JP2004335234A

JP2004335234A - 無電極放電灯点灯装置及び照明装置

Info

Publication number: JP2004335234A
Application number: JP2003128615A
Authority: JP
Inventors: Shohei Yamamoto; 正平山本; Yuji Kumagai; 祐二熊谷; Akira Nakashiro; 明中城
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】無電極放電灯を構成する電子部品に熱的なストレスをできるだけ与えずに、速やかに無電極放電灯を点灯させることのできる無電極放電灯点灯装置、及び無電極放電灯点灯装置を備えた照明装置を提供する。
【解決手段】第１の制御回路１９によって無電極放電灯５の始動期間内に、経過時間とともに誘導コイル４への印加電圧を上昇させる制御を行う場合であって、印加電圧が閾値を超えたときに印過電圧の上昇の割合を小さくする制御を行っている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内部に放電ガスを封入したバルブに高周波電磁界を印加して発光させる無電極放電灯、無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置、及び無電極放電灯と無電極放電灯点灯装置を備えた照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来例として、特開平６−１８８０９１号公報に記載のものが挙げられる。この照明装置は図１０に示すように、分岐回路部Ａと負荷分岐回路部Ｂと制御回路を設けた変成器を備え、さらにこの制御回路は点弧電圧を制限する手段を備えている。そしてこの手段は、制御回路内の共振回路に結合するとともに、直列接続の周波数依存性インピーダンスＬ７及び制御電極を設けた半導体素子Ｔを備える分岐回路部Ｃと、負荷分岐回路部Ｂ及び半導体Ｔの電極に結合する分岐回路部Ｄとを備えている。
【０００３】
放電灯点弧中、放電灯間の電圧の振幅及び放電灯に結合した回路配置中の電圧及び電流の振幅が過剰に大きい値に到達する場合、半導体素子の制御電極の電位は、分岐回路部Ｄによって、半導体素子のインピーダンスが減少するような値になる。このように半導体素子のインピーダンスが減少するので、分岐回路部Ｃには制御回路に流れる電流の大部分が導通する。この結果、制御回路が振動することにより発生する周波数ｆも、分岐回路部Ｃの周波数依存性インピーダンスによって増大し、したがって周波数ｆは増加する。このように周波数ｆが増加することにより、周波数ｆと負荷分岐回路部の共振周波数との差が増加し、したがって回路配置中の電圧及び電流の振幅も減少する。分岐回路部Ｃと分岐回路部Ｄの双方が制御回路の一部を形成するので、これらの分岐回路部を、比較的低電圧となるように設計された部品のみから構成することができる。
【０００４】
上記のような構成において、端子１及び２が直流電圧源の端子に接続されると、制御用変成器によって発生した制御信号が、周波数ｆでスイッチング素子Ｓ１及びＳ２を交互に導通状態にする。したがって、２個のスイッチング素子の接合点Ｐは直流電圧源の正端子及び負端子に交互に接続する。その結果周波数ｆの略方形波の電圧が、接合点Ｐに存在する。この方形波電圧により電流が発生し、負荷分岐回路部に流れるが、この電流の極性は周波数ｆで交互に変わる。放電灯が点弧する前に、この電流によって比較的高い電圧が回路配置内に発生する。しかしながら、コンデンサＣ９間の電圧の振幅がツェナーダイオードＤ４のツェナー電圧以上になると、電流がコンデンサＣ９からダイオードＤ５、ツェナーダイオードＤ４及びコンデンサＣ８を経て抵抗Ｒ３及びトランジスタＴのベース─エミッタ接合点に流れ、トランジスタＴは導通状態になる。トランジスタＴが導通状態となるため、制御回路が振動することにより発生する周波数ｆはコイルＬ７により略決定される。コイルＬ７はコイルＬ３と並列に接続して、トランジスタＴのインピーダンスに依存せしめ、共振回路内の誘導手段の自己誘導を減少させる。この結果、周波数ｆが高くなる。回路配置が誘導的に動作するので、すなわち周波数ｆが負荷分岐回路部の共振周波数以上であるので、周波数ｆが増加することにより回路配置に生じる電圧が減少し、したがって電圧が効果的に制限される。コンデンサＣ８は、コンデンサＣ９から抵抗Ｒ３及びトランジスタＴのベースに流れる電流によって充電される。コンデンサＣ８間の電圧が上がるのに比例して、トランジスタＴが導通して、コンデンサＣ９間の電圧の振幅が一層高くなり、したがって回路配置中の電圧が上がり、そのうちの一つの放電灯間の点弧電圧も上がる。ツェナーダイオードＤ４のツェナー電圧によって増大したコンデンサＣ８間の電圧が、ツェナーダイオードＤ３のツェナー電圧に等しくなるまで、点弧電圧が上昇し続ける。このとき電流が、コンデンサＣ９からツェナーダイオードＤ３を経て、抵抗Ｒ３とトランジスタＴのベースとに流れ、点弧電圧と回路配置中の他の電圧及び電流は最大値に保持される。
【０００５】
このようにして、電灯点弧中に回路配置の電圧及び電流の振幅を制限することができ、回路配置に過大なストレスがかかるのを防ぐことができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−１８８０９１号公報（第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
