JPH0210697A - メタルハライドランプ用安定器回路 - Google Patents

メタルハライドランプ用安定器回路

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JPH0210697A
JPH0210697A JP1042038A JP4203889A JPH0210697A JP H0210697 A JPH0210697 A JP H0210697A JP 1042038 A JP1042038 A JP 1042038A JP 4203889 A JP4203889 A JP 4203889A JP H0210697 A JPH0210697 A JP H0210697A
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パーク・フレンチ
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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】 発明の背景 本発明は、メタルハライドランプおよびキセノン−メタ
ルハライドランプ等の動作の間に一般に発生する有害な
電気泳動および音響共振作用を低減または実質的に除去
するようにメタルハライドランプおよびキセノン−メタ
ルハライドランプを動作させる安定器(ballast
 )回路および方法に関する。
1988年2月18日に出願された米国特許出願第15
7.359号、第157.360号および第157,4
36号に開示されているように、自動車の外観を改良し
、また空気力学的性能を改良するために自動車の設計者
が自動車のボンネットラインを低くし得るような自動車
用の放電ランプを提供することが望まれている。更に、
米国特許出願第157,360号に開示されているよう
に、メタルハライドランプは、60Hzのような交流(
AC)電源または直流電源で動作する場合−般に電気泳
動作用を発生する。この電気泳動作用はメタルハライド
ランプのハロゲン化物をランプの端部領域に移動または
押し流すものであり、このようなランプが所望の照明を
行うことを妨害しているものである。米国特許出願第1
57,360号はメタルハライドランプおよびキセノン
−メタルハライドランプに関連する電気泳動作用を除去
するために真空シュラウドを使用することを開示してい
る。このような真空シュラウドは所望の目的を達成する
が、真空シュラウドを必要とすることなくこのような電
気泳動作用を除去し、これによってこのようなメタルハ
ライドランプおよびキセノン−メタルハライドランプの
製造価格を低減することが望まれている。
動作している小さいワット数のメタルハライドランプの
電気泳動作用は約I KHzまでの動作周波数において
顕著であるが、小さなワット数のメタルハライドランプ
に比較的高い周波数の励起信号を供給することによって
補償できる。しかしながら、高周波動作はこのようなラ
ンプの動作を劣化させる音響共振作用を発生する。この
ような共振作用は米国特許第4,170,746号に更
に詳細に開示されている。有害な音響共振作用を更に詳
細に理解するためにはこの特許の明細書を参照されたい
米国特許第4,042,856号公報の第4欄、第1−
60行に開示されているように、交流(AC)を供給さ
れるガス放電ランプに関連する音響共振作用は、ランプ
に供給される交流電流のリップルに関連する1 0−4
0Ktlzの間の動作周波数によって避けることができ
る。
また、メタルハライドランプ型の小さいワット数のガス
放電ランプにおいては金属イオンの電気泳動がこのよう
なランプを直流(DC)励起で動作させる場合に発生ず
る。直流動作の間に発生するメタルハライドランプの有
害な電気泳動作用は特にランプを動作時に垂直に配向し
た場合に顕著である。この垂直状態では金属のハロゲン
化物が重力の作用によりランプの所望の中央部分からそ
の端部領域に変位し、所望の金属ハロゲン化物成分がこ
のようなランプの照明に寄与することを妨害する。自動
車の設計者およびランプ取り付は設計者が特定の必要性
に従ってメタルハライドランプを位置付けまたは方向付
けできる自由度が得られるようにメタルハライドランプ
をどのような向きでも配置できるようにする手段を提供
することが望まれている。
従って、本発明の目的は、真空シュラウドを必要とする
ことなくガス放電ランプを動作させることができると同
時にガス放電ランプに対する電気泳動作用および音響共
振作用を低減または実質的に除去して、これらのランプ
を任意の所望の向きに配置できるようにするガス放電ラ
ンプの動作方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、ガス放電ランプを動作させる所望
の方法を可能にする安定器回路を提供することにある。
本発明の他の目的は、キセノンランプ、メタルハライド
ランプおよびキセノンーメタルノ1ライドランプのよう
な種々の放電ランプを動作させる方法および安定器回路
を提供することにある。
発明の概要 本発明は、ガス放電ランプにおいて一般的に発生する有
害な電気泳動および音響共振作用を低減または実質的に
除去するようにガス放電ランプを動作させる安定器回路
および方法に向けられている。
ガス放電ランプを動作させる方法は、ガス放電ランプの
対の電極間に比較的高い電圧を供給することによりラン
プ内に含まれている成分を励起し、次いでガス放電ラン
プの励起を維持するようにランプの対の電極に比較的低
い周波数の調整された矩形波電流を供給するステップを
有する。更に、この方法は矩形波電流を電極に周期的に
供給する方向を交互に変更することが望ましい。
安定器回路は、直流励起源に接続され、(1)制御信号
を発生する手段および(2)ガス放電ランプを通って流
れる電流のレベルを設定し検出する手段の両者に応答す
る直流/直流スイッチング電流調整器を有する。この直
流/直流電流調整器は調整された直流矩形波電流を周期
的に発生するように制御信号に応答して周期的に導通状
態になる。また、この直流/直流電流調整器はガス放電
ランプに流れる電流のレベルが所定値になったことに応
答して非導通状態にされる。更に、安定器回路は直流/
直流スイッチング電流調整器とガス放電ランプとの間に
接続されたブリッジ手段を有する。このブリッジ手段は
制御信号を発生する手段に応答して、直流/直流スイッ
チング電流調整器の調整された電流がガス放電ランプを
交互の方向に流れるように制御する。
また、安定器回路は、ガス放電ランプの両端間に結合さ
れ、ガス放電ランプのアーク状態を起動し設定するよう
に周期的に比較的高い電圧パルスを発生する起動手段を
有することが好ましい。
好適実施例の詳細な説明 本発明の一実施例においては、第1図に示すように反射
器12、レンズ14および光源16を有する自動車用ヘ
ッドライト10を動作させるための安定器回路および方
