JP2006528411A - 少なくとも１つの高圧放電ランプのためのバラスト、高圧放電ランプのための動作方法及び照明システム - Google Patents

Abstract

本発明は、特に自動車ヘッドライト用又は映写用の高圧放電ランプ用のバラストに関する。このバラストは本発明によればＥ種コンバータの形で実施される。

Description

本発明は、請求項１の上位概念による、少なくとも１つの高圧放電ランプを動作させるバラストと、少なくとも１つの高圧放電ランプを動作させる方法と、照明システムとに関する。
Ｉ．背景技術
この種のバラストは例えばヨーロッパ公開公報ＥＰ ０ ３８６ ９９０ Ａ２に開示されている。この文献には、周波数変調された電圧によりメタルハライド高圧放電ランプの動作を可能にするバラストが記載されており、この周波数変調された電圧はとりわけ実質的に正弦波状に形成することができ、その搬送周波数は２０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの範囲内にある。このバラストは２段で形成されている。このバラストは実質的に昇圧コンバータとこの昇圧コンバータに後置接続されたインバータとから成っており、このインバータがランプに交流電流を印加する。点火装置は実質的に複数のダイオードとコンデンサとから形成された電圧倍増のためのカスケード回路から成っている。
ＩＩ．発明の開示
本発明の課題は、少なくとも１つの高圧放電亜ランプを動作させるためのより単純な構造を有するバラストを提供することである。さらに、高圧放電ランプのための単純化された動作方法を提供することも本発明の課題である。本発明のさらに別の課題は、照明システムを改善することである。

この課題は本発明によればそれぞれ請求項１，１４，２３に記載された特徴により解決される。本発明の特に有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

少なくとも１つの高圧放電ランプを動作させる本発明によるバラストは、実質的に正弦波状の交流電流を作り出す電圧変換器を有しており、この電圧変換器は本発明によればＥ種コンバータとして形成されている。Ｅ種コンバータとは、ここでは、IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. SC-10, No. 3,１９７５年６月に所収のNathan O. Sokal及びAlan D. Sokalによる文献“Class E - A New Class of High-Frequency Tuned Single-Ended Switching Power Amplifiers”によるコンバータを意味する。このようなＥ種コンバータの基本設計は図２０に示されている。特に、いわゆる非最適動作のためのＥ種コンバータ、すなわち、負荷抵抗が最適でない動作のためのＥ種コンバータの構造及び機能は、Ned Mohan、Tore M. Undeland、及びWilliam P. Robbinsによる書籍“Power electronics: converters, applications, and design”、第２巻、１９９５年、John Wiley & Sons, Inc.の２７１頁から２７３頁に記載されている。

Ｅ種コンバータによれば、少なくとも１つの高圧放電ランプのために、広範囲にわたって正弦波状の交流電流を簡単に発生させることができる。これにより、２つ以上の電子スイッチを有する高価なブリッジ回路とその駆動部が不要になる。実質的に正弦波状の交流電流によって少なくとも１つの高圧放電ランプを動作させることの利点は、この交流電流がまったく高調波成分を有していない又は非常に小さな高調波成分しか有していないため、交流電流の周波数が音響共鳴の範囲外にある場合には、高圧放電ランプの放電媒体に音響共鳴が誘発されないことである。広範囲にわたって正弦波状の交流電流の高調波成分が小さいため、バラストの電波干渉を抑制する際のコストも低い。正弦ランプ電流はとりわけフリッカのない安定したランプ動作を可能にする。有利には１００ｋＨｚよりも高い周波数の交流電流によって高圧放電ランプを動作させることにより、本発明によるバラストの小型化が可能になり、その結果としてバラストをランプソケットの中に収容することができる。確かに、動作周波数が非常に高い場合には、高圧放電ランプ内でガス放電の点火を行うことは問題である。というのも、点火トランスのインダクタンスはランプインピーダンスと同じオーダーの大きさを有しており、もはや無視できないからである。このような場合に、例えばヨーロッパ公開公報ＥＰ−Ａ ０ ８６８ ８３３に開示されているように、ガス放電の点火をパルス点火装置によって高圧放電ランプの補助電極を介して行うことが公知である。本発明によるバラストの有利な実施形態によれば、点火トランスの２次巻線のインダクタンスはもはや寄生素子を構成せず、Ｅ種コンバータとして形成された電圧変換器の機能的構成要素を構成する、それも高圧放電ランプの点火フェースの間だけでなく、ランプ動作全体にわたって電圧変換器の機能的構成要素を構成する。本発明によるバラストは、例えば、２５Ｗから３５Ｗの間の電力を有する自動車ヘッドライト又は映写用の高圧放電ランプや、とりわけ、自動車ヘッドライト用の水銀無含有メタルハライド高圧放電ランプの場合のように、有利には１００Ｖ以下あるいはさらに５０Ｖ以下の比較的低い高圧放電ランプのような、小電力の高圧放電ランプの動作に特に適している。このランプのバラストは自動車の電源電圧で動作する。Ｅ種コンバータとして形成された本発明による電圧変換器の可制御スイッチの電圧負荷は、可制御スイッチのデューティ比が０．５で燃焼電圧が電圧変換器の入力電圧のおよそ３．６倍の値に達していても、前記高圧放電ランプが低い燃焼電圧で動作しているときには相応して低く保つことができる。

本発明によるバラストのＥ種コンバータとして形成された本発明による電圧変換器は直流電圧で給電され、有利には以下に記す特徴を有している。この電圧変換器の直流電圧入力側の間又は正の直流電圧入力側とグラウンド電位との間には、インダクタンスと可制御スイッチのスイッチングパスとが接続されている。このスイッチのスイッチングパスに対して逆並列にダイオードが配置されている。逆並列とは、直流電圧源によってＥ種コンバータの直流電圧入力側に供給される直流電流に対して阻止方向にダイオードが接続されていることを意味している。スイッチのスイッチングパスに対して並列に、またダイオードに対しても並列に、キャパシタンスが配置されている。キャパシタンスに対する並列回路は、動作させるべき負荷が結合された直列共振回路として形成されている。この直列共振回路は、最も単純なケースでは、コイルとコンデンサとから構成される。電圧変換器の直流電圧入力側における前記インダクタンスの大きさは、有利には、このインダクタンスが定電流源として動作するように、また、閉じている状態のときには可制御スイッチのスイッチングパスを介して、開いている状態のときにはキャパシタンスを介して流れる電流が直流電流と直列共振回路により発生させられた正弦波状の交流電流とから合成されるように、決定されている。可制御スイッチは、スイッチングプロセスの間に可制御スイッチに電圧が印加されず、スイッチのスイッチング損が相応して小さくなることを保証するために、有利には、直列共振回路の共振周波数よりも高いクロック周波数で切り換えられる。逆並列に配置されたダイオードは、Ｅ種コンバータの可制御スイッチのスイッチングパスを介して負の電圧が発生するのを防ぐ。

本発明によるバラストは、有利には、高圧放電ランプ内でガス放電の点火を行う点火装置を有している。この点火装置はバラストの他のすべての構成要素と同じハウジングの中に配置してもよいし、又は、空間的に離して、例えば高圧放電ランプのランプソケット内に配置してもよい。点火装置のための固有の電圧源と付加的な構成素子とを避けるために、点火装置は電圧供給を受けるために有利にはＥ種コンバータのインダクタンスに、とりわけ、ランプ動作のあいだ定電流源として動作するインダクタンスに結合されている。Ｅ種コンバータのこのインダクタンスは、この目的で、特に点火装置のために高い供給電圧が必要とされる場合には、有利にはオートトランスとして形成されている。

特に有利な実施例によれば、点火装置はパルス点火装置として形成されている。このパルス点火装置は文献においてしばしば重畳点火装置とも呼ばれている。パルス点火装置はコンパクトな構造を有しており、したがって高圧放電ランプのランプソケットに問題なく組み込むことができる。さらに、パルス点火装置の点火トランスの２次巻線は、Ｅ種コンバータの直列共振回路の構成素子として形成される。したがって、前記２次巻線のインダクタンスはＥ種コンバータの直列共振回路のためにも利用される。可制御スイッチのスイッチングパスに対して逆並列に接続されたＥ種コンバータのキャパシタンスと、直列共振回路のキャパシタンスは、点火電圧パルスをＥ種コンバータのスイッチから遠ざける。なぜならば、Ｅ種コンバータは点火電圧パルスにとって近似的に短絡と見なすことができるからである。キャパシタンスが非常に小さい場合には、スイッチに対して並列に又は点火トランスの２次巻線とランプとから成る直列回路に対して並列に電圧を制限する素子をさらに挿入してよい。電圧を制限する素子としては、例えば、Ｚダイオード、サプレッサダイオード、又はガス充填されたサージアレスタを使用することができる。択一的に、点火装置を直流電圧点火装置として又は共振点火装置として形成してもよい。前記直流電圧点火装置は有利にはＥ種コンバータの非常に高い動作周波数に対して使用することができ、さらに、高圧放電ランプの点火フェーズの間、Ｅ種コンバータの直列共振回路のキャパシタンスに結合することができるという利点をもたらす。

