(57)【要約】蛍光ランプを点弧するスタータであって、該スタータは、点弧電圧パルスを予熱電流と、点弧電圧パルスが予熱電流の零交差のすぐ近くで供給されるように同期させる手段を備える。これによりランプ寿命が大幅に長くなる。
2005528772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流供給電圧から点灯するのに好適な放電ランプ用のスタータであって、
第１ランプ電極に接続するための第１端子と、
第２ランプ電極に接続するための第２端子と、
点灯中前記第１及び第２ランプ電極間に結合されるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の制御電極に結合され、前記スイッチング素子を導通させて周期Ｔを有する交流予熱電流を前記ランプ電極を経て流し、次いで前記スイッチング素子を非導通にして前記ランプ電極間に点弧電圧パルスを発生させる制御回路と、
を備えたスタータにおいて、
前記制御回路は、スタータの動作中放電ランプに結合され、制御信号と交流予熱電流を、制御信号がスイッチング素子を非導通にする瞬時が予熱電流の零交差時から0.008Ｔ以内となるように同期させる同期回路を備えることを特徴とするスタータ。
【請求項２】
制御信号がスイッチング素子を非導通にする前記瞬時は予熱電流の零交差から0.04Ｔ以内、好ましくは0.027Ｔ以内であることを特徴とする請求項１記載のスタータ。
【請求項３】
前記制御回路は、前記スイッチング素子を最初に所定の時間に亘って導通し、次いで非導通にして点弧電圧パルスを発生させるスイッチングサイクルに従って周期的に制御する手段を備え、スイッチングサイクルの持続時間SCは予熱電流の半サイクルの整数倍に等しいことを特徴とする請求項１又は２記載のスタータ。
【請求項４】
前記持続時間SCは、
0.10秒 ≦ SC ≦ 0.20秒
であることを特徴とする請求項３記載のスタータ。
【請求項５】
前記同期回路は、予熱電流の瞬時振幅が所定の基準値になるとき前記スイッチング素子を非導通にする手段を備えることを特徴とする請求項１記載のスタータ。
【請求項６】
前記同期回路は、前記所定の基準値を予熱電流の最大振幅の所定の分数値に調整する手段を備えることを特徴とする請求項５記載のスタータ。
【請求項７】
前記同期回路は、前記スイッチング素子を予熱電流の零交差後の所定時間経過時に非導通にする手段を備えることを特徴とする請求項1記載のスタータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流供給電圧から点灯するのに好適な放電ランプ用のスタータであって、
第１ランプ電極に接続するための第１端子と、
第２ランプ電極に接続するための第２端子と、
点灯中前記第１及び第２ランプ電極間に結合されるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の制御電極に結合され、前記スイッチング素子を導通させて周期Ｔを有する交流予熱電流を前記ランプ電極を経て流し、次いで前記スイッチング素子を非導通にして前記ランプ電極間に点弧電圧パルスを発生させる制御回路と、
を備えたスタータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このようなスタータは公知である。点灯中、既知のスタータの第１及び第２端子は放電ランプの各別の電極に接続される。安定チョークがランプと直列に接続され、この直列回路が交流供給電圧の両極間に接続される。制御回路がスイッチング素子を導通させると、交流予熱電流が安定チョーク及びランプ電極を経て流れる。スイッチング素子が制御信号によって非導通にされると、これにより予熱電流がスイッチオフされ、安定チョークが点弧電圧パルスを発生する。ランプ電極が予熱電流により十分に高い温度に加熱されると、点弧電圧パルスは放電ランプを好首尾に点弧する。しかし、実際上極めてまれではあるが、電極が予熱電流によってまだ十分に加熱されていない場合には、点弧電圧パルスは放電ランプを点弧しない。点弧の試みが不成功の場合には、制御回路はスイッチング素子を所定の時間に亘って再度導通させ、次いでもう１つの点弧電圧パルスを発生させる。このサイクルがランプが点弧するまで繰り返される。
