放電灯点灯装置及び照明器具
【課題】定格電力、定格電圧或いは定格電流の異なる放電灯を高周波電力により点灯・調光させる放電灯点灯装置において、装着される放電灯の予熱電流をほぼ等しくし、ランプ寿命を確保しつつ、電力ロスを低減し、安定調光を実現させる。
【解決手段】直流電圧Ｖｄｃを高周波に変換する少なくとも１つ以上のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を備え、その出力端に共振回路（Ｌ１，Ｃｆ０）を介して、定格電力、定格電圧、或いは定格電流の異なる放電灯Ｌａを接続可能な負荷回路４が接続されたインバータ３と、インバータ３の出力を変化させる調光制御部を具備した放電灯点灯装置において、放電灯Ｌａのフィラメントを予熱する予熱電流供給源は、インバータ３の動作周波数が低いと予熱電流供給量が減少する第１の供給源（Ｌ２）と、放電灯電圧が高いと予熱電流供給量が増加する第２の供給源（Ｃｆ０）から少なくとも構成される。
【解決手段】直流電圧Ｖｄｃを高周波に変換する少なくとも１つ以上のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を備え、その出力端に共振回路（Ｌ１，Ｃｆ０）を介して、定格電力、定格電圧、或いは定格電流の異なる放電灯Ｌａを接続可能な負荷回路４が接続されたインバータ３と、インバータ３の出力を変化させる調光制御部を具備した放電灯点灯装置において、放電灯Ｌａのフィラメントを予熱する予熱電流供給源は、インバータ３の動作周波数が低いと予熱電流供給量が減少する第１の供給源（Ｌ２）と、放電灯電圧が高いと予熱電流供給量が増加する第２の供給源（Ｃｆ０）から少なくとも構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定格電力、定格電圧或いは定格電流の異なる放電灯を高周波電力により点灯・調光させる放電灯点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
定格電力の異なる放電灯を点灯・調光する場合、フィラメント電流をほぼ等しくすることは困難となる。しかし、定格電力の異なる放電灯であっても、ランプの定格寿命を満足し、バルブの黒化を抑制するためには、何れの放電灯でも、フィラメント電流をほぼ一定としたほうが良い場合がある。特に、同じフィラメントを用いている定格電力が異なる放電灯の場合は、調光時のランプ寿命や安定調光のための最適な常時予熱電流が、ほぼ同じ値となる。ＦＨＴ４２、ＦＨＴ３２、ＦＨＴ２４などの放電灯がその一例である。
【０００３】
（コンデンサ予熱方式）
従来より広く用いられている予熱回路方式に、コンデンサ予熱方式がある。図１１（ａ）に基本構成を示す。ランプＬａの各フィラメントの非電源側端子間に接続された予熱用コンデンサＣｆに流れる共振電流によりランプＬａの各フィラメントを予熱するものである。予熱用コンデンサＣｆは共振用のコンデンサと兼用されるから、部品実装面積が小さくて済み、また、低コストであるという利点を有するが、この回路構成では、ランプ電圧により予熱電流が変化するため、ランプ電圧が異なる放電灯を点灯させたときに、予熱電流を等しくすることはできない。
【０００４】
（予熱トランス方式）
図１１（ｂ）に予熱トランス方式の回路図を示す。インバータの出力にコンデンサを介して予熱トランスＴ１の１次側を接続し、その２次側から予熱用コンデンサを介してランプＬａの各フィラメントに予熱電流を供給するものである。この回路方式では、ランプ電圧による予熱電流の変化は少ないが、動作周波数による予熱電流の変化が大きくなる。定格電力の異なる、定格電流の略等しいランプＡ，Ｂを点灯させる場合、全点灯のみであれば、各ランプＡ，Ｂ装着時の動作周波数ｆａ，ｆｂを共振回路の無負荷共振周波数ｆ０の近傍に設定することで、略同じ予熱電流を供給できるが、インバータの動作周波数を可変とする調光時においては定格電力の異なるランプＡ，Ｂでは予熱電流が異なる。その理由を以下に述べる。
【０００５】
定格電力の異なる放電灯を調光する方式として、ランプ電流フィードバック方式がある。これは、図１１（ｂ）に示すように、ランプ電流検出回路５によりランプ電流を検出し、調光信号から生成される指令値Ｖ＊とランプ電流検出信号を比較し、その誤差を誤差増幅器ＯＰ１で比較して、増幅された信号により、インバータの動作周波数を可変とすることで、所望のランプ電流を得るものである。
【０００６】
しかし、定格電力の異なる、定格電流の略等しいランプＡ，Ｂを調光点灯させる場合、図１２に示すように同じランプ電流に対して、インバータの動作周波数ｆａ，ｆｂが異なるため、フィラメントに供給される予熱電流の量が異なる。これは、予熱トランスＴ１から予熱用コンデンサを介してフィラメントに電流を供給するため、インピーダンスに周波数特性を持つためである。
【０００７】
また、動作周波数を変化させずに調光する方式として、インバータの電源電圧Ｖｄｃを変化させるＶｄｃ調光方式や、インバータのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・デューティをアンバランスにさせるＤｕｔｙ調光方式があるが、何れの方式を用いた場合も、図１３に示すように、ランプ電流が低減される調光時においては予熱トランスＴ１の１次側の電圧が低下するため、調光時には定格出力時よりも予熱電流が低下することになる。
【０００８】
調光時に予熱電流を低下させることは、ランプ寿命の悪化を招く。また、それを防ぐために定格出力時の予熱電流を過剰に多くすると、不必要な電力ロスを発生させるほか、定格出力時のランプ寿命を悪化させることになる。
【０００９】
（チョッパチョークの２次巻線を用いた予熱方式）
図１１（ｃ）に示す予熱回路は、チョッパチョークＬ２の２次巻線から予熱電流を供給するものである。この予熱方式は、力率改善回路として一般的な昇圧チョッパ回路を用いたものである。ランプ負荷や入力電圧が変化しても、チョッパスイッチＱ３の動作周波数やオン・デューティが変化することで、チョッパ出力電圧を略等しくするものである。ランプ負荷の違いや電源電圧の違いによりチョッパ回路の動作周波数やオン・デューティが異なるので、定格電力の異なる放電灯を点灯させる場合や、入力電圧が異なる場合は放電灯の予熱電流を等しくすることはできない。調光方式が、先に述べた周波数調光方式やＶｄｃ調光方式、Ｄｕｔｙ調光方式の場合でも同様である。
【００１０】
（バラストチョークの２次巻線を用いた予熱方式）
図１１（ｄ）に示す予熱回路は、共振回路のバラストチョークＬ１の２次巻線から予熱電流を供給するものである。この予熱方式では、ランプ電流フィードバック方式を用いて調光制御すると、定格電力の異なる、定格電流の略等しいランプＡ，Ｂを調光点灯させる場合、図１２に示すように同じランプ電流に対して、インバータの動作周波数ｆａ，ｆｂが異なるため、フィラメントに供給される予熱電流の量が異なる。バラストチョークＬ１から予熱用コンデンサを介して、フィラメントに電流を供給するため、そのインピーダンスに周波数特性を持つためである。また、動作周波数を変化させずに調光する方式として、上述のＶｄｃ調光方式やＤｕｔｙ調光方式を用いた場合も、バラストチョークＬ１の１次側の電圧が低下するため、調光時には定格出力時よりも予熱電流が低下することになる。
【００１１】
調光時に予熱電流を低下させることは、ランプ寿命の悪化を招く。また、それを防ぐために定格出力時の予熱電流を過剰に多くすると、不必要な電力ロスを発生させるほか、定格出力時のランプ寿命を悪化させることになる
【００１２】
（別予熱手段方式）
