JP2005519445A

JP2005519445A - 高圧ガス放電ランプにエネルギを供給する電子回路および方法

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Publication number: JP2005519445A
Application number: JP2003573908A
Authority: JP
Inventors: ペーターリューケンズ，; ホルガーメンヒ，
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2005-06-30
Also published as: AU2003248916A1; US7064495B2; CN1640207A; WO2003075618A1; EP1483947A1; US20050225262A1; DE10209631A1

Abstract

【課題】高圧ガス放電ランプにエネルギを供給するための、小型のエネルギ貯蔵手段を有する改良された電子回路を提供すること。
【解決手段】本発明は、高圧ガス放電ランプH, 65, 75にエネルギを供給する電子回路および方法に関する。電子回路は、交流ライン電源系統61, 71から交流電圧を受け取って変換するためのライン電源入力セクション62, 72と、電源入力セクション62, 72によって生成されたエネルギを貯蔵するためのエネルギ貯蔵手段63, 73と、ライン電源入力セクション62, 72によってエネルギ貯蔵手段63, 73を介して入力電圧U₁が供給されるランプ電流調整装置64, 74であって、高圧ガス放電ランプH, 65, 75のランプ電流I₂を利用可能にする前記ランプ電流調整装置64, 74と、を有する。エネルギ貯蔵手段63, 73を特に小さくすることを可能にするため、ランプ電流調整装置64, 74が、トランスコンダクタ特性を持つ電力セクションL, D, C, S, A1, A2, Kを有することが提案されている。入力電圧U₁が降下すると、この特性によって、高圧ガス放電ランプH, 65, 75に利用可能なランプ電流I₂が自動的に低減される。これにより、電圧の変動に対する特に迅速な調整が確保される。本発明は、対応する方法にも関する。

Description

本発明は、高圧ガス放電ランプにエネルギを供給する電子回路および方法に関する。前記電子回路は、交流ライン電源系統からの交流電圧を受け取って変換するためのライン電源入力セクションと、前記電源入力セクションによって生成されたエネルギを貯蔵するためのエネルギ貯蔵手段とを有する。前記電子回路は、前記ライン電源入力セクションによって前記エネルギ貯蔵手段を介して入力電圧が供給されるランプ電流調整装置であって、高圧ガス放電ランプのランプ電流を利用可能にする前記ランプ電流調整装置も有する。

Philips社製のUHPランプなどの高圧ガス放電ランプは、先行技術から公知である。高圧ガス放電ランプは、例えば、周知のオーバーヘッドプロジェクタに代わって過去数年間にほぼ完全に置き換わった小型のビデオプロジェクタやコンピュータプロジェクタ用の最も重要な光源である。これらのランプの物理特性のために、非常に小型であるが明るい投影システムを製造することが可能になる。小型化によって可能になることの一つとして、特にアクティブディスプレイ素子と光学コンポーネントのコストの大幅な節減をあげることができる。

しかしながら、このような高圧ガス放電ランプは、従来の白熱電球や低圧ガス放電ランプと比較して、いったん消灯した後すぐには再点灯できないという欠点を持つ。この理由は、ランプが消灯された直後の放電容器内に存在する最高200 barという高い動作圧力のために、ガス充填がほぼ完全となり、従って耐絶縁破壊性の絶縁体となるためである。このため、ランプが十分に冷えて内部の圧力が相当に低いレベル（例：5 bar）まで下がるまでは、ランプを再び点灯することができない。再点灯できるようになるまでに要する時間は、ランプの構造と動作条件とに応じて最長で数分かかることがある。

消灯の直後は、単に動作電圧を再印加することによってランプを再点灯することが可能であり、なぜなら、最初は十分な電荷の担体が依然として存在しているためである。しかしながら、電荷担体はわずか約100 μsの後に減衰するため、実際に使用されるプロジェクタにおいてランプを消灯することは、たとえ短時間の消灯であっても避ける必要がある。

プロジェクタのランプには、通常、公益交流ライン電源系統(public a.c. line-supply system)から電源装置を利用して給電される。しかしながら、交流ライン電源系統からのライン電源電圧が短時間中断したり、電圧値が公称値よりも下がることがある。通常は、この種の障害を緩衝回路によって緩和するため、十分に多量のエネルギを貯蔵しておいて必要時に利用できるようにすることのできるエネルギ貯蔵手段が、電源装置において使用される。エネルギ貯蔵手段として考えられるのは、特に、電解コンデンサである。

