(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電灯を点灯させる放電灯点灯装置において、
スイッチング素子を有するとともに、直流電圧を入力し入力した前記直流電圧を前記スイッチング素子のオンとオフとにより高周波電圧に変換し、変換した前記高周波電圧に対応する電流を出力電流として前記放電灯に出力するインバータ回路部と、
前記放電灯の予熱時における前記スイッチング素子のスイッチング周波数Ｆに対応して設定されたデューティー比を記憶するデューティー比記憶部と、
予め設定された前記予熱時の周波数であって前記スイッチング周波数Ｆの周波数であり、かつ、前記デューティー比記憶部が記憶した前記デューティー比の矩形波電圧を発生し出力する矩形波電圧発生部と、
前記矩形波電圧発生部が出力する前記矩形波電圧を入力し、入力した前記矩形波電圧の周波数、かつ、入力した前記矩形波電圧のデューティー比に対応する比率で前記インバータ回路部の前記スイッチング素子をオンオフさせることにより、前記インバータ回路部に前記予熱時における前記出力電流を出力させるドライブ回路部と
備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
放電灯を点灯させる放電灯点灯装置において、
スイッチング素子を有するとともに、直流電圧を入力し入力した前記直流電圧を前記スイッチング素子のオンとオフとにより高周波電圧に変換し、変換した前記高周波電圧に対応する電流を出力電流として前記放電灯に出力するインバータ回路部と、
所定の周波数の矩形波電圧あって異なる大きさの前記出力電流に対応する各デューティー比の矩形波電圧を発生して出力する矩形波電圧発生部と、
前記矩形波電圧発生部が出力する矩形波電圧を入力し、入力した矩形波電圧の周波数とデューティー比とにしたがって前記インバータ回路部の前記スイッチング素子をオンオフさせることにより、前記インバータ回路部に前記出力電流を出力させるドライブ回路部とを備え、
前記放電灯点灯装置は、さらに、
前記インバータ回路部が前記放電灯に出力する前記出力電流の大きさを検出する電流検出部を備え、
前記矩形波電圧発生部は、
前記最も小さい前記出力電流に対応するデューティー比の矩形波電圧から最も大きい前記出力電流に対応するデューティー比の矩形波電圧の順に出力すると共に、各大きさの前記出力電流に対応するデューティー比の矩形波電圧を出力するごとに、前記電流検出部が検出した前記出力電流の大きさが予め設定された目標範囲に属するかどうかを判定し、前記目標範囲に属すると判定した場合には現在の矩形波電圧の出力を継続し、前記目標範囲に属さないと判定した場合には前記出力電流が次に大きくなるデューティー比の矩形波電圧を出力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】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロコンピュータを用いてインバータ回路部の出力制御を行う放電灯点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＣＲの時定数を用いた発振制御ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）等を使用した方式では、周波数は自由に設定できた。また、特許２６４７４９５号（特許文献１）に示すような、インバータ制御にマイクロコンピュータを用いないものについては、インバータ回路部の出力電流を制御することが比較的に容易であった。
【０００３】
しかし、回路の多機能化、及び、回路の簡略化を行う上で、マイクロコンピュータの使用が必要不可欠となるにつれ、マイクロコンピュータを用いてインバータ回路部の出力制御を行う上で、以下のような不都合がある。
【０００４】
マイクロコンピュータにより矩形波電圧を発生させ、インバータ回路部の発振周波数を制御する場合において、その発振周波数ｆは、マイクロコンピュータに使用するクロック周波数をｆｃ、任意の整数をｎ（ｎ＝１、２、３・・・）とすると、
ｆ＝ｆｃ／ｎ
で決定される。このため、クロック周波数を非常に大きいものを使用しないと、周波数の微調整ができない（よって出力電流の微調整ができない）。
【０００５】