特開平２−１４４８９５号公報（特許文献１）には、「ランプに高周波電力を供給して点灯するインバータと、調光信号に応じて調光制御を行う調光制御手段と、上記調光信号に応じてランプのフィラメントの予熱を制御する予熱制御手段とを備えた放電灯点灯装置」が開示されている。この文献には、予熱回路用のインバータを放電灯点灯用のインバータとは別に設けた構成が開示されている。調光信号に応じて、予熱回路用のインバータが動作し、ランプ負荷や入力電圧によらずに所望の予熱電流を供給できるほか、定格点灯時には予熱をカットするなど、予熱電流の供給の設計が容易に行える。しかし、当然のことながら、コストが増大し、部品実装面積が大きくなる等の欠点があることは言うまでもない。
【特許文献１】特開平２−１４４８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、定格電力、定格電圧或いは定格電流の異なる放電灯を高周波電力により点灯・調光させる放電灯点灯装置において、装着される放電灯の予熱電流をほぼ等しくし、ランプ寿命を確保しつつ、電力ロスを低減し、安定調光を実現させることを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、直流電圧Ｖｄｃを高周波に変換する少なくとも１つ以上のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を備え、その出力端に共振回路（Ｌ１，Ｃｆ０）を介して、定格電力、定格電圧、或いは定格電流の異なる放電灯Ｌａを接続可能な負荷回路４が接続されたインバータ３と、インバータ３の出力を変化させる調光制御部を具備した放電灯点灯装置において、放電灯Ｌａのフィラメントを予熱する予熱電流供給源は、インバータ３の動作周波数が低いと予熱電流供給量が減少する第１の供給源（チョッパチョークＬ２）と、放電灯電圧が高いと予熱電流供給量が増加する第２の供給源（共振用コンデンサＣｆ０）から少なくとも構成されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、予熱電流供給源が、インバータの動作周波数が低いと予熱電流供給量が減少する第１の供給源と、ランプ電圧が高いと予熱電流供給量が増加する第２の供給源から少なくとも構成されることで、定格電力の異なる放電灯の予熱電流を略等しくすることができ、ランプ寿命の確保とバルブ黒化の抑制、安定調光を実現することができる。また、それぞれの供給源からの予熱電流供給量を変化させることで、使用されるランプに適した予熱電流を供給することもできる。
請求項２の発明によれば、ランプ電流フィードバック方式による調光を行うことで、調光信号に対して使用されるランプのランプ電流を等しくすることができ、装着されるランプに応じて、同じランプ電流におけるインバータ周波数が異なるので、ランプ電流に対する予熱電流供給量を等しくすることが出来る。
請求項３の発明によれば、コストと部品実装面積を抑えて、請求項１、２を実現する回路を構成でき、入力電圧に影響されず、深く安定に調光することができる。
請求項４の発明によれば、請求項１〜３の回路を用いて、ランプ電流が０．１Ａ以下のときの予熱電流を０．３４Ａ〜０．３７Ａとすることで、ＦＨＴ４２、ＦＨＴ３２、ＦＨＴ２４の定格ランプ寿命を確保し、安定に調光することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の回路図である。本実施形態は、コンデンサ予熱方式とチョッパチョークの２次巻線による予熱方式と、ランプ電流フィードバック回路とを組み合わせたものである。
【００１７】
以下、その回路構成について説明する。本回路は、出力電圧一定の直流電源Ｅと、直流電源Ｅの出力端に接続されたインバータ３と、インバータ３の出力端に接続された共振回路とランプＬａからなる負荷回路４と、ランプＬａに流れるランプ電流を検出し、ランプ電流信号を出力するランプ電流検出回路５と、調光信号を出力する調光器８と、その出力を変換するＤｕｔｙ−ＤＣ変換回路９と、オペアンプＯＰ１を含むランプ電流フィードバック手段７から構成されている。ランプＬａは蛍光灯のような熱陰極型放電灯である。
【００１８】
直流電源Ｅは昇圧チョッパ回路を用いている。昇圧チョッパ回路は図示するように、交流電源Ｖｓと、ダイオードブリッジＤＢ１と、インダクタＬ２と、ダイオードＤ１と、平滑コンデンサＣ３と、スイッチング素子Ｑ３とからなっており、スイッチング素子Ｑ３にはスイッチング素子Ｑ３を駆動する制御回路２の出力端子が接続されている。本回路を用いると、直流電源Ｅの出力電圧Ｖｄｃの範囲は、Ｖｓ（ｐｅａｋ）≦Ｖｄｃのある値で一定となる。ここで、Ｖｓ（ｐｅａｋ）は交流電源Ｖｓのピーク値を示している。１００Ｖの交流電源であれば約１４１Ｖ、２００Ｖの交流電源であれぱ約２８２Ｖがその値となる。チョッパ回路の動作により、チョッパ出力電圧Ｖｄｃを一定にしたり、可変させたりすることができる。
【００１９】
インバータ３は直流電源Ｅの出力に並列に、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路が接続され、スイッチング素子Ｑ１とＱ２の中点とバラストチョークＬ１の間には直流カット用コンデンサＣｄが接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は制御回路１により高周波で交互にオン・オフするように駆動される。
【００２０】
制御回路１はＰＷＭ−ＩＣであり、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数やオン・デューティを可変することができる。
【００２１】
ランプ電流検出回路５は、ランプＬａに流れる電流をカレントトランスＣＴで検出し、その２次巻線出力をダイオードブリッジＤＢ２で整流し、抵抗Ｒ１により電圧信号であるランプ電流検出信号に変換して出力する。
【００２２】
ランプ電流フィードバック手段７は、誤差増幅器としてのオぺアンプＯＰ１とその帰還インピーダンス（コンデンサＣｌ、抵抗Ｒｐ）からなる帰還制御回路６と、オペアンプＯＰ１の入力抵抗Ｒ−，Ｒ＋および調光信号により変化する指令値電圧Ｖ＊から構成されている。
【００２３】
オぺアンプＯＰ１のマイナス側（反転入力端子）にはランプ電流検出信号が入力され、プラス側（非反転入力端子）には指令値電圧Ｖ＊が入力されている。オぺアンプＯＰ１のゲインは入力抵抗Ｒ−と、帰還インピーダンスの抵抗Ｒｐ、コンデンサＣｌの比例積分ゲインで決され、コンデンサＣｌと抵抗Ｒｐはカットオフ周波数を決定しており、低周波のリップルを低減している。
【００２４】
制御回路１は帰還制御回路６の出力信号である調光制御信号が増加すると動作周波数を低下させて、光出力（ランプ電流）を増加させるようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を制御する。調光制御信号が低下すると、動作周波数を増加させて、光出力（ランプ電流）を低下させるようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を制御する。
【００２５】
調光器８は調光信号としてＰＷＭ信号を出力し、Ｄｕｔｙ−ＤＣ変換回路９において、ＰＷＭ信号はＤＣ信号に変換される。ＤＣ信号は指令値電圧Ｖ＊としてオぺアンプＯＰ１のプラス側に入力される。ＰＷＭ信号はオン・デューティが減少していくに従い、ランプＬａの定格出力から調光下限へ調光される。Ｄｕｔｙ−ＤＣ変換回路９はランプＬａの定格出力から調光下限に向かうに従い、ＤＣ電圧である指令値電圧Ｖ＊を低下させていく。
【００２６】
チョッパ出力電圧Ｖｄｃはランプ負荷によらず、一定で動作する。予熱電流供給源は２種類で構成され、１つはインバータ動作周波数が低いと予熱電流量が減少し、もう一方はランプ電圧が高いと予熱電流量が増加するものである。
【００２７】
本実施形態では、「インバータ動作周波数が低いと予熱電流量が減少する」予熱回路として、チョッパチョークＬ２の２次巻線による予熱方式、「ランプ電圧が高いと予熱電流量が増加する」予熱回路として、コンデンサ予熱方式を採用している。
【００２８】
以下、本実施形態の基本動作について説明する。図２（ａ）は本実施形態におけるランプＶ−Ｉ特性とバラストＶ−Ｉ特性である。ランプＡとランプＢは定格電力の異なる、定格電流の略等しい放電灯である。
