(57)【要約】  放電照明組立品及び放電ランプ１０の動作方法が記載される。放電ランプ１０は、放電アークを形成する２つの電極２４を備えた放電室２０を有する。駆動回路１２は、正の値の半周期及び負の値の半周期の間の整流を有する交流ランプ電流ＩＬ及び／又は交流ランプ電圧ＵＬとしてランプ１０に電力を供給する。駆動回路１２は、整流後の１０―１００μｓの所定の分配時間ｔＤにおいてランプ１０の存続期間Ｌに依存して変化する電圧レベルＵＤを分配できるよう制御される。
2013525969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−アーク放電を形成する２つの電極を備えた放電室を含む放電ランプ、
−電力を前記ランプに供給する駆動回路、
を有し、
−前記電力は、正の値の半周期及び負の値の半周期の間の整流を有する交流ランプ電流及び／又は交流ランプ電圧として供給され、
−前記駆動回路は、整流後の１０−１００μｓの所定の分配時間において、前記ランプの存続期間に渡って変化する電圧レベルで前記電力を分配できるよう制御される、放電照明組立品。
【請求項２】
−制御部は、設定値に従って前記ランプ電流及び／又はランプ電圧を分配するよう前記駆動回路を制御し、前記設定値は、パルス高のパルスを有し、
−前記パルスは、整流後の時間に位置し、
−前記パルス高は、前記ランプの存続期間に依存して変化する、
請求項１に記載の組立品。
【請求項３】
−前記電力は、交流ランプ電流として供給され、
−前記制御部は、設定電流値に従ってランプ電流を分配するよう前記駆動回路を制御し、前記設定電流値は、パルス高の電流パルスを有し、前記パルス高は、前記ランプの存続期間に依存して変化する、
請求項２に記載の組立品。
【請求項４】
−前記パルス高は、前記ランプの前記存続期間の早期の第１の時間に適用される第１のパルス高値と前記ランプの前記存続期間の後期の第２の時間に適用される第２のパルス高値との間で増大する、請求項２又は３に記載の組立品。
【請求項５】
−前記パルス高は、前記第１の時間と前記第２の時間との間で単調に増加する、請求項４に記載の組立品。
【請求項６】
−存続期間値までの初期期間中にいかなるパルスも供給されず、
−パルスは、前記存続期間値の後に供給される、
請求項２乃至５のいずれか一項に記載の組立品。
【請求項７】
−前記ランプの５００ｈの存続期間におけるパルス高は１００％乃至２１０％であり、
−前記ランプの２２２５ｈの存続期間におけるパルス高は１１０％乃至２２５％である、
請求項２乃至６のいずれか一項に記載の組立品。
【請求項８】
−前記ランプの５００ｈの存続期間におけるパルス高は１００％乃至１４０％であり、
−前記ランプの２０００ｈの存続期間におけるパルス高は１３０％乃至１７０％である、
請求項２乃至７のいずれか一項に記載の組立品。
【請求項９】
−前記パルス波、半周期の１％乃至２５％の期間のパルス幅を有する、
請求項２乃至８のいずれか一項に記載の組立品。
【請求項１０】
−制御部は、設定値に従って前記ランプ電流を分配するよう前記駆動回路を制御し、
−前記設定値は、パルス高及びパルス幅のパルスを有し、
−前記パルス高及び／又はパルス幅は、少なくとも存続期間区間の範囲内で、前記ランプの存続期間に依存して増大し、一定パルスを有する動作に比べて高い光束を得るように決定される、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の組立品。
【請求項１１】
−前記パルス高は、前記光束が前記存続期間区間内で基本的に一定になるように、前記存続期間に依存して増大するよう選択される、
請求項１０に記載の組立品。
【請求項１２】
−前記放電ランプは、２０乃至３０Ｗの時間平均電力で駆動される、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の組立品。
【請求項１３】
−前記分配時間は５０μｓである、
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の組立品。
【請求項１４】
−前記放電ランプは、１０乃至２０ｂａｒの常温圧で金属ハロゲン化物の希ガスを充填された３０μｌ以下の体積の放電室を有し、前記の充填物は水銀を有しなく、
−前記電極は、１５０乃至４００μｍを有する円筒型形状である、
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の組立品。
【請求項１５】
−アーク放電を形成する２つの電極を備えた放電室を含む放電ランプの動作方法であって、
−駆動回路が、正の値の半周期及び負の値の半周期の間の整流を有する交流ランプ電流及び／又は交流ランプ電圧として電力を前記ランプに供給し、
−前記駆動回路は、整流後の１０−１００μｓの所定の分配時間において、前記ランプの存続期間に依存して変化する電圧レベルで前記電力を分配できるよう制御される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ランプの分野に関し、より詳細には、放電照明組立品及び放電ランプの動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電ランプでは、光は、放電室内の２つの電極間で点火されるアーク放電から生成される。放電ランプ、特に高圧ガス放電ランプは、今日では多くの照明用途、特に自動車の前方照明のために用いられている。
【０００３】
高圧ガス（キセノン）放電ランプでは、放電ランプ自体に加えて、高点火電圧を供給してランプを起動させる点火回路、ランプに電力を供給する駆動回路、及び駆動回路の動作を制御する制御部を有する放電照明組立品でランプを動作させることが知られている。
【０００４】
ＷＯ９５/３５６４５Ａ１は、高圧放電ランプを動作させる方法及び回路構成を記載している。ＡＣ電流で動作する高圧放電ランプにおける不安定なアークによるフリッカを回避するために、電流パルスは、ランプ電流の各半周期の後半部分で生成される。これは、電極の温度を上昇させ、放電アークの安定性を増大させる。電流パルスの平均振幅とランプ電流の平均振幅との間の比は、０．６乃至２の間であり、電流パルスの期間とランプ電流の半周期との間の比は、０．０５乃至０．１５である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、望ましい動作条件が簡易な方法で得られる、放電照明組立品及び放電ランプの動作方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者等は、整流の詳細、つまり交流電流により駆動される放電ランプにおける電流の逆流を検討した。多くの放電照明組立品では、特に２０−３０Ｗという低い平均動作電力で、固体放射体を有しない材料を有する比較的厚い電極の放電ランプでは、整流は重要である。安定動作を達成するために、ドライバ電子機器は、安定した整流が達成できるように電力を供給するよう注意深く設計される必要がある。しかしながら、常に上手くいくよう十分な大きさに決定された安全な電子機器の設計は、その構成要素の寸法が大きくなってしまう。
【０００７】
これらを考慮して、この問題は、請求項１に記載の放電照明組立品、並びに請求項１５に記載の放電ランプの動作方法により解決される。従属請求項は、本発明の好適な実施形態を参照する。
【０００８】
本発明によると、電力は、正の値の半周期及び負の値の半周期の間の整流を有する交流電流及び／又は交流電圧としてランプに供給される。望ましい周波数範囲は、約１００−８００Ｈｚである。ランプに供給される電流及び／又は電圧の望ましい波形は、実質的に方形である。つまり、極性が負から正に又はその逆に変化する短い整流時間を除き、電流及び／又は電圧は、各半周期の大部分（例えば、７０％より多く、望ましくは８０％より多く）の間、基本的に一定のままである（例えば、大きさにおいて＋／−１０％より少ない、望ましくは５％より少ない変化として定められる）。
【０００９】
交流電流及び／又は電圧は、制御部の制御下で駆動回路により供給される。したがって、制御された駆動回路は、特定の同定電圧分配能力、又は短い動的能力を有する。ここでは、整流後直ぐの所定の分配時間において分配可能な電圧レベルとして定められる。ここで考えられる分配時間は、ランプの電極間のアークの再点火の所望の時間の近くに選択される。しかしながら、好適な実施形態の説明から理解されるように、実際の再点火は、選択された固定的な分配時間の前又は後直ぐに行われてもよい。したがって、分配時間は、ここでは、主に駆動回路の動的能力を評価するための指標として提案され、整流後の約１０−１００マイクロ秒（μｓ）に選択される。望ましくは、分配時間ｔＤの関連する値は５０μｓである。
【００１０】
ドライバの動的電圧分配能力は、分配時間において最も大きく分配される駆動電圧に対応する。当業者に理解されるように、この最大利用可能電圧は、駆動回路の電気部品及びその制御により制限される。放電照明組立品の動作中、電圧は、ランプの動作、つまり整流後のアークの再点火のために、ドライバにより供給される。この再点火は、非常に低い電圧値で既に生じている。これは、ドライバが分配可能な全電圧レベルを供給する必要のないことを意味する。しかしながら、再点火がより高い電圧レベルを必要とする場合、制御部により制御される駆動回路の動的電圧分配能力は、再点火に必要な電圧レベルが分配時間に分配できるか否かを決定する。十分高い電圧レベルが分配時間において分配されない場合、再点火は延期されるか完全に失敗する。
【００１１】
本発明によると、ドライバの動的電圧分配能力、つまり分配時間に分配可能な電圧レベルは、ランプ存続期間に渡って全体に一定ではない。これは、駆動回路を制御して、ランプの存続期間の異なる値、つまり特にランプ製造以来の累積燃焼時間の異なる値において、異なる動的電圧分配能力を達成することにより、達成される。
【００１２】
発明者等は、必要な再点火電圧がランプ存続期間に渡って変化することが分かった。通常、ランプの再点火は、新しく製造されたランプでは低い電圧で行われる。個々の再点火電圧値は異なり得るが、平均再点火電圧は、通常、ランプ存続期間に渡って増大する。したがって、固定的な動的電圧分配能力を有する駆動回路は、特定のランプ存続期間までしかランプを安全に駆動できない。ランプの必要な再点火電圧が駆動回路の最大分配可能電圧レベルに達した場合、再点火は失敗してしまう。
【００１３】
本発明による解決策は、駆動回路の動的電圧分配能力がランプ存続期間に渡って一定でなく、駆動回路の制御により変化し、駆動回路の適切な適応設計を可能にする。駆動回路の高い動的能力を得るための測定は、駆動回路の部品の電気的出費が高くなる、電気損失が増大する可能性がある、等のような欠点を有する。本発明は、可変アプローチを提案するので、このよな欠点はランプの全存続期間を通じて完全に現れない。したがって、ランプの老朽化に向けてのみ高くなる動的能力を達成すれば十分である。
