JP2003157994A - 高圧放電ランプの電流を制御する方法および回路 - Google Patents
高圧放電ランプの電流を制御する方法および回路Info
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Abstract
ンアップフェーズ中に駆動し、ランプの有効寿命を保護
し、定常状態動作に迅速に到達させる制御回路を提供す
ることである。 【解決手段】 高圧放電ランプの電流をランアップ中に
制御する方法において、バック電流を高圧放電ランプの
駆動のため供給するステップ;バック電流のデューティ
比をランアップ中に変化し、ランプの電流を所定の最大
値内に制限するステップ;を有する。
Description
定器に関するものであり、より詳細には、高圧放電ラン
プでの電流を制御する回路に関する。
は、ランプが安定した定常状態動作を達成するまでに3
つのフェーズがある。これらのフェーズは、ブレークダ
ウン、グロー放電、および熱電子放出を含む。ブレーク
ダウンはランプに印加される高電圧を必要とする。ブレ
ークダウンに続いて電圧はグロー放電を維持するように
十分な高さでなければならず、熱電子放出させるように
電極を加熱しなければならない。いったん熱電子放出が
発生すると、電流をランアップフェーズで、電極がその
定常状態温度に達するまで維持しなければならない。ラ
ンアップフェーズが完了すれば、ランプを定常状態動作
モードでの低い電流レベルで駆動することができる。
ェーズ中のランプ電流を2Xより小さい値に制限するこ
との必要性を仕様で定めている。ここでXは定常状態で
の定格ランプ電流である。電流がランアップ中にこのよ
うに制限されていないと、ランプの電極が損傷したり、
ランプの有効寿命が低下することがある。さらにランア
ップ中の電流は選択的に制御できることが望ましい。こ
れにより定常状態動作に迅速かつ効率的に到達すること
ができる。従って電流をランアップ中に選択的に制御す
る電子的安定器が所望される。
クコンバータ(buck converter)とフルブリッジインバ
ータを使用する。バックコンバータは電流源として作用
し、大きさの制限された電流をランプに供給する。フル
ブリッジインバータは、ランプを流れる電流が周期的に
反転されることを保証する。
ランアップフェーズ中に選択的に制御することができな
い。1つの公知の解決手段は、バックコンバータを変更
し、これが可変の周波数(定常状態動作中の固定周波数
と比較して)でランアップフェーズ中に動作するように
することである。従来技術では未公知の別の解決手段
は、バックコンバータを可変のデューティ比でランアッ
プフェーズ中に駆動させることである。
は、バックコンバータを可変のデューティ比でランアッ
プフェーズ中に駆動し、ランプの有効寿命を保護し、定
常状態動作に迅速に到達させる制御回路を提供すること
である。
り、請求項1記載の構成によって解決される。これによ
れば、高圧放電ランプの電流をランアップ中に制御する
方法において、バック電流を高圧放電ランプの駆動のた
め供給するステップ;バック電流のデューティ比をラン
アップ中に変化し、ランプの電流を所定の最大値内に制
限するステップ;を有する。
プ140の動作を制御するための安定器100が示され
ており、この安定器はバックコンバータ120,フルブ
リッジインバータ&ドライバ130,マイクロコントロ
ーラ102,およびローパスフィルタ&絶縁回路122
を有する。公知のように安定器100はさらにEMI&
レクチファイヤ段110と電力係数補正(PFC)段1
04を有する。EMI&レクチファイヤ段110はAC
入力を受け取り、整流したAC信号をPFC段104に
供給する。PFC段は実質的に直流(DC)電圧VDCを
バックコンバータ120に供給する。
140に供給される電流を制御し、出力電圧Vxを発生
する。この出力電圧Vxはフルブリッジインバータ&ド
ライバ130に供給される。ローパスフィルタ&絶縁回