法が提供される。光源16は前掲の米国特許出願第15
7,359号、第157.360号および第157.4
36号に記載されているような励起可能な成分を封入す
る種々の形式のものであり、自動車用ライト10および
種々の光源の詳細な説明についてはこれらの特許出願を
参照されたい。
背景部分で説明したように、メタルハライド光源のよう
なガス放電ランプは60Hzのような比較的低い周波数
の交流(AC)電源または直流(DC)電源により動作
させた場合、−船釣に電気泳動作用を発生する。同様に
、メタルハライド光源は、30 KHzのような比較的
高い周波数で作動した場合、−船釣に有害な音響共振作
用を発生する。
このようなを害な動作を解決しようとして、水平な向き
に配置した小さなメタルハライドランプの動作を観察し
分析した結果、メタルハライドランプの交流および直流
動作における電気泳動の役割が更によくわかった。この
結果、本発明者はランプの動作周波数に対してメタルハ
ライドランプ内のアークの放射金属含有量を制御する手
段を開発した。
上述した光源16のような小さなメタルハライドランプ
に関連して行った重要な観察の1つによれば、60Hz
のような低い周波数でメタルハライドランプを動作させ
た場合に比して、数キロヘルツ以上の周波数で動作させ
た場合にはこれらのランプは明確に高い効率および低い
色温度を示した。
この観察によって、このような高い周波数動作の際にア
ーク内に実質的に高い放射金属濃度が発生したことがわ
かった。これは、ランプ内の励起されたナトリュウム成
分によって発生した透過光を選択的に観察することがで
きるフィルタを通してメタルハライドランプの動作を観
察することによって実証された。更に、ランプの低周波
動作をビデオレコーダによって観察し、メタルハライド
ランプのアークに寄与するナトリュウム成分が、ランプ
のコネクタまたは電極に度り付いた雲の外観を有し、こ
れがアノードでかなり明確な境界を有し、そしてランプ
の交流動作の各半サイクルの間にカソードの方に向かっ
て移動することを観察した。別の観察においては、凝縮
されたハロゲン化物が低い動作周波数においてメタルハ
ライド光源の端部領域またはチャンバ内に堆積する傾向
があるのに対して、高い動作周波数においては凝縮物が
メタルハライド光源管の中央領域のうちの下側部分に主
に蓄積することがわかった。これらの両動作は電極間の
所望の中央位置から外れたところにハロゲン化物成分を
おき、これによりメタルハライドランプの所望の照明出
力へのハロゲン化物成分の寄与を妨害した。
メタルハライドランプの有害な動作を補正するための観
察、分析および実験から、本発明者はメタルハライドラ
ンプの動作における有害な電気泳動および音響共振作用
を低減または実質的に除去する所望のランプ動作方法を
開発した。メタルハライドランプを動作させる所望の本
発明の方法を実施するため、前掲の米国特許出願箱15
7.359号、第157,360号および第157,4
36号に説明されているような放電ランプを所望のよう
に動作させるための安定器回路用の動作パラメータおよ
び構成を決定した。
本発明は、キセノンランプやハライドランプのような種
々の放電ランプを動作させる安定器回路および方法を提
供する。一般に、安定器回路は関連する放電ランプの初
期または起動イオン化段階を比較的高い電圧パルスの供
給によって設定し、次いでその運転モードの間は調整さ
れた矩形波電流でランプを励起する。安定器回路はメタ
ルハライドランプを運転モードの開動作させるのに有利
な比較的低い周波数の調整された矩形波電流を発生する
。この電流はランプの60Hz動作のみならず直流動作
によって一般に発生する電気泳動作用を低減または実質
的に除去するように電極に供給される。また、この矩形
波電流による励起は放電ランプの比較的高い周波数の動
作によって一般に発生する有害な音響共振作用をも低減
または実質的に除去する。
光源16を動作させる本発明の方法は対の電極間に比較
的高い電圧を供給してガス放電ランプ内の成分を初期励
起するステップを有する。このような励起の後、本発明
の方法では比較的低い周波数の矩形波電流を対の電極に
供給して、ガス放電ランプの励起状態を維持する。更に
本発明の方法では、矩形波電流が電極に供給される方向
を周期的に交互に変更することが好ましい。矩形波電流
は値が約0. 2アンペア乃至約2. 0アンペアの範
囲であり、繰返し速度が約1ミリ秒乃至約0゜1ミリ秒
である。ガス放電ランプ内の成分の励起を設定または起
動するための比較的高い電圧は約20.000ボルトの
範囲の振幅および約5 KHzの周波数を有する交流電
圧であるのが好ましい。
一般に、メタルハライドランプを動作させる本発明の安
定器回路は直流励起源に接続され、(1)周期的に生ず
る制御信号を発生する手段および(2)ガス放電ランプ
を流れる電流レベルを設定し検出する手段の両者に応答
する直流/直流スイッチング電流調整器を有している。
この直流/直流電流調整器は上述したパラメータを有す
る調整された矩形波電流を発生するように周期的に生ず
る制御信号に応答して周期的に導通する。また、直流/
直流電流調整器はガス放電ランプを通る電流の所定レベ
ルに応答して非導通状態にされる。
更に、安定器回路は直流/直流スイッチング電流調整器
とガス放電ランプとの間に接続されたブリッジ手段を有
する。このブリッジ手段は、直流/直流スイッチング電
流調整器からの調整された電流がガス放電ランプを交互
に逆向きに通るように方向制御するために、周期的に生
ずる制御信号を発生する手段に応答する。更に、安定器
回路は、ガス放電ランプの両端間に結合され、ガス放電
ランプ16内の成分の励起を起動するように前述したパ
ラメータを有する周期的に生ずる比較的高い電圧パルス
を発生する起動手段を有する。
本発明の安定器回路のブロック図が第2図に示されてお
り、整流器およびコンデンサフィルタよりなる交流電力
整流−波回路100、パルス幅変:A器とクロック発振
器および分周器よりなるクロック発生器とを含む回路2
00、直流/直流スイッチング電流調整器300%電流
反転ブリッジ400、直流/直流昇圧変換器500、第
8図の即時充電流制御回路600、およびキセノン、キ
セノン−メタルハライドおよびメタルハライドランプ用
の起動ランプ回路700の相互接続が示されている。第
3図、第4図、第5図、第6図、第7図、第8図および
第9図は上記の要素100,200.300,400,
500,600および700のそれぞれの具体的な回路
構成を示している。
第3図乃至第9図の回路部品は例えば表1に示すような
諸元を有する。
表1 一実施例においては、商用および工業用のガス放電ラン
プに使用する場合、本発明は60Hz、120ボルトお
よび60Hz、  220ボルトの典型的な値をそれぞ
れ有する第1および第2の交流電源に接続できる交流電
力整流−波回路100を有する。回路100は第3図に
示すようにダイオードDIOI、D102.D103.
