JPS6332898A

JPS6332898A - ア−クランプ電源装置

Info

Publication number: JPS6332898A
Application number: JP62176926A
Authority: JP
Inventors: デーヴィッド・エイ・ウォルツェ
Original assignee: P KU SYST Inc; P-KU SYST Inc
Current assignee: P KU SYST Inc; P-KU SYST Inc
Priority date: 1986-07-17
Filing date: 1987-07-15
Publication date: 1988-02-12
Also published as: EP0253163B1; US4727297A; EP0253163A2; EP0253163A3; DE3777263D1

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】発明の背景この発明は高強度アーク放電（ＨＩＡＤ）ランプ用電源
装置に、更に明確には、広いダイナミックレンジにわた
ってそのようなランプの完全な動作上の制御を調整する
回路に関係している。

ＨＩＡＤランプの設計には多（の変数、すなわち、アー
ク長、穴径、電極構成、充てん気体、気体圧力などが関
係している。特定の応用及び技術的要件はどの変数が所
与のＨＩＡＤランプに対して選択されるかを指図し、従
ってそれの電力及び動作特性を確立する。実際、４００
００ワツトを越える電力レベルで動作するような最新式
のＨＩＡＤランプの電力及び動作曲線を十分に利用する
ことができる電源装置を必要とする新しい産業上の熱的
及び放射的処理技術が出現してきている。

例として、精密な、可変の高電力ランプ制御が不可欠で
ある一つの領域は半導体ウェハの熱的処゛理の領域であ
る。大抵の現存のシステムはそのようなウェハを加熱す
るために１０以上のフィラメントランプの配列を使用し
ている。しかしながら、フィラメントランプは、その大
きい熱的質量のために、ウェハを所与の温度に加熱する
のに比較的長い時間を必要とする。ウェノ・の時間一温
度特性曲線を形成する際のこの不十分な応答は工程問題
となることがある。付加的な工程の難点は、高温処理の
ために必要な電力レベルを達成するのにフィラメントラ
ンプの配列が必要とされるために生じる。各ランプはわ
ずかに独得の特性を持つことがあり且つ異なって経年変
化するので、工程一様性及び信頼性の両問題が生じる。

単一のＨＩＡＤランプは半導体ウェハの熱処理のために
使用されることができて、非常に迅速に温度を達成する
という利点を持っているので、一層精密な時間一温度特
性曲線を与える。しかしながら、繰返し可能な精度でＨ
ＩＡＤランプをターンオンし且つ又超低電力直流［弱熱
処理（ｓ　ｉ　ｍｍ　ｅｒ　）Ｊモード（４００ワット
未満）から高電力交流工程モード（４００００ワット以
上）まで迅速且つ正確にランプ電力を変えることができ
る電源装置が必要とされる。この発明はこれらの利点を
備えたものであって、二三列挙すればプラスチック、セ
ラミック、及び舞台照明のように他の産業において類似
のＨＥＡＤ熱的及び放射的処理要件を処理することがで
きる。

アークランプは典型的にはまず容量性昇圧回路を充電し
、次にランプをイグナイタで始動させて電極間に高電圧
パルスを与えることによってターンオンされる。典型的
には、昇圧コンデンサが充電を開始してから所定量の時
間後にイグナイタがオンに切り換えられるようにタイミ
ング回路が使用される。この時間量は必要とされる昇圧
エネルギーを与えるのに十分なように見積もられる。し
ばしば、ランプを始動させるのに適当な電圧パルスを得
ろために数回の始動の試みが必要であろう。

−たん始動すると、ある具体例は交流線路電圧を整流し
て直流電圧を発生させ、この電圧は次にランプにパルス
式電圧を供給するためのスイッチングブリッジに加えら
れる。このブリッジは、このブリッジに又はこのプリク
ジのすぐ後の回路にイジダクタを備えた５ＣＲ（シリコ
ン制御整流器）スイッチングブリッジでよい。負荷に加
えられる平均電圧はブリッジでパルス幅を制御すること
によって変えられる。このような電源装置は、低電力で
はパルス変調の幅の減小のために電圧がパルス間で零に
低下するので、限定された範囲においてしかアークラン
プを動作させることができない。

この電圧低下のためにアークランプは消弧することがあ
り、従って低電力動作は不可能である。高電力アークラ
ンプ動作に対しては必要とされる大電流を供給するため
に交流動作が必要とされる。

オン（Ｏｌａ）への米国特許第４４１２１５６号は、主
スィッチ、転流器及び電力帰還を備えたメタルハライド
放電ランプ用交流電源装置を開示している。開示された
回路は固定した電力レベルにおいてだけ交流動作が可能
なように設計されている。メタルハライドランプ用の別
の交流電源装置はデンディ（Ｄｅｎｄｙ　）外への米国
特許第３９９９１００号に示されている。ここでもやは
り、固定したランプ電力が使用されており、且つスイッ
チングを制御して定電力出力を与えるために電力帰還誤
差信号が使用されている。

直流ランプ電源装置はポール（Ｐａｕｌ　）への米国特
許第４２４０００９号に示されている。やはり、固定し
た電力レベルを維持するために電力帰還が使用されてい
る。ランプを始動させるために必要とされる高電圧パル
スを与えるためにコンデンサが充電され、又ランプが始
動するまでパルスの印加を繰り返すための回路部が準備
されている。別の直流ランプ電源装置はプーラ（Ｂｕｈ
ｒｅｒ　’）”−の米国特許第４３９９３９２号に示さ
れている。

アークランプ・インピーダンスの特性のために広範囲の
電力レベルにわたってアークランプが動作させられる場
合には電源装置に対して問題点かれ、電力の増大と共に
電圧レベルが低下することを示している。電圧レベルは
電力の増大と共に減小して平らになり、次により高い電
力レベル、典型的には５００ワット以上、で再び増大す
る。ある種の応用においては、例えば半導体ウェハの熱
的処理を行う場合には、広範囲の電力レベルにわたって
アークランプの電力要件を与えることのできる電源装置
が必要とされる。

