(57)【要約】ランプ用のＨＩＤランプ点灯装置は、ランプ出力部（９８）へ動作上接続される二次巻線（９６）へ誘導結合される一次巻線（９４）を備える変圧器と、ＤＣ電圧（１０２）と接合点（１０４）との間に動作上接続され、第１のスイッチ信号（１１２）に応答する第１のスイッチ回路（１００）と、接合点（１０４）とコモン（１２４）との間に動作上接続され、第２のスイッチ信号（１３２）に応答する第２のスイッチ回路（１２０）と、キャパシタ（１４２）と直列に動作上接続される一次巻線（９４）を備え、接合点（１０４）とコモン（１２４）との間に動作上接続されるＬＣタンク回路（１４０）とを有する。第１のスイッチ信号（１１２）は、第１のスイッチ回路（１００）及び第２のスイッチ回路（１２０）を閉じるよう第２のスイッチ（１３２）と交互に起こる。
2012523077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプ用の点灯装置であって：
前記ランプを受け入れるよう動作するランプ出力部へ動作上接続される二次巻線へ誘導結合される一次巻線を備える変圧器；
ＤＣ電圧と接合点との間に動作上接続され、第１のスイッチ信号に応答する第１のスイッチ回路；
前記接合点とコモンとの間に動作上接続され、第２のスイッチ信号に応答する第２のスイッチ回路；及び
キャパシタと直列に動作上接続される前記一次巻線を備え、前記接合点と前記コモンとの間に動作上接続されるＬＣタンク回路
を有し；
前記第１のスイッチ信号は、前記第１のスイッチ回路及び前記第２のスイッチ回路を閉じるよう前記第２のスイッチ信号と交互に起こる、点灯装置。
【請求項２】
レベルシフタは、タイミング信号に応答して前記第１のスイッチ信号及び前記第２のスイッチ信号を生成する、
請求項１に記載の点灯装置。
【請求項３】
タイマは前記タイミング信号を生成する、
請求項２に記載の点灯装置。
【請求項４】
前記一次巻線と並列に動作上接続される過渡電圧抑制部を更に有する、
請求項１に記載の点灯装置。
【請求項５】
前記二次巻線の両端に動作上接続され且つ前記ＤＣ電圧へ動作上接続される全波ブリッジを更に有する、
請求項１に記載の点灯装置。
【請求項６】
ＡＣ電力を前記ランプ出力部へ供給し且つ前記ＡＣ電力に応答して開回路電圧信号を生成するよう動作上接続されるランプ電源；及び
前記開回路電圧信号に応答するランプフィードバック回路
を更に有する、請求項１に記載の点灯装置。
【請求項７】
前記ランプフィードバック回路は、前記開回路電圧信号に応答してランプ動作状態信号を生成し、前記ランプ電源は、前記ランプ動作状態信号に応答して前記ＡＣ電力を第１の周波数と第２の周波数との間で切り換える、
請求項６に記載の点灯装置。
【請求項８】
レベルシフタは、タイミング信号に応答して前記第１のスイッチ信号及び前記第２のスイッチ信号を生成し；
前記ランプフィードバック回路は、前記開回路電圧信号に応答してタイミング信号を生成し；
前記レベルシフタは、前記タイミング信号に応答して、前記ＡＣ電力の極性が正であることを前記開回路電圧信号が示す場合に前記第１のスイッチ回路を閉じ；且つ
前記レベルシフタは、前記タイミング信号に応答して、前記ＡＣ電力の極性が負であることを前記開回路電圧信号が示す場合に前記第２のスイッチ回路を閉じる
請求項６に記載の点灯装置。
【請求項９】
レベルシフタは、タイミング信号に応答して前記第１のスイッチ信号及び前記第２のスイッチ信号を生成し；
前記ランプフィードバック回路は、前記開回路電圧信号に応答してタイミング信号を生成し；且つ
前記レベルシフタは、前記タイミング信号に応答して、前記開回路電圧信号が前記ＡＣ電力の零交差を示した後所定時間前記第１のスイッチ回路及び前記第２のスイッチ回路の一方を閉じる
請求項６に記載の点灯装置。
【請求項１０】
レベルシフタは、タイミング信号に応答して前記第１のスイッチ信号及び前記第２のスイッチ信号を生成し；
前記ランプフィードバック回路は、前記開回路電圧信号に応答してタイミング信号を生成し；
前記レベルシフタは、前記タイミング信号に応答して、前記ＡＣ電力の極性が正であることを前記開回路電圧信号が示した後所定時間前記第１のスイッチ回路を閉じ；且つ
前記レベルシフタは、前記タイミング信号に応答して、前記ＡＣ電力の極性が負であることを前記開回路電圧信号が示した後所定時間前記第２のスイッチ回路を閉じる
請求項６に記載の点灯装置。
【請求項１１】
ランプ用の点灯装置であって：
前記ランプを受け入れるよう動作するランプ出力部へ動作上接続される二次巻線へ誘導結合される一次巻線を備える変圧器；
キャパシタと直列に動作上接続される前記一次巻線を備え、接合点とコモンとの間に動作上接続されるＬＣタンク回路；及び
所定周波数でＤＣ電圧と前記コモンとの間で前記接合点を切り換える切換手段
を有する点灯装置。
【請求項１２】
前記一次巻線の両端電圧を所定電圧に制限する手段を更に有する、
請求項１１に記載の点灯装置。
【請求項１３】
前記一次巻線の両端電圧を所定電圧に制限する手段からエネルギを回収する手段を更に有する、
請求項１１に記載の点灯装置。
【請求項１４】
ＡＣ電力を前記ランプ出力部へ供給するよう動作上接続されるランプ電源；及び
前記ランプが起動動作にある場合には第１の周波数へ及び前記ランプが定常状態動作にある場合には第２の周波数へ前記ＡＣ電力を切り換える手段
を更に有する、請求項１１に記載の点灯装置。
【請求項１５】
前記切換手段は、前記ランプ出力部で点灯パルスを生成し、当該点灯装置は：
ＡＣ電力を前記ランプ出力部へ供給するよう動作上接続されるランプ電源；及び
前記点灯パルスと前記ＡＣ電力との間で同じ極性を保つ手段
を更に有する、請求項１１に記載の点灯装置。
