放電灯点灯装置
【課題】マイクロコンピュータが発生する矩形波電圧を用いてインバータ回路部の発振周波数を制御する放電灯点灯装置において、放電灯の始動電圧が過大となることを抑制する。
【解決手段】負荷回路部４は、ランプ電圧検出回路部７による始動電圧の検出の対象である放電灯を備え、また、放電灯に印加するべき始動電圧を出力する共振回路を備える。ランプ電圧検出回路部７は、負荷回路部４の放電灯の始動電圧を検出する。マイクロコンピュータ６は、自己が発生する矩形波電圧の周波数とその発生時間との対応関係を対応関係テーブル２３として記憶する対応関係記憶部２２と、対応関係記憶部２２が記憶する対応関係テーブル２３に基づいて矩形波電圧を発生し出力する矩形波電圧発生部２０と、ランプ電圧検出回路部７が検出した前記放電灯の始動電圧に基づき矩形波電圧発生部２０による矩形波電圧の出力を停止させる出力停止部２１とを備える。
【解決手段】負荷回路部４は、ランプ電圧検出回路部７による始動電圧の検出の対象である放電灯を備え、また、放電灯に印加するべき始動電圧を出力する共振回路を備える。ランプ電圧検出回路部７は、負荷回路部４の放電灯の始動電圧を検出する。マイクロコンピュータ６は、自己が発生する矩形波電圧の周波数とその発生時間との対応関係を対応関係テーブル２３として記憶する対応関係記憶部２２と、対応関係記憶部２２が記憶する対応関係テーブル２３に基づいて矩形波電圧を発生し出力する矩形波電圧発生部２０と、ランプ電圧検出回路部７が検出した前記放電灯の始動電圧に基づき矩形波電圧発生部２０による矩形波電圧の出力を停止させる出力停止部２１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロコンピュータを用いてインバータ回路部の出力制御を行う放電灯点灯装置に関する。例えば、放電灯の始動電圧の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許第２６１７４５９号に示すように、インバータ制御にマイクロコンピュータを用いないものについては、ランプ（放電灯）の始動電圧を滑らかに変化させることができ、また、始動電圧の変化スピードも任意に設定することができる。このため、始動電圧が設定値に達した場合に、速やかに発振を停止することができるので、負荷回路に大きな電圧が印加されることがないように設計できる。
【０００３】
しかし、マイクロコンピュータを用いてインバータ回路の発振周波数の制御を行う場合には、周波数を連続的に変化できない。これは、マイクロコンピュータにより矩形波電圧を発生させ、この矩形波電圧を用いてインバータ回路の発振周波数を制御する場合は、インバータ回路の発振周波数ｆ（マイクロコンピュータが出力可能な矩形波電圧の周波数と同じである）は、マイクロコンピュータに使用するクロック周波数をｆｃ、任意の整数をｎ（ｎ＝１，２，３・・・）とすると、
ｆ＝ｆｃ／ｎ
で決定される。よって、インバータ回路の発振周波数ｆの値は連続的には設定できない。例えば、マイクロコンピュータに４ＭＨｚのクロックを用いた場合に、８０ｋＨｚ前後の発振周波数に設定したい場合には、７８．４ｋＨｚ（ｎ＝５１）、８０．０ｋＨｚ（ｎ＝５０）、８１．６ｋＨｚ（ｎ＝４９）の中からしか選択できず、それぞれの差は約１．６ｋＨｚである。このため、始動電圧は階段状に変化を行い、かつ、クロック周波数との兼ね合いで変化スピードを短くするには限界があり上記特許第２６１７４５９号と同じ効果を得ることができない。
【０００４】
以下、図８、図９を用いて具体的に説明する。
【０００５】
図８は、予熱、始動、点灯時のそれぞれの場合における従来の放電灯点灯装置における負荷回路（共振回路）の出力電圧変化を示す図である。横軸が時間、縦軸が負荷回路の出力電圧を示す。予熱期間では、負荷回路には出力電圧Ｖａの一定電圧が印加され、始動期間では出力電圧Ｖｂの一定電圧（始動電圧）が印加され、点灯期間は出力電圧Ｖｗの一定電圧が印加される。
【０００６】
図９は、バラツキを考慮した場合の、負荷回路の出力電圧の共振カーブを示すグラフである。横軸がインバータ回路の発振周波数（マイクロコンピュータが出力可能な矩形波電圧の発振周波数でもある）、縦軸は負荷回路の出力電圧を示す。図８に示した予熱期間では、図９の共振カーブの裾を用いてランプ（放電灯）に電圧を印加する。この場合、共振回路（負荷回路）におけるインダクタ（Ｌ）及びコンデンサ（Ｃ）のバラツキに基づく共振特性のバラツキを考慮すると、インバータ回路の発振周波数Ｆａに対して、Ｖａ１〜Ｖａ３のバラツキの出力電圧となる。
【０００７】
図８に示した始動期間では、図９の共振カーブの急峻な部分を用いる。このため、共振回路（負荷回路）のバラツキを考慮すると、発振周波数Ｆｂに対してＶｂ１〜Ｖｂ３のバラツキの出力電圧となる。これらは、Ｖａ１〜Ｖａ３と比較すると、Ｖｂ１〜Ｖｂ３のバラツキは非常に大きなものになる。
【０００８】
一方で、共振回路（負荷回路）のインダクタＬの設計は、始動期間に印加される最大の電圧を用いて行われる。前述のように、始動電圧のバラツキが大きい場合は、負荷回路を構成する部品に非常に大きなストレスを与えるという課題がある。また、バラツキを考慮して前記インダクタＬを設計する必要があるが、その場合バラツキが大きいとインダクタＬのサイズも大きくなるという課題がある。
【特許文献１】特許第２６１７４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、マイクロコンピュータが発生する矩形波電圧を用いてインバータ回路の発振周波数を制御する放電灯点灯装置において、放電灯の始動電圧が過大となることを抑制可能な放電灯点灯装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の放電灯点灯装置は、
放電灯を点灯させる放電灯点灯装置において
スイッチング素子を有するとともに、直流電圧を入力し入力した前記直流電圧を前記スイッチング素子のスイッチングにより高周波電圧に変換し、変換した前記高周波電圧により所定の特性の共振回路を動作させて前記共振回路の出力電圧を前記放電灯に印加させるインバータ回路部と、
所定の周波数の矩形波電圧を発生し出力する矩形波電圧発生部と、
前記矩形波電圧発生部が出力する前記矩形波電圧を入力し、入力した前記矩形波電圧の前記周波数に基づいて前記インバータ回路部の前記スイッチング素子をスイッチングさせることにより、前記インバータ回路部に前記直流電圧を前記周波数に対応する前記高周波電圧に変換させるドライブ回路部と、
前記インバータ回路部が変換した前記高周波電圧により動作する前記共振回路の前記出力電圧を検出する出力電圧検出回路部と、
前記出力電圧検出回路部が検出した前記出力電圧の検出値に基づいて、前記矩形波電圧発生部による前記矩形波電圧の出力を停止させる出力停止部と
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、マイクロコンピュータが発生する矩形波電圧を用いてインバータ回路の発振周波数を制御する放電灯点灯装置において、負荷回路部の特性にバラツキがある場合にも、適正な始動電圧を放電灯に印加することができるとともに、放電灯の始動電圧が過大となることを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１〜図６を用いて実施の形態１を説明する。本実施の形態１は、マイクロコンピュータが発生する矩形波電圧を用いてインバータ回路部の発振周波数を制御する放電灯点灯装置において、放電灯の始動電圧を検出し、検出した始動電圧の値に基づいて始動電圧の発生を停止させる構成を備えた放電灯点灯装置に関する。なお、本実施の形態１では始動電圧の検出を例に説明するが、検出の対象となる電圧は始動電圧に限るものではない。
【００１３】
図１は、本実施の形態１における放電灯点灯装置１００の動作の概要を示すブロック図である。図１を用いて、放電灯点灯装置１００の動作の概要を説明する。
【００１４】
放電灯点灯装置１００は、電源整流回路部１と、アクティブフィルタ回路部２と、インバータ回路部３と、負荷回路部４と、ドライブ回路部５と、マイクロコンピュータ６と、ランプ電圧検出回路部７（出力電圧検出回路部）とを備える。
【００１５】
（１）負荷回路部４は、ランプ電圧検出回路部７による始動電圧の検出の対象である放電灯を備え、また、放電灯に印加するべき始動電圧を出力する共振回路を備える。具体的な回路構成は図２の説明で述べる。
