JPH09512664A - 直列動作アークランプの順次差動点弧 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 直列アークランプはそれぞれ、アノードと直列接続されたインダクタを有し、このインダクタはカソードに接続された同様のインダクタと磁界結合され、これらのインダクタは、アークランプ電力供給源と大電流変調器との間でインダクタを介して直列接続されアークランプが一旦点弧されたならばアークランプを照明する。点弧は単一の高電圧源からそれぞれの充電ネットーワークを介して直列に行なう。各充電ネットーワークのＲＣ時定数は他のそれと異なっており、アークランプのアークを順次発生する。アークランプの初期始動に使用される高電圧は各アークランプのカソードおよびアノードにそれぞれ直列のコイル手段によってグランドに異なってバランスがとられている。各結合された対における磁界の形成は互いに反対向きとなるようにコイルは極性付けされ、それによってコイルをアークランプの照明中において大電流変調器に対して無視することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 直列動作アークランプの順次差動点弧 技術分野 本発明は、直列接続される複数のアークランプを点弧する技術に係わり、さら に、これらを低電圧で、かつ少ない装置要求条件で１個づつ順次点弧する技術に 関する。 背景技術 幾つかの特定の応用例において、短いアーク空間を有するアークランプを直列 に動作することが要望されている。何故なら、このようなランプの電圧降下は比 較的低く（１５〜１８ｖ）、かつ個別にランプを動作すること（即ち、ランプを 並列接続する場合）は、組合された電力供給回路からの大電流電力伝送が非効率 になってしまうからである。アークランプを直列に動作することにより、高い有 効電圧が電力調節回路に供給され、それによって改善されたシステム電力伝送効 率が達成される。効率改善は特に重要である。何故なら、アークランプは４００ A（アンペア）ものピーク大電流にて５０％を越えるデユーテイサイクルで変調 されるからである。 他方、直列接続されたアークランプの点弧は、通常は下記程度の電圧を必要と する： 個別のアークランプを点弧するのに必要な電圧に 直列接続されたアークランプの数を乗算したもの。 典型的なアークランプの点弧電圧は１１，０００ｖ程度である。したがって、 アークランプの直列系は、その直列系に幾つの数があるかに応じて２２，０００ ｖ、３３，０００ｖ、等々となる。複数アークランプ集成体の１つの使用例は飛 行機上の赤外追跡システムを妨害することである。高度飛行環境において、この レベルの点弧電圧（２２，０００ｖを越える）に必要とされる程の電圧離隔スペ ースは避けるべきである。 発明の開示 本発明の目的は、最小の要求された装置で、比較的低電圧を使用して容易に点 弧される直列接続されたアークランプを提供することを含む。 本発明にしたがえば、複数の直列接続されたアークランプが充電されたキャパ シタをスパークギャップを介して放電する手段によって単一の高電圧電力供給源 から点弧され、そのアークが安定化された後、アークランプは極めて大電流で直 列に変調（イオン化）されて照明を行なう。さらに本発明にしたがえば、各アー クランプが点弧されるとき、変調された小電流がアークランプに保持され、大電 流変調器の手段によって使用中のアークランプの大電流イオン化（照明）を待ち 受け、この大電流変調器は全アークランプ直列系にパルスイオン化を同時に与え る。本発明にしたがえば、順次接続するアークランプに係わる充電ネットーワー クの時定数は順次大きく、それによって各充電ネットーワーク時間を全点弧電圧 に到達させ、次の直列充電ネットーワークが全点弧電圧に到達する前に対応する ランプ点弧するので、アークランプ直列変調集成体におけるアークランプは順次 点弧される。