JP4437057B2 - 少なくとも1つの低圧放電ランプの作動方法、及び、少なくとも1つの低圧放電ランプ用の作動装置 - Google Patents

少なくとも1つの低圧放電ランプの作動方法、及び、少なくとも1つの低圧放電ランプ用の作動装置 Download PDF

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Description

本発明は、インバータを有する、少なくとも1つの低圧放電ランプの作動方法であって、少なくとも1つの低圧放電ランプの作動中、少なくとも1つの低圧放電ランプでの整流効果(rectifier effect)の生起が監視されて、当該低圧放電ランプの寿命が求められる方法、及び、少なくとも1つの低圧放電ランプ用の作動装置に関する。
このような作動方法は、公知刊行物に、放電ランプ用の端子が設けられた負荷回路が接続されたハーフブリッジインバータを有する回路装置を使用する低圧放電ランプの作動について記載されている(例えば、特許文献1参照)。低圧放電ランプでの整流効果の生起を検出するために、ハーフブリッジコンデンサでの電圧降下が監視され、所定の上方限界値の超過の際、乃至、所定の下方限界値の下回りの際、ハーフブリッジインバータ用の遮断装置が作動される。
国際特許出願、世界知的所有権機関特許出願公開第99/56506号
本発明の課題は、少なくとも1つの低圧放電ランプでの整流効果を高い信頼度で検出することができ、殊に、整流器作用を誤って検出して作動装置が遮断されてしまうのを回避するようにした、少なくとも1つの低圧放電ランプ用の作動方法を提供することにある。更に、本発明の課題は、この方法を実施するための少なくとも1つの低圧放電ランプ用の作動装置を提供することにある。
この課題は、本発明によると、少なくとも1つの低圧放電ランプでの整流効果の監視のために、少なくとも1つの低圧放電ランプの電気端子の直流電圧降下と、少なくとも1つの低圧放電ランプを流れる電流、又は、当該電流に比例する量を評価することにより解決される。
本発明の、少なくとも1つの低圧放電ランプ用の作動装置は、
ハーフブリッジインバータと、第1の測定装置と、第2の測定装置と、第3の測定装置と、評価ユニットとを有しており、
ハーフブリッジインバータには、負荷回路が接続されており、該負荷回路には、少なくとも1つの低圧放電ランプ及び少なくとも1つのハーフブリッジコンデンサ用の電気端子が設けられており、
第1の測定装置は、少なくとも1つの低圧放電ランプを流れる電流に比例する第1の電圧を測定し、
第2の測定装置は、少なくとも1つのハーフブリッジコンデンサでの電圧降下に比例する第2の電圧を測定し、
第3の測定装置は、ハーフブリッジインバータの給電電圧に比例する第3の電圧を測定し、
評価ユニットは、プログラム制御されて作動するマイクロコントローラを有する測定装置の各出力側と接続されており第1、第2、及び第3の電圧を評価するため、並びに、当該評価結果に依存して、ハーフブリッジインバータを制御するために用いられる。
本発明の、インバータでの、少なくとも1つの低圧放電ランプの作動方法では、少なくとも1つの低圧放電ランプでの整流効果の生起の監視のために、少なくとも1つの低圧放電ランプの電気端子の直流電圧降下と、少なくとも1つの低圧放電ランプを流れる電流、又は、当該電流に比例する量が評価され、この評価から、少なくとも1つの低圧放電ランプでの整流効果が生じていることを判定する基準が定義され、従って、少なくとも1つの低圧放電ランプの寿命が終わったことを判定する基準が定義される。前述の量を監視して評価することによって、整流効果の生起について、使用されている放電ランプや、実際の調光とは無関係に充分な精度で決めることができる。本発明の方法によると、少なくとも1つの放電ランプと作動装置とから構成されたシステムの信頼度を高めることができる。つまり、少なくとも1つの低圧放電ランプの寿命の終わりを決定する許容偏差範囲は、前述の量を用いて正確に特定することができ、このようにして、整流効果を誤って検出して作動装置を遮断してしまうのが回避されるからである。