【０００３】
ランプ電極が冷たすぎて点弧し得ないときは、放電ランプに供給される点弧電圧パルスが電極を損傷するため、放電ランプの寿命を減少することが長い間知られていた。特に、点弧電圧パルスは電極からエミッタ材料の除去を生ずる。
【０００４】
本発明の目的は、電極が十分に加熱される前に放電ランプに供給される点弧電圧パルスによって放電ランプの電極に比較的少量の損傷を生ずるのみであるスタータを提供することにある。
【０００５】
本発明は、この目的のために、頭書に記載のスタータにおいて、前記制御回路は、スタータの動作中放電ランプに結合され、制御信号と交流予熱電流を、制御信号がスイッチング素子を非導通にする瞬時が予熱電流の零交差から0.008Ｔ以内となるように同期させる同期回路を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明の発明者達は、点弧電圧パルスがランプ電極に与える損傷は点弧電圧パルスが供給されるときの予熱電流の振幅に依存することを確かめた。本発明者達は、特に、電極に与える損傷(又は換言すればエミッタ材料の除去量)は電極予熱電流の瞬時振幅が高いときほど大きくなることを確かめた。これは、いわゆる蒸気アークモードの発生により誘起される。更に、点弧電圧パルスが予熱電流の零交差のすぐ近くで供給されたときは電極に殆ど損傷が生じないことが確かめられた。後者の場合には、蒸気アークモードが殆ど避けられ、それに代わって、ごくわずか又はほとんど損傷を生じないグロー放電モードが生ずる。本発明によれば、同期回路によって、予熱電流の瞬時振幅がかなり低いときにのみスタータが点弧電圧パルスを発生することが保障される。
【０００７】
スイッチング素子を予熱電流が零のときに非導通にすると、安定チョークはエネルギーを保持しないために点弧電圧は生じない。このため、スイッチング素子を非導通にする瞬時は予熱電流の零交差と一致させることはできない。
【０００８】
本発明のスタータによれば、制御信号がスイッチング素子を非導通にする瞬時を予熱電流の零交差から0.04Ｔ以内、好ましくは0.027Ｔ以内にするとよい結果が得られた。制御信号がスイッチング素子を非導通にする瞬時が予熱電流の零交差から0.04Ｔ以内にある場合には、殆どのタイプの蛍光ランプに対して蒸気アークモードが避けられることが確かめられた。更に、制御信号がスイッチング素子を非導通にする瞬時が予熱電流の零交差から0.027Ｔ以内にある場合には、蒸気アーク放電がほぼすべてのタイプの蛍光ランプで完全に避けられることが確かめられた。
【０００９】
本発明の好適実施例では、前記制御回路は、スイッチング素子を最初に所定の時間に亘って導通し、次いで非導通にして点弧電圧パルスを発生させるスイッチングサイクルに従って周期的に制御し、スイッチングサイクルの持続時間SCは予熱電流の半サイクルの整数倍に等しくする。この好適実施例を比較的低い熱容量の電極を有する放電ランプと組み合わせて使用する場合には、電極をランプの点弧に十分な高温度に加熱するのに数個のスイッチングサイクルのみで十分であり、１つのサイクルで十分なことさえある。その結果として、ランプの点弧が不必要に遅れることがなく、エミッタの蒸発による電極の損傷を生ずる温度への電極の過熱を避けることができる。他方、この好適実施例を比較的高い熱容量の電極を有するランプと組み合わせて使用する場合には、電極をランプの点弧に十分な高温度に加熱するのに多数のスイッチングサイクが必要とされる。各スイッチングサイクルの終了時に点弧電圧パルスが発生される。最初の複数の点弧電圧パルスはランプを点弧し得ないけれども、これらのパルスは電極を損傷することもない。電極が点弧に必要な適正温度に到達するサイクルの終了時に発生する点弧電圧パルスがランプを点弧する。サイクルの持続時間を適正に選択すれば、異なる熱容量を有する電極を持つ種々のランプを適正電極温度に到達後に急速に点弧させて、電極の過熱を防止することができる。実際には、0.10秒 ≦ SC ≦ 0.20秒の場合に、広範囲の放電ランプを、電極の過熱を生ずることなく、急速に点弧することができることが確かめられた。