【００２９】
本実施形態では、チョッパ回路の動作周波数は、ランプＡよりもランプＢの方が高くなる。これは、定格電力がランプＢの方が低いので、ランプＡとランプＢ共にチョッパ出力電圧Ｖｄｃを一定とするため、ランプＡよりも負荷の軽いランプＢは出力電圧Ｖｄｃの昇圧を抑えるため、動作周波数が高くなるのである。
【００３０】
よって、チョッパチョークＬ２の２次巻線からの供給電流は、ランプＡよりもランプＢの方が多くなる。ランプＢの方がチョッパ回路の動作周波数が高く、チョッパチョークＬ２の２次側の予熱用コンデンサ（Ｃｆ１、Ｃｆ２）のインピーダンスが低下するため、予熱電流が多く流れるからである。
【００３１】
一方、共振用コンデンサと予熱用コンデンサを兼用している、所謂コンデンサ予熱回路には、点灯時のランプ電圧が大きいランプＡの方がランプＢよりも多くの予熱電流が流れる。コンデンサ予熱回路方式では、ランプ電圧が予熱電流に影響を与えるからである。
【００３２】
予熱用コンデンサＣｆ０に流れる電流は、Ｉ＝２πｆ・Ｃ（ｆは周波数、Ｃは予熱用コンデンサＣｆ０の容量）で決定される。ランプＡとランプＢの定格出力時の動作周波数ｆａ，ｆｂは共振回路の無負荷共振周波数ｆｏの近傍である。従って、ランプ電圧のみが影響し、ランプ電圧の高いランプＡの方が多くの電流が予熱用コンデンサＣｆ０に流れる。調光下限時はランプ電流フィードバック動作により、ランプＡの動作周波数よりもランプＢの動作周波数の方が高くなる（ｆａ≪ｆｂ）。従って、ランプＡとランプＢの調光下限付近のランプ電流に対する予熱電流の差は、ランプＶ−Ｉ特性の差よりも少なくなる。ランプＡとランプＢのランプ電圧はランプＡの方が高いが、インバータ動作周波数はランプＢの方が高いからである。
【００３３】
図２（ｂ）に本実施形態におけるランプ電流に対するコンデンサ予熱方式による予熱電流供給量を示す。また、図２（ｃ）に本実施形態でのチョッパチョークＬ２の２次巻線からの予熱電流供給量を示す。
【００３４】
本実施形態では、コンデンサ予熱方式による予熱電流供給量とチョッパチョークの２次巻線からの予熱電流供給量の合計が予熱電流全体となるので、ランプＡとランプＢは略同じ予熱電流量となる。
【００３５】
（実施形態２）
図３に本発明の実施形態２の回路図を示す。本実施形態が先の実施形態と異なる点は、「インバータ動作周波数が低いと予熱電流量が減少する」予熱回路として、予熱トランス方式を採用し、「ランプ電圧が高いと予熱電流量が増加する」予熱回路としてコンデンサ予熱方式を採用している点である。
【００３６】
図４（ａ）は本実施形態でのランプＶ−Ｉ特性とバラストＶ−Ｉ特性である。ランプＡとランプＢは定格電力の異なる、定格電流の略等しい放電灯である。ランプ電流フィードバック動作により、定格出力時のインバータ動作周波数は、ランプＡはｆａ＝５０ｋＨｚであり、ランプＢはｆｂ＝５５ｋＨｚである。また、調光下限時は、ランプＡはｆａ＝８５ｋＨｚであり、ランプＢはｆｂ＝１１０ｋＨｚである。これは、ランプＶ−Ｉ特性とバラストＶ−Ｉ特性の関係からランプＡとランプＢでは同じランプ電流では、定格電力の大きいランプＡの方がランプＢよりも動作周波数が低くなるためである。
【００３７】
よって、予熱トランスＴ１からの供給電流は、ランプＡよりもランプＢの方が多くなる。ランプＢの方が周波数が高く、予熱トランスＴ１の２次側の予熱用コンデンサ（Ｃｆ１，Ｃｆ２）のインピーダンスが低下するため、予熱電流が多く流れるからである。
【００３８】
一方、共振用コンデンサと予熱用コンデンサを兼用している、所謂コンデンサ予熱回路のコンデンサＣｆ０には、点灯時のランプ電圧が大きいランプＡの方がランプＢよりも多くの予熱電流が流れる。コンデンサ予熱回路方式では、ランプ電圧が予熱電流に影響を与えるからである。
【００３９】
図４（ｂ）に本実施形態でのランプ電流に対する、コンデンサ予熱回路からの予熱電流供給量を示す。また、図４（ｃ）に本実施形態でのランプ電流に対する、予熱トランスからの予熱電流供給量を示す。
【００４０】
図４（ｂ）および図４（ｃ）から明らかなように、本実施形態では、コンデンサ予熱回路からの予熱電流供給量と予熱トランスからの予熱電流供給量の合計が予熱電流全体となるので、ランプＡとランプＢは略同じ予熱電流量となる。
【００４１】
また、実施形態１と異なり、チョッパチョークＬ２の２次巻線を用いないため、交流電源Ｖｓの入力電圧が異なる場合にも対応できる。（実施形態１では交流電源Ｖｓの入力電圧によりチョッパ動作周波数が異なるため対応できない。入力電圧により予熱電流が変化してしまう。）
【００４２】
（実施形態３）
図５に本発明の実施形態３の回路図を示す。本実施形態がこれまでの実施形態と異なる点は「インバータ動作周波数が低いと予熱電流量が減少する」予熱回路として、チョッパチョークＬ２の２次巻線による予熱方式、「ランプ電圧が高いと予熱電流量が増加する」予熱回路として、バラストチョークＬ１の２次巻線による予熱方式を採用している点である。
【００４３】
本実施形態では、「ランプ電圧が高いと予熱電流量が増加する」予熱方式として、コンデンサ予熱回路方式を用いずに、バラストチョークＬ１の２次巻線による予熱方式を採用している。バラストチョークＬ１の１次巻線はランプ電圧に応じて１次側の電圧が変化するので、ランプＡの方がランプＢよりもバラストチョークＬ１の１次巻線の電圧が高くなる。よって、コンデンサ予熱回路方式と同様の効果を得ることが出来る。
【００４４】
また、共振回路を２重共振回路とすることで、定格出力付近だけでなく、調光下限時のインバータ動作周波数も共振回路の無負荷共振周波数をすることができ、これまでの実施形態よりも深く、安定に調光することができる。
【００４５】
（実施形態４）
図６に本発明の実施形態４の回路図を示す。本実施形態がこれまでの実施形態と異なる点は、「インバータ動作周波数が低いと予熱電流量が減少する」予熱回路として、予熱トランス方式を採用し、「ランプ電圧が高いと予熱電流量が増加する」予熱回路として、バラストチョークの２次巻線による予熱方式を採用している点である。また、バラストチョークＬ１の２次巻線とランプＬａのフィラメントとの間にＬＣ並列共振回路が接続されており、予熱トランスＴ１の２次巻線とフィラメントとの間にＬＣ直列共振回路が接続されている点である。
【００４６】
本実施形態では、これまでの実施形態とは異なり、コンデンサ予熱回路方式を用いずに「ランプ電圧が高いと予熱電流量が増加する」予熱方式として、バラストチョークＬ１の２次巻線による予熱方式を採用している。よって、実施形態３と同様に、２重共振回路により深く、安定に調光することが出来る。
【００４７】
また、チョッパチョークＬ２の２次巻線を用いずに、「インバータ動作周波数が低いと予熱電流量が減少する」予熱回路として、予熱トランス方式を採用している。従って、定格電圧の異なる入力電圧に対応することが出来る。
【００４８】
また、バラストチョークＬ１の２次巻線とランプＬａのフィラメントとの間にはＬＣ並列共振回路（Ｌｆ３，Ｃｆ３；Ｌｆ４，Ｃｆ４）が接続されており、その並列共振周波数はランプＡの定格出力付近での動作周波数近傍（ｆａ＝５０ｋＨｚ）としている。従って、定格点灯時における予熱電流はランプＡ（ｆａ＝５０ｋＨｚ）の方が、ランプＢ（ｆｂ＝５５ｋＨｚ）よりも並列共振周波数近傍で動作するので、低く抑えられる方向に働く。
【００４９】
また、予熱トランスＴ１の２次巻線とランプＬａのフィラメントとの間にＬＣ直列共振回路（Ｌｆ１，Ｃｆ１；Ｌｆ２，Ｃｆ２）が接続されているが、その直列共振周波数はランプＢの調光下限時の周波数近傍（ｆｂ＝１１０ｋＨｚ）に設定されている。従って、調光下限時における、予熱電流はランプＢ（ｆｂ＝１１０ｋＨｚ）の方が、ランプＡ（ｆａ＝８５ｋＨｚ）よりも直列共振周波数近傍で動作するので、出力が多くなる方向に働く。
【００５０】
