高圧放電灯点灯装置及びそれを用いた照明器具並びに照明システム
【課題】高圧放電灯の始動性を改善した高圧放電灯点灯装置及びそれを用いた照明器具並びに照明システムを提供する。
【解決手段】インバータ制御回路部８は、イグナイタ回路部７及び極性反転回路部６のスイッチング動作を、高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊させる絶縁破壊モード、高圧放電灯ＤＬのランプ電極を予熱する高周波予熱モード、高圧放電灯ＤＬに矩形波交流を供給することで高圧放電灯ＤＬを安定点灯させる矩形波点灯モードの３つのモードに順次切り替えることで、不点灯状態の高圧放電灯ＤＬを始動点灯させる。インバータ制御回路部８は、高周波予熱モードにおいて、絶縁破壊モードにおける第１スイッチング周波数（イグナイタ回路部７が備えるＬＣ共振回路７ａの共振周波数の奇数分の１の周波数）より低い周波数であって、共振周波数の奇数分の１の周波数である第２スイッチング周波数付近でイグナイタ回路部７をスイッチングさせる。
【解決手段】インバータ制御回路部８は、イグナイタ回路部７及び極性反転回路部６のスイッチング動作を、高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊させる絶縁破壊モード、高圧放電灯ＤＬのランプ電極を予熱する高周波予熱モード、高圧放電灯ＤＬに矩形波交流を供給することで高圧放電灯ＤＬを安定点灯させる矩形波点灯モードの３つのモードに順次切り替えることで、不点灯状態の高圧放電灯ＤＬを始動点灯させる。インバータ制御回路部８は、高周波予熱モードにおいて、絶縁破壊モードにおける第１スイッチング周波数（イグナイタ回路部７が備えるＬＣ共振回路７ａの共振周波数の奇数分の１の周波数）より低い周波数であって、共振周波数の奇数分の１の周波数である第２スイッチング周波数付近でイグナイタ回路部７をスイッチングさせる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧放電灯点灯装置及びそれを用いた照明器具並びに照明システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＨＩＤランプのような高圧放電灯を点灯させる高圧放電灯点灯装置として、インダクタ及びキャパシタからなるＬＣ共振回路の共振作用により発生させた高電圧の始動電圧を高圧放電灯に印加して、高圧放電灯を始動点灯させるものがあった（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献に開示された高圧放電灯点灯装置は、交流電源を直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路と、ＡＣ／ＤＣ変換回路の出力をスイッチングすることで矩形波電圧を発生させて、高圧放電灯を含む負荷回路部に供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣ変換回路及びＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング動作を制御する制御回路とを備えている。
【０００４】
そして制御回路では、ＡＣ／ＤＣ変換回路及びＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング動作を制御することによって、高圧放電灯を始動させる共振イグニッションフェーズと、グロー放電を発生させてランプ電極を予熱するウォームアップフェーズと、高圧放電灯に矩形波電圧を印加することで高圧放電灯を安定点灯させる通常動作フェーズとを順次行わせ、高圧放電灯を始動点灯させている。
【０００５】
すなわち高圧放電灯の始動点灯時には、先ず共振イグニッションフェーズにおいて、ＬＣ共振回路を構成するインダクタ及びキャパシタを電気的に共振させることで、高圧放電灯を絶縁破壊させるのに十分な高電圧の始動電圧を発生させ、この始動電圧を高圧放電灯の両端間に印加する。
【０００６】
次にウォームアップフェーズでは、共振イグニッションフェーズにおける周波数よりも比較的低い周波数の電圧を高圧放電灯に印加することで、グロー放電を起こさせてランプ電極を予熱し、その後通常動作フェーズにおいて、アーク放電を継続して起こさせることで、高圧放電灯を安定的に点灯させている。
【特許文献１】特表２００５−５０７５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献に開示された高圧放電灯点灯装置では、ウォームアップフェーズで動作中に高圧放電灯が立ち消えした場合、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力である約３００Ｖのバス電圧までしか再始動電圧として高圧放電灯に印加することができず、高圧放電灯が完全に消灯した場合は、高圧放電灯の始動に失敗してしまうという問題があった。また高圧放電灯の始動に失敗した場合、上記の高圧放電灯点灯装置では、共振イグニッションフェーズとウォームアップフェーズとが繰り返し行われることになり、始動時間が長引いてしまうという問題があった。
【０００８】
また共振イグニッションフェーズでは、高圧放電灯に高電圧の始動電圧を印加するため、始動電圧を１秒以内に連続印加しても高圧放電灯が始動しない場合は、再始動の前にガラスバルブ内の放電蒸気圧を低下させる必要があり、数秒〜数分間の休止期間を開けた後に再び高電圧の始動電圧を印加していた。したがって、上記特許文献に開示された高圧放電灯点灯装置では、高圧放電灯を初始動させる場合でも、数秒〜数分間の休止期間を開けることで、高圧放電灯の始動が遅れる可能性があった。
【０００９】
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、高圧放電灯の始動性を改善した高圧放電灯点灯装置及びそれを用いた照明器具並びに照明システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、直流電源部と、ＬＣ共振回路を具備し直流電源部の出力をスイッチングすることによって高圧放電灯を絶縁破壊させる始動電圧を発生させるイグナイタ回路部と、直流電源部の出力をスイッチングすることによって矩形波交流に変換し高圧放電灯を含む負荷回路部に供給して高圧放電灯を安定点灯させる電力変換部と、イグナイタ回路部及び電力変換部のスイッチング動作を、高圧放電灯を絶縁破壊させる絶縁破壊モード、高圧放電灯に予熱電流を供給してランプ電極を予熱する高周波予熱モード、高圧放電灯に矩形波交流を供給することで高圧放電灯を安定点灯させる矩形波点灯モードの３つのモードに順次切り替える制御回路部とを備え、制御回路部は、絶縁破壊モードにおいて、ＬＣ共振回路の共振周波数の奇数分の１の周波数である第１スイッチング周波数付近でイグナイタ回路部のスイッチング素子をスイッチングさせることで始動電圧を発生させるとともに、高周波予熱モードにおいて、第１スイッチング周波数よりも低く且つ共振周波数の奇数分の１の周波数である第２スイッチング周波数付近でイグナイタ回路部のスイッチング素子をスイッチングさせることで得られた高周波電圧を負荷回路部に供給することを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、制御回路部は、高周波予熱モードにおいて、第２スイッチング周波数を含む所定の周波数範囲内でイグナイタ回路部のスイッチング周波数を掃引してスイッチングさせることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、所定の周波数範囲とは、ＬＣ共振回路と、点灯状態の高圧放電灯を含む負荷回路部との周波数特性に対して、遅相側の周波数帯であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか１つの発明において、制御回路部は、絶縁破壊モードから高周波予熱モードに移行する際に、イグナイタ回路部のスイッチング周波数を第１スイッチング周波数付近から第２スイッチング周波数付近まで時間の経過に応じて徐々に低下させることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、制御回路部は、絶縁破壊モードから高周波予熱モードに移行する際に、イグナイタ回路部のスイッチング周波数を第１スイッチング周波数付近から第２スイッチング周波数付近まで段階的に低下させることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項５の発明において、制御回路部が、スイッチング周波数を段階的に低下させる際に、第１スイッチング周波数より低く且つ第２スイッチング周波数より高い周波数であって、共振周波数の奇数分の１の周波数となる１乃至複数の中間周波数を設定し、第１スイッチング周波数から１乃至複数の中間周波数を経て第２スイッチング周波数まで段階的に低下させることを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明は照明器具の発明であって、請求項１〜６の何れか１項に記載の高圧放電灯点灯装置と、当該放電灯点灯装置によって電力を供給される放電灯を具備した灯具とを備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明の発明は照明システムの発明であって、請求項１の発明において、請求項７記載の照明器具を備えて点灯制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、制御回路部が、放電灯点灯装置のモードを絶縁破壊モードから高周波予熱モードに切り替えた際に、絶縁破壊モードにおける第１スイッチング周波数より低い周波数であって、ＬＣ共振回路の共振周波数の奇数分の１の周波数である第２スイッチング周波数付近でイグナイタ回路部をスイッチングさせているので、高周波予熱モードで動作中に立ち消えが発生した場合は、ＬＣ共振回路の共振作用によって直流電源部の出力よりも高電圧の共振電圧を高圧放電灯に印加することができ、したがって高圧放電灯が再点灯しやすくなるから、高圧放電灯の始動性を向上させることができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、高周波予熱モードで動作中に立ち消えが発生すると、制御回路部によって、イグナイタ回路部のスイッチング周波数が、第２スイッチング周波数を含む所定の周波数範囲内で掃引制御されるから、スイッチング周波数が共振周波数に近付くにつれて共振が強まり、ＬＣ共振回路の共振作用によって直流電源部の出力よりも高電圧の共振電圧を高圧放電灯に印加することができるので、請求項１の発明と同様、高圧放電灯が再点灯しやすくなり、高圧放電灯の始動性を向上させることができる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、高周波予熱モードにおいて制御回路部がスイッチング周波数を低下させるにつれて、高圧放電灯に供給されるランプ電流が増加するから、高圧放電灯の両ランプ電極を十分に温めて、グロー放電からアーク放電に移行させやすくできる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、絶縁破壊モードから高周波予熱モードに切り替わる際に、スイッチング周波数を徐々に低下させることで、ＬＣ共振回路を構成するコンデンサへの充電電流が急激に増加するのを防止して、回路要素に加わるストレスを低減することができる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、絶縁破壊モードから高周波予熱モードに切り替わる際に、スイッチング周波数を段階的に低下させることで、請求項４の発明と同様、ＬＣ共振回路を構成するコンデンサへの充電電流が急激に増加するのを防止して、回路要素に加わるストレスを低減することができる。
【００２３】
請求項６の発明によれば、制御回路部が、モード切替時にスイッチング周波数を段階的に低下させる際に、第１スイッチング周波数より低く且つ第２スイッチング周波数より高い周波数であって共振周波数の奇数分の１の周波数となる１乃至複数の中間周波数を経て、第２スイッチング周波数まで段階的に低下させており、立ち消えの発生しやすいモード切替直後に高圧放電灯が立ち消えした場合は、第２スイッチング周波数に比べて共振周波数に近い中間周波数でスイッチング動作を行うことで、ＬＣ共振により発生する電圧を大きくでき、立ち消え後に高圧放電灯が再点灯しやすくなるから高圧放電灯の始動性をさらに向上させることができる。
【００２４】
請求項７の発明によれば、請求項１乃至６の発明の何れかと同様の効果を奏し得る照明器具を提供することができる。
【００２５】
請求項８の発明によれば、請求項７の発明と同様の効果を奏し得る照明システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
（実施形態１）
本発明の実施形態１を図１〜図５に基づいて説明する。本実施形態の高圧放電灯点灯装置は、図１のブロック回路図に示すように、ダイオードブリッジからなり商用交流電源１を全波整流する整流回路部２と、整流回路部２の出力を平滑化する直流電源回路部３と、直流電源回路部３の出力を制御するチョッパ制御回路部４と、ＨＩＤランプのような高圧放電灯ＤＬを含む負荷回路部５と、直流電源回路部３の直流出力をスイッチングすることで矩形波交流電力に変換して負荷回路部５に供給する極性反転回路部６と、直流電源回路部３の直流出力をスイッチングすることによって高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊させるための始動電圧を発生させるイグナイタ回路部７と、極性反転回路部６及びイグナイタ回路部７のスイッチング動作を制御するインバータ制御回路部８とを主要な構成として備えている。
【００２８】
直流電源回路部３は昇圧型のチョッパ回路からなり、整流回路部２の高圧側出力端に一端が接続されたインダクタＬ１と、インダクタＬ１の他端と整流回路部２の低圧側出力端との間にドレイン−ソース間が接続されたＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）よりなるスイッチング素子Ｑ１と、インダクタＬ１の他端にアノードが接続されたダイオードＤ１と、ダイオードＤ１のカソードと整流回路部２の低圧側出力端との間に接続された電解コンデンサＣ１とを備えている。
【００２９】
チョッパ制御回路部４は、直流電源回路部３の出力電圧Ｖ１（電解コンデンサＣ１の両端電圧）を検出し、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数やオン／オフのデューティ比を制御することによって出力電圧Ｖ１を所望の電圧値に制御する。ここにおいて、整流回路部２と直流電源回路部３とチョッパ制御回路部４とで直流電源部が構成される。
【００３０】
極性反転回路部６は、直流電源回路部３の出力端間（すなわちコンデンサＣ１の両端間）にそれぞれ接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の直列回路、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の直列回路を有する４石のフルブリッジ回路からなり、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点と、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の接続点との間には、オートトランス（単巻変圧器）構造のインダクタＬ３と高圧放電灯ＤＬとインダクタＬ２とが直列に接続され、さらにインダクタＬ３及び高圧放電灯ＤＬからなる直列回路と並列にコンデンサＣ２が接続されている。ここで、インダクタＬ２およびコンデンサＣ２からなるＬＣ共振回路と高圧放電灯ＤＬとで負荷回路部５が構成されている。
【００３１】
