(57)【要約】【課題】放電灯の特性に応じてカタホレシス現象または移動縞の発生を抑制できる放電灯点灯装置を提供する。【解決手段】商用電源Ｅを全波整流する整流回路ＤＢと、整流回路ＤＢの出力である脈流電圧を平滑コンデンサＣｏで直流電源に変換する直流電源回路と、一対のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の直列回路を備え前記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、インバータ回路の出力に接続される放電灯Ｌｐと、各スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のオン・オフを制御する制御信号を各スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３に夫々出力する制御回路１とを備える放電灯点灯装置において、前記放電灯Ｌｐの種類を判別する手段２と、放電灯判別手段２により判別した放電灯Ｌｐの種類に応じて前記放電灯Ｌｐの両端の直流電圧成分を切り替える直流電圧制御手段を具備した。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源を全波整流する整流回路と、整流回路の出力である脈流電圧を平滑コンデンサで直流電源に変換する直流電源回路と、一対のスイッチング素子の直列回路を備え前記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、インバータ回路の出力に接続される放電灯と、各スイッチング素子のオン・オフを制御する制御信号を各スイッチング素子に夫々出力する制御回路とを備える放電灯点灯装置において、前記放電灯の種類を判別する放電灯判別手段と、判別した放電灯の種類に応じて前記放電灯の両端の直流電圧成分を切り替える直流電圧制御手段を具備したことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記直流電圧制御手段は、放電灯判別手段により判別した放電灯の種類がアルゴン、クリプトン、ネオンの三種類のガス組成である省電力型の放電灯の場合は、放電灯の両端の直流電圧成分を略３Ｖ以上４Ｖ以下とし、放電灯判別手段により判別した放電灯の種類がアルゴンの一種類のガス組成である放電灯の場合は、放電灯の両端の直流電圧成分を略２Ｖ以下とすることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記制御回路は、放電灯判別手段により判別した放電灯の種類がアルゴン、クリプトン、ネオンの三種類のガス組成である省電力型の放電灯の場合は、スイッチング素子のオンデューティを略４６％以上４７％以下もしくは略５３％以上５４％以下に制御し、放電灯判別手段により判別した放電灯の種類がアルゴンの一種類のガス組成である放電灯の場合は、スイッチング素子のオンデューティを略４８％以上５２％以下に制御することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記制御回路は、放電灯判別手段により判別した放電灯の種類がアルゴン、クリプトン、ネオンの三種類のガス組成である省電力型の放電灯の場合は、放電灯判別手段により判別した放電灯の種類がアルゴンの一種類のガス組成である放電灯の場合に比べて、スイッチング周波数を低くすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
商用電源を全波整流する整流回路と、整流回路の出力である脈流電圧を平滑コンデンサで直流電源に変換する直流電源回路と、一対のスイッチング素子の直列回路を備え前記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、インバータ回路の出力に接続される放電灯と、各スイッチング素子のオン・オフを制御する制御信号を各スイッチング素子に夫々出力する制御回路とを備え、種類の異なる複数の放電灯を適合負荷とする放電灯点灯装置において、前記放電灯の両端の直流電圧成分は２Ｖを超え３Ｖ未満とすることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項６】
