JP4679153B2

JP4679153B2 - 高輝度放電灯の２つの状態の動作

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Publication number: JP4679153B2
Application number: JP2004561887A
Authority: JP
Inventors: デュールロー，オスカール; デルフールト，ローナルトファン
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2023-12-12
Also published as: JP2006511057A; AU2003303137A1; US7358680B2; EP1579743A1; US20060181222A1; CN1729728A; WO2004057934A1; CN100521862C

Description

本発明は、高輝度放電灯を利用した照明システムに関する。より詳細には、本発明は、複数の出力輝度で高輝度放電灯を動作させるための改善された方法に関する。

高輝度放電（HID: High-intensity discharge）灯は、大規模及び小規模の屋内及び屋外施設の両方について多目的の照明用途のための使用を益々見出している。一般に、このＨＩＤランプは、高圧ナトリウムランプ（ＨＰＳ）、メタルハライド（ＭＨ）及びセラミックＭＨランプを含んでいる。ＨＩＤランプの動作のための電子バラストは、低周波（〜１００Ｈｚ）の方形波のランプ電流を利用することがある。高周波（ＨＦ）成分を含む駆動電流は、ＨＩＤランプにおける音響的な共振を生じさせる場合があることが知られている。したがって、ランプにおける音響的な共振を生じる場合があるＨＦ電力成分を避けるため、ＨＩＤバラストユニットにおける高周波（１０ｋＨｚ〜１ｋＨｚ）リップルレベルが非常に低く保持される。また、音響共振に対する感度は、ランプの動作圧力及び電力密度に関連することが知られている。一般に、ＨＩＤランプは、より高い動作圧力で音響共振に対して感度が高い。

ＨＩＤランプの電極の振る舞いは、ＨＩＤランプの駆動電流レベル及び動作周波数に強く関連する。ランプ電力が十分に動作しない薄暗くされた状態（dimmed situation）におけるような、ＨＩＤ駆動電流レベルが低減されたときが知られている。低周波方形波を使用してＨＩＤランプを薄暗くすることで、フリッカが生じる場合があり、アークチューブが黒ずんでくるか又はランプ全体が消えることさえある。したがって、ＨＩＤランプは、定格電力出力及びランプの電極設計に基づいて出力強度レンジに制限される。

したがって、これらの制約及び他の制約を克服するＨＩＤランプを動作する方法を提供することが望まれる。

本発明によれば、ＨＩＤランプシステムの２つの状態の電力動作を提供するための方法が提供される。本方法は、パワーモードの制御選択を決定することを提供するものであって、ここでは、ハイパワーモードとロウパワーモードが選択可能である。本方法は、決定されたパワーモードの制御選択に基づいて駆動信号を発生するための調整を決定すること、決定された調整に基づいて駆動信号を発生すること、及び発生された駆動信号をＨＩＤランプに印加することを更に提供する。

本発明は、ＨＩＤランプシステムの２つの状態のパワー動作を提供するためのシステムを更に提供する。システムは、パワーモード制御選択を決定するための手段、及び決定されたパワーモード制御選択に基づいて駆動信号を発生するための調整を決定するための手段を含んでいる。

本発明の別の態様によれば、ＨＩＤランプシステムの２つの状態の電力動作のための命令を有するコンピュータ読取り可能な媒体が提供される。パワーモード制御選択を決定するための命令、及び決定されたパワーモードに基づいて駆動信号を発生するための調整を決定するための命令が提供される。

本発明の上述された機能及び利点、並びに他の機能及び利点は、添付図面と共に読まれる例示的な実施の形態に関する以下の詳細な説明から明らかとなる。詳細な説明及び図面は、制限するよりはむしろ本発明の単なる例示であって、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその等価なものより定義される。

以下の記載では、用語「結合された“coupled”」は、接続されるものの間の直接的な接続、或いは明確に指示するように図示されるか又は図示されない１以上のアクティブ又はパッシブ装置を通した接続のいずれかを意味している。

図１は、２つの状態（bi-state）のＨＩＤシステムのブロック図である。図１は、２つの状態のＨＩＤバラスト１２０（以下、バラストと呼ぶ）及びＨＩＤランプ１３０を有する２つの状態のＨＩＤシステム１００を例示している。２つの状態ＨＩＤバラストは、ＨＩＤランプ１３０に結合されて示されている。バラスト１２０の実施の形態は、図２及び図３を参照して更に詳細に説明される。

