JP2005063862A - Electrodeless discharge lamp lighting apparatus and lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内部に放電ガスを封入したバルブに高周波電磁界を印加して発光させる無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置及び照明装置に関する。 The present invention relates to an electrodeless discharge lamp lighting device and an illumination device for lighting an electrodeless discharge lamp that emits light by applying a high-frequency electromagnetic field to a bulb in which a discharge gas is sealed.
この種の従来例として、特開平10−208894号公報のものが挙げられる(以下、従来例1という。)。このものは、図10に示すように制御回路6J1は無電極放電灯1J1が点灯するまで徐々に周波数可変発振回路OSC2J1からの出力周波数を変化させ、無電極放電灯1J1が点灯すると今度は点灯までとは逆向きに出力周波数を変化させ、基準周波数fあるいはその近傍まで周波数を戻す。その後スイッチSJ1を切替え、増幅回路5J1のスイッチング素子Q1J1、Q2J1のゲートにトランスTJ1を介して周波数固定発振回路OSC1J1からの一定周波数の信号を与え、無電極放電灯1J1の点灯を維持する。このようにして周波数の切替時における無電極放電灯のちらつき発生や不安定になることを防止している。 A conventional example of this type is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-208894 (hereinafter referred to as Conventional Example 1). As shown in FIG. 10, the control circuit 6J1 gradually changes the output frequency from the frequency variable oscillation circuit OSC2J1 until the electrodeless discharge lamp 1J1 lights up. The output frequency is changed in the opposite direction, and the frequency is returned to the reference frequency f or the vicinity thereof. Thereafter, the switch SJ1 is switched, and a signal having a constant frequency from the frequency fixed oscillation circuit OSC1J1 is applied to the gates of the switching elements Q1J1 and Q2J1 of the amplifier circuit 5J1 via the transformer TJ1, and the electrodeless discharge lamp 1J1 is kept on. In this way, flickering or instability of the electrodeless discharge lamp during frequency switching is prevented.
また、別の従来例として、特開2001−118695号公報のものが挙げられる(以下、従来例2という。)。このものは、図11に示すように整合回路4J2の入力電圧及び入力電流の位相が同位相となるように、又は高周波電源回路3J2のスイッチング素子8bJ2がターンオン又はターンオフする瞬間の電流値を検出し、検出信号がゼロになるように発振周波数を制御しており、これにより、始動時は負荷の共振周波数付近、安定点灯時は整合回路4J2の入力電力が一定となるように発振周波数を制御することが可能となり、回路素子の値のばらつきによって負荷の状態がばらついても始動性及び消費電力安定性に優れた無電極放電ランプ点灯装置を実現している。
従来例1においては、無電極放電灯1J1の始動時に出力周波数を徐々に周波数可変発振回路OSC2J1の発振周波数を増加方向に変化させ、無電極放電灯1J1が点灯すると今度は点灯までとは逆向きに出力周波数を変化させているが、共振回路を構成する各電子部品等のばらつきによって、計算上で決定される共振周波数よりも実際の共振周波数がずれた場合において、無電極放電灯1J1の始動時に無電極放電灯1J1に十分な始動電圧が印加されない場合があった。このため、無電極放電灯1J1の周囲温度が低い場合において、無電極放電灯1J1を始動させようとするとき(以下、低温始動時という。)や無電極放電灯1J1が長い間暗所に放置されていた場合において、無電極放電灯1J1を始動させようとするとき(以下、暗所始動時という。)には、無電極放電灯1J1が始動しにくい場合があった。 In the conventional example 1, when the electrodeless discharge lamp 1J1 is started, the output frequency is gradually changed in the increasing direction of the oscillation frequency of the frequency variable oscillation circuit OSC2J1. However, when the actual resonance frequency deviates from the resonance frequency determined by calculation due to variations in the electronic components constituting the resonance circuit, the electrodeless discharge lamp 1J1 is started. Sometimes a sufficient starting voltage is not applied to the electrodeless discharge lamp 1J1. Therefore, when the ambient temperature of the electrodeless discharge lamp 1J1 is low, when the electrodeless discharge lamp 1J1 is to be started (hereinafter referred to as a low temperature start) or the electrodeless discharge lamp 1J1 is left in a dark place for a long time. In this case, when the electrodeless discharge lamp 1J1 is to be started (hereinafter referred to as a dark place start), the electrodeless discharge lamp 1J1 may be difficult to start.
