点灯装置および照明装置
【課題】共振回路が寿命末期に至ったことを正確に推定できる点灯装置および照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置は、高周波でスイッチングされるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、および当該スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を介して入力される高周波により励振される共振回路４を具備し、当該共振回路４により生成される高周波電力を供給してランプＬＡを点灯させる点灯装置Ａと、共振回路４の異常の有無を点検するための擬似負荷回路７と、共振回路４に接続される回路を、点灯モードではランプＬＡを含む負荷回路に切り替えるとともに、点検モードでは擬似負荷回路７に切り替える切替スイッチ回路６および切替制御回路８と、点検モードにおいて共振回路４の異常の有無を検出するインバータ制御回路５とを備えている。
【解決手段】照明装置は、高周波でスイッチングされるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、および当該スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を介して入力される高周波により励振される共振回路４を具備し、当該共振回路４により生成される高周波電力を供給してランプＬＡを点灯させる点灯装置Ａと、共振回路４の異常の有無を点検するための擬似負荷回路７と、共振回路４に接続される回路を、点灯モードではランプＬＡを含む負荷回路に切り替えるとともに、点検モードでは擬似負荷回路７に切り替える切替スイッチ回路６および切替制御回路８と、点検モードにおいて共振回路４の異常の有無を検出するインバータ制御回路５とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点灯装置および照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、蛍光ランプやＨＩＤランプなどを使用した照明器具が提供されているが、これらの照明器具では、ランプが寿命に達すると点灯しなくなったり、点灯しにくくなったりし、あるいは初期段階の明るさが得られなくなることから、ランプが寿命に達したことを知ることができ、ランプ交換を行うことで初期性能を維持することが可能である。
【０００３】
一方、ランプを点灯させるための点灯装置や器具本体にも寿命があり、例えば金属部品の疲労や酸化、プラスチック部品の劣化や変色や破損、さらには点灯装置の構成部品（例えば電解コンデンサやコイルなど）の劣化や絶縁性能の低下などによって現れる。しかしながら、ランプが正常に点灯している間は使用者がこれらに気づくことはなく、そのまま使い続けることが多い。そして、寿命を超えて使い続けることで照明としての適正な性能が得られないばかりか、劣化した部位によっては器具の破損や落下、焼損などの不安全状態を引き起こす危険性がある。
【０００４】
そこで、上記のような不安全状態を回避するために、ランプの累積点灯時間から点灯装置の寿命を推定するものが提供されている（例えば特許文献１参照）。この点灯装置では、ランプの点灯時間を積算し、その積算結果が所定の基準値を越えると寿命であると判断し、ランプへの印加電圧の電圧値を低下させたり、発振を停止する保護動作を行うとともに、寿命が来たことを外部に報知するのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１８５３７４号公報（段落［００２０］−段落［００３１］、及び、第１，２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献１に示した点灯装置では、ランプの累積点灯時間から点灯装置の寿命を推定するものであるから、実際の寿命と必ずしも一致するものではない。また、点灯装置の寿命は、使用場所の周囲温度や器具の形状、照度レベル、電源電圧などによっても変わるため、ランプの累積点灯時間から寿命を推定することに対しては一部合理性に欠ける面も否めない。したがって、点灯装置を構成する電子部品が経年劣化によってその初期性能が維持できなくなった時点、あるいはその直前の状態を点灯装置の寿命として推定するのが望ましい。
【０００７】
その一例として、点灯装置を構成する共振回路の出力電圧を検出し、この検出電圧から寿命を推定することも可能であるが、ランプが接続された状態ではランプの経年劣化や性能のばらつき、あるいは周囲温度などによっても出力電圧が変化するため、共振回路の劣化のみに起因する電圧変化を検出できず、結果的に点灯装置の寿命を正確に推定できないものであった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、共振回路が寿命末期に至ったことを正確に推定できる点灯装置および照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、高周波でスイッチングされるスイッチング素子、および当該スイッチング素子を介して入力される高周波により励振される共振回路を具備し、当該共振回路により生成される高周波電力を供給してランプを点灯させる点灯装置と、共振回路の異常の有無を点検するための擬似負荷回路と、共振回路に接続される回路を、点灯モードではランプを含む負荷回路に切り替えるとともに、点検モードでは擬似負荷回路に切り替える切替回路と、点検モードにおいて共振回路の異常の有無を検出する点検回路とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、点検回路は、電源投入後の所定期間に点検モードを実行することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、ランプが交換されたことを検出するランプ交換検出手段を備え、点検回路は、ランプ交換検出手段によりランプが交換されたことを検出した後、最初の電源投入後の所定期間に点検モードを実行することを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、共振回路の異常の有無を点検するための点検信号を外部から入力する点検信号入力手段を備え、点検回路は、点検信号入力手段からの点検信号が入力されると点検モードを実行することを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、ランプの累積点灯時間を計時する累積点灯時間計時手段を備え、点検回路は、累積点灯時間計時手段により計時された累積点灯時間が所定の基準値に到達した後、最初の電源投入後の所定期間に点検モードを実行することを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明は、擬似負荷回路は、少なくとも１つのインピーダンス素子で構成されることを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明は、点検モードにおける点灯回路の動作周波数が、共振回路の共振周波数付近の周波数に設定されることを特徴とする。
【００１６】
請求項８の発明は、ランプは、フィラメント電極を有する放電ランプからなり、点灯開始時にランプのフィラメント電極に予熱電流を流す予熱モード、および放電を開始させるための高電圧をランプに印加する始動モードを経て安定点灯モードに移行するようにスイッチング素子を制御する制御回路を備え、当該制御回路は、点検モードにおける点灯回路の動作周波数が、始動モードにおける動作周波数と等しくなるように設定することを特徴とする。
【００１７】
請求項９の発明は、点検モードにおける共振回路の出力特性が所定の規格値を満足しない場合にはランプへの電力供給を停止させる保護手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０の発明は、擬似負荷回路および切替回路のうち少なくとも何れか一方を点灯装置に設けたことを特徴とする。
【００１９】
請求項１１の発明は、高周波でスイッチングされるスイッチング素子、および当該スイッチング素子を介して入力される高周波により励振される共振回路を具備し、当該共振回路により生成される高周波電力を供給してランプを点灯させる点灯回路部と、共振回路の異常の有無を点検するための擬似負荷回路と、共振回路に接続される回路を、点灯モードではランプを含む負荷回路に切り替えるとともに、点検モードでは擬似負荷回路に切り替える切替回路とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
ランプを接続した状態で共振回路の電気的特性の変化を検出する場合には、ランプの劣化や性能のばらつき、あるいは周囲温度などによっても電気的特性が変化するため、共振回路の劣化のみに起因する電気的特性の変化を検出することはできないが、請求項１の発明によれば、共振回路に接続される回路を擬似負荷回路に切り替えることによって、上記の不安定要因を排除して共振回路の劣化のみに起因する電気的特性の変化を検出することができるので、この特性変化から共振回路が寿命末期に至ったことを正確に推定することができる。また、切替回路を設けることによって、この切替回路に入力される信号に応じて任意のタイミングで擬似負荷回路に切り替えることができるので、所望のタイミングで共振回路の寿命を点検することができるという効果がある。