またイグナイタ回路部７は、直流電源回路部３の出力端間に接続された極性反転回路部６内のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の組、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の組と、インダクタＬ３と、インダクタＬ３の一次巻線（分路巻線）Ｎ１の両端間にスイッチング素子Ｑ４を介して接続されたコンデンサＣ３及び抵抗Ｒ１の直列回路とを備え、インダクタＬ３の直列巻線Ｎ２は高圧放電灯ＤＬに接続されている。またインダクタＬ３の一次巻線Ｎ１とコンデンサＣ３とでＬＣ共振回路７ａが構成されている。
【００３２】
インバータ制御回路部８は例えばマイクロコンピュータからなり、負荷状態に応じて各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６のオン／オフを制御している。例えば高圧放電灯ＤＬの安定点灯時（矩形波点灯モード時）には、インバータ制御回路部８は、対角の位置に配置されたスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５のペアをオフさせた状態でスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６のペアをオン／オフさせる第１の期間（図３（ａ）の期間Ｔ２２）と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６のペアをオフさせた状態でスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５のペアをオン／オフさせる第２の期間（図３（ａ）の期間Ｔ２１）とを比較的低い周波数で交番させており、第１の期間Ｔ２２ではスイッチング素子Ｑ３をオンさせた状態でスイッチング素子Ｑ６を比較的高い周波数でオン／オフさせ、また第２の期間Ｔ２１ではスイッチング素子Ｑ４をオンさせた状態でスイッチング素子Ｑ５を比較的高い周波数でオン／オフさせている。
【００３３】
次に、この高圧放電灯点灯装置により高圧放電灯ＤＬが不点灯状態から安定点灯状態に至るまでの動作を、図３（ａ）（ｂ）を参照して説明する。尚、図３（ａ）は高圧放電灯ＤＬが不点灯状態から安定点灯状態に至るまでの各部の波形図であり、同図（ｂ）は絶縁破壊モード中の期間Ｔａにおけるスイッチング動作とランプ電圧の関係を示している。
【００３４】
先ず、高圧放電灯ＤＬが不点灯状態で図示しない点灯スイッチが投入されると、チョッパ制御回路部４およびインバータ制御回路部８が制御動作を開始し、チョッパ制御回路部４では、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフを制御することによって直流電源回路部３にチョッパ動作を行わせ、入力電源を昇圧した所定電圧値の直流電圧を出力する。
【００３５】
インバータ制御回路部８は、先ず絶縁破壊モードで動作を開始し（図３（ａ）の期間ＴＭ１）、上記ＬＣ共振回路７ａの共振周波数ｆ０の奇数分の１となる数百ｋＨｚの第１スイッチング周波数ｆ１付近で、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオンになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオフになる期間Ｔ０１と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオフになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオンになる期間Ｔ０２とを交互に設けることで、ＬＣ共振回路７ａを共振させ、このときインダクタＬ３の一次巻線Ｎ１に発生する共振電圧を、一次巻線（分路巻線）Ｎ１と直列巻線Ｎ２との巻線比で昇圧した電圧を、高圧放電灯ＤＬの電極間に印加して、絶縁破壊を発生させる。ここで、図２（ａ）は無負荷時（高圧放電灯ＤＬの不点灯状態）におけるＬＣ共振回路７ａの周波数特性と動作周波数の関係を示しており、本実施形態ではＬＣ共振回路７ａの共振周波数ｆ０が約４３０ｋＨｚとなっている。而してインバータ制御回路部８は、絶縁破壊モードにおいて、共振周波数ｆ０の奇数分の１（例えば３分の１）の第１スイッチング周波数ｆ１（約１４３ｋＨｚ）付近、すなわち第１スイッチング周波数ｆ１を含む所定の周波数範囲ｆ１swp（例えば９６ｋＨｚ〜１６０ｋＨＺ）で、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組と、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組とを交互にオンさせる動作周波数を掃引する。この動作周波数の掃引に応じて、ＬＣ共振回路７ａの共振作用により高圧放電灯ＤＬの両端間に印加されるランプ電圧Ｖlaの大きさが変化し、動作周波数が共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数である第１スイッチング周波数ｆ１（約１４３ｋＨｚ）に近付くほどランプ電圧Ｖlaが大きくなって、高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊させるのに必要な始動電圧Ｖp1を高圧放電灯ＤＬに印加することができ、高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊させることができる（図３（ａ）の時刻ｔ１）。尚、インバータ制御回路部８では、絶縁破壊モードにおける第１スイッチング周波数ｆ１を共振周波数ｆ０や、共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数に設定してもよく、ＬＣ共振回路７ａの共振作用によって高圧の共振電圧を高圧放電灯ＤＬに印加して、高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊を起こさせることができる。
【００３６】
上述の絶縁破壊モードにおいて高圧放電灯ＤＬの絶縁破壊が発生すると、高圧放電灯ＤＬではグロー放電が発生し、その後アーク放電に至るのであるが、その間に両側のランプ電極に予熱電流を供給して、両ランプ電極を素早く温めるモードが高周波予熱モードである（図３（ａ）の期間ＴＭ２）。ここで、図２（ｂ）は高圧放電灯ＤＬの始動時（高周波予熱モード時）におけるランプ電流（図中のａ）、コンデンサＣ２に流れるコンデンサ電流（図中のｂ）、チョークＬ２，Ｌ３に流れるチョーク電流（図中のｃ）の周波数特性を示し、後述する第２スイッチング周波数ｆ２において、インダクタＬ２，Ｌ３、コンデンサＣ３及び高圧放電灯ＤＬの合成インピーダンス内で高圧放電灯ＤＬに流れるランプ電流Ｉ１が所望の電流値（すなわちランプ電極の予熱に必要な電流値）となるように、各回路要素の定数を設定してある。
【００３７】
高周波予熱モードでは、インバータ制御回路部８が、第１スイッチング周波数ｆ１より低い周波数であって、共振周波数ｆ０の奇数分の１（本実施形態では１１分の１）の周波数である第２スイッチング周波数ｆ２（約３９ｋＨｚ）で、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオフになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオンになる期間Ｔ１１と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオンになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオフになる期間Ｔ１２とを交互に設けており、高圧放電灯ＤＬの両ランプ電極にランプ電流Ｉ１が供給されることで、両ランプ電極が予熱される。尚、高周波予熱モードにおける第２スイッチング周波数ｆ２は、ＬＣ共振回路７ａと点灯状態の高圧放電灯ＤＬを含む負荷回路部５との周波数特性に対して、遅相側の周波数帯に設定されている。
【００３８】
そして、高周波予熱モードにおいて高圧放電灯ＤＬの両ランプ電極が均等に予熱されると、図３（ａ）の時刻ｔ３において、インバータ制御回路部８が、高周波予熱モードから矩形波点灯モードにモードを切り換える。矩形波点灯モードでは（図３（ａ）の期間ＴＭ３）、インバータ制御回路部８が、対角の位置に配置されたスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５のペアをオフさせた状態でスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６のペアをオン／オフさせる第１の期間Ｔ２１と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６のペアをオフさせた状態でスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５のペアをオン／オフさせる第２の期間Ｔ２２とを比較的低い周波数（例えば数十Ｈｚ〜数百Ｈｚ）で交番させており、第１の期間Ｔ２１ではスイッチング素子Ｑ３をオンさせた状態でスイッチング素子Ｑ６を比較的高い周波数でオン／オフさせ、第２の期間Ｔ２２ではスイッチング素子Ｑ４をオンさせた状態でスイッチング素子Ｑ５を比較的高い周波数でオン／オフさせることで、数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの矩形波交流電圧を高圧放電灯ＤＬに印加する。このとき、高圧放電灯ＤＬのガラスバルブ内の温度とともに、ランプ電圧が徐々に上昇し、数分後にはランプ電圧が略一定の安定状態となり、この状態でアーク放電が継続して発生することにより、高圧放電灯ＤＬが安定点灯状態となる。
【００３９】
以上のようにインバータ制御回路部８では絶縁破壊モード、高周波予熱モード、矩形波点灯モードの３つのモードを順次切り替えることで、不点灯状態の高圧放電灯ＤＬを安定点灯状態に移行させているのであるが、高圧放電灯ＤＬの状態によっては高周波予熱モードで予熱中に高圧放電灯ＤＬが立ち消えする場合もある。
【００４０】
図４は高周波予熱モードで動作中に立ち消えが発生した場合の各部の波形図を示しており、絶縁破壊モードにおける時刻ｔ１に絶縁破壊が発生し、時刻ｔ２に絶縁破壊モードから高周波予熱モードにモードが切り替えられた後、高圧放電灯ＤＬの両ランプ電極を高周波予熱している間の時刻ｔ３に立ち消えが発生すると、インバータ制御回路部８は、第２スイッチング周波数ｆ２でスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオフになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオンになる期間Ｔ１１と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオンになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオフになる期間Ｔ１２とを交番させることになる。ここで、第２スイッチング周波数ｆ２（約３９ｋＨｚ）は、無負荷時におけるＬＣ共振回路７ａの共振周波数をｆ０としたとき、共振周波数ｆ０の奇数分の１（例えば１１分の１）の周波数に設定されているので、ＬＣ共振回路７ａの共振作用により直流電源回路部３の出力電圧Ｖ１に比べて高電圧の共振電圧Ｖp2を高圧放電灯ＤＬのランプ電極間に印加することができ、再び絶縁破壊を発生させることで、高圧放電灯ＤＬを高周波予熱モードへと移行させ、その後両ランプ電極が十分温まったところで、矩形波点灯モードに移行されるから、高圧放電灯ＤＬを安定点灯させることができる。
【００４１】
すなわち本実施形態の放電灯点灯装置では、高周波予熱モードにおいて、インバータ制御回路部８が、第１スイッチング周波数ｆ１より低い周波数であって、共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数である第２スイッチング周波数ｆ２でイグナイタ回路部７のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６にスイッチング動作を行わせることで、高圧放電灯ＤＬの両ランプ電極を高周波予熱しており、ランプ電極が十分温まったところで、矩形波点灯モードに移行して、高圧放電灯ＤＬを安定点灯させている。したがって、高圧放電灯ＤＬを予熱中に立ち消えが発生した場合、高周波予熱モードではイグナイタ回路部７のスイッチング周波数が、第１スイッチング周波数ｆ１より低い周波数であって、無負荷時の共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数である第２スイッチング周波数ｆ２に設定されているので、ＬＣ共振回路７ａの共振作用により、直流電源部の出力電圧よりも高電圧の共振電圧を高圧放電灯ＤＬに印加することができ、高圧放電灯ＤＬを再び絶縁破壊させて高周波予熱モードに復帰させることが可能なため、始動の失敗が少なく、始動性を向上させた高圧放電灯点灯装置を提供することができる。
【００４２】
尚、本実施形態では極性反転回路部６をフルブリッジ回路で構成しているが、図５に示すように極性反転回路部６をハーフブリッジ構成としてもよい。図５に示す回路では、直流電源回路部３の出力端子間に２個の電解コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂを直列に接続してあり、電解コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂの直列回路と並列に、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の直列回路を接続する。そして、電解コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂの接続点とスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点との間に、コンデンサＣ３及びインダクタＬ３の直列回路からなるＬＣ共振回路７ａを接続し、コンデンサＣ３と並列に高圧放電灯ＤＬを接続してある。ここにおいて、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と電解コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂとで極性反転回路部６が構成され、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、コンデンサＣ３及びインダクタＬ３からなるＬＣ共振回路７ａとでイグナイタ回路部７が構成される。
【００４３】
図５に示す高圧放電灯点灯装置においても、インバータ制御回路部８は、絶縁破壊モードと高周波予熱モードと矩形波点灯モードの３つのモードを順次切り替えることによって、高圧放電灯ＤＬを点灯させている。そして、絶縁破壊モードでは、ＬＣ共振回路７ａの共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数である第１スイッチング周波数ｆ１付近（上記の周波数範囲ｆ１swp）で、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を交互にオンさせることによって、高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊させる始動電圧を発生させる。またインバータ制御回路部８は、高周波予熱モードにおいて、第１スイッチング周波数ｆ１より低い周波数であって、上記共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数である第２スイッチング周波数ｆ２でスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を交互にオンさせることによって発生した高周波電圧を高圧放電灯ＤＬの両ランプ電極に供給し、両ランプ電極を予熱する。その後の矩形波点灯モードでは、インバータ制御回路部８は、数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの比較的低い周波数で、スイッチング素子Ｑ３のオン／オフと、スイッチング素子Ｑ４のオン／オフとを交番させており、高圧放電灯ＤＬに比較的低周波の矩形波交流電圧を供給することで、高圧放電灯ＤＬを安定点灯させている。