一発明の要約この発明は、確実な自動的点弧制御を与え且つ広いダイ
ナミックレンジにわたってランプ電力の精密な変化を可
能にする改良形集積化高強度アーク放電ランプ電源装置
である。ランプを点弧するのに必要な高電圧を供給する
ために容量性昇圧回路が準備されている。始動時に、昇
圧回路コンデンサにおける電圧は、この電圧が所要のレ
ベルにあるときにイグナイタを自動的に可能化し且つ又
ランプが始動したときにイグナイタをオフに切り換える
点弧回路によって監視される。

点弧後昇圧充電回路が不能化され且つ電源装置がランプ
に接続されて次に正常モードで動作する。

電源装置は三相ブリッジを通して三相交流電圧入力で動
作し、主スイツチトランジスタを通してそれを切り換え
、そしてそれをインダクタに供給する。信号は次にＨブ
リッジ転流器を通して昇圧回路、イグナイタ及びアーク
ランプ自体に供給される。この回路は、スイッチング速
度を決定し、電圧及び電流を監視し、電力帰還を与え且
つ総括的に電源装置を制御するアナログ計算機の制御の
下で動作する。

主スイツチトランジスタは約２ＫＨｚの高周波数で切り
換えられるが、転流器はより低い周波数で切り換えられ
る。これは比較的高い２ＫＨｚ周波数を用いて電力レベ
ル制御を準備するものであって、これはパルスの高周波
数のために電圧が零まで減衰せず、低電力でランプを消
弧させないことを確実にする。転流器は、そのより低い
周波数で、高電力ランプ動作時の高電流のために必要と
される交流信号を与える。インダクタは、駆動トランジ
スタと転流器との間に配置されており、アークランプに
よって必要とされる電流を供給する。インダクタの後に
転流器を置くことによって、非常に急速なスイッチング
トランジスタを与え且つフリッカを最小化するために方
形波安定器が達成可能である。

電力指令入力信号はアークランプが動作する電力レベル
を決定する。あるランプ電流レベルより下では、転流器
を制御する発抗器回路はランプが直流電力で動作するよ
うに不能化される。低電力でのランプ負荷曲線の性質及
びスナバ（直列の抵抗及びコンデンサ）の使用により電
源装置は（高電流が必要とされるときの）高電力での誘
導性供給モードから（高電圧が必要とされるときの）低
電力での容量性併給モードに切り換わる。電源装置はそ
れゆえアークランプの電力負荷曲線の広範囲にわたって
動作することができる。これは付加的に電力帰還の使用
によって可能にされるが、この電力帰還は電源装置が同
一の電圧を持っているアークランプ負荷曲線上での低電
力位置と高電力位置とを区別することを可能にする。

電源装置はこれの動作を高めて他の多くの付加的な特徴
を持っている。スナバはスイッチングトランジスタの確
実な動作を可能にするために電源装置内に有利に配置さ
れている。昇圧コンデンサはランプと並列に結合されて
いて、点弧中に引き出される電流が電源装置の残りの部
分からではなくコンデンサからだけ引き出されることを
確実にしている。直流動作を与えるために正常動作モー
ド中転流器切換を不能化することは、陽極及び陰極とし
て動作するランプの電極が同等に摩損するように無作為
に切り換えられるように無作為に行われる。加えて、転
流器切換は、転流器が切り換わるたびごとの電圧の飛躍
が最小化されるように駆動トランジスタと同期させられ
る。

この発明は大きい電力制御ダイナミックレンジを有する
高強度アーク放電ランプ電源装置を与えるという目的及
び利点を持っている。これは二重交流／直流制御及び新
規な閉ループ式電力制御ループにより完成される。

更なる利点は低電力において特に重要である、フリッカ
のない動作を与えることである。

更なる利点は、従来技術におけるように高電力に関して
直流に依存する代わりに、高電力交流動作を与えること
である。

更なる利点はランプ電力を迅速且つ精密に変化させ且つ
制御することができることである。

更なる利点は三相平衡線路の４８０Ｖから６０■ないし
６００ｖのアークランプを動作させることができること
である。

この発明の性質及び利点についての更に完全な理解のた
めには、添付の図面に関連して行われた次の詳細な説明
を参照するべきである。

採択実施例の詳細な説明第１１図＆文二・の発明による電源装置１０の採択実施
例の構成図である。三相ブリッジｔは三相２２０〜４８
０ボルト交流信号を整流してこの整流された信号を正端
子１４と負端子１６の間に加える。

正端子１４は浮動電源接地として役立つ。負端子１６に
おける信号は１００Ａヒユーズ１８を通して主スィッチ
・駆動型回路２０に供給される。スナバ回路２２（１メ
ガヘルツ（ＭＨｚ　）のロールオフ周波数を持っている
）は主スィッチ・駆動器２０と並列に設げられている。

信号は次に高速回復再循環ダイオード２４及びインダク
タ２６に供給される。

インダクタ２６からの信号はスナバ２８を通して転流器
６０に供給される。転流器６０の出力は　　　−スナバ
６２及び昇圧（ブースト）スイッチ６４を通して昇圧充
電回路３乙に供給される。昇圧充電回路３６の出力はラ
ンプイグナイタ回路６８に供給され、これの出力はアー
クランプ自体に供給される。電源装置の全体制御は電源
装置アナログ計算機４０によって行われる。

