JP3723929B2 - 放電灯点灯装置および照明装置 - Google Patents
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Description
【技術分野】
【０００１】
この発明は、商用交流を電源とする放電灯点灯装置およびこの放電灯点灯装置を具備した照明装置に関し、特に高力率で放電灯を点灯させるものである。
【背景技術】
【０００２】
まず、従来の放電灯装置について図９を参照しながら説明する。図９は例えば特開平９−４５４９０号公報に示された従来の放電灯装置の回路構成図である。
図９において、１０１は商用電源、１０２は整流回路、１０３は昇圧インバータ、１０４は降圧インバータ、１０５は矩形波回路、１０６は始動回路、１０７は放電灯、１０８は昇圧インバータ制御回路、１０９は降圧インバータ制御回路、１１０は矩形波制御回路、１１１は制御電源回路である。
【０００３】
つぎに、この従来の放電灯装置の動作について図面を参照しながら説明する。商用交流電源１０１から電力が供給されると、制御電源回路１１１が制御電源を生成して、昇圧インバータ制御回路１０８、降圧インバータ制御回路１０９、矩形波制御回路１１０へ供給し、各回路が動作を開始する。
まず、商用交流電源１０１からの交流電力は整流回路１０２で整流され、昇圧インバータ１０３へ印加される。昇圧インバータ１０３はその直流電圧を例えば４００ボルトの直流電圧に変換する。この時、昇圧インバータ制御回路１０８は、昇圧インバータ１０３への入力電流の波形歪みを修正して、入力力率がほぼ１００％となるように、昇圧インバータ１０３を制御する。
【０００４】
次に、降圧インバータ１０４は、昇圧インバータ１０３からの直流電圧を放電灯１０７の負荷変動に対応した直流電圧に変換する。この時、降圧インバータ制御回路１０９は、放電灯１０７に流れる電流が所定電流、例えば２アンペアの一定電流になるように、降圧インバータ１０４の出力電圧を制御する。
矩形波回路１０５は、降圧インバータ１０４からの直流電圧を交流矩形波に変換する。この時、矩形波制御回路１１０は、放電灯１０７に流れる電流が、例えば１００ヘルツの所定周波数の交流矩形波となるように、矩形波回路１０５を制御する。
始動回路１０６は、矩形波回路１０５からの交流矩形波により、高電圧パルスを発生させて、放電灯１０７の点灯を始動させる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−４５４９０号公報（第２−３頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
放電灯装置は、力率が低い場合には商用交流の電力系統設備に悪影響を及ぼしてしまうため、悪影響を及ぼさないように、高力率の放電灯装置が求められている。そこで、機器を高力率にするためには、従来の放電灯装置のように、昇圧インバータ１０３を用いて、交流電圧を直流電圧に変換する必要がある。
しかし、昇圧インバータ１０３を搭載した場合には、昇圧インバータ１０３そのものが大きく、重く、高価格であるため、放電灯装置自身の大きさも大きくなり、また重く、さらには価格も高くなってしまう。
【０００７】
この発明は、前述した課題、問題点を解決するためになされたもので、機器を高力率にしても小型化でき、安価な放電灯点灯装置および照明装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る放電灯点灯装置は、商用交流電源を全波整流する整流回路と、この整流回路による電圧を昇圧または降圧する昇降圧回路と、この昇降圧回路による昇降圧を制御する制御部と、前記昇降圧回路により昇降圧された電圧の極性を切り換える極性切換回路と、この極性切換回路による電流が流される放電灯と、商用交流電源のゼロクロスを検出する検出部とを備え、前記検出部によるゼロクロス検出信号を受け、前記放電灯に流れる電流を商用交流電源の周波数と同一の周波数で、０度および１８０度の位相付近よりも９０度および２７０度の位相付近が大きくなるように前記制御部により前記昇降圧回路を制御するものである。
【０００９】
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記極性切換回路により前記放電灯に流れる電流の向きを商用交流電源の周波数と同一の周波数で極性を切り換える時に、少なくとも商用交流電源の０度の位相付近と１８０度の位相付近で放電灯に流れる電流を切り換えるものである。
【００１０】
さらに、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記極性切換回路により前記放電灯に流れる電流の向きを商用交流電源の周波数と同一の周波数で極性を切り換える時に、少なくとも商用交流電源の９０度の位相付近と２７０度の位相付近で放電灯に流れる電流を切り換えるものである。
【００１１】
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記検出部に商用交流電源の位相を検出する機能を備え、前記放電灯に流れる電流を商用交流電源電圧と略同位相で、かつ、略正弦波になるように、前記制御部により前記昇降圧回路を制御し、前記極性切換回路により電流の極性を切り換えるものである。
【００１２】
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記放電灯に流れる電流が、９０度および２７０度の位相付近で一定になるように制御するものである。
【００１３】
また、この発明に係わる放電灯点灯装置は、前記放電灯に流れる電流が、正弦波の二乗波形になるように制御するものである。
【００１４】
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記放電灯に供給される電圧を検出する電圧検出部を備え、前記電圧検出部による検出値に応じて前記制御部により前記昇降圧回路を制御し、前記放電灯へ入力される電力を一定にするものである。
【００１５】
また、この発明に係る照明装置は、上記のいずれかに記載の放電灯点灯装置を具備したものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明に係る放電灯点灯装置は、商用交流電源を全波整流する整流回路と、この整流回路による電圧を昇圧または降圧する昇降圧回路と、この昇降圧回路による昇降圧を制御する制御部と、前記昇降圧回路により昇降圧された電圧の極性を切り換える極性切換回路と、この極性切換回路による電流が流される放電灯と、商用交流電源のゼロクロスを検出する検出部とを備え、前記検出部によるゼロクロス検出信号を受け、前記放電灯に流れる電流を商用交流電源の周波数と同一の周波数で、０度および１８０度の位相付近よりも９０度および２７０度の位相付近が大きくなるように前記制御部により前記昇降圧回路を制御するので、放電灯点灯装置への入力電流が、商用交流電圧と同期して高力率となり、昇圧インバータの様な力率改善回路を用いなくても、入力力率が高くなり、安価で小型化できるという効果を奏する。
【００１７】
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記極性切換回路により前記放電灯に流れる電流の向きを商用交流電源の周波数と同一の周波数で極性を切り換える時に、少なくとも商用交流電源の０度の位相付近と１８０度の位相付近で放電灯に流れる電流を切り換えるので、切り換え時に放電灯に流れている電流はほぼゼロなので、流れている電流に比例して生じる切り換え損失がなく、ノイズの発生も押さえられ、高効率にできるという効果を奏する。
【００１８】
