WO2005053364A1

WO2005053364A1 - 無電極放電ランプ点灯装置および照明器具

Info

Publication number: WO2005053364A1
Application number: PCT/JP2004/017451
Authority: WO
Inventors: Shinji Makimura; Hiroshi Kido; Shingo Masumoto
Original assignee: Matsushita Electric Works, Ltd.
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2005-06-09
Also published as: EP1689215A1; EP1689215A4; EP1689215B1; US20070132399A1; DE602004030148D1; JP4186801B2; CN1883235A; CN1883235B; US7365498B2; JP2005158464A

Abstract

　無電極放電ランプ点灯装置。始動回路１９は、駆動回路１８およびＤＣ／ＡＣ変換回路１５を介して、共振回路１６の動作周波数を開始周波数から共振周波数サイドの終了周波数にスイープして、無電極放電ランプ１３を始動する。制御回路１０は、動作周波数を開始周波数と終了周波数との間のミドル・レンジ周波数にシフトするための所定電流に検出電流を等しくするように、回路１８への可変電力を増大ないし低減する。所定電流は、ミドル・レンジ周波数の場合の検出電圧が終了周波数の場合の検出電圧よりも低くなるように設定される。積分回路を構成するキャパシタ１０６は、ランプ１３を始動するときに回路１０の動作の抑制を開始し、少なくとも始動モードの間、その抑制を保持する。これにより、ランプ１３を安定的に始動し、またランプ１３が首尾よく始動した後、回路へのストレスを抑制することができる。

Description

明細書

無電極放電ランプ点灯装置および照明器具

技術分野

[0001] 本発明は、無電極放電ランプ点灯装置および照明器具に関するものである。

背景技術

[0002] 無電極放電ランプ点灯装置は、電力増幅器で高周波電力を生成し、誘導コイルを介して高周波電力を無電極放電ランプに供給するように構成されるが、高周波電力の電圧と電流との位相差の変動で発生する各種問題がある。このため、誘導コイルに供給される高周波電力を好適に制御する各種装置が提案されている。

[0003] 例えば、特開平 6— 76971号公報に記載された従来技術の装置は、誘導コイルと、電力増幅器を構成するハーフ'ブリッジ 'インバータと、この出力点からの高周波数矩形波電圧を検出して検出電圧を出力するコンデンサ 'デバイダと、上記出力点からの高周波数矩形波電流を検出して検出電流を出力する電流トランスとを備える。この装置では、検出電圧と検出電流との位相差が縮小するとき、インバータに入力される直流電圧が低減される一方、位相差が拡大するとき、直流電圧が増大される。位相差が縮小したとき、負荷インピーダンスがかなり低下するので、直流電圧を低減することによってインバータへの過入力を防止することができる。

[0004] 特開平 8 - 45684号公報に記載された従来技術の装置は、誘導コイルと、電力増幅器を構成するハーフ'ブリッジ 'インバータと、この各制御端子への電圧を検出して検出電圧を出力するトランスと、上記インバータの出力点力の高周波数矩形波電流を検出して検出電流を出力する電流トランスとを備える。この装置では、検出電圧が検出電流と比較して遅れた位相であるとき、その矩形波のオン幅が縮小されるとともに、電力増幅器の動作周波数が低減される。検出電圧が検出電流と比較して進んだ位相であるとき、矩形波のオン幅が拡大されるとともに、電力増幅器の動作周波数が増大される。この装置によれば、高周波電力の電圧と電流との位相差が低減されるので、無効電流を低減することができる。

[0005] 無電極放電ランプを始動するとき、動作周波数が低いほど誘導コイルに流れる始動電流を増大する必要がある。動作周波数範囲内のいずれの周波数でも無電極放電ランプが始動するようにするためには、始動電流の目標値は、その範囲の最低周波数で必要な電流にマージンを加えて得られる電流値に設定される。この場合、その範囲の最高周波数に対するマージンが大きくなりすぎるという問題が発生する。

[0006] この問題は、特開 2003— 332090号公報に記載された装置により解決することができる。この装置は、誘導コイルと、電力増幅器と、この出力からの高周波電流を検出して検出電流を出力する電流トランスと、動作周波数に対応する電力増幅器の駆動周波数を検出する F— Vコンバータとを備えるとともに、設定値変化手段と、制御手段とを備える。設定値変化手段は、 F— Vコンバータによって検出される周波数が高くなるほど始動電流の目標値をより小さな値に設定する。制御手段は、検出電流が設定値変化手段によって設定された値に等しくなるように駆動周波数を制御する。この装置によれば、上記範囲の最高周波数サイドのマージンを小さくすることができる。発明の開示

[0007] ところで、誘導コイルに印加する始動電圧をスイープ ·アップすることによって、無電極放電ランプを安定的に首尾よく始動する場合、電力増幅器は、例えば、ハーフ'ブリッジ'インバータなどの DCZAC変換回路と、共振回路とにより構成される。

[0008] し力しながら、この構成では、所定の開始周波数から所定の終了周波数に動作周波数をスイープ 'ダウンする必要があるので、終了周波数の設定によっては回路に大きな負荷が力かるという問題がある。すなわち、共振回路は、無電極放電ランプが点灯する前の始動モードにおいて所定の共振周波数で共振ピークを持つ第 1共振力ーブ力その無電極放電ランプが点灯している間の点灯モードにおいてその第 1共振カーブよりも低い第 2共振カーブに切り替わる共振特性を持つ。このため、無電極放電ランプが点灯する時点で、共振回路の共振特性が変化するので、終了周波数が第 2共振カーブの高電圧付近に設定される場合には、回路に大きなストレスがかかることになる。また、第 2共振カーブにおける終了周波数の電圧が不足すれば、無電極放電ランプが立ち消えするという問題がある。