２つの状態ＨＩＤバラスト１２０は、パワーモード制御を提供し、２つの選択されたパワーレベルでＨＩＤランプ１３０に電力信号を供給するために互いに作用する幾つかのコンポーネントから一般に構成されている。バラスト１２０は、パワーモード制御選択を決定し、決定されたパワーモード制御選択に基づいて駆動信号を発生するための調整を決定し、決定された調整に基づいて駆動信号を発生し、及び発生された駆動信号をＨＩＤランプ１３０に印加するために構成されている。駆動信号は、ＨＩＤランプ１３０のための２つの機器構成可能な動作上のパワーレベルのうちの１つを典型的に表している。１実施の形態では、２つの状態のＨＩＤシステム１００のロウパワーモードは、薄暗くされたＨＩＤ動作のための低電力かつ高周波方形波でＨＩＤランプ１３０を駆動することを含んでいる。

ＨＩＤランプ１３０は、たとえば、メタルハライド（ＭＨ）、セラミックＭＨ、及び高圧ナトリウム（ＨＰＳ）タイプのような高輝度放電ランプである。ＨＩＤランプは、フルパワーのワット定格を有する場合がある。１実施の形態では、ＨＩＤランプは、２つの状態のＨＩＤシステム１００及び本発明の方法を使用して、フルパワー（４００Ｗ）での動作、又は約１００Ｗの低減されたパワーレベルでの動作が可能な４００ＷのセラミックＭＨである。

図２は、図１のバラスト１２０におけるような２つの状態のＨＩＤバラストのブロック図である。図２は、モード制御システム２２１、電源２２２、及びＨＩＤ駆動回路２２０を有する２つの状態のＨＩＤバラスト１２０を例示している。モード制御システム２２１は、高周波／低周波（ＨＦ／ＬＦ）選択制御２２３、遷移ポイント選択制御２２４を有することが示されている。図２では、モード制御システム２２１は、電源２２２に結合されて示されている。電源２２２は、ＨＩＤ駆動回路２２０に結合されて示されている。発振回路は、高周波方形波を発生するために利用される場合がある２つの状態のＨＩＤバラスト１２０の様々なコンポーネントのうちの少なくとも１つに含まれている。１実施の形態では、２つの状態のＨＩＤバラスト１２０は、４０Ｈｚから１ＭＨｚを超えるオーダで方形波電力信号を生成するために可能とされる。従来技術で知られている多くの更なるコンポーネントは、２つの状態のＨＩＤバラスト１２０に含まれている場合があり、明確さのために省略されている場合がある。

動作において、モード制御システム２２１は、パワーモード制御選択を決定し、パワーモード制御選択に基づいて駆動信号を発生するための調整を決定する。ＨＦ／ＬＦ選択制御２２３は、バラスト１２０の低周波動作と高周波動作との間の遷移ポイントの選択を可能にする。遷移ポイント選択制御２２４は、ハイパワー動作モードとロウパワー動作モードとの間の遷移ポイントの選択を可能にする。特定のＨＩＤランプ１３０についてパワーレベルが最適化されるように、パワーモード遷移ポイントの調整を可能にすることが望まれている。

１実施の形態では、遷移ポイント制御２２４により、ＨＩＤランプ１３０の照明レンジのロウエンドとハイエンドとの間の遷移に関する連続的な可変の設定が可能となる。モード制御システム２２１は、たとえば、ユーザ入力をもつディスクリート回路、マイクロコントローラ、及びソフトウェアモジュールを含んでいる場合がある。１実施の形態では、モード制御システム２２１は、異なる構成及び出力定格の多様なＨＩＤランプによる２つの状態の低電力／高電力動作のためのモード制御システム２２１を構成可能な命令のセットを有するマイクロコントローラを含んでいる。別の実施の形態では、モード制御システム２２１に調整をなすため、ユーザインタフェースが含まれる場合がある。更に別の実施の形態では、モード制御システム２２１は、製造で前もって機器構成されている場合がある。

電源２２は、原料のままの電源からの電力をＨＩＤドライバ回路２２０に接合する。電源２２２は、調整又は未調整の電源である場合がある。１実施の形態では、電源２２２は、低減されたサイズ、重量、コスト及び熱生成を可能にするスイッチモードタイプである。別の実施の形態では、電源２２２は、モード制御システム２２１により制御される。本実施の形態では、モードコントロール２２１は、ＨＩＤ駆動回路２２０を駆動するために調整された出力信号を生成するために電源２２２が使用する調整信号の命令情報を含む信号を送出する。

