JPH06509677A - 改善された低損失の安定器システム - Google Patents
改善された低損失の安定器システムInfo
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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】
された の シスーム
技術分野
本発明は、普及的に供給されている +20ボルトの電源を用いる高電圧放電ラ
ンプをスタートさせ、作動させるための、改善された、小型で低損失の安定器シ
ステムに関する。
11且1
従来技術として、ガス入り放電ランプ、すなわち放電ランプのためのスタート用
回路の多くの例がある。
それら回路の多くのものは、負荷と直列接続された変圧器を用いた安定器回路を
備えている。従来技術の回路手段は、放電ランプの正確な本質、たとえば、蛍光
ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウム蒸気ランプ(HPS)など、に
依存して様々である。ガス入り放電ランプ自体の構造が改良されたことにより、
安定器回路を設けることに関して種々の問題が起った。
それらの問題は、効果的な高電圧放電を起させることにあるが、そこでは、小型
で低損失の安定器が用いられて、しかも、120ボルトの電源で作動し得ること
が必要である。
120ボルトの電源を用いることを可能にする従来技術による−・つの解決策は
、 120ボルトのりアクドル安定器が用いられ得るための55ボルト付近の作
動電圧と一つの電子的点弧子を必要とする低電圧のHPS (高圧ナトリウム)
ランプであった。しかし、それらHPSランプは、比較的に大きい電流を必要と
する。何故ならばHPSランプは、所与のランプ電力に対して大きいボルトアン
ペアを必要とするからである0例を示すならば、50ワツト(7)HPSは、5
2 VX 1.18^−61,4V^を必要とする。電流が大きくなれば損失が
大きくなり、したがって、より大型のデバイスの構造が必要になる。
放電ランプにおける今日の動向は、総合効率がより高く 「白い光」を生成する
ようなシステムを実現することである。そのように効率をより高くするには、作
動電圧がより高いことが必要になり、安定化に加えて電圧の上昇が必要になると
、構造の物理的サイズが問題になり、なお、必然的に温度が高くなる故に損失が
過大になる。そのような高い温度は、特に、ランプのためのデバイスにおけるプ
ラスチック製の部品(fixture)の使用に影響を及ぼす。
支l豆立】j
したが4って、本発明の一つの目的は、サイズが小さくなり得て、普及的に供給
されている+20ボルトの電源で作動できるような高電圧放電ランプのための低
損失の安定器を供給することにある。
本発明のさらにある一つの目的は、安価な重版の部品を用いて、高電圧のメタル
ハライド(M H)ランプを効果的に点弧し、安定化し、作動させる、120ボ
ルトの入力で機能する電r回路を提供することにある。
上記の目的は、DCリップル電圧で作動するように設計された点弧器システムと
、 5IDAC式の降伏型半導体スイッチと一つの高電圧パルス変圧器と一緒に
機能する、一つの無線周波数チョークと一つの電流制限抵抗器、と組合っている
一つの放電キャパシタを有する電子回路によって達成される0点弧器回路に供給
される電圧は、I20ボルトACの供給を受けている安定器回路で発生される。
本発明のさらにある一つの目的は、余分な(odd)高調波共振点を避けること
によって作動の安定性を高めるために、安定器回路自体の共振点をコントロール
するような形で点弧器回路と一緒になった安定器回路を提供することにある。し
たがって、安定器回路のキャパシタに跨って現れる無負荷状態の電圧が、回路の
Qファクタを高めることによって増大する。
の な
添付の図面と関連させて以降の詳細説明を参照することによって、本発明がより
よく理解されると共に、本発明とそれの多くの付帯的利点のより完全な理解が容
易に得られるはずである。
図1は、本発明の一つの実施例における安定器回路と点弧器コイルの回路線図で
ある。
図2は、点弧器回路の別の一つの実施例と一緒になった安定器回路の回路線図で
ある。
図3は、図1と図2の安定器回路の回路の作動を説明している、その回路部分の
説明的回路線図である。
図4は、瞬時的高温再起を可能にする再起用回路を含んでいる電子的d−c安定
器回路の概略的線図である。
図5は、増加しているより高い再点弧電圧で作動するランプのために、開回路電
圧を高くするようにした、図4の高温再起用回路の変形の図である。
図6は、安定器回路と一緒になった点弧器回路の。
さらに別の一つの実施例の図である。
図7は、本発明による三つの部品で成る安価な点弧器の配置の図である。
の しい
ここで図面を参照する。そこでは、同一または対応する部品は、幾つもある個々
の図を通じて同様の参照番号で示されている。特に図1を見るならば、そこでは
、50ワツトのメタルハライドランプの作動のための安定器10と点弧器回路1
00の構成が示されている。
図1の回路の安定器の部分10は、普通の 120vのAC電源を利用していて
