JP2005525621A - 正弦波基準を採用した電力調整器 - Google Patents

Abstract

【解決手段】ＡＣ電源と共に使用するための電力調整器（２０）は、第一の入力（２６）および第二の入力（２９）を有する電圧変換器（２４）を含む。その第一の入力（２６）はそのＡＣ電源と接続されて、そこからＡＣ電流を受けている。その第二の入力（２９）はコントローラ（２２）と接続されて、そこから制御信号を受けている。この電圧変換器（２４）は実質的に正弦波の調整器出力信号（２８）を発生し、その振幅は制御信号に応答している。この電力調整器（２０）は又、第一の入力（２７）および第二の入力（２５）を有するコントローラ（２２）をも含む。その第一の入力（２７）は、セットポイント信号を受けている。そのセットポイント信号は、調整器の出力信号と実質的に同相である実質的に正弦波の基準信号の振幅を決定する。このコントローラ（２２）は、調整器出力信号と実質的に正弦波の基準信号の振幅との間の瞬時差を現す制御信号を発生する。その実質的に正弦波の基準信号の振幅は、ＡＣ電源の振幅及び調整器出力信号の振幅には無関係である。

Description

本発明は、交流電力調整器に関し、より特定的には、高輝度放電灯を含むが、これに限定されない種々の負荷に、調整された、実質的に正弦波の交流を提供する調整器に係る。

現在の照明方法の応用には、エネルギー消費を最小化し、使用者の種々変化する照明要望に応えるため洗練された制御能力を要求されている。制御要件は、白熱灯および蛍光、水銀蒸気、ハロゲン化金属および高圧ナトリウム灯のような放電灯を含む全ての種類のランプに適用可能である。最も厳格な制御要件は、一般に高輝度放電灯として知られる型の放電灯に関連している。

ハロゲン化金属（ＭＨ）灯または高圧ナトリウム（ＨＰＳ）灯のような高輝度放電（ＨＩＤ）灯は、大きな面積を照明しなければならない応用分野に使用される。屋外用途には、街路照明、駐車場照明、およびスタジアム照明が含まれる。典型的な屋内用途には、倉庫、農業用温室および屋内アリーナ照明が含まれる。これらのランプはエネルギー節約のため、場合により調光（dim）できることが望ましい。オン／オフ・スイッチングは実用的でないか、人的安全に影響するかもしれない、と言うのは、これらの型のランプは、点灯した後、全輝度に達するのに、約２０分のウォームアップ時間がかかるからである。

従来型のランプ調光器は白熱灯照明を作動させるようにされている。典型的な白熱灯調光器は、交流（ＡＣ）正弦波供給電流の各半サイクルの一部を切り取るためサイリスタを採用して、ランプに分配する電力の量を減じる。この手法は、それらが本質的に抵抗型で大きな熱的時定数を有する白熱灯には満足できるものであり、その熱的時定数が、調光器やランプの何れもに有害な影響なしにランプ電流の急峻な変化をならす。しかしながら、本質的に負抵抗特性を有するＨＩＤランプは、安定動作を保証するために、高インピーダンスの電源を必要とする。この高インピーダンス電源は、典型的にはそのＨＩＤランプと直列の誘導性安定化素子によりもたらされる。半サイクル調整を採用した従来型のランプ調光器は、ＨＩＤランプと共には満足に動作しない、と言うのは誘導性安定化素子と組み合わせられたサイリスタの急激なスイツチング動作は、受け入れがたい程大きな過渡電圧を生じるからである。

