(57)【要約】ガス放電ランプが、少なくとも１個の電極ヒータに接続したキャパシタのようなインピーダンスを有して、ランプの種類に対して一意的な範囲内に入るヒータのインピーダンスを提供する。こうしたランプを動作させるための電子安定器は、ヒータの冷間インピーダンスを測定して対応するランプの種類を識別するランプの種類の検出回路を有する。この安定器は、ヒータ回路の電流をサンプルして、抵抗成分及びリアクタンス成分を特定して、ランプの種類を識別してヒータの加熱を制御することの手助けとすることができる。この安定器は、ヒータ電力用の独立したインバータを具えて、ランプの点弧後に、アーク電力とは独立してヒータ電力を制御することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個の電極ヒータ用の外部接続を有するガス放電ランプと、前記ランプを動作させるための電子安定器との組み合わせにおいて、
前記ランプが、前記少なくとも１個の電極ヒータに接続した少なくとも１個のインピーダンス素子を具えて、これにより、所定のランプの種類に対して一意的なインピーダンス範囲内に入るヒータのインピーダンスを生成して、
前記安定器が、ランプの点弧よりも前にヒータのインピーダンスを測定する種類検出回路と、前記安定器の少なくとも１つの動作パラメータを、検出したランプの種類に対する所定値に設定する制御回路とを具えている
ことを特徴とするガス放電ランプと電子安定器との組み合わせ。
【請求項２】
前記少なくとも１個のインピーダンス素子が、前記１個の電極ヒータに並列接続したリアクタンス素子を具えていることを特徴とする請求項１に記載の組み合わせ。
【請求項３】
前記リアクタンス素子をキャパシタで構成したことを特徴とする請求項２に記載の組み合わせ。
【請求項４】
前記種類検出回路が専ら、前記少なくとも１個の電極ヒータ及び前記少なくとも１個のインピーダンス素子を流れる電流を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の組み合わせ。
【請求項５】
前記少なくとも１個のインピーダンス素子がリアクタンス素子を含み、前記種類検出回路が、前記少なくとも１個の電極ヒータ及び前記少なくとも１個のインピーダンス素子を流れる電流をサンプリングして、前記電極ヒータの抵抗を測定することを特徴とする請求項１に記載の組み合わせ。
【請求項６】
前記少なくとも１個のインピーダンス素子がリアクタンス素子を含み、前記種類検出回路が、前記少なくとも１個の電極ヒータ及び前記少なくとも１個のインピーダンス素子を流れる電流をサンプリングして、前記少なくとも１個のインピーダンス素子のリアクタンスを測定することを特徴とする請求項１に記載の組み合わせ。
【請求項７】
前記ランプが、２個のヒータ及び少なくとも１個の前記インピーダンス素子を具えて、前記種類検出回路が、前記電極ヒータ及び前記少なくとも１個の前記インピーダンス素子を流れる合計電流を測定することを特徴とする請求項１に記載の組み合わせ。
【請求項８】
前記安定器が、ランプのアーク電流を供給する第１インバータと、前記少なくとも１個の電極ヒータ及び前記少なくとも１個のインピーダンス素子に電流を供給する第２インバータとを具えていることを特徴とする請求項１に記載の組み合わせ。
【請求項９】
前記安定器が、前記ランプの点弧後に、電極ヒータの電力を制御する手段を具えていることを特徴とする請求項８に記載の組み合わせ。
【請求項１０】
前記安定器が、単一のインバータと、該インバータからの電力を受けるべく接続した変圧器とを具えて、該変圧器が少なくとも１つのヒータ巻線を具えていることを特徴とする請求項１に記載の組み合わせ。
【請求項１１】
前記制御手段が、前記インバータの動作条件を、アーク電極の両端の電圧が任意のランプを発光させる電圧よりも低くなるような初期値に設定して、該初期値が、前記安定器と共に使用可能なランプの種類についての動作値とは十分異なることを特徴とする請求項９に記載の組み合わせ。
