JPH01276594A - 放電負荷用電源装置のトリガ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、放電負荷用電源装置のトリガ回路に係り、
特に放電ランプやアーク放電負荷等の始動時に高電圧パ
ルスを必要とする放電負荷用電源装置のトリガ回路に関
する。

〔従来の技術〕

従来、放電ランプの電源装置として、第５図に示すよう
に構成したものが一般的に知られている。この電源装置
において、参照符号３はトリガ回路の直流電源（以下、
トリガ電源と称する）を示し、このトリガ回路は充電抵
抗器３１を介してコンデンサ３２を充電するよう構成さ
れている。この場合、コンデンサ３２が充分に充電され
た状態において、サイリスタ３６のゲートにパルスを加
えてこれをオン動作させ、トランス３０（以下、ｊ・リ
カ１〜ランスと称する）の１次側コイル３３に電圧パル
スを誘起して、トリガ１−ランス３５の２次側コイル３
４に巻線比に応じたさらに高い電圧パルスを発生するよ
う構成する。この高電圧パルスすなわちトリガパルスは
、ダイオード３７を介して放電ランプ４に印加され、ラ
ング４は放電を開始する。そこで、トリガトランス３０
の２次側コイルに発生するトリガパルスは、その後必ず
負に反転するので、ダイオード３７により負電圧方向に
電流が流れるのを阻止するとともに、第２の直流電源２
（以下、シンマ電源と称する）と限流抵抗器２１および
ダイオード２２を直列接続してなるシンマ回路により、
放電を維持するための電流を供給するよう構成する。す
なわち、このシンマ回路はトリガ電圧に代えてシンマな
源により放電ランプ４の放電を維持する。

このようにして放電ランプ４を励起した後、電源装置は
、高耐圧スィッチ１２を閉じるとともに主スィッチ素子
１１をオン・オフ動作することにより、主電源１から放
電ランプ４への大電流供給を制御することができる。従
って、放電ランプ４を自由に点滅することが可能となる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述した従来の放電ランプ用電源装置の
トリガ回路構成によれば、シンマ回路にはトリガトラン
ス３０の２次コイル３４に発生する高電圧のトリガパル
スが、ダイオード３７を介して印加されるので、シンマ
回路を保護しなければならない。このなめ、数十ＫＶに
も及ぶ高耐圧の高価なダイオード２２が必要である。ま
た、同様に主スィッチ素子１１も高電圧のトリガパルス
から保護するなめに、真空スイッチ等の数十ＫＶにも及
ぶ高耐圧スィッチ１２が必要であり、高価なものとなる
難点がある。

さらに、シンマ回路の電源電圧は、トリガパルス発生後
に必ず生じる負の反転パルスに対しても充分抗して確実
に放電を維持し得るよう高電圧値か必要であり、このた
め電力損失も大きい。すなわち、高電圧によりわずかな
放電維持電流を保持するなめに、原流抵抗器２１は電圧
降下が大きくしかも大電力消費が可能な大きな寸法のも
のが必要となり、無駄な電力消費が増大するという問題
点もある。

そこで、本発明の目的は、放電負荷に対しトリガ後も安
定して放電維持電流を保持し得ると共に電源側にトリガ
用高電圧が印加されないようにした小形で簡便な放電負
荷用電源装置のトリガ回路を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る放電負荷用電源装置のトリガ回路は、１次
側コイルにスイッチ素子と第１の直流電源を接続したト
リガリアクトルを設け、このトリガリアクトルの２次側
コイルと直列に放電負荷を接続し、前記トリガリアクト
ルの２次側コイルと放電負荷との直列回路に、第２の直
流電源を有して放電維持電流を供給するためのシンマ回
路を接続し、前記スイッチ素子のオン・オフ動作により
前記トリガリアクトルの２次側コイルに発生する高電圧
パルスで放電開始するよう構成することを特徴とする。

また、トリガ回路が正常に動作していることの確認およ
び異常な高電圧パルスが発生した場合の保護動作を行う
ために、放電負荷のトリガ電圧よりも高く、トリガリア
クトルの絶縁耐圧よりも低い所定の放電開始電圧を有す
る放電ギャップ装置を、トリガリアクトルの２次側コイ
ルと並列に設ければさらに好適である。

