JP4569067B2 - 高圧放電ランプ点灯装置及び照明装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電ランプを高周波点灯する高圧放電ランプ点灯装置及び照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、放電ランプ点灯装置は、ＬＣ共振型のインバータ回路を備え、放電ランプの始動時にはインバータ回路は高い周波数で発振を開始し、徐々に周波数を下げてＬＣ共振回路の共振周波数に近づける。これにより、インバータ回路の二次電圧が上昇し、二次電圧が放電ランプの始動電圧に達すると放電ランプが放電開始して点灯する。一旦、放電ランプが点灯した後はインバータ回路の周波数をさらに低下させ、安定点灯周波数（点灯時の周波数）で放電ランプを連続点灯する。
【０００３】
一方、高圧放電ランプはグロー放電からアーク放電に転移して放電を開始する特性を有することから、アーク放電転移のために所定時間、高い電圧を印加する必要がある。そこで、特開２０００−５８２８４号公報には、インバータ回路の前段に設けられた昇圧回路により、高圧放電ランプの始動時には、点灯時よりも高い出力電圧値に制御する放電ランプ用安定器が開示されている。
【０００４】
また、高圧放電ランプには音響共鳴を発生する周波数領域があることから、始動時及び点灯時には音響共鳴が起こらない安定窓の周波数で点灯することが行われている。また、ＬＣ共振回路の無負荷共振周波数は、安定点灯周波数の近傍か、それよりも高い周波数の安定窓内に設定される。
【０００５】
このように、従来においては、始動電圧発生周波数、グロー放電からアーク放電への転移周波数、安定点灯周波数が、音響共鳴を発生させない安定窓内にあるので音響共鳴が起こらない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような周波数関係におけるハーフブリッジ型のインバータ回路の負荷特性は負荷インピーダンスによらずほぼ一定の電流を発生するほぼ定電流特性を有し、また、ランプ電圧がばらつくと点灯電力が大きく変化する。また、点灯周波数の変化に対してランプ電力の変化が大きいので、例えば、回路の周囲温度の変化に対して周波数がずれたとすると、それだけでもランプ電力が大きく変動してしまう。高圧放電ランプにおいては、ランプ電力の変化によって色温度変化などを伴い好ましくない。そこで、ランプ電力の一定制御を行うことも考えられるが、そうすると、システム全体が大型化しコスト高となる。
【０００７】
また、特開２０００−５８２８４号公報のように、始動時には昇圧回路の出力電圧を切り替えるようにした場合には、その切り替えのためのインバータ制御回路が複雑化する。また、昇圧回路は点灯時よりも高い出力電圧とするので、高圧部品がより大形な部品となり回路形状が大きくなる。特に、小形口金を用いた高圧放電ランプでは口金部で絶縁破壊させないためには、始動パルス電圧は可能な限り低い方が望ましく、始動パルス電圧のパルス波高のばらつきがないことが望ましい。
【０００８】
本発明の目的は、ランプ電圧の変動に対してランプ電力の変動が小さく、また始動パルス電圧のばらつきが少ない放電ランプ点灯装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る高圧放電ランプ点灯装置は、無負荷時共振周波数が高圧放電ランプの点灯時の発振周波数よりも高くなるように設定されたＬＣ共振回路を含み高圧放電ランプが接続される主回路と；前記主回路が出力側に接続され前記主回路を介して高圧放電ランプを始動及び点灯させるスイッチング素子を有するインバータ回路と；前記高圧放電ランプの点灯時には前記無負荷時共振周波数より低く音響共鳴の発生しない一定の周波数とし、前記高圧放電ランプの始動時には前記無負荷時共振周波数よりも高い周波数であって、かつ、遅相領域において前記インバータ回路の前記スイッチング素子が発振動作するように制御するインバータ制御回路と；を備えた高圧放電ランプ点灯装置において、前記インバータ制御回路は、前記スイッチング素子が発振した状態で前記高圧放電ランプが消灯した場合及び前記高圧放電ランプが安定点灯している場合のいずれかであっても、無負荷共振周波数をｆ ０ とした場合において、ｆ ０ ／３からｆ ０ ／２の範囲である遅相領域で前記主回路の前記スイッチング素子が発振動作する周波数となるように制御することを特徴とする。
【００１０】
本発明及び以下の発明において、特に指定しない限り用語の定義及び技術的意味は以下による。
【００１１】
高圧放電ランプは、水銀ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプなどを示し、また、発光管にアルミナ管を用いたセラミック放電ランプも許容する。発光管には、少なくとも放電媒体としてのネオンＮｅやアルゴンＡｒ等の希ガスが封入される。
【００１２】
インバータ回路は、例えば２個のスイッチング素子を有したハーフブリッジ型のインバータ回路であり、直流電圧源を入力として２個のスイッチング素子を交互にインバータ制御回路よりオンオフ制御して、出力側に高周波電圧を供給する。インバータ回路の出力側には主回路が接続され、インバータ回路の出力である高周波電圧を高圧放電ランプに印加する。なお、インバータ回路は１石式や４石式のインバータ回路であってもよい。
【００１３】
主回路はＬＣ共振回路を有し、インバータ回路から入力される高周波電圧の周波数に応じて、そのＬＣ共振回路の共振周波数付近で高電圧を発生させる。ＬＣ共振回路のインダクタ及びコンデンサは、高圧放電ランプの無負荷時共振周波数が高圧放電ランプの点灯時の発振周波数の２〜３倍の間となるように設定する。これにより、高圧放電ランプの安定点灯時において、高圧放電ランプの負荷電力の最高点付近が高圧放電ランプの動作点とすることができると共に安定点灯時の周波数において高圧放電ランプが消灯した場合でも進相発振を防止できスイッチングロスを低く抑制できる。
【００１４】
インバータ制御回路は、高圧放電ランプの始動時にはＬＣ共振回路の無負荷時共振周波数の近傍またはそれ以上の周波数でインバータ回路の発振制御を行う。そして、高圧放電ランプが点灯した後の高圧放電ランプの点灯時には、無負荷時共振周波数より低く音響共鳴の発生しない一定の周波数でインバータ回路を発振制御する。インバータ回路のスイッチング素子が発振した状態で高圧放電ランプが消灯した場合とは、例えば、高圧放電ランプのランプ寿末による消灯である。「無負荷共振周波数をｆ ０ とした場合において、ｆ ０ ／３からｆ ０ ／２の範囲である遅相領域」とは、高圧放電ランプが消灯した場合及び高圧放電ランプが安定点灯している場合のいずれであっても、遅相領域となる周波数の範囲である。
【００１５】
本発明によれば、高圧放電ランプの点灯時において、音響共鳴が発生しない周波数で、高圧放電ランプの負荷電力の最高点付近が高圧放電ランプの動作点付近とすることができるので、音響共鳴がなくしかもランプ電圧が変動しても高圧放電ランプの負荷電力の変動を抑制できる。また、高圧放電ランプの点灯時は一定周波数を維持するので、高圧放電ランプのランプ寿末時に異常な高電力を発生させることがない。すなわち、高圧放電ランプが消灯した場合であっても、遅相発振が保たれるので、スイッチングが異常になることがない。
【００１６】
請求項２の発明に係る高圧放電ランプ点灯装置は、請求項１の発明において、前記インバータ制御回路は、前記高圧放電ランプの始動時には、発振制御の開始から所定時間の間は、前記無負荷時共振周波数よりも高い周波数であって、かつ、遅相領域において前記インバータ回路の前記スイッチング素子が発振動作するように制御することを特徴とする。
【００１７】
本発明は、請求項１の発明の高圧放電ランプ点灯装置の構成において、インバータ制御回路は、高圧放電ランプの始動時には発振制御の開始から所定時間の間は点灯時の周波数より高い周波数であって、かつ、遅相領域においてインバータ回路のスイッチング素子が発振動作するように制御するようにしたものである。
【００１８】
高圧放電ランプは、グロー放電を開始しその後にアーク放電に転移して点灯する特性を有する。そこで、高圧放電ランプの始動時には発振制御の開始から所定時間の間は、インバータ回路を高圧放電ランプの点灯時の周波数より高い周波数で動作させグロー放電からアーク放電への転移を確実に行う。
【００１９】