【００４４】
この放電灯点灯装置においても、上述したフルブリッジ構成の極性反転回路部６を有する放電灯点灯装置と同様に、高周波予熱モードにおいて高圧放電灯ＤＬが立ち消えした場合には、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を、第１スイッチング周波数ｆ１より低い周波数であって、無負荷時の共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数である第２スイッチング周波数ｆ２でスイッチングしているので、ＬＣ共振回路７ａの共振作用によって直流電源回路部３の出力電圧よりも高電圧の共振電圧を高圧放電灯ＤＬに印加することができ、高圧放電灯ＤＬを再び絶縁破壊させて高周波予熱モードに復帰させることが可能なため、始動の失敗が少なく、始動性を向上させることができる。
【００４５】
（実施形態２）
本発明の実施形態２を図６及び図７に基づいて説明する。尚、高圧放電灯点灯装置の回路構成は実施形態１で説明した図１の回路と同一であるので、図示及び説明は省略する。
【００４６】
本実施形態により高圧放電灯ＤＬが不点灯状態から安定点灯状態に至るまでの動作を、図７を参照して説明する。尚、絶縁破壊モード及び矩形波点灯モードにおける動作は実施形態１と同様であるので、その説明は省略する。
【００４７】
絶縁破壊モード（図７の期間ＴＭ１）で動作中の時刻ｔ１に高圧放電灯ＤＬの絶縁破壊が発生すると、高圧放電灯ＤＬではグロー放電が発生し、その後アーク放電に至るのであるが、インバータ制御回路部８では、その後の時刻ｔ２において絶縁破壊モードから高周波予熱モードにモードを切り換えている。図６（ｂ）は高圧放電灯ＤＬの始動時（高周波予熱モード時）におけるランプ電流（図中のａ）、コンデンサＣ２に流れるコンデンサ電流（図中のｂ）、チョークＬ２，Ｌ３に流れるチョーク電流（図中のｃ）の周波数特性を示し、スイッチング周波数を後述の周波数範囲ｆ２swpで掃引した場合のランプ電流Ｉ（Ｉ２≦Ｉ≦Ｉ３）が所望の電流値（すなわちランプ電極の予熱に必要な電流値）となるように、各回路要素の定数を設定してある。
【００４８】
そして、高周波予熱モードでは、インバータ制御回路部８が、第１スイッチング周波数ｆ１より低い周波数であって、共振周波数ｆ０の奇数分の１（本実施形態では１１分の１）の第２スイッチング周波数ｆ２（約３９ｋＨｚ）付近、すなわち第２スイッチング周波数ｆ２を含む所定の周波数範囲ｆ２swpで、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組と、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組とを交互にオンさせる動作周波数を掃引しており、動作周波数の掃引制御に応じて、高圧放電灯ＤＬに流れるランプ電流Ｉは、周波数範囲ｆ２swpの上限周波数におけるランプ電流Ｉ２と、周波数範囲ｆ２swpの下限周波数におけるランプ電流Ｉ３との間で変化するので（Ｉ２≦Ｉ≦Ｉ３）、両ランプ電極には予熱に十分なランプ電流が供給され、両ランプ電極を十分に予熱することができる。尚、第２スイッチング周波数ｆ２を含む上記の周波数範囲ｆ２swpは、ＬＣ共振回路７ａと点灯状態の高圧放電灯ＤＬを含む負荷回路部５との周波数特性に対して、遅相側の周波数帯となっている。
【００４９】
そして、高周波予熱モードにおいて高圧放電灯ＤＬの両ランプ電極が均等に予熱されると、図７の時刻ｔ５において、インバータ制御回路部８が、高周波予熱モードから矩形波点灯モードにモードを切り換えており、高圧放電灯ＤＬを安定点灯させることができる。
【００５０】
以上のようにインバータ制御回路部８では絶縁破壊モード、高周波予熱モード、矩形波点灯モードの３つのモードを順番に実行することで、不点灯状態の高圧放電灯ＤＬを安定点灯状態に移行させているのであるが、高圧放電灯ＤＬの状態によっては高周波予熱モードで予熱中の高圧放電灯ＤＬが立ち消えする場合もある。
【００５１】
ここで、高周波予熱モードで動作中の時刻ｔ３に高圧放電灯ＤＬの立ち消えが発生すると、高周波予熱モードではインバータ制御回路部８が、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組と、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組とを交互にオンさせる動作周波数を上記の周波数範囲ｆ２swpで掃引しているので、動作周波数が共振周波数ｆ０（例えば４３０ｋＨｚ）の奇数分の１（１１分の１）の周波数である第２スイッチング周波数ｆ２（例えば３９ｋＨｚ）に近付くと、ＬＣ共振回路７ａの共振作用により直流電源回路部３の出力電圧Ｖ１に比べて高電圧の共振電圧Ｖp2を高圧放電灯ＤＬのランプ電極間に印加することができる。したがって、予熱中に立ち消えが発生した場合でも、共振電圧を高圧放電灯ＤＬの電極間に印加することで、再び絶縁破壊が発生しやすくなり、絶縁破壊が発生した後に高周波予熱モードへと移行させ、両ランプ電極が十分温まったところで、矩形波点灯モードに移行させることで高圧放電灯ＤＬを安定点灯させることができるから、始動の失敗が少なく、始動性を向上させた高圧放電灯点灯装置を提供することができる。
【００５２】
尚、実施形態１で説明した図５の高圧放電灯点灯装置において、本実施形態と同様の制御を行ってもよく、上述と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
（実施形態３）
本発明の実施形態３を図８及び図９に基づいて説明する。本実施形態の高圧放電灯点灯装置は、図８のブロック回路図に示すように、ダイオードブリッジからなり商用交流電源１を全波整流する整流回路部２と、整流回路部２の出力を平滑化する昇圧チョッパからなる直流電源回路部３と、直流電源回路部３の出力を制御する昇圧チョッパ制御回路部４と、直流電源回路部３の出力電圧を所望の電圧値に降圧することによって高圧放電灯ＤＬの点灯電力を制御する電力制御回路部９と、電力制御回路部９の出力を制御する降圧チョッパ制御回路部１０と、電力制御回路部９の直流出力をスイッチングすることで矩形波交流電力に変換して高圧放電灯ＤＬに供給する極性反転回路部６と、電力制御回路部９の直流出力をスイッチングすることによって高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊させるための始動電圧を発生させるイグナイタ回路部７と、極性反転回路部６及びイグナイタ回路部７のスイッチング動作を制御するインバータ制御回路部８とを主要な構成として備えている。
【００５４】
直流電源回路部３は昇圧型のチョッパ回路からなり、整流回路部２の高圧側出力端に一端が接続されたインダクタＬ１と、インダクタＬ１の他端と整流回路部２の低圧側出力端との間にドレイン−ソース間が接続されたＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）よりなるスイッチング素子Ｑ１と、インダクタＬ１の他端にアノードが接続されたダイオードＤ１と、ダイオードＤ１のカソードと整流回路部２の低圧側出力端との間に接続された電解コンデンサＣ１とを備えている。
【００５５】
昇圧チョッパ制御回路部４は、直流電源回路部３の出力電圧Ｖ１（電解コンデンサＣ１の両端電圧）を検出し、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数やオン／オフのデューティ比を制御することによって出力電圧Ｖ１を所望の電圧値に制御する。
【００５６】
電力制御回路部９は、直流電源回路部３の高圧側出力端に接続されたＭＯＳ型ＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ２とインダクタＬ２との直列回路と、スイッチング素子Ｑ２を介して直流電源回路部３の出力端間に接続されたダイオードＤ２と、インダクタＬ２の他端と直流電源回路部３の低圧側出力端との間に接続されたコンデンサＣ２とを備え、コンデンサＣ２の両端電圧Ｖ２が出力として極性反転回路部６に供給される。
【００５７】
降圧チョッパ制御回路部１０は、インバータ制御回路部８から入力される制御信号に応じて、電力制御回路部９のスイッチング素子Ｑ２をオン／オフ駆動することで、電力制御回路部９の出力電圧Ｖ２を変化させ、高圧放電灯ＤＬへの点灯電力を制御する。ここにおいて、整流回路部２と直流電源回路部３と電力制御回路部９と昇圧チョッパ制御回路部４と降圧チョッパ制御回路部１０とで直流電源部が構成される。
【００５８】
極性反転回路部６は、電力制御回路部９の出力端間（すなわちコンデンサＣ２の両端間）にそれぞれ接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の直列回路、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の直列回路を有するフルブリッジ回路からなり、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点と、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の接続点との間には、オートトランス（単巻変圧器）構造のインダクタＬ３と高圧放電灯ＤＬとが直列に接続されている。
【００５９】
イグナイタ回路部７は、直流電源回路部３の出力端間に接続された極性反転回路部６内のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の組、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の組と、インダクタＬ３と、インダクタＬ３の一次巻線（分路巻線）Ｎ１の両端間にスイッチング素子Ｑ４を介して接続されたコンデンサＣ３及び抵抗Ｒ１の直列回路とを備え、インダクタＬ３の直列巻線Ｎ２は高圧放電灯ＤＬに接続されている。またインダクタＬ３の一次巻線Ｎ１とコンデンサＣ３とでＬＣ共振回路７ａが構成されている。
【００６０】
インバータ制御回路部８は例えばマイクロコンピュータからなり、負荷状態に応じて、電力制御回路部９のスイッチング素子Ｑ２と極性反転回路部６のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６のオン／オフを制御している。例えば高圧放電灯ＤＬの安定点灯時（矩形波点灯モード時）には、インバータ制御回路部８は、対角の位置に配置されたスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５のペアをオフさせた状態でスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６のペアをオン／オフさせる第１の期間Ｔ２１と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６のペアをオフさせた状態でスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５のペアをオン／オフさせる第２の期間Ｔ２２とを比較的低い周波数で交番させている。
【００６１】
次に、この高圧放電灯点灯装置により高圧放電灯ＤＬが不点灯状態から安定点灯状態に至るまでの動作を、図９及び図１０を参照して説明する。尚、図１０は高圧放電灯ＤＬが不点灯状態から安定点灯状態に至るまでの各部の波形図である。
【００６２】
先ず、高圧放電灯ＤＬが不点灯状態で図示しない点灯スイッチが投入されると、チョッパ制御回路部４およびインバータ制御回路部８が制御動作を開始する。チョッパ制御回路部４では、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフを制御することによって直流電源回路部３にチョッパ動作を行わせ、入力電源を昇圧した所定電圧値の直流電圧を出力するとともに、インバータ制御回路部８が、降圧チョッパ制御回路部１０を用いてスイッチング素子Ｑ２のオン／オフを制御し、直流電源回路部３の出力電圧を降圧した所定電圧値の直流電圧を出力する。
【００６３】
またインバータ制御回路部８は、先ず絶縁破壊モードで動作を開始し（図１０の期間ＴＭ１）、降圧チョッパ制御回路部１０を用いてスイッチング素子Ｑ２のオン／オフを制御し、直流電源回路部３の出力電圧を降圧した所定電圧値の直流電圧を出力するとともに、ＬＣ共振回路７ａの共振周波数ｆ０の奇数分の１となる数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの第１スイッチング周波数ｆ１付近で、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオンになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオフになる期間Ｔ０１と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオフになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオンになる期間Ｔ０２とを交互に設けることで、ＬＣ共振回路７ａを共振させ、このときインダクタＬ３の一次巻線Ｎ１に発生する共振電圧を、一次巻線（分路巻線）Ｎ１と直列巻線Ｎ２との巻線比で昇圧した電圧を、高圧放電灯ＤＬの電極間に印加して、絶縁破壊を発生させる。
【００６４】
ここで、図９は無負荷時（高圧放電灯ＤＬの不点灯状態）におけるＬＣ共振回路７ａの周波数特性と動作周波数の関係を示しており、本実施形態ではＬＣ共振回路７ａの共振周波数ｆ０が約４３０ｋＨｚとなっている。而してインバータ制御回路部８は、絶縁破壊モードにおいて、共振周波数ｆ０の奇数分の１（例えば３分の１）の第１スイッチング周波数ｆ１（約１４３ｋＨｚ）付近、すなわち第１スイッチング周波数ｆ１を含む所定の周波数範囲ｆ１swp（例えば９６ｋＨｚ〜１６０ｋＨＺ）で、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組と、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組とを交互にオンさせる動作周波数を掃引する。そして、動作周波数の掃引に応じて、ＬＣ共振回路７ａの共振作用により高圧放電灯ＤＬの両端間に印加されるランプ電圧Ｖlaの大きさが変化し、動作周波数が共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数である第１スイッチング周波数ｆ１（約１４３ｋＨｚ）に一致したときにランプ電圧Ｖlaが最大となって、高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊させるのに必要な始動電圧Ｖp1を高圧放電灯ＤＬに印加することができ、高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊させることができる（図１０の時刻ｔ１）。尚、インバータ制御回路部８では、絶縁破壊モードにおける第１スイッチング周波数ｆ１を共振周波数ｆ０や、共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数に設定してもよく、ＬＣ共振回路７ａの共振作用によって高圧の共振電圧を高圧放電灯ＤＬに印加して、高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊を起こさせることができる。
【００６５】