また、従来例2においては、無電極放電灯1J2の始動時に発振周波数を増加させ、共振周波数が一定値となるように制御しているが、従来例1と同様に、計算上で決定される共振周波数よりも実際の共振周波数がずれた場合に、無電極放電灯1J2の始動時に無電極放電灯1J2に十分な始動電圧が印加されない場合があった。このため、従来例2においても低温始動時や暗所始動時に無電極放電灯1J2が始動しにくい場合があった。 In the conventional example 2, the oscillation frequency is increased at the start of the electrodeless discharge lamp 1J2, and the resonance frequency is controlled to be a constant value. However, as in the conventional example 1, it is determined by calculation. When the actual resonance frequency deviates from the resonance frequency, a sufficient starting voltage may not be applied to the electrodeless discharge lamp 1J2 when starting the electrodeless discharge lamp 1J2. For this reason, even in the conventional example 2, the electrodeless discharge lamp 1J2 may be difficult to start at a low temperature start or a dark place start.
本発明は上記問題点に鑑みてなしたものであり、その目的とするところは、共振回路を構成する各電子部品等のばらつきが生じた場合においても、誘導コイルに高い電圧を印加することができ、無電極放電灯の始動性を向上させることができる無電極放電灯点灯装置及び照明装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to apply a high voltage to the induction coil even in the case where variations occur in each electronic component constituting the resonance circuit. It is possible to provide an electrodeless discharge lamp lighting device and a lighting device that can improve the startability of the electrodeless discharge lamp.
上記課題を解決するために本願発明においては、周波数制御回路によって第1及び第2のスイッチング素子の動作周波数を変化させ、電圧検出回路によって無電極放電灯が点灯しない電圧であって誘導コイルに印加される電圧が最大となるときの第1の動作周波数を検出し、第1の動作周波数を検出した後に、第1の動作周波数よりも高い第2の動作周波数から第1の動作周波数に移行させる制御を行っている。 In order to solve the above problem, in the present invention, the frequency control circuit changes the operating frequency of the first and second switching elements, and the voltage detection circuit applies a voltage that does not light the electrodeless discharge lamp to the induction coil. The first operating frequency when the maximum voltage is detected is detected, and after the first operating frequency is detected, the second operating frequency higher than the first operating frequency is shifted to the first operating frequency. Control is in progress.
本発明の無電極放電灯点灯装置においては、共振回路を構成する各電子部品等のばらつきによって、計算上で決定される共振周波数よりも実際の共振周波数がずれた場合においても、電圧検出回路によって、実際の共振周波数である第1の動作周波数を検出した後に第1の動作周波数よりも高い第2の動作周波数から第1の動作周波数に移行させているので、無電極放電灯の始動時に、誘導コイルに常に高い電圧を印加することができ、無電極放電灯の始動性を向上させることができる。 In the electrodeless discharge lamp lighting device of the present invention, even when the actual resonance frequency is deviated from the resonance frequency determined by calculation due to variations in each electronic component constituting the resonance circuit, the voltage detection circuit Since the first operating frequency that is higher than the first operating frequency is detected after the first operating frequency that is the actual resonance frequency is detected, when the electrodeless discharge lamp is started, A high voltage can always be applied to the induction coil, and the startability of the electrodeless discharge lamp can be improved.
(第1の実施の形態)
以下、本発明の第1の実施の形態を図1から図7までを参照して説明する。図1は本実施の形態の回路図を示しており、図2は無電極放電灯5の断面図を示している。また、図3は照明装置の断面図を示しており、図4は経過時間tと動作周波数fとの関係を示している。さらに、図5は共振カーブを示しており、図6はインダクタLs、コンデンサCs1、Cs2及びCpから構成される回路の入力インピーダンスの周波数特性を示している。さらにまた、図7は本実施の応用形態の経過時間tと動作周波数fとの関係を示している。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a circuit diagram of the present embodiment, and FIG. 2 shows a cross-sectional view of an
つぎに、各部の構成を説明する。 Next, the configuration of each unit will be described.
交流電源ACは、商用の交流電源であり、電圧は、たとえば、100V、200V又は240Vである。 The AC power supply AC is a commercial AC power supply, and the voltage is, for example, 100V, 200V, or 240V.