〔作用〕

本発明に係る放電負荷用電源装置のトリガ回路によれば
、従来放電負荷に対しトリカドランスを接続して、この
トリガトランスの１次側コイルにパルス電圧発生回路を
構成していたことに代えて、放電負荷に対しリアクトル
（以下、トリガリアクトルと称する）を接続する構成と
するものであるから、１次側コイルからこのトリガリア
クトルに電流を流し、電磁エネルギをトリガリアクトル
に蓄積したところで、自己消弧可能なスイッチで１次回
路を遮断することにより、トリガリアクトルの２次側コ
イルに電流源としての高電圧パルスを発生させることが
できる。この場合、放電負荷に直列に挿入したトリガリ
アクトルは電流を急変させない平滑リアクトルとして働
き、従来回路のように放電開始直後に負の反転パルスを
生じさせることはない。

また、トリガリアクトルの２次側コイルと並列に放電ギ
ャップを設けることにより、放電負荷が破損されたり取
り外されている時に、トリガ回路で発生する異常な高電
圧を放電させることができ、保護回路として有効である
。

さらに、この放電ギャップは、故意に放電負荷を取り外
して、該放電ギャップに火花放電を発生させることによ
り、トリガ回路が正常に動作していることの確認も簡便
に達成することができる。

］実施例〕 次に、本発明に係る放電負荷用電源装置のトリガ回路の
実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明
する。

第１図は、本発明トリガ回路の一実施例を示す放電ラン
プを点灯する電源装置の回路図である。第１図において
、参照符号５０はトリガリアクトルを示し、このトリガ
リアクＩ・ル５０の１次側コイル５１の一端にはトリガ
電源５のプラス端子を接続し、ｆｌ！ｌｌ＠には１〜リ
ガスイツチ素子であるｎｐｎパワートランジスタ５４の
コレクタを接続すると共に、電圧クランプ素子であるダ
イオード５６のカソードを接続する。トリガ電源５のマ
イナス端子は、トランジスタ５４のエミッタおよびダイ
オード５６のアノードに接続する。また、前記トリガリ
アクトルの２次側コイル５２の一端は、放電ランプ４の
放電電極端子４１に接続し、他端は主スィッチ素子であ
るｎｐｎパワートランジスタのエミッタに接続すると共
に、シンマ回路の保護ダイオード２２のカソードに′＃
：続する。ダイオード２２のアノードには、シンマ回路
を形成するシンマ電源２と限流抵抗器２１の直列回路を
接続する。パワートランジスタ１１のコレクタは主電源
１のプラス端子に接続し、主電源１およびシンマ電源２
のマイナス端子は、放電ランプ４の放電電極端子４２に
接続する。

このように構成した本実施例回路の動作につき、以下、
説明する。

本実施例回路においては、トリガ回路を構成するトリガ
スイッチ素子５４のベースに順方向電圧を加えてこのト
リガスイッチ素子５４をオンにすると、トリガ電源５か
らトリガリアクトルの１次側コイル５１に電流が流れ、
電磁エネルギが鉄心５３に蓄積される。

トリガリアクトルが適量の電磁エネルギを蓄積したとこ
ろで、トリガスイッチ素子５４のベース入力電圧を下げ
てトランジスタ５４をオフにすると、トリガリアクトル
に蓄積された電磁エネルギはその２次側コイル５２に電
流源として放出され、放電ランプ４が点灯するまでどこ
までも高い電圧（数十ＫＶ）　、すなわちトリガパルス
電圧を発生して、確実にランプ４の放電を開始させるこ
とができる。

放電ランプ４は、−旦放電を開始すると、約ｌｌｌ５程
度で低い放電維持電圧（数百Ｖ）に低下する。そして、
トリガリアクトル５０の鉄心５３に残った電磁エネルギ
で、放電電流が同一方向に流れ続けると共に、シンマ回
路から放電維持電流が供給される。このように放電を開
始した後は、負荷電流が零になる瞬間がなく、しかも本
実施例回路においては１〜リガリアクトル５０の２次側
コイル５２か、電流を急変させない平滑リアクトルとし
て鋤くので、放電負荷の微妙な励起状態の変動に対して
も安定に放電を維持させることができる。

