JP4723646B2 - 適合化予熱部を有する放電灯用の電子点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は予熱可能な複数の電極を有する放電灯用の電子点灯装置に関する。

放電灯を予熱可能な電極によって予熱して駆動する電子点灯装置（電子安定化装置）が知られている。基本的には、電子点灯装置は、定められた給電部、例えば電源回路網から電力を受け取り、接続された放電灯の駆動に必要な特性を有する給電電力、特に高周波数の交流電圧を形成する。

放電灯の電極は放電灯の点弧前に予熱されることが多い。予熱することにより電極の放出能が向上し、耐用期間も延長される。予熱過程は典型的には０．４ｓ〜２ｓ以上であり、制御フローとして定められた予熱プログラムにしたがって行われる。

本発明の基礎とする課題は、予熱可能な複数の電極を有する放電灯用の電子点灯装置を改善することである。

この課題は、電子点灯装置が、接続されている放電灯の少なくとも１つの電極につき、予熱過程において予熱によって高められた電極温度に相関するパラメータを測定する測定回路と、当該の測定に応じて電子点灯装置の駆動パラメータを調整することにより電極温度を適合化する制御回路とを有することにより解決される。

本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

本発明は、設定された予熱フローを単に実行するだけでは予熱過程の結果が満足いくものとならないという知識に基づいている。つねに同じタイプの放電灯に対して同じ電子点灯装置が利用されるとしても、個々の放電灯における予熱過程は異なって進行する。放電灯ごとに異なる予熱過程の特性は予熱可能な電極の製造差と電子点灯装置の部品の許容差とに起因する。

このため、ステレオタイプな予熱フローを利用すると、予熱可能な電極が予熱の時間の経過後にも所望の温度に到達しないことがある。極端な場合には予熱電圧が他の電極を介して望ましくないラテラル方向放電の点弧を引き起こすことさえある。

予熱時間をできるだけ短くするために、できるだけ大きな予熱電流または予熱電圧を用いるが、その際にもラテラル方向放電を引き起こす電圧が発生しないことが望まれる。

本発明の電子点灯装置は測定回路を有しており、この測定回路は、予熱過程のあいだ、接続されている放電灯の少なくとも１つの電極の電極温度を測定するように構成されている。電極温度の測定のために、電極温度に相関する任意の特性を測定することができる。従属請求項に挙げられているように、適切な種々のパラメータを扱うことができる。

本発明の電子点灯装置はさらに制御回路を有しており、この制御回路は測定回路の測定値と電極温度に相関するパラメータの標準値とを比較するように構成されている。測定値と標準値とのあいだに差があるときは、制御回路は電子点灯装置の駆動パラメータを変更することにより、測定値と相応の標準値とのあいだの予測差が小さくなるように予熱過程の特性を適合化する。したがってこの過程は閉ループ制御となる。

予熱過程における測定の回数が多くなるにつれて電極温度の特性の追従度も向上し、制御回路は予熱過程においていっそう良好に適合制御を行うことができるようになる。ただし測定および適合化を何度も行うのであれば、電子回路を相応に構成しなければならないので、或る程度はコストがかかる。

本発明の最も簡単な構成では、電極温度に相関するパラメータを予熱過程のインターバルのなかほどで１回だけ測定すればよい。当該の測定の後、必要に応じて、制御回路による介入制御が行われる。

予熱過程において電極温度の特性を適合化するのに適した電子点灯装置の駆動パラメータの例として、電極を通る予熱電流、電極にかかる予熱電圧、電子点灯装置によって形成される給電用の高周波数の交流電圧の周波数、および、当該の交流電圧のオンオフ比などが挙げられる。

電極温度に相関するパラメータの標準値は電子点灯装置内のメモリ回路に格納されるか、または、固定にワイヤ接続された電子回路に格納される。電子回路は閾値素子すなわち比較器を有しており、この比較器に測定値が供給され、閾値と比較されて、標準値からの偏差の度合が判別される。こうした電子回路は制御回路内に設けられていてもよい。

