JPS5814039B2 - 瞬時再点弧装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明の背景 この発明は、ＨＩＤランプ（高光度放電ランプ）のため
の安定装置、特にＨＩＤ照明設備に瞬時再点弧性能を与
えるように設計された安定装置に関するものである。

瞬時再点弧性能がない安定装置を利用するＨＩＤランプ
では、このＨＩＤランプがまだ温っている時に再点弧す
るためには、５〜１５分待たなければならない。

このような待時間は、明らかに、屋内および屋外の照明
設備にとって安全性の問題がありかつ不便でもある。

米国特許第３，７３２，４６０号明細書には、ＨＩＤラ
ンプを瞬時再始動するための回路が開示されている。

この回路は、電流制限インダクタ、力率補正コンデンサ
およびキロボルト級の高周波パルス発生回路を使用する
。

しかし、このような回路は極めて高価である。

この発明の要約 ＨＩＤランプが消灯後まだ温っている間にこのＨＩＤラ
ンプ中で放電を開始させるために、ＨＩＤランプ用の慣
用の被制御出力形安定器に簡単で安価な瞬時再点弧装置
を付加できることが分った。

この瞬時再点弧装置は、通常の安定器出力端子間に接続
された高圧パルス発生回路を備える。

この高圧パルス発生回路は、オートトランス、ゲート制
御式ソリッドステート・スイッチング回路、第１電圧応
答導通回路および蓄積用コンデンサを含む。

高圧パルス発生回路が付勢される時、蓄積用コンデンサ
はその両端間に増加する電圧を印加し、この電圧は所定
値の電圧が蓄積用コンデンサの両端間に印加される時第
１電圧応答導通回路を導通させる。

この第１電圧応答導通回路が導通する時、ゲート制御式
ソリッドステート・スイッチング回路はゲートされ、も
って蓄積用コンデンサを放電させ、オートトランスの両
端間に持続時間が短い高圧パルスを発生し、かつＨＩＤ
ランプを通る放電路を生じる。

瞬時再点弧装置は高圧パルス電圧より低く、安定器の出
力電圧より高い電圧すなわち中圧を発生する回路を備え
、この中圧発生回路は慣用の安定用コンデンサと協働し
てＨＩＤランプの初ブレイクダウン後ＨＩＤランプの電
極間に中圧を印加する。

中圧発生回路は、安定用コンデンサを充電するための充
電回路を含む。

ＨＩＤランプがまだ温っている間に安定器が付勢される
時、安定用コンデンサが中圧まで充電されると同時に蓄
積用コンデンサも充電される。

この蓄積用コンデンザが放電する時、ＨＩＤランプを通
る放電路が生じ、もって安定用コンデンサがＨＩＤラン
プを通して放電させられかつＨＩＤランプの一方の電極
に動作用ホツトスポットを形成する。

この動作用ホットスポットはＨＩＤランプの動作を持続
させるのに適している。

望ましい実施例についての説明 図面において、ＨＩＤランプ１２は、２つの入力端子１
４，１４ａおよびＨＩＤランプ１２の内部に作動的に配
置された２つの電極１６，１６ａを有する４００ワット
の双端型水銀ランプである。

このＨＩＤランプ１２用の安定器１０は定出力変圧器１
８を含み、この定出力変圧器１８は変圧器入力端子２０
，２０ａおよび変圧器出力端子２２． ２２ａを有する
。

変圧器入力端子２０，２０ａは交流電源へ接続されるよ
うになっている。

安定用コンデンサＣ１は、その一端２４が一方の変圧器
出力端子２２へ接続され、かつその他端２４ａおよび他
方の変圧器出力端子２２ａが通常の安定器出力端子にな
る。

これらの通常の安定器出力端子間にはＨＩＤランプ１２
の入力端子１４，１４ａが通常接続されるようになって
いる。

この発明の改良点は、消灯後ＨＩＤランプ１２がまだ温
っている状態にある時ＨＩＤランプ１２中で放電を開始
させるための瞬時再点弧装置２６を設けたことである。

この瞬時再点弧装置２６は、通常の安定器出力端子２４
ａ，２２ａ間に接続された高圧パルス発生回路２８を備
える。

この高圧パルス発生回路２８は、１次巻線３３と２次巻
線３３ａを分けるタップを有し、かつ実質的に１よりも
大きい変圧比を有する。

オートトランス３０の端部３４，３４ａは、安定用コン
デンサＣ１の他端２４ａとＨＩＤランプ１２の一方の入
力端子１４との間に回路接続される。

蓄積用コンデンサＣ２は、通常の安定器出力端子２４ａ
，２２ａ間に回路接続される。

蓄積用コンデンサ充電回路３６は、コンデンサＣ３と抵
抗Ｒ１から成り、かつ蓄積用コンデンサＣ２と通常の安
定器出力端子のうちの一方の安定器出力端子２２ａとの
間に接続される。

