JP2009199876A - 放電灯点灯装置及びこの放電灯点灯装置を備える照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】全光点灯状態から調光点灯状態に切り替えるときに、放電灯７が立ち消えるのを防止することを目的とする。
【解決手段】 商用電源ＡＣを整流した電圧を昇圧して平滑する直流電源回路１２と、直流電源回路１２から供給される直流電圧を高周波電流に変換するインバータ回路１４と、インバータ回路１４に接続され、チョークコイルＴ２、点灯に供される放電灯７のフィラメントを介して並列に接続される始動用コンデンサＣ５、及び結合コンデンサＣ６の直列回路よりなる負荷回路１３と、インバータ回路１４の発振周波数を制御するとともに、直流電源回路１２が昇圧する昇圧電圧値の設定値を制御し、放電灯７を調光点灯に切り替えるとき、インバータ回路１４の発振周波数を変更してから、昇圧電圧値を調光点灯時の電圧値に変更する制御回路１６を備えたので、全光点灯状態から調光点灯状態に切り替えるときに、放電灯７が立ち消えるのを防止することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、放電灯の明るさを変更するときの放電灯点灯装置を制御する技術に関するものである。

一般的な蛍光ランプを点灯させる放電灯点灯装置において、ランプを調光させる方式として、スイッチング回路の発振周波数を高くし、インダクタンス・共振コンデンサ・結合コンデンサ・ランプ等価抵抗で構成された負荷回路のＬＣＲ直列共振回路の共振を弱めることでランプ電流を低減させ調光する技術がある（例えば、特許文献１参照。）。

また、ランプを調光させる方式として、インバータ回路に供給される直流電圧の電圧値を下げて調光させる技術がある（例えば、特許文献２参照。）。

特開平１１−２３８５８９号公報（段落「００４７」、図１５） 特開平５−２５８８８９号公報（段落「０００６」、図２）

しかしながら、高周波専用ランプ（例えば、ＪＩＳ Ｃ ７６０１：２００４に定められるＦＨＦ形、ＦＨＣ形、ＦＨＤ形、ＦＨＴ形の放電灯）といった放電灯は定格のランプ電圧が高く設計されているものが多く、これらの放電灯を調光させる場合、調光移行時に調光度が大きくなればなるほどランプ電圧（再点弧電圧）は急激に高くなり、放電灯の立消えが発生する恐れがあった。

本発明は、例えば、全光点灯状態から調光点灯状態に切り替えるときに、放電灯が立ち消えるのを防止することを目的とする。

本発明に係る放電灯点灯装置は、入力される商用電源を整流して、整流した電圧を昇圧して平滑する直流電源回路と、スイッチング素子を有し、前記直流電源回路から供給される直流電圧を高周波電流に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路に接続され、チョークコイル、点灯に供される放電灯のフィラメントを介して並列に接続される始動用コンデンサ、及び結合コンデンサの直列回路よりなる負荷回路と、前記インバータ回路の発振周波数を制御するとともに、前記直流電源回路が昇圧する昇圧電圧値の設定値を制御し、前記放電灯を調光点灯に切り替えるとき、前記インバータ回路の発振周波数を変更してから、前記昇圧電圧値を調光点灯時の電圧値に変更する制御回路と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、放電灯を調光点灯に切り替えるとき、インバータ回路の発振周波数を変更してから、昇圧電圧値を調光点灯時の電圧値に変更するようにしたので、全光点灯状態から調光点灯状態に切り替えるときに、放電灯が立ち消えるのを防止することができる。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態の照明器具を示す斜視図であり、図２は、図１の照明器具の分解斜視図である。

照明器具１は、照明器具本体２とセード３を備えており、照明器具本体２に放電灯点灯装置４と、放電灯５が着脱可能に取り付けられるランプホルダ６と、放電灯点灯装置４と放電灯５と電気的に接続するランプソケット７を備えている。

次に、照明器具１に内蔵される放電灯点灯装置について説明する。
図３は、図２に示す照明器具に内蔵される放電灯点灯装置を示す回路ブロック図である。

放電灯点灯装置４は、商用電源ＡＣが入力される交流電圧を整流する整流回路１１と、整流回路１１が出力する電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路１２と、昇圧チョッパ回路１２が出力する電圧を高周波電流に変換して負荷回路１３を介して接続される放電灯５に電力を供給するインバータ回路１４と、インバータ回路１４の発振を制御する駆動回路１５と、駆動回路１５にインバータ回路１４の発振周波数に応じたＰＷＭ信号からなる発振制御信号を出力するとともに、昇圧チョッパ回路１２の出力電圧を切り替える切替制御信号を出力する制御回路１６と、点灯される放電灯５の明るさを切り替える調光信号を制御回路１６に出力する調光信号出力部１７を備えている。

