JP2007518387A - バリア放電ランプ用高効率シングルエンド順方向フライバック電子ドライバ - Google Patents

Abstract

幾つかの構成要素を有する一次回路と、主に容量性である負荷（２）を有する二次回路と、一次側（ＴＸ１ａ）及び二次側（ＴＸ１ｂ）を有し、一次回路を二次回路に接続する変圧器装置（４）とにより主に容量性である負荷（２）を駆動するための電子回路トポロジーであって、一次回路の構成要素は、電源装置（３）と、ドレイン装置（５）と、切替え装置（６）とを有し、変圧器装置（４）は、入力電圧−電流信号を、前記主に容量性である負荷（２）に供給するための適切な出力電圧−電流信号へと変換するために用いられ、電源装置（３）は、変圧器装置（４）と、ドレイン装置（５）と、切替え装置（６）と直列に接続され、このとき、変圧器装置（４）は、シングルエンドの順方向フライバック回路が得られるように、共振タンクとして、順方向モードにある変換器装置（４）として、及びフライバックモードにある変換器装置（４）として機能する手段を有する。

Description

本発明は、主に容量性である負荷を駆動し、パルス電源が使用されるところの電子回路トポロジーに関する。望ましくは、主に容量性である負荷は、誘電体バリア放電の原理に基づくガス放電であり、更に望ましくは、希ガス、望ましくはキセノンを有するグループから選択された少なくとも１つのエキシマー形成成分を含むガス状媒質での誘電体バリア放電である。当該電子回路は、幾つかの構成要素を有する一次回路と、主に容量性である負荷を有する又は該負荷へ接続された二次回路と、一次側及び二次側を有し、前記一次回路を前記二次回路に接続する変圧器装置とを有する。前記一次回路の構成要素は、前記主に容量性である負荷を動作させるために電力を供給する電源装置と、動作中に前記主に容量性である負荷から反射された前記電力の少なくとも一部を吸収するドレイン装置と、前記一次側の電流を切り替える切替え装置とを有する。前記変圧器装置は、ギャップ、望ましくはエアギャップを有し、前記一次側での入力電圧−電流信号を、前記二次側で前記主に容量性である負荷に供給するための適切な出力電圧−電流信号へ変換する変圧器形式に属する。

ドライバ及びガス放電ランプを有するこのような周知の電子路回路トポロジーは、ある波長の光波が様々な目的のために発生させられるべきところの幅広い範囲の用途で使用される。幾つかの用途として、例えば、文書の走査若しくは複製、又は、例えば汚水処理、飲み水の消毒、脱塩素処理若しくは超純水の製造のような工業目的のために約１８０ｎｍから３８０ｎｍの波長を有するＵＶ光を発生させることがある。主に容量性である負荷としてのガス放電ランプを有するこのようなトポロジーは、励起波形のような正弦波ではなくむしろ急勾配の高電圧パルスが印加される状態で、高効率な方法でＵＶ光を作り出す。

高い電力領域（＞１，０００Ｗ）では、ドライバトポロジーは、容量性負荷又は主に容量性である負荷に供給するためによく知られる。このようなドライバは、一般に、高電圧出力変圧器を駆動するフルブリッジ回路に基づいて実施される。

このよく知られたドライバ概念は、それがパルス状出力信号を作るために使用される場合に、変圧器の磁化電流に起因して、電圧の緩やかな傾斜ｄＶ／ｄｔが２つのパルスの間にランプによって見られうるという欠点を有する。このことは、パルス信号の立ち下がりが比較的平坦であることを意味する。通常、このことは、脱イオン化のための十分な静止時間がこのようにして確実にされ得ないので、低効率なガス放電を引き起こす。

それに加えて、フルブリッジは、少なくとも４つの別個のスイッチを必要とする。それらのスイッチのうちの２つは、ハイサイド（ｈｉｇｈ−ｓｉｄｅ）駆動される。これは、回路を極めて複雑にする。更に、電流が、常に、一次側で直列な２つのスイッチを流れている場合には、電力損失は比較的高く、従って、並のドライバ効率が達成され得る。

