点灯装置及照明器具的制作方法

专利名称：点灯装置及照明器具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过逆变器电^各(Inverter Circuit)来使灯点灯的 点灯装置及具备此点灯装置的照明器具。
背景技术：
一般而言，具备逆变器电路的点灯装置是以如下方式而构成的，即， 根据灯的点灯状态或电源电压，来对开关单元的开关周期(switching cycle)或者开关的占空比(duty ratio)进行控制，由此能够以固定的亮 度将灯点灯。
近年来，随着各种数字设备(digital device)的发展，为了可以从 经数字化的外部设备对所述点灯装置进行控制，而增加了对点灯装置进行 数字控制。在此情况下， 一般而言是将控制逆变器电路的驱动的控制装置 加以数字化，通过这样将控制装置加以数字化，而可容易地获得所需的控 制特性，还可期待响应敏捷的控制。
对于作为经数字化的控制装置、即数字信号处理装置(digital signal processor, DSP)而言，利用数字运算处理来生成供给到逆变器电路的脉 宽调制(Pulse-Width Modulation, P麵)信号。当进行此种数字运算处理 时，对电源电压或者灯的点灯状态等进行检测，并根据此检测来生成PWM 信号，且将此PWM信号输入到逆变器电路中，由此来对例如灯的点灯频率 或输出电压的占空(on duty)等进行控制而使灯稳定地点灯。
然而，在这样通过数字运算处理来生成P西信号的情况下，存在P丽 信号的周期依赖于数字信号处理装置的动作时钟(operation clock)的问 题。即，在此数字信号处理装置的动作时钟相对较小的情况下，换言之， 在为低速的控制单元的情况下，不容易进行细微的频率控制。
另一方面，如果将数字信号处理装置的动作时钟提高，则存在使消耗 电力增加或者成本上升的问题。
因此，众所周知有例如日本专利特开2000-150180号公报所示的方法， 即，通过中断处理(interrupt handling)来使数字信号处理装置在规定 期间停止，由此在此停止期间内对PWM信号的周期进行调整。
然而，所述点灯装置中，当对P觀信号的周期进行调整时使数字信号 处理装置停止，因此在此调整期间内存在无法利用数字信号处理装置来进 行其它处理的问题。

发明内容
本发明是鉴于所述问题而完成的，其目的在于提供一种不受动作时钟 限制、无须停止其它处理便可进行极其微细的调光控制的点灯装置及具备 此点灯装置的照明器具。
本发明的点灯装置包括逆变器电路，将直流电压转换为高频电压后 输出而使灯点灯；状态检测单元，对灯的点灯状态进行检测；运算单元， 至少根据由所述状态检测单元检测到的灯的点灯状态及规定的动作时钟， 而运算出使逆变器电路动作的P丽信号的周期；信号生成单元，构成为可 生成与规定的动作时钟的非整数倍的周期相对应的P麵信号，并生成由运 算单元运算出的周期的PWM信号；以及控制单元，根据由所述信号生成单 元生成的P丽信号，来对逆变器电路进行驱动控制。
对于灯而言，可使用荧光灯(fluorescent lamp)等的低压水银放电 灯、或者发光二极管(Light-Emitting Diod" LED)等，但并不限定于这 些。
对于逆变器电路而言，例如可使用具备成对的开关元件的半桥(half bridge)型等的逆变器电路，但并不限定于此。
状态检测单元通过对例如灯的灯电流或灯电压等进行一企测，而可对灯 的点灯状态进行检测。
运算单元是例如将作为灯的模拟信号(analog signal)的灯电流或灯
电压转换为经离散的数字信号后而获得P丽信号的周期的A/D (Analog/Digital,模拟/数字)转换器等。
信号生成单元是例如个人计算机等的微处理器(microprocessor, MPU )
(运算元件)，且是数字部，此数字部以与动作时钟生成部所生成的动作时 钟相对应的时序来动作，而生成与灯的状态等相对应且周期为动作时钟的 非整数倍的P丽信号。
控制单元是例如连接在逆变器电路的开关元件上的高端驱动器(high side driver )等。
而且，根据由状态检测单元所检测到的灯的点灯状态及规定的动作时 钟等，来运算出P丽信号的周期，利用可生成与规定的动作时钟的非整数 倍的周期相对应的P丽信号的信号生成单元，来生成所述运算出的周期的 P丽信号，由此不受动作时钟限制、无须停止其它处理便可使P額信号的周 期数连续细微地变化，从而可进行极其微细的调光控制。
而且，本发明的点灯装置中，信号生成单元使第一边沿(edge)与第 二边沿交替产生，所述第一边沿是与规定的动作时钟的上升及下降中的任 一个相对应而动作，所述第二边沿是与规定的动作时钟的上升与下降之间、 及下降与上升之间中的任一个相对应而输出。第一边沿与第二边沿中的任一个为上升边沿(rising edge),另一个 则为下降边沿(falling edge)。