さらに本発明にしたがえば、各アークランプはシマー電流（アーク 放電する前のグロー放電状態における限界閾値電流）レギュレータによって点弧 状態に維持され、他のアークランプは点弧される。最後のアークランプが点弧さ れ、そのアークがシマー電流レギュレータによって維持されるとき、他のアーク ランプのシマー電流レギュレータは全てオフとされる。そして、全てのアークラ ンプの最小アーク電流が単一のシマー電流レギュレータの制御の下で直列に維持 される。各アークランプはそれ自身のシマー電流レギュレータを有し、または一 対の電流レギュレータがアークランプの間でスイッチングされるようにしてもよ い。 さらに本発明にしたがえば、アークランプを点弧するのに使用される高電圧は 差動的に（グランドにバランスされて）供給され、これによって離隔スペースお よび他の絶縁要件によって適応されるべきグランド対電圧を半分に減圧する。さ らに本発明にしたがえば、アークランプと直列接続された結合インダクタの手段 によってバランスが達成され、その磁界は点弧中に互いに補助し合いグランド対 電圧にバランスをもたらすが、シマー電流レベルで飽和し、これによってランプ を照明するのに使用する大電流変調に対しては無視できる。 本発明は、直列接続されたアークランプを、単一アークランプに必要とする電 圧のみを使用し、かつ対グランド電圧の１／２の対応を必要とするだけで点弧さ せるものである。 本発明の他の目的、特徴および利点は、その実施例について以下の詳細な説明 から明らかになり、添付図面において図示される。 図面の簡単な説明 単一の図面は本発明にしたがう順次差動アーク灯点弧技術の概略ブロック図で ある。 発明を実施する最良の形態 図面を参照するに、複数のアークランプ６〜８は対応する点弧回路９〜１１に 各々組合され、アークランプをランプ電力供給源１２および大電流変調器１３の 間に直列に接続する。回路９〜１１の各々は以下に記載する一点を除き互いに同 一である。 電力供給源１２および電流変調器１３の間に、各アークランプ６〜８はそのア ノード（＋）でインダクタ１６に、カソード（−）でインダクタ１７に接続され る。各アークランプに係わる両インダクタの磁界は、例えば磁芯１８の手段によ り相互に結合される。充電ネットワーク２１はアークランプ６〜８の各々の間に 接続される。各充電ネットワークは充電キャパシタ２２を含み、この充電キャパ シタは一対の高抵抗レジスタ２３、２４を介しＤＣ高電圧点弧電力供給源２５の 出力側の間に接続される。点弧過程において、点弧電力供給源２５は充電ネット ワーク２１の間に１１、０００ｖ程度を給電し、キャパシタがほぼその充電量に 達したとき、充電ネットワークの各々におけるスパークギャップ２６は、それに 係わるキャパシタ２２を、組合されたアークランプ６〜８を介して放電させる。 順次点弧を行なうために、回路９〜１１の全てが点弧電力供給源２５に同時に接 続されているが、回路９〜１１のＲＣ時定数は全て異なる。アークランプ６〜８ の各々が点弧すれば、最小アーク電流が、対応するシマー電流レギュレータ２９ 〜３１によって維持される。順次動作回路９〜１１のための充電時間における差 は１／２秒程度であるが、それらの最も速く充電される１つのための全充電時間 は１秒程度である。第１、第２（以下、順に）のものが再充電するが、シマー電 流が成立されるならば、次の点弧パルスは技術的意義をもたない。 差動動作、即ち点弧においてアノード・グランド間電圧およびカソード・グラ ンド間電圧がアノード・カソード間電圧の１／２に維持されることが、コイル１ ６、１７の手段により達成され、コイルは極性付けされ（図に・で示す）、アノ ードが正極性、カソードが負極性にされているため、最小電流が両コイルを通り ＡＣグランドに流れるとき、結合された両コイルの磁場は互に支持し合う。