この種の電源装置を説明するため、図1は、高圧ガス放電ランプに電力を供給するための実際に知られている代表的な電子回路を、ブロック回路図の形式において示している。

この回路は、最初に、ライン電源入力セクション12を有する。このセクションは、整流機能と電圧調整機能とを実行し、公益交流ライン電源系統11に接続されている。交流ライン電源系統11は、この場合には85 V〜264 Vの間の実効値電圧を供給する。ライン電源入力セクション12には、電流調整器の機能を実行するランプ電流調整装置14が接続されている。このランプ電流調整装置14には、この回路によってエネルギが供給される高圧ガス放電ランプ15が接続されている。また、ライン電源入力セクション12とランプ電流調整装置14との間の接続部は、エネルギ貯蔵手段として使用される電解コンデンサ13を介してアースに接続されている。ランプの電圧と電流を測定するための装置（図示されていない）も、ランプ電流の調整を目的としてしばしば設けられる。

ランプ15を動作させるため、ライン電源入力セクション12は、自身に印加されるライン電圧を整流し、整流された電圧を電解コンデンサ13に供給する。通常の環境下では、ライン電源入力セクション12は、その電圧調整機能を使用して、この場合にはエネルギ貯蔵手段13において、例えば、400 Vの平均電圧が確保されるようにする。この電圧は、各場合における公称ライン電圧に依存する。この結果として、電解コンデンサ13は、ランプ電流調整装置14に入力電圧として実質的に一定の電圧を供給する。次いで、ランプ電流調整装置14は、高圧ガス放電ランプ15に、このランプにおいて一定の平均電力が得られるように電流を供給する。交流ランプを動作させるため、ランプ電流調整装置14によって供給される直流を、電流がランプ15に送られる前に交流に変換する変換器（図示されていない）も、ランプ15の上流に接続されている。しかしながら、この変換器は、本発明の機構に関する限りは重要ではない。従って、以下では、一例として直流ランプでの動作のみについて説明されている。

一般に、ランプ電流調整装置14がランプへの電流を維持できるのは、ランプ電流調整装置14への入力電圧が特定の最小レベルU_min以下に降下するまでである。通常、この最小レベルU_minは、この場合にはランプ電圧と、ランプ電流調整装置14の基本回路とに依存し、前者は、ランプの使用時間が長くなるに従って高くなる。いわゆるバックコンバータの場合には、最小許容入力電圧は、ランプ電圧とほぼ同じである。エネルギ貯蔵手段13がこのレベルまで放電すると、ただちにランプが消える。従って、できるだけ長い緩衝時間を得るためには、大型の貯蔵コンデンサ13を使用するか、または、ライン電圧の降下が始まったときに利用可能なコンデンサ電圧をできるだけ高くするかのいずれかが必要である。ランプ電流調整装置への最大入力電圧U_maxは、電子回路のコンポーネントに適用される限界と、特に貯蔵コンデンサ13の両端の最大許容電圧に依存する。交流ライン電源系統において通常生じる電圧を調整するときに適用される最大入力電圧U_maxの通常の値は、約400 Vである。

ライン電源が完全に停電する場合、貯蔵コンデンサ13のみがランプ電流調整装置14にエネルギを供給する。その場合、入力電圧U(t)の波形は、次の等式によって与えられる。

この等式において、ηは、ランプ電流調整装置の効率であり、tは、停電が起きてからの経過時間（単位：秒）であり、C_Elcapは、電界コンデンサのサイズ（単位：ファラッド）である。ライン電圧が完全に中断した場合には、時間t_maxの後に、ランプが消える最小電圧U_minに達する。この時間t_maxは、上の等式から次のように計算することができる。

ライン電圧のこの種の中断は、あらゆる電源系統において定期的に起こる。しかしながら、少なくとも先進国においては、このような中断は非常に短い時間に限られ、一般的には20 ms未満である。エネルギ貯蔵手段が20 msの緩衝時間に設計されている場合、ライン電源電圧の中断に起因するランプの消灯は、非常にまれな場合のみになる。

最長で数百ミリ秒続くことのある不足電圧がライン電源系統において起きた場合には、残留レベルP_Resid.の電力もライン電源入力セクションを介して供給され続け、これを考慮する必要がある。ほとんどのプロジェクタは、世界各国で動作するように、すなわち85 V_rms〜264 V_rmsのライン電圧用に設計されており、このため公称電圧230 Vにおいては通常では何ら問題ない。しかしながら、日本や米国などにおける110 Vのライン電源で動作するときには状況が異なる。この場合における不足電圧は、プロジェクタがわずか50 V_rmsにて数百ミリ秒動作することを意味する。電源装置の元の設計が、85 V_rmsにおいて依然として公称電力を供給できる最大入力電流用に設計されている場合、この例における残留電力は、公称電力の約59 %である。

ライン電源入力セクションによって供給される残留電力P_Resid50%を考慮すると、ランプ電流調整装置への入力電圧U_50%(t)の波形は、次の等式から得ることができる。

この等式において、変数U_50%(t)の添え字「50%」は、一例として、ライン電圧が公称電圧の50 %に減少することを表す。不足電圧の場合、ランプが消灯する最小電圧U_minには、時間t_max50%の後に達し、この時間t_maxは、上の等式の変形バージョンから得ることができる。

