(57)【要約】ハーフブリッジの形態とした共振インバータのデューティサイクルを変調することにより、第２縦音響モードの周波数でのＨＩＤランプに対する電力変調を達成するＶＨＦ点灯ＨＩＤランプのカラーミキシング方法。デューティサイクルは、ＨＩＤランプの第２縦音響モードの周波数のほぼ二分の一である変調周波数で変調する。点灯中、変調されたデューティサイクルで動作させたハーフブリッジの形態にした共振インバータでＨＩＤランプの第２縦音響モードを励起することにより、ＨＩＤランプの縦軸線に沿うカラーミキシングを達成する。
2004538612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ＶＨＦの高周波で高輝度放電ランプを点灯させる工程と、
（ｂ）ハーフブリッジの形態にした共振インバータのデューティサイクルを変調する工程と、
（ｃ）このハーフブリッジの形態にした共振インバータで高輝度放電ランプの第２縦音響モードを励起して、高輝度放電ランプの縦軸線に沿うカラーミキシングを達成する工程と
を具える高輝度放電ランプのカラーミキシング方法。
【請求項２】
請求項１に記載の高輝度放電ランプのカラーミキシング方法において、更に、
（ｄ）前記ハーフブリッジの形態にした共振インバータに一定のスイッチング周波数を与える工程
を具える高輝度放電ランプのカラーミキシング方法。
【請求項３】
請求項１に記載の高輝度放電ランプのカラーミキシング方法において、前記工程（ｂ）が、第２縦音響モードの周波数のほぼ二分の一に等しい変調周波数で前記デューティサイクルを変調する工程を有している高輝度放電ランプのカラーミキシング方法。
【請求項４】
請求項１に記載の高輝度放電ランプのカラーミキシング方法において、前記工程（ｂ）により、高輝度放電ランプに対する電力変調を第２縦音響モードの周波数で行なう高輝度放電ランプのカラーミキシング方法。
【請求項５】
請求項１に記載の高輝度放電ランプのカラーミキシング方法において、前記ＶＨＦを約５００ｋHzとする高輝度放電ランプのカラーミキシング方法。
【請求項６】
請求項１に記載の高輝度放電ランプのカラーミキシング方法において、前記工程（ｂ）が、前記デューティサイクルを正弦波関数で変調する工程を有する高輝度放電ランプのカラーミキシング方法。
【請求項７】
請求項１に記載の高輝度放電ランプのカラーミキシング方法において、前記デューティサイクルが５０％の公称値を有し、この公称値を中心に±２０％で対称的に変化するようにする高輝度放電ランプのカラーミキシング方法。
【請求項８】
ＶＨＦの高周波で高輝度放電ランプを点灯させるハーフブリッジ回路であって、このハーフブリッジ回路が一定のスイッチング周波数と、高輝度放電ランプに対する電力変調を行なう変調されたデューティサイクルとを有し、この電力変調により高輝度放電ランプの第２縦音響モードを励起して高輝度放電ランプの縦軸線に沿うカラーミキシング又はバーティカルセグレゲーションの減少を達成するようにする当該ハーフブリッジ回路と、
このハーフブリッジ回路と高輝度放電ランプとの間に結合された共振フィルタと
を具える、高輝度放電ランプに電力を供給するハーフブリッジの形態にした共振インバータ。
【請求項９】
請求項８に記載の共振インバータにおいて、前記変調されたデューティサイクルは、第２縦音響モードの周波数のほぼ二分の一に等しい変調周波数を有するようにした共振インバータ。
【請求項１０】
請求項８に記載の共振インバータにおいて、前記ＶＨＦを５００ｋHzとした共振インバータ。
【請求項１１】
請求項８に記載の共振インバータにおいて、前記変調されたデューティサイクルは、正弦波関数で変調されている共振インバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプにおけるバーティカルセグレゲーションを減少させる方法、特に、ハーフブリッジ回路トポロジーの共振インバータを動作させるのにデューティサイクル変調を採用する、ＶＨＦで点灯するＨＩＤランプのカラーミキシング方法に関するものである。
【０００２】
高輝度放電ランプは、一般に、音響共振により生ぜしめられる不安定性の為に高周波の正弦波状波形では点灯しない。このような不安定性を回避するために、ＨＩＤランプをその最高音響共振周波数よりも高い周波数で点灯させることにより、このＨＩＤランプを安定化することができる。ＨＩＤランプをその最高音響共振周波数よりも高い周波数で点灯させることは、ＶＨＦ点灯として知られている。しかしながら、音響共振周波数は、ランプの寸法を含む種々の要因に依存し、従って、ＨＩＤランプ毎に相違する。
【０００３】
更に、ＨＩＤランプを垂直の向きで点灯させると、あるＨＩＤランプはバーティカルセグレゲーションと称する現象を呈し、これによりＨＩＤランプから放出される光の色がこのランプの縦軸線に沿って均一とならない。その結果、このバーティカルセグレゲーションの欠点を回避する種々の試みがなされた。これらの試みの１つでは、第２縦音響モードを励起してランプ中の化学的性質を混合させ、ＨＩＤランプの縦軸線に沿うカラーを均一にする。