例えば、４ＭＨｚのクロックを用いた場合に、８０ｋＨｚ前後の発振周波数に設定したい場合には、７８．４ｋＨｚ（ｎ＝５１）、８０．０ｋＨｚ（ｎ＝５０）、８１．６ｋＨｚ（ｎ＝４９）の中からしか選択できない。このために、それぞれの差は約１．６ｋＨｚであり、インバータ回路部の出力電流の変化は非常に粗くなってしまう。
【０００６】
図５は、放電灯点灯装置の負荷回路部（例えば、後述の図２の負荷回路部４に相当）の共振曲線を示す。横軸は周波数、縦軸は出力電流である。横軸の周波数は、前記の式
ｆ＝ｆｃ／ｎ
におけるｆが対応する。
【０００７】
図５に示すように、通常、周波数Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃのように、共振カーブ（共振曲線）の急峻な部分で設計を行う場合がある。このような場合、周波数Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃにおける出力電流は、Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃのように大きく変化する。
【０００８】
マイクロコンピュータは、使用できるクロック周波数に限界があり、クロック周波数が大きなものほど消費電力が増加し、また、高価になる傾向がある。また、インバータ回路部の出力電流は、発振周波数を可変することにより制御しているため、発振周波数の変化が粗い程、インバータ回路部の出力電流の変化も粗くなり、出力電流の微調整ができない。
【特許文献１】特許第２６４７４９５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は、マイクロコンピュータの出力する矩形波電圧を用いてインバータ回路部の出力制御を行う放電灯点灯装置において、インバータ回路部の出力電流を微調整できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の放電灯点灯装置は、
放電灯を点灯させる放電灯点灯装置において、
スイッチング素子を有するとともに、直流電圧を入力し入力した前記直流電圧を前記スイッチング素子のスイッチングにより高周波電圧に変換し、変換した前記高周波電圧に対応する電流を出力電流として前記放電灯に出力するインバータ回路部と、
所定のデューティー比の矩形波電圧を発生し出力するとともに、発生する前記矩形波電圧の前記デューティー比を変化可能な矩形波電圧発生部と、
前記矩形波電圧発生部が出力する前記所定のデューティー比の矩形波電圧を入力し、入力した前記所定のデューティー比の矩形波電圧に基づいて前記インバータ回路部の前記スイッチング素子をスイッチングさせることにより、前記インバータ回路部に前記出力電流を出力させるドライブ回路部と
を備え、
前記矩形波電圧発生部は、
自己が発生する矩形波電圧のデューティー比を変化させることにより、前記ドライブ回路部が前記インバータ回路部に出力させる前記出力電流の大きさを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、マイクロコンピュータ（矩形波電圧発生部）の出力する矩形波電圧を用いてインバータ回路部の出力制御を行う放電灯点灯装置において、インバータ回路部の出力電流を微調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１〜図３を用いて実施の形態１を説明する。実施の形態１は、マイクロコンピュータが出力する一定周波数の矩形波電圧のデューティー比を変化させることにより、インバータ回路部の出力電流の大きさを制御する放電灯点灯装置についての実施形態である。
【００１３】
図１は、実施の形態１における放電灯点灯装置１００のブロック構成図である。放電灯点灯装置１００は、整流回路部１と、アクティブフィルタ回路部２と、インバータ回路部３と、負荷回路部４と、ドライブ回路部５と、マイクロコンピュータ１１とを備える。
【００１４】
負荷回路部４は、放電灯を備える。また、マイクロコンピュータ１１は、デューティー比を記憶するデューティー比記憶部２１と、デューティー比記憶部２１が記憶するデューティー比に基づいて、そのデューティー比の矩形波電圧を発生し出力する矩形波電圧発生部２０を備える。なお、各構成要素の機能の詳しい説明は、図２の説明で述べる。
【００１５】
図１を参照して、放電灯点灯装置１００の動作の概要を説明する。
【００１６】
