JP2009506510A - 適応事前加熱部を備えた放電ランプのための前置回路 - Google Patents

Abstract

本発明は、事前加熱可能な電極を有する放電ランプのための電子的な前置回路に関する。電子的な前置回路は測定装置（Ｍ）を有し、この測定装置（Ｍ）は事前加熱プロセス中に、接続されている放電ランプ（ＬＡ）の電極（Ｅ１，Ｅ２）のうちの少なくとも１つの電極の電極温度と相関するパラメータ（ＲＷ，ＵＫＬ２）を反復的に測定する。さらに電子的な前置回路は制御装置（Ｃ）を有し、この制御装置（Ｃ）は電極温度と相関するパラメータ（ＲＷ，ＵＫＬ２）の経過が単調でない場合には、測定に応答して放電を点弧する。さらに本発明の実施形態によれば、事前加熱プロセス中に制御装置（Ｃ）を用いて適切にこの事前加熱プロセスに介入することができる。

Description

技術分野
本発明は、放電ランプのための電子的な前置回路、より詳細には事前加熱可能な電極を有するその種の放電ランプのための電子的な前置回路に関する。

背景技術
放電ランプを作動させるための電子的な前置回路、また事前加熱可能な電極を有する放電ランプを作動させるために構成されている前置回路はそれ自体公知である。基本的に電子的な前置回路は所定の給電部、例えば回路網給電部から、放電ランプを作動させるために必要とされる特性を有する接続された放電ランプのための電力、殊に高周波交流電圧を形成する。

放電ランプの電極は放電が点弧されるまえに事前加熱されることが多い。このようにして電極の放射能力を改善することができ、また電極の寿命を延ばすことができる。典型的に事前加熱は０．４秒から約２秒以上続き、経過制御部において規定された事前加熱プログラムに従い行われる。

発明の開示
本発明の基礎とする課題は、事前加熱可能な電極を有する放電ランプのための改善された前置回路を提供することである。

本発明は、事前加熱可能な電極を有する放電ランプを作動させるための電子的な前置回路に関し、この前置回路は、事前加熱プロセス中に、接続されている放電ランプの電極のうちの少なくとも１つの電極の電極温度と相関するパラメータを反復的に測定するよう構成されている測定装置と、電極温度と相関するパラメータの経過が単調でない場合にはこの測定に応答して放電を点弧する制御装置とを有することを特徴とする。

本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

本発明は、接続されている放電ランプの電極における電圧が事前加熱プロセスの間にクリティカルな値を上回るが、横放電（Querentladung）を発生させることができる場合には、可能な限り大きい事前加熱電流ないし事前加熱電圧を使用することにより所望の短時間の事前加熱を達成できるという知識を基礎とする。

横放電は望ましいものではない。何故ならば、すなわち横放電により電極温度が再び低下するからである。温度が低い場合には電極の放射能力は低くなり、また過度に低い温度での放電の点弧は電極の摩耗を高める。

横放電を事前加熱プロセス中の電極のそのような温度低下から識別することができる。電極を介する温度の低下を電極温度と相関するパラメータの事前加熱時間内における単調ではない経過に基づき確認することができる。例えば、電極を介する横放電の際には電極の抵抗およびこの抵抗を介して降下する電圧も低下する。しかしながら電極を流れる電流は抵抗が比較的低いことに基づき増加する。この特性がどれ程厳格であるかは、加熱エネルギが電圧源特性または電流源特性を有しているか否かに依存する。実際には加熱エネルギの特性はこれらの極限値間にある。

本発明による電子的な前置回路は測定装置を有し、この測定装置は接続されている放電ランプの１つまたは２つの電極の温度を事前加熱プロセスの間に測定するよう構成されている。電極温度を測定するために、この電極温度に相関する任意の特性を測定することができる。適切なパラメータは従属請求項の範囲に記載されている。

さらには、本発明による電子的な前置回路は制御装置を有し、この制御装置は測定装置の測定に応答する。電極温度と相関するパラメータが単調ではない経過を有する場合、制御装置は放電の点弧を開始する。

事前加熱プロセス中に行われる測定の回数が増えれば増えるほど、電極温度の経過をより良好に追従することができ、またより確実に制御装置は介入することができる。しかしながら多数の測定はある程度手間が掛かること、すなわち電子機器を相応に設計しなければならないことを意味している。原理的には、僅かな測定点しか有していない横放電検出も考えられる。もっともそのように測定点が少なければ信頼性も低くなる。