【請求項１６】
ランプ用の点灯装置システムであって：
タイミング信号を生成するよう動作するタイマ；
前記タイミング信号に応答して第１のスイッチ信号及び第２のスイッチ信号を生成するレベルシフタ；
前記ランプを受け入れるよう動作するランプ出力部へ動作上接続される二次巻線へ誘導結合される一次巻線を備える変圧器；
ＤＣ電圧へ動作上接続されるカソードを有する第１のダイオードと並列に動作上接続され且つ前記第１のスイッチ信号に応答する第１のスイッチを備え、前記ＤＣ電圧と接合点との間に動作上接続される第１のスイッチ回路；
前記接合点へ動作上接続されるカソードを有する第２のダイオードと並列に動作上接続され且つ前記第２のスイッチ信号に応答する第２のスイッチを備え、前記接合点とコモンとの間に動作上接続される第２のスイッチ回路；及び
キャパシタと直列に動作上接続される前記一次巻線を備え、前記接合点と前記コモンとの間に動作上接続されるＬＣタンク回路
を有し；
前記第１のスイッチ信号は、前記第１のスイッチ回路及び前記第２のスイッチ回路を閉じるよう前記第２のスイッチ信号と交互に起こる、点灯装置システム。
【請求項１７】
前記一次巻線と並列に動作上接続される電圧リミッタを更に有する、
請求項１６に記載の点灯装置システム。
【請求項１８】
ＡＣ電力を前記ランプ出力部へ供給し且つ前記ＡＣ電力に応答して開回路電圧信号を生成するよう動作上接続されるランプ電源；及び
前記開回路電圧信号に応答するランプフィードバック回路
を更に有する、請求項１６に記載の点灯装置システム。
【請求項１９】
前記ランプフィードバック回路は、前記開回路電圧信号に応答してランプ動作状態信号を生成し、前記ランプ電源は、前記ランプ動作状態信号に応答して、前記ＡＣ電力を第１の周波数と第２の周波数との間で切り換える、
請求項１８に記載の点灯装置システム。
【請求項２０】
前記ランプフィードバック回路は、前記開回路電圧信号に応答してタイミング信号を生成し；
前記レベルシフタは、前記タイミング信号に応答して、前記ＡＣ電力の極性が正であることを前記開回路電圧信号が示す場合に前記第１のスイッチを閉じ；且つ
前記レベルシフタは、前記タイミング信号に応答して、前記ＡＣ電力の極性が負であることを前記開回路電圧信号が示す場合に前記第２のスイッチを閉じる
請求項１８に記載の点灯装置システム。
【請求項２１】
前記ランプフィードバック回路は、前記開回路電圧信号に応答してタイミング信号を生成し；且つ
前記レベルシフタは、前記タイミング信号に応答して、前記開回路電圧信号が前記ＡＣ電力の零交差を示した後所定時間前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチの一方を閉じる
請求項１８に記載の点灯装置システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の技術分野は、ランプ用の点灯回路、特に、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ用の点灯装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ、例えば、水銀蒸気、金属ハロゲン化物、高圧ナトリウム及び低圧ナトリウム光源等は、様々な照明タスクに使用されている。ＨＩＤランプは、電磁気又は電子バラストによって電気的に駆動可能である。ＨＩＤランプの抵抗は、ランプがオフであるときに大きく、従って、点灯回路からの大電圧が、ランプを起動するためにランプへ印加されなければならない。あいにく、従来の点灯回路は、多くの制限を提示する。
【０００３】
図１は、ＨＩＤランプ用の点灯装置の概略図である。点灯装置２０は、タイマ回路３０と、高電圧（ＨＶ）パルス回路４０とを備える。タイマ回路３０は一連の狭トリガ信号３２を生成し、それらの信号はＨＶパルス回路４０へ与えられる。ＨＶパルス回路４０は、トリガ信号３２に応答してランプ出力部４２でＨＶパルスを生成する。
【０００４】
動作において、ＨＶパルス回路４０におけるキャパシタＣ９は、抵抗器Ｒ５を介してＤＣバス電圧を充電する。狭トリガ信号３２がスイッチＺ４をオンするとき、キャパシタＣ９及び変圧器Ｌ３の一次巻線はＬＣタンク回路を形成する。電流は、一方向においてスイッチＺ４を通り、逆方向においてダイオードＤ８を通って移動することで、変圧器Ｌ３の一次巻線において発振する。変圧器Ｌ３はブースト変圧器であるから、発振電流は、ランプを点灯させるようランプ出力部４２でＨＶパルスを生成する。トリガ信号３２がスイッチＺ４をオフした後、キャパシタＣ９は抵抗器Ｒ５を介してＤＣバス電圧へと再び充電し、周期は繰り返すことができる。充電時間は、キャパシタＣ９が完全に充電することを可能にするよう、トリガパルスがスイッチＺ４をオンする時間よりも長い。
【０００５】
点灯装置２０における部品制限は、点灯装置２０により達成可能なパルス繰り返し率を制限する。キャパシタＣ９のキャパシタンスは、ランプ出力部４２でのＨＶパルスに所望の高電圧を与えるよう選択される。抵抗器Ｒ５の抵抗値は、どれくらい早くキャパシタＣ９が充電され得るのかを決定し、従って、高いパルス繰り返し率が望まれる場合には小さい抵抗が必要とされる。パルス繰り返し率は、キャパシタＣ９が一秒間で放電され得る回数として定義され、ＨＶパルス数に対応する。あいにく、高い繰り返し率は、前述の小さな抵抗器Ｒ５において、それが消費することができるよりも多くのエネルギを蓄える。従って、たとえ高いパルス繰り返し率（多くのＨＶパルス数）が、ランプを点灯させる際に、より有効であるとしても、抵抗器Ｒ５は、パルス繰り返し率を制限し且つダメージを回避するような大きさにされなければならない。従来の点灯回路は、一般的に、１キロヘルツ（ｋＨｚ）よりも低い繰り返し率に制限される。