およびD104からなる全波ブリッジを有し、約180
ボルトおよび約360ボルトの値をそれぞれ有する第1
および第2の直流電圧を発生する。整流−波回路100
は本発明の一部を構成することが好ましいが、180v
および360vを供給する外部電源のような他の手段を
用いてもよい。更に、発生された第1および第2の直流
電圧の一波は、第1および第2の直流電圧端子にそれぞ
れ接続されているC101およびR101ならびにCl
O2およびR102によって形成されるような抵抗コン
デンサ回路網によって行うのが好ましい。
車両用または自動車用のランプに用いる場合においては
、直流の+360Vは典型的な自動車バッテリからの1
2Vの直流を入力とする、第7図に詳しく示す通常の直
流/直流昇圧変換器500によって発生することができ
る。第7図の構成要素L501.D501.C501お
よびQ501は米国ニュージャージ州ロッチェルバーク
所在のへイドンブックカンパニ(Ilayden Bo
ok CoIQpany。
Inc、)によって出版された、アブラハムおよびブレ
スマン(Abraham/Pressman)の著書「
スイッチングおよびリニア電源、電力変換器の設計(S
witching and Llnear Power
 5upply、Pover Converter D
eslgn) Jの第9.5章に記載されているように
動作し、第7図のエラー増幅およびパルス幅変調器はシ
リコン・ゼネラル(Silicon General 
)社の5C1524の集積回路であってもよいが、上述
した同じ文献の第9.6章に記載されているように動作
する。
上述の用途の全てにおいて必要なことは直流電力が直流
/直流スイッチング電流調整器に供給されることである
。第2図に示す実施例の場合、回路100によって発生
された第1および第2の直流電圧は第5図に詳しく示す
直流/直流スイッチング電流調整器300に接続される
。直流/直流スイッチング電流調整器300は電流反転
ブリッジ400に直列に接続され、後述の調整された矩
形波電流を供給する。直流/直流スイッチング電流調整
器300は定電流源を構成し、この定電流をブリッジ4
00を介してランプに供給する。ブリッジは直流/直流
スイッチング電流調整器にょって作られた定電流を放電
ランプに対して交互に逆の方向から供給するように機能
する。本発明の一実施例においては、ブリッジ400か
らランプに供給される定電流を反転させる周波数7.6
8Kllzであることが好ましく、クロック発生器によ
って出力されるフルデユーティ (「ull dnty
 )矩形波制御波形によって決定される。直流/直流ス
イッチング電流調整器300はクロック発生器からの3
0.72Hzの信号に応答するとともに、パルス幅変調
器によって制御される。パルス幅変調器は電流調整器3
00によって発生されるランプ電流フィードバック信号
および即時光電流制御回路によって決定される所望のお
よび実際のランプ電流状態に応答する。パルス幅変調器
およびクロック発生器を含む回路200は、後述する第
4図の回路構成を有し、30.72KHzの信号に関連
するリップルをピーク・ピークで3%以下に低減するよ
うに高度の一波機能ををしていて、最終的にランプに供
給される調整された電流が好ましい高品質の7.68K
IIzの矩形波になるようにする。
直流/直流スイッチング電流調整器300は、第5図に
示すように、デュアルD形フリップフロップU202(
第4図)の出力からの周期的に生ずる制御信号を受ける
。この制御信号は第5図に示すようにトランジスタQ3
02およびQ303からなるスイッチング手段のベース
に供給される。
トランジスタQ302およびQ303はU2O5の周期
的に生ずる制御信号を表す出力信号を発生し、これをト
ランジスタQ304に供給する。トランジスタQ304
は主電力制御スイッチであり、これは好ましくは電力用
電界効果トランジスタ(FET)である。複数の(4つ
の)抵抗R304はトランジスタQ304のソースと直
列に電流測定分路として接続されていて、第4図のフィ
ードバック制御回路の比較器U201のビン3にランプ
電流フィードバック信号を供給する。抵抗R304は導
通状態においてトランジスタQ304に流れる電流を検
出する手段を構成するように作用し、前記電流はまたガ
ス放電ランプに流れる電流を表している。
第5図のトランジスタQ304は2つのインダクタを有
するT型直列フィルタの1端に接続され、このフィルタ
の他端はコンデンサC301を介して直流360ボルト
の電圧に接続されている。トランジスタQ304はスイ
ッチング手段Q302およびQ304の出力信号に応答
して導通状態になり、調整された定電流源の直流矩形波
を発生して、これを第6図のC403およびC404、
ししたがってブリッジ400を介して最終的に放電ラン
プに供給する。コンデンサC304は、直流/直流スイ
ッチング電流調整器300の基本周波数において伝達ノ
ツチを持つ波トラップを作るコンデンサ/インダクタ組
合せを形成するように、第5図に示すように、T3O1
の巻線の1つに並列に接続することが好ましい。コンデ
ンサ/インダクタ組合せは放電ランプに供給されるリッ
プル電流を非常に小さくするという点で本発明にとって
特に重要であり、これは電極間に形成されるアークが放
電ランプのチャンバ内の(背景部分で説明した)音響共
振によって曲げられるのを防止するように作用するので
冑利である。第5図のT型フィルタは、確実なランプ起
動をおこなうために1.0ミリ秒以下のような充分に短
い時間内にランプに供給される電流を立ち上げることが
できる急峻な応答特性を有するように選択される。この
ようなT型フィルタの所望の過度応答特性は表1に示さ
れているように部品T301.T302゜C304およ
びC605の値を選択することによって達成される。
抵抗R303、ダイオードD303、コンデンサC30
2から成る回路網は、入力インダクタT301のコア内
に設けられた制御巻線の両端に接続されていると共に、
ダイオードD302に直列に接続されている。ダイオー
ドD302はトランジスタQ301のベースに接続され
、このトランジスタQ301のコレクタは抵抗R302
