CN1298196C - 无电极放电灯装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种无电极放电灯装置，具有：无电极放电灯(18)、设在所述无电极放电灯周围附近的励磁线圈(17)、向所述励磁线圈供给适当电力的谐振电路(16)、将多个并联设置的电源的合成输出供给所述谐振电路的高频电源(10)、所述高频电源的驱动电路(12)，构成使所述多个并联设置的电源同步或大致同步地驱动并获得合成输出，可容易地进行无电极放电灯的高频电源电路的设计变更，并可达到降低装置的制作成本及达到高效地控制功率的效果。

Description

无电极放电灯装置

技术领域

本发明涉及适用于隧道照明、桥梁照明及污水杀菌处理用的光化学处理装置等的无电极放电灯装置。

背景技术

无电极放电灯，形成为球状或椭圆形，在玻璃灯泡内封入放电性的稀有气体和水银等的金属蒸汽，同时，由在该放电灯附近卷绕安装励磁线圈的结构构成，所述励磁线圈使用高频电源并产生例如以13.56MHz交替的磁场，利用由该磁场产生的电场来点亮所述放电灯。

也就是说，以往的无电极放电灯装置，由在例如透明或在内壁涂布荧光体的球状的玻璃灯泡内封入隋性气体或金属蒸汽等的放电气体的无电极放电灯、沿该无电极放电灯的球状的外周邻接配置的供给高频功率用的线圈即励磁线圈、与该励磁线圈连接并向所述励磁线圈供给高频功率的高频电源电路、对所述励磁线圈与高频电源电路两者进行匹配并消除反射从而将高频功率高效地向无电极放电灯供给的匹配电路所构成。

该场合，已知作为所述高频电源电路，由向励磁线圈供给高频功率的高频振荡电路和将来自商用电源等的交流电源的交流电压变换为直流电压并向所述高频振荡电路供给的直流电源电路所构成。

而且，通过从所述高频电源电路向励磁线圈流过从数MHz至数百MHz的高频电流，构成为在励磁线圈中产生高频磁场并将高频功率向无电极放电灯供给，在无电极放电灯内产生高频等离子电流并产生紫外线或可视光。

然而，在以往的无电极放电灯中，在从无电极放电灯的点灯开始至稳定点灯的过渡状态中，由于励磁线圈及无电极放电灯等的阻抗时刻发生变化，故与该变化相对应使高频电源电路的输出阻抗的至少一方发生变化，必须对高频电源电路与励磁线圈的双方的阻抗进行匹配。

因此，作为即使所述无电极放电灯中的负荷状态发生变化，也可高效地传递高频功率的无电极放电灯装置，提出过如下的构成，例如构成为，高频功率供给用线圈连接在高频电源的输出端之间，将在玻璃灯泡内封入惰性气体或金属蒸汽等的放电气体的无电极放电灯与所述高频功率供给用线圈邻近地配置，并将第1阻抗匹配电路部连接在所述高频电源与所述高频功率供给用线圈之间，在这样构成的无电极放电灯装置中，在将所述高频电源与第1阻抗匹配电路部之间用同轴电缆连接的同时，进一步将第2阻抗匹配电路部连接配置于该同轴电缆与高频电源之间(日本专利申请特开平6-310291号公报)。

这样构成的无电极放电灯装置，可将同轴电缆用于与特性阻抗匹配，由此，具有在同轴电缆上能获得高的功率传送效率的优点。并且，在所述无电极放电灯装置中，其构成是在无电极放电灯的灯启动时与启动后，使高频电源主开关元件的驱动直流偏压变化并使高频电源的驱动条件变化。

虽然，在以往的无电极放电灯装置中，考虑并联设置多个高频电源(DC-RF功率变换电路)，并设定成将这些多个高频电源的输出进行合成且通过传输线路传递给负荷。这时，在可获得带有所述作用和效果的优点的同时，由于只要开发较小功率容量的功率变换电路就可以，故不仅在开发的难易度及制造成本方面变得有利，并能获得缩短开发周期及降低成本等效果。

但是，在以往的无电极放电灯装置那样使唯一的高频电源的驱动条件变化的场合，及如前所述将设成多个并联的电源的合成输出赋于谐振电路并使高频电源的驱动条件变化的场合中，应考虑的方面不同。例如，在驱动多个并联电源时，驱动电力与电源的并联数成正比地变大，对于这些电源在非同步状态下运转的场合，存在导致合成电路大型化的缺点。也就是说，通过将多个并联设置的高频电源(DC-RF功率变换电路)的输出进行合成，在功率变换效率及成本方面，比从唯一的功率变换电路取得大的输出更为有利，但如以往的那样，由于必须以单一的匹配电路处理大的电力，故存在匹配电路中的电路效率及成本方面变为不利的缺点。

因此，本发明的发明人刻意研究及反复调研的结果，查明了通过由无电极放电灯、设置在所述无电极放电灯周围附近的励磁线圈、向所述励磁线圈供给适当电力的谐振电路、将多个并联设置的电源的合成输出向所述谐振电路供给的高频电源及所述高驱电源的驱动电路构成合成电路，同时，设定成通过使所述多个并联设置的电源同步或大致同步地驱动而获得合成输出，故在合成电路中，可使一方的电源输出形成的磁束用另一方电源输出形成的磁速来抵消，抵消合成电路中使用的磁芯内的磁束，不会在合成电路中产生磁芯损耗，因此，可小型且低成本地制造合成电路。

并且，查明了：在如上所述并联设置的高频电源的作为主开关的驱动电路中的驱动电力，由于与所述电源的并联数成正比的增加，故当使所述主开关进行ON/OFF动作的阈值电源保持一定的状态下增加电源的并联数时，存在所述主开关的驱动电压降低的缺点。因此，通过将直流重叠于所述主开关的驱动电路输出中，可使用较小的驱动电路来适当驱动并联电源。