例えば、インバータ制御回路の発振動作開始後、発振周波数として安定周波数の約４倍の発振周波数から開始し徐々に低下させ、主回路のＬＣ共振回路の共振点付近で高圧放電ランプのグロー放電を開始させる。そして、所定の時間の間、発振周波数を主回路のＬＣ共振回路で決まる無負荷共振周波数の近傍またはそれよりも高い周波数に維持し、その間にグロー放電からアーク放電への転移を完了させる。
【００２０】
本発明によれば、高圧放電ランプのグロー放電からアーク放電への転移を確実に行うことができるので、高圧放電ランプの点灯を確実に行うことができる。
【００２１】
請求項３の発明に係る高圧放電ランプ点灯装置は、請求項２の発明において、前記所定時間は、ネオンおよびアルゴンが封入された高圧放電ランプである場合には１〜１０秒間であり、アルゴンが封入された高圧放電ランプである場合には０．１〜１．５秒間であることを特徴とする。
【００２２】
本発明は、高圧放電ランプ１２に封入される希ガスの種類により、グロー放電からアーク放電への転移が完了する時間が異なるので、それに応じて、所定時間を適切に選定するようにしたものである。本発明によれば、高圧放電ランプの種類に応じて適切にグロー放電からアーク放電への転移を行うことができる。
【００２３】
請求項４の発明に係る高圧放電ランプ点灯装置は、請求項１乃至３のいずれか一の発明において、前記高圧放電ランプの始動時に起動され、前記高圧放電ランプの点灯・非点灯を検出し前記高圧放電ランプが非点灯であるときには前記インバータ制御回路を間欠的に動作させ始動電圧の発生を間欠的に行う始動パルス制御回路を備えたことを特徴とする。
【００２４】
始動パルス制御回路は、高圧放電ランプの電圧に基づいて高圧放電ランプの点灯・非点灯を検出するランプ電圧検出回路と、インバータ制御回路の発振制御を停止させる発振停止回路とを有し、ランプ電圧検出回路によって高圧放電ランプが非点灯状態であることが検出されたときには、一定時間間隔で発振停止回路を動作させ始動電圧の発生が間欠的になるように制御を行う。
【００２５】
本発明によれば、高圧放電ランプに印加される電圧は間欠的になるので、高圧放電ランプに継続して高電圧をかけることを防止できる。
【００２６】
請求項５の発明に係る高圧放電ランプ点灯装置は、前記インバータ回路の入力側に接続されインバータ制御回路の発振制御中は前記インバータ回路への直流電圧を一定に保持する昇圧回路を設け、前記インバータ制御回路は、前記高圧放電ランプの始動時には前記主回路の共振電流を一定制御し前記インバータ回路に始動電圧を発生させることを特徴とする請求項４記載の高圧放電ランプ点灯装置。
【００２７】
昇圧回路はインバータ回路の入力側に接続され、インバータ制御回路の発振制御中はインバータ回路に供給する直流電圧を一定に保持する。インバータ制御回路は、主回路の共振電流をフィードバックし高圧放電ランプの始動時には主回路の共振電流が一定となるように発振周波数を制御してＬＣ共振回路が発生する始動電圧を一定に制御する。
【００２８】
本発明によれば、インバータ回路に入力される昇圧回路の直流電圧を一定に制御し主回路の共振電流を一定に制御するので、主回路の始動電圧を一定に制御できる。従って、高圧放電ランプに印加される始動電圧の波高振幅はほぼ一定に保つことができる。従って、高圧放電ランプの口金として小型口金を用いることが可能となり高圧放電ランプの形状やそれを装着した器具形状の小型化が図れる。
【００２９】
請求項６の発明に係る高圧放電ランプ点灯装置は、請求項４または５の発明において、前記始動パルス制御装置は、間欠的な始動パルス電圧が一定時間継続した場合には、少なくとも前記インバータ制御回路の発振制御の停止を保持することを特徴とする。
【００３０】
本発明では、始動パルス制御回路は、高圧放電ランプ１２の電圧に基づいて高圧放電ランプの点灯・非点灯を検出するランプ電圧検出回路と、インバータ制御回路の発振制御を停止させる発振停止回路と、インバータ制御回路の発振制御が開始されてから所定時間を経過したことを検出したときは発振停止回路を動作させるタイマー回路とを有し、ランプ電圧検出回路によって高圧放電ランプが非点灯状態であることが検出されたときに始動電圧の発生が間欠的になるように制御を行うと共に、間欠的な始動パルス電圧が一定時間継続した場合には、少なくともインバータ制御回路の発振制御の停止を保持するようにしたものである。
【００３１】
高圧放電ランプは、長期間消灯していた状態ではグロー開始電圧が低く消灯直後の状態ではグロー開始電圧が高い特性を有する。そこで、高圧放電ランプの始動時には発振制御を一定時間継続して行っても高圧放電ランプが点灯しないときは少なくともインバータ制御回路の動作を停止させ、インバータ回路を停止させる。
【００３２】
本発明によれば、請求項４、５の発明の効果に加え、一点時間内に点灯しない場合には少なくともインバータ制御回路を停止するので、無駄な始動パルス電圧を長時間印加することがない。従って、高圧放電ランプの交換時などに安全である。
【００３３】
請求項７の発明に係る照明装置は、請求項１乃至請求項６のいずれか一の高圧放電ランプ点灯装置と；前記高圧放電ランプ点灯装置で点灯されるセラミック放電ランプと；前記セラミック放電ランプが装着される器具本体と；を備えたことを特徴とする。
【００３４】
本発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれか一の効果を有する照明装置が得られる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る高圧放電ランプ点灯装置１１の構成図、図２は本発明の実施の形態で使用する高圧放電ランプ１２の一例の説明図である。
【００３６】
図２に示す高圧放電ランプ１２は、発光管にアルミナ管１３を使用したセラミック放電ランプであり、アルミナ管１３は透光性アルミナより構成される。セラミック放電ランプのアルミナ管１３は、一般の高圧放電ランプ１２の発光管に使われている石英ガラスより、封入物である金属ハロゲン化物に対して化学的及び熱的に安定である。発光管であるアルミナ管１３は、内部が真空に保持された外管１４に収納され、外管１４の一端部に口金１５が設けられる。口金１５の先端部１５ａとネジ部１５ｂとの間に高圧放電ランプ点灯装置１１から高周波電圧が印加される。
【００３７】
図１において、高圧放電ランプ点灯装置１１は、商用交流電源１６の交流電圧を直流電圧に変換する整流回路１７と、整流回路１７で得られた直流電圧を昇圧する昇圧回路１８と、高周波電圧を発生させるハーフブリッジ型のインバータ回路１９と、高圧放電ランプ１２を始動及び点灯させるＬＣ共振回路を含み高圧放電ランプ１２が接続される主回路２０と、インバータ回路１９を発振制御するインバータ制御回路２１と、高圧放電ランプ１２の始動電圧の発生を間欠的に行う始動パルス制御回路２７とから構成される。さらに、始動パルス制御回路２７は、高圧放電ランプ１２の電圧に基づいて高圧放電ランプ１２の点灯・非点灯を検出するランプ電圧検出回路２８と、インバータ制御回路２１の発振制御を停止させる発振停止回路２９と、インバータ制御回路２１の発振制御が開始されてから所定時間を経過したことを検出するタイマー回路３０とから構成される。
【００３８】
商用交流電源１６からの交流電圧は整流回路１７で整流されて直流電圧となり、昇圧回路１８に入力される。昇圧回路１８はチョッパ回路で構成され整流回路１７で得られた直流電圧を昇圧平滑する。
【００３９】
昇圧回路１８で昇圧平滑された直流電圧は、インバータ回路１９を構成する直列接続された２個のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両端に印加される。インバータ回路１９はインバータ制御回路２１により所定の発振周波数で交互にオンオフ制御され、主回路２０に高周波電圧を供給する。
【００４０】
主回路２０は、インダクタＬ１と共振コンデンサＣ１とで構成されるＬＣ共振回路を有し、インバータ回路１９から入力される高周波電圧を直流カットコンデンサＣ２を介してＬＣ共振回路に入力する。ＬＣ共振回路は、インバータ回路１９から入力される高周波電圧の周波数に応じて高圧放電ランプ１２に高電圧を印加する。ここで、ＬＣ共振回路のインダクタＬ１及びコンデンサＣ１は、無負荷時共振周波数ｆ０が高圧放電ランプ１２の安定点灯時の発振周波数ｆ１の２〜３倍の間となるように設定される。
【００４１】