ＨＩＤドライバ回路２２０は、電源２２２からの電力をＨＩＤランプ１３０に結合する。ＨＩＤドライバ回路２２０は、ＨＩＤランプ１３０を駆動するために高周波及び低周波の方形波信号の両者を提供するためにイネーブルにされる回路構成である場合がある。図３に例示される実施の形態では、ＨＩＤランプドライバ２２０は、ハーフブリッジ整流順方向（HBCF: half-bridge-commutating-forward）回路構成である。当業者であれば、たとえば、ＦＢＣＦ及びダウンコンバータトポロジーのような、多くの他の回路構成が駆動回路２２０のために利用される場合があることを認識されるであろう。

図３は、ＨＩＤ駆動回路及び対応するシグナルモード３００を例示している。ランプ駆動回路２２０は、トランジスタＴ１及びＴ２，ダイオードＤ１及びＤ２，インダクタＬ並びにキャパシタＣ１及びＣ２を含んでいる。ＨＩＤランプ１３０は、駆動回路２２０に結合されて示されている。なお、図３の実施の形態では、キャパシタＣ１及びＣ２は、非常に大きなキャパシタンスを有している。

動作において、図３の駆動回路２２０は、トランジスタＴ１及びＴ２のそれぞれのベースに印加される信号Ａ及びＢを有している。一般に、信号Ａ及びＢは周期信号であり、バラスト１２０のパワーモードコンフィギュレーションに依存して、パルス列及び方形波を含んでいる。駆動回路２２０は、入力信号Ａ及びＢに依存して、低周波のハイパワーモード及び高周波のロウパワーモードである２つの個別に異なるモードで動作する場合がある。

ＨＦモード３１０では、信号Ａ及びＢは、１８０°の位相ラグを有する同一周波数の方形波である。一般に、ある用途では、１ＭＨｚ又は１ＭＨｚよりも大きい周波数に近づけるのは利益があるが、ＨＦモード３１０では、信号Ａ及びＢは２０〜１１０ｋＨｚのオーダの周波数を有する。信号Ａ及びＢを駆動回路２２０に同時に印加することで、ＨＩＤランプに実質的に類似の周波数の出力信号がＨＩＤランプ１３０間に生成される。ハイパワー状態下で、ＨＦ駆動信号は、ＨＩＤランプ１３０における音響的な共振を通常引き起こす。しかし、ＨＦ駆動信号の駆動信号パワーレベルを低減することで、ランプの共振、ランプのフリッカ、チューブの黒ずみ、及び低電力のＬＦ方形波動作の他の特異な副作用なしで、非常に低減された出力電力でのＨＩＤ１３０の動作が可能となる。

ＬＦモード３２０では、信号Ａ及びＢは、ハイパワーＨＦ方形波の周期的なパルス列を有している。短いパルス列は、所望の駆動信号に依存して規則的な間隔で現れ、パルス列間のインターバルの間にゼロに低下する。信号Ａ及びＢのパルス列が交互になる。パルス列は、数サイクルの高周波方形波から構成され、高周波方形波の周期の数倍に等しいゼロ出力の周期が続く。信号を駆動回路２２０に印加することで、ＨＩＤランプ１３０間のＬＦ出力信号を生成する。一般に、ＬＦモード３２０では、結果的に得られる駆動信号の周波数は、４０〜１０００Ｈｚのオーダである。駆動回路２２０は、音響的な共振又はフリッカ及びランプの焼きつきなしで、ＬＦハイパワー動作及びＨＦロウパワー動作の両者を提供するＨＩＤランプのための２つの状態の電力駆動が可能である。

以下のプロセスの記載では、所定のステップが結合され、同時に実行されるか、本発明を逸脱することなしに異なる順序で実行される場合がある。

図４は、ＨＩＤランプシステムの２つの状態の電力動作を提供するためのプロセスに関するフローチャートである。一般に、２つの状態のＨＩＤシステム１００は、バラスト１２０及びＨＩＤランプ１３０を含んでいる。プロセス４００は、ステップ４１０で始まる。ステップ４１０では、パワーモード制御選択が決定される。パワーモード制御選択は、自動化プロセス又はユーザ選択である場合がある。パワーモードの決定は、ＨＩＤランプ１３０が動作している間のような、いずれかの時間でなされる場合がある。１実施の形態では、ユーザはハイパワーＨＩＤランプ１３０の動作又はロウパワーＨＩＤランプ動作を選択する。別の実施の形態では、ハイパワーモードからロウパワー動作への遷移ポイントが選択される。更に別の実施の形態では、マイクロコントローラは、パワーモード及び／又は遷移ポイントの選択を決定する。更なる実施の形態では、遷移ポイントは、ＨＩＤランプ１３０の動作電力の出力レベルのレンジ内で機器構成可能である。

