JP2005533348A - 放電ランプのタイプを識別するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

蛍光ランプは、振幅変調されたランプ電流をランプに供給し、ランプ電流の振幅が急激に増加するときに生じる電圧ピークの振幅を、メモリに記憶されている既知のランプの電圧ピークの振幅と比較することによって識別される。

Description

本発明は、放電ランプのタイプを識別するための方法及び装置に関し、特に、低圧ガス放電ランプのタイプを識別するための方法及び装置に関する。

放電ランプのタイプの識別、特に、低圧ガス放電ランプのタイプの識別は、広い電力レンジにわたって種々の異なるタイプの放電ランプを制御することが可能である、いわゆる、汎用安定器（universal ballast，ユニバーサルバラスト）に利用されている。このような識別は、Ｉ−Ｖ特性（国際公開第ＷＯ００／０７４１５号パンフレット）、白熱ワイヤの抵抗（欧州特許出願公開第ＥＰ０８８９６７５号明細書）、異なる電流／電圧における光出力（欧州特許出願公開第ＥＰ０７５９６８６号明細書）、始動電圧（欧州特許出願公開第ＥＰ０４１３９９１号明細書）及びこれらの組み合わせのような、ランプの異なる特性又はパラメータに基づくものであることが多い。

しかしながら、これらの既知のランプタイプ識別方法は、どれ一つとして、汎用安定器に実際に接続されているランプタイプについて確答を得るものはない。そのため、ランプタイプを識別する更に他の方法であって、放電ランプのタイプが正確に識別される確実性の度合いをより高めるために、既知の方法に対する補足的なものとして、及び可能性として既知の方法と組み合わせて使用されることができる方法が必要とされる。

従って、本発明の目的は、ランプ識別の上述された可能性を拡大することにある。

本出願人は、振幅変調された制御電流を、この変調された制御電流のエンベロープの立ち上がりエッジにおいて、蛍光ランプに供給することによって、このランプの電圧応答が得られ、この電圧のピーク値が、ランプの直径と長さとの関連性を示すことに気付いた。このピーク電圧を測定することによって、使用されるランプのタイプを識別することが可能になる。

本発明による放電ランプのタイプを識別する方法は、
振幅変調された制御電流を放電ランプに供給するステップと、
この変調された制御電流のエンベロープの立ち上がりエッジにおけるランプ電圧のピーク値を検出するステップと、
この検出されたピーク値を、種々の異なるランプタイプについてあらかじめ記録されたピーク値と比較し、この比較に基づいて、検出されたピーク値をあるランプタイプに割り当てるステップと、を有することを特徴とする。

制御電流を放電ランプに供給する手段を有する、ランプタイプを識別するための本発明による装置は、
上記ランプへの制御電流を振幅変調する手段と、
振幅変調された制御電流のエンベロープの立ち上がりエッジにおけるランプの両端のピーク電圧を検出するピーク検出手段と、
ランプタイプに関連するピーク電圧を記録する記録手段と、
上記で測定されたピーク電圧を、この記録されたピーク電圧と比較し、この比較に基づいて、ランプのタイプを示す信号を供給する手段と、を有することを特徴とする。

本発明のこれら及び他の態様は、本明細書の以下に説明される実施形態から明らかになり、これらの実施形態を参照して明瞭に説明されるであろう。

本出願人は、比較的低めの周波数をもつ、好ましくは方形波の変調信号が、比較的高めの周波数をもつ振幅変調された制御電流を、種々の異なる長さ／直径の放電ランプに供給し、振幅変調された制御電流のエンベロープの立ち上がりエッジにおいてランプの両端間に生じるピーク電圧が観察され測定される実験を実施した。

図１ａは、制御電流Ｉｌのエンベロープにおける正のステップに対するランプ電圧Ｖｌの例証的な反応を示す図である。

一般に電流源として振る舞う、制御電流を供給するための制御回路が用いられる場合、ランプ内の電界、従って、ランプ電圧は、該電圧自体をある特定の時間点における電流の需要に合わせる。

