(57)【要約】定常動作時、高圧放電ランプを動作させるための回路装置が、低周波で整流されるランプに直流を供給する。点火動作と定常動作との間の引き継ぎ中、高周波電流が、整流の半周期より短い時間間隔中に、それぞれの整流の後、ランプに供給される。このようにして、ランプを供給することによって、引き継ぎ中により小さい負荷を形成するので、回路装置が満たさなければならない要件はより緩やかになる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ランプを動作させるための回路装置であって、比較的低い又は中程度の振幅をもつ比較的低周波の方形波の供給電圧が、アーク放電が継続的に前記ランプ内で生じる前記ランプの通常の動作段階において前記ランプに供給され、比較的高い振幅をもつ比較的高周波の方形波の供給電圧が、前記通常の動作段階に先行する点火段階において前記ランプに供給されるように、前記放電ランプが整流回路において接続される、回路装置であって、前記点火段階と前記動作段階との間の引き継ぎ段階において、前記比較的低周波の方形波の供給電圧が、各々の半周期波形の初期部分において、各波形のデューティサイクルが低減されるように抑制され、前記比較的低周波の方形波の供給電圧の代わりに、比較的高周波の方形波の供給電圧が、前記ランプに印加されることを特徴とする回路装置。
【請求項２】
前記引き継ぎ段階における前記初期部分の持続時間が、前記低周波の方形波の供給電圧の半周期の持続時間に関して、前記引き継ぎ段階の開始時の１００％から終了時の０％まで時間の経過とともに減少することを特徴とする、請求項１に記載の回路装置。
【請求項３】
前記整流回路に接続され、該整流回路を制御するマイクロコントローラ回路を有し、前記整流回路が相互関係のあるハイブリッドの高周波及び低周波の方形波の供給電圧を前記引き継ぎ段階において前記ランプに印加するように、前記マイクロコントローラ回路が、前記整流回路にスイッチングパターンを供給するようにプログラムされることを特徴とする、請求項１に記載の回路装置。
【請求項４】
前記低周波の方形波の供給電圧の各々の半周期の前記持続時間に関して、前記電圧が抑制される、前記低周波の方形波の供給電圧の各々の半周期の前記初期部分の前記持続時間を、前記引継ぎ段階の前記開始時の１００％から前記終了時の０％まで減少させるように、前記マイクロコントローラ回路がプログラムされることを特徴とする、請求項３に記載の回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ランプを動作させるための回路装置であって、比較的低い又は中程度の振幅をもつ比較的低周波の方形波の供給電圧が、アーク放電が継続的にランプ内で生じる上記ランプの通常の動作段階において上記ランプに供給され、比較的高い振幅をもつ比較的高周波の方形波の供給電圧が、上記通常の動作段階に先行する点火段階において上記ランプに供給されるように、上記放電ランプが整流回路において接続される、回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような回路装置は、米国特許第５，９３２，９７６号公報から知られている。
【０００３】
より具体的には、本発明は、ランプの確実かつ恒久的な点火が未だに起こっていない、点火段階と上記通常の動作段階との間に存在する段階に関する。この段階は、本明細書の以下において、略して、引き継ぎ(take-over)段階として示されるであろう。この引き継ぎ段階では、比較的強い充放電電流が、通常のやり方において放電ランプと並列に接続されるキャパシタを通して流れるであろう。この電流は、整流回路に電流を供給する供給回路において、及び整流回路のスイッチングトランジスタにおいて主要な負荷を構成する。
【０００４】
