JP3968621B2 - 放電ランプ点灯装置および照明装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波インバータを備えた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。
【0002】
【従来の技術】
高周波インバータを備えて放電ランプを高周波点灯するとともに、フィラメント加熱トランスを備えて放電ランプのフィラメント電極を高周波電圧で加熱する回路方式の放電ランプ点灯装置は、既知である。
【0003】
一方、フィラメント電極を備えた放電ランプを良好に始動し、点灯するには、始動に先立ちフィラメント電極を予め所要の温度に加熱する予熱を行うとともに、点灯中はフィラメント加熱を少なくすることが望ましい。
【0004】
また、放電ランプを調光点灯する際には、フィラメント電極を全光点灯時より多く加熱する必要がある。
【0005】
以上を要約すれば、放電ランプは、そのフィラメント電極の加熱を放電ランプの点灯状況に応じて制御する必要がある。
【0006】
従来、高周波インバータを用いる場合のフィラメント電極の加熱制御は、フィラメント加熱トランスの1次巻線にインダクタおよびコンデンサの直列共振回路を直列に接続して、高周波インバータの動作周波数の変化に応じて上記直列共振回路のインピーダンスの変化を利用する構成であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
蛍光ランプは、そのフィラメント加熱が適切でないと、管端部に黒化を生じやすい。
【0008】
また、蛍光ランプの省エネルギー化志向により、蛍光ランプの細径化が進展しているが、細径の蛍光ランプにおいては、管端部に生じる黒化が太管の蛍光ランプに比較して目立ちやすいので、フィラメント加熱を的確に行う必要がある。
【0009】
さらに、小径でなくてもフィラメント電極の周囲にシールドリングを備えていない蛍光ランプにおいても、また黒化が目立ちやすいので、フィラメント加熱を的確に行う必要がある。
【0010】
ところが、従来技術においては、直列共振回路のインダクタおよびコンデンサのインピーダンスのばらつきによる直列共振周波数のばらつきや、高周波インバータの回路部品の特性のばらつきによる動作周波数のばらつきにより、フィラメント加熱電圧のばらつきが大きくて、所望のフィラメント加熱をばらつき少なく行うことが難しかった。
【0011】
本発明は、フィラメント電極加熱の切換をばらつき少なく行うことができる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。
【0012】
【課題を達成するための手段】
請求項1の発明の放電ランプ点灯装置は、直流電源と;直流電源間に入力端が接続されたハーフブリッジ形又はフルブリッジ形の高周波インバータと;放電ランプに対して並列的に接続されるインピーダンスとによって直列共振回路を形成する限流インピーダンスおよび一対のフィラメント電極を備えた放電ランプを直列的に含み、高周波インバータの高周波交流出力端間に接続された負荷回路と;一つの1次巻線および一対の2次巻線を備え、1次巻線が直列共振回路と高周波インバータの高周波交流出力端との間に接続し、各2次巻線が放電ランプの一対のフィラメント電極に接続したフィラメント加熱トランスと;高周波インバータの高周波交流出力端およびフィラメント加熱トランスの1次巻線の間に介在してインピーダンス素子である複数のコンデンサを無接点スイッチによって切り換えることでインピーダンスの電圧降下が変化することにより1次巻線に印加される高周波電圧が変化してフィラメント加熱電力を制御する切換形インピーダンス可変手段と;を具備していることを特徴としている。
【0013】
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。
【0014】
<直流電源について>
直流電源は、交流を整流した整流化直流電源およびバッテリー電源のいずれでもよい。
【0015】
整流化直流電源の場合、平滑化手段を備えていることが望ましい。平滑化手段としては、平滑コンデンサを整流回路の直流出力端間に接続した構成や、アクティブフィルタを用いることができる。また、高周波インバータのスイッチング手段を利用する、したがって高周波インバータと複合化されたアクティブフィルタを用いることもできる。
【0016】
<高周波インバータについて>
本発明において、「高周波」とは、周波数が10kHz以上であることをいう。
【0017】