整流回路DBは、交流電源ACからの交流電圧を脈流状の直流電圧に整流し出力するものであり、たとえば、ダイオードブリッジで構成する。交流電源ACの電圧が100Vの場合、ダイオードブリッジの代わりに、たとえば、倍電圧整流回路を用いてもよい。倍電圧整流回路を用いると、交流電源ACの電圧が実質的に200Vと同等とみなせ、倍電圧整流回路以後に接続されている回路に流れる電流が、ダイオードブリッジを用いた場合と比べ約半分となるので、無電極放電灯点灯装置の効率を上げることができる。 The rectifier circuit DB rectifies an alternating voltage from the alternating current power supply AC into a pulsating direct current voltage and outputs the pulsating direct current voltage. When the voltage of the AC power supply AC is 100 V, for example, a voltage doubler rectifier circuit may be used instead of the diode bridge. When the voltage doubler rectifier circuit is used, the voltage of the AC power supply AC can be regarded as substantially equal to 200 V, and the current flowing through the circuit connected after the voltage doubler rectifier circuit is about half that when using the diode bridge. As a result, the efficiency of the electrodeless discharge lamp lighting device can be increased.
チョッパ回路1aは、整流回路DBからの脈流状の直流電圧を所望の直流電圧に変換し出力するものであり、スイッチング素子Q1、ダイオードD1、インダクタL1及びコンデンサC1と、から構成されている。このチョッパ回路1aは、整流回路DBからの直流電圧を所定の直流電圧Eに変換しており、本実施の形態では、昇圧チョッパ回路を用いている。もちろんチョッパ回路1aは、その他、降圧チョッパ回路あるいは昇降圧チョッパ回路であっても構わない。要は、ある直流電圧を別の直流電圧に変換し出力するものであれば、どのような回路構成でも構わない。また、コンデンサC1は昇圧チョッパ回路1aの出力電圧を平滑し、直流電圧Eとするものであり、たとえば、電解コンデンサで構成する。
The
この交流電源AC、整流回路DB及びチョッパ回路1aによって直流電源1を構成しており、スイッチング素子Q1を制御することによって、直流電圧Eの大小を制御している。
The AC power source AC, the rectifier circuit DB and the
ここで図示はしないが、昇圧チョッパ回路1aの後段に降圧チョッパ回路をさらに接続し、交流電源AC、整流回路DB、昇圧チョッパ回路1a及び降圧チョッパ回路によって直流電源1を構成してもよい。昇圧チョッパ回路1aの後段に降圧チョッパ回路を接続していると、たとえば、交流電源ACが100Vから242Vのマルチ電源でかつ、定格消費電力の異なる複数の無電極放電灯にも、1つの無電極放電灯点灯装置で対応できることとなる。すなわち、昇圧チョッパ回路1aによってマルチ電源を直流電圧Eの一定とし、降圧チョッパ回路によって無電極放電灯に供給する電力を調整し、複数の交流電源及び種類の異なる無電極放電灯にも、1つの無電極放電灯点灯装置で対応することができるのである。
Although not shown here, a step-down chopper circuit may be further connected to the subsequent stage of the step-
電力変換回路2は、コンデンサC1からの直流電圧Eを第1及び第2のスイッチング素子であるスイッチング素子Q2及びQ3のオンオフ動作によって矩形波電圧に変換するものであり、スイッチング素子Q2及びQ3の直列回路によって構成されている。そして、スイッチング素子Q2及びQ3は、たとえば、電界効果トランジスタで構成する。電界効果トランジスタは、電界効果トランジスタのドレインがその内臓ダイオードのカソードと接続されるように、ソースとドレインとの間に並列にダイオードが内蔵されている。したがって、別途ダイオードを外付けする必要がない。もちろん、電界効果トランジスタに代えて、トランジスタとトランジスタに逆並列に接続されるダイオードとの組合せを用いても構わない。
