CN1939100B - 高压放电灯照明设备和照明器材 - Google Patents

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Abstract

一种高压放电灯照明设备，能够调光至比由常规恒定电流控制实现的最低调光限度还要低的低光通量等级。该高压放电灯照明设备包括功率转换装置，其具有作为输入电源的DC电源，并且其在负载端处向高压放电灯提供AC功率，以最大程度地照亮该灯或者对该灯调光。确定功率转换装置的输出特性，从而使在调光越深则高压放电灯两端电压越大的范围内其输出电流随着其输出电压而增大。输出电流的增量与输出电压的增量之比通常恒定；替代地，调光越深，该比率越大。

Description

高压放电灯照明设备和照明器材
技术领域
本发明涉及一种高压放电灯照明设备和使用该照明设备的照明器材。 
背景技术
JP-A-2003-223997提出了一种具有深调光能力的高压放电灯照明设备。图22示出了灯两端电压Vla对灯功率的变化率。电路在由图中的虚线a、b表示的照明设备的输出特性和由粗实线c表示的灯特性的交叉点处工作。如果电路如此工作，则相对较高的输出调光范围(例如40％至100％)能够取得恒定电压特性，直到如图22中a所示灯两端电压Vla变为上升时，且对于由灯的个体差别和寿命引起的灯阻抗的波动能够获得粗略恒定的功率；在如图22中的b所示的灯两端的电压Vla变为上升处，电路在相对较低的输出调光范围(例如，40％或更少)以恒定电流特性工作，从而能够取得为灯特性的交叉点的工作点，不发生熄灭，能够执行稳定照明且能够扩大调光范围。 
图23示出了图22中的输出特性a和b的灯电流Ila的目标值。如上所述，灯电流Ila的目标值响应于输出特性a的调光区域中灯两端的电压Vla的增大而减小，由此执行粗略的恒定功率控制，且灯电流Ila的目标值响应于输出特性b的调光区域中灯两端电压Vla的增大而保持恒定，由此执行恒定电流控制。 
具有如JP-A-6-111987中所示的特性的放电灯照明设备同样是已知的，其用于扩大调光范围的目的。图24示出了该特性且示出了相对于放电灯照明设备的灯电流Ila的灯电压Vla。假设在灯电压Vla超过阈值Vth的瞬间电流指令值是X，如果进行调整从而输出低于X的电流指令值Y或Z，那么其在y点或z点处与放电灯的电压-电流曲线Q交叉，且照明状态依然能够保持。因此，当灯的电压Vla低于阈值Vth时，执行恒定功率调光，且在灯的电压Vla等于或大于阈值Vth的范围内执行恒定电流调光。这意味着对较小的亮度区域扩大了调光范围。
专利文献1：JP-A-2003-223997 
专利文献2：JP-A-6-111987 
发明内容
本发明所要解决的技术问题 
在专利文献1和2的技术中，为了与基于恒定功率的调光控制相比可靠地保持照明设备的输出特性和灯特性的工作点，照明设备具有恒定电流特性以将高压放电灯调光至低光通量等级。然而，例如，在假设定额照明时间是100％，具有20％或更小的照度率的较深调光区域内，如图22中的粗实线c所示，随着调光变得更深，灯电压急剧增大，且因此变得难以保持照明设备的工作点和灯特性，导致发生熄灭；这是一个缺陷。 
因此，本发明的一个目标是提供一种高压放电灯照明设备，该设备能够执行调光直到比相关技术例子中所述的通过执行恒定电流控制获得的调光下限的光通量等级更低的光通量等级。 
解决该技术问题的手段 
为了解决上述技术问题，根据本发明，提供一种高压放电灯照明设备，该设备包括用于向作为负载的高压放电灯DL提供AC功率的功率转换单元1，其利用DC电源E作为输入电源，用于执行完全照明或调光照明，如图2中所示，其中在高压放电灯DL两端电压随着调光的加深而增大的区域，功率转换单元1反馈对控制电路的灯电压作出响应的检测电压的成分，从而输出特性是响应于该功率转换单元1的输出电压的增大而增大该功率转换单元1的输出电流的特性，如图1(b) 中的特性BC1所示。 
本发明的优点 
根据本发明，低亮度照明能够在与相关技术中恒定电流控制相比更宽的范围内被稳定地执行。 
根据本发明，灯电流的变化量/灯电压的变化量保持恒定，由此能够便于控制。 
根据本发明，如果调光被加深，工作点被可靠提供，从而使低亮度照明能够在更宽的范围内被稳定地执行。 