主スィッチ・駆動器２０、インダクタ２６及びＨブリッ
ジ転流器６０の配列は本来安定な電源装置を与える。タ
ーンオン及びターンオフ時間の相異のために、Ｈブリッ
ジ転流器６０のすべてのトランジスタはスイッチング期
間中の時間の一部分の間オンになる。しかしながら、Ｈ
ブリッジ転流器３０におけるトランジスタのスイッチン
グの精密なタイミングは、インダクタ２６がどのような
瞬時的な電流変化をも阻止するので、損失を防止゛する
ためには必要とされない。インダクタ２６は電流、従っ
て電圧を維持するので、スイッチングにおける電力消費
は最小化される。Ｈブリッジ転流器６０の前にインダク
タ２６を置くことによって、転流器はインダクタによっ
て平滑化された遷移を持たないランプへの方形波出力を
発生することができる。インダクタは主スィッチ・駆動
器２０の出力の遷移を平滑化する。主スィッチ・駆動器
２０の高動作周波数での損失の大部分はスイッチング損
失であり、インダクタはこの損失を最小化する。

動作の際、ランプを始動させるためにランプ電力指令が
制御線４２に且つランプ始動指令が制御線４４に供給さ
れる。制御線４２上の電力指令は電源装置１０が動作す
る電力レベルを決定する。

線４４上の始動指令は昇圧（ブースト）制御計算機４６
を可能化する。昇圧制御計算機４６は線４８に供給され
た電圧しきｄｌ値により昇圧充電回路６６における電圧
レベルを監視する。昇圧充電回路３６におけるコンデン
サが十分に充電されたときに、ランプイグナイタ６８が
昇圧制御計算機４６によって可能化される。ランプが点
弧されると、イグナイタ６８が不能化されて、昇圧充電
回路６６が継電器の使用により回路から除去される。こ
の始動順序は後程第６図及び第４図を参照して更に詳細
に説明される。

この時点で、電源装置は正常動作に入る。入力線４２上
の指令によって決定された電力レベルの値は主スィッチ
２０への線５０上の２キロヘルツ（ＫＨｚ　）パルス幅
変調制御信号を与えるために使用される。帰還は線５２
上の電圧入力信号及び電流検出抵抗５６からの線５４上
の電流入力信号の形で与えられる。それゆえ、電圧及び
電流帰還から得られた電力信号が、電力レベルが高すぎ
ることを示している場合には、線５０上の２　ＫＨｚパ
ルス幅制御信号のオン時間が減小して電力レベルを低下
させる。線５０゛上の制御信号は主スィッチ・、駆動器
２０を通しての大きい電圧振動が制御計算機４０に逆に
結合しないように光学的アイソレータ５８を通して供給
される。同様に、光学的アイソレータ６０がＨブリッジ
転流器６０に準備されている。これらの光学的アイソレ
ータは制御計算ｆｆ１４０に帰還し得るようなすべての
接地ループ及び過渡現象問題を除去する。

第２図は典型的８“アークランプに対する交流及び直流
負荷曲線を示している。低電力レベルにおいては高電圧
が要求されるが、電圧は低下して電力値６１において曲
線の屈曲部に達し、この電力値は典型的には８“アーク
ランプに対しては約５００ワツトに対応する。レベル６
１より低い電力レベルは着色光が放出されるアークラン
プの線放出モードに対応する。レベル６１より高い電力
レベルは白色光が放出される正常「黒体」モードへ移行
する。大抵の従来技術のランプは黒体モードで動作させ
られる。それぞれ線５２及び５４上の電圧及び電流帰還
（第１図参照）は、電源装置の交流負荷曲線６６又は直
流負荷曲線６５のいずれが動作しているかを電源装置が
決定できるようにする電力帰還を与える。電圧帰還だけ
が使用されたとすれば、電源装置はこれがレベル６１の
どちらの側で動作しているはずかがわからないであろう
。

高電力レベルにおいては、ランプの交流動作は高電流が
ランプ電極を過熱させるのを防止する。

低電力においては、ランププラズマの直径が減小し、従
って熱的時定数が減小する。−交流動作はそれゆえ、熱
的時定数が小さすぎてスイッチング中アークを維持する
ことができないためにスインチング中にランプが消弧す
ることになるであろうから低電力においては実用的でな
い。従って、低電力においては、電源装置は直流モード
で動作させることが望ましい。

今度は第１図に戻って、線１６における過渡現象から主
スイツチトランジスタ２０を保護するためにスナバ２２
が設けられている。スナバ２２は約１メガヘルツのロー
ルオフ周波数（それより下では信号がフィルタされない
周波数）を持つように選ばれている。再循環ダイオード
２４はスイッチ２０がオフのときにインダクタ２６を通
る電流の流れを維持する。再循環ダイオード２４ば（５
００＋？１秒程度の）高速回復又はターンオフ時間を持
っているので、ダイオード２４からの電圧スパイクは駆
動器２０に達することができない。インダクタ２６は２
０［］Ａ及び１０００Ｖ定格の２ミリヘンリー（ｍＨ）
のインダクタである。このインダクタンスの値は、（高
電力で）約６オームの抵抗性インピーダンスを持ったア
ークランプに関連して動作するように選ばれた。これは
ランプインピーダンスの約１０倍のインダクタインピー
ダンスを与えるので、主スイツチ２０は平均動作範囲に
おいてはランプ負荷ではな（主としてインダクタ２６を
見ることになる。

コイル出力スナバ２８はインダクタ２６からの三角波信
号（第６図参照）におけるスパイクからＨブリッジ転流
器６０を保護するために設けられている。スナバ２８は
約１５キロヘルツのロールオフ周波数に対して設定され
ていて、４オームの抵抗及び５マイクロフアラドのコン
デンサからなっている。スナバ６２は、昇圧スイッチ６
４、昇圧充電回路３６及びイグナイタ６８からなる昇圧
始動・点弧回路部によって引き起こされるＲＦ（無線周
波・）過渡現象から転流器６０を保護するために設けら
れている。スナバ６２はスナバ２８よりも高いロールオ
フ周波数を持っており、２マイクロフアラドのコンデン
サ及び４オームの抵抗を使用している。第６図に示され
たようにＨブリッジ転流器３０にも又一対のスナバがあ
る。スナバ２８及び３２は又主スイッチ２００オン時間
とオン時間との間で電力を蓄積することによってランプ
の低電力動作を容易にする。電源装置はそれゆえ槁電力
におけるように誘導性電源としてではな（）低電力にお
いて容量性電源として動作することができる。