昇圧チョッパ回路１２は、整流回路１１の出力端に並列に接続される脈流電圧検出部１８と、トランスＴ１を介して接続されるスイッチング回路１９と、トランスＴ１とアノード側が接続されるダイオードＤ１と、ダイオードＤ１のカソード側と整流回路１１の低電位側に接続されるコンデンサＣ１と、コンデンサＣ１に並列に接続され、コンデンサＣ１に充電される電圧を検出する出力電圧検出部２０と、脈流電圧検出部１８、出力電圧検出部２０及びスイッチング回路１９が検出する検出信号とトランスＴ１の２次側に発生する検出電圧を抵抗Ｒ１４を介して入力して、この入力する検出信号及び検出電圧に基づいて、スイッチング回路１９を制御する昇圧チョッパ制御回路２１と、を備えている。

脈流電圧検出部１８は、直列接続される抵抗Ｒ１〜Ｒ３を有する。

スイッチング回路１９は、スイッチング素子となるＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１と、ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１のゲート端子に接続される抵抗Ｒ４と、ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１のソース端子に接続される抵抗Ｒ５とを備え、昇圧チョッパ制御回路２１が出力する制御信号に応じてＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１をオン／オフする。

出力電圧検出部２０は、直列接続されるフィードバック抵抗２１〜Ｒ２３と、フィードバック抵抗Ｒ２３に並列に接続される設定変更部２２を備える。

設定変更部２２は、抵抗Ｒ２４と、抵抗Ｒ２４の一端にコレクタ端子が接続されるトランジスタＱ７と、トランジスタＱ７のコレクタ端子−エミッタ端子に並列に接続されるコンデンサＣ４とを備える。

負荷回路１３は、インバータ回路１４に接続されるインダクタＴ２と、点灯に供される放電灯５の一方のフィラメントを介して接続される始動用コンデンサＣ５と、他方のフィラメントを介して接続される結合コンデンサＣ６を備えている。

インバータ回路１４は、直列接続されるスイッチング素子であるＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３を備え、昇圧チョッパ回路１２に接続されるとともに、ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ３のドレイン端子−ソース端子間に並列に負荷回路１３が接続される。

駆動回路１５は、制御回路１６から出力される発振制御信号が抵抗Ｒ６を介してベース端子に入力されるトランジスタＱ４と、制御電源ＶｃｃとトランジスタＱ４のコレクタ端子に接続される抵抗Ｒ７と、トランジスタＱ４のコレクタ端子に抵抗Ｒ８を介してそれぞれのベース端子に接続されるトランジスタＱ５及びトランジスタＱ６と、トランジスタＱ５のエミッタ端子とトランジスタＱ６のコレクタ端子とが接続され、さらに抵抗Ｒ９を介して接続されるトランスＣＴ１と、トランスＣＴ１の他方の端子とグランド端子間に接続されるコンデンサＣ３を備えている。

トランジスタＱ５とトランジスタＱ６のベース端子にトランジスタＱ４が出力する同じ信号が入力されるが、トランジスタＱ５とトランジスタＱ６が同時にオン状態とならないように、トランジスタＱ５はＮＰＮ型、トランジスタＱ６はＰＮＰ型を用いている。

駆動回路１５のトランスＣＴ１は、２つの２次巻線ＣＴ１−１、ＣＴ１−２を有し、それぞれ抵抗Ｒ１０、Ｒ１１を介してインバータ回路のＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３のゲート端子に接続される。

それぞれのＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３のゲート端子−ソース端子間に並列に抵抗Ｒ１２、Ｒ１３が接続されている。

制御回路１６は、マイコンＩＣ１を備え、インバータ回路１４の発振周波数に応じた発振制御信号を出力してトランジスタＱ４をオン／オフ制御するとともに、昇圧チョッパ回路１２の出力電圧を変更する切替制御信号を出力して、トランジスタＱ７をオン／オフ制御している。

調光信号出力部１７は、直列接続されるスイッチ素子ＳＷとダイオードＤ２とを備え、整流回路１１と制御回路１６の間に接続され、制御回路１６のマイコンＩＣ１に調光信号を出力する。

次に放電灯点灯装置４の動作を説明する。

放電灯点灯装置４に商用電源ＡＣからの電力が供給されると、昇圧チョッパ回路１２が動作してインバータ回路１４に昇圧した電圧が印加される。

マイコンＩＣ１は、出力電圧検出回路１９のトランジスタＱ７をＯＦＦにし、ＰＷＭ信号からなる発振制御信号を駆動回路１５のトランジスタＱ４に入力する。

入力される発振制御信号に応じて、トランジスタＱ４はＯＮ／ＯＦＦし、トランジスタＱ５とトランジスタＱ６を交互にＯＮ／ＯＦＦする。なお、トランジスタＱ５とトランジスタＱ６は極性が異なるため同時にＯＮになることはない。トランジスタＱ５とトランジスタＱ６が交互にＯＮ／ＯＦＦすることによって、トランスＣＴ１の一次側が充放電される。このとき、トランスＣＴ１の一次側とコンデンサＣ３が共振し、トランスＣＴ１の２次側ＣＴ−１、ＣＴ−２に交流電圧が発生する。

