JPH02242593A - 高圧蒸気圧形放電ランプの２端子点弧装置 - 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） 本発明は、高圧蒸気正形放電ランプ（以下旧Ｄランプと
云う）更に詳しく云えばメタルハライドおよびその他の
旧Ｄランプの点弧に有用な汎用２端子点弧装置に関する
ものである。

（従来の技術） 現在用いられている種々の形のＨＩＤランプ特にメタル
ハライドランプは、ランプの信頼性ある点弧を生じるた
めに数１０００ボルトのオーダーの電圧スパイクを必要
とする。この非常に高い電圧を経済的に発生するために
種々の電子装置や回路が設計されてきており、現在市場
に出ている。これ等の通常のランプ点弧装置に用いられ
ているエネルギ変換技術は、商用の６０　［（ｚ交流ラ
イン電圧を昇圧するためにランプ安定器のコイルおよび
／またはキャパシタを用いるのが普通である。

図面第１図は、後で更に詳しく説明する現在−般に用い
られているランプ始動器−回路の一般的な形を示す。簡
単に云えば、キャパシタ１１はサイダック（Ｓｉｄａｃ
）１３の電圧ブレークタウンレベル迄次第に充電され、
これにより、キャパシタがサイダックと変圧器２次巻線
の小部分を経て急速に放電する。この電圧は変圧器を経
て昇圧され、全２次巻線の両端したがってランプの両端
に大きな電圧すなわち数ＫＶを発生してランプを点弧さ
せる。

この始動器−点弧器装置の欠点は、高電圧がかなり速く
くずれ、ランプ点弧を完全に信頼性あるものにできない
ことである。この問題は、安定器−点弧器回路を米国特
許第・１６９５７７１号に記載されたように修正するこ
とによって最小にすることかできる。

米国特許第４３３９６９５号には、高圧放電ランプを始
動するために通常の点弧器を用いた高圧ナトリウム（Ｈ
ＰＳ）ランプ安定器回路が記載されている。

この回路は、２５００ボルトから４０００ボルトのオー
ターの高電圧点弧パルスを発生するためにタップ点を有
するパルス単巻変圧器を必要とする。この米国特許の第
１図と第２図には、パルス単巻変圧器、サイダックソリ
ッドステートスイッチ、キャパシタおよび該キャパシタ
を充電するのに用いられるレジスタより成る点弧器が示
されている。クランプ回路がこの点弧器に結合され、８
つの素子（第１図）または６つの素子（第２図）より成
る。このクランプ回路は、ｌ−Ｉ　Ｐ　Ｓランプを始動
、ホット再始動および消灯状態の開作動する安定器のＶ
Ａ定格を制限するために必要とされる。

前記の米国特許第４３３９６９５号に示されたパルス単
巻変圧器は安定器の２次巻線の両端にランプと直列に接
続されている。多数の素子が全システムを不経済なもの
にし、これに電ツノ損を加えることによって更にこのシ
ステムを非能率なものにする。

ランプか接続されていない場合または最初の始動段階の
間は、通常の点弧器は、２次巻線出力電圧の開路波形の
ピーク近くに唯１つの電圧パルスを発生するが、その低
い端では発生しない（前記の米国特許第４３３９６９５
号の第３図）。