、それの正方向の電圧が、ダイオード12とインダクタンス13を経て充電作用
をしてキャパシタ18を充電する。それと同様に、負方向の電圧がダイオード1
4とインダクタンスを経て機能してキャパシタ16を充電するので、点弧器回路
の点lと2の間の電圧は、+20V入力のピークの2倍に等しい340 V D
Cとなる。二の開回路電圧は負荷に電流が流れていないときの電圧である。した
がって、点弧器回路100にある高電圧・発生エネルギー制限型の放電キャパシ
タ118が、点lの、正方向DC電圧の陽極ラインから、無線周波数チョーク1
22と充電抵抗器120を経て充電され、充電キャパシタ118は、5IOAC
I 16の降伏電圧の値(すなわち240ボルト)まで充電される。したがって
充電抵抗器120は、5IDAC116が導通(fire)シたときの電流制限
抵抗器として(至)<、5IDAC式の半導体スイッチ116が降伏点で閉じた
(close)ときに、高電圧パルス変圧器114の一次巻線に跨って240■
が存在し、それが巻数比によって増幅されて5〜7 kVまでになる。この際、
チョーク122とチョーク110は開回路として働くので、ランプに跨って高電
圧のパルスが存在し、それが[充填ガス」を電離させる。そこで、直列接続のキ
ャパシタ18.16に跨っている340ボルトDCが、電流平滑チョーク110
を経てそれらキャパシタを放電させるように働いて、ランプを低インピーダンス
状態にし、それにより、普通の1200サイクルの安定化エネルギー供給システ
ムでもってランプが通電されることを可能にする。
キャパシタ112は、高電圧・高周波数のパルスをカップリングして巻線114
における120 HzとDCの電流の流れを効果的に阻止する働きをする。充電
抵抗120が増大させられる。何故ならば、それがDC電圧でドライブされてい
て、その故にAC同期化の必要がないからである。その増大は、充電抵抗120
の大きさが、繰返しパルスの間やランプが駄目になって(failed)開路に
なった状態の間における、それの電力の消散を制限するような増大である。いっ
たんランプ50がスタートしてスターターに負荷がかかったならば、電圧は約1
00ボルトまで低下し、スターターは自動的に不作動状態になり、その後に次回
の開回路電圧が再び現れ、それによりスターターは再び作動状態に入れられる。
図2は1図1におけると同様の安定器回路10を用いた点弧器回路の別の一つの
実施例を示している0図2の点弧器回路150は、5IDAC152に接続され
たタップのあるチョーク125を用いており、一方5IDACの他方の出力はキ
ャパシタ154に接続されていて、そのキャパシタは、抵抗器158およびイン
ダクタンス156と直列に接続されている9図2の点弧器回路+50の作動は、
図1の点弧器回路の作動と類似している。
図1と図2のスターター回路に、ランプが駄目になったときに自動的にスタート
用回路をオフにする機能を付加することが、小さくて負の温度係数の要素を11
8または154を跨ぐように分路接続することによって容易に行われ得る。この
負の温度係数の要素は、数分間の普通のパルスの繰返しの後に温度上昇し、それ
により抵抗値が、118または154においてできていた電圧を漏洩させるよう
な大きさまで低下するので、5IDACの降伏電圧が到達されるに至らず、その
負の温度係数の要素(サーミスタ)には、340Vでの加熱電流が流れ続け、し
たがってその要素は、器具(fixture)が通電遮断されるまでは低い抵抗
の状態に保たれる。
図1と図2の安定器回路の作動が略図式に図3に示されており、そこでは、AC
供給が全波圧(positiveplural 1ty)のモードで示されてお
り、なお、半サイクル正弦波ピークは、120ボルトでの供給のときには170
ボルトである。正方向電圧が、ダイオード12とaCインダクタンス13を通し
て充電電流1chl をドライブし、キャパシタ18を 170ボルトのレベル
まで充電する。
インダクタンス13とキャパシタンス+8(18と16はキャパシタンスが相等
しい)の共振周波数は、三次高調波の180 Hzのような共振点からは離れた
130〜165 Hzの範囲に選定されている。共振周波数をこのようにする
のは、18と16の不安定な回路作動(ランプのフリッカなど)の原因になり得
る共振充電を防止するためである。その不安定性のメカニズムは、ランプの動的
な作動インピーダンスに関係している。50ワツトのメタルハライドランプのよ
うな高強度の放電ランプ50は、もし共振周波数が180 fizに近付き得る
ならば極めて不安定になる。一方、低蒸気圧の蛍光ランプは、共振点が、二次高
調波の約120 Hzであるときに最高の性能を発揮する。
電流の共振点の選定は、DCチョーク110がバッファーになっている、つまり
、比較的に高い周波数の成分を負荷としであるランプに影響を及ぼさないように
遠ざける手段になっている、という事実によって際どく左右される。高温状態の
ランプでの消散の故に大量のエネルギー、すなわち電力が引き出されるときには
、共振のメカニズムは減衰される。しかし、ランプの有効な抵抗が変化する。ラ
ンプのスタートおよびウオームアツプの間には、この抵抗の変化の故に、高調波
