(57)【要約】【解決手段】    ガス放電ランプ（２）を駆動するためのランプドライバ（１）であって、出力ターミナル（１３、１４）を有し、整流周波数で整流し一定のランプ電流を生成するための、ランプ電流生成セクション（１０）と；交流電流コンポーネントを生成するための波形発生器（２１）を有する高周波セクション（２０）と；前記高周波セクション（２０）によって生成された前記交流電流コンポーネントを、前記ランプ電流生成セクション（１０）によって生成した前記整流したランプ電流に加えるための結合装置（４０）とを有する。前記高周波セクション（２０）は、点灯モードにおいて動作可能であり、この場合前記高周波セクション（２０）は、前記整流周波数より高い点灯周波数で、点灯パルスを生成するために用いられる。前記高周波セクション（２０）は、アークをストレートにするモードで動作可能であり、この場合前記高周波セクション（２０）は、前記整流周波数より高く、かつ前記点灯周波数と異なるリップル周波数で、電流のリップルを生成するために用いられる。なお、前記リップルは前記点灯パルスの振幅より小さい振幅を有する。
2010512634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス放電ランプを駆動するための装置であって：
ランプを接続するための出力端子と；
出力ターミナルを有し、整流周波数で整流し一定のランプ電流を生成するための、ランプ電流生成セクションと；
交流電流コンポーネントを生成するための波形発生器を有する高周波セクションと；
前記高周波セクションによって生成された前記交流電流コンポーネントを、前記ランプ電流生成セクションによって生成した前記整流したランプ電流に加えるための結合装置とを有し、
前記高周波セクションは、点灯モードで動作可能であり、この場合前記高周波セクションは、前記整流周波数より高い点灯周波数で、点灯パルスを生成し；かつ
前記高周波セクションは、アークをストレートにするモードで動作可能であり、この場合前記高周波セクションは、前記整流周波数より高く、かつ前記点灯周波数と異なるリップル周波数で、電流のリップルを生成し、前記リップルは前記点灯パルスの振幅より小さい振幅を有する、
装置。
【請求項２】
前記高周波セクションは、２つの母線、前記２つの母線の間で直列に接続された２つの制御可能スイッチを有する第１のブランチ、前記２つの母線の間で直列に接続された２つのコンデンサを有する第２のブランチ、および前記２つの制御可能スイッチ間の第１のノードと前記２つのコンデンサ間の第２のノードとの間に接続された対角のブランチ、を有し；
前記対角のブランチは、インダクタおよびコンデンサの直列回路を有し；かつ
前記高周波セクションは更に、前記２つの制御可能スイッチを駆動するためのスイッチ制御装置を有する；
請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記結合装置は更に、前記対角のブランチに存在する第１の巻線、およびドライバ出力端子と直列に配列した第２の巻線を含む結合トランス、を有する請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記第２のトランス巻線と並列に配列したコンデンサを更に有し、前記コンデンサのキャパシタンスＣ、および前記第２のトランス巻線のインダクタンスＬは、この並列の組合せの共振周波数ｆＲＥＳが
【数２】
2010512634.tif 000004
で定義され、６０ｋＨｚから１３５ｋＨｚの範囲の値を有し、好ましくは約７０ｋＨｚのオーダーであるように、選択される、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記高周波セクションの前記スイッチ制御装置は、前記点灯モードで、前記共振周波数（ｆＲＥＳ）の３分の１のオーダーのスイッチング周波数（ｆ３）で、逆位相で前記制御可能スイッチを駆動するように構成された、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記高周波セクションの前記スイッチ制御装置は、前記点灯モードで、前記制御可能スイッチを逆位相で２０ｋＨｚから４５ｋＨｚの範囲のスイッチング周波数で駆動するよう構成され、かつ前記スイッチ制御装置は、前記共振周波数（ｆＲＥＳ）の３分の１のオーダーのスイッチング周波数（ｆ３）に近づくように、最初は比較的高い周波数で開始し、かつその後ゆるやかに前記スイッチング周波数を低下させる、請求項４記載の装置。
