(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カレントトランスを用いてスイッチング素子を自励制御することにより交流電源を高周波に電力変換してフィラメントを有した放電灯を高周波点灯させるインバータ回路と、前記スイッチング素子をオフするスイッチ要素をオンオフさせることにより前記スイッチング素子を定常点灯時の自励状態とは異なる状態に制御可能な制御手段とを備え、制御手段は、予熱時にカレントトランスの２次側出力を用いて予熱時間を決めるとともに、放電灯の定常点灯時にカレントトランスの２次側出力を監視してフィラメントの寿命末期状態を検出し、予熱時には前記スイッチ要素をオンオフさせて放電灯への印加電圧を始動電圧以下に抑え、予熱時間が経過すると予熱時間を時限する手段に前記スイッチ要素をオフに保つ出力を開始させ、放電灯の寿命末期の検出時には予熱時間を時限する手段の前記出力を停止させ前記スイッチ要素をオンオフさせて放電灯への印加電圧を定常点灯時よりも低下させることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
上記制御手段は、上記カレントトランスの２次側出力を用いて充電される第１のコンデンサと、電源投入から第１のコンデンサの両端電圧が第１の基準値に達するまでの時間を予熱時間とする手段と、カレントトランスの２次側出力を用いて充電される第２のコンデンサと、第２のコンデンサの両端電圧を第２の基準値と比較することにより上記放電灯の寿命末期を検出する手段とを備え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】
上記制御手段は、上記カレントトランスの２次側出力を用いて充電されるコンデンサと、電源投入からコンデンサの両端電圧が第１の基準値に達するまでの時間を予熱時間とする手段と、コンデンサの両端電圧を第２の基準値と比較することにより上記放電灯の寿命末期を検出する手段とを備え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】
上記制御手段は、放電灯の寿命末期を検出すると放電灯に流れるランプ電流を定常点灯時よりも小さくするようにインバータ回路を制御す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５】
上記制御手段は予熱終了以後に上記放電灯の寿命末期を検出する動作を開始す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】
２個の平滑用のコンデンサの直列回路の両端電圧を出力電圧とする倍電圧整流回路を上記交流電源と上記インバータ回路との間に設け、上記平滑用のコンデンサの両端電圧を用いて電源投入時にスイッチング素子を起動することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいず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、商用電源のような交流電源を電源とし、インバータ回路を用いて放電灯を高周波点灯させる放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より提供されている放電灯点灯装置として、図１７に示すように、商用電源のような交流電源Ｖａｃを電源とし、インバータ回路ＩＮＶを用いて放電灯ＬＰを高周波点灯させるものが提供されている。図示する放電灯点灯装置は、交流電源Ｖａｃをダイオードブリッジなどの整流器Ｄ１により整流し、平滑コンデンサＣ１により平滑して得た直流電源をインバータ回路ＩＮＶにより高周波に電力変換するものである。
【０００３】
インバータ回路ＩＮＶは整流器Ｄ１の出力端間に接続された２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路を備えるハーフブリッジ形のインバータ回路であって、低電位側のスイッチング素子Ｑ２の両端間には、カレントトランスＣＴの１次巻線とインダクタＬ１とコンデンサＣ４との直列回路を介して放電灯ＬＰを接続してある。また、放電灯ＬＰはフィラメントを有し、両フィラメントの非電源側端間にはコンデンサＣ５が接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２にはＭＯＳＦＥＴを用いており、カレントトランスＣＴに設けた２つの２次巻線の各一端はそれぞれ抵抗Ｒ１，Ｒ２を介してスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートに接続される。また、各２次巻線の他端はそれぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のソースに接続される。ここで両２次巻線は各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対して互いに逆極性に接続されており、一方の２次巻線の誘起電圧によりスイッチング素子Ｑ１がオンになる期間には、スイッチング素子Ｑ２は他方の２次巻線の誘起電圧によってオフになる。
【０００４】
