JP6357149B2 - 放電ランプをランアップするための方法及び駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、単一の時間期間の間又は２以上の連続した時間期間の間に、駆動電力が目標値まで増加される、放電ランプ、特にはＵＨＰ（超高性能）ランプ又はＨＩＤ（高輝度放電）ランプをランアップする方法に関する。また、本発明は、提案される方法に従って放電ランプをランアップするのに適した、放電ランプの駆動装置に関する。

従来のＵＨＰシステムは、点火後ランプを加熱するために、電流駆動ランアップ方式を用いる。電流レベルは通常、所与の時間中又はランプ電圧のいくつかの条件が達せられるまで一定に保たれ、その後ランプは新たな一定電流で駆動される。新たな電流レベルへの移行は、緩やかな傾斜段階を用いることによりスムーズにされることができ、このプロセスは数回繰り返され得る。通常のランアップ方式では、電流レベルは、ランプの目標電力レベルが達せられるまで何度か段階的に増加される。

こうした方式、すなわち、電流の段階的な増加を、ランプ電圧の全範囲に対してデザインするのは、特にランプ冷却がランプドライバによって制御されていないときには、非常に困難である。これは、高い電流ピークに起因する電極先端の損耗につながる恐れがあり、例えばランプ寿命を低下させることによって、ランプの性能の低下を決定付ける恐れがある。ランプ冷却は、過渡作動中及び定常状態作動中の両方において、ランプ電圧に大きな影響を持つことに注目することが重要である。現在市販されているランプシステムの大多数において、ランプドライバはランプ冷却の強度への制御を有しない。

ＵＨＰランプのランアップに対する必要条件の中に、ランプ輝度が比較的短時間内に、ランプ輝度の最終値の所与の割合に達しなければならないという、いくつかの制限がある。ランプの定常状態作動中に比較的低い電圧値を有するランプに対して、この必要条件を達成するためには、用いられる電流のレベルは著しく高くなければならず、時にはランプ自体に対する最大負荷を超える恐れがある。これは一時的に電極先端を損耗し、回復可能ではあるが、知覚され性能の低下として評価されるであろう輝度の低下を引き起こす恐れがある。更に、高い電流レベルでの繰り返しの作動は、ランプに回復不能な損耗を与え、ランプの寿命を低下させる恐れがある。他方で、定常状態の間のランプ電圧が十分に高い場合に、これは数百又は数千時間の作動後の場合であるが、ランアップ中に比較的高い電流でランプを駆動することもまた、電極先端の異常なバーンバックにつながる恐れがある。これは同様に寿命及び信頼性レベルの低下を意味する。

ＷＯ２００６／０７２８５８Ａ２は、照明アセンブリ及び放電ランプを作動させる方法を開示し、電力制御に少なくとも部分的に基づいた、放電ランプをランアップする方法が説明される。ランプは第１ターンオンインターバルにおいて、増加するがランプの公称電力未満である初期最大電力値までしか増加されない電力で作動される。次に電力傾斜インターバル（power ramp interval）の間、ランプは時間をかけて増加する電力で作動される。電力は初期最大電力値から公称電力まで増加する。この電力傾斜インターバルは、電極のバーンバックを制限すると考えられる電極間距離の短縮を達成するために、ランプがすでに初期安定作動状態に達した時間に開始される。しかしながら、放電ランプをランアップするこの方法は、電流ピークを回避しない。

本発明の目的は、ランプ冷却に依存せずにランプの電極先端の過熱のリスクが少ない状態で、又はランプのバーナ損耗のリスクが少ない状態で、放電ランプをランアップすることを可能にする、放電ランプ、特にはＵＨＰランプ又はＨＩＤランプをランアップする方法及び対応する駆動装置を提供することである。

前記目的は、請求項１及び１２に記載の方法及び駆動装置を用いて達成されることができる。本方法及び駆動装置の有利な実施形態は、独立請求項の主題であり、又は以降の説明及び実施形態の部分において開示される。