上述の作動装置により、本発明の作動方法を実施することができる。
前述の量を評価するために、有利には、少なくとも1つの低圧放電ランプを流れる電流と、少なくとも1つの低圧放電ランプの電気端子の直流電圧降下との積が、所定の電力値と比較される。つまり、この積により、直接、放電ランプ電極の放射特性と、高い信頼度の最大値(国際電気標準IEC61347−2−3に対する補足、テスト2”Asymmetric Power Dissipation”の”Particular requirement for a.c.supplied electonics ballasts for fluorescent lamps”に記載されている)と直接比較することができる電力値を示す結果とが非対称となる程度が示されるからである。この最大値は、T5ランプでは7.5ワット、T4ランプでは5.0ワットである。
整流効果生起時に、放電ランプ電極の加熱を回避するために、放電ランプの作動期間全体に亘って、前述の量のアクチュエートされた値との比較が連続的に繰り返される。整流効果を高い信頼度で検出することができるために、従って、許容可能な値を偶然に1回でも超過して、少なくとも1つの低圧放電ランプが遮断されないようにするために、有利には、比較結果に依存してカウンタ過程を実行し、カウンタのオーバーフローの場合、又は、上側のカウンタ限界値の超過時には、ステータスビットをセットしたりリセットしたりするとよい。従って、ステータスビットの状態は、少なくとも1つの放電ランプが既にその寿命の終わりに達しているかどうかを示すインジケータである。
有利には、比較を実行する相応のプログラムが実行されるマイクロコントローラを用いて評価が行われる。マイクロコントローラは、付加的に、インバータのトランジスタスイッチ用のドライバ回路の制御も行う。評価のために、有利には、放電ランプ寿命の種々異なる時点で求められた、所定の電力値と、少なくとも1つの低圧放電ランプの電気端子の直流電圧降下と少なくとも1つの低圧放電ランプを流れる電流、又は、当該電流に比例する量との積との差の値が加算される。
少なくとも1つの低圧放電ランプを流れる電流、又は、それに比例する量は、有利には、抵抗を用いて求められ、この抵抗は、少なくとも1つの放電ランプを流れる電流の半波の間、例えば、正の半波の間、少なくとも1つの低圧放電ランプと直列に接続される。この抵抗での電圧降下から、有利には、抵抗の後ろ側に接続されたローパスフィルタを用いて平滑した後、少なくとも1つの低圧放電ランプを流れる電流が求められる。前述の抵抗での電圧降下は、少なくとも1つの低圧放電ランプの明るさ調整に付加的に使うことができる。従って、同じ測定値を、例えば、マイクロコントローラを用いて、明るさ調整のためにも、少なくとも1つの低圧放電ランプの寿命の終わりを検出するためにも評価することができる。
本発明の特に有利な実施例は、従属請求項に記載されている。
以下、有利な図示の実施例を用いて、本発明について詳細に説明する。
図1に略示された本発明の作動装置は、並列接続された2つの低圧放電ランプ、特に、T5蛍光ランプFL1、FL2の作動用の電子安定器である。この安定器により、殊に、蛍光ランプFL1,FL2の明るさ調整も行えるようになる。
安定器は、2つの電源電圧端子1,2、その後ろ側に接続された電源電圧整流器GLを有している。電源電圧整流器GLは、フィルタ回路、場合によっては、ステップアップコンバータを有しており、ステップアップコンバータの電圧出力側には、その後ろ側に接続されたハーフブリッジインバータ用の給電電圧が出力される。ハーフブリッジインバータは、2つのハーフブリッジトランジスタT1,T2を有しており、2つのハーフブリッジトランジスタT1,T2の中間タップMには、直列共振回路として構成された負荷回路が接続されており、負荷回路は、共振インダクタンスL1及び共振コンデンサC1を有している。共振コンデンサC1に対して並列に、2つの蛍光ランプFL1,FL2からなる並列回路が設けられている。