专利名称：高压放电灯亮灯装置及照明装置的制作方法
技术领域：
本发明关于一种将高压放电灯高频亮灯的高压放电灯亮灯装置及照明装置。
背景技术：
一般来说，放电灯亮灯装置具有LC谐振式的反相电路，在放电灯的起动时反相电路以高频率开始振荡，并慢慢使频率降低至与LC谐振电路的谐振频率接近。借此，反相电路的次级电压上升，当次级电压达到放电灯的起动电压时，放电灯开始放电并亮灯。一旦放电灯亮灯之后，反相电路的频率再次下降，并以稳定亮灯频率(亮灯时的频率)使放电灯连续亮灯。
在高压放电灯的场合，由于具有从辉光放电向电弧放电转移并开始放电的特性，所以为了电弧放电转移，需要外加规定时间及高次级电压。因此要利用设于反相电路的前段的升压电路，在高压放电灯的起动时控制形成高于亮灯时的输出电压值(参照日本专利早期公开的特开平2000-58284号公报)。而且，在高压放电灯的亮灯时，要利用升压电路的输出电压将电灯功率调整至额定功率附近。
另一方面，由于在高压放电灯中存在产生声音共鸣的频率区域，所以在起动时及亮灯时要以不发生声音共鸣的稳定区内的频率进行亮灯。于是又提供一种使放电灯的放电容器形成圆球度为0.53～0.84，内径为2.0～6.0的球形，并具有复数个不产生声音共鸣的频率区域(稳定区)的高压放电灯(参照日本专利早期公开的特开平2000-42732号公报)。
然而，由于在高压放电灯的起动时利用升压电路向反相电路提供高于亮灯时的电压，而且在高压放电灯的亮灯时利用升压电路的输出电压的调整，将电灯功率控制在额定功率附近，所以在高压放电灯的高频亮灯时必需要有升压电路。从而导致成本上升和大型化。
发明内容
本发明的目的是提供一种不采用升压电路而能够适当控制电灯功率的高压放电灯亮灯装置。
本发明的高压放电灯亮灯装置的特征在于包括将交流电压变换为直流电压的整流平滑电路；根据由前述整流平滑电路所得到的直流电压，通过谐振电路向高压放电灯提供高频功率的反相电路；在所定的PWM频率的一个周期内，对前述高压放电灯的不产生声音共鸣的第一稳定区内的第一亮灯频率和第二稳定区内的第二亮灯频率的比例进行控制，以使前述高压放电灯的电灯功率达到所定值的PWM控制电路；由前述PWM控制电路所控制的比例切换第一亮灯频率和第二亮灯频率，对前述反相电路进行开关控制的反相控制电路。
在本发明及以下的发明中，只要没有特别的指定，用语的定义及技术的含义如下。整流平滑电路如果是在例如二极管电桥的整流器上并联接续平滑电容器构成并将商用的交流电压变换为直流电压，则可为全波整流型、倍压整流型、部分平滑型等任意一个类型。反相电路是根据整流平滑电路所得到的直流电压并通过谐振电路向高压放电灯提供高频功率的，例如可采用具有2个开关元件，以来自整流平滑电路的直流电压作为输入并利用反相控制电路对2个开关元件交互进行开关控制，向输出侧输出高频电压的半桥型构成，通过谐振电路向接续于反相电路的输出侧的高压放电灯提供高频功率。除了半桥型之外，也可为恒流推挽型、一石式、全桥式的反相电路。
高压放电灯表示水银灯、金属卤化物灯、高压钠蒸气灯等，而且包括使用氧化铝管作为发光管的陶瓷放电灯。谐振电路由电感器及电容器构成，依据由反相电路所输入的高频电压的频率，在谐振电路的谐振频率附近产生高电压。
PWM控制电路是用于对不产生高压放电灯的声音共鸣的第一稳定区的第一亮灯频率和第二稳定区内的第二亮灯频率的比例进行控制的，决定第一稳定区的第一亮灯频率和第二稳定区的第二亮灯频率以使高压放电灯的电灯功率达到所定值。在采用一般性的方法于滞相区域亮灯的场合，当亮灯频率高时电灯功率变小，当亮灯频率低时电灯功率变大，所以如增大高频率的比例可降低电灯功率，如增大低频率的比例可提高电灯功率。
反相控制电路由第一稳定区内的第一亮灯频率及第二稳定区内的第二亮灯频率对反相电路进行开关控制。第一亮灯频率和第二稳定区内的亮灯频率的比例为由PWM控制电路所决定的比例。
如利用本发明，可调整由第一稳定区内的第一亮灯频率和第二稳定区内的第二亮灯频率所亮灯的比例并控制电灯功率，所以不再需要升压电路，可谋求降低成本和装置的简洁化、小型化。
本发明的高压放电灯亮灯装置的特征在于包括将交流电压变换为直流电压的整流平滑电路；根据由前述整流平滑电路所得到的直流电压，通过谐振电路向高压放电灯提供高频功率的反相电路；在所定的PWM频率的一周期内，对前述高压放电灯的不产生声音共鸣的第一稳定区内的第一亮灯频率和产生声音共鸣的第二亮灯频率的比例进行控制，以使前述高压放电灯的电灯功率达到所定值的PWM控制电路；由前述PWM控制电路所控制的比例切换第一亮灯频率和产生声音共鸣的前述第二亮灯频率，对前述反相电路进行开关控制的反相控制电路。
本发明是利用产生声音共鸣的第二亮灯频率取代上述发明的第二稳定区的第二亮灯频率进行PWM控制，将高压放电灯的电灯功率控制在所定值。
