JP5595285B2 - 少なくとも１つの光源を駆動制御するための電子安定器および方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、少なくとも１つの光源を駆動制御するための電子安定器であって、該電子安定器は、供給電圧源を接続するための入力側と、前記少なくとも１つの光源を接続するための出力側と、発振器と、マイクロコントローラとを含み、前記発振器は、該発振器の出力側にて第１の周波数f_oscを有する発振器出力信号を供給し、前記発振器は、前記第１の周波数f_oscを変化するための較正入力側を有し、前記マイクロコントローラは、第２の周波数f_signalにおける少なくとも１つのスペクトル成分を有する制御信号を前記少なくとも１つの光源のために形成し、前記マイクロコントローラは前記発振器の出力側と結合されており、前記マイクロコントローラは、前記第１の周波数f_oscに基づいて前記第２の周波数f_signalを発生するよう構成されている、形式の電子安定器に関する。本発明はさらに、相応の電子安定器によって少なくとも１つの光源を駆動制御するための方法に関する。

背景技術
本発明は、とりわけマイクロコントローラによって、該マイクロコントローラと結合された発振器のできるだけ低い周波数f_oscを使用して、できるだけ高い周波数f_signalおよびできるだけ高い周波数分解能を有する周期信号、とりわけ例えばＰＷＭ（＝パルス幅変調）信号を発生するという課題に関する。

光技術の分野ではこの課題は例えば放電ランプの点弧の際に生じる。つまり、放電ランプを点弧するためには共振によって発生される高電圧が必要である。従来の低コストの方法においてはこのために、共振周波数、または、共振回路の共振周波数の高調波周波数が励振される。共振回路の全ての許容公差に対応するために周波数が変化される、すなわち掃引される。許容公差を有する最大値において最大エラーをできるだけ小さくするために、周波数のステップ変化の分解能は相応に高くなければならない。別の適用においては、ランプにおける共振効果を回避するためにランプ電流のスイッチング周波数が変化される。別の用途では、電磁障害放射を固定されたスイッチング周波数の場合よりも広帯域にするために、電子回路におけるスイッチング周波数が変化される。

時間依存性の周期信号はマイクロコントローラによって発生されることが多い。この場合には、マイクロコントローラは固定周波数f_oscを有する発振器によってクロック制御されることが多い。ここから内部タイマ、例えばいわゆるＰＷＭユニットによって調整可能な周波数f_signal、ないしは調整可能なオンオフ時間を有する周期信号が発生されて、マイクロコントローラによって出力される。従来技術では、発生すべき周期信号の相対的な周波数分解能は、固定的な発振器周波数f_oscが使用される場合には信号の周波数f_signalが高ければ高いほど低くなる。

以下にこの例をより詳細に説明する：発振器周波数f_oscが１０ＭＨｚである、すなわち１周期が１００ｎｓであるとする。周波数f_signal＝１０ｋＨｚを有する信号を発生すべき場合には、１周期は１００μｓである。したがって１周期は、発振器周波数のクロックチックを１０００回含む。したがって相対的な周波数分解能は１／１０００＝０．１％となる。しかしながら１ＭＨｚの周波数f_signalを有する信号を発生すべき場合には、１周期は１μｓであり、したがって発振器周波数f_oscによって予め定められるクロックチックを１０回含むだけである。これにより相対的な周波数分解能は１／１０＝１０％に低下する。したがって従来技術においては、相対的な分解能は比f_osc／f_signalに対して比例する。この比が小さくなればなるほど、発生すべき信号における相対的な周波数分解能は小さくなる。

したがって従来技術においては、周波数f_oscを有する発振器は以下のように選択される。すなわち、周波数f_signalを有する信号に必要な分解能を得るために十分に精細な分解能1/f_oscを有する発振器が選択されるのである。例えば１００ｋＨｚに等しいf_signalを有しており、かつ分解能が１％である信号を使用する場合、すなわち周波数が１％ステップ変化毎に調整可能である場合には、従来技術では１００ＫＨｚ／１％＝１０ＭＨｚの発振器周波数を有する発振器が選択されることとなる。

