JP2012089451A - 放電灯点灯装置及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】放電灯の寿命末期状態を確実に検出することができ、かつ、ソケットの溶融を防止することが可能な放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】本放電灯点灯装置は、直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯Ｌａに供給する直流電源部１及びインバータ部２１と、インバータ部２１から出力される高周波電圧を検出する検出部５と、を備える。検出部５は、高周波電圧に基づく抵抗Ｒ１０の検出電圧が第１閾値を超過したときに、第１閾値よりも大きいダイアックＤＡ２のブレークオーバー電圧以上の値に検出電圧を変換し、検出電圧がダイアックＤＡ２のブレークオーバー電圧以上であるときに、インバータ部２１の動作を停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電灯点灯装置及び照明器具に関する。特に、放電灯の寿命末期を検出する機能を備える放電灯点灯装置及びそれを搭載する照明器具に関する。

従来、インバータ回路と、インバータ回路の出力側に接続された共振回路と、を有し、共振回路の出力で放電灯を点灯制御する放電灯点灯回路が提案されている。放電灯としては、一般的には蛍光灯が使用される。蛍光灯の場合、寿命末期には、フィラメントの電子放出物質（エミッタという）が消耗した寿命末期状態（いわゆるエミレス状態）になる。このエミレス状態に起因して、放電灯の管電圧が上昇する現象が発生することで、放電灯点灯装置に過大なストレスが発生する。したがって、このようなエミレス状態を検出して放電灯点灯回路を保護し、放電灯点灯回路の信頼性をより一層向上させることが望まれている。

このようなエミレス状態などの異常状態を検出することが可能な放電灯点灯装置として、以下の特許文献１〜４の技術が知られている。

特許文献１に記載された放電灯点灯装置は、外部より操作する調光器によって設定される調光状態に応じて動作する２つの異常検出回路を有している。この異常検出回路を切り替えることで、放電灯の寿命末期をはじめとする異常状態を誤動作なく確実に検出して構成素子の破壊を防止するものである。

特許文献２に記載された放電灯点灯装置は、外部より操作する調光器によって設定される調光状態に応じて異常検出回路における検出感度を変化させることで、異常検出回路の誤動作を防止するものである。

特許文献３に記載された放電灯点灯装置は、放電灯の周囲温度が低温や高温時に異常検出回路を構成する部品の特性によって異常検出回路が動作不良となることを防止し、管電圧が低下したときにも異常検出回路を正常に動作させるものである。

特許文献４に記載された放電灯点灯装置は、放電灯判別回路により判別された放電灯の種別に応じて異常検出回路での検出電圧を変化させて、検出電圧を略一定とすることで、複数種の放電灯の寿命末期を確実に検出するものである。

特開平１１−１３５２８８号公報 特開平１１−２０４２８６号公報 特開２００３−００７４８７号公報 特開２００３−０６８４８９号公報

このように、従来の放電灯点灯装置として、管電圧が所定値を超えた場合にインバータ回路等の動作を停止等させる所謂エミレス検出回路を有するものがあった。そして、放電灯の電圧に応じて、異常を検出するための検出閾値を変化させることで、エミレス検出回路の誤動作を防止して放電灯の異常状態を確実に検出しようとするものがあった。

しかしながら、照明器具が連続使用される場合には、使用初期状態とエミレス状態の初期段階であるエミレス初期状態とでは、放電灯の管電圧はエミレス初期状態の方が低くなる。図６は、従来の時間経過に伴う管電圧の変化を示す図である。さらに、放電灯が反射板近くに配置されたり、放電灯がパネルなどで覆われたりしている構造の照明器具では、使用初期状態とエミレス初期状態との温度差が大きくなってしまう。この場合、エミレス検出回路で異常検出するための検出閾値を高めに設定する必要があるので、エミレス検出回路の検出感度がさらに悪化してしまう。そのため、所定の管電圧を超えて異常検出がされるまでに、放電灯のフィラメントに挿入される電力が大きくなり、放電灯の管端部に異常な発熱が生じて放電灯を保持するソケットを溶融させるといった不具合が生じることがあった。つまり、エミレス状態の末期状態であるエミレス末期状態となって初めて、エミレス状態が検出されていた。