另外，查明了：在设定成使多个并联设置的DC-RF功率变换电路同步或大致同步地驱动所述高频电源的场合，通过使其构成包含将所述多个并联设置的功率变换电路的输出进行合成的合成电路、调整励磁线圈向无电极放电灯的供电条件的灯体匹配电路、从所述合成电路向所述灯体匹配电路传送电力的传输线路，在所述传输线路的输入侧不设置集中大的电力的匹配电路，可分散地设置较小容量的匹配电路，可达到高频电源的低成本化和传输线路的电力传送效率的高效化。

即，查明了：通过将所述多个并联(N个并联)设置的DC-RF功率变换电路的输出合成阻抗(Zamp-out)相对传输线路的特性阻抗(Zcbl)设定成Zamp-out＝N·Zcbl的关系，可达到所述的高频电源的低成本和传输线路的电力传送效率的高效化。

另外，在以往的一个处理槽中设置了多个无电极放电灯的无电极放电灯装置中，在相对各无电极放电灯的每个高频电源上设置基准时钟电路，其构成为将各时钟信号放大而获得高频大功率信号，或在所需的框架内使1个时钟信号共有化，用1个基准时钟分配至多个高频放大电路，作成可获得高频大功率信号的结构。因此，在前者的结构中，在多个无电极放电灯之间产生电场耦合，存在基准时钟微小的频率误差呈现为放电灯闪烁的缺点。而在后者的结构中，在将基准时钟进行电缆传送时，在各高频电源的受电端产生基准时钟的相位滞迟，在将该信号放大所获得的高频大功率信号分别施加至无电极放电灯的场合，施加在各无电极放电灯上的相位也变得零乱，存在放电灯上产生闪烁的缺点。

查明了：为了克服这样的缺点，对于用于获得分别施加于多个无电极放电灯的高频电源输出的各高频电源，在将所述高频电源分别利用基准时钟所用同轴电缆并联连接于基准时钟发生电路的场合，通过使所述基准时钟用同轴电缆的电缆长度大致一致，可使各高频电源输出的相位大致一致，可防止放电灯的闪烁。

另外，在分别通过基准时钟用同轴电缆将所述各高频电源依次串级连接于基准时钟发生电路的场合，通过将所述基准时钟用同轴电缆的电缆长度设定成使各高频电源的基准输入端子的基准时钟相位或各高频电源输出的相位呈大致一致的状态，可防止放电灯的闪烁。

另外，在1个处理槽中设置了多个无电极放电灯的无电极放电灯装置中，通过根据唯一的基准振荡器产生的振荡器输出，驱动多个高频电源，可防止各放电灯的闪烁，但在将各无电极放电灯的输出光的强度也作成均匀的场合，当在各高频电源中根据基准电压分别决定直流电压时，存在输出光的强度离散的缺点。

因此，查明了：为了克服所述缺点，在对于多个高频电源分别供给直流电压的直流电源上，赋予唯一的外部调光信号，通过构成为一起地决定直流电压，可防止放电灯的输出光强度的离散。该场合，作为成批地决定直流电压的手段，可构成为根据设在处理槽内的光传感器，获得与其受光量及受光强度成正比的直流电压。并且，作为成批地决定直流电压的手段，也可不根据来自外部的信号，而是构成根据在无电极放电灯装置中可检测的电气量，例如任何的高频电源的输出来获得用于决定直流电压的反馈信号。

在以往的无电极放电灯装置中，高频电源由主放大部和驱动它的驱动放大部构成，由于这些主放大部和驱动放大部被作成用图形配线等直接连接的结构，故不仅在高频电源的评价及验证时确认每块的特性的作业变得困难，而且存在每块配置的通融性不足的缺点。

因此，查明了：在所述高频电源中，通过将主放大部和驱动它的驱动部放大部用同轴电缆进行连接，在构成制品时可增加每块配置的自由度、并使每块的特性确认变得容易。并且，在该场合，在多个主放大器的块上上设置分配器，可作成通过同轴将驱动放大部与该分配器连接的结构。另一方面，在驱动放大部的块上设置分配器，也可作成分别通过同轴电缆将多个主放大部与该分配器连接的结构。

另外，作为产生施加于无电极放电灯的高频功率的高频电源，在作成设置多个并联的功率变换电路的结构的场合，为了对这些功率变换电路的并联输出进行合成，设置通过平衡电阻连接合成器的合成电路。另外，为了对所述各功率变换电路的并联输入分配信号，设置通过平衡电阻连接分配器的分配电路。

因此，查明了：在所述高频电源中，在任何的功率变换电路的输出端断开、短路或无信号时，通过将合成所述各功率变换电路的并联输出的合成电路的平衡电阻设定成在剩下的功率变换电路的输出端不能耐受的额定功率的电阻，可适当防止高频电源的高频功率大幅度降低状态下无电极放电灯装置的运转。

同样地，在所述高频电源中，在任何的功率变换电路的输出端断开、短路或无信号时，可将所述各功率变换电路的并联输入进行分配的分配电路的平衡电阻设定成在剩下的功率变换电路的输出端不能耐受的额定功率的电阻。而且，该场合，所述分配电路和合成电路，通过在并联连接的功率变换电路的延长处或等距离地配置分配器和合成器，可减轻因合成器输入的相位偏差引起的对合成器输出的不良影响。

另外，作为所述高频电源，在使用多个并联设置的功率变换电路并将合成器设置成多级进行功率合成的场合，必须在合成器间设置阻抗变换电路并进行适当的阻抗变换，这时存在因元件的离散引起产生合成器损耗及因最终合成后的变换中的电力集中引起的温度上升等需谋求对策的问题。

因此，查明了：将入/4传输线路用于合成器进行功率合成后的阻抗变换，利用将各功率变换电路每2个并联的合成电路进行功率合成，通过变换成向无电极放电灯传输的传送电缆的特性阻抗，可降低元件成本和减少合成器损耗，并可降低功率变换电路的并联电路间的变换偏差。

另外，作为所述高频电源，在使用多个并联设置的功率变换电路并利用合成电路合成功率时，当在各功率变换电路的输出存在相位变化等时，由于合成器损耗增大，故将各功率变换电路的元件配置以接近1列的形式且以相同的配置进行并联，但由于这时作为串联谐振滤波器部的电感器的线圈成为横向排列，在谋求缩小安装面积而小型化时，存在所述线圈间隔狭窄、引起相互干扰、需要再研究滤波器常数问题。

