JP2006505918A - 高圧放電灯を動作させるための回路装置 - Google Patents

Abstract

高圧放電灯を動作する回路構成は、出力キャパシタと点火チョークが設けられた整流器とが設けられたダウンコンバータを有している。ダウンコンバータにより発生されたＤＣ電流の振幅は、制御回路により制御される。ＤＣ電流の整流により生じる出力キャパシタでとの点火チョークの共振を抑制するため、電流制御の電流基準信号は、ランプにより消費された電力に依存して、それぞれの直前及び直後にランプ電圧に依存して調節される。

Description

本発明は、高圧放電灯を動作するための回路構成に関し、この回路構成は、供給電圧源への接続のための入力端子、該供給電圧源により供給される供給電圧の範囲外のＤＣ電流を発生するために入力端子に結合されるＤＣ−ＤＣコンバータであって、基準信号Ｓ_refにより表される値でＤＣ電流を制御するための制御回路と、該基準信号Ｓ_refを発生するための基準回路と、出力キャパシタとを有するＤＣ−ＤＣコンバータ、ＤＣ電流の極性を変え、ランプ接続端子と点火インダクタを有する整流器、ＤＣ電流の整流（commutation）に関する周波数に等しい変調周波数で基準信号Ｓ_refを変調するための第一の回路部分を有しており、この第一の回路部分は、ＤＣ電流のそれぞれの整流の前に第二の時間インターバルΔｔ２を開始する第一の時間インターバルΔｔ１の間に量ΔＳ_refだけ基準信号Ｓ_refを減少し、第三の時間インターバルΔｔ３の間に減少された値に該基準信号を維持し、第四のインターバルΔｔ４の間に量ΔＳ_refだけ基準信号Ｓ_refを増加する。

かかる回路構成は公知であって、たとえば、投射型装置における超高圧灯を動作するために使用されることがある。実際、整流の周波数は、１０Ｈｚの振幅のオーダである。２つの連続する整流の間、大部分の時間について基準値Ｓ_refにより表される一定の値でＤＣ電流が制御される。結果として、高圧放電灯を流れる電流は、低周波の実質的に方形波状のＡＣ電流である。高圧放電灯は、かかる電流により非常に効率的なやり方で動作することができることが分かっている。

回路構成に関連した問題は、ＤＣ電流の極性の整流が該回路構成の負荷における実質的にステップ毎の変化に作用することである。この回路構成の負荷におけるステップ毎の変化により、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力キャパシタは、点火キャパシタと共振する。この共振は、可聴の雑音を生じる可能性があり、ランプの光出力に影響を与える。さらに、この共振は、ランプの寿命を短くする可能性がある。実際、この共振は、整流の付近でＳ_refの値を一時的に減少することで対抗されることがある。このＳ_refにおける減少は、「ディップ“dip”」と呼ばれることがあり、ＤＣ電流は、整流が行われる僅かな時間の経過の間に比較的低い値を一時的に有する。結果として、ステップ毎の負荷の変化により生じる共振は、大きな範囲に抑圧される。「ディップ」は、ＤＣ電流の整流と同じ周波数で起こる基準信号Ｓ_refの変調として考えることができる。「ディップ」は、ΔＳ_ref（ディップの深さ）、Ｓ_refが減少されたレベルに維持される時間の経過、Ｓ_refがディップの開始で減少されるレート、Ｓ_refがディップの終了で増加されるレート、及び変調信号Ｓ_refとランプ電流との間の位相関係、のようなディップパラメータにより特徴付けされる。

公知の回路構成では、ディップパラメータの設定は、新たなランプ（少数の焼付け時間のみを有するランプ）及び通常のランプ電力に等しいランプによる電力消費量について最適化される。しかし、多くの現代の回路構成は、ランプ電力を調節するための手段を有している。同様に、ランプ焼付け時間が増加するとき、ランプ電圧が変化する。実際に、ランプにより消費される異なる電力量は、最大の共振の抑圧を得るため、異なるディップパラメータの設定を必要とすることが分かっている。同じことが異なるランプ電圧にも当てはまる。公知の回路構成で実現される共振の抑圧は、１つの特定のランプ電力レベル及び１つのランプ電圧の値についてのみ最適化される。

本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力キャパシタと点火インダクタとの間の効果的な共振の抑圧が、ランプにより消費される多くの異なる電力レベル、及び／又は多くの異なるランプ電圧値について実現される、高圧放電灯を動作するための回路構成を提供することを目的とする。

