(57)【要約】  本発明は、バイポーラ供給電流を用いて電力消費の調整された入力高圧放電ランプ（９３０）を作動するための装置に関している。この装置は、供給電流の零交差に近づけて配設される電流パルス又は電力パルス（Ｋ１，Ｋ２）の形成のための非対称な調整特性曲線を備えた調整器（９６１）を含んでいる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイポーラ供給電流を用いて電力消費が調整された高圧放電ランプ（９３０）を作動するための装置において、
前記装置が、供給電流の零交差に近づけて配設される電流パルス又は電力パルス（Ｋ１，Ｋ２）の形成のための非対称な調整特性曲線を備えた調整器（９６１）を含んでいることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記調整器（９６１）は、非対称なＰＩ調整器として構成されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記調整器（９６１）は、非対称なＩ調整器として構成されている、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記非対称な調整器（９６１）は、高圧放電ランプ（９３０）の電力制御のためにパルス幅変調制御器（９０５）に結合されている、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記装置にはフルブリッジインバータ若しくはハーフブリッジインバータ（９２０）が含まれており、該インバータのブリッジ分岐には高圧放電ランプ（９３０）が接続されている、請求項１から４いずれか１項記載の装置。
【請求項６】
バイポーラ供給電流を用いて電力消費の調整された高圧放電ランプ（９３０）を作動するための方法において、
入力の調整が非対称の調整特性曲線を用いて実施され、
電流パルス又は電力パルス（Ｋ１，Ｋ２）を供給電流の零交差に近づける調整によって成形するようにしたことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイポーラ供給電流を用いて電力消費が調整された高圧放電ランプを作動するための装置及び方法に関している。
【０００２】
背景技術
この種の装置は例えば1992年にSiemens 社から改訂6版として発行された公知文献"Betriebsgeraete und Schaltungen fuer elektrische Lampen、von C.H.Sturm und E.Klein, "の２１７頁〜２１８頁に開示されている。この文献ではフルブリッジインバータを用いた実質的に矩形状のバイポーラ供給電流を用いて高圧放電ランプを作動させることが開示されている。前記インバータのブリッジ分岐には高圧放電ランプが接続されている。
【０００３】
高圧放電ランプはその正常な作動のためには所定のエネルギーバランスが必要とされる。そのエネルギーバランスが損なわれると、高圧放電ランプの作動特性に例えば電極の腐食に基づくランプ寿命の低減や不規則な放電アークによって引き起こされるフリッカーなどの変化が生じる。バイポーラ供給電流を伴う高圧放電ランプの作動の場合には、その極性反転の際の供給電流の零交差がランプの臨界的作動フェーズを表している。特に高い熱伝導性を有している比較的厚い電極を備えた高圧放電ランプ、例えば水銀を含まないハロゲン金属蒸気高圧放電ランプのケースでは、供給電流の零交差の期間中に高められた熱伝導性がランプ電極の冷却を相応に強める。
【０００４】
このようなケースでは高圧放電ランプに給電された電力が供給電流の極性反転の前にランプ電極の加熱不足を引き起こす。それに応じてランプ電極は発光性が低減し、極性反転後に得られる電圧もシステム全体に亘って、つまり放電アークと電極に関して相応の通電を維持するのに、ないしはできるだけ早く提供するのに不足する。それ故に高圧放電ランプにおいては放電アークのフリッカが監視される。このことは特に経年劣化したランプに該当する。このような問題を低減するために、欧州特許出願第１１７６８５５号明細書の高圧放電ランプによれば、その供給電流の零交差に近づけて付加的な電流ないし電力が電流ないし電力パルスの形態で入力される。