特に約１００Ｗまでの低電力領域においてパルス状出力信号を発生させるための、他の既知であって幅広く使用されるトポロジーは、フライバック回路である。フライバック回路は、それが境界不連続モードで使用される場合に、２つのパルスの間に十分な静止時間を有する明瞭なパルス状波形を発生させる。これは、スイッチが、電力反射相から電力充電相へと中断を伴わずに移る場合に、オン状態に保たれることを意味する。このようなフライバック電力供給の出力電力を３，０００Ｗまで拡大することが検討されてきた。その場合、３２個の一次ＭＯＳＦＥＴスイッチ及び４つの高電圧変圧器が必要されたので、回路は非常に複雑であった。また、達成可能なドライバ効率は低かった（全体で約７３％）。

ＥＰ０９２７５０６Ｂ１は、中断により動作において互いから分離される電圧パルスを伝送するのに適したパルス電圧源と、閉じられており、ガス充填材で満たされた、あるいは開いており、その内部を流れるガス又はガス混合を有し、且つ非導電性物質である少なくとも部分的に透明な放電管を有する誘電体バリア放電ランプと、誘電体材料によって放電管の内部から絶縁された少なくとも１極性の電極によりパルス電圧源へ接続された電極とを有する照明システムを開示する。パルス電圧源は、誘電体バリア放電ランプの放電管内で誘電的に妨げられた放電の動作のためにパルス電圧列を作る電子回路配置を有し、電子回路配置は、発振回路インダクタンスと、発振回路インダクタンスに直列接続された制御スイッチと、スイッチを駆動するパルス発生器と、スイッチに逆並列接続され、個別素子によって、又はスイッチとして動作するＭＯＳＦＥＴの集積されたソース−ドレイン間ダイオードによって形成された電流バルブと、スイッチに並列接続され、個別素子によって、あるいは、部分的に、スイッチとして動作するＭＯＳＦＥＴの境界層キャパシタンスによって及び／又は接続された誘電体バリア放電ランプの固有キャパシタンスによって形成された発振回路キャパシタンスと、誘電体バリア放電ランプを結合する手段とを有し、このとき、スイッチはパルス発生器の駆動信号により動作の際に交互にオン及びオフを切替える。結果として、中断時間によって分離された電圧パルスの列は、前記手段へ結合された誘電体バリア放電ランプの電極の間で作られる。
ＥＰ０９２７５０６Ｂ１

この既知のトポロジーの１つの欠点は、寄生要素が効率を上げるために用いられないために、効率が比較的低いことである。更に、当該トポロジーは複雑であり、構成要素の数が多い上に、パルス出力波形は、十分に鋭く、明瞭ではなく、約１，０００Ｗを超える有用な平均出力は、ほとんど達成され得ない。

本発明は、主に容量性である負荷に１，０００Ｗよりも更に高い平均出力電力を供給するのに適した電子回路トポロジーを提供することを目的とする。これによって、構成要素の数は減り、効率は、明らかに８０％超まで上がり、且つ、信頼性は、産業環境規格に対応して高く、望ましくは、パルス状出力信号の電圧ピークは一定である。

上記課題は、パルス電源が用いられ、幾つかの構成要素を有する一次回路と、主に容量性である負荷を有する又は該負荷へ接続された二次回路と、一次側及び二次側を有し、前記一次回路を前記二次回路に接続する変圧器装置とにより主に容量性である負荷を駆動するための電子回路トポロジーによって解決される。前記一次回路の構成要素は、前記主に容量性である負荷を動作させるために電力を供給する電源装置と、前記電力を吸収するドレイン装置と、前記一次側の電流を切り替える切替え装置とを有する。前記変圧器装置は、ギャップ、望ましくはエアギャップを有し、前記一次側での入力電圧−電流信号を、前記二次側で前記主に容量性である負荷に対する適切な出力電圧−電流信号へ変換する変圧器形式に属し、このとき、前記電源装置は、前記変圧器装置、前記ドレイン装置、及び前記切替え装置に直列接続され、これによって、前記主に容量性である負荷へ接続された前記変圧器装置は、パルス状励起信号を前記主に容量性の負荷に供給するシングルエンドの順方向フライバック回路が得られるように、共振タンク回路として、順方向モードにある変圧器装置として、及びフライバックモードにある変圧器装置として機能する手段を有する。