インバータ回路ＩＮＶは上述のように構成されているから、スイッチング素子Ｑ１が導通するとカレントトランスＣＴによりスイッチング素子Ｑ１はオン方向にバイアスされる。その後、インダクタＬ１とコンデンサＣ５とを含む共振回路の共振作用によってカレントトランスＣＴの１次巻線に流れる電流の向きが反転すると、スイッチング素子Ｑ２がオン方向にバイアスされる。さらに、上記共振回路の共振作用によって、カレントトランスＣＴの１次巻線に流れる電流の向きが再び反転し、スイッチング素子Ｑ１がオン方向にバイアスされる。このような動作の繰り返しによって、両スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、共振回路により決まる共振周波数で交互にオンオフすることになる。つまり、このインバータ回路ＩＮＶは自励式に動作する。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にオンオフすれば放電灯ＬＰの印加電圧の極性が交互に反転するのであって、共振周波数は交流電源Ｖａｃの電源周波数よりも十分に高い周波数に設定されているから放電灯ＬＰは高周波で点灯する。
【０００５】
ところで、放電灯ＬＰが寿命末期になるとフィラメントの電子放出物質（エミッタ）が消耗し、放電灯ＬＰが半波放電するようになる。この状態はエミレス状態と呼ばれている。エミレス状態になるとインダクタＬ１に流れる電流が大きくなり、構成部品に電流ストレスが生じるとともに発熱量が定常点灯時よりも増加するという問題がある。
【０００６】
この種の問題を解決するために、図１７に示す構成例では、放電灯ＬＰへの電流経路にサーマルプロテクタＴＰを挿入してある。サーマルプロテクタＴＰはインダクタＬ１のようにエミレス状態において発熱する部品に熱的に結合してあり、定常点灯時よりも部品の温度が上昇するとサーマルプロテクタＴＰがオフになって放電灯ＬＰへの通電を停止させ、結果的にインバータ回路ＩＮＶの動作を停止させるようになっている。
【０００７】
しかしながら、サーマルプロテクタＴＰはエミレス状態が生じてからオフになるまでの時間遅れが大きいから、エミレス状態が生じてからインバータ回路ＩＮＶの動作が停止するまでの部品の発熱量は比較的大きく、発熱量の大きい部品には耐熱性が要求されることになる。つまり、放電灯ＬＰを取り付けているソケットや放電灯ＬＰに隣接して配置される反射板などに耐熱性が要求され、照明器具全体のコスト増につながるという問題がある。
【０００８】
これに対して、図１８に示すように、部品の発熱を検出するのではなく、放電灯ＬＰに流れる電流に基づいてエミレス状態を検出したときにインバータ回路ＩＮＶの動作を停止させる保護回路３を設けることが提案されている（類似構成は、特開昭６４−５４６９７号公報等に記載されている）。図示例における保護回路３は、カレントトランスＣＴにおいてスイッチング素子Ｑ２に接続されている２次巻線の誘起電圧をダイオードＤ２で整流しコンデンサＣ２で平均化しており、このコンデンサＣ２の両端電圧がツェナーダイオードＺＤ２のブレークオーバ電圧に達すると自己保持型のスイッチング素子Ｑ３をオンにするように構成されている。スイッチング素子Ｑ３はスイッチング素子Ｑ２のゲートとソースとの間に接続され、スイッチング素子Ｑ３がオンになるとスイッチング素子Ｑ２がオフになってインバータ回路ＩＮＶが停止するように構成されている。つまり、エミレス状態になればコンデンサＣ２の両端電圧が上昇し、スイッチング素子Ｑ３がオンになってインバータ回路ＩＮＶの動作が停止するのである。このような動作により、エミレス状態の発生からインバータ回路ＩＮＶの停止までの時間が短くなり、サーマルプロテクタＴＰを用いたときの応答性の問題を解決することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１８に示した回路構成では、予熱状態と寿命末期状態とのそれぞれに対応したインバータ回路ＩＮＶの制御を可能とするためには、予熱用と寿命末期検出用とに各別の部品を設ける必要があり、部品点数が増加するという問題がある。
【００１０】
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路を保護すべき負荷状態の変化が生じてから回路を保護するまでの応答性がよく、しかも予熱状態と寿命末期状態とのそれぞれに対応したインバータ回路の制御を可能としながらも部品点数の増加を抑制することができる放電灯点灯装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、カレントトランスを用いてスイッチング素子を自励制御することにより交流電源を高周波に電力変換してフィラメントを有した放電灯を高周波点灯させるインバータ回路と、前記スイッチング素子をオフするスイッチ要素をオンオフさせることにより前記スイッチング素子を定常点灯時の自励状態とは異なる状態に制御可能な制御手段とを備え、制御手段が、予熱時にカレントトランスの２次側出力を用いて予熱時間を決めるとともに、放電灯の定常点灯時にカレントトランスの２次側出力を監視してフィラメントの寿命末期状態を検出し、予熱時には前記スイッチ要素をオンオフさせて放電灯への印加電圧を始動電圧以下に抑え、予熱時間が経過すると予熱時間を時限する手段に前記スイッチ要素をオフに保つ出力を開始させ、放電灯の寿命末期の検出時には予熱時間を時限する手段の前記出力を停止させ前記スイッチ要素をオンオフさせて放電灯への印加電圧を定常点灯時よりも低下させるものである。