本発明の実施形態においては、横放電の検出に使用される電極温度と相関するパラメータは電極のうちの１つを介する電圧である。横放電が生じると、該当する電極を介する電圧が所定量降下する。

他方では、電極温度と相関するパラメータとして電極抵抗を測定することも好ましい。事前加熱時間中の電極抵抗は事前加熱電圧および事前加熱電流から得られるので、容易に検出することができる。

電子的な前置回路が要求される電流源特性を有している場合には、横放電検出にとって電極のうちの１つを介する電圧を観察することは重要である。電子的な前置回路が特に電圧源である場合には、横放電検出は熱い抵抗と冷たい抵抗の商から得られ、この商は（付加的な）電流測定により検出される。

電極温度が予想よりも早く十分な値に達することも考えられる。事前加熱時間を最小にするために、例えば制御回路を介して点弧が行われるべきである。

測定すべきパラメータとして、目下の電極抵抗と冷たい抵抗の商が提供される。ここで電極の冷たい抵抗とは、抵抗の温度が標準室温（２０℃）に相当する場合の電極の抵抗であると解される。目下の電極抵抗、すなわち熱い抵抗と冷たい抵抗の商はまさに電極抵抗自体と同じ様に電極の温度に近似的に比例する。しかしながら冷たい抵抗によって除算されるので、これに関して標準化されたパラメータが使用される。これは重要である。何故ならば、冷たい抵抗はランプ毎に全く異なる可能性があるが、事前加熱プロセス中の温度経過からは何も表されないからである。例えば制御装置は、測定装置によって測定された熱い抵抗と同様に測定装置によって測定された冷たい抵抗の商の検出を行うよう構成されている。

有利には、目下の電極抵抗と冷たい抵抗の商が事前加熱時間の間に４〜７の値に達すると放電が点弧される。有利には、４．５の下側の限界値以上において、またこれに依存せずに６の上側の限界値までに点弧される。

事前加熱プロセスのシーケンスへの制御回路の介入は、放電の予想より早い点弧としての上述のケースだけではなく、測定に応じた電子的な前置回路の動作パラメータの適合として有効である。何故ならば、本発明の上述の実施形態のように、放電が早期に開始される場合であっても、所定の事前加熱シーケンスの簡単な実施は、事前加熱プロセスの満足のいかない結果を生じさせる可能性があるからである。

電子的な前置回路がその都度常に同じタイプの放電ランプの動作のために設計されており、また使用される場合であっても、事前加熱プロセスはそれにもかかわらず各々の放電ランプにおいて異なる経過を示す可能性がある。事前加熱プロセスのランプ毎に異なる経過は製造公差、殊に事前加熱可能な電極の製造交差、または周囲温度差に起因する可能性がある。

制御装置は測定装置の測定値を電極温度と相関するパラメータの標準値と比較する。測定値が標準値から偏差する場合には、制御装置は電子的な前置回路の動作パラメータを変更することによって、事前加熱プロセスの後続の経過を適合させ、それにより後続の測定値の相応の標準値からの予期される偏差が小さくなる。この過程はすなわち閉ループ制御である。

事前加熱プロセスの間の電極温度の経過を適合させるために適している、電子的な前置回路の動作パラメータの例は、電極を流れる事前加熱電流、電極における事前加熱電圧、電子的な前置回路によって形成される高周波交流電圧の周波数、この高周波電圧のクロック比および直流電圧の大きさである。

電極温度と相関するパラメータの標準値を制御装置によって比較できるようにするために、この標準値を電子的な前置回路の記憶装置に記憶することができるか、電子回路、例えば閾値素子（比較器）を有する回路の形で固定的に接続されている回路に測定値が供給され、標準値からの偏差が存在するか否かについて閾値が判断される。その種の回路は同時に制御装置を実現することもできる。

制御装置による事前加熱プロセスの経過の標準値への適合に基づき、電子的な前置回路の有利な実施形態は異なるタイプのランプを使用する場合であっても高いフレキシビリティを有することができる。異なるタイプのランプが異なる電極を有している可能性があるにも拘わらず、制御回路によって効果的な事前加熱プロセスの達成を試みることができる。

事前加熱プロセスを標準事前加熱プロセスに上述のように適合させることにより横放電の検出が無駄になることはない。動作パラメータが何度も適合される場合であっても横放電を発生させることができる。殊に、予期される事前加熱時間の間に測定が僅かな回数しか実施されない場合に、電極パラメータが早期に十分な値に達することも考えられる。