【０００６】
また、従来の点灯回路は、パラメータ、例えば、リード長さ及び出力回路部品等のパラメータに関するランプ出力部での変動によっても影響を及ぼされる。かかる変動は、点灯パルス電圧を下げて、ランプを点灯させることを困難又は不可能にしうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の欠点を解消することができるＨＩＤランプ点灯装置を有することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様は、ランプ用の点灯装置であって、前記ランプを受け入れるよう動作するランプ出力部へ動作上接続される二次巻線へ誘導結合される一次巻線を備える変圧器と、ＤＣ電圧と接合点との間に動作上接続され、第１のスイッチ信号に応答する第１のスイッチ回路と、前記接合点とコモンとの間に動作上接続され、第２のスイッチ信号に応答する第２のスイッチ回路と、キャパシタと直列に動作上接続される前記一次巻線を備え、前記接合点と前記コモンとの間に動作上接続されるＬＣタンク回路とを有する点灯装置を提供する。前記第１のスイッチ信号は、前記第１のスイッチ回路及び前記第２のスイッチ回路を閉じるよう前記第２のスイッチ信号と交互に起こる。
【０００９】
本発明の他の態様は、ランプ用の点灯装置であって、前記ランプを受け入れるよう動作するランプ出力部へ動作上接続される二次巻線へ誘導結合される一次巻線を備える変圧器と、キャパシタと直列に動作上接続される前記一次巻線を備え、接合点とコモンとの間に動作上接続されるＬＣタンク回路と、所定周波数でＤＣ電圧と前記コモンとの間で前記接合点を切り換える切換手段とを有する点灯装置を提供する。
【００１０】
本発明の他の態様は、ランプ用の点灯装置システムであって、タイミング信号を生成するよう動作するタイマと、前記タイミング信号に応答して第１のスイッチ信号及び第２のスイッチ信号を生成するレベルシフタと、前記ランプを受け入れるよう動作するランプ出力部へ動作上接続される二次巻線へ誘導結合される一次巻線を備える変圧器と、ＤＣ電圧へ動作上接続されるカソードを有する第１のダイオードと並列に動作上接続され且つ前記第１のスイッチ信号に応答する第１のスイッチを備え、前記ＤＣ電圧と接合点との間に動作上接続される第１のスイッチ回路と、前記接合点へ動作上接続されるカソードを有する第２のダイオードと並列に動作上接続され且つ前記第２のスイッチ信号に応答する第２のスイッチを備え、前記接合点とコモンとの間に動作上接続される第２のスイッチ回路と、キャパシタと直列に動作上接続される前記一次巻線を備え、前記接合点と前記コモンとの間に動作上接続されるＬＣタンク回路とを有する。前記第１のスイッチ信号は、前記第１のスイッチ回路及び前記第２のスイッチ回路を閉じるよう前記第２のスイッチ信号と交互に起こる。
【００１１】
本発明の上記の及び他の特徴及び利点は、添付の図面とともに読まれる、目下好ましい時実施形態に係る以下の詳細な記載から更に明らかになるであろう。詳細な記載及び図面は、添付の特許請求の範囲及びその均等によって定義される本発明の技術的範囲を制限するのではなく、単に本発明の例示に過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＨＩＤランプ用の点灯装置システムの概略図である。
【図２】本発明に従うＨＩＤランプ用の点灯装置システムの概略図である。
【図３】Ａ〜Ｄは、本発明に従うＨＩＤランプ用の点灯装置に係る電圧トレースである。
【図４】Ａ及びＢは、本発明に従うＨＩＤランプ用の電圧リミッタを備えた点灯装置の概略図である。
【図５】本発明に従うＨＩＤランプ用のランプフィードバックを備えた点灯装置システムの概略図である。
【図６】Ａ及びＢは、本発明に従うＨＩＤランプ用のランプフィードバックを備えた点灯装置の電圧トレースである。
【図７】Ａ及びＢは、本発明に従うＨＩＤランプ用のパルス極性モード及び同期モードを用いるランプフィードバックを備えた点灯装置の電圧トレースである。
【図８】本発明に従うＨＩＤランプ用の点灯装置の他の実施形態に係る概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図２は、本発明に従うＨＩＤランプ用の点灯装置の概略図である。点灯装置システム６０は、タイマ７０と、レベルシフタ８０と、点灯装置９０とを備える。点灯装置９０における２つのスイッチは互いに交互にオンして、ＬＣタンク回路を交互に充電し放電し、高電圧（ＨＶ）点灯パルスをランプへ供給する。
【００１４】
点灯装置９０は、変圧器９２と、第１のスイッチ回路１００と、第２のスイッチ回路１２０と、ＬＣタンク回路１４０とを備える。変圧器９２は、二次巻線９６と誘導結合される一次巻線９４を備える。二次巻線９６は、ランプ（図示せず。）を受け入れるよう動作するランプ出力部９８へ動作上結合される。
【００１５】
一対のスイッチ回路は、ＬＣタンク回路が所定周波数でＤＣ電圧とコモンとの間で動作上接続される接合点を切り換える。レベルシフタ８０からの第１のスイッチ信号１１２は、レベルシフタ８０からの第２のスイッチ信号１３２と交互に起こり、第１のスイッチ１０６及び第２のスイッチ１２６を交互に閉じる。第１のスイッチ回路１００は、ＤＣ電圧１０２と接合点１０４との間に動作上接続される。第１のスイッチ回路１００は、第１のダイオード１０８と動作上並列接続される第１のスイッチ１０６を備える。第１のスイッチ１０６は、第１のスイッチ信号１１２に応答し、そして、第１のダイオード１０８の第１ダイオードカソード１１０は、ＤＣ電圧１０２へ動作上接続される。第２のスイッチ回路１２０は、接合点１０４とコモン１２４との間に動作上接続される。第２のスイッチ回路１２０は、第２のダイオード１２８と動作上並列接続される第２のスイッチ１２６を備える。第２のスイッチ１２６は、第２のスイッチ信号１３２に応答し、そして、第２のダイオード１２８の第２ダイオードカソード１３０は、接合点１０４へ動作上接続される。