路122は、パルス幅変調(PWM)された信号124
をマイクロコントローラ102から受け取り、制御信号
126(Vm)をバックコンバータ120に供給する。
後で詳細に説明するように、制御信号(Vm)はバック
コンバータ120で発生される電流検出信号に直流オフ
セットを導入する。マイクロコントローラ102はまた
フルブリッジインバータ130に接続されており、イン
バータ130および/またはランプ140それぞれに関
連する電圧信号132(VL)および電流信号134
(IL)を検出する。ILは間接的に、バックコンバータ
120により発生されたバック電流を監視することによ
り検出することができる。マイクロコントローラ102
はまたSD信号136をインバータ130に供給し、必
要な場合にはインバータ130を遮断する。
202の詳細が図2に示されている。バックコンバータ
120はバックコントローラ210,バックスイッチ2
14,結合抵抗215,電流検出抵抗216,バック整
流器218,インダクタ220,およびキャパシタ22
2を有する。バックコントローラ120は制御回路20
2およびバックスイッチ214に接続されている。動作
中、バックコントローラ120はパルス幅変調された出
力信号212を、バックスイッチ214のオンオフのた
めに供給する。パルス幅変調された出力信号212は、
制御信号Vmと、電流検出抵抗216での電圧との関数
であるデューティ比を有する。バックコントローラは標
準的なカレントモードコントローラ集積回路(IC)、
例えばUC2845IC(Unitrode,Inc.製造)を使用
して実現することができる。バックスイッチ214は電
界効果トランジスタ(FET)として実現することがで
き、結合抵抗215および電流検出抵抗216に接続さ
れている。結合抵抗215は制御回路202およびバッ
クコントローラ210に接続されている。電流検出抵抗
216はバック整流器218およびインダクタ220に
接続されている。インダクタ220はキャパシタ222
およびフルブリッジインバータ130に接続されてい
る。
03,ローパスフィルタ205,およびフォトカプラ2
06を有する。動作中、マイクロコントローラ203
は、インバータ130からの1つまたは複数の信号を監
視し、出力信号204を供給する。この出力信号204
は、前記信号132に依存してマイクロコントローラの
内部アルゴリズムにより処理されたデューティ比を有す
る。マイクロコントローラ203に対する有利な内部ア
ルゴリズムについては後で図8を参照して説明する。ロ
ーパスフィルタ205はマイクロコントローラ203と
フォトカプラ206との間に接続されている。動作中、
ローパスフィルタ205はパルス幅変調された出力信号
204をマイクロコントローラ203から受け取り、実
質的に直流(DC)電圧をフォトカプラ206の入力側
に供給する。フォトカプラ206はローパスフィルタ2
05とバックコントローラ206との間に接続されてい
る。フォトカプラ206は電気絶縁を行う。これが必要
であるのは、電流検出抵抗216での電圧がバック整流
器218のカソードを基準にしてグランドされており、
一方、インバータ130からの信号132は他の点(例
えばバック整流器218のアノード)を基準にしてグラ
ンドされているからである。動作中、フォトカプラ20
6は出力電圧をローパスフィルタ205から受け取り、
相応する電圧Vmを出力する。この電圧Vmは、電流検出
抵抗216を介する電圧と同じようにグランドされてい
る。このことが重要であるのは、Vmは電流検出抵抗2
16での電圧と結合され(結合抵抗215を介して)、
バックコントローラ210の出力側でのPWM信号21
2のデューティ比を定めるからである。フォトカプラ2
06とは択一的に、パルス変換器をマイクロコントロー
ラ203の出力側204とローパスフィルタ205との
間に挿入接続することができる。
ックデューティ比が低減され、ランプランアップ電流が
2X内に制限される値となる。ここでXは定常状態での