【００１４】
本発明の状況では、ランプの存続期間の異なる値に対して変化する駆動回路の動的能力は、例えば、製造以来のランプの動作時間数を決定することにより、並びに、例えばランプ存続期間値と適用される制御パラメータのルックアップテーブルを用いることにより、駆動回路の決定されたランプ存続期間への直接依存性を制御することにより、直接的に達成される。しかしながら、代替として、つまり、例えばランプ電流又はランプ電圧のようなランプ存続期間に渡って変化する別のパラメータに従って駆動回路を制御することにより、可変動作を間接的に達成することも可能である。
【００１５】
本発明の好適な実施形態によると、駆動回路は、望ましくは閉ループで動作する制御部により制御され、ランプ電流又はランプ電圧を設定値に従って分配する。制御部は、駆動回路を動作させ、ランプ電流及び／又は電圧を分配し、設定値と実際に分配された電流／電圧値との間の制御偏差を最小限にする。望ましくは、電圧ではなくランプ電流を制御する。
【００１６】
好適な実施形態では、設定値は、より高い動的電圧分配能力を得るために重畳されたパルスを有する。パルスは、基本波形と比べて、設定値の好適な方形波形のような、設定値の大きさの明確な上昇及び続いて起こる下降として定められる。
【００１７】
発明者等は、パルスで駆動回路を制御することが、ドライバの電力損失を増大させる、ボードネット負荷に電気的悪影響を与える、電極の焼き戻しが増大するような放電ランプの内部動作に影響を与える可能性がある、等の欠点を有することを考慮した。しかしながら、駆動回路の動的能力は、このようなパルスにより有意に影響を受け得る。動的電圧分配能力の所望の変化を達成するために、基本波形に対して定められるパルス高は、好適な実施形態によると、ランプの動作中一定でなく、ランプの存続期間に依存して変化する。
【００１８】
存続期間に依存してパルス高を選択することにより、ランプの特定の動作状況に従って駆動回路の動的電圧分配能力を調整できる簡易な解決策が提示される。これは、存続期間に渡ってランプの動作条件が変化するとき、動的能力を調整できる。したがって、非常に簡易且つ柔軟な方法で、各動作状況において、安定動作を達成するために必要な程高いが依然として過度の欠点を回避するのに十分低いパルス高を選択することができる。特に、駆動回路の動的能力が既に十分な多くの場合に、パルスを有しない動作が安全である可能性がある。
【００１９】
用いられるパルスは、整流後の時間に位置し、望ましくは整流後直ぐに、つまり極性変化後の半周期の最大３０％、望ましくは２０％未満の時間間隔の範囲内に位置する。さらに、整流前のパルスが供給されてもよい。
【００２０】
通常、パルスは各半周期内に定められるが、好適な実施形態の説明から明らかなように、ランプの初期燃焼間隔のような幾つかの間隔においてはいかなるパルスも加えられないよう、パルス高が選択され得ることが理解される。
【００２１】
好適な実施形態では、駆動回路の動的電圧分配能力は、更に具体的には、後期の存続期間において高い動的能力が達成されるように影響を受ける。更に望ましくは、動的能力は、少なくともランプ存続期間の間隔において、更に望ましくは全存続期間に渡り、単調増加する。異なるパルス高野パルスを供給することにより、動的能力に影響を与える望ましい方法では、これは、ランプの総存続期間内で、少なくとも早期の第１の時間及び後期の第２の時間が存在し、早期の第１の時間におけるパルス高は後期の第２の時間におけるパルス高よりも低いことを意味する。例えば、２５００ｈのランプ存続期間において、パルス高は存続期間の始めにおけるよりも高いことが望ましい。更に望ましくは、パルス高は、第１の時間と第２の時間との間の区間内で、又は全存続期間に渡り、単調に増加する。つまり、パルス高は先行する値より下にならない。特に望ましくは、ランプ存続期間中に、パルス高の値がランプ存続期間に渡り堅調に単調増加する少なくとも１つの区間が存在する。この増加は、変化する又は一定の（線形の）傾斜を有し得る。
【００２２】
本発明の更なる実施形態によると、ランプは、少なくとも存続期間の区間内で、増大するパルス高又は幅のパルスで駆動されて、より高い光束を得てもよい。多くのランプでは、一定電力から得られるランプ効率、したがって光束は、ランプ存続期間に渡り少なくとも区間内で減少する。例えば、５００ｈのランプ存続期間の区間では、例えば２−１０ルーメン毎ワットのランプ効率の損失は、ランプが一定の電気的動作状態で駆動される場合に観察される。損失は、早期のランプ生命の区間か後期の存続期間の区間かで変化し得る。好適な実施形態によると、この効果は、少なくとも例えば３００ｈ超えの、望ましくは９００ｈ以上の存続期間の区間内で増大するパルス高又は幅のパルスを供給することにより相殺される。これらのパルスは、整流後に供給される同一のパルスであり、上述のようなランプの安定した再点火を保証してもよい。代替として又は追加で、増大するパルスは、個々の存続期間の区間の各半周期中の他の時間において設けられてもよい。より長い及び／又はより高い電流パルスの供給は、ランプ効率を向上させる。増大するパルスを供給することにより、ランプ存続期間に渡る効率損失が低減され、個々の区間の終わりに、増大するパルスにより得られるランプ効率は、いかなるパルスも有しない又は一定のパルスを伴い動作する比較例におけるよりも高くなる。特に望ましくは、個々の区間内のランプ効率損失の影響は、特に、少なくとも実質的に一定の効率がその区間内で得られるように、所定の効率損失に従ってランプ高の増大を選択することにより補償できる。この状況では、実質的に一定の効率が想定されるのは、５００ｈの存続期間の区間で、ルーメン毎ワットで表されるルーメン効率が僅か４ｌｍ／Ｗだけ、更に望ましくは２ｌｍ／Ｗだけ変化する場合である。
【００２３】
更なる好適な実施形態によると、ランプ存続期間の初期区間内で、いかなるパルスも供給されない。初期区間の終了後、固定の又は変化するパルス高を有するパルスが供給される。このように、不要なパルス動作は回避される。いかなるパルスも供給されない初期区間は、例えば３００ｈ以上の短い期間を有する。しかしながら、１０００ｈ以上、又は更には２０００ｈ以上の、パルスを有しない更に長い初期区間を有することも可能である。
【００２４】
好適な実施形態の議論で明らかになるように、好適な用途では、ランプ存続期間に渡るパルス高ＰＨの曲線は、最小値の曲線と最大値の曲線の間に定められてもよい。さらに、望ましい値の曲線が定められてもよい。例えば、５００ｈのランプ存続期間では、パルス高は、１００％−２１０％、望ましくは提案された１２０％の最適値の＋／−２０％に選択されてもよい。２２５０ｈにおいて、パルス高は、望ましくは１１０−２２５％、更に望ましくは１６０％＋／−２０％である。
【００２５】
好適な実施形態による放電ランプは、４０Ｗより低い、特に望ましくは２０−３０Ｗの公称電力を有する放電ランプである。ランプは、駆動回路により該ランプの公称電力で駆動される。本発明は、特に３０μｌの、特に望ましくは１２−２５μｌの小さい容積の放電室を備えた放電ランプに適用される。望ましいランプは、常温圧１０−２０ｂａｒで金属ハロゲン化物のキセノンのような希ガスの充填物を有する。この充填物は、望ましくは１００−４００μｇの量で設けられ、更に望ましくはＮａＩ及びＳｃＩ３を有するランプは、望ましくは水銀を有さない。さらに、本発明は、望ましくは、直径１５０−４００μｍの円筒型の、望ましくはトリウムを有しないタングステン材料の電極を備えたランプに適用される。
【００２６】
供給されるパルスの幅は、例えば、半周期の期間の１％−２５％であってもよい。望ましい値は、２０％より小さく、望ましくは１５％より小さい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明の上述の及び他の態様は、本願明細書に記載される実施形態から明らかであり、それらの実施形態を参照して教示される。
【図１】放電ランプの概略側面図を示す。
【図２】ランプ及び駆動回路を含む放電照明構成の回路図を示す。
【図３Ａ】ＩＬ、ＵＬ及びＵＤを示す概略図である。
【図３３Ｂ】ＩＬ、ＵＬ及びＵＤを示す概略図である。
【図４Ａ】異なる整流パルスを有する設定電流値のタイミング図を示す。
【図４Ｂ】異なる整流パルスを有する設定電流値のタイミング図を示す。
【図５】存続期間Ｌに渡る所要の再点火電圧の図を示す。
【図６】存続期間Ｌに渡るパルス高ＰＨを示す図を示す。
【図７】パルス高に依存する動的電圧分配能力の図を示す。
【図８】パルス幅に依存する動的電圧分配能力の図を示す。
【図９】存続期間Ｌに渡るランプ効率損失の図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、放電ランプを駆動する方法及び装置、並びにランプとドライバを有する対応する組立品に関する。以下では、このような組立品及び対応する動作方法の実施形態を、車両のヘッドライトにおける自動車の使用について記載する。しかしながら、本発明はこれに限定されないこと、自動車以外のために使用するランプを除外しないことが理解されるべきである。
【００２９】
図１は、高圧ガス放電ランプ１０の概略側面図を示す。ランプは、バーナ１６に内部で結合される２つの電気接点１４を備えたベース１２を有する。
【００３０】
バーナ１６は、放電室２０を囲む石英ガラスの外側バルブ１８を有する。放電室２０も、石英ガラスを有し、突き出た円筒型の（棒状の）電極２４を備えた内側放電空間２２を定める。放電室からのガラス材料は、ランプ１０の長手方向に延在し、平坦なモリブデン箔２６を有する電極２４への電気接触を密閉する。
【００３１】
外側バルブ１８は、その中央部分が、円筒型形状であり、放電室２０の周囲に少し離れて配置され、外側バルブ空間２８を定める。外側バルブ空間２８は、密閉される。
【００３２】
通常、放電室２０は、希ガス及び金属ハロゲン化物の充填物を有する。外側バルブ空間２８は、望ましくは減圧した（１０００ｍｂａｒより低い）充填ガスを有し、所定の限定された熱伝導を達成する。
【００３３】
当業者に明らかなように、示された種類の高圧ガス放電ランプは、それ自体は異なる形状、大きさ及びワット量で知られている。本発明は、主に、４０Ｗの公称電力より少ない、望ましくは２０乃至３０ワットの間の公称電力の定電力自動車用ランプに焦点を当てる。ランプは、水銀を有しない放電室２０内の充填物を有する。
【００３４】
特に、本発明の実施形態は、例示的な２５Ｗランプの観点から記載される。このようなランプは以下のパラメータにより特徴付けられる。
・放電室：内径２．２ｍｍ及び外径５．５ｍｍを有する楕円若しくは円筒型の内側及び外側形状、放電室体積１９．５μｌ。
・放電室充填物：１４ｂａｒの常温圧のキセノン、ＮａＩ、ＳｃＩ３及び任意の他のハロゲン化物を有する２００μｇのハロゲン化物
