(実施形態1)
本実施形態の無電極放電灯点灯装置(以下、点灯装置と略称する)は、図2に示すように、交流電源ACを電源として無電極放電灯6を点灯させる。この点灯装置は、交流電源ACの電源電圧を整流するダイオードブリッジよりなる整流器10、および整流器10の出力を所望の大きさの直流電圧に変換するチョッパ回路を有した直流電源回路Eと、直流電源回路Eの出力を高周波出力に変換して無電極放電灯6に近接配置した誘導コイル5に与えることにより無電極放電灯6を点灯させる電力変換回路9とを備える。
直流電源回路Eは、整流器10の出力端間にインダクタL10とMOSFETからなるスイッチング素子Q6との直列回路がインダクタL10を整流器10の正極側にして接続され、スイッチング素子Q6の両端間に、平滑コンデンサC10とダイオードD10との直列回路がダイオードD10のアノードをスイッチング素子Q6とインダクタL10との接続点に接続する形で接続された構成を有し、平滑コンデンサC10の両端間に出力電圧Vdcを出力する。さらに、スイッチング素子Q6のオンオフを制御するチョッパ制御回路2が設けられる。
電力変換回路9は、MOSFETからなり直流電源回路Eの出力電圧Vdcが印加されるスイッチング要素Q3およびスイッチング要素Q4の直列回路と、スイッチング要素Q3,Q4を高周波で交互にオンオフする駆動回路16とを備える。電力変換回路9は、スイッチング要素Q3,Q4を高周波で交互にオンオフすることによって誘導コイル5に高周波出力を与える。ここにおいて、電力変換回路9の出力側には、インダクタLs0,Ls1とコンデンサCp,Csとからなる共振回路が設けられている。共振回路については後述する。
ここにおいて、点灯装置は、放電ガスを封入したバルブからなる無電極放電灯6と、上記誘導コイル5と共に照明器具の器具本体を構成する。誘導コイル5は、電力変換回路9の出力を受けて高周波電流が流れることによって、無電極放電灯6を構成するバルブ内の放電ガスに対して高周波電磁界を作用させて無電極放電灯6を点灯させる。
また、図2に示す点灯装置は、無電極放電灯6の始動時に電力変換回路9の出力電圧を徐々に上昇させて無電極放電灯6を始動する始動回路13と、電力変換回路9の出力端間に設けられ電力変換回路9の出力電圧Vxに応じた直流電圧である検出電圧Vxsを始動回路13に出力する電圧検出回路14と、共振回路に流れる共振電流を検出する電流検出回路(抵抗Rd)と、電流検出回路の検出電流を参照して電力変換回路9の出力電圧が所望のレベルとなるように駆動回路16の動作周波数(つまりスイッチング要素Q3,Q4をオンオフする周波数)を変化させる制御回路17とを備える。
始動回路13は、オペアンプOP1を用いた誤差増幅器によってコンデンサC1の両端電圧と電圧検出回路14の検出電圧Vxsとの差分を増幅する構成を有する。コンデンサC1にはスイッチSWが並列接続されており、交流電源ACから直流電源回路Eへの電源供給が開始されてスイッチSWがオンからオフに切り替わると、直流電源回路Eの出力電圧を降圧・安定化して得られる動作電圧Vdを抵抗R1と抵抗R2とで分圧した電圧によってコンデンサC1が充電され、オペアンプOP1の出力電圧が徐々に上昇する。
制御回路17は、基準電圧Vrefが非反転入力端子に入力されたオペアンプOP2を用いた誤差増幅器によって、基準電圧Vrefと電流検出回路の検出電圧VRdの差分を増幅する構成を有する。オペアンプOP2の反転入力端子と出力端子との間には、抵抗R10とコンデンサC11との並列回路からなる遅延回路が接続されている。交流電源ACから直流電源回路Eへの電源供給が開始された時点では、電力変換回路9の出力電流(共振電流)は略ゼロであるから検出電圧VRdも略ゼロとなり、オペアンプOP2の出力電圧は初期値(最大値)となる。そして、時間の経過とともに電力変換回路9の出力電流が増加して検出電圧VRdも増加するが、上記遅延回路によってオペアンプOP2の出力電圧は初期値から変化しない。ここで、制御回路17の遅延回路の遅延時間は無電極放電灯6が始動点灯するまでに要する時間程度に設定されており、それ以降はオペアンプOP2の出力電圧は増加する。
ここで、オペアンプOP1の出力端子とオペアンプOP2の出力端子とは、それぞれ抵抗およびダイオードD1,D2を介して駆動回路16の入力端子に接続される。駆動回路16の入力端子には定電圧(入力端子電圧)が印加されており、オペアンプOP1の出力電圧が駆動回路16の入力端子電圧よりも小さいときにダイオードD1を通してその電位差に応じた第1の制御電流ISWが流れるとともに、オペアンプOP2の出力電圧が駆動回路16の入力端子電圧よりも小さいときにダイオードD2を通してその電位差に応じた第2の制御電流Ifbが流れる。したがって、駆動回路16の入力端子から流れ出る制御電流Ioの大きさは第1および第2の制御電流ISW、Ifbの和になる。駆動回路16は、制御電流Ioの大きさに応じて動作周波数を変化させており、ここでは制御電流Ioに比例して動作周波数を増減させる。
