JP2008517439A - 可変出力キャパシタンスバラストを備えたランプの共振点火回路 - Google Patents
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Abstract
共振点火回路(11)は、スイッチ点火枝路及び共振点火枝路を利用する。スイッチ点火枝路は、スイッチ節点(N1)と直列に接続された点火スイッチ(M1、M2)の対を有する。共振点火枝路は、点火コイル(L2)及び点火変圧器(T2)を有する。点火コイル(L2)は、スイッチ節点(N1)及び点火変圧器(T2)の1次巻線と直列に接続される。動作中、点火コイル(L2)の直列インダクタンスは、点火変圧器(T2)の共振インダクタンスより少なくとも50倍大きい。及び点火変圧器(T2)は、1次巻線と2次巻線の間に空隙を有し、それにより電源から見た共振点火枝路の電力段のインピーダンスを出力キャパシタンスの全範囲にわたり常に誘導性であることを助ける。
Description
本発明は、一般にガス放電ランプ(例えば高輝度放電ランプ)の駆動装置に関する。本発明は、特に、最大20メートルまで離れた安定状態でランプを点火可能なハーフブリッジ整流フォワード段(「HBCF」)型のランプ駆動装置内で利用される共振点火装置に関する。
特許文献1は、指定代理人が本発明と同一であり、参照されることにより全て本願明細書に組み込まれる。特許文献1は、図1に図示されるような共振点火回路10を開示している。示されるように、共振点火回路10のスイッチ点火枝路は、電力入力線VH及びVLの対の間に、スイッチ節点N1と直列に接続された点火スイッチM1及びM2(例えばMOSFET)の対を利用する。共振点火回路10の共振点火枝路は、点火キャパシターC1(例えば2200pF)、1次磁化インダクタンスLm(例えば5μH)を備える点火変圧器T1、点火コイルL1(例えば120μH)及び蓄積キャパシターC2(例えば220nF)を利用する。点火変圧器T1は、位相が180度ずれている1次巻線及び2次巻線の巻数比1:7を有する磁気コアを有する。点火キャパシターC1及び点火変圧器T1の2次巻線は、共振出力節点N2及びN3の対の間に並列に接続される。点火コイルL1、点火変圧器T1の1次巻線及び蓄積キャパシターC2は、スイッチ節点N1及び電力入力線VLの間に直列に接続される。
動作中、DC供給電圧は、電力入力線VH及びVL(例えば400V≦VH−VL≦500V)の間に印加される。そして点火スイッチ制御部(「SC」)20は、通常通り、点火スイッチM1及びM2を相補的方法で、導電状態と非導電状態の間を切り替え周波数FSで切り替える。良く知られているように、点火変圧器T1の両端の変圧器電圧は、切り替え周波数FSが共振点火枝路の共振周波数FRに等しい場合は常に、最大振幅である。このように、点火スイッチ制御部20により制御される、共振点火回路10の如何なる周波数掃引も、共振点火枝路の共振周波数FRを含むべきである。しかしながら、バラストは、節点N2、N3からバラストケーブル30を介しランプと接続され、共振点火回路10により点火されるランプ(示されない)の遠隔での安定化を助ける。従って、バラストケーブル30は、追加出力キャパシタンス(例えば100pF/M)を、共振点火回路10の共振点火枝路に導入し得る。それにより、共振点火枝路の共振周波数FRは、未知の程度まで低減される。更に、節点N2、N3の間の如何なる疎接触も、非常に急激でランダムな変化を出力キャパシタンスに導入し得る。このような出力キャパシタンスの急激な変化は、結果としてスイッチM1及びM2のゼロ電圧スイッチング(「ZVS」)の損失及び過熱による自壊を生じ得る。
欧州特許出願第04100731.1号明細書
照明産業は、従って、HBCF型の駆動装置内で利用される共振ランプ点火装置(例えば共振点火回路10)により点火されるランプの遠隔での安定化に関する既存技術を向上すべく絶えず努力している。
この目的のため、本発明は、可変容量性負荷の下で、電源から見た電力段のインピーダンスが出力キャパシタンスの全範囲にわたり常に誘導性であるよう保証することにより、スイッチのZVSを保証する共振ランプ点火装置の新しい独自の構造的配置を提供する。