而且，信号生成单元使第一边沿与第二边沿交替产生，所述第一边沿 是与规定的动作时钟的上升及下降中的任一个相对应而动作，所述第二边 沿是与规定的动作时钟的上升与下降之间、及下降与上升之间中的任一个 相对应而输出，由此能够在第二边沿间对PWM信号的周期进行控制，且可 在第一边沿间将P麵信号的占空比设定为任意的固定值。
此外，本发明的点灯装置中，逆变器电路包括开关元件，通过与信号 生成单元所生成的P觀信号的周期相对应的开关元件的开关动作，来将直 流电压转换为高频电压，以使与P丽信号的周期最小分解宽度相对应的输 出电压的变化范围(variation range)小于2 V的方式来^f吏灯点灯。
所谓周期最小分解宽度，是指从P丽信号的最小脉沖的上升开始到下 降为止的宽度。
而且，逆变器电路以使与PWM信号的周期最小分解宽度相对应的输出 电压的变化范围小于2 V的方式来使放电灯点灯，由此即便为输出电压相
对较高的放电灯也可稳定地进行调光。
此外，本发明的点灯装置中，信号生成单元根据由状态检测单元所检 测到的灯的点灯状态来设定规定的目标值，由此对逆变器电路进行反馈控 制(feedback control )。
而且，根据由状态检测单元所检测到的放电灯的点灯状态，来设定信
力l电灯的点灯状态而高效地驱动逆变I电路。' ° ;
此外，本发明的点灯装置中，信号生成单元将PWM信号的周期设定为 20ysec(微秒)以下，且将逆变器电路的反馈控制的周期设定为100 Msec (微秒)以下。
而且，通过将P簡信号的周期设定为20 iasec以下，且将逆变器电路 的反馈控制的周期设定为100 psec以下，则可进一步提高逆变器电路的 响应寸生。
此外，本发明的点灯装置中，信号生成单元对逆变器电路的反馈控制
在每个周期中进行。
而且，信号生成单元对逆变器电路的反馈控制在每个周期中进行，由 此可进一步提高逆变器电路的响应性。
此外，本发明的照明器具包括安装着灯的器具主体、以及对灯进行点 灯控制的所述任一个点灯装置。
对于照明器具而言，可以是屋外照明用、室内照明用、普通照明用、 显示用等的任一种照明器具，其形状则可为各种形状。而且，点灯装置可以与器具主体为 一体或者分开。
而且，通过具备所述任一个点灯装置，可实现各个效果。 综上所述，本发明提供一种不受动作时钟限制、无须停止其它处理便 可进行极其微细的调光控制的点灯装置。调光信号生成部根据由状态检测 部所检测到的灯的点灯状态及规定的动作时钟等，来运算出P麵信号的周 期。利用可生成与动作时钟的非整数倍的周期相对应的P丽信号的调光信 号生成部，来生成由调光信号生成部运算出的周期的P丽信号。不受动作 时钟限制、无须停止其它处理便可使P丽信号的周期连续细微地变化，从 而可进行极其微细的调光控制。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的 技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和 其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附 图，详细i兌明如下。


图l是表示本发明的一实施形态的点灯装置的电路图。
图2是以截面表示具备点灯装置的照明器具的一部分的底视图。 图3A是表示所述点灯装置的动作时钟与P觀信号的关系的时序图。 图3B是将图3A的时序图的一部分放大而表示的说明图。 图4是表示点灯装置的电源部的动作的时序图。
图5是表示普通的点灯装置的逆变器电路的动作周期与灯电压的关系 的图。
图6是表示所述点灯装置的按照输出分辨率划分的灯电压的差分的表格。
图7是与图6所示的表格中的各最小分辨率相对应的图。
il-照明器具12:灯
ls四条边14:角部
15发光管16:灯口
21器具主体23:顶板部
23a:点灯装置安装部24:侧板部
25框部26:开口部
31天花板附带设备安装体33:侧面部
37灯收纳部40:电源ilr入侧
41灯输出侧42:放电灯点灯装置
43:电源4妾线斧反44:灯插座
51:电源部52:逆变器电路53:谐振电路55:预热电路
56:数字信号处理装置57点灯电雄^
58:主电路59升压斩波器电路
61:触发器63模拟比较器
64:斩波控制部65高端驱动器
71:电压设定部72预热电路控制部
73:状态检测部74调光信号生成部
76:时钟生成部BD二极管
C1 C7:电解电容器CLK:动作时钟Dl、 D2: 二极管6:商用交流电源
FLa、 FLb:灯丝I:电流
10: iir入电流IQ开关电流
IL:灯电流IP预热电流
11: l命出电流Ll斩波器扼流圈
L2:谐振用线圈预热用变压器
Lla、 Lib:初级线圈L3a:初级线圈L3b:第一次级线圈Uc:第二次级线圈P、 PP、 Pl、 P2: P丽信号Ql、Q2、 Q3、 Q4:场效应晶体管
Rl、 R2、 R3、 R4:电阻SP开关脉沖