提案される放電ランプをランアップする方法では、駆動電力が制御される。すなわち、駆動電力は、単一の時間期間の間に又は２以上の連続した時間期間の間に、目標値まで増加又は減少される。明瞭化のために、以下の説明は、図を参照して、駆動電力が単一の時間期間の間又は２つの連続した時間期間の間に目標値に調整される例示的な実施形態に基づく。本発明は、こうした例示的な実施形態に限定されず、所望の電力プロファイルが２つを超える連続した時間期間に基づいて定義される実際的な状況において有利である。２つの連続した時間期間の間にランプをランアップする場合、ランプの駆動電流は、前記連続した時間期間のうちの第１の時間期間の間、一定に制御される。この第１の時間期間は、第２の時間期間よりも短く、好ましくは第２の時間期間の４０％未満、更に好ましくは第２の時間期間の１０％未満の時間幅を有する。この電流制御は、次いで第２の時間期間の間に適用される電力制御に切り替わる。この第２の時間期間において、ランプの駆動電力は目標値に達するように制御される。単一の時間期間の間にランプをランアップする場合、ランプの駆動電力は、この単一の時間期間の間に目標値に達するように制御される。同時に、単一の時間期間の間又は第２の時間期間の間には、ランプの駆動電流はプリセットされた速度よりも速く増加することが許されず、かつ、ランプの電極の過熱を回避するように選択される固定の電流上限を超えることが許されない。２つを超える連続した時間期間が用いられる場合、上記及び下記の説明における第２の期間に当てはまることは、最後の期間に当てはまる。

提案される方法では、一定の又は区分的な電流を用いるランアップ段階は、固定（プログラマブルな）時間幅を有し、最終的な必要電力レベル（目標値）で終了する電力駆動プロファイルによって置き換えられる。これは定常状態ランプ電圧及びランプ冷却に依存することなく適用され、定電流レベルに基づく方式での、大きな範囲のランプ電圧に対処しなければならないという欠点を回避する。本特許出願において、「ランアップ」との用語は、点火後のランプの起動、又はスタンバイ状態からの、すなわち極めて低い電力の状態からのランプの再開に関係する。以下の説明は、ランプの点火後のランアップに関するが、同様の説明はスタンバイ状態から定常状態への移行段階にも当てはまる。

本方法の実施形態の第１段階（第１の時間期間）では、点火段階が終了した直後に、例えばランプ電圧の推定を可能にするために、ドライバは短い時間、すなわち数秒から数十秒間、定電流を生成し、好ましくは、電流は３０秒より短い期間、又は好ましくは１０秒より短い期間、一定に保たれる。この第１段階又は第１の時間期間における定電流の値は、ドライバメモリから読み出され、一定値であるか、ランプの以前の定常状態作動中に最後に用いられた値と等しいかのいずれかである。この第１段階が終わると、ドライバは瞬間出力電力を計算し、所定時間である第２の時間期間の終了時に最終出力電力（目標値）に達するための出力電力プロファイルを生成し始める。この推移すなわちプロファイルの最も単純な実施は線形であるが、より複雑な時間プロファイルもまた適用され得る。出力電力プロファイルを生成し駆動電力を制御するこの第２段階では、出力電力プロファイルに従うために必要とされる電流が高くなりすぎること及び／又は速く増加しすぎることを回避するために、更なるアルゴリズムが用いられる。本方法の有利な実施形態では、電流は、下記でクリッピング値としても示される所与の動的すなわち適応最大電流レベルよりも低い又は等しいことしか許されない。この適応最大電流レベルは、所定の（設定可能な）速度でしか増加又は減少することが許されない。電力プロファイルに従うための必要電流が瞬間クリッピング値を超えると、瞬間クリッピング値は所与の倍数又は量によって増加され、電流がより高い値にクリップされることを可能にする。反対に、必要とされる電流が瞬間クリッピング値より低くなった場合、瞬間クリッピング値は所与の割合で減少される。この適応最大電流レベルは、（設定可能な）絶対最大レベル及び絶対最小レベルによる電流の作動範囲内に制限される。最大レベルは電極先端の過熱を回避する固定の電流上限である。

