(57)【要約】  ランプ電流を整流化することで気体放電ランプ（１１）を駆動するための方法は記述され、ランプ電流は平均整流周波数（１／Ｔ0）を持つ。その方法は：  ランプ電流を発生するステップ；  互いに等しい継続時間（Ｔ0）の連続する時間セルに時間（ｔ）を細分するステップ；  各時間セルにおいて、１つの整流の瞬間を決定するステップ；  各時間セルにおいて、前記対応する整流の瞬間の位相（φｃ）が無作為に決定される、前記整流の瞬間の前記ランプ電流の方向を反転するステップ；更に、  互いに等しい継続時間Δ＝Ｔ0／Ｌで前記時間セルを複数の所定の整数Ｌ個の不連続セルセグメントに細分するステップ；  各時間セルにおいて、前記セルセグメントの１つを無作為に選ぶステップを含む。
2010514129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプ電流は平均整流周波数を持ち、整流の瞬間の位相を無作為に変調するステップを含む、整流ランプ電流で気体放電ランプを駆動するための方法。
【請求項２】
ランプ電流を発生するステップ；
互いに等しい継続時間の連続する時間セルに時間を細分するステップ；
各時間セルにおいて、１つの整流の瞬間を決定するステップ；
各時間セルにおいて、対応する前記整流の瞬間の位相が無作為に決定される、前記整流の瞬間の前記ランプ電流の方向を反転するステップ
を含む請求項１による方法。
【請求項３】
各時間セルにおいて、前記対応する整流の瞬間の開始の位相が、０からＴ0―ｔd（ｔdは前記整流の継続時間を示す）の間の連続する範囲から無作為に選ばれた値を持つように決定される、請求項２による方法。
【請求項４】
前記対応する整流の瞬間の開始の位相を示す位相信号を受け取るステップ；
時間セルの前記開始を示す信号を受け取るステップ；
前記位相信号に対応する位相を前記時間セル内に有する瞬間まで遅延時間を待ち、そして整流操作を開始するステップ
を更に含む請求項３による方法。
【請求項５】
互いに等しい継続時間Δ＝Ｔ0／Ｌで前記時間セルを複数の所定の整数Ｌ個の不連続セルセグメントに細分するステップ；
各時間セルにおいて、前記セルセグメントの１つを無作為に選ぶステップ；
この選ばれたセルセグメントの間前記整流を実施するステップ
を更に含む請求項２による方法。
【請求項６】
Δ＝Ｔdで、Ｔdは前記整流の継続時間を示す請求項５による方法。
【請求項７】
前記選ばれたセルセグメントの数を示す位相信号を受け取るステップ；
時間セルの前記開始を示す信号を受け取るステップ；
前記選ばれたセルセグメントの前記開始に達するまで遅延時間を待ち、そして整流操作を開始するステップ
を更に含む請求項５による方法。
【請求項８】
もしある時間セル内で最後のセルセグメントが整流のために選ばれたなら、次の時間セル内の第１セルセグメントの選択が防がれる請求項５による方法。
【請求項９】
前記時間セルの最後のセルセグメントの選択が防がれる請求項５による方法。
【請求項１０】
＜ＴCOMM＞は前記整流継続時間の推定値で、Ｌ＝Ｔ0／ＴCOMMに従いＬが計算される請求項５による方法。
【請求項１１】
＜ＴCOMM＞は前記ランプ電力の整流落ち込みを監視する事により推定され、前記整流落ち込みの半分の高さの所で前記整流落ち込みの幅を決定する請求項１０による方法。
【請求項１２】
前記ランプ電力の整流落ち込みを監視し、前記整流落ち込みの面積を決定し、この面積を前記整流落ち込みの高さで割り算する事により、＜ＴCOMM＞は推定される請求項１０による方法。
【請求項１３】
Ｌは変化し、エネルギースペクトルの変化の効果は監視され、Ｌは最適エネルギースペクトルの結果生じる値に設定される請求項５による方法。
【請求項１４】
前記ランプ電力が監視され、前記ランプ電力の高速フーリエ変換が計算され、ｆ＝Ｌ／Ｔ0に対応するフーリエ係数が決定され、及びこのフーリエ係数が最小になるようにＬが設定される請求項１３による方法。
【請求項１５】
前記ランプ電力が監視され、前記ランプ電力が周波数ｆ＝Ｌ／Ｔ0で基準信号に相関性があり、及び相関結果が最小になるようにＬが設定される請求項１３による方法。
【請求項１６】
前記電流は実質的に一定の大きさを有する請求項１による方法。
【請求項１７】
前記整流周波数は９ｋＨｚから１ＭＨｚの範囲内の値を有する請求項１による方法。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれかによる方法を実行するように設計された、気体放電ランプを駆動するためのランプドライバー。
【請求項１９】
直列に配置された２つの制御可能スイッチを持つ半波整流トポロジーを有し、前記ランプは前記２つのスイッチ間のノードに結合され、前記２つのスイッチの切換を制御する制御器を更に含み、請求項１から１７のいずれかによる方法を実行するように設計された請求項１８によるランプドライバー。
【請求項２０】
乱数発生器と前記制御器に関連する位相変調器とを更に含む請求項１９によるランプドライバー。
【請求項２１】
前記制御器に関連するクロック信号発生器を更に含む請求項１９によるランプドライバー。
【請求項２２】
半波整流順方向トポロジーを有する請求項１９によるランプドライバー。
【請求項２３】
前記整流落ち込みの継続時間の＜ＴCOMM＞値を推定するための推定手段、及びＴ0／＜ＴCOMM＞を計算するための計算手段を更に含む請求項１９によるランプドライバー。
【請求項２４】
前記整流落ち込みのエネルギースペクトルの不連続周波数成分を計算するためのフーリエ計算器を更に含む請求項１９によるランプドライバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、交流ランプ電流を用いる、気体放電ランプを駆動するための方法及び装置に関する。本発明は特に、高輝度放電ランプ（ＨＩＤ）、即ち例えば高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプのような高圧ランプの駆動に関する。以下に本発明を特にＨＩＤランプについて説明するが、本発明はもっと一般に、他のタイプの気体放電ランプに適用可能なので、本発明の適用はＨＩＤランプに限られない。
【背景技術】
【０００２】
気体放電ランプは業界で知られているので、気体放電ランプの丁寧な説明はここでは必要とされない。気体放電ランプは、イオン化可能気体又は蒸気で充填された閉容器中に位置する２つの電極を含む事を言えば十分である。容器は典型的には石英又はセラミックで、特に多結晶アルミナ（ＰＣＡ）である。電極は互いに有る距離をおいて配置され、動作中それらの電極間に電気アークが維持される。
【０００３】
気体放電ランプの重要な問題は、一般的に９ｋＨｚから１ＭＨｚの範囲で起きる音響共振、即ち、圧力共振の可能性であり、この問題は特に、ＨＩＤランプの場合に深刻である。音響共振の結果として、アークの振る舞いは予想できず、たぶん不安定である。アークは容器に触れ、容器を壊す事ができ、そしてアークは消える。又、可聴周波数帯における音響共振は、可聴騒音に導く可能性があり、やっかいである。音響共振は、圧力共振の変形を含み、圧力変形の重要源は、電力変形である。もし電力が変化すると、アーク中の電力損は変化し、発生熱におけるそして圧力における変化を起こす。このように、ランプを一定電力で操作する事が望ましい。
【０００４】
一定電力で気体放電ランプを操作する１つの明らかな方法は、直流操作である。しかし、直流操作は又、電極の非対称消耗を含む幾つかの欠点を含む。これらの欠点を避けるために、放電ランプを整流直流電流、即ち大きさは一定であるが方向が交互に変わるランプ電流で操作することが知られている。
【０００５】
理想的には電流整流（即ち電流方向の変化）は瞬時であるが、実際には電流の大きさは０にまで減少し、非ゼロインターバル内で反対方向に増加する。これは整流周波数を有する電力落ち込みに導き、上に説明したような電力変化は共振に導く。
【０００６】
通常、気体放電ランプは１００Ｈｚ台の電流周波数で操作されるが、より高い周波数電流で気体放電ランプを操作しようとする傾向がある。というのはこれは、より小さい回路素子の使用及び費用の減少を可能にするからである。これは音響共振周波数にでくあわす危険を増加する。この点における問題は、より高い周波数帯は共振のない領域を有するが、共振周波数は、ランプからランプへと変化し時間と共に変化しうるので、全てのランプについて常に安全で共振のない特定の操作周波数を選択する事は非常に難しいか又は不可能でさえ有るという事実である。更に、電流周波数が増加するとき、電流周期は減少する。他方、非ゼロ整流インターバルの時間継続は、電流周期に対応しない。このように、電流周期に関して、整流インターバルは重み付けされ、対応する圧力変化はより深刻となる。
【０００７】