在由PWM控制电路进行二个亮灯频率的PWM控制的场合，当其中的一个亮灯频率为稳定区的亮灯频率时，另一个亮灯频率即使为产生声音共鸣的亮灯频率，也不会产生电弧的弯曲和闪烁。如利用本发明，当高压放电灯至少具有一个以上的稳定区域时，利用PWM控制的电灯功率恒定控制成为可能，所以适用范围扩大。而且，当借由第一稳定区内的第一亮灯频率的电灯电流大于借由第二亮灯频率的电灯电流时，高压放电灯的电弧的弯曲和闪烁不易发生，因而采用这种设定为佳。
本发明的高压放电灯亮灯装置的特征在于在上述的发明中，使前述第二亮灯频率和前述谐振电路的无负载谐振频率大体一致。
本发明是在上述发明中使第二亮灯频率和谐振电路的无负载谐振频率大体一致的。如利用本发明，再加上上述发明的效果，即使在电灯功率低，高压放电灯就象要熄灭时，也能够产生足够高的次级电压，所以并不会使高压放电灯熄灭而能够稳定地亮灯。
本发明的高压放电灯亮灯装置的特征在于在上述的发明中，当前述高压放电灯起动时，是在前述谐振电路的无负载谐振频率附近进行动作。
本发明是借由在高压放电灯的起动时于谐振电路的无负载谐振频率附近，较佳为滞相频率区域开始振动，并在电灯功率被抑制得较低的稳定区频率侧，使其频率与谐振电路的谐振频率一致而产生高压且使高压放电灯起动的。如利用本发明，则高压放电灯刚一起动，亮灯频率即处于电灯功率被抑制得较低的稳定区频率侧，所以即使在刚起动时也为稳定区内的频率，不会由于电弧的弯曲等而在高压放电灯的发光管上产生应力。
本发明的高压放电灯亮灯装置的特征在于在上述发明中，前述PWM控制电路在所定的PWM频率的一周期中，将前述不产生声音共鸣的第一稳定区内的第一亮灯频率的比例设定在100％～10％的范围内。
本发明是在上述发明中，将不产生声音共鸣的第一稳定区内的第一亮灯频率和产生声音共鸣的第二亮灯频率的比例设定在100％～10％的范围内的。根据高压放电灯的圆球度，由声音共鸣产生的影响不同。高压放电灯的形状的圆球度越大，稳定区的亮灯频率的比例越小，具有良好的特性。当圆球度在0.6以上时，稳定区的亮灯频率的比例在10％左右为佳，所以使第一稳定区内的第一亮灯频率的比例在100％～10％的范围内。如利用本发明，可依据高压放电灯的种类和特性设定第一稳定区内的第一亮灯频率的比例，并使高压放电灯稳定亮灯。
本发明的高压放电灯亮灯装置的特征在于在上述发明中，使以第一亮灯频率亮灯中的电灯功率W1和以第二亮灯频率亮灯中的电灯功率W2的比W1/W2≥2.0。
在本发明中由于使W1/W2≥2.0，所以能够由更少的PWM变化幅度使电灯功率的平均值恒定化。因为能够使在第一稳定区亮灯的比例增加，所以可实现更稳定的亮灯。
本发明的高压放电灯亮灯装置的特征在于在上述发明中，前述PWM控制电路对前述反相电路的开关情况进行检测并开始动作。
本发明是使PWM控制电路在反相电路的开关进行之后开始动作的。如利用本发明，PWM控制电路在反相电路的振荡开始之后，高压放电灯稳定亮灯之后进行动作，所以能够使在高压放电灯稳定亮灯之前的电灯功率变化理想地进行。
本发明的高压放电灯亮灯装置的特征在于在上述发明中，前述所定的PWM频率设定在100Hz以上且小于第一亮灯频率。
本发明是使PWM频率设定在100Hz以上且小于第一亮灯频率的。如利用本发明，可使PWM频率在100Hz以上，所以对电灯电流的脉动，视感度不能响应，不会感到闪烁。而且，由于小于第一亮灯频率所以能够适当地控制电灯功率。
本发明的高压放电灯亮灯装置的特征在于在上述发明中，在前述PWM控制电路及前述反相控制电路中分别构成有单独的控制电源，且PWM控制电路在前述反相控制电路的起动后开始动作。
本发明是在PWM控制电路及反相控制电路中分别提供单独的控制电源，并在反相控制电路的起动后使PWM控制电路开始动作的。在高压放电灯刚起动之后，根据亮灯频率的大小有时能够供给高压放电灯的电力会减少。当刚起动之后向高压放电灯的供给电力减少时，电极的加热不充分，有时会产生电极溅射。因此，在利用反相控制电路起动高压放电灯，并使电极的加热充分进行后起动PWM控制电路。反相控制电路和PWM控制电路的动作定时分别由单独的控制电源的上升进行管理。
如利用本发明，PWM控制电路的控制电源在反相控制电路的振荡开始之后被供电且开始动作，所以在高压放电灯稳定亮灯之前的电灯功率理想地进行变化。
本发明的高压放电灯亮灯装置的特征在于在上述发明中，前述反相控制电路的控制电源由前述反相电路的开关缓冲电路供电，前述PWM控制电路的控制电源由前述整流平滑电路的平滑电容器的充放电电路或前述谐振电路供电。
