JP2001006895A - 放電灯用給電装置 - Google Patents
放電灯用給電装置Info
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Abstract
て、ランプの立ち消えを完全に防止する放電灯用給電装
置を提供する。 【解決手段】 水銀封入量の多い高圧水銀蒸気ランプを
点灯する放電灯用給電装置において、当該放電灯用給電
装置2の出力端に、前記高圧水銀蒸気ランプのアーク放
電抵抗にほぼ等しい疑似アーク放電抵抗59を接続した
状態からグロー放電抵抗のほぼ1/7の疑似グロー放電
抵抗59,60に切り換え接続可能に設け、当該放電灯
用給電装置に前記疑似アーク放電抵抗を接続して疑似ア
ーク放電電流が流れている状態から前記疑似グロー放電
抵抗に切り換えた過渡状態における疑似グロー放電電流
が、前記疑似アーク放電電流の30%以下である連続し
た期間が10μs以下であり、かつ、前記疑似アーク放
電電流の少なくとも70%に回復するまでの時間が10
0μs以下となる特性を有することを特徴とする。
Description
に係わり、例えば、プロジェクタ用の光源として使用さ
れる高輝度の高圧水銀蒸気ランプを点灯させるための放
電灯用給電装置に関する。
圧水銀蒸気ランプは高輝度の光源として使用されてき
た。
れるプロジェクタ用の光源として、所望の輝度を得るた
めに水銀の蒸気圧を高めた高圧水銀蒸気ランプが有効で
あり、ランプヘの水銀封入量を増加する傾向にある。
せるに従い、ランプの始動時に、イグナイタによる始動
が成功しても、その後数秒から数十秒程度の時間経過後
に、ランプの立ち消えが生じてしまう問題があることが
判明した。
行った結果、この問題は、ランプ消灯中の冷却期間に、
陰極上に水銀が凝結して付着することに起因することを
見出した。
ているように、液体の水銀からは電子が放出され易く、
従って、陰極上に液体水銀が存在すると、非常に低い極
間電圧、例えば、15ボルトから20ボルト程度でアー
ク放電を実現することができる。
放電を開始した場合は、まずアーク放電が現れるが、陰
極上の水銀は速やかに蒸発して行く。その際、陰極上の
水銀は、陽極に対向した部分の水銀が先に蒸発して行
き、放電場所が除々に陰極の根元部に向かって移動して
行く。陰極の根元部にあったものも含め、水銀が陰極上
から完全に蒸発した時点で、前記の低い極間電圧でのア
ーク放電が終了し、グロー放電に移行する。
ク放電の状態では低いが、グロー放電の状態では高くな
るため、グロー放電を維持するには、比較的高い極間電
圧を供給する必要があるが、給電装置から出力される電
圧が急上昇する極間電圧に対応出来ない時は、グロー放
電への移行の瞬間にランプが立ち消えてしまう。
維持することができれば、陰極先端の温度が上昇して、
やがて熱電子の供給が可能となり、アーク放電に移行し
て放電ランプの定常的な点灯状態を維持することができ
る。
化することがあまりなかったのは、水銀量が少なかった
ために、イグナイタの動作期間内で陰極上の液体水銀を
飛散させることができ、そのため低い極間電圧でのアー
ク放電の終了後に、イグナイタによって発生する高電圧
により、強力にグロー放電を維持することができたから
であった。
液体水銀を飛散させた後もイグナイタを連続的に作動さ
せてグロー放電を維持させることも考えられるが、この
ような方法では、電極が消耗し発光管が黒化する等、実
用的な方法ではなかった。
の付着に起因する問題を解決するための一手段が、特開
平10−116590号公報に提案されている。
めることにより、ランプの消灯後、ランプが徐々に冷却
して行く過程において陰極の冷却速度を遅くするもので
あり、その結果、陰極以外の場所、例えば、陽極や封体
の内面から先に水銀の凝結が開始され、陰極に水銀が凝
結付着することが防止されるものである。そして、次の
ランプの点灯始動時に、陽極に多くの液体水銀が残って
いても、陰極に液体水銀が付着してさえいなければ、グ
ロー放電に容易に移行することができるようにしたもの
である。
案されているような陰極付近の熱容量を高める方法で
は、水銀封入量を増加させた場合には、陰極上への水銀
の凝結付着を防止することが困難であり、とりわけ、陰
極が下、陽極が上になるように、ランプを垂直に設置し
たような場合には、陰極への水銀の付着を防ぐことは、
全く不可能であった。即ち、この方法では、イグナイタ
の動作期間内で、低い極間電圧でのアーク放電を終了さ
せることができなくなり、しかも、水銀封入量が多いた
め、水銀が陰極上から完全に枯渇した後のグロー放電に
必要な極間電圧はますます高くなり、ランプの立ち消え
の発生確率が高くなってしまう間題があった。
プ封体に発生する可能性のある失透現象の発生場所を、
