(57)【要約】本発明は、接続されたランプを調光信号Ｄｓにより調光状態に動作させる手段が設けられた、高圧放電ランプ点灯用回路装置に関するものである。この回路装置には、‐この回路装置を電源に接続する入力端子と、‐点灯さすべきランプを接続する出力端子と、‐半導体スイッチが設けられたコンバータを具え、バッファキャパシタ手段の両端間にコンバータ出力電圧を発生させるようにした切換モード電源回路と、‐調光信号Ｄｓに応じて制御信号を発生して前記半導体スイッチを制御する制御回路とが設けられている。本発明によれば、制御回路により調光状態を制限することにより安定なランプ点灯状態にするのをモニタするために、コンバータ出力電圧に関連する信号Ｌｖｓを発生する手段を回路装置に設ける。コンバータ出力電流と関連して連続的なランプ出力制御を行うと、ランプの全出力範囲に亙る安定なランプ点灯の改善が達成される。
2004507872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
順次の電流位相により高圧放電ランプを点灯させる回路装置であって、この回路装置には、接続されたランプを調光信号により調光状態に動作させる手段が設けられており、この回路装置は更に、
‐　この回路装置を電源に接続する入力端子と、
‐　点灯さすべきランプを接続する出力端子と、
‐　半導体スイッチが設けられたコンバータを具え、コンバータ出力端に、バッファキャパシタ手段の両端間のコンバータ出力電圧とコンバータ出力電流とを発生させるようにした切換モード電源回路と、
‐　調光信号に応じて制御信号を発生して前記半導体スイッチを制御する制御回路と
を具えている当該回路装置において、
前記制御信号を形成するために、この回路装置に、コンバータ出力電圧に関連する信号を発生する手段が設けられていることを特徴とする回路装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回路装置において、前記制御回路には、コンバータ出力電圧に関連する前記信号を限界値と比較する手段が設けられていることを特徴とする回路装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回路装置において、前記制御回路がプログラマブルプロセッサを有していることを特徴とする回路装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の回路装置において、各電流位相の開始時に、コンバータ出力電圧があるパルス高を有するパルス状をし、コンバータ出力電圧に関連する前記信号がこのパルス高を検出する作用をするようになっていることを特徴とする回路装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の回路装置において、各電流位相の開始時に、コンバータ出力電圧が、あるパルス幅を有するパルス状をし、コンバータ出力電圧に関連する前記信号が、このパルス幅を検出する作用をするようになっていることを特徴とする回路装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の回路装置において、各電流位相の開始時に、コンバータ出力電圧が、プラト電圧が後続するパルス状をしており、コンバータ出力電圧に関連する前記信号がこのプラト電圧を検出する作用をするようになっていることを特徴とする回路装置。
【請求項７】
請求項６に記載の回路装置において、コンバータ出力電圧に関連する前記信号が順次の電流位相におけるプラト電圧差を検出する作用をするようになっていることを特徴とする回路装置。
【請求項８】