[0009] 本発明の目的は、無電極放電ランプを安定的に始動し、また無電極放電ランプが首尾よく始動した後、回路へのストレスを抑制することにある。 [0010] 本発明の無電極放電ランプ点灯装置は、 DCZAC変換回路、共振回路、誘導コィル、電圧検出回路、駆動回路、始動回路、電流検出回路、制御回路および抑制手段を備える。 DCZAC変換回路は、駆動周波数を持つ駆動信号に応じて、直流電力を、駆動周波数に対応する動作周波数の高周波電力に変換する。共振回路は、無電極放電ランプが点灯する前の始動モードにおいて所定の共振周波数で共振ピークを持つ第 1共振カーブが、その無電極放電ランプが点灯している間の点灯モードにおいてその第 1共振カーブよりも低い第 2共振カーブに切り替わる共振特性を持つ。また、共振回路は、 DCZAC変換回路力も高周波電力を受けて、共振特性に基づいて動作周波数に応じて可変する高周波電力を出力する。誘導コイルは、共振回路によって出力される高周波電力に応じて高周波電磁界を発生し、この高周波電磁界を無電極放電ランプに印加することによって高周波電力を無電極放電ランプに誘導する。電圧検出回路は、共振回路力もの高周波電力によって誘導コイルに印加される電圧を検出して検出電圧を出力する。駆動回路は、駆動周波数を持つ駆動信号を、可変電力に応じてその駆動周波数を調整しながら DCZAC変換回路に供給する。始動回路は、無電極放電ランプを始動するとき、動作周波数を共振周波数よりも高い所定の開始周波数力この開始周波数よりも低い所定の終了周波数にスィープ'ダウンするとともに検出電圧をスイープするように、可変電力をスイープ 'ダウンないしアップする。電流検出回路は、共振回路に流れる電流を検出して検出電流を出力する。制御回路は、動作周波数を開始周波数と終了周波数との間のミドル'レンジ周波数にシフトするための所定電流に検出電流を等しくするように、可変電力を低減ないし増大する。所定電流は、ミドル'レンジ周波数の場合の検出電圧が終了周波数の場合の検出電圧よりも低くなるように設定される。抑制手段は、無電極放電ランプを始動するときに制御回路の動作の抑制を開始し、少なくとも始動モードの間、その抑制を保持する。

[0011] この構成では、無電極放電ランプを始動するとき、誘導コイルに印加する電圧がスィープ ·アップされるので、無電極放電ランプの安定な始動および点灯が可能になる。また、点灯モードにおいて、誘導コイルに印加する電圧が終了周波数のそれよりも低減されるので、回路のストレスを低減することができる。 [0012] 好ましくは、制御回路は、検出電流を所定電流に等しくするように、可変電力の電流を増大ないし低減する誤差増幅回路を含み、抑制手段は、少なくとも始動モードの間、誤差増幅回路力駆動回路への電流をゼロまたは所定レベルに抑制する。駆動回路は、可変電力の電流の増減に応じて駆動周波数を調整する。始動回路は、動作周波数を開始周波数力終了周波数にスイープ 'ダウンするとともに検出電圧をスイープするように、可変電力の電流をスイープ ·ダウンないしアップする。この構成では、マイコンによらずに各回路を構成することができる。

[0013] 好ましくは、誤差増幅回路は、非反転入力端子、反転入力端子および出力端子を持つ演算増幅器を含み、抑制手段は、両入力端子のうちの一の入力端子と出力端子との間に接続される積分回路を構成する。演算増幅器は、両入力端子で所定電流に相当する基準電圧および検出電流に相当する検出電圧を受けて、その検出電流に相当するその検出電圧をその基準電圧に等しくするように可変電力の電流を増大ないし低減する。積分回路は、少なくとも始動モードの期間に相当する値よりも大きな値に設定される時定数を持つ。この構成では、無電極放電ランプが点灯した後に演算増幅器が実質動作するので、無電極放電ランプの安定な始動および点灯が可會になる。

[0014] 好ましくは、誤差増幅回路は、非反転入力端子、反転入力端子および出力端子を持つ演算増幅器を含み、抑制手段は、少なくとも始動モードの間、演算増幅器の出力電流を実質ゼロにするように、基準電圧を調整する。演算増幅器は、両入力端子で所定電流に相当する基準電圧および検出電流に相当する検出電圧を受け、抑制手段が抑制を解除した後に検出電流に相当するその検出電圧をその基準電圧に等しくするように可変電力の電流を増大する。この構成では、少なくとも始動モードの間、始動回路が動作するので、無電極放電ランプの安定な始動および点灯が可能になる。

[0015] 駆動回路は、動作周波数が終了周波数に達した後、制御回路のみによって実質制御されてもよい。この場合、点灯モードにおける制御回路の制御が簡単になる。

[0016] 終了周波数は、第 2共振カーブのピーク近傍の周波数に設定されてもょ、。この場合、周囲温度などの環境変化に対処することができるように、開始周波数一終了周波数のスイープ範囲を好適に設定することができる。

[0017] 好ましくは、始動回路は、スイープ回路と、演算増幅器とを備える。スイープ回路は、無電極放電ランプを始動する時点からスイープ ·アップないしダウンするスイープ電圧を出力する。演算増幅器は、非反転入力端子、反転入力端子および出力端子を持ち、両入力端子でスイープ電圧および電圧検出回路からの検出電圧を受けて、その検出電圧をそのスイープ電圧に等しくするように可変電力の電流を低減ないし増大する。この構成では、無電極放電ランプの安定な始動および点灯が可能になる。

[0018] 本発明の照明器具は、上記無電極放電ランプ点灯装置と、上記無電極放電ランプとを備える。

[0019] 本発明によれば、無電極放電ランプを安定的に始動し、また無電極放電ランプが首尾よく始動した後、回路へのストレスを抑制することができる。

図面の簡単な説明

[0020] 本発明の好ましい実施形態をさらに詳細に記述する。本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な記述および添付図面に関連して一層良く理解されることになるであろう。