・電極：棒状、直径２５０μｍ、電極距離３．９ｍｍ  ｏｐｔｉｃａｌ。
・電極材料：タングステン、トリウムなし。
・外側バルブ：密閉され、減圧されたガスで満たされる。
【００３５】
図２は、駆動回路１２、制御部４０、点火回路１４及びランプ１０を含む放電照明組立品３０を示す。
【００３６】
当業者に知られているように、図１に示された種類の放電ランプ１０は、アーク放電を生成するために、電極２４間に高電圧を印加することにより点火される。点火後、ランプ１０は、高電流で準備（run-up）手順で駆動される。約６０秒の準備手順の完了後、ランプ１０は、少なくとも実質的に方形波の交流ランプ電流ＩＬにより安定状態で駆動される。ランプ電流ＩＬの大きさは、好適な例では２５Ｗの公称値に時間平均電力を調整するために、閉ループ帰還制御により調整される。ランプの存続期間Ｌは、製造以来の動作時間で測定される。当業者に知られているように、放電ランプの存続期間Ｌを対象としたテストの標準的な手順は、実際の動作周期をシミュレートするために、連続的にランプをオフにし、冷却後、再びオンに戻すことを含む。
【００３７】
当業者により理解されるように、組立品３０の構成要素は、簡略化して示され、幾つかの構成要素は省略されている。したがって、完全な点火回路は、点火電圧を生成する高電圧変圧器を有する。点火回路はそれ自体が当業者に知られており、本発明はランプ１０の安定状態動作を扱うので、点火回路１４は、点火回路１４の高電圧変圧器（示されない）の２次側に対応するインダクタンスＬ１のみを有するとして図２に示される。点火回路の残りの構成要素は安定状態ではアクティブではないので、ここではインダクタンスＬ１のみが関連する。
【００３８】
ランプ１０の電圧ＵＬは、駆動回路１２により、駆動電圧ＵＤとして供給される。駆動電圧ＵＤは、点火回路１４のインダクタンスＬ１及びランプ１０の直列接続に印加される。
【００３９】
図２に示されるように、駆動回路１２は、好適な例では、ＤＣ／ＤＣ変換器１５及びスイッチＳ１−Ｓ４を備えたフルブリッジ切換構成を有する。例えば１２Ｖの入力直流基板電圧ＵＢは、ＤＣ／ＤＣ変換器１５で、約４００Ｖの開回路電圧の制御された直流電圧Ｕ０に変換される。ＤＣ／ＤＣ変換器１５の動作は、望ましくは、少なくとも１つのスイッチ素子を制御することにより、制御部４０により制御される。当業者に明らかなように、制御された出力電圧Ｕ０を得るために用いることができる異なる種類のＤＣ／ＤＣ切換変換器回路が知られている。制御された直流電圧Ｕ０は、キャパシタンスＣによりフィルタされ、フルブリッジ構成内のスイッチＳ１−Ｓ４により実質的に方形波形の所望の交流電圧ＵＤに変換される。スイッチＳ１−Ｓ４はＦＥＴのような半導体スイッチ素子であってもよい。
【００４０】
駆動回路１２は、制御回路４０により制御され、ランプ電流ＩＬが設定電流値Ｉｓｅｔに一致するようにする。設定電流値Ｉｓｅｔは、ランプ１０を本例では２５Ｗの一定電力で駆動するために、外側制御ループ（示されない）により供給される。制御回路４０は、ランプ電流ＩＬの測定値を受け、制御偏差ＩＬ−Ｉｓｅｔが最小になるようにＤＣ／ＤＣ変換器１５及びスイッチＳ１−Ｓ４を駆動する。制御部４０は、電圧Ｕ０を連続的に調整するために、及び正の駆動出力電圧ＵＤでスイッチＳ１、Ｓ４を負の駆動出力電圧ＵＤでスイッチＳ２、Ｓ３を開閉するために、閉ループ制御で動作する。当業者に知られているように、制御部４０は、設定値Ｉｓｅｔに一致するようランプ電流を制御する。
【００４１】
図４Ａ、４Ｂは、本発明の異なる実施形態の、設定電流値Ｉｓｅｔの時間変化を示す。通常、設定電流値Ｉｓｅｔの波形は点線で示されるような方形波である。つまり、本例では、４００Ｈｚの整流周波数で整流される。各半周期で、電流値Ｉｓｅｔは、基本的に値Ｉｐｌａｔｅａｕで一定である。値Ｉｐｌａｔｅａｕは、隣接する周期で同じ大きさだが反対の極性である。
【００４２】
図３Ａは、相応して制御された駆動回路１２において、ランプ１０の安定状態動作中の駆動電圧ＵＤの時間に渡る変化、並びに結果として生じたランプの電流ＩＬ及び電圧ＵＬを示す。駆動電圧ＵＤは点線で示され、ランプ電圧ＵＬは破線で示され、ランプ電流ＩＬは一点破線で示される。
【００４３】
通常、ＵＤ、ＵＬ及びＩＬは、実質的に方形波形を有する。つまり、これらは、整流と整流の間、基本的に一定、つまり極性が逆である。好適な実施形態では、ランプ１０は４００Ｈｚで動作し、各半周期は１．２５ｍｓの期間を有する。各半周期の一定の部分の間、基本的に一定のアークが、ランプ１０の電極２４の間に現れる。整流されると、アークは、直ぐに消え、反対極性で直ちに再点火される。
【００４４】
図３Ａに示されるように、駆動電圧ＵＤは、各整流の直後に、小さい電圧ピーク３２を示す。
【００４５】
整流の近く、つまり図３Ａに示される時間期間３４のＵＤ、ＵＬ及びＩＬの時間変化は、拡大された時間スケールで図３Ｂに示される。ここで分かるように、駆動電圧ＵＤは、整流されると直ちに極性が変わる。しかしながら、ＵＤはインダクタンスＬ１とランプ１０の直列接続に印加されるので、電流ＩＬはインダクタンスＬ１のために徐々に変化するだけである。また、ランプ電圧ＵＬは、アークが消えるまでゆっくりと変化する。
【００４６】
その後、連続的に印加される駆動電圧ＵＤは、ランプ電圧ＵＬを整流後の時間ｔＲにおいて再点火点３６まで引き上げる。ここで、逆極性のアークが再び点火される。再点火後、ランプ電流ＩＬは、ランプ電圧ＵＬ及びランプ電流ＩＬがそれぞれの半周期の一定部分に達するまで、急速に上昇する。この一定部分では、ランプ電圧ＵＬは駆動電圧ＵＤと等しい。図３Ａ、３Ｂから分かるように、分配される駆動電圧ＵＤは、各整流の直後に分配されるピーク又はパルス３２を有する。したがって、電圧ＵＤは、整流後の短い時間間隔において、残りの半周期よりも高い。
【００４７】
しかしながら、上述のような放電ランプ１０の整流は、常に成功するわけではないことが分かる。放電ランプ１０の動作中、アークの再点火に成功せず、ランプが消えてしまう状況が生じ得る。本発明の発明者等は、このような整流の問題がランプ１０の老朽化から生じる変化によるものであることが分かった。
【００４８】
数百時間の長期間に亘る放電ランプ１０の動作中、ランプは、存続期間Ｌに亘ってその特性が変化する。ランプ１０の変化は、電極２４の起こり得る焼き戻り、放電室２０の機械的変化、並びに放電室内に含まれる充填物の化学的変化を含む。発明者等は、放電ランプにおける整流の問題がランプ存続期間Ｌの後期に生じ易いことを実験で証明した。
【００４９】
発明者等は、整流後、定常状態で（図３Ｂのｔ＝ｔＲにおける再点火点３６）、ランプの再点火を調査した。点３６で必要な再点火電圧は、ランプパラメータに、特に電極２４のパラメータに依存する。具体的には、発明者等は、必要な再点火電圧が、厚い電極で及びトリウムのような固体放射体を有しない材料を有する電極で、より高いことが分かった。
【００５０】
特に、発明者等は、必要な再点火電圧がランプ存続期間に依存することが分かった。上述の例示的なランプについて、ランプ存続期間Ｌに従って必要な再点火電圧を測定するために実験が行われた。ランプが新しいうちのサンプルは、例えば３０Ｖのような低電圧で既に再点火に成功しているが、ランプが古くなると必要な電圧は有意に高くなり、２０００ｈ過ぎでは例えば７０−９０Ｖの値に達することが分かった。
【００５１】
実際の再点火時間ｔＲは変化し得る。しかしながら、ｔＲを短く、例えば１００μｓより短く保つことが望ましい。
【００５２】
図２の回路図で分かるように、駆動電圧ＵＤは、インダクタンスＬ１とランプ１０との直列接続に印加される。したがって、ドライバ１５は、少なくともインダクタンスＬ１に渡る電圧降下とランプ１０の必要な再点火電圧との和に等しい駆動電圧ＵＤを供給する必要がある。インダクタンスＬ１に渡る電圧降下は、標準的に０．５乃至１．５ｍＨのインダクタンス値、電流値ＩＬ及び再点火までの時間ｔＲに依存して変化し得る。電圧降下の良好な推定は、１０−２０Ｖである。
【００５３】
図５は、ランプ存続期間Ｌに渡る必要な駆動電圧ＵＤの曲線を示す。ここで、実線は、必要な再点火電圧を示す。最大曲線は、点線で示され、最小曲線は破線で示される。図５の平均曲線は、実験で分かった例示的なランプのランプ存続期間とインダクタンスＬ１に渡る推定電圧降下とに依存する再点火電圧を示す。統計的に平均値から変化することが分かった実際の値が図５に示される。インダクタンスＬ１に渡る電圧降下の異なる推定と一緒に、決定された最小及び最大曲線が示される。
【００５４】
さらに、駆動回路１２の動的な動作が決定された。図３Ｂに示されるように、駆動回路の出力電圧ＵＤは、極性を素早く変え、ランプ電流ＩＬの所望の正の値を達成するために上昇される。しかし、図３Ｂは問題を有しない整流及び再点火の例を示すが、ランプ存続期間の後期で必要な高い再点火電圧は（図５を参照）、駆動電圧ＵＤが必要な再点火電圧（及び更にインダクタンスＬ１に渡る電圧降下）を分配するのに十分高くない場合、アークの再点火の成功を妨げる。
【００５５】
したがって、駆動回路１２は、確実に再点火するために、十分高い駆動電圧ＵＤを供給可能である必要がある。駆動回路１２が整流後に直ちに特定の電圧レベルＵＤを供給できる能力は、駆動回路１２の動的電圧分配能力である。所与の駆動回路１２では、この動的電圧分配能力は、整流後の所定の分配時間ｔＤで分配可能な最大電圧と見なされる。この状況では、図３Ｂに示されるように、固定分配時間ｔＤ、５０を考える。固定分配時間ｔＤは、期待再点火時間ｔＲに実質的に対応するが、ｔＲ及びｔＤの実際の値は、必ずしも常に同一ではない。
【００５６】
上述のように、駆動回路１２は、ランプ電流ＩＬ及びその設定値Ｉｓｅｔに従って制御される。
【００５７】
図４Ａ、４Ｂの点線で示されるように、方形の設定値Ｉｓｅｔに従う制御では、駆動回路１２は、固定的な動的電圧分配能力、つまり関連する分配時間ｔＤにおいて分配される一定の最大電圧を有する。本例では、この電圧レベルは、図５の水平線に示されるように９０Ｖに対応する。したがって、図２の照明装置では、駆動回路１２は、方形のＩｓｅｔに従って制御されるとき、整流後の時間ｔＤ、５０で、最大９０Ｖまでの最大電圧しか供給できない。
【００５８】
図５から分かるように、平均再点火電圧の測定曲線（実線）では、これは、約４５０ｈの初期の期間、駆動回路１２が、点火回路１４及びランプ１０に十分高い駆動電圧ＵＤを供給可能であることを意味する。したがって、この４５０ｈの初期の期間、いかなる整流の問題も予想されない。
【００５９】
しかしながら、図５の点６０で、ランプ１０の必要な再点火電圧は、ドライバ１２により分配可能な９０Ｖを超える。したがって、点６０から、ドライバ１２は、ランプ１０を適時に再点火することに成功せず、ランプは消えてしまうかも知れない。
【００６０】
