(57)【要約】【課題】ランプ電流の極性変化時に、特に、ランプ消灯時に、他の方法で半導体スイッチング素子上に印加される高い電流ストレスを低減する。【解決手段】ランプを駆動するインバータ回路において、バックフィルタネットワークと、所定のデューティサイクルを持つ少なくとも１対のスイッチング素子（Ｑ１，Ｑ４／Ｑ２，Ｑ３）とを含み、少なくとも１対のスイッチング素子は、低い周波数の半サイクルの最初において、インバータ回路により生成される負荷電圧に応じて高い周波数の数サイクルの間、オン、オフされる。【選択図】図１
2008300361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプを駆動するインバータ回路において、
高周波成分をフィルタリングするバックフィルタネットワークと、
所定のデューティサイクルを持つ少なくとも１対のスイッチング素子とを含み、
前記少なくとも１対のスイッチング素子は、低い周波数の半サイクルの最初において、当該インバータ回路により生成される負荷電圧に応じて高い周波数の数サイクルの間、オン、オフされる
ことを特徴とするインバータ回路。
【請求項２】
前記少なくとも１対のスイッチング素子の所定のデューティサイクルは当該インバータ回路により生成される負荷電圧に応じて設定されることを特徴とする請求項１記載のインバータ回路。
【請求項３】
前記少なくとも１対のスイッチング素子の所定のデューティサイクルは当該インバータ回路により生成される負荷電圧に応じて変更されることを特徴とする請求項１記載のインバータ回路。
【請求項４】
前記少なくとも１対のスイッチング素子は、前記バックフィルタネットワークの容量性素子に蓄積されたエネルギを放電するために、低い周波数の半サイクルの最初において高い周波数の数サイクルの間、オン、オフされることを特徴とする請求項１記載のインバータ回路。
【請求項５】
前記容量性素子に蓄積されたエネルギは、前記容量性素子の電圧が半サイクルの開始時において略ゼロになるようにＤＣ電圧源に放電されることを特徴とする請求項４記載のインバータ回路。
【請求項６】
前記容量性素子はコンデンサを含むことを特徴とする請求項４記載のインバータ回路。
【請求項７】
前記少なくとも１対のスイッチング素子はフルブリッジ回路内に含まれることを特徴とする請求項１記載のインバータ回路。
【請求項８】
ランプを駆動する方法において、
ランプを始動するための高電圧を発生する点灯ネットワークを用いてランプを点灯し、
ランプ点灯後に、高周波成分をフィルタリングするバックフィルタネットワークを用いてランプを駆動し、
少なくとも１対のスイッチング素子を、それらが所定のデューティサイクルを持つように制御し、
前記少なくとも１対のスイッチング素子は、低い周波数の半サイクルの最初において、当該インバータ回路により生成される負荷電圧に応じて高い周波数の数サイクルの間、オン、オフされる
ことを特徴とするランプ駆動方法。
【請求項９】
さらに、前記所定のデューティサイクルを負荷電圧に応じて設定することを特徴とする請求項８記載のランプ駆動方法。
【請求項１０】
さらに、前記少なくとも１対のスイッチング素子の所定のデューティサイクルを負荷電圧に応じて変化させることを特徴とする請求項８記載のランプ駆動方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１対のスイッチング素子は、前記バックフィルタネットワークの容量性素子に蓄積されたエネルギを放電するために、低い周波数の半サイクルの最初において高い周波数の数サイクルの間、オン、オフされることを特徴とする請求項８記載のランプ駆動方法。
【請求項１２】
前記容量性素子に蓄積されたエネルギは、半サイクルの開始時において前記容量性素子の電圧が略ゼロになるようにＤＣ電圧源に放電されることを特徴とする請求項１１記載のランプ駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプを点灯させるための電圧であって、スパイクを低周波矩形波ランプ電流の包絡線内になるよう重畳しつつ低周波矩形波ランプ電流を維持し、ＨＩＤランプを消灯する際のランプ電圧またはランプ電流の極性遷移時のスイッチング素子へのストレスを低減し、ランプブレークダウン後に不均衡な高周波電流を印加することによりランプのグロー放電からアーク放電への遷移を改善する高周波共振点灯電圧を生成する、回路構成および制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高輝度放電（ＨＩＤ）ランプを点灯させる方法として２つの異なる方法がある。第１の方法はパルス方法を用いてランプを点灯させる。第２の方法は共振方法を用いてランプを点灯させる。点灯電圧のピーク値についての安全性の点から、より小さなピーク値の電圧を要する共振方法が高輝度放電ランプ（ＨＩＤ）バラスト用に好ましい技術である。
【０００３】
高輝度放電ランプバラストに対し、点灯後にランプを作動させる方法として２つの異なった方法が採用されている。第１の方法では、ランプは高周波の範囲、例えば数十キロヘルツで作動される。第２の方法では、ランプは低周波の範囲、例えば数百ヘルツで作動される。高周波の範囲でランプを作動することにより生じる音響共振問題のため、ランプを低周波の範囲で作動させることが望ましい。
【０００４】
図８及び図９は、ランプを点灯し、低周波動作においてランプを駆動するのに十分なエネルギーで高周波電圧を生成する２つの方法を示している。図８において、放電ランプ駆動回路はチョッパと高周波インバータの組み合わせを含む。この構成は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４により実現される制御方法に応じて多くの設計目的の要求を満たす。
【０００５】
