JP2006302830A - Discharge lamp lighting device and luminaire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は複数種の高圧放電灯を適合ランプとする放電灯点灯装置およびこれを用いた照明器具に関するものである。 The present invention relates to a discharge lamp lighting device that uses a plurality of types of high-pressure discharge lamps as compatible lamps, and a lighting fixture using the same.
高圧放電灯(HIDランプ)を点灯させる高圧放電灯点灯装置としては、従来、銅鉄型の安定器が主流であった。しかし、近年、安定器の軽量化・小型化・高機能化を目的とした多くの電子部品を用いた電子バラストが主流になりつつある。この電子バラストについて以下に簡単に説明する。 Conventionally, a copper-iron type ballast has been the mainstream as a high pressure discharge lamp lighting device for lighting a high pressure discharge lamp (HID lamp). However, in recent years, electronic ballasts using many electronic components aimed at reducing the weight, size and function of ballasts are becoming mainstream. This electronic ballast will be briefly described below.
図15に電子バラストのブロック図を示す。交流電源Vsに整流回路を含む直流電源回路部Aが接続され、その出力端に放電灯への供給電力を調整・制御できるインバータ回路部Bが接続され、さらにその出力端に放電灯DLが接続されている。インバータ回路部Bは直流電源回路部Aの出力を低周波の交流電圧に変換して放電灯DLに供給する点灯回路部Cと、放電灯DLの状態に応じて点灯回路部Cの動作を制御する制御回路部Dとを備えている。 FIG. 15 shows a block diagram of an electronic ballast. A DC power supply circuit section A including a rectifier circuit is connected to the AC power supply Vs, an inverter circuit section B capable of adjusting and controlling the power supplied to the discharge lamp is connected to the output terminal, and a discharge lamp DL is connected to the output terminal. Has been. The inverter circuit unit B converts the output of the DC power supply circuit unit A into a low-frequency AC voltage and supplies it to the discharge lamp DL, and controls the operation of the lighting circuit unit C according to the state of the discharge lamp DL. And a control circuit unit D for performing the above.
このような従来の点灯装置では、特性の異なるHIDランプを点灯する場合、点灯しようとするランプに適合した高圧放電灯点灯装置を用いる必要があった。つまり特性の異なる各々の放電灯に対して、それぞれ専用の高圧放電灯点灯装置を設けなければならず、開発費用・開発期間等の面での投資が多大であった。このような理由により高圧放電灯点灯装置は、複数種のHIDランプを点灯することができる性能が望まれていた。 In such a conventional lighting device, when lighting an HID lamp having different characteristics, it is necessary to use a high pressure discharge lamp lighting device suitable for the lamp to be lit. That is, a dedicated high-pressure discharge lamp lighting device has to be provided for each discharge lamp having different characteristics, and the investment in terms of development cost, development period, and the like was great. For these reasons, the high-pressure discharge lamp lighting device has been desired to have a performance capable of lighting a plurality of types of HID lamps.
そこで、特開2003−229289号公報には、複数種のHIDランプを対象とした高圧放電灯点灯装置について提案されており、HIDランプの管電圧が所定のしきい値を超えるまでの時間を計測して負荷種を判別する手段について紹介されている。
特開2003−229289号公報には、様々なランプ判別手法が開示されている。しかし、複数種のランプ判別手法を使ってランプ種を判別する手法などの記載はない。ここでは、より精度良くランプを判別する手法を開示する。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-229289 discloses various lamp discrimination methods. However, there is no description of a method for discriminating lamp types using a plurality of types of lamp discrimination methods. Here, a method for discriminating the lamp with higher accuracy is disclosed.
例えば、複数種類のHIDランプを点灯することができる放電灯点灯装置において、対象となるランプがPHILIP社製CDM−35、CDM−70であった場合、判別手法が一種類のとき、点灯装置は、その一種類の判別手法の判別結果により35Wもしくは70Wで点灯することになる。この判別手法が一種類の場合、最も簡単にランプ種の判別が行えるが、反面、対象となるランプが多数におよぶ時などは、誤判別の可能性は大きくなる。それは、各ランプメーカーのランプが同一定格電力であっても、色温度、発光管形状、封入物質などさまざまな点で相違があるからである。 For example, in a discharge lamp lighting device capable of lighting a plurality of types of HID lamps, when the target lamps are CDM-35 and CDM-70 manufactured by PHILIP, The light is lit at 35 W or 70 W depending on the determination result of the one type of determination method. When this discrimination method is one type, the lamp type can be most easily discriminated, but on the other hand, when there are a large number of target lamps, the possibility of erroneous discrimination increases. This is because even if the lamps of each lamp manufacturer have the same rated power, there are differences in various points such as color temperature, arc tube shape, and encapsulating material.