このように定数設定されたＬＣ共振回路を有する主回路２０に対し、インバータ制御回路２１は、高圧放電ランプの始動時には無負荷時共振周波数ｆ０の近傍またはそれ以上の周波数ｆ０１でインバータ回路１９を発振制御する。その際に、始動パルス制御装置２７は高圧放電ランプ１２の始動電圧の発生を間欠的に行う。すなわち、始動パルス制御回路２７のランプ電圧検出回路２８は、高圧放電ランプ１２の電圧に基づいて高圧放電ランプ１２の点灯・非点灯を検出し、高圧放電ランプ１２が非点灯であるときには、インバータ制御回路２１を動作させ、一定時間が経過すると発振停止回路２９を介してインバータ制御回路２１の発振動作を停止させる。そして、一定時間の経過後に再度インバータ制御回路２１を一定時間動作させ、間欠的に始動電圧を発生させる。この間欠的な始動パルス電圧が所定時間以上継続したことをタイマー回路３０で検出し、間欠的な始動パルス電圧が所定時間以上継続して印加しても高圧放電ランプ１２が点灯しないときはインバータ制御回路２１の動作を停止継続させる。
【００４２】
間欠的な始動パルス電圧の印加で高圧放電ランプ１２が点灯したときは、インバータ制御回路２１は、その後の高圧放電ランプ１２の安定点灯時には、無負荷時共振周波数ｆ０より低く音響共鳴の発生しない一定の周波数ｆ１でインバータ回路１９を発振制御する。
【００４３】
図３は、第１の実施の形態におけるインバータ回路１９の無負荷時及び点灯時の二次電圧（ランプ電圧ＶＬ）と周波数との関係を示す特性図である。図３に示すように、高圧放電ランプの始動時には無負荷時共振周波数ｆ０以上の周波数ｆ０１でインバータ回路１９を発振制御開始し、その後に、発振周波数を無負荷時共振周波数ｆ０に近づける。そして、高圧放電ランプ１２を点灯させる。高圧放電ランプ１２が点灯した後には、無負荷時共振周波数ｆ０より低く音響共鳴の発生しない安定窓内の周波数ｆ１で周波数一定制御する。
【００４４】
図４は第１の実施の形態における主回路２０の負荷特性を示す特性図である。図４では、高圧放電ランプ１２の安定点灯時の負荷電力ＷＬ及びランプ電流ＩＬと、インバータ回路１９の二次電圧（ランプ電圧ＶＬ）との関係を示している。ＬＣ共振回路６のインダクタＬ１及びコンデンサＣ１を、高圧放電ランプ１２の無負荷時共振周波数ｆ０が高圧放電ランプ１２の安定点灯時の発振周波数ｆ１の２〜３倍の間となるように設定した場合には、図４に示すように、高圧放電ランプ１２の安定点灯時には、高圧放電ランプ１２の負荷電力ＷＬの最高点付近が高圧放電ランプの動作点（ｂ）となるようにすることができる。従って、動作点（ｂ）付近でランプ電圧ＶＬが変動したとしても、高圧放電ランプ１２の負荷電力ＷＬの変動が少ないことがわかる。
【００４５】
図５は、図４における（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各点におけるスイッチング素子Ｑ２のドレイン−ソース間電圧ＶＤＳＱ２及びドレイン電流ＩＤＱ２の波形図である。図４のａ点やｂ点のように二次電圧が低い状態では、高圧放電ランプ１２を含む主回路２０はＬ性を示し、良好に遅相スイッチングしていることが分かる。図４のｃ点のように二次電圧が高い状態では３次共振での遅相においてスイッチング動作していることが分かる。
【００４６】
ここで、第１の実施の形態では、高圧放電ランプ１２のランプ寿末時にも高圧放電ランプ１２の正常時と同じ周波数ｆ１で周波数一定制御される。ランプ寿末時のときは、無負荷に近づくのでランプ電圧ＶＬが上昇しｃ点近傍での状態となり、主回路２０は３次共振で動作し遅相発振は保たれる。
【００４７】
前述のように、高圧放電ランプ１２の始動時には無負荷時共振周波数ｆ０の近傍またはそれ以上の周波数ｆ０１でインバータ回路１９を発振制御する。例えば、無負荷時共振周波数ｆ０以上の周波数ｆ０１として、安定周波数の約４倍の発振周波数から開始し、主回路２０の無負荷時共振周波数ｆ０点に近づけ、その無負荷時共振周波数ｆ０付近で高圧放電ランプ１２のグロー放電を開始させると共にアーク放電への転移を行う。これにより高圧放電ランプ１２を点灯する。
【００４８】
ここで、高圧放電ランプ１２のグロー放電からアーク放電への転移を適正に行うために、発振周波数制御の動作開始後の所定時間の間は、インバータ制御回路２１は、高圧放電ランプ１２が点灯したとしても、発振周波数を主回路２０のＬＣ共振回路で決まる無負荷共振周波数ｆ０の近傍またはそれよりも高い周波数に保つようにしても良い。この所定時間は、高圧放電ランプ１２に封入される希ガスにより異なり、ネオンおよびアルゴンが封入された高圧放電ランプ１２である場合には１〜１０秒間であり、アルゴンが封入された高圧放電ランプ１２である場合には０．１〜１．５秒間であることが実験により確かめられた。
【００４９】
図６は、ネオンおよびアルゴンが封入された高圧放電ランプ１２の始動時の始動制御の説明図である。高圧放電ランプ１２の始動時には発振周波数制御の動作開始後１〜１０秒間は、発振周波数を主回路２０のＬＣ共振回路で決まる無負荷共振周波数ｆ０に保持し、その後に安定点灯時の周波数ｆ１とする。例えば、高圧放電ランプ１２に無負荷共振周波数ｆ０の電圧を印加すると、高圧放電ランプ１２の両電極ではグロー放電を開始し、さらにグロー放電からアーク放電に転移する。この場合、両電極において同時にアーク放電に転移するわけではないので、両電極が確実にアーク放電開始するまでの間、高圧放電ランプ１２に無負荷共振周波数ｆ０の電圧を印加する。これにより、グロー放電からアーク放電への転移を適正に行う。なお、アルゴンが封入された高圧放電ランプ１２である場合も同様に、０．１〜１．５秒間は、発振周波数を主回路２０のＬＣ共振回路で決まる無負荷共振周波数ｆ０に保持し、その後に安定点灯時の周波数ｆ１とする。
【００５０】
この場合の主回路２０の無負荷共振周波数ｆ０は必ずしも非音響共鳴周波数でなくても音響共鳴周波数であっても良い。これは、高圧放電ランプ１２の始動直後の数秒間は、高圧放電ランプ１２は発光管内温度が低いためにランプ電圧ＶＬが低く低電力領域であることから、始動直後の周波数が音響共鳴に陥ったとしても、高圧放電ランプや点灯装置に対して過負荷とはならないからである。
【００５１】
第１の実施の形態によれば、高圧放電ランプ１２の点灯時においては、音響共鳴が発生しない周波数で、高圧放電ランプ１２の負荷電力の最高点付近が高圧放電ランプ１２の動作点付近とすることができるので、音響共鳴がなくしかもランプ電圧が変動しても高圧放電ランプ１２の負荷電力の変動を抑制できる。また、高圧放電ランプ１２の安定点灯時は一定周波数を維持するので、高圧放電ランプ１２のランプ寿末時に異常な高電圧を発生させたり、スイッチングが異常になることがない。また、高圧放電ランプ１２の始動時には、始動開始から所定時間の間、無負荷時共振周波数ｆ０の近傍またはそれ以上の周波数ｆ０１で保持するので、高圧放電ランプ１２のグロー放電からアーク放電への転移を確実に行うことができると共に、転移する時間が適切になるように高圧放電ランプに印加する二次電圧を調整できる。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図７は本発明の第２の実施の形態に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成図である。この第２の実施の形態は、インバータ回路１９に入力される直流電圧を一定に保ち、インバータ制御回路２１は主回路２０の共振電流が一定になるようにインバータ回路を制御するようにしたものである。これにより、高圧放電ランプ１２に印加される始動パルス電圧の波高値を一定に保ち高圧放電ランプ１２の口金１５の絶縁破壊を防止する。なお、昇圧回路１８の出力電圧は、高圧放電ランプ１２の点灯時及び始動時共に一定値（同一値）とする。
【００５３】
商用交流電源１６からの交流電圧は整流回路１７で整流されて直流電圧となり昇圧回路１８に入力され、整流回路１７で得られた直流電圧を一定値の直流電圧に保持する。インバータ制御回路２１は電流検出器２２により主回路の共振電流をフィードバックし、主回路２０の共振電流が一定値になるように、インバータ回路１９の２個のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング周波数を制御する。これにより、コンデンサＣ１の両端に一定の波高を持つ電圧を発生させる。
【００５４】
