JP2006147577A

JP2006147577A - 高圧放電ランプおよび高圧放電ランプを作動する方法

Info

Publication number: JP2006147577A
Application number: JP2005334699A
Authority: JP
Inventors: Guenther Hirschmann; ヒルシュマンギュンター; Bernhard Siessegger; ジースエッガーベルンハルト
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2006-06-08
Also published as: DE102004056002A1; EP1659835A1; DE502005002717D1; ATE385396T1; CN1802061A; US7271547B2; CN1802061B; ES2298910T3; EP1659835B1; CA2526996A1; US20060108942A1

Abstract

【課題】点火装置に対して一層簡単な電圧供給部を有する高圧放電ランプと、相応する作動方法を提供すること。
【解決手段】放電容器（１）におけるガス放電に対する放電ギャップを定め放電容器（１）内に配置されている電極（Ｅ１，Ｅ２）と、放電容器（１）においてガス放電を点火するパルス点火装置として構成され高圧放電ランプ（Ｌａ）のランプソケット（４）内に配置されている点火装置と、上記パルス点火装置に結合され放電容器（１）の外部に配置されている点火補助電極（ＺＥ）とを有する高圧放電ランプにおいて、上記のパルス点火装置の電圧入力側が、高圧放電ランプ（Ｌａ）の放電ギャップに並列に接続されていることを特徴とする高圧放電ランプを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電容器におけるガス放電に対する放電ギャップを定め放電容器内に配置されている電極と、放電容器においてガス放電を点火するパルス点火装置として構成され高圧放電ランプのランプソケット内に配置されている点火装置と、前記パルス点火装置に結合され放電容器の外部に配置されている点火補助電極とを有する高圧放電ランプおよび高圧放電ランプを作動する方法に関する。

上記のような高圧放電ランプは例えば、WO98/18297に開示されている。この刊行物には点火補助電極と、高圧放電ランプの放電容器においてガス放電を点火しランプソケットに配置されているパルス点火装置とを有する高圧放電ランプが記載されている。この高圧放電ランプに対する作動回路およびパルス点火装置は、トランスによって直流的に互いに分離されている。パルス点火装置も、作動回路も共にその電圧供給部にそれぞれこのトランスの２次巻線において接続されており、その１次巻線は、プッシュプルインバータのコンポーネントとして構成されている。ガス放電の点火に成功した後のパルス点火装置の遮断は、半導体スイッチによって行われる。
WO98/18297

本発明の課題は、点火装置に対して一層簡単な電圧供給部を有する冒頭に述べた形式の高圧放電ランプおよび相応する作動方法を提供することである。

上記の高圧放電ランプについての課題は、本発明の請求項１の特徴的構成によって解決される。また上記の高圧放電ランプの作動方法についての課題は、本発明の請求項５の特徴的構成によって解決される。

本発明の殊に有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

本発明の高圧放電ランプは、放電ギャップを定め放電容器に配置されている電極と、放電容器においてガス放電を点火するパルス点火装置として構成されランプソケット内に配置されている点火装置と、このパルス点火装置に結合され放電容器の外部に配置されている点火補助電極とを有する。ここで上記のパルス点火装置の電圧入力側は、本発明によれば、高圧放電ランプの放電ギャップに並列に接続されている。

これにより、上記のパルス点火装置には、高圧放電ランプの放電ギャップにわたる電圧降下から直接、エネルギーを供給することができる。これにより、点火装置に対して給電電圧を別個に形成する必要がなくなる。さらに、ランプにおいてガス放電の点火に成功した後、パルス点火装置を非アクティブ化するためのスイッチが不要になる。それはガス放電の点火に成功した後、放電ギャップにわたる電圧降下は明らかに元に戻り、これによってパルス点火装置に加わる電圧がもはや点火電圧パルスを形成するのは不十分になるからである。

本発明の高圧放電ランプにおいて有利にはパルス点火装置の点火コンデンサが、高圧放電ランプの放電ギャップに並列接続されている直流パスに配置されている。これによって点火コンデンサに対するチャージ電流は、高圧放電ランプの放電ギャップにわたる電圧降下から直接形成される。この高圧放電ランプの点火フェーズ中、放電ギャップは電気的に絶縁されており、したがって点火コンデンサは十分に高い電圧に充電されて、火花ギャップまたは等価な閾値コンポーネントを介するその断続的な放電と、点火トランスおよび点火補助電極による点火電圧パルスの形成とが可能になる。点火フェーズの終了後、高圧放電ランプの放電ギャップは電気的に導通し、また放電ギャップを介する電圧降下は、高圧放電ランプの動作電圧に相応するだけである。この動作電圧は、パルス点火装置によって引き続いて点火電圧パルスを形成するのにはもはや十分ではない電圧である。