マイクロコントローラによって周波数f_signalを有する信号を発生するために、マイクロコントローラに標準的に既存の、周波数f_oscを有する発振器が使用されることが多い。このためマイクロコントローラを選択する際には、該マイクロコントローラに組み込まれている発振器を考慮して選択される。したがってマイクロコントローラの出力側にて高い周波数f_signal、さらには高い分解能を有する信号を供給するために、やむを得ず高性能かつ高価なマイクロコントローラが必要となることが多い。

従来技術からは、発振器の較正入力側によって、発振器が供給する信号の周波数f_oscを調整することが公知である。この調整は、較正入力側が設けられた電子安定器の運転開始前に一度だけ実施され、複数の異なる電子安定器が各自の出力側において同等の信号を、前記電子安定器に接続すべき光源のために形成している。

ＤＥ４３０１１８４Ａ１から、少なくとも１つの放電ランプのための制御装置が公知であり、この制御装置は直流電圧源に接続されたインバータを有しており、該インバータは、放電ランプおよび電流センサに接続された電流調整器を流れる電流の流れの方向を低周波数で変化するために使用される。高周波数用の発振器は、制御信号によって該発振器の高周波数を動作中に変化させることができる。これによってインダクタンスおよび放電ランプを流れる電流をオンオフすることができ、パルス幅の制御により結果として生じる電流を一定に維持することができる。発振器の高周波数を変化させることによって、共振現象によって生じる不安定性を回避することができる。この場合、発振器は通常の電圧制御発振器（ＶＣＯ）であり、電圧制御発振器においては、電圧制御発振器から出力される周波数を、自身の制御入力側に印加される電圧を変化することによって変化させることができる。電圧制御発振器は、制御入力側以外にも較正入力側を使用することができ、この較正入力側によって印加電圧と出力周波数との関係を調整することができる。この種の制御装置によって冒頭に挙げた課題が生じる。

したがって本発明の課題は、冒頭に述べた形式の電子安定器、ないしは、冒頭に述べた形式の方法を発展させて、発振器周波数f_oscを有する所与の発振器を使用して、該発振器と結合されたマイクロコントローラによって、できるだけ高い周波数f_signalおよびできるだけ高い周波数分解能を有する信号を発生できるようにすることである。

この課題は、請求項１の特徴部分に記載した特徴的構成を有する電子安定器ならびに請求項１１の特徴部分に記載した特徴的構成を有する方法によって解決される。

本発明は上記課題の解決のために、発振器の較正入力側を、該較正入力側が電子安定器の動作中に相応に駆動制御される場合に最適に利用できるという認識に基づく。したがって本発明によれば電子安定器はさらに、較正入力側と結合された駆動回路を有しており、この駆動回路は、前記較正入力側によって第１の周波数f_oscを電子安定器の動作中に変化するよう構成されている。

これによりマイクロコントローラによって発生された周期信号の周波数f_signalは、発振器の周波数f_oscを動作中に変化させることによって、すなわち再較正することによって、動作中に調整、変化、または微調整される。こうすることによって得られた、周期信号の周波数f_signalの調整時における分解能は、とりわけマイクロコントローラによって発生すべき信号の周波数f_signalに対する発振器の周波数f_oscの比に依存しない。この周期信号の周波数f_signalの調整時における分解能は今や、どの分解能によって発振器の周波数f_oscの分解能自体が変化され得るかに依存しているだけである。

例えば上に挙げた例のように、周波数f_signal＝１００ｋＨｚであり、かつ分解能１％を有する信号が発生される場合には、発振器が動作中に１％ステップ変化毎に較正可能である場合、極端なケースでは周波数f_osc＝１００ＫＨｚを有する発振器を選択することが可能である。したがって発振器の周波数f_oscに対する要求は、従来技術に比べて格段に低くなる。