【請求項７】
前記高周波セクションの前記スイッチ制御装置は、前記アークをストレートにするモードで、前記スイッチング周波数（ｆ３）と前記共振周波数（ｆｒｅｓ）との間のリップル周波数で、逆位相で前記制御可能スイッチを駆動するように構成された、請求項５記載の装置。
【請求項８】
前記ランプ電流生成セクションは、一定電圧を生成するための第１のセクション、および前記第１のセクションの前記一定電圧の出力を整流してランプ電流に変換するための第２のセクションを有し；かつ前記高周波セクションの前記２つの母線は、前記第１のセクションの前記出力に接続された、請求項２記載の装置。
【請求項９】
前記高周波セクションは、テークオーバパワーを提供するためのモードの作動をする能力がある、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
ガス放電ランプを駆動する方法であって：
ランプを接続するための出力端子と；
出力ターミナルを有し、整流周波数で整流し一定のランプ電流を生成するための、ランプ電流生成セクションと；
交流電流コンポーネントを生成するための波形発生器を有する高周波セクションと；
前記高周波セクションによって生成された前記交流電流コンポーネントを、前記ランプ電流生成セクションによって生成した前記整流したランプ電流に加えるための結合装置と；
を有するランプドライバを用いるステップと；
点灯モードで、前記整流周波数より高い点灯周波数で、点灯パルスを生成するために前記高周波セクションを使用するステップと；
アークをストレートにするモードで、前記整流周波数より高く、かつ前記点灯周波数と異なるリップル周波数で、前記点灯パルスの振幅より小さい振幅を有する電流のリップルを生成するために前記高周波セクションを使用するステップと；
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、交流ランプ電流を使用してガス放電ランプを駆動する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、特に高輝度放電ランプ（HID:  High  Intensity  Discharge  lamp）、すなわち高圧ランプ、例えば、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプまたはハロゲン化金属ランプの駆動に関する。本発明は高輝度放電ランプを例にして説明するが、これに限定されるものではなく、さらに一般的に、ガス放電ランプの他の方式に適用されてもよい。
【０００３】
ガス放電ランプは従来技術において公知である。したがって、それらの詳細な説明は本願明細書において必要でない。一般に、ガス放電ランプは、イオン化可能ガスまたは気体を充満した閉容器に配置される２本の電極を有する。容器は、通常は、クォーツ、またはセラミック材料、特にポリ結晶アルミナ（ＰＣＡ）で作られている。各々の電極は特定の距離で配置される。動作の間、これらの電極の間でアークが維持される。
【０００４】
実際には、アークは、まっすぐな形でない場合もあり、多少カーブする（それゆえに、その名前が使われる）。この現象は、通常は磁場および対流によって生じ、ランプが横方向で作動するときに最も強い。すなわち、この場合、電極およびアークは実質的に水平である。特に容器が比較的小さい高輝度放電ランプにおいて、アークがカーブすることは望ましくない。その理由は、電極の浸食の増加、および容器材料の過熱および／または強い温度傾斜によって容器がダメージを受ける結果につながりかねないからである。したがって、容器が、よりゆるやかな温度プロファイルを持つようにするために、アークをストレートにする手段を適用することが望ましい。
【０００５】
上述の課題は既に知られており、アークをストレートにする手段は既に提案されている。特許文献１は、ランプが低周波の整流された直流（ＤＣ）電流、および低周波方形波で動作させ、適切な変調深さによって、ランプ電流に高周波のリップルを、乗せることによってアークをストレートにすることが促進される方法を開示している。高周波のリップルの周波数は、音響共振周波数に対応するように選ばれる。特許文献１の米国特許において開示されているドライバは、ＨＦリップルを有する直流電流を生成するための第１段階、整流子をインプリメントする第２段階、および整流子の出力に接続されたイグナイタを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６１３０５０８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