起こるのがライン電圧の不足電圧のみである場合、交流ライン電源からの残留電力があるため、ライン電源電圧が完全に中断するときよりも緩衝時間は長い。しかしながら、不足電圧は中断よりも相当に長い時間続くことがあるため、中断専用に設計されているコンデンサによって提供される緩衝時間は、不足電圧に対しては長さが不十分なことがある。

既知である必要な緩衝時間と既知の動作データとが与えられると、上に示されている等式から、貯蔵コンデンサ13に必要な最小容量を求めることが可能であり、この答えは、プロジェクタに採用されている通常のサイズである。この場合、回路の設計において、必要な緩衝時間は、特に、統計的に予測されるライン電圧の挙動が与えられたとき、ランプの消灯がめったに起こらないように設定される。

従って、貯蔵コンデンサの本質的な目的は、ランプの消灯を防止することができるように、ライン電源系統におけるライン電源の停電または不足電圧を緩衝回路によって緩和することである。緩衝回路の動作中もランプは公称電力で動作を続けるため、ライン電源電圧の異常にユーザが気づくことはない（このような異常は頻繁に起こるわけではない）。しかしながら、この種の緩衝機能を提供することのできる貯蔵コンデンサは、電源装置において最も大きくかつ最も高価なコンポーネントであり、従って、電源装置の全体的な大きさに重大に影響する。特に、非常に小型の装置の場合、相当な大きさの電解コンデンサは、やっかいな存在である。

従って、高圧ガス放電ランプにエネルギを供給するための電子回路内のエネルギ貯蔵手段は、できる限り小さく維持することは非常に重要であり、それと同時に、電圧が降下する場合にランプが確実に消えないようにする必要がある。

日本の特許出願である
には、コンデンサ電圧を感知し、コンデンサ電圧が降下した場合、ランプ電力を低減させる調整器を作動させることによって、ランプ電力調整システムを拡張することが提案されている。この方法においては、上記の等式に示されているように、たとえ非常に小型のコンデンサを使用しているときにも、ランプが消えることなく長い緩衝時間を得ることが可能である。しかしながら、この手法には、ランプの電力を良好なタイミングで低減できるように、追加の調整要素に十分な迅速さで確実に応答させることにおいて問題がある。この課題を特に難しくしていることは、小型のエネルギ貯蔵手段を使用しているときには、単に電源系統における電力の流れが一定でない結果としてエネルギ貯蔵手段における電圧波形の相当な変動が起こることである。 JP2000−133482

従って、本発明の目的は、高圧ガス放電ランプにエネルギを供給するための、小型のエネルギ貯蔵手段を有する改良された電子回路を提供することである。本発明の具体的な目的は、この種の電子回路において、ライン電圧の降下に対する特に高速な応答を確保し、これによって、ランプの消灯が極めて確実に防止されるようにすることである。

この目的は、本発明によると、一方において、請求項1に詳細に記載されている特徴を有する電子回路によってと、このような回路とこの回路に接続されている高圧ガス放電ランプとを有する照明システムによってと、少なくとも一つのこのような回路を有するプロジェクタによって、達成される。

この目的は、本発明によると、他方において、請求項11に詳細に記載されているステップを有する対応する方法によって達成される。

本発明の基本となる考え方は、適切に設計されているランプ電流調整装置においては、入力電圧が降下したときにランプ電流を自動的に減少させることができ、この場合、この目的のために入力電圧を測定する必要がなく、かつ、減少させるために特殊な調整手段を作動させる必要もない、ことである。このことは、本発明によると、ランプ電流調整装置にトランスコンダクタ(transconductor)の特性を与えることによって達成される。この種のトランスコンダクタは、入力電圧の変化を出力電流における対応する変化に変換して、入力電圧と出力電流との間に正のフィードバック効果を形成することができる。従って、本発明によるランプ電流調整装置は、ランプ電流を、主として習慣的な方法において、すなわち、特に、望ましいランプ電力が得られるように、調整する。この従来の調整は、この場合には相対的にゆっくりと動作し、例えば、10 msごとに作動して制御変数を調整するのみである。さらに、本発明によってランプ電流調整装置に与えられているトランスコンダクタ特性(transconductive property)のため、エネルギ貯蔵手段から引き出される電力は、エネルギ貯蔵手段の電圧が降下するとただちに低減し、この低減は、電力調整手段が何らの動作を実行する必要なく行われる。

本発明による回路の利点は、特に小型のエネルギ貯蔵手段を使用することができると同時に、それでもなお、交流ライン電源系統においてライン電圧が中断するかまたは電圧が降下する場合にランプの短時間での消灯が確実に防止されることである。

本発明による回路のさらなる利点は、この回路が、特に迅速に応答することであるが、その理由は、ランプ電流調整装置への入力電圧の変化が、調整器に起因する遅延なしにランプ電流調整装置の出力に直接影響するためである。

