点灯装置、照明器具、照明システム
【課題】カレントトランスを用いずに入力電力を測定することができ、且つ光源負荷の周囲温度が変化しても十分な精度で入力電力が求まるようにする。
【解決手段】検出抵抗４５は、電力変換回路４のスイッチング素子４２と直列に接続され、スイッチング素子４２に流れる電流を検出する。電力演算部８３は、電力設定部８１から出力され放電灯１１へ供給する電力の大きさを決定する電力設定値と、検出抵抗４５の出力に対応する電流検出値とを用い、放電灯１１の周囲温度の変化に起因して生じる電流検出値の変動分を補正して入力電力を求める。ここでは、電力演算部８３は、電力設定値と電流検出値との差分に応じた電力調整値と、放電灯１１に供給される電力が最大となるときの電力設定値である最大電力値と、電力設定値とを用いて入力電力を演算する。
【解決手段】検出抵抗４５は、電力変換回路４のスイッチング素子４２と直列に接続され、スイッチング素子４２に流れる電流を検出する。電力演算部８３は、電力設定部８１から出力され放電灯１１へ供給する電力の大きさを決定する電力設定値と、検出抵抗４５の出力に対応する電流検出値とを用い、放電灯１１の周囲温度の変化に起因して生じる電流検出値の変動分を補正して入力電力を求める。ここでは、電力演算部８３は、電力設定値と電流検出値との差分に応じた電力調整値と、放電灯１１に供給される電力が最大となるときの電力設定値である最大電力値と、電力設定値とを用いて入力電力を演算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力電力を測定可能な点灯装置、照明器具、照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、外部電源から供給された電力を適宜変換して負荷に供給するとともに、入力電力（消費電力）を測定して外部へ提示する電源装置が提案されている（たとえば特許文献１，２参照）。これらの電源装置から得られる入力電力の測定結果は、電源装置の使用者や電源装置が取り付けられている設備の管理者などに提示され、無駄な消費電力削減（節電）等に役立てることができる。
【０００３】
入力電力を測定する方法として、一般的にはカレントトランスを用いることが知られているが、カレントトランスは小型化が困難であり且つ比較的高価であるため、個々の電源装置に用いられると電源装置も大型化し高価になる。
【０００４】
一方、カレントトランスを用いずに入力電力を測定可能な構成の点灯装置も提案されている。この点灯装置は、スイッチング素子を含み直流電源部から入力される直流電力を適宜変換して光源負荷に供給する電力変換部と、スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部の検出値を用いて入力電力を求める演算部とを備える。
【０００５】
ここで、電流検出部は、スイッチング素子と直列接続された検出抵抗を含み、スイッチング素子および検出抵抗に流れる電流が大きいほど高くなる値を検出値として出力する。演算部は、電流検出部の検出値Ｖｓと、定数α，βとを用いて、入力電力（消費電力）Ｗｉｎを式Ｗｉｎ＝α×Ｖｓ＋βにより演算する。
【０００６】
この構成では、スイッチング素子に直列に接続される抵抗素子により電流検出部を構成することができるため、点灯装置（電源装置）を比較的小型且つ安価に実現することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭６４−１３６９５号公報
【特許文献２】特許第３１６８８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、光源負荷として代表的な蛍光ランプは、その温度特性により、周囲温度によってインピーダンス（＝ランプ電圧／ランプ電流）が変化し、高温や低温環境下ではランプ電流が増加し、ランプ電力が低下する傾向にあることが知られている。近年注目を浴びている発光ダイオードを用いた光源においても、その温度特性により、周囲温度によってインピーダンスが変化する。そのため、これらの光源負荷を点灯させる点灯装置においては、負荷に流れる電流や電圧が光源のインピーダンス変動に対して所定の特性となるように、フィードバック制御などによって制御性を上げる工夫が為されている。
【０００９】
しかしながら、上述のように式Ｗｉｎ＝α×Ｖｓ＋βにより演算される入力電力Ｗｉｎは、周囲温度変化による入力電力増加に対して信号積分値が低下するような負特性に対応できないため、実際の入力電力との間に比較的大きな誤差を生じる可能性がある。すなわち、光源負荷の周囲温度が一定であれば問題ないが、周囲温度が変化したときには、上述した演算式で求まる入力電力Ｗｉｎの値に十分な精度が出ないことがある。
【００１０】
本発明は上記事由に鑑みて為されており、カレントトランスを用いずに入力電力を測定することができ、且つ光源負荷の周囲温度が変化しても十分な精度で入力電力を求めることができる点灯装置、照明器具、照明システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の点灯装置は、スイッチング素子を含み直流電力を入力として光源負荷に供給される電力をスイッチング素子のオンオフ動作によって調節する電力変換部と、光源負荷に供給される電力の大きさを決定する電力設定値を入力し電力変換部の動作を制御する制御部と、スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部の検出値を用いて入力電力を推定する電力推定部と、電力推定部の推定結果を提示する提示部とを備え、電力推定部は、電力設定値と、電流検出部の出力に対応する電流検出値とを用い、光源負荷の周囲温度の変化に起因して生じる電流検出値の変動分を補正し入力電力を求めることを特徴とする。
【００１２】
この点灯装置において、電力推定部は、光源負荷に供給される電力が最大となるときの電力設定値を最大電力値として用いて電力設定値を正規化するとともに、電力設定値と電流検出値との差分に応じた電力調整値を用いて入力電力を求めることが望ましい。
【００１３】
この点灯装置において、電力推定部は、電力最大値に対する電力設定値の比率に対して、電力調整値よりも大きくなるように予め設定された係数を乗じた値から、電力調整値を減算することにより入力電力に対応する値を求めることがより望ましい。
【００１４】
本発明の照明器具は、上記点灯装置を具備する器具本体と、当該器具本体に保持される光源負荷とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の照明システムは、上記照明器具を複数台備えるとともに、提示部から送出される通知信号を受信して電力推定部の推定結果を読み出す読出装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、カレントトランスを用いずに入力電力を測定することができ、且つ光源負荷の周囲温度が変化しても十分な精度で入力電力を求めることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１の点灯装置の構成を示す概略回路図である。
【図２】同上の要部を示す概略回路図である。
【図３】同上の周波数生成部の動作を示すタイムチャートである。
【図４】同上の入力電力と電流検出値との関係を示す説明図である。
【図５】同上の入力電力と電流検出値との関係を示す模式図である。
【図６】同上の入力電力と電流調整値との関係を示す説明図である。
【図７】（ａ）はα＝４．５のとき、（ｂ）はα＝５のとき、（ｃ）はα＝６のときの入力電力と演算値との関係を示す説明図である。
【図８】同上のα＝５のときのランプ電力と演算値との関係を示す説明図である。
【図９】同上のα＝８のときの入力電力と演算値との関係を示す説明図である。
【図１０】実施形態２の点灯装置の構成を示す概略回路図である。
【図１１】同上の点灯装置を用いた照明器具を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施形態１）
本実施形態の点灯装置１は、図１に示すように、交流電源１００に接続される整流器２と、直流電源回路３と、電力変換回路４と、負荷回路５と、制御回路６と、周波数演算部７と、出力設定部８とを備えている。なお、点灯装置１は、図１中の交流電源１００および放電灯１１については構成要素に含まない。
【００１９】
直流電源回路（直流電源部）３は、平滑用コンデンサ（図示せず）を具備し、整流器２の出力に接続されることにより、整流器２から出力される全波整流電圧を平滑化する。したがって、交流電源１００が投入されると、直流電源回路３からは平滑された直流電圧が出力され、この直流電圧は後段の電力変換回路（電力変換部）４へ印加される。なお、直流電源回路３は、少なくとも平滑用コンデンサを備える構成であればよく、特定の具体的構成に限定されない。
【００２０】