[図 1]本発明による第 1実施形態の無電極放電ランプ点灯装置の回路図である。

[図 2]図 1の無電極放電ランプ点灯装置の共振特性図である。

[図 3]図 1の無電極放電ランプ点灯装置の動作を示すタイムチャートである。

[図 4]図 1の無電極放電ランプ点灯装置に対する一代替実施形態の共振特性図である。

[図 5]本発明による第 2実施形態の無電極放電ランプ点灯装置の一部を示す回路図である。

[図 6]図 5の無電極放電ランプ点灯装置の動作を示すタイムチャートである。

[図 7]図 5の無電極放電ランプ点灯装置に対する一代替実施形態の一部を示す回路図である。

[図 8]本発明による第 3実施形態の無電極放電ランプ点灯装置の一部を示す回路図である。

[図 9]図 8の無電極放電ランプ点灯装置の動作を示すタイムチャートである。 [図 10]図 8の無電極放電ランプ点灯装置の共振特性図である。

[図 11]図 8の無電極放電ランプ点灯装置に対する一代替実施形態の一部を示す回路図である。

[図 12]図 11の無電極放電ランプ点灯装置の動作を示すタイムチャートである。

[図 13]本発明による第 4実施形態の無電極放電ランプ点灯装置の一部を示す回路図である。

[図 14]図 13の無電極放電ランプ点灯装置の動作を示すタイムチャートである。

[図 15]図 13の無電極放電ランプ点灯装置の共振特性図である。

発明を実施するための最良の形態

[0021] 図 1は本発明による第 1実施形態の無電極放電ランプ点灯装置 1を示す。

[0022] 無電極放電ランプ点灯装置 1は、無電極放電ランプ 13を装備される照明器具（図示せず）に搭載される。無電極放電ランプ点灯装置 1は、特開 2003— 332090号公報に記載された装置と同様に、直流電源 14、 DCZAC変換回路 15、共振回路 16、誘導コイル 17、駆動回路 18および始動回路 19を備える。また、無電極放電ランプ点灯装置 1は、本実施形態の特徴として、電圧検出回路 11、電流検出回路 12および制御回路 10をさらに備える。

[0023] 無電極放電ランプ 13は、透明なガラスバルブ、透明なガラス球、内壁面に塗布された蛍光体を持つガラスバルブまたは内壁面に塗布された蛍光体を持つガラス球などのバルブを備え、不活性ガスおよび金属蒸気などの放電ガス (例えば、水銀蒸気および希ガス）をそのバルブ内に封入する。

[0024] 直流電源 14は、例えば昇圧型コンバータによって、交流電源 ACからの交流電力を直流電力に変換してその直流電力を DCZAC変換回路 15に供給するように構成される。その昇圧コンバータは、駆動回路 140を備えることにカ卩えて、整流器 141と、インダクタ 142と、インダクタ 142を介して整流器 141の両出力端間のローサードに配置されるスイッチング素子 143と、ダイオード 144と、ダイオード 144を順方向に介してスイッチング素子 143の両端間のローサイドに配置される平滑キャパシタ 145とを備える。駆動回路 140は、昇圧型コンバータの出力（直流電圧 V )を、その出力を

DC

検出しながら、所定の出力と等しくなるようにスイッチング素子 143のオン Zオフ状態を制御する。

[0025] DCZAC変換回路 15は、例えばハーフ ·ブリッジ 'インバータによって、駆動周波数を持つ駆動信号に応じて、直流電源 14からの直流電力を、その駆動周波数に対応する動作周波数 (例えば数十 KHzから数百 MHz)の高周波電力に変換するように構成される。そのインバータは、スイッチング素子（例えば FET) 151と、このスイツチング素子 151を介して直流電源 14の両出力端間のローサイドに配置されるスイツチング素子 (例えば FET) 152とにより構成される。スイッチング素子 151, 152は、駆動回路 18からの矩形波ノルスの駆動信号 V , V に応じて交互にオンおよびオフ

DH DL

する。スイッチング素子 151への駆動信号 V およびスイッチング素子 152への駆動

DH

信号 V の間には、約 180度の位相差がある。

DL

[0026] 共振回路 16は、図 1,図 2に示すように、無電極放電ランプ 13が点灯する前の始動モードにおいて所定の共振周波数 f で共振ピークを持つ共振カーブ RC 力無電

R S

極放電ランプ 13が点灯している間の点灯モードにおいて共振カーブ RC よりも低い

S

共振カーブ RC に切り替わる共振特性を持つように構成される。

L

[0027] 例えば、共振回路 16は、インダクタ 161と、このインダクタ 161を介してスイッチング素子 152の両端間のローサイドに配置されるキャパシタ 162とを備え、 DCZAC変換回路 15からの高周波電力を受けて、共振特性に基づいて動作周波数 f に応じて可

OP

変する高周波電力を誘導コイル 17に供給する。また、共振回路 16は、キャパシタ 16 2と組み合わされて整合回路を構成するキャパシタ 163をさらに含む。

[0028] 誘導コイル 17は、共振回路 16によって供給される高周波電力に応じて高周波電磁界を発生し、この高周波電磁界を無電極放電ランプ 13に印加（リンク)することによつて高周波電力を無電極放電ランプ 13に誘導するように、無電極放電ランプ 13の近傍に配置される。これにより、無電極放電ランプ 13は、バルブ内に高周波プラズマ電流を発生して紫外線または可視光を放射する。

[0029] 駆動回路 18は、例えば VCO(Voltage- Controlled Oscillator)などによって、駆動周波数を持つ駆動信号 V , V を、始動回路 19および制御回路 10への可変電力

DH DL

の電流 I に応じてその駆動周波数を調整しながら DCZAC変換回路 15に供給する

VP

ように構成される。例えば、駆動回路 18は、定電圧源 V と始動回路 19の出力との間に接続される抵抗 181と、抵抗 181と直流電源 14の負極端子との間に接続される抵抗 182と、抵抗 182の電圧を入力電圧として入力する VCO180とを備え、抵抗 18 2の電圧降下に応じて駆動周波数を調整する。すなわち、駆動回路 18は、増大された電圧降下により VCOの入力電圧を上げて、駆動信号 V , V の駆動周波数を上

