(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの誘電妨害形電極（２、３）と点弧補助部材（１０）とを備えた放電ランプ（Ｌａ１）の少なくとも１つの電極（２、３）に周期的に反復する電圧パルスを印加する、
放電ランプの駆動方法において、
第１の時間（ｔ１〜ｔ２）において、最初、放電ランプ（Ｌａ１）の定格駆動電圧よりも低い電圧値（ＵＳ）を有する電圧パルスを印加し、ついで、該電圧パルスの電圧値（ＵＳ）を、放電ランプ（Ｌａ１）で誘電妨害形の放電が形成されかつ該電圧値が前記放電ランプの定格駆動電圧に達するまで次第に高め、
前記第１の時間（ｔ１〜ｔ２）が終了した後で、前記放電ランプの定格駆動電圧に相当する値を有する電圧パルスを印加する
ことを特徴とする放電ランプの駆動方法。
【請求項２】
回路装置に接続された少なくとも１つの誘電妨害形電極（２、３）を備えた放電ランプ（Ｌａ１）の少なくとも１つの電極（２、３）に周期的に反復する電圧パルスを印加する、
放電ランプの駆動方法において、
少なくとも１つの誘電妨害形電極（２、３）に対して、第１の時間（ｔ３〜ｔ４）において、放電ランプ（Ｌａ１）に誘電妨害形放電を発生させる電圧パルスのシーケンスを印加し、
前記第１の時間（ｔ３〜ｔ４）に続き、前記第１の時間よりも長いポーズ時間（ｔ４〜ｔ５）のあいだ、前記少なくとも１つの誘電妨害形電極に電圧パルスを印加せずに放電を消弧させ、
前記ポーズ期間の終了直後の第２の時間（ｔ８〜ｔ９）において、少なくとも１つの誘電妨害形電極（２、３）に対して、放電ランプ（Ｌａ１）の定格駆動電圧に相当する値を有し周期的に反復する電圧パルスを印加するか、または、電圧パルスの振幅を最小値から連続的に前記定格駆動電圧に相当する値まで高めて放電ランプ（Ｌａ１）内で誘電妨害形の放電を発生させる
ことを特徴とする放電ランプの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも１つの誘電妨害形電極と点弧補助部材とを備えた放電ランプの少なくとも１つの電極に周期的に反復する電圧パルスを印加する、放電ランプの駆動方法に関する。本発明はまた、回路装置に接続された少なくとも１つの誘電妨害形電極を備えた放電ランプの少なくとも１つの電極に周期的に反復する電圧パルスを印加する、放電ランプの駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドイツ連邦共和国特許出願第１９７３１２７５．６号明細書には、誘電妨害形電極を備えた放電ランプの駆動方法と、この方法を実施するための回路装置とが記載されている。駆動中少なくとも１つの誘電妨害形電極には周期的に反復する電圧パルスが印加され、この電圧パルスにより誘電妨害形の放電が放電ランプ内で発生される。電圧パルスのピーク値または振幅は放電管のジオメトリおよびランプ電極の配置形態に依存して約１ｋＶ〜約５ｋＶの間となる。パルスシーケンス周波数は約２５ｋＨｚ〜約８０ｋＨｚの領域にある。電圧パルスは阻止形変換器およびトランスを用いて形成され、これらの変換器またはトランスの２次巻線はランプ電極に接続されている。阻止形変換器のスイッチングトランジスタの導通フェーズ中トランス内に磁界が形成され、阻止形変換器のスイッチングトランジスタの阻止フェーズ中の電気エネルギが電圧パルスのかたちで放電ランプへ出力される。放電ランプは駆動期間全体にわたって、すなわち点弧中も定格駆動電圧で駆動される。誘電妨害形の放電が放電ランプ内で点弧される際には（偶発的な）放電チャネルが形成されることがあり、このチャネルにより電極の長さにわたって均一に分散された誘電妨害形の放電の発生が阻止され、放電管に沿って放電ランプの不均一な光放出が発生する。さらに誘電妨害形電極を備えた電極では、電極を予め加熱したりまたは電子放出器を用いたりして放電ランプの点滅を改善することができず、熱電子放出ないし電界放出により充分な自由電荷担体を放電の点弧に使用できない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、少なくとも１つの誘電妨害形電極を備えた放電ランプの駆動方法を提供し、ランプ内での誘電妨害形の放電の確実な点弧を保証することである。