使用される周波数f_oscが低減された発振器を用いることにより、従来技術と同じ結果を達成するために、コストを削減することが可能となる。とりわけ、時間依存性の信号を発生する能力が低減されたマイクロコントローラを使用することが可能となる。なぜなら、例えば高い中間周波数を発生するための内部のＰＬＬ（Phase Locked Loop）は必要なく、内部のクロック機能の分解能はより低くてもよいからである。したがってマイクロコントローラにおいて、２０％から４０％のコスト削減率を実現することができる。とりわけ本発明によれば、従来技術においてマイクロコントローラの内部のＲＣ発振器による発振器周波数よりも高い発振器周波数f_oscを供給するために必要とされていた外部の発振器の代わりに、多くの用途に対して、マイクロコントローラの内部のＲＣ発振器を使用することが可能となる。

しかしながら本発明は、マイクロコントローラの内部の発振器によって実現することも、マイクロコントローラの外部の発振器によって実現することもできる。

さらに本発明によれば、発振器の電流消費を低減することができる。なぜなら電流消費は基本的に周波数f_oscとともに上昇するからである。

較正可能な発振器の周波数許容公差は、基本的に、固定周波数を有する発振器の許容公差、すなわち水晶または共振器の周波数許容公差よりも大きい。したがって本発明は、以下の場合にとりわけ有利に適用することができる。すなわち、調整される周波数f_signalの厳密な絶対値が相応の許容公差を有していてもよい場合であって、しかしながら、発生すべき時間依存性の信号が、所定の分解能を有する所定の周波数領域を上回っていることは補償しなければならない（例えば冒頭に述べた実施例がそのケースである）という場合に、とりわけ有利に適用することができる。

本発明の有利な第１の実施例によれば、発振器は、マイクロコントローラをクロック制御するようにマイクロコントローラに接続されている。択一的にマイクロコントローラが、制御信号を供給するように構成されたクロック装置、とりわけパルス幅変調装置を含むようにすることもできる。この場合には発振器は、クロック装置をクロック制御するようにマイクロコントローラに接続されている。この場合には、例えばクロック装置の出力比較値、または、プリスケーラ値を変化させることができる。

有利には電子安定器は、発振器と接続された較正レジスタを含む。この場合にさらに有利には、較正レジスタにおいて所与の値が調整可能であり、較正レジスタは、電子安定器の動作中に所与の値を変化させるように構成されている。これによって特に簡単に周波数f_osc、ひいては周波数f_signalを変更することができる。

有利には、前記所与の値は０．５％から１０％のステップ変化毎に変化することができる。これによって大抵の用途において、十分に細かい周波数分解能を達成することが可能である。

必要に応じてスタート値を再び発生するために、較正レジスタは、少なくとも１つの所与の値を記憶するよう構成されている。択一的または付加的に、例えば共振を回避する（音響共鳴）ため、または、共振を調整する（点弧共振）ために、共振が確認された際の較正レジスタの値を記憶することも可能である。

有利には、比f_signal：f_oscは、１：１から１００：１の間である。

本発明の有利な第１実施形態によれば、発振器は上述したようにマイクロコントローラの中に設けられている。しかしながら本発明の有利な第２実施形態によれば、発振器をマイクロコントローラの外に設けることも可能である。

