JP2011060703A - ランプ点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光量の急変を抑制しスムーズな調光を行うランプ点灯装置を提供する。
【解決手段】直流電圧が入力されるスイッチング素子をスイッチング制御する制御部と、スイッチング素子からのスイッチング出力によって交流電圧が励起される２次巻線を有するコンバータトランスと、２次巻線に励起される交流電圧を利用して点灯されるランプと、ランプの調光用の制御電圧を生成する制御電圧生成部と、制御電圧とコンバータトランスの出力直流電圧を比較して制御部に誤差信号をフィードバックする誤差増幅器を含みスイッチング素子を電圧調光またはバースト調光のモードで駆動する調光回路と、電圧調光と前記バースト調光のモード切り替えに応じて誤差増幅器の利得を制御し、モードの切り替わりにおけるランプ光量の急変を抑制する利得制御部と、を具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、スイッチング電源回路を用いたランプ点灯装置に係り、特にランプ調光時の光量の急変を防止しスムーズな調光ができるようにしたランプ点灯装置に関する。

従来、ハロゲンランプ等の負荷を駆動するため、スイッチング電源回路が使用されている。スイッチング電源回路は、スイッチング素子とコンバータトランスを有し、スイッチング素子を高周波でスイッチングして直流電圧を高周波の交流電圧に変換し、高周波の交流電圧をランプ等の負荷回路に供給するようにしている。

一方、ランプの明るさを制御するため、調光回路が設けられている。ランプの明るさを制御する方式としては、ランプに供給する電圧（又は電流）を変化させて調光する電圧調光方式と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）パルスによりランプを間欠的に点灯するバースト調光方式がある。一般的には両方式を組み合わせ、ランプ調光電圧が高い領域では電圧調光方式でランプを連続的に駆動し、ランプ調光電圧が低い領域ではバースト調光方式でランプを間欠的に駆動するようにしている。

特許文献１には、インバータ回路により駆動される放電灯の点灯制御装置について開示されている。特許文献１の例では、電圧調光回路とＰＷＭ調光回路（バースト調光回路）を備え、かつ電圧調光回路からバースト調光回路への切り替え時に発生するラッシュ電流を低減する回路が記載されている。

しかしながら、従来及び特許文献１の例では、電圧調光とバースト調光という２段の調光を行っているため、調光制御の違いにより電圧調光からバースト調光への切り替わり時に光量が急に変化することがあった。このためスムーズに調光ができないという不具合があった。

特開２００８−９１０８２号公報

従来、電圧調光とバースト調光という２段の調光を行うランプ点灯装置では、調光制御の違いにより電圧調光からバースト調光への切り替わり時に光量が急に変化することがあり、スムーズに調光ができないという不具合があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、光量の急変を抑制しスムーズに調光することができるランプ点灯装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の本発明のランプ点灯装置は、直流電源からの直流電圧を入力とするスイッチング素子と、前記スイッチング素子をスイッチング制御する制御部と、前記スイッチング素子からのスイッチング出力が供給される１次巻線と、前記スイッチング出力によって交流電圧が励起される２次巻線を有するコンバータトランスと、前記コンバータトランスの２次巻線に接続され、前記２次巻線に励起される交流電圧を利用して点灯されるランプと、前記ランプの調光用の制御電圧を生成する制御電圧生成部と、前記制御電圧と前記コンバータトランスの出力直流電圧を比較して前記制御部に誤差信号をフィードバックする誤差増幅器を含み、前記制御電圧に応じて前記スイッチング素子を電圧調光またはバースト調光のモードで駆動する調光回路と、前記電圧調光と前記バースト調光のモード切り替えに応じて前記誤差増幅器の利得を制御し、前記モードの切り替わりにおける前記ランプの光量の急変を抑制する利得制御部と、を具備したことを特徴とする。