特に放電ランプではランプの不均一な光放出を発生させる個々の（偶発的な）放電チャネルの形成を阻止しなければならない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題は、少なくとも１つの電極に対して周期的に反復する電圧パルスを印加し、このパルスの電圧値を放電ランプの定格駆動電圧よりも低く、すなわち最初は電圧パルスによる放電の点弧が発生しない程度に小さくし、この方法がさらに進んでから周期的に反復する電圧パルスの電圧値を放電ランプで誘電妨害形の放電が形成されるまで次第に高める方法により解決される。課題はまた、少なくとも１つの誘電妨害形電極に対して放電ランプに放電を発生させる電圧パルスのシーケンスを印加し、放電を消弧し、少なくとも１つの誘電妨害形電極に対して放電の消弧の直後に放電ランプに周期的に反復する電圧パルスを印加し、このパルスにより放電ランプ内で誘電妨害形の放電を発生させる方法により解決される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の特に有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００６】
本発明の特に有利な第１の実施形態は請求項１に記載されている。本発明の駆動方法のバリエーションは少なくとも１つの誘電妨害形電極と点火補助部材とを備えた放電ランプのみに適用可能である。これは特に放電管に部分的に金属コーティングが設けられているか、または放電管が部分的に導電性のアパーチャによって包囲されているアパーチャランプであるか、または透光性かつ導電性のコーティング例えばインジウム‐酸化錫層（ＩＴＯ層）を支承する放電ランプである。前述の導電性のコーティングまたはアパーチャは通常の場合アース電位に置かれ、ランプの電磁耐性を改善するだけでなく、容量的な点弧補助部材としても機能する。
【０００７】
本発明の駆動方法の第１の実施形態、すなわち上述のタイプの放電ランプでは誘電妨害形の放電の点弧が電圧パルスにより行われ、この電圧パルスの電圧値ないし電圧振幅は放電ランプの定格駆動電圧よりも格段に低い。誘電妨害形の放電の点弧は（偶発的な）放電チャネルが形成されないように留意して行われる。特にプレスイッチング装置の電気的なモジュールにはスイッチオンの直後に高い電圧パルスが印加される。放電ランプにおける誘電妨害形の放電の点弧が成功した後、電圧パルスの電圧値ないし電圧振幅は有利には次第に放電ランプの定格駆動電圧まで高められる。
【０００８】
第２の実施形態による駆動方法は特に少なくとも１つの誘電妨害形電極を備え容量的な点弧補助部材を有さない放電ランプに適用される。放電ランプでの第１の放電を形成する電圧パルスのシーケンスは部分的な放電媒体の電離に作用し、自由電荷担体を発生させる。電圧パルスシーケンスによって発生する第１の放電の際に放電ランプ内で（偶発的な）放電チャネルが発生した場合、第１の放電を発生させたパルスシーケンスの終了後にこれは再び減衰する。第１の放電が消弧した直後に少なくとも１つの誘電妨害形電極に周期的に反復する電圧パルスが印加されるが、このパルスは誘電妨害形の放電を発生させるのに充分な大きさの電圧振幅を有する。誘電妨害形の放電は第１の放電が消弧した直後に開始されるので、第１の放電の自由電荷担体がまだ充分に存在しており、問題なく誘電妨害形の放電を点弧することができる。
【０００９】
【実施例】
以下に本発明の駆動方法を２つの実施例に則して詳細に説明する。
【００１０】