【００２１】
請求項２の発明によれば、ランプを点灯させる際には必ず点検モードを実行することになるので、共振回路が寿命末期に至ったことを正確に推定できるとともに早期発見が可能であるという効果がある。
【００２２】
請求項３の発明によれば、ランプ交換後の最初の点灯時には点検モードを実行することになり、またランプの交換サイクルに比べて共振回路の寿命の方が長いので、点検回数を減らしつつも共振回路が寿命末期に至ったことを正確に推定することができるという効果がある。
【００２３】
請求項４の発明によれば、点検信号入力手段からの点検信号に応じて点検モードを実行するので、所望のタイミングで点検モードを実行することができるという効果がある。
【００２４】
請求項５の発明によれば、ランプの推定寿命時間に応じて点検モードを実行することになり、またランプの交換サイクルに比べて共振回路の寿命の方が長いので、点検回数を減らしつつも共振回路が寿命末期に至ったことを正確に推定することができるという効果がある。
【００２５】
請求項６の発明によれば、インピーダンスが大きい素子を用いた場合には共振回路における共振特性が急峻になるので、共振回路を構成する部品の特性変化が検知しやすくなり、その結果共振回路の寿命を精度よく推定することができるという効果がある。
【００２６】
請求項７の発明によれば、点検モードにおける点灯回路の動作周波数を共振周波数付近の周波数に設定することによって、共振特性が急峻な周波数帯で動作させることになるので、共振回路を構成する回路部品の性能劣化による共振回路の出力変化がより顕著に現れ、その結果共振回路の寿命を精度よく推定することができるという効果がある。
【００２７】
請求項８の発明によれば、始動モードでは点灯回路の動作周波数が共振周波数付近の周波数に設定されるため、点検モードにおける点灯回路の動作周波数を始動モードに合わせることによって、共振特性が急峻な周波数帯で動作させることになるので、共振回路を構成する回路部品の性能劣化による共振回路の出力変化がより顕著に現れ、その結果共振回路の寿命を精度よく推定することができるという効果がある。
【００２８】
請求項９の発明によれば、共振回路の出力特性が所定の規格値を満足しない場合にはランプへの電力供給を停止させるので、共振回路の寿命末期を正確に推定しつつ安全性を向上させた照明装置を提供することができるという効果がある。
【００２９】
請求項１０の発明によれば、擬似負荷回路および切替回路のうち少なくとも一方は点灯装置に組み込まれているので、両回路を点灯装置とは別体に設けた場合に比べて照明装置の組立工数を削減することができ、組立性が向上するという効果がある。
【００３０】
請求項１１の発明によれば、共振回路が寿命末期に至ったことを正確に推定可能な点灯装置を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施形態の照明装置の概略回路図である。
【図２】同上の動作周波数と出力電圧との関係を示すグラフである。
【図３】（ａ），（ｂ）は同上の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】同上の点検モードにおける動作周波数と出力電圧との関係を示すグラフである。
【図５】（ａ），（ｂ）は同上の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】同上における点検信号の出力タイミングを示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に、本発明に係る点灯装置および照明装置の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。本発明に係る点灯装置は、放電ランプ（例えば蛍光ランプなど）を点灯させるために用いられるものであり、また本発明に係る照明装置は上記点灯装置を備えており、例えば天井などに取り付けられて室内などを照明するために用いられる。
【００３３】
図１は本実施形態の照明装置の概略回路図であり、本実施形態の点灯装置Ａは、商用交流電源ＡＣを整流する整流回路１と、整流回路１の直流出力を所定の電圧値の直流出力に昇圧する昇圧チョッパ回路２と、昇圧チョッパ回路２の直流出力を高周波に変換し、共振回路４を介して放電ランプＬＡに高周波電力を供給するインバータ回路３と、インバータ回路３を制御するためのインバータ制御回路５とを備えている。また、本実施形態の照明装置は、上記の点灯装置Ａと、共振回路４の異常の有無を点検するための擬似負荷回路７と、共振回路４に接続される回路を、放電ランプＬＡを含む負荷回路または擬似負荷回路７の一方に切り替える切替スイッチ回路６および切替制御回路８と、後述する点検モードにおいて共振回路４の異常の有無を検出する点検回路とを備えている。なお、本実施形態では、インバータ制御回路５により点検回路が構成されている。
【００３４】
インバータ回路（点灯回路）３は、２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２からなる所謂ハーフブリッジ型のインバータ回路であり、後述のインバータ発振制御回路５０により設定された動作周波数でスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にオン／オフされる。そして、その結果発生する高周波の交番電流を放電ランプＬＡに印加することで、放電ランプＬＡが所定の照度レベルで安定点灯するのである。なお、インバータ回路３については従来周知のものであるから、詳細な説明については省略する。
【００３５】
共振回路４は、インダクタＬ１と共振コンデンサＣ３の直列回路からなり、この共振回路４の共振作用により生じた高電圧を放電ランプＬＡに印加することで、放電ランプＬＡが高周波点灯するのである。なお、上記の共振コンデンサＣ３は、放電ランプＬＡのフィラメント電極（図示せず）に予熱電流を供給する予熱コンデンサとしての機能も備えており、また図１中のコンデンサＣ２は直流カット用のコンデンサである。
【００３６】
インバータ制御回路５は、インバータ回路３の動作周波数を決定し、決定した動作周波数でスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフさせるインバータ発振制御回路５０と、放電ランプＬＡの累積点灯時間を計時する累積点灯時間計時回路５１と、検出回路５２と、上記各回路の電源を生成する制御電源回路５３とを備えている。また、検出回路５２は、放電ランプＬＡが寿命末期であることを検出したり、放電ランプＬＡが交換されたことを検出したりするランプ寿命末期／無負荷／ランプ交換検出回路５２ａ（以下、ランプ交換検出回路５２ａと称す。）と、共振回路４の出力電圧（本実施形態では後述の抵抗ＲＬの両端電圧を出力電圧として検出しており、以下出力電圧Ｖ０と称す。）を検出する出力電圧検出回路５２ｂとで構成されており、ランプ交換検出回路５２ａにより放電ランプＬＡが交換されたことを検出した場合には、検出回路５２から後述の切替制御回路８に対して所定の点検信号が出力されるようになっている。すなわち、本実施形態では、検出回路５２から点検信号が出力されるタイミングが後述する点検モードの実施タイミングとなる（図６参照）。
【００３７】
ここにおいて、放電ランプ用の点灯装置には予熱モード、始動モード、点灯モードの３種類の動作モードがあり、これらの動作モードを経て放電ランプを始動・点灯させることになる。予熱モードは、放電ランプのフィラメント電極に適正な予熱を与えるモードであり、放電ランプの始動を助けるとともにフィラメント電極が早期に断線するのを防止する働きを持つ。また、始動モードは、放電を開始するのに必要な高電圧を放電ランプに印加するモードであり、さらに点灯モードは放電ランプを所定の出力で安定点灯させるモードである。
【００３８】
本実施形態の点灯装置Ａは、図１に示すように多くの電子部品で構成されており、これらの電子部品は長時間の使用によって劣化するものである。例えば、共振回路４のインダクタＬ１は、寿命末期時では絶縁性能が劣化して巻線の層間が短絡し、インダクタンスが低下する虞があり、また共振コンデンサＣ３は、継続的に高いパルス電圧が印加されることでフィルムに蒸着させた金属膜が飛散し、徐々に容量が低下することになる。
【００３９】
通常、設計者は、使用される場所の周囲温度や電源の投入回数などを予め想定し、この想定寿命の範囲内では初期特性が得られるように設計する。したがって、想定寿命を大幅に超えて使用されるとインダクタンスやコンデンサ容量の低下が進み、その結果放電ランプＬＡが点灯しなくなったり、出力が変化したり、あるいは光がちらついたりして初期特性が得られなくなってしまう。ところが、放電ランプが一旦点灯すると、明るさが初期状態と多少変わっていても使用者にはその違いが認識されにくいため、点灯装置が既に寿命に達していてもそのまま継続して使用されることになる。そして、さらに電子部品の劣化が進むことで不点や出力変化がさらに進む可能性があった。