特許文献１はそのような実現の一つを記述する。ＨＩＤランプを高周波で作動させたときに音響共振が現れることはよく知られている。特許文献１は、平滑されたＤＣ電流により高周波電流を中断することにより音響共振の問題を低減している。バックインダクタＬ１とバックフィルタコンデンサＣ１はバック共振ネットワークを形成する。トランスＴと点灯コンデンサＣ２は反共振ネットワークを形成する。トランジスタスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対やトランジスタスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対のような半導体スイッチが高周波レートで相補的に切替えられると、２つの高周波ＡＣ電流がランプ中を流れる。第１の高周波ＡＣ電流がコンデンサＣ１とインダクタＬ１中を流れる。第２の高周波ＡＣ電流が点灯コンデンサＣ２とトランスＴ中を流れる。
【特許文献１】米国特許第４，９１２，３７４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
結果として、バックフィルタコンデンサＣ１、トランスＴ及びランプ間にループ電流が形成される。チョッパ（またはバック）構成において、スイッチング素子Ｑ４が高周波レートで切替えられる間、スイッチング素子Ｑ１がオンし、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３は相補的にオフする。結果として、この期間中、ＤＣ電流がランプを（回路の）左から右へ流れる。スイッチング素子Ｑ１及びＱ２の状態が変わると（例えば、スイッチング素子Ｑ１の動作状態がオンからオフへ変わり、スイッチング素子Ｑ２の動作状態がオフからオンへ変わる）、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２の接続点における電圧は、例えば二、三百ナノ秒のような非常に短い時間の間「ＨＩＧＨ」から「ＬＯＷ」へ変る。この急激な（突然の）電圧変化は、点灯コンデンサＣ２からランプ中を左から右へ流れるスパイク電流を発生させる。そのスパイク電流はバックコンデンサＣ１中を右から左へ流れ、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の接続点に戻る。
【０００７】
スパイク電流の方向はＤＣランプ電流の方向と同じであることに注意すべきである。スイッチング素子Ｑ３が高周波レートでスイッチングされるとき、スイッチング素子Ｑ２がオンし、スイッチング素子Ｑ１とＱ４は完全にオフする。これにより、その期間、ＤＣ電流はランプ中を右から左へ流れる。スイッチング素子Ｑ２がオン状態からオフ状態へ変化し、スイッチング素子Ｑ１がオフ状態からオン状態へ変化するとき、スイッチング素子Ｑ１とＱ２の接続点の電圧は二、三百ナノ秒以内に「ＬＯＷ」から「ＨＩＧＨ」へ変化する。この急激な（突然の）電圧変化はランプ中を右から左へ流れ、点灯コンデンサＣ２へ向かうスパイク電流を発生させる。そのスパイク電流はバックコンデンサＣ１中を左から右へ流れる。スパイク電流の方向はＤＣランプ電流の方向と同じである。残念ながら、双方のケースにおいて、スパイク電流はＤＣランプ電流を増強し、スパイクにおける瞬間的なランプ電流を平均のＤＣ電流よりも高くする。通常動作時においてＤＣ電流（例えば、低周波矩形波電流）がランプに印加された場合、スパイク電流はその低周波矩形波電流の包絡線よりも高くなる。これは望ましいことではない。
【０００８】
ランプ電圧またはランプ電流の極性が遷移するときに回路がどのように動作するかについてより詳細に説明する。一般に、その遷移の間、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は図１０に示すように動作する。最初の半サイクルにおいて、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対はアクティブであり、最初の半サイクルの終わりでは、横断した導通を防止するため全てのスイッチング素子が時刻ｔ１と等しい時刻ｔにてオフされる。その時に、その期間中は電気的な導通がない、いわゆる「デッドタイム」が始る。デッドタイム（例えば、時刻ｔ２に等しい時刻ｔ）の後、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対がアクティブになる。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対の最初の半サイクルと比較して、ランプ電流は極性が反転し、逆方向に流れる。時刻ｔ１に等しい時刻ｔでのスイッチングのため、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の接続点での電圧は急激に、バス電圧Ｖ１に実質的に等しい値から、浮動となるか、又は、負のレール電圧に実質的に等しくなり、「フリーホイール」を継続する。残念ながら、この瞬間的な電圧変化によって、スパイク電流が点灯コンデンサＣ２とランプ中を低周波矩形波電流と同じ方向に流れる。
【０００９】
図９は特許文献１を改変したものを説明した図である。この回路によれば、スイッチング素子Ｑ５と、ダイオードＤ５が追加され、それによりランプ電流はきれいな矩形波を示す。スイッチング素子（例えばＭＯＳＦＥＴ）Ｑ５は、ランプが点灯した後に、または、高周波電流がランプ動作に不要なときは常にオフにされる（切り替えられる）。スイッチング素子Ｑ５がオフにされると、点灯コンデンサＣ２は電気的に回路から切り離される。このため、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２対のスイッチング動作によって点灯コンデンサＣ２中を電流が流れない。ダイオードＤ５はスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ５のスイッチング動作中の電圧のオーバーシュートを防止するように機能する。
【００１０】
残念ながら、特許文献１のものに、ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ５）、ダイオードＤ５、スイッチング素子Ｑ５の駆動に必要な駆動回路を含ませるよう改変することは、ランプ駆動回路を複雑にする。また、これらの追加の構成要素を含ませることは、製造コストを増加させる。
