(57)【要約】  コストを著しく増大させることなく高い実効値のOCVを得る、具体的には、現在の電子安定器のトポロジ構造を変更することなくDCBUS電圧を高める新規のデバイスおよび方法を提案すること。本発明は、ガス放電灯の点灯モジュールに関し、この点灯モジュールは、低周波駆動信号から第一の一連のパルスを発生させる第一モジュールと、高周波駆動信号から第二の一連のパルスを発生させる第二モジュールと、ガス放電灯の中のガスを絶縁破壊させるための出力パルスが発生するように、第一の一連のパルスと第二の一連のパルスを重畳して昇圧させる重畳・昇圧モジュールとを備えている。本発明により、DCBUSを増大させることなく高い実効値のOCVを容易に得ることができ、ガス放電灯の点灯が改良される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス放電灯の点灯モジュールであって、当該点灯モジュールが、
−  低周波駆動信号から第一の一連のパルスを発生させる第一モジュールと、
−  高周波駆動信号から第二の一連のパルスを発生させる第二モジュールと、
−  当該ガス放電灯の中のガスを絶縁破壊させるための出力パルスが発生するように、当該第一の一連のパルスと当該第二の一連のパルスを重畳して昇圧させる重畳・昇圧モジュールと、
を備えている、点灯モジュール。
【請求項２】
当該第一モジュールが、当該第一の一連のパルスを発生させるための当該低周波駆動信号を受け取るトランジスタ、を備えている、請求項１に記載の点灯モジュール。
【請求項３】
当該第二モジュールが、当該第二の一連のパルスを発生させるための当該高周波駆動信号を受け取るトランジスタ、を備えている、請求項１に記載の点灯モジュール。
【請求項４】
ガス放電灯を始動させるシステムであって、当該システムが、
−  幹線のAC電圧をDC電圧に変換する整流器と、
−  当該DC電圧を、当該ガス放電灯にエネルギを提供する第一AC電圧に変換するインバータと、
−  低周波駆動信号から第一の一連のパルスを発生させる第一モジュールと、
−  高周波駆動信号から第二の一連のパルスを発生させる第二モジュールと、
−  当該ガス放電灯の中のガスを絶縁破壊させるための出力パルスが発生するように、当該第一の一連のパルスと当該第二の一連のパルスを重畳して昇圧させる重畳・昇圧モジュールと、
を備えている、システム。
【請求項５】
請求項１、２、または３に記載の点灯モジュール、または請求項４に記載のシステム、を備えている、ガス放電灯の安定器。
【請求項６】
ガス放電灯を点灯させる方法であって、当該方法が、
−  低周波駆動信号から第一の一連のパルスを発生させるステップと、
−  高周波駆動信号から第二の一連のパルスを発生させるステップと、
−  当該ガス放電灯の中のガスを絶縁破壊させるための出力パルスが発生するように、当該第一の一連のパルスと当該第二の一連のパルスを重畳して昇圧させるステップと、
を備えている方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス放電の点灯モジュールに関し、より詳細には、高輝度放電（HID）灯の安定器の点灯モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
高輝度放電（HID）灯を点灯させるためには、発光管の2つの端部に瞬間的な高電圧パルスの点灯電圧を発生させることのみならず、できる限り迅速にグロー放電をアーク放電に移行させて点灯プロセスを終了させるための十分なエネルギを供給することにより、相対的に高い実効値を有する開路電圧（OCV）を提供することも要求される。従来の電子安定器の回路構造は、通常、幹線の交流を直流に変換する整流・力率補正回路部分（AC−DC）と、直流を交流に変換するインバータ回路部分（DC−AC）と、点灯回路部分（点灯器）とを含んでいる。整流・力率補正回路部分（AC−DC）によって、幹線の交流電圧が直流バス（DCBUS）電圧に変換される。インバータ回路部分（DC−AC）によって、直流バス電圧が再び交流電圧に変換され、特定の実効値を有する開路電圧（OVC）が出力される。点灯回路部分によって、発光管が絶縁破壊されるように発光管の2つの端部に大きな振幅の高電圧パルスが発生する。
【０００３】
現在、ハーフ・ブリッジ・トポロジ構造のインバータ回路は、低コストのため幅広く使用されている。このようなトポロジ構造においては、得られるOCVの実効値は、DCBUS電圧の半分にすぎない。例えば、通常の電子安定器のDCBUS電圧は、400 Vであり、従って、得られる開路電圧実効値は、200 Vにしか達することができない。しかしながら、高輝度放電灯の点灯に一般的に要求されるOCVは、DCBUS電圧の半分よりも高い（例えば250 V、好ましくは280〜300 V）。この問題を解決するため、通常では、より高いOCVが得られるようにDCBUS電圧を高める。例えば、250 V〜280 VのOCVが得られるようにDCBUSを500 Vまたは560 Vに高め、これによって点灯の必要条件が満たされる。