さらに、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記極性切換回路により前記放電灯に流れる電流の向きを商用交流電源の周波数と同一の周波数で極性を切り換える時に、少なくとも商用交流電源の９０度の位相付近と２７０度の位相付近で放電灯に流れる電流を切り換えるので、極性による放電灯の発光効率が原因で生じる光束のピーク差がなくなり、チラツキを少なくできるという効果を奏する。
【００１９】
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記検出部に商用交流電源の位相を検出する機能を備え、前記放電灯に流れる電流を商用交流電源電圧と略同位相で、かつ、略正弦波になるように、前記制御部により前記昇降圧回路を制御し、前記極性切換回路により電流の極性を切り換えるので、商用交流電源から放電灯点灯装置に流れ込む電流も正弦波状になり、歪みを少なくできるという効果を奏する。
【００２０】
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記放電灯に流れる電流が、９０度および２７０度の位相付近で一定になるように制御するので、光束のピーク付近でフラットになる部分が増えるので、チラツキを少なくできるという効果を奏する。
【００２１】
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記放電灯に流れる電流が、商用交流電源電圧に同期した正弦波の二乗になるように制御するので、入力電流が商用交流電源電圧に同期した正弦波の波形となり、最も入力電流の歪みが少なく、かつ、力率が良くなるという効果を奏する。
【００２２】
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記放電灯に供給される電圧を検出する電圧検出部を備え、前記電圧検出部による検出値に応じて前記制御部により前記昇降圧回路を制御し、前記放電灯へ入力される電力を一定にするので、放電灯への投入電力が、放電灯の経年変化、個体差により生じる放電灯電圧の違いに関係なく一定となり、放電灯の経年変化、個体差により生じる放電灯電圧の違いに関係なく、明るさを一定にできるという効果を奏する。
【００２３】
また、この発明に係る照明装置は、上記のいずれかに記載の放電灯点灯装置を具備したので、チラツキの少なく、低価格な、小型の照明器具を提供できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、この発明の各実施例について図面に基づいて説明する。
実施例１．
この発明の実施例１に係る放電灯点灯装置について図１から図２を参照しながら説明する。図１はこの発明の実施例１に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図、また、図２はこの発明の実施例１に係る放電灯点灯装置の動作を示す動作波形図である。
【００２５】
図１において、１は商用交流電源、２は商用交流を全波整流するダイオードブリッジからなる整流回路、３は全波整流された電圧の昇圧および降圧を行う昇降圧コンバータであり、昇降圧コンバータ３はスイッチング素子３ａ、トランス３ｂ、ダイオード３ｃ、コンデンサ３ｄから構成されている。
４は放電灯６に流れる電流を検出する電流検出抵抗、５は放電灯６に流れる電流の極性を変える極性切り換え回路であり、スイッチング素子５ａ、スイッチング素子５ｂ、スイッチング素子５ｃ、スイッチング素子５ｄから構成されている。６は放電灯、７は高圧パルスを発生させて放電灯６を始動させる始動パルス発生回路、８は制御電源を生成する制御電源生成回路である。
９は制御回路であり、商用交流のゼロクロスを検出する検出部９ａ、昇降圧コンバータ３を制御する制御部９ｂ、電流検出抵抗４による放電灯６の電流を検出する電流検出部９ｃ、始動パルス発生回路７を制御する始動パルス制御部９ｄ、目標電流演算部９ｅ、極性切り換え回路５を制御する制御部９ｆから構成されている。
【００２６】
図２において、（ａ）は商用交流電源１の電流電圧波形、（ｂ）は極性切り換え回路５のスイッチング素子５ａおよびスイッチング素子５ｄのＯＮ／ＯＦＦ状態、（ｃ）は極性切り換え回路５のスイッチング素子５ｂおよびスイッチング素子５ｃのＯＮ／ＯＦＦ状態、（ｄ）は目標電流演算部９ｅにより演算された目標電流、（ｅ）は放電灯６を流れる電流をそれぞれ示す。
【００２７】
次にこの発明の実施例１に係る放電灯点灯装置の動作について図面を参照しながら説明する。
まず、商用交流電源１から電力が供給されると、制御電源生成回路８が制御回路９への制御電源を生成して供給し、制御回路９が動作を開始する。制御回路９では、始動パルス制御部９ｄが始動パルス発生回路７を制御し、放電灯６に高圧パルスを印加して放電灯６を点灯させる。
放電灯６が点灯すると、電流検出抵抗４に電流が流れ始め、この電流を電流検出部９ｃが検出する。一方、目標電流演算部９ｅでは目標電流が演算される。そこで、制御部９ｂは、電流検出部９ｃにより検出された電流と目標電流演算部９ｅにより演算された目標電流を比較し、検出電流と目標電流が等しくなるように昇降圧コンバータ３を制御し、フィードバック制御を行う。
【００２８】
昇降圧コンバータ３では、スイッチング素子３ａは数十ｋＨｚの高周波でＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、スイッチング素子３ａがＯＮ状態の場合にはトランス３ｂの一次側に電流が流れて、トランス３ｂにエネルギーが蓄積される。一方、スイッチング素子３ａがＯＦＦ状態の場合には、蓄えられたエネルギーがトランス３ｂの二次側に電力として放出される。放出された電力は、数十ｋＨｚの高周波なので、ダイオード３ｃとコンデンサ３ｄにより高周波成分が除去されて放電灯６に供給される。
そこで、制御部９ｂは、目標電流演算部９ｅによる目標電流よりも電流検出部９ｃによる検出電流が少ない場合には、スイッチング素子３ａのＯＮ状態の時間を増やすことにより、二次側に放出される電力を増加させ、放電灯６に流れる電流を増やす。また、目標電流より検出電流が大きい場合には、スイッチング素子３ａのＯＮ状態の時間を減らすことにより、二次側に放出される電力を減少させ、放電灯６に流れる電流を減らす。これらの動作を高速で行うことにより、放電灯６の電流が目標電流と一致するように制御する。
【００２９】
次に、制御部９ｆは、極性切り換え回路５を制御し、スイッチング素子５ａとスイッチング素子５ｄの組とスイッチング素子５ｃとスイッチング素子５ｂの組を交互にＯＮ状態にさせることにより、昇降圧コンバータ３から出力された直流電流を交流電流とし、放電灯６へ流す。
そこで、検出部９ａは、商用交流電源１における電圧の周期的な変化において、零ボルトになった場合にゼロクロス検出信号を出力する。
目標電流演算部９ｅは、検出部９ａからのゼロクロス検出信号を受け、例えば、図２の（ａ）に示すような商用交流電圧波形に対して、図２の（ｄ）に示すように０度および１８０度付近では目標電流値を小さく、９０度および２７０度付近では目標電流値を大きくなるように目標電流を演算する。
制御部９ｆは、検出部９ａからのゼロクロス検出信号を受け、スイッチング素子５ａとスイッチング素子５ｄの組は図２の（ｂ）に示すようにＯＮ状態とＯＦＦ状態を切り替え、スイッチング素子５ｃとスイッチング素子５ｂの組は図２の（ｃ）に示すようにＯＮ状態とＯＦＦ状態を切り替える。
【００３０】
これにより、放電灯６に流れる電流は、図２の（ｅ）に示すように極性が０度、１８０度で切り換えられ、図２の（ａ）の商用交流電源１に同期した正弦波状の電流となる。商用交流電源１から放電灯点灯装置に流れ込む電流と放電灯６に流れる電流は比例関係にあるので、放電灯点灯装置の入力電流も商用交流電源１に同期した正弦波状の電流となり、入力力率が高くなり、また、昇圧インバータのような力率改善回路が不要であるため、小型で安価な放電灯点灯装置を得ることができる。
