JP3600976B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インバータによる高周波電力で放電ランプを点灯させる放電灯点灯装置に係わり、詳しくは放電ランプを安定して調光させる構成が簡単な放電灯点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は従来の放電灯点灯装置の回路図、図１３は高周波電圧波形図である。図１２において、Ｅは直流電源、ＩＶは直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ、放電ランプＬＡは予熱電極Ｆ１、Ｆ２を有する放電ランプ、Ｔは放電ランプＬＡの放電ランプ電流を制限するバラストチョーク、Ｃ５はバラストチョークＴと予熱電極Ｆ１の間に接続されたカップリングコンデンサ、Ｃ６は放電ランプＬＡの両端に接続された始動コンデンサである。ＦＢは発振周波数を制御することにより、出力を設定された値に維持するフィードバック回路である。
【０００３】
次に、インバータＩＶの回路構成を説明する。Ｑ２、Ｑ３はスイッチング素子であるＭＯＳ ＦＥＴであり、ＭＯＳ ＦＥＴＱ２は、ドレインが直流電源に接続されソースがＭＯＳ ＦＥＴＱ３のドレインに接続され、ゲートが後述のＩＶ制御集積回路ＩＣ２のピン２に接続されている。ＭＯＳ ＦＥＴＱ３は、ソースが検出抵抗Ｒ６を介して直流電源Ｅに接続され、ゲートがＩＶ制御集積回路ＩＣ２のピン４に接続されている。
【０００４】
Ｒ１は直流電源Ｅに接続された起動抵抗、Ｃ３は起動抵抗Ｒ１とアース間に接続された制御電源コンデンサ、ＤＺは制御用コンデンサＣ３の電圧を安定させる定電圧ダイオードである。ＩＣ２はインバータＩＶを制御するＩＶ制御集積回路であり、１は制御電源コンデンサＣ３と起動抵抗Ｒ１の接続点に接続される電源入力端子、２、４はＭＯＳ ＦＥＴＱ２、Ｑ３の駆動電圧を出力する電圧出力端子、３は基準電圧出力端子、５は異常検出用端子、６は共振周波数を決定する電流を出力する電流出力端子（主発振抵抗接続端子）、７はコンデンサＣ４の充電、放電のための電流入出力端子である。
【０００５】
次に、フィードバック回路ＦＢの構成について説明する。フィードバック回路ＦＢは、電圧出力端子６から流出する電流を決める抵抗Ｒ２とＲ３と電流入出力端子７に接続されたコンデンサＣ４と、放電ランプＬＡに流れる高周波電圧を検出する検出抵抗Ｒ６、検出抵抗Ｒ６で検出された高周波電圧を平均化し、抵抗Ｒ５とコンデンサＣ８からなる積分回路ＩＮ、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ３の接続点と電源Ｅの負極の間に直列に接続された分圧抵抗Ｒ９、Ｒ１０と抵抗Ｒ９、Ｒ１０の接続点からの基準電圧が非反転入力端子に接続され、積分回路ＩＮ及びＩＶ制御集積回路ＩＣ３の電流出力端子６に直列に接続された抵抗３、ダイオードＤ５、コンデンサＣ２が反転入力端子に接続され、積分回路ＩＮの出力電圧を基準電圧に等しくなるようにするオペアンプＩＣ３からなる誤差増幅器ＥＡから構成される。
【０００６】
次に動作について図１２、図１３により説明する。図１３は放電ランプ点灯時に放電灯ＬＡに流れる高周波電圧波形図である。
【０００７】
電源Ｅ→起動抵抗Ｒ１→制御電源コンデンサＣ３→電源Ｅの閉ループで駆動電流が流れ、制御電源コンデンサＣ３が充電される。制御電源コンデンサＣ３の電圧はＩＶ制御集積回路ＩＣ２のピン１に印加され、制御電源コンデンサＣ３の電圧が上昇し、ＩＶ制御集積回路ＩＣ２の動作電圧に達すると、ＩＶ制御集積回路ＩＣ２が発振を開始する。この発振によりＩＶ制御集積回路ＩＣ２のピン２からハーフブリッジ式インバータ回路１のＭＯＳ ＦＥＴＱ２のゲートに高周波数の電圧が印加されＯＮとなり、ピン４から低周波数の電圧がＭＯＳ ＦＥＴＱ３に印加され、ＭＯＳ ＦＥＴＱ２とＭＯＳ ＦＥＴＱ３が交互にオン／オフ動作をし、インバータ回路１が高周波で発振する。
【０００８】
これにより、インバータ回路ＩＶは、ＭＯＳ ＦＥＴＱ３がＯＮのときは、電源Ｅ→予熱電極Ｆ１→始動コンデンサＣ６→予熱電極Ｆ２→カップリングコンデンサＣ５→バラストチョークＴ→ＭＯＳ ＦＥＴＱ３→検出抵抗Ｒ６→電源Ｅの閉ループで、ＭＯＳ ＦＥＴＱ２がＯＮのときは、カップリングコンデンサＣ５→予熱電極Ｆ２→始動コンデンサＣ６→予熱電極Ｆ１→ＭＯＳ ＦＥＴＱ２→バラストチョークＴ→カップリングコンデンサＣ５の閉ループで電流が交互に流れ、バラストチョークＴ、カップリングコンデンサＣ５、予熱電極Ｆ２、始動コンデンサＣ６、予熱電極Ｆ１の直列回路に高周波電流が流れる。
【０００９】
このとき、カップリングコンデンサＣ５の容量》始動コンデンサＣ６の容量の関係があり、バラストチョークＴと始動コンデンサＣ６のＬＣ直列共振によって始動コンデンサＣ６に高周波高電圧が生じ、この高周波高電圧が放電ランプＬＡに印加され、放電ランプＬＡが点灯する。
【００１０】
一方、このとき、検出抵抗Ｒ６に生じた高周波電圧がフィードバック回路ＦＢの積分回路ＩＮによって平均化され、この直流電圧が誤差増幅器ＥＡのオペアンプＩＣ３の反転入力端子に入力されている。ところで、ＩＶ制御集積回路ＩＣ２の発信周波数はコンデンサＣ４の容量値と、ＩＶ制御集積回路ＩＣ２の電流出力端子６から抵抗Ｒ２とＲ３に流出する電流値で決定され、この電流値が大きいほど発振周波数が高い。そして、電流出力端子６から抵抗Ｒ３に流れる電流は、オペアンプＩＣ３の出力電圧の変化に応じて変化することにより、ＩＶ制御集積回路ＩＣ２の発振周波数が制御される。
【００１１】
従って、ＩＶ制御集積回路ＩＣ２の発振周波数の制御は、積分回路ＩＮの出力電圧が、オペアンプＩＣ３の非反転入力端子の基準電圧に等しくなるように、オペアンプＩＣ３の出力電圧が制御されることにより行われる。この結果、検出抵抗Ｒ６を流れる高周波電流の平均値、すなわち、放電ランプＬＡの予熱電極Ｆ１、Ｆ２で消費される電力の和である負荷電力が一定に保たれる。
【００１２】
フィードバック回路ＦＢの主要な遅延要素は、積分回路ＩＮの抵抗Ｒ５、コンデンサＣ８と誤差増幅器ＥＡのコンデンサＣ２であり、この遅延時間Ｔの目安はＴ＝Ｒ５の抵抗値×（抵抗Ｃ８の容量値＋コンデンサＣ２の容量値）となる。これを適用すると、従来例のアプリケーション例として、図１２に示したように回路定数は、抵抗Ｒ５が９．１ＫΩ、コンデンサＣ８が１００ｎＦ、コンデンサＣ２が１．２２ｎＦであり、遅延時間ＴはＴ＝９．１ｋΩ×（１００ｎＦ＋１．２２ｎＦ）＝９００μｓとなる。この遅延時間は、放電ランプがエミレス点灯により過大な電力が消費される場合等を考慮して一般に使用されていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の放電ランプ点灯装置においては、フィードバック回路ＦＢによって、オペアンプＩＣ３の基準電圧で設定した一定の負荷電力に保持されることを説明したが、負荷電力を変化させること、すなわち、放電ランプＬＡを調光するには、例えば、抵抗Ｒ１０の抵抗値を変化させることによりオペアンプＩＣ３の基準電圧を変更させる方法が考えられる。
【００１４】