この励起状態で、主スィッチ素子１１のべ。

−ス端子にオン・オフ信号を入力することにより、主電
源１から放電ランプ４への大電流供給が制御され、自由
に放電ランプ４を点滅することか可能となる。なお、ト
リガリアクトル５０の１次側コイル５１のスイッチ素子
５４と並列に接続されるダイオード５６は、トリガリア
クトルの１次側コイルに過電圧が生じた場合にトリガス
イッチ素子５４の破壊を防止するための保護用クランプ
ダイオードである。

さらに、前述した本実施例回路における電源装置の動作
状態につき、特に１−リカリアクトル５０に関する電流
および電圧の特性を示す第２図の動作波形を参照しなが
ら詳細に説明する。

今、時刻ｔ、でトリガ回路のスイッチ素子５４のベース
端子にオン電圧Ｖ５４が入力されると〔第２図（１））
、ｈランジメタ５４がオン動作し、コレクタ・エミッタ
間にトリガ電源５からトリガリアクトル５０の１次側コ
イル５１を介して電流が流れる。この時の１次側コイル
５１に流れる電流ｆｓ＋は１次側コイル５１がインダク
タンスとして作用するので時間と共に直線的に増加する 〔第２図（２）〕。この１次側コイル５１を流れる電流
ｉｓ＋にほぼ比例してトリガロアク１〜ル５０の鉄心５
３を通る磁束Φ５．も増加し〔第２図（４）〕、トリガ
リアクトル５０に電磁エネルギが蓄積される。この期間
中は放電ラング４は点弧していないので、トリガリアク
トル５０の２次１則コイル５２を含む回路はオープン状
態であり、２次側コイル５２を流れる電流ｉｓ２は零で
ある〔第２図（５））。

トリガリアクトル５０に適量のエネルギが蓄積された時
刻ｔ２で、トランジスタ５４のベース端子に印加されて
いた電圧Ｖ５４を零または逆バイアスにして１−ランジ
スタ５４をオフ状態にすると〔第２図（１））、トリガ
リアクトル５０の１次側コイル５１を流れる電流ｉｓ＋
は零になる〔第２図（２）〕。これと同時に、トリガリ
アクトル５０の鉄心５３に蓄積された電磁エネルギは、
トリガリアクトル５０の２次側コイル５２に電流源とし
て放出され、放電ランプ４が点弧するまで２次側コイル
５２には、どこまでも高い電圧Ｖ５□（数十ＫＶ）を発
生するので 〔第２図（３）〕、放電ランプ４は確実に放電を開始し
てトリガリアクトル５０の２次側コイル５２には電流ｉ
５□が流れ始める〔第２図（５）〕。

一旦放電を開始すると、これにより放電ランプ４の放電
電極付近の電界の状態が変化するため、放電維持電圧は
放電開始電圧よりも低くて済み、約１　ｕｓ程度で低い
電圧（数百■）に低下する〔第２図（３）〕。トリガリ
アクトル５０の鉄心５３に残った電磁エネルギで、トリ
ガリアクトル５０の２次側コイル電流ｉｓ２は同一方向
に流れ続け、さらにシンマ回路から供給されるシンマ回
路定数と放電ランプ４の特性で決まる電流値により２次
側コイル電流ｉ５□は安定し〔第２図（５）〕、放電ラ
ンプ４は放電を維持し続けることかできる。

第３図は、本発明トリガ回路の曲の実施例を示す回路図
であり、！・リカリアクトル５０の２次側コイル５２と
並列に放電ギャップ装置５５を設けたものである。なお
、本実施例において、第１図に示す回路と同一の構成部
分については、同一の参照符号を付してその詳細な説明
を省略する。