もしランプドライバーが順方向半波整流（ＨＢＣＦ）設計ならそれは利点がある。というのはそのような回路は、よく利用でき且つ相対的に費用が安い。そのような設計においてはしかし、整流直流電流は相対的に大きい電流リップルで作られるので、そのようなドライバーはランプに並列なコンデンサーを含み、そのようなコンデンサーはそのようなリップルを減らすために相対的に大きくなければならない。他方、整流に掛かった時間は少なくとも部分的にこのコンデンサーに依存し、より大きいキャパシタンスは、より長い整流時間の原因となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上述の問題を取り除くか又は少なくとも減少させる事である。特に、本発明の目的は、電流整流により起きる音響共振の確率が減らされるような整流ランプ電流とその方法を実施するためのランプドライバーとで気体放電ランプを駆動するための方法を提供する事である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の重要な面に従い、整流の瞬間が任意抽出される。結果として、単一周波数での電力貢献が実質上減らされる一方、整流により起こされた圧力変化は１特定周波数の周期ではなく、周波数帯中に広がる。
【００１０】
更なる有利な説明は従属項に記述される。
【００１１】
本発明のこれらの及び他の面、機能及び利点は、同じ参照番号が同じ又は類似の部品を示す図面を参照して１以上の好ましい実施例の以下の記述により更に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ランプドライバーの略図を示す。
【図２Ａ】異なる状況における時間の関数としてのランプ電流とランプ電力とを概略的に示す時間ダイアグラムである。
【図２Ｂ】異なる状況における時間の関数としてのランプ電流とランプ電力とを概略的に示す時間ダイアグラムである。
【図２Ｃ】異なる状況における時間の関数としてのランプ電流とランプ電力とを概略的に示す時間ダイアグラムである。
【図２Ｄ】異なる状況における時間の関数としてのランプ電流とランプ電力とを概略的に示す時間ダイアグラムである。
【図３】フーリエ係数を示すグラフである。
【図４Ａ】本発明に従うランプドライバーを概略的に示す時間ダイアグラムである。
【図４Ｂ】本発明に従うランプ動作を概略的に示す時間ダイアグラムである。
【図５Ａ】エネルギースペクトルを示す。
【図５Ｂ】エネルギースペクトルを示す。
【図５Ｃ】エネルギースペクトルを示す。
【図６Ａ】エネルギースペクトルを示す。
【図６Ｂ】エネルギースペクトルを示す。
【図７】本発明に従うランプドライバーを概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下において、本発明は特に、ＨＢＣＦタイプのランプドライバーの場合について説明するが、他のドライバータイプへの本発明の適用も又利点を提供するので、本発明は本設計のドライバーに限られない事に注意する。
【００１４】
図１は、先行技術による気体放電ランプ１１を駆動するための実施例ランプドライバー１０を概略的に示すブロック図である。ランプドライバー１０は、当業者に既知である順方向半波整流設計を有する。２つのスイッチＭ１及びＭ２は、実質的に一定の電圧Ｖの定電圧源に結合された２つの電圧レール間で、対応するダイオードＤ１，Ｄ２と直列に配置される。この電圧源の設計は、本発明には関係がない。２つのコンデンサーＣ１及びＣ２は又、２つの電圧レールの間に直列に配置される。ランプ１１は、ランプ１１と直列に配置された誘導子Ｌを介しスイッチＭ１及びＭ２の間の接合点に一方では結合され、他方とランプ１１に並列に配置されたコンデンサーＣと共に２つのコンデンサーＣ１及びＣ２の間の接合点に結合される。以下のように２つ同時には決して閉じない（即ち導電性）ように、スイッチＭ１及びＭ２は制御器１２により交互に制御される。
【００１５】
電流周期の最初の半分において、下スイッチＭ２は開放（即ち非導電）で上スイッチＭ１は相対的に高い周波数で開閉する。ランプ電流は第１の方向を有する。上スイッチＭ１が閉じるとき電流の大きさは増加し、上スイッチＭ１が開く時電流の大きさは減少するので、ランプ電流Ｉは直流平均及び高周波リップルを持つ。リップルの大きさは、コンデンサーＣの大きさに依存する。より小さいリップルについてはキャパシタンス値はより高くなければならない。
【００１６】
電流周期の第２の半分において、上スイッチＭ１は開放（即ち非導電）で下スイッチＭ２は相対的に高い周波数で開閉する。ランプ電流は第１の方向とは反対の第２の方向を有する。下スイッチＭ２が閉じるとき電流の大きさは増加し、下スイッチＭ２が開く時電流の大きさは減少するので、ランプ電流Ｉは直流平均及び高周波リップルを持つ。リップルの大きさは、コンデンサーＣの大きさに依存する。電流周期の第１の半分から電流周期の第２の半分に移行するとき、電流は、誘導子Ｌから第２コンデンサーＣ２に向かって流れる電流から第１コンデンサーＣ１から誘導子Ｌに向かって流れる電流に変化しなければならない。これは、前記コンデンサーＣを通る電流方向は反転する、即ちこのコンデンサーは反対方向で放電されそして充電されなければならない事を意味する。この整流に必要な時間は、コイルとコンデンサーＣとの大きさに依存する。整流時間を減らすためには、キャパシタンス値を下げなければならない。
【００１７】
このように、コンデンサーＣについて２つの互いに矛盾する要求がある。即ち、リップルを減らすための増加された大きさに対する要求と整流時間を減らすための減少された大きさに対する要求とである。実際に選択されたコンデンサーの大きさは、リップルの大きさと整流時間の間の相殺を含む。本発明に従い、後に説明される通り、整流の瞬間は無作為に抽出され、整流開始時の影響の結果として共振の可能性は減少され、リップルを減らすためにコンデンサーＣの大きさを増加させる事を可能にする。
【００１８】
整流の瞬間の無作為抽出の実際の効果は数個の要素、特に整流時の電流波形に依存し、その電流波形は今度はドライバーのハードウエア構成要素、及びスイッチＭ１及びＭ２のスイッチング特性により主に決定されるので、与えられたドライバーについて電力落ち込み等高線(power  dip  contour)は、一定の装置特性として考えられる。実際には、意のままに整流波形の形を操作することは非常に難しいか又は不可能でさえある。以下に幾つかのモデルが与えられる。それらの全てはある程度実際の電力落ち込みの時間等高線の近似値であり、全ての実際の状況において発明概念は改良を提供するという結論が導かれる。
【００１９】
図２Ａは、整流電流で操作されたランプの時間の関数としてのランプ電流（上のグラフ）と対応するランプ電力（下のグラフ）とを概略的に示す。ランプ電流Ｉは、一定の大きさ（この図は電流リップルを無視した数字）を持つが、整流の瞬間t1、t2、t3、t4、t5で方向を変える。この図において整流は理想的で、即ち０時間で無限に速く起き、ランプ電力Ｐは一定である。電流周期はＴとして示される。実際はしかし、誘導子ＬのインダクタンスとコンデンサーＣのキャパシタンスの非０値の観点で、整流は理想的でないが、以下のモデルを用い説明される通り、非０整流時間を要する。
【００２０】
図２Ｂは、ランプ電流は無限に速く０に落ち、無限に速く立ち上がるが、０に落ちる電流（例えば時間txで）と反対方向に立ち上がる電流（例えば時間tyで）との間で小さい遅延時間tdが存在するモデルを概略的に示す。整流インターバルは１で示される。図２Ｂの下のグラフは結果生じるランプ電力Ｐを示す。整流インターバルの外で、ランプ電力Ｐは一定である。整流インターバルに応じて、ランプ電力Ｐは継続時間tdrの方形電力落ち込み２を示す。これら落ち込みは明らかに落ち込み繰り返し周期Ｔ0＝Ｔ／２を持つ。
【００２１】
図２Ｃは、tAからtBまで整流インターバルの間電流の時間導関数が一定であるように、
電流の大きさは時間の一次関数に従い０に減少し、０と交差し、時間の一次関数内で直ちに反対方向に立ち上がる、整流のより現実的なモデルを概略的に示す。再び、整流インターバル３は、td=  tAー  tBとして定義される継続時間を有する。整流インターバルに対応してランプ電力Ｐは、同じ落ち込み繰り返し周期Ｔ０＝Ｔ／２を持つ電力落ち込み４を示すが、電力落ち込み４は今三角形を持つ。
【００２２】
tAからtBまで整流インターバル５の間ランプ電力Ｐが余弦曲線形状を有する電力落ち込み６を示すように、図２Ｄは、電流の大きさが加速的に減少し、減速的に０に近づき、０と交差し、加速的に反対方向に立ち上がり、そして減速的に公称電流水準に近づく整流のより現実的なモデルを概略的に示す。
【００２３】