上述した構成によれば、交流電源ACから直流電源回路Eへの電源供給が開始されてスイッチSWがオンからオフに切り替わると、始動回路13におけるオペアンプOP1の出力電圧が徐々に上昇することにより、第1の制御電流ISWが徐々に減少して駆動回路16の動作周波数が徐々に減少し、電力変換回路9の出力電圧Vxが増加する。その後、電力変換回路9の出力電圧Vxが始動電圧に達すると、無電極放電灯6が点灯して回路特性が変化することにより電力変換回路9の出力電圧Vxが下降する。一方、無電極放電灯6の始動点灯後は、制御回路17におけるオペアンプOP2の出力電圧と駆動回路16の入力端子電圧との電位差に応じて第2の制御電流Ifbが流れるため、制御電流Ioの増加とともに駆動回路16の動作周波数も増加し、電力変換回路9の出力電圧Vxが減少することになる。
なお、駆動回路16の動作周波数は、共振電流が無電極放電灯6の定格点灯時における所望のレベルに一致するとき、すなわち検出電圧VRdが基準電圧Vrefと一致するときの周波数に落ち着くことになる。それ以降は、制御回路17は共振電流を基準電圧Vrefで決まる所望のレベルに一致させるように駆動回路16の動作周波数をフィードバック制御して、無電極放電灯6を定常点灯させる。要するに、始動回路13のはたらきで無電極放電灯6を安定して始動点灯させることができるとともに、始動点灯後においては制御回路17によりフィードバック制御が行われるので電力変換回路9が出力する高周波電力が過度に増加あるいは減少することがなく、回路部品へのストレスの低減を図ることができる。
ところで、電力変換回路9の共振回路は、スイッチング要素Q4および抵抗Rdの直列回路の両端間に接続されたインダクタLsおよびコンデンサCpの直列回路と、インダクタLsおよびコンデンサCpの接続点に一端が接続されたコンデンサCsとで構成されている。ここにおいて、インダクタLsおよびコンデンサCpの直列回路はインダクタLsがスイッチング要素Q3とスイッチング要素Q4との接続点に接続されており、コンデンサCpおよびコンデンサCsの直列回路の両端間に電力変換回路9の出力を生じることになる。
本実施形態の点灯装置では、上記共振回路のインダクタLsとして並列接続された2個のインダクタLs0,Ls1を用いている。2個のインダクタLs0,Ls1を並列接続して用いることにより、インダクタLsが1個のときと比べて各インダクタLs0,Ls1に流れる電流を半分程度まで低減でき、各インダクタLs0,Ls1における温度上昇を抑制することができる。したがって、各インダクタLs0,Ls1において、コアの飽和磁束密度の低下を抑制でき、コアの磁気飽和を防止できる。
また、本実施形態では、点灯装置を1つの実装基板18(図1参照)に形成し、この実装基板18を、図3に示す金属製のケースである金属ケース19内に収納している。誘導コイル5は、金属ケース19とは別体の円柱状のパワーカプラ20に内蔵されており、ケーブル21を介して金属ケース19内の点灯装置に接続される。ここで、無電極放電灯6のバルブをこのパワーカプラ20に装着することにより、バルブ内の放電ガスに高周波電磁界を作用させて無電極放電灯6を点灯させることができる。
金属ケース19は、分割可能なケース本体22とケース蓋23とを組み合わせることにより直方体上に構成されている。ケース蓋23には、ケース本体22の側面に沿って図3の下方に延設され先端部がケース本体22の側方に延長された足部24が形成されており、足部24をケース本体22の側壁に密着させることによりケース本体22の熱がケース蓋23に伝達されやすい構成としている。しかも、ケース蓋23は表面からの放熱効率を向上させるように、ケース蓋23の材質よりも熱放射率の高い塗料で塗装されている。
図1には、金属ケース19に収納された状態の実装基板18を示す。以下では図1の上下左右を上下左右として説明する。
ところで、一般的に無電極放電灯6は始動時に高い電圧を必要とするので共振回路のQ値を高く設計する必要がある。また、無電極放電灯6は高周波電力により点灯するため、共振回路を構成する実装基板18上の導体パターンですら雑音発生源となる。さらに、共振回路の導体パターンには高電圧が印加されるので、他の回路部品を配置する際には当該導体パターンとの間に比較的大きな絶縁距離を確保する必要がある。そのため、共振回路の導体パターンは極力短くする必要がある。そこで、本実施形態では、共振回路の導体パターンは極力短くできるように、2個のインダクタLs0,Ls1を実装基板18上で互いに近接するように配置している。
発熱部品である両インダクタLs0,Ls1を近接配置すると、両インダクタLs0,Ls1間に熱がこもりやすくなり各インダクタLs0,Ls1の温度上昇が問題となるので、各インダクタLs0,Ls1の温度上昇を防止する手段が必要になる。そこで、インダクタLs0,Ls1を金属ケース19の一内側面に近接させることにより、インダクタLs0,Ls1で発生した熱を金属ケース19に放熱させることが考えられる。しかし、電力変換回路9は高周波動作するので、仮に両方のインダクタLs0,Ls1を金属ケース19の一内側面に近接配置した場合には、以下の不具合が生じる。すなわち、ただでさえ両インダクタLs0,Ls1が近接配置されている上に、両方のインダクタLs0,Ls1と金属ケース19とを近接配置すると、金属ケース19を介して両インダクタLs0,Ls1が互いに干渉して、各インダクタLs0,Ls1の特性がそれぞれ変化することがある。また、金属ケース19が磁性体材料からなる場合には、両方のインダクタLs0,Ls1と金属ケース19とが磁気的に結合するため、両方のインダクタLs0,Ls1から金属ケース19への磁束漏れが生じて大きなロス(電力損失)が発生する。