V:电压V0、 VI:输入电压VL:灯电压VQ电压
VR:复位电压VTH:参考电压a:宽度
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具体实施例方式
如图2所示，作为照明器具的天花板埋入式照明器具11,是例如设置 在将丁字架(Tbar)以方格(grid)状组合而成的吊顶(system cei 1 ing ) 上的天花板埋入式照明器具，其使用四边形环状(正方形环状)的灯12来 作为成为负载的作为光源的灯(放电灯)，即，作为多边形环状的灯。所述 灯12例如是管径为15 mm~18 mm的灯，且包括发光管15,其形成为四 边形环状，且具有将直线状的四条边13及将这些四条边13的端部间以大 致直角加以连接的四个角部14;以及灯口 16，其在所述发光管l5的一边 中央将发光管15的两端加以连接并且在附近形成着最冷部，所述灯口 16 的内周面侧突出设置着未图示的连接销(connecting pin),此连接销连接 在发光管15的两端上所设置的未图示的电极。
而且，天花板埋入式照明器具ii具有器具主体此器具主体n形成为下表面开口的四边形箱状，且具备四边形状的顶;〖反部23、 /人这个顶々反
部23的周缘部向下方弯折形成的侧板部24、以及以大致L字状弯折形成在 这个侧板部24的下端周围的框部25。所述器具主体21的框部25的外形尺 寸形成为小于四周^f皮吊顶的丁字架包围的埋入开口的内部尺寸。
在顶板部23的中央区域开口形成着四边形状的开口部26,此开口部 26的下表面侧，利用螺丝夹钳(screw cramp)等将天花板附带设备安装体 31可装卸地安装在顶板部23的下表面。
在器具主体21的顶板部23、侧板部24及天花板附带设备安装体31的 侧面部33之间，形成着下表面开口的四边形环状的灯收纳部37,且在此灯 收纳部37内收纳配置着灯12。
此外，在器具主体21的顶板部23的下表面，在开口部26的一边的缘 部即点灯装置安装部23a上安装着作为负载控制装置的点灯装置、即放电 灯点灯装置42 (以下称作点灯装置42 ),此放电灯点灯装置42在沿着所迷 开口部26的缘部的一端上配置着电源输入侧40、并且在另一端上配置着灯 输出侧41,在点灯装置42的电源输入侧40,在与安装着点灯装置42的开 口部26的一边相交叉的边的缘部安装着电源接线板(terminal block) 43， 在点灯装置42的灯输出侧41,在与安装着电源接线板43的开口部26的边 所相对的边的缘部安装着灯插座(lamp socket) 44，此灯插座"连接灯 12的灯口 16并且兼用作可装卸地保持着灯12的灯口 l6的灯座(lamp holder )。点灯装置42及电源接线板43配置于天花板附带设备安装体31 的内侧，并且与开口部26 —起被覆盖着。
而且，如图1所示，点灯装置42中，在对商用交流电源e进行整流平 滑的电源部51上连接着逆变器电路52,在此逆变器电路52的输出端经由 谐振电路(resonant circuit) 53而连接着灯12的灯丝(filament) FLa、 FLb。而且，在逆变器电路52与谐振电路53的连接部上连4妻着灯12的灯 丝FLa、 FLb的预热电路(preheat circuit) 55。进而，在电源部51、逆 变器电路52及预热电路55上连接着作为控制装置的电路控制单元、即数 字信号处理装置56 (以下称作DSP56)。而且，由商用交流电源e、电源部 51、逆变器电路52、谐振电路53、预热电路55及DSP56等而构成作为工 作电路(叩erating circuit)的点灯电路5"7，并且通过将所述点灯电路 57与灯12力口以连4妄而构成主电^各(main circuit) 58。
电源部51是具备使输入电流10与输入电压VO的相位(phase) —致 的所谓临界模式(非连续模式)的功率因数改善(功率因数因数校正，power factor correction, PFC )功能的升压斩波器(cho卯er )电源，在商用交 流电源e上连接着作为全波整流部的桥式二极管BD ( bridge diode )，此桥 式二极管BD的输出侧连接着升压斩波器电路59。在桥式二极管BD的输出侧，在此升压斩波器电路59与逆变器电路52之间连接着作为升压用的变 压器(transformer)的斩波器々厄流圈(chopper choke) LI与反向阻断用 的二极管Dl的串联电路，且在斩波器扼流圏LI与二极管Dl的阳极的连接 点上并联连接着作为开关元件的第一开关元件、即，作为斩波用开关元件 的场效应晶体管(Field Effect Transistor, FET) Ql，并且，在二极管 Dl的阴极与逆变器电路52的连接点上并联连接着作为平滑用的电容器的电 角罕电容器(electrolytic capacitor) Cl。
