JP4239800B2 - Electrodeless discharge lamp lighting device - Google Patents
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Description
本発明は、無電極放電灯点灯装置に関するものである。 The present invention relates to an electrodeless discharge lamp lighting device.
従来、この種の無電極放電灯点灯装置(無電極放電灯装置)は、種々提案されまた市販されている。例えば、図21に示すような無電極放電灯点灯装置は、交流電源Vinからの電力供給を受けて直流電圧VDCを出力する直流電源Eと、直流電源Eからの電力供給を受けて高周波電圧Vcoilを出力するインバータ回路90と、インバータ回路90の出力に接続される誘導コイル91と、誘導コイル91に近接配置される無電極放電灯Lから構成される。
Conventionally, various types of electrodeless discharge lamp lighting devices (electrodeless discharge lamp devices) have been proposed and are commercially available. For example, an electrodeless discharge lamp lighting device as shown in FIG. 21 receives a power supply from an AC power supply Vin and outputs a DC voltage VDC, and a power supply from the DC power supply E receives a high-frequency voltage Vcoil. , An
直流電源Eは整流用ダイオードブリッジ920とFET921、インダクタ922、ダイオード923、制御回路924及び平滑用コンデンサ925からなる昇圧チョッパ回路で構成され、インバータ回路90はFET90a,90b、インダクタ901、コンデンサ902,903から構成され、無電極放電灯Lは透明な球状のガラスバルブまたは内面に蛍光体が塗布された球状のガラスバルブ内に不活性ガス・金属蒸気等の放電ガス(例えば、水銀及び希ガス)が封入され、インバータ回路90は誘導コイル91に対して数十kHzから数百MHzの高周波電流を流すことにより、誘導コイル91に高周波電磁界を発生させて無電極放電灯Lに高周波電力を供給する。これに応じて、無電極放電灯L内に高周波プラズマ電流を発生させて紫外線もしくは可視光が発生する。
The DC power source E is composed of a boost chopper circuit composed of a rectifying
またドライブ回路94は、制御電圧Vf(図示せず)に応じた周波数で、Hout−H-GND端子間、Lout−L-GND端子間にそれぞれFET90a,90bに対する略矩形波状の駆動信号を出力(両者の位相差は略180°)するものである。
Further, the
また、特許文献1には、以下の発明が開示されている。低圧ガスを封入したバルブにコイルを巻回して、該コイルに高周波発生装置の出力を供給するようにした放電灯装置において、周囲温度を検出する温度検知回路と、該温度検知回路の出力により動作して、上記コイルに供給する電流の大小または周波数を切り替える切替回路とを備えたものであり、低温時には予めコイルに放電を開始させない程度の電流を流して、コイル自体に発生するジュール熱により管内温度を上昇させた後、コイル電流を切り替えてランプを始動させるようにした点に特徴を有するものである。
しかしながら、上記従来の無電極放電灯点灯装置などは、以下のような問題があった。上記の方式で無電極放電灯Lの始動を行う場合、図7に示す点線のように、インバータ回路90の出力電圧の設定値Vsetは通常、周囲温度Taによらず一定であるが、無電極放電灯Lの始動電圧Vign、即ち点弧始動に必要な電圧は、低温時ほど高くなる傾向の曲線となる。即ち、無電極放電灯Lの場合、周囲温度Ta(例えば−20℃〜+60℃)に対する始動電圧Vignの温度係数は常に負となり、これは例えば有電極のFLランプとは異なる。FLランプの場合、温度係数は常に負とはならず、高温側で正となる特性を有する。このため無電極放電灯Lの場合、周囲温度Taが低温時では出力電圧設定値Vsetと始動電圧Vignの差が小さくなってしまい、例えば暗黒状態での始動時や、無電極放電灯L周囲の近接導体影響等により等価的に始動電圧Vignが増加する等があった場合、無電極放電灯Lの始動性が悪くなったり、最悪の場合は不点灯となる問題があった。一方、周囲温度Taが高温時では逆に出力電圧設定値Vsetと始動電圧Vignの差が必要以上に大きくなってしまい、構成する回路素子が熱ストレスにより破壊してしまうという問題があった。
However, the above conventional electrodeless discharge lamp lighting device has the following problems. When the electrodeless discharge lamp L is started by the above method, the set value Vset of the output voltage of the
また、無電極放電灯Lの始動時においては通常点灯時と比較してインバータ回路90にはより大きな出力電力が必要であり、図21に示す直流電源Eには負荷がかかるため出力電圧VDCはリップル等の電圧変動を生じ易い。従来の無電極放電灯点灯装置などにおいては、この出力電圧VDCの電圧変動の結果、出力電圧設定値Vsetも影響を受けて変動してしまい、その結果、出力電圧設定値Vsetが低下し始動性が悪化する等の問題もあった。
Further, when the electrodeless discharge lamp L is started, the
本発明は上述の点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、周囲温度Taが低温時に始動性が悪化したり不点灯とならず、周囲温度Taが高温時に回路素子に対する熱ストレスが小さい無電極放電灯点灯装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned points. The object of the present invention is to prevent the startability from deteriorating or not lighting when the ambient temperature Ta is low, and to the circuit element when the ambient temperature Ta is high. The object is to provide an electrodeless discharge lamp lighting device with low thermal stress.