ゲート制御式ソリッドステート・スイッチング回路３８
はオートトランス３０のタップ３２と蓄積用コンデンサ
Ｃ２との間に接続されて直列ループ（オートトランス３
０の１次巻線３３、スイッチング回路３８および蓄積用
コンデンサＣ２から成る）を形成する。

スイッチング回路３８は、図示のように、２つのシリコ
ン制御整流素子ＳＣＲ１，ＳＣＲ２；３つの抵抗Ｒ２，
Ｒ３，Ｒ４；１つのダイオードＤ１；および１つのコン
デンサＣ４を含む。

第１電圧応答導通回路４０は蓄積用コンデンサＣ２の両
端間に回路接続される。

第１電圧応答導通回路４０は、スイッチング回路３８の
ゲート端子４４へ接続された出力端子４２を有する。

第１電圧応答導通回路４０は、ツェナーダイオードＤ２
，Ｄ３；ダイアックＤ４；および抵抗Ｒ５を含む。

高圧パルス発生回路２８が付勢される時、蓄積用コンデ
ンサＣ２はその両端間に所定値の電圧が印加される場合
第１電圧応答導通回路４０を導通させる。

これは、スイッチング回路３８をゲートして蓄積用コン
デンサＣ２を放電させる。

その放電電流は、上述した直列ループを通って流れオー
トトランス３０の両端間に持続時間が短い高圧パルスを
発生し、かつＨＩＤランプ１２を通る放電路を生じる。

この実施例に示された４００ワット水銀，ランプ用に発
生されたパルスの大きさは２０，０００ボルト程度であ
って２〜３マイクロ秒の間継続する。

持続時間が短い高圧パルス自体はＨＩＤランプ１２内に
定常動作を再点弧するには不十分である。

ＨＩＤランプ１２を動作状態に維持するには高圧パルス
に続いて、持続時間がより長く約８００ボルトの中圧を
印加する必要がある。

中圧発生回路４６は、安定用コンデンサＣ１と協働し、
安定器１０が付勢される時電源電圧の複数回の半サイク
ルの間に安定用コンデンサＣ１を或る中圧まで充電する
。

中圧発生回路４６は、充電用コンデンサＣ５を含む充電
回路４８を備える。

充電用コンデンサＣ５は、その一端５０が第２電圧応答
導通回路素子Ｄ５および抵抗Ｒ７を介して一方の変圧器
出力端子２２へ接続されかつ他の抵抗Ｒ６およびダイオ
ードＤ６を介して安定用コンデンサＣ１の他端２４ａへ
接続されると同時に高圧パルス発生回路２８の蓄積用コ
ンデンサＣ２の一端（オートトランス３０の一方の端部
３４へ接続された）へ接続され、またその他端５０ａが
他方の変圧器出力端子２２ａへ接続される。

充電回路４８は、アノード５２およびカソード５２ａを
有する第２電圧応答導通回路素子Ｄ５も含む。

第２電圧応答導通回路素子Ｄ５は、そのアノード５２が
一方の変圧器出力端子２２へ接続され、かつそのカソー
ド５２ａが充電用コンデンサＣ５の一端５０へ接続され
る。

ＨＩＤランプ１２がまだ温っている間に安定器１０が付
勢される時、安定用コンデンサＣ１が中圧まで充電され
ると同時に蓄積用コンデンサＣ２も充電される。

蓄積用コンデンサＣ２が直列ループを通して放電する時
、ＨＩＤランプ１２を通る放電路が生じられる。

これは、２００マイクロ秒のような十分な期間安定用コ
ンデンサＣ１をしてＨＩＤランプ１２に放電させ、その
一方の電極１６ａに動作用ホツトスポットを形成する。

これは、その後ＨＩＤランプ１２の動作を持続させるの
に適する。

図示の中圧発生回路４６は、抵抗Ｒ６，Ｒ７；およびダ
イオードＤ６も含む。

高圧パルス発生回路２８はまた、移相回路５４を含むこ
とが望ましい。

この移相同路５４は、抵抗Ｒ８とコンデンサＣ６から成
り、第１電圧応答導通回路４０と回路接続され、交流電
源の正のピーク電圧が生じる前に第１電圧応答導通回路
４０が導通するように印加電圧を移相する。