ＨＩＤランプを調光する現在の手法は、モータライズしたＶａｒｉａｃｓ（登録商標）又は巧妙な制御電子装置とともに動作する可変トランスを使うことである。大量のＶａｒｉａｃｓ（登録商標）はリアルタイムのライン調整を妨げ、非常に大きな設備の場合を除き禁止的な程高価である。ＨＩＤランプを調光する他の手法は、『ステップ調光』または『ハイ・ロウ調光』と呼ばれる。この後者の手法は、ＨＩＤランプ電流を変化させるため安定化回路内の種々のサイズのインダクタ又はキャパシタを選択するためスィッチを採用する。しばしばトンネルに使用される他の手法は、二つ又は三つ目毎のランプを消灯することにより粗い調光効果を達成する。

ＨＩＤランプは、ランプ信頼性での最高を達成するために、製造者の動作要件に厳密に準拠して動作させなければならない。典型的には、製造者は、調光を許す前の特定したウォームアップ時間、ランプ・アークが失われている場合、再着火前のクールダウン時間、および調光の最大速度などを要求している。加えて、長いランプ寿命および節電の間のランプ消灯がないことを達成するために、調光器は、広く又急速な電力ラインのふらつきにも拘わらず、実質的に一定の出力電圧を維持すべきである。ＨＩＤ調光器のその他の望ましい特性には、電力ラインへの高調波の注入を最小限にとどめること、故障した、あるいは取り除かれたランプを感知する能力、及びプログラム可能な調光能力が含まれる。

本発明は、一以上の、白熱灯又は安定化された放電灯を作動させるのに適した経済的な制御電源の提供に向けられている。本発明は、制御された出力電圧を供給できる電圧変換器と組み合わせられた多重化したコマンド源に反応可能なマイクロコントローラを含むソリッドステートの電力調整器を提供することにより、先行技術に固有の問題を克服するものである。この電力調整器は、更にホスト・コンピュータ・コマンド、オキュペイション（人存在）センサ、タイム・オブ・デイ調光コマンド、等に応答する能力を備え、且つ需要リベートを利用できるため、『ハイ』セッテイングを最大の９０％まで調節する能力も含んでいる。この電力調整器は、調光を許す前のウォームアップ時間、ランプ・アークが失われている場合、再着火前のクールダウン時間、および調光の時間のレートを含む製造者が課したＨＩＤランプ作動法則を満たすものである。加えて、この電力調整器は、電力ラインのふらつきに実質的に無関係に、このＨＩＤランプに一定の電圧レベルを維持し、ランプ劣化による、または壊滅的な損傷によるランプ故障の検出も提供する。

本発明は、ＡＣ電源と共に使用するための電力調整器を含み、それは第一の入力および第二の入力を有する電圧変換器を含み、その第一の入力はそのＡＣ電源と接続されてそこからＡＣ電流を受けており、第二の入力はコントローラと接続されてそこから制御信号を受けている。この電圧変換器は、実質的に正弦波の調整器出力信号を発生し、その振幅は制御信号に応答している。この電力調整器は、又第一の入力および第二の入力を有するコントローラをも含み、その第一の入力はその調整器の出力信号を受けており、その第二の入力はセットポイント信号を受けており、そのセットポイント信号は実質的に正弦波の基準信号の振幅を決定するものであり、その基準信号は調整器の出力信号と実質的に同相である。このコントローラは調整器出力信号と基準信号の振幅との間の瞬時差を現す制御信号を発生するが、その基準信号の振幅はＡＣ電源の振幅及び調整器出力信号の振幅には無関係である。

本発明は又、少なくとも一つのランプに印加する電力を調整するためＡＣ電源と共に使用するための電力調整器をも提供するもので、それは第一の入力および第二の入力を有する電圧変換器を含み、その第一の入力はそのＡＣ電源と接続されてそこからＡＣ電流を受けており、第ニの入力はコントローラと接続されてそこから制御信号を受けている；この電圧変換器は実質的に正弦波の調整器出力信号を発生し、その電圧は制御信号に応答している。この電力調整器は又、第一の入力および第ニの入力を有するコントローラをも含み、その第一の入力はその調整器の出力信号を受けており、その第ニの入力はセットポイント信号を受けており、そのコントローラは少なくとも一つのランプの状態、調整器出力信号の電圧と、実質的に正弦波の基準信号との比較に基いた制御信号を発生しており、その基準信号の振幅はセットポイント信号に応答しているが、ＡＣ電源の振幅および調整器出力信号とは無関係である。このコントローラは調整器出力電流を少なくとも一つの予め定められた欠陥限界と比較することにより、その少なくとも一つのランプの状態を決定するものである。