を介して180vの直流電圧に接続されている。この回
路網は、放電ランプのウオームアツプ(warts−u
p )後、安定器回路の電子素子用に使用される12V
の低い直流電圧のロジック用電力を供給する。また、こ
の回路網はトランジスタQ301を非導通状態にするよ
うにバイアスすることによってトランジスタQ302お
よびQ303から180ボルトの励起電圧の一部を取り
除く。ランプのウオームアツプ前においては、直流ロジ
ック用電力は整流された直流180vの入力電力からト
ランジスタQ301を介して第5図の回路に供給される
必要な場合には、R301およびR303の抵抗値を適
当に選択することによって180ボルトの代わりに36
0ボルトの励起電圧を使用して直流12Vのロジック用
電力を発生してもよい。更に、この360ボルトの励起
電圧は第3図の交流整流ろ波回路100または第8図の
直流/直流昇圧変換器500から得ることができる。
電流反転ブリッジ4゛00は第6図に示すように4つの
トランジスタQ401−Q404を有する。
これらのトランジスタは264図の回路200のパルス
変成器T2O1およびT2O2によって部分的に制御さ
れる。ブリッジ400は2つの状態の内の一方で動作し
、各状態はランプに供給される調整された電流の方向に
対応している。状態の一方においては、斜めに対向する
ブリッジ対として動作するトランジスタQ401および
Q404が完全にオンになり、他方のブリッジ対のトラ
ンジスタQ402およびQ403が非導通状態になる。
他方のブリッジ状態においては、前にオフであったトラ
ンジスタが導通し、前に導通していたトランジスタが非
導通状態になる。第4図をも参照すると、各々4つの絶
縁された2次巻線を有している変成器T2O1およびT
2O2は、各変成器が第4図のロジックによって駆動さ
れたときにブリッジの状態を決定するものであるので、
決して同時にはパルス駆動されることはない。第6図の
ブリッジ400の状態の各々を設定するために、パルス
変成器T2O1は第4図のロジックによってパルス駆動
される。
第6図の第1の対のトランジスタQ401およびQ40
4はその関連する回路網とともに一対のスイッチング回
路網を形成し、その各々は後述する第4図のパルス変成
器回路網によりて発生された出力パルスに応答する。ト
ランジスタQ401゜Q402.Q403およびQ40
4の導通および非導通状態は、直流/直流スイッチング
電流調整器からの調整された電流ガス放電ランプに供給
される方向を決定する。第1の対のスイッチング回路網
のトランジスタQ401およびQ404は第4図の回路
からのパルス出力に応答して導通し、これにより第5図
の変成器T301を介して第6図に示すブリッジ400
に供給された直流/直流スイッチング電流調整器300
からの調整された電流が放電ランプを第1の方向に流れ
るように制御する。トランジスタQ403およびQ40
2に関連する第2の対のスイッチング回路網は第4図の
回路からのパルス出力に応答して導通し、これにより直
流/直流スイッチング電流調整器300からの調整され
た電流が放電ランプを第2すなわち反対の方向に流れる
ように制御する。
この機能を達成するために、第4図の回路でのパルス駆
動に応答する第6図に示す変成器T2O1の2次巻線の
2つがブリッジ400の第1の動作状態を設定するよう
に斜めに対向するブリッジ対のトランジスタQ401お
よびQ404をオン状態に駆動し、変成器T2O1の他
の2つの2次巻線は残りのブリッジ対のトランジスタQ
402およびQ403をオフ状態に駆動する。ブリッジ
400の第2の動作状態は第4図の他の変成器T2O2
にパルスを供給する第4図の回路によって設定される。
変成器T2O2の2次巻線の2つは斜めに対向するブリ
ッジ対のトランジスタQ402およびQ403をオン状
態に駆動し、変成器T2O2の他の2つの2次巻線は残
りのブリッジ対のトランジスタQ401およびQ404
をオフ状態に駆動する。これらの2つの動作状態の際に
これらの4つのトランジスタロ401乃至Q404の全
てが非導通状態または導通状態になる時間はない。ブリ
ッジの特定のトランジスタをターンオン(導通)させる
ために、第4図の回路から出力される変成器結合された
パルスは直接ターンオンエネルギを供給し、これらのパ
ルスは意図したオン状態の持続時間の間トランジスタに
連続的に供給される。トランジスタQ401−Q404
のゲート容量は第4図の回路から出力されるパルス相互
間の2マイクロ秒のスペースのような短い持続時間の間
トランジスタをオン状態に維持する手段である。特定の
トランジスタ(Q401−0404)をターンオフする
ために、変成器T2O1またはT2O2は第6図に示す
トランジスタQ405、Q406.Q407またはQ4
08のようなパイロ・ソトトランジスタのゲート拳ソー
ス間1こパルスを供給する。関連するパイロットトラン
ジスタは関連するブリッジのトランジスタを実際にター
ンオフする。第4図の回路によって発生されるターンオ
フパルスは特定のブリッジのトランジスタQ401−0
404の意図したオフ状態の間連続的に供給される。従
って、全てのブリッジのトランジスタは第4図の回路に
よって出力される2マイクロ秒のパルスの相互間の2マ
イクロ秒のスペースを除いて連続的にリフレッシュされ
た状態にある。第4図および第6図に示すパルス変成器
T2O1およびT2O2は20ボルト・マイクロ秒程度
の電圧ソーキング(soaklng )容量を有するこ
とが好ましい。このパラメータはこのような変成器T2
O1およびT2O2の磁心を比較的小さくすることを可
能にする。
ブリッジ400の動作を制御する第4図の回路はまた、
クロック発振器および分周器を含むクロック発生器によ
って本発明の安定器回路の動作を同期化するタイミング
手段を構成する。ブリッジ400の動作を制御し、かつ
安定器回路の動作を同期させる第4図の回路によって発
生されるパルスはCMO3型にした周知の555形自走
タイマであるU2O5から最初に発生される。自走タイ
マすなわちクロック発振器は、約245.76Kllz
の所定の周波数を有し、かつ約2マイクロ秒の所定のパ
ルス幅を有する出力信号を発生する。