図７（ａ）は本実施形態でのランプＶ−Ｉ特性とバラストＶ−Ｉ特性である。これまでの実施形態におけるランプＶ−Ｉ特性と異なる点は、ランプＡとランプＢのランプ電圧の差が大きい点である。このような場合、これまでの実施形態だけでは、ランプＡとランプＢの予熱電流を等しくすることは困難である。
【００５１】
図７（ｂ）に本実施形態でのランプ電流に対する、バラストチョークＬ１の２次巻線からの予熱電流供給量を示す。バラストチョークＬ１の２次巻線とフィラメントの間に接続されたＬＣ並列共振回路（Ｌｆ３，Ｃｆ３；Ｌｆ４，Ｃｆ４）により、ランプＡの定格出力時のフィラメント電流は低く抑えられる方向に働く。
【００５２】
図７（ｃ）に本実施形態でのランプ電流に対する予熱トランスＴ１からの予熱電流供給量を示す。予熱トランスＴ１の２次巻線とフィラメントの間に接続されたＬＣ直列共振回路（Ｌｆ１，Ｃｆ１；Ｌｆ２，Ｃｆ２）により、ランプＢの調光下限時のフィラメント電流は多くなる方向に働く。
【００５３】
図７（ｂ）および図７（ｃ）から明らかなように、本実施形態では、バラストチョークＬ１の２次巻線からの予熱電流供給量と予熱トランスＴ１からの予熱電流供給量の合計が予熱電流全体となるので、ランプＡとランプＢは略同じ予熱電流量となる。
【００５４】
以上のように、２次巻線側とフィラメントとの間に直列共振回路や並列共振回路を接続することで、ランプ特性（ランプ電圧や点灯周波数）に対する設計範囲や設計余裕度を広くすることが出来る。
【００５５】
この方式を、これまでの実施形態で述べた予熱電流供給源と組み合わせることで、より一層、設計可能な範囲が広がることは言うまでもない。
【００５６】
更に、２次巻線側とフィラメントとの間に直列共振回路や並列共振回路を接続することで、ランプ電流に対する予熱電流量を調整することができるので、これまでの実施形態のように定格電力の異なるランプの予熱電流を等しくするだけでなく、それぞれのランプにあった最適な予熱電流量に合わせ込むこともできる。
【００５７】
放電灯点灯装置に装着されるランプによっては、必ずしもランプ電流に対する予熱電流を等しくする必要はなく、個々のランプに最適な予熱電流に設定すればよいのである。個々のランプに最適な予熱電流量は、例えば、ランプ寿命満足、黒化抑制、安定調光等の観点から決定される。
【００５８】
（実施形態５）
図８に本発明の実施形態５の回路図を示す。また、図９に本実施形態で点灯されるランプのＶ−Ｉ特性を示す。本実施形態では、定格電力、定格電流の異なる放電灯が接続される場合について説明する。ランプＡとランプＢは定格ランプ電力の異なる、定格ランプ電圧の略等しいランプである。図９の点Ａと点ＢはランプＡとランプＢの定格ランプ電力動作ポイントである。
【００５９】
本実施形態の特徴的な点は、調光制御信号固定回路１０を具備し、ランプ電圧が一定値以下になると、調光制御信号が増加しないため、インバータ出力が増加しない点である。調光制御信号固定回路１０は、ランプ電圧を検出するコンパレータＣＰ１と、コンパレータＣＰ１の出力がべースに接続されているトランジスタＴｒ１と、トランジスタＴｒ１と制御回路１の間に接続されている、ツェナーダイオードＺＤ１から構成されている。
【００６０】
コンパレータＣＰ１はランプ電圧が一定値以下となると、Ｈｉｇｈ信号を出力する。本実施形態では、コンパレータＣＰ１の＋端子の基準電圧はランプＡとランプＢの定格ランプ電圧時の抵抗Ｒ４の電圧に相当している。コンパレータＣＰ１がＨｉｇｈ信号を出力すると、トランジスタＴｒ１がオンし、調光制御信号はツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧以上は増加しなくなる。よって、定格電流が異なるランプである、ランプＡとランプＢを点灯させる場合においても、定格出力電力以下で使用することができる。
【００６１】
（実施形態６）
本実施形態では、定格電力が異なる定格電流の略等しい放電灯として、ＦＨＴ４２、ＦＨＴ３２、ＦＨＴ２４をランプ負荷としている。
【００６２】
図１０は実施形態１〜４を用いて、ＦＨＴ４２、ＦＨＴ３２、ＦＨＴ２４を調光した場合のランプ電流に対するフィラメント予熱電流の関係である。Ｉｌａ＝１００ｍＡ以下の予熱電流をＩｆ＝３４０ｍＡ〜３７０ｍＡとし、リード線電流をフィラメント電流以下とすることで、各ワットのランプとも予熱電流不足によるネオン発光の発生や過剰な予熱電流による赤熱（電極の異常温度上昇）を回避することができ、ランプ定格寿命を満足し、安定調光のための十分な予熱電流を供給することができる。
【００６３】
本発明者は上記ランプ電流、予熱電流でのランプ寿命試験と電極温度確認を実施し、定格寿命１０，０００時間を満足することを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態１の回路図である。
【図２】本発明の実施形態１の動作説明のための特性図である。
【図３】本発明の実施形態２の回路図である。
【図４】本発明の実施形態２の動作説明のための特性図である。
【図５】本発明の実施形態３の回路図である。
【図６】本発明の実施形態４の回路図である。
【図７】本発明の実施形態４の動作説明のための特性図である。
【図８】本発明の実施形態５の回路図である。
【図９】本発明の実施形態５の動作説明のための特性図である。
【図１０】本発明の実施形態６の動作説明のための特性図である。
【図１１】従来の予熱回路方式を示す回路図である。
【図１２】従来例の動作を説明するための特性図である。
【図１３】従来の予熱トランス方式の動作説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
Ｅ 直流電源回路（チョッパ回路）
１ 制御回路（インバータ制御回路）
２ 制御回路（チョッパ制御回路）
３ インバータ
４ 負荷回路
５ ランプ電流検出回路
６ 帰還制御回路
７ ランプ電流フィードバック手段
８ 調光器
Ｌａ ランプ（熱陰極型放電灯）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定格電力、定格電圧或いは定格電流の異なる放電灯を高周波電力により点灯・調光させる放電灯点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
定格電力の異なる放電灯を点灯・調光する場合、フィラメント電流をほぼ等しくすることは困難となる。しかし、定格電力の異なる放電灯であっても、ランプの定格寿命を満足し、バルブの黒化を抑制するためには、何れの放電灯でも、フィラメント電流をほぼ一定としたほうが良い場合がある。特に、同じフィラメントを用いている定格電力が異なる放電灯の場合は、調光時のランプ寿命や安定調光のための最適な常時予熱電流が、ほぼ同じ値となる。ＦＨＴ４２、ＦＨＴ３２、ＦＨＴ２４などの放電灯がその一例である。
【０００３】
（コンデンサ予熱方式）
従来より広く用いられている予熱回路方式に、コンデンサ予熱方式がある。図１１（ａ）に基本構成を示す。ランプＬａの各フィラメントの非電源側端子間に接続された予熱用コンデンサＣｆに流れる共振電流によりランプＬａの各フィラメントを予熱するものである。予熱用コンデンサＣｆは共振用のコンデンサと兼用されるから、部品実装面積が小さくて済み、また、低コストであるという利点を有するが、この回路構成では、ランプ電圧により予熱電流が変化するため、ランプ電圧が異なる放電灯を点灯させたときに、予熱電流を等しくすることはできない。
【０００４】
（予熱トランス方式）
図１１（ｂ）に予熱トランス方式の回路図を示す。インバータの出力にコンデンサを介して予熱トランスＴ１の１次側を接続し、その２次側から予熱用コンデンサを介してランプＬａの各フィラメントに予熱電流を供給するものである。この回路方式では、ランプ電圧による予熱電流の変化は少ないが、動作周波数による予熱電流の変化が大きくなる。定格電力の異なる、定格電流の略等しいランプＡ，Ｂを点灯させる場合、全点灯のみであれば、各ランプＡ，Ｂ装着時の動作周波数ｆａ，ｆｂを共振回路の無負荷共振周波数ｆ０の近傍に設定することで、略同じ予熱電流を供給できるが、インバータの動作周波数を可変とする調光時においては定格電力の異なるランプＡ，Ｂでは予熱電流が異なる。その理由を以下に述べる。