（２）ランプ電圧検出回路部７は、負荷回路部４の放電灯の始動電圧を検出する。
（３）また、マイクロコンピュータ６は、自己が発生する矩形波電圧の周波数とその発生時間との対応関係を対応関係テーブル２３として記憶する対応関係記憶部２２と、対応関係記憶部２２が記憶する対応関係テーブル２３に基づいて矩形波電圧を発生し出力する矩形波電圧発生部２０と、ランプ電圧検出回路部７が検出した前記放電灯の始動電圧に基づき矩形波電圧発生部２０による矩形波電圧の出力を停止させる出力停止部２１とを備える。
（４）なお他の回路部の機能は図２の説明で述べる。
【００１６】
（１）マイクロコンピュータ６の矩形波電圧発生部２０は、対応関係記憶部２２が記憶する対応関係テーブル２３に従って矩形波電圧を発生し出力する。図１の対応関係テーブル２３ではｆ１の周波数が一番高く、次にｆ２が高く、ｆ３の周波数が一番低いものとする。矩形波電圧発生部２０は、周波数の高い順に、ｆ１→ｆ２→ｆ３と矩形波電圧を出力する。図１の場合において、インバータ回路部３に放電灯の始動電圧を発生させるため、マイクロコンピュータ６の矩形波電圧発生部２０は、
まず、
周波数ｆ１（ｋＨｚ）の矩形波電圧をｔ１（秒）出力し、
続いて、
周波数ｆ２（ｋＨｚ）の矩形波電圧をｔ２（秒）出力し、
続いて、
周波数ｆ３（ｋＨｚ）の矩形波電圧をｔ３（秒）出力する。
（２）インバータ回路部３は、図示していないスイッチング素子を有しており、アクティブフィルタ回路部２から直流電圧を入力し、この入力した直流電圧を図示しない前記スイッチング素子のスイッチングにより高周波電圧に変換し、変換した高周波電圧によりを負荷回路部４の共振回路を動作させて共振回路の出力電圧を放電灯に印加させる。
（３）ドライブ回路部５は、矩形波電圧発生部２０が出力した矩形波電圧を入力し、入力した矩形波電圧の周波数に基づいてインバータ回路部３の図示しない前記スイッチング素子をスイッチングさせることにより、インバータ回路部３に、アクティブフィルタ回路部２から入力される直流電圧を矩形波電圧の周波数に対応する高周波電圧に変換させる。したがって、矩形波電圧の周波数とインバータ回路部３の発振周波数とは同じである。
（４）ランプ電圧検出回路部７は、インバータ回路部３が負荷回路部４の共振回路を介して、前記の周波数ｆ１〜ｆ３に応じて放電灯に印加する始動電圧を検出する。
（５）出力停止部２１は、ランプ電圧検出回路部７が検出した始動電圧の検出値に基づいて、矩形波電圧発生部２０による矩形波電圧の出力を停止させる。例えば、矩形波電圧発生部２０が周波数ｆ１→ｆ３の順に矩形波電圧を出力する設定の場合に、ランプ電圧検出回路部７により検出された周波数ｆ２に基づく始動電圧の検出値が、予め設定した設定値を超えたとする。この場合、出力停止部２１は周波数ｆ２の矩形波電圧の出力を停止する。そして、周波数ｆ３の矩形波電圧は、矩形波電圧発生部２０により出力されないこととなる。
（６）以上の構成により、マイクロコンピュータ６の矩形波電圧発生部２０が出力する矩形波電圧の周波数に応じたインバータ回路部３のスイッチング素子のスイッチングにより、共振回路を介して始動電圧が放電灯に印加される。また、始動電圧が設定値を超える場合には、出力停止部２１が矩形波電圧発生部２０の矩形波電圧の出力を停止させる。これにより、負荷回路部４（共振回路）に特性のバラツキがある場合にも、適正な始動電圧を放電灯に印加することができるとともに、放電灯の始動電圧が過大となることを抑制することができる。
【００１７】
図２は、放電灯点灯装置１００の具体的な回路構成を示す図である。図２を参照して、放電灯点灯装置１００の回路構成を説明する。
（１）電源整流回路部１は、電源電圧の整流、及び、ノイズの除去を行う回路である。
（２）アクティブフィルタ回路部２は、電源電圧波形に沿ってスイッチングを行うことにより、電源電圧を所定の直流電圧に昇圧すると共に、入力電流波形を整形して力率を改善する回路である。
（３）インバータ回路部３は、アクティブフィルタ回路部２で昇圧された直流電圧を、ドライブ回路部５から出力される逆極性の電圧でＦＥＴ Ｑ１（８）（スイッチング素子の一例）、及び、ＦＥＴ Ｑ２（９）（スイッチング素子の一例）を交互にスイッチングすることにより、高周波電圧を発生させる回路である。
（４）負荷回路部４は、インダクタＬ１（１０）、コンデンサＣ１（１１）の共振を利用して、ランプＬＡ１２（放電灯）を点灯させる回路である。なお、１３は、カップリングコンデンサである。
（５）ドライブ回路部５は、マイクロコンピュータ６から出力される所定の周波数の矩形波電圧を入力し、入力した矩形波電圧の周波数に基づいてインバータ回路部３のＦＥＴ Ｑ１（８）とＦＥＴ Ｑ２（９）とをスイッチングさせることにより、インバータ回路部３にアクティブフィルタ回路部２からの直流電圧を矩形波電圧の周波数に対応する高周波電圧に変換させる。図３にドライブ回路部５の具体的な回路構成を示す。ドライブ回路部５は、マイクロコンピュータ６から出力される矩形波電圧を、トランジスタＱ１（１４）とトランジスタＱ２（１５）とにより形成されるトーテムポール出力でインダクタＬ２ １次側（１６）に印加し、互いに極性の異なるインダクタＬ２ ２次側（１７）、インダクタＬ２ ２次側（１８）から、インバータ回路部３のＦＥＴ Ｑ１（８），ＦＥＴ Ｑ２（９）を交互にスイッチングさせる回路である。
（６）マイクロコンピュータ６は、図１の説明で述べたように、矩形波電圧発生部２０が、対応関係記憶部２２の記憶する対応関係テーブル２３に基づいて矩形波電圧を発生し出力する。また、出力停止部２１が、ランプ電圧検出回路部７の検出したランプＬＡ１２の始動電圧に基づき矩形波電圧発生部２０による矩形波電圧の出力を停止する。なお、背景技術で述べたように、マイクロコンピュータ６により矩形波電圧を発生させ、インバータ回路部３の発振周波数を制御する場合において、マイクロコンピュータ６の発振周波数ｆは、マイクロコンピュータ６に使用するクロック周波数をｆｃ、任意の整数をｎ（ｎ＝１，２，３・・・）とすると、ｆ＝ｆｃ／ｎで決定される。よって、マイクロコンピュータ６の発振周波数ｆの値は、連続的には設定できない。
（７）ランプ電圧検出回路部７は、負荷回路部４のランプＬＡ１２の始動電圧を検出する。
【００１８】
図４は、ランプＬＡ１２の始動時の負荷回路部４における周波数と出力電圧（ランプＬＡ１２の始動電圧）の関係を示す図である。横軸は周波数を示す。縦軸は、出力電圧を示す。横軸の周波数は、マイクロコンピュータ６が出力する矩形波電圧の周波数（インバータ回路部３の発振周波数に同じ）である。予熱周波数をＦａ、インバータ回路部３に始動電圧を発生させるための周波数（以下、始動周波数という場合がある）をＦｂ，Ｆｃ，Ｆｄ，Ｆｅとする。図４に示す共振特性により、周波数が低くなるにつれ、出力電圧（始動電圧）が増加していく。
【００１９】
始動周波数Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄ，Ｆｅについては、ＦｃとＦｄとを、目標とする計算上の始動電圧が得られる始動周波数に最も近い値に設定する。もちろん、ＦｃとＦｄとの一方は、計算上の始動電圧を発生させる周波数でもよい。４つの始動周波数のうち、中央の２つを計算上の始動周波数にもっとも近い値にする。
【００２０】
また、周波数Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄ，Ｆｅを決定する場合の前述の整数ｎは連続的なものとする。例えば、マイクロコンピュータに４ＭＨｚのクロックを用いた場合に、計算上の始動電圧が得られると予想される周波数が「８０ｋＨｚ」とすれば、
Ｆｂ＝８３．３ｋＨｚ（ｎ＝４８）
Ｆｃ＝８１．６ｋＨｚ（ｎ＝４９）、
Ｆｄ＝８０．０ｋＨｚ（ｎ＝５０）、
Ｆｅ＝７８．４ｋＨｚ（ｎ＝５１）、
のように、ｎがｎ＝４８、４９、５０、５１と連続の値になるようにする。
【００２１】
本実施の形態１では、始動周波数はＦｂ〜Ｆｅの４通りで設定しているが、これは一例であり、始動時間の許す範囲で何個に設定してもよい。図４に示す始動周波数Ｆｂ〜Ｆｅと、それぞれの出力時間とを図１に示した対応関係テーブル２３として対応関係記憶部２２に記憶させる。前述のように、必要な始動電圧を得られる周波数（計算上の周波数）を複数の始動周波数の中央になるように選択することが好ましい。
【００２２】
対応関係テーブル２３には予熱期間に対応する周波数Ｆａについても記憶させておく。これにより、電源投入後、図４に示すように、マイクロコンピュータ６から出力される矩形波電圧の周波数が、予熱周波数Ｆａ、第１の始動周波数Ｆｂ、第２の始動周波数Ｆｃ、第３の始動周波数Ｆｄ、第４の始動周波数Ｆｅの順で遷移していく。