ここで、図8にCDM−35とCDM−70のランプ始動後のランプ電圧の挙動を示す。図8のようにCDM−35とCDM−70では、ランプ電圧の立ち上がり方に相違があるので、ランプ電圧立上りの過渡状態でランプ種を判別することが可能である。一方、図9に示すようにCDM−35とOSRAM社のHCI−70とのランプ始動後のランプ電圧の立ち上がり特性を比較すると極めて類似していることがわかる。つまり、図9のランプの組み合わせでは、図8の組み合わせと同じようにランプ電圧立上りの過渡状態では、ランプ種を判別することは困難である。 FIG. 8 shows the behavior of the lamp voltage after starting the lamps of CDM-35 and CDM-70. As shown in FIG. 8, between the CDM-35 and the CDM-70, there is a difference in how the ramp voltage rises, so that it is possible to determine the lamp type in the transient state of the ramp voltage rise. On the other hand, as shown in FIG. 9, it can be seen that the CDM-35 and OSRAM HCI-70 are very similar to each other when the rise characteristics of the lamp voltage after starting the lamp are compared. That is, in the combination of lamps in FIG. 9, it is difficult to determine the lamp type in the transient state of the ramp-up voltage as in the combination in FIG.
このような定格ランプ電力は違うが、ランプの特性が比較的似通っているランプでも精度よく判別することが必要である。その方法として、複数種の判別手法による判別方法が考えられる。 Although such rated lamp power is different, it is necessary to accurately discriminate even lamps having relatively similar characteristics. As the method, a discrimination method using a plurality of discrimination methods can be considered.
本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、複数種の判別手法を併用してランプ種別を精度良く判別可能とした放電灯点灯装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a discharge lamp lighting device capable of accurately discriminating a lamp type by using a plurality of types of discrimination methods.
本発明によれば、上記の課題を解決するために、直流電源からの電力を変換して高圧放電灯に電力を供給する電力変換回路と、電力変換回路の供給電力を制御する点灯制御回路と、放電灯の電気特性を複数の検出手段により検出し、複数の検出手段から検出した複数の電気特性から放電灯の定格電力を判別する判別手段とを備え、複数の定格電力種の高圧放電灯を負荷対象とし、そのうちいずれか1種を接続して点灯する放電灯点灯装置であって、複数の判別手段から判別された結果の組み合わせのパターンに基づいて接続された放電灯種別を判別することを特徴とするものである。 According to the present invention, in order to solve the above-described problems, a power conversion circuit that converts power from a DC power source and supplies power to a high-pressure discharge lamp, and a lighting control circuit that controls supply power of the power conversion circuit, A high-pressure discharge lamp of a plurality of rated power types, comprising: a determination means for detecting the electrical characteristics of the discharge lamp by a plurality of detection means and determining the rated power of the discharge lamp from the plurality of electrical characteristics detected from the plurality of detection means Is a discharge lamp lighting device that connects and lights any one of them, and determines a connected discharge lamp type based on a combination pattern determined by a plurality of determination means It is characterized by.
本発明によれば、放電灯の電気特性を複数の検出手段により検出し、複数の検出手段から検出した複数の電気特性から放電灯の定格電力を判別する判別手段を備え、複数の判別手段から判別された結果の組み合わせのパターンに基づいて接続された放電灯種別を判別するものであるから、ランプ種別を精度良く判別することができる効果がある。 According to the present invention, the electrical characteristics of the discharge lamp are detected by the plurality of detection means, and the determination means for determining the rated power of the discharge lamp from the plurality of electrical characteristics detected from the plurality of detection means is provided. Since the connected discharge lamp type is discriminated based on the combination pattern of the discriminated result, there is an effect that the lamp type can be discriminated with high accuracy.
