| 【発明の名称】 |
放電灯点灯装置および照明装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】高橋 雄治
【氏名】北村 紀之
【氏名】加藤 剛
【氏名】孫 彦斌
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| 【要約】 |
【課題】漏れ電流成分を除去したランプ電流信号を検出でき、したがって、高周波発生装置の制御を適切に行える放電灯点灯装置およびこの放電灯点灯装置を用いた照明装置を提供すること。
【構成】ランプ電流検出手段１７およびランプ電圧検出手段１８の検出信号［Ｉｍ×sin(2πft)＋Ｉleak×cos(2πft)］と［Ｖｍ×sin(2πft) ］とを乗算器２０にて乗算した後、フィルタ回路２１により点灯周波数の２倍の周波数成分を除去するようにしている。これにより、前記漏れ電流成分［Ｉleak×cos(2πft)］は除去され、高周波発生装置１の出力制御のためのフィードバック信号としては実際に放電灯１２に流れている電流に基いたものとなる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波の共振電圧を出力して放電灯を点灯する高周波発生装置と；
放電灯のランプ電流を検出する電流検出手段と；
放電灯のランプ電圧を検出する電圧検出手段と；
電流検出手段の検出信号および電圧検出手段の検出信号の乗算を行い、乗算結果から点灯周波数の略２倍の周波数成分を除去した信号に応じて高周波発生装置の制御を行う制御装置と；
を具備していることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
高周波の共振電圧を出力して放電灯を点灯する高周波発生装置と；
放電灯のランプ電流を検出する電流検出手段と；
放電灯のランプ電圧を検出する電圧検出手段と；
電流検出手段の検出信号および電圧検出手段の検出信号の乗算を行い、乗算結果から点灯周波数の略２倍の周波数成分を除去した信号に応じて放電灯の点灯状態を検知する手段と；
を具備していることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記高周波発生装置は、直流電源装置、直流電源装置からの直流出力をスイッチングするスイッチング部およびスイッチング部のスイッチング出力を供給されて共振する共振回路部を有し、前記共振回路部の共振出力により前記放電灯を点灯するものであることを特徴とする請求項１または２記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
照明器具本体と；
照明器具本体に装着された放電灯と；
放電灯を始動点灯する請求項１ないし３のいずれか一記載の放電灯点灯装置と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯を高周波点灯する放電灯点灯装置およびこの放電灯点灯装置を用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電灯を高周波点灯するものにおいて、放電灯と並列的にランプ電圧検出手段、直列的にランプ電流検出手段を設けてランプ電圧やランプ電流を検出し、これらの検出信号により放電灯の点灯状態を検出したり、高周波発生装置の出力を負帰還制御したりするものが知られている。例えば、ランプ電流の有無に応じて放電灯の始動点灯を検知したり、ランプ電流を基準値と比較して光出力を一定化したりする。
【０００３】
一方、放電灯を高周波点灯すると、放電灯への給電線間や放電灯と照明器具との間等の浮遊容量を介する漏れ電流が放電灯をバイパスして流れることが知られている。この漏れ電流の割合が大きいと、前記ランプ電流検出手段にてランプ電流を検出しても、実際には放電灯の光出力には寄与していない漏れ電流も検出してしまい、光出力一定化のための負帰還制御を適正に行えないことがある。また、ランプ電流に応じて放電灯の状態を検知しようとする場合には、状態を正しく検知できなくなる虞がある。特に、調光点灯するものにあって、深く（暗く）調光した場合には、検出電流に占める漏れ電流の割合が相当大きくなり、実際に放電灯に流れているランプ電流による制御ができなくなることから、所望の光出力を得られなかったり、放電灯が立ち消えたりする問題が生じる。
