JPH0349195A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野１ 本発明は、調光制御可能な放電灯点灯装置に関するもの
である。

［従来の技術１ 従来の調光制御可能な放電灯点灯装置を第１６図に示す
。この放電灯点灯装置は入力交流電力の位相制御を行っ
て入力電力を制御する調光制御方式のものである。この
放電灯点灯装置では、商用電源ＡＣと安定器Ａとの間に
位相制８１１部Ｂを設け、安定器Ａの出力で放電灯ｌを
点灯し、電力制御素子として双方向性スイッチング素子
（トライアック）Ｑ、を用い、調光制御部Ｃでスイッチ
ング素子Ｑ０の導通角を制御して、入力交流電力の位相
制御を行うようにしである。この放電灯点灯装置では、
特開昭５７−１６２２９５号公報あるいは特開昭５８−
５４５９６号公報に開示されでいるように、放電灯ｒの
フィラメントに一定量の予熱電力あるいは調光度に応じ
た予熱電力を与えるようにしである。

また、他の調光制御可能な放電灯点灯装置としては、電
力制御素子として可変インピーダンスを用いて調光制御
を行うものがある。第１７図では交ｔｉｔ電源りの両端
に可変インピーダンス（例えば可飽和リアクトル）Ｌｏ
を介して放電灯ｒを接続してあり、また第１８図では放
電灯ｆの両端に可変インピーダンスＬ０を接続し、大々
調光Ｉｆｆ　ｌｉｔ　ｆｆ５　Ｃの出力で可変インピー
ダンスＬ０のインピーダンスを制御して交流電源りから
放電灯ｌに供給される電力を制御し、放電灯ｌを調光５
α灯させるようにしである。ここで、上記夫々の放電灯
、ζ灯装置では予熱トランスＴｐにより放電灯ｌのフィ
ラメントの予熱を行っており、夫々の場合には常に一定
の予熱電力を供給している。なお、第１８図では放電灯
ｌに直列にチョークコイルＬＩを接続しである。

さらに、その他の調光制御方法としては、交流電源の周
波数を可変する所謂周波数制御による電力制御がある。

この方法を用いた放電灯点灯！！置を第１９図に示す。

この場合、交流電源りの周波数が亮くなると、放電灯ｌ
に直列に接続されたチョークコイルし、のインピーダン
ス（チラークコイルのインダクタンスをＬｌとした場合
、インピーダンスはｊ２ｆｆＬ、である。）が大きくな
り、放電灯ｌに供給される電力は低下することを利用し
ている。この放電灯点灯装置においても、例えば特開昭
６１−６９３７７号公報で開示されているように、放電
灯ｌのフィラメントには一定あるいは調光度に応じた予
熱電力を与えるようにしである。

さらに、その他の調光制御方法ととしては、放電灯ｌに
印加される電圧を可変する方法や、周期的に電力を遮断
する方法等がある。

［発明が解決しようとする課題１ ところが、上述のいずれの調光制御方法によっても深い
調光レベル（放電灯ｌの輝度が低く、暗い調光状態）で
の高精度の調光制御が難しいという問題があった。仮に
、このような高精度の調光設定が行えるとしても、光出
力の補正制御のために大変に複雑な回路が必要となる。

しかも、深い調光レベルでの光束の違いに対して人間の
目は敏感に認識する。例えば、放電灯ｌの定格、点灯時
の光束を１００としたとき、５％の光束比の場合と、６
％の光束比の場合との明るさの違いを認識できる。なぜ
ならば、例えば光束比８０％の浅い調光レベル時（放電
灯ｌの輝度が高く、明るい調光状態）では、光束比が１
％ばらついたとしても、相対的にそのばらつきが少ない
ため、人間の目は明るさを認識しすらい、ところが、深
い調光レベル時では同じばらつきでも、相対的にそのば
らつきが大きいため、明るさの違いをはっきり認識する
ことが可能となるためである０本発明の発明者等の実験
によれば、光束比２０％以下でその明るさの違いを認識
できることが分かっている。