本発明による駆動方法の２つの実施例を以下に図１、図２に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図２に概略的に図示された放電ランプは円筒形の放電管１を有しており、この放電管は気密に閉鎖された端部を有している。放電管１の２つの端部にはそれぞれベースキャップ５、６が設けられている。一方のベースキャップ５は２つのベースコンタクト７、８を有している。放電管１の内壁には相互に対向して２つの条片状の誘電妨害形電極２、３が配置されており、これらの電極は放電管１の長手方向に延在している。２つの電極２、３は条片状の金属層として放電管１の内壁に被着されており、誘電体４によって放電管１の内室９に対して遮蔽されている。電極２、３はそれぞれ２つのベースコンタクト７、８の一方に導電接続されている。ランプの駆動中には２つの電極２、３の間、すなわちランプの長手方向に対する横断方向で誘電妨害形の放電が形成される。放電のフラッシュオーバ距離はしたがってほぼ放電管１の内径に相応する。理想的には誘電妨害形の放電は均一に２つの条片状の電極２、３に沿って分散される。放電媒体としてキセノンが用いられる。放電によってキセノンエキシマビームが形成され、このビームは発光物質により光に変換される。放電管１の外壁には例えばアース電位に置かれる金属コーティング１０が被着されるか、または例えば透光性で回路装置のアース電位に接続されたインジウム‐酸化錫層１０が被着される。金属コーティングは放電管１の長手方向に延在する透光性のアパーチャを有する。この実施例のランプは誘電妨害形電極２、３を備えた放電ランプであり、定格駆動電圧は約２．４ｋＶ、定格電気出力は約１８Ｗである。この放電ランプはパルスシーケンス周波数約２５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの電圧パルスによって駆動される。
【００１２】
図１にはきわめて概略的にではあるが、放電ランプを駆動する回路装置、特に放電ランプを点弧する回路装置が示されている。この回路装置は阻止形変換器として構成されており、約２４Ｖまたは１２Ｖの直流電圧源Ｕ０、（図示されない）駆動装置を備えた電界効果トランジスタＴ１、トランスＴＲ１‐Ａ、ＴＲ１‐Ｂ、ＴＲ１‐Ｃ、および放電ランプＬａ１に対する端子ａ、ｂを有する。端子ａ、ｂは図２に示された放電ランプのベースのピン７、８に接続されている。この回路装置の構造および機能はドイツ連邦共和国特許出願第１９７３１２７５．６号明細書に詳細に記載されている。
【００１３】
駆動装置は主として、それ自体は公知の矩形電圧発振器から成っており、この発振器はパルス幅変調された矩形信号を形成して電界効果トランジスタＴ１のゲート電圧を制御し、これによって電界効果トランジスタＴ１のスイッチング状態を制御する。電界効果トランジスタＴ１が導通状態にある場合には、１次巻線ＴＲ１‐Ａには主として直流電圧Ｕ０が印加され、この１次巻線ＴＲ１‐Ａを介して電界効果トランジスタには時間の経過につれて線形に上昇する電流が流れ、この電流は電界効果トランジスタＴ１のスイッチオン期間の終了時にそのピーク値Ｉｍａｘに達する。この時点で１次巻線ＴＲ１‐Ａの磁界にインダクタンスＬＰをともなって電気エネルギＷが蓄積される。すなわち
Ｗ＝０．５・ＬＰ・Ｉ２ｍａｘ                                      （１）
が成り立つ。
【００１４】
電界効果トランジスタＴ１の阻止フェーズ中は１次巻線ＴＲ１‐Ａの磁界に蓄積された電気エネルギＷが低下し、主としてランプＬａ１へ放出される。ランプＬａ１は誘電妨害形電極２、３に基づいて無視できる程度の大きさのキャパシタンスＣＬを有しており、１次巻線ＴＲ１‐Ａとともに振動回路を形成する。
【００１５】
１次巻線ＴＲ１‐Ａでは、電界効果トランジスタＴ１の阻止フェーズ中、電圧振幅ＵＰすなわち
【００１６】
【数１】
0004741089.tif 000002
【００１７】
を有する電圧パルスが発生する。
【００１８】
２次巻線ＴＲ１‐Ｂにより電圧パルスの電圧振幅ＵＰは２次巻線ＴＲ１‐Ｂ、ＴＲ１‐Ｃの巻回数ｎＳと１次巻線の巻回数ｎＰとの比ｎＳ／ｎＰは値ＵＳまでアップコンバートされる。すなわち
ＵＳ＝（ｎＳ／ｎＰ）・ＵＰ                                        （３）