単一の時間期間の間にランプをランアップする場合、上記の方法の第２の時間期間のステップは、当該単一の時間期間の間に実行される。

提案される駆動装置は、放電ランプの電極に電力を付与するための接続端子と、単一の時間期間の間若しくは２つの連続した時間期間の間に、又は場合により更に連続した時間期間の間に、駆動電力を目標値まで増加又は減少させることによって放電ランプをランアップするドライバとを有する。２つの連続した時間期間が考慮される例示的な実施形態では、ドライバは、該当する場合は２つの連続した時間期間のうちの第１の時間期間の間に、一定の駆動電流を生成し、単一の時間期間又は第２の時間期間の間に、増加又は減少する駆動電力を生成し、電力目標値に達するように駆動電力を制御する。特定の場合、例えばランプバーナが第１の時間期間の間に比較的高い電流で予熱される場合には、例えばランプ電力は少なくとも一時的に減少されることが望ましいが、ほとんどの場合において、ドライバは増加する駆動電力を生成する。また、ドライバは、単一の時間期間の間に又は第２の時間期間の間に、駆動電流がプリセットされた制限速度よりも速く増加しないように、かつ、固定の電流上限を超えないように、ランプの駆動電流を制御する。ドライバは、提案されるランアップ方法を実行するためのプログラム可能な制御ユニットを好ましくは含み、目標値、第１及び第２の時間期間のうちの一つ、付与できるならば、固定の電流上限、開始の電流適応制限、並びに電力の増加のプリセットされた推移を受けるための入力手段も好ましくは提供する。

提案される方法及び駆動装置は、ＨＩＤランプ、特にはＵＨＰランプに対して適用されることができる。本方法及び駆動装置は、特に、点火段階から定常状態へのスムーズな移行を可能にする。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明する実施形態を参照することによって、明らかとなり、明瞭にされる。

提案される方法及び駆動装置は、下記において例示により添付の図に関連して、更に詳細に説明される。

本発明による駆動装置と放電ランプとを含む照明アセンブリを示す。 本発明によるランプのランアップ中の電流、電力、及び電圧の値を示す。

図１は、ＵＨＰランプ１及び駆動装置２を含む照明アセンブリの実施例を示す。ＵＨＰランプ１は、例えばプロジェクタといった光学システムの一部であり、当該光学システムの構成要素は、リフレクタ３の形式で示される。ＵＨＰランプ１は、ＵＨＰランプ１の電極への電力付与を可能にする、駆動装置２の２つの接続端子に接続される。

こうした駆動装置はまた、ランプに高電圧パルスを付与することによって、ＵＨＰランプ１の点火を処理する。ランプの点火後、駆動装置２のドライバは、提案される方法に従って目標電力値までのランプのランアップを実行する。本方法では、ドライバは比較的短時間後に、電流制御から電力制御に切り替え、電流の最大値及び変化速度の適切な制限の組合せでの電力制御を適用する。提案される方法により、寿命の間の統一的な電力及び輝度のプロファイルが、様々なランプに対し達成されることができる。

駆動装置２のドライバの作動は、好ましくはドライバに組み込まれた適切なアルゴリズムに基づく。ランプのランアップは、２つの連続する時間期間に細分される。第１の時間期間では、ドライバはランプに対し一定の駆動電流を生成する。本実施形態における第１の時間期間Ｔ_１の長さは、約１秒から５秒の比較的短時間に設定される。代替として、第１の時間期間Ｔ_１の長さは、ランプ電圧Ｖ_ｌａによってもたらされてもよい。この代替においては、閾値ランプ電圧Ｖ_ｔｈは目標値よりも著しく低く設定される。ランプ電圧Ｖ_ｌａが閾値Ｖ_ｔｈに達するとすぐに、第１の時間期間Ｔ_１は終了し、第２の時間期間Ｔ_２が開始する。第１の時間期間の初期電流は所定の固定値であり、又はランプの以前の定常状態作動中に最後に用いられた電流と同じに選択されてもよい。

