JP2000503802A - 放電ランプ作動のためのパルス電圧シーケンスを生成するための方法及びその回路装置 - Google Patents

放電ランプ作動のためのパルス電圧シーケンスを生成するための方法及びその回路装置

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、パルス化され誘電的に阻止される放電を用いた放電ランプ(8)作動のためのパルス電圧シーケンス生成のための方法に関する。本発明によれば、パルス電圧シーケンスが2つの部分電圧シーケンスから合成され、その際各部分電圧シーケンスの波高値の絶対値が、結果的に生じるパルス電圧シーケンスの波高値の絶対値よりも小さくなるように、(例えば半分の大きさであるように)合成される。これにより、部分電圧シーケンスの生成のもとで相応に僅かなEMIしか生じない利点が得られる。その他にもこの2つの部分電圧シーケンスは基準電位に関して相対向する上昇方向の上昇エッジを含む。有利には2つの部分電圧シーケンスは、相互に反転している。それにより2つの部分電圧シーケンスから生じたEMIは理想的に、少なくとも局所的に完全に補償される。それに対して時限素子回路(3)によって同期化される2つの直列に接続されたパルス回路(1,2)が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】 放電ランプ作動のためのパルス電圧シーケンスを 生成するための方法及びその回路装置 本発明は請求項1の上位概念による、放電ランプ作動のためのパルス電圧シー ケンスを生成するための方法及びその回路装置に関する。また本発明はこの回路 装置を用いた照明システムにも関する。 “放電ランプ”の概念のもとでは、次のようなビーム源、すなわち可視スペク トル領域中の電磁ビームの他に専らUVないしVUV領域の光又はビームを発光 するビーム源としても理解することができる。 パルス電圧シーケンスは、基本的にユニポーラであってもバイポーラであって もよく放電ランプないし放電ビームの作動のために用いられる。この場合少なく とも一方の極性の電極は、例えば WO 94/23442 明細書に記載されているように、 誘電的に阻止される。この作動形式は基本的に無制限のパルス電圧シーケンスを 用いている。それに対して特に電力は入力結合され、それは無駄時間によって相 互に分離される。有効ビーム生成の効率に決定的なことは、実質的にパルスの形 態であり、特に上昇の急峻度、パルス期間ないし無駄期間の持続時間である。こ の電圧パルスの所要の波高値は、とりわけインパクト幅、充填ガスの形態と圧力 、並びに誘電体の形態と厚さに依存して、典型的には1kV〜数kVである。 従来技術 この種のkV領域の高い電圧ピークの、スイッチングトランジスタを用いた切 換ないし生成は、目下のところ信頼性に欠けている。 ドイツ連邦共和国特許出願 DE 195 48 003 A1 明細書からは既に、正確なパル ス回路を用いてパルス電圧シーケンスを生成するためのこの種の回路装置が公知 である。このパルス回路は実質的にコンデンサと、トランジスタと、パルス変成 器からなる。トランジスタの導通フェーズ中に、コンデンサ内に蓄えられるエネ ルギはパルス変成器にて変えられる。その際パルス変成器は、パルス電圧を所要 の波高値に変成するがいずれにせよこれにはいくつかの欠点が結び付く。まず第 1にパルス変成器は、パルス電圧シーケンスの波高値に対して設計仕様されなけ ればならない。そのため比較的大きくて高価なものになる。その他にもパルス変 成器のパルス負荷は比較的大きく、また比較的大きな巻線容量もパルス形態を損 なわせる。さらなる欠点は、パルス変成器の二次巻線のリードに対してパルス電 圧シーケンスの完全な波高値が生じる。周辺環境に対する遍在的な漂遊容量に基 づいてそこからは結果的に比較的高い障害信号、いわゆるEMI(電磁障害)が 引き起こされる。 