JP2008507818A - ガス放電ランプ用マルチパルス点灯回路 - Google Patents

Abstract

ガス放電ランプを点灯させる点灯回路は、変圧器の一次巻線を流れる電流を発生させることにより高電圧気体絶縁破壊パルスを発生させる。所定期間後に、このように所定の電流が一次巻線に流れると、キャパシタンスは前出の一次巻線と直列に切り替えられて、前出の変圧器の二次巻線で高電圧気体絶縁破壊パルスを発生させる。高電圧パルスの発生後、キャパシタンスは一次巻線でエネルギーを保持するために短絡される。保持エネルギーは、短時間に次の高電圧パルスのために再びエネルギーを発生させるために用いられる。発生パルスの高い繰り返し率及び高い電圧で、本発明に従う点灯回路は、また、ランプ電極を加熱するためにランプの気体絶縁破壊に続くテイクオーバー期間の間にガス放電ランプを駆動するのに適する。

Description

本発明は、ガス放電ランプ用の点灯回路に関し、特に、マルチパルス点灯回路に関する。

ガス放電ランプは、作動させるために高い点灯電圧を必要とする。高電圧は、ランプの２つの電極の間で気体絶縁破壊を発生させるために必要とされる。その後、テイクオーバー期間の間に、高電圧は電極を加熱するために必要とされる。電極が加熱されると、より低い動作電圧がランプを作動させ続けるために必要とされる。

気体絶縁破壊を発生させるための電圧は、高電圧パルスであっても良い。しかし、ランプは、最初のパルスで作動しないことがある。従って、連続したパルスが、ランプを作動させるために必要とされる。それに対して、マルチパルス点灯回路が当該技術において知られる。

米国特許６００８５９１号明細書では、マルチパルス点灯回路が開示される。その点灯回路は変圧器を有しており、変圧器の二次巻線はランプへ接続され、一次巻線は点灯パルスをトリガする回路へ接続される。一次巻線は、スイッチとして機能するトランジスタと直列に接続される。トランジスタは、駆動回路によりオン及びオフを切り替えられる。点灯回路は、約２ｋＨｚの繰り返し周波数でパルスを発生させる。点灯回路は、気体絶縁破壊パルスを発生させるためにのみ適用される。気体絶縁破壊の後に、ランプバラスト回路は、（ランプの電力が加熱される）テイクオーバー期間の間にランプを動作させるよう、且つ／あるいは定常状態の動作電圧及び電流を供給するよう取って代わる。
米国特許６００８５９１号明細書

上述した点灯回路は、約２〜３ｋＨｚのパルス繰り返し周波数でパルスを発生させる目的にしか適さない点が欠点である。従って、気体絶縁破壊が発生する前に比較的長い時間を要しうる。

本発明は、高周波で高電圧パルスを発生させるガス放電ランプ用点灯回路及び方法を提供することを目的とする。

上記目的は、請求項１に記載される点灯回路及び請求項７に記載される点灯方法で達成される。

動作において、本発明に従う点灯回路は電圧源へ接続される。前記電圧源は、インダクタンスと、スイッチング回路及びキャパシタンスの並列回路とに直列に接続される。前記スイッチング回路が閉じられる場合に、即ち導通する場合に、電流は、前記誘導素子及び前記電圧源を含む回路で発生する。前記スイッチング回路が開くと直ぐに、即ち非導通状態へと切り替わると直ぐに、前記インダクタンス、前記キャパシタンス及び前記電圧源を含む共振回路が形成され、それによって前記インダクタンスで高電圧パルスを発生させる。ガス放電ランプは、前記高電圧パルスが前記ランプ両端でも発生し、それによって気体絶縁破壊パルスを供給するよう前記インダクタンス（誘導素子）へ結合される。

例えばコイル、巻線、又は変圧器の一次巻線などの誘導素子を流れる電流は、エネルギー量を有する。高い繰り返し率を可能にするよう、前記エネルギーの可能な限りの大部分は、前記スイッチング回路が開かれる場合に、即ち非導通状態へと切り替えられる場合に、前記誘導素子で保持されるべきである。前記エネルギーを保持することによって、短時間に次のパルスのための十分なエネルギーを発生させることが可能である。

