(57)【要約】【課題】  管の長さや波形ファクター、あるいは回路バラツキ等に検出結果が左右されにくく、広範囲の放電灯に応用することが可能な放電灯点灯装置の提供。【解決手段】  管電流４１，４２の一部はダイオード５，６により正極側電流と負極側電流に分離されてパルストランス７の一次側に入力される。その一次側は２線巻きであるため、負極側電流は反転され、二次側に磁束結合された同相電圧の二倍高調波が出力される。その二次側には管電流の基本周波数に同調する同調回路８が接続される。エミレス発生の場合は管電流４１，４２のバランスが崩れ、この管電流の差分が基本波成分としてパルストランス７から出力されるため、これが同調回路８で共振しＱ倍の出力電圧が得られる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波により点灯を行う放電灯点灯装置であって、
放電灯の管電流の一部を正極側電流と負極側電流とに分離する電流分離手段と、前記負極側電流の極性を反転し前記管電流の2 倍高調波を生成する高調波生成手段と、前記高調波生成手段の出力側に接続され前記管電流の基本周波数に同調する基本周波数同調手段とを含むことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記正極側電流の電流値と前記負極側電流の電流値との差分の周波数は前記基本周波数に等しい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】
前記電流分離手段は一方の陽極と他方の陰極とが接続された一対のダイオードで構成されることを特徴とする請求項１または２記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記高調波生成手段は、前記管電流の一部をなす正極側電流と負極側電流とが入力される一次側コイルと、二次側コイルとを含むパルストランスで構成され、前記一次側コイルは巻き線が２つあり、結線の仕方によって二次巻き線に磁束結合された同相電圧を発生させることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記基本周波数同調手段はコンデンサを含んで構成され、前記高調波生成手段側のコイルとともに直列共振回路を構成することを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項６】
高周波により点灯を行う放電灯点灯装置のエミレス検出回路であって、
放電灯の管電流の一部を正極側電流と負極側電流とに分離する電流分離手段と、前記負極側電流の極性を反転し前記管電流の2 倍高調波を生成する高調波生成手段と、前記高調波生成手段の出力側に接続され前記管電流の基本周波数に同調する基本周波数同調手段とを含むことを特徴とするエミレス検出回路。
【請求項７】
前記正極側電流の電流値と前記負極側電流の電流値との差分の周波数は前記基本周波数に等しいことを特徴とする請求項６記載のエミレス検出回路。
【請求項８】
前記電流分離手段は一方の陽極と他方の陰極とが接続された一対のダイオードで構成されることを特徴とする請求項６または７記載のエミレス検出回路。
【請求項９】
前記高調波生成手段は、前記管電流の一部をなす正極側電流と負極側電流とが入力される一次側コイルと、二次側コイルとを含むパルストランスで構成され、前記一次側コイルは巻き線が２つあり、結線の仕方によって二次巻き線に磁束結合された同相電圧を発生させることを特徴とする請求項６から８いずれかに記載のエミレス検出回路。
【請求項１０】
前記基本周波数同調手段はコンデンサを含んで構成され、前記高調波生成手段側のコイルとともに直列共振回路を構成することを特徴とする請求項６から９いずれかに記載のエミレス検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯点灯装置およびそのエミレス検出回路に関し、特に高周波点灯蛍光管を用いた放電灯点灯装置およびそのエミレス検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光管は、低圧水銀灯であって、その管面に蛍光塗料を塗り管内高周波放電によって紫外線を発生し、その紫外線によって蛍光を発する。蛍光管は高周波放電を安定に持続するためにその両端にフィラメントを設け、その予熱熱電子によって安定な放電を維持するものである。
【０００３】
蛍光管の寿命は、蛍光塗料の紫外線劣化による光束低下と放電が熱電子減衰（経時劣化）によるエミレス発生までの到達時間によって決まる。エミレス現象は多くの場合は蛍光管の管電流のバランスが崩れた時に発生する。
