(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端に接続され充電インピーダンス（Ｌ１）及び充電コンデンサ（Ｃ２）から成る直列回路を有し、入力端に電圧ＵEを印加すると充電コンデンサ（Ｃ２）が最初に電圧ＵCに充電される充電回路と、充電コンデンサ（Ｃ２）の他に、放電用半導体ダイオード（Ｄ２）、パルス変成器（ＴＲ１）の一次巻線ならびに制御可能な高速スイッチ（Ｔ１）及びこのスイッチ（Ｔ１）を予め選定可能な時間の間交互にオン・オフする駆動回路（Ａ）から構成された直列回路を含み、この直列回路は充電コンデンサ（Ｃ２）に並列接続され、充電コンデンサ（Ｃ２）はスイッチ（Ｔ１）が閉じた際放電用半導体ダイオード（Ｄ２）及び一次巻線を介して放電する放電回路と、パルス変成器（ＴＲ１）の二次巻線及びこの二次巻線に接続された負荷を含むパルス回路とを備えたパルス電圧列の発生回路装置において、帰還点（Ｒ）として機能する入力端を有する帰還用エネルギー受入れ回路（Ｃ１）と、パルス変成器（ＴＲ１）の二次巻線の１つの極に接続されると共に帰還点（Ｒ）に接続された帰還用半導体ダイオード（Ｄ３〜Ｄ５）とから構成された帰還回路を備え、負荷（Ｌ）及びパルス変成器（ＴＲ１）から戻されるエネルギーは帰還用半導体ダイオード（Ｄ３〜Ｄ５）を通過して帰還点（Ｒ）に供給され、帰還用エネルギー受入れ回路（Ｃ１）に受入れられ、その結果戻し相の期間中二次巻線の極の電位は帰還点の電位にクランプされることを特徴とするパルス電圧列の発生回路装置。
【請求項２】
帰還用エネルギー受入れ回路は、高電位点が帰還用半導体ダイオードに接続され基準点が基準電位に接続されて戻されたエネルギーを蓄積する電気的蓄積素子を含むことを特徴とする請求項１記載の回路装置。
【請求項３】
電気的蓄積素子はコンデンサとして形成されていることを特徴とする請求項２記載の回路装置。
【請求項４】
帰還用エネルギー受入れ回路は、高電位点が帰還用半導体ダイオードに接続され基準点が基準電位に接続された電気的変換器素子を含み、戻された電気エネルギーはその変換器素子内で他のエネルギー形態に変換されることを特徴とする請求項１記載の回路装置。
【請求項５】
電気的変換器素子は、戻された電気エネルギーを熱に変換する抵抗として形成されていることを特徴とする請求項４記載の回路装置。
【請求項６】
帰還用エネルギー受入れ回路は、高電位点が帰還用半導体ダイオード（Ｄ３〜Ｄ５）に接続されると共に充電用半導体ダイオード（Ｄ１）を介して充電インピーダンス（Ｌ１）に接続されたコンデンサ（Ｃ１）から構成され、戻されたエネルギーは充電コンデンサ（Ｃ２）の充電のために一緒に使用され、充電用半導体ダイオード（Ｄ１）は充電コンデンサからのエネルギーの戻りを阻止することを特徴とする請求項２記載の回路装置。
【請求項７】
充電インピーダンスはコイル（Ｌ１）によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の回路装置。
【請求項８】
高速スイッチ（Ｔ１）はトランジスタによって形成されていることを特徴とする請求項１記載の回路装置。
【請求項９】
高速スイッチ（Ｔ１）はＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ）（Ｔ１）によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の回路装置。
【請求項１０】
パルス変成器（ＴＲ１）の一次巻線の１極は高速スイッチ（Ｔ１）を介して回路装置の基準電位に接続され、パルス変成器（ＴＲ１）の二次巻線の１極は直接に回路装置の基準電位に接続されていることを特徴とする請求項１記載の回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力端に接続され充電インピーダンス及び充電コンデンサから成る直列回路を有し、入力端に電圧ＵEを印加すると充電コンデンサが最初に電圧ＵCに充電される充電回路と、充電コンデンサの他に、放電用半導体ダイオード、パルス変成器の一次巻線ならびに制御可能な高速スイッチ及びこのスイッチを予め選定可能な時間の間交互にオン・オフする駆動回路から構成された直列回路を含み、この直列回路は充電コンデンサに並列接続され、充電コンデンサはスイッチが閉じた際放電用半導体ダイオード及び一次巻線を介して放電する放電回路と、パルス変成器の二次巻線及びこの二次巻線に接続された負荷、例えば誘電体妨害電極を備えた放電ランプを含むパルス回路とを備えた、特に誘電体妨害放電を起こさせるために適するパルス電圧列の発生回路装置に関する。