【０００４】
容易に理解しうるように、ＨＩＤランプをＶＨＦで点灯させるとともに、第２縦音響モードを励起してカラーミキシングを生ぜしめる、換言すれば、バーティカルセグレゲーションを、本質的に除去されないとしても、最小とするのが望ましい。
【０００５】
本発明は、ＨＩＤランプをＶＨＦで点灯させる工程と、ハーフブリッジの形態にした共振インバータのデューティサイクルを変調することにより、ＨＩＤランプを第２縦音響モードの周波数で電力変調し、ＨＩＤランプの第２縦音響モードを励起し、ＨＩＤランプの縦軸線に沿うカラーミキシングを達成する工程とを有するカラーミキシング方法を提供する。この本発明の方法は、ハーフブリッジの形態とした共振インバータのスイッチング周波数を一定に維持する能力も提供する。本発明は、更に、本発明の方法を実行しうるハーフブリッジの形態にした共振ドライバにも関するものである。
【０００６】
図１を参照するに、従来のハーフブリッジ型共振インバータ２０を示す。本発明は、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ５０に結合した従来のハーフブリッジ型共振インバータ２０を用いて、第２縦音響モードの励起によるカラーミキシングを達成する本発明の方法を実行する。共振インバータ２０は、２つのトランジスタ、すなわち２つのスイッチＳ１及びＳ２を有するハーフブリッジを具えており、これらスイッチは、公称のデューティサイクル（スイッチがオンである期間の割合）を５０％、すなわち０．５としたＶＨＦで相補的に切換え、すなわち駆動する。
【０００７】
図１を更に参照するに、この共振インバータ２０は高直流電圧源２２を有し、この高直流電圧源はエネルギー蓄積キャパシタＣ１と並列に結合され、入力電圧Ｖinを生じる。このエネルギー蓄積キャパシタＣ１は、２つのトランジスタ、すなわち２つのスイッチＳ１及びＳ２により形成されるハーフブリッジ回路と並列に接続されている。この実施例では、トランジスタ、すなわちスイッチＳ１及びＳ２をＭＯＳＦＥＴとするが、他の適切な電力スイッチング装置にすることもできる。この場合、エネルギー蓄積キャパシタＣ１の第１端子及び第２端子が、トランジスタ、すなわちスイッチＳ１のドレイン及びトランジスタ、すなわちスイッチＳ２のソースにそれぞれ結合されている。トランジスタ、すなわちスイッチＳ１のソースはハーフブリッジの出力ノードＡを介してトランジスタ、すなわちスイッチＳ２のドレインに結合されている。トランジスタ、すなわちスイッチＳ１及びＳ２のゲートは、これらの導通状態及び非導通状態を制御するために、インバータ制御回路（図示せず）に結合されている。
【０００８】
共振インバータ２０は更に直流阻止キャパシタＣ２を有し、この直流阻止キャパシタの第１端子及び第２端子は、ハーフブリッジ出力ノードＡ及び主共振フィルタのインダクタＬ１の第１端子にそれぞれ結合されている。この主共振フィルタは、インダクタＬ１及びキャパシタＣ３により形成される。ＨＩＤランプ５０はキャパシタＣ３と並列に結合されている。高直流電力源２２の負端子と、エネルギー蓄積キャパシタＣ１の第２端子と、トランジスタ、すなわちスイッチＳ２のソースと、キャパシタＣ３の第２端子とは互いに結合されている。
【０００９】
図２〜４を参照して、第２縦音響モードの励起によるカラーミキシングを達成するのに共振インバータ２０を採用する本発明の方法を以下に詳細に説明する。第２縦音響モードの励起によるカラーミキシングを達成するには、ＨＩＤランプ５０への電力を第２縦音響モードの周波数で変調する必要がある。本実施例では、第２縦音響モードを約２４ｋHzとする。
【００１０】
本発明の方法では、スイッチング周波数を一定に保って、トランジスタ、すなわちスイッチＳ１及びＳ２のデューティサイクルを変調することにより、必要な電力変調を達成する。一般的に、ＨＩＤランプで表わされる負荷に対する電力は、デューティサイクルが５０％、すなわち０．５である際に最大となる。デューティサイクルが５０％から減少又は増大するにつれ、負荷電力は減少する。従って、負荷電力は、デューティサイクルを適切に変調して公称値を中心として増減させるだけで簡単に変調できる。
【００１１】
負荷電力の２４ｋHz変調を達成するために、デューティサイクル（ＤＣ）を１２ｋHzの周波数で５０％と４０％との間で切換えることができる。ＨＩＤランプ５０の第２縦音響モードは２４ｋHzである為、負荷電力は第１の量だけ変調される。一方、デューティサイクル（ＤＣ）を５０％と３０％との間で変えることにより、負荷電力は、前記第１の量よりも大きい第２の量だけ変調される。第２縦音響モードの励起の程度は変えることができ、又制御することができること明らかである。従って、デューティサイクルＤＣを適宜変えるようにデューティサイクルＤＣを変調することにより、ＶＨＦで点灯するＨＩＤランプ５０における第２縦音響モードを励起するように負荷電力を変調し、カラーミキシングを達成する、換言すれば、バーティカルセグレゲーションを、除去されないとしても、最小にする。
