JP2010517235A - ガス放電ランプを駆動する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

ガス放電ランプ２を駆動するためのドライバ１は、セットポイント信号を受け取るためのセットポイント入力４を持っている、ランプ電流を生成する電流源３と、電流セットポイント信号Ｓ_Ｍを生成するコントローラ１０と、疑似ランダムノイズ信号Ｓ_ＰＲＮＳを生成する制御可能なノイズ信号源２０と、前記コントローラからの電流セットポイント信号Ｓ_Ｍと前記ノイズ信号源からの疑似ランダムノイズ信号Ｓ_ＰＲＮＳとを加算する加算器２２であって、前記電流源の前記セットポイント入力に結果を供給する加算器２２と、疑似ランダムノイズ信号Ｓ_ＰＲＮＳに対する応答における前記ランプの特徴的なランプ応答を測定すると共に、前記コントローラに検出信号を供給する測定手段４０と、前記コントローラに関連付けられているメモリ３０であって、少なくとも１つの基準信号を記憶しているメモリ３０とを有する。前記コントローラは、測定されたランプ応答を前記メモリ内の所定の基準信号と比較し、前記ランプをオフに切り換え得る。

Description

本発明は、一般には、放電ランプの分野に関し、詳細には、高輝度放電ランプ（ＨＩＤ）、即ち、例えば、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプ及びメタルハライドランプのような高圧ランプに関する。

ガス放電ランプは一般に知られているので、ガス放電ランプの設計に関する入念な議論は、ここでは必要とされない。ガス放電ランプは、イオン化ガス又は蒸気によって充填されている閉じられている容器内に位置する２つの電極を有しているとい言えば、十分である。前記容器は、典型的には、石英又はセラミック（特に多結晶アルミナ（ＰＣＡ）である。前記電極は、互いに或る距離だけ離間されて配されており、動作中、これらの電極の間に電気アークが維持される。

ガス放電ランプは、電子ドライバによって電力を供給されることができる。電子のドライバは一般に知られているので、電子のドライバの設計に関する入念な議論は、ここでは必要とされない。典型的な設計において、前記ドライバは、前記ランプに供給される整流電流を生成し、結果として、前記ランプにわたって生じるランプ電圧をもたらす。

ドライバは、典型的には、前記ランプ電流をセットポイント曲線に従わせるように設計されており、最も簡単な実施例においては、一定の電流の大きさを含んでいる。しかしながら、例えば、ランプの種類及びランプの年齢に依存して、前記ドライバは、矯正電流手段を使用し得る。更に、ガス放電ランプは１０，０００時間ものオーダの長い寿命を有しているが、ガス放電ランプの寿命は、有限である。自身の寿命の終わりにおいて、ガス放電ランプは、望ましくない特性を示すことがあり、最も劇的なものは、非受動的な故障である。従って、前記ランプドライバが、ランプ種類及び／又はランプの状態を決定することができ、例えば、ランプが自身の寿命の終わり（ＥＯＬ）に近付いていることが分かった場合、前記ランプをオフに切り換えることができるのが望ましい。更に、残りの寿命を予測することができることが望ましい。

国際特許出願公開第２００５／０７４０１０号パンフレットは、高圧ガス放電ランプの状態を調査する方法を開示している。この文献におけるガス放電ランプは、９０Ｈｚである定常状態の低周波数の方形電流信号によって動作されており、前記ランプは、１００Ｗの白色ＨＰＳランプである。１．４ｍｓの継続期間を有する短い電流パルスが前記定常電流信号に重ね合わせられている。この電流パルスに応答して、前記ランプ電圧は、実質的に一定のレベルまでの特徴的な減衰（負又は正）が後続する特徴的なステップ（それぞれ、正又は負）を示している。前記特徴的な減衰は、決定されることができる特徴的な減衰期間を有しており、この減衰期間は、一般に、およそ１μｓと１．５ｍｓとの間の範囲で変化するものとして記載されている。前記文献は、高過ぎる色温度又は低すぎる色温度のような、故障のランプ状態は、前記減衰期間の継続期間と相関しており、この結果、当該ランプの特性（即ちこの例においては色温度）が仕様の中にあるか又は外にあるかを見つけるために、特徴的な減衰の期間を決定することができると記載している。この場合、特定のランプのランプ特性が、動作可能な範囲の外にあると分かると、前記ランプをオフに切り換えることによって予防的な測定をすることが可能であり、又は当該特定のランプ特性を変更するように動作可能な状態を変更すること（この文献は、付加的な電流要素の使用を開示している）が可能である。

