JP4341487B2

JP4341487B2 - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP4341487B2
Application number: JP2004188795A
Authority: JP
Inventors: 尚樹大西; 滋井戸; 隆司神田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2024-06-25
Also published as: JP2006012642A

Description

本発明は、主として蛍光灯の点灯に用いる放電灯点灯装置に関するものである。

従来から、放電灯の点灯に用いる放電灯点灯装置として、商用電源のような交流電源を入力電源とし、入力電源を高周波電圧に変換して放電灯を高周波で点灯させるものが提供されている。この種の放電灯点灯装置は、商用電源を入力電源とし、かつ放電灯として蛍光灯を用いる場合には、交流電源を整流回路およびチョッパ回路を用いて直流電源に変換し、チョッパ回路から出力される直流電圧をインバータ回路により高周波電圧に変換する構成が広く採用されている。また、インバータ回路を構成するスイッチング素子がチョッパ回路を構成するスイッチング素子と兼用されている構成もある。

ところで、上述の構成の放電灯点灯装置を用いて放電灯を点灯させる場合に、放電灯の予熱、始動、定常点灯、調光点灯、無負荷、寿命末期などの各動作状態に対応するようにチョッパ回路およびインバータ回路を制御する必要がある。そこで、この種の制御を汎用ＩＣないしカスタムＩＣである集積回路からなる制御回路で行う構成が広く採用されている。制御回路は、放電灯の正常な動作状態である予熱、始動、定常点灯、調光点灯のほか、無負荷や寿命末期などの異常な動作状態にも対応可能となるように構成される（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された制御回路は、ハーフブリッジ型のインバータ回路を備えるインバータ回路に対応するものであって、予熱時間やインバータ回路の駆動周波数を集積回路に外付される抵抗やコンデンサにより決定できるように構成されている。インバータ回路の駆動周波数（つまり、インバータ回路から出力される高周波電圧の周波数）は、放電灯の動作状態（予熱、始動、定常点灯、調光点灯）に応じて設定され、駆動周波数を変化させることにより放電灯に印加される電圧が変化するようになっている。特許文献１に記載の発明のように、集積回路からなる制御回路を用いることにより、比較的少ない部品点数でインバータ回路の駆動および制御が可能になる。
特開２０００−１２３９８３号公報

ところで、低調光レベルから始動しようとする場合や、低調光レベルでの調光点灯を行う場合には、放電灯に印加する高周波電圧を低くすると始動しなかったり立ち消えすることがあるから、その調光レベルに応じたピーク電圧の高周波電圧に対して高電圧を間欠的に重畳することによって、低調光レベルでの始動や調光点灯を可能とする技術が提案されている。上述のように集積回路で構成された制御回路で駆動および制御が行われるインバータ回路において、この種の機能を実現しようとすれば、高電圧を間欠的に重畳させるための別途の回路が必要になり、しかも重畳させる高電圧の振幅は調光レベルに応じて調節しなければならないから、制御回路以外に複雑な回路が必要になるという問題が生じる。すなわち、制御回路に集積回路を用いることによって部品点数を低減させ小型化を可能としたにもかかわらず、制御回路の周辺部品の部品点数が増加するから、部品点数の増加により実装作業に手数がかかり、また大型化することになる。しかも、重畳させる高電圧の条件は、放電灯の仕様によって異なるものであるから、放電灯の仕様ごとに回路定数を決定しなければならず、放電灯の仕様ごとに異なる部品を実装することになって部品管理に手間がかかるという問題が生じる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、集積回路からなる制御回路を用いながらも制御回路にあらかじめ用意されていない機能を容易に付加することができ、しかも異なる仕様の放電灯に対して部品の変更を必要としない放電灯点灯装置を提供することにある。