【００４０】
インダクタＬ１や共振コンデンサＣ３が劣化して特性変化した場合には、放電ランプＬＡの明るさが変化（低下）することになるが、上述したようにその変化量を認識するのは難しい。一方、これらの部品の特性変化に対して最も変化量が大きく現れるのは始動時における共振回路４の出力電圧であり、特に放電ランプＬＡが始動する直前、すなわち放電ランプＬＡが放電路を形成する前の状態での出力電圧が顕著に変化する。
【００４１】
例えば、図１に示す回路において放電ランプＬＡのフィラメント電圧を無視すると、共振回路４の出力電圧は共振コンデンサＣ３の両端電圧に略等しくなる。そして、インダクタＬ１のインダクタンスをＬ［Ｈ］、共振コンデンサＣ３の容量をＣ［Ｆ］とすると、点灯装置Ａの共振周波数ｆ０は、
【数１】
となる。また、インバータ回路３の動作周波数をｆ［Ｈｚ］とすると、放電ランプＬＡが始動する直前の共振回路４の出力電圧Ｖ０は、
【数２】
となる。なお、式（２）中の電圧Ｖｄｃはインバータ回路３への入力電圧（つまりコンデンサＣ１の両端電圧）であり、インバータ回路３のスイッチングデューティは５０％とする。
【００４２】
図２はインバータ回路３の動作周波数ｆと共振回路４の出力電圧Ｖ０との関係を示すグラフであり、動作周波数ｆが共振周波数ｆ０付近の周波数に設定された場合には非常に高い電圧が出力されるため（図２中の実線ａ参照）、この状態が長く続くと点灯装置Ａが故障する虞がある一方、放電ランプＬＡを点灯させるには数１００Ｖ以上の高い電圧が必要である。そのため、上述した始動モードでは、放電ランプＬＡが放電を開始するのに必要な高電圧を確保しつつ、回路が破壊されないようにインバータ回路３の動作周波数ｆを決定する必要があり、結局のところ共振周波数ｆ０の近傍の周波数に設定されることになる。つまり、始動モードでは、共振特性が急峻な周波数帯で動作することになるため、共振回路４のインダクタＬ１や共振コンデンサＣ３の僅かな特性変化が共振回路４の出力電圧Ｖ０の大きな変化となって現れるのである。
【００４３】
しかしながら、始動モードにおいても放電ランプＬＡが一旦点灯すると、放電ランプＬＡのインピーダンスにより共振回路４の出力電圧Ｖ０が低下し、また始動電圧を印加してから放電ランプＬＡの放電路が形成されてインピーダンスが低下するまでの時間は、放電ランプＬＡの劣化状態や性能のばらつき、あるいは使用される場所の周囲温度などによって変化するため、放電ランプＬＡを接続した状態で共振回路４の出力電圧Ｖ０から共振回路４の異常を検出するのは困難であった。
【００４４】
ここにおいて、放電ランプＬＡのインピーダンスをＲｌａとすると、共振回路４の出力電圧Ｖ０は、
【数３】
となる。放電ランプＬＡの始動直後の過渡状態ではインピーダンスＲｌａが時間とともに変化するため、式（３）より出力電圧Ｖ０も時間的に変化することが分かる。また、インピーダンスＲｌａが大きいほど出力電圧Ｖ０も大きくなり、その結果インダクタＬ１や共振コンデンサＣ３の変化量と比較して出力電圧Ｖ０の変化量が大きくなることも分かる。
【００４５】
本実施形態では、放電ランプＬＡの特性変化による影響を排除した共振回路４の出力電圧Ｖ０を測定するために擬似負荷回路７を用いている。この擬似負荷回路７は、図１に示すように抵抗Ｒｆ１，Ｒｆ２の直列回路と、抵抗Ｒｆ３，Ｒｆ４の直列回路と、両端が抵抗Ｒｆ１，Ｒｆ２の接続点および抵抗Ｒｆ３，Ｒｆ４の接続点にそれぞれ接続された抵抗ＲＬとで構成されている。そして、２個の切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２からなる切替スイッチ回路６の切替操作に応じて共振回路４の出力端に接続されるようになっている。なお、抵抗Ｒｆ１，Ｒｆ２の直列回路の両端は切替スイッチＳＷ１の一方の接点ｃ１，ｃ１に接続され、抵抗Ｒｆ３，Ｒｆ４の直列回路の両端は切替スイッチＳＷ２の一方の接点ｃ１，ｃ１に接続されている。また、切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２の他方の接点ｃ２，ｃ２は、放電ランプＬＡの両端に設けられた各フィラメント電極にそれぞれ接続されている。ここに、上記の切替スイッチ回路６は、切替制御回路８からの所定の切替信号に応じて切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り替えるようになっており、切替制御回路８とともに切替回路を構成している。
【００４６】
また、共振回路４に接続される回路を擬似負荷回路７に切り替えた場合、インバータ回路３の動作周波数が上述した始動モードにおける動作周波数（つまり共振周波数ｆ０付近の周波数）に等しくなるように設定され、そのときに測定される出力電圧Ｖ０から共振回路４の寿命を推定するのである（以下、点検モードと称す。）。ここにおいて、上記の抵抗ＲＬが大きくなるほど共振回路４の出力電圧Ｖ０の共振特性は急峻になるので、インダクタＬ１や共振コンデンサＣ３の変化量を検出しやすくなるという利点があるが、それに伴って回路部品へのストレスも大きくなるため、抵抗ＲＬの選定には注意が必要である。
【００４７】
次に、本実施形態の照明装置の動作について図３に基づいて説明する。なお、以下の説明では、初期状態において各切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２が接点ｃ２，ｃ２（つまり放電ランプＬＡを含む負荷回路）側に接続されているものとして説明する。また、図３（ａ）は本照明装置のメインフローチャートを示しており、図３（ｂ）は点検モードのフローチャートを示している。
【００４８】
まず、電源がＯＮにされると（ステップＳ１）、インバータ制御回路５は発振停止フラグＦｌａｇ＝１であるか否かを判別し（ステップＳ２）、発振停止フラグＦｌａｇ≠１の場合にはランプ交換検出回路５２ａの検出結果をもとに放電ランプＬＡが交換されたか否かを判別する（ステップＳ３）。なお、ステップＳ２において発振停止フラグＦｌａｇ＝１の場合には、インバータ制御回路５はインバータ回路３の発振動作を停止させる（ステップＳ９）。次に、ステップＳ３において放電ランプＬＡが交換されていない場合には、インバータ制御回路５はインバータ回路３を予熱モード（ステップＳ４）、始動モード（ステップＳ５）、点灯モード（ステップＳ６）の順に移行させて放電ランプＬＡを所定の照度レベルで安定点灯させる。なお、電源がＯＦＦにされた場合には放電灯ＬＡは消灯する（ステップＳ７）。
【００４９】
ここで、ステップＳ３において放電ランプＬＡが交換されている場合には、点検モードを実行する（ステップＳ８）。点検モードに移行すると、インバータ制御回路５は、切替制御回路８に切替信号（点検信号）を出力して、切替スイッチ回路６の切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２をそれぞれ接点ｃ１，ｃ１側に切り替えさせ、共振回路４に擬似負荷回路７を接続する（ステップＳ１１）。そして、インバータ制御回路５は始動モードと等しい動作周波数でインバータ回路３を駆動し、そのときの共振回路４の出力電圧Ｖ０を測定する（ステップＳ１２）。測定の結果、出力電圧Ｖ０が所定の規格値（ＶＬ≦Ｖ０≦ＶＨ）を満足しない場合には、インバータ制御回路５は発振停止フラグＦｌａｇ＝１に設定し（ステップＳ１３）、インバータ回路３の発振動作を停止させる（ステップＳ１４）。また、出力電圧Ｖ０が所定の規格値を満足する場合には、インバータ制御回路５は切替制御回路８を介して切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２を接点ｃ２，ｃ２側に切り替え、共振回路４に放電ランプＬＡを含む負荷回路を接続する（ステップＳ１５）。その後、メインの動作フローに戻り（ステップＳ１６）、予熱モード以降の動作を実行する（ステップＳ４〜ステップＳ７）。なお、上記の動作中に発振停止フラグＦｌａｇ＝１に設定された場合には、インバータ制御回路５は発振停止フラグＦｌａｇの値を記憶手段（図示せず）に記憶させており、発振停止フラグＦｌａｇ＝１の場合には既に寿命に達しているのであるから、電源が再び投入されても発振動作を実施しないようになっている。
【００５０】
ここにおいて、上記の動作では、ランプ交換がされた後の最初の電源投入時にのみ点検モードが実施されるようになっているが、これは点灯装置の寿命は一般的に４万時間以上であるのに対して放電ランプの定格寿命は一般的に１万時間前後であり、ランプ交換の際に点検モードを実施すれば十分と考えるからである。そして、このようにランプ交換の際に点検モードを実施した場合には、電源が投入されるたびに点検モードを行う場合に比べて、点検回数を減らしつつも共振回路４が寿命末期に至ったことを正確に推定することができる。なお、図６は検出回路５２から出力される点検信号のタイミングチャートを示しており、図６によればランプ交換のタイミングで点検信号が出力されることが分かる。
【００５１】