【０００２】
この種の回路装置はパルス電圧列を発生するために使われる。用途はとりわけ放電ランプの点弧及び点灯、例えば低いパルス繰返し周波数の場合フラッシュランプの点弧及び点灯である。
【０００３】
特に本発明による回路装置は、例えば国際公開第９４／２３４４２号パンフレットに記載されているように、少なくとも１つの誘電体妨害電極を備えた放電ランプ又は放電放射器を単極性又は少なくともほぼ単極性の電圧パルスによって点灯するために使われる。このような点灯様式は休止時間によって互いに分離された原則的に無制限の電圧パルス列を使用する。有効放射発生の効率向上のために重要なことは主としてパルス波形ならびにパルス時間もしくは休止時間の期間である。それに対して、この種のランプの従来の点灯様式は正弦波状交流電圧を使用している。
【０００４】
誘電体妨害放電は、例えば放電ランプ用に一般的に使用されている従来の放電とは異なり、少なくとも１つの電極の間に配置された誘電体を有している。従って、誘電体妨害電極から放電ギャップのイオン化ガスへの電荷キャリヤの輸送は、伝導電流によって行われるのではなく、変位電流によって行われる。このことからこの種の放電の電気的等価回路図には容量性成分が生ずる。
【０００５】
【従来の技術】
例えばフラッシュランプを点灯させるためのパルス回路は既に知られている。最も単純な場合、コンデンサが抵抗を介して充電され、高速スイッチ、例えば火花ギャップ又はサイラトロンによってパルス変成器の一次巻線を介して放電される。その際このパルス変成器の二次巻線に誘導された衝撃電圧がフラッシュランプを点弧する。
【０００６】
この種の回路装置の欠点は不所望な電流及び電圧振動を発生する可能性がある点である。これによって、一方ではフラッシュ期間が不所望に長くなるか又はランプの点弧が振動の発生に基づいてたびたび制御不能になることがある。このことは、特に、例えばストロボ試験法又は物質の光ポンピングにおけるような規定された条件を前提とする科学的用途では受け入れられない。他方では、その際に発生した電圧もしくは電流反転によって、電気部品、例えばコンデンサが過大に負荷を受け、その結果回路の寿命が短縮されることになる。
【０００７】
上述の問題についてはランプと回路装置との入念な同調によって対処することが試みられている。その目的は主として装置の容量とインダクタンスとによって形成された振動回路を点弧されたフラッシュランプのガス放電のプラズマ抵抗を用いて制動することにある。理想的な場合（非振動性の限界例）、所望ならば同様に繰返し電流パルス又は電圧パルスを擾乱振動なく実現することができる。
【０００８】
このことは何れにしても誘電体妨害電極を備えた放電装置の場合には役に立たない。というのは、この装置のインピーダンスは主として容量として作用するか又は少なくとも大きな容量性成分を有するからである。これによってランプ電極の電圧は高周波で振動し、国際公開第９４／２３４４２号パンフレットによればランプの効率を著しく低減させる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記の欠点を除去し、充分単極性のパルス電圧列を僅かな回路損失でもって発生させることのできる回路装置を提供することにある。さらに、主として容量性の負荷に関しても出来る限り平らなパルス波形を持つパルス電圧列が実現可能であるようにすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明によれば、帰還点として機能する入力端を有する帰還用エネルギー受入れ回路と、パルス変成器の二次巻線の１つの極に接続されると共に帰還点に接続された帰還用半導体ダイオードとから構成された帰還回路を備え、負荷及びパルス変成器から戻されるエネルギーは帰還用半導体ダイオードを通過して帰還点に供給され、帰還用エネルギー受入れ回路に受入れられ、その結果戻し相の期間中二次巻線の極の電位は帰還点の電位にクランプされる。
【００１１】
本発明の構成は請求項２以降に記載されている。
