KR20100021652A

KR20100021652A - 방전등 점등장치 및 조명기구

Info

Publication number: KR20100021652A
Application number: KR1020107000787A
Authority: KR
Inventors: 신지 마키무라; 히로시 기도
Original assignee: 파나소닉 전공 주식회사
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-09-05
Publication date: 2010-02-25
Also published as: JP2009032471A; KR101099852B1; CN101755488B; EP2175698A1; WO2009013840A1; EP2175698A4; CN101755488A; US20100231134A1; US8207688B2

Abstract

방전등(6)을 시동점등시키기 위해 인버터 회로(2)의 출력을 서서히 증가시키도록 동작주파수(finv)를 스위프하는 제1주파수제어회로(13)와, 방전등(6)의 시동점등 후, 공진회로에 흐르는 전류에 의해 인버터 회로(2)의 출력전력을 검출하고, 출력전력이 목표치가 되도록 동작주파수 제어를 행하는 제2주파수제어회로(17)를 구비하고, 제1주파수제어회로(13)는, 점등검출회로(14)에 의한 방전등(6)의 점등검출시에, 출력전력이 목표치보다 작은 경우에는, 점등검출 직후의 동작주파수로 유지하는 유지수단(16)을 가진다.

Description

방전등 점등장치 및 조명기구{ELECTRIC-DISCHARGE LAMP LIGHTING DEVICE AND LIGHTING APPARATUS}

본 발명은 방전등 점등장치(放電燈點燈裝置) 및 그것을 이용한 조명기구에 관한 것이다.

종래의 방전등 점등장치(放電燈點燈裝置)의 구성은 도 1에 도시되어 있다. 이 방전등 점등장치는 교류전원(Vin)으로부터의 전력공급을 받아서, 직류전압(VDC)을 출력하는 직류전원(1)과, 직류전원(1)으로부터의 전력 공급을 받아서 고주파 전압(Vcoil)을 출력하는 인버터 회로(2)와, 인버터 회로(2)의 동작주파수 제어에 의해 인버터 회로(2)의 출력전압(Vcoil)의 가변제어를 행하는 전압제어수단(13)과, 인버터 회로(2)의 출력에 접속되는, 유도 코일(5) 및 유도 코일(5)에 근접 배치되는 무전극 방전등(6)으로 이루어지는 부하(負荷)(3)와, 무전극 방전등(6)의 출력 전력을 목표치에 대략 일정화시키도록 동작주파수 제어를 행하는 전류제어수단(17)으로 구성된다.

직류전원(1)은 정류(整流)용 다이오드 브릿지(diode bridge)(DB)와 스위칭 소자(Q6), 인덕터(L10), 다이오드(D10), 제어회로(10) 및 평활용(平滑用) 컨덴서(C10)로 이루어지는 승압(昇壓) 초퍼회로(chopper circuit)로 구성된다. 인버터 회로(2)는 스위칭 소자(Q3, Q4), 공진회로의 구성요소인 인덕터(L_S), 컨덴서(C_P, C_s)로 구성된다. 무전극 방전등(無電極放電燈)(6)은 투명한 구(球) 형상으로 유리 벌브(bulb) 또는 내면에 형광체가 도포(塗布)된 구 형상의 유리 벌브(bulb) 내에 불활성 기체, 금속 증기 등의 방전 가스(예를 들면, 수은 및 희(希)가스)가 봉입되고, 유도 코일(5)이 근접 배치되고 있다. 이 유도 코일(5)에 대해서 인버터 회로(2)는 수십 kHz부터 수 MHz의 고주파 전류를 흐르게 함으로써, 유도 코일(5)에 고주파 전자계를 발생시켜서 무전극 방전등(6)에 고주파전력를 공급한다. 이에 따라, 무전극 방전등(6) 내에 고주파 플라즈마 전류를 발생시켜서 자외선 또는 가시광을 발생시키도록 되어 있다.

또한, 구동회로(11)는, 도 2에 나타난 바와 같이, 정전압원(定電壓源)(Es), 전압제어발진기(VCO), 저항(R10, R11)으로 구성된다. 전압제어발진기(VCO)의 입력단자(V1)에는, 정전압원(Es)의 출력전압이 저항(R10, R11)에서 분압되어 공급되고 있고, 그 분압점으로부터의 싱크(sink)전류 Io에 따라 발진주파수가 변화한다. 전압제어발진기(VCO)의 입력단자(VI)에는 싱크전류 Io에 따른 전압이 입력되고, 전압제어발진기(VCO)는 그것에 따른 동작주파수(finv)에서 Hout단자와 H-GND단자 간, Lout단자와 L-GND단자 간에, 서로 위상이 약 180° 어긋난 스위칭 소자(Q3, Q4)에 대한 구형파 형상의 구동신호를 출력한다.

전압제어수단(13)은, 연산증폭기(Operational Amplifier)(Q1), 저항(R1), 컨덴서(C1)로 이루어지는 적분회로(積分回路), 컨덴서(C1)의 전하방전용 스위치(SW0) 등으로 구성된다

전류제어수단(17)은, 연산증폭기(Q9), 저항(R10), 컨덴서(C11)로 이루어지는 적분회로, 기준전압을 만들기 위한 저항(R5, R6) 등으로 구성되고, 인버터 회로(2)의 공진전류를 검출하는 저항(Rd)으로부터의 신호를 차동증폭(差動增幅)한다.