斩波器4厄流圈LI具有初级线圏(primary winding) Lla及次级线圈 (secondary winding) Llb，初级线圈Lla连接于桥式二极管BD的输出侧 与二极管Dl的阳极之间，并且次级线圏Lib的一端侧连接于地线(earth), 另一端侧经由检测用的电阻Rl而连接于作为控制信号生成部的顺序电路 (sequence circuit )即触发器(f lipf lop ) 61的置4立端子(set terminal )。 因此，由扼流圈电流I而产生于电阻R1的扼流圈电压V从斩波器扼流圈LI 的次级线圈Llb输入到触发器61的置位端子中。
场效应晶体管Ql中，漏极(drain)端子连接在斩波器扼流圈LI与二 极管Dl的阳极的连接点上，并且源极(source)端子经由电阻R2而连接 于地线，而且，作为控制端子的栅极(gate)端子连接在触发器61的输出 端子上。
在此，触发器(flip-flop) 61是所谓的复位置位(reset-set, RS )型 的触发器，作为运算放大器(operational amplifier)的比较器即模拟比 專交器(analog comparator )63的车餘出端子连才妾在复^f立端子(reset terminal ) 上。此模拟比较器63中，其中一个输入端子连接在场效应晶体管Ql的漏 极端子与电阻R2的连接点上，且输入有由场效应晶体管Ql的开关电流IQ 而产生于电阻R2中的电压VQ，并且另一个输入端子经由电阻R3而连接在 DSP56上，且与所述电阻R3的连接点经由电容器C2而连接于地线。
而且，由这些触发器61及模拟比较器63等而构成作为开关脉冲 (switching pulse)生成电路的升压斩波器电路控制单元、即斩波控制部 64,此斩波控制部64根据扼流圈电流I的零电流相位与开关电流IQ来对 升压斩波器电路59的动作进行控制。
此外，逆变器电路52是所谓半桥型的逆变器，将作为第二开关元件的 逆变器用的开关元件、即场效应晶体管Q2、 Q3串联连接在电源部51上。
场效应晶体管Q2、 Q3中，作为控制端子的栅极端子经由作为控制单元 的高端驱动器65而连接在DSP56上，并根据从所述高端驱动器65供给的 信号而进行接通断开(on-off )控制。
高端驱动器65根据从DSP56所供给的调光用的P丽信号P,以数十 kHz- 200 kHz左右的频率，在本实施形态中例如为50 kHz以上(20 usee以下的周期)，而使场效应晶体管Q2、 Q3交替地接通断开(进行开关驱动)， 由此在场效应晶体管Q3的漏极-源极间产生规定的高频交流 (Mgh-frequency alternating Current )。
谐振电路53在场效应晶体管Q3的两端之间，将阻断直流成分的电容 器C3与谐振用线圈(谐振用电感器(inductor)) L2串联连接，且并联连 接着谐振用电容器C4。
预热电路55具备预热用变压器L3、电容器C5、作为预热用开关元件 的场效应晶体管Q4及电流冲企测用的电阻R4的串联电路，在电容器C5与场 效应晶体管Q4的连接点和场效应晶体管Q2的源极端子之间连接着二极管 D2。
预热用变压器L3中，初级线圈L3a与第一次级线圈L3b及第二次级线 圈L3c相向配置着，初级线圈L3a连接在场效应晶体管Q2、 Q3的连接点与 谐振用电容器C4之间，各次级线圈L3b、 L3c经由电容器C6、 C7而分别连 接在灯12的灯丝FLa、 FLb上。
场效应晶体管Q4中，作为控制端子的栅极端子连接在DSP56上，根据 从所述DSP56所供给的预热用P觀信号来进行开关控制。
而且，DSP56是进行数字信号处理的所谓个人计算机等的MPU (运算元 件)，内部一体地具备作为基准波形设定部的参考电压(reference voltage )设定部、即电压设定部71，与模拟比较器63的输入端子相连接； 预热电路控制部72，用以对预热电路55的场效应晶体管Q4的开关进行控 制；具有状态检测单元的功能的状态检测部73，通过对放电电流即灯电流 IL及放电电压即灯电压VL中的至少任一个来进行检测而对点灯电路57及 灯12的动作状态(主电路58的动作状态)进行检测；以及作为信号生成 单元的逆变器电路控制部、即调光信号生成部"等，此调光信号生成部" 根据经所述状态检测部73检测到的动作状态而生成逆变器电路52的场效 应晶体管Q2、 Q3的动作控制用的P丽信号P;并且分别具备作为未图示的 存储单元的只读存储器(read only memory, ROM)、随机存储器(random access memory, RAM)、作为接口的I/O (Input/Output,输入/输出)端口 等。此外，所述DSP56的各部以如下时序而动作，此时序依赖于由作为动 作时钟生成单元的时钟生成部76所生成的动作时钟CLK。
另外，所谓DSP56—体地具备电压设定部71、预热电路控制部72、及 调光信号生成部74等，是指所述各部在DSP56中共有软件(software )处 理部分。