【００１６】
ＬＣタンク回路１４０は、キャパシタ１４２と動作上直列接続される変圧器９２の一次巻線９４を備える。ＬＣタンク回路１４０は、接合点１０４とコモン１２４との間に動作上接続される。
【００１７】
タイマ７０は、レベルシフタ８０へ供給されるタイミング信号７２を生成する。レベルシフタ８０は、タイミング信号７２に応答して第１のスイッチ信号１１２及び第２のスイッチ信号１３２を生成する。第１のスイッチ信号１１２は、第２のスイッチ信号１３２と交互に起こり、第１のスイッチ１０６及び第２のスイッチ１２６を交互に閉じる。レベルシフタ８０は、ＩＲ２１０４Ｓハーフブリッジドライバ集積回路を備えることができる。一実施形態において、タイミング信号７２は、５０パーセントのデューティサイクルを有する方形波である。すなわち、タイミング信号７２は、半周期の間はハイであり、残り半周期の間はローである。タイマ７０は、５５５ａｌｔタイマ集積回路を備えることができる。
【００１８】
動作において、タイマ７０は、方形波タイミング信号７２をレベルシフタ８０へ供給し、レベルシフタ８０は、第１のスイッチ信号１１２及び第２のスイッチ信号１３２を夫々、第１のスイッチ１０６及び第２のスイッチ１２６へ供給する。最初に第１のスイッチ１０６が閉じられ、第２のスイッチ１２６が開いているときに、ＤＣ電圧１０２は接合点１０４及びＬＣタンク回路１４０へ印加される。ＬＣタンク回路１４０を流れる電流はキャパシタ１４２を充電するとともに、変圧器９２を介してランプにおいて点灯パルスを引き起こすよう発振する。電流は、交互に、一方向においてＤＣ電圧１０２から第１のスイッチ１０６を通り、そして、逆方向において第１のダイオード１０８を通って流れる。第２のスイッチ１２６は開いており、第２のダイオード１２８は、接合点１０４から第２のスイッチ回路１２０を介してコモン１２４への電流フローをブロックする。キャパシタ１４２は、ＤＣ電圧１０２の電圧へと充電する。
【００１９】
タイマ７０はタイミング信号７２の状態を変更し、レベルシフタ８０に第１のスイッチ信号１１２及び第２のスイッチ信号１３２の状態を逆転させる。これにより第１のスイッチ１０６は開き、第２のスイッチ１２６は閉じ、従って、接合点１０４はコモン１２４へ切り換えられる。ＬＣタンク回路１４０を流れる電流は、キャパシタ１４２の両端電圧を放電するとともに、変圧器９２を介してランプにおいて点灯パルスを引き起こすよう発振する。電流は、交互に、一方向において接合点１０４から第２のスイッチ１２６を通り、そして、逆方向において第２のダイオード１２８を通って流れる。第１のスイッチ１０６は開いており、第１のダイオード１０８は、ＤＣ電圧１０２から第１のスイッチ回路１００を介して接合点１０４への電流フローをブロックする。キャパシタ１４２は、ゼロへと放電する。
【００２０】
他の実施形態においては、点灯装置システム６０は、任意に、ランプ出力部９８での開回路電圧（ＯＣＶ）をモニタするＯＣＶフィードバック回路を備える。
【００２１】
図３Ａ〜Ｄは、本発明に従うＨＩＶ用の点灯装置に係る電圧トレースである。電圧トレースは、図２の点灯装置システムに関して測定される。一例において、点灯パルスは、図３Ｃ及び３Ｄに示されるように、約２ｋＨｚの周波数を有する約２．３キロボルト（ｋＶ）の電圧を有する。他の例においては、周波数は、図３Ａ及び３Ｂに示されるように、約４ｋＨｚ又は同様のものと同じ高さであってよい。達成可能な最大周波数は、タンク電流減衰時間によって制限され得る。第１のスイッチ回路１００は、第２のスイッチ回路１２０の電流がゼロへと減衰した後にオンされ、他方、第２のスイッチ回路１２０は、第１のスイッチ回路１００の電流がゼロへと減衰した後にオンされるので、理論上、最大周波数は１／（２Ｔｄｅｃａｙ）に等しい。一実施形態において、小さいインダクタが、電流変化率を制限するようＬＣタンク回路１４０と直列に、例えば、接合点１０４と変圧器９２の一次巻線９４との間に、配置されてよい。その小さいインダクタにおける電力損失は周波数とともに増大するので、小さいインダクタは幾つかの実施形態において最大周波数を制限することができる。
【００２２】
図３Ａは、ランプ出力部でのランプ両端の電圧トレースである。点灯パルスは、ランプバラストによって供給される、周期がより長い開回路電圧に重畳されている。図３Ｂは、ＬＣタンク回路におけるキャパシタ両端の電圧トレースである。電圧は、第１及び第２のスイッチがランプで点灯パルスを発生させるよう交互に開くので、最初は状態変化のたびに振動する。初期の発振ピークの後、キャパシタ両端の電圧は、ＤＣ電圧又はゼロへと交互に減衰する。図３Ｃ及び３Ｄは、ランプ出力部でのランプ両端の電圧トレースの拡大された時間スケールにおける詳細である。
【００２３】
図４Ａ及び４Ｂは、本発明に従うＨＩＤランプ用の電圧リミッタを備えた点灯装置の概略図であり、図２に示されるのと同じ構成要素に関しては同じ参照符号が付与されている。変圧器の一次巻線両端の電圧を所定電圧に制限することで、出力補償はリード長さや出力回路部品等の変動を無効にする。このことは、点灯パルスが変動にかかわらず十分であることを確かにする。
【００２４】
