JP2013513917A5

JP2013513917A5 -

Info

Publication number: JP2013513917A5
Application number: JP2012543038A
Authority: JP
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2030-12-06

Description

高輝度放電ランプの制御方法及び高輝度放電ランプの供給システム

本発明は高輝度放電ランプの制御方法及び高輝度放電ランプの供給システムに関する。

１００から１５０lm/Wの範囲では高効率のため、郊外及び大規模ライトシステムでは高輝度放電ランプが広く使用されている。高輝度放電ランプの典型的な点灯および供給システムでは誘導バラスト（BALLAST）及びスタータがあり、ランプ点灯の時期までこのバラストに高電圧を発生させる。点灯後バラストインダクタンスはランプを流れる電流を制限する。電極の劣化を減少させるために、矩形波供給電圧が制限インダクタンス（BALLAST）を備えた高輝度放電ランプに供給するために最もしばしば用いられている。

ACメインからの放電ランプの供給システムはダイオード整流器と電力係数矯正システム（PFC）からなり、約４００Vの安定化電圧の内部電源である。この電圧は電子スイッチ（トランジスタ）のフル又はハーフブリッジタイプのカスケードシステムに供給するもので、それを制御する適正な制御システムは設定の電圧を変更する電源で、そこでは直列インダクタンスがランプを通して流れる電流を設定値に制限している。調整された周波数の回路はランプに並列で、インダクタンスに直列なコンデンサを備え、直列の共振回路を形成している。スイッチカスケードの回路の自己共振周波数に近い周波数の交流電圧を発生させると、前記回路のコンデンサには高い交流電圧が誘導される。この電圧は放電ランプの点灯を始めるのに使用される。

高輝度放電ランプのワッテージを減少させる、OSRAM社が2009年3月に発表した技術情報「高輝度放電ランプ」では放電ランプに供給される電力を減少させ、調整する方法を議論するものである。この典型的な解決方法では、ランプに供給する電力の安定化エレメントはインダクタンスである一方、設定された安定化電流及び主要周波数における電力調整は予期される電力に対するインダクタンスを選択することにより行われている。このような解決は主要パラメータの変化に敏感で、実施には郊外ライトシステムのために別個の供給ネットワークを設けることを強制している。

１KHzを超える周波数を使用する高輝度放電ランプの供給は音響波の形成の原因であり、供給の広い周波数範囲（１kHzから１MHz）において音響共鳴の出現となっている。この現象は放電アークの不安定、ランプの点滅の原因となるプラズマを通して電流の流れを不安定にし、ひどい場合はバーナーの機械的損傷の原因となる。この影響を除去する典型的な方法は高輝度ランプに２つのコースの電圧を供給することからなり；一つは共鳴が起こる周波数範囲で、二つ目は放電アークを安定化させる比較的高い周波数である。EP１３２７３８２号（特許文献１）では放電ランプの供給方法であって、悪い音響共鳴を減少させるために、バラストに四角波電圧を供給する周波数変調（FM）及びパルス幅変調が使用される結果、供給波の追加の増幅変調（AM）が必要となる。

この方法によれば、ランプに供給される電力の調整はランプ電極における電流及び電圧の測定、そして供給電圧波のパラメータの変更、例えば電圧増幅の変更、周波数の変更又は充填係数の変更を含む。

高輝度放電ランプの点灯を誘導するためには、２．５kVから１５kVの高電圧を発生させる必要がある。適正な電圧を発生させる方法の一つは、インダクタンスを有し、コンデンサを含む回路を提供することで、コンデンサはインダクタンスと直列に接続し、ランプと並列に接続するもので、これらコンデンサとインダクタンスは直列の共振回路を形成し、電流の周波数を回路の自由走行する共振周波数に近づける。点灯電圧に到達後、ランプの点灯がランプに並列するコンデンサの高電圧発生の結果として始まる。

国際公開WO２００８/１３２６６２号（特許文献２）では点灯システムの使用を開示しており、リミットインダクタンスとフルブリッジのスイッチカスケードを使用するシステムを備え、ランプに並列なコンデンサに点灯の瞬間に高電圧を発生させ、また、ランプの放電アークの減衰の検出をおこなうようになっている。

共振直列点灯システムでは、共振コンデンサ上で高電圧を得る効率は上記コンデンサの容量に依存する。実際には電流強度の値の範囲がランプシステムに安全であるためには（２０Aまで）、共振コンデンサ上の数又は数十ｋＶのオーダの電圧を得るためにその容量は数ナノファラッドに制限される。一方、このコンデンサの容量は共振周波数f＝１／２π√LCと関係する。ここで、fは共振周波数、Lはインダクタンス、Cは容量である。

共振周波数はリミットインダクタンスLの値にも依存し、放電ランプに供給される周波数及び電圧に、そしてランプに供給される予測電力に依存する。一般に、３０から４００ｗの電力が超可聴音により供給されるランプの場合、インダクタンスの値は数十μHから数mHにわたり、その結果、このシステムで得られるＱファクター値は以下に等しい：Ｑ＝１／Ｒ・√L/C、ここでＱは品質ファクターで、Rはシステムの代替直列抵抗、Lはインダクタンス、Cは容量で、高い値であり、共振曲線は険しいスロープによって特徴づけられ、放電ランプの特に共振点灯のための周波数の正確な選択を必要とする。市販製品のパラメータの許容誤差によると、インダクタンス及びキャパシティの実測値の多様化によりシステムの共振周波数は広がりを見せ、次に高電圧発生のための電圧周波数の供給の変化を使用する技術を備えることが必要となる。典型的には直列共振点灯システムでは、共振システムに供給する周波数はシステムの共振周波数より高い値から点灯が起こるべき共振周波数に近い共振周波数を通して作動周波数に減少させる。その作動周波数ではインダクタンスが設定電力に相当する値の電流を制限する。誘導する周波数が共振周波数に近づくと、ランプの欠損又は損傷の場合は、電圧又は電流が共振回路において急に増大し、他のシステムエレメントの回路損傷又は故障につながる。システムの実際の配列では、上記リスクにより保護システムの使用が必要となる。