また、電力変換回路2として本実施の形態では、いわゆるハーフブリッジ型のインバータ回路を用いている。もちろん電力変換回路2は、その他フルブリッジ型、あるいは、プッシュプル型であってもよい。
The
In the present embodiment, a so-called half-bridge type inverter circuit is used as the
共振回路3は、共振動作によって始動時に無電極放電灯5に数kVから数十kV程度の高電圧を印加し、無電極放電灯5を点灯させるものであり、この共振回路3はインダクタLs、コンデンサCp、Cs1及びCs2から構成されている。この共振回路3は電力変換回路2と誘導コイル4との間のインピーダンスを整合し、電力変換回路2からの高周波電力を効率よく誘導コイル4に伝達する、いわゆる整合回路の機能も果たしている。
The
無電極放電灯5は、誘導コイル4に近接配置され高周波電力によって点灯するものである。ここで無電極放電灯5を図2を参照して、さらに詳しく説明する。
The
この無電極放電灯5は、少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスが内部に封入されており断面凹形状の空洞部15を有する略球形状のバルブ11と、空洞部15内に配設され放電ガスに高周波電磁界を供給する誘導コイル4と、誘導コイル4が巻回される磁気性材料で円筒状のコア13と、コア13の内側であってコア13と接触する熱伝導性材料の部材12と、を備えている。
The
バルブ11は、略球形状であってその内部に少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスを封入しておくものであり、バルブ11の下端側には有底状であって断面凹形状の空洞部15が設けられている。バルブ11の材料は石英ガラス等の透光性材料であり、放電ガスは水銀、希ガス及び金属ハロゲン化物である。また、バルブ11の内側は蛍光体16及び保護膜17が塗布されている。蛍光体16は水銀からの放射された紫外線を可視光に変換するものであり、蛍光体16の材料としてはハロ燐酸カルシウム、赤色蛍光体である(Y、Gd)BO3:Eu、緑色蛍光体であるCaPO4、青色蛍光体であるBaMgAll4O23:Euが用いられる。保護膜17は水銀とバルブ11の材料である石英ガラスとの反応を抑えることによって、バルブ11の光束維持率を向上させるものである。保護膜17の材料としては、アルミナ(Al2O3)、シリカ(SiO2)、チタニア(TiO2)、セリア(CeO2)、イットリア(Y2O3)、マグネシア(MgO)等の微粒子が用いられる。保護膜17は、通常のバルブ11では透過率が高い方が望ましいため、蛍光体16に比べ薄くバルブ11内面に形成される。
The
誘導コイル4は、バルブ11内部の放電ガスに13.56MHzで発振する高周波電磁界を供給するものであり、一方はコア13に巻回されており、他方は整合回路3に接続されている。本実施の形態では、放電ガスに13.56MHzの高周波電磁界を供給しているが、放射雑音による他の電気機器への悪影響を少なくできる2.6MHz〜15MHz程度であれば、他の周波数でもよい。たとえば、蛍光灯を点灯させるために通常使用される数十〜数百kHzの周波数でもよい。
ここで、誘導コイル4は銅又は銅合金による条材を所定回数巻回して形成している。そして、誘導コイル4には電力変換回路2が動作すると高周波電流が流れ、誘導コイル4の周りに高周波電磁界が発生するように構成されている。つぎに、発生した高周波電磁界によってバルブ11内部の電子が加速され、放電ガスの原子に衝突して放電ガスを電離させ、新たな電子を発生させる。このようにして発生した電子は、誘導コイル4の周りに発生した高周波電磁界によってエネルギーを受け取り、放電ガス原子に衝突しエネルギーを与える。放電プラズマ内の原子は、電離したり励起したりする。励起された原子は、基底状態に戻るときに発光する。この発光を光エネルギーとして利用するのである。
The
Here, the
部材12は、断面略凸状であって、部材12の凸部12aの外側にコア13が接触するように設けられている。
The
コア13は、空洞部15の内部にコア13の一端がバルブ11の中心に向かうようにコア13の他端が基台18に固定され立設されており、略円筒状であって略円筒状の部材12の凸部12aの外面と接触するように設けられている。本実施の形態ではこのコア13の材料として、透磁率が略150の軟磁性体であるニッケル亜鉛(NiZn)フィライトを用いている。もちろん、マンガン亜鉛(Mn−Zn)フェライト、軟磁性金属を含むものであればどのようなものでも構わない。また、軟磁性金属単体でもよい。ここで、軟磁性体とはバルク状態での保磁力Hcが10Oe程度以下のものである。
The
基台18は、アルミダイカストにて形成された上面開口の有底状の略円筒体で、この基台18の底面には、上述した部材12がバルブ11の中心に向かうように立設固定されている。さらに、底部には蓋体(図示しない)が設けられている。
The