エネルギー量は、当該回路で予め発生したエネルギーが当該点灯回路で消費される前に、前記スイッチング回路を閉じることによって前記誘導素子で保持されうる。例えば、当該回路は、前記誘導素子にかかる電圧を決定するための電圧検出回路を設けられても良く、当該回路は、前記電圧が前記高電圧パルスの後に実質的に零である場合に前記スイッチング回路を閉じるよう構成される。

更に、本発明に従う点灯回路は、少量のエネルギーしか消費しない。従って、当該点灯回路は、少しのエネルギーしか用いずに、高い繰り返し率で高電圧点灯パルスを発生させることができる。

ガス放電ランプで気体絶縁破壊を発生させるよう、単位時間当たり比較的長い期間の間に高電圧を有する点が利点である。本発明に従う回路は、大きな幅を有するパルスを、例えば少なくとも１０ｋＨｚといった、高い繰り返し周波数で発生させることができる。大きなパルス幅を有する多数の高電圧パルスにより、高電圧は、単位時間当たり、前記比較的長い期間の間に発生することができる。例えば、本発明に従う回路は、３０ｋＨｚの周波数で１μｓのパルス幅を有するパルスを発生させることができる。従って、毎秒３００００パルス且つ１パルス毎に１μｓが、毎秒３０ｍｓの間に高電圧をもたらす。

従来技術の点灯回路は、気体絶縁破壊のために必要とされるよりも高いパルス振幅を発生させるよう構成される。回路の低い精度に起因して、実際に発生するパルス振幅は、より低くなり、気体絶縁破壊電圧よりも低い電圧を生じさせる。従って、気体絶縁破壊を発生させるには不適切である。本発明に従う回路では、発生パルス、具体的には、前記パルスの振幅及び幅は、高い精度により発生する。従って、最大パルス振幅、即ち最大発生電圧は、比較的低く保たれうる。これは、動作中のランプのユーザに対する安全に関して有利である。一方、最大発生電圧は、気体絶縁破壊を発生させるほど十分に高く保たれる。

実施例では、前記誘導素子は巻線であり、具体的な実施例では変圧器の一次巻線であり、前記変圧器の二次巻線は前記ランプに接続される。従って、前記ガス放電ランプは前記巻線へ直接的に結合されても良く、あるいは、前記ランプは前記変圧器の二次巻線によって前記巻線へ間接的に結合されても良い。

変圧器を用いると、高電圧パルスは、該高電圧パルスが前記一次巻線で発生した場合に前記二次巻線で発生する。所定の比率で前記変圧器の一次巻線及び二次巻線を選択すると、前記二次巻線でのパルスの振幅が選択可能である。更に、前記ランプを前記誘導素子へ結合するよう変圧器を用いることによって、定常状態で前記ランプを動作させるためのバラスト回路は、当該点灯回路及び前記バラスト回路を切り離すよう更なる構成要素を用いることなく前記ランプへ結合されうる。

気体絶縁破壊の後に、高電圧は、テイクオーバー期間の間に前記ランプを動作し続け、前記ランプの電極を加熱するために、前記ランプへ供給されるべきである。本発明に従う点灯回路により発生した高周波高電圧パルスは、前記パルスの振幅及び幅が前記ランプの消灯を防ぐことができるので、前記テイクオーバー期間の間に前記ランプを駆動するのに適する。

本発明の実施例では、前記スイッチング回路は、トランジスタと、該トランジスタのゲートへ接続されたスイッチ駆動回路とを有する。前記トランジスタは、高周波スイッチングに適する。前記スイッチ駆動回路は、前記トランジスタの前記高周波スイッチングのために高い繰り返し率で短いパルスを有する信号を供給するための如何なる適切な回路であっても良い。

本発明の上記及び他の態様については後述の実施例から明らかであり、それらの実施例を参照して説明される。

添付の図面は、限定されない例となる実施形態を示す。

図面において、同じ参照番号は、同様の構成要素、又は同様の機能を有する構成要素を表す。

図１は、変圧器１２の一次巻線１２１と、キャパシタ１４と、スイッチ１６とを有する点灯回路１０を示す。点灯回路１０は、電圧源１８へ結合されている。変圧器１２の二次巻線１２２は、ガス放電ランプ回路２０へ結合されている。ガス放電ランプ回路２０は、ガス放電ランプと、場合により１又はそれ以上の他の構成要素とを有する。