光取出しにとって無害な部位に限定できる点で有利であ
り、また、その際、陰極が下、陽極が上になるように設
置することは、フリッカを発生させない点で有利であ
り、ランプの使用条件によっては重要な事項である。
種々の問題点に鑑みて、水銀封入量が比較的多い高圧水
銀蒸気ランプにおいて、水銀が陰極上から完全に蒸発す
る時のランプの立ち消えを完全に防止することを可能に
した放電灯用給電装置を提供することにある。
解決するために、次のような手段を採用した。
空間に陰極と陽極が設置され、前記放電空間内に、希ガ
スと、前記放電空間の1mm3 当たり0.15mg以
上の水銀が封入さた高圧水銀蒸気ランプを点灯するため
の放電灯用給電装置において、当該放電灯用給電装置の
出力端に、前記高圧水銀蒸気ランプのアーク放電時のア
ーク放電抵抗にほぼ等しい疑似アーク放電抵抗を接続し
た状態から前記高圧水銀蒸気ランプのグロー放電時のグ
ロー放電抵抗のほぼ1/7の疑似グロー放電抵抗に切り
換え接続可能に設け、当該放電灯用給電装置に前記疑似
アーク放電抵抗を接続して疑似アーク放電電流が流れて
いる状態から前記疑似グロー放電抵抗に切り換えた過渡
状態における疑似グロー放電電流が、前記疑似アーク放
電電流の30%以下である連続した期間が10μs以下
であり、かつ、前記疑似アーク放電電流の少なくとも7
0%に回復するまでの時間が100μs以下となる特性
を有することを特徴とする。
放電灯用給電装置は、ランプ電力が予め定めた定格電力
値になるようにランプ電流を制御する機能と、ランプ電
流が予め定めた限界電流値を超えないようにランプ電流
を制御する機能とを有し、かつ、前記定格電力値になる
ようにランプ電流を制御する機能よりも、前記限界電流
値を超えないようにランプ電流を制御する機能が優先し
た機能を有すると共に、前記擬似グロー放電抵抗に切り
換えた時に、前記疑似アーク放電電流の少なくとも70
%に回復するように制御している期間が50ms以上あ
り、かつこの期間は前記定格電力値を超えることを容認
するように制御される機能を有することを特徴とする。
空間に陰極と陽極が設置され、前記放電空間内に、希ガ
スと、前記放電空間の1mm3 当たり0.15mg以
上の水銀と1mm3 当たり1×10−7モルのハロゲ
ンが封入さた高圧水銀蒸気ランプを点灯するための放電
灯用給電装置において、当該放電灯用給電装置の出力端
に、前記高圧水銀蒸気ランプのアーク放電時のアーク放
電抵抗にほぼ等しい疑似アーク放電抵抗を接続した状態
から前記高圧水銀蒸気ランプのグロー放電時のグロー放
電抵抗にほぼ等しい疑似グロー放電抵抗に切り換え接続
可能に設け、当該放電灯用給電装置に前記疑似アーク放
電抵抗を接続して疑似アーク放電電流が流れている状態
から前記疑似グロー放電抵抗に切り換えた時の疑似グロ
ー放電電流Iag’および放電灯用給電装置の出力電圧
Vag’とする時、陰極の表面積をSc(mm2 )す
れば、 (1)定常状態における疑似グロー放電電流Iag’≧
0.14×Sc(A)、 (2)定常状態における出力電圧Vag’≧180
(V)、 (3)出力電圧Vag’が定常状態における電圧の90
%の電圧に達するのに要する時間τ≦170(μs)、 となる特性を有することを特徴とする。
段のいずれか1つの手段において前記放電灯用給電装置
は、直流電圧を入力し可変制御された出力電圧を平滑コ
ンデンサを介して前記高圧水銀蒸気ランプに印加する出
力可変直流電源を有し、前記平滑コンデンサは、グロー
放電終了後のアーク放電移行時に、前記平滑コンデンサ
の容量を増大させるようにしたことを特徴とする。
形態を図1乃至図6を用いて説明する。
ーク放電からグロー放電、さらにはグロー放電からアー
ク放電への移行時の放電電流の時間的変化を示す図であ
る。
立ち消え防止の原理について説明する。
プにおいては、陰極上に液体水銀が付着した状態で放電
を開始した場合は、まずアーク放電が現れ、陰極上の水
銀は速やかに蒸発して行き、同図の時点tgにおいて、
水銀が陰極上から完全に枯渇した時点で低い極間電圧で
のアーク放電が終了し、グロー放電に移行する。しか
し、時点tgで電極間のインピーダンスが急激に上昇す
るため、ランプ電流Iaは急激に減少しようとし、この
ときランプの立ち消えが発生してしまう。
加えることにより、立ち消えが発生しない給電装置を作
り上げることができた。
ようにするためには、次に述べる試験回路で試験した結
果、所定の条件を満足する必要があることを見出した。
は、高圧水銀蒸気ランプの放電空間の体積1mm3 当
り0.15mg以上の水銀が封入されたような比較的水
銀封入量が多い高圧水銀蒸気ランプに用いられる放電灯
用給電装置を見出すための試験回路を示す図である。
水銀蒸気ランプは、アーク放電時のアーク放電抵抗は5
Ω、及びグロー放電時のグロー放電抵抗は300Ωを呈
