JP2008523573A - 高周波ガス放電ランプ回路 - Google Patents

Abstract

ランプ回路は、高いランプ動作周波数を有する交流電圧を供給する交流電圧供給源（２）、バラストインダクタ（４）、コンデンサ（６）、及びガス放電ランプ（８）への接続のための端子の直列回路と、端子へ接続された、ランプ（８）を点灯させる点灯回路とを有する。コンデンサ（６）は、ランプ動作周波数に関して低いインピーダンスを表す値を有する。点灯回路は、インピーダンス（１０，１４）、及び高い直流電圧を供給する直流電圧源（１２）の直列配置を有する。点灯回路の直列インピーダンス（１０，１４）は、ランプの準備中及び定常状態動作中にランプ（８）のインピーダンス値に対して高い値を有する。

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載されるようなランプ回路に関する。

請求項１の前提部に記載されるような形式のガス放電ランプ回路は、米国特許番号ＵＳ４，９５９，５９３に開示されている。このランプ回路では、交流電圧（ＡＣ）供給源は本線電源であるから、ランプ動作周波数は、例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚといった低い値を有する。ランプに直列に接続されたインダクタ及びコンデンサは、両方とも、バラスト回路の一部である。結果として、コンデンサは、ランプ動作周波数に関して大きなインピーダンスを表す値を有する。点灯回路は、ランプへ並列に接続されている。点灯回路は、抵抗及びコンデンサの２回路、電圧依存素子、並びに、場合によりインダクタの直列配置を有する。電圧依存素子は、例えばサイダックのような両側半導体スイッチであっても良い。ランプ回路がオンされると、点灯回路はリンギング（オン／オフ）電圧を発生させる。リンギング電圧は、交流供給源による供給を吸収し、高電圧高周波点灯パルスが、ランプを点灯させるようにランプの両端に発生する。

リンギングが生じなければならないので、チューニングは、上述した形式の点灯装置の適切な動作がバラスト及びそれに接続されたランプの仕様に依存するように、提供されなければならない。これは、設計及びロジスティクス上の負荷をもたらす。更に、特にランプに関するこのような仕様は、点灯装置の動作が影響を及ぼされうるように、時間とともに、更に、温度の変化によって変化することがある。

他の従来の高輝度放電（ＨＩＤ）ランプは、通常、５０Ｈｚから５００Ｈｚの低いランプ動作周波数で矩形波電流を供給される。ランプは、ランプへ供給された低周波電圧に高電圧点灯パルスを重ね合わせることによって点灯される。従って、パルス変成器が、このような点灯パルスを低周波ランプ供給電圧へ生じさせるように、ランプに直列に接続される。このような回路が、例えばメガヘルツ・レンジといった、高いランプ動作周波数に使用される場合に、この形式の変成器は、通常のランプ動作に著しく影響を及ぼす極めて高いインピーダンスを表す。更に、このような変成器の抵抗は、エネルギー損失を引き起こす。
米国特許番号ＵＳ４，９５９，５９３

本発明は、上述されたような従来の欠点を解決することを目的とする。

本発明の目的は、請求項１に記載されるようなランプ回路を提供することによって達成される。

コンデンサは直流遮断素子として動作する。コンデンサは、ランプと交流電源との間の直流電流経路を遮断する。それによって、コンデンサは、直流電流が交流電源を流れることを防ぐ。このようにして、高い直流電圧がランプの両端に生成される。この高い直流電圧によりランプの点灯がもたらされる。コンデンサは、（高周波（ＨＦ））交流周波数に関して比較的低いインピーダンスを有しうる。この場合に、コンデンサは、バラスト機能における重要な部品ではない。他の実施では、コンデンサは比較的高いインピーダンスを有し、バラスト・インピーダンスの重要な部分に相当する。

ランプ回路がオンされると、ランプは非導通状態となり、極めて高いインピーダンスを示す。その場合に、直流電圧源は、一般に１０ｍｓの比較的短い時間で前記コンデンサを充電し、それによって、ランプが点灯することができるように、ランプの両端に高電圧を発生させる。ランプ点灯後、ランプは、より一層低いインピーダンスを示しうる。結果として、定常ＨＦ供給電流が、交流電源からランプを介して流れることができる。高電圧直流電源に直列に接続された抵抗は、直流電源を流れる交流電流を制限するために十分な値を有する。この交流電流制限機能は、また、交流周波数に関して同様のインピーダンスを構成するインダクタによっても実現可能である。