少なくとも１つの高圧放電ランプの電気端子はＥ種コンバータの直列共振回路内に直接配置してもよいし、又はトランスを用いて前記直列共振回路に誘導結合してもよい。このトランスによって、Ｅ種コンバータに対する高圧放電ランプのインピーダンス整合を行うことができ、また高圧放電ランプとＥ種コンバータとの間の直流絶縁を達成することもできる。

Ｅ種コンバータとして形成された本発明による電圧変換器に直流電圧を供給するには、任意の電圧源を使用してよい。例えば、自動車ヘッドライトの高圧放電ランプの場合には、バッテリ又は自動車の発電機を使用してもよい。

しかし、Ｅ種コンバータにできるだけ安定した直流入力電圧を供給するため、ならびに、Ｅ種コンバータの直流入力電圧の制御によって高圧放電ランプの消費電力を制御できるようにするために、有利には、Ｅ種コンバータとして形成された電圧変換器に昇圧コンバータが前置接続されている。Ｅ種コンバータへの直流電圧供給が交流電源電圧からの整流によって得られる場合には、Ｅ種コンバータへの供給電圧を安定化させるために、昇圧コンバータの代わりに降圧コンバータを使用してもよい。高圧放電ランプの点火フェーズから定常動作状態への移行の間、安定した放電アークの形成を保証するために、有利にはＥ種コンバータの供給電圧の高さを介して高圧放電ランプの消費電力が制御される。移行フェーズの間、高圧放電ランプのイオン化充填物の成分は気化する。できるだけ短い移行フェーズとできるだけ即座の光放射を保証するために、移行フェーズの間、高圧放電ランプをこのように明らかに高い電力で動作させてよい。さらに、Ｅ種コンバータの供給電圧及び／又はＥ種コンバータのスイッチング手段のスイッチング周波数及び／又はデューティ比を変えることにより、Ｅ種コンバータをさまざまな動作フェーズの間に変化する高圧放電ランプのインピーダンスに整合させることができる。

高圧放電ランプの電力制御はＥ種コンバータの可制御スイッチのスイッチング周波数又はデューティ比を介しても可能である。ただし、スイッチング周波数とデューティ比は、大きなスイッチング損失を防ぐために、スイッチングプロセスの間にＥ種コンバータの可制御スイッチに電圧が印加されないように選択されなければならない。

高圧放電ランプの点火フェーズの間、Ｅ種コンバータのスイッチは、有利には、直流電圧入力側に配置されたインダクタンスに共振電圧ピークが生じるように切り換えられる。この共振電圧ピークは有利には点火装置への給電のために使用することができる。

本発明によるバラストは簡単な手段で広範囲にわたって正弦波状のランプ交流電流の生成を可能にする。高圧放電ランプの定常動作状態の間、ランプはＥ種コンバータの直列共振回路の共振周波数よりも僅かに上の周波数を有する実質的に正弦波状の交流電流で動作する。Ｅ種コンバータの直列共振回路の構成素子は、有利には、Ｅ種コンバータの直列共振回路の共振周波数が高圧放電ランプの音響共鳴を免れた周波数範囲内にあるように、放電管のジオメトリと高圧放電ランプの電極の間隔とに合わせられている。つまり、共振周波数は、音響共鳴よりも上か又は隣り合う２つの音響共鳴の間に位置する周波数窓の中にある。これにより、高圧放電ランプ内に音響共鳴が生じないことが保証される。なぜならば、Ｅ種コンバータのスイッチング周波数は定常ランプ動作のあいだ共振周波数よりも僅かに上にあるからである。これにより、ランプ電流の周波数変調も必須ではなくなる。音響共鳴を免れたできるだけ大きな周波数範囲を得るために、放電管は少なくともガス放電領域において円筒形に形成されている。アスペクト比、つまり、電極間距離と放電管の円筒形断面の内径との比は、有利には０．８６よりも大きい、特に有利には２よりも大きい。これにより、縦音響共鳴は低周波数の方へシフトし、音響共鳴を免れた十分幅の広い周波数範囲が形成される。
ＩＩＩ．有利な実施例の説明
以下では、本発明を有利な実施例に基づいてより詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示しており、
図２は、本発明の第２の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示しており、
図３は、本発明の第３の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示しており、
図４は、本発明の第４の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示しており、
図５は、本発明の第５の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示しており、
図６は、本発明の第６の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示しており、
図７は、本発明の第７の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示しており、
図８は、図７に示された実施例に関して、高圧放電ランプの点火フェーズの間のＭＯＳＦＥＴに対する制御信号とＭＯＳＦＥＴにおけるドレインソース電圧とを示しており、
図９は、図７に示された実施例に関して、定常ランプ動作の間のＭＯＳＦＥＴに対する制御信号、ＭＯＳＦＥＴにおけるドレインソース電圧、ならびに、高圧放電ランプでの交流ランプ電流及び電圧降下を示しており、
図１０は、本発明の第８の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示しており、
図１１は、本発明の第９の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示しており、
図１２は、本発明の第１０の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示しており、
図１３は、本発明の第１１の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示しており、
図１４は、本発明の第１２の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示しており、
図１５は、本発明の第１３の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示しており、
図１６は、本発明の第１４の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示しており、
図１７は、本発明の第１５の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示しており、
図１８は、本発明によるバラストによって動作させられる高圧放電ランプの側面図を部分的に断面で概略的に示しており、
図１９は、ソケット内に組み込まれた点火装置を有し、本発明によるバラストにおいて動作する高圧放電ランプの側面図を部分的に断面で概略的に示しており、
図２０は、Ｅ種コンバータ（従来技術）の回路のスケッチを示しており、
図２１は、本発明の第１６の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示しており、
図２２は、本発明の第１７の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示しており、
図２３は、本発明の第１８の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示している。

図１には、本発明の第１の実施例によるバラストの回路のスケッチが概略的に示されている。このバラストは２つの直流電圧端子を備えた直流電圧入力側を有しており、２つの直流電圧端子は直流電圧源１００の電圧出力側に接続されている。正の直流電圧端子はインダクタンス１０１と可制御スイッチ１０２のスイッチングパスとを介して負の直流電圧端子又は回路内のグラウンド電位に接続されている。スイッチ１０２のスイッチングパスに対して逆並列にダイオード１０３が接続されている。スイッチ１０２のスイッチングパスに対して並列に、またダイオード１０３に対しても並列に、コンデンサ１０４が接続されている。コンデンサ１０４に対する並列回路内にはコンデンサ１０５とトランス１０６の２次巻線１０６ｂとが配置されている。コンデンサ１０５と２次巻線１０６ｂは直列共振回路を形成している。直列共振回路内には高圧放電ランプＬＰ１のための電気端子が配置されているため、ランプＬＰ１を接続する際、ランプＬＰ１の放電ギャップは直列共振回路と直列に接続される。高圧放電ランプＬＰ１内でガス放電の点火を行うために、１次巻線１０６ａと２次巻線１０６ｂを備えた点火トランス１０６を有する点火装置１０７が設けられている。高圧放電ランプの点火フェーズの間、２次巻線１０６ｂに接続された高圧放電ランプの電極に、必要な点火電圧が供給される。点火装置１０７は例えばパルス点火装置として形成してよい。

図２に示されている本発明のバラストの第２の実施例は、高圧放電ランプＬＰ１が直接にＥ種コンバータの直列共振回路に接続されているのではなく、トランス２０８を介して前記直列共振回路に結合されている点で、第１の実施例と異なっている。１次巻線２０８ａと２次巻線２０８ｂを備えたトランス２０８は、ランプＬＰ２のインピーダンスをＥ種コンバータに整合させ、ランプＬＰ２をＥ種コンバータから直流絶縁するために使用される。インピーダンス整合により、Ｅ種コンバータの供給電圧から強く偏差した燃焼電圧を有する高圧放電ランプを動作させることもＥ種コンバータで可能である。素子２００，２０１，２０２，２０３，２０４及び２０５の配置及び機能は、第１の実施例の素子１００，１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５の配置及び機能に相応している。点火装置２０７も同様にパルス点火装置として形成してよい。点火装置２０７は１次巻線２０６ａと２次巻線２０６ｂを備えた点火トランス２０６を有しており、２次巻線２０６ｂは高圧放電ランプＬＰ２とともにトランス２０８の２次回路内に接続されている。２次巻線２０６ｂと接続されている高圧放電ランプＬＰ２の電極には、点火フェーズの間、高電圧パルスが印加される。Ｅ種コンバータの直列共振回路の共振周波数を計算する際には、トランス２０８の変圧比とキャパシタンス２０５の値ならびに点火トランス２０６の２次巻線２０６ｂのインダクタンスを考慮しなければならない。

