JP2013537354A - 高圧放電ランプの始動方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、始動コンデンサと始動スイッチと始動変圧器とを有する始動装置を用いて高圧放電ランプを始動するために、時間的に相前後して経過する次のステップ、即ち、始動コンデンサを予め定められた電圧に充電するステップと、始動スイッチを投入するステップと、始動スイッチを通る電流の基本波成分が最初に零になる前に始動スイッチを遮断するステップとを有する方法に関する。この場合に始動スイッチは電流下で能動的に遮断され、これが高い始動電圧をもたらす。
【選択図】図１

Description

本発明は、始動装置を用いて高圧放電ランプを始動するための方法に関する。

本発明は、始動変圧器を有する始動装置を用いて高電圧放電ランプを始動するための請求項１の上位概念に基づく方法から出発する。

このような始動装置および始動方法は、特許文献１から公知である。この公知の始動装置は、始動変圧器と、始動コンデンサと、始動スイッチとしての火花ギャップとを有する。１次巻線は、始動コンデンサと火花ギャップとに直列に接続されている。２次巻線は、始動すべき高圧放電ランプの電流路中に接続されている。始動コンデンサに並列に充電電圧が印加される。この充電電圧が火花ギャップのスイッチング電圧を上回ると、火花ギャップがスイッチオンし、始動変圧器の1次巻線中に短い大きな電流パルスが発生し、それが高電圧に変換されて２次巻線を介して高圧放電ランプに印加される。１次電流が規定値を下回ると、火花ギャップにおける放電アークが消えて、火花ギャップが再び遮断する。その際に投入時間は最適ではない。何故ならば、火花ギャップは、能動的に遮断できず、始動電流が保持閾値を下回ることにより火花ギャップが遮断するまでの間は導通するからである。従って、この投入時間は最適な投入時間よりも明らかに長い。

特許文献２から可制御始動スイッチを有する始動装置が公知である。この始動装置は、高圧放電ランプを始動するための始動パルスパケットを発生させるために、予め定められた始動周波数により制御される。従って投入時間は固定であり、その始動スイッチは、該スイッチに並列のフリーホイールダイオードが導通する段階で遮断される。その遮断は、始動コンデンサが最初の負の電圧最大値に達した時点で行なわれる。それによって、スイッチング時の損失が僅かに保たれる。この場合に、始動パルスの最大高さは始動スイッチの投入時に到達される（投入始動パルス）。

しかし、その結果として生じる始動パルス波形は高圧放電ランプの始動にとって最適ではない。

独国特許出願公開第１９９０９５２９号明細書 独国特許出願公開第１９７１２２５８号明細書

本発明の課題は、従来技術に比べて改善された始動パルス波形を生成する、始動装置による高圧放電ランプの始動方法を提供することにある。

この課題は、本発明によれば、始動コンデンサと始動スイッチと始動変圧器とを有する始動装置を用いて高圧放電ランプを始動するための方法であって、時間的に相前後して経過する次のステップ、即ち、
始動コンデンサを予め定められた電圧に充電するステップと、
始動スイッチを投入するステップと、
始動スイッチを通る電流の基本波成分が最初に零になる前に始動スイッチを遮断するステップと、
を特徴とする方法より解決される。

ここで基本波成分とみなすべきは、始動スイッチ電流の基本周波数成分であって、高周波成分を含んでいない。この高周波成分は、始動スイッチ電流の基本波成分が零になる前に、始動スイッチを通る電流が短時間零になることをもたらし得る。始動スイッチは、本発明によれば能動的に遮断され、その際に投入時間は、始動スイッチが電流下で遮断されるほど短く保たれる。この措置により、より高い始動電圧を、より高い反復精度で達成することができる。

始動スイッチは、始動コンデンサの実際の電圧に依存した遮断時点で遮断されることが好ましい。この措置により、始動スイッチの比較的簡単な制御が達成される。

この場合に、遮断時点は次の電圧範囲にあることが特に好ましい。即ち、始動コンデンサの正の充電電圧の６０％から、後続の負の電圧最大点において到達される始動コンデンサの充電電圧の９０％までの電圧範囲である。この範囲においては、使用される回路装置および使用されるランプの構成ならびに回路装置とランプとの間の配線長に応じて前記スイッチの遮断時に発生する電圧が、前記スイッチの投入時に発生する電圧よりも高くなり得る。