本発明による回路の有利な実施例は、従属請求項の主題を形成している。

一つの好ましい実施例においては、本発明による回路は、ランプ電流調整装置のトランスコンダクタ特性に起因する電流の降下を、限定された範囲内について打ち消すノイズ調整機能をさらに有する。このようにすることにより、変動要因を補正するための手段は、コンデンサからの電圧の自然な変動（単相ライン電源系統では電力の流れが一定でないためにこれは避けられない）が、ランプの電力がたどる曲線に最初は影響しないことを防止する。この目的のため、変動要因を補正するための手段は、エネルギ貯蔵手段における電圧と事前設定されている公称電圧とを比較する、または、ランプの電流と事前設定されている望ましいランプ電流とを比較することができ、必要な場合にはこれらの両方の比較を行うことができる。同時に、変動要因を補正するための手段の効果は、エネルギ貯蔵手段からの電圧の降下を限定された範囲内についてのみ補正することができるように制限されている。

さらに、この種の変動要因を補正するための手段は、トランスコンダクタ特性によってランプ電流が低減される場合に、ランプの電力が最小レベル以下に低下しないための十分な電圧をエネルギ貯蔵手段が依然として供給できる限りは、ランプの電力を最小レベル以下に低下させないことができる。このことは重要である。なぜなら、特に高圧ガス放電ランプの場合、電力の減少に関する下限（これも減少の長さに依存する）が存在するためである。従って、トランスコンダクタ特性と、変動要因を補正するための手段との組み合わせにおいては、たとえ最小ランプ電流においてもランプが減少期間中に消えることのないように、所定の最小ランプ電流に対応するエネルギをエネルギ貯蔵手段ができるだけ長く供給することのできる最小ランプ電流は確保する必要がある。

本発明による電子回路の別の好ましい実施例によると、変動要因を限定的に補正するための前記手段は、マイクロコントローラ用のプログラムとして実施されている。

本発明の上記およびその他の観点は、以下に説明されている実施例を参照することによって明らかに解明されるであろう。

図1は、先行技術に関連してすでに説明されている。

本発明の第一実施例は、ランプ電流調整装置14が、トランスコンダクタ特性を持つバックコンバータを有する、図1の電子回路を構築することによって提供される。

図2は、第一実施例のバックコンバータの線図である。

バックコンバータにおいては、駆動装置A1によって制御されるパワートランジスタSが、スイッチとして使用される。トランジスタSは、コイルLを介して、高圧ガス放電ランプHの第一端子に接続されている。ランプHの第二端子は、アースに接続されている。トランジスタSとコイルLの間の接続部は、フリーホイールダイオードDを介して同様にアースに接続されている。ダイオードDの順方向は、この場合、アースからトランジスタSとコイルLの方向である。コイルLとランプHの間の接続部は、コンデンサCを介してアースに接続されている。従って、コンデンサCに印加される電圧は、ランプHの両端の電圧に等しい。交流ランプの場合、バックコンバータから来る直流から交流を生成するインバータ（図示されていない）も、バックコンバータの出力とランプHとの間に接続される。このことは、本発明の動作には関係なく、従って、以下の説明は、直流ランプの例に限定されている。

パワートランジスタSには、入力電圧U₁が印加されている。トランジスタSが駆動装置A1によってオンに切り替えられると、電圧U₁によってコイルLに電流I_Lが流れ、この電流I_Lは、コンデンサCによって平滑化されて、ランプ電流I₂としてランプHに送られる。この場合、ランプHの両端には電圧U₂が印加される。

図示されているバックコンバータは、いわゆる断続的動作において、一定のオンタイムt₁で動作し、本発明によるトランスコンダクタ特性を電力セクションに与えている。

図3に示されている断続的動作の場合、駆動装置A1は、各オンタイムt₁に対してトランジスタSをオンに切り替える。コイルLを流れる電流I_Lは、オンタイムt₁の間は線形的に増大し、その後トランジスタSがオフに切り替えられると、再び線形的に0まで減衰する。このプロセスは、駆動装置A1に設定されている周期Tが経過するたびに繰り返される。バックコンバータに印加される電圧U₁は、この場合、電流が増大するときの勾配と、従って電流I_Lの最大レベルとに反映される。

この配置構成の制御パラメータはオンタイムt₁であり、このパラメータは、駆動装置A1に対して事前設定することができ、最終的に所定の平均ランプ電流を生成する。この場合、周期Tを適切な大きさにすることによって、入力電圧U₁の関数としてのランプ電力の必要な波形を得ることができる。