図４Ａ、４Ｂの実線では、代替の設定電流値Ｉｓｅｔが示される。ここでは、設定電流値Ｉｓｅｔの方形波形で、パルス５０が重畳される。パルス５０は、図４Ａの第１の例では、整流後直ぐに適用される。パルス５０は、そのパルス幅ＰＷ、そのパルス高ＰＨ及び整流時間に対する時間位置により定めることができる。ここで、以下の定義が用いられる。
【００６１】
パルス幅は、電流Ｉｓｅｔの半周期の期間に対する百分率で定められる。パルス幅の測定は図４Ａ、４Ｂに示されるような完全な方形パルスの場合には明確であるが、パルス幅ＰＷは、他の形状の場合には最大の半分の点同士の間で測定されるべきである。
【００６２】
パルス高ＰＨは、平坦域の電流Ｉｐｌａｔｅａｕに対するパルス中の電流値Ｉｓｅｔとして百分率で定められる。パルス形状が方形パルスと異なる場合、電流最大値が考えられる。
【００６３】
図４Ａに示されるように、第１の実施形態では、パルス５０は整流の直後に適用される。これは、図２の制御部４０の閉ループ制御に、駆動電圧ＵＤを整流後迅速に上昇させることを促す。
【００６４】
図４Ｂの代替の第２の実施形態では、パルス波、整流の前（パルス５２）及び後（パルス５０）の両方で適用される。
【００６５】
発明者等は、パルス幅ＰＷ及びパルス高ＰＨの異なる値が、ドライバ１２の動的電圧分配能力を操るために選択できることが分かった。図７は、パルス高ＰＨに依存する、整流後の所定の分配時間ｔＤ、５０の後に得られる最大電圧ＵＤの依存状態を示す。示されるように、ドライバ１２の動的能力は、制御部４０から適用される制御により有意に影響を受け、駆動回路１２へのいかなる更なる変化も有しない。したがって、適切なパルス５０を選択することにより、駆動回路１２の所望の動的能力が得られる。
【００６６】
しかしながら、留意すべき点は、このようなパルスは、損失が増大する、回路３０の要素に対する全体的な要求が高くなる、といった欠点を有することである。したがって、不要なパルスの適用や、不必要に高いパルス高及び幅は回避されるべきである。特に、パルス動作は、放電照明組立品の動作のために電力を供給するシステムに、つまり車両のボードネット（board  net）の自動車用照明の場合に、有意に影響を与える。必要な電力は、一定ではなく、パルス中に増大する。これらの負荷の変動は、ボードネットに有意な影響を与える。したがって、本発明によると、整流後に設定電流値Ｉｓｅｔに供給される電流パルス５０についての所定の制限が得られる。
【００６７】
パルス幅ＰＷに関して、発明者等は、異なるパルス幅を検討した。図８は、半周期期間の０％（パルスなし）から最大２５％について、駆動回路１２の動的能力を示す。半周期の１％乃至２５％、好適には２％−２０％のパルス幅について、満足のいく結果が得られた。およその最適値は、半周期の３−１５％において認められる。
【００６８】
駆動回路１２の所望の可変動的能力を達成するために、発明者等は、ランプ存続期間Ｌに依存したパルス高ＰＨを適用することを提案する。通常、新しく製造されたランプに適用されるパルス高ＰＨは、２５００燃焼時間のランプ存続期間のランプに適用されるパルス高ＰＨよりも小さい。
【００６９】
発明者等は、幾つかの放電組立品の設計では、いかなるパルスも（ＰＨ＝１００％）初期の動作期間に適用する必要がないことが分かった。この後、パルス高ＰＨは、整流を補償して再点火に成功するために引き上げられる。図５に示されるように、最小曲線（破線）では、駆動回路１２により分配可能な９０Ｖは、最大２０００ｈのランプ年齢における点６２まで十分である。この最小のアプローチでは、この初期期間の後にパルス５０で開始すれば十分である。
【００７０】
図６は、（本例では、１０％の固定パルス幅ＰＷで）パルス高ＰＨがどのよにランプ存続期間Ｌに渡って変化するかを示す。図６では、実線は、整流の成功を保証するよう十分高いが結果として生じる欠点を制限するために依然として有意に低い選択されたパルス高ＰＨの値を有する推奨曲線を示す。点線は、高い安全マージンを提供し依然として欠点に耐えられるパルス高ＰＨの最高値を説明する、提案された最大曲線を示す。同様に、破線で示された曲線は、整流パルス高ＰＨの推奨される最小値を説明する最小曲線である。しかしながら、図５の最小曲線では、非常に限られた安全マージンしかないことが強調される。したがって、図５の最小曲線と最大曲線との間で選択されたパルスでは、欠点及びランプの故障率の両方が依然として耐えられるものであると期待される。しかしながら、図６の実線に示される最適曲線の近くにパルス高ＰＨを選択することが推奨される。
【００７１】
図６の最小曲線では、いかなるパルス動作も（ＰＨ＝１００％）、２０００ｈのランプ年齢までの初期期間では適用されない。Ｌ＝２０００ｈ（点６２）の後、パルス高ＰＨは、ランプ存続期間Ｌに線形に、ランプ存続期間Ｌ＝２５００ｈにおけるＰＨ＝１２５％の値まで上昇する。Ｌ＝２５０００ｈを超えての動作では、最小曲線を線形に継続することが望ましい。
【００７２】
図６の最大曲線によると、パルス高ＰＨは新しく製造されたランプについて１５０％で開始し、動作の初期期間に既にＬ＝５００ｈにおいてＰＨ＝２１０％の値まで増大する。この時間から、パルス高ＰＨは、Ｌ＝２０００ｈにおいてパルス高ＰＨ＝２２０％に達するよう線形に上昇する。Ｌ＝２０００ｈを超えての動作では、増加は線形に継続する。
【００７３】
図６の提案された最適曲線は、新しく製造されたランプでは図５の点６０までの４５０ｈの初期期間においていかなるパルス動作も（ＰＨ＝１００％）示さない。ここで、必要な再点火電圧（及びインダクタンスＬ１に渡る電圧降下）は、パルス無しで、駆動回路１２から利用可能な９０Ｖに取って代わる。
【００７４】
したがって、最適曲線によると、パルス動作は、ランプ存続期間Ｌの４５０ｈ過ぎに、Ｌ＝５００ｈにおいてＰＨ＝１２０％まで最初に線形に上昇するパルス高ＰＨで提案される。パルス高ＰＨは、次に、ランプ存続期間時間を超えて更に増大するが、小さい傾斜を有し、Ｌ＝２０００ｈにおいて最大１５５％である。Ｌ＝２０００ｈを超えての動作では、曲線は同一の傾斜で継続する。
【００７５】
上述の動作は、照明組立品３０において、外側の一定電力制御ループにより、設定電流値Ｉｓｅｔにパルスを重畳することにより、実現できる。対応するパルス高及び幅の値は、ルックアップテーブルに格納されてもよい。マイクロコントローラは、ランプの存続期間Ｌを連続的に決定する。存続期間Ｌの値は、次に、ルックアップテーブルにおいて、設定電流値Ｉｓｅｔの方形波形に重畳されるパルスのパルス高ＰＨを決定するために用いられる。
【００７６】
したがって、パルス５０の少なくとも一部が整流後に適用される整流パルス５０を有する設定電流値Ｉｓｅｔが、どのように動的電圧分配能力を調整し、不要な欠点を回避しながらランプ１０の存続期間を通して良好な整流を保証するよう機能できるのかを示した。
【００７７】
ランプ存続期間Ｌに渡って大きさの増大するパルスを適用することは、ランプの動作に、つまりランプ効率及びランプ１０により生成される全光束に更なる影響を与える。ランプ１０は、一定の動作電力で駆動される。ランプ１０により生成される光束は、ルーメン（ｌｍ）で測定され、ランプ効率、つまり電力により除され得られた光束は、ルーメン毎ワット（ｌｍ／Ｗ）で測定されるが、通常、ランプ存続期間Ｌに渡って減少する。これは、光束維持として知られる。図９は、本例の一定パルス高ＰＨ及びパルス幅ＰＷのパルスで駆動される２５Ｗランプの効率の、存続期間Ｌへの依存性を示す図である。示されるように、ランプ効率は、存続期間Ｌに渡って、初期値８６ｌｍ／Ｗ（例示的な２５Ｗランプで２１５０ｌｍの光束）から、３０００ｈの動作中に約１５％だけ減少する。
【００７８】
ランプがランプ電流ＩＬ上のパルスと共に駆動される場合、得られる効率は増大し得る。以下の表１に示されるように、パルス動作中のランプ効率は、パルスを有しない（ＰＨ＝１００％、ＰＷ＝０％）ときに得られる基本効率より増大し、更に高いパルス高ＰＨでは更に増大する。
【００７９】
表１：例示的な２５Ｗランプのルーメン出力の増加の値
【００８０】
【表１】
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【００８１】
ランプ存続期間Ｌに渡って増大するパルスを加えることにより、効率損失は光束維持の向上を妨げる。したがって、少なくともある程度、ランプ効率及び全ルーメン出力の、ランプ存続期間Ｌへの依存性を除去することが可能である。これは、全存続期間Ｌに渡って、又は例えば５００、１０００若しくは２０００ｈの特定の存続期間期間にのみ、特に効率損失が特に目立たない期間に当てはまる。例えば、図９に示される約１０％の初期光束の損失が許容され、１５００ｈから３０００ｈまで、増大するパルスが加えられ、曲線を上方に移動させる。
【００８２】
この状況では、増大する効率の効果は、図４Ａのパルス５０のような整流後直ぐに生じるパルスによるだけでなく、例えば図４Ｂに示される整流前に生じるパルス５２のような各半周期中に異なる時間に供給されるパルスによっても得られる。
【００８３】
特定のランプでは、パルス高ＰＨ（又はパルス幅ＰＷ、しかしＰＷは例えば５−１０％に一定に保たれることが望ましい）のランプ存続期間Ｌへの依存性は、関連する存続期間の区間内で一定の又は少なくとも実質的に一定のランプ効率を達成するよう決定される。対応するパルス５０、５２は、得られた効率が通常の存続期間損失を補償するように増大するパルス高ＰＨで加えられる。当業者が理解するように、対応する曲線は、図６の最小曲線と最大曲線との間に位置するよう決定される。したがって、パルス高ＰＨのランプ存続期間Ｌへの良好な依存性は、整流の安定及び光束維持の向上の両方を達成するよう定められる。
【００８４】
本発明は図面及び上述の説明で詳細に説明されたが、このような図面及び説明は説明及び例であり、本発明を限定するものではない。本発明は開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態の他の変形は、図面、詳細な説明、及び請求項を読むことにより、当業者に理解され請求項に記載された発明を実施する際に実施されうる。留意すべき点は、用語「有する（comprising）」は他の要素又は段階を排除しないこと、及び単数を表す語（a、an）は複数を排除しないことである。特定の量が相互に異なる従属請求項に記載されるという事実は、これらの量の組合せが有利に用いることが出来ないことを示すものではない。請求項中のいかなる参照符号も請求の範囲又は本発明の範囲を制限するものと考えられるべきではない。
【図１】
2013525969.tif 000004
【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年10月23日(2012.10.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−アーク放電を形成する２つの電極を備えた放電室を含む放電ランプ、
