(57)【要約】  放電ランプの制御装置及び方法を開示する。ランプのラン−アップ中に満たすべき光束の要件に拘わらず、ランプ寿命が低下するのをできるだけ少なくするために、ランプ点弧後の少なくとも1sから3sの時間インターバルを含むラン−アップ相ではランプを交流で作動させ、この電流の振幅はラン−アップ相中に上昇させる。ラン−アップ相での電流の上昇後には、電流を最初もっと上げるか、又は好ましくはラン−アップ相に後続する遷移相にて一定のままとし、その後ランプが定常作動相に入るまでに低減させる。電流の時間勾配は、ランプの光束最小値が所定の瞬時に達成されるように選定するのが好適である。例えば、特にラン−アップ中に高電流で作動させる水銀を含まないランプの場合に特に有利である。
2005516359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプに所定振幅の交流電流を供給するための給電装置と、
ラン−アップ相中に前記給電装置に振幅値を与えるプログラミングユニットと、
で放電ランプを制御する装置であって、
前記ラン−アップ相が少なくとも前記ランプの点弧後の１秒からランプの点弧後の３秒までの時間インターバルを含み、且つ
前記プログラミングユニットが前記ラン−アップ相中の前記電流を経時的にほぼ上昇勾配にするようにした放電ランプ制御装置。
【請求項２】
前記電流の経時的勾配を、前記ランプによって発生される光束が少なくとも２度の所定瞬時にて、指定された最小値となるように選定した請求項１に記載の放電ランプ制御装置。
【請求項３】
前記ラン−アップ相が、少なくとも前記ランプの点弧後の0.5秒から前記ランプの点弧後の４秒までのインターバルを含むようにした請求項１又は２に記載の放電ランプ制御装置。
【請求項４】
前記電流が前記ラン−アップ相にて該ラン−アップ相の開始時における値に対して少なくとも30%だけ上昇するようにした請求項１〜３の何れか一項に記載の放電ランプ制御装置。
【請求項５】
前記ラン−アップ相における前記電流の経時的勾配が長時間平均して単調に上昇するようにした請求項１〜４の何れか一項に記載の放電ランプ制御装置。
【請求項６】
前記電流を、経時的にほぼ方形波特性を有し、周波数が少なくとも２００Hzの交流電流とする請求項１〜５の何れか一項に記載の放電ランプ制御装置。
【請求項７】
前記電流が前記ラン−アップ相に続く遷移相にて定常値に降下するようにした請求項１〜６の何れか一項に記載の放電ランプ制御装置。
【請求項８】
前記ラン−アップ相の開始時における前記電流が、ランプ点弧後の１秒後のインターバルにて取り得る電流の最大値のせいぜい７５％、好ましくは６０％以下となるようにした請求項１〜７の何れか一項に記載の放電ランプ制御装置。
【請求項９】
放電ランプ及び請求項１〜８の何れか一項に記載の制御装置を有する照明システム。
【請求項１０】
前記放電ランプが水銀を含まない充填物を有する請求項９に記載の照明システム。
【請求項１１】
放電ランプを制御する方法であって、
交流電流が、少なくとも前記ランプの点弧後の１秒からランプの点弧後の３秒までのインターバルを含むラン−アップ相にて前記ランプに流れ、
前記電流の振幅が前記ラン−アップ相中に上昇するように前記電流が制御され、且つ
前記ランプによって発生される光束が、少なくとも２度の所定瞬時に指定された最小値になるように、前記電流の時間勾配を選定する放電ランプ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放電ランプ制御用の装置及び放電ランプと制御装置を有する照明システム並びに放電ランプを制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光は放電ランプ内の気体放電によって発生され、この放電は通常放電容器内の２つの電極間にて起こる。気体放電は点孤電圧が印加されることで点孤され、これが光アークを形成することになる。この光アークの点孤後、電極及びこれらの電極を囲む容器が加熱され、ランプはその後に定常の作動状態（定常状態）に入る。
【０００３】
