JP2005294268A - 少なくとも１つのランプ用の安定器 - Google Patents

Abstract

【課題】安定器を更に改善して、従来技術よりも一層確実に放電ランプを始動することができるようにし、構成部品がさらされているストレスを低減して、安定器の寿命を従来技術よりも一層長くすること。
【解決手段】交流的に第１にランプに対して直列に、第２に共振キャパシタンスに対して並列に設けた制動インダクタンスを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも１つのランプ用の安定器であって、少なくとも２つのスイッチを有しており、該２つのスイッチは、各々直列に設けられており、少なくとも２つの直列に設けられた前記スイッチを交互に開閉するための制御回路を有しており、各々２つの直列に設けられた前記スイッチに給電電圧を印加するための端子を有しており、共振点火回路を有しており、該共振点火回路は、入力側が２つの直列に設けられた前記スイッチの接続点に接続されており、出力側が前記ランプ用の第１の端子に接続されており、前記共振点火回路は、共振インダクタンスを有しており、該共振インダクタンスは、前記両スイッチ間の接続点及び前記ランプ用の前記端子に対して直列に設けられており、及び、共振キャパシタンスを有しており、該共振キャパシタンスは、前記ランプ用の第１及び第２の端子に対して交流的に並列に設けられている安定器に関する。

本発明が基づく問題点については、分かりやすくするために、例えば、世界知的所有権機関特許公開第０２／３０１６２Ａ２号公報、世界知的所有権機関特許公開第０３／０２４１６１Ａ１号公報、又は、米国特許第２００２／００４１１６５Ａ１号明細書に記載されているような、高圧放電ランプの例を用いて説明する（特許文献１，２，３参照）。当然、本発明は、他のランプタイプ、殊に、共振点火部を有する他の回路トポロジーの場合でも使用することができる。高圧放電ランプの作動のために、正弦波状の作動交流電圧が必要であり、この交流電圧の作動周波数は、ランプの始動器（Ｌａｍｐｅｎｂｒｅｎｎｅｒｓ）の幾何形状に応じて、４５ｋＨｚ〜５５ｋＨｚの範囲内で、たいてい１００Ｈｚ周期で鋸歯状に掃引乃至走査される。掃引作動により、一般的に、音響共振が阻止され、従って、プラズマアークの安定化に寄与する。上述の作動周波数領域用の電子安定器の出力段は、たいていＬＣ共振回路で構成されている。構成部品の大きさを小さくして、安定器を、スペース及びコストを節約して構成するために、ＬＣ出力回路は、インピーダンス及びフィルタ特性の他に付加的に、典型的には、ランプに依存して３．５ｋＶ〜５ｋＶであるランプ始動電圧を、各共振励起毎に形成することができるように構成されている。始動電圧の共振形成用の手段は、ＬＣ回路の構成及び回路定数選定に関して、特別な境界条件を示す。この理由は、この場合に、使用されているインダクタンスも使用されているキャパシタンスも、所望の始動電圧レベルを達成することができるために、十分に高いエネルギ搬送容量を有している必要がある。従って、インダクタンスの場合には、通常、空隙を設ける必要がある。

高圧放電ランプは、始動点火の直後調整される、定格ランプインピーダンスでの定格作動モードではなく、ガスアシステッドブレークダウン（ｇａｓ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）で常温ランプが応動し、始動点火の直後、典型的には、０．５μｓ〜１００μｓの短い時間周期の間しか、完全に導電状態とはならず、即ち、作動電圧は、５Ｖ以下であることがある。この結果、始動電圧に蓄電される共振出力回路に関して、突然短絡回路が形成され、この短絡回路によって、始動電圧に蓄電される実効キャパシタンスが（ランプ線路を含む）それに相応して急激且つ突然放電される。これらの短時間の短絡回路電流は、この場合、実効キャパシタンス及び残留線路インダクタンスに依存して、数１００Ａにも上昇する。

