JP2005514688A

JP2005514688A - 低電圧出力付き電子安定器

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Publication number: JP2005514688A
Application number: JP2003556976A
Authority: JP
Inventors: イェーデュアルーオスカル; ホランデルヨナタン; オルロフディミトリー
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2005-05-19
Also published as: WO2003056537A1; CN1606899A; WO2003060619A1; JP2005515589A; US7019468B2; CN1605051A; WO2003056884A1; EP1459605A4; EP1459605A1; EP1466224A1; US20040257004A1; EP1459282A1; EP1466224A4; EP1459282A4; CN1606767A; JP2005514890A

Abstract

【課題】低電圧電力を高効率かつ良好に調整して供給可能なＨＩＤランプ用の電子安定器を提供する。
【解決手段】本発明は、低電圧出力付き高周波電子安定器を提供するものであり、この電子安定器は、所定電圧及び所定周波数の高電圧電力(234)を発生する高電圧電源(200)と、前記高電圧電力(234)に応答して低電圧駆動信号(240)を発生する低電圧マイクロコントローラ(214)と、前記高電圧電源(200)に動作的に結合され、前記低電圧駆動信号(240)に応答するスイッチ(216)とを具えている。スイッチ(216)の低電圧出力を用いて、バックアップ白熱ランプ(116)のような補助的な低電圧負荷(220)を駆動することができる。この低電圧出力は、ＨＩＤランプの電力に応答して、ＨＩＤランプが照明を行っていない際に、前記バックアップ白熱ランプ(116)に給電することができる。

Description

本発明の技術分野は高周波安定器システムであり、特に低電圧出力付き高周波安定器システムである。

水銀蒸気ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ、及び低圧ナトリウムランプのような高輝度放電（ＨＩＤ：High Intensity Discharge）ランプは、種々の照明に用いられている。ＨＩＤランプがより一般的になると共に、ＨＩＤランプ用の安定器が開発されてきた。

ＨＩＤランプ用の電子安定器についての１つの挑戦は、低電圧電力を高効率かつ良好に調整して供給することにある。ＨＩＤランプ用の電子安定器には、補助電源用の120Vタップを設けることが多い。このタップは、停電終了後にＨＩＤランプを再点灯するのを待つ間に必要なバックアップ（予備）照明用の給電、外部制御への給電、あるいは他の装置への給電に用いることができる。現在では、120Vタップは、変圧器または外部回路を通して、給電すべき装置に接続しなければならない。既知の電子タップは電圧調整が限定されており、そして電流波高率が高く電磁妨害が大きいために、補助電源から供給する装置の寿命を低下させることさえもあり得る。

上述した欠点を克服した、低電圧出力付き電子安定器が所望される。

本発明の１つの態様は、低電圧出力付き電子安定器を提供するものである。

本発明の他の態様は、電圧調整を改善した低電圧出力付き電子安定器を提供するものである。

本発明の他の態様は、電流波高率を低減して電磁妨害をより少なくした低電圧出力付き電子安定器を提供するものである。

本発明の、以上及び他の特徴及び利点は、以下の図面を参照した好適な実施例の詳細な説明より、一層明らかになる。これらの詳細な説明及び図面は本発明の範囲を限定するものではなく単なる例示であり、本発明の範囲は、請求項及びそれと等価なものによって限定される。

まず図５を参照して説明する。本発明は、低電圧出力付き高周波電子安定器を提供するものであり、この電子安定器は、所定電圧及び所定周波数の高電圧電力２３４を発生する高電圧電源２００、高電圧電力２３４の電圧及び電流に応答して低電圧駆動信号２４０を発生する低電圧マイクロコントローラ２１４、及び高電圧電源２００に動作的に結合されて低電圧駆動信号２４０に応答するスイッチ２１６を具えている。スイッチ２１６の低電圧出力を用いて、バックアップ白熱ランプ１１６のような補助的な低電圧負荷２２０を駆動することができる。この低電圧出力は、ＨＩＤランプの電力に応答して、ＨＩＤランプが照明を行っていない際に、バックアップ白熱ランプ１１６に給電することができる。

図１に、本発明により作製した電子安定器のブロック図を示す。図を明確にするために、ブロック間の接続は一部省略してある。電子安定器１００は、幹線電圧１２０によって給電される電源１１０、高輝度（ＨＩＤ）ランプ１４０に給電するランプ電力回路１３０、及び安定器制御回路１５０を具えている。電源１１０は電子安定器１００用の電力を調整し、ランプ電力回路１３０はＨＩＤランプ１４０に電力を送り、そして安定器制御回路１５０は電子安定器１００の動作を制御する。

電源１１０は、電源１１０の入力の所に電磁妨害（ＥＭＩ：Electro-magnetic interference）フィルタ１１２、バックアップ白熱ランプ１１６への給電用の120V電源１１４、力率修正（ＰＦＣ：Power Factor Correction）回路１１７、及び安定器制御回路１５０への給電用の補助低電圧電源１１８を具えている。ランプ電力回路１３０は、キャパシタ（コンデンサ）バンク１３４、共振半ブリッジ１３６、及び点弧回路１３８を具えている。安定器制御回路１５０は、減光回路１５２、力率修正（ＰＦＣ）制御回路１５４、マイクロコントローラ回路１５６、電力調整回路１５８、電流調整回路１６０、及び駆動回路１６２を具えている。

図２Ａ〜図２Ｃに、本発明により作製した低電圧出力付きの電子安定器用の電源の回路図を示す。図２Ａに示すように、幹線電圧を端子接続Ｘ１、Ｘ２、及びＸ３に供給する。幹線電圧は、約180Vから約350Vまで変化し得るが、通常は約200V〜277Vである。幹線電圧に接続されたＥＭＩフィルタ１１２は、変圧器Ｌ３、キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６、及びブリッジ整流器ＢＤ１を具えている。電流保護は、突入電流制限器ＲＴ１及び電圧抑制バリスタＲＶ１によって行うことができる。変圧器Ｌ３の後方から補助ライン電圧を引き出して、120V電源を幹線電圧信号Ｖmainsとして供給する。