【請求項１２】
電極ヒータ及び該ヒータ用の外部電極接続を有する所定のランプの種類のガス放電ランプにおいて、
前記ランプが前記ヒータに接続したインピーダンス素子を具えて、これにより前記電極接続において観測したヒータのインピーダンスを生成して、該インピーダンスが、前記所定のランプの種類に対して一意的なインピーダンス範囲内にあることを特徴とするガス放電ランプ。
【請求項１３】
電極ヒータと、所定のランプの種類に対して一意的なインピーダンス範囲内に入るヒータのインピーダンスを生成する手段とを有するガス放電ランプを動作させるための電子安定器において、
ランプの点弧の前にヒータのインピーダンスを測定する種類検出回路と、安定器の少なくとも１つの動作パラメータを、検出したランプの種類に対する所定値に設定する制御回路とを具えていることを特徴とする電子安定器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、異なる種類のランプを駆動することが可能な電子ランプ安定器に関するものであり、特に、点弧の前または後に、取り付けたランプの電気的パラメータを測定することによってランプの種類を自動的に認識するこうした安定器に関するものである。
【０００２】
（従来技術）
点弧前の測定によってランプの種類を認識する方法は、電極ヒータの抵抗を測定することを含む。既知のランプの種類の大半が、類似した電極抵抗を示すために、この方法の応用性が限定されている。
【０００３】
米国特許第５，０３９，９２１号は、ランプの点弧電圧の測定を教示している。しかし、いくつかのランプの種類が類似した点弧電圧を有し、そして点弧電圧はランプの温度に依存するので、この方法の応用性は限定されている。
【０００４】
近年提案されている他の方法は、ランプの点弧後に、ランプのＩ−Ｖ曲線の何点かを測定することを含む。しかし、ランプの減光におけるように、ランプの点弧後にランプの低出力レベルが必要な場合には、ランプの高（全）出力レベルでのＩ−Ｖ曲線の初期測定は、減光が生じる前に、点弧時のフラッシュ（閃光）を生じさせる。
【０００５】
本発明の目的は、ランプの点弧の前に、電気的に測定可能な特性によって、電子安定器と共に動作させるために取り付けたガス放電ランプの種類を識別することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、同一のランプベース（取付け部）の配置及び同様の物理的な大きさを有する異なる種類のランプ、特に異なる電力定格のランプを、ユーザの調整なしに照明装置に使用可能にするシステムを提供することにある。
【０００７】
（発明の開示）
本発明によれば、電子安定器と共に使用可能な各ランプの種類は、少なくとも１個の電極ヒータを有する種類であり、このヒータのインピーダンスが、使用可能な他のランプの種類に対して一意的なインピーダンス範囲内に入る。慣例の蛍光ランプのように、ランプが２個の電極ヒータを有すれば、これらのヒータは通常、変圧器の別個の２次巻線に接続し、そして１次巻線の電流または電圧を測定することによって、並列結合のインピーダンスを測定する。
【０００８】
本発明の好適例では、ランプの種類のうちのおよそ１つが、前記または１個の電極ヒータに並列のキャパシタを具えている。複数のヒータが存在する場合には、各ヒータに並列の別個のキャパシタを具えることができる。これらのキャパシタは、電極のインピーダンスの絶対値の大きさが、異なる種類毎に別個の範囲内に入るように選定した値を有する。
【０００９】
本発明の他の好適例によれば、前記安定器と共に使用しようとするすべての種類のランプが、所定の照明装置内で、少なくとも１個の電極ヒータに並列のそれぞれのキャパシタを具えている。この好適例は、一般的な種類が同じ旧生産のランプであり、種類を識別するためのインピーダンス素子のないものを不適合として識別して、これによりランプの点弧を防止することができるという利点を有する。
【００１０】
