JP2010512630A - 高圧放電ランプ用の点弧装置および点弧装置を備えた高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

本発明は、放電ランプ（１００）用の点弧装置に関する。この点弧装置は、渦巻形パルス発生器（１０４）と、当該渦巻形パルス発生器を充電するための充電電流回路とを有している。ここで、充電回路内には、充電電流を整流するための手段（１０８）が配置されている。これによって、この渦巻形パルス発生器（１０４）が設けられている点弧装置は、高周波作動に適する。殊にこれは自動車用ヘッドライトの高圧放電ランプの口金内に収容される。

Description

本発明は、放電ランプ用の点弧装置に関する。ここで、この点弧装置には、渦巻形パルス発生器が具備されている。この渦巻形パルス発生器は、放電ランプ内のガス放電の点弧に必要な点弧電圧を形成する。

Ｉ．従来技術
この種の点弧装置は例えば、ＵＳ４３２５００４Ｂ１号およびＵＳ４３２５０１２Ｂ１号に開示されている。

ＵＳ４３２５００４Ｂ１号は、点弧補助電極が備えられた放電ランプ用の点弧装置を開示している。ここでこの点弧装置は、渦巻形パルス発生器を有している。この渦巻形パルス発生器の高圧端子は、点弧補助電極と接続されている。放電ランプおよび点弧装置は、定格交流電圧によって作動される。充電回路内に配置された、渦巻形パルス発生器のコンタクトないしは端子に対して並列に、火花ギャップが接続されている。渦巻形パルス発生器上の充電が火花ギャップの降伏電圧に達すると、この火花ギャップが破られる。

ＵＳ４３２５０１２Ｂ１号は、高圧放電ランプ用の点弧装置を記載している。ここでこの点弧装置は、渦巻形パルス発生器を有している。この渦巻形パルス発生器の高圧端子は、高圧放電ランプのガス放電電極と接続されている。高圧放電ランプと点弧装置は、定格交流電圧で作動される。充電回路内に配置された、渦巻形パルス発生器のコンタクトないし接続端子に対して並行に火花ギャップが接続されている。渦巻形パルス発生器上の充電が火花ギャップの降伏電圧に達すると、この火花ギャップが破られる。

上述した点弧装置の欠点は、これが定格交流電圧によってのみ作動される、ということである。この定格交流電圧は比較的低い周波数を有しており、高周波領域、例えばメガヘルツ領域における作動には不適格である。

ＩＩ．発明の開示
本発明の課題は、高周波作動にも適している、上位概念に記載された点弧装置を提供すること、および、このような点弧装置を備えた放電ランプを提供することである。

上述の課題は、本発明と相応に請求項１ないし９に記載された特徴部分の構成によって解決される。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。

本発明の点弧装置は、渦巻形パルス発生器および、渦巻形パルス発生器に充電するための充電電流回路を含んでいる。ここで本願発明では、充電電流回路内に、充電電流を整流するための手段が設けられている。充電電流を整流するためのこの手段によって、次のことが保証される。すなわち、渦巻形パルス発生器が高周波作動の間、その充電コンタクトの短絡時ないしは放電時に十分に高い振幅のパルスを生成することができる十分に高い電圧まで充電されることが保証される。このパルスによって、放電ランプ内のガス放電を点弧することができる。殊に、上述した、充電電流を整流する手段は、渦巻形パルス発生器の充電過程が、点弧装置および放電ランプの高周波作動時に、高周波交流電圧の複数の周期にわたって延在することを保証する。従って充電回路内に接続された、渦巻形パルス発生器の充電電流を整流する手段は次のことを可能にする。すなわち、渦巻形パルス発生器が、高圧放電ランプの高周波作動時（例えば０．１ＭＨｚ〜５ＭＨｚの領域内の周波数時に）、点弧パルス発生器として使用可能であることを可能にする。この点弧パルス発生器は、高圧放電ランプ内のガス放電を点弧するのに必要な点弧パルスを形成する。上述の周波数領域の他に、より高い周波数も可能である。これは例えば、１３．５６ＭＨｚおよび２７．１２ＭＨｚでのＩＳＭ帯域（ＩＳＭ帯域：Industrial Scientific Medical Band）における放電ランプの作動である。殊に、高い作動周波数は、自身の音響共振上方での放電ランプの作動を可能にする。これは特に有利である。なぜなら、ここでは音響共振によるネガティブな作用（これは例えば出力された光の明滅またはランプの寿命の低減）が生じないからである。従ってランプの大きさに依存して、約３００ｋＨｚ上方（例えば２５０Ｗの定格出力を有する大きい出力のランプ用）から約２ＭＨｚまで（例えば２０Ｗの定格出力を有する小さいランプ用）の動作周波数が選択される。有利には、渦巻形パルス発生器の充電電流を整流する手段は少なくとも１つのダイオードを含む。少なくとも１つのダイオードによって、容易にかつ低コストに充電電流の整流が保証され、渦巻形パルス発生器の充電が高周波交流電圧の複数の周期にわたって延在し、これによって、渦巻形パルス発生器の十分な充電が可能になる。