図１４は放電ランプＬＡが蛍光ランプで、オペアンプＩＣ３の基準電圧ＶR を抵抗Ｒ１０の抵抗値を変化させた時の放電ランプＬＡの明るさＸの変化を示したものである。図において、実線は従来例の特性であり（矢印はＶR の変化方向）、オペアンプＩＣ３の基準電圧ＶR が小さくなるに伴い、周波数ｆは高くなり、放電ランプＬＡの明るさＸは暗くなるが、ＶR がＶR1とＶR2において放電ランプＬＡの明るさＸが不連続に変化するジャンプ現象が発生する。すなわち、従来例で蛍光ランプを連続調光させる場合、明→暗の操作過程においてＶR1の点で急に暗くなり、また、暗→明の操作過程においてＶR2の点で急に明るくなるジャンプ現象が発生し、不快感を与え、特に、放電ランプＬＡが蛍光ランプで、ランプ周囲温度が低い場合に目立ち易いという問題があった。なお、点線はジャンプ現象のない望ましい特性を示す。また、図１２において、遅延時間が９００μｓではフィードバック回路ＦＢを動作させない場合と同様な変化を示す。
【００１５】
図１５はフィードバック回路ＦＢの機能を動作させない状態で、図１４における基準電圧ＶR1での蛍光ランプＬＡに関する電気特性の時間的変化を拡大したものである。図においてＡＴはランプ電流、ＶＴは電圧、ＷＴは電力である。実線は従来例の場合であり、点線は後述の実施の形態におけるジャンプ現象のない場合を示す。ランプ電流ＡＴを徐々に減少させて蛍光ランプを減光させたとき、ａ点でランプ電流ＡＴが急激に減少し始め、ｂ点まで一気に減少している。これに伴い、ランプ電圧ＶＴは緩やかに変化するため、ＡＴ×ＶＴ×力率（ほぼ一定）で表されるランプ電力ＷＴはランプ電流ＡＴと同様急激に減少している。このａ点からｂ点間の電気特性の時間的変化は約１０００μｓである。なお、図１５において、遅延時間が９００μｓの場合は、フィードバック回路ＦＢを動作させない場合と同様な変化を示す。
【００１６】
このように、蛍光ランプの明るさが急に変化するジャンプ現象は、蛍光ランプの電流あるいは電力が急激に変化するものである。一方、前記従来例の負荷電力を一定に保持するフィードバック回路ＦＢの遅延時間約９００μｓは、蛍光ランプのジャンプ時の電気特性の時間的変化（１，０００μｓ）に近い値である。
【００１７】
従って、フィードバック回路ＦＢが、入力である蛍光ランプのジャンプ開始時の負荷電力の変化に対し、負荷電力を一定に保持する機能を追従させにくく、しかも、蛍光ランプが一旦ジャンプしてしまうと蛍光ランプの特性が大きく変化し、フィードバック回路ＦＢの制御範囲ではジャンプする前の状態に戻すことができない。
【００１８】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、放電ランプを広範囲に渡って連続的に、安定して調光させることができ、回路構成が簡単で安価な放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる放電灯点灯装置は、ＩＶ制御集積回路の発振出力信号でスイッチング素子をオン／オフして直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、このインバータ回路からの高周波電力で点灯する放電ランプのランプ電力を検出し、検出される前記ランプ電力を設定される基準値に近づけるように前記ＩＶ制御集積回路の発振周波数を制御し、前記基準値を変更して前記放電ランプ電力を制御し調光するフィードバック回路と、を備え、前記フィードバック回路の遅延時間Ｔが、前記ＩＶ制御集積回路の発振周波数をｆとしたとき、１／ｆ≦Ｔ≦１／２，５００秒である。
【００２０】
また、遅延時間Ｔが、ＩＶ制御集積回路の発振周波数をｆとしたとき、１／ｆ≦Ｔ≦１／１０，０００秒である。
【００２１】
また、直流電源投入から放電ランプが点灯するまでの時間、フィードバック回路がＩＶ制御集積回路の発振周波数を制御しないようにするマスク回路を備える。
【００２２】
また、マスク回路は、入力された電流を一定時間出力するコンデンサ及び抵抗からなるタイマーと、このタイマーから出力された電流により駆動され、フィードバック回路においてランプ電力が検出される出力を一定時間ショートするトランジスタと、を備える。
【００２３】
また、マスク回路は、入力された電流を一定時間出力するコンデンサ及び抵抗からなるタイマーと、このタイマーから出力された電流により駆動される第１のトランジスタと、この第１のトランジスタの駆動により駆動され、フィードバック回路においてランプ電力が検出される出力を一定時間ショートする第２のトランジスタと、を備える。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本実施の形態は、ジャンプ現象が発生しない遅延時間となるように、フィードバック回路定数を設定したものである。従来例を示す図１２において、フィードバック回路ＦＢの遅延時間Ｔを決めるものは抵抗Ｒ５、コンデンサＣ８、コンデンサＣ２であるので、これらの定数を変えて遅延時間Ｔを種々設定し、遅延時間Ｔをパラメータとし、抵抗Ｒ１０を可変抵抗Ｒ１５に代えてオペアンプＩＣ３の基準電圧を変化させて明るさを変え、ジャンプの有無と蛍光ランプＬＡに流れる高周波電流の波高率（最大値／実効値）について実験した。
【００２５】
表１はこの実験条件と結果をまとめたものであるフィードバック回路ＦＢの抵抗Ｒ５を１０ｋΩ、コンデンサＣ８を１ｎＦとし、コンデンサＣ２を１ｎＦ〜４９ｎＦに変化させて、遅延時間Ｔを表に示すように２０μｓ〜９００μｓに設定した。各々の遅延時間Ｔに対しオペアンプＩＣ３の基準電圧を大（明）、中（中間）、小（暗）と変えジャンプの有無と、蛍光ランプ電流波形図を調べ、ＪＩＳＣ８１１７（蛍光灯電子安定器）で規定されている波高率２．１以下に合致しているかどうかを調べた。表１において遅延時間Ｔは、Ｒ１０の抵抗値×（Ｃ８の容量値＋Ｃ２の容量値）であり、オペアンプＩＣ３の基準電圧（明るさ）の欄はジャンプ無し（○）、有り（×）／波高率を示し、括弧内はランプ電流最大値／実効値を示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】
図１は表１の実験１の場合のときの放電灯点灯装置の回路図であり、従来例で示した図１１の抵抗Ｒ１０を可変抵抗Ｒ１５に代え、フィードバック回路ＦＢの遅延時間Ｔを決める抵抗Ｒ５を１０ｋΩ、コンデンサＣ８を１ｎＦ、コンデンサＣ２を１ｎＦと定数を代えたものである。他の構成は図１１と同じであるので構成の説明は省略する。
【００２８】
図２は遅延時間Ｔが２０μｓ、図３は３０μｓ、図４は７０μｓ、図５は１００μｓ、図６は１２０μｓ、図７は４００μｓ、図８は５００μｓ及び９００μｓのときの蛍光ランプ電流波形図であり、各々の図において（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はオペアンプＩＣ３の基準電圧の大（明）、中（中間）、小（暗）を示す。蛍光ランプは一般に使用されている４０Ｗのものを使用し、基準電圧大は１．８Ｖ、中は１．２Ｖ、小は０．８Ｖとした。そして、図中に示したランプ電流の最大値はＡ１（０．５４Ａ）、Ａ２（０．３５Ａ）、Ａ３（０．２１Ａ）である。また、基準電圧が大から小になるにしたがって周波数が高くなり、また、ランプ電流の包絡波形図で振幅が変化しているものは、振幅が大きい所では周波数が高くなっている。
【００２９】
遅延時間Ｔが２０μｓのときは、表１、図２に示すようにジャンプの発生は無く、波高率は１．４と小さい、そして、オペアンプＩＣ３の基準電圧の大から小への変化に対して、ランプ電流はＡ１（０．５４Ａ）、Ａ２（０．３５Ａ）、Ａ３（０．２１Ａ）と従来例の図１４の点線で示したように滑らかに変化している。
【００３０】
そして、遅延時間Ｔを、３０μｓ、１００μｓと長くするに従い、ジャンプの発生はなく、図３〜５に示すようにランプ電流はＡ１、Ａ２、Ａ３と滑らかに変化しているが、オペアンプＩＣ３の基準電圧が中、小では波高率が増加している。１２０μｓではジャンプの発生はないが、図６（ｂ）に示す基準電圧が中（中間の明るさ）で、波高率が２．４となり２．１を越している。
