JPH07507917A - インバータおよび昇圧変換器の双方に共通なトランジスタを有する蛍光灯に給電するための回路およびこのような回路を作動させるための方法 - Google Patents

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】 インバータおよび昇圧変換器の双方に共通なトランジスタを有する蛍光灯に給電 するための回路 およびこのような回路を作動させるための方法発明の背景 蛍光灯は、約３０ＫＨｚ　（キロヘルツ）の周波数のＡＣ（交流）電力によって 駆動される場合に、Ｒも効率よく動作する。標準の配電システムによって効率的 に動作させるには。

５０Ｈ２（ヘルツ）ないし６０ＨｚのＡＣＣ電電力、より高い周波数のＡＣ電力 に変換しなければならない。

蛍光灯に給電する電子安定器（ｂａｌｌａｓｔ）は、このような変換を行うもの である。低周波数のＡＣ電力をより高い周波数のＡＣ電力に変換すると同時に、 安定器は低い力率（ＰＦ：ｐｏｗｅｒ　ｆａｃｔｏｒ）を有すると共に、入力Ａ Ｃ線には全高周波歪み（Ｔ　ＨＤ　：　ｔｏｔａｌ　ｂｓｒｍｏｎｉｃ　ｄｉｓ ｔｏｒｔｉｏｎ）を殆ど生じないことが必要とされる。

これらの条件を満足するために、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換するための整流器と 、ＤＣ電力の電圧を線のピークより高く上昇させると共に力率の補正を行う昇圧 変換器、および昇圧されたＤＣ電力を３０ＫＨｚ程度のＡＣ電力に変換するイン バータとを有する。電子安定器が設計された。

前記昇圧変換器は、昇圧インダクタと、スイッチとして動作するトランジスタと で構成されている。トランジスタは。

５０％のデユーティ・サイクルで動作する。昇圧変換器の出力は、半ブリツジ２ トランジスタ・インバータ（ｈａｌｆ−ｂｒｉｄｇｅ　ｔｗｏ　ｔｒａｎｓｉｓ ｔｏｒ　１ｎｖｅｒｔｅｒ）に接続される。

半ブリッジ・インバータの出力は、変圧器を介して、蛍光灯を駆動する。

インバータに結合される昇圧器の通常の形態には、３つのハワー・トランジスタ が妃・要とされる。その結果１回路は多数の部品を有することとなり、？Ｉ雑性 が増大すると共に１組立コストも上昇する。

図面の簡単な説明 第１図は、ガス放電灯に給電するための回路である。

好適実施例の詳細な説明 ［１図を参照すると、端子１００，１０２は、６０Ｈｚ程度の比較的低い周波数 である。第１周波数のＡＣ電力を受ける。整流器＋０４が、このＡＣ電力を単極 パルスＤＣ電力に変換する。整ＦＩＬ器＋０４は５全波ブリツジ整ＦＩＬ器とす ることができる。

コンデンサ１０６が、！２流器１０４の出力端子間に接続されている。（コンデ ンサは、端子１００．１０２間とすることもできる。）コンデンサ＋０６は、昇 圧インダクタ＋０８のための低インピーダンス電流である。昇圧インダクタ１０ ８は、コンデンサ＋０６からのエネルギを蓄積し、回路の残りの部分にそのエネ ルギを放出する。昇圧インダクタ１０８とノード１１２との間に結合された。保 護用ダイオードＩｌＯは、電流がインダクタ１０８を通じて残りの回路に逆流す るのを防止する。

半ブリッジ・インバータ１１３は、２つのスイッチング回路１１４，１１６を有 する。スイッチング回路１１４，１１６は、並列共振駆動トランジスタ１５０， １５２を有する。

しかしながら、トランジスタ１５０，１５２は、直列共振タンク（ｓｅｒｉｅｓ 　ｒｅｓｏｎａｎｔ　ｔａｎｋ）回路によって駆動することもできる。

スイッチング回路１１４は、トランジスタ１１８（ここではバイポーラ接合型ト ランジスタ（ＢＪＴ）として示されている）から成るが、電界効果トランジスタ （ＦＥＴ）にすることも容易である）、トランジスタ＋１８のコレクタは、上側 レール＋１９に接続され、エミッタはノートｌ　１２に接続されている。ノード １１２は、半ブリッジ・インバータのトランジスタ接合部である。トランジスタ １１８のベースは、抵抗器＋２２とｍ１ｌｌ二次巻１１１２４とに並列なコンデ ンサ１２０を含む、並列共振ネットワークに結合されている。ダイオード１２５ は、抵抗器＋２２と並列となっている。１に次巻ｉｌｌ　２４は変圧器１２６か らのものである。

スイッチ１１６は、スイッチ＋１４と同様に構成されている。トランジスタ１２ ８のコレクタはノード１１２に結合されている。ノード１１２の電圧は、上側レ ール＋１９と下側レール１３０との間の全電圧の半分である。トランジスタ１２ ８のベースは、コンデンサ１３２．抵抗器１３４．および第２二次巻線（ｓｅｃ ｏｎｄａｒｙ　ｗｉｎｄｉｎｇ）＋　３６から成る並列共ｔｉｔ　？−ントワー クに接続されている。ダイオード１３５は、抵抗器１３４と並列となっている。