電力変換回路４は、直流電源回路３の出力端間に直列接続された一対のスイッチング素子４１，４２を有している。各スイッチング素子４１，４２はそれぞれＭＯＳＦＥＴからなる。これら一対のスイッチング素子４１，４２は、制御回路６から出力される駆動信号に応じて交互にオンオフすることにより、負荷回路５へ高周波電力を供給する。
【００２１】
負荷回路５は、スイッチング素子４２に並列接続されており、直流カットコンデンサ５１と共振用インダクタ５２と共振用コンデンサ５３との直列回路を有している。点灯装置１の負荷（光源負荷）としての放電灯１１は、共振用コンデンサ５３と並列に接続される。
【００２２】
また、点灯装置１は、放電灯１１のフィラメントを予熱するための予熱回路９をさらに備え、この予熱回路９もスイッチング素子４２に並列接続されている。予熱回路９は、電力変換回路４の出力にコンデンサ９１を介して一次巻線が接続された予熱トランス９２を具備し、予熱トランス９２の二次巻線からコンデンサ９３とコンデンサ９４とを介して、放電灯１１の各フィラメントに予熱電流を供給する。
【００２３】
さらに、図１の例では、制御回路６へ制御電源電圧Ｖｃｃ１を供給する制御電源回路１０もスイッチング素子４２に並列接続されている。制御電源回路１０は、電力変換回路４のスイッチング動作に応じてコンデンサ１０１の両端間に制御電源電圧を生成し、ツェナダイオード１０２のツェナ電圧によって所望のレベルに電圧クランプする。ただし、制御電源回路１０は、電力変換回路４のスイッチング動作に応じて制御電源を生成できる構成であればよく、具体的な回路構成は図１の構成に限らない。
【００２４】
制御回路６は、主にドライブ部６１、基準電源生成部６２、周波数生成部６３で構成される。基準電源生成部６２は、制御回路６に入力される制御電源電圧Ｖｃｃ１を入力し、周波数生成部６３や後述する周波数演算部７や出力設定部８へ出力する電源電圧Ｖｃｃ２を生成する。基準電源生成部６２は、ツェナダイオードやバンドギャップを用いて一定電圧（電源電圧Ｖｃｃ２）を生成できるような構成であればよく、特定の具体的構成に限定されない。
【００２５】
周波数生成部６３は、電力変換回路４のスイッチング素子４１，４２へ出力される駆動信号の周波数を決めている。この周波数生成部６３は、図２に示すように、定電圧バッファ部を構成するオペアンプ６３１と、出力トランジスタ６３０と、カレントミラー６３２と、コンパレータ６３３とを有している。カレントミラー６３２は、オペアンプ６３１の出力に応じて、出力トランジスタ６３０を通して負荷部（ここでは抵抗６３４等）に流れる電流を元に、コンデンサ６３５へ流れる電流値を決める。コンパレータ６３３は、コンデンサ６３５の両端電圧と所定のしきい値とを比較してコンデンサ６３５に流れる充放電電流を制御する。
【００２６】
コンデンサ６３５の両端電圧が所定のしきい値Ｖｒｅｆ２より低い場合、抵抗６３４には、定電圧バッファ部の出力電圧Ｖｒｅｆ１と抵抗６３４の抵抗値とによって決まる電流が流れる。この電流が、所定のミラー比を持つカレントミラー６３２を介してコンデンサ６３５を一定電流にて充電する。一方、コンデンサ６３５の両端電圧がしきい値Ｖｒｅｆ２に達すると、コンパレータ６３３の「＋」入力が、トランスファゲート部６３６によってしきい値Ｖｒｅｆ３へ切り替えられる。さらに、コンパレータ６３３の出力によってスイッチング素子６３７がオフされ、コンデンサ６３５が一定電流で放電を開始する。
【００２７】
すなわち、コンパレータ６３３の出力が図３（ｂ）に示すように「Ｈ」・「Ｌ」間で切り替わるのに合わせて、コンデンサ６３５の両端電圧は充放電の切り替えに伴い図３（ａ）に示すような三角波状波形となる。
【００２８】
ここにおいて、オペアンプ６３１の出力に応じて出力トランジスタ６３０に流れる電流が大きければ、コンデンサ６３５の充放電電流値も大きくなり、図３（ａ）の三角波の傾きも大きくなって、三角波の周波数は高くなる。このように、周波数生成部６３は、コンデンサ６３５の両端電圧と所定のしきい値とを比較して、コンデンサ６３５に流れる充放電電流を制御するコンパレータ６３３を用いた発振器によって、三角波の周波数を制御している。
【００２９】
コンパレータ６３３の出力電圧は、後段のカウンタ部６３８およびデッドタイム部６３９に入力される。図２では具体的回路は図示していないが、カウンタ部６３８は入力信号の立ち下りエッジで出力が反転するよう構成されることで、図３（ｃ）に示すような矩形波のカウンタ信号を生成する。カウンタ部６３８で生成されたカウンタ信号はデッドタイム部６３９に入力され、デッドタイム部６３９においてスイッチング素子４１，４２が同時オンしないように休止期間を持った２つの駆動信号が生成される。
【００３０】
デッドタイム部６３９は、コンデンサなどの遅延要素と論理素子との組み合わせにより、図３（ｄ）に示すようにカウンタ信号の立ち上がりから期間ｔｄの間「Ｌ」を維持するような第１駆動信号を生成する。デッドタイム部６３９は、この第１駆動信号を、ドライブ部６１を構成する第１ドライブ部６１１へ出力する。第１ドライブ部６１１は、第１駆動信号を受けて、抵抗４３（図１参照）を介してスイッチング素子４２を駆動する。
【００３１】
また、デッドタイム部６３９は、図３（ｃ）のカウンタ信号を反転した信号を用いて、反転信号の立ち上がりから期間ｔｄの間「Ｌ」を維持する第２駆動信号を生成し、ドライブ部６１を構成する第２ドライブ部６１２へ出力する。第２ドライブ部６１２は、第２駆動信号を受けて、抵抗４４（図１参照）を介してスイッチング素子４１を駆動する。つまり、期間ｔｄは駆動信号の休止期間となる。
【００３２】
次に、周波数演算部７について図２を参照して説明する。周波数演算部７は、図２に示すように、主にオペアンプ７１と、オペアンプ７１の反転入力端−出力端間に接続されたコンデンサ７２とを有し積分器を構成する。オペアンプ７１の出力電圧を、以下では電力調整値という。
【００３３】
後述する出力設定部８を構成する電力設定部８１からパルス信号が出力され、このパルス信号が抵抗７３，７４、コンデンサ７５で構成される平滑部によって直流に変換された直流電圧が、電力設定値としてオペアンプ７１の非反転入力端へ入力される。電力設定部８１が出力するパルス信号は、電力設定部８１の内部で決定され、または外部で操作可能な調光信号生成装置から入力される調光信号に基づいて決定される調光率に対応するデューティ比を持つ。
【００３４】
一方、オペアンプ７１の反転入力端へは、電力変換回路４の低圧側のスイッチング素子４２と直列に接続された検出抵抗（電流検出部）４５の両端電圧が、抵抗７６を介して入力される。検出抵抗４５は、スイッチング素子４２に流れる電流を検出するように、スイッチング素子４２の低圧側（ソース）と直流電源回路３の負極側の出力端との間に挿入されている。これにより、オペアンプ７１の反転入力端には、スイッチング素子４２を流れる電流に相当する電流検出値（検出抵抗４５の両端電圧の積分値）が、入力されることになる。
【００３５】
オペアンプ７１の出力端は、周波数生成部６３を構成するオペアンプ６３１の出力端に接続された出力トランジスタ６３０へ、ダイオード７７と抵抗７８とを介して接続される。
【００３６】
上記構成により、オペアンプ７１は、非反転入力端へ入力される電力設定値よりも、反転入力端へ入力される電流検出値が大きい場合には、出力電圧（電力調整値）が低下する。オペアンプ７１の出力電圧（電力調整値）が低下すると、ダイオード７７と抵抗７８とを介してオペアンプ７１の出力端に引き抜かれる電流が増加する。そのため、周波数生成部６３を構成する出力トランジスタ６３０を流れる電流が増加して、電力変換回路４へ供給される駆動信号の周波数が高くなり、負荷回路５の共振作用によって負荷回路５で消費される電力が減少する。
【００３７】
一方、電力設定値に対して電流検出値の積分値が小さい場合には、オペアンプ７１の出力電圧（電力調整値）は上昇し、電力変換回路４へ供給される駆動信号の周波数が低くなるため、負荷回路５で消費される電力が増大する。
【００３８】
このように、周波数演算部７は、オペアンプ７１の出力する電力調整値の増減に応じて、電力変換回路の動作周波数（スイッチング周波数）を変化させ、負荷回路５の消費電力を所望の値となるよう制御する。要するに、制御回路６および周波数演算部７は、放電灯１１に供給される電力（ランプ電力）の大きさを決定する電力設定値を入力し、電力変換回路４の動作を制御する制御部を構成する。
【００３９】
次に、出力設定部８について説明する。出力設定部８は、図１に示すように、調光率に対応したデューティ比を持つパルス信号を生成する電力設定部８１と、最大電力値を記憶する最大電力設定部８２と、所定の演算を実施する電力演算部８３とから構成される。
【００４０】
最大電力設定部８２は、負荷回路５で消費される電力値が最大となるときに電力設定部８１から出力されるパルス信号に対応する最大電力値を予め記憶する。
【００４１】
