JP2005108841A

JP2005108841A - 低圧放電ランプの点灯方法

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Publication number: JP2005108841A
Application number: JP2004281243A
Authority: JP
Inventors: Peter Krummel; クルンメルペーター
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2004-09-28
Publication date: 2005-04-21
Anticipated expiration: 2024-09-28
Also published as: EP1519638B1; CN1638593A; DE10345610A1; CA2482665A1; DE502004003377D1; EP1519638A1; JP4652002B2; ATE358964T1; US6972531B2; CN100566496C; US20050067980A1

Abstract

【課題】点灯装置に接続されている低圧放電ランプの形式を簡単に識別可能にする。
【解決手段】少なくとも１つの低圧放電ランプ（ＬＰ）のランプ電極（Ｅ１，Ｅ２）が、少なくとも１つの低圧放電ランプ（ＬＰ）のガス放電の開始前の加熱期間中に、可制御スイッチング手段（Ｔ３）によりスイッチングされる１次電流で駆動される変圧器（Ｐ１，Ｓ１，Ｓ２）により加熱電流を供給され、少なくとも１つのランプ電極（Ｅ１，Ｅ２）の電気抵抗の変化が監視される、インバータによる少なくとも１つの低圧放電ランプの点灯方法において、可制御スイッチング手段（Ｔ３）は第１のインバータスイッチング手段（Ｔ１）と同期してスイッチングされ、変圧器（Ｐ１，Ｓ１，Ｓ２）の１次側に配置されている抵抗要素（Ｒ１）により、加熱期間中の少なくとも２つの異なる時点で抵抗要素（Ｒ１）の電圧降下が評価されることによって、少なくとも１つのランプ電極（Ｅ１，Ｅ２）の電気抵抗の変化が求められる。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前文に記載された少なくとも１つの低圧放電ランプの点灯方法に関する。

ハーフブリッジインバータによる低圧放電ランプの点灯回路装置および方法は公知である（例えば、特許文献１参照）。これによれば、少なくとも１つの低圧放電ランプのランプ電極が、少なくとも１つの低圧放電ランプにおけるガス放電の開始前の加熱期間中に、可制御スイッチング手段によりスイッチングされる１次電流により駆動される変圧器により加熱電流を供給され、点灯装置に接続されている低圧放電ランプの形式を識別するために、少なくとも１つのランプ電極の電気抵抗の変化が監視される。ランプ電極の電気抵抗の変化は、変圧器の２次側に配置されている抵抗により監視される。
国際公開第００／７２６４０号パンフレット

本発明の課題は、点灯装置に接続されている低圧放電ランプの形式を識別するための簡単な方法を提供することにある。

この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴事項によって解決される。本発明の特に有利な実施態様は従属請求項に記載されている。

本発明によれば、少なくとも１つの低圧放電ランプのランプ電極が、少なくとも１つの低圧放電ランプのガス放電の開始前の加熱期間中に、可制御スイッチング手段によりスイッチングされる１次電流で駆動される変圧器により加熱電流を供給され、少なくとも１つのランプ電極の電気抵抗の変化が監視される、インバータによる少なくとも１つの低圧放電ランプの点灯方法において、可制御スイッチング手段は第１のインバータスイッチング手段と同期してスイッチングされ、変圧器の１次側に配置されている抵抗要素により、加熱期間中の少なくとも２つの異なる時点で抵抗要素の電圧降下が評価されることによって、少なくとも１つのランプ電極における電気抵抗の変化が求められる。

本発明による方法に従って、ランプ電極の予熱期間中にランプ形式を識別するために、変圧器の１次巻線を通る電流が評価され、変圧器の２次側における加熱電流は評価されない。それによって、変圧器の２次側における測定装置をなくすことができ、それに応じて監視装置が簡単化される。更に、本発明による方法は、複数の低圧放電ランプの点灯に使用するのに有利である。なぜならば、複数のランプ点灯が付加的な測定装置を必要としないからである。加熱上昇にともなうランプ電極の電気抵抗の増大が、負荷回路において点灯する低圧放電ランプの個数に関係なく、本発明によれば、単に変圧器の１次側における抵抗要素により、抵抗要素の電圧降下を加熱期間中の少なくとも２つの異なる時点で評価することによって検出される。

