JP4353809B2 - 回路配置 - Google Patents

Description

本発明は、
電圧電源の極に接続するための入力端子と、
これらの入力端子に結合された直流‐直流変換器であって、
‐誘導素子、
‐一方向性素子、
‐スイッチング素子、
‐出力端子、
‐前記スイッチング素子の制御電極に結合され、このスイッチング素子を交互に導通及び非導通にする制御信号を発生する第１制御回路、及び
‐この第１制御回路に結合され、前記出力端子間に存在する前記直流‐直流変換器の出力電圧のレベルを制御する第２制御回路
を有する当該直流‐直流変換器と、
前記出力電圧から交流ランプ電流を発生するランプ接続端子を有し、前記出力端子に結合された直流‐交流変換器と
を具えている高圧放電ランプ点灯回路に関するものである。

このような回路は、ドイツ国特許公開第10025610号明細書に記載されており、既知である。高圧放電ランプ（以後単にランプとも称する）の起動段階（点弧と点灯前のウォームアップとの間の段階）中は、高圧放電ランプ内の放電がまだ安定となっていない。放電を安定活動状態にするには、比較的高い出力電圧が必要となる。しかし、出力電圧をこのように比較的高くすると、高圧放電ランプが起動段階後に安定な点灯状態に入った際に回路の電力消費量が比較的多くなってしまう。

本発明の目的は、起動段階中に放電を有効に安定化させ、定常ランプ点灯中の電力消費量を比較的少なくした高圧放電ランプ点灯回路を提供することにある。

本発明によれば、頭書に記載した種類の高圧放電ランプ点灯回路において、前記第２制御回路には、前記出力電圧を、高圧放電ランプの起動と関連する第１レベルから高圧放電ランプの定常点灯と関連する第２レベルに制御するレベルを変える状態制御回路が設けられていることを特徴とする。

特に、第１レベルを第２レベルよりも高く選択することにより、放電を安定させるのに必要とする高い出力電圧が起動段階中に存在するようになる。しかし、高圧放電ランプが安定点灯状態になった際に存在する出力電圧は低くなる為、回路中の電力消費量は少なくなる。

高圧放電ランプに供給される電力を表す電力信号を発生するとともに、この電力信号が予め決定した基準値よりも増大した後に前記状態制御回路を動作させる手段を高圧放電ランプ点灯回路に設けた場合、状態制御回路の信頼できる正しい機能を実現しうることを確かめた。個々のランプの動作が互いに僅かに相違することを考慮するとともに、ランプのプラズマが実際に安定になった際のみ出力電圧が低くなるようにするために、更に、前記状態制御回路に結合され、電力信号が予め決定した基準値よりも増大した後の予め決定した遅延時間を測定し、この予め決定した遅延時間が経過した後に前記状態制御回路を動作させる遅延回路を高圧放電ランプ点灯回路に設けるのが有利であることを確かめた。

高圧放電ランプ点灯回路が定常状態で動作している場合、第２レベルを減少させることにより、この高圧放電ランプ点灯回路の構成素子で消費される電力量が減少する。しかしながら、第２レベルを減少させることによりランプの再点弧を長くしてしまう。このゆっくりした再点弧はランプの性能を急速に低下させることを確かめた。この理由で、前記第２制御回路には、前記ランプ接続端子に結合され、前記直流‐交流変換器がランプ電圧の極性を変化させた際にランプ端子間に存在する再点弧電圧ピークの幅に依存させて前記第２レベルを制御する第３制御回路を設けるのが有利である。この第３制御回路は、定常点灯中の電力消費量を比較的少なくするとともに、ランプの再点弧を比較的迅速に行ってランプの性能の急激な低下を回避するようにするのを確実に達成する。

前記直流‐交流変換器が、少なくとも２つのブリッジスイッチング素子と、これらブリッジスイッチング素子の制御電極に結合されたブリッジ制御回路とを有するブリッジ回路である本発明による高圧放電ランプ点灯回路によれば、良好な結果が得られた。