図２Ｂに示す120V電源１１４は、200〜277VのＡux_Ｌine電力を120Vに降圧して、バックアップ白熱ランプに電力を供給する。ＨＩＤランプは、予熱段階中には低い光出力を有して、この光出力は、電力供給後の最初の約１分間生じる。ＨＩＤランプを最点弧可能にするには、その前に、通常約5〜15分間冷却する必要もある。バックアップ白熱ランプは、ＨＩＤランプが点灯していないか、あるいは低い光レベルで点灯している際の照明を行う。バックアップ白熱ランプは、ハロゲンランプか、あるいは他の所望の120Vランプとすることができる。120V電源１１４は、電子安定器が給電されていれば、いつでも給電することができる。120V電源１１４がバックアップ白熱ランプに給電する時点は、安定器制御回路からのＥＬＯＮ信号によって決まる。ＨＩＤランプの電力が、例えばＨＩＤランプの公称電力の半分のような所定の設定点未満である際に常に、ＥＬＯＮ信号がバックアップ白熱ランプをオン状態にして、このことは、ＨＩＤランプが十分な光を供給していないことを意味する。

120V電源１１４は、Ａux_Ｌine電圧信号に応答してＡux_Ｌineゼロ交差信号を供給する比較器回路と、Ａux_Ｌineゼロ交差信号及びＡux_Ｌine電圧振幅信号に応答して、120V駆動信号を供給する120Vマイクロコントローラと、120V駆動信号に応答して、バックアップ白熱ランプに120V電力を供給する120V駆動回路とを具えている。安定器制御回路からのＥＬＯＮ制御信号が、比較器回路及び120Vマイクロコントローラを切り換えて、バックアップ白熱ランプへの120V電力を必要に応じてオン状態及びオフ状態にする。

ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、及びＤ４から成る全ブリッジが、240〜277VのＡux_Ｌine電力を整流する。整流した信号は、電圧調整器（レギュレータ）Ｕ２によって調整した後に、Ａux_Ｌine基準信号として比較器Ｕ１に供給する。また整流した信号は、抵抗器Ｒ１及びＲ２から成る分圧器によって逓倍（スケーリング）した後に、可変のＡux_Ｌine電圧信号として比較器Ｕ１に供給する。比較器Ｕ１はＡux_Ｌine基準信号をＡux_Ｌine電圧信号と比較して、Ａux_Ｌineゼロ交差信号を120VマイクロコントローラＵ３に供給する。Ａux_Ｌineゼロ交差信号を用いてＡux_Ｌine周波数が決まる。

Ａux_Ｌine電力を、抵抗器Ｒ３及びＲ４から成る分圧器によって逓倍して、ダイオードＤ５、キャパシタＣ１０、及び抵抗器Ｒ３３及びＲ４４によってさらに調整した後に、Ａux_Ｌine電圧振幅信号として120VマイクロコントローラＵ３に供給する。

120VマイクロコントローラＵ３は、Ａux_Ｌineゼロ交差信号及びＡux_Ｌine電圧振幅信号を用いて、トライアックＱ１用の120V駆動信号を決定する。120VマイクロコントローラＵ３は、Ａux_Ｌine電圧振幅信号にもとづいて、Ａux_Ｌineゼロ交差信号が示すＡux_Ｌine周波数用に修正を加えて、プログラムしたルックアップテーブル（早見表）を用いて、トライアックＱ１の所望のタイミング／位相角を検索する。120V駆動信号は、変圧器Ｔ１を介してトライアックＱ１のスイッチングを行って、良好に調整した120Vの電力をバックアップ白熱ランプに供給する。120V電源１１４は、良好に調整した120V電力を供給して、これによりバックアップ白熱ランプの寿命を増加させて、バックアップ白熱ランプの過電圧保護を行う。

安定器制御回路からのＥＬＯＮ制御信号は、光絶縁器ＩＳＯ１の切り換え（スイッチング）を行って、バックアップ白熱ランプへの120V電力を必要に応じてオン状態及びオフ状態にする。120V電力をオフ状態にするためには、光絶縁器ＩＳＯ１が、比較器Ｕ１への基準電圧、及び120VマイクロコントローラＵ３の主クリアピンを接地する。

図２Ｃに、本発明により作製した電子安定器用の力率修正回路及び低電圧電源の回路図を示す。力率修正回路１１７は、ＥＭＩフィルタの出力電圧を受け取って、補助低電圧電源１１８及びランプ電力回路に供給する電力を増加させる。

