放電灯点灯装置、照明器具及び照明システム
【課題】熱に対する信頼性を向上させ、電力効率を向上させる放電灯点灯装置、照明器具及び照明システムを提供する。
【解決手段】交流電圧Ｖ１を整流する整流回路２ａを有して直流電圧Ｖ２を出力する直流電源回路２と、直流電圧Ｖ２を高周波電圧に変換して放電灯Ｌａに供給する高周波変換回路３とを備え、高周波変換回路３は、直流電圧Ｖ２を高周波電圧に変換するインバータ回路３ａと、インダクタＬ１とコンデンサＣ４とが直列接続し、コンデンサＣ４に放電灯Ｌａが並列接続される直列共振回路３ｂと、放電灯ＬａのフィラメントＦに予熱電流を流す予熱回路と、インバータ回路３ａを制御するインバータ制御回路３ｃとで構成されており、整流回路２ａは、ダイオードＤ１，Ｄ２を有しており、ダイオードＤ１，Ｄ２はバンドギャップが２．０ｅＶ以上のワイドギャップ半導体で構成される。
【解決手段】交流電圧Ｖ１を整流する整流回路２ａを有して直流電圧Ｖ２を出力する直流電源回路２と、直流電圧Ｖ２を高周波電圧に変換して放電灯Ｌａに供給する高周波変換回路３とを備え、高周波変換回路３は、直流電圧Ｖ２を高周波電圧に変換するインバータ回路３ａと、インダクタＬ１とコンデンサＣ４とが直列接続し、コンデンサＣ４に放電灯Ｌａが並列接続される直列共振回路３ｂと、放電灯ＬａのフィラメントＦに予熱電流を流す予熱回路と、インバータ回路３ａを制御するインバータ制御回路３ｃとで構成されており、整流回路２ａは、ダイオードＤ１，Ｄ２を有しており、ダイオードＤ１，Ｄ２はバンドギャップが２．０ｅＶ以上のワイドギャップ半導体で構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置、照明器具及び照明システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置が提供されている。従来の放電灯点灯装置は、商用電源から供給される交流電圧を整流する整流回路を有して直流電圧を出力する直流電源回路と、スイッチング素子が発振制御されることで直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波変換回路とで構成されている。そして、放電灯への出力を制御するために、直流電源回路が出力する直流電圧を制御する構成または、放電灯に供給する高周波電力を制御する構成がある。
【０００３】
直流電源回路が出力する直流電圧を制御する構成として、一般的に昇圧チョッパ回路が用いられている。昇圧チョッパ回路は、整流回路が出力する整流電圧を所定の直流電圧に昇圧して出力する。また、近年では入力電流の高調波歪み改善対策として昇圧チョッパが用いられることが多い。
【０００４】
また、高周波電力を制御する構成として、放電灯に流れるランプ電流が所定値となるようにスイッチング素子を発振制御する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。ランプ電流を検出する電流検出部の検出結果に基づいて、スイッチング素子を発振制御する制御部がスイッチング素子の発振周波数またはオンデューティを制御することによって、ランプ電流が所定値となるようにフィードバック制御している。それによって、放電灯に所定の電力が供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２７４５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、放電灯点灯装置を構成する半導体素子による電力損失によって、放電灯点灯装置の電力効率が低下する問題があった。さらに、半導体素子の電力損失による半導体素子の温度上昇が大きくなり、放電灯点灯装置の熱に対する信頼性が低下するという問題があった。
【０００７】
放電灯点灯装置を構成する半導体素子として例えば、整流回路を構成するダイオードや、インバータ回路を構成するスイッチング素子や、昇圧チョッパ回路を構成するスイッチング素子およびダイオードなどがある。
【０００８】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱に対する信頼性を向上させ、電力効率を向上させる放電灯点灯装置、照明器具及び照明システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の放電灯点灯装置は、バンドギャップが２．０ｅＶ以上のワイドギャップ半導体を有することを特徴とする。
【００１０】
この放電灯点灯装置において、交流電圧を整流する整流回路を有して直流電圧を出力する直流電源回路と、前記直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波変換回路とを備え、前記高周波変換回路は、前記直流電圧を前記高周波電圧に変換するインバータ回路と、インダクタとコンデンサとが直列接続し、当該コンデンサに前記放電灯が並列接続される直列共振回路と、前記放電灯のフィラメントに予熱電流を流す予熱回路と、前記インバータ回路を制御する制御回路とで構成されており、前記整流回路は、１乃至複数のダイオードで構成され、当該ダイオードは前記ワイドギャップ半導体で構成されることが好ましい。
【００１１】
この放電灯点灯装置において、交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路と、１乃至複数のスイッチング素子がオン・オフされることによって、前記直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波変換回路とを備え、前記高周波変換回路は、前記スイッチング素子を有するインバータ回路と、インダクタとコンデンサとが直列接続し、当該コンデンサに前記放電灯が並列接続される直列共振回路と、前記放電灯のフィラメントに予熱電流を流す予熱回路と、前記スイッチング素子の発振を調整することで前記高周波電圧を制御する制御回路とで構成されており、前記スイッチング素子は、前記ワイドギャップ半導体で構成されることが好ましい。
【００１２】
この放電灯点灯装置において、前記インバータ回路は、１つの前記スイッチング素子を備えることが好ましい。
【００１３】
この放電灯点灯装置において、交流電圧を整流して整流電圧を生成する整流回路および、スイッチング素子がオン・オフされることで前記整流電圧を昇圧して直流電圧をコンデンサの両端に生成する昇圧チョッパ回路を有する直流電源回路と、前記直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波変換回路とを備え、前記高周波変換回路は、前記直流電圧を前記高周波電圧に変換するインバータ回路と、共振インダクタと共振コンデンサとが直列接続し、当該共振コンデンサに前記放電灯が並列接続される直列共振回路と、前記放電灯のフィラメントに電流を流す予熱回路と、前記高周波電圧を制御する制御回路とで構成されており、前記昇圧チョッパ回路は、前記スイッチング素子と前記コンデンサとの間に介挿され、前記コンデンサから前記スイッチング素子に向かって流れる電流を防止するダイオードを有しており、当該ダイオードは前記ワイドギャップ半導体で構成されることが好ましい。
【００１４】
この放電灯点灯装置において、前記昇圧チョッパ回路に備えられるスイッチング素子は前記ワイドギャップ半導体で構成されることが好ましい。
【００１５】
この放電灯点灯装置において、前記ワイドギャップ半導体は、ＧａＮ半導体またはＳｉＣ半導体で構成されることが好ましい。
【００１６】