出願人の検討においては、図１１に示すように無電極放電灯に印加する電圧（誘導コイルの両端電圧）と無電極放電灯が始動するまでに要する始動時間とは密接な関係があることがわかっている。すなわち、無電極放電灯に印加する電圧が所定値以下の場合は、無電極放電灯は点灯しない、若しくは始動するまでに要する時間が非常に長くなる。そして、無電極放電灯に印加する電圧がこの所定値以上の場合においては、無電極放電灯に印加する電圧が大きくなるとともに、始動するまでに要する時間は略指数関数的に減少しているのがわかる。
【０００８】
つまり、所定値以下の電圧を無電極放電灯に印加し続けても、無電極放電灯が点灯するに至らない場合が多い。このことは、無電極放電灯にエネルギーを与え続けても、無電極放電灯を構成する電子部品に熱的なストレスを与えるだけで、無電極放電灯自体は点灯に至らないことを意味するとともに、所定値以上の電圧を印加すると、たとえ無電極放電灯に電圧を印加し続ける時間が短く、無電極放電灯に与えるエネルギーが小さくても、無電極放電灯は点灯することを意味している。
【０００９】
上記従来例では、コンデンサＣ８の充電速度に対応させて、無電極放電灯に印加する電圧を徐々に大きくしていっているが、経過時間に対する印過電圧の変化の割合を特に制御していないため、所定値以下の電圧が印加され続け、無電極放電灯は点灯せずに無電極放電灯を構成する電子部品に熱的なストレスを与え続ける場合がある。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなしたものであり、その目的とするところは、無電極放電灯を構成する電子部品に熱的なストレスをできるだけ与えずに、速やかに無電極放電灯を点灯させることのできる無電極放電灯点灯装置、及び無電極放電灯点灯装置を備えた照明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に記載の無電極放電灯点灯装置は、直流電源と、少なくとも第１及び第２のスイッチング素子の直列回路を有し直流電源からの直流電圧を矩形波電圧に変換する電力変換回路と、電力変換回路から矩形波電圧によって共振する共振回路と、共振回路からの電力が印加される誘導コイルと、誘導コイルからの電磁界によって点灯する無電極放電灯と、共振回路を構成する部品の電圧を検出する電圧検出回路と、電圧検出回路で検出された電圧と閾値とを比較するとともに第１又は第２のスイッチング素子のスイッチング周波数を制御することによって誘導コイルへの印加電圧を制御する第１の制御回路と、を備え、第１の制御回路によって無電極放電灯の始動期間内に、経過時間とともに誘導コイルへの印加電圧を上昇させる制御を行う場合であって、印加電圧が閾値を超えたときに印過電圧の上昇の割合を小さくする制御を行うことを特徴とするものである。
【００１２】
このような無電極放電灯点灯装置においては、印加電圧が閾値を超えたときに印過電圧の上昇の割合を小さくする制御をしているので、印加電圧が比較的低く、無電極放電灯が点灯する確率が小さい領域を素早く通過させ、印加電圧が閾値を超え無電極放電灯が点灯する確率が大きい領域において、無電極放電灯に印加する電圧を抑えつつ無電極放電灯を点灯させる。
【００１３】
請求項２に記載の無電極放電灯点灯装置は、請求項１に記載の無電極放電灯点灯装置において、第１の制御回路が複数の閾値を有し、印加電圧が各閾値を超えるごとに印過電圧の上昇の割合を小さくする制御を行うことを特徴とするものである。
【００１４】
このような無電極放電灯点灯装置においては、無電極放電灯が低温に長時間放置されていて点灯しにくい等の無電極放電灯の状態に応じて、印過電圧の上昇の割合をきめ細かく制御し、無電極放電灯に印加する電圧を抑えつつ無電極放電灯を点灯させる。
【００１５】
請求項３に記載の無電極放電灯点灯装置は、請求項１又は２に記載の無電極放電灯点灯装置において、第１の制御回路は、抵抗とコンデンサとの直列回路を有し、コンデンサへの充電電圧の上昇の割合に対応して、印過電圧の上昇の割合を小さくする制御を行うことを特徴とするものである。
【００１６】
このような無電極放電灯点灯装置においては、抵抗とコンデンサとの簡単な回路構成によって、無電極放電灯に印加する電圧を抑えつつ無電極放電灯を点灯させる。
【００１７】
請求項４に記載の無電極放電灯点灯装置は、請求項３に記載の無電極放電灯点灯装置において、コンデンサと並列に第３のスイッチング素子を設けたことを特徴とするものである。
【００１８】
このような無電極放電灯点灯装置においては、コンデンサに溜まった電荷を第３のスイッチング素子をオンすることによって放電することができ、無電極放電灯の再始動時においても確実に無電極放電灯に印加する電圧を抑えつつ無電極放電灯を点灯させる。
【００１９】
請求項５に記載の無電極放電灯点灯装置は、請求項４に記載の無電極放電灯点灯装置において、第１又は第２のスイッチング素子をオンオフ動作させる第４のスイッチング素子と、第４のスイッチング素子を制御する第２の制御回路と、を備え、第２の制御回路によって第１又は第２のスイッチング素子のオンオフ動作させることによって無電極放電灯を調光制御することを特徴とするものである。
【００２０】
