TW522755B - Discharge lamp lighting method and discharge lamp lighting apparatus - Google Patents

Description

522755 五、發明説明（1 ) [發明所屬之技術領域] 本發明係關於供給交流電力至放電燈使其點燈之放電燈 點燈方法及裝置。更詳言之，係關於適用於藉交流電力使 高壓水銀燈或超高壓水銀燈等之高壓放電燈點燈之放電燈 點燈方法及裝置。 [以往技術] 對高壓放電燈供給例如，50〜500Hz程度之低頻率交流 電力，能以比較高效率使其點燈一事已知者，例如，美國 專利第4,485,434號說明書等所揭示者。 但是，對高壓放電燈供給交流電力使其點燈之情形，依 高壓放電燈之電極溫度及電極表面之狀態，會發生電極上 之放電電弧之產生位置變成不安定，電極上之放電電弧之 起點從某點跳到別點之現象之問題。此現象顯現出來的是 燈光之明滅不定（燈光閃爍）。 日本專利公報特表平第1〇_50 1919號揭示減輕這種燈光 閃爍之方法。揭示於此以往技術之文獻上之發明係執行控 制以使在燈電流之各半週期產生與燈電流相同極性之電流 脈衝，並在燈電流之各半週期之結束時將此電流脈衝重疊 於燈電流上，藉此以控制燈之閃爍。 但是，記載於上述之以往技術之文獻上之發明，每個燈 電流之半週期，須配合其結束時間，產生具有既定之持續 時間之電流脈衝，並以既定之時間上之時機（timing)重疊 於燈電流。而且，需有用於產生電流脈衝所要之基準値。 因此，用於產生電流脈衝之電路須具有高度之時間管理功能， 522755 五、發明説明（2 ) 從而電路構成變成複雜。 [發明欲解決之課題] 本發明之課題係爲提供藉比較簡單之電路構成，能減輕 燈光閃爍之放電燈之點燈方法及裝置。 本發明之另一課題係爲提供能緩和對放電燈之電氣衝擊 ’俾增長放電燈之使用壽命之放電燈之點燈方法及裝置。 [解決課題所用之方法] 爲解決上述之課題，本發明有關之放電燈之點燈方法， 當供給交流電力至放電燈使其點燈之際，係用交流脈衝電 流及交流脈衝電壓供給交流電力，並利用前述交流脈衝電 流之半週期，在前述半週期之上昇時到結束時這段期間， 隨著時間之經過逐漸增大前述交流電力之瞬時値以使前述 放電燈點燈。 本發明有關之放電燈之點燈方法因係利用供給至放電燈 之交流脈衝電流之半週期，在半週期之上昇時到結束時這 段期間隨著時間之經過逐漸增大交流電力之瞬時値，故供 給至放電燈之交流電力，在各半週期之結束時變成最大， 從而在各半週期之結束時放電燈之電極之溫度上昇到高値 。因此之故，放電電弧安定，進而減輕燈閃爍。 本發明有關之放電燈之點燈方法因係利用交流脈衝電流 之半週期，在半週期之上昇時到結束時這段期間隨著時間 之經過逐漸增大交流電力之瞬時値，故僅執行交流脈衝電 流之波形控制即可。不需爲了重疊電流脈衝而執行時間管 理。因此之故，電路之構成變成簡單。交流電力係受控制 -4- 522755 五、發明説明（3 ) 以滿足放電燈要求之平均電力。藉此使放電燈確實地點燈。 而且，係在交流脈衝電流之半週期之上昇時到結束時之 這段期間隨著時間之經過逐漸增大交流電力之瞬時値，故 與在燈電流上重疊階段狀之電流脈衝之以往技術不同， 對放電燈之電氣衝擊得以緩和，進而有助於延長放電燈 之使用壽命。 本發明另揭示實施上述放電燈點燈方法所用之放電燈之 點燈裝置。此放電燈點燈裝置包含供電部及控制部。前述 供電部係對放電燈供給交流電力。前述交流電力係以交流 脈衝電流及交流脈衝電壓供給。 