開始節で記載される回路構成は、本発明に従って、回路構成が以下の構成を更に有することを特徴としている。第二の回路部分は、ランプにより消費される電力、ランプ電圧及びランプ電流により形成されるグループから選択されたパラメータに依存して、ΔＳ_ref、Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３及びΔｔ４により形成されるグループから選択される少なくとも１つのパラメータを調節する。

本発明に係る回路構成では、ディップパラメータの少なくとも一部の設定は、ランプにより消費される電力及び／又はランプ電圧及び／又はランプ電流により消費される電力に依存して制御される。ランプ電流における変化は、ランプ電力における変化に対応することが観察される。ランプ電流に依存して１以上のディップパラメータを調節することは、実際には、ランプ電力に依存して１以上のディップパラメータを調節することに等価である。結果として、本発明に係る回路構成におけるディップパラメータは、ランプにより消費される電力における変化、及び／又はランプ電圧における変化に応答して自動的に最適化される。結果として、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力キャパシタにわたり存在し、かつＤＣ−ＤＣコンバータの出力キャパシタと点火インダクタとの間の共振により引き起こされるＡＣ電圧の振幅は、ランプにより消費される電力及び／又はランプ電圧の値の範囲について効果的に抑圧される。

本発明に係る回路構成の実施の形態について、良好な結果が得られており、第二の回路部分は、１以上のテーブルが記憶されるメモリを含んでおり、それぞれのテーブルは、ランプ電力レベルの範囲を含み、該範囲におけるランプ電力レベルのそれぞれの値について、１以上のパラメータΔＳ_ref、Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３及びΔｔ４について対応する値を含んでいる。好ましくは、それぞれのテーブルは、ランプ電圧の予め決定された範囲についてデータを含んでいる。このようにして、ランプにより消費される多くの異なる電力値について、及び多くの異なるランプ電圧値について「ディップ」が最適化されることは、比較的簡単な手段により実現される。

代替的に、第二の回路部分は、１以上のテーブルが記憶されるメモリを有する場合があり、このテーブルは、ランプ電圧値の範囲を含み、該範囲におけるランプ電圧のそれぞれの値について、１以上のパラメータΔＳ_ref、Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３及びΔｔ４について対応する値を有する。好ましくは、それぞれのテーブルは、予め決定された範囲のランプ電力についてデータを有する。また、この後者のテーブル内容により、ランプにより消費される多くの異なる電力値、及び多くの異なるランプ電圧値について「ディップ」が最適化される。

好ましくは、第二の回路はマイクロコントローラを有している。
本発明に係る回路構成の実施の形態は、添付図面を参照して説明される。

図１では、Ｋ₁及びＫ₂は、供給電圧源への接続のための入力端子である。入力端子Ｋ₁及びＫ₂は、スイッチ素子Ｓ_d、誘導素子Ｌ₁及び出力キャパシタＣ_outからなる直列構成により接続されている。入力端子Ｋ₂は、ダイオードＤ₁によりスイッチ素子Ｓ_d及びＬ₁の共通端子に接続される。ＣＳＧは、スイッチ素子Ｓ_dを導通及び非導通に交互にするための制御信号を発生するための回路部分である。回路部分ＣＳＧの出力端子は、スイッチ素子Ｓ_dの制御電極に結合される。回路部分ＣＳＧの第一の入力端子は、入力端子Ｋ₂に接続される。回路部分ＣＳＧの第二の入力端子は、回路部分ＡＤＤの出力端子に接続される。回路部分ＡＤＤは、回路部分ＡＤＤの第一の入力端子に存在する第一の信号と回路部分ＡＤＤの第二の入力端子に存在する第二の信号との合計である信号を、その出力端子で発生するための回路部分である。回路部分ＡＤＤの第一の入力端子は、回路部分Ｓ_refgenの出力端子に接続される。回路部分Ｓ_refgenは、基準信号Ｓ_refを発生する基準回路である。スイッチ素子Ｓ_d、回路部分ＣＳＧ、誘導素子Ｌ₁、出力キャパシタＣ_out、ダイオードＤ₁及び回路部分Ｓ_refgenは、供給電圧源により供給された供給電圧の範囲外のＤＣ電流を発生するＤＣ−ＤＣコンバータを互いに形成している。図１に示される実施の形態では、このＤＣ−ＤＣコンバータは、ダウンコンバータタイプである。回路部分Ｓ_refgenは、回路部分ＣＳＧと共に、基準信号Ｓ_refにより表される値でＤＣ電流を制御するための制御回路を形成している。