請求項６に記載の回路装置において、コンバータ出力電圧に関連する前記信号が電流位相内のプラト電圧の変動を検出する作用をするようになっていることを特徴とする回路装置。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の回路装置において、セラミック壁部を有するメタルハライドランプを点灯させるのにこの回路装置を適切に用いうるようになっており、コンバータ出力電圧に関連する前記信号と比較する限界値が、多くとも１．５の波高因子に対応していることを特徴とする回路装置。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載の回路装置において、石英ガラス壁部を有するメタルハライドランプを点灯させるのにこの回路装置を適切に用いうるようになっており、コンバータ出力電圧に関連する前記信号と比較する限界値が、多くとも１．６の波高因子に対応していることを特徴とする回路装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の回路装置において、この回路装置には、前記制御信号を形成するために、コンバータ出力電流に関連する信号を発生する手段が設けられていることを特徴とする回路装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の回路装置において、コンバータ出力電圧に関連する前記信号と、コンバータ出力電流に関連する前記信号とにより、前記制御信号を形成するのに用いられる電力信号が形成されるようになっていることを特徴とする回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、順次の電流位相により高圧放電ランプを点灯させる回路装置であって、この回路装置には、接続されたランプを調光信号により調光状態に動作させる手段が設けられており、この回路装置は更に、
‐　この回路装置を電源に接続する入力端子と、
‐　点灯さすべきランプを接続する出力端子と、
‐　半導体スイッチが設けられたコンバータを具え、コンバータ出力端に、バッファキャパシタ手段の両端間のコンバータ出力電圧とコンバータ出力電流とを発生させるようにした切換モード電源回路と、
‐　調光信号に応じて制御信号を発生して前記半導体スイッチを制御する制御回路と
を具えている当該回路装置に関するものである。
【０００２】
上述した種類の回路装置は、米国特許第 ５８２８１７８号明細書に記載されており、既知である。高圧放電ランプは、一般に、極性が周期的に変化する順次の電流位相を用いて点灯される。この目的のために、しばしば適用されている回路装置の構成では、コンバータが、例えばブリッジ回路の形態のインバータ（直流‐交流変換器）に接続されている。
【０００３】
この既知の回路装置では、ランプにより発生される光を検出する光センサが設けられている。これにより、ランプを調光する制御を実行しうる。
【０００４】
しかし、高圧放電ランプに対する既知の調光システムには、多数の重大且つ現実的な欠点がある。１つの重大な欠点は、光センサを用いているということに関連するものである。その理由は、第１にランプにより発生される光を検出するために、周囲光に対する補正が必要となり、第２にこのような検出は光センサの汚れに極めて感応しやすいという為である。しばしば遭遇する他の問題は、ランプは、極めて目ざわりなフリッカを生じ始めやすいという事実に関連するものである。更に、ランプは調光中に又は調光状態にある際にその点灯を消滅するという重大な欠点がある。しばしば遭遇する他の欠点は、調光状態におけるランプの点灯が放電容器の壁部の黒化につながり、この黒化がランプの寿命中ランプの光束を減少させるという事実に関するものである。
【０００５】
本発明の目的は、上述した欠点を回避する手段を提供することにある。
【０００６】
この目的を達成するため、本発明によれば、前記制御信号を形成するために、頭書に記載した種類の回路装置に、コンバータ出力電圧に関連する信号を発生する手段が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
