JP4341993B2

JP4341993B2 - 高輝度放電ランプ用バラスト

Info

Publication number: JP4341993B2
Application number: JP51759199A
Authority: JP
Inventors: フュオンフイン
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1998-09-03
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2018-09-03
Also published as: US5942860A; WO1999014991A3; CN1243655A; EP0938835B1; DE69821736D1; CN1182758C; DE69821736T2; WO1999014991A2; TW492267B; JP2001505360A; EP0938835A2

Description

技術分野
本発明は、高輝度放電ランプの制御に関する。特に、音響共振の不安定性により起こるフリッカを最小にするようにバラストの設計を取り組む。
背景技術
高圧アーク放電ランプを駆動することは、アーク放電管の内側に定在する圧力波を製造し、この放電管は乱雑な放電となる。この乱雑な放電が光出力の煩わしいフリッカを生じる。このランプがアークの不安定性を引き起こすことなく駆動する一定の周波数範囲が存在する。電気バラストは、この無音響共振窓内に動作するよう設計される。しかしながら、ランプの経年変化に連れて及びまだわからない他の理由のために、音響共振の不安定性がこの窓内に不規則に発生する。
従来では、音響共振が起こりそうな動作周波数が計算され、バラストがこれら周波数での動作を避けるように設計される。しかしながら、このような設計は、特定のランプの物理的特性に深く依存し、ランプの経年変化又は異なる環境条件にさらされることによるこれら特性の変化に同様に依存する。
ヨーロッパ特許公開第EP-A-0708579号は、初期試験段階の使用を開示してあり、この段階おいて、動作する周波数が範囲内で変化し、このランプは、各周波数で静止及び安定した動作に対し監視される。この試験段階の完了後、ランプはこの試験段階中の静止及び安定した動作を供給する多数の連続周波数で形成される窓内に動作するよう設定される。この試験段階は、ランプの各始動で開始され、これによってランプの経年処理によって発生する不安定な動作を調節する。この試験段階中に、このランプは音響共振が生じる周波数で動作し、これは視覚的に乱れるフリッカを誘発する。
音響共振がランプ電圧及び／又は電流における変化の原因となると認識する場合、米国特許第5,569,984号が周波数の期間に関するランプの特性、例えばそのコンダクタンスのサンプリングを開示し、動作周波数をその特性における偏差の最小量を示す前記周波数に設定する。このサンプリングは初期始動中及び前記ランプが安定状態にあるときの両方で行われる。
これら実施の各々において、適当な動作周波数は、色々な周波数でランプを適当に動作することで決定され、その中の幾つかは音響共振を誘発し、サンプリング期間、即ち試験期間中に音響共振を起こさないこれらの間から適切な動作周波数を選択する。
発明の開示
本発明の目的は、不安定性の始まりを検出することで音響共振の不安定性を回避し、この不安定性が視覚的に煩わしいフリッカを生じる前に動作する周波数を調節する手段を提供することである。
音響共振を誘発する周波数での動作の確度を最小にする試みの他に、本発明に従う装置は、音響共振の開始まで所与の周波数で動作し、他の周波数にスイッチする。しかしながら、効果的となるために、好ましい実施例は、音響共振が視覚的に乱れるフリッカを生じる前に検出し、スイッチが起こるようにする。
音響共振の不安定性の始まりは、ランプ電圧に現れる特性信号の対称性を測定することで検出される。ランプが安定状態であるとき、この特性信号は対称である。不安定性の始まりで、この特性信号は歪められ、非対称となる。この特徴的な対称信号の選択されたパラメタを測定することによって、不安定性の始まりは、このパラメタの非対称性が現れるとすぐに検出される。好ましい実施例において、ランプを介して伝播するＡＣラインリップル電圧がこの特性信号を有し、このＡＣリップル電圧信号の各半サイクル時間は、対称−非対称検出パラメタを形成する。安定期間中、つまり無音響共振中、ＡＣラインリップル電圧の各半サイクル時間は実質的に等しく、周期的である。音響共振の始まりで、各半サイクル時間は、予測される時間との相当な差があり、互いに異なることになる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る高輝度放電ランプ用の高周波電気バラストのブロック図を示す。
第２図は、安定及び不安定なランプの条件下でリップル電圧を表すタイミング図を示す。
第３図は、本発明のもう一つの実施例に係る高輝度放電ランプ用の高周波電気バラストのブロック図を示す。
第４図は、本発明に係る音響共振検出装置及び制御装置に対する回路図を示す。