が成り立つ。放電ランプＬａ１にはしたがって電圧振幅ＵＳを有する電圧パルスが動作電圧または点弧電圧として使用される。電界効果トランジスタＴ１の阻止フェーズ中は放電ランプＬａ１には正の極性の電圧パルスが印加される。場合によっては負の極性の電圧パルスが電界効果トランジスタＴ１のドレインソース区間に並列に配置された（図示されていない）フリーホイールダイオードを介してアース電位にクランプされる。このダイオードは電界効果トランジスタＴ１に集積されている。電界効果トランジスタＴ１は約２５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚのクロック周波数でスイッチングを行う。相応して放電ランプＬａ１には電圧パルスが印加され、この電圧パルスは約２５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚのパルスシーケンス周波数を有する。
【００１９】
本発明の第１の実施例によれば、回路装置の使用開始後、上述の阻止形変換器を用いて最初に電圧振幅の小さい電圧パルスが発生される。この小さい電圧振幅とは放電ランプＬａ１内で放電を点弧できない程度の大きさである。このために回路装置の使用開始直後に阻止形変換器の電界効果トランジスタＴ１が最小のスイッチオン時間で駆動される。このスイッチオン時間は駆動装置のモジュールの設計寸法によって定められる。式（１）〜（３）からわかるように、放電ランプＬａ１で使用可能な電圧ＵＳは電流強度Ｉｍａｘに対して線形に増大し、この電流強度は電界効果トランジスタＴ１のスイッチオン時間に対して線形に増大する。したがって放電ランプＬａ１で使用可能な電圧ＵＳは相応に放電を生じさせることができない程度に小さい。放電ランプＬａ１の放電の点弧は阻止形変換器の振動フェーズが終了してはじめて開始される。駆動装置を用いて電界効果トランジスタＴ１のスイッチオン時間は持続的に上昇する。電界効果トランジスタＴ１の阻止フェーズの持続時間はこれに対して一定にとどまる。阻止フェーズの持続時間は電圧パルスのパルス持続時間よりも僅かに長い。電界効果トランジスタＴ１のスイッチオン時間に相応に、式（１）〜（３）にしたがって、トランスＴＲ１で形成され放電ランプＬａ１で使用可能な電圧パルスの電圧振幅ＵＳは増大する。電界効果トランジスタＴ１のスイッチオン時間は、放電ランプＬａ１内で誘電妨害形の放電が形成され、放電ランプＬａ１の２．４ｋＶの定格駆動電圧に達するまで持続的に上昇する。放電ランプＬａ１では例えば１．９ｋＶの電圧振幅を有する電圧パルスで誘電妨害形の放電が形成されることがわかっている。誘電妨害形の放電を点弧するのに必要な点弧電圧は放電ランプＬａ１の定格駆動電圧よりも格段に低い。回路内部のアース電位に接続された金属コーティング１０またはインジウム‐酸化錫コーティング１０は容量的な点火補助部材として機能する。図３には電圧パルスが概略的に示されている。垂直方向の軸線に沿ってランダムな電圧振幅ＵＳが示されており、水平方向の軸線は時間軸線である。時点ｔ１〜ｔ２の間すなわち約１００ｍｓ〜１ｓの時間間隔で、電圧パルスの電圧振幅ＵＳは最小値から徐々に定格駆動電圧へ上昇する。誘電妨害形の放電のランプ内での点弧はこの時間範囲で行われる。続いてランプは定格駆動電圧で駆動される。電圧パルスのパルスシーケンス周波数は約１００ｋＨｚである。
【００２０】
本発明の駆動方法または点弧方法の第２の実施例では、放電ランプに誘電妨害形電極は設けられているが、点弧補助部材は設けられていない。本発明の駆動方法の第２の実施例によれば、電界効果トランジスタＴ１は阻止形変換器の使用開始直後に最大のスイッチオン時間で駆動される。これは放電ランプＬａ１にはすでに阻止形変換器の使用開始直後に、放電ランプＬａ１の定格駆動電圧の電圧振幅と等しい振幅を有する電圧パルスが印加されることを意味する。放電ランプＬａ１ではしたがって阻止形変換器の使用開始直後に誘電妨害形の放電が形成される。例えば（偶発的な）放電チャネルの形成に起因して場合によって放電が不均一となるのを回避するために、放電は発生直後に消弧される。放電の消弧は種々の手段で、例えば電界効果トランジスタＴ１のスイッチオン時間を短縮することによって達成され、放電ランプＬａ１に印加される電圧パルスの電圧振幅は最小値まで低減される。