【００３１】
実施例２．
この発明の実施例２に係る放電灯点灯装置について図１、図３を参照しながら説明する。図１はこの発明の実施例２に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図であり、実施例１と同じ図である。また、図３はこの発明の実施例２に係る放電灯点灯装置の動作を示す動作波形図である。
図３において、（ａ）は商用交流電源１の電流電圧波形、（ｂ）改善前の放電灯６から放出される光束、（ｃ）は極性切り換え回路５のスイッチング素子５ａおよびスイッチング素子５ｄのＯＮ／ＯＦＦ状態、（ｄ）は極性切り換え回路５のスイッチング素子５ｂおよびスイッチング素子５ｃのＯＮ／ＯＦＦ状態、（ｅ）は目標電流演算部９ｅにより演算された目標電流、（ｆ）は放電灯６に流れる電流、（ｇ）は改善後の放電灯６から放出される光束をそれぞれ示す。
【００３２】
次にこの発明の実施例２に係る放電灯点灯装置の動作について図面を参照しながら説明する。
まず、実施例１では、放電灯６へ流す電流の極性切り換えは、図２の（ｅ）に示すように商用交流電源１の０度と１８０度で行っているが、この時の放電灯６の放つ光束の大きさは、図３の（ｂ）に示すように極性によって段差が生じている。これは、放電灯へ正負で同じ大きさの電流を流したとしても、極性により発光効率が異なるために生じてしまう現象である。さらに、図３の（ｂ）の光束のピークを結ぶと、図３の（ｉ）のような脈流の波形となり、人間の目には、この低周波の脈流がチラツキとして感じやすくなる。
【００３３】
そこで、実施例２では、制御部９ｆが極性切り換え回路５を制御し、図３の（ａ）の商用交流電圧波形に対して、スイッチング素子５ａとスイッチング素子５ｄの組は図３の（ｃ）に示すように、スイッチング素子５ｂとスイッチング素子５ｃの組は図３の（ｄ）に示すように、それぞれ９０度と２７０度でＯＮ状態とＯＦＦ状態を切り替える。これにより、目標電流演算部９ｅにより演算され、昇降圧コンバータ３から出力された図３の（ｅ）に示す目標電流が、極性切り換え回路５により図３の（ｆ）に示すように極性が切り替えられ、０度、１８０度付近では電流値を小さく、９０度、２７０度付近では電流を大きくして、放電灯６に流れる。
【００３４】
これにより、放電灯６に流れる電流が商用交流電源電圧と略同位相で、絶対値が略正弦波電流に制御され、放電灯６の放つ光束の大きさは、図３の（ｇ）に示すようになり、光束のピーク値が揃う特性を有することになり、実施例１に比べて、人間の目にはチラツキが感じにくくなる。
【００３５】
実施例３．
この発明の実施例３に係る放電灯点灯装置について図４を参照しながら説明する。図４はこの発明の実施例３に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。
図４において、電流検出抵抗４は整流回路２と昇降圧コンバータ３の間に設けられており、他の構成については、上記実施例１または上記実施例２の放電灯点灯装置と同一である。
【００３６】
次にこの発明の実施例３に係る放電灯点灯装置の動作について図面を参照しながら説明する。電流検出抵抗４以外の構成部分の動作については、上記実施例１または上記実施例２の放電灯点灯装置と同一である。
電流検出抵抗４の動作については、上記実施例１または上記実施例２の放電灯点灯装置では放電灯電流を検出していたが、実施例３では放電灯点灯装置の入力電流を検出し、この入力電流が０度および１８０度付近では電流値を小さく、９０度および２７０度付近では電流値を大きくなるように目標電流を演算する。制御部９ｂは、この目標電流と電流検出部９ｃによる検出電流が等しくなるように昇降圧コンバータ３を制御し、フィードバック制御を行う。
【００３７】
これにより、放電灯点灯装置の入力電流も商用交流電源１に同期した正弦波状の電流となり、入力力率が高くなり、また、昇圧コンバータのような力率改善回路が不要であるため、小型で安価な放電灯点灯装置を得ることができる。
【００３８】
実施例４．
この発明の実施例４に係る放電灯点灯装置について図５を参照しながら説明する。図５はこの発明の実施例４に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。
図５において、９ｇは制御回路９内に設けられた放電灯電圧検出部であり、他の構成については、上記実施例１または上記実施例２の放電灯点灯装置と同一である。
【００３９】
次にこの発明の実施例４に係る放電灯点灯装置の動作について図５を参照しながら説明する。放電灯電圧検出部９ｇ以外の構成部分の動作については、上記実施例１または上記実施例２の放電灯点灯装置と同一である。
制御回路９の動作については、目標電流演算部９ｅが放電灯電圧検出部９ｇからの放電灯６の電圧情報を受け、放電灯６の電圧が高い場合は目標電流の振幅を小さくする、例えば放電灯電圧が１００ボルトの場合は目標電流の振幅を１．５アンペアとし、放電灯６の電圧が低い場合は目標電流の振幅を大きくする、例えば放電灯電圧が７５ボルトの場合は目標電流の振幅を２．０アンペアとする。制御部９ｂは、この目標電流と電流検出部９ｃによる検出電流が等しくなるように昇降圧コンバータ３を制御し、フィードバック制御を行う。
【００４０】
これにより、放電灯への投入電力が、放電灯の経年変化、個体差により生じる放電灯電圧の違いに関係なく一定となり、明るさが一定となる。
【００４１】
実施例５．
この発明の実施例５に係る放電灯点灯装置について図６を参照しながら説明する。図６はこの発明の実施例５に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。
図６において、１は商用交流電源、２は商用交流を全波整流するダイオードブリッジからなる整流回路、３は全波整流された電圧の昇圧および降圧を行う昇降圧コンバータであり、昇降圧コンバータ３はスイッチング素子３ａ、トランス３ｂ、ダイオード３ｃ、ダイオード３ｆ、コンデンサ３ｄ、コンデンサ３ｅから構成されている。
【００４２】
４は放電灯６に流れる電流を検出する電流検出抵抗、５は放電灯６に流れる電流の極性を変える極性切り換え回路であり、スイッチング素子５ａ、スイッチング素子５ｂから構成されている。６は放電灯、７は高圧パルスを発生させて放電灯６を始動させる始動パルス発生回路、８は制御電源を生成する制御電源生成回路である。
９は制御回路であり、商用交流のゼロクロスを検出する検出部９ａ、昇降圧コンバータ３を制御する制御部９ｂ、電流検出抵抗４による放電灯６の電流を検出する電流検出部９ｃ、始動パルス発生回路７を制御する始動パルス制御部９ｄ、目標電流演算部９ｅ、極性切り換え回路５を制御する制御部９ｆから構成されている。
【００４３】
次にこの発明の実施例５に係る放電灯点灯装置の動作について図面を参照しながら説明する。
まず、商用交流電源１から電力が供給されると、制御電源生成回路８が制御回路９への制御電源を生成して供給し、制御回路９が動作を開始する。制御回路９では、始動パルス制御部９ｄが始動パルス発生回路７を制御し、放電灯６に高圧パルスを印加して放電灯６を点灯させる。
放電灯６が点灯すると、電流検出抵抗４に電流が流れ始め、この電流を電流検出部９ｃが検出する。一方、目標電流演算部９ｅでは目標電流が演算される。そこで、制御部９ｂは、電流検出部９ｃにより検出された電流と目標電流演算部９ｅにより演算された目標電流を比較し、検出電流と目標電流が等しくなるように昇降圧コンバータ３を制御し、フィードバック制御を行う。
【００４４】
昇降圧コンバータ３では、スイッチング素子３ａは数十ｋＨｚの高周波でＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、スイッチング素子３ａがＯＮ状態の場合にはトランス３ｂの一次側に電流が流れて、トランス３ｂにエネルギーが蓄積される。一方、スイッチング素子３ａがＯＦＦ状態の場合には、蓄えられたエネルギーがトランス３ｂの二次側に電力として放出される。