【００２３】
ランプ電圧検出回路部７は、ランプ電圧（ランプＬＡ１２に印加される電圧）の変化を検出し、マイクロコンピュータ６に入力する。出力停止部２１は、予め所定の設定値を記憶している。このランプ電圧検出回路部７が検出した入力電圧（検出値）が、マイクロコンピュータ６の出力停止部２１に設定された電圧（設定値）を超えた場合に、出力停止部２１は、矩形波電圧発生部２０からの矩形波の出力を停止させる。この場合、ランプＬＡ１２は、設定値の始動電圧でも点灯しない「不点ランプ」である。
【００２４】
ランプＬＡ１２が点灯しない場合は、図４を例にとれば、周波数Ｆｂ〜Ｆｅのうちのいずれかの周波数の矩形波電圧の出力が停止されることとなる。これにより、負荷回路部４における共振曲線（共振特性）のバラツキに関わらずに、ランプＬＡ１２には、一定電圧（前記設定値）以上は印加されない。
【００２５】
図５は予熱期間、始動期間、点灯期間におけるランプ電圧の変化を表す図である。図５は、図４に対応している。横軸は時間を示す。縦軸は、負荷回路部４の出力電圧を示す。予熱期間は周波数Ｆａに対応する一定の電圧Ｖａで予熱される。そして、始動期間では、マイクロコンピュータ６から出力される矩形波電圧の周波数が、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｄ、Ｆｅの順に変化する。このため、始動電圧（負荷回路の出力電圧）は、これらの周波数に対応する電圧Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｅのように、階段状の電圧変化を行う。ランプＬＡ１２が、正規の始動電圧が印加されれば点灯する「正常ランプ」であれば、Ｖｂ〜Ｖｅの間で放電を開始し、点灯周波数（点灯期間）へと遷移する。
【００２６】
一方、ランプＬＡ１２が「不点ランプ」であれば、始動周波数Ｆｂ〜Ｆｅの間（出力電圧Ｖｂ〜Ｖｅの間）で、ランプ電圧検出回路部７の検出電圧（検出値）がマイクロコンピュータ６に設定された設定電圧（設定値）を超える電圧まで印加されることとなる。
【００２７】
図６は、マイクロコンピュータ６とランプ電圧検出回路部７との動作を示すフローチャートである。図６は、図４に対応するものとする。マイクロコンピュータ６は、図４の示す周波数のうち、周波数の高い順（Ｆｂ→Ｆｅ）に、矩形波電圧を出力するものとする。
【００２８】
Ｓ１０１において、放電灯点灯装置１００の電源が入れられる。
【００２９】
Ｓ１０２において、マイクロコンピュータ６は、予熱周波数Ｆａの矩形波電圧を所定の時間だけ出力する。
【００３０】
次に、Ｓ１０３において、マイクロコンピュータ６は、第１の始動周波数Ｆｂの矩形波電圧を所定の時間だけ出力する。
【００３１】
次に、Ｓ１０４において、ランプ電圧検出回路部７が、第１の始動周波数Ｆｂに対応してインバータ回路部３により負荷回路部４の共振回路を介してランプＬＡ１２に印加される始動電圧を検出する。そして、出力停止部２１が、ランプ電圧検出回路部７の検出した検出値が自己の記憶する設定値以下かどうかを判定する。設定値を超えると判定した場合（Ｓ１０４がＮｏ）、出力停止部２１は、矩形波電圧発生部２０による矩形波の出力を停止させる（Ｓ１０５）。
【００３２】
以下同様にして、第２の始動周波数Ｆｃ以降についても同様の処理内容である。
【００３３】
本実施の形態１の方式を用いることにより、共振回路がばらついた場合でも始動電圧を設定電圧以上印加することがなく、また、トランスのサイズも小さいもので設計することが可能となる。
【００３４】
実施の形態２．
次に、実施の形態２として、実施の形態１の放電灯点灯装置１００を、ＦＣＬ４０の１灯点灯装置に用いた場合を説明する。この実施の形態２では、図２に示した回路を構成する定数設定をそれぞれ、
（１）アクティブフィルタ部の昇圧電圧を２８０Ｖ、
（２）インダクタＬ１（１０）の値を１．１ｍＨ、
（３）コンデンサＣ１（１１）の値を８２００ｐＦとしている。
【００３５】
図７は、上記の定数設定において、ランプＬＡ１２（放電灯）に発生する始動電圧を示すグラフである。図７は、バラツキを考慮したときの負荷回路部４の共振特性を示しており、背景技術で説明した図９を拡大したものに相当する。図７では、前記の定数設定において、出力停止部２１の記憶する設定電圧（設定値）を６００Ｖとしている。
【００３６】
図７を説明する。図７において、曲線１（一点鎖線）は、インバータ回路部３により印加される始動電圧（負荷回路部４の出力電圧）について、インダクタＬ１（１０）及びコンデンサＣ１（１１）のバラツキを考慮した場合のうち、始動電圧が最大になる場合の共振特性を示している。
【００３７】
また、曲線２（実線）は、インバータ回路部３により印加される始動電圧について、インダクタＬ１（１０）及びコンデンサＣ１（１１）にバラツキのない場合の共振特性（設計上の共振特性）を示している。
【００３８】
さらに、曲線３（破線）は、インバータ回路部３により印加される始動電圧について、インダクタＬ１（１０）及びコンデンサＣ１（１１）のバラツキを考慮した場合のうち、始動電圧が最小になる場合の共振特性を示している。
【００３９】
なお、上記の実施の形態１で述べた方式をとらずに、始動電圧を発生させるべき矩形波電圧の周波数を、図７に示す「５９ｋＨｚ」で設定した場合、そのときの始動電圧は、最大がＤ点で示す約８００Ｖ、最小がＥ点に示す約３５０Ｖとなり、大きなバラツキをもつものとなる。
【００４０】
また本実施の形態２では、マイクロコンピュータ６（矩形波電圧発生部２０）のクロックを４ＭＨｚとし、始動周波数を
ｆ１＝６１．５３ｋＨｚ（ｎ＝６５）、
ｆ２＝６０．６０ｋＨｚ（ｎ＝６６）、
ｆ３＝５９．７０ｋＨｚ（ｎ＝６７）、
ｆ４＝５８．８２ｋＨｚ（ｎ＝６８）、
ｆ５＝５７．９７ｋＨｚ（ｎ＝６９）、
ｆ６＝５７．１４ｋＨｚ（ｎ＝７０）、
ｆ７＝５６．３４ｋＨｚ（ｎ＝７１）、
ｆ８＝５５．５６ｋＨｚ（ｎ＝７２）の８段階に設定している。この場合、間隔はおよそ０．９ｋＨｚである。
【００４１】
この８段階の始動周波数は、上記のようにｎが連続的（ｎ＝６５〜７２）である。また、マイクロコンピュータ６のクロックを６ＭＨｚの動作周波数にあげる場合には、始動周波数をさらに細かく設定することができる。例えば、クロックを６ＭＨｚとし、始動電圧に対応する周波数が同じ「５９ｋＨｚ」とする。
６０．００ｋＨｚ（ｎ＝１００）、
５９．４１ｋＨｚ（ｎ＝１０１）、
５８．８２ｋＨｚ（ｎ＝１０２）、
５８．２５ｋＨｚ（ｎ＝１０３）、
５７．６９ｋＨｚ（ｎ＝１０４）
のように間隔が約０．６ｋＨｚであり、４ＭＨｚの場合の０．９ｋＨｚよりも小さくなる。よってクロック周波数が高いほど、始動周波数を細かく設定することができる。
【００４２】
図７において、曲線１（始動電圧最大）について見た場合、設定値が６００Ｖであるので、第２の始動周波数ｆ２で点灯しないランプＬＡ１２については、出力停止部２１は、始動周波数ｆ３の場合に矩形波電圧発生部２０の出力を停止させる。同様に、曲線２（バラツキなし）の場合、出力停止部２１は、第５の始動周波数ｆ５の場合に、矩形波電圧発生部２０の出力を停止させる。同様に、曲線３（バラツキが最小）の場合は、出力停止部２１は、第８の始動周波数ｆ８で矩形波電圧発生部２０の出力を停止させる。
【００４３】
また、図７に示すｆ１〜ｆ８の周波数おいて、一つの共振カーブに着目する。連続する始動周波数ｆ１とｆ２、ｆ２とｆ３、ｆ３とｆ４、ｆ４とｆ５、ｆ５とｆ６、ｆ６とｆ７、ｆ７とｆ８とのそれぞれは、高い方の始動周波数の出力電圧が６００Ｖ付近であれば、低い方の周波数の出力電圧は約１００Ｖ高い７００Ｖ程度である。よって、図７においては、例えば、ｆ２において、その出力電圧が設定値の６００Ｖをぎりぎり下回る５９９Ｖであった場合には矩形波電圧の出力は停止されないが、
ｆ３では
５９９＋約１００≒６９９Ｖ
となり、矩形波電圧の出力が停止される。すなわち、前段の始動周波数ｆ２で設定値をぎりぎり下回る場合、前段に連続するその後段の始動周波数ｆ３では、設定電圧６００Ｖを超過した約７００Ｖの出力電圧が検出される。よって、発生する始動電圧の最大値は、６００Ｖ（設定電圧）〜７００Ｖ（設定電圧＋約１００Ｖ）で抑えることができる。図７の範囲ａ〜範囲ｅは、この内容を示す範囲である。
（１）範囲ａは、第２の始動周波数ｆ２で始動不良を検出することができず、第３の始動周波数ｆ３で始動不良を検出することができる１００Ｖの範囲を示す。
