(57)【要約】  高輝度放電ランプの始動方法及び高輝度放電ランプを組み込んだバラストが提供される。本方法には、電圧Ｖにおけるランプの放電現象時間の累積確率関数Ｐ（ｔ）を求め、選択した点灯確率Ｐ点灯に対する最小パルス長ＴPを決定し、ランプが前記最小パルス長で動作可能であれば持続時間ＴPにおいて電圧ＶのＤＣパルスでランプを動作させ、ランプが前記最小パルス長で動作不可能であれば、バーストモードの緩和時間Ｔ緩和を決定し、バースト当たりの点灯確率Ｐbを選択し、バーストの最小パルス数ｎPを算出し、選択した点灯確率でのバースト数Ｎbを決定し、緩和時間Ｔ緩和において分離したバースト数Ｎbで且つ各バーストが電圧Ｖのパルス数ｎPを有するバーストモード下にランプを動作させることが含まれる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
点灯回路を用いたＨＩＤランプ始動方法であって、
（ａ）電圧Ｖにおけるランプの放電現象時間の累積確率関数Ｐ（ｔ）を求め、
（ｂ）選択した点灯確率Ｐ点灯に対する最小パルス長ＴPを決定し、
（ｃ）ランプが前記最小パルス長で動作可能であれば持続時間ＴPにおいて電圧ＶのＤＣパルスでランプを動作させ、
（ｄ）ランプが前記最小パルス長で動作不可能であれば、バーストモードの緩和時間Ｔ緩和を決定し、バースト当たりの点灯確率Ｐbを選択し、バーストの最小パルス数ｎPを算出し、選択した点灯確率でのバースト数Ｎbを決定し、緩和時間Ｔ緩和で分離したバースト数Ｎbで且つ各バーストが電圧Ｖのパルス数ｎPを有するバーストモード下にランプを動作させることを含む方法。
【請求項２】
バーストモード下でのランプ点灯後、前記点灯回路が連続パルスモード動作に切り替えられる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記点灯回路シャットダウン後の引き継ぎ段階の残余部分に渡り前記連続パルスモードが継続される請求項２に記載の方法。
【請求項４】
電圧Ｖの急上昇ＤＣパルス印加及び点灯時間測定を反復することにより点灯時間の累積確率関数を入手する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記急上昇ＤＣパルス印加及び点灯時間測定が約１０００〜約５０００回反復される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記選択した点灯確率が少なくとも９５％である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記選択した点灯確率が少なくとも９９％である請求項１に記載の方法。
【請求項８】
高輝度放電ランプ動作用のバラストであって、点灯回路及び点灯制御回路を有し、前記点灯回路が電圧Ｖ、持続時間Ｔ1、時間間隔Ｔ2の電圧パルスを発生し、前記点灯制御回路が、前記点灯回路を略ｎp・（Ｔ1＋Ｔ2）の期間“オン”とし、ここでｎp・は選択したバースト当たりの点灯確率に対する最小パルス数とし、次いで緩和時間Ｔ緩和の間“オフ”とし、前記点灯制御回路が、ランプが最初に放電現象を生じるまで当該サイクルを反復するバラスト。
【請求項９】
最初の点灯後、前記点灯制御回路が前記点灯回路を連続パルスモードに切り替える請求項８に記載のバラスト。
【請求項１０】
ランプ内に熱電子アークが確立された後、前記点灯制御回路が前記点灯回路をオフにする請求項９に記載のバラスト。
【請求項１１】
高輝度放電ランプ動作用のバラストにして、点灯回路及び点灯制御回路を有し、
前記点灯制御回路が、前記点灯回路をして、ランプへの電圧Ｖの急上昇ＤＣ電圧パルス印加と、次いでの各印加電圧パルスに対する点灯時間ＴBの測定及び保存を反復せしめることにより、ランプに関する点灯時間の累積確率関数Ｐ（ｔ）を入手し、