信号Ｓ_refは、ランプ電流のそれぞれ半周期の主要な部分の間にダウンコンバータにより発生されるＤＣ電流の所望の値を表している。出力キャパシタＣ_outは、スイッチ素子Ｓ₁とスイッチ素子Ｓ₂からなる直列構成により、及びスイッチ素子Ｓ₃とスイッチ素子Ｓ₄からなる直列構成により短絡される。スイッチ素子Ｓ₁とスイッチ素子Ｓ₂の共通の端子は、点火インダクタＬ_ignとキャパシタＣ_resからなる直列構成によりスイッチ素子Ｓ₃とスイッチ素子Ｓ₄の共通の端子に接続される。キャパシタＣ_resは、キャパシタＣ_resのそれぞれの側に位置されるランプ接続端子Ｋ₃及びＫ₄に接続される、超高圧放電灯ＬA及び電流感知抵抗Ｒからなる直列構成により短絡される。スイッチ素子Ｓ₁〜Ｓ₄の制御電極は、スイッチング素子Ｓ₁〜Ｓ₄の導通状態を制御するための制御信号を発生するために回路部分ＢＣのそれぞれの出力端子に結合される。図１では、この結合は、破線により示されている。スイッチ素子Ｓ₁〜Ｓ₄、回路部分ＢＣ、点火インダクタＬ_ign、ランプ端子Ｋ₃及びＫ₄、並びにキャパシタＣ_resは、ＤＣ−ＤＣコンバータにより発生されるＤＣ電流の極性を変えるための整流器を全体で形成している。回路部分ＳＣは、ランプ電力とランプ電圧を測定するための回路部分である。ランプ接続端子Ｋ₃及びＫ₄は、回路部分ＳＣのそれぞれの入力端子に接続されている。ランプＬAと電流感知抵抗Ｒの共通端子は、回路部分ＳＣの更なる入力端子に接続されている。回路部分ＳＣの第一の出力端子は、マイクロコントローラμＰの第一の入力端子に接続されている。回路部分ＳＣの第二の出力端子は、マイクロコントローラμＰの第二の入力端子に接続されている。マイクロコントローラμＰの出力端子は、回路部分ＡＤＤの第二の入力端子の接続されている。回路部分ＡＤＤ及びマイクロコントローラμＰは、ＤＣ電流の整流の周波数に等しい変調周波数で基準信号Ｓ_refを変調するための第一の回路を全体として形成しており、この変調は、１）ＤＣ電流のそれぞれの整流の前に第二の時間インターバルΔｔ２を開始する第一の時間インターバルΔｔ１の間に時間量ΔＳ_refだけ基準信号を減少し、２）第三の時間インターバルΔｔ３の間に減少した値で基準信号を維持し、３）第四の時間インターバルΔｔ４の間に時間量ΔＳ_refだけ基準信号を増加する、ことで行われる。

回路部分ＳＣは、マイクロコントローラμＰと共に、ΔＳ_ref、Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３及びΔｔ４により形成されるグループから選択される少なくとも１つのパラメータを調節するための第二の回路部分を全体として形成する。実際に、図１に示される実施の形態では、第二の回路部分は、ランプにより消費される電力における変化のケース及びランプ電圧における変化のケースの両方におけるディップを調節する。マイクロプロセッサμＰは、多数のテーブルが記憶されるメモリを有している。それぞれのテーブルは、ランプ電圧について多数の値を含んでおり、ランプ電圧のそれぞれの値について、それぞれのパラメータΔＳ_ref、Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３及びΔｔ４について対応する値を含んでいる。それぞれのテーブルは、ランプにより消費される電力の（微小の）範囲の値についてデータを含んでいる。

