CN1972547A - 放电灯点灯装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种放电灯点灯装置，在用于点亮在填充了放电气体的放电等离子空间中通过安放有电介质的放电形成受激准分子、利用上述受激准分子放射出的光的准分子放电灯的放电灯点灯装置中，能够以低的成本实现为了准分子放电灯的高效率的受激准分子发光而维持施加到灯上的交流电压的波形中所必需的上升陡度，并能降低变换器的开关元件的损失或升压变压器的损耗。变换器采用使开关元件的占空比在30％以下的推挽方式，升压变压器采用匝数比在25以下、初级与次级线圈的轴向区域长度的差异在18％以下、初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感为0.2％～0.7％的结构。

Description

放电灯点灯装置
技术领域
本发明涉及用于光源装置的放电灯点灯装置，所述光源装置包括例如作为光化学反应用的紫外线光源使用的放电灯的一种、通过在填充了包含氩、氪、氙等稀有气体的放电气体的放电等离子空间中介在有电介质的放电来形成受激准分子、利用上述受激准分子放射出的光的所谓准分子放电灯。
背景技术
近年来，一直进行着通过将例如波长在200nm以下的真空紫外线照射到各种被处理物上进行清除附着在被照射面上的有机污染物质的洗净处理，或者在被照射面上形成极薄的氧化膜的氧化膜形成处理等。作为这样的真空紫外线的照射源，利用电介质阻挡(barrier)放电产生例如氙等受激准分子，由此放出准分子光的准分子(excimer)放电灯等被广泛使用。
有关准分子放电灯的背景技术，有例如日本特开平02-007353号，其中记载了在放电容器中填充形成受激准分子的放电用气体、利用介在有电介质的放电(别名臭氧发生器放电或无声放电。参照日本电气学会发行的修正版《放电手册》，平成1年6月再版，第7次印刷发行第263页)形成受激准分子、取出从该受激准分子放射出的光的放电器。
作为与本发明有关的技术，电介质阻挡放电灯光源装置有例如日本特开平11-204280号，其中叙述了为了提高受激准分子发光的效率需要使施加到灯上的交流电压的波形急剧上升的技术，作为实现这一点的电路，可以使用回扫方式、半桥方式、全桥方式的变换器。
并且，日本特开平11-260581号中叙述了能够缓和施加到灯上的交流电压的波形需要急剧上升这一条件的技术，并且利用该技术能够降低变换器的开关元件的峰值电流；作为实现这一技术的电路，可以使用半桥方式、全桥方式、推挽方式的变换器。而且叙述了为了实现施加到灯上电压的陡峭波形，必须减小变换器的升压变压器的初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感的技术。
并且，有关高频高压变压器，有例如日本实开昭53-071733号或实开昭54-063114号等许多古老的文献，其中叙述了适合作为回扫变压器之类的，将初级线圈和次级线圈卷绕在不同的绕线管上、将初级线圈用绕线管内包在次级线圈用绕线管内地组装的双重绕线管的技术以及使用用于分段绕法的绕线管的技术。
而且，有关准分子放电灯用放电灯点灯装置的升压变压器，有例如日本特开2005-039092号，其中叙述了在初级线圈与次级线圈之间设置气体层，通过这样来避免变压器内的电晕放电等不希望的现象，能够缩小初级线圈与次级线圈之间的间隙，提高能量从初级线圈传输给次级线圈的效率，结果能够实现施加到灯上电压的陡峭波形的技术。而且还叙述了为了实现施加到灯上的陡峭的波形需要减小次级线圈中的杂散静电电容的技术。
[专利文献1]  日本特开平02-007353号
[专利文献2]  日本特开平11-204280号
[专利文献3]  日本特开平11-260581号
[专利文献4]  日本特开2005-039092号
[专利文献5]  日本实开昭53-071733号
[专利文献6]  日本实开昭54-063114号
迄今为止，如以上叙述的现有技术的文献所记载的那样，在以实现高效率的受激准分子发光为最优先的目标，减小变换器的升压变压器的初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感的方向上付出过不少努力。并且认识到，减小变压器内的杂散静电电容对于降低变压器上的损失是有效的，但仅限于在不增加初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感的范围内作努力。因此，可以说是在宁可容忍放电灯点灯装置的效率低下的方向上进行过技术开发，缺乏使放电灯点灯装置与准分子放电灯相结合的总的效率最优化这样的观念。
发明内容
本发明想要解决的问题就是要提供一种能够以低的成本实现为了提高准分子放电灯的发光效率而维持施加到灯上的交流电压的波形中所必需的上升陡度、同时能降低变换器的开关元件的损失或升压变压器的损耗的放电灯点灯装置。