つまり、従来の上述の調光制御方法では、深い調光レベ
ルにおいて調光出力レベル（光出力レベル）を高精度に
制御することは難しいものであった。

本発明は上述の、くに鑑みて為されたものであり、その
目的とするところは、深い調光レベルにおいて調光出力
レベルを高い精度で制御することができる放電灯点灯装
置を提供することにある。

Ｅ課題を解決するための手段１ 上記目的を達成するために、本発明は放電灯を点灯する
点灯回路と、放電灯のフィラメントに印加する予熱電圧
を可変して放電灯の発する光束を制御する予熱制御手段
とを備えている。なお、放電灯への影響がないようにす
るためには、上記予熱制御手段の予熱電圧（Ｖｐ）の変
化幅範囲を２ｖ≦Ｖｐ≦６ｖ とすると良い。

［作用］ 本発明は、放電灯のフィラメントに印加される予熱電圧
を可変すると、放電灯の光出力を僅かに可変できること
に着目して、この予熱電圧の制御を用いて放電灯の高精
度な調光制御ができるようにしたものである。

［実施例１１ 本発明は、基本的には、第１図に示すように、放電灯ｌ
を点灯維持する。く灯器路１と、放電灯！のフィラメン
トを予熱する予熱回路２と、この予熱回路２による放電
灯ｌの予熱状態を制御する予熱制御回路３とで構成され
る。

まず、初めに本発明の調光制御方式の原理を説明する。

第２図に示す回路において、放電灯Ｉをある一定レベル
で点灯維持しておく。この状態で従来のように放電灯ｌ
のフィラメントに一定の予熱電力を供給した状態とする
と、放電灯Ｉの光出力は一定になっている。なお、予熱
回路２は予熱トランスＴｐと出力の振幅を可変できる交
流電源４とで構成しである。ここで、点灯回路１の出力
を一定にした状態で、予熱制御回路３によりフィラメン
トに供給される予熱電力のみを変化させると、放電灯Ｉ
の光出力が僅かではあるが変化する。

つまり、予熱電力を多くすると光出力が増加し、予熱電
力を少なくすると光出力が低下する。この理由は、予熱
電力を多くすると、フィラメントの温度が上がって熱電
子放射が容易となり、フィラメントからの熱電子放出量
が多くなり（なお、このときランプ電圧は低下する。）
、逆に予熱電力を下げると、フィラメントの温度が下が
って熱電子を放射しにくくなり、フィラメントからの熱
電子放出量が少な（なる（なお、このと終ランプ電圧は
上昇する。）ためである、なお、一般に熱電子放射は ＝　Ａ　Ｔ　”ｅｘｐ（−影） で求まる。但し、Ａ、Ｂは金属種類による定数、Ｔは金
属表面温度じに１ つまりは、上述のことは予熱電力を制御すれば光出力の
制御、即ち調光制御が可能であることを意味する。とこ
ろで、この予熱電力を制御して調光制御を行う場合、放
電灯！に流れる電流が少ないときほど大きいことは容易
に推測できる。何故ならば、一方のフィラメントから出
た熱電子が他方のフィラメントに衝突することによる温
度上昇が大きければ、フィラメントに供給される予熱電
力による温度上昇−が顕者には現れないから、予熱電力
による温度上昇効果を低下させることになるためである
。

以上をまとめると、 （１）フィラメントの予熱電力の制御により調光制御が
行える。

（２）放電灯ｌに流れる電流が小さいほど、フィラメン
トの予熱電力の制御による調光効果は大きくなる。

ここで、この予熱制御方式におけるフィラメントの予熱
変化量は次の範囲にする必要がある。

まず、予熱変化量の最大値について説明する。

予熱を変化させる際、その最大値はランプ寿命を考慮し
なければならない、ＪＩＩＩち、余り過大な予熱電力を
供給すると、フィラメントの損耗が激しく、ランプ寿命
を低下させる。さらに、予熱電圧を大きくし過ぎた場合
には、フィラメント近傍での局部放電が発生し、その部
分のみが明るくなってしまう１以上の息を考慮すると、
予熱量は予熱電圧で６ｖ以下にすることが必要である。