第６図は第１図の回路の転流器及び昇圧充電部分の概略
図である。始動後の正常動作中、スナバ２８に加えられ
た入力信号はＨブリッジ転流器６０に供給される。一連
の制御信号Ｄ１〜Ｄ４は、一連のトランジスタスイッチ
６２．６４．６６及び６８を制御する光学的アイソレー
タ６０に供給される。トランジスタスイッチは、スイッ
チ６２及び６６が同相で動作させられ且つスイッチ６４
及び６８がスイッチ６２及び６６と反対の位相で開閉さ
れるように制御される。Ｈブリッジ転流器□３０にはそ
れぞれが約Ｑ、　５　ＭＨｚのロールオフ周波数を持っ
ている一対のスナバ６７．６９が設けられている。転流
器６０の出力はスナバ６２を通してランプ９４に加えら
れる。始動後の正常動作中、出力信号は継電器接点７０
．７２によって昇圧充電回路部から分離される。

昇圧充電回路部は１１５ポル）ＡＣの昇圧制御信号を昇
圧変圧器７３に供給するが、これには三つの昇圧コンデ
ンサ７４．７６及び７８が接続されている。継電器接点
７０．７２は継電器コイル８０によって制御され、そし
てこのコイルは制御計算機４０からの昇圧制御信号によ
って制御される。

ランプの始動は第４図の電圧図表を参照して理解するこ
とができる。始動時に、継電器接点７０及び７２を閉じ
ることによってコンデンサ７４．７６に直流電圧が加え
られる（第５図参照）。この始動信号を供給するための
特定の機構は後程論述される。変圧器７３の一次側は１
１５ボルトＡＣ昇圧制御信号（これは又継電器コイル８
０．８２にも加えられる）を受け、そして変圧器の二次
側における昇圧された信号は整流されてコンデンサ７４
．７６及び７８て供給される。゛これらのコンデンサは
第４図の線２４８で示されたように時点２５０において
レベル２５２まで充ｔされる。コンデンサ７４．７６及
び７８が充電されている間、ダイオード８８はこれらの
コンデンサにおける高い昇圧電圧を電源装置の残りの部
分から分離する。

継電器接点９０はこの時間中昇圧制御信号の制御下でコ
イル９２によって開位置に保持されるのでζダイオード
８８は側路されない。

イグナイタ可能化回路８４はコンデンサ７４の電圧を監
視するが、この電圧はすべての昇圧充電コンデンサにお
ける総合電圧に比例している。レベル２５２に比例した
レベルが検出されると、継電器８６は動作させられてイ
グナイタ８２を可能化する。レベル２５２は、イグナイ
タ８２が点弧火花でアークランプを点弧させる電圧しき
い値７レベルであって、特定のアークランプに依存して
変化する。典型的には、この値は１２００〜１ｓｏｏボ
ルトの範囲にある。コンデンサを充電するのに必要とさ
れる時間２５０は典型的には約１０秒である。

イグナイタ８２が時点２５０で可能化された後、コンデ
ンサは放電させられてその電圧が時点２５４ニオイてレ
ベル２５６に達する。この時点において、イグナイタ８
２は、コンデンサ７４における電圧の降下を検出するイ
グナイタ可能化回路８４によって不能化される。ランプ
は昇圧コンデンサ７４．７６．７８における蓄積電荷を
流し去り続け、従ってコンデンサにおける電圧は低下し
続けて、ついにはランプ電源装置の出力端子における電
圧（スナバ３２における電圧）に等しくなる。

これが起こると、継電器接点９０の両端間に配線されて
いるダイオード８８は導通し始める。−たんダイオード
８８が導通な開始すると、第１図の制御計算機４０にお
ける電流センサ（後程更に詳細に説明）は電源装置を流
れ始めた電流を検出する。１２ポルト直流信号が昇圧制
御計算機４６に送られるが、それは昇圧制御信号を除去
して、コイル８０及び９２並びに変圧器７３の一次も線
を不能化する。コイル９０の不能化により接点９０が閉
じて、ダイオード８８を側路し、交流動作を可能にする
。この時点まで、直流動作だけが可能であった。コイル
８０の不能化のために昇圧回路部は継電器接点７０及び
７２の開放によって分離される。

時点２５８までの制御計算機４０によって与えられる短
い遅延（典型的には２００〜３００　ミ’Ｊ秒）の後、
電源装置はその正常動作モードに入る。

２００〜３００　ミＩＪ秒の遅延は正常動作開始前に継
電器が安定するための時間を与える。この正常動作は動
作電圧として選択された電圧レベル２６０に対応する第
４図における交流モードとして示されている。又は、よ
り低い動作電圧が選択された場合には、電源装置は直流
モードで動作することもできる。電流が約２人の事前設
定値より下に低下した（ランプ故障を示している）場合
には、電源装置のための主接触器は後程論述されるよう
に”制御計算機４０によって不能化される。