【００１２】
デューティサイクルＤＣは、正弦波関数或いはその他の対称波形関数に応じて変調しうる。変調関数は多数あるが、変調されたデューティサイクルの一例のみを以下に詳細に説明する。正弦波変調されたデューティサイクル（ＤＣm ）の一例は以下の式１で表わすことができる。
ＤＣm ＝ＤＣn ＋ａm sin（２π・ｆm ・ｔ）              （式１）
ここに、ＤＣn はデューティサイクルの公称値であり、ａm は変調指数であり、ｆm は変調周波数である。この実施例では、ＤＣn はほぼ０．５、すなわち５０％であり、変調指数ａm は０及び０．５間で変化し、変調周波数ｆm は第２縦音響モードの周波数のほぼ二分の一に設定する。変調指数ａm は電力量、すなわち変調周波数ｆm の２倍の周波数でのＨＩＤランプにおける励起の度合を制御する。変調指数は、第２縦音響モードの励起の所望の度合に応じて変化する。変調指数を増大させることにより、第２縦音響モードでランプに多くの電力が与えられる。実際には、ランプを不安定にするおそれのある過励起を行なわないように、カラーミキシングを得る第２縦音響モードの励起の均衡をとる。搬送周波数が変調周波数よりもほどよく高い限り、変調された電力はこの搬送周波数に依存しない。搬送周波数が変化する場合でも、変調電力は依然として一定である。従って、他の分野に対しては、周波数変調を適用すること、例えば、２４ｋHzでの変調電力成分を殆ど変えることなく、搬送周波数を４５０ｋHzから５５０ｋHzに掃引することができる。
【００１３】
上述した点を考慮するに、上述した変調関数は、デューティサイクルを変調してＨＩＤランプ５０の電力量、すなわち励起度を制御する唯一の適した関数である。
【００１４】
一例では、ＨＩＤランプ５０を、図３に最も良好に示すように、約５００ｋHzのＶＨＦで点灯させる。図３は、約５００ｋHzの正弦波ランプ電圧波形の一例を示す。このランプ電圧波形は、電圧（−６００Ｖ〜＋６００Ｖ）対秒単位の時間（０．００１ｓ〜０．００１８）で表わしてある。変調周波数ｆm は０．２の変調深さで約１２ｋHzである。換言すれば、図２で最も良好に分るように、デューティサイクルが０．５（５０％）の公称デューティサイクルＤＣn を中心として０．３（３０％）から０．７（７０％）に変化する。図２は、約１２ｋHzの変調周波数ｆm によって正弦波状に変調したデューティサイクル（ＤＣm ）の例示的波形を示す。この波形は、電圧（０．０Ｖ〜１．０Ｖ）対秒単位の時間として表わしてある。点灯中は、図４で最も良好に分るように、図２の１２ｋHzデューティサイクル変調が、負荷電力スペクトル中に、ほぼ２４ｋHzの周波数成分を生ぜしめる。図４は、この代表的な例の電力スペクトルを示す。電力スペクトル波形は、dB（−ｊHz）（−８０〜＋６０）対周波数（０．０Hz〜１．２５ＭHz)として表わしてある。
【００１５】
上述した点を考慮するに、約２４ｋHzでの第２縦音響モードを有する代表的なＨＩＤランプ５０の場合、２４ｋHzで一定に制御される周波数励起を用いて音響共振を励起し、これによりカラーミキシングを達成する、換言すれば、バーティカルセグレゲーションを、除去されないとしても、最小にする。
【００１６】
要するに、上述した方法は、ＶＨＦの高周波で動作する負荷に制御周波数成分を与える一般的な方法である。従って、より一層複雑なデューティサイクル変調方式を用いて、より一層複雑な周波数励起を負荷に与えることができる。
【００１７】
当業者にとっては、上述したところから本発明の種々の変形例が可能であること明らかである。従って、上述したところのものは実施例にすぎず、当業者に本発明を実施する上の最良の形態を教示する目的のものである。構造上の細部は本発明の精神を逸脱することなく大幅に変えることができ、本発明の範囲に入るあらゆる変形例も専用されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来の共振インバータを示す回路図である。
【図２】本発明のデューティサイクル変調波形を示す線図的波形図である。
【図３】本発明の、時間に対するＨＩＤランプ電圧波形を示す線図的波形図である。
【図４】本発明の、周波数スペクトルに対する電力スペクトル波形を示す線図的波形図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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