JPS60207295A - 高圧ガス放電ランプ用の交流動作回路 - 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】 本発明は高圧ガス放電ラングと幹線交流電圧源との間に
配置される電流制限器と、直流＃８電されて、幹線変流
ラング電流に重畳してランプに通す高周波電流を発生さ
せる高周波発振器とを具え、・該発振器が高周波変成器
と、該変成器の一次巻線に直列に接続されて、周期的に
スイッチ・オンしたり、スイッチ・オフしたりすること
のできるトランジスタとを具えており、前記変成器の二
次巻線を前記ランプに直列に接続して成る高圧ガス放□
電ランプ用の交流動作回路に関するものである。

電流制限器としてはオーム抵抗、チョークコイル又は電
子式の安定器を用いることができる。

高圧ガス放電ラングの動作上の問題は、幹線変流ランプ
電流の各ゼロ通過後における再点弧にある。特に、メタ
ルハライド放電ランプでは加熱工程段の期間中に高い再
点弧電圧を必要し、このような高い再点弧電圧は安定器
等によって供給されないためランプは消弧してし１う。

これがため、高圧ガス放電ラングの点弧及び再点弧をそ
れぞれ促進させるために、幹線交流電圧源により動作す
るランプに追〃口の高周波電流を重畳させていた。

米国特許第４．３７８．５１４号から既仰の斯種の回路
では、ランプ点弧用に周波数が１．６〜２００ＫＨ２Ｏ
高周波電圧もラングに供給して、この高周波・電°圧を
ラングの点弧後に再びスイッチ・オフさせている。斯か
る高周波電圧はランプの点弧電圧↓りも高く、それは少
なくとも１０００Ｖにもなり得る。

これがため高周波発振器は斯様な高電圧に耐え得るよう
に構成する必要がおり、このために相当大きな高電力用
の構成素子を必要とすることになる。

英国特許第１．０９２．１９９号にもカス放電ランプ用
の交流動作回路が開示されており、この場合には追加の
高周波電流を幹線交流ランプ電流に重畳させるため、再
点弧電圧は低減される。斯かる高周波電流の重畳は幹線
変流ランプ電流の全発生期間中性われている。また、高
周波電流は幹線変流ランプ電流の平均値の約１０％とす
るためＧこ、比較的大きな高周波発振器も必要である。

本発明の目的は、特に高圧ガス放電ランクの加熱工程段
の期間中に低い再点弧電圧で該ラングを交流動作させる
回路を提供することにあり、該回路における電流制限器
以外の個々の回路素ヨーは小さくし、しかもそれらの回
路素子の電力損失分？小さくシ、上記回路をランプペー
ス又はランフーキ°ヤツプ内に一体化しても、該回路で
の損失分により上記回路素子が熱的に破壊されることの
ないように適切に構成配置した高圧ガス放電ランプ用の
交流動作回路を提供することにアル。

本発明は冒頭にて述べた糧類の回路において、前記トラ
ンジスタのスイッチング・オン時間とスイッチング・オ
フ時間との間の比（デユーティサイクル）を小さな頓に
選定して、前記ランプに結合される高周波電流の実効値
が幹線交流ランプ電流の０．０５〜５チの範囲内の値と
なるようにし、かつ補助装置を設け、該補助装置によっ
て幹線交流ランプ電流がゼロ通過する近傍以外では前記
トランジスタのペース−エミッタ通路を低抵抗により分
路せしめるように構成したことを特徴とする。

本発明は、高圧ガス放電ランプの再点弧電圧を低減させ
るのには相当低い高周波電力を迫力口させるだけで十分
であると云う駕〈べ！！事実の認識に基いて成したもの
である。斯かる追加の高周波電力は公称ランプ電力の５
％以下とする。高周波電流の周波数は約Ｉｓ　ＯＫＨｚ
〜ｌ　ＭＨｚの範囲内の値と“することができ、好まし
くは例えば２００ＫＨ２とす□る。所要高周波電圧は約
１００〜２００ｖの範囲内の値、即ちランプ動作電圧と
同じオーダの電圧値とする。再点弧の困難性を回避する
ためには、幹線の交流ランプ電流がゼロ通過する付近で
だけ、正規のランプ電力に比べて低い高周波電力を幹線
交流ランプ電流に結合させれは十分である。ことも確め
た。