【０００４】
この蛍光管の寿命末期には、フィラメントの片側もしくは両側とも劣化し、その劣化したフィラメントに熱電子が少なくなったこと（エミレス状態）による電子雲の非中和電流によってサーマルポイントが発生し、過剰過熱後、断線に至り放電が停止する。
【０００５】
この末期のエミレス発生時の過剰過熱は、管ステムを溶かしてしまう事故の発生原因となる場合がある。このように安定器にはエミレス状態を検知し、過熱事故防止のための保護回路が必須条件となる。
【０００６】
このエミレス状態の検出は、管電流のアンバランスの発生を捉えることからはじめる。その方法は、管電流を直接検出する方法と、チョークコイルで電流制限された管両端の放電電圧波形から検出する方法等があるが、いずれも一長一短がある。
【０００７】
蛍光管には、安定器出力回路からの数千ボルトの共振電圧が印加され、それによって管放電が始まる。
【０００８】
ここで、このエミレス検出を管電圧で行なう場合、管が長く管電圧が高ければ波形がサイン波形から崩れ波形ファクターは悪くなり、逆に管電圧が低ければ正弦波に近くなり、これらは実際の検出回路に誤差を生じさせてしまう。
【０００９】
さらに管電圧からの検出は、検出電圧が大きい反面、管の種類による千ボルトに近い電圧から数百ボルトに亘る管の電圧範囲によって実質的なＩＣ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）制御可能な回路電圧になるまで分圧し落とす必要があり、このことは結果的に検出電圧を下げてしまうことになる。
【００１０】
このように、管電圧そのものの差やそれの電圧分圧比の設計、それら回路バラツキ等の問題や、管の放電電圧のバラツキによって、その差分検出が非常にクリチカルなものになっており、これらが回路設計のネックとなっていた。
【００１１】
その反面、管の電流から検出する方法は、管の規格からして定電流で安定しており、その値は管の種類とその差があったとしても電流は常に一定に保たれている。よって、その変化のファクターは少ない。
【００１２】
一方、放電灯の寿命末期時におけるインバータ回路の出力電圧の上昇を検出するエミレス検出回路と、エミレス検出回路で検出された放電灯の管電圧およびインバータ回路の発振電圧を比較出力する比較回路とを備えた放電灯点灯装置が開示されている（特許文献１参照）。
【００１３】
また、放電灯に並列に接続したコンデンサと、複数のダイオードの直列回路と、各ダイオードに並列接続した分圧抵抗と、分圧抵抗の一部接続点から取り出した検出電圧取り出し部とを備えるエミレス検出回路を含み、この検出電圧取り出し部の出力電圧と一定電圧とを比較回路で比較する放電灯点灯装置が開示されている（特許文献２参照）。
【００１４】
また、放電灯の負電圧と正電圧との和に対応する第１比較電圧と、放電灯の両端電圧に対応する第２比較電圧とが、１つの比較回路に入力され、この比較回路により、第１比較電圧または第２比較電圧のいずれか一方が所定の上限閾値を越えたことを検出して、放電灯のエミレスを判別する放電灯点灯装置が開示されている（特許文献３参照）。
【００１５】
【特許文献１】特開平１０−１０６７７８号公報
【特許文献２】特開平１０−３２６６９２号公報
【特許文献３】特開２００４−２０７０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、上述したようにエミレス検出を管電圧で行なう場合、管の長さや波形ファクターさらに回路バラツキ等に検出結果が左右されやすく、広範囲の放電灯に応用することが困難という課題があった。
【００１７】
一方、本発明はパルストランスを用いてエミレス検出を行うものであるが、上述の特許文献１〜３にはこのような構成は全く開示されていない。
【００１８】
そこで本発明の目的は、管の長さや波形ファクター、あるいは回路バラツキ等に検出結果が左右されにくく、広範囲の放電灯に応用することが可能な放電灯点灯装置およびそのエミレス検出回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記課題を解決するために本発明による放電灯点灯装置は、高周波により点灯を行う放電灯点灯装置であって、放電灯の管電流の一部を正極側電流と負極側電流とに分離する電流分離手段と、前記負極側電流の極性を反転し前記管電流の２倍高調波を生成する高調波生成手段と、前記高調波生成手段の出力側に接続され前記管電流の基本周波数に同調する基本周波数同調手段とを含むことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明によるエミレス検出回路は、高周波により点灯を行う放電灯点灯装置のエミレス検出回路であって、放電灯の管電流の一部を正極側電流と負極側電流とに分離する電流分離手段と、前記負極側電流の極性を反転し前記管電流の2 倍高調波を生成する高調波生成手段と、前記高調波生成手段の出力側に接続され前記管電流の基本周波数に同調する基本周波数同調手段とを含むことを特徴とする。