因此，查明了：由场效应晶体管FET和E级动作所用的LC串联谐振滤波器部构成所述各功率变换电路，并将作为所述滤波器部的电感器的线圈，通过相对并联配置的场效应晶体管FET分别倾斜且平行地配置，可减少相互干扰、达到高密度地配置元件的效果。

再者，查明了：当作为负荷的无电极放电灯的阻抗变化时，由于与高频电源的输出阻抗产生不匹配，故需检测高频电源输出的相位角、使高频电源的频率变化并与负荷的阻抗匹配，同时用仅使频率可变并使阻抗匹配，由于输出电力变动，故通过检测高频电源的输出功率并将高频电源的电源电压设定成可变，可达到输出功率的恒定和进行高效率的控制。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种无电极放电灯装置，在可容易地进行无电极放电灯的高频电源电路的设计变更的同时，可降低装置的制造成本及进行功率的高效率的控制。

为了达到上述目的，本发明的无电极放电灯装置，具有：无电极放电灯、设在所述无电极放电灯周围附近的励磁线圈、向所述励磁线圈供给适当电力的谐振电路、将多个并联设置的电源的合成输出供给所述谐振电路的高频电源、所述高频电源的驱动电路；构成为可将所述多个并联设置的电源同步或大致同步地驱动并获得合成输出。

该场合，可作成设置将直流重叠于所述高频电源的驱动电路的输出的直流重叠电路的结构。而且，在所述直流重叠电路中，也可作成可调整直流的结构。

另外，所述直流重叠电路中作成利用对所述高频电源的驱动电路输出进行半波整流后的平均电压的结构。

另外，所述无电极放电灯装置其构成为具有：无电极放电灯、设置在所述无电极放电灯周围附近的励磁线圈、调整所述励磁线圈向所述无电极放电灯的供电条件的灯体匹配电路、多个并联设置并设定成同步或大致同步地动作的DC-RF功率变换电路、将所述多个并联设置的功率变换电路的输出进行合成的合成电路、从所述合成电路向所述灯体匹配电路传送电力的传输线路。

该场合，可将所述多个并联(N个并联)设置的DC-RF功率变换电路的输出合成阻抗(Zamp-out)相对传输线路的特性阻抗(Zcbl)设定成Zamp-out＝N·Zcbl的关系。

本发明的无电极放电灯装置，具有由多个无电极放电灯、分别设在所述各无电极放电灯周围附近的励磁线圈、分别向所述各励磁线圈供给适当电力的匹配电路构成的多个无电极放电灯单元；

设置将应向所述各无电极放电灯供给高频功率的基准时钟信号从外部输入并放大输出、通过同轴电缆与所述各无电极放电灯单元连接的高频电源，和对所述各高频电源产生唯一的基准时钟信号并通过基准时钟用同轴电缆并联连接于所述各高频电源的基准时钟发生电路；

可构成为使分别连接所述基准时钟发生电路与所述各高频电源的基准时钟用同轴电缆的电缆长度大致一致。

在所述无电极放电灯装置中，设置对所述各高频电源产生唯一的基准时钟信号并分别通过基准时钟用同轴电缆串级连接所述各高频电源而构成的基准时钟发生电路；

所述各高频电源上所连接的基准时钟用同轴电缆，也可设定成使各高频电源的基准时钟输入端子的基准时钟相位或各高频电源输出的相位大致一致的电缆长度。

作为替代的方案，所述无电极电灯装置由在1个处理槽中设有多个无电极放电灯的杀菌装置构成，所述处理槽具有由多个无电极放电灯、分别设置在所述各无电极放电灯周围附近的励磁线圈、分别向所述各励磁线圈供给适当电力的匹配电路构成的多个无电极放电灯单元；

设置将高频功率分别向所述各无电极放电灯单元供给的高频电源和对这些高频电源分别供给直流电压的直流电源；

可作成将唯一的外部调光信号赋予所述各直流电源并一起地决定直流电压的结构。

该场合，在所述直流电源上设定根据在无电极放电灯装置中可检测出的电气量用于决定直流电压的反馈信号，并可构成为一起地决定直流电压。

本发明的无电极放电灯装置，具有：无电极放电灯、向所述无电极放电灯供给高频功率的励磁线圈、产生所述高频功率的高频电源、所述高频电源的驱动电路、将所述高频电源的高频功率向所述励磁线圈输出的输出电路；

所述高频电源可构成用同轴电缆连接主放大部和驱动它的驱动放大部。

该场合，上述高频电源，在多个主放大部的块上设置分配器，并作成通过同轴电缆将驱动放大部与该分配器连接的结构，或在驱动放大部的块上设置分配器，并可作成分别通过同轴电缆将多个主放大部与该分配器连接的结构。

本发明的一种无电极放电灯装置，它包括：无电极放电灯、向所述无电极放电灯供给高频功率的励磁线圈、产生所述高频功率的由多个并联设置的功率变换电路构成的高频电源、所述高频电源的驱动电路、将所述高频电源的高频功率向所述励磁线圈输出的输出电路；使多个并联设置的功率变换电路构成的高频电源同步或大致同步地驱动；设置由将所述各功率变换电路的并联输出进行合成的平衡电阻和合成器构成的合成电路；将所述合成电路的平衡电阻设定成在任何功率变换电路的输出端断开、短路或无信号时，剩下的功率变换电路的输出端为不能耐受的额定功率的电阻。

另外，在所述的无电极放电灯装置中，设置由分配所述各功率变换电路的并联输入的分配器和平衡电阻构成的分配电路；

可构成将所述分配电路的平衡电阻设定成，在任何的功率变换电路的输出端断开、短路或无信号时在剩下的功率变换电路的输出端不能耐受的额定功率的电阻。该场合，所述分配电路和合成电路只要在并联连接的功率变换电路的延长处或等距离地配置分配器和合成器即可。

