JP2005183026A

JP2005183026A - 放電ランプ点灯装置および照明装置

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Publication number: JP2005183026A
Application number: JP2003417957A
Authority: JP
Inventors: Toshio Tsuji; 俊雄辻; Noriyuki Kitamura; 紀之北村
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】
複数の放電ランプを並列点灯し、バラスト用のインダクタが始動時に飽和した瞬間に、過大な電流が高周波インバータに流れないようにして、コストダウンを図ることが可能な放電ランプ点灯装置およびこれを用いた照明装置を提供する。
【解決手段】
放電ランプ点灯装置は、放電ランプDLおよび始動時に飽和するインダクタL1の直列回路を含み、並列接続された複数の点灯主回路OCと；出力特性に少なくとも予熱モードおよび始動モードを有し、複数の点灯主回路OCに対する共通の高周波インバータHFIと；この高周波インバータの直流電源DCと；を具備し、高周波インバータHFIの始動モード時には、複数の点灯主回路OCのうちいずれか一の点灯主回路のインダクタL1が最初に飽和して当該点灯主回路の放電ランプDLが点灯するとともに、その後残余の点灯主回路のインダクタ1が飽和して当該点灯主回路の放電ランが順次点灯していくように構成されている。
【選択図】
図４

Description

本発明は、複数の放電ランプを並列点灯する放電ランプ点灯装置およびこれを用いた照明装置に関する。

放電ランプをバラストチョークコイルと直列接続してなる点灯主回路の複数を並列接続することにより、複数の放電ランプを並列接続することは既知であるが、この場合、複数の点灯主回路を共通の高周波インバータに並列または直列に接続すれば、複数の放電ランプを高周波点灯することができる。

一方、バラストチョークコイルを始動時に飽和させるようにして、バラストチョークコイルを小形化した高周波インバータ方式の放電ランプ点灯装置は電球形蛍光ランプ用の放電ランプ点灯装置において既知である。

また、上記放電ランプ点灯装置において、始動時に飽和するインダクタ素子とは別に不飽和変圧器を用いて電流帰還制御を行うように構成することは既に知られている（特許文献１参照。）。この放電ランプ点灯装置においては、不飽和変圧器の１次巻線を点灯主回路に直列に挿入するとともに、この不飽和変圧器の２次巻線のインダクタンスを利用したドライブ共振回路を形成して、高周波インバータのスイッチング素子に対するドライブ信号を形成するように構成している。この放電ランプ点灯装置によれば、不飽和変圧器には点灯主回路の共振による高い電圧が印加されないので、不飽和変圧器に格別高い絶縁耐力を付与しなくても高い信頼性を得ることができるとともに、不飽和変圧器を安価にし、しかも小形化できる。
特開２００１−１５５８８３号公報

ところが、上述した従来技術にしたがって放電ランプをバラストチョークコイルと直列接続してなる点灯主回路の複数を共通の高周波インバータに並列接続するとともに、バラストチョークコイルを始動時に飽和させた場合、始動時に複数の放電ランプが同時に始動すると、不都合の生じることが分かった。すなわち、複数のバラストチョークコイルが同時に飽和することにより、高周波インバータに過大な電流が流れるので、回路部品、特にスイッチング素子に過大なストレスが加わる。このため、回路部品を定格の高いものに変更する必要を生じ、放電ランプ点灯装置のコストアップになる。

本発明は、複数の放電ランプを並列点灯するとともに、バラスト用のインダクタが始動時に飽和した瞬間に、過大な電流が高周波インバータに流れないようにして、コストダウンを図ることが可能な放電ランプ点灯装置およびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、加えて電源投入時における放電ランプの瞬間的な明るさのちらつき発生を効果的に抑制した放電ランプ点灯装置およびこれを用いた照明装置を提供することを他の目的とする。

請求項１の発明の放電ランプ点灯装置は、放電ランプおよび始動時に飽和するインダクタの直列回路を含み、並列接続された複数の点灯主回路と；出力特性に少なくとも予熱モードおよび始動モードを有し、複数の点灯主回路に対して高周波電圧を出力して放電ランプを付勢する共通の高周波インバータと；共通の高周波インバータの入力端に接続した直流電源と；を具備し、高周波インバータの始動モード時には、複数の点灯主回路のうちいずれか一の点灯主回路のインダクタが最初に飽和して当該点灯主回路の放電ランプが点灯するとともに、その後残余の点灯主回路のインダクタが飽和して当該点灯主回路の放電ランプが順次点灯していくように構成されていることを特徴としている。