トランスＣＴ１の２次側ＣＴ−１、ＣＴ−２に発生した交流電圧はインバータ回路１４のＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３のゲート端子に入力され、ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３を交互にＯＮ／ＯＦＦして昇圧チョッパ回路１２が出力する直流電圧を高周波交流電流に変換して、負荷回路１３を介して放電灯に供給する。

次に、昇圧チョッパ回路１２と負荷回路１３とインバータ回路１４の特性について説明する。

図４は、負荷回路１３のインダクタＴ２、始動用コンデンサＣ５、放電灯５の共振特性を示す図である。

放電灯５が点灯するまでは、放電灯５のインピーダンスは非常に大きくなるため、ほぼインダクタＴ２と始動用コンデンサＣ５による共振状態となり、共振周波数ｆ０とする図４に示す共振特性Ａとなる。

放電灯５が点灯すると、放電灯５のインピーダンスが低くなるため、放電灯５と始動用コンデンサＣ５が並列接続して合成されるインピーダンスとインダクタＴ２による共振状態となり、共振周波数ｆ０’とする図４に示す共振特性Ｂ及び共振特性Ｃとなる。

共振特性Ｂと共振特性Ｃに示す共振周波数ｆ０’はほぼ等しく、昇圧チョッパ回路１２が出力する電圧が高いとき、共振特性Ｂに示すようにＱが大きくなり、昇圧チョッパ回路１２が出力する電圧が低いとき、共振特性Ｃに示すようにＱが小さくなる特性を有している。

予熱周波数ｆｐは、放電灯５のフィラメントを予熱するときのインバータ回路１４の発振周波数、始動周波数ｆｓは、放電灯５の放電開始（点灯）させるためのインバータ回路１４の発振周波数、全光点灯周波数ｆは、放電灯５を全光点灯させるためのインバータ回路１４の発振周波数、調光点灯周波数ｆｄは、放電灯５を調光点灯させるためのインバータ回路１４の発振周波数、共振周波数ｆ０は、放電灯５が点灯する前の共振周波数、共振周波数ｆ０’は、放電灯５が点灯しているときの共振周波数であり、それぞれの周波数の関係は、予熱周波数ｆｐ＞始動周波数ｆｓ≧全光点灯周波数ｆ＞点灯前の共振周波数ｆ０＞点灯中の共振周波数ｆ０’である。

次に、放電灯５を点灯するまでの動作について説明する。

マイコンＩＣ１から出力される発振制御信号（発振周波数）は、商用電源ＡＣが投入されると予熱周波数ｆｐとなり、共振特性Ａの点ａに示す負荷電流が流れ、放電灯５のフィラメントを予熱する。

放電灯５のフィラメントを予熱したあと、マイコンＩＣ１から出力される発振制御信号が切り替わり、インバータ回路１４の発振周波数は、始動周波数ｆｓとなり、共振特性Ａの点ｂに示す負荷電流が流れ、放電灯５の両端に放電開始電圧が印加され、放電灯５の放電（点灯）が開始される。

放電灯５が点灯すると、マイコンＩＣ１から出力される発振制御信号が切り替わり、インバータ回路１４の発振周波数は、全光点灯周波数ｆに遷移し、共振特性Ｂの点ｃに示す負荷電流が流れる。

このようにしてインバータ回路１４の発振周波数を変化させて放電灯５を点灯し、点灯周波数ｆを維持するが、この点灯周波数ｆで点灯しているときの放電灯５の明るさを全光点灯（１００％の光出力での点灯）とする。

放電灯５が放電開始（点灯）したあと、放電灯５に供給される交流の負荷電流の極性が切り換わる際、再点弧電圧が継続して印加されるため、点灯が維持される。この再点弧電圧は、インバータ回路１４の発振周波数が始動周波数ｆｓのときに発生する放電開始電圧よりも低いが、放電灯５に印加される負荷電流の極性が切り換わるときに逆方向に電流を流すために必要とされる電圧であり、放電灯５に印加される電圧が再点弧電圧よりも低い電圧になると放電が停止（消灯）する。

次に、放電灯５の明るさを全光点灯から調光点灯（例えば、７１％の光出力での点灯）に切り替える場合について、説明する。

図５は、放電灯が点灯しているときのインバータ回路の発振状態、ランプ電流、ランプ電圧及び昇圧チョッパ回路の出力電圧を示す図であり、図５（ａ）は、マイコンが出力する発振制御信号を示す図、図５（ｂ）は、放電灯に流れるランプ電流を示す図、図５（ｃ）は、放電灯の両端に印加されるランプ電圧を示す図、図５（ｄ）は、昇圧チョッパ回路が出力する出力電圧を示す図である。