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、上記制御手段が、上記カレントトランスの２次側出力を用いて充電される第１のコンデンサと、電源投入から第１のコンデンサの両端電圧が第１の基準値に達するまでの時間を予熱時間とする手段と、カレントトランスの２次側出力を用いて充電される第２のコンデンサと、第２のコンデンサの両端電圧を第２の基準値と比較することにより上記放電灯の寿命末期を検出する手段とを備えるものである。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、上記制御手段が、上記カレントトランスの２次側出力を用いて充電されるコンデンサと、電源投入からコンデンサの両端電圧が第１の基準値に達するまでの時間を予熱時間とする手段と、コンデンサの両端電圧を第２の基準値と比較することにより上記放電灯の寿命末期を検出する手段とを備えることを特徴とする
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、上記制御手段が、放電灯の寿命末期を検出すると放電灯に流れるランプ電流を定常点灯時よりも小さくするようにインバータ回路を制御するものである。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、上記制御手段が予熱終了以後に上記放電灯の寿命末期を検出する動作を開始するものである。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、２個の平滑用のコンデンサの直列回路の両端電圧を出力電圧とする倍電圧整流回路を上記交流電源と上記インバータ回路との間に設け、上記平滑用のコンデンサの両端電圧を用いて電源投入時にスイッチング素子を起動するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すように、図１７に示した自励式のハーフブリッジ形インバータ回路に制御手段としての保護回路１を付加したものである。この保護回路１はエミレス状態を検出するとインバータ回路ＩＮＶ（図１７参照）の出力を小さくすることによって回路を保護する機能を有し、さらに放電灯ＬＰの予熱を制御する機能を備えているものである。
【００２１】
インバータ回路ＩＮＶの構成および動作は図１７に示した従来構成と同様である。ここに、図示するインバータ回路ＩＮＶは自励式であるから、電源投入時にインバータ回路ＩＮＶを起動するために、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３との直列回路を整流器Ｄ１の出力端間に接続し、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３との接続点とスイッチング素子Ｑ２のゲートとの間に電圧応答型のトリガ素子Ｔ３を挿入してある。この構成によって、電源投入後にコンデンサＣ３の両端電圧が上昇するとトリガ素子Ｔ３が導通しスイッチング素子Ｑ２が導通する。電源投入後にトリガ素子Ｔ３が導通するまでに直流カット用のコンデンサＣ４は充電されているから、スイッチング素子Ｑ２が導通するとコンデンサＣ４の電荷によりカレントトランスＣＴの１次巻線に電流が流れ、その後は、従来構成として説明したように共振回路の共振作用により両スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にオンオフする。また、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３との接続点にはダイオードＤ３のアノードが接続され、このダイオードＤ３のカソードはスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点に接続されている。インバータ回路ＩＮＶの動作が開始されると、スイッチング素子Ｑ２のオン時にダイオードＤ３を通してコンデンサＣ３が放電されるから、インバータ回路ＩＮＶの動作中にはトリガ素子Ｔ３は導通しない。
【００２２】
保護回路１はスイッチング素子Ｑ２の動作を制御するものであって、カレントトランスＣＴにおいてスイッチング素子Ｑ２にバイアスを与える２次巻線の両端電圧（２次巻線と抵抗Ｒ２との接続点の電位）Ｖａに基づいてスイッチング素子Ｑ２を制御する。つまり、２次巻線の両端間にはダイオードＤ４と抵抗Ｒ８とコンデンサＣ８との直列回路が接続され、カレントトランスＣＴの２次巻線出力がダイオードＤ４により整流されるとともに抵抗Ｒ８を介してコンデンサＣ８を充電する。また、コンデンサＣ８には抵抗Ｒ１３が並列接続される。保護回路１は、コンデンサＣ８の両端電圧をそれぞれ基準電圧Ｖ１，Ｖ２と比較する２つの電圧比較回路ＣＯＭ１，ＣＯＭ２を備え、各電圧比較回路ＣＯＭ１，ＣＯＭ２はコンデンサＣ８の両端電圧が基準電圧Ｖ１，Ｖ２を越えると出力をＨレベルにする。ここに、基準電圧Ｖ２（特許請求の範囲における基準値）は基準電圧Ｖ１よりも高く設定してある。また、各電圧比較回路ＣＯＭ１，ＣＯＭ２はそれぞれスイッチ要素ＳＷ５，ＳＷ６のオンオフを制御しており、スイッチ要素ＳＷ５，ＳＷ６は電圧比較回路ＣＯＭ１，ＣＯＭ２の出力がＨレベルになるとオンになる。ただし、スイッチ要素ＳＷ６は電圧比較回路ＣＯＭ１の出力端間に接続されており、スイッチ要素ＳＷ６がオンになると、電圧比較回路ＣＯＭ１の出力とは無関係にスイッチ要素ＳＷ５はオフになる。