本発明の意味での「適切な出力電圧−電流信号」は、変圧器の二次側へ接続された主に容量性である負荷に供給するのに適した任意の電圧である。その電圧は、負荷の電力に依存し、以下に記述する電力範囲から導出可能である。適切な出力電圧−電流信号は、望ましくは−２０，０００Ｖ以上２０，０００Ｖ以下、更に望ましくは−１０，０００Ｖ以上１０，０００Ｖ以下、最も望ましくは−８，０００Ｖ以上８，０００Ｖ以下の範囲にある電圧振幅を有する。適切な電圧信号は、望ましくは約２０，０００Ｖ以下、更に望ましくは約１４，０００Ｖ以下、最も望ましくは約１０，０００Ｖ以下のピーク・ツー・ピークを有する峰状の形状を有する。半値幅（ＦＷＨＭ）は、望ましくは約５μｓ以下、更に望ましくは約３μｓ以下、最も望ましくは約２．５μｓ以下である。対応するパルス繰り返し数は、望ましくは２０ｋＨｚ以上２５０ｋＨｚ以下の範囲、更に望ましくは３０ｋＨｚ以上２００ｋＨｚ以下の範囲、最も望ましくは５０ｋＨｚ以上１５０ｋＨｚ以下の範囲にある。図２では、幾つかのグラフが与えられている。グラフから、適切な出力電圧−電流信号が一例として導出され得る。

本発明の意味での「主に容量性である負荷」は、望ましくはガス放電、更に望ましくは誘電体バリア放電形式のガス放電、最も望ましくは純粋な希ガス又はＵＶ光を発生させるガス混合における誘電体バリア放電に基づくガス放電ランプである。ガス混合又はガス状媒質は、望ましくは例えばキセノンのような希ガスを含むグループから選択された少なくとも１つのエキシマー形成成分を有する。

前記放電ランプによって発生させられるＵＶ光は、望ましくは１００ｎｍ以上３８０ｎｍ以下、更に望ましくは１８０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下、最も望ましくは２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲にある波長を有する。発生したＵＶ光は、例えば汚水処理、飲み水の消毒、脱塩素処理若しくは超純水の製造のような工業目的のための使用に適している。ドライバは、主に容量性である負荷に対する適切な電力を共通の供給源から変圧器装置を介して発生させる電子回路を有する。適切な電力は、上記用途に対して有用である任意の電力である。適切な電力の値は、望ましくは０Ｗ以上２０，０００Ｗ以下、更に望ましくは５００Ｗ以上１０，０００Ｗ以下、最も望ましくは１，０００Ｗ以上５，０００Ｗ以下の範囲にある。動作周波数トポロジーは、望ましくは１０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下、更に望ましくは３０ｋＨｚ以上２５０ｋＨｚ以下、最も望ましくは５０ｋＨｚ以上２００ｋＨｚ以下の範囲にある。

変圧器装置は、電子回路全体を２つの部分、即ち、その一次側では一次回路に及びその二次側では二次回路に分離する。前記一次回路は、例えば４００Ｖ直流電源のような共通直流電圧源の形をした電源を有する。該電源は、変圧器装置の一次側、ドレイン装置及び切替え装置に直列接続されている。前記二次回路は、主に容量性である負荷に直列接続された変圧器装置の二次側から成る。

本発明の意味での「変圧器装置」は、理想的な変圧器と、該理想的な変圧器に並列な一次側での第１のインダクタンスと、前記理想的な変圧器に直列である二次側の第２のインダクタンスとを有する。変圧器装置は、理想的な変圧器の形をした一部（ｏｎｅ−ｐａｒｔ）変圧器装置として実現され得る。理想的な変圧器は、第１のインダクタンスの機能が実際の変圧器のコアでのエアギャップによって実現され、第２のインダクタンスの機能が実際の変圧器の漏れ誘導によって実現されるように構成されている。