本実施形態では、並列接続された2個のインダクタLs0,Ls1のうち、両方でなく片方のインダクタLs0だけを金属ケース19の一内側面と近接させることにより、これらの不具合を防止している。すなわち、一方のインダクタLs0と金属ケース19の一内側面とを近接させているので、当該インダクタLs0から発生する熱を金属ケース19に効率的に放熱することができ、また、両方のインダクタLs0,Ls1を金属ケース19の一内側面に近接させる場合に比べて、各インダクタLs0,Ls1の特性変化や、両インダクタLs0,Ls1におけるロスを抑制することができる。しかも、インダクタLs0自身の温度上昇が抑制されることにより、当該インダクタLs0の周辺の温度上昇も抑制することができ、近接配置された他方のインダクタLs1についても、温度上昇を抑制することができるので、一方のインダクタLs0だけでも金属ケース19の一内側面に近接させたことによる効果は大きい。
具体的には、2個のインダクタLs0,Ls1は実装基板18上において互いに左右方向に近接配置されており、かつ一方のインダクタLs0を金属ケース19の一内側面(右側面)に近接させるように実装基板18の右端部に配置されている。ここで、金属ケース19の一内側面とインダクタLs0との間に絶縁板を介在させることにより、金属ケース19とインダクタLs0との間を確実に絶縁するようにしてもよい。
また、2個のインダクタLs0,Ls1は、図4に示すように、各巻線25の中心軸方向が互いに同じ向きとなるように配置され、かつ通電時に同じ向きに磁束を生じるように接続されている。これにより、両インダクタLs0,Ls1において通電時に生じる磁束の向きが同じとなり、互いに磁束を打ち消し合うことがないので、各インダクタLs0,Ls1における特性の悪化を防止できる。
さらに、各インダクタLs0,Ls1のコア26は、それぞれ棒状の横片26aと横片26aの両端部および中央部から一方向に延設された3本の縦片26bとでE字状に形成された一対のE型コアを、互いに縦片26bの先端面同士を突き合わせる形で接合することにより構成された、いわゆるEE型コア(ここでは、中央の縦片26bが円柱状であるいわゆるEER型コアを用いる)である。そのため、各コア26にはそれぞれE型コア同士の接合部(以下、コア接合部26cという)が存在するが、このコア接合部26cからはコア26を通る磁束がコア26の外部に漏れやすい。ここにおいて本実施形態では,両インダクタLs0,Ls1の中心位置(つまり巻線25の巻回中心)を上下方向にずらして配置しており、これにより、両インダクタLs0,Ls1のコア接合部26c同士は対向することがない。したがって、図5に示すように、両インダクタLs0,Ls1のコア接合部26cからの漏れ磁束(図中矢印B)が互いに干渉することを防止でき、結果的に、各インダクタLs0,Ls1の特性変化を防止できる。
さらにまた、両インダクタLs0,Ls1を上下方向にずらして配置しているから、両インダクタLs0,Ls1間の対向面積が小さくなり、各インダクタLs0,Ls1で発生した熱が、他方のインダクタLs0,Ls1との間にこもることなく放熱されやすいという利点がある。しかも、両インダクタLs0,Ls1をずらして配置することにより、インダクタLs0,Ls1間の距離も大きくなるので、これによっても、各インダクタLs0,Ls1で発生した熱が他方のインダクタLs0,Ls1との間にこもることなく放熱されやすくなる。
ところで、一般的なインダクタには、縦置き型のインダクタと横置き型のインダクタとがある(図7(a)参照)。縦置き型のインダクタは、コア26において巻線25が巻回された縦片26bを実装基板18に直交させる向きに実装基板18上に実装されるインダクタであって、インダクタは実装基板18への投影面積が最小となるので、実装面積が比較的小さくなるとともに実装基板18からの高さ寸法が比較的大きくなる。一方、横置き型のインダクタは、コア26において巻線25が巻回された縦片26bを実装基板18に沿わせる向きに実装基板18上に実装されるインダクタであって、インダクタは実装基板18への投影面積が最大となるので、実装面積が比較的大きくなるとともに実装基板18からの高さ寸法が比較的小さくなる。
本実施形態では、いずれのインダクタLs0,Ls1にも縦置き型のものを用いているので、実装基板18上におけるインダクタLs0,Ls1の実装面積を小さく抑えることができる。しかも、インダクタLs0において巻線25が露出した一側面を金属ケース19の一内側面に対向させており、これにより、巻線25で発生した熱がコア26で遮られることなく金属ケース19に伝達されることになり、インダクタLs0の放熱効率が向上する。なお、一般的に、巻線25よりもコア26のほうが最大定格温度が高いので、本実施形態のように巻線25の熱を重点的に低減させることが望ましい。また、コア26と金属ケース19とを対向させた場合には、両者が磁気的に結合されインダクタLs0の特性が悪化する可能性があるので、上記構成によりコア26と金属ケース19との距離を比較的大きくすることにより、コア26と金属ケース19との間の磁気的な結合を弱めることが望ましい。