本実施例回路において、放電ギャップ装置５５は、本発
明トリガ回路を実施した場合の放電負荷用電源装置の保
護装置およびトリガ回路動作の確認装置として機能する
。例えば、第３図に示す放電負荷用電源装置において、
負荷の放電ランプ４が破損していたり、または取り外さ
れている場合を想定する。この場合に、トリガ電源５、
トリガリアクトル５０、スイッチ素子５４および保護用
クランプダイオード５６からなるトリガ回路を作動させ
ると、前述したように、スイッチ素子５４がオン状態に
おいてトリガリアクトル５０に蓄積された電磁エネルギ
は、１次側コイル５１のスイッチ素子５４をオフするこ
とによりトリガリアクトル５０の２次側コイル５２に電
流源として放出され、どこまでも高い電圧を発生する。

この時、負荷がオープンであるため、この電圧は装置が
破壊するほどの異常な高電圧まで上昇しようとする。し
かしながら、前記放電ギャップ装置５５か設けられてい
ることにより、この放電ギャップ装置５５で先に放電が
行われ、装置の破壊を防止することができる。すなわち
、放電ギャップ装置５５は、その放電開始電圧を放電ラ
ンプ４の放電開始電圧よりも高く、しかもトリガリアク
トル５０の絶縁耐圧よりも低い所定の電圧値に設定する
ことで、トリガリアクトル５０に異常な高電圧が発生し
た場合の保護装置として動作する。放電ギャップ装置５
５の放電開始電圧設定値としては、実用的には放電ラン
プ４の放電開始電圧のばらつき上限値よりも少し高い電
圧値に設定するのが望ましい。また、この放電ギャップ
装置５５の放電は、火花や音の発生によりこれを確認す
ることができるので、故意に放電ランプ４を取り外して
、放電ギャップでの放電を確認することにより、トリガ
回路か正常にトリ力パルス発生動作を行っていることを
容易に検出することができる。

第４図は、本発明トリガ回路のさらに池の実施例を示す
回路図であり、トリガ回路のスイ／チ素子５４として縦
型パワーＤ　Ｍ　Ｏ５ＦＥＴ　　５４１を用いたもので
ある。なお、本実施例においても、前記実施例と同一の
構成部分については、同一の参照符号を付して、その詳
細な説明を省略する。

本実施例回路において、トリガスイッチ素子として縦型
パワーＤＭＯ３ＦＥＴ ５４１を用いることにより、第１図および第３図のクラ
ンプ用保護ダイオード５６は不要となり、部品点数の削
減が図れると同時に、バイポーラトランジスタのように
熱暴走による破壊の心配がなくなる。すなわち、縦型パ
ワーＤＭＯ３ＦＥＴ　　５４１は、そのデバイス構造自
体に寄生のクランプダイオード５６１を有しているので
、外付けによるクランプダイオード５６が不要となる。

なお、上述の実施例の説明ではシンマ回路はシンマ電源
２と限流抵抗器２１とから構成された例について述べた
が、限流抵抗器２１は無くてもよい。さらに、トリガス
イッチ素子５４としては、半導体スイッチの他に、機械
スイッチ、真空スイッチ、油入スイッチを用いることか
できる。

〔発明の効果〕

前述した実施例から明らかなように、本発明によれば、
放電負荷用電源装置のトリガ回路において、電圧発生器
としてトリガリアクトルを使用し、このトリガリアクト
ルの２次側コイルを放電負荷に直列に接続配置したこと
により、従来回路のように放電直後の負の反転パルスが
生じることはない、さらに、シンマ回路からの電流供給
効果と併せ、放電負荷電流が零に至ることはないので、
安定した放電維持電流を放電負荷に供給し続けることが
でき、装置の信頼性向上に寄与する効果は大きい。

また、トリガリアクトルの２次側コイルに発生する電圧
は、前述したように放電開始後に負に反転することがな
いため、高電圧パルスが電源側に印加されることはなく
、シンマ回路の直列保護ダイオードは従来回路に比べて
、例エバ、３０Ｋｖから６００Ｖへと１１５０の低い耐
圧でよく、安価な低耐圧品が使用可能となる。シンマ電
源の■（圧だけで充分であれば、この保護ダイオードを
不要とすることもできる。