前記点灯制御回路が、前記点灯時間の累積確率関数を用いて、予め選択した点灯確率Ｐ点灯に対する最小パルス長ＴPを決定し、
前記点灯制御回路が、ランプが前記最小パルス長で動作し得るか否かを決定し、前記最小パルス長でランプが動作可能であれば前記点灯回路をして持続時間ＴP及び電圧ＶのＤＣパルスをランプに印加せしめ、
または、ランプが前記最小パルス長で動作不可能であると、前記点灯制御回路がバーストモードに対する緩和時間Ｔ緩和を決定し、予め選択したバースト当たりの点灯確率Ｐbに対する最小パルス数ｎPを算出し、予め選択した点灯確率Ｐ点灯に対するバースト数Ｎbを決定し、前記点灯回路をしてランプを、緩和時間Ｔ緩和で分離したバースト数Ｎbで且つ各バーストが電圧Ｖの最小パルス数ｎPを有する状態下のバーストモードで動作せしめることを含むバラスト。
【請求項１２】
前記点灯制御回路が、急上昇ＤＣパルス印加を約１０００〜約５０００回反復させることにより前記点灯時間の累積確率関数を入手する請求項１１に記載のバラスト。
【請求項１３】
バーストモード下のランプ点灯後、前記点灯制御回路が前記点灯回路を連続パルスモード動作に切り替える請求項１１に記載のバラスト。
【請求項１４】
前記点灯制御回路による前記点灯回路シャットダウン後の引き継ぎ段階の残余部分に渡り前記連続パルスモードが継続される請求項１３に記載のバラスト。
【請求項１５】
前記予め選択した点灯確率が少なくとも９５％である請求項１１に記載のバラスト。
【請求項１６】
前記予め選択した点灯確率が少なくとも９９％である請求項１１に記載のバラスト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高輝度放電（ＨＩＤ）ランプの始動方法及びそれらＨＩＤランプ動作用バラストに関し、詳しくは、メタルハライドランプ及びそれらメタルハライドランプ動作用の電子バラストに対する。
【背景技術】
【０００２】
既存の放電現象（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）理論は放電現象の累積確率Ｐ（ｔ）、即ち、０≦ｔ’≦ｔ等の時間ｔ’に対する放電現象の発生確率（以下、点灯確率）が以下の式で与えられるとする定量パラダイムに基づいている。
【数１】
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ここで、ｒは点灯確率とは無関係の時間とし、ｔ0は最短点灯時間とする。点灯確率は
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に従い更に拡大する。ここで、
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を陰極におけるエリジブル（ｅｌｉｇｉｂｌｅ）電子出現率、ｐを、これら電子による、放電現象に繋がるアバランシェ生成確率とする。ｐは高輝度放電（ＨＩＤ）ランプでは二義的なものである。なぜならＨＩＤランプは点灯保証上典型的には過電圧印加され、つまりは全実用目的に対しp≒１となるからである。
【０００３】
点灯電圧はランプの動作電圧より相当高いため、点灯回路（以下、イグナイタとも称する）を特別に設計しこれをバラストに組み込む必要がある。個々のランプ点灯電圧は変動し得るため、点灯回路はある範囲の電圧値を取り扱う設計とする必要がある。標準イグナイタではランプを“力ずく”で始動、つまりランプがやがて点灯すると見込んで点灯パルスを長時間印加する。この方法では、ランプを点灯及びその後動作させる点灯電圧及び電力を供給及び管理するバラストエレクトロニクスの設計パラメータが制限される。ランプの始動信頼性を維持しつつ点灯電圧を下げることができればバラストをより低価格化且つコンパクト化させ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術の欠点を排除することであり、高輝度放電ランプを信頼下により低い点灯電圧で始動させる手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１様相によれば、点灯回路を用いたＨＩＤランプ始動方法であって、
