(57)【要約】【課題】本発明が解決する課題は、高周波動作にも適応した放電管の点灯装置において、ランプ点灯直後や低温時の光束を向上する照明用点灯装置を提供することである。【解決手段】上記課題の解決は、放電管を含む共振負荷回路と商用交流電圧から直流電圧を生成する電源回路と、生成された直流電圧を交流電圧に変換して共振負荷回路に供給するインバータを備えた照明用点灯装置において、放電管の点灯直後から放電管の動作パラメータに応答して、共振負荷回路に供給する電力を制御する制御回路を備えることにより達成できる。【選択図】図１
2005302739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電管を含む共振負荷回路と、商用交流電圧から直流電圧を生成する電源回路と、該電源回路に供給される商用交流電圧を位相制御により電圧の調整を行う調光用電圧調整器と、直流電圧を交流電圧に変換して前記共振負荷回路に供給するインバータを備えた照明用点灯装置において、
予熱後に前記放電管が点灯を始める初期点灯以降は、放電管の動作状況に応じて前記共振負荷回路に供給する電力を調整する制御回路を有し、
前記調光用電圧調整器の位相制御により前記電源回路が前記インバータに出力する直流電圧を制御することを特徴とする照明用点灯装置。
【請求項２】
請求項１記載の照明用点灯装置において、
前記電源回路は昇圧機能を有することを特徴とする照明用点灯装置。
【請求項３】
請求項２記載の照明用点灯装置において、
前記インバータは前記共振負荷回路に流れる電流に同期した電圧により駆動することを特徴とする照明用点灯装置。
【請求項４】
請求項３記載の照明用点灯装置において、
前記電源回路は前記共振負荷回路に流れる電流に同期した電圧により駆動することを特徴とする照明用点灯装置。
【請求項５】
請求項４記載の照明用点灯装置において、
前記電源回路はダイオードから成る整流回路と平滑用のキャパシタを備え、前記整流回路と商用交流電圧との間にフィルタ回路を備え、前記整流回路から出力される脈流電圧の正負極間に直列接続された昇圧のインダクタとスイッチ素子を備え、前記インダクタとスイッチ素子の接続点と平滑用のキャパシタとの間にダイオードを接続し、前記共振負荷回路は電流に同期した電圧を発生するようにキャパシタを備え、前記スイッチ素子は前記キャパシタの電圧により駆動することを特徴とする照明用点灯装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれに記載された照明用点灯装置において、
放電管は少なくとも一方にフィラメントを備え、前記フィラメントの予熱期間は時定数回路により設定され、前記制御回路は前記電源回路の出力電圧を、前記フィラメントの予熱期間の方が前記放電管点灯時より低くするように制御することを特徴とする照明用点灯装置。
【請求項７】
放電管を含む共振負荷回路と、商用交流電圧から直流電圧を生成する電源回路と、該電源回路に供給される商用交流電圧の位相制御を行う調光用電圧調整器と、直流電圧を交流電圧に変換して前記共振負荷回路に供給するインバータを備えた照明用点灯装置において、
予熱後に前記放電管が点灯を始める初期点灯以移降は、放電管の動作状況に応じて前記共振負荷回路に供給する電力を調整する制御回路を有し、
前記電源回路は少なくとも２つのダイオードを備えた整流回路と平滑用のキャパシタを備え、前記整流回路と商用交流電圧との間にフィルタ回路を備え、前記共振負荷回路は共振用のインダクタに直列に第１及び第２のキャパシタを備え、前記第１のキャパシタが前記整流回路のいずれか１つのダイオードと並列に接続されていることを特徴とする照明用点灯装置。
【請求項８】
請求項７記載の照明用点灯装置において、
前記調光用電圧調整器による商用交流電圧の位相制御で、前記インバータの駆動周波数を制御することを特徴とする照明用点灯装置。
【請求項９】
請求項８記載の照明用点灯装置において、
前記インバータは前記共振負荷回路に流れる電流に同期した電圧により駆動することを特徴とする照明用点灯装置。
【請求項１０】
請求項９記載の照明用点灯装置において、
前記インバータは前記電源回路から出力される直流電圧の正負極間に直列接続された第１、第２のスイッチ素子を備え、前記スイッチ素子はＮチャンネルのパワー半導体素子とＰチャンネルのパワー半導体素子であって、第１、第２のパワー半導体素子の制御端子と基準端子はそれぞれ互いに共通点で接続され、第１、第２のパワー半導体素子の基準端子が共通に接続された接続点と前記直流電圧の少なくとも一方の極間に、前記放電管を接続した共振負荷回路と、前記共振負荷回路に流れる電流に同期した電圧を発生するように第１のキャパシタを直列に接続し、前記第１のキャパシタと前記第１、第２のパワー半導体素子の制御端子との間に第１のインダクタを備えることを特徴とする照明用点灯装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の照明用点灯装置において、
前記第１のインダクタはトランス結合した第２のインダクタを備え、前記第２のインダクタに双方向に流れる電流を制御する分流調整回路を備えることを特徴とする照明用点灯装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の照明用点灯装置において、
前記分流調整回路に流れる電流は、前記商用交流電圧の導通位相角に応答した電圧を出力する電圧調整回路によって制御されることを特徴とする照明用点灯装置。