請求項１の発明は、入力電源を高周波電圧に変換し放電灯を高周波で点灯させるインバータ回路と、放電灯の少なくとも予熱、始動、点灯の各動作状態に合うようにインバータ回路に与える駆動信号の周波数を決定する周波数設定回路を備え周波数設定回路により決定される高周波電圧の周波数を内蔵したタイマ回路の指示に応じて順次変化させることにより放電灯に印加する電圧を変化させる集積回路からなる第１の制御回路と、放電灯の動作状態に応じたモード信号を第１の制御回路から受け取るとともに少なくともモード信号に応じてインバータ回路から出力される高周波電圧の周波数を指示するインバータ制御信号を出力し、当該インバータ制御信号を第１の制御回路における周波数設定回路に与えるマイクロコンピュータからなる第２の制御回路とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、従来構成と同様のタイマ回路と周波数設定回路とを備えた集積回路からなる制御回路を第１の制御回路として用いながらも第１の制御回路にあらかじめ用意されていない機能を、第２の制御回路によって容易に付加することができる。しかも、第２の制御回路はマイクロコンピュータにより構成されていることにより、集積回路の周辺部品として個別部品を用いる必要がないから部品点数の増加や実装作業の手間が少なく、その上、異なる仕様の放電灯に対してプログラムを変更するだけで対応することができ部品の変更を必要とせず、部品管理に手間がかからないものである。要するに、インバータ回路の駆動および制御に関してインバータ回路に直結する部分は従来から提供されている制御回路と同様の集積回路である第１の制御回路に持たせ、放電灯の動作状態や仕様に応じた高周波電圧の精細な制御の指示についてはマイクロコンピュータである第２の制御回路に役割分担したことにより、部品点数を大幅に増加させることなく、複雑かつ精細な制御が可能になる。また、マイクロコンピュータとして高機能のものを用いる必要はないから、第２の制御回路は比較的安価であって、コストの大幅な負担が生じることはない。
具体的に言えば、少なくとも予熱、始動、点灯の各動作状態に合うようにインバータ回路から出力される高周波電圧の周波数を順次変化させる指示を第１の制御回路に内蔵したタイマ回路から行うことで、従来構成で提供されている機能を第１の制御回路で実現し、さらに、第２の制御回路において、第１の制御回路から放電灯の動作状態に応じたモード信号を受け取るとともに少なくともモード信号に応じてインバータ制御信号を出力し、当該インバータ信号を第１の制御回路における周波数設定回路に与えることで、放電灯の動作状態や仕様に応じた精細な制御を第１の制御回路の動作に付加することが可能になるのである。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記第２の制御回路は、前記第１の制御回路から受け取った前記モード信号が前記放電灯の始動を示しているときに前記放電灯に印加される高周波電圧が間欠的に高電圧を重畳した波形となるインバータ制御信号を第１の制御回路における前記周波数設定回路に与えるインバータ出力制御手段を備えることを特徴とする。

この構成によれば、始動時において放電灯に印加する電圧を高電圧が間欠的に重畳される波形とすることによって、低調光レベルでの始動が可能になる。たとえば、始動時に定格で点灯させ点灯後に調光レベルを下げることによって所望の調光レベルで調光点灯させる技術があるが、この技術を採用すると放電灯が一瞬明るく点灯した後に光量が低下するから、光量変化が閃光として知覚され違和感を生じることになる。また、調光レベルが低くなるとその調光レベルに対応する比較的低い電圧の高周波電圧を放電灯に印加しても放電灯を始動させるのは困難であり、低調光レベルから閃光を生じることなく始動するのは一般には困難である。これに対して、請求項２の構成を採用すれば、高電圧を間欠的に重畳するだけであるから、閃光を抑制することができ、しかも高電圧によって放電を生じやすくしているから、低調光レベルでも始動が可能になる。また、放電灯の仕様に応じて第２の制御回路のプログラムを変更すれば対応することができ、異なる仕様の部品を用意する必要がないから、部品管理が容易である。

請求項３の発明では、請求項２の発明において、前記周波数設定回路は、前記第２の制御回路から出力される前記インバータ制御信号を受けて前記インバータ回路から出力される高周波電圧の周波数を変調することを特徴とする。

この構成によれば、第１の制御回路に設けた周波数設定回路に対するインタフェースを第２の制御回路に設け、高周波電圧の周波数を変調するインバータ制御信号を第２の制御回路から第１の制御回路に与えるだけの簡単な構成で放電灯を低調光レベルで始動する構成を実現することができる。

請求項４の発明では、請求項１の発明において、前記第２の制御回路は、前記第１の制御回路から受け取った前記モード信号が前記放電灯の点灯を示しているときに前記放電灯に印加される高周波電圧が間欠的に高電圧を重畳した波形となるインバータ制御信号を第１の制御回路における前記周波数設定回路に与えるインバータ出力制御手段と、外部信号として与えられる調光信号により指示される調光レベルに応じて前記高電圧の振幅を調節する調光信号入力手段とを備え、調光信号入力手段は調光レベルが高いほど前記高電圧を印加していない期間の電圧と前記高電圧との振幅差を小さくすることを特徴とする。