【０００５】
本発明の課題は、冒頭に述べたような形式の高圧放電ランプを作動するための装置並びに方法において、高圧放電ランプ内で付加的な電流ないし電力パルスの形成を可能にする装置ないし方法を提供することである。
【０００６】
この課題は請求項１の特徴部分に記載された本発明による装置並びに請求項６の特徴部分に記載された本発明による方法によって解決される。本発明の特に有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００７】
本発明によるバイポーラ供給電流を用いて電力消費の調整された高圧放電ランプを作動するための装置は、供給電流の零交差に近づけて配設される電流パルス又は電力パルスの形成のための非対称な調整特性曲線を備えた調整器を含んでいる。この非対称な調整特性曲線を備えた調整器を用いることによって供給電流の零交差に近づけて、すなわち有利には供給電流の零交差の直後に、電流ないし電力パルスを生成し、その際に調整器は転流（整流）に起因する供給電流強度ないし電力の所定の目標値を下回る低減に直ちに対処すべく制御され、それによって供給電流強度ないし電力が再び高められる。本発明による装置の調整器は、非対称な調整特性曲線を有しており、それによってこの調整器は供給電流強度の絶対値の目標値を下回る場合には、前述した目標値を上回る場合よりも敏感に反応する。別の言葉で言い換えるならば、前記調整器は次のように構成されている。すなわち、前述した目標値の下回りに対しては、この目標値の上回りの時よりも早く若しくは強く反応して対抗制御できるように構成されている。それにより調整器を用いてバイポーラ供給電流の各零交差の直後に電力の上昇がいわゆる転流パルスの形態で形成される。この転流パルスの形態は当該調整器の電子回路の適切なディメンションによって制御することが可能である。前述した目標値を下回った場合の調整器の比較的早い若しくは強い対抗制御は供給電流の零交差後の転流パルスの上昇と高まりを定めるオーバーシュートを引き起こす。前述した目標値を上回った場合の調整器の比較的緩慢な対抗制御によれば、転流パルスの信号エッジの下降と共に生じる振動を回避させる。
【０００８】
前記非対称な調整器は有利には高圧放電ランプの電力消費を一定したレベルに制御するのに用いられる電力制御装置に結合される。それにより非対称調整器は、高圧放電ランプの電力制御に直接介入できる。代替的に高圧放電ランプのランプ電流の制御に関与させてもよい。有利にはこの電力制御はパルス幅変調を用いて実施されるので、前記非対称調整器は有利には高圧放電ランプの電力制御のためのパルス幅変調制御器に結合される。
【０００９】
本発明の別の有利な実施例によれば、装置がハーフブリッジインバータか又はフルブリッジインバータを含み、そのインバータのブリッジ分岐には高圧放電ランプが接続されており、それによって通常は１０００Ｈｚ以下の低周波数のバイポーラ電流も供給され得る。
【００１０】
前記調整器は有利には非対称な比例積分調整器（proportional-integral regulator; PI-regulator）か若しくは非対称な積分調整器（integral regulator；I-regulator）として構成される。
【００１１】
以下の明細書では本発明を有利な実施例と図面に基づいて詳細に説明する。この場合、
図１ａ）は、非対称調整器を用いた調整なしでの、高圧放電ランプの供給電流の時間経過を概略的に示した図であり、
図１ｂ）は、非対称調整器を用いた調整なしでの、高圧放電ランプの電力消費の時間経過を概略的に示した図であり、
図２は、供給電流の各零交差直後の非対称調整器によって成形された転流パルスを用いた高圧放電ランプの瞬間電力消費の時間経過を概略的に示した図であり、
図３は、本発明の第１実施例による非対称調整器のブロック回路図であり、
図４は、制御偏差の時間経過を概略的に表した図であり、