［本願発明の目的および要約］
本発明の主な目的は、周知のドライバを改善することである。すなわち、本発明はより少ない構成要素により単純な回路設計を提供し、コストの削減を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
重要な本発明の態様によれば、イグナイタを用いることによって、アークをストレートにする目的のための高周波電流コンポーネントを提供する。ドライバの第１のステージは、より単純な形で構成されるとともに、イグナイタが３つの機能を実行することができる。第１モードにおいて、始動の間、イグナイタは、所望の始動電圧を提供する。第２モードにおいて、点灯の後、イグナイタは、テークオーバパワー（take-over  power）を提供する。第３モードにおいては、イグナイタのスイッチを切ってもよい。第１段階は直流電圧を提供する。そして、パワー段階では、ランプを駆動するためにこの電圧を交流に変換する。必要に応じて、イグナイタは、アークをストレートにする高周波電流コンポーネントを生成する第３モードで作動してもよい。
【０００９】
更なる有利な詳細事項は、従属クレームにおいて定められる。
【００１０】
これらの、そしてまた他の、態様、本発明の特徴および効果は、以下に説明する実施例によって明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による装置の実施例に係るブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１２】
［実施例の説明］
図１は、高輝度放電ランプ２を駆動するための装置、すなわちドライバの実施例を示している。ドライバ１は、ランプ電流生成セクション１０、高周波セクション２０、およびランプ電流生成セクション１０の出力を高周波セクション２０の出力と接続する結合トランス４０を有する。
【００１３】
ランプ電流生成セクション１０は、第１段階１１および第２段階すなわち電力段１２を有する。直流電源から装置に電力を供給することも可能であるが、通常は電源ソケットから電力を供給する。これは、ヨーロッパにおいては、通常２３０Ｖ交流５０Ｈｚである。第１段階は、力率修正、整流、および交流から直流への変換が行われる。電力段１２においては、第１段階１１からの直流電圧を整流周波数で整流したランプ電流ＩＬに変換する。整流周波数は、通常は約１００Ｈｚのオーダーの周波数である。この種のランプ電流生成セクション１０自体は公知である点に留意すべきである。したがって、より詳細な説明は本願明細書において必要でない。電力段１２については、別の設計をすることも可能である点に更に留意すべきである。本実施例においては、ハーフブリッジ整流順方向（HBCF:  half  bridge  commutating  forward）の構成が記載されている。この構成は、それ自体公知であり、比較的簡単な構成であるため好まれている。
【００１４】
ドライバ１は、ランプ２を接続するための出力端子３、４を備えている。ドライバ出力端子３、４は、結合トランス４０の二次巻線４２と直列に、電力段ターミナル１３、１４に接続される。第１コンデンサ４３は、第２のトランス巻線４２と並列に接続されている。第１コンデンサ４３と並列接続されたトランス４０は、並列共振回路を構成し、その共振周波数ｆＲＥＳは、数１で定義される。
【００１５】
【数１】
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ここで、Ｌはトランス４０の第２のインダクタンスを示し、Ｃは第１コンデンサ４３のキャパシタンスを示す。典型的な実施例では、共振周波数ｆＲＥＳは、約７０ｋＨｚのオーダーであってもよい。耐性のために、共振周波数ｆＲＥＳは、装置によって異なってもよい点に留意するべきである。
【００１６】