始動パルス制御回路２７のランプ電圧検出回路２８は一定値以上のランプ電圧が一定時間以上発生すると発振停止回路２９を動作させ、インバータ制御回路２１を介してインバータ回路１９を停止させる。この結果始動電圧は間欠的に発生する。従って、インバータ回路１９に入力される直流電圧が一定値に保持され、また主回路２０の共振電流が電流検出器２２により検出されフィードバック制御され一定値に保持されるので、高圧放電ランプ１２に印加される間欠的な始動電圧の波高振幅はほぼ一定に保たれる。
【００５５】
主回路２０は、インダクタＬ１と共振コンデンサＣ１とで構成されるＬＣ共振回路を有し、インバータ回路１９から入力される高周波電圧を直流カットコンデンサＣ２を介してＬＣ共振回路に入力する。ＬＣ共振回路はインバータ回路１９から入力される高周波電圧の周波数に応じて高圧放電ランプ１２に高電圧を印加する。
【００５６】
このように、インバータ回路６に入力される直流電圧を昇圧回路１８により一定にして、インバータ制御回路２１の共振電流一定制御機能により主回路２０の共振電流を一定に制御する。従って、インバータ制御回路２１による共振電流一定制御は始動電圧一定制御と等価になる。この共振電流一定制御機能により、小型口金の耐圧に対しては高すぎず、高圧放電ランプの始動に対しては低すぎない始動パルス電圧を高圧放電ランプ１２に供給できる。
【００５７】
図８は、第２の実施の形態におけるインバータ回路１９の二次電圧（ランプ電圧）の説明図である。インバータ制御回路２１は、インバータ回路１９に入力される直流電圧が一定値に保持された状態で、主回路２０の共振電流一定制御を行うことにより、始動パルス電圧の波高値一定制御を実現する。このようにして発生したランプ電圧は、始動パルス制御回路２７のランプ電圧検出回路２８により検出される。一定値以上のランプ電圧が一定時間以上発生すると、発振停止回路２９を動作させインバータ回路１９を停止させる。そして、所定時間の経過後に再起動し、以下同様の動作を繰り返し行い高圧放電ランプ１２が冷めて再始動するのを待つ。このような状態が一定時間経過しても高圧放電ランプ１２が点灯しないときはタイマー回路３０が動作して少なくともインバータ回路１９を停止させる。
【００５８】
これは、高圧放電ランプ１２は、長期間消灯していた状態では始動電圧が低く点灯し易く、反対に消灯直後の状態では始動電圧が高く点灯しにくい特性を有するので、間欠状の始動パルス電圧の印加を一定時間継続して行っても高圧放電ランプ１２が点灯しないときは、少なくともインバータ回路１９を停止させる。
【００５９】
第２の実施の形態によれば、高圧放電ランプ１２に印加される始動パルス電圧の振幅を一定に保つことができ、高圧放電ランプ１２の口金１５の絶縁破壊を防止することができる。また、一定時間内に点灯しない場合には少なくともインバータ回路１９を停止するので、高圧放電ランプの交換時などに危険がない。
【００６０】
図９は本発明の第３の実施の形態に係る照明装置の説明図である。第１の実施の形態または第２の実施の形態の高圧放電ランプ点灯装置１１は、高圧放電ランプ１２が装着される器具本体２３と共に照明装置を構成する。図９に示すように、高圧放電ランプ１２は器具本体２３のソケット２４に装着され、高圧放電ランプ点灯装置１１により点灯される。点灯した高圧放電ランプ１２からの光は、前面側の反射板２５で反射され前面ガラス２６を介して照射される。この第３の実施の形態の照明装置によれば、第１の実施の形態または第２の実施の形態における高圧放電ランプ点灯装置１１の効果を有する照明装置が得られる。
【００６１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、高圧放電ランプの点灯時において、音響共鳴が発生しない周波数で、高圧放電ランプの負荷電力の最高点付近が高圧放電ランプの動作点付近とすることができるので、音響共鳴がなくしかもランプ電圧が変動しても高圧放電ランプの負荷電力の変動を抑制できる。また、高圧放電ランプの点灯時は一定周波数を維持するので、高圧放電ランプのランプ寿末時に異常な高電圧を発生させることがない。
【００６２】
請求項２の発明によれば、高圧放電ランプのグロー放電からアーク放電への転移を確実に行うことができるので、高圧放電ランプの点灯を確実に行うことができる。請求項３の発明によれば、請求項２の発明に加え、高圧放電ランプの種類に応じて適切にグロー放電からアーク放電への転移を行うことができる。
【００６３】
請求項４の発明によれば、請求項１乃至３のいずれか一の発明の効果に加え、高圧放電ランプに印加される電圧は間欠的になるので、高圧放電ランプに継続して高電圧をかけることを防止できる。請求項５の発明によれば、請求項４の発明の効果に加え、インバータ回路に入力される昇圧回路の直流電圧を一定に制御し主回路の共振電流を一定に制御するので、主回路の始動電圧振幅を一定に制御できる。従って、高圧放電ランプに異常な高電圧をかけることが防止でき、高圧放電ランプの口金として小型口金を用いることが可能となり小型化が図れる。
【００６４】
また、請求項６の発明によれば、請求項４、５の発明の効果に加え、一定時間内に点灯しない場合には少なくともインバータ回路を停止するので、高圧放電ランプの交換時に安全である。さらに、請求項７の発明によれば、請求項１乃至請求項６のいずれか一の効果を有する照明装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成図。
【図２】本発明の実施の形態で使用する高圧放電ランプの一例の説明図。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるインバータ回路の二次電圧（ランプ電圧ＶＬ）と周波数との関係を示す特性図。
【図４】本発明の第１の実施の形態における主回路の負荷特性を示す特性図。
【図５】図４における（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各点におけるスイッチング素子Ｑ２のドレイン−ソース電圧及びドレイン電流の波形図。
【図６】本発明の第１の実施の形態における高圧放電ランプ点灯装置でグロー放電からアーク放電に転移する際の発振周波数及び二次電圧の説明図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成図。
【図８】本発明の第２の実施の形態におけるインバータ回路の二次電圧（ランプ電圧）の説明図。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る照明装置の説明図。
【符号の説明】
１１…高圧放電ランプ点灯装置、１２…高圧放電ランプ、１３…アルミナ管、１４…外管、１５…口金、１６…商用交流電源、１７…整流回路、１８…昇圧回路、１９…インバータ回路、２０…主回路、２１…インバータ制御回路、２２…電流検出器、２３…器具本体、２４…ソケット、２５…反射板、２６…前面ガラス、２７…始動パルス制御回路、２８…ランプ電圧検出回路、２９…発振停止回路、３０…タイマー回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電ランプを高周波点灯する高圧放電ランプ点灯装置及び照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、放電ランプ点灯装置は、ＬＣ共振型のインバータ回路を備え、放電ランプの始動時にはインバータ回路は高い周波数で発振を開始し、徐々に周波数を下げてＬＣ共振回路の共振周波数に近づける。これにより、インバータ回路の二次電圧が上昇し、二次電圧が放電ランプの始動電圧に達すると放電ランプが放電開始して点灯する。一旦、放電ランプが点灯した後はインバータ回路の周波数をさらに低下させ、安定点灯周波数（点灯時の周波数）で放電ランプを連続点灯する。
【０００３】
一方、高圧放電ランプはグロー放電からアーク放電に転移して放電を開始する特性を有することから、アーク放電転移のために所定時間、高い電圧を印加する必要がある。そこで、特開２０００−５８２８４号公報には、インバータ回路の前段に設けられた昇圧回路により、高圧放電ランプの始動時には、点灯時よりも高い出力電圧値に制御する放電ランプ用安定器が開示されている。
【０００４】
また、高圧放電ランプには音響共鳴を発生する周波数領域があることから、始動時及び点灯時には音響共鳴が起こらない安定窓の周波数で点灯することが行われている。また、ＬＣ共振回路の無負荷共振周波数は、安定点灯周波数の近傍か、それよりも高い周波数の安定窓内に設定される。
【０００５】