タイマU2O5の出力は径路指示手段U2O5に供給さ
れ、このカウンタU2O5は30.72Kllzのパル
ス列を発生しく8で分割)で、フリップフロップU20
2のような素子に供給する。以下に説明するように、こ
の30.72KHzの信号を用いて、ガス放電ランプを
流れる電流を表す比較器U201からの出力信号がない
場合に電流調整器300に対する3 0. 72KII
zの周期的に生ずる制御信号を発生する。希望する場合
、しかし好ましくないが、自走タイマU2O5の出力に
所望の30.72KHzの信号を発生して、これをリセ
ット可能な素子U202ならびにゲート手段U204の
第2の入力に直接供給し、これにより径路指示手段U2
O5を省略してもよい。
径路指示手段U2O5はタイマの出力信号を減計数して
、所定のパルス幅で所定の周波数の第1の信号および別
の所定のパルス幅で所定の周波数の第2の信号を発生す
るカウンタである。30゜72KHzの周波数を有する
第1の信号はタイミング手段のスイッチング素子U20
2に供給され、U2O5によって形成される第2の信号
はゲート手段U204の第2の入力に供給される。
ゲート手段U204は第4図に示す3つのノア回路で構
成されている。ゲート手段U204のビン1および5に
は、タイマU2O5からの245゜76 KHzの信号
を手段U2O5において減計数して32分の1に分周し
た7、68KHzのような選択可能な信号□がスイッチ
5201および5202を介して供給される。U2O4
のビン2および6には、基準アースに接続された第1の
入力(ビン9)および245.76KHzのタイミング
信号に接続された第2の入力(ビン8)を有するノア回
路の出力(ビン10)が供給される。入力ビン5および
6を有するゲート手段U204の動作は245、 76
KIIzのタイミング信号と7.68Kllzのような
低いタイミング信号とのノア(否定論理和)機能を実行
し、パルス変成器T2O1の1つに供給される繰り返し
速度で周期的にゲートをオフにするパルス列を発生する
。入力ピン1および2を有するゲート手段U204はビ
ン5および6を有する手段のゲートパルスの補数をとり
、他の変成器T2O2を駆動する。
第6図について前述したパルス変成器回路網を構成する
パルス変成器T2O1およびT2O2の各々にはFET
であるトランジスタQ201およびQ202がそれぞれ
設けられている。トランジスタQ201およびQ202
はゲート手段からの入力パルスにそれぞれ応答し、パル
ス変成器にそれぞれ接続されていて、第6図のブリッジ
400の動作を制御するパルス出力信号を発生させる。
パルス変成器T2O1またはT2O2のゲートオンは他
方の変成器T2O2またはT2O1に供給されるパルス
のゲートオフによって達成される。
このゲート動作の周波数はブリッジ400によって発生
されるランプ電流反転動作の周波数を決定する。
また、第4図のクロック発生器は調整された直流電流の
一方または両方の極性でまたは2つの選択可能な周波数
のいずれかでランプを動作させるのに使用される2つの
スイッチ5202および5201を有する。第4図に示
すスイッチ5202の一番上の位置はアース電位を選択
し、この結果第1の極性の調整された直流電流がブリッ
ジ400を介して放電ランプに供給される。スイッチ5
202の一番下の位置は12ボルトの励起電圧を選択し
、この結果第2の極性の調整された直流電流がブリッジ
400を介して放電ランプに供給される。第1およびt
!42の極性の調整された電流の供給は米国特許出願節
157,436号に開示されているガス放電ランプの動
作にとって重要である。スイッチ5202の真中の位置
はスイッチ5201の共通点に相互接続されている。ス
イッチ5201のこのワイパアームは2進カウンタ手段
U2O5の2つの2進出力から7.68KIIzの信号
かまたは60Hzのゲート波を選択する。7.68 K
Hzのゲート波はタイマからの245.76KHzの周
波数を32で分周することによって得られ、60Hzの
ゲート信号はタイマの周波数を4096で分周すること
によって得られる。
また、第4図の回路は、直流/直流スイッチング電流調
整器の動作の1つを決定するためにガス放電ランプに流
れる電流のレベルを検出する手段を備えている。このよ
うな保護機能を有する手段はアナログ比較器U201を
有し、このアナログ比較器はその入力ピン3が放電ラン
プに流れる電流を表す信号を発生する第5図の感知抵抗
R304に接続され、また第8図の即時充電流制御回路
600の抵抗−コンデンサ回路網(R607およびC6
02)に接続されている。
第5図を参照すると、電力スイッチQ304はU2O5
によって発生されたクロックパルスによってターンオン
され、第4図の電流測定比較器U201によってターン
オフされる。電流調整器300のスイッチングサイクル
は、クロック発振器U2O5がクロックパルスをフリッ
プフロップU202に供給して、電力スイッチQ304
をターンオンしたとき開始する。電力スイッチQ304
はまた矩形波の調整された電流をブリッジ400に供給
する。ブリッジ400はまたこの調整された矩形波電流
を放電ランプに供給する。
第8図の即時充電流制御回路の目的は即時光を発生させ
ることである。すなわち、完全にウオームアツプされた
レベルにほぼ等しいレベルの光をランプのウオームアツ
プ中に発生させることである。このレベルの即時光は、
本発明の安定器回路が米国特許出願箱157.359号
、第157゜360号および第157,436号に開示
されているような自動車用の放電ランプを作動するのに
使用される場合に特に重要である。即時充電流制御回路
はガス放電ランプに流れる電流のレベルを設定し検出す
る回路である。即時充電流制御回路は、放電ランプの動
作の最初の20秒の間、(低減する)m流基準電圧を比
較器U201 (第4図)に供給する。比較器U201
はこの信号に応答して、電流調整器300によって発生
されて、ブリッジ400によってランプに供給されるラ
ンプ電流を低減する基準電圧に追従させる。初期の調整
されたランプ電流は4.5アンペアであることが好まし
く、これはランプ動作の約20秒の期間にわたって0.