この構成によれば、調光点灯時において放電灯に印加する電圧を高電圧が間欠的に重畳される波形とすることによって、低調光レベルでちらつきなく点灯させることが可能になる。一般に、低調光レベルでその調光レベルに対応する比較的低い電圧の高周波電圧を放電灯に印加すると放電灯の温度が低下して放電が不安定になりちらつきや立ち消えが生じやすくなる。これに対して、請求項４の構成を採用すれば、調光点灯時に高電圧を間欠的に重畳するから、放電灯の温度が下がりにくく、放電が安定してちらつきや立ち消えが生じにくくなる。また、放電灯の仕様に応じて第２の制御回路のプログラムを変更すれば対応することができ、異なる仕様の部品を用意する必要がないから、部品管理が容易である。

請求項５の発明では、請求項４の発明において、前記周波数設定回路は、前記第２の制御回路から出力される前記インバータ制御信号を受けて前記インバータ回路から出力される高周波電圧の周波数を変調することを特徴とする。

この構成によれば、第１の制御回路に設けた周波数設定回路に対するインタフェースを第２の制御回路に設け、高周波電圧の周波数を変調するインバータ制御信号を第２の制御回路から第１の制御回路に与えるだけの簡単な構成で放電灯を安定に調光点灯させることができる。

請求項６の発明では、請求項１の発明において、前記第１の制御回路は、外部信号であるリセット信号を受けると動作を停止するとともにリセット信号の解除により動作を再開するリセット回路を備え、前記第２の制御回路は、外部信号である調光信号により前記放電灯の消灯が指示されているときに前記リセット信号を第１の制御回路に与えるとともに調光信号により前記放電灯の点灯が指示されているときに前記リセット信号を解除するするリセット信号出力手段を備えることを特徴とする。

この構成によれば、第２の制御回路に与える調光信号によって放電灯の点灯および消灯の指示が可能になる。

請求項７の発明では、請求項１の発明において、前記インバータ回路の無負荷状態を検出する異常検出回路を備え、前記第１の制御回路は、外部信号であるリセット信号を受けると動作を停止するとともにリセット信号の解除により動作を再開するリセット回路を備え、前記第２の制御回路は、異常検出回路から無負荷であることが通知されると前記リセット信号を第１の制御回路に与えるリセット信号出力手段を備えるとともに、無負荷状態が解除されるとリセット信号を解除することを特徴とする。

この構成によれば、放電灯の交換時などにおいて、放電灯が取り外された無負荷状態では第１の制御回路の動作が停止し、放電灯が装着されると第１の制御回路の動作が再開されるのであって、放電灯の着脱に応じてインバータ回路の動作の停止と再開とを自動的に行うことができる。しかも、放電灯の寿命末期などで無負荷状態になれば、第１の制御回路が停止してインバータ回路の動作も停止するから、インバータ回路に不要なストレスがかからず、インバータ回路の破壊を防止することができる。

本発明の構成によれば、従来構成と同様のタイマ回路と周波数設定回路とを備えた集積回路からなる制御回路を第１の制御回路として用いながらも第１の制御回路にあらかじめ用意されていない機能を、第２の制御回路によって容易に付加することができるという利点がある。しかも、第２の制御回路はマイクロコンピュータにより構成されていることにより、集積回路の周辺部品として個別部品を用いる必要がないから部品点数の増加や実装作業の手間が少なく、その上、異なる仕様の放電灯に対してプログラムを変更するだけで対応することができ部品の変更を必要とせず、部品管理に手間がかからないという利点がある。

本実施形態の全体構成を図１に示す。本実施形態のインバータ回路は、商用電源のような交流電源ＡＣを入力電源を全波整流するダイオードブリッジからなる整流回路ＤＢを備え、整流回路ＤＢの出力電圧を昇圧型のチョッパ回路により電圧変換し、さらにインバータ回路により高周波電圧に変換する構成であって、高周波電圧が印加される負荷回路は、放電灯Ｌａのほか放電灯Ｌａとともに共振回路を構成するインダクタＬ２およびコンデンサＣ２を備える。