次に、図４は上述した点検モードにおける動作周波数ｆと出力電圧Ｖ０との関係を示すグラフであり、例えば共振コンデンサＣ３が初期特性を維持している場合の共振周波数ｆ０１は、
【数４】
となる。また、共振コンデンサＣ３の容量がΔＣだけ低下したとすると、このときの共振周波数ｆ０２は、
【数５】
となる。式（４）、（５）によれば、共振周波数ｆ０２は共振周波数ｆ０１よりも高周波側にシフトするため、発振周波数ｆｓでインバータ回路３を動作させた場合には出力電圧Ｖ０が電圧Ｖ０１から電圧Ｖ０２に変化する。そして、出力電圧Ｖ０＝Ｖ０２の場合には所定の規格値（ＶＬ≦Ｖ０≦ＶＨ）を満足しない値（つまり規格値外の値）となっているので、点灯装置Ａが寿命末期に至っていると判断され、上述したようにインバータ回路３の発振動作を停止させることになる。なお、図４中の実線ｂは共振コンデンサＣ３が初期性能を維持した状態での出力電圧Ｖ０を示し、破線ｃは共振コンデンサＣ３の容量が低下した状態での出力電圧Ｖ０を示している。ここに、インバータ発振制御回路５０により保護手段が構成されている。
【００５２】
次に、図５は照明装置の動作を説明するためのタイミングチャートを示しており、図５（ａ）は通常動作時のタイミングチャート、図５（ｂ）は点検モード時のタイミングチャートである。まず、通常動作時では、時刻ｔ０のときに電源がＯＮにされると予熱モードが実行され、時刻ｔ１のときに予熱モードが終了すると、続けて始動モードが実行される。そして、時刻ｔ２のときに始動モードが終了すると、続けて点灯モード（安定点灯モード）が実行されるので、以後所定の照度レベルで放電ランプＬＡが安定点灯することになる（図５（ａ）中の実線ｄ参照）。
【００５３】
一方、点検モード時では、時刻ｔ０のときに電源がＯＮにされると最初に上述した点検モードが実行され、この点検モードにおいて出力電圧Ｖ０が所定の規格値（ＶＬ≦Ｖ０≦ＶＨ）を満足する場合には、時刻ｔ３のときに点検モードが終了し、続けて予熱モードが実行される。そして、以下同様にして始動モード、点灯モードが実行されるので、以後所定の照度レベルで放電ランプＬＡが安定点灯することになる（図５（ｂ）中の実線ｅ参照）。
【００５４】
以上のことから、放電ランプＬＡを接続した状態で共振回路４の出力電圧Ｖ０を検出する場合には、ランプの劣化や性能のばらつき、あるいは周囲温度などによっても出力電圧が変化するため、共振回路４の劣化のみに起因する電圧変化を検出することはできないが、本実施形態の照明装置によれば、共振回路４に接続される回路を擬似負荷回路７に切り替えることによって、上記の不安定要因を排除して共振回路４の劣化のみに起因する電圧変化を検出することができるので、この電圧変化から共振回路４が寿命末期に至ったことを正確に推定することができる。また、切替回路（切替スイッチ回路６および切替制御回路８）を設けることによって、この切替回路に入力される信号に応じて任意のタイミングで擬似負荷回路７に切り替えることができるので、所望のタイミングで共振回路４の寿命を点検することができる。
【００５５】
また、点検モードにおけるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作周波数ｆを共振周波数ｆ０付近の周波数に設定することによって、共振特性が急峻な周波数帯で動作させることになるので、共振回路４を構成する回路部品（本実施形態ではインダクタＬ１や共振コンデンサＣ３）の性能劣化による共振回路４の出力変化がより顕著に現れ、その結果共振回路４の寿命を精度よく推定することができる。さらに、共振回路４の出力電圧Ｖ０が所定の規格値を満足しない場合には放電ランプＬＡへの電力供給を停止させるので、共振回路４の寿命末期を精度よく推定しつつ安全性を向上させた照明装置を提供することができる。
【００５６】
なお、上記の実施形態では、ランプ交換ごとに点検モードを実施した場合について説明したが、例えば累積点灯時間計時回路５１により計時した累積点灯時間が所定の基準値を超えたときに点検モードを実施するようにしてもよく、同様に点検回数を減らしつつも共振回路４が寿命末期に至ったことを正確に推定することができる。また、図１中の点検信号入力手段９からの点検信号により点検モードを実施してもよく、この場合所望のタイミングで点検モードを実行することができる。さらに、電源が投入されるたびに点検モードを実施するように構成してもよく、この場合放電ランプＬＡを点灯させる際には必ず点検モードを実行することになるので、共振回路４が寿命末期に至ったことを正確に推定できるとともに、早期発見が可能である。
【００５７】
また、上記の実施形態では、擬似負荷回路７および切替回路（切替スイッチ回路６および切替制御回路８）を点灯装置Ａとは別体に設けているが、少なくとも何れか一方の回路を点灯装置Ａに設けてもよく、この場合両回路を点灯装置Ａとは別体に設けた場合に比べて照明装置の組立工数を削減することができ、組立性が向上するという利点がある。特に、両回路を点灯装置Ａに設けた場合には、共振回路４が寿命末期に至ったことを正確に推定可能な点灯装置Ａを提供することができる。
【００５８】
さらに、擬似負荷回路７の構成は本実施形態に限定されるものではなく、インダクタＬ１や共振コンデンサＣ３の変化量と、出力電圧Ｖ０の変化量との間の相関がとれるものであれば他の構成であってもよい。また、本実施形態では、寿命を推定するための物理量として共振回路４の出力電圧Ｖ０を検出しているが、寿命を推定できるものであれば他の物理量であってもよく、例えば抵抗ＲＬを流れる電流などでもよい。
【符号の説明】
【００５９】
４ 共振回路
５ インバータ制御回路（点検回路）
６ 切替スイッチ回路（切替回路）
７ 擬似負荷回路
８ 切替制御回路（切替回路）
Ａ 点灯装置
ＬＡ ランプ
Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点灯装置および照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、蛍光ランプやＨＩＤランプなどを使用した照明器具が提供されているが、これらの照明器具では、ランプが寿命に達すると点灯しなくなったり、点灯しにくくなったりし、あるいは初期段階の明るさが得られなくなることから、ランプが寿命に達したことを知ることができ、ランプ交換を行うことで初期性能を維持することが可能である。
【０００３】
一方、ランプを点灯させるための点灯装置や器具本体にも寿命があり、例えば金属部品の疲労や酸化、プラスチック部品の劣化や変色や破損、さらには点灯装置の構成部品（例えば電解コンデンサやコイルなど）の劣化や絶縁性能の低下などによって現れる。しかしながら、ランプが正常に点灯している間は使用者がこれらに気づくことはなく、そのまま使い続けることが多い。そして、寿命を超えて使い続けることで照明としての適正な性能が得られないばかりか、劣化した部位によっては器具の破損や落下、焼損などの不安全状態を引き起こす危険性がある。
【０００４】
そこで、上記のような不安全状態を回避するために、ランプの累積点灯時間から点灯装置の寿命を推定するものが提供されている（例えば特許文献１参照）。この点灯装置では、ランプの点灯時間を積算し、その積算結果が所定の基準値を越えると寿命であると判断し、ランプへの印加電圧の電圧値を低下させたり、発振を停止する保護動作を行うとともに、寿命が来たことを外部に報知するのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１８５３７４号公報（段落［００２０］−段落［００３１］、及び、第１，２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献１に示した点灯装置では、ランプの累積点灯時間から点灯装置の寿命を推定するものであるから、実際の寿命と必ずしも一致するものではない。また、点灯装置の寿命は、使用場所の周囲温度や器具の形状、照度レベル、電源電圧などによっても変わるため、ランプの累積点灯時間から寿命を推定することに対しては一部合理性に欠ける面も否めない。したがって、点灯装置を構成する電子部品が経年劣化によってその初期性能が維持できなくなった時点、あるいはその直前の状態を点灯装置の寿命として推定するのが望ましい。
【０００７】
