(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の直流出力を高周波出力に変換するインバータ部と、インバータ部の出力端に接続される共振回路及び放電灯を含む負荷部と、負荷部に供給される高周波出力を調整して放電灯を調光する調光手段と、任意の調光レベルにおけるインバータ部の動作周波数が無負荷共振周波数に一致するように設定された共振回路とを備え、インバータ部は検出したランプ電流が所望のレベルとなるように制御されるものであり、調光手段はインバータ部の動作周波数を変化させるものであって、定格点灯時の光出力を１００％としたときの光出力比４０％〜６０％の調光範囲内でインバータ部の動作周波数を共振回路の無負荷共振周波数に一致させたことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
負荷部は、インバータ部の出力端間に直列接続されたインダクタ及びコンデンサからなる共振回路を具備し、共振回路のコンデンサに放電灯が並列接続されてなる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】
負荷部は、インバータ部の出力端間にインダクタ及び第１のコンデンサが直列接続され、第１のコンデンサと並列に放電灯及び第２のコンデンサが直列接続されてなる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４】
負荷部は、第２のコンデンサと並列に第３のコンデンサ及びスイッチ要素が直列接続され、調光レベルに応じてスイッチ要素が開閉されることを特徴とする請求項３記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
負荷部は、インバータ部の出力端間に直列接続されたインダクタ及びコンデンサからなる共振回路を具備し、共振回路のコンデンサに放電灯が並列接続されてなる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６】
負荷部は、インバータ部の出力端間にインダクタ及び第１のコンデンサが直列接続され、第１のコンデンサと並列に放電灯及び第２のコンデンサが直列接続されてなる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７】
負荷部は、第２のコンデンサと並列に第３のコンデンサ及びスイッチ要素が直列接続され、調光レベルに応じてスイッチ要素が開閉されることを特徴とする請求項６記載の放電灯点灯装置。
【請求項８】
調光手段はインバータ部の動作周波数並びに直流電源の出力電圧を変化させることを特徴とする請求項１〜７の何れかに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、定格ランプ電流が略等しく且つ定格ランプ電力が異なる同種の放電灯に適合するとともに何れの放電灯も調光可能な放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３に示すように、直流電源１の直流出力をインバータ部２にて高周波出力に変換し、インダクタＬ１とコンデンサＣ１の共振回路３を介して放電灯Ｌａに供給するとともに、外部から与えられる調光信号に応じて調光部４によりインバータ部２の動作周波数やオンデューティ比を制御して高周波出力を調整することで放電灯Ｌａを調光するようにした放電灯点灯装置が従来より提供されている（以下、「従来例１」という）。しかしながら、この従来例１では調光範囲の下限付近までインバータ部２の高周波出力を低下させた場合に放電灯Ｌａのちらつきや立ち消えが起こり易くなるため、あまり調光を深く（光出力を低く）することができなかった。
【０００３】
そこで、上記のようなちらつきや立ち消えを抑えつつ、調光範囲の下限を下げてより深い調光を可能とした放電灯点灯装置が提案されている（以下、「従来例２」という）。この従来例２は、図１４に示すようにインバータ部２の出力端間に直列接続されるインダクタＬ１及びコンデンサＣ１に加えて、インダクタＬ１とコンデンサＣ１の接続点と放電灯Ｌａの一端との間にコンデンサＣ２が直列に接続されて共振回路３が構成されている。上記コンデンサＣ２を追加したことによって、調光範囲の下限付近におけるインバータ部２の動作周波数（下限動作周波数）ｆDimと共振回路３の無負荷共振周波数ｆ０とを略一致させるように設計し易くなり、調光範囲の下限付近におけるインバータ部２の出力電圧（無負荷２次電圧）を高くしてちらつきや立ち消えを抑制し、より深い調光が可能になるという利点がある。
【０００４】
ところで、最近では定格ランプ電流が略等しく且つ定格ランプ電力が異なる同種の放電灯、例えば高周波点灯専用形蛍光ランプの中のコンパクト形蛍光ランプＦＨＴ２４，ＦＨＴ３２，ＦＨＴ４２（ＪＩＳ Ｃ７６０１参照）を適合ランプとする放電灯点灯装置が提供されている。図１５における曲線イ、ロは上記同種の放電灯Ａ，Ｂのランプ電圧−ランプ電流特性をそれぞれ示し、同図における曲線ａ〜ｄは放電灯Ａ，Ｂを適合ランプとする放電灯点灯装置（インバータ部２）の出力電圧−出力電流特性をそれぞれ示している。なお、曲線ａが定格点灯時、曲線ｄが調光下限、曲線ｂ，ｃが調光範囲における出力電圧−出力電流特性をそれぞれ示している。また、インバータ部２の動作周波数を変化させることで曲線ａ〜ｄのように出力電圧−出力電流特性が変化し、各曲線ａ〜ｄと曲線イ，ロとの交点が放電灯Ａ，Ｂの動作点となる。