渦巻形パルス発生器を、交流電圧源によって供給された充電電圧よりも高い電圧まで充電するために、渦巻形パルス発生器の充電電流を整流するための手段は有利には電圧倍化回路、例えば、電圧二倍化回路を含んでいる。

本発明の点弧装置は有利には次のように設計されている。すなわち、これが重要領域において、ランプ電流を制限する、ないしはガス放電を安定させるのに寄与するように設計されている。これは、メガヘルツ領域における周波数を有する高周波ランプ電流の場合にも当てはまる。しかも、点弧装置のリアクタンスによって、安定器の電子構成素子が甚大な負荷を受ける恐れはない。この目的のために、渦巻形パルス発生器のインピーダンスは動作周波数において、有利には、ランプインピーダンスの０．２５倍以上の値を有する。

有利には、渦巻形パルス発生器に対して直列に、少なくとも１つのコンデンサが接続される。この少なくとも１つのコンデンサは複数の利点を提供する。渦巻形パルス発生器によって形成された高い電圧が、放電容器の外側に配置された、放電ランプの点弧補助電極に供給される場合には、この少なくとも１つのコンデンサは、放電媒体から放電容器壁部への金属イオンの拡散を阻止する。殊に、少なくとも１つのコンデンサは、ハロゲン金属蒸気高圧放電ランプの場合に、放電容器壁部へのナトリウムイオンの拡散を阻止し、従って、放電媒体内でナトリウム損失を低減させるのに寄与する。渦巻形パルス発生器によって生成された高い電圧が、放電容器内に配置された、放電ランプのガス放電電極に供給され、ランプ内のガス放電の点弧が行われた後に高周波ランプ電流が渦巻形パルス発生器を介して流れる場合には、少なくとも１つのコンデンサは、渦巻形パルス発生器のインダクタンスを部分的に補償する。渦巻形パルス発生器のインダクタンスを部分的に補償することによって、ランプ動作機器内での損失が低減される。なぜなら、渦巻形パルス発生器の効果の弱められたインダクタンスによって、無効電力が相応に低減されるからである。渦巻形パルス発生器に直列接続された少なくとも１つのコンデンサはさらに、放電ランプを通る直流電流の流れを阻止し、放電プラズマの劣化を防ぐ。さらに、渦巻形パルス発生器に直列接続された少なくとも１つのコンデンサは、渦巻形パルス発生器ともに、直列共振回路を構成する。この直列共振回路は、自身の特性に基づいて、交流電圧源から供給される高周波交流電圧の僅かな周波数変化によって、大きい値領域にわたったランプ電流ないしはランプ内に入力された電力の振幅の調整を可能にする。殊に、上述の直列共振回路は、車両ヘッドライト内の光源として用いられる、ハロゲン金属蒸着高圧放電ランプでのいわゆるパワー始動（Leistungsanlauf）を可能にする。高圧放電ランプ内のガス放電の点弧直後に生じるこのようなパワー始動の間に高圧放電ランプは、３倍〜５倍の自身の定格出力で作動される。これによって、放電プラズマ内の金属ハロゲン化物の迅速な蒸発が実現される。

本発明の実施例では、渦巻形パルス発生器および少なくとも１つの、渦巻形パルス発生器に対して直列に接続されたコンデンサが共通の構成部分として構成される。これは次のことを意味する。すなわち、渦巻形パルス発生器の機能と、直列接続された少なくとも１つのコンデンサの機能とが１つの集積構成部材によって実現されることを意味する。これによって、これらの２つのコンポーネントの省スペースの配置が可能になり、２つのコンポーネントは例えば、ランプ口金またはランプ外球の内部空間内に収容される。

上述した、共通の構成部分は有利には、セラミック構成部分として構成されている。これによって、高圧放電ランプの高い動作温度が保持される。

有利には、本発明の点弧装置は、充電回路内に配置されている、渦巻形パルス発生器のコンタクトを短絡するためのスイッチング手段を有している。これによって渦巻形パルス発生器の突発的な放電、ひいては渦巻形パルス発生器内での電圧パルスの生成が可能になる。

渦巻形パルス発生器のコンタクトを短絡する上述のスイッチング手段は、有利には閾値スイッチとして、例えば火花ギャップとして構成される。これによって、渦巻形パルス発生器を、十分に高い電圧まで充電することができる。従って、渦巻形パルス発生器の放電時に生成された電圧パルスによって、高圧放電ランプ内のガス放電の点弧が生じる。

本発明の点弧装置は有利には、放電ランプのランプ口金の内部空間内、または放電ランプ、殊に高圧放電ランプの外球内に収容される。これによって、コンパクトな構造が可能になり、ランプへ高い電圧を導く線路が回避される。

ランプ口金内のできるだけ省スペースの点弧装置配置を保証するために、渦巻形パルス発生器は、放電容器または放電ランプの外球の、ランプ口金内に突出しているランプ容器部分を取り囲む構成部分として構成される。