高周波セクション２０は、公知の周知のハーフブリッジ・トポロジの波形発生器２１を有している。これは、２つの母線（power  rail）２２、２３、２つの母線２２の間で直列に接続された制御可能スイッチ２４、２５を有する第１のブランチ（branch）、２つのコンデンサ２６、２７を有する第２のブランチ、前記制御可能スイッチ２４、２５の間の第１のノードＡと２つのコンデンサ２６、２７の間の第２のノードＢとの間で接続された対角のブランチ、を有する。対角のブランチは、前記結合トランス４０の一次巻線４１、コンダクタ２８およびコンデンサ２９の直列回路を有している。波形発生器２１は更に、スイッチ制御装置３０を有している。ＦＥＴにより実装され得る２つの制御可能スイッチ２４、２５を駆動するためのスイッチ制御装置３０は、マイクロ制御装置により実装されてもよい。ＨＢＣＦトポロジの電力段１２は同様に、２つの制御可能スイッチおよびスイッチ制御装置を有する点に留意すべきである。なお、このスイッチ制御装置は、スイッチ制御装置３０とは異なるが、二つの制御装置は集積されてもよい。
【００１７】
ランプの作動を以下に説明する。
【００１８】
ランプがオフである限り、ランプ電流生成セクション１０は方形波形状の交流電圧を生成する。例えば、１００Ｈｚのオーダーの比較的低い周波数を有する。電圧は、約２５０Ｖのオーダーである。これは、点灯段階からアーク段階へのゆるやかな移行には十分であるが、アークを点灯するには不十分である。
【００１９】
点灯段階の間、高周波セクション２０は、通常は約３．５ｋＶのオーダーの高電圧パルスを生成する。この目的で、制御装置３０は交替に逆位相で２つの制御可能スイッチ２４、２５を開閉する。そうすると、トランス４０の一次巻線４１に交流電流が生成される。その結果、二次巻線４２全体に交流電圧が生成される。より詳細には、制御装置３０は、最初に、約４５ｋＨｚのオーダーの比較的高い周波数を使用して、ゆっくり約２０ｋＨｚのオーダーの周波数まで、この周波数を下げてゆく。その際に、スイッチング周波数の共振周波数ｆＲＥＳの３分の１である周波数ｆ３に近づく。この実施例では、約２３ｋＨｚである。さらに一般的にいえば、この周波数は、通常は約２５ｋＨｚのオーダーである。この周波数ｆ３に達するときに、前記並列回路４２、４３はスイッチング周波数の第３調波に共鳴する。高い共振電圧パルスによって点灯する。トランス４０の一次巻線４１に直列に接続されているコンデンサ２９の機能は、直流電圧および電流を抑止することである。トランス４０の一次巻線４１と直列に接続されているインダクタ２８の機能は、主に電流を制限することである。
【００２０】
ランプが点灯するときに、制御装置３０は２つの制御可能スイッチ２４、２５をオフにする。その結果、トランス４０の第１の巻線４１に電流が流れなくなる。ランプ電流に関する限り、電力段１２だけがアクティブである。これを、高周波セクション２０の「ＯＦＦモード」と呼ぶ。したがって、制御装置３０には、アークの点灯を検出するための手段が提供される。なお、この手段自体は公知であり、説明を簡潔にするために、本願明細書では触れない点に留意すべきである。
【００２１】
高周波セクション２０は、点灯モード、ＯＦＦ−モード以外に、アークをストレートにするモードの動作が可能である。このモードでは、ランプのために、リップル電流コンポーネントが生成される。この目的で、制御装置３０は交替に、より高い周波数で、通常は約２０−４０ｋＨｚのオーダーの逆位相で２つの制御可能スイッチ２４、２５を開閉する。そうすると、トランス４０の一次巻線４１に交流が生成される。そして、二次巻線４２に交流が生成され、電流のリップルが発生する。この電流のリップルは点灯パルスの振幅より小さい振幅を有する。たとえば約５００ｍＡのオーダーの振幅である。これは主にトランス４０の一次巻線４１と直列に接続されたインダクタ２８のインダクタンスおよび点灯しているランプの「抵抗」によって決定される。周波数は一定に保たれる。そして、この固定された周波数の実際の値は制御装置のソフトウェアで設定されてもよい。実験のための構成においては、満足できる値が３３．５ｋＨｚであることが判明した。いずれにせよ、周波数は、電力段１２の通常の動作周波数より高く、点灯パルスの周波数と異なる。周波数は、ｆ３およびｆＲＥＳの間が好ましい。
【００２２】
