JP2004512662A - ライン電流を連続導通させる電子安定器 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで簡単に製造可能な、ライン電流が連続的に伝導する電子安定器を提供する。
【解決手段】ランプの動作を制御する安定器には正側バス電圧ラインとグランド基準ラインが含まれる。入力部は電源に接続され、また、正側バス電圧ラインとグランド基準ラインに接続される。バスと共振ネットワークに接続された相補形ペア・スイッチはゲート駆動ネットワークによって制御される。ゲート駆動ネットワークが受けたフィードバック信号は変圧器に与えられて、レシーバと、さらに処理された信号を使って一連のスイッチの動作が制御される。トライアック・ディマーは電源と、照明制御性能を備える入力部の間に接続される。共振ネットワークには、共振ネットワークと、正側バス電圧ラインとグランド基準ラインのうちの少なくとも１つに接続された第１の共振コンデンサが含まれる。第２の共振コンデンサは、第１の共振コンデンサと入力部に接続される。第２の共振コンデンサからの共振電流のうちの少なくとも一部は入力部に供給されるので、トライアック最低保持電流を十分に維持できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の背景】
本発明は、ランプに電力を供給する電子安定器に関し、特に、照明の位相制御を適切に行うことで全高周波歪（ＴＨＤ）が低くて波高因子を備え、また、高パワー因子を備えることも可能な低コストの電子安定器に関する。
しかしながら、本発明を関連する照明環境とアプリケーションに有利に利用できることを理解されたい。
【０００２】
米国特許第５，９９４，８４８号には、電子安定器システムについて一般的に開示されている。パワーフィードバック回路は、負荷照明制御レベルの区間でトライアック（Ｔｒｉａｃ）から引き出す電流レベルを、トライアック保持電流の少なくとも１つのレベルに維持することを支援する。高周波の方形波信号を、インバータに供給する単一方向信号に変換する一対のダイオードを接合する接合部にフィードバック回路が備えられる。低照明レベル時に、バッファ・コンデンサにかかる過電圧が最小化される。
【０００３】
‘８４８特許では、低照明レベル区間でトライアック保持電流を供給するための１つの解決方法を提案しているが、引用した特許の動作に必要な回路は複雑なものである。特に、駆動回路は、ゼロスイッチング電圧を維持するためにスイッチング素子間に長い不感時間と遅れ／誘導電流を提供する必要がある。さらに、８４８で記述された回路は、全負荷時にスイッチング素子に過度のストレスを与えて、低照明レベルで必要な保持電流を下回る電流を送る可能性があり、また、制御用ＩＣ（集積回路）を使う必要もある。
【０００４】
従って、低照明レベル区間に、低コストで簡単に製造可能な実践的で費用のかからない方法を使って十分なトライアック保持電流を維持する電子安定器の開発が望まれている。また、そのような回路は高い信頼性をもつべきである。
【０００５】
【発明の概要】
電子安定器は、電子安定器に接続されたランプの動作を制御するために電源からの入力を受けるように構成される。安定器には、正側バス電圧ラインとグランド基準ラインが含まれる。入力部は電源に、即ち、正側バス電圧ラインとグランド基準ラインに接続されている。バスとグランドと共振ネットワークに接続された相補形スイッチペアは、ゲート駆動ネットワークによって制御される。ゲート駆動ネットワークは、変圧器に与えられるフィードバック信号を受け、受け取って処理された信号を使って一連のスイッチの動作を制御する。トライアック・ディマーは、照明制御能力をもたせるために電源と入力部間に接続される。共振ネットワークには、共振ネットワークに接続され、また、正側バス電圧とグランド基準ラインのうちの少なくとも１つに接続された少なくとも第１の共振コンデンサが含まれる。第２の共振コンデンサは、第１の共振コンデンサと入力部に接続される。第２の共振コンデンサからの共振電流の少なくとも一部は、入力部に戻される。