すように、周波数ｆ２に対する特性曲線ＬＶｃ、ＬＶｃ′の電圧（点Ａ、Ｂに対応する電圧）をそれぞれＶＡ、ＶＢとすると、ＶＡ＞Ｖｉｇ＞ＶＢであり、センター値による特性曲線ＬＶｃでは最小電圧Ｖｉｇをクリアしているにもかかわらず、部品に数％のバラツキがあると、共振点Ｒｃがずれて印加電圧は大きく減少し、最小電圧Ｖｉｇに達しないことが分かる。また逆に曲線ＬＶｃ′の電圧（点Ｃに対応する電圧）が最小電圧Ｖｉｇに達するように周波数ｆ２´を選ぶと、曲線ＬＶｃの周波数ｆ２´に対する電圧（点Ｄに対応する電圧）が、最小電圧Ｖｉｇに達しないことが分かる。
このように出力周波数ｆ２を単一周波数とすると、部品がばらつく場合に対し、最小印加電圧Ｖｉｇを確保することは困難である。したがってこの場合、出力周波数ｆ２を複数の値に切換えることが必要である。
【００３４】
図９に、部品バラツキを考慮した時の特性曲線ＬＶｃが取り得る範囲を示す。
ここでＬＶｍｉｎ、ＬＶｍａｘは、それぞれ共振点ＲＶｃが最も低い方、最も高い方にばらついた時の特性曲線ＬＶｃである。図に示すように、特性曲線ＬＶｍｉｎ上の電圧［Ｖｉｇ＋α］（但し、α＞０）を与える点Ｅに対応する周波数ｆｍｉｎを周波数ｆ２１とし、特性曲線ＬＶｍａｘ上の電圧［Ｖｉｇ＋α］を与える点Ｆに対応する周波数ｆｍａｘを周波数ｆ２２とする。そして、これらを周期的に切換えれば、曲線ＬＶｃがどのような位置にあっても必ず周波数ｆ２１または周波数ｆ２２のどちらか一方が、電圧Ｖｉｇを超える電圧を与える周波数となり、確実に放電を開始することができる。
【００３５】
また、周波数ｆｍｉｎと周波数ｆｍａｘが大きく離れている場合は、図１０に示すようにｆｍｉｎ＝ｆ２１、ｆｍａｘ＝ｆ２ｎとして、ｆ２１とｆ２ｎの間を分割し、ｎ個の周波数（ｆ２１、ｆ２２、…、ｆ２ｎ）を設定して周波数を順次切換るようにし、この順次切換る動作を周期的に繰り返すようにすれば良い。
【００３６】
このように複数の周波数を出力周波数ｆ２として設定し、これらを順次切換える動作を周期的に繰り返すことにより、回路部品の特性値がばらついても放電を開始させるためのランプ電圧を確実に得ることができる。
【００３７】
実施の形態４．
実施の形態３では、複数の周波数を出力周波数ｆ２として設定し、これらを順次切換える動作を周期的に繰り返す場合について説明したが、本実施の形態では、出力周波数ｆ２をなだらかに連続的に降下させる場合について説明する。
図１１は、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック図である。図中１〜９は実施の形態１に示したものと同じであるので説明を省略する。本実施の形態では、新たにスイープ回路１１が追加されている。スイープ回路１１は、商用電源１投入時から所定の時間をかけて周波数切換回路９の出力周波数を徐々に降下させるように動作する。
【００３８】
図１２は、商用電源投入時からの経過時間に対するドライバ回路４の出力周波数ｆを示すものである。出力周波数ｆ１は一定のまま、出力周波数ｆ２を徐々に降下させるものであり、出力周波数ｆ２の下限は、実施の形態３における出力周波数ｆｍｉｎ以下である。
この結果、放電開始前のランプ印加電圧が所定の値を超えた瞬間に放電が開始されるので、回路を構成する部品のばらつきに関係なく放電開始することができる。
【００３９】
以上のように出力周波数ｆ２を連続的に徐々に降下させる構成としたので、部品のバラツキにかかわらず、放電開始のためのランプ電圧を確実に確保することができる。また逆に、出力周波数ｆ２を連続的に徐々に上昇させる構成としても同じ効果を得ることができる。
さらに、出力周波数ｆ２を全ての期間で遅れの位相とすることができるので、インバータ回路３を構成するＭＯＳＦＥＴ  ３ａ及び３ｂのストレスを軽減することができ、より回路の信頼性を向上させることができる。
【００４０】
実施の形態５．
実施の形態１〜４では、周波数切換回路９に内蔵されたタイマによって出力周波数をｆ１、ｆ２の間で交互に切換える場合について説明したが、本実施の形態では、商用電源１の周期に同期させて切換える場合について説明する。
図１３は、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック図である。
図中１〜９は実施の形態１に示したものと同じであるので説明を省略し、異なる点について説明する。本実施の形態では、新たに電源電圧検出回路１２が追加されている。電源電圧検出回路１２は、直流電源回路２の出力電圧Ｖｄｃを監視して出力電圧Ｖｄｃの値によって周波数切換回路９に作用する。