請求項1に記載の発明は、無電極放電灯に対して高周波磁界を発生させる誘導コイルと、直流電力を高周波電力に変換するスイッチング素子及び共振回路を含み当該高周波電力を前記誘導コイルに供給する電力変換回路と、制御電圧の大きさに従って前記スイッチング素子のオンオフの周波数を可変するための駆動信号を生成して当該スイッチング素子に出力する駆動回路と、周囲温度により出力が可変する温度検知部と、前記無電極放電灯の始動時に前記制御電圧の大きさを可変することによって前記駆動回路を制御して前記スイッチング素子のオンオフ周波数を可変させ前記高周波電圧の周波数を可変させて当該高周波電圧の大きさを可変させる電圧制御部とを備え、前記駆動回路は、コンデンサを有し当該コンデンサによる充放電動作を繰り返し行うことによって発振を行う発振部と、前記発振部からの出力電圧の周波数に応じて前記駆動信号の周波数を可変し当該駆動信号を前記スイッチング素子に出力する駆動部とを備え、前記発振部は、前記コンデンサの充電電圧であって前記充放電動作により得られる三角波状電圧と基準電圧とを比較し矩形波状電圧を前記駆動部に出力するオペアンプと、前記温度検知部とを有し、前記温度検知部は、温度変化に対して導通抵抗が変化する半導体素子で構成されるミラー回路であり、前記電圧制御部の制御電圧の大きさ及び前記半導体素子の導通抵抗の変化に応じて前記コンデンサへの充放電電流の大きさを可変し、前記オペアンプの出力によって当該コンデンサの充放電を切り替えて、当該コンデンサの充放電の周波数を可変することによって、前記無電極放電灯の始動時に前記温度検知部の出力を用いて前記周囲温度の低温時では高温時より前記高周波電圧を高くするように前記駆動信号の周波数を可変して当該高周波電圧の周波数を可変させることを特徴とする。
The invention described in
この構造では、電力変換回路から出力される高周波電力の電圧は周囲温度が低温時のほうが高温時より高くなるので、周囲温度が低温時では無電極放電灯の始動性を改善することができ、高温時では回路素子に対する熱ストレスを低減することができる。 In this structure, the voltage of the high-frequency power output from the power conversion circuit is higher when the ambient temperature is low than when the ambient temperature is low, so that the startability of the electrodeless discharge lamp can be improved when the ambient temperature is low, At high temperatures, thermal stress on the circuit elements can be reduced.
また、この構造では、半導体素子の温度特性から駆動信号を可変することができる。 In this structure, the drive signal can be varied from the temperature characteristics of the semiconductor element.
本発明によれば、周囲温度が低温時では無電極放電灯の始動性を改善することができ、高温時では回路素子に対する熱ストレスを低減することができる。 According to the present invention, the startability of the electrodeless discharge lamp can be improved when the ambient temperature is low, and the thermal stress on the circuit element can be reduced when the ambient temperature is high.