電流をドライブする刺激が増えて、比較的に高い「Q」の回路へと向わせる。し
たがって、余分な(odd)高調波の共振点が避けられたときに、作動の安定性
が高められる。ここでなお注意しておくべきこととして、もし共振点が180
Hzにセットされたのであれば、キャパシタ18およびキャパシタ16に跨って
現れる開回路状態の電圧は、入力電圧のピーク値のQ倍になるはずである。それ
は680ボルト程にもなり得る。それが設計上望ましい利用分野もあるが、前述
したように極めて不安定になる50ワツトのメタルハライドランプ50の場合は
、そうでない、したがって、エネルギー的に不都合な高調波共振点から離れてい
ることが、安定な作動のために極めて重要である。
諸インピーダンスノ比(L ac/c)”、(L da/c)”、およびLdc
/rlpは、すべて相互作用的である。
図3に示した安定器回路の中のキャパシタ16は、破線で示されている負の半サ
イクルの間に170ボルトまで充電される。したがって、ランプの電流1 +p
の流れを起させる正の半サイクルのためのパワー供給は、図示の極性の充電され
たキャパシタ16と直列に接続された正方向の電源の正弦波である。キャパシタ
16を跨いでいる電圧は、その半サイクルを経るうちにゼロになり、その後、誘
導性の要素13と110の磁界から戻って来るエネルギーによって充電されて逆
転される1次の半サイクルにおいて正弦波の電源が負になったときには、キャパ
シタ16はI ch2によって再充電され、ランプの電流は今や、ダイオード1
4、電源。
インダクタンス13、充電されたキャパシタ18、チョーク110、そしてラン
プ負荷50を通って流れる。
この回路は、電源電圧をステップアップするので、普通ならば作動させるために
220〜277ボルトの開回路電圧を必要とするランプを作動させるために、1
20ボルトACの電源が用いられ得ることになる。
インダクタンス13は、ランプ安定化インピーダンスの一部として働く、ランプ
電流のループIlpにある他の安定化要素は、キャパシタ16または18(電源
の極性によってどちらか)の荷電の逆転によって生成される。インダクタンス1
3は、また、充電電流の位相をシフトさせ、それにより、作動の力率を幾らか改
善する。インダクタンス13は、さらに、電流や電圧におけるサージすなわち急
激な変化のような、瞬間的で破壊的な電気的活動力を持っている電源から、ダイ
オード12,14、およびキャパシタ18.16を隔離する働きをする。
インダクタンス13の大きさと、キャパシタ18゜16の大きさは、安定な性能
を達成するための共振点に関する基準に則った安定な作動でもってランプ負荷5
0に適正な電力を供給するように設計される。キャパシタ18と16の選定によ
って作動しているランプの電力が左右され、その電力は(0,5G)[充電のV
+逆充電のV]2 に等しくなる。誘導性の要素におし1ての損失は少ない故に
、キャパシタ18と16に入ったエネルギーの大部分は作動しているランプ50
に供給され得る。
1) Cチョークインダクタンス110の値は、流れているランプの電流が、
120 Hzで電流パルスが繰返す間にランプの電力がゼロよりも十分に上にあ
るために必要なレベルにある、ということを確実にするための、適当なエネルギ
ーを貯えるチョークインダクタンスの能力ということで決まる。
匠ユ
下記の各構成要素の値は、50ワツトのメタルハライド系のランプに用いられた
ものであって、そのランプは、85ボルト、 0.68アンペア、最小開回路電
圧が216ボルト、スタートのパルスは3300〜4000ボルトというもので
あった。
キャパシタンスI8と16は、定格値が7.2 mfd/250ボルトであり。
インダクタンス13は、55ボルト、1.1アンペア、50オーム、0.132
6ヘンリーのりアクドルであり。
共振点の計算値は 160 Hzであり、インダクタンス!10は、151オー
ム、0,4H190,5V、0.6アンペア、DC抵抗は8.6オームという、
255ミリヘンリーのチョークであり、
ダイオード12と14は、定格値が3アンペア、400ボルトであり、
キャパシタンス118は0.15 mfd、キャパシタンス112は0.004
7 mfd、抵抗器+20は680キロオームである。
図1〜3の中の安定器回路は、インダクタ13上にあるタップ15を示している
。もし、電源を15に接続し、それを余分の巻線の方に接続する(13のインダ
クタンスを増す)ことによってランプが定格の電力で作動させられるように設計
するならば、ランプの調光が行われ得る。
図1〜3の、基本的なりC電子式の安定化方式は、120ボルトACの電源から
高電圧作動の放電ランプへのエネルギー変換を可能にするものであって、なお、
20〜100ワツトの蛍光ランプや、+75水銀HIDランプを作動させるため
に用いられ得る0例えばスターターを必要としない蛍光ランプまたは水銀ランプ
を作動させるためには、当業者なら知っている改変が必要である1図4は、ラン
プを瞬時的に高温再起させるために用いられる追加の回路手段を有する一つの電
子的DC方式の安定器回路を示している。その追加の回路は、ダイオード26.