（２）範囲ｂは、第３の始動周波数ｆ３で始動不良を検出することができず、第４の始動周波数ｆ４で始動不良を検出することができる１００Ｖの範囲を示す。
（３）範囲ｃは、第４の始動周波数ｆ４で始動不良を検出することができず、第５の始動周波数ｆ５で始動不良を検出することができる１００Ｖの範囲を示す。
（４）範囲ｄは、第５の始動周波数ｆ５で始動不良を検出することができず、第６の始動周波数ｆ６で始動不良を検出することができる１００Ｖの範囲を示す。
（５）範囲ｅは、第６の始動周波数ｆ６で始動不良を検出することができず、第７の始動周波数ｆ７で始動不良を検出することができる１００Ｖの範囲を示す。
（６）範囲ｆは、第７の始動周波数ｆ７で始動不良を検出することができず、第８の始動周波数ｆ８で始動不良を検出することができる１００Ｖの範囲を示す。
以上（１）〜（６）のように、矩形波電圧の出力を停止する設定電圧を６００Ｖに設定した場合、始動周波数の切り替えをｆ１〜ｆ８と段階的に行うことで、発生する始動電圧の最大値は、６００Ｖ〜７００Ｖで抑えることができる。さらに、始動周波数の切り替えを細かく行う事で（例えばクロック周波数を４ＭＨｚから６ＭＨｚにあげることで）、隣接する始動周波数における出力電圧との差が小さくなる。すなわち、上記では隣接する始動周波数における出力電圧の差は約１００Ｖであったのに対して、さらに差を小さくすることができ、始動電圧のばらつきを非常に小さく抑えることができる。
【００４４】
以上の実施の形態では、マイクロコンピュータ６は複数の矩形波電圧を出力したが、１種類のみの矩形波電圧を出力する構成でも構わない。この矩形波電圧に対応して放電灯に印加される始動電圧を検出し、検出値が設定値を超える場合に矩形波電圧の出力を停止する場合にも、始動電圧の過大な発生を抑制できる。
【００４５】
また、以上の実施の形態では、対応関係記憶部２２が異なる周波数の複数の対応関係を記憶する場合、矩形波電圧発生部２０は、周波数の高い順に矩形波電圧を発生したが、必ずしもこれに限ることはなく、どのような周波数の順で矩形波電圧を出力するようにしても構わない。例えば、計算上、始動電圧が得られる周波数を中央にして周波数の高い順に矩形波電圧を出力させたが、最初に中央の周波数の矩形波電圧を出力させても構わない。
【００４６】
以上の実施の形態の放電灯点灯装置１００は、始動電圧を検出するランプ電圧検出回路部７と、ランプ電圧検出回路部７が検出した検出値に基づき矩形波電圧発生部２０が出力する矩形波電圧を停止させる出力停止部２１とを備えたので、放電灯の始動電圧が過大となることを抑制することができる。
【００４７】
以上の実施の形態の放電灯点灯装置１００は、矩形波電圧発生部２０の発生するべき矩形波電圧の周波数とその出力時間との対応関係を記憶する対応関係記憶部２２を備えたので、放電灯に適切な始動電圧を印加することができる。
【００４８】
以上の実施の形態の放電灯点灯装置１００は、対応関係記憶部２２が、複数の対応関係を記憶するので、放電灯により適切な始動電圧を印加することができる。
【００４９】
以上の実施の形態の放電灯点灯装置１００は、対応関係記憶部２２が、異なる周波数の複数の対応関係を記憶し、矩形電圧発生部が周波数の順に矩形波電圧を出力するので、異なる大きさの始動電圧を放電灯に容易に印加することができる。
【００５０】
以上の実施の形態の放電灯点灯装置１００は、対応関係記憶部２２が、異なる周波数の複数の対応関係を記憶し、矩形電圧発生部が周波数の高い順に矩形波電圧を出力するので、放電灯に印加する始動電圧を次第に大きくすることができる。
【００５１】
以上の実施の形態では，商用電源を昇圧または降圧して得られる直流電源と、上記直流電源から供給される直流を高周波電流に変換するインバータ回路と、上記インバータ回路に接続されるチョークコイル、放電灯及び結合コンデンサよりなる放電灯負荷回路、上記インバータ回路の発振周波数制御をマイクロコンピュータから発生させる矩形波電圧により制御する放電灯装置において、上記放電灯負荷回路の始動電圧は必要な始動電圧近傍の複数の周波数で設定され、放電灯始動時に前述の周波数を段階的に小さくすることにより始動電圧を段階的に大きくすると同時に負荷回路の始動電圧を検出し、前記検出電圧が既定の電圧を越した場合にマイクロコンピュータから発生させる矩形波電圧を停止させる手段を具備したことを特徴とする放電灯点灯装置について説明した。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施の形態１における放電灯点灯装置１００の概要を説明するための図である。
【図２】実施の形態１における放電灯点灯装置１００の回路構成図である。
【図３】実施の形態１におけるドライブ回路部５の回路構成を示す。
【図４】実施の形態１における負荷回路部４の共振特性を示す。
【図５】実施の形態１における負荷回路部４の出力電圧変化を示す。
【図６】実施の形態１における放電灯点灯装置１００の動作を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態２におけるバラツキを考慮した場合の負荷回路部４の出力電圧変化を示す。
【図８】従来の技術を示す図である。
【図９】従来の技術を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 電源整流回路部、２ アクティブフィルタ回路部、３ インバータ回路部、４ 負荷回路部、５ ドライブ回路部、６ マイクロコンピュータ、７ ランプ電圧検出回路部、８ ＦＥＴ Ｑ１、９ ＦＥＴ Ｑ２、１０ インダクタＬ１、１１ コンデンサＣ１、１２ ランプＬＡ、１３ カップリングコンデンサ、１４ トランジスタＱ１、１５ トランジスタＱ２、１６ インダクタＬ２ １次側、１７ インダクタＬ２ ２次側、１８ インダクタＬ２ ２次側、２０ 矩形波電圧発生部、２１ 出力停止部、２２ 対応関係記憶部、２３ 対応関係テーブル、１００ 放電灯点灯装置。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロコンピュータを用いてインバータ回路部の出力制御を行う放電灯点灯装置に関する。例えば、放電灯の始動電圧の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許第２６１７４５９号に示すように、インバータ制御にマイクロコンピュータを用いないものについては、ランプ（放電灯）の始動電圧を滑らかに変化させることができ、また、始動電圧の変化スピードも任意に設定することができる。このため、始動電圧が設定値に達した場合に、速やかに発振を停止することができるので、負荷回路に大きな電圧が印加されることがないように設計できる。
【０００３】
しかし、マイクロコンピュータを用いてインバータ回路の発振周波数の制御を行う場合には、周波数を連続的に変化できない。これは、マイクロコンピュータにより矩形波電圧を発生させ、この矩形波電圧を用いてインバータ回路の発振周波数を制御する場合は、インバータ回路の発振周波数ｆ（マイクロコンピュータが出力可能な矩形波電圧の周波数と同じである）は、マイクロコンピュータに使用するクロック周波数をｆｃ、任意の整数をｎ（ｎ＝１，２，３・・・）とすると、
ｆ＝ｆｃ／ｎ
で決定される。よって、インバータ回路の発振周波数ｆの値は連続的には設定できない。例えば、マイクロコンピュータに４ＭＨｚのクロックを用いた場合に、８０ｋＨｚ前後の発振周波数に設定したい場合には、７８．４ｋＨｚ（ｎ＝５１）、８０．０ｋＨｚ（ｎ＝５０）、８１．６ｋＨｚ（ｎ＝４９）の中からしか選択できず、それぞれの差は約１．６ｋＨｚである。このため、始動電圧は階段状に変化を行い、かつ、クロック周波数との兼ね合いで変化スピードを短くするには限界があり上記特許第２６１７４５９号と同じ効果を得ることができない。
【０００４】
以下、図８、図９を用いて具体的に説明する。
【０００５】
図８は、予熱、始動、点灯時のそれぞれの場合における従来の放電灯点灯装置における負荷回路（共振回路）の出力電圧変化を示す図である。横軸が時間、縦軸が負荷回路の出力電圧を示す。予熱期間では、負荷回路には出力電圧Ｖａの一定電圧が印加され、始動期間では出力電圧Ｖｂの一定電圧（始動電圧）が印加され、点灯期間は出力電圧Ｖｗの一定電圧が印加される。
【０００６】