【０００５】
ここで、上述のように調光下限付近におけるちらつきや立ち消えを防止するためにインバータ部２の下限動作周波数ｆDimと共振回路３の無負荷共振周波数ｆ０とを略一致（ｆDim≒ｆ０）させて無負荷２次電圧を高くしているので、調光下限における出力電圧−出力電流特性が、図１５の曲線ｄに示すように傾きがほぼ無限大となる略垂直な直線に近い特性（定電流特性）となる。なお、放電灯点灯装置の出力電圧−出力電流特性は、直流電源１の出力電圧、共振回路３の回路構成並びに回路素子の定数設定、調光部４の調光制御方式等によって異なる。
【０００６】
このようにインバータ部２の下限動作周波数ｆDimと共振回路３の無負荷共振周波数ｆ０とを略一致させている場合、放電灯Ａ，Ｂを調光下限で調光点灯したときのランプ電流が略等しくなるが、定格点灯時の動作周波数ｆFullにおける出力電圧−出力電流特性は図１５の曲線ａに示すように調光時よりも傾きが小さくなるため、放電灯Ａ，Ｂのランプ電流の差が大きくなる。すなわち、定格ランプ電力が異なる同種の放電灯に適合し且つ調光下限におけるちらつきや立ち消えを抑制した上記従来例２の場合、定格点灯時における各放電灯毎の定格の光出力と実際の光出力との差が大きくなり、また、各放電灯の間で調光時の光出力比にばらつきが生じるという問題があった。
【０００７】
一方、ランプ電流を検出して調光信号に応じたランプ電流となるようにインバータ部の出力を帰還制御し、ランプ電流の瞬時値の変動を抑制することで上記従来例２の問題を解決した放電灯点灯装置が提供されている（例えば、特開平９−２５１８９９号公報参照）。
【０００８】
上記公報に記載された放電灯点灯装置（以下、「従来例３」という）の概略構成を図１６に示す。この従来例３では、商用電源１０１を高周波電源１０２にて高周波電力に変換し、高周波電源１０２から負荷回路１０３の放電灯へ供給される高周波電流を電流検出回路１０５にて検出し、この検出回路１０５により検出されるランプ電流信号Ｓａと調光部１１１から入力される調光信号Ｓｂにより、高周波電源１０２を制御する制御信号Ｓｅを帰還制御回路１０７で作るようにしている。帰還制御回路１０７は、ランプ電流信号Ｓａと調光信号Ｓｂを減算器１０８で減算し、その誤差信号Ｓｃを誤差増幅回路１０９により増幅する。増幅された信号Ｓｄと調光信号Ｓｂをさらに加算器１１２で加算して制御信号Ｓｅとしている。また、加算器１１２と誤差増幅回路１０９との間にスイッチ１１３が設けられ、スイッチ１１３の接続・非接続は、調光信号Ｓｂと基準信号発生部１１４が出力する動作切替調光レベル信号Ｓｆの値を比較するコンパレータ等の比較回路１１５によって切り換えられる。
【０００９】
而して、上記従来例３では、ランプ電流信号Ｓａの値が調光信号Ｓｂと同じ場合には、誤差信号Ｓｃは０となり、誤差増幅回路１０９の出力も０であるから、制御信号Ｓｅとして、調光信号Ｓｂが直接高周波電源１０２に入力される。また、ランプ電流信号Ｓａが調光信号Ｓｂよりも少ない場合は、誤差信号Ｓｃが発生し、誤差増幅回路１０９により増幅され、さらに調光信号Ｓｂに加算されることで制御信号Ｓｅが形成され、高周波電源１０２に入力される。このように調光信号Ｓｂに応じた帰還制御を行うことによりランプ電流信号Ｓａを増加させ、ランプ電流の瞬時値の変動を抑制して放電灯のちらつきを防止している。
【００１０】
さらに、比較回路１１５に出力される動作切替調光レベル信号Ｓｆは、帰還制御をいかなる調光レベルにおいて開始・停止させるかを決定するための基準値となる信号であり、この信号の値が調光信号Ｓｂに対して大きいか小さいかを判断することにより比較回路１１５を作動させる。この従来例３では、図１７に示すように動作切替調光レベル信号Ｓｆの値を調光信号Ｓｂの調光レベル（定格点灯時の光出力を１００％としたときの光出力比）に対してほぼ４０〜６０％の範囲内に設定している。すなわち、調光レベルがほぼ４０％以下では、低温時に放電灯の立ち消えやちらつき等の問題が生じ易く、調光レベルがほぼ６０％以下では、放電灯点灯装置の製品化時に生ずる個体差（例えば構成部品のばらつき等）がありえること、また、調光レベルがほぼ５０％のときには帰還制御の必要性が低いこと、無駄な帰還制御を省く範囲がより広いことが好ましい点や放電灯のちらつき等に十分に対応する点等の理由から、調光レベルがほぼ４０〜６０％の間にある時に帰還制御を停止することが最も効果的である。
【００１１】