本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。

＜点灯主回路について＞点灯主回路は、放電ランプおよび始動時に飽和するインダクタの直列回路を含んで構成されている。上記直列回路は、放電ランプおよび始動時に飽和するインダクタを必須構成要素としているが、所望によりその他の回路部品が直列または並列に接続していることを許容する。このように付加的な回路部品としては、例えば直流カットコンデンサ、電流帰還回路手段、例えば不飽和変圧器すなわち不飽和の電流変流器などである。なお、直流カットコンデンサは、高周波インバータの出力端から直流成分が流出する場合に、これをカットするために使用される。また、電流変流器は、点灯主回路に流れる電流を帰還して高周波インバータを自励発振制御する場合に用いられる。しかし、点灯主回路に流れる電流を帰還して高周波インバータを自励発振制御する場合、必ずしも電流変流器を用いる必要はなく、所望により例えば始動時に飽和するインダクタに帰還巻線を磁気結合させて配設することもできる。

上記の点灯主回路は、その複数が後述する高周波インバータに対して並列接続される。したがって、複数の放電ランプは、後述する高周波インバータから付勢されて並列点灯する。

放電ランプは、どのようなものでもよいが、低圧放電ランプ、例えば蛍光ランプなどが好適である。また、低圧放電ランプで熱陰極形電極を備える場合、後述する高周波インバータの出力特性に予熱モードを設けて、その予熱モード時に熱陰極形電極を予熱するために、放電ランプと並列的に、すなわち一対の熱陰極形電極の一方の電源側端子と他方の同電極の電源側端子または電源側端子との間に共振コンデンサを接続することができる。この結果、この共振コンデンサは、放電ランプにおける一対の熱陰極形電極の少なくとも一方の非電源側端子を経由して点灯主回路に接続する。そして、始動時に飽和するインダクタに直列接続して適度の共振を行う直列共振回路を形成する。そうして、始動前の予熱モード時において、共振コンデンサを経由して熱陰極形電極に適度の予熱電流を流して当該電極を所要に予熱することができる。また、始動モード時においては、共振コンデンサと始動時に飽和するインダクタとの直列共振によって高くなった電圧を始動電圧として放電ランプの両端間に印加して、始動を促進することができる。なお、冷陰極形電極を備えた放電ランプの場合には、共振コンデンサを放電ランプに並列接続しているだけで始動時に高い共振電圧を放電ランプに印加することができる。

始動時に飽和するインダクタは、放電ランプに対してバラスト作用を奏するために、飽和時においても所要のインダクタンスを有する回路素子手段であり、チョークコイル、変圧器などの形態をなしていることを許容する。また、上記インダクタは、始動時以前、例えば予熱時には飽和しないようにその巻線設計およびインダクタに対する周波数設定を設計するものとし、周波数制御によって出力特性を変化させるような場合に、飽和の閾値は、予熱周波数と始動周波数との間の周波数とするのがよい。なお、始動周波数は、遅相領域とし、なるべく閾値周波数に接近させるのが好ましい。

＜高周波インバータについて＞高周波インバータは、その出力特性のそれぞれの作動モードに応じて点灯主回路に所要の電圧を印加して、放電ランプの点灯に要する電力を供給する電源手段である。また、高周波インバータは、直流電圧を交流電圧に変換するのであればどのような回路方式のものであってもよい。しかし、回路構成が簡単で安価に得られる点ではハーフブリッジ形インバータが好適である。

本発明において、高周波インバータがいずれの回路方式であったとしても、内部に備えられる主スイッチング素子の励振の方式については、基本的に自励発振および他励発振のいずれであってもよい。高周波インバータが自励発振方式の場合には、点灯主回路に流れる電流を前述のように帰還して主スイッチング素子をドライブすることができる。これに対して、他励発振方式の場合には、発振回路を備えていて、発振回路から出力される発振信号に応じてドライブ信号を形成して、主スイッチング素子をドライブすることができる。後述する高周波出力の制御も合わせてマイコンやＩＣ中の発振回路を利用して発振信号を発生させることができる。

さらに、高周波インバータは、放電ランプの作動の段階に応じてその出力である高周波電圧を変化するように出力特性を設定するのが一般的である。本発明においては、高周波インバータの出力特性として少なくとも予熱モードおよび始動モードを選択的に有している。なお、「予熱モード」とは、始動の前段階において熱陰極形電極を予熱して熱電子放射状態にする出力特性であり、予熱の最中に放電ランプが不所望に始動しないように始動電圧より低い電圧が放電ランプに印加されるように構成する。また、「始動モード」とは、放電ランプの始動時における高周波インバータの出力特性であり、放電ランプの一対の電極間に高電圧を印加して放電ランプの始動を促進するような出力を生じる。放電ランプが始動して点灯した後は、始動モードの状態を維持してもよいし、別に点灯モードを設定してもよい。例えば、調光点灯を行う場合などにおいては、始動モードの状態を維持することにより、制御回路が簡単になる。始動モードとは別に点灯モードを設定する場合は、例えば全光点灯状態において点灯する場合などに適し、始動モードより低い高周波電圧が出力されるように構成するのがよい。なお、「全光点灯」とは、放電ランプ点灯装置として予め設定した１００％の明るさで放電ランプが点灯することをいう。したがって、放電ランプに固有の定格時の明るさを一義的に意味するものではない。一般に全光点灯時には始動電圧より低い電圧が放電ランプに印加されるように構成する。「調光点灯」とは、１００％未満の明るさで点灯することをいう。