このように、従来においては、始動電圧発生周波数、グロー放電からアーク放電への転移周波数、安定点灯周波数が、音響共鳴を発生させない安定窓内にあるので音響共鳴が起こらない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような周波数関係におけるハーフブリッジ型のインバータ回路の負荷特性は負荷インピーダンスによらずほぼ一定の電流を発生するほぼ定電流特性を有し、また、ランプ電圧がばらつくと点灯電力が大きく変化する。また、点灯周波数の変化に対してランプ電力の変化が大きいので、例えば、回路の周囲温度の変化に対して周波数がずれたとすると、それだけでもランプ電力が大きく変動してしまう。高圧放電ランプにおいては、ランプ電力の変化によって色温度変化などを伴い好ましくない。そこで、ランプ電力の一定制御を行うことも考えられるが、そうすると、システム全体が大型化しコスト高となる。
【０００７】
また、特開２０００−５８２８４号公報のように、始動時には昇圧回路の出力電圧を切り替えるようにした場合には、その切り替えのためのインバータ制御回路が複雑化する。また、昇圧回路は点灯時よりも高い出力電圧とするので、高圧部品がより大形な部品となり回路形状が大きくなる。特に、小形口金を用いた高圧放電ランプでは口金部で絶縁破壊させないためには、始動パルス電圧は可能な限り低い方が望ましく、始動パルス電圧のパルス波高のばらつきがないことが望ましい。
【０００８】
本発明の目的は、ランプ電圧の変動に対してランプ電力の変動が小さく、また始動パルス電圧のばらつきが少ない放電ランプ点灯装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る高圧放電ランプ点灯装置は、無負荷時共振周波数が高圧放電ランプの点灯時の発振周波数よりも高くなるように設定されたＬＣ共振回路を含み高圧放電ランプが接続される主回路と；前記主回路が出力側に接続され前記主回路を介して高圧放電ランプを始動及び点灯させるスイッチング素子を有するインバータ回路と；前記高圧放電ランプの点灯時には前記無負荷時共振周波数より低く音響共鳴の発生しない一定の周波数とし、前記高圧放電ランプの始動時には前記無負荷時共振周波数よりも高い周波数であって、かつ、遅相領域において前記インバータ回路の前記スイッチング素子が発振動作するように制御するインバータ制御回路と；を備えた高圧放電ランプ点灯装置において、前記インバータ制御回路は、前記スイッチング素子が発振した状態で前記高圧放電ランプが消灯した場合及び前記高圧放電ランプが安定点灯している場合のいずれかであっても、無負荷共振周波数をｆ ０ とした場合において、ｆ ０ ／３からｆ ０ ／２の範囲である遅相領域で前記主回路の前記スイッチング素子が発振動作する周波数となるように制御することを特徴とする。
【００１０】
本発明及び以下の発明において、特に指定しない限り用語の定義及び技術的意味は以下による。
【００１１】
高圧放電ランプは、水銀ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプなどを示し、また、発光管にアルミナ管を用いたセラミック放電ランプも許容する。発光管には、少なくとも放電媒体としてのネオンＮｅやアルゴンＡｒ等の希ガスが封入される。
【００１２】
インバータ回路は、例えば２個のスイッチング素子を有したハーフブリッジ型のインバータ回路であり、直流電圧源を入力として２個のスイッチング素子を交互にインバータ制御回路よりオンオフ制御して、出力側に高周波電圧を供給する。インバータ回路の出力側には主回路が接続され、インバータ回路の出力である高周波電圧を高圧放電ランプに印加する。なお、インバータ回路は１石式や４石式のインバータ回路であってもよい。
【００１３】
主回路はＬＣ共振回路を有し、インバータ回路から入力される高周波電圧の周波数に応じて、そのＬＣ共振回路の共振周波数付近で高電圧を発生させる。ＬＣ共振回路のインダクタ及びコンデンサは、高圧放電ランプの無負荷時共振周波数が高圧放電ランプの点灯時の発振周波数の２〜３倍の間となるように設定する。これにより、高圧放電ランプの安定点灯時において、高圧放電ランプの負荷電力の最高点付近が高圧放電ランプの動作点とすることができると共に安定点灯時の周波数において高圧放電ランプが消灯した場合でも進相発振を防止できスイッチングロスを低く抑制できる。
【００１４】
インバータ制御回路は、高圧放電ランプの始動時にはＬＣ共振回路の無負荷時共振周波数の近傍またはそれ以上の周波数でインバータ回路の発振制御を行う。そして、高圧放電ランプが点灯した後の高圧放電ランプの点灯時には、無負荷時共振周波数より低く音響共鳴の発生しない一定の周波数でインバータ回路を発振制御する。インバータ回路のスイッチング素子が発振した状態で高圧放電ランプが消灯した場合とは、例えば、高圧放電ランプのランプ寿末による消灯である。「無負荷共振周波数をｆ ０ とした場合において、ｆ ０ ／３からｆ ０ ／２の範囲である遅相領域」とは、高圧放電ランプが消灯した場合及び高圧放電ランプが安定点灯している場合のいずれであっても、遅相領域となる周波数の範囲である。
【００１５】
本発明によれば、高圧放電ランプの点灯時において、音響共鳴が発生しない周波数で、高圧放電ランプの負荷電力の最高点付近が高圧放電ランプの動作点付近とすることができるので、音響共鳴がなくしかもランプ電圧が変動しても高圧放電ランプの負荷電力の変動を抑制できる。また、高圧放電ランプの点灯時は一定周波数を維持するので、高圧放電ランプのランプ寿末時に異常な高電力を発生させることがない。すなわち、高圧放電ランプが消灯した場合であっても、遅相発振が保たれるので、スイッチングが異常になることがない。
【００１６】
請求項２の発明に係る高圧放電ランプ点灯装置は、請求項１の発明において、前記インバータ制御回路は、前記高圧放電ランプの始動時には、発振制御の開始から所定時間の間は、前記無負荷時共振周波数よりも高い周波数であって、かつ、遅相領域において前記インバータ回路の前記スイッチング素子が発振動作するように制御することを特徴とする。
【００１７】
本発明は、請求項１の発明の高圧放電ランプ点灯装置の構成において、インバータ制御回路は、高圧放電ランプの始動時には発振制御の開始から所定時間の間は点灯時の周波数より高い周波数であって、かつ、遅相領域においてインバータ回路のスイッチング素子が発振動作するように制御するようにしたものである。
【００１８】
高圧放電ランプは、グロー放電を開始しその後にアーク放電に転移して点灯する特性を有する。そこで、高圧放電ランプの始動時には発振制御の開始から所定時間の間は、インバータ回路を高圧放電ランプの点灯時の周波数より高い周波数で動作させグロー放電からアーク放電への転移を確実に行う。
【００１９】
例えば、インバータ制御回路の発振動作開始後、発振周波数として安定周波数の約４倍の発振周波数から開始し徐々に低下させ、主回路のＬＣ共振回路の共振点付近で高圧放電ランプのグロー放電を開始させる。そして、所定の時間の間、発振周波数を主回路のＬＣ共振回路で決まる無負荷共振周波数の近傍またはそれよりも高い周波数に維持し、その間にグロー放電からアーク放電への転移を完了させる。
【００２０】
本発明によれば、高圧放電ランプのグロー放電からアーク放電への転移を確実に行うことができるので、高圧放電ランプの点灯を確実に行うことができる。
【００２１】
請求項３の発明に係る高圧放電ランプ点灯装置は、請求項２の発明において、前記所定時間は、ネオンおよびアルゴンが封入された高圧放電ランプである場合には１〜１０秒間であり、アルゴンが封入された高圧放電ランプである場合には０．１〜１．５秒間であることを特徴とする。
【００２２】
本発明は、高圧放電ランプ１２に封入される希ガスの種類により、グロー放電からアーク放電への転移が完了する時間が異なるので、それに応じて、所定時間を適切に選定するようにしたものである。本発明によれば、高圧放電ランプの種類に応じて適切にグロー放電からアーク放電への転移を行うことができる。
【００２３】
請求項４の発明に係る高圧放電ランプ点灯装置は、請求項１乃至３のいずれか一の発明において、前記高圧放電ランプの始動時に起動され、前記高圧放電ランプの点灯・非点灯を検出し前記高圧放電ランプが非点灯であるときには前記インバータ制御回路を間欠的に動作させ始動電圧の発生を間欠的に行う始動パルス制御回路を備えたことを特徴とする。
【００２４】