【０００５】
定格電力の異なる放電灯を調光する方式として、ランプ電流フィードバック方式がある。これは、図１１（ｂ）に示すように、ランプ電流検出回路５によりランプ電流を検出し、調光信号から生成される指令値Ｖ＊とランプ電流検出信号を比較し、その誤差を誤差増幅器ＯＰ１で比較して、増幅された信号により、インバータの動作周波数を可変とすることで、所望のランプ電流を得るものである。
【０００６】
しかし、定格電力の異なる、定格電流の略等しいランプＡ，Ｂを調光点灯させる場合、図１２に示すように同じランプ電流に対して、インバータの動作周波数ｆａ，ｆｂが異なるため、フィラメントに供給される予熱電流の量が異なる。これは、予熱トランスＴ１から予熱用コンデンサを介してフィラメントに電流を供給するため、インピーダンスに周波数特性を持つためである。
【０００７】
また、動作周波数を変化させずに調光する方式として、インバータの電源電圧Ｖｄｃを変化させるＶｄｃ調光方式や、インバータのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・デューティをアンバランスにさせるＤｕｔｙ調光方式があるが、何れの方式を用いた場合も、図１３に示すように、ランプ電流が低減される調光時においては予熱トランスＴ１の１次側の電圧が低下するため、調光時には定格出力時よりも予熱電流が低下することになる。
【０００８】
調光時に予熱電流を低下させることは、ランプ寿命の悪化を招く。また、それを防ぐために定格出力時の予熱電流を過剰に多くすると、不必要な電力ロスを発生させるほか、定格出力時のランプ寿命を悪化させることになる。
【０００９】
（チョッパチョークの２次巻線を用いた予熱方式）
図１１（ｃ）に示す予熱回路は、チョッパチョークＬ２の２次巻線から予熱電流を供給するものである。この予熱方式は、力率改善回路として一般的な昇圧チョッパ回路を用いたものである。ランプ負荷や入力電圧が変化しても、チョッパスイッチＱ３の動作周波数やオン・デューティが変化することで、チョッパ出力電圧を略等しくするものである。ランプ負荷の違いや電源電圧の違いによりチョッパ回路の動作周波数やオン・デューティが異なるので、定格電力の異なる放電灯を点灯させる場合や、入力電圧が異なる場合は放電灯の予熱電流を等しくすることはできない。調光方式が、先に述べた周波数調光方式やＶｄｃ調光方式、Ｄｕｔｙ調光方式の場合でも同様である。
【００１０】
（バラストチョークの２次巻線を用いた予熱方式）
図１１（ｄ）に示す予熱回路は、共振回路のバラストチョークＬ１の２次巻線から予熱電流を供給するものである。この予熱方式では、ランプ電流フィードバック方式を用いて調光制御すると、定格電力の異なる、定格電流の略等しいランプＡ，Ｂを調光点灯させる場合、図１２に示すように同じランプ電流に対して、インバータの動作周波数ｆａ，ｆｂが異なるため、フィラメントに供給される予熱電流の量が異なる。バラストチョークＬ１から予熱用コンデンサを介して、フィラメントに電流を供給するため、そのインピーダンスに周波数特性を持つためである。また、動作周波数を変化させずに調光する方式として、上述のＶｄｃ調光方式やＤｕｔｙ調光方式を用いた場合も、バラストチョークＬ１の１次側の電圧が低下するため、調光時には定格出力時よりも予熱電流が低下することになる。
【００１１】
調光時に予熱電流を低下させることは、ランプ寿命の悪化を招く。また、それを防ぐために定格出力時の予熱電流を過剰に多くすると、不必要な電力ロスを発生させるほか、定格出力時のランプ寿命を悪化させることになる
【００１２】
（別予熱手段方式）
特開平２−１４４８９５号公報（特許文献１）には、「ランプに高周波電力を供給して点灯するインバータと、調光信号に応じて調光制御を行う調光制御手段と、上記調光信号に応じてランプのフィラメントの予熱を制御する予熱制御手段とを備えた放電灯点灯装置」が開示されている。この文献には、予熱回路用のインバータを放電灯点灯用のインバータとは別に設けた構成が開示されている。調光信号に応じて、予熱回路用のインバータが動作し、ランプ負荷や入力電圧によらずに所望の予熱電流を供給できるほか、定格点灯時には予熱をカットするなど、予熱電流の供給の設計が容易に行える。しかし、当然のことながら、コストが増大し、部品実装面積が大きくなる等の欠点があることは言うまでもない。
【特許文献１】特開平２−１４４８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、定格電力、定格電圧或いは定格電流の異なる放電灯を高周波電力により点灯・調光させる放電灯点灯装置において、装着される放電灯の予熱電流をほぼ等しくし、ランプ寿命を確保しつつ、電力ロスを低減し、安定調光を実現させることを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、直流電圧Ｖｄｃを高周波に変換する少なくとも１つ以上のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を備え、その出力端に共振回路（Ｌ１，Ｃｆ０）を介して、定格電力、定格電圧、或いは定格電流の異なる放電灯Ｌａを接続可能な負荷回路４が接続されたインバータ３と、インバータ３の出力を変化させる調光制御部を具備した放電灯点灯装置において、放電灯Ｌａのフィラメントを予熱する予熱電流供給源は、インバータ３の動作周波数が低いと予熱電流供給量が減少する第１の供給源（チョッパチョークＬ２）と、放電灯電圧が高いと予熱電流供給量が増加する第２の供給源（共振用コンデンサＣｆ０）から少なくとも構成されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、予熱電流供給源が、インバータの動作周波数が低いと予熱電流供給量が減少する第１の供給源と、ランプ電圧が高いと予熱電流供給量が増加する第２の供給源から少なくとも構成されることで、定格電力の異なる放電灯の予熱電流を略等しくすることができ、ランプ寿命の確保とバルブ黒化の抑制、安定調光を実現することができる。また、それぞれの供給源からの予熱電流供給量を変化させることで、使用されるランプに適した予熱電流を供給することもできる。
請求項２の発明によれば、ランプ電流フィードバック方式による調光を行うことで、調光信号に対して使用されるランプのランプ電流を等しくすることができ、装着されるランプに応じて、同じランプ電流におけるインバータ周波数が異なるので、ランプ電流に対する予熱電流供給量を等しくすることが出来る。
請求項３の発明によれば、コストと部品実装面積を抑えて、請求項１、２を実現する回路を構成でき、入力電圧に影響されず、深く安定に調光することができる。
請求項４の発明によれば、請求項１〜３の回路を用いて、ランプ電流が０．１Ａ以下のときの予熱電流を０．３４Ａ〜０．３７Ａとすることで、ＦＨＴ４２、ＦＨＴ３２、ＦＨＴ２４の定格ランプ寿命を確保し、安定に調光することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の回路図である。本実施形態は、コンデンサ予熱方式とチョッパチョークの２次巻線による予熱方式と、ランプ電流フィードバック回路とを組み合わせたものである。
【００１７】
以下、その回路構成について説明する。本回路は、出力電圧一定の直流電源Ｅと、直流電源Ｅの出力端に接続されたインバータ３と、インバータ３の出力端に接続された共振回路とランプＬａからなる負荷回路４と、ランプＬａに流れるランプ電流を検出し、ランプ電流信号を出力するランプ電流検出回路５と、調光信号を出力する調光器８と、その出力を変換するＤｕｔｙ−ＤＣ変換回路９と、オペアンプＯＰ１を含むランプ電流フィードバック手段７から構成されている。ランプＬａは蛍光灯のような熱陰極型放電灯である。