立ち上がりエッジをもつ方形波変調信号が使用される場合、ランプの両端の電圧は、立ち上がりエッジ時に動的振る舞いを示し、この動的振る舞いは、ランプの静的な負のＶ−Ｉ特性に基づいて予測されるであろう振る舞いから逸脱する。ランプの制御電流を一ステップ分上げることによって、必要とされる電流を供給するのに十分な電荷担体がないので、電離によって一層多くの電荷担体を生成するように、ランプ内の電界は高まるであろう。これはランプ電圧のピークとして現れ、その後、電荷担体の追加の生成が電荷のレジスタンスを低減させるので、ランプ電圧も減少する。ランプ電圧のピーク後、放電は、制御電流の当該ステップ前のランプ電圧よりも低いランプ電圧において平衡状態に達する。この平衡状態は、放電の負のＶ−Ｉ特性によるものである（図１ａ）。

実験では、共振周波数に近い周波数（実際の事例では４０ｋＨｚ）をもつ制御電圧が、ランプに直列に接続される自己インダクタンスと、ランプに並列に接続されるキャパシタとを有する共振ランプ回路に印加された。ランプ電極は外部から加熱されず、ランプは制御電圧の振幅を増大させることによって点灯された。本発明によれば、制御電圧は、例えば、０．５Ｖのピークツウピーク（peak to peak）値の変調深度をもつ方形波信号によって振幅変調された。変調周波数は、２００Ｈｚから５ｋＨｚまでのレンジにわたって変更された。この実験は、種々の異なる下記のランプタイプについて繰り返し行われた：Ｔ８ ３６Ｗ、Ｔ１２ ４０Ｗ、ＰＬＬ
４０Ｗ、及びＴ５ＨＯ ３９Ｗは、全てが約１００ｃｍのほぼ同じ長さをもち、それぞれが約２．５ｃｍ、３．８ｃｍ、１．７ｃｍ及び１．６ｃｍの（外側）直径をもつ。ＰＬＣ １８Ｗは、約３４ｃｍのより小さい長さをもち、約１．２ｃｍの（外側）直径をもつ（フィリップスライティング社のタイプ表示参照）。

ランプの両端のピーク電圧は、変調信号の正のエッジ時、すなわち、ランプに供給された変調制御電流のエンベロープの立ち上がりエッジ時に測定された。

繰り返し行われた実験の結果は、図３及び図４に示されている。

方形波変調を加えたとき、ランプの両端のピーク電圧は、制御電流が増大するポイントから確認された。制御電流のステップに対する反応であるこのピーク電圧は、変調周波数に比例して線形に減少する。図３は、同じ長さ及び異なる直径をもつ種々の異なるランプタイプについて、ピーク電圧Ｖｐを方形波変調周波数ｂｍｆの関数として示している。この図が示すように、変調周波数が上昇するのに伴って、ピーク高さは低下する。上方の特性（Ｔ５）は、実質的に一定に保持されているが、図示されている最も高い変調周波数、すなわち、１０００Ｈｚを超える高さの変調周波数では低減する。（図３及び図４の垂直線セグメントは、同じランプタイプにおける測定値の測定誤差レンジを示している）。同じランプタイプの複数のランプが、とりわけ、ランプの経時変化（ageing，エージング）が関与するか否かを調べるために検査され、この場合は関与しないことが分かった。

変調周波数の関数としてのピーク高さは、Ｐ１２、Ｐ８、ＰＬ−ＬからＴ５へと順次減少するランプ直径に依存する。ある変調周波数では、直径が減少するのにつれてピーク高さは増大し、直径が増大するのにつれてピーク高さは低減する。それゆえ、ランプタイプは、ピーク電圧の高さによって区別されることができる。

図４では、ＰＬ−Ｃ １８Ｗと、Ｔ５ＨＯ
３９Ｗとが比較された。これらのランプの直径はほぼ同じであるが、ＰＬ−Ｃランプの長さはＴ５ランプの約半分の長さである。この図は、ランプ長さが増大するのにつれて、ピーク高さは増大することを示している。

ランプ安定化又はランプの動作履歴は、示される特性に著しく影響を及ぼさず、ピーク高さに対するランプ電流の値の影響は、変調周波数又はランプタイプの影響よりずっと小さいことが分かっている。