ランプ電極の低温抵抗（室温抵抗）を高信頼性にて評価することを可能にするために、抵抗要素の電圧降下は、加熱期間の開始後１０ｍｓ〜５０ｍｓの時間範囲に配置されている第１の時点で評価されると好ましい。更に、ランプ電極の高温抵抗を高信頼性にて評価することを可能にするために、抵抗要素の電圧降下は、加熱期間の終端に配置されている第２の時点で評価されると好ましい。これらの両測定値の比較から、ランプ電極が加熱期間の開始時に冷えていたかどうか、あるいはランプの代わりに等価抵抗が接続されていたかどうか求めることができる。第２の測定値だけからランプ形式を求めることができる。本発明の有利な実施態様によれば、上述の両測定値の差が予め与えられた大きさを上回る場合にのみランプ形式の識別が行なわれる。他の場合には、低圧放電ランプの代わりに等価抵抗が点灯装置に接続されているか、またはランプ電極が加熱期間の開始時に最後のランプ点灯からまだ十分に冷却されていなかったことに由来する。

抵抗要素の電圧降下の評価が低域通過フィルタにより行なわれると好ましい。低域通過フィルタは抵抗要素の電圧降下をある時間間隔に亘って平均化する。この時間間隔は、可制御スイッチング手段およびインバータのスイッチングクロックに比べると長いが、しかしランプ電極の加熱期間に比べると短く設定される。ランプのガス放電の開始前の加熱期間は一定で、約６００ｍｓであると好ましく、これに対して加熱期間における可制御スイッチング手段のスイッチングクロックはほぼ１０μｓを必要とする。

可制御スイッチング手段の過電圧負担を阻止するために、変圧器の１次巻線に蓄積されたエネルギーは可制御スイッチング手段のオフ期間中に第２のインバータスイッチング手段により排出されると好ましい。変圧器の１次巻線に蓄積されたエネルギーは、ランプ点灯に利用できるようにするために、インバータの直流電源として用いられる中間回路コンデンサに回生されると好ましい。

以下において好ましい実施形態に基づいて本発明を説明する。
図１は本発明による方法を実施するための第１の回路装置の概略図、
図２は第１の点灯状態についての変圧器の１次側電流が通流する抵抗における電圧降下の、低域通過フィルタによる平均化後の時間経過を示す図、
図３は第２の点灯状態についての変圧器の１次側電流が通流する抵抗における電圧降下の、低域通過フィルタによる平均化後の時間経過を示す図、
図４は第３の点灯状態についての変圧器の１次側電流が通流する抵抗における電圧降下の、低域通過フィルタによる平均化後の時間経過を示す図、
図５は本発明による方法を実施するための第２の回路装置の概略図を示す。
図に示された回路装置は低圧放電ランプ、特に蛍光ランプを点灯するための電子安定器である。