上述の絶縁破壊モードにおいてイグナイタ回路部７によって高圧放電灯ＤＬの絶縁破壊が発生すると、高圧放電灯ＤＬではグロー放電が発生し、その後アーク放電に至るのであるが、その間に両側のランプ電極に予熱電流を供給して、両ランプ電極を素早く温めるモードが高周波予熱モードである（図１０の期間ＴＭ２）。この高周波予熱モードにおいて、インバータ制御回路部８は、第１スイッチング周波数ｆ１より低い周波数であって、共振周波数ｆ０の奇数分の１（本実施形態では１１分の１）の第２スイッチング周波数ｆ２（約３９ｋＨｚ）で、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオフになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオンになる期間Ｔ１１と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオンになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオフになる期間Ｔ１２とを交互に設けており、高圧放電灯ＤＬの両ランプ電極にランプ電流Ｉ１が供給されることで、両ランプ電極が予熱される。尚、第２スイッチング周波数ｆ２は、ＬＣ共振回路７ａと点灯状態の高圧放電灯ＤＬを含む負荷回路部５との周波数特性に対して、遅相側の周波数帯となっている。
【００６６】
そして、高周波予熱モードにおいて高圧放電灯ＤＬの両ランプ電極が均等に予熱されると、図１０の時刻ｔ５において、インバータ制御回路部８が、高周波予熱モードから矩形波点灯モードにモードを切り換える。矩形波点灯モードでは（図１０の期間ＴＭ３）、インバータ制御回路部８が、対角の位置に配置されたスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５のペアと、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６のペアを比較的低い周波数ｆlow（例えば数十Ｈｚ〜数百Ｈｚ）で交互にオン／オフさせており、数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの矩形波交流電圧を高圧放電灯ＤＬに印加する。このとき、高圧放電灯ＤＬのガラスバルブ内の温度とともに、ランプ電圧が徐々に上昇し、数分後にはランプ電圧が略一定の安定状態となり、この状態でアーク放電が継続して発生することにより、高圧放電灯ＤＬが安定点灯状態となる。
【００６７】
以上のようにインバータ制御回路部８では絶縁破壊モード、高周波予熱モード、矩形波点灯モードの３つのモードを順次切り替えることで、不点灯状態の高圧放電灯ＤＬを安定点灯状態に移行させているのであるが、高圧放電灯ＤＬの状態によっては高周波予熱モードで予熱中の高圧放電灯ＤＬが立ち消えする場合もある。図１０は高周波予熱モードで動作中に立ち消えが発生した場合の各部の波形図を示しており、高周波予熱モードで動作中の時刻ｔ３に立ち消えが発生すると、インバータ制御回路部８は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオフになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオンになる期間Ｔ１１と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオンになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオフになる期間Ｔ１２とを第２スイッチング周波数ｆ２で交番させている。この第２スイッチング周波数ｆ２（約３９ｋＨｚ）は、無負荷時のＬＣ共振回路７ａの共振周波数をｆ０としたとき、共振周波数ｆ０の奇数分の１（例えば１１分の１）の周波数となるので、ＬＣ共振回路７ａの共振作用により直流電源回路部３の出力電圧Ｖ１（所謂バス電圧）に比べて高電圧の共振電圧Ｖp2を高圧放電灯ＤＬのランプ電極間に印加することができ、再び絶縁破壊を発生させることで、高圧放電灯ＤＬを高周波予熱モードへと移行させ、その後両ランプ電極が十分温まったところで、矩形波点灯モードに移行させることで高圧放電灯ＤＬを安定点灯させることができる。
【００６８】
すなわち本実施形態の放電灯点灯装置では、高周波予熱モードにおいて立ち消えが発生した場合でも、無負荷時の共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数でスイッチング動作を行わせているので、ＬＣ共振回路７ａの共振作用により、直流電源部の出力電圧よりも高電圧の共振電圧を高圧放電灯ＤＬに印加することができ、高圧放電灯ＤＬを再び絶縁破壊させて高周波予熱モードに復帰させることが可能なため、始動の失敗が少なく、始動性を向上させた高圧放電灯点灯装置を提供することができる。
【００６９】
（実施形態４）
本発明の実施形態４を図１１〜図１４に基づいて説明する。上述の実施形態１では、インバータ制御回路部８が、絶縁破壊モードから高周波予熱モードに移行する際、イグナイタ回路部７のスイッチング周波数を第１スイッチング周波数ｆ１から第２スイッチング周波数ｆ２へ切り替えるのであるが、図１１に示すようにスイッチング周波数の切り替えを徐々に行うようにしてもよい。尚、高圧放電灯点灯装置の回路構成は図１と同一であるので、図示及び説明は省略する。
【００７０】
図１１は高圧放電灯ＤＬが不点灯状態から安定点灯状態に至るまでの各部の波形図であり、絶縁破壊モードＴＭ１中の時刻ｔ１において絶縁破壊が発生すると、その後の時刻ｔ２に動作モードが高周波予熱モードに切り替えられるのであるが、インバータ制御回路部８では、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組とスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組を交互にオン／オフさせる周波数を、時刻ｔ２に共振周波数ｆ０の５分の１の周波数（ｆ０／５）、時刻ｔ３に共振周波数ｆ０の７分の１の周波数（ｆ０／７）、時刻ｔ４に共振周波数ｆ０の９分の１の周波数（ｆ０／９）の順番で段階的に低下させた後、最終的に共振周波数ｆ０の１１分の１の周波数（ｆ０／１１）に切り替えている。すなわち、スイッチング周波数を段階的に低下させる際に、第１スイッチング周波数ｆ１（＝ｆ０／３）より低く且つ第２スイッチング周波数ｆ２（＝ｆ０／１１）より高い周波数であって、共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数となる１乃至複数（本実施形態では例えば３つ）の中間周波数ｆ０／５，ｆ０／７，ｆ０／９を設定し、第１スイッチング周波数ｆ０から３つの中間周波数ｆ０／５，ｆ０／７，ｆ０／９を経て第２スイッチング周波数ｆ２まで段階的に低下させているのであるが、動作モードが高周波予熱モードに切り替えられた直後の高圧放電灯ＤＬが立ち消えしやすいタイミングでは、高圧放電灯ＤＬの立ち消えが発生した場合に、第２スイッチング周波数に比べて、共振周波数ｆ０に近い中間周波数（ｆ０／５，ｆ０／７，ｆ０／９）でスイッチング動作を行うから、モードの切替直後に第２スイッチング周波数ｆ２（＝ｆ０／１１）でスイッチングする場合に比べて高電圧の共振電圧を発生させることができ、高周波予熱モードで立ち消えが発生した場合には高電圧の共振電圧を高圧放電灯ＤＬに印加させることで、高圧放電灯ＤＬを再点灯させることができる。また高周波予熱モードにおいて、インバータ制御回路部８は、時間の経過と共にスイッチング周波数を段階的に低下させており、最終的には所望のスイッチング周波数（ｆ０／１１）に切り替えているので、予熱電流を段階的に増加させ、高圧放電灯ＤＬのランプ電極を十分に予熱した状態で、矩形波点灯に移行させることができる。
【００７１】
尚、図１１に示す例では絶縁破壊モードから高周波予熱モードに切り替わると、インバータ制御回路部８は、スイッチング周波数をｆ０／５→ｆ０／７→ｆ０／９→ｆ０／１１の順番でステップ状に切り替えているが、スイッチング周波数の切り替え方を上記の形態に限定する趣旨のものではなく、例えば図１２に示すように、高周波予熱モードに移行させた後の時刻ｔｎ（ｎ＝２，３，４）にスイッチング周波数をｆ０／（２×ｎ＋１）に切り替えるとともに、時刻ｔｎから時刻ｔ（ｎ＋１）の間では時間の経過に応じてスイッチング周波数をｆ０／（２×ｎ＋１）から線形的に低下させ、最終的には時刻ｔ５においてスイッチング周波数を（ｆ０／１１）に切り換えるようにしてもよい。
【００７２】
また図１３に示すように動作モードを絶縁破壊モードから高周波予熱モードに移行させる際に、スイッチング周波数が第１スイッチング周波数ｆ１（例えば１４０ｋＨｚ）から第２スイッチング周波数ｆ２（例えば３９ｋＨｚ）にダイレクトに切り替えられた場合、コンデンサＣ２への充電電流（振動電流）が過大になるので、図１４に示すようにモード切替時に、スイッチング周波数ｆ１よりも低く且つ第２スイッチング周波数ｆ２よりも高い周波数（例えば４７ｋＨｚ）に一旦切り替えた後（期間ＴＡ）、第２スイッチング周波数ｆ２（例えば３９ｋＨｚ）に切り替えるようにしてもよく（期間ＴＢ）、コンデンサＣ２への充電電流のピークを低減することができる。
【００７３】
尚、本実施形態では実施形態１の回路において高周波予熱モードでのスイッチング周波数の制御方式を説明したが、実施形態２又は３の高圧放電灯点灯装置において、本実施形態のようにスイッチング周波数を切り替えてもよく、上述と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
（実施形態５）
本発明の実施形態５を図１５（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。図１５（ａ）〜（ｃ）は、実施形態１乃至４で説明した何れかの高圧放電灯点灯装置をハウジング２０内に収納して、灯具２１内のソケット（図示なし）に装着された高圧放電灯ＤＬを点灯させる照明器具の外観図であり、ハウジング２０内の高圧放電灯点灯装置からケーブル２３及びソケットを介して高圧放電灯に点灯電力を供給することで、高圧放電灯ＤＬを点灯させるものである。
【００７５】
これらの照明器具は、実施形態１乃至４の何れかの高圧放電灯点灯装置を用いているので、絶縁破壊モードから高周波予熱モードに移行した際に立ち消えが発生したとしても、イグナイタ回路部７が備えるＬＣ共振回路７ａで発生した共振電圧を高圧放電灯ＤＬの両ランプ電極間に印加することで、高圧放電灯ＤＬが再点灯しやすくなり、高圧放電灯ＤＬの始動性を改善することができる。
【００７６】
なお図１５（ａ）は、ダウンライトにＨＩＤランプ等の高圧放電灯ＤＬを用いた照明器具であり、同図（ｂ）（ｃ）は、スポットライトにＨＩＤランプ等の高圧放電灯ＤＬを用い、商用電源を給電するための配線ダクトレール２３に対して移動自在に取り付けられたハウジング２０に対して灯具２１を吊下げ支持させた器具である。
【００７７】
さらに、これらの照明器具を用いて、各照明器具の点灯制御を行う照明システムを構築すれば、システムとしても上記同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】実施形態１の高圧放電灯点灯装置のブロック回路図である。
【図２】同上のイグナイタ回路部の動作周波数と共振回路の周波数特性の関係を示し、（ａ）は無負荷時の説明図、（ｂ）は点灯時の説明図である。
【図３】（ａ）は同上の絶縁破壊モードから矩形波点灯モードに至るまでの各部の波形図であり、（ｂ）は絶縁破壊モード中の期間Ｔａにおける各部の波形図である。
【図４】同上の絶縁破壊モードから矩形波点灯モードに至るまでの各部の波形図であり、高周波予熱モードで立ち消えが発生した場合の波形図である。
【図５】同上の他の回路構成を示すブロック回路図である。
【図６】実施形態２のイグナイタ回路部の動作周波数と共振回路の周波数特性の関係を示し、（ａ）は無負荷時の説明図、（ｂ）は点灯時の説明図である。
【図７】同上の絶縁破壊モードから矩形波点灯モードに至るまでの各部の波形図である。
【図８】実施形態３の放電灯点灯装置のブロック回路図である。
【図９】同上の無負荷時における共振回路の周波数特性とイグナイタ回路部の動作周波数との関係を示す説明図である。
【図１０】同上の絶縁破壊モードから矩形波点灯モードに至るまでの各部の波形図である。
【図１１】実施形態４の放電灯点灯装置を示し、絶縁破壊モードから矩形波点灯モードに至るまでの各部の波形図である。
【図１２】同上の他の制御方式を示し、絶縁破壊モードから矩形波点灯モードに至るまでの各部の波形図である。
【図１３】同上を示し、絶縁破壊モードから高周波予熱モードへの移行時における各部の電流波形図である。
【図１４】同上の他の制御方式を示し、絶縁破壊モードから高周波予熱モードへの移行時における各部の電流波形図である。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は同上を用いた照明装置の外観図である。
【符号の説明】
【００７９】
２ 整流回路部（直流電源部）
３ 直流電源回路部（直流電源部）
５ 負荷回路部
６ 極性反転回路部（電力変換部）
７ イグナイタ回路部
７ａ ＬＣ共振回路
８ インバータ制御回路部（制御回路部）
ＤＬ 高圧放電灯
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧放電灯点灯装置及びそれを用いた照明器具並びに照明システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＨＩＤランプのような高圧放電灯を点灯させる高圧放電灯点灯装置として、インダクタ及びキャパシタからなるＬＣ共振回路の共振作用により発生させた高電圧の始動電圧を高圧放電灯に印加して、高圧放電灯を始動点灯させるものがあった（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献に開示された高圧放電灯点灯装置は、交流電源を直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路と、ＡＣ／ＤＣ変換回路の出力をスイッチングすることで矩形波電圧を発生させて、高圧放電灯を含む負荷回路部に供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣ変換回路及びＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング動作を制御する制御回路とを備えている。
【０００４】
そして制御回路では、ＡＣ／ＤＣ変換回路及びＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング動作を制御することによって、高圧放電灯を始動させる共振イグニッションフェーズと、グロー放電を発生させてランプ電極を予熱するウォームアップフェーズと、高圧放電灯に矩形波電圧を印加することで高圧放電灯を安定点灯させる通常動作フェーズとを順次行わせ、高圧放電灯を始動点灯させている。
【０００５】
すなわち高圧放電灯の始動点灯時には、先ず共振イグニッションフェーズにおいて、ＬＣ共振回路を構成するインダクタ及びキャパシタを電気的に共振させることで、高圧放電灯を絶縁破壊させるのに十分な高電圧の始動電圧を発生させ、この始動電圧を高圧放電灯の両端間に印加する。
【０００６】
次にウォームアップフェーズでは、共振イグニッションフェーズにおける周波数よりも比較的低い周波数の電圧を高圧放電灯に印加することで、グロー放電を起こさせてランプ電極を予熱し、その後通常動作フェーズにおいて、アーク放電を継続して起こさせることで、高圧放電灯を安定的に点灯させている。
【特許文献１】特表２００５−５０７５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献に開示された高圧放電灯点灯装置では、ウォームアップフェーズで動作中に高圧放電灯が立ち消えした場合、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力である約３００Ｖのバス電圧までしか再始動電圧として高圧放電灯に印加することができず、高圧放電灯が完全に消灯した場合は、高圧放電灯の始動に失敗してしまうという問題があった。また高圧放電灯の始動に失敗した場合、上記の高圧放電灯点灯装置では、共振イグニッションフェーズとウォームアップフェーズとが繰り返し行われることになり、始動時間が長引いてしまうという問題があった。