放電ランプの別の始動回路は米国特許第３７５８８１８
号に示されている。この始動回路は、１つの共通なキャ
パシタを共有する２つの閉回路を用いている。第１閉回
路は、電源と、キャパシタと組合された誘導性安定器と
を有している。第２閉回路には、インダクタと、キャパ
シタと組合された二方向性二端子サイリスク（ｂｉｄｉ
ｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｄｉｏｄｅｔｈｙｒｉｓｔｅｒ）
とを有している。初めのよりも低いブレークオーバー電
圧を有する第２の二方向性二端子ザイリスタか設けられ
、第２閉回路に沿ってランプの始動回路を構成する。第
２閉回路では、キャパシタか、第２二方向性二端子サイ
リスタを経て電源の瞬時値に充電され、ランプを始動す
るため該ランプに加えられる高電圧パルスを発生するイ
ンダクタを経て第に二方向性二端子サイリスクにより放
電される。出力電圧波形は、開路電圧波形の頂部におい
てたけ高周波振動を示す。この回路の欠点は、２つのス
イッチングデバイスと多数の回路素子を必要とし、回路
を高価で非能率なものにすることである。バックスイン
グ電圧ブースタを用いた別の放電ランプ始動器か米国特
許第３８６６０８８号に記載されている。この始動器−
回路は、発振のためにランプ両端に接続されたキャパシ
タ、可飽和非線形インダクタと二方向性二端子ザ−（Ｉ
Ｊスタの直列回路、およびこの非線形インダクタの両端
に接続された限流キャパシタを有するバックスイング電
圧ブースタより成る。このブースタの出力は、電源の出
力電圧の振動を生じる共通キャパシタの両端に現れる電
圧パルスを発生する非線形リアクトルを経て放電するキ
ャパシタのスイッチング作用によって発生される振動電
圧の形である。この米国特許の始動装置は、非線形イン
プラ夕の存在を必要とする。このような始動装置のコス
トは比較的高く、回路の能率は最適でない。

更に、この公知の回路では、若し放電ランプが不用意に
外されると、連続した発振と昇圧された大きな電圧によ
って、非線形インダクタか適当にバイアスされてない場
合に回路素子の損傷または破壊を生じる。放電ランプへ
の出力は、可飽和非線形リアクタのコアの磁界を負また
は正に励磁するバイアス手段によって制御することがで
きる。

したがって、振動周期と昇圧された電圧の大きさを制限
するために、付加的なコイル巻線をフェイルセルフ保護
のために設けねばならない。

（発明か解決しようとする課Ｈ） 本発明の目的は、従来のランプ始動装置の欠点および制
限のないＨ１Ｄタイプランプの改良された始動装置を供
することにある。

本発明の別の目的は、現在用いられている始動装置より
も経済的で能率的なＨＩＤタイプの放電ランプ例えばメ
タルハライドタプルエントランプ２端子点弧器−始動器
を供することにある。

本発明の更に別の目的は、ＨＩＤランプまたは同様ラン
プを始動する高電圧点弧パルスを発生させるためにタッ
プ付安定器インダクタや変圧器或は別個のパルス変圧器
を必要としない新規な改良された点弧器−始動蓋装置を
供することにある。

本発明の更に別の目的は、昇圧変圧器なしに、比較的低
い電圧、低い周波数（例えば６０Ｈｚ）の電源電圧に応
答してランプに信頼性ある点弧を与える高周波、高圧開
路電圧波形を生じる、改良された点弧器−始動器−回路
を有する旧Ｄランプの作動回路を供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、本発明の前述したおよびその他の利点
は、ＨＩＤランプに並列に接続されるようにされ、並列
ＲＣ回路網を形成するように互に接続されたレジスタと
キャパシタを有する第１回路を有し、この第１回路自体
は、始動器−点弧器回路か低周波（例えば６０Ｈｚ）の
略々正弦波交流電圧電源より付勢されると高周波、高圧
開路点弧電圧波形を生じる共振効果を与えるように１つ
またはそれ以上の受動素子を有する第２回路網と直列に
接続された２端子点弧器−始動器回路を設けることによ
って達成される。電圧応答二方向性スイッチング素子が
前記の第］および第２回路網の１つに含まれる。

本発明の第１の好ましい実施例では、点弧器始動器回路
の第１回路網は、並列に接続された第２レジスタと第１
キャパシタを有し、第２回路網は、並列な第２レジスタ
と第２キャパシタに直列に接続された電圧応答二方向性
スイッチング素子（例えばサイタック）を有する。２つ
の並列ＲＣ回路網は、直列接続されたスイッチング素子
が導通する都度−緒に振動回路を形成し、これによって
正弦波交流電源入力電圧に重畳された高周波、高圧振動
電圧を発生する。合成高周波交流電圧波形は低周波交流
電源電圧の全周期にわたって発生され、これにより、点
弧器−始動器−回路と並列に接続された旧Ｄランプの改
良された信頼性ある点弧を生じる多量の電気エネルギを
与える。