インピーダンス整合のために様々なやり方でトランス２０８を図１による回路に挿入することによって、第２の実施例を得ることができる。例えば、図２に示されているように、トランス２０８の１次巻線２０８ａをキャパシタンス１０５と２次巻線１０６ｂの間の接続点とキャパシタンス１０４と高圧放電ランプＬＰ１との間の接続点とにおいて挿入してもよい。しかし、択一的に、トランス２０８の１次巻線２０８ａを２次巻線１０６ｂと高圧放電ランプＬＰ１との間の接続点とキャパシタンス１０４と高圧放電ランプＬＰ１との間の接続点において挿入してもよい（図示なし）。後者のケースでは、トランス２０８は点火電圧の昇圧に寄与することができる。

図３に示されている本発明によるバラストの第３の実施例はほぼ第１の実施例と同じである。とりわけ、素子３００，３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６ａ，３０６ｂ及びＬＰ３の配置及び機能は、第１の実施例の相応する素子１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６ａ，１０６ｂ及びＬＰ１の配置及び機能に相応している。両実施例の間の唯一の違いは点火装置３０７の電圧供給にある。点火装置３０７はＥ種コンバータから電圧の供給を受ける。この目的で、点火装置３０７の一方の電圧入力側は、インダクタンス３０１と可制御スイッチ３０２とコンデンサ３０４との間の接続点に接続されており、他方の電圧入力側はグラウンド電位又はＥ種コンバータの負の直流電圧入力側に接続されている。

図４に示されている本発明によるバラストの第４の実施例は、インダクタンス３０１の代わりにオートトランス４０１を使用しているという点でのみ、第３の実施例と異なっている。オートトランスは２つの部分巻線４０１ａ及び４０１ｂを備えたただ１つの巻線を有している。第１の部分巻線４０１ａはＥ種コンバータ内に接続されており、第３の実施例のインダクタンス３０１と同じ機能を果たしている。第２の部分巻線４０１ｂは点火装置４０７の電圧入力側に接続されており、点火装置４０７への電圧供給に使用される。２つの部分巻線４０１ａ，４０１ｂの間の中間タップは、スイッチ４０２とダイオード４０３のカソードとコンデンサ４０４との間の接続点に接続されている。素子４００，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６ａ，４０６ｂ及びＬＰ４の配置及び機能は、第３の実施例の相応する素子３００，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６ａ，３０６ｂ及びＬＰ３の配置及び機能と同じである。

実施例３及び４において、Ｅ種コンバータが発生させる電圧が十分でない場合には、対称電圧２倍化回路又は点火装置に電圧供給するためのカスケード回路を点火装置に前置接続してよい。

図５に示されている本発明によるバラストの第５の実施例はほぼ第４の実施例と同じである。第５の実施例は第４の実施例とは違ってパルス点火装置の詳細を示しており、Ｅ種コンバータの直流電圧入力側に並列接続された付加的なコンデンサ５１１を有している。コンデンサ５１１は、実質的に、オートトランス５０１から直流電圧源５００へ電流が帰還するのを防ぐ。高圧放電ランプＬＰ５の点火フェーズの間、オートトランス５０１の１次巻線５０１ａとキャパシタンス５０４は１つの直列共振回路を形成する。というのも、構成要素５０５，５０６ｂ及びＬＰ５から成るキャパシタンス５０４に対して並列な電流回路が、高圧放電ランプＬＰ５の非導通放電ギャップのゆえに遮断されるからである。高圧放電ランプＬＰ５の点火フェーズの間のキャパシタンス５０４における電圧は、スイッチ５０２の遮断フェーズにおいては供給電圧よりも高くなりうるので、インダクタンス５０１ａにおける電流の流れが時おり反転することがありうる。パルス点火装置は点火トランス５０６と点火コンデンサ５０７と火花ギャップ５０８と抵抗５０９と整流ダイオード５１０とから構成されている。パルス点火装置の電圧入力側はオートトランスの巻線５０１ｂを介してスイッチ５０２とダイオード５０３とコンデンサ５０４との間の接続点に接続されている。他方の電圧入力側、すなわち、点火コンデンサと点火トランス５０６の１次巻線５０６ｂとの間の接続点は、グラウンド電位又は直流電圧源５００の負の直流電圧端子に接続されている。素子５００，５０１，５０１ａ，５０１ｂ，５０２，５０３，５０４，５０５，５０６，５０６ａ，５０６ｂ及びＬＰ５の配置及び機能は、第４の実施例の相応する素子４００，４０１，４０１ａ，４０１ｂ，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６，４０６ａ，４０６ｂ及びＬＰ４の配置及び機能と同じである。高圧放電ランプＬＰ５の点火フェーズの間、点火コンデンサ５０７は、直流電圧源とオートトランス５０１によりダイオード５１０と抵抗５０９とを介して火花ギャップ５０８の放電開始電圧まで充電される。放電開始電圧に達すると、コンデンサ５０７は火花ギャップ５０８を介して断続的に放電する。その際、放電電流は点火トランス５０６の１次巻線５０６ａを通って流れる。高い変圧比のゆえに、２次巻線５０６において、２次巻線５０６ｂに接続された高圧放電ランプＬＰ５の電極に対して高電圧パルスが誘導され、ランプＬＰ５内でのガス放電の点火に至る。定常ランプ動作の間は、火花ギャップ５０８の放電開始を起こすために、点火コンデンサ５０７は十分には充電されない。

図６に示されている本発明によるバラストの第６の実施例は第５の実施例と同じである。とりわけ、素子６００，６０１，６０１ａ，６０１ｂ，６０２，６０３，６０４，６０５，６０６，６０６ａ，６０６ｂ及びＬＰ６の配置及び機能は、第５の実施例の相応する素子５００，５０１，５０１ａ，５０１ｂ，５０２，５０３，５０４，５０５，５０６，５０６ａ，５０６ｂ及びＬＰ５の配置及び機能と同じである。第６の実施例は、第５の実施例と違って、可制御スイッチ６０２の詳細を示している。可制御スイッチ６０２はここでは電界効果トランジスタとして、特にＭＯＳＦＥＴとして形成されている。スイッチングパスに逆並列に接続されたダイオード６０３は、ここではすでにボディダイオードとしてＭＯＳＦＥＴ６０２内に組み込まれている。ＭＯＳＦＥＴ６０２はＭＯＳＦＥＴの内部構造によってドレインソースパスと並列に生じる寄生キャパシタンス６１２を有している。寄生キャパシタンス６１２は、電界効果トランジスタ６０２のスイッチング周波数が十分に高い場合には、すなわち、高圧放電ランプＬＰ６が十分に高い周波数の交流電流で動作する場合には、コンデンサ６０４の代わりに使用することができ、コンデンサ６０４のディメンジョニングの際には考慮されなければならない。電界効果トランジスタ６０２のゲート端子は、トランジスタ６０２のスイッチングプロセスの制御に使用される制御回路６１３に接続されている。表１には、本発明の第６の実施例による回路構成の個々の素子の詳細が示されている。