구동회로(11)는 그 입력단자(VI)로부터 전압제어수단(13), 전류제어수단(17) 및 가변저항(VR)으로 흐르는 싱크전류(Isw, Ifb 및 Ivr의 합(=Io))에 따라 동작주파수를 가변시킨다.

가변저항(VR)은, 인버터 회로(2), 부하(3)에 의한 공진회로나, 구동회로(11) 등의 회로부품의 불균일 흡수를 행하고, 전압제어수단(13)에 의한 주파수 스위프(sweep) 제어(후술)를 행할 때, 적당한 주파수 가변 범위를 설정하고, 안정한 시동점등(始動點燈)을 행할 수 있도록 조정된다. 동작에 대해서 도 4, 도 7을 이용해서 설명한다. 또한, 도 4 및 도 7에 있어서, 부호 a(실선)는 부하 임피던스 변화가 있는 것을 표시하고, 부호 b(파선)는 부하 임피던스 변화가 없는 것을 표시한다. 스위치(SW0)가 ON에서 OFF로 절환(切換)되면, 전압제어수단(13)은 직류전압(E1)으로부터의 전력공급을 받아서 저항(R1)을 통해서 콘덴서(C1)를 충전하고, 컨덴서(C1)의 양단전압(兩端電壓)(VC1)을 연산증폭기(Q1)의 비반전(非反轉) 입력단자(入力端子)에 인가하고, 컨덴서(C1)의 양단전압(兩端電壓)(VC1)에 따라 전압(VI)을 가변시켜 구동회로(11)의 주파수 스위프(sweep) 제어(시점 주파수(fs)→ 종점 주파수(fe))를 행한다.

지금, 구동회로(11)의 입력전압(VI)과 동작주파수(finv)의 관계가 도 3의 경향으로 설정되어 있도록 하면, 전압 VC1이 증가할 때, 싱크전류 Io(=Isw)는 감소하기 때문에 전압 VI은 증가하고, 그 결과, 동작주파수(finv)가 서서히 저하하기 때문에, 동작주파수(finv)와 전압 Vcoil의 관계가 도 7에 나타난 바와 같은 경우, 전압 Vcoil은 서서히 증가한다. 그리고, 이 주파수 스위프의 동안에 무전극 방전등(6)이 점호 시동에 최소한 필요한 전압을 넘을 수 있도록 설계되기 때문에 어느 동작주파수(finv(=fi))에서 무전극 방전등(6)이 점등하고, 곧 전압 Vcoil은 저하하며, 도면 내의 점등시측(点燈時側)의 곡선상으로 이동한다.

또한, 주파수 스위프 제어의 동안, 인버터 회로(2)의 공진전류는 초기상태(≒0)로부터 증가하기 때문에, 연산증폭기 Q9의 출력은 초기상태의 고전압으로부터 감소하지만, 적분회로의 저항(R10), 컨덴서(C11)의 작용에 의해 연산증폭기 Q9는 차동증폭회로 동작에 지연시간을 발생시키고 있다. 따라서, 연산증폭기 Q9의 출력(Vout)이 구동회로(11)의 입력단자의 전압(V1)과 비교해서 고전압인 동안은, 구동회로(11)로부터의 싱크전류 Ifb는 거의 0이 되고, 마스크 동작이 행해지고, 전류 Io≒Isw+Ivr이 되므로, 구동회로(11)의 동작주파수는 전압제어수단(13)의 출력에 거의 지배된다.

그 후, 시간 t=t2에서 무전극 방전등(6)이 점등한 후, 전압 VC1이 일정치가 될 때까지 동작주파수가 가변하고, 그 때, 도 7에 의한 동작주파수가 fi에서 점등한 후, 종점의 주파수인 fe까지 변화한다. 그러나, 연산증폭기 Q9의 출력(Vout)의 저감에 의해, 시간 t>t3에서는 연산증폭기 Q9가 부귀환의 피드백 동작을 행하고, 전류 Ifb가 흘러나가면, 동작주파수(finv)는 증가하고, 저항 R5, R6에 의해 결정되는 기준전압에 의해 설정된 소망의 인버터 회로(2)의 공진전류가 될 때까지 주파수 제어되고, 어느 주파수 fx로 떨어지게 된다. 이와 같은 피드백 제어에 의해 인버터 회로(2)의 출력전력을 소망의 값으로 대략 일정화하는 것이 가능하게 된다.

또한, 부하(3)로서는 도 12에 나타난 바와 같이, 필라멘트(F1, F2)를 가지는 방전등(형광등)(FL), 컨덴서(C20)로 이루어지는 구성 등, 다른 방전등이어도 관계없이 동일한 동작을 행한다.

특히, 무전극 방전등 부하의 경우, 점호시동시는 인덕터 부하이기 때문에, 유전극 형광등 등, 다른 광원과 비교해서 시동시에 큰 전압, 전력을 필요로 한다. 따라서, 안정한 시동, 점등을 행하기 위해서는 인버터 회로(2)의 공진회로의 Q도 높게 설정할 필요가 있다. 그러나, 특히 주위온도 변화나 무전극 방전등(6)의 주위에 금속 하우징(housing) 접근 등, 인버터 회로(2)의 부하 임피던스 변동 요인이 있으면, 전압 Vcoil도 크게 변화하고, 안정시동, 점등을 행하는 것이 곤란하게 된다. 따라서 주파수 스위프에 의한 시동을 행하면, 부하 임피던스 변동의 영향을 어느 정도, 흡수 가능하기 위한 안정 시동, 점등을 할 수 있고, 이에 의해 주파수 스위프에 의한 시동은 특히 무전극 방전등 부하의 경우에 유효하다고 말할 수 있다.