作为反相电路的开关缓冲电路被连接的电容器与开关同步进行充放电。利用此时所通过的电流，构成反相控制电路的电源。另一方面，当由整流平滑电路的平滑电容器构成电源时，在反相电路的电力消耗变大后，平滑电路以能够为PWM控制电路的动作确保足够的电源的程度进行充放电，所以能够在电灯功率变得比较大之后使PWM控制电路起动。而且也可使谐振电路的电容器的电流为PWM控制电路的控制电源。此时，由于谐振电路的电容器的电流在起始脉冲产生时流过大电流，容易使PWM控制电路起动，所以要设置延迟电路。
如利用本发明，能够由构成高压放电灯亮灯装置的电路对反相控制电路和PWM控制电路的控制电源进行供电，所以无需采用复杂的电路构成即能稳定地对控制电源供电。
本发明的高压放电灯亮灯装置的特征在于在以上的发明中，前述PWM控制电路在前述高压放电灯的电灯电压小于前述第一稳定区的单一亮灯频率的反相负载特性的最大功率时的电灯电压的范围内，进行PWM控制。
当以恒定频率使LC谐振型反相器动作时，具有在某电灯电压值形成最大功率，在负载短路及二次开路状态电灯功率为零的负载曲线。
在第一稳定区内的第一亮灯频率中，电灯电压越高越容易产生进相振荡有时会因反相电路的开关损耗而使效率恶化。因此，当在前述高压放电灯的电灯电压小于第一稳定区内的第一亮灯频率的反相负载特性的最大功率时的电压的范围内进行PWM控制，并使具有超过此电压的电灯电压的高压放电灯亮灯时，由亮灯频率高的第二稳定区的亮灯频率使其亮灯。
如利用本发明，即使使具有高电灯电压的高压放电灯亮灯，也可防止在PWM控制中产生进相振荡，并可防止因开关损耗而使效率恶化。
本发明的高压放电灯亮灯装置的特征在于在以上的发明中，将前述谐振电路的无负载谐振频率设定为前述第一稳定区内的第一亮灯频率的2～3倍，前述PWM控制电路在前述高压放电灯的电灯电压小于第二亮灯频率的反相负载特性的电灯功率所定值时的电灯电压的范围内进行PWM控制。
当设定谐振电路的电感器及电容器以使高压放电灯的无负载谐振频率处于高压放电灯亮灯时的振荡频率的2～3倍之间时，即使在第一稳定区内的第一亮灯频率且电灯电压变高，反相器的开关波形也成3次谐振状态，不会形成进相振荡。因此，即使为所具有的电灯电压大于在第一稳定区内的第一亮灯频率的反相负载特性的最大功率时的电灯电压的高压放电灯，也能进行PWM控制。此时，PWM控制电路在高压放电灯的电灯电压小于第二亮灯频率的反相负载特性的电灯功率所定值时的电灯电压的范围内进行PWM控制。这是因为，如果大于第二亮灯频率的反相负载特性的电灯功率所定值时的电灯电压，则不能将电灯功率控制为所定值。
如利用本发明，即使为所具有的电灯电压大于在第一稳定区内的第一亮灯频率的反相负载特性的最大功率时的电灯电压的高压放电灯，也能进行PWM控制，并能扩大PWM控制的范围。
本发明的照明装置的特征在于包括上述发明的高压放电灯亮灯装置；由前述高压放电灯亮灯装置被亮灯的高压放电灯；安装有前述高压放电灯的器具主体。如利用本发明，可得到具有上述发明的效果的照明装置。
图1为关于本发明的第1实施形态的高压放电灯亮灯装置的构成图。
图2为在本发明的第1实施形态中所使用的高压放电灯的一个例子的说明图。
图3是为20W用所设计的金属陶瓷卤化物灯中的稳定区的说明图。
图4为PWM频率的某一周期T的第一亮灯频率45kHz和第二亮灯频率84kHz的比例的说明图。
图5为电灯功率和亮灯频率的特性图。
图6为本发明的第1实施形态中无负载时的反相电路的次级电压和频率的特性图。
图7为稳定区频率比例和电灯电压及电灯功率的特性图。
图8为圆球度小的高压放电灯的稳定界限比例和第二亮灯频率的特性图。
图9为反相控制电路的控制电源的说明图。
图10为PWM控制电路的控制电源的说明图。
图11为反相电路的负载特性曲线的特性图。
图12为进相振荡的特性图。
图13为PWM控制的一个例子的说明图。
图14是将无负载谐振频率设定为第一稳定区内的第一亮灯频率的2～3倍的场合的反相电路的负载特性曲线的特性图。
图15为3次谐振状态的特性图。
图16为关于本发明的第2实施形态的照明装置的说明图。
符号说明11高压放电灯亮灯装置12高压放电灯13发光管14外管15灯座15a顶端部15b螺口部16交流电源17整流平滑电路18反相电路19谐振电路20PWM控制电路21电灯功率检测电路22反相控制电路23器具主体24插座25反射板
26前面玻璃27开关缓冲电路28充放电电路C1、C2、C14电容器C11、C12、C13平滑电容器D1、D2、D11、D12、D13、D14二极管R1电阻S1、S2开关元件具体实施方式
下面说明本发明的实施形态。图1为关于本发明的第1实施形态的高压放电灯亮灯装置11的构成图，图2为在本发明的第1实施形态中使用的高压放电灯12的一个例子的说明图。