上記従来例３によれば、調光信号Ｓｂが予め設定されている値に達した時（例えば、調光レベルが５０％以上の時）にスイッチ１１３が開成されて帰還制御を停止するため、電流検出回路１０５からは制限された範囲（調光レベルの０〜５０％）でのみランプ電流信号Ｓａが検出されればよく、このため帰還制御に不必要なランプ電流信号Ｓａまでも検出する必要をなくし、検出範囲を狭くすることによりダイナミックレンジを相対的に広げてランプ電流信号の検出精度を高めることができ、ノイズ耐性も向上させることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１３に示した従来例１の出力電圧−出力電流特性は図１８に示す曲線ａ〜ｄのようになり、上述のような同種の放電灯Ａ，Ｂを調光する場合、定格点灯（調光レベル１００％）付近では同じ調光信号（調光レベル）に対するランプ電流がほぼ等しくなるが、調光を深く（調光レベルを小さく）したときに放電灯点灯装置の出力電圧−出力電流特性（曲線ｃ）と放電灯Ａのランプ電圧−ランプ電流特性（曲線イ）との接点が無くなって放電灯Ａが立ち消えを起こす虞がある。また、放電灯Ａが立ち消えを起こす領域に対しては従来例３のようなランプ電流の帰還制御は意味を為さず、必然的に調光可能な範囲が狭く（浅く）なってしまう。
【００１３】
一方、従来例２では調光下限付近での立ち消えは発生しないが、仮に従来例３のような帰還制御を行った場合、図１７に示すように調光下限付近における帰還制御のゲインが大きいために帰還制御回路１０７による放電灯の出力応答が過剰になり、帰還制御回路１０７が異常発振を起こしてしまう虞がある。例えば、調光下限付近で放電が不安定になり、調光信号に応じた所望のランプ電流に対してその瞬時値がわずかに減少したとすると、帰還制御回路１０７がランプ電流を増加させる方向に動作するが、上記ゲインが大きいと必要以上にランプ電流が増加する。その結果、帰還制御回路１０７が今度はランプ電流を減少させる方向に動作するが、同じくゲインが大きいために必要以上にランプ電流が減少してしまい、帰還制御によってランプ電流の瞬時値の変動を大きくさせてちらつきを助長させてしまうことになる。従来例２は調光下限における出力電圧−出力電流特性が、図１５の曲線ｄに示すような定電流特性となっているために立ち消えやちらつきの発生が抑えられるが、低温環境下では特に調光下限付近にて放電が不安定になりやすく、このために本来であればちらつきとして知覚されない程度のランプ電流の僅かな変動が図１９に示すように帰還制御回路１０７によって増大し、ちらつきの原因となる場合がある。故に、通常は図２０に示すように調光下限においてもランプ電流の波高値が略一定となることが望ましい。
【００１４】
また、従来例３においては調光レベルが５０％以上の場合に帰還制御回路１０７による帰還制御を行わないため、定格点灯付近にて調光信号に応じた所望のランプ電流に対して各放電灯Ａ，Ｂ間におけるランプ電流の差が大きくなり、各放電灯毎の定格の光出力と実際の光出力との差が大きくなり、また、各放電灯の間で調光時の光出力比にばらつきが生じる。このことは定格ランプ電力が異なる同種の放電灯に適合する放電灯点灯装置においては好ましくないものである。
【００１５】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、定格ランプ電流が略等しく且つ定格ランプ電力が互いに異なる同種の放電灯に適合可能であり且つ立ち消えやちらつき、異常発振を起こすことなく各放電灯毎に光出力比を略一定に調光可能な放電灯点灯装置を提供することにある。
【００１６】
【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、直流電源の直流出力を高周波出力に変換するインバータ部と、インバータ部の出力端に接続される共振回路及び放電灯を含む負荷部と、負荷部に供給される高周波出力を調整して放電灯を調光する調光手段と、任意の調光レベルにおけるインバータ部の動作周波数が無負荷共振周波数に一致するように設定された共振回路とを備え、インバータ部は検出したランプ電流が所望のレベルとなるように制御されるものであり、調光手段はインバータ部の動作周波数を変化させるものであって、定格点灯時の光出力を１００％としたときの光出力比４０％〜６０％の調光範囲内でインバータ部の動作周波数を共振回路の無負荷共振周波数に一致させたことを特徴とし、ランプ電流の瞬時値の変動を抑えることができ、立ち消えやちらつき、異常発振を起こすことなく放電灯の光出力比を略一定に調光することができるとともに、インバータ部の異常発振が防止できる。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、負荷部は、インバータ部の出力端間に直列接続されたインダクタ及びコンデンサからなる共振回路を具備し、共振回路のコンデンサに放電灯が並列接続されてなることを特徴とし、請求項１の発明と同様の作用を奏する。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、負荷部は、インバータ部の出力端間にインダクタ及び第１のコンデンサが直列接続され、第１のコンデンサと並列に放電灯及び第２のコンデンサが直列接続されてなることを特徴とし、共振回路の共振周波数を増やして調光範囲を広げることができる。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、負荷部は、第２のコンデンサと並列に第３のコンデンサ及びスイッチ要素が直列接続され、調光レベルに応じてスイッチ要素が開閉されることを特徴とし、スイッチ要素を閉成することで共振回路の共振周波数を増やして調光範囲を広げることができる。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、負荷部は、インバータ部の出力端間に直列接続されたインダクタ及びコンデンサからなる共振回路を具備し、共振回路のコンデンサに放電灯が並列接続されてなることを特徴とし、請求項１の発明と同様の作用を奏する。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項１の発明において、負荷部は、インバータ部の出力端間にインダクタ及び第１のコンデンサが直列接続され、第１のコンデンサと並列に放電灯及び第２のコンデンサが直列接続されてなることを特徴とし、共振回路の共振周波数を増やして調光範囲を広げることができる。