本発明の課題は、前述した欠点に鑑みこれを解消すべく、冒頭に述べたような 請求項1の上位概念による方法において、EMIの生成がより少なくなるように 改善を行うことである。 この課題は、請求項1の特徴部分に記載の本発明によって解決される。本発明 の別の有利な実施例は従属請求項に記載される。 本発明のさらなる課題は、この方法を実施するための回路装置を提供すること である。この課題は請求項5の特徴部分に記載の本発明による回路装置によって 解決される。この回路装置のさらなる別の有利な実施例は従属請求項に記載され る。 本発明の最後のもう1つの課題は、請求項10の上位概念による照明システム において、前述したような欠点を無くすことである。この課題は請求項10の特 徴部分に記載の本発明による照明システムによって解決される。 本発明の基本的な考察は、パルス電圧シーケンスが2つの部分電圧シーケンス から合成され、その際各部分電圧シーケンスの波高値が、結果として生じるパル ス電圧シーケンスの波高値よりも小さくなるように(例えば半分の大きさである ように)合成されることにある。このことは次のような利点に結び付く。すなわ ち部分電圧シーケンスの生成のもとで生じるEMIも相応に小さくなる。その他 にもこの2つの部分電圧シ ーケンスの一方が基準電位に対して正の上昇エッジを含み、もう一方の部分電圧 シーケンスが基準電位に対して負の上昇エッジを含む。有利には2つの部分電圧 シーケンスの一方は、基準電位に関して他の部分電圧シーケンスの反転したもの である。2つの部分電圧シーケンスから生じたEMIは理想的に、少なくとも局 所的に完全に補償される。誘電的に阻止される放電に求められる比較的高い波高 値とそれに伴う強いEMIは、高いピーク電圧が本当に必要とされる負荷の箇所 、すなわちビーム源自体の電極間にまず生じる。 本発明によればこの基本的考察が以下の方法において置き換えられている。こ の場合それぞれ休止期間によって相互に分離される電圧パルスの2つの部分シー ケンス(以下では単に部分(電圧)シーケンスとも称する)が生成される。この 場合2つの部分シーケンスは共通の基準電位(例えばアース)に対して相対向す る方向へ上昇する上昇エッジを有している。これらの2つの部分シーケンスは、 異なるシーケンスが生じるように重畳される。場合によっては、この2つの部分 シーケンスが相互に次のように同期化される。すなわち差分シーケンスの波高値 が、電圧パルスの2つの個々の部分シーケンス毎の波高値よりも大きくなるよう に同期化される。 部分シーケンスの個々のパルスは、ユニポーラであってもバイポーラであって もよい。“バイポーラパル ス”の概念とは、そのようなパルスでは時間に依存した電圧が1回又は複数回極 性を変えることを意味する。それにより前述した方法によれば、ユニポーラない しバイポーラの差分シーケンスが結果的に生じる。その際決定的なことは、2つ の部分シーケンスの対応するパルスは、共通の基準電位に関して相互に対向する 方向に上昇する上昇エッジを有していることである。バイポーラの場合では、電 極はパルスのフェーズに応じてアノードの役割もカソードの役割も果たす。 それぞれのパルスの上昇エッジにかなりの上昇度を定めた場合には、信号歪み は考慮されないままになる。これは実際には頻繁に現われ、その一部は回避不能 である(例えばオーバーないしアンダーシュート、ノイズ成分など)。しかしな がらそれらの全てはランプ出力の入力結合に対して懸念に値するほどのものでは ない(<50%)。それどころかこの観点において決定的なのは、実質的な出力 の入力結合(>50%)が行われるパルスの各時間幅である。 差分シーケンスの生成に対する有利な変化例によれば、電圧パルスの一方の部 分シーケンスが電圧パルスの他方の部分シーケンスの反転によって形成される。 同期化は、差分シーケンスの波高値が部分シーケンスの波高値の和となるように 行われる。 付加的な方法ステップとしての別の変化例によれば、電圧パルス及び/又は差 分シーケンスの2つの部分シ ーケンスのうちの少なくとも一方にオフセット直流電圧が加算的に重畳される。 