高周波インバータは、直流を高周波交流に変換する手段であり、直流電圧を高周波でスイッチングするスイッチング手段を備え、高周波のスイッチングによって生じる高周波交流成分を出力として高周波交流出力電圧を得る。
【0018】
また、高周波インバータは、その回路方式がいくつかの形式に分かれるが、本発明は基本的にはどのような回路方式であってもよい。たとえば、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、ブロッキング発振形インバータ、並列形インバータなどを用いることができる。さらに、インバータのスイッチング手段にアクティブフィルタのスイッチング手段としての機能をも兼用させる、いわゆる複合形インバータを用いることができる。
【0019】
さらに、高周波インバータのスイッチング手段は、MOSFETなどの電圧制御形のスイッチング手段およびバイポーラ形トランジスタなどの電流制御形のスイッチング手段のいずれをも用いることができる。
【0020】
なお、FETは、電圧制御形のスイッチング手段であるため、制御が容易である。また、MOSFETは、安全動作領域による制約の少ない電力用のスイッチング手段として効果的である。さらに、エンハンスメント形MOSFETは、電源投入時の処理が容易で電力用のスイッチング手段として好適である。さらにまた、Nチャンネル形MOSFETが現状では商品ラインアップが豊富であるから、有利である。しかし、要すれば、Pチャンネル形MOSFETを用いることもできる。
【0021】
ところで、スイッチング手段は、一般にドライブ端子を備えている。そして、ドライブ端子に所定の極性のドライブ信号が供給されたときにスイッチング手段をドライブすなわちオンする。エンハンスメント形MOSFETにおいては、ドライブ端子であるところのゲートと、ソースとの間にドライブ信号であるところのゲート電圧が印加されたときに、チャンネルが形成されてオン状態になる。したがって、ゲート電圧が印加されない状態ではオフ状態を維持する。
【0022】
さらに、高周波インバータのスイッチング手段のドライブは、自励式および他励式のいずれでもよい。
【0023】
<負荷回路について>
負荷回路は、少なくとも限流インピーダンスおよび一対のフィラメント電極を備えた放電ランプを直列的に含む。そして、高周波インバータの高周波交流出力により作動する。
【0024】
限流インピーダンスは、負荷の放電ランプの負特性を補償する。一般にはインダクタンスを用いるが、要すればキャパシタンスを用いることもできる。
【0025】
放電ランプは、たとえば蛍光ランプ、殺菌ランプなどであり、一対のフィラメント電極を備えている。
【0026】
蛍光ランプは、いわゆる太管としての管径26〜38mm、定格ランプ電力15〜110Wの一般照明用の環形蛍光ランプおよび直管形蛍光ランプ、ならびに細管としての高周波点灯専用形蛍光ランプであるところの管径25.5mmの直管形蛍光ランプ(定格ランプ電力16/23〜50/65W)、管径16.5mmの環形蛍光ランプ(定格ランプ電力20/28〜34/48W)、さらにはコンパクト形蛍光ランプであるところの管径17.5mm、定格ランプ電力105WのU字形蛍光ランプなどを用いることができる。
【0027】
フィラメント電極は、始動に先立って予熱されて上記放電ランプを熱陰極として始動する。
【0028】
また、フィラメント電極は、放電ランプの点灯中陰極位相時にイオン衝撃により加熱されるので、格別な外部からの加熱をしないようにすることもできるが、必要に応じて適当に低いフィラメント加熱電圧を印加することによって継続的に加熱することができる。
【0029】
さらに、調光点灯中のフィラメント電極は、イオン衝撃による加熱が少なくなる関係で、温度が低下するので、フィラメント加熱電流を大きくする必要がある。
【0030】
次に、負荷回路は、高周波交流電圧の波形を正弦波にしてノイズ発生を低減するとともに、始動時に放電ランプに高い始動電圧を印加するために、直列共振回路を備えることができる。
【0031】
また、直列共振回路は、限流インピーダンスと、放電ランプに対して並列的に接続されるインピーダンスと、によって構成することができる。限流インピーダンスがインダクタンスの場合、放電ランプに並列的に接続するインピーダンスは、コンデンサを用いてキャパシタンスとする。したがって、限流インピーダンスがキャパシタンスである場合には、放電ランプに並列的なインピーダンスは、インダクタンスである。
【0032】
<フィラメント加熱トランスについて>