制御回路が予熱過程の特性を標準値へ適合化することにより、本発明の電子点灯装置は種々のタイプの放電灯が用いられる場合にも高いフレキシビリティを有する。放電灯はそのタイプごとに異なる電極を有するが、本発明の電子点灯装置の制御回路により全体として効率の良い予熱過程へ向かって制御される。

有利には、測定回路は電極温度に相関するパラメータとして電極の抵抗値を測定する。電極は正の温度係数を有するオーム抵抗である。予熱過程における電極抵抗は予熱電圧および予熱電流から簡単に求められる。

本発明の有利な実施形態では、測定回路は接続されている放電灯の少なくとも１つの電極の冷間抵抗を電子点灯装置のスイッチオン後、予熱過程の開始前に測定する。電極の冷間抵抗とは電極温度が周囲温度に相応するときの電極の抵抗値であると理解されたい。本発明の有利な実施形態では、測定回路により予熱過程における電極抵抗が測定される。電極の熱間抵抗（抵抗の実際値）と冷間抵抗とから、電極温度に近似に比例する商が求められる。冷間抵抗により除算されているので、正規化値が用いられる。冷間抵抗は放電灯ごとに異なるので、それのみからは予熱過程における温度特性について記述を得ることができない点が重要である。例えば制御回路は測定回路で測定された冷間抵抗と熱間抵抗との商を求めるように構成されている。

電極の熱間抵抗と冷間抵抗との商は予熱過程を標準特性へ適合させるために利用されるばかりでなく、測定回路を介して常とは異なる過程を検出し、制御回路を介してこれに相応に対応するためにも利用されるので、重要である。

制御回路が予熱過程において介入制御を行うと云っても、必ずしも電極温度の特性がつねに標準値に相応しなければならないわけではない。幾つかの測定値については偏差が生じていてもかまわない。例えば、電極温度は予測されるより早く充分な値に達することもある。その場合、予熱時間を最小化するために、例えば制御回路を介して点弧がトリガされる。有利には、電極の熱間抵抗と冷間抵抗との商が予熱過程のあいだに４〜７の値に達するとただちに放電が点弧される。特に有利には、放電点弧に対して、下方閾値４．５、また下方閾値から独立した上方閾値６が定められる。

放電灯の電極に印加される電圧が予熱過程において臨界的な閾値を上回ると、ラテラル方向放電が発生しうる。ラテラル方向放電は電極温度をさらに低下させるので望ましくない。温度が低くなると電極の放出能は小さくなり、あまり低い温度で放電点弧を行うと消耗度が増大する。ラテラル方向放電は電極温度に相関するパラメータの非単調特性により識別される。本発明の有利な実施形態では、ラテラル方向放電が検出されると点弧が開始される。

電極での温度低下は、予熱過程において電極温度に相関するパラメータが非単調特性を示すことに基づいて、検出される。ラテラル方向放電が発生すると、電極の抵抗および電圧降下の値が低下する。また、電極を通る電流は抵抗が小さくなるために増大する。こうした特性の変化の強さは、加熱電力供給部が電圧源特性を有するか電流源特性を有するかによって定まる。実際には加熱電力供給部の特性は電圧源特性と電流源特性とのあいだに位置する。

本発明の有利な実施形態では、電極温度に相関するパラメータとして、ラテラル方向放電を識別するために、少なくとも１つの電極にかかる電圧が用いられる。

電子点灯装置が前述した電流源特性を有する場合、ラテラル方向放電を検出するために、少なくとも１つの電極にかかる電圧が監視される。電子点灯装置が前述した電圧源特性を有する場合には、ラテラル方向放電は電流測定によって求められる熱間抵抗と冷間抵抗との商により識別される。

予熱過程のあいだ温度に相関するパラメータを追跡するには、これを少なくとも１００ｍｓごとに測定回路により測定する。通常、１回の予熱時間内に複数回の測定が可能である。