本発明の第２の好ましい実施例では、電圧応答二方向性
スイッチング素子は第］．ＲＣ並列回路網内に接続され
、第２回路網は、互に直列に接続され且つ前記の第１Ｒ
Ｃ並列回路網と直列に接続されたインダクタと第２キャ
パシタを有する。同様な開路ひずみ高周波電圧波形か、
点弧器−始動器−回路と並列に接続された放電ランプの
改良された点弧のために発生される。

本発明の第３の実施例では、電圧応答二方向性スイッチ
ング素子、インダクタおよび第２キャパシタを含む直列
回路を有する第２回路網と直列な第１並列ＲＣ回路網が
用いられる。この実施例では、第１キャパシタのキャパ
シタンス０１対第２キャパシタのキャパシタンスｃ２の
比は、前記の第１の実施例におけるよりも大きい方か好
ましい。このことは、安定器のひずんだとがった（ｐｅ
ａｋｙ）開路電圧を増し、この点弧器−始動器−回路に
、より良い再点弧能力を与える。

本発明の利点は、点弧器−始動器−回路がこれを放電ラ
ンプに接続するのに２つの端子しか必要としないことで
ある。更に、この点弧器−始動器回路はランプと並列に
接続されることができ、したがって安定器の出力からす
なわち交流電圧源から付勢することができる。また、タ
ップ付変圧器もパルス変圧器も必要とせず、このことは
、点弧器始動器−回路を安価にしまた更に巻線接続を簡
単にする。

本発明の別の利点は、ランプ動作電圧が電圧応答二方向
性スイッチング素子のしきい電圧よりも低いので、ラン
プが点弧した後点弧器−始動器回路は自動的に全ランプ
動作回路より自身を切り離すことである。このため回路
の全体電力損失か低減され、より能率的な装置になる。

電磁妨害もまた低減される。

前記の米国特許第３８６６０８８号に記載された始動蓋
装置は本発明において発生されるのと幾らか似たひずみ
振動出力電圧を発生するが、ランプの点弧作用を行うの
により複雑で高価な回路を必要とする。この既知の始動
器は比較的高価な非線形インダクタの存在を絶対に必要
とするが、本発明は、並列に接続されたレジスタＲとキ
ャパシタＣ１二方向性固体スイッチおよび並列ＲＣ回路
網と直列に接続された第２の簡単な受動回路網により、
ひずみ振動出力電圧波形を発生する。本発明の動作のパ
ルス振幅と周波数は既知の回路のそれ程高くなく、この
ため本発明の回路をメタルハライドランプの点弧に対し
てより好都合なものにする。

更に、前記の米国特許第３８６６０８８号より既知の装
置では、ランプが外されたりまたは印加電圧で不作動に
なった場合装置は発振を続け、昇圧された電圧の振幅は
、可飽和非線形リアクｌ〜ルに保護バイアスが与えられ
なければ回路素子の破壊をきたす程のものである。特に
、この米国特許では、振動周期と昇圧された電圧の振幅
を制限することによるフェイルセーフ保護のための特別
なバイアスコイルが設けられている。本発明では、ラン
プが外されたり不作動になった場合対称的なスイッチ（
サイダック）がヒユーズのように動作するので、過電圧
保護が該スイッチにより自動的に与えられる。更に、レ
ジスタかキャパシタの両端に接続され、これによってそ
の充電および放電特性を制御する。

前記の米国特許第４３３９６９５号より既知の回路に対
して、本発明の第１の実施例は、やはり固体半導体スイ
ッチングデバイスを使用するが、２つのキャパシタの両
端のとがったリンギング電圧を発生するのにより簡単で
安価な回路を使用する。これは、サイダックを単にスイ
ッチオンおよびスイッチオフすることにより行われる。