また、本実施形態では、2個のインダクタLs0,Ls1として同一特性かつ同一構造のインダクタを用いている。これにより、実装基板18へのインダクタLs0,Ls1の実装時に、両インダクタLs0,Ls1を区別する必要がなく、両インダクタLs0,Ls1が入れ替わることによる不具合を生じるおそれもない。さらに、インダクタLs0,Ls1の製造過程においても、異なる特性あるいは構造のインダクタLs0,Ls1を製造するよりも、同一のインダクタLs0,Ls1を製造するほうが金型費用などを抑えることができ低コストで製造可能である。
ところで、巻線25の両端(巻き始めと巻き終り)にそれぞれ接続された一対のリード端子が、仮に各インダクタLs0,Ls1の左右両端部に分かれて設けられていると、両インダクタLs0,Ls1間を接続するために、両インダクタLs0,Ls1の左側のリード端子同士を接続する導体パターンと、右側のリード端子同士を接続する導体パターンとが必要になるので、導体パターンは、両インダクタLs0,Ls1の左右両端間に亘る広範囲に形成されることになる。これに対して、本実施形態では、各インダクタLs0,Ls1において巻線25の両端にそれぞれ接続された一対のリード端子27,28は、図6に示すように、各インダクタLs0,Ls1における実装基板18との対向面の一端部に配置されている。したがって、両インダクタLs0,Ls1を同じ向きに揃えて実装すれば、両インダクタLs0,Ls1間を接続する導体パターン29を比較的短くすることができる。なお、共振回路には高周波電流が流れるので、両インダクタLs0,Ls1に関する電気経路の長さは同じする必要があり、両インダクタLs0,Ls1間を接続する一対の導体パターン29についても同じ長さとなるように設計している。
ここにおいて、図6では、リード端子27,28をいずれのインダクタLs0,Ls1においても金属ケース19の一内側面に向けているので、インダクタLs0,Ls1間を接続する導体パターン29を実装基板18の端部に寄せて形成することができる。したがって、雑音発生源となる当該導体パターン29との絶縁距離を確保するために他の回路部品を実装できない領域を極力小さくすることができ、他の回路部品を実装可能な領域(以下、実装可能領域Mという)を大きくすることができる。
以下、本実施形態の点灯装置の具体例を示す。ここでは、無電極放電灯6を点灯させる際の電力変換回路9の動作周波数、つまり共振回路に流れる高周波電流の周波数は、100kHz〜200kHz程度としている。
一般的に、無電極放電灯6は始動に高い電圧を必要とし、共振回路のQ値も高く設計する必要があるので、共振回路に用いる導体パターン29を極力短く設計する必要がある。さらに、共振回路には動作周波数の高調波成分(3倍周波数、5倍周波数等)も含めて大電力の高周波信号が流れかつ高電圧が印加されるから、共振回路は、雑音発生源となり他の回路部品へ悪影響を及ぼしやすい。したがって、共振回路を構成するインダクタLsおよびコンデンサCp,Csについては互いに近接させ、共振回路全体の実装面積を極力小さく抑えることが望ましい。
しかし、共振回路の構成素子を互いに近接させた場合、コンデンサCp,CsがインダクタLsで発生した熱を受けやすくなり、コンデンサCp,CsがインダクタLsで発生した熱を受けることによってコンデンサCp,Csの寿命が短くなることもある。要するに、本実施形態のようにインダクタLsの温度上昇を防止することは、コンデンサCp,Csの寿命が短くなることの防止にもつながる。
また、コンデンサCp,Csには大容量かつ高耐圧のフィルムコンデンサを用いており、金属ケース19への実装基板18の組み込み時などにコンデンサCp,Csが倒れてインダクタLsに接触するように傾くと、インダクタLsで発生した熱がコンデンサCp,Csに伝達されやすくなる。本実施形態では、インダクタLs0,Ls1側に倒れる向きに実装されたコンデンサCpを、左右方向において両インダクタLs0,Ls1の間に対応する位置に配置している。ここで、両インダクタLs0,Ls1は、上下方向にずれて配置されているので、仮にコンデンサCpがインダクタLs0,Ls1側に傾くことがあっても、このコンデンサCpが両方のインダクタLs0,Ls1に同時に接触することはない。