本発明の照明器具は、放電灯点灯装置と、当該放電灯点灯装置から電力が供給される放電灯と、前記放電灯点灯装置と前記放電灯とを装着する器具本体とを備え、前記放電灯点灯装置は、バンドギャップが２．０ｅＶ以上のワイドギャップ半導体を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の照明システムは、複数台の照明器具と、当該照明器具を制御する制御装置とを備え、前記照明器具は放電灯点灯装置と、当該放電灯点灯装置から電力が供給される放電灯と、前記放電灯点灯装置と前記放電灯とを装着する器具本体とを備え、前記放電灯点灯装置は、バンドギャップが２．０ｅＶ以上のワイドギャップ半導体を有することを特徴とする。
【００１８】
この照明システムにおいて、前記制御装置は、制御信号を重畳させた直流電圧を前記放電灯点灯装置に供給し、前記放電灯点灯装置は、前記直流電圧を駆動電源とし、前記制御信号に基づいて前記放電灯を点灯制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明では、熱に対する信頼性を向上させ、電力効率を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態１の放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。
【図２】同上の照明器具の外観を示す図である。
【図３】同上の照明システムのブロック構成を示す図である。
【図４】インバータ回路にワイドギャップ半導体を用いた放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。
【図５】同上の実施形態２の放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。
【図６】同上の実施形態３の放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。
【図７】同上の昇圧チョッパ回路にワイドギャップ半導体を用いた放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（実施形態１）
本発明の実施形態１の放電灯点灯装置１の回路構成図を示す。本実施形態の放電灯点灯装置１は、直流電源回路２と、高周波変換回路３と、調光回路４とで構成されている。
【００２３】
直流電源回路２は、商用電源ＡＣから供給される交流電圧Ｖ１を整流・平滑して直流電圧Ｖ２を出力する。直流電源回路２は、ダイオードＤ１，Ｄ２とコンデンサＣ１，Ｃ２とからなる倍電圧整流回路で構成されている。なお、ダイオードＤ１，Ｄ２は整流用のダイオードであり、コンデンサＣ１，Ｃ２は電解コンデンサで構成される平滑用のコンデンサである。商用電源ＡＣの出力端間に、ダイオードＤ１とコンデンサＣ１とからなる直列回路２ａおよび、ダイオードＤ２とコンデンサＣ２とからなる直列回路２ｂが接続されており、直列回路２ａ，２ｂは互いに並列接続されている。ダイオードＤ１のアノードおよびダイオードＤ２のカソードが商用電源ＡＣの一端に接続されている。また、コンデンサＣ１は正極がダイオードＤ１のカソードに接続され、負極が商用電源ＡＣの他端に接続されている。また、コンデンサＣ２は正極が商用電源ＡＣの他端に接続され、正極がダイオードＤ２のアノードに接続されている。
【００２４】
そして、ダイオードＤ１によるコンデンサＣ１の充電と、ダイオードＤ２によるコンデンサＣ２の充電とが交互に繰り返され、コンデンサＣ１の正極とコンデンサＣ２の負極との間に交流電圧Ｖ１の略倍電圧となる直流電圧Ｖ２が生成される。
【００２５】
高周波変換回路３は、インバータ回路３ａと、直列共振回路３ｂと、電流検出回路３ｄと、直流電圧検出回路３ｅとで構成されている。
【００２６】
インバータ回路３ａは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２とインバータ制御回路３ｃとで構成されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成されており、直流電源回路２の出力端に直列接続されている。スイッチング素子Ｑ１は、ドレインがコンデンサＣ１の正極に接続され、ソースがスイッチング素子Ｑ２のドレインに接続されている。スイッチング素子Ｑ２は、ソースが抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ２の負極に接続されている。また、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートはインバータ制御回路３ｃに接続されている。インバータ制御回路３ｃは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の発振制御をしており、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に駆動信号Ｓ１，Ｓ２を出力することで、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオン・オフを繰り返させる。
【００２７】
直列共振回路３ｂは、インダクタＬ１とコンデンサＣ４とが直列接続されることで構成されている。インダクタＬ１は共振用のインダクタであり、コンデンサＣ４は共振用のコンデンサである。インダクタＬ２は、一端が直流カット用のコンデンサＣ３を介してスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点に接続され、他端が放電灯Ｌａの一方のフィラメントＦを介してコンデンサＣ４の一端に接続されている。コンデンサＣ４の他端は放電灯Ｌａの他方のフィラメントＦおよび抵抗Ｒ１を介してスイッチング素子Ｑ２のソースに接続されている。すなわち、放電灯ＬａはコンデンサＣ４に並列接続されている。
【００２８】
また、電流検出回路３ｄは、抵抗Ｒ１の両端電圧を検出することで、スイッチング素子Ｑ２に流れる電流を検出している。すなわち、電流検出回路３ｄは放電灯Ｌａに流れるランプ電流を検出している。
【００２９】
また、直流電圧検出回路３ｅは、直流電源回路２から出力される直流電圧Ｖ２を検出している。
【００３０】
そして、インバータ制御回路３ｃは、調光回路４から出力される調光度を示す調光信号Ｓ３に基づいて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオン・オフさせることで、インバータ回路３ａが直流電圧Ｖ２を変換して高周波電圧を生成する。そして、高周波電圧が直列共振回路３ｂに印加されると、フィラメントＦに電流が流れることで予熱されると共に、放電灯Ｌａに高周波の始動電圧が印加されて点灯する。また、インバータ制御回路３ｃは、電流検出回路３ｄおよび直流電圧検出回路３ｅの検出結果を用いて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の発振をフィードバック制御することで、放電灯Ｌａに所望の電力を供給することができる。
【００３１】
また、直列共振回路３ｂは、放電灯ＬａのフィラメントＦの予熱回路としても機能している。インダクタＬ１とコンデンサＣ４との間に放電灯ＬａのフィラメントＦが接続されているので、放電灯Ｌａの点灯時にフィラメントＦに常時共振電流が流れて、フィラメントＦが予熱される。
【００３２】
また、本実施形態の直流電源回路２を構成するダイオードＤ１，Ｄ２は、ＧａＮ半導体またはＳｉＣ半導体からなるワイドギャップ半導体で構成されている。ワイドギャップ半導体はバンドギャップが２．０ｅＶ以上の半導体であり、従来の整流回路に用いられていたシリコン系の半導体よりも導通損失が１桁〜２桁小さい。そのため、ワイドギャップ半導体で構成されたダイオードＤ１，Ｄ２による電力損失は、シリコン系の半導体で構成されたダイオードよりも小さくなる。したがって、直流電源回路２の電力損失を従来よりも低減させることができ、放電灯点灯装置１の電力効率を向上させることができる。
【００３３】
