(57)【要約】負荷を駆動する電流及び電圧をモニタし、負荷に供給される電力スペクトルの代表部分を計算することにより高輝度放電（ＨＩＤ）ランプのような電気負荷の動作を最適化する電源及び／又は安定器である。供給電力スペクトルの計算した部分を所望電力スペクトルと比較し、供給電力スペクトルが所望電力スペクトルにもっと密接に一致するように負荷への入力信号を変更する。従って、負荷における入力電流及び電圧、及び周波数を従来の場合のように直接制御しないで、これらを間接的に制御して変更された電力スペクトルを負荷に供給する結果を得る。このように入力電力スペクトルを利用することにより、本発明の電源及び／又は安定器は、ＨＩＤランプのような電気負荷に使用する場合に改善された制御及び動作を提供する。
2004522289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の電力スペクトルが電気負荷に供給されるように交流電流及び電圧を有する入力信号を電気負荷に供給する電源の動作方法であって、該方法は、
前記入力信号により前記電気負荷に供給される供給電力スペクトルの一部分を計算するステップと、
前記供給電力スペクトルが前記所望の電力スペクトルにもっと密接に一致するように前記入力信号を変更するステップとを備えることを特徴とする電源の動作方法。
【請求項２】
前記所望の電力スペクトルの計算ステップは前記入力信号の交流電流及び電圧をモニタし積分するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記所望の電力スペクトルを前記電源に格納するステップを更に含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記電源はパルス幅変調信号発生器を含み、前記入力信号の変更ステップは前記所望の電力スペクトルを発生するように前記パルス幅変調信号発生器を制御するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記入力信号は、振幅、指定期間内に第１の低周波数値と第２の高周波数値の間で変化する掃引周波数、可調整変調周波数，及び可調整変調指数を有する、振幅変調され周波数掃引された信号であり、
前記入力信号の変更ステップは、前記振幅、指定期間内に第１の低周波数値と第２の高周波数値の間で変化する掃引周波数、可調整変調周波数，及び可調整変調指数のうちの一つ以上を調整するように前記パルス幅信号発生器を制御するステップを含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記掃引周波数は約１０ミリ秒の期間内に約４５ｋＨｚから約５５ｋＨｚに変化し、前記変調周波数は約２０ｋＨｚから約３０ｋＨｚの範囲内であり、前記変調指数は約０から約０．２７の範囲内の値を有することを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記変調周波数は、変調周波数を増大させながら前記電気負荷に供給される入力電圧を基準電圧に対しモニタし、前記基準電圧と前記入力電圧のモニタ値との間に最大の電圧サイクルを与える変調周波数を選択することにより選択することを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記変調指数は変調周波数の関数として選択することを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項９】
所望の電力スペクトルが電気負荷に供給されるように交流電流及び電圧を有する入力信号を電気負荷に供給する電源を内蔵する装置であって、該電源は、
前記入力信号により前記電気負荷に供給される供給電力スペクトルの一部分を計算する手段と、
前記供給電力スペクトルが前記所望の電力スペクトルにもっと密接に一致するように前記入力信号を変更する手段とを含むことを特徴とする電源内臓装置。
【請求項１０】
前記所望の電力スペクトルの計算手段は前記入力信号の交流電流及び電圧をモニタし積分する手段を含むことを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記所望の電力スペクトルを前記電源内臓装置に格納する手段を更に含むことを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１２】