ＩＩＩ．有利な実施例の記載
以下で本発明を、有利な実施例に基づいてより詳細に説明する：

本発明の第１の実施例に相応する点弧装置の回路図 本発明の第２の実施例に相応する点弧装置の回路図 本発明の第３の実施例に相応する点弧装置の回路図 本発明の第４の実施例に相応する点弧装置の回路図 図４に示された点弧装置の、共通のセラミック構成部材として構成されている、渦巻形パルス発生器および補償コンデンサの接続の概略図 渦巻形パルス発生器および補償コンデンサから成る、図５に示された構成ユニットの構造の概略図 渦巻形パルス発生器の層列の概略図 本発明の第５の実施例に相応する点弧装置の回路図 動作回路および高圧放電ランプを含む、本発明の第１０の実施例に相応する点弧装置の回路図

図１に概略的に示された、本発明の第１の実施例に相応する点弧装置の回路図は、高圧放電ランプ用、例えばハロゲン金属蒸気高圧放電ランプ用のパルス点弧装置であり、これは、車両ヘッドライト内または投影装置内の光源として使用される。安定器１０１は点弧装置および高圧放電ランプ１００の電圧供給に用いられる。安定器は例えば自動車の車両搭載電圧または電源交流電圧から、点弧フェーズおよび以降の高圧放電ランプの作動の間に、約０．１ＭＨｚ〜５ＭＨｚの周波数領域における高周波出力電圧を生成する。安定器１０１の電圧出力側１０２、１０３には、渦巻形パルス発生器１０４に対する充電電流回路が接続されている。ここには、渦巻形パルス発生器１０４の内側に位置する接続端子１０５、１０６、整流ダイオード１０８および抵抗１０９が接続されている。渦巻形パルス発生器１０４の内側に位置している２つの接続端子１０５、１０６に対して並行に火花ギャップ１１２が接続されている。

渦巻形パルス発生器１０４の外側に位置している接続端子１０７は、高圧放電ランプ１００の第１の電極１１０と接続されている。これによって、第１の電極は安定器１０１の出力側１０２とも接続される。高圧放電ランプ１００の他方の電極１１１は、安定器１０１の第２の電圧出力側１０３と接続されている。渦巻形パルス発生器１０４の外側に位置する第２のコンタクト１０８’は、構成部分には接続されていない。

渦巻形パルス発生器１０４は実質的に、キャパシタンスと、無視できないインダクタンスを備えたコンデンサである。これは、２つの電気的な導体７０１、７０２から成る。これらの導体は、相互に並列に配置され、渦巻状に巻かれており、２つの誘電性層７０３、７０４によって相互に別個にされ、絶縁されている。２つの誘電性層７０３、７０４は、それぞれセラミック、殊にいわゆるＬＴＣＣセラミックから成る。略語ＬＴＣＣは、低温同時焼成セラミックをあらわしている。電気導体７０１、７０２は銀から成る。セラミック層７０３、７０４の層厚は有利には、３０μｍ〜６０μｍの領域にある。セラミックは８００℃までの温度に耐え、６５の比透磁率を有している。銀層７０１、７０２の厚さは有利には、１μｍ〜１７μｍまでの領域にある。渦巻形パルス発生器１０４の巻き数ｎは例えば、１０〜２０の領域にある。渦巻形パルス発生器１０４の内径は約２０ｍｍであり、その高さは例えば４ｍｍ〜６ｍｍの領域にある。渦巻形パルス発生器１０４の層列は、概略的に図７に示されている。図７に示されたサンドウィッチ構造が渦巻状に巻かれ、渦巻形パルス発生器１０４が形成される。

第１の電気導体７０１は、内部に位置する接続端子１０５と外側に位置する接続端子１０７を有している。別の電気導体７０２は、内部に位置する接続端子１０６と外部に位置するコンタクト１０８’とを有している。このコンタクトは、構成部分の接続のためには使用されない。渦巻形パルス発生器１０４の内側に位置する２つの接続端子１０５、１０６は、充電電流回路内に接続されている。これには、安定器１０１の高周波出力電圧が供給される。渦巻形パルス発生器１０４に対する高周波充電電流はダイオード１０８によって整流され、抵抗１０９によって制限される。従って渦巻形パルス発生器１０４の充電は、安定器１０１の高周波出力電圧の複数の周期にわたって延在する。渦巻形パルス発生器１０４の充電が発展すると、火花ギャップ１１２の降伏電圧に達し、導電性である火花ギャップ１１２を介して渦巻形パルス発生器１０４は突発的に放電する。これによって、渦巻形パルス発生器１０４内に電圧パルスが生成され、外側に位置する接続端子１０７の電圧が、２・ｎ・U_０まで上昇する。ここでは渦巻形パルス発生器１０４の巻き数はｎで表され、火花ギャップ１１２の降伏電圧はU_０で表される。従って、渦巻形パルス発生器１０４の外側に位置する接続端子１０７で、高圧放電ランプ１００内のガス放電を点弧するのに十分である電圧が形成される。高圧放電ランプ１００内のガス放電が点弧されると、充電回路および火花ギャップ１１２も、この時点では導電性の、高圧放電ランプ１００の放電区間によって短絡される。高圧放電ランプ１００の高周波の放電電流は接続端子１０５、１０７を介して、渦巻形パルス発生器１０４の電気導体７０１を通って流れる。渦巻形パルス発生器１０４の接続端子１０５と１０７の間で測定可能なインピーダンスは、ガス放電が点弧された後に、ランプ作動中に、ランプ電流を制限するために、ないしはガス放電を安定させるために使用される。渦巻形パルス発生器１０４の巻き線構造によって、このインピーダンスは主に誘導性である。渦巻形パルス発生器１０４の、放電への安定的な作用を利用するために、渦巻形パルス発生器１０４は次のように設計される。すなわち、自身のインピーダンスが、ランプ電流の周波数（ないしは基本振動）で、高圧放電ランプ１００のインピーダンスの０．２５倍〜７倍に相当するように設計される。渦巻形パルス発生器１０４のインピーダンスの値が小さい場合には、一般的に、ガス放電の点弧後に高圧放電ランプ１００の放電区間を介して流れるランプ電流は安定せず、渦巻形パルス発生器１０４のインピーダンスの値が大きい場合には、効果的なランプ動作は不可能である。なぜなら、安定器１０１はこのような場合には、高い無効電力および損失のために、ランプ作動に対して非常に高い出力電圧を供給しなければならないからである。

