JPH04118894A

JPH04118894A - ランプバラスト

Info

Publication number: JPH04118894A
Application number: JP2413093A
Authority: JP
Inventors: Sayed-Amr A El-Hamamsy; セイド−アムル　アーメス　エル−ハマムシイ; Robert J Thomas; ロバート　ジェイムズ　トーマス; Joseph C Borowiec; ジョセフ　クリストファー　ボロウィーク
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1989-12-21
Filing date: 1990-12-21
Publication date: 1992-04-20
Also published as: NL9002581A; US5030889A; DE4040690A1

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】

［０００１］

【産業上の利用分野】

本発明はランプバラスト、特に無電極、高輝度放電ラン
プの励起に適したランプバラストに関する。［０００２］

【背景技術】

照明の分野において、長寿命で、維持費用が安く、ライ
フサイクルコストの低い照明システムを得ることが久し
く望まれていた。通常の白熱灯および蛍光灯のライフサ
イクルコストを増大させるランプ寿命制約要因の一つは
、光出力を作り出し、維持するのに、白熱灯の場合フィ
ラメントに、蛍光灯の場合電極に頼っていることである
。家庭での設置におけるこれらのランプの定期的交換は
、不便ではあるが、ランプ交換の唯一の直接コストは通
常は交換管球のコストである。これに対し、業務用設置
においては、容易に手の届く場所でも、使用済み管球の
交換のための労力のコストが交換管球のコストにしばし
ば近いか、それを上回る。高い天井のような届きにくい場所、駐車場の照明柱や、
使用済管球を交換するため取付位置に到達するのに機械
的昇降装置が必要とされるような他の比較的到達しにく
い場所では、管球交換のコストは管球自体のコストを通
常大きく上回る。［０００３］業務用照明での今一つの主な問題は、電力効率である。何故なら、多くの業務用設備は数百、数千、あるいはさ
らに数百のランプを含み、その結果照明システムの電力
効率の小さな変化でも電力とコストの大幅な節約をもた
らす可能性がある。そればかりでなく、特に高能率の照
明システムが、対応する低能率システムより多くの光を
発生するとすれば、大きな面積を照らすに必要なランプ
数が減らせて、それにより削減された分の設備の初期投
資コストが節約できるだろうし、併せて、それらの稼働
運転費用はもとより、それらの配線や取付費用も節約で
きるだろう。［０００４］ランプシステムの総合的効率の尺度は、入力電力のワッ
ト当たり与えられる光出力の量（ルーメンで測ることが
できる）である。照明システムの電力損失は、二つの別
な成分に区分できる。第一の電力損失成分は、ランプ設
備全体として消費する電力のうち、白熱灯のフィラメン
トであれ、蛍光灯のアークであれ、ガス放電ランプのイ
オン化性アーク生成ガスであれ、これら光発生媒体に実
際には供給されない部分である。電力の光発生媒体への
変換能率１００％を妨げる事に関与する電力損失は、フ
ィラメントに至る導線中の電気抵抗や、蛍光灯のバラス
ト中での電力損失、その他である。第二の電力損失成分
は、実際に光発生媒体には供給され、利用可能な（可視
光スペクトル）光の形でランプから放出されない部分の
電力である。［０００５］電力損失の一つの悪い効果は、システムの電気的部分で
あれ、光発生部分であれ、ランプインピーダンスおよび
その装備から安全で信頼できる方法で除去せねばならな
い、熱の発生を伴うことである。これは、特に高温で作
動するガス放電ランプに伴う問題である。さらに、ガス
放電ランプにより発生する熱は、ランプ内でのアーク放
電を維持するのに必要な高周波信号を発生するランプバ