【００２１】
ここで本発明の作用を述べる。本発明は、蛍光管寿命末期におけるエミレス発生時の管電流のアンバランスを、ダイオードを用いてプラス側とマイナス側とに分離し、パルストランスの二つの一次巻き線に導き、結線の仕方によって二次巻き線には磁束結合された同相合成二倍高調波電圧を発生させ、二次巻き線回路に形成された同調回路によってエミレス電圧のみを効率よくかつ精度よく、高感度で検出できるようにしたものである。
【００２２】
さらに本発明によれば、電流検出方式を採用することにより、管の種類から来る電圧バラツキ、点灯時の電圧のスパイクパルス等の変動要因、放電電流波形ファクターのバラツキおよび分圧抵抗等のバラツキを回避することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、上記構成を含むことにより、管の長さや波形ファクターさらに回路バラツキ等に検出結果が左右されにくく、広範囲の放電灯に応用することが可能な放電灯点灯装置およびそのエミレス検出回路が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る放電灯点灯装置の一例の回路図である。
【００２５】
同図を参照すると、本発明に係る放電灯点灯装置２０は、ＲＦ高電圧発生回路１と、チョークトランス２と、放電灯の一例である高周波点灯蛍光管（以下、「蛍光管」と記す）３と、エミレス検出回路３０とを含んで構成される。
【００２６】
また、エミレス検出回路３０は、抵抗４と、ダイオード５および６と、パルストランス７と、コンデンサ８，９および１２と、ダイオード１０および１１と、抵抗１３とを含んで構成される。
【００２７】
ＲＦ高電圧発生回路１は、一例として、１８００Ｖａｃの高周波電圧を発生する。
【００２８】
チョークトランス２は１次側第１コイル２ａと、２次側第２コイル２ｂおよび第３コイル２ｃとを含んで構成される。
【００２９】
ＲＦ高電圧発生回路１の出力はチョークトランス２の第１コイル２ａへ入力され、さらに第２コイル２ｂへ入力される。
【００３０】
チョークトランス２は、いわゆる「定電流リーケージトランス」であり、一定電流を蛍光管３に流すためのものである。
【００３１】
蛍光管３の両端部には、高電圧の管電流を流すために熱電子発生のためのフィラメント３ａおよび３ｂが設けられている。フィラメント３ａはチョークトランス２の第２コイル２ｂと接続され、フィラメント３ｂは第３コイル２ｃと接続されている。また、第３コイル２ｃは抵抗４を介して接地（アース）されている。
【００３２】
以上の構成により、蛍光管３の管電流４１はＲＦ高電圧発生回路１からチョークトランス２、蛍光管３内部および抵抗４を介して接地に流れる。一方、蛍光管３の管電流４２は管電流４１と反対方向に流れる。
【００３３】
すなわち、蛍光管３内部ではフィラメント３ａからフィラメント３ｂ方向へ管電流４１が、フィラメント３ｂからフィラメント３ａ方向へ管電流４２が交互に流れる。
【００３４】
フィラメント３ａおよび３ｂに予熱電圧を与えるため、チョークトランス２の第２コイル２ｂおよび第３コイル２ｃからそれぞれフィラメント３ａおよび３ｂに対しＲＦ高電圧の一部が分圧されて印加され、その電圧でスムーズな熱電子放出（エミッション）を行っている。よって、定電流が電流検出用の抵抗４に流れ、この抵抗４と二次側コイル２ｃとの接続点４３からエミレス検出信号を取り出す。
【００３５】
なお本実施例では、蛍光管３の管電流４１および４２の一部を一例としてフィラメント３ｂ側から抵抗４を介して取り出しているが、フィラメント３ａ側から取り出してもよい。
【００３６】
ダイオード５および６は、接続点４３で検出した管電流４１および４２の一部を正極側（プラス側）電流と負極側（マイナス側）電流に分離する。すなわち、正極側電流（管電流４１の一部）がダイオード５に流れ、負極側電流（管電流４２の一部）がダイオード６に流れる。
【００３７】
パルストランス７は、一次側コイル７ａおよび７ｂと、二次側コイル７ｃとを含んで構成される。パルストランス７の一次側コイル７ａおよび７ｂは、コイル７ａを“コイルＡ”、コイル７ｂを“コイルＢ”と記すと、コイルＡおよびコイルＢの２線巻きをなし、コイルＡの巻き終わりとコイルＢの巻き始めとをパルストランス７の中間端子７ｄで交差させている。