電力落ち込み２、４，６はエネルギーを表し、各々の落ち込みの表面積に対応するエネルギー量を代表する事は注意される。もし電力落ち込み２、４，６の継続時間tdが互いに等しいなら、方形電力落ち込み２のエネルギー内容は、三角電力落ち込み４及び余弦曲線形状を有する電力落ち込み６の２倍大きい。以下に互いに等しいエネルギー内容での比較を可能にするために、エネルギー内容が「整流エネルギー」Ｅｃとして言及されるエネルギー内容が常に同じであるように、電力落ち込み継続時間は、各電力落ち込み形について定義される。上述のモデルについて、これは、図２Ｄの拡大図に示されている通り、三角電力落ち込み４の継続時間tdtは、余弦曲線形状を有する電力落ち込み６の継続時間tdcに等しく、方形電力落ち込み２の継続時間tdrより２倍長い事を意味する。以下の論議のために、電力落ち込み継続時間は、tdc＝tdr＝tdt／２＝Ｔ0／Ｌ，（Ｌは整数）整流繰り返し周期Ｔ0に関して定義される。更に、これらの電力落ち込みは整流により引き起こされたという事実から見て、それらは又これ以降「整流落ち込み」という句で示される。
【００２４】
整流落ち込みの等高線に近づくための他の形を持った他のモデルも又可能であるが、これは次の論議の結果には殆ど影響しない事は更に注意される。
【００２５】
整流落ち込み２、４，６は、落ち込み周期Ｔ0＝Ｔ／２を持つ周期である。それらのスペクトル内容を、時間Ｐ（ｔ）の関数として電力Ｐを考慮する事により決定でき、以下の式に従いフーリエ級数としてこの周期関数を展開する事により決定できる。
【００２６】
【数１】
2010514129.tif 000003
係数ｃnは周波数n／Ｔ0（nは整数）に関係する。ランプ電力Ｐは都合によりＰ＝１Ｗに標準化されるが、図３は、tdc＝tdr＝tdt／２＝Ｔ0／８についての係数ｃnを示すグラフである。四角い点は方形電力落ち込み２の係数を示し、三角の点は、三角電力落ち込み４の係数を示し、丸い点は余弦曲線形状を有する電力落ち込み６の係数を示す。方形電力落ち込み２について、|ｃ1|2＝０．０１５及び|ｃ2|2＝０．０１３である。三角電力落ち込み４及び余弦曲線形状を有する電力落ち込み６について、係数はわずかばかりより小さい。これは、最悪の場合の形状（方形）に比較して整流落ち込みの形をならすことは、最強係数の大きさを大きくは減らさない事を意味する。
【００２７】
整流落ち込みが、正に繰り返し周期Ｔ0で起きるとき上の例は適用される。本発明に従い、整流の瞬間は繰り返し周期Ｔ0のあたりで無作為に変調される。即ち、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明されるように、整流の瞬間の不規則位相変調である。
【００２８】
図４Ａは、本発明に従うドライバー４０の、図１と比較できるダイアグラムであり、図４Bは、ランプ１１で起きるランプ電流Ｉ（真ん中のグラフ）の、図１と比較できるグラフである。図４Ｂは又、時間ベースを定義し、クロック信号発生器４５により作られたクロック信号ＳCLの例を示す。図４Ａは、制御器４２の外部の存在としてのクロック信号発生器４５を示すが、クロック信号発生器４５は又、制御器４２の不可欠な構成要素となりうる事が注意される。
【００２９】
クロック信号ＳCLは、等しい継続時間Ｔ0の連続時間セルを定義する。示された例において、セルの境界は、クロック信号ＳCLの立ち上がり端に一致する。もし整流がクロック信号ＳCLの立ち上がり端に一致するか又は立ち上がり端により引き金を引かれるなら図２Ａ―２Ｄに示される通り、図１のシステム１０の操作は得られるであろう事が注意される。そのような場合、時間セル内の整流落ち込みの位置は、常に同じで、整流落ち込みは正確に周期的である。本発明によれば、しかし、時間セル内の整流落ち込みの位置は、無作為に変化する。変化は連続的であり得るが、変化は不連続的であり得、時間セルは、整流を開始するための所定数の可能な瞬間に対応する、整流落ち込みのための所定数Ｌの可能な位置を有する事を意味する。これらの瞬間は整流位相φｃとして示される。更に、全ての可能な位置の確率は、互いに実質的に等しい。
【００３０】
本発明による操作のこの方法は、方形整流落ち込みについての図４Ｂに示されるが、比較できる説明が三角整流落ち込みのモデル又は他の如何なる形の整流落ち込みについても適用される。図４Ｂにおいて、整流落ち込みのための可能な位置の所定数Ｌは８に等しいが、この数は実施例の方法によってのみ選ばれる事は明らかにされなければならない。好ましくは、ＬはＬ＝Ｔ0／tdの式に従い選ばれ、又は少なくとも近似的に選ばれなければならない。反対に時間セルは等しい継続時間Δ＝Ｔ0／ＬのＬ時間セグメントに細分されると考える事もできるので、好ましい実施例においてΔ＝Ｔdが適用される。
【００３１】
図４Ｂは、時刻t1で開始する第１時間セルにおいて、整流落ち込み５１は第２時間セグメントに配置される事を示す。
【００３２】
時刻t2で開始する第２時間セルにおいて、整流落ち込み５２は第６時間セグメントに配置される。
【００３３】
時刻t3で開始する第３時間セルにおいて、整流落ち込み５３は第４時間セグメントに配置される。
【００３４】
時刻t4で開始する第４時間セルにおいて、整流落ち込み５４は第７時間セグメントに配置される。
【００３５】
上記操作を実施するため、ドライバー４０は、示された通り制御器４２の外部にあるが制御器４２の不可欠な部品でもある乱数発生器４３及び位相変調器４４を含む。位相変調器４４可能な位置の数Ｌは、所定の固定数であっても良いが、位相変調器４４は入力信号としてＬの選択を受け取るための入力を有する事も又可能である。代替的に位相変調器４４は、入力信号としてセルセグメントの継続時間Δを受け取るための入力を有する事は可能である。
【００３６】
操作において、位相変調器４４は、位相信号Ｘが次の時間セルの整流位相φｃの値を示す制御器４２のために位相信号Ｘを発生する。図解すれば、位相信号Ｘは、範囲[1;L]内の整数を示す。時間セルとの同期について、位相変調器４４は、図のように、クロック信号ＳCLを受け取ることができる。例えば、その位相信号Ｘについて新しい値を作るためにクロック信号ＳCLの立ち下がり端により位相変調器４４の引き金を引くことができる。
【００３７】
クロック信号ＳCLの立ち上がり端を受け取るときに、制御器４２は、（Ｘ−１）個のセルセグメントを飛ばすためにtDELAY＝（Ｘ−１）・Δに従い計算された遅延時間tDELAYを待ち、整流操作の実施を開始するので、整流落ち込みは、Ｘ番目のセルセグメントに配置される。連続操作において、tDELAYは、０とＴ0―Δとの間の如何なる値をも持ち得る。整流の開始の位相φｃは、時間セル中の０から１に亘る位相φｃ＝tDELAY／Ｔ0により与えられる事は注意される。
【００３８】
各時間セルは整流の瞬間を含むので、平均整流周期はＴ0であるが、個々の場合において、後に続く整流落ち込みの間（落ち込み５１と５２との間のような）の時間は、Ｔ0以上であっても良いか又は、Ｔ0以下であっても良い（落ち込み５２と５３との間で）。
【００３９】
実際の整流の瞬間が平均繰り返し周期Ｔ0で無作為に変調されるとき、即ち整流の瞬間の不規則位相変調である場合、整流落ち込みのエネルギースペクトル（Ｗ2／Ｈｚ）（エネルギーパルスを構成するものと考えられる）を以下の式により表現できる。
【００４０】
【数２】
2010514129.tif 000004
ここでＳ1（ｆ）は、不規則位相変調の連続部分を記述し、Ｓ2（ｆ）は、不連続部分を記述する。因子|Ｖ（ｆ）|2はパルスの形状を説明する。
【００４１】
明らかに、ｆ＝Ｌ／Ｔ0が成り立つ不連続周波数及びその倍数周波数が、Ｓ（ｆ）に存在してもよいが、存在する必要もない。この状況は、不連続周波数が常に存在し、ｆ＝１／Ｔ0及びその倍数周波数が起きる、変調無しの元の場合から異なる。
【００４２】
図５Ａは、Ｌ＝８について相対周波数ｆＴ0の関数としてＳ1（ｆ）（連続曲線）とＳ2（ｆ）（不連続点）とを示すグラフである。典型的に、Ｓ2（ｆ）の不連続貢献はこれらの位置でちょうど現れる一方、Ｓ1（ｆ）は、ｆＴ0＝n・Ｌ（nは整数）で０に等しい。
【００４３】
図５Ｂは、Ｌ＝８で相対周波数ｆＴ0の関数として方形落ち込み（曲線７１）、三角落ち込み（曲線７２）、余弦形状落ち込み（曲線７３）の例について、関数|Ｖ（ｆ）|2を示すグラフである。これらの例について、|Ｖ（ｆ）|2は、ｆＴ0＝n・Ｌで０に等しく、ｆ＝０を除いてＳ2（ｆ）の不連続貢献をマスクし、それは共振を発生しないのでここでは更に考慮されない直流成分に対応するように見える。
【００４４】
図５Ａに示されるＳ1（ｆ）＋Ｓ2（ｆ）と図５Ｂに示される|Ｖ（ｆ）|2とを掛け合わせることにより得られた対応関数Ｓ（ｆ）は、０より大きい周波数について図５Ｃのグラフに示される。Ｓ（ｆ）はこの場合は連続関数である、即ち不連続貢献無しである事が見られる。図から、整流落ち込みの形をならすことは、ｆＴ0＜Ｌについての周波数スペクトルに大きい衝撃を与えない事が更に見られる。約ｆＴ0＝〜１．５Ｌで、三角落ち込みの場合は、他の２つの場合に見られない小さい最大値を示す。