【００３１】
さらに、４００μｓと長くするとジャンプの発生はないが、図７（ｂ）、（ｃ）に示す基準電圧が中と小でランプ電流に休止区間が発生し、共に波高率が２．１を越している。そして、５００μｓではジャンプが発生した。このときの波高率は１．４と低いが、図８（ｂ）に示すように、ランプ電流の最大値がＡ１からＡ２を経由せず、Ａ３と急激に減少しジャンプが発生したことを示している。
【００３２】
さらに、従来例の遅延時間Ｔである９００μｓでは５００μｓの図８と同様になり、このときの波高率は１．４と低いがジャンプが発生した。遅延時間Ｔが５００μｓ、９００μｓと長いときに、基準電圧が中、小で、波高率が１．４と低いのはジャンプすると、ランプ電流が急激に減少するとともに、ランプ電力が急激に減少するため、フィードバック回路ＦＢはランプ電流を元に戻そうと周波数を下げようとするが周波数の制御限界に達するため、周波数が最小で一定となるからである。なお、この時、蛍光ランプＬＡのインピーダンスはジャンプする前と比較して１０倍程度大きな値となっている。
【００３３】
なお、表１から基準電圧が大のときには、遅延時間Ｔが長くともジャンプが発生せず、波高率も１．４と低くなっている。これは、ランプ電流が大きい範囲ではランプの動作点が１つのためジャンプが発生しないからである。
【００３４】
以上の結果から、ジャンプ現象を回避できることと波高率を２．１以下にすることを両立するためには、遅延時間Ｔを１００μｓ（＝１／１０，０００ｓ）以下にする必要があることがわかった。ただし、ジャンプ現象を回避するだけで、波高率が２．１を越えてもよい場合は、遅延時間Ｔを４００μｓ（＝１／２，５００ｓ）以下にすればよいといえる。
【００３５】
なお、このようにジャンプ現象を回避するためには、蛍光ランプのバラツキと実使用環境温度とを考慮すると、遅延時間Ｔが１／１０，０００ｓ（１００μｓ）以下であれば信頼性が高いことになるが、設定した一定の値にランプ電力を保持するため、遅延時間Ｔの下限値はインバータ回路ＩＶの発振周波数の１周期以上とする必要がある。ＩＶの発振周波数の１周期以下であると平均電力が原理的に判定できないからである。
【００３６】
以上のように、ジャンプ現象を回避できることと波高率を２．１以下にすることを両立するためには、周波数をｆとし、遅延時間をＴ（秒）とすると、１／ｆ≦Ｔ≦１／１０，０００ｓであればよい。
【００３７】
次に図１に示した放電灯点灯装置の動作について説明する。図１は表１の実験ＮＯ．１で示した回路定数を使用したものであり、フィードバック回路ＦＢの抵抗Ｒ５は１０ＫΩ、コンデンサＣ８は１ｎＦ、コンデンサＣ２は１ｎＦであり、遅延時間Ｔは、Ｔ＝１０ｋΩ×（１ｎＦ＋１ｎＦ）＝２０μｓである。放電ランプＬＡが点灯するまでの動作は、従来例と同じであり、説明を省略する。
【００３８】
調光を可変抵抗Ｒ１５により行った場合の動作を説明すると、まず、第１回目の減光操作サイクルでは、オペアンプＩＣ３の入力端子電圧誤差：０のときに、可変抵抗Ｒ１５を小さくし、オペアンプＩＣ３の基準電圧ＶＲを低くしていくと（減光操作）、オペアンプＩＣ３の正端子電圧：低（誤差発生）→オペアンプＩＣ３の出力電圧：低→抵抗Ｒ２０電流：大→周波数ｆ：高→放電ランプ電流：小→放電ランプＬＡ電力：小→抵抗Ｒ２９の平均電流：小→積分回路ＩＮの出力電圧（オペアンプＩＣ３負端子電圧）：小となり、ジャンプは発生しない。
【００３９】
次に、第２回目の減光操作サイクルでは、オペアンプＩＣ３の入力端子電圧誤差：０のときに、可変抵抗Ｒ１５をさらに小さくしていくと（減光操作）、オペアンプＩＣ３の正端子電圧：低（誤差発生）→オペアンプＩＣ３の出力電圧：低→抵抗Ｒ２０電流：大→周波数ｆ：高→放電ランプＬＡ電流→放電ランプＬＡ電力：小→抵抗Ｒ２９の平均電流：小→積分回路ＩＮの出力電圧（オペアンプＩＣ３負端子電圧）：小となり、ジャンプは発生しない。
【００４０】
このように、基準電圧を変化させても、従来例の図１５の点線に示すように明るさが大きな変化をするジャンプが発生しない。これは、遅延時間Ｔが２０μｓのとき、点灯周波数を例えば５０ｋＨｚとすると点灯周波数の１サイクルの短時間であり、フィードバック回路ＦＢの負荷電力一定保持機能が応答しているからである。なお、ランプ電流の波形は、上述の図２に示したものであり、波高率は１．４である。
【００４１】
なお、従来例では、減光操作をした場合、上述の第２回の減光操作サイクルにおいて、オペアンプＩＣ３の出力電圧：低→抵抗Ｒ２０電流：大→周波数ｆ：高となった後、放電ランプＬＡ電力：激小→抵抗Ｒ２９の平均電流：激小→積分回路ＩＮの出力電圧（オペアンプＩＣ３負端子電圧）：激小となり、ジャンプが発生する。この時、オペアンプＩＣ３の入力端子電圧誤差：０とならず誤差発生継続となるため、オペアンプＩＣ３の出力電圧：大→抵抗Ｒ２０電流：小→周波数ｆ：低と制御されるが、フィードバック回路ＦＢの制御限界に達し、周波数ｆ：ＭＩＮで固定された状態となる。
【００４２】
以上のように、放電ランプを広範囲に渡って連続的に安定して調光させることができ、回路構成が簡単で安価にすることができる。
【００４３】
実施の形態２．
図９は実施の形態２を示す放電灯点灯装置の回路図である。本実施の形態は実施の形態１を示す図１において、積分回路ＩＮの出力に付加回路としてマスク回路ＭＣを設けたものである。
【００４４】
図９において、実施の形態１で示した図１と同一または相当部分には、同じ符号を付し、説明を省略する。マスク回路ＭＣは、積分回路ＩＮの出力部にコレクタが接続され電源Ｅの負極にエミッタが接続されたトランジスタＱ８と、ＩＶ制御集積回路ＩＣ２の電流出力端子６とトランジスタＱ８のベースの間に接続されたコンデンサ１１と、トランジスタＱ６のベースとエミッタの間に接続された抵抗Ｒ１２からなる。なお、コンデンサＣ１１と抵抗Ｒ１２はタイマーを構成する。
【００４５】
次に、動作を図９、図１０により説明する。従来例で述べたように、バラストチョークＴ、コンデンサＣ６のＬＣ共振により生じる始動コンデンサＣ６の高周波電圧が放電ランプＬＡに印加されて放電ランプＬＡが点灯するが、放電ランプＬＡが点灯する直前、検出抵抗Ｒ６には図１０（ａ）に示す高周波電圧が生じており、この電圧のピーク値Ｖ７が図１０（ｂ）のランプ点灯時のピーク値Ｖ６より大きくなろうとする場合、実施の形態１では特にオペアンプＩＣ３の基準電圧が比較的低く設定されているとフィードバック回路ＦＢの負荷電力が一定保持機能により、フィードバック回路ＦＢの応答が速いため、検出抵抗Ｒ６の高周波電圧のピーク値がＶ７に達する前にフィードバック回路ＦＢの負荷電力一定機能が動作し、低い電圧で保持される可能性が高い。このことは、放電ランプＬＡが点灯するのに必要な共振に達せず、放電ランプＬＡが点灯しない場合がある。
【００４６】
このときに、マスク回路ＭＣは、電源Ｅの投入から放電ランプＬＡが点灯するのに十分な時間（例えば、２〜４秒間）、積分回路ＩＮの出力をショートすることにより、点灯の前に積分回路ＩＮの出力がオペアンプＩＣ３の基準電圧に達し、ＩＶ制御集積回路ＩＣ２の発振周波数が固定されないようにする。すなわち、電源Ｅが投入されると、電流は制御電源コンデンサＣ３→ＩＶ制御集積回路ＩＣ２の電流出力端子６→抵抗Ｒ１２→コンデンサＣ１１→トランジスタＱ８のベース・エミッタ→制御電源コンデンサＣ３の閉ループで流れ、トランジスタＱ８がＯＮするとともに、コンデンサＣ１１が充電される。