(基本形態)
先ず、基本形態の構成について図1〜図7を用いて説明する。基本形態の無電極放電灯点灯装置は、広い範囲の周囲温度Ta(例えば−20℃〜+60℃)において無電極放電灯Lを安定に始動及び点灯をするものであり、図1に示すように、直流電源Eと、インバータ回路1と、誘導コイル2と、ドライブ回路3と、電圧検出回路4と、温度検知部5と、電圧制御部6とを備える。
( Basic form )
First, the structure of a basic form is demonstrated using FIGS. The electrodeless discharge lamp lighting device of the basic form stably starts and lights the electrodeless discharge lamp L in a wide range of ambient temperature Ta (for example, −20 ° C. to + 60 ° C.), as shown in FIG. DC power source E,
無電極放電灯Lは、透明な球状のガラスバルブまたは内面に蛍光体が塗布された球状のガラスバルブ内に不活性ガス・金属蒸気等の放電ガス(例えば、水銀及び希ガス)が封入されている。そして、誘導コイル2から供給される高周波電力により、無電極放電灯L内に高周波プラズマ電流を発生させて紫外線もしくは可視光が発生する。
The electrodeless discharge lamp L has a transparent spherical glass bulb or a spherical glass bulb with an inner surface coated with a phosphor, and a discharge gas (for example, mercury or a rare gas) such as inert gas or metal vapor is enclosed. Yes. Then, the high frequency power supplied from the
直流電源Eは、例えば商用電源などの交流電源Vinからの交流電力を直流電力に変換しインバータ回路1に供給する。直流電源Eは、例えば、交流電力を全波整流するダイオードブリッジ70と、FET71、インダクタ72、ダイオード73、制御回路74及び平滑用コンデンサ75からなる昇圧チョッパ回路で構成される。制御回路74はFET71のゲートに接続されている。なお、チョッパ回路には、昇圧型、降圧型、極性逆転型等があり、用途に応じて使い分けている。
The DC power source E converts AC power from an AC power source Vin such as a commercial power source into DC power and supplies it to the
インバータ回路1は、直流電源Eから供給される直流電力を高周波電圧Vcoilに変換して出力する電力変換回路であり、誘導コイル2に対して、例えば、数十kHzから数百MHzの高周波電圧Vcoilを供給する。インバータ回路1は、2つのスイッチング素子10a,10b及び共振回路11を備える。
The
スイッチング素子10a,10bは、例えばFETなどが用いられ、それぞれのスイッチング状態(オン及びオフ)を可変することにより高周波電圧Vcoilの動作周波数finvを周波数スイープさせる。
For example, FETs are used as the
共振回路11は、例えば、コイル110及びコンデンサ111,112で構成され、共振周波数の近傍で大きな高周波電圧Vcoilを出力する。また、無電極放電灯Lを負荷とする場合、点弧始動時はインダクタ負荷であるため有電極のFLランプ等、他の光源と比較して始動時に大きな電力を必要とする。従って安定した始動、点灯を行うためには共振回路11のQを高く設定する必要がある。
The
インバータ回路1より出力される高周波電圧Vcoilの動作周波数finvに対する変化を図2に示す。無電極放電灯Lの始動時には、動作周波数finvをfsからfeに周波数を下げ共振回路11の共振周波数に近づくように周波数スイープさせることにより、高周波電圧Vcoilは徐々に増加していき、この周波数スイープの間に無電極放電灯Lが点弧始動に最低限必要な電圧を超えるように設計されているため、fsからfeの間のある周波数で無電極放電灯Lが点灯する。点灯後、直ちに高周波電圧Vcoilは図2の点灯時側の曲線上に移動し低減する。
FIG. 2 shows the change of the high-frequency voltage Vcoil output from the
上記のような周波数スイープによる始動は、例えば、周囲温度Ta変化や無電極放電灯L周囲への金属筐体接近等、インバータ回路1の負荷インピーダンス変動要因があり高周波電圧Vcoilが大きく変化した場合であっても、負荷インピーダンス変動の影響を吸収可能であるため、無電極放電灯Lの安定始動及び点灯ができる。このような周波数スイープによる始動は、特に無電極放電灯負荷の場合に有効である。
The start by the frequency sweep as described above is, for example, when there is a load impedance fluctuation factor of the
誘導コイル2は、図1に示すように、インバータ回路1の出力側に接続され、インバータ回路1から高周波電圧Vcoilが供給される。これにより、誘導コイル2は、高周波電磁界を発生させて無電極放電灯Lに高周波電力を供給する。