図１に示される回路構成の動作は、以下のように示される。
入力端子Ｋ₁及びＫ₂が図１に示される実施の形態のケースでＤＣ供給電圧を供給する供給電圧源に接続されるとき、回路部分ＣＳＧは、たとえば３５ＫＨｚの高周波でスイッチ素子Ｓ_dを交互に導通及び非導通にする制御信号を発生する。結果として、ＤＣ供給電圧よりも低い振幅をもつＤＣ電圧は、出力キャパシタＣ_outにわたり存在し、ＤＣ電流は整流器に供給される。回路部分ＢＣは、スイッチＳ₁〜Ｓ₄を２つの異なる状態に交互に制御する。第一の状態では、スイッチ素子Ｓ₁及びＳ₄は導通状態にあり、スイッチ素子Ｓ₂及びＳ₃は非導通状態にある。第二の状態では、スイッチ素子Ｓ₂及びＳ₃は、導通状態にあり、スイッチ素子Ｓ₁及びＳ₄は、非導通状態にある。

ランプが未だ点火されていないとき、点火インダクタがキャパシタＣ_resと共振するように、回路部分ＢＣがスイッチＳ₁〜Ｓ₄の状態を変える周波数は比較的高い。結果として、比較的高い電圧はランプを点火するキャパシタＣ_resにわたり存在する。ランプの点火後、回路部分ＢＣがスイッチＳ₁〜Ｓ₄の状態を変える周波数は、たとえば９０Ｈｚと比較的低い。結果として、ランプ電流は、低周波の実質的に方形波状のＡＣ電流である。２つの状態間の非常に短い時間経過について、全てのスイッチ素子は、同じ直列構成の一部であるスイッチ素子が同時に導通状態となって短絡回路を形成するのを防止するため、非導通状態に維持される。この非常に短い時間経過の間、ＤＣ−ＤＣコンバータの負荷がゼロである。この非常に短い時間経過の前後で、ＤＣ−ＤＣコンバータの負荷がゼロとは異なる。整流の間に起こる負荷における突然の変化は、出力キャパシタＣ_outと点火インダクタとを共振させる。整流の間、出力キャパシタＣ_outと点火インダクタＬ_ignとの間の共振がないとき、回路部分ＡＤＤの第二の入力端子にある信号は、近似的にゼロに等しい。したがって、回路部分ＡＤＤの出力端子に存在し、回路部分ＣＳＧの第一の入力端子にも存在する信号は、Ｓ_refに等しい。オーミック抵抗Ｒにわたる電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータにより発生されるＤＣ電流（＝ランプ電流）の実際の値を表しており、回路部分ＣＳＧはスイッチ素子Ｓ_dを制御し、これにより、この電流はＳ_refに対応するレベルに維持される。整流の付近で、信号Ｓ_refは、パラメータΔＳ_ref、Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３及びΔｔ４により特徴づけされるディップにより変調される。結果として、ランプを流れる電流は、出力キャパシタＣ_outと点火インダクタＬ_ignとの間の共振が抑制されるように、整流の付近で減少される。

回路部分ＳＣは、ランプ電圧、及び電流感知抵抗Ｒを流れる電流を監視し、その第一の出力端子でランプ電力を表す信号を発生し、その第二の出力端子でランプ電圧を表す信号を発生する。

このステージで、ランプ電力を表す信号及び／又はランプ電圧を表す信号を発生するため、図１における実施の形態で行われるように、ランプで直接的に測定することは必ずしも必要なことではない。実際に、回路構成における別の電圧及び／又は別の電流を測定することで、ランプ電力を表す信号及び／又はランプ電圧を表す信号を発生する、多くの他の可能性が存在する。

マイクロコントローラは、以下の動作を周期的に繰り返す。実際のランプ電力に基づいて、マイクロコントローラは、メモリにおける適切なテーブルを選択する。適切なテーブルでは、マイクロプロセッサは、回路部分ＳＣにより測定されたランプ電圧の実際の値に最も近いランプ電圧の記憶された値に関連するパラメータΔＳ_ref、Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３及びΔｔ４の値を選択する。パラメータΔＳ_ref、Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３及びΔｔ４のこれらの値は、信号Ｓ_refの変調で続いて使用される。結果として、ディップの形状及び位置は、実際のランプ電圧及びランプにより消費された実際の電力の値について常に最適化される。