【００１２】
本発明の基本回路は充電回路と、放電回路と、パルス及び帰還回路とから構成される。
【００１３】
充電回路は、公知のように、充電インピーダンスと入力電圧に接続された充電コンデンサとの直列回路から構成される。充電インピーダンスはコイルとして構成されるのが有利である。充電インピーダンスとして抵抗を使用する場合に比べた利点は一方では損失電力が僅かである点である。他方では、充電コイル及び充電コンデンサを適切に設計することによって、入力電圧に対する充電コンデンサにおける電圧の共振を高めることができる。このことは高い電圧需要を持つ負荷の場合に有利である。
【００１４】
放電回路は充電コンデンサと、放電用半導体ダイオードと、パルス変成器の一次巻線と、高速スイッチ、好ましくはトランジスタ、特にＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ））とを含む。一次巻線及び高速スイッチは直列に相互に接続される。この直列回路は充電コンデンサに並列接続される。充電コンデンサがその電圧最大値に到達すると、スイッチが閉じられる。これによって、充電コンデンサは放電用半導体ダイオードを介してパルス変成器の一次巻線へ放電する。放電用半導体ダイオードはパルス変成器又はこれに接続された負荷から充電コンデンサへエネルギーが戻るのを阻止する。充電コンデンサが完全に放電すると、スイッチは損失電力を生ずることなく開き、充電コンデンサは充電コイルを介して新たに充電される。
【００１５】
パルス及び帰還回路は、パルス変成器の二次巻線と、二次巻線に接続された負荷、例えば誘電体妨害電極を持つ放電ランプと、この二次巻線の１つの極に接続されると共に帰還点に接続された帰還用半導体ダイオードとを含む。
【００１６】
帰還点は負荷から戻されたエネルギーをこの帰還点へ供給することができるように選定される。この帰還点としては基準電位に接続された帰還用エネルギー受入れ回路の入力端が使われる。基準電位としては例えばアース電位が適している。制御可能な半導体スイッチ、例えばトランジスタを高速スイッチとして使用する場合、このスイッチを同様にアース電位に接続すると有利である。これは当該制御端子（例えばベース端子又はゲート端子）の配線を簡単にする。というのは、制御回路及び半導体スイッチは共通のアース電位に関係付けられるからである。さらに、この様式の制御回路は擾乱を比較的僅かしか受けない。一次巻線及び二次巻線の各１極が同様にアース電位に接続されることによって、パルス変成器の出力端におけるパルス列の基準電位としてアース電位が確定される。
【００１７】
スイッチが閉じている間、充電コンデンサのエネルギーはパルス変成器によって負荷に伝送される。このパルス変成器及び負荷から戻されたエネルギーは帰還用半導体ダイオードを通過して帰還点に供給され、帰還用エネルギー受入れ回路に受入れられる。これによって、戻し相の期間中、二次巻線の“熱い”極の電位は帰還点の電位にクランプされる。
【００１８】
帰還用エネルギー受入れ回路は蓄積素子、例えば、戻されたエネルギーを蓄積するコンデンサ、又は戻された電気エネルギーを他のエネルギー形態、例えば熱に変換する変換器素子を含む。散逸性の変換器素子としては最も簡単な場合基準電位例えばアースに接続された抵抗が適している。この解決策の欠点は抵抗での電圧降下に基づいて帰還電位が影響を受ける点である。
【００１９】
特に優れた実施形態においては、バッファコンデンサが回路装置の入力端に並列接続される。これによって、帰還点は有利な一定の入力電位に置かれる。この方法の他の利点は、戻されたエネルギーが充電コンデンサの充電に一緒に使用される点である。それゆえ、バッファコンデンサにはこの場合変換器素子として抵抗が並列接続されない。バッファコンデンサはむしろ戻されたエネルギーの一時蓄積素子として使われる。バッファコンデンサと充電コイルとの間に接続された充電用半導体ダイオードは充電コンデンサからのエネルギーの戻りを阻止する。
【００２０】
【実施例】
次に本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２１】