交流動作のためには、トランジスタスイッチ６２、６６
及び６４．６８が交互にオンオフする。直流動作のため
には、両トランジスタ６２．６６が開き且つトランジス
タ６４．６８が閉じるか又はこの逆である。どのスイッ
チが開き又は閉じるかの選択は無作為に行われるので、
アークランプ９４の電極は交互に陰極又は陽極として動
作する。これは電極の均等な摩損を確保し、ランプの寿
命を延びさせる。低電力直流動作中、スナバ３２の２マ
イクロフアラドのコンデンサ及びスナバ２８の５マイク
ロフアラドのコンデンサはランプにより必要とされる高
電圧を蓄積する。この高電圧はランプのインピーダンス
が高電力での約６オームから低電力での５０オームへ又
は１００オームへさえも増大するので必要とされる。２
　ＫＨｚスイッチング周波数での２０オームの誘導性イ
ンピーダンスでは、誘導性インピーダンスとランプイン
ピーダンスとの比は電力の低下と共に１より下に低下す
るので、電源装置１０は誘導性回路であることから容量
性回路であることへ移行することになる。

これはランプが低電力で動作することを可能にする。

第５図は第１図の電源装置制御計算機４０の構成図であ
る。スイッチング波形は２ＫＨｚ三波発緻器１０２によ
って発生される。発Ｉ４器１０２かもの信号は比較器１
０４及びＡＮＤゲート１０６を通して第１図の主スィッ
チ２０に供給される。比較器１０４かもの信号は周波数
分割器１０８、及び制御信号Ｄ１〜Ｄ４を与えるための
転流器駆動器１１０を通して第２図に示されたように転
流器６０に供給される。周波数分割器１０８は、主スィ
ッチ２０に与えられる主スイツチング周波数よりも６２
倍小さい転流器スイッチング周波数を与える。

電力レベルは分離増幅器１１２を通して加算増幅器１１
４に至る線４２上の電力指令入力によって設定される。

その信号は徐算器回路１１６及び積分器１１８を通して
比較器１０４の第２人力に供給される。それゆえ、この
レベルは、発ｔ＆器１０２と関連して、スイッチ２０に
対するパルス幅制御信号がオンである時間の量を決定す
る。

周波数分割器１０８　（ＩＪプル計数器）は主スィッチ
２０の０−１遷移時にクロックを出すように設定されて
いる。転流器スイッチングを主スイツチ遷移に結び付け
ることによって、転流スイッチングを低電圧値で発生さ
せるように同期が確保されて、転流スイッチング時の電
圧スパイクが最小化される。

電力帰還は線５４上の電流信号及び線５２上の電圧信号
によって与えられる。線５２上の電圧信号は減衰器１２
０、低域フィルタ１２２及び利得設定用回路１２４を通
してアナログ乗算器１２６に供給される。同様に、電流
信号５４は低域フィルタ１２８及び利得設定用回路１３
を通してアナログ乗算器１２６に供給される。この帰還
信号は加算増幅器１１４において電力指令入力信号と組
み合わされてパルス幅制御信号が設定されろ。フィルタ
１２８は４次のチエビシｚ　７　（Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ
　）フィルタであり、又減衰器１２０はフィルタ１２２
と組み合わされて５次のチエビシエフフィルタを形成し
ている。減衰器１２０は最初に大電圧値を処理するため
に設けられている。

徐算器回路１１６は一定の利得応答を与えるために含ま
れている。これは低電力での電源装置の動作の帯域幅の
増大を可能にする。電力供給の帰還は、これが１ノｂす
なわち電流×電圧、の形式になっているのに、所望の平
均電圧を発生するように衝撃係数を制御する。従って、
除算器１１６は伝達方程式の分母における電流フィード
フォワード値を与えて分子における電力帰還の電流値を
相殺し、これにより定利得応答を与える。利得の変更は
電力レベルの変化及び（電力レベルの関数である）ラン
プ抵抗の変化を補償するために必要とされる。電流値は
利得設定用回路１３０から得られて加算器１３２に供給
され、ここで電圧オフセントに加算される（従ってＯ電
流状況において０による除算は存在しない）。加算器１
ろ２の出力は分母として除算器１１６に供給される。電
流値によるこの除算は、加算増幅器１１４に供給された
介在する電力目標値入力のために乗算器１２６における
電流値による乗算を単純に相殺しない。

この入力は第２図に示されたようにランプ負荷瑠純の性
質のために電力目標値の形式でなければならない。

除算器１１６及び電流加算増幅器１１４は一緒に利得線
形化回路を形成しており、この回路はシステム利得をラ
ンプインピーダンス又は電力レベルに無関係に固定値に
保持する。この利得線形化回路の出力は又零の直流値を
持っている。積分器１１８は直流において無限の利得を
与えるが、これは任意のオフセントを除去する。又、積
分器利得は周波数が増大するにつれて安定した６ｄ　Ｂ
／オクターブでロールオフし、従って起こり得る任意の
高周波不安定性を減衰させる。

制御計算機４０は本質的にはタイプ１サーボであり、こ
れはそれがループに一つの積分器を持っていることを意
味する。帰還信号は乗算器１２６を通してランプに供給
された電流及び電圧の両方から得られており、従ってこ
のサーボは電力サーボである。帰還のために電流又は電
圧だけの代わりに電力を使用すると、工程温度制御シス
テム全体が線形化され且つこれの帯域幅及び安定性が増
大する。転流器３０の高速動作トランジスタと関連して
２　ＫＨｚスイッチング周波数を使用すると、高周波方
形波電源装置が与えられる。方形波形式の遷移のために
、°ランプのフリッカは存在しない。

これは、ランプの死に時間が１０マイクロ秒未満であっ
て、これがランプにおけるプラズマの熱的時定数未満で
あるためである。それゆえ、ランププラズマはオン状態
にとどまり且つ安定状態にとどまる。電力帰還及び利得
線形化の使用は制御計算機４０が広いグイナミノクレン
ジにわたってアークランプのための電源装置１０を動作
させることを可能にする。例えば、ランプは３００７ノ
トの低電力から３０キロワツトまで動作させることがで
きるであろうが、これは１００：１の率、すなわち約４
［］ｄＢの範囲である。