（１）マイクロコンピュータ１１の矩形波電圧発生部２０は、所定の周波数であって、デューティー比記憶部２１が記憶するデューティー比である矩形波電圧を発生し出力する。この場合、矩形波電圧発生部２０は、発生する矩形波電圧のデューティー比を変化可能である。例えば、デューティー比記憶部２１が互いに異なる複数のデューティー比を記憶しており、矩形波電圧発生部２０が、これら互いに異なる複数のデューティー比の矩形波電圧を発生することで、発生する矩形波電圧のデューティー比を変化させることができる。
（２）ドライブ回路部５は、矩形波電圧発生部２０が出力する所定の周波数かつ所定のデューティー比の矩形波電圧を入力し、入力した矩形波電圧の周波数とデューティー比とにしたがってインバータ回路部３のスイッチング素子（図示していない）をスイッチング（オン／オフ）させることにより、インバータ回路部３に出力電流を出力させる。このように、ドライブ回路部５は、入力した矩形波電圧の周波数に対応するスイッチング周波数及びそのデューティー比に対応する比率で、スイッチング素子をオンオフさせる。
（３）インバータ回路部３は、図示していないスイッチング素子を有するとともに、アクティブフィルタ回路部２から直流電圧を入力し、この入力した直流電圧を前記スイッチング素子のスイッチング（オン／オフ）により高周波電圧に変換し、変換した高周波電圧に対応する出力電流を負荷回路部４の放電灯に出力する。
（４）以上の構成により、マイクロコンピュータ１１の矩形波電圧発生部２０が発生する矩形波電圧のデューティー比を変化させることにより、インバータ回路部３のスイッチング素子のオンとオフとの比率を変化させて、インバータ回路部３に出力させる出力電流の大きさを制御する。この制御により、マイクロコンピュータ１１の矩形波電圧発生部２０から出力する矩形波電圧のＯＮ−ＤＵＴＹを増加、または、減少させることによりインバータ回路部３の高周波電源電圧の実効値を変化させて、インバータ回路部３の出力電流の大きさを制御することが可能となる。
【００１７】
図２は、放電灯点灯装置１００の具体的な回路構成を示す図である。図２を参照して、放電灯点灯装置１００の回路構成を説明する。
【００１８】
整流回路部１は、電源電圧の整流、及び、ノイズの除去を行う回路である。
【００１９】
アクティブフィルタ回路部２は、電源電圧波形に沿ってスイッチングを行うことにより、電源電圧を所定の直流電圧に昇圧すると共に、入力電流波形を整形して力率を改善する回路である。
【００２０】
インバータ回路部３は、アクティブフィルタ回路部２で昇圧された直流電圧を、ドライブ回路部５から出力される逆極性の電圧でＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）Ｑ１（６）（スイッチング素子）及び、ＦＥＴ  Ｑ２（７）（スイッチング素子）を交互にスイッチング（オン／オフ）することにより、高周波電圧を発生させ、この高周波電圧に対応する出力電流をランプＬＡ１０（放電灯）に出力する回路である。
【００２１】
負荷回路部４は、インダクタＬ１（８）、コンデンサＣ１（９）の共振を利用して、ランプＬＡ１０（放電灯）を点灯させる回路である。
【００２２】
ドライブ回路部５は、マイクロコンピュータ１１から出力される所定の周波数かつ所定のデューティー比の矩形波電圧を、トランジスタＱ１（１２）とトランジスタＱ２（１３）とにより形成されるトーテムポール出力でインダクタＬ２  １次側（１４）に印加し、互いに極性の異なるインダクタＬ２  ２次側（１５）、インダクタＬ２  ２次側（１６）から、インバータ回路部３のＦＥＴ  Ｑ１（６），ＦＥＴ  Ｑ２（７）を、入力した矩形波電圧の周波数とデューティー比とにしたがって交互にスイッチング（オン／オフ）させる回路である。ドライブ回路部５は、入力した矩形波電圧の周波数とデューティー比とに対して、略同一の周波数及びデューティー比と略同一のオンオフの比率で、スイッチング素子であるＦＥＴ  Ｑ１（６）及びＦＥＴ  Ｑ２（７）をオン／オフさせる。ここで「略」同一の周波数及びデューティー比と「略」同一のオンオフの比率のように「略」としている。これは、矩形波電圧の周波数、デューティー比に対して、理論上では、インバータ回路部３のスイッチング素子は、同一のスイッチング周波数、及び前記デューティー比と同一のオンオフの比率でスイッチングするが、ドライブ回路部５を構成する構成部品の特性のバラツキ等により、必ずしも物理的同一とならない場合があるためである。
