JP5069129B2 - 高圧ガス放電ランプ作動用の回路装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、高電圧ガス放電ランプを作動させるための回路装置及び方法に関する。また、本発明は、高電圧ガス放電ランプ及びこの種の回路装置を有するランプユニット、及びそのようなランプユニットを有するヘッドライトに関する。

この種の高圧ガス放電ランプは、基本的に放電管を備えており、一般的に放電管の対向する端部に配置された２つの電極が放電管内部に突出している。放電管の密封部分に配置されたこれらの電極は、入力導体に接続されており、電圧の供給のため、この入力導体を介してランプを回路装置に接続することができる。放電管は、比較的高圧でガス、一般的に不活性ガス又は不活性ガスの混合物で充填されている。この種の高圧ガス放電ランプの典型例は、ＭＰＸＬ（マイクロパワーキセノン）ランプである。この種のランプは、とりわけ車両ヘッドライトに使用される。そのようなランプで点火されるアークは、不活性ガス、及び原則的に水銀，金属ハロゲン化物の混合体のような添加物質を発光させる高温を生成する。放電管は、放電管でのアークの物理過程のために、波長スペクトルの望ましい領域の光に加えて必然的に生成される紫外放射を吸収する目的の外皮によって通常囲まれている。ランプのアークは、一般的に、高電圧のパルスを加えることにより点火される。一般的に放電管に存在するガス圧が高まれば、そのようなランプの光収率はそれだけ高くなる。しかしながら、より高いガス圧の不都合な効果は、より高い絶縁破壊電圧が必要であることであり、すなわち、より高い圧力では、ランプを点火するためにランプの電極により高い電圧を加えなければならない。絶縁破壊電圧は、概して数千ボルトであり、例えば最新世代のガス放電ランプでは、それは２０ｋＶのオーダーである。ランプが点火するとすぐに、「遷移」過程と称されるもので、定常状態モードに切替わらなければならない。遷移中、ランプの電極は、定常状態モードの典型的な温度まで熱せられる。遷移中及び定常状態モードでアークを保持するため、かなり低い電圧が要求される。この場合、電極に加えられるのは、典型的には、遷移で数百ボルトの範囲、定常状態モードで１００ボルト未満の範囲の電圧である。

したがって、まず高圧ガス放電ランプを点火するため、そして、定常状態モードでの作動を妨げないため、特別の回路装置が必要である。この種の回路は、一般的に「点火モジュール」と呼ばれる。

この種の回路装置は、通常、２つの異なる回路又はサブ回路装置を有する。一方で、この種の回路装置は、通常、点火回路装置（以下では単に「点火回路」ともいう）を有し、その目的は高圧ガス放電ランプを点火するために高電圧パルスを生成することである。点火回路には、２つの端子を介して電圧源ユニット（通常「安定器」ともいう）に接続することができるコンデンサが設けられる。例えばスパークギャップ又はサイリスタのようなスイッチング要素を介して、このコンデンサは変圧器の一次巻線に接続される。すなわち、一次巻線へのコンデンサの接続は、関連するスイッチング要素によりある箇所で開路する。

また、回路装置は、通常、高圧ガス放電ランプの遷移及び定常状態モードで使用されるランプ回路装置（以下では単に「ランプ回路」ともいう）を有する。このランプ回路では、高圧ガス放電ランプは、一端側が変圧器の二次巻線を介して、安定器との接続のための端子に接続され、他端側が戻り導体と称されるものを介して、安定器との接続のための第２端子に接続される。すなわち、高圧変圧器の二次巻線は、高圧ガス放電ランプと直列接続される。かくして、高圧ガス放電ランプ及び高電圧源（変圧器の二次巻線）は、直列接続され、安定器に接続される。このため、この種の回路装置は、「直列点火モジュール」又は「直列点火装置」と呼ばれる。このランプ回路を介して、高圧ガス放電ランプには安定器により定常状態モードで必要な作動電圧が供給され、この場合、変圧器の二次巻線は単に低抵抗且つ低インダクタンスのある長さの導体とみなすことができる。巻線は、この作動モードではなんら特別な機能を果たさない。

高圧ガス放電ランプの点火は、以下のステップで起こる。点火回路のコンデンサは、スイッチング要素により変圧器の一次巻線と並列接続されており、まず安定器により充電される。この場合、スイッチング要素は、そこに特有な電圧を超えると導通するように切換わることができるが、安定器が適当な設計であれば、所与の時間で導通するように切換わるように制御することができる。したがって、本例では、それを超えるとスイッチング要素が導通するように切換わる切換電圧が、安定器により予め設定される。コンデンサで所与の電圧に達するとすぐに、コンデンサは、スイッチング要素を通して高電圧変圧器の一次巻線に放電する。ランプ回路での変圧器の一次巻線へのコンデンサの放電は、所望の高電圧パルスを生成し、そしてこれがランプを点火する。ランプで絶縁破壊が起こるとすぐに、ランプは、定常状態モードに切替わるように、変圧器の二次巻線を通って、戻し導体を介して安定器によって電気エネルギーが供給される。定常状態モードでは、点火回路及び関連する部品は、ランプを再び励起しなければならなくなるまで、さらなる機能を果たさない。この種の回路の一例が、米国特許第５，９８６，４１３号公報に記載されている。