パルス幅変調信号発生器を更に含み、前記入力信号の変更手段は前記所望の電力スペクトルを発生するように前記パルス幅変調信号発生器を制御する手段を含むことを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１３】
前記入力信号は、振幅、指定期間内に第１の低周波数値と第２の高周波数値の間で変化する掃引周波数、可調整変調周波数，及び可調整変調指数を有する、振幅変調され周波数掃引された信号であり、
前記入力信号の変更手段は、前記振幅、指定期間内に第１の低周波数値と第２の高周波数値の間で変化する掃引周波数、可調整変調周波数，及び可調整変調指数のうちの一つ以上を調整するように前記パルス幅信号発生器を制御する手段を含むことを特徴とする請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記掃引周波数は約１０ミリ秒の期間内に約４５ｋＨｚから約５５ｋＨｚに変化し、前記変調周波数は約２０ｋＨｚから約３０ｋＨｚの範囲内であり、前記変調指数は約０から約０．２７の範囲内の値を有することを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記変調周波数を変調周波数の範囲から選択する手段を更に含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
前記変調指数を変調周指数の範囲から選択する手段を更に含むことを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項１７】
電源を内蔵し、高輝度放電ランプの駆動用に所望の電力スペクトルを発生させる態様で高輝度放電ランプを点灯させる装置であって、前記電源は、
電力源に接続するための第１入力端子及び制御信号を受信するための第２入力端子と、前記高輝度ランプに結合するための出力端子とを有するパルス幅変調器を備え、該パルス幅変調器は、交流電流及び電圧を有する信号であって、当該装置を前記電力源と前記ランプとの間に接続したとき、前記ランプに供給電力スペクトルを生ぜしめる振幅変調された被掃引周波数信号を発生するよう構成され、且つ
前記パルス幅変調器の出力端子に結合され前記交流電流及び電圧信号を受信する入力端子と、前記パルス幅変調器の第２入力端子に結合され制御信号を出力する出力端子とを有するコントローラを備え、該コントローラは、前記供給電力スペクトルの一部分を計算し、前記供給電力スペクトルが所望電力スペクトルにもっと密接に一致するように前記入力信号を変更する制御信号を前記パルス幅変調器に供給するよう構成されていることを特徴とする電源内臓装置。
【請求項１８】
前記コントローラは前記交流電流及び電圧信号をモニタし積分するプロセッサを含むことを特徴する請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記コントローラは前記所望電力スペクトルを格納する手段を更に含むことを特徴とする請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
前記入力信号は、振幅、指定期間内に第１の低周波数値と第２の高周波数値の間で変化する掃引周波数、可調整変調周波数，及び可調整変調指数を有する、振幅変調された被周波数掃引信号であり、
前記コントローラは、前記振幅、指定期間内に第１の低周波数値と第２の高周波数値の間で変化する掃引周波数、可調整変調周波数，及び可調整変調指数のうちの一つ以上を調整するように前記パルス幅変調器を制御する手段を含むことを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項２１】
前記掃引周波数は約１０ミリ秒の期間内に約４５ｋＨｚから約５５ｋＨｚに変化し、前記変調周波数は約２０ｋＨｚから約３０ｋＨｚの範囲内であり、前記変調指数は約０から約０．２７の範囲内の値を有することを特徴とする請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