在图2中，高压放电灯12是使用氧化铝管作为发光管13的陶瓷放电灯，发光管13由透光性氧化铝构成。陶瓷放电灯的发光管13较一般的高压放电灯12的发光管所使用的石英玻璃，对作为封装物的金属卤化物在化学和热方面具有稳定性。发光管13收纳于内部保持真空的外管14中，在外管14的一个末端设有灯座15。在灯座15的顶端部15a和螺口部15b之间，由高压放电灯亮灯装置11施加高频电压。
这种为高频亮灯用所设计的高压放电灯的发光管13的圆球度为0.53～0.84，具有不使声音共鸣产生的复数个频率区域(稳定区)。例如，在为20W用所设计的金属陶瓷卤化物灯中，发光管13内的电极间距离为3.6mm，内径为6mm，主要的稳定区为0kHz～20kHz、40kHz～50kHz、80kHz～88kHz。
接着，对使这种高压放电灯12亮灯的高压放电灯亮灯装置11进行说明。图1为高压放电灯亮灯装置11的构成框图。来自交流电源16的交流电压被输入到高压放电灯亮灯装置11的整流平滑电路17中并变换为直流电压。由整流平滑电路17所得到的直流电压被输入到反相电路18中，利用反相电路18的开关元件的开关被变换为高频电压，并通过谐振电路19向高压放电灯12提供高频功率。
反相电路18采用半桥型构成，具有2个开关元件并将来自整流平滑电路17的直流电压作为输入，对2个开关元件交互进行开关控制，向输出侧输出高频电压。而且，谐振电路19由电感器及电容器构成，并在高压放电灯12的起动时，依据反相电路18所输入的高频电压的频率，在谐振电路19的谐振频率附近产生高电压且使高压放电灯12亮灯。
PWM控制电路20输入在电灯功率检测电路21所检测的高压放电灯12的电灯功率，并对高压放电灯12的不产生声音共鸣的第一稳定区内的第一亮灯频率和第二稳定区内的亮灯频率的比例进行PWM控制以使该电灯功率为所定值。反相控制电路22在所定的PWM频率对第一稳定区内的第一亮灯频率和第二稳定区内的亮灯频率进行切换，并对反相电路18进行开关控制。这里，PWM控制电路20对反相电路18的开关情况进行检测并开始动作。这是因为PWM控制电路20的控制电源是在反相电路18的振荡开始之后被供给的。借此，能够使从起动到稳定亮灯的电灯功率进行变化。
图3是为20W用所设计的金属陶瓷卤化物灯的正弦波亮灯时的稳定区的说明图。如图3所示，作为不产生声音共鸣的复数个频率区域(稳定区)，有0kHz～20kHz、40kHz～50kHz、80kHz～88kHz的频率区域。现在将40kHz～50kHz作为第一稳定区，并将80kHz～88kHz选定为第二稳定区。然后，将第一稳定区的中央值，即45kHz作为第一亮灯频率，并选择第二稳定区的中央值，即84kHz为第二亮灯频率。这样一来，PWM控制电路可决定在该第一亮灯频率45kHz和第二亮灯频率84kHz进行动作的时间的比例以使高压放电灯12的电灯功率为所定值。
图4为PWM频率的某一周期T的第一亮灯频率45kHz和第二亮灯频率84kHz的比例的说明图。图5为电灯功率和亮灯频率的特性图。如图4所示，在所定的PWM周期T内，在第一亮灯频率45kHz的电灯电流和第二亮灯频率84kHz的电灯电流混合存在，并使在该第一亮灯频率45kHz和第二亮灯频率84kHz进行动作的时间的比例变化。这是因为，如图5所示在亮灯频率低的第一亮灯频率45kHz时电灯功率W45变大，在亮灯频率高的第二亮灯频率84kHz时电灯功率W84变小，所以借由使在第一亮灯频率45kHz和第二亮灯频率84kHz进行动作的时间的比例变化，能够调整电灯功率。
在这里，确定所定的PWM周期T的PWM频率被设定在100Hz以上且小于第一亮灯频率。将PWM频率设定在100Hz以上，是为了使视感度对电灯电流的脉动不能响应，不会感到闪烁。而设定得小于第一亮灯频率，是为了能够适当地控制电灯功率。
在以上的说明中，是就第一亮灯频率为45kHz且第二亮灯频率为84kHz的场合进行说明，但是也可使第一亮灯频率为18kHz且第二亮灯频率为45kHz，或第一亮灯频率为18kHz且第二亮灯频率为84kHz。
图6为第1实施形态中无负载时的反相电路18的次级电压和频率的特性图。在第1实施形态中，使第二稳定区内的亮灯频率84kHz与谐振电路19的无负载谐振频率大体一致。由于使电灯功率变小的频率84kHz与谐振电路19的无负载谐振频率大体一致，所以即使在电灯功率小且高压放电灯12就象要熄灭的场合，也能产生足够高的次级电压。因此，并不会使高压放电灯12熄灭而能稳定地亮灯。
而且，在高压放电灯12的起动时，是在第二稳定区内的频率且在谐振电路19的无负载谐振频率附近及滞相频率进行动作。在谐振电路19的滞相频率区域开始振荡，并在谐振电路19的谐振频率(亮灯频率84kHz附近的频率)产生高压，使高压放电灯12起动。在起动之后不久频率即在亮灯频率84kHz附近，所以即使在刚起动后也为稳定区内频率，不会因为电弧的弯曲等而对高压放电灯12的发光管13产生应力。