【請求項１３】
請求項７から１２のいずれに記載された照明用点灯装置において、
放電管は少なくとも一方にフィラメントを備え、前記フィラメントの予熱期間は時定数回路により設定され、前記制御回路は前記インバータの駆動周波数を、前記フィラメントの予熱期間の方が前記放電管点灯時より高くするように制御することを特徴とする照明用点灯装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれに記載された照明用点灯装置において、
前記電源回路と商用交流電圧との間にフィルタ回路を備え、前記フィルタ回路は第１のインダクタを備え、前記第１のインダクタはトランス結合した第２のインダクタと、前記第２のインダクタの交流電圧を整流する整流器と前記整流器の出力を平滑する平滑回路を備え、前記商用交流電圧の導通位相角に応じて直流電圧を得ることを特徴とする照明用点灯装置。
【請求項１５】
請求項１から１３のいずれに記載された照明用点灯装置において、
前記電源回路と商用交流電圧との間にフィルタ回路を備え、前記フィルタ回路と前記商用交流電圧との間に第１のインダクタを備え、前記第１のインダクタはトランス結合した第２のインダクタと、前記第２のインダクタの交流電圧を整流する整流器と前記整流器の出力を平滑する平滑回路を備え、前記商用交流電圧の導通位相角に応じて直流電圧を得ることを特徴とする照明用点灯装置。
【請求項１６】
請求項７記載の照明用点灯装置において、
前記共振負荷回路は、前記第１のキャパシタに並列に第３のキャパシタを接続する容量調整手段を備えていることを特徴とする照明用点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインバータ方式の照明用点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、商用交流電圧から得られる直流電圧を高周波交流電圧に変換して放電管に印加するインバータ方式の照明装置が広く用いられるようになってきている。この方式の照明装置では、放電管は、フィラメントを備えた通常の蛍光ランプであってもよく、またフィラメントを備えず、励起コイルから放出する磁力線でプラズマを発生させる無電極蛍光ランプであってもよい。蛍光ランプは周知のとおり、放電管内部の水銀蒸気を励起し紫外線を放出し管内面の蛍光体で可視光に変換する。通常のアマルガム入りの蛍光ランプでは、点灯中の水銀蒸気圧を最適に設定する主アマルガムと、点灯直後の水銀放出を早める補助アマルガムを備えている。従来のグロー管内蔵の銅鉄安定器を用いた点灯では、グロー管が動作している間フィラメントが予熱され、電極部に設けた補助アマルガムが加熱されることにより、管内部の水銀蒸気圧が上昇し、光束立上りを改善していた。しかしながら、インバータ方式では、瞬時に点灯することが要求される為、フィラメント予熱の時間が十分に確保されず、点灯直後や低温時では水銀蒸気圧が低く、光束立上りが遅いという問題がある。
【０００３】
蛍光ランプの光束立上りを改善した従来例として、特開平１１−３７６４１号公報（特許文献１）に開示されるような点灯装置がある。この点灯装置は、冷蔵室に設けた蛍光ランプをドアの開閉に応じて点灯装置の制御回路で点灯と消灯を行う。制御回路はタイマと接続されており、ドアの開閉に非連動で作動するタイマにより所定の時刻又は所定の時間に蛍光ランプを点消灯する。これにより、蛍光ランプの温度が長時間低温になることを低減している。又、点灯開始より所定時間蛍光ランプに過電力を供給し、管内部の水銀蒸発を促進し光束立上りを改善している。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３７６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の従来例では、冷蔵室のドアの開閉と非連動でランプを点灯および消灯する場合には、点灯装置に設けたタイマを用いて所定の時間を設定している。又、点灯直後より所定の時間ランプに過電力を供給する場合においても、タイマで時間を設定し点灯制御を行っている。このように、点灯装置にタイマを設けて点灯制御を行うと、部品点数の増加により回路規模が大きくなりコスト高になる。
【０００６】
本発明の課題は、高周波動作にも適応した放電管の点灯装置において、ランプ点灯直後や低温時の光束を向上する照明用点灯装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題の解決は、電源回路で生成された直流電圧を交流電圧に変換して前記共振負荷回路に供給するインバータを備えた照明用点灯装置にあって、予熱後に放電管が点灯を始める初期点灯以降は、放電管の動作状況に応じて前記共振負荷回路に供給する電力を調整する制御回路を備えることにより達成できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、放電管の動作状況に応じて前記共振負荷回路に供給する電力を調整するようにしたので、初期点灯間の制御にタイマ等が不要で構成が簡単で安価なる物を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明の実施形態を示すブロック図である。図１において、点灯回路は、放電管を含む共振負荷回路１２と商用交流電圧１から直流電圧を生成する電源回路１０と、生成された直流電圧を交流電圧に変換して共振負荷回路１２に供給するインバータ１１から構成されている。この点灯回路は図２に示すような回路で構成されており、先に図２について説明する。
