JP2005507554A - バラスト回路 - Google Patents

Abstract

本発明は、放電ランプをイグニッションし動作させるバラスト装置に関する。ランプは整流ブリッジにおいてインダクタとは直列に、キャパシタとは並列に接続されている。コンダクタ及びキャパシタは、協働して共振回路を形成する。イグニッションの間、ブリッジは時間に関して変動する比較的高い周波数で整流される。本発明によると、直列共振回路は、前記比較的高い周波数の奇数次高調波に近い共振周波数を持つ。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブリッジ型の整流回路の対角分枝（ブランチ）にあるコイルであって、電気的ランプ接続部と直列に配された当該コイルと、これら電気的ランプ接続部と並列に配されたキャパシタとを有する共振イグニッションを持つ放電ランプのためのバラスト装置であって、前記整流回路は、アーク放電が前記ランプに継続して起こるような前記ランプの通常動作フェーズで比較的小さい又は中ぐらいの振幅の比較的低い周波数の方形波供給電圧をランプに供給するバラスト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は特に、コイル及びキャパシタを電気的に共振させることにより放電ランプをイグニッションさせることに関する。イグニッションを生じさせるこのやり方は、共振イグニッションと呼ばれ、例えば、ヨーロッパ特許出願ＥＰ０４０８１２１から知られている。共振イグニッション自体の利点は、別個のイグニッション回路なしで済ませることができるということにある。
【０００３】
ヨーロッパ特許出願ＥＰ０４０８１２１において説明されているバラスト装置において、整流回路は、時間変動スイッチング周波数でイグニッションフェーズにおいて整流され、この時間変動スイッチング周波数の周波数は、ある時点で前記コイル及びキャパシタの共振周波数を通り、これにより放電ランプのイグニッションを生じるためにキャパシタ間の高いイグニッション電圧を生じさせる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、共振イグニッションの可能性を更に増大させ、特にＵＨＰ（超高圧ultra-high pressure）ランプ及びＨＩＤ（高密度放電high intensity discharge）ランプに適用させ、同時に部品の更なる小型化の要求を満たすことである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、前記コイルの自己誘導係数及び前記キャパシタのキャパシタンスの値と時間変動スイッチング周波数とが、周波数変動の間のある時点で前記時間変動スイッチング周波数の奇数次の高調波周波数が前記コイル及び前記キャパシタの共振周波数に少なくとも近づくように、互いに関連して決定されることを特徴とする、冒頭に述べられた放電ランプのバラスト装置によって達成される。
【０００６】
本発明者は、整流回路に順に付与する供給回路の通常受け入れ可能な電圧レベルにおいて、スイッチング周波数の奇数次高調波周波数で前記コイル及び前記キャパシタが少なくともほぼ共振するスイッチング周波数で、ＵＨＰランプのイグニッションのための安定したイグニッション電圧を生成することが可能であり、共振周波数とスイッチング周波数同士が互いに等しい従来技術とは違って、所望の共振周波数がスイッチング周波数の高次（奇数次）でもよいので、前記コイルがより小さい自己誘導係数及び前記キャパシタがより小さいキャパシタンスで充分であることを実際的に見いだしたのである。
【０００７】
本発明のこれら及び他の態様並びに利点は、これ以降説明される実施例を参照して明らかに説明されるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１によると放電ランプのバラスト装置は、ＡＣ電圧メイン部１に接続されたＡＣ／ＤＣ変換回路２を有し、この変換回路は出力キャパシタとしてキャパシタＣ１を有する。
【０００９】
「チョッパ」とも呼ばれる制御された／スイッチングされたＤＣ／ＤＣコンバータ３は変換回路１に接続され、このチョッパはスイッチングされるスイッチングトランジスタＴ０、ダイオードＤ１、コイルＬ１及び出力キャパシタＣ２を有する。制御回路４の制御の下、このチョッパは既知のやり方で、アーク放電がランプ内で継続して起こる、すなわちランプが「オン」である通常動作フェーズにおいて、とりわけランプ電流を安定させるのに用いられる。