本発明のさらに他の好適例では、前記ヒータに非線形のインピーダンス素子を接続して、この非線形素子は、初期のヒータのインピーダンスが大きく変化する特性を有するが、その後には、特に通常動作中には、より少ない効果を有する。
【００１１】
こうしたランプの種類と共に使用する安定器回路の第１好適例は、前記複数の電極ヒータを、第２の低電力インバータによって駆動される高周波ヒータ変圧器の別個のヒータ巻線に接続すること以外は、通常２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波数で動作するアーク電流インバータを有する既知のあらゆる種類の電子アーク電流安定器とすることができる。安定器に最初に給電する際には、前記低電力インバータを所定周波数で発振するように制御して、前記アーク電流インバータをオフ状態にする。そして前記電極を加熱する負荷電流によって、前記ヒータ変圧器の１次側を通って流れる電流を完全に決定する。ディジタルサンプリング回路は、初期加熱回路のインピーダンスが入る範囲、及びこれと組み合わせのヒータ抵抗を示す信号を発生する。前記ヒータを適切に加熱した後に、例えばヒータ抵抗が最初に観測した抵抗の４倍である際には、前記アーク電流インバータを動作可能にして、前記加熱回路のインピーダンスに対応するランプの種類用の所望のパラメータに従って制御する。例えば、周波数あるいは周波数とインバータスイッチの導通角との組み合わせを制御して、所望のランプ電力を発生して、これにより、減光モード用の外部制御によって設定した場合に、設定したモードに減光する前にランプに明るいフラッシュが生じない。
【００１２】
この好適例は、例えばインバータの導通角（パルス幅変調）を制御することによって、ランプ電極の電流をアーク電流とは無関係に制御することができるという利点を有する。前記電極がごくわずかの電力しか消費しないので、必要なインバータは非常に単純かつ小型にすることができ、そして電極電流のＲＦ（無線周波数）フィルタリングを通常必要としない。安定器の１つのモデルは、広範なランプの中の予め選択した群を動作させるようにプログラムすることができる。さらに、高い光出力レベルで電極電流を低減させるかあるいは除去して、低いランプ出力レベルで電極ヒータの電流を増加させることができ、これによりランプの寿命及び安定器とランプの組み合わせの効率を改善することができる。
【００１３】
こうしたランプと共に使用する安定器の第２の好適例は、１個のインバータ及び変圧器のみを必要とするが、より複雑な制御ルーチンを有する。この安定器は、ランプ電極を直接あるいは絶縁変圧器を通して接続する共振負荷回路を有する。前記電極ヒータを、同じインバータによって駆動される独立したヒータ変圧器か、あるいは前記絶縁変圧器の独立したヒータ巻線かのいずれかに接続する。この好適例では、安定器に最初に給電する際に、この安定器を、通常の動作周波数とは十分異なる周波数で発振するように制御することができ、この動作周波数では、アーク電極の両端の電圧が、任意のランプを発光させる電圧よりも低くなる。フィラメントまたは絶縁変圧器を通る電流は、加熱電極のインピーダンスの尺度である。ランプの種類を特定した後に、インバータの周波数をこのランプの種類用に適正な電流値に設定して、これにより適切な点弧及び所望の動作を達成することができる。
【００１４】
安定器の共振負荷回路が、直列共振キャパシタを有して、このキャパシタの両端にランプを接続する場合には、前記初期周波数は、前記動作周波数の範囲を十分上回ることが好ましい。この構成は、ランプ識別回路が所望の動作パラメータの設定を完了する前に、時期尚早の点弧が生じる可能性を低減するだけでなく、比較的小さい値のキャパシタを使用するランプの種類どうしを容易に区別することを可能にする。
【００１５】