いずれの場合においても、この文献は、電流ステップに対する前記ランプ電圧の応答が、ランプ状態又はランプ特性の指示である少なくとも１つのパラメータ（即ち減衰期間）を含んでおり、前記パラメータは、測定され、基準値と比較され、補正されることができ、又は保護手段が、このような比較の結果に基づいてとられることができることを開示している。

この既知の方法は、満足な結果を与えているが、本発明は、この既知の方法を更に改良することを目的としている。

より詳細には、実際には、電流ステップ応答に基づいたランプの識別手順は、ノイズ及び高周波数の擾乱によって妨害されていることが分かった。従って、本発明の詳細な目的は、既知の方法を、ノイズのある状況において、より堅牢でより正確であるように改良することにある。

上述の目的を達成するために、本発明は、１つの電流パルスの代わりに、電流パルスの疑似ランダムノイズ系列を公称定常状態電流に供給することを提案する。前記疑似ランダムノイズ系列は、所定の系列であり、この予め規定された系列及び関連するシステム応答によって、当該システムの力学が、容易に計算されることができる。実際に、この方法は、ノイズのある状況におけるより正確な結果を与えることが分かっている。

更に有利な詳細は、添付の従属請求項において記載される。

あるランプに関する電流ステップに対する電圧応答を示しているグラフである。 他のランプに関する電流ステップに対する電圧応答を示しているグラフである。 実際の状況におけるノイズ及びリップルの影響を示している類似のグラフである。 本発明によるドライバを模式的に示しているブロック図である。 電流セットポイント信号を模式的に示しているグラフである。 本発明による疑似ランダムノイズ信号に対する２つの異なるランプの計算された電流応答を模式的に示しているグラフである。

本発明のこれらの及び他の見地、フィーチャ及び有利な点は、添付図面を参照して１つ以上の好ましい実施例に関する以下の記載によって更に説明される。前記添付図面において、同じ符号は、同じ又は類似の部分を示している。

図１Ａは、分圧ｐ（Ｈｇ）＝２２４バールを有する充填材を有している新しい２５０Ｗのガス放電ランプに関して測定されたランプ電流（下側の曲線）及びランプ電圧（上側の曲線）のグラフを模式的に示している。前記電流は、２Ａの一定レベルに維持されている。或る期間において、前記電流は、３Ａの値まで段階的に増大され、応答として、前記電圧は段階的に上昇し、この後、前記電圧は、元の値よりも低い値まで急速に降下しており、従って、このプラズマの負のインピーダンスを表している。少し後の時間において、前記電流は、再び２Ａの値まで段階的に増大され、応答として、前記電圧は段階的に降下し、この後、前記電圧は、再び、元の値へと急速に上昇している。

図１Ｂは、分圧ｐ（Ｈｇ）＝９７バールを有する充填材を有している、壊れている(broken down)同じ種類のランプに関しての、比較可能なグラフを示している。応答特性において、３Ａの高い電流が、低い電圧に対応していないことが分かり、更に、当該プラズマの緩和時間が増大されていることが分かる。

従って、前記ランプの状態（新しい又は壊れている）は、電流ステップに対する電圧応答を調べることによって速く決定されることができる。

しかしながら、実際の状況において、前記ランプは、切り換えられたモードの電源と直列に接続されており、このことは、測定に著しく影響を与える。比較のために、図２は、切り換えられたモードの電源と直列に接続されているランプ関する実際の測定のランプ電流及びランプ電圧のグラフを示している。前記電流ステップが、実際にノイズ及びリップル内にかき消されている電圧応答を生じていることが明らかに分かる。

