放電燈點燈裝置以及照明裝置的製作方法
2023-06-12 11:02:46
專利名稱：放電燈點燈裝置以及照明裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及能夠點亮額定功率不同的多種的放電燈的放電燈點燈裝置以及具備該放電燈點燈裝置的照明裝置。
背景技術：
以往，作為這种放電燈點燈裝置，具備設有串聯連接在直流電源電路的輸出端子之間且以高頻交替地導通、截止的一對開關元件的逆變器電路；與各開關元件的任意一個並聯連接並且至少由一個電感器、電容器及放電燈構成的諧振電路，諧振電路的電容器通過放電燈的燈絲與放電燈並聯連接，到放電燈開始點燈的規定的預熱時間內從逆變器電路向放電燈的燈絲供給預熱電流，對於由成為規定全光束的燈電流為大致一定的、額定功率不同的多種的螢光燈構成的放電燈，正常點燈時，與放電燈種類無關地以設定在諧振電路無負載時的諧振頻率附近的第1頻率使逆變器電路工作，與使用放電燈的種類無關地，取直流電源電路輸出電壓為320V～440V範圍的任意值(例如，專利文獻1等)。
已知，在變形半橋形逆變器電路的中點即串聯連接的一對開關元件中的一個開關元件上，通過隔直電容器並聯連接預熱變壓器和電容器的串聯電路，預熱變壓器具有作為次級繞組的2個預熱繞組，用該各預熱繞組進行放電燈的燈絲預熱(例如，專利文獻2等)。
〔專利文獻1〕特開2002-117996號公報〔專利文獻2〕特開2003-168584號公報然而，專利文獻1所記載的方案由於是通過諧振電路的電容器流過預熱電流，預熱電流量則由燈電壓、逆變器電路的工作頻率以及諧振電容器的容量來決定。因此，為了不使放電燈壽命惡化，存在必須是預熱電流為適量的限制。
又，在裝有燈電壓為2倍以上的放電燈的情況下，流過燈絲的電流與燈電壓成比例且為2倍，以燈電壓最低的燈來設計預熱量的情況下，對於燈電壓高的燈，由於預熱電流為約2倍，因預熱過剩燈壽命會縮短或者產生不必要的功率損耗，再者，若以燈電壓高的燈來涉及預熱量的情況下，對於燈電壓低的放電燈，有預熱不的問題。
如此，對於電容器預熱方式，若使用於額定功率不同的多個放電燈時，對於直流電源電路的輸出電壓VDC和諧振電路的電容器電容量會產生一定的限制，由於在放電燈點燈過程中流過的預熱電流量直接依賴於燈電壓，存在預熱過剩或預熱不足的問題。
專利文獻2記載的方案由於為形成預熱電路而使用專用的預熱變壓器及電容器，因此，存在使用的部件的個數增加、構造複雜化的問題。
發明內容
對於適用於額定功率不同的多種的放電燈的放電燈點燈裝置，本發明提供一種在電路設計上對於直流電源電路的輸出電壓及諧振電路的電容器電容量不會產生限制並且即使適用額定功率不同的多種的放電燈也不會產生預熱過剩或預熱不足等問題、而且為預熱而使用的零部件數量不會增加的放電燈點燈裝置以及具備該放電燈點燈裝置的照明裝置。
第1方面的發明是一种放電燈點燈裝置，其具有直流電源電路；逆變器電路，與直流電源電路連接並且具有一個以上的開關元件；諧振電路，與上述開關元件連接，包含設置為不通過在電感器、放電燈及放電燈的燈絲中的電流的電容器；預熱電路，在上述電感器的次級側使預熱繞組磁性耦合，通過將該預熱繞組與上述放電燈的燈絲連接對該燈絲通預熱電流；以及控制手段，在使得額定功率不同的放電燈點燈時，以與所述諧振電路無負載時的諧振頻率大致相同的的點燈頻率使上述逆變器電路工作以使得流過該放電燈的燈電流為大致恆定。
在該裝置中，由於流過諧振電路的電容器的電流不流過放電燈的燈絲，因此，在進行電路設計的發明，不會對直流電源電路的輸出電壓以及諧振電路的電容器的容量產生限制。而且，即使使用額定功率不同的放電燈，諧振電路的電感器上產生的電壓與燈電壓的變化相比變化小，在使用額定功率不同的放電燈的情況下，即使燈電壓發生變化，與電容器預熱方式相比，對預熱電流產生的影響能夠減小，不會產生預熱過剩或預熱不足等的問題。