【００２２】
請求項７の発明は、請求項６の発明において、負荷部は、第２のコンデンサと並列に第３のコンデンサ及びスイッチ要素が直列接続され、調光レベルに応じてスイッチ要素が開閉されることを特徴とし、共振回路の共振周波数を増やして調光範囲を広げることができる。
【００２３】
請求項８の発明は、請求項１〜７の何れかの発明において、調光手段はインバータ部の動作周波数並びに直流電源の出力電圧を変化させることを特徴とし、請求項１〜７の何れかの発明と同様の作用を奏する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の基本構成について説明する。本発明の放電灯点灯装置は、図１に示すように直流電源１の直流出力を高周波出力に変換するインバータ部２と、インバータ部２の出力端に接続される共振回路３及び放電灯Ｌａを含む負荷部と、負荷部に供給される高周波出力を調整して放電灯Ｌａを調光する調光部４と、互いに定格ランプ電流が略等しく且つ定格ランプ電力が異なる同種の放電灯Ｌａの何れが接続された状況においても任意の調光レベルでのランプ電流を略一定とするランプ電流一定化手段とを備えている。なお、定格ランプ電流が略等しく且つ定格ランプ電力が異なる同種の放電灯Ｌａとしては高周波点灯専用形蛍光ランプの中のコンパクト形蛍光ランプＦＨＴ４２，ＦＨＴ３２，ＦＨＴ２４を例示するが、これに限定する趣旨ではない。
【００２５】
また、図２における曲線イ，ロ，ハは上記３種類の放電灯Ｌａ（ＦＨＴ４２，ＦＨＴ３２，ＦＨＴ２４）のランプ電圧−ランプ電流特性をそれぞれ示している。同じく、図２における曲線ａ〜ｄは、放電灯点灯装置（インバータ部２）の出力電圧−出力電流特性であって、曲線ａが定格点灯時、曲線ｄが調光下限、曲線ｂ，ｃが調光範囲における特性をそれぞれ示している。但し、インバータ部２の出力電圧−出力電流特性は調光範囲全域で全て傾きが無限大の直線となることが理想ではあるが、実際には調光範囲の広さやランプ電流一定化手段の具体的な構成によっては、必ずしも調光範囲全域で全ての特性が傾き無限大の直線とはならない。
【００２６】
而して、本発明では、定格点灯から調光下限までの調光範囲における出力電圧−出力電流特性が、ランプ電流一定化手段によって、図２の曲線ａ〜ｄに示すように傾きがほぼ無限大となる略垂直な直線に近い特性（定電流特性）となる。従って、上記３種類の放電灯Ｌａ（ＦＨＴ４２，ＦＨＴ３２，ＦＨＴ２４）の何れを点灯する場合においても、定格点灯（調光レベル１００％）から調光下限の調光範囲全域にわたって光出力比を略一定とした調光が可能であり、しかも、調光下限付近におけるちらつきや立ち消えも防止できるものである。
【００２７】
以下、上記ランプ電流一定化手段を具体化した実施形態について説明する。但し、本発明の実施形態を説明する前に、本発明の参考例について説明する。
【００２８】
（参考例１）
図３に本参考例の概略構成を示し、図４には本参考例のインバータ部２の出力電圧−出力電流特性（曲線ａ〜ｅ）並びに適合する上記３種類の放電灯Ｌａ（ＦＨＴ４２，ＦＨＴ３２，ＦＨＴ２４）のランプ電圧−ランプ電流特性（曲線イ，ロ，ハ）を示す。本参考例は、調光範囲の中央付近、あるいは中央よりも若干調光下限寄りの調光レベルにおけるインバータ部２の動作周波数ｆが無負荷共振周波数ｆ０に略一致するように設定された共振回路３によってランプ電流一定化手段が構成される点に特徴がある。
【００２９】
図３に示すようにインバータ部２は、直流電源１の出力端間にＭＯＳＦＥＴからなる一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が直列接続された、従来周知のハーフブリッジ型の構成を有し、ローサイドのスイッチング素子Ｑ２に直流カット用のコンデンサＣDを介して共振回路３が接続され、制御回路２ａによりスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にスイッチングさせることで直流電源１の直流出力を高周波出力に変換する。制御回路２ａは外部から与えられる調光信号に応じてインバータ部２の動作周波数（スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数）を調整することで共振回路３を介して放電灯Ｌａに供給する高周波電力を可変するものである。また、共振回路３はインダクタＬ１とコンデンサＣ１の直列回路からなり、コンデンサＣ１の両端に放電灯Ｌａが並列接続される。そして、インダクタＬ１のインダクタンス値とコンデンサＣ１の容量値を適当に設定することにより、共振回路３の無負荷共振周波数ｆ０を調光範囲の中央付近、あるいは中央よりも若干調光下限寄りの調光レベルにおけるインバータ部２の動作周波数ｆに一致させている。すなわち、調光下限付近に比べて定格点灯時の方がランプ電圧が低いため、インバータ部２の出力電圧−出力電流特性の傾きが同じであれば定格点灯時の方が各放電灯（ＦＨＴ４２，ＦＨＴ３２，ＦＨＴ２４）のランプ電流の差が小さく、またランプ電流に対する光出力の変化幅も調光下限付近に比べて小さいことを考慮して、上述のように共振回路３の共振周波数ｆ０を設定している。