マイコンＩＣ１が発振制御信号を出力してトランジスタＱ４をスイッチングして、全光点灯している（時間ｔ０〜時間ｔ１）。

時間ｔ０〜時間ｔ１の間、昇圧チョッパ回路１２は４００Ｖの直流電圧を出力しており、例えばＦＨＣ３４形放電灯を用いるとき、ランプ電流３８０ｍＡ（実効値）、ランプ電圧１２５Ｖ（実効値）の電力がインバータ回路１４から放電灯５に供給される。

次に、調光信号出力部１７のスイッチＳＷを操作すると、商用電源ＡＣが入力され、ダイオードＤ２によって半波整流された調光信号がマイコンＩＣ１に入力される。

マイコンＩＣ１に調光信号が入力されると、インバータ回路１４の発振周波数を切り替えるためにマイコンＩＣ１の内部処理時間が発生する（時間ｔ１〜ｔ２）。

マイコンＩＣ１が内部処理を行っている間は、マイコンＩＣ１から出力される発振制御信号はＨｉまたはＬｏの状態で停止し、インバータ回路１４の発振は休止される。

ここで、時間ｔ１〜時間ｔ２の期間にランプ電流波形、ランプ電圧波形が表れるが、これはインダクタＴ２、結合コンデンサＣ６、始動用コンデンサＣ５に充電されている残留電荷による共振によるものである。

マイコンＩＣ１は、例えば、マイコンＩＣ１の動作周波数の低いものなどでは、インバータ回路１４の発振周波数の切替時に発振周波数を制御する発振制御信号の出力が停止される期間が長くなる。

この停止される期間が長くなる、つまりインバータ回路１４の発振が停止して、放電灯５への電力供給が途絶える時間が長くなるため、調光点灯に移行する際に再点弧電圧を保ちにくくなり、放電灯５が立ち消えし易い状態になる。

なお、この内部処理時間はマイコンＩＣ１の特性により変わるが、放電灯点灯装置４で一般的に使用されるマイコンＩＣ１の動作周波数は４０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度であり、この場合に要する内部処理時間（発振制御信号停止時間）は数μｓ〜数百μｓ程度である。

そのため、調光点灯に移行する際、発振周波数を制御する発振制御信号が停止するが、発振制御信号の出力が開始されるときの発振周波数を始動周波数ｆｓとする発振制御信号を出力して、インダクタＴ２と始動用コンデンサＣ５との共振によるＱが大きい状態（図４に示す「点ｄ」）にする（時間ｔ２〜時間ｔ３）。

このようにインダクタＴ２と始動用コンデンサＣ５との共振によるＱが大きい状態となるため、放電灯５の両端に再点弧電圧よりも高い電圧が印加され、放電灯５の点灯が継続される。

また、仮に再点弧電圧よりも低い電圧となって放電灯５が立ち消えてしまった場合であっても、インバータ回路１４の発振周波数が始動周波数ｆｓであるため、負荷回路１３の共振特性は図４に示す共振特性Ａに移行して、負荷回路１３に図４の「点ｂ」に示す負荷電流が流れるので、再度放電灯５を放電開始（点灯）させることができる。

しかしながら、始動周波数ｆｓは全光点灯周波数ｆに近いため、インバータ回路１４の発振周波数が始動周波数の状態では、放電灯５の調光率を意図した調光率とすることができない。

次に、昇圧チョッパ回路１２の設定変更部２２のトランジスタＱ７をオンにして、フィードバック抵抗Ｒ２１〜Ｒ２３の分圧比を高くし、昇圧チョッパ制御回路２１の発振周波数を変えて、昇圧チョッパ回路１２の出力電圧を４００Ｖから３００Ｖ（調光率に対応する電圧）に低下させる（時間ｔ３以降）。

したがって、インバータ回路１４に入力される電圧が低下するので、負荷回路１３の共振のＱが小さく（Ｑ値が低く）なる。

放電灯５に印加されるランプ電圧は、放電灯５の点灯状態（例えば、放電灯５に流れるランプ電流やインバータ回路１４の発振周波数）に依存して決定され、例えばＦＨＣ３４形放電灯を全光点灯時するときランプ電圧は１２５Ｖ（実効値）、調光率７１％で点灯するときランプ電圧は１５７Ｖ（実効値）である。