このような、始動点火後の高圧放電ランプの不安定始動特性は、関与している構成部品にとってストレスとなる状況であり、殊に、共振回路内のキャパシタにとって、漂遊電流の結果、安定器のそれ以外の電子回路の構成部品にとっても、このようなストレスとなる状況により、安定器が故障して、従って、安定器が破損してしまうことが屡々ある。
世界知的所有権機関特許公開第０２／３０１６２Ａ２号公報 世界知的所有権機関特許公開第０３／０２４１６１Ａ１号公報 米国特許第２００２／００４１１６５Ａ１号明細書

従来技術からは、このようなストレス状況を阻止する手段は何ら公知ではない。

従って、本発明の課題は、冒頭に記載した安定器、つまり、少なくとも１つのランプ用の安定器であって、少なくとも２つのスイッチを有しており、該２つのスイッチは、各々直列に設けられており、少なくとも２つの直列に設けられた前記スイッチを交互に開閉するための制御回路を有しており、各々２つの直列に設けられた前記スイッチに給電電圧を印加するための端子を有しており、共振点火回路を有しており、該共振点火回路は、入力側が２つの直列に設けられた前記スイッチの接続点に接続されており、出力側が前記ランプ用の第１の端子に接続されており、前記共振点火回路は、共振インダクタンスを有しており、該共振インダクタンスは、前記両スイッチ間の接続点及び前記ランプ用の前記端子に対して直列に設けられており、及び、共振キャパシタンスを有しており、該共振キャパシタンスは、前記ランプ用の第１及び第２の端子に対して交流的に並列に設けられている安定器を更に改善して、殊に従来技術よりも一層確実に放電ランプを始動することができるようにすることにあり、この際、特に、構成部品がさらされているストレスを低減して、そのような安定器の寿命を従来技術よりも一層長くすることにある。

この課題は、本発明によると、制動インダクタンス（が設けられており、該制動インダクタンスは、交流的に第１にランプに対して直列に、第２に共振キャパシタンスに対して並列に設けられていることにより解決される。

本発明は、制動インダクタンスを放電ランプに直列に接続すると、始動点火直後、電流を所定の許容可能な限界値以下に保持することができるという認識に基づいている。

本発明の内容では、交流電流という用語は、交流等化回路図内で形成される回路構造という意味で用いている。例えば、共振キャパシタンスがアースに直接接続されているか、又は、間接的に、例えば、電源を介してアースに接続されているか、又は、これら両者の変形の組合せである場合、共振キャパシタンスは、放電ランプ用の第１及び第２の接続端子と並列に交流電流的に接続されているということである。

１つの有利な実施例では、共振インダクタンス及び制動インダクタンスは、共通のコア上に巻回されている。この実施例は、共振インダクタンスのコア上に巻回されていない別個の制動インダクタンスは、同様に、共振インダクタンスと同じエネルギを搬送することができるようにするために、大きくする必要があるという認識に基づいている。従って、この有利な実施例の手段により、製造すべきコアを節約することができる。この結果、コスト及び物理的なサイズを小さくすることができる。

この場合有利には、共振インダクタンスと、この制動インダクタンスの、コア上での巻回方向を同じにするとよい。

しかし、同じコア上に共振インダクタンスと同じ方向に巻回した制動インダクタンスを１つだけ用いると、同時に、２つのスイッチ間の接続点での第１の制動インダクタンスに対して、定格作動中のフィルタインダクタンスを示す共振インダクタンスから搬送された矩形波電圧信号の成分となり、その結果、放電ランプを制御する電流のスペクトル内に調波が含まれている成分となる。従って、矩形波成分を有する信号が、放電ランプに印加され、敏感な放電ランプの場合には、当業者には公知の欠点を生じ、例えば、発光レベルが劣悪となり、点灯しなくなってしまう危険性が高まる、等である。