また請求項５記載の本発明のランプ点灯装置は、直流電源からの直流電圧をスイッチング素子に入力し、前記スイッチング素子を制御部によってスイッチング制御し、前記スイッチング素子からのスイッチング出力をコンバータトランスの１次巻線に供給し、前記スイッチング出力によって前記コンバータトランスの２次巻線に交流電圧を励起し、前記コンバータトランスの２次巻線に励起された交流電圧を利用してランプを点灯し、前記ランプの調光用の制御電圧を生成し、前記制御電圧と、前記コンバータトランスの出力直流電圧を誤差増幅器によって比較して前記制御部に誤差信号をフィードバックし、前記制御電圧に応じて前記スイッチング素子を電圧調光またはバースト調光のモードで駆動し、前記電圧調光と前記バースト調光のモード切り替えに応じて前記誤差増幅器の利得を制御し、前記モードの切り替わりにおける前記ランプの光量の急変を抑制することを特徴とする。

本発明のランプ点灯装置では、ランプの調光時に電圧調光からバースト調光に切り替わっても利得制御部によってフィードバックゲインを変えることにより、ランプの光量が急激に変化するのを避けることができ、スムーズに調光することができる。

本発明の一実施形態に係るランプ点灯装置の構成を示す回路図。 同実施形態における調光回路の一例を示す回路図。 同実施形態における調光判別回路の動作を説明する波形図。 調光用の制御電圧を可変したときのランプ電流の変化を示す特性図。 調光回路の変形例を示す回路図。

以下、この発明のランプ点灯装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明のランプ点灯装置１００の構成を示す回路図である。ランプ点灯装置１００は、交流電源１１、全波整流回路１２、ＰＦＣ（Power Factor Correction）回路１３、共振型のコンバータ１５、ハロゲンランプ等のランプ１７及び調光回路２０を含む。尚、交流電源１１、全波整流回路１２、ＰＦＣ回路１３、コンバータ１５はスイッチング電源回路を構成する。

交流電源１１は全波整流回路１２によって全波整流され、直流化した電圧をＰＦＣ回路１３に供給する。ＰＦＣ回路１３は力率改善回路であり、全波整流回路１２で整流した直流電圧を昇圧する。ＰＦＣ回路１３は、インダクタンス素子Ｌ１及びダイオードＤ１を含む昇圧コンバータと、インダクタンス素子Ｌ１とダイオードＤ１との接続点に接続されたスイッチング素子Ｑ１と、平滑コンデンサＣ１及び制御ＩＣ１４を有してなる。

平滑コンデンサＣ１の両端電圧は、ＰＦＣ回路１３の出力電圧に比例しており、この出力電圧を制御ＩＣ１４にフィードバックする。制御ＩＣ１４からはスイッチング素子Ｑ１を駆動する制御パルスが出力され、フィードバック電圧に応じてスイッチング素子Ｑ１をオン・オフ制御することで出力電圧を安定化する。このようなＰＦＣ回路１３はアクティブフィルタとも呼ばれる。尚、ＰＦＣ回路１３はコンバータ１５に対する直流電圧源を構成する。

コンバータ１５は、ＰＦＣ回路１３の出力端と基準電位点（アース）間に直列に接続したスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を含む。スイッチング素子Ｑ２のドレインにはＰＦＣ回路１３からの直流電圧が入力され、ソースはスイッチング素子Ｑ３のドレインに接続し、スイッチング素子Ｑ３のソースは基準電位点（アース）に接続している。スイッチング素子Ｑ２とＱ３の接続点とアース間には、コンバータトランスＴの1次巻線Ｔ１とコンデンサＣ２から成る直列共振回路が接続されている。またスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のゲートには、制御部１６からのＰＷＭ信号が供給され、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３は、ＰＷＭ信号によって所定の周波数（又は一定の周波数）で相補的にスイッチング動作する。