ここで21は、整流回路DB、チョッパ回路1a等から構成される無電極放電灯点灯装置を示している。本実施の形態では、無電極放電灯点灯装置21を基台18内に収納している。もちろん、無電極放電灯点灯装置21を基台18の外部に設けても構わない。
Here,
また、この無電極放電灯5と無電極放電灯点灯装置21とから図3に示すような照明装置が構成されている。この照明装置は、バルブ11が照明装置の上方から取り外し自在であって、無電極放電灯5からの放射ノイズ等を吸収するシールドケース20が覆っており、基台18には部材12が立設固定されている。もちろん、無電極放電灯5を点灯させる照明装置としては、このような形状のものに限られない。
The
周波数制御回路19は、スイッチング素子Q2及びQ3の周波数(以下、動作周波数fという。)及びスイッチング素子Q2とQ3とのオンデューティを制御するとともに、電圧検出回路9からの検出信号を受けて、無電極放電灯5が始動しているときにスイッチング素子Q4の制御をするものである。また、交流電源ACが投入されてから、時間の経過とともに、動作周波数fを低くしていき、誘導コイル4への印過電圧を上昇させていっている。この周波数制御回路19はスイッチング素子Q2及びQ3を制御するために基準クロック信号を出力しており、基準クロック信号の周波数又はデューティを制御することによって、スイッチング素子Q2及びQ3の動作周波数f、又はスイッチング素子Q2及びQ3のオンデューティを制御する。そして、この基準クロック信号をドライブ回路8に入力する。また、この周波数制御回路19はスイッチング素子Q4がオンしたときには、該オン信号を受けてスイッチング素子Q4にオフ信号を送信し、スイッチング素子Q4をオフさせる。
The
本実施の形態では周波数制御回路19として、STマイクロエレクトロニクス社製のマイコン、ST72Gシリーズを用いている。このようなマイコンを用いると、プログラムを設定するだけで周波数やオンデューティの制御を簡単に行うことができる。
In this embodiment, a ST72G series microcomputer manufactured by ST Microelectronics is used as the
ドライブ回路8は、周波数制御回路19からの基準クロック信号に基づいてスイッチング素子Q2及びQ3を交互にオンオフ動作させるために、スイッチング素子Q2及びQ3のゲートにドライブ信号を出力するものであり、本実施の形態では、三菱電機株式会社製の高耐圧ハーフブリッジドライバM63991を用いている。そして、基準クロック信号の周波数が変化するとスイッチング素子Q2及びQ3のゲートへのドライブ信号の周波数が変化し、無電極放電灯5の出力を変化させることができる。
The
チョッパ制御回路7は、チョッパ回路1aが有するスイッチング素子Q1の周波数を制御し、直流電圧Eの大小を制御するものであり、この直流電圧Eを低く抑えると、電力変換回路2が動作していても無電極放電灯5が点灯するのを抑えることができる。そしてこのチョッパ制御回路7として、本実施の形態では、モトローラ社製の集積回路MC34261を用いている。このMC34261は、1番ピン(図示しない)と2番ピン(図示しない)との間に接続するコンデンサの容量値、あるいは直流電圧Eから分圧して1番ピン(図示しない)に接続する抵抗の抵抗値を変えるだけで、3番ピン(図示しない)から出力されるスイッチング素子Q1のゲートへの入力信号の周波数を変化させることができる。
The
電圧検出回路9は、コンデンサCs2の両端電圧を検出するものである。そして、コンデンサCs2の両端電圧は誘導コイル4の両端電圧V02に略比例しており、この両端電圧V02が無電極放電灯5に印加される。
The voltage detection circuit 9 detects the voltage across the capacitor Cs2. The voltage across the capacitor Cs2 is approximately proportional to the voltage V02 across the
この電圧検出回路9は、抵抗R1と、ダイオードD2及びD3と、コンデンサC2からC4までと、から構成されている。そして、ダイオードD3のカソードがツェナーダイオードZD1のカソードと接続されており、さらに、ツェナーダイオードZD1のアノードがスイッチング素子Q4と接続されている。 The voltage detection circuit 9 includes a resistor R1, diodes D2 and D3, and capacitors C2 to C4. The cathode of the diode D3 is connected to the cathode of the Zener diode ZD1, and the anode of the Zener diode ZD1 is connected to the switching element Q4.