特定の回路装置のために有効な遮断時点の範囲は、その回路装置の開発時に、次の方法により得ることができる。
上記で規定された大きな遮断範囲内で遮断時点を変化させ、
高圧放電ランプにおいて始動電圧を測定し、
これまでの最大の始動電圧を有する遮断時点を中間記憶し、
遮断範囲の全体が走破されたときに確定された遮断時点を記憶し、
上記で規定された大きな遮断範囲内で遮断時点を変化させ、
高圧放電ランプにおける始動電圧を測定し、
時間的に最大の始動電圧を有する遮断時点の前にあって、最大の始動電圧の８０％を発生する第１の遮断時点を中間記憶し、
時間的に最大の始動電圧を有する遮断時点の後にあって、最大の始動電圧の８０％を発生する第２の遮断時点を中間記憶し、
第１の遮断時点と第２の遮断時点との間に有効遮断範囲を規定する。

この方法は、始動電圧自体又は始動電圧と相関する量が測定可能である限り、回路装置によっても点灯の期間中に実行することができる。その際に、絶対的な始動電圧量の測定は必ずしも必要でなく、始動電圧の大きさが相対的に測定可能であるならば十分である。

回路装置は、始動段階の期間中に、スイッチを何度も投入および再遮断することによって複数の始動パルスを発生させることが好ましい。

特に好ましくは、上記において見つけた有効な遮断範囲内で遮断時点を変化させるとよい。それにより、少なくとも１つの始動パルスが最大の始動パルス高さに達するように、異なる長さのケーブルおよび異なるランプ型式による始動電圧の相違を補償することができる。

好ましい実施形態では、遮断時点が前記遮断範囲内で、高圧放電ランプが始動されるまで変化させられ、次の始動段階においてこの遮断時点で開始するために、この遮断時点が記憶される。

高圧放電ランプを始動するための回路装置は、１次巻線および２次巻線を持つ始動変圧器を有し、２次巻線は始動すべきランプに接続され、１次巻線は始動スイッチに接続され、その始動スイッチは、変圧器の１次巻線を通して流れる電流を能動的に遮断するために制御可能であり、かつ、この回路装置が上記方法を実行して、前記スイッチの遮断時点を予め定められた範囲内で変化させる。それによって、異なるランプおよび配線長を有する回路装置のあらゆる構成について、最適な始動パルスを得ることができる。

高圧放電ランプを始動するための本発明による方法の有利な発展形態および実施形態は、従属請求項および以下の説明により明らかにされる。

以下における実施例の説明と図面とに基づいて、本発明の利点、特徴および詳細が明らかにされており、図面において、同じ要素又は機能の等しい要素には同一符号が付されている。

図１は可制御スイッチを有する始動装置を備えた、本発明による方法の実施を可能にする回路装置を示す。 図２は公知の始動パルス波形および関連する量の経過を示す。 図３は始動スイッチの制御された遮断によって発生される第１の本発明による始動パルス波形および関連する量の経過を示す。 図４ａは始動スイッチの最大投入時間によって特徴づけられる第２の本発明による始動パルス波形および関連する量の経過を示す。 図４ｂは始動スイッチの最小投入時間によって特徴づけられる第３の本発明による始動パルス波形および関連する量の経過を示す。 図５は始動スイッチの遮断時点にとって最適な範囲のグラフィック表示を示す。

図１は、高圧放電ランプを点灯するためのそれ自体は公知の回路装置を示し、この回路装置は、直列接続されたハーフブリッジスイッチＳ２およびＳ３を備えたハーフブリッジを有する。そのハーフブリッジの中心点には、ランプチョークＬ３と、始動変圧器ＴＲの２次巻線Ｌ２と、高圧放電ランプ５の直列回路が接続されている。高圧放電ランプ５の自由端は、２つの結合コンデンサＣ１およびＣ２の直列回路の接続点に接続されている。ハーフブリッジは、それらの結合コンデンサの直列回路に並列に接続されている。この並列回路には、供給電圧Ｕ＿Ｂ（この模範的な実施形態では４２５Ｖ）が印加されている。１次巻線Ｌ１には、始動コンデンサＣ３と、並列接続されたフリーホイールダイオードＤ２を有する始動スイッチＳ１とが直列に接続され、これらは１次回路を構成している。フリーホイールダイオードのアノードと始動コンデンサＣ３の一方の端子とが、供給電圧Ｕ＿Ｂの基準電位に接続されている。始動コンデンサＣ３の他方の端子と供給電圧Ｕ＿Ｂの供給端子との間に、始動コンデンサＣ３を充電するための充電抵抗Ｒ１が接続されている。