定格ランプ電流である。ランプ点弧に続いて直ちに、ラ
ンプの電圧は定常状態値と比較して、全く低い値(約2
5V)になることに注目すべきである。その結果、バッ
クデューティ比の実質的低減が存在せず、バックコンバ
ータは簡単に2Xを越えるようなランプ電流を供給しよ
うとする。従ってランプが点弧したならばバックデュー
ティ比を適切に低減することが必要である。ランプがヒ
ートアップし、ランプの電圧が上昇し、従いバックコン
バータは高いデューティ比で、ランプ電流が2Xを越え
ることなく動作することができるからである。デューテ
ィ比は有利には可変DCオフセットVmを注入すること
により低減する。Vmの値が高ければ高いほど、バック
コントローラ212によりバックスイッチ駆動のため発
生されるパルス幅変調された出力信号212のデューテ
ィ比は低くなる。このことは図3に例として示されてい
る。バックスイッチ213が駆動されるデューティ比を
低下すると、ランプを流れる電流も低下する。DC信号
Vmの値はランアップ中に変化することができ、バック
電流のデューティ比を変化させる。このことは他の図面
を参照して説明する。いったん、ランプのランアップが
完了すると、DCオフセットVmは実質的に除去される
(ただしゼロにセットする必要はない)。これは図4に
示されており、これによりバック電流検出抵抗216は
単独で、バックコントローラ210により供給される出
力信号212のデューティ比を検出することができる。
この形式の電流制御は、スムーズなランアップ期をラン
プに対して保証し、ランプ電流に対する滑らかな移行、
および結果としてランプ電極温度に対する滑らかな移行
を保証する。
実施例による、ランアップ中の電流制御方法に対するフ
ローチャートが示されている。ランプの点弧がステップ
501で検知されると、図2の制御回路のような電子制
御回路がバック電流を、高圧放電ランプの駆動のためス
テップ502で供給する。制御回路はバック電流のデュ
ーティ比をステップ504で変更する。最後に、制御回
路は高圧放電ランプの電流をステップ506で制御す
る。
実施例による、ランアップ中の高圧放電ランプの電流制
御方法に対するフローチャートが示されている。ランプ
の点弧がステップ601で検知されると、電子制御回路
がバック電流を第1のデューティ比でランアップ中に第
1の期間の間、ステップ602で維持する。電子制御回
路は第1の期間の終了時にデューティ比をステップ60
4で変化する。第1の期間の終了は例えば、75サイク
ルのランアップステージで6サイクル後とすることがで
きる。全体のランアップ時間が近似的に1minであれ
ば、第1の期間は近似的に5sとすることができる。次
に電子制御回路は、バック電流のデューティ比を第2の
期間の間、ステップ606で徐々に上昇させる。バック
電流のデューティ比の上昇は線形に、または他の変化率
で行うことができる。変化率の場合、これはランプ電流
を所定のレベル以下に維持し、かつランプのランアップ
が迅速に完了されるような値である。有利な低減率は、
安定器の構成、ランプの形式、ランプのワット数等の複
数の要因に依存する。
実施例による、ランアップ中の高圧放電ランプの電流制
御方法に対するフローチャートが示されている。制御回
路は高圧放電ランプの点弧をステップ702で検知す
る。次にDCオフセットがバックコントローラに注入さ
れ、バック電流のデューティ比がステップ704で変化
される(従って、バック電流自体の大きさも変化され
る)。制御回路はバック電流を所定値に、第1の所定期
間の間、ステップ706で維持する。ステップ708で
第1の所定期間が経過した後、制御回路は徐々にDCオ
フセットを第2の期間の間、ステップ710で低減す
る。ステップ712で第2の期間が経過し、ランアップ
が完了した後、制御回路はバック電流を定常動作の間、
ステップ714で維持する。2つの期間が図示されてい
るが、電流は複数の期間で変化することができ(すなわ
ち2つより多い期間で)、期間中に異なる変化率で変化
することもできる。