商用電源を全波整流する整流回路と、整流回路の出力である脈流電圧を平滑コンデンサで直流電源に変換する直流電源回路と、一対のスイッチング素子の直列回路を備え前記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、インバータ回路の出力に接続される放電灯と、各スイッチング素子のオン・オフを制御する制御信号を各スイッチング素子に夫々出力する制御回路とを備え、種類の異なる複数の放電灯を適合負荷とする放電灯点灯装置において、前記制御回路のスイッチング周波数のオンデューティは、略４７％を超え４８％未満もしくは略５２％を超え５３％未満に制御することを特徴とする放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯を高周波点灯させる放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
放電灯の周囲温度が低い場合、アルゴンのみを封入された放電灯では、放電灯の片側のフィラメント付近がアルゴン発光比率の上昇によるピンク色の発光を呈するカタホレシス現象が、アルゴン、クリプトン、キセノンを封入された放電灯では移動縞が発生することが知られている。それらの対策として、例えば、特願２００１−１２６４３３号では、種類の異なる複数の放電灯を適合負荷とする放電灯点灯装置において、放電灯判別手段により判別された放電灯の種類に応じてスイッチング素子の駆動信号のデューティを変化させる手段が提案されているが、カタホレシス現象および移動縞の発生の抑制に関して具体性に欠けている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような従来例の問題点に鑑みてなされたものであり、放電灯の特性に応じてカタホレシス現象または移動縞の発生を抑制するための具体的で実用的な放電灯点灯装置を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、上記の課題を解決するために、図１に示すように、商用電源Ｅを全波整流する整流回路ＤＢと、整流回路ＤＢの出力である脈流電圧を平滑コンデンサＣｏで直流電源に変換する直流電源回路と、一対のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の直列回路を備え前記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、インバータ回路の出力に接続される放電灯Ｌｐと、各スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のオン・オフを制御する制御信号を各スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３に夫々出力する制御回路１とを備える放電灯点灯装置において、前記放電灯Ｌｐの種類を判別する手段２と、放電灯判別手段２により判別した放電灯Ｌｐの種類に応じて前記放電灯Ｌｐの両端の直流電圧成分を切り替える直流電圧制御手段を具備したことを特徴とする。
【０００５】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、前記直流電圧制御手段は、放電灯判別手段により判別した放電灯の種類がアルゴン、クリプトン、ネオンの三種類のガス組成である省電力型の放電灯の場合は、放電灯の両端の直流電圧成分を略３Ｖ以上４Ｖ以下とし、放電灯判別手段により判別した放電灯の種類がアルゴンの一種類のガス組成である放電灯の場合は、放電灯の両端の直流電圧成分を略２Ｖ以下とすることを特徴とする。
【０００６】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明において、前記制御回路は、放電灯判別手段により判別した放電灯の種類がアルゴン、クリプトン、ネオンの三種類のガス組成である省電力型の放電灯の場合は、スイッチング素子のオンデューティを略４６％以上４７％以下もしくは略５３％以上５４％以下に制御し、放電灯判別手段により判別した放電灯の種類がアルゴンの一種類のガス組成である放電灯の場合は、スイッチング素子のオンデューティを略４８％以上５２％以下に制御することを特徴とする。
【０００７】
請求項４の発明によれば、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記制御回路は、放電灯判別手段により判別した放電灯の種類がアルゴン、クリプトン、ネオンの三種類のガス組成である省電力型の放電灯の場合は、放電灯判別手段により判別した放電灯の種類がアルゴンの一種類のガス組成である放電灯の場合に比べて、スイッチング周波数を低くすることを特徴とする。
【０００８】
請求項５の発明によれば、商用電源を全波整流する整流回路と、整流回路の出力である脈流電圧を平滑コンデンサで直流電源に変換する直流電源回路と、一対のスイッチング素子の直列回路を備え前記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、インバータ回路の出力に接続される放電灯と、各スイッチング素子のオン・オフを制御する制御信号を各スイッチング素子に夫々出力する制御回路とを備え、種類の異なる複数の放電灯を適合負荷とする放電灯点灯装置において、前記放電灯の両端の直流電圧成分は２Ｖを超え３Ｖ未満とすることを特徴とする。