ステップ４２０では、ステップ４１０で決定されたパワーモード制御選択に基づいて駆動信号を発生するため、調整が決定される。パワーモード制御選択が決定された後のいずれかの時間で、調整の決定がなされる。調整の決定は、アナログ又はデジタルプロセスであるか、又は２つの組み合わせである場合がある。一般に、調整の決定は、ＨＦロウパワー駆動信号又はＬＦハイパワー駆動信号のいずれかを生成するために必要な周期的な信号周波数及び信号のパワーレベルを決定することを含んでいる。モード制御システム２２１は、調整を決定するために利用される場合がある。

ステップ４３０では、決定された調整に基づいて駆動信号が生成される。ステップ４２０で調整が決定された後のいずれかの時間で、駆動信号が生成される場合がある。駆動信号を生成することは、典型的に、調整された電力信号を駆動回路２２０に結合することを含んでいる。

ステップ４４０では、ステップ４３０で発生された駆動信号はＨＩＤランプ１３０に印加される。ステップ４３０で発生された駆動信号はＨＩＤランプ１３０に印加される。駆動信号は、生成の後のいずれかの時間で印加され、駆動信号の生成による連続したプロセスとして一般に生じる。

本発明の好適な実施の形態が図示及び記載されたが、様々な変形及び代替的な実施の形態は、当業者にとって生じるであろう。したがって、本発明は特許請求の範囲の観点でのみ制限されることが意図される。

２状態のＨＩＤシステムのブロック図である。２状態のＨＩＤシステムのブロック図である。本発明に係る図２のＨＩＤ駆動回路及びシグナルモードに関する実施の形態を例示している。本発明に係るＨＩＤランプシステムの二状態の電力動作を提供するための処理に関するフローチャートである。