試験は、直流電圧が、ランプを点灯させるために従来技術で使用される点灯パルスよりもずっと低い振幅を有することができることを示した。振幅が低くなることによって、ランプ回路が満足しなければならないより低い安全クラスの必要条件をより容易に達成することができる。更に、振幅が低くなることによって、アイソレーション必要条件が軽減され、ランプ回路の大きさをより小さくすることが可能となる。

本発明は、添付の図面を参照して、一例として与えられた以下の記載から明らかとなる。

図１に示される本発明に従うガス放電ランプ回路は、高周波（ＨＦ）電力供給源２を有する。インダクタ４、コンデンサ６及びガス放電ランプ８は、ＨＦ供給源２に直列に接続されている。

ＨＦ供給源２は、例えば、ハーフブリッジ、フルブリッジ、及びクラスＥ直流−交流変換器であっても良く、十分な交流電圧を供給するようオン及びオフを交互に切り換えられるスイッチを有する。

抵抗１０及び直流電圧（ＤＣ）電源１２の直列回路は、ランプ８へ並列に接続されている。

上述した入力及び部品は、例えば、以下の値を有する。
ＨＦ電圧源２ ： ４００Ｖ，２ＭＨｚ、
インダクタ４ ： ４０μＨ、
コンデンサ６ ： ２２０ｐＦ、
ランプ８ ： 点灯しない場合、無限大；点灯した場合、６０Ω、
抵抗１０ ： ５０ＭΩ、
直流電圧源１２： １５ｋＶ。

コンデンサが最大電圧及びキャパシタンスの適切な定格を有することは、上記例から明らかである。

バラストが、例えば１００Ｈｚの低い周波数で動作することができるならば、コンデンサは、同様のインピーダンスを達成するよう４．４μＦを有するべきである。１５ｋＶ電圧定格で、このようなコンデンサは、過剰に大きくなりうる。即座の計算は、Ｉ＝Ｃ×ｄＶ／Ｄｔ及び上記値を用いて（Ｉ＝４．４×１０^−６×１５×１０^３／１０^−２＝６．６Ａ）、このような大きなコンデンサの場合に直流電圧源の必要とされる電力定格が、過度であって且つ非現実的であることを示す。

これは、Ｐ＝６．６×１５×１０^３＝９９ｋＶＡの、直流電圧源のピーク電力定格をもたらしうる。

更に、コンデンサがこのような比較的大きいキャパシタンスを有するならば、コンデンサ内部の蓄積エネルギーは、点灯時にランプの電極を破壊しうる。蓄積エネルギーはＱ＝Ｃ×Ｖ^２であるから、Ｑ＝４．４×１０^−６×（１５×１０^３）^２＝９９Ｊとなる。

上記から明らかなように、本発明は、特に、比較的高い動作周波数を有する回路に関する。高いランプ電流周波数を有するこのような回路は、低周波バラストと比較した場合に、費用及び大きさの点で顕著な利点を有する。ある場合に、例えば有効性などのランプ特性は、高い動作周波数によって良い影響を受ける。これは、例えば、蛍光灯の場合などである。

上述された例から明らかなように、ランプ８が、ランプ回路のスイッチング時点で、まだ点灯されていない、即ち、非導通状態である場合に、直流電源１２は、コンデンサ６を充電して、ランプ８の両端に高電圧を発生させる。コンデンサ６のこの充電中のある時点で、ランプ８の両端の電圧は、ランプ８が、ブレイクダウンする、即ち、点灯して導通状態となる程になる。その場合に、ランプ８は、抵抗１０の値に対して極めて小さいインピーダンスを有しうる。結果として、ランプ８の両端の直流電圧は急落する。更に、ランプ８が点灯している間に、ＨＦ電流がランプ８に流れる。

上記から明らかなように、抵抗１０及び直流電源１２の前出の直列回路は、コンデンサ６とともに、点灯回路、即ち、簡単で、エネルギー効率が高く、且つ小型である点灯装置として動作する。