As shown in FIG. 1, the
ドライブ回路3は、電圧制御部6からの制御電圧Vfの大きさに応じて可変する周波数で、Hout−H-GND端子間、Lout−L-GND端子間にそれぞれスイッチング素子10a,10bに対する略矩形波状の駆動信号を出力する(両者の位相差は略180°)駆動回路である。このとき、図3に示すように、制御電圧Vfが大きいほど高周波電圧Vcoilの動作周波数finvが低くなるように駆動信号を出力する。
The
電圧検出回路4は、図1に示すように、例えば、抵抗40,41、ダイオード42,43及びコンデンサ44により構成される。電圧検出回路4は、インバータ回路1から出力される高周波電圧Vcoilを検出、整流及び平滑し、電圧制御部6に出力する。
As shown in FIG. 1, the
温度検知部5は、例えば、電圧制御部6内に設けられ、直流電源E1を電力源とし、インピーダンス素子であり温度検出用の感温素子である感温抵抗50、コンデンサ51からなる積分回路、コンデンサ51の電荷放電用スイッチ52、抵抗53等から構成され、周囲温度Taにより出力が可変する。温度検知部5では、電荷放電用スイッチ52がONからOFFに切り替わると、直流電源E1から電力供給を受け感温抵抗50を介してコンデンサ51を充電し、コンデンサ51の両端電圧VC1を後述するオペアンプ60の非反転入力端子に出力する。感温抵抗50は、周囲温度Taによりインピーダンス値が可変し、周囲温度Taによりその抵抗値を略リニアに可変させることができる。例えば松下電子部品(株)製のERAシリーズを用いれば+1000ppm/℃〜+4700ppm/℃の種々の正温度係数を選択可能である。このような部品を使用すれば、周囲温度Taと感温抵抗50(R1)の抵抗値との関係は、図4の実線のように正の傾きで略リニアに変化する。従って、コンデンサ51の両端電圧VC1は、高温になるほど小さく、低温になるほど大きくなるように変化する。
The
電圧制御部6は、図1に示すように、例えばオペアンプ60、抵抗61,62からなり、電圧検出回路4の出力及び温度検知部5の出力から周囲温度Taが低温になるほど誘導コイル2の高周波電圧Vcoilが大きくなるように制御電圧Vfを可変する。電圧制御部6の動作原理について説明すると、温度検知部5内のコンデンサ51の両端電圧VC1をオペアンプ60の非反転入力端子に印加し、電圧検出回路4の出力を、抵抗61を介してオペアンプ60の反転入力端子に印加する。オペアンプ60は差動増幅動作を行い、制御電圧Vfをドライブ回路3に出力する。このとき、周囲温度Taと制御電圧Vfとの関係は、図5のように負の傾きで略リニアに変化する。また、オペアンプ60の差動増幅動作により、出力電圧設定値Vsetは、直流電圧VDC(図1参照)の電圧変動影響を受けずに一定とすることができる。
As shown in FIG. 1, the
次に、基本形態の動作について説明する。図6に周波数スイープによる始動動作の一例を示す。交流電源Vinが投入され、直流電源Eの直流電圧VDCが立ち上がると(t=t1)(図6(e)参照)、温度検知部5では感温抵抗50を介してコンデンサ51を充電しその両端電圧VC1が増加する(図6(d)参照)。コンデンサ51の両端電圧VC1に応じて電圧制御部6の制御電圧Vfが増加する(図6(c)参照)。制御電圧Vfが増加すると、高周波電圧Vcoilの動作周波数finvは徐々に低下するので(図3,図6(b)参照)、高周波電圧Vcoilは徐々に増加していく(図6(a)参照)。そして、周波数スイープ区間内のある動作周波数fm(t=t2)において、無電極放電灯Lが点灯し、その後、直ちに高周波電圧Vcoilは低減する。この時、電圧検出回路4の出力も低減するため、制御電圧Vfは再び増加傾向となり、コンデンサ51が満充電となり両端電圧VC1が一定値となるまで高周波電圧Vcoilは増加傾向となる(図6(a)(無電極放電灯Lあり)参照)。
Next, the operation of the basic form will be described. FIG. 6 shows an example of the start operation by frequency sweep. When the AC power source Vin is turned on and the DC voltage VDC of the DC power source E rises (t = t1) (see FIG. 6 (e)), the
一方、無電極放電灯Lがない無負荷状態においてはオペアンプ60の差動増幅動作によりある設定電圧Vsetで一定となり(図6(a)(無電極放電灯Lなし)参照)、この設定電圧Vsetが誘導コイル2の高周波電圧Vcoilの上限値となる。従って、無電極放電灯Lのように、有電極のFLランプ等、他の光源と比較してインバータ回路1の共振回路11のQが高く設定されている場合であっても、高周波電圧Vcoilの立上り角度が緩和され、少しずつ高周波電圧Vcoilを上昇させていくことができるので、誘導コイル2に必要以上に大きな電圧が印加されることがなく、よりきめ細かく誘導コイル2に印加する高周波電圧Vcoilを制御することができる。
On the other hand, in the no-load state where there is no electrodeless discharge lamp L, the set voltage Vset becomes constant by a differential amplification operation of the operational amplifier 60 (see FIG. 6A (no electrodeless discharge lamp L)). Becomes the upper limit value of the high-frequency voltage Vcoil of the