前記変調周波数を変調周波数の範囲から選択する手段を更に含むことを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
前記変調指数を変調周指数の範囲から選択する手段を更に含むことを特徴とする請求項２０記載の装置。
【請求項２４】
前記コントローラはアナログコントローラであることを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項２５】
前記コントローラは対称ＰＷＭ制御を用いることを特徴とする請求項２４記載の装置。
【請求項２６】
前記コントローラはディジタル信号プロセッサを有するディジタルコントローラであることを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項２７】
前記コントローラは対称ＰＷＭ制御を用いることを特徴とする請求項２６記載の装置。
【請求項２８】
コンピュータ読み取り可能記録媒体に記録された、所望の電力スペクトルが電気負荷に供給されるように交流電流及び電圧を有する入力信号を電気負荷に供給する電源の動作方法を実行させるコンピュータプログラムであって、該コンピュータプログラムは、
前記入力信号により前記電気負荷に供給される供給電力スペクトルの一部分を計算する命令と、
前記供給電力スペクトルが前記所望の電力スペクトルにもっと密接に一致するように前記入力信号を変更する命令とを備えることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項２９】
前記所望の電力スペクトルの計算命令は前記入力信号の交流電流及び電圧をモニタし積分する命令を含むことを特徴とする請求項２８記載のコンピュータプログラム。
【請求項３０】
前記所望の電力スペクトルを前記電源に格納する命令を更に含むことを特徴とする請求項２８記載のコンピュータプログラム。
【請求項３１】
パルス幅変調信号発生器を制御する命令を含み、前記入力信号の変更命令は前記所望の電力スペクトルを発生するように前記パルス幅変調信号発生器を制御する命令を含むことを特徴とする請求項２８記載のコンピュータプログラム。
【請求項３２】
前記入力信号は、振幅、指定期間内に第１の低周波数値と第２の高周波数値の間で変化する掃引周波数、可調整変調周波数，及び可調整変調指数を有する、振幅変調され周波数掃引された信号であり、
前記入力信号の変更命令は、前記振幅、指定期間内に第１の低周波数値と第２の高周波数値の間で変化する掃引周波数、可調整変調周波数，及び可調整変調指数のうちの一つ以上を調整するように前記パルス幅信号発生器を制御する命令を含むことを特徴とする請求項３１記載のコンピュータプログラム。
【請求項３３】
約１０ミリ秒の期間内に約４５ｋＨｚから約５５ｋＨｚに変化する掃引周波数、約２０ｋＨｚから約３０ｋＨｚの範囲内の変調周波数、約０から約０．２７の範囲内の変調指数を有する入力信号を供給する命令を含むことを特徴とする請求項３２記載のコンピュータプログラム。
【請求項３４】
前記変調周波数を、変調周波数を増大させながら前記電気負荷に供給される入力電圧を基準電圧に対しモニタし、前記基準電圧と前記入力電圧のモニタ値との間に最大の電圧サイクルを与える変調周波数を選択することにより選択する命令を含むことを特徴とする請求項３２記載のコンピュータプログラム。
【請求項３５】
前記変調指数を変調周波数の関数として選択する命令を含むことを特徴とする請求項３２記載のコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、適正動作のために被変調入力信号を必要とする電気負荷用電源、特に高輝度ガス放電ランプ用の安定器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
所定のタイプの電気負荷は、交番被変調入力電流信号により駆動されると、より効率的に又は有効に動作する。このような電気負荷の一例は、駐車場やビルディングの一般照明用の屋内又は屋外使用型の高輝度ガス放電（ＨＩＤ）ランプである。
【０００３】