図９は、バラツキを考慮した場合の、負荷回路の出力電圧の共振カーブを示すグラフである。横軸がインバータ回路の発振周波数（マイクロコンピュータが出力可能な矩形波電圧の発振周波数でもある）、縦軸は負荷回路の出力電圧を示す。図８に示した予熱期間では、図９の共振カーブの裾を用いてランプ（放電灯）に電圧を印加する。この場合、共振回路（負荷回路）におけるインダクタ（Ｌ）及びコンデンサ（Ｃ）のバラツキに基づく共振特性のバラツキを考慮すると、インバータ回路の発振周波数Ｆａに対して、Ｖａ１〜Ｖａ３のバラツキの出力電圧となる。
【０００７】
図８に示した始動期間では、図９の共振カーブの急峻な部分を用いる。このため、共振回路（負荷回路）のバラツキを考慮すると、発振周波数Ｆｂに対してＶｂ１〜Ｖｂ３のバラツキの出力電圧となる。これらは、Ｖａ１〜Ｖａ３と比較すると、Ｖｂ１〜Ｖｂ３のバラツキは非常に大きなものになる。
【０００８】
一方で、共振回路（負荷回路）のインダクタＬの設計は、始動期間に印加される最大の電圧を用いて行われる。前述のように、始動電圧のバラツキが大きい場合は、負荷回路を構成する部品に非常に大きなストレスを与えるという課題がある。また、バラツキを考慮して前記インダクタＬを設計する必要があるが、その場合バラツキが大きいとインダクタＬのサイズも大きくなるという課題がある。
【特許文献１】特許第２６１７４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、マイクロコンピュータが発生する矩形波電圧を用いてインバータ回路の発振周波数を制御する放電灯点灯装置において、放電灯の始動電圧が過大となることを抑制可能な放電灯点灯装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の放電灯点灯装置は、
放電灯を点灯させる放電灯点灯装置において
スイッチング素子を有するとともに、直流電圧を入力し入力した前記直流電圧を前記スイッチング素子のスイッチングにより高周波電圧に変換し、変換した前記高周波電圧により所定の特性の共振回路を動作させて前記共振回路の出力電圧を前記放電灯に印加させるインバータ回路部と、
所定の周波数の矩形波電圧を発生し出力する矩形波電圧発生部と、
前記矩形波電圧発生部が出力する前記矩形波電圧を入力し、入力した前記矩形波電圧の前記周波数に基づいて前記インバータ回路部の前記スイッチング素子をスイッチングさせることにより、前記インバータ回路部に前記直流電圧を前記周波数に対応する前記高周波電圧に変換させるドライブ回路部と、
前記インバータ回路部が変換した前記高周波電圧により動作する前記共振回路の前記出力電圧を検出する出力電圧検出回路部と、
前記出力電圧検出回路部が検出した前記出力電圧の検出値に基づいて、前記矩形波電圧発生部による前記矩形波電圧の出力を停止させる出力停止部と
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、マイクロコンピュータが発生する矩形波電圧を用いてインバータ回路の発振周波数を制御する放電灯点灯装置において、負荷回路部の特性にバラツキがある場合にも、適正な始動電圧を放電灯に印加することができるとともに、放電灯の始動電圧が過大となることを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１〜図６を用いて実施の形態１を説明する。本実施の形態１は、マイクロコンピュータが発生する矩形波電圧を用いてインバータ回路部の発振周波数を制御する放電灯点灯装置において、放電灯の始動電圧を検出し、検出した始動電圧の値に基づいて始動電圧の発生を停止させる構成を備えた放電灯点灯装置に関する。なお、本実施の形態１では始動電圧の検出を例に説明するが、検出の対象となる電圧は始動電圧に限るものではない。
【００１３】
図１は、本実施の形態１における放電灯点灯装置１００の動作の概要を示すブロック図である。図１を用いて、放電灯点灯装置１００の動作の概要を説明する。
【００１４】
放電灯点灯装置１００は、電源整流回路部１と、アクティブフィルタ回路部２と、インバータ回路部３と、負荷回路部４と、ドライブ回路部５と、マイクロコンピュータ６と、ランプ電圧検出回路部７（出力電圧検出回路部）とを備える。
【００１５】
（１）負荷回路部４は、ランプ電圧検出回路部７による始動電圧の検出の対象である放電灯を備え、また、放電灯に印加するべき始動電圧を出力する共振回路を備える。具体的な回路構成は図２の説明で述べる。
（２）ランプ電圧検出回路部７は、負荷回路部４の放電灯の始動電圧を検出する。
（３）また、マイクロコンピュータ６は、自己が発生する矩形波電圧の周波数とその発生時間との対応関係を対応関係テーブル２３として記憶する対応関係記憶部２２と、対応関係記憶部２２が記憶する対応関係テーブル２３に基づいて矩形波電圧を発生し出力する矩形波電圧発生部２０と、ランプ電圧検出回路部７が検出した前記放電灯の始動電圧に基づき矩形波電圧発生部２０による矩形波電圧の出力を停止させる出力停止部２１とを備える。
（４）なお他の回路部の機能は図２の説明で述べる。
【００１６】
（１）マイクロコンピュータ６の矩形波電圧発生部２０は、対応関係記憶部２２が記憶する対応関係テーブル２３に従って矩形波電圧を発生し出力する。図１の対応関係テーブル２３ではｆ１の周波数が一番高く、次にｆ２が高く、ｆ３の周波数が一番低いものとする。矩形波電圧発生部２０は、周波数の高い順に、ｆ１→ｆ２→ｆ３と矩形波電圧を出力する。図１の場合において、インバータ回路部３に放電灯の始動電圧を発生させるため、マイクロコンピュータ６の矩形波電圧発生部２０は、
まず、
周波数ｆ１（ｋＨｚ）の矩形波電圧をｔ１（秒）出力し、
続いて、
周波数ｆ２（ｋＨｚ）の矩形波電圧をｔ２（秒）出力し、
続いて、
周波数ｆ３（ｋＨｚ）の矩形波電圧をｔ３（秒）出力する。
（２）インバータ回路部３は、図示していないスイッチング素子を有しており、アクティブフィルタ回路部２から直流電圧を入力し、この入力した直流電圧を図示しない前記スイッチング素子のスイッチングにより高周波電圧に変換し、変換した高周波電圧によりを負荷回路部４の共振回路を動作させて共振回路の出力電圧を放電灯に印加させる。
（３）ドライブ回路部５は、矩形波電圧発生部２０が出力した矩形波電圧を入力し、入力した矩形波電圧の周波数に基づいてインバータ回路部３の図示しない前記スイッチング素子をスイッチングさせることにより、インバータ回路部３に、アクティブフィルタ回路部２から入力される直流電圧を矩形波電圧の周波数に対応する高周波電圧に変換させる。したがって、矩形波電圧の周波数とインバータ回路部３の発振周波数とは同じである。
（４）ランプ電圧検出回路部７は、インバータ回路部３が負荷回路部４の共振回路を介して、前記の周波数ｆ１〜ｆ３に応じて放電灯に印加する始動電圧を検出する。
（５）出力停止部２１は、ランプ電圧検出回路部７が検出した始動電圧の検出値に基づいて、矩形波電圧発生部２０による矩形波電圧の出力を停止させる。例えば、矩形波電圧発生部２０が周波数ｆ１→ｆ３の順に矩形波電圧を出力する設定の場合に、ランプ電圧検出回路部７により検出された周波数ｆ２に基づく始動電圧の検出値が、予め設定した設定値を超えたとする。この場合、出力停止部２１は周波数ｆ２の矩形波電圧の出力を停止する。そして、周波数ｆ３の矩形波電圧は、矩形波電圧発生部２０により出力されないこととなる。
（６）以上の構成により、マイクロコンピュータ６の矩形波電圧発生部２０が出力する矩形波電圧の周波数に応じたインバータ回路部３のスイッチング素子のスイッチングにより、共振回路を介して始動電圧が放電灯に印加される。また、始動電圧が設定値を超える場合には、出力停止部２１が矩形波電圧発生部２０の矩形波電圧の出力を停止させる。これにより、負荷回路部４（共振回路）に特性のバラツキがある場合にも、適正な始動電圧を放電灯に印加することができるとともに、放電灯の始動電圧が過大となることを抑制することができる。
【００１７】
図２は、放電灯点灯装置１００の具体的な回路構成を示す図である。図２を参照して、放電灯点灯装置１００の回路構成を説明する。
（１）電源整流回路部１は、電源電圧の整流、及び、ノイズの除去を行う回路である。
（２）アクティブフィルタ回路部２は、電源電圧波形に沿ってスイッチングを行うことにより、電源電圧を所定の直流電圧に昇圧すると共に、入力電流波形を整形して力率を改善する回路である。
（３）インバータ回路部３は、アクティブフィルタ回路部２で昇圧された直流電圧を、ドライブ回路部５から出力される逆極性の電圧でＦＥＴ Ｑ１（８）（スイッチング素子の一例）、及び、ＦＥＴ Ｑ２（９）（スイッチング素子の一例）を交互にスイッチングすることにより、高周波電圧を発生させる回路である。