在以上的说明中，在PWM控制电路20中进行PWM控制的亮灯频率全都使用稳定区的频率(45kHz、84kHz)，但是也可使用稳定区以外的产生声音共鸣的频率作为其中的一个亮灯频率。此时，这个产生声音共鸣的频率为高于稳定区的亮灯频率的频率。例如，当选择45kHz为第一稳定区内的第一亮灯频率时，作为产生声音共鸣的第二亮灯频率应选择高于该值的90kHz。
图7为对放电容器的圆球度为0.53～0.84、内径2.0～6.0mm的球形高压放电灯，在第一稳定区内的第一亮灯频率为45kHz、第二亮灯频率为90kHz(非稳定区)的情况下，第一稳定区内的第一亮灯频率和产生声音共鸣的第二亮灯频率的比例(稳定区频率比例)(％)和电灯电压VL、电灯功率WL的特性图。
如图7所示，当稳定区频率比例为0％～10％时(产生声音共鸣的亮灯频率90kHz的比例为100％～90％时)，电灯电压VL呈现陡急变化的特性，但是当稳定区频率比例在10％以上时，电灯电压VL具有基本恒定的特性。而且，电灯功率WL在稳定区频率比例为10％以上时也呈现基本恒定的特性。所以，对放电容器的圆球度为0.53～0.84，内径为2.0～6.0mm的球形的高压放电灯，可将稳定区频率比例设定在100％～10％的范围内。
图8是对放电容器的圆球度不足0.53的高压放电灯，第一稳定区内的第一亮灯频率为45kHz且使第二亮灯频率变化至75kHz～110kHz时的稳定界限比例(％)的特性图。当第二亮灯频率为75kHz～82kHz时，安定界限比例为80％～65％，表示稳定区频率45kHz的比例需要为80％～65％。同样，当第二亮灯频率为86kHz～110kHz时，安定界限比例为55％～10％，表示稳定区频率45kHz的比例需要为55％～10％。另外当第二亮灯频率为82kHz～86kHz时，稳定界限频率为0％，表示稳定区频率45kHz的比例也可为0％。这是因为82kHz～86kHz的频率为用于测定的高压放电灯的第二稳定区。这样，关于放电容器的圆球度不足0.53的高压放电灯，稳定区频率比例因产生声音共鸣的第二亮灯频率而各异，但是当使第二亮灯频率在100kHz以上，且将在第二亮灯频率进行动作时的电灯功率设定得较小时，可使稳定区频率比例为10％。所以，第二亮灯频率并不局限在LC的谐振点附近，在电灯不熄灭的范围内即使设定得较高，仍然能很好地将稳定区频率比例设定于100％～10％的范围内。
而且，当使在第一亮灯频率的电灯功率W1和在第二亮灯频率的电灯功率W2之比W1/W2≥2.0时，以更少的PWM变化幅度即可使电灯功率恒定化。即，由于使在第一稳定区亮灯的比例增加，所以可更稳定的亮灯。
接着，关于PWM控制电路20及反相控制电路22的控制电源进行说明。在PWM控制电路20及反相控制电路22中要分别构成有单独的控制电源。然后，在反相控制电路22起动之后使PWM控制电路20开始动作。
PWM控制电路20依据电灯功率检测电路的检测值，在电灯电压达到恒定值以上时，选择高频率的第二稳定区的频率或第二亮灯频率，所以PWM控制电路20即使进行动作，高压放电灯也可起动。另一方面，当在高压放电灯起动之后不久选择第二亮灯频率时，有时能够供给高压放电灯的电力少。当刚起动之后向高压放电灯的供给电力少时，电极的加热不充分，有时电极溅射会长时间存在。
因此，利用反相控制电路22起动高压放电灯，并在第一稳定区频率使高压放电灯稳定亮灯后起动PWM控制电路20。反相控制电路22和PWM控制电路20的动作定时分别由单独的控制电源的上升进行管理。
图9为反相控制电路22的控制电源的说明图。在图9中，由反相电路18的开关缓冲电路27对反相控制电路22的控制电源进行供电。在反相电路18的2个开关元件S1、S2的串联连接点处设有开关缓冲电路27。开关缓冲电路27由电容器C1构成，借由在开关元件S1、S2的开关动作时具有电压上升的倾向而降低开关损耗。而且，为了取出反相控制电路22的控制电源，通过二极管D1、D2设有电容器C2。开关缓冲电路27在反相电路18的开关元件S1打开、S2关闭且对开关元件S1外加电压时，使电容器C1及电容器C2被充电并在电容器C2的两端产生电压。所以，可将电容器C2的电压产生作为反相控制电路22的动作定时的触发脉冲。因此，反相控制电路22可在振荡开始后进行起动。另外，反相控制电路利用电阻R1使开关元件S1、S2的振荡起动，并在以后由开关缓冲电路27稳定地得到控制电源。