28、キャパシタ22、および抵抗器24を用いて一つの倍電圧回路を形成して
いて、それがキャパシタ18を跨ぐ普通のDC開回路電圧(170ボルト)を
340ボルトまで高めている。キャパシタ18は、ダイオード12の働きによっ
て 170ボルトの値まで急速に充電される。ダイオード27,29、キャパシ
タ23.および抵抗器25を含む回路が、キャパシタ18のための倍電圧回路と
似た形で、キャパシタ16のための倍電圧回路を形成している。キャパシタと抵
抗器の組合わせ、22と24.23と25、の所要の値、およびダイオードの電
流の定格値は、ランプを点弧させ、熱的アークを効果的に確立するために必要な
中間時のエネルギーを供給するように調整される。この回路手段は、また、より
高い再点弧電圧で作動するランプを安定化し、維持するために用いられ得る。普
通には、キャパシタ22.23の値は0.15〜0゜22 mfdであり、抵抗
器24.25の大きさは約1000オームである。より高い開回路電圧(680
V)とすることによってエネルギー供給を増やすために、キャパシタ22.23
の大きさはマイクロファラッドのオーダーに、そして抵抗器24.25の値は、
電力定格をより高くするような極めて低い値にしてもよい。
図4の開回路電圧の乗算をもっと増大させることが、図5に示したように、キャ
パシタ80〜85、およびダイオード71〜76を、マルクス回路(MARXS
generator)を形成するようにして付加することによって行われ得る
。
図4および図5で知られるように、図1〜3の基本的回路手段は、作動させられ
るランプの、アークをスタートして維持することに関する諸要求にフレキシブル
に対処できるものであり、したがって本発明は、壁面負荷が大きいなどの、新し
いランプの設計に用いられる可能性を生んだ。
用いられる5idacのリスト上の降伏電圧は480ボルトであるが、 5id
acの直列接続とすることによって、500〜600ボルトでの降伏が容易に実
現される0作動しているランプを十分に電離し、それの動的なインピーダンスを
低く押えるために必要なエネルギーは、キャパシタンス154の値によって左右
され、その値はたとえば、 510ボルトで降伏する 600ワツトのスタータ
ーでは5 mfdである。
もし、特定のランプの点弧のニーズに応えるために、より高い電圧が必要である
ならば、5idacの降伏電圧が、前述のように直列接続の方法で高くされ、な
お、キャパシタ118の値が、その所要の電圧を供給するために高くされること
になる。
図6は、直列に接続された蛍光ランプや、 277v入力の設計を必要とするこ
ともある比較的に高い電圧のランプのために特に有用な一つの代案の構成を図示
している。この構成は、蛍光ランプ150が安定器回路とスターター160の間
に位置しているという構成であって、そこでスターターは、高電圧力ップリング
キャパシタ+61と1巻数比による増幅の(至)きをする高電圧ポスト変圧器1
62、の直列接続体を含んでいる。
5IDACスイツチ166とキャパシタ165、そしてなお抵抗器163が、図
1の実施例のスターターの部分と似た形で、無線周波数チョーク164と一緒に
なって接続されている。蛍光ランプ150は、第1と第2のフィラメント152
,154を有していて、それらフィラメントは、図示のように安定器回路とスタ
ーター回路の間に接続されて、電流平滑回路110を経る回路ループを完成して
いる。
図7は、本発明のコンセプトを利用した、最も簡単で最も余裕をもった回路手段
を示していて、この回路手段では、5IDACl 82に接続されたチョーク1
25のタップ部分への、高電圧力ップリングキャパシタ184を経ての接続があ
り、そのキャパシタは、高電圧抵抗器186と直列になっている0回路が簡単で
ある故に、最小の個別製造部品数で構成され得る。
上述の教えからすれば、本発明の数多くの変形/変更が可能であることが明らか
である。したがって、添付の特許請求の範囲で示される範囲内で、本発明が、上
記において特定的に説明されたとおりではな〈実施され得るということが理解さ
れるであろう。
FIC!、7