第2方面的發明是一种放電燈點燈裝置，它是在額定功率不同的放電燈群中，比較最高燈電壓對最低燈電壓之比、與兩者的各預熱電流量之比時，預熱電流量之比小。
第3方面的發明是一种放電燈點燈裝置。具有直接或間接檢測流過所述放電燈的燈電流的檢測手段；在使得額定功率不同的放電燈點燈時，根據所述檢測手段的檢測輸出使上述逆變器電路工作以使得流過該放電燈的燈電流為大致恆定的控制手段。
第4方面的發明是在第1～3中任意一方面所述的放電燈點燈裝置中，還具備在放電燈點燈後使流過預熱電路的電流減少或截止的電流控制手段。
第5方面的發明是一種照明裝置，它具備第1～3方面任意一方面所述的放電燈點燈裝置；組裝入該放電燈點燈裝置的照明器具。
根據第1～第4方面的方面，對於適用於額定功率不同的多種的放電燈，能夠提供下述的放電燈點燈裝置，該放電燈點燈裝置在進行電路設計的方面上也不會對直流電源電路的輸出電壓及諧振電路的電容器的容量產生限制、且即使使用額定功率不同的多種的放電燈也不會產生預熱過剩或預熱不足等的問題、而且不會因預熱過剩產生燈壽命縮短以及不會產生不必要的功率損耗、且為預熱而使用的零部件數量不會增加。
根據第4方面的發明，能夠提供一種使燈電壓的變化對對預熱電流幾乎不產生影響並且在放電燈點燈時能夠可靠地防止不需要的預熱電流流過燈絲的放電燈點燈裝置。
根據本發明第5方面的方面，對於適用於額定功率不同的多種的放電燈，能夠提供下述的放電燈點燈裝置，該放電燈點燈裝置在進行電路設計的方面上也不會對直流電源電路的輸出電壓及諧振電路的電容器的容量產生限制、且即使使用額定功率不同的多種的放電燈也不會產生預熱過剩或預熱不足等的問題、而且為預熱而使用的零部件數量不會增加。
圖1是表示本發明第1實施形態的電路的結構圖。
圖2是表示本發明第2實施形態的電路的結構圖。
圖3是表示本發明第3實施形態的電路的結構圖。
圖4是表示本發明第4實施形態的組裝入放電燈點燈裝置的照明裝置的立體圖。
符號說明2 全波整流器4 直流電源電路
10 逆變器電路11，12 MOS型FET13 逆變器控制部15 第2電感器16 諧振用電容器17 放電燈17a，17b 燈絲18a，18b 預熱繞組具體實施方式
(第1實施形態)如圖1所示，在交流電源1上連接由二極體橋式電路形成的全波整流器2的輸入端子，在該全波整流器2的輸出端子上並聯連接電容器3。
在所述全波整流器2的輸出端子上連接由升壓斬波電路構成的直流電源電路4。所述直流電源電路4是，在全波整流器2的輸出端子上通過斬波用的第1電感器5並聯連接連接作為開關元件的第1MOS型FET(場效應電晶體)6，在該第1MOS型FET6上同極性地並聯連接濾波電容器8，將從所述全波整流器2輸出的脈動電壓變換成所要求的直流電壓。構成為由斬波控制部9對所述第1MOS型FET6進行開關控制。
在所述直流電源電路4的輸出端子即所述濾波電容器8上連接逆變器電路10。所述逆變器電路10作為一對開關元件具備第2、第3MOS型FET11、12，將該各MOS型FET11、12的串聯電路與所述濾波電容器8並聯連接。由構成控制手段的逆變器控制部13對所述各MOS型FET11、12按照一定頻率的高頻交替地進行導通、截止控制。
接著，在所述逆變器電路10的第3MOS型FET12上並聯連接直流截去用電容器14、鎮流用的第2電感器15以及諧振用電容器16的串聯電路，同時，將放電燈17的燈絲17a，17b的一端並聯連接在所述諧振用電容器16上，由此形成諧振電路。
在所述第2電感器15的次級側添設一對的預熱繞組18a，18b，將一個預熱繞組18a與所述放電燈17的一方的燈絲17a連接，將另一個預熱繞組18b與所述放電燈17的另一方的燈絲17b連接，由此形成預熱電路。
將所述逆變器控制部13對各MOS型FET11、12進行導通、截止控制時的頻率設定在所述諧振電路無負載時的諧振頻率附近。
