JP2011505659A - ガス放電ランプを点火する方法及び点火装置 - Google Patents

Abstract

ガス放電ランプ２を点火する方法は、比較的低い振幅をもつ複数の高電圧点火パルスを最初に印加するステップと、比較的高い振幅をもつ高電圧点火パルスを次に印加するステップとを有する。低い振幅の点火パルスの生成から高い振幅の点火パルスの生成へのスイッチングは、低い振幅の点火パルスをカウントすることに基づいて、又は、低い振幅の点火パルスが生成される間の期間の継続期間を監視することに基づいて行われ得る。

Description

本発明は、概して、ガス放電ランプを駆動させる分野、詳細には、高輝度放電ランプ（ＨＩＤ）を点火する分野に関する。特に、本発明は、メタルハライドランプ（ＭＨ）に関する。

一般にガス放電ランプ、より詳細にはＨＩＤランプは、一般に知られており、従って、詳細な説明はここで必要とされない。これは、斯様なランプが互いに或る距離をおいて２つの電極をもつ封止ガスチャンバを有することを言えば十分である。

ランプが"オン"であるときには、放電電流が２つの電極間で確立され、ランプ電圧が電極間に生じる。ドライバは、ランプと同一の電圧及び定常状態のランプ電流値をもつ電力を供給可能にしなければならない。ランプが"オフ"であり、ランプがオンにされることが要求されるときには、ランプ電圧をもつ電力を供給することは明らかであるが、あいにく、ガス放電ランプは、点火のための高い電圧を必要とする。それ故、高電圧パルスを生成可能な点火回路を設けることが通常であり、ランプが点火した場合には定常状態の電力供給が引き継ぐ。

ところで、斯様な点火パルスの必要とされる大きさ（即ち、電圧振幅）がランプの状況に依存するという問題がある。ランプが熱い（即ち、ごく最近に消した）場合には、ランプが冷たい状況と比較してより大きなパルスが必要とされる。最悪の場合のシナリオのためにランプドライバを設計し、従って、熱いランプに適した高電圧点火パルスを常に印加することが可能であるが、これらの高い電圧パルスはランプにとって不利であり、ランプの寿命を削減する（例えば、高電圧が印加されることによりランプパーツが故障し得る）か、又は、寿命までの間のランプ性能を削減し得る（例えば、光束が削減され得る）ので、これは望ましくない。

本発明の目的は、これらの問題及び不利な点を克服することにある。特に、本発明は、ランプ寿命を不必要に削減することなく冷たいランプ及び熱いランプを点火可能な、高輝度ガス放電ランプのための点火回路を提供することを目的としている。

本発明の重要な態様によれば、冷たいランプを点火するのに適した比較的低い振幅で点火パルスが最初に生成され、ランプレスポンスが監視される。ランプが点火されない場合には、点火パルスは、熱いランプを点火するのに適した比較的高い振幅で点火パルスが生成される。それ故、必要とされるときにのみランプが比較的高い振幅のパルスで点火されることが保証される。

米国特許第５，０８４，６５５号明細書は、最初に小さな点火パルスを印加し、小さな点火パルスがランプを点火するのに成功しない場合にのみ大きな点火パルスを印加するように設計された点火回路を開示していることに留意されたい。しかしながら、この開示の回路は、ランプ電流期間の半分の間に１つの小さな点火パルスを、続いて、前記ランプ電流期間の次の半分の間に１つの大きな点火パルスを常に生成する（電流周波数は５０Ｈｚ）。しかしながら、本発明者らは、実際には、パルス自体が十分な振幅をもつ場合であっても、大抵、ランプは１つの点火パルスに基づくだけでは点火しないという問題が存在することを見出した。それ故、最初の小さな点火パルスで点火されない冷たいランプは、常に、次の大きなパルスを受け取るだろう。ランプは、斯様な大きなパルスでさえも即座に点火されない可能性がある。従って、ランプは、大きなパルスと小さなパルスとを交互に生ずるトレインを受け取り、このトレイン中の複数の大きなパルスは、ランプパーツの寿命に対して不利である。加えて、ランプが点火した場合に、点火が大きなパルスによりもたらされた可能性は、５０％よりもかなり高い。それ故、ランプ寿命は、大きなパルスで点火することに起因して依然として削減されるだろう。