前述控制部係利用前述交流脈衝電流之半週期，在前述 半週期之上昇時到結束時之這段期間控制前述供電部使其 隨著時間之經過逐漸增大前述交流電力之瞬時値。 明白的是藉此放電燈之點燈裝置能實施本發明有關之放 電燈之點燈方法，進而得以安定放電電弧，減輕燈閃爍之 產生。另外，因不需時間管理，故僅執行交流脈衝電流波 形之控制即可，從而簡化電路之構成。 本發明另外也揭示放電燈點燈裝置之具體之電路構成例 。有關本發明之主目的，構成及優點，將參照附圖作更詳 細之說明。圖面只不過係單純地作爲例子說明而已。 [發明之實施形態] 第1圖係爲示出本發明有關之放電燈裝置之構成方塊圖 。圖示之放電燈裝置包含供電部1及控制部2。供電部1 對放電燈3供給交流電力Po。供電部1之輸入端子τ 1 1， 522755 五、發明説明（4 ) T12 —般係輸入直流電力。供電部1藉設於內部之電力轉 換電路，將此直流電力轉換成交流電力後輸出至輸出端子 T21，T22。放電燈3之兩端係接至輸出端子T21，T22俾 從輸出端子T21，T22接受交流電力P〇。若在供電部1之 輸入側設置用於將交流轉換爲直流之轉換電路時則能對輸 入端子Til，T12輸入交流電力。 第2圖（a)係示出供給至放電燈3之交流電壓Vo之波形 ，第2圖（b)係示出供給至放電燈3之交流電流1〇之波形 ，及第2圖（c)係示出交流電力Po之波形。 如圖示，交流電力Po係以交流脈衝電流1〇及交流脈衝 電壓Vo供給。交流脈衝電流1〇及交流脈衝電壓Vo之頻 率係設定在，例如，50〜500Hz之範圍。 控制部2係利用交流脈衝電流1〇之半週期（τ/2)，在半 週期（τ/2)之上昇時到結束時這段期間控制供電部1使其執 行隨著時間之經過逐漸增大交流電力· Ρο之瞬時値之控制 S 〇 加諸於放電燈3之電壓係大致依放電燈3而定。如第2 圖（a)所示，交流電壓Vo加於放電燈3之情形時交流電壓 Vo之瞬時値（絕對値）係爲約一定之矩形波。交流電壓v〇 之瞬時値（絕對値）約一定之情形時上述之交流電力p〇之 波形之控制則能藉在半週期（τ/2)之上昇時到結束時這段期 間隨著時間之經過逐漸增大交流脈衝電流1〇之瞬時値（絕 對値）而執行。例如，從to時到tl時止之半週期（τ/2)期間 ’從to時（上昇時）之瞬時値i〇到t!時（結束時）之瞬時値 522755 五、發明説明（5 ) il止僅增大Δί。對從tl時到t2時之半週期（τ/2)，從t2 時到t3時之半週期（τ/2)，從t3時到t4時之半週期（τ/2)， 及從t4時到t5時之半週期（τ/2)···之情形也皆相同。但是 ，負的半週期，例如，從tl時到t2時之半週期之期間交 流脈衝電流1〇之瞬時値係作爲絕對値處理。 電力增加特性若係爲隨著時間之經過電力瞬時値逐漸增 加之特性的話即可，不限定於圖示之單純增加特性，曲線 狀之增加特性也無妨。但是，因交流脈衝電流1〇在上昇 時會產生之尖銳狀波形之電力波形則予以忽略。 如上述那樣，在本發明有關之放電燈點燈方法及裝置上 ，因係利用被供給至放電燈3之交流脈衝電流1〇之半週 期（τ/2)，在半週期（τ/2)之上昇時到結束時這段期間隨著時 間之經過逐漸增大交流電力Ρ〇之瞬時値，故被供給至放 電燈3之交流電力Ρ〇在各個半週期（τ/2)結束時爲最大， 從而在各個半週期（τ/2)結束時放電燈3之電極之溫度上昇 至高値。因此，放電電弧安定，進而減輕燈閃爍之產生。 本發明有關之放電燈點燈方法，因係利用交流脈衝電流 1〇之半週期（τ/2)，在半週期（τ/2)之上昇時到結束時這段期 間，隨著時間之經過逐漸增大交流電力Ρ〇之瞬時値，故 相較於階段狀之電流供給，得以緩和對放電燈之電氣衝擊 。