(57)【要約】【課題】従来の始動装置は、導通信号不足になって途中でスイッチング素子がオフしてしまうことがある。このため、所要の振動電圧を得られない虞があるとともに、コンデンサの充電電荷が変動し、次のスイッチング素子のオン時における振動電圧の大きさも変動し、安定した始動用の振動電圧を得られない。【解決手段】放電灯２の始動時、導通制御装置１０はスイッチング素子８に対して導通信号を供給する。始動装置ではスイッチング素子のオンによりインダクタ６およびコンデンサ７の共振作用により振動電圧を発生する。導通制御装置はコンデンサ１３およびインダクタ１６により、始動装置の振動に略同期した導通信号をスイッチング素子に供給するから、スイッチング素子の主電流が振動により反転すると導通信号も反転し、導通信号不足による不所望なオフを防止する。【選択図】図１
2005347037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源により付勢される放電灯と；
インダクタ、コンデンサおよび制御極付双方向性のスイッチング素子を有し、交流電源および放電灯の間に介在して、スイッチング素子のオンによりインダクタおよびコンデンサが振動電圧を発生し放電灯に始動用の電圧として印加する始動装置と；
始動装置におけるスイッチング素子の導通を制御し、スイッチング素子のオン期間にはインダクタおよびコンデンサの振動と略同期した導通信号をスイッチング素子に供給する導通制御装置と；
を具備していることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
交流電源により付勢される放電灯と；
交流電源から放電灯への給電路に直列に挿入された限流用を兼ねるインダクタと、このインダクタの一部を介して交流電源電圧を印加されるコンデンサと、オンすることによりインダクタの一部、コンデンサおよび自己を介して振動電流を流すように設けられた制御極付双方向性のスイッチング素子とを有し、放電灯始動用の電圧を発生する始動装置と；
放電灯の両端電圧に応動し、放電灯の始動前には始動装置におけるインダクタおよびコンデンサの振動と略同期した導通信号をスイッチング素子に供給するとともに、放電灯の始動後はスイッチング素子がオンし得る導通信号の供給を停止する導通制御装置と；
を具備していることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の放電灯点灯装置と；
放電灯点灯装置によって点灯される放電灯を支持する照明器具本体と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯の始動時には始動用の高電圧を発生する放電灯点灯装置およびこの放電灯点灯装置を備えた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、放電灯の始動に際しては、安定点灯時に比して大きい放電開始電圧の印加を必要とする。このため、インダクタ、コンデンサおよびスイッチング素子を組合せて始動装置を構成し、スイッチング素子のオンによりインダクタおよびコンデンサを共振させて減衰振動電圧を発生させるようにしたものが知られている。スイッチング素子としては、放電ギャップも知られているが、価格、取扱いの容易性、実装の容易性等の点から、制御極付双方向性の半導体スイッチング素子が多く用いられる。このような制御極付双方向性の半導体スイッチング素子の代表例はトライアックである。
【０００３】
このような半導体スイッチング素子に対する導通信号は、直流信号である。ここでの直流信号とは、前記減衰振動に対しても導通信号が同一極性ということで、交流電源電圧の半サイクル毎の極性反転に応じて極性が変化することはある。
【０００４】
ところで、導通信号が上記のように直流信号であると、主電流として減衰振動電流（交流電流）を流す場合、スイッチング素子のばらつき等によりスイッチング素子のオン期間が一定化しないということがある。例えば、スイッチング素子に対する直流の導通信号を停止すると、その後、スイッチング素子は主電流が保持電流値以下になるとオフするが、この保持電流のばらつきによりオン期間は変化する。
【０００５】
また、上記のような制御極付双方向性の半導体スイッチング素子は、主電流の向きと、制御極への導通信号の極性との組合せ関係によって、必要な導通信号の大きさが異なることが知られている。
【０００６】
例えば、日本電気株式会社製のＡＣ０５ＤＧＭ、ＡＣ０５ＦＧＭは、その「ＮＥＣデータ・ブック2001年2月小中電力サイリスタ」によれば、図８示す電極および各電極に加わる電圧の極性との関係による四つのモードにおけるゲートトリガ電流値は、モード１、３、４においては最低１０ｍＡでよいが、モード２においては「他の動作モードとの感度差が大きく実用的でないので、この動作モードでの使用はあまり推奨できません。」ということになっている。