次に、予熱変化量の最小値について説明する。

放電灯の出力が低い場合、即ち放電灯ｌの定格出力に対
して出力が低い場合（調光している状態）で、放電灯ｉ
を安定に点灯維持させるには、放電灯ｌのフィラメント
にあるレベル以上の予熱電力を与えておく必要がある。

このレベル以下の場合、調光状態での放電灯ｌの点灯状
態が不安定となる。また、調光状態でフィラメント予熱
が小さ過ぎた場合、放電灯ｌの寿命が低下する場合があ
る。以上の点を考慮すると、予熱量は予熱電圧で２ｖ以
上とする必要がある。

以上をまとめると、フィラメントの予熱量を変化させて
光出力を制御するには、予熱電圧Ｖρは２ｖ≦Ｖｐ≦６
ｖ とする必要がある。さらに予熱量の変化に対して光出力
がスムーズに変化する範囲としては、３■≦Ｖｐ≦５■ が望ましい値である。

本発明の実施例を第３図に示す。第３図における点灯回
路１は深い調光レベルで放電灯ｌを、ζ灯するもので、
交流電源４は出力振幅が可変できる高周波出力を放電灯
ｌのフィラメントに供給するものである。

本実施例の具体回路を第４図に示す。点灯回路１として
は、商用電源ＡＣをダイオードブリッジＤＢ、及び平滑
コンデンサＣ１で整流平滑して直流電源を得て、この直
流電源を電源として動作するインバータ回路１の出力で
放電灯ｌを高周波点灯するものを用いである。インバー
タ回路１は、平滑コンデンサＣＩの両端にトランジスタ
Ｑ、、Ｑ、を接続した所謂シリーズインバータを用いて
あり、後述する制御部１ｂによりトランジスタＱ、、Ｑ
２を交互にスイッチングして直流電圧を高ＦＪ波電圧に
変換して出力するものである。ここで、放電灯ｌは直流
カット用のコンデンサＣ２とチョークコイルＬ、とを介
してトランジスタＱ２の両端に接続してあり、放電灯ｒ
の両端にはチョークフィルＬ、と共に直列共振回路を構
成するコンデンサＣ５を並列に接続しである。つまり、
インバータ回路１の出力に共振する直列共振回路のコン
デンサＣ１の両端に発生する高電圧を放電灯ｌに印加し
て放電灯ｐを始動、α灯する。なお、抵抗Ｒ，は放電灯
ｌを低光束で安定に５党灯させるために設けである。

制御部１ｂはスイッチングレギュレータ用ＩＣ（μＰＣ
４９４Ｃ１ＮＥＣ製）６と、高耐圧ブリッジドライバ用
ＩＣ（ＩＲ２１１０、ＩＲ社！り７を用いて構成しであ
る。ＩＣ６は、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１で決まる周
波数、抵抗Ｒ２，Ｒ，の分圧比で決まるデユーティ比で
発振動作するもので、ＩＣ７は入力されたと信号と同じ
波形の信号を信号量の絶縁耐圧５００ｖで出力するもの
である。つまり、この制御部１ｂはトランジスタＱ、、
Ｑ、を交互にスイッチングさせるように動作し、この制
御部１　ｂによるトランジスタＱ、、Ｑ２のスイッチン
グ周波数は放電灯ｌが深い調光レベルとなる周波数に設
定しである。なお、ＩＣ７のダイオードＤコンデンサＣ
６及び抵抗Ｒアからなる回路はブートストラップ回路で
、高電位側のトランジスタロ１側の出力８の′！！Ｌ源
を作成するものである。

予熱回路２は、平滑コンデンサＣＩの両端に直列接続さ
れたトランジスタＱ、、Ｑい直流カット用のコンデンサ
Ｃ４及１予熱トランスＴｐ″Ｃ構成してあり、放電灯Ｐ
のフィラメントに高周波予熱電力を供給する。この予熱
回路２の出力電圧を可変するように制御を行う予熱制御
回路３は、インバータ回路１の制御ｇｌｂと同様に、ス
イッチングレギュレータ用ＩＣ（μＰＣ４９４Ｃ，ＮＥ
Ｃ１Ｍ）８と、高耐圧ブリッジドライバ用ＩＣ（ＩＲ２
１１０、ＩＲ社製）９を用いて構成してあり、この予熱
制御回路３では抵抗Ｒ２，Ｒ、の代わりに可変抵抗ＶＲ
，を用いて、デユーティ比を可変できる点を除いて上記
ｆｄＪｌｊｌｉ５と同一構成となっている。