米国特許第５，９６２，９８１号公報は、放電ランプのための回路装置を開示しており、この公報では、通常の動作段階に先行する前段階において生じるランプキャパシタの過大な充放電電流の問題については取り組んでいるけれども、それによって、整流回路に電流を供給する供給回路において形成される負荷の問題については取り組んでいない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、整流回路に電流を供給する供給源において低減された負荷が、引き継ぎ段階で得られ、これによって、ランプ及び点火回路に全ての電力を供給するための並列に接続されたキャパシタを通常有する上記供給源の出力部において維持されるであろう電圧の場合よりも、一層高い電圧が維持される。そのため、グロー放電によってランプの電極を加熱し、その後ランプ内で放電アークを生じさせるために必要な電力を供給することがより良好に可能になる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、この目的は、放電ランプを動作させるための回路装置であって、比較的低い又は中程度の振幅をもつ比較的低周波の方形波の供給電圧が、アーク放電が継続的に上記ランプ内で生じる上記ランプの通常の動作段階において上記ランプに供給され、比較的高い振幅をもつ比較的高周波の方形波の供給電圧が、上記通常の動作段階に先行する点火段階において上記ランプに供給されるように、上記放電ランプが整流回路において接続される、回路装置であって、整流回路に電流を供給する供給源が、該整流回路に接続され、上記供給源が、点火段階と動作段階との間の引き継ぎ段階において、比較的低周波の方形波の供給電圧が、各々の半周期波形の初期部分において、各波形のデューティサイクルが低減されるように抑制され、比較的低周波の方形波の供給電圧の代わりに、比較的高周波の方形波の供給電圧が上記ランプに印加されることを特徴とする、回路装置によって実現される。
【０００７】
上述された米国特許第５，９６２，９８１号公報によれば、整流回路のスイッチングトランジスタの高周波スイッチングが、低周波スイッチングの初期期間に行われることは本当ではあるけれども、この結果として、比較的高周波の方形波の供給電圧はランプに印加されず、これに反して、比較的低周波の方形波の供給電圧／電流が、スイッチングトランジスタの高周波スイッチング時にも依然としてランプに印加される（図１８，図２０，図２２）。
【０００８】
したがって、本発明によれば、比較的高周波の方形波の供給電圧が、低周波の方形波が抑制されている、比較的低周波の方形波の供給電圧の各々の半周期の初期部分においてランプに印加され、それゆえ、半周期の残りの部分は、低周波の供給電圧の半周期の持続時間より短い持続時間を有するか、又はそのデューティサイクルが半周期に関して１００％を下回る。
【０００９】
「比較的高周波」とは、ランプが「ＯＮ」である通常の動作段階における９０Ｈｚの周波数に対して、例えば、５０ｋＨｚ乃至２００ｋＨｚの周波数でさえあるとして理解されるものとする。
【００１０】
本発明による上記の方策の結果は、実際に見出されたように、比較的高周波の方形波の供給電圧がランプに印加されている間に、グロー放電が引き継ぎ段階において低い電流レベルでランプ内に発生し、また、比較的高周波の方形波の供給電圧の終了、及び比較的低周波の方形波の供給電圧の次の（短くされた）半周期の実際の開始が、本発明による方策がなくては生じるであろう負荷よりもかなり小さい電流パルス負荷（実際の場合の１３Ａに対して３Ａ）を、整流回路に電流を供給する供給源にもたらすことである。このことは、その出力キャパシタがより高い電圧にまで充電され得るという結果を伴って、上記供給源における負荷を低減するだけでなく、整流回路のスイッチングトランジスタにおける電流負荷もまた低減され、そのため、点火トランジスタが使用され得るということをもたらす。
【００１１】
関連の方形波電圧が抑制されると共に、比較的高周波の方形波の供給電圧が存在する、比較的低周波の方形波の供給電圧の各々の半周期の初期部分は、引き継ぎ段階の開始時の１００％から終了時の０％までの持続時間を有することができる。このパーセンテージは、比較的低周波の供給電圧の１つのブロックの持続時間、又はその周波数の半周期と関係づけられ、そのため、このようにして、整流回路の高周波の整流における漸進的な低減、及び低周波の整流の漸進的な増加が、経験的に最も効果的な値に設定され得る持続時間にわたって相互関連する態様で行なわれる。
【００１２】