EP１３２７３８２号公報国際公開WO２００８/１３２６６２号公報

本発明は高輝度放電ランプのもう一つの制御方法及び高輝度放電ランプの電力供給システムを提供するものである。

本発明は高輝度放電ランプの制御方法であって、スイッチカスケードから信号をバラスト回路及びランプに供給するもので、バラスト回路は少なくとも１つのコンデンサーと少なくとも１つのインダクタンスを含み、その特徴とするところは、ハーフブリッジタイプの電子スイッチのカスケードから供給される周期的に変動する周波数と一定の充填係数５０対５０％の信号を使用し、電子スイッチのカスケードをバラスト回路とランプ（LAMP）に接続し、そこではバラスト回路が少なくとも第１コンデンサ（C１）とランプ（LAMP）含み、第１インダクタンス（L１）と第２コンデンサ（C２）とで共振回路を形成し、それを含むことにある。好ましくは、制御ユニットにより発生させる可変な充填係数と一定周波数との方形信号を制御することにより第１制御の信号発生器から周期的に変動する周波数と一定の充填係数の５０対５０％の信号を得る。特に、バラストは第２コンデンサからランプを分離する第２インダクタンスを含むことを特徴とする。特に、安定化電源と電子スイッチのカスケードとの間で供給電流値を好ましくは測定器により測定し、得られた値を基礎にして第２コンデンサ端子とグランドとの電流値と第２インダクタンス端子とグランドとの間の電流値を決定するのがよい。

好ましくは、高輝度ランプの点灯モードにおいて、高電圧で周期的に変動する周波数の信号が共振回路の励起ために供給され、励起信号がサブ共振周波数値より低い最高周波数であって、そのサブ共振周波数のために第１インダクタンス及び第２コンデンサを含む共振回路において第２コンデンサに発生する電圧レベルをランプの点灯に十分なものとするのが好ましい。特に、点灯モードにおいて、周期的に変動する周波数を供給する間、電流値をコンデンサ端子とグランドとの間で、好ましくは測定器で測定し、比較ユニットの比較器に設定される電流値と比較し、電流値が設定値に達すると前記励起信号の配送を停止する。特に、点灯モードにおいて、周期的に変動する周波数を供給する間、電流値をコンデンサ端子とグランドとの間で、好ましくは測定器で測定し、比較ユニットの比較器に設定される電流値を比較し、電流値が設定値に達すると前記励起信号配送を停止し、ランプ（LAMP）の供給モードにおける信号配送を開始するのが好ましい。

また、好ましくは、高輝度放電ランプの供給モードにおいて、周波数を周期において変調し、最低値から最高値に円滑に、そして再度最高値から最低値に変調するのがよい。

さらに好ましくは、ランプに供給される電力の調整を、周波数を増加させるときの時間間隔の、周波数を減少させるときの時間間隔に対する比率の変化による周波数変化を使用して行うのがよい。

特に、高輝度放電ランプはナトリウムランプであるのが好ましく、周波数の変化に対し少なくとも一つの調整周波数が使用され、調整深さが１５％を超えず、周波数を増加させるときの時間間隔の、周波数を減少させるときの時間間隔に対する比率を０．１から１０まで変化させるのが好ましい。また、変調される周波数が５０KHzで、変調する周波数が２４０KHzで、調整深さが１０％であるのが好ましい。

また、特に、高輝度放電ランプは金属ハライドランプであるのが好ましく、周波数の変化に対し少なくとも一つの調整周波数が使用され、調整深さが１５％を超えず、周波数を増加させるときの時間間隔の、周波数を減少させるときの時間間隔に対する比率を０．１から１０まで変化させるのが好ましく、変調される周波数が１３０KHzで、変調する周波数が２４０KHzで、調整深さが１０％であるのが好ましい。また、ランプに適用する電力が制御ユニットのPWMコースの充比率の変化により調整されるのが好ましく、制御ユニットの第２制御におけるPWMの充填比率の変化がマイクロチップを使用して行われるのが好ましい。

好ましくは、放電アーク減衰が第２インダクタンス端子とグランド間の電流値を基準に検出され、特に該電流値が適正なランプ操作のための比較ユニットの比較器の設定値より十分に低い時に行われ、ランプの点灯モードを再開させるのがよい。また、好ましくは、ランプの欠損又は作動不能となる損傷を第２インダクタンス端子とグランド間の電流値に基づいて、上記設定値が適正なランプ点灯のための比較ユニットの比較器の設定値と異なる時に、特にランプの冷却に必要な時間周期後に行われる点灯試み後に、検出されるのが好ましい。

また、好ましくは、放電アーク減衰を検出し、ランプ点灯再開後、ランプに配送される電力値を減少させ、もしアークが減衰しないなら、上記電力値を維持し、そしてアーク減衰の場合に、点灯モードを再開させ、電力減少手順を再度試みるのがよい。

