(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、交流電源を整流する整流器と、整流器の脈流出力をスイッチ要素で断続することにより所望の直流出力に変換するチョッパ回路と、１乃至複数のスイッチング素子をスイッチングすることで直流変換回路の直流出力を交流出力に変換するインバータ回路と、放電灯並びに共振回路を有しインバータ回路から交流出力が供給される負荷回路と、指令値に従ってスイッチ要素のスイッチング動作を制御してチョッパ回路の直流出力レベルを可変するチョッパ制御部と、スイッチング素子のスイッチング周波数を制御してインバータ回路の交流出力を可変するインバータ制御部と、チョッパ制御部並びにインバータ制御部に対して放電灯の調光レベルを指示するための調光信号を発生する調光器と、放電灯の調光始動時にインバータ回路の交流出力にパルス電圧を重畳するパルス電圧重畳部とを備え、チョッパ制御部は、放電灯の始動から点灯に至るまでの期間に指令値を比較的緩やかな傾きで徐々に変化させ、パルス電圧重畳部は、放電灯の調光始動時にチョッパ回路の直流出力の変化に応じてパルス電圧のレベルを徐々に低下させることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
交流電源と、交流電源を整流する整流器と、整流器の脈流出力をスイッチ要素で断続することにより所望の直流出力に変換するチョッパ回路と、１乃至複数のスイッチング素子をスイッチングすることで直流変換回路の直流出力を交流出力に変換するインバータ回路と、放電灯並びに共振回路を有しインバータ回路から交流出力が供給される負荷回路と、指令値に従ってスイッチ要素のスイッチング動作を制御してチョッパ回路の直流出力レベルを可変するチョッパ制御部と、スイッチング素子のスイッチング周波数を制御してインバータ回路の交流出力を可変するインバータ制御部と、チョッパ制御部並びにインバータ制御部に対して放電灯の調光レベルを指示するための調光信号を発生する調光器と、放電灯の調光始動時にインバータ回路の交流出力にパルス電圧を重畳するパルス電圧重畳部とを備え、チョッパ制御部は、放電灯の始動から点灯に至るまでの期間に指令値を比較的緩やかな傾きで徐々に変化させ、パルス電圧重畳部は、放電灯の調光始動時にチョッパ回路の直流出力の変化に応じてパルス電圧の時間幅を徐々に縮小させることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項３】
チョッパ制御部は、放電灯の始動から点灯に至るまでの期間における指令値の変化の傾きを１［Ｖ／ｍｓ］近傍としたことを特徴とする請求項１又は２記載の放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７に従来の放電灯点灯装置の概略回路図を示す。交流電源Ｖｓの出力端間にはフィルタ回路Ｆを介してダイオードブリッジからなる整流器ＤＢが接続され、整流器ＤＢの出力端間には高周波成分を取り除くためのコンデンサＣ２と並列に昇降圧型のチョッパ回路１が接続され、さらにチョッパ回路１の出力端間にはインバータ回路２が接続され、インバータ回路２の出力端間には放電灯Ｌａを含む負荷回路３が接続されている。
【０００３】
このチョッパ回路１は、電界効果トランジスタからなるスイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１とダイオードＤ２と平滑コンデンサＣ３の直列回路が整流器ＤＢの出力端間に接続されるとともにスイッチング素子Ｑ１及びインダクタＬ１の接続点と整流器ＤＢの低電位側の出力端の間に回生用のダイオードＤ１が接続されてなる降圧チョッパ回路と、インダクタＬ１及びダイオードＤ２の接続点と整流器ＤＢの低電位側の出力端の間に電界効果トランジスタからなるスイッチング素子Ｑ２が接続されてなる昇圧チョッパ回路とで構成される。ここで、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作はチョッパ制御部４によって制御され、抵抗Ｒ１〜Ｒ４からなる抵抗分圧回路で検出される入力電圧、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４からなる抵抗分圧回路で検出される出力電圧（平滑コンデンサＣ３の両端電圧）Ｖdc、並びに抵抗Ｒ９，Ｒ１０で電圧に変換して検出したスイッチング素子Ｑ２のドレイン電流に基づいて、所望の出力電圧Ｖdcが得られるようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオンデューティ比やスイッチング周波数が可変される。なお、ノイズ等による誤動作を防止するため、チョッパ制御部４では上記各検出信号に所定の遅れ時間を持たせている。なお、スイッチング素子Ｑ２はチョッパ制御部４から出力される制御信号で直接駆動されるが、スイッチング素子Ｑ１は制御信号をレベルシフトするドライバ回路１ａを介して駆動される。