フィラメント加熱トランスは、高周波インバータの高周波交流出力電圧が印加されて動作する。そして、一つの1次巻線および一対の2次巻線を備えている。すなわち、1次巻線は、高周波インバータの高周波交流出力端に後述する切換形インピーダンス可変手段を介して接続される。また、2次巻線は、放電ランプの一対のフィラメント電極の両端に限流インピーダンスを介し、または介さないで接続される。
【0033】
<切換形インピーダンス可変手段について>
切換形インピーダンス可変手段は、高周波インバータおよびフィラメント加熱トランスの1次巻線との間に直列に介在して、フィラメント加熱トランスの1次巻線に印加される高周波交流電圧を切り換えてフィラメント加熱電力を制御する。
【0034】
また、切換形インピーダンス可変手段は、インピーダンス素子を切り換え可能に備えていて、フィラメント加熱トランスの1次回路のインピーダンスを変化させ、インピーダンスの切り換えで当該インピーダンスの電圧降下が変化することにより、フィラメント加熱トランスの1次巻線に印加される電圧を調節する。この電圧の調節により、後述するようにフィラメント加熱電力を制御することができる。なお、インピーダンスの種類は、キャパシタンス、インダクタンスおよび抵抗のいずれであってもよい。しかし、抵抗は、電力損失が生じるので、なるべく電力損失を少なくする場合には、避けるべきである。
【0035】
さらに、切換形インピーダンス可変手段のインピーダンスの切り換えは、トランジスタなどの無接点スイッチを用いることができる。
【0036】
<本発明の作用について>
放電ランプのフィラメント電極は、高周波インバータが作動すると、高周波交流出力端間に高周波交流電圧が生じるので、フィラメント加熱トランスの1次巻線は、切換形インピーダンス可変手段を介して励磁される。その結果、2次巻線にフィラメント加熱電圧が誘起される。
【0037】
フィラメント加熱電圧は、放電ランプの一対のフィラメント電極に印加されるので、フィラメント電流が流れて、フィラメント電極は加熱される。
【0038】
ところで、切換形インピーダンス可変手段は、高周波インバータとフィラメント加熱トランスの1次巻線との間に直列に介在するので、そのインピーダンスを切り換えてインピーダンスを小さくすると、切換形インピーダンス可変手段における電圧降下が低減する。このため、フィラメント加熱トランスの1次巻線に印加される電圧が応分に増加するので、2次巻線に誘起されるフィラメント加熱電圧も比例的に高くなる。これにより、フィラメントに流れるフィラメント電流が増大し、フィラメント加熱電力が多くなる。
【0039】
反対に、切換形インピーダンス可変手段のインピーダンスを切り換えて大きくすると、上記と逆に切換形インピーダンス可変手段の電圧降下が大きくなって、フィラメント加熱トランスの1次巻線に印加される電圧が低くなり、フィラメント電流が減少し、フィラメント加熱電力が少なくなる。
【0040】
以上のフィラメント加熱電力の増減は、高周波インバータの動作周波数にあまり影響されないで行えるので、従来技術におけるようなフィラメント加熱のばらつきが少なくなる。
【0041】
また、切換形インピーダンス可変手段のインピーダンス切り換えは、たとえば始動に際しての予熱時と点灯時との違いに応じてスイッチによって行うことができるので、フィラメント加熱の切り換えを確実に、しかも明確な差を付けて行うことができる。たとえば、点灯時に対して予熱時のフィラメント電流を3〜5倍程度増加させることができる。
【0042】
さらに、本発明においては、上述のようにフィラメント加熱の切り換えを確実、かつ明確に行うことができるので、黒化を生じにくい。したがって、フィラメント加熱が適切に行われないと、黒化を生じるのは放電ランプ共通の問題であるが、小径の蛍光ランプやシールドリングを備えていない蛍光ランプの場合、特に黒化が目立ちやすいので、本発明は小径の蛍光ランプに効果的である。
【0043】
本発明の変形例は、請求項1記載の放電ランプ点灯装置において、高周波インバータは、高周波交流出力電圧に直流成分を含み得る構成であり;切換形インピーダンス可変手段は、容量性インピーダンスを可変にしている;ことである。
【0044】
出力トランスを用いない直結形の高周波インバータは、小形、軽量かつ安価になるが、高周波交流出力に直流成分が重畳され得る。したがって、フィラメント加熱トランスの1次巻線を高周波交流出力端に直結すると、直流成分が1次巻線に流れてコアが飽和してしまうので、直流カットコンデンサを直列接続する必要がある。
【0045】
本発明においては、この直流カットコンデンサを利用して切換形インピーダンス可変手段を構成することができる。このため、回路構成が簡単になる。
【0046】