【００２３】
ところで、カレントトランスＣＴの上記２次巻線の両端間には抵抗Ｒ７とコンデンサＣ７との直列回路も接続される。コンデンサＣ７の両端間には上述したスイッチ要素ＳＷ５が接続される。また、スイッチング素子Ｑ２のゲートとソースとの間にはスイッチ要素ＳＷ４が接続され、このスイッチ要素ＳＷ４はコンデンサＣ７の両端電圧によりオンオフされる。つまり、コンデンサＣ７の両端電圧が規定電圧以上になるとスイッチ要素ＳＷ４がオンになるようにしてある。
【００２４】
次に、上記回路の動作を図２に基づいて説明する。図２では時刻ｔ０において電源が投入されると時刻ｔ１まで放電灯ＬＰを予熱し、時刻ｔ１で始動後、時刻ｔ２で点灯し、さらに時刻ｔ３においてエミレス状態が発生することにより時刻ｔ４においてインバータ回路ＩＮＶが保護されるものとして動作を示している。
【００２５】
しかして、電源が投入されるとスイッチング素子Ｑ２がオンになってインバータ回路ＩＮＶが動作を開始する。スイッチング素子Ｑ２が導通するときには、スイッチング素子Ｑ２にバイアスを与えるカレントトランスＣＴに図１の左向きの誘起電圧が生じるから、この期間には２次巻線と抵抗Ｒ２との接続点の電位Ｖａは正になる。以下では、この期間を電位Ｖａの正のサイクルと呼ぶ。
【００２６】
電源投入直後には、図２（ａ）のようにコンデンサＣ８の両端電圧は基準電圧Ｖ１よりも低いから、図２（ｂ）のように電圧比較回路ＣＯＭ１の出力はＬレベルでありスイッチ要素ＳＷ５はオフであって、電位Ｖａの正のサイクルにおいてコンデンサＣ７が抵抗Ｒ７を通して充電されると、やがてスイッチ要素ＳＷ４がオンになる。ここに、コンデンサＣ７の充電によってスイッチ要素ＳＷ４がオンになるタイミングは、インダクタＬ１およびコンデンサＣ５を含む共振回路の共振作用によってスイッチング素子Ｑ２がオフになるタイミング（つまり、カレントトランスＣＴの誘起電圧の極性が反転するまでのタイミング）よりも短くなるように設定されている。したがって、カレントトランスＣＴに流れる電流の向きが反転する前にスイッチ要素ＳＷ４がオンになってスイッチング素子Ｑ２がオフになる。スイッチング素子Ｑ２がオフになってカレントトランスＣＴの１次巻線に流れる電流が遮断されると、２次巻線の誘起電圧の極性が反転し、スイッチング素子Ｑ１がオンになる。スイッチング素子Ｑ１のオン期間にはカレントトランスＣＴの誘起電圧の極性が逆転するから、この期間にコンデンサＣ７が放電される。上述の動作により、スイッチ要素ＳＷ５がオフであるときには、共振回路の共振作用によって動作する期間よりもスイッチング素子Ｑ２のオンデューティが小さくなってインバータ回路ＩＮＶの出力周波数が高くなる。その結果、図２（ｄ）のようにコンデンサＣ５に流れる電流を小さくして放電灯ＬＰへの印加電圧を始動電圧以下に抑え、フィラメントを予熱することができる（この動作を予熱モードという）。
【００２７】
予熱モードの期間において、電位Ｖａの正のサイクル毎にダイオードＤ４および抵抗Ｒ８を通してコンデンサＣ８が充電されるから、抵抗Ｒ８とコンデンサＣ８と基準電圧Ｖ１との関係による所定時間が経過すると（時刻ｔ１になると）、図２（ａ）のようにコンデンサＣ８の両端電圧が基準電圧Ｖ１に達し、図２（ｂ）のように電圧比較回路ＣＯＭ１の出力がＨレベルになってスイッチ要素ＳＷ５がオンになる。スイッチ要素ＳＷ５がオンになればスイッチ要素ＳＷ４はオフに保たれるから、インバータ回路ＩＮＶは共振回路の共振作用によって決まる周波数で動作するようになる。これにより、コンデンサＣ５に流れる電流を図２（ｄ）のように予熱時よりも増加させ、放電灯ＬＰへの印加電圧を始動電圧まで高めることができる（始動モードという）。時刻ｔ２において放電灯ＬＰが点灯すれば（点灯モードという）、放電灯ＬＰに電流が流れるからコンデンサＣ５に流れる電流は減少する。このように、ダイオードＤ４、抵抗Ｒ８、コンデンサＣ８、電圧比較回路ＣＯＭ１により予熱時間を時限する手段が構成されることになる。
【００２８】
ところで、点灯モードである時刻ｔ３において放電灯ＬＰが寿命末期に達してエミレス状態になると、放電灯ＬＰが半波点灯することによってカレントトランスＣＴの１次巻線に流れる電流が増加するから（図２（ｄ）にコンデンサＣ５に流れる電流の増加として示してある）、放電灯ＬＰの定常点灯時よりも電位Ｖａが高くなり、コンデンサＣ８の両端電圧が放電灯ＬＰの定常点灯時よりも上昇する。したがって、時刻ｔ４においてコンデンサＣ８の両端電圧が基準電圧Ｖ２に達すると、図２（ｃ）のように電圧比較回路ＣＯＭ２の出力がＨレベルになり、スイッチ要素ＳＷ６がオンになってスイッチ要素ＳＷ５がオフになる。その結果、予熱モードと同様にコンデンサＣ７が充放電されるようになり、インバータ回路ＩＮＶは予熱モードと同じ周波数で動作するようになる。このことによって、放電灯ＬＰへの印加電圧が予熱時と同様に低下し放電灯ＬＰは半波点灯しなくなる。つまり、放電灯ＬＰに流れる電流が減少して、回路部品に対する電流ストレスが軽減される（保護モードという）。