【０００４】
インバータ回路２は、平滑コンデンサＣ３の両端間に２つのスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の直列回路が接続されるとともにローサイドのスイッチング素子Ｑ４の両端に負荷回路３が接続された所謂ハーフブリッジ型であって、インバータ制御部５によりスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４が高周波で交互にオン／オフされることでチョッパ回路１の直流出力電圧Ｖdcを高周波の交流電圧に変換して負荷回路３に供給している。
【０００５】
負荷回路３は、放電灯Ｌａのフィラメントの一端同士が予熱用（共振用）のコンデンサＣ６を介して接続され、一方のフィラメントの他端に共振用のインダクタＬ２並びに直流カット用のコンデンサＣ４が接続されてなり、インダクタＬ２及びコンデンサＣ６で共振回路が構成されている。
【０００６】
而して、インバータ制御部５によりスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４のスイッチング周波数（以下、「インバータ周波数」とよぶ）を上記共振回路の共振周波数に近づければ放電灯Ｌａに供給される高周波出力が増大し、共振周波数から遠ざければ高周波出力が減少することになる。
【０００７】
また、チョッパ制御部４並びにインバータ制御部５は、調光器６から与えられる調光信号に応じて直流出力電圧Ｖdc並びにインバータ周波数を変化させて放電灯Ｌａを調光点灯させることができる。
【０００８】
次に、この従来装置の予熱から始動、点灯に至るまでの動作を説明する。ここで、図８はチョッパ制御部４に予め設定されている出力電圧Ｖdcの指令値Ｓdcを示し、図９はインバータ制御部５に予め設定されているインバータ周波数の指令値Ｓｆを示している。また、図１０は平滑コンデンサＣ３の両端に出力されるチョッパ回路１の直流出力電圧Ｖdcを示している。
【０００９】
まず、放電灯Ｌａを始動する前の先行予熱時には、図８に示すようにチョッパ制御部４が指令値Ｓdcpに従って直流出力電圧Ｖdcを点灯時よりも充分に低い電圧Ｖdcpに制御するとともに、インバータ制御部５が指令値Ｓfpに従ってインバータ周波数を無負荷共振周波数よりも充分に高い周波数（予熱周波数）に制御して所定の先行予熱期間Ｔ１だけ放電灯Ｌａのフィラメントに充分な予熱電流を流す。
【００１０】
先行予熱期間Ｔ１が経過すると、図８に示すようにチョッパ制御部４が指令値Ｓdcsに従って直流出力電圧Ｖdcを予熱時よりも充分に高く且つ点灯時よりも低い電圧Ｖdcsに制御するとともに、インバータ制御部５が指令値Ｓfsに従ってインバータ周波数を無負荷共振周波数近傍の周波数に制御し、始動するに足る高電圧（始動電圧）を所定の始動期間Ｔ２だけ放電灯Ｌａに印加する。
【００１１】
そして、始動期間Ｔ２が経過して放電灯Ｌａが始動すれば、図８に示すようにチョッパ制御部４が指令値Ｓdc1に従って直流出力電圧Ｖdcを始動時よりも若干高い電圧Ｖdc1に制御するとともに、インバータ制御部５が指令値Ｓf1に従ってインバータ周波数を無負荷共振周波数よりも充分に低く且つ点灯時の共振周波数近傍の周波数に制御して放電灯Ｌａを安定点灯（定格点灯）させる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来例のような制御動作を行う場合、チョッパ制御部４が制御の安定性を確保するためにある程度の時間遅れ要素を持ってフィードバック制御しているので、指令値の急激な変化に追従できず、図１０に示すように直流出力電圧Ｖdcにリンギングが発生して始動直後の放電灯Ｌａを安定点灯できない虞があった。また、このような不具合を解消するためには上記時間遅れ要素をさらに大きくすればよいが、そうすると指令値Ｖdcに対する直流出力電圧Ｖdcの変化に多くの時間を要し、調光信号の変化に迅速に対応できなくなってしまうという問題があった。
【００１３】