ラストに用いられる半導体装置に、悪い効果を及ぼす可
能性がある。［０００６］過去において、ランプはバルブおよび装備を含めて一般
的に比較的大型で、その結果、蛍光灯その他の放電灯を
励起するバラストのサイズがランプの設計の重要問題に
はならなかった。なぜならバラストの物理的寸法は管球
の寸法によって単純に要求される装備の寸法より通常は
実質的に小さい、あるいはバラストは卓上あるいは床上
ランプのベースに容易に組み込まれたからである。［０００７］無電極高輝度放電（Ｈ，１，Ｄ、）ランプは、管球寿命
と光出力を増し、それにより照明システムのライフサイ
クルコストを減らそうとして開発された。このタイプの
ランプは、　　Ｊ、Ｍ、Ａｎｄｅｒ　ｓ　ｏｎに対し発
行された米国特許３゜５００．１１８号および４，１８
０，７６３号ならびにＳａｙｅｄ−ＡｍｒＥｌ−Ｈａｍ
ａｍｓｙにより１９８７年１２月１７日に提出された米
国特許出願１３４．４９８号に開示されている。このよ
うなランプは最初のランプで殆ど無限に作動する可能性
を有している。というのは、管球は消耗する可能性のあ
る電極を有せず、発光の為に封管の中に収容されたガス
中でのアーク放電に依存し、そのアーク放電を発生し維
持するのに、外部から付与された、局在する無線周波信
号を用いているからである。こうしたランプは、中でア
ーク放電が生ずるガスを収容する、ドーナツ形の、連続
した中空の、環状管から成るという意味で、およそ環状
である。このような、凡そ環状のランプは、円や、長く
伸びた、あるいはその他の所望の形にすることができる
。無電極高輝度放電ランプには、他に、アーク放電ガス
を収容するために励起コイル中に取り付けた球、楕円体
、または長い中空管を用いてもよい。［０００８］無電極高輝度放電ランプは、交流電力線路周波数を、ラ
ンプ封管に収めたガス媒体中にアーク放電を誘起するの
に必要な無線周波に変換する、高周波バラストを必要と
する。システム電力は大きいので（３００Ｗかそれ以上
）　　９０％に近い効率であっても、多くの電力が浪費
される。この電力の大部分はスイッチング装置で費やさ
れ、それ故に、効率のよい放熱が必要とされる。スイッ
チング装置の適切な放熱は、この装置の接合を過度の温
度上昇から護る。過度の温度上昇は二つの主な悪い作用
を生ずる。その第一は、接合温度が上昇すると、装置の
オン抵抗も上昇することである。この増加したオン抵抗
は、電力損失を増加する。第二の悪い作用は、装置があ
まり熱くなると、その寿命が著しく短縮されることであ
る。［０００９］照明システムのライフサイクルコストを減少させるため
、あらゆる種類の放電灯を励起するための高能率ランプ
バラストに対する要求がある。この要求は、長い管球寿
命が、頻繁な、あるいは少なくとも頻度のより高い管球
交換を必要とするランプの場合に比し、電力コストをラ
イフサイクルコストのより重要な部分にするような、無
電極高輝度放電ランプについて特に著しい。［００１０］はぼ楕円体状のガス封入管をもつタイプの無電極高輝度
放電ランプは、典型的な従来のバラストシステムより、
実質的に小さいランプ封入部をもつことができる。その
ような小さなランプ封入部に伴って、コンパクトな装備
を得るために管球の封入部の近くにバラストを置くこと
が望ましくなる。効率の観点から一層重要なのは、バラ
ストから駆動コイルまでの導線の長さを短くする必要で
ある。それは、これらの導線を流れる比較的大きいＲＦ
雷電流大きな抵抗損失を生じ得るためである。このよう
なランプバラストが半導体デバイスまたは他の特に熱に
敏感な部品を含む場合には、小型化の理由でランプの近
くにバラストを置くことの要求と、バラスト、特にその
半導体デバイスが、管球の近くにバラストを置くことに
起因する高温にさらされる不利な効果との間で、均衡を
とらなければならない。［００１１］それ故、効率と耐用寿命が高温ガス放電ランプの封入部
の近くにおかれることにより不利益を被らないような、
無電極高輝度放電ランプの励起のための、コンパクトな
、高効率バラストシステムに対する要求がある。［００１２］