【０００７】
すなわち、上記例の場合、実際には例えば４０ｍＡとか他のモードの何倍かのゲートトリガ電流を導通信号として供給すれば導通する。したがって、導通信号が直流信号の場合、インダクタおよびコンデンサの共振作用による振動電流を流そうとしても、主電流の方向によっては導通信号不足になって途中でスイッチング素子がオフしてしまうことがある。
【０００８】
以上のように、減衰振動が不所望に、または不規則に停止することは、所要の振動電圧を得られない虞がある。また、これとともに、コンデンサの充電電荷が変動し、次のスイッチング素子のオン時における振動電圧の大きさも変動し、安定した始動用の振動電圧を得られないという問題を生じる。所要の振動電圧を得られない、あるいは安定した振動電圧を得られないということは、放電灯の始動を困難にし、他の部品に過大な電圧を加えて悪影響を及ぼすという心配がある。
【０００９】
従来、このような問題を解決できるものとして、特許第3199090号公報のものが本願出願人によって提案されている。この従来技術は、始動用の高電圧を発生するパルス発生手段のスイッチング素子のオン期間を適正に制御する技術を提供している。すなわち、スイッチング素子のオンを制御する第１のスイッチング手段およびオフを制御する第２のスイッチング手段を設け、これら第１および第２のスイッチング手段により、スイッチング素子を交流電源電圧位相の60度〜110度の間所定期間オンさせるようにしたものである。
【特許文献１】特許第3199090号公報（０００９欄、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来技術は、第１および第２のスイッチング手段によりスイッチング素子の導通を所定位相期間内に制御するものであるため、安定した動作、所望の始動電圧を得易いという利点がある。
【００１１】
しかしながら、一方で従来技術は、導通信号として所定期間矩形波状の直流電圧を供給して確実にオンさせるものであるため、この導通制御装置の容量大きくする必要があり、それに伴って電力損失が大きくなるという別の問題が生じる。また、第１および第２のスイッチング手段、これらのスイッチング手段を所定の位相でオンさせるための制御回路が必要であるという点で構成が複雑化し、それだけ部品数の増加、価格の上昇を招き易いという問題も生じる。
【００１２】
本発明は、スイッチング素子の安定動作、始動電圧の一定化を図れながら構成を簡単化して低廉化が可能な放電灯点灯装置および照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に記載の放電灯点灯装置は、交流電源により付勢される放電灯と；インダクタ、コンデンサおよび制御極付双方向性のスイッチング素子を有し、交流電源および放電灯の間に介在して、スイッチング素子のオンによりインダクタおよびコンデンサが振動電圧を発生し放電灯に始動用の電圧として印加する始動装置と；始動装置におけるインダクタおよびコンデンサの振動と略同期した導通信号をスイッチング素子に供給する導通制御装置と；を具備していることを特徴とする。
【００１４】
本発明および以下の各発明において、特に断らない限り、各構成、用語は以下のように定義される。
【００１５】
放電灯は特に限定されず、たとえば低圧水銀蒸気放電灯、水銀ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ等の高輝度放電灯等を使用可能である。
【００１６】
始動装置は、スイッチング素子のオン期間にインダクタおよびコンデンサによる高周波たとえば数十ＫＨｚ〜数百ＫＨｚの共振電流が流れ、この共振により始動電圧を発生するものであればよく、これらスイッチング素子、インダクタおよびコンデンサ間のあるいは他の構成部品との間の具体的な接続関係は限定されない。また、前記共振とは連続的な共振振動の他減衰振動も含んでいる。
【００１７】
スイッチング素子は、制御極に制御信号を供給されることによりオンされるもので、代表的にはトライアックであるが、これに限らず双方向に通流可能でこれによって前記共振電流を通流できるものであればよい。
【００１８】
インダクタも特に限定されるものではないが、一次巻線側で生じた共振に基づく電圧を昇圧する二次巻線を備えたものがより簡単に大きい始動電圧を得られることから望ましい。
【００１９】
