专利名称：放电灯点亮装置、照明器具以及照明系统的制作方法
技术领域：
0001
本发明涉及一种放电灯点亮装置和使用该放电灯点亮装置的照明器 具以及使用该照明器具的照明系统。
背景技术：
0002
以往，提供了一种具有将直流电转换为交流电后提供给放电灯的变换 器电路的放电灯点亮装置(例如，参照专利文献l)。0003
作为这种放电灯点亮装置，例如存在图15中所示的方案。该放电灯
点亮装置，具有直流电源电路l，其转换直流电源E的电压；变换器电 路2,其将直流电源电路l输出的直流电转换为交流电后，提供给放电灯
DL;控制电路3，其控制变换器电路2的输出频率。放电灯DL，就是所 谓的高压放电灯，其特征是能够获得能量较高的光束，因此能视为点光源 来使用，从而配光控制容易，起动需要几KV的高电压脉冲。0004
直流电源电路l，由公知的降压转换器(BuckConverter)构成。降压 转换器具有连接在直流电源E两端之间的开关元件Q2、电感L2、电容 C2以及电阻R的串联电路；连接在电阻R与直流电源E的连接点、以及 开关元件Q2与电感L2的连接点之间的二极管D2;电源控制部la，其由 例如微计算机构成并驱动开关元件Q2。直流电源电路1，具有连接在电容 C2两端之间分压电阻Ra和Rb，电源控制部la，根据由分压电阻Ra和 Rb分压后的电容C2的两端电压，控制导通关断开关元件Q2的频率及占 空比。0005
另外，变换电路2，具有分别由2个开关元件Q3 Q6构成，彼此并 联连接在直流电源电路1的输出端之间的2个串联电路；连接在开关元件 Q3 Q6的连接点之间的放电灯DL与电容Cr的并联电路与电感Lr的串联 电路，变换电路2就是所谓的全桥式的变换器电路。0006
控制电路3，通过同时导通和关断驱动彼此位于对角位置的开关元件 Q3 Q6，并且交替导通和关断驱动彼此串联连接的开关元件Q3 Q6，来为 放电灯提供交流电。0007
以往的控制电路3中，如图16所示，电源被接通后，在规定的时间 内，在交替反复于两个期间的无负载模式下工作，这两个期间分别是将
开关元件Q3 Q6的导通关断频率(下称"工作频率")提高至电感Lr与 电容Cr的谐振频率水平的期间，以及将工作频率降低至比上述谐振频率 低的期间；无负载模式结束后，转换至将工作频率降得比上述谐振频率更 低的点亮模式。也就是说，在提高工作频率期间放电灯DL开始放电，在 降低工作频率期间将放电灯中已经开始的辉光放电转变至电弧放电，在点 亮模式下维持电弧放电。特开2004-265707号公报0008
但是，像图16中期间T1那样，由于当放电灯DL发生放电后，放电 灯DL两端的电压(电灯电压)降低，因此接下来在提高工作频率的期间 T2中谐振用的电感Lr成为限流因素，导致放电灯DL中流过的电流(电 灯电流)不足，如期间T3所示发生熄灭，结果，起动时放电灯发生闪烁， 或者达到放电灯DL的稳定点亮所花费的时间过长。
发明内容
0009
本发明就是鉴于上述理由而提出的，其目的是提供一种能够将放电 灯平滑地转换至稳定点亮状态的放电灯电灯装置、和使用了该放电灯点亮装置的照明器具以及使用了该照明器具的照明系统。
0010
本发明的第l的发明，具有直流电源电路，其输出直流电；变换器 电路，其包含分别具有电容和电感至少各一个的谐振电路，并将直流电源 电路输出的直流电压转换为交流电压；起动检测电路，其检测放电灯中放 电的开始；控制电路，其控制变换器电路，控制电路，在放电灯起动时， 首先，在无负载模式下进行工作，该无负载模式通过将变换器电路的输出 的频率控制为变换器电路包含的谐振电路的谐振频率水平，来对放电灯施 加用于开始辉光放电的电压，在无负载模式中通过起动检测电路检测到放 电灯中放电的开始时，转换至起动改善模式，该起动改善模式使放电灯中 的辉光放电变换为电弧放电的，在起动改善模式持续规定的时间后，转换 至点亮模式，该点亮模式将变换器电路的输出的频率降低至比谐振电路的 谐振频率更低，维持电弧放电。0011