【００１０】
制御回路６により制御されるスイッチングトランジスタＴ１−Ｔ４を有する整流回路５は、チョッパ３に接続されている。ブリッジ型の整流回路５の対角分枝（ブランチ）Ｐ１−Ｐ２に、ランプＬの電気的ランプ接続部に直列に接続されたコイルとこれら接続部に並列に接続されたランプキャパシタＣ３とがある。
【００１１】
ランプＬは、例えばＨＩＤランプ又はＵＨＰランプである。アーク放電がランプに永続的に起こり、ランプが「オン」である通常動作フェーズにおいて、制御回路６は比較的低い周波数スイッチング電圧をスイッチングトランジスタＴ１−Ｔ４へ供給し、これらをＴ１、Ｔ４とＴ２、Ｔ３との対で交互にスイッチオンさせて導通して、この結果として、比較的小さいか又は比較的中間の振幅の方形波供給電圧がランプへ供給される。
【００１２】
前記通常動作フェーズに先行する共振イグニッションフェーズでは、制御回路６は比較的高い周波数スイッチング電圧をスイッチングトランジスタＴ１−Ｔ４へ供給し、このスイッチング周波数はランプＬにイグニッション電圧を生成するために（少なくとも近似的に）電気的にコイルＬ２及びキャパシタＣ３を共振させるために時間に関して変化する。
【００１３】
本発明者は、図２に示される結果となる実験を実施し、コイルＬ及びキャパシタＣ３を共振させる新しいやり方を導き出した。
【００１４】
前記実験では、ランプ電圧ＶＬがスイッチング周波数ｆｂの関数として負荷のない回路で測定された。この周波数でブリッジ型の整流回路５は制御回路６により整流され、これ以降この周波数はブリッジ周波数ｆｂと呼ばれる。
【００１５】
図２は、Ｌ２＝１５０ｍＨ及びＣ３＝２５０ｐＦ、すなわち固有共振周波数ｆ０＝１／２πルートＬＣの約８２０ｋＨｚの場合でのブリッジ周波数ｆｂの関数としてランプ電圧ＶＬを示す。Ｈ３、Ｈ５及びＨ７により示される電圧ピークは、ブリッジ周波数ｆｂで起こり、この周波数でＬ２−Ｃ３はそれぞれ３次、５次、７次のハーモニック周波数のブリッジ周波数で共振し始める。Ｌ２−Ｃ３がブリッジ周波数ｆｂの３次ハーモニックで共振する、すなわちコイルＬ２の自己誘導係数及びキャパシタＣ３のキャパシタンスの値が付与されてブリッジ周波数ｆｂがＬ２−Ｃ３の固有共振周波数の１／３となるように選択されたならば起こるピークＨ３は、ランプＬに対して充分な高いイグニッション電圧を送ることができ、ランプのタイプに依存して必要以上に高いイグニッション電圧さえ送ることができ、可能性として、ＵＨＰ及びＨＩＤランプの更なる開発の結果としてこれらランプのイグニッション電圧に要求される値が低くできる確かな場合にピークＨ５及びＨ７もできることがわかった。
【００１６】
これらの結果は、概略的に図３に示されるような放電ランプ動作を導く。
【００１７】
図３Ａでは、負荷のない回路での電圧振幅Ｖが垂直方向にプロットされ、時間ｔが水平方向にプロットされる。図３Ｂでは、周波数ｆが垂直方向にプロットされ、時間ｔが水平方向にプロットされる（これらの図は正確な縮尺ではなく、説明のため概略的表現としてのみ利用される）。
【００１８】
ランプが継続して「オン」である通常動作フェーズが時間ｔ３から始まる。このフェーズでは、例えば９０Ｈｚの周波数を持つ比較的低い周波数の方形波供給電圧が、比較的低い振幅でランプに供給される。
【００１９】
話題となるフェーズ、すなわちイグニッションフェーズは最初からｔ２まで続き、ｔ１が重要な中間時点である。このフェーズでは、整流回路５は、中間時点ｔ１まで時間的に変動するブリッジ周波数ｆｂで動作し、ｆｂは例えば２１０ｋＨｚから１６０ｋＨｚまで変動し、Ｌ２及びＣ２に用いられる値はそれぞれ２５０μＨ、３３０ｐＦであり、約５５４ｋＨｚのＬ２−Ｃ３共振周波数ｆ０を導き、時間内のどのときでもブリッジ周波数ｆｂは、当該ブリッジ周波数ｆｂの三次高調波周波数が共振周波数ｆと等しくなる値（おおよそ５５４／３＝１８５ｋＨｚ）に到達し、ランプを点灯することができる電圧ピーク（Ｈ３、図２）がキャパシタＣ３間で形成される。この接続において、ブリッジ周波数の三次高調波周波数が共振周波数ｆ０に近づくが、まだこの共振周波数から少し離れている（例えば１ｋＨｚ又はそれ以上）場合になるやいなや、充分に高いイグニッション電圧がランプキャパシタ間にすでに形成されてもよいことに留意されたい。
【００２０】