本発明による回路の好適例では、前記トランジスタのペ
ースを高周波変成器の第２二次巻線に接続し、この第２
二次巻線の他端には分圧器を介して高周波発振器に供給
される分圧直流電圧を作用させて前記トランジスタのデ
ユーティサイクルを所望値に調整し得るようにすると共
に、上記分圧して供給される直流電圧を低減させるか、
前記第２二次巻線の巻回数を増大させるかのいずれか、
又はこれらの双方によって前記トランジスタのデユーテ
ィサイクルを低減させることのできるようにする。

本発明のさらに他の好適例によれば、補助装置°に別の
第２トランジスタを設け、この第２トラン１ジスタによ
り前記ｆａ４１　）　ラフ　シｘ　タ（７）　ヘ−、Ｘ
−エミッタ通路を分路さぜ、該第２トランジスタのペー
スにボランジオメータを介して瞬時ランプ電流を測定す
る電流センサからの整流信号を作用させ・て、ランプ電
流が所定の瞬時ランプ電流以上となる際に、前記第２ト
ランジスタによって前記第１トランジスタを非導通状態
に切換えるようにする。

使用する電流センサは、例えば交流変換器又は測定抵抗
のようなものとする。

高周波発掘器は例えば５０９６のような低効率で動作さ
せても十分であるため、比較的廉価な素子を用いること
ができる。高周波発振器による電力消費損失分は、連続
操作の場合における消費損失の約１０％に低減さゼるこ
とができる。さらにこの場合には＾周波発掘器の蓄積コ
ンデンサを幹線電圧のピーク値にまで充電させることが
できる。

その理由は幹線電圧の最大値では電力は上記コンデンサ
からは抽出されないからである。従って、幹線電圧のゼ
ロ通過時に高周波発振器により供給°される電圧は連続
動作の場合におけるエリも高くなり、このことはランプ
の再点弧特性にとって有利であると共に、ランプに直列
に接続する二次巻線の巻回数を少なくすることができる
ため、高周波変成器の寸法及びコストが低減されること
になる。

高圧ガス放電ランプの再点弧の困難性は主としてラング
の力Ω熱工程段の期間中に生ずる。これがため、高周波
発振器は斯かる刀り熱工程段の期間中にだけ発掘させる
必要がある。ランプ電圧が加熱工程段の後にそのランプ
の公称値に達する際に高周波発振器をスイッチ・オフさ
せて、ランフ′動作回路における損失分を低減させるこ
とができる。

このために、本発明のさらに他の好適例によれば、第１
トランジスタのペース−エミッタ通路を第２トランジス
タによって分路し、該第１トランジスタのペースに平滑
コンデンサの電圧を作用させて、前記第２トランジスタ
が平均ランフ゛電圧に応じて前記第１トランジスタを非
導通状態に切換えるようにし、前記平滑コンデンサをダ
イオードを介し°て第２分圧器の抵抗に並列に接続し、
前記第２分１圧器を前記ランプと前記第に次巻線との直
列回路に並列に接続するようにする。

双方の手段を採る必要のめゐ場合、即ち、高周波発振器
を幹線交流ランプ電流のゼロ通過近傍でのみ発振させる
と共に、前記高周波発振器をランプの加熱工程段の後に
スイッチ・オフさせる必要のある場合に、本発明の他の
好適例によれば、平滑コンデンサを第２ダイオードを介
して第２トランジスタのベースに接続すると共に、ポテ
ンシオメータのタッグ点を第８ダイオードを介して第２
トランジスタのベースに接続する。このようにすること
によりポテンシオメータの電圧と平滑コンデンサの電圧
とが相対的に減結合される。

以下図面につき本発明を説明する。

第１図は高圧ガス放電ランプ用の変流動作回路の一例を
示すブロック線図であり、この回路における端子Ａ及び
Ｂに例えば２ＢＯＶ、５ｏｎＺのような交流電圧幹線に
接続するための入力端子を示す。これらの入力端子には
電流制限器ｌを介して°高圧ガス放電ランプ２を高周波
発振器８と直列に接続する。

高周波発振器８の出力端子をＣ及びＤにて示しておる。

電流制限器１にオーム抵抗、チョークコイル又は電子式
の安定器とすることができる。ランプ２及び変周波発振
器８に並列に高周波返送コンデンサ壱を接続し、このコ
ンデンサ４によって変周波電流が交流電圧幹線に帰還さ
れるのを防止する。高周波発振器８は５０Ｈ２の幹線交
流ランプ電流以外に５０　ＫＨｚ−Ｉ　ＭＨｚの礼囲内
におる周□・波数の電流値の小さい高周波電流をラン１
２に結合させる。通常は高周波発振器８を交流電圧の全
期間中動作させる。放電ラング用の動作回路における電
力損失分を低減させるために、高周波発振器８は幹線交
流ランプ電流がゼロを通過する付近・でのみ発振するよ
うにする。この目的のため、例えば交流変換器形態の電
流センサ１５を追刀口的に設け、これによりラング電流
を測定すると共に、そのランプ電流を高周波発振器８の
入力端子Ｅ及びＦに通すようにする。高周波発振器８の
他の入゛力端子Ｇは、ランプ２の高周波発振器８の出力
端１子Ｏに接続されない側の電極に接続する。