【００４１】
次に動作について説明する。
図１４に、出力電圧Ｖｄｃと出力周波数ｆとの関係を示す。直流電源回路２の出力は、通常、商用電源１に同期したリップルを持つ略直流電圧である。電源電圧検出回路１２は、出力電圧Ｖｄｃが所定値を超える瞬間に、出力周波数ｆ２を出力するように周波数切換回路９に対して作用する。
【００４２】
この結果、周波数切換回路９は、常に直流電源回路２の出力の山部で出力周波数ｆ２を出力することができ、放電開始のためのランプ電圧を確実に確保することができる。
また、商用電源の出力電圧は通常±数％程度のばらつきを持つが、商用電源１の出力がばらついても常に一定の放電開始電圧を得ることができる。
【００４３】
なお、本実施の形態ではチョークコイル６と共振コンデンサ８との共振電圧により放電開始する電圧を得るように構成したものを示したが、図１５に示すように、チョークコイルの２次巻線を利用したパルス重畳型の始動回路１３を用いても同様の効果が得られる。
【００４４】
実施の形態６．
実施の形態１〜５では、出力周波数ｆ１を変化させない構成としたが、本実施の形態では、ランプ７の電圧上昇に伴って出力周波数ｆ１を上昇させる構成について説明する。
図１６は、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック図である。
図中１〜９及び出力周波数ｆ２の設定は実施の形態１及び２で示したのものと同じであるので説明を省略する。本実施の形態では、新たにランプ電圧検出回路１４が追加されている。
【００４５】
次に動作を説明する。
ランプ電圧検出回路１４は、ランプ電圧の実効値を検出し、これを周波数切換回路９に入力する。周波数切換回路９は、検出された実効値が所定値以下の時は、出力周波数ｆ１としてｆ１１を、また所定値以上の時はｆ１２を出力する。ここで周波数ｆ１１、ｆ１２は、図１７に示すように、共に非共鳴周波数帯（３０〜３８ＫＨｚ）に属し、（周波数ｆ１１）＜（周波数ｆ１２）の関係を満たすものとする。この非共鳴周波数帯（３０〜３８ＫＨｚ）において、周波数の増加に対し、アドミタンスは単調に減少するので、アドミタンスに比例するランプ印加電圧は、周波数ｆ１１の方がｆ１２よりも高くなる。この結果、所定値以下の時は高い電圧、また所定値以上の時は低い電圧がランプに印加されることになる。
【００４６】
一般に高圧放電灯は、累積点灯時間に応じてランプのインピーダンスが上昇するが、寿命が進むことによるランプ電流の減少に対して、ランプ電圧の上昇の方が若干上回る、その結果として、寿命後期のランプ電力は寿命初期のものに対して１割程度上昇することが知られている。
本実施の形態は、このような経時変化に伴ってランプ電力が増加するというランプの劣化を踏まえて電力を一定に保つ制御である。
【００４７】
前述のように、寿命初期のランプ電圧が低い場合は、出力周波数ｆ１としてｆ１１を出力してランプ電流を多めに設定し、寿命後期のランプ電圧が高い場合は、出力周波数ｆ１としてｆ１２を出力してランプ電流を少なめに設定して、ランプ電力をほぼ一定に保つようにしている。
【００４８】
なお本実施の形態においては、出力周波数ｆ１の値として二つの値を持つようにしたが、複数の値であっても良く、また、ランプ電圧に対して単調増加させるようにしても良い。但し、この場合も、出力周波数ｆ１の取り得る範囲は、非共鳴周波数帯に属するようにする必要がある。
また周波数ｆ２を固定値として説明したが、出力周波数ｆ１２と出力周波数ｆ１１の変動に追従する様にしても良い。
【００４９】
以上のように、ランプ電圧により出力周波数ｆ１の値を変動するようにしたので、実施の形態１〜５に記載の効果を奏しつつも、ランプ電力を適切に保つことができる。
【００５０】
なお、実施の形態１〜６において、ランプ７に高周波電力を印加する手段としてハーフブリッジ型の回路を示したが、プッシュプル型、一石電圧共振型等の回路であってもよい。
また、直流電源回路２として、倍電圧整流回路を用いたが、全波整流回路、昇圧コンバータ等を用いてもよい。
【００５１】
さらに、実施の形態１〜６において、出力周波数ｆ１を出力周波数４５ｋＨｚ近辺の非共鳴周波数帯に設定したが、他の非共鳴周波数帯に設定しても同様の方法で点灯することができる。