従属請求項にさらに別の有利な実施形態が示されている。

本発明による電子安定器に関連して述べてきた有利な実施形態およびそれらの利点は、適用可能であるかぎり、本発明による方法にも相応にあてはまる。

以下に、本発明の電子安定器の実施形態を、本発明の電子安定器の実施例を概略的に図示した図面において、参照符号を用いてより詳細に説明する。

図１は、本発明の電子安定器の構成を示す概略図である。

図１は、本発明の電子安定器の構成を示す。電子安定器はブロック１０を含んでおり、該ブロック１０には、当業者には十分知られたさほど重要でないエレメントが包括されている。これは例えば、無線雑音防止素子、整流素子、力率補正素子、ブリッジ回路、結合コンデンサ、共振コンデンサ、ランプチョーク等である。ブロック１０の出力側Ａには、光源Ｌａ、本実施例においては放電ランプが接続されている。本発明は、他の種類の光源に簡単に適用することができる。図１に図示された電子安定器は供給電圧端子Ｕｖを含む。供給電圧端子Ｕｖは、一方ではブロック１０に結合されており、他方ではマイクロコントローラ１２に結合されている。マイクロコントローラ１２はインターフェース１４を含み、該インターフェース１４を介して制御回路１６へのアクセスが可能となる。制御回路１６は較正レジスタ１８と結合されており、較正レジスタ１８への入力を電子安定器の動作中に変化するよう構成されている。較正レジスタ１８は、発振器２２の較正入力側２０と結合されている。発振器２２は、自身の入力側２０に印加された信号に基づいて、周波数f_oscを有する信号をタイマ装置２４へと供給する。タイマ装置はとりわけパルス幅変調装置とすることができる。

タイマ装置２４は、マイクロコントローラ１２の出力側と結合された自身の出力側にて、周波数f_signalにおける少なくとも１つのスペクトル成分を有する制御信号を、少なくとも１つの光源ために形成する。なおタイマ装置は、周波数 f_oscに基づいて周波数f_signalを発生するが、このことは当業者には十分よく知られていることである。

図示した実施例では発振器２２はマイクロコントローラ１２の一部であるが、マイクロコントローラ１２を駆動制御するために発振器２２をマイクロコントローラ１２の外に配置することも可能である。図示した実施例においては、発振器２２はタイマ装置２４をクロック制御する。その一方で、発振器２２が例えばマイクロコントローラ１２のクロック入力側を介してマイクロコントローラ１２自体をクロック制御するようにすることも可能である。

したがってインターフェース１４によれば、較正レジスタ１８を介して発振器２２の較正入力側２０と結合された制御回路１６を使用して、マイクロコントローラ１２の出力側に供給された信号の周波数f_signalを電子安定器の動作中に変化させることが可能である。マイクロコントローラ１２の出力側に供給された信号は、例えばハーフブリッジ回路のスイッチを駆動制御するために使用することができる。ハーフブリッジ回路のハーフブリッジ中点は、ランプＬａを駆動制御するために出力側Ａに結合されている。

既に上述した利点以外にもさらに、例えば投影ランプの場合にカラーホイールに亘って一連の光変化を高時間分解能で調整する際に、本発明を使用することが可能である。ＬＥＤプロジェクション時ないしはＬＥＤバックライトの照明時に、種々異なる光レベルを、非常に低コストのマイクロコントローラを使用して高時間分解能にて制御することができる。

図１に図示したマイクロコントローラにおいては、例えばＡＶＲファミリのＡＴＭＥＬマイクロコントローラとすることができる。これはＲＣ発振器を有しており、較正レジスタ１８によって発振器の個々のコンデンサおよびオーム性抵抗をオンオフすることができる。このことは本発明によれば、発振器２２の較正入力側２０によって動作中に引き起こされる。

Claims (7)

