(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導手段を通る高周波電流を発生する第１駆動主スイッチング手段と、前記第１駆動主スイッチング手段が非導通状態にある場合、前記誘導手段を通る次の電流経路を与えるのに適したスイッチング手段とを具え、トランスフォーマーレスレベルシフタと、前記第１駆動主スイッチング手段を駆動するスイッチ駆動手段を少なくとも有する駆動回路とを設けられた、高圧放電ランプを点弧及び動作する電源において、前記次の電流経路を与えるのに適したスイッチング手段が、前記誘導手段を通る電流を周期的に整流する第２駆動主スイッチング手段の一部を形成し、自己誘導手段を持たない前記レベルシフタにスイッチが設けられ、前記スイッチを遅延して完全に導通状態に駆動する遅延手段が存在することを特徴とする、高圧放電ランプを点弧及び動作する電源。
【請求項２】
請求項１に記載の高圧放電ランプを点弧及び動作する電源において、前記レベルシフタの前記スイッチは、導通状態に切り替わっている間、制御された定電流源を構成することを特徴とする、高圧放電ランプを点弧及び動作する電源。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の高圧放電ランプを点弧及び動作する電源において、該電源はゼロ電圧基準レベルによって動作され、前記スイッチは、完全な非導通常体にある場合、前記ゼロ電圧基準レベルに対して負の電圧に接続されることを特徴とする、高圧放電ランプを点弧及び動作する電源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、誘導性手段を通る高周波数電流を発生するための第１の駆動される主スイッチング手段と、該第１の主スイッチング手段が非導通状態にある場合に前記誘導性手段を通る次の電流供給に適するスイッチング手段とを具えている高圧放電灯を点弧し且つ点灯するための電源であって、該電源は無変圧器レベルシフタと、少なくとも前記第１の駆動される主スイッチング手段を駆動するためのスイッチ駆動手段を有する駆動器回路とを設けられている高圧放電灯点弧及び点灯用電源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冒頭部分に記載され種類の回路装置は欧州特許公開明細書第0507398 号から既知である。この既知の電源においては、第１スイッチング手段とスイッチ駆動手段とが点灯の間の損失を低減するために（ＭＯＳ）ＦＥＴ（酸化金属半導体電界効果トランジスタ）として構成されている。レベルシフタは無変圧器であり、それは重要で且つ有利な特徴である。それ自身の中で変圧器がすぐれた電気的分離を構成するけれども、特に高圧放電灯の供給と点灯のための回路においては、変圧器の使用はその不利の中で、低電力転送の場合においても、比較的大きい容積と比較的高い重量とを有し、且つ集成のための高度の不適切性を有する。前記のレベルシフタは更に、同時にスイッチング損失が低減されるけれども、主スイッチング手段の高速スイッチングのために自己誘導手段が設けられる。約20kHz の周波数を有する高周波数電流を発生するのに適した既知の電源は、約50kHz の周波数までに実際に使用するのものである。しかしながら、50kHz より上の周波数では、不可避の損失が許容できない比率を呈することがわかった。これらの損失がスイッチ駆動手段の導通への周期的なスイッチングの間に、スイッチ駆動手段の寄生キャパシタンス内に蓄積されるエネルギーの消散により重大な程度まで形成される。
【０００３】
しかしながら、200kHzより上までの高周波数の使用が望ましい。他方では、そのような高周波数の使用は、小さい誘導性手段を使用することを可能にする。他方では、高周波数の使用は音響共鳴により起こされるランプ点灯における不安定性を防止するために好適である。このことは、高圧ナトリウムランプ及びメタルハライドランプが特に関係する場合に主として重要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、電源が200kHzの上まで高周波数で点灯するのに適するようにされる手段を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による回路装置は、この目的のために、次の電流供給に適するスイッチング手段が、前記誘導性手段を通る電流の周期的な転流のために働く第２の駆動される主スイッチング手段の一部を形成することを特徴としている。誘導性手段を通る電流の周期的転流によって、本発明による回路装置は導通状態への第１の主スイッチング手段のスイッチングが、この第１の主スイッチング手段を横切る電圧がほぼ零である瞬間に起こり得ると言う利点を有している。このことが非常に低い損失を有する高速スイッチングを可能にする。更にその上個別の自己誘導手段を有しないレベルシフタを実現することが可能である。レベルシフタ自己誘導手段の寸法の適切な選択がこの回路装置の良好な運転に関して重要な項目であることが事実上わかったので、これらの自己誘導手段による消散の可能性は一利点である。
【０００６】