高圧放電ランプＬＰ６の点火フェーズの間、直流電圧源６００からＥ種コンバータの電圧入力側に１２０Ｖの直流電圧が供給される。電界効果トランジスタ６０２は制御回路６１３によって約８７ｋＨｚのスイッチング周波数と０．５のデューティ比でスイッチングされる。点火コンデンサ７０７は直流電圧源６００とオートトランス６０１によってダイオード６１０と抵抗６０９とを介して火花ギャップ６０８の放電開始電圧まで充電される。火花ギャップ６０８の放電開始電圧に達すると、点火コンデンサ６０７は点火トランス６０６の１次巻線６０６ａを介して断続的に放電し、２次巻線６０６ｂには高圧放電ランプ内でガス放電を点火するために４００００Ｖまでの高電圧パルスが誘導される。高圧放電ランプ内でのガス放電の点火の直後には、ガス放電は主にイオン化充填物内のキセノンによって担われる。点火フェーズから定常ランプ動作への移行の間に、他の充填物成分、すなわち、ハロゲン化金属は気化し、放電と光放射とに貢献する。この期間の間、直流電圧源６００により供給される供給電圧は１２０Ｖから連続的に７０Ｖの値まで低下し、このようにして所望のランプ電力が得られる。電気的特性、特に、高圧放電ランプＬＰ６のインピーダンスは、点火フェーズから定常動作状態への移行の間、著しく変化する。移行フェーズの間、ランプＬＰ６は、定常動作状態へのできるだけ迅速な移行を保証するために、増大させた電力で動作する。ランプ電流が投入されると、電界効果トランジスタ６０２のスイッチング周波数はおよそ８７ｋＨｚからおよそ３６０ｋＨｚまで高められる。高圧放電ランプＬＰ６内でガス放電の点火が行われた後には、点火コンデンサ６０７における電圧降下はもはや火花ギャップ６０８の放電開始電圧まで達しない。点火トランス６０６ｂの２次巻線６０６は、点火フェーズ終了後はＥ種コンバータの直列共振回路の共振インダクタンス６０６ｂとして使用される。高圧放電ランプＬＰ６は、消費電力が３０Ｗで燃焼電圧がおよそ３０Ｖの水銀無含有メタルハライド高圧放電ランプである。直流電圧源６００は昇圧コンバータを含んでおり、この昇圧コンバータは、直流電圧源６００の直流電圧出力側を形成する電圧出力側を有し、自動車の電源電圧からＥ種コンバータのための供給電圧を発生させる。

図７に示されている第７の実施例は、図２に示されている本発明のバラストの第２の実施例とほぼ同じである。第２の実施例とは異なって、第７の実施例はパルス点火装置と可制御スイッチの詳細も示している。可制御スイッチはここでは電界効果トランジスタとして、特に、ＭＯＳＦＥＴ１６０２として形成されている。可制御スイッチは制御回路１６１３により制御される。さらに、直流電圧源１６００の正の直流電圧端子におけるインダクタンスがオートトランス１６０１として形成されており、第５の実施例において相応する素子５１１と図５とに基づいて説明したように、直流電圧源１６００に対するオートトランス１６０１の反作用を防ぐために、有利には高キャパシタンスのコンデンサ１６６１が直流電圧源１６００の直流電圧出力側に対して並列に接続されている。オートトランス１６０１の第１の部分巻線１６０１ａはＥ種コンバータ内に接続されているので、直流電圧源１６００の正の直流電圧端子は第１の部分巻線１６０１ａと電界効果トランジスタ１６０２のドレインソースパスとを介して直流電圧源１６００の負の直流電圧端子又はグラウンド電位に接続されている。オートトランス１６０２の第２の部分巻線１６０２ｂはパルス点火装置への電圧供給に使用される。スイッチングパスに対して逆並列に、すなわち、トランジスタ１６０２のドレインソースパスに対して逆並列に、ダイオード１６０３が接続されている。ダイオード１６０３は、ここでは、トランジスタ１６０２のいわゆるボディダイオードとしてトランジスタ１６０２内に組み込まれている。ダイオード１６０３に対して並列に、またトランジスタ１６０２のドレインソースパスに対しても並列に、コンデンサ１６０４が接続されている。コンデンサ１６０４のディメンジョニングの際には、第７の実施例においてトランジスタ６０２と図６とに基づいて説明したように、トランジスタ１６０２の寄生キャパシタンス１６１２が考慮される。キャパシタンス１６０５とトランス１６１４の１次巻線１６１４ａとから成るコンデンサ１６０４に対する並列回路は、直列共振回路として形成されている。トランス１６１４の２次巻線１６１４ｂは、それに接続された、点火トランス１６０６の２次巻線１６０６ｂと高圧放電ランプＬＰ１６又は高圧放電ランプの電気端子とから成る電流回路にエネルギーを供給する。パルス点火装置への電圧供給のために、オートトランス１６０１の第２の部分巻線１６０１ｂは、トランジスタ１６０２のソース端子とダイオード１６０３のカソードとコンデンサ１６０４及びキャパシタンス１６０５との間の接続点に接続されている。部分巻線１６０１ｂによって、点火コンデンサ１６０７は、ダイオード１６１０と抵抗１６０９とを介して、点火コンデンサ１６０７に並列に接続された点火ギャップ１６０８の放電開始電圧まで充電される。放電ギャップ１６０８の放電開始電圧に達すると、点火コンデンサ１６０７は点火トランス１６０６の１次巻線１６０６ａを介して断続的に放電する。これにより、点火トランス１６０６の２次巻線１６０６ｂに、高圧放電ランプ内でガス放電を点火するための高電圧パルスが誘導される。点火コンデンサ１６０７と点火トランス１６０６の１次巻線１６０６ａとの間の接続点は、グラウンド電位又は直流電圧源１６００の負の端子に接続されている。トランス１６１４は、高圧放電ランプＬＰ１６をＥ種コンバータにインピーダンス整合させるため、ならびに、Ｅ種コンバータから直流絶縁するために使用される。トランス１６１４は、直流絶縁が必要でない場合には、オートトランスとして形成してもよい。使用される素子の詳細は表２に示されている。

高圧放電ランプＬＰ１６の点火フェーズの間、直流電圧源１６００からＥ種コンバータの電圧入力側に８０Ｖの直流電圧が供給される。電界効果トランジスタ１６０２は制御回路１６１３によりおよそ５９ｋＨｚのスイッチング周波数と０．５のデューティ比でスイッチングされる。直流電圧源１６００とオートトランス１６０１によって、点火コンデンサ１６０７はダイオード１６１０と抵抗１６０９とを介して火花ギャップ１６０８の放電開始電圧まで充電される。放電ギャップ１６０８の放電開始電圧に達すると、点火コンデンサ１６０７は点火トランス１６０６の１次巻線１６０６ａを介して断続的に放電し、点火トランス１６０６の２次巻線１６０６ｂに、高圧放電ランプ内でガス放電を点火する４００００Ｖまでの高電圧パルスが誘導される。高圧放電ランプＬＰ１６内でのガス放電の点火の直後には、ガス放電は主にイオン化充填物内のキセノンによって担われる。点火フェーズから定常ランプ動作への移行の間に、他の充填物成分、すなわち、ハロゲン化金属は気化し、放電と光放射とに貢献する。この期間の間、直流電圧源１６００により供給される供給電圧は８０Ｖから連続的に４０Ｖの値まで低下し、このようにして所望のランプ電力が得られる。電気的特性、特に、高圧放電ランプＬＰ１６のインピーダンスは、点火フェーズから定常動作状態への移行の間、著しく変化する。移行フェーズの間、ランプＬＰ１６は、定常動作状態へのできるだけ迅速な移行を保証するために、増大させた電力で動作する。ランプ電流が投入されると、電界効果トランジスタ１６０２のスイッチング周波数はおよそ５７ｋＨｚからおよそ２１５ｋＨｚまで高められる。高圧放電ランプＬＰ１６内でガス放電の点火が無事行われると、点火コンデンサ１６０７における電圧降下はもはや火花ギャップ１６０８の放電開始電圧まで達しない。

高圧放電ランプＬＰ１６は、第６の実施例においてすでに説明したように、消費電力が３０Ｗで燃焼電圧がおよそ３０Ｖの水銀無含有メタルハライド高圧放電ランプである。このランプは自動車ヘッドライトとして使用される。直流電圧源１６００は昇圧コンバータを含んでおり、この昇圧コンバータは、直流電圧源１６００の直流電圧出力側を形成する電圧出力側を有し、自動車の電源電圧からＥ種コンバータのための供給電圧を発生させる。ただし、電源電圧が十分に高い場合又はトランス１６１４が適切にディメンジョニングされている場合には、昇圧コンバータなしで済ませてよい。

図８には、曲線Ａとして、高圧放電ランプＬＰ１６の点火フェーズの間に制御回路１６１３によりトランジスタ１６０２のゲートに供給される実質的に矩形の制御電圧の時間的経過が示されており、曲線Ｂとして、スイッチングパス、すなわち、トランジスタ１６０２のドレインソースパスでの電圧降下の時間的経過が示されている。両方の電圧経過曲線の零レベルは数字１又は２とそれに続く水平矢印によって表されている。ドレインソースパスにおける電圧は２１６Ｖの最大値に達する。トランジスタ１６０２はドレインソースパスにおける電圧降下が零である間だけスイッチオン又はオフする。トランジスタ１６０２のゲートに対する制御電圧のデューティ比は０．５である。トランジスタ１６０２のスイッチング周波数は５９ｋＨｚである。