本发明的方案1的放电灯点灯装置为提供用于点亮准分子放电灯的高频高电压的放电灯点灯装置，其特征在于，该放电灯点灯装置构成为：具有升压变压器(1)、直流电源(330)和开关元件(311、321)，所述升压变压器(1)具有铁芯(2)、次级线圈(200)和由一组线圈构成的初级线圈(110、120)；上述升压变压器(1)的上述初级线圈(110、120)的各一端与上述直流电源(330)的一个输出节点相连，上述初级线圈(110、120)的各另一端分别与上述开关元件(311、321)的各一端相连，上述开关元件(311、321)的各另一端与上述直流电源(330)的另一个输出节点相连；通过使上述开关元件(311、321)分别交替地处于导通状态地进行控制来构成推挽变换器(push-pull inventer)；在上述升压变压器(1)的上述次级线圈(200)的一端和另一端上连接有准分子放电灯(3)；上述开关元件(311、321)各自的处于导通状态的时间与动作周期的占空比在30％以下；上述次级线圈(200)与上述初级线圈(110、120)的各线圈的匝数比在25以下；上述初级线圈(110、120)的各线圈卷绕的轴向区域的长度和上述次级线圈(200)卷绕的轴向区域的长度的差异在18％以下；使上述初级线圈(110、120)与上述次级线圈(200)分离，以便使与上述初级线圈(110、120)和上述次级线圈(200)之间的磁结合有关的泄漏电感为上述初级线圈(110、120)的电感的0.2％～0.7％。
本发明的方案2的放电灯点灯装置，在方案1的基础上，上述初级线圈(110、120)双方通过双线无感绕法卷绕在一层上。
本发明的方案3的放电灯点灯装置，在方案1的基础上，上述初级线圈(110、120)的各线圈被卷绕在各1层上，合起来由2层构成。
本发明的方案4的放电灯点灯装置，在方案1～3的基础上，上述次级线圈(200)由通过拉线螺柱(turnbuckle)绕法卷绕的多个层构成。
本发明的方案5的放电灯点灯装置，在方案1～4的基础上，上述初级线圈(110、120)被卷绕在初级线圈用绕线管(50)上，上述次级线圈(200)通过分段缠绕法被卷绕在次级线圈用绕线管(bobbin)(60)上，上述初级线圈用绕线管(50)和上述次级线圈用绕线管(60)采用一个将另一个内包于其中的结构。
发明的效果
如果采用本发明的方案1，通过采用使上述次级线圈(200)与一组上述初级线圈(110、120)的各线圈的匝数比在25以下、使上述初级线圈(110、120)的各线圈卷绕的轴向区域的长度和上述次级线圈(200)卷绕的轴向区域的长度的差异在18％以下的结构，上述初级线圈(110、120)与上述次级线圈(200)的磁结合牢固，当连接在上述初级线圈(110、120)中的一个线圈上的变换器的开关元件由非导通状态切换成导通状态时，在上述次级线圈(200)中能够确保施加到灯上的交流电压的波形急剧上升的基本要求，确保了受激准分子发光的高效率性。
并且，通过采用使上述初级线圈(110、120)与上述次级线圈(200)分离以便使与上述初级线圈(110、120)和上述次级线圈(200)之间的磁结合有关的泄漏电感为上述初级线圈(110、120)的电感的0.2％～0.7％的结构，减少了上述初级线圈(110、120)与上述次级线圈(200)之间的层间杂散静电电容，因此不仅对施加到灯上的交流电压波形的急剧上升有贡献，而且只需要稍微牺牲施加到灯上的交流电压波形上升的陡度，就能够在连接在上述初级线圈(110、120)中的一个线圈上的变换器的上述开关元件(311、321)从非导通状态切换成导通状态时抑制该开关元件中流过的电流的峰值电流，能够降低开关元件的接通电阻引起的损耗。
因此，稍微牺牲上述上升陡度引起的受激准分子发光的高效率性的恶化与降低上述开关元件的接通电阻引起的损失的效果相比，能够控制在忍受的限度内；而且，由于使上述开关元件(311、321)各自的处于导通状态的时间与动作周期的占空比在30％以下，因此能够抑制上述开关元件(311、321)中流过多余的电流，结果对于降低开关元件的发热有贡献，对降低成本有利。
并且，由于上述开关元件(311、321)各自的一个端子共同与上述直流电源(330)的相同的输出节点相连，因此不需要全桥方式或半桥方式时所必需的用于开关元件的栅极驱动的绝缘单元或高压侧驱动器等，有利于降低成本。
如果采用本发明的方案2，由于用双线无感绕法将上述初级线圈(110、120)双方卷绕在一层上，因此将初级线圈相互之间的泄漏电感抑制在非常小，所以在例如没有连接准分子放电灯(3)的无负载时等连接在上述初级线圈(110、120)中的一个线圈上的变换器的开关元件从导通状态切换到非导通状态时，在为了消除上述铁芯(2)内的磁通而在另一个线圈中流过复位电流的条件下，能够抑制施加到从导通状态切换到非导通状态下的开关元件上的电涌电压，所以能够减少防止连接的开关元件被电压破坏所必要的对策，对降低成本有利。
如果采用本发明的方案3，由于将上述初级线圈(110、120)的各线圈被卷绕在各1层上，合起来用2层构成，因此即使在上述双线无感绕法中上述初级线圈(110、120)互相之间的相邻线圈间的电压高，超过了线圈的绝缘被覆的耐压量而不能使用等情况下，由于能够卷绕一组上述初级线圈(110、120)，并且能够将初级线圈相互之间的泄漏电感抑制到比较小，所以能够抑制施加到上述开关元件上的电涌电压。