自身のインピーダンスに関して渦巻形パルス発生器１０４を設計するために、幾何学形状的な寸法および使用される材料が相応に選択される。渦巻形パルス発生器１０４のインダクタンスを高めるために、これは、渦巻形パルス発生器１０４の内径を貫通する、高い透磁性を有する材料を取り囲む。従って、渦巻形パルス発生器１０４を通って延在するフェライトロッドは、渦巻形パルス発生器１０４のインピーダンスの誘電割合を顕著に高める。フェライトロッドの代わりに、Ｕ字形中心部およびＩ字形中心部から成るリングが、リング状の渦巻形パルス発生器１０４を取り囲んでもよい。ここではエアギャップによって、Ｕ字形中心部とＩ字形中心部との間でインピーダンスが調整される。

以降で説明する第６の実施例は、第１の実施例の特に有利な構成を示す。ここでは、渦巻形パルス発生器１０４のインピーダンスはガス放電の安定化を実現する。石英ガラスから成る放電容器と、３５Ｗの定格出力と、４５Ｖの定格動作電圧、ひいては約５８オームのランプインピーダンスを具備する、無水銀ガス放電ランプ１００の場合には、１８０マイクロヘンリーのインダクタンスと０．８オームのオーム抵抗の直列回路によって表される渦巻形パルス発生器１０４が使用される。安定器１００は、１００ｋＨｚの周波数を有する、近似的に正弦波形状の電流を供給する。従って、僅かなオーム成分の渦巻形パルス発生器１０４の全体インピーダンスによって、特に効果的なランプ作動が実現される。ここでこの放電ランプは、音響的な共振によってネガティブな作用が生じない、いわゆる周波数窓内で作動される。

以下で説明する第７の実施例は同じように、第１の実施例の特に有利な構成である。ここでは渦巻形パルス発生器１０４のインピーダンスによってガス放電が安定化し、ここでランプは音響的な共振の上方領域で作動する。セラミック放電容器を備えた水銀含有高圧放電ランプ（１００）は、２０Ｗの定格出力と８５Ｖの定格動作電圧を有する。渦巻形パルス発生器１０４は、１６マイクロヘンリーのインダクタンスと２．２オームのオーム抵抗との直列接続によって表される。安定器１００は、２．４５ＭＨｚの周波数を有する近似的に正弦波形状の電流を供給する。従って、僅かなオーム成分の、渦巻形パルス発生器１０４の全体インピーダンスによって、特に効果的なランプ作動が得られる。図２には、本発明の点弧装置の第２の実施例の回路図が示されている。これは、接続された高圧放電ランプ１００’を備えている。この実施例は、本発明の点弧装置に、高圧放電ランプ１００の代わりに、点弧補助電極１１３’が備えられた高圧放電ランプ１００’が接続されている、という点においてのみ第１の実施例と異なっている。従って図１および図２にでは、同じ構成部分には同じ参照番号が用いられている。高圧放電ランプ１００’は、高圧放電ランプ１００’の放電容器の内部空間内に突出している２つのガス放電電極１１０’、１１１’の他に、点弧補助電極１１３’を有している。この点弧補助電極は、放電容器によって取り囲まれている内部空間外に配置されており、これには、高圧放電ランプ１００’内のガス放電を点弧するための点弧電圧パルスが加えられる。このために、渦巻形パルス発生器１０４の第１の電気導体の外側に位置する接続端子１０７が、この点弧補助電極１１３’と接続されている。高圧放電ランプ１００’内のガス放電を点弧するために、渦巻形パルス発生器１０４は、火花ギャップ１１２の降伏電圧まで充電される。火花ギャップ１１２の降伏電圧に達すると、渦巻形パルス発生器１０４は、上述のように放電する。これによって、渦巻形パルス発生器１０４の外側に位置する接続端子１０７で電圧パルスが生成される。このパルスは、高圧放電ランプ１００’の点弧補助電極１１３’に供給され、これによって高圧放電ランプ１００’内でガス放電が点弧される。高圧放電ランプ１００’内のガス放電が点弧された後、渦巻形パルス発生器１０４の充電電流回路と火花ギャップ１１２は、高圧放電ランプ１００’の、この時点で導電性の放電区間によって短絡される。高圧放電ランプ１００’の放電電流は、結合点Ａ１で、電流経路１１４’内を、高圧放電ランプ１００’のガス放電電極１１０’１１１’を介して流れる。渦巻形パルス発生器１０４は、高圧放電ランプ１００’内のガス放電の点弧が行われた後に、無機能になる。