【００１１】
正常動作時において、ランプのドロップアウトを検出するためにランプ電圧（またはランプ電流）が検出されてもよい。もし、ランプ電圧が、ランプが通常に動作する時の所定の最大電圧を超えていれば、ランプはドロップアウト（例えば、ランプが消灯）したものと判断される。そのとき、制御部は迅速に（通常）動作モードから起動（点灯）モードに切り替えられ、ランプを再点灯する。動作モードから起動モードへの遷移は通常少なくとも低周波の一サイクルを必要とする。低周波の略一サイクルより小さい任意の期間では、ランプのドロップアウトを誤って検出する。
【００１２】
図８及び図１１を参照して、回路動作の解析を行なう。デューティサイクルが決定された後でスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対がアクティブにされたときに、ランプが消灯されると仮定する。ランプ電圧は、半サイクルの最後までずっと、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対に対して同じままである。次の半サイクルでは、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対がアクティブになる。ランプがドロップアウト（例えば消灯）しており、電流が流れていないことから、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対はその半サイクル中、オンのままになる。結果として、バックフィルタコンデンサＣ１は実質的にバス電圧Ｖ１と等しくなるよう完全に充電される。
【００１３】
この半サイクルが完了すると、別の半サイクルが始まり、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対がオンされる。バックインダクタＬ１の両端電圧は、バックフィルタコンデンサＣ１上の電圧のために実質的にバス電圧Ｖ１の２倍に等しい。バックインダクタＬ１の電流は、非常に短い期間、所定の限界まで線形に増加する。結果として、スイッチング素子Ｑ３はオフし、スイッチング素子Ｑ２はオンのままである。バックインダクタＬ１の電流は、スイッチング素子Ｑ４の内部ダイオード（図示せず）中を惰性で還流（フリーホイール動作）し、バックインダクタＬ１での電圧降下であるバックフィルタ電圧が生じる。この電圧の極性は、スイッチング素子Ｑ３がオンした場合と同じである。これにより、バックインダクタＬ１の電流は、バックフィルタコンデンサＣ１上の電圧が緩やかに降下（減少）する間、上昇しつづける。そして、バックインダクタＬ１が飽和し、大きなフリーホイール電流を生じる。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、特性劣化を生じずに電流を処理できるよう十分に強固なものを選択すべきことに注意すべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、低周波矩形波ランプ電流上に重畳したスパイク電流が低周波矩形波の包絡線を超えるという上記課題を解決する。本発明は、ランプ電流の極性変化時に、特に、ランプ消灯時に、他の方法で半導体スイッチング素子上に印加される高い電流ストレスを低減し、また、高周波電流によるランプブレークダウン後の起動時の不十分な電極加熱を低減する。
【００１５】
したがって、本発明の目的は、通常の動作モード時において、スパイク電流が低周波矩形波ランプ電流上に重畳したとしても滑らかな低周波矩形波ランプ電流を実現することである。低周波矩形波ランプ電流上に重畳した任意のスパイク電流は、低周波矩形波ランプ電流の包絡線内にあり、スパイク電流により低周波矩形波ランプ電流の特性は変化しない。
【００１６】
本発明の他の目的は、ランプ消灯後のランプ電圧（又はランプ電流）の極性遷移（変化）時に半導体スイッチング素子に印加される電流ストレスを低減することにある。本発明によれば、ランプが消灯したときに、バックフィルタコンデンサＣ１に蓄積された一部のエネルギがＤＣバス線上に出力され、種々の電子構成部品上の電気的なストレスが低減される。
【００１７】
本発明の別の目的は、ランプのブレークダウン後の起動（点灯）モード時において不均衡な高周波電流をランプに供給することにある。正味の不均衡な高周波ランプ電流は、ランプがグロー放電からアーク放電へ遷移するのを助長するランプのＲＭＳ電流を増加させるＤＣ電流である。
【００１８】
本発明の目的によれば、ランプを駆動するインバータ回路は、バックフィルタネットワーク、少なくとも点灯コンデンサ素子を含む点灯ネットワーク、少なくとも一対のスイッチング素子を含むブリッジ回路、及び制御部を含む。制御部は、各スイッチング素子のオン、オフ時間を制御し、ランプ電圧及びランプ電流のうちの少なくとも１つについて極性を遷移させる。制御部はまた、その極性の遷移の前に所定のデッドタイム遅延を挿入する。すなわち、デッドタイムが極性の遷移の直前に終了するようにデッドタイムの長さを制御する。ブリッジ回路はフルブリッジ回路であってもよい。
【００１９】
本発明の利点によれば、所定のデッドタイム遅延またはデッドタイム長が可変であってもよい。例えば、生成される負荷電圧に応じて変更されてもよい。
【００２０】
本発明の別の利点によれば、参照テーブルがデッドタイム遅延すなわちデッドタイム長に関連したデータを格納するために使用される。デッドタイム遅延すなわちデッドタイムの長さは、ランプ電流に重畳したスパイクが矩形波低周波ランプ電流の包絡線よりも小さくなることを保証することにより、極性の遷移中のランプ電流に重畳したランプ電流スパイクを最小にするように作用する。
【００２１】
本発明はランプを駆動するインバータ回路に関連する。そのインバータ回路はバックフィルタネットワーク、コンデンサのような容量性素子、及び、所定のデューティサイクルを持つ少なくとも１対のスイッチング素子を含む。少なくとも１対のスイッチング素子は、低い周波数の半サイクルの最初において、インバータ回路に印加される負荷電圧に応じて高い周波数の数サイクルの間、オン、オフされる。