この問題点は、共振キャパシタンスに対して直列に設けた第２の制動インダクタンスによって対処される。第１及び第２の制動インダクタンスを同じ大きさにすると有利である。

共振インダクタンス及び第１及び第２の制動インダクタンスを同じコア上に、殊に、同じ巻回方向に巻回すると、定格作動中、２つの制動インダクタンスの各作用を相互に補償し、そのフィルタ効果を含む装置構成は、１つの信号共振コイルだけを有する装置構成と同じである。

他方、始動点火後、第１及び第２の制動インダクタンスの作用は、完全には除去されない。つまり、完全に電流及びエネルギ搬送能力を有していて、従って、始動点火後放電ランプを流れる放電電流のレベルを十分に制限することができる残留漂遊インダクタンスが、緩やかな結合に基づいて生じる。

第１及び第２の制動インダクタンスの結合から得られる漂遊インダクタンスを、有利には、少なくとも１０μＨ、有利には、少なくとも４０μＨにすることができる。

制動インダクタンス自体の値は、有利には、少なくとも６０μＨ、有利には、少なくとも１２０μＨにするとよい。

極めて一般的に、第１の制動インダクタンス又は第１及び第２の制動インダクタンスは、作動するために使われている放電ランプの感度の程度に依存して、放電ランプでの始動点火後、この放電ランプを流れる電流を、最大５０Ａ、有利には、最大３０Ａに制限するように確定することができる。

当業者には明らかなように、ＬＣ共振始動回路が、放電ランプの定格作動用であるか、ＬＣ共振始動回路が、別個に形成されているか、又は、１つの同じＬＣ回路によって実施されているかどうかということは、本発明の実施にとっては些細なことである。

別の有利な実施例は、従属請求項に記載されている。

以下、本発明について、有利な図示の実施例を用いて詳細に説明する。

図１には、本発明の安定器の第１の実施例が示されている。２つのスイッチＳ１及びＳ２が設けられており、両スイッチは、交互に開閉される。相応の制御回路は、当業者には十分に公知である。この回路には、給電電圧Ｕ_０が給電され、更に２つの結合コンデンサＣＫ１及びＣＫ２が接続されている。ランプＬａは、共振点火回路と接続されており、共振点火回路は、共振インダクタンスＬ１及び共振キャパシタンスＣ１を有している。始動点火直後の実効キャパシタンスの放電電流の制御のために、制動インダクタンスＬＢ１が設けられており、当該制動インダクタンスＬＢ１は、放電ランプＬａに対して直列に、つまり、放電ランプＬａと共振インダクタンスＬ１との間に設けられている。放電電流の最適制御のために、制動インダクタンスＬＢ１は、共振電圧の形成のために使用される共振インダクタンスＬ１と同じエネルギ搬送能力を有している必要がある。図示のように、共振インダクタンスＬ１と制動インダクタンスＬＢ１は同じ向きに結合されている。

図１には、半波ブリッジ装置を有する本発明の安定器が示されているが、図２には、結合コンデンサＣＫ１及びＣＫ２がスイッチＳ３及びＳ４によって代替されている全波ブリッジ装置を有する実施例が示されている。

図３に示された本発明の安定器の実施例には、共振キャパシタンスと直列に設けられた第２の制動インダクタンスＬＢ２が設けられている。この第２の制動インダクタンスＬＢ２は、共振インダクタンスＬ１及び第１の制動インダクタンスＬＢ１と同じコア上に、殊に、同じ向きに巻回されている。

有利には、十分な大きさの漂遊インダクタンスを形成するために、第２の制動インダクタンスの下側に空隙を設けると有利である。

従って、実効制動インダクタンスは、第１の制動インダクタンスＬＢ１と第２の制動インダクタンスＬＢ２との結合から得られた漂遊インダクタンスＬ_{Ｓｔｒｅｕ}である。漂遊インダクタンスＬ_{Ｓｔｒｅｕ}は、少なくとも１０μＨ、有利には、少なくとも４０μＨである。全ての実効キャパシタンスが１つの実効キャパシタンスＣにまとめられて、Ｕがそのような実効キャパシタンスの電圧である場合に、最大電流Ｉｍａｘは、