コンデンサの容量を可変するには、複数のコンデンサを所望の容量に応じて並列接続するように構成するのがよい。フィラメント加熱電圧を2段階に切り換えたい場合には、2個のコンデンサを並列接続し、その一方を開放するように切り換えればよい。しかし、フィラメント電圧を3段階以上に切り換えたい場合には、3個以上のコンデンサを並列接続し、切換可能に構成すればよい。
【0048】
ハーフブリッジ形インバータやフルブリッジ形インバータなどにおいては、高周波インバータの高周波交流出力電圧が矩形波なので、フィラメント加熱トランスの1次巻線には矩形波の電圧が印加される。切換形インピーダンス可変手段が容量性インピーダンスを可変にする構成であると、矩形波の電圧に対してコンデンサに充電電流が流れて電荷が充電されるまでの時間がコンデンサの容量の大きさに応じて変化する。すなわち、フィラメント加熱トランスに印加される電圧がコンデンサの容量に比例的に変化することになり、したがって電圧可変が容易になる。
【0049】
本発明の変形例は、請求項1記載の放電ランプ点灯装置において、切換形インピーダンス可変手段は、高周波インバータの高周波交流出力端およびフィラメント加熱トランスの1次巻線の間に直列に接続されている第1のコンデンサ、第1のコンデンサに並列接続されている第2のコンデンサおよびスイッチの直列回路、ならびにスイッチを制御する制御手段を備えていることである。
【0050】
本発明は、切換形インピーダンス可変手段の実際的な構成を規定している。
【0051】
また、切換形インピーダンス可変手段は、第1および第2のコンデンサを用いるので、フィラメント加熱電圧を2段階に切り換える場合に適当し、始動に際しての予熱時と点灯時およびまたは調光点灯時と全光点灯時に適用することができる。
【0052】
さらに、第2のコンデンサを第1のコンデンサに並列接続したり、開放するスイッチは、手動スイッチを用いてもよいが、トランジスタなどの無接点スイッチを用いる方が制御が容易になる。
【0053】
つぎに、制御手段は、予熱時および調光時に切換形インピーダンス可変手段のインピーダンスが小さくなるようにスイッチをオン制御する。
【0054】
本発明の変形例は、請求項1記載の放電ランプ点灯装置において、制御手段は、直流電源の投入に応動するタイマであることである。
【0055】
本発明は、予熱時に自動的にフィラメント加熱電圧を高くなるように制御するのに好適な構成を規定している。
【0056】
制御手段は、タイマであり、しかも直流電源の投入に応動するように構成されている。
【0057】
直流電源の投入に応動するには、直流電源の投入を直接検出してタイマ動作を開始するようにしてもよいが、間接的に直流電源の投入を検出する構成であってもよい。
【0058】
また、タイマの動作時間は、予め一般的な予熱時間をタイマ動作時間として設定しておくことができる。しかし、放電ランプの始動を直接または間接的に検出して、そのときにタイマ動作を終了するように構成することも許容される。放電ランプの始動は、放電ランプのランプ電圧、ランプ電流、ランプ電力、発光または発熱などを検出することにより、検出することが可能である。
【0059】
請求項2の発明の照明装置は、照明装置本体と;照明装置本体に支持された請求項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。
【0060】
本発明において、「照明装置」とは、放電ランプの発光を利用するあらゆる装置を含む広い概念であり、たとえば照明器具、バックライト装置およびこれを組み込んだ各種表示装置、ならびに画像読取装置およびこれを組み込んだ複写機、ファクシミリ、スキャナなどのOA機器などを含む。
【0061】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0062】
図1は、本発明の放電ランプ点灯装置の一実施形態を示す回路図である。
【0063】
図において、ASは低周波交流電源、NFはノイズフィルタ、DCSは直流電源、HFIは高周波インバータ、LCは負荷回路、CTは電流変流器、FTはフィラメント加熱トランス、CIVは切換形インピーダンス可変手段である。
【0064】
<低周波交流電源ASについて>
低周波交流電源ASは、商用200V交流電源である。
【0065】
<ノイズフィルタNFについて>
ノイズフィルタNFは、低周波交流電源ASと直流電源DCSとの間に直列に介在して、高周波インバータHFIの第1および第2のスイッチング手段Q1、Q2の交互スイッチングに伴って発生した高周波ノイズが低周波交流電源AS側へ流出しないように阻止するもので、電源ラインに直列接続されるインダクタと、低周波交流電源ASに並列的に接続されるコンデンサとを含んで構成されている。