このとき、極性切り換え回路５のスイッチング素子５ａがＯＮ状態の場合には、放出された数十ｋＨｚの高周波電力は、ダイオード３ｃとコンデンサ３ｄにより高周波成分が除去されて、図６の（ａ）の矢印方向に電流が流れる。一方、極性切り換え回路５のスイッチング素子５ｂがＯＮ状態の場合には、放出された数十ｋＨｚの高周波電力は、ダイオード３ｆとコンデンサ３ｅにより高周波成分が除去されて、図６の（ｂ）の矢印方向に電流が流れる。
【００４５】
制御部９ｂは、目標電流演算部９ｅによる目標電流よりも電流検出部９ｃによる検出電流が少ない場合には、スイッチング素子３ａのＯＮ状態の時間を増やすことにより、二次側に放出される電力を増加させ、放電灯６に流れる電流を増やす。また、目標電流より検出電流が大きい場合には、スイッチング素子３ａのＯＮ状態の時間を減らすことにより、二次側に放出される電力を減少させ、放電灯６に流れる電流を減らす。これらの動作を高速で行うことにより、放電灯６の電流が目標電流と一致するように制御する。
制御部９ｆは、極性切り換え回路５を制御し、スイッチング素子５ａとスイッチング素子５ｂを交互にＯＮ状態にさせることで、放電灯６に交流の電流が流れる。
【００４６】
検出部９ａは、商用交流電源１のゼロクロスとゼロクロス間の周期を検出し、目標電流演算部９ｅは、検出部９ａからのゼロクロス検出信号を受け、例えば、図２の（ａ）に示すように商用交流電圧波形に対して図２（ｄ）に示すように０度、１８０度付近では目標電流を小さく、９０度、２７０度付近では目標電流が大きくなるように目標電流を演算する。
制御部９ｆは検出部９ａからのゼロクロス検出信号を受け、実施例１のようにスイッチング素子５ａとスイッチング素子５ｂを商用交流電源の０度、１８０度で切り換えて、放電灯６に流れる電流を商用交流電源の０度、１８０度で反転させる。
【００４７】
これにより、放電灯６に流れる電流は、商用交流電源１に同期した正弦波状の電流となり、商用交流電源１から放電灯点灯装置に流れ込む電流と放電灯６に流れる電流は比例関係にあるので、放電灯点灯装置の入力電流も商用交流電源１に同期した正弦波状の電流となり、入力力率が高くなり、また、昇圧インバータのような力率改善回路が不要であるため、小型で安価な放電灯点灯装置を得ることができる。
あるいは、制御部９ｆはゼロクロス検出信号を受け、実施例２のようにスイッチング素子５ａとスイッチング素子５ｂを商用交流電源の９０度、２７０度で切り換えて、放電灯６に流れる電流を商用交流電源の９０度、２７０度で反転させる。
これにより、放電灯６の放つ光束の大きさは、光束のピーク値が揃う特性を有することになり、人間の目にはチラツキが感じにくくなる。
【００４８】
実施例６．
この発明の実施例６に係る放電灯点灯装置について図７を参照しながら説明する。図７はこの発明の実施例６に係る放電灯点灯装置の動作を示す動作波形図である。
図７において、（ａ）は商用交流電源１の電流電圧波形、（ｂ）は上記実施例１〜５による目標電流演算部９ｅにより演算された目標電流、（ｃ）は本実施例による目標電流演算部９ｅにより演算された９０度付近、２７０度付近でフラットとなる目標電流である。
【００４９】
この実施例では、図７（ｃ）以外の動作ついては、上記実施例１〜５と同様である。
目標電流演算部９ｅでは、図７（ｃ）の目標電流が演算され、制御部９ｂは、電流検出部９ｃにより検出された電流と目標電流演算部９ｅにより演算された目標電流を比較し、検出電流と目標電流が等しくなるように昇降圧コンバータ３を制御し、フィードバック制御を行う。
これにより、電流波形と同様に光束のピーク部分がフラットになり、さらにチラツキが少なくなる。
【００５０】
実施例７．
この発明の実施例７に係わる放電灯点灯装置について図８を参照しながら説明する。図８はこの発明の実施例７に係る放電灯点灯装置の動作を示す動作波形図である。
図８において、（ａ）は放電灯電流波形、（ｂ）は放電灯電圧波形である。この実施例では、図８以外の動作ついては、上記実施例１〜６と同様である。
【００５１】
図８からも明らかなように、放電灯電圧は放電灯電流が小さいところでは、再点弧電圧により眺ね上がりが見られるが、それ以外のところでは、放電灯電流にかかわらず、一定の電圧となる定電圧特性を示す。
放電灯電圧が所定の定電圧Ａで、商用交流電源電圧がＶ・ｓｉｎθの時、商用交流電源から放電灯点灯装置に流れる電流を商用交流電源電圧に同期したＩ・ｓｉｎθの波形としたい場合には、Ｖ・ｓｉｎθ×Ｉ・ｓｉｎθ＝Ａ×放電灯電流の式から、放電灯電流はｓｉｎθの二乗の波形にすれば、入力電流が商用交流電源電圧に同期したｓｉｎθの波形となり、最も入力電流の歪みが少なく、かつ、力率が良くなる。
目標電流演算部９ｅでは、ｓｉｎθの二乗の波形の目標電流が演算され、制御部９ｂは、電流検出部９ｃにより検出された電流と目標電流演算部９ｅにより演算された目標電流を比較し、検出電流と目標電流が等しくなるように昇降圧コンバータ３を制御し、フィードバック制御を行う。
【００５２】
なお、上記実施例１〜７は放電灯点灯装置について説明したが、これらの放電灯点灯装置を照明装置に取りつけることにより、チラツキの少なく、低価格な、小型の照明器具を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】この発明の実施例１、２に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施例１に係る放電灯点灯装置の動作を示す動作波形図である。
【図３】この発明の実施例２に係る放電灯点灯装置の動作を示す動作波形図である。
【図４】この発明の実施例３に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施例４に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施例５に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施例６に係る放電灯点灯装置の動作を示す動作波形図である。
【図８】この発明の実施例７に係る放電灯点灯装置の動作を示す動作波形図である。
【図９】従来の放電灯点灯装置を示す回路構成図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 商用交流電源、 ２ 整流回路、 ３ 昇降圧コンバータ、 ４ 電流検出抵抗、 ５ 極性切り換え回路、 ６ 放電灯、 ７ 始動パルス発生回路、 ８ 制御電源生成回路、 ９ 制御回路。
【０００１】
この発明は、商用交流を電源とする放電灯点灯装置およびこの放電灯点灯装置を具備した照明装置に関し、特に高力率で放電灯を点灯させるものである。
【背景技術】
【０００２】
まず、従来の放電灯装置について図９を参照しながら説明する。図９は例えば特開平９−４５４９０号公報に示された従来の放電灯装置の回路構成図である。
図９において、１０１は商用電源、１０２は整流回路、１０３は昇圧インバータ、１０４は降圧インバータ、１０５は矩形波回路、１０６は始動回路、１０７は放電灯、１０８は昇圧インバータ制御回路、１０９は降圧インバータ制御回路、１１０は矩形波制御回路、１１１は制御電源回路である。
【０００３】
つぎに、この従来の放電灯装置の動作について図面を参照しながら説明する。商用交流電源１０１から電力が供給されると、制御電源回路１１１が制御電源を生成して、昇圧インバータ制御回路１０８、降圧インバータ制御回路１０９、矩形波制御回路１１０へ供給し、各回路が動作を開始する。
まず、商用交流電源１０１からの交流電力は整流回路１０２で整流され、昇圧インバータ１０３へ印加される。昇圧インバータ１０３はその直流電圧を例えば４００ボルトの直流電圧に変換する。この時、昇圧インバータ制御回路１０８は、昇圧インバータ１０３への入力電流の波形歪みを修正して、入力力率がほぼ１００％となるように、昇圧インバータ１０３を制御する。