この並列回路は、2つのハーフブリッジコンデンサC2,C3を有しており、2つのハーフブリッジコンデンサC2,C3は、各々蛍光ランプFL1乃至FL2の1つに直列に設けられている。更に、並列回路の各分路内に、シンメトリートランスL2のコイルN1乃至N2が接続されており、このシンメトリートランスL2は、両分路内の放電ランプ電流をシンメトリーにするのに使われる。第1のハーフブリッジコンデンサC2の高い電位の端子A2は、トランスL2のコイルN2、第1の蛍光ランプFL1の電極E2及び抵抗R1を介して、電源電圧整流器GLの正の直流電圧出力側と接続されている。これと同様に、第2のハーフブリッジコンデンサC3の高い電位の端子A3は、トランスL2のコイルN1、第2の蛍光ランプFL2の電極E4、及び、抵抗R2を介して、電源電圧整流器GLの正の直流電圧出力側と接続されている。ハーフブリッジコンデンサC2,C3の低い電位の端子は、電源電圧整流器GLの負の直流電圧出力側及びアース電位と接続されている。共振コンデンサC1の端子A1は、第1の蛍光ランプFL1の電極E1、第2の蛍光ランプの電極E3と接続されており、共振インダクタンスL1を介してハーフブリッジインバータの中間タップMに接続されている。共振コンデンサC1の他方の端子は、電源電圧整流器GLの負の直流電圧出力側及びアース電位と接続されている。更に、端子A1は、電極E1と抵抗R3とを介して電源電圧整流器GLの正の直流電圧出力側と接続されている。図1に略示された加熱装置Hは、両蛍光ランプFL1,FL2の全ての電極E1,E2,E3,E4に誘導的に接続されており、気体放電の点弧前、又は、放電ランプの調光作動中の放電ランプ電極の加熱のために使われる。この加熱装置Hの詳細については、例えば、ヨーロッパ特許公開第0748146号公報に記載されている。抵抗R0,R1,R2及びR3は、タップA1,A2及びA3での電位を調整するのに使われる。殊に、前述の抵抗用いて、作動装置のスイッチオン直後、及び、放電ランプFL1,FL2での気体放電の点弧前に、コンデンサC1,C2及びC3に相応の電圧を形成することができる。
ハーフブリッジトランジスタT1,T2は、プログラム制御により作動されるマイクロコントローラMC、及び、トランジスタT1,T2用のドライバ回路TRを用いて制御される。トランジスタT1,T2を交互にスイッチングすることによって、中間タップMは、交互に、電源電圧整流器GLの負及び正の直流電圧出力側と接続される。ハーフブリッジコンデンサC2,C3は、ハーフブリッジインバータの給電電圧の半分に蓄電されるので、放電ランプ放電ランプの作動中、タップMとA2乃至A3間に高周波交流電流が流れ、この交流電流の周波数は、トランジスタT1,T2のスイッチングクロックによって決められる。蛍光ランプFL1,FL2内の気体放電の点弧のために、ハーフブリッジトランジスタT1,T2のスイッチングクロックが、負荷回路内の交流電流の周波数が、直列共振回路L1,C1の共振周波数の近くになるように変えられる。そうすることによって、共振コンデンサC1に、蛍光ランプFL1,FL2内の気体放電を点弧するのに充分に高い電圧が生じる。蛍光ランプFL1,FL2内の気体放電の点弧後、直列共振回路L1,C1が蛍光ランプFL1,FL2の並列回路によって減衰される。蛍光ランプFL1,FL2は、同様に負荷回路及び蛍光ランプFL1,FL2の並列回路内の交流電流の周波数を変えることによって明るさを調整することができる。
蛍光ランプFL1,FL2の並列回路を流れる電流Iの測定のために、抵抗R14、両整流ダイオードD3,D4及びローパスフィルタR15,C10が使われる。抵抗R14では、両ダイオードD3,D4の極性に基づいて、電流Iの正の半波に比例する電圧が測定される。後ろ側に接続されたローパスフィルタR15,C10を用いて、1つ又は複数の半波に亘って平均化された、この電圧の値U1が、マイクロコントローラMCの端子A11に供給されて評価される。従って、時間的に平均化された電圧U1は、後ろ側に接続された放電ランプFL1,FL2を流れる電流Iの正の半波の時間平均値Iに比例する。端子A11で検出される電圧U1は、両蛍光ランプFL1,FL2の明るさ調整用にも使われる。