第２の時間期間Ｔ_２の開始時に、開始電力Ｐ_ＳはＰ_Ｓ＝Ｖ_ｌａ・Ｉ_１として計算され、Ｉ_１は第１の時間期間Ｔ_１の間の初期一定電流である。開始電力Ｐ_Ｓは第２の時間期間Ｔ_２の開始時に付与される電力である。Ｐ_Ｓの値がＰ_Ｎ（公称電力＝目標値）を超える場合、第２の時間期間はスキップされ、ドライバは直接電力曲線状態（ｐｏｗｅｒ ｃｕｒｖｅ ｓｔａｔｅ）に至る。これは、例えばランプが重大に損耗している場合である。

この実施形態では、電力は第２の時間期間Ｔ_２の長さと等しい時間後に電力の最終値Ｐ_Ｎに達するよう、小刻みの線形のステップで増加される。電力は平均傾斜（Ｐ_Ｎ−Ｐ_Ｓ）／Ｔ_２［Ｗ／秒］で変化する。

電流は第２の時間期間の間、適応最大値にクリップされる。この動的すなわち適応最大値Ｉ_ｄｍａｘに対するパラメータは、ドライバに記憶され、この実施例では、Ｉ_ｄｍａｘの増加及び減少の速度を制限する２つのパラメータＩ_ｄｕｐ及びＩ_{ｄｄｏｗｎ}を用いる。Ｉ_ｄｕｐ及びＩ_{ｄｄｏｗｎ}は、Ｉ_ｄｍａｘに対するステップアップ値及びステップダウン値を含む。ステップアップ及びステップダウンに対して異なる値が用いられてもよい。必要とされる電流がＩ_ｄｍａｘを超える場合、Ｉ_ｄｍａｘはＩ_ｄｕｐで増加され、電流はこの増加に追従する。他方で、必要とされる電流がＩ_ｄｍａｘを下回って減少する場合、Ｉ_ｄｍａｘはＩ_{ｄｄｏｗｎ}で減少される。Ｉ_ｄｍａｘはランプの電極の過熱を回避するために許される最大固定電流である上限を有する。

図２は、提案される方法のランアップ期間中の電圧、電流及び電力を例として示す。図２における時間Ｔ＝０秒でのランプの点火４の後、電流５は最初、短い時間期間Ｔ_１の間、一定に保たれる。第２の時間期間Ｔ_２の間に、Ｔ_１の後の電力が決定され、次いで適切な電力プロファイルに従って目標値Ｐ_Ｎに達するようにＴ_２の間増加される。図は、電圧６及び付与される電流５の推移を示す。この実施例では、第２の時間期間Ｔ_２中に目標値に達するために、線形電力プロファイル７がプリセットされ又は計算される。しかしながら、本発明による電流の変化速度の制限のために、第２の時間期間の間に適用される実際の電力プロファイルは、プリセット又は計算された線形プロファイルから逸脱する。これは生成された電力８の実線で示され、所望のプロファイルにようやく近づく。適用される電流制限によって、電極の過熱につながる速い電流変化や電流ピークは発生しない。

本発明が、図面及び前述の説明で詳細に例示され説明されたが、こうした例示及び説明は、例示的又は典型的であると考えられるべきであり、限定と考えられるべきではない。本発明は、開示された実施形態に限定されない。当業者によって、特許請求された発明を実施するにあたり、図面、開示、添付の請求項の研究から、開示された実施形態の他のバリエーションが理解されることができる。請求項で、「有する」の文言は他の要素やステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を除外するものではない。特定の手段が、相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使用できないことを意味するわけではない。特に、本方法の全ての従属請求項は、組合せが理にかなう場合には自由に組み合わされることができる。請求項のいかなる参照符号も範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

１ ＵＨＰランプ
２ 駆動装置
３ リフレクタ
４ 点火
５ 電流
６ 電圧
７ プリセット／計算された電力プロファイル
８ 生成された電力プロファイル

Claims (14)