根据本发明，在启动之后，从灯电压0V到工作点处的电压之间提供照明设备的输出特性，从而使例如低亮度调光启动能够被可靠地执行。 
根据本发明，在恒定电流控制和根据本发明的操作之间的切换点处的灯电压值响应于调光而变化，从而使低亮度区域的亮度调节能够容易进行。 
根据本发明，由于灯随着时间的变化，使调光下限附近的灯功率能够设为与初始时间处相同程度的功率。 
根据本发明，利用恒定功率控制、恒定功率控制和恒定电流控制的中间控制、恒定电流控制、以及本发明的低亮度照明时间控制的组合，能够在额定照明至调光下限的宽范围内执行平滑且连续的控制。 
根据本发明，能够便于控制，且控制能够通过简单的控制电路实现。 
根据本发明，参考微控制器的数据表，由此响应于灯电压等的控制操作切换电路变得不需要，且电路能够被简化。 
根据本发明，存储在微控制器的数据表中的数据量能够被减少。 
根据本发明，能够提供这样的照明器材：其能够调光直到比相关技术中等级更低的等级。 
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式的操作的特性图。 
图2是示出本发明的第一实施方式的电路结构例子的电路图。 
图3是示出本发明的第一实施方式的特定电路结构例子的电路图。 
图4是示出本发明的当利用低亮度照明控制执行高压放电灯的调光控制时提供的测量数据的特性图。 
图5是示出相关技术中当利用恒定电流控制来执行高压放电灯的调光控制时提供的测量数据的特性图。 
图6时示出本发明的第二实施方式的操作的特性图。 
图7是示出本发明的第三实施方式的操作的特性图。 
图8是示出本发明的第三实施方式的电路结构例子的电路图。 
图9是示出本发明的第四实施方式的操作的特性图。 
图10是示出本发明的第四实施方式的电路结构例子的电路图。 
图11是示出本发明的第四实施方式的另一电路结构例子的电路图。 
图12是示出本发明的第五实施方式的操作的特性图。 
图13是示出本发明的第五实施方式的电路结构例子的电路图。 
图14是示出本发明的第六实施方式的操作的特性图。 
图15是示出本发明的第六实施方式的操作的特性图。 
图16是示出本发明的第六实施方式的操作的特性图。 
图17是示出本发明的第六实施方式的电路结构例子的电路图。 
图18是示出本发明的照明设备的特定电路的另一例子的电路图。 
图19是示出本发明的照明设备的特定电路的另一例子的电路图。 
图20是示出本发明的照明设备的特定电路的不同例子的电路图。 
图21是示出利用本发明的照明设备的照明器材的外观的例子的透视图。 
图22是第一相关技术例子的特性图。 
图23是第一相关技术例子的操作简图。 
图24是第二相关技术例子的特性图。 
参考标记的描述 
E  DC电源 
1  功率转换单元 
2  调光器 
3  DC/DC转换单元 
4  DC/AC转换单元 
5  控制电路 
DL 高压放电灯 
具体实施方式
(第一实施方式) 
图1(a)和(b)示出了根据本发明的第一实施方式的放电灯照明设备的操作特性；图1(a)示出了灯功率W相对于灯电压V的曲线上的照明设备的输出特性和灯特性。在图中，所示的通过点a和b的实线LC表示灯特性，且所示的由实线和虚线组成的通过点A和B的线BC1表示根据该实施方式的照明设备的输出特性。为了比较起见，相关技术例子中所示的基于恒定电流控制的输出特性由虚线BC2表示。 
在灯特性LC中，如果调光从点a表示的额定照明被加深，即灯功 率W被减小，灯电压V变得大致恒定或者稍微减小。如果在尽管灯电压达到了一点(Vb)时仍然执行调光，那么灯电压在点b之后急剧增大。 
此时，由白色圆圈表示的照明设备的输出特性BC1和灯特性LC的交叉点CP变成灯的工作点。使照明设备的输出特性成为类似BC1的特性，由此灯特性LC和输出特性BC1的特性曲线垂直交叉，且因此工作点被可靠地提供，并且当调光进一步被加深时，同样变得易于保持工作点。因此，使得能够稳定地照亮直到深度调光。 
就此而言，在如相关技术例子中所示的恒定电流控制，即，由虚线BC2所示的输出特性方面，灯同样在灯特性LC和输出特性BC2的交叉点CP处工作；由于与上述的操作相比较，灯特性LC和输出特性BC2在斜率上相互接近，因此如果调光被进一步加深，则容易发生熄灭。 