導通制御装置は、よく知られているように、たとえば分圧回路およびトリガ素子を主として構成することができる。しかし、この部分の構成は本発明の特徴ではなく、したがって、限定されるものではない。交流電源電圧位相を検知して、所定位相で導通信号を出力するものであってもよい。本発明の特徴はスイッチング素子に供給する制御信号を始動装置の共振と略同期するものとしたことである。そのための手段としては、たとえば第２のコンデンサおよび第２のインダクタを備えることによって構成することができる。略同期するとは、本発明の目的とするスイッチング素子の安定動作を得られる範囲であれば完全に同期していなくてもよいことを意味する。たとえば始動装置の共振周波数に対して±５パーセント、場合によっては±１０％の差を許容する。したがって、位相差としてもこれに見合う程度を許容する。
【００２０】
請求項１記載の発明によれば、放電灯の始動時、道通制御装置はスイッチング素子に対して導通信号を供給する。この導通信号は後述する始動装置の振動と略同期したものである。始動装置ではスイッチング素子のオンによりインダクタおよびコンデンサの共振作用により振動電圧を発生し、振動電流は少なくともインダクタ、コンデンサおよびスイッチング素子に流れる。
【００２１】
導通制御装置は始動装置の振動に略同期した導通信号をスイッチング素子に供給するから、スイッチング素子は振動により主電流の方向が反転すると導通信号も反転し、導通信号不足による不所望なオフを防止する。
【００２２】
したがって、交流電源電圧の各半サイクルにおけるコンデンサの充電電荷の変動を小さくし、半サイクル毎の振動電圧の大きさの変動を小さくする。
【００２３】
前記始動装置の振動電圧は、そのままあるいは昇圧されて交流電源電圧に重畳されて放電灯に印加する。放電灯はこの電圧により放電を開始する。
【００２４】
請求項２の発明における放電灯点灯装置は、交流電源により付勢される放電灯と；交流電源から放電灯への給電路に直列に挿入された限流用を兼ねるインダクタと、このインダクタの一部を介して交流電源電圧を印加されるコンデンサと、オンすることによりインダクタの一部、コンデンサおよび自己を介して振動電流を流すように設けられた制御極付双方向性のスイッチング素子とを有し、放電灯始動用の電圧を発生する始動装置と；放電灯の両端電圧に応動し、放電灯の始動前には始動装置におけるインダクタおよびコンデンサの振動と略同期した導通信号をスイッチング素子に供給するとともに、放電灯の始動後はスイッチング素子がオンし得る導通信号の供給を停止する導通制御装置と；を具備していることを特徴とする。
【００２５】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明に加えて、始動装置のインダクタが放電灯の安定点灯のための限流用インピーダンス装置を兼用する。また、このインダクタは、その一部に生じた振動電圧を、インダクタの一部と残部との巻数比に応じて昇圧して放電灯に印加する。
【００２６】
さらに、導通制御装置は、放電灯の両端電圧に応動して、放電灯が点灯した後は動通信号の供給を停止する。これによって、点灯後は点灯に不要な振動電圧を発生させない。
【００２７】
請求項３の照明装置は、照明器具本体と、照明器具本体に支持された放電灯と、放電灯を点灯する請求項３記載の放電灯点灯装置と、を具備していることを特徴とする。
【００２８】
請求項３記載の発明において照明器具本体は、屋内施設、屋外施設、住宅等の一般照明用、ОＡ機器用、表示用等どのようなものであってもよい。そして、取付け形式においても、それぞれにおいて造営材等に対して直付け形、埋込み形等のいずれでもよい。また、放電灯点灯装置は照明器具本体と一体的に設けても、放電灯を除き別体としてもよい。
【００２９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２と同様な作用を呈し、したがって、照明器具本体に支持された放電灯は、確実に始動、点灯する。
【発明の効果】
【００３０】
請求項１および２に記載の発明によれば、導通制御装置の構成の簡単化を図りながら、始動装置におけるスイッチング素子のオン期間の一定化を図れ、始動装置におけるコンデンサの充電電荷の変動、振動電圧の変動を小さくでき、もって放電灯の始動性が良好な放電灯点灯装置を提供できる。
【００３１】
請求項３記載の発明によれば、上記発明と同様な効果を奏する照明装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の第１の実施形態を、図１〜図４を参照して説明する。
【００３３】