その一例として、点灯装置を構成する共振回路の出力電圧を検出し、この検出電圧から寿命を推定することも可能であるが、ランプが接続された状態ではランプの経年劣化や性能のばらつき、あるいは周囲温度などによっても出力電圧が変化するため、共振回路の劣化のみに起因する電圧変化を検出できず、結果的に点灯装置の寿命を正確に推定できないものであった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、共振回路が寿命末期に至ったことを正確に推定できる点灯装置および照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、高周波でスイッチングされるスイッチング素子、および当該スイッチング素子を介して入力される高周波により励振される共振回路を具備し、当該共振回路により生成される高周波電力を供給してランプを点灯させる点灯装置と、共振回路の異常の有無を点検するための擬似負荷回路と、共振回路に接続される回路を、点灯モードではランプを含む負荷回路に切り替えるとともに、点検モードでは擬似負荷回路に切り替える切替回路と、点検モードにおいて共振回路の異常の有無を検出する点検回路とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、点検回路は、電源投入後の所定期間に点検モードを実行することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、ランプが交換されたことを検出するランプ交換検出手段を備え、点検回路は、ランプ交換検出手段によりランプが交換されたことを検出した後、最初の電源投入後の所定期間に点検モードを実行することを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、共振回路の異常の有無を点検するための点検信号を外部から入力する点検信号入力手段を備え、点検回路は、点検信号入力手段からの点検信号が入力されると点検モードを実行することを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、ランプの累積点灯時間を計時する累積点灯時間計時手段を備え、点検回路は、累積点灯時間計時手段により計時された累積点灯時間が所定の基準値に到達した後、最初の電源投入後の所定期間に点検モードを実行することを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明は、擬似負荷回路は、少なくとも１つのインピーダンス素子で構成されることを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明は、点検モードにおける点灯回路の動作周波数が、共振回路の共振周波数付近の周波数に設定されることを特徴とする。
【００１６】
請求項８の発明は、ランプは、フィラメント電極を有する放電ランプからなり、点灯開始時にランプのフィラメント電極に予熱電流を流す予熱モード、および放電を開始させるための高電圧をランプに印加する始動モードを経て安定点灯モードに移行するようにスイッチング素子を制御する制御回路を備え、当該制御回路は、点検モードにおける点灯回路の動作周波数が、始動モードにおける動作周波数と等しくなるように設定することを特徴とする。
【００１７】
請求項９の発明は、点検モードにおける共振回路の出力特性が所定の規格値を満足しない場合にはランプへの電力供給を停止させる保護手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０の発明は、擬似負荷回路および切替回路のうち少なくとも何れか一方を点灯装置に設けたことを特徴とする。
【００１９】
請求項１１の発明は、高周波でスイッチングされるスイッチング素子、および当該スイッチング素子を介して入力される高周波により励振される共振回路を具備し、当該共振回路により生成される高周波電力を供給してランプを点灯させる点灯回路部と、共振回路の異常の有無を点検するための擬似負荷回路と、共振回路に接続される回路を、点灯モードではランプを含む負荷回路に切り替えるとともに、点検モードでは擬似負荷回路に切り替える切替回路とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
ランプを接続した状態で共振回路の電気的特性の変化を検出する場合には、ランプの劣化や性能のばらつき、あるいは周囲温度などによっても電気的特性が変化するため、共振回路の劣化のみに起因する電気的特性の変化を検出することはできないが、請求項１の発明によれば、共振回路に接続される回路を擬似負荷回路に切り替えることによって、上記の不安定要因を排除して共振回路の劣化のみに起因する電気的特性の変化を検出することができるので、この特性変化から共振回路が寿命末期に至ったことを正確に推定することができる。また、切替回路を設けることによって、この切替回路に入力される信号に応じて任意のタイミングで擬似負荷回路に切り替えることができるので、所望のタイミングで共振回路の寿命を点検することができるという効果がある。
【００２１】
請求項２の発明によれば、ランプを点灯させる際には必ず点検モードを実行することになるので、共振回路が寿命末期に至ったことを正確に推定できるとともに早期発見が可能であるという効果がある。
【００２２】
請求項３の発明によれば、ランプ交換後の最初の点灯時には点検モードを実行することになり、またランプの交換サイクルに比べて共振回路の寿命の方が長いので、点検回数を減らしつつも共振回路が寿命末期に至ったことを正確に推定することができるという効果がある。
【００２３】
請求項４の発明によれば、点検信号入力手段からの点検信号に応じて点検モードを実行するので、所望のタイミングで点検モードを実行することができるという効果がある。
【００２４】
請求項５の発明によれば、ランプの推定寿命時間に応じて点検モードを実行することになり、またランプの交換サイクルに比べて共振回路の寿命の方が長いので、点検回数を減らしつつも共振回路が寿命末期に至ったことを正確に推定することができるという効果がある。
【００２５】
請求項６の発明によれば、インピーダンスが大きい素子を用いた場合には共振回路における共振特性が急峻になるので、共振回路を構成する部品の特性変化が検知しやすくなり、その結果共振回路の寿命を精度よく推定することができるという効果がある。
【００２６】
請求項７の発明によれば、点検モードにおける点灯回路の動作周波数を共振周波数付近の周波数に設定することによって、共振特性が急峻な周波数帯で動作させることになるので、共振回路を構成する回路部品の性能劣化による共振回路の出力変化がより顕著に現れ、その結果共振回路の寿命を精度よく推定することができるという効果がある。
【００２７】
請求項８の発明によれば、始動モードでは点灯回路の動作周波数が共振周波数付近の周波数に設定されるため、点検モードにおける点灯回路の動作周波数を始動モードに合わせることによって、共振特性が急峻な周波数帯で動作させることになるので、共振回路を構成する回路部品の性能劣化による共振回路の出力変化がより顕著に現れ、その結果共振回路の寿命を精度よく推定することができるという効果がある。
【００２８】
請求項９の発明によれば、共振回路の出力特性が所定の規格値を満足しない場合にはランプへの電力供給を停止させるので、共振回路の寿命末期を正確に推定しつつ安全性を向上させた照明装置を提供することができるという効果がある。
【００２９】
請求項１０の発明によれば、擬似負荷回路および切替回路のうち少なくとも一方は点灯装置に組み込まれているので、両回路を点灯装置とは別体に設けた場合に比べて照明装置の組立工数を削減することができ、組立性が向上するという効果がある。
【００３０】
請求項１１の発明によれば、共振回路が寿命末期に至ったことを正確に推定可能な点灯装置を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施形態の照明装置の概略回路図である。
【図２】同上の動作周波数と出力電圧との関係を示すグラフである。
【図３】（ａ），（ｂ）は同上の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】同上の点検モードにおける動作周波数と出力電圧との関係を示すグラフである。
【図５】（ａ），（ｂ）は同上の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】同上における点検信号の出力タイミングを示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に、本発明に係る点灯装置および照明装置の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。本発明に係る点灯装置は、放電ランプ（例えば蛍光ランプなど）を点灯させるために用いられるものであり、また本発明に係る照明装置は上記点灯装置を備えており、例えば天井などに取り付けられて室内などを照明するために用いられる。
【００３３】
図１は本実施形態の照明装置の概略回路図であり、本実施形態の点灯装置Ａは、商用交流電源ＡＣを整流する整流回路１と、整流回路１の直流出力を所定の電圧値の直流出力に昇圧する昇圧チョッパ回路２と、昇圧チョッパ回路２の直流出力を高周波に変換し、共振回路４を介して放電ランプＬＡに高周波電力を供給するインバータ回路３と、インバータ回路３を制御するためのインバータ制御回路５とを備えている。また、本実施形態の照明装置は、上記の点灯装置Ａと、共振回路４の異常の有無を点検するための擬似負荷回路７と、共振回路４に接続される回路を、放電ランプＬＡを含む負荷回路または擬似負荷回路７の一方に切り替える切替スイッチ回路６および切替制御回路８と、後述する点検モードにおいて共振回路４の異常の有無を検出する点検回路とを備えている。なお、本実施形態では、インバータ制御回路５により点検回路が構成されている。
【００３４】