【００３８】
よって、ダイオード５に流れる正極側電流（管電流４１の一部）は、コイルＡの巻き始めから、コイルＡの巻き終わりを経て接地に流れる。一方、接地がコイルＢの巻き始めに接続されており、負極側電流（管電流４２の一部）は、コイルＢの巻き始めから、コイルＢの巻き終わりを経てダイオード６に流れる。
【００３９】
したがって、コイルＡおよびコイルＢに流れる電流によって、パルストランス７の二次側コイル７ｃには、同一方向の磁束（フラックス）による同一方向の電流パルス（これを以下「２次電流」と記す）が発生する。この２次電流の周波数は、蛍光管３の管電流４１および４２（これを以下「１次電流」と記す）の周波数（この周波数を以下「基本周波数」と記す）の２倍となる。すなわち、パルストランス７の二次側コイル７ｃから同相合成二倍高調波電流が出力されることになる。
【００４０】
パルストランス７の二次側コイル７ｃの巻き終わり側は接地され、その巻き始め側と巻き終わり側間にコンデンサ８が接続されている。また、二次側コイル７ｃの巻き始め側にはさらにコンデンサ９の一端が接続され、コンデンサ９の他端と接地間にダイオード１０が接続され、コンデンサ９の他端にさらにダイオード１１の一端が接続されている。ダイオード１０は陽極が接地され、ダイオード１１は陽極がコンデンサ９の他端と接続されている。
【００４１】
さらに、ダイオード１１の他端と接地間にコンデンサ１２および抵抗１３が並列に接続されている。
【００４２】
コンデンサ８はパルストランス７の二次側コイル７ｃとともに同調回路（並列共振回路）を構成する。その同調周波数は上記基本周波数（１次電流の周波数）に等しくなるようにコンデンサ８の容量が予め設定されている。
【００４３】
コンデンサ９は倍圧検波用のコンデンサである。
【００４４】
ダイオード１０は、コンデンサ８および二次側コイル７ｃで構成される同調回路で検出された周波数のパルスの尖頭値の電位差を検出するための直流再生回路である。
【００４５】
ダイオード１１は直流再生されたパルスのピークツーピーク（ｐｅａｋ  ｔｏｐｅａｋ）までの尖頭値検出をピーク値として整流し、エミレス差分直流電圧として取り出す。
【００４６】
コンデンサ１２は平滑用、抵抗１３は出力抵抗であり、抵抗１３の一端と接続された出力端子４４からエミレス検出電圧が出力される。
【００４７】
次に、本発明に係る放電灯点灯装置の一例の動作について説明する。図２は本発明に係る放電灯点灯装置のパルストランス７の入出力波形の一例を示す図、図３は同放電灯点灯装置の動作の一例の模式説明図である。
【００４８】
ＲＦ高電圧発生回路１から出力されたＲＦ高電圧はチョークトランス２を介して蛍光管３のフィラメント３ａおよび３ｂへ印加される。そして、フィラメント３ａおよび３ｂの予熱熱電子によりフィラメント３ａおよび３ｂ間に管電流４１および４２が流れ、蛍光管３が放電する。
【００４９】
この管電流４１および４２の一部が、一例としてフィラメント３ｂ側から比較的小さな抵抗４を介して接続点４３から取り出され、ダイオード５および６へ入出力される。
【００５０】
取り出された管電流４１の一部は、正極側電流としてダイオード５を介してパルストランス７の一次側コイル７ａ（コイルＡ）の巻き始め側から入力し、巻き終わり側を経て接地される。一方、取り出された管電流４２の一部は、負極側電流としてコイル７ｂ（コイルＢ）の巻き始め側から入力し、巻き終わり側およびダイオード６を経てチョークトランス２の二次側コイル２ｃに入力される。
【００５１】
パルストランス７の一次側コイル７ａおよびコイル７ｂは２線巻きされ、その結線により、取り出された管電流４１および４２の一部は二次側コイル７ｃから正電位パルスと負電位パルスとが同相に変換された同相合成二倍高調波電流として出力される。
【００５２】
図２を参照すると、同図（Ａ）はパルストランス７の一次側コイル７ａおよびコイル７ｂに入力される１次電流（管電流４１および４２の一部）の波形を示し、同図（Ｂ）〜（Ｄ）はパルストランス７の二次側コイル７ｃから出力される２次電流の出力波形を示している。
【００５３】
同図（Ｂ）はフィラメント３ｂのエミッションが減衰して、管電流４１（同図に“ｂ”と表示した波形）が管電流４２に比べ減少した状態（フィラメント３ｂがエミレス状態）を示し、同図（Ｃ）は管電流４１および４２の電流値の差が所定値以内である正常な状態を示し、同図（Ｄ）はフィラメント３ａのエミッションが減衰して、管電流４２（同図に“ａ”と表示した波形）が管電流４１に比べ減少した状態（フィラメント３ａがエミレス状態）を示している。