事前加熱プロセス中に電極温度と相関するパラメータの経過に追従するために、このパラメータが少なくとも１００ｍｓ毎に測定される。通常の事前加熱時間においては、事前加熱プロセス中にそのような複数回の測定が可能である。

電子的な前置回路が１つのタイプのランプとしか動作できないのではなく、複数の異なるタイプのランプと動作できるべき場合には、有利にはランプタイプ識別部を使用することができる。有利にはランプタイプが接続されている放電ランプの電極の冷たい抵抗を測定することにより規定される。本発明の有利な実施形態においては、異なるタイプのランプに関して適合された事前加熱パラメータ、例えば事前加熱時間、加熱電流および加熱電圧に関する標準値、また加熱電圧および加熱電流に関する最大値のセットをそれぞれ記憶するために記憶装置は構成されている。電子的な前置回路が冷たい抵抗に基づき接続されているランプのタイプを識別すると、制御装置はランプタイプに対応する標準値に応じて事前加熱プロセスを制御する。

回路網給電部の動作時にこの回路網給電部を一時的に停止させることもできる。電子的な前置回路には、回路網給電部の遮断が所定時間よりも短かったか否かを確認するための時間素子を設けることもできる。短かった場合には回路網給電部の遮断が終了した後に冷たい抵抗の測定は行われず、そうでない場合には行われる。

上記において説明した個々の特徴、また以下において説明する個々の特徴は装置のカテゴリに関するものであり、また詳細には説明していないが本発明に対応する方法にも関するものでもある。

本発明は基本的に、事前加熱可能な電極が設けられている放電ランプの作動方法にも関する。本方法は以下のステップを有する。放電ランプを接続するステップ、接続された放電ランプの電極のうちの少なくとも１つの電極の電極温度と相関するパラメータを事前加熱プロセス中に測定装置を用いて反復的に測定するステップ、電極温度と相関するパラメータの経過が単調でない場合に、測定に応答する制御装置によって放電を点弧するステップを有する。さらに本発明は、前記において、また後記においてこの方法に関して明示的に説明する構成にも関する。

図面の簡単な説明
以下では本発明を実施例に基づき詳細に説明する。本明細書において開示されている個々の特徴は異なる組合せであっても本発明の本質を成す。ここで、
図１は、本発明による電子的な前置回路のブロック回路図を示す。
図２は、電極温度と相関するパラメータの時間的な経過を示す。
図３は、電極温度と相関するパラメータおよび事前加熱プロセス中に適合される所属の加熱電流の時間的な経過を示す。
図４は、図２のヴァリエーションを示す。
図５は、図２の別のヴァリエーションを示す。
図６は、図２のさらに別のヴァリエーションを示す。

本発明の有利な実施形態
図１は、本発明による電子的な前置回路のブロック回路図を示す。

電子的な前置回路は回路網給電部Ｎ１およびＮ２から給電される。ジェネレータＧは所定の回路網給電部Ｎ１，Ｎ２から、接続されている低圧放電ランプＬＡのための給電エネルギを形成する。ジェネレータＧは供給された交流電圧を整流するための整流器、回路網給電部から可能な限り正弦波状の電流を取り出すための力率補正回路、中間回路コンデンサおよびハーフブリッジインバータを有し、中間回路コンデンサを介して、ハーフブリッジインバータの給電に必要とされる直流電圧が印加される。ハーフブリッジインバータは出力側Ａ１と基準電位ＧＮＤないし中間回路電圧の他方の電位との間に高周波交流電圧を形成する。

第１の出力側Ａ１と基準電位ＧＮＤとの間には、ランプコイルＬ、結合コンデンサＣＣ、ランプ端子ＫＬ１Ａ、低圧放電ランプＬＡ、ランプ端子ＫＬ２Ａおよび抵抗Ｒ１からなる直列回路が接続されている。ランプ端子ＫＬ１Ａ、低圧放電ランプＬＡおよびランプ端子ＫＬ２Ａからなる直列回路に並列に、ランプ端子ＫＬ１Ｂ、共振コンデンサＣＲおよびランプ端子ＫＬ２Ｂからなる直列回路が接続されている。ランプ端子ＫＬ１Ａとランプ端子ＫＬ１Ｂとの間には電極Ｅ１が設けられており、またランプ端子ＫＬ２Ａとランプ端子ＫＬ２Ｂとの間には電極Ｅ２が設けられている。