実施例による、高圧放電ランプの電流制御方法の動作に
対する詳細なフローチャートが示されている。ランプを
全光量を出力する状態にもたらし、しかし同時にランプ
を損傷しないことが非常に重要である。ランプを全光量
出力状態に過度に急速にもたらすと、ランプが黒化する
おそれがある。図8のフローチャートによれば、マイク
ロコントローラからの出力信号のデューティ比が第1の
所定値にステップ802でセットされる。図2の回路を
参照して説明したように、例えば第1のDCオフセット
値は有利にはバックコントローラ210に供給される。
G信号がゼロに等しいか否かをステップ804で検出す
る。RUN_FG信号がゼロに等しければ、このことはラン
アップステージの開始を指示し、マイクロコントローラ
は内部カウンタをステップ806でチェックし、カウン
タが第1の閾値に等しいか否かをステップ808で検出
する。カウンタが第1の閾値に達するまで、マイクロコ
ントローラはその出力信号(PWM)のデューティ比を
維持する。従ってVmの値は固定値である。
イクロコントローラはその出力信号のデューティ比を第
2の所定値にステップ810でセットする。第1の閾値
は例えば75サイクルランアップステージ(すなわち7
5からカウントダウンする)の69カウント目とするこ
とができる。次にマイクロコントローラは、カウンタが
第2の所定閾値に達するか否かをステップ812で検出
する。第2の所定閾値は例えば75カウントサイクルの
38カウント目とすることができる第2の閾値に達した
ならば、マイクロコントローラはランプ電圧(VL)が
閾値電圧(Vthresh)より低いか否かをステップ814
で検出する。ランプ電圧が閾値電圧よりも低ければ、マ
イクロコントローラはその出力信号のデューティ比を第
3の所定値にステップ816でセットする。すなわちラ
ンプ電圧が所定の閾値電圧よりも低ければ、マイクロコ
ントローラはさらに多くの電流をランプに供給し、迅速
に全光量で出力させることができる。ランプ電圧が閾値
電圧よりも低くなければ、マイクロコントローラはカウ
ンタが第3の閾値に等しいか否かをステップ818で検
出する。
クロコントローラはその出力信号のデューティ比をステ
ップ820で検出する。第3の閾値は75カウンタサイ
クルの35カウント目とすることができる。カウンタが
第3の閾値に等しくなければ、マイクロコントローラは
カウンタがゼロに等しいか否かをステップ822で検出
する。カウンタがゼロに等しければ、ランアップは完了
し、RUN_FGが1にステップ824でセットされる。カ
ウンタがステップ822でゼロに等しくなければ、マイ
クロコントローラはカウンタをステップ826で検出す
る。
るための回路のブロック回路図である。
るための制御回路の概略図である。
ーラに供給される電流検出信号の線図である。
ラに供給される電流検出信号の線図である。
圧放電ランプの電流を制御する方法を示すフローチャー
トである。
圧放電ランプの電流を制御する方法を示すフローチャー
トである。
圧放電ランプの電流を制御する方法を示すフローチャー
トである。
圧放電ランプの電流を制御する方法を示すフローチャー
トである。
Claims (28)
- 【請求項1】 高圧放電ランプの電流をランアップ中に
制御する方法において、 バック電流を高圧放電ランプの駆動のため供給するステ
ップ;バック電流のデューティ比をランアップ中に変化
し、ランプの電流を所定の最大値内に制限するステッ
プ;を有することを特徴とする方法。 - 【請求項2】 前記バック電流のデューティ比を変化す
るステップでは、 まずバック電流のデューティ比を、ランプの電流を所定
の最大値に制限する値にセットし、 バック電流のデューティ比を増大し、ランプの電流が所
定の最大値を超えることなくランアップを完了する、請
求項1記載の方法。 - 【請求項3】 前記バック電流のデューティ比を変化す
るステップでは、 バック電流を制御するDCオフセット信号を変化する、