したがって、昇圧チョッパ回路１２の出力電圧が低下して負荷回路１３のＱ値が低くなり、さらにランプ電圧が高くなるため、放電灯５に流れるランプ電流が低下する。

このように、昇圧チョッパ回路１２の出力電圧を低下させることによって、放電灯５の調光率を意図する調光率となるように制御している。

ここで、図４の共振特性に基づいて予熱→始動→全光点灯→調光点灯の動作の流れを整理すると、予熱周波数ｆｄ時の共振状態「点ａ」→始動周波数ｆｓ時の共振状態「点ｂ」→全光点灯周波数ｆ時の共振状態「点ｃ」→調光点灯周波数ｆｄ時の共振状態「点ｄ」または「点ｂ」に遷移してから共振状態「点ｅ」の流れとなる。

このように、全光点灯から調光点灯に切り替えるとき、インダクタＴ２と始動用コンデンサＣ５との共振によるＱが大きい状態に移行させるので、放電灯５の両端には放電灯５が点灯継続に必要な再点弧電圧が印加され、放電灯５が立ち消えするのを防止できる。

また、インダクタＴ２と始動用コンデンサＣ５との共振によるＱが大きい状態に移行させてから、昇圧チョッパ回路１２の出力電圧を調整できるようにしたので、調光率を切り替えるときに放電灯５が立ち消えるのを防止できるとともに、容易に任意の調光率に変更することができる。

なお、本実施の形態では、調光点灯時の調光点灯周波数ｆｄを始動周波数ｆｓとする場合について説明したが、調光点灯周波数ｆｄに遷移したときに放電灯５の再点弧電圧が印加されればよいので、予熱周波数ｆｐ、始動周波数ｆｓ、全光点灯周波数ｆ、共振周波数ｆ０、ｆ０’のそれぞれの関係がｆｐ＞ｆｓ≧ｆ＞ｆ０＞ｆ０’であるとき、調光点灯周波数ｆｄをｆ０＜ｆｄ≦ｆｓの関係を保つように制御すればよい。

また、本実施の形態では、昇圧チョッパ回路１２の設定変更部２２のトランジスタＱ７をオンにしてフィードバック抵抗Ｒ２１〜Ｒ２３の分圧比を高くし、昇圧チョッパ制御回路２１の発振周波数を変えて昇圧チョッパ回路１２の出力電圧を下げる場合について説明したが、制御回路１６から昇圧チョッパ制御回路２１に直接昇圧電圧値を下げる信号を出力して、昇圧チョッパ制御回路２１内部の昇圧設定値を変えて、昇圧チョッパ回路１２の出力電圧を下げてもよい。

また、本実施の形態では、放電灯５が全光点灯状態から調光点灯状態へ切り替える場合について説明したが、放電灯５が調光点灯状態から全光点灯状態に切り替える場合は調光点灯時の共振状態よりも全光点灯時の共振状態の方がＱが大きい共振状態となるので、始動周波数ｆｓを保った状態で昇圧チョッパ回路１２の出力電圧を高くして、その後全光点灯周波数ｆに遷移してもよいし、昇圧チョッパ回路１２の出力電圧を高くするとともに全光点灯周波数ｆに遷移してもよいことは明らかである。

また、本実施の形態では、スイッチＳＷのオン／オフ操作による２段階の調光信号による調光制御について説明したが、３段階以上の調光信号による調光制御にしてもよい。

実施の形態２．
本実施の形態は、実施の形態１に示す放電灯点灯装置の回路構成と同じであって、制御回路の他の動作を示すものである。

本実施の形態において、実施の形態１と同様の部分は同符号を付し、説明を省略する。

昇圧チョッパ回路１２と負荷回路１３とインバータ回路１４の特性について説明する。

図６は、負荷回路のインダクタ、始動用コンデンサ、放電灯の共振特性を示す図である。

放電灯５が点灯するまでは、放電灯５のインピーダンスは非常に大きくなるため、ほぼインダクタＴ２と始動用コンデンサＣ５による共振状態となり、共振周波数ｆ０とする図６に示す共振特性Ａとなる。

放電灯５が点灯すると、放電灯５のインピーダンスが低くなるため、放電灯５と始動用コンデンサＣ５が並列接続して合成されるインピーダンスとインダクタＴ２による共振状態となり、共振周波数ｆ０’とする図６に示す共振特性Ｂ及び共振特性Ｃとなる。

共振特性Ｂと共振特性Ｃに示す共振周波数ｆ０’はほぼ等しく、昇圧チョッパ回路１２が出力する電圧が高いとき、共振特性Ｂに示すように負荷電流が多くなり、昇圧チョッパ回路１２が出力する電圧が低いとき、共振特性Ｃに示すように負荷電流が少なくなる特性を有している。

また、それぞれの周波数の関係は、予熱周波数ｆｐ＞始動周波数ｆｓ≧全光点灯周波数ｆ＞点灯前の共振周波数ｆ０＞点灯中の共振周波数ｆ０’である。

次に、放電灯５を点灯するまでの動作について説明する。

マイコンＩＣ１から出力される発振制御信号（発振周波数）は、商用電源ＡＣが投入されると予熱周波数ｆｐとなり、共振特性Ａの点ａに示す負荷電流が流れ、放電灯５のフィラメントを予熱する。