【００１０】
図２において、商用交流電圧１をキャパシタ２と３及びインダクタ４で構成されたフィルタを介して整流回路５に印加する。交流電圧はダイオードブリッジで構成された整流回路５によって全波整流され、インダクタ６、パワー半導体スイッチング素子５０、ダイオード７、キャパシタ８で構成される昇圧形の電源回路に印加する。ここで電源回路のスイッチ５０がオンすると接続点ｈの電位は接続点ｏと同電位となり接続点ａとｏ点の電位差によってインダクタ６にエネルギーを蓄積する。スイッチ５０のオフ時にダイオード７を介して平滑用のキャパシタ８を充電し直流電圧を得る。この電圧をインバータにより高周波電力に変換し蛍光ランプ４０に供給して高周波点灯させる構成になっている。
【００１１】
インバータは２つのパワー半導体スイッチング素子２０、２１をハーフブリッジ接続した構成になっている。スイッチ２０はＮチャネル形パワーＭＯＳＦＥＴであり、スイッチ２１はＰチャネル形パワーＭＯＳＦＥＴであり互いに相補形である。スイッチ２０のソース端子とドレイン端子間には還流ダイオード（以後、２２と呼ぶ）を内蔵している。同様にスイッチ２１のドレイン端子とソース端子間には還流ダイオード（以後、２３と呼ぶ）を内蔵している。スイッチ２０、２１の各ソース端子は共通の接続点ｓで接続され、各ゲート端子は接続点ｇで接続されている。スイッチ２０、２１のドレイン、ソース間に流れる電流は、接続点ｇと接続点ｓ間の同一電圧によって制御される。接続点ｓとキャパシタ８の負電極ｏ点との間にはキャパシタ２７及び共振用インダクタ４１、直流成分除去用キャパシタ４２、蛍光ランプ４０、キャパシタ５２を含む共振負荷回路が接続されており、蛍光ランプ４０には電極を介して並列に共振用キャパシタ４３を備える。スイッチ２０、２１が交互にスイッチング動作を行うことによって共振負荷回路に双方向の電流を流し、蛍光ランプを点灯させる。スイッチ２０のドレインとソース間に接続されたキャパシタ３２は、両スイッチのドレイン、ソース間の電圧変化を調整する。キャパシタ３２はスイッチ２１のドレインとソース間に接続しても同様の役割を果たす。
【００１２】
図２において、前述したようにキャパシタ４３は蛍光ランプ４０の電極を介して接続されており、蛍光ランプが点灯する直前に充分に電極を予熱することができる。図３に示すように、蛍光ランプに並列にキャパシタ４４を接続した構成でも良く、点灯中に電極に流れる電流を分流し、電極部での損失を抑えることができる。又、図４に示すように、キャパシタ４３に並列に正特性サーミスタを接続することにより、予熱電流を制御することができる。正特性サーミスタはキュリー温度以下で抵抗値が小さく、キュリー温度を超えると抵抗値が上昇する特性を持っており、抵抗変化によって予熱電流を制御することが可能である。点灯中に電極に流れる電流を限りなく小さくし、電極部での損失を抑えるには、図５に示すように、蛍光ランプ４０の電極を介してキャパシタ４６と正特性サーミスタを直列に接続する。
【００１３】
スイッチ２０及び２１の導通状態を制御するゲート駆動回路には、共振負荷回路上に接続されたキャパシタ２７が含まれている。キャパシタ２７は、ゲート駆動回路を動作させるために、共振負荷回路に流れる電流から駆動電圧を得る。キャパシタ２７の一端をｆ点とし、接続点ｇとｆの間には、インダクタ２８、キャパシタ２９が接続されている。インダクタ２８は共振負荷回路に流れる電流に対するゲートとソース間の電圧に位相差を与え動作周波数の設定に寄与する。キャパシタ２９はゲートとソース間に印加される交流電圧に重畳する直流成分を除去する役割を果たす。ゲートとソース間には、直列に接合されたツェナーダイオード２４、２５を並列に設けている。これらはスイッチ２０、２１のゲート、ソース間に過電圧が印加された場合、素子の破壊を防ぐ働きをする。ＭＯＳＦＥＴには既にゲート過電圧保護用のツェナーダイオードが内蔵されているものもあり、このようなスイッチング素子を選んだ場合は、前述のツェナーダイオードを外した構成でもよい。更に、ゲートとソース間には、キャパシタ２６を備えて、ゲート、ソース間の電圧変化を調整する。即ち、スイッチ２０、２１が交互にスイッチング動作を行う中で、一方のスイッチがオフし、もう一方のスイッチがオンするまでのデッドタイムを補償する役割を果たす。
【００１４】
次にインバータの始動動作について説明する。交流電圧１が印加され、キャパシタ８の電圧、即ち接続点ｏに対するｄ点の直流電圧が増加すると、抵抗３０、インダクタ２８、キャパシタ２９、２７、抵抗３１の経路で電流が流れ、接続点ｓに対するｇ点の電圧即ちゲートとソース間の電圧が次第に増加する。ゲートとソース間の電圧がスイッチ２０のゲート閾値電圧を上回りスイッチ２０がオンすると、接続点ｄからスイッチ２０、キャパシタ２７の経路で接続点ｆに向かって電流が流れ、接続点ｆの電圧は減少する。これによってゲートとソース間の電圧は、スイッチ２０の閾値電圧を直ぐに下回るためスイッチはオフする。ここで、接続点ｆと接続点ｓ間に接続されているキャパシタ２７及びキャパシタ２６、インダクタ２８はＬＣ共振回路を構成している為、キャパシタ２７の僅かな電圧変化によって、駆動回路に流れる電流は増加し、ゲートとソース間の電圧振幅は増加する。このような発振現象によって、スイッチ２０及び２１が交互にスイッチング動作を開始する。
【００１５】