ノード１１２は、スイッチング回路１１４、スイッチング回路１１６．および保 護用ダイオード１１０の間の接合部となっている。また、ノード１１２は、変圧 器＋２６の一次巻線にも結合される。第２二次巻線１３６の極性は反対位相であ り、−力筒に次巻線１２４は同相である。

したがって　′＠ｌ極性の電流がベース駆動トランジスタの一次巻線を流れると 、トランジスタ＋１８はオンとなり、トランジスタ１２８はオフとなる。逆相の 電流が変圧器１２６の一次を線を通過すると、トランジスタ＋１８はオフとなり 。

トランジスタ＋２８はオンとなる。

変圧器＋２６の一次巻線は、変圧器＋４０に結合されている。変圧１１４０の一 次巻線は、コンデンサ１４２と並列であり、並列共振ネットワークを形成する。

変圧器１４０の二次巻線は灯＋４４を駆動する。灯１４４を通過する電力は。

３０　Ｋ　＋−１ｚ程度の第２Ｐ１波数である。

コンデンサ１４６が、変圧器＋４０の一次巻線を上側レール＋１９に結合し　一 方コンデンサ＋４８が、変圧器の一次巻線を下側レール１３０に結合している。

電解コンデンサ＋５０が、上側レール＋１９を下側レール＋３０に結合している 。ダイオード１５０，１５２は、それぞれトランジスタ１１８．１２８のコレク タとエミッタとの間に結合されている。ノード１１２とレール１１９，１３０と の間の電圧によってトランジスタ１１８．１２８のエミッタからコレクタに電流 が流れる時はいつでも、ダイオード１５０．１５２がトランジスタ１１８，１２ ８周囲に電流を通過させる。

スイッチング回路１１６．昇圧インダクタ１０８およびダイオード＋５０は、昇 圧変換器！１５を形成する。トランジスタ＋２８は、昇圧変換器１１５および半 ブリッジ・イン／（−夕１１３の構成物である。

トランジスタ１１８．１２８のデユーティ・サイクルは。

ＡＣ線の電圧に応じて変動する。スイッチ１１８のスイッチ＋２８に対するデユ ーティ・サイクルの比は、線電圧がピークの時に、約５：４である。線電圧が０ に低下すると、デユーティ・サイクルの比は約ｌ：ｌとなる。

スイッチ１１８，１２８のデユーティ・サイクルの比が。

ＡＣ線電力の全サイクルにわたってｌ；ｌである場合、短期間に過剰なエネルギ が蓄積され放出されるので、その結果灯電流が過剰となる。この問題は、通常昇 圧インダクタ１０８のインダクタンスを増加させるか、または電解コンデンサ１ ５１の容量を減少させることによって、或は双方によって。

補正される。しかしながら、これによってＡＣ線に課されているＴＨＤを増大さ せることになる。

トランジスタ１１８．１２８のデユーティ・サイクルを、線電圧の間数として変 化させることによって１回路のＴＨＤまたはＰＦに悪影響を与えることなく、適 正な灯電流を保持することができる。

トランジスタ１１８，１２８のデユーティ・サイクｊし番よ。

線電圧の瞬時値に応じて変化する。線電圧がゼロの時、トランジスタ１１８，１ ２８のデユーティ・サイクルの比は約１：１である。Ｉｌ電圧がピークの時、こ の比は約５；４となる。

デユーティ・サイクルの比は昇圧インダクタに蓄積されるエネルギ量を制限する ので、回路が過剰駆動されることはない。

線電圧がほぼゼロの時の前記回路の動作は直線的である。

電解コンデンサ１５＋に蓄積されているエネルギが、スイッチング回路１１４， １１６の交互動作によって、変圧１１４０に放出される。

線電圧がゼロでない時、前記回路は差動的に動作する。トランジスタ１２８がオ フになると、昇圧インダクタ＋０８に蓄積されているエネルギは、ダイオード１ １０．１５０を順方向にバイアスするので、電解コンデンサ１５１を充電する。

これら２つのダイオードは順方向にバイアスされているので。

ノーＦ　Ｉ　１２は上側レール１１９よりも、ｌダイオード電圧降下だけ高くな る。トランジスタ！１８がオンになっても。

トランジスタ１１８には電流は流れない。

昇圧インダクタ１０８は電源として作用するので、タンク回路２００を通過する 電流は、線電圧が最低の時と同じピークに到達することはない。

トランジスタ＋２８がオンの時、電流はより高いピークに達するので、共振イン ダクタのボルト本時間の平衡が短期間となり、このため、トランジスタ１２８の デユーティ・サイクルはトランジスタ＋１８よりも短くなる。

このように、前記トランジスタのオン時間が線電圧と共に動的に変化する。トラ ンジスタ１２８のオン時間は、トランジスタ＋１８のオン時間が長くなるに連れ て短くなり、トランジスタ１２８のオン時間は、線電圧が高くなるに連れて短（ なる。