图1(b)通过用灯电压V和灯电流I的曲线来替换图1(a)中的特性来提供，且示出了相应于图1(a)中的灯特性LC和输出特性BC1和BC2的灯特性LC和输出特性BC1和BC2。在图1(b)中同样可见输出特性BC1和灯特性LC垂直交叉，且工作点被可靠地提供。因此，使得能够稳定地照亮直到深度调光。 
如果图1(b)中的工作点的附近的斜率，即，(灯电流I的变化量/灯电压V的变化量)大致恒定，那么电路设计被简化。 
对于表示恒定电流控制的输出特性BC2，如果调光被进一步加深，那么特性斜率变成类似于灯特性LC的斜率，且因此工作点变得不稳定，并容易发生熄灭。 
图2示出了根据该实施方式的照明设备的电路结构。照明设备由 DC电源E、功率转换单元1、连接至该功率转换单元1的高压放电灯DL以及用于将调光信号传送至功率转换单元1的调光器2组成。 
功率转换单元1包括连接至DC电源E两端的DC/DC转换单元3、连接至DC/DC转换单元3的输出端的DC/AC转换单元4、以及用于执行DC/DC转换单元3的开关元件Q的开/关控制的控制电路5。 
控制电路5由用于检测流到高压放电灯DL的电流且输出当前灯电流值Ila的灯电流检测电路51、用于接收来自调光器2的信号且计算灯电流指令值Ila*的灯电流指令值计算电路52、以及用于将灯电流指令值Ila*和检测值Ila之差乘以α的增益电路53组成，且运行，从而通过基于对增益电路53的输出作出响应的脉冲宽度来打开/关闭DC/DC转换单元3的开关元件Q，使得灯电流指令值Ila*和检测值Ila大致相配。 
图3是更详细地示出图2中的结构的电路图。DC电源E由以下部分组成：AC电源Vs，由二极管D1、D2、D3和D4组成的二极管电桥DB，由电感L1、开关元件Q1、二极管D5和电解电容器C1组成的升压斩波电路，以及该升压斩波电路的控制电路6。该控制电路6检测电解电容器C1的电压并且控制开关元件Q1的打开/关闭。 
DC/DC转换单元3是由开关元件Q2、二极管D6、电感L2和电容器C2组成的降压斩波电路，并且用于检测灯电流的电阻器R0串连***降压斩波器的输出端的接地侧。控制电路5调整开关元件Q2的打开/关闭，由此在下一段的DC/AC转换电路4能够控制施加至高压放电灯DL的灯电流值。 
DC/AC转换单元4作为全桥型的倒相器来实现，其中开关元件Q3和Q4的串连电路与开关元件Q5和Q6的串连电路并联连接，且用于开启高压放电灯DL的点火器IG和高压放电灯DL的串连电路连接在 开关元件Q3和Q4的连接点与开关元件Q5和Q6的连接点之间。开关元件Q3、Q4、Q5和Q6根据从控制电路7的低频振荡器71通过驱动电路72输出的信号来打开/关闭，并且开关元件Q3和Q6打开且开关元件Q4和Q5关闭的状态与开关元件Q3和Q6关闭且开关元件Q4和Q5打开的状态以大约几个100Hz的频率交替重复。因此，流到高压放电灯DL的电流IDL变成为大约几个100Hz的矩形波。 
控制电路5由用于接收来自调光器2的信号并且输出灯电流指令值Ila*的灯电流指令值计算电路52、具有正接线端且灯电流指令值Ila* 输入该正接线端的运算放大器OP1、以及用于基于对运算放大器OP1的输出电平作出响应的脉冲宽度来控制开关元件Q2的打开/关闭的驱动电路54组成。从设在DC/DC转换单元3中的电阻器R0的一端检测到的灯电流Ila的信号通过电阻器R1输入到运算放大器OP1的负接线端，电阻器R2连接在运算放大器OP1的负接线端和输出端之间，且运算放大器OP1执行反馈操作，从而使灯电流指令值Ila*匹配指令值Ila*。 
灯电流指令值计算电路52采用被调光器2改变的DC电压源V* 与通过经由电阻器R3和R4分割DC/DC转换单元3的输出端的电压(即，高压放电灯DL的灯电压)所提供的检测电压Vla之和作为灯电流指令值Ila*。为了取平均值，电容器C3与电阻器R4并联连接。如果电路中并不存在电阻器R3和R4以及电容器C3，那么由调光器2调整的DC电压源的输出电压V*照原样变为灯电流指令值Ila*，在这种情况下，进行用于不管灯电压而使得灯电流恒定的恒定电流控制；然而，在该实施方式中，对灯电压作出响应的检测电压Vla的成分也被反馈并且被添加，从而使增大响应于如图1(b)中所示的灯电压的灯电流的输出特性能够比较容易地实现。尽管图3中未示出，在灯光确定电路和异常保护电路中灯电压也被检测，且因此它们当然也能被用作该电路。 