本发明的一种无电极放电灯装置，它包括：无电极放电灯、向所述无电极放电灯供给高频功率的励磁线圈、产生所述高频功率的由多个并联设置的功率变换电路构成的高频电源、所述高频电源的驱动电路、将所述高频电源的高频功率向所述励磁线圈输出的输出电路；使多个并联设置的功率变换电路构成的高频电源同步或大致同步地驱动；将所述各功率变换电路的并联输出进行合成的合成器设成多级，并构成通过由λ/4传输线路构成的阻抗变换电路把输出合成阻抗变换成与向无电极放电灯进行传送的传送电缆的特性阻抗一致。

另外，本发明的无电极放电灯装置，具有：无电极放电灯、向所述无电极放电灯供给高频功率的励磁线圈、产生所述高频功率的由多个并联设置的功率变换电路构成的高频电源、所述高频电源的驱动电路、将所述高频电源的高频功率向所述励磁线圈输出的输出电路；

由场效应晶体管FET和E级动作所用的LC串联谐振滤波器部构成所述各功率变换电路，将作为所述滤波器的电感器的线圈相对并联配置的场效应晶体管FET分别倾斜且平行地配置。

并且，本发明的无电极放电灯装置，具有：无电极放电灯、向所述无电极放电灯供给高频功率的励磁线圈、产生所述高频功率的高频电源、所述高频电源的驱动电路、将所述高频电源的高频功率向所述励磁线圈输出的输出电路；

构成为能检测出高频电源输出的相位角并将高频电源的频率设定成可变，并构成为能检测高频电源的输出功率并将高频电源的电源电压设定成可变。

附图说明

图1是表示本发明的无电极放电灯装置第1实施例结构例的概略电路构成图。

图2是表示对于图1所示的无电极放电灯装置的高频电源的合成电路的动作状态的概略说明图。

图3(a)是表示图1所示的无电极放电灯装置的高频电源的驱动电路结构例的概略电路结构图，图3(b)、图3(c)是图3(a)所示的驱动电路的动作波形图。

图4是表示本发明的无电极放电灯装置的第2实施例的另一结构例的概略电路结构图。

图5是表示图4所示的无电极放电灯装置的高频电源电路结构例的概略电路结构图。

图6是表示本发明的无电极放电灯装置的第3实施例结构例的概略电路结构图。

图7是表示图6所示的无电极放电灯装置的第3实施例的变形结构例的概略电路结构图。

图8是表示本发明的无电极放电灯装置的第4实施例结构例的概略结构图。

图9是表示图8所示的无电极放电灯装置的第4实施例的变形结构例的概略电路结构图。

图10(a)是表示本发明的无电极放电灯装置的第5实施例结构例的概略电路结构图。图10(b)是表示图10(a)所示的无电极放电灯装置的第5实施例的另一结构例的概略电路结构图，图10(c)是表示图10(a)所示的无电极放电灯装置的第5实施例的又一结构例的概略电路结构图。

图11是表示本发明的无电极放电灯装置的第6实施例结构例的概略电路结构图。

图12(a)是表示本发明的无电极放电灯装置的第7实施例结构例的概略电路结构图。图12(b)是表示图12(a)所示的无电极放电灯装置的第7实施例另一结构例的概略电路结构图。

图13是表示本发明的无电极放电灯装置的第8实施例结构例的概略电路结构图。

图14是表示本发明的无电极放电灯装置的第9实施例结构例的概略电路结构图。

具体实施方式

下面，参见附图详细说明本发明的无电极放电灯装置的实施例。

(实施例1)

图1是表示本发明的无电极放电灯装置第1实施例的结构例的概略结构图。图1中，标号10表示高频电源，由1对并联连接的高频放大电路11A、11B构成。另外，标号12表示驱动高频电源10的驱动电路，标号14表示将从高频电源10输出的高频输出合成的合成电路，标号16表示输出电路(谐振电路或匹配电路)，在使高频电源10的高频输出适当动作的同时调整适合于作为负荷的无电极放电灯18的电气条件并使励激线圈17励磁。

在本实施例中，通过构成高频电源10使并联连接一对高频放大电路11A、11B而获得它们的合成输出，从而成为可提高对负荷即无电极放电灯18的供电能力的结构。这样，在驱动多个高频放大电路的场合，与放大电路的并联数成正比地使驱动功率变大，并且它们在非同步状态下运转时，就导致合成电路14的大型化。因此，在本实施例中，其特征是构成为，使作为多个并联设置的高频电源10的放大电路11A、11B同步或大致同步地进行驱动，并获得合成输出(参见图2)。也就是说，通过将多个同步的高频输出进行合成，在合成电路14中，可使一方的高频输出形成的磁通φ1与另一方的高频输入形成的磁通φ2相抵消，因此用于合成电路14中的磁芯内的磁通被抵消，就可理想地抵消在合成电路14中的磁芯损耗。因此，能小型、低成本地制造合成电路14。

图3(a)表示对于本发明的无电极放电灯装置的高频电源10的驱动电路12的电路结构。如前所述，在作为并联设置的高频电源的主开关的驱动电路12中的驱动电力，由于与构成所述电源的放大电路的并联数成正比地增加，故当在使所述主开关进行ON/OFF(通/断)动作的阈值电源(商用电源20)保持一定而使放大电路的并联数增加时，所述主开关的驱动电压就降低。因此，在本实施例中，其特点是，构成能将直流重叠至驱动电路12的输出中。也就是说，在图3(a)所示的驱动电路12中，将阈值电源(商用电源20)Vth作成保持一定(参见图3(b))，通过由直流电源电路重叠直流(Vdc)(参见图3(c))，可适当驱动并联放大电路11A、11B。

在图3(a)所示的驱动电路12中，对来自商用电源20的交流输出利用二极管进行半波整流而获得直流电压，该直流电压利用由电阻R1、R2构成的分压电路进行分压，就可向后级并联放大电路11A、11B一起提供重叠相等直流电压的驱动信号。另外，电阻的R1、R2设成足够大的电阻值，若使所述电阻R2与具有比电阻R2足够小的电抗的电容器C并联连接，可通过电容器C将交流驱动信号供给并联放大电路11A、11B，使对交流电阻R1、R2不存在，并可使直流偏压与该驱动信号重叠。因此，利用这样的结构，利用较小容量且成本低的驱动电路12就可适当驱动并联放大电路11A、11B。且，通过将可变电阻用作电阻R1和电阻R1、R2，获得可成批地适当调整直流重叠量等的优点。