図４Ａを参照すると、点灯装置９０は電圧リミッタを更に有する。この実施形態において、電圧リミッタは、変圧器９２の一次巻線９４と動作上並列接続される過渡電圧抑制部（ＴＶＳ）１６０である。ＴＶＳ１６０は、一次巻線９４の両端電圧が所定電圧を超える場合に導通し、それにより、ランプ出力部９８での電圧は、所望値で一定のままである。所定値は、特定のＴＶＳを選択することによって、望まれる特定の用途のために、望まれるように選択されてよい。ＴＶＳ１６０は、ＴＶＳ１６０を流れる電流からのエネルギを熱として消費する。
【００２５】
図４Ｂを参照すると、点灯装置９０は電圧リミッタを更に有する。この実施形態において、電圧リミッタは全波ブリッジ１７０である。全波ブリッジ１７０は、三次巻線１７２により変圧器９２の一次巻線９４と並列に動作状態接続されるとともに、ＤＣ電圧１０２へ動作上接続される。全波ブリッジ１７０は、一次巻線９４の両端電圧が所定電圧を超える場合に導通し、それにより、ランプ出力部９８での電圧は、所望値で一定のままである。所定値は、一次巻線９４と三次巻線１７２との間の巻線比を選択することによって、特定の用途に望まれるように選択されてよい。全波ブリッジ１７０は、全波ブリッジ１７０を流れる電流からのエネルギをＤＣバスへ戻すので、エネルギは回収される。
【００２６】
電圧リミッタを備えた点灯装置のための部品を選択する際に、ランプ出力部において望まれる最長のリードワイヤ、又は等価キャパシタンスが特定される。ＬＣタンク回路におけるキャパシタのキャパシタンスは、ランプ出力部での点灯パルスの高さが最低の所望パルス高さ以上であるように選択される。次いで、ランプ出力部でのリードワイヤ又は等価キャパシタンスは、望ましい最短リードワイヤへ切り換えられ得る。電圧リミッタが導通する所定電圧は、ランプ出力部での点灯パルスの高さを最大の所望のパルス高さに制限する電圧として選択され得る。ＴＶＳに関し、電圧伝導値は、ＴＶＳデバイスを選択する際に特定され得る。全波ブリッジに関し、電圧伝導値は、ＬＣタンク回路における変圧器の一次巻線と三次巻線との間の巻線比を特定することによって、選択され得る。
【００２７】
図５は、本発明に従うランプフィードバックを備えた点灯装置システムの概略図であり、図２に示されるのと同じ構成要素に関しては同じ参照符号が付与されている。ランプフィードバックは、点灯パルスがランプへの開回路電圧と協働することを可能にする。ランプバラストは、周波数スイッチングモード、パルス曲線モード、及び／又は同期モードにおいて動作することができる。
【００２８】
図５を参照すると、ランプバラスト２００は、電力をランプ出力部９８にあるランプ２０２へ供給する。ランプバラスト２００は、点灯装置システム６０と、ランプ電源２１０と、ランプフィードバック回路２２０とを備え、点灯装置システム６０は、タイマ７０と、レベルシフタ８０と、点灯装置９０とを備える。ランプ電源２１０は、点灯の間及びその後に、ＡＣ電力２１２をランプ２０２へ供給する。一実施形態において、ＡＣ電力２１２は方形波である。他の実施形態においては、ＡＣ電力は正弦波である。ランプフィードバック回路２２０は、ランプ出力部９８からの開回路電圧（ＯＣＶ）信号２２２に応答して、ランプ電源２１０へ供給されるランプ動作状態信号２２６及び／又はレベルシフタ８０へ供給されるタイミング信号２２４を生成する。
【００２９】
動作において、周波数スイッチングモードでは、ランプフィードバック回路２２０は、ランプ２０２が起動動作又は定常状態動作のいずれであるかを判断するようＯＣＶ信号２２２をモニタし、ランプ２０２が起動動作にある場合にはＡＣ電力２１２の周波数を１つの周波数に設定し、ランプ２０２が定常状態動作にある場合にはＡＣ電力２１２の周波数を他の周波数に設定する。一実施形態において、周波数は、ランプが起動動作にある場合にはより低く、ランプが定常状態動作にある場合にはより高い。
【００３０】
起動動作の間、ＯＣＶ信号２２２は、ランプ２０２がオフであることを示し、すなわち、ＯＣＶはハイであり、ランプフィードバック回路２２０は、ランプがオフであることを示すランプ動作状態信号２２６を生成する。ランプ電源２１０は、ランプ動作状態信号２２６に応答して、ＡＣ電力２１２をより低い周波数へと設定する。ランプが定常状態動作にある場合には、ＯＣＶ信号２２２は、ランプ２０２がオンであることを示し、すなわち、ＯＣＶはローであり、ランプフィードバック回路２２０は、ランプ２０２がオンであることを示すランプ動作状態信号２２６を生成する。ランプ電源２１０は、ランプ動作状態信号２２６に応答して、ＡＣ電力２１２をより高い周波数へと設定する。周波数スイッチングモードを用いる一実施形態においては、ランプバラスト２００は、適切なＡＮＳＩ標準規格に従って動作する低周波方形波電子バラストである。
【００３１】
図６Ａ及び６Ｂは、本発明に従うＨＩＤランプ用の周波数スイッチングモードを用いるランプフィードバックを備えた点灯装置に係る電圧トレースである。図６Ａは、ランプが起動動作にある場合により低い周波数にあるＡＣ電力電圧の一例であり、図６Ｂは、ランプが定常状態動作にある場合により高い周波数にあるＡＣ電力電圧の一例である。周波数スイッチングモードは、ＡＣ電力の夫々の周期で起こる点灯パルスの数を決定するために使用され得る。電圧の振幅は、例示の明りょうさのために、実寸ではない。
【００３２】
図６Ａを参照すると、起動動作にあるランプのためのＡＣ電力電圧２５０は、半周期ごとに重畳される２つの点灯パルス２５２を有する、より低い周波数での方形波成分２５１を含む。図６Ｂを参照すると、定常状態動作にあるランプのためのＡＣ電力電圧２５４は、半周期ごとに重畳される１つの点灯パルス２５２を有する、より高い周波数での方形波成分２５５を含む。より低い周波数は、この例においては、より高い周波数の２分の１である。一実施形態において、より低い周波数は約７０Ｈｚであり、より高い周波数は約１４０Ｈｚであり、点灯パルスの周波数は２８０Ｈｚであり、点灯パルスの幅は１．０マイクロ秒よりも長く、点灯パルス電圧は約２．７ｋＶである。当業者には明らかなように、ＡＣ電力及び点灯パルスのためのパラメータは、特定の用途に望まれるように選択され得る。