【００２９】
保護モードになれば放電灯ＬＰは消灯した状態になり、この状態において電源を投入したままで放電灯ＬＰを交換すればコンデンサＣ８への充電電流が減少するから、コンデンサＣ８の余剰の電荷は抵抗Ｒ１３を通して放出され、コンデンサＣ８の両端電圧は基準電圧Ｖ１よりも低下する。つまり、インバータ回路ＩＮＶは上述した予熱モードで動作するようになり、その後、始動モード、点灯モードと移行することになる。つまり、電源を投入したままで放電灯ＬＰを交換すれば放電灯ＬＰを点灯させることができる。
【００３０】
図１に示した保護回路１の具体構成を図３に示す。図示例では電圧比較回路ＣＯＭ１を、スイッチ要素ＳＷ５としてのトランジスタＱ５と、抵抗Ｒ１０，Ｒ１２と、基準電圧Ｖ１を与えるためのツェナダイオードＺＤ４とにより構成し、電圧比較回路ＣＯＭ２を、スイッチ要素ＳＷ６としてのトランジスタＱ６と、抵抗Ｒ１１，Ｒ１４と、基準電圧Ｖ２を与えるためのツェナダイオードＺＤ３とにより構成してある。各ツェナダイオードＺＤ３，ＺＤ４はそれぞれコンデンサＣ８の一端と各トランジスタＱ５，Ｑ６のベースとの間に挿入してあり、コンデンサＣ８の両端電圧がツェナダイオードＺＤ３，ＺＤ４のブレークオーバ電圧（基準電圧Ｖ１，Ｖ２）に達すると、トランジスタＱ５，Ｑ６がそれぞれオンになるようにしてある。また、トランジスタＱ５のベースはダイオードＤ５を介してトランジスタＱ６のコレクタに接続してあり、トランジスタＱ６がオンになるとトランジスタＱ５がオフになる。さらに、コンデンサＣ７の一端はスイッチ要素ＳＷ４としてのトランジスタＱ４のベースに接続されている。
【００３１】
（実施形態２）
本実施形態は、図４に示すように、電圧比較回路ＣＯＭ１に対応する時定数回路と電圧比較回路ＣＯＭ２に対応する時定数回路とを各別に設けたものである。
【００３２】
つまり、カレントトランスＣＴの２次巻線には、ダイオードＤ４と抵抗Ｒ６とコンデンサＣ６との直列回路と、ダイオードＤ４と抵抗Ｒ９とコンデンサＣ９との直列回路とが接続され、電圧比較回路ＣＯＭ１ではコンデンサＣ６の両端電圧をツェナダイオードＺＤ４のブレークオーバ電圧（基準電圧Ｖ１）と比較し、電圧比較回路ＣＯＭ２ではコンデンサＣ９の両端電圧をツェナダイオードＺＤ３のブレークオーバ電圧（基準電圧Ｖ２）と比較するようになっている。他の構成は図３に示した実施形態１と同様である。
【００３３】
本実施形態では、図５に示すように、時刻ｔ０において電源が投入されると予熱モードで動作し、両コンデンサＣ６，Ｃ９の両端電圧がともに上昇する。時刻ｔ１においてコンデンサＣ６の両端電圧がツェナダイオードＺＤ４のブレークオーバ電圧に達すると放電灯ＬＰが始動し、時刻ｔ２において放電灯ＬＰは点灯する。また、点灯モードにおいてエミレス状態が生じると、コンデンサＣ９の両端電圧がツェナダイオードＺＤ３のブレークオーバ電圧に達して、実施形態１と同様にしてインバータ回路ＩＮＶが保護される。
【００３４】
図３に示した実施形態１の構成では、エミレス状態が検出されたときにツェナダイオードＺＤ４が導通していることによって電流がツェナダイオードＺＤ４に流れることによって、コンデンサＣ８の両端電圧が上昇しにくく、ツェナダイオードＺＤ３を導通させる電流が少なくなるが、本実施形態の構成ではツェナダイオードＺＤ４とは無関係にコンデンサＣ９の両端電圧を上昇させてツェナダイオードＺＤ３を導通させることができる。つまり、予熱用の時定数回路と保護用の時定数回路とを各別に設計することで設計が容易になり、しかも、エミレス状態が生じたときにツェナダイオードＺＤ３を確実に導通させることでエミレス状態の検出精度を向上させることができる。
【００３５】
（実施形態３）
本実施形態は、図６に示すように、実施形態２の構成にｐｎｐ形のトランジスタＱ７と抵抗Ｒ１７〜Ｒ１９とを付加したものである。つまり、トランジスタＱ７と抵抗Ｒ１８とはコンデンサＣ６の充電経路に挿入されており、トランジスタＱ７がオンになると抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ１８とが並列接続されることによって、コンデンサＣ６の充電電流を増加させるようにしてある。また、トランジスタＱ７はトランジスタＱ５がオンになると導通するように、抵抗Ｒ１７，Ｒ１９の直列回路をトランジスタＱ５のコレクタ−エミッタに直列接続し、抵抗Ｒ１７，Ｒ１９の接続点をトランジスタＱ７のベースに接続してある。
【００３６】
したがって、上記回路では、図７に示すように時刻ｔ１において予熱モードが終了すると、トランジスタＱ５がオンになることによってトランジスタＱ７がオンになり、コンデンサＣ６の充電電流が増加する（図７（ａ）のようにコンデンサＣ６の両端電圧が短時間で上昇する）。つまり、予熱モードから始動モードに移行したときに、ダイオードＤ４を通る電流が増加してもコンデンサＣ９に流れる電流の増加を抑制することができ、始動モード時にはコンデンサＣ９の両端電圧がツェナダイオードＺＤ３のブレークオーバ電圧に達するという誤動作を確実に防止することができる。つまり、正常に始動したことを寿命末期と誤検出することがなく、放電灯ＬＰを確実に点灯させることができる。他の構成および動作は実施形態２と同様である。