このような第１又は第２のスイッチング素子をオンオフ動作させ、無電極放電灯を点灯・消灯させることによって無電極放電灯を調光制御する無電極放電灯点灯装置においても、請求項４に記載の無電極放電灯点灯装置と同様に、点灯から消灯に移行するまでにコンデンサに溜まった電荷を第３のスイッチング素子をオンすることによって放電することができ、無電極放電灯の再始動時においても確実に無電極放電灯に印加する電圧を抑えつつ無電極放電灯を点灯させる。
【００２１】
請求項６に記載の無電極放電灯点灯装置は、請求項１から５のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置において、無電極放電灯が、少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスが内部に封入されており断面凹形状の空洞部を有する略球形状のバルブと、空洞部内に配設され放電ガスに高周波電磁界を供給する誘導コイルと、誘導コイルが巻回される磁気性材料で円筒状のコアと、コアの内側であってコアと接触する熱伝導性材料の部材と、を備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
このような無電極放電灯点灯装置においては、無電極放電灯の空洞部内に誘導コイルが配設、収容されているので、無電極放電灯点灯装置全体の形状をコンパクトにすることができる。
【００２３】
請求項７に記載の照明装置は、請求項１から５のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置を備え、請求項６に記載の無電極放電灯を点灯させることを特徴とするものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
以下、本発明の第１の実施の形態を図１から図５までを参照して説明する。図１は本実施の形態の回路図を示しており、図２は無電極放電灯５の断面図を示している。また、図３は照明装置の断面図を示しており、図４は経過時間とコンデンサＣｓ２の両端電圧との関係を示している。さらに、図５は第１の実施の応用形態の回路図を示している。
【００２５】
つぎに、各部の構成を説明する。
【００２６】
交流電源ＡＣは、商用の交流電源であり、電圧は、たとえば、１００Ｖ、２００Ｖ又は２４０Ｖである。
【００２７】
整流回路ＤＢは、交流電源ＡＣからの交流電圧を脈流状の直流電圧に整流し出力するものであり、たとえば、ダイオードブリッジで構成する。交流電源ＡＣの電圧が１００Ｖの場合、ダイオードブリッジの代わりに、たとえば、倍電圧整流回路を用いてもよい。倍電圧整流回路を用いると、交流電源ＡＣの電圧が実質的に２００Ｖと同等とみなせ、倍電圧整流回路以後に接続されている回路に流れる電流が、ダイオードブリッジを用いた場合と比べ約半分となるので、無電極放電灯点灯装置の効率を上げることができる。
【００２８】
チョッパ回路は、整流回路ＤＢからの脈流状の直流電圧を所望の直流電圧に変換し出力するものであり、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、インダクタＬ１及びコンデンサＣ１と、から構成されている。このチョッパ回路は、整流回路ＤＢからの直流電圧を所定の直流電圧Ｅに変換しており、本実施の形態では、昇圧チョッパ回路を用いている。もちろんチョッパ回路は、その他、降圧チョッパ回路あるいは昇降圧チョッパ回路であっても構わない。要は、ある直流電圧を別の直流電圧に変換し出力するものであれば、どのような回路構成でも構わない。また、コンデンサＣ１は昇圧チョッパ回路の出力電圧を平滑し直流電圧Ｅとするものであり、たとえば、電解コンデンサで構成する。
【００２９】
この交流電源ＡＣ、整流回路ＤＢ及びチョッパ回路によって直流電源１を構成している。
【００３０】
ここで図示はしないが、昇圧チョッパ回路の後段に降圧チョッパ回路をさらに接続し、交流電源ＡＣ、整流回路ＤＢ、昇圧チョッパ回路及び降圧チョッパ回路によって直流電源１を構成してもよい。昇圧チョッパ回路の後段に降圧チョッパ回路を接続していると、たとえば、交流電源ＡＣが１００Ｖから２４２Ｖのマルチ電源でかつ、定格消費電力の異なる複数の無電極放電灯にも、１の無電極放電灯点灯装置で対応できることとなる。すなわち、昇圧チョッパ回路によってマルチ電源を直流電圧Ｅの一定とし、降圧チョッパ回路によって無電極放電灯に供給する電力を調整し、複数の交流電源及び種類の異なる無電極放電灯にも、１の無電極放電灯点灯装置で対応することができるのである。
【００３１】
電力変換回路２は、コンデンサＣ１からの直流電圧Ｅを第１及び第２のスイッチング素子であるスイッチング素子Ｑ２及びＱ３のオンオフ動作によって矩形波電圧に変換するものであり、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３の直列回路によって構成されている。そして、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３は、たとえば、電界効果トランジスタで構成する。電界効果トランジスタは、電界効果トランジスタのドレインがその内臓ダイオードのカソードと接続されるように、ソースとドレインとの間に並列にダイオードが内蔵されている。したがって、別途ダイオードを外付けする必要がない。もちろん、電界効果トランジスタに代えて、トランジスタとトランジスタに逆並列に接続されるダイオードとの組合せを用いても構わない。