根据本发明，通过由起动检测电路检测到放电灯中的放电的开始时， 转换至起动改善模式，从而能平滑地使放电灯转换至稳定的点亮状态。
0012
本发明的第2发明，是在本发明的第l发明中，控制电路，在起动改 善模式中，将变换器电路的输出的频率设置为谐振电路的频率水平。0013
本发明的第3发明，是在本发明的第l发明中，控制电路，在起动改 善模式中，将变换器电路的输出的频率降低至比点亮模式下的频率更低。0014
本发明的第4发明，是在本发明的第l发明中，控制电路，在起动改 善模式中，以对放电灯施加直流电压的方式来控制变换器电路。0015
本发明的第5的发明，是在本发明的第1~4的任意一个发明中，具有:
具有状态检测电路，其检测在放电灯中没有发生电弧放电的熄灭状态；控 制电路在起动检测模式和点亮模式的任一模式下，当由状态检测电路检测 到熄灭状态时，再次返回至无负载模式。0016
根据该发明，能够更加稳定地转换至点亮模式。0017
本发明的第6发明，是在本发明的第1 5的任意一个发明中，起动检 测电路，其基于谐振电路中的电压的变化来检测出放电的开始。0018
本发明的第7发明，是在本发明的第1~5的任意一个发明中，起动检 测电路，其基于谐振电路中的电流的变化来检测出放电的开始。0019
本发明的第8发明，是在本发明的第1 5的任意一个发明中，起动检 测电路，通过检测放电灯中流过的电流来检测出放电的开始。0020
本发明的第9发明，具有本发明的第1 8的任意一个发明所述的放 电灯点亮装置；灯座，其与放电灯点亮装置电连接，并且能安装放电灯； 器具主体，其收纳放电灯点亮装置。0021
本发明的第10发明，具有多个第9发明所述的照明器具；控制装 置，其分别控制各照明器具。
0022
根据权利要求l的发明，控制变换器电路的控制电路，在放电灯起动 时，在通过起动检测电路检测到放电灯中的放电开始时，转换至将放电灯 中的辉光放电变换为电弧放电的起动改善模式，并且将起动改善模式持续 规定的时间后，转换至将变换器电路的输出的频率减低至比谐振电路的谐 振频率更低来维持电弧放电的点亮模式，因此能够使放电灯平滑地转换至 稳定点亮状态。0023
根据权利要求5的发明，由于控制电路在起动检测模式和点亮模式的 任一模式中，当由状态检测电路检测到熄灭状态时，再一次返回至无负载 模式，因此能够更加稳定地转换至点亮模式。
0024
图1是表示本发明的实施方式1的电路图。
图2是横轴取时间，分别表示各开关元件的导通关断状态、电灯电压 的波形、电灯电流的波形以及谐振电流的波形的同上的工作说明图。 图3是同上的工作说明图。 图4是表示同上的另一形式的电路图。 图5是表示本发明的实施方式2的电路图。
图6是表示同上的开关元件的导通关断状态和电灯电压的关系的说明图。
图7是横轴取时间，分别表示各开关元件的导通关断状态、电灯电压 的波形、电灯电流的波形以及谐振电压的波形的同上的工作说明图。 图8是表示同上的另一形式的电路图。 图9是表示本发明的实施方式3的电路图。
图10是横轴取时间，分别表示各开关元件的导通关断状态、电灯电 压的波形、电灯电流的波形以及起动电压的波形的同上的工作说明图。 图11是表示同上的另一形式的电路图。
图12是横轴取时间，分别表示坐标各开关元件的导通关断状态、电 灯电压的波形、电灯电流的波形以及谐振电流的波形的与实施方式1不同 形式的工作说明图。
图13(a)(b)分别是横轴取时间，分别表示电灯电压的波形、电灯电流 的波形的与实施方式l不同形式的工作说明图，其中，(a)表示从起动改善 模式返回到无负载模式的情况，(b)表示从起动改善模式转换至点亮模式的 情况。
