JP2000503803A - 放電ランプ作動のためのパルス電圧シーケンスを生成するための方法及びその回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、パルス化され誘電的に阻止される放電を用いた放電ランプ（８）作動のためのパルス電圧シーケンス生成のための方法に関する。本発明によれば、所要のパルス波高値の一部がオフセット直流電圧成分（Ｕ_DC(t)）によって置き換えられる。これにより特にパルス電圧シーケンス（Ｕ_P(t)）の生成のもとで相応に僅かなＥＭＩしか生じない利点が得られる。その他にも、電圧パルスの継続期間中に放電に入力結合される有効電力の一部がオフセット直流電圧（Ｕ_DC(t)）に基づいて入力結合される。それに対してはパルス回路（１）と直列電圧回路（２）からなる直列回路が設けられる。この場合パルス回路（１）は従来技法に比べてより僅かな出力用に設計仕様可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 放電ランプ作動のためのパルス電圧シーケンスを生成するための方法及びその回 路装置 本発明は請求項１の上位概念による、放電ランプ作動のためのパルス電圧シー ケンスを生成するための方法及びその回路装置に関する。また本発明はこの回路 装置を用いた照明システムにも関する。 “放電ランプ”の概念のもとでは、次のようなビーム源、すなわち可視スペク トル領域中の電磁ビームの他に専らＵＶないしＶＵＶ領域の光又はビームを発光 するビーム源としても理解することができる。 パルス電圧シーケンスは、基本的にユニポーラであってもバイポーラであって もよく放電ランプないし放電ビームの作動のために用いられる。この場合少なく とも一方の極性の電極は、例えば WO 94/23442 明細書に記載されているように、 誘電的に阻止される。この作動形式は基本的に無制限のパルス電圧シーケンスを 用いている。それに対して特に電力は入力結合され、それは無駄時間によって相 互に分離される。有効ビーム生成の効率に決定的なことは、実質的にパルスの形 態であり、特に上昇の急峻度、パルス期間ないし無駄期間の持続時間である。こ の電圧パルスの所要の波高値は、とりわけインパクト幅、充填ガスの形態と圧力 、並びに誘電体の形態と厚さに依存して、典型的には１ｋＶ〜数ｋＶである。 従来技術 ドイツ連邦共和国特許出願 DE 195 48 003 A1 明細書からは既に、正確なパル ス回路を用いてパルス電圧シーケンスを生成するためのこの種の回路装置が公知 である。このパルス回路は実質的にコンデンサと、トランジスタと、パルス変成 器からなる。トランジスタの導通フェーズ中に、コンデンサ内に蓄えられるエネ ルギはパルス変成器にて変えられる。その際パルス変成器は、パルス電圧を所要 の波高値に変成するがいずれにせよこれにはいくつかの欠点が結び付く。まず第 １にパルス変成器は、パルス電圧シーケンスの波高値に対して設計仕様されなけ ればならない。そのため比較的大きくて高価なものになる。その他にもパルス変 成器のパルス負荷は比較的大きく、また比較的大きな巻線容量もパルス形態を損 なわせる。さらなる欠点は、パルス変成器の二次巻線のリードに対してパルス電 圧シーケンスの完全な波高値が生じる。周辺環境に対する遍在的な漂遊容量に基 づいてそこからは結果的に比較的高い障害信号、いわゆるＥＭＩ（電磁障害）が 引き起こされる。その他にも各放電パルス毎に求められる全電力エネルギがパル ス回路から行われるので、これが相応に印加されなければならない。 本発明の課題は、前述した欠点に鑑みこれを解消す べく、冒頭に述べたような請求項１の上位概念による方法において、パルス化さ れて作動され誘電的に阻止される放電毎に効果的なエネルギの供給を保証するパ ルスシーケンスを生成し、さらにＥＭＩの生成がより少なくなるように改善を行 うことである。 この課題は、請求項１の特徴部分に記載の本発明によって解決される。本発明 の別の有利な実施例は従属請求項に記載される。 本発明のさらなる課題は、この方法を実施するための回路装置を提供すること である。この課題は請求項６の特徴部分に記載の本発明による回路装置によって 解決される。この回路装置のさらなる別の有利な実施例は従属請求項に記載され る。 本発明の最後のもう１つの課題は、請求項１０の上位概念による照明システム において、前述したような欠点を無くすことである。