この電圧検出回路9において、両端電圧V02が上昇すると、抵抗R1、ダイオードD2、コンデンサC2、ダイオードD3を介したツェナーダイオードZD1のカソード電圧がツェナーダイオードZD1の閾値電圧を超え、周波数制御回路19にオン信号を入力する。
In this voltage detection circuit 9, when the voltage V02 across the voltage rises, the cathode voltage of the Zener diode ZD1 through the resistor R1, the diode D2, the capacitor C2, and the diode D3 exceeds the threshold voltage of the Zener diode ZD1, and the
また、図示はしないが、図1にはチョッパ制御回路7、駆動回路8及び周波数制御回路19に電源を供給するためのIPD(インテリジェントパワーデバイス)降圧回路が設けられている。このIPD降圧回路は直流電圧Eを、たとえば、15Vの直流電圧に変換し、この電圧によってチョッパ制御回路7、駆動回路8及び周波数制御回路19に電源が供給される。そして、このようなIPD降圧回路として松下電器産業株式会社製のスイッチング電源用MIPシリーズを用いている。
Although not shown in FIG. 1, an IPD (intelligent power device) step-down circuit for supplying power to the
つぎに、本実施の形態の動作を図1、図4及び図5を参照して説明する。 Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
t=t0において交流電源ACが投入されると、コンデンサC1の両端に直流電源Eが発生し、IPD降圧回路に電力が供給される。このIPD降圧回路によって数十ボルトの電圧がチョッパ制御回路7に印加されるが、この時点ではまだ、電力変換回路2は動作を開始しておらず、両端電圧V02及びコンデンサCs2の両端電圧は発生していない。このため、抵抗R1、ダイオードD2、コンデンサC2、ダイオードD3を介したコンデンサC4に電荷が溜まっておらず、ツェナーダイオードZD1はオンしていない。すなわち、スイッチング素子Q4もオフとなっており、周波数制御回路19及びチョッパ制御回路7にはオフ信号が入力されている。このため、チョッパ制御回路7はスイッチング素子Q1を制御し、直流電源Eは無電極放電灯5が点灯しない程度の電圧となっている。
When the AC power supply AC is turned on at t = t0, the DC power supply E is generated at both ends of the capacitor C1, and power is supplied to the IPD step-down circuit. Although a voltage of several tens of volts is applied to the
つぎにt=t1において電力変換回路2が動作を開始すると、共振回路3の共振動作によって、両端電圧V02及びコンデンサCs2に共振電圧が発生するが、このときに直流電源Eは低く抑えられたまま(たとえば、数十V)で、無電極放電灯5はまだ点灯していない。この直流電源Eを低く保った状態で、t=t1において電力変換回路2が動作を開始すると、図5に示す範囲で周波数制御回路19によって第1及び第2のスイッチング素子Q2及びQ3の動作周波数を変化させていく。このときの動作周波数の変化態様は連続的でもよいし、離散的でもよい。そして、この動作周波数fの変化による両端電圧V02の大きさをコンデンサC4の電圧で間接的に計測し、コンデンサC4の電圧を周波数制御回路19でモニタしていく。このようにして、コンデンサC4の電圧が最大となる動作周波数、すなわち、両端電圧V02の大きさが最大となる動作周波数(以下、この動作周波数を第1の動作周波数f1という。)を検出する。
Next, when the
理論的には、両端電圧V02の大きさが最大となる第1の動作周波数f1は、共振回路3を構成するインダクタLs、コンデンサCp、Cs1及びCs2の各定数から計算で一義的に決まる共振周波数f0と一致するはずである。しかしながら、実際は各部品のばらつき等によって、計算上で決定される共振周波数f0と第1の動作周波数f1とは一致しない場合がある。
Theoretically, the first operating frequency f1 at which the magnitude of the both-end voltage V02 is the maximum is the resonance frequency that is uniquely determined by calculation from the constants of the inductor Ls, capacitors Cp, Cs1, and Cs2 that constitute the
したがって、各部品のばらつきや周囲温度による各部品の定数の変化を考慮して、交流電源ACを投入するごとに第1の動作周波数f1を見つけ出すのである。この第1の動作周波数f1は各部品のばらつきや周囲温度による各部品の定数の変化を考慮した場合の真の共振周波数といえるものであり、この第1の動作周波数f1の近傍の動作周波数fでは、両端電圧V02が極めて大きくなる。 Therefore, the first operating frequency f1 is found every time the AC power supply AC is turned on in consideration of variations of the components and changes in the constants of the components due to the ambient temperature. This first operating frequency f1 can be said to be a true resonance frequency in consideration of variations in each component and changes in the constants of each component due to the ambient temperature, and the operating frequency f in the vicinity of the first operating frequency f1. Then, the both-ends voltage V02 becomes very large.