對於這樣的構造，當接入交流電源1時，從全波整流器2輸出脈動電壓並供給直流電源電路4。在直流電源電路4中由斬波控制部9對第1MOS型FET6進行開關控制，在FET6導通時在第1電感器5中積蓄能量，該積蓄的能量在FET6截止時通過二極體7釋放並對濾波電容器8進行充電。如此，從濾波電容器8輸出所希望的直流電壓並供給逆變器電路10。
在逆變器電路10中，由逆變器控制部13對MOS型FET11、12以諧振電路中無負載時的諧振頻率附近的頻率進行導通、截止控制。如此，在第3MOS型FET12的兩端間產生矩形波的高頻電壓並施加給諧振電路。由此，施加在第2電感器15上的電壓發生變化，在預熱繞組18a，18b產生規定的電壓，由此，在放電燈17的各燈絲17a，17b產生預熱電流。
在放電燈17點燈之前，在放電燈17的各燈絲17a，17b之間施加高電壓，使各燈絲17a，17b進行預熱。利用預熱後起動電壓點亮放電燈17。然後，當放電燈17開始點燈時，放電燈17的各燈絲17a，17b之間施加的電壓下降。如此，在放電燈17上流過一定的額定燈電流，由此維持點燈。而且，各預熱繞組18a，18b上產生電壓也下降，流過預熱電路的電流降低。
在該裝置中，作為放電燈17，能夠使用燈電流為相同、額定燈功率不同的H燈FHT24、FHT32、FHT42等。即使使用這樣的額定燈功率不同的放電燈，如果使逆變器電路10的振蕩頻率為與諧振電路無負載時的諧振頻率附近大致相同的頻率，則由於無負載時的逆變器輸出電壓變高，逆變器的負載曲線大致為恆流特性，故能夠將燈電流控制為恆定。
在使用額定燈功率不同的放電燈的情況下，點燈時的燈電壓不同。在電容器預熱方式的情況下，燈電壓的變換原樣地呈現為預熱電流的變換。然而，即使點燈時燈電壓發生變化，在第2電感器15上產生的電壓也不會與其變化成比例地發生變化，變化小。因此，即使使用額定燈功率不同的放電燈，與電容器預熱方式相比在點燈過程中流過預熱電路的電流不會發生很大變化。
例如，在來自直流電源電路4的輸出電壓為410V、第2電感器15的電感為1.35mH、諧振用電容器16的電容為3300pF、點燈頻率為77kHz的情況下，對於FHT24W的螢光燈，燈電流約為285mA、燈電壓約為70V。對於FHT42W的螢光燈，燈電流與FHT24W的大致相同，燈電壓約為140V。另外，這時第2電感器15上產生的電壓在FHT24W時約為200V，在FHT42W時約為240V。即，即使燈電壓為2倍，在第2電感器15上產生的電壓也僅增加1/6左右。如此，相對於能夠將燈電流控制為大致恆定的、額定功率最低的電壓和最高的電壓之比，能夠將兩者的預熱電流量之比減小。
與此不同的是，在電容器預熱方式中，由於預熱量為2πf×燈電壓，因此，燈電壓成為2倍時，預熱電流也為2倍。
如此，通過由產生在第2電感器15上的電壓使得產生預熱電流，即使從額定燈功率小的放電燈切換到額定功率大的放電燈，在燈絲17a，17b上也不會流過大的預熱電流。由此，能夠減少預熱電流引起的功率損耗，能夠防止因過剩燈電流造成的燈壽命縮短的情況。
由於沒有將諧振電路的諧振電流作為預熱電流，因此，在諧振用電容器16中沒有流過預熱電流。因此，在進行電路設計的方面上來自直流電源電路4的輸出電壓及諧振用電容器16的容量不會收到限制，電路設計變得容易。
第2電感器15構成裝置所必要的諧振電路，而並不是為預熱專門使用的。因此，即使在第2電感器15的次級側添設一對預熱繞組18a，18b，也能夠利用本來必要的部件來構成預熱電路，因此，不會增加為預熱所使用的零部件數量。因此，不會造成使用的零部件數量增加、構造複雜化。
(第2實施形態)對於與上述實施形態相同的部分賦予同一符號，並省略詳細說明。
如圖2所示，在新增設檢測燈電流的電流互感器21以及電流切斷電路22的同時，在預熱電路插入開閉開關23、24。其他與上述的實施形態相同。
即，構成為在諧振電路中串聯插入上述電流互感器21的初級繞組並將產生在次級繞上座的電壓供給上述電流切斷電路22。在由預熱繞組18a和放電燈17的一方的燈絲17a構成的預熱電路中串聯插入上述開閉開關23並且同時在由預熱繞組18b和放電燈的另一方的燈絲17b構成的預熱電路中串聯摻入上述開閉開關24。