本発明の高圧放電ランプのランプソケットにおいて有利には付加的に直列共振回路が取り付けられており、ここでこの直列共振回路のコンポーネントとして構成されている少なくとも１つの電気的なコンポーネント、例えば共振キャパシタンスまたは共振インダクタンスは放電ギャップに並列接続されている。この直列共振回路および放電ギャップに並列接続された上記の電気的なコンポーネントにより、高圧放電ランプの少なくとも点火フェーズ中に共振昇圧（resonanzueberhoehen）された交流電圧が形成され、この交流電圧が放電ギャップにわたって降下し、ひいてはパルス点火装置の電圧入力側にも加えられる。これによって高圧放電ランプの電気的コンタクトならびに高圧放電ランプへ至る電気線路を比較的低い電圧に対して作製することができる。それは高電圧に結びつくすべての電気的コンポーネントをランプソケットに収容できるからである。さらに上記の直列共振回路により、確実な引き継ぎが保証される。すなわち、高圧放電ランプの２つの電極間の放電ギャップの最初のブレークダウンの時点から、熱的に電子を放出するカソードによるアーク放電までの確実な移行が調整されるのである。この引き継ぎはグローツーアークトランジション（glow-to-arc-transition）とも称される。

本発明の有利な実施例によれば、有利には直流電圧分離コンデンサも設けられており、これにより、放電容器壁へのナトリウムイオンの拡散によって発生する放電プラズマにおけるナトリウム損（Natriumverlust）が低減される。ここで直流電圧分離コンデンサの容量を設計して、一方では点火補助電極に十分に高い電圧が加えられてガス放電が点火されるようにし、他方では上記のナトリウム拡散が十分に低減されるようにする。直流電圧分離コンデンサの容量が大きすぎるまたは漏れ電流が大きすぎる場合にはナトリウム拡散を十分に低減させることはできず、また容量が小さすぎる場合には点火補助電極に十分に高い電圧を加えることができず、ガス放電を点火させることできない。上記の直流電圧分離コンデンサは有利には点火トランスの２次巻線と、点火補助電極との間に接続される。

本発明による高圧放電ランプの作動方法では、高圧放電ランプの放電容器においてガス放電を点火するために必要な点火電圧をパルス点火装置によって形成し、このパルス点火装置により、点火フェーズ中、放電容器の外部に配置されている高圧放電ランプの点火補助電極に電圧パルスを加える。本発明では高圧放電ランプの放電ギャップを介し、パルス点火装置に上記の電圧を給電電圧として供給する。