請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 前記バック電流のデューティ比を変化す
るステップでは、 バックコンバータを第1のデューティ比で第1の期間の
間、駆動し、 バックコンバータを第2のデューティ比で第2の期間の
間、駆動し、 第2のデューティ比は第1のデューティ比とは異なる、
請求項1記載の方法。 - 【請求項5】 バックコンバータを第1のデューティ比
で駆動するステップでは、 第1のレベルのDCオフセット信号を導入して、バック
電流を第1のデューティ比にセットする、請求項4記載
の方法。 - 【請求項6】 バックコンバータを第2のデューティ比
で駆動するステップでは、 第2のレベルのDCオフセット信号を導入して、バック
電流を第2のデューティ比にセットする、請求項4記載
の方法。 - 【請求項7】 前記バック電流のデューティ比を変化す
るステップでは、 バックコンバータを第1のデューティ比で第1の期間の
間、駆動し、 バック電流のデューティ比を第2の期間の間、変化し、 第2のデューティ比は第1のデューティ比とは異なる、
請求項1記載の方法。 - 【請求項8】 バック電流のデューティ比を第2の期間
の間、変化するステップでは、 バック電流のデューティ比を可変の率で、ランアップが
完了するまで増大する、請求項7記載の方法。 - 【請求項9】 バック電流のデューティ比を第2の期間
の間、変化するステップでは、 バック電流のデューティ比を所定の率で増大し、これに
よりランプの電流を実質的に線形の率で、ランアップが
完了するまで低減する、請求項8記載の方法。 - 【請求項10】 バック電流のデューティ比を変化する
ステップでは、 バック電流のデューティ比を所定の時間でランアップ中
に変化する、請求項1記載の方法。 - 【請求項11】 ランプの電圧に関連する信号を監視す
るステップ;該信号が所定の閾値よりも小さいか否かを
検出するステップ;該信号が所定の閾値よりも小さい場
合、バックコンバータを第3のデューティ比で少なくと
も制限された期間の間、駆動するステップ;をさらに有
する、請求項4記載の方法。 - 【請求項12】 高圧放電ランプの電流をランアップ中
に制御する方法において、 バックコンバータを第1のデューティ比で第1の期間の
間、駆動するステップ;バックコンバータのデューティ
比を第1の所定時点で変化するステップ;バックコンバ
ータを第2のデューティ比で第1の期間の後に駆動する
ステップ;を有し、前記第2のデューティ比は第1のデ
ューティ比とは異なる、ことを特徴とする方法。 - 【請求項13】 バックコンバータを第1のデューティ
比で駆動するステップでは、 DCオフセット信号を第1のレベルで導入し、バックコ
ンバータのデューティ比を第1のデューティ比にセット
する、請求項12記載の方法。 - 【請求項14】 バックコンバータのデューティ比を変
化するステップでは、 バックコンバータのデューティ比を第2の期間の間、変
化する、請求項12記載の方法。 - 【請求項15】 バックコンバータを第2のデューティ
比で駆動するステップでは、 バックコンバータを第2のデューティ比で第2の期間の
間、駆動する、請求項12記載の方法。 - 【請求項16】 バックコンバータのデューティ比を、
第2の期間の後に定常状態動作に至るまで変化するステ
ップをさらに有する、請求項15記載の方法。 - 【請求項17】 ランプの電圧に関連する信号を監視す
るステップ;該信号が所定の閾値よりも小さいか否かを
検出するステップ;該信号が所定の閾値よりも小さい場
合には、バックコンバータを第3のデューティ比で少な
くとも制限された期間の間、駆動するステップ;をさら
に有する請求項15記載の方法。 - 【請求項18】 高圧放電ランプの電流をランアップ中
に制御する方法において、 バックコンバータを第1のデューティ比で第1の期間の
間、駆動するステップ;バックコンバータのデューティ
比を第1の所定時点で変化するステップ;バックコンバ
ータを第2のデューティ比で、第1の期間の後、第2の