キャ パシタ２２の放電によって行なわれる実際の点弧において、対応するアークラン プ６〜８を通る電流はコイル１６、１７を流れないが、ランプ電力供給源１２（ 極めて大きなキャパシタ畜電バンクを有する）およびシマー電流レギュレータ２ ９（本質的に電流を調節しないように全体的に飽和される）は共にＡＣグランド を表わすので、アークランプ６〜８の間に発生するピーク電圧は各々の場合にお いてバランスされる。 点弧電力供給源２５は、例えば８０ｖ ＤＣにより電力供給されるフライバッ クコンバータ３３の手段により形成される。ライン３４上の点弧イネーブル信号 によってイネーブルされるとき、フライバックコンバータ３３はＡＣ電流を逓昇 変圧器３５の一次側に印加し、その二次側は極めて高いＡＣ電圧を整流器３６に 加え、この例では１１Ｋｖ点弧電圧を発生する。 直列接続されたアークランプ６〜８の全てが点弧されているという事実は全直 列系間のアークランプにかかる電圧が適当に低くなっていることを検出すること により決定される。第１のアークランプ６のアノードに直列接続されたライン３ ９および最後のアークランプ８のカソードに直列接続されたライン４０は差動増 幅器４１に加えられ、ライン４２上でのその出力は直列アークランプ間の全電圧 である。この電圧はコンパレータ回路４３に基準電圧源４５からのライン４４上 での基準電圧と共に加えられる。ライン４２上で示される全電圧がライン４４上 での基準電圧より低くなるとき、コンパレータ回路４３はライン４６上に出力信 号を与える。この出力信号は直列系の全てのアークランプ６、７のシマー電流レ ギュレータ２９、３０をオフするのに使用されるが、直列系の最後のアークラン プ８に係わるシマー電流レギュレータ３１は除かれる。直列系の最後のシマー電 流レギュレータ３１は、全ての直列アークランプ６〜８のシマー電流を維持し、 次の動作にわたって、即ち大電流変調の前と、その間およびその後で照明を行な う。また、ライン４６上の信号は単純な双安定デバイス４７で表わされる論理回 路に加えられ、点弧イネーブル信号を取り去り、電圧逓倍器２５の高電圧出力を 無くする。典型的な状況によっては、点弧始動信号を双安定デバイス４７（また は他の均等な論理回路）に加え、それによって上述した点弧過程を始動させるこ とを含ませてもよい。そして、時には、例えば、全飛行作戦にわたってアークラ ンプに関してそれ以上の操作の必要性はないかもしれない。しかしながら、アー クランプの照明が必要とされるときは、その点弧に続いて、電流コマンド信号が 大電流変調器１３に加えられる。大電流変調器１３は大型のスイッチングレギュ レータ構成であり、それに加えられる電流コマンドの電圧に応じて、３００〜４ ００A（アンペア）で動作する。利用可能な回路としては、例えば Unitrode UC1 825 スイッチングレギュレータICであり、電流はインダクタンスを介して形成し 、電流が電圧コマンド入力に比例する値に達するとき、オフし、チョーク（コイ ル）がダイオードを介して逆方向に振動させ、電流が所定の最小値に達するとき 、その過程が繰返される。この実施例において、大電流変調器は約２０ＫＨｚ以 上のスイッチング周波数で、２０％〜２５％デユーテイサイクル程度のパルス性 能をもって動作する。また、シマー電流レギュレータ２９〜３１も、同様に例え ば上述の UC1825 の適当なスイッチングレギュレータで構成できる。コイル１６ 、１７はシマー電流レベル（２または３A程度）より低く飽和される。 大電流変調器１３は、直列接続アークランプのランプ電力供給源とは反対端に 配置され、このためランプ電力供給源は、アークランプが点弧されているとき各 アークランプのアノードへＡＣグランドを与える。 結合されたコイル１６、１７の使用が、高電圧をグランドへ差動的にバランス するために好ましいが、グランドへの電圧が重要でない場合には、各アークラン プの両側に単一のコイルを使用してランプ電力供給源およびシマー電流レギュレ ータの間に高パルス電圧を形成してもよく、その両者はパルスに対するグランド を提供する。 