특허문헌의 특개 2005-63862호 공보에는, 무전극 방전등 부하의 주파수 스위프에 의한 시동이 개시되어 있고, 실제의 공진주파수보다도 높은 주파수부터 공진주파수를 향하여 주파수를 스위프하는 것에 의해 부품정수(部品定數)가 변화해도 충분한 전압을 인가해서 시동성을 향상시키는 구성이 개시되어 있다.

그러나, 이렇게 인버터 회로(2)나 부하(負荷)(3)에 있어서 공진회로를 포함하고, 그 공진특성을 이용해서 동작주파수 제어에 의해 방전등(放電燈)에 전력을 공급하여 시동, 점등을 행하는 경우에서는, 인버터 회로(2)나 부하(負荷)(3)의 임피던스가 변화하면, 포함된 공진회로의 공진출력도 변화하고, 방전등에 충분한 전력이 공급되지 않아, 꺼지는 일이 발생하는 등에 의해 안전한 시동(始動), 점등(點燈)을 실행할 수 없게 되는 문제가 있다. 이러한 임피던스가 변화하는 요인으로서는, 주위온도변화, 회로소자정수의 불균일이나 경시(經時)변화, 금속 하우징(housing)의 부하(負荷)(3)로의 근접 등이 있다.

특히, 부하(3)로서 무전극 방전등(6)을 사용한 경우, 금속 하우징(housing)의 근접에 의해 임피던스 변화가 현저하게 일어난다. 도 6에 무전극 방전등(6)을 이용한 다운라이트(down light) 기구의 일례를 도시하고 있다. 다운라이트(down light) 기구는 반사판(30)에 의해서 무전극 방전등(6)이 덮여져 있지만, 반사판(30)이 특히 금속제와 같이, 고전도율의 것인 경우, 유도 코일(5)로부터의 전자유도에 의한 유도전류(31)가 반사판(30) 상에서 루프 형상으로 흐르게 된다. 따라서, 반사판(30)에 의한 인덕터 성분이 발생하므로, 등가회로에서는 유도코일(5)에 인덕터가 병력 접속된 것이 된다. 그 결과, 도 7에 나타난 바와 같이 시동시, 점등시의 공진곡선이, 다운라이트 기구와 같은 금속 하우징(housing)이 존재하지 않는 경우와 비교해서 고주파 측으로 이동한다.

도 7의 부하임피던스 변화가 있는(실선, 부호 a로 표시) 경우, 무전극 방전등(6)의 점등 후에도, 컨덴서 C1이 만충전이 되어 전압 VC1이 일정치가 될 때까지 변화하기 때문에, 종점 주파수(fe)까지 변화한다. 그러나 공진곡선이 고주파 측으로 어긋나 있는 부분, 점등시 공진곡선의 피크를 넘어, 또한 출력전압 Vcoil이 저감하는 영역까지 주파수 이동이 행해진다. 그 결과, 종점 주파수(fe)가 점등시 공진곡선의 피크보다 저주파수가 되지만, 이 영역에서는, 동작주파수와 출력전력(또는 인덕터 회로(2)의 공진전류)의 증감관계에 의해, 전류제어수단(17)의 연산증폭기(Q9)를 이용한 부귀환피드백 동작에 의한 동작주파수 제어가 기능하지 않게 된다. 그 때문에, 출력전력이 소망의 값이 되지 않거나, 무전극 방전등(6)이 꺼져버리는 문제가 있다.

이것을 회피하는 한가지 방법으로서, 금속 하우징(housing)에 둘러싸인 기구에 장착한 상태에서 종점 주파수(fe)의 조정을 행하는 것을 고려해볼 수 있지만, 종류가 많고 다양한 기구에 대응시키기 위해, 그 각각의 경우에 대해서 조정을 행할 필요가 있고, 상당한 노력이나 비용이 소모되고, 현실적이지 않다.

본 발명은 상술한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은 방전등의 부하 임피던스가 변동한 경우에도 안정해서 시동, 점등시킬 수 있는 방전등 점등장치 및 그 조명기구를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 관련되는 방전등 점등장치(放電燈點燈裝置)는, 도 8에 나타난 바와 같이, 직류전원(1)으로부터의 전력공급을 받아 교류전압 Vcoil을 출력하는 적어도 스위칭 소자(Q3, Q4) 및 공진회로(Ls, Cp, Cs)를 포함하는 전력 변환회로(인버터 회로(2))와, 상기 스위칭 소자(Q3, Q4)를 구동하는 구동회로(11)와, 상기 전력변환회로의 출력에 접속되어 적어도 방전등(6)이 접속되는 부하회로(3)와, 상기 방전등(6)을 시동점등시키기 위한 상기 전력변환회로의 출력을 서서히 증가시키도록 상기 구동회로(11)의 동작주파수(finv)를 스위프하는 제1주파수제어회로(13)와, 상기 방전등(6)의 시동점등 후, 상기 공진회로에 흐르는 전류에 의해 상기 전력변환회로의 출력전력을 검출하고, 상기 출력전력이 목표치가 되도록 상기 구동회로(11)의 동작주파수 제어를 행하는 제2주파수제어회로(17)와, 상기 전력교환회로의 출력을 검출하는 것으로 상기 방전등(6)의 점등 검출을 행하는 점등검출회로(14)로 구성되는 방전등 점등장치에 있어서, 상기 제1주파수제어회로(13)는, 상기 점등검출회로(14)에 의한 점등검출시에, 상기 출력전력이 상기 목표치보다 작은 경우에는, 상기 점등검출 직후의 동작주파수로 유지하는 유지수단(16)을 가지는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 제1주파수제어회로는, 점등검출의 때, 출력전력이 목표치보다 작은 경우에는, 점등검출 직후의 동작주파수로 유지하는 유지수단을 가지므로, 방전등의 부하 임피던스가 변동했을 경우에도 안정하게 시동, 점등시킬 수 있는 효과가 있다.