【発明の目的】

それ故、本発明の主な目的は、無電極高輝度放電ランプ
の励起に用いるに適した、効率が高く、コンパクトな、
ランプバラストを提供することである。［００１３］本発明の他の目的は、高温の無電極放電ランプに接近し
て置かれたときに長い寿命をもつ、効率の高い、半導体
式のランプバラストを提供することである。［００１４］本発明の他の一つの目的は、コンパクトな構造を与えて
しかも電力効率を高めるような、ランプバラストの物理
的配置を提供することである。［００１５］

【発明の要旨】

上記の諸口的、および図面も含めて明細書全体から明ら
かにされる筈の他の目的は、本発明の一実施態様に従う
と、入力および出力回路基板が分離されておりそれらが
実質的に平行に置かれ、それらの主表面に垂直な方向で
は離れているように、ランプバラストを配置することに
より、達成される。無電極高輝度放電ランプを励起する
大電力無線周波信号を発生するスイッチング装置を収容
するパッケージが回路基板の間に伸びており、スイッチ
ング装置が消費する電力を放出するための放熱体と熱的
接触に置かれる。スイッチング制御信号をスイッチング
装置に結合する駆動変圧器系が、それと放熱体との間に
スイッチング装置のパッケージが入るように、回路基板
の間に配置される。好ましくは、この駆動変圧器は四方
を接地板で囲まれ、四面のうち二面についての接地面は
回路基板上に、他の二面についての接地面は回路基板の
間に伸びるようにされる。放熱体はこの囲いの第五の側
面として作用する。好ましくは、この囲いの開放された
側面は、ランプの封入部とランプを駆動するコイルに向
けられる。［００１６］このバラストの配置は、関連米国出願の駆動回路および
パッケージと共に用いたとき、無線周波領域の周波数に
対し、９０％を上回るバラストの総合電気的効率を与え
る。［００１７］発明であるとする対象は、明細書の冒頭に詳細に指摘し
、明確に請求されている。しかし、機構および具体化の
方法の両方について、併せて付加的目的や利点について
も、添付の図面との関連において下記記載を参照するこ
とにより、本発明の最善の理解がなされるであろう。［００１８］

