JP2008503867A - Ｈｉｄランプを動作させるための方法及び駆動回路 - Google Patents

Abstract

ガス放電ランプにおいて音響共振を回避するよう、多数の周波数から構成されるランプ電流が前出のランプへ供給される。多数の周波数を用いると、ランプへ供給される総電力は、前出の多数の周波数に亘って分配される。周波数ごとの電力は比較的低いので、音響共振の発生の可能性は、ガス放電ランプの特性に関係なく低い。電流は、多数の正弦波電流を印加することにより又は非正弦波電流を用いることにより多数の周波数を有しうる。

Description

本発明は、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプを動作させるための、具体的には、ＨＩＤランプでの音響共振を回避するよう多数の周波数成分を有する電流を用いてＨＩＤランプを動作させるための方法及び駆動回路に関する。

高周波で動作するガス放電ランプは、音響共振の影響を受けやすい。ランプにおける圧力波の発生は、アークを曲げ、アークを端から端まで動かし、厄介なちらつき（ｆｌｉｃｋｅｒ）を作り出す。あるいは、深刻な場合にはランプを破壊することすらある。

音響共振を引き起こす問題に対する既知の解決法は、例えば、周波数変調を適用することにより、一定でないランプ電流周波数を使用し、夫々の周波数での電力が音波を発生させるには低すぎるように様々な周波数に亘って電力を広げることである。

前出の問題に対する他の既知の解決法は、超短波周波数（ＶＨＦ）範囲でランプを動作させることである。超短波周波数とは、音響共振範囲を上回る周波数を意味する。場合により、依然として生じている音響共振は、アークを安定に保つようこの周波数範囲で十分に減衰される。

しかし、所定のＶＨＦ周波数でガス放電ランプを動作させることは、依然として可視的な音響共振を生じさせる。所定のＶＨＦ周波数で、幾つかのランプは、ガス混合における違い、製造ばらつき、又は耐用年数に亘る使用の間の変化に起因して不安定であることがある。

周波数変調を適用することは、変調を得るための更なる回路を必要とし、望ましくなく大きく且つ高価なランプ駆動回路をもたらす。

ＶＨＦ範囲よりも更に高い周波数範囲、即ち極超短波周波数（ＥＨＦ）範囲でガス放電ランプを動作させることは、ランプ駆動回路の高い電力損失及び制御問題を生じさせ、従って、前出の問題に対する実用的な解決法ではない。

更に、音響共振周波数範囲を下回る周波数でガス放電ランプを動作させることは、依然として、動作周波数のより高次な高調波により発生した音響共振をもたらすことが知られる。

本発明は、ガス放電ランプでの音響共振の発生を最低限とするガス放電ランプ駆動方法及び回路を提供することを目的とする。

前出の目的は、一定であって、所定の高周波数範囲又は超短波周波数範囲にある周波数を有する電流をガス放電ランプへ供給することにより前記ガス放電ランプを駆動する方法であって、前記電流は、前記周波数範囲で多数の周波数を有し、入力電力は、前記所定の高周波数範囲又は超短波周波数範囲にある前記多数の周波数に亘って分配される、ことを特徴とする方法により達成される。

更に、本発明は、所定の周波数範囲にある周波数を有する電流をガス放電ランプへ供給するためのガス放電ランプ駆動回路を提供する。前記電流の周波数は、前記周波数範囲にあり、入力電力は、前記所定の高周波数範囲又は超短波周波数範囲にある前記多数の周波数に亘って分配される。

本発明に従うガス放電ランプ駆動回路により駆動されるガス放電ランプは、多数の周波数から構成され、場合により定常波形を有する電流を受ける。従って、前記ガス放電ランプへ供給される電力は、前記多数の周波数に亘って分配される。前記多数の周波数のうちの１又はそれ以上が前記ガス放電ランプの音響共振周波数である場合には、前記共振周波数により供給される電力は、ガス放電ランプにおいて音響共振を引き起こすには小さすぎる。たとえ前記多数の周波数の全ての周波数が音響共振周波数であっても、音響共振のどれも十分な電力を伴って供給されないので、音響共振は全く生じ得ない。

前記ランプ電流は、前記所定の周波数範囲において異なる周波数を有する多数の正弦波電流を有しても良い。従って、総電力は、前記多数の周波数に亘って分配される。

本発明の他の実施例では、前記電流は、非正弦波形を有し、前記電力は、前記波形を構成する多数の周波数に亘って分配され、前記多数の周波数のうちの最低周波数は、前記所定の周波数範囲にある。