图14(a) (c)分别是表示使用实施方式1~3的放电灯点亮装置的照明器 具的例子的斜视图，(a) (c)表示各不相同的例子。 图15是表示放电灯点亮装置的一例的电路图。
图16是横轴取时间，分别表示各开关元件的导通关断状态和电灯电 压的波形的以往例的工作说明图。0025图中l一直流电源电路；2 —变换器电路；3 —控制电路；4一起动检测电路；DL —放电灯。
具体实施例方式
0026
下面，参照附图对实施本发明的最佳方式进行说明0027
(实施方式l)
本实施方式中，如图1所示，具有直流电源电路l，其使用交流电源AC生成直流电；变换器电路2，其将直流电源电路输出的直流电压转
换为交流电压后，提供给放电灯。放电灯DL，由所谓的高压放电灯构成。0028
直流电源电路l，具有二极管电桥DB，其对从交流电源AC输入的交流电进行全波整流；升压部ll，其对二极管电桥DB输出的电压进行平滑并且升压；降压部12，其对升压部11输出的电压进行降压。升压部11，是将电容C1两端电压作为输出电压的公知的升压转换器，由以下几部分组成，分别是连接在二极管电桥DB的直流输出端之间的电感L1、 二极管D1以及电容C1的串联电路；开关元件Q1，其一端连接在电感L1与二极管Dl的连接点，并且另一端连接在二极管电桥DB的低电压侧的输出端；升压控制部lla，其对开关元件Q1进行导通关断驱动。升压控制部lla，例如以保持龟容C1的两端电压一定的方式来控制导通和关断开关元件Q1的占空比，能够由例如像MC33262之类的微计算机构成。降压部12，是将电容C2的两端电压作为输出电压Vd的周知的降压转换器，具有连接在升压部11的输出端之间的开关元件Q2、电感L2以及电容C2的串联电路；二极管D2，其连接在开关元件Q2与电感L2的连接点。0029
变换器电路2中，各2个的开关元件Q3 Q6组成的2个串联电路在直流电源电路1的输出端之间彼此并联连接，在一个串联电路的开关元件Q3、 Q4的连接点与另一个串联电路的开关元件Q5、 Q6的连接点之间，脉冲变压器PT的一次绕组Nl和二次绕组N2的串联电路，被与放电灯DL串联连接，并且在脉冲变压器PT的一次绕组Nl和二次绕组N2的连接点与直流电源电路1的低电压侧的输出端之间，连接着电容C4和电阻Rl的串联电路，即所谓的全桥式的变换器电路。0030
另外，具有控制电路3，其分别驱动直流电源电路1的降压部12的开关元件Q2以及变换器电路2的各开关元件Q3 Q6。控制电路3，检测直流电源电路l的输出电压Vd，并且以维持直流电源电路l的输出电压Vd为规定的电压的方式，控制导通和关断开关元件Q2的频率以及占空比。再者，控制电路3，在两种状态之间交替切换，此两种状态分别是彼此位于对角的一对开关元件Q3、 Q6分别被导通，而另一对开关元件Q4、Q5分别被关断的状态；和上述的一对开关元件Q3、 Q6分别被关断，而上述另一对的开关元件Q4、 Q5分别被导通的状态。该切换的频率，下面称为"工作频率"。本实施方式中，施加于放电灯DL的电压的频率等于工作频率。控制电路3，可以由例如ST公司制的ST72215之类的微计算机构成。
0031
再者，本实施方式中，具有起动检测电路4，其基于变换器电路2的电阻R1中流过的电流(下称"谐振电流")Ir，检测出放电灯DL中的放电开始，也就是放电灯DL的起动。0032
下面，利用图2对控制电路3的动作进行主要说明。控制电路3中，当接通电源后，首先工作于无负载模式。在无负载模式中，如图3中箭头Al所示，控制电路3在规定的时间Tx内，将工作频率从比脉冲变压器PT中连接在开关元件Q3、 Q4的连接点的一次绕组N1和电容C4的串联电路的谐振频率(下面仅称"谐振频率")fr还高的频率改变到低频率。此时，通过在脉冲变压器PT的二次绕组N2，产生对脉冲变压器PT的一次绕组Nl的两端之间产生的电压进行升压所得到的电压，从而放电灯DL被施加高电压，而通过该高电压放电灯被起动。0033
起动检测电路4，基于谐振电流Ir的波形成为脉冲波形这一情况，检测出放电灯DL的起动(就是说，放电灯DL中的绝缘破坏)。控制电路3中，当通过起动检测电路4检测出放电灯DL的起动后，在规定时间内工作于起动改善模式。起动改善模式中，控制电路3将工作频率控制在几十到几百Hz的低频率fa。另外，在起动改善模式以后，分别将直流电源电路l的开关元件Q2的导通和关断的占空比(Onduty)以及频率，分别提高至比无负载模式更高的状态。0034
控制电路3，当经过上述规定时间起动改善模式结束后，转换至维持放电灯DL点亮的点亮模式。在点亮模式中，控制电路3将工作频率fb控
制在几百Hz。就是说，起动改善模式中的工作频率fa，比点亮模式中的工作频率fb低。
0035
根据上述结构，通过在无负载模式中检测到放电灯DL的起动时转换至起动改善模式，能够将放电灯DL在不发生熄灭的情况下平滑地起动至稳定的点亮状态。0036
另夕卜，如图4所示，在电容C4与电阻R1的连接点与起动检测电路4之间，也可以设置比较器CP1和触发器电路FF，其中比较器CP1对电容C4与电阻Rl的连接点的电压与规定的参考电压Vrel进行比较。如果采用该结构，能够降低构成起动检测电路4的电路部件所要求的耐压值。
0037
(实施方式2)
由于本实施方式的基本结构与实施方式1是共通的，因此关于共通的部分附以相同的符号并省略说明，仅对不同的部分进行说明。0038
本实施方式中，如图5所示，直流电源电路1中没有设置降压部12，升压部11的输出电压成为了直流电源电路1的输出电压。0039
另外，具有与脉冲变压器PT与放电灯DL的串联电路并联连接的电容C3;连接在放电灯DL与开关元件Q5、 Q6的连接点之间电感L3。0040
本实施方式中，如图6所示，在变换器电路2的开关元件Q3 Q6的工作的l个周期(各一次的导通和关断)期间，放电灯DL两端的电压(电灯电压)Vk的相位相应变化3个周期。也就是说，电灯电压Vla的频率为工作频率的3倍。因此，本实施方式中的控制电路3，如图7所示，在无负载模式中，经过规定的时间Tx，将工作频率从比谐振频率fr的三分之一高的频率，渐渐降低至谐振频率的三分之一的频率。由此，变换器电路2的输出电压也就是电灯电压Via的频率，达到了谐振频率fr的程度。0041
另外，起动检测电路4，基于脉冲变压器PT与电容C4的连接点的电压(下称"谐振电压")Vr的波形的变化，具体来说例如在对谐振电压Vr进行全波整流且平滑后所得的电压低于规定的阈值时，检测出放电灯DL的起动。0042
控制电路3，在无负载模式中通过起动检测电路4检测到放电灯DL的起动时而转换的起动改善模式中，导通变换器电路2的一个开关元件Q3，并以几十到几百kHz导通和关断位于对角的开关元件Q6，将剩下的2个开关元件Q4、 Q5分别关断。由此为放电灯DL提供直流电。0043
另外，在将起动改善模式持续规定的时间后所转换的点亮模式中，控制电路3，将工作频率设为几十到几百Hz，并且对于变换器电路2的一个串联电路的各开关元件Q5、 Q6来说，被导通期间，取代如实施方式l中所述连续导通的方案，分别以几十到几百kHz进行导通和关断。0044
根据上述结构，通过在无负载模式中检测到放电灯DL的起动时转换至起动改善模式，能够将放电灯DL在不发生熄灭的情况下平滑地起动至稳定的点亮状态。0045