図２に示される例となる実施形態では、スイッチは、トランジスタ１６１及びスイッチ駆動回路１６２で具体化されている。トランジスタ１６１は、ボディダイオードを有するＭＯＳＦＥＴトランジスタである。以下の点灯回路１０の機能に係る記載から、当業者には明らかなように、電流の高周波スイッチングに適した如何なる回路又は構成要素もスイッチを具体化することができる。以下、本発明に従う点灯回路１０の機能は、図２、３Ａ及び３Ｂを参照して明らかにされる。

図３Ａ及び３Ｂでは、４つのグラフＣｈ１、Ｃｈ２、Ｃｈ３及びＣｈ４が示される。一番上のグラフＣｈ１はドレイン電圧を示し、グラフＣｈ２はゲート電圧を示し、グラフＣｈ３は点灯電圧を示し、一番下のグラフＣｈ４は図２に示された回路のドレイン電流を示す。グラフＣｈ１、Ｃｈ２、Ｃｈ３及びＣｈ４は、時間の関数として示される。図３Ｂでは、図３Ａに関して拡大された時間スケールが用いられており、それによって、図３Ａで示された電圧及び電流の拡大図を提供する。

図３Ａ及び３Ｂを参照すると、グラフＣｈ２は、図２のスイッチ駆動回路１６２によって発生したゲート電圧を示す。このゲート電圧は、概して、高い電圧レベルを有しており、導通状態にトランジスタ１６１を切り替える。３２．６ｋＨｚの高い周波数で、短い低電圧パルスは、スイッチ駆動回路１６２によって発生し、その高い周波数で短期間に非導通状態にトランジスタ１６１を切り替える。

ゲート電圧Ｃｈ２がハイ（ｈｉｇｈ）である場合に、トランジスタ１６１は導通状態に切り替えられ、従って、トランジスタ１６１（ソース−ドレイン間）には電圧降下が存在しない。ドレイン電圧Ｃｈ１は、ゲート電圧Ｃｈ２がハイである場合に、実際には低い電圧レベルを示す。

基本的に、ドレイン電圧Ｃｈ１がロー（ｌｏｗ）である場合に、キャパシタ１４には電圧が存在せず、それによって、一次巻線１２１及び電圧源１８の回路へと当該回路を効果的に縮小する。該回路では、電流は、一次巻線１２１のインダクタンスに依存して発生しうる。これは、グラフＣｈ４で表される。このグラフでは、電流Ｃｈ４は時間と共に増大する。

一次巻線１２１を流れる電流は、一次巻線１２１のインダクタンスに起因したエネルギー量を有する。

スイッチ駆動回路１６２が低電圧パルスを発生し、それによってトランジスタ１６１をオフに切替え、ドレイン電流Ｃｈ４を実質的に零へと減少させる場合に、キャパシタ１４が有効な回路へ加えられることにより、共振回路が形成される。一次巻線１２１を流れる電流は、急速にキャパシタ１４へ流れ込み、それによってドレイン電圧Ｃｈ１で見られるように、一次巻線１２１で高電圧パルスを発生させる。パルスのピーク電圧及び存続期間は、即ち、一次巻線１２１のインダクタンス及びキャパシタ１４のキャパシタンスの組み合わせに依存しており、従って、前出のインダクタンス及び前出のキャパシタンスの特定の値を選択することによって選択されうる。

一次巻線１２１での高電圧パルスは、ガス放電ランプへ結合された二次巻線１２２で高電圧パルスを発生させる。このようにして、二次巻線１２２での前出の高電圧パルスは、ガス放電ランプにおける気体を絶縁破壊することができる。二次巻線１２２での高い繰り返し率及び発生ピーク電圧に起因して、本発明に従う点灯回路は、また、ガス放電ランプの気体絶縁破壊に続くテイクオーバー期間の間にガス放電ランプを駆動するのに適する。

上述のように、一次巻線１２１を流れる電流は、ある時間期間に亘って発生すべきであり、それによってエネルギー量を蓄える。点灯パルスの高い繰り返し率を可能にするよう、トランジスタ１６１は、点灯パルスが発生した後に再び導通状態へと速やかに切り替えられ、それによって、可能な限り点灯回路１０での前出のエネルギーの大半を保持する。