【００４７】
そして、この閉ループ電流が徐々に減少し、これに伴いＩＶ制御集積回路ＩＣ２の発振周波数が低くなり、積分回路ＩＮの出力、すなわち、コンデンサＣ８の共振電圧が高まり、放電ランプＬＡが点灯する。コンデンサＣ１１がチャージアップされると、トランジスタＱ８がＯＦＦし、マスク回路ＭＣのマスク機能が解除される。なお、コンデンサＣ１１のチャージは直接制御コンデンサＣ３から供給してもよい。
【００４８】
以上のように、放電ランプを確実に点灯させることができる。
【００４９】
実施の形態３．
図１１は実施の形態３を示す放電灯点灯装置の回路図である。本実施の形態は実施の形態２を示す図１０のマスク回路ＭＣの代わりにミラー積分回路ＭＩを設けたものである。
【００５０】
図１１において、実施の形態２で示した図１０と同一または相当部分には、同じ符号を付し、説明を省略する。ミラー積分回路ＭＩは、積分回路ＩＮの出力部にコレクタが接続され、電源Ｅの負極にエミッタが接続されたトランジスタＱ８と、トランジスタＱ８のベースにエミッタが接続され、コレクタが抵抗Ｒ１３を介してＩＶ制御集積回路ＩＣ２の電流出力端子６に接続されたトランジスタＱ６と、トランジスタＱ６のベースと電源Ｅの負極の間に接続されたダイオードＤ１２と、トランジスタＱ６のベースとエミッタの間に接続されたコンデンサ１２からなる。
【００５１】
次に、動作を図１１により説明する。ミラー積分回路ＭＩはマスク回路ＭＣの機能と同じである。ただし、電源Ｅが投入されると、電流は制御電源コンデンサＣ３→ＩＶ制御集積回路ＩＣ２の電流出力端子６→抵抗Ｒ１４→コンデンサＣ１２→トランジスタＱ６のベース・エミッタ→トランジスタＱ８のベース・エミッタ→制御電源コンデンサＣ３の閉ループで流れ、トランジスタＱ８がＯＮするとともに、コンデンサＣ１２が充電されるが、このトランジスタＱ８のＯＮ時間を、実施の形態２と同じに設定する場合、実施の形態２と比較してコンデンサＣ１２の容量を、コンデンサ１１の容量の１／トランジスタＱ６の直流電流増幅率（ｈFE）と小さくできる。このため、直流電流増幅率を数百のものを使用すればコンデンサ１２の容量はコンデンサ１１の数百分の一でよく、非常に小さくで済み、電源ＥをＯＦＦしたときに、コンデンサＣ１２→抵抗Ｒ１４→抵抗Ｒ２→ダイオードＤ１２→コンデンサＣ１２の閉ループでコンデンサＣ１２の電荷が放電する時間を非常に短くできる。
【００５２】
以上のように、コンデンサＣ１２の電荷が放電する時間を非常に短くできるので、短時間の電源ＥのＯＦＦ、ＯＮ動作に対してもミラー積分回路ＭＩのリセットが確実にでき、放電ランプをより確実に点灯させることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ＩＶ制御集積回路の発振出力信号でスイッチング素子をオン／オフして直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、このインバータ回路からの高周波電力で点灯する放電ランプのランプ電力を検出し、検出される前記ランプ電力を設定される基準値に近づけるように前記ＩＶ制御集積回路の発振周波数を制御し、前記基準値を変更して前記放電ランプ電力を制御し調光するフィードバック回路と、を備え、前記フィードバック回路の遅延時間Ｔが、前記ＩＶ制御集積回路の発振周波数をｆとしたとき、１／ｆ≦Ｔ≦１／２，５００秒であるので、簡単な回路で、放電ランプを広範囲に渡って連続的に安定して調光させることができる。
【００５４】
また、遅延時間Ｔが、ＩＶ制御集積回路の発振周波数をｆとしたとき、１／ｆ≦Ｔ≦１／１０，０００秒であるので、簡単な回路で、放電ランプを広範囲に渡って連続的に安定して調光させることができる。
【００５５】
また、直流電源投入から放電ランプが点灯するまでの時間、フィードバック回路がＩＶ制御集積回路の発振周波数を制御しないようにするマスク回路を備えたので、放電ランプを確実に点灯させることができる。
【００５６】
また、マスク回路は、入力された電流を一定時間出力するコンデンサ及び抵抗からなるタイマーと、このタイマーから出力された電流により駆動され、フィードバック回路においてランプ電力が検出される出力を一定時間ショートするトランジスタと、を備えたので、放電ランプを確実に点灯させることができる。
【００５７】
また、マスク回路は、入力された電流を一定時間出力するコンデンサ及び抵抗からなるタイマーと、このタイマーから出力された電流により駆動される第１のトランジスタと、この第１のトランジスタの駆動により駆動され、フィードバック回路においてランプ電力が検出される出力を一定時間ショートする第２のトランジスタと、を備えたので、放電ランプをより確実に点灯させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す放電灯点灯装置の回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示す放電灯点灯装置の放電ランプ電流波形図である。
【図３】この発明の実施の形態１を示す放電灯点灯装置の放電ランプ電流波形図である。
【図４】この発明の実施の形態１を示す放電灯点灯装置の放電ランプ電流波形図である。
【図５】この発明の実施の形態１を示す放電灯点灯装置の放電ランプ電流波形図である。
【図６】この発明の実施の形態１を示す放電灯点灯装置の放電ランプ電流波形図である。
【図７】この発明の実施の形態１を示す放電灯点灯装置の放電ランプ電流波形図である。
【図８】この発明の実施の形態１を示す放電灯点灯装置の放電ランプ電流波形図である。
【図９】この発明の実施の形態２を示す放電灯点灯装置の回路図である。
【図１０】この発明の実施の形態２を示す放電灯点灯装置の高周波電圧波形図である。
【図１１】この発明の実施の形態３を示す放電灯点灯装置の回路図である。
【図１２】従来の放電灯点灯装置の回路図である。
【図１３】放電灯点灯装置の高周波電圧波形図である。
【図１４】従来の放電灯点灯装置の基準電圧と放電ランプ明るさの特性図である。
【図１５】従来の放電灯点灯装置の放電ランプの電機特性変化を示す図である。
【符号の説明】
ＩＣ２ 制御集積回路、ＩＶ インバータ、ＬＡ 放電ランプ、ＩＮ 積分回路、ＦＢ フィードバック回路、Ｄ５ 整流ダイオード、ＤＴ 異常検出回路、Ｅ 直流電源、ＭＣ マスク回路、Ｃ９ 平滑コンデンサ、Ｃ１１、Ｃ１３ コンデンサ、Ｒ６ 検出抵抗、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３ 抵抗、Ｑ２、Ｑ３ ＭＯＳ ＦＥＴ、Ｑ６、Ｑ８ トランジスタ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、インバータによる高周波電力で放電ランプを点灯させる放電灯点灯装置に係わり、詳しくは放電ランプを安定して調光させる構成が簡単な放電灯点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は従来の放電灯点灯装置の回路図、図１３は高周波電圧波形図である。図１２において、Ｅは直流電源、ＩＶは直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ、放電ランプＬＡは予熱電極Ｆ１、Ｆ２を有する放電ランプ、Ｔは放電ランプＬＡの放電ランプ電流を制限するバラストチョーク、Ｃ５はバラストチョークＴと予熱電極Ｆ１の間に接続されたカップリングコンデンサ、Ｃ６は放電ランプＬＡの両端に接続された始動コンデンサである。ＦＢは発振周波数を制御することにより、出力を設定された値に維持するフィードバック回路である。