【０００８】
また共振イグニッションフェーズでは、高圧放電灯に高電圧の始動電圧を印加するため、始動電圧を１秒以内に連続印加しても高圧放電灯が始動しない場合は、再始動の前にガラスバルブ内の放電蒸気圧を低下させる必要があり、数秒〜数分間の休止期間を開けた後に再び高電圧の始動電圧を印加していた。したがって、上記特許文献に開示された高圧放電灯点灯装置では、高圧放電灯を初始動させる場合でも、数秒〜数分間の休止期間を開けることで、高圧放電灯の始動が遅れる可能性があった。
【０００９】
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、高圧放電灯の始動性を改善した高圧放電灯点灯装置及びそれを用いた照明器具並びに照明システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、直流電源部と、ＬＣ共振回路を具備し直流電源部の出力をスイッチングすることによって高圧放電灯を絶縁破壊させる始動電圧を発生させるイグナイタ回路部と、直流電源部の出力をスイッチングすることによって矩形波交流に変換し高圧放電灯を含む負荷回路部に供給して高圧放電灯を安定点灯させる電力変換部と、イグナイタ回路部及び電力変換部のスイッチング動作を、高圧放電灯を絶縁破壊させる絶縁破壊モード、高圧放電灯に予熱電流を供給してランプ電極を予熱する高周波予熱モード、高圧放電灯に矩形波交流を供給することで高圧放電灯を安定点灯させる矩形波点灯モードの３つのモードに順次切り替える制御回路部とを備え、制御回路部は、絶縁破壊モードにおいて、ＬＣ共振回路の共振周波数の奇数分の１の周波数である第１スイッチング周波数付近でイグナイタ回路部のスイッチング素子をスイッチングさせることで始動電圧を発生させるとともに、高周波予熱モードにおいて、第１スイッチング周波数よりも低く且つ共振周波数の奇数分の１の周波数である第２スイッチング周波数付近でイグナイタ回路部のスイッチング素子をスイッチングさせることで得られた高周波電圧を負荷回路部に供給することを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、制御回路部は、高周波予熱モードにおいて、第２スイッチング周波数を含む所定の周波数範囲内でイグナイタ回路部のスイッチング周波数を掃引してスイッチングさせることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、所定の周波数範囲とは、ＬＣ共振回路と、点灯状態の高圧放電灯を含む負荷回路部との周波数特性に対して、遅相側の周波数帯であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか１つの発明において、制御回路部は、絶縁破壊モードから高周波予熱モードに移行する際に、イグナイタ回路部のスイッチング周波数を第１スイッチング周波数付近から第２スイッチング周波数付近まで時間の経過に応じて徐々に低下させることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、制御回路部は、絶縁破壊モードから高周波予熱モードに移行する際に、イグナイタ回路部のスイッチング周波数を第１スイッチング周波数付近から第２スイッチング周波数付近まで段階的に低下させることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項５の発明において、制御回路部が、スイッチング周波数を段階的に低下させる際に、第１スイッチング周波数より低く且つ第２スイッチング周波数より高い周波数であって、共振周波数の奇数分の１の周波数となる１乃至複数の中間周波数を設定し、第１スイッチング周波数から１乃至複数の中間周波数を経て第２スイッチング周波数まで段階的に低下させることを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明は照明器具の発明であって、請求項１〜６の何れか１項に記載の高圧放電灯点灯装置と、当該放電灯点灯装置によって電力を供給される放電灯を具備した灯具とを備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明の発明は照明システムの発明であって、請求項１の発明において、請求項７記載の照明器具を備えて点灯制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、制御回路部が、放電灯点灯装置のモードを絶縁破壊モードから高周波予熱モードに切り替えた際に、絶縁破壊モードにおける第１スイッチング周波数より低い周波数であって、ＬＣ共振回路の共振周波数の奇数分の１の周波数である第２スイッチング周波数付近でイグナイタ回路部をスイッチングさせているので、高周波予熱モードで動作中に立ち消えが発生した場合は、ＬＣ共振回路の共振作用によって直流電源部の出力よりも高電圧の共振電圧を高圧放電灯に印加することができ、したがって高圧放電灯が再点灯しやすくなるから、高圧放電灯の始動性を向上させることができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、高周波予熱モードで動作中に立ち消えが発生すると、制御回路部によって、イグナイタ回路部のスイッチング周波数が、第２スイッチング周波数を含む所定の周波数範囲内で掃引制御されるから、スイッチング周波数が共振周波数に近付くにつれて共振が強まり、ＬＣ共振回路の共振作用によって直流電源部の出力よりも高電圧の共振電圧を高圧放電灯に印加することができるので、請求項１の発明と同様、高圧放電灯が再点灯しやすくなり、高圧放電灯の始動性を向上させることができる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、高周波予熱モードにおいて制御回路部がスイッチング周波数を低下させるにつれて、高圧放電灯に供給されるランプ電流が増加するから、高圧放電灯の両ランプ電極を十分に温めて、グロー放電からアーク放電に移行させやすくできる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、絶縁破壊モードから高周波予熱モードに切り替わる際に、スイッチング周波数を徐々に低下させることで、ＬＣ共振回路を構成するコンデンサへの充電電流が急激に増加するのを防止して、回路要素に加わるストレスを低減することができる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、絶縁破壊モードから高周波予熱モードに切り替わる際に、スイッチング周波数を段階的に低下させることで、請求項４の発明と同様、ＬＣ共振回路を構成するコンデンサへの充電電流が急激に増加するのを防止して、回路要素に加わるストレスを低減することができる。
【００２３】
請求項６の発明によれば、制御回路部が、モード切替時にスイッチング周波数を段階的に低下させる際に、第１スイッチング周波数より低く且つ第２スイッチング周波数より高い周波数であって共振周波数の奇数分の１の周波数となる１乃至複数の中間周波数を経て、第２スイッチング周波数まで段階的に低下させており、立ち消えの発生しやすいモード切替直後に高圧放電灯が立ち消えした場合は、第２スイッチング周波数に比べて共振周波数に近い中間周波数でスイッチング動作を行うことで、ＬＣ共振により発生する電圧を大きくでき、立ち消え後に高圧放電灯が再点灯しやすくなるから高圧放電灯の始動性をさらに向上させることができる。
【００２４】
請求項７の発明によれば、請求項１乃至６の発明の何れかと同様の効果を奏し得る照明器具を提供することができる。
【００２５】
請求項８の発明によれば、請求項７の発明と同様の効果を奏し得る照明システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
（実施形態１）
本発明の実施形態１を図１〜図５に基づいて説明する。本実施形態の高圧放電灯点灯装置は、図１のブロック回路図に示すように、ダイオードブリッジからなり商用交流電源１を全波整流する整流回路部２と、整流回路部２の出力を平滑化する直流電源回路部３と、直流電源回路部３の出力を制御するチョッパ制御回路部４と、ＨＩＤランプのような高圧放電灯ＤＬを含む負荷回路部５と、直流電源回路部３の直流出力をスイッチングすることで矩形波交流電力に変換して負荷回路部５に供給する極性反転回路部６と、直流電源回路部３の直流出力をスイッチングすることによって高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊させるための始動電圧を発生させるイグナイタ回路部７と、極性反転回路部６及びイグナイタ回路部７のスイッチング動作を制御するインバータ制御回路部８とを主要な構成として備えている。
【００２８】
直流電源回路部３は昇圧型のチョッパ回路からなり、整流回路部２の高圧側出力端に一端が接続されたインダクタＬ１と、インダクタＬ１の他端と整流回路部２の低圧側出力端との間にドレイン−ソース間が接続されたＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）よりなるスイッチング素子Ｑ１と、インダクタＬ１の他端にアノードが接続されたダイオードＤ１と、ダイオードＤ１のカソードと整流回路部２の低圧側出力端との間に接続された電解コンデンサＣ１とを備えている。
【００２９】
チョッパ制御回路部４は、直流電源回路部３の出力電圧Ｖ１（電解コンデンサＣ１の両端電圧）を検出し、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数やオン／オフのデューティ比を制御することによって出力電圧Ｖ１を所望の電圧値に制御する。ここにおいて、整流回路部２と直流電源回路部３とチョッパ制御回路部４とで直流電源部が構成される。
【００３０】
極性反転回路部６は、直流電源回路部３の出力端間（すなわちコンデンサＣ１の両端間）にそれぞれ接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の直列回路、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の直列回路を有する４石のフルブリッジ回路からなり、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点と、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の接続点との間には、オートトランス（単巻変圧器）構造のインダクタＬ３と高圧放電灯ＤＬとインダクタＬ２とが直列に接続され、さらにインダクタＬ３及び高圧放電灯ＤＬからなる直列回路と並列にコンデンサＣ２が接続されている。ここで、インダクタＬ２およびコンデンサＣ２からなるＬＣ共振回路と高圧放電灯ＤＬとで負荷回路部５が構成されている。
【００３１】
またイグナイタ回路部７は、直流電源回路部３の出力端間に接続された極性反転回路部６内のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の組、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の組と、インダクタＬ３と、インダクタＬ３の一次巻線（分路巻線）Ｎ１の両端間にスイッチング素子Ｑ４を介して接続されたコンデンサＣ３及び抵抗Ｒ１の直列回路とを備え、インダクタＬ３の直列巻線Ｎ２は高圧放電灯ＤＬに接続されている。またインダクタＬ３の一次巻線Ｎ１とコンデンサＣ３とでＬＣ共振回路７ａが構成されている。
【００３２】
インバータ制御回路部８は例えばマイクロコンピュータからなり、負荷状態に応じて各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６のオン／オフを制御している。例えば高圧放電灯ＤＬの安定点灯時（矩形波点灯モード時）には、インバータ制御回路部８は、対角の位置に配置されたスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５のペアをオフさせた状態でスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６のペアをオン／オフさせる第１の期間（図３（ａ）の期間Ｔ２２）と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６のペアをオフさせた状態でスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５のペアをオン／オフさせる第２の期間（図３（ａ）の期間Ｔ２１）とを比較的低い周波数で交番させており、第１の期間Ｔ２２ではスイッチング素子Ｑ３をオンさせた状態でスイッチング素子Ｑ６を比較的高い周波数でオン／オフさせ、また第２の期間Ｔ２１ではスイッチング素子Ｑ４をオンさせた状態でスイッチング素子Ｑ５を比較的高い周波数でオン／オフさせている。
【００３３】
次に、この高圧放電灯点灯装置により高圧放電灯ＤＬが不点灯状態から安定点灯状態に至るまでの動作を、図３（ａ）（ｂ）を参照して説明する。尚、図３（ａ）は高圧放電灯ＤＬが不点灯状態から安定点灯状態に至るまでの各部の波形図であり、同図（ｂ）は絶縁破壊モード中の期間Ｔａにおけるスイッチング動作とランプ電圧の関係を示している。
【００３４】
先ず、高圧放電灯ＤＬが不点灯状態で図示しない点灯スイッチが投入されると、チョッパ制御回路部４およびインバータ制御回路部８が制御動作を開始し、チョッパ制御回路部４では、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフを制御することによって直流電源回路部３にチョッパ動作を行わせ、入力電源を昇圧した所定電圧値の直流電圧を出力する。
【００３５】
インバータ制御回路部８は、先ず絶縁破壊モードで動作を開始し（図３（ａ）の期間ＴＭ１）、上記ＬＣ共振回路７ａの共振周波数ｆ０の奇数分の１となる数百ｋＨｚの第１スイッチング周波数ｆ１付近で、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオンになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオフになる期間Ｔ０１と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオフになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオンになる期間Ｔ０２とを交互に設けることで、ＬＣ共振回路７ａを共振させ、このときインダクタＬ３の一次巻線Ｎ１に発生する共振電圧を、一次巻線（分路巻線）Ｎ１と直列巻線Ｎ２との巻線比で昇圧した電圧を、高圧放電灯ＤＬの電極間に印加して、絶縁破壊を発生させる。ここで、図２（ａ）は無負荷時（高圧放電灯ＤＬの不点灯状態）におけるＬＣ共振回路７ａの周波数特性と動作周波数の関係を示しており、本実施形態ではＬＣ共振回路７ａの共振周波数ｆ０が約４３０ｋＨｚとなっている。而してインバータ制御回路部８は、絶縁破壊モードにおいて、共振周波数ｆ０の奇数分の１（例えば３分の１）の第１スイッチング周波数ｆ１（約１４３ｋＨｚ）付近、すなわち第１スイッチング周波数ｆ１を含む所定の周波数範囲ｆ１swp（例えば９６ｋＨｚ〜１６０ｋＨＺ）で、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組と、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組とを交互にオンさせる動作周波数を掃引する。この動作周波数の掃引に応じて、ＬＣ共振回路７ａの共振作用により高圧放電灯ＤＬの両端間に印加されるランプ電圧Ｖlaの大きさが変化し、動作周波数が共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数である第１スイッチング周波数ｆ１（約１４３ｋＨｚ）に近付くほどランプ電圧Ｖlaが大きくなって、高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊させるのに必要な始動電圧Ｖp1を高圧放電灯ＤＬに印加することができ、高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊させることができる（図３（ａ）の時刻ｔ１）。尚、インバータ制御回路部８では、絶縁破壊モードにおける第１スイッチング周波数ｆ１を共振周波数ｆ０や、共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数に設定してもよく、ＬＣ共振回路７ａの共振作用によって高圧の共振電圧を高圧放電灯ＤＬに印加して、高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊を起こさせることができる。