図３Ａは、本発明によるガス放電ランプ２を駆動するランプドライバ１を模式的に示しているブロック図である。ドライバ１は、典型的には、約４００Ｖのオーダであると共に、場合によって電源から得られた入力電圧を受け取ると共に出力電流を供給するダウンコンバータセクション３を有している。このダウンコンバータセクション３は、電流源特性を有しており、実質的には負荷から独立に、一定の電流の大きさを有するようにし、かつ、保持することを意味している。ダウンコンバータセクション３は、前記一定の電流の大きさのレベルを決定する制御信号を受け取るための入力４を有しており、前記制御信号が変化する場合、前記出力電流も、対応する態様において変化する。前記出力電流は、ブリッジ及びイグナイタセクション５を介してランプ２に供給される。セクション５のブリッジ部は、ハーフブリッジ又はフルブリッジでも良い。このようなブリッジの設計自体は、知られているので、前記ブリッジの設計の更なる詳細は、ここでは必要とされない。同様に、ブリッジ及びイグナイタセクション５のイグナイタ部は、従来の設計のものでも良く、詳細には説明されない。

コントローラ１０は、ブリッジ及びイグナイタセクション５の制御入力６に結合されているブリッジ出力１１を有している。コントローラ１０は、更に、ダウンコンバータセクション３の制御入力４に結合されている変換器出力１２を有している。自身のブリッジ出力１１において、コントローラ１０は、これ自体は知られているように、整流時点を規定すると共に、セクション５のブリッジ部に前記ランプの電流の方向を反転させるようにする整流制御信号Ｓｃを供給する。自身の変換器出力１２において、コントローラ１０は、ダウンコンバータセクション３の出力電流の大きさを規定する電流制御信号Ｓ_Ｍを供給する。電流制御信号Ｓ_Ｍは、「セットポイント」信号とも示される。ダウンコンバータセクション３は、フィードバックループを有していても良く、前記出力電流の大きさを測定し、測定された値を制御入力４において受け取られる命令信号と比較し、必要な場合、前記出力電流の大きさを、この大きさが前記命令信号に正確に従うように適応化する。このようなフィードバックループは、図には示されていない。

図３Ｂは、適切な電流「セットポイント」信号Ｓ_Ｍの典型的な例を示している。この信号は、波形期間全体の間、安定性を向上させるように（縦の点線によって示されている）整流時点の直前における短期間の増大を除いて、一定である（定電流を示している）。このような短期間の増大の効果のより詳細な説明のために、国際特許出願公開第００／３６８８３号が参照される。

ドライバ１は、更に、疑似ランダムノイズ信号Ｓ_ＰＲＮＳを供給する出力２１を持っているランダムノイズ源２０と、ランダムノイズ源２０からランダムノイズ信号Ｓ_ＰＲＮＳを受け取る第１の入力及びコントローラ１０から電流制御信号Ｓ_Ｍを受け取る第２の入力を持っていると共に、ダウンコンバータセクション３の制御入力４に接続されている出力を持っているコントローラを有する加算器２２とを有している。効果的には、ダウンコンバータセクション３は、電流制御信号Ｓ_Ｍと疑似ランダム信号Ｓ_ＰＲＮＳとを加算したものを受け取り、この加算したものは、「セットポイント」信号として取り扱われる。

「疑似ランダムノイズ信号」なる語は、当業者にとって知られているものであり、この結果、「疑似ランダムノイズ信号」の説明は、ここでは必要ないことに留意されたい。疑似ランダムノイズ信号とは、正負の方向における一連のステップを有しているものであると言えば十分である。疑似ランダムノイズ信号Ｓ_ＰＲＮＳは、図３Ｂにおいても模式的に示されている。図１の横軸は、時間を表しており、縦軸は、任意の単位における信号の大きさを表している。

疑似ランダムノイズ信号Ｓ_ＰＲＮＳは、好ましくは、例えば、シフトレジスタとして実施化される、源２０のメモリ内に記憶されているノイズの系列であり、この結果、源２０は、同じノイズ信号を繰り返して生成することに更に留意されたい。このことは、パルス応答の計算を大幅に単純化する。

源２０は、明確さのために示されるように、外付けの源でもあっても良いが、コントローラ１０の一部として実施化されても良く、この場合、加算の機能は、コントローラ１０自体によって適切に提供されることができることに留意されたい。