また、本発明は、安定化電圧源を備える高輝度放電ランプの供給システムであって、ランプ及びバラストに接続された、ハーフ又はフルブリッジタイプの電子スイッチカスケードを備え、上記バラストは少なくとも１つのコンデンサーと少なくとも１つのインダクタンスを含み、さらに該システムは電圧又は電流の調整された周波数の信号の発生器と変調された幅のインパルスを発生させる発生器の制御ユニットとを含み、その特徴とするところは、
電圧又は電流の変調された周波数と一定の充填係数の信号の発生器と、一定の周波数と可変可能な充填係数の少なくとも１つの信号発生器を備える制御ユニットを含み、
そこでは制御ユニットの出力側を信号発生器の制御入力に接続し、制御システムを信号発生器の作動周波数を変化させる変調幅のインパルスに配送するように適用し、そして第１制御の信号発生器をハーフブリッジタイプの電子スイッチカスケードに接続し、
上記バラストは第１コンデンサ、第１インダクタンス、第２コンデンサを含み、第２コンデンサからランプを分離する第２インダクタンスを備えることにある。好ましくは、上記バラストは第１コンデンサと第１インダクタンスをランプの入力端子側に備えるとともに、ランプに並列に接続される第２コンデンサを備え、ランプの出力端子側に第２コンデンサからランプを分離する第２インダクタンスを備え、そこで第１インダクタンスと第２コンデンサはそれぞれ直列に接続され、共振回路の一部を形成するのがよい。特にスイッチカスケードの出力側に発生させる電圧信号は方形で、充填係数は５０％であるのがよい。特にこのシステムは安定化電源と電子スイッチカスケードとの間で供給電流値を測定する測定器を備えるのが好ましく、特に第１インダクタンスと第２コンデンサとを含む共振回路を通して流れる電流の測定のために測定器を備えるのが好ましく、特に、ランプを通して流れる電流の測定のために測定器を備えるのが好ましく、測定器は抵抗測定ユニットであるのが好ましいが、誘導測定ユニットが選択されても良い。

好ましくは、制御ユニットは発生器PWM及び比較ユニットを含み、比較ユニットは発生器PWMを制御する。特に、発生器PMWはマイクロチップでPWM出力を備え、比較ユニットで制御されるのがよい。

好ましくは高輝度放電ランプはナトリウムランプであるのが好ましいが、高輝度放電ランプとして金属ハライドランプが選択されて良い。

本発明に係る高輝度放電ランプの制御方法および供給システムは多くの利点を示している。その利点はライティングシステムの実際的具体例における通常の使用のための解決を主たるものとしている。このシステムは伝統的な電磁的解決より高い効率を特徴としており、電子モデル技術の従来技術と比べれば、制御および実行システムの簡単な配置によることを特徴としている。このシステムの構成および制御方法はランプ点灯モードにおける安全な作動を提供するもので、過剰な電圧または電流から生じるシステムの破損の危険を除去する。さらに、本発明の制御方法はランプ供給パラメーターの自動調整を行わせ、選択的に特定の設定レベルにおける消費電力を安定化させる。次に本発明の方法はランプによって消費される電力の調整を可能とし、自己調整レベルに選択的に設定することを可能とする。本発明に係る方法およびシステムを使用することにより、適正なランプの利用期間を長くし、実行される適応アルゴリズムによって使い古したランプのライティング期間を充分に延長させる。

ライティングシステムにおいて本発明にかかる解決方法を使用することによって、ストロボ効果なしにライティングを行うことができる。（伝統的な解決方法に対してここでは明滅効果がメインの周波数すなわち100Hzまたは120Hzより２倍ほど高い周波数によっておこる。）

さらに、本発明によるシステムにおいて電力係数矯正モジュール（PFC）の実行によって受動的電力ロスの除去が達成されると（電力係数がcosφ=0.99に対応するとき）、これはワイヤーおよび供給ラインにおける抵抗ロスを減少させることにつながる。広い範囲の入力電圧および電圧変化に対する高い抵抗を使用する可能性は、地方のライティングシステムのための別個の電力ネットワークを設立する必要性をなくする。

図１は本発明の基本トポロジーによるシステムを示す。図２は動的電力調整のための手段を備える本発明にかかるシステムを示す。図３は動的電力調整手段および補助的測定ユニットを備える本発明のシステムを示す。図４は点灯モードにしたがって作動するシステムの時間に対する周波数変化のチャートを示す。図５は点灯モードにしたがって作動するシステムにおける電圧変化を示す。図６は制御ユニット出力側及び信号発生器出力側の電圧を示す。図７は信号発生器の出力側周波数に対するランプを通して流れる電流のチャートを示す。図８は信号発生器に接続する制御ユニットの具体的解決を示す。図９はナトリウムランプが設置されたときの周波数変化のチャートを示す。図１０は金属ハライドランプがシステムに設置されたときの周波数変化のチャートを示す。図１１はランプ供給システムによって消費される電流の変化を示し、比較器の対応する出力状態及びこの状態における非同期的なサンプルの値を示す。図１２はデジタル電力調整の具体的なアルゴリズムの論理的ループを示す。

図１に示す本発明に係る高輝度放電ランプの供給システムでは、交流ネットワークから供給されるもので、約４００Vの内部安定化電源を含み、典型的にダイオード整流器および電力係数矯正システム（PFC）を含む。この安定化電源はハーフブリッジタイプのような電子スイッチカスケードを供給している。これは電子キーとして機能するトランジスタT1及びT2を含む。このスイッチカスケードは信号発生器（CONTROL1）によって制御される結果として設定値の交流源となって、直列インダクタンスL1の値はランプ（LAMP）を通しての設定値への電流を制限する。このシステムはランプに並列したコンデンサーC2によって補足され、インデクタンスL1に直列であるコンデンサーC2によって補足され、直列の共振回路を構成している。スイッチT1およびT2のカスケードに自由に流れる共振周波数（この回路はインダクタンスL１及びコンデンサーC２を有する）に近い周波数の交流を発生させると、コンデンサーC２の高い交流電圧の発生を誘導し、この電圧は放電ランプ点灯を誘導するために使用される。