[도 1] 도 1은, 종래예의 구성을 나타내는 회로도이다.
[도 2] 도 2는, 종래예의 요부(要部) 구성을 나타내는 회로도이다.
[도 3] 도 3은, 종래예의 발진주파수의 특성도이다.
[도 4] 도 4는, 종래예의 시동시(始動時)의 동작설명을 위한 파형도이다.
[도 5] 도 5는, 종래예의 시동시(始動時)의 동작설명을 위한 파형도이다.
[도 6] 도 6은, 종래예의 과제를 설명하기 위한 기구 구성을 나타내는 사시도이다.
[도 7] 도 7은, 종래예의 과제를 설명하기 위한 공진곡선을 나타내는 특성도이다.
[도 8] 도 8은, 본 발명의 실시형태 1의 구성을 나타내는 회로도이다.
[도 9] 도 9는, 본 발명의 실시형태 1의 공진특성을 나타내는 특성도이다.
[도 10] 도 10은, 본 발명의 실시형태 1의 동작 파형도이다.
[도 11] 도 11은, 종래예의 과제를 설명하기 위한 출력 특성도이다.
[도 12] 도 12는, 본 발명의 부하구성의 다른 일례를 나타내는 회로도이다.
[도 13] 도 13은, 본 발명의 실시형태 2의 구성을 나타내는 회로도이다.
[도 14] 도 14는, 본 발명의 실시형태 3의 구성을 나타내는 회로도이다.
[도 15] 도 15는, 본 발명의 실시형태 3의 동작 파형도이다.
[도 16] 도 16은, 본 발명의 실시형태 4의 구성을 나타내는 회로도이다.
[도 17] 도 17은, 본 발명의 실시형태 5의 구성을 나타내는 회로도이다.
[도 18] 도 18은, 본 발명의 실시형태 5의 동작 파형도이다.
[도 19] 도 19는, 본 발명의 실시형태 5의 동작 파형도이다.
[도 20] 도 20은, 본 발명의 실시형태 6의 구성을 나타내는 회로도이다.
[도 21] 도 21은, 본 발명의 실시형태 6의 동작 파형도이다.
[도 22] 도 22는, 본 발명의 실시형태 6의 동작 파형도이다.
[도 23] 도 23은, 본 발명의 실시형태 7의 구성을 나타내는 회로도이다.
[도 24] 도 24는, 본 발명의 실시형태 7의 동작 파형도이다.
[도 25] 도 25는, 본 발명의 실시형태 7의 동작 파형도이다.
[도 26] 도 26은, 본 발명의 실시형태 8의 구성을 나타내는 회로도이다.
[도 27] 도 27은, 본 발명의 실시형태 9의 점등시의 공진곡선을 나타내는 특성도이다.
[도 28] 도 28은, 본 발명의 실시형태 10의 가로등(街路燈)의 일부를 파단(破斷)시킨 정면도이다.
[도 29] 도 29는, 본 발명의 실시형태 10의 방범등(防犯燈)의 측면도이다.

(실시형태 1)

본 실시형태의 구성에 대해서 도 8에 나타나 있다. 종래예와 동일한 구성, 동작 및 효과에 대해서는 설명을 생략한다. 종래예(도 1)와의 상이점은, 무전극 방전등(6)의 점등(點燈)을 검출하는 점등검출회로(14)을 가지며, 또한, 전압제어수단(13)에 있어서 주파수 스위프 제어를 행하는 것으로 무전극 방전등(6)의 점등이 검출된 경우에, 곧 주파수 스위프 제어를 정지하고, 동작주파수(finv)를 유지하는 유지회로(16)를 가지며, 또한 가변저항(VR)을 가지고 있지 않는 것이다. 또한, 주파수 스위프 개시의 트리거 신호인 시동신호(Vst)에 의해 스위치 SW0의 ON, OFF가 절환되고 있고, 또한 이 시동신호(Vst)는 점등검출회로(14)에도 입력되고 있다.

점등검출회로(14)는, 고주파전압(Vcoil)을 분압(分壓) 및 정류(整流) 평활(平滑)하는 회로, 주파수 스위프 제어의 트리거를 주는 시동(始動)신호(Vst)를 소정 기간 유지하는 컨덴서 C12, 주파수 스위프 제어 중에 고주파 전압 Vcoil이 소정치를 초과한 경우를 검출하는 연산증폭기 Q2, 연산증폭기 Q2의 출력을 받아서 컨덴서 C12를 방전시키는 스위치 SW1, OR회로를 구성하는 다이오드 D4, D5, 입력신호를 논리 반전하는 반전회로 Q5 등으로 구성되어 있다. 또한, 유지회로(16)는, 컨덴서 C1, 다이오드 D1, D2로 구성된다.

동작에 대해서 도 8 내지 도 10에 의해 설명한다. 도 9에 나타난 바와 같이, A: 주파수 스위프 제어, B: 무전극 방전등(6)의 점등, C: 점등 직후의 동작주파수(finv)로 유지, D: 인버터 회로(2)의 출력전력이 소망치가 되도록 동작주파수(finv)를 제어, 라고 하는 4개의 동작으로 분류된다.