本発明は又、ＡＣ電源に接続された電力調整器を用いて少なくとも一つのランプを作動させるために実質的に正弦波の出力電圧を発生させる方法をも含み、その方法は、その少なくとも一つのランプの状態を決定するステップ；セットポイントおよびランプ状態に応答する実質的に正弦波の基準信号を発生させるステップ；実質的に正弦波の出力電圧を発生させるステップ；その実質的に正弦波の出力電圧と正弦波の基準信号との間の差に応答する制御信号を発生して、若しランプが調整状態を有するなら、その出力電圧が正弦波の基準信号に比例するようにするステップ；若しランプがパワーアップ状態にあるなら、その出力電圧を全出力にセットするステップ；および若しランプがクールダウン状態にあるなら、その出力電圧をゼロにセットするステップを含むものである。

《実施例１》
全体を通じ類似の番号が類似の要素を示す各図を詳細に参照して頂くと、図１は、本発明の第一の好ましい実施例によるコア・アンド・コイル（ｃｏｒｅ ａｎｄ ｃｏｉｌ）高輝度放電（ＨＩＤ）灯調光器システム１０のブロック図を示すものである。この調光器システム１０は、コントローラ２２および電圧変換器２４を備えた電力調整器２０を含む。この電圧変換器２４は、直接ＡＣ電源（図示せず）から入力ライン２６に沿い交流（ＡＣ電流）を受け、出力ライン２８に沿いＡＣ調整器出力信号を提供する。この調整器出力信号は、ハロゲン化金属又は高圧ナトリウム・ランプのような一つ以上の安定化放電灯３２、あるいは非安定化白熱灯３３に供給される。各放電灯３２は、従来から放電灯に便宜に使用され、当該技術に熟達した者に良く知られているタイプの標準の『コア・アンド・コイル』安定器３０と直列に接続されている。この電力調整器２０は、入力ライン２５から電力調整器２０の好ましい出力電圧（即ち、ランプ照明レベル）を指定するセットポイント信号を受け取る。この電力調整器２０は、入力ライン２５で受け取ったセットポイント信号の内部で発生させたアナログ成分を、出力ライン２８に供給された調整器出力信号の電圧と比較し、調整器出力信号の電圧を好ましい出力電圧レベルにセットし、こうして、接続されたランプ３２、３３により提供される所望の照明レベルを確立する。更に、この電力調整器は、例えば、オキュペイション（人存在）センサ、光センサのようなセンサからの、あるいは一日の時間に従って照明レベルを調節出来るタイマに由来するライン２７上の補助的コマンドにも応答する。当該技術に熟達した者に認識されるように、ライン２５に沿うセットポイント信号は、アナログでもデジタルでも良く；それは、局部あるいは遠隔の電力レベル・セレクタのオペレータの手動調節によるものでも良く；それは、この電力調整器２０内で発生したコマンドでも良く；又それは、ホスト・コンピュータのような外部装置により発生したものでも良く、全て本発明の精神および範囲内にある。

さて、図２を参照すると、第一の好ましい実施例によるＡＣ電源に使用するための電力調整器２０の機能的ブロック図が示されている。この電力調整器２０は、ライン２６でＡＣ電源に接続され、そこからＡＣ電流を受けている第一の入力、およびコントローラ２２に接続され、ライン２９を通じそこからパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号を受けている第二の入力を有する電圧変換器２４を備えている。この電圧変換器２４は、実質的に正弦波の調整器出力信号を発生し、その調整器出力信号の振幅は、ライン２９を通じて受けた制御信号に応答している。