【００３３】
図５を参照すると、動作において、パルス極性モードでは、ランプフィードバック回路２２０は、ＡＣ電力２１２の極性が正又は負のいずれであるかを判断するようＯＣＶ信号２２２をモニタし、ＡＣ電力２１２の極性と一致させるよう点灯パルスの極性を設定する。同じ極性のＡＣ電力及び点灯パルスを有することで、瞬時のＡＣ電力電圧が点灯パルス電圧に加えられて点灯の可能性が高められるので、ランプを点灯するための最大電圧が与えられる。
【００３４】
起動動作の間、ランプフィードバック回路２２０はＯＣＶ信号２２２をモニタする。瞬時ＯＣＶの極性が正であるとき、タイミング信号２２４は、レベルシフタ８０に、第１のスイッチ１０６を閉じ、第２のスイッチ１２６を開くよう指示する。従って、点灯パルスの最初の振幅は正である。これは、電力パルス電圧を瞬時ＯＣＶに加える。例えば、瞬時ＯＣＶが＋３００ボルトであり、点灯パルスにおける最初の振幅が＋２７００ボルトであるとき、ランプ２０２への、結果として得られる点灯電圧は＋３０００ボルトである。瞬時ＯＣＶの極性が負であるとき、タイミング信号２２４は、レベルシフタ８０に、第２のスイッチ１２６を閉じ、第１のスイッチ１０６を開くよう指示する。従って、点灯パルスにおける最初の振幅は負である。これは、瞬時ＯＣＶから電力パルス電圧を減じる。例えば、瞬時ＯＣＶが−３００ボルトであり、点灯パルスにおける最初の振幅が−２７００ボルトであるとき、ランプ２０２への、結果として得られる点灯電圧は−３０００ボルトである。当業者には明らかなように、パルス極性モードは、ＡＣ電力を方形波又は正弦波として供給するランプ電源を備えた点灯装置に使用され得る。同じ極性の瞬時ＯＣＶを点灯パルスに重畳する効果は図３において明らかである。すなわち、単一極性のＯＣＶ半周期に対する連続した点灯パルスの振幅は、ＯＣＶ及び点灯パルスが同じ極性であるときにより大きい振幅を有して、連続する点灯パルスの間で切り替わる。
【００３５】
図５を参照すると、パルス極性モードは、任意に、点灯パルスが所与の時点で起こるようＡＣ電力周期と同期する同期モードにおける動作を含むことができる。すなわち、同期モードは、パルス極性モードとは独立に使用され得る。起動動作の間、ランプフィードバック回路２２０は、零交差に関しＯＣＶ信号２２２をモニタする。ランプフィードバック回路２２０が零交差を検出した後、タイミング信号２２４は、レベルシフタ８０に、所定時間後に第１のスイッチ１０６及び第２のスイッチ１２６の状態を変化させるよう指示する。このように、点灯パルスは、ＯＣＶと同じ所望の極性を有し且つＡＣ電力周期における所望の時点で、起こる。ＡＣ電力２１２が方形波である場合には、所望の時点は、点灯パルスが方形波の安定した部分において起こるように、選択され得る。ＡＣ電力２１２が正弦波である場合には、所望の時点は、点灯パルスが、ランプ２０２への点灯パルス電圧を最大とするよう同じ極性の瞬時ＯＣＶのピークで起こるように、選択され得る。
【００３６】
図７Ａ及び７Ｂは、本発明に従うＨＩＶランプ用のパルス極性モード及び同期モードを用いるランプフィードバックを備えた点灯装置に係る電圧トレースである。図７Ａは、単一の同じ極性の点灯パルスがＯＣＶ半周期ごとに起こる、例えば電子ＨＩＶバラストによって供給される方形波としてのＡＣ電力の一例である。図７Ｂは、単一の同じ極性の点灯パルスがＯＣＶ半周期のピーク同期する、例えば電磁バラストによって供給される正弦波としてのＡＣ電力の一例である。
【００３７】
図８は、本発明に従うＨＩＤランプ用の点灯装置の他の実施形態に係る概略図である。ランプフィードバックは、点灯パルスがランプへの開回路電圧と協働することを可能にする。ランプバラストは、パルス極性モード及び／又は同期モードにおいて動作することができる。
【００３８】
ランプバラスト３００は、ランプ出力部３９８でランプ３０２へ電力を供給する。ランプバラスト３００は、点灯装置３９０と、ランプ電源３１０と、ランプフィードバック回路３２０とを備える。ランプ電源３１０は、点灯の間又はその後に、ＡＣ電力３１２をランプ３０２へ供給する。一実施形態において、ＡＣ電力３１２は、例えば電子ＨＩＶバラストによって供給される方形波である。他の実施形態においては、ＡＣ電力３１２は、例えば電磁バラストによって供給される正弦波である。ランプフィードバック回路３２０は、開回路電圧（ＯＣＶ）信号３２２に応答して、点灯装置３９０へ供給される第１のスイッチタイミング信号３１２及び第２のスイッチタイミング信号３３２を交互に生成する。
【００３９】
点灯装置３９０は、第１のスイッチ３０６と、第２のスイッチ３２６と、センタータップ変圧器３９２とを備える。センタータップ変圧器３９２の一次巻線３９４のセンタータップは、ＡＣ電圧３０２へ動作上接続され、一次巻線３９４の端部は、夫々第１のスイッチ３０６及び第２のスイッチ３２６を介してコモン３２４へ動作上接続される。第１のスイッチ３０６は、第１のスイッチタイミング信号３１２に応答し、第２のスイッチ３２６は、第２のスイッチタイミング信号３３２に応答する。第１のスイッチ３０６及び第２のスイッチ３２６は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタ、又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）であってよい。ランプ３０２は、センタータップ変圧器３９２の二次巻線３９６を介してランプ電源３１０へ動作上接続される。