【０００４】
放電灯を高周波点灯するものであって、漏れ電流による問題を対策するものとして、例えば特開平８‐２７３８８０号公報（特許文献１）の技術が提案されている。
【０００５】
特許文献１のものは、放電灯を２灯直列点灯する場合に非安定側の放電灯に対してインピーダンス要素を並列接続し、漏れ電流による光出力のアンバランスを解消しようとするものである。
【特許文献１】特開平８−２７３８８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のものは、光出力のアンバランスを解消する一手段を提供するものではあるが、ランプ電流検出の適正化すなわち漏れ電流成分の影響軽減化に関しては解決されていない。
【０００７】
以下、漏れ電流について、図４を用いてもう少し詳細に説明する。
【０００８】
図４は、従来装置における漏れ電流の流れる経路を説明する回路図である。図４において、４０は高周波発生装置、４１は放電灯、４２は照明器具、４３は電圧検出手段、４４は電流検出手段、さらに、４５〜４７は給電線間の浮遊容量、放電灯４１および照明器具４２間の浮遊容量を示している。
【０００９】
図４に示すように、実際に放電灯４１に流れるランプ電流ｉｌの他に、浮遊容量４５〜４７を介して放電灯４１をバイパスする漏れ電流ｉｌｅａｋが生じる。したがって、単にランプ電流検出手段４４を設けただけでは、これら漏れ電流ｉｌｅａｋもランプ電流として検出してしまうことになる。このような検出信号に応じて高周波発生装置４０の出力を例えば放電灯４１の光出力が一定化するように負帰還制御すると、実際のランプ電流ｉｌに嵩上げした電流信号で制御することになり、放電灯４１の光出力を少なくする方向に制御してしまうことになる。
【００１０】
本発明は、漏れ電流成分を除去したランプ電流信号を検出でき、したがって、高周波発生装置の制御を適切に行えたり、あるいは、放電灯の状態を適切に検知できたりする放電灯点灯装置およびこの放電灯点灯装置を用いた照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の放電灯点灯装置は、高周波の共振電圧を出力して放電灯を点灯する高周波発生装置と；放電灯のランプ電流を検出する電流検出手段と；放電灯のランプ電圧を検出する電圧検出手段と；電流検出手段の検出信号および電圧検出手段の検出信号の乗算を行い、乗算結果から点灯周波数の略２倍の周波数成分を除去した信号に応じて高周波発生装置の制御を行う制御装置と；を具備していることを特徴とする。
【００１２】
本発明および以下の各発明において、各構成および用語の意味は以下のものとする。
【００１３】
対象とする放電灯は、蛍光ランプ等の低圧水銀蒸気放電灯が好適であるが、高輝度放電灯に代表される高圧放電灯やその他の放電灯であってもよい。
【００１４】
高周波発生装置は、その具体構成を限定されるものではないが、代表的にはインバータを主として構成されるものである。インバータを主とした高周波発生装置は広く実用化されており、比較的安価で容易に採用し得る。インバータとしては、ハーフブリッジ形、フルブリッジ形、一石形、並列形等どのようなものでもよい。そして、高周波電力を放電灯に対して直接供給するもの、あるいはトランス等の絶縁手段を介して供給するもののいずれでもよい。また、高周波とは、数ｋＨｚ以上であるが、好ましくは可聴周波数以上であり、高周波雑音やスイッチング損失の点から数百ｋＨｚ以下である。
【００１５】
電流検出手段および電圧検出手段は、それぞれ適宜構成し得るものであるが、互いの検出信号の位相関係が明確になるよう、ある電位点を共通とする位置関係に設けるのが好ましい。さらに好ましくは、放電灯への一対の給電路の内の一方を安定電位側とし、この安定電位側に電流検出手段を設け、電流検出手段の一端側に自己の一端側を接続して放電灯と並列的に電圧検出手段を設けるのがよい。
【００１６】