力率修正回路１１７は、ランプ電力回路に供給するレール電圧を幹線電圧に対して調整して、固定のレール電圧を幹線電圧とは無関係に保持することによって生じる電力損失を低減する。力率修正回路１１７は、変圧器Ｔ２、スイッチＱ３、及びダイオードＤ１０から成る。幹線電圧信号Ｖmainsは抵抗器Ｒ１０を通過して、安定器制御回路内のＰＦＣ制御回路に幹線電圧信号Ｖmainsが供給される。ＰＦＣ制御回路は、幹線電圧信号Ｖmains、ＰＦＣ電流信号Ｉpfc、及びＰＦＣ電圧信号Ｖpfcを処理して、ＰＦＣゲート信号Ｇpfcを力率修正回路１１７に戻す。ＰＦＣゲート信号Ｇpfcは、出力電圧要求及び入力電流要求を共に満足するように、スイッチＱ３を周期的にスイッチングする。１つの実施例では、レール電圧Ｖrailを。特定の幹線電圧毎に別個の値に設定することができる。例えば、幹線電圧が約210〜255Vを下回る場合には、レール電圧を約400Vに設定することができる。同様に、約210〜255Vの幹線電圧及び約250Vを上回る幹線電圧に対しては、それぞれレール電圧を約450V及び約465〜480Vに設定することができる。ヒステリシスを用いて、幹線電圧の設定点付近で不用意に行われるレール電圧のスイッチングを防止することができる。特定用途に対して、異なる幹線電圧範囲及び異なるレール電圧が使用可能であることは、当業者にとって明らかである。変圧器Ｔ２は、変圧器Ｔ２の電流がゼロに達した時点を示すゼロ電流入力信号ＺＣinも、ＰＦＣ制御回路に供給する。変圧器Ｔ２は、Ｖdimm+及びＶdimm-を通して、安定器制御回路内の減光回路にも電力を供給する。力率修正回路１１７は、ＰＦＣ電圧信号Ｖpfc及び逓倍したＰＦＣ出力電圧信号Ｖpfによって、電圧信号を安定器制御回路に供給する。

補助低電圧電源１１８は、安定器制御回路の構成要素に電力を供給する。補助低電圧電源１１８は、力率修正回路１１７の出力から電力を取得して、スイッチトモード電源ＩＣＵ５を用いて、15Vのより低い電圧を発生する。電圧調整器（レギュレータ）Ｑ５は、スイッチトモード電源ＩＣＵ５からの出力を調整する。電圧調整器Ｑ５の出力は、Ｖccpfcラインを通してＰＦＣコントローラに電力を供給し、そして+15ラインを通して他の安定器制御回路の構成要素に電力を供給する。

図３に、本発明により作成した低電圧出力付き電子安定器用のランプ電力回路の回路図を示す。ランプ電力回路１３０は、キャパシタバンク１３４、共振半ブリッジ１３６、及び点弧器（イグナイタ）１３８を具えている。キャパシタバンク１３４はエネルギー・バッファ（一時蓄積器）として作用する。共振半ブリッジ１３６は、ＥＭＩフィルタから電力を受け取って、この電力を変換してＨＩＤランプを駆動する。点弧器１３８は、ＨＩＤランプの起動中に、ＨＩＤランプに高電圧を供給する。

力率修正回路の出力にあるキャパシタバンク１３４は、電解キャパシタＣ１５及びＣ１６から成る。共振半ブリッジ１３６は、スイッチＱ７、Ｑ９、インダクタＬ４、及びキャパシタＣ１７から成る。ＨＩＤランプへの電力は、インダクタＬ４及びキャパシタＣ１７のインピーダンス、及びそれぞれハイゲート信号Ｈgateとローゲート信号Ｌgateに応答してスイッチＱ７とＱ９を交互にスイッチングする周波数によって制御される。ハイゲート信号Ｈgate及びローゲート信号Ｌgate、及びそれぞれの信号に対する接地Ｈsource及びＬsourceは、安定器制御回路によって供給する。

共振半ブリッジ１３６からの信号も、安定器制御回路に情報を提供する。ランプ電力信号Ｐsense+は、抵抗器Ｒ１２の両端の電圧を測定することによって供給し、この信号は共振半ブリッジ１３６への電力入力を示す。検出したランプ電流信号Ｉsense+〜Ｉsense-は、インダクタＬ４及びキャパシタＣ１７と直列に設けた変圧器Ｔ３を通る電流を測定することによって供給する。ＨＩＤランプの電圧は、ランプ電力をランプ電流で除算することによって測定することができる。

点弧器１３８は、インダクタＬ４とキャパシタＣ１７との接続に動作的に接続したＤＣオフセット回路１３９、インダクタＬ４の２次巻線に動作的に接続したクランプ回路１３７、及びキャパシタＣ１９から成る。ＨＩＤランプの点弧電圧は、インダクタＬ４とキャパシタＣ１９による共振と、ＤＣオフセット回路１３９がキャパシタＣ１７に供給するＤＣオフセット電圧とが協働して発生する。この共振は第１高調波（基本波）の共振である。

ＤＣオフセット回路１３９は、ダイオードＤ１２、Ｄ１４、Ｄ１６、キャパシタＣ２１、Ｃ２３、Ｃ２５、抵抗器Ｒ１４、及びダイオードＤ１８から成る。ＤＣオフセット回路１３９は、ＤＣオフセット電圧をキャパシタＣ１７に供給して、点弧電圧を発生する間のスイッチＱ７及びＱ９の電流を低減する。ＤＣオフセット電圧の大きさは、インダクタ電圧の一定割合である。ＤＣオフセット電圧は、インダクタＬ４の共振電圧によって制御され、この共振電圧はインダクタＬ４を通る電流によって決まる。変圧器Ｔ３がインダクタＬ４を通る電流を測定して、検出したランプ電流Ｉsense+〜Ｉsense-を安定器制御回路内の安定器マイクロコントローラに供給する間に、フィードバックループが設けられる。安定器制御回路は、スイッチＱ７及びＱ９に至る信号Ｈgate、Ｌgate、Ｈsource、及びＬsourceの周波数掃引を制御する。ＤＣオフセット電圧は、特定用途に応じて約1kVから2.5kVまでの間に設定することができる。

インダクタＬ４の電圧を制御するためのハードウエア制御／制限回路も設ける。ハードウエア制御／制限回路は、コイルＬ６、ダイオードＤ２１、キャパシタＣ２７、抵抗器Ｒ１６、及びツェナーダイオードＤ２０から成る。コイルＬ６を通る電流が発生する電圧は、ダイオードＤ２１によって整流されて、キャパシタＣ２７によってフィルタ処理（濾波）されて、電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）フィードバック信号ＶＣＯfbが生成される。ＶＣＯフィードバック信号は、安定器制御回路内の電圧制御発振器（ＶＣＯ）に、フィードバック制御及び制限として供給して、安定器制御回路がインダクタＬ４の電圧を制御することを可能にする。１つの実施例では、コイルＬ６を飽和コイルにして、ダイオードＤ２４、Ｄ２５、Ｄ２６、及びＤ２７のスイッチングの影響を軽減する。