图4(a)和4(b)示出了当利用本发明来实际执行高压放电灯的 调光控制时所提供的测量数据；图4(a)表示灯功率W相对于灯电压V的比率在灯的额定照明时间对于电压和功率都为100％的值。由dim1、dim2、dim3和dim4表示的线表示当连接可变电阻器代替在一个调光等级的高压放电灯时测量的照明设备的输出特性，且相应于参考图1(a)所描述的BC1。LC表示当实际上灯被点亮代替可变电阻器时的灯特性，且相应于图1(a)中的LC。在调光下限处实线LC的中断表示熄灭或者出现强烈闪烁。从图中可见熄灭并未出现，且即使在灯电压急剧升高的区域灯也稳定点亮。 
图4(b)表示灯电流I相对于灯电压V的比率在灯的额定照明时间对于电压和电流都为100％的值。由dim1、dim2、dim3和dim4表示的线表示当连接可变电阻器代替在一个调光等级的高压放电灯时测量的照明设备的输出特性，且相应于参考图1(b)所描述的BC1。LC表示当实际上灯被点亮代替可变电阻器时的灯特性，且相应于图1(b)中的LC。从图4(b)中可见，其示出了与图1(b)中所示的特性相同的特性，其中在一个调光等级处的照明设备的输出电流响应于灯电压的增大而增大。 
为了比较起见，在图3中的电阻器R3和R4以及电容器C3中一个也没有附加的情况下，以类似的方式用恒定电流控制进行一实验。图5(a)和5(b)示出了该结果。图5(a)和5(b)中的符号与图4(a)和4(b)中的类似且因此将不再论述。与图4相比较，显而易见，在灯照明时的LC的调光下限不像图4中的调光下限一样低。也就是说，显而易见，在图4中的本发明中，调光可能达到额定灯功率的大约20(％)且达到额定灯电流的大约16(％)，而图5中的恒定电流控制的调光达不到这些。 
根据该实施方式，与恒定电流控制相比，低亮度照明能够在较宽的范围内稳定地执行。使得(灯电流的变化量/灯电压的变化量)之比大致恒定，由此能够简化控制，且能够通过简单的控制电路实现。 
(第二实施方式) 
图6(a)和(b)示出了根据本发明的第二实施方式的放电灯照明设备的操作特性。图中，LC表示灯特性，由BC1、BC1′和BC1″表示的线表示照明设备的输出特性。图6(a)与图1(a)的不同之处在于，照明设备的输出特性的斜率随着调光变深而增大。执行这种控制，由此照明设备的输出特性和灯特性甚至在灯电压急剧改变的低亮度区域也更加垂直地交叉，以便使得能够可靠地保持工作点。尽管电路未被示出，但例如，由灯电压检测电路检测的检测值Vla可自乘以供使用等，且能够比较容易地完成。 
图6(b)是通过将图6(a)中的垂直轴变换为灯电流I而提供的曲线图，且示出了相应于图6(a)中的灯特性LC和照明设备的输出特性BC1、BC1′和BC1″的灯特性LC和照明设备的输出特性BC1、BC1′和BC1″。在图6(b)中同样可见，当调光被加深时，照明设备的输出特性和灯特性更加垂直地相交。 
根据该实施方式，如果调光被加深，则工作点被可靠地提供，从而使低亮度照明能够在较宽的范围内稳定地执行。 
(第三实施方式) 
图7(a)和(b)示出了根据本发明的第三实施方式的放电灯照明设备的操作特性。图7(a)与图1(a)的不同之处在于，对0至Vth的灯电压范围内照明设备的输出特性采取恒定电流控制。与第一实施方式中相同的描述应用于灯电压大于Vth的区域，即，灯电压大于照明设备的输出特性的点A的区域。 
通常，在高压放电灯被类似于点火器的启动电路启动之后，灯电压从0(V)附近逐渐增大。输出特性从电压0(V)可靠地提供，从而使灯工作点在图7(a)中的BC1上移动，并且例如调光启动能够被执 行。尽管图中未示出，电流的测量也需要使得在灯刚刚被启动之后流过几十秒，且因此图7(a)示出了在该时间之后的特性。 
图7(b)是通过将图7(a)中的垂直轴变换为灯电流I而提供的曲线图，且示出了相应于图7(a)中的灯特性LC和照明设备的输出特性BC1的灯特性LC和照明设备的输出特性BC1。灯电流在0至Vth的灯电压范围内被连续控制，且当灯电压变得大于Vth时，灯电流指令值同样响应于灯电压的增大而增大。 