断続的動作においては、ランプ電流I₂の波形は、次の等式によって与えられる。

従って、図2の電力セクションでは、ゼロポイントがランプ電圧のゼロポイントに常に一致する二次電力曲線が生成される。

従って、図2におけるバックコンバータによって、利用可能な電圧にランプ電流を自動的に一致させることが可能になる。このようにして、図1に示されている貯蔵コンデンサから引き出される電圧は、ライン電圧が中断する場合、または不足電圧が起こる場合に低減される。その結果、たとえ相対的に小型の貯蔵コンデンサ13でも、ライン電圧が降下または停電している期間の間、高い信頼性でランプが消えることなく給電することができる。同時に、自動的な一致によって、電圧の降下に対して非常に迅速に応答することが可能となる。

図4は、本発明の第二実施例の代替のバックコンバータを線図形式で示している。このバックコンバータも、図1の電子回路の構造を形成するランプ電流調整装置内の電力セクションを形成している。

この第二実施例におけるバックコンバータの構造は、図2のバックコンバータの構造と相当程度同じである。従って、図4に示されている回路の個々のコンポーネントは、図2における回路の対応するコンポーネントと同じ参照数字によって識別されている。しかしながら、第二実施例においては、バックコンバータは、断続モードではなく連続モードにおいて動作する。制御は、図2の例の場合のようにオンタイムに関する実質的に一定のパラメータを事前設定することによってではなく、比較器によって実施される。このため、トランジスタSの駆動手段は、図2に示されているものとは形式が異なる。

比較器Kは、駆動を目的として設けられており、この比較器には、一方で基準電流I_refが送られ、他方で、コイルLを流れる現在の電流I_Lが送られる。比較器Kの出力は、トランジスタSを駆動する駆動装置A2に接続されており、駆動装置A2には待ち時間Δtがプログラムされている

図5には、時刻tに対する、この回路によって得られるコイルLを流れる電流I_Lのプロットが示されている。

コイルを流れる電流I_Lが基準値I_refを超えていることを比較器Kが検出すると、駆動装置A2は、待ち時間Δtの後にパワートランジスタSをオフに切り替える。同様に、コイルを流れる電流I_Lが電流限界I_ref以下に低減すると、待ち時間Δtの後に駆動装置A2によって、パワートランジスタSが再びオンに切り替えられる。

比較器によって制御されるバックコンバータの場合、平均ランプ電流I₂に直接影響する制御パラメータは、基準電流I_refである。この場合、待ち時間Δtを適切な値に設定することによって、入力電圧U₁の関数としてのランプ電力の必要な波形を得ることができる。

比較器によって制御される図4のバックコンバータの場合、ランプ電流I₂に対して、次の等式によって与えられる波形が得られる。

設定される電力の曲線は、コンデンサ電圧U₂の線形関数である曲線である。この電力曲線のゼロポイントは、この場合、事前設定される基準電流I_refに依存する。

コイルLの電流の曲線の谷のピークレベルが値0に達するときには、特殊な場合となる。ダイオードDは、電流がさらに負の値に低下することを防止する。この結果として、入力電圧が降下するにつれて、電流は最初のときよりもゆっくりと減少する。この事実は、電力が特定の最小レベル以下に減少しないようにするために都合よく利用することができる。

従って、比較器によって制御されるバックコンバータでは、第一実施例におけるバックコンバータと同じ利点を得ることができる。

図6には、比較器によって制御されるバックコンバータのさらなる実施例が示されており、この実施例によって同じ利点を達成することができる。このバックコンバータの構造は、ダイオードDが電界効果トランジスタS_Dに置き換わっていることを除いて、図4のバックコンバータの構造とまったく同じである。この場合、オン状態において正と負の両方の電流を流すことができるものであるならば、パワートランジスタS_Dの代わりに、別の望ましい切り替え可能手段を使用することもできる。パワートランジスタS_Dは、パワートランジスタSと同様に、駆動装置A2の出力から駆動されるが、この場合、駆動装置A2とトランジスタS_Dのベースとの間にはインバータIVも接続されている。この結果として、第二トランジスタS_Dのスイッチング状態は、常にトランジスタSのスイッチング状態と反対である。この回路は、電圧U₁が印加されている回路の入力端からランプHへと、ランプHから回路の入力端への両方にエネルギを流すことができるため、二象限コンバータ(two-quadrant converter)としても知られている。

図6に示されている回路には、図4に示されている回路と同じ方法でトランスコンダクタ特性を持たせることができる。これを目的として、この場合も、適切な基準電流I_refと適切な待ち時間Δtとが設定される。この配置構成も、ランプ電流が入力電圧に依存するという同じ法則に従う。しかしながら、ダイオードを有する配置構成と異なり、図6における配置構成では、インダクタLの電流が負であってもよい。従って、図6に示されている回路は、特殊な場合ではなく、電流のゼロポイントは、図4の場合に導かれている等式からまったく同様に得られる。