また、高周波インバータの出力特性として、上記予熱モードおよび始動モードに加えて、所望により起動モードを付加することができる。「起動モード」とは、高周波インバータに対する電源投入時における出力特性であり、電源投入により生じる過渡現象によって放電ランプが不所望な作動、例えば放電ランプが瞬間的にちらつきが生じないように十分に低い電圧を出力するように構成するのが好ましい。なお、起動時の出力電圧は、段階的または連続的に変化するように設定することができる。

さらに、高周波インバータの出力特性を変化させるには、出力周波数を変化させる周波数制御方式、出力電圧のオンデューティを変化させるＰＷＭ制御方式、出力電圧の波高値を変化させる波高値制御方式およびこれらの一部の折衷などいずれであってもよい。第１の制御方式においては、出力周波数を変化することによって、点灯主回路の共振特性に対する動作点が変化するので、放電ランプに印加される電圧が変化する。したがって、この手法においては、出力電圧を変化させる必要がない。

＜直流電源について＞直流電源は、高周波インバータの入力端に直流電圧を印加するための電源であり、所要値の直流電圧を出力すればどのような回路構成であってもよい。直流電源は、例えば電池電源や交流電圧を整流した整流化直流電源などを用いることができる。しかし、高周波インバータの入力電圧と電池電源や整流化直流電源の出力電圧との間に差がある場合には、高周波インバータと上記電源との間に介在するようにスイッチング電源を付加することができる。スイッチング電源としては、好適には昇圧を要する場合には昇圧チョッパ、降圧を要する場合には降圧チョッパが好適である。また、上記のスイッチング電源は、所望により高周波インバータの出力特性を制御する場合にも効果的に作用するように構成することもできる。すなわち、出力電圧が入力電圧に比例的な高周波インバータ、例えばハーフブリッジ形インバータ、フルブリッジ形インバータなどの場合、所望により高周波インバータに対する入力電圧をスイッチング電源によって変化させることにより、高周波インバータの出力特性を制御することができる。

＜複数の放電ランプの順次点灯について＞複数の放電ランプを順次始動させて点灯するには、複数の点灯主回路におけるインダクタ相互間の飽和特性を予め変化させておくことで実現することができる。飽和特性の相違は比較的小さくてよく、したがって予め適度の特性ばらつきを複数のインダクタに付与しておき、特性ばらつきを選択するなどすればよい。

＜本発明の作用について＞本発明においては、複数の並列接続した点灯主回路が始動モード時に高周波インバータから比較的高い高周波電圧を印加されると、次の作用により複数の放電ランプが短時間のうちに順次始動して点灯する。すなわち、高周波インバータから始動モード時の高周波電圧が印加されると、その際に複数の点灯主回路のうち最も飽和しやすいインダクタを備えている点灯主回路の当該インダクタが最初に瞬間的に飽和してそこに属する放電ランプが点灯する。この時点において、残余の点灯主回路に属するインダクタは、飽和する条件に達していないので、飽和していない。したがって、残余の放電ランプは、点灯するに至らない。なお、上記インダクタは、予熱モード時には飽和しない。

しかし、最初の点灯に引き続いて、残余の点灯主回路のうち次に飽和しやすいインダクタを備えた点灯主回路の当該インダクタが飽和し、そこに属する放電ランプが次に点灯する。なお、最初のインダクタの飽和による直流電源電圧の低下は、瞬間的であってその後元に戻るので、次に飽和しやすいインダクタが一層飽和しやすくなる。以下、上記の動作を繰り返して残余の放電ランプが短時間のうちに順次点灯する。点灯主回路は、２つ以上であればよい。

なお、最初のインダクタが飽和した瞬間だけ、当該点灯主回路に大きな電流が流れ、それに伴い直流電源電圧が低下し、これに伴って高周波インバータから出力される高周波電圧が低下する。そのために、残余の点灯主回路のインダクタは、より一層同時に飽和しにくくなる。また、周波数制御の場合には、さらに加えて最も飽和しやすいインダクタが飽和すると、一瞬出力周波数が高くなる。そのため、放電ランプに印加される高周波電圧が低下するので、残余の放電ランプは同時に飽和しにくくなる。