<동작 A, B>

도 10에 의하면, 시동신호(Vst)가 H레벨로부터 L레벨로 변화하는 것에 의해 스위치(SW0)가 ON으로부터 OFF로 변화하고, 주파수 스위프 제어가 개시되지만, 시동신호 Vst가 H레벨이 되고 있는 동안(시간 t≤t1), 컨덴서 C12도 소정전압에 충전되어 있고, 그 전압 V(C12)는 H레벨이 되어 있다.

시간 t=t1 이후, 주파수 스위프 제어에 의해 고주파전압 Vcoil은 서서히 증가하고, 소정 전압 Vth을 넘으면 연산증폭기 Q2의 출력전압 Vout(Q2)은 H레벨이 된다(시간 t=t2~t3).

여기서, 시간 t1~t2의 기간, 시동신호(Vst)는 L레벨이 되고 있지만, 역류방지용의 다이오드(D3)에 의해 전압 V(C12)는 H레벨을 유지하고 있고, 그 결과, 전압 V(C12)와 전압 V(Q2)의 논리합이 되는 전압 Vd1은 시간 t≤t3의 기간 H레벨을 유지한다.

또한, 전압 V(Q2)가 L레벨로부터 H레벨로 변화하는 것에 의해 스위치 SW1은 OFF로부터 ON으로 변화하기 때문에 컨덴서(C12)에 충전된 전하는 방전하고, 전압 V(C12)는 H레벨로부터 L레벨로 변화한다. 또한 무전극 방전등(6)의 점등 후, 임피던스 변화에 의해 고주파전압 Vcoil이 저하했을 때, 연산증폭기(Q2)의 출력전압 V(Q2)가 H레벨로부터 L레벨로 변화하도록 설정하는 것에 의해 무전극 방전등(6)의 점등을 경계로 해서, 전압 Vd1을 H레벨로부터 L레벨로 변화시키는 것이 가능하게 된다. 따라서 반전회로(Q5)의 작용에 의해 점등검출회로(14)의 출력전압 Vd2는, 무전극 방전등(6)이 점등하는 것에 의해 L레벨로부터 H레벨로 변화한다.

<동작 C>

점등검출회로(14)에 의한 무전극 방전등(6)의 점등검출 직후, 전압 Vd2가 L레벨로부터 H레벨로 변화하는 것에 의해, 다이오드 D1의 애노드(anode)단자 측의 전위가 캐소드(cathode)단자 측보다 낮아지게 되고, 직류전원(E1)으로부터 컨덴서 C1으로의 충전이 정지하고, 역류방지용 다이오드 D1의 작용에 의해 양단전압 VC1은 일정치로 유지되는 것에 의해, 점등검출 직후의 동작주파수(finv)로 유지되게 된다.

<동작 D>

무전극 방전등(6)의 점등검출 후, 인버터 회로(2)의 출력전력이 소망의 값을 넘는 경우에만, 전류제어수단(17)에 의한 동작주파수(finv)의 제어를 행하고, 출력전력을 소망의 값으로 거의 일정화시킨다. 출력전력이 소망의 값을 만족하지 않는 경우는 점등검출 직후의 동작주파수(finv)로 유지를 계속한다.

예를 들면, 도 11에 동작주파수(finv)에 대한 인버터 회로(2)의 출력전력(Wout)의 특성으로, 전류제어수단(17)이 없는 경우의 예를 나타내지만, 방전등 온도를 저하시키면 곡선이 저출력 측으로 이행할 수 있으며(도 11에 있어서, 부호 a로 나타낸 화살표는 방전등 온도가 저하하는 방향을 나타낸다), 그 결과, 소망의 출력전력(=Wtg)을 초과하고 있는 동작주파수 범위가 좁아지게 되거나, 또는 완전히 없어지거나 할 가능성이 있다. 따라서 저온에서 점등 직후에 출력전력 Wout<Wtg가 되고 있었던 경우에도, 점등검출 직후의 동작주파수(finv)로 유지해서 점등시키고, 그 후, 방전등 온도가 증가해서 출력전력 Wout>Wtg가 되었을 경우에 전류제어수단(17)에 의한 피드백 제어를 행하면, 출력전력을 소망의 값으로 거의 일정하게 제어하는 것이 가능하게 된다.

이상에 서술한 A~D의 동작에 의해 방전등의 부하 임피던스가 변동했을 경우에도 안정하게 시동, 점등시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 상술의 제어를 실시하는 것에 의해 주파수 스위프 제어에 있어서의 종점주파수(fe)의 시동동작에 대한 영향도가 완화되기 때문에, 종래 불균일 흡수를 실시하기 위해 사용되었던 가변저항(VR)도 생략 가능하게 되는 효과가 있다.

또한, 본 실시형태 1의 동작은, 도 12에 나타난 바와 같이, 부하(3)로서는, 필라멘트(F1, F2)를 가지는 방전등(형광등)(FL), 컨덴서(C20)로 이루어지는 구성 등, 다른 방전등이어도 상관없이 동일한 효과가 있다.

또한, 편의상, 유지하는 동작주파수(finv)는 점등검출 직후의 동작주파수(finv) 근방에 있으면 지장 없는 레벨로 저주파 측으로 변이(變移)시켜도 무방하다.

