放電灯点灯回路
【課題】調光機能を持つ場合の効率低下防止と放電灯寿命低下防止を実現する放電灯点灯回路を提供する。
【解決手段】放電灯点灯回路は、放電灯駆動用電圧をスイッチングしてランプ供給電圧を生成し、これを放電灯に出力するインバータ回路と、放電灯のフィラメント間に接続される予熱用コンデンサと、調光レベルと放電灯駆動用電圧及びスイッチング周波数との関係を記憶する記憶部と、調光レベルが高くなるに従ってスイッチング周波数が低くなるように、且つ、調光レベルが全点灯状態のときの放電灯駆動用電圧がそれ以外の調光レベルのときよりも低い値となるように、それらの関係を記憶する記憶部とを備える。
【解決手段】放電灯点灯回路は、放電灯駆動用電圧をスイッチングしてランプ供給電圧を生成し、これを放電灯に出力するインバータ回路と、放電灯のフィラメント間に接続される予熱用コンデンサと、調光レベルと放電灯駆動用電圧及びスイッチング周波数との関係を記憶する記憶部と、調光レベルが高くなるに従ってスイッチング周波数が低くなるように、且つ、調光レベルが全点灯状態のときの放電灯駆動用電圧がそれ以外の調光レベルのときよりも低い値となるように、それらの関係を記憶する記憶部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、調光機能を備える放電灯点灯回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電灯点灯回路は、放電灯のフィラメント間に接続した予熱用コンデンサに予熱電流を流し、フィラメントを、そのフィラメントから電子放出するのに十分暖めた段階で起動電圧をフィラメント間に与え、それによって放電を開始させる。また、調光機能を備える放電灯点灯回路は、矩形波状のランプ供給電圧を生成するスイッチング回路を備え、調光信号に応じてスイッチング周波数、すなわちランプ電圧の点灯周波数を変える。ランプ点灯状態では、点灯周波数とランプ電流とが略反比例する相関関係を備えるため、調光信号に応じて点灯周波数を制御することでランプ電流、すなわち放電灯の明るさを調光できる。
【０００３】
このような放電灯点灯回路では、スイッチング回路等の制御により、ランプの各モード（予熱モード、起動モード、点灯モード）での状態をある範囲内で所望の状態に設定することが可能である。例えば、特許文献１では、予熱モードや点灯モード（調光点灯モード）の各モードに適合するように基準信号周波数やインバータ回路のオンデーティを制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５２１６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のように、単に、放電灯動作時に遷移する各モードに適合するように基準信号周波数やインバータ回路のオンデーティを制御するだけでは、点灯回路の効率を十分に上げることと、ランプ寿命を上げることの両方を満足することは出来ない状況が発生する。これについて、以下説明する。
【０００６】
インバータを使用して調光機能を持たせる場合、調光レベルを下げてランプ電流を小さくしたときにおいても安定した点灯状態を維持し、且つ放電灯の寿命も短命化させない見地から、調光レベルを下げた低調光レベルの状態ではフィラメント間に接続されている予熱用コンデンサに対して相対的に大きな予熱電流を流すことが必要になる。つまり、調光レベルが低くなるほど、このコンデンサの値を大きくする必要が出てくる。
【０００７】
しかし、予熱用コンデンサを大きな値に設定すると、今度は、全点灯状態（１００％調光レベル状態）等の高調光レベルになったときに過剰な予熱電流が流れ、点灯回路の効率が低下してしまう。すなわち、予熱用コンデンサを大きな値に設定すると放電灯の寿命は短命化しないが点灯回路の効率が低下し、一方、予熱用コンデンサを大きな値に設定しないと点灯回路の効率は低下しないが放電灯の寿命は短命化する、というトレードオフの問題がある。従来の点灯回路では、このトレードオフの問題を解決できていなかった。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、調光機能を持つ場合の効率低下防止と放電灯寿命低下防止を実現する放電灯点灯回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の放電灯点灯回路は、
放電灯駆動用電圧を生成する電源回路と、
前記放電灯駆動用電圧をスイッチングしてランプ供給電圧を生成し、これを放電灯に出力するインバータ回路と、
放電灯のフィラメント間に接続される予熱用コンデンサと、
調光信号が入力し、この調光信号に対応する調光レベルが設定される調光信号入力回路と、
調光レベルと放電灯駆動用電圧及びスイッチング周波数との関係を記憶する記憶部と、
前記放電灯の点灯時に、そのときに設定されている調光レベルに対応する放電灯駆動用電圧とスイッチング周波数とを前記記憶部から求め、これらの放電灯駆動用電圧とスイッチング周波数となるように、前記電源回路と前記スイッチング回路を制御する制御回路と、
を備えている。
【００１０】
この発明では、調光レベルと放電灯駆動用電圧及びスイッチング周波数との関係を記憶する記憶部を備えており、この記憶部を参照して、調光レベル設定内容に応じて放電灯駆動用電圧及びスイッチング周波数を制御する。その制御は、調光レベルが高くなるに従ってスイッチング周波数が低くなるように、且つ、調光レベルが全点灯状態のときの放電灯駆動用電圧がそれ以外の調光レベルのときよりも低い値となるようにする。
【００１１】
このような制御により、点灯回路の効率低下と放電灯寿命低下を防止できる。その理由は次の通りである。
【００１２】