発明を実施するための最良の形態
第１図は、高輝度放電ランプ（HID lamp）用の高周波電気バラストの好ましい実施例のブロック図を示す。ランプ９は共振点火装置３によって点火され、この共振点火装置は、限定はしないが、ハーフブリッジ回路２のようなブリッジ回路からそれの励起電圧及び電流が入力される。この技術分野において一般的であるように、ハーフブリッジ回路２は、共振点火装置を励起させる高周波信号２０の発生を制御する制御信号４０によってトリガされる。この信号２０の周波数、加えてランプ９への合成電流３０が制御信号４０によって決定される。ＤＣ電圧１０は、コンバータ１によりハーフブリッジ回路２に送られ、この電圧はＡＣライン供給７から得られる。ＤＣ電圧１０は、ＡＣライン供給の残りをリップル電圧の形態で、典型的には、ライン供給周波数の２倍の周波数において、含む。このリップル電圧はハーフブリッジ回路２及び共振点火装置３を通って伝播し、前記ランプに供給される電流３０に現れる。
好ましい実施例において、制御信号４０はマイクロプロセッサ制御装置４によって供給される。上述のように、動作する周波数は、この制御信号４０によって決定される。この動作する周波数がランプ９に定在波を生成する場合、このランプは視覚的に煩わしいフリッカを生成する。よって、この制御装置の機能は、定在波の生成を防止することである。本発明に従い、この防止は、ランプ電流３０内のリップル電流に非対称を検出することで生じる。第２図に示されるように、信号２１０で表される安定条件下でのリップル電圧は、対称的である。この対称性は、時間ドメイン及び電圧振幅ドメインに反映され、各半サイクルは同程度の時間を消費し、各半サイクルでのピーク振幅は、等しい大きさである。Ｔ１，Ｔ２及びＴ３に示される、零交点２１１，２１２及び２１３の間の期間は等しい。信号２２０で表されるように、不安定性の始まりがリップル電圧に歪みをもたらす。即ち、この歪みが、バイアス又は周波数若しくはそれら両方にシフトとして表示される。示されるように、零交点２２１，２２２及び２２３は、等間隔で起きない。Ｔ２’は、Ｔ１’よりも短く、これら両方はＴ３’よりも短い。
電流センサ１９は、ランプ電流３０に比例するセンサ電流３０’を生じさせる。これはリップル電圧に比例する信号を含んでいる。この信号３０’は帯域通過フィルタ及び第１図の事象検出装置５に供給される。これらフィルタ及び検出装置５は２つの機能を行う。フィルタ部は相対的に低い周波数リップル電圧を高周波ランプ電流から分離し、検出装置部は時間に関し対称となりうる事象の発生を検出する。好ましい実施例において、低周波数リップル電圧の零交点は、対称的事象として用いられる。これらフィルタ及び検出装置５は、センサ電流３０’のリップル電圧成分の零交点（２１１，２１２等）の発生と対応する信号５１を製造する。この信号５１を用いて、制御装置４はこれら零交点の各々の間の期間（Ｔ１，Ｔ２等）を測定する。各々測定される半サイクル期間は、非対称の発生を決定する予測される期間値と比較される。例えば、このリップル電圧が１００Ｈｚの周波数を持つことがわかっている場合、第２図における周期Ｐは１０ミリ秒である。各々測定される半サイクルＴ１，Ｔ２，Ｔ３等は、期間を５ミリ秒にすべきである。この予測される値からの相当な変化は、音響共振の始まりの表示である。代わりとして、各半サイクル期間（例えばＴ２，Ｔ３）は、先行する半サイクル期間（それぞれＴ１，Ｔ２）と比較される。これによって、リップル電圧周期Ｐを事前に知る必要は無くなる。連続する半サイクル期間の間の相当な差は、音響共振の始まりの表示である。
完璧にするために、第１図にランプ電流検出装置６も示す。この検出装置からの出力６１は、制御装置４に供給される。この信号６１は、例えば、ランプが実際に点火するときを決定するのに制御装置４で用いられる。この決定は、ランプが実際に点火した後まで、本発明に開示される音響共振防止技術の動作を禁止するのに使用され、これによって開示される音響共振防止技術から妨害されることなく、点火シーケンスの実施を許容する。
第４図は、本発明の好ましい実施例に従う帯域通過フィルタ及び事象検出装置、ランプ電流検出装置並びに制御装置に関する回路図を示す。第１図及び４図において同じ数字で示される部品、信号及び素子は、構成及び動作において同じである。低域通過フィルタ５４は、センサランプ電流３０’から検出信号５９を分離する。この検出信号５９は、好ましい実施例において、センサ電流３０’において幾らかはリップル電圧成分である。上述されたように、このリップル電圧は、典型的には、１２０Ｈｚ又は１００Ｈｚの一方であるＡＣライン供給周波数の２倍になり、これに応じて慣例的な帯域通過フィルタの設計技術を用いて、低域通過フィルタをによる成分が選択される。零交点検出装置ブロック５５は、検出信号５９から矩形波出力５１を製造するように設計される。矩形波出力のHighからLow及びLowからHighへの各遷移が検出信号５９の零交点の境界を定める。この矩形波信号はマイクロプロセッサ４５に供給される。この技術が一般的である技術を用いることで、マイクロプロセッサ４５は、矩形波５１のそれぞれHigh-Low及びLow-Highの遷移する期間を測定する。これによって、検出信号５９の各半サイクル期間を測定し、始まりが無い場合は、音響共振はＡＣ供給からリップル電圧の周期の半分に等しくすべきである。測定期間がリップル電圧周期の半分よりもかなり異なる場合、即ちかなりの非対称性が連続する半サイクルの測定間に存在する場合、このマイクロコントローラ４５は、ランプの動作周波数を変更するために、制御信号４０を修正する。
