JP4981424B2

JP4981424B2 - 高輝度放電ランプの瞬時高温再始動用の方法及び回路

Info

Publication number: JP4981424B2
Application number: JP2006328580A
Authority: JP
Inventors: ブレイツナヌ; マヤジェイコブ; チェンバレンジョン; 真一阿南
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-12-06
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2026-12-05
Also published as: JP2007157721A; US7339330B2; US20070126371A1

Description

この発明は、高輝度放電ランプシステム、より詳細には、オフ後の高温な高輝度放電ランプの瞬時再始動用の方法及び回路に関するものである。

メタルハライド放電ランプ等の高輝度放電（ＨＩＤ）ランプは、高効率及び優れた演色評価数によって特徴付けられ、一般照明に広く使用される。ＨＩＤランプは、明瞭な利点を持つが、高温再起動又は再始動が非常に難しくて迅速なオン・オフ動作を妨げるという重大な欠点を持つ。高温再始動が難しい理由の１つは、発光管内の圧力がランプ消灯時に依然として非常に高いままであることにある。従来のＨＩＤランプ安定器では、ランプのオフ後、ランプには電力が供給されない。その結果として、発光管内の気体の電離が停止する。そのランプを再始動するには、数十キロボルトの高温再起動電圧を要する。

瞬時再起動回路を持たない安定器によって給電される通常のＨＩＤランプは、高温ランプを再始動するのに５分以上の遅れを余儀なくされる。大概の用途では、その冷却期間の間の時間遅れは許容される。非常照明、映写、印刷及び競技場照明等の幾つかの用途において、またランプが在室センサに結合されるとき、その冷却遅れは許されない。

ランプの再点灯には、再点灯するためにランプに印加される数十キロボルトの高温再起動電圧を要する。高電圧の要件は、ランプをオフした後に発光管内にある、高い気体圧力、主として水銀及び金属（塩）ハロゲン化物の金属蒸気によるものである。非常に高い電圧を伴わずにランプを再始動するには、気体圧力が標準の安定器でランプを始動するのに十分低い値に減少するように、アーク管がさめるのを待つ必要があった。高電圧を使用すると、特殊な支持具又は取付具、及び電力ケーブル用の特殊な絶縁が必要となる。それ故に、ＨＩＤランプの高温再始動用高電圧要件の低減が器具製造業者にとって有益となるのである。

Ｌｅｓｋｏの１９８４年６月１９日発行の米国特許第４４５５５１０号公報は、高輝度放電安定器を開示し、これは、高温ＨＩＤランプの初始動をもたらす容量性放電回路網を含む。しかしながら、そのランプの再点灯には、数十キロボルトの高温起動電圧を必要とする。

Ｋａｎｅｄａの１９８５年７月１６日発行の米国特許第４５２９９１４号公報は、高輝度放電ランプを開示し、これは、一対の主電極及び少なくとも１つの補助電極又はプローブを含む発光管を持つ。主電極間に低周波アーク放電を確立するために、高周波高電圧が高周波点火放電を形成するための該プローブに印加される。外部導入線を介して電源電圧及び高周波高電圧を含む多重電圧を印加することにより、点火及び高温再起動を達成することができる。この開示ランプの欠点は、補助電極又はプローブを含む特殊な設計の発光管を要件とすることにある。このアプローチは、標準的な２電極放電ランプに利用することができない。

Ｃｅｌｓｏの２００１年２月２０日発行の米国特許第６１９１５３７号公報は、結合電源回路を持つ放電ランプの高温再起動用の半導体点火装置を開示する。その回路は、ランプの再点灯には数十キロボルトの高温再起動電圧パルスを必要とし、ランプの非給電後、パルスを生成しない。