全点灯状態の高調光レベルにおいて、スイッチング周波数を低下することにより予熱用コンデンサのインピーダンスが高くなり、これにより予熱電流も低下する。全点灯状態の高調光レベルでは、フィラメントからの電子放出が十分であるために、仮に予熱電流がかなり低下したとしても消弧することはなく、点灯状態は十分に維持される。これに対して、全点灯状態以外の調光レベルになると、スイッチング周波数の低下が解消され、元の大きさに戻るため、予熱電流が大きくなる。したがって、予熱用コンデンサを、全点灯状態以外の調光レベルで必要十分な予熱電流が流れる程度の大きさに設定しておけば、全点灯状態の高調光レベルの場合に無駄な予熱電流が流れなくなり、点灯回路の効率低下を防ぐことが出来る。また、全点灯状態の高調光レベルでも、全点灯状態以外の調光レベルでも予熱電流の不足がなく確実な点灯状態を維持できるため、点灯中に消弧したりそれに近い不安定な状態に遷移することがなくなり放電灯寿命低下を防止できる。
【００１３】
さらに、この発明では、全点灯状態の高調光レベルにおいて、スイッチング周波数を低下させると同時に放電灯駆動用電圧を低下させる。このため、スイッチング周波数低下ではランプ電流を上昇しようとし、放電灯駆動用電圧低下ではランプ電流を下げようとする。その結果、適当なスイッチング周波数を選択することにより、ランプ電流はほとんど低下しないか極く僅かの低下となる。ランプ電流が低下しないことにより放電灯は暗くなることはなく全点灯状態が維持される。これに対して、全点灯状態以外の調光レベルになると、放電灯駆動用電圧の低下は解消されて元の大きさに戻り、スイッチング周波数は設定された調光レベルに沿ったものとなるため、放電灯の調光制御が従来の点灯回路と同様に確実に行われる。
【００１４】
この発明では、前記記憶部は、調光レベルが全点灯状態のときから少なくとも略８０％点灯状態に遷移するまでの範囲において、放電灯駆動用電圧が最も低い値から徐々に高くなり、且つスイッチング周波数が最も低い値から徐々に高くなるように記憶する。また、前記記憶部は、調光レベルが前記所定調光レベル未満において、放電灯駆動用電圧が一定値であり、且つ調光レベルが低下するに応じてスイッチング周波数が徐々に高くなるように記憶する。
【００１５】
このように、放電灯駆動用電圧とスイッチング周波数との関係を、全点灯状態から一定の範囲において記憶しておくことで、全点灯状態付近での急激な変化を防ぐことができる。
【００１６】
上記記憶部は、テーブル形式で記憶することが望ましいが、前記関係を数式で表し、これを制御プログラム上に記憶しても良い。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、調光機能を持つ場合の効率低下防止と放電灯寿命低下防止を実現し、さらに全点灯状態のときにランプ電流が低下しないように制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る放電灯点灯回路の一実施形態を示す全体ブロック図
【図２】ランプ点灯時においてのランプ電流とランプ電圧との関係を示す図
【図３】ランプ点灯時においてのランプ電圧とスイッチング周波数（点灯時なので点灯周波数と称する）との関係を示す図
【図４】ランプ点灯時においてのランプ電流と点灯周波数との関係を示す図
【図５】ランプ点灯前（放電開始前）においてのランプ電圧とスイッチング周波数（点灯前なので発振周波数と称する）との関係を示す図
【図６】テーブルの構成図
【図７】概略動作を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明に係る放電灯点灯回路の一実施形態を示す全体ブロック図である。
【００２０】
放電灯点灯回路１は、本実施形態においては商用交流電源ＡＣがコンセントなどを介して接続されることによって駆動される。ダイオードブリッジＤＢは、商用交流電源ＡＣを全波整流する。ダイオードブリッジＤＢの出力側には、昇圧チョッパ回路１０が接続されている。昇圧チョッパ回路１０は、チョークコイルＬｃ、スイッチング素子Ｑ１、整流ダイオードＤ１及び平滑コンデンサＣ１からなり、平滑コンデンサＣ１の一端に放電灯駆動用電圧として、所定電圧、ここでは３６０Ｖを生成する。また、後述のように、この放電灯駆動用電圧を、３６０Ｖを最大値として調光レベルに応じて低下する制御を行う。スイッチング素子駆動回路１１はスイッチング素子Ｑ１のベースに接続され、スイッチング素子Ｑ１の駆動を制御する。これらの要素と回路群により、放電灯に対して放電灯駆動用電圧を供給する電源回路が構成される。
【００２１】
マイクロコンピュータ（制御回路）１２は、所定の制御を行って各回路部に対して信号の出力を行う。例えば、詳細については後述するが、リモコンから入力された調光レベルに応じてテーブル１２０を参照し、上記電源回路で生成される放電灯駆動用電圧の大きさとインバータ回路１７のスイッチング周波数とを設定する。
【００２２】
マイクロコンピュータ１２は、例えばスイッチング素子駆動回路１１へ制御信号を出力し、平滑コンデンサＣ１が所定電圧に充電されるようにスイッチング素子Ｑ１をオン、オフ駆動させる。交流入力検出回路１３は、商用交流電源ＡＣラインと接地との間に接続され、商用交流電源ＡＣの接続状態を検出し、検出結果をマイクロコンピュータ１２に出力する。チョークコイル出力検出回路１４は、チョークコイルＬｃの二次側に接続され、ダイオードブリッジＤＢからチョークコイルＬｃへ電力が供給されているか否かを検出するもので、検出結果をマイクロコンピュータ１２に出力する。制御回路用電源回路１５は、昇圧チョッパ回路１０で生成される電圧を用いて、マイクロコンピュータ１２や後述するハーフブリッジ駆動回路１６、寿命末期検出回路１８等の電源電圧（１４Ｖおよび５Ｖ）を生成する。
【００２３】
ハーフブリッジ駆動回路１６は、マイクロコンピュータ１２からの制御信号に基づいて交互にハイ、ローとなる駆動パルスをハーフブリッジ接続インバータ回路１７に出力する。インバータ回路１７はハーフブリッジ型であり、直列接続されたスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３と、その出力（負荷）側に共振回路を構成するための誘導リアクトルＬ１、コンデンサＣ２，Ｃ３を備えている。コンデンサＣ３は、この共振回路を構成するとともに、放電灯ＦＬのフィラメントを予熱する予熱用コンデンサを兼用している。なお、コンデンサＣ２は直流をカットする。