しかしながら、この種の設計の問題は、回路装置での極端に早い高電位差の変化のため、継続時間が数ナノ秒しかなく、大きさが数百ボルトの遷移パルスが発生することである。この場合、電圧が点火モジュールの端子で１０００ボルト超まで達する。また、この遷移パルスは、通常「グリッチ」と呼ばれる。この種のグリッチパルスは、安定器の方向に接続ラインに沿って伝播し、安定器又はその部品を破損または完全に破壊さえする可能性がある。この問題は、特にランプが低温起動するときに発生する。

本発明の目的は、点火中に発生する高電位差の早い変化により生じる、回路装置と連絡し又はその近辺に配置された他の電気部品が破壊されるおそれ、特に安定器が破壊されるおそれを顕著に低減又は大きく防止するように、冒頭の段落で特定される回路装置及び方法をさらに改良することである。

この目的は、請求項１の回路装置及び請求項１０の方法により達成される。

このため、高圧ガス放電ランプは、二次巻線（低電位側）と反対側で、すなわち高電圧変圧器の二次巻線に接続されていない電極に、インダクタンスが２０μＨ以下の空芯インダクタ又はロッドコアインダクタの形で誘導要素が接続される。

以下でより詳細に説明するように、グリッチパルスのパラメータは、回路装置内、又は回路装置と周囲との間の或る寄生キャパシタンスに顕著に依存することが費用の掛かる多くの研究で分かった。また、この場合、驚くことに、電圧源ユニットへの任意の破損を確実に防止するように、インダクタンスがほぼ２０μＨ以下の簡単な空芯インダクタ又はロッドコアインダクタで、グリッチパルスが顕著に低減されることが分かった。誘導要素が空芯インダクタ又はロッドコアインダクタであるので、かなり大電流でもこの種の誘導要素が飽和しないことが保証される。大電流での飽和特性により、閉磁路を有する誘導要素、例えばトロイダルコアインダクタ又はフェライトビーズは、他方でグリッチパルスの作用に対して安定器を保護する上述の目的のため、限られた適合性のみを有することが分かっている。本発明のため「空芯インダクタ」が意味するのは、磁性材料でなく、単に空気、又は例えば誘電性充填物で絶縁耐力を増大するため他の誘電体で充填されたインダクタである。

また、２０μＨより大きなインダクタンスを有する誘導要素を使用すると、高圧ガス放電ランプと空芯又はロッドコアインダクタとの間の導体の高電位は、十分に早く減衰せず、かくして、点火直後に高電位である高圧ガス放電ランプの戻し導体と、ランプ周囲の他の部品との間のフラッシュオーバーの可能性が増大し、そしてこのフラッシュオーバーは、自動車のヘッドライトの反射器のコーティングの破損及びそのヘッドライトシステムでの他の望ましくない光学効果を生じることが分かった。

各従属項は、本発明の特に有利な実施形態及び改変に対応する。また、高圧ガス放電ランプの作動のための方法は、特に、回路装置の従属項で特定される手法と同様の手法で実現化することができる。

誘導要素のインダクタンスはほぼ５μＨ未満が特に好ましく、さらに好ましくは１μＨである。５μＨ未満のインダクタンス、特に１μＨのインダクタンスを有する空芯又はロッドコアインダクタでさえ、安定器への破損を十分に排除することができるようにグリッチパルスを十分に低減、すなわち改良することが、一連の多数の試験で分かった。一方、戻し導体でのこのような低インダクタンスにより、ランプで発生する電位が非常に速く減少し、かくして、戻し導体と周囲部品との間のフラッシュオーバーを確実に防止することができる。

誘導要素として特に好ましいのは、高周波フェライトのロッドコアを有するロッドコアインダクタである。なぜなら、この種の誘導要素は、効率に関して最適であり、かくして、小さな構造上の外寸のインダクタを使用することができる。