制御装置は、電流検出手段の検出信号および電圧検出手段の検出信号の乗算を行い、乗算結果から点灯周波数の略２倍の周波数成分を除去した信号（取出し信号）に応じて高周波発生装置の制御を行うものであるが、その制御態様は、高周波発生装置の出力を停止するもの、出力一定化するもの、予め設定されたシーケンス制御するもの等のいずれであってもよい。
【００１７】
例えば、放電灯が点灯中に取出し信号が変動した場合には変動を解消するように負帰還制御すれば出力の一定化制御となる。また、放電灯が点灯中に取出し信号が有から無しに変化した場合には放電灯が何らかの異常（寿命等）により消灯したとみなして高周波発生装置の出力を停止することができる。さらに、放電灯の始動時に取出し信号が無から有に変化した場合には放電灯が始動したとみなして始動モードから点灯モードに切換えることかできる。
【００１８】
そして、このような制御装置は、ディスクリート部品で構成してもよいが、ＩＣ、マイコン、ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）等を主として構成することができる。ＩＣ、マイコン、ＤＳＰ等を用いて構成する場合、小形、軽量化の他、処理スピードが速いという利点がある。
【００１９】
また、「点灯周波数の略２倍」とは、２倍およびその前後のある範囲を許容することを意味しており、ある範囲とは実質的に漏れ電流成分による影響を除去できる範囲である。
【００２０】
請求項１記載の発明は、制御装置が電流検出手段の検出信号および電圧検出手段の検出信号の乗算を行い、乗算結果から高周波発生装置の点灯周波数の略２倍の周波数成分を除去する。高周波の共振電圧で点灯した場合、ランプ電圧とランプ電流との位相は同相であり、それぞれ次式のように表される。
【００２１】
ランプ電圧vｌ(t)＝Ｖｍ×sin(2πft)
【００２２】
ランプ電流iｌ(t)＝Ｉｍ×sin(2πft)
【００２３】
ただし、Ｖｍは電圧の振幅、Ｉｍは電流の振幅、fは点灯周波数
【００２４】
これに対して、漏れ電流は容量成分を介して流れるので、９０度進み電流となる。すなわち、漏れ電流ileak(t)＝Ｉleak×cos(2πft)で表される。
【００２５】
ランプ電流検出手段にて検出される電流は、iｌ(t)＋ileak(t)であり、これを電圧検出手段の信号v(t)と乗算すると、
【００２６】
Vｌ(t)×［iｌ(t)＋ileak(t)］
【００２７】
＝Ｖｍ×sin(2πft)×［Ｉｍ×sin(2πft)＋Ｉleak×cos(2πft)］
【００２８】
＝ＶｍＩｍsin(2πft) sin(2πft)＋ＶｍＩleak×sin(2πft) cos(2πft)
【００２９】
＝ＶｍＩｍ×sin(2πft) sin(2πft)＋ＶｍＩleak ×sin(2π(2f)t)/２
【００３０】
となる。
【００３１】
上式から明らかなように、漏れ電流成分は、乗算結果の中に点灯周波数の２倍の周波数成分として現れる。したがって、この２倍の周波数成分を除去すれば、漏れ電流成分を除去できる。
【００３２】
また、乗算結果の、ＶｍＩｍ×sin(2πft) sin(2πft)はランプ電圧、電流の振幅の積なのでランプ電力に対応する成分である。したがって、制御装置は、前記２倍の周波数成分を除去した残部であるランプ電力に対応する信号（取出し信号）にて高周波発生装置を制御することによって、漏れ電流に影響されずに所望の制御結果を得られる。
【００３３】
請求項２に記載の放電灯点灯装置は、高周波の共振電圧を出力して放電灯を点灯する高周波発生装置と；放電灯のランプ電流を検出する電流検出手段と；放電灯のランプ電圧を検出する電圧検出手段と；電流検出手段の検出信号および電圧検出手段の検出信号の乗算を行い、乗算結果から点灯周波数の略２倍の周波数成分を除去した信号に応じて放電灯の点灯状態を検知する手段と；を具備していることを特徴とする
【００３４】
本発明において、放電灯点灯装置の点灯状態を検知する手段は、請求項１記載の発明で説明したように検知結果に基いて高周波発生装置を制御してもよいし、検知結果を伝送したり、単に表示したりするようなものであってもよい。
【００３５】