图10为PWM控制电路20的控制电源的说明图。在图10中，由整流平滑电路17的平滑电容器的充放电电路28对PWM控制电路20的控制电源进行供电。整流平滑电路17由二极管D11、D12将来自交流电源16的交流整流为直流，并由平滑电容器C11、C12、C13进行平滑。而且，为了取出PWM控制电路20的控制电源，通过二极管D13、D14设有电容器C14。整流平滑电路17的平滑电容器C11、C12、C13的充放电电流在反相电路18的消耗电流变大之后进行增加，所以电容器C14的电压也在反相电路18的消耗电流变大之后为PWM控制电路的起动产生足够大的电压。因此，可由电容器C14供电的控制电源在反相电路18的消耗电流变大之后可进行供电，能够作为PWM控制电路20的动作定时的触发器。即，PWM控制电路20可在形成反相电路18的负载的高压放电灯的电力消耗变得较大后进行起动。
这里，也可不由整流平滑电路17的平滑电容器的充放电电路28对PWM控制电路20的控制电源进行供电，而代之以将谐振电路19的电容器的电流作为PWM控制电路20的控制电源。此时，由于谐振电路19的电容器的电流在起动时会上升，所以为了使PWM控制电路的动作延迟要设置延迟电路。这样，由于可由构成高压放电灯亮灯装置的电路对反相控制电路22和PWM控制电路20的控制电源进行供电，所以无需采用复杂的电路构成即可稳定地对控制电源进行供电。
接着，关于利用PWM控制电路进行PWM控制的范围进行说明。为了防止在亮灯中产生进相振荡，PWM控制电路20只在高压放电灯的电灯电压小于第一稳定区内的第一亮灯频率的反相负载特性的最大功率时的电灯电压的范围内进行PWM控制。当在最大功率以上时，只由第二亮灯频率进行动作。
图11为反相电路18的负载特性曲线的特性图。纵轴为电灯功率WL，横轴为电灯电压VL，表示有以第一稳定区内的第一亮灯频率的45kHz进行动作时的45kHz特性曲线S1、以第二稳定区的亮灯频率或第二亮灯频率的84kHz(无负载谐振频率)进行动作时的84kHz特性曲线S2。在以第一稳定区内的第一亮灯频率45 kHz进行动作的场合，形成依照45kHz特性曲线S1的特性，如图12所示，当电灯电压VL增高，超过100V达到150V和200V时产生进相振荡。
因此，如图13所示，在高压放电灯的电灯电压VL小于第一稳定区内的第一亮灯频率的反相负载特性的最大功率时的电灯电压(100V)的范围内进行PWM控制。图13中表示的是在50V～100V之间进行PWM控制的情况。当将PWM控制电路20开始动作的电灯功率电平设定在17W左右，则在V11间PWM控制电路20反复进行动作/不动作，所以表现出17W左右的恒定功率区域。在电灯电压50V～100V，PWM控制电路20理想地进行动作。在最大功率时的电灯电压(100V)以上的电灯电压VL，依照84kHz特性曲线S2进行控制。即，以亮灯频率高的第二稳定区的亮灯频率或第二亮灯频率进行控制。借此，能够防止在亮灯中产生进相振荡，并可防止因开关损耗而使效率恶化。
这里，当将谐振电路19的无负载谐振频率设定为第一稳定区内的第一亮灯频率45kHz的2～3倍时，即使电灯电压增高也成3次谐振状态，不会形成进相振荡，所以使滞相开关成为可能。
图14是将无负载谐振频率设定为第一稳定区内的第一亮灯频率45kHz的2～3倍的场合的反相电路18的负载特性曲线的特性图。纵轴为电灯功率WL，横轴为电灯电压VL，表示有以第一稳定区内的第一亮灯频率的45kHz进行动作时的45 kHz特性曲线S1、以第二亮灯频率的100kHz(无负载谐振频率)进行动作时的100kHz特性曲线S3。在以第一稳定区内的第一亮灯频率45kHz进行动作的场合，形成依照45kHz特性曲线S1的特性，如图15所示，当电灯电压VL增高，超过100V达到150V和200V时，开关电流成3次谐振状态，不会产生进相振荡。
因此，即使在使具有大于第一稳定区内的第一亮灯频率的反相负载特性的最大功率时的电压100V的电灯电压的高压放电灯亮灯的情况下，也进行PWM控制。100kHz特性曲线S3在电灯电压VL达到170V时为电灯功率所定值。因此，在PWM控制电路20的PWM控制的上限为电灯电压VL达到170V。当电灯电压VL超出该值时，会产生不能将电灯功率控制在所定值的问题。这样，当将无负载谐振频率设定为第一稳定区内的第一亮灯频率45kHz的2～3倍时，即使为具有大于第一稳定区内的第一亮灯频率的反相负载特性的最大功率时的电灯电压的电灯电压的高压放电灯，也能进行PWM控制，并能扩大PWM控制的范围。
图16为关于本发明的第2实施形态的照明装置的说明图。第1实施形态的高压放电灯亮灯装置11与安装有高压放电灯12的器具主体23共同构成照明装置。如图16所示，高压放电灯12安装于器具主体23的插座24上，并利用高压放电灯亮灯装置11被亮灯。来自己亮灯的高压放电灯12的光在前面侧的反射板25被反射，并通过前面玻璃26照射。如利用该第2实施形态的照明装置，能得到具有在第1实施形态中的高压放电灯亮灯装置11的效果的照明装置。