電力演算部８３は、電力設定部８１の出力（電力設定値）と、最大電力設定部８２の出力（最大電力値）と、さらに上述の周波数演算部７から入力される電力調整値とを入力として、所定の演算を実施し、点灯装置１の入力電力を推定する。すなわち、電力演算部８３は、電流検出部である検出抵抗４５の検出値を用いて入力電力を推定する電力推定部として機能する。
【００４２】
以下、電力演算部８３が点灯装置１の入力電力を求める動作について、表１，２および図４〜６を参照して説明する。
【００４３】
表１，２は、放電灯１１の周囲温度ごとに、入力電力（消費電力）、ランプ電力、電流検出値、電力調整値、電力演算部８３の演算結果を示している。ここでは、表１，２は、放電灯１１に蛍光ランプ（ＦＨＦ６３形）を２灯用い、点灯装置１の入力を２００Ｖとして放電灯１１を共振作用により調光点灯させ、放電灯１１の周囲温度が−１０℃から６０℃まで変化した場合の、各値を示している。ここでいう電流検出値は、図１の検出抵抗４５の両端電圧を平均化した数値であり、微小な値であり測定誤差も含まれている。電力調整値は、周波数演算部７を構成するオペアンプ７１の出力電圧である。
【００４４】
表１では、調光率１００％（全点灯）であり、出力設定部８はデューティ比１００％のパルス信号を出力し、平滑部において直流３３０ｍＶの電力設定値に変換される。表２では、調光率約２５％の調光点灯であり、出力設定部８はデューティ比５０％のパルス信号を出力し、平滑部において直流１６５ｍＶの電流設定値に変換される。さらに、最大電力設定部８２には、調光１００％時に出力設定部８が出力するデューティ比１００％のパルス信号に対応する直流３３０ｍＶの電力設定値が、最大電力値として予め設定されている。
【００４５】
【表１】
【００４６】
【表２】
【００４７】
図４は、表１（調光率１００％時）と表２（調光率約２５％時）とのそれぞれについて、入力電力と電流検出値との関係を示している。図４中、表１の測定データは菱形のマークで示され、表２の測定データは正方形のマークで示されている。
【００４８】
ここで、図５に入力電力と電流検出値との関係を簡略化して示す。
【００４９】
放電灯１１の周囲温度が一定であれば、調光率が変化すると、入力電力の増加に応じて信号積分値もやや曲線的に増大する（正特性）。図５における「Ｘ」は、周囲温度が２５℃の環境下において調光率が約２０％から１００％に変化したときの入力電力と電流検出値との関係を表している。
【００５０】
一方、調光率１００％の状態で、放電灯１１の周囲温度が−１０℃から７５℃まで変化した場合、放電灯１１の温度特性によって入力電力が増減するが、電流検出値は、図５に「Ｙ」で示す領域のように入力電力の増加に応じて低下する負特性の傾向にある。調光率約２０％の状態で、放電灯１１の周囲温度が−１０℃から７５℃まで変化した場合においても、図５に「Ｚ」で示す領域のように、電流検出値は入力電力の増加に応じて低下する負特性の傾向にある。
【００５１】
なお、図５中において、調光率１００％あるいは２０％付近での入力電力と電流検出値との関係が長円形の領域「Ｙ」、「Ｚ」で示されているのは、検出抵抗４５が比較的低い抵抗値とされ、検出電流値が微小な値であって測定誤差も多いためである。検出抵抗４５が低抵抗とされているのは、検出抵抗４５の大型化を避け、さらにスイッチング素子４２がオンしている際に、ソース電位が高くなることによってゲート駆動電圧が不足しないようにするためである。
【００５２】
電流検出値と入力電力との関係が図５に「Ｙ」や「Ｚ」で示すような傾向を示す主な要因としては、温度特性によって放電灯１１のインピーダンスが変化し、共振作用による有効電流と無効電流とのバランスが変わることが考えられる。
【００５３】
つまり、高温あるいは低温環境下では、ランプ電流が増大し、ランプ電力が低下すなわちランプ電圧が低下するが、放電灯１１には共振用コンデンサ５３が並列接続されているため、ランプ電圧が低下すると無効電流が低減することになる。言い換えれば、温度特性によって放電灯１１のインピーダンスが低下し、放電灯１１と共振用コンデンサ５３との並列回路を流れる無効電流が低減する。一方、ランプ電流の増大時には有効電流は増大する。
【００５４】
結果的に、有効電流と無効電流との合成電流は増加しやすく、回路部品の損失は増大する。これに対して、ランプ電力は上述のように低下しているため、入力電力の増加に対して電流検出値が低下する傾向となる。
【００５５】
以上のことから、背景技術の欄で説明したように入力電力Ｗｉｎを式Ｗｉｎ＝α×Ｖｓ＋βにより演算すると、放電灯１１の周囲温度が一定であるならば演算が可能であるが、周囲温度変化による入力電力増加に対する電流検出値の低下分には対応できない。したがって、放電灯１１の周囲温度が変化したときには、求まる入力電力Ｗｉｎの値に十分な精度が出ないことがある。
【００５６】
また、点灯装置１を器具本体に備えた照明器具には様々な形態があり、照明器具をたとえば周囲温度２５℃の条件下で動作させても、放電灯１１の周囲温度は照明器具の形態によってばらつくことになる。そのため、照明器具の周囲温度が一定であっても、照明器具の形態によっては入力電力の値に十分な精度が出ないことがある。
【００５７】
さらに、上述の演算式に用いる定数α，βを予め複数設定し、温度検出部（図示せず）によって検出される温度に対応したα，βを適宜選択するような構成も考えられ、マイコンを用いればこのような構成も比較的容易に実現可能ではある。しかし、上記説明から明らかなように、温度検出部は放電灯１１の近傍に配置されなければ意味を為さないため、照明器具の器具本体に温度検出部を取り付ける構造が必要となり、照明器具が高価になる。さらに、定数α，βを予め複数記憶するために記憶容量が比較的大きなマイコンを用いる必要がある。
【００５８】
これに対して、本実施形態の点灯装置１においては、電力演算部８３は、電力設定値と検出抵抗４５の出力に対応する電流検出値とを用い、放電灯１１の周囲温度の変化に起因して生じる電流検出値の変動分を補正して入力電力を求める。さらに、本実施形態では、電力演算部８３は、放電灯１１に供給される電力が最大となるときの電力設定値である最大電力値を用いて電力設定値を正規化するとともに、電力設定値と電流検出値との差分に応じた電力調整値を用いて入力電力を求める。
【００５９】
具体的には、電力演算部８３は、電力設定値Ｗｓと、係数αと、最大電力設定部８２で設定される最大電力値Ｗｍａｘとを用いて、式α×Ｗｓ／Ｗｍａｘで表される第１の演算を実行する。さらに、電力演算部８３は、第１の演算結果から電力調整値Ｖｆｂを減ずる第２の演算を実行する。つまり、電力演算部８３は、式（α×Ｗｓ／Ｗｍａｘ)−Ｖｆｂで表される演算を行い、この結果を演算値（演算結果）として出力する。
【００６０】
図６は、表１（調光率１００％時）と表２（調光率約２５％時）とのそれぞれについて、入力電力と電力調整値との関係を示している。図６中、表１の測定データは菱形のマークで示され、表２の測定データは正方形のマークで示されている。本実施形態では、周波数生成部６３を構成するオペアンプ６３１の出力電圧Ｖｒｅｆ１を３．５Ｖとし、オペアンプ７１の出力電圧（電力調整値）が常に出力電圧Ｖｒｅｆ１（３．５Ｖ）より低くなるよう設定されている。図６で示す入力電力と電力調整値との関係にも、図５で説明した負特性の傾向と同様の傾向がみられる。
【００６１】
ここで、表１，２の演算結果の欄には、電力演算部８３が上記演算（第１および第２の演算）を係数α＝５として行ったときの演算結果（演算値）を示している。
【００６２】
また、電力演算部８３が上記演算（第１および第２の演算）を係数α＝４．５、５、６として行ったときの演算値と入力電力との関係を図７（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示す。
【００６３】
係数α＝４．５のときには、図７（ａ）に示すように、演算値は、０［Ｗ］と最大電力値（１３９．９［Ｗ］）とを結ぶ直線（以下、「基準線」という）より低くなる傾向がある。一方、係数α＝６のときは、図７（ｃ）に示すように、基準線より演算値が高くなる傾向がある。基準線と演算値とが比較的高精度で一致するのは、係数α＝５前後のときであり、係数α＝５のときの入力電力と演算値とは図７（ｂ）に示すような関係となる。
【００６４】
ここにおいて、係数αは、周波数生成部６３を構成するオペアンプ６３１の出力電圧Ｖｒｅｆ１（ここでは３．５Ｖ）より高い値の中から、目標とする電力演算精度や使用する負荷の種類、周波数演算部７の回路定数に応じて選定される。オペアンプ７１の出力電圧（電力調整値）はオペアンプ６３１の出力電圧Ｖｒｅｆ１より低くなるよう設定されているので、係数αは少なくとも電力調整値よりも大きな値に設定されることになる。
【００６５】
また、電力演算部８３の演算値は、点灯装置１の入力電力だけでなく、図８に示すようにランプ電力に対しても略比例する関係にある。図８は、電力演算部８３が係数α＝５として上記演算を行ったときの演算値とランプ電力との関係を表している。
【００６６】