基本的に、ランプ回路及び点火回路−共用高電圧変圧器を別として−は、安定器への接続のための端子を有する２つの分離した回路であってもよい。原則的に、分離した安定器を各回路に備えることが可能である。しかしながら、回路装置が安定器への接続のための３つのみの端子を有し、この場合、点火回路装置を形成するときに、第１端子がコンデンサと、変圧器の一次巻線とに接続され、第２端子がコンデンサの他の端子と、スイッチング要素を介して一次巻線の他の端子とに接続されるような形式であることが特に好ましい。ランプ回路装置を形成するとき、第１端子は、変圧器の二次巻線を介して、高圧ガス放電ランプの一端側、すなわち第１端子に接続され、高圧ガス放電ランプは、他端側で、すなわち第２端子により前記誘導要素を介して第３端子に接続される。この設計は、分離した回路を有する設計よりも省スペースであり、特により少ない端子で済む。

使用される回路装置が計４つの端子を有する２つの分離した回路を有するか、又は、３つのみの端子を有する上述の好ましい回路装置であるかにかかわらず、好ましい実施形態では、ランプ回路の端子は、例えばツェナーダイオード、特にトランシルダイオードのような、高電圧で導通する電圧制限要素を介して互いに接続される。この電圧制限要素は、点火後にできるだけ素早くランプ回路の端子間の高電圧を低減するのに役立ち、かくして、安定器の破損のおそれを低減するのに役立つ。改変例として、トランシル又はツェナーダイオードの代わりにこの目的に使用できるのは、例えば数百ｐＦから数ｎＦのキャパシタンスを有するコンデンサのような適当な容量性要素である。

原則的に、本発明による回路装置は、高圧ガス放電ランプから分離して構成することができ、且つ、高圧ガス放電ランプが脱着可能に接続された適当な端子を有することができる。これは、高圧ガス放電ランプを回路装置から分離して交換することができることを意味している。

しかしながら、特に好ましくは、高圧ガス放電ランプは、回路装置と共に、一つの完全なユニットとして、例えば自動車のヘッドライトに適用することができ、且つ、共用部品として交換することができるランプユニットを形成することができる。この場合、回路装置の大部分は、好ましくは高圧ガス放電ランプのベースハウジングに組み込まれる。

また、この種のランプユニットは、通常、「点火モジュール内蔵ランプ」と呼ばれる。また、この場合、本発明により使用される誘導要素は、好ましくはベースハウジングに配置される。他の完全に可能な変形では、誘導要素は、ベースハウジングと離間して配置された高圧ガス放電ランプの電極から、回路装置の他の部品が配置されたベースハウジングに戻る戻し導体に直接組み込まれる。

本発明のこのような特性及び他の特性は、以下に記載された実施形態から明らかであり、これを参照することにより明らかとなるであろう。同じ部品は、図面において同じ参照番号で特定される。

図１に示された本発明による実施形態の回路１は、点火回路３及びランプ回路４の配置であり、それぞれ２つの端子ａ₃，ａ₄と、端子ａ₁，ａ₂を有している。これは、一次巻線Ｔ_Pが点火回路３に配置され二次巻線Ｔ_Sがランプ回路４に配置された変圧器Ｔを別にすると、図１の外側の回路であるランプ回路４及び内側の回路である点火回路３は、互いに完全に分離されている。したがって、この配置は、いくぶん複雑でなく、図２に示された配置よりも理解し易い。

端子ａ₁，ａ₂，ａ₃，ａ₄を介して、ランプ回路４と点火回路３は、それぞれ安定器５と接続されている。安定器５は、図１及び図２では概略構成でのみ示されている。安定器５と高圧ガス放電ランプ２との間に接続された回路装置１は、通常、「点火モジュール」と呼ばれる。

図１のランプ回路４は、基本的に、直列接続された高圧変圧器Ｔの二次巻線Ｔ_S及び高圧ガス放電ランプ２と、二次巻線Ｔ_Sと反対側で高圧ガス放電ランプ２に接続された誘導要素Ｌとを有する。本発明によれば、誘導要素Ｌは、インダクタンスが２０μＨ以下の空芯インダクタ又はロッドコアインダクタである。また、ランプ回路４の端子ａ₁，ａ₂は、トランシルダイオードＤによって接続されている。上述のように、数百ｐＦから数ｎＦのキャパシタンスを有するコンデンサを、トランシルダイオードの代わりに用いてもよい。

点火回路３の端子ａ₃，ａ₄には、初めにコンデンサＣが接続されている。これと抵抗Ｒが並列接続されている。コンデンサＣは、その一端が変圧器Ｔの一次巻線Ｔ_Pの第１端に直接接続されている。コンデンサＣは、その他端がスイッチング要素（この場合はスパークギャップＳＧ）を介して一次巻線Ｔ_Pの第２端に接続されている。かくして、スパークギャップＳＧにより生起される開路（ブレーク）は別として、コンデンサＣは、ある意味で変圧器Ｔの一次巻線Ｔ_Pと並列接続されている。

図２は、３つの端子ｘ₁，ｘ₂，ｘ₃のみが両回路、すなわち点火回路とランプ回路に必要な別の配置を示す。以下で基本とされるのは、原則的に、本発明を限定することなく、図２に示された点火モジュールのための配置である。