さて、図３を参照すると、第一の好ましい実施例による電圧変換器２４のブロック図が示されている。この電圧変換器２４は、当該技術に熟達した者に良く知られている、トポロジーの四象限界バック変換器を採用したＡＣスループット高周波スイッチング電圧調整器である。この第一の好ましい実施例においては、この電圧変換器２４は、入力ＡＣ電流の流れを、コントローラ２２からの制御信号に応答する時間周期の間、中断して、ライン３１上に中間のＡＣ電流出力を発生させる第一の制御回路５８，６０を備えている。この第一の好ましい実施例においては、この第一の制御回路はＭＯＳＦＥＴスイッチ５８，６０を含むが、任意の適当なスイッチ素子でも良い。このＭＯＳＦＥＴスイッチ５８，６０は、約１００ＫＨｚのほぼ固定した周波数で、オン・オフ・スイッチする双方向スイッチング要素を構成している。このＭＯＳＦＥＴスイッチ５８，６０のオン／オフ・比率は、ライン２９を通じて受けるＰＷＭ制御信号のデユーテイ・サイクルにより決定される。このＭＯＳＦＥＴスイッチ５８，６０からの中間ＡＣ電流の電圧レベルは、入力ＡＣ電流の電圧とこのデューテイ・サイクルとの積に等しい平均値を有している。フイルタ回路６６，７４は、この第一の制御回路５８，６０から中間ＡＣ電流を受け、この中間ＡＣ電流に関して平滑された調整器出力信号を発生し、これを負荷（図示せず）に印加する。このフイルタ回路は、インダクタ６６およびキャパシタ７４を含み、それらは共同して、中間ＡＣ電流から、入力ＡＣ電流の周波数より高い、高周波成分を除去するロー・パス・フイルタを形成する。第二の制御回路６２，６４も又、この中間ＡＣ電流を受け、第一の制御回路５８，６０が入力ＡＣ電流を導いている時、オープン回路として働き、第一の制御回路５８，６０が入力ＡＣ電流の流れを中断している時、クローズド回路として働く。この第一の好ましい実施例において、第二の制御回路６２，６４も双方向スイッチング要素として働くＭＯＳＦＥＴスイッチ６２，６４を含むが、他の適当なスイッチ素子でも良い。このＭＯＳＦＥＴスイッチ６２，６４は、第一の制御回路５８，６０のオフ部分の間、インダクタ６６と負荷を通じる電流の持続を許容するバック変換器のための『キャッチ』要素を形成する。

この第一の制御回路５８，６０および第二の制御回路６２，６４は、隔離（アイソレーテッド）されたドライバ６８，７２により駆動されている。この第一の好ましい実施例においては、この隔離は、発光ダイオード送信器およびフォトダイオード受信器により達成される。しかしながら、当該技術に熟達した者に認識されるように、変圧器のようなアイソレーション（直流的隔離）のためのその他の手段も本発明の精神および範囲内で使用できる。シンクロナイザー７０は、コントローラ２２からの制御信号を受け、この第一の制御回路５８，６０および第二の制御回路６２，６４に対し別のパルス流れを発生する。このシンクロナイザー７０の働きは、第二の制御回路６２，６４が導通状態である時、第一の制御回路５８，６０が非導通状態であることおよびその逆を保証し、それにより、入力ＡＣ電流の短絡を防ぐ。当該技術に熟達した者に明らかであるように、この電圧変換器は、四象限バック・コンバータに限られない。例えば、この電圧変換器は、整流器部分と続くバック・ボースド、フライバック、ハーフ・ブリッジおよびＡＣ修復のためのＨブリッジを伴うフル・ブリッジのような数種のコンバータの一つを含むものでも良く、全て本発明の精神および範囲内にある。