制御計算機４０は又過電流センサ１３４及び過電圧セン
サ１３６を持っており、これらはＡＮＤゲート１０６に
付加的入力を与えて、過電流又は過電圧状態の場合にス
イッチ２０を不能化する。

電流及び電圧の値は、それぞれ、減衰器１３８、分離増
幅器１４０、及び減衰器１４２、分離増幅器１４４を通
して外部のディジタルホスト計算機に供給することがで
きる。

ランプ始動電流センサ１５０はランプが始動して正常動
作が開始された後の初期の電流値を検出する。センサ１
５０は、始動中に昇圧コンデンサによって加えられた電
圧と同じ極性の電圧で転流器信号Ｄ１〜Ｄ４が接続を与
えるように周波数分割器１０４をリセットする。電流セ
ンサ１５（後穆第１１図に関連して更に詳細に説明され
る）には、昇圧充電回路部を分離する継電器がしてしま
う壕で転流器６０がスイッチングしないようにするため
に遅延が与えられる。電源装置はこの始動遅延の期間中
宮に直流モードで動作する。

第５図には又比較器１０４の入力に接続されたクランプ
回路１６５、及び電力指令入力線４２に接続されたクラ
ンプ回路１３７が示されている。

両クランプ回路はランプ始動回路１５０によって制御さ
れて、ランプ始動回路が周波数分割器１０８にリセット
信号を与えたときに動作させられて始動時の電力を制限
する。クランプ回路１３７は電力指令入力をクランプ回
路１６５により与えられた値より小さい値にクランプし
、クランプ回路１６５は主スインチを最大２５係の衝撃
係数に制限する値を与える。

交流／直流電流センサ１４６は電源装置が正常動作中交
流モードで動作するか又は直流モードで動作するかを決
定する。約７Ａにおいて、交流／直流電流センサ回路１
４６は、第９図及び第１０図に更に詳細に示されたよう
に周波数分割器の最終段を可能化する信号をＡ　Ｎ　Ｄ
ゲート１４８に与える。交流／直流スイッチオーバには
、第２図に示されたようにアークランプの交流及び直流
動作が異なった負荷曲線を持っているので、約２へのヒ
ステリシスが与えられている。計数器１０８はそれゆえ
少なくとも７Ａの直流が加えられるまでのスイッチング
波形の線図が示されでいる。３６０庵のりプルを持った
信号１６０は三相ブ’Ｊ　ｙジ１２の出力における端子
１６．１４間に現れる。三波発液器１０２の出力は信号
１６２として示されている。この信号は積分器１１８か
らの出力信号１６４と比較されて比較器１０４の出力に
おいて比較器出力１６６を生じる。

電力帰還信号（誤差信号）及び所望の電カンベルは積分
器出力信号１６６によって表わされている。この値は、
高くなりすぎると、比較的高い点。

において発熾器出力１６２を横切り、比較器出力信号１
６６における低遷移を生じさせる。比較器出力信号１６
６におけろこの低い値はスイッチ冗信号１６４の値１６
５より低い値１６６にあって、比較器１６６に低遷移を
行わせる時点において見られる。

信号１６６は主スィッチ２０のためのパルス制御信号及
び転流器スイッチング信号の両方を発生するために使用
される。信号１６８はインダクタ２６通過後のスイッチ
２０からの信号に与えられた形状を示している。交流動
作中のスイッチングを示す転流器の出力は信号１７０と
して示されている。この目盛はスイッチングが見られる
ように前の諸波形に対して拡大されている。見られるよ
うに、信号１７０における転流器スイッチングによる遷
移は信号１６８の低い点で発生して電圧スパイクを最小
化している。更に、転流器スイッチングの周波数は周波
数分割器１０８の使用のために主スイツチング周波数よ
り６２倍小さいことがわかるであろう。信号１７２は周
波数分割器１０８が不能化されたときの直流出力信号を
示している。

信号１７２は周波数分割器１０８が不能化されたときの
これの状態に依存して正であることも又は負であること
もあり得る。

第７図は第１図の主スィッチ・駆動器２０を更及びその
他の回路部を通して電力スイッチングトランジスタ１７
６に加えられる。増幅器１７４への電力は高度に絶縁さ
れた変圧器１７８及びダイオードブリッジ１８０を通し
て供給される。駆動回路２０はプノ秒穆度の立上り時間
を持ったビデオ増幅器と同様に設計されている。トラン
ジスタのすべては飽和のないそれらの線形範囲で動作す
る。これは迅速な立上り時間及び遅延の最小化を与える
。この精密なタイミングは転流器３０を破壊することの
ある電圧スパイクを防止するために必要である。

第８図は第２図のイグナイタ可能化回路８４の概略図で
ある。一対の入力線１８２．１８４は第２図のコンデン
サからの電圧を供給する。電圧基準ノベルは分圧計１８
６によって設定されて比較器１８８に一方の入力として
供給される。検出電圧が電圧基準を越えると、イグナイ
タ継電器に対して線１９０上に出力が与えられる。

第９図は第１図の昇圧制御計算機４６に使用された種種
の継電器を示している。継電器のすべてはパルス指令に
よって生かされるラッチ継電器である。線４２上の電力
オン指令（第１図をも参照）は（継電器接点が平常時閉
じているので）コイル２０１を生かす。コイル２０６は
電力オン・インタロックによって常にオンに保持されて
、接点２０２を閉じる。コイル２０１を生かすと接点２
０３及び２０５が閉じる。線４４上のランプ始動指令は
コイル２１２を生かし、接点２１４を閉じて、第６図に
示されたように昇圧制御信号を与えて昇圧コンデンサの
充電を開始させる。第６図及び第８図のイグナイタ可能
化回路８４が十分な電圧を検出すると、電圧しきい値信
号が継電器８６を通して線１９０上に供給されて接点１
９４を閉じる。これにより第３図のイグナイタ８２に点
弧制御信号が与えられる。