本発明による回路装置には、制御信号の形成が、光学的な決定を用いずに電圧の測定に基づいて行われるという利点がある。他の利点は、コンバータ出力電圧の値及び持続時間の決定が、検出されたコンバータ出力電圧の信号を限界値と比較することにより、ランプが点灯中依然として安定である許容しうる最大の調光状態を検出するのに極めて適したものとなるということである。コンバータ出力電圧は、一般に、各電流パルスの開始時に、あるパルス高及びあるパルス幅を有するパルス状となり、これにプラト電圧が続いている。従って、好適例では、コンバータ出力電圧に関連する信号は、パルス高を検出する作用をする。他の例では、コンバータ出力電圧に関連する信号を用いてパルス幅を検出する。
【０００８】
本発明による回路装置の他の例では、コンバータ出力電圧に関連する信号が、プラト電圧を検出する作用をする。その第１の変形例では、順次の電流位相における、コンバータ出力電圧に関連する信号のプラト電圧の相違を検出する。他の変形例では、コンバータ出力電圧に関連する信号のプラト電圧の変動を１つの電流位相内で検出する。
【０００９】
点灯状態において、コンバータは、その出力端に、コンバータ出力電流を生じる。本発明による有利な例では、本発明による回路装置が、制御信号を形成するための、コンバータ出力電流に関連する信号を発生する手段を有する。驚いたことに、コンバータの半導体スイッチをコンバータ出力電圧とコンバータ出力電流との双方に基づいて制御することにより、接続された高圧放電ランプを大きな調光範囲に亙って安定に動作させうることを確かめた。コンバータ出力電圧に関連する信号とコンバータ出力電流に関連する信号とを用いて、例えば、これらの信号を互いに乗算することにより、電力信号を形成するのが好ましい。引き続き、電力信号を、調光信号に依存する基準電力値と比較し、この比較の結果を用いてコンバータの半導体スイッチを制御するための制御信号を形成する。許容しうる最大調光状態の検出は、各電流位相の開始直後に電力信号の値を制限することにより実現するのが有利である。
【００１０】
コンバータ出力電圧及びコンバータ出力電流を周期的に検出することにより、ソフトウェアに基づく解決手段を可能にし、これにより、ハードウエアの実際の実現に関する自由度を大きくする。制御回路は、上述した機能の１つを実行するのに用いるプログラマブルプロセッサを有するのが好ましい。この制御回路は、コンバータ出力電圧に関連する信号を限界値と比較する手段を有するのが好ましい。この比較はプログラマブルプロセッサにより行うのが有利である。
【００１１】
セラミック壁部を有するメタルハライドランプを点灯させるのにスィッチング装置を適切に用いうるようにする場合には、コンバータ出力電圧に関連する信号と比較される限界値を多くとも１．５の波高因子に対応させるのが好ましい。石英ガラス壁部を有するメタルハライドを点灯させるのにスィッチング装置を適切に用いうるようにする場合には、限界値を多くとも１．６の波高因子に対応させるのが好ましい。ここに、“波高因子”とは、コンバータ出力電圧のパルス高とコンバータ出力電圧のプラト電圧の高さとの間の比を意味するものとする。又、“セラミック壁部”とは、酸化アルミニウム及びＹＡＧのような，光透過性の密に焼結された金属酸化物や、ＡｌＮのような光透過性の金属窒化物の壁部を意味するものとする。
【００１２】
本発明の上述した観点及びその他の観点は以下の実施例に関する説明から明らかとなるであろう。
図１は順次の電流位相により高圧放電ランプＬａを点灯させる回路装置を示し、この回路装置には、接続されたランプを調光信号Ｄｓにより調光状態で動作させる手段が設けられている。この回路装置は更に、
‐　この回路装置を電源ＶＢに接続する入力端子１と、
‐　点灯さすべきランプＬａを接続する出力端子２と、
‐　半導体スイッチが設けられたコンバータＣｖを具え、コンバータ出力端３に、バッファキャパシタ手段ＢＣの両端間のコンバータ出力電圧とコンバータ出力電流とを発生させるようにした切換モード電源回路Ｉと、
‐　調光信号に応じて制御信号を発生して前記半導体スイッチを制御する制御回路Ｓｃと
を具えている。
【００１３】
この回路装置は更に、コンバータ出力電圧に関連して前記制御信号を形成するための信号Ｌｖｓを発生する手段ＩＩをも具えている。
【００１４】