入力部に戻された共振電流の一部は、トライアック最低保持電流を維持するために十分なものである。本発明の別の実施形態では、電流の一部が入力回路に供給されるように、ランプは安定器回路内で接続される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、ＡＣ入力部１２から電力が供給され、一実施形態では小型蛍光灯等の放電ランプで良好なランプ１４の照明と制御を行う電子安定器回路１０を示す。図１は本発明のランプ１４の２つの構造を示していることに注目されたい。しかしながら、使用の際は一度に１つのランプだけを接続するものとしている。従って、ランプ１４は、別の接続技術を示すために破線で描かれている。ＡＣ源１２からの入力は、ダイオード１８−２４によって構成される整流器１６によって整流される。インダクタ３０とコンデンサ３２を備えるＥＭＩフィルタとトライアック・ディマー回路２６は、ＡＣ源１２と整流器１６に接続される。
【０００７】
スイッチ３４、３６を備えるＮ／Ｐチャネル相補形ペア・スイッチングネットワークが提供され、従来のクラスＤ動作モードで機能する。スイッチングネットワーク３４、３６は、連結された変圧器の巻線４４，４６に接続されたインダクタ４２とゲート駆動コンデンサ４０の構造を備えるゲート駆動回路３８によって駆動される。共振スイッチング周波数を決定する共振用トランジスタ回路が、駆動用コンデンサ４０とインダクタ４２と共振回路巻線４６とフィードバック巻線４４と共振コンデンサ４８、５０、５２とランプ１４の組み合わせによって規定される。共振コンデンサ５０が正側バス電圧ライン５４に接続されていることが示されていることに注目されたい。しかしながら、別の実施形態では、破線で示されているように、コンデンサ５０をグランド基準ライン５６に接続することもできる。充電用コンデンサ５８は、ＡＣ源１２によって、また、コンデンサ５２の共振フィードバック電流によって充電されるように接続される。図１には示されていないが、（スイッチ３４、３６それぞれの）源６０、６２は、例えば、Ｎｅｒｏｎｅの米国特許第５，９６５，９８５号によって教授された相補形スイッチングコンバータを動作させるために本技術分野で周知の方法で接続されている。
【０００８】
特に、特定の実施形態については図２に注目がいく。ここでは、グランド基準ライン５６にランプ１４が接続されていることが示されている。本実施形態では、共振コンデンサは、共振コンデンサ５０，５２に分けられる。また、共振コンデンサ５０が正バス電圧ライン５４かグランド基準ライン５６のいずれか一方に接続されていることが示されている。本回路は、どちらの構成でも効率的に動作する。共振コンデンサをコンデンサ５０、５２に分けることによって、共振コンデンサ５２を、整流ダイオード２２，２４間に配置された接合部６４に接続することができる。この構成によって、共振回路からの共振電流の一部が整流器回路１６に戻される。これによって、ライン電流を連続的に送るために、トライアック保持電流を超える入力電流を流し続ける。上の構成では十分な電流を供給して、共振回路やスイッチ３４、３６に大きなストレスをかけることなくトライアック最低保持電流を維持することができる。別の方法で共振コンデンサ５２をダイオード１８、２２間に接続してもよいことを理解されたい。説明した回路設計によれば、回路の動作を維持するために必要なトライアック最低保持電流を維持するための高コストのゲート制御が不要になる。
【０００９】
図３は、ランプ１４をグランド基準ライン５６に接続しないが、共振コンデンサ５２と同様にダイオード２２，２４間のノード即ち接合部６４にそれが接続される一実施形態である。この構成によって、回路の入力部にフィードバック可能な有効電流を増加させ、高パワー因子の必要条件をもつ実施形態のための回路のパワー因子を改善することができる。単純なトライアック照明制御回路では、高パワー因子は必須の必要条件ではない。それどころか、これらの環境での主要な目標は、トライアック最低電流を維持することである。
【００１０】