したがって、コンデンサCpが両方のインダクタLs0,Ls1に同時に接触する場合に比べると、インダクタLs0,Ls1からコンデンサCpに伝達される熱を低減することができる。しかも、ここでは、2個のインダクタLs0,Ls1のうち、金属ケース19の一内側面から遠いインダクタLs1のほうがコンデンサCpから後退した位置に配置されている。2個のインダクタLs0,Ls1について比較した場合に、金属ケース19の一内側面に近いインダクタLs0のほうが、金属ケース19に放熱しやすい分だけ温度が上昇しにくいので、上記構成によれば、仮にコンデンサCpがインダクタLs0,Ls1側に傾いたとしても、コンデンサCpが接触するのは温度が低いほうのインダクタLs0ということになる。これにより、コンデンサCpがインダクタLs0,Ls1の熱を受けて寿命が短くなることを確実に防止できる。
また、上記周波数帯域(100kHz〜200kHz程度)で点灯装置を動作させる場合には、たとえば13.56MHzで動作させる従来の点灯装置に比べて、共振回路のインダクタLsおよびコンデンサCp,Csの定数を高くする必要があり、インダクタLsとしては100μH〜1000μH程度、コンデンサCp,Csとしては0.01μF〜0.2μF程度のものが必要になる。上記周波数帯域で上述のインダクタンス値とするためには、インダクタLsにコアは必須である。さらに、無電極放電灯6に特有の現象として、始動時に電力変換回路9に高圧(〜数kV)、大電流(定常点灯時の5倍以上)が印加されることから、これに耐え得るように必然的にインダクタLsおよびコンデンサCp,Csが共に大型となる。
したがって、インダクタLsを仮に1個のインダクタにすると、特に大型のインダクタが必要となり、汎用のインダクタでは対応できないことがある。これに対して、本実施形態では、2個のインダクタLs0,Ls1を並列接続して用いることにより、各インダクタLs0,Ls1に流れる電流を低減させているので、巻線25の線径を細くすることにより各インダクタLs0,Ls1の小型化を図ることができ、汎用のインダクタを使用することができる。両インダクタLs0,Ls1の合成インダクタンス値をインダクタ1個の場合のインダクタンス値と同じにするためには、各インダクタLs0,Ls1のインダクタンス値をインダクタ1個の場合の2倍にする必要があるが、この点を考慮しても各インダクタLs0,Ls1の小型化が可能である。
さらに、大型のインダクタLsを採用した場合にはインダクタLsの重量も大きくなるから、インダクタLsに振動が加わった際にインダクタLsの自重により、インダクタLsと実装基板18との接合部(リード端子の半田接合部等)に大きなストレスがかかることがある。これに対して、本実施形態では各インダクタLs0,Ls1を軽量化できるので、各インダクタLs0,Ls1における実装基板18への接合部にかかるストレスを低減できる。
なお、互いに近接するインダクタLs0と金属ケース19の一内側面との間、および両インダクタLs0,Ls1間には、インダクタLs0,Ls1の通電時に電磁誘導により磁気的な結合が生じるが、電磁誘導により生じる起電力は磁束の変化が大きいほどつまりインダクタLs0,Ls1に流れる電流の周波数が高いほど大きくなる。したがって、本実施形態のように電力変換回路9が比較的低い周波数帯域(100kHz〜200kHz程度)で動作する場合には、インダクタLs0と金属ケース19の一内側面との間、および両インダクタLs0,Ls1間の結合は比較的弱く、当該結合に起因する事象、たとえばインダクタLs0,Ls1におけるインダクタンス値等の特性変化や電力損失などを特に考慮することなく設計することができる。このように、本実施形態の点灯装置は、100kHz〜200kHz程度の低い周波数帯域で動作させる場合に、特に有用である。
また、本実施形態では、負荷消費電力を200W〜300W程度に設計してある。このように負荷消費電力が比較的高い場合には、共振回路のインダクタLsに流れる電流が大きくなり、インダクタLsにおける発熱量も大きくなるので、仮にインダクタLsを1個のインダクタで構成すると、たとえば金属ケース19内に合成樹脂性の充填材を充填したり(しかもインダクタLsが大型であれば充填材の充填量も多くなる)、高価な巻線25やコア26を使用したり、インダクタLsに複雑な構造を採用したりと、大掛かりな放熱手段が必要となる。したがって、2個のインダクタLs0,Ls1が必要になるとしても、本実施形態のように各インダクタLs0,Ls1の温度上昇を防止できるようにしたほうが、インダクタLsを1個のインダクタで構成する場合に比べて点灯装置の低コスト化が期待できる。なお、本実施形態の点灯装置は、負荷消費電力が200W〜300Wの場合に限らず負荷消費電力が150W以上の場合に特に有用である。
(実施形態2)
本実施形態の点灯装置は、共振回路における両インダクタLs0,Ls1の中心位置を上下方向において一致させるように両インダクタLs0,Ls1を並べた点が実施形態1とは相違する。これにより、両インダクタLs0,Ls1が実装基板18上で占有するスペースを上下方向において比較的小さくすることができる。
以下、本実施形態の具体例を図7(a)〜(e)を参照して説明する。ここでは、一方のインダクタLs0に縦置き型、他方のインダクタLs1に横置き型を採用した例を図7(a)、(b)に示し、両方のインダクタLs0,Ls1に縦置き型を採用した例を図7(c)、(d)に示し、両方のインダクタLs0,Ls1に横置き型を採用した例を図7(e)に示す。