DH DL

げる。また、駆動回路 18は、減少された電圧降下により VCOの入力電圧を下げて、駆動信号 V , V の駆動周波数を下げる。上記定電圧源の定電圧は、開始周波数

DH DL

f

Sを定める電圧となるので、その定電圧は、所望の開始周波数 f

Sに基づいて設定される。

[0030] 始動回路 19は、無電極放電ランプ 13を始動するとき、動作周波数 f を共振周波

OP

数 f

Rよりも高い所定の開始周波数 f

Sカゝら開始周波数 f

Sよりも低い所定の終了周波数 f にスイープ 'ダウンするとともに電圧検出回路 11からの検出電圧 V をスイープ'ァ

E DV

ップするように、可変電力の電流 I

VPをスイープ 'ダウンするように構成される。なお、これに限らず、駆動回路 18が、電流 I の増大または減少に応じてそれぞれ VCOへの

VP

入力電圧を下げるまたは上げるように構成される場合には、始動回路 19は、電流 I

VP

をスイープ ·アップするように構成されてもよ!、。

[0031] 例えば、始動回路 19は、スィッチ 190、基準抵抗 191、キャパシタ 192および感温抵抗 193により構成されるスイープ 'アップ回路を備え、また、オペ'アンプ (演算増幅器） 194、帰還抵抗 195、入力抵抗 196、出力抵抗 197およびダイオード 198により構成される誤差増幅回路を備える。

[0032] スィッチ 190は、基準抵抗 191およびキャパシタ 192と並列に接続される一方、その並列の組のスィッチ 190、基準抵抗 191およびキャパシタ 192は、感温抵抗 193と直列に接続される。その直列の組の基準抵抗 191および感温抵抗 193は、直流電源 14から電圧調整器を介してまたは直接供給される直流電圧を受ける。この状態で、スィッチ 190がオフにされるとき、キャパシタ 192は、オペ'アンプ 194の非反転入力端子に電圧を印加するとともに、主としてキャパシタ 192および感温抵抗 193によつて与えられる時定数で、基準抵抗 191の基準電圧までその電圧をスイープ 'アップする。感温抵抗 193は、周囲温度に応じて基準抵抗 191の基準電圧を補正する。基準抵抗 191の基準電圧は、終了周波数 f を定める電圧となるので、その基準電圧は、所望の終了周波数 f

Eに基づいて設定される。

[0033] 帰還抵抗 195は、オペ'アンプ 194の反転入力端子とその出力端子との間に接続される。入力抵抗 196は、その反転入力端子と電圧検出回路 11の出力との間に接続される。出力抵抗 197は、オペ'アンプ 194の出力端子と駆動回路 18の入力との間に接続される。ダイオード 198は、出力抵抗 197と駆動回路 18の入力との間に接続される一方、その力ソードは出力抵抗 197と接続される。この誤差増幅回路は、電圧検出回路 11からの検出電圧 V をキャパシタ 192のスイープ 'アップ電圧 V と等

DV SU

しくするように、その出力電圧 V を、 OVの電圧から基準抵抗 191の基準電圧に対応

SC

する電圧にスイープ 'アップする。これにより、駆動回路 18での定電圧と誤差増幅回路の出力電圧 V との電位差がスイープ 'ダウンするので、誤差増幅回路の出力電流

SC

I

SCは、開始周波数 f

Sに対応する所定の開始電流から終了周波数 f

Eに対応する所定の終了電流にスイープする。出力電圧 V のスイープ範囲は、無電極放電ランプ 13

SC

の始動に必要な出力電圧 V に対応する出力電圧 V を含む範囲に設定される。

OUT SC

[0034] 電圧検出回路 11は、共振回路 16からの高周波電力によって誘導コイル 17に印加される電圧 V を検出して検出電圧 V を出力するように、誘導コイル 17の近傍に

OUT DV

設けられる。

[0035] 例えば、電圧検出回路 11は、抵抗 110、キャパシタ 111、ダイオード 112, 113および放電抵抗 114により構成される。抵抗 110およびキャパシタ 111は、 RC積分回路を構成し、電圧 V を受けて検出電圧 V を出力する。ダイオード 112, 113は、

OUT DV

半波整流回路を構成し、電圧 V を半波の電圧に変換してキャパシタ 111に印加

OUT

する。放電抵抗 114は、キャパシタ 111および放電抵抗 114で与えられる時定数でキャパシタ 111を放電する。

[0036] 電流検出回路 12は、例えばスイッチング素子 152のソースと直流電源 14の負極端子との間に接続される抵抗 120によって、共振回路 16に流れる共振電流を検出して、検出電流を示す検出電圧 V を出力するように構成される。

DI

[0037] 制御回路 10は、点灯モードにおいて、検出電圧 V により示される検出電流を、動

DI

作周波数 f

OPを開始周波数 f

Sと終了周波数 f

Eとの間の所定のミドル'レンジ周波数 f

MR

にシフトするための所定電流に等しくするように、可変電力の電流 I

VPを増大ないし低減するように構成される。所定電流は、ミドル'レンジ周波数 f の場合の検出電圧 V

MR

が終了周波数 f の場合の検出電圧 V よりも低くなるように設定されるとともに、無

DV E DV

電極放電ランプ 13の定格電流に対応する値に設定される。

[0038] 例えば、制御回路 10は、オペ ·アンプ 100、基準電源 101、帰還抵抗 102、入力抵抗 103、出力抵抗 104およびダイオード 105により構成される誤差増幅回路を備え、また、帰還抵抗 102と組み合わされて積分回路を構成するキャパシタ 106を備える。

[0039] 基準電源 101は、ミドル'レンジ周波数 f を設定する基準電圧を、オペ'アンプ 100

MR

の非反転入力端子に印加する。帰還抵抗 102は、オペ'アンプ 100の反転入力端子とその出力端子との間に接続される。入力抵抗 103は、その反転入力端子とスィッチング素子 152のソースとの間に接続される。出力抵抗 104は、オペ'アンプ 100の出力端子と駆動回路 18の入力との間に接続される。ダイオード 105は、出力抵抗 104 と駆動回路 18の入力との間に接続される一方、その力ソードは出力抵抗 104と接続される。

[0040] キャパシタ 106は、帰還抵抗 102と並列に接続される。このキャパシタ 106を含む積分回路の時定数は、制御回路 10の誤差増幅回路の実効的出力を無電極放電ランプ 13が点灯した後の所定時点 t3 (図 3参照）に実質遅延するための値に設定される。具体的には、キャパシタ 106は、上述のスイープ 'アップ回路のスイープ 'アップが終了するまで、制御回路 10から出力される電圧 V が駆動回路 18での定電圧よりも