インバータ回路1の設定電圧Vsetは、図7のように、周囲温度Taに対して連続的に変化し、従来の場合(点線)と比較して、周囲温度Taが低温時では出力電圧設定値Vsetと始動電圧Vignの差はより大きくなり、周囲温度Taが高温時では出力電圧設定値Vsetと始動電圧Vignの差はより小さくなる。
The set voltage Vset of the
以上、基本形態によれば、周囲温度Taに対する特性がリニアであるとともに無電極放電灯Lの始動電圧Vignと同じ傾向であり、周囲温度Taが低温時の誘導コイル2の高周波電圧Vcoilは高温時より高くなるので、周囲温度Taが低温時では無電極放電灯Lの始動性を改善することができるとともに、高温時では回路素子に対する熱ストレスを低減することができる。そして、感温抵抗50の温度特性がリニアであるので、周囲温度Taに対する特性制御を容易にすることができる。
As described above, according to the basic form , the characteristic with respect to the ambient temperature Ta is linear and has the same tendency as the starting voltage Vign of the electrodeless discharge lamp L, and the high frequency voltage Vcoil of the
また、オペアンプ60の差動増幅動作により、出力電圧設定値Vsetは直流電圧VDCの電圧変動影響を受けず一定となり、出力電圧設定値Vsetの低下による始動性悪化も低減することができる。
Further, due to the differential amplification operation of the
なお、基本形態の変形例として、感温素子は正温度係数であればサーミスタ等の部品を用いてもよい。このような構成であっても基本形態と同様の効果を得ることができる。 As a modification of the basic form , a component such as a thermistor may be used if the temperature sensitive element has a positive temperature coefficient. Even if it is such a structure, the effect similar to a basic form can be acquired.
また、基本形態の他の変形例として、温度検知部5は電圧制御部6の外部に設けてもよい。このような構成であっても基本形態と同様の効果を得ることができる。
As another modification of the basic form , the
(参考例1)
参考例1は、直流電源Eと、インバータ回路1と、誘導コイル2と、ドライブ回路3と、電圧検出回路4と、温度検知部5と、電圧制御部6とを備える点では基本形態と同様であるが、基本形態にはない以下に記載の特徴部分がある。図8に示すように、温度検知部5は、周囲温度Taを検出する温度検出回路54と、それぞれが異なるインピーダンス値を有する感温抵抗50及び抵抗55とを備え、その温度検出回路54の出力に応じてスイッチ56による感温抵抗50と抵抗55の切替え手段を有する。
( Reference Example 1 )
Reference Example 1 is the same as the basic configuration in that it includes a DC power supply E, an
スイッチ56は、周囲温度Taが予め設定された所定の温度Tc以上の時は抵抗55を、温度Tc以下の時は感温抵抗50を選択する。ここで、温度Tcは、図9に示すように、感温抵抗50の抵抗特性(R1a)と抵抗55の抵抗特性(R1b)が交わる温度若しくはその近傍とする。
The
次に、参考例1の動作について基本形態と異なる点を説明する。先ず、図8に示す温度検出回路54が周囲温度Taを検出し、その周囲温度Taが温度Tc以上の時はスイッチ56により抵抗55を、温度Tc以下の時は感温抵抗50を選択する。これにより制御電圧Vfは、図10の実線のように、温度Tc以上では略一定値であるのに対し、温度Tc以下では負の温度係数を有する。この結果、図11のように、従来の場合(点線)と比較して、周囲温度Taが低温時では出力電圧設定値Vsetと始動電圧Vignの差は大きくなる。
Next, the difference of the operation of Reference Example 1 from the basic mode will be described. First, the
以上、参考例1によれば、周囲温度Taが低温時では出力電圧設定値Vsetと始動電圧Vignの差は大きくなるので、無電極放電灯Lの始動性を改善することができる。 As described above, according to Reference Example 1 , when the ambient temperature Ta is low, the difference between the output voltage set value Vset and the starting voltage Vign becomes large, so that the startability of the electrodeless discharge lamp L can be improved.