本発明による作動方法の有利な実施形態では、上記のパルス点火装置の点火コンデンサを充電するための電流を、高圧放電ランプの放電ギャップにわたる電圧から形成する。

本発明による作動方法の有利な実施形態では、放電容器におけるガス放電の点火の後、高圧放電ランプの放電ギャップにより、点火コンデンサに至る副次的な接続を形成する。

本発明による作動方法の有利な実施形態では、高圧放電ランプの少なくとも点火フェーズ中に高圧放電ランプの放電ギャップにわたって、共振昇圧した交流電圧を供給する。

以下では本発明を有利な実施例に基づいて詳しく説明する。

図５に概略的に示した本発明の有利な実施形態による高圧放電ランプは、自動車ヘッドランプ用ハロゲン金属蒸気高圧放電ランプである。

この高圧放電ランプＬａは、石英ガラスからなる放電容器１を有しており、この放電容器にイオン化可能な充填物が気密に閉じこめられている。このイオン化可能な充填物は、キセノンおよび金属ハロゲン化物、有利には金属ナトリウム、スカンジウム、亜鉛およびインジウムのヨウ化物を含んでおり、またイオン化可能な充填物は有利には水銀を含んでいない。キセノンの低温充填圧（Kaltfuelldruck）は、約１０ｂａｒである。放電容器１の２つの端部１ａ，１ｂはそれぞれ、モリブデンシートの溶融部２ａ，２ｂによって密閉されている。放電容器１の内部には２つの電極Ｅ１，Ｅ２があり、ランプ動作中にこれらの間で、光放出を行う放電アークが形成される。これらのメイン電極Ｅ１，Ｅ２はそれぞれ、モリブデンシート溶融部２ａ，２ｂのうちの１つを介して、放電容器１から導き出された電流供給部３ａ，３ｂに導電的に接続されている。放電容器１は、ガラス製の外囲器５によって包囲されている。本発明のこの実施例において点火補助電極ＺＥは、外囲器５の内部の表面における薄い金属コーティングによって形成されている。しかしながら択一的にはこのコーティングは、放電容器１の外側に被着することも可能である。この薄い金属製のコーティングＺＥは、長く伸びたストライプの形状を有し、このストライプは、ソケットに近い側の外囲器５の端部から、放電容器中点の高さまで延在している。放電容器１，５は、ランプソケット４のプラスティックからなる上部４１１に固定されている。ランプソケット４の平行6面体部は２ピースの金属製ケーシング４１，４２によって包囲されており、この金属ケーシングは、ランプソケット４の内部に収容されるパルス点火装置の電磁シールドに使用される。高圧放電ランプＬａの電気端子４０は、この高圧放電ランプおよびランプソケット４に配置されたパルス点火装置の電圧供給に使用される。電気端子４０は、シールドされた接続ケーブル（図示せず）を介して、この高圧放電ランプ用の作動装置ＥＶＧ（図示せず）に接続されている。接続ケーブルのシールド網組みは、作動装置の回路内部のアース電位に、また電気端子４０のコンタクトを介して金属ケーシング４１，４２に接続されているため、金属ケーシング４１，４２も同様にアース電位にある。

図１には本発明の高圧放電ランプと、ランプソケット４に配置されたパルス点火装置（図１ではパルス源と称されている）と、作動装置ＥＶＧとの概略図が示されている。作動装置ＥＶＧは、高圧放電ランプおよびランプソケット４に収容されているパルス点火装置用の交流電圧源Ｑとして使用される。作動装置ＥＶＧは、シールドされた接続ケーブル（図示せず）を介して高圧放電ランプの電気端子４０に接続されているため、高圧放電ランプＬａの電極Ｅ１，Ｅ２およびパルス点火装置（パルス源）の電圧入力側には、作動装置ＥＶＧによって形成される交流電圧が加えられる。パルス点火装置の電圧入力側は、電極Ｅ１，Ｅ２によって定まる高圧放電ランプの放電ギャップに並列接続されている。パルス点火装置のパルストランスＴの２次巻線ｎ２は、高圧放電ランプＬａの点火補助電極ＺＥに接続されている。

図２にはパルス点火装置（パルス源）の詳細が示されている。交流電圧源Ｑから供給される交流電圧は、パルス点火装置の電圧入力側に供給され、ダイオードDによって整流され、抵抗Rを介して点火コンデンサC１を充電する。ここでこのコンデンサは、直流パスにおいて、高圧放電ランプＬａの放電ギャップに並列接続されている。点火コンデンサC１と並列に火花ギャップＦＳおよび点火トランスＴの１次巻線ｎ１が接続されている。点火コンデンサC１における電圧が火花ギャップＦＳのブレークダウン電圧に達すると、点火コンデンサＣ１は火花ギャップＦＳおよび１次巻線ｎ１を介して放電する。点火補助電極ＺＥに接続されている点火トランスＴの２次巻線ｎ２では、これによって高電圧パルスが誘導される。この高電圧パルスは点火補助電極ＺＥに供給されて、高圧放電ランプの放電容器１におけるガス放電の点火が行われるのである。