（４）負荷回路部４は、インダクタＬ１（１０）、コンデンサＣ１（１１）の共振を利用して、ランプＬＡ１２（放電灯）を点灯させる回路である。なお、１３は、カップリングコンデンサである。
（５）ドライブ回路部５は、マイクロコンピュータ６から出力される所定の周波数の矩形波電圧を入力し、入力した矩形波電圧の周波数に基づいてインバータ回路部３のＦＥＴ Ｑ１（８）とＦＥＴ Ｑ２（９）とをスイッチングさせることにより、インバータ回路部３にアクティブフィルタ回路部２からの直流電圧を矩形波電圧の周波数に対応する高周波電圧に変換させる。図３にドライブ回路部５の具体的な回路構成を示す。ドライブ回路部５は、マイクロコンピュータ６から出力される矩形波電圧を、トランジスタＱ１（１４）とトランジスタＱ２（１５）とにより形成されるトーテムポール出力でインダクタＬ２ １次側（１６）に印加し、互いに極性の異なるインダクタＬ２ ２次側（１７）、インダクタＬ２ ２次側（１８）から、インバータ回路部３のＦＥＴ Ｑ１（８），ＦＥＴ Ｑ２（９）を交互にスイッチングさせる回路である。
（６）マイクロコンピュータ６は、図１の説明で述べたように、矩形波電圧発生部２０が、対応関係記憶部２２の記憶する対応関係テーブル２３に基づいて矩形波電圧を発生し出力する。また、出力停止部２１が、ランプ電圧検出回路部７の検出したランプＬＡ１２の始動電圧に基づき矩形波電圧発生部２０による矩形波電圧の出力を停止する。なお、背景技術で述べたように、マイクロコンピュータ６により矩形波電圧を発生させ、インバータ回路部３の発振周波数を制御する場合において、マイクロコンピュータ６の発振周波数ｆは、マイクロコンピュータ６に使用するクロック周波数をｆｃ、任意の整数をｎ（ｎ＝１，２，３・・・）とすると、ｆ＝ｆｃ／ｎで決定される。よって、マイクロコンピュータ６の発振周波数ｆの値は、連続的には設定できない。
（７）ランプ電圧検出回路部７は、負荷回路部４のランプＬＡ１２の始動電圧を検出する。
【００１８】
図４は、ランプＬＡ１２の始動時の負荷回路部４における周波数と出力電圧（ランプＬＡ１２の始動電圧）の関係を示す図である。横軸は周波数を示す。縦軸は、出力電圧を示す。横軸の周波数は、マイクロコンピュータ６が出力する矩形波電圧の周波数（インバータ回路部３の発振周波数に同じ）である。予熱周波数をＦａ、インバータ回路部３に始動電圧を発生させるための周波数（以下、始動周波数という場合がある）をＦｂ，Ｆｃ，Ｆｄ，Ｆｅとする。図４に示す共振特性により、周波数が低くなるにつれ、出力電圧（始動電圧）が増加していく。
【００１９】
始動周波数Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄ，Ｆｅについては、ＦｃとＦｄとを、目標とする計算上の始動電圧が得られる始動周波数に最も近い値に設定する。もちろん、ＦｃとＦｄとの一方は、計算上の始動電圧を発生させる周波数でもよい。４つの始動周波数のうち、中央の２つを計算上の始動周波数にもっとも近い値にする。
【００２０】
また、周波数Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄ，Ｆｅを決定する場合の前述の整数ｎは連続的なものとする。例えば、マイクロコンピュータに４ＭＨｚのクロックを用いた場合に、計算上の始動電圧が得られると予想される周波数が「８０ｋＨｚ」とすれば、
Ｆｂ＝８３．３ｋＨｚ（ｎ＝４８）
Ｆｃ＝８１．６ｋＨｚ（ｎ＝４９）、
Ｆｄ＝８０．０ｋＨｚ（ｎ＝５０）、
Ｆｅ＝７８．４ｋＨｚ（ｎ＝５１）、
のように、ｎがｎ＝４８、４９、５０、５１と連続の値になるようにする。
【００２１】
本実施の形態１では、始動周波数はＦｂ〜Ｆｅの４通りで設定しているが、これは一例であり、始動時間の許す範囲で何個に設定してもよい。図４に示す始動周波数Ｆｂ〜Ｆｅと、それぞれの出力時間とを図１に示した対応関係テーブル２３として対応関係記憶部２２に記憶させる。前述のように、必要な始動電圧を得られる周波数（計算上の周波数）を複数の始動周波数の中央になるように選択することが好ましい。
【００２２】
対応関係テーブル２３には予熱期間に対応する周波数Ｆａについても記憶させておく。これにより、電源投入後、図４に示すように、マイクロコンピュータ６から出力される矩形波電圧の周波数が、予熱周波数Ｆａ、第１の始動周波数Ｆｂ、第２の始動周波数Ｆｃ、第３の始動周波数Ｆｄ、第４の始動周波数Ｆｅの順で遷移していく。
【００２３】
ランプ電圧検出回路部７は、ランプ電圧（ランプＬＡ１２に印加される電圧）の変化を検出し、マイクロコンピュータ６に入力する。出力停止部２１は、予め所定の設定値を記憶している。このランプ電圧検出回路部７が検出した入力電圧（検出値）が、マイクロコンピュータ６の出力停止部２１に設定された電圧（設定値）を超えた場合に、出力停止部２１は、矩形波電圧発生部２０からの矩形波の出力を停止させる。この場合、ランプＬＡ１２は、設定値の始動電圧でも点灯しない「不点ランプ」である。
【００２４】
ランプＬＡ１２が点灯しない場合は、図４を例にとれば、周波数Ｆｂ〜Ｆｅのうちのいずれかの周波数の矩形波電圧の出力が停止されることとなる。これにより、負荷回路部４における共振曲線（共振特性）のバラツキに関わらずに、ランプＬＡ１２には、一定電圧（前記設定値）以上は印加されない。
【００２５】
図５は予熱期間、始動期間、点灯期間におけるランプ電圧の変化を表す図である。図５は、図４に対応している。横軸は時間を示す。縦軸は、負荷回路部４の出力電圧を示す。予熱期間は周波数Ｆａに対応する一定の電圧Ｖａで予熱される。そして、始動期間では、マイクロコンピュータ６から出力される矩形波電圧の周波数が、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｄ、Ｆｅの順に変化する。このため、始動電圧（負荷回路の出力電圧）は、これらの周波数に対応する電圧Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｅのように、階段状の電圧変化を行う。ランプＬＡ１２が、正規の始動電圧が印加されれば点灯する「正常ランプ」であれば、Ｖｂ〜Ｖｅの間で放電を開始し、点灯周波数（点灯期間）へと遷移する。
【００２６】
一方、ランプＬＡ１２が「不点ランプ」であれば、始動周波数Ｆｂ〜Ｆｅの間（出力電圧Ｖｂ〜Ｖｅの間）で、ランプ電圧検出回路部７の検出電圧（検出値）がマイクロコンピュータ６に設定された設定電圧（設定値）を超える電圧まで印加されることとなる。
【００２７】
図６は、マイクロコンピュータ６とランプ電圧検出回路部７との動作を示すフローチャートである。図６は、図４に対応するものとする。マイクロコンピュータ６は、図４の示す周波数のうち、周波数の高い順（Ｆｂ→Ｆｅ）に、矩形波電圧を出力するものとする。
【００２８】
Ｓ１０１において、放電灯点灯装置１００の電源が入れられる。
【００２９】
Ｓ１０２において、マイクロコンピュータ６は、予熱周波数Ｆａの矩形波電圧を所定の時間だけ出力する。
【００３０】
次に、Ｓ１０３において、マイクロコンピュータ６は、第１の始動周波数Ｆｂの矩形波電圧を所定の時間だけ出力する。
【００３１】
次に、Ｓ１０４において、ランプ電圧検出回路部７が、第１の始動周波数Ｆｂに対応してインバータ回路部３により負荷回路部４の共振回路を介してランプＬＡ１２に印加される始動電圧を検出する。そして、出力停止部２１が、ランプ電圧検出回路部７の検出した検出値が自己の記憶する設定値以下かどうかを判定する。設定値を超えると判定した場合（Ｓ１０４がＮｏ）、出力停止部２１は、矩形波電圧発生部２０による矩形波の出力を停止させる（Ｓ１０５）。
【００３２】
以下同様にして、第２の始動周波数Ｆｃ以降についても同様の処理内容である。
【００３３】
本実施の形態１の方式を用いることにより、共振回路がばらついた場合でも始動電圧を設定電圧以上印加することがなく、また、トランスのサイズも小さいもので設計することが可能となる。
【００３４】
実施の形態２．
次に、実施の形態２として、実施の形態１の放電灯点灯装置１００を、ＦＣＬ４０の１灯点灯装置に用いた場合を説明する。この実施の形態２では、図２に示した回路を構成する定数設定をそれぞれ、
（１）アクティブフィルタ部の昇圧電圧を２８０Ｖ、
（２）インダクタＬ１（１０）の値を１．１ｍＨ、
（３）コンデンサＣ１（１１）の値を８２００ｐＦとしている。
【００３５】