また、感温抵抗50及び抵抗55のそれぞれの抵抗特性で周囲温度Taに対する出力電圧設定値Vsetを制御することができるので、設計自由度を大きくすることができる。
Further, since the output voltage set value Vset with respect to the ambient temperature Ta can be controlled by the resistance characteristics of the temperature-
(参考例2)
参考例2は、直流電源Eと、インバータ回路1と、誘導コイル2と、ドライブ回路3と、電圧検出回路4と、温度検知部5と、電圧制御部6とを備える点では基本形態と同様であるが、基本形態にはない以下に記載の特徴部分がある。図12に示すように、温度検知部5は、周囲温度Taを検出する温度検出回路54と、それぞれが異なるインピーダンス値を有する抵抗57a,57bとを備え、その温度検出回路54の出力に応じてスイッチ59による抵抗57a,57bの切替え手段を有する。
( Reference Example 2 )
Reference Example 2 is the same as the basic configuration in that it includes a DC power supply E, an
スイッチ59は、図13に示すように、周囲温度Taが予め設定された所定の温度Tc以上の時はスイッチ59により抵抗57bを、温度Tc以上の時は抵抗57aを選択する。ここで、抵抗57aの抵抗値をR2a、抵抗57bの抵抗値をR2bとすると、R2a<R2bの関係がある。
As shown in FIG. 13, the
次に、本参考例の動作について基本形態と異なる点を説明する。先ず、図12に示す温度検出回路54が周囲温度Taを検出し、その周囲温度Taが温度Tc以上の時は抵抗57bを、温度Tc以下の時は抵抗57aを選択する。これにより、温度Tc以下の制御電圧Vfは、図14のように、温度Tc以上と比較して高くなる。この結果、インバータ回路1の出力電圧Vsetは、図15のように、周囲温度Taに対して段階的に変化し、周囲温度Taが低温時では出力電圧設定値Vsetと始動電圧Vignの差はより大きくなる。
Next, the difference between the operation of this reference example and the basic mode will be described. First, the
以上、本参考例によれば、周囲温度Taが低温時では出力電圧設定値Vsetと始動電圧Vignの差は大きくなるので、無電極放電灯Lの始動性が改善することができる。 As described above, according to this reference example , when the ambient temperature Ta is low, the difference between the output voltage set value Vset and the starting voltage Vign becomes large, so that the startability of the electrodeless discharge lamp L can be improved.
また、抵抗57a,57bのそれぞれの抵抗値で周囲温度Taに対する出力電圧設定値Vsetを制御することができるので、設計自由度を大きくすることができる。
Further, since the output voltage set value Vset with respect to the ambient temperature Ta can be controlled by the resistance values of the
なお、本参考例の変形例として、抵抗57bの抵抗値をさらに大きくしてもよい。このような構成にすると、周囲温度Taが高温時において、インバータ回路1の出力電圧Vsetをさらに低減し、出力電圧設定値Vsetと始動電圧Vignの差がより小さくなるので、回路素子に対する熱ストレスを低減することができる。
As a modification of this reference example , the resistance value of the
(実施形態)
本実施形態は、直流電源Eと、インバータ回路1と、誘導コイル2と、ドライブ回路3と、電圧検出回路4と、温度検知部5と、電圧制御部6とを備える点では基本形態と同様であるが、基本形態にはない以下に記載の特徴部分がある。図16に示すように、電圧制御部6では、感温抵抗50から通常の抵抗である抵抗58に変換され、ドライブ回路3はスイッチング素子10a,10bを駆動する駆動部30及び発振部31から構成される。また、電圧制御部6は、半導体素子の温度特性によるインピーダンス変化に応じて充放電回路の電流(以下「充放電電流」という。)を可変し、それにより、制御電圧Vfを変化させる。
( Embodiment )
This embodiment is the same as the basic embodiment in that it includes a DC power supply E, an
発振部31は、例えば、オペアンプ310、基準電圧Vref、抵抗311、コンデンサ312、温度検知部5としてミラー回路を構成するFET等の半導体素子で構成されるRC発振回路(充放電回路)であり、電圧制御部6の制御電圧Vfが発振部31の入力端に接続される。
The oscillating
発振部31は、コンデンサ312による充放電動作を繰り返し行うことにより発振を行う。それにより、オペアンプ310の非反転入力端子には、図17に示すように、ある周期Tの三角波状電圧が発生し、出力端子には矩形波状電圧が発生し、駆動部30に入力される。図16に示すように、抵抗311に流れる電流Ir、及び、発振部31から電圧制御部6に流れる電流Iswの和により発振部31の充放電電流の大きさは決定され、発振周期Tひいては動作周波数に影響を与える。