放電ランプは先般来特に自動車の分野にて広く用いられている。通常ここで用いられるランプは定常作動時にAC電圧にて作動する。
【０００４】
放電ランプの点孤後の経時的シーケンスは次ぎの通りである。即ち、光アークの点孤後、ランプは先ず遷移状態にて数ミリ秒、通常１００ms以下の間作動する。この遷移状態では、ランプはDC電圧で作動するが、この電圧の極性は、例えば２回反転される。これが電極を加熱する働きをする。遷移状態が終了すると、ランプはAC電圧、しばしば４００Hzの方形波AC電圧で作動する。この作動は数秒の初期インターバルを含み、これに定常状態の定常作動が追随する。
【０００５】
ランプの光束をできるだけ速く上昇させることは、通常特に自動車分野での使用にとって目指されることである。この目的のためにランプを初期段階にて一定の極めて高いラン−アップ（run-up）電流で作動させることは既知であり、この電流は所望されるランプ寿命を考慮して、それぞれのランプに対する最大許容電流に近い電流とする。
【０００６】
US−A−5,663,875には放電ランプ作動用の電圧コンバータが記載されている。これの図１ｂにはランプ点孤後の電流勾配が示されている。遷移範囲内にてこの電流はDC作動のままで最初極めて高い値にまで上昇し、次いでAC作動に切り換わり、このAC作動では最初は極めて強い交流電流が流れ、この電流は公称作動するまでに徐々に低減する。定格電力が３５Wのランプは、電極を加熱すると共に放電容器内にある含有物を蒸発するように、初期期間中に９０Wまでの電力で作動する。
【０００７】
US−A−5,434,474も放電ランプ作動用の装置に関するものである。この装置は、高いラン−アップ電流を回避するように過剰電流を検出するための回路を備えている。この装置は、初期期間に電流を最大値に制限する。その目的はランプ寿命にとって不都合な結果をまねかないようにするためである。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の目的は、放電ランプ制御方法及び装置、並びに放電ランプと、ランプの寿命が不必要に短縮されず、それにもかかわらずランプのラン−アップ特性に関係する諸要求を満たすようにランプを制御するそれ相当の制御装置とを有する照明システムを提供することにある。
【０００９】
この目的は、請求項１に係る装置、請求項９に係る照明システム及び請求項１１に係る方法によって達成される。従属請求項は本発明の好適実施例に関連するものである。
【００１０】
本発明は、強力な電流での作動は熱膨張が起こるために、特に点孤後のランプの冷却状態におけるランプの寿命にとっては極めて不都合であると云う認識に基づいて成したものである。ランプのラン−アップに関連する諸要求は、例えば幾つかの瞬時におけるランプ光束に対する設定値によって規定されている。従って、ランプは例えば１ｓ（１秒）後にそのランプ光束に対する少なくとも第１しきい値に達して、これらの規格に適うようにし、且つ例えば４ｓ後に少なくとも第２のより高いしきい値に達するようにしなければならない。
【００１１】
本発明によれば、給電装置によってラン−アップ相におけるAC電流の振幅を本質的に上昇させてランプを駆動させる。従来既知のように、ランプを最初から最大許容電流で作動させる代わりに、ランプ点弧後の少なくとも１〜３ｓの時間インターバル内に、ランプに流れるAC電流の振幅を本質的に上昇させる期間を設ける。ここに云う“本質的に”上昇させると云うことは、ラン−アップ相の開始時における電流値はラン−アップ相の終了時における値よりも低いと云う意味合いであると理解すべきである。他の実施例では、ラン−アップ相における電流の時間勾配が時間とともに単調に増加し、即ち電流が幾つかの時間区分内において上昇するか、一定のままとなるが、降下しないようにする。時間とともに適当に平滑化する手段は、電流が波状特性を呈するために用立てなければならない。
【００１２】