【実施例】

無電極高輝度放電ランプ用ランプバラストの回路全体図
を図１に示す。関連米国出願（米国特許出願４５４，６
１４号）はこの回路を対象とするものである。このバラストは、図１の左側部分のゲート駆動部または
システムと、図１の右側部分の電力供給部とから成って
いる。関連米国出願（米国特許出願４５４．６１４号）
に説明されているように、この回路の適正な作動は、ト
ランジスタＱ１およびＱ２のスイッチングの適正なタイ
ミングに依存している。これは、言い換えれば、ゲート
Ｑ　およびＱ２への駆動信号を、等しい振幅で、望まし
い１８０゜位相ずれの関係に保つことに依存している。この回路に関して高い総合電力効率（負荷に実際に供給
された電力を全入力電力で除した）を得るためには、ス
イッチング損失や、寄生共振その他の損失機構に起因す
る回路内部での電力消費は、低減されねばならない。従
って、この回路の製作にあたって、使用する実際の物理
的部品は慎重に選択されなければならず、またそれらの
物理的接続および配置の仕方は、（１）漂遊キャパシタンスの充電（２）寄生インダクタンスに依存する電流波形歪（３）
電磁波輻射（電磁波干渉ＥＭＩ）　　そして（４）負荷
に供給される筈の電力を消費する、それ以外の損失機構
による損失を減らすように慎重に設計されなくてはなら
ない。［００１９］図１のランプバラストを１３．５６ＭＨｚで作動させる
ことが望ましく、この周波数は、ある程度の量の電磁波
放射が許容される、産業用、科学用および医療用帯域の
電磁波スペクトル内にある。無電極高輝度放電ランプの
適正な作動のためには、所望の光出力を生ずるために管
球（ランプ封入部）へ３００ワツトのＲＦ電力を供給す
ることが望ましい。総合電力消費を減少させ、それによ
ってシステムのライフサイクルコストを減らすためには
、３００ワツトの電力をランプ封入部へ少なくとも８５
％の効率で供給することが望ましい。バラスト総合効率
は前面のＡＣからＤＣへのコンバータの効率とＲＦ部の
効率から成る。総合効率８５％の目標は、これらの部分
の間で前面電力供給部９５％、ＲＦ部９０％で分担され
るとして、８５．５％の総合効率となる。効率８５％の
とき、管球自体に３００ワツトを供給するには、ランプ
装備に線路電力３５３ワツトを供給しなければならない
。［００２０１関連米国出願（米国出願番号４５４，５５０）に説明し
たように、この系の電力効率はスイッチング装置のパッ
ケージと回路中に連結する仕方によって、著しく制限さ
れることを当初経験した。関連米国出願（米国出願４５
４，５５０号）に開示し請求されたパッケージは、図１
のランンバラストの物理的全体構成における主要な利益
を、実際の回路でパッケージされた装置のインダクタン
スの減少と、最小の寄生容量になるようにバラストの配
置を行うこととによって、得ている。［００２１］関連米国出願（米国出願４５４，５５０号）のパッケー
ジを用いるこのシステムの当初の構成を図２および図３
に示す。これらは印刷回路基板の両面と部品の取付を示
す。この回路のさらに前の方式を組むに当たって、我々
は、出力回路とゲート駆動回路の間でのフィードバック
のために電流波形が歪むことを認めた。これが系全体の電力効率に望ましくない制約を与えてい
た。それ故に図２および図３に示した型のものでは、出
力回路からゲート駆動回路へのフィードバックを避ける
ため、直流電力入力およびゲート制御回路が第一の表面
に配され、出力導体が第二の表面に配された、両面回路
基板を用いることにした。［００２２］図２には回路基板の第一の表面２０を平面図で示す。回
路基板の両面の導体へのパッケージの取付を効果的に容
易にするため、基板の中央の左側に、開口または孔１９
が回路基板にあけられている（関連米国出願（米国出願
４５４，５５０号）に、より詳細に記載されている）。直流電源電圧プラス側導体として作用するくさび形の印
刷導体２１は、図２の基板の左側面近くに配されている
。回路基板の側面２０の露出面の残りのほとんどは接地
導体または接地面２３により覆われており、それは、電
力導体２１の直下から基板の底（開口の下）を越えて基
板の右側へ、そして基板の上面（開口の上）を越えて再
び基板の左上部分へ広がりている。二つの分離された印
刷導体路２４および２５は、開口１９の直下で回路基板
の表面２０の上に設けれている。同様な導体２６および
２７の組み合わせが開口１９の真上に設けられている。これらの導体の対は、スイッチング装置Ｑ１およびＱ　
のうち一方のゲート回路を、対応する駆動回路に後述の
方法で接続する作用をする。［００２３］装置パッケージ１５９は、表面に第一　第二および第三
の各電力導体１６１゜１６２．１６３が設けられたセラ
ミック支持体１６０がら成る。その上に同様に設けられ
ているのは、四つのゲート回路導体１６４，１６５，１
６６および１６７である。これらの導体は各々銅である
ことが好ましく、支持体１６０に直接固着され、支持体
１６０の側縁を越えて延びている。スイッチング装置Ｑ