始動パルス制御回路は、高圧放電ランプの電圧に基づいて高圧放電ランプの点灯・非点灯を検出するランプ電圧検出回路と、インバータ制御回路の発振制御を停止させる発振停止回路とを有し、ランプ電圧検出回路によって高圧放電ランプが非点灯状態であることが検出されたときには、一定時間間隔で発振停止回路を動作させ始動電圧の発生が間欠的になるように制御を行う。
【００２５】
本発明によれば、高圧放電ランプに印加される電圧は間欠的になるので、高圧放電ランプに継続して高電圧をかけることを防止できる。
【００２６】
請求項５の発明に係る高圧放電ランプ点灯装置は、前記インバータ回路の入力側に接続されインバータ制御回路の発振制御中は前記インバータ回路への直流電圧を一定に保持する昇圧回路を設け、前記インバータ制御回路は、前記高圧放電ランプの始動時には前記主回路の共振電流を一定制御し前記インバータ回路に始動電圧を発生させることを特徴とする請求項４記載の高圧放電ランプ点灯装置。
【００２７】
昇圧回路はインバータ回路の入力側に接続され、インバータ制御回路の発振制御中はインバータ回路に供給する直流電圧を一定に保持する。インバータ制御回路は、主回路の共振電流をフィードバックし高圧放電ランプの始動時には主回路の共振電流が一定となるように発振周波数を制御してＬＣ共振回路が発生する始動電圧を一定に制御する。
【００２８】
本発明によれば、インバータ回路に入力される昇圧回路の直流電圧を一定に制御し主回路の共振電流を一定に制御するので、主回路の始動電圧を一定に制御できる。従って、高圧放電ランプに印加される始動電圧の波高振幅はほぼ一定に保つことができる。従って、高圧放電ランプの口金として小型口金を用いることが可能となり高圧放電ランプの形状やそれを装着した器具形状の小型化が図れる。
【００２９】
請求項６の発明に係る高圧放電ランプ点灯装置は、請求項４または５の発明において、前記始動パルス制御装置は、間欠的な始動パルス電圧が一定時間継続した場合には、少なくとも前記インバータ制御回路の発振制御の停止を保持することを特徴とする。
【００３０】
本発明では、始動パルス制御回路は、高圧放電ランプ１２の電圧に基づいて高圧放電ランプの点灯・非点灯を検出するランプ電圧検出回路と、インバータ制御回路の発振制御を停止させる発振停止回路と、インバータ制御回路の発振制御が開始されてから所定時間を経過したことを検出したときは発振停止回路を動作させるタイマー回路とを有し、ランプ電圧検出回路によって高圧放電ランプが非点灯状態であることが検出されたときに始動電圧の発生が間欠的になるように制御を行うと共に、間欠的な始動パルス電圧が一定時間継続した場合には、少なくともインバータ制御回路の発振制御の停止を保持するようにしたものである。
【００３１】
高圧放電ランプは、長期間消灯していた状態ではグロー開始電圧が低く消灯直後の状態ではグロー開始電圧が高い特性を有する。そこで、高圧放電ランプの始動時には発振制御を一定時間継続して行っても高圧放電ランプが点灯しないときは少なくともインバータ制御回路の動作を停止させ、インバータ回路を停止させる。
【００３２】
本発明によれば、請求項４、５の発明の効果に加え、一点時間内に点灯しない場合には少なくともインバータ制御回路を停止するので、無駄な始動パルス電圧を長時間印加することがない。従って、高圧放電ランプの交換時などに安全である。
【００３３】
請求項７の発明に係る照明装置は、請求項１乃至請求項６のいずれか一の高圧放電ランプ点灯装置と；前記高圧放電ランプ点灯装置で点灯されるセラミック放電ランプと；前記セラミック放電ランプが装着される器具本体と；を備えたことを特徴とする。
【００３４】
本発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれか一の効果を有する照明装置が得られる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る高圧放電ランプ点灯装置１１の構成図、図２は本発明の実施の形態で使用する高圧放電ランプ１２の一例の説明図である。
【００３６】
図２に示す高圧放電ランプ１２は、発光管にアルミナ管１３を使用したセラミック放電ランプであり、アルミナ管１３は透光性アルミナより構成される。セラミック放電ランプのアルミナ管１３は、一般の高圧放電ランプ１２の発光管に使われている石英ガラスより、封入物である金属ハロゲン化物に対して化学的及び熱的に安定である。発光管であるアルミナ管１３は、内部が真空に保持された外管１４に収納され、外管１４の一端部に口金１５が設けられる。口金１５の先端部１５ａとネジ部１５ｂとの間に高圧放電ランプ点灯装置１１から高周波電圧が印加される。
【００３７】
図１において、高圧放電ランプ点灯装置１１は、商用交流電源１６の交流電圧を直流電圧に変換する整流回路１７と、整流回路１７で得られた直流電圧を昇圧する昇圧回路１８と、高周波電圧を発生させるハーフブリッジ型のインバータ回路１９と、高圧放電ランプ１２を始動及び点灯させるＬＣ共振回路を含み高圧放電ランプ１２が接続される主回路２０と、インバータ回路１９を発振制御するインバータ制御回路２１と、高圧放電ランプ１２の始動電圧の発生を間欠的に行う始動パルス制御回路２７とから構成される。さらに、始動パルス制御回路２７は、高圧放電ランプ１２の電圧に基づいて高圧放電ランプ１２の点灯・非点灯を検出するランプ電圧検出回路２８と、インバータ制御回路２１の発振制御を停止させる発振停止回路２９と、インバータ制御回路２１の発振制御が開始されてから所定時間を経過したことを検出するタイマー回路３０とから構成される。
【００３８】
商用交流電源１６からの交流電圧は整流回路１７で整流されて直流電圧となり、昇圧回路１８に入力される。昇圧回路１８はチョッパ回路で構成され整流回路１７で得られた直流電圧を昇圧平滑する。
【００３９】
昇圧回路１８で昇圧平滑された直流電圧は、インバータ回路１９を構成する直列接続された２個のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両端に印加される。インバータ回路１９はインバータ制御回路２１により所定の発振周波数で交互にオンオフ制御され、主回路２０に高周波電圧を供給する。
【００４０】
主回路２０は、インダクタＬ１と共振コンデンサＣ１とで構成されるＬＣ共振回路を有し、インバータ回路１９から入力される高周波電圧を直流カットコンデンサＣ２を介してＬＣ共振回路に入力する。ＬＣ共振回路は、インバータ回路１９から入力される高周波電圧の周波数に応じて高圧放電ランプ１２に高電圧を印加する。ここで、ＬＣ共振回路のインダクタＬ１及びコンデンサＣ１は、無負荷時共振周波数ｆ０が高圧放電ランプ１２の安定点灯時の発振周波数ｆ１の２〜３倍の間となるように設定される。
【００４１】
このように定数設定されたＬＣ共振回路を有する主回路２０に対し、インバータ制御回路２１は、高圧放電ランプの始動時には無負荷時共振周波数ｆ０の近傍またはそれ以上の周波数ｆ０１でインバータ回路１９を発振制御する。その際に、始動パルス制御装置２７は高圧放電ランプ１２の始動電圧の発生を間欠的に行う。すなわち、始動パルス制御回路２７のランプ電圧検出回路２８は、高圧放電ランプ１２の電圧に基づいて高圧放電ランプ１２の点灯・非点灯を検出し、高圧放電ランプ１２が非点灯であるときには、インバータ制御回路２１を動作させ、一定時間が経過すると発振停止回路２９を介してインバータ制御回路２１の発振動作を停止させる。そして、一定時間の経過後に再度インバータ制御回路２１を一定時間動作させ、間欠的に始動電圧を発生させる。この間欠的な始動パルス電圧が所定時間以上継続したことをタイマー回路３０で検出し、間欠的な始動パルス電圧が所定時間以上継続して印加しても高圧放電ランプ１２が点灯しないときはインバータ制御回路２１の動作を停止継続させる。
【００４２】
間欠的な始動パルス電圧の印加で高圧放電ランプ１２が点灯したときは、インバータ制御回路２１は、その後の高圧放電ランプ１２の安定点灯時には、無負荷時共振周波数ｆ０より低く音響共鳴の発生しない一定の周波数ｆ１でインバータ回路１９を発振制御する。
【００４３】
図３は、第１の実施の形態におけるインバータ回路１９の無負荷時及び点灯時の二次電圧（ランプ電圧ＶＬ）と周波数との関係を示す特性図である。図３に示すように、高圧放電ランプの始動時には無負荷時共振周波数ｆ０以上の周波数ｆ０１でインバータ回路１９を発振制御開始し、その後に、発振周波数を無負荷時共振周波数ｆ０に近づける。そして、高圧放電ランプ１２を点灯させる。高圧放電ランプ１２が点灯した後には、無負荷時共振周波数ｆ０より低く音響共鳴の発生しない安定窓内の周波数ｆ１で周波数一定制御する。