本発明による高圧放電ランプ点灯用回路の一実施例を、図面を参照して説明する。
図１において、Ｋ₁ 及びＫ₂ は電圧電源の極に接続される入力端子である。これら入力端子Ｋ₁ 及びＫ₂ はインダクタＬ₁ 及びスイッチング素子Ｓ₁ の直列回路により互いに接続されている。インダクタＬ₁ は誘導素子Ｌ₁ を構成している。インダクタＬ₁ とスイッチング素子Ｓ₁ との共通端子はダイオードＤ₁ の陽極に接続されている。このダイオードＤ₁ は一方向性素子Ｄ₁ を構成している。このダイオードＤ₁ の陰極には端子Ｋ₃ が接続されている。入力端子Ｋ₂ にはオーム抵抗Ｒを介して端子Ｋ₄ が接続されている。スイッチング素子Ｓ₁ の制御電極は回路部分Ｉの出力端子に接続されている。この回路部分Ｉは、スイッチング素子Ｓ₁ を交互に導通及び非導通とする制御信号を発生する第１制御回路である。この回路部分Ｉの入力端子は回路部分IIの出力端子に接続されている。この回路部分IIは出力端子間に存在する出力電圧のレベルを制御する第２制御回路である。この回路部分IIの出力端子は回路部分Ｉの入力端子に接続されている。この回路部分IIは回路部分Ｓ_CCと回路部分III とを有している。回路部分Ｓ_CCは、出力電圧を制御するレベルを、高圧放電ランプの起動電圧と関連する第１レベルから、高圧放電ランプの定常点灯動作と関連する第２レベルに変える状態制御回路である。回路部分III は、直流‐交流変換器がランプ電圧の極性を変えた際に、ランプ端子間に存在する再点弧電圧のピークの幅に依存させて出力電圧の第２レベルを制御する第３制御回路を構成する。回路部分IIの入力端子はダイオードＤ₁ の陰極に接続されている。回路部分Ｉ及びIIと、インダクタＬ₁ と、スイッチング素子Ｓ₁ と、ダイオードＤ₁ と、端子Ｋ₃ 及びＫ₄ とが相俟って、アップコンバータ、すなわちブーストコンバータ型の直流‐直流変換器を構成している。端子Ｋ₃ 及びＫ₄ はこの直流‐直流変換器の出力端子を構成している。これら端子Ｋ₃ 及びＫ₄ はスイッチング素子Ｓ₂ 及びＳ₃ の直列回路により、且つキャパシタＣ₁ 及びＣ₂ の直列回路により互いに接続されている。スイッチング素子Ｓ₂ はダイオードＤ₂ により分路されており、スイッチング素子Ｓ₃ はダイオードＤ₃ により分路されている。スイッチング素子Ｓ₂ 及びＳ₃ のそれぞれの制御電極は、これらスイッチング素子Ｓ₂ 及びＳ₃ を交互に導通及び非導通にする制御信号を発生する回路部分ＣＣのそれぞれの出力端子に接続されている。スイッチング素子Ｓ₂ 及びＳ₃ の共通端子は、インダクタＬ₂ と、端子Ｋ₅ と、高圧放電ランプＬ_A と、端子Ｋ₆ との直列回路によりキャパシタＣ₁ 及びＣ₂ の共通端子に接続されている。端子Ｋ₅ 及びＫ₆ はランプ接続用の端子であり、キャパシタＣ₃ により互いに接続され、このキャパシタＣ₃ により高圧放電ランプＬ_A を分路している。回路部分ＣＣと、スイッチング素子Ｓ₂ 及びＳ₃ と、キャパシタＣ₁ 、Ｃ₂ 及びＣ₃ と、インダクタＬ₂ と、ランプ接続端子Ｋ₅ 及びＫ₆ とが相俟って、出力電圧から交流ランプ電流を発生させる直流‐交流変換器を形成する。この直流‐交流変換器はブリッジ回路である。入力端子Ｋ₂ は回路部分ＰＳＧの第１入力端子に接続されている。この回路部分ＰＳＧの第２入力端子は端子Ｋ₃ に接続されている。オーム抵抗Ｒと回路部分ＰＳＧとが相俟って、高圧放電ランプに供給される電力を表す電力信号を発生して、状態制御回路Ｓ_CCを動作させる手段を構成している。回路部分ＰＳＧの出力端子は、回路部分ＤＴの入力端子に接続されている。この回路部分ＤＴは、電力信号が予め決定した基準値よりも増大した後の予め決定した遅延時間を計測し、この予め決定した遅延時間が経過した後に、状態制御回路Ｓ_CCを動作させる遅延回路である。回路部分ＤＴの出力端子は状態制御回路Ｓ_CCの入力端子に接続されている。回路部分III はランプ接続端子Ｋ₅ 及びＫ₆ に結合されている。図１ではこの結合を破線で表している。