第１の放電が消弧された直後に新たに誘電妨害形の放電が放電ランプＬａ１内で点弧される。第１の放電の放電媒体がまだ部分的に電離しており、全ての自由電荷担体が再結合していないので、第２の誘電妨害形の放電が放電ランプＬａ１の定格駆動電圧よりも格段に低い電圧振幅ＵＳの電圧パルスで点弧される。第２の実施例による駆動方法においても、電界効果トランジスタＴ１のスイッチオン時間を延長することにより、電圧パルスの電圧振幅ＵＳは２．４ｋＶの放電ランプＬａ１の定格駆動電圧が達成されるまで上昇される。図４には電圧パルスが概略的に示されている。垂直方向の軸線に沿ってランダムな電圧パルスＵＳが示されており、水平方向の軸線は時間軸線である。時間軸線は縮尺通りには示されていない。わかりやすくするために時間軸線は２つの位置で中断してある。特にポーズ時間間隔ｔ４〜ｔ５は時間間隔ｔ３〜ｔ４に比べてきわめて短くなっている。２つの時点ｔ３、ｔ４によって定められる時間間隔中、すなわち電圧パルスの周期持続時間の約２０倍の約０．２ｍｓに相応する時間間隔中、ランプ内の放電媒体には電圧パルスシーケンスが印加され、このパルスはランプの第１の放電を点弧する。これに続いて時点ｔ４、ｔ５によって定められるほぼ２ｍｓ〜３ｍｓにわたるポーズ時間間隔中には、ランプＬａ１には電圧パルスは印加されない。第１の放電はこのポーズ時間間隔中に消弧する。時点ｔ５でランプＬａ１には次第に増大する電圧振幅ＵＳを有する電圧パルスが印加される。時点ｔ５、ｔ６で定められるほぼ１００ｍｓ〜１ｓの持続時間中には、この電圧パルスの電圧振幅ＵＳは最小値から連続的に約２．４ｋＶの定格駆動電圧まで上昇する。この時間範囲内でランプＬａ１に誘電妨害形の放電が点弧される。続いてランプＬａ１は定格駆動電圧で駆動される。パルスシーケンス周波数はここではほぼ１００ｋＨｚである。
【００２１】
図５には概略的に本発明の点弧方法の第３の実施例が示されている。この第３の実施例は第２の実施例のバリエーションである。垂直方向の軸線に沿ってランダムな電圧振幅ＵＳが示されており、水平方向の軸線は時間軸線を形成している。時間軸線は縮尺通りには示されていない。わかりやすくするために時間軸線は２つの位置で中断してある。特にポーズ時間間隔ｔ８〜ｔ９は時間間隔ｔ７〜ｔ８に比べてきわめて短くなっている。２つの時点ｔ７、ｔ８によって定められる時間間隔中、すなわち電圧パルスの周期持続時間の約２０倍の約０．２ｍｓに相応する時間間隔中、ランプ内の放電媒体には電圧パルスの第１のシーケンスが印加され、このパルスはランプの第１の放電を点弧する。これに続いて時点ｔ８、ｔ９によって定められるほぼ２ｍｓ〜３ｍｓにわたるポーズ時間間隔中には、ランプＬａ１には電圧パルスは印加されない。第１の放電はこのポーズ時間間隔中に消弧する。時点ｔ９で放電ランプＬａ１には約２．４ｋＶに相応する電圧の振幅ＵＳを有する電圧パルスが印加される。この電圧パルスのパルスシーケンス周波数はほぼ１００ｋＨｚである。
【図面の簡単な説明】
【図１】誘電妨害形電極を備えた放電ランプを駆動する本発明の点弧方法を行う回路装置の概略図である。
【図２】誘電妨害形電極を備えた放電ランプの断面概略図である。
【図３】本発明の第１の実施例による放電ランプの点弧フェーズ中の電圧パルスの概略図である。
【図４】本発明の第２の実施例による放電ランプの点弧フェーズ中の電圧パルスの概略図である。
【図５】本発明の第３の実施例による放電ランプの点弧フェーズ中の電圧パルスの概略図である。
【符号の説明】
Ｌａ１  放電ランプ
ＴＲ１‐Ａ、ＴＲ１‐Ｂ、ＴＲ１‐Ｃ  トランス
ａ、ｂ  端子
Ｔ１  電界効果トランジスタ
１  放電管
２、３  電極
４  誘電体
５、６  ベースキャップ
７、８  ベースコンタクト
９  内室
１０  金属コーティング
【図１】
0004741089.tif 000003
【図２】
0004741089.tif 000004
【図３】
0004741089.tif 000005
【図４】
0004741089.tif 000006
【図５】
0004741089.tif 000007