−電力を前記ランプに供給する駆動回路、
を有し、
−前記電力は、正の値の半周期及び負の値の半周期の間の整流を有する交流ランプ電流及び／又は交流ランプ電圧として供給され、
−前記駆動回路は、整流後の１０−１００μｓの所定の分配時間において、前記ランプの存続期間に渡って変化する電圧レベルで前記電力を分配できるよう制御される、放電照明組立品。
【請求項２】
−制御部は、設定値に従って前記ランプ電流及び／又はランプ電圧を分配するよう前記駆動回路を制御し、前記設定値は、パルス高のパルスを有し、
−前記パルスは、整流後の時間に位置し、
−パルス高は、各半周期の大部分の間に分配される平坦域の値に関連する前記設定値として定められ、
−前記パルス高は、前記ランプの存続期間に依存して変化する、
請求項１に記載の組立品。
【請求項３】
−前記電力は、交流ランプ電流として供給され、
−前記制御部は、設定電流値に従ってランプ電流を分配するよう前記駆動回路を制御し、前記設定電流値は、パルス高の電流パルスを有し、前記パルス高は、前記ランプの存続期間に依存して変化する、
請求項２に記載の組立品。
【請求項４】
−前記パルス高は、前記ランプの前記存続期間の早期の第１の時間に適用される第１のパルス高値と前記ランプの前記存続期間の後期の第２の時間に適用される第２のパルス高値との間で増大する、請求項２又は３に記載の組立品。
【請求項５】
−前記パルス高は、前記第１の時間と前記第２の時間との間で単調に増加する、請求項４に記載の組立品。
【請求項６】
−存続期間値までの初期期間中にいかなるパルスも供給されず、
−パルスは、前記存続期間値の後に供給される、
請求項２乃至５のいずれか一項に記載の組立品。
【請求項７】
−前記ランプの５００ｈの存続期間におけるパルス高は１００％乃至２１０％であり、
−前記ランプの２２２５ｈの存続期間におけるパルス高は１１０％乃至２２５％である、
請求項２乃至６のいずれか一項に記載の組立品。
【請求項８】
−前記ランプの５００ｈの存続期間におけるパルス高は１００％乃至１４０％であり、
−前記ランプの２０００ｈの存続期間におけるパルス高は１３０％乃至１７０％である、
請求項２乃至７のいずれか一項に記載の組立品。
【請求項９】
−前記パルス波、半周期の１％乃至２５％の期間のパルス幅を有する、
請求項２乃至８のいずれか一項に記載の組立品。
【請求項１０】
−制御部は、設定値に従って前記ランプ電流を分配するよう前記駆動回路を制御し、
−前記設定値は、パルス高及びパルス幅のパルスを有し、
−前記パルス高及び／又はパルス幅は、少なくとも存続期間区間の範囲内で、前記ランプの存続期間に依存して増大し、一定パルスを有する動作に比べて高い光束を得るように決定される、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の組立品。
【請求項１１】
−前記パルス高は、前記光束が前記存続期間区間内で基本的に一定になるように、前記存続期間に依存して増大するよう選択される、
請求項１０に記載の組立品。
【請求項１２】
−前記放電ランプは、２０乃至３０Ｗの時間平均電力で駆動される、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の組立品。
【請求項１３】
−前記分配時間は５０μｓである、
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の組立品。
【請求項１４】
−前記放電ランプは、１０乃至２０ｂａｒの常温圧で金属ハロゲン化物の希ガスを充填された３０μｌ以下の体積の放電室を有し、前記の充填物は水銀を有しなく、
−前記電極は、１５０乃至４００μｍを有する円筒型形状である、
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の組立品。
【請求項１５】
−アーク放電を形成する２つの電極を備えた放電室を含む放電ランプの動作方法であって、
−駆動回路が、正の値の半周期及び負の値の半周期の間の整流を有する交流ランプ電流及び／又は交流ランプ電圧として電力を前記ランプに供給し、
−前記駆動回路は、整流後の１０−１００μｓの所定の分配時間において、前記ランプの存続期間に依存して変化する電圧レベルで前記電力を分配できるよう制御される、方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ランプの分野に関し、より詳細には、放電照明組立品及び放電ランプの動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電ランプでは、光は、放電室内の２つの電極間で点火されるアーク放電から生成される。放電ランプ、特に高圧ガス放電ランプは、今日では多くの照明用途、特に自動車の前方照明のために用いられている。
【０００３】
高圧ガス（キセノン）放電ランプでは、放電ランプ自体に加えて、高点火電圧を供給してランプを起動させる点火回路、ランプに電力を供給する駆動回路、及び駆動回路の動作を制御する制御部を有する放電照明組立品でランプを動作させることが知られている。
【０００４】
ＷＯ９５/３５６４５Ａ１は、高圧放電ランプを動作させる方法及び回路構成を記載している。ＡＣ電流で動作する高圧放電ランプにおける不安定なアークによるフリッカを回避するために、電流パルスは、ランプ電流の各半周期の後半部分で生成される。これは、電極の温度を上昇させ、放電アークの安定性を増大させる。電流パルスの平均振幅とランプ電流の平均振幅との間の比は、０．６乃至２の間であり、電流パルスの期間とランプ電流の半周期との間の比は、０．０５乃至０．１５である。
ＵＳ２００６／０１２３１６Ａ１は、ランプ動作制御部により制御される高電圧放電ランプの動作を記載している。制御部は、電力をインバータを通じて、連続的且つ交互に極性の変化する交流電圧及び交流電流に変換して、放電ランプの電極に印加する動作電流を生成する。底角電力で動作されたランプの存続期間に渡り、ランプ電圧はほぼ一定の上昇を示す。放電ランプに供給されるランプ電流は、方形交流電圧が極性を反転する直前に方形ランプ電流に加えられるパルス状の電流を有する。パルス状の電流の振幅は、ランプ電圧に依存して決定される。時間に渡る電圧の曲線は、前もって測定され、メモリに格納される。動作中、動作時間は、実際の動作パラメータを決定することなく測定され、電極間距離のような動作パラメータの変化に関係なく安定した光出力を得るために、ランプ電流の後縁において加えられるパルス状の電流の振幅値が、メモリから読み出され適用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、望ましい動作条件が簡易な方法で得られる、放電照明組立品及び放電ランプの動作方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者等は、整流の詳細、つまり交流電流により駆動される放電ランプにおける電流の逆流を検討した。多くの放電照明組立品では、特に２０−３０Ｗという低い平均動作電力で、固体放射体を有しない材料を有する比較的厚い電極の放電ランプでは、整流は重要である。安定動作を達成するために、ドライバ電子機器は、安定した整流が達成できるように電力を供給するよう注意深く設計される必要がある。しかしながら、常に上手くいくよう十分な大きさに決定された安全な電子機器の設計は、その構成要素の寸法が大きくなってしまう。
【０００７】
これらを考慮して、この問題は、請求項１に記載の放電照明組立品、並びに請求項１５に記載の放電ランプの動作方法により解決される。従属請求項は、本発明の好適な実施形態を参照する。
【０００８】
本発明によると、電力は、正の値の半周期及び負の値の半周期の間の整流を有する交流電流及び／又は交流電圧としてランプに供給される。望ましい周波数範囲は、約１００−８００Ｈｚである。ランプに供給される電流及び／又は電圧の望ましい波形は、実質的に方形である。つまり、極性が負から正に又はその逆に変化する短い整流時間を除き、電流及び／又は電圧は、各半周期の大部分（例えば、７０％より多く、望ましくは８０％より多く）の間、基本的に一定のままである（例えば、大きさにおいて＋／−１０％より少ない、望ましくは５％より少ない変化として定められる）。
【０００９】
交流電流及び／又は電圧は、制御部の制御下で駆動回路により供給される。したがって、制御された駆動回路は、特定の同定電圧分配能力、又は短い動的能力を有する。ここでは、整流後直ぐの所定の分配時間において分配可能な電圧レベルとして定められる。ここで考えられる分配時間は、ランプの電極間のアークの再点火の所望の時間の近くに選択される。しかしながら、好適な実施形態の説明から理解されるように、実際の再点火は、選択された固定的な分配時間の前又は後直ぐに行われてもよい。したがって、分配時間は、ここでは、主に駆動回路の動的能力を評価するための指標として提案され、整流後の約１０−１００マイクロ秒（μｓ）に選択される。望ましくは、分配時間ｔＤの関連する値は５０μｓである。
【００１０】
ドライバの動的電圧分配能力は、分配時間において最も大きく分配される駆動電圧に対応する。当業者に理解されるように、この最大利用可能電圧は、駆動回路の電気部品及びその制御により制限される。放電照明組立品の動作中、電圧は、ランプの動作、つまり整流後のアークの再点火のために、ドライバにより供給される。この再点火は、非常に低い電圧値で既に生じている。これは、ドライバが分配可能な全電圧レベルを供給する必要のないことを意味する。しかしながら、再点火がより高い電圧レベルを必要とする場合、制御部により制御される駆動回路の動的電圧分配能力は、再点火に必要な電圧レベルが分配時間に分配できるか否かを決定する。十分高い電圧レベルが分配時間において分配されない場合、再点火は延期されるか完全に失敗する。
【００１１】
本発明によると、ドライバの動的電圧分配能力、つまり分配時間に分配可能な電圧レベルは、ランプ存続期間に渡って全体に一定ではない。これは、駆動回路を制御して、ランプの存続期間の異なる値、つまり特にランプ製造以来の累積燃焼時間の異なる値において、異なる動的電圧分配能力を達成することにより、達成される。
【００１２】
発明者等は、必要な再点火電圧がランプ存続期間に渡って変化することが分かった。通常、ランプの再点火は、新しく製造されたランプでは低い電圧で行われる。個々の再点火電圧値は異なり得るが、平均再点火電圧は、通常、ランプ存続期間に渡って増大する。したがって、固定的な動的電圧分配能力を有する駆動回路は、特定のランプ存続期間までしかランプを安全に駆動できない。ランプの必要な再点火電圧が駆動回路の最大分配可能電圧レベルに達した場合、再点火は失敗してしまう。
【００１３】