図１には、誘電体妨害電極と２３０Ｖの電源電圧で２０Ｗの電力とを有する放電ランプＬの点灯装置の回路図が示されている。この装置は次の機能ブロック、すなわち、入力部Ｅと、後続のフライバックコンバータＳＷと、後続のパルス発生器ＩＧと、駆動回路Ａとから構成されている。パルス発生器ＩＧ（図１には破線で示されている）はこの回路装置の固有の特徴を有する部分であり、それゆえ以下においては特に詳細に説明する。入力部Ｅ、フライバックコンバータＳＷ、及び駆動回路Ａは公知の態様で形成され、それゆえ図１ではブロック図で概略的に示されている。
【００２２】
入力部Ｅは雑音防止及び整流器回路を含み、２３０Ｖの電源電圧を供給される。
【００２３】
後続のフライバックコンバータＳＷは電力調整器を備えた能動高調波フィルタとして使われる。その利点は一方では力率及び電源電流高調波のための、他方では電源電圧変動の際にランプの電力一定を図るための所定の限界値を守ることである。１９５Ｖと２５３Ｖの間の範囲で電源電圧変動が発生しても、ランプ電力は０．２Ｗ変化するだけである。ランプの公称入力が２０Ｗである場合これは１％の電力変化に相当する。フライバックコンバータＳＷを前置接続することの他の重要な根拠はパルス発生器ＩＧのために最大に許容可能な２００Ｖの入力電圧（アースに対する帰還点での電位に相当）である。この要求は電圧パルス間で最高２００Ｖの逆電圧を許容するランプの特に効率の良い点灯様式に基づいている。
【００２４】
駆動回路Ａは、主として、パルス発生器ＩＧ内で高速スイッチとして使われるＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ））Ｔ１を駆動するための矩形波発生器を含んでいる。駆動パルスは、例えばＷ．ヒルシュマン(Hirschmann)及びＡ．ハウエンシュタイン(Hauenstein)の著書「スイッチング電源（Ｓｃｈａｌｔｎｅｔｚｔｅｉｌｅ）」（シーメンス・アクチエンゲゼルシヤフト、１９９０年発行、第１７７頁、図４．９８ｄ参照）に掲載されている低インピーダンスのドライバーによってＩＧＢＴのゲートに供給される。このようにしてＩＧＢＴのスイッチング損失を最小にするのに必要である急峻なスイッチングエッジが得られる。
【００２５】
パルス発生器ＩＧの充電回路として、入力端に並列接続されたバッファコンデンサＣ１と、それに並列接続されダイオードＤ１、充電コイルＬ１及び充電コンデンサＣ２から成る直列回路とが機能している。２０Ｗのランプ電力のために充電コンデンサとしては１５ｎＦの理想的な値が判明した。２０μｓという所望の再充電時間のためにこれから充電コイルは約３ｍＨのインダクタンスとなる。
【００２６】
パルス発生器ＩＧの放電回路は、充電コンデンサＣ２に並列接続されパルス変成器ＴＲ１の一次巻線を備えたダイオードＤ２及びＩＧＢＴＴ１から成る直列回路によって構成されている。
【００２７】
パルス発生器ＩＧのパルス及び帰還回路は、パルス変成器ＴＲ１の二次巻線と、負荷として機能しかつこの二次巻線に接続され誘電体妨害電極を備えた２０ＷランプＬと、直列に接続され帰還用半導体ダイオードとして機能する３個のダイオードＤ３〜Ｄ５と、ここでは帰還用エネルギー受入れ回路として機能するバッファコンデンサＣ１とを含んでいる。
【００２８】
パルス変成器ＴＲ１は６つの室を持つコイルボビンを有している。一次巻線は第１室に回されている。二次巻線は残りの５つの室に分割されている。それゆえ、４ｋＶの二次側ピーク電圧の場合、室当たりの最大電圧は８００Ｖに制限される。一次巻線及び二次巻線を異なった室に分離することによって、疎結合に基づいて平らなパルス形状が有利に得られる。パルス変成器ＴＲ１の一次巻線の１極はＩＧＢＴＴ１を介して回路装置の基準電位としての回路アースに接続され、パルス変成器ＴＲ１の二次巻線の１極は直接に回路装置の基準電位としての回路アースに接続されている。パルス変成器の巻回方向はランプ電極にアースに対して負の電圧パルスが発生するように実施される。このパルス変成器ＴＲ１の主要事項は表１に纏められている。
【００２９】
［表１］
パルス変成器ＴＲ１の仕様
鉄心材料                    Ｎ８７（シーメンス社）
巻線                一次              二次
室個数              １                ５
ターン数            ２０              ２３０
素線                ２０・０．１      ３０・０．０４