インバータ回路（点灯回路）３は、２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２からなる所謂ハーフブリッジ型のインバータ回路であり、後述のインバータ発振制御回路５０により設定された動作周波数でスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にオン／オフされる。そして、その結果発生する高周波の交番電流を放電ランプＬＡに印加することで、放電ランプＬＡが所定の照度レベルで安定点灯するのである。なお、インバータ回路３については従来周知のものであるから、詳細な説明については省略する。
【００３５】
共振回路４は、インダクタＬ１と共振コンデンサＣ３の直列回路からなり、この共振回路４の共振作用により生じた高電圧を放電ランプＬＡに印加することで、放電ランプＬＡが高周波点灯するのである。なお、上記の共振コンデンサＣ３は、放電ランプＬＡのフィラメント電極（図示せず）に予熱電流を供給する予熱コンデンサとしての機能も備えており、また図１中のコンデンサＣ２は直流カット用のコンデンサである。
【００３６】
インバータ制御回路５は、インバータ回路３の動作周波数を決定し、決定した動作周波数でスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフさせるインバータ発振制御回路５０と、放電ランプＬＡの累積点灯時間を計時する累積点灯時間計時回路５１と、検出回路５２と、上記各回路の電源を生成する制御電源回路５３とを備えている。また、検出回路５２は、放電ランプＬＡが寿命末期であることを検出したり、放電ランプＬＡが交換されたことを検出したりするランプ寿命末期／無負荷／ランプ交換検出回路５２ａ（以下、ランプ交換検出回路５２ａと称す。）と、共振回路４の出力電圧（本実施形態では後述の抵抗ＲＬの両端電圧を出力電圧として検出しており、以下出力電圧Ｖ０と称す。）を検出する出力電圧検出回路５２ｂとで構成されており、ランプ交換検出回路５２ａにより放電ランプＬＡが交換されたことを検出した場合には、検出回路５２から後述の切替制御回路８に対して所定の点検信号が出力されるようになっている。すなわち、本実施形態では、検出回路５２から点検信号が出力されるタイミングが後述する点検モードの実施タイミングとなる（図６参照）。
【００３７】
ここにおいて、放電ランプ用の点灯装置には予熱モード、始動モード、点灯モードの３種類の動作モードがあり、これらの動作モードを経て放電ランプを始動・点灯させることになる。予熱モードは、放電ランプのフィラメント電極に適正な予熱を与えるモードであり、放電ランプの始動を助けるとともにフィラメント電極が早期に断線するのを防止する働きを持つ。また、始動モードは、放電を開始するのに必要な高電圧を放電ランプに印加するモードであり、さらに点灯モードは放電ランプを所定の出力で安定点灯させるモードである。
【００３８】
本実施形態の点灯装置Ａは、図１に示すように多くの電子部品で構成されており、これらの電子部品は長時間の使用によって劣化するものである。例えば、共振回路４のインダクタＬ１は、寿命末期時では絶縁性能が劣化して巻線の層間が短絡し、インダクタンスが低下する虞があり、また共振コンデンサＣ３は、継続的に高いパルス電圧が印加されることでフィルムに蒸着させた金属膜が飛散し、徐々に容量が低下することになる。
【００３９】
通常、設計者は、使用される場所の周囲温度や電源の投入回数などを予め想定し、この想定寿命の範囲内では初期特性が得られるように設計する。したがって、想定寿命を大幅に超えて使用されるとインダクタンスやコンデンサ容量の低下が進み、その結果放電ランプＬＡが点灯しなくなったり、出力が変化したり、あるいは光がちらついたりして初期特性が得られなくなってしまう。ところが、放電ランプが一旦点灯すると、明るさが初期状態と多少変わっていても使用者にはその違いが認識されにくいため、点灯装置が既に寿命に達していてもそのまま継続して使用されることになる。そして、さらに電子部品の劣化が進むことで不点や出力変化がさらに進む可能性があった。
【００４０】
インダクタＬ１や共振コンデンサＣ３が劣化して特性変化した場合には、放電ランプＬＡの明るさが変化（低下）することになるが、上述したようにその変化量を認識するのは難しい。一方、これらの部品の特性変化に対して最も変化量が大きく現れるのは始動時における共振回路４の出力電圧であり、特に放電ランプＬＡが始動する直前、すなわち放電ランプＬＡが放電路を形成する前の状態での出力電圧が顕著に変化する。
【００４１】
例えば、図１に示す回路において放電ランプＬＡのフィラメント電圧を無視すると、共振回路４の出力電圧は共振コンデンサＣ３の両端電圧に略等しくなる。そして、インダクタＬ１のインダクタンスをＬ［Ｈ］、共振コンデンサＣ３の容量をＣ［Ｆ］とすると、点灯装置Ａの共振周波数ｆ０は、
【数１】
となる。また、インバータ回路３の動作周波数をｆ［Ｈｚ］とすると、放電ランプＬＡが始動する直前の共振回路４の出力電圧Ｖ０は、
【数２】
となる。なお、式（２）中の電圧Ｖｄｃはインバータ回路３への入力電圧（つまりコンデンサＣ１の両端電圧）であり、インバータ回路３のスイッチングデューティは５０％とする。
【００４２】
図２はインバータ回路３の動作周波数ｆと共振回路４の出力電圧Ｖ０との関係を示すグラフであり、動作周波数ｆが共振周波数ｆ０付近の周波数に設定された場合には非常に高い電圧が出力されるため（図２中の実線ａ参照）、この状態が長く続くと点灯装置Ａが故障する虞がある一方、放電ランプＬＡを点灯させるには数１００Ｖ以上の高い電圧が必要である。そのため、上述した始動モードでは、放電ランプＬＡが放電を開始するのに必要な高電圧を確保しつつ、回路が破壊されないようにインバータ回路３の動作周波数ｆを決定する必要があり、結局のところ共振周波数ｆ０の近傍の周波数に設定されることになる。つまり、始動モードでは、共振特性が急峻な周波数帯で動作することになるため、共振回路４のインダクタＬ１や共振コンデンサＣ３の僅かな特性変化が共振回路４の出力電圧Ｖ０の大きな変化となって現れるのである。
【００４３】
しかしながら、始動モードにおいても放電ランプＬＡが一旦点灯すると、放電ランプＬＡのインピーダンスにより共振回路４の出力電圧Ｖ０が低下し、また始動電圧を印加してから放電ランプＬＡの放電路が形成されてインピーダンスが低下するまでの時間は、放電ランプＬＡの劣化状態や性能のばらつき、あるいは使用される場所の周囲温度などによって変化するため、放電ランプＬＡを接続した状態で共振回路４の出力電圧Ｖ０から共振回路４の異常を検出するのは困難であった。
【００４４】
ここにおいて、放電ランプＬＡのインピーダンスをＲｌａとすると、共振回路４の出力電圧Ｖ０は、
【数３】
となる。放電ランプＬＡの始動直後の過渡状態ではインピーダンスＲｌａが時間とともに変化するため、式（３）より出力電圧Ｖ０も時間的に変化することが分かる。また、インピーダンスＲｌａが大きいほど出力電圧Ｖ０も大きくなり、その結果インダクタＬ１や共振コンデンサＣ３の変化量と比較して出力電圧Ｖ０の変化量が大きくなることも分かる。
【００４５】
本実施形態では、放電ランプＬＡの特性変化による影響を排除した共振回路４の出力電圧Ｖ０を測定するために擬似負荷回路７を用いている。この擬似負荷回路７は、図１に示すように抵抗Ｒｆ１，Ｒｆ２の直列回路と、抵抗Ｒｆ３，Ｒｆ４の直列回路と、両端が抵抗Ｒｆ１，Ｒｆ２の接続点および抵抗Ｒｆ３，Ｒｆ４の接続点にそれぞれ接続された抵抗ＲＬとで構成されている。そして、２個の切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２からなる切替スイッチ回路６の切替操作に応じて共振回路４の出力端に接続されるようになっている。なお、抵抗Ｒｆ１，Ｒｆ２の直列回路の両端は切替スイッチＳＷ１の一方の接点ｃ１，ｃ１に接続され、抵抗Ｒｆ３，Ｒｆ４の直列回路の両端は切替スイッチＳＷ２の一方の接点ｃ１，ｃ１に接続されている。また、切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２の他方の接点ｃ２，ｃ２は、放電ランプＬＡの両端に設けられた各フィラメント電極にそれぞれ接続されている。ここに、上記の切替スイッチ回路６は、切替制御回路８からの所定の切替信号に応じて切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り替えるようになっており、切替制御回路８とともに切替回路を構成している。
【００４６】
また、共振回路４に接続される回路を擬似負荷回路７に切り替えた場合、インバータ回路３の動作周波数が上述した始動モードにおける動作周波数（つまり共振周波数ｆ０付近の周波数）に等しくなるように設定され、そのときに測定される出力電圧Ｖ０から共振回路４の寿命を推定するのである（以下、点検モードと称す。）。ここにおいて、上記の抵抗ＲＬが大きくなるほど共振回路４の出力電圧Ｖ０の共振特性は急峻になるので、インダクタＬ１や共振コンデンサＣ３の変化量を検出しやすくなるという利点があるが、それに伴って回路部品へのストレスも大きくなるため、抵抗ＲＬの選定には注意が必要である。
【００４７】