変圧器装置は、如何なる形式であっても良いが、望ましくは、ギャップ、望ましくはエアギャップを有する形式である変圧器ユニットを有する。変圧器装置は、望ましくは１：１以上１：２０以下、更に望ましくは１：４以上１：１５以下、最も望ましくは１：８以上１：１２以下の範囲にある巻線比を有する。更に、変圧器装置は、変圧器ユニットへ接続された誘導ユニットを有する。変圧器装置は、トポロジー全体の効率が最適化されるように、所定の用途に対して適切に構成されるべきである。第１の誘導ユニットは、望ましくは１μＨ以上２００μＨ以下、更に望ましくは５μＨ以上１００μＨ以下、最も望ましくは１０μＨ以上８０μＨ以下の範囲にある誘導性を有する。第２の誘導ユニットは、望ましくは１０μＨ以上１，０００μＨ以下、更に望ましくは２０μＨ以上６００μＨ以下、最も望ましくは５０μＨ以上４００μＨ以下の範囲にある誘導性を有する。これらの誘導ユニットは、適切なトポロジーを実現するよう容易に変更可能である。

電子回路トポロジーの中核である変圧器装置は、同時に、共振タンク回路と、順方向モードにある変圧器と、フライバックモードにある変圧器とから成る３つの機能を一体化する。これら３つの機能を一体化することによって、一部で、本発明は、高い出力電力を効率的に発生させる一方で、幾つかの構成要素を省く。

動作中に容量性負荷から反射される電力は、電力ドレイン、ダイオード、及びキャパシタを有する吸収ラインとして形成されるドレイン装置によって効果的に吸収される。電力吸収ラインは、望ましくは５０Ｖ以上１，０００V以下、更に望ましくは２００Ｖ以上７５０Ｖ以下、最も望ましくは４００Ｖ以上５８０Ｖ以下の範囲にある電圧に適している。従って、回路トポロジーの寄生要素であるキャパシタは、望ましくは１００ｐＦ以上１，０００ｐＦ以下、更に望ましくは２５０ｐＦ以上７５０ｐＦ以下、最も望ましくは４３０ｐＦ以上５００ｐＦ以下のキャパシタンスを有する。

望ましくは、切替え装置は、１つの切替えユニットしか有さない。実際には、切替えユニットは、例えば幾つかのＩＧＢＴ及び／又はＭＯＳＦＥＴのような、幾つかの実際の切替えユニットを有することができる。これによって、実際の切替えユニットは、互いに並列又は直列に配置され得る。夫々が少なくとも１つの実際の切替えユニットから成る４つの切替えユニットを有する通常使用されるフルブリッジ回路と比べ、この概念は、幾つかの切替え部品を省く。

更に、本発明は、通常のフルブリッジ変換器から知られるよりも、一層明瞭なパルス状電圧信号を作る。

望ましくは、共振タンクとして、順方向モードである変圧器として、及びフライバックモードである変圧器として機能する手段は、実際の変圧器のグループから選択された少なくとも１つの変圧器ユニットと、二次側にある少なくとも１つの誘導ユニットとを有する。これによって、この誘導ユニットに対して、共振タンクが得られるように変圧器装置の漏れ誘導を使用することが適切である。変圧器ユニットは、上述した実際の変圧器として実現され得る。上述したように、変圧器装置は、主に容量性である負荷に正確に適合されるべきである。従って、ケーブル布線の容量、全ての他の寄生容量、及び負荷の容量のどれもが考慮に入れられるべきである。適切な変圧器装置を実現するよう、２つの誘導ユニット、即ち、第１のインダクタンス及び第２のインダクタンスの値は、適合される必要がある。この適合性のある誘導ユニットによって、更に正確には、この第２のインダクタンスによって、変圧器装置は、所定の用途又は負荷に対して厳密に設計され得る。このことは、電子回路トポロジーが、変圧器の漏れ誘導、負荷容量、ケーブル布線の容量及び変圧器の容量と共に直列共振タンク回路を作る変圧器装置を形成することを可能にする。変圧器ユニットの漏れ誘導を使用することによって、有用な出力電圧ピークは、変圧器の漏れ誘導がランプに同調するところの通常の解決法に比べて著しく高い。本発明の変圧器装置の出力電圧ピークに対する通常の変圧器装置の出力電圧ピークの割合は、望ましくは５０％以下、更に望ましくは４０％以下、最も望ましくは２０％以下である。例えば、通常の変圧器装置の出力電圧ピークが約２ｋＶである場合に、本発明に従う変圧器装置の出力電圧ピークは、望ましくは４ｋＶ（割合＝５０％）以上、更に望ましくは５ｋＶ（割合＝４０％）以上、最も望ましくは１０ｋＶ（割合＝２０％）以上である。