（ａ）電圧Ｖにおけるランプの放電現象時間の累積確率関数Ｐ（ｔ）を求め、
（ｂ）選択した点灯確率Ｐ点灯に対する最小パルス長ＴPを決定し、
（ｃ）ランプが前記最小パルス長で動作可能であれば持続時間ＴPにおいて電圧ＶのＤＣパルスでランプを動作させ、
（ｄ）ランプが前記最小パルス長で動作不可能であれば、バーストモードの緩和時間Ｔ緩和を決定し、バースト当たりの点灯確率Ｐbを選択し、バーストの最小パルス数ｎPを算出し、選択した点灯確率でのバースト数Ｎbを決定し、緩和時間Ｔ緩和において分離したバースト数Ｎbで且つ各バーストが電圧Ｖのパルス数ｎPを有するバーストモード下にランプを動作させることを含む方法が提供される。
【０００６】
本発明の他の様相によれば、高輝度放電ランプ動作用のバラストであって、点灯回路及び点灯制御回路を有し、前記点灯回路が電圧Ｖ、持続時間Ｔ1、時間間隔Ｔ2の電圧パルスを発生し、前記点灯制御回路が、前記点灯回路を略ｎp・（Ｔ1＋Ｔ2）の期間“オン”とし、ここでｎp・は選択したバースト当たりの点灯確率に対する最小パルス数とし、次いで緩和時間Ｔ緩和の間“オフ”とし、前記点灯制御回路が、ランプが最初に放電現象を生じるまで当該サイクルを反復するバラストが提供される。
本発明の更に他の様相によれば、高輝度放電ランプ動作用のバラストにして、点灯回路及び点灯制御回路を有し、
前記点灯制御回路が、前記点灯回路をして、ランプへの電圧Ｖの急上昇ＤＣ電圧パルス印加と、次いでの各印加電圧パルスに対する点灯時間ＴBの測定及び保存を反復せしめることにより、ランプに関する点灯時間の累積確率関数を入手し、
前記点灯制御回路が、前記点灯時間の累積確率関数を用いて、予め選択した点灯確率Ｐ点灯に対する最小パルス長ＴPを決定し、
前記点灯制御回路が、ランプが前記最小パルス長で動作し得るか否かを決定し、前記最小パルス長でランプが動作可能であれば前記点灯回路をして持続時間ＴP及び電圧ＶのＤＣパルスをランプに印加せしめ、
または、ランプが前記最小パルス長で動作不可能であると、前記点灯制御回路がバーストモードに対する緩和時間Ｔ緩和を決定し、予め選択したバースト当たりの点灯確率Ｐbに対する最小パルス数ｎPを算出し、予め選択した点灯確率Ｐ点灯に対するバースト数Ｎbを決定し、前記点灯回路をしてランプを、緩和時間Ｔ緩和において分離したバースト数Ｎbで且つ各バーストが電圧Ｖの最小パルス数ｎPを有する状態下のバーストモードで動作せしめることを含むバラストが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
従来技術の欠点が排除され、高輝度放電ランプを信頼下により低い点灯電圧で始動させる手段が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、ランプ放電現象を開始させるＤＣ電圧パルスを発生する点灯回路のダイヤグラム図である。
【図２】図２は、放電現象パラメーター抽出用の電流及び電圧波形の例示図である。
【図３】図３は、パルスバーストにおける各連続パルスに関する点灯確率減少状況を示す例示図である。
【図４】図４は、本発明の方法のフローチャート例示図である。
【図５】図５は、本発明の電子バラストにおける方法実例図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