以上の回路動作において、一の点灯主回路のインダクタが飽和したときには当該点灯主回路内には大きな電流が流れるが、複数の点灯主回路が並列接続している高周波インバータから見れば、それほど大きな電流にはならない。したがって、放電ランプが比較的短時間のうちに順次始動する際に高周波インバータに流れる電流は、問題を生じるような過大な値にはならない。これにより、高周波の回路部品、特にスイッチング素子に過大なストレスが加わらなくなる。このため、回路部品を定格の高いものに変更する必要がなく、放電ランプ点灯装置のコストアップを招くことはない。

また、点灯主回路のインダクタが始動時に飽和するように構成すると、インダクタを小形化して安価にすることが可能になるので、放電ランプ点灯装置の小形化およびコストダウンを図りやすくなる。

＜本発明のその他の構成について＞上述した発明の必須構成要素ではないが、以下の構成を具備していることにより、放電ランプ点灯装置の実用性が高くなる。

（起動モード時のための構成）起動モード時のための好適な構成は、以下のとおりである。

始動時に飽和するインダクタおよび共振コンデンサの直列共振回路を含むとともに、上記インダクタに直列接続する放電ランプを備えた点灯主回路と；
出力特性の各動作モードに応じて周波数が変化する高周波電圧を出力して点灯主回路に印加して放電ランプを付勢するとともに、出力特性として起動モード、予熱モードおよび始動モードを有し、起動モード時には予熱モード時よりさらに点灯主回路の直列共振回路の共振点から離間した周波数の高周波電圧を出力するように構成された高周波インバータと；
高周波インバータの入力端に接続した直流電源と；
を具備していることを特徴とする放電ランプ点灯装置。

上記の構成において、起動モード時の周波数をｆ０とし、予熱モード時の周波数をｆ_ＰＨとし、始動モード時の周波数をｆ_ＳＴとしたとき、各周波数を高さの順に並べると、以下のとおりにするのがよい。なお、出力特性は、遅相領域の共振を利用するように設定するのがよい。

ｆ０＞ｆ_ＰＨ＞ｆ_ＳＴ
高周波インバータは、ハーフブリッジ形インバータを用いることにより、回路構成が簡単化、かつ、小形化され、安価になる。この場合、起動モード時の周波数を固定周波数としてドライブ信号発生回路中に含まれるドライブ共振回路の定数の切り換えなしに当該周波数の高周波電圧を発生するように構成することができる。また、その他の周波数の高周波電圧をドライブ信号発生回路の共振回路の定数を切り換えることによって発生するように構成することができる。なお、主スイッチング素子にMOSFETを用いて、かつ、MOSFETの内部キャパシタンスC_ISSを上記の固定周波数にけるドライブ共振回路のキャパシタンスとして利用するのがよい。また、帰還のために不飽和変圧器すなわち電流変流器を点灯主回路に挿入して、かつ、その２次巻線のインダクタンスを上記ドライブ共振回路のインダクタンスとして利用するのがよい。

また、起動モードにおける高周波インバータの起動は、上記ハーフブリッジ形インバータにおいて、ローサイド側におけるドライブ共振回路を配設し、そのドライブ共振回路の共振によりインバータ動作を開始するように構成するのが好ましい。

そうして、以上の構成によれば、簡単な回路構成でありながら起動時の高周波電圧を予熱時のそれより低くすることができ、このため起動時の過渡現象による放電ランプの明るさの瞬間的なちらつきの発生を確実に、しかも信頼性高く抑制することができる。

請求項２の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に配設された請求項１記載の放電ランプ点灯装置と；を具備していることを特徴としている。

本発明において、「照明装置」とは、請求項１に規定する放電ランプ点灯装置の放電ランプの発光を利用する装置の全てを包含する広い概念であり、例えば照明器具、標識灯、表示灯および広告灯などが該当する。また、「照明装置本体」とは、照明装置から放電ランプ点灯装置を除いた残余の部分をいう。照明装置は、蛍光ランプが例えば透光性グローブやセードのような部材によって閉じられた空間内において点灯する構成であることを許容する。しかし、外部に開放された状態で点灯するような構成であってもよい。さらに、放電ランプ点灯装置のうち、放電ランプは照明装置本体に配置するのがよいが、その他の構成部分は照明装置本体から離間した位置に配置して、それらの間を配線により接続するように構成することができる。

そうして、本発明によれば、請求項１に規定する放電ランプ点灯装置の作用、効果を奏する照明装置を得ることができる。

請求項１の発明によれば、インダクタが順次飽和することによって複数の放電ランプが順次始動して点灯することにより、始動時に過大な電流が高周波インバータに流れないので、回路部品に過大なストレスが加わらないから、回路部品の定格を高いものに代える必要がなくなり、したがってコストダウンを図ることが可能な放電ランプ点灯装置を提供することができる。