期間の間、駆動するステップ;バックコンバータのデュ
ーティ比を第3の期間の間、変化し、定常状態動作に達
する前にランプ電流を低減するステップ;を有し、前記
第2のデューティ比は第1のデューティ比よりも大き
い、ことを特徴とする方法。 - 【請求項19】 ランプの電圧に関連する信号を監視す
るステップ;該信号が所定の閾値より小さいか否かを検
出するステップ;該信号が所定の閾値よりも小さい場
合、バックコンバータを第3のデューティ比で少なくと
も制限された期間の間、駆動するステップ;をさらに有
する請求項18記載の方法。 - 【請求項20】 前記監視ステップ、検出ステップ、お
よび駆動ステップを、第2の期間の経過後に実行する、
請求項19記載の方法。 - 【請求項21】 高圧放電ランプの電流をランアップ中
に制御する回路において、 バックコンバータと、制御回路とを有し、 前記バックコンバータは、バック電流を発生し、前記高
圧放電ランプを駆動し、かつデューティ比で動作し、 前記制御回路はバックコンバータと接続されており、バ
ックコンバータのデューティ比をランアップ中に変化す
る、ことを特徴とする回路。 - 【請求項22】 前記バックコンバータは、電流検出信
号を受けるとための入力側を備えるバックコントローラ
を有しており、 前記制御回路は、前記バックコントローラの入力側と接
続されており、可変のDCオフセット信号をバックコン
トローラの入力側に、高圧放電ランプのランアップ中に
供給する、請求項21記載の回路。 - 【請求項23】 DCオフセット信号は第1のレベルで
第1の所定期間の間セットされ、第2のレベルで第2の
所定期間の間セットされ、可変レベルで第3の所定期間
の間セットされる、請求項22記載の回路。 - 【請求項24】 制御回路は、マイクロコントローラ
と、ローパスフィルタと、フォトカプラを有しており、 前記マイクロコントローラはランプと接続されており、
デューティ比を有するパルス幅変調された出力信号を供
給し、 該デューティ比は時間、およびランプに関連する少なく
とも1つの信号に依存し、 前記ローパスフィルタはマイクロコントローラと接続さ
れており、 該ローパスフィルタはマイクロコントローラにより供給
されるパルス幅変調された出力信号を受け取り、実質的
に直流(DC)の出力信号を供給し、 前記フォトカプラはローバスフィルタとバックコンバー
タとの間に接続されており、 該フォトカプラはローパスフィルタにより供給される実
質的に直流の出力信号を受け取り、DCオフセットをバ
ックコンバータに供給し、これによりバックコンバータ
のデューティ比を制御する、請求項21記載の回路。 - 【請求項25】 マイクロコントローラにより供給され
るパルス幅変調された信号は、第1のデューティ比にラ
ンプのランアップ中の第1の期間の間セットされ、かつ
第2のデューティ比にランプのランアップ中の第2の期
間の間セットされ、 前記第2のデューティ比は第1のデューティ比とは異な
る、請求項24記載の回路。 - 【請求項26】 第2のデューティ比は第2の期間の
間、ランプが定常状態動作に達するまで変化される、請
求項25記載の回路。 - 【請求項27】 マイクロコントローラにより供給され
るパルス幅変調された信号は、第1のデューティ比にラ
ンプのランアップ中の第1の期間の間セットされ、第2
のデューティ比にランプのランアップ中の第2の期間の
間セットされ、可変のデューティ比にランプのランアッ
プ中の第2の期間の間、ランプが定常状態動作に達する
までセットされ、 前記第2のデューティ比は第1のデューティ比とは異な
る、請求項24記載の回路。 - 【請求項28】 制御回路はさらにランプの電圧を指示
する信号を監視し、 該信号が第2の所定期間の経過後も所定の閾値よりも小
さい場合、DCオフセット信号を第3のレベルに、少な
くとも第3の所定期間の一部でセットする、請求項23
記載の回路。
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