信号発生器CONTROL１は一定の充填係数（50/50%）で、可変周波数が制御される電圧または電流を発生する発生器を含む。この信号発生器CONTROL１は制御ユニットCONTROL２と接続し、発生器１の周波数を修正するために一定の周波数と可変の充填係数（PWM）の発生器２を含む。このシステムは追加のインダクタンスL2を含み、コンデンサーC2からランプLAMPを分離している。驚くべきことに、追加のインダクタンスL２及び以下に記載する特性を有する制御ユニットCONTROL２を導入することによって放電ランプの安定化を行うとともに、本発明に係る革新的な方法を実現する。特に、高輝度放電ランプの点灯、供給及び電力の調整を行う。

図２は図１で示す高輝度放電ランプの供給システムの好ましい修正例である。この修正例はランプ作動の制御を可能とする、特に高輝度放電ランプによる消費電力を制御する。図２に従ったシステムはPFCシステム及び電子キーT1及びT2のカスケード並びにシステムの残りの間において,測定エレメントA1を含む。この測定エレメントA1は供給電流値の測定のために機能する。この測定エレメントA1は抵抗測定ユニットまたは誘導測定ユニットであることができる。

図２によるシステムは制御ユニットCONTROL２内に少なくとも1つの比較器を含む。この比較ユニット３は測定エレメントA1の出力と接続し、設定値と比較することによってその状態を分析し、そしてその比較の結果を発生器の出力パラメーターを修正するために使用する。その結果、信号発生器CONTROL１の出力パラメーターの変化を伴い、電子キーT1、T2のカスケードをコントロールし、ランプLAMP操作のパラメーターの変化に導く。

図３は図２に係るシステムの他の修正例である。図３のシステムは追加の測定エレメントA2及びA3ならびに比較ユニット３の対応する比較器を備える。測定エレメントA2及びA3は電流値の測定を行う。測定エレメントA2及びA3は抵抗測定ユニット、誘導測定ユニット、またはその組み合わせからなることができる。測定エレメントA2及びA3が位置するシステムの地点では電流の直接測定に基づいて、さらに進んだ測定及び制御手順が行われる。それらはランプの点灯モード及び作動モードにおいてである。この測定エレメントA2はコンデンサーC2と接続し,供給の負極と接続しており、コンデンサーC2を通して流れる電流の測定を行うように設計されている。測定エレメントA3はインダクタンスL2および供給側の負極と接続しており、インダクタンスL2を通して流れる電流の測定を行うようになっている。

測定エレメントA2及びA3によって決定される電流の測定値又は測定エレメントA2、A3が位置するシステムの地点において決定される電流の測定値は比較ユニット3の設定値と比較され、そしてその比較出力に基づいて発生器２のパラメーターを修正し、それによって信号発生器CONTROL１の出力における適正な変化に導く。

驚くべきことに、本発明に係る供給システムは高輝度放電ランプの点灯における革新的な方法を実現するものである。放電ランプのための供給点灯システムにおける共振点灯の今までの方法（1kHzを超える周波数、特に超可聴周波数）はＬ１−Ｃ２回路の共振周波数より高い周波数の交流電圧コースを共振回路Ｌ１−Ｃ２に供給するものである。次に周波数は共振周波数に近い値にまで減少され、そこでは共振コンデンサーに発生する電圧はランプの点灯には十分である。この点灯後、さらに周波数の減少が起こりその減少値では制限インダクタンスＬ１は設定値においてランプを通して流れる電流を制限する。この方法は共振周波数が均衡することが避けられず、ランプの欠損または損傷が起こる場合は、供給システムで消費される電流値においては共振コンデンサーに非常に高い電圧を発生させることになる。この高い電圧及び高い電流値は点灯システムの損傷を招くので、適当な測定−保護システムを使うことが必要である。

本発明に係る共振点灯方法は、周期的な変動周波数の電圧を共振回路に供給することからなる。この方法によれば、共振回路はサブ共振周波数が供給され、その周波数は周期的に変化する。点灯時期における周波数の可変性を示すチャートは図４に示される。このチャートにおいて、Ｆは周波数軸を示し、Ｔは時間軸を示し、Fres.はＦ１−Ｃ２回路の共振周波数を示し、Fstat.は点灯時期に起こる一定の周波数を示し、Fmax.は動的点灯における変調された周波数の最大値を示し、Fmin.は動的点灯における変調された周波数の最低値を示す。この直列共振回路はインダクタンスＬ１およびコンデンサーＣ２を含み、交流電圧コースが供給され、その電圧コースは最低周波数Fmin.から最高周波数Fmax.に渡るもので、これらの値の間で周期的に周波数が変化するものである。周波数Fmin.および周波数Fmax.の双方は共振周波数Fres.だけでなくFstat.すなわち点灯が起こる一定の周波数よりも低い周波数である。

驚くべきことに、周波数Fmax.はFstat.の値よりも常に小さくしなければならず、このために、共振回路によって消費される電流は超過共振周波数を使用する従来技術におけるよりも低いものである。