ランプ直径及び変調周波数の増大に伴うピーク高さの減少（図３）について考えられる説明が以下に与えられる。ランプ内で生成されなければならない電界のピーク値は、ランプ電流に依存するだけでなく、ランプ電流がステップ状に増加する直前の電界及び存在する電子の量にも依存する。このことは、もちろん、方形波変調の場合、ステップ状の減少がステップ状の電流の増加より先に生じるためである。ステップ状の電流の減少が生じると、放電は、電流需要と比較してあまりに多くの電荷担体をもつ。その結果、電界は、生成された電荷担体の数を減らすため、急激に低減するであろう。その後、ランプは該ランプ自体の負のＶＩ特性に従い、ランプ電圧は制御電流のステップ状の減少より前の値を超える値に増加するであろう。両極性拡散による電子損失と電離による電子の生成との間において平衡状態を達成するように試みるこのプロセスは、いくらかの適応期間を必要とする。この適応期間は、ランプの直径がより大きくなるにつれて、より長くなる。制御電流に正のステップが生じるときに適応期間が未だ経過していないならば、その場合、増加した制御電流が必要とする電荷担体の数を生成するためには、正のステップが生じた直後の電界を僅かに増加させれば十分であろう。このことは、変調周波数の上昇が起こる場合にも当てはまり、この場合、制御電流の負のステップと正のステップとの間の期間が減少し、それゆえ、より少ない適応が行われ得る。ランプの長さの増大に伴うピーク電圧の増加は、ピーク電圧が、電界の増加とランプの長さとの積から計算されるという事実によるものであると考えられ得る。

図２は、本発明が適用され得る汎用安定器のブロック図を示している。この安定器は、放電ランプＬａのために用いられ、ランプキャパシタＣと、直列の自己インダクタンスＬ及びＤＣ遮断キャパシタＣｄｃと、電磁場適合性（ＥＭＩ）及び力率補正（ＰＦＣ）のための装置とを有する。この装置は、電気グリッドに接続されることができ、更に、この装置には、直列共振チェーンＬ−Ｃに給電するための高周波（ＨＦ）源が直流接続部ＤＣを介して接続される。

マイクロコントロールユニットｍＰは、例えば、電圧上昇ＡＣ／ＤＣコンバータであるように具現化される装置ＥＭＩ／ＰＦＣと、例えば、反転ハーフブリッジ型コンバータ（インバータ）であるように具現化されるＨＦ源とを制御する。これによって、通常の動作時、方形波の比較的高周波の供給電圧（４０ｋＨｚ）が、そのほぼ共振周波数において直列共振チェーンＬ−Ｃに印加され、そのため、対応する制御電流がランプに供給される。この場合、直列共振チェーンは電流源としての機能を果たす。

本発明によれば、ピーク電圧検出器ＰＤはランプＬａに接続され、このピーク電圧検出器の指示結果がマイクロコントロールユニットｍＰに供給される。

本発明を実施するのに必要であるランプの制御電流の方形波変調は、以下のような複数の異なる態様において得られる。

１． 周波数変調
この場合、ＨＦ源は、一定の振幅及び動作サイクルを具える比較的高周波の方形波信号を供給し、この信号が、比較的低周波の方形波変調信号により周波数変調される。直列共振チェーンＬ−Ｃの特性（共振より上ではインピーダンスがより高い周波数において増加するので、ランプ電流は減少する）のため、ランプ電流は同じ波形で変調される。このことは、オンタイム制御、周波数制御又は位相制御のような制御方法を用いる、一般の調光（dimming，ディミング）蛍光ランプ制御回路を使って、及びＨＦ源の対応する制御方法を実施するようにマイクロコントロールユニットｍＰを適切にプログラミングすることによって、達成され得る。

２． 供給電圧変調（ＶＳＭ）
この場合、ＨＦ源は一定の周波数においてＨＦ電圧を生成し、このＨＦ電圧は、ＤＣバスの電圧を変調することにより方形波変調信号で振幅変調される。このことは、可変電圧をＨＦ源に印加することができる入力段階ＰＦＣを必要とし、この可変電圧は、いわゆるＳＥＰＩＣコンバータ又はリトレースコンバータ（retrace converter）を用いることによって得られる。