CC

高くなる一方で、スイープ'アップ回路のスイープ 'アップが終了した後の所定時点 t3 で、制御回路 10から出力される電圧 V が駆動回路 18での定電圧と等しくなる値に

CC

設定される。

[0041] 要するに、制御回路 10は、無電極放電ランプ 13が点灯した後の時点 t3力も実質動作し、続いて、電流検出回路 12からの検出電圧 V を基準電源 101の基準電圧と

DI

等しくするように、その出力電圧 V を増大ないし低減する。駆動回路 18での定電圧

CC

と制御回路 10の出力電圧 V との電位差が増大するとき、制御回路 10の出力電流 I

CC

の

CCが増大する一方、そ電位差が減少するとき、出力電流 I

CCが減少する。

[0042] 制御回路 10の誤差増幅回路が実質動作する前、出力電流 I からなる電流 I によ

SC VP

つて駆動回路 18が制御されるので、駆動回路 18は、駆動信号 V , V の駆動周波数を、開始周波数 f

Sに対応する周波数から終了周波数 f

Eに対応する周波数にスィープする。制御回路 10の誤差増幅回路が実質動作した後、出力電流 I と出力電流

SC

I とを足して得られる電流 I によって駆動回路 18が制御されるので、駆動回路 18

CC VP

は、駆動信号 V , V の駆動周波数を、終了周波数 f に対応する周波数からミドル

DH DL E

'レンジ周波数 f に対応する周波数にスイープする。

MR

[0043] 次に、図 3を参照して無電極放電ランプ点灯装置 1の動作について説明する。時点

1で、無電極放電ランプ点灯装置 1が始動すると同時にスィッチ 190がオンになるとき、始動回路 19のキャパシタ 192の電圧 V および電圧検出回路 11の検出電圧 V

SU DV

の各々が OVであるので、駆動回路 18は、開始周波数 f に対応する駆動周波数を持

S

つ駆動信号 V , V を、 DCZAC変換回路 15に供給する。続いて、 DCZAC変換

DH DL

回路 15および共振回路 16が開始周波数 f で動作するので、共振回路 16は、共振

S

カーブ RC における開始周波数 f に対応する電圧 V を、誘導コイル 17に印加す

S S OUT

る。

[0044] 続いて、キャパシタ 192の電圧 V がスイープ 'アップするので、駆動回路 18は、駆

SU

動信号 V , V の駆動周波数を、開始周波数 f に対応する周波数から終了周波数 f

DH DL S

に対応する周波数にスイープするとともに、 DCZAC変換回路 15および共振回路

E

16は、その駆動周波数のスイープに応じて、動作周波数 f を開始周波数 f 力も終

OP S

了周波数 f イ

Eにスープする。これにより、共振回路 16が、電圧 V

OUTを、開始周波数 f

S

に対応する電圧から終了周波数 f

Eに対応する電圧にスイープするので、無電極放電ランプ 13は、そのスイープの間に点灯することができる。図 3は、 t2で無電極放電ランプ 13が首尾よく点灯した例を示す。また、 f は、無電極放電ランプ 13が t2で点

TO

灯したときの周波数である。

[0045] 無電極放電ランプ 13が t2で点灯したとき、共振回路 16の共振特性が共振カーブ R C から共振カーブ RC に切り替わるので、共振回路 16は、共振カーブ RC にお

SM L S

ける周波数 f に対応する電圧を、共振カーブ RC における周波数 f に対応する電

TO LM TO

圧に低減する。このとき、電圧検出回路 11の検出電圧 V が下がるので、共振回路 1

DV

6は続いて、キャパシタ 192のスイープ 'アップ電圧 V に応じて、周波数 f よりも高い

SU TO

周波数に対応する電圧から終了周波数 f

Eに対応する電圧にスイープする。 [0046] この動作の後、制御回路 10の誤差増幅回路が、無電極放電ランプ 13が点灯した後の時点 t3で実質動作するので、駆動回路 18は、駆動信号 V , V の駆動周波数

DH DL

を、終了周波数 f

Eに対応する周波数カゝらミドル'レンジ周波数 f

MRに対応する周波数にスイープする。これにより、共振回路 16が、電圧 V を、開始周波数 f に対応する

OUT S

電圧からミドル'レンジ周波数 f に対応する電圧にスイープする。

MR

[0047] この実施形態では、制御回路 10の誤差増幅回路が、無電極放電ランプ 13が点灯した後の時点 t3で実質動作するので、始動回路 19によって無電極放電ランプ 13を安定的に始動することができる。無電極放電ランプ 13が点灯した後、共振回路 16の出力が過大となる期間を t2— 3の期間に制限することができるので、回路へのストレスを抑制することができる。

[0048] 一代替実施形態において、無電極放電ランプ 13が t2で点灯したときに、電圧検出回路 11の検出電圧 V と始動回路 19の出力電圧 V との電位差は、駆動回路 18で

DV SC

の定電圧よりも高電圧となる。この場合、始動回路 19のキャパシタ 192の電圧が終了周波数 f に対応する電圧になった後、駆動回路 18の駆動周波数は、制御回路 10の

E

みによって制御される。これにより、点灯モードにおける制御回路 10の制御を簡単にすることができる。

[0049] 別の代替実施形態において、終了周波数 f は、図 4に示すように、共振カーブ RC

E

の共振周波数 f 近傍の周波数および共振カーブ RC の共振ピークの周波数に設

S R L

定される。この場合、周囲温度などの環境変化に対処することができるように、開始周波数 f

S一終了周波数 f の

E スイープ範囲を好適に設定することができる。また、共振力ーブ RC における終了周波数 f が共振カーブ RC の共振ピークの周波数よりも低

LM E L

くならないので、終了周波数 f に対応する電圧を最も高くすることができる。これ

E VOUT

により、無電極放電ランプ 13が点灯した後の立消えを防止することができる。

[0050] 図 5は本発明による第 2実施形態の無電極放電ランプ点灯装置 2の一部を示す。

[0051] 無電極放電ランプ点灯装置 2は、制御回路 20によって特徴付けられ、第 1実施形態と比較して、制御回路 20が、キャパシタ 106に代えてダイオード 206aおよび固定回路 206bをさらに備える点で相違する。