【００３２】
また、電力変換回路２として本実施の形態では、いわゆるハーフブリッジ型のインバータ回路を用いている。もちろん電力変換回路２は、その他フルブリッジ型、あるいは、プッシュプル型であってもよい。
【００３３】
共振回路３は、共振動作によって始動時に無電極放電灯５に数ｋＶから数十ｋＶ程度の高電圧を印加し、無電極放電灯５を点灯させるものであり、この共振回路３はインダクタＬｓ、コンデンサＣｐ、Ｃｓ１及びＣｓ２から構成されている。この共振回路３は電力変換回路２と誘導コイル４との間のインピーダンスを整合し、電力変換回路２からの高周波電力を効率よく誘導コイル４に伝達する、いわゆる整合回路の機能も果たしている。
【００３４】
無電極放電灯５は、誘導コイル４に近接配置され高周波電力によって点灯するものである。ここで無電極放電灯５を図２を参照して、さらに詳しく説明する。
【００３５】
この無電極放電灯５は少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスが内部に封入されており断面凹形状の空洞部１５を有する略球形状のバルブ１１と、空洞部１５内に配設され放電ガスに高周波電磁界を供給する誘導コイル４と、誘導コイル４が巻回される磁気性材料で円筒状のコア１３と、コア１３の内側であってコア１３と接触する熱伝導性材料の部材１２と、を備えている。
【００３６】
バルブ１１は、略球形状であってその内部に少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスを封入しておくものであり、バルブ１１の下端側には有底状であって断面凹形状の空洞部１５が設けられている。バルブ１１の材料は石英ガラス等の透光性材料であり、放電ガスは水銀、希ガス及び金属ハロゲン化物である。また、バルブ１１の内側は蛍光体１６及び保護膜１７が塗布されている。蛍光体１６は水銀からの放射された紫外線を可視光に変換するものであり、蛍光体１６の材料としてはハロ燐酸カルシウム、赤色蛍光体である（Ｙ、Ｇｄ）ＢＯ３：Ｅｕ、緑色蛍光体であるＣａＰＯ４、青色蛍光体であるＢａＭｇＡｌｌ４Ｏ２３：Ｅｕが用いられる。保護膜１７は水銀とバルブ１１の材料である石英ガラスとの反応を抑えることによって、バルブ１１の光束維持率を向上させるものである。保護膜１７の材料としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）、セリア（ＣｅＯ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、マグネシア（ＭｇＯ）等の微粒子が用いられる。保護膜１７は、通常のバルブ１１では透過率が高い方が望ましいため、蛍光体１６に比べ薄くバルブ１１内面に形成される。
【００３７】
誘導コイル４は、バルブ１１内部の放電ガスに１３．５６ＭＨｚで発振する高周波電磁界を供給するものであり、一方はコア１３に巻回されており、他方は整合回路３に接続されている。本実施の形態では、放電ガスに１３．５６ＭＨｚの高周波電磁界を供給しているが、放射雑音による他の電気機器への悪影響を少なくできる２．６ＭＨｚ〜１５ＭＨｚ程度であれば、他の周波数でもよい。たとえば、蛍光灯を点灯させるために通常使用される数十〜数百ｋＨｚの周波数でもよい。
【００３８】
ここで、誘導コイル４は銅又は銅合金による条材を所定回数巻回して形成している。そして、誘導コイル４には電力変換回路２が動作すると高周波電流が流れ、誘導コイル４の周りに高周波電磁界が発生するように構成されている。つぎに、発生した高周波電磁界によってバルブ１１内部の電子が加速され、放電ガスの原子に衝突して放電ガスを電離させ、新たな電子を発生させる。このようにして発生した電子は、誘導コイル４の周りに発生した高周波電磁界によってエネルギーを受け取り、放電ガス原子に衝突しエネルギーを与える。放電プラズマ内の原子は、電離したり励起したりする。励起された原子は、基底状態に戻るときに発光する。この発光を光エネルギーとして利用するのである。
【００３９】
部材１２は、断面略凸状であって、部材１２の凸部１２ａの外側にコア１３が接触するように設けられている。
【００４０】
コア１３は、空洞部１５の内部にコア１３の一端がバルブ１１の中心に向かうようにコア１３の他端が基台１８に固定され立設されており、略円筒状であって略円筒状の部材１２の凸部１２ａの外面と接触するように設けられている。本実施の形態ではこのコア１３の材料として、透磁率が略１５０の軟磁性体であるニッケル亜鉛（ＮｉＺｎ）フィライトを用いている。もちろん、マンガン亜鉛（Ｍｎ−Ｚｎ）フェライト、軟磁性金属を含むものであればどのようなものでも構わない。また、軟磁性金属単体でもよい。ここで、軟磁性体とはバルク状態での保磁力Ｈｃが１０Ｏｅ程度以下のものである。
【００４１】
基台１８は、アルミダイカストにて形成された上面開口の有底状の略円筒体で、この基台１８の底面には、上述した部材１２がバルブ１１の中心に向かうように立設固定されている。さらに、底部には蓋体（図示しない）が設けられている。
【００４２】
ここで２１は、整流回路ＤＢ、チョッパ回路等から構成される無電極放電灯点灯装置を示している。本実施の形態では、無電極放電灯点灯装置２１を基台１８内に収納している。もちろん、無電極放電灯点灯装置２１を基台１８の外部に設けても構わない。