【００３０】
而して本参考例によれば、定格点灯及び調光下限の動作周波数に近付くほど、つまり共振回路３の共振周波数ｆ０から遠ざかるほどインバータ部２の出力電圧−出力電流特性の傾きが小さく（緩やかに）なるが、調光下限が比較的に高い（調光範囲が狭い）場合には、従来例３のようなランプ電流の帰還制御を用いなくても、立ち消えやちらつき、異常発振を起こすことなく各放電灯（ＦＨＴ４２，ＦＨＴ３２，ＦＨＴ２４）毎に光出力比を略一定に調光することができる。
【００３１】
（参考例２）
図５に本参考例の概略構成を示し、図６には本参考例のインバータ部２の出力電圧−出力電流特性（曲線ａ〜ｅ）並びに適合する上記３種類の放電灯Ｌａ（ＦＨＴ４２，ＦＨＴ３２，ＦＨＴ２４）のランプ電圧−ランプ電流特性（曲線イ，ロ，ハ）を示す。本参考例は、コンデンサＣ１の両端にコンデンサＣ２と放電灯Ｌａが直列に接続され、インダクタＬ１と２つのコンデンサＣ１，Ｃ２により共振回路３が構成される点に特徴があり、その他の構成は参考例１と共通である。すなわち、本参考例においてもインダクタＬ１のインダクタンス値とコンデンサＣ１，Ｃ２の容量値を適当に設定することにより、共振回路３の無負荷共振周波数ｆ０を調光範囲の中央付近、あるいは中央よりも若干調光下限寄りの調光レベルにおけるインバータ部２の動作周波数ｆに一致させている。
【００３２】
本参考例における共振回路３には負荷変動に応じた２つの共振周波数が存在する。つまり、放電灯Ｌａの等価負荷抵抗ＲＬａは調光を深く（調光レベルを小さく）するほどに大きくなり、無負荷（ＲＬａ＝∞）の場合の共振周波数（無負荷共振周波数）ｆ０１はインダクタＬ１とコンデンサＣ１によって決まる。一方、調光を浅く（調光レベルを大きく）すれば等価負荷抵抗ＲＬａは小さくなり、負荷短絡（ＲＬａ＝０）の場合の共振周波数ｆ０２はインダクタＬ１とコンデンサＣ１，Ｃ２によって決まる。このように共振回路３の共振周波数ｆ０１，ｆ０２が２つ存在することから、参考例１に比較して定格点灯付近におけるインバータ部２の出力電圧−出力電流特性の傾きを無限大に近づけてほぼ定電流特性とすることができる。
【００３３】
本参考例は上述のように構成されるものであるから、参考例１に比較して広い調光範囲にわたって各放電灯（ＦＨＴ４２，ＦＨＴ３２，ＦＨＴ２４）毎に光出力比を略一定に調光することができる。
【００３４】
（参考例３）
図７に本参考例の概略構成を示す。本参考例は、コンデンサＣ２と並列にコンデンサＣ３及びスイッチ要素ＳＷが直列接続され、制御回路２ａにより調光レベルに応じてスイッチ要素ＳＷが開閉される点に特徴があり、その他の構成は参考例２と共通である。
【００３５】
而して、制御回路２ａによりスイッチ要素ＳＷが開成された状態では、参考例２と同一の、インダクタＬ１とコンデンサＣ１，Ｃ２からなる共振回路３が形成されるが、スイッチ要素ＳＷが閉成された状態では、インダクタＬ１とコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３からなる共振回路３が形成されるためにもう一つの無負荷共振周波数ｆ０３が存在することになる。なお、制御回路２ａは外部から入力される調光信号に応じて調光レベルが大きい場合にはスイッチ要素ＳＷをオンとし、調光レベルが小さい場合にはスイッチ要素ＳＷをオフとする。
【００３６】
そして本参考例においては、インダクタＬ１のインダクタンス値とコンデンサＣ１の容量値を適当に設定することにより、共振回路３の無負荷共振周波数ｆ０１を調光範囲の中央付近、あるいは中央よりも若干調光下限寄りの調光レベルにおけるインバータ部２の動作周波数ｆに一致させるとともに、インダクタＬ１のインダクタンス値とコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の容量値を適当に設定することにより、共振回路３の無負荷共振周波数ｆ０３を調光範囲の中央よりも定格点灯寄りの調光レベルにおけるインバータ部２の動作周波数ｆに一致させることによって、参考例２に比較して広い調光範囲にわたって各放電灯（ＦＨＴ４２，ＦＨＴ３２，ＦＨＴ２４）毎に光出力比を略一定に調光することができる。
【００３７】
（実施形態１）
図８に本実施形態の概略構成を示す。本実施形態は、ランプ電流を検出する電流検出回路５と、電流検出回路５で検出したランプ電流が所望のレベルとなるようにインバータ部２を帰還制御する帰還制御回路６とを備えた点に特徴があり、電流検出回路５並びに帰還制御回路６にてランプ電流一定化手段を構成している。但し、参考例２と共通の構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、本実施形態では、交流電源ＡＣをダイオードブリッジＤＢで全波整流し、インダクタＬ２、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｑ３、平滑コンデンサＣ０並びにスイッチング素子Ｑ３をスイッチング制御する制御回路１ａで構成された従来周知の昇圧チョッパ回路にて所望のレベルの直流電圧を得るようにした直流電源１を例示しているが、直流電源１の構成はこれに限定されるものではない。