一方、エミレス検出回路での検出感度が悪化しないように検出閾値を予め低く設定した場合には、放電灯の管電圧は使用初期状態の方がエミレス初期状態よりも高いため、使用初期状態での放電灯が正常にも関わらず、異常検出されることがあった。したがって、異常と認識すべき、エミレス状態を正確なタイミングで検出できないことがあった。

このように、異常を検出するための検出閾値を高めに設定した場合には、放電灯のエミレス状態（寿命末期状態）を検出できる可能性はあるが、ソケットの溶融が発生してしまうことがあった。一方、検出閾値を低めに設定した場合には、ソケットの溶融は防止できるが、放電灯のエミレス状態を検出することができなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、放電灯の寿命末期状態を確実に検出することができ、かつ、ソケットの溶融を防止することが可能な放電灯点灯装置及び照明器具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の放電灯点灯装置は、直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波電源部と、前記高周波電源部から出力される前記高周波電圧を検出する検出部と、を備え、前記検出部が、前記高周波電圧に基づく検出電圧が第１閾値を超過したときに、前記第１閾値よりも大きい第２閾値以上の値に前記検出電圧を変換し、前記検出部の前記検出電圧が前記第２閾値以上であるときに、前記高周波電源部の動作を停止させる。

また、この発明において、前記高周波電源部の出力を制御する発振制御部を備え、前記高周波電源部が、２つのスイッチング素子と、直流カットコンデンサを含んでなる共振回路と、により構成され、前記発振制御部が、前記スイッチング素子を自励駆動させるための駆動トランスにより構成される。

また、この発明において、前記放電灯の管電圧が安定点灯時に対して略２５％上昇したときに、前記検出電圧が前記第１閾値を超過するよう、前記検出部の抵抗部の抵抗値が設定される。

また、この発明において、前記放電灯のフィラメントへ挿入される電力が略２０Ｗに達したときに、前記検出電圧が前記第１閾値を超過するよう、当該検出部の抵抗部の抵抗値が設定される。

また、本発明の照明器具は、上記いずれかの放電灯点灯装置と、前記放電灯点灯装置を保持する器具本体と、を備える。

本発明によれば、放電灯の寿命末期状態を確実に検出することができ、ソケットの溶融を防止することが可能である。

本発明の実施形態における放電灯点灯装置の電気回路構成の一例を示す回路図 本発明の実施形態における放電灯点灯装置の各部の出力例を時系列で示す図 本発明の実施形態におけるケースに収納された放電灯点灯装置の一例を示す図 本発明の実施形態における照明器具の一例を示す図 本発明の実施形態における熱のこもりやすい照明器具の一例を示す図 従来の放電灯点灯装置における時間経過に伴う放電灯の管電圧の変化を示す図

以下、本発明を実施形態について、図面を参照しながら説明する。

本実施形態の放電灯点灯装置は、一対のフィラメントを有する一般的な熱陰極型の放電灯Ｌａを点灯させるものである。図１に示す放電灯点灯装置１００は、整流部ＤＢ、直流電源部１、インバータ部２１、共振部２２、ドライブ部３、起動部４、検出部５、状態保持部６、を備える。

整流部ＤＢは、周知のダイオードブリッジからなり外部の交流電源ＡＣから入力された交流電力を全波整流する。

直流電源部１は、整流部ＤＢの出力を少なくとも平滑して直流電力を出力する。また、直流電源部１は、例えば整流部ＤＢの出力端間に接続された平滑コンデンサ（図示せず）で構成することができ、この場合には平滑コンデンサの両端が直流電源部１の出力端となる。