高圧放電ランプＬＰ６の点火フェーズが終了した後の定常動作状態が図９に示されている。曲線Ｃは、制御回路１６１３によりトランジスタ１６０２のゲートに供給される実質的に矩形の制御電圧の時間的経過を示したものである。トランジスタ１６０２のドレインソースパスは、トランジスタ１６０２のゲートに対する制御電圧が０Ｖよりも高い間は電気を通す。制御電圧のデューティ比は０．５である。トランジスタ１６０２のスイッチング周波数は２１５ｋＨｚである。曲線Ｆは、トランジスタ１６０２のドレインソースパスにおける相応する電圧の時間的経過を示したものである。両方の電圧経過曲線の零レベルは数字１又は２と後置された水平矢印によって表されている。曲線Ｄはランプ電流の時間的経過を示したものであり、曲線Ｅは高圧放電ランプＬＰ６の放電ギャップにおける電圧の時間経過を示したものである。曲線Ｄ及びＥの零レベルは数字３とそれに後置された水平矢印によって表されている。ランプ電流Ｄとランプ電圧Ｅは正弦波に非常に良く近似している。ランプ電流の実効値は９３２ｍＡであり、ランプ電圧の実効値、すなわち、ランプＬＰ６の燃焼電圧の実効値は３２．７Ｖである。ランプ電流Ｄとランプ電圧Ｅは同相であり、それらの周波数は２１５ｋＨｚである。

本発明によるバラストの他の実施例は図１０〜１７に示されている。図１０〜１６による実施例は実質的に点火装置が異なるだけである。

図１０に示されている本発明によるバラストの第８の実施例は本発明の第１の実施例とほぼ同じである。とりわけ、第８の実施例の素子７００，７０１，７０２，７０３及び７０４の配置及び機能は、第１の実施例の素子１００，１０１，１０２，１０３及び１０４の配置及び機能に相応している。ダイオード７０３はツェナーダイオードとして実施されており、その降伏電圧はスイッチ７０２の最大許容電圧よりも低く、スイッチ７０２の動作中に生じる電圧よりも高く選ばれている。ダイオード７０３は、ランプ電流が投入されている間、スイッチ７０２に対する過電圧保護として使用される。コンデンサ７０４に対して、キャパシタンス７０５とインダクタンス７０６とから成る直列共振回路が並列に接続されている。この直列共振回路内には、さらに高圧放電ランプＬＰ７の電気端子が接続されている。点火装置はここでは直流電圧点火装置７０７として形成されている。点火装置７０７の直流電圧出力側は直接に共振キャパシタンス７０５に対して並列接続されるか、又は、図１０において破線で示されているように、素子７０１及び７０６の一方もしくは両方と共振キャパシタンス７０５との直列回路に対して並列に接続される。高圧放電ランプＬＰ７の点火フェーズの間、キャパシタンス７０５に又は前記直列回路に、高圧放電ランプＬＰ７内でガス放電を点火するための直流電圧が重畳される。ガス放電の点火が行われた後、点火装置は非活動化される。

図１１に示されている本発明によるバラストの第９の実施例は本発明の第８の実施例と同じである。とりわけ、第９の実施例の素子８００，８０１，８０２，８０３，８０４，８０５及び８０６の配置及び機能は、第８の実施例の素子７００，７０１，７０２，７０３，７０４，７０５及び７０６の配置及び機能に相応している。第９の実施例は直流電圧点火装置の詳細を示している。直流電圧点火装置は、可制御スイッチ８０９、１次巻線８０８ａと逆向きに巻かれた２次巻線８０８ｂとを備えたトランス８０８、及びダイオード８０７を有している。この点火装置は直流電圧源８００により給電される。１次巻線８０８ａとスイッチ８０９のスイッチングパスは直流電圧源８００の直流電圧端子に接続された電流回路に接続されている。直列に配置された２次巻線８０８ｂとダイオード８０７はＥ種コンバータの直列共振回路の共振キャパシタ８０５に並列接続されている。この点火装置は実質的にフライバックトランスの原理に従って動作する。高圧放電ランプＬＰ８の点火フェーズの間、スイッチ８０９は高い周波数でクロックされる。スイッチ８０９の導通フェーズでは、１次巻線８０８ａを通って電流が流れ、トランス８０８に磁界が形成される。しかし、ダイオード８０７の極性と２次巻線８０８ｂの巻方向のゆえに、トランス８０８から共振キャパシタ８０５へのエネルギー移動は生じない。スイッチ８０９の遮断フェーズでは、トランス８０８の磁界に蓄積されたエネルギーが共振キャパシタンス８０５に放出される。２次巻線８０８ｂに誘導された電圧は、ランプ内での放電の点火に必要な点火電圧までダイオード８０７を介して共振キャパシタンス８０５を充電する。点火フェーズの終了時には、点火装置はスイッチ８０９のスイッチオフにより非活動化される。２次巻線８０８ｂは非常に大きなインダクタンスを有するようにディメンジョニングされているため、ランプ内でガス放電が点火された後には、動作中のリアクタンスが大きく、定格値の電流がランプを流れない。２次巻線８０８ｂに対するこのディメンジョニング規則が満たされない場合には、ダイオード８０７によるランプ電流の非対称性を図２２に示されたツェナーダイオード８１０によって防ぐことができる。このツェナーダイオード８１０のツェナー電圧は、（点火フェーズ終了後の）ランプ動作時のコンデンサ８０５における電圧よりも高い。これにより、（点火フェーズ終了後の）定常ランプ動作中には、２時巻線８０８ｂを介して定格値電流が流れない。その他のすべての詳細については、図１１及び２２による回路と同じである。

図１２に示されている本発明によるバラストの第１０の実施例は本発明の第８の実施例と同じである。とりわけ、第１０の実施例の素子９００，９０１，９０２，９０３，９０４，９０５及び９０６の配置及び機能は、第８の実施例の素子７００，７０１，７０２，７０３，７０４，７０５及び７０６の配置及び機能に相応している。第１０の実施例は直流電圧点火装置の詳細を示したものである。直流電圧点火装置は、可制御スイッチ９０９、１次巻線９０８ａと同じ向きに巻かれた２次巻線９０８ｂとを備えたトランス９０８、及びダイオード９０７を含んでいる。この点火装置は直流電圧源９００により給電される。１次巻線９０８ａとスイッチ９０９のスイッチングパスは、直流電圧源９００の直流電圧端子に接続された電流回路内に接続されている。直列に配置された２次巻線９０８ｂとダイオード９０７は、Ｅ種コンバータの直列共振回路の共振キャパシタ９０５と共振インダクタンス９０６とから成る直列回路に並列接続されている。この点火装置は、高圧放電ランプＬＰ９の点火フェーズの間、実質的にフォワードコンバータの原理に従って動作する。高い周波数でクロックされるスイッチ９０９の導通フェーズでは、トランス９０８の１次巻線９０８ａを通って電流が流れ、同じ向きに巻かれた２次巻線９０８ｂに誘導電圧を生じさせる。２次巻線９０８ｂにおける誘導電圧はダイオード９０７と共振インダクタンス９０６を介して共振キャパシタ９０５に充電電流を送る。共振インダクタンス９０５は、高圧放電ランプＬＰ９の点火フェーズの間、必要な点火電圧まで充電される。２次巻線９０８ｂは非常に大きなインダクタンスを有するようにディメンジョニングされているため、ランプ内でガス放電が無事に点火された後には、動作中のリアクタンスが大きく、定格値の電流がランプを流れない。２次巻線９０８ｂに対するこのディメンジョニング規則が満たされない場合には、ダイオード９０７によるランプ電流の非対称性を図２３に示されたツェナーダイオード９１０によって防ぐことができる。このツェナーダイオード９１０のツェナー電圧は、（点火フェーズ終了後の）ランプ動作時のコンデンサ９０５と共振インダクタンス９０６とにおける電圧よりも高い。これにより、（点火フェーズ終了後の）定常ランプ動作中には、２時巻線９０８ｂを介して定格値電流が流れない。その他のすべての詳細については、図１２及び２３による回路と同じである。