上述のようにして求められた電力演算部８３の演算結果（あるいは演算結果から推定される入力電力もしくはランプ電力）は、点灯装置１の提示部（図示せず）から提示される。提示部は、表示あるいは音声といった方法で、演算結果を点灯装置１の使用者等に対して提示する。これにより、使用者等は、提示された演算結果を、無駄な消費電力削減（節電）等に役立てることができる。
【００６７】
以上説明した本実施形態の点灯装置１によれば、電力演算部８３が、検出抵抗４５の出力に対応する電流検出値を用いて、入力電力を求めるので、カレントトランスを用いずに入力電力を測定することができる。さらに、電力演算部８３は、電力設定値と電流検出値とを用い、放電灯１１の周囲温度の変化に起因して生じる電流検出値の変動分を補正しているので、入力電力もしくはランプ電力に略比例した演算結果が高精度で得られる。要するに、電力演算部８３は、電流検出値だけでなく、放電灯１１に供給される電力の大きさを決定する電力設定値をも用いることにより、電流検出値と電力設定値との関係から、周囲温度の変化に起因した電流検出値の変動分を補正して入力電力を求めることができる。
【００６８】
しかも、電力演算部８３は、放電灯１１に供給される電力が最大となるときの電力設定値である最大電力値を用いて電力設定値を正規化するとともに、電力設定値と電流検出値との差分に応じた電力調整値を用いて入力電力を求めている。そのため、電力演算部８３は、比較的簡単な演算でありながらも、比較的精度よく入力電力を求めることができる。
【００６９】
すなわち、電力演算部８３は、最大電力値Ｗｍａｘと電力設定値Ｗｓと電力調整値Ｖｆｂとを用いて、式（α×Ｗｓ／Ｗｍａｘ)−Ｖｆｂで表される演算を行えばよいので、四則演算のみの簡単な演算で、入力電力に略比例した演算結果を得ることができる。したがって、電力演算部８３は、マイコンを用いなくても、簡単な論理素子等の組み合わせにより実現することができる。
【００７０】
なお、電力演算部８３が行う演算は、最大電力値Ｗｍａｘと電力設定値Ｗｓと電力調整値Ｖｆｂとを用いた演算であればよく、上述した演算式に限らない。つまり、電力演算部８３は、たとえば係数βを用いて式（Ｗｓ／Ｗｍａｘ)−（β×Ｖｆｂ）で表される演算を行っても、上述した例と同様に、入力電力もしくはランプ電力に略比例した演算結果を得られることは明らかである。
【００７１】
さらに、上述の式（α×Ｗｓ／Ｗｍａｘ)−Ｖｆｂを用いて、係数α＝８とした場合について、入力電力と演算結果（演算値）との関係を図９に示す。入力電力が０のときに演算値が０にならないこと、および演算精度が若干低くなることを許容すれば、図９の場合でも、入力電力と演算値とは略線形な関係にある。そのため、このような場合には、所定値Ａを用いて（α×Ｗｓ／Ｗｍａｘ）−Ｖｆｂ−Ａという演算を行えば、上述した例と同様に、入力電力もしくはランプ電力に略比例した演算結果を得られることになる。
【００７２】
また、本実施形態では、電力演算部８３が電力推定部として機能する例を示したが、電力推定部は、電流検出部である検出抵抗４５の検出値を用いて入力電力を精度よく推定できる構成であればよく、演算を行うことは必須ではない。たとえば、電力推定部は、電力設定値と電流検出値との関係から入力電力を近似するテーブルを予め具備し、電力設定値と電流検出値とをテーブルに当てはめることにより入力電力を推定する構成であってもよい。
【００７３】
なお、本実施形態では、光源負荷を放電灯とし、インバータ動作による高周波点灯を行う点灯装置１を例示したが、この構成に限らない。すなわち、点灯装置１は、スイッチング素子に流れる電流の検出値に基づいてオペアンプを用いた周波数制御やパルス幅制御を行い、本実施形態と同様の演算を用いて入力電力もしくはランプ電力に略比例した演算結果を得られる構成であればよい。たとえば、点灯装置１は、照明用の発光ダイオードを光源負荷として、この光源負荷を降圧チョッパ動作によって点灯させる構成であってもよい。
【００７４】
（実施形態２）
本実施形態の点灯装置１は、図１０に示すように出力設定部８の電力演算部８３で演算された結果を受けて演算結果を外部装置に通知する通知部１２が提示部として設けられている。以下、実施形態１と同じ構成については、実施形態１と同一の符号を付し説明を適宜省略する。
【００７５】
本実施形態では、電力演算部８３は、係数αおよび係数γと、最大電力値Ｗｍａｘと電力設定値Ｗｓと電力調整値Ｖｆｂとを用いて次の演算を実行する。
｛（α×Ｗｓ／Ｗｍａｘ）−Ｖｆｂ＋Ｗｓ｝×γ
下記表３，４は、放電灯１１の周囲温度ごとに、入力電力、ランプ電力、電流検出値、電力調整値、電力演算部８３の演算結果、入力電力と演算結果との誤差を示している。これら表３，４は、放電灯１１に蛍光ランプ（ＦＨＦ６３形）を２灯用い、点灯装置１の入力を２００Ｖとして放電灯１１を共振作用により調光点灯させ、放電灯１１の周囲温度が−１０℃から６０℃まで変化した場合の、各値を示している。ここでは、電力演算部８３が係数α＝４．９とし、係数γ＝６２として演算した場合の演算結果を示している。
【００７６】
表３では、調光率１００％（全点灯）であり、出力設定部８はデューティ比１００％のパルス信号を出力し、平滑部において直流３３０ｍＶの電力設定値に変換される。表４では、調光率約２５％の調光点灯であり、出力設定部８はデューティ比５０％のパルス信号を出力し、平滑部において直流１６５ｍＶの電流設定値に変換される。さらに、最大電力設定部８２には、調光１００％時に出力設定部８が出力するデューティ比１００％のパルス信号に対応する直流３３０ｍＶの電力設定値が、最大電力値として予め設定されている。
【００７７】
【表３】
【００７８】
【表４】
【００７９】
表３から、調光率１００％点灯の場合の演算結果は入力電力の略１％以内の誤差で求まり、表４から、調光率約２５％点灯の場合の演算結果は入力電力の略３％以内の誤差で求まることが分かる。
【００８０】
さらに、本実施形態の点灯装置１は、提示部としての通知部１２を備えているので、電力演算部８３の演算結果を通知部１２より外部に通知することができる。通知部１２は、点灯装置１の外部の読出装置に対して通信により演算結果を通知する。
【００８１】
その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【００８２】
ところで、上記各実施形態の点灯装置１は、図１１に示すように、たとえば天井取付型の器具本体１３０に内蔵され、器具本体１３０に保持される光源負荷（放電灯１１）と共に照明器具１３を構成する。点灯装置１と放電灯１１との間の電気的接続は、器具本体１３０に設けられているソケット部１３１，１３２を介して行われる。
【００８３】
このような照明器具１３を複数台備えた照明システムにおいて、システム管理者や使用者は、複数台の照明器具１３の通知部１２から出力される通知信号を数値表示可能なリモコン受信器やパソコンなどを読出装置として用いる。つまり、システム管理者や使用者は、１台の読出装置によって通知部１２からの通知信号を受信し、使用電力量を比較的高精度に把握することができる。このような照明システムも、カレントトランスを用いる場合に比べて安価に構成できる。
【符号の説明】
【００８４】
１ 点灯装置
３ 直流電源回路（直流電源部）
４ 電力変換回路（電力変換部）
６ 制御回路
７ 周波数演算部
１１ 放電灯（光源負荷）
１２ 通知部（提示部）
１３ 照明器具
４２ スイッチング素子
４５ 検出抵抗（電流検出部）
８１ 電力設定部
８３ 電力演算部（電力推定部）
１３０ 器具本体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力電力を測定可能な点灯装置、照明器具、照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、外部電源から供給された電力を適宜変換して負荷に供給するとともに、入力電力（消費電力）を測定して外部へ提示する電源装置が提案されている（たとえば特許文献１，２参照）。これらの電源装置から得られる入力電力の測定結果は、電源装置の使用者や電源装置が取り付けられている設備の管理者などに提示され、無駄な消費電力削減（節電）等に役立てることができる。
【０００３】
入力電力を測定する方法として、一般的にはカレントトランスを用いることが知られているが、カレントトランスは小型化が困難であり且つ比較的高価であるため、個々の電源装置に用いられると電源装置も大型化し高価になる。
【０００４】
一方、カレントトランスを用いずに入力電力を測定可能な構成の点灯装置も提案されている。この点灯装置は、スイッチング素子を含み直流電源部から入力される直流電力を適宜変換して光源負荷に供給する電力変換部と、スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部の検出値を用いて入力電力を求める演算部とを備える。
【０００５】