この場合総オフセット直流電圧は次のように選択される。すなわち放電が各電圧 パルスに応じて消勢され、個々の電圧パルス間の不所望な再点弧が回避されるよ うに選択される。これにより、重要な電圧成分が直流電圧によって準備可能とな る。このことはパルス回路が残留電圧成分に対してのみ設計仕様されるだけでよ い利点につながる。 前述した方法によるパルス電圧シーケンスの生成のための本発明による回路装 置は、2つの直列に接続されたパルス回路を含み、この回路は、それぞれ2つの 出力側電極と、それぞれ1つの制御入力側並びにタイミング回路を有している。 このタイミング回路は、2つのパルス回路の制御入力側に接続されている。第1 のパルス回路の2つの出力側電極の1つは、第2のパルス回路の対向極性の出力 側電極に接続されている。前記2つの出力側電極の接続は、2つのパルス回路の 2つの自由出力側電極に対して基準電位を定める。このようにして2つの自由出 力側電極の間には、それぞれ自由出力側電極と基準電位の間にある2つの信号の 差分信号が生じる。この基準電位は、回路アースか又はアース電位に接続可能で はあるがそれが必ずしも必須条件というわけでもない。 前記2つのパルス回路は例えばドイツ連邦共和国特許出願 DE 195 48 003 A1 明細書に開示されている回 路によってそれぞれ構築されていてもよい。この場合従来技術に比べての利点は 、所定のピーク電圧に対して2つの変成器に求められる変成比と巻回比が小さく てよいことである(例えば対称構成のもとでは半分の大きさでよい)。その結果 さらなる利点として、電圧パルスの急峻な信号エッジと有効ビーム生成の高い効 率とが得られる。その他にもこれまでは変成器の使用が避けられなかった多くの ケースにおいて変成器の使用を完全に省くことが可能となる。なぜなら本発明に よれば、パルス回路毎に倍加的に実現可能なピーク電圧が得られるからである。 前記パルス回路の具体的な実施は、個々のケースにおいて電極において必要と される波高値によって調整される。回路の有利な効率にとって決定的なことはま ず第1に2つのパルス回路が、休止期間によって相互に分離される電圧パルスか らそれぞれ1つの部分シーケンスを供給するのに適していることである。この場 合の部分電圧シーケンスは、それぞれ互いに逆方向に上昇する上昇エッジを含ん でいる。 時限素子は2つのパルス回路を、2つの部分電圧シーケンスが相互に同期化さ れるように制御する。 本発明の変化実施例においては、パルス回路の2つの自由接続電極の少なくと も1つが、オフセット直流電圧源のそれぞれ対向する極性の電極に接続される。 それにより本発明の方法の変化例において説明したオ フセット直流電圧が実現される。 その他にも、本発明によれば、本発明による回路装置と、パルス化され誘電的 に阻止される放電を用いて作動されるビーム源からなる照明システムが提案され ている。 図面の説明 以下では本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。この場合、 図1は、扁平な照射器を有する本発明による回路装置を示した図である。 図2aは、ユニポーラパルスを用いた図1からの部分電圧シーケンスU1(t)の時 間軸上の断面を示した図である。 図2bは、ユニポーラパルスを用いた図1からの部分電圧シーケンスU2(t)の時 間軸上の断面を示した図である。 図2cは、図1からの部分電圧シーケンスU3(t)の時間軸上の断面を示した図で ある。 図3aは、さらなる部分電圧シーケンスU′1(t)の時間軸上の断面を示した図で ある。 図3bは、さらなる部分電圧シーケンスU′2(t)の時間軸上の断面を示した図で ある。 図3cは、差分電圧シーケンスU′3(t)の時間軸上の断面を示した図である。 図4aは、バイポーラパルスを用いた部分電圧シーケ ンスU″1(t)の時間軸上の断面を示した図である。 図4bは、バイポーラパルスを用いた部分電圧シーケンスU″2(t)の時間軸上の 断面を示した図である。 