前記の米国特許第４３３９６９５号の第３図には、ラン
プ消灯と共に或はランプ点弧前に単一のピークまたはス
パイクを有する２次電圧波形が示されている。比較する
と、第１および第２並列ＲＣ回路網の直列接続により発
生される振動高周波パルス電圧は、サイダックがオンお
よびオフすると、通常の安定器の出力電圧をひずませ、
その結果この米国特許に示された装置で発生された電圧
とは非常に異なった多重電圧ピークを有する出力電圧波
形を生じる。

前記の米国特許第３７５８８１８号は第１および第２二
方向性二端子サイリスクとインダクタとを必要とし、低
周波開路電圧波形のピークの近くでだけ生じる振動を有
する出力電圧波形をつくる。本発明は、電源電圧をキャ
パシタに充放電するのに２重スイッチングデバイスを必
要としない簡単な回路を用いる。本発明の第１の実施例
では、夫々が単にキャパシタとレジスタより成る２つの
閉回路が設けられる。キャパシタは、スイッチオンおよ
びオフする単一の二方向性スイッチングデバイスによっ
てランプ安定器の第２回路で電源より充電され放電され
る。この二方向性スイッチングデバイスのスイッチング
゛は、交流電源の全周期にわたって生じるひずみ高周波
振動電圧を生じる、すなわちこの振動電圧は低周波電源
電圧波形の頂点部分にのみ局限されない。本発明は簡単
であるため前記の米国特許第３７５８８１８号に示され
た装置よりも経済的で能率的である。交流電源電圧の全
周期にわたる高周波電圧波形の支給は、放電ランプに対
するより多くのエネルギを生じ、これにより点弧特性を
改良する。

本発明の新規な特徴は、添付の図面に関しての以下の詳
しい説明によってその別の目的および利点と共に明らか
になるであろう。

（実施例） 本発明の種々の特徴および利点をわかり易くするために
、先づ従来の起動器−点弧器回路（第１図）の−例を簡
単に説明する。第１図のランプ点弧器回路は、交流電源
（５０／６０Ｈｚ）をＨＩＤランプ３に結合する変圧器
１より成る。交流電圧は、ラインスイッチ４の閉合によ
って変圧器の１次巻線に加えられる。３端子すなわち３
リ一ド点弧器５は変圧器の２次巻線とランプ３に接続さ
れている。

点弧器５は端子６．７および８を有する。端子６は、変
圧器２次巻線の一端をランプ３の一方の電極に接続する
ライン９に接続されている。端子７は、点弧器を、変圧
器２次巻線の他端をランプ３の他方の電極に接続するラ
イン１０に接続し、方点弧器の端子８は変圧器の２次巻
線のタップに接続される。変圧器は、放電ランプの動作
状態において通常の電流制限安定器機能を与えるように
漏洩変圧器として設計することができる。タップを設け
た２次巻線は、ランプ３に所要の高電圧を発生ずる昇圧
変圧器の付加的機能を与える。

点弧器５は更に、端子６と７の間に直列に接続されたキ
ャパシタ１１とレジスタ１２を有する。サイダック１３
または同様な電圧フレークタウン素子が点弧器の端子８
と前記のキャパシタ１１およびレジスタ１２間の接続点
との間に接続されている。

スイッチ４が閉じられて電力が先づ安定器変圧器に加え
られると、キャパシタが２次巻線に誘起された電圧の結
果レジスタ１２を通じて充電される。

ランプ３は、該ランプが放電するには数１０００ボルト
を必要とするのに拘らず変圧器２次側に最初に誘起され
た電圧は通常の安定器変圧器で誘起された２０００また
は３０００ホルトのオーダーに過ぎないので、未だ点灯
しない。