【００２２】
特に、所定のデューティサイクルはインバータ回路により生成される負荷電圧に応じて設定されてもよい。また、所定のデューティサイクルは負荷電圧に応じて変更されてもよい。
【００２３】
本発明の利点は、少なくとも１対のスイッチング素子が低い周波数の半サイクルの最初において高い周波数の数サイクルの間、オン、オフされ、バックフィルタネットワークのバックフィルタエネルギ蓄積素子に蓄積されたエネルギを放電する点にある。特に、バックフィルタエネルギ蓄積素子に蓄積されたエネルギは、バックフィルタエネルギ蓄積素子の電圧が半サイクルの開始時において略ゼロになるようにＤＣ電圧源に放電されてもよい。
【００２４】
本発明はさらにランプ駆動方法に関連する。ランプ駆動方法は、点灯ネットワークを用いてランプを点灯し、ランプ点灯後にバックフィルタネットワークを用いてランプを駆動し、少なくとも１対のスイッチング素子を、それらが所定のデューティサイクルを持つように制御する。少なくとも１対のスイッチング素子は、低い周波数の半サイクルの最初において負荷電圧に応じて高い周波数の数サイクルの間、オン、オフされる。
【００２５】
所定のデューティサイクルを負荷電圧に応じて設定してもよい。したがって、所定のデューティサイクルを負荷電圧に応じて変化させてもよい。
【００２６】
本方法の利点によれば、少なくとも１対のスイッチング素子が、低い周波数の半サイクルの最初において高い周波数の数サイクルの間、オン、オフされ、バックフィルタネットワークのバックフィルタエネルギ蓄積素子に蓄積されたエネルギを放電する。さらに、バックフィルタエネルギ蓄積素子に蓄積されたエネルギはＤＣ電圧源に放電されてもよく、それにより、半サイクルの開始時においてバックフィルタエネルギ蓄積素子の電圧が略ゼロになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は本発明によるランプ駆動回路１を示す。図１２は本発明による交流駆動回路を示す。図１に示すように、ランプ駆動回路１はインダクタ素子Ｌ１、第１のエネルギ蓄積素子Ｃ１、第２のエネルギ蓄積素子Ｃ２、インダクタ要素Ｔ、検出素子Ｒs、複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプＬＡＭＰ、及び制御部ＣＴＬＲを含む。
【００２８】
開示した実施形態では、インダクタ素子Ｌ１は例えばバックフィルタインダクタからなり、第１のエネルギ蓄積素子Ｃ１は例えばバックフィルタコンデンサからなり、第２のエネルギ蓄積素子Ｃ２は例えば点灯コンデンサからなり、検出素子Ｒsは例えば検出抵抗からなり、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は例えばドレイン−ソース端子間に接続される内部ダイオードを有する金属酸化膜電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のような半導体スイッチからなる。しかしながら、開示した素子は等価な素子で代替でき、また、本発明の思想及び／又は範囲から離れることなく変形することができることは言うまでもない。
【００２９】
バックフィルタインダクタＬ１及びバックフィルタコンデンサＣ１がチョッパフィルタ（バック）フィルタネットワークを形成し、インダクタ要素Ｔ及び点灯コンデンサＣ２が高周波反共振ネットワーク（「点灯ネットワーク」ともいう。）を形成する。
【００３０】
起動（点灯）動作時において、インダクタ要素Ｔ及びコンデンサＣ２によって形成される点灯ネットワークは、電圧Ｖ_busの印加により形成される電源を変化させる周波数及びデューティサイクルにより活性化される。電圧Ｖ_busは制御部ＣＴＬＲに供給され、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２により切替えられる。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のオン、オフデューティ時間（サイクル時間）を制御することにより、周波数及び／又は周波数毎のデューティサイクルが例えば約２００ｋＨｚの所定の高周波から例えば約１００ｋＨｚの所定の低周波に走査される。このように点灯ネットワークの共振周波数は約１００ｋＨｚから約２００ｋＨｚまでの境界内に入る。一般的に、ランプのブレークダウンを引き起こすのに十分な大きさの点灯電圧を生成するためには、所望の点灯電圧に向かって、動作周波数を所定の高い周波数から所定の低い周波数へ、または、所定の低い周波数から所定の高い周波数へ走査する必要がある。
【００３１】
本発明では、スイッチング素子Ｑ１に対するディーティサイクルは、スイッチング素子Ｑ２に対するデューティサイクルと異なるように選択（設計）される。そのデューティサイクルの差は、ＡＣ成分に加えて点灯ネットワークを駆動する正味のＤＣ成分を生成する。ＤＣ信号に対する利得が任意の共振ネットワークに対してゼロであることから、駆動電源のデューティサイクルの不均衡により、点灯ピーク電圧は影響されない。このように、駆動電源からの有効なＤＣ電圧はすべてコンデンサＣ２で電圧降下する。しかしながら、本発明がスイッチング素子Ｑ１及びＱ２に対するデューティサイクルが実質的に等しくなるような状況においても等しく適用できることは言うまでもない。
【００３２】
起動動作時において（例えば、ＨＩＤランプの点灯）、スイッチング素子Ｑ３及びＱ４はそれぞれスイッチング素子Ｑ２及びＱ１とともに同調して切替えられる。チョッパ（バック）フィルタネットワークは点灯ネットワークと同様に不均衡な駆動電源によって活性化される。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対がスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対よりも長いデューティサイクルを持つときは、図１に示すように、バックフィルタコンデンサＣ１両端の正の正味のＤＣ電圧Ｖc1+は、その左側（コンデンサＣ１のスイッチング素子Ｑ１に電気的に接続された側）に対して正電位（＋）を、その右側（コンデンサＣ１のインダクタ素子Ｌ１に電気的に接続された側）に対して負電位（−）を持つ。