【０００９】
請求項６の発明によれば、商用電源を全波整流する整流回路と、整流回路の出力である脈流電圧を平滑コンデンサで直流電源に変換する直流電源回路と、一対のスイッチング素子の直列回路を備え前記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、インバータ回路の出力に接続される放電灯と、各スイッチング素子のオン・オフを制御する制御信号を各スイッチング素子に夫々出力する制御回路とを備え、種類の異なる複数の放電灯を適合負荷とする放電灯点灯装置において、前記制御回路のスイッチング周波数のオンデューティは、略４７％を超え４８％未満もしくは略５２％を超え５３％未満に制御することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１に第１の実施の形態の回路図を示す。以下、その回路構成及び動作について説明する。交流電源Ｅの交流電圧は、整流回路ＤＢにより整流され、直流電圧に変換される。整流回路ＤＢの出力にはインダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ１の直列回路が接続され、スイッチング素子Ｑ１の両端には、逆流阻止用ダイオードＤ１を介して平滑コンデンサＣｏが接続されている。平滑コンデンサＣｏの両端電圧は、抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧されて検出され、検出信号Ｖｋは制御回路１に入力されている。検出信号Ｖｋに応じて平滑コンデンサＣｏの電圧が所定の電圧となるように、制御回路１は駆動信号Ｓによりスイッチング素子Ｑ１のスイッチングを制御する。スイッチング素子Ｑ１がオンされると、整流回路ＤＢからインダクタＬ１に電流が流れてインダクタＬ１にエネルギーが蓄積される。スイッチング素子Ｑ１がオフされると、インダクタＬ１の両端に電圧が発生する。このインダクタＬ１の両端電圧は、整流回路ＤＢの出力電圧に重畳され、逆流阻止用ダイオードＤ１を介して平滑コンデンサＣｏに充電される。平滑コンデンサＣｏの電圧は、スイツチング素子Ｑ２，Ｑ３およびスイッチング電流判別手段２の直列回路に印加されている。スイッチング電流判別手段２の出力信号は制御回路１に入力されている。スイッチング素子Ｑ３とスイッチング電流判別手段２との直列回路の両端には、カップリングコンデンサＣ３と共振用インダクタＬ２を介して放電灯Ｌｐが接続されている。放電灯Ｌｐのフィラメントの非電源側端子間には共振用コンデンサＣ２が並列接続されている。スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３はそれぞれ制御回路１の駆動信号Ｈｏ，Ｌｏにより交互にオン・オフ制御される。
【００１１】
図１の回路において、整流回路ＤＢで整流された電圧は、スイッチング素子Ｑ１を高周波でオン・オフすることによって、スイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１及び逆流阻止用ダイオードＤ１から構成される直流電源回路において昇圧され、平滑コンデンサＣｏによって平滑化される。平滑化された電圧は、インバータ回路ＩＮＶのスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を交互にオン・オフすることによって高周波に変換され、共振用インダクタＬ２、共振用コンデンサＣ２及びカップリングコンデンサＣ３よりなるＬＣ共振回路の共振作用により高周波の高電圧に昇圧され、共振用コンデンサＣ２に並列に接続された放電灯Ｌｐを点灯させる。
【００１２】
放電灯Ｌｐは、４フィートの長さの放電灯であるＦＨＦ３２（高周波専用放電灯）、ＦＬＲ４０Ｓ（ラピッド型一般放電灯）、ＦＬＲ４０Ｓ／３６（ラピッド型省電力タイプ放電灯）のいずれかである。それぞれのランプの特徴としては、ＦＨＦ３２及びＦＬＲ４０Ｓはアルゴンのみを封入された放電灯で、ＦＬＲ４０Ｓ／３６はアルゴン、クリプトン、キセノンを封入された放電灯である。スイッチング電流判別手段２は上記の放電灯の種類によって変化するスイッチング電流の違いを検出する手段であり、放電灯の種類を判別している。
【００１３】