この場合、端子ｘ₁とｘ₄の間には、コンデンサＣと、これと並列に配置された抵抗Ｒと、高圧変圧器Ｔの一次巻線Ｔ_Pとによって、図１に示した配置と実質的に同様に点火回路３が形成されており、一次巻線Ｔ_Pは、上述の初めの２つの部品と並列接続され、コンデンサＣは、スパークギャップＳＧを介して一次巻線Ｔ_Pと接続されている。

しかしながら、第１端子ｘ₁は、同時に、変圧器Ｔの二次巻線Ｔ_Sにも接続されており、これは、一方で高圧ガス放電ランプ２と、本発明により選択された誘導要素Ｌとも直列接続され、ランプ回路３を形成している。他端側で、誘導要素Ｌは、ランプ２と離れた方向を向く端子によって端子ｘ₂に接続されている。この直列点火モジュールの端子ｘ₁，ｘ₂，ｘ₄は、順に安定器５に接続されている。

また、図２には、点火モジュールの筐体及び／又はＥＭＣシールドＳ（EMC=electromagnetic compatibility）が示されており、これは、接地電位Ｍにあり、点火モジュールとランプ２の両方を取り囲んでいる。一般に、接地電位の筐体は、図１に示した実施形態にも存在する。

この種の点火モジュールとランプを有するランプユニット（点火モジュール内蔵ランプ）の機械的構造が、図３に概略形式で示されている。ここでは、基本的に、放電管７を形成する内側外皮を有し、この中に２つの電極８，９が両端から突出した、高圧ガス放電ランプ２が見て取れる。ランプ２が点火するとき、電極８，９間にスパークが発生し、そして、これらの間にアークが発達する。放電管７には、比較的高圧で、通常、不活性ガスと、金属ハロゲン化物及び水銀の混合体とを含む混合体が配置されている。（さらに、水銀を使わないランプもある。）放電管７は、とりわけ、必要な光放射に加えて生成されるＵＶ放射に対するスクリーンとして用いられる外側外皮６により取り囲まれている。外側外皮６と放電管７との間の空間は、好ましくは排気され、又は、低圧又は通常周囲圧力で空気又は他のガスまたはガスの混合体、例えば不活性ガスの混合体が充填されている。

環状取付部１２を用いて、高圧ガス放電ランプ２は、外側外皮６によりベースハウジング１３に組み込まれたベースに保持されている。また、回路装置１の部品は、このベースハウジング１３に配置されている。ランプのベースは、接地された金属シールドによって取り囲まれている。ベースハウジング１３のコネクタ１４を介して、点火モジュール１は、安定器に接続される（安定器は図３には図示されていない）。

ベースに近接した端部に配置されたランプ２の電極８は、図２に示したように、導体を介して、ベースハウジング１３に配置された二次巻線Ｔ_Sに接続されている。ベースと離れた端部に配置された電極９は、好ましくはセラミック材料の電気的絶縁チューブ１１を通ってベースに戻る戻り導体１０に接続されている。ベースハウジング１３では、戻り導体１０は、図２に示すように、２０μＨ以下のインダクタンスを有する空芯インダクタ又はロッドコアインダクタの形式の誘導要素Ｌを介して、端子ｘ₂に接続されている。また、誘導要素Ｌは、戻り導体１０の間で任意の望ましい位置に配置することができる。具体的には、誘導要素Ｌが十分に小さければ、誘導要素Ｌをベース外でセラミックアウタスリーブ１１（図３参照）内に配置することができる。これは、例えば、誘導要素Ｌが５μＨより小さいインダクタンスを有する小さなフェライトロッドコアインダクタであれば可能である。

図２に示した直列点火装置が本発明による回路装置の好ましい配置であるので、この回路装置の動作及びこれと共に存在する問題、又はむしろ本発明にしたがってこれらの問題を克服するのに使用される誘導要素Ｌの効果を、図２に示した直列点火装置を参照して説明する。また、以下では、高圧ガス放電ランプ２が、好ましく使用されるＭＰＸＬランプであることをベースとする。しかしながら、以下の説明では、図１に示されたような配置又は類似する配置に対しても同様に適用され、また、他のタイプの高圧ガス放電ランプにも適用される。

ランプ２を点火するため、点火回路３の端子ｘ₁及びｘ₄を介して、まずコンデンサＣが充電される。スパークギャップＳＧは、ほぼ８００ボルトで導電するように寸法決めされている。この結果、ほぼ８００ボルトまで充電されたコンデンサＣは、スパークギャップＳＧを横切って変圧器Ｔの一次巻線Ｔ_Pに放電する。かくして、２０ｋＶオーダーの高電圧が変圧器の二次巻線Ｔ_Sに生成され、そして、この高電圧が点火前に変圧器Ｔとランプ２との間の高電圧パスに現われる。ランプ２の他方の側は、誘導要素Ｌによってランプ回路の端子ｘ₂に接続されており、点火前にはこれはかなり低電圧である。