また、ワイドギャップ半導体は電力損失が小さいので、放電灯Ｌａ点灯時におけるダイオードＤ１，Ｄ２の温度上昇をシリコン系の半導体で構成されたダイオードよりも小さくすることができる。そのため、放電灯点灯装置１の熱に対する信頼性が向上する。さらに、ダイオードＤ１，Ｄ２の温度上昇を低減させるための放熱対策を簡略化することができる。また、回路構成や使用環境などによって、例えば放熱シートによるケース外郭への放熱などの放熱対策が不要となる場合があり、放電灯点灯装置１の組み立て性が向上し、コストを削減することができる。
【００３４】
次に、上述の放電灯点灯装置１を備えた照明器具５の外観図を図２に示す。照明器具５は、上述の放電灯点灯装置１と、放電灯点灯装置１から電力が供給される放電灯Ｌａ１，Ｌａ２と、放電灯点灯装置１と放電灯Ｌａ１，Ｌａ２とを装着する器具本体６とで構成されている。器具本体６は、いわゆる２灯用の富士型照明器具を示している。６ａは放電灯Ｌａ１，Ｌａ２が装着されるソケットであり、６ｂは放電灯Ｌａ１，Ｌａ２と対向する側に設けられる白色の反射板である。
【００３５】
また、複数の照明器具５を備えた照明システム７のブロック構成図を図３に示す。照明システム７は、複数の照明器具５と、照明器具５を制御する制御装置８とで構成されている。制御装置８と複数の照明器具５とはケーブルＣａで接続され、照明器具５は図示しない外部電源から供給される電源を駆動電源として放電灯Ｌａを点灯させる。そして、制御装置８は、照明器具５に装着された放電灯点灯装置１にケーブルＣａを介して制御信号Ｓ４を出力し、放電灯点灯装置１は制御信号Ｓ４に基づいて放電灯Ｌａを点灯・消灯・調光などの点灯制御をする。また、制御信号Ｓ４はデジタル信号または可変ＤＣ信号またはＰＷＭ信号などで構成されている。
【００３６】
また、制御装置８は制御信号Ｓ４を重畳させた直流電圧を、ケーブルＣａを介して放電灯点灯装置１に供給する。そして、放電灯点灯装置１は制御装置８から供給される直流電圧を駆動電源として動作し、直流電圧に重畳された制御信号Ｓ４に基づいて放電灯Ｌａを点灯制御する構成としてもよい。それによって、外部電源から照明点灯装置１に電源供給する経路が必要ないので、証明システム７の構成を簡易化することができる。なお、この場合、照明点灯装置１は直流電源回路２が不要となる。
【００３７】
また、インバータ回路３ａを構成するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をワイドギャップ半導体で構成することで、さらに電力効率を向上させることができる。図４にワイドギャップ半導体で構成されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を備えた放電灯点灯装置１の回路構成図を示す。なお、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４以外は図１に示した放電灯点灯装置１と同様の回路構成であるので、同一符号を付して説明は省略する。
【００３８】
スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４は、ＧａＮ半導体またはＳｉＣ半導体からなるワイドギャップ半導体で構成されたＮＰＮ型トランジスタである。スイッチング素子Ｑ３は、コレクタがコンデンサＣ１の正極に接続され、エミッタがスイッチング素子Ｑ４のコレクタに接続されている。スイッチング素子Ｑ４は、エミッタが抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ２の負極に接続されている。また、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４のベースはインバータ制御回路３ｃに接続されている。インバータ制御回路３ｃは、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の発振制御をしており、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４に駆動信号Ｓ１，Ｓ２を出力することで、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を交互にオン・オフを繰り返させる。
【００３９】
インバータ回路３ａのスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４をワイドギャップ半導体で構成することによって、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４による電力損失が低減し、放電灯点灯装置１の電力効率をさらに向上させることができる。また、放電灯点灯装置１の熱に対する信頼性もさらに向上させることができる。
【００４０】
（実施形態２）
実施形態２の放電灯点灯装置１の回路構成図を図５に示す。本実施形態の放電灯点灯装置１は、高周波変換回路３を構成するインバータ回路３ａが一石式インバータで構成されている。他の構成は、実施形態１で説明した放電灯点灯装置１の構成と同様であるので、同一符号を付して説明は省略する。
【００４１】
本実施形態のインバータ回路３ａは、コンデンサＣ５とインダクタＬ２とからなる並列共振回路３ｆと、スイッチング素子Ｑ５と、インバータ制御回路３ｃとで構成されている。スイッチング素子Ｑ５は、ＧａＮ半導体またはＳｉｃ半導体からなるワイドギャップ半導体で構成されたＮＰＮ型トランジスタである。並列共振回路３ｆは、コンデンサＣ５とインダクタＬ２とが並列接続されることで構成されており、一方の接続点がコンデンサＣ１の正極に接続され、他方の接続点がスイッチング素子Ｑ５のコレクタに接続されている。スイッチング素子Ｑ５は、エミッタが抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ２の負極に接続され、ベースがインバータ制御回路３ｃに接続されている。すなわち、並列共振回路３ｆとスイッチング素子Ｑ５と抵抗Ｒ１とが、直流電源回路２の出力端間に直列接続されている。
【００４２】
また、並列共振回路３ｆの両端にはコンデンサＣ４とインダクタＬ１とからなる直列共振回路３ａが接続されており、コンデンサＣ４と並列に放電灯Ｌａが接続されている。
【００４３】
そして、インバータ制御回路３ｃは、スイッチング素子Ｑ５の発振制御をしており、スイッチング素子Ｑ５に駆動信号Ｓ５を出力することで、スイッチング素子Ｑ５がオン・オフを繰り返す。それによって、直流電圧Ｖ２を変換して並列共振回路３ｆの両端間に高周波電圧が生成され、直列共振回路３ａに印加されることで、フィラメントＦが予熱されて放電灯Ｌａが点灯する。
【００４４】
また、インバータ回路３ａのスイッチング素子Ｑ５がワイドギャップ半導体で構成されていることによって、スイッチング素子Ｑ５による電力損失が低減し、放電灯点灯装置１の電力効率を向上させることができる。また、放電灯点灯装置１の熱に対する信頼性を向上させることができる。
【００４５】
また、本実施形態のインバータ回路３ａは１石式インバータで構成されていることによって、実施形態１のインバータ回路３ａよりもスイッチング素子の数を削減することができ、回路構成を簡易化することができる。
【００４６】
（実施形態３）
実施形態３の放電灯点灯装置１の回路構成を図６に示す。本実施形態の放電灯点灯装置１は、直流電源回路２が昇圧チョッパ回路２ｄを備えており、所定の直流電圧Ｖ４を高周波変換回路３に出力することで、所定の高周波電力を放電灯Ｌａに供給することができる。なお、図１に示した実施形態１と同様の構成には、同一符号を付して説明は省略する。
【００４７】
本実施形態の直流電源回路２は、整流ダイオードブリッジ２ｃと昇圧チョッパ回路２ｄとで構成されている。整流ダイオードブリッジ２ｃは、４つの整流ダイオード（図示なし）で全波整流回路を構成しており、商用電源ＡＣから供給される交流電圧Ｖ１を全波整流して、出力端間に接続されたコンデンサＣ６の両端に整流電圧Ｖ３を生成する。