始動コンデンサＣ３は、この抵抗を介して、このコンデンサの電圧Ｕ＿Ｃ３が予め定められた充電電圧を上回るまで充電される。このコンデンサの電圧が、予め定められた充電電圧を上回った際に、図２に示されているように、時点ｔ１で始動スイッチＳ１が投入され、即ち導通する。それにより、部品Ｃ３，Ｌ１およびＳ１／Ｄ２を通して回路電流が流れ始め、その回路電流は始動変圧器ＴＲによって、２次側で始動電圧Ｕｚに変換される。固定的に選ばれた時点ｔ２で、始動スイッチが再び遮断される。従来技術に基づくここに示された始動パルス波形において、始動スイッチの投入時間は、ｔ２−ｔ１＝２．６μｓである。チャンネル１は、始動コンデンサＣ３における電圧を示す。チャンネル２は始動スイッチＳ１の電圧を示し、チャンネル３は始動変圧器ＴＲの１次巻線Ｌ１を流れる電流ｉ_１を示す。チャンネル４は始動電圧Ｕｚを示す。この場合に、遮断始動パルス時の始動電圧の最大値は約３ｋＶである。

図３は、本発明による方法により発生される始動パルス波形および関連する量の経過を示す。ここでは始動スイッチの投入時間は、ｔ２−ｔ１＝０．８μｓである。遮断始動パルス時の始動電圧は５．２ｋＶである。

本発明によれば、始動コンデンサがそれの負の最大充電点に到達する前に、即ち始動電流の基本波成分（この場合、高周波成分は考慮されない）が零になる前に、始動スイッチが遮断される。最適な遮断時点（図５参照）は次の時間範囲にある。即ち、始動コンデンサＣ３が、それの最初の放電時に、＋６０％の充電電圧から、始動スイッチの能動的遮断がなければ到達したであろう（図２参照）後続の負の電圧最大値の９０％の充電電圧（−９０％）に到達するまでの電圧範囲に及ぶ時間範囲にある。この場合に、充電電圧は、始動スイッチの投入前に始動スイッチにかかる電圧である。

このように始動スイッチの遮断時点が最適に選定されるならば、始動スイッチの遮断時に最大の始動パルス高さが達成される。ここではこれを遮断始動パルスと称する。この始動電圧の大きさは、投入始動パルスと称するスイッチ投入時の始動電圧よりも高い。

全体として格別に効果的な始動パルスは、特に、始動電圧経過において投入始動パルスの直ぐ後に続く同等以上に高い遮断パルスを発生させることによっても達成される。

この例において、投入始動パルスは約４ｋＶであり、遮断始動パルスは既に述べたように約５．２ｋＶである。

遮断のための最適な時点は、ランプ配線長ならびにケーブル容量およびインダクタンスに関係する。ランプ配線長、ケーブル容量およびインダクタンスは用途に応じてさまざまに変わる。どんなランプ配線長についても常に最適な遮断時点を達成すべく、電子安定器の始動段階の期間中に、始動スイッチの投入時間が、用途において有り得るあらゆる構成にとって最適な時間が網羅されるように、或る時間範囲内で変化させられる。

この方法は、マイクロコントローラにより、特に格別に有利に実施可能である。マイクロコントローラは、始動段階の期間中に、あらゆる場合に最適な高さの始動パルスを発生させ得るように、遮断時点を有効範囲内で変化させることができる。回路装置が、直接的に、又は間接的に（例えば、始動装置の１次回路中の電流を介して）、始動電圧を測定するように構成されている場合には、最大の始動パルスを発生する遮断時点を、今後の始動段階をこの遮断時点で引き受けるべく、記憶するとよい。本方法は、必要な際に、又は規則的な間隔にて繰り返されるとよい。

回路装置が始動パルスの高さを測定するように構成されていない場合には、高圧放電ランプが始動された遮断時点をマイクロコントローラが記憶するとよい。

図４ａは、始動スイッチの投入時間が本発明による投入時間の上限にある場合について、本発明による方法により発生された始動パルスおよび関連する量の経過を示す。関連する量の名称は図３におけると同一である。この場合に、投入始動パルスは約４ｋＶにあり、遮断始動パルスは約３．６ｋＶにある。