好ましい方法実施例において本方法は以下のステップ、即ち、特定の開始電圧Ｖ下に多数回試行して入手した点灯時間の累積確率関数を決定し、各試行での、放電現象開始までの所要時間を測定することに基づくものである。図１にはＤＣ電圧パルス生成に使用する点灯回路が示される。キャパシタＣは高電圧ＨＶを供給する電位に充電され、抵抗Ｒ2を介して放電可能である。抵抗Ｒ2及びキャパシタＣの各値はキャパシタ−放電時間スケール（ミリ秒）が統計上の平均遅延時間（マイクロ秒）よりずっと大きくなるよう選択する。例えば、抵抗Ｒ2は１２００Ω、キャパシタＣは１５０ｐＦであり得る。抵抗Ｒ1及びＲ3についてはその代表値は夫々数ＭΩ及び数ｋΩであり得る。各試行において、ＭＯＳＦＥＴスイッチをトリガーして急上昇ＤＣ電圧パルス（好ましくは上昇時間２０〜５０ｎｓ）をランプ１０に印加し、オシロスコープを用いて電流及び電圧波形を測定し、電圧パルスの立ち上がりエッジにより前記波形測定をトリガーさせる。トリガー後、オシロスコープは所定時間間隔、例えば１０〜２０μ秒で電流及び電圧波形を記録する。各試行間において、ＭＯＳＦＥＴスイッチは休止時間、例えば５秒空けて再トリガーされる。このサイクルを統計的に十分な試行回数、例えば約１０００〜５０００回が記録されるまで多数回反復する。
【００１０】
電流及び電圧波形（図２）から、以下の放電現象パラメータ、即ち：（１）点灯時間ＴB（電圧パルス開始から放電現象の電流が最大値となる時間）；（２）放電時間電流ＩB（放電現象中の最大測定電流）；（３）電流増加時間ＴS（電圧降下開始瞬間から電流ピーク化瞬間までの経過時間）；（４）放電現象電圧ＶB（放電現象電流ＩBの上昇開始時点の電圧値）を抽出する。測定放電現象時間ＴBから累積確率Ｐ（ｔ）を得る。
【００１１】
累積確率関数Ｐ（ｔ）はランプに関する累積点灯確率を表し、以下の式で定義される。
【数２】
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ここで、θ＝θ（ｔ）はヘビサイド関数であり、ｔ＜０の時θ（ｔ）＝０、ｔ＝０の時θ（ｔ）＝０．５、ｔ＞０の時はθ（ｔ）＝１であり、Ｎは試行回数、Ｍは時間ｔiでの点灯成功回数である。確率密度関数ｐ（ｔ）は以下の式で表される。
【数３】
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【００１２】
放電現象の確率密度関数ｐ＝ｐ（ｔ）の測定後、特定のランプまたはランプ形式に対する所望の点灯確率Ｐ点灯を選択する。点灯確率Ｐ点灯は代表的には、ランプ及びイグナイタ組み合わせにおいて可能な限りの高さ、好ましくは少なくとも９５％、より好ましくは少なくとも９９％を選択する。点灯確率選択後、特定の開始電圧Ｖでランプを点灯させるに要する最小パルス長を決定し得る。
放電現象の確率密度関数ｐ（ｔ）を用いて最小パルス長ＴPを、当該長さでの点灯確率が選択した点灯確率Ｐ点灯より大きくなるように選択する。
【数４】
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Ｐ点灯＝Ｐ点灯（Ｖ，ＴP）であることは明らかである。この場合、Ｐ点灯が一定であるときは、Ｖが増加すると最小パルス長ＴPが減少し、逆にＶが減少するとＴPが増加するが、この点は最小点灯電圧に近付くに従い重要となり得る。
【００１３】
バラスト及び所望の点灯確率Ｐ点灯は低い点灯電圧による制限を受けるため、必要最小パルス長ＴPの点灯パルスを生成し得ない可能性がある。その場合はパルスのバーストを使用してランプを点灯させるべきである。
バーストのパラメータは、パルスの電圧Ｖ、単一パルスの長さＴ1、バーストにおける連続する２つのパルス間の時間間隔Ｔ2、連続する各バースト間の間隔を表す緩和時間Ｔ緩和である。前記３つの時間は代表的には以下の関係を有する。
Ｔ緩和＞＞Ｔ1≧Ｔ2
【００１４】