ここで、電流検出部は、スイッチング素子と直列接続された検出抵抗を含み、スイッチング素子および検出抵抗に流れる電流が大きいほど高くなる値を検出値として出力する。演算部は、電流検出部の検出値Ｖｓと、定数α，βとを用いて、入力電力（消費電力）Ｗｉｎを式Ｗｉｎ＝α×Ｖｓ＋βにより演算する。
【０００６】
この構成では、スイッチング素子に直列に接続される抵抗素子により電流検出部を構成することができるため、点灯装置（電源装置）を比較的小型且つ安価に実現することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭６４−１３６９５号公報
【特許文献２】特許第３１６８８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、光源負荷として代表的な蛍光ランプは、その温度特性により、周囲温度によってインピーダンス（＝ランプ電圧／ランプ電流）が変化し、高温や低温環境下ではランプ電流が増加し、ランプ電力が低下する傾向にあることが知られている。近年注目を浴びている発光ダイオードを用いた光源においても、その温度特性により、周囲温度によってインピーダンスが変化する。そのため、これらの光源負荷を点灯させる点灯装置においては、負荷に流れる電流や電圧が光源のインピーダンス変動に対して所定の特性となるように、フィードバック制御などによって制御性を上げる工夫が為されている。
【０００９】
しかしながら、上述のように式Ｗｉｎ＝α×Ｖｓ＋βにより演算される入力電力Ｗｉｎは、周囲温度変化による入力電力増加に対して信号積分値が低下するような負特性に対応できないため、実際の入力電力との間に比較的大きな誤差を生じる可能性がある。すなわち、光源負荷の周囲温度が一定であれば問題ないが、周囲温度が変化したときには、上述した演算式で求まる入力電力Ｗｉｎの値に十分な精度が出ないことがある。
【００１０】
本発明は上記事由に鑑みて為されており、カレントトランスを用いずに入力電力を測定することができ、且つ光源負荷の周囲温度が変化しても十分な精度で入力電力を求めることができる点灯装置、照明器具、照明システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の点灯装置は、スイッチング素子を含み直流電力を入力として光源負荷に供給される電力をスイッチング素子のオンオフ動作によって調節する電力変換部と、光源負荷に供給される電力の大きさを決定する電力設定値を入力し電力変換部の動作を制御する制御部と、スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部の検出値を用いて入力電力を推定する電力推定部と、電力推定部の推定結果を提示する提示部とを備え、電力推定部は、電力設定値と、電流検出部の出力に対応する電流検出値とを用い、光源負荷の周囲温度の変化に起因して生じる電流検出値の変動分を補正し入力電力を求めることを特徴とする。
【００１２】
この点灯装置において、電力推定部は、光源負荷に供給される電力が最大となるときの電力設定値を最大電力値として用いて電力設定値を正規化するとともに、電力設定値と電流検出値との差分に応じた電力調整値を用いて入力電力を求めることが望ましい。
【００１３】
この点灯装置において、電力推定部は、電力最大値に対する電力設定値の比率に対して、電力調整値よりも大きくなるように予め設定された係数を乗じた値から、電力調整値を減算することにより入力電力に対応する値を求めることがより望ましい。
【００１４】
本発明の照明器具は、上記点灯装置を具備する器具本体と、当該器具本体に保持される光源負荷とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の照明システムは、上記照明器具を複数台備えるとともに、提示部から送出される通知信号を受信して電力推定部の推定結果を読み出す読出装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、カレントトランスを用いずに入力電力を測定することができ、且つ光源負荷の周囲温度が変化しても十分な精度で入力電力を求めることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１の点灯装置の構成を示す概略回路図である。
【図２】同上の要部を示す概略回路図である。
【図３】同上の周波数生成部の動作を示すタイムチャートである。
【図４】同上の入力電力と電流検出値との関係を示す説明図である。
【図５】同上の入力電力と電流検出値との関係を示す模式図である。
【図６】同上の入力電力と電流調整値との関係を示す説明図である。
【図７】（ａ）はα＝４．５のとき、（ｂ）はα＝５のとき、（ｃ）はα＝６のときの入力電力と演算値との関係を示す説明図である。
【図８】同上のα＝５のときのランプ電力と演算値との関係を示す説明図である。
【図９】同上のα＝８のときの入力電力と演算値との関係を示す説明図である。
【図１０】実施形態２の点灯装置の構成を示す概略回路図である。
【図１１】同上の点灯装置を用いた照明器具を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施形態１）
本実施形態の点灯装置１は、図１に示すように、交流電源１００に接続される整流器２と、直流電源回路３と、電力変換回路４と、負荷回路５と、制御回路６と、周波数演算部７と、出力設定部８とを備えている。なお、点灯装置１は、図１中の交流電源１００および放電灯１１については構成要素に含まない。
【００１９】
直流電源回路（直流電源部）３は、平滑用コンデンサ（図示せず）を具備し、整流器２の出力に接続されることにより、整流器２から出力される全波整流電圧を平滑化する。したがって、交流電源１００が投入されると、直流電源回路３からは平滑された直流電圧が出力され、この直流電圧は後段の電力変換回路（電力変換部）４へ印加される。なお、直流電源回路３は、少なくとも平滑用コンデンサを備える構成であればよく、特定の具体的構成に限定されない。
【００２０】
電力変換回路４は、直流電源回路３の出力端間に直列接続された一対のスイッチング素子４１，４２を有している。各スイッチング素子４１，４２はそれぞれＭＯＳＦＥＴからなる。これら一対のスイッチング素子４１，４２は、制御回路６から出力される駆動信号に応じて交互にオンオフすることにより、負荷回路５へ高周波電力を供給する。
【００２１】
負荷回路５は、スイッチング素子４２に並列接続されており、直流カットコンデンサ５１と共振用インダクタ５２と共振用コンデンサ５３との直列回路を有している。点灯装置１の負荷（光源負荷）としての放電灯１１は、共振用コンデンサ５３と並列に接続される。
【００２２】
また、点灯装置１は、放電灯１１のフィラメントを予熱するための予熱回路９をさらに備え、この予熱回路９もスイッチング素子４２に並列接続されている。予熱回路９は、電力変換回路４の出力にコンデンサ９１を介して一次巻線が接続された予熱トランス９２を具備し、予熱トランス９２の二次巻線からコンデンサ９３とコンデンサ９４とを介して、放電灯１１の各フィラメントに予熱電流を供給する。
【００２３】
さらに、図１の例では、制御回路６へ制御電源電圧Ｖｃｃ１を供給する制御電源回路１０もスイッチング素子４２に並列接続されている。制御電源回路１０は、電力変換回路４のスイッチング動作に応じてコンデンサ１０１の両端間に制御電源電圧を生成し、ツェナダイオード１０２のツェナ電圧によって所望のレベルに電圧クランプする。ただし、制御電源回路１０は、電力変換回路４のスイッチング動作に応じて制御電源を生成できる構成であればよく、具体的な回路構成は図１の構成に限らない。
【００２４】
制御回路６は、主にドライブ部６１、基準電源生成部６２、周波数生成部６３で構成される。基準電源生成部６２は、制御回路６に入力される制御電源電圧Ｖｃｃ１を入力し、周波数生成部６３や後述する周波数演算部７や出力設定部８へ出力する電源電圧Ｖｃｃ２を生成する。基準電源生成部６２は、ツェナダイオードやバンドギャップを用いて一定電圧（電源電圧Ｖｃｃ２）を生成できるような構成であればよく、特定の具体的構成に限定されない。
【００２５】
周波数生成部６３は、電力変換回路４のスイッチング素子４１，４２へ出力される駆動信号の周波数を決めている。この周波数生成部６３は、図２に示すように、定電圧バッファ部を構成するオペアンプ６３１と、出力トランジスタ６３０と、カレントミラー６３２と、コンパレータ６３３とを有している。カレントミラー６３２は、オペアンプ６３１の出力に応じて、出力トランジスタ６３０を通して負荷部（ここでは抵抗６３４等）に流れる電流を元に、コンデンサ６３５へ流れる電流値を決める。コンパレータ６３３は、コンデンサ６３５の両端電圧と所定のしきい値とを比較してコンデンサ６３５に流れる充放電電流を制御する。
【００２６】