【００４５】
Ｔ0＝４０μｓの例で、電力落ち込み継続時間５μｓ及びＬ＝８で、変調されない場合について２５ｋＨｚでの方形落ち込み用の第１フーリエ係数は、|ｃ1|2＝０．０１５である。方形落ち込みについて、もし整流の瞬間が無作為に変調されたなら、スペクトラムは、最大値２５ｋＨｚで連続的である。しかし、もし我々が１００Ｈｚ帯域幅（ランプ共振の帯域幅の合理的評価）での電力変動を計算するなら、それは約２５０分の１の小ささに見える。これは大抵の電力リップルは共振周波数帯の外に移動されるからである。このように、共振の危険は、共振周波数の特定の知識無しに減らされた。
【００４６】
任意の落ち込みの形について、|Ｖ（ｆ）|2の０によるＳ2（ｆ）のマスキングは、必ずしも起こらない。というのは、|Ｖ（ｆ）|2は正しい周波数で必要な０を必ずしも持たないからである。ナイキストの理論から存在すべきこれらの０についての評価基準は、それらの辺の各中点の周りのパルス側の点対称のそれ（及び電力落ち込み継続時間又は整流時間を示すＴCOMMで、要件ＴCOMM＝Ｔ0／Ｌ）である事は既知である。この対象は又、痕跡対称と呼ばれ、及びこの性質を持ったパルスは、ナイキストパルスと呼ばれる。
【００４７】
一般に、整流落ち込みはそのようなナイキスト形状を示さないかも知れない。にもかかわらず、そのような場合においてさえ、Ｓ2（ｆ）の不連続成分のかなりの抑制を達成するためにＬを最適化することは可能である。
【００４８】
先ず、単にＬの大きい値を選ぶ事は可能である。そしてＳ2（ｆ）の不連続周波数成分は|Ｖ（ｆ）|2の遠く離れた高周波である。そこでそれらは強く抑制される。もし落ち込みが２乗余弦形のように平滑な形を有するなら、これは特に真実である。
【００４９】
第２に、＜ＴCOMM＞として落ち込みの幅を評価しＬ＝Ｔ0／＜ＴCOMM＞に従いＬを選ぶ事により近似は可能である。抑制は完全ではないが、多くの場合、十分良い。パルス形状が故意に次善に選ばれる下の実施例によりこれは示される。整流落ち込みは、方形（最悪の場合）を持つと仮定され、故意に２５％ほど小さ過ぎるように継続時間が取られる。図６Ａは図５Ｂと比較できるグラフで、元のスペクトル|Ｖ（ｆ）|2正しい落ち込み（曲線７７）及び間違いの落ち込み（曲線７８）を示す。明らかに、Ｓ2（ｆ）の完全な抑制はもはやない。Ｓ（ｆ）への影響は、図５Ｃと比較できるグラフである図６Ｂに示される。最善の形からの大きい逸脱は、小さい不連続周波数成分が再び存在する（図においてダイアモンドとして示される）結果となる事が明らかに見られる。しかし、この場合についてもし第１高調波が計算され、変調されない場合（図３）の第１高調波と比較されるなら、以下が発見される：
１）第１高調波はＬ倍高い（ここでは８）周波数に位置され、且つ
２）第１高調波はずっと弱い（ここでは約２０ｘ）
３）又、高調波数は少ない。
【００５０】
そこで落ち込みの全く次善の形の場合でさえ、改良が達成される。実際には論議したような逸脱は起こりがたいので、この結論は実際上如何なる実際のパルスの形でも及び適切に選ばれたＬの値に対しても有効である事を仮定することは道理にかなっている事が注意される。
【００５１】
図７は、制御器８２の外部に有っても良いが又、制御器８２の不可欠な部分である乱数発生機能を提供するスイッチ制御器８２を含む、本発明に従うランプドライバー８０の図１と比較できるブロック図である。（簡単のため、クロック信号発生器４５及び位相変調器４４のような素子はこの図には示されない。）乗算器８３は、ランプ電圧センサーからランプ電圧信号Ｖ（ｔ）を受け取り、ランプ電流センサーからランプ電流信号Ｉ（ｔ）を受け取り、そしてランプ電力信号Ｐ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）・Ｉ（ｔ）を計算する。このランプ電力信号Ｐ（ｔ）から、推定器８４は、整流落ち込みの継続時間＜ＴCOMM＞の値を推定する。計算ブロック８５は、Ｌ＝Ｔ0／ＴCOMMに従いＬを計算する。この値Ｌは，制御器８２に提供される。乗算器８３及び／又は推定器８４及び／又は計算ブロック８５は、分離していても良いが、それらは又制御器８２の不可欠の部分である事は注意される。推定器８４は、パルスの半分の高さでのパルスの幅を取る事により＜ＴCOMM＞値を推定できる。推定器８４は、落ち込みの面積を取り高さで割り算することにより＜ＴCOMM＞値を推定する事は可能である。
【００５２】
推定器８４の代わりに、ドライバー８０は、ＦＦＴを計算することにより不連続周波数成分|ｃ1|2を計算し、ｆ＝Ｌ／Ｔ0に対応する係数をチェックし、制御器８２に結果を提供するフーリエ計算器を含むことができる。この場合、制御器８２は、Ｌを変化させるように設計され、|ｃ1|2が十分低い所でＬをそのような値に設定する。
【００５３】
代替的に、推定器８４の代わりに、ドライバー８０は、瞬間電力を基準信号（第１高調波についての周波数ｆ＝Ｌ／Ｔ0で）に関連づけるように設計され、その結果を制御器８２に提供する相関器を含むことができる。この場合、制御器８２は、Ｌを変化させるように設計され、その結果が最小になる所でＬをそのような値に設定する。
【００５４】
要約すると、本発明は、整流ランプ電流を持つ気体放電ランプ１１を駆動するための方法を提供し、ランプ電流は、平均整流周波数１／Ｔ0を持ち、ランプ電流は好ましくは、一定の大きさを持つ。音響共振の励起を減殺するために、整流の瞬間の位相φｃは無作為に変調される。結果として、ランプ電力における不連続周波数成分は、高周波でより数が少なく、より弱い。このように、ランプ共振の危険は減少される。
【００５５】
本発明は、図面及び前述の記述中で詳細に示され、記述されてきたが、そのような図及び記述は例示的であると考えられ制限的でないと考えられるべきである事は当業者に明らかでなければならない。本発明は、開示された実施例に限られず、むしろ数種類の変形及び変更が、付随する特許請求の範囲中に定義されたように本発明の保護範囲内で可能である。
【００５６】
例えば、実際にはＸが直前の時間セルについてのＬに等しいある時間セルについてＸ＝１である事が起きるかも知れない。これは、好ましくない互いに続く２つの整流に対応する。この状況を避けるため、制御器４２は常に、少なくとも最小遅延tDELAY,min＝Δに適用する事を定義する事は可能である。[1;L-1]の範囲の整数を示す位相信号Ｘに対応する最後の時間セグメントを決して使わない事も又可能である。[2;L]の範囲の整数を示す位相信号Ｘに対応する最初の時間セグメントを決して使わない事も又可能である。[2;L-1]の範囲の整数を示す位相信号Ｘに対応する最初と最後の時間セグメントの両方を行う事も又可能である。
【００５７】
更に、図４のドライバー４０は、半波整流として示されるが、例えば全波トポロジーのような如何なる種類の整流子トポロジーでも本発明を実施できる。
【００５８】
開示された実施例に対する他の変形を、図面、明細書及び付随する特許請求の範囲の研究から請求された発明を実践する上で当業者により理解され、達成される事は可能である。特許請求の範囲において、術語「含む」の語は、他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞「１つの」の語は、複数を除外しない。単一のプロセッサー又は他のユニットは、特許請求の範囲に言及された数項目の機能を遂行できる。ある手段が互いに異なる従属項に言及されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使えない事を示さない。他のハードウエアと共に又は部分として供給された光学記憶媒体又は固体媒体のような適切な媒体にコンピュータープログラムを記憶／配布できるが、インターネット又は他の有線又は無線通信システムを介するような他の形態でも又配信できる。特許請求の範囲の如何なる参照符号も範囲を制限するものとして構成されるべきでない。
【００５９】
上述で本発明は、本発明による装置の機能ブロックを示すブロック図を参照して説明された。そのような機能ブロックの機能が個々のハードウエア構成要素により実施されるハードウエアにおいて１以上のこれらの機能ブロックを実施できるが、１以上のこれらの機能ブロックがソフトウエアで実施される事も可能であるので、マイクロプロセッサー、マイクロコントローラー、デジタル信号プロセッサー等のコンピュータープログラム又はプログラム可能素子の１以上のプログラム行によりそのような機能ブロックの機能が実施される事は理解されなければならない。
【図１】
2010514129.tif 000005
【図２Ａ】
2010514129.tif 000006
【図２Ｂ】
2010514129.tif 000007
【図２Ｃ】
2010514129.tif 000008
【図２Ｄ】