【0066】
<直流電源DCSについて>
直流電源DCSは、整流化直流電源RDおよびアクティブフィルタAFからなる。
【0067】
整流化直流電源RDは、ブリッジ形全波整流回路からなる。
【0068】
また、整流化直流電源RDは、その交流入力端がノイズフィルタNFを介して低周波交流電源ASに接続し、非平滑直流出力端がアクティブフィルタAFの入力端に接続している。
【0069】
アクティブフィルタAFは、昇圧チョッパにて構成されている。
【0070】
<高周波インバータHFIについて>
高周波インバータHFIは、直流入力端a、bおよび高周波交流出力端c、dを備えたハーフブリッジ形インバータからなり、第1のスイッチング手段Q1、第2のスイッチング手段Q2、第1のゲートドライブ回路GDC1および第2のゲートドライブ回路GDC2を備えている。なお、その他に起動回路なども備えているが、それらは高周波インバータにおける常套手段であり、また本発明に直接関係ないので、図示および説明は省略する。
【0071】
第1のスイッチング手段Q1は、エンハンスメント形のNチャンネル形MOSFETからなり、そのドレインが整流化直流電源RDの正極に接続している。
【0072】
第2のスイッチング手段Q2は、同様にエンハンスメント形のNチャンネル形MOSFETからなり、そのドレインが第1のスイッチング手段Q1のソースに接続し、ソースが整流化直流電源RDの負極に接続している。
【0073】
そうして、第1および第2のスイッチング手段Q1、Q2は、直流入力端a、b間に直列接続されている。また、高周波交流出力端c、dから高周波交流出力が得られる。
【0074】
第1のゲートドライブ回路GDC1は、帰還巻線FW1および共振コンデンサC1からなる。帰還巻線FW1は、後述する変流器CTに磁気結合していて、第1のスイッチング手段Q1のゲート・ソース間に接続している。共振コンデンサC1は、帰還巻線FW1に並列接続して、帰還巻線FW1と共振回路を形成する。
【0075】
第2のゲートドライブ回路GDC2は、帰還巻線FW2および共振コンデンサC2からなる。帰還巻線FW2は、同様に後述する変流器CTに磁気結合していて、第2のスイッチング手段Q2のゲート・ソース間に接続している。共振コンデンサC2は、帰還巻線FW2に並列接続して、帰還巻線FW2と共振回路を形成する。ただし、帰還巻線FW2の極性は、帰還巻線F1と逆になっている。
【0076】
<負荷回路LCについて>
負荷回路LCは、限流インダクタL1、直流カットコンデンサC3、放電ランプDLおよび共振コンデンサC4からなり、後述する変流器CTを直列に介して高周波インバータHFIの高周波交流出力端c、dに接続している。
【0077】
限流インダクタL1は、その一端が変流器CTの一端に接続し、他端が直流カットコンデンサC1の一端に接続している。
【0078】
直流カットコンデンサC3は、その他端が放電ランプDLの一端に接続している。
【0079】
放電ランプDLは、負荷回路LCの中で負荷を構成するもので、本実施形態においては蛍光ランプを用いている。そして、放電ランプDLの一方のフィラメント電極FE1の電源側端子は、直流カットコンデンサC3の一端に接続している。また、他方のフィラメント電極FE2の電源側端子は、第2のスイッチング手段Q2のソースに接続している。
【0080】
共振コンデンサC4は、放電ランプDLの両方のフィラメント電極FE1、FE2のそれぞれの電源側端子間に接続されている。
【0081】
そうして、負荷回路LCは、限流インダクタL1、直流カットコンデンサC3および共振コンデンサC4からなる直列共振回路を形成する。しかし、直流カットコンデンサC3は、その静電容量が大きいので、主として共振コンデンサC4が共振に寄与する。
【0082】
<変流器CTについて>
変流器CTは、負荷回路LCと直列に接続されていて、負荷回路LCに流れる電流を磁気結合している帰還巻線FW1、FW2に帰還する。
【0083】
<フィラメント加熱トランスFTについて>
フィラメント加熱トランスFTは、一つの1次巻線pおよび一対の2次巻線s1、s2を備えている。
【0084】
1次巻線pは、一端が高周波インバータHFIの高周波交流出力端cに接続し、他端が後述する切換形インピーダンス可変手段CIBを直列に介して高周波インバータHFIの高周波交流出力端dに接続している。
【0085】
一方の2次巻線s1は、コンデンサC5を介して放電ランプDLの一方のフィラメント電極FE1の電源側端子および非電源側端子間に接続している。
