(57)【要約】ガス放電ランプ（１１）を駆動するランプ駆動回路（１１０）について記載する。ランプ駆動回路は、不連続モード又は臨界不連続モードでランプ電流を発生させる電流発生手段（Ｍ１，Ｍ２，Ｄ１，Ｄ２，Ｌ，Ｃ，Ｃ１，Ｃ２）、及びその電流発生手段の動作を制御する制御器（１２）を有する。一実施形態で、電流発生手段はＨＢＣＦトポロジを有する。零交差検出器（１２０）は、ランプ電流の零交差を検出し、ランプ電流が検出されるごとに検出パルスを発生させる。信号処理器（１３０）は、零交差検出器（１２０）からの検出パルスをモニタし、検出パルスが少なくとも所定の時間間隔の間ない場合にランプ電流抑制信号を発生させる。制御器は、そのランプ電流抑制信号に応答して、電流発生手段をオフする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス放電ランプを駆動するランプ駆動回路であって：
不連続モード又は臨界不連続モードでランプ電流を発生させる電流発生手段、及び該電流発生手段の動作を制御する制御器と；
前記ランプ電流の零交差を検出し、前記ランプ電流の零交差を検出することに応答して検出パルスを発生させるよう配置される零交差検出器と；
前記零交差検出器からの前記検出パルスをモニタし、該検出パルスが少なくとも所定の時間間隔の間ないことを検出することに応答してランプ電流抑制信号を発生させる信号処理器と；
を有し、
前記制御器は、前記ランプ電流抑制信号に応答して、前記電流発生手段をオフするよう設計される、ランプ駆動回路。
【請求項２】
前記電流発生手段は、２つの電圧レールの間で直列に配置される２つのスイッチを有するハーフブリッジ・トポロジを有し、前記２つのスイッチは前記制御器によって制御され、
前記制御器は、前記ランプ電流抑制信号に応答して、前記２つのスイッチを非導通状態へと切り換えるよう設計される、請求項１記載のランプ駆動回路。
【請求項３】
前記零交差検出器は、前記ガス放電ランプと直列に配置される一次巻線を有する可飽和変圧器を有し、該可飽和変圧器は、前記ランプ電流が所定の閾レベルを上回る大きさを有する限りは飽和するよう設計される、請求項１記載のランプ駆動回路。
【請求項４】
前記信号処理器は、前記零交差検出器からの連続する検出パルスが所定の閾時間よりも小さい相互時間距離を有して受け取られる場合に第１のレベルを有する出力信号を供給し且つ前記零交差検出器からの検出パルスが少なくとも前記所定の閾時間の間に受け取られない場合に前記第１のレベルとは異なる第２のレベルを有する出力信号を供給する出力端子を有する、請求項１記載のランプ駆動回路。
【請求項５】
前記所定の閾時間は、通常の定常状態ランプ動作の間の連続する零交差の間の期待される時間距離の約５倍である、請求項４記載のランプ駆動回路。
【請求項６】
前記信号処理器は、抵抗を介して絶えず充電され且つ前記零交差検出器からの前記検出パルスによって放電されるコンデンサを有し、
前記信号処理器は、前記コンデンサへ結合される制御端子を有するスイッチを有し、これより、該スイッチのスイッチング状態は、前記コンデンサにかかる電圧によって決定される、請求項１記載のランプ駆動回路。
【請求項７】
ガス放電ランプの寿命末期の状態を検出する検出回路であって：
ランプ電流の零交差を検出し、該ランプ電流の零交差を検出することに応答して検出パルスを発生させる零交差検出器と；
前記零交差検出器からの前記検出パルスをモニタし、該検出パルスが少なくとも所定の時間間隔の間ないことを検出することに応答して寿命末期の状態を示す出力信号を発生させる信号処理器と；
を有する検出回路。
【請求項８】
前記零交差検出器は、前記ランプ電流を受け取る一次巻線を有する可飽和変圧器を有し、該可飽和変圧器は、前記一次巻線を流れる電流が所定の閾レベルを上回る大きさを有する限りは飽和するよう設計される、請求項７記載の検出回路。
【請求項９】
前記信号処理器は、前記零交差検出器からの連続する検出パルスが所定の閾時間よりも小さい相互時間距離を有して受け取られる場合に第１のレベルを有する出力信号を供給し且つ前記零交差検出器からの検出パルスが少なくとも前記所定の閾時間の間に受け取られない場合に前記第１のレベルとは異なる第２のレベルを有する出力信号を供給する出力端子を有する、請求項７記載の検出回路。