本発明のある形式は、スイッチ点火枝路及び共振点火枝路を利用する共振点火回路である。スイッチ点火枝路は、スイッチ節点と直列に接続された点火スイッチの対を有する。共振点火枝路は、点火コイル及び点火変圧器を有する。点火コイルは、スイッチ節点及び点火変圧器の1次巻線と直列に接続される。動作中、共振点火枝路は、電源から見た共振点火枝路の電力段のインピーダンスが、出力キャパシタンスの全範囲にわたり常に誘導性であることを助ける。点火コイルの直列インダクタンスは、点火変圧器の共振インダクタンスより少なくとも50倍大きい。及び/又は点火変圧器は、1次巻線と2次巻線の間に空隙を有し、空隙を設けられたコアを作成し、及びそれにより電源から見た共振点火枝路の電力段のインピーダンスが出力キャパシタンスの全範囲にわたり常に誘導性であることを助ける。
本発明の第2の形式は、点火スイッチ制御部及び前述の共振点火回路を利用するバラストである。点火スイッチ制御部は、共振ランプ点火装置のスイッチを相補的方法で、導電状態と非導電状態の間を特定の周波数範囲で切り替え可能である。
本発明の第3の形式は、前述の共振点火回路及び定常状態ランプ駆動装置を利用する駆動装置である。共振点火回路及び定常状態ランプ駆動装置は、ランプの点火及び定常状態動作を助ける。
本発明の前述の及び他の形式、特徴及び利点は、図を参照し与えられる、好適な実施例の以下の詳細な説明から更に明らかであろう。詳細な説明及び図は、本発明を単に説明するものであり、特許請求の範囲及びその等価物により定められる本発明の範囲を制限しない。
本発明のある創意に富んだ態様は、点火コイルの直列インダクタンスLSを有し、点火変圧器の共振インダクタンスLMを抑制することである。それによりZVSは、出力キャパシタンスと無関係に特定周波数範囲内で達成される。ある実施例では、LS≧50LMであり、従ってZVSは出力キャパシタンスと無関係に特定の周波数範囲内で達成される。
本発明の第2の創意に富んだ態様は、有意な空隙を有し空隙を設けられたコアを生成する点火変圧器を利用し、及びそれにより、点火変圧器の共振インダクタンスLMに対し点火コイルの直列インダクタンスLSの抑制を助ける点火変圧器の共振インダクタンスLMの所望の値を容易にすることである。
本発明の第3の創意に富んだ態様は、共振ランプ点火装置の全体の共振点火特性を包含する周波数範囲にわたり前後の周波数掃引を実施することである。
図2及び図3の以下の説明は、前述の本発明の創意に富んだ態様の1つ以上を組み込む本発明の例である実施例を提供する。
図2は、スイッチ点火枝路及び共振点火枝路を有する共振点火回路11を図示する。共振点火回路11のスイッチ点火枝路は、本願明細書に前述されたように、点火スイッチM1及びM2(例えばMOSFET)を利用する。共振点火回路11の共振点火枝路は、点火キャパシターC1(例えば2200pF)、点火変圧器T2(例えば5μH)、点火コイルL2(例えば120μH)及び蓄積キャパシターC2(例えば150nF)を利用する。点火変圧器T2のコアは、位相が180度ずれている1次巻線及び2次巻線の巻数比1:6を有する磁気コアを有する。点火キャパシターC1及び点火変圧器T2の2次巻線は、共振出力節点N2及びN3の対の間に並列に接続される。点火コイルL2、点火変圧器T2の1次巻線及び蓄積キャパシターC2は、スイッチ節点N1及び電力入力線VLの間に直列に接続される。
動作中、DC供給電圧は、電力入力線VH及びVL(例えば400V≦VH−VL≦500V)の間に印加される。そして点火スイッチ制御部20は、通常通り、点火スイッチM1及びM2を相補的方法で、導電状態と非導電状態の間を、特定時間期間の間(例えば0.2−5.0秒)、共振点火装置の共振点火特性全体を包含する周波数掃引により、切り替える。
例えば、図3は、周波数掃引140kHzから170kHzの範囲で、共振周波数153kHzで動作する共振点火回路11の、入力電圧110、電源電流120及び出力電圧130を図示する。ここで共振周波数153kHzは、基本出力キャパシタンスに相当する。電源から見たインピーダンスの位相100も図3に描かれる。更に、図4は、入力電圧110、電源電流120及び出力電圧130を、共振点火回路11が共振周波数154kHzで動作する時間領域で図示する。また図5は、入力電圧110、電源電流120及び出力電圧130を、共振点火回路11が共振周波数150kHzで動作する時間領域で図示する。
また例として、図6は、周波数掃引100kHzから130kHzの範囲で、共振周波数110kHzで動作する共振点火回路11の、入力電圧110、電源電流120及び出力電圧130を図示する。ここで共振周波数110kHzは、基本出力キャパシタンスへの増加ΔC=2.0nFに相当する。再び、電源から見たインピーダンスの位相100は図6に描かれる。更に、図7は、入力電圧110、電源電流120及び出力電圧130を、共振点火回路11が共振周波数111kHzで動作する時間領域で図示する。また図8は、入力電圧110、電源電流120及び出力電圧130を、共振点火回路11が共振周波数109kHzで動作する時間領域で図示する。