図３には、変調された基準信号の形状が示されている。Ｓ_refの値は、大部分の時間で一定であるが、変調によって基準信号Ｓ_refの周期的な一時的な減少に作用する。これらの周期的な減少は、整流の前に時間インターバルΔｔ２で開始し、パラメータΔＳ_ref、Δｔ１、Δｔ３及びΔｔ４により決定される形状を有する。また、図３は、時間の関数としてランプ電流の形状を示している。ランプ電流は、大部分の時間で一定の振幅を有している。それぞれの整流の前の時間の経過Δｔ２で、時間インターバルΔｔ１の間に振幅が減少する。次いで、時間インターバルΔｔ３の間にランプ電流の振幅が一定値に維持される。時間インターバルΔｔ３の過程で、ＤＣ電流の整流が行われる。時間インターバルΔｔ３の後、ランプ電流の振幅は、時間インターバルΔｔ４の間にその元の値に増加する。Δｔ１は必ずしもΔｔ４に等しい必要はなく、時間インターバルΔｔ３の半分が経過したときに整流が起こる必要はないが、たとえばΔｔ２の値に依存して時間インターバルΔｔ３における他の時間で起こる場合があることは注目すべきである。

例を通して、図１に示される回路構成の機能は、パラメータΔＳ_ref、Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３及びΔｔ４の全てが調節される実施の形態について記載される。勿論、マイクロプロセッサに少ないパラメータを調節させることも可能である。より多くのパラメータの調節は、出力キャパシタと点火インダクタとの間の共振に関する良好な抑圧を一般に招く。

本発明は、ランプ電流のそれぞれ半周期の終わりで短い時間インターバルの間にランプ電流の振幅を増加するための回路部分が設けられた高圧放電灯を動作するための回路構成における実現に非常に適していることが記載される。ランプ電流の振幅に関するかかる一時的な増加により、フラッタを減少することが分かる。かかる回路構成では、ディップにより引き起こされるランプ電流における減少は、ランプ電流が増加される短い時間インターバルの後にのみ開始する。

本発明に係る回路構成に接続されるランプによる、回路構成の実施の形態を示す回路図である。 図１に示される実施の形態における変調信号Ｓ_ref、及びランプを流れる電流の形状を時間の関数として示す図である。

Claims (6)

1. 高圧放電灯を動作させるための回路装置であって、
   供給電圧源への接続のための入力端子と、
   該供給電圧源により供給される供給電圧外のＤＣ電流を生成する入力端子に結合されるＤＣ−ＤＣコンバータであって、基準信号Ｓ_refにより表される値でＤＣ電流を制御する制御回路、該基準信号を生成する基準回路及び出力キャパシタを含むＤＣ−ＤＣコンバータと、
   ＤＣ電流の極性を変え、ランプ接続端子と点火インダクタを含む整流器と、
   ＤＣ電流のそれぞれの整流の前に第二の時間インターバルΔｔ２を開始する第一の時間インターバルΔｔ１の間に所定量ΔＳ_refだけ基準信号を減少させ、第三の時間インターバルΔｔ３の間に減少された値で該基準信号を保持し、第四の時間インターバルΔｔ４の間に該所定量だけ該基準信号を増加することで、該ＤＣ電流の整流に関する周波数に等しい変調周波数で該基準信号を変調する第一の回路部分とを有し、
   ランプにより消費された電力、ランプ電圧及びランプ電流により形成されるグループから選択されたパラメータに依存して、該ΔＳ_ref、Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３及びΔｔ４により形成されたグループから選択された少なくとも１つのパラメータを調節するための第二の回路部分を更に有する、
   ことを特徴とする回路装置。
2. 該第二の回路部分は、１以上のテーブルが記憶されるメモリを含み、該テーブルのそれぞれは、ランプ電力レベルのレンジと、該レンジにおけるランプ電力レベルのそれぞれの値について、パラメータΔＳ_ref、Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３及びΔｔ４のうちの１つ以上の対応する値とを含む、
   請求項１記載の回路装置。
3. 該テーブルのそれぞれは、予め決定されたランプ電圧のレンジについてデータを含む、
   請求項２記載の回路装置。
4. 該第二の回路部分は、ランプ電圧値のレンジ、及び該レンジにおけるランプ電圧のそれぞれの値について該パラメータΔＳ_ref、Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３及びΔｔ４のうちの１つ以上の対応する値を含む１以上のテーブルが記憶されるメモリを含む、
   請求項１記載の回路構成。
5. 該テーブルのそれぞれは、予め決定されたランプ電力のレンジについてデータを含む、
   請求項４記載の回路装置。
6. 該第二の回路部分は、マイクロコントローラを有する、
   請求項１乃至５のいずれか記載の回路装置。
   

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