FIC!、3゜
20v
Claims (12)
- 1.高電圧放電ランプを作動させるための、低損失の安定器回路システムであっ て、 交流電圧電源入力手段と、 前記交流電圧を受入れるための前記入力手段に接続されたインダクタンス手段と 、 前記インダクタンス手段に接続されたキャパシタンス手段を含んだ整流手段であ って、出力が前記交流電源電圧のピーク値の2倍にほぼ等しい開回路DC電圧で あり、前記インダクタンス手段と前記キャパシタンス手段の値は、前記インダク タンス手段と前記キャパシタンス手段の組合せの共振周波数が前記交流電源電圧 の二次高調波と三次高調波の間にあってそのいずれからも離れた値になるように 選定されている整流手段と、 前記開回路電圧を受入れ、前記ランプをスタートさせるための高電圧の点弧パル スを供給するために接続されている点弧器手段であって、スタートした前記ラン プを低インピーダンスの状態にすることによって、前記ランプが前記の開回路D C電圧によって連続して作動することを可能にするための手段を含んでいる点弧 器手段とを含んでいる、低損失の安定器システム。
- 2.前記点弧器手段が、半導体の降伏スイッチング手段と一つの高電圧パルス変 圧器を含むほか、前記変圧器における、DC電圧の電流の流れと前記二次高調波 AC電圧の電流の流れのどちらをも阻止するためのキャパシタンス手段を含んで いる、請求項1記載の安定器回路システム。
- 3.前記交流電圧電源が120ボルトACであり、前記共振周波数が130〜1 65Hzの間にある、請求項1記載の安定器回路システム。
- 4.前記ランプが、電圧が85ボルトであり、所要のスタート用パルスが3,3 00〜4,000ボルトの間にある、50ワットのメタルハライド(MH)ラン プである、請求項1記載の安定器回路システム。
- 5.前記整流回路が、さらに、より高い開回路DC電圧を供給するために、前記 キャパシタンス手段に並列に接続された倍電圧回路手段を含んせいる、請求項1 記載の安定器回路システム。
- 6.前記点弧器手段が、一つの点弧器インダクタンス回路と、前記点弧器インダ クタンス回路の一部を中間口出しするための一つの手段を含んでいて、前記中間 口出しのための手段は、一つの充電抵抗器と一つの無線周波数チョークコイルの 両者と一緒になって働く一つの電圧降伏手段に接続されており、前記電圧降伏手 段は、前記高周波パルスをカップリングしてDCと二次高調波の電流の流れを阻 止するためのカップリングキャパシタと並列に接続されている、請求項1記載の 安定器回路システム。
- 7.前記整流手段が、さらに、より高い開回路電圧を供給するために、複数の追 加的キヤパシタと複数の追加的ダイオードを、マルクス回路を形成するようにし て含んでいる、請求項1記載の安定器回路システム。
- 8.高電圧放電ランプを作動させるための安定器回路であって、 交流電圧電源を受入れるための入力手段と、前記入力手段に接続されたインダク タンス手段と、前記インダクタンス手段に接続されたキャパシタンス手段を含ん でいる整流手段を含んでいて、前記整流手段の出力は、前記交流電源の電圧のピ ーク値の2倍にほぼ等しい開回路DC電圧であり、前記インダクタンス手段と前 記キャパシタンス手段の値は前記インダクタンス手段と前記キャパシタンス手段 の組合せの共振周波数が、前記交流電源の電圧の二次高調波と三次高調波の間に あってそのいずれからも離れた値になるように選定されている、安定器回路。
- 9.前記インダクタンス手段が、さらに、ランプの調光を可能にするために、前 記インダクタンス手段の種々の点を中間口出しするための手段を含んでいる、請 求項8記載の安定器回路。
- 10.前記ランプが蛍光ランプである、請求項8記載の安定器回路。
- 11.前記ランプが水銀HIDランプである、請求項8記載の安定器回路。
- 12.前記整流回路が、さらに、前記ランプの瞬時の高温再起を可能にするため に、開回路電圧を高くするための倍電圧手段を含んでいる、請求項8記載の安定 器回路。
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