次に、本実施形態の照明装置の動作について図３に基づいて説明する。なお、以下の説明では、初期状態において各切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２が接点ｃ２，ｃ２（つまり放電ランプＬＡを含む負荷回路）側に接続されているものとして説明する。また、図３（ａ）は本照明装置のメインフローチャートを示しており、図３（ｂ）は点検モードのフローチャートを示している。
【００４８】
まず、電源がＯＮにされると（ステップＳ１）、インバータ制御回路５は発振停止フラグＦｌａｇ＝１であるか否かを判別し（ステップＳ２）、発振停止フラグＦｌａｇ≠１の場合にはランプ交換検出回路５２ａの検出結果をもとに放電ランプＬＡが交換されたか否かを判別する（ステップＳ３）。なお、ステップＳ２において発振停止フラグＦｌａｇ＝１の場合には、インバータ制御回路５はインバータ回路３の発振動作を停止させる（ステップＳ９）。次に、ステップＳ３において放電ランプＬＡが交換されていない場合には、インバータ制御回路５はインバータ回路３を予熱モード（ステップＳ４）、始動モード（ステップＳ５）、点灯モード（ステップＳ６）の順に移行させて放電ランプＬＡを所定の照度レベルで安定点灯させる。なお、電源がＯＦＦにされた場合には放電灯ＬＡは消灯する（ステップＳ７）。
【００４９】
ここで、ステップＳ３において放電ランプＬＡが交換されている場合には、点検モードを実行する（ステップＳ８）。点検モードに移行すると、インバータ制御回路５は、切替制御回路８に切替信号（点検信号）を出力して、切替スイッチ回路６の切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２をそれぞれ接点ｃ１，ｃ１側に切り替えさせ、共振回路４に擬似負荷回路７を接続する（ステップＳ１１）。そして、インバータ制御回路５は始動モードと等しい動作周波数でインバータ回路３を駆動し、そのときの共振回路４の出力電圧Ｖ０を測定する（ステップＳ１２）。測定の結果、出力電圧Ｖ０が所定の規格値（ＶＬ≦Ｖ０≦ＶＨ）を満足しない場合には、インバータ制御回路５は発振停止フラグＦｌａｇ＝１に設定し（ステップＳ１３）、インバータ回路３の発振動作を停止させる（ステップＳ１４）。また、出力電圧Ｖ０が所定の規格値を満足する場合には、インバータ制御回路５は切替制御回路８を介して切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２を接点ｃ２，ｃ２側に切り替え、共振回路４に放電ランプＬＡを含む負荷回路を接続する（ステップＳ１５）。その後、メインの動作フローに戻り（ステップＳ１６）、予熱モード以降の動作を実行する（ステップＳ４〜ステップＳ７）。なお、上記の動作中に発振停止フラグＦｌａｇ＝１に設定された場合には、インバータ制御回路５は発振停止フラグＦｌａｇの値を記憶手段（図示せず）に記憶させており、発振停止フラグＦｌａｇ＝１の場合には既に寿命に達しているのであるから、電源が再び投入されても発振動作を実施しないようになっている。
【００５０】
ここにおいて、上記の動作では、ランプ交換がされた後の最初の電源投入時にのみ点検モードが実施されるようになっているが、これは点灯装置の寿命は一般的に４万時間以上であるのに対して放電ランプの定格寿命は一般的に１万時間前後であり、ランプ交換の際に点検モードを実施すれば十分と考えるからである。そして、このようにランプ交換の際に点検モードを実施した場合には、電源が投入されるたびに点検モードを行う場合に比べて、点検回数を減らしつつも共振回路４が寿命末期に至ったことを正確に推定することができる。なお、図６は検出回路５２から出力される点検信号のタイミングチャートを示しており、図６によればランプ交換のタイミングで点検信号が出力されることが分かる。
【００５１】
次に、図４は上述した点検モードにおける動作周波数ｆと出力電圧Ｖ０との関係を示すグラフであり、例えば共振コンデンサＣ３が初期特性を維持している場合の共振周波数ｆ０１は、
【数４】
となる。また、共振コンデンサＣ３の容量がΔＣだけ低下したとすると、このときの共振周波数ｆ０２は、
【数５】
となる。式（４）、（５）によれば、共振周波数ｆ０２は共振周波数ｆ０１よりも高周波側にシフトするため、発振周波数ｆｓでインバータ回路３を動作させた場合には出力電圧Ｖ０が電圧Ｖ０１から電圧Ｖ０２に変化する。そして、出力電圧Ｖ０＝Ｖ０２の場合には所定の規格値（ＶＬ≦Ｖ０≦ＶＨ）を満足しない値（つまり規格値外の値）となっているので、点灯装置Ａが寿命末期に至っていると判断され、上述したようにインバータ回路３の発振動作を停止させることになる。なお、図４中の実線ｂは共振コンデンサＣ３が初期性能を維持した状態での出力電圧Ｖ０を示し、破線ｃは共振コンデンサＣ３の容量が低下した状態での出力電圧Ｖ０を示している。ここに、インバータ発振制御回路５０により保護手段が構成されている。
【００５２】
次に、図５は照明装置の動作を説明するためのタイミングチャートを示しており、図５（ａ）は通常動作時のタイミングチャート、図５（ｂ）は点検モード時のタイミングチャートである。まず、通常動作時では、時刻ｔ０のときに電源がＯＮにされると予熱モードが実行され、時刻ｔ１のときに予熱モードが終了すると、続けて始動モードが実行される。そして、時刻ｔ２のときに始動モードが終了すると、続けて点灯モード（安定点灯モード）が実行されるので、以後所定の照度レベルで放電ランプＬＡが安定点灯することになる（図５（ａ）中の実線ｄ参照）。
【００５３】
一方、点検モード時では、時刻ｔ０のときに電源がＯＮにされると最初に上述した点検モードが実行され、この点検モードにおいて出力電圧Ｖ０が所定の規格値（ＶＬ≦Ｖ０≦ＶＨ）を満足する場合には、時刻ｔ３のときに点検モードが終了し、続けて予熱モードが実行される。そして、以下同様にして始動モード、点灯モードが実行されるので、以後所定の照度レベルで放電ランプＬＡが安定点灯することになる（図５（ｂ）中の実線ｅ参照）。
【００５４】
以上のことから、放電ランプＬＡを接続した状態で共振回路４の出力電圧Ｖ０を検出する場合には、ランプの劣化や性能のばらつき、あるいは周囲温度などによっても出力電圧が変化するため、共振回路４の劣化のみに起因する電圧変化を検出することはできないが、本実施形態の照明装置によれば、共振回路４に接続される回路を擬似負荷回路７に切り替えることによって、上記の不安定要因を排除して共振回路４の劣化のみに起因する電圧変化を検出することができるので、この電圧変化から共振回路４が寿命末期に至ったことを正確に推定することができる。また、切替回路（切替スイッチ回路６および切替制御回路８）を設けることによって、この切替回路に入力される信号に応じて任意のタイミングで擬似負荷回路７に切り替えることができるので、所望のタイミングで共振回路４の寿命を点検することができる。
【００５５】
また、点検モードにおけるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作周波数ｆを共振周波数ｆ０付近の周波数に設定することによって、共振特性が急峻な周波数帯で動作させることになるので、共振回路４を構成する回路部品（本実施形態ではインダクタＬ１や共振コンデンサＣ３）の性能劣化による共振回路４の出力変化がより顕著に現れ、その結果共振回路４の寿命を精度よく推定することができる。さらに、共振回路４の出力電圧Ｖ０が所定の規格値を満足しない場合には放電ランプＬＡへの電力供給を停止させるので、共振回路４の寿命末期を精度よく推定しつつ安全性を向上させた照明装置を提供することができる。
【００５６】
なお、上記の実施形態では、ランプ交換ごとに点検モードを実施した場合について説明したが、例えば累積点灯時間計時回路５１により計時した累積点灯時間が所定の基準値を超えたときに点検モードを実施するようにしてもよく、同様に点検回数を減らしつつも共振回路４が寿命末期に至ったことを正確に推定することができる。また、図１中の点検信号入力手段９からの点検信号により点検モードを実施してもよく、この場合所望のタイミングで点検モードを実行することができる。さらに、電源が投入されるたびに点検モードを実施するように構成してもよく、この場合放電ランプＬＡを点灯させる際には必ず点検モードを実行することになるので、共振回路４が寿命末期に至ったことを正確に推定できるとともに、早期発見が可能である。
【００５７】
また、上記の実施形態では、擬似負荷回路７および切替回路（切替スイッチ回路６および切替制御回路８）を点灯装置Ａとは別体に設けているが、少なくとも何れか一方の回路を点灯装置Ａに設けてもよく、この場合両回路を点灯装置Ａとは別体に設けた場合に比べて照明装置の組立工数を削減することができ、組立性が向上するという利点がある。特に、両回路を点灯装置Ａに設けた場合には、共振回路４が寿命末期に至ったことを正確に推定可能な点灯装置Ａを提供することができる。
【００５８】
さらに、擬似負荷回路７の構成は本実施形態に限定されるものではなく、インダクタＬ１や共振コンデンサＣ３の変化量と、出力電圧Ｖ０の変化量との間の相関がとれるものであれば他の構成であってもよい。また、本実施形態では、寿命を推定するための物理量として共振回路４の出力電圧Ｖ０を検出しているが、寿命を推定できるものであれば他の物理量であってもよく、例えば抵抗ＲＬを流れる電流などでもよい。