スイッチングデバイス（サイダック）１３は、キャパシ
タか該サイダックの電圧しきい値（ブレクダウン）レベ
ルに充電されてその時点で“オン”状態になる迄開”で
ある。このことは、キャパシタか変圧器２次巻線のタッ
プ点と頂点間の比較的僅かな巻線ターンの両端で急速に
放電することを可能にする。これによって、昇圧変圧器
作用を介して全変圧器２次巻線の両端に数キロホルトの
オーダーの大きな電圧か発生される。この高電圧はラン
プの両端に現れ、ランプを点弧させる。

この回路の望ましくない影響は、放電されたキャパシタ
が変圧器に対する可なりの負荷を表わしこのため電圧波
形に著しいくぼみ（ｄｉｐ）を生じるので、該回路が低
周波数（６０Ｈｚ）変圧器電圧の波形の著しいくずれを
生じることである。

第２図は本発明の始動器−点弧器装置の一実施例の回路
図である。通常の５０／６０　Ｈｚの２７７ボルトの交
流電源電圧が入力端子１５−１．６に加えられる。

定電力単巻変圧器１７は、直列キャパシタ１９を経て、
メタルハライドタプルエンドランプ■８に２７０実効値
（ＲＭＳ）ボルトのオーダーの交流電圧を印加する。

単巻変圧器とキャパシタは、ランプがその正常作動状態
にある時にランプ電流を制限する通常の安定器機能を与
える。

２端子起動器−点弧器装置２０は放電ランプに並列に接
続される。本発明によれば、点弧器装置は、抵抗Ｒのレ
ジスタ２１とキャパシタンスＣ１のキャパシタ２２より
成る第１並列ＲＣ回路網を有する。抵抗ＲのＬノジスタ
２４とキャパシタンスＣ２のキャパシタ２５を有する第
２並列ＲＣ回路網と直列の二方向性半導体スイッチ例え
ばサイダックより成る第２回路網が、起動型回路２０の
２つの端子の間に前記の第］、ＲＣ回路網と直列に接続
されている。したがって直列回路２１−２５は放電ラン
プ１８と並列である。

定電力単巻変圧器安定器により与えられる通常のとがっ
たタイプの開路電圧波形は更に２端子点弧器２０で発生
された高周波電圧によりこわされる。

リンギンク電圧がレジスタ２１とキャパシタ２２の並列
ＲＣ回路網およびレジスタ２４とキャパシタ２５より成
る別の並列ＲＣ回路網によって発生される。リンギンク
゛電圧のスイッチングは二方向性半導体スイッチ２３に
よって行われる。点弧器２０の端子間に発生される全電
圧は、第１並列ＲＣ回路網（２Ｌ　２２）、第２並列Ｒ
Ｃ回路網（２４，，２５）の両端に生した振動電圧およ
びサイダック２３のブレークオーバー電圧のベクトル和
である。

第２図の装置の回路素子の一組の値の例は、Ｒ１３，３
オーム、自・０．４７μＦｄ、Ｒ２・１．５オームおよ
びＣ７−〇、３３μＦｄである。サイダック２３は、点
弧器が１７５Ｗおよび２５０Ｗメタルハライドダブル工
ンド放電ランプ作動用の低電力単巻変圧器と組合せて使
用される場合には、２３５−２６０ボルトの範囲のブレ
ークオーバ電圧を有することができる。起動器回路素子
の値は種々のタイプの安定器およびランプに対して異な
るであろう。けれども、前述した回路の動作モードは本
質的に同じままである。

第２図の点弧器２０は、サイダックでスイッチオンおよ
びオフされる２つのキャパシタの両端にとがったリンギ
ング電圧を生じる。何れもインダクタやパルス変圧器で
ない僅かに５個の素子の直列並列組合せがランプと安定
器２次回路の両端に接続され、メタルハライドランプの
点弧を改良し且つより信頼性あるものにする高いパルス
振動電圧を発生する。サイダックかスイッチオンおよび
オフされた時に２つの並列ＲＣ回路網により発生された
振動高周波パルス性電圧は、従来の安定器回路により発
生されるのとは非常に異なりそしてより有効なランプ点
弧用出力電圧波形を発生するように、通常の安定器の２
次回路の出力電圧をひすまぜる。