本発明による解決策は、駆動回路の動的電圧分配能力がランプ存続期間に渡って一定でなく、駆動回路の制御により変化し、駆動回路の適切な適応設計を可能にする。駆動回路の高い動的能力を得るための測定は、駆動回路の部品の電気的出費が高くなる、電気損失が増大する可能性がある、等のような欠点を有する。本発明は、可変アプローチを提案するので、このよな欠点はランプの全存続期間を通じて完全に現れない。したがって、ランプの老朽化に向けてのみ高くなる動的能力を達成すれば十分である。
【００１４】
本発明の状況では、ランプの存続期間の異なる値に対して変化する駆動回路の動的能力は、例えば、製造以来のランプの動作時間数を決定することにより、並びに、例えばランプ存続期間値と適用される制御パラメータのルックアップテーブルを用いることにより、駆動回路の決定されたランプ存続期間への直接依存性を制御することにより、直接的に達成される。しかしながら、代替として、つまり、例えばランプ電流又はランプ電圧のようなランプ存続期間に渡って変化する別のパラメータに従って駆動回路を制御することにより、可変動作を間接的に達成することも可能である。
【００１５】
本発明の好適な実施形態によると、駆動回路は、望ましくは閉ループで動作する制御部により制御され、ランプ電流又はランプ電圧を設定値に従って分配する。制御部は、駆動回路を動作させ、ランプ電流及び／又は電圧を分配し、設定値と実際に分配された電流／電圧値との間の制御偏差を最小限にする。望ましくは、電圧ではなくランプ電流を制御する。
【００１６】
好適な実施形態では、設定値は、より高い動的電圧分配能力を得るために重畳されたパルスを有する。パルスは、基本波形と比べて、設定値の好適な方形波形のような、設定値の大きさの明確な上昇及び続いて起こる下降として定められる。
【００１７】
発明者等は、パルスで駆動回路を制御することが、ドライバの電力損失を増大させる、ボードネット負荷に電気的悪影響を与える、電極の焼き戻しが増大するような放電ランプの内部動作に影響を与える可能性がある、等の欠点を有することを考慮した。しかしながら、駆動回路の動的能力は、このようなパルスにより有意に影響を受け得る。動的電圧分配能力の所望の変化を達成するために、基本波形に対して定められるパルス高は、好適な実施形態によると、ランプの動作中一定でなく、ランプの存続期間に依存して変化する。
【００１８】
存続期間に依存してパルス高を選択することにより、ランプの特定の動作状況に従って駆動回路の動的電圧分配能力を調整できる簡易な解決策が提示される。これは、存続期間に渡ってランプの動作条件が変化するとき、動的能力を調整できる。したがって、非常に簡易且つ柔軟な方法で、各動作状況において、安定動作を達成するために必要な程高いが依然として過度の欠点を回避するのに十分低いパルス高を選択することができる。特に、駆動回路の動的能力が既に十分な多くの場合に、パルスを有しない動作が安全である可能性がある。
【００１９】
用いられるパルスは、整流後の時間に位置し、望ましくは整流後直ぐに、つまり極性変化後の半周期の最大３０％、望ましくは２０％未満の時間間隔の範囲内に位置する。さらに、整流前のパルスが供給されてもよい。
【００２０】
通常、パルスは各半周期内に定められるが、好適な実施形態の説明から明らかなように、ランプの初期燃焼間隔のような幾つかの間隔においてはいかなるパルスも加えられないよう、パルス高が選択され得ることが理解される。
【００２１】
好適な実施形態では、駆動回路の動的電圧分配能力は、更に具体的には、後期の存続期間において高い動的能力が達成されるように影響を受ける。更に望ましくは、動的能力は、少なくともランプ存続期間の間隔において、更に望ましくは全存続期間に渡り、単調増加する。異なるパルス高野パルスを供給することにより、動的能力に影響を与える望ましい方法では、これは、ランプの総存続期間内で、少なくとも早期の第１の時間及び後期の第２の時間が存在し、早期の第１の時間におけるパルス高は後期の第２の時間におけるパルス高よりも低いことを意味する。例えば、２５００ｈのランプ存続期間において、パルス高は存続期間の始めにおけるよりも高いことが望ましい。更に望ましくは、パルス高は、第１の時間と第２の時間との間の区間内で、又は全存続期間に渡り、単調に増加する。つまり、パルス高は先行する値より下にならない。特に望ましくは、ランプ存続期間中に、パルス高の値がランプ存続期間に渡り堅調に単調増加する少なくとも１つの区間が存在する。この増加は、変化する又は一定の（線形の）傾斜を有し得る。
【００２２】
本発明の更なる実施形態によると、ランプは、少なくとも存続期間の区間内で、増大するパルス高又は幅のパルスで駆動されて、より高い光束を得てもよい。多くのランプでは、一定電力から得られるランプ効率、したがって光束は、ランプ存続期間に渡り少なくとも区間内で減少する。例えば、５００ｈのランプ存続期間の区間では、例えば２−１０ルーメン毎ワットのランプ効率の損失は、ランプが一定の電気的動作状態で駆動される場合に観察される。損失は、早期のランプ生命の区間か後期の存続期間の区間かで変化し得る。好適な実施形態によると、この効果は、少なくとも例えば３００ｈ超えの、望ましくは９００ｈ以上の存続期間の区間内で増大するパルス高又は幅のパルスを供給することにより相殺される。これらのパルスは、整流後に供給される同一のパルスであり、上述のようなランプの安定した再点火を保証してもよい。代替として又は追加で、増大するパルスは、個々の存続期間の区間の各半周期中の他の時間において設けられてもよい。より長い及び／又はより高い電流パルスの供給は、ランプ効率を向上させる。増大するパルスを供給することにより、ランプ存続期間に渡る効率損失が低減され、個々の区間の終わりに、増大するパルスにより得られるランプ効率は、いかなるパルスも有しない又は一定のパルスを伴い動作する比較例におけるよりも高くなる。特に望ましくは、個々の区間内のランプ効率損失の影響は、特に、少なくとも実質的に一定の効率がその区間内で得られるように、所定の効率損失に従ってランプ高の増大を選択することにより補償できる。この状況では、実質的に一定の効率が想定されるのは、５００ｈの存続期間の区間で、ルーメン毎ワットで表されるルーメン効率が僅か４ｌｍ／Ｗだけ、更に望ましくは２ｌｍ／Ｗだけ変化する場合である。
【００２３】
更なる好適な実施形態によると、ランプ存続期間の初期区間内で、いかなるパルスも供給されない。初期区間の終了後、固定の又は変化するパルス高を有するパルスが供給される。このように、不要なパルス動作は回避される。いかなるパルスも供給されない初期区間は、例えば３００ｈ以上の短い期間を有する。しかしながら、１０００ｈ以上、又は更には２０００ｈ以上の、パルスを有しない更に長い初期区間を有することも可能である。
【００２４】
好適な実施形態の議論で明らかになるように、好適な用途では、ランプ存続期間に渡るパルス高ＰＨの曲線は、最小値の曲線と最大値の曲線の間に定められてもよい。さらに、望ましい値の曲線が定められてもよい。例えば、５００ｈのランプ存続期間では、パルス高は、１００％−２１０％、望ましくは提案された１２０％の最適値の＋／−２０％に選択されてもよい。２２５０ｈにおいて、パルス高は、望ましくは１１０−２２５％、更に望ましくは１６０％＋／−２０％である。
【００２５】
好適な実施形態による放電ランプは、４０Ｗより低い、特に望ましくは２０−３０Ｗの公称電力を有する放電ランプである。ランプは、駆動回路により該ランプの公称電力で駆動される。本発明は、特に３０μｌの、特に望ましくは１２−２５μｌの小さい容積の放電室を備えた放電ランプに適用される。望ましいランプは、常温圧１０−２０ｂａｒで金属ハロゲン化物のキセノンのような希ガスの充填物を有する。この充填物は、望ましくは１００−４００μｇの量で設けられ、更に望ましくはＮａＩ及びＳｃＩ３を有するランプは、望ましくは水銀を有さない。さらに、本発明は、望ましくは、直径１５０−４００μｍの円筒型の、望ましくはトリウムを有しないタングステン材料の電極を備えたランプに適用される。
【００２６】
供給されるパルスの幅は、例えば、半周期の期間の１％−２５％であってもよい。望ましい値は、２０％より小さく、望ましくは１５％より小さい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明の上述の及び他の態様は、本願明細書に記載される実施形態から明らかであり、それらの実施形態を参照して教示される。
【図１】放電ランプの概略側面図を示す。
【図２】ランプ及び駆動回路を含む放電照明構成の回路図を示す。
【図３Ａ】ＩＬ、ＵＬ及びＵＤを示す概略図である。
【図３３Ｂ】ＩＬ、ＵＬ及びＵＤを示す概略図である。
【図４Ａ】異なる整流パルスを有する設定電流値のタイミング図を示す。
【図４Ｂ】異なる整流パルスを有する設定電流値のタイミング図を示す。
【図５】存続期間Ｌに渡る所要の再点火電圧の図を示す。
【図６】存続期間Ｌに渡るパルス高ＰＨを示す図を示す。
【図７】パルス高に依存する動的電圧分配能力の図を示す。
【図８】パルス幅に依存する動的電圧分配能力の図を示す。
【図９】存続期間Ｌに渡るランプ効率損失の図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、放電ランプを駆動する方法及び装置、並びにランプとドライバを有する対応する組立品に関する。以下では、このような組立品及び対応する動作方法の実施形態を、車両のヘッドライトにおける自動車の使用について記載する。しかしながら、本発明はこれに限定されないこと、自動車以外のために使用するランプを除外しないことが理解されるべきである。
【００２９】
図１は、高圧ガス放電ランプ１０の概略側面図を示す。ランプは、バーナ１６に内部で結合される２つの電気接点１４を備えたベース１２を有する。
【００３０】
バーナ１６は、放電室２０を囲む石英ガラスの外側バルブ１８を有する。放電室２０も、石英ガラスを有し、突き出た円筒型の（棒状の）電極２４を備えた内側放電空間２２を定める。放電室からのガラス材料は、ランプ１０の長手方向に延在し、平坦なモリブデン箔２６を有する電極２４への電気接触を密閉する。
【００３１】
外側バルブ１８は、その中央部分が、円筒型形状であり、放電室２０の周囲に少し離れて配置され、外側バルブ空間２８を定める。外側バルブ空間２８は、密閉される。
【００３２】
通常、放電室２０は、希ガス及び金属ハロゲン化物の充填物を有する。外側バルブ空間２８は、望ましくは減圧した（１０００ｍｂａｒより低い）充填ガスを有し、所定の限定された熱伝導を達成する。
【００３３】
当業者に明らかなように、示された種類の高圧ガス放電ランプは、それ自体は異なる形状、大きさ及びワット量で知られている。本発明は、主に、４０Ｗの公称電力より少ない、望ましくは２０乃至３０ワットの間の公称電力の定電力自動車用ランプに焦点を当てる。ランプは、水銀を有しない放電室２０内の充填物を有する。
【００３４】
特に、本発明の実施形態は、例示的な２５Ｗランプの観点から記載される。このようなランプは以下のパラメータにより特徴付けられる。