【０００４】
次に、降圧インバータ１０４は、昇圧インバータ１０３からの直流電圧を放電灯１０７の負荷変動に対応した直流電圧に変換する。この時、降圧インバータ制御回路１０９は、放電灯１０７に流れる電流が所定電流、例えば２アンペアの一定電流になるように、降圧インバータ１０４の出力電圧を制御する。
矩形波回路１０５は、降圧インバータ１０４からの直流電圧を交流矩形波に変換する。この時、矩形波制御回路１１０は、放電灯１０７に流れる電流が、例えば１００ヘルツの所定周波数の交流矩形波となるように、矩形波回路１０５を制御する。
始動回路１０６は、矩形波回路１０５からの交流矩形波により、高電圧パルスを発生させて、放電灯１０７の点灯を始動させる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−４５４９０号公報（第２−３頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
放電灯装置は、力率が低い場合には商用交流の電力系統設備に悪影響を及ぼしてしまうため、悪影響を及ぼさないように、高力率の放電灯装置が求められている。そこで、機器を高力率にするためには、従来の放電灯装置のように、昇圧インバータ１０３を用いて、交流電圧を直流電圧に変換する必要がある。
しかし、昇圧インバータ１０３を搭載した場合には、昇圧インバータ１０３そのものが大きく、重く、高価格であるため、放電灯装置自身の大きさも大きくなり、また重く、さらには価格も高くなってしまう。
【０００７】
この発明は、前述した課題、問題点を解決するためになされたもので、機器を高力率にしても小型化でき、安価な放電灯点灯装置および照明装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る放電灯点灯装置は、商用交流電源を全波整流する整流回路と、この整流回路による電圧を昇圧または降圧する昇降圧回路と、この昇降圧回路による昇降圧を制御する制御部と、前記昇降圧回路により昇降圧された電圧の極性を切り換える極性切換回路と、この極性切換回路による電流が流される放電灯と、商用交流電源のゼロクロスを検出する検出部とを備え、前記検出部によるゼロクロス検出信号を受け、前記放電灯に流れる電流を商用交流電源の周波数と同一の周波数で、０度および１８０度の位相付近よりも９０度および２７０度の位相付近が大きくなるように前記制御部により前記昇降圧回路を制御するものである。
【０００９】
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記極性切換回路により前記放電灯に流れる電流の向きを商用交流電源の周波数と同一の周波数で極性を切り換える時に、少なくとも商用交流電源の０度の位相付近と１８０度の位相付近で放電灯に流れる電流を切り換えるものである。
【００１０】
さらに、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記極性切換回路により前記放電灯に流れる電流の向きを商用交流電源の周波数と同一の周波数で極性を切り換える時に、少なくとも商用交流電源の９０度の位相付近と２７０度の位相付近で放電灯に流れる電流を切り換えるものである。
【００１１】
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記検出部に商用交流電源の位相を検出する機能を備え、前記放電灯に流れる電流を商用交流電源電圧と略同位相で、かつ、略正弦波になるように、前記制御部により前記昇降圧回路を制御し、前記極性切換回路により電流の極性を切り換えるものである。
【００１２】
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記放電灯に流れる電流が、９０度および２７０度の位相付近で一定になるように制御するものである。
【００１３】
また、この発明に係わる放電灯点灯装置は、前記放電灯に流れる電流が、正弦波の二乗波形になるように制御するものである。
【００１４】
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記放電灯に供給される電圧を検出する電圧検出部を備え、前記電圧検出部による検出値に応じて前記制御部により前記昇降圧回路を制御し、前記放電灯へ入力される電力を一定にするものである。
【００１５】
また、この発明に係る照明装置は、上記のいずれかに記載の放電灯点灯装置を具備したものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明に係る放電灯点灯装置は、商用交流電源を全波整流する整流回路と、この整流回路による電圧を昇圧または降圧する昇降圧回路と、この昇降圧回路による昇降圧を制御する制御部と、前記昇降圧回路により昇降圧された電圧の極性を切り換える極性切換回路と、この極性切換回路による電流が流される放電灯と、商用交流電源のゼロクロスを検出する検出部とを備え、前記検出部によるゼロクロス検出信号を受け、前記放電灯に流れる電流を商用交流電源の周波数と同一の周波数で、０度および１８０度の位相付近よりも９０度および２７０度の位相付近が大きくなるように前記制御部により前記昇降圧回路を制御するので、放電灯点灯装置への入力電流が、商用交流電圧と同期して高力率となり、昇圧インバータの様な力率改善回路を用いなくても、入力力率が高くなり、安価で小型化できるという効果を奏する。
【００１７】
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記極性切換回路により前記放電灯に流れる電流の向きを商用交流電源の周波数と同一の周波数で極性を切り換える時に、少なくとも商用交流電源の０度の位相付近と１８０度の位相付近で放電灯に流れる電流を切り換えるので、切り換え時に放電灯に流れている電流はほぼゼロなので、流れている電流に比例して生じる切り換え損失がなく、ノイズの発生も押さえられ、高効率にできるという効果を奏する。
【００１８】
さらに、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記極性切換回路により前記放電灯に流れる電流の向きを商用交流電源の周波数と同一の周波数で極性を切り換える時に、少なくとも商用交流電源の９０度の位相付近と２７０度の位相付近で放電灯に流れる電流を切り換えるので、極性による放電灯の発光効率が原因で生じる光束のピーク差がなくなり、チラツキを少なくできるという効果を奏する。
【００１９】
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記検出部に商用交流電源の位相を検出する機能を備え、前記放電灯に流れる電流を商用交流電源電圧と略同位相で、かつ、略正弦波になるように、前記制御部により前記昇降圧回路を制御し、前記極性切換回路により電流の極性を切り換えるので、商用交流電源から放電灯点灯装置に流れ込む電流も正弦波状になり、歪みを少なくできるという効果を奏する。
【００２０】
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記放電灯に流れる電流が、９０度および２７０度の位相付近で一定になるように制御するので、光束のピーク付近でフラットになる部分が増えるので、チラツキを少なくできるという効果を奏する。
【００２１】
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記放電灯に流れる電流が、商用交流電源電圧に同期した正弦波の二乗になるように制御するので、入力電流が商用交流電源電圧に同期した正弦波の波形となり、最も入力電流の歪みが少なく、かつ、力率が良くなるという効果を奏する。