図１３〜１６には、共振点火装置を備えた本発明によるバラストの実施例が示されている。

図１３に示されている本発明によるバラストの第１１の実施例は、本発明の第１の実施例とほぼ同じである。とりわけ、第１１の実施例の素子１０００，１００１，１００２，１００３及び１００４の配置及び機能は、第１の実施例の素子１００，１０１，１０２，１０３及び１０４の配置及び機能に相応している。コンデンサ１００４に対して並列に、キャパシタンス１００５、１００７とインダクタンス１００６とから成る直列共振回路が接続されている。直列共振回路内には、さらに高圧放電ランプＬＰ１０の電気端子が接続されている。点火装置はここでは共振点火装置として形成されている。キャパシタンス１００７は高圧放電ランプＬＰ１０の放電ギャップに並列接続されている。高圧放電ランプＬＰ１０の点火フェーズの間、スイッチ１００２はＥ種コンバータの直列共振回路の共振周波数に近い周波数でクロックされるので、高圧放電ランプＬＰ１０のための必要な点火電圧が共振ピークによってコンデンサ１００７に生じる。高圧放電ランプＬＰ１０内でガス放電の点火が無事に行われた後、スイッチ１００２は構成要素１００５と１００６とから成る直列共振回路の共振周波数よりも高い周波数でクロックされる。というのも、ガス放電の点火が行われた後には、キャパシタンス１００７が高圧放電ランプＬＰ１０の放電ギャップによって短絡するからである。

図１４に示されている本発明によるバラストの第１２の実施例は第１１の実施例とほぼ同じである。とりわけ、第１２の実施例の素子１１００，１１０１，１１０２，１１０３，１１０４，１１０５及び１１０６の配置及び機能は、第１１の実施例の相応する素子１０００，１００１，１００２，１００３，１００４，１００５及び１００６の配置及び機能に相応している。第１１の実施例とは異なり、Ｅ種コンバータの直列共振回路は、付加的なコンデンサ１００７の代わりに、高圧放電ランプＬＰ１１の放電ギャップに並列接続された付加的なインダクタンス１１０７を有している。高圧放電ランプＬＰ１１の点火フェーズの間、スイッチ１１０２はＥ種コンバータの直列共振回路１１０５，１１０６，１１０７の共振周波数に近い周波数でクロックされるので、高圧放電ランプＬＰ１１のための必要な点火電圧が共振ピークによってインダクタンス１１０７に生じる。高圧放電ランプＬＰ１１内でガス放電の点火が無事に行われた後、スイッチ１１０２は構成要素１１０５と１１０６とから成る直列共振回路の共振周波数よりも高い周波数でクロックされる。

図１５に示されている本発明によるバラストの第１３の実施例は第１１の実施例とほぼ同じである。とりわけ、第１３の実施例の素子１２００，１２０１，１２０２，１２０３，１２０４，１２０５，１２０６及び１２０７の配置及び機能は、第１１の実施例の相応する素子１０００，１００１，１００２，１００３，１００４，１００５，１００６及び１００７の配置及び機能に相応している。スイッチ１２０２の過電圧保護を保証するために、ダイオード１２０３はツェナーダイオードとして形成してよい。第１１の実施例とは異なり、共振回路素子１２０６及び１２０７は、高圧放電ランプＬＰ１２の点火フェーズの間、Ｅ種コンバータの直流電圧源によってではなく、外部交流電圧源１２０８によって励振される。

図１６に示されている本発明によるバラストの第１４の実施例は第１２の実施例とほぼ同じである。とりわけ、第１４の実施例の素子１３００，１３０１，１３０２，１３０３，１３０４，１３０５，１３０６及び１３０７の配置及び機能は、第１２の実施例の相応する素子１１００，１１０１，１１０２，１１０３，１１０４，１１０５，１１０６及び１１０７の配置及び機能に相応している。第１２の実施例とは異なり、共振回路素子１３０６及び１３０７は、高圧放電ランプＬＰ１３の点火フェーズの間、Ｅ種コンバータの直流電圧源によってではなく、外部交流電圧源１３０８によって励振される。

図１７には、本発明の第１５の実施例によるバラストの回路のスケッチが示されている。このバラストは２つの直流電圧端子を備えた直流電圧入力側を有しており、この２つの直流電圧端子は直流電圧源１４００の電圧出力側に接続されている。正の直流電圧端子はトランス１４０１の１次巻線１４０１ｂと可制御スイッチ１４０２のスイッチングパスとを介して負の直流電圧端子又は回路内部のグラウンド電位に接続されている。スイッチ１４０２のスイッチングパスに対して逆並列にダイオード１４０３が接続されている。スイッチ１４０２のスイッチングパスに対して並列に、またダイオード１４０３に対しても並列に、コンデンサ１４０４が接続されている。コンデンサ１４０４に対する並列回路内には、コンデンサ１４０５とインダクタンス１４０６が配置されている。コンデンサ１４０５とインダクタンス１４０６は１つの直列共振回路を形成している。この共振回路内には高圧放電ランプＬＰ１４のための電気端子が配置されているため、ランプＬＰ１４が接続されているときには、放電ギャップは直列共振回路内において直列に接続されている。例えばスイッチ１４０２の制御回路への電圧供給又は上記点火装置のうちの１つへの電圧供給に使用可能な補助電圧は、２次巻線１４０１ａにより発生させられる。

図１８には、本発明によるバラストによって動作させられる高圧放電ランプの有利な実施例が示されている。このランプは消費電力が２５Ｗ〜３５Ｗの水銀無含有の高圧放電ランプであり、自動車ヘッドライトにおいて使用されるものである。このランプの放電管１は、サファイアから成る管状の円筒形中央セクション１０を有している。セクション１０の開放端はそれぞれ、多結晶酸化アルミニウムから成るセラミック閉鎖材１１及び１２によって閉じられている。円筒形セクション１０の内径は１．５ｍｍである。放電管１の長手軸には２つの電極２，３が配置されているため、これらの電極の放電側の端部は円筒形中央セクション１０の内部に突き出ており、４．２ｍｍの間隔を有している。放電管１に封入されているイオン化充填物は、５０００ｈＰａの冷間充填圧力でのキセノン、全部で４ｍｇのヨウ化ナトリウム、ジスプロシウム、ツリウム、及びタリウムから成っている。電極２及び３はそれぞれ給電線４又は５を介してランプソケット１５の電気端子１６又は１７に接続されている。放電管１は透明な外側バルブ１４で包囲されている。

電極間距離と、円筒形セクション１０の内径と、およそ５６０ｍ／ｓの放電媒体内での音速とから、高圧放電ランプの音響共鳴周波数を計算することができる。縦方向音響共鳴の基本周波数は７０ｋＨｚである。アジマス方向音響共鳴の基本周波数は２３０ｋＨｚであり、半径方向音響共鳴の基本周波数は４７６ｋＨｚである。このことは、放電空間内での前記音響共鳴の基本周波数はそれぞれ前記共振の半分の大きさの周波数をもつ交流電流によって生じさせられることを意味している。アスペクト比が２．８と大きく、内径が小さいので、音響共鳴は互いに遠く離れている。前記音響共鳴の間には、ランプ交流電流の周波数変調なしに安定したランプ動作が可能となる共振のない周波数範囲がそれぞれ１つある。したがって、本発明のバラストの第６及び第７の実施例において示されているＭＯＳＦＥＴのスイッチング周波数と３６０ｋＨｚ又は２１５ｋＨｚの交流電流周波数は、共振のない周波数範囲内にある。

図１９には、ランプソケット１５の中に回路装置１８を備えた図１８に示された高圧放電ランプが示されている。この回路装置１８は、点火装置も含めた高圧放電ランプの完全なバラストを内包しているか又は高圧放電ランプの点火装置だけを内包している。

図２０には、従来技術によるＥ種コンバータの構造が示されている。このＥ種コンバータの構造と機能は、書籍“Power electronics: converters, applications, and design”、Ned Mohan, Tore M. Undeland, William P. Robbins 著、第２版、１９９５年、John Wiley & Sons, Inc. の第２７１頁〜第２７３頁に記載されている。

このＥ種コンバータは、直流電圧源１５００の電圧出力側に接続された２つの直流電圧端子を備えた直流電圧入力側を有している。正の直流電圧端子はインダクタンス１５０１と可制御スイッチ１５０２のスイッチングパスとを介して負の直流電圧端子又は回路内部のグラウンド電位に接続されている。スイッチ１５０２のスイッチングパスに対して逆並列にダイオード１５０３が接続されている。スイッチ１５０２のスイッチングパスに対して並列に、またダイオード１５０３に対しても並列に、コンデンサ１５０４が接続されている。コンデンサ１５０４に対する並列回路内には、コンデンサ１５０５とインダクタンス１５０６が配置されている。コンデンサ１５０５とインダクタンス１５０６は、前記並列回路が直列共振回路となるようにディメンジョニングされている。負荷ＲＬは直流共振回路内において直列に接続されている。