放電灯５のフィラメントを予熱したあと、マイコンＩＣ１から出力される発振制御信号（発振周波数）は、始動周波数ｆｓとなり、共振特性Ａの点ｂに示す負荷電流が流れ、放電灯５の両端に放電開始電圧が印加され、放電灯５の放電（点灯）が開始される。

放電灯５が点灯すると、マイコンＩＣ１から出力される発振制御信号（発振周波数）は、点灯周波数ｆに遷移し、共振特性Ｂの点ｃに示す負荷電流が流れる。

このようにしてインバータ回路１４の発振周波数を変化させて放電灯５を点灯し、点灯周波数ｆを維持するが、この点灯周波数ｆで点灯しているときの放電灯５の明るさを全光点灯（１００％の光出力での点灯）とする。

放電灯５の明るさを全光点灯から調光点灯（例えば、７１％の光出力での点灯）に切り替える場合について、説明する。

図７は、放電灯が点灯しているときのインバータ回路の発振状態、ランプ電流、ランプ電圧及び昇圧チョッパ回路の出力電圧を示す図であり、図７（ａ）は、マイコンが出力する発振制御信号を示す図、図７（ｂ）は、放電灯に流れるランプ電流を示す図、図７（ｃ）は、放電灯の両端に印加されるランプ電圧を示す図、図７（ｄ）は、昇圧チョッパ回路が出力する昇圧電圧を示す図である。

マイコンＩＣ１が発振制御信号を出力してトランジスタＱ４をスイッチングして、全光点灯している（時間ｔ０〜時間ｔ１）。

時間ｔ０〜時間ｔ１の間、例えばＦＨＣ３４形放電灯を用いるとき、放電灯５にランプ電流３８０ｍＡ（実効値）、ランプ電圧１２５Ｖ（実効値）の電力がインバータ回路１４から供給され、昇圧チョッパ回路１２は４００Ｖの直流電圧を出力している。

次に、調光信号出力部１７のスイッチＳＷを操作すると、商用電源ＡＣが入力され、ダイオードＤ２によって半波整流された調光信号がマイコンＩＣ１に入力される。

マイコンＩＣ１に調光信号が入力されると、インバータ回路１４の発振周波数を切り替えるためにマイコンＩＣ１の内部処理時間が発生する（時間ｔ１〜ｔ２）。

マイコンＩＣ１が内部処理を行っている間は、マイコンＩＣ１から出力される発振制御信号はＨｉまたはＬｏの状態で停止し、インバータ回路１４の発振は休止される。

ここで、時間ｔ１〜時間ｔ２の期間にランプ電流波形、ランプ電圧波形が表れるが、これはインダクタＴ２、結合コンデンサＣ６、始動用コンデンサＣ５に充電されている残留電荷による共振によるものである。

調光点灯に移行する際、発振周波数を制御する発振制御信号が停止するが、発振制御信号の出力が開始されるときの発振周波数を始動周波数ｆｓとする発振制御信号を出力して、インダクタＴ２と始動用コンデンサＣ５の共振のＱが大きい状態（図７に示す「点ｄ」）にする（時間ｔ２〜時間ｔ３’）。

このようにインダクタＴ２と始動用コンデンサＣ５との共振によるＱが大きくなるため、放電灯５の両端に再点弧電圧よりも高い電圧が印加され、放電灯５の点灯が継続される。

また、仮に再点弧電圧よりも低い電圧となって放電灯５が立ち消えてしまった場合であっても、インバータ回路１４の発振周波数が始動周波数ｆｓであるため、負荷回路１３の共振特性は図７に示す共振特性Ａに移行して、負荷回路１３に図６の「点ｂ」に示す負荷電流が流れるので、再度放電灯５を放電開始（点灯）させることができる。

しかしながら、始動周波数ｆｓは全光点灯周波数ｆに近いため、インバータ回路１４の発振周波数が始動周波数ｆｓの状態では、放電灯５の調光率を意図した調光率とすることができない。

次に、昇圧チョッパ回路１２の設定変更部２２のトランジスタＱ７を例えば３秒程度の時間かけて徐々にオンにして、フィードバック抵抗Ｒ２１〜Ｒ２３の分圧比を高くし、昇圧チョッパ制御回路２１の発振周波数を変えて、直流昇圧電圧を４００Ｖから３００Ｖ（調光率に対応する電圧）まで徐々に低下させる（時間ｔ３’〜時間ｔ４）。