クランプ回路１３７は、インダクタＬ４の二次巻線、ダイオードＤ２４、Ｄ２５、Ｄ２６、Ｄ２７、キャパシタＣ２９、及びダイオードＤ２１から成る。クランプ回路１３７は、上記二次巻線電圧が過大である場合に導通し、これにより、インダクタＬ４の電圧を、回路接地より上のレール電圧に制限する。インダクタＬ４の二次巻線の巻線比を用いて、クランプ回路１３７が導通する電圧を設定することができる。

他の実施例では、安定器制御回路からの点弧信号に応答する点弧スイッチ（図示せず）を、キャパシタＣ１９と直列に設けることができる。この点弧スイッチは、安定器制御回路が、安定器制御回路に供給される制御情報にもとづいて、ＨＩＤランプの点弧をポジティブ制御（積極的な制御）することを可能にする。

図４Ａ〜図４Ｆに、本発明により作製した低電圧出力付き電子安定器用の安定器制御回路を示す。図４Ａに、本発明により作製した電子安定器用の減光回路の回路図を示す。アナログ減光信号は、手動あるいは自動で調整可能な入力信号であり、減光回路１５２がジャックＪ２で受信する。アナログ減光信号は0〜10Vとするか、あるいは特定用途に要求される他の電圧範囲とすることができる。安定器制御回路１５０内の減光回路１５２は、正温度係数（ＰＴＣ：Positive Temperature Coefficient）過電流プロテクタ（保護素子）ＲＴ２及びツェナーダイオードによって、ジャックＪ２における高電圧入力から保護されている。アナログ減光回路は電圧制御発振器（ＶＣＯ）Ｕ９に供給され、ＶＣＯＵ９はアナログ減光信号を、アナログ減光信号の電圧に比例した周波数を有する周波数減光信号Ｄimmに変換する。周波数減光信号Ｄimmは光結合器（光カプラ）ＩＳＯ１に供給されて、光結合器ＩＳＯ１は、減光回路１５２の出力をマイクロコントローラ回路から絶縁する。力率修正回路は、Ｖdimm+及びＶdimm-を通して減光回路１５２に電力を供給し、電圧調整器（レギュレータ）Ｕ７は電圧の安定化を行う。

図４Ｂに、本発明により製造した電子安定器用の安定器制御回路１５０内の力率修正（ＰＦＣ）制御回路１５４の回路図を示す。ＰＦＣ制御回路１５４は力率修正器Ｕ１０を用いて、力率修正回路からの幹線電圧信号Ｖmains、ＰＦＣ電流信号Ｉpfc、及びＰＦＣ電圧信号Ｖpfcを処理して、ＰＦＣゲート信号Ｇpfcを力率修正回路に戻す。ＰＦＣ制御回路１５４は、ＰＦＣ回路内の変圧器の電流がゼロに達した時点を示すゼロ電流入力信号Ｚcinを受信する。

特定の幹線電圧範囲に対する目標レール電圧は、抵抗器Ｒ２０、Ｒ２１、Ｒ２２、及びＲ２３の抵抗器アレイによって設定する。安定器マイクロコントローラは、幹線電圧信号Ｖmainsに応答して、電源力率電圧信号Ｖpf_3、Ｖpf_2、Ｖpf_1、及びＶpf_0を供給し、これらの信号は上記抵抗器アレイ内の種々の抵抗器を回路接地に切り換え接続する。抵抗器アレイは、可能なレール電圧に対応して異なる電圧を供給して、これらの電圧は、力率修正器Ｕ１０に至るＰＦＣ電圧信号Ｖpfcにバイアスを与える。

図４Ｃ及び図４Ｄに、本発明により作製した電子安定器用の、それぞれマイクロコントローラ回路の回路図、及び安定器マイクロコントローラの詳細図を示す。安定器マイクロコントローラＵ１２は、電子安定器及び安定器制御回路の主要な制御構成要素である。マイクロコントローラ回路１５６は、電子安定器全体の種々のパラメータについての情報を受信して、種々の構成要素に制御信号を供給する。発振器Ｙ１は、通常約4MHzの振動信号を安定器マイクロコントローラＵ１２に供給する。安定器マイクロコントローラＵ１２は、電力調整（レギュレーション）回路から5Vの電力を受けて、この電力調整回路は補助定電圧源から15Vの電力を受ける。ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read-only Memory：電気的に消去可能な読出し専用メモリー）Ｕ１４は、安定器マイクロコントローラＵ１２に供給される情報を記憶して、この情報は、電子安定器を適正な電力レベル、立上り電流、及び点弧電圧に調整するためのものである。

減光回路からの減光信号Ｄimmは、マイクロコントローラ回路１５６への入力信号であり、安定器マイクロコントローラＵ１２に向けられ、安定器マイクロコントローラＵ１２は、電力調整（レギュレーション）回路への電力基準信号Ｐrefを調整することによって、ＨＩＤランプへの電力を設定する。

掃引信号は、マイクロコントローラ回路１５６から駆動回路への出力であり、点弧中に、周波数を掃引して必要な電圧を発生するためのものである。掃引信号は、点弧電圧信号Ｖignの関数である。掃引信号は、定常状態の動作中にも、ランプ電流周波数を調整して安定性を向上させる。定常状態動作は、米国特許出願番号10/043,586に記載され、この特許出願は本願と同じ譲受人に譲渡され、参考文献として本明細書に含める。

