(57)【要約】  様々な動作モードの間、ランプを制御するランプドライバのための制御ユニットである。前記ランプを通過する電流は、好ましくは線形に、点火モードの間、第１開始値から最大値に増加される。前記ランプは、スムースに開始し、更に、点火モードにおいて既にウォームアップする。高いランプ電圧及び改善された切り換えの振る舞いを生じる。整流を得るためにダウンコンバータの前記デューティサイクルを変化させることによって、更に改善されることもできる。更に、オルターネイタを、ランアップモードの間、高周波数（>１００ＫＨｚ）に置いて動作するように保持することにより、更に改善されることもできる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも点火モード、ランアップモード及び通常動作モードの間のランプの動作を制御するランプドライバのための制御ユニットであって、
−  点火モードにおいて最初に、所定の開始値の電流を前記ランプに供給する手段と、
−  前記点火モードにいて次いで、供給されている前記電流を所定の最大値まで増加させる手段と、
を有する制御ユニット。
【請求項２】
前記増加させる手段は、少なくとも実質的に線形に前記電流を増加させる、請求項１に記載の制御ユニット。
【請求項３】
前記ランプドライバは、ダウンコンバータ及びオルターネイタを有しており、前記制御ユニットは、更に、前記電流の整流を得るために、前記ダウンコンバータの前記デューティサイクルを変化させる、請求項１に記載の制御ユニット。
【請求項４】
更に、ランアップモードの間、高い周波数における稼動を継続すると共に、測定されたランプ電圧が所定値に等しい場合に前記周波数を減少させるように前記オルターネイタを制御する、請求項３に記載の制御ユニット。
【請求項５】
請求項１に記載の制御ユニットを有するランプドライバ。
【請求項６】
請求項５に記載のランプドライバと超高性能（ＵＨＰ）光源とを有する投影システム。
【請求項７】
請求項５に記載のランプドライバを有する照明システム。
【請求項８】
請求項５に記載のランプドライバを有する表示システム。
【請求項９】
前記表示システムが投影表示システムである、請求項８に記載の表示システム。
【請求項１０】
請求項８に記載の表示システムを有する直視型ＬＣＤシステム。
【請求項１１】
請求項５に記載のランプドライバを有する照明器具。
【請求項１２】
少なくとも、点火モード、ランアップモード及び通常動作モードの間、ランプドライバを制御する方法であって、
−  点火モードにおいて最初に、所定の開始値の電流を前記ランプに供給するステップと、
−  前記点火モードにおいて次いで、供給されている前記電流を所定の最大値に増加させるステップと、
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランプドライバのための制御ユニットに関し、より詳細には、投影システムに含まれているような、超高性能（ＵＨＰ）光源のためのランプドライバに関する。本発明の制御ユニットは、詳細には、高圧水銀（ＨＰＭ）又は高輝度放電（ＨＩＤ）ランプにおいて便利である。
【背景技術】
【０００２】
従来技術の設計において、前記のような機能は、高電圧を生成する高圧水銀（ＨＰＭ）ランプを点火するためのものである。前記ランプが点火された後、該ランプは、制限された電流によってゆっくりとウォームアップされる。前記ランプが、自身の最高出力に到達している場合、該ランプは、前記ランプの出力を一定に保つ出力制御に入る。このことを実現するために、複数のモードが当該設計内で規定されている。これらのモードとは、
１．アイドルモード（ランプはオフである）、
２．キャリブレーションモード（ランプ電流のセンサ回路の静的及び動的ゼロ電流レベルが、規定される）、
３．点火モード（ランプは、約５ｋＶの電圧を生成して点火され、一定電流が前記ランプを貫流する）、
４．ランアップ（ｒｕｎ−ｕｐ）モード（ランプ電圧は、前記ランプを介して送られている制限された電流によってゆっくりと上昇し、ダウンコンバータは、非常に遅いデューティサイクルによって切り換わっている）
５．通常動作モード（前記ランプが所定の電圧に到達した後、前記出力制御のアルゴリズムに入る）
である。
【０００３】
「ランプオフ」の命令が発行された場合、高すぎるランプ電圧が検出された場合、又は低すぎるランプ電圧が検出された場合、アイドルモードに再び入る。
【０００４】