【００１０】
前記同期回路は予熱電流の瞬時振幅が所定の基準値になるとき前記スイッチング素子を非導通にする手段を備えるものとすると、簡単に且つ有効に実現することができる。前記同期回路は、所定の基準値を予熱電流の最大振幅の所定の分数値に調整する手段を備えるものとするのが好ましい。これらの手段によって、点弧パルスを予熱電流の最大振幅と無関係に、換言すれば、放電ランプのタイプと無関係に、同一の瞬時に発生させることができる。
【００１１】
前記同期回路を実現する他の簡単且つ有効な方法は、スイッチング素子を予熱電流の零交差後の所定時間経過時に非導通にする手段を設けるものである。
【００１２】
本発明のスタータの実施例を図面を参照して以下に説明する。
図１は安定チョークと直列に配置された放電ランプに接続される本発明によるスタータの一実施例を示し、
【００１３】
図１において、Ｋ1及びＫ2は交流供給電圧を供給する電圧源に接続するための端子である。安定チョークＬの第１の端は端子Ｋ1に接続される。安定チョークＬの第２の端は第１端子Ｋ3に接続され、該第１端子Ｋ3は電極ＥＬ1の第1の端に接続される。電極ＥＬ1は放電ランプＬＡの第１電極であり、電極ＥＬ2は放電ランプＬＡの第２電極である。電極ＥＬ2の第１の端は第２端子Ｋ4を経て端子Ｋ2に接続される。電極ＥＬ1の第２の端はスイッチング素子Ｓを経て電極ＥＬ2の第２の端に接続される。電極ＥＬ2の第１及び第２の端は回路部分Ｉの各別の入力端子と接続される。回路部分Ｉは予熱電流の瞬時振幅を表す信号を発生する回路部分である。回路部分Ｉは整流器を備えるため、これにより発生される信号は予熱電流の向きと無関係に正である。回路部分Ｉの第１出力端子は比較器COMPの第１入力端子に接続される。比較器COMPの第２入力端子は回路部分RSGの出力端子に接続される。回路部分RSGは基準信号Vrefを発生する回路部分である。基準信号は予熱電流の振幅の所定値に等しい。この所定値は、予熱電流の振幅が予熱電流の最も近い零交差から0.027Ｔ以内の任意の時点における所定値に等しくなるように選択する。本実施例では、所定値を予熱電流の零交差後の0.02Ｔの時点における余熱電流の振幅に等しく選択する。回路部分RSGは電極ＥＬ2に結合し（この結合は図1には示されていない）、予熱電流の最大振幅をサンプリングし、予熱電流の最大振幅の分数値に調整することもできる。比較器COMPの出力端子はＡＮＤゲートＡＧの第１入力端子に接続される。ＡＮＤゲートＡＧの第２入力端子は回路部分IIの出力端子に接続される。回路部分IIはタイマである。回路部分Ｉの第２出力端子が回路部分IIの入力端子に接続される。ＡＮＤゲートAGの出力端子はスイッチング素子Ｓの導通状態を制御する回路部分IIIの第１入力端子に接続される。従って、回路部分IIIの出力端子はスイッチング素子Ｓの制御電極に結合される。図１において、この結合は矢印で示されている。回路部分IIIの第２入力端子は電極ＥＬ1の第２の端に接続され、回路部分IIIの第３入力端子は電極ＥＬ2の第２の端に接続される。回路部分Ｉ、II、III、RSG、比較器COMP及びＡＮＤゲートＡＧは、あいまって、スイッチング素子を導通させて周期Ｔを有する交流予熱電流をランプ電極を経て流し、次いでスイッチング素子を非導通にして前記ランプ電極間に点弧電圧パルスを発生させる制御回路を構成する。回路部分Ｉ及びRSGと比較器COMPはあいまって制御信号と低周波数予熱電流を同期させる同期回路を構成する。
【００１４】
図１に示す回路の動作は次の通りである。