2010514129.tif 000009
【図３】
2010514129.tif 000010
【図４Ａ】
2010514129.tif 000011
【図４Ｂ】
2010514129.tif 000012
【図５Ａ】
2010514129.tif 000013
【図５Ｂ】
2010514129.tif 000014
【図５Ｃ】
2010514129.tif 000015
【図６Ａ】
2010514129.tif 000016
【図６Ｂ】
2010514129.tif 000017
【図７】
2010514129.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月25日(2009.8.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、交流ランプ電流を用いる、気体放電ランプを駆動するための方法及び装置に関する。本発明は特に、高輝度放電ランプ（ＨＩＤ）、即ち例えば高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプのような高圧ランプの駆動に関する。以下に本発明を特にＨＩＤランプについて説明するが、本発明はもっと一般に、他のタイプの気体放電ランプに適用可能なので、本発明の適用はＨＩＤランプに限られない。
【背景技術】
【０００２】
気体放電ランプは業界で知られているので、気体放電ランプの丁寧な説明はここでは必要とされない。気体放電ランプは、イオン化可能気体又は蒸気で充填された閉容器中に位置する２つの電極を含む事を言えば十分である。容器は典型的には石英又はセラミックで、特に多結晶アルミナ（ＰＣＡ）である。電極は互いに有る距離をおいて配置され、動作中それらの電極間に電気アークが維持される。
【０００３】
気体放電ランプの重要な問題は、一般的に９ｋＨｚから１ＭＨｚの範囲で起きる音響共振、即ち、圧力共振の可能性であり、この問題は特に、ＨＩＤランプの場合に深刻である。音響共振の結果として、アークの振る舞いは予想できず、たぶん不安定である。アークは容器に触れ、容器を壊す事ができ、そしてアークは消える。又、可聴周波数帯における音響共振は、可聴騒音に導く可能性があり、やっかいである。音響共振は、圧力共振の変形を含み、圧力変形の重要源は、電力変形である。もし電力が変化すると、アーク中の電力損は変化し、発生熱におけるそして圧力における変化を起こす。このように、ランプを一定電力で操作する事が望ましい。
【０００４】
一定電力で気体放電ランプを操作する１つの明らかな方法は、直流操作である。しかし、直流操作は又、電極の非対称消耗を含む幾つかの欠点を含む。これらの欠点を避けるために、放電ランプを整流直流電流、即ち大きさは一定であるが方向が交互に変わるランプ電流で操作することが知られている。
【０００５】
理想的には電流整流（即ち電流方向の変化）は瞬時であるが、実際には電流の大きさは０にまで減少し、非ゼロインターバル内で反対方向に増加する。これは整流周波数を有する電力落ち込みに導き、上に説明したような電力変化は共振に導く。
【０００６】
通常、気体放電ランプは１００Ｈｚ台の電流周波数で操作されるが、より高い周波数電流で気体放電ランプを操作しようとする傾向がある。というのはこれは、より小さい回路素子の使用及び費用の減少を可能にするからである。これは音響共振周波数にでくあわす危険を増加する。この点における問題は、より高い周波数帯は共振のない領域を有するが、共振周波数は、ランプからランプへと変化し時間と共に変化しうるので、全てのランプについて常に安全で共振のない特定の操作周波数を選択する事は非常に難しいか又は不可能でさえ有るという事実である。更に、電流周波数が増加するとき、電流周期は減少する。他方、非ゼロ整流インターバルの時間継続は、電流周期に対応しない。このように、電流周期に関して、整流インターバルは重み付けされ、対応する圧力変化はより深刻となる。
【０００７】
もしランプドライバーが順方向半波整流（ＨＢＣＦ）設計ならそれは利点がある。というのはそのような回路は、よく利用でき且つ相対的に費用が安い。そのような設計においてはしかし、整流直流電流は相対的に大きい電流リップルで作られるので、そのようなドライバーはランプに並列なコンデンサーを含み、そのようなコンデンサーはそのようなリップルを減らすために相対的に大きくなければならない。他方、整流に掛かった時間は少なくとも部分的にこのコンデンサーに依存し、より大きいキャパシタンスは、より長い整流時間の原因となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】蛍光ランプ内の可視条痕除去のためのランダムスイッチスキームの比較研究  Ｓ．Ｓ．Ｔ．Ｌee  等著  ISBN-7803-7754-0.  2003
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、上述の問題を取り除くか又は少なくとも減少させる事である。特に、本発明の目的は、電流整流により起きる音響共振の確率が減らされるような整流ランプ電流とその方法を実施するためのランプドライバーとで気体放電ランプを駆動するための方法を提供する事である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の重要な面に従い、整流の瞬間が任意抽出される。結果として、単一周波数での電力貢献が実質上減らされる一方、整流により起こされた圧力変化は１特定周波数の周期ではなく、周波数帯中に広がる。
【００１１】
Ｓ．Ｓ．Ｔ．Ｌee  等は、「蛍光ランプ内の可視条痕除去のためのランダムスイッチスキームの比較研究」  ISBN-7803-7754-0.  2003の論文の中で、切換の瞬間が無秩序である共振インバーターを制御するための方法を開示する事は注意される。しかし、この論文は整流定電流を持ったドライバーでの使用のための最善スイッチングスキームを開示しない。本発明により提案された方法は、請求項１に特定される。本発明は更に、請求項１４によるランプドライバーを提供する。
【００１２】
更なる有利な説明は従属項に記述される。
【００１３】
本発明のこれらの及び他の面、機能及び利点は、同じ参照番号が同じ又は類似の部品を示す図面を参照して１以上の好ましい実施例の以下の記述により更に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ランプドライバーの略図を示す。
【図２Ａ】異なる状況における時間の関数としてのランプ電流とランプ電力とを概略的に示す時間ダイアグラムである。
【図２Ｂ】異なる状況における時間の関数としてのランプ電流とランプ電力とを概略的に示す時間ダイアグラムである。
【図２Ｃ】異なる状況における時間の関数としてのランプ電流とランプ電力とを概略的に示す時間ダイアグラムである。
【図２Ｄ】異なる状況における時間の関数としてのランプ電流とランプ電力とを概略的に示す時間ダイアグラムである。
【図３】フーリエ係数を示すグラフである。
【図４Ａ】本発明に従うランプドライバーを概略的に示す時間ダイアグラムである。
【図４Ｂ】本発明に従うランプ動作を概略的に示す時間ダイアグラムである。
【図５Ａ】エネルギースペクトルを示す。
【図５Ｂ】エネルギースペクトルを示す。
【図５Ｃ】エネルギースペクトルを示す。
【図６Ａ】エネルギースペクトルを示す。
【図６Ｂ】エネルギースペクトルを示す。
【図７】本発明に従うランプドライバーを概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下において、本発明は特に、ＨＢＣＦタイプのランプドライバーの場合について説明するが、他のドライバータイプへの本発明の適用も又利点を提供するので、本発明は本設計のドライバーに限られない事に注意する。
【００１６】
図１は、先行技術による気体放電ランプ１１を駆動するための実施例ランプドライバー１０を概略的に示すブロック図である。ランプドライバー１０は、当業者に既知である順方向半波整流設計を有する。２つのスイッチＭ１及びＭ２は、実質的に一定の電圧Ｖの定電圧源に結合された２つの電圧レール間で、対応するダイオードＤ１，Ｄ２と直列に配置される。この電圧源の設計は、本発明には関係がない。２つのコンデンサーＣ１及びＣ２は又、２つの電圧レールの間に直列に配置される。ランプ１１は、ランプ１１と直列に配置された誘導子Ｌを介しスイッチＭ１及びＭ２の間の接合点に一方では結合され、他方とランプ１１に並列に配置されたコンデンサーＣと共に２つのコンデンサーＣ１及びＣ２の間の接合点に結合される。以下のように２つ同時には決して閉じない（即ち導電性）ように、スイッチＭ１及びＭ２は制御器１２により交互に制御される。
【００１７】