請求項２記載の発明によれば、漏れ電流成分による影響を軽減して放電灯の状態を正しく検知することができる。
【００３６】
請求項３に記載の放電灯点灯装置は、請求項１または２に記載の発明において、前記高周波発生装置は、直流電源装置、直流電源装置からの直流出力をスイッチングするスイッチング部およびスイッチング部のスイッチング出力を供給されて共振する共振回路部を有し、前記共振回路部の共振出力により前記放電灯を点灯するものであることを特徴とする。
【００３７】
本発明において、直流電源装置は、バッテリ、太陽電池のようなものでも、交流電源の出力電圧を整流（必要に応じて平滑）するものでもよい。スイッチング部はバイポーラ形トランジスタ、電界効果形トランジスタ、あるいはその他のスイッチング素子を使用可能である。共振回路部は直列共振回路を形成するものでも、並列共振回路を形成するものでもよい。
【００３８】
請求項３記載の発明によれば、高周波発生装置として一般照明用に最も多く用いられている電子安定器をそのまま、あるいは一部を変更して使用できて、装置全体の構成の簡単化に好適である。
【００３９】
請求項４に記載の照明装置は、照明器具本体と；照明器具本体に装着された放電灯と；放電灯を始動点灯する請求項１ないし３のいずれか一に記載の放電灯点灯装置と；を具備していることを特徴とする。
【００４０】
本発明において照明装置は、屋外照明用、屋内照明用、一般照明用、表示用等のいずれでもよいし、その形状もどのようなものでもよい。また、放電灯点灯装置は、照明器具本体と一体または別体のいずれでもよい。
【００４１】
請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれか一に記載の発明と同様な作用の放電灯点灯装置を用いることにより、高周波発生装置の制御を実際に放電灯に流れている電流に基いて行うことができ、または、放電灯の状態を適切に検知することができる。
【００４２】
なお、本願明細書において、直列的、並列的の「的」とは、他の部品を介在させて直列または並列の場合および介在させないで直列または並列の場合の両方を含むことを意味する。
【発明の効果】
【００４３】
請求項１の発明によれば、簡単な構成で放電灯のランプ電流検出信号から漏れ電流成分を除去でき、放電灯に流れる実ランプ電流に基いて高周波発生装置を制御できる。
【００４４】
請求項２の発明によれば、放電灯の点灯状態を正確に検知できる。
【００４５】
請求項３の発明によれば、請求項１または２に記載の発明に加えて、高周波発生装置の構成を一層簡単化できる。
【００４６】
請求項４の発明によれば、高周波発生装置の制御を実際に放電灯に流れている電流に基いて行うこと、または、放電灯の状態を適切に検知することが可能な照明装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態を示す回路図である。
【００４８】
図１において、１は商用電源２から給電されて高周波電圧を出力する高周波発生装置である。この高周波発生装置１は、直流電源装置３、スイッチング部４および共振回路部５から構成されている。
【００４９】
直流電源装置３は、交流電圧を整流し、かつ、必要に応じて平滑するものであり、例えば整流回路と平滑コンデンサ、整流回路とアクティブフィルタ等から構成される。
【００５０】
スイッチング部４は、互いに直列接続され直流電源装置３の出力端間に接続された一対の電界効果形トランジスタ５、６およびこれら電界効果形トランジスタ６、７の駆動部８から構成されている。このようなスイッチング部４は、一対の電界効果形トランジスタ６、７が数十ｋＨｚの周波数で交互にオンオフを繰返して直流電源装置３の出力をスイッチングする。
【００５１】
共振回路部５は、共振用のインダクタ９、共振用のコンデンサ１０および直流カット用のコンデンサ１１を直列に含み、電界効果形トランジスタ６に対して並列的に接続されている。そして、放電灯１２は前記コンデンサ１０に並列に設けられている。前記インダクタ９は放電灯１２の限流インピーダンスを兼用し、前記コンデンサ１０はフィラメント予熱用および始動用インピーダンスを兼用している。なお、コンデンサ１０は本来高周波発生装置１の一部として図１の一点鎖線内に入れるべきであるが、作図上一点鎖線外に表している。