チョッパ回路は、周知の構成であって、整流回路ＤＢの直流出力端間にインダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ１との直列回路を接続し、スイッチング素子Ｑ１の両端間にはダイオードＤ１と平滑コンデンサＣ１との直列回路を接続した構成を有する。スイッチング素子Ｑ１は高周波（交流電源ＡＣの周波数よりも十分に高い周波数であって、数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ）でオンオフされ、スイッチング素子Ｑ１がオンである期間にインダクタＬ１に蓄積されたエネルギを、スイッチング素子Ｑ１がオフである期間にダイオードＤ１を通して平滑コンデンサＣ１およびインバータ回路に放出するように構成されている。平滑コンデンサＣ１の両端に印加される電圧は、整流回路ＤＢの出力電圧にインダクタＬ１の両端電圧を加算した電圧になるから、平滑コンデンサＣ１の両端電圧は整流回路ＤＢの出力電圧よりも昇圧される。また、この構成では整流回路ＤＢの入力電流に休止期間が生じないから、交流電源ＡＣと整流回路ＤＢとの間に図示しない高周波阻止フィルタを設けることにより、交流電源ＡＣへの高周波電流の混入が防止され、高周波電流歪を抑制することができる。しかも、整流回路ＤＢへの入力電流の包絡線は交流電源ＡＣの電圧波形にほぼ比例するから高力率になる。すなわち、チョッパ回路は力率改善回路として機能する。

インバータ回路は、２個のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の直列回路を平滑コンデンサＣ１の両端間に接続し、さらに両スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の接続点にコンデンサＣ３の一端を接続した構成を有している。コンデンサＣ３は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のオンオフにより生成される矩形波電圧から直流成分を除去するために設けてある。負荷回路はコンデンサＣ３の他端と直列接続され、コンデンサＣ３と負荷回路との直列回路がスイッチング素子Ｑ３の両端間に接続される。スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３は高周波（チョッパ回路と同様の周波数）で交互にオンオフされる。スイッチング素子Ｑ２のオン期間には、コンデンサＣ３を通して負荷回路に電流が流れ、スイッチング素子Ｑ３のオン期間には、コンデンサＣ３を電源として負荷回路に電流が流れる。したがって、負荷回路にはスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のオンオフにより高周波交番電圧が印加される。すなわち、本実施形態ではハーフブリッジ型のインバータ回路を採用している。

負荷回路は、蛍光灯からなる放電灯Ｌａを備え、さらに一方のフィラメントの電源側に一端が接続されたインダクタＬ２と、両フィラメントの非電源側間に接続されたコンデンサＣ２とを備える。インダクタＬ２の他端はコンデンサＣ３に接続され、コンデンサＣ３とインダクタＬ２と放電灯Ｌａとの直列回路がスイッチング素子Ｑ３の両端間に接続される。なお、本実施形態ではスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３としてＭＯＳＦＥＴを用いている。

スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をオンオフさせる周波数（駆動周波数）は、インダクタＬ２とコンデンサＣ２とで形成される直列共振回路の共振周波数付近の周波数範囲で可変になっている。すなわち、放電灯Ｌａの始動前であってフィラメントを予熱する期間には、直列共振回路の共振周波数に対して十分に高い駆動周波数を選択し、放電灯Ｌａに印加される電圧が放電灯Ｌａを点灯させない程度の低電圧になるようにしてフィラメントを予熱する。また、放電灯Ｌａの予熱期間が終了して始動する際には、駆動周波数を予熱期間よりも直列共振回路の共振周波数に近付けることにより放電灯Ｌａに印加される電圧が放電灯Ｌａを始動させるのに足る程度の高電圧になるようにする。放電灯Ｌａが点灯すれば、放電灯ＬａとインダクタＬ２とコンデンサＣ２とからなる共振回路の共振周波数は、始動前の共振周波数よりも低くなる。放電灯Ｌａの点灯期間には、共振周波数よりも高い範囲において放電灯Ｌａから所望の光出力が得られるように駆動周波数を適宜に調節する。つまり、放電灯Ｌａに定格電流が流れる駆動周波数を選択すれば放電灯Ｌａが定格点灯し、放電灯Ｌａに定格電流よりも小さい電流が流れる駆動周波数を選択すれば放電灯Ｌａが調光点灯する。