電力基準信号Ｐrefは、安定器マイクロコントローラＵ１２からの出力であり、電力調整（レギュレーション）回路に電力基準信号を供給して、この電力基準信号を、検出して処理した電力信号と比較して、ＨＩＤランプの出力を調整する。電力基準信号Ｐrefは、測定したレール電圧Ｖpf及び検出した電力信号Ｐwrの関数であり、電力基準信号ＰrefによってＨＩＤランプの電力を制御する。電力基準信号Ｐrefは、周波数減光信号Ｄimm及びＥＥＰＲＯＭＵ１４からの較正制御定数の関数とすることもできる。

電源力率電圧信号Ｖpf_3、Ｖpf_2、Ｖpf_1、及びＶpf_0は、安定器マイクロコントローラＵ１２からの出力であり、ＰＦＣ制御回路内の抵抗器アレイを回路接地にして、目標のレール電圧を設定する。Ｖpf_3、Ｖpf_2、Ｖpf_1、及びＶpf_0の接地の仕方は、幹線電圧Ｖmainsの関数である。

Ｔx信号及びＲx信号は、ポートＪ１を通して、安定器マイクロコントローラＵ１２と電子安定器外部の装置との間で、ＲＳ２３２プロトコルを用いた通信を行うためのものである。

入力電圧信号Ｖmainsは、ＰＦＣ制御回路１５４から安定器マイクロコントローラＵ１２への入力であり、幹線電圧レベルを示す。入力電圧信号Ｖmainsによって、安定器マイクロコントローラＵ１２の、電源力率電圧信号Ｖpf_3、Ｖpf_2、Ｖpf_1、及びＶpf_0用の出力設定が決まる。

逓倍（スケーリング）したＰＦＣ出力電圧信号Ｖpfは、力率修正回路１１７から安定器マイクロコントローラＵ１２への入力であり、レール電圧を示す。

処理した電力信号Ｐwrは、電力調整（レギュレーション）回路から安定器マイクロコントローラＵ１２への入力であり、ＨＩＤランプへの電力を示す。処理した電力信号Ｐwrをランプ電流信号Ｉsense+で除算したものがＨＩＤランプ電圧を与える。処理した電力信号Ｐwr、逓倍したＰＦＣ出力電圧信号Ｖpf、及びＥＥＰＲＯＭＵ１４からの較正定数、及び減光信号Ｄimmを用いて、ＨＩＤランプの電力を制御する電力基準信号Ｐrefを決定する。

温度信号Ｔsは、マイクロコントローラ１５６の過電流保護素子ＲＴ３から安定器マイクロコントローラＵ１２への入力であり、電子安定器の温度を示す。温度信号Ｔsは、安定器マイクロコントローラＵ１２が、損傷を回避するために電子安定器を遮断すべきかを決定するために用いることができ：安定器コントローラＵ１２は、遮断（シャットダウン）信号ＳＤをトグルする（固定値に設定する）ことによって安定器を遮断する。

点弧電圧信号Ｖignは、点弧器から安定器マイクロコントローラＵ１２への入力であり、点弧用にＨＩＤランプに供給される電圧を示す。点弧電圧信号Ｖignは、安定器マイクロコントローラＵ１２が、掃引信号Ｓweepの大きさを測定してＨＩＤランプを起動するために用いることができる。

ランプ電流信号Ｉsense+は、電流調整（レギュレーション）回路から安定器マイクロコントローラＵ１２への入力であり、電圧調整回路は共振半ブリッジから信号を受信する。ランプ電流信号Ｉsense+はＨＩＤランプへの電流を示し、立上り電流制限信号Ｉwormを制御するために用いる。ランプ電流信号Ｉsense+は、ランプ電圧を計算するためにも使用し、ランプ電圧は、故障状態を判定するような機能のために用いることができる。

安定器マイクロコントローラＵ１２は、処理した電力信号Ｐwrをランプ電流信号Ｉsense+で除算することによって、ＨＩＤランプの電圧を測定することができる。安定器マイクロコントローラＵ１２は、処理した電力信号Ｐwr、電流信号Ｉsense+、及び計算したＨＩＤランプ電圧を用いて、ＨＩＤランプを制御するための電力基準信号Ｐrefの大きさを測定することができる。電力基準信号Ｐrefは、周波数減光信号Ｄimm及びEEPROM Ｕ１４からの較正定数の関数とすることもできる。

ＥＬＯＮ信号は、安定器マイクロコントローラＵ１２から120V電源への出力であり、120V電源がバックアップ白熱ランプに電力を供給する時点を決めるものである。安定器マイクロコントローラＵ１２へのＰwr信号によって示されるＨＩＤランプの電力が所定の設定点に達する毎に、ＥＬＯＮ信号はバックアップ白熱ランプをオフ状態にする。ＨＩＤランプの公称電力の約50%のような所定の設定点は、ランプが十分な光を供給する点を示すために用いることができる。

立上り電流制限信号Ｉwormは、安定器マイクロコントローラＵ１２から駆動回路の電圧制御発振器への出力である。立上り電流制限信号Ｉwormは、ランプ電流制限レベルを設定して、低いＨＩＤランプ電圧では、立上りランプ電流を制限するために必要である。立上り電流制限信号Ｉwormは、ＨＩＤランプへの電流を示すランプ電流信号Ｉsense+の関数である。

反転パワーオン信号−Ｐwr_Ｏnは、安定器マイクロコントローラＵ１２を初期化するためのパワーアップ／リセット（パワーオン・リセット）信号である。

シャットダウン（遮断）信号ＳＤは、安定器マイクロコントローラＵ１２から駆動回路のハイ側兼ロー側ドライバへの出力である。シャットダウン信号ＳＤは、ランプが点弧しない、ランプ電圧が範囲外である、安定器温度が高い、及び幹線電圧が低いことのような故障状態時にＨＩＤランプをオフ状態にする。