【００４８】
昇圧チョッパ回路２ｄは、インダクタＬ３とダイオードＤ３とスイッチング素子Ｑ６と抵抗Ｒ２とコンデンサＣ７と昇圧チョッパ制御回路２ｅとで構成されている。スイッチング素子Ｑ６はｎチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成されており、コンデンサＣ７は電解コンデンサで構成されている。コンデンサＣ６の両端間に、インダクタＬ３とダイオードＤ３とコンデンサＣ６とが直列接続されており、ダイオードＤ３とコンデンサＣ７と並列にスイッチング素子Ｑ６と抵抗Ｒ２とが直列接続されている。スイッチング素子Ｑ６は、ドレインがダイオードＤ３を介してコンデンサＣ７の正極に接続され、ソースが抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ７の負極に接続され、ゲートが昇圧チョッパ制御回路２ｅに接続されている。昇圧チョッパ制御回路２ｅは、スイッチング素子Ｑ６をオン・オフさせる制御信号Ｓ６を出力し、抵抗Ｒ２の両端電圧を検出することでスイッチング素子Ｑ６に流れる電流を検出している。そして、昇圧チョッパ制御回路２ｅが、抵抗Ｒ２の両端電圧に基づいてスイッチング素子Ｑ６をオン・オフさせることで、コンデンサＣ７の両端に直流電圧Ｖ４が生成される。また、本実施形態の昇圧チョッパ回路２ｅは、放電灯Ｌａに供給する電力に応じて、スイッチング素子Ｑ６を発振制御し、所望の直流電圧Ｖ４を生成する。
【００４９】
高周波変換回路３は、インバータ回路３ａと直列共振回路３ｂと直流電圧検出回路３ｅとで構成されている。そして、インバータ制御回路３ｃが直流電圧検出回路３ｅの検出結果に応じて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を発振させることで直流電圧Ｖ４を高周波電圧に変換し、直列共振回路３ｂに印加されることで、フィラメントＦが予熱されて、放電灯Ｌａが点灯する。
【００５０】
本実施形態の放電灯点灯装置１は、整流ダイオードブリッジ２ｃを構成する４つの整流ダイオードと、昇圧チョッパ回路２ｄのダイオードＤ３がＧａＮ半導体またはＳｉｃ半導体からなるワイドギャップ半導体で構成されている。整流ダイオードブリッジ２ｃおよびダイオードＤ３には、電流が常に流れているので、ワイドギャップ半導体を用いることによる放電灯点灯装置１の電力効率をより向上させることができる。また、放電灯点灯装置１の熱に対する信頼性もより向上させることができる。
【００５１】
また、図７に示すように昇圧チョッパ回路２ｄを構成するスイッチング素子Ｑ７をワイドギャップ半導体で構成してもよい。スイッチング素子Ｑ７は、ＮＰＮ型トランジスタで構成されており、コレクタがダイオードＤ３のアノードに接続され、エミッタが抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ７に接続され、ベースが昇圧チョッパ回路２ｅに接続されている。
【００５２】
スイッチング素子Ｑ７がＧａＮ半導体またはＳｉＣ半導体などからなるワイドギャップ半導体で構成されることによって、スイッチング素子Ｑ７の電力損失が低減し、放電灯点灯装置１の電力効率を向上させることができる。また、放電灯点灯装置１の電力効率もより向上させることができる。なお、本実施形態では昇圧チョッパ回路２ｄを用いているが、降圧チョッパ回路または昇降圧チョッパ回路などを用いる場合でも同様の効果がある。
【００５３】
また、放電灯点灯装置１の構成は、上記に限定されず、実施形態１乃至３の回路構成が組み合わされて構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１ 放電灯点灯装置
２ 直流電源回路
３ 高周波変換回路
３ａ インバータ回路
３ｂ 直列共振回路
３ｃ インバータ制御回路
３ｄ 電流検出回路
３ｅ 直流電圧検出回路
４ 調光回路
Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子
Ｌ１ インダクタ
Ｃ１〜Ｃ４ コンデンサ
Ｌａ 放電灯
Ｆ フィラメント
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置、照明器具及び照明システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置が提供されている。従来の放電灯点灯装置は、商用電源から供給される交流電圧を整流する整流回路を有して直流電圧を出力する直流電源回路と、スイッチング素子が発振制御されることで直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波変換回路とで構成されている。そして、放電灯への出力を制御するために、直流電源回路が出力する直流電圧を制御する構成または、放電灯に供給する高周波電力を制御する構成がある。
【０００３】
直流電源回路が出力する直流電圧を制御する構成として、一般的に昇圧チョッパ回路が用いられている。昇圧チョッパ回路は、整流回路が出力する整流電圧を所定の直流電圧に昇圧して出力する。また、近年では入力電流の高調波歪み改善対策として昇圧チョッパが用いられることが多い。
【０００４】
また、高周波電力を制御する構成として、放電灯に流れるランプ電流が所定値となるようにスイッチング素子を発振制御する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。ランプ電流を検出する電流検出部の検出結果に基づいて、スイッチング素子を発振制御する制御部がスイッチング素子の発振周波数またはオンデューティを制御することによって、ランプ電流が所定値となるようにフィードバック制御している。それによって、放電灯に所定の電力が供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２７４５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、放電灯点灯装置を構成する半導体素子による電力損失によって、放電灯点灯装置の電力効率が低下する問題があった。さらに、半導体素子の電力損失による半導体素子の温度上昇が大きくなり、放電灯点灯装置の熱に対する信頼性が低下するという問題があった。
【０００７】
放電灯点灯装置を構成する半導体素子として例えば、整流回路を構成するダイオードや、インバータ回路を構成するスイッチング素子や、昇圧チョッパ回路を構成するスイッチング素子およびダイオードなどがある。
【０００８】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱に対する信頼性を向上させ、電力効率を向上させる放電灯点灯装置、照明器具及び照明システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の放電灯点灯装置は、バンドギャップが２．０ｅＶ以上のワイドギャップ半導体を有することを特徴とする。
【００１０】
この放電灯点灯装置において、交流電圧を整流する整流回路を有して直流電圧を出力する直流電源回路と、前記直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波変換回路とを備え、前記高周波変換回路は、前記直流電圧を前記高周波電圧に変換するインバータ回路と、インダクタとコンデンサとが直列接続し、当該コンデンサに前記放電灯が並列接続される直列共振回路と、前記放電灯のフィラメントに予熱電流を流す予熱回路と、前記インバータ回路を制御する制御回路とで構成されており、前記整流回路は、１乃至複数のダイオードで構成され、当該ダイオードは前記ワイドギャップ半導体で構成されることが好ましい。
【００１１】