本発明は上記問題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、点灯直後におけるチョッパ回路の直流出力にリンギングが生じるのを防止して安定した点灯状態が得られる放電灯点灯装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、交流電源と、交流電源を整流する整流器と、整流器の脈流出力をスイッチ要素で断続することにより所望の直流出力に変換するチョッパ回路と、１乃至複数のスイッチング素子をスイッチングすることで直流変換回路の直流出力を交流出力に変換するインバータ回路と、放電灯並びに共振回路を有しインバータ回路から交流出力が供給される負荷回路と、指令値に従ってスイッチ要素のスイッチング動作を制御してチョッパ回路の直流出力レベルを可変するチョッパ制御部と、スイッチング素子のスイッチング周波数を制御してインバータ回路の交流出力を可変するインバータ制御部と、チョッパ制御部並びにインバータ制御部に対して放電灯の調光レベルを指示するための調光信号を発生する調光器と、放電灯の調光始動時にインバータ回路の交流出力にパルス電圧を重畳するパルス電圧重畳部とを備え、チョッパ制御部は、放電灯の始動から点灯に至るまでの期間に指令値を比較的緩やかな傾きで徐々に変化させ、パルス電圧重畳部は、放電灯の調光始動時にチョッパ回路の直流出力の変化に応じてパルス電圧のレベルを徐々に低下させることを特徴とし、従来のように点灯直後におけるチョッパ回路の直流出力にリンギングが生じることが無く、安定した点灯状態が得られる。しかも、始動期間の後半において放電灯に印加される電圧（始動電圧）が必要以上に上昇してしまうことがなく、調光始動を行いながら回路部品にかかるストレスを低減することができる。なお、調光始動とは、定格点灯に至ることなく所望の調光レベルで始動することをいう。
請求項２の発明は、上記目的を達成するために、交流電源と、交流電源を整流する整流器と、整流器の脈流出力をスイッチ要素で断続することにより所望の直流出力に変換するチョッパ回路と、１乃至複数のスイッチング素子をスイッチングすることで直流変換回路の直流出力を交流出力に変換するインバータ回路と、放電灯並びに共振回路を有しインバータ回路から交流出力が供給される負荷回路と、指令値に従ってスイッチ要素のスイッチング動作を制御してチョッパ回路の直流出力レベルを可変するチョッパ制御部と、スイッチング素子のスイッチング周波数を制御してインバータ回路の交流出力を可変するインバータ制御部と、チョッパ制御部並びにインバータ制御部に対して放電灯の調光レベルを指示するための調光信号を発生する調光器と、放電灯の調光始動時にインバータ回路の交流出力にパルス電圧を重畳するパルス電圧重畳部とを備え、チョッパ制御部は、放電灯の始動から点灯に至るまでの期間に指令値を比較的緩やかな傾きで徐々に変化させ、パルス電圧重畳部は、放電灯の調光始動時にチョッパ回路の直流出力の変化に応じてパルス電圧の時間幅を徐々に縮小させることを特徴とし、従来のように点灯直後におけるチョッパ回路の直流出力にリンギングが生じることが無く、安定した点灯状態が得られる。しかも、始動期間に放電灯に電圧（始動電圧）が印加される時間を徐々に短くすることで調光始動時における回路部品へのストレス低減と始動性の改善とが同時に図れる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、チョッパ制御部は、放電灯の始動から点灯に至るまでの期間における指令値の変化の傾きを１［Ｖ／ｍｓ］近傍としたことを特徴とし、リンギングを確実に防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１に本発明の実施形態１の概略回路図を示す。但し、本実施形態の基本構成は従来例と共通であるから、共通する構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる構成についてのみ説明する。
【００１９】
本実施形態は、従来例に対して予熱期間Ｔ１及び始動期間Ｔ２の経過時間を計測してチョッパ制御部４並びにインバータ制御部５に指示を送る予熱始動時間計測部７と、予熱始動時間計測部７からの指示に従って始動期間Ｔ２における指令値Ｖdcsを比較的に緩やかな傾斜で徐々に上昇させるようにチョッパ制御部４に指示を出す指令値変化指示部８とが追加されている。
【００２０】
予熱始動時間計測部７では、交流電源Ｖｓが投入されると予熱期間Ｔ１並びに始動期間Ｔ２の経過時間を計測し、計測した経過時間を指示値として出力する。
【００２１】