単数乃至複数の制動インダクタンスは、始動点火後放電ランプを流れる電流が最大５０Ａに制限され、有利には、最大３０Ａに制限されるように構成されている。

図４には、図３に示された本発明の、全波ブリッジ装置での安定器が示されており、その際、結合コンデンサＣＫ１及びＣＫ２は、再度スイッチＳ３及びＳ４によって代替されている。

図１−４の実施例では、放電ランプと直列に接続されている制動インダクタンスＬＢ１は、常に放電ランプＬａと共振インダクタンスＬ１との間に接続されている。即ち、放電ランプに直列に接続されている制動インダクタンスＬＢ１は、放電ランプＬａの端子と接続されており、この端子は、共振点火回路と接続されている。この端子は、点火の前に、アース電位に較べて高い電圧を有している。放電ランプＬａが、比較的長いケーブルを介して安定器と接続されている場合、放電ランプＬａの前述の端子と、アース電位との間に、寄生キャパシタンスが形成され、この寄生キャパシタンスは、数百ピコファラッドの値を有することがある。図１−４の実施例では、放電ランプＬａのガスアシステッドブレークダウンの間、寄生キャパシタンス内に蓄積されたエネルギを制動せずに保護導体又はアース端子を介して放電することができる。この放電は、安定器の障害又は破壊を生じることがある。殊に、そのためにも、放電電流はアース線路を介して流され、それにより、安定器の規準電位が変位される。

寄生キャパシタンスからの高い放電電流に対する対策は、本発明の図５の安定器の実施例により提供される。この実施例は、実質的に図３の実施例に相応している。図３の実施例との相違点は、放電ランプＬａが制動インダクタンスＬＢ１と共振インダクタンスＬ１との間に接続されている点にある。従って、制動インダクタンスＬＢ１は、１２で示したランプ端子と接続されている。制動インダクタンスＬＢ１の、この択一的な装置構成により、寄生キャパシタンスからの放電電流は、制動インダクタンスＬＢ１を通って流れ、従って、この放電電流の値も低減される。寄生キャパシタンスの放電電流も、図５の実施例では安定器を障害も破壊もし得ない。

巻回方向及び結合に対する上述の実施例は、この制動インダクタンスＬＢ１にも該当する。

図５の実施例では、図３の実施例に比較した、制動インダクタンスＬＢ１の択一的な装置構成が示されている。相応して、図１，２及び４の実施例も、制動インダクタンスＬＢ１の択一的な装置構成で実施することができる。これは、アース電位に対する寄生キャパシタンスが大きな値を有している場合に有利である。放電ランプＬａの対称的な接続が所望の場合には、制動インダクタンスＬＢ１を分割して、放電ランプＬａの両側に設けてもよい。

制動インダクタンスを有する本発明の安定器の第１の実施例を示す。 制動インダクタンスを有する本発明の安定器の第２の実施例を示す。 ２つの制動インダクタンスを有する本発明の安定器の第３の実施例を示す。 ２つの制動インダクタンスを有する本発明の安定器の第４の実施例を示す。 ２つの制動インダクタンスを有する本発明の安定器の第５の実施例を示す。

符号の説明

Ｓ１及びＳ２、Ｓ３及びＳ４ スイッチ
Ｕ_０ 給電電圧
ＣＫ１及びＣＫ２ 結合コンデンサ
Ｌａ 放電ランプ
Ｌ１ 共振インダクタンス
Ｃ１ 共振キャパシタンス
ＬＢ１ 制動インダクタンス
ＣＫ１及びＣＫ２ 結合コンデンサ
ＬＢ２ 第２の制動インダクタンス
Ｌ_{Ｓｔｒｅｕ} 漂遊インダクタンス
Ｃ 実効キャパシタンス
Ｕ 実効キャパシタンスの電圧
Ｉｍａｘ 最大電流
１２ ランプ端子

Claims (13)