【請求項１０】
前記信号処理器は、抵抗を介して絶えず充電され且つ前記零交差検出器からの前記検出パルスによって放電されるコンデンサを有し、
前記信号処理器は、前記コンデンサへ結合される制御端子を有するスイッチを有し、これより、該スイッチのスイッチング状態は、前記コンデンサにかかる電圧によって決定される、請求項７記載の検出回路。
【請求項１１】
ガス放電ランプの寿命末期の状態を検出する方法であって：
ランプ電流の零交差を検出するステップと；
零交差が少なくとも所定の時間間隔の間にない場合は、前記ガス放電ランプが寿命末期の状態で動作していると判断するステップと；
を有する方法。
【請求項１２】
零交差が少なくとも前記所定の時間間隔の間にないことを検出することに応答して寿命末期の状態を示す出力信号を発生させるステップを更に有する、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
零交差が少なくとも前記所定の時間間隔の間にないことを検出することに応答して前記ガス放電ランプをオフするステップを更に有する、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
コンデンサを絶えず充電し、前記ランプ電流の零交差を検出することに応答して該コンデンサを放電するステップと；
前記コンデンサにかかる電圧が所定の閾レベルに達する場合に、前記ガス放電ランプが寿命末期の状態で動作していると判断するステップと；
を更に有する、請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ガス放電ランプ、特にＨＩＤランプを動作させる分野に関する。具体的に、本発明は、ガス放電ランプを駆動する駆動回路であって、例えば、ハーフブリッジコンバータ又はハーフブリッジ整流フォワードコンバータ（ＨＢＣＦ）のような、ハーフブリッジ構造を有する駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス放電ランプは当該技術で知られており、故に、ガス放電ランプの詳細な説明はここでは不要である。敢えて言うなら、ガス放電ランプは、イオン化ガス又は気体で満たされた密閉容器に配置されている２つの電極を有する。容器は、通常は水晶又はセラミック、具体的には多結晶アルミナ（ＰＣＡ）である。電極は、互いから一定の距離で配置されており、動作中は、電気アークがそれらの電極の間で維持される。
【０００３】
整流直流（ＤＣ）電流、すなわち、一定の大きさを有するが交互の方向を有するランプ電流により放電ランプを動作させることが、一般的なやり方である。一般的なドライバ設計はハーフブリッジ回路である。このような設計は一般に図１に表される。図１は、先行技術に従ってガス放電ランプ１１を駆動する、例となるランプドライバ１０のブロック図である。このようなハーフブリッジ回路トポロジは当業者に知られているべきであるから、設計及び機能については簡単にしか記載されない。２つのスイッチＭ１及びＭ２は、実質的に一定である電圧Ｖの発生源へ結合されている２つの電圧レールの間で、対応するダイオードＤ１、Ｄ２を有して、直列に配置されている。この電圧源の設計は、本発明とは無関係である。また、２つのコンデンサＣ１及びＣ２は、２つの電圧レールの間で直列に配置されている。ランプ１１は、２つのスイッチＭ１及びＭ２の間の接続点と、２つのコンデンサＣ１及びＣ２の間の接続点との間に結合されている。更に、インダクタＬがランプ１１と直列に配置され、コンデンサＣがランプ１１と並列に配置されている。２つのスイッチＭ１及びＭ２は、制御器１２によって交互に制御される。これより、それら２つのスイッチＭ１及びＭ２は、決して同時に閉じられる（導通状態となる）ことはない。２つのコンデンサＣ１及びＣ２は比較的高い容量値を有し、２つのスイッチＭ１及びＭ２のスイッチング周波数は比較的高い。これより、２つのコンデンサＣ１及びＣ２の間の接続点での電圧は実際上一定である。
【０００４】