するものを用いる場合について説明する。
効に防止し得るか否かを評価するための評価対象となる
放電灯用給電装置、59,60は放電灯用給電装置2の
出力端に直列に接続されるそれぞれ抵抗値5Ω、38Ω
の抵抗、57は抵抗60を短絡、開放するFET、58
はFET57をスイッチングするためのゲート駆動回路
である。
ランプの陰極上に液体水銀が存在するときのアーク放電
時に流れる電流値と概ね同じ電流が抵抗59に流れるよ
うに上記アーク放電時のアーク放電抵抗5Ωに略等しく
設定し、抵抗59+抵抗60は、上記高圧水銀蒸気ラン
プのグロー放電時のグロー放電抵抗300Ωの略1/7
に等しい値に設定する。ここで、抵抗59+抵抗60を
グロー放電抵抗の略1/7に等しい値に設定するのは、
評価対象とする放電灯用給電装置が所定の条件を満足す
るか否かを明確に判別するためである。
をオン状態として、抵抗59のみが接続された状態は、
高圧水銀蒸気ランプの陰極上に液体水銀が存在するとき
のアーク放電を模擬し、次に、ゲート駆動回路58を操
作して、急峻にFET57をオフ状態として、抵抗59
と抵抗60が直列に接続された状態に遷移させることに
より、水銀が陰極上から完全に枯渇してグロー放電に移
行した状態を模擬すものである。これらの2つの状態の
応答を観察することにより、実際に製作した放電灯用給
電装置の性能が、本発明によって推奨される条件を満足
するか否かを判定することができる。
この試験回路で試験したときに満足すべき条件について
説明する。
圧水銀蒸気ランプのインピーダンスの急増時の擬似グロ
ーランプ電流が、急増直前の擬似ランプ電流Iao’の
30%以下である期間Tdが全く存在しないか、もしく
は存在したとしても、連続して10μs以下であり、か
つ、高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスの急増時の擬
似グローランプ電流が、急増直前の擬似ランプ電流Ia
o’の、少なくとも70%に回復するまでの時間Trが
100μs以下になるように制御することであり、給電
装置がこの条件を満足するとき、ランプの立ち消えが防
止できることを実験的に見出した。またこのような条件
下で点灯始動する場合は、陰極が下、陽極が上になるよ
うな、ランプを垂直に設置した最悪の状態においてもラ
ンプの立ち消えを防止できることが明らかとなった。
ると、放電プラズマは減少して行き、やがて消滅してし
まうが、放電プラズマの消滅前にランプ電流を所定の大
きさに回復すれば、放電プラズマの消滅を免れることが
できるので、グロー放電への移行時にランプが立ち消え
ないようにするためには、高圧水銀蒸気ランプのインピ
ーダンスの急増時の擬似グローランプ電流が、急増直前
の擬似ランプ電流Iao’の30%以下である期間Td
が全く存在しないか、もしくは存在したとしても、連続
して10μs以下とすることを要する。
スの急増時の擬似グローランプ電流が、インピーダンス
の急増直前の擬似ランプ電流Iao’の30%以下であ
る期間Tdが複数あっても、個々の期間が10μs以下
であれば、期間の総和がそれを超えても問題ではない。
当然ながら、上記30%以下である期間Tdは存在しな
いことが理想的であるが、期間Tdが8μs以下であれ
ば、余裕をもって上記の課題を達成することができ、さ
らには、5μs以下であればより望ましい。
スの急増時の擬似グローランプ電流が、急増直前の擬似
ランプ電流Iao’の、少なくとも70%に回復するま
での時間Trが100μs以下になるように制御するこ
とにより、グロー放電に移行後、速やかにアーク放電に
移行するための熱電子放出を早く活発化することができ
る。
スの急増時の擬似グローランプ電流は、高圧水銀蒸気ラ
ンプのインピーダンスの急増直前の擬似ランプ電流Ia
o’の少なくとも70%に回復するまでの時間Trは、
短いほど好ましいが、80μs秒以下とすれば、余裕を
もって上記の課題を達成することができるが、さらに6
0μs以下であればより望ましい。また、ランプ電流の
回復の程度で云えば、高圧水銀蒸気ランプのインピーダ
ンスの急増が発生する直前の擬似ランプ電流Iao’
の、少なくとも85%に回復すれば、余裕をもって課題
が達成できる。
灯用給電装置を特定するのは、高圧水銀蒸気ランプの立
ち消えを防止するためには、放電灯用給電装置の構成す
る各部の要素を種々調整、変更し得るものであり、その
ため、最終的に変更された放電灯用給電装置が前記の所
定の条件を満足しているか否かが重要だからである。
定の条件を満足して立ち消えが発生しない放電灯用給電
装置における疑似ランプ電流Ia’と疑似ランプ電圧V
a’を示す図である。ここで、図3(a)と図3(b)
は同一現象を示すものであるが、時間スケールが異な
る。