本発明による点灯方法の原理は図５に示す。ここでは点灯共振システムにおいて得られる電圧のグラフを示す。一定周波数の電圧V(ignition F stat.)及び変調された周波数の電圧V(ignition F mod.)をシステムに供給する場合には、グラフに示すように軸VはコンデンサーC2の電圧の入力電圧に対する比率Ｖ（c2）/V（In）を決定する軸を示す。軸F（kHz）は周波数軸を示し、作動範囲は作動相における周波数変調の幅を表し、変調された点灯の範囲は動的点灯における周波数変調の範囲に対応し、安定点灯はコンデンサーC2が点灯に十分なときの一定周波数を示す。Fres.はL1−C2回路の共振周波数を示す。

驚くべきことに、実験結果は最大周波数Fmax.が共振周波数と異なることができ、その程度は点灯時期における点灯システムによって消費される最大電流が実際のシステムでは共振周波数の値が広がるにも関わらず（これらのシステムで使用される市販製品の実際のインダクタンス及びキャパシティ値の多様化に基づく結果）最大の許容値を超えないであろう。この実験の間、システムは試験にかけられ、そこではトランジスタT1、T2のカスケードの供給電圧は３９５Vにまでなり、エレメントパラメーター及びそれらの許容誤差はそれぞれ、コンデンサーC1は47nF（±5％）、インダクタンスL1は600μH（±10%）、コンデンサーC2は1.175μF（±5%）、インダクタンスL2は25μH（±10%）であった。インダクタンスL1およびコンデンサーC2を含む回路の共振周波数の値は約190kHzとなる。周波数の値はFmin. 140kHzからFmax.160kHzの範囲内で変化させた。これは図4および図5に定義された原理に基づいたものであって、240Hzの周波数を伴い、この周波数の増減の期間は等しい時間であった。実験中、高輝度ナトリウム放電ランプ及び金属ハライド放電ランプを使用し、電力は70Wから400Wまで変化させ、システムは図1に従ったものを使用し、図4及び図5に示す周波数変調の方法を使用して点灯を行った。冷却の場合（温度50℃以下）点灯の効率は共振システムに変調されたコースを供給する時間が10msにおいてナトリウムランプは80%までウォームアップされた。この時間が30msまで延びると効率は100%まで増加した。双方の場合冷却ランプを使用し通常の作動状態にまであたため、周囲温度に約1分間冷却した。金属ハライドランプの点灯の場合、100%の点灯効率が変調時間を等しくするとそれぞれ50msで達成された。このランプの再点灯は通常の作動状態にまで温めると冷却時間が5分必要となる。

点灯中、トランジスタT1、T2のカスケード及びインダクタンスL1及びコンデンサーC2を含む共振回路によって消費される平均電力は50Wを超えなかった。他方、電流の瞬間平均値（50μs以下）では数アンペアを超えなかった。これらの値はハーフ及びフルブリッジタイプのユニポーラートランジスタをベースとするものでは安全であることが証明され、ランプの点灯に十分な時間の間、高電圧を維持することが可能であった。ハウジング内の欠損の場合、これらのエレメントには電流の過負荷は起こらなかった。このように本発明の方法を使用することによって損傷に対する供給システムの保護を行う追加のエレメントを使用する必要がなくなる。

この音響共鳴の現象は従来技術における解決法を使用すると1kHzを超える周波数の交流を高輝度放電ランプに供給するという利用方法では重大な困難がみられる。このような現象はランプを明滅を起こさせる放電アークの不安定化を招き、多くの場合、ランプバーナーの機械的損傷を招く。ハーフまたはフルブリッジ及びバラストトポロジーを基礎とする公知の方法においては、複雑な変調方法FMをベースとする周波数及びAMをベースとする増幅という手段によってこれの現象が除去または制限されている。驚くべきことに、本発明の図1に示すシステム（または図2及び図3に示す好ましい方法）を使用すると、追加のインダクタンスL2を共振コンデンサーC2からランプを分離するために使用するという技術では、悪い現象の除去が比較的簡単な周波数変調によって達成される。本発明の方法においては、制御ユニットCONTROL2を使用する場合、図1に示すように発生器に（一定周波数及び可変充填係数の発生器）を備え、発生器1を含む信号発生器（CONTROL1）を制御し、次に電子キーT1及びT2のカスケードを制御し、カスケードキーT1及びT2の出力側の周波数電圧コースを発生器1（可変周波数及び一定充填係数の発生器であって電流または電圧を制御するもの）の周波数に一致させる。この発生器1はPWM1及びまたはPWM2のような可変充填係数PWM及び一定周波数の発生器の出力から制御される。これは図8に示されており、制御ユニットCONTROL2内に含まれている。

図8は発生器1を示し、この発生器は一定の充填係数及び可変周波数の電流制御された発生器であって、発生器には発生器PWMユニットを含むもので、そこではPWM1は第一発生器を示し、PWM2は第二発生器PWMを示し、R（Fmin.）は発生器1の最低周波数を決定する抵抗を示し、エレメントR2’、R2’’、 R2’’、R2’’’、R3’’’’、C、C’は受動的抵抗‐キャパシタエレメントを示す。