【００３８】
電流検出回路５は放電灯Ｌａに流れるランプ電流を検出し、検出したランプ電流のレベルに応じたランプ電流信号を出力する。帰還制御回路６はオペアンプＯＰを具備し、オペアンプＯＰの反転入力端子（−）に抵抗Ｒｓを介してランプ電流信号が入力され、非反転入力端子（＋）に抵抗Ｒｃを介して入力される基準電圧Ｖｒとの差分を増幅した信号（調光制御信号）をインバータ部２の制御回路２ａに出力する。また、オペアンプＯＰの反転入力端子と出力端子の間にはコンデンサＣｆと抵抗Ｒｆの並列回路が接続されており、オペアンプＯＰのゲインがコンデンサＣｆ並びに抵抗Ｒｆ，Ｒｓの比例積分ゲインによって決定され、コンデンサＣｆと抵抗Ｒｆの並列回路により低周波リップルを低減している。さらに、帰還制御回路６の基準電圧Ｖｒは外部（調光器７）から与えられる調光信号によって調光レベルに応じた電圧レベルに増減される。
【００３９】
一方、インバータ部２の制御回路２ａは、いわゆるＰＷＭ（パルス幅変調）用の集積回路で構成され、帰還制御回路６から与えられる調光制御信号に応じてインバータ部２の動作周波数ｆを可変制御している。具体的には、ランプ電流信号が基準電圧Ｖｒよりも低い場合に帰還制御回路６より正極性の調光制御信号が出力されると、動作周波数ｆを低下させることでランプ電流を増大して放電灯Ｌａの光出力を増加させ、反対に、ランプ電流信号が基準電圧Ｖｒよりも高い場合に帰還制御回路６より負極性の調光制御信号が出力されると、動作周波数ｆを増加させることでランプ電流を減少して放電灯Ｌａの光出力を低下させる。このように電流検出回路５で検出するランプ電流が調光器７から指示される調光レベルに応じた電流値に一致するように帰還制御回路６にて帰還制御しているため、ランプ電流の瞬時値の変動を抑制して放電灯Ｌａのちらつきが防止できる。
【００４０】
ここで、本実施形態のインバータ部２の出力電圧−出力電流特性（曲線ａ〜ｄ）並びに定格ランプ電流が略等しく且つ定格ランプ電力が異なる同種の放電灯Ａ，Ｂのランプ電圧−ランプ電流特性（曲線イ，ロ）をそれぞれ図９に示す。いま、共振回路３の無負荷共振周波数ｆ０が調光下限におけるインバータ部２の動作周波数ｆに略一致させてあるとすると、調光レベルが大きくなって動作周波数ｆが無負荷共振周波数ｆ０１よりも低くなるにつれてインバータ部２の出力電圧−出力電流特性の傾きが減少するので、任意の調光信号（調光レベル）に対して同一の動作周波数ｆにてインバータ部２を動作させると各放電灯Ａ，Ｂのランプ電流が異なってしまうことになるが、本実施形態では帰還制御回路６が調光信号に応じた所望のランプ電流となるように帰還制御を行っているので、任意の調光信号に対して各放電灯Ａ，Ｂのランプ電流を略一定にできる。
【００４１】
ところで、本実施形態においても参考例２と同様に、共振回路３の無負荷共振周波数ｆ０１を調光範囲の中央付近、あるいは中央よりも若干調光下限寄りの調光レベルにおけるインバータ部２の動作周波数ｆに一致させているが、具体的には、図１０に示すように調光レベルが４０％及び６０％のときのインバータ部２の動作周波数ｆ４０，ｆ６０に対して、ｆ６０≦ｆ０１≦ｆ４０となるように無負荷共振周波数ｆ０１を設定することが望ましい。すなわち、放電が不安定になり易い調光下限付近を避けて無負荷共振周波数ｆ０１を上記範囲内に設定すれば、ランプ電流をある程度定電流化できているために帰還制御回路６による帰還制御のゲインを比較的に小さくしてもランプ電流を一定にすることができるとともに、インバータ部２の異常発振が防止できる。
【００４２】
なお、上述の参考例１〜３並びに実施形態１では制御回路２ａにより動作周波数ｆを変化させることでインバータ部２の出力を調整していたが、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオンデューティ比を変化させることで出力調整を行い、放電灯Ｌａを調光するようにすれば、参考例３のように共振回路３の回路構成を切り換えることなく、定格点灯から調光下限までの調光範囲における出力電圧−出力電流特性を、図２の曲線ａ〜ｄに示すように傾きがほぼ無限大となる略垂直な直線に近い定電流特性とすることができる。なお、スイッチング周波数は共振回路３の無負荷共振周波数ｆ０近傍に設定される。
【００４３】
（実施形態２）
図１１に本実施形態の概略構成を示す。本実施形態は、従来周知の２石昇降圧チョッパ回路にて直流電源１を構成し、調光信号に応じて直流電源１の出力電圧を変化させることで放電灯Ｌａを調光する点に特徴がある。但し、インバータ部２及び共振回路３の回路構成については参考例２と同一であるから説明は省略する。
【００４４】