請求項２の発明によれば、請求項１の効果を奏する照明装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１ないし図３は、本発明の放電ランプ点灯装置を実施するための第１の形態を示し、図１は回路図、図２は各部の波形図、図３はドライブ共振回路DRCの共振特性と予熱モード時の周波数ｆ_ＰＨ、始動モード時の周波数ｆ_ＳＴおよびインダクタL1の飽和するときの周波数の閾値ｆ_ＳＶとの関係を示すグラフである。本形態において、放電ランプ点灯装置は、複数の点灯主回路OC、高周波インバータHFIおよび直流電源DCを具備し、入力端が商用交流電源ACに接続している。

＜複数の点灯主回路OC＞複数の点灯主回路OCは、それぞれ放電ランプDL、インダクタL1、直流カットコンデンサC1および電流変流器CTの１次巻線wpの直列回路を含み、さらに放電ランプDLに並列的に接続された共振コンデンサC2を含んで構成されている。また、複数の点灯主回路OCは、後述する高周波インバータHFIの出力端間に対して互いに並列接続されている。

放電ランプDLは、一対の熱陰極形電極E、Eを備えた蛍光ランプからなる。そして、一対の熱陰極形電極E、Eの電源側端子を点灯主回路OCに直列に接続している。

インダクタL1は、チョークコイルからなり、始動時に飽和するように構成されている。複数の点灯主回路OCにおいて、各インダクタL1は、飽和しやすさにばらつきを生じていることがあり、このような場合には飽和しやすさが異なっている。

直流カットコンデンサC1は、その静電容量の比較的大きなコンデンサからなり、点灯主回路OCに高周波インバータHFIから直流成分が流入するのを阻止する。

電流変流器CTは、点灯主回路OCに流れる電流を帰還して後述する高周波インバータHFIの高周波電圧の出力を制御するための帰還手段である。そして、単一の１次巻線wpおよび第１および第２の２次巻線ws1、ws2を備えている。１次巻線wpは、点灯主回路OCに直列に挿入されている。

共振コンデンサC2は、放電ランプDLの一対の熱陰極形電極E、Eの非電源側端子間に接続され、インダクタL1と直列共振回路を形成する。このため、直列共振回路は、一対の熱陰極形電極E、Eを直列接続して含んでいる。したがって、熱陰極形電極Eは、予熱時に共振により高くなった電圧により十分に加熱される。

＜高周波インバータHFI＞高周波インバータHFIは、インバータ主回路INVおよび制御回路CCを具備している。

インバータ主回路INVは、ハーフブリッジ形インバータであり、一対のスイッチング素子Q1、Q2、第１および第２のドライブ回路DC1、DC2、ドライブ共振回路DRCならびに起動回路STからなる。一対のスイッチング素子Q1、Q2は、後述する直流電源DCに対して直列接続している。また、一対のスイッチング素子Q1、Q2は、いずれもN形MOSFETからなる。

第１のドライブ回路DC1は、抵抗器R1、R2およびゲート保護回路GP1からなり、スイッチング素子Q1のゲート・ソース間にゲートドライブ信号を印加する。すなわち、抵抗器R1および抵抗器R2の直列回路とゲート保護回路GP1が並列接続して、スイッチング素子Q1のゲート・ソース間に接続している。ゲート保護回路GP1は、複数のツェナーダイオードZD1、ZD2の逆直列回路からなり、所要の駆動電圧を越える電圧を吸収して、スイッチング素子Q1、Q2のゲート・ソース間に過電圧されないように保護する。

第２のドライブ回路DC２は、第１のドライブ回路DC1と同様に抵抗器R3、R4およびゲート保護回路GP2からなる。ゲート保護回路GP2は、ゲート保護回路GP1と同様に複数のツェナーダイオードZD3、ZD4の逆直列回路からなる。

ドライブ共振回路DRCは、一対のスイッチング素子Q1、Q2におけるそれぞれの内部キャパシタンスC_ISSと、電流変流器CTの第１および第２の２次巻線ws1、ws2、ならびに結合コンデンサC3、C4からなる。電流変流器CTの第１の２次巻線ws1および結合コンデンサC3は、直列接続し、かつ、第１のドライブ回路DC1の抵抗器R2に並列接続している。電流変流器CTの第２の２次巻線ws2および結合コンデンサC4は、同様に第２のドライブ回路DC2に接続している。

起動回路STは、抵抗器R5、R6、ならびにゲート保護回路GP1および抵抗器R1、R2の直列回路の並列回路からなる直列回路により構成されており、後述する直流電源DCの出力端間に接続している。

制御回路CCは、高周波インバータHFIの出力特性を放電ランプDLの動作状態に応じて切り換えるように制御するための手段であり、第１および第２の制御回路CC1、CC2からなり、ドライブ共振回路DRCに付加されてドライブ共振周波数を所定の値になるように制御する。そして、放電ランプDLの動作を予熱モードおよび始動モードのいずれかに切り換える際に選択的に作動する。また、制御回路CCによる予熱モードおよび始動モードの切り換えは、図示を省略しているタイマによって所定のシーケンスにしたがって自動的に行うように構成されている。