３． パルス幅変調（ＰＷＭ）
この場合、ＨＦ源は、周波数及び振幅は一定であるが、動作サイクルが可変であるＨＦ信号を供給する。動作サイクルを短縮することによって、ランプ共振チェーンＬ−Ｃに対する電圧の実効値が減少され、それゆえ、ランプ電流が減少され得る。動作サイクルは、本発明を実施するのに必要とされる方形波変調されたランプ電流を得るために、方形波変調信号で変調され得る。

マイクロプロセッシングユニットｍＰは、種々の異なるランプタイプに関連するランプ電圧ピーク値の表を記憶するための内部メモリ又は外部メモリを有することができる。これらのピーク値は、ランプ制御電流の所与の変調深度又は複数の変調深度において、一つ又は複数の方形波変調周波数ｂｍｆについて較正（calibrate）される。所与のｂｍｆ及び変調深度においてピーク電圧検出器ＰＤによって検出されたピーク電圧を比較することによって、接続され得るランプタイプを識別することが可能である。得られたデータは、このランプタイプに適する汎用ランプ安定器のパラメータを設定するのに使用され得る。

方形波ランプ制御電流を生成する態様に関する上記の説明を読めば、当業者は、所望の態様においてＨＦ源を制御するように、マイクロコントロールユニットｍＰを適切にプログラムすることが可能であり、このことは、例えば、既に使用されている制御アルゴリズムに対応する放電ランプを調光する場合よりも一層適切にプログラムすることが可能であることに留意されたい。

ランプ制御電流のエンベロープにおける一ステップに対するランプ電圧の反応を示す図である。 本発明が適用され得る放電ランプをもつ安定器の一般的なブロック図である。 種々の異なる直径の放電ランプについて、ピーク電圧を変調周波数の関数として測定した複数の測定値に基づく特性を示す図である。 種々の異なる長さのランプについて、ピーク電圧を変調周波数の関数として測定した複数の測定値に基づく特性を示す図である。

Claims (5)

1. 放電ランプのタイプを識別する方法であって、
   振幅変調された制御電流を放電ランプに供給するステップと、
   前記変調された制御電流のエンベロープの立ち上がりエッジにおける、ランプ電圧のピーク値を検出するステップと、
   前記検出されたピーク値を、種々の異なるランプタイプについてあらかじめ記録されたピーク値と比較し、前記比較に基づいて、前記検出されたピーク値をランプタイプに割り当てるステップと、を含むことを特徴とする方法。
2. 制御電流を放電ランプに供給する手段を有する、請求項１に記載の方法を実施する装置であって、
   前記ランプへの前記制御電流を振幅変調する手段と、
   前記振幅変調された制御電流のエンベロープの立ち上がりエッジにおける、前記ランプの両端のピーク電圧を検出するピーク検出手段と、
   ランプタイプに関連するピーク電圧を記録する記録手段と、
   前記測定されたピーク電圧を前記記録されたピーク電圧と比較し、前記比較に基づいて、ランプタイプを示す信号を供給する手段と、を有することを特徴とする装置。
3. 前記制御電流を前記ランプに供給する前記手段が、比較的高周波の方形波電圧を供給する供給源によって形成され、該供給源が直列共振チェーンを介して対応する制御電流を前記ランプに供給する、請求項２に記載の装置であって、
   前記比較的高周波の方形波電圧に、方形波の周波数変調を加える手段を有することを特徴とする装置。
4. 前記制御電流を前記ランプに供給する前記手段が、比較的高周波の方形波電圧を供給する供給源によって形成され、該供給源が直列共振チェーンを介して対応する制御電流を前記ランプに供給する、請求項２に記載の装置であって、
   前記比較的高周波の方形波電圧に、方形波のパルス幅変調を加える手段を有することを特徴とする装置。
5. 前記制御電流を前記ランプに供給する前記手段が、比較的高周波の方形波電圧を供給する供給源によって形成され、該供給源が直列共振チェーンを介して対応する制御電流を前記ランプに供給し、前記比較的高周波の方形波電圧を供給する前記供給源に、ＡＣ／ＤＣコンバータからの直流電圧が印加される、請求項２に記載の装置であって、
   前記比較的高周波の方形波電圧を供給する前記供給源に供給される前記直流電圧に、方形波の振幅変調を加える手段を有することを特徴とする装置。
   

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