因此能增長放電燈3之使用壽命。 另外，僅執行交流電力Ρ〇之波形控制即可，不需將電 流脈衝重疊於燈電流上，進而不需要進行重疊之際必要之 時間管理。因此簡化電路構成。 522755 五、發明説明（6 ) 於圖示之實施例上，交流電力P〇之波形控制係藉控制 交流脈衝電流1〇之波形而執行。理論上，藉控制決定交 流電力Ρ〇之另一個要素之交流脈衝電壓Vo之波形，雖也 能執行相同之控制，但是加諸於放電燈3之電壓係依放電 燈而大致一定。因此，交流脈衝電流1〇之波形控制係爲 實際。 交流脈衝電流1〇之平均値Iav(參照第2圖（b))係被控制 俾滿足放電燈3要求之平均電力Pav(參照第2圖（c))。藉 此使放電燈3確實地點燈。 本發明係控制交流電力P〇之波形。因此之故，例如， 從供電部1對控制部2供給含有電力資訊之偵測信號S(IV) (參照第1圖）。 第3圖係爲示出本發明有關之放電燈點燈裝置之具體實 施例之方塊圖。圖示之放電燈點燈裝置，供電部1除了包 含交-直流轉換器（converter) 1 1和直-交流轉換器（inverter) 12外，另包含高壓產生部13。 交-直流轉換器11切換供給至輸入端子Til，T12之輸 入直流電力P i η，將切換輸出轉換成直流電力後輸出。交-直流轉換器11之切換頻率能設定於，例如，10〜500KHz 之値。 直-交流轉換器12係將交-直流轉換器11輸出之直流電 力轉換成交流電力後輸出。直-交流轉換器12係爲一種方 形波產生電路，產生方形狀之交流脈衝電流及交流脈衝電 壓。直-交流轉換器1 2係藉來自直-交流轉換器驅動電路 522755 五、發明説明（7 ) 24之驅動脈衝信號S10，SOI而被驅動。驅動脈衝信號 S10係倒反驅動脈衝信號S01而得出者，因此當驅動脈衝 信號S01高位準（邏輯値爲1)時係爲低位準（邏輯値爲0)， 驅動脈衝信號S0 1爲低位準（邏輯値爲0)時係爲高位準（邏 輯値爲1)。另外，驅動脈衝信號S01，S10在切換期間皆 被設定爲高位準。但是，驅動脈衝信號S01，S10在切換 期間兩者也可皆被設定爲低位準，而非高位準。 藉驅動脈衝信號S10，S01決定之直-交流轉換器12之 切換頻率係被選定成比交-直流轉換器11者低。例如，交_ 直流轉換器11之切換頻率被選定爲10〜500KHZ，直-交 流轉換器12之切換頻率係被選定爲50〜500Hz。 實施例上，直-交流轉換器12之後段設有高壓產生部13 。高壓產生部1 3係產生放電燈3點燈所需之電壓値，並 將之供給至輸出端子T21，T22。 控制部2包含電力運算部20，指令信號產生部22，信 號產生部2 1及脈衝寬控制部23。電力運算部20係從電壓 偵測信號S(V)及電壓偵測信號S(I)算出電力以產生電力偵 測信號S(IV)。 電壓偵測信號S(V)係藉電壓偵測電路14偵測顯現在交-直流轉換器11之輸出側之電壓而得出者。交-直流轉換器 1 1之輸出電壓雖爲直流電壓，但含有供給至放電燈3之交 流脈衝電壓Vo之電壓資訊。因此，電壓偵測信號S(V)能 作爲輸出電壓資訊而予以利用。 電壓偵測信號S(I)係藉偵測在供電線上流通之電流之電 -9- 522755 JL、發明説明（8 ) 流偵測電路1 5而得出。在供電線上流通之電流實質上係 與流至放電燈3之脈衝電流1〇等效。因此，電壓偵測信 號S(I)能作爲交流脈衝電流1〇之資訊使用。 指令信號產生部22係產生隨著時間之過去逐漸增大瞬 時値之指令信號S 1。詳言之，指令信號S 1係爲在交流脈 衝電流1〇之半週期（τ/2)之上昇時到結束時這段期間，隨 著時間之過去逐漸增大交流脈衝電流1〇之瞬時値之信號 。