图8示出了该实施方式的电路结构。图8与图2的不同之处在于，用于检测高压放电灯DL两端电压的灯电压检测电路55，以及由用于比较检测电路55的检测值Vla和DC电压th的比较器COMP1和用于基于比较器COMP1的输出在Vbc1和Vbc2之间切换灯电流指令值Ila* 的开关SW组成的电路，被添加至控制电路5，且可变电压源Vdim的输出电压可根据来自调光器2的信号而变化，由此Vbc2的值能够调节。利用该电路，能够容易地构造其中特性基于图7(a)和7(b)中所示的灯电压Vth而变化的电路。为了将图3中所示的结构用作灯电流指令值计算电路52，由电阻器R3和R4以及电容器C3组成的电路同样能够用作灯电压检测电路55。 
在灯电压检测信号Vla小于预定DC电压Vth的时间周期，比较器COMP1输出低值，使得开关SW切换到Vbc2。当开关SW切换到Vbc2时，灯电流指令值Ila*变为由来自调光器2的信号任意设置的Vdim，从而导致对每个调光等级作出响应的恒定电流控制。当灯被启动之后，灯电压逐渐增大，且当灯电压检测信号Vla超过预定的DC电压Vth时，比较器COMP1输出为高，使得开关SW切换到Vbc1。在这种情况下，执行先前在第一实施方式中描述的类似控制，从而使低亮度照明能够稳定地执行。 
根据该实施方式，在启动之后，从灯电压0V到工作点处的电压提 供照明设备的输出特性，从而使调光启动能够例如以低光通量被可靠地执行。其能够作为简单的控制电路来实现。 
(第四实施方式) 
图9(a)和(b)示出了根据本发明的第四实施方式的放电灯照明设备的操作特性。该实施方式与第三实施方式的不同之处在于，第三实施方式中的控制操作的切换点Vth的值随着调光变深而增大。 
下面根据图9(a)进行描述：图中，通过点A和B的照明设备的输出特性BC1与第三实施方式中所示的特性相同。当灯电压达到Vth1时，控制操作在图中的点A处切换，且灯在照明设备的输出特性BC1和灯特性LC的交叉点处被点亮。图9(b)是通过将图9(a)中的垂直轴变换为灯电流I所提供的曲线图，且示出了相应于图9(a)中的灯特性LC和照明设备的输出特性BC1、BC1′和BC1″的灯特性LC和照明设备的输出特性BC1、BC1′和BC1″。 
其次，如果尝试用完整的第三实施方式中所示的电路来加深调光，Vth1的值保持不变，因此照明设备的输出特性从上述的BC1推移到BC1′。然而，在灯电压大于Vth1的区域，BC1和BC1′的特性是接近与灯特性LC相互垂直的特性，因此工作点变化量很小，且因此亮度变化也很难看出，尽管照明保持良好。如果使得从点A′到点B′的线的斜率平缓，以提供与BC1的亮度差，那么形成亮度差异，在这种情况下熄灭容易发生。 
然后，为了由照明设备的输出特性BC1执行较深的调光，切换点从Vth1变为Vth2，由此照明设备的输出特性变为BC1″，且亮度差异能够以与BC1′相比完全相同的斜率增大。因此，切换点Vth的值响应于灯电压而任意改变，从而使调光时亮度的细微调节成为可能。如果光输出差异相对于调光等级太大，可在响应于灯电压降低切换点Vth的方向上执行控制。 
图10示出了该实施方式的电路结构。图10与图8的不同之处在于，灯电压检测电路55的检测值Vla控制DC电压Vth，DC电压Vth决定在控制操作的切换点的电压。电路被如此构造，由此Vth的值同样随着灯电压的增大而增大，以便能够获得像图9(a)、(b)中的BC1″的照明设备输出特性。 
如图11中所示，该电路可如此构造，即响应于调光信号的大小来执行DC电压源Vth的可变电压控制。例如以如下的方式响应于调光信号的大小来执行对DC电压Vth的大小的可变控制：如果调光信号具有通过图9(a)、(b)的点A的大小，则切换点设为Vth1，如果调光信号具有通过图9(a)、(b)的点A″的大小，则切换点设为Vth2。 
根据该实施方式，根据本发明的恒定电流控制和低亮度照明的控制操作之间的切换点处的电压响应于调光的深度而变化，从而使低亮度区域的亮度调节能够容易进行。 
(第五实施方式) 
图12示出了根据本发明的第五实施方式的放电灯照明设备的操作特性。该实施方式是用于即使在例如灯已经被点亮很长时间且处于寿命末期时的状态下也能可靠地执行低亮度照明的实施方式。 
在图12中，灯特性LC和照明设备的输出特性BC类似于第三和第四实施方式中所描述的。当灯被长时间点亮时，灯电压变高且因此灯特性LC向右偏移，且不久，变为由虚线所示类似LC′的特性。因此，如果灯被长时间点亮，为了提供与由灯特性LC和照明设备的输出特性BC1的交叉点所示的灯的工作点处的灯功率相同的灯功率，调光等级可响应于照明时间被降低，且切换点Vth1的值也可如第四实施例中增大，并且切换点随着该值的增大而变为Vth3。在Vth3切换的照明设备的输出特性是由交替的长和短虚线所示的BC1′，且LC′和BC1′ 的交叉点处的灯功率能够设为几乎与上述的LC和BC1的交叉点处的灯功率相同。 