【００３７】
（実施形態４）
本実施形態は、図８に示すように、実施形態２の構成にｐｎｐ形のトランジスタＱ８と抵抗Ｒ２０〜Ｒ２２とを付加したものである。つまり、トランジスタＱ８と抵抗Ｒ２２との直列回路が抵抗Ｒ７に並列接続されており、トランジスタＱ８がオンになると抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ２２とが並列接続されることによって、コンデンサＣ７の充電電流を増加させるようにしてある。トランジスタＱ８はトランジスタＱ６がオンになると導通するように、抵抗Ｒ２０，Ｒ２１の直列回路をトランジスタＱ６のコレクタ−エミッタに直列接続し、抵抗Ｒ２０，Ｒ２１の接続点をトランジスタＱ８のベースに接続してある。
【００３８】
したがって、保護モードにおいてトランジスタＱ６がオンになると、予熱モード時とはコンデンサＣ７への充電経路が変化し、予熱モードよりもさらに高い周波数でインバータ回路ＩＮＶを動作させることが可能になる。つまり、図９（ｂ）のように、時刻ｔ４において保護モードに移行したときに、放電灯ＬＰに流す電流（図ではコンデンサＣ５に流れる電流で示してある）を予熱モード時よりも低減することができる。この動作により、予熱モード時には適正な予熱電流を確保し、保護モード時には出力を十分に絞って保護効果を高めることができる。他の構成および動作は実施形態２と同様である。
【００３９】
（参考例）
上述した各実施形態では、放電灯ＬＰを予熱する機能を保護回路１に設けていたが、本参考例では図１０に示すように予熱の機能を保護回路１から省略してある。また、コンデンサＣ７への充電経路に抵抗Ｒ７とともにｐｎｐ形のトランジスタＱ９を挿入し、トランジスタＱ６のオン時にトランジスタＱ９をオンにする。このため、トランジスタＱ６には抵抗Ｒ２５，Ｒ２６の直列回路を接続し、抵抗Ｒ２５，Ｒ２６の接続点をトランジスタＱ９のベースに接続してある。また、トランジスタＱ９のエミッタ−コレクタにはコンデンサＣ７の放電経路を形成するために、ダイオードＤ８を逆並列に接続してある。
【００４０】
しかして、点灯モードにおいてエミレス状態に至ると、他の実施形態と同様にトランジスタＱ６がオンになる。このとき、トランジスタＱ９もオンになるから、コンデンサＣ７の充電が可能になり、コンデンサＣ７の両端電圧の上昇によってスイッチング素子Ｑ２のオン期間を短くすることができる。また、スイッチング素子Ｑ２がオフになった後には、コンデンサＣ７の電荷はダイオードＤ８を通る経路で放出されるから、次にスイッチング素子Ｑ２が導通したときにコンデンサＣ７が再び充電される。要するに、コンデンサＣ７は充放電を繰り返すから、定常点灯時よりも高い周波数でインバータ回路ＩＮＶが駆動されるのである。他の構成および動作は実施形態２と同様である。この構成では予熱機能がないから、部品点数が少なく安価に提供することができる。
【００４１】
（実施形態５）
本実施形態は、図１１に示すように、参考例の構成に放電灯ＬＰを予熱する予熱手段を追加したものである。つまり、参考例の構成においてトランジスタＱ９と抵抗Ｒ７との直列回路にダイオードＤ９と抵抗Ｒ２７，Ｒ２８の直列回路を追加し、さらに抵抗Ｒ２８にコンデンサＣ１０を並列接続してある。また、コンデンサＣ７にはダイオードＤ１１を並列接続してある。スイッチング素子Ｑ４にはダイオードＤ１０が直列接続される。
【００４２】
しかして、図１２に示すように、時刻ｔ０において電源が投入されると、電位Ｖａの正のサイクルごとにダイオードＤ９を介してコンデンサＣ１０，Ｃ７が充電されるから、コンデンサＣ７の両端電圧が所定電圧に達するとスイッチング素子Ｑ４がオンになってスイッチング素子Ｑ２をオフにする。この動作は基本的には実施形態１と同様である。ただし、本実施形態では抵抗Ｒ２７を通してコンデンサＣ１０が充電されるから、コンデンサＣ１０の両端電圧が上昇するとコンデンサＣ７の両端電圧がスイッチング素子Ｑ４をオンにするタイミングが次第に遅れ、スイッチング素子Ｑ２のオンデューティが徐々に大きくなる。つまり、予熱モードから始動モードに向かって動作周波数が連続的に変化し、予熱モードにおいてコンデンサＣ５に流れる電流は、図１２（ｂ）のように連続的に増加する。こうして時刻ｔ１において放電灯ＬＰの印加電圧が始動電圧に達すると放電灯ＬＰが始動し、スイッチング素子Ｑ４はオフになる。ここに、抵抗Ｒ２８はコンデンサＣ１０の放電用に設けられている。エミレス状態の動作は参考例と同様であり、他の構成および動作は実施形態２と同様である。
【００４３】
上述のように、予熱モード時に動作周波数が連続的に変化するので、動作周波数が低すぎるために放電灯ＬＰの種類や周囲温度によって放電灯ＬＰが予熱モード時に微放電してしまったり、逆に予熱周波数が高すぎるために充分な予熱電流が得られなくなることがなく、放電灯ＬＰの両フィラメントを確実に予熱することができる。
【００４４】
（実施形態６）
本実施形態は、図１３に示すように、実施形態５の構成にダイオードＤ１２，Ｄ１３と抵抗Ｒ２９を追加したものである。この構成では、放電灯ＬＰがエミレス状態になってトランジスタＱ６がオンになるとトランジスタＱ９がオンになり、このとき、ダイオードＤ１３と抵抗Ｒ２９とを介してコンデンサＣ９を充電する経路が形成されるから、結果的に、トランジスタＱ６，Ｑ９のベース電流が増加する。こうしてコンデンサＣ７の充電電流が増加するから、コンデンサＣ７を速く充電することができ、保護モード時のインバータ回路ＩＮＶの動作周波数をより高めて保護効果を高めることができる。他の構成および動作は実施形態５と同様である。
