JP4681228B2 - 向上した高周波電子安定器 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、種々のタイプのガス放電ランプの動作（点灯）の制御に関する。本発明は、特に、ガス放電ランプの高周波範囲内の電子安定器の動作（点灯）パフォーマンスの向上に関する。

高強度放電（ＨＩＤ）ランプは、数ｋＨｚと数百ｋＨｚとの間の高周波（ＨＦ）動作内で点灯するとランプのタイプに応じて音響共振を被ることが従来知られている。しかしながら、音響共振は、そのようなガス放電ランプ内で十分に弱まり、これによって、最高の音響共振である非常に高い周波数動作（例えば、４００Ｗ ＭＨランプに対して１５０ｋＨｚ）内でガス放電ランプが点灯されるときに、音響共振がガス放電ランプのパフォーマンスに悪影響が及ぼされない。ＶＨＦ動作中にガス放電ランプを点灯した結果、電磁干渉が発生する。さらに、ガス放電ランプがＨＦランプ電流で点灯されると、電極温度変調（すなわち、アノードとカソードとの間の温度差）が消滅する。この結果、互いに相違する電極動作状態となり、電極上のアークアタッチメントに変化が生じる。アーク電極アタッチメントに関連した不安定性は、４００Ｗ ＭＨランプを５００ｋＨｚまでの高周波数で点灯したときに確認されている。また、個々のランプ間の大きなコイル差も、ランプを高周波数で点灯する際に確認されている。

ガス放電ランプの逆アーク(back-arcing)は、電極の先端のアークの理想的なアークアタッチメントとは反対のランプの電極コイルの後方におけるアークのアークアタッチメントを伴う。これは、アーク管の端部の熱平衡に悪影響を及ぼすおそれがあり、したがって、蒸気圧に悪影響を及ぼす。その結果、ランプの色特性に悪影響が及ぼされる。現在のところ、関連の従来技術は、逆アークに注意が向けられていない。

本発明は、従来の欠点に注意を向ける。

本発明は、向上した高周波安定器に関する。本発明の種々の態様は、新規であり、自明でなく、かつ、種々の利点を提供する。ここでカバーした本発明の実際の性質を、ここに添付した特許請求の範囲を参照して決定することができるが、ここに開示した実施の形態の特徴である所定の形態を、以下簡単に説明する。

本発明の第１形態は、ガス放電灯に結合したハーフブリッジを操作する第１の方法である。先ず、前記ガス放電ランプの高周波動作範囲内の全ての音響共鳴より上のランプ電流の動作周波数を確立するよう前記ハーフブリッジを操作する。次いで、前記動作周波数に対して周波数変調を適用するよう前記ハーフブリッジを操作する。

本発明の第２形態は、ガス放電灯に結合したハーフブリッジを操作する第２の方法である。先ず、ランプ電流の動作周波数を確立するよう前記ハーフブリッジを操作する。次いで、所定の波形を有する駆動電圧のハーフブリッジに応答して、前記ランプ電流に振幅変調を適用するよう前記ハーフブリッジを操作する。

本発明の第３形態は、ガス放電灯に結合したハーフブリッジを操作する第３の方法である。先ず、前記ガス放電ランプの高周波動作範囲内の全ての音響共振より上のランプ電流の動作周波数を確立するよう前記ハーフブリッジを操作する。次いで、前記動作周波数に対して周波数変調を適用する。最後に、所定の波形を有する駆動電圧のハーフブリッジに応答して、前記ランプ電流に振幅変調を適用するよう前記ハーフブリッジを操作する。

本発明の第４形態は、ガス放電灯に結合したハーフブリッジを操作する第４の方法である。先ず、前記ガス放電灯の始動中に前記ランプにランプ電流を供給するよう前記ハーフブリッジを操作する。次いで、前記ガス放電ランプの加熱段階中に、最小ランアップレベル以上の動作アンペアレベルのランプ電流を確立するよう前記ハーフブリッジを操作して、前記ガス放電ランプ内の逆アークを抑制し、これによって、前記ガス放電ランプが、前記ガス放電ランプに対する十分な色の表示を達成する。