この課題は請求項１０の特 徴部分に記載の本発明による照明システムによって解決される。 本発明の基本的な考察は、パルス化され誘電的に阻止される放電に必要なパル ス波高値の一部をオフセット直流電圧成分によって置き換えることである。この 場合はその他にも特に電圧パルスの継続期間中に放電に入力結合される電気的効 率の一部をオフセット直流電圧成分に基づいて入力結合される。 それに対しては少なくとも１つのオフセット直流電 圧と、電圧パルスのシーケンスが総電圧に加算的に重畳される。その際オフセッ ト直流電圧成分は総電圧の“土台”を形成するように重畳される。その上に電圧 パルスシーケンスが載置される。このようにして結果的に総電圧の波高値がオフ セット直流電圧の値と電圧パルスの波高値の和から生じる。さらに本発明による 電圧パルスの比較的小さな波高値の重畳によれば、重畳なしの場合に比べて、効 果的に作用する波高値の所要レベルを得るのに十分となる。 この場合オフセット直流電圧の総振幅は、最大でも所期のように、各電圧パル スの後で放電が消弧され得るようなレベルに選択される。この要求は公知文献 W O 94/23442 に記載されている効果的な作動形態を得るために満たされるべきで ある。 電圧パルスのシーケンスの個々のパルスは、ユニポーラであってもバイポーラ であってもよい。“バイポーラパルス”の概念とは、そのようなパルスでは時間 に依存した電圧が１回又は複数回極性を変えることを意味する。バイポーラパル スシーケンスへのオフセット直流電圧の重畳によって、バイポーラ総電圧が生成 される。 その他にも本発明によればオフセット直流電圧を供給する供給源が設けられる 。この供給源は、特に電圧パルスの継続期間中に放電に入力結合される電力の一 部を供給するのに適している。このことは次のような 利点となる。すなわちパルス源がパルス化されて作動される誘電的に阻止される 放電に必要な電力の残りの部分のみを供給するだけでよく、そのため相応に小さ な電力のみが印加されるだけでよい。 本発明による、パルス化され誘電的に阻止される放電を用いて放電ランプの作 動のための生成するための方法においては以下の方法ステップが設けられている 。 −少なくとも１つのオフセット直流電圧を供給する。この場合オフセット直流電 圧の全振幅が所期のように最大でもつぎのようなレベルに選択される。すなわち 各電圧パルスの後で放電が消弧され、個々の電圧パルス間での不所望な再点弧が 回避されるようなレベルに選択される。 −休止期間によって相互に分離される電圧パルスを供給する。この場合共通の電 位に関してシーケンスの極性がオフセット直流電圧の極性に対向している。 −少なくとも１つのオフセット直流電圧と電圧パルスのシーケンスを、総電圧に 重畳させ、この場合この総電圧の波高値がオフセット直流電圧の絶対値と電圧パ ルスの波高値の絶対値との和から生じる（絶対値での加算的重畳）。 そのように生成された総電圧の所定の適用に対してはこれが電極に印加される 。 電圧パルスのシーケンスのパルスレベルは比較的僅 かでよいので、パルス回路には比較的小さな波高値で印加するだけで十分である 。この場合いくつかのさらなる利点も結果的に生じる。まず第１にパルス回路に おいて通常存在するパルス変成器に対しては比較的僅かな変成比で十分である。 あるいはこのパルス変成器そのものを完全に省くことも可能である。これらの両 者の場合急峻なパルスエッジが得られる。これは結果的に有効ビーム生成の効率 の上昇につながる。さらに電圧パルスの高さの低減によってＥＭＩの低減もパル ス変成器一次巻線中の電流の低減も達成される。 前述した方法によるパルス電圧シーケンスの生成のための本発明による回路装 置は、パルス回路と直流電圧回路を含み、それぞれ２つの出力側電極を有してい る。 パルス回路の２つの出力側電極の１つは、第２のパルス回路の対向する極性の 出力側電極に接続される。前記２つの出力側電極の接続では、２つの直列に接続 された回路の２つの自由出力側電極に対して基準電位が定められる。このように して２つの自由出力側電極の間には、それぞれ自由出力側電極と基準電位との間 に存在する２つの部分信号の差分信号が存在する。つまり２つの自由出力側電極 の間では、絶対値の点で加算されるパルス電圧シーケンスとオフセット直流電圧 の重畳が行われる。この基準電位は、回路アース又はグランド電位に接続させて もよい。 