発振部31のFETは半導体素子であるため、そのドレイン−ソース間の導通抵抗Ronは温度特性を有し、高温になるほど導通抵抗Ronは小さくなる。即ち電圧制御部6の制御電圧Vfが一定であったとしても周囲温度Taにより発振部31の充放電電流の大きさが変化する。即ち、図18に示すように、周囲温度Taが高温になるほど充放電電流が増加して発振周期Tは減少し、逆に低温になるほど充放電電流が減少して発振周期Tは増加する。よって、発振部31のFETが温度検知部5として働いている。発振周期Tによりスイッチング素子10a,10bが駆動し、発振周期Tが高くなると高周波電圧Vcoilの動作周波数finvも高くなり、発振周期Tが低くなると動作周波数finvも低くなる。この時の周囲温度Taとインバータ回路1の出力電圧Vsetの関係を実測すると、図19のように出力電圧Vsetは負の温度係数(α≒−2000ppm/℃)となり、基本形態と同様の傾向を有し、無電極放電灯Lの始動電圧Vign特性とほぼ平行の関係になる。
Since the FET of the
以上、本実施形態によれば、半導体素子の温度特性から駆動信号を可変することができ、周囲温度Taが低温時の誘導コイル2の高周波電圧Vcoilは高温時より高くなるので、周囲温度Taが低温時では無電極放電灯Lの始動性を改善することができるとともに、高温時では回路素子に対する熱ストレスを低減することができる。
As described above, according to the present embodiment , the drive signal can be varied from the temperature characteristics of the semiconductor element, and the high frequency voltage Vcoil of the
また、発振部31にミラー回路を形成することによって、発振部31から電圧制御部6への電流Iswにより、容易に発振部31の動作周波数を制御することができる。
In addition, by forming a mirror circuit in the
なお、本実施形態の変形例として、発振部31は発振動作における充放電電流経路に半導体素子(FET,トランジスタ,ダイオード等)を有し、周囲温度Taが高いほど動作周波数が高くなる構成であれば他の構成でもよい。このような構成でも本実施形態と同様の効果を得ることができる。
As a modification of the present embodiment , the oscillating
また、本実施形態の他の変形例として、発振部31或いはドライブ回路3を集積回路(IC)上に作製してもよい。発振部31或いはドライブ回路3は低電力動作を行う回路であり、温度検知部5でもある発振部31のFETは集積回路上に同時にかつ容易に作製することができるので、温度検知部5の小型化及び低コスト化を実現することができる。
As another modification of the present embodiment , the oscillating
(参考例3)
参考例3は、直流電源Eと、インバータ回路1と、誘導コイル2と、ドライブ回路3と、電圧検出回路4と、温度検知部5と、電圧制御部6とを備える点では基本形態と同様であるが、基本形態にはない以下に記載の特徴部分がある。図20に示すように、電圧制御部6の制御電圧Vfは、直流電源Eの制御回路74(図1参照)に印加され、オペアンプ60の差動増幅動作により直流電源E(図1参照)の出力電圧VDC(図1参照)を、例えば、制御電圧Vfが小さいほど出力電圧VDCが大きくなるように制御する。出力電圧VDCが大きいほど、インバータ回路1で変換された高周波電圧Vcoilも大きくなる。
(Reference Example 3 )
Reference Example 3 is the same as the basic configuration in that it includes a DC power source E, an
以上、本参考例によれば、周囲温度Taが低温時の誘導コイル2の高周波電圧Vcoilは高温時より高くなるので、周囲温度Taが低温時では無電極放電灯Lの始動性を改善することができるとともに、高温時では回路素子に対する熱ストレスを低減することができる。また、高周波電圧Vcoilの動作周波数finvは一定であるので、雑音対策を容易にすることができる。
As described above, according to this reference example , the high frequency voltage Vcoil of the
1 インバータ回路
10a,10b スイッチング素子
3 ドライブ回路
4 電圧検出回路
5 温度検知部
6 電圧制御部
DESCRIPTION OF
Claims (1)
直流電力を高周波電力に変換するスイッチング素子及び共振回路を含み当該高周波電力を前記誘導コイルに供給する電力変換回路と、
制御電圧の大きさに従って前記スイッチング素子のオンオフの周波数を可変するための駆動信号を生成して当該スイッチング素子に出力する駆動回路と、
周囲温度により出力が可変する温度検知部と、
前記無電極放電灯の始動時に前記制御電圧の大きさを可変することによって前記駆動回路を制御して前記スイッチング素子のオンオフ周波数を可変させ前記高周波電圧の周波数を可変させて当該高周波電圧の大きさを可変させる電圧制御部とを備え、
前記駆動回路は、コンデンサを有し当該コンデンサによる充放電動作を繰り返し行うことによって発振を行う発振部と、前記発振部からの出力電圧の周波数に応じて前記駆動信号の周波数を可変し当該駆動信号を前記スイッチング素子に出力する駆動部とを備え、
前記発振部は、前記コンデンサの充電電圧であって前記充放電動作により得られる三角波状電圧と基準電圧とを比較し矩形波状電圧を前記駆動部に出力するオペアンプと、前記温度検知部とを有し、