(实施例2)

图4和图5分别是表示本发明无电极放电灯装置的第2实施例的结构例的概略结构图。在图4和图5中，本实施例的无电极放电灯装置的基本结构与上述第1实施例的结构相同。因此，对与图1所示的构成要素相同的构成要素附加相同的标号，并省略其详细说明。

在图4中，构成为并联连接的放大电路11A、11B构成的高频电源10的输出功率用合成电路14进行合成，将该合成输出通过传输线路22供给使无电极放电灯18的励磁线圈17励磁的灯体匹配电路16A。该场合，其特点是，作为所述高频电源10，并联连接的放大电路11A、11B用同步或大致同步动作的DC-RF功率变换电路构成。也就是说，利用并联连接的所述DC-RF功率变换电路可作成获得较大功率的结构，并且在同轴电缆等的传输线路22的输入侧不设置集中大功率的匹配电路，可将较小容量的匹配电路分散，从而达到高频电源的低成本化和传输线路的功率传输效率的高效化。

再说，使用大功率的匹配电路，在成本和效率方面是不利的，但使用大功率的合成电路，在成本和效率方面却没有太多不利。究其原因，是由于构成匹配电路的电感器，将通过功率蓄存为无功功率，在蓄存的无功功率释放时产生功率损耗的缘故。与此相反，用于合成电路的电感器，可构成抵消无功功率。因此，在本实施例中，通过对利用同步或大致同步动作的DC-RF功率变换电路所获得的输出进行合成，可理想地获得不会产生功率损耗的无电极放电灯装置。

另外，在本实施例的无电极放电灯装置中，通过将设置成多个并联(N个并联)后的DC-RF功率变换电路的输出合成阻抗Zamp-out相对传输线路22的特性阻抗Zcbl设定为Zamp-out＝N·Zcbl，能达到高频电源的低成本化和传输线路的功率传送效率的高效化。也就是说，在图示例中，若传输线路22的特性阻抗Zcbl设为50Ω，在N＝2的场合，输出合成阻抗Zamp-out就成为100Ω。通过这样的构成，在传输线路22的输入侧不设置集中大功率的匹配电路，可将较小容量的匹配电路分散地设置，可达到高频电源的低成本化和传输线路的功率传输效率的高效化。

另外，图5是将Dc-RF功率变换电路并联设置作为高频电源的无电极放电灯装置的概略电路结构图。即，在本实施例的电路结构中，是将E级1管式DC-RF功率变换电路并联地连接配置。而且，通过使这些DC-RF功率变换电路同步或大致同步地动作，可使在合成电路14中的功率损耗减小。并且，由于使合成电路14的输出与传输线路(同轴电缆)22的特性阻抗一致，故可在传输线路(同轴电缆)22的输入侧不设置集中大功率的匹配电路，而将较小容量的匹配电路分散地设置。因此，可达到高频电源的低成本化和传输线路的功率传送效率的高效化。

(实施例3)

图6和图7是分别表示本发明的无电极放电灯装置的第3实施例的结构例的概略结构图。在图6和图7中，本实施例的无电极放电灯装置的基本结构，与上述图1所示的第1实施例的结构相同。因此，对与图1所示的结构要素相同的结构要素标上相同的标号，并省略其详细说明。

在图6中，对于为在多个无电极放电灯18a、18b、18c上分别获得所施加的高频电源10的输出而并联连接的放大电路11a、11b、11c，其构成是分别利用基准时钟用同轴电缆23A、23B、23C与共同的基准时钟发生电路13并联连接。该场合，通过将所述基准块用同轴电缆23A、23B、23C的电缆长度作成大致一致，使各放大电路11A、11B、11C的输出相位大致一致，可构成防止各无电极放电灯18a、18b、18c闪烁的结构。

再说，在以往，在例如在1个处理槽中设置多个无电极放电灯的无电极放电灯装置中，其构成为在对各无电极放电灯的每个高频电源设置基准时钟电路，分别将时钟信号放大并获得高频大功率信号，或在所需的框架内共用1个时钟信号，利用1个基准时钟分配至多个高频放大电路，作成可获得高频大功率信号的结构。因此，在前者的结构中，在多个无电极放电灯之间产生电场耦合，存在基准时钟的微小频率误差呈现放电灯闪烁的缺点，并且在后者的结构中，在电缆传送基准时钟中，在各高频电源的受电端产生基准时钟的相位滞迟，在将该信号放大所获得的高频大功率信号分别施加至无电极放电灯时，施加至各无电极放电灯的功率相位也变得零乱，存在在放电灯上产生闪烁的缺点。因此，在本实施例中，如图6所示，通过使放大电路11a、11b、11c分别与基准时钟发生电路13并联连接的基准时钟用同轴电缆23A、23B、23C的电缆长度大致一致，可使各放大电路11a、11b、11c的输出相位大致一致，防止放电灯18a、18b、18c的闪烁。

且，在图7中，构成为对用于在多个无电极放电灯18a、18b、18c上获得分别施加的高频电源10的输出的放大电路11a、11b、11c，分别用基准时钟用同轴电缆23a、23b、23c与共同的基准时钟发生电路13级连。该场合，通过使所述基准时钟用同轴电缆23a、23b、23c的电缆长度、各放大电路11a、11b、11c的基准时钟的输入端子的基准时钟相位、或放大后的各放大电路11a、11b、11c的输出功率的相位大致一致，就使各放大电路11a、11b、11c的基准时钟输入波形成为同相位，作成可防止各无电极放电灯18a、18b、18c闪烁的结构。

这样，通过基准时钟用同轴电缆23a、23b、23c将多个放大电路11a、11b、11c与基准时钟发生电路13级连时，由于在各放大电路上设置波形成形电路等，故在从基准时钟的输入端子至基准时钟的输出端子的基准时钟上产生延迟，在各放大电路的输出波形相位上产生差异。因此，在本实施例中，如图7所示，在各放大电路11a、11b、11c内部的基准时钟附加延迟时间，通过将各基准时钟用同轴电缆23a、23b、23c的电缆长度选定成使基准时钟的各输入波形为同相位，可防止放电灯18a、18b、18c的闪烁。