アークランプを充電ネットワークにおける異なる充電時間の手段により順次点 弧することが好ましいが、適当に大きなエネルギ畜電バンクを点弧電力供給源２ ５（整流器３６）に設けるならば、アークランプは同時に点弧され得る。しかし ながら、アークランプはランダムに、即ち最後から最前の順序に点弧されない。 何故なら、１つのアークランプおよびランプ電力供給源の間の全ての先行するア ークランプは、当該１つのアークランプのアークのための電流を、それに係わる シマー電流レギュレータにより維持させなければならないからである。 この実施例において、シマー電流レギュレータ２９、３０は同時にオフされる 。これはアークの全てがオーバーヒーテイングが発生する前に形成されるので可 能となる。必要ならば、追加の電圧測定（例えば、アークランプ６のアノードか らアークランプ７のカソード）を行なって、アークが順に接続される次のアーク ランプ（例えば、７）に達すると、直ちに各シマー電流レギュレータ（例えば、 ２９）をオフすることができる。 各アークランプに配線された１つのシマー電流レギュレータの代りに、一対の シマー電流レギュレータのみで充分である。この場合、第２のアークランプが点 弧された後に、第２のアークランプから第４のアークランプに１つがスイッチン グされ、そして第３のアークランプが点弧された後に、第１のアークランプから 第３のアークランプに１つがスイッチングされる（以下、順次）。第２、第３… のアークランプの点弧は、図面において全てのアークランプのために示したもの と同じ形態で第２、第３…のアークランプ間の電圧を測定することによって決定 される。 このように、本発明はその例示的な実施例について図示、説明したが、当業者 にとって上述の変形、幾つかの変形、削減、追加が本発明の技術的思想、範囲を 逸脱することなく可能であることは理解されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブリクタ、ドナルド エー アメリカ合衆国、イリノイ州 60558、ウ ェスターン スプリングス、ローズ アベ ニュー 3909 (72)発明者 コミスキー、ドナルド ダブリュー アメリカ合衆国、イリノイ州 60185、ウ ェスト シカゴ、ワイアント ロード ４ エヌ224

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．直列接続された複数のアークランプを点弧・照明する装置であって、 複数のアークランプ、 前記アークランプの各々に対応するコイル、 前記直列接続された複数のアークランプを駆動するのに適した電圧を出力側に 供給し、その点弧後、照明するためのＤＣ電圧ランプ電力供給源、 直列接続アークランプを介して大電流パルスを制御する大電流変調器を備え、 前記アークランプは前記ランプ電力供給源および前記大電流変調器の間でそれぞ れのコイルを介して互いに直列接続され、 前記アークランプの１つの始動点弧に適した電圧を一対の端子に供給するＤＣ 高電圧点弧電力供給源、 複数のＲＣ充電ネットーワークを備え、前記ＲＣ充電ネットーワークは前記ア ークランプの１つ毎に１つ設けられ、各ＲＣ充電ネットーワークはキャパシタを 有し、各キャパシタの各極板はレジスタを介して前記点弧電力供給源のそれぞれ の端子に接続され、各キャパシタはスパークギャップを介して前記アークランプ の対応する各々の間に接続され、当該各々のアークランプに組合された前記充電 ネットーワークの各々のＲＣ時定数は当該各々のアークランプおよび前記ランプ 電力供給源の間にあるアークランプに組合された全ての充電ネットーワークのＲ Ｃ時定数より大きく、 複数のシマー電流レギュレータを備え、前記アークランプの各々は前記シマー 電流レギュレータの１つに組合され、前記シマー電流レギュレータの各々は前記 アークランプの対応する１つを介して前記ランプ電力供給源からの電流を調節す ることを前記１つのアークランプよりも前記ランプ電力供給源から直列系におい て離れたアークランプの点弧まで行なうものであることを特徴とする直列アーク ランプ点弧・照明装置。 ２．前記シマー電流レギュレータの各々は前記アークランプの対応する１つに前 記ランプ電力供給源の出力側の間で直列接続され、 前記直列接続されたアークランプ間の電圧に応じて閾値基準電圧より低い電圧 を検出し、それに対応して前記シマー電流レギュレータの全てを、前記直列系に おける前記ランプ電力供給源から最も離れた前記アークランプの当該１つに対応 する１つを除いてオフする手段を備えたことを特徴とする請求の範囲１記載の直 列アークランプ点弧・照明装置。 ３．直列接続された複数のアークランプを点弧・照明する装置であって、 複数のアークランプ、 前記アークランプの各々に対応するコイル、 前記直列接続された複数のアークランプを駆動するのに適した電圧を出力側に 供給し、その点弧後、照明するためのＤＣ電圧ランプ電力供給源、 直列接続アークランプを介して大電流パルスを制御する大電流変調器を備え、 前記アークランプは前記ランプ電力供給源および前記大電流変調器の間でそれぞ れのコイルを介して互いに直列接続され、 前記アークランプの１つの始動点弧に適した電圧を一対の端子に供給するＤＣ 高電圧点弧電力供給源、 複数のＲＣ充電ネットーワークを備え、前記ＲＣ充電ネットーワークは前記ア ークランプの１つ毎に１つ設けられ、各ＲＣ充電ネットーワークはキャパシタを 有し、各キャパシタの各極板はレジスタを介して前記点弧電力供給源のそれぞれ の端子に接続され、各キャパシタはスパークギャップを介して前記アークランプ の対応する各々の間に接続され、 複数のシマー電流レギュレータを備え、前記シマー電流レギュレータは前記ア ークランプの１つ毎に１つ設けられ、前記シマー電流レギュレータの各々は前記 ランプ電力供給源の出力側の間に前記アークランプの対応する１つと直列接続さ れ、前記シマー電流レギュレータの各々は前記アークランプの対応する１つを介 して前記ランプ電力供給源から電流を調節することを前記１つのアークランプよ りも前記ランプ電力供給源から直列系において離れたアークランプの点弧まで行 なうものであることを特徴とする直列アークランプ点弧・照明装置。 ４．当該アークランプに組合された前記充電ネットーワークの各々のＲＣ時定数 は当該アークランプおよび前記ランプ電力供給源の間にあるアークランプに組合 された全ての充電ネットーワークのＲＣ時定数より大きいことを特徴とする請求 の範囲３記載の直列アークランプ点弧・照明装置。 ５．前記直列接続されたアークランプ間の電圧に応じて閾値基準電圧より低い電 圧を検出し、それに対応して前記シマー電流レギュレータの全てを、前記直列系 における前記ランプ電力供給源から最も離れた前記アークランプの当該１つに対 応する１つを除いてオフする手段を備えたことを特徴とする請求の範囲３記載の 直列アークランプ点弧・照明装置。 ６．直列接続された複数のアークランプを点弧・照明する装置であって、 複数のアークランプ、 前記アークランプの各々に対応する一対のインダクタを備え、前記インダクタ の一方は係わるアークランプのカソードに接続され、前記インダクタの他方は係 わるアークランプのアノードに接続され、前記インダクタの一方および係わるア ークランプを通る一方向電流によって誘導された磁界が前記インダクタの他方を 通る同電流によって誘導された磁界によって対向され打消されるように前記イン ダクタはそれらの磁界を介して結合され、 前記直列接続された複数のアークランプを駆動するのに適し、その点弧後、照 明するのに十分な電圧を有するＤＣ電圧電力供給源、 直列接続アークランプを介して大電流パルスを制御する大電流変調器を備え、 前記アークランプは前記ランプ電力供給源および前記大電流変調器の間でそれぞ れのコイルを介して互いに直列接続され、 前記アークランプの１つの始動点弧に適した電圧を一対の端子に供給するＤＣ 高電圧点弧電力供給源、 複数のＲＣ充電ネットーワークを備え、前記ＲＣ充電ネットーワークは前記ア ークランプの１つ毎に１つ設けられ、各ＲＣ充電ネットーワークはキャパシタを 有し、各キャパシタの各極板はレジスタを介して前記点弧電力供給源のそれぞれ の端子に接続され、各キャパシタはスパークギャップを介して前記アークランプ の対応する各々の間に接続され、 複数のシマー電流レギュレータを備え、前記シマー電流レギュレータは前記ア ークランプの１つ毎に１つ設けられ、前記シマー電流レギュレータの各々は前記 ランプ電力供給源の出力側の間に前記アークランプの対応する１つと直列接続さ れていることを特徴とする直列アークランプ点弧・照明装置。 ７．前記直列接続されたアークランプ間の電圧に応じて閾値基準電圧より低い電 圧を検出し、それに対応して前記シマー電流レギュレータの全てを、前記直列系 における前記ランプ電力供給源から最も離れた前記アークランプの当該１つに対 応する１つを除いてオフする手段を備えたことを特徴とする請求の範囲６記載の 直列アークランプ点弧・照明装置。 ８．当該各々のアークランプに組合された前記充電ネットーワークの各々のＲＣ 時定数は当該アークランプおよび前記ランプ電力供給源の間にあるアークランプ に組合された全ての充電ネットーワークのＲＣ時定数より大きいことを特徴とす る請求の範囲６記載の直列アークランプ点弧・照明装置。 ９．直列接続されたアークランプを点弧・照明する方法であって、 直列接続されたアークランプを駆動するのに適し、その点弧後、照明するのに 十分な電圧を有するランプ電力供給源と、直列接続アークランプを介してそれら を照明する大電流パルスを制御する大電流変調器との間の直列系において前記ア ークランプの各々を対応するコイルを介して前記アークランプの全ての他のもの およびそれらの対応するコイルに直列接続すること、 ＤＣ点弧高電圧をスパークギャップを介して各アークランプの間で放電するこ とによりそのアークを点弧すること、 各アークランプの点弧後、各アークランプにアーク保持シマー小電流を維持す ること、 その後、大電流パルスを前記アークランプを介して供給してそれらを照明する ことを特徴とする直列アークランプ点弧・照明方法。 １０．複数のシマー電流レギュレータの手段により前記アークランプの各１つに アーク保持シマー電流を維持し、前記アークランプの夫々は前記シマー電流レギ ュレータの１つと組合され、前記シマー電流レギュレータの各々は前記アークラ ンプの対応する１つを介して前記ランプ電力供給源から電流を調節することを前 記１つのアークランプよりも前記ランプ電力供給源から直列系において離れたア ークランプの点弧まで行なうものであることを特徴とする請求の範囲９記載の直 列アークランプ点弧・照明方法。 １１．前記アークランプの１つに組合されたシマー電流レギュレータの手段によ り前記アークランプの全てがそこにアークを形成するまで前記アークランプの各 １つにアーク保持シマー電流を維持することを特徴とする請求の範囲９記載の直 列アークランプ点弧・照明方法。 １２．前記ランプ電力供給源の反対側で前記直列系の端部に接続された単一のシ マー電流レギュレータの手段により、前記アークランプの全てがそこにアークを 形成するまで前記アークランプの全てにアーク保持シマー電流を維持することを 特徴とする請求の範囲９記載の直列アークランプ点弧・照明方法。 １３．前記ＤＣ点弧高電圧をスパークギャップを介して前記アークランプの各１ つの間で、前記直列系において前記ランプ電力供給源に最も近いアークランプか ら前記直列系において前記ランプ電力供給源に最も離れたアークランプまで順次 放電することを特徴とする請求の範囲９記載の直列アークランプ点弧・照明方法 。