つまり、この予熱制御回路３ではデユーティ比を可変す
ることにより放電灯ｌに印加される予熱電圧を可変する
ようにしである。

今、ＩＣ８の出力のデユーティ比を大きくして、第５図
（イ）の（ｅ）、（ｆ）に示すようにトランジスタＱ３
．Ｑ、のオン期間を長くすると、同図（ｇ）に示すよう
にフィラメントに供給される予熱電圧（平均電圧）が高
くなり、同図（ｈ）に示すように放電灯ｌの電流が増加
する。よって、放電灯ｌの光出力が増加する。逆に、Ｉ
Ｃ８の出力のデユーティ比を小さくすると、第５図（ロ
）の（ｅ）、（ｆ）に示すようにトランジスタＱ、、Ｑ
、のオン期間が短くなり、同図（ｇ）に示すようにフィ
ラメントに供給される予熱電圧が低くなり、同図（ｈ）
に示すように放電灯ｌの電流が減少する。よって、放電
灯ｌの光出力が低下する。ここで、第５図（イ）、（り
）の（ａ）〜（ｄ）には夫々トランジスタＱ、、Ｑ、に
印加されるデート・ソース間電圧及シトレイン電流を示
してあり、この、α灯回路１では予熱制御に関係なく一
定状態で放電灯！を点灯している。

ある深い調光レベルにおいて上記予熱制御による調光制
御の放電灯点灯装置によって予熱電圧と相対照度との関
係を測定すると、第６図に示す結果が得られた。なお、
この第６図では相対照度は定格点灯時の照度を１００％
とした場合の１％近傍における予熱電圧と相対照度との
関係を示してあり、Ｒ囲温度は約２３°Ｃであつた。

ところで、上述の説明では深い調光レベルの照灯回路１
としてインバータ回路を用いたものを示したが、安定器
であっても構わないし、またインバータ回路としでも一
石タイブ等の他の方式のインバータであっても構わない
。さらに、本実施例ではフィラメントに高周波予熱電力
を供給するようにしていたが、商用周波あるいは直流で
あっても良く、種別は問わない、さらにまた、予熱制御
回路３の構成も第４図の構成に限定されるものではない
ことは言うまでもない。

例えば、第７図に示すように、直流電源Ｅの両端に予熱
トランスＴｐの１次巻線を介してトランジスタＱ、を直
列接続した所謂フライバック方式の−石インバータを用
いて予熱回路３を構成しても良し、勿ｗ１７オワード方
式のものであっても何等問題はない、また、第８図に示
すように、商用？ｌｔ源ＡＣを高周波に変換した電圧を
トランスＴ２に印加し、このトランスＴ２のフィラメン
ト毎に設けた２次出力をダイオードブリッジＤＢ、、Ｄ
Ｂ、及び平滑コンデンサＣ３゜、Ｃ１１で整流平滑して
制御電源を得て、この制御′ＩＬｉＰ！にトランジスタ
Ｑ　ｉｓＱアを介して放電灯ｌのフィラメントをｍ続し
、トランジスタＱ、、Ｑ、をスイツチングして能動的に
予熱電圧を制御するようにして６良い。さらに、第９図
に示すように、点灯回路１を予熱飼１１回路３及び予熱
回路２の一部に兼用することもできる。

この場合にはトランジスタＱ、、Ｑ、の間にリーケージ
を持った予熱トランスＴｐを直列に接続してあり、トラ
ンジスタＱ、、Ｑ２は同時オンするようにスイッチング
制御するもので、トランジスタＱ１．Ｑ２の同時オンに
より予熱トランスＴｐにエネルギをＩＦ積し、トランジ
スタＱ、がオフの時にフライバック方式でフィラメント
に予熱電力を供給する。即ち、この放電灯７点灯装置で
は上記トランジスタＱ、、Ｑ２の同時オンの時間を制御
することにより、予熱電圧を制御するようにしたもので
ある。