如果采用本发明的方案4，由于通过拉线螺柱绕法卷绕的多个层构成上述次级线圈(200)，因此在享受上述方案1的效果的同时，还能够起作为增加上述次级线圈(200)的层间的距离，将上述初级线圈(110、120)与上述次级线圈(200)之间的泄漏电感设定在上述数值范围内的元件的功能，并减少了上述次级线圈(200)的层间杂散静电电容，因此在灯亮灯时能够减小上述次级线圈(200)内的循环电流，能够降低上述次级线圈(200)的损耗。
如果采用本发明的方案5，由于上述次级线圈(200)用分段绕法卷绕在次级线圈用绕线管(60)上，因此在享受上述方案1的效果的同时，还能够起作为增加上述次级线圈(200)的线圈段之间的距离，将上述初级线圈(110、120)与上述次级线圈(200)之间的泄漏电感设定在上述数值范围内的元件的功能，并减少了上述次级线圈(200)的层间杂散静电电容，因此在灯亮灯时能够减小上述次级线圈(200)内的循环电流，能够降低上述次级线圈(200)的损耗。
并且，由于上述初级线圈(110、120)卷绕在初级线圈用绕线管(50)上，上述初级线圈用绕线管(50)和上述次级线圈用绕线管(60)采用一个将另一个包在里面的结构，因此通过在设计时调整内侧绕线管的外径和外侧绕线管的内径，能够起作为将上述初级线圈(110、120)与上述次级线圈(200)之间的泄漏电感设定在上述数值范围内的元件的功能，并强化了上述初级线圈(110)、120与上述次级线圈200的绝缘，而且不需要缠绕诺梅克斯(TM)等绝缘纸或绝缘带，所以对降低成本有利。
如上所述，如果采用本发明，能够以低的成本实现为了提高准分子放电灯的受激准分子发光效率而维持施加到灯上的交流电压的波形中所必需的上升陡度，并能降低变换器的开关元件的损失或升压变压器的损耗。
附图说明
图1是表示本发明的放电灯点灯装置的推挽变换器的结构的电路图。
图2是简化表示本发明的放电灯点灯装置的升压变压器的结构的一例的剖视图。
图3是表示本发明的放电灯点灯装置的推挽变换器的各部分的波形的图。
图4是能够适用于本发明的放电灯点灯装置的升压变压器的线圈卷绕方法的说明图。
图5是简化表示本发明的放电灯点灯装置的升压变压器的一部分结构的一例的剖视图。
图6是简化表示本发明的放电灯点灯装置的升压变压器的一部分结构的一例的剖视图。
图7是简化表示本发明的放电灯点灯装置的升压变压器的一部分结构的一例的剖视图。
图8是作为参考的表示一般的推挽变换器的各部分的波形的图。
具体实施方式
用图1至图4说明本发明的放电灯点灯装置的一个实施形态。图1为点亮本实施形态发明的准分子放电灯的放电灯点灯装置的电路图。图中，准分子放电灯(3)通过端子(353、354)与升压变压器(1)的次级线圈(200)连接。该升压变压器(1)作为图1所示的推挽变换器的一部分使用，必须是适用于提高准分子放电灯(3)的点灯效率的变压器。
上述升压变压器(1)的初级线圈(110)的一端与直流电源(330)的正极输出节点(351)连接，并且，上述初级线圈(110)的另一端与由MOSFET等构成的开关元件(311)的一端相连。上述开关元件(311)的另一端与上述直流电源(330)的接地输出节点(352)相连。同样，上述升压变压器(1)的初级线圈(120)的一端与直流电源(330)的正极输出节点(351)相连，并且上述初级线圈(120)的另一端与由MOSFET等构成的开关元件(321)的一端相连。上述开关元件(321)的另一端与上述直流电源(330)的接地输出节点(352)相连。但是，上述初级线圈(110、120)的极性这样选择：当上述开关元件(311)处于导通状态、上述开关元件(321)处于导通状态时，使上述升压变压器(1)的铁芯内的磁通的方向相反。
从栅极驱动电路331给上述开关元件(311、321)中每个元件的栅极端子提供有使上述开关元件(311、321)高频地处于交互导通状态的栅极驱动信号(313、323)。栅极驱动信号一般设置了从上述开关元件(311、321)中的一个由导通状态向非导通状态改变时开始到另一个由非导通状态变成导通状态结束，双方保持在非导通状态的时间即无感时间(dead time)，但在本发明中使该无感时间变得非常长，使上述开关元件(311、321)中每个元件的导通状态的时间占各自的动作周期的占空比在30％以下。
图2为表示本实施形态发明的用于点亮准分子放电灯的放电灯点灯装置所使用的升压变压器的剖视图。该升压变压器(1)主要由铁芯(2)、次级线圈(200)和一组初级线圈(110、120)构成。
虽然图示的上述铁芯(2)为由2个E型铁芯组合而成的结构(EE型)，但也可以是其他的形状(例如EI型等)。并且，上述铁芯(2)的截面形状尤其是卷绕有线圈部分的截面形状一般为圆形，但也可以是其他的形状(例如椭圆形或方形等)。
图示的上述初级线圈(110、120)为卷绕在绕芯(30)上的线圈，上述绕芯(30)既可以是卷绕例如诺梅克斯(TM)等绝缘纸而构成，也可以是使用树脂等制的绕线管等。
图中描述的上述初级线圈(110、120)用双线无感绕法绕制。这里所说的双线无感绕法不是例如在卷绕多个线圈时将铁芯的左半边与右半边分开卷绕、或者分层卷绕的方法，而是像图4(a)所示那样一直并行卷绕的方法。在图2中，在上述初级线圈(110)上划“×”印，在上述初级线圈(120)上画“○”印。另外，根据希望流过的电流值的不同，有时希望上述初级线圈(110、120)分别由多个线圈构成、并联连接，在这种情况下最好像图4(b)所示那样交错地配置属于一个上述初级线圈(110)的线圈(111、112)和属于另一个上述初级线圈(120)的线圈(121、122)地绕制。