20〜30Ｖ程度の比較的小さい供給電圧が与えられる場合には、第１主スイッチング手段としてのｐチャネルＭＯＳＦＥＴ、及び第２スイッチング手段としてのｎチャネルＭＯＳＦＥＴの使用が、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴを横切る電圧がほぼ零である場合にｐチャネルＭＯＳＦＥＴが周期的に導通に切り換えられる、レベルシフタを有しない電源を実現することを可能にする。前記の文献に提案されたそのような電源は、高圧放電灯を点弧し点灯するための電源としての使用には適していない。高圧放電灯は、約30Ｗから3000Ｗ又はそれ以上まで変化する電力を有している。そのような電力レベルに対する低電圧の使用は、今度は誘導性手段を特に小型化する可能性を強烈に低減する高電流レベルへ導く。特にスイッチング損失において起こる損失の故に、高電流レベルは都合が悪い。提案された回路装置の主な、まさに本質的な欠点は、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴの必然的な使用である。電子の移動度と比較して半導体における正孔の実質的に小さい移動度によって、ｐチャネルの回路装置はより高い内部損失へ導き、その損失は半導体表面積を増大することによってのみ打ち消され得る。このことがそのようなｐチャネルＭＯＳＦＥＴに対する大幅なコスト増大へ必然的に導く。
【０００７】
この電源の有利な一実施例においては、レベルシフタが導通状態へのスイッチングの間電流源を構成するスイッチを設けられる。これがスイッチオフされるべき主スイッチング手段の放電電流を制限することを有利な方法で可能にする。この放電電流は主に関連する主スイッチング手段の内部寄生キャパシタンスの結果である。この放電電流が主スイッチング手段の内部抵抗への消散によってスイッチングオフ損失を生じる。かくしてこの放電電流の低減がスイッチングオフ損失の低減へ導く。
【０００８】
好適には、遅延手段がスイッチを遅延して完全に導通へ駆動するためにこの電源内に存在する。スイッチオフされるべき主スイッチング手段の制限された放電電流がその遅延手段により発生された遅延時間の間に流れてしまった後に、完全な導通への駆動が主スイッチング手段を非導通になるようにする。
【０００９】
完全な導通状態における場合に、そのスイッチがその電源の電圧に対して負である電圧へ接続されることにより、一層の改善を得ることができる。ダイオード手段を横切る電圧降下による関連する主スイッチング手段の制御電極におけるなんらかの残留電圧は、かくして関連するスイッチング手段の導通に対して必要なしきい電圧より下に留まる。
【００１０】
本発明は、一般的に知られている種類の三つの電源、すなわちアップコンバータ、ダウンコンバータ及びフライバックコンバータの各々に適用できる。
【００１１】
【実施例】
本発明による電源の一実施例の上述の、及びその他の態様を、図面を参照して以下もっと詳細に説明しよう。
【００１２】
図1a, 1b, 1cにおいて、対応する部分は対応して符号が付けられている。１と２とは直流電圧源を接続するための入力端子を表しており、３と４とは点弧され点灯されるべき高圧放電灯５を接続するための接続端子である。この場合にはこの放電灯は転流回路内に含まれてもよい。接続端子３，４は容量性手段11により相互接続されてもいる。この電源は誘導性手段Ｌを通る高周波数電流を発生するための第１の駆動される主スイッチング手段HS1 を具えている。HS2 は第２の駆動される主スイッチング手段を表している。第２の駆動される主スイッチング手段HS2 も、第１の駆動される主スイッチング手段HS1 が非導通である場合に、誘導性手段Ｌを通る次の電流供給に適するスイッチチング手段を具えている。この電源は無変圧器レベルシフタLSと主スイッチング手段HS1 と、少なくとも主スイッチング手段HS1 とHS2 とを駆動するためのスイッチ駆動手段を具えている駆動器回路Ｓとを設けられている。更にその上、そのレベルシフタは自己誘導手段を有しない。
【００１３】
図1aの電源は、図２にもっと詳細に示されている。第１の主スイッチング手段HS1 と第２の主スイッチング手段HS2 とはＭＯＳＦＥＴとして構成されており、且つ従って内部ダイオードを各々設けられている。ＭＯＳＦＥＴHS1 が非導通状態である場合に、ＭＯＳＦＥＴHS2 の内部ダイオードは、誘導性手段Ｌを通る次の電流供給のために働く。
【００１４】
Ｓは第１の駆動される主スイッチング手段HS1 を駆動するためのスイッチ駆動手段６と、第２の駆動される主スイッチング手段HS2 を駆動するためのスイッチ駆動手段７とを設けられている駆動器回路を表している。無変圧器レベルシフタLSが駆動器回路Ｓの一部を形成し、且つ自己誘導手段を有しない。このレベルシフタはゲート81においてパルス発生器PG1 により制御される、ＦＥＴとして構成された、スイッチ８を設けられている。このスイッチ８は抵抗Ｒを含んでいるソース分枝82を有する。
【００１５】
抵抗ＲはスイッチSRにより分流される。スイッチSRは、遅延回路網VKを介してパルス発生器PG1 の出力端子へ今度は接続されているパルス発生器PG2 により駆動される。