この放電灯点灯装置において、交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路と、１乃至複数のスイッチング素子がオン・オフされることによって、前記直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波変換回路とを備え、前記高周波変換回路は、前記スイッチング素子を有するインバータ回路と、インダクタとコンデンサとが直列接続し、当該コンデンサに前記放電灯が並列接続される直列共振回路と、前記放電灯のフィラメントに予熱電流を流す予熱回路と、前記スイッチング素子の発振を調整することで前記高周波電圧を制御する制御回路とで構成されており、前記スイッチング素子は、前記ワイドギャップ半導体で構成されることが好ましい。
【００１２】
この放電灯点灯装置において、前記インバータ回路は、１つの前記スイッチング素子を備えることが好ましい。
【００１３】
この放電灯点灯装置において、交流電圧を整流して整流電圧を生成する整流回路および、スイッチング素子がオン・オフされることで前記整流電圧を昇圧して直流電圧をコンデンサの両端に生成する昇圧チョッパ回路を有する直流電源回路と、前記直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波変換回路とを備え、前記高周波変換回路は、前記直流電圧を前記高周波電圧に変換するインバータ回路と、共振インダクタと共振コンデンサとが直列接続し、当該共振コンデンサに前記放電灯が並列接続される直列共振回路と、前記放電灯のフィラメントに電流を流す予熱回路と、前記高周波電圧を制御する制御回路とで構成されており、前記昇圧チョッパ回路は、前記スイッチング素子と前記コンデンサとの間に介挿され、前記コンデンサから前記スイッチング素子に向かって流れる電流を防止するダイオードを有しており、当該ダイオードは前記ワイドギャップ半導体で構成されることが好ましい。
【００１４】
この放電灯点灯装置において、前記昇圧チョッパ回路に備えられるスイッチング素子は前記ワイドギャップ半導体で構成されることが好ましい。
【００１５】
この放電灯点灯装置において、前記ワイドギャップ半導体は、ＧａＮ半導体またはＳｉＣ半導体で構成されることが好ましい。
【００１６】
本発明の照明器具は、放電灯点灯装置と、当該放電灯点灯装置から電力が供給される放電灯と、前記放電灯点灯装置と前記放電灯とを装着する器具本体とを備え、前記放電灯点灯装置は、バンドギャップが２．０ｅＶ以上のワイドギャップ半導体を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の照明システムは、複数台の照明器具と、当該照明器具を制御する制御装置とを備え、前記照明器具は放電灯点灯装置と、当該放電灯点灯装置から電力が供給される放電灯と、前記放電灯点灯装置と前記放電灯とを装着する器具本体とを備え、前記放電灯点灯装置は、バンドギャップが２．０ｅＶ以上のワイドギャップ半導体を有することを特徴とする。
【００１８】
この照明システムにおいて、前記制御装置は、制御信号を重畳させた直流電圧を前記放電灯点灯装置に供給し、前記放電灯点灯装置は、前記直流電圧を駆動電源とし、前記制御信号に基づいて前記放電灯を点灯制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明では、熱に対する信頼性を向上させ、電力効率を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態１の放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。
【図２】同上の照明器具の外観を示す図である。
【図３】同上の照明システムのブロック構成を示す図である。
【図４】インバータ回路にワイドギャップ半導体を用いた放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。
【図５】同上の実施形態２の放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。
【図６】同上の実施形態３の放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。
【図７】同上の昇圧チョッパ回路にワイドギャップ半導体を用いた放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（実施形態１）
本発明の実施形態１の放電灯点灯装置１の回路構成図を示す。本実施形態の放電灯点灯装置１は、直流電源回路２と、高周波変換回路３と、調光回路４とで構成されている。
【００２３】
直流電源回路２は、商用電源ＡＣから供給される交流電圧Ｖ１を整流・平滑して直流電圧Ｖ２を出力する。直流電源回路２は、ダイオードＤ１，Ｄ２とコンデンサＣ１，Ｃ２とからなる倍電圧整流回路で構成されている。なお、ダイオードＤ１，Ｄ２は整流用のダイオードであり、コンデンサＣ１，Ｃ２は電解コンデンサで構成される平滑用のコンデンサである。商用電源ＡＣの出力端間に、ダイオードＤ１とコンデンサＣ１とからなる直列回路２ａおよび、ダイオードＤ２とコンデンサＣ２とからなる直列回路２ｂが接続されており、直列回路２ａ，２ｂは互いに並列接続されている。ダイオードＤ１のアノードおよびダイオードＤ２のカソードが商用電源ＡＣの一端に接続されている。また、コンデンサＣ１は正極がダイオードＤ１のカソードに接続され、負極が商用電源ＡＣの他端に接続されている。また、コンデンサＣ２は正極が商用電源ＡＣの他端に接続され、正極がダイオードＤ２のアノードに接続されている。
【００２４】
そして、ダイオードＤ１によるコンデンサＣ１の充電と、ダイオードＤ２によるコンデンサＣ２の充電とが交互に繰り返され、コンデンサＣ１の正極とコンデンサＣ２の負極との間に交流電圧Ｖ１の略倍電圧となる直流電圧Ｖ２が生成される。
【００２５】
高周波変換回路３は、インバータ回路３ａと、直列共振回路３ｂと、電流検出回路３ｄと、直流電圧検出回路３ｅとで構成されている。
【００２６】
インバータ回路３ａは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２とインバータ制御回路３ｃとで構成されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成されており、直流電源回路２の出力端に直列接続されている。スイッチング素子Ｑ１は、ドレインがコンデンサＣ１の正極に接続され、ソースがスイッチング素子Ｑ２のドレインに接続されている。スイッチング素子Ｑ２は、ソースが抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ２の負極に接続されている。また、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートはインバータ制御回路３ｃに接続されている。インバータ制御回路３ｃは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の発振制御をしており、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に駆動信号Ｓ１，Ｓ２を出力することで、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオン・オフを繰り返させる。
【００２７】
直列共振回路３ｂは、インダクタＬ１とコンデンサＣ４とが直列接続されることで構成されている。インダクタＬ１は共振用のインダクタであり、コンデンサＣ４は共振用のコンデンサである。インダクタＬ２は、一端が直流カット用のコンデンサＣ３を介してスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点に接続され、他端が放電灯Ｌａの一方のフィラメントＦを介してコンデンサＣ４の一端に接続されている。コンデンサＣ４の他端は放電灯Ｌａの他方のフィラメントＦおよび抵抗Ｒ１を介してスイッチング素子Ｑ２のソースに接続されている。すなわち、放電灯ＬａはコンデンサＣ４に並列接続されている。