前記パルス回路は、例えばそれぞれドイツ連邦共和国特許 DE 195 48 003 A1 に開示されている回路によって構築される。このパルス回路の具体的な実施形態 は、個々のケースにおいて電極の所要の波高値に従って調整される。回路の有利 な効率に対して決定的なことは、まず休止期間によって相互に分離される電圧パ ルスの部分シーケンスを供給するのに適したパルス回路である。 その他にもこのパルス回路は２つ又はそれ以上の直列に接続された部分パルス 回路からなっていてもよい。このようにしてパルス電圧シーケンスが２つ又はそ れ以上の部分シーケンスから絶対値の点で加算され統合される。このようにして それぞれ相応に僅かな波高値のみが部分シーケンスの生成に必要とされるだけで であり、結果的に生じるパルス電圧シーケンスの所要の波高値も達成される。 直流電圧回路は、最も簡単な場合にはバッテリ又はそれ自体公知の直流電圧電 子回路である。この場合回路の有利な効率に対して決定的なことは、この回路が オフセット直流電圧の供給に適していることである。その他にもこの直流電圧回 路の電力が有利には次のように設計仕様される。すなわち放電に必要な電力の有 意な成分（例えば約２０％以上）がこの直流電圧回路から供給されるように設計 仕様される。 この場合従来技法に比べて有利な点は、パルス変成 器及び/又は変成器コアの巻線のワイヤ断面が比較的小さく選定可能なことであ る。その他にも所定のピーク電圧に必要なパルス変成器の変成比や巻回比が従来 技法のものよりも小さくて済む。その結果さらなる利点として、電圧パルスの急 峻な信号エッジが得られ、さらに有効ビーム生成の高い効率が得られる。 その他にもさらにこれまで変成器の使用が不可欠であった多くのケースにおい て変成器の使用を完全に省くことが可能となる。なぜなら本発明によれば所要の ピーク電圧の一部が直流電圧回路から与えられるからである。 さらに少なくとも１つの直流電圧回路と、ビーム源までの相応の接続線路との 間にスイッチが組込まれてもよい。場合によっては複数存在するスイッチは、パ ルス回路と次のように同期化される。すなわちこのスイッチが電圧パルスの継続 期間中は閉じられ休止期間の継続中は開かれるように同期化される。それによっ て、休止期間中にオフセット直流電圧が電極に印加されることが避けられる。こ のスイッチ自体はパルス回路と異なって特に迅速である必要はない。このスイッ チング時間は数μｓ（例えば５μｓ）の領域で十分である。このスイッチング時 間は、同期化の際の相応の予備時間によって次のように考慮される。すなわちオ フセット直流電圧が電圧パルスの開始と同時に電極に印加されるように考慮され る。 最後に本発明によれば、本発明による回路装置と、パルス化され誘電的に阻止 される放電を用いて作動されるビーム源からなる照明システムが提案されている 。 図面の説明 以下では本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。この場合、 図１は、扁平な照射器を有する本発明による回路装置を示した図である。 図２ａは、ユニポーラパルスを用いた図１からのパルス電圧シーケンスＵ_P(t)の 時間軸上の断面を示した図である。 図２ｂは、図１からのオフセット直流電圧Ｕ_DC(t)の時間軸上の断面を示した図 である。 図２ｃは、図１からの差分電圧シーケンスＵ(t)の時間軸上の断面を示した図であ る。 実施例の説明 図１にはパルス電圧シーケンスの生成のための本発明による回路装置と扁平照 射器のブロック回路図が概略的に示されている。この回路装置は実質的にパルス 回路１と直流電圧回路２からなっている。この２つの回路の各々は、それぞれ２ つの出力側電極ａ,ｂ,ｃ,ｄを有している。動作中はパルス回路１からその出力 側電極ａ,ｂの間でパルス電圧シーケンスＵ_P(T)が供給される。直流電圧回路２ は、その出力側電極ｃ,ｄの 間でオフセット直流電圧Ｕ_DCを供給する。パルス回路１の正（＋）の出力側電極 ａと、直流電圧回路２の負（−）の出力側電極ｄは、端子４ないし５に接続され ている。この端子４ないし５は、リード線路６,７を介して扁平照射器８に接続さ れている。前記２つの回路１,２のそれぞれ自由出力側電極ｂ;ｃは相互に及びア ース電位３に接続されている。このアース電位が基準電位として用いられる。