第１の制御回路CC1は、インダクタL1、第１のスイッチSW1および結合コンデンサC5の直列回路からなり、ドライブ共振回路DRCの第２の２次巻線ws2に並列接続している。第２の制御回路CC2は、コンデンサC6および第２のスイッチSW1の直列回路からなり、結合コンデンサC4およびドライブ共振回路DRCの第２の２次巻線ws2の直列回路に並列接続している。なお、第１および第２のスイッチSW1、SW2は、いずれも図示を省略しているコンパレータを介してタイマに接続している。

＜直流電源DC＞直流電源DCは、全波整流回路FBRおよび昇圧チョッパBUTからなる。

全波整流回路FBRは、その交流入力端が放電ランプ点灯装置の入力端を構成し、商用交流電源ACに接続する。なお、直流出力端の負極は、高周波的に接地されている。

昇圧チョッパBUTは、インダクタL3、スイッチング素子Q3、チョッパ制御回路CCC、ダイオードD1および平滑コンデンサC7からなる。インダクタL3の一端は、全波整流回路FBRの直流出力端の正極に接続し、他端はスイッチング素子Q3に接続している。スイッチング素子Q3は、MOSFETからなり、インダクタL3と直列接続したうえで、全波整流回路FBRの直流出力端間に接続している。チョッパ制御回路CCCは、スイッチング素子Q3のゲートドライブ信号を発生して、スイッチング素子Q3のゲート・ソース間に印加するもので、インダクタL3に磁気結合する検出巻線ｗaに誘起される電源電圧の波高値に応じてゲートドライブ信号の発振周波数を自動的に制御することにより、力率改善作用を行う。ダイオードD1および平滑コンデンサC7は、直列接続したうえで、スイッチング素子Q3のドレイン・ソース間に並列接続している。そうして、平滑コンデンC7の両端間に昇圧され、かつ、平滑化された直流電圧が昇圧チョッパBUTから出力される。

次に、回路動作について説明する。すなわち、放電ランプ点灯装置の図示しない電源スイッチを投入すると、商用交流電源ACから得られる低周波交流電圧は、直流電源DCの全波整流回路FBRで整流され、昇圧チョッパBUTで昇圧、かつ、平滑化されて高周波インバータHFIに印加される。高周波インバータHFIは、起動し、予熱モードおよび始動モードの順に所定の時間間隔にしたがって作動して、各動作モードに応じた高周波電圧を順次出力する。

予熱モードにおいては、制御回路CCの第１のスイッチSW1がオンし、第２のＳＷ２がオフしている。その結果、合成インピーダンスの遅相領域においてドライブ共振回路DRCの共振点から離れる方向へ移動するので、発振周波数ｆ_ＰＨが高くなって、放電ランプDLに印加される高周波電圧が低くなる。そのため、熱陰極形電極Eが加熱されて熱電子放出状態になる。これを見計らうように図示しないタイマが作動して、次に始動モードへ移行する。

始動モードにおいては、第１および第２のスイッチSW1、SW2がオンする。このため、第１の制御回路CC１のインダクタL2および第２の制御回路CC2のコンデンサC6がドライブ共振回路DRCに加入される。すなわち、インダクタL2は、電流変流器CTの第１および第２の２次巻線ws1、ws2から見たインダクタンスに対して並列的に接続される。また、コンデンサC6は、ドライブ共振回路DRCに並列接続される。その結果、合成インピーダンスの遅相領域においてドライブ共振回路DRCの共振点に接近する方向へ移動するので、発振周波数ｆ_STが低くなって、放電ランプDLに印加される高周波電圧が高くなる。そのため、放電ランプDLが始動して点灯する。

点灯主回路OCは、その一対が高周波インバータHFIの出力端に並列接続しているので、高周波インバータHFIが始動電圧を出力すると、最も飽和しやすいインダクタL1を備えた方の点灯主回路OCの当該インダクタL1が最初に飽和して当該点灯主回路OCに属する放電ランプDLが点灯する。こインダクタL1が飽和した瞬間に、図２（ａ）に示すように、直流電圧Ｖ_ＤＣが瞬間的に低下し、これに伴って図２（ｂ）に示すように、インダクタL1の端子電圧Ｖ_Ｂが瞬間的に増大するが、放電ランプDLが点灯すると、同電圧は始動時より低下する。引き続いて、他方の点灯主回路OCのインダクタL1が飽和して、そこに直列接続している放電ランプDLが点灯する。このときのインダクタL1における電圧変化は図２（ｃ）に示すように、図２（ｂ）と同様であるが、短時間遅れている。なお、本形態において、放電ランプDLの点灯は調光点灯である。