昇降圧チョッパ回路は、実施形態１における昇圧チョッパ回路の前段（入力側）に、スイッチング素子Ｑ４並びにダイオードＤ２を追加したものであって、制御回路１ａによりスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４がスイッチング制御されて交流電源ＡＣの電源電圧（ピーク値）よりも高い又は低い所望の直流電圧Ｖｄｃが得られるものである。なお、このような回路構成の昇降圧チョッパ回路は従来周知であるから詳細な動作説明は省略する。
【００４５】
而して、制御回路１ａによりスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４のスイッチング周波数を低く（又はオンデューティ比を大きく）すれば直流電源１の出力電圧Ｖｄｃが増大し、スイッチング周波数を高く（又はオンデューティ比を小さく）すれば出力電圧Ｖｄｃが減少し、それに伴ってインバータ部２から放電灯Ｌａに供給される高周波電力も増減されるために放電灯Ｌａが調光されることになる。なお、共振回路３の無負荷共振周波数ｆ０１は、調光範囲の中央付近、あるいは中央よりも若干調光下限寄りの調光レベルにおけるインバータ部２の動作周波数ｆに一致させてある。
【００４６】
本実施形態は上述のように構成されるものであり、定格ランプ電流が略等しく且つ定格ランプ電力が異なる同種の放電灯（ＦＨＴ４２，ＦＨＴ３２，ＦＨＴ２４）毎に調光信号に対するランプ電流の値を略等しくして光出力を略一定に調光することができる。なお、周囲温度によってインバータ部２の出力特性が変化する場合においては、実施形態１で説明した電流検出回路５及び帰還制御回路６を組み合わせることで常温時でも低温時でも同様の出力特性が得られる。
【００４７】
なお、直流電源１を実施形態１で説明した昇圧チョッパ回路にて構成し、調光信号に応じて制御回路１ａがスイッチング素子Ｑ３のスイッチング周波数（又はオンデューティ比）を変化させて放電灯Ｌａを調光するとともに、帰還制御回路６によりインバータ部２の動作周波数を制御してランプ電流を帰還制御する構成とすれば、帰還制御によって出力電圧Ｖｄｃの変化量が少なくても済むので、部品点数の多い２石昇降圧チョッパ回路を用いなくても安定し調光することができる。
【００４８】
（実施形態３）
図１２に本実施形態の概略構成を示す。本実施形態は、昇圧チョッパ回路にて直流電源１を構成し、調光信号に応じて直流電源１の出力電圧を変化させるとともにインバータ部２の動作周波数を変化させることで放電灯Ｌａを調光する点に特徴がある。但し、インバータ部２及び共振回路３の回路構成については参考例１と同一であるから説明は省略する。また、共振回路３の無負荷共振周波数ｆ０は、調光範囲の中央付近、あるいは中央よりも若干調光下限寄りの調光レベルにおけるインバータ部２の動作周波数ｆに一致させてある。
【００４９】
制御回路１ａは調光信号に応じてスイッチング素子Ｑ３のスイッチング周波数（又はオンデューティ比）を変化させて直流電源１の出力電圧Ｖｄｃを調整し、同時に制御回路２ａが調光信号に応じてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオンデューティ比を変化させることで出力調整を行って放電灯Ｌａを調光する。本実施形態の場合にも定格点灯から調光下限までの調光範囲における出力電圧−出力電流特性を、図２の曲線ａ〜ｄに示すように傾きがほぼ無限大となる略垂直な直線に近い定電流特性とすることができ、任意の調光信号に対して同種の放電灯のランプ電流を略一定にできる。
【００５０】
また、直流電源１の出力電圧Ｖｄｃを可変する調光制御と、インバータ部２のオンデューティ比を可変する調光制御とを行っているので、各々の調光制御の動作を少なく抑えることができ、回路設計の余裕度が大きくなるという利点がある。例えば、直流電源１の出力電圧Ｖｄｃを可変する調光制御のみであれば、実施形態２のように昇降圧チョッパ回路にて直流電源１を構成する必要があるが、本実施形態では直流電源１を昇圧チョッパ回路で構成しても充分な調光範囲を確保することができ、回路構成の簡素化が図れる。なお、周囲温度によってインバータ部２の出力特性が変化する場合においては、実施形態１で説明した電流検出回路５及び帰還制御回路６を組み合わせることで常温時でも低温時でも同様の出力特性が得られる。
【００５１】
【発明の効果】
請求項１の発明は、直流電源の直流出力を高周波出力に変換するインバータ部と、インバータ部の出力端に接続される共振回路及び放電灯を含む負荷部と、負荷部に供給される高周波出力を調整して放電灯を調光する調光手段と、任意の調光レベルにおけるインバータ部の動作周波数が無負荷共振周波数に一致するように設定された共振回路とを備え、インバータ部は検出したランプ電流が所望のレベルとなるように制御されるものであり、調光手段はインバータ部の動作周波数を変化させるものであって、定格点灯時の光出力を１００％としたときの光出力比４０％〜６０％の調光範囲内でインバータ部の動作周波数を共振回路の無負荷共振周波数に一致させたので、ランプ電流の瞬時値の変動を抑えることができ、立ち消えやちらつき、異常発振を起こすことなく放電灯の光出力比を略一定に調光することができるとともに、インバータ部の異常発振が防止できるという効果がある。
【００５２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、負荷部は、インバータ部の出力端間に直列接続されたインダクタ及びコンデンサからなる共振回路を具備し、共振回路のコンデンサに放電灯が並列接続されてなるので、請求項１の発明と同様の効果を奏する。