ここで用いている概念“ラン−アップ相”とは、ランプを交流電流で作動させる時間インターバルのことで、このインターバルはランプ点弧後の少なくとも１ｓ〜３ｓの期間を含む。ラン−アップ相は（DC）遷移相の直後に開始することができる。このラン−アップ相は、ランプが既に交流電流で作動している期間に開始させることもできる。用途に応じて、ラン−アップ相は時間とともに一方及び/又は他方向に拡張させ、例えば点弧後の0.5sか、0.3sのように早くするか、又はもっと早く開始させ、点弧後の4sか、5s後か、8sも後に終了させることができる。
【００１３】
他の好適例では、電流がラン−アップ相にて該ラン−アップ相の開始時における値に対して少なくとも３０％だけ上昇するようにする。しかしながら、好ましくは電流上昇を５０％以上、場合によっては１００％以上にする。
【００１４】
他の実施例では、電流がラン−アップ相、又はそれに続く遷移相にて最大値に達するようにする。この最大値は、それぞれのランプ形式によって、ランプ寿命に関する最小要件が適うように決定する。本発明の他の実施例では、ラン−アップ相の開始時における電流の振幅値が最大電流のせいぜい７５％、好ましくはその６０％以下になるようにする。
【００１５】
所定勾配は、例えば上昇傾斜状に線形、又は他の上昇曲線状、例えば段歩状等のようにすることができる。任意の具体的な用途での経時的勾配は、使用するランプの形式に応じて実験に基づいて設定するのが好適である。所定瞬時にランプ光束に対する所定の最小値を達成するのに電流勾配はどの程度の上昇で十分であるかと云うことはテストにて容易に確かめることができる。一般に予想値は、場合によっては所定の安全マージンで達成すれば十分である。明らかなオーバシュートはランプ寿命にとって好ましくない結果を招くことになる。
【００１６】
ラン−アップ相には、例えば数秒の遷移相を後続させ、この遷移相では、例えば電流の振幅は一定のままで、最終的に定常作動中の値に降下する。しかし、電流上昇は、遷移相でも最初は続行させることもできる。
【００１７】
好適実施例では、制御装置がマイクロコントローラ又はマイクロプロセッサを備え、これがラン−アップ電流に対する予めプログラムして格納した時間勾配を可制御給電装置に与える。予め規定した時間勾配はマイクロコントローラに、例えばテーブル形式にて格納する。本発明の他の実施例では、マイクロコントローラがランプの作動状態もモニタし、即ち、マイクロコントローラは、ランプの点弧中に、冷点弧が起こっているのか、依然ホットランプの再点弧が行われているのかどうかを判定することができる。後者の場合に、マイクロコントローラはランプをラン−アップ相にて実質上弱い電流で作動させるようにランプを制御することができ、その理由は、この際ランプを別に加熱する必要はないからである。
【００１８】
本発明による照明システムは放電ランプを適当な制御装置と一緒に備えている。ラン−アップ相における電流勾配に対する値は制御装置内に格納しておくのが好適であり、これらの値は当面のランプに諸要件を適えさせる場合に必要である。
【００１９】
ラン−アップ相中の電流の初期“保護”上昇はランプ寿命に好ましい影響を与えることをテストして確かめた。また同時にラン−アップ相におけるプログラムした電流勾配によって、ラン−アップ特性に関連する規格をあらゆる場合に満たすようにする。特に、高電流で作動するランプの場合に、ランプ寿命が明らかに伸びることが観測された。例えば、放電容器内にHgを含まない充填物を有し、特にラン−アップ中の点灯電圧を低くするため、高電流で作動させる放電ランプは結果的に本発明の恩恵を受けることになる。
【００２０】
本発明の実施例を以下添付図面を参照してより一層詳細に説明する。
【００２１】
図１は、自動車の分野で用いられるような代表的な放電ランプ１０を示す。このランプ１０は一例としてここに示したに過ぎない。斯種のランプの構成及び機能の詳細は当業者に既知である。従って、詳細については述べないが、ランプ１０の最も重要な構成部分についてのみ説明する。
【００２２】
放電容器１４を有するバーナーはランプベース１２内に保持される。電極１６は石英の壁部によって仕切られる放電容器１４の内部に突出している。気体放電はランプ１０の作動中電極１６間に維持される。図示の例の放電容器１４はHg（水銀）のない充填物を包含する。ランプ１０は定常作動中は電流が約８３０mAで、電圧が４２Vの３５Wの電力で作動する。