本発明の目的は、これらの問題を克服することにある。この目的を達成するために、本発明は、例えば０．５秒から数秒までの範囲内の継続期間をもつ、小さな点火パルスの第１のトレインが生成されることを提案する。小さな点火パルスのこのトレイン後にランプが点火しなかった場合のみ、ランプが点火するまで、より大きな点火パルスが生成される。

更に有利な詳細が従属請求項において述べられる。

本発明のこれら並びに他の態様、特徴及び利点は、図面を参照して１又はそれ以上の好ましい実施形態の以下の説明により更に説明されるだろう。図面において、同一の参照数字は、同一又は類似のパーツを示している。

ガス放電ランプ用の電子ドライバのブロック図を概略的に示している。 点火装置の一実施形態を概略的に示すブロック図である。

図１は、ガス放電ランプ２用の電子ドライバ１の例となる実施形態のブロック図を概略的に示している。ドライバ１は、メイン（例えば２３０Ｖ、５０Ｈｚ）への接続のための入力端子３と、メイン電圧を整流するための整流部４と、整流部４から受信した整流電圧を実質的な定電流に変換するための変換部５とを有する。更に、ドライバ１は、変換部５により供給された出力電流を交換する交換部１０を有する。示された実施形態において、交換部１０は、２つのキャパシタ１３，１４の直列接続と平行な２つのスイッチ１１，１２の直列接続を有する良く知られたＨ型のブリッジ構造をもつ。ランプ２を接続するためのランプ出力端子１５，１６は、（以下で説明されるような点火装置を介して）２つのスイッチ１１，１２間のノードＡと２つのキャパシタ１３，１４間のノードＢとにそれぞれ結合される。コントローラ２０は、２つのスイッチ１１,１２の入力端子をそれぞれ制御するために結合された出力端子２１,２２をもつ。斯様な一般的なドライバ設計は、それ自体知られており、この設計及びその動作のより詳細な説明はここでは必要ではない。ランプ電流供給を実行するために種々の他の可能性が存在することに留意されたい。

ドライバ１は、別個の制御回路により制御されてもよいが、示された実施形態においては前記コントローラ２０により制御される点火回路３０を更に有する。この目的を達成するために、コントローラ２０の点火制御出力部２３は、点火装置３０の制御入力部３１に結合される。ノードＡとランプとの間に設けられた点火装置３０は、前記ランプ２と直列に結合される。

コントローラ２０の出力端子２１,２２では、コントローラ２０は、スイッチを交互に開及び閉にするような、２つのスイッチ１１,１２のための制御信号をそれぞれ生成する。スイッチが開にされること及びスイッチが閉にされることに依存して、ランプ電流は、ノードＡからノードＢに又はその逆のいずれかに流れ、ランプがオンであると見なす。コントローラ２０は、電流生成の他のモードも実現可能であるが、当業者により明らかになるような低周波数の矩形波電流を実行する。

ドライバ１は、コントローラ２０のユーザ入力端子２４に結合されたユーザ入力部ＵＩを有し、ユーザ入力部ＵＩを介して、ユーザがランプをオンにするためのコマンドを入力する。斯様な入力コマンドを受信すると、コントローラ２０は、スイッチ１１,１２のスイッチングを開始し、点火装置３０を起動させる。コントローラが起動を操作し始めることも可能である。