【００２２】
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、前記放電灯に供給される電圧を検出する電圧検出部を備え、前記電圧検出部による検出値に応じて前記制御部により前記昇降圧回路を制御し、前記放電灯へ入力される電力を一定にするので、放電灯への投入電力が、放電灯の経年変化、個体差により生じる放電灯電圧の違いに関係なく一定となり、放電灯の経年変化、個体差により生じる放電灯電圧の違いに関係なく、明るさを一定にできるという効果を奏する。
【００２３】
また、この発明に係る照明装置は、上記のいずれかに記載の放電灯点灯装置を具備したので、チラツキの少なく、低価格な、小型の照明器具を提供できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、この発明の各実施例について図面に基づいて説明する。
実施例１．
この発明の実施例１に係る放電灯点灯装置について図１から図２を参照しながら説明する。図１はこの発明の実施例１に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図、また、図２はこの発明の実施例１に係る放電灯点灯装置の動作を示す動作波形図である。
【００２５】
図１において、１は商用交流電源、２は商用交流を全波整流するダイオードブリッジからなる整流回路、３は全波整流された電圧の昇圧および降圧を行う昇降圧コンバータであり、昇降圧コンバータ３はスイッチング素子３ａ、トランス３ｂ、ダイオード３ｃ、コンデンサ３ｄから構成されている。
４は放電灯６に流れる電流を検出する電流検出抵抗、５は放電灯６に流れる電流の極性を変える極性切り換え回路であり、スイッチング素子５ａ、スイッチング素子５ｂ、スイッチング素子５ｃ、スイッチング素子５ｄから構成されている。６は放電灯、７は高圧パルスを発生させて放電灯６を始動させる始動パルス発生回路、８は制御電源を生成する制御電源生成回路である。
９は制御回路であり、商用交流のゼロクロスを検出する検出部９ａ、昇降圧コンバータ３を制御する制御部９ｂ、電流検出抵抗４による放電灯６の電流を検出する電流検出部９ｃ、始動パルス発生回路７を制御する始動パルス制御部９ｄ、目標電流演算部９ｅ、極性切り換え回路５を制御する制御部９ｆから構成されている。
【００２６】
図２において、（ａ）は商用交流電源１の電流電圧波形、（ｂ）は極性切り換え回路５のスイッチング素子５ａおよびスイッチング素子５ｄのＯＮ／ＯＦＦ状態、（ｃ）は極性切り換え回路５のスイッチング素子５ｂおよびスイッチング素子５ｃのＯＮ／ＯＦＦ状態、（ｄ）は目標電流演算部９ｅにより演算された目標電流、（ｅ）は放電灯６を流れる電流をそれぞれ示す。
【００２７】
次にこの発明の実施例１に係る放電灯点灯装置の動作について図面を参照しながら説明する。
まず、商用交流電源１から電力が供給されると、制御電源生成回路８が制御回路９への制御電源を生成して供給し、制御回路９が動作を開始する。制御回路９では、始動パルス制御部９ｄが始動パルス発生回路７を制御し、放電灯６に高圧パルスを印加して放電灯６を点灯させる。
放電灯６が点灯すると、電流検出抵抗４に電流が流れ始め、この電流を電流検出部９ｃが検出する。一方、目標電流演算部９ｅでは目標電流が演算される。そこで、制御部９ｂは、電流検出部９ｃにより検出された電流と目標電流演算部９ｅにより演算された目標電流を比較し、検出電流と目標電流が等しくなるように昇降圧コンバータ３を制御し、フィードバック制御を行う。
【００２８】
昇降圧コンバータ３では、スイッチング素子３ａは数十ｋＨｚの高周波でＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、スイッチング素子３ａがＯＮ状態の場合にはトランス３ｂの一次側に電流が流れて、トランス３ｂにエネルギーが蓄積される。一方、スイッチング素子３ａがＯＦＦ状態の場合には、蓄えられたエネルギーがトランス３ｂの二次側に電力として放出される。放出された電力は、数十ｋＨｚの高周波なので、ダイオード３ｃとコンデンサ３ｄにより高周波成分が除去されて放電灯６に供給される。
そこで、制御部９ｂは、目標電流演算部９ｅによる目標電流よりも電流検出部９ｃによる検出電流が少ない場合には、スイッチング素子３ａのＯＮ状態の時間を増やすことにより、二次側に放出される電力を増加させ、放電灯６に流れる電流を増やす。また、目標電流より検出電流が大きい場合には、スイッチング素子３ａのＯＮ状態の時間を減らすことにより、二次側に放出される電力を減少させ、放電灯６に流れる電流を減らす。これらの動作を高速で行うことにより、放電灯６の電流が目標電流と一致するように制御する。
【００２９】
次に、制御部９ｆは、極性切り換え回路５を制御し、スイッチング素子５ａとスイッチング素子５ｄの組とスイッチング素子５ｃとスイッチング素子５ｂの組を交互にＯＮ状態にさせることにより、昇降圧コンバータ３から出力された直流電流を交流電流とし、放電灯６へ流す。
そこで、検出部９ａは、商用交流電源１における電圧の周期的な変化において、零ボルトになった場合にゼロクロス検出信号を出力する。
目標電流演算部９ｅは、検出部９ａからのゼロクロス検出信号を受け、例えば、図２の（ａ）に示すような商用交流電圧波形に対して、図２の（ｄ）に示すように０度および１８０度付近では目標電流値を小さく、９０度および２７０度付近では目標電流値を大きくなるように目標電流を演算する。
制御部９ｆは、検出部９ａからのゼロクロス検出信号を受け、スイッチング素子５ａとスイッチング素子５ｄの組は図２の（ｂ）に示すようにＯＮ状態とＯＦＦ状態を切り替え、スイッチング素子５ｃとスイッチング素子５ｂの組は図２の（ｃ）に示すようにＯＮ状態とＯＦＦ状態を切り替える。
【００３０】
これにより、放電灯６に流れる電流は、図２の（ｅ）に示すように極性が０度、１８０度で切り換えられ、図２の（ａ）の商用交流電源１に同期した正弦波状の電流となる。商用交流電源１から放電灯点灯装置に流れ込む電流と放電灯６に流れる電流は比例関係にあるので、放電灯点灯装置の入力電流も商用交流電源１に同期した正弦波状の電流となり、入力力率が高くなり、また、昇圧インバータのような力率改善回路が不要であるため、小型で安価な放電灯点灯装置を得ることができる。
【００３１】
実施例２．
この発明の実施例２に係る放電灯点灯装置について図１、図３を参照しながら説明する。図１はこの発明の実施例２に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図であり、実施例１と同じ図である。また、図３はこの発明の実施例２に係る放電灯点灯装置の動作を示す動作波形図である。
図３において、（ａ）は商用交流電源１の電流電圧波形、（ｂ）改善前の放電灯６から放出される光束、（ｃ）は極性切り換え回路５のスイッチング素子５ａおよびスイッチング素子５ｄのＯＮ／ＯＦＦ状態、（ｄ）は極性切り換え回路５のスイッチング素子５ｂおよびスイッチング素子５ｃのＯＮ／ＯＦＦ状態、（ｅ）は目標電流演算部９ｅにより演算された目標電流、（ｆ）は放電灯６に流れる電流、（ｇ）は改善後の放電灯６から放出される光束をそれぞれ示す。
【００３２】
次にこの発明の実施例２に係る放電灯点灯装置の動作について図面を参照しながら説明する。
まず、実施例１では、放電灯６へ流す電流の極性切り換えは、図２の（ｅ）に示すように商用交流電源１の０度と１８０度で行っているが、この時の放電灯６の放つ光束の大きさは、図３の（ｂ）に示すように極性によって段差が生じている。これは、放電灯へ正負で同じ大きさの電流を流したとしても、極性により発光効率が異なるために生じてしまう現象である。さらに、図３の（ｂ）の光束のピークを結ぶと、図３の（ｉ）のような脈流の波形となり、人間の目には、この低周波の脈流がチラツキとして感じやすくなる。