従って、本発明の利点は、変圧器装置の二次側にある第２の誘導ユニットが主に容量性である負荷に直列接続されることにより、実際の変圧器の漏れ誘導によって実現され得る第２の誘導ユニットが主に容量性である負荷の容量及びケーブル布線の容量により直列共振タンク回路を構成することである。

このような変圧器装置の構成の結果として、二次側の有用な出力電圧ピークは、一次側へは移されない。従って、より複雑でない低級な電圧スイッチが一次側で使用可能である。この配置によって、変圧器漏れ誘導及び／又はケーブル布線キャパシタンスのような寄生成分は、負荷キャパシタンスと共に、余分の損失の原因であるどころではなく、高い電圧ピークを発生させるために効果的に使用される。

適切な変圧器装置を実現するために、実際の変圧器のエアギャップによって実現され得る一次側の第１の誘導ユニットは、変圧器ユニットに対して並列である。

本発明の更なる利点は、変圧器装置の一次側が、電源装置、ドレイン装置及び／又は切替え装置に直列接続されることである。このような配置の実現の容易性は、上述した変圧器の３モードの機能を可能にする。これによって、二次側のピーク電圧は、一次側へは移されない。共振ピークの間、変圧器は、順方向モードで使用される。同時に、磁化エネルギーは、上述したようにこの目的のためにギャップ及び更に望ましくはエアギャップを有する変圧器コアに蓄えられる。

本発明の他の利点は、ドレイン装置が、直流電源又は直流電源装置へと電力を戻すために電力吸収ユニットと、キャパシタンスユニットと、ダイオードとを有することである。この配置によって、ドレイン装置へと流れる電力は、望ましくは外部のダウンコンバータを介して、直流電源装置へと容易に帰還可能である。電力吸収装置は、望ましくは５０Ｖ以上１，０００Ｖ以下、更に望ましくは２００Ｖ以上７５０Ｖ以下、最も望ましくは４００Ｖ以上５８０Ｖ以下の範囲にある電圧による直流形式である。ダイオードは、標準的な形式のダイオードである。キャパシタのキャパシタンスは、望ましくは１００ｐＦ以上１，０００ｐＦ以下、更に望ましくは２５０ｐＦ以上７５０ｐＦ以下、最も望ましくは４３０ｐＦ以上５００ｐＦ以下の範囲にある。

望ましくは、電子回路トポロジーの切替え装置は、以下の切替えユニット、変圧器装置の一次側及びダイオードユニットの電流のオン／オフを切り替えるための切替えユニットを制御するために、望ましくはパルス又は関数発生器の形で、制御ユニットを有する。望ましくは、制御ユニットは、約０Ｖの第１の電圧と、約１５Ｖの第２の電圧とを有する。望ましくは、立ち上がり時間は約１０ｎｓであり、望ましくは、立ち下がり時間は立ち上がり時間とほぼ同じである。パルス幅（ＰＷ）は、望ましくは１μｓ以上６μｓ以下、更に望ましくは２μｓ以上５μｓ以下、最も望ましくは２．１μｓ以上３μｓ以下の範囲にある。これによって、ＰＷは、望ましくは約２．３６μｓであって、望ましくは、１つの切替え周期の期間は１０μｓである。

ダイオードは、零電圧切替え回路を得るために切替えユニットに並列に実装される。ダイオードは逆電流を導くので、たとえ零電圧切替えの要因でないとしても、ダイオードは、零電圧切替え効果を達成するために必要な構成要素である。

望ましくは、主に容量性である負荷は、望ましくはキセノンのような希ガスである少なくとも１つのエキシマー形成ガス、又は、望ましくはＵＶ光波のような光波を発生させるエキシマー形成ガスの混合により満たされた誘電体バリア放電に基づく少なくとも１つのガス放電ランプを有する。誘電体バリア放電に基づくガス放電ランプは、所定の電力範囲で光波を発生させるよう容易に設計可能である。バリア放電ランプ又は如何なる他の容量性負荷若しくは本発明に従う主に容量性である負荷に対する所定の電力範囲は、望ましくは０Ｗより大きく２０，０００Ｗ以下、更に望ましくは５００Ｗ以上１０，０００Ｗ以下、最も望ましくは１，０００Ｗ以上５，０００Ｗ以下である。電子回路トポロジーは、誘電体バリア放電ランプに供給するのに適しているのみならず、如何なる主に容量性である負荷にも適用されうる。このとき、パルス状波形の使用が好ましい。

