JP2001505360A - 高輝度放電ランプ用バラスト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 高輝度放電ランプ用のバラストが開示され、このランプは信号内に非対称を検出することで音響共振不安定性の始まりを検出し、上記不安定性が無い場合、信号は対称である。ＡＣ供給リップル電圧は、通例ランプ電流に存在し、音響共振が無い場合、対称を示し、音響共振の始まりで実質的に非対称となる。このリップル電圧において各々半サイクル時間を測定することで、このリップル電圧における非対称が容易に、且つ直ちに検出され、ランプ電流の動作周波数は、共振が視覚的に現れるフリッカを製造する前に変化する。

Description

【発明の詳細な説明】 高輝度放電ランプ用バラスト 技術分野 本発明は、高輝度放電ランプの制御に関する。特に、音響共振の不安定性によ り起こるフリッカを最小にするようにバラストの設計を取り組む。 背景技術 高圧アーク放電ランプを駆動することは、アーク放電管の内側に定在する圧力 波を製造し、この放電管は乱雑な放電となる。この乱雑な放電が光出力の煩わし いフリッカを生じる。このランプがアークの不安定性を引き起こすことなく駆動 する一定の周波数範囲が存在する。電気バラストは、この無音響共振窓内に動作 するよう設計される。しかしながら、ランプの経年変化に連れて及びまだわから ない他の理由のために、音響共振の不安定性がこの窓内に不規則に発生する。 従来では、音響共振が起こりそうな動作周波数が計算され、バラストがこれら 周波数での動作を避けるように設計される。しかしながら、このような設計は、 特定のランプの物理的特性に深く依存し、ランプの経年変化又は異なる環境条件 にさらされることによるこれら特性の変化に同様に依存する。 ヨーロッパ特許公開第EP-A-0708579号は、初期試験段階の使用を開示してあり 、この段階おいて、動作する周波数が範囲内で変化し、このランプは、各周波数 で静止及び安定した動作に対し監視される。この試験段階の完了後、ランプはこ の試験段階中の静止及び安定した動作を供給する多数の連続周波数で形成される 窓内に動作するよう設定される。この試験段階は、ランプの各始動で開始され、 これによってランプの経年処理によって発生する不安定な動作を調節する。この 試験段階中に、このランプは音響共振が生じる周波数で動作し、これは視覚的に 乱れるフリッカを誘発する。 音響共振がランプ電圧及び／又は電流における変化の原因となると認識する場 合、米国特許第5,569,984号が周波数の期間に関するランプの特性、例えばその コンダクタンスのサンプリングを開示し、動作周波数をその特性における偏差の 最小量を示す前記周波数に設定する。このサンプリングは初期始動中及び前記ラ ンプが安定状態にあるときの両方で行われる。 これら実施の各々において、適当な動作周波数は、色々な周波数でランプを適 当に動作することで決定され、その中の幾つかは音響共振を誘発し、サンプリン グ期間、即ち試験期間中に音響共振を起こさないこれらの間から適切な動作周波 数を選択する。 発明の開示 本発明の目的は、不安定性の始まりを検出することで音響共振の不安定性を回 避し、この不安定性が視覚的に煩わしいフリッカを生じる前に動作する周波数を 調節する手段を提供することである。 音響共振を誘発する周波数での動作の確度を最小にする試みの他に、本発明に 従う装置は、音響共振の開始まで所与の周波数で動作し、他の周波数にスイッチ する。しかしながら、効果的となるために、好ましい実施例は、音響共振が視覚 的に乱れるフリッカを生じる前に検出し、スイッチが起こるようにする。 音響共振の不安定性の始まりは、ランプ電圧に現れる特性信号の対称性を測定 することで検出される。ランプが安定状態であるとき、この特性信号は対称であ る。不安定性の始まりで、この特性信号は歪められ、非対称となる。この特徴的 な対称信号の選択されたパラメタを測定することによって、不安定性の始まりは 、このパラメタの非対称性が現れるとすぐに検出される。好ましい実施例におい て、ランプを介して伝播するＡＣラインリップル電圧がこの特性信号を有し、こ のＡＣリップル電圧信号の各半サイクル時間は、対称−非対称検出パラメタを形 成する。安定期間中、つまり無音響共振中、ＡＣラインリップル電圧の各半サイ クル時間は実質的に等しく、周期的である。