図１は、放電灯点灯装置の第１の実施形態を示す回路図、図２はスイッチング素子の主電流および導通信号を簡単化して示す波形図、図３はコンデンサの両端電圧を簡単化して示す波形図、図４は交流電源電圧に振動電圧が重畳された状態を簡単化して示す波形図である。
【００３４】
１は交流電源としての商用電源であり、この交流電源１により高圧放電灯である放電灯２を付勢するようになっている。３は単巻形の昇圧トランスであり、４は力率改善用のコンデンサである。力率改善用のコンデンサおよび放電灯２の間には始動装置５が設けられている。この始動装置５は、交流電源１から見て放電灯２に対して直列的に設けられ限流作用も行なうインダクタ６、このインダクタ６の一部６ａを介して交流電源１の出力端間に設けられるコンデンサ７およびスイッチング素子８の直列回路を有している。また、本実施形態ではコンデンサ７およびスイッチング素子８の間に、共振条件を調整するためのインダクタ９を設けている。
【００３５】
前記スイッチング素子８の導通を制御する導通制御装置１０が、放電灯２の両端電圧に応動するように、放電灯２に対して並列的に設けられている。すなわち、抵抗１１、１２およびコンデンサ１３からなる分圧回路が放電灯２と並列接続されている。抵抗１２は主として放電抵抗として作用するもので、場合によっては削除してもよい。そして、分圧回路の出力（すなわち、抵抗１１およびコンデンサ１３の中間）は、例えばＳＳＳであるトリガ素子１４および抵抗１５を介してスイッチング素子８の制御極に供給されるようになっている。
【００３６】
また、導通制御装置１０は本発明の第１の実施形態として特徴的な構成として、スイッチング素子８の制御極および一方の主極の間にインダクタ１６を設けている。そして、このインダクタ１６は前記コンデンサ１３と共同して、前記始動装置５のインダクタ６、コンデンサ７およびインダクタ９による振動と略同期した振動を生じるように定数設定されている。
【００３７】
つぎに、本実施形態の作用を説明する。交流電源１を図示しないスイッチ等の操作により投入すると、昇圧トランス３、インダクタ６を介した交流電源電圧が導通制御装置１０の抵抗抵抗１１、１２およびコンデンサ１３からなる分圧回路に加わる（ここでは、図１における交流電源１の上方極側が正とする。）。分圧回路のコンデンサ１３が充電され、トリガ素子１４のブレークオーバ電圧を越えるとトリガ素子１４は導通する。これにより、コンデンサ１３の電荷はコンデンサ１３‐トリガ素子１４‐抵抗１５‐インダクタ１６コンデンサ１３の経路で放電し、スイッチング素子８には制御極側が正で一方の主極側が負の導通信号を供給する。
【００３８】
この導通信号を供給されてスイッチング素子８が導通すると、交流電源１から昇圧トランス３を介して、インダクタ６の一部６ａ‐コンデンサ７‐インダクタ９‐スイッチング素子８の経路で電流が流れ込む。この給電に応じてインダクタ６の一部６ａ、コンデンサ７およびインダクタ９は共振する。したがって、それまで流れ込んでいた電流は方向を反転しようとする。
【００３９】
一方、導通制御装置１０のコンデンサ１３およびインダクタ１６も共振し、かつ、前記インダクタ６の一部６ａ、コンデンサ７およびインダクタ９の共振（振動）と略同期する。これにより、インダクタ６の一部６ａ‐コンデンサ７‐インダクタ９‐スイッチング素子８の経路に流れる共振電流が反転するのと略同時にスイッチング素子８に供給される導通信号も反転する。すなわち、今度は制御極側が負で、一方の主極側が正である導通信号となる。この様子を図２に示すが、本実施形態は基本的に図８のモード１、３を交互に繰返すものである。図２において、Ｉはスイッチング素子に流れる主電流、Iｔが制御極に流れる電流（導通信号）である。反転する瞬間は導通信号がなくなり、主電流も保持電流以下になっているが、この減衰振動がたとえば１００ＫＨｚ程度と高周波のため、スイッチング素子８は導通を維持する。
【００４０】
以上のような反転を所定回数繰返してスイッチング素子８の主電極には振動電流が流れ、制御極にも略同期した導通信号が流れる。図２からも明らかなように、主電流の向きと導通信号の向きとが常に同じであるため、主電流の向きと導通信号の向きとが変化することによる、必要な導通信号の大きさが変化（例えば図８のモード２の発生）することがない。このため、スイッチング素子８を導通信号不足により負所望に途中でオフさせることがなく、所定期間オンさせることが容易となる。
【００４１】
交流電源１の次の半サイクルにおいては、図１の下方極が正となる。そして、最初にスイッチング素子８の供給される導通信号の向きが上記と異なるが、同様に作動することが理解される。そして、交流電源電圧の正および負の半サイクルに対応したコンデンサ７の両端電圧は図３に示すように、正負において略同じ電圧レベルとなる。
【００４２】