ランプ端子ＫＬ２Ａと抵抗Ｒ１との間には接続ノードＫ１が設けられている。ジェネレータＧの第２の出力側Ａ２と接続ノードＫ１との間には制御装置Ｃおよび測定装置Ｍが接続されている。制御装置Ｃおよび測定装置Ｍはマイクロコントローラの一部であり、したがって共通の枠で示されている。制御装置Ｃも測定装置Ｍも基準電位ＧＮＤについての基準を有する。制御装置Ｃは制御線路ＳＬを介してジェネレータＧの動作パラメータ、ここでは加熱電流を調整することができる。測定装置ＭはノードＫ１を介して基準電位ＧＮＤに直列に接続されている。さらに測定装置Ｍはランプ端子ＫＬ２Ｂを介して共振コンデンサＣＲに直列に接続されている。共振コンデンサＣＲと測定装置Ｍとの間には接続ノードＫ２が設けられている。この接続ノードＫ２にランプ端子ＫＬ２Ｂが接続されている。

抵抗Ｒ１を介して降下する電圧はランプ端子ＫＬ２ＡとＫＬ２Ｂとの間の電極Ｅ２を流れる電流に比例する。抵抗Ｒ１を介する電圧を測定装置Ｍにより検出することができる。ランプ端子ＫＬ２ＡとＫＬ２Ｂとの間の電圧も測定装置Ｍにより検出することができる。

図２は、事前加熱プロセス中の低圧放電ランプＬＡの電極温度と相関するパラメータの典型的な経過を示す。この実施例において測定装置Ｍは事前加熱時間の間にランプ端子ＫＬ２ＡとＫＬ２Ｂとの間の電極Ｅ２抵抗を１０回測定する。事前加熱プロセスは時点ｔ０に始まり時点ｔ１に終了する。温度の上昇と共に電極の抵抗ＲＷも高まり、事前加熱時間の終了時ｔ１、ここでは０．５ｓ後にその最大値に達する。事前加熱プロセスにより実質的な加熱が生じる前には、電極抵抗は値ＲＫ、つまり冷たい抵抗を有する。ここで電極温度と相関するパラメータとしてＲＷとＲＫの商が時間の関数として示されており、この商は事前加熱時間の終了時ｔ１には値５に達し、これは約８００℃の電極温度に対応する。

図３は熱い抵抗と冷たい抵抗の商の時間的な経過を示し、図３ｂは所属の加熱電流ＩＥ２、電極２を流れる加熱電流を示し、この加熱電流は事前加熱プロセスの間に適合される。制御装置Ｃには異なるタイプのランプに関して、事前加熱プロセスの経過において生じる、熱い抵抗と冷たい抵抗の商および加熱電流についての５つの標準値が記憶されている。事前加熱プロセスの開始前に測定装置Ｍは電極Ｅ２の冷たい抵抗を検出する。電極Ｅ２の冷たい抵抗ＲＫに基づきランプタイプが検出され、検出されたランプタイプに対応する標準値が事前加熱プロセスのための制御装置Ｃに関する比較基準として選択される。図３ａおよび３ｂにおける×印はそれぞれ制御装置に記憶されている標準値に対応する。図３ａにおける実線は熱い抵抗と冷たい抵抗の商の実際の経過に対応し、図３ｂにおける実線は事前加熱時間中の加熱電流の実際の経過に対応する。図３ａにおいては、熱い抵抗と冷たい抵抗の商が差し当たり十分に速くは増加せず、標準値に対応することが見て取れる。制御装置は適切に介入して加熱電流を高め、その結果熱い抵抗と冷たい抵抗の商は比較的大きい勾配を有することになる。加熱電流の変化は、熱い抵抗と冷たい抵抗の測定された商と所属の標準値との差に比例するよう選択されている。

図４は、２つの異なる事前加熱プロセスに関する事前加熱プロセス中の時間の関数としてのＲＷとＲＫの商を示す。第１の事前加熱プロセス（一点鎖線）においては図２に示されているような典型的な経過が見て取れる。事前加熱プロセスは時点ｔ１において終了する。第２の事前加熱プロセス（実線）においては、商が事前加熱時間の予期される終了時点ｔ１よりも前に値５に達する。もっとも商が値５に達したならば、電極は十分に熱いので放電が点弧される。

事前加熱プロセスの間に電極Ｅ２において横放電が生じると、差し当たり上昇した電極の温度が再び降下する。これは図５に示されており、目下の電極抵抗ＲＷと冷たい抵抗ＲＫの商が降下していることにも現われている。測定装置Ｍはｔ０からｔ１までの期間中に電極抵抗ＲＷを１０回測定する。この期間中に電極抵抗が差し当たり上昇し、その後降下すると、これは横放電の徴候である。つまり放電が点弧される。