【符号の説明】
【００５９】
４ 共振回路
５ インバータ制御回路（点検回路）
６ 切替スイッチ回路（切替回路）
７ 擬似負荷回路
８ 切替制御回路（切替回路）
Ａ 点灯装置
ＬＡ ランプ
Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波でスイッチングされるスイッチング素子、および当該スイッチング素子を介して入力される高周波により励振される共振回路を具備し、当該共振回路により生成される高周波電力を供給してランプを点灯させる点灯装置と、共振回路の異常の有無を点検するための擬似負荷回路と、共振回路に接続される回路を、点灯モードではランプを含む負荷回路に切り替えるとともに、点検モードでは擬似負荷回路に切り替える切替回路と、点検モードにおいて共振回路の異常の有無を検出する点検回路とを備えることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記点検回路は、電源投入後の所定期間に前記点検モードを実行することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
ランプが交換されたことを検出するランプ交換検出手段を備え、前記点検回路は、ランプ交換検出手段によりランプが交換されたことを検出した後、最初の電源投入後の所定期間に前記点検モードを実行することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項４】
前記共振回路の異常の有無を点検するための点検信号を外部から入力する点検信号入力手段を備え、前記点検回路は、点検信号入力手段からの点検信号が入力されると前記点検モードを実行することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項５】
ランプの累積点灯時間を計時する累積点灯時間計時手段を備え、前記点検回路は、累積点灯時間計時手段により計時された累積点灯時間が所定の基準値に到達した後、最初の電源投入後の所定期間に前記点検モードを実行することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項６】
前記擬似負荷回路は、少なくとも１つのインピーダンス素子で構成されることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記点検モードにおける点灯回路の動作周波数が、前記共振回路の共振周波数付近の周波数に設定されることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
ランプは、フィラメント電極を有する放電ランプからなり、点灯開始時にランプのフィラメント電極に予熱電流を流す予熱モード、および放電を開始させるための高電圧をランプに印加する始動モードを経て安定点灯モードに移行するように前記点灯回路を制御する制御回路を備え、当該制御回路は、前記点検モードにおける前記点灯回路の動作周波数が、前記始動モードにおける動作周波数と等しくなるように設定することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記点検モードにおける前記共振回路の出力特性が所定の規格値を満足しない場合にはランプへの電力供給を停止させる保護手段を備えることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記擬似負荷回路および切替回路のうち少なくとも何れか一方を前記点灯装置に設けたことを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１１】
高周波でスイッチングされるスイッチング素子、および当該スイッチング素子を介して入力される高周波により励振される共振回路を具備し、当該共振回路により生成される高周波電力を供給してランプを点灯させる点灯回路部と、共振回路の異常の有無を点検するための擬似負荷回路と、共振回路に接続される回路を、点灯モードではランプを含む負荷回路に切り替えるとともに、点検モードでは擬似負荷回路に切り替える切替回路とを備えることを特徴とする点灯装置。
【請求項１】
高周波でスイッチングされるスイッチング素子、および当該スイッチング素子を介して入力される高周波により励振される共振回路を具備し、当該共振回路により生成される高周波電力を供給してランプを点灯させる点灯装置と、共振回路の異常の有無を点検するための擬似負荷回路と、共振回路に接続される回路を、点灯モードではランプを含む負荷回路に切り替えるとともに、点検モードでは擬似負荷回路に切り替える切替回路と、点検モードにおいて共振回路の異常の有無を検出する点検回路とを備えることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記点検回路は、電源投入後の所定期間に前記点検モードを実行することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
ランプが交換されたことを検出するランプ交換検出手段を備え、前記点検回路は、ランプ交換検出手段によりランプが交換されたことを検出した後、最初の電源投入後の所定期間に前記点検モードを実行することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項４】
前記共振回路の異常の有無を点検するための点検信号を外部から入力する点検信号入力手段を備え、前記点検回路は、点検信号入力手段からの点検信号が入力されると前記点検モードを実行することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項５】
ランプの累積点灯時間を計時する累積点灯時間計時手段を備え、前記点検回路は、累積点灯時間計時手段により計時された累積点灯時間が所定の基準値に到達した後、最初の電源投入後の所定期間に前記点検モードを実行することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項６】
前記擬似負荷回路は、少なくとも１つのインピーダンス素子で構成されることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記点検モードにおける点灯回路の動作周波数が、前記共振回路の共振周波数付近の周波数に設定されることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
ランプは、フィラメント電極を有する放電ランプからなり、点灯開始時にランプのフィラメント電極に予熱電流を流す予熱モード、および放電を開始させるための高電圧をランプに印加する始動モードを経て安定点灯モードに移行するように前記点灯回路を制御する制御回路を備え、当該制御回路は、前記点検モードにおける前記点灯回路の動作周波数が、前記始動モードにおける動作周波数と等しくなるように設定することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記点検モードにおける前記共振回路の出力特性が所定の規格値を満足しない場合にはランプへの電力供給を停止させる保護手段を備えることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記擬似負荷回路および切替回路のうち少なくとも何れか一方を前記点灯装置に設けたことを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１１】
高周波でスイッチングされるスイッチング素子、および当該スイッチング素子を介して入力される高周波により励振される共振回路を具備し、当該共振回路により生成される高周波電力を供給してランプを点灯させる点灯回路部と、共振回路の異常の有無を点検するための擬似負荷回路と、共振回路に接続される回路を、点灯モードではランプを含む負荷回路に切り替えるとともに、点検モードでは擬似負荷回路に切り替える切替回路とを備えることを特徴とする点灯装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−９０８４（Ｐ２０１１−９０８４Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５１６３８（Ｐ２００９−１５１６３８）
【出願日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【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１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【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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