図9は、共振点火回路11及びランプの点火及び定常状態動作を助ける定常状態ランプ駆動装置を組み込んでいるランプ駆動装置12を図示する。この目的のため、ランプLP(例えばHIDランプ)の一端は、共振節点N3に接続され、またフィルターキャパシター枝路は、フィルター節点N4と直列に接続されたキャパシターC3及びC4(例えば150μF)の対を利用する。フィルター節点N4は共振節点N2と接続される。キャパシターC3は、電力入力線VHと抵抗R1を介し更に接続される。またキャパシターC4は、電力入力線VLと更に接続される。
ランプLPの他端は、駆動節点N5と接続される。キャパシター駆動枝路は、駆動節点N5と直列に接続されたキャパシターC5及びC6(例えば1.0μF)の対を利用する。キャパシターC5は、電力入力線VHと抵抗R1を介し更に接続される。またキャパシターC6は、電力入力線VLと更に接続される。
定常状態スイッチ枝路は、スイッチ接点N6と直列に接続されたスイッチM3(例えばMOSFET)及びダイオードD1を利用する。スイッチ接点N6は、駆動インダクターL3(例えば100μH)を介し駆動節点N5と接続される。スイッチM3は、電力入力線VHと更に接続される。またダイオードD1は、電力入力線VLと更に接続される。
定常状態スイッチ枝路は、スイッチ接点N7と直列に接続されたダイオードD2及びスイッチM4(例えばMOSFET)を利用する。スイッチ接点N7は、駆動インダクターL4(例えば100μH)を介し駆動節点N5と接続される。ダイオードD2は、電力入力線VHと抵抗R1を介し更に接続される。またスイッチM4は、電力入力線VLと更に接続される。
バッファーキャパシターC7(例えば150μF)は、電力入力線VH及びVLと接続される。点火ランプLP、点火電圧(例えば3kV<VH−VL<4kV)は、共振出力節点N3及びN3の間に印加される。そして従って、同一の電圧が節点N3及びN5の間に印加される。
動作中、点火スイッチ制御部20は、通常通り、点火スイッチM1及びM2を相補的方法で、導電状態と非導電状態の間を、特定時間期間の間(例えば0.2−5.0秒)、共振点火装置の共振点火特性全体を包含する周波数掃引により、切り替える。
ランプLPを定常状態の方式で動作するため、駆動電圧(例えば100V≦VH−VL≦107V)は、節点N3及びN5の間に印加される。また駆動スイッチ制御部22は、通常通り点火スイッチM3及びM4を相補的方法で、導通状態及び非導通状態の間を定常状態周波数又は周波数範囲で切り替える。この定常状態動作の間、点火スイッチ制御部20はまた、通常通り、点火スイッチM1及びM2を相補的方法で、導電状態と非導電状態の間を定常状態周波数又は周波数範囲で切り替え可能である。
本願明細書に開示された本発明の実施例は、現在好ましいと考えられるが、種々の変化及び変更は、本発明の精神と範囲から逸脱することなくなされ得る。本発明の範囲は、特許請求の範囲に示される。また意味及び等価物の範囲内の全ての変化は、本発明の範囲に包含される。
Claims (20)
- 共振点火回路であって:
スイッチ節点と直列に接続された第1の点火スイッチ及び第2の点火スイッチを有するスイッチ点火枝路;及び
前記スイッチ節点と接続され、直列に接続された点火コイル及び点火変圧器を有する共振点火枝路、を有し、電源から見た前記共振点火枝路の電力段のインピーダンスは、前記共振点火枝路の出力キャパシタンスの全範囲にわたり誘導性である、共振点火回路。 - 前記点火コイルの直列インダクタンスは、前記点火変圧器の共振インダクタンスより少なくとも50倍大きい、請求項1記載の共振点火回路。
- 前記点火変圧器は、空隙を設けられたコアの周りに巻かれた1次巻線及び2次巻線を有する、請求項1記載の共振点火回路。
- 前記第1の点火スイッチ及び前記第2の点火スイッチは、前記第1の点火スイッチと前記第2の点火スイッチを相補的方法で、導通状態と非導通状態の間を前記共振ランプ点火装置の共振点火特性全体を包含する周波数掃引にわたり切り替えるために、点火スイッチ制御部と接続される、請求項1記載の共振点火回路。
- 前記共振点火枝路は、蓄積キャパシターを更に有し;及び
前記点火コイル、前記点火変圧器の1次巻線、及び前記蓄積キャパシターは、前記スイッチ節点と電力入力線との間に直列に接続される、請求項1記載の共振点火回路。 - 前記共振点火枝路は、共振キャパシターを更に有し;及び