コンデンサ６３５の両端電圧が所定のしきい値Ｖｒｅｆ２より低い場合、抵抗６３４には、定電圧バッファ部の出力電圧Ｖｒｅｆ１と抵抗６３４の抵抗値とによって決まる電流が流れる。この電流が、所定のミラー比を持つカレントミラー６３２を介してコンデンサ６３５を一定電流にて充電する。一方、コンデンサ６３５の両端電圧がしきい値Ｖｒｅｆ２に達すると、コンパレータ６３３の「＋」入力が、トランスファゲート部６３６によってしきい値Ｖｒｅｆ３へ切り替えられる。さらに、コンパレータ６３３の出力によってスイッチング素子６３７がオフされ、コンデンサ６３５が一定電流で放電を開始する。
【００２７】
すなわち、コンパレータ６３３の出力が図３（ｂ）に示すように「Ｈ」・「Ｌ」間で切り替わるのに合わせて、コンデンサ６３５の両端電圧は充放電の切り替えに伴い図３（ａ）に示すような三角波状波形となる。
【００２８】
ここにおいて、オペアンプ６３１の出力に応じて出力トランジスタ６３０に流れる電流が大きければ、コンデンサ６３５の充放電電流値も大きくなり、図３（ａ）の三角波の傾きも大きくなって、三角波の周波数は高くなる。このように、周波数生成部６３は、コンデンサ６３５の両端電圧と所定のしきい値とを比較して、コンデンサ６３５に流れる充放電電流を制御するコンパレータ６３３を用いた発振器によって、三角波の周波数を制御している。
【００２９】
コンパレータ６３３の出力電圧は、後段のカウンタ部６３８およびデッドタイム部６３９に入力される。図２では具体的回路は図示していないが、カウンタ部６３８は入力信号の立ち下りエッジで出力が反転するよう構成されることで、図３（ｃ）に示すような矩形波のカウンタ信号を生成する。カウンタ部６３８で生成されたカウンタ信号はデッドタイム部６３９に入力され、デッドタイム部６３９においてスイッチング素子４１，４２が同時オンしないように休止期間を持った２つの駆動信号が生成される。
【００３０】
デッドタイム部６３９は、コンデンサなどの遅延要素と論理素子との組み合わせにより、図３（ｄ）に示すようにカウンタ信号の立ち上がりから期間ｔｄの間「Ｌ」を維持するような第１駆動信号を生成する。デッドタイム部６３９は、この第１駆動信号を、ドライブ部６１を構成する第１ドライブ部６１１へ出力する。第１ドライブ部６１１は、第１駆動信号を受けて、抵抗４３（図１参照）を介してスイッチング素子４２を駆動する。
【００３１】
また、デッドタイム部６３９は、図３（ｃ）のカウンタ信号を反転した信号を用いて、反転信号の立ち上がりから期間ｔｄの間「Ｌ」を維持する第２駆動信号を生成し、ドライブ部６１を構成する第２ドライブ部６１２へ出力する。第２ドライブ部６１２は、第２駆動信号を受けて、抵抗４４（図１参照）を介してスイッチング素子４１を駆動する。つまり、期間ｔｄは駆動信号の休止期間となる。
【００３２】
次に、周波数演算部７について図２を参照して説明する。周波数演算部７は、図２に示すように、主にオペアンプ７１と、オペアンプ７１の反転入力端−出力端間に接続されたコンデンサ７２とを有し積分器を構成する。オペアンプ７１の出力電圧を、以下では電力調整値という。
【００３３】
後述する出力設定部８を構成する電力設定部８１からパルス信号が出力され、このパルス信号が抵抗７３，７４、コンデンサ７５で構成される平滑部によって直流に変換された直流電圧が、電力設定値としてオペアンプ７１の非反転入力端へ入力される。電力設定部８１が出力するパルス信号は、電力設定部８１の内部で決定され、または外部で操作可能な調光信号生成装置から入力される調光信号に基づいて決定される調光率に対応するデューティ比を持つ。
【００３４】
一方、オペアンプ７１の反転入力端へは、電力変換回路４の低圧側のスイッチング素子４２と直列に接続された検出抵抗（電流検出部）４５の両端電圧が、抵抗７６を介して入力される。検出抵抗４５は、スイッチング素子４２に流れる電流を検出するように、スイッチング素子４２の低圧側（ソース）と直流電源回路３の負極側の出力端との間に挿入されている。これにより、オペアンプ７１の反転入力端には、スイッチング素子４２を流れる電流に相当する電流検出値（検出抵抗４５の両端電圧の積分値）が、入力されることになる。
【００３５】
オペアンプ７１の出力端は、周波数生成部６３を構成するオペアンプ６３１の出力端に接続された出力トランジスタ６３０へ、ダイオード７７と抵抗７８とを介して接続される。
【００３６】
上記構成により、オペアンプ７１は、非反転入力端へ入力される電力設定値よりも、反転入力端へ入力される電流検出値が大きい場合には、出力電圧（電力調整値）が低下する。オペアンプ７１の出力電圧（電力調整値）が低下すると、ダイオード７７と抵抗７８とを介してオペアンプ７１の出力端に引き抜かれる電流が増加する。そのため、周波数生成部６３を構成する出力トランジスタ６３０を流れる電流が増加して、電力変換回路４へ供給される駆動信号の周波数が高くなり、負荷回路５の共振作用によって負荷回路５で消費される電力が減少する。
【００３７】
一方、電力設定値に対して電流検出値の積分値が小さい場合には、オペアンプ７１の出力電圧（電力調整値）は上昇し、電力変換回路４へ供給される駆動信号の周波数が低くなるため、負荷回路５で消費される電力が増大する。
【００３８】
このように、周波数演算部７は、オペアンプ７１の出力する電力調整値の増減に応じて、電力変換回路の動作周波数（スイッチング周波数）を変化させ、負荷回路５の消費電力を所望の値となるよう制御する。要するに、制御回路６および周波数演算部７は、放電灯１１に供給される電力（ランプ電力）の大きさを決定する電力設定値を入力し、電力変換回路４の動作を制御する制御部を構成する。
【００３９】
次に、出力設定部８について説明する。出力設定部８は、図１に示すように、調光率に対応したデューティ比を持つパルス信号を生成する電力設定部８１と、最大電力値を記憶する最大電力設定部８２と、所定の演算を実施する電力演算部８３とから構成される。
【００４０】
最大電力設定部８２は、負荷回路５で消費される電力値が最大となるときに電力設定部８１から出力されるパルス信号に対応する最大電力値を予め記憶する。
【００４１】
電力演算部８３は、電力設定部８１の出力（電力設定値）と、最大電力設定部８２の出力（最大電力値）と、さらに上述の周波数演算部７から入力される電力調整値とを入力として、所定の演算を実施し、点灯装置１の入力電力を推定する。すなわち、電力演算部８３は、電流検出部である検出抵抗４５の検出値を用いて入力電力を推定する電力推定部として機能する。
【００４２】
以下、電力演算部８３が点灯装置１の入力電力を求める動作について、表１，２および図４〜６を参照して説明する。
【００４３】
表１，２は、放電灯１１の周囲温度ごとに、入力電力（消費電力）、ランプ電力、電流検出値、電力調整値、電力演算部８３の演算結果を示している。ここでは、表１，２は、放電灯１１に蛍光ランプ（ＦＨＦ６３形）を２灯用い、点灯装置１の入力を２００Ｖとして放電灯１１を共振作用により調光点灯させ、放電灯１１の周囲温度が−１０℃から６０℃まで変化した場合の、各値を示している。ここでいう電流検出値は、図１の検出抵抗４５の両端電圧を平均化した数値であり、微小な値であり測定誤差も含まれている。電力調整値は、周波数演算部７を構成するオペアンプ７１の出力電圧である。
【００４４】
表１では、調光率１００％（全点灯）であり、出力設定部８はデューティ比１００％のパルス信号を出力し、平滑部において直流３３０ｍＶの電力設定値に変換される。表２では、調光率約２５％の調光点灯であり、出力設定部８はデューティ比５０％のパルス信号を出力し、平滑部において直流１６５ｍＶの電流設定値に変換される。さらに、最大電力設定部８２には、調光１００％時に出力設定部８が出力するデューティ比１００％のパルス信号に対応する直流３３０ｍＶの電力設定値が、最大電力値として予め設定されている。
【００４５】
【表１】
【００４６】
【表２】
【００４７】
図４は、表１（調光率１００％時）と表２（調光率約２５％時）とのそれぞれについて、入力電力と電流検出値との関係を示している。図４中、表１の測定データは菱形のマークで示され、表２の測定データは正方形のマークで示されている。
【００４８】
ここで、図５に入力電力と電流検出値との関係を簡略化して示す。
【００４９】
放電灯１１の周囲温度が一定であれば、調光率が変化すると、入力電力の増加に応じて信号積分値もやや曲線的に増大する（正特性）。図５における「Ｘ」は、周囲温度が２５℃の環境下において調光率が約２０％から１００％に変化したときの入力電力と電流検出値との関係を表している。
【００５０】
一方、調光率１００％の状態で、放電灯１１の周囲温度が−１０℃から７５℃まで変化した場合、放電灯１１の温度特性によって入力電力が増減するが、電流検出値は、図５に「Ｙ」で示す領域のように入力電力の増加に応じて低下する負特性の傾向にある。調光率約２０％の状態で、放電灯１１の周囲温度が−１０℃から７５℃まで変化した場合においても、図５に「Ｚ」で示す領域のように、電流検出値は入力電力の増加に応じて低下する負特性の傾向にある。
【００５１】