放電容器によって取り囲まれている内部空間の外部に配置されている補助点弧電極１１３’を伴う上述のランプは、容量的に結合された点弧補助電極を伴うランプである。点弧補助電極が他の様式で結合されている場合に、本発明の回路を相応に使用することができる。例えば、直流電気的に結合された補助電極（ここでは点弧補助電極）を有するランプの場合には、放電容器によって取り囲まれている内部空間内まで突出する。

図３には概略的に、本発明による点弧装置の第３の実施例の回路図が概略的に示されている。この第３の実施例は、第１の実施例と次の点において異なっている。すなわち、渦巻形パルス発生器１０４の充電電流回路内に電圧二倍化回路３０８、３１０、３１１が配置されているという点において異なっている。これらの電圧二倍化回路は、渦巻形パルス発生器１０４の内側接続端子１０５、１０６に、安定器１０１の二倍にされた、整流された出力電圧を供給する。従って図１〜３においては、同じ構成部材には、同じ参照番号が付与されている。電圧二倍化回路は、整流ダイオード３０８、３１０およびコンデンサ３１１から成る。電圧二倍化回路３０８、３１０、３１１によって、安定器１０１の接続端子１０２、１０３に生じている高周波出力電圧から、渦巻形パルス発生器１０４の内部に位置する接続端子１０５、１０６に、安定器１０１の出力電圧の振幅の二倍の振幅を有する直流電圧が生成される。渦巻形パルス発生器１０４はこれによって、第１の実施例の倍よりも格段に高い電圧まで充電される。これは火花ギャップ３１２の降伏電圧が同じように相応に高く設計されている限りである。渦巻形パルス発生器１０４の内部に位置する接続端子１０５、１０６での入力電圧の電圧二倍化によって、高圧放電ランプ１００の電極１１０に対する、渦巻形パルス発生器１０４の外側に位置している端子１０７で使用可能な点弧電圧パルスの点弧電圧が二倍になる。第３の実施例における、点弧装置および渦巻形パルス発生器１０４の作用は、電圧の二倍化を除いて、本発明による点弧装置の上述した第１の実施例の作用と同じである。電圧倍化装置としては、一段式カスケード回路とも称される、ここに示した非対称の電圧二倍化装置の他に、対称の電圧二倍化回路または択一的な多段のカスケード回路が使用可能である。カスケード回路はしばしば、コッククロフト−ウェルトン回路とも称される。図４には、本発明による点弧装置の第４の実施例の回路図が示されている。この第４の実施例は、第１の実施例と次の点においてのみ異なる。すなわち、渦巻形パルス形成器１０４の外側に位置する端子１０７と、高圧放電ランプ１００の電極１１０との間に、コンデンサ４００が接続されているという点においてのみ異なる。全ての別の細部において、第１の実施例に示された点弧装置と、第４の実施例に示された点弧装置は一致している。従って、図１および図４では同じ構成部材には同じ参照番号が用いられている。コンデンサ４００は、渦巻形パルス発生器１０４によって形成され、接続端子１０７に供給された、高圧放電ランプ１００内のガス放電を点弧する高圧パルスに対して、良好な近似において、短絡である。すなわち、形成された点弧パルスは僅かにしか蒸発せず、コンデンサ４００にもかかわらず、点弧パルスの振幅は、電極１１０で、端子１０７での電圧パルスの振幅の７０％以上になる。コンデンサ４００は次のような場合に、ランプ作動中に、高圧放電ランプ１００の点弧フェーズ終了後に、渦巻形パルス発生器１０４のインダクタンスの部分的な補償に用いられる。すなわち、渦巻形パルス発生器１０４の第１の導体７０１に高周波のランプ電流が流れる場合である。点弧フェーズの間、第４の実施例に従った点弧装置の機能は、第１の実施例に従った点弧装置の上述した機能と同じである。高圧放電ランプ１００のガス放電が点弧された後、高周波電流が渦巻形パルス発生器１０４の電気導体７０１を通って、補償コンデンサ４００並びに高圧放電ランプ１００の放電区間を通って流れる。渦巻形パルス発生器１０４のインダクタンスは、この電流を制限するために使用される。しかしながら高いインダクタンスは、点弧フェーズの終了後のランプ作動中に、安定器内の損失を生じさせてしまう。この高いインダクタンスは、点弧フェーズの間に、しばしばそれに付随してあらわれる、目指される、渦巻形パルス発生器の特性のために非常に望まれている。従って、渦巻形パルス発生器１０４の導体７０１に対して直列にコンデンサ４００が接続され、その容量は次のように設計される。すなわちこれが、点弧フェーズの間、良好な近似で、点弧電圧パルスに対する短絡であり、後続のランプ作動中に、ランプ電流が流れる渦巻形パルス発生器１０４の効果的なインダクタンスが低減されるように設計される。