電圧しきい値レベルが昇圧コンデンサの放電時に設定値
より下に低下してランプが点弧すると、コイル８６は導
電を止めて接点１９４が開き、点弧制御信号を除去する
ことによってイグナイタ９２が不能化される。昇圧コン
デンサは放電を続けて、ついにはコンデンサにおける電
圧がスナバ３２における出力電圧に等しくなり、ダイオ
ード８８は導通する（第６図参照）第５図のランプ始動電流センサ１５０は、十分な電流を
検出すると、線２００上に電流しきい値信号を供給する
が、これはコイル２０４を生かし且つ接点２０８を開い
てコイル２０１及び２１２を死なすと共に、接点２１０
を閉じて、電力接触器の電力を供給することの制御を引
き継ぐ。

電流しきい値が６への指定最小レベルより下に低下する
と、コイル２０４は導電を止め、これにより接点２１０
を開いて電源装置のための電力接触器から電力を除去す
る。

第１０図は過電流センサ１３４及び過電圧センサ１３６
を示している。これらの両回路の出力はＡＮＤゲート１
０６に供給されて、過電圧又は過電流状態の場合に不能
化信号を与える。過電流センサ回路１６４は電流が１２
５Ａを越えた場合に主スィッチ２０を不能化するもので
あり、５０Ａのヒステリシスを与えられている。過電圧
センサ回路１６６は６００Ｖより大きい電圧の検出時に
不能化出力を供給するものであり、２００Ｖのヒステリ
シスを与えられている。

第６図を参照すればわかるように、過電流センサ１ろ４
への入力線２２０は利得設定用回路１６０から始まって
おり、又過電圧回路１６６への入力線２２２は利得設定
用回路１２４から始まっている。

第１．１図はランプ始動電流センサ１５０及び交流／直
流電流センサ１４６の概略図を示している。

両方の回路には第３図の利得設定用回路１３０における
電流計から単一の入力２２４が与えられている。抵抗２
４０及び２４２はランプ始動回路１５０のために電流が
検出される点を設定する。

７Ａの電流が検出されると、電流しきい値信号が第９図
の昇圧制御計算機４６に供給され、この計算機は昇圧制
御信号を第６図の継電器コイル９２に供給して、接点９
０を開き、第５図の利得回路１３０によって検出された
交流電流を除去する。

始動の点弧及び昇圧段階の後、接点９０が閉じて交流電
流が再び検出されたときに、ランプ始動回路１５０は第
１２図に示されたように周波数分割器１０８の最終段へ
の線２２６上にリセット信号を与える。ラッチ２２５は
２００〜６００ミリ秒の遅延を与えるが、これは第４図
の時点２５４から２５８までの期間である。この遅延は
各継電器が電源装置の正常動作前に安定する時間を与え
る。

ランプ始動回路１５０は比較器２４５及び抵抗２４４．
２４６によってヒステリシスが与えられている。このヒ
ステリシスのために電流しきい値信号は７Ａでオンにな
り、６Ａでオフになる。それゆえ、電力供給は６Ａより
下に低下した場合には電流しきい値信号が応答して第９
図の昇圧制御計算機によって不能化される。

交流／直流回路１４６の出力２３０は第１０図に示され
たようにＡＮＤゲート１４８に一方の入力として供給さ
れる。ＡＮＤゲート１４８への他方の入力は第１１（０
図の周波数分割器１０８の最終から２番目の段２３２の
反転出力である。

ＡＮＤゲート１４８のクロック入力に結合されている。

電流レベルが約８Ａより上になると、ＡＮＤゲート１４
８がクロック可能化信号２３０によって可能化されて交
流動作が始まる。

交流／直流回路１４６は又電流が６Ａより下に善低下する交流動作を停止する。２Ａのヒステリシスが比
較器２５３及び抵抗２５２．２５４によって設定されて
いる。８Ａの初期交流ターンオンレベルが抵抗２４８．
２５０によって設定されている。このヒステリシスは第
２図に示されたようにランプの交流及び直流負荷曲線に
おける差異のために必要とされる。交流／直流回路１４
６のヒステリ　シスはランプ始動回路１５０のヒステリ
シスの範囲内にあるので、電源装置はこれをオフにする
ことなく交流動作から直流動作に切り換わることができ
る。

今度は第１２図に移って、周波数分割器１０８は５段の
縁部トリガ式リプル計数器である。周波数分割器１０８
への入力２３４は第５図に示されたように比較器１０４
から始まっている。出力２３６及び２６８はそれぞれ転
流器駆動器１１０の二つの駆動器を駆動する。