スイッチ５０の導通状態は、共振負荷回路上に接続されたキャパシタ５２の電圧によって制御される。キャパシタ５２には共振負荷回路に流れる電流に同期した交流電圧を発生し、この電圧をスイッチ５０の制御端子に印加しオンオフする。キャパシタ５２に並列に接続した抵抗５３はキャパシタ５２に直流電圧が重畳することを防ぐ働きをする。
【００１６】
次に本発明の実施形態の作用について述べる。前述したように蛍光ランプは点灯直後や低温時では水銀蒸気圧が低く、光束立上りが遅い。この時、ランプの等価抵抗は高く、ランプ両端の電圧は高くなる。図１の本実施例では、ランプ等の動作状況の係るランプ電圧（電流等を含めて動作パラメータと言う。）を検出し電圧が高い場合には昇圧形の電源回路によってインバータの電源電圧を上昇しランプに供給する電力を増やすことで光束を向上することができる。図６にランプの予熱始動から点灯後の動作の流れを示したタイミングチャートを示す。図６はスイッチ５０の導通状態と図２の接続点ｂの検出電圧Ｖｂ、及び接続点ｄの電圧Ｖｄを示している。ここで接続点ｂの電圧は正負に高周波で変化するため、図６では正の電圧の包絡線を示している。図１の予熱制御回路１００、ランプ電圧検出回路１５０及び昇圧スイッチ制御回路２００は図２に示した昇圧用スイッチ５０を制御し、予熱から点灯まで電源回路の出力電圧を制御する。図７は昇圧用スイッチ５０の制御回路を示している。
【００１７】
図６において時間ｔ０で交流電圧１が印加されると、図１の予熱制御回路１００によってｔ０からｔ１の期間（点灯予備段階の予熱過程）ではスイッチ５０は導通不可となり、昇圧動作を停止する。これは、この期間ランプの電極を予熱しており、電極が充分に予熱される前にインバータの電源電圧が昇圧されランプに高電圧が印加されることを防いでいる。ここで、予熱制御回路１００は例えば図７に示すように１０１から１０７で構成することができる。図７において交流電圧１が印加されると、接続点ｄの電圧は上昇する。抵抗１０１及び１０２はｄ点の電圧を分圧し、抵抗１０２の電圧によって抵抗１０３とキャパシタ１０４の時定数でスイッチ１０５の制御電圧は上昇する。スイッチ１０５の閾値を超えるまでの期間、１０５はオフしており、スイッチ１０７は接続点ｄから抵抗１０６を介して制御端子に電流が流れるためオン状態となる。スイッチ１０７は昇圧スイッチ制御回路２００の抵抗２０４を介して図２の接続点ｃと接続されてさなるいる。ｃ点は昇圧スイッチ５０の制御端子であり、スイッチ１０７のオンによって制御端子と基準端子がショートする為、スイッチ５０は導通不可となる。スイッチ１０５の制御電圧が閾値を超えて１０５がオンするとスイッチ１０７はオフし、昇圧スイッチ５０は導通可能となる。
【００１８】
図６において時間ｔ１でランプが点灯し、ランプ電圧検出回路１５０の検出電圧ＶｂがＶｂ１を下回るまで、スイッチ５０は導通状態となり、昇圧動作を行う。時間ｔ１からｔ２までは、蛍光ランプ等の放電管が点灯を始める点灯初期の点灯初期過程である。この点灯初期過程は予熱過程と、安定した定常の点灯が行われる定常点灯過程との間に介在し、定常点灯よりも明るさが暗いものである。
【００１９】
ここで、ランプ電圧検出回路１５０は図７に示すように１５１から１６１で構成することができる。図７において接続点ｂのランプ電圧は抵抗１５１と１５２で分圧され、抵抗１５２の電圧はダイオード１５３で整流された後、抵抗１５４及びキャパシタ１５５で直流電圧に変換される。スイッチ１５８の制御端子には抵抗１５６及び１５７で決まる制御電流が流れ、オン又はオフに切り替わる。ここで、スイッチ１５８がオンの時、即ち検出電圧ＶｂがＶｂ１より高い場合には、昇圧スイッチ制御回路２００のスイッチ２０３はオフとなり、昇圧スイッチ５０の制御端子には、キャパシタ５２の交流電圧が印加され、オンオフを繰り返すことができる。この間、インバータの電源電圧Ｖｄは昇圧され、ランプには大きな電力が供給される。ランプ電圧が徐々に低下し光束が向上すると、ＶｂがＶｂ１を下回りランプ電圧検出回路１５０のスイッチ１５８はオフする。昇圧スイッチ制御回路２００のスイッチ２０３には接続点ｄから抵抗２０１、２０２を介して制御電流が流れ、スイッチ２０３がオンする。スイッチ５０の制御端子と基準端子はスイッチ２０３がオンすることによってショート状態となり、スイッチ５０は導通不可となる。ここで、ランプ電圧検出回路１５０のスイッチ１５８がオフすると、スイッチ１６１の制御端子には、接続点ｄから抵抗２０１、１５９を介して制御電流が流れ、スイッチ１６１はオン状態となる。これにより、分圧用の抵抗１５２は抵抗１６０と並列に接続される為、ｂ点の電圧を分圧して得られる抵抗１５２の電圧は更に下がり、スイッチ１５８が直ぐにオンすることが避けられる。これは、スイッチ５０が導通不可状態になり、昇圧機能が無くなると図６の時間ｔ２でインバータ電圧Ｖｄが低下し、再びランプ電圧が上昇し昇圧動作に移行することを防いでいる。ランプの光束が安定している期間ｔ２からｔ３の期間（安定した定常の点灯が行われる定常点灯過程）、インバータ電圧Ｖｄは低めに設定されており、インバータ用のスイッチ２０、２１に印加される電圧が低い為、素子への負担が軽減される。図６において時間ｔ３でランプの使用環境が変化し低温状態になると光束は低下し、ランプ電圧が上昇しＶｂは高くなる。時間ｔ４で電圧ＶｂがＶｂ２を超えると、ランプ電圧検出回路１５０の抵抗１５２と１６０の電圧が上昇し、スイッチ１５８はオンする。これにより、昇圧スイッチ制御回路２００のスイッチ２０３はオフ状態になり、昇圧用スイッチ５０は昇圧動作を行い、インバータの電源電圧Ｖｄの上昇と共にランプには大きな電力が供給される。