図4cは、差分電圧シーケンスU″3(t)の時間軸上の断面を示した図である。 実施例 図1にはパルス電圧シーケンスの生成のための本発明による回路装置のブロッ ク回路図と扁平照射器が概略的に示されている。この回路装置は実質的に第1及 び第2のパルス回路1,2と時限素子3からなっている。この2つのパルス回路 の各々は、それぞれ1つの制御入力側a,dと、2つの出力側電極b,c;e,fを 有している。動作中は2つのパルス回路1,2がそれらの出力側電極b,cないし e,fの間で、それぞれ部分電圧シーケンスU1ないしU2を供給する。2つの制 御入力側のそれぞれは時限素子3に接続されている。この時限素子3は、2つの パルス回路1,2の同期化に用いられる。第1のパルス回路1の正(+)の出力 側電極bと第2のパルス回路2の負(−)の出力側電極fは端子4ないし5に接 続されている。これらの端子4ないし5は、それぞれリード線路6,7を介して扁 平照射器8に接続されている。前記2つのパルス回路1,2のそれぞれ自由出力 側電極c;eは相互に接続されアース電位に接続されている。このアース電位は 基準電位として用いられる。これによりこれらの2つのパ ルス回路1,2は、直列に接続され、作動中は、第1のパルス回路1の正(+) の出力側電極bと第2のパルス回路2の負(−)の出力側電極fとの間で差分電 圧シーケンスU3が生成される。 扁平照射器8は放電容器9と、ストライプ状のカソード10と、誘電的に阻止 されるストライブ状のアノード11からなっている。放電容器9は、基底プレー ト12とカバープレート13と、フレーム14からなっている。これらは共に矩 形状の基準面を有している。基底プレート12とカバープレート13はガラスろ うを用いてフレームとガス密に結合されており、これは放電容器9の内部が直方 体状に構成されるように行われている。基底プレート12はカバープレート13 よりも大きく、これは放電容器9が周辺で自由縁部を有するようになされている 。カソード10とアノード11は、交互にそして相互に並列して、約6mmほど の相互間隔をあけて基底プレート12内壁に配設されている。これらのカソード 10とアノード11は、相対向する端部にて延在し、それぞれ放電容器9内側か ら基底プレート12まで両サイドで外方へ向けて案内されている。基底プレート 12の縁部では、これらのカソード10とアノード11が、それぞれカソード側 15ないしアノード側16の外部給電リードに移行している。これらの外部給電 リード15,16は、それぞれ短い接続部材17,18を用いてリード導体6,7 に 接続されている。 図中のカバープレート13内の破断部分は、単にアノード11とカソード10 の一部を図示するために設けられただけのものである。従って放電容器9の内部 ではアノード11は完全にガラスろう19によって覆われており、その厚さは約 250μmである。電極10;11と外部コンタクト15;16は、それぞれカ ソード側及びアノード側の層構造の種々の区分として銀で形成され、これらはス クリーン印刷技術と加熱を用いて共に被着される。この層厚さは約6μmである 。 図示はされていないが別の変化例では、負の端子5と所属のリード導体7の間 にオフセット直流電圧源が接続される。 図2a〜図2cにはそれぞれ図1からの2つの部分電圧シーケンスU1(t)、U2 (t)=−U1(t)の時間区分と、差分シーケンスU3(t)の時間区分が概略的に示され ている。ここではそれぞれ波高値U1S,U2S,U3Sを有する半正弦状の電圧パルス が示されている。この場合は以下の関係式、 |U3S|=|U1S|+|U2S| が成り立つ。 図3aと図3bには、2つのさらなる部分電圧シーケンスU′1(t)、U′2(t) が理想的に示されている。図2bと比べて異なっているのは図3bの電圧信号に は振幅UDCのオフセット直流電圧が加算的に重畳されている点である。それによ り結果的に差分信号U'3(t)にも振幅UDCのオフセット直流電圧が含まれる。従 って以下の式が成り立つ。 |U′3S|=|U′1S|+|U′2S|+|UDC| 図4aと図4bには、さらに別の2つの部分電圧シーケンスU″1(t)、U″2(t )=−U″1(t)が理想的に示されている。この場合図2a及び図2bとの違いは、 部分電圧シーケンスがバイポーラパルス(正弦状)であることである。個々のバ イポーラパルスは、前述したように休止期間(図では電圧ゼロの部分)によって 相互に分離されている。結果としての差分シーケンスU″3(t)は、2つの波高値 |U″3S|=|U″1S|+|U″2S|と−U″3Sを有するバイポーラパルスであ る。この場合前記U″1SとU″2Sは2つの部分電圧シーケンスの(正ないし負の )波高値を表している。 前述の理想的な図においては実際には頻繁に生じる歪み(例えばオーバーシュ ートないしアンダーシュート等のような)が考慮されていない。 この部分においては、再度次のようなことを示唆しておく。すなわち図2a〜 図4aと図2b〜図4bでは部分シーケンスU1〜U″1ないしU2〜U″2の 信号形態が範例的な特徴を有していることを示唆しておく。本発明によれば例え ば公知文献 WO 94/23442 で開示されている回路装置を用いて全ての各信号形態 を適切 に生成することも可能である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. パルス化され誘電的に阻止される放電を用いた放電ランプ(8)作動のた めのパルス電圧シーケンス(U3(t);U′3(t);U″3(t))の生成のための方法 であって、 少なくとも部分的に透過性でガス充填媒体で充填された密閉形か又はガスない しガス混合気の通流する開口形の、非導電性材料からなる放電容器(9)と、 第1及び第2の極性を有する電極(10,11)とを有し、少なくとも一方の 極性の電極(11)が放電容器内部で誘電材料(19)によって分離されている 形式のものにおいて、 第1の波高値(U1S;U′1S;U″1S)を有し基準電位に対して正の上昇エッ ジを有する、休止期間によって相互に分離された電圧パルスの第1の部分シーケ ンス(U1(t);U′1(t);U″1(t))を供給するステップと、;この場合基準電 位(0)は電極から減結合されており、 第2の波高値(U2S;U′2S;U″2S)を有し基準電位(0)に対して負の上 昇エッジを有する、休止期間によって相互に分離された電圧パルスの第2の部分 シーケンス(U2(t);U′2(t);U″2(t))を供給するステップと、 第1の極性(+)の電極(11)へ電圧パルスの第 1の部分シーケンス(U1(t);U′1(t);U″1(t))を印加するステップと、 第2の極性(−)の電極(10)へ電圧パルスの第2の部分シーケンス(U2( t);U′2(t);U″2(t))を印加するステップと、 相対向する極性の前記電極(10,11)間で電圧パルスの差分シーケンス( U3(t);U′3(t);U″3(t))が生じるように、電圧パルスの前記2つの部分シ ーケンス(U1(t),U2(t)ないしU′1(t),U′2(t)ないしU″1(t),U″2(t)) を相互に同期化するステップとを有し、前記差分シーケンス(U3(t);U′3(t) ;U″3(t))の波高値(U3S;U′3S;U″3S)の絶対値は、電圧パルスの2つ の個々の部分シーケンス(U1(t),U2(t)ないしU′1(t),U′2(t)ないしU″1( t),U″2(t))のそれぞれの波高値(U1S,U2S;U′1S,U′2S;U″1S,U″2 S )の絶対値よりも大きいことを特徴とする、放電ランプ作動のためのパルス電 圧シーケンスを生成するための方法。 2. 電圧パルスの第2の部分シーケンス(U2(t);U′2(t);U″2(t))を、 電圧パルスの第1の部分シーケンス(U1(t);U′1(t);U″1(t))の反転によ って形成し、 前記同期化を、前記差分シーケンス(U3(t);U′3(t);U″3(t))の波高値 の絶対値(|U3S|;|U′3S|;|U″3S|)が、前記2つの部分シーケンス ( U1(t),U2(t)ないしU′1(t),U′2(t)ないしU″1(t),U″2(t))の波高値の 絶対値(|U1S|,|U2S|;|U′1S|,|U′2S|;|U″1S|,|U″2S| )の和となるように行う、請求項1記載の方法。 