(실시형태 2)

본 실시형태의 구성에 대해서 도 13에 도시되어 있다. 실시형태 1과 동일한 구성, 동작 및 효과에 대해서는 설명을 생략한다. 실시형태 1과의 상이점은, 유지회로(16)는 점등 직후의 동작주파수(finv)를 디지털 데이터로서 기억시켜 두는 점이며, 마이크로프로세서 MPU(19), 메모리(18), 아날로그 전압을 디지털 데이터로 변환하는 A/D 변환기(21), 디지털 데이터를 아날로그 전압으로 변환하는 D/A 변환기(20) 등으로 구성된다.

동작에 대해서 설명한다. 점등검출회로(14)의 출력전압 Vd2는, 무전극 방전등(6)이 점등하는 것에 의해 L레벨로부터 H레벨로 변화하고, 그것을 트리거(trigger)로서 마이크로 프로세서 MPU(19)의 작용에 의해, 컨덴서 C1의 양단전압 VC1을 A/D 변환기(21)를 통해서 메모리(18)에 디지털 데이터로서 기억시키고, 유지한다. 또한, 그 기억데이터를 D/A 변환기(20)를 통해서 아날로그 전압치로 되돌려 컨덴서 C1에 인가시킨다. 즉, 컨덴서 C1의 양단전압 VC1은 점등 직후의 전압치로 유지 가능하게 되고, 그 점에서 동작주파수(finv)로 유지된다. 실시형태 1의 경우(컨덴서 C1 양단의 아날로그 전압치에 의한 유지)와 비교해서 장시간의 유지가 가능하게 되는 효과가 있다.

(실시형태 3)

본 실시형태의 구성에 대해서 도 14에 나타나 있다. 실시형태 2와 동일한 구성, 동작 및 효과에 대해서는 설명을 생략한다. 실시형태 2와의 상이점은, 유지회로(16)로서 발진회로(24), 바이너리 카운터(binary counter)(22)(예를 들면 CMOS IC:4024), D/A 변환기(23) 등을 이용하고 있는 점이며, 발진회로(24)는 슈미트 트리거(schmitt trigger) 인버터 Q10(예를 들면 CMOS IC:74HC14), 컨덴서 C13, 저항 R11로 구성되며, 슈미트트리거 인버터 Q10의 입력문턱치전압의 히스테리스 특성을 이용해서 구형파 모양의 전압의 발진을 행한다. 발진 주파수는 컨덴서 C13, 저항 R11의 시정수와 히스테리시스 폭으로 결정한다.

동작에 대해서 도 15를 이용해서 설명한다. 시동신호(Vst)가 H레벨로부터 L레벨로 변화하는(시간 t=t1) 것을 받아서, 바이너리 카운터(22)의 리셋이 해제되고, 발진회로(24)의 출력전압 Vosc가 바이너리 카운터(22)에 인가되며, 카운트 동작을 개시한다. 바이너리 카운터(22)의 출력은, D/A 변환기(23), 컨덴서 C1을 경유해서 아날로그 전압으로 변환되고, 전압 VC1을 서서히 증가시키는 것에 의해 주파수 스위프 동작이 행해진다.

점등검출회로(14)의 출력전압 Vd2은, 무전극 방전등(6)이 점등하는 것에 의해 L레벨로부터 H레벨로 변화하고, 그것을 트리거로서 스위치 SW0를 OFF→ON으로 변화시키며, 발진회로(24)의 발진동작을 정지시킨다. 그 결과, 카운트 동작이 정지하기 때문에 D/A 변환기(23)의 출력전압은 유지되고, 컨덴서 C1의 양단전압 VC1은 점등 직후의 전압치로 유지 가능하게 되며, 그 점에서의 동작주파수(finv)로 유지된다. 즉 본 실시형태에서는 바이너리 카운터(22)에 의해 디지털 데이터로서 유지하고 있다.

본 실시형태에서는, 실시형태 2의 경우와 비교해서 마이크로 프로세서 MPU(19)를 사용하지 않고, 범용부품만으로 저비용으로 실현가능하게 된다는 효과가 있다.

(실시형태 4)

본 실시형태의 구성에 대해서 도 16에 도시되어 있다. 실시형태 1과 동일한 구성, 동작 및 효과에 대해서는 설명을 생략한다. 실시형태 1의 회로(도 8)와의 상이점은, 점등검출회로(14)는 출력전압 Vcoil의 검출전압을, 전압제어수단(13)의 연산증폭기 Q1의 일단자에 입력하고 있는 것이다. 따라서 연산증폭기 Q1의 +단자의 전압치 변화에 따르도록 피드백 제어하는 것에 의해, 출력전압 Vcoil이 어느 목표치에 접근하도록 주파수 스위프 제어하게 되고, 인버터 회로(2) 및 부하(3)로 구성되는 공진회로의, 무전극 방전등(6)의 시동시에 있어서의 공진특성의 기울기가 급해도, 서서히 출력전압 Vcoil이 상승하는 것으로, 출력전압 Vcoil의 초과 등도 억제할 수 있으므로, 안정하게 시동 동작을 실시할 수 있는 효과가 있다.

(실시형태 5)

본 실시형태의 구성에 대해서 도 17에 도시되어 있다. 실시형태 4와 동일한 구성, 동작 및 효과에 대해서는 설명을 생략한다. 실시형태 4의 회로(도 16)와의 상이점은, 전압제어수단(13)에 있어서 직류전압(E1)을 저항 R1, R21, R22에 의해 분압해서 연산증폭기 Q1의 +단자(전압 V+)에 입력한 구성으로 하고, 저항 R22, 스위치 SW1로 이루어지는 유지회로(16)를 가지며, 점등검출회로(14)에 의해 점등이 검출된 경우, 저항 R22에 병렬접속된 스위치 SW1를 도통시켜서, 전압 V+를 저감시키고 있는 것이다.