従って、高輝度放電ランプの瞬時高温再始動用の改善された方法及び回路の必要性がある。

上記課題を解決するための請求項１記載の発明は、高輝度放電ランプを動作するためのランプ安定器であって、該放電ランプに動作電圧を供給する電子安定器回路と、さめた状態の該放電ランプに始動パルスを供給し、該放電ランプがターンオフ後の高温状態にあり、且つ該安定器回路から該放電ランプに動作電圧が印加されていないときに該放電ランプ内の電離を維持する高温再起動パルスを該放電ランプに供給するイグナイタ回路とを備えることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のランプ安定器において、該イグナイタ回路は、該放電ランプ中の放電流を維持するのに十分である高温再起動パルスを供給するように構成されることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載のランプ安定器において、該イグナイタ回路は、該放電ランプに実質的な光出力を発生させない高温再起動パルスを供給するように構成されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１記載のランプ安定器において、該イグナイタ回路がタイミング期間後に高温再起動パルスを供給することができないようにするタイミング回路を更に備えることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１記載のランプ安定器において、該安定器回路がターンオフ後に該放電ランプに該動作電圧を供給することができないようにし、該安定器回路が該放電ランプのオフ後に該イグナイタ回路に開回路出力電圧を供給することができるようにする一又はそれ以上のスイッチング要素を更に含むことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項５記載のランプ安定器において、該高温再起動パルスは、該安定器回路の該開回路出力電圧に同期されることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、高輝度放電ランプの高温再始動用の方法であって、該放電ランプがターンオフ後の高温状態にあり、且つ安定器回路から該放電ランプに動作電圧が印加されていないとき、該放電ランプ内の電離を維持するのに十分な高温再起動パルスを該放電ランプに供給すること、及び該高温放電ランプを再始動することを含むことを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項７記載の高温再始動用方法において、高温再起動パルスを供給することは、該放電ランプ中の放電流を維持するのに十分である高温再起動パルスを供給することを含むことを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項７記載の高温再始動用方法において、高温再起動パルスを供給することは、該放電ランプに実質的な光出力を発生させないパルスを供給することを含むことを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項７記載の高温再始動用方法において、タイミング期間後に該高温再起動パルスを無効にすることを更に含むことを特徴とする。

請求項１１記載の発明は、請求項７記載の高温再始動用方法において、該放電ランプがオフされたときに該放電ランプから該動作電圧を遮断することを更に含むことを特徴とする。

請求項１２記載の発明は、請求項７記載の高温再始動用方法において、高温再起動パルスを供給することは、該高温再起動パルスを開回路動作電圧に同期することを含むことを特徴とする。

請求項１３記載の発明の照明システムは、両端に電極を持つアーク放電室を有する高輝度放電ランプと、該放電ランプに電気エネルギーを供給するように構成されるランプ安定器とを備え、該ランプ安定器は、該放電ランプに動作電圧を供給する電子安定器回路と、該放電ランプに始動パルスを付与し、該放電ランプがターンオフ後の高温状態にあり、且つ該安定器回路から該放電ランプに動作電圧が印加されていないときに該放電ランプ内の電離を維持する高温再起動パルスを該放電ランプに供給するイグナイタ回路とを備えることを特徴とする。

請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の照明システムにおいて、該ランプ安定器は、該イグナイタ回路がタイミング期間後に高温再起動パルスを供給することができないようにするタイミング回路を更に備えることを特徴とする。

請求項１５記載の発明は、請求項１３記載の照明システムにおいて、該イグナイタ回路は、該放電ランプ中の放電流を維持するのに十分である高温再起動パルスを供給するように構成されることを特徴とする。

請求項１６記載の発明は、請求項１３記載の照明システムにおいて、該ランプ安定器は、ターンオフ後に該放電ランプから該動作電圧を遮断し、ターンオフ後に該安定器回路の開回路出力電圧を該イグナイタ回路に接続する一又はそれ以上のスイッチング要素を更に含むことを特徴とする。

請求項１７記載の発明は、請求項１６記載の照明システムにおいて、該高温再起動パルスは、該安定器回路の該開回路出力電圧に同期されることを特徴とする。

請求項１８記載の発明は、請求項１３記載の照明システムにおいて、該動作電圧は矩形波を含むことを特徴とする。

請求項１９記載の発明は、請求項１３記載の照明システムにおいて、該高輝度放電ランプはメタルハライドランプであることを特徴とする。

ここで、本発明の第１の特徴によれば、ランプ安定器が高輝度放電ランプを動作するために提供される。ランプ安定器は、動作電圧を放電ランプに供給する電子安定器回路と、さめた状態の放電ランプに始動パルスを供給し、放電ランプがターン・オフ後の高温状態にあるときに放電ランプに高温再起動パルスを供給するイグナイタ回路とを備える。

本発明の第２の特徴によれば、高輝度放電ランプの高温再始動用の方法が提供される。該方法は、放電ランプがターン・オフ後の高温状態にあるときに放電ランプ内の電離を維持するのに十分な高温再起動パルスを放電ランプに供給すること、そしてその高温放電ランプを再始動することを含む。

本発明の第３の特徴によれば、照明システムは、各端に電極を持つアーク放電室を有する高輝度放電ランプと、電気エネルギーを放電ランプに供給するように構成されるランプ安定器とを備える。ランプ安定器は、動作電圧を放電ランプに供給する電子安定器回路と、始動パルスを放電ランプに与え、放電ランプがターン・オフ後の高温状態にあるときに放電ランプに高温再起動パルスを供給するイグナイタ回路とを備える。