表１及び２でふれられている保護ダイオードＰ６ＫＥ４４０は無くてもよい。

図２１には、本発明の第１７の実施例によるバラストの回路のスケッチが概略的に示されている。このバラストは、直流電圧源の電圧出力側に接続された２つの直流電圧端子＋、−を備えた直流電圧入力側を有している。直流電圧源は、Ｅ種コンバータの電圧入力側に並列接続されたコンデンサＣ４において、Ｅ種コンバータ向けの４２Ｖの入力電圧を発生させる。正の直流電圧端子はオートトランスＬ２の第１の部分巻線と電界効果トランジスタＴのスイッチングパスとを介して負の直流電圧端子又は回路内部のグラウンド電位に接続されている。トランジスタＴのスイッチングパスに対して逆並列に接続されたＭＯＳＦＥＴトランジスタのボディダイオードは、図２０に示されているＥ種コンバータのダイオード１５０３の機能を引き継いでいる。トランジスタＴのスイッチングパスに対して並列に、またそのボディダイオードに対しても並列に、コンデンサＣ２が接続されている。コンデンサＣ２に対する並列回路内には、コンデンサＣ３とトランスＴｒ１の１次巻線ｎ１が配置されている。トランスＴｒ１はＥ種コンバータにおけるランプＬａのインピーダンス整合に使用される。トランスＴｒ１の２次巻線ｎ２は、コンデンサＣ１、点火トランスＬ１の２次巻線、高圧放電ランプＬａの放電ギャップ、及び抵抗Ｒ３に直列接続されている。点火トランスＬ１の２次巻線とランプＬａの放電ギャップとから成る直列回路に対して並列に、電圧抑制に使用されるサプレッサダイオードＤ５、例えばＴｒａｎｓｉｌダイオードが接続されている。

オートトランスＬ２の第２の部分巻線Ｌ２ｂには、ダイオードＤ２、抵抗Ｒ２、火花ギャップＦＳ、点火コンデンサＣ３、及び点火トランスＬ１から成るパルス点火装置が接続されている。点火コンデンサＣ３は、火花ギャップＦＳと点火トランスＬ１の１次巻線Ｌ１ｂとから成る直列回路に並列接続されている。点火コンデンサＣ３における電圧降下は、トランジスタＴの制御回路により分圧抵抗Ｒ４，Ｒ５を用いて監視される。さらに、トランジスタＴの制御回路は抵抗Ｒ３を用いてランプ電流も監視する。トランジスタＴの制御回路は論理素子とトランジスタＴ用のドライバ回路とから成っている。表３には、第１７の実施例の素子の詳細が示されている。ランプＬａは、およそ３５Ｗの消費電力とおよそ４５Ｖの燃焼電圧を有する石英ガラス製の放電管を備えた水銀無含有のハロゲン金属蒸気高圧放電ランプである。この水銀無含有ハロゲン金属蒸気高圧放電ランプはＥ種コンバータによりランプの音響共鳴よりも高い周波数を有する交流電圧で動作させられる。

Ｅ種コンバータは直流電圧源から４２Ｖの入力電圧を供給される。高圧放電ランプＬａの点火フェーズの間、トランジスタＴは制御回路により２３０ｋＨｚのスイッチング周波数で動作する。つまり、トランジスタＴの制御回路は、トランジスタＴのスイッチング周波数を２３０ｋＨｚよりも僅かに高い値から必要とされる火花ギャップＦＳの放電開始電圧が点火コンデンサＣ３において発生するまでゆっくりと低下させる。なお、点火コンデンサＣ３における放電開始電圧の発生は、トランジスタＴの制御回路により分圧抵抗Ｒ４，Ｒ５を用いて検出される。火花ギャップＦＳの放電開始の際には、点火コンデンサＣ３は点火トランスＬ１の１次巻線Ｌ１ｂを介して放電する。点火トランスＬ１の２次巻線において、高圧放電ランプＬａ内でのガス放電の点火のための高電圧パルスが発生する。ランプＬａ内でのガス放電の点火が行われた後、電流は高圧放電ランプＬａの放電ギャップを介して流れる。このランプ電流はトランジスタＴの制御回路により抵抗Ｒ３を用いて検出され、トランジスタＴのスイッチング周波数はそれにしたがって９２５ｋＨｚの値まで急激に上昇する。ランプＬａが定格電力の約３倍で動作している間は、金属ハロゲン化物が迅速に気化するように、ランプＬａのいわゆる電力ウォームアップが行われる。電力ウォームアップの間、３５Ｗの定格電力に近い電力でランプを動作させるために、トランジスタＴのスイッチング周波数は９９５ｋＨｚの定常終値まで上げられる。

ランプ動作の間、ランプ電流に比例した抵抗Ｒ３における電圧降下がトランジスタＴの制御装置によって監視される。ランプ電流が所定の値を下回った場合、制御回路はランプＬａの消灯と解釈され、トランジスタＴのスイッチング周波数は、新たにランプＬａの点火フェーズを開始するために、再びおよそ２３０ｋＨｚの値に自動的に設定される。

択一的に、分圧抵抗Ｒ４，Ｒ５を用いて、点火コンデンサＣ３における電圧上昇によってランプＬａの消灯を識別してもよい。択一的に、同様に分圧抵抗Ｒ４，Ｒ５を用いて、点火コンデンサＣ３における電圧降下が長い期間にわたって、例えば１００ｍｓ又は１０周期にわたって火花ギャップＦＳの放電開始電圧よりも明らかに低いということによって、ランプＬａの点火が行われたことを検出してもよい。

本発明は上で詳細に説明した実施例に限定されない。例えば、ランプをＥ種コンバータにより良く整合させるために、上に示した実施例のコンデンサ１５０４ないし相応するコンデンサ１０４，２０４，３０４，４０４，５０４，６０４，７０４，８０４，９０４，１００４，１１０４，１２０４，１３０４，１４０４及びＣ２を、可変のキャパシタンスを有するコンデンサとして形成してもよい。この場合、キャパシタンスは最小値と最大値の間で連続的に変化するか、又はいくつかの離散的な値、例えば２つの値の間で切り換えられるようにしてよい。したがって、例えばランプ内でのガス放電の点火又はランプ放電管内の金属ハロゲン化物の気化に起因するランプ抵抗の変化にもかかわらず、高い効率を補償することができる。しかもその際、スイッチング周波数の僅かな変化しか必要とされない。特に図１３及び１４による共振点火を用いた実施例では、点火の最中にコンデンサ１００４又は１１０４のキャパシタンスを第１の値へ調整し、ランプの点火後に第２の値に切り換えることによる共振回路を整合することが有利である。これは、例えば、コンデンサ１００４及び１１０４を２つのコンデンサの並列回路として形成し、２つのコンデンサのうちの一方がスイッチング手段によって活動化又は非活動化されるようにすることによって実現することができる。

点火装置１０７は、すでに説明したように、高圧放電ランプ内でガス放電を点火するための１つの又は一連の電圧パルスを発生させるパルス源を含んでいる。点火装置１０７は、パルス源の代わりに、比較的に長く持続する交流電圧を発生させる任意の交流電圧源を含んでいてもよい。この交流電圧の周波数は、コンデンサ１０４，１０５ないし２０４，２０５ないし３０４，３０５ないし４０４，４０５がこの周波数において非常に低いリアクタンスを有し、短絡と見なされうるように、高く設定される。電圧制限のために、特に非常に低いリアクタンスが保証し得ない場合には、前記の２つのコンデンサのうちの一方に対して並列に、又は両方のコンデンサに対して並列に、サプレッサダイオードを接続してよい。

上で説明した点火装置の代わりに、高圧放電ランプのための点火電圧を発生させるために、ピエゾトランスを使用してもよい。図２４には、図１０の実施例に類似した直流電圧点火を用いたＥ種コンバータの実施例が示されている。Ｅ種コンバータはここでは素子Ｌ２００，Ｓ１００，Ｄ１００，Ｃ２００，Ｌ１００及びＣ１００から形成されており、これらの素子は相応する素子７０１，７０２，７０３，７０４，７０５及び７０６と同じ機能を有している。図２４の実施例によれば、ピエゾトランスＰＴはスイッチＳ１００に並列接続されており、ダイオードＤ７００とＤ８００とから成る電圧２倍器によってコンデンサＣ１００を充電するための高電圧を発生させる。ＺダイオードＤ９００は動作中にＬ１００とＣ１００とから成る共振回路の片側における短絡を防ぎ、また図２３のＺダイオード９１０と同じ機能を有している。したがって、高圧放電ランプＬａの点火と動作のためにはただ１つの半スイッチＳ１００だけで十分である。例えば、これにより、図２３にしたがって点火電圧を発生させるために必要とされるスイッチ９０９を節約することができる。ピエゾトランスＰＴの入力キャパシタンスのために、ピエゾトランスＰＴはコンデンサＣ２００の機能を部分的に又は完全に引き継ぐことができる。高電圧生成の遮断はＳ１００のスイッチング周波数を変化させることで行われる。ピエゾトランスはＱが高いため非常に狭帯域の共振を有しているので、スイッチング周波数は僅かに変えるだけで十分である。