切換え変換器の原理に基ずいて動作する高周波発振器と
しての好適例を第２図に示す。交流電圧幹線の入力端子
Ａ’、Ｂ’にはブリッジ整流器６を一接続し、この整流
器の出力を充電コンデンサ６と並列に配置する。整流回
路５，６は実際の高周波発振器８に対する直流電圧源を
構成する。斯かる実際の高周波発振器は、−次巻線８及
び２つの二次巻線９と１０を有している高周波変成器７
並び１・・に前記−次巻線８に直列に接続されて周期的
にスイッチ・オフしたり、スイッチ・オンしたりするこ
とのできるトランジスタ１１を具えている。高周波変成
器７の一矢巻線８と、それに厘夕１）に接続するトラン
ジスタ１１及び抵抗１２との直列回路は１１前記充電コ
ンデンサ６に並列に接続する。高周波変成器７の第に次
巻線９はランプ２に直列に接続する。充電コンデンサ６
には抵抗１８と１４とから成る分圧器も並列に接続する
。分圧器を構成する２個の抵抗１８と１４との接続点は
高周波発振器？の第２二次巻線１０の一端部に接続し、
こ。

の第２二次巻線ｌＯの他端はトランジスタ１１０ベース
に接続する。

このような放電ラング用の交流動作回路はつぎのように
動作する。即ち、整流された幹ｌｉＭ’を圧がブリッジ
整流器５の出力端子に供給されると、これにより充電コ
ンデンサ６が充電される。やがてこのコンデンサから高
周波変成器７の一次巻線８と、スイッチングトランジス
タ１１と、抵抗１２との直列回路を経て電流が流れる。

分圧器を構成する抵抗１８及び１４の分圧比は、分圧さ
れた供給直流電圧、従ってスイッチングトランジスタ１
１に供給されるベース電圧がこのトランジスタ１１を導
通させるのに十分となるように選定する。

上記−次巻線８、スイッチングトランジスタ１１及び抵
抗１２を流れる電流の立上り時間は抵抗１２と一次巻線
８の自己インダクタンスとによる時定数によって決定さ
れる。−次巻線８を流れる電流が立上ると、第２二次巻
線ｌＯに電圧が篩起され、この電流が抵抗１８．１４の
分圧比に工つ°て与えられる電圧を相殺し、従ってトラ
ンジスタ１１１のペース電圧を、このトランジスタが非
導通となるような低い値に低減させる。このために−次
巻線８に流れていた電流が遮断されるため、第２二次巻
線ｌＯに誘起される逆電圧も低減する。′・従って、ト
ランジスタ１１はその出発状態に戻り、全７”ロセスが
再び開始し、この結果−次巻線８に全体として高周波電
流発振が得られることになる。

また、このような発振により第に次巻線９に高周波電圧
が誘起され、この電圧が出力端子Ｃ及びｌ・・Ｄを経て
第１図に示した回路に結合されることになる。

トランジスタ１１の等適時間と非導通時間との比（デユ
ーティサイクル）は、分圧器抵抗１４と１８との比を低
減させることによって、即ち高岡・・波発振器８に供給
する分圧供給電圧を低減させるか、第２二次巻線ｌＯの
巻回数を増大させるかのいずれか、又はこれらの双方に
よってラン１２に結合される高周波電流の実効値が交流
幹線のランプ電流の０．０５〜５％の範囲内の値となる
ように”小さな値に選定する。このようなトランジスタ
１１のデユーティサイクルの一度の調整により高周波発
振器８の発振周波数も決定する。

第２図から明らからように、スイッチングトランジスタ
１１のベース−エミッタ通路は別の第２トランジスタ１
Ｂと抵抗１７との直列Ｉｌ！２回路によって分路する。

電流センサ１５により高周波発ｍＷ８の入力端子Ｅ及び
Ｆに供給される信号は、整流ブリッジ１８により整流さ
れてからポテンシオメータ１９を経て第２トランジスタ
１６のベースに供給される。トランジスタ１６のベース
電圧値はポテンショメータ１９によって調整することが
できる。