ところで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のオンオフは、集積回路からなる第１の制御回路１と、マイクロコンピュータからなる第２の制御回路２とにより制御される。第１の制御回路１は、チョッパ回路およびインバータ回路の制御用として従来から提供されているものを用いることができる。すなわち、第１の制御回路１は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３をオンオフさせる矩形波の駆動信号を出力するチョッパ駆動回路１１およびインバータ駆動回路１２を有し、さらに放電灯Ｌａの動作状態である予熱、始動、点灯のタイミングを制御するためのタイマ回路１３を備える。タイマ回路１３は放電灯Ｌａの動作状態に応じたモード信号を第１の制御回路１の外部に取り出す機能を有する。インバータ駆動回路１２から出力される駆動信号は発振回路１４から出力される矩形波の原信号に基づいて生成され、発振回路１４の出力周波数は周波数設定回路１５により決定される。周波数設定回路１５は、タイマ回路１３から指示される放電灯Ｌａの動作状態に応じて発振回路１４の出力周波数を変化させる機能と、第１の制御回路１の外部からのインバータ制御信号を受けて発振回路１４の出力周波数を変調する機能とを備える。

第１の制御回路１には、チョッパ駆動回路１１に対する矩形波の原信号を出力し矩形波のデューティ比を調節することによってチョッパ回路の出力電圧を制御するチョッパ制御回路１６と、タイマ回路１３と発振回路１４とチョッパ制御回路１６とに対して動作の停止と再開とを指示する機能を有した停止回路１７と、タイマ回路１３と停止回路１７とに対して動作の停止と再開とを指示することができるリセット回路１８とが設けられる。チョッパ駆動回路１１は、第１の制御回路１の外部から与えられるチョッパ制御信号によりデューティ比が制御されることによりチョッパ回路の出力電圧を調節する。停止回路１７およびリセット回路１８はタイマ回路１３を起動して予熱から開始させる機能があり、さらに停止回路１７は発振回路１４の動作を停止させてインバータ回路の出力を停止させるとともにチョッパ制御回路１６の動作を停止させてチョッパ回路の出力を停止させる機能を有し、リセット回路１８は停止回路１７に停止を指示する機能を有している。停止回路１７がインバータ回路の動作を停止させるか再開させるかは、第１の制御回路１の外部から与えられる停止信号とリセット回路１８から与えられる停止信号とにより決定される。また、リセット回路１８が停止回路１７に停止信号を出力するか否かは第１の制御回路１の外部から与えられるリセット信号により決定される。

上述したように、第１の制御回路１は、タイマ回路１３から放電灯Ｌａの動作状態に応じたモード信号を出力し、インバータ回路の駆動周波数を変調するインバータ制御信号が周波数設定回路１５に入力され、チョッパ回路の出力電圧を変化させるチョッパ制御信号がチョッパ制御回路１６に入力され、チョッパ回路およびインバータ回路の動作の停止および再開を指示する停止信号が停止回路１７に入力され、タイマ回路１４および停止回路１７のリセットと動作の再開とを指示するリセット信号がリセット回路１８に入力される。

一方、第２の制御回路２は、第１の制御回路１からのモード信号と外部信号としての調光信号と後述する異常検出回路３の出力である異常信号とが入力され、第１の制御回路１に対して上述したインバータ制御信号とチョッパ制御信号と停止信号とリセット信号とを出力する機能を有する。すなわち、第２の制御回路２には、調光信号が入力される調光信号入力手段２１が設けられ、調光信号入力手段２１では調光信号により指示された調光レベルに応じて、チョッパ制御手段２２から出力されるチョッパ制御信号を変化させ、かつインバータ制御手段２３から出力されるインバータ制御信号を変化させる。インバータ制御信号は第１の制御回路１の周波数設定回路１５に入力され、インバータ制御信号によりインバータ回路の駆動周波数を変化させる。チョッパ制御手段２２およびインバータ制御手段２３には、タイマ回路１３からのモード信号を受信する動作モード検出手段２４も接続されており、動作モード検出手段２４を通して通知された放電灯Ｌａの動作状態によってもチョッパ制御信号およびインバータ制御信号を変化させる。

調光信号入力手段２１の出力はリセット信号出力手段２５にも入力される。調光信号入力手段２１では、調光信号により指示された調光レベルが規定値以下であると消灯とみなしてリセット信号出力手段２５に消灯信号を与え、消灯以外の調光レベルではリセット信号出力手段２５に点灯信号を与える。リセット信号出力手段２５では、消灯信号が入力されるとリセット信号を出力し、点灯信号が入力されるとリセット信号を解除する。