図４Ｅに、本発明により作製した電子安定器用の電力調整（レギュレーション）回路１５８及び電流調整回路１６０の回路図を示す。電力調整回路１５８は、検出したランプ電力信号を電力基準信号と比較して、電力誤差信号を決定して、電力誤差信号は電流調整回路１６０に送られる。電流調整回路１６０は、電力誤差信号及び検出したランプ電流を用いて、総誤差信号を決定して、総誤差信号は駆動回路１６２に送られる。

電力調整回路１５８は、演算増幅器Ｕ１６及びＵ１７を具えている。演算増幅器Ｕ１６はランプ電力信号Ｐsense+を受信し、ランプ電力信号Ｐsense+は、共振半ブリッジ（図３）のスイッチＱ９を通る電力を示す。演算増幅器Ｕ１６は、ランプ電力信号を調整し制限して、処理した電力信号Ｐwrを発生して、処理した電力信号Ｐwrは演算増幅器Ｕ１７に供給され、そしてマイクロコントローラ回路にも供給される。演算増幅器Ｕ１７は、処理した電力信号Ｐwrを、マイクロコントローラ回路からの電力基準信号Ｐrefと比較して、電力誤差信号Ｐerrを発生して、電力誤差信号Ｐerrは電流調整回路１６０に供給される。電力調整回路１５８は、マイクロコントローラに電力を供給するための電圧調整器（レギュレータ）Ｕ２１も具えている。

電流調整回路１６０は、演算増幅器Ｕ１８及びＵ１９を具えている。演算増幅器Ｕ１８は、電力誤差信号Ｐerrを、共振半ブリッジからの検出したランプ電流信号Ｉsense+と比較して、電力／電流誤差信号ＰＩerrを発生して、電力／電流誤差信号ＰＩerrは演算増幅器Ｕ１９に供給される。演算増幅器Ｕ１９は、電力／電流誤差信号ＰＩerrを調整し制限して、総誤差信号Ｅrrを発生して、総誤差信号Ｅrrは駆動回路に供給される。

マイクロコントローラ回路から演算増幅器Ｕ１９への掃引信号Ｓweepは、周波数を掃引して、点弧中に必要な電圧を発生して、定常状態動作中のランプ電流周波数を調整して、アークの安定性を向上させる。定常状態動作は、本願と同じ譲受人に譲渡された米国特許出願番号10/043,586に記載され、この特許出願は参考文献として本明細書に含める。

図４Ｆに、本発明により作製した電子安定器用の駆動回路１６２の回路図を示す。駆動回路１６２は、ＨＩＤランプに供給すべき所望の電力を示す総誤差信号Ｅrrを、電流調整回路から受信して、ハイゲート信号Ｈgate及びローゲート信号Ｌgateを共振半ブリッジに供給して、ＨＩＤランプへの電力を制御する。

駆動回路１６２は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）Ｕ２４、駆動ゲートＵ２６、Ｕ２７、Ｕ２８、Ｕ２９、Ｕ３０、及びハイ側兼ロー側ドライバＵ３２を具えている。ＶＣＯＵ２４は、電流調整回路から総誤差信号Ｅrrを受信して、総誤差信号Ｅrrの電圧に比例したクロック化ＶＣＯ出力信号ＶＣoutを供給する。立上り電流制限信号Ｉworm、あるいはマイクロコントローラからの動作シャットダウン信号ＳＤは、必要があればＶＣＯＵ２４をシャットダウンして、ＨＩＤランプをオフ状態にすることができる。

駆動ゲートはＶＣＯ出力信号ＶＣoutを受信し、ＶＣＯ出力信号ＶＣoutは、３つの駆動ゲートＵ２６、Ｕ２７、Ｕ２８を通過してハイ入力信号Ｈinを発生し、２つの駆動ゲートＵ２９及びＵ３０を通過してロー入力信号Ｌinを発生する。奇数個の駆動ゲートを使用してハイ入力信号Ｈinを発生し、偶数個の駆動ゲートを使用してロー入力信号Ｌinを発生することにより、逆の極性を有するハイ入力信号Ｈin及びロー入力信号Ｌinが生じ、これら２つの信号間にデッドタイム（無信号時間）がある。

ハイ側兼ロー側ドライバＵ３２は、駆動ゲートからのハイ入力信号Ｈin及びロー入力信号Ｌinを調整して、ハイゲート信号Ｈgate及びローゲート信号Ｌgateを共振半ブリッジに供給する。マイクロコントローラ回路からの動作シャットダウン信号ＳＤは、必要があればＶＣＯＵ２４をシャットダウンして、ＨＩＤランプをオフ状態にする。

図５に、本発明により作製した低電圧出力付き電子安定器用の低電圧出力回路のブロック図を示す。高電圧電源２００からの高電圧電力は、バックアップ白熱ランプのような補助的な低電圧負荷２２０に給電するためのより低い電圧に降圧される。低電圧出力回路をバックアップ白熱ランプの給電に使用する場合には、低電圧出力回路はＨＩＤランプの電力に応答して、必要に応じてバックアップ白熱ランプをオン状態及びオフ状態にすることができる。他の実施例では、低電圧出力２１８を用いて、絶縁検出器のような他の構成要素または回路に給電することができる。

本実施例では、高電圧電源２００が、幹線電圧と等価な約200〜277Vを供給する。高電圧電源２００は、特定用途向けのより低い電圧に降圧させることに望まれる、電子安定器内のあらゆる電源とすることができることは、当業者にとって明らかである。低電圧出力２１８の電圧は、低電圧マイクロコントローラを、特定の低電圧負荷２２０に必要な特定電圧、例えばバックアップ白熱ランプ用には約120Vを供給するようにプログラムすることによって決めることができる。