1. 少なくとも１つのランプ（Ｌａ）用の安定器であって、
   少なくとも２つのスイッチ（Ｓ１，Ｓ２）を有しており、該２つのスイッチは、各々直列に設けられており、
   少なくとも２つの直列に設けられた前記スイッチを交互に開閉するための制御回路を有しており、
   各々２つの直列に設けられた前記スイッチ（Ｓ１，Ｓ２）に給電電圧（Ｕ_０）を印加するための端子を有しており、
   共振点火回路を有しており、該共振点火回路は、入力側が２つの直列に設けられた前記スイッチ（Ｓ１，Ｓ２）の接続点に接続されており、出力側が前記ランプ（Ｌａ）用の第１の端子（１０）に接続されており、前記共振点火回路は、共振インダクタンス（Ｌ１）を有しており、該共振インダクタンス（Ｌ１）は、前記両スイッチ（Ｓ１，Ｓ２）間の接続点及び前記ランプ（Ｌａ）用の前記端子（１０）に対して直列に設けられており、及び、共振キャパシタンス（Ｃ１）を有しており、該共振キャパシタンス（Ｃ１）は、前記ランプ（Ｌａ）用の第１及び第２の端子（１０，１２）に対して交流的に並列に設けられている安定器において、
   制動インダクタンス（ＬＢ１）が設けられており、該制動インダクタンスは、交流的に第１にランプ（Ｌａ）に対して直列に、第２に共振キャパシタンス（Ｃ１）に対して並列に設けられている
   ことを特徴とする安定器。
2. 共振インダクタンス（Ｌ１）及び制動インダクタンス（ＬＢ１）は、共通のコア上に巻回されている請求項１記載の安定器。
3. コアは、共振インダクタンス（Ｌ１）の部分である請求項２記載の安定器。
4. 共振インダクタンス（Ｌ１）及び第１の制動インダクタンス（ＬＢ１）の巻回方向を、コア上で同じ方向にする請求項２又は３記載の安定器。
5. 第２の制動インダクタンス（ＬＢ２）を設け、該第２の制動インダクタンスを、共振キャパシタンス（Ｃ１）に対して直列に設ける請求項１から４迄の何れか１記載の安定器。
6. 第１及び第２の制動インダクタンス（ＬＢ１，ＬＢ２）を同じ大きさにする請求項５記載の安定器。
7. 共振インダクタンス（Ｌ１）、第１及び第２の制動インダクタンス（ＬＢ１，ＬＢ２）を同じコア上に巻回する請求項５又は６記載の安定器。
8. 共振インダクタンス(Ｌ１）、第１及び第２の制動インダクタンス（ＬＢ１，ＬＢ２）の巻回方向を同じ方向にする請求項５から７迄の何れか１記載の安定器。
9. 第１及び第２の制動インダクタンス（ＬＢ１，ＬＢ２）により、漂遊インダクタンス（ＬＳｔｒｅｕ）を形成し、該漂遊インダクタンスは、少なくとも１０μＨ、有利には、少なくとも４０μＨにする請求項５から８迄の何れか１記載の安定器。
10. 各制動インダクタンス（ＬＢ１；ＬＢ２）を少なくとも６０μＨ、有利には、少なくとも１２０μＨにする請求項１から９迄の何れか１記載の安定器。
11. 第１の制動インダクタンス（ＬＢ１）又は第１及び第２の制動インダクタンス（ＬＢ１，ＬＢ２）を、ランプ（Ｌａ）の点火放電後、前記ランプ（Ｌａ）を流れる電流（Ｉｍａｘ）を最大５０Ａ、有利には、最大３０Ａに制限するように構成する請求項１から１０迄の何れか１記載の安定器。
12. ランプ（Ｌａ）と共振インダクタンス（Ｌ１）との間に第１の制動インダクタンス（ＬＢ１）が接続されている請求項１から１１迄の何れか１記載の安定器。
13. 第１の制動インダクタンス（ＬＢ１）と共振インダクタンス（Ｌ１）との間にランプ（Ｌａ）が接続されている請求項１から１１迄の何れか１記載の安定器。

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