行われた実験において信号発生器CONTROL1及びカスケードであるT1及びT2キーとしてフェアチャイルド社により供給された電子システムFSFR2100が用いられた。これは可変周波数の電流制御された発生器と、ユニポーラトランジスタカスケードの制御器と上記トランジスターのカスケードを有している。図6は発生器PWM2より信号発生器CONTOL1の周波数制御の原理を示している。信号発生器CONTROL1の周波数F（CONTROL1）は発生器PWM2の出力状態が高いとき（制御システムCONTROL2の出力側F（CONTROL2）で示されている）増加し、上記出力の状態が低いときには減少する。上記変化は一定であって、必ずしも直線ではない。図8は実験的システムであって信号発生器CONTROL1の周波数変化が非直線的機能となるように発生器PWM2状態の変化によって実現している。このシステムにおいては、バイポーラトランジスタ及びエレメントR、R’、R’’、 R’’、R’’’、R’’’’、C、C’が使われており、その結果発生器PWM2の出力側の高い状態が信号発生器CONTROL1の周波数の増加に対応し、低い状態が周波数の減少に対応している。本発明によるシステムでの周波数の変化によってランプを通して流れる電流値の変化となっている。この関係は図7に示されており、そこでは曲線IIはスイッチT1及びT2カスケードの出力側における電圧コースV（V）を示し、曲線1はランプを通して流れる電流値変化I（A）のコースを示し、これらの変化に対応している。図7では周波数が低くなればなるほどランプに送られる電流及び電力は高くなり、周波数が高くなればなるほどランプに送られる電流および電力は低くなる。本発明に係るシステムを使用して行われる実験を基礎として、70Wから400Wの範囲のナトリウム放電ランプの電力の安定した操作が30〜100kHzに渡る周波数の電圧コースの周波数変調によって行われ、ここではコンデンサーC1、インダクタンスL1、ランプLAMP、インダクタンスL2が直列ラインを供給しており、変調深さが10%に等しいときの約240Hzの周波数は最高または最低周波数（Fmax.、Fmin. 図9による）の間の相違する完全な値の比率であって、これらの算術平均のこの平均に対する比率である。変調の深さはパーセンテージで表現される。実際には変調深さは次の式で示すことができる。

電力が70〜400Wに渡る金属ハライドランプの安定な作動を達成するために、コンデンサーC1、インダクタンスL1、ランプLAMP、インデクタンスL2の直列ラインを供給する電圧コースの周波数は100〜200kHzとなって、これは変調深さ10%において約240Hzの周波数のコースによって変調される。

本発明のシステムにおける周波数の変化チャートはナトリウムランプの安定な操作を実現することができるもので、図9に示されている。金属ハライドランプのためのチャートは図10に示されている（そこではFは周波数軸を、Tは時間軸を、Fmax.はC1、L1、LAMP、C2からなる部分を供給する電圧コースの最大周波数で、Fmin.はC1、L1、LAMP、C2の部分を供給する電圧コースの最小周波数である）。本発明に係るシステムのエレメントのパラメーターの実験的な値及び図10によるチャートとして示されるパラメーターは、ランプがナトリウムランプであるときはコンデンサーC1は47nF、インダクタンスL1は600μH、コンデンサーC2は1,175nF、インダクタンスL2は25μH、Fmax.は60kHz、Fmin.は46kHzでランプ電力は100Wで、PFCユニットからの電圧値は390Vに上る。本発明のシステムのパラメーターの実際の値及び図10のチャートのパラメーターはランプが金属ハライドであるときは、コンデンサーC1は47nF、インダクタンスL1は200μH、コンデンサーC2は550pF、インダクタンスL2は25μH 、Fmax.は140kHz、Fmin.は120kHz、ランプ電力は100WそしてPFCユニットからの電圧値は390Vに上る。

PFCユニットの出力電圧が一定の平均値であって、負荷から独立しているので、このユニットから消費される電流は測定及びランプLAMPによって消費される電力の制御に使用される。

図2は本発明に係る図1のシステムに電流測定エレメントA1を補足し、少なくとも1つの比較器（制御ユニットCONTROL2の一部）を有する比較ユニット3を備える。そしてこれは測定エレメントA1の出力に接続している。本発明に係るこのような構成はランプLAMPにより消費される電力の自動制御機能を実行することができる。ランプLAMPにより消費される電流値の変化の実験的チャートは比較器の出力の対応する状態として図1１に示す。ここではI（X）は電流の設定値を意味し、ランプLAMPによって消費される電流の一時的な値はこれと比較され、この電流値は測定エレメントA1によって測定される。他方I（A1）は測定エレメントA1によって測定される電流値である。この一時的な電流値はバラスト（BALLAST）及びランプLAMP（図7参照）に供給される周波数に依存する。電流の変化範囲における最高値が設定電流値I（X）より低いときは比較ユニット3からの比較器出力の状態が低い（BIT（comp）=0）。この範囲の最低値がI（X）よりも高いときは比較ユニット3からの比較出力の状態は高い（BIT（comp）=1）。I（X）値が変化範囲内にあるときは上記コースは迅速変化の四角波形である（bits 0-1の変化）。好ましくは、本発明に係るシステムにおける消費電力のシステム調整の高い精度を維持するために、I（X）の値はI（X）の値が測定される電流値の変化範囲内にあるように選択される。自動電力調整の同様なシステムにおいては、迅速に変化する四角電圧コースは比較ユニット3の比較出力において統合する完成システムR−Cによって平均化することができ、緩慢な変化をする電圧を達成し、これらは平均電圧値及びランプによって消費される電力に相当する。