単一の安定器で動作する多数のランプの照明装置で有用な本発明の変形法は、ランプ毎に別個のヒータ変圧器及び識別回路を使用する。制御回路は、実質的に異なる定格電力のように、両立しないような異なる種類のランプを同じ照明装置に同時に取り付けた場合に、点弧を防止するように構成する。この変形法は、前記第１好適例でも第２好適例でも用いることができる。しかし、電極ヒータの駆動とアーク電圧との関係が固定されていることにより、種々のランプを、前記第２好適例による同じモデルの安定器で駆動することが困難になる。
【００１６】
本発明は、プレヒート（前加熱）及びラピッドスタート型の低圧蛍光ランプで有用であるだけでなく、少なくとも１個の電極ヒータを有し、かつ電流制限安定器またはランプ制御安定器を有する他のいずれの種類のアーク放電ランプでも有用である。また本発明は、電極加熱が直接的（フィラメント電極）でも間接的（電極から絶縁したヒータ）でも適用可能である。
【００１７】
（発明を実施するための最良の形態）
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図１の略式図に示すランプとヒータとの組み合わせは、次の３つの点、即ち：ランプの種類の識別、安定器の制御法、及び１個のＤＣ電源からの２個のインバータの使用、において、通常使用するものとは異なる。慣例の電源は、高電圧のＤＣ電力を、線ＶＨＶ上で、トランジスタＧ１及びＧ２として示す２個の高周波スイッチを有するアーク電流インバータに供給し、この電源はいずれの所望の種類のものとすることもできる。このアーク電流インバータは、ＤＣ絶縁キャパシタＣｉを通して、共振インダクタＬｒ及び共振キャパシタＣｒによって形成される共振負荷回路に結合する。この実施例では、前記負荷は、種類識別キャパシタＣｅｌ１を有する蛍光ランプＦＬ１であり、このキャパシタは、この蛍光ランプの両端でフィラメント型電極ヒータＥＬ１に並列接続してある。ランプの各端における一方の端子を、共振キャパシタＣｒのそれぞれの端子に接続する。
【００１８】
この回路の他の部分を変更することなく、絶縁変圧器をランプＦＬ１と共振キャパシタＣｒとの間に設けることができることは明らかである。
【００１９】
ＤＣ電源電圧ＶＨＶは、測定抵抗Ｒｓに直列接続したトランジスタＧＥ１及びＧＥ２のような２個のスイッチによって形成される電極ヒータインバータにも供給する。電極ヒータインバータの出力を、ＤＣ絶縁キャパシタＣｉｉを通して、ｎターンを有する高周波変圧器Ｔ１の１次巻線Ｗｐに接続する。変圧器Ｔ１は２つの同一の２次巻線Ｗｓを有し、各々を、それぞれのヒータＥＬ１の両端に接続してある。
【００２０】
制御装置１１は抵抗Ｒｓの両端の電圧を第１入力として受けて、制御信号を第１出力としてスイッチＧＥ１及びＧＥ２に供給する。制御装置１１からの第２出力は、制御信号をスイッチＧ１及びＧ２に供給する。オプションとして、制御回路１１がＤＣ電圧ＶＨＶを検出して、これによりインピーダンスの測定を、インバータの入力電圧値の変動とは無関係にすることもできる。制御回路１１は、最初に識別したランプの種類にもとづいて、アーク電流インバータの適正な動作パラメータを特定するためのメモリまたは検索表（ルックアップテーブル）を有する小型のマイクロプロセッサを具えていることが好ましい。
【００２１】
安定器に最初に給電する際には、制御装置１１がヒータインバータを、通常２０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの所定周波数で動作させる。抵抗Ｒｓの両端の電圧をサンプリングして、ＦＬ１の２個のヒータ回路が与える冷間（コールド）インピーダンス、及び好適には冷間抵抗も測定する。前記制御回路内のマイクロプロセッサ制御装置は、この冷間インピーダンスに対応してランプの種類を特定する。前記電極が、例えば冷間抵抗の４倍の抵抗として決まる適正な温度に達すると、スイッチＧ１及びＧ２によって形成されるアーク電流インバータを動作可能にして、その周波数及び／または導通角を制御して、このランプの種類用の所定の動作値を提供する。
【００２２】