(实施例4)

图8和图9是分别表示本发明的无电极放电灯装置第4实施例的结构例的概略结构图。在图8和图9中，本实施例的无电极放电灯装置的基本结构与上述图1所示的第1实施例的结构相同。因此，对与图1所示的结构要素相同的结构要素标上相同的标号，并省略其详细说明。

在图8中，在1个处理槽30中，具有无电极放电灯、设在所述无电极放电灯周围附近的励磁线圈、向所述各励磁线圈供给适当电力的匹配电路的无电极放电灯单元19A、19B的杀菌装置中，其特点是，构成为设有分别将高频功率供给至所述各无电极放电灯单元19A、19B的作为高频电源的各放大电路11A、11B及分别将直流电压供给至这些放大电路11A、11B的直流电源15A、15B，将唯一的外部调光信号24提供至所述各直流电源15A、15B从而成批地决定直流电压。

也就是说，在1个处理槽中设置由多个无电极放电灯构成的无电极放电灯单元的无电极放电灯装置中，通过根据唯一的基准振荡器产生的振荡器输出，驱动由多个放大电路构成的高频电源，可防止各放电灯的闪烁，但在将各无电极放电灯的输出光的强度也作成均匀的场合，当在各放大电路中根据基准电压来决定各直流电压时，存在输出光的强度离散的缺点。因此，在本实施例中，如图8所示，通过构成为将唯一的外部调光信号24提供至分别向各放大电路11A、11B供给直流电压的直流电源15A、15B，从而一起地决定直流电压，可防止放电灯输出光强的离散。该场合中，作为一起决定直流电压的手段，根据设在处理槽内的光传感器，可构成为以获得与其受光量及受光强度成正比的直流电压。

另外，在图9中，其特点是构成为在上述各直流电源15A、15B中，设定根据在无电极放电灯装置中可检测的电气量用于决定直流电压的反馈信号，从而一起决定直流电压。也就是说，在本实施例中，构成为作为一起地决定各直流电源15A、15B的直流电压的手段，不利用来自外部的信号，对在无电极放电灯装置中可检测的电气量，例如将任一个的放大电路11B的输出通过高频检测-直流变换电路25进行检测并进行直流变换，经误差放大器26放大而可获得用于决定直流电压的反馈信号。利用这样的结构，也能防止放电灯的输出光的强度的离散。

(实施例5)

图10(a)～图10(c)是分别表示本发明的无电极电灯装置第5实施例的结构例的概略结构图。在图10(a)～图10(C)中，本实施例的无电极放电灯装置的基本结构，与上述图1所示的第1实施例的结构相同。因此，对与图1所示的结构要素相同的结构要素标上相同的标号，并省略其详细说明。

在图10(a)中，其特点是，将作为产生高频功率的高频电源10的主放大部11与构成其驱动电路的驱动放大部12用同轴电缆27进行连接。也就是说，在以往的无电极放电灯装置中，由主放大部和驱动它的驱动放大部构成的高频电源，由于作成将所述主放大部和驱动放大部利用图形布线等直接进行连接，故在高频电源的评价和验证时不仅对每一块的特性进行确认的作业变得困难，而且存在每块的配置通融性不足等的缺点。因此，在本实施例中，如图10(a)所示，通过利用同轴电缆27连接主放大部11和驱动它的驱动放大部12，可增加在产品构成时每块配置的自由度并使每块的特性确认作业变得容易。

且，在将多个主放大部11A、11B并联连接的场合，如图10(b)所示，可构成为在主放大部11A、11B的块上设置分配器21，通过同轴电缆27将驱动放大部12连接于该分配器21。并且，如图10(c)所示，可构成为将分配器21设置于驱动放大部12的块中，分别通过同轴电缆27a、27b将多个主放大部11A、11B与该分配器21连接。

(实施例6)

图11是表示本发明无电极放电灯装置的第6实施例的结构例的概略结构图。在图11中，本实施例的无电极放电灯装置的基本结构，与上述图1所示的第1实施例的结构相同。因此，对与图1所示的结构要素相同的结构要素标上相同的标号，并省略其详细说明。

在本实施例中，在利用多个并联设置的功率变换电路11A、11B构成高频电源的场合，构成为设置由将所述各功率变换电路11A、11B的并联输出合成的平衡电阻R14和合成器14构成的合成电路，将所述合成电路的平衡电阻R14设定成在任何的功率变换电路11A或11B的输出端断开、短路或无信号时，剩下的功率变换电路11B或11A的输出端成为不能耐受的额定功率的电阻。并且，作为替代的方案，可构成为设置由对所述各功率变换电路11A、11B的并联输入进行分配的分配器21和平衡电阻R21构成的分配电路，将所述分配电路的平衡电阻R21设定成在任何的功率变换电路11A或11B的输出端断开、短路或无信号时，剩下的功率变换电路11B或11A的输出端不能耐受的额定功率的电阻。

如上所述，通过将合成电路和分配电路的平衡电阻设定成在任何的功率变换电路的输出端断开、短路或无信号时，剩下的功率变换电路的输出端不能耐受的额定功率的电阻，在所述任何的功率变换电路的异常状态下，可防止剩下的功率变换电路引起无电极放电灯装置运转。另外，在该场合，所述分配电路和合成电路，通过在并联连接的功率变换电路的延长处或等距离地配置分配器和合成器，可减轻因合成器输入的相位偏差引起的对合成器输出的不良影响。

(实施例7)

图12的(a)、(b)是表示本发明的无电极放电灯装置第7实施例的结构例的概略结构图。在图12的(a)、(b)中，本实施例的无电极放电灯装置的基本结构，与上述图1所示的第1实施例的结构相同。因此，对与图1所示的结构要素相同的结构要素标上相同的标号，并省略其详细的说明。