１およびＱ２の各々はその裏面（ドレーン端子）が附属
導体１６１および１６２にハンダ着けされている。これ
らの装置のソース端子は、適当な電流容量を与える一方
でインダクタンスを減らすように、多重ワイヤ結線また
は広い平らなストラップで、導体１６２および１６３に
それぞれ接続されている。二つのデバイスのゲート端子
はそれぞれ導体１６５および１６７にワイヤ結線で接続
されている。導体１６４および１６６は、ワイヤ結線で
それぞれトランジスタＱ１およびＱ２のソース端子に接
続されている。このようにして、導体２４と２５および
２６と２７は、ゲート回路の各々対応する附属装置のソ
ース端子へのケルビン接続を与え、回路の電力部分と回
路の制御部分との間でのフィードバック効果を軽減する
。［００２４］図１の回路は単一の変圧器Ｔ１が駆動信号をトランジス
タＱ１およびＱ２に与えるように図示しであるが、二つ
に分かれた駆動変圧器区画１７１および１７２がこのア
センブリ中に一次側を直列に接続して設けられている。電流波形の歪を減らすには、これら二つの変圧器の二次
巻線の間の相互作用を減らすように、分離された駆動変
圧器区画を用いるのが好ましいことがわかった。これら
二つの変圧器は実質的に同じものとし、直列に接続され
るので、二次巻線相互の物理的隔離と共に二つの変圧器
に対する個別の磁心の使用がもたらす、二次巻線間の相
互結合の著しく低い水準を除けば、−個の変圧器を設け
るのと効果は同じである。これは、ゲート駆動信号の相対的位相および振幅に対す
る望ましい厳密な制御と、望ましい正弦波形からの歪の
回避を達するのに、　有益であることがわかった。［００２５］図３には、回路基板の反対の面３０を平面図で示してい
る。回路基板のこの面の露出した表面の主要部は、およ
そ延びた０字状をした接地導体３３で覆われている。開
口１９の右側には、出力導体３２がパッケージ導線１６
２から、導体３２と導体３９との間に接続された出力回
路の直列キャパシタＣ８へと延びている。好ましくは銅
製の、導体１６８が、この図で視認できるパッケージ支
持体１６０の表面に設けられている。この導体は、関連
米国出願（米国出願番号４５４．５５０）に論じられて
いるように、導体１６０に直接に結合されるのが好まし
い。［００２６］この若干複雑な回路基板および部品の配置は、ゲート駆
動回路を出力回路と隔離する必要から生まれた。半導体
スイッチング装置Ｑ　およびＱ２を熱くならないように
保つため、パッケージ１５９の底部に導体１６８と直接
に熱的に接触して放熱体を設ける必要から、−層の複雑
さが生じた。放熱体への接触を容易にするため、パッケ
ージ導線１６２は、真っ直ぐで平らな構造に保たれ、導
体３２にハンダ着けされている。そして別のパッケージ
導線１６１　１６３〜１６７は回路基板の表面２０に向
かって折り曲げられ、そしてその表面２０の上に平らに
横たわるように曲げられて、対応する回路基板導体２１
および２３〜２７にそれぞれハンダ着けされている。こ
れで導体１６８を回路基板の表面３０から、典型的には
２５ミル（６３５ミクロン）ある基板の厚さだけ、高く
する。装置パッケージのための放熱体４０の物理的輪郭
は破線４０で示される。導体１６８に直接向かい合う放
熱体４０の配置は、放熱体と出力導体３２の間の最小の
空隙をもたらす。さらに、そのために、導体３２と導体
３９の間に直列キャパシタＣの取付のための空間を形成
するために、好ましい長さよりは長い出力導体３２を用
いる必要を生じた。この結果、出力回路に望ましい値よ
り高いインダクタンスをもたらした。放熱体が導体３２
を大地へ短絡する問題のために、真鍮立ち上がりブロッ
クを放熱体上に取り付ける必要が認められた。この真鍮
立ち上がりブロックは導体１６８に直接接して置かれ、
放熱体全体を回路基板の表面３０から、−層離す役目を
する。これは、パッケージと放熱体全体の間の熱的抵抗
の増大と、それによるスイッチング装置の作動温度の上
昇の故に、不利であることがわかった。これはシステムの電気的と熱的特性の両方の望ましくな
い悪化をもたらした。［００２７］このパッケージ構造によると、ランプバラストのＲＦ部
は、効率８７％で作動した。これは、ＲＦ部に対する効
率の我々の目標９０％に達していない。関連米国出願（
米国出願番号４５４，５５０）の低インダクタンス装置
パッケージ１５９を用いても、このパッケージに組み合
わせた長い導体３２は、スイッチング装置Ｑ　およびＱ
２の間の寄生容量と、図１の回路の意図した直列インダ
クタンスＬｓとを生じることを見出した。このバラスト
に対する等価回路を図４に示す。図４の回路で、寄生インダクタンスＬ　　は物理的イン
ダクタＬｓと組み合わきａｒって、値（Ｌ、８ｒ＋Ｌｓ）をもつやや大きいインダク
タを単に構成する。従って、物理的インダクタの値は出
力回路の望ましい実際のインダクタンスを与えるように
調整することが可能である。図４の回路図の端子１で観
測される負荷インピーダンスを図５に周波数の関数とし
て示す。この回路の共振周波数ｆｏは数１にに等しい。