另外，如图8所示，可在脉冲变压器PT设置中间被接地的三次绕组N3，该三次绕组N3的两端分别与二极管D3、 D4的阳极连接，将二极管D3、 D4的阴极彼此连接在一起，将该连接点的电压通过电阻R2由电容C5进行平滑，之后输入到比较器CP2中与规定的参考电压Vre2进行比较，比较器CP2的输出被输入到起动检测电路4中。若采用此结构，能够降低构成起动检测电路4的电路部件所要求的耐压值。另外，由于将对应谐振电压Vr的电流进行全波整流以及平滑之后再使用，因此比起检测谐振电压Vr的瞬时峰值的情况，提高了可靠性。
(实施方式3)
0046
本实施方式的基本结构和实施方式2的图8的例子是共通的，因此关于共通部分附以相同符号并省略说明。0047
本实施方式中，如图9所示，在直流电源部1中省略了电容C1。另外，在变换器电路2中，省略了电容C4与电阻R1的串联电路。通过在脉冲变压器PT中去除连接电容C4的端子，实施方式2中作为一次绕组Nl与二次绕组N2的串联电路的部分，整体上成为了一次绕组N1，实施方式2中作为三次绕组N3的部分成为了二次绕组N3。再有，电感L3中增加铁心。本实施方式中，并联连接在脉冲变压器PT与放甀灯DL的串联电路的电容C3、与连接在放电灯DL与开关元件Q5、 Q6的连接点之间的电感L3构成谐振电路。另外，省略了连接在比较器CP2的电阻R2。0048
起动检测电路4，基于比较器CP2的输出检测放电灯DL的起动。也就是说，电容C5的充电电压(下称起动电压)Vs超过规定的参考电压Vre3时，检测到放电灯DL的起动。0049
控制电路3，将无负载模式中的工作频率，设置为由电容C3和电感L3构成的谐振电路的谐振频率水平的频率。0050
另外，控制电路3，如图10所示，在起动改善模式中，将工作频率设为几十到几百Hz的低频率，并且在以工作频率导通期间，将变换器电路2的一个串联电路的各开关元件Q5、 Q6，分别以几十到几百kHz的高频率进行导通和关断。
0051
再者，控制电路3，在点亮模式中，和实施方式2同样，将工作频率 设为几百Hz的低频率，并且对于变换器电路2的一个串联电路的各开关 元件Q5、 Q6，在被导通的期间，分别以几十到几百kHz的高频率导通和 关断。
0052
根据上述结构，通过在无负载模式中检测到放电灯DL的起动时而转 换至起动改善模式，能够将放电灯DL在不发生熄灭的情况下平滑地起动 至稳定的点亮状态。0053
另外，如图11所示，也可将变换器电路2的开关元件Q3 Q6中在起 动改善模式以及点亮模式下没有实施高频率的导通和关断的各开关元件 Q3、 Q4，分别置换为电容C6、 C7，将变换器电路2构成为半桥式。0054
另外，在实施方式1 3的各方式中，如图12所示，控制电路3，可在 起动改善模式中进行与无负载模式相同的动作。图12中仅图示了适用于 实施方式1的情况，对于实施方式2、 3省略了其图示。再者，在起动改 善模式中，也可以不改变工作频率而使其恒定。0055
再者，在刚切换至实施方式1~3的起动改善模式或图12的例子中的 点亮模式之后的例如一个周期左右中，控制电路3，对电灯电压Vla与给 定的点亮阈值Vth定期进行比较，如图13 (b)所示，如果电灯电压Vla 低于点亮阈值Vth，则判定为放电灯DL中发生电弧放电，从而继续该模 式中的工作或转换至下一个模式，另一方面，如图13 (a)中所示，如果 电灯电压Vla高于点亮阈值Vth若返回至无负载模式，则向点亮模式的转 换则更加稳定。也就是说，控制电路3，构成权利要求中的状态检测电路。 图13(a)(b)中，仅表示了适用于实施方式1的情况，省略了关于实施方式2、 3的图示。0056另外，在实施方式1 3的各方式中，也可以代替直流电源电路1而使 用像电池之类的直流电源。
0057