図３の実施形態では、トライアック最低保持電流を維持するための入力電流が、入力電源１２から得られるだけでなく、コンデンサ５２から供給される共振電流の一部とランプ１４の電流からも得られる。
【００１１】
図４では特に選ばれた回路の動作が示されており、入力ラインの電流波形７０には２つの目立った部分とピーク充電電流部分７２と保持電流部分７４が含まれる。図４は、１５ｍｓ−６０ｍｓの区間に関連する波形を示す。ピークＡＣ入力源１２から充電電流７２が得られる。この時に、コンデンサ５８はＡＣ源１２から直接充電される。
【００１２】
保持電流７４は、ピーク充電電流の肩部７２で表される。この保持電流は、トライアックを動作状態に維持するために必要な少なくともトライアック最低保持電流に等しくなければならない。図２の回路１０の保持電流の値７４は、共振コンデンサ５２から得られる電流による。図３の回路１０の保持電流は、共振コンデンサ５２とランプ１４による。
【００１３】
整流器１６の動作は、回路の動作モードによって変わる。ピーク充電中は、ＡＣ源１２の正の半サイクルでダイオード１８、２４は同時に導通する。ＡＣ源１２の負の半サイクルでは、ダイオード２０とダイオード２２は同時に導通する。
【００１４】
保持電流区間のどの時点でも１つのダイオードだけが導通する。例えば、ＡＣ入力源が正の半サイクルであるときにダイオード１８は導通し、ダイオード２４はオフとなり、ダイオード２４が導通するときはダイオード１８はオフとなる。従って、動作中の４つのダイオードの中で、その４つのうちの１つのダイオードだけが保持電流区間で一度にアクティブになることができる。従って、ＡＣの負の半サイクルでダイオード２０がアクティブであるときは、ダイオード２２はインアクティブとなり、ダイオード２２がアクティブであるときはダイオード２０はインアクティブとなる。これらの実施形態ではダイオード１８−２４は高速リカバリ・ダイオードでよいことに注目されたい。
【００１５】
図３を再び注目すると、本実施形態では、共振コンデンサ５２とランプ１４はノード６４のダイオード２２、２４間にある入力回路に接続される。別の方法では、共振コンデンサ５２とランプ１４はダイオード１８、２０の間に接続される。この構成によって、良好な波高因子と低ＴＨＤを備えるトライアック最低保持電流を維持することに加えて、ランプ１４からの追加電流によって良好なパワー因子も得られる。
【００１６】
波形７０のピーク充電部分７２では、ＡＣ源１２からの入力はコンデンサ５８のバス電圧よりも大きい。従って、ＡＣ源１２は、電源ラインを介してコンデンサ５８を直接充電する。保持電流部分７４では、ＡＣ入力源１２はコンデンサ５８の充電値より低い値に落ちる。この点で、コンデンサ５２からの電流は入力電流の大部分を供給するものである。コンデンサ５２から供給される電流量は回路１０のその他の素子に関連するコンデンサの大きさに依存する。ＥＭＩフィルタ２８は、ＡＣ源１２の高周波数成分を確実に回路入力信号から除去する。
【００１７】
巻線４４，４６から形成される変圧器の巻数比は、回路の始動時点で適切なフィードバック電圧が得られる比である必要がある。
【００１８】
図４に戻って、波形７６はダイオード１８に流れる電流を示す。これからわかるように、波形のピーク充電部分７０ではダイオード１８を流れる電流がピーク８０になって、グランド基準８２を常に上回る。このことは、ダイオード１８が波形のピーク充電部分では導通状態にあることを意味する。ダイオード２４に流れる電流を示す波形７８も同様に働く。特に、波形のピーク充電部分７０でダイオード２４はオンになってピーク出力８４状態となってグランド基準８６を常に上回る。ダイオード１８、２４はライン電圧、即ち、ＡＣ源１２の出力時の負の半サイクルで導通することに注意されたい。ダイオード２０，２２についても、ＡＣ源１２の正の半サイクルで同様な波形が存在することを理解されたい。
【００１９】
波形７６、７８は、肩部８８，９０のそれぞれで（即ち、波形７０の保持電流部分７４で）オン／オフの切り換えが発生して、ダイオード１８、２４のそれぞれを流れる電流がオフ状態を示すグランド基準８２、８６に向かうことを示すものである。この動作は、ライン電流７０の保持電流部分７４でダイオード１８、２４のオン／オフのスイッチング動作が発生することを示す。