この回路装置は、ハーフブリッジインバータ形式に配置されている２つの電界効果トランジスタＴ１，Ｔ２を有する。両電界効果トランジスタＴ１，Ｔ２
は制御信号をマイクロコントローラＭＣから得る。ハーフブリッジインバータＴ１，Ｔ２の直流電圧入力端に並列に比較的大容量の中間回路コンデンサＣ１が配置されている。中間回路コンデンサＣ１はハーフブリッジインバータのための直流電圧源として役立つ。中間回路コンデンサＣ１には、交流電圧系統から系統電圧整流器（図示なし）および昇圧コンバータ（図示なし）により発生させられるほぼ４００ボルトの直流電圧が供給されている。中間回路コンデンサＣ１は昇圧コンバータの電圧出力端に並列に配置されている。ハーフブリッジインバータの出力端Ｍには、主としてランプチョークコイルＬ１と始動コンデンサＣ２とからなる直列共振回路として構成されている負荷回路が接続されている。始動コンデンサＣ２に並列に蛍光ランプＬＰの放電区間および結合コンデンサＣ３が接続されている。この結合コンデンサＣ３はランプ点灯中にハーフブリッジインバータの過渡状態においてハーフブリッジインバータの供給電圧の半分まで充電される。蛍光ランプＬＰのランプ電極Ｅ１，Ｅ２は、それぞれ２つの電気端子を有する電極フィラメントとして形成されている。電極フィラメントＥ１，Ｅ２に並列にそれぞれ変圧器の２次巻線Ｓ１，Ｓ２が接続され、電極フィラメントＥ１，Ｅ２の誘導的な加熱に役立つ。この変圧器の１次巻線Ｐ１は、別の電界効果トランジスタＴ３のスイッチング区間と測定抵抗Ｒ１とに直列になっている。電界効果トランジスタＴ３の制御電極は同様にマイクロコントローラＭＣから制御信号を与えられる。構成部品Ｐ１，Ｔ３，Ｒ１からなる直列回路はハーフブリッジインバータの出力端Ｍに接続されている。１次巻線Ｐ１の第１端子は、ハーフブリッジインバータの出力端つまり中間タップＭとランプチョークコイルＬ１とに接続されている。これに対して、１次巻線Ｐ１の第２端子は、電界効果トランジスタＴ３に接続されていると共に、直流電流順方向にダイオードＤ１を介して中間回路コンデンサＣ１の高電位側端子（＋）に接続されている。測定抵抗Ｒ１の第１端子は基準電位（−）に接続されているのに対して、測定抵抗Ｒ１の第２端子は電界効果トランジスタＴ３に接続されていると共に低域通過フィルタＲ２，Ｃ４を介してマイクロコントローラＭＣの電圧入力端Ａに接続されている。

ハーフブリッジインバータの供給電圧の半分まで充電される結合コンデンサＣ３と、ハーフブリッジインバータの交互にスイッチングするトランジスタＴ１，Ｔ２とにより、負荷回路Ｌ１，Ｃ２，ＬＰは、公知のようにして、高周波交流電圧を印加される。高周波交流電圧の周波数はトランジスタＴ１，Ｔ２のスイッチングクロックによって決まり、約５０ｋＨｚ〜約１５０ｋＨｚの範囲にある。蛍光ランプＬＰのガス放電の開始前に、ランプ電極Ｅ１，Ｅ２は変圧器Ｐ１，Ｓ１，Ｓ２により誘導的に加熱電流を供給される。このために、トランジスタＴ３はマイクロコントローラＭＣによってトランジスタＴ１と同期してオンオフされる。従って、トランジスタＴ１，Ｔ３のオン期間中、１次巻線Ｐ１および測定抵抗Ｒ１を通して電流が流れる。トランジスタＴ１，Ｔ３のオフ期間中、測定抵抗Ｒ１を通る電流の流れは遮断される。１次巻線Ｐ１に蓄積されたエネルギーは、トランジスタＴ１，Ｔ３のオフ期間中およびトランジスタＴ２のオン期間中、ダイオードＤ１を介して中間回路コンデンサＣ１に供給される。交互にスイッチングするトランジスタＴ１，Ｔ２およびトランジスタＴ１に同期してスイッチングするトランジスタＴ３に基づいて、１次巻線Ｐ１を通して高周波電流が流れる。この高周波電流は、電極フィラメントＥ１，Ｅ２のための加熱電流を２次巻線Ｓ１，Ｓ２に誘起させる。低域通過フィルタＲ２，Ｃ４により、測定抵抗Ｒ１における電圧降下がトランジスタＴ３の複数のスイッチングクロックの時間間隔に亘って平均化され、マイクロコントローラＭＣの電圧入力端Ａに供給される。マイクロコントローラＭＣの端子Ａの入力電圧はアナログ−ディジタル変換器によりディジタル信号に変換され、マイクロコントローラＭＣにおいて評価される。