米国特許第２００３／０１２７９９３号は、高周波数電子安定器を開示している。前記のような高周波数安定器は、ガス放電ランプの開始動作の間、該ガス放電ランプのためのランプ電流を確立する。電圧レベルは、電極加熱段階（点火モードに対応する）の間、ほぼ一定に保持される。放電管加熱段階（ランアップモードに対応する）の間、前記のような電圧は、前記ランプの動作アンペアレベルに到達するように増加される。ランアップアンペアレベル以上の前記ランプ電流の動作アンペアレベルが、確立されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このことの不利な点は、前記ダウンコンバータの切り換えの振る舞いが悪く、前記ランプは、スムースにランアップしないことにある。他の不利な点は、前記ランプドライバの様々な動作モードの間の遷移が、スムースでないことにある。
【０００６】
本発明の目的は、前記ランプドライバの様々な動作モードの間（特に、点火モードとランアップモードの間）のスムースな遷移を提供するランプドライバのための制御ユニットを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、従来技術のランプドライバに関して前記切り換えの振る舞いが改善されているランプドライバのための制御ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の見地によれば、上述の及び他の目的は、少なくとも点火モード、ランアップモード、及び通常動作モードの間のランプの動作を制御するランプドライバのための制御ユニットであって、
−  点火モードにおいて最初に、所定の開始値の電流をランプに供給する手段と、
−  前記点火モードにおいて次いで、供給されている前記電流を所定の最大値まで増加させる手段と、
を有する制御ユニットを設けることによって実現される。
【０００９】
本発明の第二の見地によれば、上述の及び他の目的は、少なくとも、点火モード、ランアップモード及び通常動作モードにおけるランプドライバを制御する方法であって、
−  点火モードにおいて最初に、所定の開始値の電流をランプに供給するステップと、
−  前記点火モードにおいて次いで、供給されている前記電流を所定の最大値まで増加させるステップと、
を有する方法を提供することによって実現される。
【００１０】
前記供給されている電流が前記点火モードの間に増加されることにより、前記ランプは、点火モードにおいて、スムースに開始し、更に既にウォームアップするので、高いランプ電圧を生じる。更に、前記ランプの前記切り換えの振る舞いが改善される。
【００１１】
前記ランプへの電流の前記所定の開始値は、前記ランプの仕様に依存して、好ましくは０．１Ａと０．５Ａとの間にある。
【００１２】
前記供給されている電流の前記所定の最大値は、前記ランプの仕様に依存して、好ましくは３．５Ａと４．０Ａとの間にある。最も好ましくは、前記供給されている電流の前記所定の最大値は、約３．７Ａである。
【００１３】
前記増加させる手段は、少なくともほぼ線形に前記電流を増加させるのが好ましい。このことは、電子装置が、概ね、前記のような最終値へとよりスムースに切り換わるので、有利である。更に、前記ランプの寿命が改善され得る。
【００１４】
前記ランプドライバは、ダウンコンバータ及びオルターネイタを有していても良い。この実施例において、前記制御回路は、更に、前記電流の整流（commutation）を得るために、前記ダウンコンバータの前記デューティサイクルを変化させる。これにより、前記ランプ電流の振幅と前記ランプを経る電流の方向とが、制御される。これにより、更に、前記ダウンコンバータの更に良好な切り換えの振る舞いが、前記ランアップモードの間、得られる。
【００１５】
前記ダウンコンバータの前記デューティサイクルは、設定されている前記レベルを正しい前記デューティサイクルに変化させるようにデジタル／アナログコンバータ（ＤＡＣ）の出力を変化させることによって、変化されることができる。
【００１６】
従来技術においては、前記のような点火段階において、前記ダウンコンバータ及び前記オルターネイタは、切り換わっている。前記オルターネイタは、点火電圧を生成するために、比較的高い周波数（好ましくは、１００ｋＨｚよりも高い）において切り換わっている。前記ランプが消えている（extinguish）場合、ランプ電流が流れ、該ランプ電流は、前記ダウンコンバータによって制御されるであろう。前記点火モードの後、前記オルターネイタは、通常、高い周波数から比較的低い周波数（好ましくは１ｋＨｚよりも低い）まで減少し、前記ランプドライバは、前記ランアップモードに入る。従って、ランアップにおいて、前記ランプ電圧は、通常低い。前記ダウンコンバータは、前記ランプ電流を制御するために、通常の周波数範囲よりも外側の非常に低い及び高いデューティサイクルを実現させなければならない。前記電流の整流を得るために、前記ダウンコンバータのデューティサイクルを変化させることによって、上述の問題が解決される。好ましくは、前記デューティサイクルは、前記ダウンコンバータの出力電圧が、前記整流側で存在する平均電圧よりも低い又は高いような仕方で変化される。前記整流側における前記平均電圧は、前記周波数が十分に高いと仮定して、前記切り換えサイクルの前記デューティサイクルに依存する。