1. 少なくとも１つの光源（Ｌａ）を駆動制御するための電子安定器であって、
   前記電子安定器は、
   ・供給電圧源を接続するための入力側（Ｕｖ）と、
   ・前記少なくとも１つの光源（Ｌａ）を接続するための出力側（Ａ）と、
   ・発振器（２２）と、
   ・前記発振器（２２）と結合された較正レジスタ（１８）と、
   ・マイクロコントローラ（１２）と、
   を含み、
   前記発振器（２２）は、前記発振器（２２）の出力側にて第１の周波数f_oscを有する発振器出力信号を供給し、
   前記発振器（２２）は、前記第１の周波数f_oscを変化するための較正入力側（２０）を有し、
   前記マイクロコントローラ（１２）は、第２の周波数f_signalの制御信号を、前記少なくとも１つの光源（Ｌａ）のために形成し、
   前記マイクロコントローラ（１２）は、前記発振器（２２）の出力側と結合されており、前記第１の周波数f_oscに基づいて前記第２の周波数f_signalを発生するよう構成されている、
   形式の電子安定器において、
   前記電子安定器は、前記較正入力側（２０）と結合された駆動回路（１６）を有しており、
   前記駆動回路（１６）は、前記第１の周波数f_oscを、前記電子安定器の動作中に、前記較正入力側（２０）によって変化するよう構成されており、
   前記発振器（２２）は、前記発振器（２２）が前記マイクロコントローラ（１２）をクロック制御するように前記マイクロコントローラ（１２）に接続されており、
   前記マイクロコントローラ（１２）は、制御信号を供給するよう構成されたパルス幅変調装置（２４）を含み、
   前記発振器（２２）は、前記パルス幅変調装置（２４）をクロック制御するように前記マイクロコントローラ（１２）に結合されており、
   前記較正レジスタ（１８）において所与の値が調整され、
   前記較正レジスタ（１８）は、前記電子安定器の動作中に前記所与の値を変化させるように構成されている、
   ことを特徴とする電子安定器。
2. 前記所与の値は、ステップ状に前記第１の周波数f_oscの０．５から１０％まで変化される、
   請求項１記載の電子安定器。
3. 前記較正レジスタ（１８）は、少なくとも１つの所与の値を記憶するよう構成されている、
   請求項１または２記載の電子安定器。
4. 比第２の周波数f_signal：第１の周波数f_oscは、１：１と１：１００の間にある、
   請求項１から３のいずれか一項記載の電子安定器。
5. 前記発振器（２２）は、前記マイクロコントローラ（１２）の中に設けられている、
   請求項１から４のいずれか一項記載の電子安定器。
6. 前記発振器（２２）は、前記マイクロコントローラ（１２）の外に設けられている、
   請求項１から４のいずれか一項記載の電子安定器。
7. 電子安定器によって少なくとも１つの光源（Ｌａ）を駆動制御するための方法であって、
   前記電子安定器は、
   ・供給電圧源を接続するための入力側（Ｕｖ）と、
   ・前記少なくとも１つの光源（Ｌａ）を接続するための出力側（Ａ）と、
   ・発振器（２２）と、
   ・前記発振器（２２）と結合された較正レジスタ（１８）と、
   ・マイクロコントローラ（１２）と、
   を備えており、
   前記発振器（２２）は、前記発振器（２２）の出力側にて第１の周波数f_oscを有する発振器出力信号を供給し、
   前記発振器（２２）は、前記第１の周波数f_oscを変化するための較正入力側（２０）を有し、
   前記マイクロコントローラ（１２）は、第２の周波数f_signalの制御信号を、前記少なくとも１つの光源（Ｌａ）のために形成し、
   前記マイクロコントローラ（１２）は、前記発振器（２２）の出力側と結合されており、前記第１の周波数f_oscに基づいて前記第２の周波数f_signalを発生するよう構成されている、
   形式の方法において、
   前記電子安定器の動作中に、前記較正入力側（２０）と結合された駆動回路（１６）によって前記第１の周波数f_oscを変化させ、
   前記発振器（２２）が前記マイクロコントローラ（１２）をクロック制御するように、前記発振器（２２）を前記マイクロコントローラ（１２）に接続し、
   前記マイクロコントローラ（１２）は、制御信号を供給するよう構成されたパルス幅変調装置（２４）を含み、
   前記発振器（２２）は、前記パルス幅変調装置（２４）をクロック制御するように前記マイクロコントローラ（１２）に結合されており、
   前記較正レジスタ（１８）において所与の値が調整され、
   前記較正レジスタ（１８）は、前記電子安定器の動作中に前記所与の値を変化させるように構成されている、
   ことを特徴とする方法。

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