蛍光ランプＬＰのガス放電の開始前の電極フィラメントＥ１，Ｅ２の加熱期間は、ほぼ６００ｍｓ継続する。マイクロコントローラＭＣは、加熱期間中に２つの異なる時点で低域通過フィルタのコンデンサＣ４における電圧降下を検出する。マイクロコントローラＭＣによるコンデンサＣ４における電圧降下の第１の検出は加熱期間の開始後３０ｍｓで行なわれる。第２の検出は加熱期間の終端で、すなわち加熱期間の開始後約６００ｍｓで行なわれる。両電圧値の差の絶対値が、例えば０．１Ｖの予め与えられた閾値を上回った場合に、加熱期間の終端で検出された電圧値が、蛍光ランプＬＰのランプ形式の識別のためにマイクロコントローラＭＣ内に記憶されている基準値と比較される。閾値を上回らない場合、コンデンサＣ４もしくは測定抵抗Ｒ１における電圧降下の評価は行なわれない。測定抵抗Ｒ１もしくは低域通過フィルタのコンデンサＣ４における電圧降下の時間経過は、加熱期間中、電極フィラメントＥ１，Ｅ２の電気抵抗の時間経過と相関関係にある。電極フィラメントＥ１，Ｅ２の高温抵抗、すなわち加熱期間の終端での抵抗値は、蛍光ランプの種々の形式によって異なる。従って、電極フィラメントの高温抵抗はランプ形式の識別に利用することができる。

図２乃至図４は、本発明の有利な実施例による回路装置の３つの異なる点灯状態について、変圧器Ｐ１，Ｓ１，Ｓ２の１次電流が通流する抵抗Ｒ１における電圧降下の、低域通過フィルタＲ２，Ｃ４による平均化後の時間経過を示す。

図２に示されたコンデンサＣ４における電圧降下の時間経過は、蛍光ランプＬＰの電極フィラメントＥ１，Ｅ２が加熱期間の開始時に冷えた状態、つまり室温を有していた状態にあった場合の回路装置の動作に対応する。従って、コンデンサＣ４における電圧降下は先ず増大し、約３０ｍｓ後に０．４８Ｖの最大値に達し、その後は連続的に減少し、６００ｍｓの加熱期間終端時点で０．２２Ｖの最小値をとる。最大値は電極フィラメントＥ１，Ｅ２の低温抵抗と相関関係にあり、加熱期間の終端における最小値は電極フィラメントＥ１，Ｅ２の高温抵抗と相関関係にある。タングステンからなる電極フィラメントＥ１，Ｅ２の電気抵抗は温度依存性性であり、つまり、その電気抵抗は温度上昇にともなって増大する。

図３は、同一の回路装置および同一の蛍光ランプＬＰについてのコンデンサＣ４における電圧降下の時間的経過を示す。ただし、電極フィラメントＥ１，Ｅ２は加熱期間の開始時に、最後のランプ点灯によりまだ完全には冷えていなかった。従って、図３に示された電圧経過は、約３０ｍｓの時点で０．２７Ｖだけの減少した最大値を有する。この曲線の最小値は同様に加熱期間の終端で到達されるが、大きさは０．２０Ｖしかない。

図４に示されたコンデンサＣ４における電圧降下の時間経過は、蛍光ランプＬＰの電極フィラメントＥ１もしくはＥ２の代わりに等価抵抗を持った上記回路装置の動作に対応する。コンデンサＣ４の電圧降下は、加熱期間の開始後約３０ｍｓの立ち上がり期間を除いて、時間に依存せず、約０．２２Ｖである。