以上、本発明の実施例を数種水したが、要は深い調光レ
ベルに設定された放電灯ｌの光出力を予熱電圧により制
御するものはすべて本発明の実施例となるのである。

Ｅ実施例２】 上述の説明においては点灯回路１は深い調光レベルに固
定されたものについて説明したが、ｆｊｔＪ１０図に示
すように、α灯回路１が広い調光範囲を有するものであ
りでも本発明を適用することができる。第１０図の具体
回路を第１１図に示す。この＠１１図の具体回路におい
ては制御部３ｂによりインバータ回路１の発ｉ周波数を
可変できるように、ＩＣ６の６番端子に可変抵抗ｖＲ２
を接続しである点が第４図回路と異なる。この場合には
放電灯ｌの調光レベルが深くなったときに予熱回路２及
び予熱制御回路３による予熱制御による調光制御が有効
に働くのであり、浅い調光レベルにおいては上述の説明
から明らかなように予熱制御による調光制御は何等影響
を与えないため１．ｇ灯器路１の調光範囲が広い場合に
本発明を適用しても何等問題はない。なお、本実施例の
場合にも第１の実施例で説明したように、予熱電圧の種
別や制御部や予熱側ｍ回路３の構成等に特に制限はなく
、要は広い調光範囲を持つ点灯回路において、放電灯ｌ
の光出力を予熱電圧で制御するものであれば上記実施例
のものに限定される訳ではない。

【実施例３１ 第２の実施例の場合には放電灯ｌの調光状態を手動で行
うようにしてあったが、自動的に調光を行うものであっ
ても本発明を適用できる。

本実施例の概略構成を第１２図に、その具体回路を第１
３図に示す０本実施例では、点灯回路は調光信号■、に
応じて放電灯ｌの調光を行い、予熱制御回路３は調光信
号ｖ１とランプ電流検出回路１１の出力とに応じて予熱
制御を行うようにしである。

第１３図においては、インバータ回路１の制御ｉｌｂで
は調光信号■、を反転増幅回路１２で反転増幅し、この
反転増幅した出力に応じた定電流をカレントミラー回路
１３によりＩＣ６の６番端子に流すようにして、調光信
号■、に応じてインバータ回路の発振周波数を可変し、
放電灯！の調光制御を行うようにしである。なお、調光
信号■。

は直流で、調光レベルを深くする場合に電圧が高く、こ
のときＩＣ６の出力の周波数は低くなり、放電灯ｌが遅
相モードで、点灯しているので、放電灯ｌは明るく点灯
する。逆に、調光レベルを浅くすると外に調光信号■、
は電圧が低く、ＩＣ６の出力の周波数は高くなり、放電
灯ｌは暗く調光点灯する。

２ンブ電流検出回路１１はカレントトランスＣＴ１、ダ
イオードプリ７ジＤＢい平滑コンデンサＣ１及び抵抗Ｒ
１２で構成してあり、放電灯ｌが明るい場合、出力が高
く、暗い場合に出力は低くなる。

予熱制御回路３は基本的な構成は上述の従来例と同じで
あるが、本実施例ではＩＣ８の４番端子（デッドオフコ
ントロール端子）の電圧を調光信号ｖ１とランプ電流検
出回路１１の出力■２との関係に応じて変えるようにし
である。このために、ＩＣ８の基準電圧端子である１４
番端子の電圧を抵抗Ｒ１９１Ｒ２゜で分圧した電圧をバ
ッファＢ、を介して４番端子に印加すると共に、調光信
号Ｖ１とランプ電流検出回路１１の出力■２とをコンパ
レータＣＰ、で比較し、この比較回路ＣＰ１の出力でト
ランジスタＱ　ｌｏを導通制御し、バッファＢ１の抵抗
Ｒ２，を介した出力への抵抗Ｒ２□の接続切離しを打う
ようにしである。

今、調光信号■、がランプ電流検出回路１１の出力■２
よりも低い場合、つまりは明る過ぎる場合、コンパレー
タＣＰ１の出力はローレベルとなり、トランジスタＱ、
。がオフとなり、よってＩＣ８の４番端子には抵抗Ｒ１
！ｆＲ２゜の分圧電圧がそのまま印加され、この場合に
はＩＣ８の出力のデユーティ比が小さくなり、従ってト
ランジスタＱコ。