电压设定部71是具有电源电压检测单元的功能的软件部，其对电源部 51的输入电压VO及输出电压VI中的至少任一个进行检测，并根据所述经 检测的电压V0、 VI中的至少任一个，来设定用于模拟比较器63的比较的基准电压、即作为P麵信号的参考电压VTH。
具体而言，本实施形态中，如图l及图3A所示，参考电压VTH设定为 如下以根据输入到模拟比较器63的电压VQ与参考电压VTH的大小而断 开的方式，利用作为基准波形SW的经整流的电源电压波形，生成用于以使 输出电压Vl接近所需目标值的方式来进行反馈控制的控制信号、即作为P丽 控制信号的场效应晶体管Ql的开关脉沖SP。此外，基准波形SW可相应于 来自例如逆变器电路52的输出电压VI (输出电流II )及电源电压中的至 少任一个而发生改变。
换言之，点灯装置42通过DSP56而生成电源部51的PFC控制用的开 关的参考电压VTH,并通过由触发器61或模拟比较器63等的硬件而构成的 斩波控制部64来生成用以使场效应晶体管Ql开关(switching)的开关脉 沖SP。
预热电路控制部72是具有对预热电路55的预热电流IP进行检测的预 热电流检测单元的功能的软件部，在对预热电路55的预热电流IP进行监 视的同时追随由状态检测部73检测到的灯电流IL及灯电压VL中的至少任 一个的变化，以这种方式来设定最佳预热条件即目标值，且以使预热电流 IP接近目标值的方式而生成供给到预热电路55的场效应晶体管Q4的栅极 端子中的预热用P丽信号PP。此外，所述预热电^"控制部72也可追随例如 作为灯电流IL与灯电压VL的积的灯电力的变化或者周围温度的变化等来 设定目标值。而且，对于此目标值而言，优选设置如下的上限值，即，此 上限值是根据即便在例如灯丝FLa、 FLb的寿命末期时也不会产生问题的能 量而设定的。
状态检测部73具有A/D转换器的功能，即，将作为模拟信号的灯电流 IL及灯电压VL中的至少任一个转换为与所述灯电流IL或灯电压VL相对应 的数字的频率数据，并将经A/D转换的灯电流IL及灯电压VL中的至少任 一个输出到预热电路控制部72或者调光信号生成部74等中。所述状态4全 测部73中的灯电流IL、或者灯电压VL的检测的时序，是根据例如电源电 压波形、或者谐振用电容器C4的两端电压等主电路58中的至少任一个模 拟信号、或者基于由所述状态检测部73检测到的灯电流IL或灯电压VL等 而运算出的作为数字信号的规定的频率数据，而决定为与灯电流IL或灯电 压VL的峰值相位(peak phase)同步的时序。本实施形态中，例如状态检 测部73具有A/D转换器的功能，因此是根据作为数字信号的规定的频率数 据来决定灯电流IL或者灯电压VL的检测时序，其中所述作为数字信号的 规定的频率数据是根据灯电流IL或灯电压VL等而运算出的数据。
而且，调光信号生成部74是如下的软件部具有运算单元的功能、并 且生成所述运算出的周期的P麵信号P，所述运算单元的功能是根据由状态检测部73检测到的灯12的点灯状态，即灯电流IL及灯电压VL中的至少 任一个，并根据此点灯状态及动作时钟CLK而运算出PWM信号P的周期。
在此，对于由所述调光信号生成部74生成的P丽信号P而言，是通过 交替输出第一边沿与第二边沿，而于第一边沿间设定P麵信号P的占空 (duty),且于第二边沿间设定P画信号P的周期，其中所述第一边沿是指 所述P丽信号P的占空比依赖于动作时钟CLK、即对应于动作时钟CLK的上 升或者下降中的任一个而动作，换言之是动作时钟CLK的整数倍，所述第 二边沿是指所述P簡信号P的占空比不依赖于动作时钟CLK、即与动作时钟 CLK的上升与下降之间、或者下降与上升之间的任一个相对应，换言之是动 作时钟CLK的非整数倍。
具体而言，如图3A及图3B所示，调光信号生成部74将运算出的P丽 信号P的周期Ti除以动作时钟CLK (宽度a) (Ti=a* ni+bi， ni、 i 为自然数，a>bi),并以与动作时钟CLK的上升边沿相对应的时序来进行 中断处理，相对于动作时钟CLK的上升边沿延迟有延迟量ci-1而产生PWM 信号P的第二边沿，其中所述延迟量ci-l是从上一周期Ti-1的除法运算 (Ti-l = a. ni-l + bi-l, n i-1为自然数)而产生的小数bi-1的动作时钟 CLK的上升所延迟的量，并且通过当前周期Ti的除法运算而产生的小数bi 与因延迟量ci-l而在第二边沿与动作时钟CLK的下降边沿之间所产生的小 数di的差分，成为从下一周期Ti+1的动作时钟CLK的上升所延迟的延迟 ci。也就是说，bi-di-ci, ci-l+di=a。第一边沿利用P窗信号P的占 空而求出。
另外，在场效应晶体管Q2用的P丽信号PI的边沿与场效应晶体管Q3 用的P丽信号P2的边沿之间，形成着未图示的若干的死区间(dead area )。 此外，P丽信号P1 (PWM信号P2)的第一边沿成为下降边沿，第二边沿成 为上升边沿，即便所述第一边沿及所述第二边沿与所述情况相反也同样。