この電圧は制御ユニットCONTROL2の発生器2のPWMコースの充填係数を直接調整する。この関係は次のように行われる。時間現象の増加する周波数に対する比率を減少させる。すなわち比較器3の出力側における平均電圧値に依存してランプに供給される電力を制限することによって、設定レベルのこの電力を1%より悪くない制度で安定化させる。マイクロチップシステムにおいて、比較器出力状態S｛BIT（comp）｝の比較器ユニット3におけるサンプリングを行い、図11に示す数kHzより低くない周波数を持って図12に示すような具体的な簡易アルゴリズムを使用して1%より良好な精度の調整を行う。具体的なアルゴリズムの機能によってビット状態S｛BIT（comp）｝に依存して設定値を正のBまたは負のCに設定した後、制御ユニットCONTROL2の発生器2の充填係数を適正に減少または増加が起こる。そして変化Aの値がゼロとなる。B及びCの値を変化させることによって、ランプLAMPによって消費される電力の安定化値を変化させる。本発明のシステムは2.2オーム（電流測定エレメントとして作用する）の抵抗を備え、またアナログコンピュータLM393及びATMEL社より供給されるマイクロコントローラーATMEG8を備える。ATMEL社から供給されるマイクロコントローラーはPWMに発生器として機能する。

本発明のようなシステムにおいて、消費される電力安定化の精度の達成レベルは1%よりも良好であって、電力安定化は測定用抵抗A1のパラメーターの安定性にだけ依存する。

図3は図2に示すシステムに追加の電流測定エレメントA2およびA3を補足している。図3のシステムの具体例は、制御‐点灯システムの好ましい追加の機能を容易に実行することができる。電流測定エレメントA2は点灯共振回路を通しての電流値を監視するための機能を果たすことができ、具体例では、0.1オームの測定抵抗であって、マイクロチップFSFR2100過負荷検出の入力側に接続し、過剰の電流から回路を保護し、損傷から保護する。電流測定エレメントA3はランプの存在を検出し、適正なランプ点灯を検出するように機能する。エレメントA3を通して流れる電流の不足はランプを通して流れる電流の不足に等しく、適正な点灯を不可能にするランプの欠損または損傷に等しくなる。本発明の具体的なシステムにおいては、測定エレメントA3は0.5オームの測定用抵抗であって、この抵抗を通して流れる電流の値はこの抵抗における電圧効果によって測定され、比較ユニット3の設定値と比較された後、制御ユニットCONTROL2のマイクロコントローラーATMEG8の制御入力側における状態の変化となる。

マイクロコントローラーと共同して、測定エレメントA3を適切に使用することによって光の減退検出の場合におけるランプに供給される電力の減少を図り、使い古したランプの操作を可能にし、関連する電力レベルにおいて適正な作動をすることができないものを作動可能とする。

Claims

高輝度放電ランプの制御方法であって、スイッチカスケードから信号をバラスト回路及びランプに供給するもので、バラスト回路は少なくとも１つのコンデンサーと少なくとも１つのインダクタンスを含む共振回路を備え、上記スイッチカスケードを制御するための可変周波数と一定の充填係数の信号を発生させる第１制御を行い、上記可変周波数の信号の発生を行う第１制御を制御する第２制御を行うにあたり、
一定の周波数と可変の充填係数を有する制御信号を使用して第１制御での発生の周波数を周期的に変化させる第２制御を行い、スイッチカスケードを制御するための第１制御での発生の信号の周波数を第１周波数と第２周波数の間で周期的に変動する一方、
高輝度ランプの点灯モードにおいて、高電圧で周期的に変動する周波数の信号が共振回路の励起に供給され、励起信号がサブ共振周波数値（Fstat.）より低い周波数のうちの最高周波数（Fｍax）であって、サブ共振周波数値（Fstat.）のために第１インダクタンス（L１）及び第２コンデンサ（C２）を含む共振回路において第２コンデンサ（C２）に発生する電圧レベルをランプ（LAMP）の点灯に十分なものとし、
ランプ（LAMP）に直列にかつ第２コンデンサ（C2）に並列に第２インダクタンス（L２）を接続し、第２コンデンサ（C2）のグランド側の電流変動からランプ（LAMP）を分離することを特徴とする制御方法。
前記第２制御の制御ユニットにより発生させる可変充填係数と一定周波数の方形信号を制御することにより第１制御の信号発生器から周期的に変動する周波数と一定の充填係数５０対５０％の信号を得ることを特徴とする請求項１記載の制御方法。
安定化電圧源（PFC）と電子スイッチ（T1,T2）のカスケードとの間で供給電流値を測定器（A1）により測定し、得られた値を基礎にして第２コンデンサ（C２）端子とグランドとの電流値と第２インダクタンス（L２）端子とグランドとの間の電流値を決定する
請求項１又は２に記載の制御方法。
点灯モードにおいて、周期的に変動する周波数を供給する間、電流値を第２コンデンサ（C２）端子とグランドとの間で測定器（A２）で測定し、比較ユニット（３）の比較器に設定される電流値を比較し、電流値が設定値に達すると前記励起信号配送を停止することを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
点灯モードにおいて、周期的に変動する周波数の信号を供給する間、電流値を第２インダクタンス（L２）端子とグランドとの間で測定器（A３）で測定し、比較ユニット（３）の比較器に設定される電流値を比較し、電流値が設定値に達すると前記励起信号配送を停止し、ランプ（LAMP）の供給モードにおける信号配送を開始することを特徴とする請求項１又は４に記載の制御方法。
高輝度放電ランプの供給モードにおいて、周波数を周期において変調し、最低値（Fmin）から最高値（Fmax）に円滑に、そして最高値（Fmax）から最低値（Fmin）に変調することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の制御方法。
ランプ（LAMP）に供給される電力の調整を、周波数を増加させるときの時間間隔の、周波数を減少させるときの時間間隔に対する比率を変化させることによる周波数変化を使用して行うことを特徴とする請求項６記載の制御方法。
高輝度放電ランプがナトリウムランプである請求項１ないし７のいずれかに記載の制御方法。
調整深さを、