通过用双线无感绕法绕制上述初级线圈(110、120)，不仅能够使上述初级线圈(110、120)的各自被卷绕的轴向区域的长度彼此相同，而且能够减小初级线圈互相之间的泄漏电感，由于后述的原因，减小初级线圈互相之间的泄漏电感具有非常重要的优点，希望降低到上述初级线圈(110、120)单个线圈电感的0.3％以下。
通过在使上述次级线圈(200)处于开路的状态下，将上述初级线圈(110、120)中的一个短路，用阻抗计等测量上述初级线圈(110、120)中的另一个线圈的电感值，能够测量初级线圈互相之间的泄漏电感的值。并且，通过在使上述次级线圈(200)和上述初级线圈(110、120)同时开路的状态下，用阻抗计等测量上述初级线圈(110、120)中的单个线圈的电感值，能够测量上述初级线圈的电感值。因此，只要确认它们的比值在0.3％以下就可以。另外，由于上述初级线圈(110、120)有2个，因此能够获得上述初级线圈中的一个短路时的初级线圈的电感值和不短路时的初级线圈的电感值这2个测量值，但只要用它们的平均值算出该比例就可以了。并且，阻抗计的测量频率最好设定在1kHz。
作为上述初级线圈(110、120)使用的线材，可以使用聚氨基甲酸乙酯电线或3层绝缘电线等带绝缘被覆的单线，但在想要进一步降低涡电流损失等高频损失的情况下，优选使用绞合线。另外，在使用绞合线的情况下，当相邻的线圈之间的电压高时，优选使用缠绢或缠涤特纶等缠有绝缘纤维的绞合线。
图2表示的结构为在用双线无感绕法卷绕的上述初级线圈(110、120)上设置初、次级之间的绝缘层(32)，并且卷绕了上述次级线圈的匝数与上述初级线圈中的一个线圈的匝数之比在25以下的上述次级线圈(200)。虽然图示的为上述次级线圈(200)隔着层间绝缘层(40)成2层的结构，但也可以是更多层或单层的结构。为了防止上述次级线圈与上述铁芯(2)之间产生不希望的放电，在上述次级线圈(200)的最外层上设置有由绝缘材料构成的外包层(31)。
在设计时调整上述初、次级之间的绝缘层(32)的厚度，将上述初级线圈(110、120)与上述次级线圈(200)之间的间距d12调整到使初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感在上述数值的范围内。
通过在上述初级线圈(110、120)同时开路的状态下将上述次级线圈(200)短路，用阻抗计等测量上述初级线圈(110、120)中的一个线圈的电感值，能够测量上述初级线圈与上述次级线圈之间的泄漏电感的值。并且，通过在使上述次级线圈(200)和上述初级线圈(110、120)同时开路的状态下用阻抗计等测量上述初级线圈(110、120)中的一个线圈的电感值，能够测量上述初级线圈的电感值。因此，只要确认它们的比值在0.2％～0.7％的范围内就可以。另外，由于上述初级线圈(110、120)有2个，因此能够获得上述次级线圈短路时的初级线圈的电感值和不短路时的初级线圈的电感值这2个测量值，但只要用它们的平均值算出该比例就可以了。并且，阻抗计的测量频率最好设定在1kHz。
上述初、次级之间的绝缘层(32)既可以采用例如重叠卷绕绝缘纸或绝缘带达到设定的厚度的结构，也可以采用使用了树脂成型部件的结构。并且，如后面将要叙述的那样，也可以采用由树脂层和气体层构成的结构。可以将上述次级线圈(200)部分，或者上述次级线圈(200)与上述初级线圈(110、120)合起来的整个线圈部分，再或者整个线圈部分与上述铁芯(2)合起来的整个升压变压器(1)用硅树脂或环氧树脂等绝缘物模塑，或者将它们浸渍到绝缘油中。
另外，虽然图2表示的是将上述初级线圈(110、120)配置在上述次级线圈(200)的内侧的结构，但也可以是配置在外侧的结构。虽然在图2及后述的图5、图6中表示上述初级线圈(110、120)或上述次级线圈(200)，上述绕芯(30)或上述初、次级之间的绝缘层(32)，上述层间绝缘层(40)，上述外包层(31)互不接触，但这是为了便于看图，实际上是接触配置的。
通过使本发明的放电灯点灯装置采用这样的结构，能够使图1的电路起推挽变换器的作用，在上述初级线圈(110、120)上交错地施加上述直流电源(330)的电压，能够在上述次级线圈(200)上产生矩形波的交流高频高电压，使准分子放电灯(3)高效率地点灯。
图3表示本发明的放电灯点灯装置的一个实施形态中的各部分的波形示意图。图3(a)表示上述开关元件(311)的栅极驱动信号(313)，图3(b)表示上述开关元件(321)的栅极驱动信号(323)，图3(c)表示上述次级线圈(200)的电压，即灯电压(V0)，图3(d)表示上述次级线圈(200)的电流，即灯电流(I0)，图3(e)表示上述开关元件(321)的漏极(324)的电压。并且，此时初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感为0.41％。
上述栅极驱动信号(323)在时刻(t1)处于高电位，在时刻(t2)回到低电位。变换器的工作频率为50kHz，即工作周期(Tp)为20μs，高电位的时间(Tg)与它的比值即占空比为约16％。因此，上述开关元件(311、321)能够抑制过多的电流。