図１に示す回路の動作は以下の通りである。
入力端子Ｋ₁ 及びＫ₂ が（直流）電圧電源の極に接続されると、これら入力端子Ｋ₁ 及びＫ₂ 間に、直流電源電圧が存在する。回路部分Ｉは、スイッチング素子Ｓ₁ を交互に導通及び非導通とする制御信号を発生する。その結果として、直流電源電圧は、直流‐直流変換器により、振幅が直流電源電圧の振幅よりも高い直流電圧である出力電圧に変換される。この出力電圧が端子Ｋ₃ 及びＫ₄ 間に存在し、この出力電圧が（点弧直後に）回路部分IIにより比較的高い第１レベルに制御される。回路部分ＣＣは、スイッチング素子Ｓ₂ 及びＳ₃ を交互に導通及び非導通とする制御信号を発生する。スイッチング素子Ｓ₂ 及びＳ₃ は、特に、ハーフブリッジコミュテーティング（直流‐交流変換）フォワードモードとして当業者に既知のように制御される。このモードの第１の半周期では、第１のスイッチング素子が非導通であり、一方、第２のスイッチング素子は高周波で交互に導通及び非導通となる。このモードの第２の半周期では、第１のスイッチング素子が高周波で交互に導通及び非導通となり、一方、第２のスイッチング素子は非導通である。その結果、ランプを流れる電流は、低周波でほぼ方形波形状の交流電流となる。ランプが消費する電力は第一近似で、直流‐交流変換器が消費する電力に等しくなる。この後者の電力は、直流‐交流変換器が消費する電流と、端子Ｋ₃ 及びＫ₄ 間に存在する電圧との積である。回路部分ＰＳＧは、（直流‐交流変換器が消費する電流を表す）オーム抵抗Ｒを流れる電流と端子Ｋ₃ 及びＫ₄ 間の電圧の振幅とを乗じることにより、直流‐交流変換器が消費する電力を表す電力信号を発生する。この電力信号は回路部分ＰＳＧに設けられた比較器により、予め決定した基準値と比較される。当業者にとって既知のように、高圧放電ランプが点弧した直後には、ランプはまだ安定ではなく、ランプが消費する電力は比較的低い。その結果、電力信号は予め決定した基準値よりも低く、回路部分ＰＳＧの出力端子に接続された比較器の出力は低くなる。ある時間後に高圧放電ランプＬ_A 中のプラズマが安定し、ランプが消費する電力が増大する。電力信号も同様に増大し、この電力信号が予め決定した基準値よりも増大すると、回路部分ＰＳＧの出力端子における電圧が低レベルから高レベルに変化する。この変化により、回路部分ＤＴ内に設けられたタイマを動作させる。このタイマは予め決定した遅延時間の経過の測定を行う。この予め決定した遅延時間が経過すると、回路部分ＤＴの出力端子における電圧が低レベルから高レベルに変化し、状態制御回路Ｓ_CCが作動する。この状態制御回路Ｓ_CCは、出力電圧を、高圧放電ランプの起動と関連する第１レベルから、高圧放電ランプの定常点灯と関連する第２レベルに制御するレベルを変える。この第２レベルは第１レベルよりも低い。その結果、直流‐交流変換器における電力消費量が減少する。定常点灯中、回路部分III は、直流‐交流変換器がランプ電圧の極性を変えた際にランプ端子間に存在する再点弧電圧ピークの幅を監視している。回路部分III は、タイマとこれに結合された比較器とを有している。この比較器はランプにまたがる電圧と基準値とを比較する。この基準値は、ランプがランプ電流を流している際のランプ電圧と、再点弧中のランプ電圧の最高値との間で選択する。ランプにまたがる電圧が基準値よりも高い場合、比較器がタイマを動作させるが、ランプにまたがる電圧が基準値よりも低い場合には、比較器がタイマを停止させる。従って、タイマは、ランプにまたがる電圧が基準値よりも高い期間を測定する。この測定された期間は他の比較器により基準値と比較される。測定された期間が基準値よりも長いことは、再点弧があまりにも遅くて、回路IIが端子Ｋ₃ 及びＫ₄ 間に存在する出力電圧を制御するレベルを増大させることを意味する。測定された期間が基準値よりも短いことは、ランプ性能の急速な低下を阻止するのに必要とするよりも迅速に再点弧が行われ、一方、回路中の電力消費量が比較的大きくなることを意味する。この電力消費量を少なくするために、回路部分IIが、出力電圧を制御するレベルを減少させる。従って、回路部分IIは、ランプの再点弧がランプの性能を急速に低下させないように充分高速に行われている間に、電力消費量が比較的少なくなるように出力電圧のレベルを制御する。