ＵＳＰ６，１８４，６３３Ｂ１(特許文献１)に開示されているように、このようなＨＩＤランプにより発生される光の動作安定性及び均一性は、振幅変調された被周波数掃引入力信号、もしくは、周波数掃引の範囲の周期的変化で逐次交番された被周波数掃引入力信号でランプを駆動することにより改善することができる。特に、約１０ミリ秒の掃引時間内における４５ｋＨｚから５５ｋＨｚへの電流周波数掃引を、約２４．５ｋＨｚの一定の振幅変調周波数及び０．２４の変調指数とともに含む、もしくは、約１２．３ｋＨｚまでの掃引周波数の周期的逐次変化とともに含む入力信号が開示されている。この米国特許では、周波数掃引された信号及び振幅変調された信号を別々に発生させ、加算点で合成してＨＩＤランプに実際に供給する信号を発生させている。変調周波数は予め決定され、一定に維持される。
【０００４】
本出願人に係わる米国特許出願Ｓ／Ｎ０９／６２０，３５７は、予め決められた周波数範囲内における種々の振幅変調周波数においてＨＩＤランプに供給される最大動作電流及び／又は電圧を逐次周期的に測定することにより最適変調周波数及び／又は逐次動作周波数を決定する追加の方法及び装置を提供する。適切な値が決定されたら、この特許出願の発明は前記米国特許に開示されている方法及び装置を用いて入力波形を発生させる。
【０００５】
【特許文献１】
ＵＳＰ６，１８４，６３Ｂ１
【０００６】
上述の米国特許及び米国特許出願の教えはＨＩＤランプのような電気負荷にかなり改善された性能を与えるが、更なる改善が望まれる。上述の特許は最適動作を与えるものと思われる予め決められた動作パラメータに基づいている。上述の特許出願はランプ電流及び電圧の帰還測定を用いて最適動作のための動作パラメータを調整することによりこの点を改善している。しかし、ＨＩＤランプ間の性能の変化及びランプの水平対垂直取付け位置のような取付け考慮事項が上述の特許や特許出願では解決し得ない変化を導入するので、２以上のタイプの負荷（ＨＩＤランプのタイプ又はサイズ）に最適動作を与える適合性のある電源及び／又は安定器も望まれている。
従って、改善された電源及び／又は安定器が必要とされる。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、電気負荷の動作の最適化に重要なのは実際上電気負荷に供給される電力スペクトルであるという認識に基づいて改善された電源及び／又は安定器を提供する。本発明では、負荷を駆動する電流及び電圧信号をモニタし、負荷に供給される電力スペクトルの代表部分を計算する。供給電力スペクトルの計算した部分を所望電力スペクトルと比較し、供給電力スペクトルが所望電力スペクトルにもっと密接に一致するように負荷への入力信号を変更する。従って、負荷における入力電流及び電圧、及び周波数を従来の場合のように直接制御しないで、これらを間接的に制御して変更された電力スペクトルを負荷に供給する結果を得る。本発明は、このように入力電力スペクトルを利用することにより、ＨＩＤランプのような電気負荷に使用する場合に改善された制御及び動作を達成する電源及び／又は安定器を提供する。
【０００８】
本発明の一実施の形態では、電気負荷に所望電力スペクトルが供給されるように交流電流及び電圧を有する入力信号を電気負荷に供給する電源の動作方法を提供する。この方法は、入力信号により電気負荷に供給された電力スペクトルの一部分を計算し、供給電力スペクトルが所望電力スペクトルともっと密接に一致するように入力信号を変更する。供給電力スペクトルの一部分を計算するステップは入力信号の交流電流及び電圧をモニタし積分する処理を含むものとすることができる。この方法は更に所望電力スペクトルの表現を電源に格納するステップを含んでもよい。
【０００９】
本発明の他の実施例では、電源はパルス幅変調信号発生器を含む。入力信号を変更するステップはパルス幅変調信号発生器を制御して所望電力スペクトルを発生させるステップを含む。入力信号が振幅変調された被周波数掃引信号であって、該信号が振幅、規定の期間内に第１の低周波数値と第２の高周波数値の間で掃引する掃引周波数、可調整変調周波数及び可調整変調指数を含む複数のパラメータを有する場合には、入力信号を変更するステップは、パル幅変調信号発生器を制御してこれらのパラメータの一つ以上を調整するステップを含む。本発明の方法は更に種々の変調周波数又は掃引周波数で負荷に供給される電流又は電圧の掃引に基づいて１以上のパラメータの値を独立に選択する追加のステップも含むことができる。