在时刻(t1)上述栅极驱动信号(323)处于高电位，因此，当上述开关元件(321)处于导通状态，此时上述初级线圈(120)上被施加了上述直流电源(330)的电压，灯电压(V0)急剧上升，灯电流(I0)脉冲流过，此时在上述准分子放电灯(3)的放电等离子空间内产生高效率的受激准分子发光。
在时刻(t2)，上述栅极驱动信号(323)回到低电位，即使上述开关元件(321)处于导通状态，由于上述准分子放电灯(3)的一对电极中的至少一个与放电等离子空间之间存在电介质，具有电容性负载，因此此时灯电压(V0)没有大的变化，与流过上述初级线圈(120)的励磁电流相对应的上述铁芯(2)内的磁通保持连续性，灯电流(I0)向使充电到上述准分子放电灯(3)的静电电容上的电荷放电的方向反向。
如果次级线圈上连接有准分子放电灯以外的放电灯或一般的电阻性或包含介电成分的电阻性负载的话，当上述开关元件(321)处于非导通状态时，使与上述初级线圈(120)中流过的励磁电流相对应的上述铁芯(2)内的磁通保持连续性地流过的电流通过寄生在开关元件(311)中的反向并联二极管(312)回流到上述直流电源(330)。此时，如果初级线圈互相之间的泄漏电感不足够小的话，则上述开关元件(321)的漏极(324)上施加了大的电涌电压。
而当以准分子放电灯作为负载时，由于像上述那样保持与上述初级线圈(120)中流过的励磁电流相对应的上述铁芯(2)内的磁通的连续性地流过的电流因灯电流(I0)的反转而流经上述次级线圈(200)，因此即使初级线圈互相之间的泄漏电感不够小，当上述开关元件(321)处于非导通状态时也不会给上述开关元件(321)的漏极(324)施加大的电涌电压。
不施加电涌电压这一点好的方面是有利的特点，但这时的情况是用于点亮准分子放电灯的放电灯点灯装置的特异点，存在不能直接使用用于驱动准分子放电灯以外的放电灯或一般的电阻性或包含电感分量的电阻性负载的变换器或升压变压器所涉及的众所周知的技术或常识的难点。
但是，即使是用于点亮准分子放电灯的放电灯点灯装置，如果在没有连接灯的状态下使变换器工作的话，则由于上述次级线圈(200)中没有电流流过，因此如果初级线圈相互之间的泄漏电感不足够小的话，则上述开关元件(311、321)的漏极端子上被施加了大的电涌电压，因此希望初级线圈相互之间的泄漏电感很小，最好使用双线无感绕法作为上述初级线圈(110、120)的构成方法。
但是，当上述开关元件(311、321)中的一个从导通状态变成非导通状态时，为了使电流通过上述初级线圈(110、120)中的另一个线圈流动以消除一个线圈中流过的励磁电流，开关元件中必须有要逆向并联二极管(312、322)，当上述开关元件(311、321)为MOSFET等时，由于该逆向并联二极管(312、322)寄生存在，因此不需要专门安装。但在使用双极晶体管等不包含这样的寄生逆向并联二极管的元件作为上述开关元件(311、321)时，必须安装图1中用虚线表示的逆向并联二极管(312、322)。
这样一来，如果采用本发明的放电灯点灯装置的一个实施形态，由于采用使次级线圈与初级线圈的匝数比在上述数值范围内的结构，因此确保受激准分子发光的高效率性；由于采用使初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感在上述数值范围内的结构，因此如以上叙述过的那样，当上述开关元件(311、321)从非导通状态切换成导通状态时，能够抑制该开关元件中流过的峰值电流，能够降低上述开关元件(311、321)的接通电阻引起的损耗。
这里，之所以能够降低开关元件的损耗，是因为上述初级线圈(110、120)与上述次级线圈(200)分开，通过增大上述初级线圈(110、120)与上述次级线圈(200)之间的泄漏电感，上述开关元件(311、321)由非导通状态切换成导通状态时，上述开关元件(311、321)中流过的脉冲电流的宽度增加，将峰值电流抑制得比较低，由于开关元件的接通电阻引起的损耗与电流值的2次方成比例，结果能够降低综合损耗。
结果，不仅能够将受激准分子发光的高效率性的恶化抑制在能够忍受的限度内，还能够提高变换器的效率，而且还能够实现不需要开关元件的栅极驱动的绝缘部件或高压侧驱动器的、低成本的放电灯点灯装置。
另外，由于上述升压变压器(1)的上述初级线圈(110、120)的初级线圈相互之间的泄漏电感被抑制到很小，因此当上述开关元件(311、321)从导通状态切换到非导通状态时不容易引起电涌电压，但在为了提高安全而设置包含电容器的缓冲电路时，为了不给施加到灯上的交流电压的波形的上升陡度造成不良影响，使缓冲电路中的电容器的静电电容在必要的最小限度内是非常重要的。如果可能，最好用压敏电阻或箝位二极管等非恒定的电涌电压产生时以外不工作的元件加以保护。
对于上述升压变压器(1)的结构，为了使上述次级线圈(200)与上述初级线圈(110、120)的各线圈的匝数之比在25以下，使上述初级线圈(110、120)的各线圈卷绕的轴向区域的长度和上述次级线圈(200)卷绕的轴向区域的长度的差异在18％以下，即对于图2所示的结构来说，使轴向区域长度A1与轴向区域长度A2的差异在18％以下，除了采用提高上述初级线圈(110、120)与上述次级线圈(200)的磁结合的结构外，还通过使上述初级线圈(110、120)与上述次级线圈(200)分离来弥补上述初级线圈(110、120)与上述次级线圈(200)的磁结合的下降。