【０００３】
次に、インバータＩＶの回路構成を説明する。Ｑ２、Ｑ３はスイッチング素子であるＭＯＳ ＦＥＴであり、ＭＯＳ ＦＥＴＱ２は、ドレインが直流電源に接続されソースがＭＯＳ ＦＥＴＱ３のドレインに接続され、ゲートが後述のＩＶ制御集積回路ＩＣ２のピン２に接続されている。ＭＯＳ ＦＥＴＱ３は、ソースが検出抵抗Ｒ６を介して直流電源Ｅに接続され、ゲートがＩＶ制御集積回路ＩＣ２のピン４に接続されている。
【０００４】
Ｒ１は直流電源Ｅに接続された起動抵抗、Ｃ３は起動抵抗Ｒ１とアース間に接続された制御電源コンデンサ、ＤＺは制御用コンデンサＣ３の電圧を安定させる定電圧ダイオードである。ＩＣ２はインバータＩＶを制御するＩＶ制御集積回路であり、１は制御電源コンデンサＣ３と起動抵抗Ｒ１の接続点に接続される電源入力端子、２、４はＭＯＳ ＦＥＴＱ２、Ｑ３の駆動電圧を出力する電圧出力端子、３は基準電圧出力端子、５は異常検出用端子、６は共振周波数を決定する電流を出力する電流出力端子（主発振抵抗接続端子）、７はコンデンサＣ４の充電、放電のための電流入出力端子である。
【０００５】
次に、フィードバック回路ＦＢの構成について説明する。フィードバック回路ＦＢは、電圧出力端子６から流出する電流を決める抵抗Ｒ２とＲ３と電流入出力端子７に接続されたコンデンサＣ４と、放電ランプＬＡに流れる高周波電圧を検出する検出抵抗Ｒ６、検出抵抗Ｒ６で検出された高周波電圧を平均化し、抵抗Ｒ５とコンデンサＣ８からなる積分回路ＩＮ、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ３の接続点と電源Ｅの負極の間に直列に接続された分圧抵抗Ｒ９、Ｒ１０と抵抗Ｒ９、Ｒ１０の接続点からの基準電圧が非反転入力端子に接続され、積分回路ＩＮ及びＩＶ制御集積回路ＩＣ３の電流出力端子６に直列に接続された抵抗３、ダイオードＤ５、コンデンサＣ２が反転入力端子に接続され、積分回路ＩＮの出力電圧を基準電圧に等しくなるようにするオペアンプＩＣ３からなる誤差増幅器ＥＡから構成される。
【０００６】
次に動作について図１２、図１３により説明する。図１３は放電ランプ点灯時に放電灯ＬＡに流れる高周波電圧波形図である。
【０００７】
電源Ｅ→起動抵抗Ｒ１→制御電源コンデンサＣ３→電源Ｅの閉ループで駆動電流が流れ、制御電源コンデンサＣ３が充電される。制御電源コンデンサＣ３の電圧はＩＶ制御集積回路ＩＣ２のピン１に印加され、制御電源コンデンサＣ３の電圧が上昇し、ＩＶ制御集積回路ＩＣ２の動作電圧に達すると、ＩＶ制御集積回路ＩＣ２が発振を開始する。この発振によりＩＶ制御集積回路ＩＣ２のピン２からハーフブリッジ式インバータ回路１のＭＯＳ ＦＥＴＱ２のゲートに高周波数の電圧が印加されＯＮとなり、ピン４から低周波数の電圧がＭＯＳ ＦＥＴＱ３に印加され、ＭＯＳ ＦＥＴＱ２とＭＯＳ ＦＥＴＱ３が交互にオン／オフ動作をし、インバータ回路１が高周波で発振する。
【０００８】
これにより、インバータ回路ＩＶは、ＭＯＳ ＦＥＴＱ３がＯＮのときは、電源Ｅ→予熱電極Ｆ１→始動コンデンサＣ６→予熱電極Ｆ２→カップリングコンデンサＣ５→バラストチョークＴ→ＭＯＳ ＦＥＴＱ３→検出抵抗Ｒ６→電源Ｅの閉ループで、ＭＯＳ ＦＥＴＱ２がＯＮのときは、カップリングコンデンサＣ５→予熱電極Ｆ２→始動コンデンサＣ６→予熱電極Ｆ１→ＭＯＳ ＦＥＴＱ２→バラストチョークＴ→カップリングコンデンサＣ５の閉ループで電流が交互に流れ、バラストチョークＴ、カップリングコンデンサＣ５、予熱電極Ｆ２、始動コンデンサＣ６、予熱電極Ｆ１の直列回路に高周波電流が流れる。
【０００９】
このとき、カップリングコンデンサＣ５の容量》始動コンデンサＣ６の容量の関係があり、バラストチョークＴと始動コンデンサＣ６のＬＣ直列共振によって始動コンデンサＣ６に高周波高電圧が生じ、この高周波高電圧が放電ランプＬＡに印加され、放電ランプＬＡが点灯する。
【００１０】
一方、このとき、検出抵抗Ｒ６に生じた高周波電圧がフィードバック回路ＦＢの積分回路ＩＮによって平均化され、この直流電圧が誤差増幅器ＥＡのオペアンプＩＣ３の反転入力端子に入力されている。ところで、ＩＶ制御集積回路ＩＣ２の発信周波数はコンデンサＣ４の容量値と、ＩＶ制御集積回路ＩＣ２の電流出力端子６から抵抗Ｒ２とＲ３に流出する電流値で決定され、この電流値が大きいほど発振周波数が高い。そして、電流出力端子６から抵抗Ｒ３に流れる電流は、オペアンプＩＣ３の出力電圧の変化に応じて変化することにより、ＩＶ制御集積回路ＩＣ２の発振周波数が制御される。
【００１１】
従って、ＩＶ制御集積回路ＩＣ２の発振周波数の制御は、積分回路ＩＮの出力電圧が、オペアンプＩＣ３の非反転入力端子の基準電圧に等しくなるように、オペアンプＩＣ３の出力電圧が制御されることにより行われる。この結果、検出抵抗Ｒ６を流れる高周波電流の平均値、すなわち、放電ランプＬＡの予熱電極Ｆ１、Ｆ２で消費される電力の和である負荷電力が一定に保たれる。
【００１２】
フィードバック回路ＦＢの主要な遅延要素は、積分回路ＩＮの抵抗Ｒ５、コンデンサＣ８と誤差増幅器ＥＡのコンデンサＣ２であり、この遅延時間Ｔの目安はＴ＝Ｒ５の抵抗値×（抵抗Ｃ８の容量値＋コンデンサＣ２の容量値）となる。これを適用すると、従来例のアプリケーション例として、図１２に示したように回路定数は、抵抗Ｒ５が９．１ＫΩ、コンデンサＣ８が１００ｎＦ、コンデンサＣ２が１．２２ｎＦであり、遅延時間ＴはＴ＝９．１ｋΩ×（１００ｎＦ＋１．２２ｎＦ）＝９００μｓとなる。この遅延時間は、放電ランプがエミレス点灯により過大な電力が消費される場合等を考慮して一般に使用されていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の放電ランプ点灯装置においては、フィードバック回路ＦＢによって、オペアンプＩＣ３の基準電圧で設定した一定の負荷電力に保持されることを説明したが、負荷電力を変化させること、すなわち、放電ランプＬＡを調光するには、例えば、抵抗Ｒ１０の抵抗値を変化させることによりオペアンプＩＣ３の基準電圧を変更させる方法が考えられる。
【００１４】
図１４は放電ランプＬＡが蛍光ランプで、オペアンプＩＣ３の基準電圧ＶR を抵抗Ｒ１０の抵抗値を変化させた時の放電ランプＬＡの明るさＸの変化を示したものである。図において、実線は従来例の特性であり（矢印はＶR の変化方向）、オペアンプＩＣ３の基準電圧ＶR が小さくなるに伴い、周波数ｆは高くなり、放電ランプＬＡの明るさＸは暗くなるが、ＶR がＶR1とＶR2において放電ランプＬＡの明るさＸが不連続に変化するジャンプ現象が発生する。すなわち、従来例で蛍光ランプを連続調光させる場合、明→暗の操作過程においてＶR1の点で急に暗くなり、また、暗→明の操作過程においてＶR2の点で急に明るくなるジャンプ現象が発生し、不快感を与え、特に、放電ランプＬＡが蛍光ランプで、ランプ周囲温度が低い場合に目立ち易いという問題があった。なお、点線はジャンプ現象のない望ましい特性を示す。また、図１２において、遅延時間が９００μｓではフィードバック回路ＦＢを動作させない場合と同様な変化を示す。
【００１５】