前記非正弦波形は、異なる周波数を有する多数の正弦波により構成されていると考えられても良い。前記波の数及び前記波の周波数は波形に依存する。従って、非正弦波状電流は、総電力が前記多数の周波数に亘って分配されるところの電力分布を有する。前記波に存在する最低周波数は、前記所定の周波数範囲にあり、従って、前記電力分布に寄与する最低周波数は、前記所定の周波数範囲にある。

更に、前記電流は、音響共振が発生する可能性を低減するために周波数変調されても良い。

前記所定の周波数範囲は、高周波数範囲、即ち音響共振範囲であっても良く、あるいは前記所定の周波数範囲は、超短波周波数範囲、即ち音響共振範囲を上回る周波数範囲であっても良い。電力は多数の周波数に亘って分配されるので、高周波数範囲であっても、音響共振が起こりうる可能性はない。しかし、超短波周波数範囲でガス放電ランプにおいて音響共振を駆動することは、音響共振が起こりうる可能性を更に低減する。

本発明の特定の実施例では、当該ガス放電ランプ駆動回路は、ハーフブリッジ回路及び出力フィルタを有する。前記出力フィルタは、前記ハーフブリッジ回路のノードと前記ガス放電ランプの第１の端子との間に接続されている。前記ガス放電ランプの第２の端子は、接地へ接続されている。前記ハーフブリッジ回路の第１の端子は、供給電圧へ接続され、前記インバータ回路の第２の端子は、接地へ接続されている。前記出力フィルタは、直列に接続されたインダクタンス及びキャパシタンスを有する。この実施例で、前記ランプ電流は、前記キャパシタンスの値を選択することにより成形されても良い。比較的小さなキャパシタンスを用いると、前記ランプ電流は実質的に正弦波であり、前記電力は１つの周波数に集められる。

望ましくは、前記キャパシタンスは、前記ランプ電流が多数の周波数を有し、且つ、前記電力が前記多数の周波数に亘って分配されるほど、前記インダクタンスに対して大きい。

本発明のこれら及び他の態様については、後述される実施形態から明らかであって、それらを参照して説明される。

添付の図面は、限定されない例となる実施形態を示す。

図面において、同一の参照番号は、類似する構成要素又は類似する機能を有する構成要素を示す。

図１は、例えば高輝度ガス放電（ＨＩＤ）ランプであるガス放電ランプ１０と、当該技術分野においてバラスト２０として知られるランプ駆動回路２０とを表す。ランプ１０を動作させるよう、例えば主電圧などの電圧が駆動回路入力端子２２Ａ及び２２Ｂへ供給されうる。ランプ１０は、出力端子２４Ａ及び２４Ｂでランプ駆動回路２０へ接続されている。

ランプ駆動回路２０は、入力フィルタ３０と、整流器回路４０と、インバータ回路５０とを有しうる。しかし、ランプ駆動回路２０は、他の回路を更に有しても良く、且つ、ランプ駆動回路２０は、表された回路４０、５０又はフィルタ３０のうちの１又はそれ以上を設けられなくても良い。

図１に表される実施形態では、入力フィルタ３０は、入力電圧から如何なる外乱をも、特に高周波を除去するための当該技術分野において知られるフィルタである電磁干渉（ＥＭＩ）フィルタであっても良い。また、このようなフィルタは、高周波信号が前出の入力電圧を供給する回路へ結合されることを妨げうる。

整流器回路４０は、例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚなどの交流電圧を直流電圧へ変換する。整流器回路４０は、場合により、供給された直流電圧に存在するリップルを低下させるよう１又はそれ以上のキャパシタを設けられた、当該技術分野において周知であるフルブリッジ整流器回路であっても良い。また、直流電圧を供給するのに適した如何なる他の回路が使用されても良い。適切な回路は、当該技術分野において周知であるから、更に詳細には説明しない。

インバータ回路５０は、また、電子ランプ駆動回路の当該技術分野において周知な回路であって、２つのトランジスタを有するハーフブリッジ回路と、前出の２つのトランジスタを制御するためのハーフブリッジ駆動回路とを有しうる。また、例えばフルブリッジ回路のような他の形式のインバータ回路が、使用されても良い。前出のインバータ回路５０を用いると、制御された交流電圧が、ガス放電ランプ１０を有する負荷回路へ出力される。