さらにまた、上記実施の形態１〜６において、セラミック発光管を持つ定格電力２０Ｗのメタルハライドランプを用いたが、他の材質の発光管や、他の定格電力のランプであっても同じ回路構成や制御方法を用いてランプを点灯することができる。
【００５２】
実施の形態７．
実施の形態１〜６では、点灯可能なランプが装着されている場合について説明した。本実施の形態では、ランプが消灯直後で再点灯できない場合や、ランプが装着されていない場合の保護について説明する。図１８は、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック図である。図中１〜９は実施の形態１に示したものと同じであるので説明を省略する。本実施の形態では、新たにＭＯＳＦＥＴ３ｂのモールドの温度を検出するためのサーミスタ１５が追加されている。このサーミスタ１５により、図１９に示すように、ＭＯＳＦＥＴ３ｂの温度が所定値以上になったらインバータ回路３の出力を停止し、所定値以下となったら再起動するように制御される。
【００５３】
一般に高圧放電ランプは、消灯後数分間は発光管内部のガス圧が高くて再点灯することができない。
本実施の形態で取り上げている定格２０Ｗクラスのランプの場合、消灯後２〜５分程度は再点灯できないことが分かっている。この間、インバータ回路３の動作は図４で示した前半の状態が数分程度、継続することになる。そしてこの時、出力周波数がｆ１の期間はＭＯＳＦＥＴ３ａ及び３ｂが進相状態での動作となるので、これらの温度上昇は通常点灯時と比べて大きくなる。また、ランプが装着されない（未装着）状態で商用電源１が投入された場合も、図４の前半の状態が継続することになる。
【００５４】
したがってサーミスタ１５を用いた上記構成により、ランプ消灯直後の場合は、図１９の動作を数分繰り返した後、再点灯し、ランプ未装着の場合は、図１９の動作を継続する。いずれの場合も、ＭＯＳＦＥＴ３ｂ若しくは３ａの温度は所定以上の値にならないように制御されているので、回路の発熱を防ぐことができる。
【００５５】
なお、上記いずれの場合についても、ＭＯＳＦＥＴ３ａ及び３ｂに放熱フィンを装着したり、装置を覆う金属ケースに接触させたりして放熱させ、所定の温度に到達するまでの時間を調節してもよい。
すなわち、再点灯の場合の数分間では所定の温度まで到達しないようにし、ランプ未装着状態での動作が数１０分継続した場合にのみ、所定の温度に到達するように調節してもよい。
【００５６】
また、上記のように再点灯時とランプ未装着時とを区別するような設定の場合は、図２０に示すように、一度所定の温度に達した後は消灯を維持するようにしてもよい。
【００５７】
実施の形態８．
本実施の形態は、実施の形態７で説明したランプが消灯直後で再点灯できない場合や、ランプが装着されていない場合の保護を実現するための別の構成例について示したものである。
図２１は、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック図である。図中１〜９は実施の形態７に示したものと同じであるので説明を省略する。
【００５８】
図において直流電源回路２によって平滑化された平滑電圧は、抵抗１６とサーミスタ１５で分圧されトランジスタ１７のベースに入力される。ここで、サーミスタ１５として正温度特性のＰＴＣサーミスタを用い、トランジスタ１７として抵抗内蔵型のトランジスタを用いている。端子１８は、ドライバ回路４にドライバＩＣ等を用いた場合のシャットダウン端子であり、トランジスタ１７がＯＦＦの場合、ドライバ回路４は駆動し、トランジスタ１７がＯＮの場合ドライバ回路４は出力を停止し、インバータ回路３の出力を停止する。
【００５９】
通常点灯時は、ＭＯＳＦＥＴ３ｂの温度は低く、ＰＴＣサーミスタの抵抗値は小さいため、トランジスタ１７はＯＦＦ状態を維持する。ところが図４に示す前半のような状態が継続し、ＭＯＳＦＥＴ  ３ｂの温度が所定値以上になると、ＰＴＣサーミスタ１５の抵抗値が増大し、トランジスタ１７がＯＮし、ドライバ回路４は停止する。トランジスタ１７は、抵抗内蔵型のトランジスタであるのでベース電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦするが、通常、ターンオフ電圧がターンオン電圧よりも高いため、ある程度のヒステリシスをもたせることができ、不動作状態を維持することができる。
【００６０】