3. 付加的な方法ステップとして、前記電圧パルスの2つの部分シーケンスの 少なくとも1つ(U′2(t))及び/又は前記差分シーケンスに、オフセット直流 電圧(UDC)を重畳し、この場合全オフセット直流電圧を最大でも所期のように 、各電圧パルスの後で放電が消弧され個々の電圧パルス間の不所望な再点弧が回 避されるようなレベルに選択する、請求項1又は2記載の方法。 4. 付加的な方法ステップにおいてそれぞれ休止期間中にオフセット直流電圧 を共通の基準電位まで走査する、請求項3記載の方法。 5. 2つの出力側電極(b,c)と1つの制御入力側(a)を備え、休止期間 によって相互に分離された電圧パルスの第1のシーケンス(U1)を供給するの に適した第1のパルス回路(1)と、 2つの出力側電極(e,f)と1つの制御入力側(d)を備え、休止期間によ って相互に分離された電圧パルスの第2のシーケンス(U2)を供給するのに適 したた第2のパルス回路(2)とを有しており、 前記第1のパルス回路(1)の2つの出力側電極の内の1つ(c)が前記第2 のパルス回路(2)の対向 する極性の出力側電極(e)と接続されており、これによって前記2つのパルス 回路(1,2)の自由出力側電極(b,f)の間で、基準電位に対する2つの個々 のパルス電圧シーケンス(U1,U2)の差分に相応する、パルス電圧差分シーケ ンス(U3)がタップ可能であり、 さらに前記2つのパルス回路(1,2)の制御入力側(a,d)に接続された時限 素子回路(3)が設けられており、該時限素子回路(3)によって、前記2つの パルス電圧シーケンス(U1,U2)が相互に同期化されるように制御されること を特徴とする、請求項1〜4に記載のパルス化され誘電的に阻止される放電を用 いた放電ランプ(8)作動のための方法によってパルス電圧シーケンスを生成す るための回路装置。 6. 前記2つのパルス回路(1,2)の間の対向する極性の出力側電極(c,e )は、回路装置の基準電位に接続されている、請求項5記載の回路装置。 7. 前記基準電位は、アース電位におかれている、請求項6記載の回路装置。 8. 前記第2のパルス回路は、インバータ回路を含んでおり、該インバータ回 路によって電圧パルスの第2のシーケンスが第1のシーケンスに対して反転され る、請求項5〜7いずれか1項記載の回路装置。 9.付加的な直流電圧回路が含まれており、該直流電圧回路の1つの電極はパ ルス回路の対向する極性の 自由出力側電極に接続されている、請求項5〜8いずれか1項記載の回路装置。 10. 照射源(8)、例えば放電ランプが設けられており、該照射源(8)は 、誘電的に阻止される放電に適し、少なくとも部分的に透過性でガス充填媒体で 充填された密閉形か又はガスないしガス混合気の通流する開口形の、非導電性材 料からなる放電容器(9)と、少なくとも一方の極性の電極(11)が放電容器 (9)内部で誘電材料(19)によって分離されている複数の電極(10,11 )とを有しており さらに前記電極(10,11)に接続されるパルス電圧源(1〜3)が設けら れており、該パルス電圧源は休止期間によって相互に分離される電圧パルスの供 給に適している、照明システムにおいて、 前記パルス電圧源(1〜3)が前記請求項5〜9に記載の1つ又は複数の特徴 を備えた回路装置を有していることを特徴とする照明システム。
JP51150399A 1997-08-12 1998-07-16 放電ランプ作動のためのパルス電圧シーケンスを生成するための方法及びその回路装置 Expired - Fee Related JP3392425B2 (ja)

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