【００３６】
上述の絶縁破壊モードにおいて高圧放電灯ＤＬの絶縁破壊が発生すると、高圧放電灯ＤＬではグロー放電が発生し、その後アーク放電に至るのであるが、その間に両側のランプ電極に予熱電流を供給して、両ランプ電極を素早く温めるモードが高周波予熱モードである（図３（ａ）の期間ＴＭ２）。ここで、図２（ｂ）は高圧放電灯ＤＬの始動時（高周波予熱モード時）におけるランプ電流（図中のａ）、コンデンサＣ２に流れるコンデンサ電流（図中のｂ）、チョークＬ２，Ｌ３に流れるチョーク電流（図中のｃ）の周波数特性を示し、後述する第２スイッチング周波数ｆ２において、インダクタＬ２，Ｌ３、コンデンサＣ３及び高圧放電灯ＤＬの合成インピーダンス内で高圧放電灯ＤＬに流れるランプ電流Ｉ１が所望の電流値（すなわちランプ電極の予熱に必要な電流値）となるように、各回路要素の定数を設定してある。
【００３７】
高周波予熱モードでは、インバータ制御回路部８が、第１スイッチング周波数ｆ１より低い周波数であって、共振周波数ｆ０の奇数分の１（本実施形態では１１分の１）の周波数である第２スイッチング周波数ｆ２（約３９ｋＨｚ）で、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオフになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオンになる期間Ｔ１１と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオンになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオフになる期間Ｔ１２とを交互に設けており、高圧放電灯ＤＬの両ランプ電極にランプ電流Ｉ１が供給されることで、両ランプ電極が予熱される。尚、高周波予熱モードにおける第２スイッチング周波数ｆ２は、ＬＣ共振回路７ａと点灯状態の高圧放電灯ＤＬを含む負荷回路部５との周波数特性に対して、遅相側の周波数帯に設定されている。
【００３８】
そして、高周波予熱モードにおいて高圧放電灯ＤＬの両ランプ電極が均等に予熱されると、図３（ａ）の時刻ｔ３において、インバータ制御回路部８が、高周波予熱モードから矩形波点灯モードにモードを切り換える。矩形波点灯モードでは（図３（ａ）の期間ＴＭ３）、インバータ制御回路部８が、対角の位置に配置されたスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５のペアをオフさせた状態でスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６のペアをオン／オフさせる第１の期間Ｔ２１と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６のペアをオフさせた状態でスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５のペアをオン／オフさせる第２の期間Ｔ２２とを比較的低い周波数（例えば数十Ｈｚ〜数百Ｈｚ）で交番させており、第１の期間Ｔ２１ではスイッチング素子Ｑ３をオンさせた状態でスイッチング素子Ｑ６を比較的高い周波数でオン／オフさせ、第２の期間Ｔ２２ではスイッチング素子Ｑ４をオンさせた状態でスイッチング素子Ｑ５を比較的高い周波数でオン／オフさせることで、数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの矩形波交流電圧を高圧放電灯ＤＬに印加する。このとき、高圧放電灯ＤＬのガラスバルブ内の温度とともに、ランプ電圧が徐々に上昇し、数分後にはランプ電圧が略一定の安定状態となり、この状態でアーク放電が継続して発生することにより、高圧放電灯ＤＬが安定点灯状態となる。
【００３９】
以上のようにインバータ制御回路部８では絶縁破壊モード、高周波予熱モード、矩形波点灯モードの３つのモードを順次切り替えることで、不点灯状態の高圧放電灯ＤＬを安定点灯状態に移行させているのであるが、高圧放電灯ＤＬの状態によっては高周波予熱モードで予熱中に高圧放電灯ＤＬが立ち消えする場合もある。
【００４０】
図４は高周波予熱モードで動作中に立ち消えが発生した場合の各部の波形図を示しており、絶縁破壊モードにおける時刻ｔ１に絶縁破壊が発生し、時刻ｔ２に絶縁破壊モードから高周波予熱モードにモードが切り替えられた後、高圧放電灯ＤＬの両ランプ電極を高周波予熱している間の時刻ｔ３に立ち消えが発生すると、インバータ制御回路部８は、第２スイッチング周波数ｆ２でスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオフになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオンになる期間Ｔ１１と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオンになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオフになる期間Ｔ１２とを交番させることになる。ここで、第２スイッチング周波数ｆ２（約３９ｋＨｚ）は、無負荷時におけるＬＣ共振回路７ａの共振周波数をｆ０としたとき、共振周波数ｆ０の奇数分の１（例えば１１分の１）の周波数に設定されているので、ＬＣ共振回路７ａの共振作用により直流電源回路部３の出力電圧Ｖ１に比べて高電圧の共振電圧Ｖp2を高圧放電灯ＤＬのランプ電極間に印加することができ、再び絶縁破壊を発生させることで、高圧放電灯ＤＬを高周波予熱モードへと移行させ、その後両ランプ電極が十分温まったところで、矩形波点灯モードに移行されるから、高圧放電灯ＤＬを安定点灯させることができる。
【００４１】
すなわち本実施形態の放電灯点灯装置では、高周波予熱モードにおいて、インバータ制御回路部８が、第１スイッチング周波数ｆ１より低い周波数であって、共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数である第２スイッチング周波数ｆ２でイグナイタ回路部７のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６にスイッチング動作を行わせることで、高圧放電灯ＤＬの両ランプ電極を高周波予熱しており、ランプ電極が十分温まったところで、矩形波点灯モードに移行して、高圧放電灯ＤＬを安定点灯させている。したがって、高圧放電灯ＤＬを予熱中に立ち消えが発生した場合、高周波予熱モードではイグナイタ回路部７のスイッチング周波数が、第１スイッチング周波数ｆ１より低い周波数であって、無負荷時の共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数である第２スイッチング周波数ｆ２に設定されているので、ＬＣ共振回路７ａの共振作用により、直流電源部の出力電圧よりも高電圧の共振電圧を高圧放電灯ＤＬに印加することができ、高圧放電灯ＤＬを再び絶縁破壊させて高周波予熱モードに復帰させることが可能なため、始動の失敗が少なく、始動性を向上させた高圧放電灯点灯装置を提供することができる。
【００４２】
尚、本実施形態では極性反転回路部６をフルブリッジ回路で構成しているが、図５に示すように極性反転回路部６をハーフブリッジ構成としてもよい。図５に示す回路では、直流電源回路部３の出力端子間に２個の電解コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂを直列に接続してあり、電解コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂの直列回路と並列に、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の直列回路を接続する。そして、電解コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂの接続点とスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点との間に、コンデンサＣ３及びインダクタＬ３の直列回路からなるＬＣ共振回路７ａを接続し、コンデンサＣ３と並列に高圧放電灯ＤＬを接続してある。ここにおいて、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と電解コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂとで極性反転回路部６が構成され、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、コンデンサＣ３及びインダクタＬ３からなるＬＣ共振回路７ａとでイグナイタ回路部７が構成される。
【００４３】
図５に示す高圧放電灯点灯装置においても、インバータ制御回路部８は、絶縁破壊モードと高周波予熱モードと矩形波点灯モードの３つのモードを順次切り替えることによって、高圧放電灯ＤＬを点灯させている。そして、絶縁破壊モードでは、ＬＣ共振回路７ａの共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数である第１スイッチング周波数ｆ１付近（上記の周波数範囲ｆ１swp）で、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を交互にオンさせることによって、高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊させる始動電圧を発生させる。またインバータ制御回路部８は、高周波予熱モードにおいて、第１スイッチング周波数ｆ１より低い周波数であって、上記共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数である第２スイッチング周波数ｆ２でスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を交互にオンさせることによって発生した高周波電圧を高圧放電灯ＤＬの両ランプ電極に供給し、両ランプ電極を予熱する。その後の矩形波点灯モードでは、インバータ制御回路部８は、数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの比較的低い周波数で、スイッチング素子Ｑ３のオン／オフと、スイッチング素子Ｑ４のオン／オフとを交番させており、高圧放電灯ＤＬに比較的低周波の矩形波交流電圧を供給することで、高圧放電灯ＤＬを安定点灯させている。
【００４４】
この放電灯点灯装置においても、上述したフルブリッジ構成の極性反転回路部６を有する放電灯点灯装置と同様に、高周波予熱モードにおいて高圧放電灯ＤＬが立ち消えした場合には、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を、第１スイッチング周波数ｆ１より低い周波数であって、無負荷時の共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数である第２スイッチング周波数ｆ２でスイッチングしているので、ＬＣ共振回路７ａの共振作用によって直流電源回路部３の出力電圧よりも高電圧の共振電圧を高圧放電灯ＤＬに印加することができ、高圧放電灯ＤＬを再び絶縁破壊させて高周波予熱モードに復帰させることが可能なため、始動の失敗が少なく、始動性を向上させることができる。
【００４５】
（実施形態２）
本発明の実施形態２を図６及び図７に基づいて説明する。尚、高圧放電灯点灯装置の回路構成は実施形態１で説明した図１の回路と同一であるので、図示及び説明は省略する。
【００４６】
本実施形態により高圧放電灯ＤＬが不点灯状態から安定点灯状態に至るまでの動作を、図７を参照して説明する。尚、絶縁破壊モード及び矩形波点灯モードにおける動作は実施形態１と同様であるので、その説明は省略する。
【００４７】
絶縁破壊モード（図７の期間ＴＭ１）で動作中の時刻ｔ１に高圧放電灯ＤＬの絶縁破壊が発生すると、高圧放電灯ＤＬではグロー放電が発生し、その後アーク放電に至るのであるが、インバータ制御回路部８では、その後の時刻ｔ２において絶縁破壊モードから高周波予熱モードにモードを切り換えている。図６（ｂ）は高圧放電灯ＤＬの始動時（高周波予熱モード時）におけるランプ電流（図中のａ）、コンデンサＣ２に流れるコンデンサ電流（図中のｂ）、チョークＬ２，Ｌ３に流れるチョーク電流（図中のｃ）の周波数特性を示し、スイッチング周波数を後述の周波数範囲ｆ２swpで掃引した場合のランプ電流Ｉ（Ｉ２≦Ｉ≦Ｉ３）が所望の電流値（すなわちランプ電極の予熱に必要な電流値）となるように、各回路要素の定数を設定してある。
【００４８】
そして、高周波予熱モードでは、インバータ制御回路部８が、第１スイッチング周波数ｆ１より低い周波数であって、共振周波数ｆ０の奇数分の１（本実施形態では１１分の１）の第２スイッチング周波数ｆ２（約３９ｋＨｚ）付近、すなわち第２スイッチング周波数ｆ２を含む所定の周波数範囲ｆ２swpで、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組と、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組とを交互にオンさせる動作周波数を掃引しており、動作周波数の掃引制御に応じて、高圧放電灯ＤＬに流れるランプ電流Ｉは、周波数範囲ｆ２swpの上限周波数におけるランプ電流Ｉ２と、周波数範囲ｆ２swpの下限周波数におけるランプ電流Ｉ３との間で変化するので（Ｉ２≦Ｉ≦Ｉ３）、両ランプ電極には予熱に十分なランプ電流が供給され、両ランプ電極を十分に予熱することができる。尚、第２スイッチング周波数ｆ２を含む上記の周波数範囲ｆ２swpは、ＬＣ共振回路７ａと点灯状態の高圧放電灯ＤＬを含む負荷回路部５との周波数特性に対して、遅相側の周波数帯となっている。
【００４９】
そして、高周波予熱モードにおいて高圧放電灯ＤＬの両ランプ電極が均等に予熱されると、図７の時刻ｔ５において、インバータ制御回路部８が、高周波予熱モードから矩形波点灯モードにモードを切り換えており、高圧放電灯ＤＬを安定点灯させることができる。
【００５０】
以上のようにインバータ制御回路部８では絶縁破壊モード、高周波予熱モード、矩形波点灯モードの３つのモードを順番に実行することで、不点灯状態の高圧放電灯ＤＬを安定点灯状態に移行させているのであるが、高圧放電灯ＤＬの状態によっては高周波予熱モードで予熱中の高圧放電灯ＤＬが立ち消えする場合もある。
【００５１】