共振周波数ｆ０とブリッジ周波数ｆｂとの比が３：１のおかげで、コイルＬ２の自己誘導係数とキャパシタＣ３のキャパシタンスとが、通常比１：１での場合の値よりかなり低い値にすることができるが、これにもかかわらず、共振イグニションが極端に高くないブリッジ周波数で生じることができることが利点である。
【００２１】
図３Ａは、ｔ１時点まで増大するランプ間の電圧を示し、ブリッジ周波数ｆｂが共振周波数ｆ０の１／３に近づくか、見方によってはｆｂの三次高調波がｆ０に近づくときにイグニッション電圧が発生する。この時点は、ランプ接続部Ｐ３、Ｐ２間で切換えられ、Ｐ３とＰ２との間の電圧のあるレベルで動作し、この場合、少なくとも大体この値でこの電圧を安定化させる電圧レベル検出回路によって検出され、動作に入った後で、前記検出回路７は検出信号を制御回路６へ供給し、この結果として制御回路に接続されているか又は接続回路内にある電圧制御発振器ＶＣＯであって、ブリッジ周波数ｆｂを引き出す当該電圧制御発振器ＶＣＯを、制御回路６は、ｔ２の時点までに共振周波数ｆ０の１／３に少なくとも近い周波数である到達周波数で保持する。
【００２２】
図で説明するために、ｔ１からｔ２までの時間の長さは信頼できるイグニッションを生じさせるために例えば５００ｍｓであり、始めからｔ１までは厳密でなくてもよいが例えば１００ｍｓであることが示されている。
【００２３】
三次高調波に関して今まで説明してきたことは、ピークＨ５及びＨ７それぞれが（図２）充分に高いイグニッション電圧を供給できるならば、必要な変更を加えて五次及び七次高調波に適用可能であり、図示のためにのみ与えられた上述の値は限定的な意味に解釈されるべきではなく、時間０−ｔ１、ｔ１−ｔ２の値も図示のためだけの目的であり、必要であれば実験的に決められる。
【００２４】
ランプが（ｔ３後）「オン」である通常動作フェーズと共振イグニッションのイグニッションフェーズ（０−ｔ２、図３Ａ）との間にウォームアップ及び／又は引継ぎフェーズを導入することは重要であり、このウォームアップ及び／又は引継ぎフェーズでは、ランプ電極はグロー放電によってウォームアップされる。
【００２５】
イグニッションの後、ランプはほとんど短絡回路を構成し（抵抗がおおよそ１オーム）、ランプ間の負荷のない電圧が三次高調波近くで発生されランプが短絡回路になるならば、整流回路５に接続されたチョッパ又は制御段３は、実際には１アンペアより低い比較的低いピーク電流を供給する。しかしながら、ランプの電極をウォームアップするために、より高いピーク値が要求され実際には例えば約２アンペアであり、制御段３の出力キャパシタＣ２間の充分に高い電圧が要求される。
【００２６】
負荷のない回路でのランプ電圧ＶＬのブリッジ周波数ｆｂに対する図２のグラフ、本発明者により実施された実験からの結果のグラフは、約１６０ボルトの出力キャパシタＣ２間の電圧でランプ電圧が常に点線により示されるレベル、この特別な場合３２０ボルトを超えている。
【００２７】
更なる実験が図４に示されたグラフに導かれ、ランプ電流Ｉ１がブリッジ周波数ｆｂに対してプロットされる。このグラフは、所望の電流レベルを達成するためにブリッジ周波数が低減されなければならないことを示している。
【００２８】
時間の関数としてランプ間の電圧Ｖ１は、ブリッジ周波数、例えば１００ｋＨｚの１周期の間で図５に示され、示された発振ＯｓはＬ２−Ｃ３の共振周波数と等しい周波数を持つ。このように、共振回路Ｌ２−Ｃ３は、１００ｋＨｚの信号により励起され、制御段３の出力キャパシタＣ２間のピーク電圧の値の２倍を持つ発振ＯＳはキャパシタＣ３間で生じ、結果として出力キャパシタＣ２でのより低い電圧で充分である。
【００２９】
図３Ｂに示されるように、ｔ２時点では、時点ｔ１で達した約ｆ０の１／３（例えば２８３ｋＨｚ）の周波数のブリッジ周波数が、このフェーズでランプに供給される電流を最適にするために、例えば１２８ｋＨｚまで１ステップで低減され、例えば、ランプの非対称性があまりにも大きな非対称電流を導くかもしれないことが考慮されてもよい。時点ｔ２‘では、ブリッジ周波数は、時点ｔ３での通常動作フェーズへの移行を促進するより大きな（対称）電流を許容するために、例えば８４ｋＨｚまで１ステップで更に低減できるだろう。ｔ２−ｔ３期間は、例えば１秒である。
【００３０】
時間ｔ２−ｔ３の期間に周波数ステップの数及び大きさの選択が必要な電流に対して最適化でき、上述のような純粋に例示的なデータは周波数ステップの数及び大きさに関して限定的な意味合いがあると解釈すべきではない。