上述した発振回路の動作はつぎの通りである。

電流センサ１６の信号が小さい場合、即ち、幹線交流ラ
ンプ電流がほぼゼロ通過点の近くにおる場合にはトラン
ジスタ１６のベース電圧も小さいため、このトランジス
タ１６は非導通状態にある。

この場合にはスイッチングトランジスタ１１．従って高
周波発振器８は上述したように動作する。

゛ランプ電流、従ってトランジスタ１６のベース電１圧
が成る所定値以上になると、トランジスタ１６が導通す
るため、低抵抗値の抵抗ｌ？が抵抗１４に並列に接続さ
れる。この結果、トランジスタ１１のベース電圧が低減
されるため、このトランジスタ１１は非導通のままとな
り、従って高周波発振器８は発振できなくなる。この場
合、発振器８の発振を阻止するランフ”電流の限界電圧
値はポテンシオメータ１９により調整することができる
。

第２図に示す回路では、ランプ２の加熱工程段・°゛の
後に高周波発振器８をスイッチ・オフさせるようにする
こともでき、このようにブれば動作回路における電力損
失をさらに小さくすることができ、従ってランプの加熱
を一層弱くすることができる。

これがため、尚周波発振器８の入力抱子Ｇに供給１され
るランプ電流を、抵抗２１Ｊ及び２１とダイオード２２
とから成る分圧器を経て平滑コンテ／す２８に供給する
。抵抗２０と平滑コンデンサＢ８との時定数は、平均ラ
ンフ゛電圧に比例する電圧が平滑コンデンサ２８に供給
されるように選定する６・・°この場合には平滑コンデ
ンサ２８に供給される電□圧が第２ダイオード２４を経
て第２トランジスタ１６のベースに供給される。これと
同時にポテンシオメータ１９に現われる電圧も第８ダイ
オード２５を経て第２トランジスタ１６のベースに供給
される。この際、２個のダイオード２４及び２５は、ポ
テンシオメータ１９から現われる電流−比例信号と、平
滑コンデンサ２８から現われる電圧−比例信号とが互い
に影響を及はさないようにする。従って、高周波発振器
８は、又流ラング電流のゼロ通過点付近以外で、ポテン
シオメータ１９から導出される電圧が第２トランジスタ
１６を導通状態に切換える場合及びランフ′電圧が所定
の平均ランプ電圧以上となり、平滑コンデンサ２８から
導出される電圧が第２トランジスタ１６を導通状態に切
換える場合の双方の場合にスイッチ・メツされる。ラン
プの動作電圧に対する切換限界値は分圧器２０．２１に
より適百に調整して、高周波発振器８がランプ２の力ロ
熱工程段の後にたけ、即ちランプ電圧がその正規な動作
電圧にほぼ相当°する電圧値となる際にのみスイッチ・
オフされる１ようにする。

第２図に示した種類の回路にて動作電圧が１００ｖで、
４５ＷのメタルＩ・ライト２高圧放電ランプを交流動作
させる実施例においてはつぎのような回路素子を用いた
。即ち、 抵抗’−１８：　１５０Ω 抵抗１　？　：　８９０Ω 抵抗１４：　１．８にΩ 抵抗１８：　ＩＪＯ［Ω 抵抗２０：　８２にΩ 抵抗２１：　６．８にΩ ポテンシオメータ　１９：　ＩＫΩ コンデンサ４　：　１μＦ コンデンサ　６　：　０．５μＦ コンデンサ２８　：　０．ＢμＦ トランジスタ１１：　ＢｕＸ８６ トランジスタ１６　：　Ｂｅ　１０？ ダイオード２２，２４，２５　：　ｌＮ　４４８９°高
周波変成器７の一次巻線８：第２二次巻線１０：第に次
巻線９＝２Ｒ：　６　：　２０高周波発娠器の発振周波
数は約２００ｖのピーク電圧で約５ＯＯＫＨ２であった
。メタルハライド放電ランプに再点弧の問題なくそれら
の加熱工程段を通過した。幹線の交流ランプ電流は約０
．６Ａであり、高周波電流の実効値は約０．５７７ＬＡ
であった。