图13示出了实现图12中的特性的电路结构。图13与图10的不同之处在于，代替根据图10中的灯电压检测值来执行DC电压源Vth的可变控制，DC电压源Vth的输出值随着利用照明时间积分计时器56的照明时间的经过而逐渐增大，并且确定图12中从点A到点A′的斜率的DC电压源Vdim的输出值同样根据照明时间积分计时器56的输出信号而改变。DC电压源Vdim的输出值随着照明时间的经过而减小。其它点与图10中的相同，因此将不再论述。 
如果灯被照亮很长时间，类似几千小时，则由于弧光管等的变黑，整体来看照度倾向于降低，因此事实上期望长时间照明之后工作点应该设为比初始时间处的大一点点。即，对于灯随着时间的变化，将调光下限附近的灯功率设为比在初始时间处的大，从而使得能够获得与照明灯的初始时间处相同程度的照度。 
根据至此描述的实施方式，由于灯功率和灯电流相对于灯电压增大的特性，照明设备的输出特性能够相对容易地完成；例如，甚至如图3中所示的电路通过改变常数也能够简单地操作。 
如上所述，根据该实施方式，对于灯随着时间的变化，调光下限附近的灯功率能够被设为与在初始时间处相同程度的功率。对于灯随着时间的变化，调光下限附近的灯功率被设为比在初始时间处的大，从而使得能够获得与照明灯的初始时间处相同程度的照度。 
(第六实施方式) 
图14(a)和(b)示出了根据本发明的第六实施方式的放电灯照明设备的操作特性。该实施方式执行从额定照明到低光通量的调光下限的连续调光控制，并且抑制例如在恒定功率控制和恒定电流控制之 间的不同控制的切换时间处发生的不稳定现象。 
下面给出了详细描述：在图14(a)中，由实线表示的灯特性LC和由虚线表示的照明设备的输出特性的交叉点CP1、CP2、…、CP6中的相关照明点CP1处的输出特性是BC1，且输出特性响应于调光的加深而改变为BC2、BC3、…、BC6。图14(b)是相应于图14(a)、在垂直轴上具有灯电流的曲线图；由CP1、CP2、…、CP6表示的点表示图14(a)中的灯特性LC和照明设备的输出特性BC1、BC2、…、BC6的交叉点，称作灯工作点。 
在工作点CP1、CP2处的BC1、BC2输出特性是常规恒定功率控制，并且如果灯电压变化则几乎保持在工作点附近的恒定功率处。在工作点CP4处的BC4输出特性是如相关技术例子中所示的恒定电流控制，并且如果灯电压变化则几乎保持在工作点附近的恒定电流处。在工作点CP3处的BC3输出特性是上述的恒定功率控制和恒定电流控制的中间控制，且响应于灯电压的增大灯功率增大而灯电流减小。在工作点CP5、CP6处的BC5、BC6输出特性是如这些实施方式中所述的随着灯电压的增大而增大灯电流的控制。这些类型的控制响应于调光等级而连续执行，由此从额定照明到调光下限能够实现更平滑的调光。由于常规恒定功率控制在额定照明附近被实施，当灯电压波动时，额外功率并不增加至照明设备。 
图15是在水平轴上表示灯功率并且在垂直轴上表示灯电流变化量ΔI/灯电压变化量ΔV的曲线图，并且相应于图14(b)中的每个工作点处的斜率。该斜率在实施恒定功率控制的CP1附近变为负值，并且逐渐变为0，且在ΔI/ΔV变为0时的工作点CP4处完成恒定电流控制。为了从该点保持低亮度照明，斜率被设为在CP5、CP6工作点处为正值。 
图16示出了几乎类似于图14(b)中的特性的例子。其特征在于 如下事实：照明设备的输出特性变为与作为边界的灯电流Il对称。在图16中，与图14(b)中一样由白色圆圈表示工作点。提供这种对称特性，由此当输出特性例如被输入微控制器的数据表等中时，该对称性能够被用来将数据量大致分成两半。 
图17示出了用于实现图14(b)中的输出特性的电路例子。图14(b)中的输出特性被预先保持在微控制器的数据表等中，并且灯电流指令值Ila*由灯电压检测值Vla和来自调光器的调光信号来确定。在图中，如果Vla1的值被检测为灯电压并且来自调光器的调光信号是Dim5的等级，从数据表的特性图选取I(Dim5)作为灯电流指令值，并且输出为指令值Ila*。如果从额定到深调光的所有特性Dim1、Dim2、…、Dim6被如此输入到数据表中，则如上述的实施方式中所利用的在Vth处的切换电路变得不需要，并且控制电路能够被简化。 