定の条件を満足せず立ち消えが発生してしまうような放
電灯用給電装置における疑似ランプ電流Ia’と疑似ラ
ンプ電圧Va’の関係を示す図である。ここで、図4
(a)と図4(b)も同一現象を示すものであるが、時
間スケールが異なる。
0のとの対比を容易にするためにオシロスコープのスム
ージング処理を施してある。
を用いて評価対象となる放電灯用給電装置を試験するこ
とにより、図3ないし図4に示すような試験結果に基づ
いて、種々改良された放電灯用給電装置からランプの立
ち消えの発生しない放電灯用給電装置を見出すことがで
きる。
高圧水銀蒸気ランプのアーク放電時のアーク放電抵抗を
Ra、グロー放電時のグロー放電抵抗をRbとし、評価
対象とする放電灯用給電装置の出力端にアーク放電抵抗
Raにほぼ等しい抵抗59を接続した状態からグロー放
電抵抗Rbのほぼ1/7の抵抗(59+60)に切り換
え接続したとき、評価対象とする放電灯用給電装置に抵
抗59を接続して擬似ランプ電流Iao’が流している
状態から抵抗(59+60)に切り換えた過渡状態にお
ける擬似グローランプ電流が、擬似ランプ電流Iao’
の30%以下である連続した期間が10μs以下であ
り、かつ、擬似ランプ電流Iao’の少なくとも70%
に回復するまでの時間が、100μs以下となるような
条件を満足する放電灯用給電装置を前記高圧水銀蒸気ラ
ンプの放電灯用給電装置として用いることにより、ラン
プの立ち消えを有効に防止することができるものであ
る。
について図5及び図6を用いて説明する。
示す図である。同図において、17なDC電源であり、
DC電源17からの電圧が降圧チョッパ16に供給され
る。降圧チョッパ16は、主として、スイッチ素子1
1、ゲート駆動回路12、ダイオード13、インダクタ
14、平滑コンデンサ15により構成される。DC電源
17は図示していないが、商用のAC電源を整流ダイオ
ードやダイオードブリッジと平滑コンデンサを用いて直
流に変換するものや、高調波電流抑制機能を持った電源
モジュールや、電池等が使用できる。
プ封体3の放電空間6には水銀が比較的多量に封入され
ると共に、陰極4と陽極5が対向して配置されている。
18は分圧抵抗等を用いて構成され、高圧水銀蒸気ラン
プ1に印加される印加電圧Vaを検出するための電圧検
出器であり、19はシャント抵抗やCT等で構成され高
圧水銀蒸気ランプ1に流れる電流Iaを検出するための
電流検出器である。7は降圧チョッパ16と高圧水銀蒸
気ランプ1間に挿入され、高圧水銀蒸気ランプ1の点灯
始動時に、陰極4と陽極5間で、封入ガスの放電破壊を
生じせしめるためのイグナイタであり、イグナイタ7は
基本的には、1次対2次の巻き数比の大きなトランス8
によって構成され、数キロボルトから数十キロボルトの
高電圧パルス列を発生する。9は降圧チョッパ16と放
電ランプ1間に挿入されるコイルである。24は給電制
御回路であり、イグナイタ7のゲート駆動回路10にゲ
ート駆動信号23を供給すると共に、電圧検出器18に
よって検出されたランプ電圧信号20、及び電流検出器
19によって検出されたランプ電流信号21を入力し、
これらのランプ電圧信号20及びランプ電流信号21に
基づいて、スイッチ素子11のゲート駆動回路12にゲ
ート駆動信号22を供給してスイッチ素子11の開閉を
制御する。
からゲート駆動回路10にゲート駆動信号23を供給す
る例を示したが、イグナイタ7の形式によってはイグナ
イタ制御信号23が不要の場合もある。
の構成の一例を示す図である。
21及びランプ電圧信号20は、それらの極性を正極性
と仮定し、必要に応じてそれぞれバッファ25、バッフ
ァ38を介して当該給電装置制御回路24入力される。
演算増幅器27とコンデンサ30で構成される誤差積分
器31に入力される。一方、演算増幅器27には抵抗2
8を介して負極性と仮定する限界電流値信号発生器29
よりの出力が入力されており、誤差積分器31からラン
プ電流信号21と限界電流値信号発生器29によって規
定される電流値の差がコンデンサ30により積分されて
出力する。誤差積分器31の出力は、抵抗32、抵抗3
3、演算増幅器34より構成される反転器85を介し
て、電流超過信号36として出力される。
によってランプ電圧信号20と掛け合わされて電力信号
40が生成され、抵抗41を介して、演算増幅器42と
コンデンサ45で構成される誤差積分器46に入力され
る。また、演算増幅器42には抵抗43を介して負極性
と仮定する定格電力値信号発生器44よりの出力が入力
されており、誤差積分器46から電力信号40と定格電
力値信号発生器44によって規定される電力値の差がコ
ンデンサ45により積分されて出力する。
48、演算増幅器49より構成される反転器50を介し
て、電力超過信号51として出力される。