在本实施例中，如图12(a)、(b)所示，其构成是在利用多个并列设置的功率变换电路11a、11b、11c、11d构成高频电源10的场合，将所述各功率变换电路11a、11b、11c、11d的并联输出进行合成的合成器14a、14b和14c设成多级，同时，通过由λ/4传输线路构成的阻抗变换电路28a、28b和28c变换成向无电极放电灯传输的传输电缆的特性阻抗。这样，在使用多个并联设置的功率变换电路11a、11b、11c、11d作为高频电源10，并将合成器14a、14b和14c设成多级进行电力合成时，通过在合成器间设置阻抗变换电路28a、28b和28c而进行适当的阻抗变换，可降低零件成本及减少合成器损耗，并可减少放大电路的并联电路间的变换偏差。

也就是说，在图12(a)所示的电路结构中，通过将合成器14a、14b与并联设置的功率变换电路11a、11b和11c、11d进行连接，各合成器的输出阻抗例如从50Ω减少至25Ω。因此，当将阻抗变换电路28a、28b与各合成器14a、14b连接时，其输出阻抗可从25Ω增加至100Ω。而且，通过将合成器14c与所述阻抗变换电路28a、28b进行连接，可使其输出阻抗与向无电极放电灯进行传输的传输电缆的特性阻抗(50Ω)相一致。

另外，在图12(b)所示的电路结构中，通过将合成器14a、14b与并联设置的功率变换电路11a、11b和11c、11d进行连接，各合成器的输出阻抗例如从50Ω减少至25Ω。另外，通过将合成器14c与各合成器14a、14b进行连接，可将其输出阻抗从25Ω减少至12.5Ω。因此，在阻抗变换电路28c与合成器14c连接时，其输出阻抗可从12.5Ω增加至50Ω。因此，可使该输出阻抗与向无电极放电灯进行传输的传输电缆的特性阻抗(50Ω)相一致。

(实施例8)

图13是表示本发明无电极放电灯装置第8实施例的结构例的概略结构图。在图13中，本实施例的无电极放电灯装置的基本结构与上述第1实施例的结构相同。因此，对与图1所示的结构要素相同的结构要素标上相同的标号，并省略其详细的说明。

在本实施例中，可构成为在利用多个并联设置的功率变换电路11a、11b、11c构成高频电源的场合，由场效应晶体管FET和E级动作用的LC串联谐振滤波器构成各功率变换电路11a、11b、11c，并使所述滤波器部的作为电感器的线圈L相对并联配置的场效应晶体管FET分别倾斜且平行的配置。

也就是说，作为所述高频电源，在使用多个并联设置的功率变换电路并利用合成电路进行功率合成时，当在各功率变换电路的输出中存在相位变化等时，由于合成器损耗增大，各功率变换电路的元件配置为近似1列的形状，并以相同的配置并联，但由于在该场合作为LC串联谐振滤波器部的电感器的线圈成为横向排列，故在试图使安装面积缩小而达到小型化时，必须再研究所述线圈间隔变狭、相互间干扰及作为滤波器的常数等问题。因此，在本实施例中，如图13所示，由场效应晶体管FET和E级动作用的LC串联谐振滤波器构成所述各功率变换电路11a、11b、11c，并通过将作为所述滤波器部的电感器的线圈L相对并联配置的场效应晶体管FET分别倾斜且平行地进行配置，可达到减少相互干扰、进行高密度的元件配置的效果。

(实施例9)

图14是表示本发明无电极的放电灯装置第9实施例的概略结构图。在图14中，本实施例的无电极放电灯装置的基本结构，与上述图1所示的第1实施例的结构相同。因此对与图1所示的结构要素相同的结构要素标上相同的标号，并省略其详细的说明。

在本实施例中，构成为能检测出高频电源输出的相位角、能可变地设定高频电源的频率，并构成能检测出高频电源的输出功率、能可变地设定高频电源的电源电压。也就是说，当作为负荷的无电极放电灯18的阻抗变化时，由于产生与高频电源10的输出阻抗不匹配，故利用相位角检测传感器32检测高频电源输出的相位角，通过控制部44使高频电源10的频率变化而与负荷的阻抗相匹配，同时仅变化频率而使阻抗匹配，由于输出功率变动，利用功率检测传感器33检测出高频电源的输出功率，并通过控制部44对高频电源10的电源电压可变地进行设定，可达到输出功率恒定化和高效率的控制。另外，在图14中，标号11表示功率变换电路，标号15表示直流电源。

以上，虽然说明了本发明的较佳实施例，但本发明不限定于所述各实施例，在不脱离本发明精神的范围内可作很多设计变换。

从上述实施例可以清楚，根据本发明的无电极放电灯装置具有：无电极放电灯、设在所述无电极放电灯的周围附近的励磁线圈、向所述励磁线圈供给适当电力的谐振电路、将多个并联设置的电源的合成输出供给所述谐振电路的高频电源、所述高频电源的驱动电路，在该装置中，通过构成为可使所述多个并联设置的电源同步或大致同步地驱动并获得合成输出，因而在合成电路中，可使一方的高频输出形成的磁束以另一方的高频输出形成的磁束来抵消，由此，用于合成电路的磁芯内的磁束被抵消，就可理想地抵消在合成电路中的磁芯损耗，可小型且低成本地制造合成电路。

另外，在本发明的无电极放电灯装置中，构成为具有由多个无电极放电灯、分别设置在所述各无电极放电灯的周围附近的励磁线圈、分别向所述各励磁线圈供给适当电力的匹配电路构成的多个无电极放电灯单元，将应向所述各无电极放电灯单元供给高频功率的基准时钟信号从外部输入并放大输出，设置通过同轴电缆与所述各无电极放电灯单元连接的高频电源及相对所述各高频电源产生唯一的基准时钟信号并通过基准时钟用同轴电缆与所述各高频电源并联连接的基准时钟发生电路，通过使将所述基准时钟发生电路与所述各高频电源分别连接的基准时钟用同轴电缆的电缆长度作成大致一致，可使各高频电源的输出相位大致一致，从而可防止各无电极放电灯的闪烁。同样，即使在设置相对各高频电源产生唯一的基准时钟信号并分别通过基准时钟用同轴电缆将所述各高频电源级连成的基准时钟发生电路的场合，设定与所述各高频电源连接的基准时钟用同轴电缆的电缆长度，使各高频电源的基准时钟输入端子的基准时钟相位或各高频电源输出的相位大致一致，可防止各无各电极放电灯的闪烁。