本発明による回路装置の実際例では、高圧放電ランプ、例えばフィリップス社製のＭＨＣ型メタルハライドランプを点灯させるための電源、例えば２２０Ｖ，５０Ｈｚの配電網にこの回路装置を適切に接続することができる。回路装置の切換モード電源回路には、プレコンディショナＰｃを設けるのが好ましい。ランプを、好ましくは交流極性の順次の電流位相で点灯させるために、この回路装置にインバータ（直流‐交流変換器）ＩＩＩ を設け、これを、一方ではコンバータ出力端３に接続し、他方では出力端子２に接続する。インバータには点弧回路も設けられている。
【００１５】
図２は、制御回路Ｓｃを詳細に示す。この制御回路Ｓｃは、ＩＣ１００の形態のプログラマブルプロセッサを有する。このＩＣ１００のＡＤＣ入力端ＡＤ０に手段ＩＩが接続されている。従って、コンバータ出力電圧に関連する信号ＬｖｓがＡＤＣ入力端ＡＤ０に供給される。クロックとして作用する外部発振器ＯＳＣもＩＣ１００に接続されている。このＩＣ１００は外部メモリ１０にも接続されており、この外部メモリには、点灯さすべきランプに関する基準値及び特性、例えば、定格ランプ出力、ランプ電圧、許容しうる調光レート等を有するテーブルが入れられている。ＩＣ１００のＡＤＣ入力端及びデジタル入力端に調光インタフェース１２が接続されている。この調光インタフェース１２の入力端１２１には調光信号Ｄｓが供給される。このようにすることにより、回路装置は接続されたランプを点灯させるのに用いるのに適したものとなり、調光信号Ｄｓはアナログでもデジタルでもよい。制御回路で発生され、コンバータのスイッチを制御する制御信号はＩＣ１００のＤＡ出力端ＤＡＣ１に生じる。
【００１６】
上述した回路装置の実際例では、接続するＭＨＣランプの定格出力を７０Ｗとした。回路装置は、（ステップ）アップコンバータすなわちブーストコンバータの形態のプレコンディショナＰｃと、バック型コンバータすなわち（ステップ）ダウンコンバータＣｖとの既知の組合せ回路より成る切換モード電源回路Ｉを有している。ダウンコンバータＣｖはその出力端に９６０ｎＦのバッファキャパシタ手段Ｃｂを有しており、インバータＩＩＩ に接続されている。このインバータはブリッジ回路の形態をしており、それ自体既知の点弧回路をも有している。制御回路Ｓｃは、フィリップス社によりプログラマブルプロセッサとして製造された８７ＬＰＣ７６９型のＩＣを有している。コンバータの出力電圧を生じる出力端は、抵抗分圧器を介してこのＩＣのＡＤＣ入力ピン（ピン番号２）に接続されている。外部発振器ＯＳＣは水晶発振器として構成されている。限界値や特性のような基準値が入れられたテーブルを有する外部メモリ１０は４ＫビットのＥＥＰＲＯＭとした。
【００１７】
ＩＣには、以下に説明する手順を実行するソフトウェアが設けられている。ランプが点弧され、安定に点灯した後、インバータの電流位相の過程でコンバータの出力電圧の検出が行われる。この目的のために、信号Ｌｖｓがサンプリングされる。波高因子の大きさは、このようにして得られパルス高及びプラト電圧に関連する値の比から決定される。このようにして得られた波高因子の値を基準値又は限界値と比較する。この基準値又は限界値もＥＥＰＲＯＭに記憶されている。波高因子の値が基準値よりも小さい限り、供給される調光信号Ｄｓに応じたランプの調光を続ける。しかし、決定された波高因子の値が予め決定された限界値を越えると、供給される調光信号Ｄｓに対応する調光状態が達成されたか否かにかかわらず、コンバータに対する制御が固定される。定格出力が７０ＷのＭＨＣ型ランプに関しては、このようにして達成しうる最大調光状態は３５Ｗである。このことを、図３において、コンバータ出力電圧に関連する信号Ｌｖｓを３つの異なる調光状態に対し示すグラフを用いて説明する。図３において横軸は時間軸であり、電圧Ｖと電流Ｉとを縦軸にプロットした。図３のグラフにおける曲線５０、５１及び５２は、それぞれ、公称状態、最大調光状態及びランプがやっと点灯を保っている調光状態において、手段ＩＩによって発生される信号Ｌｖｓを、ランプに対する３つの順次の電流位相の期間に亙って表わしている。又、これらに関連してランプを流れる電流をそれぞれ曲線６０、６１及び６２で例示してある。ランプの公称の点灯中は、波高因子の値は１．３４である。最大調光状態では、波高因子の値は１．５である。この状態では、ランプにより生じるフリッカがかろうじて人に気づかれない状態を保っている。ランプがやっと点灯を保っている場合には、波高因子の値は１．６である。この状態では、ランプは、明らかに気づかれる煩わしいフリッカを呈する。