也就是说，调光信号生成部74具有占空设定部的功能，即根据下述 小数di,以使当前周期的P簡信号P的占空比(duty ratio)大致固定的 方式来设定延迟量ci,其中所述小数di是利用上一周期的P観信号P的占 空(占空或者非占空)而相对于动作时钟CLK的边沿产生使P懇信号P的 脉沖的边沿反转的时序(PWM信号P的脉冲宽度)的小数，所述PWM信号P 的周期控制是在每个周期中进行，或者在规定周期以内、例如100 Msec 周期以内的每数个周期进行。
因此，对于调光信号生成部74而言，虽然在本实施形态中P丽信号P 的第一边沿的时序是依赖于动作时钟CLK,但第二边沿的时序并不依赖于动 作时钟CLK而是可改变，由此，使占空(非占空)以与动作时钟CLK独立 开来的时序而可改变，且可将P丽信号P的周期控制为能够对应于动作时
12钟CLK的整数倍及非整数倍(PFM控制)。换言之，调光信号生成部74是可 将P麵信号P的占空变化转换为周期变化(频率变化)的转换单元。
在此，使用了谐振电路53的谐振作用的点灯装置42中，如图5所示， 相对于P画信号P的周期(场效应晶体管Q2、 Q3的开关周期)，灯电压VL 的变化增大。因此，当对逆变器电路52进行数字控制时，输出成为阶梯状， 从而不容易进行稳定点灯，进而当使周期延迟、或者进行反馈控制时，同 样不容易进行稳定点灯。具体而言，例如图6的表格及图7中所示的将谐 振用线圈L2的电感(inductance )设为1. 4 mH、将谐振用电容器C4的电 容设为3300 pF的情况下，当与P画信号P的周期最小分解宽度(最小分 辨率(minimum resolution))相对应的灯电压VL的变化范围AVL为2 V 或2 V以上时，灯12会发生闪烁等，从而点灯状态变得不稳定(图6的表 格中的阴影部分)。因此，本实施形态中，将逆变器电路52设定为与PWM 信号P的周期最小分解宽度相对应的灯电压VL的变化范围△ VL小于2 V( △ VL<2 〔V〕)。
此外，所谓周期最小分解宽度，是指从P画信号P的最小的脉冲的上 升边沿到下降边沿为止的宽度。
ROM中预先存储着由DSP56的各部，例如电压设定部71、预热电路控 制部72及调光信号生成部74等所执行的各种程序(program )。
RAM中，将由状态检测部73等所检测到的各种数字值分别储存在经分 配的区域中。
而且，对于点灯装置42而言，在电源部51中，利用触发器61的动作 来生成开关脉冲SP以使场效应晶体管Ql进行开关动作，并使输入电压V0 与输入电流10的相位一致来改善功率因数。
具体而言，如图1及图4所示，当利用未图示的起动用电路等而使场 效应晶体管Ql接通时，线性地增加的电流流入斩波器扼流圈Ll (二极管 Dl )中，由此使扼流圈电流I流入此斩波器扼流圈Ll的次级线圈Lib中， 从而电磁的能量积蓄在斩波器扼流圈Ll中。同时，当利用由场效应晶体管 Ql的接通而产生的开关电流IQ，将由电阻M产生的电压VQ (^参考电压 VTH)输入到模拟比较器63中时，从模拟比较器63向触发器61的复位端 子输入复位电压VR (=电压VQ)，并从所述触发器61的输出端子将关闭的 开关脉冲SP供给到场效应晶体管Ql的栅极端子中，从而使所述场效应晶 体管Ql接通，由此将积蓄在斩波器扼流圈Ll中的电磁能量释放，线性地 减少的电流流入到斩波器扼流圈Ll (二极管D1)中。
通过重复进行上述动作，将输入电压VG的波形即经全波整流的正弦 (sign)波形、也就是基准波形SW作为包络线(envelope curve)而形成 输出电流II。由电源部51所生成的输出电压VI，以例如50 kHz等的规定的频率及 规定的占空，使逆变器电路52的场效应晶体管Q2、 Q3进行接通断开动作， 由此转换为高频交流电压。
利用此高频交流电压，谐振电路53谐振而使谐振电流流动，并使预热 电流IP分别流入预热电路55的预热用变压器L3的各次级线圈L3b、 L3c 中，以对灯U的灯丝FLa、 FLb进行预热，其中所述预热电路55是#_据由 预热电路控制部72所生成的规定周期的预热用P麵信号PP来使场效应晶 体管Q4进行开关动作。
而且，利用灯丝FLa、 FLb的预热，来对灯丝FLa、 FLb间施加规定的 起动电压(starting voltage),以使灯12点灯(起动)，从而使所述灯12 稳定点灯。
此时，点灯装置42中，根据由状态检测部73检测到的灯电流IL或者 灯电压VL中的至少任一个来进行反馈控制，以使所述灯电流IL、灯电压 VL或者作为它们的积的灯电力达到规定的目标值。
当对如上述那样点灯的灯12进行调光时，从DSP56的调光信号生成部 74向点灯装置42的高端驱动器65输入P丽信号P,以使逆变器电路52的 驱动频率可改变。通过使逆变器电路52的驱动频率增加或者减少，可抑制 或者增加来自逆变器电路52的高频电力，从而抑制或增加灯电流IL来对 灯12进行调光。