ここで、スイッチ１５８のオンにより、スイッチ１６１はオフする為、抵抗１５２と並列に接続されていた抵抗１６０は切り離される。従って、抵抗１５２の電圧は更に上昇し、スイッチ１５８が直ぐにオフすることが避けられる。これは、スイッチ５０が導通状態になり、昇圧機能が働くとインバータ電圧Ｖｄが上昇し、再びランプ電圧が低下して昇圧動作を停止することを防いでいる。上述では昇圧スイッチ５０の制御にランプ電圧を検出して行ったが、フィラメントの電圧又は電流（蛍光灯ランプ等の放電管の動作状況に係る動作パラメータ）でランプの状態を検出し、昇圧スイッチ５０を制御する方法でも構わない。この場合は、図２の接続点ｒの電圧を検出することによって、フィラメント電圧を検出することができる。又、フィラメント電流は、図２のキャパシタ４３と直列にカレントトランスを設けることによって容易に検出できる。前述したように、点灯直後や低温時はランプ電流が小さくなる為、フィラメントに流れる電流は増えフィラメントの電圧は増加する。従って、ランプ電圧と同様の変化を示す為、前述のような制御を行うことによって、点灯直後や低温時の光束低下を抑制することができる。
【００２０】
図２の実施例において、スイッチ５０が導通状態にある場合、電源回路はインバータの高周波動作に応じて交流電圧１から電流を吸込む為、交流電圧１の全周期において電流が流れる。従って、フィルタを通過した後の入力電流は交流電圧とほぼ同相となり力率が向上する。前述では点灯直後や低温時のみ昇圧動作を行いランプへの供給電力を調整したが、光束が安定している期間も昇圧比を下げて昇圧動作を行う事によって、常に交流電圧の全周期で入力電流が流れる。このように、入力電流に休止期間が無く連続して流す事ができると、白熱電球用の調光器に接続することも可能となる。一般に調光器は電球のような抵抗を負荷としており、図８に示すように商用電源電圧の導通位相角を制御し電力をコントロールする。図９は調光器にコンデンサ平滑回路のような容量性負荷が接続された場合の調光器の出力電圧、入力電流及び平滑後の直流電圧波形を示しており、入力電流は休止期間が生じ調光器の出力は位相角制御されていない。一方、図１０は交流電圧の全周期に渡って入力電流が流れており、調光器の出力電圧は位相角制御された波形になっている。このように、入力電流は調光器の出力に応じて変化する為、直流電圧と導通位相角の関係は図１１のようにほぼ比例関係になる。従って、直流電圧の変化を利用することにより、導通位相角に応じてランプの明るさを変えることが可能になる。ここで、スイッチ５０のオンデューティーはキャパシタ５２の電圧振幅によって決まるが、図１２に示すように昇圧用スイッチ５０に制御回路４５０を接続し、導通位相角検出回路４６０からの指令値によって、オンデューティーを変えても良い。このような構成にすることにより、導通位相角に対する直流電圧の変化を任意に調整することが可能となり、より精度良く直流電圧を変えることが可能となる。この場合、昇圧スイッチ制御回路４５０は例えば図１３に示すように抵抗４５２とキャパシタ４５１から構成されるＲＣ回路で実現することができる。導通位相角検出回路４６０は、例えば図２の接続点ａの電圧を検出すれば容易に導通位相角を検出することができ、図１３の抵抗４５２の値を検出値に応じて可変することによりスイッチ５０のオンデューティーを変える事ができる。導通位相角検出回路の別の構成については、後述する。前述のように、スイッチ５０の駆動回路は共振負荷回路の電流を帰還して駆動電圧を発生する自励方式であるが、他励方式の駆動回路を用いて導通位相角やユーザーからの入力信号に応じてオンデューティーを制御しても良い。
【００２１】
前述は昇圧機能を利用して、ランプへの供給電力を調整したが、本実施例のようにインバータが電流共振型の場合、駆動周波数である動作周波数ｆｓは共振周波数ｆｒより高く設定し誘導性の負荷となり、動作周波数ｆｓを低くし共振周波数ｆｒに近づけることでランプへの供給電力を増やすことができる。次に動作周波数を可変しランプ電力を調整する方法について説明する。
【００２２】
図１４は本発明の実施形態を示す回路図である。図１４において、図２と同じ構成要素には同じ番号を付し、その説明を省略する。本実施例では、インバータの共振負荷回路に設けたキャパシタ７０の電圧を利用し、入力電流を交流電圧１の全周期に渡って流すことができ、白熱電球用の調光器を使用してランプ電力を調整することが可能である。先に図１４の回路動作を説明し、動作周波数の可変方法については後述する。図１４において、接続点ｓとキャパシタ８の負電極ｏ点との間にはキャパシタ２７及び共振用インダクタ４１、直流成分除去用キャパシタ４２、蛍光ランプ４０、キャパシタ７０を含む共振負荷回路が接続されており、蛍光ランプ４０には並列にキャパシタ４４と電極を介してキャパシタ４３を備える。キャパシタ７０は整流回路５のダイオード５ｄと並列に接続されている。次に図１４の回路の動作を図１５、図１６を用いて説明する。ここでは、交流電圧１から電流が流れ込む動作について説明する。図１５において、スイッチ２０がオンするとキャパシタ８からスイッチ２０、キャパシタ２７、インダクタ４１、キャパシタ４２、ランプ４０、キャパシタ７０の経路で電流Ｉａが流れる。電流Ｉａはキャパシタ７０を充電し、ダイオード５ｄのカソード端子とキャパシタ７０との接続点ｎの電圧Ｖｎは上昇する。