本発明に従うガス放電ランプ回路の第２の実施例は、抵抗１０の代わりにインダクタ１４を有する。インダクタ１４は、交流周波数に関して抵抗１０のインピーダンスに適合するインピーダンスを提供する。

エネルギー損失を更に低減するために、図２に示される第２の実施例の点灯回路は、また、制御回路１６を有する。制御回路は、回路がオンされる場合に、点灯装置を作動させる。ランプ８が点灯した後、点灯装置は非作動とされ、直流電流は直流電圧源１２及び抵抗１０を流れない。結果として、ランプ８の通常動作の間に、直流電圧源１２から直流電力は消費されない。

制御回路１６は、直流電流が流れ始める時間から、例えば数ミリ秒後に、直流電圧源を非作動にするタイマーを有しても良い。これは、特に、ランプの仕様及び経時変化が予め知られる場合に、簡単且つ安価な実施例を表す。このような場合の例は、キセノンランプによる自動車用照明の分野である。

制御回路１６は、また、しばしば通常動作とも呼ばれるランプ８の定常状態動作又は準備動作を検出するために一般的に使用されるセンサ若しくは検出器又は検出回路を有しても良い。検出回路は、ランプ８によって放射される光を検出する光センサを有しても良い。検出回路は、また、ランプを流れる交流電流を検出する交流電流検出器を有しても良い。更に、検出回路は、ランプ８及び／又は抵抗１０を流れる直流電流を検出する直流電流検出器を有しても良い。このような交流及び／又は直流電流を検出すると、制御回路１６は、直流電圧源を動作不能とするよう制御する。

本発明に従うランプ回路によりもたらされた試験は、直流電源１２によって供給される直流電圧が、従来技術のランプ回路で使用されるような点灯パルスよりも著しく低い振幅を有することを示した。これは、アイソレーション必要条件がより容易に満足され、且つ／あるいは、導体間の距離がより小さくされるという利点を有する。それは、また、ランプ回路が、より少ない努力及び費用で済む異なる安全クラスの必要条件を満足すべきことをもたらしうる。

試験は、また、本発明に従う点灯回路が、上述されたような利点を保ちながら、低い値を有するインダクタ１４を有するランプ回路でも使用され得ることを示した。

本発明に従うガス放電ランプ回路の第１の実施例の図を表す。 本発明に従うガス放電ランプ回路の第２の実施例の図を表す。

Claims (6)

1. 高いランプ動作周波数を有する交流電圧を供給する交流電圧供給源、バラストインダクタ、コンデンサ、及びガス放電ランプへの接続のための端子の直列回路と、前記端子へ接続された、前記ランプを点灯させる点灯回路とを有するランプ回路であって、
   前記交流電圧供給源の周波数は、１０キロヘルツよりも大きい高い値を有し、
   前記点灯回路は、高い直流電圧を供給する直流電圧源に直列にインピーダンスを有し、
   前記交流周波数における前記点灯回路の前記インピーダンスの値は、前記ランプの準備中及び定常状態動作中に前記ランプのインピーダンスの値よりも高くなる、ことを特徴とするランプ回路。
2. 前記交流周波数における前記点灯回路の前記インピーダンスは、１００から１００，０００，０００の間、望ましくは、前記ランプの準備中及び定常状態動作中に前記ランプの前記インピーダンスの値と同じ高さで１０，０００から１０，０００，０００の間の値を有する、ことを特徴とする請求項１記載のランプ回路。
3. 前記点灯回路の前記直流電圧源に直列な前記インピーダンスはインダクタによって与えられる、ことを特徴とする請求項１又は２記載のランプ回路。
4. 前記点灯回路は、前記ランプの点灯の後に前記直流電圧源を非作動にする制御回路を更に有する、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ランプ回路。
5. 前記制御回路は、前記直流電圧源を作動させ始める所定間隔のタイムアウトの後に前記直流電圧源を非作動にするタイマーを有する、請求項４記載のランプ回路。
6. 前記直流電圧源は、前記直流電圧源の出力電流を制限するよう電流制限素子を有する、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ランプ回路。

Images