【００４３】
また、この無電極放電灯５と無電極放電灯点灯装置２１とから図３に示すような照明装置が構成されている。この照明装置は、バルブ１１が照明装置の上方から取り外し自在であって、無電極放電灯５からの放射ノイズ等を吸収するシールドケース２０が覆っており、基台１８には部材１２が立設固定されている。もちろん、無電極放電灯５を点灯させる照明装置としては、このような形状のものに限られない。
【００４４】
第１の制御回路１９は、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３の周波数（以下、駆動周波数ｆという。）及びスイッチング素子Ｑ２とＱ３とのオンデューティを制御するとともに、電圧検出回路９からの検出信号を受けて、無電極放電灯５が始動しているときにスイッチング素子Ｑ４の制御をするものである。また、交流電源ＡＣが投入されてから、時間の経過とともに、駆動周波数ｆを低くしていき、誘導コイル４への印過電圧を上昇させていっている。この第１の制御回路１９はスイッチング素子Ｑ２及びＱ３を制御するために基準クロック信号を出力しており、基準クロック信号の周波数又はデューティを制御することによって、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３の駆動周波数ｆ、又はスイッチング素子Ｑ２及びＱ３のオンデューティを制御する。そして、この基準クロック信号をドライブ回路８に入力する。また、この第１の制御回路１９はスイッチング素子Ｑ４がオンしたときには、該オン信号を受けてスイッチング素子Ｑ４にオフ信号を送信し、スイッチング素子Ｑ４をオフさせる。
【００４５】
本実施の形態では第１の制御回路１９として、ＳＴマイクロエレクトロニクス社製のマイコン、ＳＴ７２Ｇシリーズを用いている。このようなマイコンを用いると、プログラムを設定するだけで周波数やオンデューティの制御を簡単に行うことができる。本実施の形態では、第１の制御回路１９のみをマイコン化しているが、もちろん、チョッパ制御回路７、ドライブ回路８及びＩＰＤ降圧回路１０などをすべてマイコン化してもよい。このように制御回路をすべてマイコン化すると、無電極放電灯点灯装置をコンパクトにすることができる。
【００４６】
ドライブ回路８は、第１の制御回路１９からの基準クロック信号に基づいてスイッチング素子Ｑ２及びＱ３を交互にオンオフ動作させるために、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３のゲートにドライブ信号を出力するものであり、本実施の形態では、三菱電機株式会社製の高耐圧ハーフブリッジドライバＭ６３９９１を用いている。そして、基準クロック信号の周波数が変化するとスイッチング素子Ｑ２及びＱ３のゲートへのドライブ信号の周波数が変化し、無電極放電灯５の出力を変化させることができる。
【００４７】
チョッパ制御回路７は、チョッパ回路が有するスイッチング素子Ｑ１の周波数を制御するものであり、本実施の形態では、モトローラ社製の集積回路ＭＣ３４２６１を用いている。このＭＣ３４２６１は、１番ピン（図示しない）と２番ピン（図示しない）との間に接続するコンデンサの容量値、あるいは直流電圧Ｅから分圧して１番ピン（図示しない）に接続する抵抗の抵抗値を変えるだけで、３番ピン（図示しない）から出力されるスイッチング素子Ｑ１のゲートへの入力信号の周波数を変化させることができる。
【００４８】
電圧検出回路９は、コンデンサＣｓ２の両端電圧を検出するものである。そしてコンデンサＣｓ２の両端電圧は誘導コイル４の両端電圧Ｖ０２に略比例しており、この両端電圧Ｖ０２が無電極放電灯５に印加される。
【００４９】
この電圧検出回路９は、抵抗Ｒ１と、ダイオードＤ２及びＤ３と、コンデンサＣ２からＣ４までと、から構成されており、ダイオードＤ３のカソードがツェナーダイオードＺＤ１のカソードと接続されており、さらに、ツェナーダイオードＺＤ１のアノードがスイッチング素子Ｑ４と接続されている。
【００５０】
そして、両端電圧Ｖ０２が上昇すると、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ２、コンデンサＣ２、ダイオードＤ３を介したツェナーダイオードＺＤ１のカソード電圧がツェナーダイオードＺＤ１の閾値電圧を超え、第１の制御回路１９にオン信号を入力する。
【００５１】
また、図示はしないが、図１にはチョッパ制御回路７、駆動回路８及び第１の制御回路１９に電源を供給するためのＩＰＤ（インテリジェントパワーデバイス）降圧回路が設けられている。このＩＰＤ降圧回路は直流電圧Ｅを、たとえば、１５Ｖの直流電圧に変換し、この電圧によってチョッパ制御回路７、駆動回路８及び第１の制御回路１９に電源が供給される。そして、このようなＩＰＤ降圧回路として松下電器産業株式会社製のスイッチング電源用ＭＩＰシリーズを用いている。
【００５２】
つぎに、本実施の形態の動作を図４を参照して説明する。
【００５３】