上述電流切斷電路22對上述各開閉開關23，24進行開閉控制。即，流過電流互感器21的電流在預熱時和點燈時不同，電流切斷電路22觀察該變化量並控制開閉開關23，24。
在該構造中，由於從接入電源到放電燈17開始點燈為止各開閉開關23，24閉合，故在預熱電路中流過預熱電流。然後，當放電燈17點燈並在放電燈17流過燈電流時，電流互感器21檢測出該情況，並由電流切斷電路22使各開閉開關23，24開放。如此，在放電燈17的點燈中，切斷流過預熱電路的電流。
因此，對於額定燈功率不同的放電燈的任何一個，在點燈中都能夠可靠地切斷預熱電流。而且，在該實施形態中，對於使用於額定功率不同的多種的放電燈的情況，在進行電路設計的方面上不會產生對直流電源電路的輸出電壓及諧振電路的電容器的容量產生限制的情況、即使使用額定功率不同的多種的放電燈也不會產生預熱過剩及預熱不足等的問題，因此，對於因預熱過剩導致燈壽命縮短、不會產生不必要的功率損耗以及為預熱而使用的零部件數量不會增加的情況，與上述第1實施形態發揮相同的作用效果。
接著，對於直接或間接檢測流過放電燈的燈電流並且控制逆變器電路的振蕩頻率使燈電流為恆定的實施形態進行說明。
(第3實施形態)對於與上述實施形態相同的部分採用同一符號，並省略詳細說明。
如圖3所示，預熱電路的結構與第1實施形態相同。在放電燈17的另一方的燈絲17b和諧振用電容器16的另一端之間串聯插入電流互感器21的初級繞組，將次級繞組與由二極體橋式電路構成的全波整流器25的輸入端子連接。接著，在該全波整流器25的輸出端子上並聯連接電阻26和電容器27，從該電阻26和電容器27的並聯電路將上述電流互感器21檢測出的燈電流作為直流電壓供給控制IC電路28。
上述控制IC電路28交替地對逆變器電路10的第2、第3MOS型FET11，12進行高頻開關控制，同時根據來自上述電阻26和電容器27構成的並聯電路的電壓值改變開關頻率進行控制以使得燈電流為恆定。
另一方面，將逆變器電路10的第2、第3MOS型FET11、12的連接點通過電容器31與二極體32的陰極連接，並且同時通過正向連接二極體33和穩壓二極體34的陰極連接。將上述第3MOS型FET12的源極端子和上述二極體32的陽極以及上述穩壓二極體34的陽極連接。然後，將濾波電容器35與上述穩壓二極體34並聯連接，將該濾波電容器35的兩端間輸出的電壓作為電源電壓供給上述控制IC電路28。
在這樣的構造中，當放電燈點燈時，在放電燈17中流過大的燈電流。電流互感器21檢測該燈電流，在次級繞組上產生電壓。該電壓由全波整流器25進行全波整流，在電阻26和電容器27構成的並聯電路產生直流的電壓。
控制IC電路28輸入該直流電壓，根據該電壓值將、控制逆變器電路10的各MOS型FET11、12的開關頻率以使得流過恆定的燈電流。如此，通過控制逆變器10的振蕩頻率，能夠將燈電流控制為恆定。因此，在該情況下，作為放電燈也能夠使用燈電流相同額定燈功率不同的H型燈FHT24、FHT32、FHT32、FHT42等。
關於該裝置，對於適用於額定功率不同的多種的放電燈的裝置，在進行電路設計的方面上對電流電源電路的輸出電壓及諧振電路的電容器的容量不會產生限制、即使使用額定功率不同的多種的放電也不會產生預熱過剩及預熱不足等的問題，因此，對於因預熱過剩導致燈壽命縮短、不會產生不必要的功率損耗以及為預熱而使用的零部件數量不會增加的情況，與上述第1實施形態發揮相同的作用效果。
在該實施形態中，也能夠如圖2所示那樣設置電流切斷電路，並利用該電流切斷電路在放電燈點燈過程中開放插入在預熱電路中的開閉開關切斷電流。
(第4實施形態)該實施形態對於組裝入放電燈點燈裝置的照明裝置進行說明。