零交点検出装置は、このような検出装置が比較的容易、且つ安価であるので、好ましい実施例において利用可能である。しかしながら、本発明の精神及び目的内において、当業者には一般的である、他の事象検出手段は、時間ドメインにおいて非対称を決定するのに用いられる。信号５１及び制御装置４の機能は、連続する事象間の期間を測定することであり、ここにおいて、これらの期間は、音響共振が無い場合、周期的パターン、即ち対称性を示すことが知られ、音響共振の始まりで、これらの期間は、歪み、即ち非対称を示すことが知られている。本発明と一致して、リップル電圧とは異なる上記対称−非対称特性を持つ検出信号は、制御装置４、即ち他の回路によって製造され、共振点火装置３の前又は後ろのランプ電流に意図的に加えられる。
本発明に対応して、他の検出手段は、事象の発生する期間のほかに検出信号の他の対称パラメタを測定する手段を有する。リップル電圧の各ピークの振幅は、例えば音響共振が無い場合は対称であり、音響共振の始まりでは非対称である。第３図の構成は、検出装置５’が零交点検出装置ではなく、電圧レベル測定装置であることを除いて第１図の構成と同じである。第１図及び３図に同じ数字で示される部品、信号及び素子は、構成及び動作に関し同じである。第２図に示されるように、音響共振の無い場合、電圧のピークＶ１，Ｖ２及びＶ３は、零電圧軸に対して等しい大きさを持つ。検出装置５’からの信号５１’は、幾らかはこれらピーク電圧レベルである。音響共振のオンセットで、電圧のピークＶ１’，Ｖ２’及びＶ３’は、実質的に変化し、信号５１’によって制御装置４に伝えられる。半サイクルのピーク電圧における相当の変化が音響共振の始まりを示す。代わりに、零の基準電圧ラインを中心とするリップル電圧を仮定すると、２つの連続する半サイクルピークの平均代数値は、各半サイクルでの信号５１’で測定されるように、零にすべきである。この平均電圧における零との相当な差が音響共振の始まりを示す。対称及び非対称を検出するこれら及び他の技術は、従来技術として公知であり、本発明の精神及び範囲内である。
更に本発明に対応して、フィルタ及び事象検出装置５、即ちフィルタ及び電圧検出装置５’の機能は、当業者には一般的であるデジタルフィルタリング技術を用いて、マイクロプロセッサ制御装置４内で実行される。
第１図における好ましい実施例の動作は、更に以下のように詳述される。制御装置４は、無音響共振周波数の帯域内の動作周波数に対する信号４０を製造する。ランプがこの周波数で動作するとき、この制御装置は、上述されるように、リップル電圧の各々の半サイクル期間を監視する。各々の半サイクル期間は、ランダムノイズが原因で予測される以上によって予測値とは異なる場合、即ち、期間と予測値との間の差がしきい値を越える場合、信号４０は動作する周波数を変化させるために調節される。典型的に、この周波数の変化は、無音響共振帯域の上方境界に達するまで一定量で増加し、下方境界に循環し戻されるか、又は実質的にこの下方境界に達するまで一定量で減少するかことである。代わりとして、事前に定められた周波数の組が、マイクロプロセッサ４に関連するメモリに記憶され、循環され又はランダムに選択される。如何なる数の手段も当業者には明白であるように、新しい動作周波数を選択するのに用いることも可能である。
不安定度の始まりの検出がリップル電圧の１つ又は２つの半サイクル内に収容され、周波数の変化が次の半サイクル内に生じる。よって、本発明に従い、先行する動作周波数での音響共振期間がリップル電圧の２つのサイクルよりも少ない。このリップル電圧周波数は、通例アメリカでは１２０Ｈｚであり、ヨーロッパでは１００Ｈｚである。従って、フリッカの期間は、あるのならば、２０ミリ秒よりも小さく、よって視覚的に現れない。
本発明に従って、音響共振の始まりと視覚的に現れるフリッカの発生との間に十分な時間が利用可能である場合、検出信号の付加処理が装置のノイズの無感応性を改善、即ち音響共振の誤り決定の確度を最小にする。例えば、音響共振の始まりだと断言するのに用いられる基準は、３又は４つの測定される一列の非対称な半サイクルのような多数の非対称な半サイクルの検出である。リップル電圧の２又は３つのサイクルが音響共振の始まりのこのより保守的な決定を必要とするが、音響共振の始まりからの２又は３つのサイクル期間は、通例視覚的に明らかなフリッカを製造するのに十分である。
前述したものは、本発明の原理を単に述べたものである。当業者にとって、ここに明白に開示又は示さなくても、本発明の原理を具体化し、本発明の精神及び範囲である様々な装置を案出することが可能であることは明白である。