【００２８】
また、電流検出回路３ｄは、抵抗Ｒ１の両端電圧を検出することで、スイッチング素子Ｑ２に流れる電流を検出している。すなわち、電流検出回路３ｄは放電灯Ｌａに流れるランプ電流を検出している。
【００２９】
また、直流電圧検出回路３ｅは、直流電源回路２から出力される直流電圧Ｖ２を検出している。
【００３０】
そして、インバータ制御回路３ｃは、調光回路４から出力される調光度を示す調光信号Ｓ３に基づいて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオン・オフさせることで、インバータ回路３ａが直流電圧Ｖ２を変換して高周波電圧を生成する。そして、高周波電圧が直列共振回路３ｂに印加されると、フィラメントＦに電流が流れることで予熱されると共に、放電灯Ｌａに高周波の始動電圧が印加されて点灯する。また、インバータ制御回路３ｃは、電流検出回路３ｄおよび直流電圧検出回路３ｅの検出結果を用いて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の発振をフィードバック制御することで、放電灯Ｌａに所望の電力を供給することができる。
【００３１】
また、直列共振回路３ｂは、放電灯ＬａのフィラメントＦの予熱回路としても機能している。インダクタＬ１とコンデンサＣ４との間に放電灯ＬａのフィラメントＦが接続されているので、放電灯Ｌａの点灯時にフィラメントＦに常時共振電流が流れて、フィラメントＦが予熱される。
【００３２】
また、本実施形態の直流電源回路２を構成するダイオードＤ１，Ｄ２は、ＧａＮ半導体またはＳｉＣ半導体からなるワイドギャップ半導体で構成されている。ワイドギャップ半導体はバンドギャップが２．０ｅＶ以上の半導体であり、従来の整流回路に用いられていたシリコン系の半導体よりも導通損失が１桁〜２桁小さい。そのため、ワイドギャップ半導体で構成されたダイオードＤ１，Ｄ２による電力損失は、シリコン系の半導体で構成されたダイオードよりも小さくなる。したがって、直流電源回路２の電力損失を従来よりも低減させることができ、放電灯点灯装置１の電力効率を向上させることができる。
【００３３】
また、ワイドギャップ半導体は電力損失が小さいので、放電灯Ｌａ点灯時におけるダイオードＤ１，Ｄ２の温度上昇をシリコン系の半導体で構成されたダイオードよりも小さくすることができる。そのため、放電灯点灯装置１の熱に対する信頼性が向上する。さらに、ダイオードＤ１，Ｄ２の温度上昇を低減させるための放熱対策を簡略化することができる。また、回路構成や使用環境などによって、例えば放熱シートによるケース外郭への放熱などの放熱対策が不要となる場合があり、放電灯点灯装置１の組み立て性が向上し、コストを削減することができる。
【００３４】
次に、上述の放電灯点灯装置１を備えた照明器具５の外観図を図２に示す。照明器具５は、上述の放電灯点灯装置１と、放電灯点灯装置１から電力が供給される放電灯Ｌａ１，Ｌａ２と、放電灯点灯装置１と放電灯Ｌａ１，Ｌａ２とを装着する器具本体６とで構成されている。器具本体６は、いわゆる２灯用の富士型照明器具を示している。６ａは放電灯Ｌａ１，Ｌａ２が装着されるソケットであり、６ｂは放電灯Ｌａ１，Ｌａ２と対向する側に設けられる白色の反射板である。
【００３５】
また、複数の照明器具５を備えた照明システム７のブロック構成図を図３に示す。照明システム７は、複数の照明器具５と、照明器具５を制御する制御装置８とで構成されている。制御装置８と複数の照明器具５とはケーブルＣａで接続され、照明器具５は図示しない外部電源から供給される電源を駆動電源として放電灯Ｌａを点灯させる。そして、制御装置８は、照明器具５に装着された放電灯点灯装置１にケーブルＣａを介して制御信号Ｓ４を出力し、放電灯点灯装置１は制御信号Ｓ４に基づいて放電灯Ｌａを点灯・消灯・調光などの点灯制御をする。また、制御信号Ｓ４はデジタル信号または可変ＤＣ信号またはＰＷＭ信号などで構成されている。
【００３６】
また、制御装置８は制御信号Ｓ４を重畳させた直流電圧を、ケーブルＣａを介して放電灯点灯装置１に供給する。そして、放電灯点灯装置１は制御装置８から供給される直流電圧を駆動電源として動作し、直流電圧に重畳された制御信号Ｓ４に基づいて放電灯Ｌａを点灯制御する構成としてもよい。それによって、外部電源から照明点灯装置１に電源供給する経路が必要ないので、証明システム７の構成を簡易化することができる。なお、この場合、照明点灯装置１は直流電源回路２が不要となる。
【００３７】
また、インバータ回路３ａを構成するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をワイドギャップ半導体で構成することで、さらに電力効率を向上させることができる。図４にワイドギャップ半導体で構成されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を備えた放電灯点灯装置１の回路構成図を示す。なお、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４以外は図１に示した放電灯点灯装置１と同様の回路構成であるので、同一符号を付して説明は省略する。
【００３８】
スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４は、ＧａＮ半導体またはＳｉＣ半導体からなるワイドギャップ半導体で構成されたＮＰＮ型トランジスタである。スイッチング素子Ｑ３は、コレクタがコンデンサＣ１の正極に接続され、エミッタがスイッチング素子Ｑ４のコレクタに接続されている。スイッチング素子Ｑ４は、エミッタが抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ２の負極に接続されている。また、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４のベースはインバータ制御回路３ｃに接続されている。インバータ制御回路３ｃは、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の発振制御をしており、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４に駆動信号Ｓ１，Ｓ２を出力することで、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を交互にオン・オフを繰り返させる。
【００３９】
インバータ回路３ａのスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４をワイドギャップ半導体で構成することによって、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４による電力損失が低減し、放電灯点灯装置１の電力効率をさらに向上させることができる。また、放電灯点灯装置１の熱に対する信頼性もさらに向上させることができる。
【００４０】
（実施形態２）
実施形態２の放電灯点灯装置１の回路構成図を図５に示す。本実施形態の放電灯点灯装置１は、高周波変換回路３を構成するインバータ回路３ａが一石式インバータで構成されている。他の構成は、実施形態１で説明した放電灯点灯装置１の構成と同様であるので、同一符号を付して説明は省略する。
【００４１】