【００３３】
一方、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対がスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対よりも長いデューティサイクルを持つならば、図１に示すように、バックフィルタコンデンサＣ１両端に、その左側（コンデンサＣ１のスイッチング素子Ｑ１に電気的に接続された側）に対して負電位（−）となり、その右側（コンデンサＣ１のインダクタ素子Ｌ１に電気的に接続された側）に対して正電位（＋）となる、負の正味のＤＣ電圧Ｖc1-が生じる。
【００３４】
図１において、インダクタ素子Ｌ１が約６７０μＨの値を持つように選択され、コンデンサＣ１が約０．２２μＦの値を持つように選択されたとき、バック共振ネットワークは約１３ｋＨｚの共振周波数を示す。それは、上述の約１００ｋＨｚから約２００ｋＨｚまでの走査周波数よりもずっと小さい値である。このように、ランプのブレークダウン前にはインダクタＬ１またはコンデンサＣ１に、（たとえあったとしても）ほとんど共振電圧が発生しない。
【００３５】
起動動作時のランプがブレークダウンした後、ランプ電流は、高周波サイクルの一の半サイクルの間スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対を流れ、高周波サイクルの他の半サイクルの間スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対を流れる。高周波ランプ電流は、インダクタＬ１、コンデンサＣ１、インダクタ要素Ｔ及びＨＩＤランプＬＡＭＰが、上述の走査周波数よりもずっと小さいコーナ周波数を持つ低域通過ネットワークを形成するために小さくなる。高周波ランプ電流はデューティサイクルをそれを調整するために使用することができないためにさらに小さい（例えば、デューティサイクルはピーク点灯電圧を調整するために使用される。）。
【００３６】
正味のＤＣ電流の値は、インダクタＬ１、インダクタ要素Ｔ及びＨＩＤランプＬＡＭＰを流れる電流（スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対とスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対とにより制御される）の差に依存する。その差はスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対とスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対のデューディサイクルに応じて決定される。ランプの正味のＤＣ電流の大きさは、
ｉ）バックフィルタコンデンサＣ１上の正味のＤＣ電圧を生成するデューティサイクルの差、
ii）ブレークダウン後のランプ電圧、及び
iii）ランプに直列な寄生抵抗
の関数である。
【００３７】
シミュレーションされた波形を図２（ａ）〜（ｃ）に示す。図２（ａ）はスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対及びスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対のゲートに印加される波形である。図２（ｂ）は出力ネットワーク及びランプに対するＶ（１）とＶ（２）間の駆動電源電圧の波形である。図２（ｃ）はＨＩＤランプを流れる電流を示した図であり、そこでは、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対が約２μ秒間オンにされ、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対が約１μ秒間オンにされている。これにより、７μ秒の期間に対して約１μ秒の正味の不均衡が生じる。図２（ｃ）に示すように、正味の平均電流は正である。ＨＩＤランプの起動（点灯）の点から見ると、適度な量の電流（高周波電流又は低周波電流のいずれか）がランプのブレークダウン後にランプ中を流れるために必要である。同じピーク・トゥ・ピーク電流で、ＲＭＳ値はＤＣバイアスによってＤＣバイアスがないときよりも高くなることに注意すべきである。さらに、適度な量のＲＭＳ電流はランプ電流のウォームアップを助長し、グロー放電からアーク放電への遷移において助けとなることに注意すべきである。
【００３８】
ランプが点灯（起動）後、ランプ駆動回路（電子バラスト）１の制御部ＣＴＲＬは通常動作モードに切り替わる。通常動作モードでは、スイッチング素子Ｑ１とＱ２は所定の低周波例えば１７０Ｈｚで動作し、また、スイッチング素子Ｑ3とＱ４は所定の高周波例えば５０ｋＨｚで動作する。スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の接続点での電圧Ｖ（１）はスイッチング素子Ｑ１がオンのとき「ＨＩＧＨ」であり、スイッチング素子Ｑ２がオンのとき「ＬＯＷ」であることに注意すべきである。さらに、ランプ電圧（又はランプ電流）の極性の遷移時に発生する「ＨＩＧＨ」の電圧から「ＬＯＷ」の電圧への遷移（または「ＬＯＷ」の電圧から「ＨＩＧＨ」の電圧への遷移）の間、充電（または放電）電流が点灯コンデンサＣ２を流れる。
【００３９】
図１と図３を参照して詳細な説明を行なう。通常動作時において、コンデンサＣ１及びインダクタＬ１により構成されるチョッパネットワークの適度の周波数は、約５０ｋＨｚの高い動作周波数よりも低い。点灯コンデンサＣ２とインダクタ要素Ｔにより構成されるインバータ（点灯）ネットワークの適度な周波数は通常動作時の約５０ｋＨｚの高い動作周波数よりも高い。バックフィルタコンデンサＣ１の電圧は一つの高周波サイクルの間は一定であると考えてもよい。インダクタ要素Ｔの電圧は１つの高周波サイクルの間は実質的にゼロに等しいと考えても良い。ランプ電圧ＶLはバックコンデンサＣ１の電圧に実質的に等しいと考えても良い。ノードＣの電圧（例えば、図１において点灯コンデンサＣ２のリードがインダクタ要素Ｔに接続される点）は実質的にＶ（１）に等しい。