如上所述，如利用本发明，对由第一稳定区内的第一亮灯频率和第二稳定区内的第二亮灯频率所亮灯的比例进行调整并控制电灯功率，所以不需要升压电路，可谋求降低成本和装置的简洁化、小型化。如利用本发明，当高压放电灯具有1个以上的稳定区域时，利用PWM控制的电灯功率恒定控制成为可能，所以适用范围扩大。如利用本发明，加上上述发明的效果，即使在电灯功率低且高压放电灯就象要熄灭的情况下，也能够产生足够高的次级电压，所以不会使高压放电灯熄灭而能稳定地亮灯。如利用本发明，在高压放电灯刚起动之后，亮灯频率即位于电灯功率被控制得较低的稳定区频率侧，所以即使在刚起动后也是稳定区内频率，不会因电弧的弯曲等而对高压放电灯的发光管产生应力。
如利用本发明，可依据高压放电灯的种类和特性设定第一稳定区内的第一亮灯频率，并使高压放电灯稳定的亮灯。如利用本发明，使W1/W2≥2.0，所以能够以更少的PWM变化幅度使电灯功率恒定化。由于可使在第一稳定区内亮灯的比例增加，所以可实现更加稳定的亮灯。
如利用本发明，PWM控制电路在反相电路的振荡开始后、高压放电灯稳定亮灯之后进行动作，所以能够使高压放电灯至稳定亮灯之前的电灯功率变化理想地进行。
如利用本发明，使PWM频率在100Hz以上，所以对电灯电流的脉动，视感度不能响应，不会感到闪烁。而且，由于小于反相电路的第一亮灯频率，所以能够适当地控制电灯功率。
如利用本发明，PWM控制电路的控制电源在反相控制电路的振荡开始之后被供电且进行动作，所以在高压放电灯稳定亮灯之前的电灯功率理想地进行变化。如利用本发明，能够由构成高压放电灯亮灯装置的电路对反相控制电路和PWM控制电路的控制电源进行供电，所以无需采用复杂的电路构成即能稳定地对控制电源供电。
如利用本发明，即使使具有高电灯电压的高压放电灯亮灯，也可防止在PWM控制中产生进相振荡，并可防止因开关损耗而使效率恶化。如利用本发明，即使为所具有的电灯电压大于在第一稳定区内的第一亮灯频率的反相负载特性的最大功率时的电灯电压的高压放电灯，也能进行PWM控制，并能扩大PWM控制的范围。如利用本发明，可得到具有上述效果的照明装置。
权利要求
1.一种高压放电灯亮灯装置，其特征在于包括整流平滑电路，将交流电压变换为直流电压；反相电路，根据由前述整流平滑电路所得到的直流电压，通过谐振电路向高压放电灯提供高频功率；PWM控制电路，在所定的PWM频率的一个周期内，对前述高压放电灯的不产生声音共鸣的第一稳定区内的第一亮灯频率和第二稳定区内的第二亮灯频率的比例进行控制，以使前述高压放电灯的电灯功率达到所定值；以及反相控制电路，由前述PWM控制电路所控制的比例切换第一亮灯频率和第二亮灯频率，对前述反相电路进行开关控制。
2.如权利要求1所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于使前述第二亮灯频率和前述谐振电路的无负载谐振频率大体一致。
3.如权利要求1所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于当前述高压放电灯起动时，是在前述谐振电路的无负载谐振频率附近进行动作。
4.如权利要求1所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于使以第一亮灯频率亮灯中的电灯功率W1和以第二亮灯频率亮灯中的电灯功率W2的比为W1/W2≥2.0。
5.如权利要求1所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于前述PWM控制电路对前述反相电路的开关情况进行检测并开始动作。
6.如权利要求1所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于前述所定的PWM频率设定在100Hz以上且小于第一亮灯频率。
7.如权利要求1所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于在前述PWM控制电路及前述反相控制电路中，分别构成有单独的控制电源，且PWM控制电路在前述反相控制电路的起动后开始动作。
8.如权利要求1所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于前述反相控制电路的控制电源由前述反相电路的开关缓冲电路供电，前述PWM控制电路的控制电源由前述整流平滑电路的平滑电容器的充放电电路或前述谐振电路供电。
9.如权利要求1所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于在前述高压放电灯的电灯电压小于前述第一稳定区的单一亮灯频率的反相负载特性的最大功率时的电灯电压的范围内，前述PWM控制电路进行PWM控制。