次に、図３を参照して、予熱モード時の周波数ｆ_ＰＨと始動モード時のｆ_ＳＴと点灯主回路OCのインダクタL1の飽和する周波数の閾値ｆ_ＳＶとの関係を説明する。すなわち、図３において、横軸は周波数を、縦軸は電圧を、それぞれ示し、周波数ｆ_ＰＨは予熱モード時、周波数ｆ_ＳＴは始動モード時、周波数ｆ_ＳＶはインダクタL1の飽和するときの周波数の閾値である。この図から理解できるように、インダクタL1の飽和するときの周波数の閾値ｆ_ＳＶは、予熱モード時の周波数ｆ_ＰＨと始動モード時のｆ_ＳＴとの中間においてなるべく始動モード時の周波数ｆ_ＳＴに接近しているのが好ましい。なお、図において、周波数ｆ_Ｒは、ドライブ共振回路DRCの共振周波数である。

図４ないし図６は、本発明の放電ランプ点灯装置を実施するための第２の形態を示し、図４は回路図、図５は出力高周波電圧の波形図、図６はドライブ共振回路DRCの共振特性と予熱モード時の周波数ｆ_ＰＨ、始動モード時の周波数ｆ_ＳＴ、起動時の周波数ｆ_ＴＯおよびインダクタL1の飽和するときの周波数の閾値ｆ_ＳＶとの関係を示すグラフである。本形態は、高周波インバータHFIの出力特性が異なる。なお、図において、図１ないし図３と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。

すなわち、高周波インバータHFIの制御回路CCは、図４に示すように、第１および第２の制御回路CC1、CC2に加えて第３の制御回路CC3を備えている。第３の制御回路CC3は、コンデンサC8および第３のスイッチSW3の直列回路からなり、第２の制御回路CC2に並列接続している。なお、図中符号TMはタイマである。タイマTMと第１ないし第３のスイッチSW1、SW2、SW3との間にはコンパレータが介在しているが、図示を省略している。

高周波インバータHFIは、起動モード、予熱モードおよび始動モードの出力特性を有している。これらの動作モードは、タイマTMにより制御されることによって、上記の順に所定の時間間隔にしたがって遂行される。そして、高周波インバータHFIは、各動作モードに応じた高周波電圧を順次出力する。

起動モードにおいては、制御回路CCにおける第１の制御回路CC1中の第１のスイッチSW1がオンし、第２および第３の制御回路CC2、CC3中の第２および第３のスイッチSW2、SW3はオフしている。これにより、インダクタL2が電流変流器CTの第１および第２の２次巻線ws1、ws2から見たインダクタンスに対して並列的に接続されて、ドライブ共振回路DRCに加入される。その結果、ドライブ共振回路DRCの共振出力の周波数、したがって起動モードの周波数ｆ_ＴＯがドライブ共振回路DRCの合成インピーダンスの遅相領域において最も高くなる。

したがって、高周波インバータHFからの出力高周波電圧Ｖ_ＴＯが図５に示すように予熱モード時の出力高周波電圧Ｖ_PHより顕著に低くなる。このため、放電ランプDLが瞬間的にちらつくのが防止される。そして、起動が安定する頃を見計らってタイマTMにより制御されて予熱モードへ移行する。

予熱モードにおいては、制御回路CCの第１および第２の制御回路CC1、CC2の第１および第２のスイッチSW1、SW2がオンし、第３の制御回路CC3の第３のスイッチSW3がオフしている。このため、第１の制御回路CC１のインダクタL2と、第２の制御回路CC2のコンデンサC6がドライブ共振回路DRCに加入される。すなわち、インダクタL2は、電流変流器CTの第１および第２の２次巻線ws1、ws2から見たインダクタンスＬ_ＣＴに対して並列的に接続される。また、コンデンサC8は、スイッチング素子Q1、Q2の内部キャパシタンスＣ_ＩＳＳのそれぞれに対して並列的に接続される。その結果、合成インピーダンスの遅相領域においてドライブ共振回路DRCの共振点から離れるが、起動モードの周波数ｆ_ＴＯよりは共振点側の位置へ移動するので、発振周波数ｆ_ＰＨが低くなって、放電ランプDLに印加される高周波電圧が起動モード時のそれより高くなる。そのため、熱陰極形電極Eが加熱されて熱電子放出状態になる。これを見計らうように図示しないタイマが作動して、次に始動モードへ移行する。

始動モードにおいては、第１ないし第3のスイッチSW1、SW2、SW3がともにオンされる。これに伴いインダクタL2、コンデンサC6およびC8がドライブ共振回路DRCに加入される。その結果、ドライブ共振回路DRCの合成インピーダンスの遅相領域においてドライブ共振回路DRCの共振点に接近する方向へ移動するので、発振周波数ｆ_STが低くなって、放電ランプDLに印加される高周波電圧が高くなる。そのため、放電ランプDLが始動して点灯する。