制御装置３０は、ランプ電圧を基にしてＯＦＦ−モードからアークをストレートにするモードへの移行を決定する。この目的で、ドライバ１は、ランプ電圧センサ５０を有する。ランプ電圧センサ５０は、ランプ電圧を入力として受信し、制御装置３０に検出されたセンサ出力信号としてランプ電圧を提供する。制御装置３０は、この受信されたセンサ信号を閾値ＶＴＨと比較する。そして、センサ信号がＶＴＨを超えるとすぐにアークをストレートにするモードを開始する。ランプのタイプに依存するが、ランプ電圧の適切な閾値が約８０Ｖであることは当業者にとって明らかである。これは、定常状態における通常の電圧に対応する。アークのストレート化はランプ電圧のわずかな減少を引き起こす。その結果、温度も同様に低くなる。
【００２３】
要約すると、本発明は、ガス放電ランプ２を駆動する装置１を提供するものであって；この装置は、
出力ターミナル（１３、１４）を有し、整流周波数で整流し一定のランプ電流を生成するための、ランプ電流生成セクション（１０）と；
交流電流コンポーネントを生成するための波形発生器（２１）を有する高周波セクション（２０）と；
前記高周波セクション（２０）によって生成された前記交流電流コンポーネントを、前記ランプ電流生成セクション（１０）によって生成した前記整流したランプ電流に加えるための結合装置（４０）とを有する。
【００２４】
前記高周波セクション（２０）は、点灯モードにおいて動作可能であり、この場合前記高周波セクション（２０）は、前記整流周波数より高い点灯周波数で、点灯パルスを生成するために用いられる。
【００２５】
前記高周波セクション（２０）は、アークをストレートにするモードで動作可能であり、この場合前記高周波セクション（２０）は、前記整流周波数より高く、かつ前記点灯周波数と異なるリップル周波数で、電流のリップルを生成するために用いられる。なお、前記リップルは前記点灯パルスの振幅より小さい振幅を有する。
【００２６】
本発明によれば、高周波セクションは、点灯機能、およびアークをストレートにする機能を実行するために好適に利用できる。
【００２７】
本発明を例示し、詳細に記載したが、本発明は、開示された実施例に限定されないことは当業者に明らかである。添付の請求項に記載された本発明の保護範囲において、いくつかのバリエーションおよび態様の変更が可能である。
【００２８】
例えば、好ましい実施例を示す図において、２つの母線２２、２３は、ランプ電流生成セクション１０の第１段階１１の出力に接続されている。あるいは、２つの母線２２、２３は、実質的に定常的な電圧を発生する別の電源に接続されてもよい。
【００２９】
図面、開示および添付の請求の範囲を理解することによって、クレームされた本発明を実施する当業者は、開示された実施例に対する他の変形例が理解でき、実施することができる。
【００３０】
請求項において、「有する（comprise）」という動詞およびその活用形の使用は、他の要素またはステップを排除するものではない、そして、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数を排除するものではない。シングルプロセッサまたは他のユニットは、請求項において定義されるいくつかの要素の機能を達成してもよい。特定の構成が相互に別の従属クレームにおいて記述されるという単なる事実は、これらの構成の組合せが有効に使われることができないことを示すものではない。コンピュータープログラムは、適切な媒体、例えば光記憶媒体または固体媒体に保存されまたは他のハードウェアの一部と共に供給されてもよい。または、同様に他の形式、すなわちインターネットまたは他の有線、無線通信システムを介して配信されてもよい。括弧によって示されるいかなる参照符号も請求項を制限するように解釈されてはならない。
【００３１】
本発明はブロックダイヤグラムを用いて説明した。これは、本発明による装置の機能ブロックを例示するものである。これらの機能ブロックの一つ以上がハードウェアにおいて実装されてもよいと理解すべきである。この種の機能ブロックの機能は、個々のハードウェアコンポーネントによって実行される。しかしながら、ソフトウェアによって、これらの機能ブロックの一つ以上を実装することも同様に可能である。その結果、この種の機能ブロックの機能は一つ以上のコンピュータープログラムの記述またはプログラマブル装置、例えばマイクロプロセッサ、マイクロ制御装置、デジタル信号処理装置等によって実行される。
【図１】
2010512634.tif 000005
【国際調査報告】
2010512634.tif 000006
2010512634.tif 000007