インバータ部２１は、直流電源部１の出力端間に接続されたスイッチング素子としての２個のトランジスタＱ１，Ｑ２の直列回路を備えて、高電圧側（ハイサイド）のトランジスタＱ１の両端を出力端としている。各トランジスタＱ１，Ｑ２には、それぞれダイオードＤ１，Ｄ２が並列に接続され、直流電源部１の低電圧側の出力端はグランドに接続されている。

共振部２２は、インバータ部２１の出力端間に接続されて放電灯Ｌａとともに共振回路を構成する。また、共振部２２は、一端が直流電源部１の非グランド側に接続される。一方、他端がインバータ部２１のトランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に接続されたコンデンサＣ１とインダクタＬ１との直列回路と、放電灯Ｌａに並列に（すなわち放電灯Ｌａのフィラメント間に）接続されたコンデンサＣ２と、を備える。

ドライブ部３は、インバータ部２１のトランジスタＱ１，Ｑ２の接続点と共振部２２との間にトランスＴ１が接続されて、インバータ部２１の各トランジスタＱ１，Ｑ２をオンオフ駆動させる。トランスＴ１は、トランジスタＱ１、Ｑ２を自励駆動させるための駆動トランスとして機能する。また、ドライブ部３は、トランスＴ１の一方の二次巻線の一端が抵抗Ｒ１を介してトランジスタＱ１のベースに接続され、その巻線の他端がトランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に接続される。また、トランスＴ１のもう一方の巻線の一端が抵抗Ｒ２を介してトランジスタＱ２のベースに接続され、その巻線の他端がグランド接続されている。

このように、インバータ部２１と共振部２２とドライブ部３は、全体としていわゆる自励式のハーフブリッジ形のインバータ回路を構成している。

また、直流電源部１及びインバータ部２１は、直流電圧を高周波電圧に変換して、放電灯Ｌａに供給する高周波電源部としての機能を有する。ドライブ部３は、高周波電源部の出力を制御する発信制御部としての機能を有する。

起動部４は、インバータ部２１を起動する。この起動部４は、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との直列回路の一端が放電灯Ｌａのフィラメントを介して直流電源部１の非グランド側に接続され、他端がグランドに接続される。また、抵抗Ｒ４には、並列にコンデンサＣ３が接続される。また、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続点は、ダイオードＤ３が順方向にトランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に接続され、ダイアックＤＡ１と抵抗Ｒ５の直列回路を介してトランジスタＱ２のベースに接続されている。

また、検出部５は、放電灯Ｌａの寿命末期状態（エミレス状態）を検出し、インバータ部２１の動作を停止させる。

この検出部５は、放電灯ＬａとインダクタＬ１の接続点とグランドとの間に、カップリングコンデンサＣ６と抵抗Ｒ８とダイオードＤ４との直列回路が接続される。このダイオードＤ４の極性は、グランドに対して順方向となっている。

また、抵抗Ｒ８とダイオードＤ４との接続点とグランドとの間には、ダイオードＤ５とコンデンサＣ７との直列回路が接続される。このダイオードＤ５の極性は、抵抗Ｒ８とダイオードＤ４との接続点に対して順方向となっている。また、コンデンサＣ７の両端には、抵抗Ｒ９と抵抗Ｒ１０との直列回路と、抵抗Ｒ１３とＰＮＰトランジスタＱ６との直列回路と、抵抗Ｒ１４とＲ１５との直列回路と、が並列に接続されている。また、抵抗Ｒ１０の両端には、抵抗Ｒ１１とＰＮＰトランジスタＱ５との直列回路と、電解コンデンサＣ８と抵抗Ｒ１６との直列回路と、が並列に接続されている。この電解コンデンサＣ８の極性は、正極が抵抗Ｒ１６側となっている。