マイクロコントローラＭＣは、コンデンサＣ４における電圧降下を検出するが、加熱期間開始後約３０ｍｓの時点で第１回の検出を、そして加熱期間の開始後６００ｍｓ後の時点で第２回の検出を行なう。両電圧値の差の絶対値が、例えば０．１Ｖの予め与えられた閾値を上回った場合、加熱期間の終端における電圧値がマイクロコントローラＭＣに記憶されている基準値と比較され、ランプ形式の識別に利用される。この場合は図２に示された電圧経過の場合のみもたらされる。他の２つの場合、すなわち図３および図４に示された電圧経過の場合、ランプ形式の識別に関する評価は行なわれない。この２つの場合には回路装置つまり電子式点灯装置の動作には最後のランプ点灯によってマイクロコントローラＭＣ内に記憶されたデータが使用される。

電極フィラメントＥ１，Ｅ２の予熱期間の終了後、ハーフブリッジインバータＴ１，Ｔ２のスイッチング周波数が直列共振回路Ｌ１，Ｃ２の共振周波数近くにあるように減らされることによる共振電圧増大法により、蛍光ランプＬＰのガス放電の開始のために必要な放電開始電圧がコンデンサＣ２に印加される。蛍光ランプのガス放電の開始後、ハーフブリッジインバータＴ１，Ｔ２のスイッチング周波数の変化によって蛍光ランプＬＰの明るさ調節を行なうことができる。蛍光ランプＬＰの調光動作中、蛍光ランプの電極フィラメントＥ１，Ｅ２は、変圧器Ｐ１，Ｓ１，Ｓ２およびトランジスタＴ３により、電極フィラメントＥ１，Ｅ２を通る放電電流に追加されて流れる加熱電流を加えられる。加熱電流もしくは加熱電力は蛍光ランプの明るさに依存して設定される。僅かな明るさの場合にはすなわち強い減光時には、高い加熱電力が設定される。加熱電力はトランジスタＴ３のパルス幅の変化によって、特にトランジスタＴ３のオン期間の変化によって設定される。トランジスタＴ３はトランジスタＴ１に同期してスイッチオンされる。最大加熱電力の場合、トランジスタＴ３のオン期間はトランジスタＴ１のオン期間の１００％である。僅少な加熱電力の場合、トランジスタＴ３のオン期間はトランジスタＴ１のオン期間よりも短い。

図５には、本発明による方法を適用するのに特に適した他の回路装置が示されている。この回路装置は、図１に示された回路装置と大幅に一致している。従って、図１および図５において同一の構成部品には同一の符号が付されている。図１に示された回路装置と違って、図５に示された回路装置は２つの付加的なダイオードＤ２，Ｄ３を有し、これらのダイオードはそれぞれ２次巻線Ｓ１もしくはＳ２および電極フィラメントＥ１もしくはＥ２に直列に接続されている。ダイオードＤ２，Ｄ３および変圧器巻線Ｐ１，Ｓ１，Ｓ２の巻線方向の配置は、変圧器巻線Ｐ１，Ｓ１，Ｓ２がダイオードＤ２，Ｄ３およびトランジスタＴ３と共にフォワードコンバータを構成するように互いに調整されている。トランジスタＴ３の導通期間中、１次巻線Ｐを通る電流が２次巻線Ｓ１，Ｓ２に電極フィラメントＥ１，Ｅ２のための加熱電流を誘起させる。トランジスタＴ３の阻止期間中、ダイオードＤ２，Ｄ３が阻止方向の向きにされているので、その期間中には加熱電流は流れ得ない。１次巻線Ｐ１に蓄積されたエネルギーはトランジスタＴ２の導通期間中にダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１に戻される。

本発明は以上において詳しく説明した実施例に限定されない。低圧放電ランプつまり蛍光ランプＬＰのランプ形式識別を可能にするために、電極フィラメントＥ１，Ｅ２の予熱期間中における抵抗Ｒ１を介する電圧降下を予熱期間の開始時および終了時にのみを評価する代わりに、マイクロコントローラＭＣにより、この電圧降下の全時間経過を評価してもよいし、あるいは抵抗Ｒ１における電圧降下の最大値を予熱期間の終端でのこの電圧降下の最終値と比較してもよい。