上記三種類の放電灯において、従来例で述べたように周囲温度が低い場合、アルゴンのみを封入された放電灯（ＦＨＦ３２及びＦＬＲ４０Ｓ）ではカタホレシス現象が、アルゴン、クリプトン、キセノンを封入された放電灯（ＦＬＲ４０Ｓ／３６）では移動縞が発生する。本発明者らは、それらを防止するための制御回路１における駆動信号Ｈｏ，Ｌｏの最適なオンデューティの制御について実験により確認した。表１は制御回路１の駆動信号Ｈｏのオンデューティと移動縞、カタホレシス現象の発生の関係を示している。図２は駆動信号Ｌｏ，Ｈｏの信号波形とオンデューティＤの定義を示す。試験条件は、移動縞に関しては周囲温度を１０℃、カタホレシス現象に関しては周囲温度を−１０℃とした。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
表１の結果より、放電灯ＦＬＲ４０Ｓ／３６において移動稿が発生しなくなるオンデューティは４７％以下または５３％以上のときであり、カタホレシス現象が発生しなくなるオンデューティは４６％以上５４％以下のときであった。一方、放電灯ＦＨＦ３２または放電灯ＦＬＲ４０Ｓにおいてカタホレシス現象が発生しなくなるオンデューティは４８％以上５２％以下のときであった。なお、表１において、カタホレシス現象の発生の有無はピンク色発光の有無を意味する。
【００１６】
以上の結果より、この実施の形態では、放電灯がＦＬＲ４０Ｓ／３６の場合は、スイッチング電流判別手段２の検出信号によって制御回路１により駆動信号Ｈｏのオンデューティを４６％以上４７％以下または５３％以上５４％以下とし、放電灯がＦＨＦ３２またはＦＬＲ４０Ｓの場合は、スイッチング電流判別手段２の検出信号によって制御回路１により駆動信号Ｈｏのオンデューティを４８％以上５２％以下とする。
【００１７】
以上のように、放電灯の種類に応じて駆動信号Ｈｏ，Ｌｏのオンデューティを切り替えることにより、いずれの種類の放電灯においても、移動縞の発生とカタホレシス現象の発生を確実に防止することができる。
【００１８】
（実施の形態２）
図３に第２の実施の形態の回路図を示す。第１の実施の形態と異なる点は、スイッチング素子Ｑ２の両端に、カップリングコンデンサＣ３と共振用インダクタＬ２を介して放電灯Ｌｐが接続された点と、平滑コンデンサＣｏの両端に、放電灯Ｌｐ、抵抗Ｒ４、スイッチング素子Ｑ４の直列回路を並列接続して直流電圧制御手段３を形成し、スイッチング電流判別手段２の出力信号はスイッチング素子Ｑ４に入力されている点である。放電灯Ｌｐは、第１の実施の形態と同様に、４フィートの長さの放電灯であるＦＨＦ３２（高周波専用放電灯）、ＦＬＲ４０Ｓ（ラピッド型一般放電灯）、ＦＬＲ４０Ｓ／３６（ラピッド型省電力タイプ放電灯）のいずれかである。
【００１９】
上記三種類の放電灯において、従来例で述べたように周囲温度が低い場合、アルゴンのみを封入された放電灯（ＦＨＦ３２及びＦＬＲ４０Ｓ）ではカタホレシス現象が、アルゴン、クリプトン、キセノンを封入された放電灯（ＦＬＲ４０Ｓ／３６）では移動縞が発生する。このような構成において本発明者らは、放電灯両端に発生する直流電圧成分と移動縞及びカタホレシス現象の発生との関係について実験により確認した。放電灯に直流電圧成分を印加させる方法として、スイッチング素子Ｑ４をオン状態とし、抵抗Ｒ４を変化させることにより、放電灯の直流電圧成分を変化させた。表２は移動縞及びカタホレシス現象と放電灯の直流電圧成分の関係を示している。試験条件は、第１の実施の形態と同様に、移動縞に関しては周囲温度を１０℃、カタホレシス現象に関しては周囲温度を−１０℃とした。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
表２の結果より、放電灯ＦＬＲ４０Ｓ／３６において移動縞が発生しなくなるのは放電灯の直流電圧成分が３Ｖ以上のときであり、カタホレシス現象が発生しなくなるのは放電灯の直流電圧成分が４Ｖ以下のときであった。一方、放電灯ＦＨＦ３２または放電灯ＦＬＲ４０Ｓにおいてカタホレシス現象が発生しなくなるのは放電灯の直流電圧成分が２Ｖ以下のときであった。なお、表２において、カタホレシス現象の発生の有無はピンク色発光の有無を意味する。
【００２２】
以上の結果より、この実施の形態では、放電灯がＦＬＲ４０Ｓ／３６の場合は、スイッチング電流判別手段２の検出信号によってスイッチング素子Ｑ４をオンし、抵抗Ｒ４を放電灯の両端に印加される直流電圧成分が３Ｖ以上４Ｖ以下となる定数に選び、放電灯がＦＨＦ３２またはＦＬＲ４０Ｓの場合は、スイッチング電流判別手段２の検出信号によってスイッチング素子Ｑ４をオフし、放電灯を含む直流電流ループを遮断することを特徴とする。
【００２３】
以上のように放電灯の種類に応じて直流電流ループを切り替えることにより、いずれの種類の放電灯においても、移動縞の発生とカタホレシス現象の発生を確実に防止することができる。
【００２４】