根据该实施方式，利用至此所述的常规恒定功率控制、恒定功率控制和恒定电流控制的中间控制、恒定电流控制、以及低亮度照明控制的组合，能够在额定照明至调光下限的宽的范围内执行平滑且连续的控制。参考微控制器的数据表，由此响应于灯电压的操作切换电路等变得不需要，且电路结构能够被简化。 
在该实施方式中，利用升压斩波电路、降压斩波电路以及全桥型的倒相器的组合的电路例子在图3中示出作为主电路的结构，但是本发明并不局限于此。例如，如图18、19和20中所示的电路可被采用，并且灯电流的波形不必是大约几百Hz的矩形波，且当然可以是高频正弦波等等。重要的是控制为提供如图1(a)、(b)中所示的特性作为照明设备的输出特性的控制。 
在图18中的电路例子中，商用AC电源Vs通过由二极管D1至D4组成的全波整流器来整流，并且通过由电感器L1、开关元件Q1、二极管D5和平滑电容器C1组成的升压斩波电路转换为DV电压，该 DV电压通过由开关元件Q3、Q4、Q5和Q6组成的全桥倒相电路转换为AC电压，且该AC电压通过点火器IG提供给高压放电灯DL。 
图19中的电路例子利用半桥倒相电路，电解电容器C1和C2的串连电路连接至该半桥倒相电路代替图18的电路例子中的开关元件Q5和Q6的串连电路。点火器IG由升压脉冲变压器和脉冲产生电路组成，并且在启动时间，脉冲产生电路产生脉冲电压，由此高压脉冲从脉冲变压器的二次侧施加到高压放电灯DL。当对开关元件Q1的打开/关闭进行控制时，电解电容器C1和C2的DC电压经受可变控制。DC-DC转换器的结构并不限于图中所示的升压斩波器，并且当然能够利用降压斩波器、升压和降压斩波器(反转型斩波器)、逆向DC-DC转换器等任意需要的电路结构。 
在图20中的电路例子中，代替单独电路的点火器IG，由电感器L2和电容器C3组成的谐振电路通过耦合电容器C2连接至开关元件Q4的两端，并且在启动时间，开关元件Q3和Q4在谐振频率附近交替打开和关闭，由此产生启动高压，并且在照明时间，开关元件Q3和Q4在响应于灯功率的频率处交替打开和关闭，由此在额定照明至调光下限的宽的范围内能够执行连续输出控制。 
至此所述的高压放电灯照明设备被装入例如如图21中所示的照明器材中，或者为了使用的目的控制该照明器材的照明***中。图中，标记8表示电子镇流器，标记9表示灯线，标记10表示反射板。在此，向下的灯示出为照明器材，但是当然高压放电灯照明设备也能够应用于聚光灯或者任意其它需要的照明器材。 
虽然已经参考具体实施方式对本发明进行了详细描述，但对本领域的技术人员显而易见的是，能够进行各种变化和变型而不偏离本发明的精神和范围。 
该申请基于2004年3月26日提出的日本专利申请(No.2004-091111)，其在此被引入作为参考。 
工业实用性 
根据本发明，低亮度照明能够在与相关技术中恒定电流控制相比较宽的范围内被稳定地执行。 
根据本发明，灯电流的变化量/灯电压的变化量保持恒定，由此能够便于控制。 
根据本发明，如果调光被加深，则工作点被可靠提供，从而使低亮度照明能够在较宽的范围内被稳定地执行。 
根据本发明，在启动之后，从灯电压0V到工作点处的电压之间提供照明设备的输出特性，从而使例如低亮度调光启动能够被可靠地执行。 
根据本发明，在恒定电流控制和根据本发明的操作之间的切换点处的灯电压值响应于调光而变化，从而使低亮度区域的亮度调节能够容易进行。 
根据本发明，由于灯随着时间的变化，调光下限附近的灯功率能够设为与初始时间处的程度相同的功率。 
根据本发明，利用恒定功率控制、恒定功率控制和恒定电流控制的中间控制、恒定电流控制、以及低亮度照明时间控制的组合，能够在额定照明至调光下限的宽范围内执行平滑且连续的控制。 
根据本发明，能够便于控制，且控制能够通过简单的控制电路实现。 
根据本发明，参考微控制器的数据表，由此响应于灯电压等的控制操作切换电路变得不需要，且电路能够被简化。 
根据本发明，存储在微控制器的数据表中的数据量能够被减少。 
根据如本发明，能够提供这样的照明器材：其能够调光直到比相关技术中等级更低的等级。 

Claims (12)