図7(a)、(b)に示す各例は、各インダクタLs0,Ls1をそれぞれ縦置き型と横置き型とにしたことにより、実装基板18からの高さ方向について両インダクタLs0,Ls1間に高低差をつけることができ、両インダクタLs0,Ls1は互いに対向面積が小さくなるので、互いに発生する熱の影響を受けにくくなる。さらに、図7(a)〜(d)の各例では少なくとも一方のインダクタLs0,Ls1を、実装基板18に沿う面内で幅方向を上下方向に一致させる向きに配置しており、これにより両インダクタLs0,Ls1は互いに対向面積が比較的小さくなる。
また、図7(a)〜(d)の各例では少なくとも一方のインダクタLs0,Ls1を縦置き型としているから、実装基板18上の両インダクタLs0,Ls1の実装面積を比較的小さく抑えることもできる。しかも、図7(a)〜(d)の各例では、金属ケース19の一内側面に近いほうのインダクタLs0に縦置き型のインダクタを採用しており、これにより金属ケース19の一内側面とインダクタLs0との対向面積を比較的大きくとることができ、インダクタLs0の放熱効率がよくなる。
図7(b)、(d)に示す各例は、金属ケース19の一内側面に近いほうのインダクタLs0について、巻線25が露出した一側面を金属ケース19の一内側面に対向させるように向けており、これにより、巻線25で発生した熱がコア26で遮られることなく金属ケース19に伝達されやすく、結果的に、インダクタLs0の放熱効率がよいという利点がある。さらに、図7(b)、(d)に示す各例では、両インダクタLs0,Ls1間において互いのコア接合部26cが対向していないので、実施形態1のように両インダクタLs0,Ls1を上下方向にずらして配置しなくとも、両インダクタLs0,Ls1のコア接合部26cからの漏れ磁束が互いに干渉することを防止でき、結果的に、各インダクタLs0,Ls1の特性変化を防止できる。
また、図7(c)〜(e)に示す各例では、2個のインダクタLs0,Ls1は、各巻線25の巻回方向が互いに同じ向きとなるように配置されている。これにより、両インダクタLs0,Ls1において通電時に生じる磁束の向きが同じとなり、互いに磁束を打ち消し合うことがないので、各インダクタにおける特性の悪化を防止できる。
さらに、図7(e)の例では、両方のインダクタLs0,Ls1に横置き型のインダクタを採用しているので、両インダクタLs0,Ls1について実装基板18からの高さ寸法を比較的小さく抑えることができる。これにより、たとえば実装基板上の回路部品の放熱効率を高めるために金属ケース19内に合成樹脂性の充填材を充填する場合には、実装基板18から充填材表面までの高さが同じであっても、縦置き型のインダクタに比べると、インダクタLs0,Ls1において充填材に浸る部分が多くなるから、インダクタLs0,Ls1からの放熱効率はよくなる。なお、図7(e)では両インダクタLs0,Ls1が、それぞれ長手方向を上下方向に一致させる向きに配置されており、これにより金属ケース19の一内側面に近いほうのインダクタLs0においては、金属ケース19の一内側面との対向面積が大きくなり、放熱効率が向上するという利点がある。その他の構成および機能は実施形態1と同様である。
(実施形態3)
本実施形態の点灯装置は、共振回路における両インダクタLs0,Ls1の配置が実施形態1の点灯装置とは相違する。その他の構成および機能は実施形態1と同様である。
以下、本実施形態の具体例を図8(a)〜(d)を参照して説明する。ここでは、両方のインダクタLs0,Ls1に縦置き型を採用した例を図8(a)、(d)に示し、両方のインダクタLs0,Ls1に横置き型を採用した例を図8(b)に示し、一方のインダクタLs1に縦置き型、他方のインダクタLs0に横置き型を採用した例を図8(c)に示す。
図8(a)〜(d)に示す各例では、両インダクタLs0,Ls1の中心位置を上下方向にずらして配置しているので、両インダクタLs0,Ls1のコア接合部26c同士は対向しておらず、両インダクタLs0,Ls1のコア接合部26cからの漏れ磁束(図中矢印B)が互いに干渉することを防止でき、結果的に、各インダクタLs0,Ls1の特性変化を防止できる。また、両インダクタLs0,Ls1をずらして配置しているから、両インダクタLs0,Ls1の対向面積が小さくなり、各インダクタLs0,Ls1で発生した熱が、他方のインダクタLs0,Ls1との間にこもることなく放熱されやすいという利点がある。しかも、両インダクタLs0,Ls1をずらして配置することにより、インダクタLs0,Ls1同士の距離も大きくなるので、これによっても、各インダクタLs0,Ls1で発生した熱が他方のインダクタLs0,Ls1との間にこもることなく放熱されやくなる。
特に、図8(d)に示す例では、金属ケース19の一内側面から遠いほうのインダクタLs1において上下方向の中心部分、つまり巻線25と金属ケース19の一内側面との距離が最小となる部分(図中点X)が、金属ケース19の一内側面に近いほうのインダクタLs0の巻線25と左右方向に重ならないように、両インダクタLs0,Ls1が配置されている。これにより、金属ケース19から遠いほうのインダクタLs1で発生した熱の大部分が、他方のインダクタLs0の巻線25で遮られることなく金属ケース19に放熱されることになり、インダクタLs1の放熱効率が向上する。