端子Ｋ1及びＫ2が交流供給電圧を供給する電圧源に接続されると、スイッチング素子Ｓが回路部分IIIにより導通され、周期Ｔを有する交流予熱電流が安定チョークＬ、電極ＥＬ1、スイッチング素子Ｓ及び電極ＥＬ2を経て流れる。このとき第１スイッチングサイクルが開始され、回路部分IIが駆動され、予熱電流の半周期の整数倍に等しい時間インターバルの計時を開始する。図１に示す実施例では、この整数倍は１５倍であるため、交流供給電圧の周波数が５０Hzである場合には、タイマは0.15秒の時間インターバルを計時する。この時間インターバルがタイムアウトするとき、回路部分IIの出力端子の電圧は低値から高値に変化し、Ｔ/２に等しい時間中高値にとどまる。回路部分IIは、タイムアウトと同時に時間インターバルの計時を自動的に再開する。回路部分Ｉが予熱電流の瞬時振幅を表す信号を発生するとともに、回路部分RSGが基準信号Vrefを発生する。回路部分Ｉにより発生された信号が基準信号Vrefより低いとき、比較器COMPの出力端子の電圧は高値になり、そうでなければ比較機COMPの出力端子の電圧は低値になる。ＡＮＤゲートAGの両入力端子の電圧が高値であるとき、ＡＮＤゲートＡＧの出力端子の電圧は高値になり、そうでなければ低値になる。換言すれば、ＡＮＤゲートＡＧの出力端子の電圧は２つの条件、即ちタイマがタイムアウトしたという条件と予熱電流の振幅が所定値より低いという条件が満足されるときにのみ高値になる。両条件が満足されると、回路部分IIIがスイッチング素子Ｓを非導通にする。その結果、安定チョークＬが点弧電圧パルスをランプ間に発生する。予熱電流の振幅はほぼ基準値に等しく、基準値は極めて低く選択されているため、蒸気アークの発生は有効に阻止され、最終的にはグロー放電のみが点弧電圧パルスの結果として発生する。その結果、電極がランプの点弧に十分な温度になる前に点弧電圧パルスが発生しても点弧電圧パルスは電極を殆ど損傷しない。この場合には、ランプは点弧パルスの結果として点弧しない。回路部分IIIは点弧パルス後のランプ電圧を測定する。この電圧が点弧パルスの結果として低下しなかった場合には、回路部分IIIはスイッチング素子Ｓを再度導通させ、次のスイッチングサイクルを開始させる。以上の動作がランプが点呼するまで繰り返される。点弧電圧パルスは0.15秒ごとに発生されるため、ランプの電極は過熱されない。
【００１５】
実験では蛍光ランプを次のように点灯させた。これらのランプを点弧し、１５分間点灯した後、消灯し、５分後に再点弧した。このサイクルを繰り返した。点弧事象はほぼ完全に冷めた電極では適正な余熱電流を用いて最終点弧前に５つの点弧電圧パルスの列が存在した。第１のグループに属する蛍光ランプは予熱電流の零交差の近くで点弧電圧パルスを受けた。実際には、各パルスは予熱電流の約４つの半周期後の零交差の後の0.02Ｔに供給した。１秒後の予熱電流の４つの半周期の供給後に次の点弧パルスが続いた。第２のグループに属する蛍光ランプは零交差後の0.25Ｔに点弧電圧パルスを受けた。これらの蛍光ランプで使用されているエミッタ材料は放射性バリウムを含んでいる。これにより、蛍光ランプを破壊する必要なしにエミッタ材料の減少を時間の関数として測定することを可能にした。これらの測定の結果が図２に示されている。図２は、ランプの電極から除去されたバリウムの量（μg単位）を、ランプが当段落の最初に記載されたサイクルで繰り返し動作した時間の長さの関数として示す。曲線Ｉは第１のグループのランプに対する結果を示す。これから明らかなように、エミッタ材料の減少は極めてゆっくり起こる。実際には、エミッタ材料の減少は連続的に点灯する蛍光ランプの場合と同一の割合で起こることが確かめられた。曲線IIは第２のグループのランプに対する結果を示す。これから明らかなように、エミッタ減少がはるかに高い割合で起こるため、ランプ寿命が著しく短くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明によるスタータの一実施例を示す図である。
【図２】蛍光ランプを点弧する本発明の方法と従来の方法においてランプ電極から除去されるエミッタ材料の量を時間の関数として示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
2005528772.tif 000005
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