定常状態の間（すなわち、点灯後）の動作は以下の通りである。第１のスイッチングモードで、上側スイッチＭ１はあるスイッチング周波数で開閉され（アクティブスイッチ）、下側スイッチＭ２は開いている（すなわち、非導通状態、非アクティブスイッチ）。第２のスイッチングモードで、上側スイッチＭ１は開いており（非アクティブスイッチ）、下側スイッチＭ２はスイッチング周波数で開閉される（アクティブスイッチ）。第１のスイッチングモードで、ランプ電流Ｉは、平均の大きさ、最小の大きさ及び最大の大きさを有する実質的に三角波である。第２のモードでも同様に、ランプ電流Ｉは、平均の大きさ、最小の大きさ及び最大の大きさを有する実質的に三角波である。しかし、ランプ電流の方向は、第１のモードでのランプ電流の方向とは反対である。回路は、連続的に第１及び第２のスイッチングモードにあり、第１のスイッチングモードからのスイッチング及び第１のスイッチングモードへのスイッチングは、スイッチング周波数よりも低い整流周波数（commutation  frequency）で行われる。制御は、電流波形が零に対して対称的であるようになされる。電流サイクル全体は、１つの第１のスイッチングモード及び１つの第２のスイッチングモードの組み合わせを有する。
【０００５】
幾つかの動作モードで、最大の大きさと最小の大きさとの間の差は小さくなるよう設計される。これより、電流は、小さいリップルを有して実質的に一定であると評される。また、リップル振幅がより大きいことも可能である。如何なる場合でも、整流モーメントの間の電流が一定の方向を有する限り、これは連続モードと呼ばれる。また、最小の大きさが零に等しいことも可能である。すなわち、電流は零まで減少し、その後に再び増大する。これは臨界不連続モード（critical  discontinuous  mode）と呼ばれる。このモードは、電流レベルをモニタし、電流の零交差の検出でアクティブスイッチを導通状態とすることによって達成され得る。
【０００６】
以上、定常状態の間の通常の動作について記載してきた。このような通常の動作で、スイッチの各々は、ある時間間隔の間は導通状態にあり、ある時間間隔の間は非導通状態にある。これらの間隔の存続期間は環境に依存し、更に多少変化しうる。しかし、これらの間隔の存続期間に対する最大値が存在する。スイッチング周期の開始を助けるために、且つ、あまりに長時間同じ方向に流れている電流によって引き起こされるダメージを防ぐために、回路は時間制御設備を設けられる。アクティブスイッチが、所定の閾存続期間を越える時間間隔で導通又は非導通状態にある場合は、そのアクティブスイッチは、何としても導通状態から非導通状態へ、又は、場合によっては、非導通状態から導通状態へ切り換えられる。
【０００７】
放電ランプがその寿命の末期に達する場合に、例えば、整流動作モードといった、様々な現象が起こりうる。このような現象は、例えば、充満圧等のランプパラメータに依存して、カオス的に互いに続く。このような動作は、例えば、それがランプの過熱を生じさせうることに加えて光出力の変動を生じさせうることから、望ましくない。更に、ブリッジ回路自体は、スイッチＭ１及びＭ２での電圧降下が大きすぎて、非アクティブスイッチのボディダイオードからの高い逆回復電流の引き込みを引き起こす場合に、それらのスイッチＭ１及びＭ２を破壊することがある。従って、考えられるランプの寿命の近づく末期に対する早期の警告を発生させるように、ランプが寿命末期モードにあるかどうかを検出することができる検出回路を有することが望ましい。これにより、例えば、ドライバの自動スイッチオフといった、適切な方策を取ることができる。
【０００８】
正確且つ高速な方法で確実に寿命末期の動作を検出することは困難であると思われる。米国特許第５，８０８，４２２号明細書（特許文献１）は、測定用容量を有する検出回路を開示する。測定用容量は、ランプが整流モードで動作している場合に起こるような、ランプ電流の不平衡が存在する場合に、充電される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５，８０８，４２２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述したものとは異なる検出原理に従って動作する異なるタイプの検出回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