図４ｂは、始動スイッチの投入時間が本発明による投入時間の下限にある場合の状況を示す。関連する量の名称は図３におけると同一である。この場合に、投入始動パルスは約４ｋＶにあり、遮断始動パルスは約３．３ｋＶにある。

図５は、始動スイッチＳ１の本発明による最適な遮断時点の図解を加えた図２の曲線経過を示す。この場合に始動スイッチは時点ｔ１で投入される。

１ チャンネル（始動コンデンサの電圧）
２ チャンネル（始動スイッチの電圧）
３ チャンネル（１次巻線の電流）
４ チャンネル（始動電圧）
５ 高圧放電ランプ
Ｃ１，Ｃ２ 結合コンデンサ
Ｃ３ 始動コンデンサ
Ｄ２ フリーホイールダイオード
ｉ_１ １次巻線の電流
Ｌ１ １次巻線
Ｌ２ ２次巻線
Ｌ３ ランプチョーク
Ｒ１ 充電抵抗
Ｓ１ 始動スイッチ
Ｓ２，Ｓ３ ハーフブリッジスイッチ
ｔ１ 始動スイッチの投入時点
ｔ２ 始動スイッチの遮断時点
ＴＲ 始動変圧器
Ｕ＿Ｂ 供給電圧
Ｕ＿Ｃ３ 始動コンデンサ電圧
Ｕｚ 始動電圧

Claims (10)

1. 始動コンデンサと始動スイッチと始動変圧器とを有する始動装置を用いて高圧放電ランプを始動するための方法において、時間的に相前後して経過する次のステップ、即ち、
   前記始動コンデンサを予め定められた電圧に充電するステップと、
   前記始動スイッチを投入するステップと、
   前記始動スイッチを通る電流の基本波成分が最初に零になる前に、前記始動スイッチを遮断するステップと、
   を特徴とする方法。
2. 前記始動スイッチが、前記始動コンデンサの実際の電圧に依存した遮断時点で遮断されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記スイッチが、始動段階の間に、複数の始動パルスを発生させるべく、繰り返し相次いで投入および再遮断されることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 始動パルスの遮断時点が、始動コンデンサの正の充電電圧の６０％から、後続の負の電圧最大点において到達される始動コンデンサの電圧の９０％までの電圧範囲によって規定されている遮断範囲内にあることを特徴とする請求項２又は３記載の方法。
5. 前記遮断時点が、前記遮断範囲内で変化されることを特徴とする請求項３記載の方法。
6. 前記遮断範囲内で前記遮断時点を変化させるステップと、
   前記高圧放電ランプの始動電圧又はこれに相関する他の量を測定するステップと、
   これまでの最大の始動電圧を有する遮断時点を中間記憶するステップと、
   遮断範囲全体を走破し終えた際に確定された遮断時点を記憶するステップと、
   を特徴とする請求項５記載の方法。
7. 前記遮断範囲内で前記遮断時点を高圧放電ランプの始動がなされるまで変化させ、その始動がなされた際の遮断時点を固定記憶することを特徴とする請求項５記載の方法。
8. １次巻線および２次巻線（Ｌ１，Ｌ２）を有する始動変圧器（ＴＲ）を備えた高圧放電ランプを始動するための回路装置であって、前記２次巻線（Ｌ２）が始動すべきランプ（５）に接続され、前記１次巻線（Ｌ１）が始動スイッチ（Ｓ１）に接続され、前記始動変圧器（ＴＲ）の１次巻線を通して流れる電流を能動的に遮断するために、前記始動スイッチ（Ｓ１）が制御可能であり、前記回路装置が請求項１乃至７の１つに記載の方法を実行する、回路装置。
9. 発生される始動パルスの最大電圧が、請求項６による遮断時点により発生される始動パルスの最大電圧の８０％から１００％までの間にある遮断範囲内にある遮断時点で前記スイッチを遮断することによって始動パルスを発生するように、前記回路装置が構成されていることを特徴とする請求項８記載の回路装置。
10. 複数の始動パルスを請求項９による遮断範囲内の異なる遮断時点で発生させるように回路装置が構成されていることを特徴とする請求項９記載の回路装置。

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