ＨＩＤランプシステム用のバックアップ照明は往々にして望まれる、というのは、ＨＩＤランプは予熱段階中には光出力が低く、この低い光出力は、ＨＩＤランプに電力を供給した後に約１分間生じる。ＨＩＤランプは、オフ状態にした後に冷却する必要もあり、このため通常約5〜15分間は使用不可能になる。バックアップ白熱ランプは、ＨＩＤランプが点灯していないか、あるいは低い光レベルで点灯している際には、バックアップ白熱ランプが照明を行う。バックアップ白熱ランプはハロゲンランプとするか、あるいは所望すれば他のいずれの120Vランプとすることもできる。

高電圧電源２００は、低電圧出力２１８を、スイッチ２１６を通して低電圧負荷２２０に供給する。スイッチ２１６は、図２ＢのＱ１のようなトライアックとするか、あるいは高電力スイッチング用のトランジスタまたはサイリスタのような他のスイッチとすることができる。好適なトライアックは、Philips Semiconductor社製のBTA216及びBT136である。図５に示すように、低電圧負荷２２０への低電圧出力は、低電圧マイクロコントローラ２１４からの低電圧駆動信号２４０に応答したスイッチ２１６のスイッチングによって決まる。低電圧マイクロコントローラ２１４は、高電圧電源２００の電圧及び周波数を用いて、低電圧駆動信号２４０を決定する。高電圧電源２００からの高電圧（ＨＶ）電圧振幅信号２３０は、高電圧電源２００の電圧を、低電圧マイクロコントローラ２１４に対して示す。ＨＶゼロ交差信号２３８は、高電圧電源２００の周波数を示す。高電圧電源２００の電圧及び周波数は、抵抗分圧器、容量回路、及び容量分圧器のような他の多くの方法によって測定できることは、当業者にとって明らかである。

ＨＶゼロ交差信号２２８を発生するために、高電圧電源２００は高電圧電力２３４を整流器２１０に供給して、整流器２１０は高電圧電力２３４をＨＶ電圧信号２３６に変換する。比較器２１２は、基準電圧信号２０８をＨＶ電圧信号２３６と比較して、高電圧電源２００の周波数を表わすＨＶゼロ交差信号２３８を発生する。低電圧マイクロコントローラ２１４は、ＨＶ電圧振幅信号にもとづいて、ＨＶゼロ交差信号２３８が示す高電圧電源２００の周波数用に修正を加えて、プログラムされたルックアップテーブル（早見表）を用いて、スイッチ２１６の所望のタイミング／位相角を検索する。このルックアップテーブル中の値は計算及び実験によって決めることができ、そしてシステムにおける非線形性を明らかにすることができる。

低電圧マイクロコントローラ２１４は、スイッチング信号２３２に応答して、低電圧出力２１８をオン状態及びオフ状態に切り換えることができる。安定器信号２０４を安定器マイクロコントローラ２０６に供給して、スイッチング信号２３２を発生することができる。安定器信号２０４は、低電圧出力回路の特定用途に応じて、安定器の内部及び外部の多数のパラメータを示すことができる。安定器マイクロコントローラ２０６は、所定の設定点に対する安定器信号２０４あるいは電子安定器のパラメータを測定して、スイッチング信号２３２の望ましい状態を決定することができる。低電圧マイクロコントローラ２１４は、スイッチング信号２３２に応答して、必要に応じて低電圧駆動信号２４０をオン状態及びオフ状態にすることができる。マイクロコントローラ、トランジスタ、機械的スイッチ、及びこれらの組合せを用いた多数のスイッチング回路を用いて、スイッチング信号２３２を供給できることは、当業者にとって明らかである。

本実施例では、低電圧出力回路を用いて、低電圧負荷２２０としてのバックアップ白熱ランプに給電して、安定器信号２０４がＨＩＤランプ電力信号であり、スイッチング信号２３２がＥＬＯＮ制御信号である。図２Ｂを参照して説明する。低電圧出力回路はＨＩＤランプ電力信号に応答して、必要に応じてバックアップ白熱ランプをオン状態及びオフ状態にする。ＨＩＤランプ電力信号はＨＩＤランプ電力を示す。ＨＩＤランプ電力信号は、安定器マイクロコントローラ２０６に供給されて、安定器マイクロコントローラ２０６は、ＨＩＤランプ電力信号を、例えばＨＩＤランプの公称電力の50%のような所定のＨＩＤランプ電力設定点と比較して、バックアップ白熱ランプをオン状態にするかオフ状態にするかを決定する。ＨＩＤランプの電力が所定のＨＩＤランプ電力の設定点を上回れば、安定器マイクロコントローラ２０６は、低電圧マイクロコントローラ２１４がスイッチ２１６への低電圧駆動信号２４０をオフ状態にして、バックアップ白熱ランプをオフ状態にするように、ＥＬＯＮ制御信号を設定する。ＨＩＤランプ電力が所定のＨＩＤランプ電力の設定点を下回れば、安定器マイクロコントローラ２０６は、低電圧マイクロコントローラ２１４がスイッチ２１６への低電圧駆動信号２４０をオン状態にして、バックアップ白熱ランプをオン状態にするように、ＥＬＯＮ制御信号を設定する。

なお重要なこととして、図１〜図５は特定用途及び本発明の実施例を例示したものであり、本発明の開示及び請求項の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書を読んでその図面を見れば、本発明の非常に多数の実施例が可能であり、こうした実施例は考えられるものであり、請求項に記載した本発明の範囲に入ることは、当業者にとって明白である。

本明細書に開示した本発明の実施例は、現在好適と考えられるものであり、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変更及び変形を加えることができる。本発明の範囲は請求項に記載したものであり、これらの請求項と等価なものの意味付け及び範囲に入るすべての変更が、本発明の範囲に含まれる。