【００１８】
他の実施例では、信号Ｌｖｓのパルス幅の検出が、許容しうる最大調光状態が達成されたか否かを決定する量として作用するようにプログラマブルプロセッサをプログラミングする。このことを図４を用いて詳細に説明する。図４Ａ及び４Ｂのそれぞれの符号３０及び３１は、定格出力が７０Ｗであるフィリップス社製のＣＤＭ型セラミックランプ容器を有するメタルハライドランプを点灯させる電流位相の最初の部分中の信号Ｌｖｓの曲線を、それぞれ公称点灯状態及び３５Ｗの調光状態において示す。これらの図から明らかなように、調光状態における信号は長時間の間高い値をとる。図示の場合、信号Ｌｖｓが高い値にある期間は８０μ秒であり、これが許容しうる最長期間である。比較のために、ランプを流れる電流を曲線４０及び４１で示す。図４Ｃ及び４Ｄは、定格出力が７０Ｗであるフィリップス社製の石英ガラス放電容器を有するＭＨＷ型メタルハライドランプにおける、公称点灯状態及び３５Ｗの調光状態に対する信号Ｌｖｓをそれぞれ曲線５３及び５４で示し、これらに匹敵する期間に亙ってランプを流れる電流をそれぞれ曲線６３及び６４で示す。
【００１９】
プログラマブルプロセッサが許容しうる最大の調光状態を達成しうるようにする他の変形方法は、信号Ｌｖｓのプラト電圧を検出することに基づくものである。第１の変形方法では、順次の電流位相における信号Ｌｖｓのプラト電圧の差を検出する。他の変形方法では、１つの電流位相中での信号Ｌｖｓのプラト電圧の変動を検出する。これを図５及び６により説明する。図５Ａ及び５Ｂにおける曲線５５及び５６は、定格出力が７０ＷのＭＨＷランプの場合の公称点灯状態及び３５Ｗの調光状態における順次の７つの電流位相に対する信号Ｌｖｓをそれぞれ示す。図５Ｂは、信号Ｌｖｓのプラト電圧５６１、５６２、５６３の値が順次の電流位相で互いに異なっていることを明瞭に示している。
【００２０】
図６Ａ及び６Ｂは、定格出力が７０ＷのＣＤＭランプにおける、順次の７つの電流位相に対する信号Ｌｖｓを公称点灯状態及び３５Ｗの調光状態においてそれぞれ曲線３２及び曲線３３により示している。図６Ｂは、信号Ｌｖｓのプラト電圧がいくつかの電流位相内で変動３００を呈していることを明瞭に示している。
【００２１】
図７は、本発明による回路装置の変形例を示し、この場合、図１の回路図に対応する部分には図１と同じ符号を付してある。この変形例の回路装置は、制御信号を形成するために、コンバータ出力電流に関連する信号Ｉｃｕを発生する手段ＩＶを有している。信号Ｌｖｓ及びＩｃｕにより、例えば、これら信号を互いに乗算することにより、電力信号Ｓｖを形成する。次に、この電力信号Ｓｖを、調光信号Ｄｓに依存する基準電力値と比較し、この比較の結果を用いてコンバータの半導体スイッチを制御する制御信号を形成する。許容しうる最大の調光状態は、各電流位相の開始直後に電力信号Ｓｖの値を制限することにより実現するのが有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回路装置を示す。
【図２】図１の回路装置における制御回路を示す。
【図３】本発明による回路装置の３つの異なる調光状態に対する、コンバータ出力電圧に関連する信号Ｌｖｓのグラフを示す。
【図４】他の実施例における信号Ｌｖｓのグラフを示す。
【図５】順次の電流位相における信号Ｌｖｓのプラト電圧のグラフを示す。
【図６】他の実施例における信号Ｌｖｓのプラト電圧のグラフを示す。
【図７】本発明による回路装置の他の実施例を示す。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004507872.tif 000020
2004507872.tif 000021
2004507872.tif 000022