ここで、整流ダイオード５ａのアノード端子をｐ点としｏ点を基準にｐ点の電圧をＶｐとすると、ＶｐはＶｎに交流電圧１の電圧が加わった電圧となり、Ｖｎの電圧上昇によって電圧Ｖｐが接続点ｄの電圧Ｖｄより高くなると整流回路５のダイオード５ａが導通状態なる。ダイオード５ａがオンすると交流電圧１からインダクタ４、ダイオード５ａ、スイッチ２０、キャパシタ２７、インダクタ４１、キャパシタ４２、ランプ４０の経路で電流Ｉｂが流れ、ランプ４０を含む共振負荷回路にはキャパシタ８から流れる電流Ｉａと電流Ｉｂの二つの電流が重畳して流れる。スイッチ２０がオフすると電流Ｉａは図１６に示すようにインダクタ４１、キャパシタ４２、ランプ４０、キャパシタ７０、ダイオード２３の経路で貫流する。一方、電流Ｉｂはインダクタ４、ダイオード５ａ、キャパシタ８、ダイオード２３、キャパシタ２７、インダクタ４１、キャパシタ４２、ランプ４０の経路でキャパシタ８を充電する。この期間、スイッチ２１はオンするがインダクタ４１の蓄積エネルギーが無くなるまで、電流Ｉａは流れ続ける。次からの動作モードに関しては図示しないが、キャパシタ７０の電圧によって電流Ｉａの極性が反転すると、電流Ｉａはキャパシタ７０、ランプ４０、キャパシタ４２、インダクタ４１、キャパシタ２７、スイッチ２１の経路で流れる。接続点ｎの電圧Ｖｎ即ちキャパシタ７０の電圧が次第に減少し、整流回路５のダイオード５ｄが導通状態になると、電流はインダクタ４１、キャパシタ２７、スイッチ２１、ダイオード５ｄ、ランプ４０、キャパシタ４２の経路で流れる。スイッチ２１がオフすると、インダクタ４１の蓄積エネルギーによって、電流はインダクタ４１、キャパシタ２７、ダイオード２２、キャパシタ８、ダイオード５ｄ、ランプ４０、キャパシタ４２の経路で貫流する。この期間、スイッチ２０はオンするが、インダクタ４１の蓄積エネルギーが無くなるまで、電流は流れ続ける。以上のようにキャパシタ７０の電圧変化を利用し、整流ダイードを高周波でオンオフすることによって、部品の追加を最小限にして交流電圧１の全周期に渡って入力電流を流すことができる。図１４において、キャパシタ７０は整流回路５のダイオード５ｄと並列に接続したが、ダイオード５ｂと並列に接続した構成でも前述と同様に交流電圧１の全周期に渡って入力電流を流すことができる。また、図１７に示すように接続点ｓとキャパシタ８の正電極ｄ点との間にキャパシタ７１を含む共振負荷回路を接続した構成でも良く、この場合にはキャパシタ７１が整流回路５のダイオード５ｃと並列に接続され、キャパシタ７１の電圧変化を利用して、交流電圧１から電流を吸込む。更に、図１８に示すようにキャパシタ７０と７１をそれぞれ整流回路５のダイオード５ｃと５ｄに並列に接続した構成でも良く、前述と同様に交流電圧１の全周期で入力電流が流れる。ここで整流回路のダイオードにはインバータと同じ周波数の高周波電流が流れる為、高速ダイオードを用いる事が望ましい。
【００２３】
次に図１４に示した回路図において、点灯直後や低温時にランプの状態を検出しインバータの動作周波数を共振周波数に近づけてランプへの供給電力を増やす制御方法について説明する。前述したようにインバータの動作周波数はゲート駆動回路に含まれるインダクタ２８が大きく寄与しており、インダクタンスが小さいと動作周波数は高く、インダクタンスが大きいと周波数は低くなる。従って、インダクタ２８のインダクタンスを任意に変えることができれば、動作周波数を調整することができる。インダクタ２８を変える手段として、図１９に示すようにインダクタ２８とトランス結合するインダクタ２８ａを設け、インダクタ２８ａに流れる電流を制御する分流調整回路６００を用いることによって実現できる。図１９においてインダクタ２８ａの電流は、ダイオード６０７、６１０又は６０８、６０９を介しトランジスタ６０１を流れる。ここで、ダイオード６０７及び６０９とトランジスタ６０１の接続点をｋとする。トランジスタ６０１を流れる電流Ｉｃはベース電流を変えることによって制御することができ、ｊ点の電圧Ｖｊを可変電圧とし抵抗６０２及びトランジスタ６０３を介して流れる電流によって調整できる。トランジスタ６０３は抵抗６０５、６０６及び電圧Ｖｊによってバイアス電圧が設定され、トランジスタ６０３に流れる電流が設定される。ここで、接続点ｋとｏ点間の抵抗即ちトランジスタ６０１の動作抵抗をＲｋｏとすると、抵抗Ｒｋｏと動作周波数ｆｓには図２０に示すような関係があり、Ｒｋｏが小さいとｆｓは高く、Ｒｋｏが大きいとｆｓは低くなる。これはインバータの駆動回路を１次側とし分流調整回路６００を２次側とすると、例えば、抵抗Ｒｋｏの減少により電流Ｉｃが増加すると、１次側から見たインダクタンスが低下し動作周波数が高くなるからである。前述したように、抵抗Ｒｋｏは電圧Ｖｊにより調整することができ、ランプの状態に応じ電圧Ｖｊを変えれば動作周波数ｆｓを可変することが可能である。次に図２１及び図２２を用いて電圧Ｖｊを変える手段について説明する。図２１及び図２２は分流調整回路６００を制御する為にブロック図と回路図を示しており、予熱制御回路１００、ランプ電圧検出回路５００、電圧調整回路５５０から構成されている。予熱回路１００は、既に図１及び図７で説明しており、ここでの説明は省略する。ランプ電圧検出回路５００は、図２２に示すように５０１から５０５で構成することができる。電圧検出回路５００は図１４の接続点ｂの電圧を抵抗５０１と５０２で分圧し、ダイオード５０３で整流した後、抵抗５０４及びキャパシタ５０５で直流電圧に変換する。