JP2004522287A - ガス放電ランプ用ランプ点灯回路 - Google Patents

Abstract

本発明は、変圧器（１４）を介してランプ回路に結合された点弧サブ回路（２０）を有し、高圧ガス放電ランプ（２）を点弧及び点灯するスイッチモード電源に関するものであり、点弧サブ回路は、‐ 少なくとも１つの点弧キャパシタ（２２）と、‐ 制御電極を有し、所望瞬時に前記点弧キャパシタを放電させるスイッチング素子（３０）とを具えており、前記スイッチング素子の制御電極は、殆ど受動的な素子を有する制御サブ回路（３２、３４、３６、３８）を介してランプ回路の転流回路（６、７、１０、１８）に接続されているようにする。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源であって、高圧ガス放電ランプを点弧するために電圧パルスを発生する点弧サブ回路が設けられた当該高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源に関するものである。
【０００２】
国際公開パンフレットＷＯ０１／６９９８５には、オーム抵抗を介してバッファキャパシタに接続されたパルスキャパシタと、スイッチとを有し、ランプ点弧パルスを少なくとも１００Hzの周波数で発生させうるようにした点弧回路を具えている既知の型のランプ点灯回路が開示されている。この既知のスイッチモード電源には、パルスの発生が、ランプに対し得られる電流と無関係であり、調整されない為、点弧の機会が比較的少なくなるという欠点がある。その結果、或る量のウォルフラムがランプの始動中に電極から気化し、これによりランプの光出力が悪くなり、その寿命が短くなる。更に、複雑で多数の素子を有する別の制御ユニットが必要となる。
【０００３】
本発明は、上述した問題を回避しようとするものであり、この目的のために、ランプ回路と、変圧器を介してこのランプ回路に結合された点弧サブ回路とを有する高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源であって、点弧サブ回路が、
‐ 少なくとも１つの点弧キャパシタと、
‐ 制御電極を有し、所望瞬時に前記点弧キャパシタを放電させるスイッチング素子と
を具えており、
前記スイッチング素子の制御電極は、殆ど受動的な素子を有する制御サブ回路を介してランプ回路の転流回路に接続されている高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源を提供する。
【０００４】
このようなスイッチモード電源は、少数の素子を有する簡単な点弧回路を有する。冷却状態における点弧も一層良好となり、これによりランプの光出力が改善され、寿命が延長される。
【０００５】
好適な他の例では、スイッチング素子をいわゆるＴＲＩＡＣとする。このようなスイッチング素子は、広く市販されており、制御するのが簡単である。
【０００６】
好適な更に他の例では、前記点弧キャパシタ及びスイッチング素子が前記変圧器の一次巻線を介して前記ランプ回路に結合されているとともにこの一次巻線とで共振回路を形成し、点弧サブ回路を流れる電流が、変圧器の二次巻線にまたがって所望レベルの電圧パルスを発生するようにする。
【０００７】
好適な更に他の例では、スイッチモード電源が、電圧を蓄積する少なくとも１つのバッファキャパシタを有し、前記点弧サブ回路が少なくとも１つの抵抗を有し、この抵抗はその一端が前記バッファキャパシタに、他端が前記点弧サブ回路の前記少なくとも１つの点弧キャパシタにそれぞれ接続されているようにする。この場合、電圧パルスのエネルギーがバッファキャパシタから直接取出される為、必要とする素子数は少なくて足り、スイッチモード電源が一層小型化される。
【０００８】
好適な更に他の例では、スイッチモード電源が、いわゆるハーフブリッジ転流順方向回路を有し、このスイッチモード電源が更に小型化されるとともに必要とする素子数が一層少なくて足りるようにする。
【０００９】
好適な更に他の例では、スイッチモード電源が、スイッチング素子を予め決定した瞬時に導通させるために、例えば３０Ｖのブレークオーバー電圧を有する少なくとも１つのＤＩＡＣを具える。
【００１０】
好適な更に他の例では、スイッチモード電源がＳＩＤＡＣを有し、前記少なくとも１つの点弧キャパシタが放電された後には、前記スイッチング素子が導通状態に維持されないようにする。
【００１１】
他の観点によれば、点弧サブ回路を配置するランプ回路を有するスイッチモード電源であって、前記点弧サブ回路が、
‐ 少なくとも１つの点弧キャパシタと、
‐ 制御電極を有し、所望瞬時に前記点弧キャパシタを放電させるスイッチング素子と
を具えており、
前記スイッチング素子の制御電極は、殆ど受動的な素子を有する制御サブ回路を介してランプ回路の転流回路に接続されている当該スイッチモード電源により、高圧ガス放電ランプを点弧及び点灯する方法を提供する。
【００１２】
このような方法によれば、点弧の確率が増大し、ランプを点弧するのに必要とする点弧パルスが少なくて足りる。これにより、ランプの光出力が改善され、その寿命が延長される。
【００１３】
好適な例では、スイッチング素子をＴＲＩＡＣとする。このようなスイッチング素子は広く市販されており、簡単に制御しうる。