Claims

高輝度放電灯のシステムの２つの状態の電力動作を提供する方法であって、
パワーモード制御の選択を決定するステップと、
決定されたパワーモード制御の選択に基づいて駆動回路が駆動信号を発生するのを可能にする第一の調整信号と第二の調整信号とを生成するステップと、
前記駆動信号を発生するステップと、
発生された駆動信号を前記高輝度放電灯に印加するステップとを含み、
前記第一の調整信号と前記第二の調整信号は、ゼロ信号と交互になる方形波信号を含み、
前記第一の調整信号と前記第二の調整信号は、低周波の駆動信号を発生するために前記駆動回路に交互に印加され、前記第一の調整信号と前記第二の調整信号の両者について所定の周期のゼロ出力は、前記第一の調整信号の印加と前記第二の調整信号の印加との間で前記駆動回路に印加され、
前記第一の調整信号と前記第二の調整信号は、高周波駆動信号を発生するために前記駆動信号に同時に印加され、前記第一の調整信号と前記第二の調整信号は、１８０°の位相差を有する、
ことを特徴とする方法。
前記パワーモード制御は、ハイパワーモードと低減されたパワーモードとの間で選択可能である、
請求項１記載の方法。
前記発生された低周波の方形波は、ハイパワーモード制御の選択を決定することに応答する低周波の方形波である、
請求項１記載の方法。
前記発生された駆動信号は、ロウパワーモード制御の選択を決定することに応答する高周波の方形波である、
請求項１記載の方法。
パワーモード制御の選択を決定することは、ハイパワーモードとロウパワーモードとの間の切り替えのためにパワーモードの遷移ポイントを決定するステップを含む、
請求項１記載の方法。
前記パワーモードの遷移ポイントは選択可能である、
請求項５記載の方法。
前記パワーモードの遷移ポイントは可変である、
請求項５記載の方法。
前記駆動回路は、ＨＢＣＦ（Half-Bridge-Commutating-Forward）回路である、
請求項１記載の方法。
高輝度放電灯のシステムの２つの状態の電力動作を提供する方法であって、
パワーモード制御の選択を決定するステップと、
決定されたパワーモード制御の選択に基づいて駆動回路が駆動信号を発生するのを可能にする第一の調整信号と第二の調整信号とを生成するステップと、
前記駆動信号を発生するステップと、
発生された駆動信号を前記高輝度放電灯に印加するステップとを含み、
前記第一の調整信号及び前記第二の調整信号は、同じ周波数であって反転された位相を有する方形波信号を含み、
前記第一の調整信号及び第二の調整信号は、高周波の駆動信号を発生するために前記駆動回路に同時に印加され、低周波の駆動信号を発生するために前記駆動回路に交互に印加される、
ことを特徴とする方法。
高輝度放電灯のシステムの２つの状態の電力動作を提供するコンピュータ実行可能な命令を有するコンピュータ読取り可能な記録媒体であって、
パワーモード制御の選択を決定するコンピュータ読取り可能なコードと、
決定されたパワーモード制御の選択に基づいて駆動回路が駆動信号を発生するのを可能にする第一の調整信号と第二の調整信号とを生成するコンピュータ読取り可能なコードとを有し、
前記第一の調整信号と前記第二の調整信号は、低周波の駆動信号を発生するために第一の方形波信号と第二の方形波信号との間でゼロ信号と交互になる前記第一の方形波信号と前記第二の方形波信号の対、及び高周波の駆動信号を発生するために同じ周波数であって反転された位相を有する第一の方形波信号と第二の方形波信号の対の少なくとも１つを含む、
ことを特徴とするコンピュータ読取り可能な記録媒体。
前記パワーモード制御の選択は、フル出力電力の高輝度放電灯の動作と低減された出力電力の高輝度放電灯の動作との間で選択可能である、
請求項１０記載のコンピュータ読取り可能な記録媒体。
前記パワーモード制御の選択の決定は、ハイパワーモードとロウパワーモードとの間の切り替えのためのパワーモードの遷移ポイントを決定することを含む、
請求項１０記載のコンピュータ読取り可能な記録媒体。
前記パワーモードの遷移ポイントは可変である、
請求項１２記載のコンピュータ読取り可能な記録媒体。
前記低周波の駆動信号は、前記高輝度放電灯がフルパワーで選択的に動作されたときに発生され、前記高周波の駆動信号は、前記高輝度放電灯が低減された電力で選択的に動作されたときに発生される、
請求項１０記載のコンピュータ読取り可能な記録媒体。
前記低周波の駆動信号と前記高周波の駆動信号の少なくとも１つは、方形波を含む、
請求項１０記載のコンピュータ読取り可能な記録媒体。
高輝度放電灯のシステムの２つの状態の電力動作を提供するシステムであって、
ハイパワーモードとロウパワーモードが選択可能である、パワーモード制御の選択を決定する手段と、
決定されたパワーモード制御選択に基づいて駆動回路が駆動信号を発生するのを可能にする第一の調整信号と第二の調整信号とを生成する手段とを有し、
前記第一の調整信号と前記第二の調整信号は、低周波の駆動信号を発生するために第一の方形波信号と第二の方形波信号との間でゼロ信号と交互になる前記第一の方形波信号と前記第二の方形波信号の対、及び高周波の駆動信号を発生するために同じ周波数であって反転された位相を有する第一の方形波信号と第二の方形波信号の対の少なくとも１つを含む、
ことを特徴とするシステム。
前記駆動回路は、ＨＢＣＦ（Half-Bridge-Commutating-Forward）回路である、
請求項１６記載のシステム。
高輝度放電灯のシステムの２つの状態の電力動作を提供するシステムであって、
ハイパワーモードとロウパワーモードを選択可能なパワーモードセレクタと、
選択されたパワーモードに基づいて駆動信号を発生するために第一の調整信号と第二の調整信号とを生成する駆動回路とを有し、
前記第一の調整信号と前記第二の調整信号は、低周波の駆動信号を発生するために第一の方形波信号と第二の方形波信号との間でゼロ信号と交互になる前記第一の方形波信号と前記第二の方形波信号の対、及び高周波の駆動信号を発生するために同じ周波数であって反転された位相を有する第一の方形波信号と第二の方形波信号の対の少なくとも１つを含む、
ことを特徴とするシステム。
前記低周波の駆動信号は、前記ハイパワーモードで発生され、前記高周波の駆動信号は、前記ロウパワーモードで発生される、
請求項１８記載のシステム。
前記所定の周期のゼロ出力は、前記第一及び第二の調整信号の周期の数倍である、
請求項１記載の方法。