【００２４】
スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３は、ハーフブリッジ駆動回路１６から互いに逆位相の駆動パルスが入力されることで交互にオン、オフを繰り返す。従って、放電灯ＦＬは、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のオン、オフ動作及び共振動作により、所定電源（本実施例では３６０Ｖ）からの電力が高周波電力に変換されて供給され、両フィラメントが予熱された後、始動して点灯する。
【００２５】
寿命末期検出回路１８は、放電灯ＦＬの両端に接続されたもので、検出した電圧をマイクロコンピュータ１２に出力する。マイクロコンピュータ１２は、寿命末期検出回路１８からの検出電圧に基づいて、放電灯ＦＬの寿命末期の判定及び制御を行う。
【００２６】
電源電圧検出回路１９は、昇圧チョッパ回路１０で生成される電圧のレベルを検出する。マイクロコンピュータ１２は、電源電圧検出回路１９の検出結果に基づき、昇圧チョッパ回路１０で生成された電圧のレベルが安定するようにスイッチング素子駆動回路１１を介してスイッチング素子Ｑ１のオンオフのタイミングを制御する。なお、リモコン受光回路２０は、図外の例えば携帯型操作部（リモコン）から赤外線変調して送信された指示信号を受光する。マイクロコンピュータ１２は、リモコン受光回路２０での受光信号に応じて点灯／消灯制御や調光制御を行う。
以上の回路構成からなる放電灯点灯回路の特性は図２〜図５の通りである。
【００２７】
図２は、ランプ点灯時においてのランプ電流とランプ電圧との関係、図３は、ランプ点灯時においてのランプ電圧とスイッチング周波数（点灯時なので点灯周波数と称する）との関係、図４は、ランプ点灯時においてのランプ電流と点灯周波数との関係、図５は、ランプ点灯前（放電開始前）においてのランプ電圧とスイッチング周波数（点灯前なので発振周波数と称する）との関係をそれぞれ示している。
【００２８】
図５は、発振周波数とランプ電圧との関係を示しているが、放電灯が放電を開始するには、フィラメントが十分に予熱された状態で十分高い電圧がフィラメント間に印加されることが必要である。図５において、発振周波数flphは、起動時での周波数を示し、発振周波数flsは、起動後一定時間後の周波数を示す。発振周波数flphでのランプ電圧Vlphは、起動電圧未満であり、発振周波数flsでのランプ電圧Vlsは、起動電圧以上である。フィラメントは、発振周波数flphに制御される一定時間で十分に予熱され、放電灯は、一定時間後のランプ電圧Vlsで点灯開始する。
【００２９】
放電灯FLの点灯状態では、ランプ電流と点灯周波数の関係は図４のようになる。つまり、点灯周波数とランプ電流との関係が略反比例の関係である。また、図３に示すように、ランプ電圧とランプ電流との関係も略反比例の関係である。
【００３０】
図４から、点灯周波数を可変することによりランプ電流、つまり放電灯の明るさを変えることができるが、図３より、点灯周波数を変化させてもランプ電圧は大きく変化しない。同様に、図２より、ランプ電流が変化してもランプ電圧は大きく変動しない。したがって、放電灯の明るさは、略、点灯周波数だけにより可変することができる。
【００３１】
放電灯点灯回路は、以上の特性を備えることから、マイクロコンピュータ１２は、次の制御を行うことにより、放電灯の起動と点灯制御を行うことが出来る。また、下記（３）又は（４）のように、全点灯時またはその近辺においては、特別の制御を行う。
【００３２】
（１）起動時
ハーフブリッジ回路１７の発振周波数をflphに制御して、一定時間、放電灯ＦＬのフィラメントに通電する。このときの放電灯駆動用電圧は３６０Ｖである。この一定時間にフィラメントが予熱される。一定時間が経過すると、発振周波数をflph→flsに制御する。すると、ランプ電圧は、Vlph→VLsに一気に上昇する。このとき、放電灯は点灯を開始する。
【００３３】
（２）点灯時
ハーフブリッジ回路１７の発振周波数（点灯周波数）を、リモコンで設定された調光レベルに応じた値にする。これにより、図４の特性からランプ電流が変化し、明るさが変わる。このときのランプ電圧は大きく変化しない。点灯周波数とリモコンで設定する調光レベルとの関係は、テーブル１２０に予め記憶されている。
【００３４】
（３）全点灯時
本実施形態では、全点灯時において、上記（２）と異なる制御を行う。すなわち、点灯周波数を、リモコンで設定された最も高い調光レベルに応じた値(図３、図４でffull)にするとともに、インバータ回路１７の電源電圧である放電灯駆動用電圧を一定電圧に低下する。なお、図３、図４において、fminは、最も低い周波数を意味し、ffullは、全点灯時の点灯周波数を意味している。
【００３５】
図４に示すように、全点灯時においては点灯周波数が最も低下して(ffull)ランプ電流が最も高く上昇しようとするが、放電灯駆動用電圧を低下させるために、それに比例してランプ電流が下がろうとする。その結果、ffullとして適当な点灯周波数を設定しておくことにより、ランプ電流はほとんど低下しないか極く僅かの低下となる。ランプ電流が低下しないことにより放電灯は暗くなることはなく全点灯状態が維持される。また、スイッチング周波数を低下することにより予熱用コンデンサのインピーダンスが高くなり、これにより予熱電流も低下するが、全点灯状態の高調光レベルでは、フィラメントからの電子放出が十分であるために、仮に予熱電流がかなり低下したとしても消弧することはなく、点灯状態は十分に維持される。これに対して、全点灯状態以外の調光レベルになると、スイッチング周波数の低下が解消され、元の大きさに戻るため、予熱電流が大きくなる。したがって、予熱用コンデンサを、全点灯状態以外の調光レベルで十分な予熱電流が流れ（より具体的には、調光レベルが制御範囲として設定されているレベル中の最低に設定されているときに、ランプ点灯状態が維持されるのに必要十分な予熱電流が流れ）、且つ、全点灯状態の調光レベルでは点灯維持に過剰となる予熱電流が流れることのない程度の容量まで小さくした値に設定しておけば、全点灯状態の高調光レベルの場合に無駄な予熱電流が流れなくなり、点灯回路の効率低下を防ぐことが出来る。よって、予熱用コンデンサを、全点灯状態以外の調光レベルで必要十分な予熱電流が流れる程度の大きさに設定しておけば、全点灯状態の高調光レベルの場合に無駄な予熱電流が流れなくなり、点灯回路の効率低下を防ぐことが出来る。また、調光レベルの大きさにかかわらず放電灯の点灯状態が不安定な状態にならずに維持されるため、放電灯の寿命低下はない。