於圖示之實施例上，指令信號產生部22之構成係從驅 動脈衝信號SOI，S10產生與驅動脈衝信號SOI，S10同步 之指令信號S 1。於圖示之實施例上，指令信號S 1因係爲 三角波（鋸齒波）狀之波形，故下文稱指令信號S1爲三角 波指令信號S 1。 在信號產生部21與自電力運算部20輸入電力偵測信號 S(IV)之同時，從指令信號產生部22輸入三角波指令信號 S1。接著，產生對應電力偵測信號S(IV)對三角波指令信 號S1之誤差之信號ΔΡο。 脈衝寬控制部23係根據信號產生部21供給之信號ΔΡο 對交-直流轉換器11施予脈衝寬控制。更具體言之，脈衝 寬控制部23具有三角波振盪電路26，並自三角波振盪電 路26供給之三角波信號及信號產生部21供給之信號△ Ρο 產生脈衝寬對應信號△ Ρ〇之信號，然後將此信號供給至 交-直流轉換器1 1俾控制其之切換動作。 藉上述之脈衝寬控制，在交-直流轉換器11進行切換動 作之情形時，呈現在交-直流轉換器1 1之輸出側之電壓及 電流係藉電壓偵測部1 4及電流偵測部1 5而分別被偵測。 -10- 522755 五、發明説明（9 ) 接著電壓偵測信號s(v)及電流偵測信號S(I)被供給至電力 運算部20，電力運算部20則將算出之電力偵測信號S(IV) 供給至信號產生部21。此電力偵測信號S(IV)係在信號產 生電路2 1上與三角波指令信號S 1比較，並產生對應誤差 之信號△ P〇。另外，藉脈衝寬控制部23對交-直流轉換器 1 1施予對應信號△ P〇之脈衝寬控制。這時之脈衝寬控制 方向係爲減少電力偵測信號S(IV)對三角波指令信號S1之 誤差之方向。 藉上述之饋返控制（feed back control)，施加使電力偵測 信號S(IV)對三角波振盪電路26供給之三角波指令信號之 誤差變爲零之控制。亦即，電力偵測信號S(IV)變成具有 與三角波指令信號S 1相同之波形。含於電力偵測信號 S(IV)之電壓資訊及電流資訊之中，電壓資訊係依放電燈3 之管電壓而定，大致一定，因此，實際上，係使交流脈衝 電流1〇之波形變成具有與三角波指令信號S 1相同之波形 特性。換言之，交流脈衝電流1〇變成其之瞬時値係利用 其之半週期（τ/2)，在半週期（τ/2)之上昇時到結束時這段期 間，隨著時間之過去逐漸增大之波形。 第4圖係爲示出含於第3圖之放電燈之點燈裝置之信號 產生部21及指令信號產生部22之具體電路構成之電路圖 。指令信號產生部22係包含電晶體Q1，及（AND)閘IC3 及緩衝器IC 1。 電晶體Q1之集極·射極間接有電容器C1。在集極及電 容器C1之連接點上接有電阻器R1及R2之各一端。電阻 -11- 522755 五、發明説明（1G ) 器R1之另一端係接至直流電壓S(DC)。電阻器R2之另一 端係接至電晶體Q1之射集和電容器C1之連接點。在電 晶體Q1之基極-射極間接有電阻器R4，另在電阻器R4之 一端和基極之連接點上接有電阻器R3之一端。 及閘IC3之兩個輸入端子分別輸入驅動脈衝信號S10， SOI。及閘IC3利用驅動脈衝信號S10及SOI之上昇及下 降產生脈衝寬極窄之脈衝信號SO。在及閘IC3之輸出端 上接有電阻器R3之另一端。因此，及閘IC3產生之脈衝 信號SO係通過電阻器R3供給至電晶體Q 1之基極。 緩衝器IC1之輸入端子（+ )係接於電晶體Q1之集極和電 容器C 1之連接點。 信號產生部21具備運算放大器IC2。指令信號產生部 22產生之三角波指令信號S 1係經電阻器R6輸入運算放 大器IC2之輸入端子（-)，而電力偵測信號S(IV)係經電阻 器R5輸入運算放大器IC2之輸入端子（+ )。