【００１８】
直流電源Ｅは昇圧チョッパ回路を用いている。昇圧チョッパ回路は図示するように、交流電源Ｖｓと、ダイオードブリッジＤＢ１と、インダクタＬ２と、ダイオードＤ１と、平滑コンデンサＣ３と、スイッチング素子Ｑ３とからなっており、スイッチング素子Ｑ３にはスイッチング素子Ｑ３を駆動する制御回路２の出力端子が接続されている。本回路を用いると、直流電源Ｅの出力電圧Ｖｄｃの範囲は、Ｖｓ（ｐｅａｋ）≦Ｖｄｃのある値で一定となる。ここで、Ｖｓ（ｐｅａｋ）は交流電源Ｖｓのピーク値を示している。１００Ｖの交流電源であれば約１４１Ｖ、２００Ｖの交流電源であれぱ約２８２Ｖがその値となる。チョッパ回路の動作により、チョッパ出力電圧Ｖｄｃを一定にしたり、可変させたりすることができる。
【００１９】
インバータ３は直流電源Ｅの出力に並列に、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路が接続され、スイッチング素子Ｑ１とＱ２の中点とバラストチョークＬ１の間には直流カット用コンデンサＣｄが接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は制御回路１により高周波で交互にオン・オフするように駆動される。
【００２０】
制御回路１はＰＷＭ−ＩＣであり、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数やオン・デューティを可変することができる。
【００２１】
ランプ電流検出回路５は、ランプＬａに流れる電流をカレントトランスＣＴで検出し、その２次巻線出力をダイオードブリッジＤＢ２で整流し、抵抗Ｒ１により電圧信号であるランプ電流検出信号に変換して出力する。
【００２２】
ランプ電流フィードバック手段７は、誤差増幅器としてのオぺアンプＯＰ１とその帰還インピーダンス（コンデンサＣｌ、抵抗Ｒｐ）からなる帰還制御回路６と、オペアンプＯＰ１の入力抵抗Ｒ−，Ｒ＋および調光信号により変化する指令値電圧Ｖ＊から構成されている。
【００２３】
オぺアンプＯＰ１のマイナス側（反転入力端子）にはランプ電流検出信号が入力され、プラス側（非反転入力端子）には指令値電圧Ｖ＊が入力されている。オぺアンプＯＰ１のゲインは入力抵抗Ｒ−と、帰還インピーダンスの抵抗Ｒｐ、コンデンサＣｌの比例積分ゲインで決され、コンデンサＣｌと抵抗Ｒｐはカットオフ周波数を決定しており、低周波のリップルを低減している。
【００２４】
制御回路１は帰還制御回路６の出力信号である調光制御信号が増加すると動作周波数を低下させて、光出力（ランプ電流）を増加させるようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を制御する。調光制御信号が低下すると、動作周波数を増加させて、光出力（ランプ電流）を低下させるようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を制御する。
【００２５】
調光器８は調光信号としてＰＷＭ信号を出力し、Ｄｕｔｙ−ＤＣ変換回路９において、ＰＷＭ信号はＤＣ信号に変換される。ＤＣ信号は指令値電圧Ｖ＊としてオぺアンプＯＰ１のプラス側に入力される。ＰＷＭ信号はオン・デューティが減少していくに従い、ランプＬａの定格出力から調光下限へ調光される。Ｄｕｔｙ−ＤＣ変換回路９はランプＬａの定格出力から調光下限に向かうに従い、ＤＣ電圧である指令値電圧Ｖ＊を低下させていく。
【００２６】
チョッパ出力電圧Ｖｄｃはランプ負荷によらず、一定で動作する。予熱電流供給源は２種類で構成され、１つはインバータ動作周波数が低いと予熱電流量が減少し、もう一方はランプ電圧が高いと予熱電流量が増加するものである。
【００２７】
本実施形態では、「インバータ動作周波数が低いと予熱電流量が減少する」予熱回路として、チョッパチョークＬ２の２次巻線による予熱方式、「ランプ電圧が高いと予熱電流量が増加する」予熱回路として、コンデンサ予熱方式を採用している。
【００２８】
以下、本実施形態の基本動作について説明する。図２（ａ）は本実施形態におけるランプＶ−Ｉ特性とバラストＶ−Ｉ特性である。ランプＡとランプＢは定格電力の異なる、定格電流の略等しい放電灯である。
【００２９】
本実施形態では、チョッパ回路の動作周波数は、ランプＡよりもランプＢの方が高くなる。これは、定格電力がランプＢの方が低いので、ランプＡとランプＢ共にチョッパ出力電圧Ｖｄｃを一定とするため、ランプＡよりも負荷の軽いランプＢは出力電圧Ｖｄｃの昇圧を抑えるため、動作周波数が高くなるのである。
【００３０】
よって、チョッパチョークＬ２の２次巻線からの供給電流は、ランプＡよりもランプＢの方が多くなる。ランプＢの方がチョッパ回路の動作周波数が高く、チョッパチョークＬ２の２次側の予熱用コンデンサ（Ｃｆ１、Ｃｆ２）のインピーダンスが低下するため、予熱電流が多く流れるからである。
【００３１】
一方、共振用コンデンサと予熱用コンデンサを兼用している、所謂コンデンサ予熱回路には、点灯時のランプ電圧が大きいランプＡの方がランプＢよりも多くの予熱電流が流れる。コンデンサ予熱回路方式では、ランプ電圧が予熱電流に影響を与えるからである。
【００３２】
予熱用コンデンサＣｆ０に流れる電流は、Ｉ＝２πｆ・Ｃ（ｆは周波数、Ｃは予熱用コンデンサＣｆ０の容量）で決定される。ランプＡとランプＢの定格出力時の動作周波数ｆａ，ｆｂは共振回路の無負荷共振周波数ｆｏの近傍である。従って、ランプ電圧のみが影響し、ランプ電圧の高いランプＡの方が多くの電流が予熱用コンデンサＣｆ０に流れる。調光下限時はランプ電流フィードバック動作により、ランプＡの動作周波数よりもランプＢの動作周波数の方が高くなる（ｆａ≪ｆｂ）。従って、ランプＡとランプＢの調光下限付近のランプ電流に対する予熱電流の差は、ランプＶ−Ｉ特性の差よりも少なくなる。ランプＡとランプＢのランプ電圧はランプＡの方が高いが、インバータ動作周波数はランプＢの方が高いからである。
【００３３】
図２（ｂ）に本実施形態におけるランプ電流に対するコンデンサ予熱方式による予熱電流供給量を示す。また、図２（ｃ）に本実施形態でのチョッパチョークＬ２の２次巻線からの予熱電流供給量を示す。
【００３４】
本実施形態では、コンデンサ予熱方式による予熱電流供給量とチョッパチョークの２次巻線からの予熱電流供給量の合計が予熱電流全体となるので、ランプＡとランプＢは略同じ予熱電流量となる。
【００３５】
（実施形態２）
図３に本発明の実施形態２の回路図を示す。本実施形態が先の実施形態と異なる点は、「インバータ動作周波数が低いと予熱電流量が減少する」予熱回路として、予熱トランス方式を採用し、「ランプ電圧が高いと予熱電流量が増加する」予熱回路としてコンデンサ予熱方式を採用している点である。
【００３６】
図４（ａ）は本実施形態でのランプＶ−Ｉ特性とバラストＶ−Ｉ特性である。ランプＡとランプＢは定格電力の異なる、定格電流の略等しい放電灯である。ランプ電流フィードバック動作により、定格出力時のインバータ動作周波数は、ランプＡはｆａ＝５０ｋＨｚであり、ランプＢはｆｂ＝５５ｋＨｚである。また、調光下限時は、ランプＡはｆａ＝８５ｋＨｚであり、ランプＢはｆｂ＝１１０ｋＨｚである。これは、ランプＶ−Ｉ特性とバラストＶ−Ｉ特性の関係からランプＡとランプＢでは同じランプ電流では、定格電力の大きいランプＡの方がランプＢよりも動作周波数が低くなるためである。
【００３７】
よって、予熱トランスＴ１からの供給電流は、ランプＡよりもランプＢの方が多くなる。ランプＢの方が周波数が高く、予熱トランスＴ１の２次側の予熱用コンデンサ（Ｃｆ１，Ｃｆ２）のインピーダンスが低下するため、予熱電流が多く流れるからである。
【００３８】
一方、共振用コンデンサと予熱用コンデンサを兼用している、所謂コンデンサ予熱回路のコンデンサＣｆ０には、点灯時のランプ電圧が大きいランプＡの方がランプＢよりも多くの予熱電流が流れる。コンデンサ予熱回路方式では、ランプ電圧が予熱電流に影響を与えるからである。