8アンペアまで低下する。
電流基準電圧(従ってランプ電流)の初期値はポテンシ
ョメータR604によって設定され、ランプに対する運
転(run ) *流はポテンショメータR602によ
って設定される。起動レベルから運転レベルまでの変化
は比較器U601の入力段(ビン3)に設けられている
RC回路網(C601およびR606)の時定数によっ
て決定されるように指数関数的に低減する。インダクタ
T301の制御巻線はランプ電圧を検知し、この検知し
た電圧をダイオードD601を介して転送してトランジ
スタQ602を導通させることによって起動から動作へ
の変化を開始する。また、トランジスタQ602はトラ
ンジスタQ601を非導通状態にする。コンデンサC6
03および抵抗R610は第8図の回路が、ランプ起動
のブレークダウン状態の間、初期ランプ電流を早期に切
り戻すことを防止する回路網を構成する。トランジスタ
Q601の非導通状態によりRC回路網に蓄積された電
荷が減衰し始める。比較器U601の出力段はこの減衰
に追従し、この減衰電圧を基準値として第4図のU2O
5のビン2に供給する。Q603、R607およびR6
08からなる回路網が比較器U601の出力段に接続さ
れて、U2O5のピン2に供給される基準電圧を約3.
0ボルトを超えない値に保持すなわちクランプする。
比較器U201は、第1の入力(ピン3)および第2の
入力(ピン2)に供給される信号間の差が所定値を超え
たとき出力信号を発生するように動作する。第1の入力
はランプに流れる電流を検出する抵抗R304に接続さ
れ、第2の入力はRC回路網(R607およびC602
)を介して比較器U601の出力段に接続される。U2
O5のピン2に現れる電圧が、約3.0ボルトから約0
゜5ボルトまで変化するU2O5のビン3上に現れる電
圧に等しいかまたはそれを超えたとき、U2O5の比較
器出力は変化して、信号を、U2O5のビン4に供給す
る。この信号はまた、第5図の電流調整器300のスイ
ッチング手段のトランジスタQ302およびQ303に
供給されるU2O5の出力信号(30,72KIIz 
)を禁止し、これによりこれらの素子を非導通状態にし
、電流調整器300によって発生される矩形波の調整さ
れた電流がブリッジ400を介して放電ランプに供給さ
れることを防止する。
本発明の実施により第4図のクロック発生器によって制
御される同期式安定器回路が提供されることを理解され
たい。第4図、第5図および第8図の回路によって形成
される時間パルスおよびフィードバックおよび制御信号
の制御の下に直流/直流スイッチング電流調整器は、第
6図の電流反転ブリッジ400に供給される調整された
直流矩形波電流を供給する。第1および第2の対のスイ
ッチング手段ををする電流反転ブリッジ400は第4図
の回路によって出力されるパルス信号の制御の下に調整
された矩形波電流を放電ランプに交互の方向に供給する
。放電ランプ、特に本発明に関連する米国特許出願節1
57,359号、第157.360号および第157,
436号に開示されているようなキセノンランプ、メタ
ルハライドランプおよびキセノンメタルハライドランプ
は第9図に示す回路によって発生される高電圧の起動パ
ルスを必要とする。
直流/直流スイッチング電流調整器300からの調整さ
れた電流をガス放電ランプに交互の方向に供給する第6
図の電流反転ブリッジ400の出力は第9図の起動回路
のAおよびBで示される端子に接続される。起動回路7
00は入力充電回路、発振回路、種々の変成器およびス
パークギャップ素子から構成されている。第9図の起動
回路への入力はブリッジ400からの、公称360ボル
トのピーク矩形波である。正の半サイクルにおいて、電
流はA端子からR701,D701.C701を介して
B端子に戻るように流れ、C701をピークで180ボ
ルトまで充電する。負の半サイクルにおいては、電流は
B端子からC702,D702、R701を介してA端
子に戻るように流れ、C702をピークで180ボルト
まで充電する。
従って、C701の上部から0702の底部までの電圧
は直流360ボルトである。この充電回路網は以下に説
明する起動回路の発振器の動作を決定する。この充電動
作はブリッジ400がガス放電ランプの作動用に供給し
ている周波数の範囲にわたって行われる。この典型的な
周波数は前述したように7.68KIlzである。
起動回路700の入力段にあるコンデンサC706およ
びC707は回路の後方部分で発生する大きな過渡電圧
からダイオードD701およびD702をそれぞれ保護
するように作用する。起動回路700の入力段に設けら
れている抵抗R701は2つの目的を有している。すな
わち、(1)ダイオード(D701およびD702)を
介したコンデンサ(C701およびC702)への充電
サージ電流を制限する。(2)かなりの電流が運転状態
中にアーク管から分流しないように起動回路の電源を減
結合する。
ガス放電のイオン化状態を開始するための起動回路によ
って発生される高電圧は、米国特許第4゜350.93
0号に開示されているように素子Q701、C702,
R703,R704,R705、C703,T701お
よびD703からなる発振器によって部分的に達成され
ている。この発振器はコンデンサC704に蓄積された
エネルギをパルス変成器T702の一次側を介して反復
的に放電する。T702の出力に現れる高電圧パルスは
D704によって整流され、C705を充電する。T7
02から発生した数個のパルスはガス放電ランプの起動
を開始する所望の電位まで0705を充電する。C70
5の充電が約10,000ボルトの電圧を生ずるまで行
われるとスパークギャップ素子(SP701)がブレー
クダウンし、C705からの電荷がT703の一次巻線
に供給される。これによりまた、T703の二次側の両
端に約20.000ボルトが発生され、これはガス放電
ランプをブレークダウンすなわち起動するように供給さ
れる。
詳しくは、C704はC701の上部にある起動回路7
00のA端子からR702およびR703、T702の
一次側ならびにR706を介して、C702の底部にあ
る起動回路700のB端子に戻るように充電される。米
国特許第4.350゜930号に記載の回路はC701
が導通したとき、C704をT702の一次側を介して
放電するように接続されている。名目上は、R702お
よびR703およびC704の接続点の電圧は、C70
4が完全に充電されたとき、ブリッジ700の完全な3
60ボルトになっている。充電時定数は典型的にはR7
02の2000オームにC704の0.1uPをかけて
得られる0、2ミリ秒である。
抵抗R704およびR705は、R704の上側の電圧