【００５４】
なお、同図（Ｂ）〜（Ｄ）に示す波形はパルストランス７の二次側コイル７ｃの出力波形であり、負極側電流の極性が反転しているため、同図（Ａ）の波形の２倍の周波数（二倍高調波）となっている。
【００５５】
このように、エミレスが発生すると、管電流４１および４２のバランスが崩れ、パルストランス７の二次側コイル７ｃから出力される管電流４１および４２の一部の電流値に差が生じる。本発明ではこの差分を尖頭差分電圧として検出し、この尖頭差分電圧でエミレスの発生を検出している。
【００５６】
さらに本発明では、この尖頭差分電圧は基本波成分（同図（Ａ）の１次電流の周波数）であることに着目し、パルストランス７の二次側コイル７ｃから出力される信号に基本波成分が含まれる場合にエミレスが発生したと判定する。
【００５７】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）の（Ｂ２）を参照すると、蛍光管３のフィラメント３ｂのエミッションｂの量がフィラメント３ａのエミッションａの量よりも小さい場合（すなわち、管電流４１＜管電流４２の場合）が示されており、この場合はパルストランス７の二次側コイル７ｃの出力信号に基本波成分が含まれるため、コンデンサ８と二次側コイル７ｃとの同調回路がその基本周波数に共振し、出力信号のＱ倍の出力電圧が得られる。この出力電圧はダイオード１０による直流再生回路およびダイオード１１による整流回路を経て出力端子４４よりエミレス差分直流電圧として出力される。これはフィラメント３ｂがエミレス状態である場合である。
【００５８】
図３（Ｃ）は共振時の出力信号の波形の一例を示し、同調周波数（共振周波数）が基本周波数ｆ０、ピーク値が６Ｖｄｃであることを示している。なお、２倍周波数における二倍高調波の値は一例として１１０ｍＶｄｃであり、共振周波数におけるピーク値６Ｖｄｃに比べきわめて小さい。
【００５９】
一方、図３（Ａ）および図３（Ｂ）の（Ｂ３）を参照すると、蛍光管３のフィラメント３ａのエミッションａの量とフィラメント３ｂのエミッションｂの量との差が所定範囲以内の場合（すなわち、管電流４１の値と管電流４２の値との差が許容範囲以内の場合）、パルストランス７の二次側コイル７ｃの出力電圧にはほとんど基本波成分が含まれないため、コンデンサ８と二次側コイル７ｃとの同調回路は共振しない。このため同調回路から基本周波数の信号も二倍高調波の信号も出力されない。これは、蛍光管３が正常の場合である。
【００６０】
なお、図３（Ｂ）の（Ｂ４）に示すように蛍光管３のフィラメント３ａのエミッションａの量がフィラメント３ｂのエミッションｂの量よりも小さい場合も、図３（Ｂ）の（Ｂ２）で説明したのと同様に説明できる。これはフィラメント３ａがエミレス状態である場合である。
【００６１】
すなわち、エミレスが発生した場合、同調回路が基本周波数に同調（共振）し、Ｑ倍の出力信号が得られるため、この信号によりエミレス状態の検出が可能となる。
【００６２】
一方、二倍高調波の周波数は基本周波数から十分離れているため、同調回路が基本周波数に同調することにより二倍高調波の出力電圧は、基本周波数における出力電圧よりもはるかに低く抑えられる。このため、二倍高調波が基本周波数の信号検出に影響を及ぼすことはない。
【００６３】
以上説明したように、本発明による放電灯点灯装置およびそのエミレス検出回路によれば、エミレスを電流検出型として直接観測するものなので、放電管のバラツキや管電流の波形ファクター特性に左右されにくく、検出回路の精度を高めることが可能となる。また、フィラメント３ａ，３ｂのいずれにエミレスが発生した場合でも、その発生をいずれか一方のフィラメントにおいて、同一電圧としてしかも高感度に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る放電灯点灯装置の一例の回路図である。
【図２】本発明に係る放電灯点灯装置のパルストランス７の入出力波形の一例を示す図である。
【図３】同放電灯点灯装置の動作の一例の模式説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  ＲＦ高電圧発生回路
２  チョークトランス
３  高周波点灯蛍光管
３ａ，３ｂ  フィラメント
４，１３  抵抗
５，６  ダイオード
７  パルストランス
８，９，１２  コンデンサ
１０，１１  ダイオード
２０  放電灯点灯装置
３０  エミレス検出回路
【図１】
2007294272.tif 000003
【図２】
2007294272.tif 000004
【図３】
2007294272.tif 000005