【００３９】
図４（ｂ）に本実施形態でのランプ電流に対する、コンデンサ予熱回路からの予熱電流供給量を示す。また、図４（ｃ）に本実施形態でのランプ電流に対する、予熱トランスからの予熱電流供給量を示す。
【００４０】
図４（ｂ）および図４（ｃ）から明らかなように、本実施形態では、コンデンサ予熱回路からの予熱電流供給量と予熱トランスからの予熱電流供給量の合計が予熱電流全体となるので、ランプＡとランプＢは略同じ予熱電流量となる。
【００４１】
また、実施形態１と異なり、チョッパチョークＬ２の２次巻線を用いないため、交流電源Ｖｓの入力電圧が異なる場合にも対応できる。（実施形態１では交流電源Ｖｓの入力電圧によりチョッパ動作周波数が異なるため対応できない。入力電圧により予熱電流が変化してしまう。）
【００４２】
（実施形態３）
図５に本発明の実施形態３の回路図を示す。本実施形態がこれまでの実施形態と異なる点は「インバータ動作周波数が低いと予熱電流量が減少する」予熱回路として、チョッパチョークＬ２の２次巻線による予熱方式、「ランプ電圧が高いと予熱電流量が増加する」予熱回路として、バラストチョークＬ１の２次巻線による予熱方式を採用している点である。
【００４３】
本実施形態では、「ランプ電圧が高いと予熱電流量が増加する」予熱方式として、コンデンサ予熱回路方式を用いずに、バラストチョークＬ１の２次巻線による予熱方式を採用している。バラストチョークＬ１の１次巻線はランプ電圧に応じて１次側の電圧が変化するので、ランプＡの方がランプＢよりもバラストチョークＬ１の１次巻線の電圧が高くなる。よって、コンデンサ予熱回路方式と同様の効果を得ることが出来る。
【００４４】
また、共振回路を２重共振回路とすることで、定格出力付近だけでなく、調光下限時のインバータ動作周波数も共振回路の無負荷共振周波数をすることができ、これまでの実施形態よりも深く、安定に調光することができる。
【００４５】
（実施形態４）
図６に本発明の実施形態４の回路図を示す。本実施形態がこれまでの実施形態と異なる点は、「インバータ動作周波数が低いと予熱電流量が減少する」予熱回路として、予熱トランス方式を採用し、「ランプ電圧が高いと予熱電流量が増加する」予熱回路として、バラストチョークの２次巻線による予熱方式を採用している点である。また、バラストチョークＬ１の２次巻線とランプＬａのフィラメントとの間にＬＣ並列共振回路が接続されており、予熱トランスＴ１の２次巻線とフィラメントとの間にＬＣ直列共振回路が接続されている点である。
【００４６】
本実施形態では、これまでの実施形態とは異なり、コンデンサ予熱回路方式を用いずに「ランプ電圧が高いと予熱電流量が増加する」予熱方式として、バラストチョークＬ１の２次巻線による予熱方式を採用している。よって、実施形態３と同様に、２重共振回路により深く、安定に調光することが出来る。
【００４７】
また、チョッパチョークＬ２の２次巻線を用いずに、「インバータ動作周波数が低いと予熱電流量が減少する」予熱回路として、予熱トランス方式を採用している。従って、定格電圧の異なる入力電圧に対応することが出来る。
【００４８】
また、バラストチョークＬ１の２次巻線とランプＬａのフィラメントとの間にはＬＣ並列共振回路（Ｌｆ３，Ｃｆ３；Ｌｆ４，Ｃｆ４）が接続されており、その並列共振周波数はランプＡの定格出力付近での動作周波数近傍（ｆａ＝５０ｋＨｚ）としている。従って、定格点灯時における予熱電流はランプＡ（ｆａ＝５０ｋＨｚ）の方が、ランプＢ（ｆｂ＝５５ｋＨｚ）よりも並列共振周波数近傍で動作するので、低く抑えられる方向に働く。
【００４９】
また、予熱トランスＴ１の２次巻線とランプＬａのフィラメントとの間にＬＣ直列共振回路（Ｌｆ１，Ｃｆ１；Ｌｆ２，Ｃｆ２）が接続されているが、その直列共振周波数はランプＢの調光下限時の周波数近傍（ｆｂ＝１１０ｋＨｚ）に設定されている。従って、調光下限時における、予熱電流はランプＢ（ｆｂ＝１１０ｋＨｚ）の方が、ランプＡ（ｆａ＝８５ｋＨｚ）よりも直列共振周波数近傍で動作するので、出力が多くなる方向に働く。
【００５０】
図７（ａ）は本実施形態でのランプＶ−Ｉ特性とバラストＶ−Ｉ特性である。これまでの実施形態におけるランプＶ−Ｉ特性と異なる点は、ランプＡとランプＢのランプ電圧の差が大きい点である。このような場合、これまでの実施形態だけでは、ランプＡとランプＢの予熱電流を等しくすることは困難である。
【００５１】
図７（ｂ）に本実施形態でのランプ電流に対する、バラストチョークＬ１の２次巻線からの予熱電流供給量を示す。バラストチョークＬ１の２次巻線とフィラメントの間に接続されたＬＣ並列共振回路（Ｌｆ３，Ｃｆ３；Ｌｆ４，Ｃｆ４）により、ランプＡの定格出力時のフィラメント電流は低く抑えられる方向に働く。
【００５２】
図７（ｃ）に本実施形態でのランプ電流に対する予熱トランスＴ１からの予熱電流供給量を示す。予熱トランスＴ１の２次巻線とフィラメントの間に接続されたＬＣ直列共振回路（Ｌｆ１，Ｃｆ１；Ｌｆ２，Ｃｆ２）により、ランプＢの調光下限時のフィラメント電流は多くなる方向に働く。
【００５３】
図７（ｂ）および図７（ｃ）から明らかなように、本実施形態では、バラストチョークＬ１の２次巻線からの予熱電流供給量と予熱トランスＴ１からの予熱電流供給量の合計が予熱電流全体となるので、ランプＡとランプＢは略同じ予熱電流量となる。
【００５４】
以上のように、２次巻線側とフィラメントとの間に直列共振回路や並列共振回路を接続することで、ランプ特性（ランプ電圧や点灯周波数）に対する設計範囲や設計余裕度を広くすることが出来る。
【００５５】
この方式を、これまでの実施形態で述べた予熱電流供給源と組み合わせることで、より一層、設計可能な範囲が広がることは言うまでもない。
【００５６】
更に、２次巻線側とフィラメントとの間に直列共振回路や並列共振回路を接続することで、ランプ電流に対する予熱電流量を調整することができるので、これまでの実施形態のように定格電力の異なるランプの予熱電流を等しくするだけでなく、それぞれのランプにあった最適な予熱電流量に合わせ込むこともできる。
【００５７】
放電灯点灯装置に装着されるランプによっては、必ずしもランプ電流に対する予熱電流を等しくする必要はなく、個々のランプに最適な予熱電流に設定すればよいのである。個々のランプに最適な予熱電流量は、例えば、ランプ寿命満足、黒化抑制、安定調光等の観点から決定される。
【００５８】
（実施形態５）
図８に本発明の実施形態５の回路図を示す。また、図９に本実施形態で点灯されるランプのＶ−Ｉ特性を示す。本実施形態では、定格電力、定格電流の異なる放電灯が接続される場合について説明する。ランプＡとランプＢは定格ランプ電力の異なる、定格ランプ電圧の略等しいランプである。図９の点Ａと点ＢはランプＡとランプＢの定格ランプ電力動作ポイントである。
【００５９】
本実施形態の特徴的な点は、調光制御信号固定回路１０を具備し、ランプ電圧が一定値以下になると、調光制御信号が増加しないため、インバータ出力が増加しない点である。調光制御信号固定回路１０は、ランプ電圧を検出するコンパレータＣＰ１と、コンパレータＣＰ１の出力がべースに接続されているトランジスタＴｒ１と、トランジスタＴｒ１と制御回路１の間に接続されている、ツェナーダイオードＺＤ１から構成されている。
【００６０】
コンパレータＣＰ１はランプ電圧が一定値以下となると、Ｈｉｇｈ信号を出力する。本実施形態では、コンパレータＣＰ１の＋端子の基準電圧はランプＡとランプＢの定格ランプ電圧時の抵抗Ｒ４の電圧に相当している。コンパレータＣＰ１がＨｉｇｈ信号を出力すると、トランジスタＴｒ１がオンし、調光制御信号はツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧以上は増加しなくなる。よって、定格電流が異なるランプである、ランプＡとランプＢを点灯させる場合においても、定格出力電力以下で使用することができる。