ＡＣ調整器内に閉じたフイードバック・ループを得る従来の方法では、出力電圧は、監視され、整流され、減衰されて瞬時の出力電圧に比例した低電圧のパルス状ＤＣ信号を形成する。同時に、ＡＣライン電圧も監視され、整流され、セットポイント信号を形成するよう変わり易く減衰させられる。ライン電圧減衰の量は、所望の調整器出力電圧に応答する。減衰されたライン電圧と調整器出力電圧との間の瞬時の差は、ＰＷＭ制御信号をＡＣ電圧変換器に供給するエラー信号を形成する。このタイプのフイードバック調整の本来の欠陥は、それがライン調整を提供しないことである。

さて図２を参照すると、この第一の好ましい実施例は、調整器出力信号を受ける第一の入力およびセットポイント信号を受ける第二の入力をもつコントローラ２２も含む。このセットポイント信号は、調整器出力信号と実質的に同相である実質的に正弦波の基準信号の振幅を決定する。このコントローラ２２は、ライン２９を通じ電圧変換器２４に印加され、調整器出力信号と基準信号の振幅との間の瞬時差を表わす出力制御信号を発生する。この実質的に正弦波の基準信号の振幅は、入力ＡＣ電源の振幅および調整器出力信号の振幅とは無関係である。

この第一の好ましい実施例において、このコントローラ２２は、セットポイントまたはコントロール・データをライン２５を通じてシリアル・データ・フォーマットの形で受け入れる、中央処理装置（ＣＰＵ）４８，メモリ５４、Ａ／Ｄコンバータ５０およびユニバーサル・アシンクロナス〈非同期〉・送受信器（ＵＡＲＴ）（図示せず）を含むマイクロプロセッサに基礎を置いたコンピュータを備えている。この第一の好ましい実施例において、このコンピュータは、マイクロチップ・コーポレーション・タイプ（Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｔｙｐｅ）ＰＩＣ１６Ｃ７２である。しかしながら、当該技術に熟達した者に認識されるように、本発明の精神および範囲内で、他の型のコンピュータも使用出来る。更に、当該技術に熟達した者に認識されるように、コントローラ２２の特定の機能は、コンピュータ内で行われ得、またアナログでもデジタルでも良い別々の部材で行われることも出来、これも本発明の精神および範囲内にある。

この第一の好ましい実施例のコントローラ２２は又、そこから実質的に正弦波の基準が生み出される正弦波基準発生器（図示せず）も含む。この基準発生器は、正弦波関数の８９の非連続の値を保存しているメモリ５４のルックアップ・テーブルから形成される。当該技術に熟達した者に認識されるように、この基準発生器は、正弦波関数の８９の値を正確に保存している必要は無い。更に、この正弦波関数は、代数表現を解いたり、デジタル・フイルタ・アルゴリズムを実行したりする他の手段でも発生させることも出来、これも本発明の精神および範囲内にある。

この正弦波の基準信号は、入力ＡＣ電流を受けて、同期信号を発生するＡＣ線路ゼロクロッシング検出器４２により、調整器出力信号と同相にさせられる。入力ＡＣ電流の電圧がその極性を反転する毎に、ＡＣ線路ゼロクロッシング検出器４２により発生した同期信号がＣＰＵ４８に、ＡＣ電流の電圧がゼロデグリーであることを求める。次に、このＣＰＵ４８は、ＡＣ電流の次ぎの二つの電圧象限のためのタイミング・ループおよびカウンテイング・ループに入る。この第一の好ましい実施例においては、このタイミング・ループおよびカウンテイング・ループは、ＡＣ電流の８９間隔に対する電圧の位相の「二度」の間隔を測定する。このＣＰＵ４８は、各相間隔に対応するメモリ５４に保存されている基準発生器ルック・アップ・テーブルから、正弦波関数の値を読み取る。この正弦波関数ルック・アップ・テーブルから読み取られた値は、その値が各二象限の終了時に、ＣＰＵ４８により読み取られたセットポイント信号により掛け算され、正弦波的な基準信号を形成する。この基準信号は、単にセットポイント信号とメモリ５４に保存されている正弦波関数の値との積なので、この基準信号は、ＡＣ電源の振幅および調整器出力信号の振幅の両方共に無関係である。