図５は、図４による制御偏差に対する図３による調整器の応答を概略的に表した図であり、
図６は、本発明の第２実施例による非対称調整器のブロック回路図であり、
図７は、制御偏差の時間経過を概略的に表した図であり、
図８は、図７による制御偏差に対する図６による調整器の応答を概略的に表した図であり、
図９は、本発明の有利な実施例による高圧放電ランプの作動のための回路装置のブロック回路図である。
【００１２】
実施例
図９には本発明による装置の有利な実施例に相応する高圧放電ランプの作動のための回路装置の構造が概略的に示されている。この回路装置は電圧変換器９００を含んでいる。この電圧変換器の出力側には蓄積コンデンサ９０１が接続されている。この蓄積コンデンサ９０１はそこに接続されるステップダウンコンバータ９１０に対する直流電圧源として用いられる。このステップダウンコンバータ９１０は、トランジスタ９０２と、インダクタンス９０３と、ダイオード９０４と、トランジスタ９０２のためのパルス幅変調制御器９０５と、コンデンサ９０６を含んでいる。コンデンサ９０６にはステップダウンコンバータ９１０の出力側直流電圧が供給されている。コンデンサ９０６はそれに接続されるフルブリッジインバータ９２０のための電圧源として用いられる。このフルブリッジインバータ９２１０は実質的にトランジスタ９２１，９２２，９２３，９２４から形成されている。フルブリッジインバータ９２０のブリッジ分岐には高圧放電ランプ９３０と該高圧放電ランプ９３０のための点弧装置９４０並びに点弧タイマー９４２を備えた点弧監視回路９４１が接続されている。抵抗９５１，９５２，９５３は、高圧放電ランプ９３０の瞬間電力消費を求めるために用いられる。これらの抵抗９５１，９５２，９５３からの測定信号は電力調整ユニット９６０に供給される。この電力調整ユニット９６０の出力側ではトランジスタ９０２のパルス幅変調制御器９０５に対する制御信号が生成される。この出力調整ユニット９６０は非対称な調整特性曲線を有する調整器９６１を含んでいる。この調整器９６１の２つの異なる実施例は図３と図６に概略的に示されている。しかしながら調整器９６１は、ソフトウエアとしてプログラム制御されて動作する高圧放電ランプの電力制御のためのマイクロコントローラの中で実現されてもよい。高圧放電ランプ９３０の電力制御は電力調整ユニット９６０と、調整器９６１と、パルス幅変調制御器９０５を用いてステップダウンコンバータ９１０のトランジスタ９０２のスイッチオンとオフの持続時間の変更を介して行われる。トランジスタ９０２のスイッチング周波数とそれに応じてパルス幅変調制御器９０５により生成されるパルス幅変調信号も２０ｋＨｚ以上の周波数を有している。
【００１３】
本発明の有利な実施例による高圧放電ランプ９３０は定格電力３５ワットのハロゲン金属蒸気高圧放電ランプであり、このランプは自動車用ヘッドランプの光源として設けられている。図９に示されている回路装置はそれ故に自動車の搭載電源網から給電される。
【００１４】
フルブリッジインバータ９２０のトランジスタ９２１，９２２，９２３，９２４は、５００Ｈｚの周波数で交互に切換えられ、そのため高圧放電ランプ９３０は同じ周波数の実質的に矩形状のバイポーラ供給電流によって給電される。図１ａには実質的に矩形状のバイポーラ供給電流の時間経過が半波に基づいて概略的に示されている。図１ｂには高圧放電ランプ９３０の電力消費の時間経過が示されており、これは図１ａに示されている電流経過に相応している。この種の電流ないし電力経過は従来技術によるものである。本発明による作動装置の構成部材として構成されている非対称調整器を用いることによって時間間隔IIIにて電流パルスが生成される。これは実質的に矩形状のバイポーラ供給電流に重畳され、さらに供給電流の各零交差直後に現れる。これらの電流パルスは同じ時間間隔で現れる電力パルスＫ１，Ｋ２を伴ったフェーズに存在している。これらの電力パルスは電流パルスに対応している。それ故に図２には高圧放電ランプ９３０の瞬間電力消費の時間経過のみが表されている。これは本発明による装置を用いて生成される。電力パルスＫ１，Ｋ２に対応する電流パルスは交互に負の極性と正の極性を有し、それらの最大電流強度は矩形状の供給電流の振幅Ｉｍａｘよりも大きい。（図２中に示されている）電流パルスないし電力パルスＫ１，Ｋ２は、転流パルスＫ１，Ｋ２とも称される。供給電流の零交差前後の時間間隔ＩとＩＶにおいては調整器は定常状態にある。高圧放電ランプ９３０は時間間隔ＩとＩＶの間はその定格電力３５Ｗ近傍の値で動作する。フェーズＩとＩＶの期間中の転流パルスＫ１，Ｋ２のパルス出力と電力消費はランプ電流の全周期に亘って平均して３５Ｗの値となる。