【００１４】
本発明の他の利点及び特徴を添付図面につき説明する。
本発明によるスイッチモード電源の好適な第１実施例（図１）は、ガス放電ランプ２、例えば、出力が３５〜７０Ｗのメタルハライドランプを制御するランプ回路１として、インバータ回路であるいわゆるハーフブリッジ転流順方向回路（ＨＢＣＦ）を有する。このハーフブリッジ転流順方向回路１はバッファキャパシタ及び分圧器の機能を有するキャパシタ３及び４とＦＥＴ６及び７とを具えており、回路点５は線路電圧、すなわち開路電圧（ＯＣＤ）の半分、例えば２００Ｖを有する。ＦＥＴ６及び７は、予め決定した周波数での転流モードで導通及び非導通にされて、回路点８が開路電圧、例えば４００Ｖ又は０Ｖを有するようになる。ランプ２と変圧器１４の二次巻線１２との直列回路に安定化電流を与えるために、コイル１０が存在する。二次巻線１２は、キャパシタ１６及び１８と共同して、コイル１０により与えられる負荷電流の変化分を濾波する。
【００１５】
ＨＢＣＦ回路１には変圧器１４により点弧サブ回路２０が結合されており、この点弧サブ回路は点弧又はパルスキャパシタ２２を有し、このキャパシタ２２はオーム抵抗２４を介してバッファキャパシタ３側の線路電圧の点に接続されている。点弧キャパシタ２２はそのインピーダンスを極めて低くして、点弧回路に必要とする高ｄＶ／ｄｔに耐えうるようにすることができる。点弧キャパシタ２２は、ランプ２を点弧させる目的で約３．５〜５ｋＶの電圧を有する電圧パルスを発生させる共振回路の一部を形成し、この共振回路には更に、変圧器１４の一次巻線２６が、ダイオード２８及びスイッチング素子としてのスイッチ３０、例えばＴＲＡＩＡＣと一緒に含まれている。スイッチ３０は制御電極を有し、キャパシタ３４及び３６とツェナーダイオード３８とを有するＤＩＡＣ３２を具えている制御サブ回路により制御される為、他の制御回路は不必要である。それゆえ、この制御サブ回路は殆ど受動的な素子を有するものである。従って、スイッチ３０の制御電極はこの制御サブ回路を介してランプ回路の転流回路（インバータ）に接続される。
【００１６】
ランプ２を点弧するために、点弧又はパルスキャパシタ２２がオーム抵抗２４を介して充電され、この際スイッチ３０は、開放した非導通状態にある。スイッチ３０がＤＩＡＣ３２からの小電流により閉成されると、共振回路が閉じ、点弧キャパシタがコイル２６、ダイオード２８及びスイッチ３０を介して放電する。コイル２６に電流が流れると、変圧器１４を介してコイル１２に電圧パルスが発生し、この電圧パルスがランプ２にも印加される。この処理は、ランプが点弧するまで繰返される。
【００１７】
この場合、点弧パルスが発生する瞬時は極めて重要である。その理由は、点弧の可能性は転流の瞬時の直後で最大となる為である。この転流瞬時は、ＦＥＴ６及び７が導通状態から非導通状態に、又はその逆に変化する瞬時である。この目的のために、スイッチ３０が、約３０Ｖのブレークオーバー電圧を有するＤＩＡＣ３２により制御される。ＤＩＡＣを用いることは、価格を低くする点で有利である。キャパシタ３４及び３６より成り、抵抗性の分圧器の場合に生じるであろう追加の損失を生じない容量性分圧器は、回路点４０における電圧振幅が開路電圧（ＯＣＶ）に等しくなる場合にＤＩＡＣがトリガされるような電圧を有する。この回路は、約２００Ｖのブレークオーバー電圧を有するツェナーダイオード３８を追加することにより改善し、例えばランプの始動中にバッファキャパシタの電圧分布が非対称となった場合にＤＩＡＣを誤ってトリガするのを回避する。
【００１８】
好適な第２実施例（図２）は、図１の第１実施例の改善例であり、この場合、誤ったトリガ作用が更に良好に回避される。図１の実施例では、例えば、スイッチ３０の誤ったトリガ作用により生ぜしめられる抵抗２４を流れる電流の為に、このスイッチ３０は点弧キャパシタ２２の放電後に連続して導通状態に維持されるおそれがある。この場合、点弧キャパシタ２２は新たな点弧パルスに対して充電されない。このことを、図２の回路では、スイッチ３０を導通状態に維持するのに必要とする最小電流の数倍である最小電流及び１２０Ｖのブレークオーバー電圧を有する半導体素子５０、例えば、ＳＩＤＡＣを加えることにより防止する。半導体素子５０を加えることにより、スイッチ３０（の半導体材料）における電荷キャリアに対して得られる再結合時間が、例えば、点弧キャパシタ２２が再度１２０Ｖに充電されるまで延長される。
【００１９】
更に、数個の抵抗５４、５６及び５８が設けられている。例えば４７Ωとしたオーム抵抗５４はスイッチ３０のゲートにおける電流を制限する作用をし、例えば１０ｋΩとした抵抗５６はスイッチ３０のゲートの故障発生度を減少させるのに設けられており、例えば１ＭΩとした抵抗５８は容量性分圧器における電圧がオーバーシュートするおそれを低減させる作用をし、これによりスイッチ３０が誤ってトリガされるのを阻止する。
【００２０】
好適な第２実施例（図２）の多数の実際例を、製造品質に問題が生じなかった素子を用いて４０００時間に亙って検査した。実際例では、上述した好適な第２実施例は、本出願人によりＣＤＭ型として市販されている３５Ｗ及び７０Ｗのメタルハライドランプを点弧及び点灯させるのに適している。この場合、バッファキャパシタ３及び４は、例えば６８μＦの値を有し、点弧キャパシタ２２は、例えば３３ｎＦの値を有し、抵抗２４は、例えば４７ｋΩとする。点灯状態では、バッファキャパシタにまたがる電圧は４８０Ｖ程度の値を有する。