また、放電灯２に印加される電圧は、図4に示すように、交流電源電圧に減衰振動電圧を重畳したものとなる。
【００４３】
図５は本発明の第２の実施形態を示す回路図である。図１と同じまたは対応する部分には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００４４】
本実施形態は始動装置５１が第１の実施形態のものと異なる。すなわち、始動装置５１は、インダクタ５２、このインダクタ５２の中間および交流電源１の一方の極の間に設けられたコンデンサ５３および抵抗５４の直列回路、インダクタ５２の一部５２ａを介してコンデンサ５３に並列にて接続されたスイッチング素子５５を有して構成されている。
【００４５】
導通制御装置５６は図１のものと類似しているが、スイッチング素子５５への導通信号供給手段として、絶縁トランス５７を用いている点が異なる。もっとも、別の絶縁手段であってもよい。
【００４６】
本実施形態は、スイッチング素子５５が導通制御装置５６によりオンされると、コンデンサ５３の充電電荷がインダクタ５２の一部５２ａおよびスイッチング素子５５を介して放電する。この放電によりインダクタ５５の一部５２ａとコンデンサ５３とは共振し、減衰振動を生じる。
【００４７】
一方、導通制御装置５６においてもコンデンサ１３とインダクタ１６とが共振し、前記インダクタ５５の一部５２ａとコンデンサ５３との減衰振動に同期した導通信号を発生する。そして、この導通信号を絶縁トランス５７を介してスイッチング素子５５に供給している。
【００４８】
したがって、始動装置５１内の振動電圧が反転しても、スイッチング素子５５には導通信号が供給される。このため、以後は第１の実施形態と同様に所定サイクル減衰振動を繰返すことになる。
【００４９】
図６は本発明の第３の実施形態を示す回路図である。図１と同じまたは対応する部分には同じ符号を付し、説明を省略する。本実施形態の始動装置６１は、コンデンサ６２と並列に定電圧素子６３たとえばサイダックおよび抵抗６４の直列回路を接続している。また図１のインダクタ９を省略している。
【００５０】
変実施形態は、定電圧素子６３の作用によりコンデンサ６２の両端電圧を一定化する。このため、図１の作用の他、例えば電源電圧変動に対してもコンデンサ６２の両端電圧を一定化し、安定的な始動電圧を得て、放電灯２始動性を良好にする。
【００５１】
なお、本実施形態は、上記のように作用するため、電源電圧変動等に対する対策として用いるならば、導通制御装置が本発明のものによらない場合でも有効なものである。
【００５２】
図７は、本発明の照明装置に係る実施形態を示す簡略化した斜視図である。図７に示す照明器具本体７１は、天井等に吊下げられる吊下げ形照明器具を構成するものである。照明器具本体７１は、下方に反射笠７２を有し、この反射笠７２内にランプソケット７３を備えている。このランプソケット７３には放電灯７４が装着されている。また、照明器具本体７１の上方には上述した実施形態の放電灯点灯装置（放電灯を除く）７５を収納した放電灯点灯装置収納部７６を有している。放電灯点灯装置収納部７６および反射笠７２の間に介在している複数個の板材７７は遮熱兼断熱空気層を形成するためのものである。また、７８は照明装置を吊下げるための吊下げ具である。
【００５３】
本実施形態の照明装置は、放電灯７４の始動性が良く、したがって、この点において利便性を向上したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す回路図
【図２】スイッチング素子の主電流および導通信号を簡単化して示す波形図
【図３】コンデンサの両端電圧を簡単化して示す波形図
【図４】交流電源電圧に振動電圧が重畳された状態を簡単化して示す波形図
【図５】本発明の第２の実施形態を示す回路図。
【図６】本発明の第３の実施形態を示す回路図。
【図７】本発明の照明装置に係る実施形態を簡略化しかつ一部断面して示す平面図
【図８】トライアックの動作モードを説明する図。
【符号の説明】
【００５５】
１…交流電源、５、５１、６１…始動装置、６、５２…インダクタ、７…コンデンサ、８…スイッチング素子、１０、５６…導通制御装置。
【図１】
2005347037.tif 000003
【図２】
2005347037.tif 000004
【図３】
2005347037.tif 000005
【図６】
2005347037.tif 000006
【図７】
2005347037.tif 000007
【図８】
2005347037.tif 000008
【図４】
2005347037.tif 000009
【図５】
2005347037.tif 000010