本発明は、以下に添付の図面を参照して更に詳細に説明されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１の回路装置は、ＡＣ電源１に接続されるＡＣ／ＤＣ変換回路２を有し、このＡＣ／ＤＣ変換回路２において、キャパシタＣ１が出力キャパシタである。
【００１４】
制御される／切り替えられるＤＣ／ＡＣ変換回路３が、変換回路２に接続され、当該回路３は、組み込まれるスイッチングトランジスタＴ０、ダイオードＤ１、コイルＬ１及び出力キャパシタＣ２を有し、「チョッパ」とも呼ばれる。この変換回路は、とりわけ、ランプが制御回路４の制御の下で「ＯＮ」である通常の動作段階においてランプ電流を安定化させる既知の態様で使用される。
【００１５】
制御回路６によって制御されるスイッチングトランジスタＴ１乃至Ｔ４を備える整流回路５は、変換回路３に接続される。コイルＬ３と、点火トランスＬ２の二次巻線Ｌ２−２と、ランプＬの電気的接続部との直列構成部が、ブリッジ型の整流回路５のダイアゴナルＰ１／Ｐ２に存在する。キャパシタＣ３（ランプキャパシタ）は、Ｌ２−２とランプ接続端子との直列構成部に並列に接続される。
【００１６】
ダイオードＤ２、抵抗器Ｒ、キャパシタＣ４、スパークブリッジＶＢ、又は何らかの他の電圧センシティブスイッチ、及び点火トランスＬ２の一次巻線Ｌ２−１を有する点火回路７は、ブリッジ型の整流回路５のダイアゴナルＰ１−Ｐ２の端子Ｐ３及びＰ４に接続される。ランプＬは、例えば、ＨＩＤランプ、すなわち、高輝度放電（ＨＩＤ）の放電ランプである。
【００１７】
本発明を理解する関連性に限って、現時点までに説明された通常の回路の動作は、以下の通りである。
【００１８】
動作中、すなわち、点火段階において、例えば、４００Ｖの直流電圧が、変換回路３の出力キャパシタＣ２の両端に生じる。整流回路５のトランジスタＴ１乃至Ｔ４は、例えば、１００ｋＨｚの比較的高いスイッチング周波数で制御回路６によって、Ｔ１及びＴ４と、Ｔ２及びＴ３との対で交互に導通状態（「ＯＮ」）に切り替えられる。
【００１９】
４００Ｖの電圧は、コイルＬ３及びキャパシタＣ３の共振効果によって、例えば、８００Ｖにまで上げられる。このダイアゴナルの端子Ｐ１とＰ２との間の高められた電圧が点火回路７に供給され、該回路では、キャパシタＣ４が、ダイオードＤ２及び抵抗器Ｒを介してこの高められた電圧にまで充電される。スパークブリッジＶＢは、キャパシタＣ４が約８００Ｖの電圧をもつ場合にブレークダウンし、それによって、キャパシタＣ３が、点火トランスＬ２の一次巻線を介して放電される。二次側と一次側との間の高い巻線比のために、例えば、２００ｋＶの高い点火パルスが、二次巻線Ｌ２−２の両端に生じる。
【００２０】
例えば、１秒のオーダーの持続時間を有し得る点火段階の後に、通常、例えば、９０Ｈｚの周波数で整流回路５の低周波スイッチング又は整流の段階が続く。スイッチングトランジスタＴ１乃至Ｔ４の低周波スイッチングは、例えば、９０Ｈｚ（図２Ａ）の低いスイッチング周波数の周期ＴによりダイアゴナルＰ１−Ｐ２間に低周波の方形波の供給電圧を生成する。
【００２１】
整流回路５の各々の低周波の整流は、ある極性から他の極性にキャパシタＣ３を再充電すると共に、ランプが点火パルスによって点火されるときにランプを通して流れ出る、主要な電流パルスをもたらすであろう。したがって、ランプの恒久的な「ＯＮ」状態が起きない限り、主要な電流パルスは周期的に流れ、これは整流回路の供給源であるキャパシタＣ２において主要な負荷を形成する。このことは、電流を制限する効果も有するコイルＬ３が、大きさを縮小されるか、又は財政的な理由のために省略される場合には、更に一層大きな程度に至る事例であろう。
【００２２】
本発明によれば、キャパシタＣ２における負荷を低減するために、高周波の整流が、整流回路５の各々の低周波の整流に先行して行われる、供給電圧Ｐ１−Ｐ２（図２Ｄ）を使用することが、ここで提案されている。図２Ｄに示されるハイブリッドの又は相互関係のある低周波／高周波の供給電圧は、図２Ｂに示されるような低周波の中断される方形波の供給電圧と、図２Ｃに示されるような高周波の中断される方形波の供給電圧とを一緒に組み合わせて構成されているものとして考えられてもよい。
【００２３】