キャパシタＣｅｌ１の値は、個々の電極回路のインピーダンスの絶対値Ｚが、所定の照明装置に使用するのに適したランプの種類毎に一意的な範囲を有するように選定する。例えば通常の３種類は、以下の表で与える公称電極抵抗を有する。種類が異なれば構成要素の許容誤差が異なり得る。表１の例は、電極ヒータ抵抗については３０％の許容誤差を仮定し、キャパシタについては１０％を仮定し、そして５０Ｈｚのヒータインバータ周波数を仮定している。これらの構成要素は、通常１０Ｖ以下の小さい定格電圧を必要とするに過ぎないので、これらのキャパシタは小型かつ廉価である。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
同一の照明装置に適合し得るランプどうしで、種類を識別するためのインピーダンス素子のない旧製造のランプと本発明によるランプとを区別することが望ましい場合には、各種類ともインピーダンス素子を有することが必要となり得る。一部の種類用に、ヒータインバータが必要とする電流を増大させる比較的大きい容量が必要となることを回避するために、種類検出回路が０に近いヒータ電圧点をサンプルして、専ら電極回路インピーダンスのリアクタンス部分によって識別することができる。これにより、種類毎に一意的な範囲を提供するために必要なキャパシタ値を大幅に低減させることができる。
【００２５】
図１の回路には、インバータ径路内に測定抵抗を示してある。しかし、測定抵抗を変圧器Ｔ１の１次巻線に直列に配置することによっても、ほぼ同等の結果を得ることができることは明らかである。さらに、好適例では、所定のランプの電極ヒータに、同じインバータ及び変圧器の１次側から給電して、前記容量の２倍の単一のキャパシタを電極ヒータの一方の両端に接続すれば、同じ効果を得ることができる。このことは、ランプが、アーク管の両端に電気的接続を提供する単一のベース（取付け部）を有する場合に特に有利である。
【００２６】
図２の安定器及びランプの構成は基本的には図１のものと同様であり、同一参照符号を付けた構成要素は同一の値を有し得る。スイッチＧ１２及びＧ２２によって形成されるアーク電流インバータは、２個のランプを扱うためにより大きい電流容量を有し、共振構成要素Ｌｒ２及びＣｒ２も同様に、通常は異なる値を有し、ランプは各々が１個のインピーダンス素子、またはキャパシタＣｅｌ２のみを有するように示してあり、制御装置２１は、インピーダンス検出用の追加的な入力、及び第２ヒータインバータ用の追加的な出力を有する。同一の基本的なランプの種類を識別するために、キャパシタＣｅｌ２は、２個のキャパシタのランプに使用するキャパシタの２倍の容量を有する。これにより、ランプＦＬ１及びＦＬ２を互換的に使用することができる。
【００２７】
制御回路２１は図１の制御回路と同様に機能するが、２個の異なる測定抵抗用の入力、及び２個の異なるヒータインバータ用の出力を有する。
【００２８】
図２の安定器は、ランプ毎に１個ずつの２個の電極ヒータインバータを有し、これは図１のヒータインバータと同一のものとすることができる。これにより、各ランプにおけるヒータ電力の独立した制御が可能になる。あるいはまた、そして好適例では通常、両方の変圧器Ｔ１を単一の電極ヒータインバータで給電することができ、これらの変圧器は各１次巻線に直列に、個別の測定抵抗を有する。これにより部品点数を削減しつつ、１個のランプのみ存在すること、あるいは異なる種類のランプが同一照明装置に不所望に取り付けられたことの識別が可能である。
【００２９】
図３の略式ブロック図に示す制御回路は、データバス及びアドレス／制御バスによって相互接続した周知の副回路を含む。マルチプレクサ（多重器）３２は測定抵抗Ｒｓからのアナログ信号を受信し、そして高電圧ＶＨＶあるいは減光設定を示す信号を受信することもできる。アナログ／ディジタル変換器３３は、前記多重器の出力を受信して、ディジタル信号をディジタルランプ信号プロセッサ３４に供給する。マイクロプロセッサ３５では、ランプの種類の論理的な特定、及びより高レベルの制御器の機能を実行する。ランダムアクセスメモリ３６は別個に示してあるが、一方のプロセッサの一部分を形成することができる。