一般的に、ランプは点火パルスによって起動される。ランプ２がうまく起動しないとき、点火回路３のコンデンサＣは、さらなる点火パルスでランプを起動することができるように再充電される。所望の絶縁破壊が放電管７で発生するとすぐに、ランプ２自体は比較的低抵抗な抵抗とみなすことができる。そして、ランプ２には、ランプ回路４を介して、その駆動設計での通常の作動電圧、例えば数十ボルトと数百ボルトの間の方形波電圧が供給される。例えば、それぞれ公称電圧の半分の電圧を、端子ｘ₁とｘ₂に供給することができる。数百ボルトまでの任意の所望の電圧を、点火回路３の第２端子ｘ₄に供給することができる。単に、この電圧はスパークギャップＳＧを導通させるのに十分高くなくてもよい。多くの安定器では、この端子は浮遊電位にある。点火モジュールの抵抗Ｒは、一般的には高抵抗であるが、コンデンサＣからのあり得る残留電荷を抑制するため、安全の理由で回路に配置されており、かくして端子ｘ₁に現われる電位に概略相当する電位を端子ｘ₄で維持し、さらなる好ましくない点火パルスの発生を防止する。

この配置の問題は、高圧ガス放電ランプ２が点火されるとき、ほぼ２０ｋＶから数百ボルト未満の値への電位の非常に速い変化の結果として、１ｎｓ未満の立ち上がり時間，たった数ｎｓの継続時間，１０００ボルト以上の大きさを有する非常に速く且つ高い過渡的パルスが、変圧器Ｔの二次巻線Ｔ_Sとランプ２との間の高電圧ラインに発生し、これにより過渡的パルスが端子ｘ₁，ｘ₂，ｘ₄を介して安定器５に進み、そこで破損や破壊を引き起こすことである。この場合、端子ｘ₂が最も影響を受ける。グリッチパルスと呼ばれるこのパルスの正確な原因をはっきりさせ、且つ、グリッチパルスのパラメータの作用の仕方をはっきりさせるため、幅広い範囲の異なる測定が行われ、この過程で以下の依存関係があることが分かった。

回路装置１の基本的作用を決定する図２に示した部品を別として、常に、ある状況下で回路１の振る舞いに影響を与える複数の不可避な寄生成分がある。そのような寄生成分の大半が重大な役割を果たさない。なぜなら、それらの値が低く無視することができるからである。しかしながら、それでもやはりいくつかの寄生成分はグリッチパルスを生成する原因である。この場合、グリッチパルスが生じるメカニズムは、以下のとおりである。

既に上述のように、ＭＰＸＬランプ２は、変圧器の二次巻線で誘起された高電圧パルスによって点火される。高電圧パルスの立ち上がり時間は、数十ナノ秒と数百ナノ秒との間の範囲である。一般的に、問題の高電圧パルスは正極性を有する。しかしながら、これは駆動回路及び変圧器Ｔの設計による。電圧が２０ｋＶオーダーの絶縁破壊値に一旦達すると、所望の絶縁破壊がランプで発生し、ランプが点火する。

高圧ガス放電ランプ２の点火過程中、ランプの抵抗は、ほとんど無限大の値から比較的低い値に数ナノ秒内で変化する。この結果、二次巻線Ｔ_Sとランプ２との間の高電圧ラインの電位は、ほぼ２０ｋＶから１００Ｖ未満の値に非常に速く減衰する。点火を生成した高電圧パルスが減衰する時間は、ランプ２での絶縁破壊過程によって決定され、数ナノ秒の時間となる。そして、二次巻線Ｔ_Sとランプ２との間の高電圧ライン（図２参照）でのｄＵ／ｄｔ値は、２０ｋＶ／２ｎｓ＝１０¹³ボルト／秒のオーダーを有する。高電圧ラインと点火モジュール及びシールドの他の部品との間の寄生キャパシタンスは、この結果、非常に速く放電され、安定器５への接続ライン、特にランプ２から端子ｘ₂への戻り導体１０に比較的大電流を生成する。上記過程によって生じる過電流又は過電圧のパラメータは、とりわけ、関係する特定の接続ラインのインピーダンスに依存する。