また、ＰＮＰトランジスタＱ６は、ベースが抵抗Ｒ１４と抵抗Ｒ１５との接続点に接続され、エミッタがグランドに接続され、コレクタが抵抗Ｒ１３に接続されている。また、ＰＮＰトランジスタＱ５は、ベースが抵抗Ｒ１３とＰＮＰトランジスタＱ６との接続点に接続され、エミッタがグランドに接続され、コレクタが抵抗Ｒ１１に接続されている。また、抵抗Ｒ１２は、一端がＰＮＰトランジスタＱ５のベースと接続され、他端がグランドに接続される。また、抵抗Ｒ１０と抵抗Ｒ１１と電解コンデンサＣ８との接続点は、ダイアックＤＡ２を介して、インバータ部２１のトランジスタＱ２のベースに接続されている。

状態保持部６は、検出部５の出力を受けて、インバータ部２１の動作状態を保持する。また、抵抗Ｒ６とコンデンサＣ４との直列回路が、検出部５の抵抗Ｒ１６の両端に接続される。また、コンデンサＣ４の両端には、ＮＰＮトランジスタＱ３のベースとエミッタとがそれぞれ接続され、コンデンサＣ４の一端である非グランド側には、ＰＮＰトランジスタＱ４のコレクタが接続されている。

また、ＮＰＮトランジスタＱ３のコレクタは、ＰＮＰトランジスタＱ４のベースと接続される。また、ＰＮＰトランジスタＱ４のエミッタは、起動部４の抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続点に接続されるとともに、抵抗Ｒ７とコンデンサＣ５との並列回路を介して、ＰＮＰトランジスタＱ４のベースに接続されている。

次に、本実施形態の放電灯点灯装置１００の動作について、図２を参照しながら説明する。

図２（ａ）に示すように、時刻ｔ０で示すタイミングで交流電源ＡＣが供給されると、直流電源部１に整流電圧が発生する。そして、図２（ｂ）に示すように、放電灯Ｌａの高圧側フィラメント、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４の経路で直流電流が流れることで、時刻ｔ０で起動部４の出力が一旦上昇する。

続いて、時刻ｔ１で、抵抗Ｒ４の電圧がダイアックＤＡ１のブレークオーバー電圧を超えると、インバータ部２１のトランジスタＱ２のベースに電流が流れてトランジスタＱ２がオンする。トランジスタＱ２がオンの状態になると、インバータ部２１が起動して放電灯Ｌａが放電を開始する。このとき、図２（ｃ）に示すように、放電灯Ｌａの両端に電圧（以下、ランプ電圧ともいう）が発生する。また、図２（ｂ）に示すように、直流電源部１からの直流電流が放電灯Ｌａを介して流れるため、起動部４の出力は低下する。一旦インバータ部２１が起動すると、ドライブ部３のトランスＴ１に電圧が発生して所謂自励発振動作が継続し、放電灯Ｌａを高周波点灯させる。

続いて、時刻ｔ２で、つまり交流電源ＡＣ供給開始から数時間経過時で、放電灯Ｌａ及び放電灯点灯装置１００は安定状態となって、ランプ電圧が使用初期の電圧に比べて低下する。この安定状態は、時刻ｔ２〜ｔ３の間、継続される。

検出部５では、放電灯Ｌａと共振インダクタＬ１との接続点からの高周波電圧を、検出部５のカップリングコンデンサＣ６によって直流カットし、この高周波電圧をダイオードＤ４とＤ５とで負電位に半波整流する。そして、半波整流された電圧は、複数の抵抗で分圧される。ここでは、抵抗Ｒ１０の電圧をランプ電圧の検出電圧とする。

図２（ｄ）に示す抵抗Ｒ１０の電圧は、図２（ｃ）に示すランプ電圧の負側の包絡線を分圧した電圧となっている。交流電源ＡＣが供給された後、放電灯点灯装置１００が連続動作すると、時刻ｔ３で放電灯Ｌａのエミレス初期状態になる。エミレス初期状態は、ランプ電圧が一定に保たれる安定状態（時刻ｔ２〜ｔ３の間）と、ランプ電圧が上昇する状態との境界時点である。エミレス初期状態になると、図２（ｃ）に示すように、ランプ電圧が上昇し始め、図２（ｄ）に示す抵抗Ｒ１０の電圧も負方向に高くなっていく。