ｔ＝ｔ０において交流電源ＡＣが投入されると、コンデンサＣ１の両端に直流電源Ｅが発生し、ＩＰＤ降圧回路に電力が供給される。このＩＰＤ降圧回路によって数十ボルトの電圧がチョッパ制御回路７に印加されるが、この時点ではまだ、電力変換回路２は動作を開始しておらず、両端電圧Ｖ０２及びコンデンサＣｓ２の両端電圧は発生していない。このため、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ２、コンデンサＣ２、ダイオードＤ３を介したコンデンサＣ４に電荷が溜まっておらず、ツェナーダイオードＺＤ１はオンしていない。すなわち、スイッチング素子Ｑ４もオフとなっており、第１の制御回路１９にはオフ信号が入力されている。
【００５４】
つぎにｔ＝ｔ１において電力変換回路２が動作を開始すると、共振回路３の共振動作によって、両端電圧Ｖ０２及びコンデンサＣｓ２に共振電圧が発生し、第１の制御回路１９は時間の経過とともに、基準クロック周波数を低くしていく制御を行い、駆動周波数ｆが低くなっていく。これに伴い共振電圧である両端電圧Ｖ０２は高くなっていき、コンデンサＣｓ２の両端電圧も上昇していく。
【００５５】
ここで、駆動周波数ｆの変化を△ｆ、時間の変化を△ｔとすると、ｔ＝ｔ１〜ｔ２間では、△ｔ／△ｆの値は△ｔ／△ｆ＝ｋ１（ｋ１は定数）となるように制御している。
【００５６】
つぎに、コンデンサＣｓ２の両端電圧が上昇していき、ｔ＝ｔ２においてツェナーダイオードＺＤ１のカソード電圧がツェナーダイオードＺＤ１の閾値電圧Ｖｋ１を超えると、第１の制御回路１９は△ｔ／△ｆの値がｋ１よりも小さいｋ２になるように基準クロック周波数をｔ＝ｔ１〜ｔ２間よりも低く制御する。すなわち、ｔ≧ｔ２間では△ｔ／△ｆの値は△ｔ／△ｆ＝ｋ２（ｋ２は定数でｋ２＜ｋ１）となるように制御され、この期間では時間が経過していっても、コンデンサＣｓ２の両端電圧はそれ程上昇しない。
【００５７】
この区間は、図１１に示した無電極放電灯に印加する電圧と無電極放電灯が始動するまでに要する時間との関係から予め無電極放電灯が始動するために最低限必要な電圧を把握していて、無電極放電灯が点灯する確率が高い領域に対応している。そしてｔ＝ｔ２の時点におけるコンデンサＣｓ２の両端電圧が無電極放電灯が始動するために最低限必要な電圧に対応している。
【００５８】
このように△ｔ／△ｆの値を制御すると、無電極放電灯５が点灯するのに最低限必要な電圧かそれよりも若干大きな電圧が時間の経過とともに印加されることになり、必要以上に大きな電圧が印加されることがない。したがって、無電極放電灯点灯装置２１を構成する電子部品に過度のストレスを与えることもない。
【００５９】
本実施の形態では、コンデンサＣｓ２の両端電圧の変化を検出し、△ｔ／△ｆの値を変化させたが、他の素子の電圧（又は電流）を検出してもよい。たとえば、スイッチング素子Ｑ３と回路グランドとの間にソース抵抗を設けてもよい。このソース抵抗の両端電圧を測定すると、間接的に両端電圧Ｖ０２を検出することができ、しかも、このようなソース抵抗の両端には数ボルト程度の比較的低い電圧しか印加されないので、高耐圧素子を用いることなく、両端電圧Ｖ０２を検出することができる。もちろん、ソース抵抗に流れる電流を検出してもよい。
【００６０】
さらに、両端電圧Ｖ０２を間接的に検出することができる電気特性は、上述したもののみならず、他の電気特性（高圧放電灯電流、高圧放電灯電力、さらには、高圧放電灯の発光効率（ルーメン毎ワット））、光学特性（高圧放電灯の照度又は色温度、さらには、輝度、光束、光度）、あるいは、温度特性（高圧放電灯の最冷点温度、管壁温度又は口金温度）でもよい。
【００６１】
また、本実施の形態では、△ｔ／△ｆの値を変化させたが、基準クロック信号のデューティｄｕｔｙを５０％よりも小さい一定値から５０％に向かって変化させる、すなわち、△ｄｕｔｙ／△ｔを変化させて、コンデンサＣｓ２の両端電圧も上昇させていってもよい。
【００６２】
さらに、図５に示すようにツェナーダイオードＺＤ１及びスイッチング素子Ｑ４と並列にｎ個のツェナーダイオードＺＤｎ及びスイッチング素子Ｑｎを設け、ツェナーダイオードＺＤ１からＺＤｎまでの閾値電圧をそれぞれＶｋ１＜Ｖｋ２＜・・・＜Ｖｋｎと設定しておき、それぞれの閾値電圧を超えるたびに、△ｔ／△ｆの値を△ｔ／△ｆ＝ｋ１→△ｔ／△ｆ＝ｋ２→・・・△ｔ／△ｆ＝ｋｎ（ｋｎ＜・・・＜ｋ２＜ｋ１）と小さくしていってもよい。このような制御をすると、ｔ＝ｔ２を経過してから、無電極放電灯５に印加する電圧を少しずつ上昇させていくことができるので、無電極放電灯５に必要以上に大きな電圧が印加されることがなく、よりきめ細かく無電極放電灯５に印加する電圧を制御することができる。
【００６３】
（実施例２）
以下、本発明の第２の実施の形態を図６及び図７を参照して説明する。図６は本実施の形態の回路図を示しており、図７は経過時間とコンデンサＣｓ２の両端電圧との関係を示している。ここで、第１の実施の形態と同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００６４】
本実施の形態においては、電圧検出回路９の代わりに第１の制御回路１９に抵抗Ｒ２とコンデンサＣ５との直列回路を設けており、さらにコンデンサＣ５と並列に第３のスイッチング素子であるスイッチング素子Ｑ５が設けられている。そして、コンデンサＣ５の電圧の上昇に対応して基準クロック信号の周波数が低くなっていく。
【００６５】
つぎに、本実施の形態の動作を図７を参照して説明する。
【００６６】