【００４０】
時刻ｔが０のとき、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対はオンであり、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対はオフである。チョッパ電流Ｉ（L1）または検出抵抗電圧Ｖ（Ｒs）は上昇し、所定のピークレベルに達する。この点で、スイッチング素子Ｑ４はオフし、スイッチング素子Ｑ１はオンのままである。フリーホイール電流は、時刻ｔがｔ１になるまで、バックフィルタインダクタＬ１、バックフィルタコンデンサＣ１、ＨＩＤランプＬＡＭＰ及びスイッチング素子Ｑ１とＱ３の内部ダイオード（図示せず）を流れはじめる。時刻ｔがｔ１のとき、スイッチング素子Ｑ１はオンのままであるが、フリーホイール電流は実質的にゼロに等しくなる。Ｖ（１）は時刻ｔがｔ２になるまで「ＨＩＧＨ」である。
【００４１】
時刻ｔがｔ２のとき、スイッチング素子Ｑ１はオフし、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対はアクティブになり、新しい半サイクルが開始される。時刻ｔ１から時刻ｔ２までランプ電流はゼロに減衰する。時刻ｔ２において、Ｖ（１）は「ＨＩＧＨ」から「ＬＯＷ」へ切り替わる。容量性電流がＨＩＤランプと点灯コンデンサＣ２を流れる。容量性電流がランプ電流のゼロクロスポイント近傍でランプ電流に重畳する。ランプ電流への容量性電流の重畳により生じるスパイクのピークは矩形波ランプ電流の包絡線（すなわち、矩形波ランプ電流の最大値）よりも低く、ＨＩＤランプに対し不利に影響することはない。
【００４２】
上述のように、本実施形態では、デッドタイムの長さは、負荷電流に重畳するスパイク電流のピーク値が矩形波ランプ電流の包絡線を超えないように制御される。特に、デッドタイム遅延が与えられる。すなわち、スパイク電流の発生タイミングはデッドタイミングの終了タイミングに依存することから、図３に示すように、ランプ電流Ｉlのゼロクロスポイント近傍でスパイク電流が生じるようにデッドタイムの終了タイミングが遅延される。
【００４３】
上述のスパイクを隠蔽するアルゴリズムを実行する手順の例を図４に示す。開示した例において、バラストに電力が印加され、起動モードに制御される（ステップＳ１）。低周波動作の第１の半サイクルから通常モードが開始し（ステップＳ２）、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対がアクティブな半サイクルとなる。負荷（ランプ）電圧ＶLがステップＳ２にて読み込まれ、最大負荷電圧Ｖmaxと比較される（ステップＳ３）。ランプ電圧ＶLが最大負荷電圧Ｖmaxよりも大きければ、ランプは消灯し（または、負荷なし）、その場合は手順はステップＳ１に戻る（ステップＳ４）。
【００４４】
一方、負荷（ランプ）電圧ＶLが最大負荷電圧Ｖmaxよりも小さければ、負荷は通常であると判断される（ステップＳ５）。第１の半サイクル終了後、参照テーブルＴ１が参照され、デッドタイム遅延すなわち実際の負荷電圧についてデッドタイムの長さを決定する（ステップＳ６）。実際の負荷（ランプ）電圧が高いほど、負荷インピーダンス（例えば、ランプ抵抗）はより大きくなることに注意すべきである。さらに、負荷インピーダンスが大きいほど、バックフィルタコンデンサＣ１が放電し、実質的にゼロボルトになるまでにより長い時間がかかる。これにより、負荷インピーダンスが増加するほど、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対がオンされる前により長いデッドタイム遅延が必要となる。
【００４５】
デッドタイムが参照テーブルＴ１から決定され、設定され、かつ、そのデッドタイム経過後（ステップＳ７）、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対がアクティブにされ、負荷（ランプ）電圧ＶLが再度読み込まれる（ステップＳ８）。これ以後の手順（ステップＳ１０〜ステップＳ１３）は、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対のアクティブ半サイクルに関して、参照テーブルＴ１からの新しい遅延値が使用されてもよい以外は、上記と同様である。
【００４６】
図１３は、約９０ボルトである、７０ワットのＨＩＤランプの電圧ＶLに対する実際のデッドタイム遅延を示している。図１３においてポイントＡからポイントＢまでの時間は約６０マイクロ秒のデッドタイム遅延を表す。このデッドタイム遅延により、スパイク電流がゼロクロスポイント近傍でランプ電流に重畳される。図１３に示すように、ランプ電流上への重畳によりスパイク電流のピーク値がランプ電流の矩形波包絡線（すなわちランプ電流の最大値）より小さくなる。
【００４７】
ランプが起動（点灯）後の通常動作モード時に、ランプは種々の理由例えば、ＨＩＤランプの古さ及び／又は電気接続の断線のような理由（但し、これらには限定されない）により任意の時間で消灯する（消える）。
【００４８】
図５（ａ）、（ｂ）は通常モードの動作時における電子バラストの詳細な波形を示す。図１２に、高周波反共振ネットワークが不要な、図１の構成とは別の本発明の構成を示す。
【００４９】