【0086】
他方の2次巻線s2は、コンデンサC6を介して放電ランプDLの他方のフィラメント電極FE2の電源側端子および非電源側端子の間に接続している。
【0087】
<切換形インピーダンス可変手段CIVについて>
切換形インピーダンス可変手段CIVは、第1のコンデンサC7、第2のコンデンサC8、スイッチSWおよび制御手段CMからなる。
【0088】
第1のコンデンサC7は、フィラメント加熱トランスFTの1次巻線pの他端と高周波交流出力端dとの間に常時直列に接続されている。
【0089】
第2のコンデンサC8は、一端がフィラメント加熱トランスFTの1次巻線pの他端に接続し、他端がスイッチSWを直列に介して高周波交流出力端dに接続している。
【0090】
スイッチSWは、エンハンスメント形MOSFETからなり、後述する制御手段CMによりオン、オフ制御される。
【0091】
制御手段CMは、タイマからなり、その制御電源端子がアクティブフィルタAFの平滑直流出力端間に接続され、タイマ出力に応じてスイッチSWをオン、オフ制御する。
【0092】
<回路動作について>
低周波交流電源ASを投入すると、直流電源DCSの整流化直流電源RDにおいて交流が整流されて非平滑化直流電圧が得られる。さらに、アクティブフィルタAFにより平滑化および昇圧された高周波インバータHFIの直流入力端a、b間に印加される。
【0093】
直流電圧は、さらに高周波インバータHFIの直列接続された第1および第2のスイッチング手段Q1、Q2のドレイン・ソース間に印加され、図示を省略した起動回路により起動して、高周波交流出力端cd間に高周波交流電圧が現れる。
【0094】
また、同時に直流電圧は制御手段CMにも印加されるので、制御手段CMは、タイマ動作を開始する。
【0095】
次に、高周波インバータの回路動作について説明する。
【0096】
第1のスイッチング手段Q1がオンすると、アクティブフィルタAFの正極から第1のスイッチング手段Q1のドレイン・ソースを介して変流器CT、負荷回路LCすなわち限流インダクタL1、直流カットコンデンサC3、共振コンデンサC4およびアクティブフィルタAFの負極の経路を電流が流れる。このとき負荷回路LCの限流インダクタL1、直流カットコンデンサC3および共振コンデンサC4が形成する直列共振回路が共振して、共振コンデンサC4の端子電圧が高くなり、かつ充電される。
【0097】
一方、変流器CTに電流が流れたことにより、これに磁気結合している第1のゲートドライブ回路GDC1の帰還巻線FW1に、図中帰還巻線FW1に付された極性記号のない方の端子が高い極性の電圧が誘起される。このとき変流器CTの電圧降下は、図中の極性記号が付されてない方の端子が高くなる。
【0098】
帰還巻線FW1に誘起された電圧によって第1のスイッチング手段Q1は、引き続きオン状態である。
【0099】
これに対して、第2のゲートドライブ回路GDC2の帰還巻線FW2には、第2のスイッチング手段Q2のソース側が高い極性の電圧が誘起されるので、第2のスイッチング手段Q2のゲートはソースより低い電圧が印加されるから、引き続きオフ状態のままである。
【0100】
ところが、第1および第2のゲートドライブ回路GDC1、GDC2の共振回路の共振電圧は、共振による振動によって次に極性が反転するので、そのとき第1のスイッチング手段Q1のゲートが逆電圧になってオフし、反対に第2のスイッチング手段Q2のゲートがドライブ方向の極性になってオンする。
【0101】
したがって、第1のスイッチング手段Q1のオン時間は、第1のゲートドライブ回路GDC1の共振回路のコンデンサC1のキャパシタンスと帰還巻線FW1インダクタンスとにより決定される。
【0102】
また、第1のスイッチング手段Q2のオン時間は、第2のゲートドライブ回路GDC2の共振回路のコンデンサC2のキャパシタンスと帰還巻線FW2インダクタンスとにより決定される。
【0103】
そうして、第1のスイッチング手段Q1がオフになると、限流インダクタL1に蓄積されていた電磁エネルギーが放出されて、限流インダクタL1から直流カットコンデンサC3、共振コンデンサC4、第2のスイッチング手段Q2の寄生ダイオード、変流器CTおよび限流インダクタL1の経路を引き続き電流が流れ続ける。そして、その電流が0になると、今度は共振コンデンサC4の充電電荷が直流カットコンデンサC3、限流インダクタL1、変流器CT、第2のスイッチング手段Q2、共振コンデンサC4の経路を放電し、電流が上記とは逆方向に流れる。このとき、変流器CTに磁気結合する帰還巻線FW1、FW2に誘起される電圧は、逆に図中の極性記号が付された方の端子が高く、他方の端子が低くなるので、第1のスイッチング手段Q1はオフ状態を維持し、第2の第2のスイッチング手段Q2はオン状態を維持する。