電流周期の最初の半分において、下スイッチＭ２は開放（即ち非導電）で上スイッチＭ１は相対的に高い周波数で開閉する。ランプ電流は第１の方向を有する。上スイッチＭ１が閉じるとき電流の大きさは増加し、上スイッチＭ１が開く時電流の大きさは減少するので、ランプ電流Ｉは直流平均及び高周波リップルを持つ。リップルの大きさは、コンデンサーＣの大きさに依存する。より小さいリップルについてはキャパシタンス値はより高くなければならない。
【００１８】
電流周期の第２の半分において、上スイッチＭ１は開放（即ち非導電）で下スイッチＭ２は相対的に高い周波数で開閉する。ランプ電流は第１の方向とは反対の第２の方向を有する。下スイッチＭ２が閉じるとき電流の大きさは増加し、下スイッチＭ２が開く時電流の大きさは減少するので、ランプ電流Ｉは直流平均及び高周波リップルを持つ。リップルの大きさは、コンデンサーＣの大きさに依存する。電流周期の第１の半分から電流周期の第２の半分に移行するとき、電流は、誘導子Ｌから第２コンデンサーＣ２に向かって流れる電流から第１コンデンサーＣ１から誘導子Ｌに向かって流れる電流に変化しなければならない。これは、前記コンデンサーＣを通る電流方向は反転する、即ちこのコンデンサーは反対方向で放電されそして充電されなければならない事を意味する。この整流に必要な時間は、コイルとコンデンサーＣとの大きさに依存する。整流時間を減らすためには、キャパシタンス値を下げなければならない。
【００１９】
このように、コンデンサーＣについて２つの互いに矛盾する要求がある。即ち、リップルを減らすための増加された大きさに対する要求と整流時間を減らすための減少された大きさに対する要求とである。実際に選択されたコンデンサーの大きさは、リップルの大きさと整流時間の間の相殺を含む。本発明に従い、後に説明される通り、整流の瞬間は無作為に抽出され、整流開始時の影響の結果として共振の可能性は減少され、リップルを減らすためにコンデンサーＣの大きさを増加させる事を可能にする。
【００２０】
整流の瞬間の無作為抽出の実際の効果は数個の要素、特に整流時の電流波形に依存し、その電流波形は今度はドライバーのハードウエア構成要素、及びスイッチＭ１及びＭ２のスイッチング特性により主に決定されるので、与えられたドライバーについて電力落ち込み等高線(power  dip  contour)は、一定の装置特性として考えられる。実際には、意のままに整流波形の形を操作することは非常に難しいか又は不可能でさえある。以下に幾つかのモデルが与えられる。それらの全てはある程度実際の電力落ち込みの時間等高線の近似値であり、全ての実際の状況において発明概念は改良を提供するという結論が導かれる。
【００２１】
図２Ａは、整流電流で操作されたランプの時間の関数としてのランプ電流（上のグラフ）と対応するランプ電力（下のグラフ）とを概略的に示す。ランプ電流Ｉは、一定の大きさ（この図は電流リップルを無視した数字）を持つが、整流の瞬間t1、t2、t3、t4、t5で方向を変える。この図において整流は理想的で、即ち０時間で無限に速く起き、ランプ電力Ｐは一定である。電流周期はＴとして示される。実際はしかし、誘導子ＬのインダクタンスとコンデンサーＣのキャパシタンスの非０値の観点で、整流は理想的でないが、以下のモデルを用い説明される通り、非０整流時間を要する。
【００２２】
図２Ｂは、ランプ電流は無限に速く０に落ち、無限に速く立ち上がるが、０に落ちる電流（例えば時間txで）と反対方向に立ち上がる電流（例えば時間tyで）との間で小さい遅延時間tdが存在するモデルを概略的に示す。整流インターバルは１で示される。図２Ｂの下のグラフは結果生じるランプ電力Ｐを示す。整流インターバルの外で、ランプ電力Ｐは一定である。整流インターバルに応じて、ランプ電力Ｐは継続時間tdrの方形電力落ち込み２を示す。これら落ち込みは明らかに落ち込み繰り返し周期Ｔ0＝Ｔ／２を持つ。
【００２３】
図２Ｃは、tAからtBまで整流インターバルの間電流の時間導関数が一定であるように、
電流の大きさは時間の一次関数に従い０に減少し、０と交差し、時間の一次関数内で直ちに反対方向に立ち上がる、整流のより現実的なモデルを概略的に示す。再び、整流インターバル３は、td=  tAー  tBとして定義される継続時間を有する。整流インターバルに対応してランプ電力Ｐは、同じ落ち込み繰り返し周期Ｔ０＝Ｔ／２を持つ電力落ち込み４を示すが、電力落ち込み４は今三角形を持つ。
【００２４】
tAからtBまで整流インターバル５の間ランプ電力Ｐが余弦曲線形状を有する電力落ち込み６を示すように、図２Ｄは、電流の大きさが加速的に減少し、減速的に０に近づき、０と交差し、加速的に反対方向に立ち上がり、そして減速的に公称電流水準に近づく整流のより現実的なモデルを概略的に示す。
【００２５】
電力落ち込み２、４，６はエネルギーを表し、各々の落ち込みの表面積に対応するエネルギー量を代表する事は注意される。もし電力落ち込み２、４，６の継続時間tdが互いに等しいなら、方形電力落ち込み２のエネルギー内容は、三角電力落ち込み４及び余弦曲線形状を有する電力落ち込み６の２倍大きい。以下に互いに等しいエネルギー内容での比較を可能にするために、エネルギー内容が「整流エネルギー」Ｅｃとして言及されるエネルギー内容が常に同じであるように、電力落ち込み継続時間は、各電力落ち込み形について定義される。上述のモデルについて、これは、図２Ｄの拡大図に示されている通り、三角電力落ち込み４の継続時間tdtは、余弦曲線形状を有する電力落ち込み６の継続時間tdcに等しく、方形電力落ち込み２の継続時間tdrより２倍長い事を意味する。以下の論議のために、電力落ち込み継続時間は、tdc＝tdr＝tdt／２＝Ｔ0／Ｌ，（Ｌは整数）整流繰り返し周期Ｔ0に関して定義される。更に、これらの電力落ち込みは整流により引き起こされたという事実から見て、それらは又これ以降「整流落ち込み」という句で示される。
【００２６】
整流落ち込みの等高線に近づくための他の形を持った他のモデルも又可能であるが、これは次の論議の結果には殆ど影響しない事は更に注意される。
【００２７】
整流落ち込み２、４，６は、落ち込み周期Ｔ0＝Ｔ／２を持つ周期である。それらのスペクトル内容を、時間Ｐ（ｔ）の関数として電力Ｐを考慮する事により決定でき、以下の式に従いフーリエ級数としてこの周期関数を展開する事により決定できる。
【００２８】
【数１】
2010514129.tif 000019
係数ｃnは周波数n／Ｔ0（nは整数）に関係する。ランプ電力Ｐは都合によりＰ＝１Ｗに標準化されるが、図３は、tdc＝tdr＝tdt／２＝Ｔ0／８についての係数ｃnを示すグラフである。四角い点は方形電力落ち込み２の係数を示し、三角の点は、三角電力落ち込み４の係数を示し、丸い点は余弦曲線形状を有する電力落ち込み６の係数を示す。方形電力落ち込み２について、|ｃ1|2＝０．０１５及び|ｃ2|2＝０．０１３である。三角電力落ち込み４及び余弦曲線形状を有する電力落ち込み６について、係数はわずかばかりより小さい。これは、最悪の場合の形状（方形）に比較して整流落ち込みの形をならすことは、最強係数の大きさを大きくは減らさない事を意味する。
【００２９】
整流落ち込みが、正に繰り返し周期Ｔ0で起きるとき上の例は適用される。本発明に従い、整流の瞬間は繰り返し周期Ｔ0のあたりで無作為に変調される。即ち、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明されるように、整流の瞬間の不規則位相変調である。
【００３０】
図４Ａは、本発明に従うドライバー４０の、図１と比較できるダイアグラムであり、図４Bは、ランプ１１で起きるランプ電流Ｉ（真ん中のグラフ）の、図１と比較できるグラフである。図４Ｂは又、時間ベースを定義し、クロック信号発生器４５により作られたクロック信号ＳCLの例を示す。図４Ａは、制御器４２の外部の存在としてのクロック信号発生器４５を示すが、クロック信号発生器４５は又、制御器４２の不可欠な構成要素となりうる事が注意される。
【００３１】
クロック信号ＳCLは、等しい継続時間Ｔ0の連続時間セルを定義する。示された例において、セルの境界は、クロック信号ＳCLの立ち上がり端に一致する。もし整流がクロック信号ＳCLの立ち上がり端に一致するか又は立ち上がり端により引き金を引かれるなら図２Ａ―２Ｄに示される通り、図１のシステム１０の操作は得られるであろう事が注意される。そのような場合、時間セル内の整流落ち込みの位置は、常に同じで、整流落ち込みは正確に周期的である。本発明によれば、しかし、時間セル内の整流落ち込みの位置は、無作為に変化する。変化は連続的であり得るが、変化は不連続的であり得、時間セルは、整流を開始するための所定数の可能な瞬間に対応する、整流落ち込みのための所定数Ｌの可能な位置を有する事を意味する。これらの瞬間は整流位相φｃとして示される。更に、全ての可能な位置の確率は、互いに実質的に等しい。
【００３２】