なお、実際の回路構成においては、ターンオン電圧が３Ｖ、ターンオフ電圧が０．５Ｖのものを用いている。そしてトランジスタ１７の動作安定のためにコンデンサ１９が接続されている。
以上のように、サーミスタ１５としてＰＴＣサーミスタを用いることにより、簡単な構成でランプ不点灯時の制御を行うことができる。
【００６１】
なお、一度ドライバ回路４を停止した後、図１９のようにサーミスタ１５の温度に応じて再起動するようにしても良いし、図２０のように温度にかかわらず停止を維持するようにしても良い。
また、実施の形態７又は８において、サーミスタ１５を接触させる部分は、必ずしもＭＯＳＦＥＴ３ｂでなくても良く、ＭＯＳＦＥＴ３ａ、チョークコイル６等であっても同様の効果が得られる。
【００６２】
実施の形態９．
実施の形態７及び８では、ランプ７が点灯回路に対して脱着可能な場合について説明したが、本実施の形態では、点灯回路とランプが一体化した場合について説明する。
図２２は、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック図である。
図中１〜９は、実施の形態１に示したものと同じであるので説明を省略し、異なる点につき説明する。本実施の形態では、新たに温度ヒューズ２０が追加されている。温度ヒューズ２０は、ＭＯＳＦＥＴ  ３ａのゲートに挿入され、本体モールド部に接触して実装されている。
図４に示した前半のような状態が継続してＭＯＳＦＥＴ３ａの温度が上昇した場合、ＭＯＳＦＥＴ３ａのゲート信号が切断され、インバータ回路３の動作を停止するものである。
【００６３】
また図２３は、ランプ７と点灯回路が一体化された電球形照明器具における断面図である。
口金２１から商用電源１が投入され、点灯回路基板２２に図２２における商用電源１とランプ７を除いた部分が実装され、ランプ７に接続される。仕切り板２３がランプ７と点灯回路基板２２とを仕切り、カバー２４及びグローブ２５が、ランプ７、点灯回路基板２２及び仕切り板２３を覆い、全体として白熱電球に似た形状となる。
【００６４】
温度ヒューズ２０は、ランプ消灯直後の数分間の不点灯状態では動作せず、それよりも長く不点灯状態が続いた場合のみ動作するような動作温度のものを選定するものとする。
以上により、ランプと点灯回路が一体化し、ランプ交換できないような器具においては、ランプが点灯不能な状態となったら、点灯回路も再起不能な状態として無駄な電力を消費しないようにすることができる。
【００６５】
なお、本実施の形態においては、温度ヒューズ２０をＭＯＳＦＥＴ３ａのゲート端子に接続したが、点灯回路が機能できなくなる構成であれば、ＭＯＳＦＥＴ３ａのドレイン端子、ドライバ回路４の定電圧源、直流電源回路２の出力点等、他の部分に挿入してもよい。また、接触させる部品も図２２に示したものに限られず、ランプ不点灯時に温度上昇の著しい部分であればよい。
【発明の効果】
本発明に係る高圧放電灯点灯装置は、ＡＣ電源を直流化する直流電源回路と、直流電源回路の出力を高周波に変換するインバータ回路と、インバータ回路を駆動するドライバ回路と、ドライバ回路の出力周波数を切換える周波数切換回路と、インバータの高周波出力を調整するチョークコイルと、チョークコイルに直列接続された高圧放電灯とコンデンサとの並列回路と、からなり、周波数切換回路は、高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない周波数帯に属する第１の周波数と、これより高い第２の周波数と、を交互に切換えると共に、第１の周波数の期間を、第２の周波数の期間より長く設定するように構成したので、放電開始を検出する回路が不要となる他、確実に放電を開始することができ、また装置も小型・低コスト化できる。
本発明に係る高圧放電灯点灯装置は、始動部及びこれを駆動制御するための電源ラインと信号ラインが不要となる他、確実に放電を開始することができ、また装置の小型・低コスト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る周波数切換回路がドライバ回路の出力周波数の切換える様子を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る２０Ｗセラミック製メタルハライドランプにおける共鳴周波数帯と非共鳴周波数帯の分布、及び出力周波数とアドミタンスとの関係を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