また、指令値変化指示部８は予熱始動時間計測部７から与えられる指示値に基づき、予熱期間Ｔ１においては出力電圧Ｖdcの指令値を一定値Ｓdcpとするようにチョッパ制御部４に指示を出し、始動期間Ｔ２においては図２に示すように出力電圧Ｖdcの指令値Ｓdcsを時間経過とともに一定の傾きで上昇させるようにチョッパ制御部４に指示を出す。すなわち、始動期間Ｔ２における指令値Ｓdcsを経過時間ｔの関数とし、Ｓdcs(t)＝ｄＶdc／ｄｔ×ｔ＋Ｓdcpという式で求められる指令値Ｓdcs(t)で制御するようにチョッパ制御部４に指示を与えるのである。なお、始動期間Ｔ２が終了すれば、指令値変化指示部８は出力電圧Ｖdcの指令値を定格点灯時の一定値Ｓdc1とするようにチョッパ制御部４に指示を出す。
【００２２】
而して始動期間Ｔ２においては、図２に示すようにチョッパ制御部４が指令値Ｓdcs(t)に従って直流出力電圧Ｖdcを予熱時の値Ｖdcpから一定の傾きｄＶdc／ｄｔで徐々に上昇させるように制御（フィードバック制御）するため、従来例のように指令値が急激に変化することが無く、始動期間Ｔ２が終了して点灯状態に変わったときにチョッパ回路１の直流出力電圧Ｖdcにリンギングが生じず、放電灯Ｌａをちらつきのない安定した点灯状態とすることができる。ここで、上記傾きｄＶdc／ｄｔは、実験によると１［Ｖ／ｍｓ］程度とすると最もリンギングを確実に防止できることが判っている。
【００２３】
なお、予熱始動時間計測部７及び指令値変化指示部８はアナログ回路で構成することも可能であるし、マイクロコンピュータを用いて構成することも可能である。また、チョッパ回路１として２石式の昇降圧チョッパ回路を例示したが、１石式の昇降圧チョッパ回路や昇圧チョッパ回路であっても同様の効果が得られる。
【００２４】
（実施形態２）
図３に本発明の実施形態２の概略回路図を示す。但し、本実施形態の基本構成は従来例並びに実施形態１と共通であるから、共通する構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる構成についてのみ説明する。
【００２５】
本実施形態では、インバータ制御部５に指示を与えてインバータ回路２の出力に始動用のパルス電圧を重畳させるパルス電圧重畳部９を備えている。
【００２６】
つまり、調光器６から調光下限の調光レベル（例えば、定格時を１００％としたときの７０％など）を指示する調光信号が出力されている状態で交流電源Ｖｓが投入されると、定格点灯に至ることなくその調光レベルで始動する調光始動が行われるが、この調光始動を行うためには放電灯Ｌａへの印加電圧にパルス電圧を重畳する必要があり、パルス電圧重畳部９からの指示に従ってインバータ制御部５がインバータ周波数をパルス的に変化させることでパルス電圧を重畳させるものである。
【００２７】
ところが、始動時にチョッパ回路１の直流出力電圧Ｖdcを緩やかな傾斜で徐々に上昇させた場合、始動期間Ｔ２中にパルス電圧を重畳させるためにインバータ周波数を周期的に変化させていると直流出力電圧Ｖdcの上昇に伴って放電灯Ｌａへの印加電圧も上昇してしまい、始動期間Ｔ２の後半では印加電圧が上昇し過ぎて回路部品に大きなストレスがかかってしまう虞がある。
【００２８】
そこで本実施形態では、パルス電圧重畳部９が放電灯Ｌａの調光始動時にチョッパ回路１の直流出力電圧Ｖdcの変化に応じてパルス電圧のレベルを徐々に低下させるようにインバータ制御部５に指示を与えている。すなわち、図４に示すように始動期間Ｔ２におけるインバータ周波数の指令値Ｓfsが時間の経過とともに直線的に低下し、指令値Ｓfsに周期的に挿入されるパルス電圧用の指令値Ｓpfが最初は低い値Ｓpf1とし直流出力電圧Ｖdcの上昇に伴って徐々に高い値Ｓpf2,Ｓpf3となるようにパルス電圧重畳部９からインバータ制御部５に指示を与えている。
【００２９】
図５は上述のような制御を行った場合におけるインバータ回路２の出力電圧Ｖoutをその片側（正側）のピーク値レベルだけに着目して模式的に表した図である。この図５に示すように、予熱期間Ｔ１ではインバータ周波数が高く且つチョッパ回路１の直流出力電圧Ｖdcも低いために出力電圧Ｖoutも低くなっているが、始動期間Ｔ２に入ると直流出力電圧Ｖdcが徐々に上昇し、インバータ周波数も徐々に低下するため、出力電圧Ｖoutが徐々に上昇する。その間、パルス電圧Ｖp1…は所定の周期で出力電圧Ｖoutに重畳するが、直流出力電圧Ｖdcの上昇に伴ってパルス電圧用の指令値Ｓpfが徐々に高い値に変化するため、パルス電圧Ｖp1…のレベルが徐々に低下し、パルス電圧Ｖp1…のピーク値が所定のレベルを超えるのを回避して回路部品に過大なストレスが印加されるのを防ぐことができる。
【００３０】