【００１７】
前記制御ユニットは、更に、ランアップモードの間、高い周波数（即ち、好ましくは１００ＫＨｚよりも高い）における稼動を継続し、測定されるランプ電圧が所定値に等しい場合に前記周波数を減少させるように、前記オルターネイタを制御する。
【００１８】
従来技術のランプドライバにおいて、前記オルターネイタは、特定の固定された期間に渡って（即ち、前記点火モードの間）、高い周波数において稼動するのみである。本発明のこの実施例によれば、前記高い周波数は、前記ランアップモードの間、継続される。従って、前記周波数の減少は、特定の時間間隔に依存するよりもむしろ、前記ランアップモードの終了に依存するようにされるべきである。前記ランアップモードの終了は、前記ランプ電圧を測定することによって検出されることができる。前記ランプ電圧が、所定値に到達した場合、前記ランアップモードは終了し、前記通常動作モードに入る。前記ダウンコンバータ側は、これに応じて補正される必要がある。このことは、前記ダウンコンバータの新しい出力電圧に対する正しいランプ電流を得るために、前記デューティサイクルを変化させることによって達成されることができる。この出力電圧は、点火される（lit）際の整流側における電圧の変化及び前記ランプのツェナー（zener）特性により、変化する。
【００１９】
前記制御回路は、有利には、ランプドライバにおいて実施化されることができ、前記ランプドライバは、投影システム内に挿入されることができ、前記投影システムは、更に、超高性能（ＵＨＰ）光源を有している。前記ＵＨＰ光源は、例えば、高圧水銀（ＨＰＭ）又は高輝度放電（ＨＩＤ）ランプであっても良い。代替的には、前記ランプドライバは、照明システム、照明機器又は表示システム（例えば、投影表示システム）において実施化されることができる。上述のランプドライバを有する表示システムは、直視型ＬＣＤシステムにおいて採用されることもできる。代替的には又は付加的には、前記制御ユニット及び／又は前記ランプドライバは、何らかの他の適切な装置において使用されることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明のこれら及び他の見地は、以下に記載される実施例を参照して、明らかになり、説明されるであろう。
【００２１】
図１は、本発明によるランプドライバの回路図を示している。前記回路の右側は、ダウンコンバータ１として動作し、前記回路の左側は、オルターネイタ２として動作する。
【００２２】
ダウンコンバータ１は、第１キャパシタ３、第２キャパシタ４、誘導コイル５、第１電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）６及び第２ＦＥＴ７を有している。ダウンコンバータ１のデューティサイクルは、誘導コイル５の電流である出力電流を決定する。
【００２３】
オルターネイタ２は、キャパシタ８、誘導コイル９、第１電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１０及び第２ＦＥＴ１１を有している。第２オルターネイタ-ＦＥＴ１１が誘導状態である場合、当該ランプに印加される電圧は、キャパシタ３に印加されている電圧である。他方で、第１オルターネイタ-ＦＥＴ１０が誘導状態である場合、前記ランプの電流は、方向を変化させ、前記ランプに印加されている電圧は、電源電圧から、キャパシタ３に印加されている前記電圧を減算したものである。前記回路の右側は、２つの機能を有している。前記回路の右側は、前記ランプを点火するための点火電圧を生成し、点火モードが終了した後、低い周波数においてオルターネイタとして機能する。キャパシタ８及び誘導コイル９は、一緒に、誘導回路を形成している。
【００２４】