図７は、上記の定数設定において、ランプＬＡ１２（放電灯）に発生する始動電圧を示すグラフである。図７は、バラツキを考慮したときの負荷回路部４の共振特性を示しており、背景技術で説明した図９を拡大したものに相当する。図７では、前記の定数設定において、出力停止部２１の記憶する設定電圧（設定値）を６００Ｖとしている。
【００３６】
図７を説明する。図７において、曲線１（一点鎖線）は、インバータ回路部３により印加される始動電圧（負荷回路部４の出力電圧）について、インダクタＬ１（１０）及びコンデンサＣ１（１１）のバラツキを考慮した場合のうち、始動電圧が最大になる場合の共振特性を示している。
【００３７】
また、曲線２（実線）は、インバータ回路部３により印加される始動電圧について、インダクタＬ１（１０）及びコンデンサＣ１（１１）にバラツキのない場合の共振特性（設計上の共振特性）を示している。
【００３８】
さらに、曲線３（破線）は、インバータ回路部３により印加される始動電圧について、インダクタＬ１（１０）及びコンデンサＣ１（１１）のバラツキを考慮した場合のうち、始動電圧が最小になる場合の共振特性を示している。
【００３９】
なお、上記の実施の形態１で述べた方式をとらずに、始動電圧を発生させるべき矩形波電圧の周波数を、図７に示す「５９ｋＨｚ」で設定した場合、そのときの始動電圧は、最大がＤ点で示す約８００Ｖ、最小がＥ点に示す約３５０Ｖとなり、大きなバラツキをもつものとなる。
【００４０】
また本実施の形態２では、マイクロコンピュータ６（矩形波電圧発生部２０）のクロックを４ＭＨｚとし、始動周波数を
ｆ１＝６１．５３ｋＨｚ（ｎ＝６５）、
ｆ２＝６０．６０ｋＨｚ（ｎ＝６６）、
ｆ３＝５９．７０ｋＨｚ（ｎ＝６７）、
ｆ４＝５８．８２ｋＨｚ（ｎ＝６８）、
ｆ５＝５７．９７ｋＨｚ（ｎ＝６９）、
ｆ６＝５７．１４ｋＨｚ（ｎ＝７０）、
ｆ７＝５６．３４ｋＨｚ（ｎ＝７１）、
ｆ８＝５５．５６ｋＨｚ（ｎ＝７２）の８段階に設定している。この場合、間隔はおよそ０．９ｋＨｚである。
【００４１】
この８段階の始動周波数は、上記のようにｎが連続的（ｎ＝６５〜７２）である。また、マイクロコンピュータ６のクロックを６ＭＨｚの動作周波数にあげる場合には、始動周波数をさらに細かく設定することができる。例えば、クロックを６ＭＨｚとし、始動電圧に対応する周波数が同じ「５９ｋＨｚ」とする。
６０．００ｋＨｚ（ｎ＝１００）、
５９．４１ｋＨｚ（ｎ＝１０１）、
５８．８２ｋＨｚ（ｎ＝１０２）、
５８．２５ｋＨｚ（ｎ＝１０３）、
５７．６９ｋＨｚ（ｎ＝１０４）
のように間隔が約０．６ｋＨｚであり、４ＭＨｚの場合の０．９ｋＨｚよりも小さくなる。よってクロック周波数が高いほど、始動周波数を細かく設定することができる。
【００４２】
図７において、曲線１（始動電圧最大）について見た場合、設定値が６００Ｖであるので、第２の始動周波数ｆ２で点灯しないランプＬＡ１２については、出力停止部２１は、始動周波数ｆ３の場合に矩形波電圧発生部２０の出力を停止させる。同様に、曲線２（バラツキなし）の場合、出力停止部２１は、第５の始動周波数ｆ５の場合に、矩形波電圧発生部２０の出力を停止させる。同様に、曲線３（バラツキが最小）の場合は、出力停止部２１は、第８の始動周波数ｆ８で矩形波電圧発生部２０の出力を停止させる。
【００４３】
また、図７に示すｆ１〜ｆ８の周波数おいて、一つの共振カーブに着目する。連続する始動周波数ｆ１とｆ２、ｆ２とｆ３、ｆ３とｆ４、ｆ４とｆ５、ｆ５とｆ６、ｆ６とｆ７、ｆ７とｆ８とのそれぞれは、高い方の始動周波数の出力電圧が６００Ｖ付近であれば、低い方の周波数の出力電圧は約１００Ｖ高い７００Ｖ程度である。よって、図７においては、例えば、ｆ２において、その出力電圧が設定値の６００Ｖをぎりぎり下回る５９９Ｖであった場合には矩形波電圧の出力は停止されないが、
ｆ３では
５９９＋約１００≒６９９Ｖ
となり、矩形波電圧の出力が停止される。すなわち、前段の始動周波数ｆ２で設定値をぎりぎり下回る場合、前段に連続するその後段の始動周波数ｆ３では、設定電圧６００Ｖを超過した約７００Ｖの出力電圧が検出される。よって、発生する始動電圧の最大値は、６００Ｖ（設定電圧）〜７００Ｖ（設定電圧＋約１００Ｖ）で抑えることができる。図７の範囲ａ〜範囲ｅは、この内容を示す範囲である。
（１）範囲ａは、第２の始動周波数ｆ２で始動不良を検出することができず、第３の始動周波数ｆ３で始動不良を検出することができる１００Ｖの範囲を示す。
（２）範囲ｂは、第３の始動周波数ｆ３で始動不良を検出することができず、第４の始動周波数ｆ４で始動不良を検出することができる１００Ｖの範囲を示す。
（３）範囲ｃは、第４の始動周波数ｆ４で始動不良を検出することができず、第５の始動周波数ｆ５で始動不良を検出することができる１００Ｖの範囲を示す。
（４）範囲ｄは、第５の始動周波数ｆ５で始動不良を検出することができず、第６の始動周波数ｆ６で始動不良を検出することができる１００Ｖの範囲を示す。
（５）範囲ｅは、第６の始動周波数ｆ６で始動不良を検出することができず、第７の始動周波数ｆ７で始動不良を検出することができる１００Ｖの範囲を示す。
（６）範囲ｆは、第７の始動周波数ｆ７で始動不良を検出することができず、第８の始動周波数ｆ８で始動不良を検出することができる１００Ｖの範囲を示す。
以上（１）〜（６）のように、矩形波電圧の出力を停止する設定電圧を６００Ｖに設定した場合、始動周波数の切り替えをｆ１〜ｆ８と段階的に行うことで、発生する始動電圧の最大値は、６００Ｖ〜７００Ｖで抑えることができる。さらに、始動周波数の切り替えを細かく行う事で（例えばクロック周波数を４ＭＨｚから６ＭＨｚにあげることで）、隣接する始動周波数における出力電圧との差が小さくなる。すなわち、上記では隣接する始動周波数における出力電圧の差は約１００Ｖであったのに対して、さらに差を小さくすることができ、始動電圧のばらつきを非常に小さく抑えることができる。
【００４４】
以上の実施の形態では、マイクロコンピュータ６は複数の矩形波電圧を出力したが、１種類のみの矩形波電圧を出力する構成でも構わない。この矩形波電圧に対応して放電灯に印加される始動電圧を検出し、検出値が設定値を超える場合に矩形波電圧の出力を停止する場合にも、始動電圧の過大な発生を抑制できる。
【００４５】
また、以上の実施の形態では、対応関係記憶部２２が異なる周波数の複数の対応関係を記憶する場合、矩形波電圧発生部２０は、周波数の高い順に矩形波電圧を発生したが、必ずしもこれに限ることはなく、どのような周波数の順で矩形波電圧を出力するようにしても構わない。例えば、計算上、始動電圧が得られる周波数を中央にして周波数の高い順に矩形波電圧を出力させたが、最初に中央の周波数の矩形波電圧を出力させても構わない。
【００４６】
以上の実施の形態の放電灯点灯装置１００は、始動電圧を検出するランプ電圧検出回路部７と、ランプ電圧検出回路部７が検出した検出値に基づき矩形波電圧発生部２０が出力する矩形波電圧を停止させる出力停止部２１とを備えたので、放電灯の始動電圧が過大となることを抑制することができる。
【００４７】
以上の実施の形態の放電灯点灯装置１００は、矩形波電圧発生部２０の発生するべき矩形波電圧の周波数とその出力時間との対応関係を記憶する対応関係記憶部２２を備えたので、放電灯に適切な始動電圧を印加することができる。
【００４８】
以上の実施の形態の放電灯点灯装置１００は、対応関係記憶部２２が、複数の対応関係を記憶するので、放電灯により適切な始動電圧を印加することができる。
【００４９】
以上の実施の形態の放電灯点灯装置１００は、対応関係記憶部２２が、異なる周波数の複数の対応関係を記憶し、矩形電圧発生部が周波数の順に矩形波電圧を出力するので、異なる大きさの始動電圧を放電灯に容易に印加することができる。
【００５０】
以上の実施の形態の放電灯点灯装置１００は、対応関係記憶部２２が、異なる周波数の複数の対応関係を記憶し、矩形電圧発生部が周波数の高い順に矩形波電圧を出力するので、放電灯に印加する始動電圧を次第に大きくすることができる。
【００５１】