図１は、通常のランプ１０にランプ電流Ｉ_Ｌを供給する本発明の安定器２０を示す。安定器２０は、通常の配置で結合された電磁干渉フィルタ３０、ＭＡＩＮＳ整流器４０、ブーストコンバータ５０、エネルギーバッファ６０及びハーフブリッジ７０を具え、これによって、駆動電圧Ｖ_Ｄは、ハーフブリッジ７０に印加される。

図２は、ハーフブリッジ７０を示し、このハーフブリッジ７０は、マイクロコントローラ７１と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）７２と、ハーフブリッジドライバ７３と、トランジスタＴ１と、トランジスタＴ２と、変成器ＴＦと、インダクタＬと、キャパシタＣ１と、キャパシタＣ２と、インピーダンス素子Ｚとを有する。マイクロコントローラ７１及びトランジスタＴ１のドレインは、駆動電圧Ｖ_Ｄを受信するノードＮ１に結合される。トランジスタＴ１のソース、トランジスタＴ２のドレイン及び変成器は、ノードＮ２に結合される。マイクロコントローラ７１、トランジスタＴ２のソース及びインピーダンス素子Ｚは、ノードＮ３に結合され、これによって、マイクロコントローラ７１は駆動電流Ｉ_Dを受信する。マイクロコントローラ７１は、帰還電流Ｉ_Ｆを受信するよう変成器ＴＦにも結合される。変成器ＴＦ、インダクタＬ及びキャパシタＣ１は直列結合される。キャパシタＣ１、キャパシタＣ２及びランプ１０はノードＮ４に結合され、キャパシタＣ２及びランプ１０は、ノードＮ４とノードＮ５との間で並列結合される。

通常、ＶＣＯ７２は、動作周波数範囲内で、全ての音響共振より上のランプ電流Ｉ_Ｌの動作周波数を確立する。マイクロコントローラ７１は、アナログ回路、デジタル回路又はアナログ回路とデジタル回路の組合せを具え、駆動電圧Ｖ_Ｄ、駆動電流Ｉ_Ｄ及び帰還電流Ｉ_Ｆに応答して変調電圧Ｖ_ＦＭＳを発生する。周波数変調電圧Ｖ_ＦＭＳに応答して、ＶＣＯ７２は、対応する周波数変調をランプ電流Ｉ_Ｌの動作周波数に対して行う。ＶＣＯ７２は、ランプ電流Ｉ_Ｌの動作周波数に対する周波数変調の表示として制御電圧Ｖ_Ｃを発生する。制御電圧Ｖ_Ｃに応答して、ハーフブリッジ７３は、トランジスタＴ１，Ｔ２を作動させ、これによってランプ電流Ｉ_Ｌがランプ１０に供給される。

マイクロコントローラ７１は、駆動電圧Ｖ_Ｄを測定するとともに駆動電流Ｉ_Ｄを平均化することによって、ハーフブリッジ７０に対する入力電力Ｐ_ＩＮを決定する。一実施の形態において、入力電力Ｐ_ＩＮは、駆動電圧Ｖ_Ｄと平均駆動電流Ｉ_Ｄを乗算することによって決定される。以下の式［１］に示すように、ランプ電圧Ｖ_Ｌを、計算された入力電力Ｐ_ＩＮからハーフブリッジ７０による任意の電力消失Ｐ_ＬＯＳＳを減算するとともにこの結果をランプ電流Ｉ_Ｌによって除算することによって取得することができる。
（Ｐ_ＩＮ−Ｐ_ＬＯＳＳ）／Ｉ_Ｌ ［１］

図３は、時間に亘るランプ電圧Ｖ_Ｌを示す。ガス放電ランプ１０の始動は、ラグタイム段階、ブレークダウン（ＢＤ）段階、電極加熱段階及びアーク管加熱段階からなる。アーク管加熱段階中のガス放電ランプ１０内の任意の逆アークを（除去されない場合には）最小にする必要があり、これによって、ガス放電ランプ１０に関連した色の表示の十分な向上を容易に行うことができる。そのようにして、マイクロコントローラ７１は、図４に示すようなランアップアンペアレベルＩ_{ＲＵＮ−ＵＰ}以上のランプ電流Ｉ_Ｌの動作アンペアレベルを確立する。一実施の形態において、ランアップアンペアレベルＩ_{ＲＵＮ−ＵＰ}を、ガス放電ランプ１０に対して確立されるようなランプ電流Ｉ_Ｌに対する最大アンペアレベル_ＩＭＡＸの８５％とする。