【００１０】
本発明は、本発明の方法を実行する装置の形態又はコンピュータ読み取り可能記録媒体に記録された本発明の方法を実行するためのコンピュータプログラムの形態にすることもできる。
【００１１】
本発明の一形態では、高輝度放電ランプ（ＨＩＤランプ）を該ランプの駆動時に所望電力スペクトルが発生するように動作させる装置を提供する。本装置は、電力源に接続するための第１入力端子及び制御信号を受信するための第２入力端子と、ＨＩＤランプに結合するための出力端子とを有するパルス幅変調器を備える。このパルス幅変調器は、交流電流及び電圧を有する信号であって、本装置を電力源と当該ランプとの間に接続したとき、ランプに供給電力スペクトルを生ぜしめる振幅変調された被掃引周波数信号を発生するよう構成される。本装置は，更に、パルス幅変調器の出力端子に結合され前記交流電流及び電圧信号を受信する入力端子と、パルス幅変調器の第２入力端子に結合され制御信号を出力する出力端子とを有するコントローラを備える。このコントローラは、供給電力スペクトルの一部分を計算し、供給電力スペクトルが所望電力スペクトルにもっと密接に一致するように前記入力信号を変更する制御信号をパルス幅変調器に供給するよう構成される。
【００１２】
本装置のコントローラは前記交流電流及び電圧信号をモニタし積分するプロセッサを含む。このコントローラは所望電力スペクトルの表現を格納する手段も含むことができる。
本装置は対称又は非対称ＰＷＭ制御を用いるアナログ又はディジタルパルス幅変調形態に実現することができる。
【００１３】
本発明の上述した特徴、利点及び他の特徴、利点は図面を参照して以下に記載する代表的実施例の詳細な説明から明らかになる。以下に記載する実施例の詳細な説明及び図面は単なる例示であって、本発明の範囲を限定するものでなく、本発明の範囲は添付の請求項及びそれらの等価物で限定される。
【００１４】
図１は交流電流及び電圧を有する入力信号を電気負荷１２に、負荷１２に所望の電力スペクトルが与えられるように供給するよう構成された本発明装置の模範例１０を示す。
特に、図１に示す装置は高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ１２の形態の電気負荷を駆動する電源又は安定器の形態である。電源１０はパルス幅変調器１４とコントローラ１６とを含む。
【００１５】
パルス幅変調器１４は、商用交流電力網(図示せず)のような電力源に接続するよう構成された第１入力端子１８を有する。パルス幅変調器１４はまた制御信号「Ｃ」を受信する第２入力端子２０と、電源１０をＨＩＤランプ１２に結合する出力端子２２を含む。パルス幅変調器１４は、更に、第１入力端子１８と出力端子２２との間に順に直列に接続されたプレコンディショナ２４、フルブリッジインバータ２６及びフィルタ／イグナイタ２８を含む。パルス幅変調器１４は更に第２入力端子２０とフルブリッジ２６との間に直列に接続されたゲートドライバ３０を含む。
【００１６】
コントローラ１６は、パルス幅変調器１４の出力端子２２に結合され交流電流及び電圧信号「Ｄ」を受信する入力端子３２と、パルス幅変調器１４の第２入力端子２０に結合されゲートドライバ３０に制御信号「Ｃ」を供給する出力端子３４を有する。コントローラ１６は、更に、入力端子３２と出力端子３４との間に順に直列に接続されたマイクロプロセッサ３６、アナログＡＭＦＭ信号発生器３８及びＰＷＭモジュール４０を含む。
【００１７】
本模範例のパルス幅変調器１４は、当該電源１０が電力源とランプ１２との間に接続されたとき、振幅変調された被周波数掃引信号「Ｄ」（交流電流及び電圧を有する）をランプ１２に供給し、ランプ１２と協働して、ランプ１２で供給電力スペクトルを発生させるよう構成される。
【００１８】
コントローラ１６は、供給電力スペクトルの一部分を計算し、供給電力スペクトルが所望の電力スペクトルにもっと密接に一致するように入力信号「D」を変更するための制御信号をパルス幅変調器１４に供給するよう構成される。
【００１９】
電源１０の具体的な動作を以下に詳細に説明する。