(実施形態1)
図1に本発明の実施形態1の回路図を示す。電解コンデンサC01には、例えば、昇圧チョッパ回路により商用交流電源を整流平滑して得られた直流電圧が印加されている。この直流電圧は、図2に示すように、一般的に、HIDランプを始動するために必要とされている消灯時のランプ両端電圧(無負荷2次電圧)V02=約300Vとなっている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a circuit diagram of
制御電源回路1は、降圧用の抵抗R01,R02とツェナーダイオードZD1,ZD2の直列回路よりなり、制御回路に供給する電圧Vcc1、Vcc2を生成する回路である。
The control
降圧チョッパ回路2は、スイッチング素子Q01、回生用ダイオードD01、インダクタL01、コンデンサC02よりなり、スイッチング素子Q01が高周波でスイッチングすることにより、電解コンデンサC01に蓄積されている直流電圧をランプDLに必要な電力に変換する。
The step-
極性反転回路3は、スイッチング素子Q02,Q03,Q04,Q05のフルブリッジ回路よりなり、降圧チョッパ回路2のコンデンサC02の直流電圧を数十Hz〜数百Hzの低周波に変換する。
The
イグナイタ回路4は、パルストランスとパルス発生回路を含み、ランプ始動に必要な高圧パルス(約3〜5kV)を発生させる。
The
定Wla回路5は、電解コンデンサC01の一定電圧から負荷側に供給される電流値を抵抗R05により検出することでランプ電力を検出し、増幅回路OP1で任意の電圧値に変換し、抵抗R1とコンデンサC1からなる直流変換回路により直流電圧に変換する。変換された直流電圧値とマイコンから出力されたPWM信号を抵抗R2、コンデンサC2により直流電圧値に変換された値とを誤差増幅器OP2により比較させる。比較されて出力された電圧値と高周波発振回路7で生成された三角波の高周波信号とを比較器CP2により比較することにより、降圧チョッパ回路2のスイッチング素子Q01の駆動信号を生成する。定Wla回路5の出力端に接続されているツェナーダイオードは誤差増幅器OP2の出力電圧の最大値を決めている。
The
さらに、定Ila回路6によりランプDLが始動した直後の低インピーダンス時のランプ電流Ilaを制御させる。この回路は、ランプDLに流れる電流値を抵抗R06により検出し、その検出値と、抵抗R05で検出された電圧値との差を計算することにより実際にランプDLに流れる電流を算出している。つまり、本回路の基準グランドが電解コンデンサC01の負電位側に設けられているため、抵抗R06には、ランプ電流値のほかに、抵抗R05で検出される電解コンデンサC01からの放電電流値も同時に検出されてしまうために、差動アンプOP3により、抵抗R05で検出される値と、抵抗R06で検出される値との差を計算することにより、ランプDLに流れる電流を検出している。
Further, the
次に、検出された電圧を抵抗R3、コンデンサC3からなる直流変換回路により直流電圧に変換し、Vcc1を分圧してなる基準電圧値と比較することにより降圧チョッパ回路2のスイッチング素子Q01を制御する。
Next, the switching element Q01 of the step-down
図3に一般的な70WのHID点灯回路の出力特性を示す。定Ila回路6では図3のVla<60Vの定Ila領域を制御し、定Wla回路5ではVla≧60Vの定Wla領域を制御している。
FIG. 3 shows output characteristics of a general 70 W HID lighting circuit. The
高周波発振回路7は、コンパレータCP1,CP2,CP3とCR充放電回路などで構成されており、降圧チョッパ回路2のスイッチング素子Q01をオン・オフ制御するための高周波信号を発振しており、そのオン幅は、定Wla回路5及び定Ila回路6の出力を受けて、図3の出力特性を実現するように制御される。
The high-
放電灯判別回路8は、放電灯DLのランプ電圧を検出して、複数種の放電灯を判別する。たとえば、マイクロチップ社製PIC12F675(A/D変換機能・フラッシュメモリ付8ビットマイコン)のような汎用マイコンで構成されており、抵抗R03,R04の分圧点の電圧を監視することにより、ランプ電圧を検出し、その検出値に応じて、コンデンサC2、抵抗R2のCR積分回路に出力するPWM信号のパルス幅を可変とすることにより、図3のVla≧60Vの定Wla領域を実現するように制御している。PWM信号はマイコン2番ピンから出力される。また、1番ピンは電源端子、8番ピンはグランド端子である。さらに、7番ピンは入力に設定されており、コンデンサC02の両端電圧から得られるランプ電圧値を読み取る。
The discharge
図3では、70Wのランプと判定された場合の出力特性を例示したが、35Wのランプと判定された場合には、定Wla領域の出力特性は35Wのランプ電力となるように、マイコンからコンデンサC2、抵抗R2のCR積分回路に出力されるPWM信号のパルス幅が変更される。また、ランプ種別判別のために、点灯電力を切り替える場合にも、マイコンからコンデンサC2、抵抗R2のCR積分回路に出力されるPWM信号のパルス幅が変更される。 FIG. 3 illustrates the output characteristics when it is determined that the lamp is a 70 W lamp. However, when it is determined that the lamp is a 35 W lamp, a capacitor is connected from the microcomputer so that the output characteristic in the constant Wla region is a lamp power of 35 W. The pulse width of the PWM signal output to the CR integrating circuit of C2 and resistor R2 is changed. Also, when switching the lighting power for lamp type determination, the pulse width of the PWM signal output from the microcomputer to the CR integration circuit of the capacitor C2 and the resistor R2 is changed.