図２Ｂでは、図２Ａの半波形又は各ブロックの初期部分が、持続時間Ｔｂ／２中は抑制され、それによって、各ブロックのデューティサイクルが、比率１−Ｔｂ／Ｔに低減され、高周波の方形波の供給電圧は、持続時間Ｔｂ／２をもつそれぞれの初期部分のとき、すなわち、持続時間Ｔｂ／２をもつバーストのときに供給され、各々のバーストは高周波の周期が行われる期間の持続時間Ｔｂ／２と比較して短い持続時間の複数のブロックを有する。この後者の周波数は、５０ｋＨｚ乃至１００ｋＨｚと同程度であってもよく、例えば、２．５ｍｓの持続時間Ｔｂ／２内の高周波の方形波の供給電圧の周期数は、例えば、１２５であり得る。
【００２４】
本願の発明者らは、グロー放電が、各々の高周波バースト中にランプ内で発生し、このグロー放電は、例えば、約０．５Ａの比較的低い値をもつランプ電流Ｉ１（図２Ｅ）を生じさせ、この場合、グロー電圧が約２３０Ｖであり得ることを見出した。低周波の供給電圧の次の（短くされた）ブロックの開始に際して供給電圧を切り換える時、電流パルスＰは、先行する高周波のバーストの十分に長い持続時間の後、ピーク値がもはや上記のようなバースト（Ｑ、図２Ｅ；１３Ａ）がない場合ほど高くないようなピークを伴って生じる。上記の場合の高周波は、例えば、２００ｋＨｚであった。
【００２５】
このことから、供給回路３の出力キャパシタＣ２が、より少ない負荷を受け、より高い電圧を保つので、点火回路は、点火パルスをより頻繁にかつより信頼できる態様で送り出すようになり、それによって、より信頼できるランプ点火が実現され、このことはグロー放電中のランプ電極の漸進的な加熱にも寄与することが明らかであろう。このパルス電流の低減によって、更に、スイッチングトランジスタＴ１乃至Ｔ４について点火タイプを使用することが可能になる。
【００２６】
本願の発明者らは、更に、バースト持続時間Ｔｂ／２を、引き継ぎ段階の開始時の半周期Ｔ／２の１００％から終了時の０％まで時間の関数として変化させることが、上記に説明されたグロー放電の効果も考慮して、有利であることを見出した。このことが図３に描写されており、この図では、低周波（ＬＦ）の割合及び高周波（ＨＦ）の割合がパーセントで縦軸に図示され、横軸に時間ｔが図示されている。例として、１、２及び３秒の時点が示されており、この場合、１００%の高周波スイッチングが０秒から１秒まで行われ、本発明によるハイブリッド高周波及び低周波スイッチングが２秒から３秒まで行われ、１００％の低周波スイッチングが３秒を超えた後に行われる。ここで与えられる値は単に説明のためのものであり、これらの値がそれぞれの個別のランプのタイプに合わせて経験的に決定されるべきものであることは明らかであろう。
【００２７】
点火段階と通常の動作段階との間の引き継ぎ段階中に印加されるハイブリッド高周波及び低周波の供給電圧に関する上記の説明を考慮すると、制御回路６が、整流回路５のスイッチングトランジスタＴ１乃至Ｔ４に対してスイッチングパターンを供給し、それによって、時間とともに変化する抑制及び開放周期Ｔｂ／２（図３）をもつ所望のハイブリッド供給電圧（図２Ｄ）がランプに印加されるように、マイクロコントローラ又はマイクロプロセッサであり得る制御回路６をプログラムすることは、当業者の能力の範囲にあるものとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の理解について必要でない細かい部分を省略し、簡略化された表示におけるＨＩＤランプを動作させるための通常の回路装置の回路図である。
【図２Ａ】ランプ供給電圧が本発明によって形成される態様を図示する、ある波形を示す。
【図２Ｂ】ランプ供給電圧が本発明によって形成される態様を図示する、他の波形を示す。
【図２Ｃ】ランプ供給電圧が本発明によって形成される態様を図示する、他の波形を示す。
【図２Ｄ】ランプ供給電圧が本発明によって形成される態様を図示する、他の波形を示す。
【図２Ｅ】ランプ供給電圧が本発明によって形成される態様を図示する、他の波形を示す。
【図３】本発明による相互に関係のある高周波及び低周波の整流の図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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