【００２３】
図２は制御回路２２及びランプ１０を備えている照明システム２０の線図を示す。
【００２４】
制御回路２２はマイクロコントローラμCによって制御される可制御給電装置２４を備えている。電流センサ２６及び電圧測定装置２８はランプ１０に流れる電流及びランプ１０間の電圧を測定し、それぞれの測定結果をマイクロコントローラμCに供給する。
【００２５】
図３は従来技術による放電ランプ間の電圧降下U及び放電ランプに流れる電流ILの時間勾配を示す。図３に示したものは図式的に示したに過ぎず、これはランプ点孤中の時間勾配の原理を明らかにするために過ぎない。
【００２６】
電圧Uは、ランプを点孤するために、光アークが瞬時ｔ＝０にて点孤される点にまで増大する。光アークの点孤後に遷移相Aが追随し、この相にてランプは直流（DC電圧）で作動する。例証として示した遷移相Aは数ミリ秒の間、最大１００msまで持続する。極性は図示の例ではこの期間中に一度だけ変化する。
【００２７】
遷移相Aに続く初期相Bにて、ランプは交流（AC電圧）で作動する。この初期相Bは数秒間持続し、この初期相Bはランプを”ラン−アップ”させるのに仕える。図３に示すように従来は、ランプを初期相Bにて直ぐに最大許容電流で作動させ、次いでこの電流を首尾良いラン−アップ後の定常相Cまでに徐々に低減させる。
【００２８】
ランプは初期相Bと定常相Cの双方では、周波数が４００Hzの方形波AC電圧によって作動する。図３に示した時間勾配は象徴的に示したに過ぎず、従って例えばインターバルB内に示した極性変化の数はこのインターバル中における結論を引き出すために使用し得るものではないことに再度留意すべきである。
【００２９】
図４は本発明の実施例にてランプに流れる電流ILの時間勾配を示す。これも図３の従来のものとの差を明らかにするために全く象徴的に図示したに過ぎない。
【００３０】
図４の時間線図でも、瞬時ｔ＝０における点孤後に数ミリ秒の遷移相Aが追随し、この期間中、ランプは直流（DC電圧）で作動する。遷移相Aに続くラン−アップ相B1では、ランプを交流で作動させる。ラン−アップ相B1の持続時間は数秒である。電流ILの振幅上昇はこのラン−アップ相B1にて起こるため、この相の終わりの電流振幅値はこの相の最初の電流振幅値よりも高くなる。
【００３１】
ラン−アップ相B1に続く遷移相B2において、この例ではラン−アップ相B1にて得られた増大電流がしばらく維持され、この電流は最終的には定常作動の相Cにて取り得る値にまで降下する。相B2の持続時間は数秒である。
【００３２】
従来の場合と比べるに、高いラン−アップ電流が突然スイッチ−オンされるのではなくて、電流の振幅は徐々に上昇させる。このことは、数秒の期間B1中にランプにかかる負荷がさほど厳しくなくなり、これがランプ寿命に好ましい影響をもたらすことになる。相B1における電流の積分値は、従来の場合の対応するインターバルにおけるそれよりも明らかに低くなる。
【００３３】
図５はランプ１０に対するラン−アップ相における電流ILの勾配の例を示す。瞬時t=0sにランプが点呼してから経過した秒数を時間軸にプロットしてある。曲線ILはランプ１０に流れる電流の勾配を示す。曲線Lはランプの光束の勾配を示す。段歩曲線IDはこの場合に必要とされる最小光束を示す。例えば、欧州標準規格のECR R 99は、ランプ点呼後の１ｓで公称光束の２５％を、ランプ始動後の４ｓで光束の８０％を達成すべきであることを取り決めている。
【００３４】
図示の例では、ランプを４００Hzの方形波AC電圧で作動させる相が約t=0.1sに開始する。
【００３５】
従来のラン−アップ電流相B（図３）においては、電流ILの振幅を先ず、できるだけ速くランプのラン−アップ及びランプの光束上昇を達成するように、それぞれのランプ形式にとって許容し得る最大値に設定する。その後、電流ILの値を、ランプが定常作動する相Cのレベルにまで連続的に低減させる。
【００３６】