【数１】そこで、実際の負荷回路が図４に示した構成を有するな
らば、この寄生インダクタンスは問題になるまい。しか
し、実際には負荷回路は図６に示す等価回路を有する。従って、寄生インダクタンスは負荷回路に第二共振を導
入し、信号波形を歪ませる可能性がある。この波形歪み
は、駆動回路での望ましくない量の電力消費をもたらす
。特に、図６に示した回路は、図７に示される周波数依
存性をもっ

【数２】高い方の共振周波数は数３である。

【数３】この第二の共振は波形歪みをもたらし、電力消費を増大
させ、その結果総合電力効率を低下させる。［００２８］図２および図３に示した回路構成に関して直面する問題
を克服するために、我々は図８ないし図１５に示すシス
テム構造１００を開発した。［００２９］図８にはこのシステムが、遮蔽を除いた側面図として示
されている。図の左端部には、装置パッケージ１５９に
対する放熱体１４０がある。支持体１６０の背面の背面
導体１６８は、放熱体１４０に直接接して設けられてい
る。パッケージの電力入力導体１６１と１６３は図８の
支持体の上端に配され、後に詳しく論するが、第一回路
基板１２０上の複数の導体にハンダ着けされている。パ
ッケージの出力導体１６２は図の下方に配され、後に詳
しく論するように、第二回路基板１３０の上の一つの導
体に結合されている。［００３０１回路基板１２０と１３０は、それらの回路基板と上部お
よび下部ブラケット１０２とに木ねじ、ボルトまたは他
の適当な手段で固定された、支柱１０４により隔てられ
ている。放熱体１４０に対する支持兼調節スクリュー１
４２がブラケット１０２、従って回路基板やスイッチン
グ装置パッケージを、放熱体１４０に対し望ましい一定
の関係に固定するように、ブラケット１０２はおよそＬ
字形をしている。ゲート駆動変圧器１７１および１７２
は回路基板の間に配置されているが、図８にはゲート駆
動変圧器１７１だけが見えている。これらの変圧器は取
付治具または糊着けて回路基板に固定される。ゲート駆
動変圧器は好ましくは、矩形環の形のフェライトまたは
他の磁心を有し、同軸ケーブルで巻かれている。好ましい構造としては、これらの変圧器はそれぞれ、同
軸ケーブルを４巻き巻付けられている。この同軸ケーブ
ルの内部導体は４回巻きの一次巻線となるように連続し
ているが、同軸ケーブルの外部導体つまりシールドは４
回巻きが並列に接続され、一次巻線より大きい電流容量
を持つ１回巻きの二次巻線を形成する。この構造におい
て、一次から二次への結合は、各導体の同軸構造により
直接に達成される。フェライトまたは他の磁性材料は１
、まず第一に、変圧器の磁化インダクタンスを増大させ
て、比較的高い入力インピーダンスを与え、過大電流を
招く実質的短絡をゲート駆動回路に負わせる事を避ける
のに役立つ。［００３１］図９にアセンブリ１００の側面図を示す。図９の構造の
大部分はすでに図８に示されているが、遮蔽導体１０６
は図９だけに見えている。導体ＬＯ６は上部回路基板１
２０上の接地面を下部回路基板１３０上の接地面に接続
し、回路基板の反対側にある同様の導体とともに、駆動
変圧器のための遮蔽囲いを構成する役割を果たし、それ
により出力回路からゲート駆動回路への干渉およびフィ
ードバックを減少させる。［００３２］第一の回路基板１２０を図１０および図１゛１に示す。図１０には、回路基板１２０の外面（図８および図９に
おける上面）を平面図で示す。回路基板のこの面には直
流電力導体１２１があって、同回路基板の水平長さ方向
に延びており、図８に示した位置では回路基板の前縁お
よび後縁となっている、回路基板の図１０での上縁と下
縁から離れている。二つに分かれた接地導体１２３が導
体１２１の上と下に設けられている。回路基板１２０の
背面すなわち内面（図１１に示す）は、単一の連続した
接地導体１２３である。ブラケット１０２に附属するネ
ジのための、回路基板および支柱１０４に通ずる孔の位
置が、これらの図の両方に示されている。回路基板の反
対側の面の導体１２３は、好ましくは、回路基板の縁に
被せて両面の接地導体にハンダ着けされた金属箔で一体
に接続される。これは接地接続を行うのに、ブラケット
や支柱およびそれらの連結具に頼るよりも好ましいと考
えられ、それは、回路の作動周波数が高いことと、絶縁
性酸化物を表面に形成し得るアルミニウムのようなブラ
ケット材料を用いたいことの、二つの理由からである。［００３３］図８の下部回路基板１３０が、図１２および図１３に正
面および背面の平面図として示されている。回路基板１
３０の外面（図８では下方）が図１２に示されており。そこでは出力導体１３２が、回路基板の中心部で面から
面へ広がっている。二つの接地導体１３３はこの導体の
上下に配置され、回路基板の水平方向の幅一杯に延びて
いる。図１３に示すように、回路基板１３０の背後すな
わち内側の面は接地導体１３３で覆われている。ここで
もやはり、ブラケット１０２を回路基板および支柱１０
４につなぐスクリューのための孔が示されている。回路
基板の反対側の接地導体もやはり、回路基板の縁にまた
がって被せた電導性箱によって一体に接続されることが
好ましい。［００３４］回路基板の一方の面の接地導体の、反対面の接地導体へ
の接続は、ハンダ着けした金属箔を用いるものとして述
べたが、各基板の接地面が一つの連続した金属箔で形成
され、その第一の縁は基板の誘電体支持層の外面に配置
され、この位置から箔は基板の外側の面に被せられ、そ
の上縁を越えてさらにその内面全体を通り、その下縁の
周りと上を経て、その外面に戻るようにして、回路基板
を作ってもよいことが理解できるであろう。この箔の第
二の縁は、別に取り付ける非接地導体（１２１または１
３２）のための余地を残すように配置してもよく、ある
いはその導体の上縁の位置まで持ってきてもよい。後者
の場合、非接地導体の下端を接地導体から隔てる隙間は
、通常の回路基板製作技術で別に形成してもよい。回路基板の両面にわたり連続した接地導体をもつ回路基
板の製作は、導体のパターンが各図の水平方向で均一で