電源電圧整流器GLの直流電圧出力側に並列に、分圧器R6,R7が、抵抗R7に並列接続されたコンデンサC5と共に設けられている。マイクロコントローラMCの相応のタップA6と接続された抵抗R6,R7間のタップA6で、ハーフブリッジインバータの給電電圧に比例する電圧U2が測定される。ハーフブリッジコンデンサC3に並列に、分圧器R8,R9が、抵抗R9に対して並列に接続されたコンデンサC6と共に設けられている。マイクロコントローラMCの相応の端子A7と接続された抵抗R8,R9間のタップA7で、ハーフブリッジコンデンサC3での電圧降下に比例する電圧U3が測定される。これと同様に、ハーフブリッジコンデンサC2に対して並列に、分圧器R10,R11が、抵抗R11に対して並列に接続されたコンデンサC7と共に設けられている。マイクロコントローラMCの相応の端子A8と接続された抵抗R10,R11間のタップA8で、ハーフブリッジコンデンサC2での電圧降下に比例する電圧U4が測定される。
端子A6,A7,A8及びA11に印加される電圧U1〜U4は、アナログ−デジタル変換器を用いてデジタル値に変換され、マイクロコントローラMCによって、マイクロコントローラ内で実行されるプログラムを用いて評価されて、ドライバ回路TRを介してハーフブリッジトランジスタT1,T2の相応の制御によって、蛍光ランプFL1,FL2の明るさの調整と、放電ランプFL1,FL2の寿命が終わったことを検出することができるようになる。放電ランプFL1,FL2の寿命が終わったことは、蛍光ランプFL1,FL2内の整流効果の生起を監視することによって検出することができる。このために、マイクロコントローラMCを用いて蛍光ランプFL1,FL2の電気端子の直流電圧降下Udc1乃至Udc2、及び、蛍光ランプFL1,FL2を流れる電流、即ち、蛍光ランプFL1,FL2の並列回路を流れる全電流Iが評価される。この電流Iの正の半波に亘る平均値Iは、電圧U1と抵抗R14とから算出される:
=U1/R14 (1)
蛍光ランプFL1の電気端子の直流電圧降下Udc1は、ハーフブリッジインバータの1/2の給電電圧と、ハーフブリッジコンデンサC2での電圧降下との差から算出され、従って、電圧U2及びU4から求められる。
dc1=1/2・U2・(R6+R7)/R7−U4・(R10+R11)/R11
(2)
それと同様に、蛍光ランプFL2の電気端子の直流電圧降下Udc2は、ハーフブリッジインバータの1/2の給電電圧とハーフブリッジコンデンサC3での電圧降下との差から算出され、従って、電圧U2及びU3から求めることができる。
dc2=1/2・U2・(R6+R7)/R7−U3・(R8+R9)/R9
(3)
前述の量I+乃至Udc2から、両蛍光ランプFL1乃至FL2に対して、電力P1乃至P2が、以下の式
P1=I+・|Udc1|・p 乃至 P2=I+・|Udc2|・p
(4a),(4b)
から算出され、その際、補正係数pは、曲線形状に依存し、形状計数k及びオンオフ比τから
p=k/τ (5)
が得られる。
オンオフ比0.5の正弦波状信号の場合、補正係数pは、値1.11である。電力P1乃至P2の値は、直接”Test2:Asymmetric Power Dissipation”(国際電気標準IEC61347−2−3に対する補足)を用いて実行された、T5放電管での放電管電力の7.5ワットの最大許容限界値Pmaxと比較して、両蛍光ランプFL1、FL2の寿命の終わりを監視することができる。この比較は、マイクロコントローラMCを用いて、放電ランプ作動中周期的に両放電ランプFL1,FL2に対して繰り返される。
マイクロコントローラでの比較の評価時に、式(4a,4b)での第2の乗算を省略するために、補正係数pが比較値Pmaxで一緒に算出され、この値が不揮発性メモリ内に記憶される。連続作動中、この記憶値が周期的にI+とUdc1乃至Udc2の値との積と比較される。