第１の実施の形態と同様に、ｔ＝ｔ０において交流電源ＡＣが投入され、ｔ＝ｔ１において電力変換回路２や第１の制御回路１９に電力が供給され始めると、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ５との直列回路に定電圧が印加され始め、コンデンサＣ５が充電を開始する。すると、コンデンサＣ５の電圧の上昇に対応して基準クロック信号の周波数が連続的に低くなっていく。この基準クロック信号の周波数の低下とともに、コンデンサＣｓ２の両端電圧も上昇していき、誘導コイル４への印過電圧が上昇していく。
【００６７】
ここで、第１の実施の形態と同様に、図１１に示した無電極放電灯に印加する電圧と無電極放電灯が始動するまでに要する時間との関係から予め無電極放電灯が始動するために最低限必要な電圧を把握していて、両端電圧Ｖ０２が最低限必要な電圧を超えた時点ｔ＝ｔ２から△ｔ／△ｆの値が小さくなるように、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ５との定数を適宜設定しておく。このようにコンデンサＣ５の充電電圧の上昇に対応させて基準クロック信号の周波数が低くなっていく制御を行うと、第１の実施の形態のようなツェナーダイオードＺＤ１などが不要となり、回路構成の簡素化を図ることができる。
【００６８】
ここで、基準クロック信号の周波数を変化させるためにコンデンサＣ５の充電電圧を利用しているため、電圧は時間とともに飽和してしまうので、電圧の上限を設定するための回路を別途設ける必要がない。
【００６９】
また、コンデンサＣ５と並列にスイッチング素子Ｑ５が設けられており、交流電源ＡＣが遮断されるごとにスイッチング素子Ｑ５をオンさせコンデンサＣ５の電荷を完全に放電させると、次回の交流電源ＡＣの投入時においてもコンデンサＣ５が初期状態から充電されることとなり、コンデンサＣ５の残存電荷の影響によって、誘導コイル４への印過電圧がいきなり高い状態から始まることもない。
【００７０】
さらに、図示はしないが、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ５との直列回路と並列に複数のスイッチ、抵抗及びコンデンサからなる直列回路を設けてもよい。このように複数のスイッチ、抵抗及びコンデンサからなる直列回路を設けておき、時間の経過とともに、該スイッチを順次オンさせていっても、コンデンサの合成容量が増加するので△ｔ／△ｆの値が小さくなるように制御することができる。特に無電極放電灯が点灯する確率が高い領域において、スイッチがオンするように制御すると、合成されたコンデンサの両端電圧はそれ程上昇せずに無電極放電灯が点灯する確率が高い領域において、必要以上に大きな電圧が印加されることなく、無電極放電灯を点灯させることができる。
【００７１】
なお、上記説明で特に言及していない作用、効果等は第１の実施の形態と同様である。
【００７２】
（実施例３）
以下、本発明の第３の実施の形態を図８及び図９を参照して説明する。図８は本実施の形態の回路図を示しており、図９（ａ）は両端電圧Ｖ０２を、（ｂ）はスイッチング素子Ｑ３のオンオフ状態を、（ｃ）はスイッチング素子Ｑｄｉｍのオンオフ状態をそれぞれ示している。ここで、第１の実施の形態と同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００７３】
本発明の無電極放電灯点灯装置は、図６に示す無電極放電灯点灯装置において、スイッチング素子Ｑ３のゲートと回路グランドとの間に第４のスイッチング素子であるスイッチング素子Ｑｄｉｍを設け、さらにこのスイッチング素子Ｑｄｉｍを制御する第２の制御回路２２を設け、またスイッチング素子Ｑ３のゲートとドライブ回路８との間に抵抗Ｒ３を設けている。そして、この第２の制御回路２２はスイッチング素子Ｑｄｉｍを図９（ｃ）に示すようにオンオフ制御させ、無電極放電灯５の時分割調光制御を行っている。
【００７４】
すなわち、交流電源ＡＣから所定時間経過後（通常、数１０ｍｓ〜数１００ｍｓ程度）に、無電極放電灯５が良好なアーク状放電を維持できる全点灯状態になると、第２の制御回路２２は図９の期間Ｔ１１において、スイッチング素子Ｑｄｉｍをオンさせ、このスイッチング素子Ｑｄｉｍのオン動作によって、スイッチング素子Ｑ３がオフし、無電極放電灯５は消灯する。つぎに、第２の制御回路２２は図９の期間Ｔ２１において、スイッチング素子Ｑｄｉｍをオフさせ、このスイッチング素子Ｑｄｉｍのオフ動作によって、スイッチング素子Ｑ３がオンし、無電極放電灯５はアーク状放電を維持する。すなわち、予め設定した所定の調光比α＝Ｔ２１／Ｔでもって時分割で断続するため、無電極放電灯５が所定の調光比で点滅されて、無電極放電灯５からの平均の光出力を低下させることにより調光を行うものである。ここでスイッチング素子Ｑｄｉｍの周波数を１００ｋＨｚ以上に設定しておくと、使用者にチラツキ感を与えることがない。
【００７５】
この時分割調光制御方式は直流電圧調光制御方式や周波数調光制御方式と比較して、調光下限を低く設定することができるという優れた特性を有している。
【００７６】
このような調光制御方式においては、無電極放電灯５が点灯・消灯を繰り返すのが、この無電極放電灯５の始動時にコンデンサＣ５に電荷が残っていると誘導コイル４への印過電圧が初期状態から開始されない。そこで無電極放電灯５が消灯したときに同期させてスイッチング素子Ｑ５をオンし、コンデンサＣ５の電荷を完全に放電させる。
【００７７】