誘電体放電ランプが使用される場合に、誘電体放電ランプは、望ましくは０Ｗ以上２０，０００Ｗ以下、更に望ましくは５００Ｗ以上１０，０００Ｗ以下、最も望ましくは１，０００Ｗ以上５，０００Ｗ以下の範囲にある有用な平均電力を有する。最も望ましくは、電力は約３，０００Ｗであり、放電ランプは、望ましくは１００ｎｍ以上３８０ｎｍ以下、更に望ましくは１８０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下、最も望ましくは２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲にある波長を有する光波を発生させる。所定の波長を有する光波を発生させるために、ランプバルブの付加的な燐光体コーティングは、ランプバルブの外側はもちろんランプバルブの内側で使用可能である。当然、本願明細書で記述されているこれらの値は、また、本発明に従う他の主に容量性である負荷に対しても有効である。

回路は、また、調光目的で使用されても良い。これは、より低い繰り返し周波数にある等しい吸収ライン電圧において、より高い電源電圧を用いることによって達成される。これは、磁化−消磁比の積を等しいレベルに保つために為される。単一の電子部品の値は、最大ランプ電力の５０％の調光レベルが達成されるまで同じままである。

本発明の上記及び他の態様について明らかとするよう、以下に記述される実施例を参照して説明する。

図１は、本発明に従って主に容量性である負荷２を駆動するための電子回路トポロジー１の回路図を示す。図１に従う電子回路トポロジー１は、主に容量性である負荷２を有する、あるいは、負荷２に接続又は結合される。この特別の場合に、主に容量性である負荷２は、２つの電極を有する誘電体バリア放電（ＤＢＤ）に基づくガス放電ランプＬａ１によって表されている。これらの電極のうちの１つは、接地へ接続されている。誘電体バリア放電ランプＬａ１の他の電極は、変圧器ユニットの二次（高電圧）側に接続されている。変圧器ユニットとＤＢＤランプとの間のケーブル布線の容量は、約２５０ｐＦのキャパシタンスを有する別個のキャパシタンスユニットＣ２によって表されている。ＤＢＤランプＬａ１と、別個のキャパシタンスユニットＣ２によって表されるケーブル布線のキャパシタンスとは、主に容量性である負荷２を表すインピーダンスを形成する。

主に容量性である負荷２は、変圧器装置４を介して電源装置３によって供給される。変圧器装置４は、ドレイン装置５及び切替え装置６の直列接続を介して接地へ接続されている。

電源装置３は、変圧器装置４の一次側へ印加される約４００Ｖの一定の出力電圧を発生させる。

変圧器装置４は、この特別な場合に、約１：９．７の巻線比を有する一次側ＴＸ１ａ及び二次側ＴＸ１ｂを有する理想的な変圧器ユニットＴＸ１を有する。更に、変圧器装置４は、変圧器ユニットの夫々の側ＴＸ１ａ、ＴＸ１ｂで単一の誘導ユニットＬ１、Ｌ２を有する。理想的な変圧器ＴＸ１の一次側ＴＸ１ａにある第１の誘導ユニットＬ１は、実際の変圧器のエアギャップを表すユニットであって、理想的な変圧器ＴＸ１へ並列接続され、約４０．５μＨの誘導を有する。その二次側ＴＸ１ｂでは、変圧器ユニットＴＸ１は、実際の変圧器の漏れインダクタンスを表し、約２００μＨのインダクタンスを有する第２の誘導ユニットＬ２を有する。第２の誘導ユニットＬ２の他の側は、主に容量性である負荷２の高電圧側へ接続されている。このようにして、第２の誘導ユニットＬ２は、理想的な変圧器ＴＸ１と、主に容量性である負荷２とに直列接続されている。

ドレイン装置５は、電力吸収ユニットＶ２の形をしたドレインユニット、ダイオードＤ１及びキャパシタＣ１を有する吸収ラインを形成する。これによって、キャパシタＣ１は、互いに直列であるダイオードＤ１及び吸収ユニットＶ２に並列である。電力吸収ユニットＶ２は、５８０Ｖの一定電圧を有する直流電源によって形成される。キャパシタＣ１は、約４３０ｐＦのキャパシタンスを有する。