【００４４】
図４は第１の実施の形態における主回路２０の負荷特性を示す特性図である。図４では、高圧放電ランプ１２の安定点灯時の負荷電力ＷＬ及びランプ電流ＩＬと、インバータ回路１９の二次電圧（ランプ電圧ＶＬ）との関係を示している。ＬＣ共振回路６のインダクタＬ１及びコンデンサＣ１を、高圧放電ランプ１２の無負荷時共振周波数ｆ０が高圧放電ランプ１２の安定点灯時の発振周波数ｆ１の２〜３倍の間となるように設定した場合には、図４に示すように、高圧放電ランプ１２の安定点灯時には、高圧放電ランプ１２の負荷電力ＷＬの最高点付近が高圧放電ランプの動作点（ｂ）となるようにすることができる。従って、動作点（ｂ）付近でランプ電圧ＶＬが変動したとしても、高圧放電ランプ１２の負荷電力ＷＬの変動が少ないことがわかる。
【００４５】
図５は、図４における（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各点におけるスイッチング素子Ｑ２のドレイン−ソース間電圧ＶＤＳＱ２及びドレイン電流ＩＤＱ２の波形図である。図４のａ点やｂ点のように二次電圧が低い状態では、高圧放電ランプ１２を含む主回路２０はＬ性を示し、良好に遅相スイッチングしていることが分かる。図４のｃ点のように二次電圧が高い状態では３次共振での遅相においてスイッチング動作していることが分かる。
【００４６】
ここで、第１の実施の形態では、高圧放電ランプ１２のランプ寿末時にも高圧放電ランプ１２の正常時と同じ周波数ｆ１で周波数一定制御される。ランプ寿末時のときは、無負荷に近づくのでランプ電圧ＶＬが上昇しｃ点近傍での状態となり、主回路２０は３次共振で動作し遅相発振は保たれる。
【００４７】
前述のように、高圧放電ランプ１２の始動時には無負荷時共振周波数ｆ０の近傍またはそれ以上の周波数ｆ０１でインバータ回路１９を発振制御する。例えば、無負荷時共振周波数ｆ０以上の周波数ｆ０１として、安定周波数の約４倍の発振周波数から開始し、主回路２０の無負荷時共振周波数ｆ０点に近づけ、その無負荷時共振周波数ｆ０付近で高圧放電ランプ１２のグロー放電を開始させると共にアーク放電への転移を行う。これにより高圧放電ランプ１２を点灯する。
【００４８】
ここで、高圧放電ランプ１２のグロー放電からアーク放電への転移を適正に行うために、発振周波数制御の動作開始後の所定時間の間は、インバータ制御回路２１は、高圧放電ランプ１２が点灯したとしても、発振周波数を主回路２０のＬＣ共振回路で決まる無負荷共振周波数ｆ０の近傍またはそれよりも高い周波数に保つようにしても良い。この所定時間は、高圧放電ランプ１２に封入される希ガスにより異なり、ネオンおよびアルゴンが封入された高圧放電ランプ１２である場合には１〜１０秒間であり、アルゴンが封入された高圧放電ランプ１２である場合には０．１〜１．５秒間であることが実験により確かめられた。
【００４９】
図６は、ネオンおよびアルゴンが封入された高圧放電ランプ１２の始動時の始動制御の説明図である。高圧放電ランプ１２の始動時には発振周波数制御の動作開始後１〜１０秒間は、発振周波数を主回路２０のＬＣ共振回路で決まる無負荷共振周波数ｆ０に保持し、その後に安定点灯時の周波数ｆ１とする。例えば、高圧放電ランプ１２に無負荷共振周波数ｆ０の電圧を印加すると、高圧放電ランプ１２の両電極ではグロー放電を開始し、さらにグロー放電からアーク放電に転移する。この場合、両電極において同時にアーク放電に転移するわけではないので、両電極が確実にアーク放電開始するまでの間、高圧放電ランプ１２に無負荷共振周波数ｆ０の電圧を印加する。これにより、グロー放電からアーク放電への転移を適正に行う。なお、アルゴンが封入された高圧放電ランプ１２である場合も同様に、０．１〜１．５秒間は、発振周波数を主回路２０のＬＣ共振回路で決まる無負荷共振周波数ｆ０に保持し、その後に安定点灯時の周波数ｆ１とする。
【００５０】
この場合の主回路２０の無負荷共振周波数ｆ０は必ずしも非音響共鳴周波数でなくても音響共鳴周波数であっても良い。これは、高圧放電ランプ１２の始動直後の数秒間は、高圧放電ランプ１２は発光管内温度が低いためにランプ電圧ＶＬが低く低電力領域であることから、始動直後の周波数が音響共鳴に陥ったとしても、高圧放電ランプや点灯装置に対して過負荷とはならないからである。
【００５１】
第１の実施の形態によれば、高圧放電ランプ１２の点灯時においては、音響共鳴が発生しない周波数で、高圧放電ランプ１２の負荷電力の最高点付近が高圧放電ランプ１２の動作点付近とすることができるので、音響共鳴がなくしかもランプ電圧が変動しても高圧放電ランプ１２の負荷電力の変動を抑制できる。また、高圧放電ランプ１２の安定点灯時は一定周波数を維持するので、高圧放電ランプ１２のランプ寿末時に異常な高電圧を発生させたり、スイッチングが異常になることがない。また、高圧放電ランプ１２の始動時には、始動開始から所定時間の間、無負荷時共振周波数ｆ０の近傍またはそれ以上の周波数ｆ０１で保持するので、高圧放電ランプ１２のグロー放電からアーク放電への転移を確実に行うことができると共に、転移する時間が適切になるように高圧放電ランプに印加する二次電圧を調整できる。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図７は本発明の第２の実施の形態に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成図である。この第２の実施の形態は、インバータ回路１９に入力される直流電圧を一定に保ち、インバータ制御回路２１は主回路２０の共振電流が一定になるようにインバータ回路を制御するようにしたものである。これにより、高圧放電ランプ１２に印加される始動パルス電圧の波高値を一定に保ち高圧放電ランプ１２の口金１５の絶縁破壊を防止する。なお、昇圧回路１８の出力電圧は、高圧放電ランプ１２の点灯時及び始動時共に一定値（同一値）とする。
【００５３】
商用交流電源１６からの交流電圧は整流回路１７で整流されて直流電圧となり昇圧回路１８に入力され、整流回路１７で得られた直流電圧を一定値の直流電圧に保持する。インバータ制御回路２１は電流検出器２２により主回路の共振電流をフィードバックし、主回路２０の共振電流が一定値になるように、インバータ回路１９の２個のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング周波数を制御する。これにより、コンデンサＣ１の両端に一定の波高を持つ電圧を発生させる。
【００５４】
始動パルス制御回路２７のランプ電圧検出回路２８は一定値以上のランプ電圧が一定時間以上発生すると発振停止回路２９を動作させ、インバータ制御回路２１を介してインバータ回路１９を停止させる。この結果始動電圧は間欠的に発生する。従って、インバータ回路１９に入力される直流電圧が一定値に保持され、また主回路２０の共振電流が電流検出器２２により検出されフィードバック制御され一定値に保持されるので、高圧放電ランプ１２に印加される間欠的な始動電圧の波高振幅はほぼ一定に保たれる。
【００５５】
主回路２０は、インダクタＬ１と共振コンデンサＣ１とで構成されるＬＣ共振回路を有し、インバータ回路１９から入力される高周波電圧を直流カットコンデンサＣ２を介してＬＣ共振回路に入力する。ＬＣ共振回路はインバータ回路１９から入力される高周波電圧の周波数に応じて高圧放電ランプ１２に高電圧を印加する。
【００５６】
このように、インバータ回路６に入力される直流電圧を昇圧回路１８により一定にして、インバータ制御回路２１の共振電流一定制御機能により主回路２０の共振電流を一定に制御する。従って、インバータ制御回路２１による共振電流一定制御は始動電圧一定制御と等価になる。この共振電流一定制御機能により、小型口金の耐圧に対しては高すぎず、高圧放電ランプの始動に対しては低すぎない始動パルス電圧を高圧放電ランプ１２に供給できる。
【００５７】
図８は、第２の実施の形態におけるインバータ回路１９の二次電圧（ランプ電圧）の説明図である。インバータ制御回路２１は、インバータ回路１９に入力される直流電圧が一定値に保持された状態で、主回路２０の共振電流一定制御を行うことにより、始動パルス電圧の波高値一定制御を実現する。このようにして発生したランプ電圧は、始動パルス制御回路２７のランプ電圧検出回路２８により検出される。一定値以上のランプ電圧が一定時間以上発生すると、発振停止回路２９を動作させインバータ回路１９を停止させる。そして、所定時間の経過後に再起動し、以下同様の動作を繰り返し行い高圧放電ランプ１２が冷めて再始動するのを待つ。このような状態が一定時間経過しても高圧放電ランプ１２が点灯しないときはタイマー回路３０が動作して少なくともインバータ回路１９を停止させる。