本発明によれば、前記点火モード及び前記ランアップモードは、別個に規定されている。点火モードに入る場合、ダウンコンバータ１の開始値が選択され、前記ランプが点火される際、比較的低い電流が前記ランプを通過することを実現する。次いで、前記点火モードの間、前記ランプ電流が、好ましくは線形に、最大値まで増加される。このことは、前記ランプがスムースに開始し、点火モードにおいて更に既にウォームアップすることを保証する。更に、ランプ電圧は、ウォームアップされている前記ランプによって、より高くなる。前記のような高いランプ電圧により、高いエネルギーレベルがキャパシタ３内に存在し、ダウンコンバータ１が切り換わるのを防止すると共に、前記ランプが消えるのを防止する。
【００２５】
前記回路の点火段階において、ダウンコンバータ１及びオルターネイタ２は、切り換わっている。オルターネイタ２は、キャパシタ８上に点火電圧を生成するために、好ましくは１００ｋＨｚよりも大きい周波数を有する、高周波数のモードにおいて切り換わる。前記ランプが消えている場合、ランプ電流が流れ、該ランプ電流は、ダウンコンバータ１によって制御されるであろう。点火モードの後、オルターネイタ２は、前記高周波数から比較的低い周波数へと、自身の切り換え周波数を、好ましくは１ＫＨｚ未満に減少させ、前記ランプドライバは、ランアップモードに入るであろう。
【００２６】
しかしながら、一実施例において、オルターネイタ２は、前記点火モードの後、比較的高い周波数において切り換わるように保持される。このことは、整流側における中点が、レール電圧の約半分であるという効果を有する。前記ランプ電流の整流は、キャパシタ３における電圧が前記レール電圧の半分よりも低い又は高いような仕方で、ダウンコンバータ１の前記デューティサイクルを変化させることにより実現されることができる。これにより、前記電流は整流する。このことは、前記ランプのランアップモードの間の前記ダウンコンバータの切り換えの振る舞いも、更に改善されるという利点を有する。更に、ダウンコンバータ１は、この実施例におけるオルターネイタ共振回路８、９の振動周波数よりも上で、常に切り換わるであろう。最終的に、この実施例において必要とされる装置を切り換える回数は、少なくない。
【００２７】
前記整流側における高周波数の切り換えは、前記ランアップモードの終了に依存して、終了されるべきである。この瞬間は、前記ランプ電圧を測定することによって検出されることができる。前記ランプ電圧が特定のレベルに到達した場合、前記ランアップモードは終了し、当該ランプは、前記通常動作モードに入る。前記ランプの電圧は、キャパシタ３における電圧から前記レール電圧の半分を減算することによって容易に測定されることができる。更に、ダウンコンバータ１側は、前記ランアップモードの間に１２において供給されている基準電流（Ｉｒｅｆ）を調整することによって補正される必要がある。このことは、新しい出力電圧に対する正しいランプ電流を得るために、ダウンコンバータ１の前記デューティサイクルを変化させることによって達成されることができる。前記デューティサイクルは、デジタル／アナログコンバータ（ＤＡＣ）の出力を変化させることによって変化されることができる。
【００２８】
元の状況において、
【数１】
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が該当する。新しい状況においては、
【数２】
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が該当する。
【００２９】
本発明は、前記のような好適実施例に関連して記載されているが、本明細書に開示されている特定の形態に限定されるものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付請求項によってのみ限定される。前記請求項において、「有する」という語は、他の構成要素又はステップの存在を排除するものではない。更に、個々のフィーチャが異なる請求項に含まれていることもあるが、これらは、有利に組み合わされることができるものであり、異なる請求項内に含まれていることは、フィーチャの組み合わせが、実現可能ではない及び／又は有利ではないことを意味するものではない。更に、単一の符号は、複数のこのような構成要素を排除するものではない。従って、単数、「第１」及び「第２」等の言及は、これらが複数であることを排除するものではない。更に、前記請求項における符号は、前記範囲を限定するものと解釈してはならない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明によるランプドライバのための回路図を示している。
【図１】
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【国際調査報告】
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