デュアル（二重）クロック発生器３７は両方のインバータにクロック信号を供給し、ヒータインバータには固定周波数を供給し、アーク電流インバータには、ランプの種類の特定にもとづく周波数を供給することが好ましい。パルス幅変調装置３８が制御信号をスイッチＧ１、Ｇ２、ＧＥ１、及びＧＥ２に供給して、ヒータインバータのスイッチをパルス幅制御してヒータの電力を制御し、そしてアーク電流インバータを周波数及び／またはスイッチング時間によって制御して、所望のランプ動作パラメータを提供する。部屋または建物の集中制御とインタフェースするためのディジタルインタフェース３９を具えている。
【００３０】
図４の実施例は最少の部品点数を有するが、異なる種類のランプへの給電については柔軟性がより少なく、動作中のヒータ電力の制御を除外している。電極ヒータ回路によるローディング（装荷）が小さいので、共振構成要素Ｌｒ４及びＣｒ４は、図１のものと同じ値を取ることができる。１次巻線Ｗｐ４及び２次巻線Ｗｓ４のターン数の相違を除いて、変圧器Ｔ４は変圧器Ｔ１と同様のものとすることができる。測定抵抗Ｒｓ４を通る電流は専らヒータ回路の負荷電流であり、従ってランプの種類の特定を迅速に実行することができる。
【００３１】
制御回路４１は、単一のクロック発生器のみを必要とすること、及びパルス幅変調器が１個のインバータのみを駆動することを除いては、構造的に図３の制御回路と同様である。安定器は最初は、Ｃｒ４の両端の電圧が、任意の種類のランプを点弧させる電圧よりも低くなるような所定周波数及び／またはパルス幅で動作させる。冷間インピーダンスを測定した後に、取り付けたランプを特定する。そしてこのランプの種類についての通常動作を行なわせる。
【００３２】
図５の回路は、通常の１次巻線Ｗｐ５、ランプ電流巻線ＷＬＣ、及びヒータ２次巻線Ｗｓ５を有する単一の共通絶縁変圧器Ｔ５を使用することを除いて、図４の回路に類似している。この構成の動作は、ランプ電流に関連するいずれの追加構成要素も、ランプ点弧の前に測定抵抗Ｒｓ５を通る電流に影響し得るものであり、従ってランプの種類の識別がより困難になることを除いて、図４の実施例の動作と同様である。点弧後には、測定抵抗Ｒｓ５の両端の電圧が他の実施例よりもずっと高くなるが、ランプの動作パラメータを検出して所望の制御を達成するために、この電圧を用いることができる。
【００３３】
本発明の範囲内で多数の変形を行い得ることは、当業者にとって明らかである。特に、アーク電流インバータ及びその負荷を、電力帰還を含むインバータを具えた他の構成にすることができる。測定中及び通常動作中の双方における、電極ヒータ電力の独立した制御は、ランプ寿命及び全体的な効率の最適化を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】２個のインピーダンス素子及び独立したヒータインバータを有する安定器及び蛍光ランプの構成の略式図である。
【図２】２個の蛍光ランプを駆動する図１の安定器の変形例の略式図であり、各蛍光ランプが単一のインピーダンス素子及び独立したヒータインバータを有する。
【図３】図１の実施例用の制御回路の略式図である。
【図４】単一のインピーダンス素子、及び動作電流インバータによって駆動されるヒータ変圧器を有する安定器及び蛍光ランプの構成の略式図である。
【図５】単一のインピーダンス素子、及びランプを動作させるための単一の変圧器を有する安定器及び蛍光ランプの構成の略式図である。
【国際公開パンフレット】
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2004507871.tif 000005
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004507871.tif 000019
【国際調査報告】
2004507871.tif 000020
2004507871.tif 000021
2004507871.tif 000022