在调光信号生成部74中，根据由状态检测部73检测到的灯电流IL及 灯电压VL中的至少任一个，来生成具有依赖于由时钟生成部76生成的动 作时钟CLK的周期的P丽信号P，然后在所述调光信号生成部74中，根据 以前的周期的P丽信号P的占空及非占空中的任一个，以使下一周期的P観 信号P的占空比为固定的方式，来对P丽信号P的下降的边沿进行设定， 且以与动作时钟CLK独立开来的时序使P西信号P的下降的边沿反转，由 此可使所述逆变器电路52的驱动频率、即P画信号P的周期不依赖于动作 时钟CLK而改变。
所述P丽信号P的周期控制是在每个周期中进行，或者在规定周期以 内、例如IOO jasec周期以内的每数个周期中进行，在PWM信号P的周期 内立即反映出灯12的点灯状态。
在此，逆变器电路52进行控制，以使与P丽信号P的周期最小分解宽 度相对应的灯电压VL的变化范围AVL小于2 V。
而且，在预热电路55中，利用以使预热电流IP接近目标值的方式而 生成的预热用PWM信号PP，来使场效应晶体管Q4进行开关动作，由此可优 化因灯12的种类或制造过程中的差异等而变化的点灯中的预热量，其中所 述目标值是以追随由状态检测部7 3所检测到的灯电流IL 、灯电压VL 、灯电力、或者周围的温度变化等的方式，利用预热电路控制部72而设定的。
如以上所述，根据由状态检测部73所检测到的灯12的点灯状态、规 定的动作时钟CLK及调光信号等，由调光信号生成部74运算出P丽信号P 的周期，并且，由可生成与规定的动作时钟CLK的非整数倍的周期相对应 的PWM信号的调光信号生成部74，来生成所述运算出的周期的PWM信号P， 由此不受动作时钟限制、无须停止其它处理便可使P丽信号P的周期连续 细微地变化，从而可进行极其微细的调光控制。
具体而言，调光信号生成部74交替产生第一边沿及第二边沿，由此可 于第二边沿间对PWM信号P的周期进行控制，且可于第一边沿间将PWM信 号P的占空比设定为任意的固定值，其中所述第一边沿对应于规定的动作 时钟CLK的上升或者下降中的任一个而动作，且所述第二边沿对应于规定 的动作时钟CLK的上升与下降之间、或者下降与上升之间中的任一个而输 出。
即，可使用动作时钟CLK相对较小、换言之低速且低价的DSP56，因此 点灯装置42的成本也得以降低。
尤其是本实施形态的点灯装置42中，因使用了谐振电路53,所以细微 的频率(周期)控制变得重要，通过具备如上所述可生成能够与非整数倍 的周期相对应的PWM信号P的调光信号生成部74，而可进行极其微细的调 光控制。
另外，调光信号生成部74以与动作时钟CLK独立开来的时序而4吏PWM 信号P的第二边沿反转，由此来设定占空比，从而可容易地将P丽信号P 的占空设定得比动作时钟CLK短。
以与灯电流IL或灯电压VL的峰值相位同步的时序等的规定的时序， 由调光信号生成部74来对P丽信号P的周期进行设定，由此对灯12的点 灯频率进行设定，从而能够以适当的时序来设定灯12的点灯状态，其中所
或者基于灯:流IL或灯电压VL等进行运算出的规定的频率数据而决定的。 其结果，即便在灯12处于熄灭与点灯之间的不稳定的状态下，亦可维持灯 12的点灯，因此可进行较深入的调光。
调光信号生成部74将P画信号P的周期设为20 "sec以下，并根据 灯12的点灯状态，在IOO Msec周期以内的周期，具体而言每个周期内对 逆变器电路52的动作频率进行反馈控制，由此可进一步提高逆变器电路52 的响应性。
而且，先前，点灯装置通过与使用了谐振电路的谐振作用等的高频点 灯的组合，而可进一步推进放电灯或系统的高效率化，但其结果会导致灯 径变细并且灯电压增大。而且，由于使用谐振作用，因此相对于P丽信号的周期(开关元件的开关周期)，输出电压、即灯电压的变化将会增大。因 此，当对逆变器电路进行数字控制时，输出会成为阶梯状，从而不容易进 行稳定点灯，另外，当控制周期延迟或者进行反馈控制时，同样不容易进 行稳定点灯。
因此，逆变器电路52以使与P簡信号P的周期最小分解宽度相对应的 灯电压VL的变化范围厶VL小于2 V的方式使灯12点灯，由此，即便是灯 电压VL相对较高的灯12，也可稳定地进行调光，从而可提供节能系统 (energy-saving system )。
根据由状态检测部73所检测到的灯12的点灯状态来设定调光信号生 成部74的规定的目标值，由此对逆变器电路52进行反馈控制，从而可对 应于灯12的点灯状态来高效地驱动逆变器电路52。
仅将根据电源电压波形来设定基准波形SW的电压设定部71与调光信 号生成部74 —体地设在DSP56中，并利用与DSP56不同的硬件来构成斩波 控制部64，由此与利用DSP来生成升压斩波器电路59的控制信号的情况等 相比，可降低DSP56中的软件的处理负担，且不会对逆变器电路52的控制 造成负担，从而可同时实现升压斩波器电路59的控制与逆变器电路52的 控制，其中所述斩波控制部64以开关电流IQ对应于基准波形SW的方式而 生成开关脉冲SP，所述开关脉沖SP是根据开关电流IQ与斩波器扼流圈Ll 的次级线圈Llb侧的扼流圈电流来对场效应晶体管Ql进行开关控制。