【０００４】
図1は、公知の高輝度放電灯の点灯の公知のブロック図である。通常の整流・力率補正回路（AC−DC）によって、220 V、50 Hzの商用電力電圧を、便宜上400 VのDCBUSを有する電圧に変換することができる。従って、より高い電圧（例えば、560 V）を有するDCBUSの信号出力を得るため、対応する昇圧コンバータモジュール（BCM）が必要である。この構造に基づくと、インバータ回路（DC−AC）（例えば、通常のハーフブリッジインバータ回路）を使用して、実効値がDCBUS実効値の半分である電圧V1（例：280 Vの開路電圧（OCV））を得て、ガス放電灯の点灯用のエネルギを供給することができる。その一方で、点灯段階において、点灯回路（点灯器、図1には「I」として示されている）は、高輝度放電灯の発光管の中のガスが絶縁破壊するようにガス放電灯の2つの端部に短い高電圧パルスV2を発生させる。このようにして、最終的に、特定の開路電圧条件下において高輝度放電灯が始動する。結果として、放電灯の2つの端部に形成されるOCVはV3となる。この実効値は、V1の実効値と実質的に同じであるかまたはこれよりわずかに高い。
【０００５】
上述した点灯モードにおいては、DCBUS電圧が昇圧されるため、回路の複雑さが増しており、その一方で、回路全体の電気素子のパフォーマンスパラメータに求められる条件がずっと高い。例えば、電解コンデンサは、より高い耐電圧パラメータを必要とし、スイッチ素子は、より高い絶縁破壊電圧を必要とする。従って、安定器の総コストが著しく増大する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、コストを著しく増大させることなく高い実効値のOCVを得る、具体的には、現在の電子安定器のトポロジ構造を変更することなくDCBUS電圧を高める新規のデバイスおよび方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的のため、本発明は、ガス放電灯の点灯モジュールであって、当該点灯モジュールが、
−  低周波駆動信号から第一の一連のパルスを発生させる第一モジュールと、
−  高周波駆動信号から第二の一連のパルスを発生させる第二モジュールと、
−  当該ガス放電灯の中のガスを絶縁破壊させるための出力パルスが発生するように、当該第一の一連のパルスと当該第二の一連のパルスを重畳して昇圧させる重畳・昇圧モジュールと、
を備えている、点灯モジュール、を提案する。
【０００８】
本発明の別の観点によると、本発明は、ガス放電灯を始動させるシステムであって、当該システムが、
−  幹線のAC電圧をDC電圧に変換する整流器と、
−  当該DC電圧を、当該ガス放電灯にエネルギを提供するように意図されている第一AC電圧に変換するインバータと、
−  低周波駆動信号から第一の一連のパルスを発生させる第一モジュールと、
−  高周波駆動信号から第二の一連のパルスを発生させる第二モジュールと、
−  当該ガス放電灯の中のガスを絶縁破壊させるための出力パルスが発生するように、当該第一の一連のパルスと当該第二の一連のパルスとを重畳して昇圧させる重畳・昇圧モジュールと、
を備えている、システム、を提案する。
【０００９】
本発明の別の観点によると、本発明は、上述されている点灯モジュールまたはシステムを備えている、ガス放電灯の安定器、を提案する。
【００１０】
本発明の別の観点によると、本発明は、ガス放電灯を始動させる方法であって、当該方法が、
−  低周波駆動信号から第一の一連のパルスを発生させるステップと、
−  高周波駆動信号から第二の一連のパルスを発生させるステップと、
−  当該ガス放電灯の中のガスを絶縁破壊させるための出力パルスが発生するように、当該第一の一連のパルスと当該第二の一連のパルスを重畳して昇圧させるステップと、
を含んでいる、方法、を提案する。
【００１１】
本発明を実施することによって、ガス放電灯は、効果的にこれを始動させるには、低いDCBUS電圧しか必要としない。従って、整流段階（AC−DC）において昇圧ユニットを省略することができる。その一方で、DCBUS電圧が低レベルであるため、多数の電子ユニット、すなわち、絶縁破壊電圧パラメータが低いキャパシタあるいはスイッチを有するいくつかのユニット、が厳しいパラメータを必要としない。結果的に、回路または安定器の総コストを相当に低減させることができる。
【００１２】
本発明の上記およびその他の観点は、図面および請求項を参照して、本発明の説明から明らかになるであろう。
【００１３】
以下では、添付の図面を参照しながら単なる一例として本発明について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図面において、同じ参照記号は、同一、類似する、または対応する特徴部分または機能を示している。