図２に示すように、一般的な動作は電源１０のコントローラ１６のマイクロプロセッサ３６に所望の電力スペクトルの表現を格納するステップ４２を含む。所望の電力スペクトルはランプ１２の動作特性及び所望の性能に基づいて選択される。電源１０を最初に始動させランプ１２を点弧させるために必要とされる他の動作命令もマイクロプロセッサ３６に格納することができる。
【００２０】
マイクロプロセッサ３６は所望の電力スペクトルの動作パラメータを含む信号「Ａ」をアナログＡＭＦＭ信号発生器３８に送り、該発生器がアナログ制御信号「B」を発生してＰＷＭモジュール４０に供給する。ＰＷＭモジュール４０はアナログ制御信号「Ｂ」をＰＷＭ周波数信号とＰＷＭ処理により合成し、ＰＷＭ制御信号「Ｃ」をゲートドライバ３０に供給する。
【００２１】
ゲートドライバ３０はフルブリッジ２６のスイッチングをＰＷＭ制御信号「Ｃ」に従って制御してランプ１２に供給する交流電流および電圧信号を発生させる。具体的にいうと、フルブリッジ２６は電源の入力端子１８から受信される電力を交互に導通及び遮断するようスイッチされる。プレコンディショナ２４及びフィルタ／イグナイタ２８は従来公知の態様で使用され、フルブリッジ２６に供給される入力端子１８の電圧及び周波数を調整するとともにスイッチング処理により発生された不所望な高調波を選択的に阻止することによりフルブリッジ２６により供給される交流電流及び電圧信号を整形する。
【００２２】
パルス幅変調器１４がランプ１２に交流電流及び電圧信号「Ｄ」を有する入力信号「Ｄ」を供給し、ランプ１２に供給電力スペクトルを発生させ（ステップ４４）、マイクロプロセッサ３６がランプ１２に供給された交流電圧信号をモニタし積分し（ステップ４６）、供給電力スペクトルの一部分を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）のような処理により計算する（ステップ４８）。完全な電力スペクトルをＦＦＴで計算することができるが、実際には、供給電力スペクトルと所望電力スペクトルとの許容し得る一致を与えるランプ１２の変更駆動信号の発生においてスペクトルの全ての項を考慮する必要はなく、また全ての項を考慮しないのが望ましい。供給電力スペクトルの一部分のみの計算は必要とされる計算容量の節約をもたらし、必要とされる全計算時間を短縮する。
【００２３】
供給電力スペクトルの計算部分を所望電力スペクトルと比較した後に、マイクロプロセッサ３６は変更された信号「Ａ」を発生しアナログＡＭＦＭ信号発生器３８に送り、該発生器はＰＷＭモジュール４０に供給されるアナログ信号「Ｂ」を変更する。ＰＷＭモジュール４０は変更されたＰＷＭ制御信号「Ｃ」を発生しゲートドライバ３０に送り、ゲートドライバ３０によりフルブリッジ２６のスイッチングを、パルス幅変調器がマイクロプロセッサ３６に格納されている所望電力スペクトルと密接に一致する供給電力スペクトルをランプ１２で発生するよう変更された入力信号「Ｄ」をランプ１２に供給するように変更する（ステップ５０）。
【００２４】
本発明の特定の細部は本発明の装置、方法又はコンピュータ読み取り可能プログラムにおいて多くの方法で具体化することができる。当業者であれば、コントローラ１６は対称又は非対称ＰＷＭ制御を用いるアナログ装置として構成することができる。このコントローラはディジタル信号プロセッサのようなディジタル装置やアナログ装置とディジタル装置の組合せ装置とすることもできる。
【実施例】
【００２５】
以下に、７０ワットのＨＩＤランプ１２を図５に示す所望電力スペクトルで駆動する本発明の電源１０の幾つかの実施例の動作を説明する。図５に示す所望電力スペクトルを達成するために、ランプ１２は、約２４％の変調指数及び約２５ｋＨｚの周波数で振幅変調され且つ１０ｍｓで４５ｋＨｚ−５５ｋＨｚの周波数掃引を有する振幅変調された被周波数掃引信号「Ｄ」により駆動される。これらのパラメータで発生される理論的合成入力信号「Ｄ」は、
Ｖ(t)＝Ａ(１＋ｍｃｏｓ(２πｆ1ｔ))ｃｏｓ(２πｆ(t)ｔ)
として表され、ここに、Ａは信号の振幅、ｍは変調指数、ｆ1は振幅変調周波数、ｆ(t)は時間の関数としての掃引周波数を表す。変調指数は被周波数掃引信号を変調する振幅から生じる全振幅の百分率変化である。ランプ抵抗は、ランプの寿命に亘る小さな変化を除けば、本質的に一定であり、従って以下の実施例の説明では一定であるものとする。