切替え装置６は、切替えユニットＳ１を制御するための、パルス発生器Ｖ３の形をした制御ユニットを有する。パルス発生器Ｖ３の値は、第１の電圧Ｖ１＝０Ｖ、第２の電圧Ｖ２＝１５Ｖ、立ち上がり時間ＴＲ＝１０ｎｓ、立ち下がり時間ＴＦ＝１０ｎｓ、パルス幅ＰＷ＝２．３６μｓ、及び周期時間ＰＥＲ＝１０μｓである。発生したパルスは、切替えユニットＳ１の制御入力ポールへ送られる。切替えユニットＳ１の切替え特性は、ＶＯＦＦ＝５Ｖ、及びＶＯＮ＝７Ｖである。切替えユニットＳ１に並列に、ダイオードＤ２が接続されている。ダイオードＤ２は、切替えユニットＳ１での電圧降下が負である場合に、スイッチを迂回する。

図２は、約２７．０℃の温度で測定される値により、２×１０μｓの時間期間に亘って、変圧器の一次磁化電流と、二次側から逆変換される一次電流と共に、主に容量性である負荷２へ印加される変圧器装置４の出力電圧を与えるグラフを示す。グラフには示されていないが、一次電流は、厳密に、２つの分かれた一次電流の和である。

ランプへ印加される出力電圧は、約−２．０ｋＶで始まり、約１．８μｓ以内に約７．５ｋＶの最大値まで増大し、次に、ピーク振幅に達した後２．７μｓ以内に約−３．５ｋＶの最小値まで減少する。この後、ランプ電圧は、５．５μｓ以内に減衰振動で約−２．０ｋＶの開始電圧レベルまで戻る。１つのパルスの周期は約１０μｓであるから、パルス繰り返し数は１００ｋＨｚである。

グラフには、二次側から逆変換された一次電流が示されている。開始点で、二次側から逆変換された一次電流は、約０Ａである。約０．８μｓ後、約１１５Ａの最大値が達成され、そこから、電流は、１．８μｓ後に約−７０Ａの最小ピークまで減少する。この点が到達されると、順方向の電力吸収が終了し、フライバック電力吸収が始まる。減衰振動において、電流は、約−６５Ａの値の周辺で、約１．５μｓで５回振動し、次に、開始から計算して約５．５μｓの後に約２８Ａの極大まで上昇する。この極大に達した後に、電流は、開始から約７μｓの後に−１０Ａまで減少し、０Ａの値周辺で減少しながら振動し、１０μｓ後に０Ａに達する。以上で、周期が終了する。

更に、一次磁化電流がグラフには示されている。一次磁化電流は、約３８Ａで始まり、約３．５μｓ後に約６６Ａの最大ピークへと線形に増大する。次に、磁化電流は、周期が終了して、準三角グラフが得られるように、６．５μｓ以内に約３８Ａの初期値まで線形に減少する。

ＳＥＦＦ回路は、順方向の電力搬送モードで始まる。同時に、磁化エネルギーは、変圧器コアに蓄えられる。ランプの電圧のグラフは、一次電流のグラフに類似するが、位相が遅延しており、且つ、増大されている。共振ピークは２つの部分、即ち、グラフ内のランプ電圧のピークまでの電力搬送部分と、一次変換電流の最小ピークまでの電力吸収部分とから成る。共振ピークの上昇中に、変圧器装置は、順方向モードで使用される。切替え装置は、電流がダイオードＤ２を流れる時である逆電流の時に正にオフに切り替わる。このように、零電圧切替えが得られるので、僅かなスイッチオフ損失しか生じない。その時以来、変圧器装置は、フライバックモードで使用される。このモードでは、変圧器装置は、順方向モードの間に蓄えられた磁化電流を使用する。この磁化は、吸収ラインにあるダイオードが導通となり、依然として蓄えられている残存のフライバックエネルギーが５８０Ｖラインへと渡されるまで、ランプ電圧振幅の高速な連続のために使用される。この状況では、ランプ電圧パルスは、効率的なガス放電をもたらすよう非常に急勾配である。