[0052] 制御回路 20は、第 1実施形態と同様に、オペ'アンプ 200、基準電源 201、帰還抵抗 202、入力抵抗 203、出力抵抗 204およびダイオード 205を備える。ダイオード 20 6aの力ソードは、オペ'アンプ 200の出力端子に接続される一方、そのアノードは、固定回路 206bの出力に接続される。このダイオード 206aは、固定回路 206bから電圧 Vを受け、電圧 Vを、電圧 Vが Highレベルであるときに、オペ'アンプ 200の出

F F F

力端子に印加するスィッチとして動作する。

[0053] 固定回路 206bは、図 6に示すように、 tl一 t3の期間の間、電圧 Vを駆動回路で

F

の定電圧以上の Highレベルで出力し、そして t3の後、電圧 Vを Low (ゼロ） 'レベル

F

に落とすように構成される。したがって、制御回路 20の誤差増幅回路は、無電極放電ランプが点灯した後の所定時点 (t3)力も実質的に動作することになる。

[0054] 次に、制御回路 20の動作について説明する。無電極放電ランプ点灯装置 2が tlで始動したとき、制御回路 20の出力は、 t3まで Highレベルの電圧 V に固定される。こ

F

れにより、制御回路 20の出力電流 I は t3までゼロに固定される。

CC

[0055] 無電極放電ランプが t2で点灯した後、固定回路 206bが t3で電圧 Vを 0Vに戻す

F

と同時に、制御回路 20の誤差増幅回路が実質的に動作を開始する。これにより、駆動回路が、駆動信号 V , V の駆動周波数を、終了周波数 f に対応する周波数か

DH DL E

らミドル'レンジ周波数 f に対応する周波数にスイープする。

MR

[0056] この実施形態では、制御回路 20の誤差増幅回路が、無電極放電ランプが点灯した後の時点 t3で実質動作するので、始動回路によって無電極放電ランプを安定的に始動することができる。無電極放電ランプが点灯した後、共振回路の出力が過大となる期間を t2— 3の期間に制限することができるので、回路へのストレスを抑制することができる。また、制御回路 20の誤差増幅回路の動作を、所望期間の間、実質的かつ確実に停止することができる。

[0057] 一代替実施形態において、固定回路 206bは、少なくとも tl一 t2の期間の間、ダイオード 206aを介して Highレベルの電圧 Vをオペ ·アンプ 200の出力端子に印加し

F

て、制御回路 20の出力をその電圧 V に固定する。また、無電極放電ランプ点灯装

F

置 2は、その期間を計測するタイマをさらに備える。なお、これに限らず、その期間が t 1一 t2である場合、無電極放電ランプ点灯装置 2は、 t2を検出するために無電極放電ランプの点灯を検出する検出回路などの回路をさらに備えてもよい。無電極放電ランプの点灯は、 t2での、電圧検出回路の検出電圧 V の減少または始動回路の電

DV

圧 V の増加などの変化を監視することによって検出することができる。

SC

[0058] 別の代替実施形態において、無電極放電ランプ点灯装置 2は、図 7に示すように、基準電源 201とオペ ·アンプ 200の非反転入力端子との間に接続されるダイオード 2 07をさらに備える。ダイオード 207の力ソードは、オペ'アンプ 200の非反転入力端子に接続される。ダイオード 206aの力ソードは、オペ'アンプ 200の反転入力端子に接続される一方、そのアノードは、固定回路 206bの出力に接続される。このダイォード 206aは、固定回路 206bから電圧 Vを受け、電圧 Vを、電圧 Vが Highレベルで

F F F

あるときに、オペ ·アンプ 200の出力端子に印加するスィッチとして動作する。固定回路 206bの電圧 V のハイレベルは、出力電流 I がほぼゼロになるように、基準電源 2

F CC

01の基準電圧よりも十分に高いレベルに設定される。この場合、基準電源 201の基準電圧は、固定回路 206bによって調整される。

[0059] 図 8は本発明による第 3実施形態の無電極放電ランプ点灯装置 3の一部を示す。

[0060] 無電極放電ランプ点灯装置 3は、制御回路 30によって特徴付けられ、第 1実施形態と比較して、制御回路 30が、ダイオード 308a、抵抗 308bおよび点灯検出回路 30 8cをさらに備える点で相違する。

[0061] 制御回路 30は、第 1実施形態と同様に、オペ'アンプ 300、基準電源 301、帰還抵抗 302、入力抵抗 303、出力抵抗 304、ダイオード 305およびキャパシタ 306を備える。ダイオード 308aのアノードは、オペ'アンプ 300の出力端子に接続される一方、その力ソードは、抵抗 308bを介して点灯検出回路 309の出力に接続される。このダィオード 308aは、抵抗 308bを介して点灯検出回路 308cから電圧 Vを受け、電圧

S

Vを、電圧 V力Lowレベルであるときに、オペ ·アンプ 300の出力端子に印加する

S S

スィッチとして動作する。

[0062] 点灯検出回路 308cは、図 9に示すように、 tlから電圧 Vを通常 Highレベルで出 s

力し、電圧検出回路力もの検出電圧 V 力、所定のしきい電圧 V , V を、あらか

DV TH1 TH2 じめそれらを超えた後に下回ったときに、無電極放電ランプの点灯を検出し、そしてその点灯の時から所定期間 T1の間のみ、電圧 Vを Low (ゼロ）レベルに落とすよう

S

に構成される。つまり、点灯検出回路 308cは、図 9,図 10に示すように、 t2で、所定レベルの出力電流 I を流して、周波数 f を所定の高い周波数 f にシフトするので