図２は、インバータ回路５０の簡単なハーフブリッジ実施例の一部と、ランプ１０を有する負荷回路を表す。２つのトランジスタＴ１及びＴ２は、直流電圧Ｖ_ＤＣと接地との間に直列に接続されている。ハーフブリッジ駆動回路５２は、交流電圧を出力するよう前出の２つのトランジスタＴ１及びＴ２を制御する。トランジスタＴ１とＴ２との間のノードＮ１において、ガス放電ランプ１０を有する負荷回路は、前出の交流電圧を受けるために接続されている。負荷回路は、ランプ１０に直列に接続されたインダクタンスＬ１及びキャパシタンスＣ１と、ランプ１０に並列に接続されたキャパシタンスＣ２とを更に有する。

ガス放電ランプ１０において、音響共振が、ランプ１０を流れる電流の周波数と、その周波数の電力とに依存して発生しうる。前出の電流は、インバータ回路５０により発生し、従って、２つのトランジスタＴ１及びＴ２を制御するハーフブリッジ駆動回路５２に依存し、キャパシタＣ１及びＣ２並びにインダクタンスＬ１を有する共振出力回路に依存する。

音響共振周波数は、ガス放電ランプ１０ごとに異なる。その相異は、同じ型式及び同じ製造者の多数のガス放電ランプ１０に関しては小さい。その相異は、例えば、異なる製造者によるランプ間で比較的大きくなりうる。しかし、ガス放電ランプ駆動回路２０は、如何なる適切なランプ１０がランプ駆動回路２０へ接続されても良いので、図１において出力端子２４Ａ及び２４Ｂにより示されるように、このようなガス放電ランプ１０に対して同じであっても良い。

音響共振がランプ１０のいずれかで生ずることを防ぐよう、これらのランプ１０は異なった音響共振周波数を有しうるが、ランプ駆動回路２０は、電力が多数の周波数に亘って分配されるように設計される。ランプ駆動回路２０は、例えば、電流の周波数及び形状を一定に保ち、それによって周波数を変調するための如何なる更なるハードウェアも必要としないことにより、簡単なままとされる。

図２に示される実施例において、電流の周波数は、２つのトランジスタＴ１及びＴ２を制御するハーフブリッジ駆動回路により発生し、制御される。電流の形状は、キャパシタンスＣ１、Ｃ２の値及びインダクタンスＬ１の値を選択することにより選択されうる。キャパシタンスＣ１を比較的小さく選ぶと、１つの周波数を有する実質的に正弦曲線の電流が発生する。キャパシタンスＣ１をインダクタンスＬ１に対して比較的大きく選ぶと、多数の正弦周波数により構成される電流形状がもたらされて、前出の多数の周波数に亘って全供給電圧が分配される。

総電力は前出の多数の周波数に亘って分配されるので、音響共振を励振するために前出の多数の周波数のうちの１つには十分な電力が存在する可能性はない。当業者には明らかであるように、図２で表される負荷回路は一例に過ぎず、多数の他の実施例が、非正弦波ランプ電流を発生させるために適する。

図３Ａは、時間ｔの関数として正弦波電流Ｉを表す。電流Ｉは、零電流のレベルを示す破線により示されるように、交流電流である。

図３Ｂでは、図３Ａに表される電流に対応する電力分布が示される。横軸は周波数ｆを表し、縦軸は周波数ごとの電力量を表す。図３Ａの電流Ｉは実質的に正弦波であるから、電力Ｐは１つの周波数Ｆ０にのみ集められる。１つの周波数Ｆ０での電力Ｐのこのような集中は、音響共振をもたらしうる。発生する音響共振の可能性を低減するよう、多数のこのような正弦波周波数が使用されても良く、それによって前出の多数の周波数の夫々において電力Ｐが低減される。

多数の周波数に亘って電力を分配する他の方法は、図４Ａ及び４Ｂに表される。図４Ａは、時間ｔの関数として方形波電流Ｉを表す。図４Ｂは、図４Ａの方形波電流Ｉに対応する電力分布を表す。