そ れにより前記２つの回路１,２は直列に接続され、作動中はパルス回路１の正（ ＋）の出力側電極ａと、直流電圧回路２の負（−）の出力側電極ｄの間で差分電 圧シーケンスＵ(t)が生成される。 扁平照射器８は放電容器９と、ストライプ状のカソード１０と、誘電的に阻止 されるストライブ状のアノード１１からなっている。放電容器９は、基底プレー ト１２とカバープレート１３と、フレーム１４からなっている。これらは共に矩 形状の基準面を有している。基底プレート１２とカバープレート１３はガラスろ うを用いてフレームとガス密に結合されており、これは放電容器９の内部が直方 体状に構成されるように行われている。基底プレート１２はカバープレート１３ よりも大きく、これは放電容器９が周辺で自由縁部を有するようになされている 。カソード１０とアノード１１は、交互にそして相互に並列して、約６ｍｍほど の相互間隔をあけて基底プレート１２内壁に配設され ている。これらのカソード１０とアノード１１は、相対向する端部にて延在し、 それぞれ放電容器９内側から基底プレート１２まで両サイドで外方へ向けて案内 されている。基底プレート１２の縁部では、これらのカソード１０とアノード１ １が、それぞれカソード側１５ないしアノード側１６の外部給電リードに移行し ている。これらの外部給電リード１５,１６は、それぞれ短い接続部材１７,１８ を用いてリード線路６,７に接続されている。 図中のカバープレート１３内の破断部分は、単にアノード１１とカソード１０ の一部を図示するために設けられただけのものである。従って放電容器９の内部 ではアノード１１は完仝にガラスろう１９によって覆われており、その厚さは約 ２５０μｍである。電極１０；１１と外部コンタクト１５；１６は、それぞれカ ソード側及びアノード側の層構造の種々の区分として銀で形成され、これらはス クリーン印刷技術と加熱を用いて共に被着される。この層厚さは約６μｍである 。 図示はされていないが別の変化例では、パルス回路が２つの部分パルス回路の 直列接続で構成されている。 別の変化実施例（図示されていない）においては、直流電圧源に接続されてい る、照射源までの接続線路にスイッチが組込まれる。このスイッチは、パルス回 路と次のように同期化される。すなわちこのスイッチが電圧パルスの継続期間中 は閉じられ休止期間の継続中は開かれるように同期化される。それによって、休 止期間中にオフセット直流電圧が電極に印加されることが避けられる。 図２ａ〜図２ｃにはそれぞれ図１からのパルス電圧シーケンスＵ_P(t)と、オフ セット直流電圧Ｕ_DC(t)=−Ｕ_DC並びに差分シーケンスＵ(t)の時間区分が範例的 に概略的に示されている。ここではそのつどの波高値Ｕ_PSを有する半正弦状の電 圧パルスと、オフセット直流電圧−Ｕ_DC及びこれらの２つの信号の差分信号Ｕ(t )が示されている。それらの波高値Ｕ_Sに対しては以下の式が成り立つ。 ｜Ｕ_S｜＝｜Ｕ_PS｜＋｜Ｕ_DC｜ つまり図２ｃの総合的な信号は図２ａと図２ｂからの個々の信号の絶対値の加算 的な重畳である。 ここにおいては、再度次のようなことを示唆しておく。すなわち図２ａではパ ルス電圧シーケンスＵ_P(t)の信号形態が範例的な特徴を有していることを示唆し ておく。本発明によれば例えば公知文献 WO 94/23442で開示されているバイポー ラパルス形態（パルス内の複数の極性変化）も含めた回路装置を用いて全ての各 信号形態を適切に生成することも可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． パルス化され誘電的に阻止される放電を用いた放電ランプ（８）作動の ためのパルス電圧シーケンスの生成のための方法であって、 少なくとも部分的に透過性でガス充填媒体で充填された密閉形か又はガスない しガス混合気の通流する開口形の、非導電性材料からなる放電容器（９）と、 第１及び第２の極性を有する電極（１０,１１）とを有し、少なくとも一方の 極性の電極（１１）が放電容器（９）内部で誘電材料（１９）によって分離され ており、 少なくとも１つのオフセット直流電圧（Ｕ_DC(t)）を供給し、この場合該オフ セット直流電圧（Ｕ_DC(t)）の振幅（Ｕ_DC）又は場合によって生じる全てのオフ セット直流電圧の全振幅が所期のように最大でも、各電圧パルスの後で放電が消 弧され個々の電圧パルス間の不所望な再点弧が回避されるようなレベルに選択さ れ、 