それぞれダイオード37、ダイオード52を介して、抵
抗53によってプルダウンされるので、電流超過信号3
6と電力超過信号51のうちの、いずれか高い方の信号
が降圧チョッパ制御信号54として抵抗53に出力され
る。
が、限界電流値信号発生器29によって規定される電流
値より大きい場合に、高くなる信号であり、電力超過信
号51は、電力信号40が、定格電力債信号発生器44
によって規定される電力値より大きい場合に、高くなる
信号である。従って、電流超過信号36と電力超過信号
のうち何れかの大きい信号が、優先的に抵抗53に現れ
ることになる。降圧チョッパ制御信号54は、比較器5
6によって鋸歯状波発生器55の出力信号と比較され、
降圧チョッパ制御信号54が鋸歯状波発生器55の出力
信号より小さい場合にハイレベル、降圧チョッパ制御信
号54が鋸歯状波発生器55の出力信号より大きい場合
にはローレベルの信号が、ゲート駆動信号22として、
スイッチ素子11のゲート駆動回路12に出力される。
なるほど、ゲート駆動信号22がハイレベルである期間
は短くなるため、ゲート駆動信号22がハイレベルのと
きに、スイッチ素子11がオンになるよう、ゲート駆動
回路12の論理を設計すれば、電流超過信号36、電力
超過信号51の何れか高い方、それが電流超過信号36
の場合は、ランプ電流信号21が限界電流値信号発生器
29によって規定される電流値に一致するように、逆
に、それが電力超過信号51の場合は、電力信号40が
定格電力値信号発生器44によって規定される電力値に
一致するように、フイードパック制御されることにな
る。
格電力値Pasになるようにランプ電流Iaを制御する
機能と、ランプ電流Iaが予め定めた限界電流値Iasを
ほぼ超えないようにランプ電流Iaを制御する機能とを
有し、かつ、前記定格電力値Pasになるようにランプ
電流Iaを制御する機能よりも、前記限界電流値Ias
を超えないようにランプ電流Iaを制御する機能を優先
される放電灯用給電装置2を実現することができる。
るためには、例えば、抵抗26を小さな抵抗値、かつ/
またはコンデンサ30を小さな静電容量値に設定して、
限界電流値Iasを制御するための誤差積分器31の応
答が高速になるように設計すればよい。これのみによっ
て、十分な結果か得られない場合は、イグナイタ7のト
ランス8の2次側インダクタンスを大きくするか、コイ
ル9を追加するか、あるいはそれらの両方を行えばよ
い。当然ながら、降圧チョッパ16の動作周波数、即
ち、鋸歯状波発生器55の発振周波数は、限界電流値I
asについての必要な制御の高速性を支えるに足る高さ
が必要である。また、降圧チョッパ16のリプルが過大
にならない範囲において、平滑コンデンサ15の静電容
量は小さくすることが有利である。
用給電装置の基本構成を説明することを目的として記載
したものであるが、実際にそれを実現するためには、必
要に応じて、回路の安定動作や安全動作等のために、保
護回路やノイズフィルタ等の付加部品や付加回路の追
加、あるいは逆に、回路の簡素化等の工夫が必要であ
る。とりわけ、反転器35、50は、説明を単純化する
ために敢えて追加したもので、これを省略することも可
能である。
至図10を用いて説明する。
られた放電灯用給電装置の立ち消えをより確実に防止す
るための機能を付加した放電灯用給電装置に関する。
プ用給電装置では、電極間のインピーダンスの変化に伴
い、ランプ電圧Vaの変動が生じても、ランプ電力Pa
は予め定められた定格電力値Pasになるようにランプ
電流Iaを制御することが行われる。その際、ランプ電
圧Vaが非常に低い場合、定格電力値Pasを達成する
ためには、非常に大きなランプ電流Iaを流す必要が生
じるが、実際には給電装置に設けられる回路素子の破壊
を防止するために、ランプ電流Iaが予め定められた限
界電流値Iasを超えないようにランプ電流Iaを制御
することが行われる。この制御は、定格電力値Pasに
なるようにランプ電流Iaの制御よりも優先的に行われ
る。また、同図に示すように、最大電圧値Vasが規定
されているが、これは、無負荷開放時に、安全のために
必要な最大限度の電圧を超えないための制限である。従
って、以上の結果を踏まえた一般的な放電灯用給電装置
の電圧電流特性は、図7に示すような双曲線Hを基本と
したものになる。
ンプ電流Ia、ランプ電圧Va、ランプ電力Paの時間
的経過を示す図である。
い高圧水銀蒸気ランプを一般的な放電灯用給電装置で点
灯する場合、点灯直後の陰極上に液体水銀が存在すると
きのアーク放電の状態は、電極間のインピーダンスが十
分に低いため、図7の点Aにあると考えられる。これ
は、前記のランプ電流Iaが予め定めた限界電流値Ia
sを超えないように制御された状態であり、この状態は
定格電力値は達成されていない。次に、水銀が陰極上か