【００５２】
図１において、放電灯１２の右横に示しているのは、放電灯１２を装着している照明器具１３であって、模式的に表したものである。照明器具１３は接地、非接地のいずれであってもよい。
【００５３】
１４は放電灯１２への給電線間に存在する浮遊容量を代表的に示すものであり、１５、１６は放電灯１２と照明器具１３との間の浮遊容量を代表的に示すものである。
【００５４】
前記放電灯１２に対してランプ電流検出手段１７が直列に設けられている。図１においては、放電灯１２の一端側とスイッチング部４の安定電位側出力端（直流電源装置３の負出力端側）との間に介挿されている。また、放電灯１２に対して並列的にランプ電圧検出手段１８が設けられている。ランプ電流検出手段１７の一端とランプ電圧検出手段１８の一端とは、共通電位となるように接続されている。
【００５５】
そして、ランプ電流検出手段１７およびランプ電圧検出手段１８の出力は、それぞれ必要に応じて設けられるアナログ・デジタル変換器１９に入力され、アナログ・デジタル変換器１９からの各出力は、乗算器２０にて乗算される。
【００５６】
２１はフィルタ回路で、前記乗算器の出力から、高周波発生装置１による放電灯１２の点灯周波数すなわちスイッチング部４のスイッチング周波数の２倍の周波数成分を除去する。フィルタ回路２１の出力は平均値化回路２２にて平均値化されるようになっている。
【００５７】
２３は電圧・周波数変換器であって、前記平均値化回路２２の出力電圧の大きさに応じて出力周波数を変化させる。この電圧・周波数変換器２３の出力は、前記駆動部８およびフィルタ回路２１に入力されるようになっている。
【００５８】
本実施形態では、以上のアナログ・デジタル変換器１９、乗算器２０、フィルタ回路２１、平均値化回路２２および電圧・周波数変換器２３にて制御装置２４を形成している。しかし、制御装置２４としては、本実施形態の他各種の変形が可能である。特に、上述したようにＩＣ、マイコン、ＤＳＰ等を用いて構成する場合には、本実施形態で説明したような各機能を果たす構成が独立して存在する訳ではない。要するに、制御装置としては、具体構成を限定されるものではなく、本発明で特定された所要の機能を果たすものであればよい。
【００５９】
次に、本発明の第１の実施形態の作用を説明する。放電灯１２は高周波発生装置１の出力により始動、点灯し、ランプ電流はランプ電流検出手段１７により、ランプ電圧はランプ電圧検出手段１８により検出されて例えばランプ電力一定化制御される。
【００６０】
ここで、高周波発生装置１からの電流は、図４に示したように、その一部が給電線間の浮遊容量１４を介して流れる。また、他の一部が放電灯１２と照明器具１３との間の浮遊容量１５、１６を介して流れる。ランプ電流検出手段１７は、これらの放電灯１２をバイパスする電流も検出してしまう。すなわち、ランプ電流検出手段１７の検出信号は、ｉｌ＋ｉｌｅａｋであり、［Ｉｍ×sin(2πft)＋Ｉleak×cos(2πft)］である。
【００６１】
しかしながら、ランプ電流検出手段１７およびランプ電圧検出手段１８の検出信号［Ｖｍ×sin(2πft) ］を乗算器２０にて乗算した後、フィルタ回路２１により点灯周波数の２倍の周波数成分を除去するようにしている。要するに、前記漏れ電流成分［Ｉleak×cos(2πft)］は除去される。そして、この漏れ電流成分が除去された電圧は平均値化回路２２にて平均値化される。
【００６２】
電圧・周波数変換器２３は、平均値化回路２２の出力信号に応じて出力周波数を変化し、駆動部８に出力する。したがって、スイッチング部４のスイッチング周波数が変化される。スイッチング部４のスイッチング出力は共振回路部５に供給され、共振出力が変化する。
【００６３】
このため、高周波発生装置１の出力制御のためのフィードバック信号としては実際に放電灯１２に流れている電流に基いたものとなる。したがって、高精度な光出力の一定化を図ることが可能になったり、深く調光したような場合の立ち消え防止が可能になったりする。