スイッチング素子Ｑ２とＱ３の接続点にはスイッチング出力が得られ、このスイッチング出力によってトランスＴの一次巻線Ｔ１とコンデンサＣ２の直列回路は電流共振し、トランスＴの２次巻線Ｔ２には交流電圧が励起される。トランスＴの２次巻線Ｔ２の両端には、負荷回路として例えばランプ１７が接続されており、ランプ１７は２次巻線Ｔ２の交流電圧によってＡＣ点灯する。また、２次巻線Ｔ２の交流電圧ＶＡは調光回路２０に供給される。

またトランスＴの３次巻線Ｔ３には、ダイオードＤ２とコンデンサＣ３から成る整流・平滑回路が接続されており、整流・平滑した出力電圧を抵抗Ｒ１とＲ２の直列回路によって分圧することで、コンバータトランスＴの出力直流電圧ＶＢを得ることができる。電圧ＶＢは調光回路２０にフィードバックされる。

調光回路２０は、調光用の制御電圧を生成する可変抵抗（ボリウム）を含み、ボリウムを調整することでランプ１７の光量を調整することができる。また調光回路２０は、ボリウム調整による制御電圧と、トランスＴの２次巻線Ｔ２の交流電圧ＶＡと、抵抗Ｒ１とＲ２で分圧した出力直流電圧ＶＢとの変化に応じて制御部１６に誤差信号をフィードバックする誤差増幅器を含み、制御電圧Ｖ１に応じて制御部１６を制御する。例えば、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のオン・オフ周期を制御して、交流電圧ＶＡを変化させランプ１７を電圧調光する。またスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を休止期間と駆動期間で動作させバースト調光する。制御部１６は、集積回路（ＩＣ）で構成されている。

こうして、コンバータ１５は電流共振型として動作し、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のオン・オフをＰＷＭ信号によって制御することで、トランスＴの２次巻線Ｔ２の出力交流電圧の周波数が変化する。

以下、調光回路２０の詳細について図２を参照して説明する。調光回路２０は、ボリウム回路２１、オペアンプ（誤差増幅器）Ａ２１を含む負帰還回路２２、調光判別回路２３を有している。ボリウム回路２１は、電圧源Ｖ２０と基準電位点（アース）間に接続した可変抵抗Ｒ２１、抵抗２２、及び抵抗Ｒ２５の直列回路でなり、可変抵抗Ｒ２１と抵抗２２との接続点に可変抵抗Ｒ２１の変化によって生じる調光用の制御電圧Ｖ１を得ることができる。ボリウム回路２１は制御電圧生成部を構成する。

負帰還回路２２は、オペアンプＡ２１を含み、オペアンプＡ２１の非反転入力端子（＋）には抵抗Ｒ１とＲ２で分圧した出力直流電圧ＶＢが入力され、反転入力端子（−）には抵抗Ｒ２３を介して調光用の制御電圧Ｖ１が入力される。またオペアンプＡ２１の反転入力端子（−）と出力端間にはコンデンサＣ２１、抵抗Ｒ２４が並列に接続されている。また抵抗Ｒ２５と並列にスイッチＳＷ１が接続されている。尚、スイッチＳＷ１はトランジスタ等の電子スイッチで構成すると良い。抵抗Ｒ２５及びスイッチＳＷ１は、利得制御部を構成する。

調光判別回路２３は、トランスＴの２次巻線Ｔ２の交流電圧ＶＡの波形をもとに、ランプ１７の制御が電圧調光からバースト調光に切り替わったか、或いはバースト調光から電圧調光に切り替わったことを検出し、その検出結果に応じてスイッチＳＷ１をオン・オフ制御する。

ボリウム回路２１の可変抵抗Ｒ２１を変化させることでランプ１７の光量が調整される。例えば調光用の制御電圧Ｖ１が出力直流電圧ＶＢよりも高い場合は電圧調光のモードとなり、制御部１６を制御してランプ１７に連続的に交流電圧ＶＡを供給し、例えば交流電圧の周波数を変化することで光量を変える。また調光用の制御電圧Ｖ１が出力直流電圧ＶＢよりも低い場合は、バースト調光のモードとなり、制御部１６を制御してスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を休止期間と動作期間とで間欠的に動作させ、調光用の制御電圧Ｖ１が低くなるほど休止期間が長くなるように制御する。