このとき、昇圧チョッパ回路１２の出力電圧が徐々に低下するので、負荷回路１３の共振のＱ値が徐々に低くなる（図７の「点ｄ」から「点ｅ」まで下がる。）。

放電灯５に印加されるランプ電圧は、放電灯５の点灯状態（例えば、放電灯５に流れるランプ電流やインバータ回路１４の発振周波数）に依存して決定され、例えばＦＨＣ３４形放電灯を全光点灯時するときランプ電圧は１２５Ｖ（実効値）、調光率７１％で点灯するときランプ電圧は１５７Ｖ（実効値）である。

したがって、昇圧チョッパ回路１２の出力電圧が徐々に低下して負荷回路１３のＱ値が低くなり、さらにランプ電圧が高くなるため、放電灯５に流れるランプ電流が徐々に低下する。

このようにして、放電灯５の調光率を意図する調光率まで、昇圧チョッパ回路１２の出力電圧を徐々に低下するように制御し、この出力電圧を維持する（時間ｔ４以降）。

ここで、図７の共振特性に基づいて予熱→始動→全光点灯→調光点灯の動作の流れを整理すると、予熱周波数ｆｄ時の共振状態「点ａ」→始動周波数ｆｓ時の共振状態「点ｂ」→全光点灯周波数ｆ時の共振状態「点ｃ」→調光点灯周波数ｆｄ時の共振状態「点ｄ」または「点ｂ」に遷移してから共振状態「点ｅ」の流れとなる。

このように、インダクタＴ２と始動用コンデンサＣ５による共振のＱが大きい状態に移行させるので、放電灯５の両端には放電灯５が点灯継続に必要な再点弧電圧が印加され、放電灯５が立ち消えするのを防止できる。

したがって、調光移行時に発生する放電灯５のチラツキを抑制することができる。

また、昇圧チョッパ回路１２の出力電圧を徐々に低下させるので、放電灯５の明るさが急激に変化することがなく、緩やかな光出力の変化を演出できる。

このように緩やかに直流電圧を変化（低下）させることで、インバータ回路１４に入力される電圧が急峻に変化しないので、インダクタＴ２、始動用コンデンサＣ５による共振のＱが急峻に変化することがない。

そのため、インダクタＴ２、始動用コンデンサＣ５に印加される電圧が急峻に変化によって発生する振動現象を抑制でき、特に、インバータ回路１４の出力電力を検出して、実際のインバータ回路１４の出力電力に応じて昇圧チョッパ回路１２の出力電圧を調整するフィードバック制御が容易となる。

実施の形態３．
本実施の形態は、実施の形態１、実施の形態２に示す点灯装置の他の構成を示すものである。

本実施の形態において、実施の形態１、実施の形態２と同様の部分は同符号を付し、説明を省略する。

図８は、本実施の形態を示す放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。
放電灯点灯装置１は、直列接続された２本の放電灯５ａ、５ｂが負荷回路１３に接続されている。

直列接続された２本の放電灯５ａ、５ｂに並列に始動用コンデンサＣ５が接続されている。

この２本の放電灯５ａ、５ｂ同士を接続している部分のフィラメントには、インダクタＴ２ａの２次巻線Ｔ２ｂと予熱コンデンサＣ７が接続され、この２次巻線Ｔ２ｂと予熱コンデンサＣ７の共振によりフィラメントを予熱して、放電し易い温度を保っている。

全光点灯から調光点灯へ切り替える制御回路の動作は、実施の形態１または実施の形態２と同様のため、説明を省略する。

このように放電灯５ａ、５ｂを直列接続すると、直列接続した放電灯５ａ、５ｂの数に応じるインバータ回路１４の出力電圧が必要となるが、調光点灯時の調光点灯周波数ｆｄを始動周波数ｆｓにしたので、インダクタＴ２ａとコンデンサＣ５の共振によるＱ値を高くでき、放電灯５ａ、５ｂの立ち消えを防止できる。

なお、本実施の形態では、２本の放電灯５ａ、５ｂを直列接続する場合について説明したが、３本以上の放電灯を直列接続してもよい。

実施の形態４．
本実施の形態は、実施の形態１〜実施の形態３に示す点灯回路の他の構成を示すものである。

本実施の形態において、実施の形態１〜実施の形態３と同様の部分は同符号を付し、説明を省略する。

図９は、本実施の形態を示す放電灯点灯装置の回路図である。

駆動回路１５は、高耐圧集積回路２３（以下、ＨＶＩＣ２３という。）を備えており、インバータ回路１４のＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３のＯＮ／ＯＦＦ制御を行っている。

ＨＶＩＣ２３は、マイコンからの制御信号を入力して、入力する制御信号に応じる発振周波数でインバータ回路１４を発振させる。

ＨＶＩＣ２３は、マイコンのようにインバータ回路１４の発振周波数を切り替えるときにインバータ回路１４の発振を停止することはないが、放電灯５の調光率が大きければ大きいほど、調光周波数ｆｄに移行した瞬間に放電灯５に流れるランプ電流が急激に少なくなるため、放電維持がし難くなる傾向があり、特に放電灯５が置かれている周囲温度（環境温度）が低いほど、放電維持がし難くなる。