さらに、コンデンサ４００は、放電ランプを流れる直流電流の流れを阻止し、放電プラズマが劣化しないようにする。後者は例えば、安定器１０１が実質的にハーフブリッジ回路から成る場合である。この場合には、電圧出力側１０２はハーフブリッジの中央点および、ハーフブリッジのポジティブまたはネガティブな供給電圧を伴う電圧出力側１０３と接続される。コンデンサ４００は、この場合には直流電圧ブロックコンデンサのタスクを有する。

さらに、渦巻形パルス発生器に対して直列に接続されるコンデンサ４００は、渦巻形パルス発生器とともに、直列共振回路を構成する。ここでこの直列共振回路はその特性に基づいて、交流電圧源から供給される高周波交流電圧の僅かな周波数変化によって、ランプ電流ないしランプに入力される電力の、大きい値の領域にわたった調整を可能にする。殊に、上述した直列回路は、いわゆるパワー始動を、車両ヘッドライト内の光源として用いられるハロゲン金属蒸気高圧放電ランプで可能にする。高圧放電ランプ内のガス放電の点弧直後に行われるパワー始動の間、高圧放電ランプは自身の定格出力の３倍〜５倍で作動される。これによって、放電プラズマ内の金属ハロゲン化物の迅速な蒸発が得られる。

以降で説明する第８の実施例は、第４の実施例の特に有利な構成である。ここで、第７の実施例からの高圧放電ランプ１００が使用される。しかしここでは第７の実施例とは異なり、１８ｋＶの格段に高い点弧電圧を生じさせる渦巻形パルス発生器１０４が使用されている。しかしこれは、２４６マイクロヘンリーの格段に高いインダクタンスおよび５．５オームのオーム抵抗を、接続端子１０５と１０７との間に有している。３０ピコファラドの補償コンデンサ４００によって、安定器１０１によって供給された、約２．５ＭＨｚの周波数を有するランプ電流のもとでシステム全体の効果的な作動が可能である。このような場合にも、放電の安定化が点弧装置によって行われる。以降に説明する第９の実施例は、第４の実施例の特に有利な構成をあらわしている。ここでは、第６の実施例の高圧放電ランプ１００が使用される。第７の実施例とは異なりここでは、２５ｋＶの格段に高い点弧電圧を生成する渦巻形パルス発生器１０４が使用される。この渦巻形パルス発生器１０４は、５１マイクロヘンリーのインダクタンスと、０．８オームのオーム抵抗を、接続端子１０５と１０７との間に有している。２７０ピコファラドの補償コンデンサ（４００）によって、高圧放電ランプの定常的な作動時に、１．８５ＭＨｚの周波数を有する、安定器１０１から供給されるランプ電流のもとでシステム全体の効果的な作動が得られる。この場合にも、点弧装置によって放電の安定化が行われる。ランプ出力の調整はここで、上述した実施例におけるように、安定器１０１によって供給されるランプ電流の動作周波数ないし周波数を変えることによって行われる。点弧の後、ひいてはランプの始動時に、まずは３倍の定格出力が供給される。数秒内に、供給される出力は継続的に定格出力まで低減される。これは、動作周波数を、約１．４ＭＨｚから出発して１．８５ＭＨｚまで高めることによって行われる。

図８には、接続されている高圧放電ランプ１００’を具備している本発明による点弧装置の第５の実施例の回路図が示されている。この実施例は、第２の実施例と、次の点においてのみ異なる。すなわち、渦巻形パルス発生器１０４の第１の電気導体の外側に位置している接続端子１０７と補助電極１１２’との間にコンデンサ８００が接続されている、という点において異なっている。従って図２および８では、同じ構成部材には同じ参照番号が用いられている。コンデンサ８００は、放電媒体からの金属イオンの放電容器への拡散を遮断する。殊にコンデンサは、ハロゲン金属蒸気高圧放電ランプの場合には、放電容器へのナトリウムイオンの拡散を阻止し、従って、放電媒体内のナトリウム損失を低減させる。コンデンサ８００のこの機能は、点弧補助電極を有する全てのランプ、殊に、容量的にまたは直流的に結合されている点弧補助電極を有する全てのランプにおいて効果的であり、図８において、容量的に結合されている点弧補助電極を有するランプが示されていることに依存しない。第５の実施例による点弧装置の機能および渦巻形パルス発生器１０４の機能は、コンデンサ８００を除いて、本発明による点弧装置の上述した第２の実施例の機能と同じである。

図４に示されている点弧装置の渦巻形パルス発生器１０４と補償コンデンサ４００は、有利には共通の構成部分５００として構成される。同じように、図８に示された点弧装置の渦巻形パルス発生器４００およびコンデンサ８００は有利には、共通の構成部分として構成される。しかし以下では、第１に挙げた場合をより詳細に説明する。図５には、概略的に、セラミック構成部分５００の回路図が概略的に示されている。このセラミック構成部分は、渦巻形パルス発生器５０１も、補償コンデンサ５０２も含む。渦巻形パルス発生器５０１はここでは、回路図を簡単にするために、渦巻形には記載されていない。セラミック誘電体内に接続されている電気導体５０３、５０４、５０５は渦巻形パルス発生器５０１も、補償コンデンサ５０２も構成する。接続端子５０６、５０７は、渦巻形パルス発生器５０１の内部に位置する接続端子を構成する。これは、点弧装置の充電回路内で、渦巻形パルス発生器５０１に対して接続されている。電気導体５０３は、渦巻形パルス発生器５０１にも、補償コンデンサ５０２にも属する。渦巻形パルス発生器５０１内および補償コンデンサ５０２内に延在する電気導体５０３の部分は、いわゆるビア５０６１を介して相互に導電性接続される。補償コンデンサ５０２の接続端子５０８は、セラミック構成部分５００の高圧出力側を構成する。これは、高圧放電ランプ１００ないし１００’の電極１００ないしは点弧補助電極１１３’に接続されている。