図7には、図6のバックコンバータの場合の、コイルLを流れる電流I_Lの代表的な曲線が示されている。この曲線は、電流I_Lの負の値も存在することを除いて、図5に示されている曲線と同じである。

コンデンサ電圧の不可避の小さな変化のたびごとに、本発明による調整手段によってランプへの電力が不要に変化しないことを達成するためには、コンデンサ電圧の特定の限界以内の変化を打ち消す必要がある。図8と図9は、それぞれ、この目的のために使用することのできる、変動要因を補正するための補足的な手段を示している。

この二つの図には、図1に示されている電子回路と同様に、それぞれのライン電源入力セクション62, 72と、コンデンサ63, 73と、ランプ電流調整装置64, 74と、ランプ65, 75とが含まれている。本発明によると、この場合、ランプ電流調整装置64, 74は、例えば、図2, 4, 6に示されているバックコンバータのうちの一つを使用することによって得られるトランスコンダクタ特性を持つ。

図8においては、変動要因を補足的に補正する目的で、コンデンサ63の両端の電圧がさらに感知される。コンデンサ電圧に対して事前設定されている公称値と実際に検出される電圧値との間の差異が、加算器68によって求められて、調整器66に送られる。調整器66からの出力は、リミッター67に送られる。リミッター67からの出力は、第二加算器69によって事前設定値に加算され、ランプ電流調整装置64を駆動するために使用される。

これと対照的に、図9においては、変動要因の補足的な補正のために検出されるのは、実際のランプ電流である。ランプ電流に対して事前設定されている公称値と実際に検出されたランプ電流との間の差異が、加算器78によって求められ、調整器76に送られる。図8の場合と同様に、調整器76からの出力は、リミッター77に送られる。このリミッター77からの出力も、第二加算器79によって事前設定値に加算され、ランプ電流調整装置74を駆動するために使用される。

従って、変動要因を補正するための図8と図9の手段の間の唯一の違いは、一方では、公称電圧に対するコンデンサ電圧の偏差が加算器68によって求められ、他方では、望ましい電流に対するランプ電流の偏差が加算器78によって求められることである。

いずれの場合にも、加算器68, 78の出力に対応する調整器信号が、それぞれの調整器66, 76において形成される。この場合、電圧の降下が補正されてランプ電流の減少が防止されるように、調整信号がそれぞれのランプ電流調整装置64, 74に作用する必要がある。しかしながら、調整信号のこの効果は、コンデンサ電圧が降下を続けた場合に限界ポイント以降は本発明によってランプ電流の低減が自動的に実行されるように、それぞれのリミッター67, 77によって制限される。従って、変動要因を補正するための、範囲制限されている手段の出力には、ランプ電流調整装置への元の制御信号が、関連する加算器69または79によって重ねられる。

リミッターは、使用される調整器66または76に応じて、調整器66または76の上流に配置することもできる。

図10は、リミッター67または77に実施されている一つの可能な関数を示す。この図は、x軸が調整器66または76からの出力信号の値を表し、Wと記されているy軸がリミッター67または77からの出力信号の値を表すグラフを示している。プロットされている曲線によって示されているように、調整器の出力信号には必ずリミッターの出力信号が対応し、従って、変動要因を補正するための手段の、電流調整手段に対する効果が制限されている。

このグラフにおいては、リミッターの出力信号は、第一の正の値X1までは、調整器の出力信号に比例して相対的に大きな勾配で上昇する。このことは、調整器の出力信号が少し増大すると、リミッターの出力信号が大きく増大することを意味している。値X1と第二の正の値X2の間では、勾配が減少する。この結果、リミッターの出力信号は、この範囲内では調整器の出力信号とほぼ同じ量だけ増大する。値X2から先は、曲線の勾配は最小であり、すなわち、調整器の出力信号が増大してもリミッターの出力信号は実質的にそれ以上は変化しない。

X1と、この第一範囲内の勾配は、単相電源系統における電力の一定でない流れに起因する自然な変動がまだ影響しないように、選択される。X2は、補正されない動作からの切り替わりにおいて安定的な調整挙動が得られるように、選択される。X2より右側の小さい勾配による最小限の効果は、完全な中断時に消灯まで最長の動作時間が得られるように、選択される。

最後に、図11には、期間1秒の間の、ライン電源電圧と、貯蔵コンデンサの両端の電圧と、ランプ電力の例示的な曲線が示されている。上段の実線は、貯蔵コンデンサの両端の電圧U_Elcap（単位：ボルト）であり、下段の実線は、ランプ電力P_Lamp（単位：%）であり、点線の曲線は、ライン電源電圧U_Mainz（単位：ボルト）である。