図３では本発明の高圧放電ランプＬａの第１実施例が概略的に示されており、ここでこの実施例には直列共振回路Ｌ，Ｃ２およびパルス点火装置のランプソケット４に収容されるコンポーネントＤ，Ｒ，ＦＳ，Ｃ１，Ｔが含まれている。直列共振回路のコンポーネントＬ，Ｃ２も同様にランプソケットに収容される。共振キャパシタＣ２は高圧放電ランプＬａの放電ギャップに並列接続されている。点火トランスＴの２次巻線ｎ２の第１端子は、回路内部のアース電位に接続されている。点火トランスＴの２次巻線ｎ２の第2端子は、点火補助電極ＺＥに接続されている。高圧放電ランプＬａの点フェーズ中、直列共振回路Ｌ，Ｃ２は共振するため、共振キャパシタＣ２において、ひいては高圧放電ランプＬａの放電ギャップを介して、またパルス点火装置の電圧入力側において、共振昇圧（resonanzueberhoehen）された交流電圧が供給される。この交流電圧は、交流電圧源Ｑによって形成される交流電圧よりも２〜１０倍大きい振幅を有する。パルス点火装置のコンポーネントＤ，Ｒ，ＦＳ，Ｃ１，Ｔにより、ここから約５ｋＶ〜３０ｋＶの範囲の電圧を有する点火補助電極用高電圧パルスが形成される。約３０ｋＶの点火電圧ないしは約５ｋＶの点火電圧を形成するパルス点火装置および直列共振回路の電気コンポーネントの有利な設計値は、表１ないしは２に記載されている。

作動装置ＥＶＧは変圧器であり、これは自動車の車載電源電圧から、約１００Ｖ〜５００Ｖの振幅と、高圧放電ランプの点火フェーズ中に約２．６ＭＨｚの周波数ならびに点火フェーズ終了後に約１ＭＨｚの周波数とを有するほぼ正弦波状の交流電圧を形成する。

図４に概略的に示した本発明の第２実施例は、点火トランスの２次巻線ｎ２の第１端子が、高い電位にある電極Ｅ１に接続され、回路内部のアース電位に接続されていないことだけが図３に示した実施例と異なる。他のすべての詳細な点において図３に示した実施例と、図４に示した実施例とは一致する。したがってこれらの図において同じコンポーネントには同じ参照符号が付されている。

高圧放電ランプＬａの放電容器１においてガス放電の点火に成功した後、いまや導通している２つの電極Ｅ１，Ｅ２間の放電ギャップは、共振キャパシタＣ２およびパルス点火装置の電圧入力側に至る副次的な接続を形成するため、放電ギャップにわたる電圧は格段に小さい値をとり、ひいてはパルス点火装置の電圧入力側における電圧も格段に小さい値をとる。これによって点火コンデンサＣ１において火花ギャップＦＳのブレークダウン電圧にはもはや到達せず、もはやパルス点火装置によって高圧放電ランプＬａに対する点火パルスは形成されないのである。したがってさらなるコンポーネントコストなしにパルス点火装置の遮断が行われるのである。

高圧放電ランプＬａおよびランプソケット４に収容されるパルス点火装置に電圧供給するためには作動装置ＥＶＧと高圧放電ランプＬａの端子４０との間の２線接続で十分である。それはこのパルス点火装置は、高圧放電ランプに加えられる交流電圧から直接給電されるからである。

図６には本発明の別の実施例が示されており、これは、図１に示した本発明の第１実施例と直流電圧分離コンデンサＣ０だけが異なっている。ここでこの直流電圧分離コンデンサは、点火トランスＴの２次巻線ｎ２と点火補助電極ＺＥとの間に接続されている。コンデンサＣ０の容量は、点火過程にあまり影響を与えることなく、広い範囲において自由に選択することができる。有利にはコンデンサＣ０を設計して、コンデンサＣ０における電圧降下が点火過程中に点火補助電極ＺＥと高圧放電ランプＬａの２つの電極との間に調整される電圧よりも小さくなるようにする。したがってコンデンサＣ０に対して極めて小さい容量値、例えば３３ｐＦで十分である。しかしながらコンデンサＣ０の値に対して格段に大きな値、例えば１０ｎＦも可能である。直流電圧分離コンデンサＣ０はこれに類似して図２〜４による回路装置に組み込むことも可能である。これは、点火補助電極ＺＥを介する直流電流を阻止し、また高圧放電ランプの放電容器におけるナトリウム拡散によって発生するナトリウム損の低減に寄与する。すなわち、高圧放電ランプＬａの放電容器におけるイオン化可能な充填物には、キセノンの他に金属のナトリウム、スカンジウム、亜鉛およびインジウムのハロゲン化物も含まれるのである。