なお、図５中において、調光率１００％あるいは２０％付近での入力電力と電流検出値との関係が長円形の領域「Ｙ」、「Ｚ」で示されているのは、検出抵抗４５が比較的低い抵抗値とされ、検出電流値が微小な値であって測定誤差も多いためである。検出抵抗４５が低抵抗とされているのは、検出抵抗４５の大型化を避け、さらにスイッチング素子４２がオンしている際に、ソース電位が高くなることによってゲート駆動電圧が不足しないようにするためである。
【００５２】
電流検出値と入力電力との関係が図５に「Ｙ」や「Ｚ」で示すような傾向を示す主な要因としては、温度特性によって放電灯１１のインピーダンスが変化し、共振作用による有効電流と無効電流とのバランスが変わることが考えられる。
【００５３】
つまり、高温あるいは低温環境下では、ランプ電流が増大し、ランプ電力が低下すなわちランプ電圧が低下するが、放電灯１１には共振用コンデンサ５３が並列接続されているため、ランプ電圧が低下すると無効電流が低減することになる。言い換えれば、温度特性によって放電灯１１のインピーダンスが低下し、放電灯１１と共振用コンデンサ５３との並列回路を流れる無効電流が低減する。一方、ランプ電流の増大時には有効電流は増大する。
【００５４】
結果的に、有効電流と無効電流との合成電流は増加しやすく、回路部品の損失は増大する。これに対して、ランプ電力は上述のように低下しているため、入力電力の増加に対して電流検出値が低下する傾向となる。
【００５５】
以上のことから、背景技術の欄で説明したように入力電力Ｗｉｎを式Ｗｉｎ＝α×Ｖｓ＋βにより演算すると、放電灯１１の周囲温度が一定であるならば演算が可能であるが、周囲温度変化による入力電力増加に対する電流検出値の低下分には対応できない。したがって、放電灯１１の周囲温度が変化したときには、求まる入力電力Ｗｉｎの値に十分な精度が出ないことがある。
【００５６】
また、点灯装置１を器具本体に備えた照明器具には様々な形態があり、照明器具をたとえば周囲温度２５℃の条件下で動作させても、放電灯１１の周囲温度は照明器具の形態によってばらつくことになる。そのため、照明器具の周囲温度が一定であっても、照明器具の形態によっては入力電力の値に十分な精度が出ないことがある。
【００５７】
さらに、上述の演算式に用いる定数α，βを予め複数設定し、温度検出部（図示せず）によって検出される温度に対応したα，βを適宜選択するような構成も考えられ、マイコンを用いればこのような構成も比較的容易に実現可能ではある。しかし、上記説明から明らかなように、温度検出部は放電灯１１の近傍に配置されなければ意味を為さないため、照明器具の器具本体に温度検出部を取り付ける構造が必要となり、照明器具が高価になる。さらに、定数α，βを予め複数記憶するために記憶容量が比較的大きなマイコンを用いる必要がある。
【００５８】
これに対して、本実施形態の点灯装置１においては、電力演算部８３は、電力設定値と検出抵抗４５の出力に対応する電流検出値とを用い、放電灯１１の周囲温度の変化に起因して生じる電流検出値の変動分を補正して入力電力を求める。さらに、本実施形態では、電力演算部８３は、放電灯１１に供給される電力が最大となるときの電力設定値である最大電力値を用いて電力設定値を正規化するとともに、電力設定値と電流検出値との差分に応じた電力調整値を用いて入力電力を求める。
【００５９】
具体的には、電力演算部８３は、電力設定値Ｗｓと、係数αと、最大電力設定部８２で設定される最大電力値Ｗｍａｘとを用いて、式α×Ｗｓ／Ｗｍａｘで表される第１の演算を実行する。さらに、電力演算部８３は、第１の演算結果から電力調整値Ｖｆｂを減ずる第２の演算を実行する。つまり、電力演算部８３は、式（α×Ｗｓ／Ｗｍａｘ)−Ｖｆｂで表される演算を行い、この結果を演算値（演算結果）として出力する。
【００６０】
図６は、表１（調光率１００％時）と表２（調光率約２５％時）とのそれぞれについて、入力電力と電力調整値との関係を示している。図６中、表１の測定データは菱形のマークで示され、表２の測定データは正方形のマークで示されている。本実施形態では、周波数生成部６３を構成するオペアンプ６３１の出力電圧Ｖｒｅｆ１を３．５Ｖとし、オペアンプ７１の出力電圧（電力調整値）が常に出力電圧Ｖｒｅｆ１（３．５Ｖ）より低くなるよう設定されている。図６で示す入力電力と電力調整値との関係にも、図５で説明した負特性の傾向と同様の傾向がみられる。
【００６１】
ここで、表１，２の演算結果の欄には、電力演算部８３が上記演算（第１および第２の演算）を係数α＝５として行ったときの演算結果（演算値）を示している。
【００６２】
また、電力演算部８３が上記演算（第１および第２の演算）を係数α＝４．５、５、６として行ったときの演算値と入力電力との関係を図７（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示す。
【００６３】
係数α＝４．５のときには、図７（ａ）に示すように、演算値は、０［Ｗ］と最大電力値（１３９．９［Ｗ］）とを結ぶ直線（以下、「基準線」という）より低くなる傾向がある。一方、係数α＝６のときは、図７（ｃ）に示すように、基準線より演算値が高くなる傾向がある。基準線と演算値とが比較的高精度で一致するのは、係数α＝５前後のときであり、係数α＝５のときの入力電力と演算値とは図７（ｂ）に示すような関係となる。
【００６４】
ここにおいて、係数αは、周波数生成部６３を構成するオペアンプ６３１の出力電圧Ｖｒｅｆ１（ここでは３．５Ｖ）より高い値の中から、目標とする電力演算精度や使用する負荷の種類、周波数演算部７の回路定数に応じて選定される。オペアンプ７１の出力電圧（電力調整値）はオペアンプ６３１の出力電圧Ｖｒｅｆ１より低くなるよう設定されているので、係数αは少なくとも電力調整値よりも大きな値に設定されることになる。
【００６５】
また、電力演算部８３の演算値は、点灯装置１の入力電力だけでなく、図８に示すようにランプ電力に対しても略比例する関係にある。図８は、電力演算部８３が係数α＝５として上記演算を行ったときの演算値とランプ電力との関係を表している。
【００６６】
上述のようにして求められた電力演算部８３の演算結果（あるいは演算結果から推定される入力電力もしくはランプ電力）は、点灯装置１の提示部（図示せず）から提示される。提示部は、表示あるいは音声といった方法で、演算結果を点灯装置１の使用者等に対して提示する。これにより、使用者等は、提示された演算結果を、無駄な消費電力削減（節電）等に役立てることができる。
【００６７】
以上説明した本実施形態の点灯装置１によれば、電力演算部８３が、検出抵抗４５の出力に対応する電流検出値を用いて、入力電力を求めるので、カレントトランスを用いずに入力電力を測定することができる。さらに、電力演算部８３は、電力設定値と電流検出値とを用い、放電灯１１の周囲温度の変化に起因して生じる電流検出値の変動分を補正しているので、入力電力もしくはランプ電力に略比例した演算結果が高精度で得られる。要するに、電力演算部８３は、電流検出値だけでなく、放電灯１１に供給される電力の大きさを決定する電力設定値をも用いることにより、電流検出値と電力設定値との関係から、周囲温度の変化に起因した電流検出値の変動分を補正して入力電力を求めることができる。
【００６８】
しかも、電力演算部８３は、放電灯１１に供給される電力が最大となるときの電力設定値である最大電力値を用いて電力設定値を正規化するとともに、電力設定値と電流検出値との差分に応じた電力調整値を用いて入力電力を求めている。そのため、電力演算部８３は、比較的簡単な演算でありながらも、比較的精度よく入力電力を求めることができる。
【００６９】
すなわち、電力演算部８３は、最大電力値Ｗｍａｘと電力設定値Ｗｓと電力調整値Ｖｆｂとを用いて、式（α×Ｗｓ／Ｗｍａｘ)−Ｖｆｂで表される演算を行えばよいので、四則演算のみの簡単な演算で、入力電力に略比例した演算結果を得ることができる。したがって、電力演算部８３は、マイコンを用いなくても、簡単な論理素子等の組み合わせにより実現することができる。
【００７０】
なお、電力演算部８３が行う演算は、最大電力値Ｗｍａｘと電力設定値Ｗｓと電力調整値Ｖｆｂとを用いた演算であればよく、上述した演算式に限らない。つまり、電力演算部８３は、たとえば係数βを用いて式（Ｗｓ／Ｗｍａｘ)−（β×Ｖｆｂ）で表される演算を行っても、上述した例と同様に、入力電力もしくはランプ電力に略比例した演算結果を得られることは明らかである。
【００７１】
さらに、上述の式（α×Ｗｓ／Ｗｍａｘ)−Ｖｆｂを用いて、係数α＝８とした場合について、入力電力と演算結果（演算値）との関係を図９に示す。入力電力が０のときに演算値が０にならないこと、および演算精度が若干低くなることを許容すれば、図９の場合でも、入力電力と演算値とは略線形な関係にある。そのため、このような場合には、所定値Ａを用いて（α×Ｗｓ／Ｗｍａｘ）−Ｖｆｂ−Ａという演算を行えば、上述した例と同様に、入力電力もしくはランプ電力に略比例した演算結果を得られることになる。
【００７２】