(実施形態4)
本実施形態の点灯装置は、共振回路におけるインダクタLs0,Ls1の配置および両インダクタLs0,Ls1間を接続する実装基板18上の導体パターン29の形状が実施形態1の点灯装置とは相違する。その他の構成および機能は実施形態1と同様である。
以下、本実施形態の具体例を図9(a)〜(c)を参照して説明する。
図9(a)に示す例では、両インダクタLs0,Ls1は、同じ向きであって、各インダクタLs0,Ls1において巻線25の両端にそれぞれ接続された一対のリード端子27,28を金属ケース19の一内側面とは反対側に向けるように配置されている。これにより、両インダクタLs0,Ls1間を接続する導体パターン29を比較的短くすることができる。この場合には、実装基板18において、インダクタLs0,Ls1のリード端子27,28に接続される導体パターン29よりも金属ケース19の一内側面に近い部分に、他の回路部品を実装可能な実装可能領域Mが設けられることになる。
図9(b)に示す例では、両インダクタLs0,Ls1は、実装基板18に沿う面内で互いに180度異なる向きに向けられており、一方のインダクタLs0の巻線25の巻き始めのリード端子27と他方のインダクタLs1の巻線25の巻き終りのリード端子28とが左右方向に隣接し、一方のインダクタLs0の巻線25の巻き終りのリード端子28と他方のインダクタLs1の巻線25の巻き始めのリード端子27とが左右方向に隣接するように両インダクタLs0,Ls1が配置されている。そして、一方のインダクタLs0の巻線25の巻き始めと他方のインダクタLs1の巻線25の巻き終りとを接続し、一方のインダクタLs0の巻線25の巻き終りと他方のインダクタLs1の巻線25の巻き始めとを接続している。この場合には、両インダクタLs0,Ls1間を接続する導体パターン29を最短にすることができる。したがって、当該導体パターン29で発生した雑音が影響し得る領域も最小となり、実装可能領域Mを大きくとることができる。
また、図9(c)に示す例では、金属ケース19の一内側面に近いほうのインダクタLs0が長手方向を上下方向に一致させ、他方のインダクタLs1が長手方向を左右方向に一致させるように、両インダクタLs0,Ls1が配置されている。そして、金属ケース19の一内側面に近いほうのインダクタLs0においては、巻線25の両端にそれぞれ接続された一対のリード端子27,28を金属ケース19の一内側面に向けるように配置されている。ここで、両インダクタLs0,Ls1の巻線25における巻き始め同士、巻き終り同士をそれぞれ接続すると、実装基板18上で導体パターン29が交差することになるので、この例では、一方のリード端子27同士を接続する導体パターン29を実装基板18の一面に形成し、他方のリード端子28同士を接続する導体パターン29を実装基板18の他面に形成してある。
(実施形態5)
本実施形態の点灯装置は、金属ケース19の一内側面に近いほうのインダクタLs0について、インダクタンス値を他方のインダクタLs1よりも小さく設定した点が実施形態1の点灯装置とは相違する。その他の構成および機能は実施形態1と同様である。
仮に、両方のインダクタLs0,Ls1のインダクタンス値が同じであれば、点灯装置の動作時において、金属ケース19の一内側面から遠いほうのインダクタLs1は、発生した熱が金属ケース19に放熱されにくい分だけ他方のインダクタLs0に比べて高温になる。これに対して、本実施形態の構成によれば、金属ケース19の一内側面に近いほうのインダクタLs0のインダクタンス値を小さくしているので、金属ケース19の一内側面から遠いほうのインダクタLs1に流れる電流を低減して当該インダクタLs1の温度上昇を防止することができる。点灯装置の動作時における両インダクタLs0,Ls1の最高温度が低いほうが電力変換回路9の寿命は長くなり、点灯装置の動作時における両インダクタLs0,Ls1の最高温度は両インダクタLs0,Ls1間に温度差がないときに最も低く抑えられるので、ここでは、点灯装置の動作時に両インダクタンスLs0,Ls1が同じ温度となるように、各インダクタLs0,Ls1のインダクタンス値を設定している。
本実施形態では、図10に示すように、金属ケース19の一内側面に近いほうのインダクタLs0に横置き型のインダクタを採用し、金属ケース19の一内側面から遠いほうのインダクタLs1に縦置き型のインダクタを採用しており、両インダクタLs0,Ls1の中心位置を上下方向において一致させるように両インダクタLs0,Ls1を並べている。ここにおいて、回路部品の放熱効率を高めるために金属ケース19内に合成樹脂性の充填材を充填する場合に、実装基板18から充填材表面までの高さが同じであっても、縦置き型のインダクタLs1に比べると、インダクタLs0において充填材に浸る部分が多くなるから、インダクタLs0からの放熱効率はよくなる。なお、ここでは、金属ケース19の一内側面に近いほうのインダクタLs0が長手方向を上下方向に一致させる向きに配置されており、これにより当該インダクタLs0と金属ケース19の一内側面との対向面積が大きくなり、放熱効率が高くなるという利点もある。