図１５はフィードバック回路ＦＢの機能を動作させない状態で、図１４における基準電圧ＶR1での蛍光ランプＬＡに関する電気特性の時間的変化を拡大したものである。図においてＡＴはランプ電流、ＶＴは電圧、ＷＴは電力である。実線は従来例の場合であり、点線は後述の実施の形態におけるジャンプ現象のない場合を示す。ランプ電流ＡＴを徐々に減少させて蛍光ランプを減光させたとき、ａ点でランプ電流ＡＴが急激に減少し始め、ｂ点まで一気に減少している。これに伴い、ランプ電圧ＶＴは緩やかに変化するため、ＡＴ×ＶＴ×力率（ほぼ一定）で表されるランプ電力ＷＴはランプ電流ＡＴと同様急激に減少している。このａ点からｂ点間の電気特性の時間的変化は約１０００μｓである。なお、図１５において、遅延時間が９００μｓの場合は、フィードバック回路ＦＢを動作させない場合と同様な変化を示す。
【００１６】
このように、蛍光ランプの明るさが急に変化するジャンプ現象は、蛍光ランプの電流あるいは電力が急激に変化するものである。一方、前記従来例の負荷電力を一定に保持するフィードバック回路ＦＢの遅延時間約９００μｓは、蛍光ランプのジャンプ時の電気特性の時間的変化（１，０００μｓ）に近い値である。
【００１７】
従って、フィードバック回路ＦＢが、入力である蛍光ランプのジャンプ開始時の負荷電力の変化に対し、負荷電力を一定に保持する機能を追従させにくく、しかも、蛍光ランプが一旦ジャンプしてしまうと蛍光ランプの特性が大きく変化し、フィードバック回路ＦＢの制御範囲ではジャンプする前の状態に戻すことができない。
【００１８】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、放電ランプを広範囲に渡って連続的に、安定して調光させることができ、回路構成が簡単で安価な放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる放電灯点灯装置は、ＩＶ制御集積回路の発振出力信号でスイッチング素子をオン／オフして直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、このインバータ回路からの高周波電力で点灯する放電ランプのランプ電力を検出し、検出される前記ランプ電力を設定される基準値に近づけるように前記ＩＶ制御集積回路の発振周波数を制御し、前記基準値を変更して前記放電ランプ電力を制御し調光するフィードバック回路と、を備え、前記フィードバック回路の遅延時間Ｔが、前記ＩＶ制御集積回路の発振周波数をｆとしたとき、１／ｆ≦Ｔ≦１／２，５００秒である。
【００２０】
また、遅延時間Ｔが、ＩＶ制御集積回路の発振周波数をｆとしたとき、１／ｆ≦Ｔ≦１／１０，０００秒である。
【００２１】
また、直流電源投入から放電ランプが点灯するまでの時間、フィードバック回路がＩＶ制御集積回路の発振周波数を制御しないようにするマスク回路を備える。
【００２２】
また、マスク回路は、入力された電流を一定時間出力するコンデンサ及び抵抗からなるタイマーと、このタイマーから出力された電流により駆動され、フィードバック回路においてランプ電力が検出される出力を一定時間ショートするトランジスタと、を備える。
【００２３】
また、マスク回路は、入力された電流を一定時間出力するコンデンサ及び抵抗からなるタイマーと、このタイマーから出力された電流により駆動される第１のトランジスタと、この第１のトランジスタの駆動により駆動され、フィードバック回路においてランプ電力が検出される出力を一定時間ショートする第２のトランジスタと、を備える。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本実施の形態は、ジャンプ現象が発生しない遅延時間となるように、フィードバック回路定数を設定したものである。従来例を示す図１２において、フィードバック回路ＦＢの遅延時間Ｔを決めるものは抵抗Ｒ５、コンデンサＣ８、コンデンサＣ２であるので、これらの定数を変えて遅延時間Ｔを種々設定し、遅延時間Ｔをパラメータとし、抵抗Ｒ１０を可変抵抗Ｒ１５に代えてオペアンプＩＣ３の基準電圧を変化させて明るさを変え、ジャンプの有無と蛍光ランプＬＡに流れる高周波電流の波高率（最大値／実効値）について実験した。
【００２５】
表１はこの実験条件と結果をまとめたものであるフィードバック回路ＦＢの抵抗Ｒ５を１０ｋΩ、コンデンサＣ８を１ｎＦとし、コンデンサＣ２を１ｎＦ〜４９ｎＦに変化させて、遅延時間Ｔを表に示すように２０μｓ〜９００μｓに設定した。各々の遅延時間Ｔに対しオペアンプＩＣ３の基準電圧を大（明）、中（中間）、小（暗）と変えジャンプの有無と、蛍光ランプ電流波形図を調べ、ＪＩＳＣ８１１７（蛍光灯電子安定器）で規定されている波高率２．１以下に合致しているかどうかを調べた。表１において遅延時間Ｔは、Ｒ１０の抵抗値×（Ｃ８の容量値＋Ｃ２の容量値）であり、オペアンプＩＣ３の基準電圧（明るさ）の欄はジャンプ無し（○）、有り（×）／波高率を示し、括弧内はランプ電流最大値／実効値を示す。
【００２６】
【表１】
図１は表１の実験１の場合のときの放電灯点灯装置の回路図であり、従来例で示した図１１の抵抗Ｒ１０を可変抵抗Ｒ１５に代え、フィードバック回路ＦＢの遅延時間Ｔを決める抵抗Ｒ５を１０ｋΩ、コンデンサＣ８を１ｎＦ、コンデンサＣ２を１ｎＦと定数を代えたものである。他の構成は図１１と同じであるので構成の説明は省略する。
【００２８】
図２は遅延時間Ｔが２０μｓ、図３は３０μｓ、図４は７０μｓ、図５は１００μｓ、図６は１２０μｓ、図７は４００μｓ、図８は５００μｓ及び９００μｓのときの蛍光ランプ電流波形図であり、各々の図において（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はオペアンプＩＣ３の基準電圧の大（明）、中（中間）、小（暗）を示す。蛍光ランプは一般に使用されている４０Ｗのものを使用し、基準電圧大は１．８Ｖ、中は１．２Ｖ、小は０．８Ｖとした。そして、図中に示したランプ電流の最大値はＡ１（０．５４Ａ）、Ａ２（０．３５Ａ）、Ａ３（０．２１Ａ）である。また、基準電圧が大から小になるにしたがって周波数が高くなり、また、ランプ電流の包絡波形図で振幅が変化しているものは、振幅が大きい所では周波数が高くなっている。
【００２９】
遅延時間Ｔが２０μｓのときは、表１、図２に示すようにジャンプの発生は無く、波高率は１．４と小さい、そして、オペアンプＩＣ３の基準電圧の大から小への変化に対して、ランプ電流はＡ１（０．５４Ａ）、Ａ２（０．３５Ａ）、Ａ３（０．２１Ａ）と従来例の図１４の点線で示したように滑らかに変化している。
【００３０】
そして、遅延時間Ｔを、３０μｓ、１００μｓと長くするに従い、ジャンプの発生はなく、図３〜５に示すようにランプ電流はＡ１、Ａ２、Ａ３と滑らかに変化しているが、オペアンプＩＣ３の基準電圧が中、小では波高率が増加している。１２０μｓではジャンプの発生はないが、図６（ｂ）に示す基準電圧が中（中間の明るさ）で、波高率が２．４となり２．１を越している。
【００３１】
さらに、４００μｓと長くするとジャンプの発生はないが、図７（ｂ）、（ｃ）に示す基準電圧が中と小でランプ電流に休止区間が発生し、共に波高率が２．１を越している。そして、５００μｓではジャンプが発生した。このときの波高率は１．４と低いが、図８（ｂ）に示すように、ランプ電流の最大値がＡ１からＡ２を経由せず、Ａ３と急激に減少しジャンプが発生したことを示している。
【００３２】
さらに、従来例の遅延時間Ｔである９００μｓでは５００μｓの図８と同様になり、このときの波高率は１．４と低いがジャンプが発生した。遅延時間Ｔが５００μｓ、９００μｓと長いときに、基準電圧が中、小で、波高率が１．４と低いのはジャンプすると、ランプ電流が急激に減少するとともに、ランプ電力が急激に減少するため、フィードバック回路ＦＢはランプ電流を元に戻そうと周波数を下げようとするが周波数の制御限界に達するため、周波数が最小で一定となるからである。なお、この時、蛍光ランプＬＡのインピーダンスはジャンプする前と比較して１０倍程度大きな値となっている。