【００３３】
そこで、実施例２では、制御部９ｆが極性切り換え回路５を制御し、図３の（ａ）の商用交流電圧波形に対して、スイッチング素子５ａとスイッチング素子５ｄの組は図３の（ｃ）に示すように、スイッチング素子５ｂとスイッチング素子５ｃの組は図３の（ｄ）に示すように、それぞれ９０度と２７０度でＯＮ状態とＯＦＦ状態を切り替える。これにより、目標電流演算部９ｅにより演算され、昇降圧コンバータ３から出力された図３の（ｅ）に示す目標電流が、極性切り換え回路５により図３の（ｆ）に示すように極性が切り替えられ、０度、１８０度付近では電流値を小さく、９０度、２７０度付近では電流を大きくして、放電灯６に流れる。
【００３４】
これにより、放電灯６に流れる電流が商用交流電源電圧と略同位相で、絶対値が略正弦波電流に制御され、放電灯６の放つ光束の大きさは、図３の（ｇ）に示すようになり、光束のピーク値が揃う特性を有することになり、実施例１に比べて、人間の目にはチラツキが感じにくくなる。
【００３５】
実施例３．
この発明の実施例３に係る放電灯点灯装置について図４を参照しながら説明する。図４はこの発明の実施例３に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。
図４において、電流検出抵抗４は整流回路２と昇降圧コンバータ３の間に設けられており、他の構成については、上記実施例１または上記実施例２の放電灯点灯装置と同一である。
【００３６】
次にこの発明の実施例３に係る放電灯点灯装置の動作について図面を参照しながら説明する。電流検出抵抗４以外の構成部分の動作については、上記実施例１または上記実施例２の放電灯点灯装置と同一である。
電流検出抵抗４の動作については、上記実施例１または上記実施例２の放電灯点灯装置では放電灯電流を検出していたが、実施例３では放電灯点灯装置の入力電流を検出し、この入力電流が０度および１８０度付近では電流値を小さく、９０度および２７０度付近では電流値を大きくなるように目標電流を演算する。制御部９ｂは、この目標電流と電流検出部９ｃによる検出電流が等しくなるように昇降圧コンバータ３を制御し、フィードバック制御を行う。
【００３７】
これにより、放電灯点灯装置の入力電流も商用交流電源１に同期した正弦波状の電流となり、入力力率が高くなり、また、昇圧コンバータのような力率改善回路が不要であるため、小型で安価な放電灯点灯装置を得ることができる。
【００３８】
実施例４．
この発明の実施例４に係る放電灯点灯装置について図５を参照しながら説明する。図５はこの発明の実施例４に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。
図５において、９ｇは制御回路９内に設けられた放電灯電圧検出部であり、他の構成については、上記実施例１または上記実施例２の放電灯点灯装置と同一である。
【００３９】
次にこの発明の実施例４に係る放電灯点灯装置の動作について図５を参照しながら説明する。放電灯電圧検出部９ｇ以外の構成部分の動作については、上記実施例１または上記実施例２の放電灯点灯装置と同一である。
制御回路９の動作については、目標電流演算部９ｅが放電灯電圧検出部９ｇからの放電灯６の電圧情報を受け、放電灯６の電圧が高い場合は目標電流の振幅を小さくする、例えば放電灯電圧が１００ボルトの場合は目標電流の振幅を１．５アンペアとし、放電灯６の電圧が低い場合は目標電流の振幅を大きくする、例えば放電灯電圧が７５ボルトの場合は目標電流の振幅を２．０アンペアとする。制御部９ｂは、この目標電流と電流検出部９ｃによる検出電流が等しくなるように昇降圧コンバータ３を制御し、フィードバック制御を行う。
【００４０】
これにより、放電灯への投入電力が、放電灯の経年変化、個体差により生じる放電灯電圧の違いに関係なく一定となり、明るさが一定となる。
【００４１】
実施例５．
この発明の実施例５に係る放電灯点灯装置について図６を参照しながら説明する。図６はこの発明の実施例５に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。
図６において、１は商用交流電源、２は商用交流を全波整流するダイオードブリッジからなる整流回路、３は全波整流された電圧の昇圧および降圧を行う昇降圧コンバータであり、昇降圧コンバータ３はスイッチング素子３ａ、トランス３ｂ、ダイオード３ｃ、ダイオード３ｆ、コンデンサ３ｄ、コンデンサ３ｅから構成されている。
【００４２】
４は放電灯６に流れる電流を検出する電流検出抵抗、５は放電灯６に流れる電流の極性を変える極性切り換え回路であり、スイッチング素子５ａ、スイッチング素子５ｂから構成されている。６は放電灯、７は高圧パルスを発生させて放電灯６を始動させる始動パルス発生回路、８は制御電源を生成する制御電源生成回路である。
９は制御回路であり、商用交流のゼロクロスを検出する検出部９ａ、昇降圧コンバータ３を制御する制御部９ｂ、電流検出抵抗４による放電灯６の電流を検出する電流検出部９ｃ、始動パルス発生回路７を制御する始動パルス制御部９ｄ、目標電流演算部９ｅ、極性切り換え回路５を制御する制御部９ｆから構成されている。
【００４３】
次にこの発明の実施例５に係る放電灯点灯装置の動作について図面を参照しながら説明する。
まず、商用交流電源１から電力が供給されると、制御電源生成回路８が制御回路９への制御電源を生成して供給し、制御回路９が動作を開始する。制御回路９では、始動パルス制御部９ｄが始動パルス発生回路７を制御し、放電灯６に高圧パルスを印加して放電灯６を点灯させる。
放電灯６が点灯すると、電流検出抵抗４に電流が流れ始め、この電流を電流検出部９ｃが検出する。一方、目標電流演算部９ｅでは目標電流が演算される。そこで、制御部９ｂは、電流検出部９ｃにより検出された電流と目標電流演算部９ｅにより演算された目標電流を比較し、検出電流と目標電流が等しくなるように昇降圧コンバータ３を制御し、フィードバック制御を行う。
【００４４】
昇降圧コンバータ３では、スイッチング素子３ａは数十ｋＨｚの高周波でＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、スイッチング素子３ａがＯＮ状態の場合にはトランス３ｂの一次側に電流が流れて、トランス３ｂにエネルギーが蓄積される。一方、スイッチング素子３ａがＯＦＦ状態の場合には、蓄えられたエネルギーがトランス３ｂの二次側に電力として放出される。
このとき、極性切り換え回路５のスイッチング素子５ａがＯＮ状態の場合には、放出された数十ｋＨｚの高周波電力は、ダイオード３ｃとコンデンサ３ｄにより高周波成分が除去されて、図６の（ａ）の矢印方向に電流が流れる。一方、極性切り換え回路５のスイッチング素子５ｂがＯＮ状態の場合には、放出された数十ｋＨｚの高周波電力は、ダイオード３ｆとコンデンサ３ｅにより高周波成分が除去されて、図６の（ｂ）の矢印方向に電流が流れる。
【００４５】
制御部９ｂは、目標電流演算部９ｅによる目標電流よりも電流検出部９ｃによる検出電流が少ない場合には、スイッチング素子３ａのＯＮ状態の時間を増やすことにより、二次側に放出される電力を増加させ、放電灯６に流れる電流を増やす。また、目標電流より検出電流が大きい場合には、スイッチング素子３ａのＯＮ状態の時間を減らすことにより、二次側に放出される電力を減少させ、放電灯６に流れる電流を減らす。これらの動作を高速で行うことにより、放電灯６の電流が目標電流と一致するように制御する。
制御部９ｆは、極性切り換え回路５を制御し、スイッチング素子５ａとスイッチング素子５ｂを交互にＯＮ状態にさせることで、放電灯６に交流の電流が流れる。
【００４６】