本発明による操作のこの方法は、方形整流落ち込みについての図４Ｂに示されるが、比較できる説明が三角整流落ち込みのモデル又は他の如何なる形の整流落ち込みについても適用される。図４Ｂにおいて、整流落ち込みのための可能な位置の所定数Ｌは８に等しいが、この数は実施例の方法によってのみ選ばれる事は明らかにされなければならない。好ましくは、ＬはＬ＝Ｔ0／tdの式に従い選ばれ、又は少なくとも近似的に選ばれなければならない。反対に時間セルは等しい継続時間Δ＝Ｔ0／ＬのＬ時間セグメントに細分されると考える事もできるので、好ましい実施例においてΔ＝Ｔdが適用される。
【００３３】
図４Ｂは、時刻t1で開始する第１時間セルにおいて、整流落ち込み５１は第２時間セグメントに配置される事を示す。
【００３４】
時刻t2で開始する第２時間セルにおいて、整流落ち込み５２は第６時間セグメントに配置される。
【００３５】
時刻t3で開始する第３時間セルにおいて、整流落ち込み５３は第４時間セグメントに配置される。
【００３６】
時刻t4で開始する第４時間セルにおいて、整流落ち込み５４は第７時間セグメントに配置される。
【００３７】
上記操作を実施するため、ドライバー４０は、示された通り制御器４２の外部にあるが制御器４２の不可欠な部品でもある乱数発生器４３及び位相変調器４４を含む。位相変調器４４可能な位置の数Ｌは、所定の固定数であっても良いが、位相変調器４４は入力信号としてＬの選択を受け取るための入力を有する事も又可能である。代替的に位相変調器４４は、入力信号としてセルセグメントの継続時間Δを受け取るための入力を有する事は可能である。
【００３８】
操作において、位相変調器４４は、位相信号Ｘが次の時間セルの整流位相φｃの値を示す制御器４２のために位相信号Ｘを発生する。図解すれば、位相信号Ｘは、範囲[1;L]内の整数を示す。時間セルとの同期について、位相変調器４４は、図のように、クロック信号ＳCLを受け取ることができる。例えば、その位相信号Ｘについて新しい値を作るためにクロック信号ＳCLの立ち下がり端により位相変調器４４の引き金を引くことができる。
【００３９】
クロック信号ＳCLの立ち上がり端を受け取るときに、制御器４２は、（Ｘ−１）個のセルセグメントを飛ばすためにtDELAY＝（Ｘ−１）・Δに従い計算された遅延時間tDELAYを待ち、整流操作の実施を開始するので、整流落ち込みは、Ｘ番目のセルセグメントに配置される。連続操作において、tDELAYは、０とＴ0―Δとの間の如何なる値をも持ち得る。整流の開始の位相φｃは、時間セル中の０から１に亘る位相φｃ＝tDELAY／Ｔ0により与えられる事は注意される。
【００４０】
各時間セルは整流の瞬間を含むので、平均整流周期はＴ0であるが、個々の場合において、後に続く整流落ち込みの間（落ち込み５１と５２との間のような）の時間は、Ｔ0以上であっても良いか又は、Ｔ0以下であっても良い（落ち込み５２と５３との間で）。
【００４１】
実際の整流の瞬間が平均繰り返し周期Ｔ0で無作為に変調されるとき、即ち整流の瞬間の不規則位相変調である場合、整流落ち込みのエネルギースペクトル（Ｗ2／Ｈｚ）（エネルギーパルスを構成するものと考えられる）を以下の式により表現できる。
【００４２】
【数２】
2010514129.tif 000020
ここでＳ1（ｆ）は、不規則位相変調の連続部分を記述し、Ｓ2（ｆ）は、不連続部分を記述する。因子|Ｖ（ｆ）|2はパルスの形状を説明する。
【００４３】
明らかに、ｆ＝Ｌ／Ｔ0が成り立つ不連続周波数及びその倍数周波数が、Ｓ（ｆ）に存在してもよいが、存在する必要もない。この状況は、不連続周波数が常に存在し、ｆ＝１／Ｔ0及びその倍数周波数が起きる、変調無しの元の場合から異なる。
【００４４】
図５Ａは、Ｌ＝８について相対周波数ｆＴ0の関数としてＳ1（ｆ）（連続曲線）とＳ2（ｆ）（不連続点）とを示すグラフである。典型的に、Ｓ2（ｆ）の不連続貢献はこれらの位置でちょうど現れる一方、Ｓ1（ｆ）は、ｆＴ0＝n・Ｌ（nは整数）で０に等しい。
【００４５】
図５Ｂは、Ｌ＝８で相対周波数ｆＴ0の関数として方形落ち込み（曲線７１）、三角落ち込み（曲線７２）、余弦形状落ち込み（曲線７３）の例について、関数|Ｖ（ｆ）|2を示すグラフである。これらの例について、|Ｖ（ｆ）|2は、ｆＴ0＝n・Ｌで０に等しく、ｆ＝０を除いてＳ2（ｆ）の不連続貢献をマスクし、それは共振を発生しないのでここでは更に考慮されない直流成分に対応するように見える。
【００４６】
図５Ａに示されるＳ1（ｆ）＋Ｓ2（ｆ）と図５Ｂに示される|Ｖ（ｆ）|2とを掛け合わせることにより得られた対応関数Ｓ（ｆ）は、０より大きい周波数について図５Ｃのグラフに示される。Ｓ（ｆ）はこの場合は連続関数である、即ち不連続貢献無しである事が見られる。図から、整流落ち込みの形をならすことは、ｆＴ0＜Ｌについての周波数スペクトルに大きい衝撃を与えない事が更に見られる。約ｆＴ0＝〜１．５Ｌで、三角落ち込みの場合は、他の２つの場合に見られない小さい最大値を示す。
【００４７】
Ｔ0＝４０μｓの例で、電力落ち込み継続時間５μｓ及びＬ＝８で、変調されない場合について２５ｋＨｚでの方形落ち込み用の第１フーリエ係数は、|ｃ1|2＝０．０１５である。方形落ち込みについて、もし整流の瞬間が無作為に変調されたなら、スペクトラムは、最大値２５ｋＨｚで連続的である。しかし、もし我々が１００Ｈｚ帯域幅（ランプ共振の帯域幅の合理的評価）での電力変動を計算するなら、それは約２５０分の１の小ささに見える。これは大抵の電力リップルは共振周波数帯の外に移動されるからである。このように、共振の危険は、共振周波数の特定の知識無しに減らされた。
【００４８】
任意の落ち込みの形について、|Ｖ（ｆ）|2の０によるＳ2（ｆ）のマスキングは、必ずしも起こらない。というのは、|Ｖ（ｆ）|2は正しい周波数で必要な０を必ずしも持たないからである。ナイキストの理論から存在すべきこれらの０についての評価基準は、それらの辺の各中点の周りのパルス側の点対称のそれ（及び電力落ち込み継続時間又は整流時間を示すＴCOMMで、要件ＴCOMM＝Ｔ0／Ｌ）である事は既知である。この対象は又、痕跡対称と呼ばれ、及びこの性質を持ったパルスは、ナイキストパルスと呼ばれる。
【００４９】
一般に、整流落ち込みはそのようなナイキスト形状を示さないかも知れない。にもかかわらず、そのような場合においてさえ、Ｓ2（ｆ）の不連続成分のかなりの抑制を達成するためにＬを最適化することは可能である。
【００５０】
先ず、単にＬの大きい値を選ぶ事は可能である。そしてＳ2（ｆ）の不連続周波数成分は|Ｖ（ｆ）|2の遠く離れた高周波である。そこでそれらは強く抑制される。もし落ち込みが２乗余弦形のように平滑な形を有するなら、これは特に真実である。
【００５１】
第２に、＜ＴCOMM＞として落ち込みの幅を評価しＬ＝Ｔ0／＜ＴCOMM＞に従いＬを選ぶ事により近似は可能である。抑制は完全ではないが、多くの場合、十分良い。パルス形状が故意に次善に選ばれる下の実施例によりこれは示される。整流落ち込みは、方形（最悪の場合）を持つと仮定され、故意に２５％ほど小さ過ぎるように継続時間が取られる。図６Ａは図５Ｂと比較できるグラフで、元のスペクトル|Ｖ（ｆ）|2正しい落ち込み（曲線７７）及び間違いの落ち込み（曲線７８）を示す。明らかに、Ｓ2（ｆ）の完全な抑制はもはやない。Ｓ（ｆ）への影響は、図５Ｃと比較できるグラフである図６Ｂに示される。最善の形からの大きい逸脱は、小さい不連続周波数成分が再び存在する（図においてダイアモンドとして示される）結果となる事が明らかに見られる。しかし、この場合についてもし第１高調波が計算され、変調されない場合（図３）の第１高調波と比較されるなら、以下が発見される：
１）第１高調波はＬ倍高い（ここでは８）周波数に位置され、且つ
２）第１高調波はずっと弱い（ここでは約２０ｘ）
３）又、高調波数は少ない。
【００５２】
そこで落ち込みの全く次善の形の場合でさえ、改良が達成される。実際には論議したような逸脱は起こりがたいので、この結論は実際上如何なる実際のパルスの形でも及び適切に選ばれたＬの値に対しても有効である事を仮定することは道理にかなっている事が注意される。
【００５３】
図７は、制御器８２の外部に有っても良いが又、制御器８２の不可欠な部分である乱数発生機能を提供するスイッチ制御器８２を含む、本発明に従うランプドライバー８０の図１と比較できるブロック図である。（簡単のため、クロック信号発生器４５及び位相変調器４４のような素子はこの図には示されない。）乗算器８３は、ランプ電圧センサーからランプ電圧信号Ｖ（ｔ）を受け取り、ランプ電流センサーからランプ電流信号Ｉ（ｔ）を受け取り、そしてランプ電力信号Ｐ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）・Ｉ（ｔ）を計算する。このランプ電力信号Ｐ（ｔ）から、推定器８４は、整流落ち込みの継続時間＜ＴCOMM＞の値を推定する。計算ブロック８５は、Ｌ＝Ｔ0／ＴCOMMに従いＬを計算する。この値Ｌは，制御器８２に提供される。乗算器８３及び／又は推定器８４及び／又は計算ブロック８５は、分離していても良いが、それらは又制御器８２の不可欠の部分である事は注意される。推定器８４は、パルスの半分の高さでのパルスの幅を取る事により＜ＴCOMM＞値を推定できる。推定器８４は、落ち込みの面積を取り高さで割り算することにより＜ＴCOMM＞値を推定する事は可能である。