上述した実施例ではランプを高周波発振器に直列に接続
したが、ラングは２個のコンデンサを介して高周波発振
器に並列に接続することもできる。

【図面の簡単な説明】 第１図はランプ電流により追加的に制御さＪ’Ｌる高周
波発振器に直列に接続する高圧ガス放電ランプ用の交流
動作回路の一例を示す回路図；第２図は第１図に示した
回路に用いられる高周波発振器の一例を示す回路図であ
る。 ｌ・・・電流制限器　２・・・高圧ガス放電ラング８・
・・高周波発振器 ４・・・高周波返送用コンデンサ ５・・・ブリッジ整流器　６・・・充電コンデンサ°７
・・・高周波変成器　８・・・変成器の一次巻線９・・
・変成器の第に次巻線 １０・・・変成器の第２二次巻線 １１・・・第１トランジスタ　１２・・・抵抗（１８，
１４）・・・第１分圧器１５・・・電流センサ１６・・
・第２）ランジスタ１７・・・抵抗１Ｂ・・・整流ブリ
ッジ　１９・・・ポテンシオメータ（２０，２１）・・
・第２分圧器２２・・・ダイオード２８・・・平滑コン
デンサ　２４．２５・・・ダイオードＡ、　Ｂ・・・幹
線又流電圧供給端子 ＦｌＧ、１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　高圧ガス放電ランプと幹線交流電圧源との間に配置
   される電流制限器と、直流給電されて、幹線交流ランプ
   電流に重畳してランプに通す高周波電流を発生させる高
   周波発振器とを具え、該発振器が高周波変成器と、該変
   成器の一次巻線に直列に接続されて、周期的にスイッチ
   ・オンしたり、スイッチ・オフしたりすることのできる
   トランジスタとを具えており、前記変成器の二次巻線を
   前記ランプに直列に接続して成る高圧ガス放電ラング用
   の交流動作回路において、前記トランジスタ（１１）の
   スイッチング・オン時間とスイッチング・オフ時間との
   間の比（デユーティサイクル）を小さな値に選定して、
   前記ランプ（２）に結合される高周波電流の実効値が幹
   線交流ランプ電流の０．０５〜５％の範囲内の他となる
   ようにし、かつ補助装置（１５〜１９．“２５）を設け
   、該補助装置によって幹線交流ランプ電流がゼロ通過す
   る近傍以外では前記トランジスタのペース−エミッタ通
   路を低抵抗により分路せしめるように構成したことを特
   徴とする高圧ガス放電ランプ用の交流動作回路。 区　前記トランジスタ（１１）のペースを高周波変成器
   （７）の第２二次巻線（ｌυ）に接続し、該第２二次巻
   線の他端には分圧器（１８，１４）・を介して分圧され
   る高周波発振器（８）の直流給電電圧を作用させ、該分
   圧直流給’ｍ’を圧を低減させるか、前記第２二次巻線
   の巻回数を増大させるかのいずれか、又はこれらの双方
   によって前記トランジスタのデユーティサイクルを低減
   させることのできるようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の高圧ガス放電ランプ用の交流動
   作回路。 ＆　前記補助装置に第２トランジスタ（１６）を設け、
   該第２トランジスタにより前記第１トランジスタ（１１
   ）のペース−エミッタ通路を分路させると共に、該第２
   トランジスタのペースにポテンシオメータ（１９）を介
   して瞬時ラング電流を測定する電流°センサ（１６）か
   らの整流信号を作用させて、ランプ電流が所定の瞬時ラ
   ンプ電流以上となる際に前記第２トランジスタによって
   前記第１トランジスタを非導通状態に切換えるようにし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１又は２項のいず
   れかに記載の高圧ガス放電ランプ用の交流動作回路。 ４　前記第１トランジスタ（１１）のペース−エミッタ
   通路を第２トランジスタ（１６）によって分路し、該第
   ２トランジスタのペースに平滑コンデンサ（２８）の電
   圧を作用させて平均ｌ・ランプ電圧に応じて前記第２ト
   ランジスタにより前記第１トランジスタを非導通状態に
   切換えるようにし、前記平滑コンデンサをダイオード（
   ２２）を介して第２分圧器（２０゜２１）の抵抗（２１
   ）に並列に接続すると共に前記第２分圧器を前記ランプ
   （２）と前記高周波変成器の第に次巻線（９）との直夕
   １］回路に並列に接続するようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１又は２項のいずれかに記載の高圧力
   ス放電ランプ用の交流動作回路。 服　前記平滑コンデンサ（ｚ８）を第２ダイオード（２
   ４）を介して前記第１トランジスタ（１６）のペースに
   接続すると共に、前記ポテンシオメータ（１９）の口出
   しタック”を第８ダイオード（２５）を介して前記第２
   トランジスタ（１６）のペースに接続するようにしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第８又は４項のいずれか
   に記載の高圧ガス放電ランプ用の交流動作回路。