【００２０】
この動作については図５でより明確に示されており、これは図４の波形７０、７６、７８の肩部７４，８８，９０を拡大タイムライン（３２．４４ｍｓ−３２．８０ｍｓ）で示したものである。特に、ダイオード１８，２４のスイッチング動作に関する肩部８８，９０を観察すると、波形８８が高い９２と波形９０はグランド基準９４で低レベルになることがわかる。このことによって、整流器１６のダイオードの１つだけがアクティブになるように、ダイオード１８，２４のオン状態とオフ状態が交互にくる（波形７０が負の半サイクルであるときに、ダイオード２０、２２がインアクティブになるため）。
【００２１】
図６は、ライン電流７０がピーク充電モードであるときに、ピーク充電部分７２、８０、８４の波形を拡大したタイムライン（３１．２８ｍｓ−３１．４２ｍｓ）を示す。この区間では、ダイオード１８を流れる電流、即ち、波形８０と、ダイオード２４を流れる電流、即ち、波形８４がグランド基準であるときは、その両方の流れは一定である。ダイオード２４の波形部分８４はＡＣ部分を含むことに注意されたい。しかしながら、この波形はゼロアンペアのグランド基準に近づかない。ダイオード２４に流れる電流がＡＣ部分を備える理由は、それが共振電流の一部を受けるからであって、接合部６４で接続されるコンデンサ５２のおかげでダイオード１８にはＡＣ電流が流れない。
【００２２】
前述したように、図３で示された回路構成によってパワー因子が増加する。回路のパワー因子を増大させるために、図４の電流波形７０，７６，７８の肩部７４，８８，９０を大きくして波形をより正弦波形にする。より正弦波形になるように入力波形を大きくしてライン電圧と同相にすることによって、回路１０のパワー因子が増大する。この正弦波形を得るために、非ピーク充電モード時に働く入力電流を増加させる必要がある。電流を入力回路に送るためにランプ１４に接続すると、このランプの電流がコンデンサ５２からの入力電流に追加される。コンデンサ５２からの入力電流値をさらに増加させるために、共振電流をコンデンサ５０にもっと多く流すようにコンデンサ素子５０，５２のための選択値をその互いの関係の中で調整することができる。
【００２３】
従って、図３の回路は図２の回路と比較してパワー因子が増える。
【００２４】
本発明を好適な実施形態について説明した。本明細書を読んで理解することによって、その他のものに対する修正や変更を行うことも可能であることは明らかである。そのような全ての修正や変更が添付の請求項やそれと等価なものの範囲内にある限り、それらは本発明に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明の複数の基本的な素子を示したものであって、破線はオプションとしての構成を示す。
【図２】
図２は、本発明の第１の実施形態を示すが、そこではランプが回路のグランド基準に接続される。
【図３】
図３は、本発明の第２の実施形態を示すが、そこではランプが整流器の入力部に接続される。
【図４】
図４は、整流器のダイオードに流れる電流であるライン電流の波形である。
【図５】
図５は、拡大時間スケールで図４の波形の一部を示す。
【図６】
図６は、第３の時間スケールで図４の波形を示す。

Claims (14)

1. 電源１２からの入力を受け取って、電子安定器に接続されたランプ１４の動作を制御するように構成された電子安定器１０であって、
   正側バス電圧ライン５４と、
   グランド基準ライン５６と、
   前記電源１２と前記正側バス電圧ライン５４と前記グランド基準ライン５６に接続された入力部１６、２８と、
   スイッチングネットワーク３４、３６と、
   前記入力部１６，２８と前記スイッチングネットワーク３４，３６に接続された共振ネットワーク４０，４２，４４，４６，４８，５０，５２，１４であって、ゲート駆動ネットワーク３８は共振部から信号を受け取って、受け取った信号を使って前記スイッチングネットワーク３４、３６の動作を制御する、当該共振ネットワークと、