ここで、高周波予熱モードで動作中の時刻ｔ３に高圧放電灯ＤＬの立ち消えが発生すると、高周波予熱モードではインバータ制御回路部８が、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組と、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組とを交互にオンさせる動作周波数を上記の周波数範囲ｆ２swpで掃引しているので、動作周波数が共振周波数ｆ０（例えば４３０ｋＨｚ）の奇数分の１（１１分の１）の周波数である第２スイッチング周波数ｆ２（例えば３９ｋＨｚ）に近付くと、ＬＣ共振回路７ａの共振作用により直流電源回路部３の出力電圧Ｖ１に比べて高電圧の共振電圧Ｖp2を高圧放電灯ＤＬのランプ電極間に印加することができる。したがって、予熱中に立ち消えが発生した場合でも、共振電圧を高圧放電灯ＤＬの電極間に印加することで、再び絶縁破壊が発生しやすくなり、絶縁破壊が発生した後に高周波予熱モードへと移行させ、両ランプ電極が十分温まったところで、矩形波点灯モードに移行させることで高圧放電灯ＤＬを安定点灯させることができるから、始動の失敗が少なく、始動性を向上させた高圧放電灯点灯装置を提供することができる。
【００５２】
尚、実施形態１で説明した図５の高圧放電灯点灯装置において、本実施形態と同様の制御を行ってもよく、上述と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
（実施形態３）
本発明の実施形態３を図８及び図９に基づいて説明する。本実施形態の高圧放電灯点灯装置は、図８のブロック回路図に示すように、ダイオードブリッジからなり商用交流電源１を全波整流する整流回路部２と、整流回路部２の出力を平滑化する昇圧チョッパからなる直流電源回路部３と、直流電源回路部３の出力を制御する昇圧チョッパ制御回路部４と、直流電源回路部３の出力電圧を所望の電圧値に降圧することによって高圧放電灯ＤＬの点灯電力を制御する電力制御回路部９と、電力制御回路部９の出力を制御する降圧チョッパ制御回路部１０と、電力制御回路部９の直流出力をスイッチングすることで矩形波交流電力に変換して高圧放電灯ＤＬに供給する極性反転回路部６と、電力制御回路部９の直流出力をスイッチングすることによって高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊させるための始動電圧を発生させるイグナイタ回路部７と、極性反転回路部６及びイグナイタ回路部７のスイッチング動作を制御するインバータ制御回路部８とを主要な構成として備えている。
【００５４】
直流電源回路部３は昇圧型のチョッパ回路からなり、整流回路部２の高圧側出力端に一端が接続されたインダクタＬ１と、インダクタＬ１の他端と整流回路部２の低圧側出力端との間にドレイン−ソース間が接続されたＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）よりなるスイッチング素子Ｑ１と、インダクタＬ１の他端にアノードが接続されたダイオードＤ１と、ダイオードＤ１のカソードと整流回路部２の低圧側出力端との間に接続された電解コンデンサＣ１とを備えている。
【００５５】
昇圧チョッパ制御回路部４は、直流電源回路部３の出力電圧Ｖ１（電解コンデンサＣ１の両端電圧）を検出し、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数やオン／オフのデューティ比を制御することによって出力電圧Ｖ１を所望の電圧値に制御する。
【００５６】
電力制御回路部９は、直流電源回路部３の高圧側出力端に接続されたＭＯＳ型ＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ２とインダクタＬ２との直列回路と、スイッチング素子Ｑ２を介して直流電源回路部３の出力端間に接続されたダイオードＤ２と、インダクタＬ２の他端と直流電源回路部３の低圧側出力端との間に接続されたコンデンサＣ２とを備え、コンデンサＣ２の両端電圧Ｖ２が出力として極性反転回路部６に供給される。
【００５７】
降圧チョッパ制御回路部１０は、インバータ制御回路部８から入力される制御信号に応じて、電力制御回路部９のスイッチング素子Ｑ２をオン／オフ駆動することで、電力制御回路部９の出力電圧Ｖ２を変化させ、高圧放電灯ＤＬへの点灯電力を制御する。ここにおいて、整流回路部２と直流電源回路部３と電力制御回路部９と昇圧チョッパ制御回路部４と降圧チョッパ制御回路部１０とで直流電源部が構成される。
【００５８】
極性反転回路部６は、電力制御回路部９の出力端間（すなわちコンデンサＣ２の両端間）にそれぞれ接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の直列回路、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の直列回路を有するフルブリッジ回路からなり、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点と、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の接続点との間には、オートトランス（単巻変圧器）構造のインダクタＬ３と高圧放電灯ＤＬとが直列に接続されている。
【００５９】
イグナイタ回路部７は、直流電源回路部３の出力端間に接続された極性反転回路部６内のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の組、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の組と、インダクタＬ３と、インダクタＬ３の一次巻線（分路巻線）Ｎ１の両端間にスイッチング素子Ｑ４を介して接続されたコンデンサＣ３及び抵抗Ｒ１の直列回路とを備え、インダクタＬ３の直列巻線Ｎ２は高圧放電灯ＤＬに接続されている。またインダクタＬ３の一次巻線Ｎ１とコンデンサＣ３とでＬＣ共振回路７ａが構成されている。
【００６０】
インバータ制御回路部８は例えばマイクロコンピュータからなり、負荷状態に応じて、電力制御回路部９のスイッチング素子Ｑ２と極性反転回路部６のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６のオン／オフを制御している。例えば高圧放電灯ＤＬの安定点灯時（矩形波点灯モード時）には、インバータ制御回路部８は、対角の位置に配置されたスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５のペアをオフさせた状態でスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６のペアをオン／オフさせる第１の期間Ｔ２１と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６のペアをオフさせた状態でスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５のペアをオン／オフさせる第２の期間Ｔ２２とを比較的低い周波数で交番させている。
【００６１】
次に、この高圧放電灯点灯装置により高圧放電灯ＤＬが不点灯状態から安定点灯状態に至るまでの動作を、図９及び図１０を参照して説明する。尚、図１０は高圧放電灯ＤＬが不点灯状態から安定点灯状態に至るまでの各部の波形図である。
【００６２】
先ず、高圧放電灯ＤＬが不点灯状態で図示しない点灯スイッチが投入されると、チョッパ制御回路部４およびインバータ制御回路部８が制御動作を開始する。チョッパ制御回路部４では、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフを制御することによって直流電源回路部３にチョッパ動作を行わせ、入力電源を昇圧した所定電圧値の直流電圧を出力するとともに、インバータ制御回路部８が、降圧チョッパ制御回路部１０を用いてスイッチング素子Ｑ２のオン／オフを制御し、直流電源回路部３の出力電圧を降圧した所定電圧値の直流電圧を出力する。
【００６３】
またインバータ制御回路部８は、先ず絶縁破壊モードで動作を開始し（図１０の期間ＴＭ１）、降圧チョッパ制御回路部１０を用いてスイッチング素子Ｑ２のオン／オフを制御し、直流電源回路部３の出力電圧を降圧した所定電圧値の直流電圧を出力するとともに、ＬＣ共振回路７ａの共振周波数ｆ０の奇数分の１となる数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの第１スイッチング周波数ｆ１付近で、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオンになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオフになる期間Ｔ０１と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオフになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオンになる期間Ｔ０２とを交互に設けることで、ＬＣ共振回路７ａを共振させ、このときインダクタＬ３の一次巻線Ｎ１に発生する共振電圧を、一次巻線（分路巻線）Ｎ１と直列巻線Ｎ２との巻線比で昇圧した電圧を、高圧放電灯ＤＬの電極間に印加して、絶縁破壊を発生させる。
【００６４】
ここで、図９は無負荷時（高圧放電灯ＤＬの不点灯状態）におけるＬＣ共振回路７ａの周波数特性と動作周波数の関係を示しており、本実施形態ではＬＣ共振回路７ａの共振周波数ｆ０が約４３０ｋＨｚとなっている。而してインバータ制御回路部８は、絶縁破壊モードにおいて、共振周波数ｆ０の奇数分の１（例えば３分の１）の第１スイッチング周波数ｆ１（約１４３ｋＨｚ）付近、すなわち第１スイッチング周波数ｆ１を含む所定の周波数範囲ｆ１swp（例えば９６ｋＨｚ〜１６０ｋＨＺ）で、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組と、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組とを交互にオンさせる動作周波数を掃引する。そして、動作周波数の掃引に応じて、ＬＣ共振回路７ａの共振作用により高圧放電灯ＤＬの両端間に印加されるランプ電圧Ｖlaの大きさが変化し、動作周波数が共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数である第１スイッチング周波数ｆ１（約１４３ｋＨｚ）に一致したときにランプ電圧Ｖlaが最大となって、高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊させるのに必要な始動電圧Ｖp1を高圧放電灯ＤＬに印加することができ、高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊させることができる（図１０の時刻ｔ１）。尚、インバータ制御回路部８では、絶縁破壊モードにおける第１スイッチング周波数ｆ１を共振周波数ｆ０や、共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数に設定してもよく、ＬＣ共振回路７ａの共振作用によって高圧の共振電圧を高圧放電灯ＤＬに印加して、高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊を起こさせることができる。
【００６５】
上述の絶縁破壊モードにおいてイグナイタ回路部７によって高圧放電灯ＤＬの絶縁破壊が発生すると、高圧放電灯ＤＬではグロー放電が発生し、その後アーク放電に至るのであるが、その間に両側のランプ電極に予熱電流を供給して、両ランプ電極を素早く温めるモードが高周波予熱モードである（図１０の期間ＴＭ２）。この高周波予熱モードにおいて、インバータ制御回路部８は、第１スイッチング周波数ｆ１より低い周波数であって、共振周波数ｆ０の奇数分の１（本実施形態では１１分の１）の第２スイッチング周波数ｆ２（約３９ｋＨｚ）で、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオフになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオンになる期間Ｔ１１と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオンになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオフになる期間Ｔ１２とを交互に設けており、高圧放電灯ＤＬの両ランプ電極にランプ電流Ｉ１が供給されることで、両ランプ電極が予熱される。尚、第２スイッチング周波数ｆ２は、ＬＣ共振回路７ａと点灯状態の高圧放電灯ＤＬを含む負荷回路部５との周波数特性に対して、遅相側の周波数帯となっている。
【００６６】
そして、高周波予熱モードにおいて高圧放電灯ＤＬの両ランプ電極が均等に予熱されると、図１０の時刻ｔ５において、インバータ制御回路部８が、高周波予熱モードから矩形波点灯モードにモードを切り換える。矩形波点灯モードでは（図１０の期間ＴＭ３）、インバータ制御回路部８が、対角の位置に配置されたスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５のペアと、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６のペアを比較的低い周波数ｆlow（例えば数十Ｈｚ〜数百Ｈｚ）で交互にオン／オフさせており、数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの矩形波交流電圧を高圧放電灯ＤＬに印加する。このとき、高圧放電灯ＤＬのガラスバルブ内の温度とともに、ランプ電圧が徐々に上昇し、数分後にはランプ電圧が略一定の安定状態となり、この状態でアーク放電が継続して発生することにより、高圧放電灯ＤＬが安定点灯状態となる。
【００６７】
以上のようにインバータ制御回路部８では絶縁破壊モード、高周波予熱モード、矩形波点灯モードの３つのモードを順次切り替えることで、不点灯状態の高圧放電灯ＤＬを安定点灯状態に移行させているのであるが、高圧放電灯ＤＬの状態によっては高周波予熱モードで予熱中の高圧放電灯ＤＬが立ち消えする場合もある。図１０は高周波予熱モードで動作中に立ち消えが発生した場合の各部の波形図を示しており、高周波予熱モードで動作中の時刻ｔ３に立ち消えが発生すると、インバータ制御回路部８は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオフになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオンになる期間Ｔ１１と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組がオンになり、且つ、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組がオフになる期間Ｔ１２とを第２スイッチング周波数ｆ２で交番させている。この第２スイッチング周波数ｆ２（約３９ｋＨｚ）は、無負荷時のＬＣ共振回路７ａの共振周波数をｆ０としたとき、共振周波数ｆ０の奇数分の１（例えば１１分の１）の周波数となるので、ＬＣ共振回路７ａの共振作用により直流電源回路部３の出力電圧Ｖ１（所謂バス電圧）に比べて高電圧の共振電圧Ｖp2を高圧放電灯ＤＬのランプ電極間に印加することができ、再び絶縁破壊を発生させることで、高圧放電灯ＤＬを高周波予熱モードへと移行させ、その後両ランプ電極が十分温まったところで、矩形波点灯モードに移行させることで高圧放電灯ＤＬを安定点灯させることができる。
【００６８】
すなわち本実施形態の放電灯点灯装置では、高周波予熱モードにおいて立ち消えが発生した場合でも、無負荷時の共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数でスイッチング動作を行わせているので、ＬＣ共振回路７ａの共振作用により、直流電源部の出力電圧よりも高電圧の共振電圧を高圧放電灯ＤＬに印加することができ、高圧放電灯ＤＬを再び絶縁破壊させて高周波予熱モードに復帰させることが可能なため、始動の失敗が少なく、始動性を向上させた高圧放電灯点灯装置を提供することができる。
【００６９】
（実施形態４）