ところで、上述したように放電灯Ｌａの異常を検出する異常検出回路３を設けてあり、異常検出回路３では、コンデンサＣ２の両端電圧を検出することにより放電灯Ｌａが外れた場合や放電灯Ｌａのフィラメントが断線した場合を異常として検出する。また、異常検出回路３では、放電灯Ｌａのランプ電圧を検出するから寿命末期時におけるエミレス状態をランプ電圧の非平衡状態によって検出する機能を付加する場合もある。異常検出回路３において放電灯Ｌａの異常を検出したときに出力される異常信号は、第２の制御回路２に設けた異常検出入力手段２７に入力され、異常検出入力手段２７に異常信号が入力されると、リセット信号出力手段２５および停止信号出力手段２６にそれぞれリセット信号と停止信号とを出力させる。

次にマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略称する）により構成された第２の制御回路２の動作を図２に基づいて説明する。電源が投入されると、第２の制御回路２は初期化され（Ｓ１）、第１の制御回路１に対してリセット信号出力手段２５を通してリセット信号を出力する（Ｓ２）。したがって、第１の制御回路１は停止状態に保たれる。次に、第１の制御回路１が停止している状態で異常検出回路３の出力を読み込み、異常検出入力手段２７により放電灯Ｌａが装着されているか否かを確認する（Ｓ３）。放電灯Ｌａが装着されていなければ（つまり、無負荷であれば）、第１の制御回路１の停止状態が維持され、放電灯Ｌａが装着されていれば（つまり、有負荷であれば）、調光信号入力手段２１により調光信号を読み込み（Ｓ４）、調光信号が点灯を指示しているか消灯を指示しているかを判断する（Ｓ５）。調光信号により消灯が指示されているときには、第１の制御回路１に対してリセット信号出力手段２５からリセット信号を出力し（Ｓ６）、第１の制御回路１を停止させる。ここに、電源投入直後であれば第１の制御回路１は停止しているから、ステップＳ６は第１の制御回路１を停止させた状態に保つだけであるが、第１の制御回路１が動作中であればステップＳ６により第１の制御回路１が停止することになる。

一方、ステップＳ５において調光信号が点灯を指示しているときには、リセット信号出力手段２５を通して第１の制御回路１のリセット状態を解除し（Ｓ７）、第１の制御回路１の動作を開始させる。第１の制御回路１の動作が開始されるとタイマ回路１３からモード信号が出力されるから、動作モード検出手段２４においてタイマ回路１３からモード信号を受け取る（Ｓ８）。第１の制御回路１からのモード信号は、予熱、始動、点灯、停止のいずれかを示すから、チョッパ制御手段２２およびインバータ制御手段２３からモード信号が示す動作に応じてチョッパ制御信号およびインバータ制御信号を出力する（Ｓ９〜Ｓ１２）。予熱制御あるいは始動制御を行った後にはステップＳ４に戻って調光信号を読み込み、点灯制御を行う場合には調光信号に応じた調光データを第２の制御回路２に設けた調光データテーブルＴ１から読み込み、当該調光データに対応するチョッパ制御信号およびインバータ制御信号を出力する。すなわち、調光データテーブルＴ１から読み出した調光データに応じて放電灯Ｌａを定常点灯させるかまたは調光点灯させる。また、点灯中には異常検出回路３から放電灯Ｌａの寿命末期などの異常の有無を読み込み（Ｓ１３）、正常であればステップＳ４に戻って調光信号を読み込み、異常であれば停止信号出力手段２６から停止信号を出力する（Ｓ１４）。ただし、ステップＳ１４において停止信号を出力した後にはステップＳ４に戻って調光信号を読み込む。停止信号を出力したときにはステップＳ５において停止と判断されるから、ステップＳ６においてリセット信号が出力され、ステップＳ１２の停止モードに移行する。つまり、チョッパ制御手段２２およびインバータ制御手段２３からのチョッパ制御信号およびインバータ制御信号を停止し、ステップＳ３に戻って放電灯Ｌａが有負荷になるのを待つ。ここで、停止モードにおいて放電灯Ｌａが取り外され無負荷になると、ステップＳ２に戻ってリセット信号出力手段２５からリセット信号を出力するから、放電灯Ｌａが再装着されると上述した動作によりリセットが解除され、放電灯Ｌａを確実に再起動させることが可能になる。