在運算放大器 IC2之輸入端子㈠和輸出端子間接有電阻器R7，及電阻器 R8和電容器C2之串聯電路。 其次，將參照第5圖說明第4圖所示之信號產生部21 及指令產生部22之電路動作。如第5圖（a)，（b)所示，驅 動脈衝信號S10，S01上設定有與其切換之同時成高位準 之期間。因此之故，驅動脈衝信號S 1 0，SO 1 —旦供給至 及閘IC3後驅動脈衝信號s 1 0即下降（或上昇）時，及，驅 動脈衝fe號S 0 1即上昇（或下降）時產生如第5圖（c)所示之 脈衝寬極窄之脈衝信號SO。 -12- 522755 五、發明説明（11 ) 此脈衝信號SO在too時供給至電晶體Q 1之基極後電晶 體Q 1即導通（on)。結果，接於電晶體Q 1之集極之電容器 C1之一端a之電位在too時，如第5圖（d)所示，變成約 爲接地位準（零）。脈衝信號SO逐在極短之時間內消失，因 此電晶體Q1也是僅在極短時間內導通，然後即截斷（off)·。 電晶體Q 1 —旦截斷後電容器C 1則經電阻器R1從供給 之直流電壓S(DC)充電，在電容器C1之一端a看到之端 子電壓係如第5圖（d)所示那樣上昇。電容器C1之一端a 看到之電壓上昇之斜率係由電容器C 1及電阻器R 1之時間 常數所決定。 在電容器C1之一端a看到之端子電壓係在脈衝信號S0 直到下一次變成高位準tol前止一直上昇。而脈衝信號S0 在tol時變成高位準，電晶體Q1導通後電容器C1之一端 a之電位再度變成約爲接地位準（零）。 藉這種重複動作產生第5圖（d)所示之三角波（鋸齒波）信 號S1。三角波指令信號S1正確地與供給至直-交流轉換器 1 2之驅動脈衝信號S 1 0，SO 1同步。 三角波指令信號S1係經緩衝器IC1供給至構成信號產 生部21之運算放大器IC2之輸入端子（-)。運算放大器 IC2放大供給至輸入端子㈠之三角波指令信號S1和供給 至輸入端子（+ )之電力偵測信號S(IV)之誤差。藉此，信號 產生電路21輸出對應三角波指令信號S1和供給至輸入端 子（+ )之電力偵測信號S(IV)之誤差之信號ΔΡο。此信號△ Ρ〇輸入脈衝寬控制部23，接著從脈衝寬控制部23供給對應 -13- 522755 五、發明説明（12 ) 信號△ P〇之値之脈衝寬之控制信號，及執行減少電力偵 測信號S(IV)對三角波指令信號S1之誤差之方向之脈衝寬 控制等皆如既述者。 藉上述之饋還動作，運算放大器IC2係執行使供給至輸 入端子（-)之三角波指令信號S1和供給至輸入端子（+ )之電 力偵測信號S(IV)之誤差變成零之控制動作。結果，如第 5圖（d)，（e)所示那樣，交流脈衝電流1〇變成具有與三角 波指令信號S 1相同之波形之電流。亦即，交流脈衝電流 1〇變成利用其之半週期（τ/2)，在半週期（τ/2)之上昇時too 到結束時to 1這段期間，隨著時間之經過逐漸增大其瞬時 値i之波形。第5圖（f)及（g)係分別示出交流脈衝電壓波形 及交流電力波形。 第6圖係爲示出本發明有關之放電燈點燈裝置之控制部 之另外例之圖。圖上，與示於第4圖之構成部份相同之構 成部份係用相同之符號表示。於此實施例上，電流偵測信 號S(I)及電壓偵測信號S(V)係輸入數位信號處理部26。 數位信號處理部26則根據電流偵測信號S(I)及電壓偵測 信號S(V)，以數位方式運算電力。另外，數位信號處理部 26輸出對應數位運算得出之電力與目標電力之差値之數位 信號。比數位信號藉數位/類比轉換部27轉換成類比量後 輸入指令信號產生部22。 