【００５８】
これは、高圧放電ランプ１２は、長期間消灯していた状態では始動電圧が低く点灯し易く、反対に消灯直後の状態では始動電圧が高く点灯しにくい特性を有するので、間欠状の始動パルス電圧の印加を一定時間継続して行っても高圧放電ランプ１２が点灯しないときは、少なくともインバータ回路１９を停止させる。
【００５９】
第２の実施の形態によれば、高圧放電ランプ１２に印加される始動パルス電圧の振幅を一定に保つことができ、高圧放電ランプ１２の口金１５の絶縁破壊を防止することができる。また、一定時間内に点灯しない場合には少なくともインバータ回路１９を停止するので、高圧放電ランプの交換時などに危険がない。
【００６０】
図９は本発明の第３の実施の形態に係る照明装置の説明図である。第１の実施の形態または第２の実施の形態の高圧放電ランプ点灯装置１１は、高圧放電ランプ１２が装着される器具本体２３と共に照明装置を構成する。図９に示すように、高圧放電ランプ１２は器具本体２３のソケット２４に装着され、高圧放電ランプ点灯装置１１により点灯される。点灯した高圧放電ランプ１２からの光は、前面側の反射板２５で反射され前面ガラス２６を介して照射される。この第３の実施の形態の照明装置によれば、第１の実施の形態または第２の実施の形態における高圧放電ランプ点灯装置１１の効果を有する照明装置が得られる。
【００６１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、高圧放電ランプの点灯時において、音響共鳴が発生しない周波数で、高圧放電ランプの負荷電力の最高点付近が高圧放電ランプの動作点付近とすることができるので、音響共鳴がなくしかもランプ電圧が変動しても高圧放電ランプの負荷電力の変動を抑制できる。また、高圧放電ランプの点灯時は一定周波数を維持するので、高圧放電ランプのランプ寿末時に異常な高電圧を発生させることがない。
【００６２】
請求項２の発明によれば、高圧放電ランプのグロー放電からアーク放電への転移を確実に行うことができるので、高圧放電ランプの点灯を確実に行うことができる。請求項３の発明によれば、請求項２の発明に加え、高圧放電ランプの種類に応じて適切にグロー放電からアーク放電への転移を行うことができる。
【００６３】
請求項４の発明によれば、請求項１乃至３のいずれか一の発明の効果に加え、高圧放電ランプに印加される電圧は間欠的になるので、高圧放電ランプに継続して高電圧をかけることを防止できる。請求項５の発明によれば、請求項４の発明の効果に加え、インバータ回路に入力される昇圧回路の直流電圧を一定に制御し主回路の共振電流を一定に制御するので、主回路の始動電圧振幅を一定に制御できる。従って、高圧放電ランプに異常な高電圧をかけることが防止でき、高圧放電ランプの口金として小型口金を用いることが可能となり小型化が図れる。
【００６４】
また、請求項６の発明によれば、請求項４、５の発明の効果に加え、一定時間内に点灯しない場合には少なくともインバータ回路を停止するので、高圧放電ランプの交換時に安全である。さらに、請求項７の発明によれば、請求項１乃至請求項６のいずれか一の効果を有する照明装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成図。
【図２】本発明の実施の形態で使用する高圧放電ランプの一例の説明図。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるインバータ回路の二次電圧（ランプ電圧ＶＬ）と周波数との関係を示す特性図。
【図４】本発明の第１の実施の形態における主回路の負荷特性を示す特性図。
【図５】図４における（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各点におけるスイッチング素子Ｑ２のドレイン−ソース電圧及びドレイン電流の波形図。
【図６】本発明の第１の実施の形態における高圧放電ランプ点灯装置でグロー放電からアーク放電に転移する際の発振周波数及び二次電圧の説明図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成図。
【図８】本発明の第２の実施の形態におけるインバータ回路の二次電圧（ランプ電圧）の説明図。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る照明装置の説明図。
【符号の説明】
１１…高圧放電ランプ点灯装置、１２…高圧放電ランプ、１３…アルミナ管、１４…外管、１５…口金、１６…商用交流電源、１７…整流回路、１８…昇圧回路、１９…インバータ回路、２０…主回路、２１…インバータ制御回路、２２…電流検出器、２３…器具本体、２４…ソケット、２５…反射板、２６…前面ガラス、２７…始動パルス制御回路、２８…ランプ電圧検出回路、２９…発振停止回路、３０…タイマー回路
Claims (7)
- 無負荷時共振周波数が高圧放電ランプの点灯時の発振周波数よりも高くなるように設定されたＬＣ共振回路を含み高圧放電ランプが接続される主回路と；
前記主回路が出力側に接続され前記主回路を介して高圧放電ランプを始動及び点灯させるスイッチング素子を有するインバータ回路と；
前記高圧放電ランプの点灯時には前記無負荷時共振周波数より低く音響共鳴の発生しない一定の周波数とし、前記高圧放電ランプの始動時には前記無負荷時共振周波数よりも高い周波数であって、かつ、遅相領域において前記インバータ回路の前記スイッチング素子が発振動作するように制御するインバータ制御回路と；
を備えた高圧放電ランプ点灯装置において、
前記インバータ制御回路は、前記スイッチング素子が発振した状態で前記高圧放電ランプが消灯した場合及び前記高圧放電ランプが安定点灯している場合のいずれであっても、無負荷共振周波数をｆ ０ とした場合において、ｆ ０ ／３からｆ ０ ／２の範囲である遅相領域で前記主回路の前記スイッチング素子が発振動作する周波数となるように制御することを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。 - 前記インバータ制御回路は、前記高圧放電ランプの始動時には、発振制御の開始から所定時間の間は、前記無負荷時共振周波数よりも高い周波数であって、かつ、遅相領域において前記インバータ回路の前記スイッチング素子が発振動作するように制御することを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ点灯装置。
- 前記所定時間は、ネオンおよびアルゴンが封入された高圧放電ランプである場合には１〜１０秒間であり、アルゴンが封入された高圧放電ランプである場合には０．１〜１．５秒間であることを特徴とする請求項２記載の高圧放電ランプ点灯装置。
- 前記高圧放電ランプの始動時に起動され、前記高圧放電ランプの点灯・非点灯を検出し前記高圧放電ランプが非点灯であるときには前記インバータ制御回路を間欠的に動作させ始動電圧の発生を間欠的に行う始動パルス制御回路を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一記載の高圧放電ランプ点灯装置。
- 前記インバータ回路の入力側に接続されインバータ制御回路の発振制御中は前記インバータ回路への直流電圧を一定に保持する昇圧回路を設け、前記インバータ制御回路は、前記高圧放電ランプの始動時には前記主回路の共振電流を一定制御し前記インバータ回路に始動電圧を発生させることを特徴とする請求項４記載の高圧放電ランプ点灯装置。
- 前記始動パルス制御装置は、間欠的な始動パルス電圧が一定時間継続した場合には、少なくとも前記インバータ制御回路の発振制御の停止を保持することを特徴とする請求項４または５記載の高圧放電ランプ点灯装置。
- 請求項１乃至請求項６のいずれか一の高圧放電ランプ点灯装置と；
前記高圧放電ランプ点灯装置で点灯されるセラミック放電ランプと；
前記セラミック放電ランプが装着される器具本体と；
を備えたことを特徴とする照明装置。
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