そしてt=t2からt=t3までの間において、第1の動作周波数f1よりも高い第2の動作周波数f2から第1の動作周波数f1に動作周波数を連続的に移行させる。このとき同時に直流電源Eを、たとえば、400Vに上昇させる。すると、第1の動作周波数f1に近づくにつれて、両端電圧V02は、無電極放電灯5が点灯するのに十分なほど大きくなるので、無電極放電灯の始動性を向上させることができる。特に低温始動時や暗所始動時には極めて効果的である。
Then, during the period from t = t2 to t = t3, the operating frequency is continuously shifted from the second operating frequency f2 higher than the first operating frequency f1 to the first operating frequency f1. At the same time, the DC power source E is raised to, for example, 400V. Then, as the first operating frequency f1 is approached, the both-end voltage V02 becomes large enough for the
ここで、第2の動作周波数f2の設定条件を考える。図6にインダクタLs、コンデンサCp、Cs1及びCs2から構成される回路の入力インピーダンスの周波数特性を示す。│Z│は入力インピーダンスの絶対値を示しており、θは入力インピーダンスの位相角を示している。図6からわかるように、θ=0となる共振周波数が3つ存在する。最も低い共振周波数を、2番目に高い共振周波数をF0、最も高い共振周波数をf0とする。本実施の形態のように、電力変換回路2として、ハーフブリッジ型のインバータ回路を用いた場合、電力変換回路2から無電極放電灯5をみたインピーダンスが容量性になると、スイッチング素子Q2及びQ3が同時にオンしてしまい、交流電源ACから大きな電流が流れ、無電極放電灯点灯装置を構成する部品に過大なストレスを与えてしまう場合がある。
Here, a setting condition of the second operating frequency f2 is considered. FIG. 6 shows the frequency characteristics of the input impedance of the circuit composed of the inductor Ls and the capacitors Cp, Cs1, and Cs2. | Z | represents the absolute value of the input impedance, and θ represents the phase angle of the input impedance. As can be seen from FIG. 6, there are three resonance frequencies at which θ = 0. Let the lowest resonance frequency be F0, the second highest resonance frequency, and f0 the highest resonance frequency. When a half-bridge type inverter circuit is used as the
このような場合を回避するために、電力変換回路2から無電極放電灯5をみたインピーダンスを誘導性(θ>0)又は抵抗性(θ=0)にする必要がある。図6に示す入力インピーダンスの場合、インピーダンスが容量性になる周波数fは、F0<f<f0である。すなわち、第2の動作周波数f2>共振周波数f0と設定しておくと、インピーダンスが容量性になることはない。
In order to avoid such a case, it is necessary to make the impedance of the
ここで、インダクタLsに2次巻線を設けるとともに、この2次巻線の巻数を適宜設定し、2次巻線に発生する電圧を周波数制御回路19に直接入力してもよい。このようにすると、誘導コイル1bの両端に発生する高電圧を検出する電圧検出回路9を設ける必要がない。さらに、周波数制御回路19に入力される信号の配線長を短くすることができ、配線による雑音を抑制することができる。
Here, a secondary winding may be provided in the inductor Ls, the number of turns of the secondary winding may be set as appropriate, and a voltage generated in the secondary winding may be directly input to the
また、本実施の応用形態として、別途タイマー回路を設けるか、あるいは、マイコン機能を有する周波数制御回路19にタイマー機能をプログラミングにより付加し、図7に示すように周期的に第2の動作周波数f2から第1の動作周波数f1へ動作周波数を変化させてもよい。このように両端電圧V02を周期的に変化させると、無電極放電灯5の始動性をさらに向上する場合があり、低温始動時や暗所始動時には有効である。また、このような制御を行うと、第2の動作周波数f2から第1の動作周波数f1に変化させ、その後動作周波数f1による両端電圧V02を無電極放電灯5を印加し続ける場合に比べて、高い電圧が無電極放電灯5に印加され続けることがないので、無電極放電灯点灯装置を構成する電子部品に過度のストレスがかかることを防ぐことができる。
As an application of the present embodiment, a timer circuit is separately provided, or a timer function is added to the
さらに、一定時間、周波数変化を繰り返しても無電極放電灯5が点灯しない場合は、無電極放電灯点灯装置が異常状態にあるとみなし、電力変換回路2又はチョッパ回路1aを停止させてもよい。さらに、タイマー回路を用いずに、周波数可変回数をカウントし、周波数変化の回数が、ある一定の回数に達すると電力変換回路2又はチョッパ回路1aを停止させてもよい。
Furthermore, when the
さらにまた、本実施の形態では、周波数制御回路19のみをマイコン化したが、もちろん、チョッパ制御回路7、周波数制御回路19及び電圧検出回路9をすべてマイコン化してもよい。このように制御回路をすべてマイコン化すると、無電極放電灯点灯装置をコンパクトにすることができる。
Furthermore, in the present embodiment, only the
なお、動作周波数が数十kHz未満になると誘導コイル4における損失が非常に多くなり、点灯維持が困難になるため実用的でない。また、動作周波数が数十MHz以上になると、電力変換回路2などの損失が多くなるだけでなく、表皮効果によって誘導コイル4の巻線による銅損が非常に多くなって、発光効率が低くなる。したがって、動作周波数は数十kHz以上数十MHz以下が好ましい。また、無電極放電灯5の種類によっては無電極放電灯5の定格電力を出力するための動作周波数が第1の動作周波数f1と一致する場合もあり得るが、第1の動作周波数f1を150kHz以下に設定しておくと、電気用品安全法における雑音対策が容易となる場合があり、雑音対策を考慮して無電極放電灯5の点灯時の動作周波数を150kHz以下に設定しておくことが望ましい。