この場合、公称ライン電源電圧は100 Vであり、これは400 Vのコンデンサ電圧に対応する。この電圧においては、100 %のランプ電力P_Lampが得られる。

0.1秒〜0.4秒の時間範囲においては、公称電圧の変動に適用される限界内でライン電源電圧U_Mainzがわずかに降下している。この降下は、持続時間が相当に長いにもかかわらず、コンデンサ電圧U_Elcapにはまだ影響せず、従って、利用可能なコンデンサ電圧の関数として調整されるランプ電力P_Lampにも影響していない。たとえコンデンサ電圧U_Elcapがわずかに降下しても、変動要因を補正するための補足的な手段によってランプ電流の減少が打ち消されるため、ランプ電力の変動と従ってユーザにとっての不都合が防止される。

続く0.5秒〜0.6秒の時間範囲においては、ライン電源電圧U_Mainzは、その公称値の約50 %まで降下している。ライン電源入力セクション12とコンデンサ63または73は、この100 ms期間中に100 %のランプ電力時の電圧を維持するようには設計されていない。コンデンサ電圧U_Elcapが降下するとただちに、ランプ電流と、従ってランプ電力P_Lampが、本発明に従って低減される。この場合、変動要因を補正するための補足的な手段66〜69または76〜79に起因して、この低減は特定の遅延後に起こり、なぜなら、エネルギ貯蔵手段における自然な電圧変動の範囲を超えるまでについては降下が補正されるためである。低減の大きさは、残りのコンデンサ電圧U_Elcapとトランスコンダクタ特性とによって決まる。これにより、不足電圧の期間の間、ランプ電力P_Lampを確実に維持することができ、ほとんどの場合にこの期間を超えることはない。同時に、ランプ65または75のユーザにとっての不都合は、不可避の最小限に維持される。

最後に、0.8秒の時点で、ライン電源電圧U_Mainzが短時間だけ完全に中断し、この期間の間、コンデンサ電圧U_Elcapはライン電源電圧のほぼ1/4まで降下している。この場合、変動要因を補正するための手段に起因する短い遅延の後、本発明によるトランスコンダクタ特性によって、ランプ電流と、従って図示されているランプ電力P_Lampが、大きく低減される。この場合、ランプ電流は、予測しうる最大時間長の中断時にランプ65, 75の消灯が防止されるようにできる限り大きく低減される。

上述されている方策によって、電界コンデンサの大きさを、一般的な大きさの約1/3に縮小することが可能になる。

上述されている実施例は、様々な方法で変更することができる。

高圧ガス放電ランプに電力を供給するための、先行技術から公知である回路のブロック回路図である。本発明による回路のランプ電流調整装置の電力セクションの第一実施例を示す。図2の電力セクションによって供給される電流の波形を示す。本発明による回路のランプ電流調整装置の電力セクションの第二実施例を示す。図4の電力セクションによって供給される電流の波形を示す。本発明による回路のランプ電流調整装置の電力セクションの第三実施例を示す。図6の電力セクションによって供給される電流の波形を示す。本発明による回路における、変動要因を補正するための追加の手段の第一実施例を示す。本発明による回路における、変動要因を補正するための追加の手段の第二実施例を示す。変動要因を補正するための図8または9の手段に適用される制限の例を示す。本発明による、電源装置におけるライン電圧と、コンデンサ電圧と、ランプ電力の解説用の波形を示す。

符号の説明

11 公益交流ライン電源系統
12 ライン電源入力セクション
13 電解コンデンサ
14 ランプ電流調整装置
15 高圧ガス放電ランプ
62, 72 ライン電源入力セクション
63, 73 コンデンサ
64, 74 ランプ電流調整装置
65, 75 ランプ
66, 76 調整器
67,77 リミッター
68, 69, 78, 79 加算器
S、S_D パワートランジスタ
A1、A2 駆動装置
D フリーホイールダイオード
L コイル
C コンデンサ
H 高圧ガス放電ランプ
K 比較器
IV インバータ
U₁, U₂ 電圧
I_L, I₂ 電流
I_ref 基準電流