【0104】
ところが、第1および第2のゲートドライブ回路GDC1、GDC2の共振回路の共振電圧が振動して極性が反転すると、再び第1のスイッチング手段Q1がオンし、第2の第2のスイッチング手段Q2がオフする。
【0105】
その結果、限流インダクタL1に蓄積されていた電磁エネルギーが放出された後、再びアクティブフィルタAFの正極から、最初に説明したように電流が負荷回路LCに流れる。以下、以上説明した動作を繰り返して、ハーフブリッジ形インバータとして作動して、高周波交流出力端c、dに矩形波の高周波交流電圧が現れる。
【0106】
次に、フィラメント加熱トランスFTおよび切換形インピーダンス可変手段CIBの回路動作について説明する。
【0107】
切換形インピーダンス可変手段CIV
は、その制御手段CMがアクティブフィルタAFの直流出力電圧に応動するように構成されているので、直流電源DCSを投入すると、制御手段CMがタイマ動作を開始する。
【0108】
スイッチSWは、制御手段CMがタイマ動作中オンしているので、第1および第2のコンデンサC7、C8がともにフィラメント加熱トランスFTの1次巻線pと直列に接続している。そのため、切換形インピーダンス可変手段CIVのコンデンサC7、8Cの合成容量が大きくなり、反対に合成インピーダンスは小さくなっているので、図2の(c)に示すような充電電流が流れる。
【0109】
以上の結果、予熱時のフィラメント電流が0.6A、点灯時のフィラメント電流が0.2Aであった。
【0110】
図2は、本発明の放電ランプ点灯装置の一実施形態における高周波交流出力電圧と切換形インピーダンス可変手段に流れるコンデンサの充電電流との関係を示す波形図である。
【0111】
図において、(a)は高周波交流出力電圧波形、(b)はスイッチSWがオフ時のコンデンサの充電電流波形、(c)はスイッチSWがオン時のコンデンサの充電電流波形、をそれぞれ示す。
【0112】
図から理解できるように、切換形インピーダンス可変手段CIVのスイッチSWがオンしている間は、コンデンサC7、C8の容量が加算されて大きくなっているので、充電電流の流れる時間が相対的に長くなる。これにより、高周波交流電圧電圧がフィラメント加熱トランスFTに印加される時間幅が相対的に大きくなるから、その1次巻線pに印加される電圧の実効値が大きくなり、これに伴い2次巻線s1、s2に誘起されるフィラメント加熱電圧が高くなる。
【0113】
したがって、フィラメント加熱電力が大きくなる。このため、放電ランプDLは、共振コンデンサC4により共振による高い電圧がフィラメント電極FE1、FE2間に印加されるとともに、フィラメント電極の予熱が十分に行われるので、始動が確実に行われ、やがて点灯する。
【0114】
そうして、放電ランプDLが点灯して制御手段CMのタイマ時間が終了すると、スイッチSWがオフする。スイッチSWがオフすると、コンデンサC8が開放されるので、切換形インピーダンス可変手段CIBの容量が小さく、したがってインピーダンスが大きくなるので、充電電流は、図の(b)に示すように、流れる時間が短くなる。このため、フィラメント加熱トランスFTの1次巻線pに高周波交流電圧が印加される時間が相対的に短くなるから、1次巻線pに印加される電圧の実効値が小さくなり、これに伴い2次巻線s1、s2に誘起されるフィラメント加熱電圧は低くなる。
【0115】
図3は、本発明の照明装置の一実施形態としてのトラフ形照明器具を示す斜視図である。
【0116】
図4は、同じく蛍光ランプを示す一部切欠正面図である。
【0117】
各図において、1はトラフ形照明器具本体、2は蛍光ランプである。
【0118】
トラフ形照明器具本体1は、横断面逆台形状をなして細長く形成されていて、内部に蛍光ランプを除いて図1に示す放電ランプ点灯装置が収納されている。
【0119】
また、トラフ形照明器具本体1の下面の長手方向の一端部にランプソケット1aを下面から下方へ露出させて配設している。
【0120】
さらに、トラフ形照明器具本体1の長手方向の他端部近傍にランプホルダ1bを配設している。
【0121】
蛍光ランプ2は、U字状の透光性放電容器2a、口金2bおよびスペーサ2cを備えている。
【0122】