【００１５】
時間間隔ＩＩＩの間の転流パルスＫ１，Ｋ２は非対称調整器９６１を用いて生成され、成形される。この非対称調整器は高圧放電ランプ９３０の電力消費の調のために用いられる電力調整ユニット９６０の構成部材として構成されている。この調整器９６１は２つの異なる調整特性曲線でもって動作しており、この場合第１の調整特性曲線は負の制御偏差Ｘｗのもとでのみ、すなわち３５Ｗの電力消費の目標値の下回りの際にのみ有効となり、第２の調整特性曲線は正の制御偏差のもとでのみ、すなわち３５Ｗの電力消費の目標値の上回りの際にのみ有効となる。第２の調整特性曲線を用いた調整器９６１の対抗制御は、第１の調整特性曲線を用いた調整器の対抗制御に比べて緩慢に構成される。それ故にこの調整器９６１は３５Ｗの電力目標値の上回りに対しては前述の電力目標値の下回りに対する場合よりも弱めの対抗制御でもって反応する。すなわちこの調整器はこのように非対称に構成されている。（図１及び図２中の）時間間隔ＩＩａ，  ＩＩｂの間は、調整器９６１の第１の調整特性曲線有効となり、時間間隔ＩＩＩの間は第２の調整特性曲線が有効である。
【００１６】
フルブリッジ９２０の非導通状態において供給電流が時間間隔ＩＩａの開始時点で低減すると、高圧放電ランプ９３０の瞬間電力消費は３５Ｗの目標値よりも下方に低下する。そのため非対称調整器９６１を用いて直ちに対抗制御が行われる。この調整器９６１は比例積分調整器（ＰＩ調整器）か若しくは積分調整器（Ｉ調整器）として第１の特性曲線で動作する。高圧放電ランプ９３０のクロック制御された電流供給部９１０，９２０は時間間隔ＩＩａの間フルブリッジ９２０の非導通状態に基づいて零に向かう負荷に対して動作するので、コンデンサ９０６における電圧が高まる。なぜならインダクタンス９０３に蓄積されるエネルギーが時間間隔ＩＩａの間にコンデンサ９０６に放電されるからである。この過度に高められた電圧は時間間隔ＩＩｂの間に、供給電流の電流強度の急峻な上昇をその負の半波の開始時点に生じさせ、供給電流の転流時間の短縮並びに電力消費の急峻な上昇（図２）を生じさせるために、駆動電圧として得られる。時間間隔ＩＩｂの間に作用する調整器９６１の第１の調整特性曲線と、時間間隔ＩＩＩの間に作用する調整器９６１の第２の調整特性曲線に関連付けられて、時間間隔ＩＩＩの間に電力消費の強いオーバーシュートと電力パルスＫ１，Ｋ２の発生が生じる。高圧放電ランプ９３０が古いランプであるならば、比較的長い無電流フェーズが転流の間に、すなわち供給電流の零交差の間に形成され、それによって前述した作用が増大する。調整器９６１はその第１の調整特性曲線に従った迅速な対抗制御を試み、ランプの電力消費をさらに高める。このことはコンデンサ９０６における駆動電圧のさらなる引き上げを引き起こし、強いオーバーシュートと高い転流パルスＫ１，Ｋ２を引き起こす。
【００１７】
図３には第１の実施例による非対称調整器９６１の回路装置が概略的に表されている。この調整器はオペアンプＯＰと、２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１を含んでいる。制御量ｘは抵抗Ｒ１を介してオペアンプＯＰの反転入力側に供給される。オペアンプＯＰの非反転入力側には目標値Ｗが供給される。オペアンプＯＰの出力側ｙはコンデンサＣ１と、このコンデンサＣ１に直列に接続されたダイオードＤ１と抵抗Ｒ２からなる並列回路を介してオペアンプＯＰの反転入力側にフィードバックされている。この調整器は非対称の比例積分調整器（ＰＩ調整器）として構成されている。図５には例示的に設けられた制御４による制御偏差Ｘｗに対する当該調整器の応答が概略的に示されている。この制御偏差Ｘｗは制御量Ｘと目標値ｗの差分として算出される。