図２は、点火装置３０の一実施形態の一部の詳細を概略的に示すブロック図である。他の設計が可能であるが、この実施形態における点火装置３０は、一次巻線４１及び二次巻線をもつトランス４０を有する。二次巻線４２は、点火装置３０の出力端子３５,３６に結合された出力端子をもつ。点火装置３０は、一次トランス巻線４１と並列に設けられたキャパシタ４３、及び、キャパシタ４３と一次トランス巻線４１との間に接続された制御可能なスイッチ４４（典型的にはＭＯＳＦＥＴ若しくはＩＧＢＴ又は同種のもの）を更に有する。点火装置３０は、点火装置電源部４７、典型的にはＤＣ電圧のソースから電力を受け取るための入力端子４５,４６をもつ。レジスタ４８は、第１の入力端子４５に結合された一方の端子、及び、キャパシタ４３とスイッチ４４との間のノードＣに結合された他方の端子をもつ。第２の入力端子４６は、キャパシタ４３と一次トランス巻線４１との間のノードＤに結合される。

点火回路は、少なくとも２つの異なる状態で動作可能である。第１の状態において、スイッチ４４は、閉にされ（即ち、導通状態）、第２の状態において、スイッチ４４は、開にされる（即ち、非導通状態）。点火装置３０は、スイッチ４４の状態を制御するための点火装置コントローラ４９を更に有する。これは、別個のコントローラをもたらしてもよいが、この機能は、メインコントローラ２０によっても実行され得る。又は、双方のコントローラが統合されてもよい。

点火装置３０の動作は以下のとおりである。スイッチ４４が開であることを想定する。キャパシタ４３がレジスタ４８を介して充電され、ノードＣでの電圧がノードＤでの電圧に対して上昇する。点火装置コントローラ４９がスイッチ４４を閉にするときに、キャパシタ４３は、一次トランス巻線４１を超えて放電され、トランス出力端子３５,３６で高電圧パルスを生じさせる。そして、点火装置コントローラ４９がスイッチ４４を開にし、キャパシタ４３が再び充電され、前述のことが、或る繰り返し頻度で繰り返される。

点火装置コントローラ４９は、少なくとも２つのモードで動作可能である。"コールドスタートモード"として示される第１のモードでは、ノードＣでの電圧が、点火装置コントローラ４９がスイッチ４４を閉にする時点で比較的低いものであり、従って、トランス出力端子３５,３６での生ずる高電圧パルスは、比較的低いパルス振幅及び比較的低いエネルギ量をもつ。"ホットスタートモード"として示される第２のモードでは、ノードＣでの電圧が、点火装置コントローラ４９がスイッチ４４を開にする時点で比較的高いものであり、従って、トランス出力端子３５,３６での生ずる高電圧パルスは、比較的高いパルス振幅及び比較的高いエネルギ量をもつ。

一例において、点火装置供給部４７は、４００Ｖの供給電圧を供給し、キャパシタ４３は、コールドスタートモードにおいて約８０Ｖに充電され、キャパシタ４３は、ホットスタートモードにおいて約３５０Ｖに充電される。

点火装置コントローラ４９は、タイマーを備えてもよく、この場合においては、点火装置コントローラ４９は、スイッチ４４が開にされた時点から経過した時間に基づいてスイッチ４４を閉にすることを決定し得る。この時間が長くなればなるほど、ノードＣでの電圧がより高くなる。点火装置コントローラ４９は、基準電圧ソース及びコンパレータ、並びに、ノードＣでのキャパシタ電圧を感知するためのセンサを備えることも可能であり、この場合においては、点火装置コントローラ４９は、ノードＣでの実際のキャパシタ電圧に基づいてスイッチ４４を閉にすることを決定し得る。

ランプスタートコマンドを受信することに応答して、点火装置コントローラ４９は、或る"コールドスタート継続期間"をもつ"コールドスタート期間"として示される或る時間の間、第１のモード、即ちコールドスタートモードにおいて最初に動作するように設計される。コールドスタート期間の間、典型的には、比較的低いパルス振幅をもつ複数の高電圧パルスが生成される。即ち、コールドスタート継続期間は、パルス繰り返し期間よりも非常に短い。コールドスタート期間の継続期間は、開始からの時間に基づいて決定され得る。即ち、当業者にとって明らかなように、点火装置コントローラ４９は、タイマー（図示省略）を備えてもよく、点火装置コントローラ４９は、開始からの時間を、メモリに格納された予め決められた時間値と比較するように設計されてもよい。コールドスタート期間の継続期間は、パルスの数に基づいて決定されてもよい。即ち、当業者とって明らかなように、点火装置は、カウンタを有してもよく、パルスの数（即ち、スイッチ４４が閉にされた回数）を、メモリに格納された予め決められたカウント値と比較するように設計されてもよい。