上述したように、第２の制御回路２がマイコンにより構成され、第１の制御回路１の動作モードの検出を含むループを繰り返し実行するから、第１の制御回路１の動作モードを定期的に確認することになり、動作モードに適合したチョッパ制御信号およびインバータ制御信号を第１の制御回路１に与えることができる。また、点灯モードでは調光信号に応じたチョッパ制御信号およびインバータ制御信号を生成しており、しかもチョッパ制御信号およびインバータ制御信号は調光データテーブルＴ１を用いて決定されるから、調光データテーブルＴ１において調光信号と調光データとの対応付けを適宜に行うことで、調光信号と放電灯Ｌａの光出力とを対応付ける調光曲線を任意に設定することができる。

以上説明したように本実施形態の構成によれば、第１の制御回路１に第２の制御回路２を付加するだけの簡単な構成で、従来から提供されている集積回路からなる第１の制御回路１を利用しながらも高機能化が可能になる。しかも、仕様の異なる放電灯Ｌａの予熱、始動、定常点灯、調光点灯に適合する条件を、回路構成や回路定数を変更することなく設定することができ、その上、調光曲線を用途に応じて任意に設定することが可能になる。

ところで、閃光を防止しながらも調光レベルが低い状態で放電灯Ｌａを始動しようとする場合に、図３に示すように、始動期間において高電圧を間欠的に重畳する技術が知られている。本実施形態では、第１の制御回路１に設けた周波数設定回路１５に対して第２の制御回路２に設けたインバータ制御手段２３からインバータ制御信号を入力することにより、インバータ回路の駆動周波数を間欠的に変化させ、この動作により放電灯Ｌａに対して高電圧を間欠的に印加することができるようにしてある。言い換えると、インバータ制御信号によって、周波数設定回路１５を通して発振回路１４から出力される矩形波の原信号の周波数を変調しているのであって、結果的にインバータ回路から出力され放電灯Ｌａに印加される高周波電圧の周波数が変調されることになる。周波数の変調幅は重畳する高電圧のピーク値に応じて設定され、変調幅を制御することにより、放電灯Ｌａの調光比に応じた適正な高電圧を放電灯Ｌａに印加することが可能になる。

たとえば、図４（ａ）のように、予熱時には負荷回路（コンデンサＣ２、インダクタＬ２、放電灯Ｌａ）の共振周波数（無負荷時の共振周波数）よりも十分に高い周波数であって、放電灯Ｌａに印加される電圧が放電灯Ｌａを始動させない程度の高周波になるように駆動周波数を設定する。この状態では放電灯Ｌａのフィラメントが予熱される。次に、タイマ回路１３により予熱モードから始動モードに移行したことが第２の制御回路２に通知されると、図４（ａ）に「始動時変調」として示している範囲で駆動周波数を間欠的（図３に示す例では周期的でもある）に変化させる。図３では始動期間において調光レベルが変化しない状態で、駆動周波数を徐々に低くするようにインバータ制御信号を生成する例を示している。始動期間において放電灯Ｌａに印加される高周波電圧の変化幅（つまり、高電圧を印加していない期間の電圧と高電圧を印加している期間の電圧との振幅差）の最大値は図４（ａ）に示すＶｓになる。なお、始動期間において駆動周波数を変化させる周波数幅は調光信号により指示された調光レベルによって、放電灯Ｌａに印加される高周波電圧の変化幅の最大値は調光レベルが高いほど小さくする。このように、低調光レベルで始動させようとするときに、始動期間において高電圧を間欠的に印加することによって閃光をほとんど生じることなく始動させることが可能になる。

放電灯Ｌａの始動後には第２の制御回路２は第１の制御回路１から点灯モードへの移行が通知される。点灯モードにおいても調光点灯しているときには、調光レベルに応じて高電圧を間欠的に重畳する。調光点灯時も始動時と同様に、放電灯Ｌａに印加される高周波電圧の変化幅の最大値は調光レベルが高いほど小さくする。図３に示す例では、調光レベルを時間経過とともに高めて駆動周波数を徐々に低くしており、かつ高周波電圧の変化幅の最大値を駆動周波数が低くなるに従って小さくしている。つまり、駆動周波数が低くなり調光レベルが高くなるほど高周波電圧の変化幅の最大値を小さくするのである。図４（ｂ）は放電灯Ｌａの点灯時の駆動周波数を示しており、調光レベルが下限になると「下限時変調」として示している範囲で駆動周波数を間欠的（図３に示す例では周期的でもある）に変化させ、放電灯Ｌａに印加する高周波電圧を間欠的に高電圧にする。また、定格点灯時であって高電圧を重畳させる必要がない場合には駆動周波数を変化させず、結果的に放電灯Ｌａに印加する高周波電圧も一定になる。この構成により低調光レベルでの調光点灯時においても放電が安定し、ちらつきや立ち消えが生じにくくなる。