Claims

高圧ガス放電ランプにエネルギを供給するための電子回路であって、前記電子回路が、交流ライン電源系統からの交流電圧を受け取って変換するためのライン電源入力セクションと、前記電源入力セクションによって生成されたエネルギを貯蔵するためのエネルギ貯蔵手段と、前記ライン電源入力セクションによって前記エネルギ貯蔵手段を介して入力電圧が供給されるランプ電流調整装置であって、高圧ガス放電ランプのランプ電流を利用可能にする前記ランプ電流調整装置と、を有する前記電子回路において、前記ランプ電流調整装置が、前記高圧ガス放電ランプに供給される前記ランプ電流が入力電圧の降下に起因して自動的に低減されるトランスコンダクタ特性を有する電力セクションを有する、ことを特徴とする、電子回路。
トランスコンダクタ特性を有する前記電力セクションが、制御可能なスイッチング手段を有するバックコンバータを有し、前記バックコンバータが、前記高圧ガス放電ランプの望ましい動作状態用に事前設定されている実質的に一定のオンタイムと、前記スイッチング手段の連続する新たなスイッチオンの間の事前設定周期とによる断続的動作にて動作することを特徴とする、請求項1に記載の電子回路。
トランスコンダクタ特性を提供する目的で、前記電力セクションが、比較器によって制御されるバックコンバータの機能を有し、当該機能のために、前記電力セクションがが、駆動可能なスイッチング手段を有し、前記スイッチング手段が、前記スイッチング手段と前記ランプとの間の接続部を流れる電流が事前設定限界値を超えるたびに、固定の待ち時間の後にオフに切り替わり、かつ、前記スイッチング手段と前記ランプとの間の接続部を流れる電流が事前設定限界値以下に減少するたびに、固定の待ち時間の後にオンに切り替わる、ことを特徴とする、請求項1に記載の電子回路。
比較器によって制御されるバックコンバータの機能を提供する目的で、前記電力セクションが、少なくとも一つのインダクタと、一つのダイオードと、一つのコンデンサとをさらに有し、前記スイッチング手段が、前記インダクタを介してランプに電流を送り、前記ダイオードが、前記インダクタを、前記ダイオードの順方向と反対側のアースに前記スイッチング手段の側において接続しており、かつ、前記コンデンサが、前記インダクタを、前記スイッチング手段から遠い側においてアースに接続している、ことを特徴とする、請求項3に記載の電子回路。
純粋なバックコンバータまたは二象限コンバータの機能を提供する目的で、前記電力セクションが、少なくとも一つのインダクタと、さらなる制御可能なスイッチング手段と、コンデンサとをさらに有し、前記第一の制御可能なスイッチング手段が、前記インダクタを介してランプに電流を送り、前記さらなる制御可能なスイッチング手段が、前記インダクタを、前記スイッチング手段の側においてアースに接続しており、かつ、前記第一の制御可能なスイッチング手段とは逆方向に駆動され、かつ、前記コンデンサが、前記インダクタを、前記スイッチング手段から遠い側においてアースに接続している、ことを特徴とする、請求項3に記載の電子回路。
変動要因の補足的な補正を行うための手段であって、当該手段が、前記エネルギ貯蔵手段の両端の電圧の、事前設定公称値からの偏差を入力信号として受信し、前記エネルギ貯蔵手段の両端の前記電圧の降下が検出された場合、前記手段が、前記ランプ電流調整装置の前記電力セクションの前記トランスコンダクタ特性に起因するランプ電流の降下を、限定された範囲内について打ち消す、前記手段、を特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の電子回路。
変動要因の補足的な補正を行うための手段であって、当該手段が、前記ランプ電流の、望ましい事前設定値からの偏差を入力信号として受信し、前記ランプ電流の降下が検出された場合、前記手段が、前記ランプ電流調整装置の前記電力セクションの前記トランスコンダクタ特性に起因するランプ電流の降下を、限定された範囲内について打ち消す、前記手段、を特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の電子回路。
変動要因の前記補足的な補正を行うための前記手段が、前記ランプ電流調整装置によって供給される前記ランプ電流が事前設定の最小値以下に減少しないための十分な電圧が前記エネルギ貯蔵手段において利用可能である限りは、当該ランプ電流が当該事前設定の最小値以下に減少することを防止する、ことを特徴とする、請求項6または7に記載の電子回路。
変動要因の前記補足的な補正を行うための前記手段が、調整器とリミッターとを有する、ことを特徴とする、請求項6〜8のいずれかに記載の電子回路。
変動要因の少なくとも前記補足的な補正が、マイクロコンピュータ用のプログラムの形式において実施されていることを特徴とする、請求項6〜9のいずれかに記載の電子回路。
請求項1〜10のいずれかに記載の電子回路を有し、かつ、前記ランプ電流調整装置に接続されている高圧ガス放電ランプを有する、照明システム。
高圧ガス放電ランプにエネルギを供給するための、請求項1〜10のいずれかに記載の電子回路を有するプロジェクタ。
高圧ガス放電ランプにエネルギを供給するための方法であって、前記方法が、
a)交流ライン電源系統からの交流電圧をライン電源入力セクションによって受け取って変換するステップと、
b)前記変換された電圧のエネルギをエネルギ貯蔵手段に貯蔵するステップと、
c)前記エネルギ貯蔵手段によってランプ電流調整装置に入力電圧を印加するステップと、
d)前記ランプ電流調整装置によって高圧ガス放電ランプにランプ電流を供給するステップと、
e)前記ランプ電流調整装置への入力電圧が変化する場合、前記供給されるランプ電流を前記ランプ電流調整装置のトランスコンダクタ特性によって変化させるステップと、
を有する、方法。
ステップe)において、前記供給されるランプ電流の前記変化が、限定された範囲内についてノイズ調整手段によって打ち消されることを特徴とする、請求項13に記載の方法。