電子バラスト（ランプ駆動回路）１がスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対において電流を検出しない場合、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対のアクティブな半サイクルはオンのままであり、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対は低周波サイクルの半サイクルの間オフのままである。バックフィルタコンデンサＣ１は、バックインダクタＬ１に接続する側にある、正味のＤＣ電圧Ｖc1の高い電位（例えば＋）、及びスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の接続点に接続する側にある低い電位（例えば−）により完全に充電される。第１のサイクルの終了時点でスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対はオフにされる。全てのスイッチがオフとなる適当なデッドタイムの経過後、スイッチング素子Ｑ１とＱ４がオンする。この点において、第１の半サイクルの間及びデッドタイムの間、バックフィルタコンデンサＣ１に蓄積されたエネルギに対する放電経路はない。このように、バックフィルタコンデンサＣ１が第２の半サイクルの最初において（バス電圧と実質的に等しいて電圧で）完全に充電される。
【００５０】
短い期間の間（例えば、二、三マイクロ秒に等しい期間、但し、これに制限されない）、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対がオンになる。これが起きたとき、バックフィルタコンデンサＣ１の電圧はわずかに減少し、バックフィルタインダクタＬ１の電流は例えば二、三アンペアに確立される。そのとき、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対がオフになる。しかしながら、バックフィルタインダクタＬ１の電流はそのままである。変化率は次式で表される。
ΔＩ／Δｔ＝（Ｖ_bus−Ｖ（Ｃ１））／Ｌ１
ここで、ΔＩ／Δｔは充電完了時間のレート、Ｖ_busはバス線電圧、Ｖ（Ｃ１）はバックフィルタコンデンサＣ１に充電された電圧、Ｌ１はバックフィルタインダクタの値（マイクロヘンリ）である。
【００５１】
電流が、スイッチング素子Ｑ２（図示せず）の内部ダイオード、スイッチング素子Ｑ３（図示せず）の内部ダイオード、バックフィルタコンデンサＣ１、バックフィルタインダクタＬ１、及び電圧Ｖ_busを流れる。
【００５２】
バックフィルタコンデンサＣ１に蓄積されたエネルギの一部はバス線にフィードバックされる。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対は、バックフィルタインダクタＬ１電流がゼロに近づくとき、数マイクロ秒の間、オフになる。その後、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対は、別の所定期間の間、例えば、二、三マイクロ秒の間（但し、これに限定されない）、再度オンし、バックフィルタコンデンサＣ１に蓄積された電圧Ｖ（Ｃ１）をさらに放電する。もう１つの所定期間の経過後、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対がオフし、コンデンサＣ１に蓄積されたエネルギがバス線に出力され、それにより電圧Ｖ（Ｃ１）が低下する。次の半アクティブサイクルの間、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対がアクティブなる。スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対の動作は、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対が数サイクル間にオン及びオフとなることを除いて、前述のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対に関するものと同じである。その制御は、フルブリッジ回路のみではなく、ハーフブリッジ回路にもまた適用可能であることに注意すべきである。ハーフブリッジ回路においては、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は２つの容量性素子により置換できる。
【００５３】
半サイクルの最初におけるバックフィルタコンデンサＣ１の段階的な放電が、特に、ランプがオフであり、バックフィルタコンデンサＣ１の電圧が大きいときに、半導体スイッチＱ１〜Ｑ４に対する電流ストレスを大幅に低減することに注意すべきである。その制御は、フルブリッジ構成のみではなく、ハーフブリッジ構成にもまた適用可能であることに注意すべきである。ハーフブリッジ構成においては、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は２つの容量性素子により置換できる。
【００５４】
上述のアルゴリズムの一例を図６、図７（ａ）、（ｂ）を用いて以下に説明する。
【００５５】
電力が制御部に印加され、制御は起動モードに入る（ステップＳ１００）。通常動作が、負荷（ランプ）電圧ＶLが最大負荷電圧Ｖmaxよりも大きいか否かを判断することにより始る（ステップＳ１０２）。ランプ電圧ＶLが最大負荷電圧Ｖmaxよりも大きければ、サブルーチン（ステップＳ１０４；図７（ｂ）を参照し後述）が実行され、バックフィルタコンデンサＣ１を放電する。
【００５６】
その後、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対がアクティブにされると、ランプ電圧ＶLが再度読み込まれる（ステップＳ１０６）。再度読み込まれた電圧は最大負荷（ランプ）電圧Ｖmaxと比較される（ステップＳ１０８）。ランプ電圧ＶLが最大負荷電圧Ｖmaxを超えているときは、処理はステップＳ１１０に進み、ＨＩＤランプが点灯したか否かが判断される。または、ステップＳ１０８において負荷電圧ＶLが最大負荷電圧Ｖmax以下であれば、処理はステップＳ１１０及びＳ１１２をスキップしてステップＳ１１６に進む。
【００５７】