検出部９ａは、商用交流電源１のゼロクロスとゼロクロス間の周期を検出し、目標電流演算部９ｅは、検出部９ａからのゼロクロス検出信号を受け、例えば、図２の（ａ）に示すように商用交流電圧波形に対して図２（ｄ）に示すように０度、１８０度付近では目標電流を小さく、９０度、２７０度付近では目標電流が大きくなるように目標電流を演算する。
制御部９ｆは検出部９ａからのゼロクロス検出信号を受け、実施例１のようにスイッチング素子５ａとスイッチング素子５ｂを商用交流電源の０度、１８０度で切り換えて、放電灯６に流れる電流を商用交流電源の０度、１８０度で反転させる。
【００４７】
これにより、放電灯６に流れる電流は、商用交流電源１に同期した正弦波状の電流となり、商用交流電源１から放電灯点灯装置に流れ込む電流と放電灯６に流れる電流は比例関係にあるので、放電灯点灯装置の入力電流も商用交流電源１に同期した正弦波状の電流となり、入力力率が高くなり、また、昇圧インバータのような力率改善回路が不要であるため、小型で安価な放電灯点灯装置を得ることができる。
あるいは、制御部９ｆはゼロクロス検出信号を受け、実施例２のようにスイッチング素子５ａとスイッチング素子５ｂを商用交流電源の９０度、２７０度で切り換えて、放電灯６に流れる電流を商用交流電源の９０度、２７０度で反転させる。
これにより、放電灯６の放つ光束の大きさは、光束のピーク値が揃う特性を有することになり、人間の目にはチラツキが感じにくくなる。
【００４８】
実施例６．
この発明の実施例６に係る放電灯点灯装置について図７を参照しながら説明する。図７はこの発明の実施例６に係る放電灯点灯装置の動作を示す動作波形図である。
図７において、（ａ）は商用交流電源１の電流電圧波形、（ｂ）は上記実施例１〜５による目標電流演算部９ｅにより演算された目標電流、（ｃ）は本実施例による目標電流演算部９ｅにより演算された９０度付近、２７０度付近でフラットとなる目標電流である。
【００４９】
この実施例では、図７（ｃ）以外の動作ついては、上記実施例１〜５と同様である。
目標電流演算部９ｅでは、図７（ｃ）の目標電流が演算され、制御部９ｂは、電流検出部９ｃにより検出された電流と目標電流演算部９ｅにより演算された目標電流を比較し、検出電流と目標電流が等しくなるように昇降圧コンバータ３を制御し、フィードバック制御を行う。
これにより、電流波形と同様に光束のピーク部分がフラットになり、さらにチラツキが少なくなる。
【００５０】
実施例７．
この発明の実施例７に係わる放電灯点灯装置について図８を参照しながら説明する。図８はこの発明の実施例７に係る放電灯点灯装置の動作を示す動作波形図である。
図８において、（ａ）は放電灯電流波形、（ｂ）は放電灯電圧波形である。この実施例では、図８以外の動作ついては、上記実施例１〜６と同様である。
【００５１】
図８からも明らかなように、放電灯電圧は放電灯電流が小さいところでは、再点弧電圧により眺ね上がりが見られるが、それ以外のところでは、放電灯電流にかかわらず、一定の電圧となる定電圧特性を示す。
放電灯電圧が所定の定電圧Ａで、商用交流電源電圧がＶ・ｓｉｎθの時、商用交流電源から放電灯点灯装置に流れる電流を商用交流電源電圧に同期したＩ・ｓｉｎθの波形としたい場合には、Ｖ・ｓｉｎθ×Ｉ・ｓｉｎθ＝Ａ×放電灯電流の式から、放電灯電流はｓｉｎθの二乗の波形にすれば、入力電流が商用交流電源電圧に同期したｓｉｎθの波形となり、最も入力電流の歪みが少なく、かつ、力率が良くなる。
目標電流演算部９ｅでは、ｓｉｎθの二乗の波形の目標電流が演算され、制御部９ｂは、電流検出部９ｃにより検出された電流と目標電流演算部９ｅにより演算された目標電流を比較し、検出電流と目標電流が等しくなるように昇降圧コンバータ３を制御し、フィードバック制御を行う。
【００５２】
なお、上記実施例１〜７は放電灯点灯装置について説明したが、これらの放電灯点灯装置を照明装置に取りつけることにより、チラツキの少なく、低価格な、小型の照明器具を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】この発明の実施例１、２に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施例１に係る放電灯点灯装置の動作を示す動作波形図である。
【図３】この発明の実施例２に係る放電灯点灯装置の動作を示す動作波形図である。
【図４】この発明の実施例３に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施例４に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施例５に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施例６に係る放電灯点灯装置の動作を示す動作波形図である。
【図８】この発明の実施例７に係る放電灯点灯装置の動作を示す動作波形図である。
【図９】従来の放電灯点灯装置を示す回路構成図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 商用交流電源、 ２ 整流回路、 ３ 昇降圧コンバータ、 ４ 電流検出抵抗、 ５ 極性切り換え回路、 ６ 放電灯、 ７ 始動パルス発生回路、 ８ 制御電源生成回路、 ９ 制御回路。
Claims (8)
- 商用交流電源を全波整流する整流回路と、この整流回路による電圧を昇圧または降圧する昇降圧回路と、この昇降圧回路による昇降圧を制御する制御部と、前記昇降圧回路により昇降圧された電圧の極性を切り換える極性切換回路と、この極性切換回路による電流が流される放電灯と、商用交流電源のゼロクロスを検出する検出部とを備え、前記検出部によるゼロクロス検出信号を受け、前記放電灯に流れる電流を商用交流電源の周波数と同一の周波数で、０度および１８０度の位相付近よりも９０度および２７０度の位相付近が大きくなるように前記制御部により前記昇降圧回路を制御することを特徴とする放電灯点灯装置。
- 前記極性切換回路により前記放電灯に流れる電流の向きを商用交流電源の周波数と同一の周波数で極性を切り換える時に、少なくとも商用交流電源の０度の位相付近と１８０度の位相付近で放電灯に流れる電流を切り換えることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
- 前記極性切換回路により前記放電灯に流れる電流の向きを商用交流電源の周波数と同一の周波数で極性を切り換える時に、少なくとも商用交流電源の９０度の位相付近と２７０度の位相付近で放電灯に流れる電流を切り換えることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
- 前記検出部に商用交流電源の位相を検出する機能を備え、
前記放電灯に流れる電流を商用交流電源電圧と略同位相で、かつ、略正弦波になるように、前記制御部により前記昇降圧回路を制御し、前記極性切換回路により電流の極性を切り換えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯装置。 - 前記放電灯に流れる電流が、９０度および２７０度の位相付近で一定になるように制御することを特徴とする請求項４記載の放電灯点灯装置。
- 前記放電灯に流れる電流が、商用交流電源電圧に同期した正弦波の二乗になるように制御することを特徴とする請求項４記載の放電灯点灯装置。
- 前記放電灯に供給される電圧を検出する電圧検出部を備え、
前記電圧検出部による検出値に応じて前記制御部により前記昇降圧回路を制御し、前記放電灯へ入力される電力を一定にすることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の放電灯点灯装置。 - 上記請求項１〜７のいずれかに記載の放電灯点灯装置を具備したことを特徴とする照明装置。
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