次に、具体的にランプ判別方法について説明する。 Next, a specific lamp determination method will be described.
(判別手法1)
図10にさまざまなメーカー、さまざまな形状の35W、70Wランプのランプ始動後のランプ電圧の立ち上がり特性を示す。また、図11に、図10より得られたVla=30VからVla=40Vまでの経過時間を示す。図11から明らかなように、約6秒を境に35Wランプと70Wランプを判別することが可能であることが分かる。
(Determination method 1)
FIG. 10 shows the rising characteristics of the lamp voltage after starting the lamps of 35W and 70W lamps of various manufacturers and various shapes. FIG. 11 shows the elapsed time from Vla = 30 V to Vla = 40 V obtained from FIG. As apparent from FIG. 11, it can be seen that a 35 W lamp and a 70 W lamp can be discriminated on the basis of about 6 seconds.
しかし、図9で示したように、OSRAM社のHCI−70のランプは35Wランプとほぼ同等の立上り特性を示すため、この判別手法1だけでは、判別が不可能である。図12にHCI−70Wランプを含めたときのVla=30から40Vの経過時間を示す。図12において、先ほど述べたように、約6秒に35Wランプと70Wランプを判別する閾値を設定しても、HCIランプの一部は70Wランプと判別することができるが、一部は35Wランプと誤判別してしまう。 However, as shown in FIG. 9, the OSRAM HCI-70 lamp exhibits a rise characteristic substantially equivalent to that of the 35 W lamp. FIG. 12 shows the elapsed time from Vla = 30 to 40V when the HCI-70W lamp is included. In FIG. 12, as described above, even if a threshold value for discriminating between a 35 W lamp and a 70 W lamp is set in about 6 seconds, a part of the HCI lamp can be discriminated as a 70 W lamp, but a part thereof is a 35 W lamp. And misclassified.
(判別手法2)
そこで、図13に示す判別手法2を用いる。図13は、各社の35Wランプと70Wランプの安定時の各種の点灯電力でのランプ電圧を示している。図13から点灯電力Wla=40〜33Wのランプ電圧の変化の仕方を検出する。つまり、70Wランプにおいては、点灯電力40Wと33Wでのランプ電圧の差を取ると、Vla40−Vla33はゼロより小さくなり、35Wランプにおいては、プラスとなる。つまり、このランプ電圧の変化の仕方によりランプ種を判別することが可能である。
(Determination method 2)
Therefore, the
表1に、CDM−35、CDM−70、HCI−70を対象負荷としたときの判別手法1および判別手法2の判別結果を示す。表1で一部のHCIランプは判別手法1により70Wと判別することが可能であるが、ここでは、HCI−70は判別手法1では35Wランプと判別されるものとした。
Table 1 shows the discrimination results of
つまり、それぞれの対象ランプに対して、このような判別パターンが現れる。この判別パターンを用いて判別することによって、より多くのランプを判別することが可能であり、判別精度も向上する。 That is, such a discrimination pattern appears for each target lamp. By discriminating using this discrimination pattern, it is possible to discriminate more lamps and improve discrimination accuracy.