休止期間によって相互に分離される電圧パルスのシーケンス（Ｕ_P(t)）を供給 し、この場合共通の電位（３）に関して前記シーケンス（Ｕ_P(t)）の極性が少な くとも１つのオフセット直流電圧（Ｕ_DC(t)）の極性に対向しており、 少なくとも１つのオフセット直流電圧（Ｕ_DC(t)）とパルス電圧シーケンス（ Ｕ_P(t)）を、総電圧（Ｕ（t） ）に重畳させ、その際この総電圧（Ｕ(t)）の波高値（Ｕ_S）が少なくとも１つの オフセット直流電圧（Ｕ_DC(t)）とパルス電圧シーケンス（Ｕ_P(t)）のそれぞれ の波高値（Ｕ_DC,Ｕ_PS）の絶対値の和に相応するようにされ、この場合以下の式 ｜Ｕ_S｜＝｜Ｕ_DC｜＋｜Ｕ_PS｜ が成り立ち、 前記総電圧（Ｕ(t)）を前記電極（１０,１１）に印加し、この場合専ら電圧パ ルスの継続期間中に放電に入力結合される有効電力の一部がオフセット直流電圧 （Ｕ_DC(t)）に基づいて入力結合されることを特徴とする放電ランプ作動のため のパルス電圧シーケンスを生成するための方法。 ２． オフセット直流電圧（Ｕ_DC(t)）の振幅（|Ｕ_DC|と、パルス電圧シーケ ンス（Ｕ_P(t)）の波高値（|Ｕ_PS|）からの和（Ｕ_S）がほぼ同じ大きさか又は放 電の点弧電圧よりも大きい、請求項１記載の方法。 ３． 前記オフセット直流電圧（Ｕ_DC(t)）に基づいて入力結合される、有効 電力の割合が２０％よりも多い、請求項１又は２記載の方法。 ４． 付加的な方法ステップにおいてそれぞれ休止期間中にオフセット直流電 圧を共通の基準電位まで走査する、請求項１〜３いずれか１項記載の方法。 ５． 付加的な方法ステップにおいて、パルスシーケンスを、少なくとも２つ の部分パルスシーケンスの絶 対値の加算的重畳によって生成する、請求項１〜４いずれか１項記載の方法。 ６． ２つの出力側電極（ａ,ｂ）を備え、休止期間によって相互に分離され た電圧パルスのシーケンス（Ｕ_P(t)）を供給するのに適したパルス回路（１）と 、 ２つの出力側電極（ｃ,ｄ）を備え、専ら電圧パルスの継続期間中に放電に入 力結合される有効電力の一部とオフセット直流電圧（Ｕ_DC）を供給するのに適し た直流電圧回路（２）とを有しており、 前記直流電圧回路（２）の２つの出力側電極の内の１つ（ｃ）に前記パルス回 路（１）の対向する極性の出力側電極（ｂ）が接続されるようにして、前記直流 電圧回路（２）が前記パルス回路（１）に直列に接続され、これによってパルス 電圧シーケンス（Ｕ_P(t)）とオフセット直流電圧（Ｕ_DC）のそれぞれの絶対値(| Ｕ_PS|,|Ｕ_DC|)が加算的に重畳されることを特徴とする、請求項１〜５に記載の パルス化され誘電的に阻止される放電を用いた放電ランプ（８）作動のための方 法によってパルス電圧シーケンスを生成するための回路装置。 ７． 前記直流電圧回路（２）から供給される有効電力の割合は約２０％より も多い、請求項６記載の回路装置。 ８． 放電ランプと直流電圧回路の間にスイッチが接続されており、該スイッ チはそれぞれ実質的に電圧パ ルスの継続期間中は閉じられ、それ以外は開かれている、請求項６又は７記載の 回路装置。 ９． 前記パルス回路は少なくとも２つの部分パルス回路からなる直列回路を 含み、該部分パルス回路は部分パルスシーケンスを生成するのに適しており、こ の場合前記部分パルス回路のうちの１つの出力側電極は、他の部分パルス回路の 対向する極性の出力側電極と接続されており、これによって前記直列回路のパル ス電圧シーケンスが部分パルスシーケンスの加算的な重畳によって生じる、請求 項６〜８いずれか１項記載の回路装置。 10． 照射源（８）、例えば放電ランプが設けられており、該照射源（８）は 、誘電的に阻止される放電に適し、少なくとも部分的に透過性でガス充填媒体で 充填された密閉形か又はガスないしガス混合気の通流する開放形の、非導電性材 料からなる放電容器（９）と、少なくとも一方の極性の電極（１１）が放電容器 （９）内部で誘電材料（１９）によって分離されている複数の電極（１０,１１ ）とを有しており さらに前記電極（１０,１１）に接続されるパルス電圧源（１,２）が設けられ ており、該パルス電圧源は休止期間によって相互に分離される電圧パルスの供給 に適している、照明システムにおいて、 前記パルス電圧源（１,２）が前記請求項６〜９に記載の１つ又は複数の特徴 を備えた回路装置を有してい ることを特徴とする照明システム。