CC TO TOS

ある。これにより、無電極放電ランプが首尾よく点灯した後に駆動周波数 f が終了周

OP

波数 f に至るのを回避することができる。期間 t2— 3の間の出力電流 I は、出力抵

E CC

抗 304および抵抗 308bによって設定される。電圧 V の Highレベルは、駆動回路で s

の定電圧以上のレベルに設定される。

[0063] 次に、制御回路 30の動作について説明する。無電極放電ランプ点灯装置 3が tlで始動したとき、点灯検出回路 308cは電圧 Vを Highレベルで出力する。これにより、

S

制御回路 30の出力電流 I は、無電極放電ランプが点灯するまでゼロに固定され、

CC

誘導コイルの電圧および電圧検出回路の検出電圧 V 1S 始動回路の動作によって

DV

増大する。

[0064] この動作の後、検出電圧 V 力 Sしきい電圧 V , V を超える。検出電圧 V がし

DV TH1 TH2 DV きい電圧 V

TH1を超える場合、始動回路の動作が正常であることが確認される。続いて

、検出電圧 V がしきい電圧 V , V を下回った時点 t2で、電圧 V力 SLowレベル

DV TH1 TH2 S

に落ちる。これにより、無電極放電ランプが首尾よく点灯した直後、周波数 f

TOが周波数 f にシフトされる。続いて、駆動周波数 f は、周波数 f カゝら終了周波数 f 側に

TOS OP TOS E

スイープするが、電流 I 力T1期間の電流 I だけ増大するので、駆動周波数 f は、

VP CC OP

終了周波数 f

Eよりも高い周波数でスイープするのを止める。続いて、点灯検出回路 3

08cは、 t3で電圧 Vを Highレベルで出力する。この後の動作は、第 1実施形態のそ

S

れと同じである。

[0065] この実施形態では、無電極放電ランプが首尾よく点灯した後に駆動周波数 f が終

OP

了周波数 f に至るのを回避することができるので、回路へのストレスを好適に低減す

E

ることがでさる。

[0066] 一代替実施形態において、制御回路 30は、図 11に示すように、第 1実施形態と比較して、ダイオード 308aおよび点灯検出回路 308cをさらに備える。ダイオード 308a の力ソードは、オペ'アンプ 300の反転入力端子に接続される一方、そのアノードは、点灯検出回路 308cの出力に接続される。このダイオード 308aは、図 12に示すように、点灯検出回路 308cから電圧 Vを受け、電圧 Vを、電圧 Vが Highレベルであ

S S S

るときに、オペ'アンプ 300の出力端子に印加するスィッチとして動作する。点灯検出回路 308cは、 tlから電圧 Vを通常 Low (ゼロ）レベルで出力し、電圧検出回路から

S

の検出電圧 V 力しきい電圧 V , V を、あらカゝじめそれらを超えた後に下回つ

DV TH1 TH2

たときに、無電極放電ランプの点灯を検出し、そしてその点灯の時力も所定期間 T1 の間のみ、電圧 Vを Highレベルに上げるように構成される。電圧 Vの Highレベル

S S

は、期間 T1における出力電流 I 力図 9の I と同様に、所定レベルになるように設

CC CC

定される。

[0067] 図 13は本発明による第 4実施形態の無電極放電ランプ点灯装置 4の一部を示す。

[0068] 無電極放電ランプ点灯装置 4は、主として制御回路 40によって特徴付けられ、第 1 実施形態と比較して、始動回路 49がダイオード 499をさらに備え、制御回路 40がダィオード 409aおよびスイープ停止回路 409bをさらに備える点で相違する。

[0069] 始動回路 49は、第 1実施形態と同様に、基準抵抗 491、キャパシタ 492、感温抵抗 493、オペ'アンプ 494、帰還抵抗 495、入力抵抗 496、出力抵抗 497およびダイォード 498を備える。スィッチ 490は、キャパシタ 492と並列に接続される。ダイオード 4 99のアノードは、基準抵抗 491と感温抵抗 493との間に接続される一方、そのカソードは、オペ ·アンプ 494の非反転入力端子に接続される。

[0070] 制御回路 40は、第 1実施形態と同様に、オペ'アンプ 400、基準電源 401、帰還抵抗 402、入力抵抗 403、出力抵抗 404、ダイオード 405およびキャパシタ 406を備える。ダイオード 409aのアノードは、基準抵抗 491と感温抵抗 493との間に接続される一方、その力ソードは、スイープ停止回路 409bの出力端子に接続される。このダイォード 409aは、スイープ停止回路 409bから電圧 V を受け、電圧 V を、電圧 V 力Lo

SS SS SS

wレベルであるときに、基準抵抗 491と感温抵抗 493との間に印加するスィッチとして動作する。

[0071] スイープ停止回路 409bは、図 14に示すように、 tlから電圧 V を通常 Highレベル ss

で出力し、電圧検出回路力もの検出電圧 V 力所定のしきい電圧 V , V を、あ

DV TH1 TH2 らカじめそれらを超えた後に下回ったときに、無電極放電ランプの点灯を検出し、そしてその点灯の時から所定期間 T1の間のみ、電圧 V を Low (ゼロ）レベルに落とす

SS

ように構成される。つまり、スイープ停止回路 409bは、図 14,図 15に示すように、 t2 で、始動回路 49におけるスイープ 'アップ回路の動作を停止して、動作周波数 f のスイープ ·ダウンを周波数 f で停止するのである。電圧 V の Highレベルは、基準抵

TO SS

抗 491の基準電圧以上のレベルに設定される。

[0072] 次に、制御回路 40の動作について説明する。無電極放電ランプ点灯装置 4が tlで始動したとき、スイープ停止回路 409bは、電圧 V を Highレベルで出力する。これに ss

より、ダイオード 409aがオフに保持され、始動回路 49が第 1実施形態と同様に動作する。

[0073] この動作の後、検出電圧 V 力 Sしきい電圧 V , V を超える。続いて、検出電圧

DV TH1 TH2

V がしきい電圧 V , V を下回った時点 t2で、電圧 V 力 owレベルに落ちる。

DV TH1 TH2 SS

これにより、感温抵抗 493からキャパシタ 492に流れる電流力ダイオード 409aサイドに引き込まれるので、始動回路 49におけるスイープ ·アップ回路の動作 (キャパシタ 492の充電）が停止し、動作周波数 f のスイープ ·ダウンが周波数 f で停止する。