表1：約３０ｋＶの点火電圧を形成する図３および４に示した電気的コンポーネントの設計値
Ｃ１１０ｎＦ
Ｃ２１２０ｐＦ
ＤＢＹ５０５
ＦＳ２０００Ｖ
Ｌ３０μＨ
Ｒ３３ｋΩ
Ｔｎ１＝１０回、ｎ２＝１９０回
表２：約５ｋＶの点火電圧を形成する図３および４に示した電気的コンポーネントの択一的な設計値
Ｃ１３３ｎＦ
Ｃ２１２０ｐＦ
Ｄ直列した２つのＵＳ１Ｍ
ＦＳ８００Ｖ
Ｌ３０μＨ
Ｒ１０ｋΩ
Ｔｎ１＝１０回、ｎ２＝７５回

パルス点火装置を有する本発明の高圧放電ランプの概略回路図である。パルス点火装置の詳細を示した図１の回路図である。パルス点火装置を有する本発明の高圧放電ランプの第1実施例の概略回路図である。パルス点火装置を有する本発明の高圧放電ランプの第２実施例の概略回路図である。本発明の有利な実施例による高圧放電ランプの概略側面図である。パルス点火装置を有する本発明の高圧放電ランプの第３実施例の概略回路図である。

符号の説明

Ｃ０直流電圧分離コンデンサ、Ｃ１点火コンデンサ、Ｃ２共振キャパシタ、 D ダイオード、Ｅ１，Ｅ２メイン電極、ＥＶＧ作動装置、ＦＳ火花ギャップ、Ｌ共振インダクタ、Ｌａ高圧放電ランプ、ｎ１点火トランスＴの１次巻線、ｎ２パルストランスＴの２次巻線、Ｑ交流電圧源、 R 抵抗、Ｔパルストランス、ＺＥ点火補助電極、１放電容器、１ａ，１ｂ放電容器端部、２ａ，２ｂモリブデンシート溶融部、３ａ，３ｂ電流供給部、４ランプソケット、４０電気端子、４１，４２金属製ケーシング、４１１ランプソケットの上部、５外囲器

Claims

放電容器（１）におけるガス放電に対する放電ギャップを定め放電容器（１）内に配置されている電極（Ｅ１，Ｅ２）と、
放電容器（１）にてガス放電を点火するパルス点火装置として構成され高圧放電ランプ（Ｌａ）のランプソケット（４）内に配置されている点火装置と、
前記パルス点火装置に結合され放電容器（１）の外部に配置されている点火補助電極（ＺＥ）とを有する高圧放電ランプにおいて、
前記のパルス点火装置の電圧入力側が、高圧放電ランプ（Ｌａ）の放電ギャップに並列接続されていることを特徴とする
高圧放電ランプ。
前記のパルス点火装置の点火コンデンサ（Ｃ１）は、高圧放電ランプ（Ｌａ）の放電ギャップに並列接続されている直流パスに配置されている、
請求項１に記載の高圧放電ランプ。
放電ギャップに少なくとも１つの電気的コンポーネント（Ｃ２またはＬ）が並列接続されており、
該電気的コンポーネントは直列共振回路（Ｌ，Ｃ２）のコンポーネントとして構成されている、
請求項１に記載の高圧放電ランプ。
直流電圧分離コンデンサ（Ｃ０）が設けられている、
請求項１に記載の高圧放電ランプ。
高圧放電ランプ（Ｌａ）の放電容器（１）にてガス放電を点火するために必要な点火電圧をパルス点火装置によって形成し、
該パルス点火装置により、点火フェーズ中、前記放電容器（１）の外部に配置されている高圧放電ランプ（Ｌａ）の点火補助電極（ＺＥ）に電圧パルスを加える、高圧放電ランプを作動する方法において、
前記の高圧放電ランプ（Ｌａ）の放電ギャップを介し、パルス点火装置に前記電圧を給電電圧として供給することを特徴とする、
高圧放電ランプを作動する方法。
前記のパルス点火装置の点火コンデンサ（Ｃ１）を充電するための電流を、前記の高圧放電ランプ（Ｌａ）の放電ギャップにわたる電圧から形成する、
請求項５に記載の方法。
前記の放電容器（１）におけるガス放電の点火の後、高圧放電ランプ（Ｌａ）の放電ギャップにより、前記点火コンデンサ（Ｃ１）に至る副次的な接続を形成する、
請求項５に記載の方法。
前記の高圧放電ランプ（Ｌａ）の少なくとも点火フェーズ中に高圧放電ランプ（Ｌａ）の放電ギャップにわたって、共振昇圧した交流電圧を供給する、
請求項５に記載の方法。