トランジスタ１６１が、ゲート電圧Ｃｈ２によって再び導通状態へ切り替えられると、ドレイン電流Ｃｈ４は、トランジスタ１６１のボディダイオードを流れ、一方、キャパシタ１４は開放される。従って、如何なる保持エネルギーも回路に戻され、一次巻線１２１を流れる電流は、低電圧パルスがゲート電圧Ｃｈ２で発生するまで、再び発生する。

図４は、ランプ回路２０が巻線１２０へ接続されているところの実施例を示す。巻線１２０は、キャパシタ１４及びスイッチ１６の並列回路に直列に接続されている。スイッチ１６は、ランプ回路２０及び巻線１２０へ並列に接続されたスイッチ駆動回路２２によって制御される。電圧は電圧源１８によって供給される。図４の実施例は、スイッチ駆動回路２２を除いて、図２の実施例と同様に機能する。

スイッチ駆動回路２２は、電圧検出回路を設けられる。電圧検出回路は、巻線１２０にかかる電圧を決定する。スイッチ駆動回路２２はスイッチ１６を開き、高電圧パルスは、図２、３Ａ及び３Ｂに関して上述されたように前出の巻線１２０で発生する。前出の電圧が下がって、再び零に達すると、スイッチ駆動回路２２は再びスイッチ１６を閉じる。従って、電圧が実質的に零である場合にスイッチ１６を閉じることによって、最小のエネルギー量が回路で消費される。

本発明は、表され、記載される実施例に限定されない。前出の実施例が本発明の適用範囲を損なわない範囲で如何に変更されうるかは、当業者には明らかである。

前出の記載及び特許請求の範囲で、語「有する」は、他の要素又はステップ除外しないよう解釈されるべきであり、「１つの」は、複数個を除外するわけではない。更に、特許請求の範囲における如何なる参照符号も、本発明の適用範囲を限定するよう解釈されるべきではない。

本発明に従う点灯回路を概略的に示す。 本発明に従う点灯回路の実施例の図を示す。 図２の実施例においてドレイン電圧、ゲート電圧、点灯電圧及びドレイン電流を示す。 図３Ａに示された電圧及び電流の拡大図を示す。 本発明に従う点灯回路の他の実施例の図を示す。

Claims (8)

1. ガス放電ランプ用の点灯回路であって、
   スイッチング回路及びキャパシタンスの並列回路に直列に接続された誘導素子を有し、
   前記ガス放電ランプは、前記誘導素子へ結合される、点灯回路。
2. 前記スイッチング回路は、電流が前記スイッチング回路及び前記誘導素子を流れている場合に開き、それによって前記誘導素子に高電圧パルスを発生させるよう構成され、
   前記スイッチング回路は、前記誘導素子で前記高電圧パルスが発生した後に閉じるよう構成される、請求項１記載の点灯回路。
3. 前記スイッチング回路は、前記誘導素子にかかる電圧を決定するための電圧検出回路を設けられ、
   前記スイッチング回路は、前記電圧が前記高電圧パルスの後に実質的に零である場合に閉じるよう構成される、請求項１又は２記載の点灯回路。
4. 前記誘導素子は変圧器の一次巻線であり、
   前記変圧器の二次巻線は前記ランプへ接続される、請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の点灯回路。
5. 前記スイッチング回路は、トランジスタと、該トランジスタのゲートへ接続されたスイッチ駆動回路とを有する、請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の点灯回路。
6. 少なくとも１０ｋＨｚの繰り返し周波数で前記高電圧パルスを発生させるよう構成される、請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の点灯回路。
7. ガス放電ランプの点灯方法であって：
   前記ランプへ結合された誘導素子を流れる電流を発生させるステップ；
   前記誘導素子と直列に接続され且つ、キャパシタンスと並列に接続されたスイッチング回路を開き、それによって前記誘導素子で高電圧パルスを発生させるステップ；及び
   前記誘導素子で前記高電圧パルスを発生させた後に前記スイッチング回路を閉じるステップ；
   を有する点灯方法。
8. 前記高電圧パルスは、少なくとも１０ｋＨｚの繰り返し周波数で発生する、請求項７記載の点灯方法。

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