ら完全に蒸発してグロー放電に移行すると、電極間のイ
ンピーダンスが高くなって、ランプ電圧Vaが急激に上
昇するため、図7の電圧電流特性曲線Hに沿って点Aか
ら点Bに移行しようとするが、図8(a)に示すよう
に、ランプ電流Iaは高圧水銀蒸気ランプのインピーダ
ンスの急増が発生する直前のランプ電流Iaoより大き
く低下してしまい、ランプが立ち消えてしまう可能性が
ある。
に、図7の電圧電流特性曲線Hに沿うのではなく、電圧
電流特性曲線Hより上側の領域、即ち、過電力領域を通
過するようにする。ここで、過電力領域の通過の仕方に
関する条件については、前記と同様に、図2の試験回
路、即ち、アーク放電時のランプインピーダンスに略等
しい抵抗値と、グロー放電時のランプインピーダンスの
略1/7に等しい抵抗値とを切り換える試験回路を用い
て規定することができる。
電圧電流特性を示す図である。
ら点Bに移行するに際し、電圧電流特性曲線Hに沿うの
ではなく、点Aにおける擬似ランプ電流Iao’の少な
くとも70%の領域Uに、所定時間滞在した後、点Bに
移行するようにする。
の擬似ランプ電流Ia’、擬似ランプ電圧Va’、擬似
ランプ電力Pa’の時間的経過をに示す図である。
点Aにおける擬似ランプ電流Iao’の、少なくとも7
0%の領域Uに滞在する時間を50ms以上とする機能
を付加することにより、本発明の課題をより確実に実現
することができる。
放出を早く活発化しなければならないが、そのために
は、高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスが急増する直
前の擬似ランプ電流Iao’の、少なくとも70%に回
復するように制御する期間Tuは長いほど、ランプの立
ち消えを防止できる点では有利であるが、70ms以上
であれば、余裕をもって本発明の課題を達成でき、さら
に、100ms以上あればより望ましい。
o’の、少なくとも70%の領域Uは、過電力動作であ
るため、これを実現するためには給電装置が元々有する
予め定めた定格電力値Pasになるように擬似ランプ電
流Ia’を制御する機能を、点Aにおける擬似ランプ電
流Iao’の少なくとも70%の領域Uに滞在する時間
だけ制御する機能を付加すればよい。なお、この過電力
動作は、本来、ランプや給電装置の安全な動作にとって
不都合なものであるから、必要以上に長時間継続すべき
ではなく、実際は、300msとれすば十分である。
るためには、図5及び図6に示す放電灯用給電装置を用
いて、限界電流値Iasを超えないように擬似ランプ電
流Ia’を制御する動作状態で、高圧水銀蒸気ランプ1
のインピーダンスの急増が発生した場合に、高圧水銀蒸
気ランプ1のインピーダンスの急増が発生する直前の擬
似ランプ電流Iao’の、少なくとも70%に回復する
ように制御している期間Tuが、50ms以上となるよ
うに、例えば、抵抗41を大きな抵抗値、かつ/または
コンデンサ45を大きな静電容量値に設定して、定格電
力値Pasについての制御のための、誤差積分器46の
応答が低速になるように設計することによって行う。
及び図12を用いて説明する。
の体積1mm3 当り0.15mg以上の水銀および1
mm3 当たり1×10−7モルのハロゲンが封入され
たような比較的水銀封入量が多い高圧水銀蒸気ランプに
用いられ、ランプ立ち消えが発生しない放電灯用給電装
置を見出すための試験回路を示す図である。
て放電灯用給電装置が後述する条件を満足する時、この
放電灯用給電装置がランプの立ち消えを有効に防止し得
るものであることを見出したなお、本実施形態で用いら
れる高圧水銀蒸気ランプも、第1の実施形態の場合と同
様に、アーク放電時のアーク放電抵抗Raは略5Ω、及
びグロー放電時のグロー放電抵抗Rbは略300Ωを呈
するものを用いることを前提として説明する。
装置2の出力端に直列に接続されるそれぞれ抵抗値5
Ω、300Ωの抵抗であり、その他の構成は図2に示す
同符号の構成と同一であるので説明を省略する。
ランプの陰極上に液体水銀が存在するときのアーク放電
時に流れる電流値と概ね同じ電流が抵抗70に流れるよ
うにアーク放電時のアーク放電抵抗Raに略等しく設定
し、抵抗70+抵抗71は、高圧水銀蒸気ランプのグロ
ー放電時に流れる電流値と概ね同じ電流が抵抗70、7
1に流れるようにグロー放電抵抗Rbに等しい値に設定
する。
0と抵抗71の直列抵抗に接続切り換えされた時の疑似
ランプ電流Ia’及び疑似ランプ電圧Va’の時間的変
化を示す図である。
m2 )として、評価対象とされる放電灯用給電装置2
の出力端に抵抗70のみが接続されているときに抵抗7
0に擬似アーク電流を流している状態において、 (1)抵抗70から抵抗70+抵抗71への切り換え後
の定常状態における擬似グロー放電電流Iag’≧0.