[実施例１]
【００２６】
図３は図５に示す典型的な所望の電力スペクトルを発生するアナログ対称ＰＷＭ制御装置として動作する電源１０の動作を示す。「三角波」と標記された信号はＰＷＭモジュール４０の内部で発生される信号である。「入力」と標記された信号は、ランプ１２に供給される所望の振幅変調された被周波数掃引波形「Ｄ」であって、三角波信号のピーク電圧の約半分に等しいＤＣレベルが付加される。この波形は信号発生器３８によって供給される波形であり、図１に信号「Ｂ」と表記されている。３角波信号の各サイクル中に、ＰＷＭモジュールの出力は、三角波信号が最初に入力信号に等しくなるとき「高」になり、入力信号が三角波信号より低くなるとき「低」になる。得られる信号は「出力」と標記され、図１には「Ｃ」と標記されている。
【００２７】
発生される最小パルス幅は三角波信号の最大値及び最小値に対する入力波形の最大値及び最小値により決まる。従って、入力信号の振幅Ａは使用しうるパルス幅の範囲を決定する。入力信号は三角波信号のピーク電圧の半分のＤＣレベルを有するため、平均パルス幅はＰＷＭ周期の５０％になり、ブリッジ出力はＤＣ項を含まない。従って、入力波形「Ｂ」の最大理論値はＡ（１＋ｍ）になる。しかし、実際のブリッジは実回路における立上り時間及び立下り時間のために０−１００％パルス幅変調で動作できないため、本例では実際に実現しうる１０−９０％変調範囲であるものとする。
【００２８】
２５０ｋＨｚ以上のＰＷＭ速度（三角波周波数）によれば、上記のアナログ対称ＰＷＭコントローラは、図５に示す所望電力スペクトルに密接に（即ち５％以内で）近似する供給電力スペクトルを供給するランプ駆動波形「Ｄ」を発生する。供給電力スペクトルの「余分の」成分の存在又は不在及び余分の周波数は選択した実際のＰＷＭ速度及びフィルタ／イグナイタ２８の動作周波数の関数である。
【００２９】
フィルタ／イグナイタ２８は多数の機能を実行するよう設計されたＬＣＣ装置とすることが考えられる。フィルタは正の増大抵抗を与えてランプ１２の負性抵抗をオフセットさせる。フィルタはブリッジ出力の所望の成分を維持しながら不所望な高周波数成分を減衰させる。フィルタはランプのランアップを許し、共振点弧を達成する。確立した技術に従った適切な設計によれば、ランプ１２に正しい電力スペクトルを与えるフィルタ／イグナイタ２８が達成される。
【００３０】
電源１０の動作中に、マイクロプロセッサ３６はパラメータＡ，ｍ，ｆ1及びｆ(t)の値を調整して供給電力スペクトルを連続的に更新して所望電力スペクトルと密接に一致する供給電力スペクトルを発生する。本発明の幾つかの実施例では、コントローラ１６が図7に示すような追加の処理を実行してランプ１２のランアップを許可するとともに最適振幅変調周波数ｆ1を選択するようにするのが望ましい。図７のプロセスでは、参考のためにここに含まれる米国特許出願０９／６２０，３５７に詳細に記載されているように、コントローラ１６はランアップの許可及び振幅変調周波数ｆ1の選択のためにｍの３つの予め決められた値を使用する。ランプ１２のランアップ中、パラメータｍの値はゼロ（ｍ＝０）に設定して、点弧及びランアップが被周波数掃引信号のみで実行されるようにする。ランアップに続いて、パラメータｍを小さな非ゼロ値，例えば０．０９以下に設定し、振幅変調周波数（ｆ1）が変調周波数の範囲に亘って増大するにつれてランプ電圧をモニタしてランプ動作が最適になる変調周波数（ｆss）を選択する。この最適周波数が決定されたら、ｍの値を定常状態動作値ｍssに設定し、実施例1では約ｍ＝０．２４である。
【００３１】
本発明のコントローラ１６におけるＰＷＭ出力信号「Ｃ」を連続的に変更する能力は所定の負荷及び動作条件に対し最適化された電力スペクトルの供給に大きなフレキシビリティを許容する。例えば、ｍの現在値を出力スペクトルから測定し、特定の動作条件に対するｍの所望値と比較することができる。次いでコントローラは電力スペクトルを調整してｍの測定値と所望値との差を最小にすることができる。コントローラ１６は、所望の電力スペクトルに密接に一致する電力スペクトルを供給するために、適用可能なパラメータの何れか又は全てを調整するようにプログラムする、及び／又は、必要に応じ、図7に示すような任意の追加の処理を実行するようにプログラムすることができる。