交流電源の正のピーク電圧と同時にもし高圧パルスが発
生するならば、安定器１０の磁気効果はＨＩＤランプ１
２の動作が継続しないようにすることが分った。

下記の表は、図示の回路に使用するための代表的な値を
示す。

図示の回路では、定常状態動作中、安定用コンデンサＣ
１がＨＩＤランプ１２のための約１００オームの電流制
限インピーダンスとして働く。

ＨＩＤランプ用電力の供給が一度停止されその後再印加
される時、安定用コンデンサＣ１の電圧と交流線路電圧
は互に加わってＨＩＤランプ１２の一方の電極１６ａに
ホットスポットを形成するのに必要な中圧電圧を発生し
かつＨＩＤランプ１２をしてより低いインピーダンス動
作状態まで低下させる。

約８００ボルトの中圧は高圧パルスの数百分の１７イク
ロ秒の後で発生する。

再点弧動作の正半サイクル中充電用コンデンサＣ５は抵
抗Ｒ７および第２電圧応答導通素子Ｄ５を通して正に充
電される。

負半サイクル中この充電用コンデンサＣ５は抵抗Ｒ６お
よびダイオードＤ６を通して放電し、もつて安定用コン
デンサＣ１を充電する。

この安定用コンデンサＣ１は、第２電圧応答導通回路素
子Ｄ５のツエナー電圧で決まる６００ボルトに向って充
電される。

安定用コンデンサＣ１が６００ボルトに向って充電され
るので、蓄積用コンデンサＣ２も６００ボルトに向って
抵抗Ｒ１を通して充電される。

蓄積用コンデンサＣ２が約４００ボルトまで充電される
時、ツエナーダイオードＤ２およびＤ３並びにダイアツ
クＤ４は導通し始める。

これらの素子が導通し始める時、ダイアツクＤ４は負抵
抗モードになりかつシリコン制御整流素子ＳＣＲ２をタ
ーンオンする大きなゲート電流を流す。

これはシリコン制御整流素子ＳＣＲ２のアノードからカ
ソードへ大きな電流を流し、この電流は更にシリコン制
御整流素子ＳＣＲ１のゲートへ流れ、もつてこのシリコ
ン制御整流素子ＳＣＲ１を高導電モードにターンさせる
。

このシリコン制御整流素子ＳＣＲ１が導通ずる時、蓄積
用コンデンサＣ２の両端間の４００ボルトの全電圧はオ
ートトランス３０のタツプ３２にかゝる。

この全電圧はオートトランス３０の巻線比だけ昇圧され
てＨＩＤランプ１２の初ブレイクダウンに必要な高圧短
持続時間の始動パルスを発生する。

正常動作中、安定用コンデンサＣ１従って蓄積用コンデ
ンサＣ２の両端間に直流電圧がかゝらない。

瞬時再点弧装置２６は、基本的には回路中に無く、かつ
交流動作に殆ど寄与しない。

抵抗Ｒ７，Ｒ６は定常状態の交流状態中第２電圧応答導
通素子Ｄ５、ダイオードＤ６を流れる電流を制限する。

高圧短持続時間パルスでのトリガ中、抵抗Ｒ１とコンデ
ンサＣ３から成る蓄積用コンデンサ充電回路３６の両端
間には全線路電圧がかゝる。

これは蓄積用コンデンサＣ２に電流を流させる。

この電流は、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ３の性質のために
蓄積用コンデンサ充電回路３６の両端間に現われる電圧
よりも６０°ないし９０°進んでいる。

蓄積用コンデンサＣ２へのこの電流はこの蓄積用コンデ
ンサＣ２の両端間に電圧を発生し、この電圧は電流にく
らべて約９０°遅れており、もって蓄積用コンデンサＣ
２の両端間の総電圧を交流線路電圧にくらべて約０°な
いし３０°遅らせる。