本発明のよりよい理解のため、添付図面が参照され、それらはここに援用される。

図１に本発明の一実施形態による高輝度放電ランプシステムの概要ブロック図を示す。ランプシステムは、高輝度放電ランプ１０及びＨＩＤランプ１０に接続されるランプ安定器１２を含む。ランプ安定器１２は、電子安定器回路２０、イグナイタ回路２２及びスイッチ２４及び２６を含む。

電子安定器回路２０は、１２０Ｖ６０Ｈｚ等のＡＣ入力電力を受け、ランプ動作電力を出力Ｏ１及びＯ２に供給する。安定器回路の出力Ｏ１及びＯ２は、それぞれ、イグナイタ回路２２の入力Ｉ１及びＩ２に接続される。イグナイタ回路２２の第１出力ＨＶ１は、ＨＩＤランプ１０の第１リード３０に接続され、イグナイタ回路２２の第２出力ＨＶ２は、スイッチ２４を介してＨＩＤランプの第２リード３２に接続される。ＨＩＤランプ１０のリード３２は、スイッチ２６を介して電子安定器回路２０の出力Ｏ１に接続される。

ＨＩＤランプ１０は、例えば、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ又は超高圧水銀ランプでもよい。石英及びセラミック放電ランプの両方を利用することができる。そのような放電ランプは、通常、発光放電を持続させる充填物を封入する透光性材料のアーク放電管（発光管）を含む。電極は、その発光管の両端に搭載される。放電管は、ランプ口金を持つバルブランプ外郭の中に搭載されてもよい。導入線（リード）は、ランプ口金から放電管の電極に伸びる。ＨＩＤランプの構成は当業者に周知であり、ここでは詳細に説明しない。

図２にイグナイタ回路２２のブロック図を示す。イグナイタ回路２２は、光結合回路５０、論理回路５２、ＦＥＴ等の放電スイッチ５４、ＤＣ電圧源６０、キャパシタ６２、トリガ回路７０、ＳＣＲ等の電子スイッチ７２、及び高電圧パルストランス８０を含む。イグナイタ回路２２は、さめた状態からＨＩＤランプ１０を始動するためのパルスを供給する。また、イグナイタ回路２２は、ランプのターン・オフ後のＨＩＤランプ１０に例えば低デューティサイクル短継続期間の高温再起動パルスを供給し、後述するように高温再起動を可能にする。

ＨＩＤランプ１０をオフするために、スイッチ２４が開成され、スイッチ２６が閉成される。ＨＩＤランプ１０のリード３０及び３２を安定器回路の出力Ｏ１に接続することによって、電流が電子安定器回路２０によってランプに送電されず、ランプがオフする。同時に、パルスがＨＩＤランプ１０のリード３０に供給される。ランプがオフされた後に反復電圧パルスを印加することによって、放電柱電離(discharge column ionization) が電力オフ期間の間維持されることを見いだした。その結果、高温ランプを再始動するのに要求される高電圧パルスの振幅が低減される。パルスによって送電されるエネルギーは、僅か又は全く光を出さずにランプがオフされたように見えるほど低い。

さめた状態からＨＩＤランプ１０を始動するために、電子安定器回路２０が給電され、スイッチ２６が開成される。安定器回路２０によって生成され、３００ボルトオーダーの振幅を持つ交番極性電圧信号が、イグナイタ回路２２の入力Ｉ１及びＩ２に印加される。安定器回路２０によって生成された信号は、矩形波でもよいが、矩形波に限定されない。その周波数は、１００Ｈｚから４００Ｈｚの範囲内であってもよい。安定器回路の出力電圧が正になると、光結合回路５０及び論理回路５２が駆動信号を発生して放電スイッチ５４をオンする。放電スイッチ５４を閉成するとき、ＤＣ電圧源６０がキャパシタ６２をプリセット電圧Ｖ_ＤＣ１に充電する。例として、プリセット電圧Ｖ_ＤＣ１は７０ワットのセラミックメタルハライドランプ用の４００Ｖでもよい。キャパシタ６２がプリセット電圧に十分充電されると、キャパシタ６２の一のリードをＤＣ電圧源６０から切り離すように、スイッチ５４がオフされる。キャパシタ６２の放電時間は、１／２ｆよりも少なく、ここで、ｆは安定器回路２０の出力周波数である。安定器回路２０の開回路出力電圧が入力Ｉ１及びＩ２で正から負に極性を変えると、トリガ回路７０が電子スイッチ７２をオンする。スイッチ７２がオンすると、キャパシタ６２が高電圧パルストランス８０の１次巻線８２を介して放電し、高電圧パルスがパルストランス８０の２次巻線８４間に発生する。高電圧パルスは、出力ＨＶ１に印加され、安定器回路２０の開回路電圧に付加される。ＨＩＤランプ１０内部の冷えた始動ガスのブレークダウンが、ランプの始動に導く。ＨＩＤランプが始動すると、ＲＭＳ電圧がイグナイタ回路の入力Ｉ１及びＩ２で開回路値を下回る。その結果、トリガ回路７０は動作を停止し、高電圧パルスはもはやパルストランス８０の２次巻線８４に発生しない。