1. 単一の時間期間の間又は２以上の連続した時間期間の間に、駆動電力を目標値まで制御するステップによって放電ランプをランアップする方法であって、
   前記放電ランプの電圧の推定に基づいて瞬間出力電力が計算され、前記単一の時間期間の間又は前記２以上の連続した時間期間のうちの第２の時間期間の間に、前記放電ランプの前記駆動電力は、電力の前記目標値に達するように制御され、
   前記単一の時間期間又は前記第２の時間期間の間に、前記放電ランプの駆動電流は、
   プリセットされた速度よりも速く増加すること、及び
   固定の電流上限を超えること
   が許されず、
   前記駆動電流が超えることの許されない電流適応上限が設定され、
   前記電流適応上限は、必要とされる電流が前記電流適応上限を超える度に第１のプリセットされた量によって増加され、前記駆動電流が減少する度に第２のプリセットされた量によって低減される、
   方法。
2. 前記２以上の連続した時間期間のうちの第１の時間期間の間に、前記放電ランプの前記駆動電流は、一定を保つように制御される、請求項１に記載の方法。
3. 前記放電ランプの前記駆動電力を制御する前記ステップは、
   前記第１の時間期間の終了時に付与される開始駆動電力を決定するサブステップと、
   前記開始駆動電力で開始したときに、最後の時間期間の間に前記電力目標値に達するために必要とされる電力プロファイルを計算するサブステップと、
   を含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記駆動電力の増加の目標推移がプリセットされ、電力は、プリセットされた前記目標推移を達成するように、又はプリセットされた前記目標推移に少なくとも近づくように制御される、
   請求項１又は２に記載の方法。
5. 前記第１の時間期間は、前記第２の時間期間の４０％未満の時間幅を有するように選択される、請求項２に記載の方法。
6. 前記第１の時間期間は、前記第２の時間期間の１０％未満の時間幅を有するように選択される、請求項２に記載の方法。
7. 前記第１の時間期間は、３０秒未満の固定時間幅を有するように選択される、請求項２に記載の方法。
8. 前記第１の時間期間は、１０秒未満の固定時間幅を有するように選択される、請求項２に記載の方法。
9. 前記第１の時間期間は、プリセットされた中間電力レベルが達せられるとすぐに終了するように制御され、前記中間電力レベルは、電力の前記目標値の２０％から４０％までの間の値を有する、請求項２に記載の方法。
10. 前記第１の時間期間における前記駆動電流は、プリセットされた一定値に設定される、請求項２に記載の方法。
11. 前記第１の時間期間における前記駆動電流は、前記放電ランプの直近の定常状態作動中に用いられた駆動電流と等しくなるように選択される、請求項２に記載の方法。
12. 前記連続した時間期間は、最後の時間期間の終了時に前記放電ランプの定常状態作動を達成するように選択される、請求項２に記載の方法。
13. 放電ランプの駆動装置であって、
    前記放電ランプの電極に電力を付与するための接続端子と、
    単一の時間期間の間又は２以上の連続した時間期間の間に、駆動電力を目標値まで増加させることによって前記放電ランプをランアップし、前記放電ランプの電圧を推定して瞬間出力電力を計算し、前記単一の時間期間の間又は前記連続した時間期間のうちの最後の時間期間の間に、増加する駆動電力を生成し、前記駆動電力を電力の前記目標値に達するように制御する、ドライバと、
    を有し、
    前記ドライバは、前記単一の時間期間又は後続の時間期間の間に、駆動電流が
    プリセットされた速度よりも速く増加すること、及び
    固定の電流上限を超えること
    を許さず、
    前記駆動電流が超えることの許されない電流適応上限を設定し、
    前記電流適応上限は、必要とされる電流が前記電流適応上限を超える度に第１のプリセットされた量によって増加され、前記駆動電流が減少する度に第２のプリセットされた量によって低減される、
    駆動装置。
14. 前記ドライバは、前記２以上の連続した時間期間のうちの第１の時間期間の間に、一定の駆動電流を生成する、請求項１３に記載の駆動装置。