複数の点灯主回路OCにおけるインダクタL1の順次飽和作用については図１に示す第１の形態おける場合と同様である。

図７は、本発明の照明装置を実施するための一形態としてのシーリングライトを示す概念的断面図である。図において、１１はシャーシ、１２は反射板、１３Ａ、１３Ｂは環形蛍光ランプ、１４はセード、１５は高周波点灯装置、１６は引掛シーリングアダプタである。

シャーシ１１は、金属板をプレス成形して形成され、中央に貫通孔が形成され、周縁に起立縁１１ａ（図においては、下向きになっている。）が形成されている。

反射板１２は、白色合成樹脂を成形して形成され、シャーシ１１の下面に配設されている。

環形蛍光ランプ１３Ａは、管径１６．５ｍｍ、環外径３７３ｍｍ、環内径３４０ｍｍ、定格ランプ電力３４Ｗ／４８Ｗである。環形蛍光ランプ１３Ｂは、管径１６．５ｍｍ、環外径２２５ｍｍ、環内径１９２ｍｍ、定格ランプ電力２０Ｗ／２８Ｗである。これらの環形蛍光ランプ１３Ａ、１３Ｂは、図示しない単一のランプホルダによって一体的に反射板の所定の場所に着脱されるとともに、同時に高周波点灯装置１５に対する所要の接続が行われるように構成されている。

セード１４は、乳白アクリル樹脂などを薄いドーム状に成形して、シャーシ１１、反射板１２および環形蛍光ランプ１３Ａ、１３Ｂなどを覆い、開口縁１４ａがシャーシ１１の起立縁１１ａの内側に嵌合した状態で着脱可能に固定されている。

高周波点灯装置１５は、図１または図４に示す回路構成であり、環形蛍光ランプ１３Ａ、１３Ｂを付勢して点灯し、シャーシ１１と反射板１２との間に形成された空間内に配設されている。なお、高周波点灯装置１５は、図において２つに分割されているように見えるが、一体化構成のものである。

引掛シーリングアダプタ１６は、交流電源を天井から受電してシーリングライトに電気エネルギーを供給するとともに、シーリングライトを天井に取り付けるために機能する。そして、引掛シーリングキャップ機構１６ａと、図示を省略しているが、電気コネクタおよび引掛爪とを備えている。

引掛シーリングキャップ機構１６ａは、天井に配設された埋込形または露出形の引掛シーリングボディ（図示しない。）に着脱自在に引掛係止することにより、引掛シーリングボディに電気的および機械的に接続される。

電気コネクタは、引掛シーリングキャップ機構に絶縁電線を介して接続していて、反射板１２に配設されている受電プラグに接続することにより、シーリングライトへの給電路が形成される。

引掛爪は、引掛シーリングアダプタ１６の側面から進退自在に突出していて、反射板１２の中央に形成された円筒孔１２ａの側面に開口する係止孔に係止する。

本発明の放電ランプ点灯装置を実施するための第１の形態を示す回路図同じくは各部の波形図同じくドライブ共振回路DRCの共振特性と予熱モード時の周波数ｆ_ＰＨ、始動モード時の周波数ｆ_ＳＴおよびインダクタL1の飽和するときの周波数の閾値ｆ_ＳＶとの関係を示すグラフ本発明の放電ランプ点灯装置を実施するための第２の形態を示す回路図同じく出力高周波電圧の波形図同じくドライブ共振回路DRCの共振特性と予熱モード時の周波数ｆ_ＰＨ、始動モード時の周波数ｆ_ＳＴ、起動時の周波数ｆ_ＴＯおよびインダクタL1の飽和するときの周波数の閾値ｆ_ＳＶとの関係を示すグラフ本発明の照明装置を実施するための一形態としてのシーリングライトを示す概念的断面図

符号の説明

CC…制御回路、DC…直流電源、DL…放電ランプ、HFI…高周波インバータ、INV…インバータ主回路、L1…始動時に飽和するインダクタOC…点灯主回路

Claims

放電ランプおよび始動時に飽和するインダクタの直列回路を含み、並列接続された複数の点灯主回路と；
出力特性に少なくとも予熱モードおよび始動モードを有し、複数の点灯主回路に対して高周波電圧を出力して放電ランプを付勢する共通の高周波インバータと；
共通の高周波インバータの入力端に接続した直流電源と；
を具備し、高周波インバータの始動モード時には、複数の点灯主回路のうちいずれか一の点灯主回路のインダクタが最初に飽和して当該点灯主回路の放電ランプが点灯するとともに、その後残余の点灯主回路のインダクタが飽和して当該点灯主回路の放電ランプが順次点灯していくように構成されていることを特徴とする放電ランプ点灯装置。
照明装置本体と；
照明装置本体に配設された請求項１記載の放電ランプ点灯装置と；
を具備していることを特徴とする照明装置。