OP TO

[0074] この動作の後の t3で、スイープ停止回路 409b力電圧 V を Highレべノレで出力す

SS

ると同時に、スイープ 'アップ回路が動作を再開する。このとき、始動回路 49から出力される電圧 V は、スイープ ·アップ回路の動作停止によって、制御回路 40から出力

SC

される電圧 V よりも低くなるので、電圧 V と電圧 V とが等しくなるまで電流 I がス

CC SC CC SC

ィープ ·ダウンする。この後の動作は、第 1実施形態のそれと同じである。

[0075] この実施形態では、無電極放電ランプが首尾よく点灯した後に駆動周波数 f

OPが終了周波数 f

Eに至るのを回避することができるので、回路へのストレスを好適に低減することがでさる。

[0076] 本発明を幾つかの好ましい実施形態について記述した力この発明の本来の精神および範囲を逸脱することなぐ当業者によって様々な修正および変形が可能である

Claims

請求の範囲

駆動周波数を持つ駆動信号に応じて、直流電力を、前記駆動周波数に対応する動作周波数の高周波電力に変換する DCZAC変換回路と、

無電極放電ランプが点灯する前の始動モードにおいて所定の共振周波数で共振ピークを持つ第 1共振カーブが、その無電極放電ランプが点灯している間の点灯モードにおいてその第 1共振カーブよりも低い第 2共振カーブに切り替わる共振特性を持ち、前記高周波電力を受けて、前記共振特性に基づいて前記動作周波数に応じて可変する高周波電力を出力する共振回路と、

前記共振回路によって出力される前記高周波電力に応じて高周波電磁界を発生し、この高周波電磁界を前記無電極放電ランプに印加することによって高周波電力を前記無電極放電ランプに誘導する誘導コイルと、

前記共振回路からの前記高周波電力によって前記誘導コイルに印加される電圧を検出して検出電圧を出力する電圧検出回路と、

前記駆動周波数を持つ前記駆動信号を、可変電力に応じてその駆動周波数を調整しながら前記 DCZAC変換回路に供給する駆動回路と、

前記無電極放電ランプを始動するとき、前記動作周波数を前記共振周波数よりも高い所定の開始周波数力この開始周波数よりも低い所定の終了周波数にスイープ •ダウンするとともに前記検出電圧をスイープするように、前記可変電力をスイープ- ダウンな、しアップする始動回路と

を備える無電極放電ランプ点灯装置であって、

前記共振回路に流れる電流を検出して検出電流を出力する電流検出回路と、前記動作周波数を前記開始周波数と前記終了周波数との間のミドル'レンジ周波数にシフトするための所定電流に前記検出電流を等しくするように、前記可変電力を増大ないし低減する制御回路と、

抑制手段と

を備え、

前記所定電流は、前記ミドル'レンジ周波数の場合の前記検出電圧が前記終了周波数の場合の前記検出電圧よりも低くなるように設定され、前記抑制手段は、前記無電極放電ランプを始動するときに前記制御回路の動作の抑制を開始し、少なくとも前記始動モードの間、その抑制を保持する

ことを特徴とする無電極放電ランプ点灯装置。

[2] 前記駆動回路は、前記可変電力の電流の増減に応じて前記駆動周波数を調整し前記始動回路は、前記動作周波数を前記開始周波数力前記終了周波数にスィ一プ*ダウンするとともに前記検出電圧をスイープするように、前記可変電力の電流をスイープ.ダウンないしアップし、前記制御回路は、前記検出電流を前記所定電流に等しくするように、前記可変電力の電流を増大ないし低減する誤差増幅回路を含み、

前記抑制手段は、少なくとも前記始動モードの間、前記誤差増幅回路から前記駆動回路への前記電流をゼロまたは所定レベルに抑制する

ことを特徴とする請求項 1記載の無電極放電ランプ点灯装置。

[3] 前記誤差増幅回路は、非反転入力端子、反転入力端子および出力端子を持つ演算増幅器を含み、この演算増幅器は、前記両入力端子で前記所定電流に相当する基準電圧および前記検出電流に相当する検出電圧を受けて、その検出電流に相当するその検出電圧をその基準電圧に等しくするように前記可変電力の電流を増大ないし低減し、

前記抑制手段は、前記両入力端子のうちの一の入力端子と前記出力端子との間に接続される積分回路を構成し、この積分回路は、少なくとも前記始動モードの期間に相当する値よりも大きな値に設定される時定数を持つ

ことを特徴とする請求項 2記載の無電極放電ランプ点灯装置。

[4] 前記誤差増幅回路は、非反転入力端子、反転入力端子および出力端子を持つ演算増幅器を含み、この演算増幅器は、前記両入力端子で前記所定電流に相当する基準電圧および前記検出電流に相当する検出電圧を受け、前記抑制手段が前記抑制を解除した後に前記検出電流に相当するその検出電圧をその基準電圧に等しくするように前記可変電力の電流を増大し、

前記抑制手段は、少なくとも前記始動モードの間、前記演算増幅器の出力電流を実質ゼロにするように、前記基準電圧を調整する

[5] 前記駆動回路は、前記動作周波数が前記終了周波数に達した後、前記制御回路のみによって実質制御されることを特徴とする請求項 2記載の無電極放電ランプ点灯装置。

[6] 前記終了周波数は、前記第 2共振カーブのピーク近傍の周波数に設定されることを特徴とする請求項 2記載の無電極放電ランプ点灯装置。

[7] 前記始動回路は、

前記無電極放電ランプを始動する時点からスイープ 'アップないしダウンするスィープ電圧を出力するスイープ回路と、

非反転入力端子、反転入力端子および出力端子を持ち、前記両入力端子で前記スイープ電圧および前記電圧検出回路からの前記検出電圧を受けて、その検出電圧をそのスイープ電圧に等しくするように前記可変電力の電流を低減な!/、し増大する演算増幅器と

を備えることを特徴とする請求項 2記載の無電極放電ランプ点灯装置。

[8] 請求項 1記載の無電極放電ランプ点灯装置と、前記無電極放電ランプとを備えることを特徴とする照明器具。