１つの電子点灯装置が或る特定のタイプの放電灯だけでなく複数の異なるタイプの放電灯を駆動する場合、有利にはランプタイプ識別装置が用いられる。有利には、ランプタイプは接続された放電灯の電極の冷間抵抗を測定することにより検出される。本発明の有利な実施形態によれば、放電灯のタイプごとにそれぞれの定理に適合する予熱のパラメータ、例えば予熱時間、予熱電流の標準値、予熱電圧の標準値、許容最大加熱電圧を格納したメモリ回路が設けられている。電子点灯装置は冷間抵抗に基づいて接続された放電灯のタイプを識別し、制御回路を介して、ランプタイプに相応する標準値にしたがって予熱過程を制御する。

電源回路網を用いて駆動を行うと、駆動中に一時的に給電電力が欠落することがある。電源回路網の遮断が設定時間よりも短いか否かを検出するために、電子点灯装置には時間素子が設けられる。電源回路網の中断が発生した後には冷間抵抗の測定は行われない。

本発明の個々の特徴は、単独でも任意に組み合わせても、本発明の装置および方法の対象となる。このことは個々の特徴が明示的に記載されていない場合にも当てはまる。

本発明は予熱可能な複数の電極を有する放電灯用の電子点灯装置の駆動方法に関しており、放電灯を接続するステップ、測定回路を介して、少なくとも１つの電極について、予熱過程において予熱により高められた電極温度に相関するパラメータを測定するステップ、および、制御回路を介して、当該の測定に応じて電子点灯装置の駆動パラメータを調整することにより電極温度を適合化するステップを有することを特徴とする。本発明の方法は前述した本発明の装置の構成に明示的または暗示的に関連する。

実施例
以下に本発明を図示の実施例に則して詳細に説明する。本発明のそれぞれの特徴は単独でも任意に組み合わせても本発明の対象となりうる。

図１には本発明の電子点灯装置の回路が示されている。図２には電極温度に相関するパラメータの時間特性が示されている。図３には電極温度に相関するパラメータの時間特性および予熱過程において適合化される加熱電流の時間特性が示されている。図４には図２の第１のバリエーションが示されている。図５には図２の第２のバリエーションが示されている。図６には図２の第３のバリエーションが示されている。

図１には本発明の電子点灯装置の回路図が示されている。

電子点灯装置は電源線路Ｎ１，Ｎ２から給電される。ジェネレータＧは所定の電源線路Ｎ１，Ｎ２から接続された低圧放電灯ＬＡに対する給電電力を形成する。ジェネレータＧは給電交流電圧を整流するための整流器、電源回路網から正弦波状の電流を取り出すための電力係数補正回路、中間回路コンデンサ、および、ハーフブリッジインバータを含み、ここで、中間回路コンデンサを介してハーフブリッジインバータの給電に必要な直流電圧が印加される。ハーフブリッジインバータは第１の出力側Ａ１と基準電位ＧＮＤないしは中間回路の他の電位とのあいだに高周波数の交流電圧を形成する。

第１の出力側Ａ１と基準電位ＧＮＤとのあいだには、放電灯チョークコイルＬ，カップリングコンデンサＣＣ，第１の放電灯端子ＫＬ１Ａ，低圧放電灯ＬＡ，第２の放電灯端子ＫＬ２Ａおよび抵抗Ｒ１から成る直列回路が接続されている。第１の放電灯端子ＫＬ１Ａ，低圧放電灯ＬＡおよび第２の放電灯端子ＫＬ２Ａから成る直列回路に並列に、第３の放電灯端子ＫＬ１Ｂ，共振コンデンサＣＲおよび第４の放電灯端子ＫＬ２Ｂから成る直列回路が接続されている。第１の放電灯端子ＫＬ１Ａと第３の放電灯端子ＫＬ１Ｂとのあいだに第１の電極Ｅ１が配置されており、第２の放電灯端子ＫＬ２Ａと第４の放電灯端子ＫＬ２Ｂとのあいだに第２の電極Ｅ２が配置されている。