ドライバ１は、更に、コントローラ１０の電流検出入力１４に結合されているランプ電流センサ４０を有している。

このような疑似ランダムノイズ信号に対するランプの応答は、ランプを区別するのに使用されることができる。このことは、以下のように実験的に確認された。

第１のステップにおいて、或るランプに関する公称ランプ電流が決定された。このことは、１つの電流期間における前記公称ランプ電流を測定することによってなされることができるが、可能なノイズの効果が、複数の連続的な電流期間における公称ランプ電流を測定すると共に、この複数にわたって平均することにより減衰されることができる。この実験において、このことは、１０個の測定されたプロファイルを平均することによってなされた。得られた公称ランプ電流プロファイルは、

として示される。

第２のステップにおいて、長さＮｙの疑似ランダムノイズ信号Ｓ_ＰＲＮＳは、加算され、再び、得られた前記ランプ電流プロファイルが測定された。これは、擾乱されているランプ電流プロファイル

として示される。ここで、同じことが当てはまり、即ち複数の（１０個の）連続的な電流期間において、各電流期間において同じ疑似ランダムノイズ信号Ｓ_ＰＲＮＳが加えられ、得られた電流プロファイルが平均された。以下の記載において、疑似ランダムノイズ信号Ｓ_ＰＲＮＳは、Ｖとしても示される。

疑似ランダムノイズ信号Ｓ_ＰＲＮＳに対するこのランプのノイズ応答ΔＹは、

として示されることができる。

Ｖ及びΔＹから、当該システムのインパルス応答Ｇ＝［Ｇ_０、Ｇ_１、…Ｇ_Ｎν１］を生じるＮνが、

のように最小二乗の最適化によって計算されることができ、
ここで、

である。

２つの異なるランプの代表的な選択に関して得られた測定されたインパルス応答が、図４に示されており、上側のグラフは、古いランプに関するものであり、下側のグラフは、新しいランプに関するものである。（実線と区別できるようにするために０．２だけ上方にずらされている）点線は、物理的モデルによる対応するインパルス応答を表している。これらは、等価な電気モデルにおけるパラメータを、測定されたデータにフィティングすることによって得られた。このモデルの構造が、当該ランプ電流に対するランプバラスト相互作用の効果を動的に記述するのに十分なものであると結論されることができる。

図４から、提案されている方法が、異なるランプを区別するのに適切であると結論されることもできる。このことは、特に、新しいランプとＥＯＬランプとを区別することに当てはまる。

異なるランプの種類は、異なるインパルス応答を有する。幾つかのランプの種類のインパルス応答を決定し、これらのインパルス応答を、コントローラ１０に関連付けられているメモリ３０内に記憶することが可能である。このことにより、コントローラ１０が、インパルス応答を測定し、測定された応答を前記メモリ内の情報と比較し、この比較に基づいて、現在駆動されているランプ２の種類を決定することが可能になる。この決定に基づいて、コントローラ１０は、例えば、決定された前記ランプの種類と一致した、定常状態の電流の大きさ、及び／又は定異常状態の電流の波形のような、幾つかの制御パラメータを適応化することができる。代替的には、コントローラ１０は、決定されたランプの種類を示す、ランプ種類指示信号を生成することもできる。代替的には、コントローラ１０は、前記ランプが自身の寿命の終わりに近付いていると前記比較が示す場合には、前記ランプをオフに切り換えるのを決定することができる。代替的には、警告信号が発されることもできる。

前記インパルス応答が連続的に決定されることは必要とされず、従って、ランダムノイズ源２０が連続的に動作することも必要とされない。図３Ａの実施例において、ランダムノイズ源２０は、コントローラ１０のノイズ制御出力１３に接続されている制御入力２３を有しており、必要とされる場合にランダムノイズ源２０をオンに切り換えるノイズ制御信号Ｓ_Ｎを供給している。コントローラ１０は、例えば、新しいランプが古いランプに取って代わる場合はいつでも、ランプの種類を決定するために、ランダムノイズ源２０をオンに切り換えることもできる。コントローラ１０は、前記ランプが仕様をまだ満たしているかどうか、及び／又は前記ランプが自身の寿命の終わりに近付いているかどうかを決定するために、規則的に（例えば、１００時間ごとに又は５００時間ごとに）ランダムノイズ源２０をオンに切り換えることもできる。ノイズ制御信号Ｓ_Ｎは、前記疑似ランダムノイズ信号の電流セットポイント信号との同期も提供することに留意されたい。