如圖4所示，將放電燈點燈裝置100組裝入照明器具101內的中央背面部分，在設於該照明器具101的放電燈安裝面的插口101a，101b之間插入放電燈17。該放電燈點燈裝置100的結構可以為上述第1～第3實施形態的任意一個實施形態的結構。
如此，通過組裝入上述各實施形態所記載的放電燈點燈裝置中的任何有關，能夠使用燈電流相同額定燈功率不同的各种放電燈。而且，在進行電路設計的方面上，能夠實現直流電源電路的輸出電壓及諧振電路的電容器的容量不受限制的照明裝置。即使使用額定功率不同的多種的放電燈，也不會產生預熱過剩或預熱不足等的問題，因此，能夠實現不會因預熱過剩導致燈壽命縮短及產生不必要的功率損耗的照明裝置。而且。由於在預熱電路中使用已有的電感，故為進行預熱而使用的零部件數量不會增加。
權利要求
1.一种放電燈點燈裝置，其特徵在於，具有直流電源電路；逆變器電路，與直流電源電路連接並且具有一個以上的開關元件；諧振電路，與上述開關元件連接並且包含電感器、放電燈及不通過放電燈的燈絲中流過的電流而設置的電容器；預熱電路，在上述電感器的次級側使預熱繞組磁耦合，並通過將該預熱繞組與上述放電燈的燈絲連接對該燈絲通以預熱電流；以及控制手段，在將額定功率不同的放電燈點燈時、以與所述諧振電路無負載時的諧振頻率大致相同的的點燈頻率使上述逆變器電路工作以使得流過該放電燈的燈電流為大致恆定。
2.一种放電燈點燈裝置，其特徵在於，具有直流電源電路；逆變器電路，與直流電源電路連接並且具有一個以上的開關元件；諧振電路，與上述開關元件連接，包含電感器、放電燈及不通過放電燈的燈絲中流過的電流而設置的電容器；預熱電路，在上述電感器的次級側使預熱繞組磁性耦合，通過將該預熱繞組與上述放電燈的燈絲連接對該燈絲通預熱電流；以及控制手段，在使得額定功率不同的放電燈點燈時、以與所述諧振電路無負載時的諧振頻率大致相同的點燈頻率使上述逆變器電路工作以使得流過該放電燈的燈電流為大致恆定，上述放電燈點燈裝置這樣構成，使得在所述額定功率不同的放電燈群中，比較最高燈電壓對最低燈電壓之比、和兩者的各預熱電流量之比時，預熱電流量之比小。
3.一种放電燈點燈裝置，其特徵在於，具有直流電源電路；逆變器電路，與直流電源電路連接並且具有一個以上的開關元件；諧振電路，與上述開關元件連接，包含電感器、放電燈及不通過放電燈的燈絲中流過的電流而設置的電容器；預熱電路，在上述電感器的次級側使預熱繞組磁耦合，通過將該預熱繞組與上述放電燈的燈絲連接對該燈絲通預熱電流；檢測手段，直接或間接檢測流過所述放電燈的燈電流；以及控制手段，在使得額定功率不同的放電燈點燈時，根據所述檢測手段的檢測輸出使上述逆變器電路工作以使得流過該放電燈的燈電流為大致恆定
4.如權利要求1～3中任意一項所述的放電燈點燈裝置，其特徵在於，還具備在放電燈點燈後減少或切斷流過預熱電路的電流的電流控制手段。
5.一種照明裝置，其特徵在於，具備權利要求1～3中的任意一項所述的放電燈點燈裝置；以及裝入該放電燈點燈裝置的照明器具。
全文摘要
能夠在直流電源電路的輸出電壓及諧振電路的電容器的容量上不受限制地使用額定功率不同的放電燈。不會產生因預熱過剩導致燈壽命縮短以及損耗不必要的功率。而且，不會增加為預熱而使用的零部件數量。在直流電源電路(4)上連接逆變器電路(10)，在逆變器電路的MOS型FET12上並聯連接鎮流用的第2電感器(15)以及諧振用電容器(16)構成的串聯電路，並且同時在諧振用電容器上並聯連接放電燈(17)並構成諧振電路。在第2電感器(15)的次級上添設一對的預熱繞組(18a，18b)，將一個預熱繞組(18a)與放電燈的一個的燈絲(17a)連接，將另一個預熱繞組(18b)與放電燈另一個的燈絲(17b)連接並形成預熱電路。將逆變器電路的振蕩頻率設定在諧振電路無負載時的諧振頻率附近。
文檔編號H05B41/36GK1674755SQ20051005518
公開日2005年9月28日 申請日期2005年3月15日 優先權日2004年3月23日
發明者高橋浩司, 北村紀之, 松本晉一郎, 小塚日出夫 申請人:東芝照明技術株式會社