【００２１】
図３Ａは、点弧キャパシタ２２にまたがる電圧Uc22の時間経過を示し、ｔは時間であり、１周期は約５ms（ミリ秒）である。電圧は０Ｖから４８０Ｖ程度の最大値まで増大する。転流瞬時の直後に、この点弧キャパシタが放電する為、この点弧キャパシタにまたがる電圧は約０Ｖまで減少する。図３Ｂは回路１の点４０における電圧Ｕ40を示し、この電圧は交互に約０Ｖ及び約４８０Ｖとなる。この電圧が回路１の点４２における電圧Ｕ42を制御し、点４０における電圧が変化する度に、点４２に電圧が印加される。キャパシタ３４及び３６が、それぞれ例えば１０ｎＦ及び１．２ｎＦ程度の値を有すると、点４２における電圧は、約４０Ｖのピーク値を有する図３Ｃに示す時間経過を呈する。このピーク値で、約３０Ｖのブレークオーバー電圧を有するＤＩＡＣ３２が導通状態に移る為、スイッチ３０が共振回路を閉じ、点弧キャパシタ２２が放電し、電圧パルスがランプ２にまたがって生じる。
【００２２】
本発明による保護は上述した好適実施例に限定されず、種々の変形例をも含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の好適な第１実施例によるスイッチモード電源の回路図である。
【図２】本発明の好適な第２実施例によるスイッチモード電源の回路図である。
【図３】図２のスイッチモード電源のそれぞれの回路点における電圧時間経過を示すグラフである。

Claims (10)

1. ランプ回路と、変圧器を介してこのランプ回路に結合された点弧サブ回路とを有する高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源であって、点弧サブ回路が、
   ‐ 少なくとも１つの点弧キャパシタと、
   ‐ 制御電極を有し、所望瞬時に前記点弧キャパシタを放電させるスイッチング素子と
   を具えており、
   前記スイッチング素子の制御電極は、殆ど受動的な素子を有する制御サブ回路を介してランプ回路の転流回路に接続されている高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源。
2. 請求項１に記載の高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源において、前記スイッチング素子をいわゆるＴＲＩＡＣとした高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源。
3. 請求項１又は２に記載の高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源において、前記点弧キャパシタ及びスイッチング素子が前記変圧器の一次巻線を介して前記ランプ回路に結合されているとともにこの一次巻線とで共振回路を形成している高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源において、このスイッチモード電源が、電圧を蓄積する少なくとも１つのバッファキャパシタを有し、前記点弧サブ回路が少なくとも１つの抵抗を有し、この抵抗はその一端が前記バッファキャパシタに、他端が前記点弧サブ回路の点弧キャパシタにそれぞれ接続されている高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源において、このスイッチモード電源が、いわゆるハーフブリッジ転流順方向回路を有している高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源において、前記制御サブ回路が、３０Ｖのようなブレークオーバー電圧を有する少なくとも１つのＤＩＡＣを具えている高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源。
7. 請求項６に記載の高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源において、前記制御サブ回路が、前記ＤＩＡＣに対する容量性分圧器として接続された少なくとも２つのキャパシタを具えている高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源。
8. 請求項６又は７に記載の高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源において、前記制御サブ回路が、前記ＤＩＡＣを所望電圧でトリガするツェナーダイオードを具えている高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源において、前記点弧サブ回路がＳＩＤＡＣをも有し、前記点弧キャパシタが放電された後には、前記スイッチング素子が導通状態に維持されないようにした高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源において、前記制御サブ回路が、電圧を割り当てる少なくとも１つの抵抗を具えている高圧ガス放電ランプ点弧及び点灯用スイッチモード電源。