具体而言，利用模拟比较器63对参考电压VTH与由场效应晶体管Ql 的开关电流IQ所产生的电压VQ进行比较，其中所述参考电压VTH是由电 压设定部71根据检测到的升压斩波器电路的输入电压V0及输出电压VI而 设定的，并由触发器61根据所述模拟比较器63的输出电压与斩波器扼流 圈Ll的次级线圈Lib侧的扼流圈电压V来生成场效应晶体管Ql的开关脉 冲SP,由此可减轻DSP56中的软件的处理负担，并且容易生成场效应晶体 管Ql的开关脉冲SP。
而且，因可减轻DSP56中的软件的处理负担，所以即便在DSP56中追 加其它控制也可抑制软件的处理负担。
使场效应晶体管Ql的开关电流IQ的基准波形SW对应于逆变器电路52 的输出、或者对应于电源电压并利用电压设定部71而可改变，由此即便在 逆变器电路52的输出较低的情况下，或者电源电压较低的情况下等，也可 减轻该升压斩波器电路59的负载并使其动作。
通过对灯12的点灯中的灯丝FLa、 FLb的预热量的最佳值进行判定， 而可对灯的种类不同或灯的制造过程中的差异较大的灯丝的最佳预热量进 行设定，从而消除过度预热或预热不足，不会出现灯12的短寿命化或早期 黑化。而且，利用单一的DSP56来对升压斩波器电路59、逆变器电路52及预 热电路55等进行数字控制，由此与设置着各个控制专用的DSP等的情况相 比，结构得到简化，并且不仅使一边反映彼此的动作状态一边进行控制变 得容易，而且可与例如传感器等加以组合而对无用的光进行调光，从而可 节省能源。
另外，所述一实施形态中，电源部51及预热电路55各自的结构、及 它们的控制等并不限于所述结构及控制。
此外，逆变器电路52还能够构成为以使与P画信号P的周期最小分解 宽度相对应的灯电压VL的变化范围AVL小于2 V的方式使灯12起动。在 此情况下，即便是灯电压VL相对较高的灯12,也可使其稳定地起动。
权利要求
1、一种点灯装置，其特征在于包括逆变器电路，将直流电压转换为高频电压后输出而使灯点灯；状态检测单元，对灯的点灯状态进行检测；运算单元，至少根据由所述状态检测单元检测到的灯的点灯状态及规定的动作时钟，而运算出使逆变器电路动作的PWM信号的周期；信号生成单元，构成为可生成与规定的动作时钟的非整数倍的周期相对应的PWM信号，且生成由运算单元运算出的周期的PWM信号；以及控制单元，根据由所述信号生成单元生成的PWM信号，来对逆变器电路进行驱动控制。
2、 根据权利要求1所述的点灯装置，其特征在于其中所述的信号生成 单元使第一边沿与第二边沿交替产生，所述第一边沿是与规定的动作时钟 的上升及下降中的任一个相对应而动作，且所述第二边沿是与规定的动作 时钟的上升与下降之间、及下降与上升之间中的任一个相对应而输出。
3、 根据权利要求1所述的点灯装置，其特征在于其中所述的逆变器电 路包括开关元件，利用与信号生成单元所生成的P丽信号的周期相对应的 开关元件的开关动作，而将直流电压转换为高频电压，以使与P丽信号的 周期最小分解宽度相对应的输出电压的变化范围小于2 V的方式来使灯点 灯。
4、 根据权利要求1所述的点灯装置，其特征在于其中所述的信号生成 单元根据由状态检测单元所检测到的灯的点灯状态来设定规定的目标值， 由此来对逆变器电路进行反馈控制。
5、 根据权利要求4所述的点灯装置，其特征在于其中所述的信号生成 单元将PWM信号的周期设定为20微秒以下，且将逆变器电路的反馈控制的 周期设定为100微秒以下。
6、 根据权利要求5所述的点灯装置，其特征在于其中所述的信号生成 单元对逆变器电路的反馈控制是在每个周期中进行。
7、 一种照明器具，其特征在于包括 器具主体，安装着灯；以及如权利要求1至6中任一权利要求所述的点灯装置，对灯进行点灯控制。
全文摘要
本发明是有关一种点灯装置及照明器具。该点灯装置包括逆变器电路，将直流电压转换为高频电压后输出而使灯点灯；状态检测单元，对灯的点灯状态进行检测；运算单元，至少根据由所述状态检测单元检测到的灯的点灯状态及规定的动作时钟，而运算出使逆变器电路动作的PWM信号的周期；信号生成单元，构成为可生成与规定的动作时钟的非整数倍的周期相对应的PWM信号，且生成由运算单元运算出的周期的PWM信号；以及控制单元，根据由所述信号生成单元生成的PWM信号，来对逆变器电路进行驱动控制。该照明器具包括器具主体，安装着灯；以及本发明的点灯装置，对灯进行点灯控制。本发明的不受动作时钟限制、无须停止其它处理便可进行极其微细的调光控制。
文档编号H05B41/36GK101420810SQ20081017176
公开日2009年4月29日 申请日期2008年10月23日 优先权日2007年10月24日
发明者北村纪之, 大崎肇, 山崎勇生, 岩井直子, 熊谷昌俊, 石北彻, 野木新治, 鎌田征彦 申请人:东芝照明技术株式会社