高圧放電ランプが接続されている本発明による点灯回路の一実施例を示す回路図である。

Claims (6)

1. 電圧電源の極に接続するための入力端子と、
   これらの入力端子に結合された直流‐直流変換器であって、
   ‐誘導素子、
   ‐一方向性素子、
   ‐スイッチング素子、
   ‐出力端子、
   ‐前記スイッチング素子の制御電極に結合され、このスイッチング素子を交互に導通及び非導通にする制御信号を発生する第１制御回路、及び
   ‐この第１制御回路に結合され、前記出力端子間に存在する前記直流‐直流変換器の出力電圧のレベルを制御する第２制御回路
   を有する当該直流‐直流変換器と、
   前記出力電圧から交流ランプ電流を発生するランプ接続端子を有し、前記出力端子に結合された直流‐交流変換器であって、前記出力電圧を、高圧放電ランプの起動と関連する第１レベルから高圧放電ランプの定常点灯と関連する第２レベルに制御するレベルを変える状態制御回路がさらに設けられている前記第２制御回路と、
   を具えている高圧放電ランプ点灯回路において、
   前記第２制御回路には、前記ランプ接続端子に結合され、前記直流‐交流変換器が前記ランプ電圧の極性を変化させた際に前記ランプ端子間に存在する再点弧電圧ピークの幅に依存させて前記第２レベルを制御する第３制御回路が設けられてことを特徴とする高圧放電ランプ点灯回路。
2. 請求項１に記載の高圧放電ランプ点灯回路において、前記第１レベルが前記第２レベルよりも高い高圧放電ランプ点灯回路。
3. 請求項１又は２に記載の高圧放電ランプ点灯回路において、この高圧放電ランプ点灯回路には、高圧放電ランプに供給される電力を表す電力信号を発生するとともに、この電力信号が予め決定した基準値よりも増大した後に前記状態制御回路を動作させる手段が設けられている高圧放電ランプ点灯回路。
4. 請求項３に記載の高圧放電ランプ点灯回路において、この高圧放電ランプ点灯回路には更に、前記状態制御回路に結合され、電力信号が予め決定した基準値よりも増大した後の予め決定した遅延時間を測定し、この予め決定した遅延時間が経過した後に前記状態制御回路を動作させる遅延回路が設けられている高圧放電ランプ点灯回路。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の高圧放電ランプ点灯回路において、前記直流‐交流変換器が、少なくとも２つのブリッジスイッチング素子と、これらブリッジスイッチング素子の制御電極に結合されたブリッジ制御回路とを有するブリッジ回路である高圧放電ランプ点灯回路。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の高圧放電ランプ点灯回路において、前記第３制御回路は、
   ‐前記ランプにまたがる電圧と電圧基準値とを比較する比較器、
   ‐前記ランプにまたがる電圧が前記電圧基準値よりも高い間、時間間隔を測定するタイマ、
   ‐前記時間間隔と時間基準値とを比較する別の比較器、
   を備え、前記時間間隔が前記時間基準値よりも長いとき、前記第２制御回路は前記第２レベルを増加させ、前記時間間隔が前記時間基準値よりも短いとき、前記第２制御回路は前記第２レベルを減少させる高圧放電ランプ点灯回路。

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