その後、放電灯Ｌａのエミレス状態が進行し、時刻ｔ４になるまでは、図２（ｅ）に示すようにＰＮＰトランジスタＱ５はオン状態を維持し、図２（ｆ）に示すようにＰＮＰトランジスタＱ６はオフ状態を維持する。そのため、抵抗Ｒ１０の検出電圧は、抵抗Ｒ１１の影響を受け、抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９との直列回路と抵抗Ｒ１０との分圧比とが低くなっている。

時刻ｔ４になると、ＰＮＰトランジスタＱ６のベース電圧が負方向に高くなることで、ＰＮＰトランジスタＱ６はオンし、トランジスタＱ５のベースにたまった電荷が引き抜かれる（放電される）。そのため、トランジスタＱ５はオフし、図２（ｄ）に示すように、抵抗Ｒ１０の検出電圧は抵抗Ｒ１１の影響がなくなって、抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９との直列回路と抵抗Ｒ１０との分圧比が高くなる。すると、抵抗Ｒ１０の検出電圧がダイアックＤＡ２のブレークオーバー電圧を超えて、ダイアックＤＡ２が導通して、インバータ部２１は停止する。

このように、検出部５は、放電灯Ｌａのランプ電圧に基づく検出電圧を検出して、インバータ部２１を停止させる。

抵抗Ｒ１０の検出電圧がダイアックＤＡ２のブレークオーバー電圧を超えると、インバータ部２１のトランジスタＱ２のベースにたまった電荷が引き抜かれる（放電される）。これと同時に、電解コンデンサＣ８にチャージされた電荷が放電されることで、状態保持部６のＮＰＮトランジスタＱ３がオンし、ＰＮＰトランジスタＱ４もオンして、起動部４の抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続点の電圧が０Ｖで維持される。このように動作することで、起動部４をマスクするために再起動がかかることがなくなり、インバータ部２１の停止を維持する。

なお、ＰＮＰトランジスタＱ６がオンとなるときの抵抗Ｒ１０の検出電圧と等しい電圧が、第１閾値に相当する。また、ダイアックＤＡ２のブレークオーバー電圧が、第２閾値に相当する。したがって、検出部５は、抵抗Ｒ１０の検出電圧が第１閾値を（負方向に）超過したときに、第１閾値よりも（負方向に）大きい第２閾値以上の値に変換している。そして、抵抗Ｒ１０の検出電圧が（負方向に）第２閾値以上であるときには、インバータ部２１の動作を停止させる。

また、時刻ｔ５は、本実施形態の放電灯点灯装置１００とは異なり、トランジスタＱ５、Ｑ６が設けられておらず、検出電圧の切り替えがない場合に、検出電圧がダイアックＤＡ２のブレークオーバー電圧となる時刻である。ここで、放電灯Ｌａの安定状態のランプ電圧と、検出部５によるエミレス状態の検出時（時刻ｔ４）のランプ電圧と、の差をΔＡとする。この場合には、図２（ｃ）に示すように、放電灯Ｌａの安定状態のランプ電圧と、検出電圧の切り替えがない放電灯点灯装置によるエミレス状態の検出時（時刻ｔ５）のランプ電圧と、の差はΔＢで表される。

ΔＡとΔＢとの大小関係は、ΔＡ＜ΔＢとなっている。これは、従来よりも、放電灯Ｌａの安定状態におけるランプ電圧と、エミレス状態の検出時のランプ電圧と、の差が小さくなることを意味する。したがって、エミレス状態の検出に至るまでに、放電灯Ｌａのフィラメントに挿入される電力が小さくなることを意味し、エミレス状態の検出前にソケットが溶融することを防止できる。

放電灯点灯装置１００では、例えば、図３に示すように、図１の回路の構成部品を実装したプリント配線板７０をケース７１に収納してもよい。図３の例において、放電灯Ｌａに接続される出力端子コネクタＣＮも同一基板であるプリント配線板７０に実装されている。また、ケース７１は、図４（ａ）、（ｂ）に示すような１灯用または２灯用の器具本体８０に収納及び保持されて照明器具８を構成する。つまり、照明器具８は、放電灯点灯装置１００と器具本体８０とを備えている。照明器具８や器具本体８０は、放電灯Ｌａの光を効率よく配光するために、例えば白色とされる。