由于随着上述轴向区域长度A1与A2的差异的增大，初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感增大，因此为了将初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感设定在特定的范围之内，可以考虑在上述升压变压器(1)的设计过程中将上述轴向区域长度A1、A2分别指定为特定的值。但是，由于在变压器的制造过程中线圈的轴向区域在轴向上的位置即线圈的卷绕起始、卷绕结束的位置比较容易产生偏差，即使规定了上述轴向区域长度A1、A2，如果卷绕起始、卷绕结束的位置存在偏移的话，则存在初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感的值出现偏差的问题。
通过在上述升压变压器(1)的设计过程中缩小上述轴向区域长度A1、A2的差异，能够避免上述线圈的卷绕起始、卷绕结束的位置偏差引起的初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感的值产生偏差的问题，上述轴向区域长度A1、A2的差异越小越有利，希望在10％以下，如果可能希望在5％以下；如果在18％以下的话，从给特性造成不良影响的角度来看，使用上没有问题。
而在采用上述通过增加上述初、次级之间的绝缘层(32)的厚度来增加初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感的方法的情况下，通过指定上述初、次级之间的绝缘材料的厚度和卷数，或者使用后述的树脂成型绕线管，能够正确地规定上述初、次级之间的绝缘层(32)的厚度。
即，本发明的上述升压变压器(1)的设计思想是，对于在制造过程中难以控制的上述线圈的卷绕起始、卷绕结束的位置，以不容易给初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感的值带来偏差的条件为基本条件，即以尽可能减小上述轴向区域长度A1、A2的差异，通过这样使初级线圈与次级线圈之间不产生泄漏电感的条件为基本条件，通过设定在制造过程中容易控制的上述初、次级之间的绝缘层(32)的厚度能够实现尽可能减少设计的初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感的值的偏差，也起到减少上述初级线圈与次级线圈的层间杂散静电电容的效果。
对于上述线圈的卷绕起始、卷绕结束的位置，作为并用不容易给初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感的值带来偏差的条件，能够实现尽可能减少设计的初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感的值的偏差的其他方法，可以考虑在铁芯(2)中设置间隙的方法。但是，这种方法如果增加初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感的话，则同时增加了初级线圈相互之间的泄漏电感，不能说是理想的方法。
在铁芯(2)上设置了间隙的情况下，希望间隙的大小小到能够防止因铁芯(2)的导磁率的偏差引起的在上述初级线圈(110、120)或上述次级线圈(200)的电感中产生偏差的程度。
另外，对于图2的上述升压变压器(1)，表示了用双线无感绕法卷绕上述初级线圈(110、120)的变压器，但由于双线无感卷绕时如图4(a)及(b)所示那样为一直并排卷绕的方法，因此上述初级线圈(110、120)两者的轴向区域长度自动相同，所以在图2中将两者统一记载为A1。同样，对于卷绕了2层的上述次级线圈(200)的两者的轴向区域长度，为了简单也表示它们相同时的情况，将两者统一记为A2。
由于随着上述轴向区域长度A1、A2的差异增大，初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感变大，因此以尽可能减小上述轴向区域长度A1、A2的差异，通过这样使初级线圈与次级线圈之间不产生电感泄漏的条件为基本比较理想，但这对于高效率的受激准分子发光也非常重要。
例如，对于获得图3的波形的升压变压器(1)，更换成使上述初级线圈(110、120)在1个层内、但将卷绕方法改变成将铁芯分成左半部分和右半部分进行卷绕的方法、其他的结构相同的升压变压器时的各部分的波形的示意图如图8所示。图8(a)表示上述开关元件(311)的栅极驱动信号(313)，图8(b)表示上述开关元件(321)的栅极驱动信号(323)，图8(c)表示上述次级线圈(200)的电压，即灯电压V0，图8(d)表示上述次级线圈(200)的电流，即灯电流I0。并且，此时初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感为0.93％。