音響共振の始まりで、各半サイクル 時間は、子測される時間との相当な差があり、互いに異なることになる。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明に係る高輝度放電ランプ用の高周波電気バラストのブロック 図を示す。 第２図は、安定及び不安定なランプの条件下でリップル電圧を表すタイミング 図を示す。 第３図は、本発明のもう一つの実施例に係る高輝度放電ランプ用の高周波電気 バラストのブロック図を示す。 第４図は、本発明に係る音響共振検出装置及び制御装置に対する回路図を示す 。 発明を実施するための最良の形態 第１図は、高輝度放電ランプ(HID lamp)用の高周波電気バラストの好ましい実 施例のブロック図を示す。ランプ９は共振点火装置３によって点火され、この共 振点火装置は、限定はしないが、ハーフブリッジ回路２のようなブリッジ回路か らそれの励起電圧及び電流が入力される。この技術分野において一般的であるよ うに、ハーフブリッジ回路２は、共振点火装置を励起させる高周波信号２０の発 生を制御する制御信号４０によってトリガされる。この信号２０の周波数、加え てランプ９への合成電流３０が制御信号４０によって決定される。ＤＣ電圧１０ は、コンバータ１によりハーフブリッジ回路２に送られ、この電圧はＡＣライン 供給７から得られる。ＤＣ電圧１０は、ＡＣライン供給の残りをリップル電圧の 形態で、通例ライン供給周波数を２度含む。このリップル電圧はハーフブリッジ 回路２及び共振点火装置３を通って伝播し、前記ランプに供給される電流３０に 現れる。 好ましい実施例において、制御信号４０はマイクロプロセッサ制御装置４によ って供給される。上述のように、動作する周波数は、この制御信号４０によって 決定される。この動作する周波数がランプ９に定在波を生成する場合、このラン プは視覚的に煩わしいフリッカを生成する。よって、この制御装置の機能は、定 在波の生成を防止することである。本発明に従い、この防止は、ランプ電流３０ 内のリップル電流に非対称を検出することで生じる。第２図に示されるように、 信号２１０で表される安定条件下でのリップル電圧は、対称的である。この対称 性は、時間ドメイン及び電圧振幅ドメインに反映され、各半サイクルは同程度の 時間を消費し、各半サイクルでのピーク振幅は、等しい大きさである。Ｔ１，Ｔ ２及びＴ３に示される、零交点２１１，２１２及び２１３の間の時間は等しい。 信号２２０で表されるように、不安定性の始まりがリップル電圧に歪みをもたら す。即ち、この歪みが、バイアス又は周波数若しくはそれら両方にシフトとして 表示される。示されるように、零交点２２１，２２２及び２２３は、等間隔で起 きない。Ｔ２’は、Ｔ１’よりも短く、これら両方はＴ３’よりも短い。 電流センサ１９は、ランプ電流３０に比例するセンサ電流３０’を生じさせる 。これはリップル電圧に比例する信号を含んでいる。この信号３０’は帯域通過 フィルタ及び第１図の事象検出装置５に供給される。これらフィルタ及び検出装 置５は２つの機能を行う。フィルタ部は相対的に低い周波数リップル電圧を高周 波ランプ電流から分離し、検出装置部は時間に関し対称となりうる事象の発生を 検出する。好ましい実施例において、低周波数リップル電圧の零交点は、対称的 事象として用いられる。これらフィルタ及び検出装置５は、センサ電流３０’の リップル電圧成分の零交点（２１１，２１２等）の発生と対応する信号５１を製 造する。この信号５１を用いて、制御装置４はこれら零交点の各々の間の時間（ Ｔ１，Ｔ２等）を測定する。各々測定される半サイクル時間は、非対称の発生を 決定する予測される時間値と比較される。例えば、このリップル電圧が１００Ｈ ｚの周波数を持つことがわかっている場合、第２図における周期Ｐは１０ミリ秒 である。各々測定される半サイクルＴ１，Ｔ２，Ｔ３等は、時間を５ミリ秒にす べきである。この予測される値からの相当な変化は、音響共振の始まりの表示で ある。代わりとして、各半サイクル時間（例えばＴ２，Ｔ３）は、先行する半サ イクル時間（それぞれＴ１，Ｔ２）と比較される。これによって、リップル電圧 周期Ｐを事前に知る必要は無くなる。連続する半サイクル時間の間の相当な差は 、音響共振の始まりの表示である。 完璧にするために、第１図にランプ電流検出装置６も示す。この検出装置から の出力６１は、制御装置４に供給される。この信号６１は、例えば、ランプが実 際に点火するときを決定するのに制御装置４で用いられる。