る２０Ｗセラミック製メタルハライドランプにおける出力周波数とランプ電流、及びランプ電圧の関係を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る２０Ｗセラミック製メタルハライドランプにおける共鳴周波数帯と非共鳴周波数帯の分布、及び出力周波数とアドミタンスとの関係を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示したブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る周波数切換回路がドライバ回路の出力周波数を切換える様子を示した図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る２０Ｗセラミック製メタルハライドランプにおける共鳴周波数帯と非共鳴周波数帯の分布、及び出力周波数とアドミタンスとの関係を説明する図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る２０Ｗセラミック製メタルハライドランプにおける共鳴周波数帯と非共鳴周波数帯の分布、及び出力周波数とアドミタンスとの関係を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る周波数切換回路がドライバ回路の出力周波数を切換える様子を示した図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示したブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態５に係る周波数切換回路がドライバ回路の出力周波数を切換える様子を示した図である。
【図１３】本発明の実施の形態５に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示したブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態５に係る周波数切換回路がドライバ回路の出力周波数を切換える様子を示した図である。
【図１５】本発明の実施の形態５に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示したブロック図である。
【図１６】本発明の実施の形態６に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示したブロック図である。
【図１７】本発明の実施の形態６に係る２０Ｗセラミック製メタルハライドランプにおける共鳴周波数帯と非共鳴周波数帯の分布、及び出力周波数とアドミタンスとの関係を説明する図である。
【図１８】本発明の実施の形態７に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示したブロック図である。
【図１９】本発明の実施の形態７に係るＭＯＳＦＥＴの温度とインバータ回路動作の関係を説明する図である。
【図２０】本発明の実施の形態７に係るＭＯＳＦＥＴの温度とインバータ回路動作の関係を説明する図である。
【図２１】本発明の実施の形態８に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示したブロック図である。
【図２２】本発明の実施の形態９に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示したブロック図である。
【図２３】本発明の実施の形態９に係るランプと点灯回路が一体化された電球形照明器具における断面図である。
【符号の説明】
１  商用電源
２  直流電源回路
２ａ、２ｂ  ダイオード
２ｃ、２ｄ  平滑コンデンサ
３  インバータ回路
３ａ、３ｂ  ＭＯＳＦＥＴ
４  ドライバ回路
５  直流カットコンデンサ
６  チョークコイル
７  ランプ
８  共振コンデンサ
９  周波数切換回路
１０  タイマ回路
１１  スイープ回路
１２  電源電圧検出回路
１３  始動回路
１４  ランプ電圧検出回路
１５  サーミスタ
２０  温度ヒューズ
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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