与图3的情况相比，施加到灯上的交流电压的波形上升的急剧程度得到了钝化，发现实际的受激准分子发光的效率降低了约6％。而在试制的该升压变压器的情况下，初级线圈的各线圈卷绕的轴向区域长度与次级线圈卷绕的轴向区域长度的差异约为50％，从效率的观点来看，也能够理解将该轴向区域长度的差异控制在上述数值范围内的重要性。
并且，这里通过采用使次级线圈与初级线圈的匝数之比在上述数值的范围内的结构进行了弥补。如上所述，如果使上述轴向区域长度的差异在上述数值的范围内的话，则即使上述线圈的卷绕起始、卷绕结束的位置存在偏差，初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感值的偏差在实用上也没有问题。但随着上述匝数比的增加，或者次级线圈的层数增加，上述线圈的卷绕起始、卷绕结束的位置的偏差的影响变大的问题就不能忽视，而且初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感值变大，受激准分子发光效率降低的问题也不能忽视。因此，上述匝数比越小越有利，希望在20以下，尽可能在15以下，如果在25以下的话，则从对特性的不良影响上来说，实用上没有问题。
因此，为了避免这一问题，为了确保上述准分子放电灯(3)开始放电和维持所必要的灯电压，不是通过增加上述次级线圈(200)的匝数，而必须是使上述匝数比停留在上述数值的范围内，通过提高上述直流电源(330)的输出电压来确保灯电压。另外，由于同样的原因，上述次级线圈(200)的层数也应该在6层以下。
而且，这里通过采用使上述开关元件(311、321)各自的处于导通状态的期间与动作周期的占空比在上述数值范围内的结构来弥补。从抑制多余的电流这一观点来看，上述占空比越小越有利，但如果小到在中间切断图3(d)所示的脉冲灯电流波形的程度的话，则有可能增大上述开关元件(311、321)的开关损耗，反而不好，至少在第一电流峰值结束之后使上述开关元件(311、321)处于非导通状态有利。
图3为变换器的频率为50kHz时的波形，当频率更低时，为了避免变压器的铁芯磁性饱和的问题，上述占空比越小越有利，但如果使之过小的话，则从图3(c)也能够发现，栅极驱动信号(313、323)处于非导通状态以后灯电压的波形非常缓和，变成与0伏交叉，如果这样的话，处于上述次级线圈(200)的电感与准分子放电灯的电容构成的LC共振的状态。如果变成了这种状态的话，则受激准分子发光的效率变低，为了避免这种状况，变换器频率降低的条件希望设定在使上述占空比在从15％到30％以下的范围内。
而如果进一步增高频率，使上述占空比过小的话，则上述开关元件(311、321)在导通与非导通之间互相转变的时间所占的比例增加，变换器难以确实地动作，因此在这种条件下也希望将上述占空比设定在从15％到30％以下的范围内。因此，上述占空比有必要根据变换器的频率设定在30％以下的适当的值。
下面用图5说明本发明的放电灯点灯装置的一个实施形态。如上所述，在升压变压器(1)因上述初级线圈(110、120)相互之间相邻的线圈之间的电压问题不能使用双线无感绕法时，可以采用如图5所示将上述初级线圈(110、120)中的每一个线圈各卷绕1层，合计2层的结构。
此时也有必要使上述初级线圈(110、120)两者的轴向区域长度A11、A12以及上述次级线圈(200)的各层的轴向区域长度A21、A22在上述的数值范围内。
另外，作为减小初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感的线圈层的配置方法，也可以使用将上述次级线圈(200)的层夹在上述初级线圈(110、120)各自的层之间地配置的称之为三明治绕法。但是，从将初级线圈相互之间的泄漏电感控制在比较低的观点来看，将上述初级线圈(110、120)各自的层相邻配置，或者将上述初级线圈(110、120)各自的层之间的绝缘层的厚度减薄有利。
下面用图6说明本发明的放电灯点灯装置的另一个实施形态。在该实施形态中，升压变压器(1)的上述次级线圈(200)由多层构成，用拉线螺柱绕法卷绕。
这里所说的拉线螺柱绕法为如图6所示的，当构成次级线圈的一个卷绕层(210)的卷绕从位置(211)开始到位置(212)结束时，当开始另一个层(220)的卷绕时不是从紧挨上述位置(212)的上面开始，而是回到位置(211)上面的位置(221)开始，到位置(222)结束，将层层叠起来的缠绕方法。从上述位置(212)回到上述位置(221)时，也可以像位置(219)那样在途中加上1圈以上的回绕。
缠绕在层间的绝缘层(41、42)的厚度必须能够承受层间电压，但通过选择比从承受电压的观点来看必要的厚度厚的适当厚度的绝缘层，能增加初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感，包含该部分，在设计时调整上述初、次级之间的绝缘层(32)的厚度，以便将上述初级线圈(110、120)与上述次级线圈(200)之间的分开距离d12调整到使初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感在上述数值的范围内。
结果，如以上叙述的那样，能够对降低开关元件(311、321)的发热作出贡献。并且，由于减小了次级线圈的层间的杂散静电电容，因此如以上叙述过的那样能够对降低上述次级线圈(200)的损耗作出贡献。