寿命末期モードで動作している場合に、非対称の電流動作の整流効果は、２つのコンデンサＣ１及びＣ２の間のノードでの電圧の偏差を生じさせる。結果として、大きいＬＦ電流がインダクタＬを流れ、ＨＦ電流をオフセットする。結果として、電流が零レベルに達する時間は、前記所定の閾値存続期間よりも長くなる。これにより、アクティブスイッチは時間制御を用いて切り換えられる。その結果、意図されている動作モードに反して、零電流レベルは一時的に達成されない。
【００１２】
本発明の重要な様相に従って、この効果が使用される。具体的に、本発明は、ランプ電流の零交差が検出されるたびに検出パルスを発生させる零交差検出器を有するランプ駆動回路を設け、寿命末期モードの発生を示すこの零交差検出信号の欠如を利用することを提案する。
【００１３】
更なる有利な詳細は従属請求項で述べられている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】先行技術に従うランプドライバ回路を概略的に示すブロック図である。
【図２】寿命末期モードでのランプ電流を表すグラフである。
【図３】本発明に従うランプ駆動回路の実施形態を概略的に示すブロック図である。
【図４】零交差信号の欠如を検出する検出器の例となる実施形態の詳細を概略的に表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の上記の及び他の様相、特徴及び利点は、図面を参照して、１又はそれ以上の好ましい実施形態に関する以下の記載によって更に説明される。図面において、同じ参照番号は、同一の又は類似する部分を示す。
【００１６】
図３は、本発明に従うランプ駆動回路１１０の実施形態を概略的に示すブロック図である。この回路１１０は、ランプ電流が零に達する場合を検出可能であって且つ制御器１２０へ結合されている２つの出力端子１２１、１２２を有する零交差検出器１２０が付加されている点を除いて、図１の回路１０と同様である。
【００１７】
零交差検出器は、それ自体は知られており、本発明は、如何なる種類の零交差検出器（ＺＣＤ）を有して実施されても良い。図３の実施形態で、ＺＣＤは、巻線ごとに少ない巻数を有し、ランプ１１及びインダクタＬと直列に接続されている一次巻線を有する小さな変圧器Ｔ１として実装されている。二次巻線の第１の端子は、第３のダイオードＤ３及び第１の抵抗Ｒ９の並列配置を介して負の供給端子へ接続されている。二次巻線の反対側にある第２の端子は、第４のダイオードＤ４及び第２の抵抗Ｒ１０の並列配置を介して負の供給端子へ接続されている。ランプ電流が比較的大きい限りは、変圧器Ｔ１は飽和しており、出力検知信号を供給しない。このとき、二次巻線の両端子は抵抗Ｒ９及びＲ１０を介して同じ電位にある。ランプ電流が極めて低く、ほとんど零に等しい場合にのみ、変圧器Ｔ１は飽和せず、出力電流を供給する。この出力電流の方向は、一次巻線でのランプ電流の方向（すなわち、Ｉの符号）と、ランプ電流が増大しているか又は減少しているか（すなわち、ｄＩ／ｄｔの符号）とに依存する。二次巻線での出力電流の方向に依存して、負の電圧は抵抗Ｒ９、Ｒ１０の１つに現れ、従って、出力検出信号は、出力端子１２１、１２２の１つでの負電圧パルスである。
【００１８】
図２は、互いの上下に、異なる信号を表すグラフである。第１の曲線２１はランプ電流を示し、グラフの左側で、この曲線は、約０．５アンペア（Ａ）に対応する、およそ１ディビジョンの半分のトップ−トップ振幅を有する実質的に三角形状を有する。
【００１９】
第２の曲線２２は、インダクタＬでの電流を示す。グラフの左側で、この曲線は、約１２Ａに対応する、約６ディビジョンのトップ−トップ振幅を有する。参照番号２２の矢印はインダクタ電流の零レベルを指し示し、インダクタ電流が規則的な間隔で零を交差することが分かる。
【００２０】
第３の曲線２３は、ＺＣＤ１２０の出力検出信号を示す。通常は、この信号は（グラフの上側境界に一致する）５ボルト（Ｖ）の電圧レベルを有し、各々の零交差で、出力検出信号は、１ディビジョン振幅の負パルスに対応する、零ボルトのパルスを示す。
【００２１】