第１図に示す回路が自己規制共振タンク回路を用いて、トランジスタ１１８，１ ２８を駆動する時、パルス幅変調駆動部によってトランジスタ１１８，１２８を 制御することもできる。このような駆動部は、線電圧に同期して、トランジスタ １１８，１２８の温時間を変化させる。線上の電圧が最大に近い時、駆動部はト ランジスタのオンの期間を短縮し、線上の電圧がゼロに近い時は、トランジスタ のオンの期間は長くなる。

このような回路の力率の補正は、非常に良好である。０゜９５を越える力率も可 能である。ＡＣ線から引かれた電流の力率は０．９５であり、前記回路は、電力 用ＦＥＴによる電流モードｌｌｉ制御ＩＣを用いた回路と同程度のものとなる。

したがって、前記回路は、電力用ＦＥＴ、ＩＣおよび前記ＦＥＴを駆動するため の付随する構成物を除去することができるのである。

第２図 時間−一一一一一一中 時間一一一一一一一一◆ 第４図 時間

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．第１周波数のＡＣ電源によって蛍光灯に給電するための回路であって： 前記第１周波数のＡＣ電源に結合されている整流器；２つのトランジスタから成 り、一方のトランジスタのエミッタが他方のトランジスタのコレクタに結合され て、トランジスタ接合部を形成すると共に、第２周波数のＡＣ電力出力が前記蛍 光灯に結合されている、半ブリッジ・インバータ；から成り、 前記整流器はインダクタによって前記トランジスタ接合部に結合されることを特 徴とする回路。
2. ２．請求項１において、更に、前記２つのトランジスタの各々のオン時間を制御 するための制御手段を含むことを特徴とする回路。
3. ３．請求項１において、前記２つのトランジスタのオン時間を制御するための制 御手段は、自己共振回路であることを特徴とする前記回路。
4. ４．請求項２において、前記ダイオードは、前記インダクタと前記半ブリッジ・ インバータとの間に結合されることを特徴とする回路。
5. ５．請求項２において．前記制御手段は、前記ＡＣ電源の電圧に同期した、パル ス幅変調回路であることを特徴とする回路。
6. ６．請求項２において．前記２つのトランジスタは、第１トランジスタと第２ト ランジスタであり、各トランジスタはオン時間を有し、前記パルス幅変調制御回 路は、前記第１トランジスタのオン時間が前記第２トランジスタのオン時間より も長くなるように、各トランジスタのオン時間を制御することを特徴とする回路 。
7. ７．請求項２において、前記制御手段は、前記第１周波数のＡＣ電力の電圧に応 答して、前記トランジスタに対するオン時間を変化させることを特徴とする回路 。
8. ８．請求項２において、前記制御手段は、前記第１トランジスタのオン時間が前 記第２トランジスタのオン時間よりも長くなるように、前記第１トランジスタお よび前記第２トランジスタのオン時間を制御することを特徴とする回路。
9. ９．請求項８において、前記第２トランジスタのオン時間に対する前記第１トラ ンジスタのオン時間の比は、前記第１周波数のＡＣ電力の電圧が最大の時に約５ ：４であり、前記第１周波数のＡＣ電力の電圧がゼロに近い時に約１：１である ことを特徴とする回路。
10. １０．第１周波数のＡＣ電源によって蛍光灯に給電する方法であって： 前記ＡＣ電力をＤＣ電力に整流するステップ；前記ＤＣ電力を蓄積するステップ ； 前記蓄積したＤＣ電力を、第２周波数のＡＣ電力として放出するステップ； 前記第２周波数のＡＣ電力で、前記灯を付勢するステップ；前記第２周波数のＡ Ｃ電力の振幅および周期を、前記第１周波数のＡＣ電力の瞬時電圧の関数として 、動的に変化させるステップ； から成ることを特徴とする方法。
11. １１．請求項１０において、前記ＤＣ電力はインダクタに蓄積されることを特徴 とする方法。
12. １２．請求項１１において、前記第２周波数のＡＣの振幅および周期を、前記第 １周波数のＡＣ電力の瞬時電圧の間数として、動的に変化させるステップは、前 記第１周波数のＡＣ電力の瞬時電圧が最低値付近にある時に、前記第２周波数の ＡＣ電力の振幅および周期が最大となるようにすることを特徴とする方法。
13. １３．第１周波数のＡＣ電源によって蛍光灯に給電する回路であって； 前記ＡＣ電力源に結合されている整流器；前記整流器に結合され、昇圧変換トラ ンジスタを有する昇圧変換器； 前記昇圧変換器に結合され、少なくとも１つのインバータ・トランジスタを有し 、出力が前記蛍光灯に結合され該蛍光灯を付勢するインバータ； から成り、 前記昇圧変換トランジスタと、少なくとも１つのインバータ・トランジスタは、 同一トランジスタであることを特徴とする回路。
14. １４．請求項１３において、前記インバータは２つのインバータ・トランジスタ を有することを特徴とする回路。
15. １５．請求項１３において、前記昇圧変換器は、インダクタを介して、前記イン バータに結合されていることを特徴とする回路。