ところで、放電灯Ｌａの調光始動時にチョッパ回路１の直流出力電圧Ｖdcの変化に応じてパルス電圧のレベルを徐々に低下させる代わりに、放電灯Ｌａの調光始動時にチョッパ回路１の直流出力電圧Ｖdcの変化に応じてパルス電圧Ｖp1…の時間幅pt1…を徐々に縮小させるようにパルス電圧重畳部９からインバータ制御部５に指示を与えるようにしてもよい。すなわち、図６に示すように始動期間Ｔ２におけるインバータ周波数の指令値Ｓfsに周期的に挿入されるパルス電圧用の指令値Ｓpfのパルス幅（時間幅）を最初は大きい値pt1とし直流出力電圧Ｖdcの上昇に伴って徐々に小さい値pt2，pt3，pt4となるようにパルス電圧重畳部９からインバータ制御部５に指示を与えるのである。このような制御を行った場合、始動期間Ｔ２の後半にパルス電圧が上昇することになるが、そのときでも印加される時間が非常に短くなるために回路部品にかかるストレスを抑制することができる。しかも、パルス電圧Ｖp1…のレベルを徐々に低下させる場合に比較して始動性の向上が図れるという利点がある。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１の発明は、交流電源と、交流電源を整流する整流器と、整流器の脈流出力をスイッチ要素で断続することにより所望の直流出力に変換するチョッパ回路と、１乃至複数のスイッチング素子をスイッチングすることで直流変換回路の直流出力を交流出力に変換するインバータ回路と、放電灯並びに共振回路を有しインバータ回路から交流出力が供給される負荷回路と、指令値に従ってスイッチ要素のスイッチング動作を制御してチョッパ回路の直流出力レベルを可変するチョッパ制御部とを備え、チョッパ制御部は、放電灯の始動から点灯に至るまでの期間に指令値を比較的緩やかな傾きで徐々に変化させるので、従来のように点灯直後におけるチョッパ回路の直流出力にリンギングが生じることが無く、安定した点灯状態が得られるという効果がある。
【００３２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、チョッパ制御部は、放電灯の始動から点灯に至るまでの期間における指令値の変化の傾きを１［Ｖ／ｍｓ］近傍としたので、リンギングを確実に防止することができるという効果がある。
【００３３】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、スイッチング素子のスイッチング周波数を制御してインバータ回路の交流出力を可変するインバータ制御部と、チョッパ制御部並びにインバータ制御部に対して放電灯の調光レベルを指示するための調光信号を発生する調光器と、放電灯の調光始動時にインバータ回路の交流出力にパルス電圧を重畳するパルス電圧重畳部とを備え、パルス電圧重畳部は、放電灯の調光始動時にチョッパ回路の直流出力の変化に応じてパルス電圧のレベルを徐々に低下させるので、始動期間の後半において放電灯に印加される電圧（始動電圧）が必要以上に上昇してしまうことがなく、調光始動を行いながら回路部品にかかるストレスを低減することができるという効果がある。
【００３４】
請求項４の発明は、請求項１又は２の発明において、スイッチング素子のスイッチング周波数を制御してインバータ回路の交流出力を可変するインバータ制御部と、チョッパ制御部並びにインバータ制御部に対して放電灯の調光レベルを指示するための調光信号を発生する調光器と、放電灯の調光始動時にインバータ回路の交流出力にパルス電圧を重畳するパルス電圧重畳部とを備え、パルス電圧重畳部は、放電灯の調光始動時にチョッパ回路の直流出力の変化に応じてパルス電圧の時間幅を徐々に縮小させるので、始動期間に放電灯に電圧（始動電圧）が印加される時間を徐々に短くすることで調光始動時における回路部品へのストレス低減と始動性の改善とが同時に図れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示す概略回路図である。
【図２】同上の動作説明図である。
【図３】実施形態２を示す概略回路図である。
【図４】同上の動作説明図である。
【図５】同上の動作説明図である。
【図６】同上の他の動作説明図である。
【図７】従来例を示す概略回路図である。
【図８】同上の動作説明図である。
【図９】同上の動作説明図である。
【図１０】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
１  チョッパ回路
２  インバータ回路
３  負荷回路
４  チョッパ制御部
５  インバータ制御部
６  調光器
７  予熱始動時間計測部
８  指令値変化指示部
【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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