【００３３】
なお、表１から基準電圧が大のときには、遅延時間Ｔが長くともジャンプが発生せず、波高率も１．４と低くなっている。これは、ランプ電流が大きい範囲ではランプの動作点が１つのためジャンプが発生しないからである。
【００３４】
以上の結果から、ジャンプ現象を回避できることと波高率を２．１以下にすることを両立するためには、遅延時間Ｔを１００μｓ（＝１／１０，０００ｓ）以下にする必要があることがわかった。ただし、ジャンプ現象を回避するだけで、波高率が２．１を越えてもよい場合は、遅延時間Ｔを４００μｓ（＝１／２，５００ｓ）以下にすればよいといえる。
【００３５】
なお、このようにジャンプ現象を回避するためには、蛍光ランプのバラツキと実使用環境温度とを考慮すると、遅延時間Ｔが１／１０，０００ｓ（１００μｓ）以下であれば信頼性が高いことになるが、設定した一定の値にランプ電力を保持するため、遅延時間Ｔの下限値はインバータ回路ＩＶの発振周波数の１周期以上とする必要がある。ＩＶの発振周波数の１周期以下であると平均電力が原理的に判定できないからである。
【００３６】
以上のように、ジャンプ現象を回避できることと波高率を２．１以下にすることを両立するためには、周波数をｆとし、遅延時間をＴ（秒）とすると、１／ｆ≦Ｔ≦１／１０，０００ｓであればよい。
【００３７】
次に図１に示した放電灯点灯装置の動作について説明する。図１は表１の実験ＮＯ．１で示した回路定数を使用したものであり、フィードバック回路ＦＢの抵抗Ｒ５は１０ＫΩ、コンデンサＣ８は１ｎＦ、コンデンサＣ２は１ｎＦであり、遅延時間Ｔは、Ｔ＝１０ｋΩ×（１ｎＦ＋１ｎＦ）＝２０μｓである。放電ランプＬＡが点灯するまでの動作は、従来例と同じであり、説明を省略する。
【００３８】
調光を可変抵抗Ｒ１５により行った場合の動作を説明すると、まず、第１回目の減光操作サイクルでは、オペアンプＩＣ３の入力端子電圧誤差：０のときに、可変抵抗Ｒ１５を小さくし、オペアンプＩＣ３の基準電圧ＶＲを低くしていくと（減光操作）、オペアンプＩＣ３の正端子電圧：低（誤差発生）→オペアンプＩＣ３の出力電圧：低→抵抗Ｒ２０電流：大→周波数ｆ：高→放電ランプ電流：小→放電ランプＬＡ電力：小→抵抗Ｒ２９の平均電流：小→積分回路ＩＮの出力電圧（オペアンプＩＣ３負端子電圧）：小となり、ジャンプは発生しない。
【００３９】
次に、第２回目の減光操作サイクルでは、オペアンプＩＣ３の入力端子電圧誤差：０のときに、可変抵抗Ｒ１５をさらに小さくしていくと（減光操作）、オペアンプＩＣ３の正端子電圧：低（誤差発生）→オペアンプＩＣ３の出力電圧：低→抵抗Ｒ２０電流：大→周波数ｆ：高→放電ランプＬＡ電流→放電ランプＬＡ電力：小→抵抗Ｒ２９の平均電流：小→積分回路ＩＮの出力電圧（オペアンプＩＣ３負端子電圧）：小となり、ジャンプは発生しない。
【００４０】
このように、基準電圧を変化させても、従来例の図１５の点線に示すように明るさが大きな変化をするジャンプが発生しない。これは、遅延時間Ｔが２０μｓのとき、点灯周波数を例えば５０ｋＨｚとすると点灯周波数の１サイクルの短時間であり、フィードバック回路ＦＢの負荷電力一定保持機能が応答しているからである。なお、ランプ電流の波形は、上述の図２に示したものであり、波高率は１．４である。
【００４１】
なお、従来例では、減光操作をした場合、上述の第２回の減光操作サイクルにおいて、オペアンプＩＣ３の出力電圧：低→抵抗Ｒ２０電流：大→周波数ｆ：高となった後、放電ランプＬＡ電力：激小→抵抗Ｒ２９の平均電流：激小→積分回路ＩＮの出力電圧（オペアンプＩＣ３負端子電圧）：激小となり、ジャンプが発生する。この時、オペアンプＩＣ３の入力端子電圧誤差：０とならず誤差発生継続となるため、オペアンプＩＣ３の出力電圧：大→抵抗Ｒ２０電流：小→周波数ｆ：低と制御されるが、フィードバック回路ＦＢの制御限界に達し、周波数ｆ：ＭＩＮで固定された状態となる。
【００４２】
以上のように、放電ランプを広範囲に渡って連続的に安定して調光させることができ、回路構成が簡単で安価にすることができる。
【００４３】
実施の形態２．
図９は実施の形態２を示す放電灯点灯装置の回路図である。本実施の形態は実施の形態１を示す図１において、積分回路ＩＮの出力に付加回路としてマスク回路ＭＣを設けたものである。
【００４４】
図９において、実施の形態１で示した図１と同一または相当部分には、同じ符号を付し、説明を省略する。マスク回路ＭＣは、積分回路ＩＮの出力部にコレクタが接続され電源Ｅの負極にエミッタが接続されたトランジスタＱ８と、ＩＶ制御集積回路ＩＣ２の電流出力端子６とトランジスタＱ８のベースの間に接続されたコンデンサ１１と、トランジスタＱ６のベースとエミッタの間に接続された抵抗Ｒ１２からなる。なお、コンデンサＣ１１と抵抗Ｒ１２はタイマーを構成する。
【００４５】
次に、動作を図９、図１０により説明する。従来例で述べたように、バラストチョークＴ、コンデンサＣ６のＬＣ共振により生じる始動コンデンサＣ６の高周波電圧が放電ランプＬＡに印加されて放電ランプＬＡが点灯するが、放電ランプＬＡが点灯する直前、検出抵抗Ｒ６には図１０（ａ）に示す高周波電圧が生じており、この電圧のピーク値Ｖ７が図１０（ｂ）のランプ点灯時のピーク値Ｖ６より大きくなろうとする場合、実施の形態１では特にオペアンプＩＣ３の基準電圧が比較的低く設定されているとフィードバック回路ＦＢの負荷電力が一定保持機能により、フィードバック回路ＦＢの応答が速いため、検出抵抗Ｒ６の高周波電圧のピーク値がＶ７に達する前にフィードバック回路ＦＢの負荷電力一定機能が動作し、低い電圧で保持される可能性が高い。このことは、放電ランプＬＡが点灯するのに必要な共振に達せず、放電ランプＬＡが点灯しない場合がある。
【００４６】
このときに、マスク回路ＭＣは、電源Ｅの投入から放電ランプＬＡが点灯するのに十分な時間（例えば、２〜４秒間）、積分回路ＩＮの出力をショートすることにより、点灯の前に積分回路ＩＮの出力がオペアンプＩＣ３の基準電圧に達し、ＩＶ制御集積回路ＩＣ２の発振周波数が固定されないようにする。すなわち、電源Ｅが投入されると、電流は制御電源コンデンサＣ３→ＩＶ制御集積回路ＩＣ２の電流出力端子６→抵抗Ｒ１２→コンデンサＣ１１→トランジスタＱ８のベース・エミッタ→制御電源コンデンサＣ３の閉ループで流れ、トランジスタＱ８がＯＮするとともに、コンデンサＣ１１が充電される。
【００４７】
そして、この閉ループ電流が徐々に減少し、これに伴いＩＶ制御集積回路ＩＣ２の発振周波数が低くなり、積分回路ＩＮの出力、すなわち、コンデンサＣ８の共振電圧が高まり、放電ランプＬＡが点灯する。コンデンサＣ１１がチャージアップされると、トランジスタＱ８がＯＦＦし、マスク回路ＭＣのマスク機能が解除される。なお、コンデンサＣ１１のチャージは直接制御コンデンサＣ３から供給してもよい。
【００４８】
以上のように、放電ランプを確実に点灯させることができる。
【００４９】
実施の形態３．
図１１は実施の形態３を示す放電灯点灯装置の回路図である。本実施の形態は実施の形態２を示す図１０のマスク回路ＭＣの代わりにミラー積分回路ＭＩを設けたものである。
【００５０】
図１１において、実施の形態２で示した図１０と同一または相当部分には、同じ符号を付し、説明を省略する。ミラー積分回路ＭＩは、積分回路ＩＮの出力部にコレクタが接続され、電源Ｅの負極にエミッタが接続されたトランジスタＱ８と、トランジスタＱ８のベースにエミッタが接続され、コレクタが抵抗Ｒ１３を介してＩＶ制御集積回路ＩＣ２の電流出力端子６に接続されたトランジスタＱ６と、トランジスタＱ６のベースと電源Ｅの負極の間に接続されたダイオードＤ１２と、トランジスタＱ６のベースとエミッタの間に接続されたコンデンサ１２からなる。