以上の実施の形態では，商用電源を昇圧または降圧して得られる直流電源と、上記直流電源から供給される直流を高周波電流に変換するインバータ回路と、上記インバータ回路に接続されるチョークコイル、放電灯及び結合コンデンサよりなる放電灯負荷回路、上記インバータ回路の発振周波数制御をマイクロコンピュータから発生させる矩形波電圧により制御する放電灯装置において、上記放電灯負荷回路の始動電圧は必要な始動電圧近傍の複数の周波数で設定され、放電灯始動時に前述の周波数を段階的に小さくすることにより始動電圧を段階的に大きくすると同時に負荷回路の始動電圧を検出し、前記検出電圧が既定の電圧を越した場合にマイクロコンピュータから発生させる矩形波電圧を停止させる手段を具備したことを特徴とする放電灯点灯装置について説明した。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施の形態１における放電灯点灯装置１００の概要を説明するための図である。
【図２】実施の形態１における放電灯点灯装置１００の回路構成図である。
【図３】実施の形態１におけるドライブ回路部５の回路構成を示す。
【図４】実施の形態１における負荷回路部４の共振特性を示す。
【図５】実施の形態１における負荷回路部４の出力電圧変化を示す。
【図６】実施の形態１における放電灯点灯装置１００の動作を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態２におけるバラツキを考慮した場合の負荷回路部４の出力電圧変化を示す。
【図８】従来の技術を示す図である。
【図９】従来の技術を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 電源整流回路部、２ アクティブフィルタ回路部、３ インバータ回路部、４ 負荷回路部、５ ドライブ回路部、６ マイクロコンピュータ、７ ランプ電圧検出回路部、８ ＦＥＴ Ｑ１、９ ＦＥＴ Ｑ２、１０ インダクタＬ１、１１ コンデンサＣ１、１２ ランプＬＡ、１３ カップリングコンデンサ、１４ トランジスタＱ１、１５ トランジスタＱ２、１６ インダクタＬ２ １次側、１７ インダクタＬ２ ２次側、１８ インダクタＬ２ ２次側、２０ 矩形波電圧発生部、２１ 出力停止部、２２ 対応関係記憶部、２３ 対応関係テーブル、１００ 放電灯点灯装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電灯を点灯させる放電灯点灯装置において
スイッチング素子を有するとともに、直流電圧を入力し入力した前記直流電圧を前記スイッチング素子のスイッチングにより高周波電圧に変換し、変換した前記高周波電圧により所定の特性の共振回路を動作させて前記共振回路の出力電圧を前記放電灯に印加させるインバータ回路部と、
所定の周波数の矩形波電圧を発生し出力する矩形波電圧発生部と、
前記矩形波電圧発生部が出力する前記矩形波電圧を入力し、入力した前記矩形波電圧の前記周波数に基づいて前記インバータ回路部の前記スイッチング素子をスイッチングさせることにより、前記インバータ回路部に前記直流電圧を前記周波数に対応する前記高周波電圧に変換させるドライブ回路部と、
前記インバータ回路部が変換した前記高周波電圧により動作する前記共振回路の前記出力電圧を検出する出力電圧検出回路部と、
前記出力電圧検出回路部が検出した前記出力電圧の検出値に基づいて、前記矩形波電圧発生部による前記矩形波電圧の出力を停止させる出力停止部と
を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記放電灯点灯装置は、さらに、
前記矩形波電圧発生部が発生し出力する前記矩形波電圧の周波数と出力時間とを対応させた少なくとも一つの対応関係を記憶する対応関係記憶部を備え、
前記矩形波電圧発生部は、
前記対応関係記憶部が記憶する前記少なくとも一つの対応関係に基づいて、前記矩形波電圧を発生し出力す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】
前記対応関係記憶部は、
前記矩形波電圧発生部が発生し出力する前記矩形波電圧の周波数と出力時間とを対応させた複数の対応関係を記憶することを特徴とする請求項２記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記対応関係記憶部が記憶する複数の対応関係は、
前記周波数が互いに異なり、
前記矩形波電圧発生部は、
前記複数の対応関係における前記周波数の順に、前記矩形波電圧を発生し出力す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】
前記矩形波電圧発生部は、
前記複数の対応関係における前記周波数の高い順に、前記矩形波電圧を発生し出力することを特徴とする請求項４記載の放電灯点灯装置。
【請求項６】
前記対応関係記憶部が記憶する前記複数の対応関係における前記周波数は、
前記共振回路の前記出力電圧を前記放電灯の始動電圧として前記放電灯に印加させるための周波数であることを特徴とする請求項２〜５いずれかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項１】
放電灯を点灯させる放電灯点灯装置において
スイッチング素子を有するとともに、直流電圧を入力し入力した前記直流電圧を前記スイッチング素子のスイッチングにより高周波電圧に変換し、変換した前記高周波電圧により所定の特性の共振回路を動作させて前記共振回路の出力電圧を前記放電灯に印加させるインバータ回路部と、
所定の周波数の矩形波電圧を発生し出力する矩形波電圧発生部と、
前記矩形波電圧発生部が出力する前記矩形波電圧を入力し、入力した前記矩形波電圧の前記周波数に基づいて前記インバータ回路部の前記スイッチング素子をスイッチングさせることにより、前記インバータ回路部に前記直流電圧を前記周波数に対応する前記高周波電圧に変換させるドライブ回路部と、
前記インバータ回路部が変換した前記高周波電圧により動作する前記共振回路の前記出力電圧を検出する出力電圧検出回路部と、
前記出力電圧検出回路部が検出した前記出力電圧の検出値に基づいて、前記矩形波電圧発生部による前記矩形波電圧の出力を停止させる出力停止部と
を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記放電灯点灯装置は、さらに、
前記矩形波電圧発生部が発生し出力する前記矩形波電圧の周波数と出力時間とを対応させた少なくとも一つの対応関係を記憶する対応関係記憶部を備え、
前記矩形波電圧発生部は、
前記対応関係記憶部が記憶する前記少なくとも一つの対応関係に基づいて、前記矩形波電圧を発生し出力す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】
前記対応関係記憶部は、
前記矩形波電圧発生部が発生し出力する前記矩形波電圧の周波数と出力時間とを対応させた複数の対応関係を記憶することを特徴とする請求項２記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記対応関係記憶部が記憶する複数の対応関係は、
前記周波数が互いに異なり、
前記矩形波電圧発生部は、
前記複数の対応関係における前記周波数の順に、前記矩形波電圧を発生し出力す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】
前記矩形波電圧発生部は、
前記複数の対応関係における前記周波数の高い順に、前記矩形波電圧を発生し出力することを特徴とする請求項４記載の放電灯点灯装置。
【請求項６】
前記対応関係記憶部が記憶する前記複数の対応関係における前記周波数は、
前記共振回路の前記出力電圧を前記放電灯の始動電圧として前記放電灯に印加させるための周波数であることを特徴とする請求項２〜５いずれかに記載の放電灯点灯装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−１２３０１１（Ｐ２００７−１２３０１１Ａ）
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３１２６９５（Ｐ２００５−３１２６９５）
【出願日】平成１７年１０月２７日（２００５．１０．２７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】（３９００１４５４６）三菱電機照明株式会社 (585)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２７日（２００５．１０．２７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】（３９００１４５４６）三菱電機照明株式会社 (585)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]