が360ボルト近くなったときにトランジスタQ702
を導通すなわちターンオンするバイアス回路を形成する
。Q702が導通状態になると、電流がTlO1の一次
側に流れ、TlO1の二次側に電流パルスが発生し、Q
701をターンオンし、そのエミッタ電流が上述した動
作を強め、TlO1を導通状態に保持する。この動作は
TlO1のコアが飽和するまで維持され、飽和するとこ
の動作は停止し、Q701のベースの電圧は負になる。
この負の動作はダイオードD703によって約0.7ボ
ルトの負の電圧にクランプされる。一方、この負のパル
スはQ702をオフすなわち非導通状態にするように0
703を介してQ702のベースに供給される。Q70
2およびQ701がオフすなわち非導通状態であると、
C704は再び充電される。C704が充分に充電され
てその電圧が360ボルト近くになると、Q702は再
びターンオンし、Q701をターンオンさせ、再びC7
04を放電させる。この動作は5 KHzとして前に計
算したR702−C704の充電時定数の逆数にほぼ等
しい周波数で繰り返される。
ガス放電ランプがブレークダウンすなわち起動して導通
状態になると、その端子間の電圧はガス放電ランプが低
インピーダンス素子になるので低減し、起動回路700
のAおよびB端子における電圧を、米国特許箱4,35
0.930号の発振器が発振しないような値まで低減す
る。このように、ガス放電ランプが一旦起動すなわち点
灯すると、起動回路700は自動的に停止する。しかし
ながら、ガス放電ランプの端子電圧が特に各半サイクル
毎に再点弧を生じさせなければならない交流動作の場合
のように直ちに低減しないランプの状態がある。動作の
最初の1分ばかりの間、ガス放電ランプはドロップアウ
ト、すなわちアーク状態を失う傾向があり、これに伴な
って交流の各半サイクルの前縁部分の間に再点弧電位が
増大する。
これが発生した場合、AおよびB端子間に発生する短期
間パルスは起動回路を準備状態に維持するに充分なもの
になり、ガス放電ランプ16のアーク状態が消滅した場
合、直ちに起動パルスを発生することができる。
起動回路700のTlO2は、1)第9図に示すように
共通接続点を有する分離した一次巻線および二次巻線を
有する変成器、2)電流反転ブリッジ400が起動回路
700から完全に分離されるように共通接続点を存して
いない(1)と同様な変成器、および3)T702に類
似した単巻変成器などの種々の方法で構成できる。しか
しながら、T702とTlO2の構造にはかなりの違い
がある。変成器T702は細いワイヤを多数回巻回した
200:1程度の高い巻線比を有するものであり、30
0ボルトの入力電圧および10,000ボルトの出力の
定格を有するマウザエレクトロニクス社の部品番号42
FM901のフラッシュランプトリガ変成器のような一
般に知られている同種の形式のものである。
TlO2は太いワイヤを比較的少数回巻いて構成され、
インダクタンスは最小である。ワイヤはランプに対して
充分な運転電流を供給するように充分太くなければなら
ず、そのインダクタンスは即時起動電流が阻止されない
ように充分小さくなければならない。この応用において
、1つの好ましい実施例は内径5/16インチで外径が
1/2インチのポリエチレンチューブの上に18ゲージ
の太いポリテルマレーゼ(polytherllale
ze)絶縁ワイヤを緊密に全体で35回巻回し、3−1
/2の巻回数のところにタップを出し、フェライトを挿
入した構造の単巻変成器である。
ガス放電ランプに直流矩形波の調整された電流を供給す
る本発明の動作により、メタルハライドランプのような
ガス放電ランプで一般に生じる音響共振現象が実質的に
低減または除去される。調整された直流矩形波電流の使
用によりほぼ一定の電力をランプに矩形波電流の形で供
給することによって、メタルハライドランプ内の定在波
が除去される。本発明が適用されていない場合には、ラ
ンプに直列に設けられた25マイクロヘンリ以上のイン
ダクタンスが矩形波の立ち上がり時間を増大させて矩形
波を悪化させる。好ましくない立ち上がり時間の増大に
よって周期的な電力の脈動が生じ、メタルハライドラン
プ内に定常波を発生させて、非常に好ましくない動作モ
ードにする。本発明の直流/直流スイッチング電流調整
器300によって出力される調整された電流はメタルハ
ライドランプと常時直列に存在するインダクタT1の両
端間に形成される。TaO2のインダクタンスは32ワ
ツトのガス放電ランプに対して100マイクロヘンリ以
下に選択され、本発明の安定器回路で動作するメタルハ
ライドランプのワット数に反比例して決定される。
本発明はガス放電ランプの動作中に一般に遭遇する有害
な電気泳動および音響共振作用を低減または実質的に除
去するように、米国特許出願第157.359号、第1
57,360号および第157.436号に開示してい
るようなガス放電ランプを動作させる安定器回路および
方法を提供したことが理解されよう。
更に、本発明の好ましい方法および安定器回路は米国特
許出願第157,359号、第157゜360号および
第157.436号に説明されているように比較的小さ
な寸法を有するガス放電ランプを自動車用のヘッドライ
トに使用することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
第1図は自動車用に特に適しているヘッドライトのガス
放電ランプを示す断面図である。 第2図は本発明の安定器化回路のブロック図である。 第3図は第2図の整流−波回路の構成を示す回路図であ
る。 第4図は第2図のパルス幅変調器およびクロック発生器
を含む回路の構成を示す回路図である。 第5図は第2図の直流/直流スイッチング電流調整器の
回路図である。 第6図は第2図の電流反転ブリッジの回路図である。 第7図は第2図の直流/直流昇圧変換器の回路図である
。 第8図は第2図の即時充電流制御回路の構成を示す回路
図である。 第9図は種々の放電ランプ用の第2図の起動回路の回路
図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、一対の電極を有し、励起可能な成分を封入したガス
    放電ランプを動作させる方法であって、 (A)前記一対の電極間に比較的高い電圧を供給して前
    記成分を励起し、 (B)前記成分の励起を維持するために前記一対の電極
    に、約0.2アンペア乃至約2.0アンペアの範囲内の
    大きさを有し、かつ約1.0ミリ秒乃至約0.1ミリ秒
    の繰り返し速度を有する矩形波電流を供給するステップ
    を有することを特徴とする方法。 2、前記矩形波電流を前記電極に供給する方向を周期的