もしコンデンサＣ６と抵抗Ｒ８から成る移相回路５４が
回路中になければ、第１電圧応答導通回路４０は蓄積用
コンデンサＣ２へのピーク電圧でトリガし、これは線路
電圧の正のピークから約０°ないし３０°遅れて起る。

しかしながら、移相回路５４はツエナーダイオードＤ３
のカソード側に６０°の進相電圧を生じ、これは交流線
路電圧の負から正への零電圧交差の３０°ないし６０°
後で高圧短持続時間パルスを発生する。

シリコン制御整流素子ＳＣＲ２を使用してシリコン制御
整流素子ＳＣＲ１のための極めて大きいゲート電流を生
じさせる。

これが行なわれるのは、素子の定常状態定格に関して極
めて大きい電流をシリコン制御整流素子ＳＣＲ１が通電
するためである。

事実、シリコン制御整流素子ＳＣＲ１は２００アンペア
程度の電流を通電し、そして素子の定格は６アンペアで
ある。

２００アンペアの電流が流れるのは約１０〜２０マイク
ロ秒の間だけである。

信頼できる動作については、素子に極めて大きいゲート
電流を流すことが望ましい。

シリコン制御整流素子ＳＣＲ２が使用されるのは、ツエ
ナーダイオードＤ３とダイアツクＤ４の両端間の電圧が
約２２０ボルトの時シリコン制御整流素子ＳＣＲ２がゲ
ートオンされて上述した極めて大きいゲート電流を流す
ためである。

シリコン制御整流素子ＳＣＲ２がゲートオンされる瞬間
、コンデンサＣ４の電圧は約２２０ボルトであって抵抗
Ｒ２の両端間に印加され、約１０アンペアの素子電流を
シリコン制御整流素子ＳＣＲ２に流す。

この電流は事実上その全部がシリコン制御整流素子ＳＣ
Ｒ１のゲートへ供給され、従ってこのシリコン制御整流
素子ＳＣＲ１を全導通モードに瞬時にターンするのに要
する極めて大きいゲート電流を生じる。

抵抗Ｒ３，Ｒ４は漏洩電流がそれぞれシリコン制御整流
素子ＳＣＲ１，ＳＣＲ２をトリガオンするのを防ぐ。

シリコン制御整流素子ＳＣＲ１がトリガオンされる時、
蓄積用コンデンサＣ２は図示のとおり充電されている。

これは、蓄積用コンデンサＣ２の正端子からオートトラ
ンス３０の１次巻線３３およびタツプ３２並びにシリコ
ン制御整流素子ＳＣＲ１を通して蓄積用コンデンサＣ２
の負端子へ正の電流を流す。