また、本実施形態のように、2個のインダクタLs0,Ls1のインダクタンス値が互いに異なる構成では、万一、両インダクタLs0,Ls1を入れ替えて実装してしまうと、上述した効果が得られないばかりか、回路定数が変わってしまうことにより点灯装置が正常に動作しないこともある。そこで、実装基板18に対するインダクタLs0,Ls1の実装誤りを回避するために、以下の構成を採用することが望ましい。すなわち、図11に示すように、2個のインダクタLs0,Ls1として、巻線25の両端に接続された一対のリード端子27,28の配置やリード端子を欠いている位置が互いに異なるものを用いることが望ましい。この構成によれば、インダクタLs0,Ls1を実装する際に、両インダクタLs0,Ls1が入れ替わった状態では実装することができなくなり、上記実装誤りを回避することができる。
なお、図11では、両インダクタLs0,Ls1を同じ向きに向けて配置した状態で、一方のインダクタLs0の巻線25の巻き始めのリード端子27と他方のインダクタLs1の巻線25の巻き始めのリード端子27とが左右方向に隣接し、一方のインダクタLs0の巻線25の巻き終りのリード端子28と他方のインダクタLs1の巻線25の巻き終りのリード端子28とが左右方向に隣接するように各インダクタLs0,Ls1がそれぞれ設計されている。この場合には、両インダクタLs0,Ls1の巻線25の巻き始め同士を接続し、かつ巻線25の巻き終り同士を接続することにより、両インダクタLs0,Ls1間を接続する導体パターン29を最短にすることができる。したがって、当該導体パターン29で発生した雑音が影響し得る領域も最小となり、他の回路部品を実装可能な実装可能領域Mを大きくとることができる。
(実施形態6)
本実施形態の点灯装置は、図12に示すように金属ケース19の一内側面に近いほうのインダクタLs0について、体積を他方のインダクタLs1よりも小さく設定した点が実施形態1の点灯装置とは相違する。その他の構成および機能は実施形態1と同様である。
両方のインダクタLs0,Ls1のインダクタンス値が同じであれば、点灯装置の動作時において、金属ケース19の一内側面から遠いほうのインダクタLs1は、発生した熱が金属ケース19に放熱されにくい分だけ他方のインダクタLs0に比べて高温になる。一方、インダクタは、コア26および巻線25の材質、構造、インダクタンス値が同じ場合には、体積が小さくなるほど、表面積が小さくなるので放熱効率が低減し温度上昇しやすくなる。すなわち、本実施形態では、体積が同じであれば低温になるはずのインダクタLs0の体積を小さくすることにより、当該インダクタLs0の温度を特に上昇させることなく、インダクタLs0の実装面積を小さくすることができる。ここでは、無電極放電灯6の始動時に両インダクタLs0,Ls1が同じ温度となるように、各インダクタLs0,Ls1の体積を設定している。
なお、図12の例では、両インダクタLs0,Ls1に縦置き型のインダクタを採用しており、両インダクタLs0,Ls1の中心位置を上下方向において一致させるように両インダクタLs0,Ls1を並べている。
(実施形態7)
本実施形態の点灯装置は、金属ケース19の一内側面に近いほうのインダクタLs0について、無電極放電灯6を点灯時の他方のインダクタLs1の温度(以下、特定温度という)での飽和磁束密度を、当該他方のインダクタLs1よりも小さく設定した点が実施形態1の点灯装置とは相違する。その他の構成および機能は実施形態1と同様である。
両方のインダクタLs0,Ls1のインダクタンス値が同じであれば、点灯装置の動作時において、金属ケース19の一内側面から遠いほうのインダクタLs1は、発生した熱が金属ケース19に放熱されにくい分だけ他方のインダクタLs0に比べて高温になる。一方、一般的にコア26の飽和磁束密度は、コア26の温度上昇に伴って小さくなる。すなわち、たとえば、無電極放電灯6を点灯させている状態から、点灯装置の電源を一旦オフし、その直後に(点灯装置の回路部品が冷える前に)無電極放電灯6を再始動する場合に、無電極放電灯6の始動時にコア26が磁気飽和する確率は、金属ケース19の一内側面から遠いインダクタLs1のほうが高くなる。したがって、本実施形態のように、金属ケース19の一内側面に近いほうのインダクタLs0について、特定温度での飽和磁束密度を小さくしても、当該インダクタLs0のコア26が磁気飽和する確率は低い。
具体的には、金属ケース19の一内側面から遠いほうのインダクタLs1には、前記特定温度において飽和磁束密度が大きく磁気飽和が生じにくいMB3からなるコア26を用いており、一方、金属ケース19の一内側面に近い方のインダクタLs0には、前記特定温度における飽和磁束密度はMB3よりも小さいが無電極放電灯6点灯時の温度範囲でのロスが小さいMB1からなるコア26を用いている。これにより、始動時の磁気飽和発生の確率を上げることなく、インダクタLs0のコア26でのロスを低減させて、回路効率を向上させることができる。