本発明の実施形態４を図１１〜図１４に基づいて説明する。上述の実施形態１では、インバータ制御回路部８が、絶縁破壊モードから高周波予熱モードに移行する際、イグナイタ回路部７のスイッチング周波数を第１スイッチング周波数ｆ１から第２スイッチング周波数ｆ２へ切り替えるのであるが、図１１に示すようにスイッチング周波数の切り替えを徐々に行うようにしてもよい。尚、高圧放電灯点灯装置の回路構成は図１と同一であるので、図示及び説明は省略する。
【００７０】
図１１は高圧放電灯ＤＬが不点灯状態から安定点灯状態に至るまでの各部の波形図であり、絶縁破壊モードＴＭ１中の時刻ｔ１において絶縁破壊が発生すると、その後の時刻ｔ２に動作モードが高周波予熱モードに切り替えられるのであるが、インバータ制御回路部８では、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６の組とスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の組を交互にオン／オフさせる周波数を、時刻ｔ２に共振周波数ｆ０の５分の１の周波数（ｆ０／５）、時刻ｔ３に共振周波数ｆ０の７分の１の周波数（ｆ０／７）、時刻ｔ４に共振周波数ｆ０の９分の１の周波数（ｆ０／９）の順番で段階的に低下させた後、最終的に共振周波数ｆ０の１１分の１の周波数（ｆ０／１１）に切り替えている。すなわち、スイッチング周波数を段階的に低下させる際に、第１スイッチング周波数ｆ１（＝ｆ０／３）より低く且つ第２スイッチング周波数ｆ２（＝ｆ０／１１）より高い周波数であって、共振周波数ｆ０の奇数分の１の周波数となる１乃至複数（本実施形態では例えば３つ）の中間周波数ｆ０／５，ｆ０／７，ｆ０／９を設定し、第１スイッチング周波数ｆ０から３つの中間周波数ｆ０／５，ｆ０／７，ｆ０／９を経て第２スイッチング周波数ｆ２まで段階的に低下させているのであるが、動作モードが高周波予熱モードに切り替えられた直後の高圧放電灯ＤＬが立ち消えしやすいタイミングでは、高圧放電灯ＤＬの立ち消えが発生した場合に、第２スイッチング周波数に比べて、共振周波数ｆ０に近い中間周波数（ｆ０／５，ｆ０／７，ｆ０／９）でスイッチング動作を行うから、モードの切替直後に第２スイッチング周波数ｆ２（＝ｆ０／１１）でスイッチングする場合に比べて高電圧の共振電圧を発生させることができ、高周波予熱モードで立ち消えが発生した場合には高電圧の共振電圧を高圧放電灯ＤＬに印加させることで、高圧放電灯ＤＬを再点灯させることができる。また高周波予熱モードにおいて、インバータ制御回路部８は、時間の経過と共にスイッチング周波数を段階的に低下させており、最終的には所望のスイッチング周波数（ｆ０／１１）に切り替えているので、予熱電流を段階的に増加させ、高圧放電灯ＤＬのランプ電極を十分に予熱した状態で、矩形波点灯に移行させることができる。
【００７１】
尚、図１１に示す例では絶縁破壊モードから高周波予熱モードに切り替わると、インバータ制御回路部８は、スイッチング周波数をｆ０／５→ｆ０／７→ｆ０／９→ｆ０／１１の順番でステップ状に切り替えているが、スイッチング周波数の切り替え方を上記の形態に限定する趣旨のものではなく、例えば図１２に示すように、高周波予熱モードに移行させた後の時刻ｔｎ（ｎ＝２，３，４）にスイッチング周波数をｆ０／（２×ｎ＋１）に切り替えるとともに、時刻ｔｎから時刻ｔ（ｎ＋１）の間では時間の経過に応じてスイッチング周波数をｆ０／（２×ｎ＋１）から線形的に低下させ、最終的には時刻ｔ５においてスイッチング周波数を（ｆ０／１１）に切り換えるようにしてもよい。
【００７２】
また図１３に示すように動作モードを絶縁破壊モードから高周波予熱モードに移行させる際に、スイッチング周波数が第１スイッチング周波数ｆ１（例えば１４０ｋＨｚ）から第２スイッチング周波数ｆ２（例えば３９ｋＨｚ）にダイレクトに切り替えられた場合、コンデンサＣ２への充電電流（振動電流）が過大になるので、図１４に示すようにモード切替時に、スイッチング周波数ｆ１よりも低く且つ第２スイッチング周波数ｆ２よりも高い周波数（例えば４７ｋＨｚ）に一旦切り替えた後（期間ＴＡ）、第２スイッチング周波数ｆ２（例えば３９ｋＨｚ）に切り替えるようにしてもよく（期間ＴＢ）、コンデンサＣ２への充電電流のピークを低減することができる。
【００７３】
尚、本実施形態では実施形態１の回路において高周波予熱モードでのスイッチング周波数の制御方式を説明したが、実施形態２又は３の高圧放電灯点灯装置において、本実施形態のようにスイッチング周波数を切り替えてもよく、上述と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
（実施形態５）
本発明の実施形態５を図１５（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。図１５（ａ）〜（ｃ）は、実施形態１乃至４で説明した何れかの高圧放電灯点灯装置をハウジング２０内に収納して、灯具２１内のソケット（図示なし）に装着された高圧放電灯ＤＬを点灯させる照明器具の外観図であり、ハウジング２０内の高圧放電灯点灯装置からケーブル２３及びソケットを介して高圧放電灯に点灯電力を供給することで、高圧放電灯ＤＬを点灯させるものである。
【００７５】
これらの照明器具は、実施形態１乃至４の何れかの高圧放電灯点灯装置を用いているので、絶縁破壊モードから高周波予熱モードに移行した際に立ち消えが発生したとしても、イグナイタ回路部７が備えるＬＣ共振回路７ａで発生した共振電圧を高圧放電灯ＤＬの両ランプ電極間に印加することで、高圧放電灯ＤＬが再点灯しやすくなり、高圧放電灯ＤＬの始動性を改善することができる。
【００７６】
なお図１５（ａ）は、ダウンライトにＨＩＤランプ等の高圧放電灯ＤＬを用いた照明器具であり、同図（ｂ）（ｃ）は、スポットライトにＨＩＤランプ等の高圧放電灯ＤＬを用い、商用電源を給電するための配線ダクトレール２３に対して移動自在に取り付けられたハウジング２０に対して灯具２１を吊下げ支持させた器具である。
【００７７】
さらに、これらの照明器具を用いて、各照明器具の点灯制御を行う照明システムを構築すれば、システムとしても上記同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】実施形態１の高圧放電灯点灯装置のブロック回路図である。
【図２】同上のイグナイタ回路部の動作周波数と共振回路の周波数特性の関係を示し、（ａ）は無負荷時の説明図、（ｂ）は点灯時の説明図である。
【図３】（ａ）は同上の絶縁破壊モードから矩形波点灯モードに至るまでの各部の波形図であり、（ｂ）は絶縁破壊モード中の期間Ｔａにおける各部の波形図である。
【図４】同上の絶縁破壊モードから矩形波点灯モードに至るまでの各部の波形図であり、高周波予熱モードで立ち消えが発生した場合の波形図である。
【図５】同上の他の回路構成を示すブロック回路図である。
【図６】実施形態２のイグナイタ回路部の動作周波数と共振回路の周波数特性の関係を示し、（ａ）は無負荷時の説明図、（ｂ）は点灯時の説明図である。
【図７】同上の絶縁破壊モードから矩形波点灯モードに至るまでの各部の波形図である。
【図８】実施形態３の放電灯点灯装置のブロック回路図である。
【図９】同上の無負荷時における共振回路の周波数特性とイグナイタ回路部の動作周波数との関係を示す説明図である。
【図１０】同上の絶縁破壊モードから矩形波点灯モードに至るまでの各部の波形図である。
【図１１】実施形態４の放電灯点灯装置を示し、絶縁破壊モードから矩形波点灯モードに至るまでの各部の波形図である。
【図１２】同上の他の制御方式を示し、絶縁破壊モードから矩形波点灯モードに至るまでの各部の波形図である。
【図１３】同上を示し、絶縁破壊モードから高周波予熱モードへの移行時における各部の電流波形図である。
【図１４】同上の他の制御方式を示し、絶縁破壊モードから高周波予熱モードへの移行時における各部の電流波形図である。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は同上を用いた照明装置の外観図である。
【符号の説明】
【００７９】
２ 整流回路部（直流電源部）
３ 直流電源回路部（直流電源部）
５ 負荷回路部
６ 極性反転回路部（電力変換部）
７ イグナイタ回路部
７ａ ＬＣ共振回路
８ インバータ制御回路部（制御回路部）
ＤＬ 高圧放電灯
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源部と、ＬＣ共振回路を具備し直流電源部の出力をスイッチングすることによって高圧放電灯を絶縁破壊させる始動電圧を発生させるイグナイタ回路部と、直流電源部の出力をスイッチングすることによって矩形波交流に変換し前記高圧放電灯を含む負荷回路部に供給して前記高圧放電灯を安定点灯させる電力変換部と、イグナイタ回路部及び電力変換部のスイッチング動作を、高圧放電灯を絶縁破壊させる絶縁破壊モード、高圧放電灯に予熱電流を供給してランプ電極を予熱する高周波予熱モード、高圧放電灯に矩形波交流を供給することで高圧放電灯を安定点灯させる矩形波点灯モードの３つのモードに順次切り替える制御回路部とを備え、
制御回路部は、絶縁破壊モードにおいて、前記ＬＣ共振回路の共振周波数の奇数分の１の周波数である第１スイッチング周波数付近でイグナイタ回路部のスイッチング素子をスイッチングさせることで始動電圧を発生させるとともに、高周波予熱モードにおいて、前記第１スイッチング周波数よりも低く且つ前記共振周波数の奇数分の１の周波数である第２スイッチング周波数付近でイグナイタ回路部のスイッチング素子をスイッチングさせることで得られた高周波電圧を前記負荷回路部に供給することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記制御回路部は、高周波予熱モードにおいて、前記第２スイッチング周波数を含む所定の周波数範囲内でイグナイタ回路部のスイッチング周波数を掃引してスイッチングさせることを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記所定の周波数範囲とは、前記ＬＣ共振回路と、点灯状態の前記高圧放電灯を含む前記負荷回路部との周波数特性に対して、遅相側の周波数帯であることを特徴とする請求項２記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記制御回路部は、絶縁破壊モードから高周波予熱モードに移行する際に、イグナイタ回路部のスイッチング周波数を第１スイッチング周波数付近から第２スイッチング周波数付近まで時間の経過に応じて徐々に低下させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記制御回路部は、絶縁破壊モードから高周波予熱モードに移行する際に、イグナイタ回路部のスイッチング周波数を第１スイッチング周波数付近から第２スイッチング周波数付近まで段階的に低下させることを特徴とする請求項４記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項６】
前記制御回路部が、スイッチング周波数を段階的に低下させる際に、第１スイッチング周波数より低く且つ第２スイッチング周波数より高い周波数であって、前記共振周波数の奇数分の１の周波数となる１乃至複数の中間周波数を設定し、前記第１スイッチング周波数から１乃至複数の前記中間周波数を経て前記第２スイッチング周波数まで段階的に低下させることを特徴とする請求項５記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の高圧放電灯点灯装置と、当該放電灯点灯装置によって電力を供給される放電灯を具備した灯具とを備えることを特徴とする照明器具。
【請求項８】
請求項７記載の照明器具を備えて点灯制御を行うことを特徴とする照明システム。
【請求項１】
直流電源部と、ＬＣ共振回路を具備し直流電源部の出力をスイッチングすることによって高圧放電灯を絶縁破壊させる始動電圧を発生させるイグナイタ回路部と、直流電源部の出力をスイッチングすることによって矩形波交流に変換し前記高圧放電灯を含む負荷回路部に供給して前記高圧放電灯を安定点灯させる電力変換部と、イグナイタ回路部及び電力変換部のスイッチング動作を、高圧放電灯を絶縁破壊させる絶縁破壊モード、高圧放電灯に予熱電流を供給してランプ電極を予熱する高周波予熱モード、高圧放電灯に矩形波交流を供給することで高圧放電灯を安定点灯させる矩形波点灯モードの３つのモードに順次切り替える制御回路部とを備え、
制御回路部は、絶縁破壊モードにおいて、前記ＬＣ共振回路の共振周波数の奇数分の１の周波数である第１スイッチング周波数付近でイグナイタ回路部のスイッチング素子をスイッチングさせることで始動電圧を発生させるとともに、高周波予熱モードにおいて、前記第１スイッチング周波数よりも低く且つ前記共振周波数の奇数分の１の周波数である第２スイッチング周波数付近でイグナイタ回路部のスイッチング素子をスイッチングさせることで得られた高周波電圧を前記負荷回路部に供給することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記制御回路部は、高周波予熱モードにおいて、前記第２スイッチング周波数を含む所定の周波数範囲内でイグナイタ回路部のスイッチング周波数を掃引してスイッチングさせることを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記所定の周波数範囲とは、前記ＬＣ共振回路と、点灯状態の前記高圧放電灯を含む前記負荷回路部との周波数特性に対して、遅相側の周波数帯であることを特徴とする請求項２記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記制御回路部は、絶縁破壊モードから高周波予熱モードに移行する際に、イグナイタ回路部のスイッチング周波数を第１スイッチング周波数付近から第２スイッチング周波数付近まで時間の経過に応じて徐々に低下させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記制御回路部は、絶縁破壊モードから高周波予熱モードに移行する際に、イグナイタ回路部のスイッチング周波数を第１スイッチング周波数付近から第２スイッチング周波数付近まで段階的に低下させることを特徴とする請求項４記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項６】
前記制御回路部が、スイッチング周波数を段階的に低下させる際に、第１スイッチング周波数より低く且つ第２スイッチング周波数より高い周波数であって、前記共振周波数の奇数分の１の周波数となる１乃至複数の中間周波数を設定し、前記第１スイッチング周波数から１乃至複数の前記中間周波数を経て前記第２スイッチング周波数まで段階的に低下させることを特徴とする請求項５記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の高圧放電灯点灯装置と、当該放電灯点灯装置によって電力を供給される放電灯を具備した灯具とを備えることを特徴とする照明器具。
【請求項８】
請求項７記載の照明器具を備えて点灯制御を行うことを特徴とする照明システム。
【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１４】
【図１５】
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１】
【公開番号】特開２０１０−１０８６５９（Ｐ２０１０−１０８６５９Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７７４２８（Ｐ２００８−２７７４２８）
【出願日】平成２０年１０月２８日（２００８．１０．２８）
【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２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２８日（２００８．１０．２８）
【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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