蓄積用コンデンサＣ２とオートトランス３０の１次巻線
３３とは極めてよく共振する。

高圧パルスを最大限まで使用するために、蓄積用コンデ
ンサＣ２と１次巻線３３は共振させられる。

回路中に含まれたダイオードＤ１は逆電流を通流させ、
従って蓄積用コンデンサＣ２と１次巻線３３に共振制動
された高圧始動パルスを発生させる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の望ましい一実施例を示す回路図である
。 １２はＨＩＤランプ、１４と１４ａは１２の入力端子、
１６と１６ａは１２の電極、１０は安定器、１８は定出
力変圧器、２０と２０ａは変圧器入力端子、２２と２２
ａは変圧器出力端子、Ｃ１は安定用コンデンサ、２４は
Ｃ１の一端、２４ａはＣ１の他端、２６は瞬時再点弧装
置、２８は高圧パルス発生回路、３０はオートトランス
、３２は３０のタップ、３３は３０の１次巻線、３３ａ
は３０の２次巻線、３４と３４ａは３０の端部、３６は
蓄積用コンデンサ充電回路、３８はゲート制御式ソリッ
ドステート・スイッチング回路、４０は第１電圧応答導
通回路、４２は４０の出力端子、４４は３８のゲート端
子、５４は移相回路、Ｃ２は蓄積用コンデンサ、４６は
中圧発生回路、４８は充電回路、Ｃ５は充電用コンデン
サ、５０はＣ５の一端、５０ａはＣ５の他端、Ｄ５は第
２電圧応答導通回路素子、５２はＤ５のアノード、５２
ａはＤ５のカソードである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ＨＩＤランプと、このＨＩＤランプ用の安定器とを
   組み合わせて備え、上記ＨＩＤランプが２つの入力端子
   および上記ＨＩＤランプの内部に作動的に配置された２
   つの電極を有し、上記安定器が定出力変圧器および安定
   用コンデンサを含み、上記定出力変圧器が変圧器入力端
   子および変圧器出力端子を有し、上記変圧器入力端子が
   交流電源へ接続されるようになっており、上記安定用コ
   ンデンサの一端が上記変圧器出力端子のうちの一方の変
   圧器出力端子へ接続され、上記安定用コンデンサの他．
   端と他方の変圧器出力端子とが通常の安定器出力端子に
   なり、これらの通常の安定器出力端子間に上記ＨＩＤラ
   ンプの入力端子が通常接続されるようになっている装置
   において、 消灯後上記ＨＩＤランプがまだ温っている状態に．ある
   時上記ＨＩＤランプ中で放電を開始させるために、 （ａ）上記通常の安定器出力端子間に接続された高圧パ
   ルス発生回路を備え、この高圧パルス発生回路がオート
   トランス、蓄積用コンデンサ、ゲート制御式ソリッドス
   テート・スイッチング回路および第１電圧応答導通回路
   を含み、上記オートトランスがその１次巻線と２次巻線
   を分けるタップを有し、上記オートトランスの両端部が
   上記安定用コンデンサの他端と上記ＨＩＤランプの入力
   端子のうちの一方の入力端子との間に回路接続され、上
   記蓄積用コンデンサが上記通常の安定器出力端子間に回
   路接続され、上記スイッチング回路が上記オートトラン
   スのタップと上記蓄積用コンデンサとの間に接続されて
   直列ループを形成し、この直列ループが上記オートトラ
   ンスの１次巻線と上記蓄積コンデンサと上記スイッチン
   グ回路から成り、上記第１電圧応答導通回路が上記蓄積
   用コンデンサの両端間に回路接続され、上記第１電圧応
   答導通回路の出力端子が上記スイッチング回路のゲート
   端子へ接続され、上記高圧パルス発生回路が付勢される
   時上記蓄積用コンデンサがその両端間に増加する電圧を
   印加し、この増加する電圧は所定値の電圧が上記蓄積用
   コンデンサの両端間に印加される時上記第１電圧応答導
   通回路を導通させ、これにより上記スイッチング回路を
   ゲートして上記蓄積用コンデンサを上記直列ループを通
   して放電させ、もって上記オートトランスの両端間に持
   続時間が短い高圧パルスを発生しかつ上記ＨＩＤランプ
   を通る放電路を生じ、（ｂ）上記通常の安定器出力端子
   と上記高圧パルス発生回路の間に挿入されかつ上記安定
   用コンデンサと協働して上記安定器が付勢されている時
   付勢電圧の複数回の半サイルの間に上記安定用コンデン
   サを上記安定器の出力電圧より高く上記高圧パルスの電
   圧より低いいわゆる中圧まで充電する中圧発生回路も備
   え、この中圧発生回路が充電回路を含み、この充電回路
   が充電用コンデンサおよび第２電圧応答導通回路素子を
   含み、上記充電用コンデンサの一端が上記第２電圧応答
   導通回路素子のカソード・アノードを介して上記一方の
   変圧器出力端子へ接続されかつ、ダイオードを介して上
   記安定器中の上記安定用コンデンサおよび上記高圧パル
   ス発生回路中の上記蓄積用コンデンサへ接続され さら
   に充電用コンデンサの他端が上記他方の変圧器出力端子
   へ接続され、もって上記ＨＩＤランプがまだ温っている
   間に上記安定器が付勢される時上記安定用コンデンサが
   中圧まで充電されると同時に、上記蓄積用コンデンサも
   充電され、そして上記高圧パルスに続いて上記高圧パル
   スよりも持続時間の長い上記中圧を上記安定用コンデン
   サより放電させて上記ＨＩＤランプを動作させることを
   特徴とする瞬時再点弧装置。 ２ 高圧パルス発生回路が移相回路を含み、この移相回
   路は、第１電圧応答導通回路と回路接続され、交流電源
   の正のピーク電圧が生じる時よりも前に上記第１電圧応
   答導通回路が導通するように、印加電圧を移相する特許
   請求の範囲第１項記載の瞬時再点弧装置。