図６には、セラミック構成部分５００の横断面図が概略的に示されている。図５とは異なり図６では、渦巻き形状も概略的に示されている。さらに図６では、電気導体５０３、５０４、５０５の他に、誘電体として効果を有するセラミック層５０９、５１０およびビア５０６１が示されている。誘電的なセラミック層５０９、５１０および電気導体５０３、５０４、５０５は、図７に示されているようにサンドウィッチ構造を構成する。これは渦巻形状に巻かれている。セラミック層５０９および５１０は、ＬＴＣＣセラミックおよび電気導体５０３、５０４、５０５から成り、ビア５０６１は銀から成る。ビア５０６１は、セラミック誘電体内の銀が充填された貫通孔である。ビアの代わりに、相応する箇所を他の方法で接続してもよい。これはコイル状に巻かれ、相応に金属化された誘電体金属層の相応する箇所の他の種類の接続も行われる。これは、渦巻き状に巻かれ、相応に金属化された２つの誘電性のセラミック層内で行われる。渦巻状に湾曲された電気導体５０３、５０４、５０５は図６において実線で示されている。

渦巻き状に延在している、図６内の破線は、金属製の導体が、セラミック層５０９、５１０の間に配置されていない領域を示している。図６のこの概略的な図では、見やすくするために、渦巻形パルス発生器５０１の渦の幾つかの巻線およびコイルコンデンサとして構成されている補償コンデンサ５０２の幾つかの巻数しか示されていない。

図９には、第１０の実施例の回路図が示されている。これは、システム全体のコンパクトな配置構成を表している。これは、ガス放電ランプおよび本発明の点弧装置の他に、制御ユニットを含んだ電子動作機器も含んでいる。この第１０の実施例は、図４と同じであるが、これに加えて安定器１０１の特に有利な構成が開示されている。従って図４および図９には、同じ構成部分に対して同じ参照番号が用いられている。この第１０の実施例は、セラミック放電容器と２０Ｗの定格出力を備えた、第７の実施例と同じ高圧放電ランプ１００を使用する。電子動作機器には、２つの入力側端子９６０および９６１で、２３０Ｖおよび５０Ｈｚの定格電圧が供給される。定格電圧は、ダイオード９５０、９５１、９５２および９５３によって整流され、中間回路コンデンサ９４０を充電する。ここから、ハーフブリッジ回路を介してランプ１００が作動される。ハーフブリッジ回路は、２つの相補型に駆動制御されるＭＯＳスイッチングトランジスタ９１０と９２０から成る。これらのトランジスタのドレイン−ソース区間を介して、それぞれ１つのコンデンサ９１１ないし９２１が接続されている。コンデンサ９１１および９２１によって、トランジスタのスイッチ負荷解除スイッチング（ＺＶＳ）が可能である。２つのトランジスタ９１０および９２０に対しては、２つの同じ種類のＭＯＳＦＥＴの代わりに、電界効果トランジスタまたはバイポーラトランジスタとして実現されている２つの相補形のタイプを用いることもできる。ハーフブリッジ中央点は、１２マイクロヘンリーの大きいインダクター９０１と接続されている。これは、３９ピコファラドの値を有する点弧コンデンサ９００、および渦巻形パルス発生器１０４の接続端子１０５と直列に接続されている。インダクター９０１は、点弧の間に、コンデンサ９００とともに直列振動回路を形成する。この直列振動回路は高い交流電圧を形成し、これはダイオード１０８を通って、渦巻形パルス発生器１０４の充電に利用される。点弧の間に、ハーフブリッジのスイッチングトランジスタは、２．４５ＭＨｚの定常的な動作周波数に近い周波数で駆動制御される。インダクター９０１に供給されるハーフブリッジ信号は高調波維持性であり、従って、３倍の駆動周波数の共振回路が励起される。点弧は、渦巻形パルス発生器１０４によって行われる。これは、４０マイクロヘンリーのインダクタンスと６オームのオーム抵抗との直列接続によって表される。点弧の後、ランプは補償コンデンサ４００を介して１５０ピコファラドの大きさで作動される。これはさらに、高圧放電ランプ１００を通る直流電流を阻止する。点弧後のランプ出力の調整は、制御ユニット９３０によって２つのスイッチングトランジスタ９１０および９２０のスイッチング周波数を変えることによって行われる。定常的な状態では、２つのスイッチングトランジスタは、２．４５ＭＨｚの周波数で駆動制御される。調整および監視のために、制御ユニットは、破線で示された電気接続部および構成部材によって、動作機器からの情報、並びにランプに関する情報を得る：中間回路電圧は、２つの抵抗９３０および９３１から成る分圧器を介して検出される。コイル９０２による、変圧器へのインダクター９０１の拡張によってさらなる情報が得られる。これによって、ハーフブリッジ回路の、殊に、自由に振動するないしは自身で振動する作動が可能になる。これに加えてシャント抵抗９０３によってランプ電流が検出される。点弧コンデンサ９００、渦巻形パルス発生器１０４および補償コンデンサ４００は、共通のセラミック構成部分として構成されている。従ってこのような構成では、安定器の一部、すなわち点弧コンデンサ９００は、点弧装置内で使用されているセラミック構成部分によって提供される。このような構成は、上述した様式、および図５および６に記載された様式と同様に行われる。セラミック構成部材は、接続端子１０９’、１０５、１０６、１０７および１０８’を有している。内部に位置する接続端子はここで、側方で、コイルから引き出される。接続された電気導体の接続を、コイル内のビアを介して、または電気導体の側方で引き出された接続端子を介して行うことができる。