Claims

高輝度放電ランプ用のバラストであり、このバラストは、ＡＣ供給電圧から前記ランプ用の動作周波数を持つ動作電圧を生成する手段、前記動作周波数を調節する手段、ランプ電圧に含まれる前記ＡＣ供給電圧のリップル電圧であって、音響共振が無い場合は対称であり、音響共振の始まりで非対称になるリップル電圧を検出する手段、及び前記非対称を検出する手段を有し、前記動作周波数が前記非対称の検出に依存して調節されることを特徴とするバラスト。
請求項１に記載のバラストにおいて、前記リップル電圧は特定の基準電圧を通過する遷移点を周期的に有しており、前記非対称を検出する前記手段は、前記特定の基準電圧を通過する遷移点と遷移点との間の期間を測定する手段を有することを特徴とするバラスト。
請求項１に記載のバラストにおいて、前記リップル電圧は特定の基準電圧を通過する遷移点を周期的に有しており、前記非対称を検出する前記手段は、前記リップル電圧が前記特定の基準電圧とどれくらい異なるかを測定する手段を有することを特徴とするバラスト。
請求項２又は３に記載のバラストにおいて、前記リップル電圧は音響共振が無い場合は最小電圧レベルと最大電圧レベルとの間で変化し、前記特定の基準電圧は前記最小電圧レベルと前記最大電圧レベルとの中間点であることを特徴とするバラスト。
請求項２又は４に記載のバラストにおいて、前記非対称を検出する前記手段は更に、前記特定の基準電圧を通過する前記遷移点のうちの隣接する２つの遷移点の間である第１期間と、前記特定の基準電圧を通過する前記遷移点のうちの隣接する他の２つの遷移点の間である第２期間とを測定する手段を有し、前記非対称の前記検出は、前記第１期間と前記第２期間との間の差に依存することを特徴とするバラスト。
請求項３又は４に記載のバラストにおいて、前記非対称を検出する前記手段は更に、前記リップル電圧の第１のピークの前記特定の基準電圧からの第１のずれと、前記リップル電圧の第２のピークの前記特定の基準電圧からの第２のずれとを測定する手段を有し、前記非対称の前記検出は、前記第１のずれと前記第２のずれと間の差に依存することを特徴とするバラスト。
請求項６に記載のバラストにおいて、前記第１のピークと前記第２のピークとが隣接する場合に、前記非対称の前記検出は、前記第１のずれと前記第２のずれとの平均に依存することを特徴とするバラスト。