ＨＩＤランプ１０のターンオフは、以下の動作を伴う。スイッチ２４が開成されると、安定器回路２０の出力Ｏ２への電流帰還経路が遮断され、放電ランプ１０は、光を発生しない状態でオフされる。開成しているスイッチ２４と同時にスイッチ２６が閉成される。安定器回路２０の出力電圧はその開回路値に戻り、トリガ回路７０が再始動される。その結果として、高電圧パルスが、安定器回路２０の出力電圧の周期毎にパルストランス８０の２次巻線８４に発生する。高電圧パルスは、高温ＨＩＤランプ１０内に電離を引き起こす。例として、高温ＨＩＤランプに印加される高温再起動パルスは、１００〜４００ナノ秒のパルス幅及び７〜１５キロボルトの振幅を持ってもよいが、そのパルスのパラメータはこれらの範囲に限定されない。その放電に配電されるエネルギーは、高温気体電離を維持するように放電流を発生するのには十分であるが、強度光を発生する放電には不十分である。パルスの発生は、ＨＩＤランプ１０が再度オンされるか、イグナイタ回路２２を給電しないように、安定器回路２０中のタイミング回路９０が安定器回路２０の出力電圧をオフするまで続く。タイミング回路９０は、ＨＩＤランプ１０をさめた始動状態に戻すのに十分な、例えば５分のタイミング期間を持つことができる。

図３にイグナイタ回路２２の実施例を示す。図２及び３における同様の要素は、同じ符号を持つ。図３に示す回路は、例としてのみ付与され、本発明の範囲について制限するものではないことが了解されるものである。

図４Ａに従来技術によるＨＩＤランプの動作を例示するタイミング図を示す。安定器出力電圧１００、通常矩形波は、正常動作の間、ランプに印加される。ターンオフ時間１０２で、安定器回路は給電されずに、電圧が高温ＨＩＤランプに印加されない。高温再起動時間１１０で、ＨＩＤランプはまだ高温であり、数十キロボルトの振幅Ａを持つ高温再起動パルス１１２が再始動のためにＨＩＤランプに印加される。

図４Ｂに本発明の一実施形態による高温再起動動作を例示するタイミング図を示す。安定器出力電圧１３０、通常矩形波は、正常動作の間、ＨＩＤランプに印加される。ターンオフ時間１３２で、安定器出力電圧１３０は、もはやＨＩＤランプに印加されない。代わりに、高温再起動パルス１４０が上述したように高温ＨＩＤランプに印加される。高温再起動パルス１４０は、ＨＩＤランプの発光管内の電離を維持するが、ＨＩＤランプに光を発生させない。高温再起動時間１５０で、点火パルス１５２がＨＩＤランプに印加されて安定器出力電圧１３０に付加される。電離が高温ＨＩＤランプ内で維持されていたので、点火パルス１５２の振幅Ｂは、図４Ａに示す点火パルス１１２の振幅Ａよりも小さい。

図５にターンオフ後のオフ時間の関数としてのＨＩＤランプのブレークダウン電圧のグラフを示す。曲線２００は、図４Ａに示し上記したように従来技術の動作を表し、ターンオフ後の高温放電ランプには電圧が印加されない。曲線２１０は、図４Ｂに示し上記したように本発明の一実施形態による動作を表し、電離を維持するのに十分な高温再起動パルスがターンオフ後の高温ＨＩＤランプに印加される。曲線２１０のブレークダウン電圧が曲線２００のブレークダウン電圧よりも実質的に低いことが観測されるであろう。

本発明の幾つかの実施形態及び例を詳細に記述したが、種々の変更及び改良が直ちに当業者に見いだされるであろう。そのような変更及び改良は、本発明の精神及び範囲内にあるものである。更に、ここに示された全てのパラメータは典型であり、実際のパラメータは本発明のシステムが使用される特定の用途に依存することは、当業者により直ちに理解されるものである。それ故に、前記は例としてのみであり、制限するものではない。本発明は、特許請求の範囲に定められた通り及びその等価範囲にのみ制限される。