【００４０】
起動動作の間、ランプフィードバック回路３２０は、ＯＣＶ信号３２２をモニタする。パルス極性モードにおける動作のために、瞬時ＯＣＶが正であるとランプフィードバック回路３２０が判断した場合に、第１のスイッチタイミング信号３１２は、第１のスイッチ３０６に閉じるよう指示し、第２のスイッチタイミング信号３３２は、第２のスイッチ３２６に開いたままであるよう指示する。一次巻線３９４を流れる電流は、瞬時ＯＣＶと同じ正の極性の点灯パルスを発生させる。瞬時ＯＣＶが負であるとランプフィードバック回路３２０が判断した場合には、第２のスイッチタイミング信号３３２は、第２のスイッチ３２６に閉じるよう指示し、第１のスイッチタイミング信号３１２は、第１のスイッチ３０６に開いたままであるよう指示する。一次巻線３９４を流れる電流は、瞬時ＯＣＶと同じ負の極性の点灯パルスを発生させる。
【００４１】
起動動作の間の同期モードにおける動作のために、ランプフィードバック回路３２０は、零交差に関しＯＣＶ信号３２２をモニタする。ランプフィードバック回路３２０は、ランプフィードバック回路３２０が零交差を検出した後所定時間第１のスイッチ３０６又は第２のスイッチ３２６のいずれか一方を閉じるよう指示する。ランプフィードバック回路３２０は、正の点灯パルスを生成するよう第１のスイッチ３０６に閉じるよう指示する第１のスイッチタイミング信号３１２を生成する。ランプフィードバック回路３２０は、負の点灯パルスを生成するよう第２のスイッチ３２６を閉じるよう指示する第２のスイッチタイミング信号３３２を生成する。所定時間は、点灯パルスがＡＣ電力３１２における所望の点と同期するように、選択され得る。同期モードは、ＡＣ電力における所望の点と同期する、ＡＣ電力と同じ極性の点灯パルスを生成するために、パルス極性モードとともに使用され得る。上述された図７Ａ及び７Ｂは、パルス極性モード及び同期モードにおける動作に係る例となる電圧トレースを提供する。
【００４２】
ここで開示される本発明の実施形態は現在のところ好ましいと考えられているが、様々な変更及び変更が、本発明の技術的範囲を外れることなしに行われてよい。例えば、当業者には明らかなように、トランジスタの以外のスイッチが、特定の用途に望まれるように使用されてよい。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲において示され、均等の意味及び範囲になる全ての変更は、その中に包含されるよう意図される。
【図１】
2012523077.tif 000003
【図２】
2012523077.tif 000004
【図３Ａ−３Ｄ】
2012523077.tif 000005
【図４Ａ】
2012523077.tif 000006
【図４Ｂ】
2012523077.tif 000007
【図５】
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【図６Ａ−６Ｂ】
2012523077.tif 000009
【図７】
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【図８】
2012523077.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成23年10月18日(2011.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプ用の点灯装置であって：
前記ランプを受け入れるよう動作するランプ出力部へ動作上接続される二次巻線へ誘導結合される一次巻線を備える変圧器；
ＤＣ電圧と接合点との間に動作上接続され、第１のスイッチ信号に応答する第１のスイッチ回路；
前記接合点とコモンとの間に動作上接続され、第２のスイッチ信号に応答する第２のスイッチ回路；及び
キャパシタと直列に動作上接続される前記一次巻線を備え、前記接合点と前記コモンとの間に動作上接続されるＬＣタンク回路
を有し；
前記第１のスイッチ信号は、前記ＬＣタンク回路の共振周波数よりも実質的に低い周波数で前記第１のスイッチ回路及び前記第２のスイッチ回路を閉じるよう前記第２のスイッチ信号と交互に起こり、前記第１のスイッチ回路は、前記キャパシタを前記ＤＣ電圧へと充電するよう構成され、前記第２のスイッチ回路は、前記キャパシタが前記ＬＣ回路を介して放電することを可能にするよう構成され、前記共振周波数で前記ＬＣタンク回路において減衰発振を引き起こす、点灯装置。
【請求項２】
前記一次巻線と並列に動作上接続される過渡電圧抑制部を更に有する、
請求項１に記載の点灯装置。
【請求項３】
前記二次巻線の両端に動作上接続され且つ前記ＤＣ電圧へ動作上接続される全波ブリッジを更に有する、
請求項１に記載の点灯装置。
【請求項４】
ＡＣ電力を前記ランプ出力部へ供給し且つ前記ＡＣ電力に応答して開回路電圧信号を生成するよう動作上接続されるランプ電源；及び
前記開回路電圧信号に応答するランプフィードバック回路
を更に有する、請求項１に記載の点灯装置。
【請求項５】
前記ランプフィードバック回路は、前記開回路電圧信号に応答してランプ動作状態信号を生成し、前記ランプ電源は、前記ランプ動作状態信号に応答して前記ＡＣ電力を第１の周波数と第２の周波数との間で切り換える、
請求項４に記載の点灯装置。
【請求項６】
レベルシフタは、タイミング信号に応答して前記第１のスイッチ信号及び前記第２のスイッチ信号を生成し；
前記ランプフィードバック回路は、前記開回路電圧信号に応答してタイミング信号を生成し；