【００５４】
推定器８４の代わりに、ドライバー８０は、ＦＦＴを計算することにより不連続周波数成分|ｃ1|2を計算し、ｆ＝Ｌ／Ｔ0に対応する係数をチェックし、制御器８２に結果を提供するフーリエ計算器を含むことができる。この場合、制御器８２は、Ｌを変化させるように設計され、|ｃ1|2が十分低い所でＬをそのような値に設定する。
【００５５】
代替的に、推定器８４の代わりに、ドライバー８０は、瞬間電力を基準信号（第１高調波についての周波数ｆ＝Ｌ／Ｔ0で）に関連づけるように設計され、その結果を制御器８２に提供する相関器を含むことができる。この場合、制御器８２は、Ｌを変化させるように設計され、その結果が最小になる所でＬをそのような値に設定する。
【００５６】
要約すると、本発明は、整流ランプ電流を持つ気体放電ランプ１１を駆動するための方法を提供し、ランプ電流は、平均整流周波数１／Ｔ0を持ち、ランプ電流は好ましくは、一定の大きさを持つ。音響共振の励起を減殺するために、整流の瞬間の位相φｃは無作為に変調される。結果として、ランプ電力における不連続周波数成分は、高周波でより数が少なく、より弱い。このように、ランプ共振の危険は減少される。
【００５７】
本発明は、図面及び前述の記述中で詳細に示され、記述されてきたが、そのような図及び記述は例示的であると考えられ制限的でないと考えられるべきである事は当業者に明らかでなければならない。本発明は、開示された実施例に限られず、むしろ数種類の変形及び変更が、付随する特許請求の範囲中に定義されたように本発明の保護範囲内で可能である。
【００５８】
例えば、実際にはＸが直前の時間セルについてのＬに等しいある時間セルについてＸ＝１である事が起きるかも知れない。これは、好ましくない互いに続く２つの整流に対応する。この状況を避けるため、制御器４２は常に、少なくとも最小遅延tDELAY,min＝Δに適用する事を定義する事は可能である。[1;L-1]の範囲の整数を示す位相信号Ｘに対応する最後の時間セグメントを決して使わない事も又可能である。[2;L]の範囲の整数を示す位相信号Ｘに対応する最初の時間セグメントを決して使わない事も又可能である。[2;L-1]の範囲の整数を示す位相信号Ｘに対応する最初と最後の時間セグメントの両方を行う事も又可能である。
【００５９】
更に、図４のドライバー４０は、半波整流として示されるが、例えば全波トポロジーのような如何なる種類の整流子トポロジーでも本発明を実施できる。
【００６０】
開示された実施例に対する他の変形を、図面、明細書及び付随する特許請求の範囲の研究から請求された発明を実践する上で当業者により理解され、達成される事は可能である。特許請求の範囲において、術語「含む」の語は、他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞「１つの」の語は、複数を除外しない。単一のプロセッサー又は他のユニットは、特許請求の範囲に言及された数項目の機能を遂行できる。ある手段が互いに異なる従属項に言及されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使えない事を示さない。他のハードウエアと共に又は部分として供給された光学記憶媒体又は固体媒体のような適切な媒体にコンピュータープログラムを記憶／配布できるが、インターネット又は他の有線又は無線通信システムを介するような他の形態でも又配信できる。特許請求の範囲の如何なる参照符号も範囲を制限するものとして構成されるべきでない。
【００６１】
上述で本発明は、本発明による装置の機能ブロックを示すブロック図を参照して説明された。そのような機能ブロックの機能が個々のハードウエア構成要素により実施されるハードウエアにおいて１以上のこれらの機能ブロックを実施できるが、１以上のこれらの機能ブロックがソフトウエアで実施される事も可能であるので、マイクロプロセッサー、マイクロコントローラー、デジタル信号プロセッサー等のコンピュータープログラム又はプログラム可能素子の１以上のプログラム行によりそのような機能ブロックの機能が実施される事は理解されなければならない。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプ電流は平均整流周波数を持ち、整流ランプ電流で気体放電ランプを駆動するための方法で：
ランプ電流を発生するステップ；
互いに等しい継続時間（Ｔ0）の連続する時間セルに時間を細分するステップ；
各時間セルにおいて、１つの整流の瞬間を決定するステップ；
各時間セルにおいて、前記対応する整流の瞬間の位相が無作為に決定される、前記整流の瞬間の前記ランプ電流の方向を反転するステップ；更に、
互いに等しい継続時間Δ＝Ｔ0／Ｌで前記時間セルを複数の所定の整数Ｌ個の不連続セルセグメントに細分するステップ；
各時間セルにおいて、前記セルセグメントの１つを無作為に選ぶステップ；
この選ばれたセルセグメントの間前記整流を実施するステップ
を含む方法。
【請求項２】
Δ＝Ｔdで、Ｔdは前記整流の継続時間を示す請求項１による方法。
【請求項３】
前記選ばれたセルセグメントの数を示す位相信号を受け取るステップ；
時間セルの前記開始を示す信号を受け取るステップ；
前記選ばれたセルセグメントの前記開始に達するまで遅延時間を待ち、そして整流操作を開始するステップ
を更に含む請求項１による方法。
【請求項４】
もしある時間セル内で最後のセルセグメントが整流のために選ばれたなら、次の時間セル内の第１セルセグメントの選択が防がれる請求項１による方法。
【請求項５】
前記時間セルの最後のセルセグメントの選択が防がれる請求項１による方法。
【請求項６】
＜ＴCOMM＞は前記整流継続時間の推定値で、Ｌ＝Ｔ0／＜ＴCOMM＞に従いＬが計算される請求項１による方法。
【請求項７】
＜ＴCOMM＞は前記ランプ電力の整流落ち込みを監視する事により推定され、前記整流落ち込みの半分の高さの所で前記整流落ち込みの幅を決定する請求項６による方法。
【請求項８】
前記ランプ電力の整流落ち込みを監視し、前記整流落ち込みの面積を決定し、この面積を前記整流落ち込みの高さで割り算する事により、＜ＴCOMM＞は推定される請求項６による方法。
【請求項９】
Ｌは変化し、エネルギースペクトルの変化の効果は監視され、Ｌは最善エネルギースペクトルの結果生じる値に設定される請求項１による方法。
【請求項１０】
前記ランプ電力が監視され、前記ランプ電力の高速フーリエ変換が計算され、ｆ＝Ｌ／Ｔ0／に対応するフーリエ係数が決定され、及びこのフーリエ係数が最小になるようにＬが設定される請求項９による方法。
【請求項１１】
前記ランプ電力が監視され、前記ランプ電力が周波数ｆ＝Ｌ／Ｔ0で基準信号に相関され、及び相関結果が最小になるようにＬが設定される請求項９による方法。
【請求項１２】
前記電流は実質的に一定の大きさを有する請求項１による方法。
【請求項１３】
前記整流周波数は９ｋＨｚから１ＭＨｚの範囲内の値を有する請求項１による方法。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかによる方法を実行するように設計された、気体放電ランプを駆動するためのランプドライバー。
【請求項１５】
直列に配置された２つの制御可能スイッチを持つ半波整流トポロジーを有し、前記ランプは前記２つのスイッチ間のノードに結合され、前記２つのスイッチの切換を制御する制御器を更に含み、請求項１から１３のいずれかによる方法を実行するように設計された請求項１４によるランプドライバー。
【請求項１６】
乱数発生器と前記制御器に関連する位相変調器とを更に含む請求項１５によるランプドライバー。
【請求項１７】
前記制御器に関連するクロック信号発生器を更に含む請求項１５によるランプドライバー。
【請求項１８】
半波整流順方向トポロジーを有する請求項１５によるランプドライバー。
【請求項１９】
前記整流落ち込みの継続時間の＜ＴCOMM＞値を推定するための推定手段、及びＴ0／＜ＴCOMM＞を計算するための計算手段を更に含む請求項１５によるランプドライバー。
【請求項２０】
前記整流落ち込みのエネルギースペクトルの不連続周波数成分を計算するためのフーリエ計算器を更に含む請求項１５によるランプドライバー。
【国際調査報告】
2010514129.tif 000021
2010514129.tif 000022
2010514129.tif 000023