【００４５】
（実施形態７）
本実施形態は、図１４に示すように、図６に示した実施形態３と同様の構成において、予熱モード時にコンデンサＣ６の充電電流を増加させる代わりに、保護モード時に電圧比較回路ＣＯＭ２に対応するコンデンサＣ９の充電電流を増加させる構成としている。つまり、抵抗Ｒ９とコンデンサＣ９との直列回路にトランジスタＱ７を挿入してあり、このトランジスタＱ７はトランジスタＱ５のオン時だけではなく、トランジスタＱ６のオン時にも導通するようにベースに抵抗Ｒ２３を介してトランジスタＱ６を接続してある。
【００４６】
すなわち、予熱モードから始動モードに移行するとトランジスタＱ５がオンになり、これに伴ってトランジスタＱ７がオンになるから、コンデンサＣ９の充電が開始される。このように本実施形態の保護回路１は放電灯ＬＰの予熱が終了した後に、保護モードに移行させるためのコンデンサＣ９を充電するから、放電灯ＬＰの点灯前にエミレス状態と誤検出することがない。とくに、放電灯ＬＰの交換時にはコンデンサＣ６，Ｃ９の両端電圧が比較的高い状態にあるから、両コンデンサＣ６，Ｃ９の両端電圧が同時に上昇すると始動モードに移行したときにエミレス状態と誤検出する可能性があるが、本実施形態の構成では予熱後にコンデンサＣ９の両端電圧の上昇が開始されるから、この種の誤検出が生じない。他の構成および動作は実施形態３と同様である。
【００４７】
（実施形態８）
本実施形態は、図１５に示すように、図１１に示した実施形態５の構成において、実施形態７と同様の機能を実現しようとするものである。本実施形態では、フォトカプラを設け、発光ダイオードよりなるフォトカプラの発光素子ＰＣ１を実施形態５におけるダイオードＤ９に代えてコンデンサＣ１０，Ｃ７の充電経路に挿入し、フォトサイリスタよりなるフォトカプラの受光素子ＰＣ２をコンデンサＣ９と並列に接続してある。
【００４８】
この構成では、予熱モード時には発光素子ＰＣ１にコンデンサＣ１０，Ｃ７を充電する電流が流れるから、受光素子ＰＣ２が導通してコンデンサＣ９の充電が禁止され、始動モードに移行した後に受光素子ＰＣ２がオフになってコンデンサＣ９の充電が開始されるようになっている。つまり、実施形態７と同様に、予熱モードの収納後にエミレス状態を検出するためのコンデンサＣ９の充電が開始されるから、始動モードに移行したときにエミレス状態と誤検出することがない。他の構成および動作は実施形態５と同様である。
【００４９】
（実施形態９）
本実施形態は、図１６に示すように、実施形態８の構成において、整流器Ｄ１を倍電圧整流回路２に置き換えたものである。倍電圧整流回路２は、２個ずつのダイオードＤ２１，Ｄ２２とコンデンサＣ２１，Ｃ２２とを有する周知の構成であって、コンデンサＣ２１，Ｃ２２の直列回路の両端間に交流電源Ｖａｃのピーク電圧の２倍の電圧を得ることができるものである。ここに、インバータ回路ＩＮＶを起動するための抵抗Ｒ３の一端はコンデンサＣ２１，Ｃ２２の接続点に接続される。つまり、インバータ回路ＩＮＶへの入力電圧を倍電圧整流回路２により高くしながらも、抵抗Ｒ３には倍電圧整流回路２の出力電圧の２分の１の電圧しか印加されないから、抵抗Ｒ３やコンデンサＣ３には他の部品よりも耐圧の低い部品を用いることができる。つまり、倍電圧整流回路２を用いる際には他の構成よりも本実施形態の構成を採用するほうが低耐圧の部品を用いることができるから低価格になる。印刷配線基板に実装する際には、抵抗Ｒ３の周囲の回路パターンの絶縁距離を小さくすることができ、回路パターンの設計が容易になる。なお、他の実施形態においても本実施形態の技術思想を適用することが可能である。
【００５０】
また、上述した各実施形態ではハーフブリッジ形のインバータ回路ＩＮＶを用いた放電灯点灯装置を例示したが、１石式のインバータ回路（従来構成として例示した公報などに記載されている）を用いた放電灯点灯装置であっても同様の技術を適用することができる。
【００５１】
【発明の効果】
請求項１の発明は、カレントトランスを用いてスイッチング素子を自励制御することにより交流電源を高周波に電力変換してフィラメントを有した放電灯を高周波点灯させるインバータ回路と、前記スイッチング素子をオフするスイッチ要素をオンオフさせることにより前記スイッチング素子を定常点灯時の自励状態とは異なる状態に制御可能な制御手段とを備え、制御手段が、予熱時にカレントトランスの２次側出力を用いて予熱時間を決めるとともに、放電灯の定常点灯時にカレントトランスの２次側出力を監視してフィラメントの寿命末期状態を検出し、予熱時には前記スイッチ要素をオンオフさせて放電灯への印加電圧を始動電圧以下に抑え、予熱時間が経過すると予熱時間を時限する手段に前記スイッチ要素をオフに保つ出力を開始させ、放電灯の寿命末期の検出時には予熱時間を時限する手段の前記出力を停止させ前記スイッチ要素をオンオフさせて放電灯への印加電圧を定常点灯時よりも低下させるものであり、放電灯の負荷状態をカレントトランスにより検出するから放電灯の負荷状態の変化からインバータ回路の制御が行われるまでの応答時間が短い。また、スイッチング素子がカレントトランスを用いて自励制御されるものであり、負荷状態の検出とインバータ回路の駆動とに各別のカレントトランスを設ける必要がなく、部品点数の増加を抑制することができるという利点がある。さらに、制御手段は、予熱時にカレントトランスの２次側出力を用いて予熱時間を決めるとともに、放電灯の定常点灯時にカレントトランスの２次側出力を監視してフィラメントの寿命末期状態を検出するので、予熱状態と寿命末期状態とのそれぞれに対応したインバータ回路の制御が可能になるのであって、予熱用と寿命末期検出用とに各別のカレントトランスを設けるよりも部品点数の増加を抑制することができる。