本発明の一実施形態による高輝度放電ランプの概要ブロック図である。本発明の一実施形態によるイグナイタ回路のブロック図である。本発明の一実施形態によるイグナイタ回路の概要図である。従来技術による高温再起動と関連する波形を例示する図である。本発明の一実施形態による高温再起動と関連する波形を例示する図である。本発明及び従来技術による、ターン・オフ後の時間の関数としての放電ランプ・ブレーク電圧のグラフである。

符号の説明

１０高輝度放電ランプ
１２ランプ安定器
２０電子安定器回路
２２イグナイタ回路
２４，２６スイッチ

Claims

高輝度放電ランプを動作するためのランプ安定器であって、
該放電ランプに動作電圧を供給する電子安定器回路と、
さめた状態の該放電ランプに始動パルスを供給し、該放電ランプがターンオフ後の高温状態にあり、且つ該安定器回路から該放電ランプに動作電圧が印加されていないときに該放電ランプ内の電離を維持する高温再起動パルスを該放電ランプに供給するイグナイタ回路と
を備えるランプ安定器。
該イグナイタ回路は、該放電ランプ中の放電流を維持するのに十分である高温再起動パルスを供給するように構成される請求項１記載のランプ安定器。
該イグナイタ回路は、該放電ランプに実質的な光出力を発生させない高温再起動パルスを供給するように構成される請求項１記載のランプ安定器。
該イグナイタ回路がタイミング期間後に高温再起動パルスを供給することができないようにするタイミング回路を更に備える請求項１記載のランプ安定器。
該安定器回路がターンオフ後に該放電ランプに該動作電圧を供給することができないようにし、該安定器回路が該放電ランプのオフ後に該イグナイタ回路に開回路出力電圧を供給することができるようにする一又はそれ以上のスイッチング要素を更に含む請求項１記載のランプ安定器。
該高温再起動パルスは、該安定器回路の該開回路出力電圧に同期される請求項５記載のランプ安定器。
高輝度放電ランプの高温再始動用の方法であって、
該放電ランプがターンオフ後の高温状態にあり、且つ安定器回路から該放電ランプに動作電圧が印加されていないとき、該放電ランプ内の電離を維持するのに十分な高温再起動パルスを該放電ランプに供給すること、及び
該高温放電ランプを再始動すること
を含む高温再始動用方法。
高温再起動パルスを供給することは、該放電ランプ中の放電流を維持するのに十分である高温再起動パルスを供給することを含む請求項７記載の高温再始動用方法。
高温再起動パルスを供給することは、該放電ランプに実質的な光出力を発生させないパルスを供給することを含む請求項７記載の高温再始動用方法。
タイミング期間後に該高温再起動パルスを無効にすることを更に含む請求項７記載の高温再始動用方法。
該放電ランプがオフされたときに該放電ランプから該動作電圧を遮断することを更に含む請求項７記載の高温再始動用方法。
高温再起動パルスを供給することは、該高温再起動パルスを開回路動作電圧に同期することを含む請求項７記載の高温再始動用方法。
両端に電極を持つアーク放電室を有する高輝度放電ランプと、
該放電ランプに電気エネルギーを供給するように構成されるランプ安定器と
を備え、
該ランプ安定器は、該放電ランプに動作電圧を供給する電子安定器回路と、該放電ランプに始動パルスを付与し、該放電ランプがターンオフ後の高温状態にあり、且つ該安定器回路から該放電ランプに動作電圧が印加されていないときに該放電ランプ内の電離を維持する高温再起動パルスを該放電ランプに供給するイグナイタ回路とを備える
照明システム。
該ランプ安定器は、該イグナイタ回路がタイミング期間後に高温再起動パルスを供給することができないようにするタイミング回路を更に備える請求項１３記載の照明システム。
該イグナイタ回路は、該放電ランプ中の放電流を維持するのに十分である高温再起動パルスを供給するように構成される請求項１３記載の照明システム。
該ランプ安定器は、ターンオフ後に該放電ランプから該動作電圧を遮断し、ターンオフ後に該安定器回路の開回路出力電圧を該イグナイタ回路に接続する一又はそれ以上のスイッチング要素を更に含む請求項１３記載の照明システム。
該高温再起動パルスは、該安定器回路の該開回路出力電圧に同期される請求項１６記載の照明システム。
該動作電圧は矩形波を含む請求項１３記載の照明システム。
該高輝度放電ランプはメタルハライドランプである請求項１３記載の照明システム。