図２は、更に、２５で示される、寿命末期に関連する現象を示す。インダクタ電流は（グラフの底面への）オフセットとなり、約５電流期間の後、電流はもはや零を交差しない。ランプ電流が不安定となり、グラフのより低い境界を下回るところから見えなくなる。ＺＣＤ１２０の出力検出信号の負パルスは存在しなくなる。
【００２２】
制御器１２は、ＺＣＤ１２０からの出力信号を受信し、この出力信号に基づいて、制御器１２は、両方のスイッチＭ１及びＭ２を非導通状態に置くようスイッチＭ１及びＭ２に対する制御信号を発生させることによって、ランプをオフすることに決定する。これにより、ランプ電流はもはや流れない。零交差検出パルスの欠如を確実に検出するように、図３の例となるＺＣＤ１２０の出力信号を処理する、例となる処理回路１３０は、図４に表されている。この処理回路１３０は、制御器１２０に組み込まれても良いが、又、ＺＣＤ１２０と制御器１２との間に配置される別個の回路であっても良い。
【００２３】
処理回路１３０は、正の電圧端子（例えば、５Ｖ。）と零電圧との間に配置される、抵抗１３３及びコンデンサ１３４の直列配置を有する。処理回路１３０は、更に、正の電圧端子へ接続されているエミッタと、２つの抵抗１３７、１３８の直列配置を介して零電圧へ結合されているコレクタとを有するＰＮＰトランジスタ１３６を有する。処理回路１３０は、更に、ＺＣＤ１２０の出力端子１２１、１２２へ夫々接続されている陰極と、抵抗１３３とコンデンサ１３４との間のノードへ接続されている陽極とを有する２つのダイオード１３１、１３２を有する。抵抗１３３とコンデンサ１３４との間のノードは、抵抗１３５を介してトランジスタ１３６のゲートへ結合されている。回路１３０の出力端子１３９は、抵抗１３７と１３８との間のノードへ接続されている。図２は、また、この出力端子１３９での出力信号を示す（曲線２４）。
【００２４】
処理回路１３０の動作は以下の通りである。
【００２５】
コンデンサ１３４は、抵抗１３３を介して充電される傾向がある。出力パルスがダイオード１３１を介して又はダイオード１３２を介してＺＣＤ１２０から受け取られるといつでも、コンデンサ１３４は放電される。このようにして、零交差が起こる限り、抵抗１３３とコンデンサ１３４との間のノードでの電圧レベルは比較的低いままであり、トランジスタ１３６は導通状態にあり、出力端子１３９での電圧はハイ（high）である。この電圧は、抵抗１３７及び１３８の抵抗比に依存する。示されている実施形態では、この電圧は、１ディビジョンに対応する約５Ｖの値を有する（グラフの左側にある矢印２４によって示される；この場合に、信号は１ディビジョンの約１０分の１の振幅を有することが分かる。）。グラフの右側で、矢印２４はこの電圧の零レベルを示す。
【００２６】
ＺＣＤ１２０が出力パルスを発しない場合は、抵抗１３３とコンデンサ１３４との間のノードでの電圧レベルは高いままである。ある時点で、この電圧レベルは、トランジスタ１３６が導通状態を停止するほど高く、出力端子１３９での電圧は零まで下がる。曲線２４のこの部分は２６で示されている。これに応答して、制御器１２は、両方のスイッチＭ１及びＭ２を非導通状態に設定し、スイッチＭ１及びＭ２のスイッチングを中止する。これにより、有効に、駆動回路１１０はオフされる。グラフの右側で、このとき曲線２１及び２２は零である。
【００２７】
トランジスタ１３６を非導通状態にするほど十分にコンデンサ１３４の電圧レベルを高めるために必要とされる時間は、当業者には当然に、抵抗１３３の抵抗及びコンデンサ１３４の容量値によって決まるＲＣ時定数に依存する。この時間が長くなればなるほど、より多くの“見つからない”零交差が、駆動回路１１０が動作を停止するために必要とされる。適切な実施形態で、ＲＣ時定数は、最も低いスイッチング周期、すなわち、連続する零交差の間で期待される最も小さい時間間隔、の約５倍である。
【００２８】
要約すると、本発明は、ガス放電ランプ１１を駆動するランプ駆動回路１１０であって、不連続モード又は臨界不連続モードでランプ電流を発生させる電流発生手段Ｍ１、Ｍ２、Ｄ１、Ｄ２、Ｌ、Ｃ、Ｃ１、Ｃ２と、この電流発生手段の動作を制御する制御器１２とを有するランプ駆動回路を提供する。実施形態で、電流発生手段はＨＢＣＦトポロジを有する。