ＡＮＤゲート１４８が可能化されると、最終段２２８は
出力レベルを交番して、転流器駆動器１１０に転流器を
切り換えさせ、交流動作が与えられる。

技術に通じた者によって理解されるように、この発明は
これの精神又は本質的な１徴から外れることな（他の特
定の形態・で具体化することができる。例えば、転流器
３０はトランジスタの代わりにＳＣＲを開いて構成する
ことができるであろうし、又特定の回路部における他の
諸交更も実現可能であろう。例えば、アナログ計算機の
乗算、除算及びその他の機能はディジタル信号処理を用
いて行うことができよう。従ってこの発明における採択
実施例の開示は各請求項に記載されたこの発明の範囲を
限定するものではなく、これを例示するものであると解
釈される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による電源装置の採択実施例の全体構
成図である。第２図は交流及び直流動作に対するアークランプ負荷曲
線の図表である。第３図は第１図の実施例の転流器及び昇圧回路の概略図
である。第４図は第１図の電源装置の始動中の電圧レベルの図表
である。第５図は第１図の電源装置アナログ計算機の構成図であ
る。第６図は第１図の電源装置におけるスイッチング信号の
波形を示した概略図である。第７図は第１図の主スィッチ及び駆動器の概略図である
。第８図は第３図のイグナイタ可能化回路の概略図である
。第９図は第１図の昇圧制御計算機の概略図である。第１Ｏ図は第５図の過電流及び過電圧回路の概略図であ
る。第１１図は第５図のランプ始動及び交流／直流回路の概
略図である。第１２図は第５図の転流器周波数分割器の概略図である
。これらの図面において、１０・・・電源装置、　　１２・・・三相ブリッジ、　
２゜・・・主スィッチ・駆動回路、　　２２・・・スナ
バ、２４・・・ダイオード９、　２６；・・インダクタ
、２８・・・スナバ、　３０・・・転流器、　３２・・
・スナバ、３４・・・昇圧スイッチ、　　３６・・・昇
圧充電回路、３８・・・ランプイグナイタ回路、　　４
ｏ・・・電源装置制御計算機、　４６は昇圧制御計算機
、　６７゜６９・・・スナバ、　　７３・・・昇圧変圧
器、　　７４　、７６　。７８・・・昇圧コンデンサ、　　８４・・・イグナイタ
可能化回路、　９４・・・アークランプ、　　１３４・
・・過電流センサ、　　１３６・・・過電圧センサ、　
　１４６・・・交流／直流電流センサ回路、　　１５９
・・・ランプ始動電流センサ、を示している。簀ア２図電ｉ− ←！糾朱ろ凹

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アークランプに電圧パルスを加えるための点弧装
置、前記の点弧装置に電圧を供給して前記の電圧パルスを与
えるようにするための容量性昇圧装置、前記の容量性昇
圧装置を充電するための昇圧充電装置、及び前記の容量性昇圧装置における容量性電圧を基準電圧と
比較し且つ前記の容量性電圧が前記の基準電圧を越えた
ときに前記の点弧装置を可能化するための順序装置、を
備えているアークランプ用電源装置。
（２）前記の順序装置が更に、前記の可能化後前記の容
量性電圧が所定の第２基準電圧より下に低下したときに
前記の点弧装置を不能化するための装置を備えている、
特許請求の範囲第１項に記載の電源装置。
（３）三相入力信号から整流信号を発生するための三相
ブリッジ、前記の整流信号のスイッチングを行うためのスイッチン
グ装置、前記のスイッチング装置の出力に入力が接続されている
インダクタ、前記のインダクタの出力に入力が接続され且つ前記の昇
圧充電装置及び前記のランプに出力が接続されている転
流器、並びに前記のスイッチング装置及び前記の転流器のスイッチン
グを制御するための計算機、を更に備えている、特許請
求の範囲第１項に記載の電源装置。
（４）交流電力線信号を整流して整流信号を発生するた
めの整流装置、前記の整流装置に接続されていて、前記の整流信号をス
イッチングしてパルス式信号を発生することのできるス
イッチング装置、前記のスイッチング装置と直列に接続されていて前記の
整流信号から平滑化信号を発生することのできるインダ
クタ、前記のインダクタに接続されていて、前記の平滑化信号
をスイッチングして交流信号を発生することのできる転
流器、並びに前記のスイッチング装置及び前記の転流器のスイッチン
グを同期して制御するための計算機、を備えている電源
装置。
（５）前記の転流器の出力側に直列組合せの抵抗及びコ
ンデンサを更に備えている、特許請求の範囲第４項に記
載の電源装置。
（６）前記の転流器の入力側に直列組合せの抵抗及びコ
ンデンサを更に備えている、特許請求の範囲第４項に記
載の電源装置。
（７）前記の転流器の対向した隅の間に一対の直列組合
せの抵抗及びコンデンサが更に接続されている、特許請
求の範囲第４項に記載の電源装置。
（８）入力電圧をスイッチングしてアークランプのため
の駆動信号を発生するための駆動装置、前記の駆動信号
をスイッチングして前記のスイッチングされた駆動信号
を交互に反転させたり反転させなかったりするための転
流器、前記の転流器のスイッチングを制御するための発抗器装
置、並びに前記のアークランプに供給された電流及び電圧の一つを
監視し且つ前記のアークランプ電圧及びアークランプ電
流の一つが所定値より下に低下したときに前記の発振器
装置を不能化して前記のランプが直流駆動信号で動作す
るようにするための装置、を備えている、交流動作と直
流動作との間で自動的に切り換わることのできるアーク
ランプ用電源装置。
（９）交流電力線信号を整流して整流信号を発生するた
めの整流装置、前記の整流装置に接続されていて、前記の整流信号をス
イッチングしてパルス式信号を発生することのできるス
イッチング装置、前記のスイッチング装置と直列に接続されていて、前記
の整流信号から平滑化信号を発生することのできるイン
ダクタ、前記のインダクタに接続されていて、前記の平滑化信号
をスイッチングして交流信号を発生することのできる転
流器、アークランプに電圧パルスを加えるための点弧装置、前記の点弧装置に電圧を供給して前記の電圧パルスを与
えるようにするための容量性昇圧装置、前記の転流器の
出力に接続されていて、前記の容量性昇圧装置を充電す
ることのできる昇圧充電装置、前記の容量性昇圧装置における容量性電圧を基準電圧と
比較し且つ前記の容量性電圧が前記の基準電圧を越えた
ときに前記の点弧装置を可能化するための順序装置、前記の転流器のスイッチングを制御するための発振器装
置、並びに前記のアークランプに供給された電流及び電圧の一つを
監視し且つ前記のアークランプ電圧及びアークランプ電
流の一つが所定値より下に低下したときに前記の発振器
装置を不能化して前記のランプが直流信号で動作するよ
うにするための装置、を備えているアークランプ用電源
装置。