上述した実施形態の他に、点弧コンデンサ（９００）および渦巻形パルス発生器（１０４）をセラミック構成素子内で構成することも可能である。同じように、点弧コンデンサ（９００）、渦巻形パルス発生器（１０４）並びにコンデンサ（８００）の構成を、補助電極を有するランプの場合に、補助電極に対して直列に行うことが可能である。

本発明の点弧装置は有利には、自動車用ヘッドライトに対する光源として設けられる、高圧放電ランプ、例えばハロゲン金属蒸発高圧放電ランプの口金内に収容される。図１、３および４に示されたこのようなハロゲン金属蒸発高圧放電ランプは、例えばＥＰ０９７５００７Ａ１号に開示されており、図２および８に示された点弧装置に対する点弧補助電極を有するこの種のハロゲン金属蒸気高圧放電ランプは例えばＷＯ９８／１８２９７Ａ１号に記載されている。渦巻形パルス発生器１０４ないし５０１の内径は有利には、上述の公開文献内で開示されたハロゲン金属蒸気高圧放電ランプの放電容器または外球の外径よりも大きい。これによって、渦巻形パルス発生器１０４をハロゲン金属蒸気高圧放電ランプの口金内に省スペースに配置することが可能になり、渦巻形パルス発生器１０４は、外球のまたはないしは放電容器の、ランプ口金内に突出している終端部を環状に取り囲む。本発明の点弧装置は特に有利には、このようなハロゲン金属蒸気高圧放電ランプの高周波動作に対して使用可能である。

さらに、本発明の点弧装置は有利には、一般的な照明の光源として用いられる高圧放電ランプ、例えばハロゲン金属蒸気高圧放電ランプまたはナトリウム高圧放電ランプの外球内に収納される。

Claims (11)

1. 放電ランプ（１００）用の点弧装置であって、
   渦巻形パルス発生器（１０４）と、当該渦巻形パルス発生器を充電するための充電電流回路とを有している形式のものにおいて、
   前記充電電流回路内に、充電電流を整流するための手段（１０８）が配置されている、
   ことを特徴とする、放電ランプ用の点弧装置。
2. 前記充電電流を整流するための手段は、少なくとも１つのダイオード（１０８）を含んでいる、請求項２記載の点弧装置。
3. 前記充電電流を整流するための手段は、電圧倍化回路（３０８、３１０、３１１）を含んでいる、請求項１または２記載の点弧装置。
4. 前記渦巻形パルス発生器の高圧出力側（１０７）に対して直列に、または前記渦巻形パルス発生器の入力側（１０５）に対して直列に、少なくとも１つのコンデンサ（４００、８００、９００）が接続されている、請求項１から３までのいずれか１項または複数項記載の点弧装置。
5. 少なくとも１つのコンデンサ（５０２、９００）および前記渦巻形パルス発生器（５０１）は共通の構成部材（５００）として構成されている、請求項４記載の点弧装置。
6. 前記構成部材はセラミック構成部材（５００）として構成されている、請求項５記載の点弧装置。
7. 前記渦巻形パルス発生器（１０４）の、充電回路内に配置されているコンタクト（１０５、１０６）を短絡するため、ないしは前記渦巻形パルス発生器（１０４）を放電するためにスイッチング手段（１１２）が設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の点弧装置。
8. 前記スイッチング手段は閾値スイッチ（１０４）として構成されている、請求項７記載の点弧装置。
9. 前記渦巻形パルス発生器（１０１）のインピーダンスは、前記動作周波数で、前記ランプインピーダンスの値の０．２５倍以上の値を有している、請求項１記載の点弧装置。
10. 放電ランプであって、
    当該放電ランプはランプ口金と、当該ランプ口金内に配置されている、請求項１から９までのいずれか１項または複数項記載の点弧装置とを有している、
    ことを特徴とする放電ランプ。
11. 前記放電ランプはランプ容器を有しており、
    当該ランプ容器は、ランプ口金内に突出しているランプ容器部分を備えており、
    前記渦巻形パルス発生器は、前記ランプ容器部分を取り囲んでいる構成部分として構成されている、請求項１０記載の放電ランプ。

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