Ｑ、のオン期間が狭くなる。このため、フィラメントの
予熱が少なくなり、放電灯ｌは暗くなる。

次に、調光信号■１がランプ電流検出回路１１の出力■
２よりも高い場合、つまりは暗ら過ぎる場合、コンパレ
ータＣＰ、の出力はハイレベルとなり、トランジスタＱ
、。がオンとなり、よってＩＣ８の４番端子にはバッフ
ァＢ、出力を抵抗Ｒ２，。

Ｒ２□で分圧した電圧が印加され、この場合にはＩＣ８
の出力のデユーティ比が大きくなり、従ってトランジス
タＱ、、Ｑ、のオン期間が広くなる。このため、フィラ
メントの予熱が多くなり、放電灯ｌは明るくなる。つま
り、本実施例では主な調光をインバータ回路の発振周波
数を制御することにより行い、その微ｌｌ！整を予熱制
御により行うようにしである。なお、本実施例の場合に
も上述の実施例と同様に、予熱電圧の種別や制御部や予
熱制御回路３の構成等に特に制限はない。また、明るさ
を検出するためにランプ電流検出回路１１を用いである
が、放電灯ｌの明るさに関係する位置であれば、その検
出位置に制限を加えるものではない ところで、上述の説明においては予熱制御により調光制
御を行う場合について説明してきたが、その他の方法で
高精度な調光制御を行うものを第１４図に示す、この第
１４図においてはインバータ回路１の制御１部１ｂの調
光のための制御を行う制ｍ部を２個備え、一方の制御１
１２１は広い周波数変化幅で調光制御を行うと共に、他
方の制御部１２１は狭い周波数変化幅で調光制御を行う
。

つまりは、制御部１２□が上記第３の実施例の予熱制御
回路３と同様に働き、調光状態の高精度の調光制御を行
うようにしである。この場合にも第３の実施例と同様に
ランプ電流検出回路１１の検出位置に限定はない。また
、制御部１２．．１２□は周波数制御を行うものに限定
されるものではない。

この場合で、点灯回路１の発振周波数が４４ＫＨｚ〜９
０ｋＨｚまで変化するようにし、相対照度比が１００〜
０．５％まで変化するようにしである。この場合の相対
照度比１％近傍での発振周波数と相対照度との関係を１
１５図に示す。この第１５図から明らかなように、本実
施例の制御部１２□では数１００Ｈｚ程度の精度で周波
数制御を行うようにしである。

［発明の効果１ 本発明は上述のように、放電灯のフィラメントに印加す
る予熱電圧を可変して放電灯の発する光束を制御する予
熱制御手段を備えているので、放電灯のフィラメントに
印加する予熱電圧を制御して、放電灯の光出力を僅かに
可変させ、これにより放電灯の高精度な調光制御を行え
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示す回路図、第２図は同上
の動作原理を示す回路図、第３図は本発明の第１の実施
例の回路図、第４図は同上の具体回路図、第５図は同上
の動作説明図、第６図は同上の予熱電圧に対する相対照
度の特性図、＃ｆＪ７図乃至第９図は上記実施例を応用
した回路図、第１０図はｆｊ４２の実施例の回路図、第
１１図は同上の具体回路図、第１２図は第３の実施例の
回路図、第１３図は同上の具体回路図、第１４図は本発
明を応用した回路図、第１５図は同上の発振周波敗に対
する相対照度の特性図、第１６図乃至第１９図は夫々従
来例を示す回路図である。 １は点灯回路、２は予熱回路、３は予熱制御回路、ｌは
放電灯である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）放電灯を点灯する点灯回路と、放電灯のフィラメ
   ントに印加する予熱電圧を可変して放電灯の発する光束
   を制御する予熱制御手段とを備えた放電灯点灯装置。
2. （２）上記予熱制御手段の予熱電圧（Ｖｐ）の変化幅範
   囲を ２Ｖ≦Ｖｐ≦６Ｖ として成る請求項１記載の放電灯点灯装置。