あるような、基板上の導体の比較的単純な配置によって
容易になる。このような回路基板の製作方法によれば、
多数の回路基板を単一の長い連続した回路基板帯として
形成して、後で個別の回路基板に切り分けるようにして
もよい。［００３５］図８および図９の取り付は方で、回路基板の背面即ち内
面の接地導体１２３および１３３は互いに向かい合って
配置され、導体１０６とともに駆動変圧器１７１および
１７２の四方を取り囲んでいる。放熱体１４０は駆動変
圧器の囲いの第五の面をなすが、ただし放熱体１４０と
導体１０６の縁との間には隙間がある。この隙間は冷却のための変圧器の周りの空気循環を容易
にする。しかしその位置で磁気遮蔽の強化が望まれる場
合には、この隙間は小さくしてもかまわない。［００３６］本発明によるバラスト構造の望ましい全体配置を図１４
に平面図で、図１５に側面図で示す。図６の直列キャパ
シタＣ８は、この構造の中で電導板１８１および１８３
として具体化され、それらは誘電体層１８２で隔てられ
てキャパシタ１８４を構成する。導体１８３はコイル１
８８まで延び、誘電体層１８５と第二の導体１８６をも
有する、照合番号１８７で示される並列キャパシタＣ１
の、第一の極板として作用する。導体１８６は、回路基
板１３０上の接地板に導体１８９によって接続されてい
る、およそ球状または楕円体状の無電極高輝度放電ラン
プ封入部１９５は、加えられる無線周波信号による励起
のためのコイル１８８の内部に配置される。［００３７］図８ないし図１５に示されたランプバラスト配置は、電
力消費を減少させ、それにより総合システム効率を最大
にする、コンパクトで、電気的および熱的に効率のよい
構造をもたらす。５０００℃付近の内部温度で作動し、
１０００℃に達する外面温度を有することもあるランプ
封管１９５から、パッケージ内のスイッチング装置Ｑ　
およびＱ２ができるだけ遠く離される（バラストのサイ
ズに対し）ことは、注目される所である。二つの放熱体
１９０および１９２は、ランプ封管１９５から伝達され
る、および／または励起コイル１８８から並列キャパシ
タ１８７の極板へ伝えられる熱の大部分を消費する働き
をする。これはランプ封管１９５およびコイル１８８か
ら半導体スイッチング装置類への熱伝達を減らし回路負
荷によるスイッチング装置の温度上昇を減少する。スイ
ッチング装置の温度上昇は、スイッチング装置自体が生
ずる熱を効率よく消費するように働く放熱体１４０によ
り、さらに抑えられる。このようにして、このランプバ
ラスト配置は、システムの効率を熱的にも電気的にも高
めることにより、システムの電気的特性と熱的特性の間
の競合を回避する。［００３８］このＲＦバラストの試作品は、高輝度放電ランプ用の従
来製品のバラストのサイズの約１／３で、またその１／
１０と１１５の間の重さである。全体構造が、コンパク
トな高出力長寿命ランプとするため、ランプ装備中に取
り付けられてもよい。高輝度ランプ装備は大抵本質的に
半球状の、またはそれよりせまい照明パターンを与える
ように設計されるので、図１４および図１５の右方へ光
（および熱）を反射させるように、　光学反射器を放熱
体１９０および１９２とランプ封管１９５との間に取り
付けるようにしてもよい。［００３９］このランプバラスト配置の重要な利点は、ランプ封管１
９５に３００ワツトのＲＦ電力を供給しても、室内の常
温で機械的冷却なしに効率よく安全に運転できることで
ある。関連米国出願（米国出願４５４，５５０号）のパ
ッケージ１５９に組み込まれ、しかしプラスチック中に
埋め込まれていないデバイスを用いたこの構造により、
このバラストシステムは、高輝度放電ランプを駆動する
ときに１３．５６ＭＨｚで９１％の効率、抵抗負荷を稼
働するときにＩＭＨｚで９７％の効率で作動した。スイ
ッチング装置Ｑ１およびＱ２を冷却するためにもっと大
きい放熱体１４０を設けることにより、１３．５６ＭＨ
ｚでさらに高い効率を得ることができる。９１％の効率
において、このランプバラストのＲＦ部は、１３゜５６
ＭＨｚで９０％という、掲げられた目標を僅かに越えて
いる。この効率は、高輝度放電管球への電力の供給に関
するものであって、光出力に対する電力入力に関するも
のではないことを、理解してほしい。周波数が１３．５
６ＭＨｚ付近から低下するにつれ、ランプ放電を開始さ
せそして維持させるのが困難になる。［００４０］本明細書中で論じた電力効率試験の全てにおいて、スイ
ッチング装置Ｑ１およびＱ２のための発振器と駆動回路
は、バラストの他の部分から物理的に分離され同軸ケー
ブルでゲート変圧器の入力に接続されている。ランプバ
ラスト構造全体を、単一のコンパクトな囲いの中に設け
るために発振器は回路基板１２０の上に作り込むか取り
付けられてもよい。それ以外に、第三の回路基板を用い
、それを図９の導体１０６の代わりに取り付けてもよい
。７５ボルトの直流電力を電力導体１２１に供給するた
めのライン電圧からＤＣ電力への変換器は、別に製作し
て、ランプ全体装備の中に取り付けるのが好ましい。［００４１］それ故、このバラスト配置は、関連米国出願（米国出願
４５４，５５０号）の装置パッケージを用いた、関連米
国出願（米国出願４５４，６１４号）のランプ駆動回路
のための、効率が高く、フィードバックおよび歪みが最
小の物理的配置を提供するという、その目的を十分に達
している。［００４２］バラスト内でのいろいろな接続はハンダ着けであるもの
として記載したが、これらの電気的接続を形成する、電
気的に許容されるいがなる手段を用いてもよいことが、
理解されよう。［００４３］本発明を、ここでは、その幾つかの好ましい実施態様に
ついて詳しく説明したが、多数の変形と変更が当業者に
より行われてもよい。それ故、発明の趣旨と範囲に留ま
る限りの変形と変更を含めることが、請求項により意図
されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、関連米国出願（米国出願４５４，６１４号）に
従うランプバラスト回路の回路図である。