【００５３】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、負荷部は、インバータ部の出力端間にインダクタ及び第１のコンデンサが直列接続され、第１のコンデンサと並列に放電灯及び第２のコンデンサが直列接続されてなるので、共振回路の共振周波数を増やして調光範囲を広げることができるという効果がある。
【００５４】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、負荷部は、第２のコンデンサと並列に第３のコンデンサ及びスイッチ要素が直列接続され、調光レベルに応じてスイッチ要素が開閉されるので、スイッチ要素を閉成することで共振回路の共振周波数を増やして調光範囲を広げることができるという効果がある。
【００５５】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、負荷部は、インバータ部の出力端間に直列接続されたインダクタ及びコンデンサからなる共振回路を具備し、共振回路のコンデンサに放電灯が並列接続されてなるので、請求項１の発明と同様の効果を奏する。
【００５６】
請求項６の発明は、請求項１の発明において、負荷部は、インバータ部の出力端間にインダクタ及び第１のコンデンサが直列接続され、第１のコンデンサと並列に放電灯及び第２のコンデンサが直列接続されてなるので、共振回路の共振周波数を増やして調光範囲を広げることができるという効果がある。
【００５７】
請求項７の発明は、請求項６の発明において、負荷部は、第２のコンデンサと並列に第３のコンデンサ及びスイッチ要素が直列接続され、調光レベルに応じてスイッチ要素が開閉されるので、共振回路の共振周波数を増やして調光範囲を広げることができるという効果がある。
【００５８】
請求項８の発明は、請求項１〜７の何れかの発明において、調光手段はインバータ部の動作周波数並びに直流電源の出力電圧を変化させるので、請求項１〜７の何れかの発明と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の基本構成を示す概略構成図である。
【図２】  同上の出力電圧−出力電流特性並びに同上に適合する各放電灯のランプ電圧−ランプ電流特性を示す図である。
【図３】  本発明の参考例１を示す概略構成図である。
【図４】  同上の出力電圧−出力電流特性並びに同上に適合する各放電灯のランプ電圧−ランプ電流特性を示す図である。
【図５】  本発明の参考例２を示す概略構成図である。
【図６】  同上の出力電圧−出力電流特性並びに同上に適合する各放電灯のランプ電圧−ランプ電流特性を示す図である。
【図７】  本発明の参考例３を示す概略構成図である。
【図８】  実施形態１を示す概略構成図である。
【図９】  同上の出力電圧−出力電流特性並びに同上に適合する各放電灯のランプ電圧−ランプ電流特性を示す図である。
【図１０】  同上におけるインバータ部の動作周波数と無負荷２次電圧及び光出力の関係を示す図である。
【図１１】  実施形態２を示す概略構成図である。
【図１２】  実施形態３を示す概略構成図である。
【図１３】  従来例１を示す概略構成図である。
【図１４】  従来例２を示す概略構成図である。
【図１５】  同上の出力電圧−出力電流特性並びに同上に適合する各放電灯のランプ電圧−ランプ電流特性を示す図である。
【図１６】  従来例３を示す概略構成図である。
【図１７】  同上における光出力比（調光レベル）と帰還制御ゲインの関係を示す図である。
【図１８】  従来例１の出力電圧−出力電流特性並びに同上に適合する各放電灯のランプ電圧−ランプ電流特性を示す図である。
【図１９】  従来例３の動作説明図である。
【図２０】  従来例３の動作説明図である。
【符号の説明】
１  直流電源
２  インバータ部
３  共振回路
４  調光部
Ｌａ  放電灯
【図１】
0003941482.tif 000002
【図２】
0003941482.tif 000003
【図３】
0003941482.tif 000004
【図４】
0003941482.tif 000005
【図５】
0003941482.tif 000006
【図６】
0003941482.tif 000007
【図７】
0003941482.tif 000008
【図８】
0003941482.tif 000009
【図９】
0003941482.tif 000010
【図１０】
0003941482.tif 000011
【図１１】
0003941482.tif 000012
【図１２】
0003941482.tif 000013
【図１３】
0003941482.tif 000014
【図１４】
0003941482.tif 000015
【図１５】
0003941482.tif 000016
【図１６】
0003941482.tif 000017
【図１７】
0003941482.tif 000018
【図１８】
0003941482.tif 000019
【図１９】
0003941482.tif 000020
【図２０】
0003941482.tif 000021