また、検出部５によるエミレス状態の検出に至るまでにフィラメントに挿入される電力を略２０Ｗ以下とすれば、比較的熱のこもりやすい照明器具８であっても、ソケットの溶融を確実に防止できる。比較的熱のこもりやすい照明器具８としては、例えば、図５に示すような放電灯Ｌａが器具本体８０内に収容される構造の器具や、器具本体８０に乳白色のパネルなどが付されていて、放電灯Ｌａが直接見えない構造の器具、が考えられる。

フィラメントに挿入される電力を２０Ｗ以下とするためには、放電灯Ｌａに挿入される電力が略２０Ｗに達したときに、抵抗Ｒ１０の検出電圧が上記の第１閾値を超えるように、検出部５内の抵抗部（抵抗Ｒ８〜Ｒ１６）の抵抗値が設定されればよい。

また、例えば４フィートの高周波専用蛍光灯ＦＨＦ３２においては、安定点灯時のランプ電圧よりもランプ電圧が略２５％上昇したときに、エミレス状態が検出されるように、検出部５の定数を設定すると、ソケットの溶解を防止することができる。

つまり、抵抗Ｒ１０の検出電圧が、安定状態の検出電圧よりも略２５％上昇したときに、抵抗Ｒ１０の検出電圧が上記の第１閾値を超えるように、検出部５内の抵抗部（抵抗Ｒ８〜Ｒ１６）の抵抗値が設定されればよい。

このような本実施形態の放電灯点灯装置１００によれば、放電灯Ｌａの使用初期における検出部５の誤動作を防止するとともに、放電灯Ｌａの周囲温度が上昇して放電灯Ｌａの管電圧が低下しても、エミレス状態の検出感度を悪化することを最小限に留めることができる。さらに、安価で安全性の高い放電灯点灯装置を実現できる。

１００ 放電灯点灯装置
１ 直流電源部
２１ インバータ部
２２ 共振部
３ ドライブ部
４ 起動部
５ 検出部
６ 状態保持部
７０ プリント配線板
７１ ケース
８ 照明器具
８０ 器具本体
ＡＣ 交流電源
ＤＢ 整流部
Ｌａ 放電灯

Claims (5)

1. 直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波電源部と、
   前記高周波電源部から出力される前記高周波電圧を検出する検出部と、
   を備え、
   前記検出部は、前記高周波電圧に基づく検出電圧が第１閾値を超過したときに、前記第１閾値よりも大きい第２閾値以上の値に前記検出電圧を変換し、前記検出部の前記検出電圧が前記第２閾値以上であるときに、前記高周波電源部の動作を停止させる放電灯点灯装置。
2. 請求項１に記載の放電灯点灯装置であって、更に、
   前記高周波電源部の出力を制御する発振制御部を備え、
   前記高周波電源部は、２つのスイッチング素子と、直流カットコンデンサを含んでなる共振回路と、により構成され、
   前記発振制御部は、前記スイッチング素子を自励駆動させるための駆動トランスにより構成される放電灯点灯装置。
3. 請求項１または２に記載の放電灯点灯装置であって、
   前記放電灯の管電圧が安定点灯時に対して略２５％上昇したときに、前記検出電圧が前記第１閾値を超過するよう、前記検出部の抵抗部の抵抗値が設定される放電灯点灯装置。
4. 請求項１または２に記載の放電灯点灯装置であって、
   前記放電灯のフィラメントへ挿入される電力が略２０Ｗに達したときに、前記検出電圧が前記第１閾値を超過するよう、当該検出部の抵抗部の抵抗値が設定される放電灯点灯装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置と、
   前記放電灯点灯装置を保持する器具本体と、
   を備える照明器具。

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