【００６１】
（実施形態６）
本実施形態では、定格電力が異なる定格電流の略等しい放電灯として、ＦＨＴ４２、ＦＨＴ３２、ＦＨＴ２４をランプ負荷としている。
【００６２】
図１０は実施形態１〜４を用いて、ＦＨＴ４２、ＦＨＴ３２、ＦＨＴ２４を調光した場合のランプ電流に対するフィラメント予熱電流の関係である。Ｉｌａ＝１００ｍＡ以下の予熱電流をＩｆ＝３４０ｍＡ〜３７０ｍＡとし、リード線電流をフィラメント電流以下とすることで、各ワットのランプとも予熱電流不足によるネオン発光の発生や過剰な予熱電流による赤熱（電極の異常温度上昇）を回避することができ、ランプ定格寿命を満足し、安定調光のための十分な予熱電流を供給することができる。
【００６３】
本発明者は上記ランプ電流、予熱電流でのランプ寿命試験と電極温度確認を実施し、定格寿命１０，０００時間を満足することを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態１の回路図である。
【図２】本発明の実施形態１の動作説明のための特性図である。
【図３】本発明の実施形態２の回路図である。
【図４】本発明の実施形態２の動作説明のための特性図である。
【図５】本発明の実施形態３の回路図である。
【図６】本発明の実施形態４の回路図である。
【図７】本発明の実施形態４の動作説明のための特性図である。
【図８】本発明の実施形態５の回路図である。
【図９】本発明の実施形態５の動作説明のための特性図である。
【図１０】本発明の実施形態６の動作説明のための特性図である。
【図１１】従来の予熱回路方式を示す回路図である。
【図１２】従来例の動作を説明するための特性図である。
【図１３】従来の予熱トランス方式の動作説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
Ｅ 直流電源回路（チョッパ回路）
１ 制御回路（インバータ制御回路）
２ 制御回路（チョッパ制御回路）
３ インバータ
４ 負荷回路
５ ランプ電流検出回路
６ 帰還制御回路
７ ランプ電流フィードバック手段
８ 調光器
Ｌａ ランプ（熱陰極型放電灯）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を高周波に変換する少なくとも１つ以上のスイッチング素子を備え、その出力端に共振回路を介して、定格電力、定格電圧、或いは定格電流の異なる放電灯を接続可能な負荷回路が接続されたインバータと、インバータの出力を変化させる調光制御部を具備した放電灯点灯装置において、放電灯のフィラメントを予熱する予熱電流供給源は、インバータの動作周波数が低いと予熱電流供給量が減少する第１の供給源と、放電灯電圧が高いと予熱電流供給量が増加する第２の供給源から少なくとも構成されることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
放電灯のランプ電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路の検出信号を受けて所望のランプ電流となるように出力制御可能な帰還制御回路を備えるランプ電流フィードバック手段を具備し、前記帰還制御回路は、調光信号に応じて変化する指令値信号と前記電流検出回路の検出信号との誤差を増幅し、その増幅された信号を前記調光制御部に出力する誤差増幅回路を備え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】
予熱電流供給源を構成する予熱回路は、インバータの高周波電力を予熱用トランスと予熱用トランスの２次側に接続された予熱用コンデンサ又は予熱用インダクタを介して、放電灯フィラメントへ予熱電流を供給する回路と、共振回路の共振用インダクタの２次巻線と共振用インダクタの２次側に接続された予熱用コンデンサ又は予熱用インダクタを介して、放電灯のフィラメントへ予熱電流を供給する回路とから構成されることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
定格電力の異なる放電灯は、定格出力４２Ｗの高周波点灯専用形コンパクト型ランプ、或いは定格出力３２Ｗの高周波点灯専用形コンパクト型ランプ、或いは定格出力２４Ｗの高周波点灯専用形コンパクト型ランプであり、放電灯に流れるランプ電流が０．１Ａ以下の場合のフィラメント予熱電流が０．３４Ａ〜０．３７Ａの範囲であり、且つ、リード線電流はフィラメント電流以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯点灯装置と、この放電灯点灯装置により点灯動作が制御される放電灯とを含むことを特徴とする照明器具。
【請求項１】
直流電圧を高周波に変換する少なくとも１つ以上のスイッチング素子を備え、その出力端に共振回路を介して、定格電力、定格電圧、或いは定格電流の異なる放電灯を接続可能な負荷回路が接続されたインバータと、インバータの出力を変化させる調光制御部を具備した放電灯点灯装置において、放電灯のフィラメントを予熱する予熱電流供給源は、インバータの動作周波数が低いと予熱電流供給量が減少する第１の供給源と、放電灯電圧が高いと予熱電流供給量が増加する第２の供給源から少なくとも構成されることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
放電灯のランプ電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路の検出信号を受けて所望のランプ電流となるように出力制御可能な帰還制御回路を備えるランプ電流フィードバック手段を具備し、前記帰還制御回路は、調光信号に応じて変化する指令値信号と前記電流検出回路の検出信号との誤差を増幅し、その増幅された信号を前記調光制御部に出力する誤差増幅回路を備え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】
予熱電流供給源を構成する予熱回路は、インバータの高周波電力を予熱用トランスと予熱用トランスの２次側に接続された予熱用コンデンサ又は予熱用インダクタを介して、放電灯フィラメントへ予熱電流を供給する回路と、共振回路の共振用インダクタの２次巻線と共振用インダクタの２次側に接続された予熱用コンデンサ又は予熱用インダクタを介して、放電灯のフィラメントへ予熱電流を供給する回路とから構成されることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
定格電力の異なる放電灯は、定格出力４２Ｗの高周波点灯専用形コンパクト型ランプ、或いは定格出力３２Ｗの高周波点灯専用形コンパクト型ランプ、或いは定格出力２４Ｗの高周波点灯専用形コンパクト型ランプであり、放電灯に流れるランプ電流が０．１Ａ以下の場合のフィラメント予熱電流が０．３４Ａ〜０．３７Ａの範囲であり、且つ、リード線電流はフィラメント電流以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯点灯装置と、この放電灯点灯装置により点灯動作が制御される放電灯とを含むことを特徴とする照明器具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−３０５５００（Ｐ２００７−３０５５００Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３４６３８（Ｐ２００６−１３４６３８）
【出願日】平成１８年５月１５日（２００６．５．１５）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１５日（２００６．５．１５）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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