    に交互に変更することを含む請求項1記載の方法。 3、前記比較的高い電圧が、 約20,000ボルトの範囲の振幅を有する約5KHz
    の周波数の電圧である請求項1記載の方法。 4、(A)直流励起源に接続され、 (1)周期的に生ずる制御信号を発生する手段および(
    2)ガス放電ランプに流れる電流レベルを設定し検出す
    る手段の両者に応答し、直流矩形波電流を発生するよう
    に前記周期的に生ずる制御信号に応答して周期的に導通
    し、前記ガス放電ランプに流れる前記電流レベルの所定
    値に応答して非導通状態になる直流/直流スイッチング
    電流調整器と、 (B)前記電流調整器と前記ガス放電ランプとの間に接
    続され、前記周期的に生ずる制御信号を発生する前記手
    段に応答して、前記電流調整器からの前記電流が前記ガ
    ス放電ランプを交互の方向に流れるように前記電流を方
    向制御するブリッジ手段と、 を有することを特徴とするガス放電ランプを動作させる
    ための安定器回路。 5、前記ガス放電ランプの両端間に結合され、前記ガス
    放電ランプの励起を起動し設定するために周期的に生ず
    る比較的高い電圧パルスを発生する起動手段を更に有す
    る請求項4記載の安定器回路。 6、前記直流励起が、60Hzで120ボルトおよび6
    0Hzで220ボルトの典型的な値をそれぞれ有する第
    1および第2の交流電源に接続される整流手段によって
    発生される請求項4記載の安定器回路。 7、前記整流手段が更に180ボルトおよび360ボル
    トの直流電圧の各々をろ波するように接続された抵抗−
    コンデンサ回路網を備えている請求項6記載の安定器回
    路。 8、前記直流励起が、直流12ボルトのような典型的な
    直流電源に接続されている直流/直流昇圧変換器によっ
    て発生される請求項4記載の安定器回路。 9、前記電流調整器が、 前記周期的に生ずる制御信号を発生する前記手段に接続
    されてそれに応答して、対応する出力信号を発生するス
    イッチング手段と、 一端が前記直流励起源に接続された、2つのインダクタ
    を有するT型フィルタと、 該フィルタの他端に接続され、前記スイッチング手段の
    前記出力信号に応答して導通し、調整された前記直流矩
    形波電流を発生するトランジスタ手段とを有する請求項
    4記載の安定器回路。 10、前記T型フィルタの両端間には、該T型フィルタ
    と組み合わさって前記電流調整器の基本周波数において
    伝達ノッチ機能を有する波トラップを構成するコンデン
    サが接続されており、該コンデンサとT型フィルタとの
    組合せは前記ガス放電ランプに供給される前記調整され
    た電流が1.0ミリ秒以下の時間で立ち上ることを可能
    にする応答特性を有するように選択された値を有してい
    る請求項9記載の安定器回路。 11、前記トランジスタ手段が、前記ガス放電ランプに
    流れる電流を表すような前記トランジスタに流れる電流
    を検出する手段に接続されている請求項9記載の安定器
    回路。 12、前記トランジスタを流れる電流を検出する前記手
    段に接続された第1の入力、および第2の入力を有し、
    前記第1および第2の入力に供給される信号の差が所定
    値を超えたときに出力信号を発生する比較手段と、 前記ガス放電ランプに流れる電流を表す所定の値を設定
    および検出して、前記比較手段の前記第2の入力に供給
    する回路網と、 前記比較手段の前記出力信号に応答するスイッチング素
    子を有し、前記電流調整器への前記周期的に生ずる制御
    信号を禁止するタイミング手段とを更に有する請求項1
    1記載の安定器回路。 13、前記タイミング手段は、 所定の周波数および所定のパルス幅を有する出力信号を
    発生する自走タイマ手段と、 前記タイマの出力信号を前記タイミング手段の前記スイ
    ッチング素子に供給して、前記比較手段の前記出力信号
    がない場合に前記周期的に生ずる制御信号を発生する手
    段と、 前記タイマの前記出力信号に接続された第1の入力、お
    よび第2の入力を有し、前記タイマの前記出力信号を表
    す出力信号を発生するゲート手段と、 前記ゲート手段の前記出力信号に応答するトランジスタ
    手段であって、前記タイマの前記出力信号を表すパルス
    出力を発生して前記ブリッジ手段に供給するためのパル
    ス変成器回路網に接続されているトランジスタ手段とを
    有する請求項12記載の安定器回路。 14、前記タイマの出力信号を供給する前記手段は、 前記タイマの出力信号を減計数して、所定のパルス幅で
    所定の周波数の第1の信号および別の所定のパルス幅で
    所定の周波数の第2の信号を発生するカウンタ手段を有
    し、前記第1の信号は前記タイミング手段の前記スイッ
    チング素子に供給され、前記第2の信号は前記ゲート手
    段の前記第2の入力に供給される請求項13記載の安定
    器回路。 15、前記トランジスタ手段は第1および第2の対のス
    イッチング回路網を有し、その各々は前記パルス変成器
    回路網の前記パルス出力に応答するように前記パルス変
    成器回路網の一部を含み、前記第1の対のスイッチング
    回路網は導通にされて、前記パルス出力に応答して、前
    記電流調整器の前記電流を前記ガス放電ランプを1方向
    に通すように方向制御し、前記第2の対のスイッチング
    回路網は導通にされて、前記パルス出力に応答して、前
    記電流調整器の前記電流を前記ガス放電ランプに他の方
    向に通すように方向制御する請求項13記載の安定器回
    路。 16、前記起動手段は、 前記ブリッジ手段の出力に接続され、回路網を所定の電
    圧に充電する入力回路と、 前記充電回路網に接続され、前記充電回路網の前記所定
    の電圧が達成されたとき発振するように導通する発振回
    路と、 一端が前記発振回路に接続され、他端が所定のブレーク
    オーバ電圧を有するスパークギャップ素子に接続されて
    いる変成器とを有し、 前記スパークギャップ素子は他端が前記ガス放電管の一
    端に直列に接続された変成器に接続され、前記ガス放電
    管はその他端が前記ブリッジ手段の出力に接続されてい
    る請求項5記載の安定器回路。
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