本発明により作製した低電圧出力付き安定器のブロック図である。本発明により作製した低電圧出力付き安定器用の電源の回路図である。本発明により作製した低電圧出力付き安定器用の電源の回路図である。本発明により作製した低電圧出力付き安定器用の電源の回路図である。本発明により作製した低電圧出力付き安定器用のランプ電源回路の回路図である。本発明により作製した低電圧出力付き安定器用の安定器制御回路の回路図である。本発明により作製した低電圧出力付き安定器用の安定器制御回路の回路図である。本発明により作製した低電圧出力付き安定器用の安定器制御回路の回路図である。本発明により作製した低電圧出力付き安定器用の安定器制御回路の回路図である。本発明により作製した低電圧出力付き安定器用の安定器制御回路の回路図である。本発明により作製した低電圧出力付き安定器用の安定器制御回路の回路図である。本発明により作製した低電圧出力付き安定器用の低電圧出力回路のブロック図である。

Claims

電子安定器用の低電圧発生回路であって、
所定電圧及び所定周波数を有する高電圧電力を発生する高電圧電源と；
前記高電圧電力の電圧及び周波数に応答して、低電圧駆動信号を発生する低電圧マイクロコントローラと；
前記高電圧電源に動作的に結合され、前記低電圧駆動信号に応答するスイッチと
を具えていることを特徴とする低電圧出力回路。
前記高電圧電源が、幹線電圧用の電源であることを特徴とする請求項１に記載の低電圧出力回路。
前記低電圧マイクロコントローラが、スイッチング信号に応答することを特徴とする請求項１に記載の低電圧出力回路。
さらに、安定器信号に応答して前記スイッチング信号を発生する安定器マイクロコントローラを具えていることを特徴とする請求項３に記載の低電圧出力回路。
前記安定器信号がＨＩＤランプ電力信号であり、前記ＨＩＤランプ電力信号が所定の設定点に達すると、前記安定器マイクロコントローラが前記スイッチング信号を切り換えることを特徴とする請求項４に記載の低電圧出力回路。
前記所定の設定点が、ＨＩＤランプの公称電力の約50%であることを特徴とする請求項５に記載の低電圧出力回路。
前記スイッチが、低電圧出力を白熱ランプに供給することを特徴とする請求項１に記載の低電圧出力回路。
前記スイッチがトライアックであることを特徴とする請求項１に記載の低電圧出力回路。
電子安定器用の低電圧出力を発生する方法であって、
高電圧電力を発生する高電圧電源を用意するステップと；
前記高電圧電力の電圧を測定するステップと；
前記高電圧電力の周波数を測定するステップと；
前記電圧及び前記周波数にもとづいて低電圧駆動信号を決定するステップと；
前記低電圧駆動信号に応答して、前記高電圧電源に動作的に結合したスイッチを切り換えるステップと
を具えていることを特徴とする低電圧出力の発生方法。
前記高電圧電力の周波数を測定するステップが、
前記高電圧電力を整流して、高電圧（ＨＶ）電圧信号を発生するステップと；
前記ＨＶ電圧信号を基準電圧信号と比較して、前記周波数を示すＨＶゼロ交差信号を発生するステップと
を具えていることを特徴とする請求項９に記載の方法。
前記電圧及び前記周波数にもとづいて低電圧駆動信号を決定するステップが、さらに、
ルックアップテーブルを有する低電圧マイクロコントローラを用意するステップと；
前記ルックアップテーブル上で、前記電圧及び前記周波数に対する前記低電圧駆動信号を検索するステップと
を具えていることを特徴とする請求項９に記載の方法。
さらに、スイッチング信号に応答して、前記低電圧駆動信号をスイッチングするステップを具えていることを特徴とする請求項９に記載の方法。
さらに、安定器信号に応答して前記スイッチング信号を発生する安定器マイクロコントローラを用意するステップを具えていることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
さらに、前記スイッチから白熱ランプに低電圧出力を供給するステップを具えていることを特徴とする請求項９に記載の方法。
さらに、
ＨＩＤランプに行く電力を測定するステップと；
前記ＨＩＤランプに行く前記電力が所定電力を超えると、前記白熱ランプをオフ状態にするステップと
を具えていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
前記所定電力が、ＨＩＤランプの公称電力の約50%であることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
電子安定器用の低電圧出力を発生するシステムであって、
高電圧電力を発生する手段と；
前記高電圧電力の電圧を測定する手段と；
前記高電圧電力の周波数を測定する手段と；
前記電圧及び前記周波数にもとづいて低電圧駆動信号を決定する手段と；
前記高電圧電源に動作的に結合され、前記低電圧駆動信号に応答するスイッチング手段と
を具えていることを特徴とする低電圧出力発生システム。
前記低電圧駆動信号を決定する手段がさらに、
前記高電圧電力を整流して、ＨＶ電圧信号を発生する手段と；
前記ＨＶ電圧信号を基準電圧信号と比較して、前記周波数を示すＨＶゼロ交差信号を発生する手段と
を具えていることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
前記低電圧駆動信号を決定する手段がさらに、
ルックアップテーブルを記憶する手段と；
前記電圧及び前記周波数に対する前記低電圧駆動信号を、前記ルックアップテーブルから検索する手段と
を具えていることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
さらに、スイッチング信号に応答して、前記低電圧駆動信号をスイッチングする手段を具えていることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
さらに、前記スイッチングする手段に動作的に接続されて、バックアップ照明を行う手段を具えていることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
さらに、
ＨＩＤランプに行く電力を測定する手段と；
前記ＨＩＤランプに行く電力が所定電力を超えると、前記バックアップ照明をオフ状態にする手段と
を具えていることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。