以下、両T5蛍光ランプFL1,FL2の寿命の終わりの監視のための方法について、図2に示された流れ図を用いて詳細に説明する。
周期的に実行される方法の開始時に、マイクロコントローラMCで実行されるプログラムを用いて、方法の各サイクル中にアクチュエートされた、量U1,U2及びU3乃至U4の測定値から、上述の式により、放電ランプFL1及びFL2に対して順次連続して電力P1及びP2が算出され、各々最大許容電力Pmaxと比較される。電力P1乃至P2が最大許容電力Pmaxよりも小さく、放電ランプFL1乃至FL2用のカウント変数Z1乃至Z2のカウンタ状態がゼロである場合、放電ランプFL1乃至FL2用の実際のサイクルが止められる。電力P1乃至P2が最大許容電力Pmaxよりも小さく、放電ランプFL1乃至FL2用のカウント変数Z1乃至Z2のカウンタ状態がゼロよりも大きい場合、カウンタZ1乃至Z2は、1だけ小さくなる。その後、カウンタ状態がゼロに等しいと、放電ランプFL1乃至FL2の寿命が終わりに達したためにステータスビットS1乃至S2が消去され、カウンタ状態がゼロに等しくないと、カウンタ状態Z1乃至Z2が記憶され、放電ランプFL1乃至FL2用の実際のサイクルが止められる。しかし、電力P1乃至P2が最大許容電力Pmaxよりも小さくない場合には、カウンタZ1乃至Z2は、1だけ大きくなる。その後、カウンタZ1乃至Z2の値が上側カウンタ限界値ZSWを超過すると、ステータスビットS1乃至S2がセットされ、即ち、放電ランプFL1乃至FL2は、その寿命の終わりに達する。カウンタZ1乃至Z2の値が上側カウンタ限界値ZSWよりも大きくない場合、新規のカウンタ状態Z1乃至Z2が記憶され、続いて、放電ランプFL1乃至FL2用の実際のサイクルが止められる。上側カウンタ限界値ZSWが設定可能である。
ステータスビットS1又はステータスビットS2がセットされた場合、作動装置が遮断される。
本発明は、これまで詳述した実施例に限定されるものではない。例えば、放電ランプFL1、FL2を、順次連続して同じサイクルで問い合わせする代わりに、交番的に問い合わせてもよい。更に、カウンタ状態Z1,Z2を、許容可能な限界値を高く超過乃至下回った際に、1より大きな値だけ大きくしたり、又は、小さくしたりしてもよい。許容可能な最大限界値の超過の際に、作動装置乃至放電ランプFL1,FL2を遮断する代わりに、許容可能な限界値を再度持続的に下回るようになる迄、放電ランプFL1,FL2を著しく小さな電力で作動してもよい。
本発明の作動方法を実施するための本発明の作動装置の回路装置の回路略図。
本発明の作動方法の流れ図。
符号の説明
FL1,FL2 蛍光ランプ
1,2 電源電圧端子
GL 電源電圧整流器
H 加熱装置
MC マイクロコントローラ
TR ドライバ回路

Claims (9)

  1. ハーフブリッジインバータ(T1,T2)を有する、少なくとも1つの低圧放電ランプの作動方法であって、
    前記ハーフブリッジインバータ(T1,T2)には負荷回路(L1,C1)が接続されており、該負荷回路(L1,C1)内には少なくとも1つの前記低圧放電ランプ(FL1,FL2)および少なくとも1つのハーフブリッジコンデンサ(C2,C3)用の電気端子が配置されており、少なくとも1つの前記低圧放電ランプ(FL1,FL2)の作動中、少なくとも1つの前記低圧放電ランプ(FL1,FL2)での整流効果の生起が監視されて、当該低圧放電ランプの寿命が求められる方法において、
    少なくとも1つの前記低圧放電ランプ(FL1,FL2)での整流効果の監視のために、少なくとも1つの前記低圧放電ランプ(FL1,FL2)を流れる電流(I)に比例する第1の電圧(U1)を測定し、且つ、少なくとも1つの前記ハーフブリッジコンデンサ(C2,C3)での電圧降下に比例する、測定された第2の電圧(U3,U4)と、前記ハーフブリッジインバータ(T1,T2)の給電電圧に比例する、測定された第3の電圧(U2)とから直流電圧降下(U dc1 ,U dc2 )を測定することにより、少なくとも1つの前記低圧放電ランプ(FL1,FL2)の電気端子の直流電圧降下(Udc1,Udc2)と、少なくとも1つの前記低圧放電ランプ(FL1,FL2)を流れる電流(I)、又は、当該電流に比例する量を評価する