この決定は、ランプ が実際に点火した後まで、本発明に開示される音響共振防止技術の動作を禁止す るのに使用され、これによって開示される音響共振防止技術から妨害されること なく、点火シーケンスの実施を許容する。 第４図は、本発明の好ましい実施例に従う帯域通過フィルタ及び事象検出装置 、ランプ電流検出装置並びに制御装置に関する回路図を示す。第１図及び４図に おいて同じ数字で示される部品、信号及び素子は、構成及び動作において同じで ある。低域通過フィルタ５４は、センサランプ電流３０’から検出信号５９を分 離する。この検出信号５９は、好ましい実施例において、センサ電流３０’にお いて幾らかはリップル電圧成分である。上述されるように、このリップル電圧は 、典型的に二度１２０Ｈｚ又は１００Ｈｚの一方であるＡＣライン供給周波数に なり、慣例的な帯域通過フィルタの設計技術を用いて、よって低域通過フィルタ を持つ部品を選択する。零交点検出装置ブロック５５は、検出信号５９から矩形 波出力５１を製造するように設計される。矩形波出力のHighからLow及びLowから Highへの各推移が検出信号５９の零交点の境界を定める。この矩形波信号はマイ クロプロセッサ４５に供給される。この技術が一般的である技術を用いることで 、マイクロプロセッサ４５は、矩形波５１のそれぞれHigh-Low及びLow-Highの推 移する時間を測定する。これによって、検出信号５９の各半サイクル時間を測定 し、始まりが無い場合は、音響共振はＡＣ供給からリップル電圧の周期の半分に 等しくすべきである。測定時間がリップル電圧周期の半分よりもかなり異なる場 合、即ちかなりの非対称性が連続する半サイクルの測定間に存在する場合、この マイクロコントローラ４５は、ランプの動作周波数を変更するために、制御信号 ４０を修正する。 零交点検出装置は、このような検出装置が比較的容易、且つ安価であるので、 好ましい実施例において利用可能である。しかしながら、本発明の精神及び目的 内において、当業者には一般的である、他の事象検出手段は、時間ドメインにお いて非対称を決定するのに用いられる。信号５１及び制御装置４の機能は、連続 する事象間の時間を測定することであり、ここにおいて、これらの時間は、音響 共振が無い場合、周期的パターン、即ち対称性を示すことが知られ、音響共振の 始まりで、これらの時間は、歪み、即ち非対称を示すことが知られている。本発 明と一致して、リップル電圧とは異なる上記対称−非対称特性を持つ検出信号は 、制御装置４、即ち他の回路によって製造され、共振点火装置３の前又は後ろの ランプ電流に意図的に加えられる。 本発明に対応して、他の検出手段は、事象の発生する時間のほかに検出信号の 他の対称パラメタを測定する手段を有する。リップル電圧の各ピークの振幅は、 例えば音響共振が無い場合は対称であり、音響共振の始まりでは非対称である。 第３図の構成は、検出装置５’が零交点検出装置ではなく、電圧レベル測定装置 であることを除いて第１図の構成と同じである。第１図及び３図に同じ数字で示 される部品、信号及び素子は、構成及び動作に関し同じである。第２図に示され るように、音響共振の無い場合、電圧のピークＶ１，Ｖ２及びＶ３は、零電圧軸 に対して等しい大きさを持つ。検出装置５’からの信号５１’は、幾らかはこれ らピーク電圧レベルである。音響共振のオンセットで、電圧のピークＶ１’，Ｖ ２’及びＶ３’は、実質的に変化し、信号５１’によって制御装置４に伝えられ る。半サイクルのピーク電圧における相当の変化が音響共振の始まりを示す。代 わりに、零の基準電圧ラインを中心とするリップル電圧を仮定すると、２つの連 続する半サイクルピークの平均代数値は、各半サイクルでの信号５１’で測定さ れるように、零にすべきである。この平均電圧における零との相当な差が音響共 振の始まりを示す。対称及び非対称を検出するこれら及び他の技術は、従来技術 として公知であり、本発明の精神及び範囲内である。 更に本発明に対応して、フィルタ及び事象検出装置５、即ちフィルタ及び電圧 検出装置５’の機能は、当業者には一般的であるデジタルフィルタリング技術を 用いて、マイクロプロセッサ制御装置４内で実行される。 第１図における好ましい実施例の動作は、更に以下のように詳述される。制御 装置４は、無音響共振周波数の帯域内の動作周波数に対する信号４０を製造する 。