コールドスタート持続期間のための典型的に適切な値は、０．５秒から１０秒のオーダにある。パルスの数は、典型的には、秒当たり１００のオーダにある。

点火装置コントローラ４９は、ランプが点火されたことを示す信号を受信するための入力部５０をもつ。斯様な信号は、例えば、ランプ電流センサにより、又は、ランプ光を検出する光学センサにより供給され得る。入力部５０で受信した信号がランプ内の放電の発生を示すとすぐに、点火装置コントローラ４９は、スイッチを開のままにするように、スイッチ４４のための一定の制御出力信号を生成し、従って、更なる点火パルスは生成されない。点火装置コントローラ４９は、コールドスタート期間が終了する一方でランプが依然として放電し始めないことを見つける場合には、点火装置コントローラ４９は、より大きなエネルギをもつパルスを生成するホットスタートモードに切り替える。

要約すると、本発明は、ガス放電ランプを点火する方法を提供する。本方法は、比較的低い振幅をもつ複数の高電圧点火パルスを最初に印加するステップと、比較的高い振幅をもつ高電圧点火パルスを次に印加するステップとを有する。低い振幅の点火パルスの生成から高い振幅の点火パルスの生成へのスイッチングは、低い振幅の点火パルスをカウントすることに基づいて、又は、低い振幅の点火パルスが生成される間の期間の継続期間を監視することに基づいて行われ得る。

本発明は、図面及び前述の説明において詳細に示され及び説明された一方で、斯様な図示及び説明が、例示又は例となるものであり限定的ではないと見なされることが当業者にとって明らかになるべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではなく、むしろ、幾つかのバリエーション及び変更が、特許請求の範囲に規定された本発明の保護範囲内において可能である。

例えば、２つの取り得る電圧レベルのうち１つを選択する代わりに、点火装置が、３又はそれ以上の電圧レベルから選択し、段階的に又は徐々に電圧レベルを増大させるように設計されてもよい。

更に、点火装置は、異なる動作原理に基づいて動作するように設計されてもよい。前記の例においては、点火装置は、パルス生成の原理に基づいている。生成されたパルスの大きさは、キャパシタ４３の充電時間を変えることにより容易に変化され得る。生成されたパルスの大きさが点火装置４７の電圧を変えることにより変化されることも可能である。代わりに、共振回路内の動作周波数は、共振に向かってゆっくりとシフトされ、コールドスタートモードにおいて共振ピークに達することが阻止される。更に他の代替手段において、共振回路とパルス回路との組み合わせを用いることも可能である。即ち、共振回路は、コールドスタート点火電圧を生成するように設計され、その一方で、パルス回路は、しばらくした後にコールドスタート点火電圧がランプを点火するのに成功しなかった場合には、ホットスタート点火パルスを重ね合わせるために追加されるだろう。これら及び他の実施の全てにおいて、点火装置は、一連の"コールドスタートの試み"を最初に生成し、成功しない場合には、一連の"ホットリストライク（hot restrike）の試み"をその後生成するだろう。

開示された実施形態に対する他のバリエーションは、図面、開示及び特許請求の範囲の研究から当業者により理解され達成され得る。特許請求の範囲において、"有する"という用語は、他の要素又はステップを除外するものではなく、単数表記は、複数を除外するものではない。１つのプロセッサ又は他のユニットは、特許請求の範囲に記載された幾つかのアイテムの機能を満たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に用いられ得ないことを示すものではない。特許請求の範囲における如何なる参照符号も、その範囲を限定するものとして考慮されるべきではない。