図５は、ランプ電流Ｉ_Ｌを取得する際の駆動電圧Ｖ_Ｄと、周波数変調Δｆ（例えば５ｋＨｚ）及び周波数掃引Ｆ_{ＳＷＥＥＰ}（例えば、２００Ｈｚ）を有する変調電圧Ｖ_ＦＭＳとの一例を示す。結果的には、ランプ１０のアーク（図示せず）が安定する。

図６は、ランプ電流Ｉ_Ｌを取得する際の駆動電圧Ｖ_Ｄと、周波数変調Δｆ（例えば５ｋＨｚ）及び周波数掃引Ｆ_{ＳＷＥＥＰ}（例えば、２００Ｈｚ）を有する変調電圧Ｖ_ＦＭＳとの第２の例を示す。

図７は、ランプ電流Ｉ_Ｌを取得する際の振幅変調及び周波数（例えば、１２０Ｈｚ）を有する駆動電圧Ｖ_Ｄと、変調電圧Ｖ_ＦＭＳとの第３の例を示す。当業者は、安定器２０がバレーフィル技術(valley fill technique)に基づいて駆動電圧Ｖ_Ｄを発生していることがわかる。

図８は、ランプ電流Ｉ_Ｌを取得する際の振幅変調及び周波数（例えば、１２０Ｈｚ）を有する駆動電圧Ｖ_Ｄと、変調電圧Ｖ_ＦＭＳとの第４の例を示す。当業者は、安定器２０がホロワブースト技術(follower boost technique)に基づいて駆動電圧Ｖ_Ｄを発生していることがわかる。

図９は、ランプ電流Ｉ_Ｌを取得する際の振幅変調及び周波数（例えば、１２０Ｈｚ）を有する駆動電圧Ｖ_Ｄと、周波数変調Δｆ（例えば５ｋＨｚ）及び周波数掃引Ｆ_{ＳＷＥＥＰ}（例えば、２００Ｈｚ）を変調電圧Ｖ_ＦＭＳとの第５の例を示す。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。

本発明による安定器の一実施の形態を示す。 本発明によるハーフブリッジの一実施の形態を示す。 時間に亘るランプ電圧のグラフの一例を示す。 ランプ電流に対する逆アークのリスクのグラフの一例を示す。 駆動電圧、変調電圧及びランプ電流の第１セットのグラフの例である。 駆動電圧、変調電圧及びランプ電流の第２セットのグラフの例である。 駆動電圧、変調電圧及びランプ電流の第３セットのグラフの例である。 駆動電圧、変調電圧及びランプ電流の第４セットのグラフの例である。 駆動電圧、変調電圧及びランプ電流の第５セットのグラフの例である。

Claims (2)

1. ガス放電灯に結合したハーフブリッジを操作する方法であって、前記方法が前記ガス放電灯内での音響共振を回避するだけでなく、電磁干渉を抑制し、電極温度変調の消滅の問題を緩和するための方法であり、
   前記ガス放電ランプの高周波動作範囲内の全ての音響共振より上のランプ電流の動作周波数を確立するよう前記ハーフブリッジを操作し、
   前記動作周波数に対して周期的に変化する変調信号に応じた周波数変調を適用し、
   周期的に変化する波形を有する駆動電圧をハーフブリッジが受けることに応答して、前記ランプ電流に振幅変調を適用するよう前記ハーフブリッジを操作することを特徴とする方法。
2. ガス放電灯に結合したハーフブリッジであって、
   前記ガス放電ランプの高周波動作範囲内の全ての音響共振より上のランプ電流の動作周波数を確立する手段と、
   前記動作周波数に対して周期的に変化する変調信号に応じた周波数変調を適用する手段と、
   周期的に変化する波形を有する駆動電圧をハーフブリッジが受けることに応答して、前記ランプ電流に振幅変調を適用する手段とを具えることを特徴とするハーフブリッジ。

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