도 18, 도 19에 동작파형을 나타내었다. 통상의 경우, 출력전압 Vcoil의 분압이 있는 연산증폭기 Q1의 -단자의 전압 V-는, 무전극 방전등(6)의 점등 후는 임피던스 변화가 생겨서 저감해 버리기 때문에, 전압 V+보다 상대적으로 작게 되고, 연산증폭기 Q1의 출력전압 Vf는 다시 증가한다. 그러나, 무전극 방전등(6)에 금속 하우징(housing)이 근접한 경우 등, 임피던스 변화가 일어난 경우, 주파수 스위프의 종점주파수(fe)가 점등시 공진곡선의 피크보다 저주파수가 되는 일이 일어날 수 있다(도 4, 도 7 참조).

본 실시형태에서는, 무전극 방전등(6)의 점등 후, 전압 V-의 전압변화에 따르도록, 스위치 SW1의 ON에 의해 전압 V+를 저감함으로써, 전압 Vf를 유지하고, 동작주파수(finv)를 점등 직후의 값으로 유지하는 것이 가능하게 된다. 따라서 출력전압 Vcoil을 피드백 제어하는 경우에 있어서도 안정하게 시동, 점등이 가능하다는 효과가 있다.

(실시형태 6)

본 실시형태의 구성에 대해서 도 20에 도시되어 있다. 실시형태 5와 동일한 구성, 동작 및 효과에 대해서는 설명을 생략한다. 실시형태 5의 회로(도 17)와의 상이점은, 점등검출회로(14)로부터의 출력을 받아서 연산증폭기(Q1)의 -단자에 전압을 인가하는 유지회로(16)를 가지는 것이며, 유지회로(16)는 연산증폭기 Q7, 저항, 다이오드로 구성된다.

도 21, 도 22에 동작파형을 나타내었다. 무전극 방전등(6)의 점등 후, 전압 V+의 전압 변화에 따르도록 유지회로(16)를 통해서 전압 V-를 증가시키는 것에 의해서, 실시형태 5와 동일하게 전압 Vf를 유지하고, 동작주파수(finv)를 점등 직후의 값으로 유지하는 것이 가능하게 되고, 실시형태 5와 동일한 효과가 있다.

(실시형태 7)

본 실시형태의 구성에 대해서 도 23에 도시되어 있다. 실시형태 5와 동일한 구성, 동작 및 효과에 대해서는 설명을 생략한다. 실시형태 5의 회로(도 17)와의 상이점은, 점등검출회로(14)로부터의 입력을 받아서 구동회로(11)의 입력단자 측으로부터 전류(Iig)를 출력하는 유지회로(16)를 가지는 것이며, 유지회로(16)는 반전회로 Q8, 컨덴서, 저항으로 구성된다.

도 24, 도 25에 동작파형을 나타내었다. 무전극 방전등(6)의 점등 후, 반전회로 Q8의 출력이 H레벨로부터 L레벨로 변화하고, 전압 V+, V-의 차(差)에 의해서 생기는 전류 Isw의 저하를 보충하도록 유지회로(16)로부터 전류 Iig를 출력하는 것에 의해서 등가적으로 전압 Vf를 유지하고, 즉 동작주파수(finv)를 점등 직후의 값으로 유지하는 것이 가능하게 되며, 동일한 효과가 있다.

(실시형태 8)

본 실시형태의 구성에 대해서 도 26에 도시되어 있다. 실시형태 5와 동일한 구성, 동작 및 효과에 대해서는 설명을 생략한다. 실시형태 5의 회로(도 17)와의 상이점으로서, 전압제어수단(13)은 마이크로 프로세서인 MPU(19)와, 메모리(18), 아날로그 전압을 디지털 데이터로 변환하는 A/D 변환기(21), 디지털 데이터를 아날로그 전압으로 변환하는 D/A 변환기(20) 등으로 구성되어 있다. MPU(19)의 입력포트(I_1)는 시동신호(Vst)의 H/L을 판정하고 있고, 입력포트(I_2)는 점등검출회로(14)의 출력신호(Vd2)의 H/L을 판정하고 있다. 출력전압 Vcoil의 분압치는 A/D 변환기(21)를 통해서 디지털 데이터로 변환되어서 MPU(19)로 입력되고, MPU(19)로부터의 출력은 D/A 변환기(20)를 통해서 아날로그 전압치로서 구동회로(11)로 출력되고 있다. 또한 실시형태 5에서 설정되어 있었던 무전극 방전등(6)의 출력전력을 목표치로 거의 일정화하게 하도록 동작주파수 제어를 행하는 전류제어수단(17)의 기능을 전압제어수단(13)에서 겸용하고 있다. 마이크로 프로세서 MPU(19)를 이용해서 동일한 작용을 행하는 것이 가능하게 되고, 연산증폭기 등의 아날로그 부품을 사용하는 경우와 비교해서 동작주파수(finv)를 점등 직후의 값으로 유지하는 것이 보다 용이하고 정확하게 되며, 부품점수 삭감도 가능하게 되는 효과가 있다. 또한, 점등검출회로(14)의 기능을 전압제어수단(13)에서 겸용해서도 좋고, 또한 부품점수 삭감이 가능하게 된다.