下面用图7说明本发明的放电灯点灯装置的再一个实施形态。在该实施形态中，升压变压器(1)的上述次级线圈(200)用分段绕法卷绕，由多段构成。为了进行分段卷绕，一般使用专用的树脂整形绕线管。
这里所说的分段绕法为如图7所示除绕线管两端的凸缘以外还在次级线圈用绕线管(60)上设置沿卷绕间距方向分割线圈的凸缘(61～65)，构成分割的多个线圈段(231～236)的卷绕方法。每一个上述凸缘(61～65)上设置由用于将使线圈(201)过渡到相邻的线圈段上的斜缝隙。
而上述初级线圈(110、120)双线无感卷绕在与上述次级线圈用绕线管(60)不同的初级线圈用绕线管(50)上。并且，上述初级线圈用绕线管(50)以内包在上述次级线圈用绕线管(60)内侧的形态组装。
通过用分段绕法卷绕上述次级线圈(200)，初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感有增加的倾向，包含该部分，在设计时调整初级线圈用绕线管的卷筒(59)的直径和次级线圈用绕线管的卷筒(69)的直径，将上述初级线圈(110、120)与上述次级线圈(200)之间的间距d12调整到使初级线圈与次级线圈之间的泄漏电感在上述数值的范围内。
结果，如以上叙述的那样，能够对降低开关元件(311、321)的发热作出贡献。并且，由于减小了次级线圈的层间的杂散静电电容，因此如以上叙述过的那样能够对降低上述次级线圈(200)的损耗作出贡献。这种用双重绕线管的结构比用绝缘纸或绝缘带的结构更确实地绝缘，并且对降低成本有利。
另外，本发明的放电灯点灯装置对于只要是结构为具有填充了包含氩、氪、氙等稀有气体的放电气体的放电等离子空间和用于使其产生放电的一对电极，并且在上述电极中的至少一个电极与上述放电等离子空间之间安放电介质的准分子放电灯，什么样的灯都能适用。
本发明的优点不仅能够用于上述应用了光化学反应的材料处理的领域，对于高频点亮准分子放电灯或利用放电等离子空间产生的紫外线的所有应用都能有效利用。例如，在准分子放电灯的灯管的内面或外面上配置有荧光体层，将产生的紫外线光变换成可见光来使用的荧光灯等领域也能良好的发挥效果。
并且，能够适用于从材料处理领域中使用的每个灯投入的电力为几千瓦或其以上的大电力用途到作为测量用光源使用的几瓦或其以下的小电力用途的宽广的电力范围内的放电灯点灯装置。
虽然图1表示的是放电灯点灯装置上连接有1个准分子放电灯的例子，但也可以连接多个准分子放电灯并将其点亮；并且，虽然叙述的是变换器上连接1个升压变压器的例子，但也可以连接多个升压变压器并使其动作。虽然上述实施例以变换器的频率为50kHz为例，但由于能够使开关元件各自的处于导通状态的期间与动作周期的占空比很小，因此能够在数千赫兹到数兆赫兹的频率范围内适用。

Claims (5)

1.一种放电灯点灯装置，提供用于点亮准分子放电灯的高频高电压，其特征在于，
该放电灯点灯装置构成为：具有升压变压器(1)、直流电源(330)和开关元件(311、321)，所述升压变压器(1)具有铁芯(2)、次级线圈(200)和由一组线圈构成的初级线圈(110、120)；上述升压变压器(1)的上述初级线圈(110、120)的各一端与上述直流电源(330)的一个输出节点相连，上述初级线圈(110、120)的各另一端分别与上述开关元件(311、321)的各一端相连，上述开关元件(311、321)的各另一端与上述直流电源(330)的另一个输出节点相连；通过使上述开关元件(311、321)分别交替地处于导通状态地进行控制来构成推挽变换器；在上述升压变压器(1)的上述次级线圈(200)的一端和另一端上连接有准分子放电灯(3)；
上述开关元件(311、321)各自的处于导通状态的时间与动作周期的占空比在30％以下；上述次级线圈(200)与上述初级线圈(110、120)的各线圈的匝数比在25以下；上述初级线圈(110、120)的各线圈卷绕的轴向区域的长度和上述次级线圈(200)卷绕的轴向区域的长度的差异在18％以下；使上述初级线圈(110、120)与上述次级线圈(200)分离，以便使与上述初级线圈(110、120)和上述次级线圈(200)之间的磁结合有关的泄漏电感为上述初级线圈(110、120)的电感的0.2％～0.7％。
2.如权利要求1所述的放电灯点灯装置，其特征在于，上述初级线圈(110、120)双方通过双线无感绕法卷绕在一层上。
3.如权利要求1所述的放电灯点灯装置，其特征在于，上述初级线圈(110、120)的各线圈被卷绕在各1层上，合起来由2层构成。
4.如权利要求1～3中的任一项所述的放电灯点灯装置，其特征在于，上述次级线圈(200)由通过拉线螺柱绕法卷绕的多个层构成。
5.如权利要求1～4中的任一项所述的放电灯点灯装置，其特征在于，上述初级线圈(110、120)被卷绕在初级线圈用绕线管(50)上，上述次级线圈(200)通过分段缠绕法被卷绕在次级线圈用绕线管(60)上，上述初级线圈用绕线管(50)和上述次级线圈用绕线管(60)采用一个将另一个内包于其中的结构。
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