このように制御すると、無電極放電灯５が点灯・消灯を繰り返す時分割調光制御方式においても、誘導コイル４への印過電圧がいきなり高い状態から始まることがなく、無電極放電灯点灯装置２１を構成する電子部品に過度のストレスを与えることもない。
【００７８】
なお、上記説明で特に言及していない作用、効果等は第１の実施の形態と同様である。
【００７９】
【発明の効果】
以上、本発明の無電極放電灯点灯装置においては、印加電圧が閾値を超えたときに印過電圧の上昇の割合を小さくする制御をしているので、印加電圧が比較的低く、無電極放電灯が点灯する確率が小さい領域を素早く通過させ、印加電圧が閾値を超え無電極放電灯が点灯する確率が大きい領域において、無電極放電灯に印加する電圧を抑えつつ無電極放電灯を点灯させることができる。
【００８０】
また、印過電圧の上昇の割合を制御するコンデンサの電荷を放電する第３のスイッチング素子を設けているので、無電極放電灯の再始動時や時分割調光制御時においても、初期状態からコンデンサが充電されることとなり確実に無電極放電灯を点灯させることができる。
【００８１】
さらに、無電極放電灯の空洞部内に誘導コイルが配設、収容されているので、無電極放電灯点灯装置全体の形状をコンパクトにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示す回路図である。
【図２】第１の実施の形態において、無電極放電灯を示す断面図である。
【図３】第１の実施の形態において、照明装置を示す断面図である。
【図４】第１の実施の形態において、経過時間とコンデンサＣｓ２の両端電圧との関係を示す特性図である。
【図５】第１の実施の応用形態を示す回路図である。
【図６】第２の実施の形態を示す回路図である。
【図７】第２の実施の形態において、経過時間とコンデンサＣｓ２の両端電圧との関係を示す特性図である。
【図８】第３の実施の形態を示す回路図である。
【図９】第３の実施の形態において、各部の波形を示す波形図である。
【図１０】従来例を示す回路図である。
【図１１】無電極放電灯に印加する電圧と無電極放電灯が始動するまでに要する時間との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１直流電源
Ｑ２第１のスイッチング素子
Ｑ３第２のスイッチング素子
２電力変換回路
３共振回路
４誘導コイル
５無電極放電灯
９電圧検出回路
１９第１の制御回路
Ｒ２抵抗
Ｃ５コンデンサ
Ｑ５第３のスイッチング素子
Ｑｄｉｍ第４のスイッチング素子
２２第２の制御回路
１１バルブ
１２部材
１３コア
１５空洞部
２１無電極放電灯点灯装置

Claims

直流電源と、少なくとも第１及び第２のスイッチング素子の直列回路を有し直流電源からの直流電圧を矩形波電圧に変換する電力変換回路と、電力変換回路から矩形波電圧によって共振する共振回路と、共振回路からの電力が印加される誘導コイルと、誘導コイルからの電磁界によって点灯する無電極放電灯と、共振回路を構成する部品の電圧を検出する電圧検出回路と、電圧検出回路で検出された電圧と閾値とを比較するとともに第１又は第２のスイッチング素子のスイッチング周波数を制御することによって誘導コイルへの印加電圧を制御する第１の制御回路と、を備え、第１の制御回路によって無電極放電灯の始動期間内に、経過時間とともに誘導コイルへの印加電圧を上昇させる制御を行う場合であって、印加電圧が閾値を超えたときに印過電圧の上昇の割合を小さくする制御を行うことを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
第１の制御回路が複数の閾値を有し、印加電圧が各閾値を超えるごとに印過電圧の上昇の割合を小さくする制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の無電極放電灯点灯装置。
第１の制御回路は、抵抗とコンデンサとの直列回路を有し、コンデンサへの充電電圧の上昇の割合に対応して、印過電圧の上昇の割合を小さくする制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の無電極放電灯点灯装置。
コンデンサと並列に第３のスイッチング素子を設けたことを特徴とする請求項３に記載の無電極放電灯点灯装置。
第１又は第２のスイッチング素子をオンオフ動作させる第４のスイッチング素子と、第４のスイッチング素子を制御する第２の制御回路と、を備え、第２の制御回路によって第１又は第２のスイッチング素子のオンオフ動作させることによって無電極放電灯を調光制御することを特徴とする請求項４に記載の無電極放電灯点灯装置。
無電極放電灯が、少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスが内部に封入されており断面凹形状の空洞部を有する略球形状のバルブと、空洞部内に配設され放電ガスに高周波電磁界を供給する誘導コイルと、誘導コイルが巻回される磁気性材料で円筒状のコアと、コアの内側であってコアと接触する熱伝導性材料の部材と、を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
請求項１から５のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置を備え、請求項６に記載の無電極放電灯を点灯させることを特徴とする照明装置。