【００６４】
また、電圧・周波数変換器２３の出力はフィルタ回路２１にも供給され、これによりフィルタ回路２１は実際の点灯周波数を認識することができる。
【００６５】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は本発明の第２の実施形態を示す回路図である。図２において図１のものと同じまたは対応する部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００６６】
本実施形態において、制御装置２４´は、平均値化回路２２からの出力と基準信号２５の値とを比較する誤差増幅器２６を有し、さらに、基準信号２５の値を外部からの調光信号（ＰＷＭ信号、直流電圧レベル信号等）に応じて変化させる調光制御装置２７を備えている。
【００６７】
本実施形態の作用は、外部からの調光信号に応じて調光制御装置２７が基準信号２５の値を変化させると、誤差増幅器２６の出力も基準信号２５の値に応じて変化する。したがって、電圧・周波数変換器２３の出力が変化して高周波発生装置１の出力を変化させることになり、放電灯１２を調光点灯する。
【００６８】
そして、図１と同様に、ランプ電力一定化制御を行っていれば、所望の調光レベルにおいて漏れ電流の影響を無くすか軽減して光出力の一定化を得られる。
【００６９】
その他の作用は、図１に関する説明から容易に理解されるので、説明を省略する。しかし、本実施形態においても、制御装置としては、具体構成を限定されるものではなく、本発明で特定された所要の機能を果たすものであればよい。
【００７０】
次に、本発明の照明装置の一実施形態を図３を参照して説明する。図３は本発明の照明装置の一実施形態を示す概略斜視図である。
【００７１】
図３において、３０は照明器具本体であり、本実施形態ではトラフ形の照明器具を構成するものである。照明器具本体３０には、一対のソケット３１、３１が取付けられており、このソケット３１、３１取付け面側を反射面３２としている。そして、一対のソケット３１、３１に放電灯である直管形の蛍光ランプ３３が装着されている。３４は照明器具本体３０内に内蔵され、前記蛍光ランプ３３を点灯する本発明による放電灯点灯装置である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す回路図
【図２】本発明の第２の実施形態を示す要部の回路図
【図３】本発明の照明装置の一実施形態を示す概略斜視図
【図４】従来装置における漏れ電流の流れる経路を説明する回路図
【符号の説明】
【００７３】
１…高周波発生装置、４…スイッチング部、５…共振回路部、１２…放電灯、１３…照明器具、１４〜１６…浮遊容量、１７…電流検出手段、１８…電圧検出手段、１９…アナログ・デジタル変換器、２０…乗算器、２１…フィルタ回路、２２…平均値化回路、２３…電圧・周波数変換器、２４…制御装置、３０…照明器具本体。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３７５７
【氏名又は名称】東芝ライテック株式会社
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| 【出願日】 |
平成１８年６月２７日（２００６．６．２７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１４２０８８
【弁理士】
【氏名又は名称】野木 新治
【識別番号】１００１４２６６４
【弁理士】
【氏名又は名称】熊谷 昌俊
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| 【公開番号】 |
特開２００８−１０１９９（Ｐ２００８−１０１９９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成２０年１月１７日（２００８．１．１７） |
| 【出願番号】 |
特願２００６−１７７０１９（Ｐ２００６−１７７０１９） |
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