14×Sc(A)、 (2)抵抗70から抵抗70+抵抗71への切り換え後
の定常状態における放電灯用給電装置の出力電圧Va
g’≧180(V)、 (3)抵抗70から抵抗70+抵抗71への切り換え後
の定常状態における出力電圧Vga’が定常状態におけ
る電圧の90%の電圧に達するのに要する時間τ≦17
0(μs)、 の各条件を満足する時、放電灯用給電装置2は上記の高
圧水銀蒸気ランプを用いても立ち消えの発生を防止する
ことを見出したものである。
に露出している陰極作用を有する電極全体の表面積であ
る、定常状態における擬似グロー放電電流Iag’の供
給能力が、陰極の表面積Scに比例して大きくなるべき
理由は、アーク放電の場合と異なり、グロー放電におい
ては、放電が陰極表面全体で生じ、このとき、陰極表面
積に相応した大きさの電流を供給する能力を持たなけれ
ば、熱電子放出によるアーク放電に移行可能なように、
電極表面を加熱することができないからである。擬似グ
ロー放電電流の供給能力としては、Iag’≧0.01
6×Scであれば、さらに望ましい。
圧Vag’として180V以上の供給能力が必要である
理由は、水銀、アルゴン等の希ガス、および臭素等のハ
ロゲンが封入される放電灯の場合、ハロゲンの封入量が
1mm3 当たり1×10− 7モル以上であれば、陰極
と陽極との極間距離、ガス圧等にはほとんどよらず、グ
ロー放電は、180V以上の電圧が必要であるからであ
る。
ag’≧200Vであれば、さらに望ましい。
の90%の電圧に達するのに要する時間τが170μs
以下であるべき理由は、これにより長い時間がかかる場
合は、グロー放電が維持できずに放電停止が生じ、その
後電圧が十分に上昇した時点では、既に電極が冷えてし
まって、結局立ち消えになってしまう確率が高まる。な
お、τ≦100μsであれば、さらに望ましい。
V、τ≒100μsの条件で、約25mm2 の表面積
を有する陰極を用いたランプの場合、Iag’≒0.4
Aとすることにより、立ち消え率は完全に0%となっ
た。
μs、Iag’≒0.35A程度まで性能を低下させて
も、立ち消え率は1%以下であり、十分実用的であっ
た。
及び図14を用いて説明する。
装置の構成を示す図である。
と並列に接続可能に設けられる平滑コンデンサ、73は
平滑コンデンサ72の挿脱を切り換えるFET、74は
FET73をスイッチングするためのゲート駆動回路で
ある。なお、その他の構成は図5に示す同符号の構成と
同一であるので説明を省略する。
装置を用いて高圧水銀蒸気ランプを始動点灯したときの
ランプ電圧の時間的経過を示す図である。
プのグロー放電時のインピーンスが大きい期間の経過後
は、平滑コンデンサ15と並列にFET73をオンして
平滑コンデンサ72を挿入するようにして、平滑コンデ
ンサの容量を増加させるものである。
おいて、降圧チョッパ15のリプルが過大とならない範
囲において、平滑コンデンサ15の静電容量を小さくす
ることが有利であることを説明したが、さらに、熱アー
ク放電に移行するまでは平滑コンデンサの容量を小さく
維持することにより、グロー放電時等において瞬時的な
アーク放電移行時に平滑コンデンサからランプに放出さ
れる電荷量を抑えてランプのダメージを防ぐことができ
る。一方、平滑コンデンサが小さいとリプルが発生し易
く、それにより音響共鳴現象が発生し、ランプがチラつ
いたり立ち消えたりする。
は、図14に示すように、グロー放電時のインピーンス
が高い期間の経過後の熱アーク放電移行後は、FET7
3をオンして、平滑コンデンサ15と並列に平滑コンデ
ンサ16を接続して平滑コンデンサの容量を増加し、上
記の音響共鳴現象等によるランプのチラツキや立ち消え
を防止するものである。
銀封入量が比較的多い高圧水銀蒸気ランプを用いる際
に、ランプの点灯初期における水銀が陰極上から完全に
蒸発する時のランプの立ち消えを防止することができ
る。
項1に記載の発明の効果に加えてより確実にランプの立
ち消えを防止することができる。
封入量が比較的多い高圧水銀蒸気ランプを用いる際に、
ランプの点灯初期における水銀が陰極上から完全に蒸発
する時のランプの立ち消えを防止することができる。
項1ないし請求項3に記載の発明の効果に加えて、ラン
プのインピーンスが高い期間の経過後の熱アーク放電移
行後の音響共鳴現象等によるランプのチラツキや立ち消
えを防止することができる。
グロー放電、グロー放電からアーク放電への移行時の放
電電流の時間的変化を示す図である。