以上説明したように、調光レベルが低い状態で始動することによって閃光を防止することができ、また点灯時には低調光レベルでもちらつきや立ち消えを防止することができる。しかも、既存の集積回路を用いて実現できる第１の制御回路１に対してマイコンからなる第２の制御回路２を付加するだけで上述の動作が可能になるから、複雑な構成のパルス制御回路を必要とせず、実装スペースの大幅な増加がなく比較的安価に提供することができる。また、マイコンのプログラムを変更することにより仕様の異なる放電灯Ｌａに対して適正な条件で対応することが可能になる。

本発明の実施形態を示す回路図である。同上の動作説明図である。同上の動作説明図である。同上の動作説明図である。

符号の説明

１第１の制御回路
２第２の制御回路
３異常検出回路
１５周波数設定回路
１８リセット回路
２１調光信号入力手段
２３インバータ出力制御手段
２５リセット信号出力手段
ＡＣ交流電源
Ｃ１平滑コンデンサ
Ｃ２，Ｃ３コンデンサ
ＤＢ整流回路
Ｌ１インダクタ
Ｌ２インダクタ
Ｌａ放電灯
Ｑ１〜Ｑ３スイッチング素子

Claims

入力電源を高周波電圧に変換し放電灯を高周波で点灯させるインバータ回路と、放電灯の少なくとも予熱、始動、点灯の各動作状態に合うようにインバータ回路に与える駆動信号の周波数を決定する周波数設定回路を備え周波数設定回路により決定される高周波電圧の周波数を内蔵したタイマ回路の指示に応じて順次変化させることにより放電灯に印加する電圧を変化させる集積回路からなる第１の制御回路と、放電灯の動作状態に応じたモード信号を第１の制御回路から受け取るとともに少なくともモード信号に応じてインバータ回路から出力される高周波電圧の周波数を指示するインバータ制御信号を出力し、当該インバータ制御信号を第１の制御回路における周波数設定回路に与えるマイクロコンピュータからなる第２の制御回路とを備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
前記第２の制御回路は、前記第１の制御回路から受け取った前記モード信号が前記放電灯の始動を示しているときに前記放電灯に印加される高周波電圧が間欠的に高電圧を重畳した波形となるインバータ制御信号を第１の制御回路における前記周波数設定回路に与えるインバータ出力制御手段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。
前記周波数設定回路は、前記第２の制御回路から出力される前記インバータ制御信号を受けて前記インバータ回路から出力される高周波電圧の周波数を変調することを特徴とする請求項２記載の放電灯点灯装置。
前記第２の制御回路は、前記第１の制御回路から受け取った前記モード信号が前記放電灯の点灯を示しているときに前記放電灯に印加される高周波電圧が間欠的に高電圧を重畳した波形となるインバータ制御信号を第１の制御回路における前記周波数設定回路に与えるインバータ出力制御手段と、外部信号として与えられる調光信号により指示される調光レベルに応じて前記高電圧の振幅を調節する調光信号入力手段とを備え、調光信号入力手段は調光レベルが高いほど前記高電圧を印加していない期間の電圧と前記高電圧との振幅差を小さくすることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
前記周波数設定回路は、前記第２の制御回路から出力される前記インバータ制御信号を受けて前記インバータ回路から出力される高周波電圧の周波数を変調することを特徴とする請求項４記載の放電灯点灯装置。
前記第１の制御回路は、外部信号であるリセット信号を受けると動作を停止するとともにリセット信号の解除により動作を再開するリセット回路を備え、前記第２の制御回路は、外部信号である調光信号により前記放電灯の消灯が指示されているときに前記リセット信号を第１の制御回路に与えるとともに調光信号により前記放電灯の点灯が指示されているときに前記リセット信号を解除するするリセット信号出力手段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。
前記インバータ回路の無負荷状態を検出する異常検出回路を備え、前記第１の制御回路は、外部信号であるリセット信号を受けると動作を停止するとともにリセット信号の解除により動作を再開するリセット回路を備え、前記第２の制御回路は、異常検出回路から無負荷であることが通知されると前記リセット信号を第１の制御回路に与えるリセット信号出力手段を備えるとともに、無負荷状態が解除されるとリセット信号を解除することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。