【００３６】
（４）全点灯時のときから所定調光レベルに低下するまでの範囲
本発明の別の実施形態では、全点灯時において、上記（３）に加えて、さらに一定の範囲で付きの制御を行う。
【００３７】
すなわち、調光レベルが全点灯状態のときから所定調光レベルに低下するまでの範囲において、放電灯駆動用電圧が予め設定されている範囲内で最も低い値から徐々に高くなり、且つ点灯周波数が予め設定されている範囲内で最も低い値から徐々に高くなるように制御する。
【００３８】
所定調光レベルは、例えば、全点灯状態に対して８０％程度とする。このように、全点灯状態からある一定の調光範囲で、点灯周波数と放電灯駆動用電圧とが徐々に高くなるように制御する。これにより、全点灯状態になったときに急に変化するのを防ぐことができる。
【００３９】
前記所定調光レベル未満の範囲では、放電灯駆動用電圧が最も高い値で固定し、点灯周波数は、調光レベルに応じて変化する（調光レベルが低くなるに応じて点灯周波数が高くなる）通常の調光制御が行われる。
【００４０】
以上の（１）〜（３）又は（１）〜（４）の制御により放電灯を点灯する。そして、（３）及び（４）の制御により、予熱用コンデンサを、全点灯状態以外の調光レベルで必要十分な予熱電流が流れる程度の大きさに設定しておけば、全点灯状態の高調光レベルの場合に無駄な予熱電流が流れなくなり、点灯回路の効率低下を防ぐことが出来る。また、調光レベルの大きさにかかわらず放電灯の点灯状態が不安定な状態にならずに維持されるため、放電灯の寿命低下を防止できる。
【００４１】
図６は、テーブル１２０の一例を示している。
【００４２】
このテーブル１２０では、リモコン値と点灯周波数と放電灯駆動用電圧の関係を記憶している。リモコン値（調光レベル）が全点灯状態（１００％点灯状態）から８０％点灯状態の範囲では、リモコン値が低下するに応じて、放電灯駆動用電圧が最も低い値から徐々に高くなり、且つ点灯周波数ｆが最も低い値から徐々に高くなるように記憶する。リモコン値（調光レベル）が８０％以下の予め決めた調光範囲内では、放電灯駆動用電圧は３６０Ｖの一定値であり、点灯周波数ｆは徐々に高くなる
なお、テーブル１２０に代えて、メモリ上に、又はプログラムとしてリモコン値と点灯周波数と放電灯駆動用電圧の関係を示す数式を記憶しておき、この数式に基づいて、リモコン値に対応する点灯周波数と放電灯駆動用電圧とを求めても良い。
【００４３】
図７は、マイコン１２０の概略制御動作を示すフローチャートである。
【００４４】
ステップＳＴ１、ＳＴ２においてモードを検知する。電源オン時であれば起動モードとなり、起動後であれば点灯モードとなる。ステップＳＴ１において起動モードが検知されると、ステップＳＴ３に進み、予熱モードへ移行する。予熱モードでは、スイッチング周波数（発振周波数）ｆをflphに設定し(図5)、一定時間フィラメントの予熱を行い、その後、周波数fをflsにして点灯させる。
【００４５】
ステップＳＴ2において点灯モードが検知されると、ステップＳＴ4でリモコン値が検出され、ステップＳＴ5でテーブル１２０が参照され、リモコン値に対応する周波数ｆと放電灯駆動用電圧Ｖが読み出される。ステップＳＴ６、７において、それぞれ、スイッチング周波数が読み出された周波数ｆに設定され、放電灯駆動用電圧Ｖが読み出された値に設定される。
【符号の説明】
【００４６】
１７−インバータ回路
Ｃ３−予熱用コンデンサ
１２０−テーブル
【技術分野】
【０００１】
この発明は、調光機能を備える放電灯点灯回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電灯点灯回路は、放電灯のフィラメント間に接続した予熱用コンデンサに予熱電流を流し、フィラメントを、そのフィラメントから電子放出するのに十分暖めた段階で起動電圧をフィラメント間に与え、それによって放電を開始させる。また、調光機能を備える放電灯点灯回路は、矩形波状のランプ供給電圧を生成するスイッチング回路を備え、調光信号に応じてスイッチング周波数、すなわちランプ電圧の点灯周波数を変える。ランプ点灯状態では、点灯周波数とランプ電流とが略反比例する相関関係を備えるため、調光信号に応じて点灯周波数を制御することでランプ電流、すなわち放電灯の明るさを調光できる。
【０００３】
このような放電灯点灯回路では、スイッチング回路等の制御により、ランプの各モード（予熱モード、起動モード、点灯モード）での状態をある範囲内で所望の状態に設定することが可能である。例えば、特許文献１では、予熱モードや点灯モード（調光点灯モード）の各モードに適合するように基準信号周波数やインバータ回路のオンデーティを制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５２１６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のように、単に、放電灯動作時に遷移する各モードに適合するように基準信号周波数やインバータ回路のオンデーティを制御するだけでは、点灯回路の効率を十分に上げることと、ランプ寿命を上げることの両方を満足することは出来ない状況が発生する。これについて、以下説明する。