实施方式1~3的放电灯点亮装置中，可以用于例如像图14 (a)所示 的向下照明(DwonLight)或图14 (b)所示的点照明(SpotLight)的各 种照明器具。图14 (a) ~ (c)的各照明器具，分别具有器具主体51， 其收纳分别安装有构成放电灯点亮装置的各电路部件的印刷电路板(图中 没表示)；灯体52，其收纳了能够自由拆装放电灯DL的灯座(Socket)。 图14 (a) (b)的例子中，分别是，器具主体51中的放电灯点亮装置和 灯体52中收纳的灯座，通过电线53实现电连接。再者，图14 (a) ~ (c) 的各照明器具中，还能将多个照明器具与分别控制各照明器具的控制装置 (图中没表示) 一并使用，来构成照明系统。0058
本发明能适用于使放电灯平滑转换至稳定点亮状态的用途。
权利要求
1.一种放电灯点亮装置，具有直流电源电路，其输出直流电；变换器电路，其包含分别具有电容和电感至少各一个的谐振电路，并将直流电源电路输出的直流电压转换为交流电压；起动检测电路，其检测放电灯中放电的开始；控制电路，其控制变换器电路，控制电路，在放电灯起动时，首先，在无负载模式下进行工作，该无负载模式通过将变换器电路输出的频率控制为变换器电路包含的谐振电路的谐振频率水平，来对放电灯施加用于开始辉光放电的电压，在无负载模式中通过起动检测电路检测到放电灯中放电的开始时，转换至起动改善模式，该起动改善模式使放电灯中的辉光放电变换为电弧放电，在起动改善模式持续规定的时间后，转换至点亮模式，该点亮模式将变换器电路输出的频率降低至比谐振电路的谐振频率更低，维持电弧放电。
2. 根据权利要求l所述的放电灯点亮装置，其特征在于， 控制电路，在起动改善模式中，将变换器电路输出的频率设置为谐振电路的谐振频率水平。
3. 根据权利要求1所述的放电灯点亮装置，其特征在于， 控制电路，在起动改善模式中，将变换器电路输出的频率降低至比点亮模式下的频率更低。
4. 根据权利要求1所述的放电灯点亮装置，其特征在于， 控制电路，在起动改善模式中，以对放电灯施加直流电压的方式来控制变换器电路。
5. 根据权利要求1~4中任意一项所述的放电灯点亮装置，其特征在于，具有状态检测电路，其检测在放电灯中没有发生电弧放电的熄灭状态；控制电路在起动检测模式和点亮模式的任一模式下，当由状态检测电 路检测到熄灭状态时，再次返回至无负载模式。
6. 根据权利要求1 5中的任意一项所述的放电灯点亮装置，其特征在于，起动检测电路，其基于谐振电路中的电压变化来检测出放电的开始。
7. 根据权利要求1~5中的任意一项所述的放电灯点亮装置，其特征在于，起动检测电路，其基于谐振电路中的电流变化来检测出放电的开始。
8. 根据权利要求1 5中的任意一项所述的放电灯点亮装置，其特征在于，起动检测电路，通过检测放电灯中流过的电流来检测出放电的开始。
9. 一种照明器具，具有权利要求1 8中的任意一项所述的放电灯点亮装置； 灯座，其与放电灯点亮装置电连接，并且安装放电灯； 器具主体，其收纳放电灯点亮装置。
10. —种照明系统，具有 多个权利要求9所述的照明器具；以及， 控制装置，其分别控制各照明器具。
全文摘要
本发明提供一种放电灯点亮装置，具有直流电源电路(1)，其输出直流电；变换器电路(2)，其将直流电源电路(1)输出的直流电转换为交流电后，提供给放电灯(DL)；控制电路(3)，其控制变换器电路(2)的输出的频率(工作频率)；起动检测电路(4)，其检测放电灯(DL)中放电的开始(起动)。控制电路(3)，在无负载模式中通过起动检测电路(4)检测到放电灯(DL)的起动时起，在规定的时间内在将工作频率降低至比点亮模式中的工作频率更低的起动改善模式下工作，此后，转换至维持放电灯(DL)的点亮的点亮模式。由此，能够使放电灯(DL)顺利转换至稳定的点亮状态。
文档编号H05B41/24GK101642000SQ20088000956
公开日2010年2月3日 申请日期2008年3月13日 优先权日2007年3月27日
发明者小松直树, 熊谷润, 长田晓 申请人:松下电工株式会社