コントローラ１０がランダムノイズ源２０をオンに切り換える場合はいつでも、ランダムノイズ源２０は、その後の電流期間において同じ疑似ランダム信号を生成するが、必ずしも連続的な電流期間である必要はないことに留意されたい。従って、測定の継続期間、即ちノイズの擾乱の継続期間は、長くて数秒続く。

前記疑似ランダムノイズ信号の各電流ステップに関しては、このようなステップの大きさが、前記公称値電流セットポイントを擾乱し過ぎないように、（前記公称電流セットポイントの１乃至３％のオーダで）小さいものであることが好ましい。各電流期間における前記疑似ランダムノイズ信号の電流パルスの数は、臨界的なものではない。一般に、この数が大きくなるほど、最終的な結果に対するノイズの影響は小さくなると言うことができる。あまりに大きい数は、非実用的なものであると考えられ得る。２のような小さい数でも、既に、ただ１つの電流ステップを有する従来技術に対する改善を提供するが、１０乃至５０の範囲内の数が、好ましい。上述の実験においては、前記疑似ランダムノイズ信号の電流パルスの数は、３０に等しかった。
まとめると、本発明は、
− セットポイント信号を受け取るためのセットポイント入力４を有するランプ電流を生成する電流源３と、
− 電流セットポイント信号Ｓ_Ｍを生成するための出力１２を有するコントローラ１０と、
− コントローラ１０によって制御される制御可能なノイズ信号源２０であって、疑似ランダムノイズ信号Ｓ_ＰＲＮＳを生成するために設計されている制御可能なノイズ信号源２０と、
− コントローラ１０からの電流セットポイント信号Ｓ_Ｍ及びノイズ信号源２０からの疑似ランダムノイズ信号Ｓ_ＰＲＮＳを受け取るように接続されている加算器２２であって、電流源３のセットポイント入力４に結合されている出力を有する加算器２２と、
− 疑似ランダムノイズ信号Ｓ_ＰＲＮＳに応答してランプ２の特徴的なランプ応答を測定する測定手段４０であって、コントローラ１０に前記特徴的なランプ応答を表す検出信号を供給するようにコントローラ１０の検出入力１４に結合されている、測定手段４０と、
− 少なくとも１つの基準信号を自身に記憶している、コントローラ１０に関連付けられているメモリ３０と、
を有するガス放電ランプ２を駆動するドライバ１を提供するものである。

コントローラ１０は、測定手段４０によって測定される特徴的なランプ応答を、メモリ３０内の所定の基準信号と比較するように設計されている。

本発明は、添付図面及び上述の記載において詳細に説明され記載されたが、当業者にとって、このような説明及び記載が、説明のためのもの又は例示的なものであり、限定的なものとみなされるべきではないことは明らかである。本発明は、開示された実施例に限定されるものではなく、むしろ、幾つかの変形及び変更が、添付請求項において規定されている本発明の保護範囲内で可能である。

例えば、コントローラ１０及びランダムノイズ源２０は、１つの装置として一体化されることもできる。同じことが、コントローラ１０及びメモリ３０にもあてはまる。

更に、上述の実施例においては、電流ノイズに対する電流応答が考慮されている方法が、記載された。代替的に又は付加的に、電流セットポイント信号内のノイズに対するランプ電圧応答をモニタすることも可能である。

開示された実施例に対する他の変更は、添付図面、本明細書及び添付請求項を研究することによって、特許請求の範囲に記載の発明の実施において、当業者によって、理解され、もたらされることができる。前記請求項において、「有する」という語は、請求項に記載されていない構成要素又はステップの存在を排除するものではなく、単数形の構成要素は、複数のこのような構成要素を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、前記請求項に列挙されている幾つかの項目の機能を果たすこともできる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用されることができないことを示しているものではない。コンピュータプログラムは、ハードウェアと一緒に又はハードウェアとの一部として供給される固体物理媒体又は光学記憶媒体のような、適切な媒体において記憶されている／配布されることができるが、インターネット又他の有線又は無線の電気通信システムのような、他の形態において配布されることもできる。前記請求項内における如何なる符号も、特許請求の範囲を制限するものとしてみなされてはならない。