前記温度検知部は、温度変化に対して導通抵抗が変化する半導体素子で構成されるミラー回路であり、前記電圧制御部の制御電圧の大きさ及び前記半導体素子の導通抵抗の変化に応じて前記コンデンサへの充放電電流の大きさを可変し、前記オペアンプの出力によって当該コンデンサの充放電を切り替えて、当該コンデンサの充放電の周波数を可変することによって、前記無電極放電灯の始動時に前記温度検知部の出力を用いて前記周囲温度の低温時では高温時より前記高周波電圧を高くするように前記駆動信号の周波数を可変して当該高周波電圧の周波数を可変させる
ことを特徴とする無電極放電灯点灯装置。 An induction coil that generates a high-frequency magnetic field for an electrodeless discharge lamp;
A power conversion circuit including a switching element and a resonance circuit for converting DC power into high-frequency power and supplying the high-frequency power to the induction coil;
A drive circuit that generates a drive signal for varying the on / off frequency of the switching element according to the magnitude of the control voltage and outputs the drive signal to the switching element;
A temperature detector whose output varies depending on the ambient temperature;
When the electrodeless discharge lamp is started, the magnitude of the control voltage is varied to control the drive circuit to vary the on / off frequency of the switching element, thereby varying the frequency of the high-frequency voltage, and thereby the magnitude of the high-frequency voltage. And a voltage control unit for varying
The drive circuit has a capacitor and oscillates by repeatedly performing a charge / discharge operation by the capacitor, and varies the frequency of the drive signal in accordance with the frequency of the output voltage from the oscillator. A drive unit that outputs to the switching element,
The oscillating unit includes an operational amplifier that compares a triangular wave voltage that is a charging voltage of the capacitor and is obtained by the charge / discharge operation with a reference voltage and outputs a rectangular wave voltage to the driving unit, and the temperature detection unit. And
The temperature detection unit is a mirror circuit composed of a semiconductor element whose conduction resistance changes with respect to a temperature change, and the temperature detection unit according to a magnitude of a control voltage of the voltage control unit and a change in conduction resistance of the semiconductor element. The temperature of the electrodeless discharge lamp is started by varying the charge / discharge current to the capacitor, changing the charge / discharge frequency of the capacitor by switching the charge / discharge of the capacitor according to the output of the operational amplifier. wherein Ru is varied the frequency of the high-frequency voltage by varying the frequency of the drive signal so as to increase the high-frequency voltage from the high temperature than at low temperature ambient temperature using an output of the detecting unit
An electrodeless discharge lamp lighting device comprising a call.
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