【０００６】
インバータを使用して調光機能を持たせる場合、調光レベルを下げてランプ電流を小さくしたときにおいても安定した点灯状態を維持し、且つ放電灯の寿命も短命化させない見地から、調光レベルを下げた低調光レベルの状態ではフィラメント間に接続されている予熱用コンデンサに対して相対的に大きな予熱電流を流すことが必要になる。つまり、調光レベルが低くなるほど、このコンデンサの値を大きくする必要が出てくる。
【０００７】
しかし、予熱用コンデンサを大きな値に設定すると、今度は、全点灯状態（１００％調光レベル状態）等の高調光レベルになったときに過剰な予熱電流が流れ、点灯回路の効率が低下してしまう。すなわち、予熱用コンデンサを大きな値に設定すると放電灯の寿命は短命化しないが点灯回路の効率が低下し、一方、予熱用コンデンサを大きな値に設定しないと点灯回路の効率は低下しないが放電灯の寿命は短命化する、というトレードオフの問題がある。従来の点灯回路では、このトレードオフの問題を解決できていなかった。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、調光機能を持つ場合の効率低下防止と放電灯寿命低下防止を実現する放電灯点灯回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の放電灯点灯回路は、
放電灯駆動用電圧を生成する電源回路と、
前記放電灯駆動用電圧をスイッチングしてランプ供給電圧を生成し、これを放電灯に出力するインバータ回路と、
放電灯のフィラメント間に接続される予熱用コンデンサと、
調光信号が入力し、この調光信号に対応する調光レベルが設定される調光信号入力回路と、
調光レベルと放電灯駆動用電圧及びスイッチング周波数との関係を記憶する記憶部と、
前記放電灯の点灯時に、そのときに設定されている調光レベルに対応する放電灯駆動用電圧とスイッチング周波数とを前記記憶部から求め、これらの放電灯駆動用電圧とスイッチング周波数となるように、前記電源回路と前記スイッチング回路を制御する制御回路と、
を備えている。
【００１０】
この発明では、調光レベルと放電灯駆動用電圧及びスイッチング周波数との関係を記憶する記憶部を備えており、この記憶部を参照して、調光レベル設定内容に応じて放電灯駆動用電圧及びスイッチング周波数を制御する。その制御は、調光レベルが高くなるに従ってスイッチング周波数が低くなるように、且つ、調光レベルが全点灯状態のときの放電灯駆動用電圧がそれ以外の調光レベルのときよりも低い値となるようにする。
【００１１】
このような制御により、点灯回路の効率低下と放電灯寿命低下を防止できる。その理由は次の通りである。
【００１２】
全点灯状態の高調光レベルにおいて、スイッチング周波数を低下することにより予熱用コンデンサのインピーダンスが高くなり、これにより予熱電流も低下する。全点灯状態の高調光レベルでは、フィラメントからの電子放出が十分であるために、仮に予熱電流がかなり低下したとしても消弧することはなく、点灯状態は十分に維持される。これに対して、全点灯状態以外の調光レベルになると、スイッチング周波数の低下が解消され、元の大きさに戻るため、予熱電流が大きくなる。したがって、予熱用コンデンサを、全点灯状態以外の調光レベルで必要十分な予熱電流が流れる程度の大きさに設定しておけば、全点灯状態の高調光レベルの場合に無駄な予熱電流が流れなくなり、点灯回路の効率低下を防ぐことが出来る。また、全点灯状態の高調光レベルでも、全点灯状態以外の調光レベルでも予熱電流の不足がなく確実な点灯状態を維持できるため、点灯中に消弧したりそれに近い不安定な状態に遷移することがなくなり放電灯寿命低下を防止できる。
【００１３】
さらに、この発明では、全点灯状態の高調光レベルにおいて、スイッチング周波数を低下させると同時に放電灯駆動用電圧を低下させる。このため、スイッチング周波数低下ではランプ電流を上昇しようとし、放電灯駆動用電圧低下ではランプ電流を下げようとする。その結果、適当なスイッチング周波数を選択することにより、ランプ電流はほとんど低下しないか極く僅かの低下となる。ランプ電流が低下しないことにより放電灯は暗くなることはなく全点灯状態が維持される。これに対して、全点灯状態以外の調光レベルになると、放電灯駆動用電圧の低下は解消されて元の大きさに戻り、スイッチング周波数は設定された調光レベルに沿ったものとなるため、放電灯の調光制御が従来の点灯回路と同様に確実に行われる。
【００１４】
この発明では、前記記憶部は、調光レベルが全点灯状態のときから少なくとも略８０％点灯状態に遷移するまでの範囲において、放電灯駆動用電圧が最も低い値から徐々に高くなり、且つスイッチング周波数が最も低い値から徐々に高くなるように記憶する。また、前記記憶部は、調光レベルが前記所定調光レベル未満において、放電灯駆動用電圧が一定値であり、且つ調光レベルが低下するに応じてスイッチング周波数が徐々に高くなるように記憶する。
【００１５】
このように、放電灯駆動用電圧とスイッチング周波数との関係を、全点灯状態から一定の範囲において記憶しておくことで、全点灯状態付近での急激な変化を防ぐことができる。
【００１６】
上記記憶部は、テーブル形式で記憶することが望ましいが、前記関係を数式で表し、これを制御プログラム上に記憶しても良い。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、調光機能を持つ場合の効率低下防止と放電灯寿命低下防止を実現し、さらに全点灯状態のときにランプ電流が低下しないように制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る放電灯点灯回路の一実施形態を示す全体ブロック図
【図２】ランプ点灯時においてのランプ電流とランプ電圧との関係を示す図
【図３】ランプ点灯時においてのランプ電圧とスイッチング周波数（点灯時なので点灯周波数と称する）との関係を示す図