（実施の形態３）
図４に第３の実施の形態の回路図を示す。第１の実施の形態と異なる点は、スイッチング電流判別手段２が無い点である。スイッチング電流判別手段２が無いため、放電灯の種類の違いを検出できない。放電灯Ｌｐは、第１の実施の形態と同様に、４フィートの長さの放電灯であるＦＨＦ３２（高周波専用放電灯）、ＦＬＲ４０Ｓ（ラピッド型一般放電灯）、ＦＬＲ４０Ｓ／３６（ラピッド型省電力タイプ放電灯）のいずれかである。
【００２５】
この実施の形態においては、表１の結果に着目して、放電灯の種類に関わらず制御回路１においてオンデューティは５２％を超え５３％未満の範囲で固定とする。これにより、放電灯ＦＬＲ４０Ｓ／３６においては移動縞を、放電灯ＦＨＦ３２またはＦＬＲ４０Ｓにおいてはカタホレシス現象を、いずれも確実ではないが、目立たない程度に防止できるとともに、スイッチング電流判別手段２を必要としないため、回路を簡略化でき、放電灯点灯装置の小型化やコストの低減を図れる効果がある。
【００２６】
（実施の形態４）
図５に第４の実施の形態の回路図を示す。第２の実施の形態と異なる点は、スイッチング電流判別手段２が無く、抵抗Ｒ４を介する直流電流ループに挿入されていたスイッチング素子Ｑ４が無い点である。スイッチング電流判別手段２が無いため、放電灯の種類の違いを検出できない。放電灯Ｌｐは、第１の実施の形態と同様に、４フィートの長さの放電灯であるＦＨＦ３２（高周波専用放電灯）、ＦＬＲ４０Ｓ（ラピッド型一般放電灯）、ＦＬＲ４０Ｓ／３６（ラピッド型省電力タイプ放電灯）のいずれかである。
【００２７】
この実施の形態においては、表２の結果に着目して、放電灯の種類に関わらず抵抗Ｒ４を放電灯の両端に印加される直流電圧成分が２Ｖを超え３Ｖ未満となるように定数を選ぶ。これにより、放電灯ＦＬＲ４０Ｓ／３６においては移動縞を、放電灯ＦＨＦ３２またはＦＬＲ４０Ｓにおいてはカタホレシス現象を、いずれも確実ではないが、目立たない程度に防止できるとともに、スイッチング電流判別手段２とスイッチング素子Ｑ４を必要としないため、回路を簡略化でき、放電灯点灯装置の小型化やコストの低減を図れる効果がある。
【００２８】
（実施の形態５）
第５の実施の形態の回路構成は実施の形態１と同一であり、回路構成の説明は省略する。放電灯Ｌｐは、第１の実施の形態と同様に、４フィートの長さの放電灯であるＦＨＦ３２（高周波専用放電灯）、ＦＬＲ４０Ｓ（ラピッド型一般放電灯）、ＦＬＲ４０Ｓ／３６（ラピッド型省電力タイプ放電灯）のいずれかである。
【００２９】
この実施の形態においては、放電灯ＦＨＦ３２及びＦＬＲ４０Ｓのカタホレシス対策を重視して制御回路１の駆動信号Ｈｏのオンデューティを略５０％に固定し、放電灯がＦＬＲ４０Ｓ／３６の場合は、放電灯がＦＨＦ３２またはＦＬＲ４０Ｓ／３６の場合に比べてスイッチング電流判別手段２の検出信号によって制御回路１において駆動周波数を低くする。駆動周波数を低くすることによりランプ電流が増加するため、放電灯ＦＬＲ４０Ｓ／３６において、放電灯の最冷点温度を上昇させることになり、移動縞の発生を起きにくくする効果がある。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１〜３の発明によれば、放電灯の種類に応じて移動縞とカタホレシス現象の発生を確実に防止することができるという効果がある。請求項４の発明によれば、放電灯の種類に応じて移動縞の発生を緩和することができるという効果がある。請求項５または６の発明によれば、簡単な回路構成および制御で放電灯の種類に関係なく移動縞とカタホレシス現象の発生を緩和できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の回路図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の動作説明のための波形図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の回路図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の回路図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の回路図である。
【符号の説明】
１　　制御回路
２　　スイッチング電流判別手段
ＤＢ　整流回路
Ｃｏ　平滑コンデンサ
Ｑ１　スイッチング素子
Ｑ２　スイッチング素子
Ｌｐ　放電灯
【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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