これに対し、図５は電流ILの上昇、例えば電流ILの本質的な上昇時間勾配を示している。図５から明らかなように、ここに示す電流ILの曲線は滑らかではなく、時間平均で見てかなり不規則な振動を呈している。従って、電流ILの勾配に関しては、実施例は長時間平均して適度に平滑化したものに関連する。点弧後の1s〜3sの時間インターバルにて、電流は約2.25Aから約3.5Aにまで、即ち約55%上昇する。この電流の勾配は長時間平均して時間とともに単調に上昇し、或る領域にて（例えば、約1sから約1.5sまで）一定のままとなる。電流ILは、t=0.5sからt=4sまでのインターバル中に約1.75Aから3.75Aにまで、即ち100%以上に上昇する。上述した２つのインターバルは、例えば“ラン−アップ相”B1に対するものである。
【００３７】
図５の曲線L が示すように、ラン−アップ相における選定した電流ILの上昇勾配によって、ランプの光束（L）は、諸要件に対し不必要に高いオーバシュートを起こすことなく要件LDに従ってt=1s及びt=4sにて最小値を達成する勾配を呈する。
【００３８】
当業者は各ランプ又はランプ形式に対するILの必要な勾配を、ランプLの光束が当該要件を適えるように決定することができる。これは実験的に簡単に行うことができる。
【００３９】
図５に示したILに対する勾配では、最大電流ILは約3.75Aである。これは必要とされる最小ランプ寿命を考慮してのランプに許容される最大電流に相当する。しかしながら、この最大電流は従来と対比するに、ランプ点弧後の約3.25s後までは達成されない。ランプは最初は先行するラン−アップインターバルにて“保護的に”ラン−アップし、これが試験して立証したようにランプ寿命を十分に延ばすことになる。
【００４０】
図５に示した電流ILの勾配は図２の照明システム２０にて次のようにして達成される。
【００４１】
マイクロプロセッサμCがランプ始動用の始動信号Sを受信すると、可制御給電装置２４は先ず、ランプを点弧するように制御される。このランプの点弧には当業者に既知の点弧電圧発生用の追加回路（図示せず）を用いることができる。
【００４２】
ランプ点弧後で、しかも遷移相Aの後に、マイクロコントローラμCは、図５に示すような勾配を有する交流電流が発生されるように給電装置２４を制御する。規格IDを満たすのに必要なILの勾配は予め計算されている。これに必要なILの時間勾配はマイクロコントローラμC内に、様々な瞬時におけるILのそれぞれの値を含むテーブル形式にて格納される。マイクロコントローラμCはこれらの格納値に従ってILが図５に示すような勾配となるように給電装置２４を制御する。
【００４３】
本発明は、放電ランプの制御装置及び方法を開示していると要約することができる。ランプのラン−アップ中に満たすべき光束の要件に拘わらず、ランプ寿命が低下するのをできるだけ少なくするために、ランプ点弧後の少なくとも1sから3sの時間インターバルを含むラン−アップ相ではランプを交流で作動させ、この電流の振幅はラン−アップ相中に上昇させる。ラン−アップ相での電流の上昇後には、電流を最初もっと上げるか、又は好ましくはラン−アップ相に後続する遷移相にて一定のままとし、その後ランプが定常作動相に入るまでに低減させる。電流の時間勾配は、ランプの光束最小値が所定の瞬時に達成されるように選定するのが好適である。例えば、特にラン−アップ中に高電流で作動させる水銀を含まないランプの場合に特に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】放電ランプの側面図である。
【図２】制御装置と放電ランプを有する照明システムの回路線図である。
【図３】従来のランプ間の電圧及びランプに流れる電流の勾配を描いた時間線図である。
【図４】本発明の実施例のランプに流れる電流の勾配を描いた時間線図である。
【図５】本発明の実施例のラン−アップ相におけるランプ電流及びランプ光束の勾配を描いた時間線図である。
【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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2005516359.tif 000009
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