另外一方面，電流偵測信號S(I)係輸入設在信號產生部 21之運算放大器IC2之輸入端子（+ )，此信號S(I)與在指令 信號產生部22上產生之三角波指令信號S 1之誤差經放大 -14- 522755 五、發明説明（13 ) 後得出對應誤差之信號△ P〇。 以上，已參照良好實施例詳細說明本發明之內容，但本 發明不限定於這些，熟練本項技術者當能根據其基本之技 術槪念及開示，想出種種之變形例自不待言。 [發明之效果] 如上述，依本發明能獲得下列效果。 (a) 能提供以比較簡單之電路構成可減輕燈閃爍之放電 燈點燈方法及裝置。 (b) 能提供緩和對放電燈之電氣衝擊，進而可延長放電 燈之壽命之放電燈點燈方法及裝置。

[圖式 Ϊ明] 第： 出本發明有關之放電燈裝置之構成之方塊圖。 第： 出供給至放電燈之交流電壓，交流電流及交 流電力暖#形之圖。 第3 示出本發明有關之放電燈點燈裝置之具體實施 例之方塊圖。 第4爲-示出含於第3圖之放電燈點燈裝置內之信號 產生部及編令信號產生部之具體電路構成之電路圖。 第了說明第4圖所示之信號產生部及指令信號產 ί ' i 生部之_#動作之波形圖。 ’ 第6 Ilf%爲示出本發明有關之放電燈點燈裝置之控制部 之另外例之圖。 -15- 522755 五、發明説明（14 ) [符號之說明] 1 供電部 2 控制部 11 交-直流轉換器 12 直-交流轉換器 13 高壓產生部 20 電力運算部 21 信號產生部 22 指令信號產生部 23 脈衝寬控制部 -16-

Claims (1)

1. 522755 六、申請專利範圍 1. 一種放電燈點燈方法，其係爲供給交流電力至放電燈使 其點燈之放電燈點燈方法，其特徵爲 前述交流電力係以交流脈衝電流及交流脈衝電壓供 給，利用前述交流脈衝電流之半週期，在前述半週期之 上昇時到結束時這段期間，隨著時間之過去，逐漸增大 前述交流電力之瞬時値。 2 ·如申請專利範圍第1項之放電燈點燈方法，其中 前述交流脈衝電流係被控制以滿足前述放電燈要求 之平均電力。 3 · —種放電燈點燈裝置，其係爲含有供電部和控制部之放 電燈點燈裝置，其特徵爲 前述供電部係供給交流電力至放電燈，前述交流電力 係以交流脈衝電流及交流脈衝電壓供給， 前述控制部係對前述供電部施予控制俾利用前述脈衝 電流之半週期在前述半週期之上昇時到結束時這段期間 ’隨著時間之過去逐漸增大前述交流電力之瞬時値。 4·如申請專利範圍第3項之放電燈點燈裝置，其中 前述控制部係控制前述交流脈衝電流俾滿足前述放 電燈要求之平均電力。 5.如申請專利範圍第3或第4項之放電燈點燈裝置，其中 前述供電部係包含交-直流轉換器和直-交流轉換器， 前述交-直流轉換器係切換輸入之直流電力，將切換的 輸出轉換爲直流電力並輸出， 前述直-交流轉換器係將前述交-直流轉換器供給之前 -----________ - 17- 522755 六、申請專利範圍 述直流電力轉換成交流電力並輸出， 前述控制部係包含電力運算部，指令信號產生部，信 號產生部及脈衝寬控制部， 前述電力運算部對在前述交-直流轉換器之輸出側上 偵測出之電壓偵測信號及電流偵測信號進行電力運算以 產生電力偵測信號， 前述指令信號產生部產生隨著時間之經過使瞬時値 逐漸增大之指令信號， 前述信號產生部輸入前述電力偵測信號及前述指令 信號，輸出對應前述電力偵測信號對前述指令信號之誤 差之信號， 前述脈衝寬控制部係根據前述信號產生部供給之前 述信號對前述交-直流轉換器施予脈衝寬控制。 6.如申請專利範圍第5項之放電燈點燈裝置，其中 前述指令信號產生部產生與前述直-交流之驅動脈衝 號问步之指令柄號。 -18-