インダクタンス      １１０μＨ        １４ｍＨ
【００３０】
各２ｋＶの逆電圧を持つ３個の直列のダイオードＤ３〜Ｄ５によって帰還用半導体ダイオードを構成することの理由は、ランプＬに必要な約４ｋＶの電圧ピークをこのダイオードによって分割することである。直列回路Ｄ３〜Ｄ５は一方ではパルス変成器ＴＲ１の二次巻線の“熱い”極に接続され、他方では帰還点Ｒとして作用するバッファコンデンサＣ１と第１のダイオードＤ１との接続点に接続されている。これによって、戻し相の期間中、二次巻線の“熱い”極の電位は帰還点の電位、すなわち前置接続されたフライバックコンバータの出力電圧ＵE（約２００Ｖ）にクランプされる。他方のダイオードＤ６は前置接続されたフライバックコンバータＳＷの出力端への帰還電流の流出を阻止する。
【００３１】
ＩＧＢＴＴ１の導通相の期間中、その都度充電コンデンサＣ２のエネルギーはパルス変成器によってランプＬへ伝送される。ランプＬから返されてパルス変成器ＴＲ１内に蓄積されたエネルギーは帰還ダイオードＤ３〜Ｄ５を介してバッファコンデンサＣ１内へ供給され、その後充電サイクルの間充電コンデンサＣ２で使用される。
【００３２】
図１のパルス発生器ＩＧ用に使用された部品は次の表２に纏められている。
【００３３】
［表２］
図１のパルス発生器ＩＧ用に使用された部品のリスト
Ｃ１              ４７μＦ
Ｃ２              １５ｎＦ
Ｄ１              ＵＦ４００７
Ｄ２              １Ｎ４９３６
Ｄ３              ＢＹＴ０１４００
Ｄ４〜Ｄ６        ＲＧＰ０２−２０Ｅ
Ｌ１              ３ｍＨ
Ｔ１              ＧＢ３０Ｕ
ＴＲ１            表１参照
【００３４】
図２ａ及び図２ｂは図１に示されたランプＬの電極で測定された電圧もしくはダイオードＤ３〜Ｄ５を流れるその電圧に関係した帰還電流（それぞれｙ軸）の時間的変化（経過する時間はｘ軸の正方向に相当する）を示す。約０Ｖで始まった電極間電圧は時点１で急激に増大し（図２ａ参照）、約０．５μｓ後の時点２で約−３．５ｋＶの最大値に到達し、続いて同様に急激に低下する。時点３で電圧は既にその零値を通過し、時点４に至るまでパルス発生器ＩＧの入力端の電圧にクランプされる（約２００Ｖ）。その後、電極電圧は時点５に至るまでほぼ０Ｖの大きさである。時点１と時点３との間の相はそれぞれのパルス相に相当し、約２μｓ続く。休止相はそれぞれ時点３と時点５との間の期間に相当し、それぞれ約３８μｓの大きさである。これから約４０μｓの各電圧パルスの相互時間間隔が生じ、これは２５ｋＨのパルス繰返し周波数に相当する。
【００３５】
時点３で戻し相が開始し、これは帰還電流の急激な増大で検知可能である（図２ｂ参照）。帰還電流は０Ａの値で開始し、最大値に到達後直線的に始めの値に低減し時点４で再び初期値に達する。これによって戻し相が終了する。
【００３６】
時点５は時点１の状況に相当し、新たな電圧パルスが開始する。電極電圧及び帰還電流のための上述のサイクルは回路装置が作動している間は繰返される。
【００３７】
本発明は上述した実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ランプの点灯のための本発明による回路装置の接続図である。
【図２】  図１に示されたランプの電極で測定された電圧及びこの電圧に関係する帰還電流の時間的変化を示し、ａは電圧の時間的変化を示す概略図、ｂは電圧に関係する帰還電流の時間的変化を示す概略図である。
【符号の説明】
Ｅ  入力部
ＳＷ  フライバックコンバータ
ＩＧ  パルス発生器
Ａ  駆動回路
Ｌ  ランプ
Ｃ１  バッファコンデンサ
Ｃ２  充電コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２  ダイオード
Ｄ３〜Ｄ５  帰還ダイオード
Ｄ６  ダイオード
Ｌ１  充電コイル
ＴＲ１  パルス変成器
Ｔ１  絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ
【図１】
0003764231.tif 000002
【図２】
0003764231.tif 000003