ステップＳ１１０においてＨＩＤランプが点灯したと判断されたときは、処理はステップＳ１１２に進み、前のサイクルにおいて再度読み込んだ電圧が最大負荷（ランプ）電圧Ｖmaxを超えたか否かを判断する（ステップＳ１１２）。その判断結果が肯定的であれば、処理はステップＳ１１４に進み、ルーチン（図７（ａ）を参照して詳細に説明される）を実行し、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対がアクティブの間コンデンサＣ１を放電する。その後、処理はステップＳ１００に戻る。または、ステップＳ１１２での判断結果が否定的であれば、負荷は正常であると判断され、現実の負荷電圧に対するデッドタイム遅延が得られる（ステップＳ１１８）。この時点で、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対に対するアクティブ半サイクルが完了する。
【００５８】
その後、ステップＳ１２０の実行によりスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対に対するアクティブ半サイクルが始る。ステップＳ１２０〜Ｓ１３６はステップＳ１０２〜Ｓ１１８に対応するため、その詳細な説明は省略する。しかし、ステップＳ１２２及びＳ１３２で実行される処理はステップＳ１０４及びＳ１１４で記述した処理を逆にしたものであることに注意すべきである。具体的には、ステップＳ１２２で実行される処理はステップＳ１１４に記載の処理に対応し、ステップＳ１３２で実行される処理はステップＳ１０４に記載の処理に対応する。
【００５９】
スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対のアクティブ半サイクルにおいてコンデンサＣ１を放電するサブルーチン（ステップＳ１０４及びＳ１３２）を図７（ｂ）に示す。ステップＳ２００において、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４対が所定期間、例えば数マイクロ秒の間、オンされる。時刻ｔ２で、スイッチング素子対がある期間の間、例えば二、三マイクロ秒の間、オフされ（ステップＳ２０２）、バックフィルタコンデンサＣ１の電圧が調べられる（ステップＳ２０４）。コンデンサＣ１の電圧が「ＬＯＷ」であると判断されたときは、バックフィルタコンデンサＣ１において十分なエネルギがフリーホイール動作により減衰されており、サブルーチンを完了する。しかし、コンデンサＣ１の電圧が「ＬＯＷ」でないときは、処理はステップＳ２００に戻り、サブルーチンを繰返し、バスに対するバックフィルタコンデンサＣ１のエネルギをフリーホイール動作により減衰させる。
【００６０】
スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３対のアクティブ半サイクルにおいてコンデンサＣ１を放電するサブルーチン（ステップＳ１１４及びＳ１２２）を図７（ａ）に示す。このサブルーチンのステップＳ３００〜Ｓ３０６は本質的にステップＳ２００〜Ｓ２０６に関する前述のものと同じである。よって、その詳細な説明はここでは省略する。
【００６１】
上記の処理において、半導体スイッチは電気的なストレスが低減されており、これにより、電子部品の寿命を延ばしている。
【００６２】
以上の議論は単に説明の目的のためになされたものであり、決して本発明を限定するものと解釈されるものではない。本発明は典型的な具体例を参照して記述されたものであり、その中で使用された用語は、限定のための用語ではなく、むしろ説明及び記述のための用語であることは言うまでもない。添付した請求の範囲の範囲内で、現に記載されているように及び補正のような、本発明の態様において本発明の範囲及び思想から離れることなく、変形がなされてもよい。
【００６３】
本発明は、特定の手段、材料及び具体例で説明されているけれども、本発明は本文中での特定の開示に限定されることを意図したものではなく、むしろ、本発明は、添付の請求の範囲の範囲内にあるような、機能的に等価な全ての構成、方法及び使用に適用する。本文で記載された方法は専用のハードウェアまたはソフトウェアの実行を含んでもよい。さらに、本発明はここで述べた以外の技術（プログラミング）を用いてソフトウェアで実行されてもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明による基本的構成の概略図である。
【図２】起動（点灯）モード時における、不均衡な高周波ランプ電流と駆動電圧の波形を示す図である。
【図３】本発明による、矩形波電流の包絡線内に隠蔽された、重畳された電流スパイクを示す図である。
【図４】本発明により実行される「スパイクを隠蔽する」方法のフローチャートである。
【図５】通常動作モード時のランプ消灯後の位相遷移時においてバックコンデンサに蓄積されたエネルギを放電する際のスイッチング動作のタイミングを示す図である。
【図６】ランプ消灯時の本発明のバックコンデンサに蓄積されたエネルギを放電する際のフローチャートである。
【図７】ランプ消灯時の本発明のバックコンデンサに蓄積されたエネルギを放電する際のフローチャートである。
【図８】従来の高輝度放電ランプの制御回路を示す図である。
【図９】図８の制御回路の改変を示す図である。
【図１０】従来の全波制御回路により生じるサンプル波形を示す図である。
【図１１】従来の制御回路に対するスイッチ動作のタイミングを示す図である。
【図１２】本発明による高輝度放電ランプの駆動及び制御回路の構成図である。
【図１３】本発明の回路により駆動された７０ワットの高輝度放電ランプにより生じる波形を示した図である。同図において、デッドタイム遅延によりスパイク電流がゼロクロス点で発生している。
【符号の説明】
【００６５】
Ｃ１  バックフィルタコンデンサ
Ｃ２  点灯コンデンサ
ＣＴＲＬ  制御部
Ｌ１  バックインダクタ
Ｑ１〜Ｑ４  スイッチング素子
Ｔ  トランス
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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