・放電室：内径２．２ｍｍ及び外径５．５ｍｍを有する楕円若しくは円筒型の内側及び外側形状、放電室体積１９．５μｌ。
・放電室充填物：１４ｂａｒの常温圧のキセノン、ＮａＩ、ＳｃＩ３及び任意の他のハロゲン化物を有する２００μｇのハロゲン化物
・電極：棒状、直径２５０μｍ、電極距離３．９ｍｍ  ｏｐｔｉｃａｌ。
・電極材料：タングステン、トリウムなし。
・外側バルブ：密閉され、減圧されたガスで満たされる。
【００３５】
図２は、駆動回路１２、制御部４０、点火回路１４及びランプ１０を含む放電照明組立品３０を示す。
【００３６】
当業者に知られているように、図１に示された種類の放電ランプ１０は、アーク放電を生成するために、電極２４間に高電圧を印加することにより点火される。点火後、ランプ１０は、高電流で準備（run-up）手順で駆動される。約６０秒の準備手順の完了後、ランプ１０は、少なくとも実質的に方形波の交流ランプ電流ＩＬにより安定状態で駆動される。ランプ電流ＩＬの大きさは、好適な例では２５Ｗの公称値に時間平均電力を調整するために、閉ループ帰還制御により調整される。ランプの存続期間Ｌは、製造以来の動作時間で測定される。当業者に知られているように、放電ランプの存続期間Ｌを対象としたテストの標準的な手順は、実際の動作周期をシミュレートするために、連続的にランプをオフにし、冷却後、再びオンに戻すことを含む。
【００３７】
当業者により理解されるように、組立品３０の構成要素は、簡略化して示され、幾つかの構成要素は省略されている。したがって、完全な点火回路は、点火電圧を生成する高電圧変圧器を有する。点火回路はそれ自体が当業者に知られており、本発明はランプ１０の安定状態動作を扱うので、点火回路１４は、点火回路１４の高電圧変圧器（示されない）の２次側に対応するインダクタンスＬ１のみを有するとして図２に示される。点火回路の残りの構成要素は安定状態ではアクティブではないので、ここではインダクタンスＬ１のみが関連する。
【００３８】
ランプ１０の電圧ＵＬは、駆動回路１２により、駆動電圧ＵＤとして供給される。駆動電圧ＵＤは、点火回路１４のインダクタンスＬ１及びランプ１０の直列接続に印加される。
【００３９】
図２に示されるように、駆動回路１２は、好適な例では、ＤＣ／ＤＣ変換器１５及びスイッチＳ１−Ｓ４を備えたフルブリッジ切換構成を有する。例えば１２Ｖの入力直流基板電圧ＵＢは、ＤＣ／ＤＣ変換器１５で、約４００Ｖの開回路電圧の制御された直流電圧Ｕ０に変換される。ＤＣ／ＤＣ変換器１５の動作は、望ましくは、少なくとも１つのスイッチ素子を制御することにより、制御部４０により制御される。当業者に明らかなように、制御された出力電圧Ｕ０を得るために用いることができる異なる種類のＤＣ／ＤＣ切換変換器回路が知られている。制御された直流電圧Ｕ０は、キャパシタンスＣによりフィルタされ、フルブリッジ構成内のスイッチＳ１−Ｓ４により実質的に方形波形の所望の交流電圧ＵＤに変換される。スイッチＳ１−Ｓ４はＦＥＴのような半導体スイッチ素子であってもよい。
【００４０】
駆動回路１２は、制御回路４０により制御され、ランプ電流ＩＬが設定電流値Ｉｓｅｔに一致するようにする。設定電流値Ｉｓｅｔは、ランプ１０を本例では２５Ｗの一定電力で駆動するために、外側制御ループ（示されない）により供給される。制御回路４０は、ランプ電流ＩＬの測定値を受け、制御偏差ＩＬ−Ｉｓｅｔが最小になるようにＤＣ／ＤＣ変換器１５及びスイッチＳ１−Ｓ４を駆動する。制御部４０は、電圧Ｕ０を連続的に調整するために、及び正の駆動出力電圧ＵＤでスイッチＳ１、Ｓ４を負の駆動出力電圧ＵＤでスイッチＳ２、Ｓ３を開閉するために、閉ループ制御で動作する。当業者に知られているように、制御部４０は、設定値Ｉｓｅｔに一致するようランプ電流を制御する。
【００４１】
図４Ａ、４Ｂは、本発明の異なる実施形態の、設定電流値Ｉｓｅｔの時間変化を示す。通常、設定電流値Ｉｓｅｔの波形は点線で示されるような方形波である。つまり、本例では、４００Ｈｚの整流周波数で整流される。各半周期で、電流値Ｉｓｅｔは、基本的に値Ｉｐｌａｔｅａｕで一定である。値Ｉｐｌａｔｅａｕは、隣接する周期で同じ大きさだが反対の極性である。
【００４２】
図３Ａは、相応して制御された駆動回路１２において、ランプ１０の安定状態動作中の駆動電圧ＵＤの時間に渡る変化、並びに結果として生じたランプの電流ＩＬ及び電圧ＵＬを示す。駆動電圧ＵＤは点線で示され、ランプ電圧ＵＬは破線で示され、ランプ電流ＩＬは一点破線で示される。
【００４３】
通常、ＵＤ、ＵＬ及びＩＬは、実質的に方形波形を有する。つまり、これらは、整流と整流の間、基本的に一定、つまり極性が逆である。好適な実施形態では、ランプ１０は４００Ｈｚで動作し、各半周期は１．２５ｍｓの期間を有する。各半周期の一定の部分の間、基本的に一定のアークが、ランプ１０の電極２４の間に現れる。整流されると、アークは、直ぐに消え、反対極性で直ちに再点火される。
【００４４】
図３Ａに示されるように、駆動電圧ＵＤは、各整流の直後に、小さい電圧ピーク３２を示す。
【００４５】
整流の近く、つまり図３Ａに示される時間期間３４のＵＤ、ＵＬ及びＩＬの時間変化は、拡大された時間スケールで図３Ｂに示される。ここで分かるように、駆動電圧ＵＤは、整流されると直ちに極性が変わる。しかしながら、ＵＤはインダクタンスＬ１とランプ１０の直列接続に印加されるので、電流ＩＬはインダクタンスＬ１のために徐々に変化するだけである。また、ランプ電圧ＵＬは、アークが消えるまでゆっくりと変化する。
【００４６】
その後、連続的に印加される駆動電圧ＵＤは、ランプ電圧ＵＬを整流後の時間ｔＲにおいて再点火点３６まで引き上げる。ここで、逆極性のアークが再び点火される。再点火後、ランプ電流ＩＬは、ランプ電圧ＵＬ及びランプ電流ＩＬがそれぞれの半周期の一定部分に達するまで、急速に上昇する。この一定部分では、ランプ電圧ＵＬは駆動電圧ＵＤと等しい。図３Ａ、３Ｂから分かるように、分配される駆動電圧ＵＤは、各整流の直後に分配されるピーク又はパルス３２を有する。したがって、電圧ＵＤは、整流後の短い時間間隔において、残りの半周期よりも高い。
【００４７】
しかしながら、上述のような放電ランプ１０の整流は、常に成功するわけではないことが分かる。放電ランプ１０の動作中、アークの再点火に成功せず、ランプが消えてしまう状況が生じ得る。本発明の発明者等は、このような整流の問題がランプ１０の老朽化から生じる変化によるものであることが分かった。
【００４８】
数百時間の長期間に亘る放電ランプ１０の動作中、ランプは、存続期間Ｌに亘ってその特性が変化する。ランプ１０の変化は、電極２４の起こり得る焼き戻り、放電室２０の機械的変化、並びに放電室内に含まれる充填物の化学的変化を含む。発明者等は、放電ランプにおける整流の問題がランプ存続期間Ｌの後期に生じ易いことを実験で証明した。
【００４９】
発明者等は、整流後、定常状態で（図３Ｂのｔ＝ｔＲにおける再点火点３６）、ランプの再点火を調査した。点３６で必要な再点火電圧は、ランプパラメータに、特に電極２４のパラメータに依存する。具体的には、発明者等は、必要な再点火電圧が、厚い電極で及びトリウムのような固体放射体を有しない材料を有する電極で、より高いことが分かった。
【００５０】
特に、発明者等は、必要な再点火電圧がランプ存続期間に依存することが分かった。上述の例示的なランプについて、ランプ存続期間Ｌに従って必要な再点火電圧を測定するために実験が行われた。ランプが新しいうちのサンプルは、例えば３０Ｖのような低電圧で既に再点火に成功しているが、ランプが古くなると必要な電圧は有意に高くなり、２０００ｈ過ぎでは例えば７０−９０Ｖの値に達することが分かった。
【００５１】
実際の再点火時間ｔＲは変化し得る。しかしながら、ｔＲを短く、例えば１００μｓより短く保つことが望ましい。
【００５２】
図２の回路図で分かるように、駆動電圧ＵＤは、インダクタンスＬ１とランプ１０との直列接続に印加される。したがって、ドライバ１５は、少なくともインダクタンスＬ１に渡る電圧降下とランプ１０の必要な再点火電圧との和に等しい駆動電圧ＵＤを供給する必要がある。インダクタンスＬ１に渡る電圧降下は、標準的に０．５乃至１．５ｍＨのインダクタンス値、電流値ＩＬ及び再点火までの時間ｔＲに依存して変化し得る。電圧降下の良好な推定は、１０−２０Ｖである。
【００５３】
図５は、ランプ存続期間Ｌに渡る必要な駆動電圧ＵＤの曲線を示す。ここで、実線は、必要な再点火電圧を示す。最大曲線は、点線で示され、最小曲線は破線で示される。図５の平均曲線は、実験で分かった例示的なランプのランプ存続期間とインダクタンスＬ１に渡る推定電圧降下とに依存する再点火電圧を示す。統計的に平均値から変化することが分かった実際の値が図５に示される。インダクタンスＬ１に渡る電圧降下の異なる推定と一緒に、決定された最小及び最大曲線が示される。
【００５４】
さらに、駆動回路１２の動的な動作が決定された。図３Ｂに示されるように、駆動回路の出力電圧ＵＤは、極性を素早く変え、ランプ電流ＩＬの所望の正の値を達成するために上昇される。しかし、図３Ｂは問題を有しない整流及び再点火の例を示すが、ランプ存続期間の後期で必要な高い再点火電圧は（図５を参照）、駆動電圧ＵＤが必要な再点火電圧（及び更にインダクタンスＬ１に渡る電圧降下）を分配するのに十分高くない場合、アークの再点火の成功を妨げる。
【００５５】
したがって、駆動回路１２は、確実に再点火するために、十分高い駆動電圧ＵＤを供給可能である必要がある。駆動回路１２が整流後に直ちに特定の電圧レベルＵＤを供給できる能力は、駆動回路１２の動的電圧分配能力である。所与の駆動回路１２では、この動的電圧分配能力は、整流後の所定の分配時間ｔＤで分配可能な最大電圧と見なされる。この状況では、図３Ｂに示されるように、固定分配時間ｔＤ、５０を考える。固定分配時間ｔＤは、期待再点火時間ｔＲに実質的に対応するが、ｔＲ及びｔＤの実際の値は、必ずしも常に同一ではない。
【００５６】
上述のように、駆動回路１２は、ランプ電流ＩＬ及びその設定値Ｉｓｅｔに従って制御される。
【００５７】
図４Ａ、４Ｂの点線で示されるように、方形の設定値Ｉｓｅｔに従う制御では、駆動回路１２は、固定的な動的電圧分配能力、つまり関連する分配時間ｔＤにおいて分配される一定の最大電圧を有する。本例では、この電圧レベルは、図５の水平線に示されるように９０Ｖに対応する。したがって、図２の照明装置では、駆動回路１２は、方形のＩｓｅｔに従って制御されるとき、整流後の時間ｔＤ、５０で、最大９０Ｖまでの最大電圧しか供給できない。
【００５８】
図５から分かるように、平均再点火電圧の測定曲線（実線）では、これは、約４５０ｈの初期の期間、駆動回路１２が、点火回路１４及びランプ１０に十分高い駆動電圧ＵＤを供給可能であることを意味する。したがって、この４５０ｈの初期の期間、いかなる整流の問題も予想されない。
【００５９】