前記レベルシフタは、前記タイミング信号に応答して、前記ＡＣ電力の極性が正であることを前記開回路電圧信号が示す場合に前記第１のスイッチ回路を閉じ、次いで、前記減衰発振を引き起こすよう前記第２のスイッチ回路を閉じ；且つ
前記レベルシフタは、前記タイミング信号に応答して、前記ＡＣ電力の極性が負であることを前記開回路電圧信号が示す場合に前記第２のスイッチ回路を閉じ、次いで、前記減衰発振を引き起こすよう前記第１のスイッチ回路を閉じる
請求項４に記載の点灯装置。
【請求項７】
レベルシフタは、タイミング信号に応答して前記第１のスイッチ信号及び前記第２のスイッチ信号を生成し；
前記ランプフィードバック回路は、前記開回路電圧信号に応答してタイミング信号を生成し；且つ
前記レベルシフタは、前記タイミング信号に応答して、前記開回路電圧信号が前記ＡＣ電力の零交差を示した後所定時間前記第１のスイッチ回路及び前記第２のスイッチ回路の一方を閉じる
請求項４に記載の点灯装置。
【請求項８】
レベルシフタは、タイミング信号に応答して前記第１のスイッチ信号及び前記第２のスイッチ信号を生成し；
前記ランプフィードバック回路は、前記開回路電圧信号に応答してタイミング信号を生成し；
前記レベルシフタは、前記タイミング信号に応答して、前記ＡＣ電力の極性が正であることを前記開回路電圧信号が示した後所定時間前記第１のスイッチ回路を閉じ；且つ
前記レベルシフタは、前記タイミング信号に応答して、前記ＡＣ電力の極性が負であることを前記開回路電圧信号が示した後所定時間前記第２のスイッチ回路を閉じる
請求項４に記載の点灯装置。
【請求項９】
ランプ用の点灯装置であって：
前記ランプを受け入れるよう動作するランプ出力部へ動作上接続される二次巻線へ誘導結合される一次巻線を備える変圧器；
キャパシタと直列に動作上接続される前記一次巻線を備え、接合点とコモンとの間に動作上接続されるＬＣタンク回路；及び
前記キャパシタをＤＣ電圧へと充電し、次いで、前記キャパシタが前記ＬＣタンク回路を介して放電することを可能にして、前記ＬＣタンク回路の共振周波数で該ＬＣタンク回路において減衰発振を引き起こすように、前記ＬＣタンク回路の前記共振周波数よりも実質的に低い所定周波数で前記ＤＣ電圧と前記コモンとの間で前記接合点を切り換えるスイッチ回路
を有する点灯装置。
【請求項１０】
前記スイッチ回路は、前記ランプ出力部で点灯パルスを生成し、当該点灯装置は：
ＡＣ電力を前記ランプ出力部へ供給するよう動作上接続されるランプ電源；及び
前記点灯パルスと前記ＡＣ電力との間で同じ極性を保つ手段
を更に有する、請求項９に記載の点灯装置。
【請求項１１】
ランプ用の点灯装置システムであって：
タイミング信号を生成するよう動作するタイマ；
前記タイミング信号に応答して第１のスイッチ信号及び第２のスイッチ信号を生成するレベルシフタ；
前記ランプを受け入れるよう動作するランプ出力部へ動作上接続される二次巻線へ誘導結合される一次巻線を備える変圧器；
ＤＣ電圧へ動作上接続されるカソードを有する第１のダイオードと並列に動作上接続され且つ前記第１のスイッチ信号に応答する第１のスイッチを備え、前記ＤＣ電圧と接合点との間に動作上接続される第１のスイッチ回路；
前記接合点へ動作上接続されるカソードを有する第２のダイオードと並列に動作上接続され且つ前記第２のスイッチ信号に応答する第２のスイッチを備え、前記接合点とコモンとの間に動作上接続される第２のスイッチ回路；及び
キャパシタと直列に動作上接続される前記一次巻線を備え、前記接合点と前記コモンとの間に動作上接続されるＬＣタンク回路
を有し；
前記第１のスイッチ信号は、前記ＬＣタンク回路の共振周波数よりも実質的に低い周波数で前記第１のスイッチ回路及び前記第２のスイッチ回路を閉じるよう前記第２のスイッチ信号と交互に起こり、前記第１のスイッチ回路は、前記キャパシタを前記ＤＣ電圧へと充電するよう構成され、前記第２のスイッチ回路は、前記キャパシタが前記ＬＣ回路を介して放電することを可能にするよう構成され、前記共振周波数で前記ＬＣタンク回路において減衰発振を引き起こす、点灯装置システム。
【請求項１２】
前記一次巻線と並列に動作上接続される電圧リミッタを更に有する、
請求項１１に記載の点灯装置システム。
【請求項１３】
ＡＣ電力を前記ランプ出力部へ供給し且つ前記ＡＣ電力に応答して開回路電圧信号を生成するよう動作上接続されるランプ電源；及び
前記開回路電圧信号に応答するランプフィードバック回路
を更に有する、請求項１１に記載の点灯装置システム。
【請求項１４】
前記ランプフィードバック回路は、前記開回路電圧信号に応答してタイミング信号を生成し；
前記レベルシフタは、前記タイミング信号に応答して、前記ＡＣ電力の極性が正であることを前記開回路電圧信号が示す場合に前記第１のスイッチを閉じ、次いで、前記減衰発振を引き起こすよう前記第２のスイッチ回路を閉じ；且つ
前記レベルシフタは、前記タイミング信号に応答して、前記ＡＣ電力の極性が負であることを前記開回路電圧信号が示す場合に前記第２のスイッチを閉じ、次いで、前記減衰発振を引き起こすよう前記第１のスイッチ回路を閉じる
請求項１３に記載の点灯装置システム。
【請求項１５】
前記ランプフィードバック回路は、前記開回路電圧信号に応答してタイミング信号を生成し；且つ
前記レベルシフタは、前記タイミング信号に応答して、前記開回路電圧信号が前記ＡＣ電力の零交差を示した後所定時間前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチの一方を閉じる
請求項１３に記載の点灯装置システム。
【国際調査報告】
2012523077.tif 000012
2012523077.tif 000013
2012523077.tif 000014