シングルエンド順方向フライバック（ＳＥＦＦ）原理に従って動作する本発明による電子回路トポロジーの回路図を示す。 変圧器の一次磁化電流と、２×１０μｓの時間期間に亘って二次側から逆変換される一次電流と共に容量性負荷へ印加される変圧器ユニットの出力電圧を与えるグラフを示す。

Claims (10)

1. パルス電源が用いられ、幾つかの構成要素を有する一次回路と、主に容量性である負荷を有する又は該負荷へ接続された二次回路と、一次側及び二次側を有し、前記一次回路を前記二次回路に接続する変圧器装置とにより主に容量性である負荷を駆動するための電子回路トポロジーであって、
   前記一次回路の構成要素は：
   前記主に容量性である負荷を動作させるために前記変圧器装置を介して電力を供給する電源装置，
   動作中に前記主に容量性である負荷から反射された前記電力の少なくとも一部を吸収するドレイン装置，及び
   前記一次側において電流を切り替える切替え装置，
   を有し、
   前記変圧器装置は、ギャップを有し、前記一次側での入力電圧−電流信号を、前記二次側で前記主に容量性である負荷に供給するための適切な出力電圧−電流信号へ変換する変圧器形式に属し、
   前記電源装置は、前記変圧器装置、前記ドレイン装置、及び前記切替え装置に直列接続され、
   前記主に容量性である負荷へ接続された前記変圧器装置は、パルス状波形により前記主に容量性の負荷を駆動するシングルエンドの順方向フライバック回路が得られるように、共振タンク回路として、順方向モードにある変圧器装置として、及びフライバックモードにある変圧器装置として機能する手段を有する、ことを特徴とする電子回路トポロジー。
2. 前記手段は、前記二次側において、実際の変圧器のグループから選択された少なくとも１つの変圧器ユニットと、少なくとも１つの第２の誘導ユニットとを有し、
   該第２の誘導ユニットは、共振タンクが得られるように、前記実際の変圧器の漏れ誘導によって表されうる、ことを特徴とする請求項１記載の電子回路トポロジー。
3. 前記変圧器装置の二次側の第２の誘導ユニットは、前記変圧器装置の二次側の変圧器装置漏れ誘導が、ケーブル布線及び前記主に容量性である負荷の容量と共に直列共振タンク回路を構成するように、前記主に容量性である負荷に直列に接続される、ことを特徴とする請求項１又は２記載の電子回路トポロジー。
4. 前記一次側に置かれた第１の誘導ユニットは、前記変圧器ユニットに並列であり、
   前記第１の誘導ユニットは、前記実際の変圧器のエアギャップにより実現される、ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の電子回路トポロジー。
5. 前記変圧器装置の一次側は、前記電源装置、前記ドレイン装置及び／又は前記切替え装置に直列に接続されることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の電子回路トポロジー。
6. 前記ドレイン装置は、外部のダウンコンバータを介して前記電源装置へ電力を帰還させるために、電力吸収ユニットと、キャパシタンスユニットと、ダイオードとを有することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の電子回路トポロジー。
7. 前記切替え装置は、パルス状信号を発生させる制御ユニットと、前記変圧器装置の一次側を流れる電流を切り替える切替えユニットと、ダイオードユニットとを有することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の電子回路トポロジー。
8. 前記ダイオードは、前記切替えユニットに並列であることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の電子回路トポロジー。
9. 前記主に容量性である負荷は、光波、望ましくは紫外線光波を発生させる誘電体バリア放電ランプに基づく少なくとも１つのガス放電ランプによって実現されることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の電子回路トポロジー。
10. 前記誘電体バリア放電ランプは、望ましくは０Ｗより大きく２０，０００Ｗ以下、更に望ましくは５００Ｗ以上１０，０００Ｗ以下、最も望ましくは１，０００Ｗ以上５，０００Ｗ以下の範囲にある電力を有し、
    最も望ましくは、前記電力は、約３，０００Ｗであり、
    前記放電ランプは、望ましくは１００ｎｍ以上３８０ｎｍ以下、更に望ましくは１８０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下、最も望ましくは２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲にある波長を有する光を発生させる、ことを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の電子回路トポロジー。

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