【００５１】
次に、動作を図１１により説明する。ミラー積分回路ＭＩはマスク回路ＭＣの機能と同じである。ただし、電源Ｅが投入されると、電流は制御電源コンデンサＣ３→ＩＶ制御集積回路ＩＣ２の電流出力端子６→抵抗Ｒ１４→コンデンサＣ１２→トランジスタＱ６のベース・エミッタ→トランジスタＱ８のベース・エミッタ→制御電源コンデンサＣ３の閉ループで流れ、トランジスタＱ８がＯＮするとともに、コンデンサＣ１２が充電されるが、このトランジスタＱ８のＯＮ時間を、実施の形態２と同じに設定する場合、実施の形態２と比較してコンデンサＣ１２の容量を、コンデンサ１１の容量の１／トランジスタＱ６の直流電流増幅率（ｈFE）と小さくできる。このため、直流電流増幅率を数百のものを使用すればコンデンサ１２の容量はコンデンサ１１の数百分の一でよく、非常に小さくで済み、電源ＥをＯＦＦしたときに、コンデンサＣ１２→抵抗Ｒ１４→抵抗Ｒ２→ダイオードＤ１２→コンデンサＣ１２の閉ループでコンデンサＣ１２の電荷が放電する時間を非常に短くできる。
【００５２】
以上のように、コンデンサＣ１２の電荷が放電する時間を非常に短くできるので、短時間の電源ＥのＯＦＦ、ＯＮ動作に対してもミラー積分回路ＭＩのリセットが確実にでき、放電ランプをより確実に点灯させることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ＩＶ制御集積回路の発振出力信号でスイッチング素子をオン／オフして直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、このインバータ回路からの高周波電力で点灯する放電ランプのランプ電力を検出し、検出される前記ランプ電力を設定される基準値に近づけるように前記ＩＶ制御集積回路の発振周波数を制御し、前記基準値を変更して前記放電ランプ電力を制御し調光するフィードバック回路と、を備え、前記フィードバック回路の遅延時間Ｔが、前記ＩＶ制御集積回路の発振周波数をｆとしたとき、１／ｆ≦Ｔ≦１／２，５００秒であるので、簡単な回路で、放電ランプを広範囲に渡って連続的に安定して調光させることができる。
【００５４】
また、遅延時間Ｔが、ＩＶ制御集積回路の発振周波数をｆとしたとき、１／ｆ≦Ｔ≦１／１０，０００秒であるので、簡単な回路で、放電ランプを広範囲に渡って連続的に安定して調光させることができる。
【００５５】
また、直流電源投入から放電ランプが点灯するまでの時間、フィードバック回路がＩＶ制御集積回路の発振周波数を制御しないようにするマスク回路を備えたので、放電ランプを確実に点灯させることができる。
【００５６】
また、マスク回路は、入力された電流を一定時間出力するコンデンサ及び抵抗からなるタイマーと、このタイマーから出力された電流により駆動され、フィードバック回路においてランプ電力が検出される出力を一定時間ショートするトランジスタと、を備えたので、放電ランプを確実に点灯させることができる。
【００５７】
また、マスク回路は、入力された電流を一定時間出力するコンデンサ及び抵抗からなるタイマーと、このタイマーから出力された電流により駆動される第１のトランジスタと、この第１のトランジスタの駆動により駆動され、フィードバック回路においてランプ電力が検出される出力を一定時間ショートする第２のトランジスタと、を備えたので、放電ランプをより確実に点灯させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す放電灯点灯装置の回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示す放電灯点灯装置の放電ランプ電流波形図である。
【図３】この発明の実施の形態１を示す放電灯点灯装置の放電ランプ電流波形図である。
【図４】この発明の実施の形態１を示す放電灯点灯装置の放電ランプ電流波形図である。
【図５】この発明の実施の形態１を示す放電灯点灯装置の放電ランプ電流波形図である。
【図６】この発明の実施の形態１を示す放電灯点灯装置の放電ランプ電流波形図である。
【図７】この発明の実施の形態１を示す放電灯点灯装置の放電ランプ電流波形図である。
【図８】この発明の実施の形態１を示す放電灯点灯装置の放電ランプ電流波形図である。
【図９】この発明の実施の形態２を示す放電灯点灯装置の回路図である。
【図１０】この発明の実施の形態２を示す放電灯点灯装置の高周波電圧波形図である。
【図１１】この発明の実施の形態３を示す放電灯点灯装置の回路図である。
【図１２】従来の放電灯点灯装置の回路図である。
【図１３】放電灯点灯装置の高周波電圧波形図である。
【図１４】従来の放電灯点灯装置の基準電圧と放電ランプ明るさの特性図である。
【図１５】従来の放電灯点灯装置の放電ランプの電機特性変化を示す図である。
【符号の説明】
ＩＣ２ 制御集積回路、ＩＶ インバータ、ＬＡ 放電ランプ、ＩＮ 積分回路、ＦＢ フィードバック回路、Ｄ５ 整流ダイオード、ＤＴ 異常検出回路、Ｅ 直流電源、ＭＣ マスク回路、Ｃ９ 平滑コンデンサ、Ｃ１１、Ｃ１３ コンデンサ、Ｒ６ 検出抵抗、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３ 抵抗、Ｑ２、Ｑ３ ＭＯＳ ＦＥＴ、Ｑ６、Ｑ８ トランジスタ。
Claims (5)
- ＩＶ制御集積回路の発振出力信号でスイッチング素子をオン／オフして直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、
このインバータ回路からの高周波電力で点灯する放電ランプのランプ電力を検出し、検出される前記ランプ電力を設定される基準値に近づけるように前記ＩＶ制御集積回路の発振周波数を制御し、前記基準値を変更して前記放電ランプ電力を制御し調光するフィードバック回路と、
を備え、
前記フィードバック回路の遅延時間Ｔが、前記ＩＶ制御集積回路の発振周波数をｆとしたとき、
１／ｆ≦Ｔ≦１／２，５００秒であることを特徴とする放電灯点灯装置。 - 遅延時間Ｔが、ＩＶ制御集積回路の発振周波数をｆとしたとき、
１／ｆ≦Ｔ≦１／１０，０００秒であることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。 - 直流電源投入から放電ランプが点灯するまでの時間、フィードバック回路がＩＶ制御集積回路の発振周波数を制御しないようにするマスク回路を備えた請求項１または請求項２記載の放電灯点灯装置。
- マスク回路は、入力された電流を一定時間出力するコンデンサ及び抵抗からなるタイマーと、このタイマーから出力された電流により駆動され、フィードバック回路においてランプ電力が検出される出力を一定時間ショートするトランジスタと、を備えたことを特徴とする請求項３記載の放電灯点灯装置。
- マスク回路は、入力された電流を一定時間出力するコンデンサ及び抵抗からなるタイマーと、このタイマーから出力された電流により駆動される第１のトランジスタと、この第１のトランジスタの駆動により駆動され、フィードバック回路においてランプ電力が検出される出力を一定時間ショートする第２のトランジスタと、を備えたことを特徴とする請求項３記載の放電灯点灯装置。
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