【図２】図２は、無電極高輝度放電ランプのための印刷回路基板
組み込み駆動システムの初期の型の第一の面を示す。

【図３】図３は、無電極高輝度放電ランプのための印刷回路基板
組み込み駆動システムの初期の型の第二の面を示す。

【図４】図４は、抵抗負荷を駆動する場合の、図２および図３の
構造に対する等価回路を示す。

【図５】図５は、図４の駆動システムで観測される負荷インピー
ダンスを、周波数の関数として示す。

【図６】図６は、無電極高輝度放電ランプのための駆動コイルを
駆動する場合の、図２および図３の構造に対する等価回
路を示す。

【図７】図７は、図６の駆動システムで観測される負荷インピー
ダンスを、周波数の関数として示す。

【図８】図８は、本発明により構成されたランプバラストを、外
側のシールドを除いた状態で示す。

【図９】図９は、外側のシールドを着けた図８のランプバラスト
を示す立面図である。

【図１０１図１０は、図８のバラストの一つの回路基板の第一の面
を示す。【図１１】図１１は、図８のバラストの一つの回路基板の第二の面
を示す。

【図１２】図１２は、図８のバラストの第二の回路基板の第一の面
を示す。

【図１３】図１３は、図８のバラストの第二の回路基板の第二の面
を示す。

【図１４】図１４は、本発明によるバラスト全体構造の立面図を示
す。

【図１５】図１５は、本発明によるバラスト全体構造の平面図を示
す。

【符号の説明】

１９　　開口または孔　　　　　　　　　　　２０　　
表面２１．２３〜２７　　回路基板導体　　　　　３０
　　回路基板の表面３２　　出力導体　　　　　３３　
　接地導体　　　　　　３９　　導体４０　　放熱体　
　　　　　　　１００　　　システム構造１０２　　　
上部および下部ブラケット　　　　　　　１０４　　支
柱１０６　　遮蔽導体　　　　１２０　　　第一回路基
板　　　　１２１　　導体１２３　　接地導体　　　　
　　　１３０　　　第二回路基板１３２　　出力導体　
　　　　　　１３３　　内面の接地導体１４０　　　放
熱体　　　　　　　　１４２　　支持兼調節スクリュー
１５９　　装置パッケージ　　　　１６０　　セラミッ
ク支持体１６１．１６２，１６３　　　電力導体１６４
．１６５，１６６．１６７　　　ゲート回路導体１６８
　　導体　　　　　　　　　　　１７１，１７２　　　
駆動変圧器区画１８１．１８３　　　電導板　　　　　
　　　　　　　１８２　　誘電体層１８４　　キャパシ
タ　　　１８５　　誘電体層　　　１８６　　第二の導
体１８７　　照合番号　　　　　１８８　　コイル　　
　　　１８９　　導体１９５　　放電ランプ封入部　　
　　　　　１９０，１９２　　　放熱体

【書類芯】

【図１】図面

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

【図１３】

【図１４】

【図１５】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス封入ランプを励起するためのランプバ
ラストにおいて、各々が第一および第二の主表面を持つ
第一および第二の回路基板と、第一および第二のパッケ
ージされた半導体スイッチング装置と、放熱体と、第一および第二の制御信号出力部を含む駆動変圧器シス
テムと、電力供給入力接続部から成り、前記第一および第二の回路基板は、それらの第一の主表
面が実質的に平行に設けられ、それらに垂直な方向では
隔てられており、前記スイッチング装置のパッケージは
第一の主表面を有し、前記第一の回路基板の前記第一の
主表面上の第一の導体への接続部から、前記第二の回路
基板の前記第一の主表面上の第二の導体への接続部まで
延びており、前記の放熱体は、前記パッケージと熱的接
触におかれた前記パッケージの前記第一の主表面の平面
におよそ平行に広がる部分を有しており、そして前記駆
動変圧器システムは、前記パッケージが前記変圧器と前
記放熱体の中間に置かれるように、前記回路基板の間に
置かれていることを特徴とする、ランプバラスト。
【請求項２】前記電力供給入力接続部は、前記第一の回
路基板に結合され、前記第一の回路基板は前記電力供給
接続部を前記スイッチング装置に結合するための電力供
給導体を有し、前記第二の回路基板は前記スイッチング装置を前記ラン
プに結合するための導体を有する、請求項１に記載され
たランプバラスト。
【請求項３】前記バラストがさらに、前記電力供給入力
接続部に接続された電力供給部に前記ランプバラストに
より誘起されるＲＦ信号を減少させるため、前記第一の
回路基板の前記電力供給導体を越えて接続されたバイパ
スキャパシタをも有する、請求項２に記載されたランプ
バラスト。
【請求項４】前記駆動変圧器システムが、一次巻線およ
び二次巻線をそれぞれ有する、二つの相隔たった実質的
に電気的に同一の変圧器区画から成る、請求項１に記載
されたランプバラスト。
【請求項５】前記二つの区画の一次巻線が直列接続され
ている、請求項４に記載されたランプバラスト。
【請求項６】前記変圧器区画がそれぞれ別個の磁心を有
する、請求項５に記載されたランプバラスト。
【請求項７】前記回路基板はそれぞれ、その第二の表面
に設けられた接地面を有し、前記バラストは、前記回路基板の間の空間を前記接地面
とともに少なくとも四面において実質的に囲むための、
前記第一および第二の回路基板の前記接地面に電気的に
連続している電導性材料を含んでいる、請求項１に記載
されたランプバラスト。
【請求項８】前記回路基板の前記第二の表面が互いに向
かい合っている、請求項７に記載されたランプバラスト
。
【請求項９】前記電力供給入力接続部は前記第一の回路
基板に結合されており、前記第一の回路基板は前記電力供給接続部を前記スイッ
チング装置に結合するための電力供給導体を含み、前記バラストは、前記ランプバラストにより電力供給部
に誘起されるＲＦ信号を減少させるための、前記第一の
回路基板の前記電力供給導体を渡って接続されたバイパ
スキャパシタをも含む、請求項８に記載されたランプバ
ラスト。
【請求項１０】前記第一および第二のスイッチング装置
は共通のパッケージ中に設けられている、請求項１に記
載されたランプバラスト。
【請求項１１】前記装置パッケージを前記放熱体と実質
的に直接の熱的接触に置くように、前記回路基板と前記
放熱体を互いに一定の関係に支持する手段を含む、請求
項１０に記載されたランプバラスト。
【請求項１２】前記駆動変圧器システムが、一次巻線と
二次巻線をそれぞれ有した、二つの相隔たった、実質的
に電気的に同一の変圧器区画から成る、請求項１に記載
されたランプバラスト。
【請求項１３】前記二つの区画の一次巻線は直列に接続
されている、請求項１２に記載されたランプバラスト。
【請求項１４】前記変圧器区画のそれぞれが別個の磁心
を有する、請求項１３に記載されたランプバラスト。