としたとき、周波数の変化に対し少なくとも一つの調整周波数が使用され、調整深さが１５％を超えず、周波数を増加させるときの時間間隔の、周波数を減少させるときの時間間隔に対する比率を０．１から１０まで変化させる請求項１又は８記載の制御方法。
変調される周波数が５０KHzで、変調する周波数が２４０KHzで、調整深さが１０％であることを特徴とする請求項９記載の制御方法。
高輝度放電ランプが金属ハライドランプであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の制御方法。
周波数の変化に対し少なくとも一つの調整周波数が使用され、調整深さが２０％を超えず、周波数を増加させるときの時間間隔の、周波数を減少させるときの時間間隔に対する比率を０．１から１０まで変化させる請求項７又は８記載の制御方法。
変調される周波数が１３０KHzで、変調する周波数が２４０KHzで、調整深さが１０％であることを特徴とする請求項１２記載の制御方法。
ランプ（LAMP）に適用する電力が制御ユニットの第２制御における制御信号の充填比率の変化により調整される請求項６ないし１３のいずれかに記載の制御方法。
制御ユニットの第２制御における制御信号の充填比率の変化がマイクロチップを使用して行われる請求項１４に記載の制御方法。
放電アーク減衰が第２インダクタンス（L2）端子とグランド間の電流値を基準に検出され、特に該電流値が適正ランプ（LAMP）操作のための比較ユニットの比較器の設定値より十分に低い時に行われ、ランプ（LAMP）の点灯モードを再開させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の制御方法。
ランプ（LAMP）の欠損又は作動不能となる損傷を第２インダクタンス（L2）端子とグランド間の電流値に基づいて、上記設定値が適正ランプ（LAMP）点灯のための比較ユニット（３）の比較器の設定値と異なる時に、ランプの冷却に必要な時間周期後に行われる点灯試み後に、検出されることを特徴とする請求項１６に記載の制御方法。
放電アーク減衰を検出し、ランプ点灯再開後、ランプに配送される電力値を減少させ、もしアークが減衰しないなら、上記電力値を維持し、そしてアーク減衰の場合に、点灯モードを再開させ、電力減少手順を再度試みることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれかに記載の制御方法。
高輝度放電ランプの供給システムであって、ランプ及びバラストに接続された、ハーフ又はフルブリッジタイプの電子スイッチカスケードを備え、上記バラストは少なくとも１つのコンデンサと少なくとも１つのインダクタンスを含み、さらに該システムはスイッチカスケードを制御のためにスイッチカスケードに接続された第１制御の発生器と、第１制御の発生器を制御するために第１制御の発生器と接続する第２制御の制御ユニットとを含み、
電圧又は電流の変調された周波数と一定の充填係数の信号を発生させる第１制御のための発生器と、第１制御の発生器を制御のために第１制御の発生器に接続する第２制御の制御ユニットを含み、
第２制御の制御ユニットは一定の周波数と可変の充填係数を有する信号を発生させるために適用され、第１制御の発生器に接続され、周波数を周期的に変化させる第１制御を行い、スイッチカスケードの制御のために第１制御の発生器からの信号の周波数を第１周波数と第２周波数の間で周期的に変動するようにする一方、高輝度ランプの点灯モードにおいて第１制御の発生器から発生される高電圧で周期的に変動する周波数の信号が共振回路の励起に供給され、励起信号がサブ共振周波数値（Fstat.）より低い周波数のうちの最高周波数（Fｍax）であって、サブ共振周波数値（Fstat.）のために第１インダクタンス（L１）及び第２コンデンサ（C２）を含む共振回路において第２コンデンサ（C２）に発生する電圧レベルをランプ（LAMP）の点灯に十分なものとし、
さらには前記バラストは、第１コンデンサ（C１）と第１インダクタンス（L１）をランプ（LAMP）の入力端子側に備えるとともに、ランプ（LAMP）に並列に接続される第２コンデンサ（C２）を備え、第１インダクタンス（L１）と第２コンデンサ（C２）はそれぞれ直列に接続され、共振回路の一部を形成する一方、ランプ（LAMP）の出力端子側に第２コンデンサ（C２）のグランド側の電流変動からランプ（LAMP）を分離する第２インダクタンス（L2）を備えることを特徴とする制御システム。
スイッチカスケード（T１、T２）の出力側に発生する電圧信号は方形で、その充填係数は５０％であることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
安定化電源（PFC）と電子スイッチカスケード（T1,T2）との間で供給電流値を測定する測定器（A1）を備えることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
第１インダクタンス（L１）と第２コンデンサ（C２）とを含む共振回路を通して流れる電流の測定のために測定器（A２）を備える請求項１９に記載のシステム。
ランプ（LAMP）を通して流れる電流の測定のために測定器（A３）を備える請求項１９に記載のシステム。
測定器（A１、A２、A３）が抵抗測定ユニットである請求項２１、２２又は２３のいずれかに記載のシステム。
測定器（A１、A２、A３）が誘導測定ユニットである請求項２１、２２又は２３のいずれかに記載のシステム。
第２制御の制御ユニットが制御信号PWMを発生する発生器と該発生器を制御する比較器ユニット（３）を含む請求項１９に記載のシステム。
制御信号PWMの発生器がマイクロチップであって、比較器ユニット（３）で制御されるPWM出力を有する請求項２６に記載のシステム。
高輝度放電ランプ（LAMP）がナトリウムランプである請求項１９に記載の制御システム。
高輝度放電ランプ（LAMP）が金属ハライドランプであることを特徴とする請求項１９に記載の制御システム。