透光性放電容器2aは、2本のガラス管2a1、2a1を平行にして接近させ、かつ先端部に繋ぎ部2a2を形成して、U字状をなす1本の放電路を形成してなり、両端に図示しない一対のフィラメント電極を封装するとともに、透光性放電容器2aの内面に3波長発光形の蛍光体層を形成し、内部に適量の水銀およびアルゴンを200〜300Pa封入している。
【0123】
口金2bは、GY10q-12形で、放電路の折り返さされた両端部であって、透光性放電容器2aの一端部に装着されている。
【0124】
スペーサ2cは、2本のガラス管2a1、2a1の間の隙間に配設されている。
【0125】
そうして、蛍光ランプ2は、管径17.5mm、管長1150mm、定格ランプ電力105Wであり、口金2bをトラフ形照明器具本体1のランプソケット1aに装着し、透光性放電容器1の先端側をランプホルダ1bに支持することにより、トラフ形照明器具本体1に装着される。
【0126】
【発明の効果】
請求項1の各発明によれば、直流電源間に直流入力端が接続された高周波インバータの高周波交流出力端に、少なくとも限流インピーダンスおよび一対のフィラメント電極を備えた放電ランプを直列的に含む負荷回路と、フィラメント加熱トランスの1次巻線および切換形インピーダンス可変手段の直列回路とを、接続したことにより、切換形インピーダンス可変手段のインピーダンス素子である複数のコンデンサを無接点スイッチによって切り換えることで、切換形インピーダンス可変手段における電圧降下でフィラメント加熱トランスに印加される電圧が変化してフィラメント加熱電力が変化し、予熱時およびまたは調光点灯時と全光点灯時とのように放電ランプの点灯状態に応じたフィラメント加熱をばらつきなく確実に切り換えるとともに、高周波インバータの周波数にあまり影響されないでフィラメント加熱電力を制御する放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【0131】
請求項2の発明によれば、請求項1効果を有する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の放電ランプ点灯装置の一実施形態を示す回路図
【図2】本発明の放電ランプ点灯装置の一実施形態における高周波交流出力電圧と切換形インピーダンス可変手段に流れるコンデンサの充電電流との関係を示す波形図
【図3】本発明の照明装置の一実施形態としてのトラフ形照明器具を示す斜視図
【図4】同じく蛍光ランプを示す一部切欠正面図
【符号の説明】
AS…低周波交流電源
NF…ノイズフィルタ
DCS…直流電源
RD…整流化直流電源
AF…アクティブフィルタ
HFI…高周波インバータ
a…直流入力端
b…直流入力端
c…高周波交流出力端
d…高周波交流出力端
Q1…第1のスイッチング手段
Q2…第2のスイッチング手段
GDC1…第1のゲートドライブ回路
FW1…帰還巻線
C1…共振コンデンサ
GDC2…第2のゲートドライブ回路
FW2…帰還巻線
C2…共振コンデンサ
LC…負荷回路
L1…限流インダクタ
C3…直流カットコンデンサ
C4…共振コンデンサ
DL…放電ランプ
FE1…フィラメント電極
FE2…フィラメント電極
CT…変流器
FT…フィラメント加熱トランス
p…1次巻線
s1…2次巻線
s2…2次巻線
CIV…切換形インピーダンス手段
C7…第1のコンデンサ
C8…第2のコンデンサ
SW…スイッチ
CM…制御手段
Claims (2)
- 直流電源と;
直流電源間に入力端が接続されたハーフブリッジ形又はフルブリッジ形の高周波インバータと;
放電ランプに対して並列的に接続されるインピーダンスとによって直列共振回路を形成する限流インピーダンスおよび一対のフィラメント電極を備えた放電ランプを直列的に含み、高周波インバータの高周波交流出力端間に接続された負荷回路と;
一つの1次巻線および一対の2次巻線を備え、1次巻線が直列共振回路と高周波インバータの高周波交流出力端との間に接続し、各2次巻線が放電ランプの一対のフィラメント電極に接続したフィラメント加熱トランスと;
高周波インバータの高周波交流出力端およびフィラメント加熱トランスの1次巻線の間に介在してインピーダンス素子である複数のコンデンサを無接点スイッチによって切り換えることでインピーダンスの電圧降下が変化することにより1次巻線に印加される高周波電圧が変化してフィラメント加熱電力を制御する切換形インピーダンス可変手段と;
を具備していることを特徴とする放電ランプ点灯装置。 - 照明装置本体と;
照明装置本体に支持された請求項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。
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