【００１５】
図2は、本発明による、高輝度放電灯の点灯の機能・構造図である。図1に示されている従来技術と比較して、本発明は、改良された点灯回路を採用するので、より低いDCBUS電圧（例えば、400 Vの標準のDCBUS）を使用することができ、標準のDCBUS電圧を昇圧させる必要がない。例えば、この回路は、400 VのDCBUSが得られるように商用電力をAC−DC部によって整流および変換した後、インバータ回路の使用のみで、200 Vの実効値を有する第一の一連の交流電圧V1を得ることができる。その一方で、改良された点灯器（図2には「II」として示されている）は、何らかの実効値を有する第二の一連の交流電圧V2を出力することができる。最終的に、V1およびV2を重畳し、次いでこれらを昇圧させることによって、高輝度放電灯の2つの端部に形成されるOCV V3が得られる。
【００１６】
図1に示されるように、V2のピーク値は非常に高いが、極めて低いデューティサイクルの場合、V2は最終的なOCVに実質的には寄与することができない。図2に示されている本発明によると、改良された波形を有する一連の交流電圧（V2）を出力することができる改良された点灯器（II）が使用されているので、この点灯器は、OCVに実質的に寄与する。この場合、DCBUSを昇圧させることは、必要なOCVを得るための唯一の方法ではない。
【００１７】
図3は、本発明による改良された点灯（II）モジュールの概略図である。OCVの実効値を高めるための十分な寄与を得るためには、出力電圧の波形を最適化する必要がある。点灯器は、主として、電力スイッチング管またはトランジスタとその他の要素とから構成されているが、この電力スイッチング管またはトランジスタは、対応する波形を生成するため特定の周波数を有する外部の作動信号源を必要とする。
【００１８】
高輝度放電灯の点灯の必要条件を満たすためには、点灯器は、一般的に3.5 KV〜5 KVの点灯電圧を発生させる必要がある。これにより、回路の設計に対して特定の必要条件が課される。同時に、この点灯器回路を使用してOCVに寄与する実効値を増大させる場合、このことは、周波数、パルス幅、間隔周期などのパラメータを調整することによって達成することができるが、最終的には、これらの相異なる設計目的によって課される回路に対する必要条件は、異なっているので、これらの必要条件の両方を満たすことは難しい。従って、本発明は、補助回路を追加することによってこの問題を解決する。
【００１９】
図3に示されているように、改良された点灯器（II）モジュールの中には、従来技術において公知である点灯モジュール（IM）以外に、追加電圧発生モジュール(additional voltage generation module)（AVGM）が加えられている。このように、改良された点灯器（II）においては、高電圧パルスの点灯電圧Vaを発生させるために点灯モジュールIMが依然として使用されており、その一方で、定常波形を有する追加の電圧Vbを発生させるために補助回路AVGMが使用されている。VaおよびVbは、重畳・昇圧モジュール（SBM）によって重畳されて昇圧され、次いで、相当に高い実効値を有する電圧V2として出力される。
【００２０】
図4は、本発明による改良された点灯器（II）を使用して高輝度放電灯を点灯させる回路図である。図3に示されているように、本発明によって開示されている点灯回路は、点灯モジュール（IM）と、追加電圧発生モジュール（AVGM）と、重畳・昇圧モジュール（SBM）とを備えている。図4においては、点灯モジュールIMは、電流制限抵抗器R1と、充電／放電キャパシタC1と、電力管T1と、電流制限インダクタンスL1とを備えている。追加電圧発生モジュールAVGMは、電流制限抵抗器R2と、充電／放電キャパシタC2と、電流制限インダクタンスL2と、電力管Q1とを備えている。重畳・昇圧モジュールSBMは、3つのコイルCL1, CL2, CL3を備えている昇圧トランスTr1を備えている。図4にはいくつかの補助ユニットも示されている。例えば、ダイオードD1, D2, D3は、電圧クランプに使用されており、抵抗器R13およびR15は、電力管の駆動をサポートするための電流制限抵抗器であり、キャパシタC3は、振動を維持し、出力波形を最適化するために使用されている。回路内のDrv1は、電力管またはトランジスタT1を駆動するための低周波（例えば130 Hz）信号源である。
【００２１】