本実施形態の判別フローを図4に示す。ステップ#1はランプ始動の判定であり、ランプ電圧の低下またはランプ電流が流れ始めることを検出すると、ランプ始動と判定する。ステップ#2では判別手法1を実施する。すなわち、ランプ電圧Vlaが30Vから40Vまでの経過時間を測定する。その測定結果から約6秒を境として、35Wランプか70Wランプかを判別し、その判別結果1をステップ#3で記憶する。ステップ#4では判別手法2を実施する。すなわち、点灯電力40Wと33Wでのランプ電圧を比較し、その大小関係から、35Wランプか70Wランプかを判別し、その判別結果2をステップ#5で記憶する。ステップ#6,#7,#8では、判別結果1、判別結果2を参照し、表1に基づいて、CDM−70、CDM−35、HCI−70のランプ種を判別する。
The discrimination flow of this embodiment is shown in FIG.
なお、判別手法1と判別手法2での判別結果が表1のように想定していた判別結果のパターンと違う場合、負荷対象となる高圧放電灯の中で最も小さな電力(この例では35W)で点灯するようにしても良い。
In addition, when the discrimination results of the
(実施形態2)
本発明の実施形態2を図5を用いて説明する。本実施形態における安定器は、実施形態1で用いたものと同一であるので、重複する説明は省略する。
本実施形態では、図5に示すように、判別手法1と判別手法2での判別結果が表1のように想定していた判別結果のパターンと違う場合、再度、同じ判別手法を繰り返すように設定している。表1の例は、ランプ始動時での判別手法であるので、一度消灯した後、再度、判別することになるが、例えば、安定点灯時での判別である場合など、消灯しなくてもよい判別手法を用いている場合には、言うまでもなく消灯せずに、再度、判別してもよい。
(実施形態3)
(Embodiment 2)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Since the ballast in the present embodiment is the same as that used in the first embodiment, a duplicate description is omitted.
In this embodiment, as shown in FIG. 5, when the discrimination results of the
(Embodiment 3)
本発明の実施形態3を図6を用いて説明する。本実施形態における安定器は、実施形態1で用いたものと同一であるので、重複する説明は省略する。
本実施形態では、図6に示すように、判別手法1と判別手法2での判別結果が表1のように想定していた判別結果のパターンと違う場合、再度、判別手法1からやり直すのではなく、判別手法2からやり直す。こうすることにより、実施形態2より早くに再判別が可能となる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, if the discrimination results of the
(実施形態4)
本発明の実施形態4を図7を用いて説明する。本実施形態における安定器は、実施形態1で用いたものと同一であるので、重複する説明は省略する。
本実施形態では、これまでの実施形態と違い、判別手法1と判別手法2での判別結果が表1のように想定していた判別結果のパターンと違う場合、ある電力で点灯したり、再度判別するようなことはせず、消灯してしまう。このように制御することで、間違った電力で点灯することを極力避けることが可能である。
(Embodiment 4)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Since the ballast in the present embodiment is the same as that used in the first embodiment, a duplicate description is omitted.
In the present embodiment, unlike the previous embodiments, if the discrimination results of the
(実施形態5)
図14は本発明の放電灯点灯装置を用いた照明器具の構成例を示す。(a)、(b)はスポットライトに適用した例、(c)はダウンライトに適用した例であり、図中、11は点灯装置の回路を格納した電子バラスト、12は高圧放電灯を装着した灯体、13は配線である。いずれの照明器具も35W、70Wのような複数の種類の高圧放電灯を適宜選択して装着することができる。これらの照明器具を複数組み合わせて照明システムを構築しても良く、必要な照度、発光色、デザイン等に応じて、種類の異なる複数の高圧放電灯が混在して用いられても構わない。
(Embodiment 5)
FIG. 14 shows a structural example of a lighting fixture using the discharge lamp lighting device of the present invention. (A), (b) is an example applied to a spotlight, (c) is an example applied to a downlight. In the figure, 11 is an electronic ballast storing a circuit of a lighting device, and 12 is a high pressure discharge lamp. The
1 制御電源回路
2 降圧チョッパ回路
3 極性反転回路
4 イグナイタ回路
5 定Wla回路
6 定Ila回路
7 高周波発振回路
8 放電灯判別回路
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