(실시형태 9)

본 실시형태는 상술의 각 실시형태 1~8에 있어서, 무전극 방전등(6)은, 버퍼 가스(buffer gas)로서 적어도 크립톤(Kr)을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

무전극 방전등(6)의 점등시의 공진곡선을 도 27에 나타내었다. 무전극 방전등(6)에 봉입되는 불활성 기체로서, 크립톤(Kr)을 사용한 경우는, 아르곤(Ar)을 사용한 경우와 비교해서, 부하 임피던스가 보다 작아지거나, 공진곡선도 브로드하게 하는 것이 가능하므로, 동작주파수에 대한 출력전력의 감도도 저감할 수 있고, 전술의 각 실시형태 1~8에 나타낸 동작을 보다 확실하게, 안정하게 행할 수 있는 효과가 있다.

(실시형태 10)

상술의 실시형태 1~9의 방전등 점등장치는, 예를 들면, 도 28의 가로등(35), 도 29의 방범등(36), 또는 다운라이트(도 6) 등의 조명기구에 넓게 이용될 수 있고, 상술의 각 실시형태에서 서술한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

1 직류전원 2 인버터 회로
3 부하
5 유도 코일 6 무전극 방전등
10 제어회로
11 구동회로
13 제1주파수제어회로, 전압제어수단
14 전등검출회로 16 유지수단
17 전류제어수단 18 메모리
19 MPU 20, 23 D/A 변환기
21 A/D 변환기 22 바이너리 카운터
24 발진회로
30 반사판 31 유도전류
35 가로등 36 방범등
Q2 연산증폭기 finv 동작주파수

Claims

직류전원으로부터의 전력공급을 받아 교류전압을 출력하는, 적어도 스위칭 소자 및 공진회로를 포함하는 전력변환회로와,
상기 스위칭 소자를 구동하는 구동회로(驅動回路)와,
상기 전력변환회로의 출력에 접속되며 적어도 방전등(放電燈)이 접속되는 부하회로와,
상기 방전등을 시동(始動) 점등(點燈)시키기 위한 상기 전력변환회로의 출력을 서서히 증가시키도록 상기 구동회로의 동작주파수를 스위프(sweep)하는 제1의 주파수제어회로와,
상기 방전등의 시동 점등 후, 상기 공진회로에 흐르는 전류에 의해 상기 전력변환회로의 출력전력을 검출하고, 상기 출력전력이 목표치가 되도록 상기 구동회로의 동작주파수 제어를 행하는 제2의 주파수제어회로와,
상기 전력변환회로의 출력을 검출하는 것으로 상기 방전등의 점등검출을 행하는 점등검출회로로 구성되는 방전등 점등장치에 있어서,
상기 제1의 주파수제어회로는, 상기 점등검출회로에 의한 점등검출시에, 상기 출력전력이 상기 목표치보다 작은 경우에는, 상기 점등검출 직후의 동작주파수로 유지하는 유지수단을 가지는 것을 특징으로 하는 방전등 점등장치.
제1항에 있어서,
상기 유지수단은, 디지털 기억소자에 의해 상기 점등검출 직후의 동작주파수를 유지하는 것을 특징으로 하는 방전등 점등장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 점등검출회로는, 상기 전력변환회로의 출력의 저하를 검출하는 것으로 상기 방전등의 점등검출을 행하는 것을 특징으로 하는 방전등 점등장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1의 주파수제어회로는, 상기 전력변환회로의 출력을 검출하고, 피드백제어에 의해 목표출력이 되도록 상기 동작주파수의 스위프를 행하는 것을 특징으로 하는 방전등 점등장치.
제4항에 있어서,
상기 제1의 주파수제어회로는, 상기 피드백 제어를 행하기 위해 상기 전력변환회로의 출력의 검출치와, 상기 목표출력으로 하기 위한 목표치와의 차동증폭을 행하는 차동증폭회로를 가지며,
상기 차동증폭회로의 출력에 따라 상기 구동회로의 동작주파수 제어를 행하는 것과 동시에, 상기 유지수단은, 상기 점등검출시의 동작주파수가 유지되도록 상기 차동증폭회로의 출력을 유지하는 것을 특징으로 하는 방전등 점등장치.
제5항에 있어서,
상기 유지수단은, 상기 목표치를 가변하는 것에 의해 상기 차동증폭회로의 출력을 유지하는 것을 특징으로 하는 방전등 점등장치.
제5항에 있어서,
상기 유지수단은, 상기 검출치를 가변하는 것에 의해 상기 차동증폭회로의 출력을 유지하는 것을 특징으로 하는 방전등 점등장치.
제4항에 있어서,
상기 제1의 주파수제어회로는, 상기 피드백 제어를 행하기 위해 상기 출력변환회로의 출력의 검출치와, 상기 목표출력으로 하기 위한 목표치와의 차동증폭을 행하는 차동증폭회로를 가지며,
상기 차동증폭회로의 출력 및 상기 점등검출회로의 출력에 따라 상기 구동회로의 동작주파수 제어를 행하는 것과 동시에, 상기 유지수단은, 상기 점등검출시의 동작주파수가 유지되도록 상기 점등검출회로의 출력을 가변하는 것을 특징으로 하는 방전등 점등장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방전등은, 버퍼 가스(buffer gas)로서 적어도 크립톤(Kr)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방전등 점등장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부하는, 상기 전력변환회로의 출력에 접속되는 유도코일과, 상기 유도코일에 근접 배치되어 점등하는 벌브(bulb) 내에 방전가스를 투입한 무전극 방전등으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방전등 점등장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 방전등 점등장치를 구비한 조명기구.