本発明によるバラストは、有利には、自動車ヘッドライト用の高圧放電ランプ、とりわけ、図１８及び１９に示されているような、あるいはドイツ特許出願ＤＥ １０２ ４２ ７４０に記載されているようなセラミック製の透明放電管を備えたハロゲン金属蒸気高圧放電ランプ、又は、例えば特許出願ＤＥ １０３ １２ ２９０に開示されているような石英ガラス製の透明放電管を備えたハロゲン金属蒸気高圧放電ランプを動作させるために使用される。

本発明の第１の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示す。 本発明の第２の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示す。 本発明の第３の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示す。 本発明の第４の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示す。 本発明の第５の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示す。 本発明の第６の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示す。 本発明の第７の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示す。 図７に示された実施例に関して、高圧放電ランプの点火フェーズの間のＭＯＳＦＥＴに対する制御信号とＭＯＳＦＥＴにおけるドレインソース電圧とを示す。 図７に示された実施例に関して、定常ランプ動作の間のＭＯＳＦＥＴに対する制御信号、ＭＯＳＦＥＴにおけるドレインソース電圧、ならびに、高圧放電ランプでの交流ランプ電流及び電圧降下を示す。 本発明の第８の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示す。 本発明の第９の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示す。 本発明の第１０の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示す。 本発明の第１１の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示す。 本発明の第１２の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示す。 本発明の第１３の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示す。 本発明の第１４の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示す。 本発明の第１５の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示す。 本発明によるバラストによって動作させられる高圧放電ランプの側面図を部分的に断面で概略的に示す。 ソケット内に組み込まれた点火装置を有し、本発明によるバラストにおいて動作する高圧放電ランプの側面図を部分的に断面で概略的に示す。 Ｅ種コンバータ（従来技術）の回路のスケッチを示す。 本発明の第１６の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示す。 本発明の第１７の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示す。 本発明の第１８の実施例によるバラストの回路構成のスケッチを示す。

Claims (32)

1. 少なくとも１つの高圧放電ランプを動作させるためのバラストであって、実質的に正弦波状の交流電流を作り出す電圧変換器を有している形式のバラストにおいて、前記電圧変換器がＥ種コンバータとして形成されていることを特徴とするバラスト。
2. 前記電圧変換器は以下の特徴、すなわち、
   −該電圧変換器に電圧を供給する直流電圧端子、
   −インダクタンス（１０１）と可制御スイッチング手段（１０２）、ただし、正の直流電圧入力側（＋）は該インダクタンス（１０１）と該可制御スイッチング手段（１０２）のスイッチングパスとを介して負の直流電圧入力側（−）又はグラウンド電位と接続されており、
   −前記スイッチング手段（１０２）のスイッチングパスに逆並列に配置されたダイオード（１０３）、
   −前記ダイオード（１０３）と前記スイッチング手段（１０２）のスイッチングパスとに並列に接続されたキャパシタンス（１０４）、
   −直列共振回路として形成された、前記キャパシタンス（１０４）に対する並列回路（１０５，１０６ｂ）、
   −前記直列共振回路（１０５，１０６ｂ）に結合された、少なくとも１つの高圧放電ランプ（ＬＰ１）のための電気端子、
   を有する、請求項１記載のバラスト。
3. 前記バラストは前記高圧放電ランプ（ＬＰ１）内でガス放電の点火を行う点火装置（１０７）を有する、請求項１又は２記載のバラスト。
4. 前記点火装置（１０７）は電源供給を受けるために前記Ｅ種コンバータのインダクタンス（３０１）に結合されている、請求項３記載のバラスト。
5. 前記点火装置はパルス点火装置（１０７）として形成されている、請求項３記載のバラスト。
6. 前記点火装置は直流電圧点火装置（７０７）として形成されている、請求項３記載のバラスト。
7. 前記点火装置は共振点火装置として形成されている、請求項３記載のバラスト。
8. 前記点火装置はピエゾトランス（ＰＴ）を含んでいる、請求項３記載のバラスト。
9. 前記ピエゾトランス（ＰＴ）の入力側又は一次側は前記Ｅ種コンバータのスイッチ（Ｓ１００）に並列接続されている、請求項８記載のバラスト。
10. 前記インダクタンスはオートトランス（４０１）として形成されている、請求項４記載のバラスト。
11. 前記パルス点火装置（３０７）の点火トランス（３０６）の２次巻線（３０６ｂ）は前記Ｅ種コンバータの直列共振回路の構成要素として形成されている、請求項５記載のバラスト。
12. 前記直流電圧点火装置（７０７）は前記Ｅ種コンバータの直列共振回路のキャパシタンス（７０５）に結合されている、請求項６記載のバラスト。
13. 少なくとも１つの高圧放電ランプ（ＬＰ２）のインピーダンス整合のためのトランス（２０８）が設けられている、請求項１又は２記載のバラスト。
14. 実質的に正弦波状の交流電流により少なくとも１つの高圧放電ランプを動作させるための方法であって、Ｅ種コンバータによって前記交流電流を発生させることを特徴と方法。
15. 実質的に正弦波状の前記交流電流の周波数は、高圧放電ランプの音響共鳴を免れた周波数範囲内にある、請求項１４記載の方法。
16. 高圧放電ランプを２５Ｗ〜３５Ｗの範囲内の電力で動作させる、請求項１４記載の方法。
17. ガス放電の点火を行った後、前記少なくとも１つの高圧放電ランプを定常ランプ動作の間１００Ｖ以下の燃焼電圧で動作させる、請求項１４又は１５記載の方法。
18. 前記少なくとも１つの高圧放電ランプ内でガス放電の点火を行うために、前記Ｅ種コンバータのインダクタンスに結合されたパルス点火装置により、前記少なくとも１つの高圧放電ランプに対する高電圧点火パルスを発生させる、請求項１４記載の方法。
19. 前記少なくとも１つの高圧放電ランプの点火フェーズの間、前記Ｅ種コンバータの直流電圧入力側に配置されたインダクタンスに共振電圧ピークが発生するように、前記Ｅ種コンバータのスイッチング手段を切り換える、請求項１４記載の方法。
20. 前記少なくとも１つの高圧放電ランプの消費電力を前記Ｅ種コンバータの供給電圧を変えることにより調整する、請求項１４記載の方法。
21. 前記少なくとも１つの高圧放電ランプの消費電力を前記Ｅ種コンバータのスイッチング手段のスイッチング周波数を変えることにより調整する、請求項１４記載の方法。
22. 高圧放電ランプの放電ギャップが放電開始する前の前記Ｅ種コンバータのスイッチのスイッチング周波数は、定常ランプ動作時のスイッチング周波数よりも低い、請求項１４記載の方法。
23. 高圧放電ランプと該高圧放電ランプを動作させるためのバラストとを備えた照明システムであって、前記高圧放電ランプが中に電極（２，３）とガス放電を発生させるためのイオン化充填物とを含んだ放電管を有している形式の照明システムにおいて、
    前記バラストがＥ種コンバータとして形成された電圧変換器を有している、ことを特徴とする照明システム。
24. 前記Ｅ種コンバータの直列共振回路のインダクタンス（１０６ｂ）とキャパシタンス（１０５）は、前記直列共振回路の共振周波数が高圧放電ランプの音響共鳴を免れた周波数範囲内にあるように、前記電極（２，３）の間隔と前記放電管（１）のジオメトリとに合わせられている、請求項２３記載の照明システム。
25. 前記放電管（１）は少なくともガス放電領域においては円筒形のジオメトリを有する、請求項２４記載の照明システム。
26. 前記バラストは前記高圧放電ランプ内でガス放電の点火を行う点火装置を有する、請求項２３又は２４記載の照明システム。
27. 前記点火装置はパルス点火装置として形成されており、前記点火装置の点火トランスの２次巻線は前記Ｅ種コンバータ内に配置されている、請求項２６記載の照明システム。
28. 前記点火装置は前記高圧放電ランプのソケット内に配置されている、請求項２６又は２７記載の照明システム。
29. 前記バラストは前記高圧放電ランプのソケット内に配置されている、請求項２３記載の照明システム。
30. 前記高圧放電ランプの定格電力は２５Ｗ〜３５Ｗの範囲の値を有する、請求項２３記載の照明システム。
31. 前記高圧放電ランプの燃焼電圧は１００Ｖ以下である、請求項２３記載の照明システム。
32. 前記照明システムは自動車ヘッドライトである、請求項２３から３１のいずれか１項記載の照明システム。

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