【図４】ランプ点灯時においてのランプ電流と点灯周波数との関係を示す図
【図５】ランプ点灯前（放電開始前）においてのランプ電圧とスイッチング周波数（点灯前なので発振周波数と称する）との関係を示す図
【図６】テーブルの構成図
【図７】概略動作を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明に係る放電灯点灯回路の一実施形態を示す全体ブロック図である。
【００２０】
放電灯点灯回路１は、本実施形態においては商用交流電源ＡＣがコンセントなどを介して接続されることによって駆動される。ダイオードブリッジＤＢは、商用交流電源ＡＣを全波整流する。ダイオードブリッジＤＢの出力側には、昇圧チョッパ回路１０が接続されている。昇圧チョッパ回路１０は、チョークコイルＬｃ、スイッチング素子Ｑ１、整流ダイオードＤ１及び平滑コンデンサＣ１からなり、平滑コンデンサＣ１の一端に放電灯駆動用電圧として、所定電圧、ここでは３６０Ｖを生成する。また、後述のように、この放電灯駆動用電圧を、３６０Ｖを最大値として調光レベルに応じて低下する制御を行う。スイッチング素子駆動回路１１はスイッチング素子Ｑ１のベースに接続され、スイッチング素子Ｑ１の駆動を制御する。これらの要素と回路群により、放電灯に対して放電灯駆動用電圧を供給する電源回路が構成される。
【００２１】
マイクロコンピュータ（制御回路）１２は、所定の制御を行って各回路部に対して信号の出力を行う。例えば、詳細については後述するが、リモコンから入力された調光レベルに応じてテーブル１２０を参照し、上記電源回路で生成される放電灯駆動用電圧の大きさとインバータ回路１７のスイッチング周波数とを設定する。
【００２２】
マイクロコンピュータ１２は、例えばスイッチング素子駆動回路１１へ制御信号を出力し、平滑コンデンサＣ１が所定電圧に充電されるようにスイッチング素子Ｑ１をオン、オフ駆動させる。交流入力検出回路１３は、商用交流電源ＡＣラインと接地との間に接続され、商用交流電源ＡＣの接続状態を検出し、検出結果をマイクロコンピュータ１２に出力する。チョークコイル出力検出回路１４は、チョークコイルＬｃの二次側に接続され、ダイオードブリッジＤＢからチョークコイルＬｃへ電力が供給されているか否かを検出するもので、検出結果をマイクロコンピュータ１２に出力する。制御回路用電源回路１５は、昇圧チョッパ回路１０で生成される電圧を用いて、マイクロコンピュータ１２や後述するハーフブリッジ駆動回路１６、寿命末期検出回路１８等の電源電圧（１４Ｖおよび５Ｖ）を生成する。
【００２３】
ハーフブリッジ駆動回路１６は、マイクロコンピュータ１２からの制御信号に基づいて交互にハイ、ローとなる駆動パルスをハーフブリッジ接続インバータ回路１７に出力する。インバータ回路１７はハーフブリッジ型であり、直列接続されたスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３と、その出力（負荷）側に共振回路を構成するための誘導リアクトルＬ１、コンデンサＣ２，Ｃ３を備えている。コンデンサＣ３は、この共振回路を構成するとともに、放電灯ＦＬのフィラメントを予熱する予熱用コンデンサを兼用している。なお、コンデンサＣ２は直流をカットする。
【００２４】
スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３は、ハーフブリッジ駆動回路１６から互いに逆位相の駆動パルスが入力されることで交互にオン、オフを繰り返す。従って、放電灯ＦＬは、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のオン、オフ動作及び共振動作により、所定電源（本実施例では３６０Ｖ）からの電力が高周波電力に変換されて供給され、両フィラメントが予熱された後、始動して点灯する。
【００２５】
寿命末期検出回路１８は、放電灯ＦＬの両端に接続されたもので、検出した電圧をマイクロコンピュータ１２に出力する。マイクロコンピュータ１２は、寿命末期検出回路１８からの検出電圧に基づいて、放電灯ＦＬの寿命末期の判定及び制御を行う。
【００２６】
電源電圧検出回路１９は、昇圧チョッパ回路１０で生成される電圧のレベルを検出する。マイクロコンピュータ１２は、電源電圧検出回路１９の検出結果に基づき、昇圧チョッパ回路１０で生成された電圧のレベルが安定するようにスイッチング素子駆動回路１１を介してスイッチング素子Ｑ１のオンオフのタイミングを制御する。なお、リモコン受光回路２０は、図外の例えば携帯型操作部（リモコン）から赤外線変調して送信された指示信号を受光する。マイクロコンピュータ１２は、リモコン受光回路２０での受光信号に応じて点灯／消灯制御や調光制御を行う。
以上の回路構成からなる放電灯点灯回路の特性は図２〜図５の通りである。
【００２７】
図２は、ランプ点灯時においてのランプ電流とランプ電圧との関係、図３は、ランプ点灯時においてのランプ電圧とスイッチング周波数（点灯時なので点灯周波数と称する）との関係、図４は、ランプ点灯時においてのランプ電流と点灯周波数との関係、図５は、ランプ点灯前（放電開始前）においてのランプ電圧とスイッチング周波数（点灯前なので発振周波数と称する）との関係をそれぞれ示している。
【００２８】
図５は、発振周波数とランプ電圧との関係を示しているが、放電灯が放電を開始するには、フィラメントが十分に予熱された状態で十分高い電圧がフィラメント間に印加されることが必要である。図５において、発振周波数flphは、起動時での周波数を示し、発振周波数flsは、起動後一定時間後の周波数を示す。発振周波数flphでのランプ電圧Vlphは、起動電圧未満であり、発振周波数flsでのランプ電圧Vlsは、起動電圧以上である。フィラメントは、発振周波数flphに制御される一定時間で十分に予熱され、放電灯は、一定時間後のランプ電圧Vlsで点灯開始する。
【００２９】