【００３１】
図３Ａについては、ｔ３まで、負荷のない回路、すなわちランプがイグニッションされていない状態での電圧が示されていて、ブレークダウンの後電圧はもっと低くなる。実際、ランプはｔ１からｔ３の間で消えることがある。この場合、上述のように約３００Ｖ（図３及び図５）を超える最小電圧が常に利用可能であり、ランプは再び「オン」になるだろう。ランプがｔ３の後でオンであり続けないならば、これは既知のやり方で判断できるが、上述の全工程（図３Ｂ）が間隔をおいて繰り返される。
【００３２】
前記イグニッション及び引継ぎ／ウォームアップフェーズでのブリッジ周波数ｆｂのバリエーションに関する上記説明は、当業者が決まった又は種々のやり方で、適当なスイッチング電圧が整流回路５へ供給される態様で、例えばマイクロコントロールユニット（マイクロコントローラ）又はマイクロプロセッシングユニット（マイクロプロセッサ）の形式で、ＶＣＯを具備する制御回路６を対応してプログラムすることを許容すべきである。当業者は、指示信号を持つ電圧検出回路７を選択することもできるべきであり、このことは非常に一般的なタイプであってもよい。
【００３３】
要約すると、本発明による手段は、互いに並列に配された小さい大きさのキャパシタ及び当該ランプ接続部と直列に配された小さい大きさのコイルを有し、ランプがブリッジ周波数の奇数高調波周波数近くで信頼性のあるイグニッションができ、電圧及び最適な電流が引き継ぎ／ウォームアップフェーズで充分に高いという利点をバラスト装置に与える。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本発明の理解のためには必ずしも詳細は必要ないので簡略化されたＵＨＰランプの通例のバラスト装置の概略図を示す。
【図２】図２は、図１の整流回路のスイッチング周波数の関数としてランプ電圧を示す。
【図３】図３は、電圧振幅とスイッチング周波数とが概略的に示された、そのうちのバラスト装置の種々の動作フェーズの概略図である。
【図４】図４は、スイッチング周波数の関数として引継ぎ／ウォームアップフェーズでのランプ電流を示す。
【図５】図５は、時間の関数として引継ぎフェーズでのランプ電圧を示す。

Claims (6)

1. ブリッジ型の整流回路の対角分枝にあるコイルであって、電気的ランプ接続部と直列に配された当該コイルと、これら電気的ランプ接続部と並列に配されたキャパシタとを有する共振イグニッションをもつ放電ランプのためのバラスト装置であって、前記整流回路は、ランプにアーク放電が継続して起こるような前記ランプの通常動作フェーズで比較的小さい振幅の比較的低い周波数の方形波供給電圧を前記ランプに供給し、前記整流回路は、前記通常動作フェーズに先行するイグニッションフェーズで、時間で変動するスイッチング周波数でスイッチング電圧により比較的高い周波数で整流されるバラスト装置において、前記コイルの自己誘導係数及び前記キャパシタのキャパシタンスの値と時間変動スイッチング周波数とが、周波数変動の間のある時点で前記時間変動スイッチング周波数の奇数次の高調波周波数が前記コイル及び前記キャパシタの共振周波数に少なくとも近づくように、互いに関連して決定されることを特徴とするバラスト装置。
2. 前記奇数次高調波周波数が三次高調波であることを特徴とする、請求項１に記載のバラスト装置。
3. 電圧検出回路が、イグニッション電圧の予め決められた値を検出し、前記スイッチング周波数の変動を維持し更に一定に保持するための指示信号を供給するために前記ランプの前記電気的ランプ接続部に結合されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のバラスト装置。
4. 前記電圧検出回路が、前記予め決められた値に少なくとも近い値で前記イグニッション電圧を安定させることにも役立つことを特徴とする、請求項３に記載のバラスト装置。
5. 比較的高い周波数で前記整流は、前記電圧検出回路が動作した後で予め決められたイグニッション時間の間継続することを特徴とする、請求項２又は３に記載のバラスト装置。
6. 前記イグニッション時間の後であって、前記通常動作フェーズに先行する引継ぎ／ウォームアップ時間の間、前記スイッチング周波数が、前記引継ぎ／ウォームアップフェーズで前記ランプに供給される電流を毎回最適にするために、１つ又は複数の時間的にシーケンシャルなステップで低減されることを特徴とする、請求項５に記載のバラスト装置。