特別の実験で、基本的に２つの寄生キャパシタンスが、グリッチパルスを生成するのに主要な役割を果たすことが分かった。第１のキャパシタンスは、図４にコンデンサＣＰ₁として示されており、二次巻線Ｔ_Sからランプ２への高電圧ラインと点火モジュールの遮蔽ハウジング又は周囲のグランドＳとの間に位置する。この寄生コンデンサＣＰ₁は、点火作動前に、点火パルスによってランプの点火電圧まで充電される。一旦ランプで絶縁破壊が起こると、ランプ２自体が回路１で比較的低抵抗とみなされる。そして、高電位に充電されるコンデンサＣＰ₁の正極充電側が、ランプ２によって回路装置の他の部品に接続される。端子ｘ₁，ｘ₂，ｘ₄の方向、結局、安定器５の方向に伝播可能な、コンデンサＣＰ₁によって生成されるグリッチパルスの可能な方向が、図４に矢印で示されている。この場合、負荷は端子ｘ₄で最も大きい。このキャパシタンスの存在は、実験で実証された。実験では、高電位に急速に充電されるはずであった疑いがある箇所で点火モジュール及びランプが追加的な遮蔽によって覆われた。追加的な遮蔽は、通常の遮蔽Ｓから電気的に絶縁され、戻り導体に接続され、追加的な遮蔽が通常の遮蔽Ｓの下に位置された。この処置は、グリッチパルスの大きさをかなり低減し、グリッチパルスの極性が、変更前は端子ｘ₁，ｘ₂で同じであり、変更後は変わった。これから、点火モジュールの配置に第２の寄生キャパシタンスが存在することが結論付けられる。

主にグリッチパルスの原因である第２の寄生キャパシタンスは、二次巻線Ｔ_S自体のキャパシタンスである。このキャパシタンスは、図４ｂに二次巻線Ｔ_Sと並列であるコンデンサＣＰ₂として示されている。このコンデンサＣＰ₂は、同様に、点火パルスの立ち上がり中に、点火パルスの絶縁破壊電圧まで充電される。また、ランプ２での絶縁破壊後、このコンデンサＣＰ₂の正極充電側は、ランプ２の戻り導体１０（図３）に接続される。寄生コンデンサＣＰ₂の負極充電側は（点火パルスが正極の一つであるとき、さもなければコンデンサのこの側が正電位であるとき）、端子ｘ₁と直接接続され、コンデンサＣ，一次巻線Ｔ_P及びスパークギャップＳＧによって端子ｘ₄と間接的に接続される。この寄生コンデンサＣＰ₂からのエネルギーの一部は、トランシルダイオードＤによって吸収される。このキャパシタンスの存在は、トランシルダイオードＤが取り除かれた実験で実証された。その結果、グリッチパルスのかなりの大きさの増大が、点火モジュールのすべての端子で観測された。端子ｘ₁及びｘ₄でのパルスの極性は、端子ｘ₂での極性と逆である。

実際のグリッチパルスは、２つの寄生コンデンサＣＰ₁，ＣＰ₂の効果の重ね合わせの結果として発生し、負荷が端子ｘ₂で最も大きくなる。端子ｘ₁，ｘ₄で測定されたパルスは、より低い電流及び電圧のピーク値を有する。このことは、図６ａから分かる。図６ａは、安定器５とＭＰＬＸランプ２との間の５０ｍ長の５０Ω同軸接続ケーブルでのグリッチパルスのオシロスコープ波形を示しており、同軸接続ケーブルには、本発明により選択された誘導要素Ｌの代わりに回路装置に配置されたほぼ２０μＨのインダクタンスを有する標準トロイダルコアのフェライトインダクタがランプ２からほぼ２０ｃｍ離れた箇所に配設されている。この種のトロイダルコアのフェライトインダクタは、ランプの定常状態作動中、電磁障害を低減するために使用される。また、これは、通常ＥＭＣ特性を改善するために戻り導体に配置されるこの種の標準トロイダルコアのフェライトインダクタが、その飽和特性のため、グリッチパルスの問題を回避するのに適当でないことを明確に示している。図６ａから特に分かることは、最も大きく負荷がかかっている端子ｘ₂での電圧値が高レベルに達することである。この箇所の電圧は、短期間のうちに１０００ボルトを容易に超えることが可能である。

また、２つの寄生キャパシタンスの大きさの合計を、インピーダンスアナライザで見積もった。このため、回路１の端子ｘ₁，ｘ₂及びｘ₄は、５０Ω抵抗でランプシールドと接続された。変圧器Ｔの二次巻線Ｔ_Sの高電圧端子とシールドＳとの間のインピーダンスは、ランプ２を取外して測定した。５００ＭＨｚまでの周波数範囲におけるインピーダンス測定の結果が、図５に示されている。直線は、理想的な６ｐＦのコンデンサのインピーダンスを表している。この測定は、点火回路装置１の寄生キャパシタンスの合計が６ｐＦのオーダーを有することを示している。この６ｐＦのキャパシタンスは、潜在的な１０¹³ボルト／秒の非常に速い変化と連動して、数十アンペアオーダーの電流パルスを発生することができる。