【００２３】
マイクロコンピュータ１１は、所定の周波数かつ所定のデューティー比の矩形波電圧を発生し出力する。また、マイクロコンピュータ１１は、出力する矩形波電圧のデューティー比を変化可能である。図１で説明したとおりである。
【００２４】
図２に示すインダクタＬ２の極性であれば、マイクロコンピュータ１１から出力される矩形波電圧のＯＮ−ＤＵＴＹは、インバータ回路部３の出力電圧のＯＮ−ＤＵＴＹと一致する。
【００２５】
例えば、マイクロコンピュータ１１から出力される矩形波電圧のＯＮ−ＤＵＴＹが７０％であるとすれば、インバータ回路部３の出力電圧のＯＮ−ＤＵＴＹも概略７０％となる。よって、同じ周波数で「ＯＮ−ＤＵＴＹ５０％」で動作させた場合に対して、矩形波電圧のＯＮ−ＤＵＴＹを７０％とした場合には、インバータ回路部３の出力電圧を減少（ＯＮをＬＯＷとした場合）させることができる。
【００２６】
また、例えば、マイクロコンピュータ１１から出力される矩形波電圧のＯＮ−ＤＵＴＹが３０％であるとすれば、インバータ回路部３の出力電圧のＯＮ−ＤＵＴＹも概略３０％となる。よって、同じ周波数で「ＯＮ−ＤＵＴＹ５０％」で動作させた場合に対して、矩形波電圧のＯＮ−ＤＵＴＹを３０％とした場合には、インバータ回路部３の出力電圧を増加（ＯＮをＬＯＷとした場合）させることができる。
【００２７】
図３は、インバータ回路部３の発振周波数と出力電流の関係を示す図である。横軸が発振周波数であり、縦軸が出力電流である。図３に示すように、マイクロコンピュータ１１の出力する矩形波電圧の周波数（インバータ回路部３の発振周波数に同じである）がＦｂである場合、デューティー比の変化によってインバータ回路部３の出力電圧が増加すると、その出力電流はＩｂ２→Ｉｂ３へ増加する。一方、インバータ回路部３の出力電圧が減少するとその出力電流はＩｂ２→Ｉｂ１に減少する。
【００２８】
以上により、前記背景技術で述べた「発振周波数の変化が粗い程、出力電流の変化も粗くなり、出力電流の微調整ができない」という点に対しては、周波数の変化が大きく微調整ができない部分に対しては、マイクロコンピュータ１１から出力される矩形波電圧のＯＮ−ＤＵＴＹを微調整することにより、インバータ回路部の出力電流を微調整することができる。出力電流の微調整は、特に、放電灯の予熱の場合に有用である。
【００２９】
以上では、例えば、デューティー比記憶部２１が互いに異なる複数のデューティー比を記憶しており、矩形波電圧発生部２０が、これら互いに異なる複数のデューティー比の矩形波電圧を発生することで、発生する矩形波電圧のデューティー比を変化させる場合を想定した。しかし、複数のデューティー比に限らず、デューティー比記憶部２１が一つのデューティー比を記憶しており、そのデューティー比に従って、矩形波電圧発生部２０がそのデューティー比の矩形波電圧を発生する場合にも出力電流を微調整できる効果があることはもちろんである。例えば、図５において、Ｉｄの出力電流が欲しいとする。一方、マイクロコンピュータ１１が出力可能な周波数はＦａ，Ｆｂ，Ｆｃ・・・であり、周波数Ｆｄの矩形波電圧を発生できないとする。その場合には、例えば矩形波電圧の周波数をＦａに設定するとともに、周波数Ｆａにおいて出力電流Ｉｄが得られるデューティー比をマイクロコンピュータ１１のデューティー比記憶部２１に記憶させる。あるいは、矩形波電圧の周波数をＦｂに設定するとともに、周波数Ｆｂにおいて出力電流Ｉｄが得られるデューティー比をマイクロコンピュータ１１のデューティー比記憶部２１に記憶させる。これらにより、出力電流Ｉｄを得ることができる。例えば、デューティー比記憶部２１が記憶するデューティー比は、０％より大きく５０％以下のうちの、いずれかの値である。あるいは、デューティー比記憶部２１が記憶するデューティー比は、５０％以上であり１００％より小さいうちの、いずれかの値である。デューティー比記憶部２１に記憶させるデューティー比は、予め実験などで決定しておき、製品化の場合に、記憶させて出荷することができる。
【００３０】
実施の形態１の放電灯点灯装置１００は、矩形波電圧発生部２０が、自己が発生する矩形波電圧のデューティー比を変化させることにより、ドライブ回路部５がインバータ回路部３に出力させる出力電流の大きさを制御するので、インバータ回路部３の出力電流を微調整することができる。
【００３１】