また、本実施形態では、電力演算部８３が電力推定部として機能する例を示したが、電力推定部は、電流検出部である検出抵抗４５の検出値を用いて入力電力を精度よく推定できる構成であればよく、演算を行うことは必須ではない。たとえば、電力推定部は、電力設定値と電流検出値との関係から入力電力を近似するテーブルを予め具備し、電力設定値と電流検出値とをテーブルに当てはめることにより入力電力を推定する構成であってもよい。
【００７３】
なお、本実施形態では、光源負荷を放電灯とし、インバータ動作による高周波点灯を行う点灯装置１を例示したが、この構成に限らない。すなわち、点灯装置１は、スイッチング素子に流れる電流の検出値に基づいてオペアンプを用いた周波数制御やパルス幅制御を行い、本実施形態と同様の演算を用いて入力電力もしくはランプ電力に略比例した演算結果を得られる構成であればよい。たとえば、点灯装置１は、照明用の発光ダイオードを光源負荷として、この光源負荷を降圧チョッパ動作によって点灯させる構成であってもよい。
【００７４】
（実施形態２）
本実施形態の点灯装置１は、図１０に示すように出力設定部８の電力演算部８３で演算された結果を受けて演算結果を外部装置に通知する通知部１２が提示部として設けられている。以下、実施形態１と同じ構成については、実施形態１と同一の符号を付し説明を適宜省略する。
【００７５】
本実施形態では、電力演算部８３は、係数αおよび係数γと、最大電力値Ｗｍａｘと電力設定値Ｗｓと電力調整値Ｖｆｂとを用いて次の演算を実行する。
｛（α×Ｗｓ／Ｗｍａｘ）−Ｖｆｂ＋Ｗｓ｝×γ
下記表３，４は、放電灯１１の周囲温度ごとに、入力電力、ランプ電力、電流検出値、電力調整値、電力演算部８３の演算結果、入力電力と演算結果との誤差を示している。これら表３，４は、放電灯１１に蛍光ランプ（ＦＨＦ６３形）を２灯用い、点灯装置１の入力を２００Ｖとして放電灯１１を共振作用により調光点灯させ、放電灯１１の周囲温度が−１０℃から６０℃まで変化した場合の、各値を示している。ここでは、電力演算部８３が係数α＝４．９とし、係数γ＝６２として演算した場合の演算結果を示している。
【００７６】
表３では、調光率１００％（全点灯）であり、出力設定部８はデューティ比１００％のパルス信号を出力し、平滑部において直流３３０ｍＶの電力設定値に変換される。表４では、調光率約２５％の調光点灯であり、出力設定部８はデューティ比５０％のパルス信号を出力し、平滑部において直流１６５ｍＶの電流設定値に変換される。さらに、最大電力設定部８２には、調光１００％時に出力設定部８が出力するデューティ比１００％のパルス信号に対応する直流３３０ｍＶの電力設定値が、最大電力値として予め設定されている。
【００７７】
【表３】
【００７８】
【表４】
【００７９】
表３から、調光率１００％点灯の場合の演算結果は入力電力の略１％以内の誤差で求まり、表４から、調光率約２５％点灯の場合の演算結果は入力電力の略３％以内の誤差で求まることが分かる。
【００８０】
さらに、本実施形態の点灯装置１は、提示部としての通知部１２を備えているので、電力演算部８３の演算結果を通知部１２より外部に通知することができる。通知部１２は、点灯装置１の外部の読出装置に対して通信により演算結果を通知する。
【００８１】
その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【００８２】
ところで、上記各実施形態の点灯装置１は、図１１に示すように、たとえば天井取付型の器具本体１３０に内蔵され、器具本体１３０に保持される光源負荷（放電灯１１）と共に照明器具１３を構成する。点灯装置１と放電灯１１との間の電気的接続は、器具本体１３０に設けられているソケット部１３１，１３２を介して行われる。
【００８３】
このような照明器具１３を複数台備えた照明システムにおいて、システム管理者や使用者は、複数台の照明器具１３の通知部１２から出力される通知信号を数値表示可能なリモコン受信器やパソコンなどを読出装置として用いる。つまり、システム管理者や使用者は、１台の読出装置によって通知部１２からの通知信号を受信し、使用電力量を比較的高精度に把握することができる。このような照明システムも、カレントトランスを用いる場合に比べて安価に構成できる。
【符号の説明】
【００８４】
１ 点灯装置
３ 直流電源回路（直流電源部）
４ 電力変換回路（電力変換部）
６ 制御回路
７ 周波数演算部
１１ 放電灯（光源負荷）
１２ 通知部（提示部）
１３ 照明器具
４２ スイッチング素子
４５ 検出抵抗（電流検出部）
８１ 電力設定部
８３ 電力演算部（電力推定部）
１３０ 器具本体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を含み直流電力を入力として光源負荷に供給される電力を前記スイッチング素子のオンオフ動作によって調節する電力変換部と、前記光源負荷に供給される電力の大きさを決定する電力設定値を入力し前記電力変換部の動作を制御する制御部と、前記スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部の検出値を用いて入力電力を推定する電力推定部と、前記電力推定部の推定結果を提示する提示部とを備え、
前記電力推定部は、前記電力設定値と、前記電流検出部の出力に対応する電流検出値とを用い、前記光源負荷の周囲温度の変化に起因して生じる前記電流検出値の変動分を補正し前記入力電力を求めることを特徴とする点灯装置。
【請求項２】
前記電力推定部は、前記光源負荷に供給される電力が最大となるときの前記電力設定値を最大電力値として用いて前記電力設定値を正規化するとともに、前記電力設定値と前記電流検出値との差分に応じた電力調整値を用いて前記入力電力を求めることを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
【請求項３】
前記電力推定部は、前記電力最大値に対する前記電力設定値の比率に対して、前記電力調整値よりも大きくなるように予め設定された係数を乗じた値から、前記電力調整値を減算することにより前記入力電力に対応する値を求めることを特徴とする請求項２記載の点灯装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の点灯装置を具備する器具本体と、当該器具本体に保持される光源負荷とを備えることを特徴とする照明器具。
【請求項５】
請求項４記載の照明器具を複数台備えるとともに、前記提示部から送出される通知信号を受信して前記電力推定部の推定結果を読み出す読出装置を備えることを特徴とする照明システム。
【請求項１】
スイッチング素子を含み直流電力を入力として光源負荷に供給される電力を前記スイッチング素子のオンオフ動作によって調節する電力変換部と、前記光源負荷に供給される電力の大きさを決定する電力設定値を入力し前記電力変換部の動作を制御する制御部と、前記スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部の検出値を用いて入力電力を推定する電力推定部と、前記電力推定部の推定結果を提示する提示部とを備え、
前記電力推定部は、前記電力設定値と、前記電流検出部の出力に対応する電流検出値とを用い、前記光源負荷の周囲温度の変化に起因して生じる前記電流検出値の変動分を補正し前記入力電力を求めることを特徴とする点灯装置。
【請求項２】
前記電力推定部は、前記光源負荷に供給される電力が最大となるときの前記電力設定値を最大電力値として用いて前記電力設定値を正規化するとともに、前記電力設定値と前記電流検出値との差分に応じた電力調整値を用いて前記入力電力を求めることを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
【請求項３】
前記電力推定部は、前記電力最大値に対する前記電力設定値の比率に対して、前記電力調整値よりも大きくなるように予め設定された係数を乗じた値から、前記電力調整値を減算することにより前記入力電力に対応する値を求めることを特徴とする請求項２記載の点灯装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の点灯装置を具備する器具本体と、当該器具本体に保持される光源負荷とを備えることを特徴とする照明器具。
【請求項５】
請求項４記載の照明器具を複数台備えるとともに、前記提示部から送出される通知信号を受信して前記電力推定部の推定結果を読み出す読出装置を備えることを特徴とする照明システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−７４１５６（Ｐ２０１２−７４１５６Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１６２００（Ｐ２０１０−２１６２００）
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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