本発明による方法を実施するための第１の回路装置の回路図第１の点灯状態についての変圧器の１次側電流が通流する抵抗における電圧降下の、低域通過フィルタによる平均化後の時間経過を示すタイムチャート第２の点灯状態についての変圧器の１次側電流が通流する抵抗における電圧降下の、低域通過フィルタによる平均化後の時間経過を示すタイムチャート第３の点灯状態についての変圧器の１次側電流が通流する抵抗における電圧降下の、低域通過フィルタによる平均化後の時間経過を示すタイムチャート本発明による方法を実施するための第２の回路装置の回路図

符号の説明

Ａマイクロコントローラの電圧入力端
Ｃ１中間回路コンデンサ
Ｃ２始動コンデンサ
Ｃ３結合コンデンサ
Ｃ４低域通過フィルタコンデンサ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ダイオード
Ｅ１，Ｅ２電極フィラメント
Ｌ１ランプチョークコイル
ＬＰ蛍光ランプ
Ｍ出力端（中間タップ）
ＭＣマイクロコントローラ
Ｐ１１次巻線
Ｒ１測定抵抗
Ｒ２低域通過フィルタの抵抗
Ｓ１，Ｓ２２次巻線
Ｔ１，Ｔ２電界効果トランジスタ（ハーフブリッジインバータ）
Ｔ３電界効果トランジスタ

Claims

少なくとも１つの低圧放電ランプ（ＬＰ）のランプ電極（Ｅ１，Ｅ２）が、少なくとも１つの低圧放電ランプ（ＬＰ）のガス放電の開始前の加熱期間中に、可制御スイッチング手段（Ｔ３）によりスイッチングされる１次電流で駆動される変圧器（Ｐ１，Ｓ１，Ｓ２）により加熱電流を供給され、少なくとも１つのランプ電極（Ｅ１，Ｅ２）の電気抵抗の変化が監視される、インバータによる少なくとも１つの低圧放電ランプの点灯方法において、
可制御スイッチング手段（Ｔ３）は第１のインバータスイッチング手段（Ｔ１）と同期してスイッチングされ、
変圧器（Ｐ１，Ｓ１，Ｓ２）の１次側に配置されている抵抗要素（Ｒ１）により、加熱期間中の少なくとも２つの異なる時点で抵抗要素（Ｒ１）の電圧降下が評価されることによって、少なくとも１つのランプ電極（Ｅ１，Ｅ２）の電気抵抗の変化が求められる
ことを特徴とする低圧放電ランプの点灯方法。
抵抗要素（Ｒ１）の電圧降下は低域通過フィルタ（Ｒ２，Ｃ４）により評価されることを特徴とする請求項１記載の方法。
１次巻線（Ｐ１）に蓄積されたエネルギーは可制御スイッチング手段（Ｔ３）のオフ期間中に第２のインバータスイッチング手段（Ｔ２）およびダイオード回路（Ｄ１）により排出されることを特徴とする請求項１記載の方法。
抵抗要素（Ｒ１）の電圧降下が評価される第１の時点は、加熱期間の開始後１０ｍｓ〜５０ｍｓの時間範囲に配置されていることを特徴とする請求項１記載の方法。
抵抗要素（Ｒ１）の電圧降下の最大値が求められることを特徴とする請求項１記載の方法。
抵抗要素（Ｒ１）の電圧降下が評価される第２の時点は、加熱期間の終端に配置されていることを特徴とする請求項１，４又は５記載の方法。
少なくとも１つの低圧放電ランプ（ＬＰ）におけるガス放電の開始後に抵抗要素（Ｒ１）の電圧降下がランプ電極（Ｅ１，Ｅ２）の加熱電力調節のために評価され、加熱電力は可制御スイッチング手段（Ｔ３）のオン期間の変化によって変化させられ、可制御スイッチング手段（Ｔ３）は第１のインバータスイッチング手段（Ｔ１）と同期してオンされ、可制御スイッチング手段（Ｔ３）のオン期間は、第１のインバータスイッチング手段（Ｔ１）のオン期間よりも短いかまたは等しいことを特徴とする請求項１記載の方法。