実施の形態１の放電灯点灯装置１００は、デューティー比記憶部２１がデューティー比を記憶し、矩形波電圧発生部２０がデューティー比記憶部２１の記憶するがデューティー比に基づき矩形波電圧を発生するので、容易にインバータ回路の出力電圧を微調整できる。
【００３２】
実施の形態２．
次に図４を参照して実施の形態２を説明する。図４は、実施の形態２における放電灯点灯装置２００の回路構成を示す図である。実施の形態１の放電灯点灯装置１００を示す図２に対して、電流検出部３０を備えた点が異なる。
【００３３】
実施の形態２の放電灯点灯装置２００は、電流検出部３０によりインバータ回路部３が放電灯に出力する出力電流の大さを検出する。そして、矩形波電圧発生部２０が、電流検出部３０の検出した出力電流の大きさに基づいて、自己が発生する矩形波電圧のデューティー比を変化させる。以上の構成により、インバータ回路部３の出力電流の大きさを確実に微調整することができる。
【００３４】
具体的には、デューティー比記憶部２１が互いに異なる複数のデューティー比を記憶しているとする。矩形波電圧発生部２０が、これら互いに異なる複数のデューティー比の矩形波電圧を発生可能である。また、矩形波電圧発生部２０は、目標とする出力電流の大きさの範囲を目標範囲として記憶している。
【００３５】
このような構成において、
（１）まず、矩形波電圧発生部２０が、インバータ回路部３の出力電流が最も小さくなるデューティー比の矩形波電圧を出力し、その矩形波電圧を出力した場合の出力電流の大きさを電流検出部３０から取得する。取得した出力電流の大きさが前記目標範囲に属するかを判定する。属していれば、矩形波電圧発生部２０は、そのデューティー比の矩形波電圧の出力を継続する。
（２）一方、前記目標範囲に満たない場合は、出力電流が次に大きくなるデューティー比の矩形波電圧を出力し、同様に電流検出部３０の値に基づき判定を行なう。
（３）これを繰り返すことにより、出力電流の大きさを確実に微調整することができる。
【００３６】
実施の形態２の放電灯点灯装置１００は、電流検出部３０がインバータ回路部３の出力電流を検出し、矩形波電圧発生部２０が電流検出部３０の検出した前記出力電流に基づいて、出力する矩形波電圧のデューティー比を変更するので、確実にインバータ回路部３の出力電流を微調整することができる。
【００３７】
以上の実施の形態では、商用電源を昇圧または降圧して得られる直流電源と、上記直流電源から供給される直流を高周波電流に変換するインバータ回路と、上記インバータ回路に接続されるチョークコイル、放電灯及び結合コンデンサよりなる放電灯負荷回路とを備え、上記インバータ回路の発振周波数制御をマイクロコンピュータから発生する矩形波電圧により制御する放電灯点灯装置において、上記インバータ回路の出力電流制御をマイクロコンピュータから発生する矩形波電圧のＯＮ−ＤＵＴＹを増加、または、減少させることにより、高周波電源電圧の実効値を変化させることにより制御する手段を具備したことを特徴とする放電灯点灯装置について説明した。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施の形態１における放電灯点灯装置１００のブロック図である。
【図２】実施の形態１における放電灯点灯装置１００の回路図である。
【図３】実施の形態１におけるインバータ回路部３の発振周波数と出力電流の関係を示す図である。
【図４】実施の形態２における放電灯点灯装置２００の回路図である。
【図５】従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  整流回路部、２  アクティブフィルタ回路部、３  インバータ回路部、４  負荷回路部、５  ドライブ回路部、６  ＦＥＴ  Ｑ１、７  ＦＥＴ  Ｑ２、８  インダクタＬ１、９  コンデンサＣ１、１０  ランプＬＡ、１１  マイクロコンピュータ、１２  トランジスタＱ１、１３  トランジスタＱ２、１４  インダクタＬ２  １次側、１５  インダクタＬ２  ２次側、１６  インダクタＬ２  ２次側、２０  矩形波電圧発生部、２１  デューティー比記憶部、３０  電流検出部。
【図１】
0004723343.tif 000002
【図２】
0004723343.tif 000003
【図３】
0004723343.tif 000004
【図４】
0004723343.tif 000005
【図５】
0004723343.tif 000006