図4に示されているように、電力管T1がオフである間、DCBUSは、C1にかかる電圧がDCBUS電圧に達するように電流制限抵抗器R1を介して充電／放電キャパシタC1を充電する。電力管T1がオンである間、C1は、昇圧トランスTr1と、電流制限インダクタンスL1と、電力管またはトランジスタT1とを介して放電する。その一方で、第一レベルコイルCL1に形成される電圧Vaを、結合されている第二レベルコイルCL3に出力することができる。T1は、極めて低いデューティサイクルを有するDrv1によって駆動されるため、DCBUSは、C1を充電するための十分な時間を有する。T1がオンである間、C1は極めて短い時間内に放電する。従って、極めて高いピーク値と、数マイクロ秒〜数十マイクロ秒のパルス幅とを有する高電圧パルスVaがCL1に形成され、結合されている第二レベルコイルCL3に出力される。このようにして、第二レベルコイルCL3には、約3.5 KV〜5 KVのピーク値と、約数ボルトの極めて低い実効値とを有する交流パルス電圧V2が発生する。
【００２２】
出力電圧V2の実効値を高めるため、補助回路AVGMが加えられており、この回路は高周波信号源Drv2によって駆動される。電力管Q1がオフである間、DCBUSはR2を介してC2を充電する。Q1がオンである間、C2は、CL2, L2, Q1を介して放電する。Dr2の駆動信号は高周波信号である（すなわち、充電および放電のサイクルが極めて短い）ため、出力される波形は相当に定常であり、高いピーク値を持つ代わりにかなり高い実効値を有する。従って、もう1つの第一レベルコイルCL2に形成される電圧（Vb）は大きな振幅を持たないが、かなり高い実効値を有する。
【００２３】
上述されている2つのモジュールによって発生する電圧VaおよびVbは、重畳・昇圧モジュール（SBM）によって重畳および昇圧され、結合された電圧V2を出力することができる。図4に示されているように、SBMは、3つのコイルCL1, CL2, CL3を含む昇圧トランスTr1を備えている。各コイルのコイル巻数をそれぞれCL1, CL2, CL3と表すならば、3つのコイルの間の電圧の関係は、以下の式に従うはずである。
(Va+Vb) / V2 = (CL1 + CL2) / CL3
V2 = (Va + Vb) CL3 / (CL1 + CL2)
【００２４】
コイルCL1, CL2, CL3のコイル巻数を調整することにより、必要なV2を調整することができる。Va、Vb、およびV2が、交流電圧であるので、これらの実効値は上の関係式に従わないことがある。Vaを昇圧させることによってのみV2の実効値を高める場合と比較したとき、Vbの波形がかなり平坦であるため、VaおよびVbを重畳して昇圧させることによって必要な実効値を達成することは、容易である。
【００２５】
従って、新しい点灯回路を設計することによって、本点灯回路は、高いピーク値（例えば、3.5 KV〜5 KV）を有するのみならずかなり高い実効値（例えば、50 V）も有する電圧V2を出力することができる。図2に示されているように、DCBUSは、特定の実効値（例えば、200 V）を有するOCV V1を発生させることができる。ガス放電灯を確実に点灯させるための高いピーク値と十分な実効値の両方を有する必要なOCVを形成するために、放電灯の2つの端部においてV1およびV2を重畳することができる。
【００２６】
図5は、本発明による高輝度放電灯を点灯させるための改良された点灯器（II）を採用する例の回路図である。この実施例は、コストをさらに低減するためいくつかの補助要素を省略している点で、図4の実施例とは異なっているが、動作原理は同じである。例えば、電流制限抵抗器R2と充電／放電キャパシタC2が省かれている。従って、AVGMは、電流制限抵抗器R1および充電／放電キャパシタC2を、IMと共有している。さらに、図5に示されているように、CL1およびCL2は、1つのトランスの相異なるコイルとすることができ、CL1およびCL2は、調整可能とすることができる。
【００２７】
上の実施例は、説明を目的としてのみ記載されており、本発明の範囲を制限することを目的とはしていない。本発明は、好ましい実施例を参照することによって詳細に説明されているが、当業者には、本発明の手法・方法を、本発明の範囲から逸脱することなく修正できることが理解されるであろう。
【００２８】
動詞「備えている」およびその活用形は、請求項に記載されている以外の要素またはステップの存在を排除するものではない。要素またはステップの前の冠詞「a」または「an」は、複数のそのような要素またはステップの存在を排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】高輝度放電灯の点灯の公知の回路の概略図である。
【図２】本発明による改良された点灯モジュールを使用しての高輝度放電灯の点灯の概略図である。
【図３】本発明による改良された点灯モジュールの概略図である。
【図４】本発明による改良された点灯モジュールを使用しての高輝度放電灯の点灯の例の回路図である。
【図５】本発明による改良された点灯モジュールを使用しての高輝度放電灯の点灯の別の例の回路図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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