いられる放電灯用給電装置を見出すための試験回路を示
す図である。
足して立ち消えが発生しない放電灯用給電装置における
疑似ランプ電流I’と疑似ランプ電圧V’を示す図であ
る。
足せず立ち消えが発生する放電灯用給電装置における疑
似ランプ電流I’と疑似ランプ電圧V’を示す図であ
る。
装置の構成の一例を示す図である。
を示す図である。
電圧Vaの特性を示す図である。
電圧Va、ランプ電力Paの時間的経過を示す図であ
る。
似ランプ電流Ia’、擬似ランプ電圧Va’の特性を示
す図である。
擬似ランプ電流Ia’、ランプ電圧Va’、ランプ電力
Pa’の時間的経過を示す図である。
用いられる放電灯用給電装置を見出すための試験回路を
示す図である。
を満足して立ち消えが発生しない放電灯用給電装置にお
ける疑似ランプ電流Ia’、疑似ランプ電圧Va’の特
性を示す図である。
成を示す図である。
ランプ電圧Vaの時間的経緯を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 封体によって囲まれた放電空間に陰極と
陽極が設置され、前記放電空間内に、希ガスと、前記放
電空間の1mm3 当たり0.15mg以上の水銀が封
入さた高圧水銀蒸気ランプを点灯するための放電灯用給
電装置において、 当該放電灯用給電装置の出力端に、前記高圧水銀蒸気ラ
ンプのアーク放電時のアーク放電抵抗にほぼ等しい疑似
アーク放電抵抗を接続した状態から前記高圧水銀蒸気ラ
ンプのグロー放電時のグロー放電抵抗のほぼ1/7の疑
似グロー放電抵抗に切り換え接続可能に設け、当該放電
灯用給電装置に前記疑似アーク放電抵抗を接続して疑似
アーク放電電流が流れている状態から前記疑似グロー放
電抵抗に切り換えた過渡状態における疑似グロー放電電
流が、前記疑似アーク放電電流の30%以下である連続
した期間が10μs以下であり、かつ、前記疑似アーク
放電電流の少なくとも70%に回復するまでの時間が1
00μs以下となる特性を有することを特徴とする放電
灯用給電装置。 - 【請求項2】 請求項1において、 前記放電灯用給電装置は、ランプ電力が予め定めた定格
電力値になるようにランプ電流を制御する機能と、ラン
プ電流が予め定めた限界電流値を超えないようにランプ
電流を制御する機能とを有し、かつ、前記定格電力値に
なるようにランプ電流を制御する機能よりも、前記限界
電流値を超えないようにランプ電流を制御する機能が優
先した機能を有すると共に、前記擬似グロー放電抵抗に
切り換えた時に、前記疑似アーク放電電流の少なくとも
70%に回復するように制御している期間が50ms以
上あり、かつこの期間は前記定格電力値を超えることを
容認するように制御される機能を有することを特徴とす
る放電灯用給電装置。 - 【請求項3】 封体によって囲まれた放電空間に陰極と
陽極が設置され、前記放電空間内に、希ガスと、前記放
電空間の1mm3 当たり0.15mg以上の水銀と1
mm3 当たり1×10−7モルのハロゲンが封入さた
高圧水銀蒸気ランプを点灯するための放電灯用給電装置
において、 当該放電灯用給電装置の出力端に、前記高圧水銀蒸気ラ
ンプのアーク放電時のアーク放電抵抗にほぼ等しい疑似
アーク放電抵抗を接続した状態から前記高圧水銀蒸気ラ
ンプのグロー放電時のグロー放電抵抗にほぼ等しい疑似
グロー放電抵抗に切り換え接続可能に設け、当該放電灯
用給電装置に前記疑似アーク放電抵抗を接続して疑似ア
ーク放電電流が流れている状態から前記疑似グロー放電
抵抗に切り換えた時の疑似グロー放電電流Iag’およ
び放電灯用給電装置の出力電圧Vag’とする時、陰極
の表面積をSc(mm2 )とすれば、 (1)定常状態における疑似グロー放電電流Iag’≧
0.14×Sc(A)、 (2)定常状態における出力電圧Vag’≧180
(V)、 (3)出力電圧Vag’が定常状態における電圧の90
%の電圧に達するのに要する時間τ≦170(μs)、 となる特性を有することを特徴とする放電灯用給電装
置。 - 【請求項4】 請求項1ないし請求項3のいずれか1つ
の請求項において、 前記放電灯用給電装置は、直流電圧を入力し可変制御さ
れた出力電圧を平滑コンデンサを介して前記高圧水銀蒸
気ランプに印加する出力可変直流電源を有し、前記平滑
コンデンサは、グロー放電終了後のアーク放電移行時
に、前記平滑コンデンサの容量を増大させるようにした
ことを特徴とする放電灯用給電装置。
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