本実施形態のインバータ回路３ａは、コンデンサＣ５とインダクタＬ２とからなる並列共振回路３ｆと、スイッチング素子Ｑ５と、インバータ制御回路３ｃとで構成されている。スイッチング素子Ｑ５は、ＧａＮ半導体またはＳｉｃ半導体からなるワイドギャップ半導体で構成されたＮＰＮ型トランジスタである。並列共振回路３ｆは、コンデンサＣ５とインダクタＬ２とが並列接続されることで構成されており、一方の接続点がコンデンサＣ１の正極に接続され、他方の接続点がスイッチング素子Ｑ５のコレクタに接続されている。スイッチング素子Ｑ５は、エミッタが抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ２の負極に接続され、ベースがインバータ制御回路３ｃに接続されている。すなわち、並列共振回路３ｆとスイッチング素子Ｑ５と抵抗Ｒ１とが、直流電源回路２の出力端間に直列接続されている。
【００４２】
また、並列共振回路３ｆの両端にはコンデンサＣ４とインダクタＬ１とからなる直列共振回路３ａが接続されており、コンデンサＣ４と並列に放電灯Ｌａが接続されている。
【００４３】
そして、インバータ制御回路３ｃは、スイッチング素子Ｑ５の発振制御をしており、スイッチング素子Ｑ５に駆動信号Ｓ５を出力することで、スイッチング素子Ｑ５がオン・オフを繰り返す。それによって、直流電圧Ｖ２を変換して並列共振回路３ｆの両端間に高周波電圧が生成され、直列共振回路３ａに印加されることで、フィラメントＦが予熱されて放電灯Ｌａが点灯する。
【００４４】
また、インバータ回路３ａのスイッチング素子Ｑ５がワイドギャップ半導体で構成されていることによって、スイッチング素子Ｑ５による電力損失が低減し、放電灯点灯装置１の電力効率を向上させることができる。また、放電灯点灯装置１の熱に対する信頼性を向上させることができる。
【００４５】
また、本実施形態のインバータ回路３ａは１石式インバータで構成されていることによって、実施形態１のインバータ回路３ａよりもスイッチング素子の数を削減することができ、回路構成を簡易化することができる。
【００４６】
（実施形態３）
実施形態３の放電灯点灯装置１の回路構成を図６に示す。本実施形態の放電灯点灯装置１は、直流電源回路２が昇圧チョッパ回路２ｄを備えており、所定の直流電圧Ｖ４を高周波変換回路３に出力することで、所定の高周波電力を放電灯Ｌａに供給することができる。なお、図１に示した実施形態１と同様の構成には、同一符号を付して説明は省略する。
【００４７】
本実施形態の直流電源回路２は、整流ダイオードブリッジ２ｃと昇圧チョッパ回路２ｄとで構成されている。整流ダイオードブリッジ２ｃは、４つの整流ダイオード（図示なし）で全波整流回路を構成しており、商用電源ＡＣから供給される交流電圧Ｖ１を全波整流して、出力端間に接続されたコンデンサＣ６の両端に整流電圧Ｖ３を生成する。
【００４８】
昇圧チョッパ回路２ｄは、インダクタＬ３とダイオードＤ３とスイッチング素子Ｑ６と抵抗Ｒ２とコンデンサＣ７と昇圧チョッパ制御回路２ｅとで構成されている。スイッチング素子Ｑ６はｎチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成されており、コンデンサＣ７は電解コンデンサで構成されている。コンデンサＣ６の両端間に、インダクタＬ３とダイオードＤ３とコンデンサＣ６とが直列接続されており、ダイオードＤ３とコンデンサＣ７と並列にスイッチング素子Ｑ６と抵抗Ｒ２とが直列接続されている。スイッチング素子Ｑ６は、ドレインがダイオードＤ３を介してコンデンサＣ７の正極に接続され、ソースが抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ７の負極に接続され、ゲートが昇圧チョッパ制御回路２ｅに接続されている。昇圧チョッパ制御回路２ｅは、スイッチング素子Ｑ６をオン・オフさせる制御信号Ｓ６を出力し、抵抗Ｒ２の両端電圧を検出することでスイッチング素子Ｑ６に流れる電流を検出している。そして、昇圧チョッパ制御回路２ｅが、抵抗Ｒ２の両端電圧に基づいてスイッチング素子Ｑ６をオン・オフさせることで、コンデンサＣ７の両端に直流電圧Ｖ４が生成される。また、本実施形態の昇圧チョッパ回路２ｅは、放電灯Ｌａに供給する電力に応じて、スイッチング素子Ｑ６を発振制御し、所望の直流電圧Ｖ４を生成する。
【００４９】
高周波変換回路３は、インバータ回路３ａと直列共振回路３ｂと直流電圧検出回路３ｅとで構成されている。そして、インバータ制御回路３ｃが直流電圧検出回路３ｅの検出結果に応じて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を発振させることで直流電圧Ｖ４を高周波電圧に変換し、直列共振回路３ｂに印加されることで、フィラメントＦが予熱されて、放電灯Ｌａが点灯する。
【００５０】
本実施形態の放電灯点灯装置１は、整流ダイオードブリッジ２ｃを構成する４つの整流ダイオードと、昇圧チョッパ回路２ｄのダイオードＤ３がＧａＮ半導体またはＳｉｃ半導体からなるワイドギャップ半導体で構成されている。整流ダイオードブリッジ２ｃおよびダイオードＤ３には、電流が常に流れているので、ワイドギャップ半導体を用いることによる放電灯点灯装置１の電力効率をより向上させることができる。また、放電灯点灯装置１の熱に対する信頼性もより向上させることができる。
【００５１】
また、図７に示すように昇圧チョッパ回路２ｄを構成するスイッチング素子Ｑ７をワイドギャップ半導体で構成してもよい。スイッチング素子Ｑ７は、ＮＰＮ型トランジスタで構成されており、コレクタがダイオードＤ３のアノードに接続され、エミッタが抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ７に接続され、ベースが昇圧チョッパ回路２ｅに接続されている。
【００５２】
スイッチング素子Ｑ７がＧａＮ半導体またはＳｉＣ半導体などからなるワイドギャップ半導体で構成されることによって、スイッチング素子Ｑ７の電力損失が低減し、放電灯点灯装置１の電力効率を向上させることができる。また、放電灯点灯装置１の電力効率もより向上させることができる。なお、本実施形態では昇圧チョッパ回路２ｄを用いているが、降圧チョッパ回路または昇降圧チョッパ回路などを用いる場合でも同様の効果がある。
【００５３】
また、放電灯点灯装置１の構成は、上記に限定されず、実施形態１乃至３の回路構成が組み合わされて構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１ 放電灯点灯装置
２ 直流電源回路
３ 高周波変換回路
３ａ インバータ回路
３ｂ 直列共振回路
３ｃ インバータ制御回路
３ｄ 電流検出回路
３ｅ 直流電圧検出回路
４ 調光回路
Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子
Ｌ１ インダクタ
Ｃ１〜Ｃ４ コンデンサ
Ｌａ 放電灯
Ｆ フィラメント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンドギャップが２．０ｅＶ以上のワイドギャップ半導体を有することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
交流電圧を整流する整流回路を有して直流電圧を出力する直流電源回路と、前記直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波変換回路とを備え、
前記高周波変換回路は、前記直流電圧を前記高周波電圧に変換するインバータ回路と、インダクタとコンデンサとが直列接続し、当該コンデンサに前記放電灯が並列接続される直列共振回路と、前記放電灯のフィラメントに予熱電流を流す予熱回路と、前記インバータ回路を制御する制御回路とで構成されており、
前記整流回路は、１乃至複数のダイオードで構成され、当該ダイオードは前記ワイドギャップ半導体で構成されることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路と、１乃至複数のスイッチング素子がオン・オフされることによって、前記直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波変換回路とを備え、