グリッチパルスが安定器５に示す潜在的なリスクは、この場合、最大電流又は最大電圧によるだけでなく、非常に重要な程度まで、パルスの電流における増加の値ｄＩ／ｄｔ、すなわち特に立ち上がりエッジの形状による。

回路にインダクタンスＬ_iを有する誘導要素Ｌを使用することにより（総障害キャパシタンスＣ_Pを考慮に入れると）、高速なグリッチパルスの代わりに発生するのが、半周期

の共振振動であることを保証することができる。
そして、点火電圧Ｕに対して、

の大きさの最大電流が発生する。これが意味するのは、本発明による誘導要素の導入の結果、パルスが安定器に対するどのような悪影響も有しないように、グリッチパルスの立ち上がりエッジ及び大きさを制御することができ、振動が元のグリッチパルスよりも遅く、特に緩やかな立ち上がりエッジを有することを保証することである。

測定された６ｐＦを寄生キャパシタンスＣ_Pとし、Ｕ＝２０ｋＶを点火電圧とすると、これから、インダクタンスＬ_i＝２０μＨを有する誘導要素Ｌで、元のグリッチパルスの値よりかなり低いほぼ３５ｎｓの半周期とほぼ１１Ａの電流を有するパルスが得られることが導かれる。図６ｂは、このための比較の測定を示しており、本発明により、誘導要素Ｌとして２０μＨのインダクタンスを有するフェライトロッドコアインダクタを使用した。この場合、図６ａとの比較は、グリッチパルスをほとんど識別することができないことを示している。

図６ｃは、比較目的のさらなる測定を示しており、２．７μＨのインダクタンスを有するフェライトロッドコアインダクタを使用した。この図は、この手段によってさえ、グリッチパルスが既にかなり重要でなくなったことを明確に示している。グリッチパルスの代わりに発生する振動の立ち上がりエッジは、実質的により浅い傾斜を有する。

駆動回路を、ランプ回路での共振振動が５−１０ｎｓの半周期を有しもはや安定器を機能させなくすることがないように設計することができ、これは、たとえ１μＨの空芯インダクタ又はロッドコアインダクタでも誘導要素Ｌとして容易に使用することができることを意味する。好ましくは、誘導要素の誘導性は、ほぼ０．１μＨより大きいとよい。

１μＨのインダクタンスを有するインダクタでの５−１０ｎｓのより速い減衰時間は、２０μＨの空芯インダクタ又はロッドコアインダクタを使用したときの３５ｎｓと比較して、戻り導体からランプの周囲にある部品へのフラッシュオーバー及び他の高電圧効果の可能性の劇的な減少があるという顕著な利点を有する。したがって、５μＨより小さいインダクタンスを有する誘導要素の使用は、安定器とランプの周囲に配置された他の部品がグリッチパルスによって破壊されず又は破損されないことを保証するという理想的な妥協である。

しかしながら、この場合、空芯インダクタ又はロッドコアインダクタのいずれかが使用されることが必要である。通常、フェライトの小さな閉磁路を有するコンパクトな形状の標準的トロイダルコアインダクタは、大電流で飽和する。これが起こるとトロイダルコアインダクタは誘導特性を失い、これは、そのようなインダクタのフィルタ特性が非常に低減されることを意味する。

最後に、図面及び詳細な説明に実際に示され記載された回路及び方法は、単なる例示の実施形態であり、本発明の範囲を逸脱することなく当業者によって広範な範囲で変形することができることを再び指摘しておく。特に、本発明によりグリッチパルスを防止するために選択されたインダクタだけでなく、１つ又はそれ以上のさらなるトロイダルコアインダクタを使用することも可能であり、これらのインダクタは、例えばＥＭＣ特性を改善するために追加して用いることができる。これらさらなるインダクタが飽和するといけないので、これらは、特に２０μＨより大きいインダクタンスを有する。なぜなら、飽和特性によりこれらインダクタがグリッチパルスにどのような効果も有しなくなるからである。