放電灯FLの点灯状態では、ランプ電流と点灯周波数の関係は図４のようになる。つまり、点灯周波数とランプ電流との関係が略反比例の関係である。また、図３に示すように、ランプ電圧とランプ電流との関係も略反比例の関係である。
【００３０】
図４から、点灯周波数を可変することによりランプ電流、つまり放電灯の明るさを変えることができるが、図３より、点灯周波数を変化させてもランプ電圧は大きく変化しない。同様に、図２より、ランプ電流が変化してもランプ電圧は大きく変動しない。したがって、放電灯の明るさは、略、点灯周波数だけにより可変することができる。
【００３１】
放電灯点灯回路は、以上の特性を備えることから、マイクロコンピュータ１２は、次の制御を行うことにより、放電灯の起動と点灯制御を行うことが出来る。また、下記（３）又は（４）のように、全点灯時またはその近辺においては、特別の制御を行う。
【００３２】
（１）起動時
ハーフブリッジ回路１７の発振周波数をflphに制御して、一定時間、放電灯ＦＬのフィラメントに通電する。このときの放電灯駆動用電圧は３６０Ｖである。この一定時間にフィラメントが予熱される。一定時間が経過すると、発振周波数をflph→flsに制御する。すると、ランプ電圧は、Vlph→VLsに一気に上昇する。このとき、放電灯は点灯を開始する。
【００３３】
（２）点灯時
ハーフブリッジ回路１７の発振周波数（点灯周波数）を、リモコンで設定された調光レベルに応じた値にする。これにより、図４の特性からランプ電流が変化し、明るさが変わる。このときのランプ電圧は大きく変化しない。点灯周波数とリモコンで設定する調光レベルとの関係は、テーブル１２０に予め記憶されている。
【００３４】
（３）全点灯時
本実施形態では、全点灯時において、上記（２）と異なる制御を行う。すなわち、点灯周波数を、リモコンで設定された最も高い調光レベルに応じた値(図３、図４でffull)にするとともに、インバータ回路１７の電源電圧である放電灯駆動用電圧を一定電圧に低下する。なお、図３、図４において、fminは、最も低い周波数を意味し、ffullは、全点灯時の点灯周波数を意味している。
【００３５】
図４に示すように、全点灯時においては点灯周波数が最も低下して(ffull)ランプ電流が最も高く上昇しようとするが、放電灯駆動用電圧を低下させるために、それに比例してランプ電流が下がろうとする。その結果、ffullとして適当な点灯周波数を設定しておくことにより、ランプ電流はほとんど低下しないか極く僅かの低下となる。ランプ電流が低下しないことにより放電灯は暗くなることはなく全点灯状態が維持される。また、スイッチング周波数を低下することにより予熱用コンデンサのインピーダンスが高くなり、これにより予熱電流も低下するが、全点灯状態の高調光レベルでは、フィラメントからの電子放出が十分であるために、仮に予熱電流がかなり低下したとしても消弧することはなく、点灯状態は十分に維持される。これに対して、全点灯状態以外の調光レベルになると、スイッチング周波数の低下が解消され、元の大きさに戻るため、予熱電流が大きくなる。したがって、予熱用コンデンサを、全点灯状態以外の調光レベルで十分な予熱電流が流れ（より具体的には、調光レベルが制御範囲として設定されているレベル中の最低に設定されているときに、ランプ点灯状態が維持されるのに必要十分な予熱電流が流れ）、且つ、全点灯状態の調光レベルでは点灯維持に過剰となる予熱電流が流れることのない程度の容量まで小さくした値に設定しておけば、全点灯状態の高調光レベルの場合に無駄な予熱電流が流れなくなり、点灯回路の効率低下を防ぐことが出来る。よって、予熱用コンデンサを、全点灯状態以外の調光レベルで必要十分な予熱電流が流れる程度の大きさに設定しておけば、全点灯状態の高調光レベルの場合に無駄な予熱電流が流れなくなり、点灯回路の効率低下を防ぐことが出来る。また、調光レベルの大きさにかかわらず放電灯の点灯状態が不安定な状態にならずに維持されるため、放電灯の寿命低下はない。
【００３６】
（４）全点灯時のときから所定調光レベルに低下するまでの範囲
本発明の別の実施形態では、全点灯時において、上記（３）に加えて、さらに一定の範囲で付きの制御を行う。
【００３７】
すなわち、調光レベルが全点灯状態のときから所定調光レベルに低下するまでの範囲において、放電灯駆動用電圧が予め設定されている範囲内で最も低い値から徐々に高くなり、且つ点灯周波数が予め設定されている範囲内で最も低い値から徐々に高くなるように制御する。
【００３８】
所定調光レベルは、例えば、全点灯状態に対して８０％程度とする。このように、全点灯状態からある一定の調光範囲で、点灯周波数と放電灯駆動用電圧とが徐々に高くなるように制御する。これにより、全点灯状態になったときに急に変化するのを防ぐことができる。
【００３９】
前記所定調光レベル未満の範囲では、放電灯駆動用電圧が最も高い値で固定し、点灯周波数は、調光レベルに応じて変化する（調光レベルが低くなるに応じて点灯周波数が高くなる）通常の調光制御が行われる。
【００４０】
以上の（１）〜（３）又は（１）〜（４）の制御により放電灯を点灯する。そして、（３）及び（４）の制御により、予熱用コンデンサを、全点灯状態以外の調光レベルで必要十分な予熱電流が流れる程度の大きさに設定しておけば、全点灯状態の高調光レベルの場合に無駄な予熱電流が流れなくなり、点灯回路の効率低下を防ぐことが出来る。また、調光レベルの大きさにかかわらず放電灯の点灯状態が不安定な状態にならずに維持されるため、放電灯の寿命低下を防止できる。
【００４１】
図６は、テーブル１２０の一例を示している。
【００４２】
このテーブル１２０では、リモコン値と点灯周波数と放電灯駆動用電圧の関係を記憶している。リモコン値（調光レベル）が全点灯状態（１００％点灯状態）から８０％点灯状態の範囲では、リモコン値が低下するに応じて、放電灯駆動用電圧が最も低い値から徐々に高くなり、且つ点灯周波数ｆが最も低い値から徐々に高くなるように記憶する。リモコン値（調光レベル）が８０％以下の予め決めた調光範囲内では、放電灯駆動用電圧は３６０Ｖの一定値であり、点灯周波数ｆは徐々に高くなる