前記高周波変換回路は、前記スイッチング素子を有するインバータ回路と、インダクタとコンデンサとが直列接続し、当該コンデンサに前記放電灯が並列接続される直列共振回路と、前記放電灯のフィラメントに予熱電流を流す予熱回路と、前記スイッチング素子の発振を調整することで前記高周波電圧を制御する制御回路とで構成されており、
前記スイッチング素子は、前記ワイドギャップ半導体で構成されることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記インバータ回路は、１つの前記スイッチング素子を備えることを特徴とする請求項３記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
交流電圧を整流して整流電圧を生成する整流回路および、スイッチング素子がオン・オフされることで前記整流電圧を昇圧して直流電圧をコンデンサの両端に生成する昇圧チョッパ回路を有する直流電源回路と、前記直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波変換回路とを備え、
前記高周波変換回路は、前記直流電圧を前記高周波電圧に変換するインバータ回路と、共振インダクタと共振コンデンサとが直列接続し、当該共振コンデンサに前記放電灯が並列接続される直列共振回路と、前記放電灯のフィラメントに電流を流す予熱回路と、前記高周波電圧を制御する制御回路とで構成されており、
前記昇圧チョッパ回路は、前記スイッチング素子と前記コンデンサとの間に介挿され、前記コンデンサから前記スイッチング素子に向かって流れる電流を防止するダイオードを有しており、当該ダイオードは前記ワイドギャップ半導体で構成されることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項６】
前記昇圧チョッパ回路に備えられるスイッチング素子は前記ワイドギャップ半導体で構成されることを特徴とする請求項５記載の放電灯点灯装置。
【請求項７】
前記ワイドギャップ半導体は、ＧａＮ半導体またはＳｉＣ半導体で構成されることを特徴とする請求項１乃至６記載の放電灯点灯装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置と、当該放電灯点灯装置から電力が供給される放電灯と、前記放電灯点灯装置と前記放電灯とを装着する器具本体とを備えることを特徴とする照明器具。
【請求項９】
請求項８に記載の複数台の照明器具と、当該照明器具を制御する制御装置とを備えることを特徴とする照明システム。
【請求項１０】
前記制御装置は、制御信号を重畳させた直流電圧を前記放電灯点灯装置に供給し、
前記放電灯点灯装置は、前記直流電圧を駆動電源とし、前記制御信号に基づいて前記放電灯を点灯制御することを特徴とする請求項９記載の照明システム。
【請求項１】
バンドギャップが２．０ｅＶ以上のワイドギャップ半導体を有することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
交流電圧を整流する整流回路を有して直流電圧を出力する直流電源回路と、前記直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波変換回路とを備え、
前記高周波変換回路は、前記直流電圧を前記高周波電圧に変換するインバータ回路と、インダクタとコンデンサとが直列接続し、当該コンデンサに前記放電灯が並列接続される直列共振回路と、前記放電灯のフィラメントに予熱電流を流す予熱回路と、前記インバータ回路を制御する制御回路とで構成されており、
前記整流回路は、１乃至複数のダイオードで構成され、当該ダイオードは前記ワイドギャップ半導体で構成されることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路と、１乃至複数のスイッチング素子がオン・オフされることによって、前記直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波変換回路とを備え、
前記高周波変換回路は、前記スイッチング素子を有するインバータ回路と、インダクタとコンデンサとが直列接続し、当該コンデンサに前記放電灯が並列接続される直列共振回路と、前記放電灯のフィラメントに予熱電流を流す予熱回路と、前記スイッチング素子の発振を調整することで前記高周波電圧を制御する制御回路とで構成されており、
前記スイッチング素子は、前記ワイドギャップ半導体で構成されることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記インバータ回路は、１つの前記スイッチング素子を備えることを特徴とする請求項３記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
交流電圧を整流して整流電圧を生成する整流回路および、スイッチング素子がオン・オフされることで前記整流電圧を昇圧して直流電圧をコンデンサの両端に生成する昇圧チョッパ回路を有する直流電源回路と、前記直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給する高周波変換回路とを備え、
前記高周波変換回路は、前記直流電圧を前記高周波電圧に変換するインバータ回路と、共振インダクタと共振コンデンサとが直列接続し、当該共振コンデンサに前記放電灯が並列接続される直列共振回路と、前記放電灯のフィラメントに電流を流す予熱回路と、前記高周波電圧を制御する制御回路とで構成されており、
前記昇圧チョッパ回路は、前記スイッチング素子と前記コンデンサとの間に介挿され、前記コンデンサから前記スイッチング素子に向かって流れる電流を防止するダイオードを有しており、当該ダイオードは前記ワイドギャップ半導体で構成されることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項６】
前記昇圧チョッパ回路に備えられるスイッチング素子は前記ワイドギャップ半導体で構成されることを特徴とする請求項５記載の放電灯点灯装置。
【請求項７】
前記ワイドギャップ半導体は、ＧａＮ半導体またはＳｉＣ半導体で構成されることを特徴とする請求項１乃至６記載の放電灯点灯装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置と、当該放電灯点灯装置から電力が供給される放電灯と、前記放電灯点灯装置と前記放電灯とを装着する器具本体とを備えることを特徴とする照明器具。
【請求項９】
請求項８に記載の複数台の照明器具と、当該照明器具を制御する制御装置とを備えることを特徴とする照明システム。
【請求項１０】
前記制御装置は、制御信号を重畳させた直流電圧を前記放電灯点灯装置に供給し、
前記放電灯点灯装置は、前記直流電圧を駆動電源とし、前記制御信号に基づいて前記放電灯を点灯制御することを特徴とする請求項９記載の照明システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２４９０８２（Ｐ２０１１−２４９０８２Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１９６１３（Ｐ２０１０−１１９６１３）
【出願日】平成２２年５月２５日（２０１０．５．２５）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２５日（２０１０．５．２５）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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