しかしながら、調光点灯時に始動周波数ｆｓに移行して、負荷回路１３の共振のＱを大きい状態にしてから、昇圧チョッパ回路１２の出力電圧を低下させるようにしているので、放電灯５の両端には再点弧電圧以上の電圧を印加し続けることができる。

したがって、周囲温度が低い環境下に放電灯５が置かれる場合であっても、立ち消えし難くすることができる。

なお、本実施の形態では、ＨＶＩＣ２３を用いる場合について説明したが、ＨＶＩＣ２３に限らず、インバータ回路１４の出力からトランスなどを用いて帰還する電流によってインバータ回路１４の発振させるゲートドライブ回路などを用いてもよい。

このように、全光点灯から調光点灯に移行するときに、調光周波数ｆｄを始動周波数ｆｓに遷移してから、昇圧チョッパ回路１２の出力電圧を低下するようにしたので、放電灯５が立消えようとしても、放電灯５の始動に必要な電圧が印加され、放電灯５は点灯を維持する。

実施の形態１における照明器具を示す斜視図である。 実施の形態１における照明器具を示す分解斜視図である。 実施の形態１における放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。 実施の形態１における負荷回路の共振特性を示す図である。 実施の形態１における負荷回路の出力を示すタイムチャートである。 実施の形態２における負荷回路の共振特性を示す図である。 実施の形態２における負荷回路の出力を示すタイムチャートである。 実施の形態３における放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。 実施の形態４における放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。

符号の説明

１ 照明器具、２ 照明器具本体、３ セード、４ 放電灯点灯装置、５、５ａ、５ｂ 放電灯、６ ランプホルダ、７ ランプソケット、１１ 整流回路、１２ 昇圧チョッパ回路、１３ 負荷回路、１４ インバータ回路、１５ 駆動回路、１６ 制御回路、１７ 調光信号出力部、１８ 脈流電圧検出部、１９ 出力電圧検出部、２０ スイッチング回路、２１ 昇圧チョッパ制御回路、２２ 設定変更部、Ｒ１〜Ｒ１４、Ｒ２１〜Ｒ２３ フィードバック抵抗、Ｒ２４ 抵抗、Ｃ１〜Ｃ４ コンデンサ、Ｃ５ 始動用コンデンサ、Ｃ６ 結合コンデンサ、Ｃ
.７ 予熱用コンデンサ、Ｄ１、Ｄ２ ダイオード、Ｔ１、ＣＴ１ トランス、Ｔ２、Ｔ２ａ インダクタ、ＩＣ１ マイクロコンピュータ、ＳＷ スイッチ、Ｑ１〜Ｑ３ ＭＯＳ−ＦＥＴ、Ｑ４〜Ｑ７ トランジスタ。

Claims (6)

1. 入力される商用電源を整流して、整流した電圧を昇圧して平滑する直流電源回路と、
   スイッチング素子を有し、前記直流電源回路から供給される直流電圧を高周波電流に変換するインバータ回路と、
   前記インバータ回路に接続され、チョークコイル、点灯に供される放電灯のフィラメントを介して並列に接続される始動用コンデンサ、及び結合コンデンサの直列回路よりなる負荷回路と、
   前記インバータ回路の発振周波数を制御するとともに、前記直流電源回路が昇圧する昇圧電圧値の設定値を制御し、前記放電灯を調光点灯に切り替えるとき、前記インバータ回路の発振周波数を変更してから、前記昇圧電圧値を調光点灯時の電圧値に変更する制御回路と、
   を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記制御回路が変更する発振周波数は、
   放電灯を放電開始するときの始動周波数をｆｓ、全光点灯時の全光点灯周波数をｆ、調光点灯時の調光点灯周波数をｆｄ、インダクタと始動用コンデンサの共振周波数をｆ０、とし、始動周波数ｆｓ≧全光点灯周波数ｆの関係であるとき、調光点灯周波数ｆｄをｆ０＜ｆｄ≦ｆｓとすることを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
3. 前記制御回路が変更する発振周波数は、
   放電灯を放電開始するときの始動周波数と、調光点灯時の調光点灯周波数をほぼ等しくすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放電灯点灯装置。
4. 前記制御回路は、前記昇圧電圧値を変更するとき、調光点灯時の電圧値に達するまで徐々に前記昇圧電圧値の設定値を下げることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
5. 前記制御回路は、マイクロコンピュータよりなり、
   前記インバータ回路は、前記マイクロコンピュータが出力するパルス信号に応動して、前記スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の放電灯点灯装置と、
   点灯に供される放電灯と前記放電灯点灯装置とを電気的に接続するランプソケットと、
   を備えることを特徴とする照明器具。

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