    ことを特徴とする方法。
  2. 少なくとも1つの低圧放電ランプ(FL1,FL2)の電気端子の直流電圧降下(Udc1,Udc2)と、少なくとも1つの前記低圧放電ランプ(FL1,FL2)を流れる電流(I)との積、又は、当該積に比例する量を、所定の出力値(Pmax)と比較する請求項1記載の方法。
  3. 放電ランプの作動中、比較を周期的に繰り返す請求項2記載の方法。
  4. 少なくとも1つの低圧放電ランプ(FL1,FL2)の電気端子の直流電圧降下(Udc1,Udc2)と、少なくとも1つの前記低圧放電ランプ(FL1,FL2)を流れる電流(I)、又は、当該電流(I)に比例する、マイクロコントローラ(MC)に供給された量を求めて、前記マイクロコントローラ(MC)を用いてプログラム制御により評価を実行する請求項1記載の方法。
  5. 比較の結果に依存して、計数過程(Z1,Z2)を実行し、カウンタオーバーフローの場合には、ステータスビット(S1,S2)をセット乃至リセットする請求項2,3又は4記載の方法。
  6. 放電ランプ作動の種々異なる時点で求められた、所定の出力値(Pmax)と、少なくとも1つの低圧放電ランプ(FL1,FL2)の電気端子の直流電圧降下(Udc1,Udc2)と前記少なくとも1つの低圧放電ランプ(FL1,FL2)を流れる電流、又は、当該電流の値に比例する量との積との差の値を加算して、評価する請求項1〜5迄の何れか1記載の方法。
  7. 少なくとも1つの低圧放電ランプ(FL1,FL2)を流れる電流、又は、当該電流に比例する量を、抵抗(R14)を用いて検出し、該抵抗(R14)は、前記少なくとも1つの低圧放電ランプ(FL1,FL2)を流れる電流の半波の間、前記少なくとも1つの低圧放電ランプ(FL1,FL2)に直列接続される請求項1記載の方法。
  8. 抵抗(R14)での電圧降下を、ローパスフィルタ(R15,C10)を用いて評価する請求項7記載の方法。
  9. 少なくとも1つの低圧放電ランプ(FL1,FL2)用の作動装置において、
    ハーフブリッジインバータ(T1,T2)と、第1の測定装置(R14,R15,D3,D4,C10)と、第2の測定装置(R8,R9,C6;R10,C7)と、第3の測定装置(R6,R7,C5)と、評価ユニット(MC、TR)とを有しており、
    前記ハーフブリッジインバータ(T1,T2)には、負荷回路(L1,C1)が接続されており、該負荷回路(L1,C1)には、少なくとも1つの低圧放電ランプ(FL1,FL2)及び少なくとも1つのハーフブリッジコンデンサ(C2,C3)用の電気端子が設けられており、
    前記第1の測定装置(R14,R15,D3,D4,C10)は、前記少なくとも1つの低圧放電ランプ(FL1,FL2)を流れる電流に比例する第1の電圧(U1)を測定し、
    前記第2の測定装置(R8,R9,C6;R10,C7)は、前記少なくとも1つのハーフブリッジコンデンサ(C2,C3)での電圧降下に比例する第2の電圧(U3,U4)を測定し、
    前記第3の測定装置(R6,R7,C5)は、前記ハーフブリッジインバータ(T1,T2)の給電電圧に比例する第3の電圧(U2)を測定し、
    前記評価ユニット(MC、TR)は、プログラム制御されて作動するマイクロコントローラ(MC)を有する測定装置の各出力側と接続されており、前記第1、第2、及び第3の電圧(U1;U3、U4;U2)を評価するため、前記少なくとも1つの低圧放電ランプ(FL1,FL2)の電気端子を介する直流電圧降下(U dc1 ,U dc2 )を評価するため、並びに、当該評価結果に依存して、前記ハーフブリッジインバータ(T1,T2)を制御するために用いられる
    ことを特徴とする作動装置。
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