図３は、調光判別回路２３の動作を示す波形図である。図３（ａ）は、電圧調光時のトランスＴの２次巻線Ｔ２の交流電圧ＶＡの波形を示しており、図３（ｂ）はバースト調光時のトランスＴの２次巻線Ｔ２の交流電圧ＶＡの波形を示している。調光判別回路２３は、交流電圧ＶＡの波高値の変化から、電圧調光モードかバースト調光モードかを判断する。例えば波高値がゼロとなる期間が所定時間以上継続した場合は、バースト調光（間欠駆動）の開始であると判断し、以降、波高値の高い期間と波高値がゼロになる期間が連続した場合はバースト調光モードに移行したと判断する。また逆にバースト調光から電圧調光モードに変わったときも交流電圧ＶＡの波高値の変化から判断する。

図２に戻って、利得制御部のスイッチＳＷ１は、調光判別回路２３の判別結果に応答してオン・オフされ、電圧調光時はオフ（開）となり、抵抗Ｒ２２に対して直列に抵抗Ｒ２５が接続され、フィードバックゲインが高くなる。またバースト調光時はオン（閉）となり、抵抗Ｒ２５は短絡され、バースト調光時にはフィードバックゲインが低くなる。

つまり、スイッチＳＷ１が無い場合は、負帰還回路２２のフィードバックゲインは一定であるため、電圧調光モードからバースト調光モードに切り替わったときに制御方式が変わるため、ランプ１７の光量が急に変化するが、本発明では電圧調光からバースト調光に切り替わったときに抵抗Ｒ２５が接続されてゲインが低くなるため、光量の急激な変化を低減することができる。

図４は、ボリウム回路２１によって調光用の制御電圧Ｖ１を可変したときのランプ１７の電流の変化を示した特性図である。図４の横軸は制御電圧Ｖ１を示し、縦軸はランプ電流ＩＬを示している。横軸においてｔ１はバースト調光期間を示し、ｔ２は電圧調光期間を示している。例えば電圧調光によってランプ１７を制御しているときに、制御電圧Ｖ１が所定の値以下に下がると、バースト調光（間欠駆動）のモードに切り替わる。

従来では、バースト調光に切り替わった瞬間に特性Ａで示すようにランプ電流画が急激に変化してしまい、ランプ１７の光量がスムーズに変化しなという不具合があった。これに対して本発明では、電圧調光からバースト調光に切り替わると負帰還回路２２のフィードバックゲインが低くなるため、特性Ｂで示すようにバースト調光に変わってもランプ電流ＩＬが急激に変化するのを避けることができる。したがって光量が急に変化することなくスムーズに調光することができる。

尚、電圧調光からバースト調光に切り替わった瞬間にゲインを切り替えた場合、ランプ電流（電圧）が急変して不要な発振現象を生じることがあるため、調光判別回路２３にヒステリシス特性を持たせ、電圧調光からバースト調光（又はバースト調光から電圧調光）に切り替わった瞬間から所定の遅れ時間をもってスイッチＳＷ１を切り替えるようにすると良い。

図５は、調光回路２０の変形例を示す図である。図５では、調光用の制御電圧Ｖ１によってスイッチＳＷ１をオン・オフするものである。即ち、調光回路２０は、ボリウム回路２１の可変抵抗Ｒ２１と抵抗Ｒ２２との接続点の電圧Ｖ１が所定の電圧以下になったときに電圧調光モードからバースト調光モードに切り替わるため、電圧Ｖ１が予め設定した値以下になったときにスイッチＳＷ１がオンになり、予め設定した値以上になったときにスイッチＳＷ１がオフになるようにしている。図５の例でも図４と同じ特性を得ることができる。

以上述べたように本発明では、ランプ１７の調光時に電圧調光からバースト調光に切り替わっても負帰還回路２２のフィードバックゲインが変わることにより、ランプ１７の光量が急激に変化するのを避けることができ、スムーズに調光することができる。