ダイオード５０３は抵抗５０１と５０２の接続点側をカソードとして接続しており、分圧電圧が負の時にキャパシタ５０５を充電する。従って、ダイオード５０３のアノード端子とキャパシタ５０５の接続点をｉとすると、ｉ点の電圧Ｖｉは負電圧となる。電圧調整回路５５０は電界効果トランジスタを可変抵抗器として利用し、分流調整回路６００に可変電圧を出力する。電圧調整回路５５０は図２２に示すように５５１から５５６で構成されており、抵抗５５３を介して電界効果トランジスタ５５５のゲート電圧を変えることによって、接続点ｊの出力電圧を調整することができる。出力電圧はツェナーダイオード５５２のツェナー電圧を抵抗５５６とトランジスタ５５５の動作抵抗で分圧した値となる。ツェナーダイオード５５２には抵抗５５１を介して図１４の接続点ｄから電流が供給される。図２３に接続点ｉの電圧Ｖｉに対する接続点ｊの電圧Ｖｊの関係を示す。図２３においてトンジスタ５５５が接合型でｎチャネル形の電界効果トランジスタの場合、ゲート電圧Ｖｉが低いと動作抵抗は増加する為、出力電圧Ｖｊは増加する。図２４にランプの予熱始動から点灯後の動作の流れを示したタイミングチャートを示す。図２４において時間ｔ０で交流電圧１が印加されると、図２２の予熱制御回路１００によってｔ０からｔ１の期間スイッチ１０７は導通状態となり、接続点ｉは接続点ｏと同電位で０Ｖになる為、電圧調整回路５５０の出力電圧Ｖｊは低めに設定される。従って、分流調整回路６００の抵抗Ｒｋｏは小さく動作周波数ｆｓは共振周波数ｆｒより十分高い周波数でインバータを駆動する。予熱期間中は動作周波数が高い為、電極が予熱される前にランプに高電圧が印加されることを防ぐことができる。時間ｔ１でスイッチ１０７がオフすると、電圧Ｖｉはランプ電圧検出回路５００の検出値によって設定され、ランプ電圧の上昇と共にＶｉは減少し抵抗Ｒｋｏが増加し動作周波数ｆｓは共振周波数ｆｒに近づき、時間ｔ２でランプに高電圧が印加され点灯する。ランプの光束が安定するまでの期間、ランプ電圧は高く動作周波数ｆｓは共振周波数ｆｒに近い周波数となり、ランプへの供給電力を増やす。その後、ランプの光束が安定しランプ電圧の低下と共に動作周波数は高くなる。時間ｔ３でランプの使用環境が変化し低温状態になるとランプ電圧は高くなる為、再び動作周波数ｆｓは共振周波数ｆｒに近づき、光束の低下を抑制することができる。前述ではランプ電圧を検出しインバータの動作周波数を制御したが、フィラメントの電圧でランプの状態を検出し、動作周波数を制御する方法でも構わない。
【００２４】
本実施例において、調光器を用いてランプ電力を調整した場合、導通位相角と接続点ｄの直流電圧の関係は図２５となる。図より直流電圧は導通位相角が９０度付近から小さくなるにつれて低下し、ランプ電力が小さくなるため光束は低下する。一方導通位相角が９０度以上では直流電圧が殆ど変化せず、安定な点灯を継続している場合においては、ランプ電圧も変化しない為、動作周波数は一定でランプの光束も変化しない。このように、直流電圧の変化を利用し明るさを変えた場合、導通位相角に対応して明るさを変えることができない。このような場合には、図２６に示すような構成で導通位相角を検出し動作周波数を制御することが望ましい。図２６において予熱制御回路１００は図７で説明したようにランプ電極の予熱期間を設定する。導通位相角検出回路９００は、図２７に示すように図１４のフィルタ用のインダクタ４にトランス結合したインダクタ４ａを設けて、導通位相角に応じた電圧を電圧調整回路９５０に出力する。位相角検出回路９００はインダクタ４ａと９０１から９０５で構成されおり、図２８に示すように調光器の出力電圧にΔＶａｃの電圧変化が生じた時に、インダクタ４ａからダイオード９０１、インダクタ９０３を介して流れる電流でキャパシタ９０４を充電し直流電圧Ｖｉを得る。インダクタ９０３は過電流防止用であり、抵抗に置きかえることも可能である。導通位相角を検出する別の構成としては、調光器とフィルタの間に更にインダクタを設け、前述のインダクタ４ａをトランス結合した構成でも良い。図２８より導通位相角が小さいと調光器出力電圧の電圧変化ΔＶａｃが大きくなる為、出力電圧Ｖｉは大きくなる。電圧調整回路９５０は前述したように電界効果トランジスタを可変抵抗器として利用し、電圧Ｖｉに応じて分流調整回路９００に可変電圧を出力する。電圧調整回路９５０は図２７に示すように９５１から９５４で構成されており、電界効果トランジスタ９５４のゲート電圧を変えることによって、接続点ｊの出力電圧を調整することができる。出力電圧はツェナーダイオード９５２のツェナー電圧を抵抗９５３とトランジスタ９５４の動作抵抗で分圧した値となる。ツェナーダイオード９５２には抵抗９５１を介して図１４の接続点ｄから電流が供給される。図２９にゲート制御電圧Ｖｉに対する出力電圧Ｖｊの関係を示す。図２９においてトランジスタ９５４がＭＯＳ型でｎチャネル形の電界効果トランジスタの場合、ゲート電圧Ｖｉが高いと動作抵抗は低下する為、出力電圧Ｖｊも減少する。従って、導通位相角が小さい場合、電圧Ｖｉは大きく電圧Ｖｊは減少する為、分流調整回路６００の抵抗Ｒｋｏは小さくなる。その為、動作周波数ｆｓは共振周波数ｆｒより十分高い周波数でインバータを駆動し、ランプ電力を小さくする。
【００２５】
前述では、駆動回路のインダクタンスを変えることによって動作周波数を制御したが、図３０に示すように図１４の接続点ｎとｏ点間に直列接続したキャパシタ７２とスイッチング素子７３を設けて、共振負荷回路の合成容量を制御し、共振周波数を変えることによって動作周波数を制御しても良い。スイッチング素子７３は例えばＭＯＳＦＥＴであり、制御端子ｍ点の電圧をコントロールすることによって、導通状態を制御し、接続点ｎとｏ点間の容量を調整する。