【００１８】
負の制御偏差Ｘｗのもとでは調整器は制御偏差Ｘｗの振幅に比例する操作量（操作変数）ｙの成分Ｐ（図５）を生成し、操作量ｙの第１の積分成分Ｉ１を生成している。このケースは前述した調整器９６１の第１の調整特性曲線に相応している。正の制御偏差Ｘｗの場合には、調整器は操作量ｙの第２の積分成分Ｐ２を生成する。このケースは前述した調整器９６１の第２の調整特性曲線に相応する。制御偏差Ｘｗの極性に応じてダイオードＤ１は通流方向若しくは阻止方向で動作し、それに相応して出力側ｙとオペアンプＯＰの反転入力側の間のフィードバック分岐におけるＲＣ部材に対する別の時定数が有効となり、別の調整特性曲線も有効となる。
【００１９】
図６には第２の実施例による非対称調整器９６１の回路装置が概略的に示されている。この調整器はオペアンプＯＰと、２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２と、ダイオードＤ１と、コンデンサＣ１を含んでいる。この制御量ｘは抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２及びダイオードＤ１からなる直列回路との並列回路を介してオペアンプＯＰの反転入力側に供給される。オペアンプＯＰの非反転入力側には目標値ｗが供給される。オペアンプＯＰの出力側ｙはコンデンサＣ１を介してオペアンプＯＰの反転入力側にフィードバックされる。この調整器は非対称な積分調整器（Ｉ調整器）として構成されている。図８には図７に従って例示的に設定された制御偏差Ｘｗに対する調整器の応答が概略的に示されている。この制御偏差Ｘｗは調整量ｘと目標値ｗの差分として算出される。
【００２０】
負の制御偏差Ｘｗのもとでは調整器は操作量ｙの第１の積分成分Ｉ１′を生成する。このケースは前述した調整器９６１の第１の調整特性曲線に相応している。正の制御偏差Ｘｗの場合には、調整器は操作量ｙの第２の積分成分Ｉ２′を生成する。このケースは前述した調整器９６１の第２の調整特性曲線に相応する。制御偏差Ｘｗの極性に応じてダイオードＤ１は通流方向若しくは阻止方向で動作し、それに相応して抵抗Ｒ１，Ｒ２の並列回路か若しくは抵抗Ｒ１のみが、出力側ｙとオペアンプＯＰの反転入力側の間のフィードバック分岐におけるＲＣ部材の時定数の算出に対して用いられ、それによって調整器に対し２つの異なる調整特性曲線が生じ、これらは制御偏差Ｘｗの極性に応じて有効となる。
【００２１】
本発明は詳細に説明してきた実施例に限定されるものではない。例えば非対称調整器は具現化されたソフトウエアと共にマイクロコントローラか又はマイクロプロセッサを用いてアナログモジュールの利用なしで実現され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１ａ】非対称調整器を用いた調整なしでの、高圧放電ランプの供給電流の時間経過を概略的に示した図
【図１ｂ】非対称調整器を用いた調整なしでの、高圧放電ランプの電力消費の時間経過を概略的に示した図
【図２】供給電流の各零交差直後の非対称調整器によって成形された転流パルスを用いた高圧放電ランプの瞬間電力消費の時間経過を概略的に示した図
【図３】本発明の第１実施例による非対称調整器のブロック回路図
【図４】制御偏差の時間経過を概略的に表した図
【図５】図４による制御偏差に対する図３による調整器の応答を概略的に表した図
【図６】本発明の第２実施例による非対称調整器のブロック回路図
【図７】制御偏差の時間経過を概略的に表した図
【図８】図７による制御偏差に対する図６による調整器の応答を概略的に表した図
【図９】本発明の有利な実施例による高圧放電ランプの作動のための回路装置のブロック回路図
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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