完全を期すため、不確定な単数表示の使用が、複数存在する関連特性の可能性を排除するものではないことを指摘すべきであろう。

分離した点火回路とランプ回路を有する本発明による第１実施形態のランプ装置の簡略化した回路ダイヤグラムである。 少ない数の端子を有する本発明による第２実施形態の簡略化した回路ダイヤグラムである。 高圧ガス放電ランプのベースハウジングに組み込まれた本発明による高圧ガス放電ランプ及び回路装置を有するランプユニットの簡略化した説明図である。 図２の回路装置における回路装置と周囲接地との間の寄生キャパシタンス、及びグリッチパルスの伝播の概略説明図である。 図２の回路装置における変圧器の二次巻線と並列な寄生キャパシタンス、及びグリッチパルスの伝播の概略説明図である。 図２に示した回路装置での周波数に応じたインピーダンスの測定結果を示すグラフである。 図２に示した回路装置と類似する従来の回路装置の端子で発生するグリッチパルスのオシロスコープトレースである。 本発明により図２に示すように２０μＨのロッドコアインダクタで回路装置を改変後の図６ａとの比較のための測定を示すグラフである。 本発明により図２に示すように２．７μＨのロッドコアインダクタで回路装置を改変後の図６ａとの比較のための測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 点火回路装置
２ 高圧ガス放電ランプ
３ 点火回路
４ ランプ回路
５ 安定器
７ 放電管
８，９ 電極
１０ 戻り導体
１１ セラミックアウタスリーブ
１３ ベースハウジング
Ｃ コンデンサ
ＣＰ₁，ＣＰ₂ 寄生コンデンサ
Ｄ トランシルダイオード
Ｌ 誘導要素
ＳＧ スパークギャップ
Ｔ 高圧変圧器
Ｔ_P 一次巻線
Ｔ_S 二次巻線
ａ₁，ａ₂，ａ₃，ａ₄ 端子
ｘ₁，ｘ₂，ｘ₄ 端子

Claims (13)

1. 高圧ガス放電ランプを作動させるための回路装置であって、
   スイッチング要素を用いて変圧器の一次巻線と並列接続され、２つの端子を介して電圧源装置に接続可能なコンデンサ、を有する点火回路装置と、
   高圧ガス放電ランプの一端側が変圧器の二次巻線を介して電圧源装置との接続のための端子に接続され、他端側が誘導要素を介して電圧源装置との接続のためのもう１つの端子に接続されたランプ回路装置と、を有し、
   誘導要素が、電圧源装置に負荷を与える過渡的パルスを低減するため、２０μＨ以下のインダクタンスを有する空芯インダクタ又はロッドコアインダクタで構成されている、回路装置。
2. 誘導要素のインダクタンスが、ほぼ５μＨより小さく、好ましくはほぼ１μＨであることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
3. 誘導要素が、高周波フェライトのロッドコアを有するロッドコアインダクタにより構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回路装置。
4. 電圧源装置との接続のための３つの端子を有し、
   点火回路装置の構成では、第１端子がコンデンサと、これと並列な変圧器の一次巻線とに接続され、第２端子がコンデンサと、スイッチング要素を介してコンデンサと並列な一次巻線とに接続され、
   ランプ回路装置の構成では、第１端子が変圧器の二次巻線を介して高圧ガス放電ランプの一端側に接続され、高圧ガス放電ランプの他端側が誘導要素を介して第３端子と接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回路装置。
5. ランプ回路装置の端子は、電圧制限要素を介して互いに接続されており、
   前記電圧制限要素は、ツェナーダイオード，及び容量性要素のいずれかからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回路装置。
6. 前記誘導要素のインダクタンスは、前記ランプの作動中の総障害キャパシタンスに基づいて選択されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回路装置。
7. 前記総障害キャパシタンスは、
   前記二次巻線から前記ランプへの高電圧ラインと前記点火回路装置のシールド又はグランドとの間の第１の寄生キャパシタンスと、
   前記二次巻線と並列な第２の寄生キャパシタンスと、を備えることを特徴とする請求項６に記載の回路装置。
8. 前記スイッチング要素が、スパークギャップからなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回路装置。
9. 高圧ガス放電ランプと、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の回路装置と、を有するランプユニット。
10. 回路装置の大部分が高圧ガス放電ランプのベースハウジングに組み込まれていることを特徴とする請求項９に記載のランプユニット。
11. 誘導要素が、ベースハウジングと離間して配置された高圧ガス放電ランプの電極からベースハウジングまで延びる戻り導体に組み込まれていることを特徴とする請求項９又は１０に記載のランプユニット。
12. 請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のランプユニットを有するヘッドライト。
13. 高圧ガス放電ランプを作動させる方法であって、
    定常状態では、高圧ガス放電ランプが変圧器の二次巻線と直列接続されたランプ回路装置を介して、所与の作動電圧を電圧源装置により高圧ガス放電ランプに供給し、
    高圧ガス放電ランプを点火するため、点火回路装置を構成するためにスイッチング要素を介して変圧器の一次巻線と並列接続され且つ電圧源装置に接続されたコンデンサを、充電して高電圧パルスを二次巻線に誘起し、
    ランプ回路装置内で変圧器の二次巻線及び高圧ガス放電ランプと直列接続され、高圧ガス放電ランプに二次巻線と反対側で接続され、且つ、２０μＨ以下のインダクタンスを有する空芯インダクタ又はロッドコアインダクタにより、電圧源装置に負荷を与える過渡的パルスを低減する、方法。

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