10.如权利要求1所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于将前述谐振电路的无负载谐振频率设定为前述第一稳定区内的第一亮灯频率的2～3倍，在前述高压放电灯的电灯电压小于第二亮灯频率的反相负载特性的电灯功率所定值时的电灯电压的范围内，前述PWM控制电路进行PWM控制。
11.一种高压放电灯亮灯装置，其特征在于包括整流平滑电路，将交流电压变换为直流电压；反相电路，根据由前述整流平滑电路所得到的直流电压，通过谐振电路向高压放电灯提供高频功率；PWM控制电路，在所定的PWM频率的一周期内，对前述高压放电灯的不产生声音共鸣的第一稳定区内的第一亮灯频率和产生声音共鸣的第二亮灯频率的比例进行控制，以使前述高压放电灯的电灯功率达到所定值；以及反相控制电路，由前述PWM控制电路所控制的比例切换第一亮灯频率和产生声音共鸣的前述第二亮灯频率，对前述反相电路进行开关控制。
12.如权利要求11所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于使前述第二亮灯频率和前述谐振电路的无负载谐振频率大体一致。
13.如权利要求12所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于当前述高压放电灯起动时，是在前述谐振电路的无负载谐振频率附近进行动作。
14.如权利要求11所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于在所定的PWM频率的一周期内，前述PWM控制电路将前述不产生声音共鸣的第一稳定区内的第一亮灯频率的比例设定于100％～10％的范围内。
15.如权利要求11所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于使以第一亮灯频率亮灯中的电灯功率W1和以第二亮灯频率亮灯中的电灯功率W2的比为W1/W2≥2.0。
16.如权利要求11所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于前述PWM控制电路对前述反相电路的开关情况进行检测并开始动作。
17.如权利要求11所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于前述所定的PWM频率设定在100Hz以上且小于第一亮灯频率。
18.如权利要求11所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于在前述PWM控制电路及前述反相控制电路中，分别构成有单独的控制电源，且PWM控制电路在前述反相控制电路的起动后开始动作。
19.如权利要求11所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于在上述发明中，前述反相控制电路的控制电源由前述反相电路的开关缓冲电路供电，前述PWM控制电路的控制电源由前述整流平滑电路的平滑电容器的充放电电路或前述谐振电路供电。
20.如权利要求11所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于在前述高压放电灯的电灯电压小于前述第一稳定区的单一亮灯频率的反相负载特性的最大功率时的电灯电压的范围内，前述PWM控制电路进行PWM控制。
21.如权利要求11所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于将前述谐振电路的无负载谐振频率设定为前述第一稳定区内的第一亮灯频率的2～3倍，在前述高压放电灯的电灯电压小于第二亮灯频率的反相负载特性的电灯功率所定值时的电灯电压的范围内，前述PWM控制电路进行PWM控制。
22.一种照明装置，其特征在于包括权利要求1～21中的任意一项所述的高压放电灯亮灯装置；高压放电灯，由前述高压放电灯亮灯装置而亮灯；以及器具主体，安装有前述高压放电灯。
全文摘要
提供一种无需升压电路即能适当地控制电灯功率的高压放电灯亮灯装置。PWM控制电路(20)利用PWM控制决定高压放电灯(12)的不产生声音共鸣的第一稳定区内的第一亮灯频率和第二稳定区内的亮灯频率的比例，以使高压放电灯(12)的电灯功率为所定值。而且，反相控制电路(22)以所定的比例切换第一稳定区内的第一亮灯频率和第二稳定区内的亮灯频率并对反相电路(18)进行开关控制。由于对第一稳定区内的第一亮灯频率和第二稳定区内的亮灯频率的比例进行调整并控制电灯功率，所以不需要升压电路，可谋求降低成本和装置的简洁化。
文档编号H05B41/292GK1492727SQ0315746
公开日2004年4月28日 申请日期2003年9月22日 优先权日2002年9月24日
发明者三田一敏 申请人:东芝照明技术株式会社