上述において、本発明は、本発明による装置の機能的なブロックを示している添付のブロック図を参照して説明された。これらの機能ブロックの１つ以上は、ハードウェアによって実施されることができ、このような機能ブロックの機能が個々のハードウェアの構成要素によって実施されても良いが、これらの機能ブロックの１つ以上は、ソフトウェアにおいて実施化され、この結果、このような機能ブロックの機能は、コンピュータプログラムの１つ以上の一連のプログラム、又はマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ若しくはデジタル信号プロセッサ等のようなプログラム可能な装置によって実施されると理解されたい。

Claims (12)

1. セットポイント信号を受け取るためのセットポイント入力を有する、ランプ電流を生成する電流源と、
   電流セットポイント信号を生成するための出力を有しているコントローラと、
   前記コントローラによって制御される制御可能なノイズ信号源であって、疑似ランダムノイズ信号を生成するように設計されている制御可能なノイズ信号源と、
   前記コントローラからの前記電流セットポイント信号と前記ノイズ信号源からの前記疑似ランダムノイズ信号とを受け取るように接続されている加算器であって、前記電流源の前記セットポイント入力に結合されている出力を有している加算器と、
   前記疑似ランダムノイズ信号に対する応答における前記ランプの特徴的なランプ応答を測定する測定手段であって、前記コントローラに、前記特徴的なランプ応答を表している検出信号を供給するために、前記コントローラの検出入力に結合されている測定手段と、
   前記コントローラに関連付けられているメモリであって、少なくとも１つの基準信号を記憶しているメモリと、
   を有するガス放電ランプを駆動するドライバであって、前記コントローラは、前記測定手段によって測定される前記特徴的なランプ応答を、前記メモリ内の所定の前記基準信号と比較するように設計されている、ドライバ。
2. 前記測定手段が、ランプ電流を測定する電流センサを有している、請求項１に記載のドライバ。
3. 前記測定手段が、ランプ電圧を測定する電圧センサを有している、請求項１に記載のドライバ。
4. 前記疑似ランダムノイズ信号は、１つのランプ電流期間において、後続する電流パルスの系列を含んでおり、前記系列における前記電流パルスの数は、少なくとも２つ以上である、請求項１に記載のドライバ。
5. 前記ノイズ信号源が、前記疑似ランダムノイズ信号を、前記電流セットポイント信号と同期させて生成するように、前記コントローラによって制御されており、この結果、異なる電流期間において、対応する前記疑似ランダムノイズ信号は相互に等しい、請求項１に記載のドライバ。
6. 前記コントローラが、複数のランプ電流期間にわたって、前記ランプ応答を平均するように設計されている、請求項５に記載のドライバ。
7. 前記コントローラは、前記ランプが寿命の終わりに近付いていることを前記比較の結果が示している場合、寿命末期指示信号を生成するように設計されている、請求項１に記載のドライバ。
8. 前記コントローラは、前記ランプが寿命の終わりに近付いていることを前記比較の結果が示している場合、前記ランプをオフに切り換えるように設計されている、請求項１に記載のドライバ。
9. 前記コントローラは、前記比較の結果に基づいて、少なくとも１つの制御パラメータを適応させるように設計されている、請求項１に記載のドライバ。
10. 前記制御パラメータが、定常状態電流の大きさ及び／又は定常状態電流の波形を含んでいる、請求項９に記載のドライバ。
11. 前記コントローラが、前記比較の結果に基づいて、ランプ種類指示信号を生成するように設計されている、請求項１に記載のドライバ。
12. 前記コントローラは、ランプの交換の後及び／又は動作寿命の所定の期間に対応する間隔において規則的に、前記ノイズ信号源をオンに切り換えるように設計されている、請求項１に記載のドライバ。

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