前記共振キャパシター及び前記点火変圧器の2次巻線は、並列に接続される、請求項1記載の共振点火回路。 - バラストであって:
共振点火回路を有し、前記共振点火回路は、
スイッチ節点と直列に接続された第1の点火スイッチ及び第2の点火スイッチを有するスイッチ点火枝路、及び
前記スイッチ節点と接続され、直列に接続された点火コイル及び点火変圧器を有する共振点火枝路、を有し、電源から見た前記共振点火枝路の電力段のインピーダンスは、前記共振点火枝路の出力キャパシタンスの全範囲にわたり誘導性であり;並びに
前記バラストは点火スイッチ制御部を更に有し、前記点火スイッチ制御部は、
前記第1の点火スイッチと前記第2の点火スイッチとに接続され、前記第1の点火スイッチと前記第2の点火スイッチを相補的方法で、導通状態と非導通状態の間を前記共振ランプ点火装置の共振点火特性全体を包含する周波数掃引にわたり切り替える、バラスト。 - 前記点火コイルの直列インダクタンスは、前記点火変圧器の共振インダクタンスより少なくとも50倍大きい、請求項7記載のバラスト。
- 前記点火変圧器は、空隙を設けられたコアに巻かれた1次巻線及び2次巻線を有する、請求項7記載のバラスト。
- 前記共振点火枝路は、蓄積キャパシターを更に有し;及び
前記点火コイル、前記点火変圧器の1次巻線、及び前記蓄積キャパシターは、前記スイッチ節点と電力入力線との間に直列に接続される、請求項7記載のバラスト。 - 前記共振点火枝路は、共振キャパシターを更に有し;及び
前記共振キャパシター及び前記点火変圧器の2次巻線は、並列に接続される、請求項7記載のバラスト。 - ランプ駆動装置であって:
共振点火回路を有し、前記共振点火回路は、
第1のスイッチ節点と直列に接続された第1の点火スイッチ及び第2の点火スイッチを有するスイッチ点火枝路、及び
前記第1のスイッチ節点と接続され、直列に接続された点火コイル及び点火変圧器を有する共振点火枝路、を有し、電源から見た前記共振点火枝路の電力段のインピーダンスは、前記共振点火枝路の出力キャパシタンスの全範囲にわたり誘導性であり;並びに
前記ランプ駆動装置は定常状態ランプ駆動装置を更に有し、前記共振点火回路及び前記定常状態ランプ駆動装置は、点火及び定常状態でランプを動作するよう接続される、ランプ駆動装置。 - 前記点火コイルの直列インダクタンスは、前記点火変圧器の共振インダクタンスより少なくとも50倍大きく、それにより前記電源から見た前記共振点火枝路の電力段のインピーダンスは、前記共振点火枝路の出力キャパシタンスの全範囲にわたり誘導性である、請求項12記載のランプ駆動装置。
- 前記点火変圧器は、空隙を設けられたコアに巻かれた1次巻線及び2次巻線を有する、請求項12記載のランプ駆動装置。
- 前記第1の点火スイッチ及び前記第2の点火スイッチは、前記第1の点火スイッチと前記第2の点火スイッチを相補的方法で、導通状態と非導通状態の間を前記共振点火回路の共振点火特性全体を包含する周波数掃引にわたり切り替えるために、点火スイッチ制御部と接続される、請求項12記載のランプ駆動装置。
- 前記共振点火枝路は、蓄積キャパシターを更に有し;及び
前記点火コイル、前記点火変圧器の1次巻線、及び前記蓄積キャパシターは、前記スイッチ節点と電力入力線との間に直列に接続される、請求項12記載のランプ駆動装置。 - 前記共振点火枝路は、共振キャパシターを更に有し;及び
前記共振キャパシター及び前記点火変圧器の2次巻線は、並列に接続される、請求項12記載のランプ駆動装置。 - 前記共振キャパシター及び前記点火変圧器の2次巻線の並列接続は、前記ランプの第1の端子と接続される、請求項17記載のランプ駆動装置。
- 前記定常状態ランプ駆動装置は、
第2のスイッチ節点と直列に接続された第1の駆動スイッチ及び第1ダイオードを有する第1の駆動スイッチ枝路;
前記第2の節点及び前記ランプの第2の端子と接続された第1の駆動コイル;
第3のスイッチ節点と直列に接続された第2の駆動スイッチ及び第2のダイオードを有する第2の駆動スイッチ枝路;及び
前記第3のスイッチ節点及び前記ランプの前記第2の端子と接続された第2の駆動コイル、を有する請求項18記載のランプ駆動装置。 - 前記第1の駆動スイッチ及び前記第2の駆動スイッチは、前記第1の駆動スイッチと前記第2の駆動スイッチを切り替えるために、駆動スイッチ制御部と接続され、それにより、相補的方法で導通状態と非導通状態の間を切り替えられる、請求項19記載のランプ駆動装置。
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