第２の放電灯端子ＫＬ２Ａと抵抗Ｒ１とのあいだに第１の接続点Ｋ１が存在している。この第１の接続点Ｋ１とジェネレータＧの第２の出力側Ａ２とのあいだに制御回路Ｃおよび測定回路Ｍが接続される。制御回路Ｃおよび測定回路Ｍはマイクロコントローラの一部であり、図では共通の囲みによって表されている。制御回路Ｃおよび測定回路Ｍの双方とも基準電位ＧＮＤに通じている。制御回路Ｃは制御線路ＳＬを介してジェネレータＧの駆動パラメータ、ここでは加熱電流を調整する。測定回路Ｍは第１の接続点Ｋ１を介して基準電位ＧＮＤへ直列に接続されている。また、測定回路Ｍは第４の放電灯端子ＫＬ２Ｂを介して共振コンデンサＣＲへ直列に接続されている。共振コンデンサＣＲと測定回路Ｍとのあいだには第２の接続点Ｋ２が存在している。この第２の接続点Ｋ２に第４の放電灯端子ＫＬ２Ｂが接続されている。

抵抗Ｒ１を介した電圧降下は、第２の放電灯端子ＫＬ２Ａと第４の放電灯端子ＫＬ２Ｂとのあいだの第２の電極Ｅ２を通って流れる電流に比例する。抵抗Ｒ１を介した電圧が測定回路Ｍによって検出される。第２の放電灯端子ＫＬ２Ａと第４の放電灯端子ＫＬ２Ｂとのあいだの電圧も測定回路Ｍによって測定される。

図２には予熱過程における低圧放電灯ＬＡの電極温度に相関するパラメータの典型的な特性が示されている。測定回路Ｍは、ここでは予熱過程において１０回、第２の放電灯端子ＫＬ２Ａと第４の放電灯端子ＫＬ２Ｂとのあいだの第２の電極Ｅ２の抵抗の実際値すなわち熱間抵抗ＲＷを測定する。予熱過程は時点ｔ０で開始され、時点ｔ１で終了する。温度が上昇するにつれて、第２の電極の熱間抵抗ＲＷも増大し、予熱過程の終了時点ｔ１、ここでは０．５ｓ後に、最大値に達する。予熱過程によって加熱が行われる前、電極抵抗は初期値すなわち冷間抵抗ＲＫに相応する。電極温度に相関するパラメータとしてここでは抵抗ＲＷと抵抗ＲＫとの商が時間の関数として表され、予熱過程の終了時点ｔ１で値５に達する。この値は電極温度約８００℃に相応する。

図３のａには熱間抵抗と冷間抵抗との商の時間特性が示されており、図３のｂには第２の電極Ｅ２を通る加熱電流ＩＥ２の時間特性が示されている。加熱電流ＩＥ２は予熱過程において適合化される。制御回路Ｃには、種々のタイプの放電灯について、予熱過程中に現れる熱間抵抗と冷間抵抗との商の標準値および加熱電流の標準値がそれぞれ５つずつ格納されている。予熱過程の開始前に測定回路Ｍが第２の電極Ｅ２の冷間抵抗を求める。第２の電極Ｅ２の冷間抵抗ＲＫに基づいて、当該の放電灯のタイプが検出され、検出された放電灯のタイプに相応する標準値が予熱過程における制御回路Ｃの比較の尺度として選択される。図３のａ，ｂに示されている十字マークはそれぞれ制御回路に格納されている標準値を表している。図３のａの曲線は予熱過程における熱間抵抗と冷間抵抗との商の実際の時間特性に相応し、図３のｂの曲線は予熱過程における加熱電流の実際の時間特性に相応する。図３のａから、熱間抵抗と冷間抵抗との商はさしあたり充分に迅速には増大せず、標準値に相応することがわかる。ここで制御回路が適応制御のために介入して加熱電流を増大し、これにより熱間抵抗と冷間抵抗との商の傾きが大きくなる。加熱電流の変化分は測定される抵抗の商とこれに対応する標準値との差に比例して選定される。

図４には２つの異なる予熱過程に対して予熱過程における抵抗ＲＷと抵抗ＲＫとの商が時間の関数として示されている。第１の予熱過程は図２と同様の典型的な特性を有しており、一点鎖線で表されている。予熱過程は時点ｔ１で終了する。第２の予熱過程は実線で表されており、予熱過程の終了予定時点ｔ１より前に抵抗の商が値５に達している。抵抗の商が値５に達すれば、電極は充分に加熱されていることになるので、放電が点弧される。