点灯試行を繰り返すと、ランプ内側に、バーストの各連続パルスに伴う点灯確率を低下させる有害状況が発生することが分かった。この有害状況を緩和させ、各連続バーストに対する点灯確率をランプ初期状態の高さ程度に復帰させるべく、各バースト間に緩和時間を置く必要がある。この影響は図３ではバーストの各連続パルスの指数ｎに対する点灯確率の低下状況として示される。当該プロセスは図３の直線で示すように定率であるのが理想であるが、実際のランプでは図に示す、一定のライン以下に低下する７０Ｗメタルハライド（ＭＨ）ランプ曲線で例証される如く漸減する。
Ｔ1及びＴ2は選択したバラストの特性に基づく。Ｔ1はランプ点灯に要する最小点灯時間よりずっと大きくする必要がある。Ｔ2はバラスト回路の特性で決定される。Ｔ1及びＴ2の長さは何れも１〜２μ秒のオーダーである。
【００１５】
選択電圧Ｖ及び単一バースト当たりの選択した点灯確率Ｐbでの最小パルス長をＴP、即ちＰb＝Ｐb（Ｖ，ＴP）とすると、バーストのパルス数ｎPは少なくともＴP／Ｔ1となる。点灯確率Ｐ点灯が前記の如く所望の点灯確率であるとするとバースト数Ｎbは以下の式で与えられる。
【数５】
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この式は、累積確率関数ｐ（ｔ）が現在時間ｔにおいて継続されるのではなくゼロから出発する、即ちｐ（ｔ）≒ｐ（ｔ−Ｔ緩和）となるに十分、緩和時間Ｔ緩和が長い場合においてのみ有効である。これは、バースト当たりの点灯確率がバーストの指数と共に基本的にもはや減少しなくなるまで緩和時間Ｔ緩和を変化させることで経験的に決定する。
【００１６】
図４には本発明の方法実施例がフローチャート図で示される。初めの２つのステップでは急上昇ＤＣパルス印加及び波形測定を好ましくは約１０００〜約５０００回であるＮ回反復する。Ｎ回反復後、点灯時間の累積確率関数Ｐ＝Ｐ（ｔ）及びその導関数である確率密度関数ｐ＝ｐ（ｔ）を算出する。後者、即ち確率密度関数からは、選択した点灯確率に基づき最小パルス幅を算出する。この時点で、一定電圧Ｖ及び最小パルス長でランプを点灯させ得るか否かに対する結論が出る。可能であれば前記条件を用いてランプを点灯する。不可能であれば一連の他のステップを実施してパルスのバーストでランプを点灯させるパラメータを決定する。その場合、前述した如く、先ず緩和時間Ｔ緩和を求め、次いで各バーストに対する点灯確率Ｐbを選択する。次いで、各バースト用の最小パルス数ｎpを決定した後、選択した点灯確率Ｐ点灯用のバースト数Ｎbを決定する。この時点で、緩和時間Ｔ緩和において分離したバースト数Ｎbにして、各バーストが少なくとも最小数のパルスｎpを有するバースト数を用いて一定電圧Ｖ下にランプを点灯させる。
【００１７】
図５を参照するに、本発明の方法実施例は以下に説明する如く電子バラスト２０において開始され得る。電子バラスト２０はランプ１０の動作用電源を収納し、電圧Ｖ、持続時間Ｔ1、及び時間間隔Ｔ2の電圧パルスを生成する点灯回路を更に要する。また、電子バラストは前記点灯回路を持続時間 ｎp・Ｔ1＋（Ｎ1−１）・Ｔ2 〜 ｎp・（Ｔ1＋Ｔ2）に渡り“オン”とし、緩和時間Ｔ緩和に渡り“オフ”とする点灯制御回路を含む。点灯制御回路は前記サイクルを最初の点灯まで反復し、その後、点灯回路は時間間隔Ｔ2を空けた持続時間Ｔ1のパルスを有する連続パルスモードに切り替わるべきである。単独のバーストモードは、熱電子アークが確立されるまでこの引き継ぎ段階の残余部分で継続され得、その後、イグナイタは完全にシャットダウンされ、ランプはバラストにおいて通常動作される。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。
【符号の説明】
【００１８】
１０  ランプ
２０  電子バラスト
【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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