【００２９】
零交差検出器１２０は、ランプ電流の零交差を検出し、零交差が検出されるごとに検出パルスを発生させる。
【００３０】
信号処理器１３０は、零交差検出器１２０からの検出パルスをモニタし、その検出パルスが少なくとも所定の時間間隔の間ない場合にランプ電流抑制信号を発生させる。
【００３１】
制御器は、ランプ電流抑制信号に応答して、電流発生手段をオフする。
【００３２】
本発明は図面及び上記記載において詳細に説明及び記載をされてきたが、当業者には当然に、このような説明及び記載は実例又は例示であって限定として解されるべきではない。本発明は、開示されている実施形態に限られず、むしろ、幾つかの変形及び改良が、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の保護範囲内で可能である。
【００３３】
例えば、様々なタイプのＺＣＤが使用されても良い。また、負の検出パルスに代えて、ＺＣＤは正のパルスを供給しても良く、処理回路１３０は適切に適応すべきである。
【００３４】
更に、本発明は、ＨＢＣＦ設計のランプドライバに限定されない。
【００３５】
更に、ランプは、零交差が連続した時点の間でも起こる不連続モードで動作することが可能である。
【００３６】
更に、本発明を実施するために、回路が点灯モードで又は定常状態モードで動作しているかどうかは重要ではない。
【００３７】
更に、処理回路１３０の出力信号は、ランプ動作を抑止する抑制信号であると考えられても良く、制御器１２０は、この抑制信号に応答してランプ電流をオフする。また、ＺＣＤ１２０及び処理回路１３０の組み合わせが寿命末期の状態を示す検出器であるとして考えられること及び、処理回路１３０の出力信号が、検出された寿命末期の状態を示す表示信号であるとして考えられることも可能である。ランプ電流をオフすることに代えて、様々な動作がそれに応じて取られても良い。
【００３８】
開示されている実施形態に対する他の変形は、図面、明細書、及び特許請求の範囲の検討から、請求される発明を実施する際に当業者によって理解及び達成をされ得る。特許請求の範囲で、語“有する（comprising）”は他の要素又はステップを除かず、不定冠詞“ある”又は“１つの”等（a、an）は複数個を除外しない。単一プロセッサ又は他のユニットが、特許請求の範囲に挙げられている幾つかのアイテムの機能を満たしても良い。ある手段が相互に異なる従属請求項に挙げられている単なる事実は、それら手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示しているわけではない。コンピュータプログラムは、例えば、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体のような適切な媒体に記憶／分配されても良いが、また、インターネット又は他の有線若しくは無線の電話通信システムを介する等、他の形態で分配されても良い。特許請求の範囲における如何なる参照符号も、その適用範囲を限定するよう解されるべきではない。
【００３９】
以上、本発明は、本発明に従う装置の機能ブロックを表すブロック図を参照して説明されてきた。当然に、それらの機能ブロックの１又はそれ以上は、このような機能ブロックの機能が個々のハードウェア構成要素によって実行されるハードウェアで実施されても良い。しかし、また、これらの機能ブロックの１又はそれ以上がソフトウェアで実施されることも可能である。これにより、このような機能ブロックの機能は、コンピュータプログラムの１又はそれ以上のプログラム行、あるいは、例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ等のプログラム可能な装置によって実行される。
【図１】
2010521766.tif 000003
【図２】
2010521766.tif 000004
【図３】
2010521766.tif 000005
【図４】
2010521766.tif 000006
【国際調査報告】
2010521766.tif 000007
2010521766.tif 000008
2010521766.tif 000009