尚、本発明の実施形態は、以上説明した構成に限定されるものではない。また特許請求の範囲を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

１００…ランプ点灯装置
１１…交流電源
１２…全波整流回路
１３…ＰＦＣ回路
１４…制御ＩＣ
１５…コンバータ
１６…制御部
１７…ランプ
２０…調光回路
２１…ボリウム回路（制御電圧生成部）
２２…負帰還回路
２３…調光判別回路
Ｑ２，Ｑ３…スイッチング素子
Ｔ…コンバータトランス
Ｔ１…１次巻線、
Ｔ２…２次巻線
Ｃ２…コンデンサ
Ａ２１…オペアンプ（誤差増幅器）
Ｒ２１…可変抵抗
Ｒ２２〜Ｒ２５…抵抗
ＳＷ１…スイッチ（利得制御部）

Claims (5)

1. 直流電源からの直流電圧を入力とするスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子をスイッチング制御する制御部と、
   前記スイッチング素子からのスイッチング出力が供給される１次巻線と、前記スイッチング出力によって交流電圧が励起される２次巻線を有するコンバータトランスと、
   前記コンバータトランスの２次巻線に接続され、前記２次巻線に励起される交流電圧を利用して点灯されるランプと、
   前記ランプの調光用の制御電圧を生成する制御電圧生成部と、前記制御電圧と前記コンバータトランスの出力直流電圧を比較して前記制御部に誤差信号をフィードバックする誤差増幅器を含み、前記制御電圧に応じて前記スイッチング素子を電圧調光またはバースト調光のモードで駆動する調光回路と、
   前記電圧調光と前記バースト調光のモード切り替えに応じて前記誤差増幅器の利得を制御し、前記モードの切り替わりにおける前記ランプの光量の急変を抑制する利得制御部と、を具備したことを特徴とするランプ点灯装置。
2. 前記制御電圧生成部は、電圧源と基準電位点間に接続した可変抵抗と第１の抵抗及び第２の抵抗の直列回路を含み、前記可変抵抗と前記第１の抵抗との接続点に生じる制御電圧を前記誤差増幅器の入力端に供給し、
   前記利得制御部は、前記第１、第２の抵抗のいずれかに並列に接続したスイッチを含み、前記モードの切り替わりに応答して前記スイッチをオン・オフすることを特徴とする請求項１記載のランプ点灯装置。
3. 前記２次巻線に励起される交流電圧波形をもとに、前記電圧調光と前記バースト調光のモードの変化をヒステリシス特性を持って判別する判別部を備え、
   前記判別部の判別結果に応じて前記利得制御部の前記スイッチをオン・オフすることを特徴とする請求項２記載のランプ点灯装置。
4. 前記ランプの調光用の制御電圧が予め設定した電圧値になったときに、前記利得制御部の前記スイッチをオン・オフすることを特徴とする請求項２記載のランプ点灯装置。
5. 直流電源からの直流電圧をスイッチング素子に入力し、
   前記スイッチング素子を制御部によってスイッチング制御し、
   前記スイッチング素子からのスイッチング出力をコンバータトランスの１次巻線に供給し、前記スイッチング出力によって前記コンバータトランスの２次巻線に交流電圧を励起し、
   前記コンバータトランスの２次巻線に励起された交流電圧を利用してランプを点灯し、
   前記ランプの調光用の制御電圧を生成し、
   前記制御電圧と、前記コンバータトランスの出力直流電圧を誤差増幅器によって比較して前記制御部に誤差信号をフィードバックし、前記制御電圧に応じて前記スイッチング素子を電圧調光またはバースト調光のモードで駆動し、
   前記電圧調光と前記バースト調光のモード切り替えに応じて前記誤差増幅器の利得を制御し、前記モードの切り替わりにおける前記ランプの光量の急変を抑制することを特徴とするランプ点灯装置。

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