方形波（図４Ａ）の基本周波数Ｆ０は、図３Ａの正弦波電流Ｉの周波数と等しくなるよう選択される。図３Ａ及び図４Ａの電流の異なった形状に起因して、電力分布は異なる。図３Ｂは図３Ａの正弦波の周波数でスパイクを示し、一方、図４Ｂは、基本周波数Ｆ０で最大となる曲線を示し、更には、電流における多大な電力量が基本周波数Ｆ０よりも高い周波数及び低い周波数に亘って広がっている。

図４Ａで表される方形波電流Ｉは、如何に電力が一定周波数を有する非正弦波電流を用いて多数の周波数に亘って分配されうるかを表す一例として意図されることが知られる。具体的には、方形波電流は、非常に幅広い周波数範囲に亘って電力を分配する。しかし、本発明に従って、最低出力周波数は、例えば高周波数範囲又は超短波周波数範囲のような、所定の周波数範囲にあり、従って、方形波は、本発明に従う非正弦波電流として適切でない。

ガス放電ランプを駆動するために用いられる周波数は、高周波数範囲に又は超短波周波数範囲にありうる。高周波数範囲では、超短波周波数範囲と比較してより少ない電力が駆動回路により消費されて、更にエネルギー効率の高い駆動回路が提供される。しかし、高周波数範囲は、また、音響共振の範囲でもある。音響共振の発生の可能性を低減するよう、ランプは超短波周波数範囲で駆動されても良い。

添付の特許請求の範囲と同じく上記において、「有する」は、他の要素又はステップを除外しているわけではなく、「１つの」は、複数個を除外しているわけではないことが理解されるべきである。更に、特許請求の範囲の如何なる参照符号も、本発明の適用範囲を限定するよう解釈されるべきではない。

ガス放電ランプ用ランプ駆動回路を概略的に表す。 本発明に従うガス放電ランプ駆動回路における使用のためのハーフブリッジ回路を概略的に表す。 正弦波電流を表す図である。 図３Ａの正弦波電流の電力分布を表す図である。 方形波電流を表す図である。 図４Ａの方形波電流の電力分布を表す図である。

Claims (8)

1. 一定であって、所定の高周波数範囲又は超短波周波数範囲にある周波数を有する電流をガス放電ランプへ供給することにより前記ガス放電ランプを駆動する方法であって、
   前記電流は、前記周波数範囲で多数の周波数を有し、
   入力電力は、前記所定の高周波数範囲又は超短波周波数範囲にある前記多数の周波数に亘って分配される、ことを特徴とする方法。
2. 一定であって、所定の高周波数範囲又は超短波周波数範囲にある周波数を有する電流をガス放電ランプへ供給するためのガス放電ランプ駆動回路であって、
   前記電流は、前記周波数範囲で多数の周波数を有し、
   入力電力は、前記所定の高周波数範囲又は超短波周波数範囲にある前記多数の周波数に亘って分配される、ことを特徴とするガス放電ランプ駆動回路。
3. 前記電流は、異なる周波数を有する多数の正弦波電流を有する、ことを特徴とする請求項２記載のガス放電ランプ駆動回路。
4. 前記電流は、非正弦波形を有し、
   前記電力は、前記非正弦波形を構成する多数の周波数に亘って分配され、
   前記多数の周波数のうちの最低周波数は、前記所定の周波数範囲にある、ことを特徴とする請求項２記載のガス放電ランプ駆動回路。
5. 前記電流は、周波数変調される、ことを特徴とする請求項３又は４記載のガス放電ランプ駆動回路。
6. インバータ回路及び出力フィルタを有し、
   前記出力フィルタは、前記インバータ回路のノードと前記ガス放電ランプの第１の端子との間に接続され、
   前記ガス放電ランプの第２の端子は、接地へ接続され、
   前記インバータ回路の第１の端子は、供給電圧へ接続され、
   前記インバータ回路の第２の端子は、接地へ接続され、
   前記出力フィルタは、直列に接続されたインダクタンス及びキャパシタンスを有する、
   ことを特徴とする請求項２乃至５のうちいずれか一項記載のガス放電ランプ駆動回路。
7. 前記キャパシタンスは、前記電流が多数の周波数を有し、且つ、前記電力が前記多数の周波数に亘って分配されるほど、前記インダクタンスに対して大きい、ことを特徴とする請求項６記載のガス放電ランプ駆動回路。
8. 請求項２乃至７のうちいずれか一項記載のガス放電ランプ駆動回路を設けられたガス放電ランプ。

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