第３図は本発明の起動器−点弧器装置の別の実施例を示
す。同様な回路素子は第２図と同じ符号で示しである。

この回路は、点弧器がこの場合には単巻変圧器遅相安定
器（簡単のため図には詳しく示してない）と組合せて使
用される以外は第２図と同様である。入力端子１５−１
６はやはり例えば５０−６０　Ｈｚの２４０ボルトの交
流電源電圧に接続される。点弧器２０は第２図のレジス
タ２４を有しないがその代りキャパシタ２５と直列に接
続されたインダクタ２６を有する。サイダック２３、前
記のインダクタ２６、キャパシタ２５は直列に接続され
る。この直列回路は点弧器２０の両端子間に並列ＲＣ回
路網２１．，２２と直列に接続され、したがってメタル
ハライドランプとは並列に接続される。云う迄もなく、
回路素子の値は第２図のそれとは異なる。例えは、キャ
パシタ２２のキャパシタンス自は、安定器のびずんだと
がった開路電圧を増しこれによって起動器回路に更に良
い再点弧能力を生じるように大きくされる。

第４図は本発明の更に別の実施例を示す。ここでもやは
り同様な回路素子は第２図および３図と同じ符号で示し
である。この第４図の起動器２０では、レジスタ２１は
この場合キャパシタ２２およびサイダック２３の直列回
路と並列に接続されている。

この並列回路網２１−２３は、点弧器２０の両端子間に
インダクタ２６およびキャパシタ２５と直列に接続され
、この点弧器２０は、点弧器回路がやはり放電ランプと
並列になるようにランプ電極に接続される。

この実施例は、第２図の点弧器回路で発生されるのと同
様なひずんだとがった高周波開路電圧波形を発生する。

以」−の説明から、ランプ−案定器装置への接続に２つ
のリードすなわち２つの端子しか必要とぜずまた従来の
ように高価なパルス変圧器のようなものを排除したＨ　
Ｉ　Ｄランプ用の改良された起動器点弧器装置が得られ
ることがわかるであろう。

以」二本発明をその好ましい実施例で説明したか、当業
者にとっては本発明の要旨内で種々の変形、変更および
置換は容易に考えられるので、前記の実施例は説明およ
び例として挙げられたものにすぎないことは明らかであ
ろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は放電ランプの従来の点弧器回路第２図は本発明
の一実施例を示す回路図第３図は本発明の別の実施例を
示す回路図第４図は本発明の更に別の実施例を示す回路
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、放電ランプの外部端子に対する第１および第２端子
   と、並列に接続されたレジスタとキャパシタを含む第１
   回路網と、１つまたはそれ以上の受動回路素子を含む第
   ２回路網と、これ等の第１および第２回路網の１つに接
   続された二方向性電圧応答スイッチングデバイスと、前
   記の第１および第２回路網を前記の第１および第２端子
   の間に直列に接続する手段とを有することを特徴とする
   放電ランプの汎用２端子始動器−点弧器装置。 ２、第２回路網は、第２レジスタと第２キャパシタの並
   列回路と直列に接続された二方向性電圧応答スイッチン
   グデバイスを有する請求項１記載の始動器−点弧器装置
   。 ３、第２回路網は、第２キャパシタおよびインダクタと
   直列に接続された二方向性電圧応答スイッチングデバイ
   スを有する請求項１記載の始動器−点弧器装置。 ４、二方向性電圧応答スイッチングデバイスは第１回路
   網の容量性分路内に接続され、第２回路網は、インダク
   タと直列に接続された第２キャパシタを有する請求項１
   記載の始動器−点弧器装置。 ５、二方向性電圧応答スイッチングデバイスは、ランプ
   動作電圧以上のブレークダウン電圧レベルを有する請求
   項１記載の始動器−点弧器装置。