   共振スイッチングネットワーク４６であって、
   前記共振ネットワークと、前記正側バス電圧ライン５４と前記グランド基準ライン５６のうちの少なくとも１つに接続された第１の共振コンデンサ５０と、
   前記第１の共振コンデンサ５０と、前記入力部１６，２８に接続された第２の共振コンデンサ４８であって、前記第２の共振コンデンサ４８からの共振電流の少なくとも一部は前記入力部１６，２８に供給される、当該第２の共振コンデンサ４８を含む、当該共振スイッチングネットワークとを備える電子安定器。
2. 前記電源１２と前記入力部２８間に接続されるトライアック・ディマー２６をさらに備える、請求項１の発明。
3. 前記第１の共振コンデンサ５０と前記第２の共振コンデンサ４８の大きさは、前記第２の共振コンデンサ４８から入力部に共振電流から選ばれた一部を供給するために、互いの関係から決定される、請求項１の発明。
4. 前記ランプ１４の第１の端は、共振コンデンサ４８に接続され、第２の端はグランド基準ライン５６に接続される、請求項１の発明。
5. 前記ランプ１４は前記入力部１６，２８に直列接続されて、前記ランプ１４を流れる電流が前記入力部１６，２８に供給される、請求項１の発明。
6. 前記安定器１０は、ピーク充電モードとトライアック電流保持モードのうちの少なくとも１つで動作する、請求項６の発明。
7. 前記入力部１６，２８には全波整流ダイオードブリッジ１８−２４が含まれる、請求項１の発明。
8. 前記安定器１０は、ピーク充電モードとトライアック電流保持モードのうちの少なくとも１つで動作する、請求項７の発明。
9. 前記トライアック電流保持モードで動作中に、全波整流ダイオードブリッジ１８−２４のうちの１つのダイオードだけが一度に動作可能であるように前記安定器１０が構成される、請求項８の発明。
10. 電源１２からの入力を受け取って、電子安定器に接続されたランプ１４の動作を制御するように構成された電子安定器１０であって、
    正側バス電圧ライン５４と、
    グランド基準ライン５６と、
    前記電源１２と前記正側バス電圧ライン５４と前記グランド基準ライン５６に接続された入力部１６、２８であって、全波整流ダイオードブリッジ１８−２４を含む、当該入力部と、
    相補形ペアのスイッチングネットワーク３４、３６と、
    前記入力部１６，２８と前記スイッチングネットワーク３４，３６に接続された共振ネットワーク４０，４２，４４，４６，４８，５０，５２，１４であって、ゲート駆動ネットワーク３８は共振部から信号を受け取って、受け取った信号を使って前記スイッチングネットワーク３４、３６の動作を制御する、当該共振ネットワークと、
    前記共振ネットワークと、前記正側バス電圧ライン５４と前記グランド基準ライン５６のうちの少なくとも１つに接続された第１の共振コンデンサ５０と、
    前記第１の共振コンデンサ５０と、前記入力部１６，２８に接続された第２の共振コンデンサ４８であって、前記第２の共振コンデンサからの共振電流の少なくとも一部は前記入力部に供給され、前記共振電流の一部はトライアック最低保持電流を維持するために十分なものである、当該共振コンデンサを含む共振スイッチングネットワーク３８とを備える電子安定器。
11. 前記第１の共振コンデンサ５０と前記第２の共振コンデンサ４８の大きさは、前記第２の共振コンデンサから入力部に共振電流から選ばれた一部を供給するために、互いの関係から決定される、請求項１０の発明。
12. 前記ランプ１４の第１の端は共振コンデンサ９８に接続され、第２の端は前記グランド基準ライン５６に接続される、請求項１０の発明。
13. 前記ランプ１４は、前記入力部１６，２８に直列接続されるおんで、前記ランプ１４を流れる電流は前記入力部１６，２８に供給される、請求項１０の発明。
14. 前記入力部１６，２３には、全波整流ダイオードブリッジ１８−２４が含まれる、請求項１０の発明。

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