【００１６】
レベルシフタはダイオードＤを通して、一方ではスイッチ８へ且つ他方ではコンデンサＣへ接続されている補助電圧Ｖccから供給される。コンデンサＣは接合点９において主スイッチング手段HS1 及びHS2 と誘導性手段Ｌとの双方へ接続されている。導通状態におけるスイッチ８により、及び従って非導通状態における主スイッチング手段HS1 により、コンデンサＣは補助電圧Ｖccによって充電される。
【００１７】
パルス発生器PG1 からの信号によってスイッチ８が非導通にされた場合に、第１の主スイッチング手段HS1 は補助電圧Ｖccとスイッチ駆動手段６とによって導通にされるはずである。
【００１８】
主スイッチング手段HS1 が導通である瞬間に、点10における電圧は点９における電圧及び従って入力端子１における電圧に追従し、電圧Ｖccの上に上昇する。主スイッチング手段HS1 は、コンデンサＣからそれで更に給電されて、且つ導通状態に維持される。
【００１９】
それからスイッチ８がパルス発生器PG1 を介して再び導通にされる。ソース分枝82内の抵抗Ｒと一緒に、スイッチ８が最初に電流源を形成する。これによって第１の主スイッチング手段HS1 からの電化の流出が比較的ゆっくりと起こることが達成され、これはスイッチング損失を制限するために好適である。
【００２０】
遅延回路網VKを通って供給される遅延により、パルス発生器PG2 がパルス発生器PG1 に対して遅延されたパルスを供給し、そのパルスがスイッチSRを導通にして、それにより抵抗Ｒが分流される。スイッチ８がこれにより完全に導通に駆動されるので、第１の主スイッチング手段HS1 が非導通状態に強制され且つその状態を維持される。
【００２１】
第２の主スイッチング手段HS2 が制御スイッチ７を介してパルス発生器PG1 により発生される同じパルスによって導通にされる。主スイッチング手段HS1 及びHS2 による入力端子１，２の短絡回路はこの方法においては問題にならない。短絡回路のこの危険は、この電源と比較して負である電圧への、特に入力端子２への抵抗Ｒ及びスイッチSRの接続によってもっと更に打ち消され得る。
【００２２】
前述の実施例においては、２個の主スイッチング手段HS1 及びHS2 がＭＯＳＦＥＴ、即ち内部フリーホイールダイオードを有して構成されている。この回路装置内に個別の、外部フリーホイールダイオードを含むことも可能である。
【００２３】
この電源の動作は次の通りである。導通状態において、電流は誘導性手段Ｌへ第１の主スイッチング手段HS1 を通って流れる。それから第１の主スイッチング手段HS1 が非導通にされ、その後次の電流供給が第２の主スイッチング手段の内部ダイオードを通って起こる。誘導性手段への電流はこの間に減少し、一定時間後にそれの転流が起こる。容量性手段11がこの間電流源として働く。第２の主スイッチング手段HS2 がその間にパルス発生器PG2 から発生される遅延パルスにより導通にされるので、転流された電流はしばらくの間流れ得る。その後、短時間の後に、第２の主スイッチング手段HS2 が非導通にされる。誘導性手段Ｌを通って流れる電流が、点９における電圧が点１における電圧と等しくなってしまうまで、主スイッチング手段HS1 の寄生キャパシタンスを続いて充電するはずであって、その後主スイッチング手段HS1 ダイオードが導通状態に入るであろう。今や誘導性手段Ｌの比較的小さい転流された電流が入力端子１へ第１の主スイッチング手段HS1 の内部ダイオードを通って流れ、且つ更に減少するであろう。第１の主スイッチング手段HS1 の内部ダイオードが導通になる瞬間と誘導性手段Ｌの転流された電流がほぼ零になる瞬間との間の期間内に、第１の主スイッチング手段HS1 が導通状態に駆動され、その後電流が再び誘導性手段へ流れるであろう。
【００２４】
この電源の前述の実施例の実際の実現においては、入力端子１，２における直流電圧は 380Ｖであった。接続端子３，４における負荷は、98Ｖのランプ電圧を有する32Ｗのメタルハライドランプより形成された。発生された高周波数電流は180kHzの周波数を有していた。この電源において消散される電力は 1.3Ｗであった。誘導性手段Ｌは0.18mHの値を有した。この誘導性手段Ｌは１cm×１cm×１cmのコイル寸法を有するRM5 型のポットコアコイルとして構成された。
【図面の簡単な説明】
【図１】ａ，ｂ及びｃはそれぞれ三つの主電源に対する本発明による電源の等価回路である。
【図２】図1aの電源をもっと詳細に示している。
【符号の説明】
１，２  入力端子
３，４  接続端子
５  高圧放電灯
６，７  スイッチ駆動手段
８  スイッチ
９  接合点
10  点
11  容量性手段
81  ゲート
82  ソース分枝
Ｃ  コンデンサ
Ｄ  ダイオード
HS1 第１の駆動される主スイッチング手段
HS2 第２の駆動される主スイッチング手段
Ｌ  誘導性手段
LS  無変圧器レベルシフタ
PG1, PG2  パルス発生器
Ｒ  抵抗
Ｓ  駆動器回路
SR  スイッチ
Ｖcc  補助電源
VK  遅延回路網
【図１】
0003705613.tif 000002
【図２】
0003705613.tif 000003