Note that if the operating frequency is less than several tens of kHz, the loss in the
以上、本実施の形態によれば、共振回路を構成する各電子部品等のばらつきによって、計算上で決定される共振周波数f0よりも実際の共振周波数f1がずれた場合においても、電圧検出回路9によって、実際の共振周波数である第1の動作周波数f1を検出した後に第1の動作周波数f1よりも高い第2の動作周波数f2から第1の動作周波数f1に移行させているので、無電極放電灯5の始動時に、誘導コイル4に常に高い電圧を印加することができ、無電極放電灯5の始動性を向上させることができる。特に、低温始動時又は暗所始動時などの無電極放電灯5が始動しにくい条件下では有効である。
As described above, according to the present embodiment, even when the actual resonance frequency f1 deviates from the resonance frequency f0 determined by calculation due to variations in the electronic components and the like constituting the resonance circuit, the voltage detection circuit 9 Thus, after detecting the first operating frequency f1, which is the actual resonance frequency, the second operating frequency f2 higher than the first operating frequency f1 is shifted to the first operating frequency f1, so that the electrodeless discharge is performed. When the
(第2の実施の形態)
以下、本発明の第2の実施の形態を図8及び図9を参照して説明する。図8は共振カーブの経時変化を示しており、図9は経過時間tと動作周波数fとの関係を示している。ここで、第1の実施の形態と同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 shows the change over time of the resonance curve, and FIG. 9 shows the relationship between the elapsed time t and the operating frequency f. Here, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
経時変化などによって、共振回路3を構成するインダクタLs、コンデンサCp、Cs1及びCs2の各定数などが変化し、図8に示すように期間(t2−t1)における共振カーブがC1AからC1Bに変化してしまう場合がある。すなわち、第1の動作周波数f1での両端電圧V02が低下してしまう場合がある。このような場合、t=t2以降において、直流電源Eを上昇(300〜500V程度)させても図8の共振カーブC2Bに示すように、始動電圧に達せず、低温始動時や暗所始動時に無電極放電灯5が始動しにくい場合がある。
The constants of the inductor Ls, capacitors Cp, Cs1, and Cs2 constituting the
そこで、第2の動作周波数f2から第1の動作周波数f1に動作周波数を移行させる際に図9(a)に示すように移行速度を変化させる。すなわち、期間(t2’−t2)においては、動作周波数の変化速度を遅くし、期間(t3−t2’)においては、動作周波数の変化速度を早くする。このように動作周波数を制御し両端電圧V02に変化を与えると、経時変化などによって共振カーブが共振カーブC2Bに変化してしまっても、無電極放電灯5が始動しやすくなる。
Therefore, when the operating frequency is shifted from the second operating frequency f2 to the first operating frequency f1, the transition speed is changed as shown in FIG. That is, in the period (t2'-t2), the change speed of the operating frequency is decreased, and in the period (t3-t2 '), the change speed of the operating frequency is increased. When the operating frequency is controlled in this way to change the voltage V02 at both ends, the
もちろん、期間(t2’−t2)において動作周波数の変化速度を早くし、期間(t3−t2’)においては、動作周波数の変化速度を遅くしてもよい。要は、両端電圧V02に単調でない何らかの急激な電圧変化を与えてやると、始動性が向上するのである。 Of course, the change speed of the operating frequency may be increased during the period (t2'-t2), and the change speed of the operating frequency may be decreased during the period (t3-t2 '). In short, if the voltage V02 at both ends is given some sudden voltage change that is not monotonous, the startability is improved.
なお、本実施の形態で特に言及していない作用・効果等は第1の実施の形態と同様である。 Note that the operations and effects not particularly mentioned in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.
1 直流電源
Q2 第1のスイッチング素子
Q3 第2のスイッチング素子
2 電力変換回路
3 共振回路
4 誘導コイル
5 無電極放電灯
9 電圧検出回路
f1 第1の動作周波数
f2 第2の動作周波数
7 制御回路
11 バルブ
13 コア
12 部材
15 空洞部
DESCRIPTION OF
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|---|---|---|---|---|
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