本発明のｌ−リカ回路構成では、シンマ電源は放電維持
電圧を備えていれは充分であり、必要最少限に低く、例
えば、従来の１２００Ｖに対して３００Ｖへと低く設定
でき、小容量の電源を用いることが可能となり、装置の
小型化に寄与する。

シンマ電源が上述のように小容量の電源となるため、シ
ンマ回路に直列限流抵抗器を設ける場合、この限流抵抗
器も従来に比べて一桁小さな限流抵抗器で良くなり、電
力消費を低減することができる。また、シンマ回路は限
流効果をもつスイッチング電源等により構成する場合で
も、このシンマ回路の容量（特に電圧）を低減すること
ができる。

また、前述しなように電源側にトリガ用高電圧パルスが
印加されることかないので、従来回路において必要であ
った真空スイッチ等の高価な高耐圧スィッチが不要とな
る。

さらに、トリガ回路部に放電ギャップ装置を設けること
により、過電圧破壊の防止と、トリガ回路動作の確認が
容易にできるようになる。

このように、本発明によれは、従来回路に比べて確実に
放電開始ができ、安定に放電を維持できるばかりでなく
、低コスト化、小型化、使用部品数低減化、低消費電力
化等に優れた効果を奏する。

以上、本発明の好適な実施例について説明したか、放電
開始に高い電圧が必要な用途、例えば、アーク溶接装置
、プラズマ発生装置等の曲の用途にも広く応用すること
ができ、その他本発明の精神を逸脱しない範囲内におい
て種々の設計変更をなし得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る放電負荷用電源装置のトリガ回路
の一実施例を示す回路図、第２図（１）〜（５）は第１
図に示す回路の動作波形図、第３図は第１図のトリガ回
路に放電ギャップ装置を付加した実施例を示す回路図、
第４図は本発明トリガ回路の他の実施例を示す回路図、
第５図は従来の放電負荷用電源装置のトリガ回路の構成
を示す回路図である。 １・・・主電源 １１・・・主スィッチ素子 １２・・・高耐圧スィッチ ２・・・シンマ電源 ２１・・・限流抵抗器 ２２・・・タイオード ３．５・・・トリガ電源 ３０・・・トリガトランス ３６・・・サイリスタ ４・・・放電ランプ ４１．４２・・・放電電極 ５０・・・Ｉ・リガリアクトル ５１・・・トリガリアクトルの１次側コイル５２・・・
トリガリアクトルの２次側コイル５３・・・トリガリア
クトルの鉄心 ５４・・・トリガスイッチ素子（パワートランジスタ） ５４１・・・縦型パワーＤＭＯ３ＦＢＴ５６・・・保護
ダイオード ５６１・・・寄生ダイオード ＶＳ２・・・トリガスイッチ素子の入力電圧Ｖ、２・・
・トリガリアクトル２次側コイルの電圧ｊｓ＋・・・ト
リガリアクトル１次側コイルの電流ｉｓ２・・・トリガ
リアクトル２次側コイルの電流Φ９．・・・トリガリア
クトルの鉄心中の磁束ＦＩＧ、　　　１ ＦＩＧ、　　２ ｔ＋　　　　　　　　ｔ２ （５）　　ｉｓ２ 手続補正間（自発） 昭和６３年を月２日

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）１次側コイルにスイッチ素子と第１の直流電源を
   接続したトリガリアクトルを設け、このトリガリアクト
   ルの２次側コイルと直列に放電負荷を接続し、前記トリ
   ガリアクトルの２次側コイルと放電負荷との直列回路に
   、第２の直流電源を有して放電維持電流を供給するため
   のシンマ回路を接続し、前記スイッチ素子のオン・オフ
   動作により前記トリガリアクトルの２次側コイルに発生
   する高電圧パルスで放電開始するよう構成することを特
   徴とする放電負荷用電源装置のトリガ回路。
2. （２）放電負荷のトリガ電圧よりも高く、トリガリアク
   トルの絶縁耐圧よりも低い所定の放電開始電圧を有する
   放電ギャップ装置を、トリガリアクトルの２次側コイル
   と並列に接続配置したことを特徴とする請求項１記載の
   放電負荷用電源装置のトリガ回路。