另外，在本发明的无电极放电灯装置中，具有：无电极放电灯、将高频功率供给所述无电极放灯的的励磁线圈、产生所述高频功率的高频电源、所述高频电源的驱动电路、将所述高频电源的高频功率向所述励磁线圈输出的输出电路，在该装置中，所述高频电源，将主放大部与驱动它的驱动放大部用同轴电缆进行连接，也就是说，在所述高频电源中，其构成为在多个主放大器的块上设置分配器，通过同轴电缆将驱动放大部与该分配器进行连接，或构成为在驱动放大部的块上设置分配器，并分别通过同轴电缆将多个主放大部与该分配器进行连接，因此在制作产品时具有可增加每块配置的自由度、并使每块的特性确认作业变得容易的优点。

再有，在本发明的无电极放电灯装置中，在具有由多个无电极放电灯、在所述各无电极放电灯的周围附近分别设置的励磁线圈、分别对所述各励磁线圈供给适当电力的匹配电路构成的多个无电极放电灯单元的1个处理槽中设置了多个无电极放电灯的杀菌装置中，其构成为设置分别向所述各无电极放电灯供给高频功率的高频电源及分别对这些高频电源供给直流电压的直流电源，向所述各直流电源提供唯一的外部调光信号而一起地决定直流电压，可防止多个无电极放电灯的输出光的强度的离散。另外，即使构成为在所述各直流电源中，根据在无电极放电灯装置中可检测的电气量来设定用于决定直流电压的反馈信号，并一起地决定直流电压，也能获得同样的作用与效果。

并且，在本发明的无电极放电灯装置中，具有：无电极放电灯、向所述无电极放电灯供给高频功率的励磁线圈、由产生所述高频功率的多个并联设置的功率变换电路构成的高频电源、所述高频电源的驱动电路、将所述高频电源的高频功率向所述励磁线圈输出的输出电路，在该装置中，设置由将所述各功率变换电路的并联输出进行合成的平衡电阻和合成器构成的合成电路及由分配所述各功率变换电路的并联输入的分配器和平衡电阻构成的分配电路，通过设定所述合成电路的平衡电阻或分配电路的平衡电阻，使在任何功率变换电路的输出端断开、短路或无信号时，剩下的功率变换电路的输出端成为不能耐受的额定功率，从而在任何的功率变换电路的异常状态下，都能适当防止剩下的功率变换电路的输出端引起的无电极放电装置的运转。

Claims (10)

1.一种无电极放电灯装置，其特征在于，它包括：无电极放电灯、设置在所述无电极放电灯周围附近的励磁线圈、向所述励磁线圈供给适当功率的谐振电路、将多个并联设置电源的合成输出供给所述谐振电路的高频电源、所述高频电源的驱动电路；构成为使所述多个并联设置的电源同步或大致同步地驱动并获得合成输出。

2.如权利要求1所述的无电极放电灯装置，其特征在于，设置将直流电压重叠至所述高频电源的驱动电路的输出的直流重叠电路。

3.如权利要求2所述的无电极放电灯装置，其特征在于，在所述直流重叠电路上，构成为可调整直流电压。

4.如权利要求2或3的无电极放电灯装置，其特征在于，所述直流重叠电路构成为利用对所述高频电源的驱动电路输出进行半波整流后的平均电压。

5.一种无电极放电灯装置，其特征在于，它包括：无电极放电灯、设置在所述无电极放电灯周围附近的励磁线圈、调整所述励磁线圈向所述无电极放电灯供电的供电条件的灯体匹配电路、多个并联设置并设定成同步或大致同步地动作的DC-RF功率变换电路、将所述多个并联设置的功率变换电路的输出进行合成的合成电路、从所述合成电路向所述灯体匹配电路传送功率的传输线路。

6.如权利要求5所述的无电极放电灯装置，其特征在于，将所述多个并联即N个并联设置的DC-RF功率变换电路的输出合成阻抗Zamp-out相对传输线路的特性阻抗Zcbl的关系设定成Zamp-out＝N·Zcbl。

7.一种无电极放电灯装置，其特征在于，它包括：无电极放电灯、向所述无电极放电灯供给高频功率的励磁线圈、产生所述高频功率的由多个并联设置的功率变换电路构成的高频电源、所述高频电源的驱动电路、将所述高频电源的高频功率向所述励磁线圈输出的输出电路；

使多个并联设置的功率变换电路构成的高频电源同步或大致同步地驱动；

设置由将所述各功率变换电路的并联输出进行合成的平衡电阻和合成器构成的合成电路；

将所述合成电路的平衡电阻设定成在任何功率变换电路的输出端断开、短路或无信号时，剩下的功率变换电路的输出端为不能耐受的额定功率的电阻。

8.如权利要求7所述的无电极放电灯装置，其特征在于，

设置由对所述各功率变换电路的并联输入进行分配的分配器和平衡电阻构成的分配电路；

可构成将所述分配电路的平衡电阻设定成在任何的功率变换电路的输出端断开、短路或无信号时，剩下的功率变换电路的输出端为不能耐受的额定功率的电阻。

9.如权利要求8所述的无电极放电灯装置，其特征在于，所述分配电路和合成电路，在并联连接的功率变换电路的两侧相同长度的电缆处连接配置分配器和合成器。

10.一种无电极放电灯装置，其特征在于，它包括：无电极放电灯、向所述无电极放电灯供给高频功率的励磁线圈、产生所述高频功率的由多个并联设置的功率变换电路构成的高频电源、所述高频电源的驱动电路、将所述高频电源的高频功率向所述励磁线圈输出的输出电路；

使多个并联设置的功率变换电路构成的高频电源同步或大致同步地驱动；

将所述各功率变换电路的并联输出进行合成的合成器设成多级，并构成通过由λ/4传输线路构成的阻抗变换电路把输出合成阻抗变换成与向无电极放电灯进行传送的传送电缆的特性阻抗一致。

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