しかしながら、図５の点６０で、ランプ１０の必要な再点火電圧は、ドライバ１２により分配可能な９０Ｖを超える。したがって、点６０から、ドライバ１２は、ランプ１０を適時に再点火することに成功せず、ランプは消えてしまうかも知れない。
【００６０】
図４Ａ、４Ｂの実線では、代替の設定電流値Ｉｓｅｔが示される。ここでは、設定電流値Ｉｓｅｔの方形波形で、パルス５０が重畳される。パルス５０は、図４Ａの第１の例では、整流後直ぐに適用される。パルス５０は、そのパルス幅ＰＷ、そのパルス高ＰＨ及び整流時間に対する時間位置により定めることができる。ここで、以下の定義が用いられる。
【００６１】
パルス幅は、電流Ｉｓｅｔの半周期の期間に対する百分率で定められる。パルス幅の測定は図４Ａ、４Ｂに示されるような完全な方形パルスの場合には明確であるが、パルス幅ＰＷは、他の形状の場合には最大の半分の点同士の間で測定されるべきである。
【００６２】
パルス高ＰＨは、平坦域の電流Ｉｐｌａｔｅａｕに対するパルス中の電流値Ｉｓｅｔとして百分率で定められる。パルス形状が方形パルスと異なる場合、電流最大値が考えられる。
【００６３】
図４Ａに示されるように、第１の実施形態では、パルス５０は整流の直後に適用される。これは、図２の制御部４０の閉ループ制御に、駆動電圧ＵＤを整流後迅速に上昇させることを促す。
【００６４】
図４Ｂの代替の第２の実施形態では、パルス波、整流の前（パルス５２）及び後（パルス５０）の両方で適用される。
【００６５】
発明者等は、パルス幅ＰＷ及びパルス高ＰＨの異なる値が、ドライバ１２の動的電圧分配能力を操るために選択できることが分かった。図７は、パルス高ＰＨに依存する、整流後の所定の分配時間ｔＤ、５０の後に得られる最大電圧ＵＤの依存状態を示す。示されるように、ドライバ１２の動的能力は、制御部４０から適用される制御により有意に影響を受け、駆動回路１２へのいかなる更なる変化も有しない。したがって、適切なパルス５０を選択することにより、駆動回路１２の所望の動的能力が得られる。
【００６６】
しかしながら、留意すべき点は、このようなパルスは、損失が増大する、回路３０の要素に対する全体的な要求が高くなる、といった欠点を有することである。したがって、不要なパルスの適用や、不必要に高いパルス高及び幅は回避されるべきである。特に、パルス動作は、放電照明組立品の動作のために電力を供給するシステムに、つまり車両のボードネット（board  net）の自動車用照明の場合に、有意に影響を与える。必要な電力は、一定ではなく、パルス中に増大する。これらの負荷の変動は、ボードネットに有意な影響を与える。したがって、本発明によると、整流後に設定電流値Ｉｓｅｔに供給される電流パルス５０についての所定の制限が得られる。
【００６７】
パルス幅ＰＷに関して、発明者等は、異なるパルス幅を検討した。図８は、半周期期間の０％（パルスなし）から最大２５％について、駆動回路１２の動的能力を示す。半周期の１％乃至２５％、好適には２％−２０％のパルス幅について、満足のいく結果が得られた。およその最適値は、半周期の３−１５％において認められる。
【００６８】
駆動回路１２の所望の可変動的能力を達成するために、発明者等は、ランプ存続期間Ｌに依存したパルス高ＰＨを適用することを提案する。通常、新しく製造されたランプに適用されるパルス高ＰＨは、２５００燃焼時間のランプ存続期間のランプに適用されるパルス高ＰＨよりも小さい。
【００６９】
発明者等は、幾つかの放電組立品の設計では、いかなるパルスも（ＰＨ＝１００％）初期の動作期間に適用する必要がないことが分かった。この後、パルス高ＰＨは、整流を補償して再点火に成功するために引き上げられる。図５に示されるように、最小曲線（破線）では、駆動回路１２により分配可能な９０Ｖは、最大２０００ｈのランプ年齢における点６２まで十分である。この最小のアプローチでは、この初期期間の後にパルス５０で開始すれば十分である。
【００７０】
図６は、（本例では、１０％の固定パルス幅ＰＷで）パルス高ＰＨがどのよにランプ存続期間Ｌに渡って変化するかを示す。図６では、実線は、整流の成功を保証するよう十分高いが結果として生じる欠点を制限するために依然として有意に低い選択されたパルス高ＰＨの値を有する推奨曲線を示す。点線は、高い安全マージンを提供し依然として欠点に耐えられるパルス高ＰＨの最高値を説明する、提案された最大曲線を示す。同様に、破線で示された曲線は、整流パルス高ＰＨの推奨される最小値を説明する最小曲線である。しかしながら、図５の最小曲線では、非常に限られた安全マージンしかないことが強調される。したがって、図５の最小曲線と最大曲線との間で選択されたパルスでは、欠点及びランプの故障率の両方が依然として耐えられるものであると期待される。しかしながら、図６の実線に示される最適曲線の近くにパルス高ＰＨを選択することが推奨される。
【００７１】
図６の最小曲線では、いかなるパルス動作も（ＰＨ＝１００％）、２０００ｈのランプ年齢までの初期期間では適用されない。Ｌ＝２０００ｈ（点６２）の後、パルス高ＰＨは、ランプ存続期間Ｌに線形に、ランプ存続期間Ｌ＝２５００ｈにおけるＰＨ＝１２５％の値まで上昇する。Ｌ＝２５０００ｈを超えての動作では、最小曲線を線形に継続することが望ましい。
【００７２】
図６の最大曲線によると、パルス高ＰＨは新しく製造されたランプについて１５０％で開始し、動作の初期期間に既にＬ＝５００ｈにおいてＰＨ＝２１０％の値まで増大する。この時間から、パルス高ＰＨは、Ｌ＝２０００ｈにおいてパルス高ＰＨ＝２２０％に達するよう線形に上昇する。Ｌ＝２０００ｈを超えての動作では、増加は線形に継続する。
【００７３】
図６の提案された最適曲線は、新しく製造されたランプでは図５の点６０までの４５０ｈの初期期間においていかなるパルス動作も（ＰＨ＝１００％）示さない。ここで、必要な再点火電圧（及びインダクタンスＬ１に渡る電圧降下）は、パルス無しで、駆動回路１２から利用可能な９０Ｖに取って代わる。
【００７４】
したがって、最適曲線によると、パルス動作は、ランプ存続期間Ｌの４５０ｈ過ぎに、Ｌ＝５００ｈにおいてＰＨ＝１２０％まで最初に線形に上昇するパルス高ＰＨで提案される。パルス高ＰＨは、次に、ランプ存続期間時間を超えて更に増大するが、小さい傾斜を有し、Ｌ＝２０００ｈにおいて最大１５５％である。Ｌ＝２０００ｈを超えての動作では、曲線は同一の傾斜で継続する。
【００７５】
上述の動作は、照明組立品３０において、外側の一定電力制御ループにより、設定電流値Ｉｓｅｔにパルスを重畳することにより、実現できる。対応するパルス高及び幅の値は、ルックアップテーブルに格納されてもよい。マイクロコントローラは、ランプの存続期間Ｌを連続的に決定する。存続期間Ｌの値は、次に、ルックアップテーブルにおいて、設定電流値Ｉｓｅｔの方形波形に重畳されるパルスのパルス高ＰＨを決定するために用いられる。
【００７６】
したがって、パルス５０の少なくとも一部が整流後に適用される整流パルス５０を有する設定電流値Ｉｓｅｔが、どのように動的電圧分配能力を調整し、不要な欠点を回避しながらランプ１０の存続期間を通して良好な整流を保証するよう機能できるのかを示した。
【００７７】
ランプ存続期間Ｌに渡って大きさの増大するパルスを適用することは、ランプの動作に、つまりランプ効率及びランプ１０により生成される全光束に更なる影響を与える。ランプ１０は、一定の動作電力で駆動される。ランプ１０により生成される光束は、ルーメン（ｌｍ）で測定され、ランプ効率、つまり電力により除され得られた光束は、ルーメン毎ワット（ｌｍ／Ｗ）で測定されるが、通常、ランプ存続期間Ｌに渡って減少する。これは、光束維持として知られる。図９は、本例の一定パルス高ＰＨ及びパルス幅ＰＷのパルスで駆動される２５Ｗランプの効率の、存続期間Ｌへの依存性を示す図である。示されるように、ランプ効率は、存続期間Ｌに渡って、初期値８６ｌｍ／Ｗ（例示的な２５Ｗランプで２１５０ｌｍの光束）から、３０００ｈの動作中に約１５％だけ減少する。
【００７８】
ランプがランプ電流ＩＬ上のパルスと共に駆動される場合、得られる効率は増大し得る。以下の表１に示されるように、パルス動作中のランプ効率は、パルスを有しない（ＰＨ＝１００％、ＰＷ＝０％）ときに得られる基本効率より増大し、更に高いパルス高ＰＨでは更に増大する。
【００７９】
表１：例示的な２５Ｗランプのルーメン出力の増加の値
【００８０】
【表１】
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【００８１】
ランプ存続期間Ｌに渡って増大するパルスを加えることにより、効率損失は光束維持の向上を妨げる。したがって、少なくともある程度、ランプ効率及び全ルーメン出力の、ランプ存続期間Ｌへの依存性を除去することが可能である。これは、全存続期間Ｌに渡って、又は例えば５００、１０００若しくは２０００ｈの特定の存続期間期間にのみ、特に効率損失が特に目立たない期間に当てはまる。例えば、図９に示される約１０％の初期光束の損失が許容され、１５００ｈから３０００ｈまで、増大するパルスが加えられ、曲線を上方に移動させる。
【００８２】
この状況では、増大する効率の効果は、図４Ａのパルス５０のような整流後直ぐに生じるパルスによるだけでなく、例えば図４Ｂに示される整流前に生じるパルス５２のような各半周期中に異なる時間に供給されるパルスによっても得られる。
【００８３】
特定のランプでは、パルス高ＰＨ（又はパルス幅ＰＷ、しかしＰＷは例えば５−１０％に一定に保たれることが望ましい）のランプ存続期間Ｌへの依存性は、関連する存続期間の区間内で一定の又は少なくとも実質的に一定のランプ効率を達成するよう決定される。対応するパルス５０、５２は、得られた効率が通常の存続期間損失を補償するように増大するパルス高ＰＨで加えられる。当業者が理解するように、対応する曲線は、図６の最小曲線と最大曲線との間に位置するよう決定される。したがって、パルス高ＰＨのランプ存続期間Ｌへの良好な依存性は、整流の安定及び光束維持の向上の両方を達成するよう定められる。
【００８４】
本発明は図面及び上述の説明で詳細に説明されたが、このような図面及び説明は説明及び例であり、本発明を限定するものではない。本発明は開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態の他の変形は、図面、詳細な説明、及び請求項を読むことにより、当業者に理解され請求項に記載された発明を実施する際に実施されうる。留意すべき点は、用語「有する（comprising）」は他の要素又は段階を排除しないこと、及び単数を表す語（a、an）は複数を排除しないことである。特定の量が相互に異なる従属請求項に記載されるという事実は、これらの量の組合せが有利に用いることが出来ないことを示すものではない。請求項中のいかなる参照符号も請求の範囲又は本発明の範囲を制限するものと考えられるべきではない。
【国際調査報告】
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