ランプがこの周波数で動作するとき、この制御装置は、上述されるように、リ ップル電圧の各々の半サイクル時間を監視する。各々の半サイクル時間は、ラン ダムノイズが原因で予測される以上によって予測値とは異なる場合、例えば時間 と予測値との間の差がしきい値を越える場合、信号４０は動作する周波数を変化 させるために調節される。典型的に、この周波数の変化は、無音響共振帯域の上 方境界に達するまで一定量で増加し、下方境界に循環し戻されるか、又は実質的 にこの下方境界に達するまで一定量で減少するかことである。代わりとして、事 前に定められた周波数の組が、マイクロプロセッサ４に関連するメモリに記憶さ れ、 循環され又はランダムに選択される。如何なる数の手段も当業者には明白である ように、新しい動作周波数を選択するのに用いることも可能である。 不安定度の始まりの検出がリップル電圧の１つ又は２つの半サイクル内に収容 され、周波数の変化が次の半サイクル内に生じる。よって、本発明に従い、先行 する動作周波数での音響共振時間がリップル電圧の２つのサイクルよりも少ない 。このリップル電圧周波数は、通例アメリカでは１２０Ｈｚであり、ヨーロッパ では１００Ｈｚである。従って、フリッカの時間は、あるのならば、２０ミリ秒 よりも小さく、よって視覚的に現れない。 本発明に従って、音響共振の始まりと視覚的に現れるフリッカの発生との間に 十分な時間が利用可能である場合、検出信号の付加処理が装置のノイズの無感応 性を改善、即ち音響共振の誤り決定の確度を最小にする。例えば、音響共振の始 まりだと断言するのに用いられる基準は、３又は４つの測定される一列の非対称 な半サイクルのような多数の非対称な半サイクルの検出である。リップル電圧の ２又は３つのサイクルが音響共振の始まりのこのより保守的な決定を必要とする が、音響共振の始まりからの２又は３つのサイクル時間は、通例視覚的に明らか なフリッカを製造するのに十分である。 前述したものは、本発明の原理を単に述べたものである。当業者にとって、こ こに明白に開示又は示さなくても、本発明の原理を具体化し、本発明の精神及び 範囲である様々な装置を案出することが可能であることは明白である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．高輝度放電ランプ用のバラストであり、このバラストは、前記ランプ用の動 作周波数を持つ動作電圧を生成する手段、前記動作周波数を調節する手段、音 響共振が無い場合は対称であり、音響共振の始まりで非対称である検出信号を 検出する手段、及び前記非対称を検出する手段を有し、前記動作周波数が前記 非対称の検出に依存して調節されることを特徴とするバラスト。 ２．請求項１に記載のバラストにおいて、前記検出信号がＡＣ供給電圧から得ら れるリップル電圧であることを特徴とするバラスト。 ３．請求項１又は２に記載のバラストにおいて、前記検出信号は特定の基準電圧 を介して周期的に推移し、前記非対称を検出する前記手段は、前記特定の基準 電圧を介して前記推移間の時間を測定する手段を有することを特徴とするバラ スト。 ４．請求項１又は２に記載のバラストにおいて、前記検出信号は特定の基準電圧 を介して周期的に推移し、前記非対称を検出する前記手段は、前記検出信号が 前記特定の基準電圧と異なる程度を測定する手段を有することを特徴とするバ ラスト。 ５．請求項３又は４に記載のバラストにおいて、前記検出信号は音響共振が無い 場合は最小電圧レベルと最大電圧レベルとの間で変化し、前記特定の基準電圧 は前記最小電圧レベルと前記最大電圧レベルとの中間点であることを特徴とす るバラスト。 ６．請求項３又は５に記載のバラストにおいて、前記非対称を検出する前記手段 は更に、前記特定の基準電圧を介して前記推移間の第１及び第２時間を測定す る手段を有し、前記非対称の前記検出は、前記第１時間と第２時間との間の差 に依存することを特徴とするバラスト。 ７．請求項４又は５に記載のバラストにおいて、前記非対称を検出する前記手段 は更に、前記特定の基準電圧から前記検出電圧の第１及び第２偏差を測定する 手段を有し、前記非対称の前記検出は、前記第１偏差と第２偏差と間の差に依 存することを特徴とするバラスト。 ８．請求項４、５又は７に記載のバラストにおいて、前記非対称を検出する前記 手段は更に、前記特定の基準電圧から前記検出電圧の第１及び第２偏差を測定す る手段を有し、前記非対称の前記検出は、前記第偏差と第２偏差との平均に依存 することを特徴とするバラスト。