図６には類似する経過が示されている。電極のうちの１つを介して横放電が生じると、電圧がこの電極を介して急激に降下する。電極Ｅ２を介する電圧ＵＫＬ２が測定装置Ｍによって測定される。事前加熱プロセスの間に電圧ＵＫＬ２が差し当たり上昇し、その後にこの電圧ＵＫＬ２が降下すると、ここでもまた制御装置Ｃを介して放電が点弧される。

本発明による電子的な前置回路のブロック回路図を示す。 電極温度と相関するパラメータの時間的な経過を示す。 電極温度と相関するパラメータおよび事前加熱プロセス中に適合される所属の加熱電流の時間的な経過を示す。 図２のヴァリエーションを示す。 図２の別のヴァリエーションを示す。 図２のさらに別のヴァリエーションを示す。

Claims (10)

1. 事前加熱可能な電極（Ｅ１，Ｅ２）を有する放電ランプを作動させるための電子的な前置回路において、
   事前加熱プロセス中に、接続されている放電ランプ（ＬＡ）の前記電極（Ｅ１，Ｅ２）のうちの少なくとも１つの電極の電極温度と相関するパラメータ（ＲＷ，ＵＫＬ２）を反復的に測定するよう構成されている測定装置（Ｍ）と、
   電極温度と相関する前記パラメータ（ＲＷ，ＵＫＬ２）の経過が単調でない場合には、前記測定に応答して放電を点弧する制御装置（Ｃ）とを有することを特徴とする、電子的な前置回路。
2. 電極温度と相関する前記パラメータ（ＲＷ）は前記電極（Ｅ１，Ｅ２）のうちの１つの電極を介する電圧（ＵＫＬ２）である、請求項１記載の電子的な前置回路。
3. 電極温度と相関する前記パラメータ（ＲＷ，ＵＫＬ２）は前記電極（Ｅ１，Ｅ２）のうちの１つの電極の抵抗（ＲＷ）である、請求項１記載の電子的な前置回路。
4. 前記制御装置（Ｃ）は、前記電極（Ｅ１，Ｅ２）のうちの１つの電極の目下の熱い抵抗（ＲＷ）と最初の冷たい抵抗（ＲＫ）の商（ＲＷ／ＲＫ）を求める、請求項１から３までのいずれか１項記載の電子的な前置回路。
5. 熱い抵抗（ＲＷ）と冷たい抵抗（ＲＫ）の前記商（ＲＷ／ＲＫ）が上側の限界値を上回ると放電を点弧する、請求項４記載の電子的な前置回路。
6. 前記上側の限界値は４以上７以下である、請求項５記載の電子的な前置回路。
7. 前記制御装置（Ｃ）は、前記事前加熱プロセス中に前記測定に応答して、前記電極温度を電子的な前置回路の動作パラメータの調整により適合させる、請求項１から６までのいずれか１項記載の電子的な前置回路。
8. 前記測定装置（Ｍ）は、電極温度と相関する前記パラメータ（ＲＷ，ＵＫＬ２）を少なくとも１００ｍｓ毎に測定する、請求項１から７までのいずれか１項記載の電子的な前置回路。
9. 記憶装置（Ｃ）を有し、該記憶装置（Ｃ）には異なるランプタイプに関して、電極温度と相関する前記パラメータ（ＲＷ，ＵＫＬ２）の標準値がそれぞれ記憶されており、
   且つ前記測定装置（Ｍ）は、
   電子的な前置回路のスイッチオン後且つ前記電極（Ｅ１，Ｅ２）の前記事前加熱プロセスの開始前に、該電極（Ｅ１，Ｅ２）のうちの１つの電極の冷たい抵抗（ＲＫ）を検出し、
   前記電極（Ｅ１，Ｅ２）のうちの１つの電極の前記冷たい抵抗（ＲＫ）に基づき前記ランプタイプを検出し、
   検出されたランプタイプに対応する標準値を前記事前加熱プロセスのための前記制御装置（Ｃ）に関する比較基準として選択する、請求項１から８のうちのいずれか１項、少なくとも請求項７記載の電子的な前置回路。
10. 低圧放電ランプ（ＬＡ）を作動させる、請求項１から９までのいずれか１項記載の電子的な電子回路。

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