予熱過程において第２の電極Ｅ２でラテラル方向放電が発生する場合、電極温度はいったん上昇し、そののち低下する。図５には電極の熱間抵抗ＲＷと冷間抵抗ＲＫとの商が低下する様子が示されている。測定回路Ｍは時点ｔ０から時点ｔ１までのインターバルにおいて電極の熱間抵抗ＲＷを１０回測定する。当該のインターバルにおいて抵抗値がいったん上昇してから低下する場合、ラテラル方向放電が生じていることが示され、放電が点弧される。

同様のことが図６からも見て取れる。一方の電極についてラテラル方向放電が発生すると、当該の電極を介した電圧が低下する。第２の電極Ｅ２での電圧ＵＫＬ２が測定回路Ｍによって測定される。予熱過程において電圧ＵＫＬ２がいったん上昇して低下する場合、制御回路Ｃは放電の点弧をトリガする。

本発明の電子点灯装置の回路図である。 電極温度に相関するパラメータの時間特性図である。 パラメータおよび加熱電流の時間特性図である。 図２の第１のバリエーションを示す図である。 図２の第２のバリエーションを示す図である。 図２の第３のバリエーションを示す図である。

Claims (10)

1. 予熱可能な複数の電極（Ｅ１，Ｅ２）を有する放電灯（ＬＡ）用の電子点灯装置であって、
   電子点灯装置は、
   接続されている放電灯（ＬＡ）の少なくとも１つの電極につき、予熱過程において予熱によって高められた電極温度に相関するパラメータ（ＲＷ，ＵＫＬ２）を測定する測定回路（Ｍ）と、
   少なくとも１つの電極の抵抗の実際値すなわち熱間抵抗（ＲＷ）と抵抗の初期値すなわち冷間抵抗（ＲＫ）との商（ＲＷ／ＲＫ）を求めるように構成されている制御回路（Ｃ）と、
   熱間抵抗（ＲＷ）と冷間抵抗（ＲＫ）との商（ＲＷ／ＲＫ）の複数の標準値を格納したメモリ装置と
   を有する、放電灯用の電子点灯装置において、
   前記制御回路（Ｃ）は、求められた熱間抵抗（ＲＷ）と冷間抵抗（ＲＫ）との商（ＲＷ／ＲＫ）と該商（ＲＷ／ＲＫ）に対応する標準値との差に比例して加熱電流の変化分を選定する
   ことを特徴とする放電灯用の電子点灯装置。
2. 測定回路（Ｍ）は少なくとも１つの電極の電極温度を繰り返し測定するように構成されている、請求項１記載の装置。
3. 電極温度に相関するパラメータは抵抗値である、請求項１または２記載の装置。
4. 少なくとも１つの電極の熱間抵抗（ＲＷ）と冷間抵抗（ＲＫ）との商（ＲＷ／ＲＫ）が上方閾値を上回る場合に放電が点弧される、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 上方閾値は４以上７以下である、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 制御回路（Ｃ）は予熱過程において電極温度に相関するパラメータ（ＲＷ，ＵＫＬ２）が単調な特性から偏差した場合に放電を点弧するように構成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 電極温度に相関するパラメータは少なくとも１つの電極にかかる電圧（ＵＫＬ２）である、請求項６記載の装置。
8. 測定回路（Ｍ）は少なくとも１つの電極の電極温度に相関するパラメータ（ＲＷ，Ｕ）を少なくとも１００ｍｓごとに測定するように構成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
9. 前記メモリ装置には、放電灯のタイプごとに異なる電極温度に相関するパラメータの標準値が格納されており、測定回路（Ｍ）は、電子点灯装置のスイッチオン後、電極の予熱過程の開始前に、少なくとも１つの電極の冷間抵抗（ＲＫ）を測定し、該冷間抵抗に基づいて当該の放電灯のタイプを検出し、検出された放電灯のタイプに相応する標準値を予熱過程のあいだ制御回路（Ｃ）の比較の尺度として選択するように構成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
10. 低圧放電灯（ＬＡ）を駆動する、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。

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