【００５４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、制御手段が、カレントトランスの２次側出力を用いて充電される第１のコンデンサと、電源投入から第１のコンデンサの両端電圧が第１の基準値に達するまでの時間を予熱時間とする手段と、カレントトランスの２次側出力を用いて充電される第２のコンデンサと、第２のコンデンサの両端電圧を第２の基準値と比較することにより放電灯の寿命末期を検出する手段とを備えるものであり、予熱用と寿命末期の保護用との２つのコンデンサを設けているから、予熱時間と寿命末期を判断する誤動作防止用の時間とを個別に設定することができ、設計が容易になるという利点がある。
【００５５】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、制御手段が、カレントトランスの２次側出力を用いて充電されるコンデンサと、電源投入からコンデンサの両端電圧が第１の基準値に達するまでの時間を予熱時間とする手段と、コンデンサの両端電圧を第２の基準値と比較することにより放電灯の寿命末期を検出する手段とを備えるものであり、コンデンサを予熱用と寿命末期の検出用とに兼用しているから、回路構成が簡単になる。
【００５６】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、制御手段が、放電灯の寿命末期を検出すると放電灯に流れるランプ電流を定常点灯時よりも小さくするようにインバータ回路を制御するものであり、寿命末期時にはランプ電流を定常点灯時よりも小さくするから、寿命末期時において回路部品への電流ストレスを低減することができる。
【００５７】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、制御手段が予熱終了以後に放電灯の寿命末期を検出する動作を開始するものであり、予熱中には寿命末期を検出する動作が開始されないから、放電灯の始動時においてカレントトランスの２次側出力が増加しても寿命末期と誤検知することが防止される。
【００５８】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、２個の平滑用のコンデンサの直列回路の両端電圧を出力電圧とする倍電圧整流回路を交流電源とインバータ回路との間に設け、平滑用のコンデンサの両端電圧を用いて電源投入時にスイッチング素子を起動するものであり、倍電圧整流回路を用いてインバータ回路への入力電圧を高電圧としながらも、インバータ回路の起動に用いる部品には倍電圧整流回路の出力電圧の２分の１の電圧しか印加されないから、起動用の部品に高耐圧のものを用いる必要がなく、コスト増を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態１の回路図である。
【図２】  同上の動作説明図である。
【図３】  同上の具体回路図である。
【図４】  本発明の実施形態２の回路図である。
【図５】  同上の動作説明図である。
【図６】  本発明の実施形態３の回路図である。
【図７】  同上の動作説明図である。
【図８】  本発明の実施形態４の回路図である。
【図９】  同上の動作説明図である。
【図１０】  本発明の参考例の回路図である。
【図１１】  本発明の実施形態５の回路図である。
【図１２】  同上の動作説明図である。
【図１３】  本発明の実施形態６の回路図である。
【図１４】  本発明の実施形態７の回路図である。
【図１５】  本発明の実施形態８の回路図である。
【図１６】  本発明の実施形態９の回路図である。
【図１７】  従来例を示す回路図である。
【図１８】  他の従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
１  保護回路
２  倍電圧整流回路
ＣＴ  カレントトランス
ＬＰ  放電灯
Ｑ１，Ｑ２  スイッチング素子
Ｑ４〜Ｑ９  トランジスタ
Ｒ８，Ｒ１３，Ｒ１５，Ｒ１６  抵抗
Ｃ８，Ｃ９  コンデンサ
Ｒ４０  起動用抵抗
Ｖ１  予熱用基準電圧
Ｖ２  保護用基準電圧
Ｖａ  ２次側電圧
Ｖａｃ  商用電源
ＺＤ３，ＺＤ４  ツェナダイオード
【図１】
0004103231.tif 000002
【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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