1.一种高压放电灯照明设备，包括用于向作为负载的高压放电灯提供AC功率的功率转换单元，其利用DC电源作为输入电源，用于执行完全照明或调光照明，其中在高压放电灯两端电压随着调光的加深而增大的区域，所述功率转换单元反馈对控制电路的灯电压作出响应的检测电压的成分，从而所述功率转换单元的输出特性是响应于所述功率转换单元的输出电压的增大而增大所述功率转换单元的输出电流的特性，
其中所述功率转换单元包括用于响应流入高压放电灯的电流而输出电压的电流检测电路、用于响应高压放电灯两端的电压而输出电压的电压检测电路、以及用于响应来自调光器的调光信号输出电压的DC电压源，并且具有控制电路，运行该控制电路从而使电流检测电路的输出电压匹配电压检测单元的输出电压与DC电压源的输出电压之和。
2.一种高压放电灯照明设备，包括用于向作为负载的高压放电灯提供AC功率的功率转换单元，其利用DC电源作为输入电源，用于执行完全照明或调光照明，其中在高压放电灯两端电压随着调光的加深而增大的区域，所述功率转换单元反馈对控制电路的灯电压作出响应的检测电压的成分，从而所述功率转换单元的输出特性是响应于所述功率转换单元的输出电压的增大而增大所述功率转换单元的输出电流的特性，
其中所述功率转换单元具有：用于检测流入高压放电灯的电流的电流检测电路；用于检测高压放电灯两端的电压的电压检测电路；用于响应来自调光器的调光信号输出电压的DC电压源；切换电路，用于选择和输出响应于来自调光器的调光信号而改变的DC电压源的输出电压，直到电压检测电路的检测电压为任意的期望值，并且如果电压检测电路的检测电压大于所述期望值，则输出相当于电压检测单元的输出电压与DC电压源的输出电压之和的电压；以及控制电路，运行该控制电路以使得由电流检测电路检测的电流检测值匹配切换电路的输出值。
3.一种高压放电灯照明设备，包括用于向作为负载的高压放电灯提供AC功率的功率转换单元，其利用DC电源作为输入电源，用于执行完全照明或调光照明，其中在高压放电灯两端电压随着调光的加深而增大的区域，所述功率转换单元反馈对控制电路的灯电压作出响应的检测电压的成分，从而所述功率转换单元的输出特性是响应于所述功率转换单元的输出电压的增大而增大所述功率转换单元的输出电流的特性，
其中所述功率转换单元具有用于检测流入高压放电灯的电流的电流检测电路、用于检测高压放电灯两端的电压的电压检测电路、用于参考数据表以及响应于电压检测电路的检测电压和来自调光器的调光信号输出电流指令值的微控制器、以及控制电路，运行该控制电路从而使响应于由电压检测电路检测的电压检测值的电流指令值和由电流检测电路检测的电流检测值匹配。
4.如权利要求1-3中任一项所述的高压放电灯照明设备，其中输出电流的增量与输出电压的增量之比恒定。
5.如权利要求1-3中任一项所述的高压放电灯照明设备，其中输出电流的增量与输出电压的增量之比随着调光的加深而增大。
6.如权利要求1-3中任一项所述的高压放电灯照明设备，其中所述功率转换单元的输出特性是在高压放电灯两端的电压从0至任意电压的范围内将输出电流的增量与输出电压的增量之比设为大致为0的特性，并且所述功率转换单元的输出特性是在高压放电灯两端的电压大于所述任意电压的范围内响应于输出电压的增大而增大输出电流的特性。
7.如权利要求6中所述的高压放电灯照明设备，其中所述任意电压的值随着调光变深而变大。
8.如权利要求6中所述的高压放电灯照明设备，其中所述功率转换单元具有照明时间积分计时器，用于对照明的累计时间进行计数，并且所述任意电压的值响应于照明时间积分计时器的计数而增大，以及调光响应于照明时间积分计时器的计数而被加深。
9.如权利要求1-3中任一项所述的高压放电灯照明设备，其中在高压放电灯两端的电压变得恒定或随着调光的加深而变小的区域中，所述功率转换单元的输出特性是随着调光的加深而从负值至0连续改变输出电流的增量与输出电压的增量之比的特性。
10.如权利要求2中所述的高压放电灯照明设备，其中所述切换电路的期望值随着电压检测电路的输出电压而改变。
11.如权利要求3中所述的高压放电灯照明设备，其中存储在微控制器的数据表中的输出特性是这样的特性：其中相对于高压放电灯两端电压的电流指令值以任意期望的电流指令值为中心而线对称。
12.一种包括如权利要求1-3中任一项所述的高压放电灯照明设备的照明器材。
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