【００２６】
図１４において、インバータ駆動回路は共振負荷回路の電流を帰還し駆動電圧を発生する自励方式であるが、図３１のように他励方式の駆動回路７５０を用いても良い。この場合、駆動回路７５０は図３２に示すように予熱制御回路１００及び導通位相角検出回路９００の出力に応じて動作周波数を制御しランプ電力を調整する。また、ユーザーからの入力信号に応じて、前述のように動作周波数を制御しても良い。
【００２７】
このように本発明の照明用点灯装置は、簡単な構成で点灯開始からランプの状態を検出しランプへの供給電力を制御することができるので、点灯直後や低温時の光束が高く、充分な明るさを得ることができる。また、商用交流電源電圧の全周期に渡って、入力電流を流すことができ、白熱電球用の調光器を用いてランプへの供給電力を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態を示す点灯装置のブロック図である。
【図２】図１の実施形態における点灯回路を示す回路図である。
【図３】本発明の実施形態における別の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の実施形態における別の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の実施形態における別の構成を示す回路図である。
【図６】図１の実施形態における駆動制御のタイミングを示す説明図である。
【図７】図１の実施形態における制御部の構成を示す回路図である。
【図８】商用交流電源の電圧波形と調光器の出力電圧波形を示す図である。
【図９】調光器に容量性負荷が接続された時の出力電圧、入力電流及び平滑後の直流電圧波形を示す図である。
【図１０】調光器に抵抗負荷が接続された時の出力電圧、入力電流及び平滑後の直流電圧波形を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態における交流電源電圧の導通位相角に対する直流電圧の関係を示すグラフである。
【図１２】図１の実施形態における制御部の別の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１の実施形態における制御部の別の構成を示す回路図である。
【図１４】本発明の別の実施形態を示す点灯装置の回路図である。
【図１５】図１４の実施形態における第１の説明図である。
【図１６】図１４の実施形態における第２の説明図である。
【図１７】本発明の別の実施形態を示す点灯装置の回路図。
【図１８】本発明の別の実施形態を示す点灯装置の回路図である。
【図１９】図１４の実施形態における分流調整回路の回路図である。
【図２０】図１９の分流調整回路の動作抵抗と駆動周波数の関係を示すグラフである。
【図２１】図１４の実施形態における制御部の構成を示すブロック図である。
【図２２】図１４の実施形態における制御部の構成を示す回路図である。
【図２３】図２２の制御部における説明図である。
【図２４】図１４の実施形態における駆動制御のタイミングを示す説明図である。
【図２５】本発明の実施形態における交流電源電圧の導通位相角に対する直流電圧の関係を示すグラフである。
【図２６】図１４の実施形態における制御部の別の構成を示すブロック図である。
【図２７】図１４の実施形態における制御部の別の構成を示す回路図である。
【図２８】図２７の制御部における第１の説明図である。
【図２９】図２７の制御部における第２の説明図である。
【図３０】図１４の実施形態における制御部の別の構成を示す回路図である。
【図３１】本発明の別の実施形態を示す点灯装置の回路図である。
【図３２】図３１の実施形態における制御部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…商用交流電圧、２，３，８，２６，２７，２９，４２，４３，４４，４６，５２，７０〜７２，１０４，１５５，５０５，９０４…キャパシタ、４，４ａ，６，２８，２８ａ，４１，９０３…インダクタ、５…整流器、１０…電源回路、１１…インバータ、１２…共振負荷回路、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，７，２２，２３，５１，７４，１５３，５０３，６０７〜６１０，９０１，９０２…ダイオード、２０，２１，３３，５０，７３，１０５，１０７，１５８，２０３，５５５，６０１，６０３，９５４…スイッチング素子、２４，２５，５５２，９５２…ツェナーダイオード、３０，３１，５３，１０１〜１０３，１０６，１５１，１５２，１５４，１５６，１５７，２０１，２０２，２０４，４５１，５０１，５０２，５０４，５５１，５５３，５５４，５５６，６０２，６０４〜６０６，９０５，９５１，９５３…抵抗、４０…ランプ、４５…サーミスタ、１００…予熱制御回路、１５０，５００…ランプ電圧検出回路、２００，４５０…昇圧スイッチ制御回路、４６０，９００…導通位相角検出回路、５５０，９５０…電圧調整回路、６００…分流調整回路、７５０…インバータ駆動回路。
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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