前記において、本発明は、本発明のデバイスの機能ブロックを示す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うち１又はそれ以上の機能ブロックは、斯様な機能ブロックの機能が個々のハードウェア要素により実行されるハードウェアにおいて実行されることが理解されるべきである。しかしながら、これらの機能ブロックの１又はそれ以上の機能ブロックは、斯様な機能ブロックの機能が、コンピュータプログラムの１又はそれ以上のプログラムライン、又は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ等のようなプログラム可能なデバイスにより実行されるような、ソフトウェアで実行されることも可能である。

Claims (9)

1. ガス放電ランプを点火する方法であって、
   比較的低い振幅をもつ高電圧点火パルスを最初に印加するステップと、
   比較的高い振幅をもつ高電圧点火パルスを次に印加するステップとを有し、
   比較的低い振幅をもつ複数の高電圧点火パルスが最初に印加され、その後、比較的高い振幅をもつ高電圧点火パルスが印加される、方法。
2. ガス放電ランプのための点火装置であって、
   ランプの点火を生じさせるために、高電圧点火パルスをランプに供給する出力端子をもち、
   当該点火装置は、コールドスタートモードとホットスタートモードとにおいて動作可能であり、
   前記ホットスタートモードの間に生成された前記点火パルスの振幅は、前記コールドスタートモードの間に生成された前記点火パルスの振幅よりも高く、
   当該点火装置は、複数の点火パルスを生成するように前記コールドスタートモードで最初に動作し、その後、ホットスタートモードで動作するように切り替わる、点火装置。
3. 当該点火装置は、予め決められたコールドスタート継続期間をもつコールドスタート期間の間に前記コールドスタートモードで最初に動作し、前記コールドスタート期間の終了時点で前記ランプが依然として点火されなかった場合に、前記ホットスタートモードで動作するように切り替わる、請求項２に記載の点火装置。
4. 当該点火装置は、前記コールドスタートモードの間に生成された点火パルスの数をカウントし、予め決められた数に達しても前記ランプが依然として点火されなかった場合に、前記ホットスタートモードで動作するように切り替わる、請求項２に記載の点火装置。
5. 当該点火装置は、
   前記出力端子に結合された二次巻線をもつパルストランスと、
   前記パルストランスの一次巻線に結合されたキャパシタと、
   前記キャパシタと前記一次巻線との間に設けられた制御可能なスイッチと、
   前記スイッチが開にされるときに前記キャパシタを充電するための供給部と、
   前記スイッチを制御するための点火装置コントローラとを有し、
   前記点火装置コントローラは、前記スイッチを閉にするために高電圧点火パルスを生成する、請求項２に記載の点火装置。
6. 前記点火装置コントローラは、
   前記キャパシタの充電を開始するために前記スイッチを開にし、
   前記キャパシタ間の電圧を監視し、
   前記キャパシタの電圧を予め決められた基準電圧と比較し、
   前記キャパシタの電圧が前記基準電圧に達したときに前記スイッチを閉にする、請求項５に記載の点火装置。
7. 前記コールドスタートモードの間において、前記点火装置コントローラは、前記キャパシタの電圧を、第１の予め決められた基準電圧と比較し、
   前記ホットスタートモードの間において、前記点火装置コントローラは、前記キャパシタ電圧を、前記第１の予め決められた基準電圧よりも高い第２の予め決められた基準電圧と比較する、請求項６に記載の点火装置。
8. 前記点火装置コントローラは、
   前記キャパシタの充電を開始するために前記スイッチを開にし、
   時間を監視し、
   前記スイッチを開にしてから予め決められた時間が経過したときに、前記スイッチを閉にする、請求項５に記載の点火装置。
9. 前記コールドスタートモードの間において、前記点火装置コントローラは、第１の予め決められた時間が経過したときに前記スイッチを閉にし、
   前記ホットスタートモードの間において、前記点火装置コントローラは、前記第１の予め決められた時間よりも長い第２の予め決められた時間が経過したときに前記スイッチを閉にする、請求項８に記載の点火装置。

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