なお、テーブル１２０に代えて、メモリ上に、又はプログラムとしてリモコン値と点灯周波数と放電灯駆動用電圧の関係を示す数式を記憶しておき、この数式に基づいて、リモコン値に対応する点灯周波数と放電灯駆動用電圧とを求めても良い。
【００４３】
図７は、マイコン１２０の概略制御動作を示すフローチャートである。
【００４４】
ステップＳＴ１、ＳＴ２においてモードを検知する。電源オン時であれば起動モードとなり、起動後であれば点灯モードとなる。ステップＳＴ１において起動モードが検知されると、ステップＳＴ３に進み、予熱モードへ移行する。予熱モードでは、スイッチング周波数（発振周波数）ｆをflphに設定し(図5)、一定時間フィラメントの予熱を行い、その後、周波数fをflsにして点灯させる。
【００４５】
ステップＳＴ2において点灯モードが検知されると、ステップＳＴ4でリモコン値が検出され、ステップＳＴ5でテーブル１２０が参照され、リモコン値に対応する周波数ｆと放電灯駆動用電圧Ｖが読み出される。ステップＳＴ６、７において、それぞれ、スイッチング周波数が読み出された周波数ｆに設定され、放電灯駆動用電圧Ｖが読み出された値に設定される。
【符号の説明】
【００４６】
１７−インバータ回路
Ｃ３−予熱用コンデンサ
１２０−テーブル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電灯駆動用電圧を生成する電源回路と、
前記放電灯駆動用電圧をスイッチングしてランプ供給電圧を生成し、これを放電灯に出力するインバータ回路と、
放電灯のフィラメント間に接続される予熱用コンデンサと、
調光信号が入力し、この調光信号に対応する調光レベルが設定される調光信号入力回路と、
調光レベルと放電灯駆動用電圧及びスイッチング周波数との関係を記憶する記憶部と、
前記放電灯の点灯時に、そのときに設定されている調光レベルに対応する放電灯駆動用電圧とスイッチング周波数とを前記記憶部から求め、これらの放電灯駆動用電圧とスイッチング周波数となるように、前記電源回路と前記スイッチング回路を制御する制御回路と、
を備え、
前記記憶部は、調光レベルが高くなるに従ってスイッチング周波数が低くなるように、且つ、調光レベルが全点灯状態のときの放電灯駆動用電圧がそれ以外の調光レベルのときよりも低い値となるように、前記関係を記憶することを特徴とする放電灯点灯回路。
【請求項２】
前記記憶部は、調光レベルが全点灯状態のときから所定調光レベルに低下するまでの範囲において、放電灯駆動用電圧が予め設定されている範囲内で最も低い値から徐々に高くなり、且つスイッチング周波数が予め設定されている範囲内で最も低い値から徐々に高くなるように記憶することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯回路。
【請求項３】
前記記憶部は、調光レベルが前記所定調光レベル未満において、放電灯駆動用電圧が一定値であり、且つ調光レベルが低下するに応じてスイッチング周波数が徐々に高くなるように記憶することを特徴とする請求項２記載の放電灯点灯回路。
【請求項４】
前記記憶部は、テーブルとして記憶されている請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯回路。
【請求項１】
放電灯駆動用電圧を生成する電源回路と、
前記放電灯駆動用電圧をスイッチングしてランプ供給電圧を生成し、これを放電灯に出力するインバータ回路と、
放電灯のフィラメント間に接続される予熱用コンデンサと、
調光信号が入力し、この調光信号に対応する調光レベルが設定される調光信号入力回路と、
調光レベルと放電灯駆動用電圧及びスイッチング周波数との関係を記憶する記憶部と、
前記放電灯の点灯時に、そのときに設定されている調光レベルに対応する放電灯駆動用電圧とスイッチング周波数とを前記記憶部から求め、これらの放電灯駆動用電圧とスイッチング周波数となるように、前記電源回路と前記スイッチング回路を制御する制御回路と、
を備え、
前記記憶部は、調光レベルが高くなるに従ってスイッチング周波数が低くなるように、且つ、調光レベルが全点灯状態のときの放電灯駆動用電圧がそれ以外の調光レベルのときよりも低い値となるように、前記関係を記憶することを特徴とする放電灯点灯回路。
【請求項２】
前記記憶部は、調光レベルが全点灯状態のときから所定調光レベルに低下するまでの範囲において、放電灯駆動用電圧が予め設定されている範囲内で最も低い値から徐々に高くなり、且つスイッチング周波数が予め設定されている範囲内で最も低い値から徐々に高くなるように記憶することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯回路。
【請求項３】
前記記憶部は、調光レベルが前記所定調光レベル未満において、放電灯駆動用電圧が一定値であり、且つ調光レベルが低下するに応じてスイッチング周波数が徐々に高くなるように記憶することを特徴とする請求項２記載の放電灯点灯回路。
【請求項４】
前記記憶部は、テーブルとして記憶されている請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１２３９１３（Ｐ２０１２−１２３９１３Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７１０９１（Ｐ２０１０−２７１０９１）
【出願日】平成２２年１２月６日（２０１０．１２．６）
【出願人】（０００００１０７４）クロイ電機株式会社 (49)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月６日（２０１０．１２．６）
【出願人】（０００００１０７４）クロイ電機株式会社 (49)
【Ｆターム（参考）】
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