[実施例２]
【００３２】
図４は図５に示す典型的な所望電力スペクトルを発生するアナログ非対称ＰＷＭ制御装置として動作する電源１０の動作を示す。「ランプ波」と標記された信号はＰＷＭモジュール４０内で発生された信号である。「入力」と標記された信号はランプ１２に供給される所望の振幅変調された被周波数掃引波形「Ｄ」であって、ランプ波信号のピーク電圧の約半分のＤＣレベルが付加されている。これは信号発生器３８により供給される波形であり、図１に信号「Ｂ」と表記されている。ランプ波信号の各サイクル中に、ＰＷＭモジュールの出力は、ランプ波信号が最初に入力信号に等しくなるとき「高」になり、ランプ波信号がそのサイクルの終りでリセットするときに「低」になる。得られる信号は「出力」と標記され、図１には「Ｃ」と標記されている。
【００３３】
実施例１のアナログ対称コントローラと同様に、実施例２のアナログ非対称コントローラも約１０−９０％の最大実変調範囲で動作するものとみなせる。しかし、非対称アナログコントローラでは、上述した条件で７０ワットＨＩＤランプを駆動するとき、図５の所望電力スペクトルに密接に一致する供給電力スペクトルを達成するためにはＰＷＭ速度（ランプ波周波数）は幾分高い周波数（例えば３２５ｋＨｚ以上）にする必要がある。その他の点については、実施例１について上に記載したコメント及び説明が実施例２のアナログ非対称コントローラにも同様に有効に適用される。
[実施例３]
【００３４】
本発明の他の実施の形態では、ＰＷＭの全プロセスをディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）で実行するのが望ましく、このディジタル信号プロセッサを本質的に図１に示すアナログコントローラ１６と置き換えることができる。図６は図５に示す典型的な所望電力スペクトルを発生するディジタル対称ＰＷＭ制御装置の形態の電源１０の動作をアナログ対称ＰＷＭ装置の動作と比較して示す。
【００３５】
図６における「三角波」及び「アナログ入力」と標記された信号は実際にはディジタルＰＷＭコントローラには存在しないが、ＤＳＰにより実行される数学的計算を表す。このようなＤＳＰコントローラの場合、７０ワットＨＩＤランプを上述の条件で駆動するとき、図５の所望電力スペクトルと密接に一致する供給電力スペクトルを達成するためにはＤＳＰは約５００ｋＨｚ以上のＰＷＭ速度にする必要がある。その他の点については、実施例１について上に記載したコメント及び説明が実施例３のディジタル対称コントローラにも同様に有効に適用される。本発明の他の実施の形態では、ディジタル非対象コントローラにより所定の負荷及び動作条件に対して最適な設計解決を与えることができる。
【００３６】
以上，本発明を模範的実施例について説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく他の種々の変更や変形が可能である。
以上の説明から、本発明によれば、所望電力スペクトルに従来の方法及び電源より密接に一致する電力スペクトルを電気負荷に供給することができる。
本発明の範囲は添付の特許請求の範囲にのみ限定されず、等価の範囲に含まれる全ての変更も本発明の範囲に含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明装置の模範例のブロック図である。
【図２】本発明方法のフローチャートである。
【図３】アナログ対称ＰＷＭ制御を用いる本発明装置の動作を例示するグラフを示す図である。
【図４】アナログ非対称ＰＷＭ制御を用いる本発明装置の動作を例示するグラフを示す図である。
【図５】ＨＩＤランプを駆動する本発明の電源の典型的な電力スペクトルを例示するグラフを示す図である。
【図６】ディジタルＰＷＭ制御を用いる本発明装置の動作をアナログＰＷＭ制御を用いる本発明の装置の動作と比較して示す図である。
【図７】本発明によるＨＩＤランプへの入力信号のパルスを選択する方法のフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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