図２に示す、第一の好ましい実施例において、調整器出力は、整流器／減衰器５２により整流され減衰される。このＣＰＵ４８は、Ａ／Ｄコンバータ５０をストローブして、整流器／減衰器５２の出力電圧の、入力ＡＣ電流の電圧の各相間隔時刻より僅かに遅れた時刻における瞬時出力値を、電圧変換器２４を通じる固定した相遅れにつき計上するため、サンプルする。調整器出力信号の整流され、減衰された電圧と実質的に正弦波の基準信号との間の瞬時の差の各サンプルは、ＣＰＵ４８内で実行されるループ補償制御アルゴリズムに適用される。このループ補償演算数値出力は、ＣＰＵ４８によりパルス幅変調制御信号に変換され、制御信号パルス列のループ補償演算数値出力レベルに比例した可変デユーテイ・サイクルを提供し、こうして、電圧変換器２４の出力電圧が、セットポイント信号に比例するように制御する。

任意の時間にランプ３２，３３に印加出来る調整器出力信号の大きさは、ランプ３２，３３の状態に依存する。調整器２０の第一の好ましい実施例は、とりわけ、高輝度放電（ＨＩＤ）タイプの放電灯３２を作動させるように適応している。ＨＩＤランプは、パワーアップ状態、調整状態又はクールダウン状態の何れかであり得る。第一の好ましい実施例では、ＨＩＤランプ３２の状態は、そのＨＩＤランプ３２により引かれた電流を測定し、その電流を既知の値と比較するすることにより決定される。電力調整器２０の第一の好ましい実施例では、コントローラ２２に調整器２０の出力電流に比例した信号を供給する電流センサ５６を含む。第一の好ましい実施例では、調整器２０の出力電流は、調整器出力電圧をサンプルするのと同時にサンプルされ累積されて、コントローラ２２により一以上の所定の限界と比較され、電力調整器２０に接続されたランプ３２（図１参照）の状態を決定する。この第一の好ましい実施例では、各ランプ３２の状態を確立するためにオーバー・カレント限界およびアンダー・カレント限界が採用されている。ＨＩＤランプ３２の状態により、コントローラ２２が制御信号を調節して調整器２０の出力をオフに切り換えるか、全出力電圧を供給するか、又は調光レベルの電圧を供給するかにする。当該技術に熟達した者に認識されるように、このオーバー・カレント限界およびアンダー・カレント限界は固定する必要なく、例えば、ランプの型、ランプの数およびランプの履歴により可変にされて良い。

第一の好ましい実施例において、ＨＩＤランプ３２の調光レートは、ランプ３２に印加される電圧の急速すぎる減少によるＨＩＤランプ３２のアークの消滅を避けるため、ある最大値に限定される。この第一の好ましい実施例において、コントローラ２２は、セットポイント信号の値を調節するのに使われる傾斜信号を発生する。この傾斜信号は、セットポイント信号を、現在の調節されたセットポイント信号の値と新しいセットポイント信号の値との間の一連の値に調節するもので、制御された手法で現在の調節されたセットポイント信号の値から新しいセットポイント信号の値まで調光する電力調整器２０を傾斜させるものである。特定の傾斜レート（変化率）は、ＨＩＤランプ３２の状態、製造者により特定されたＨＩＤランプ３２の特性、およびＨＩＤランプ３２の現在の調光セットポイント信号が受け入れられてから経過した時間に依存している。

さて、図１、２、４ａ−４ｂ及び５を参照すると、ＡＣ電源およびコントローラ２２に接続された電圧変換器２４を有する電力調整器２０を用いて少なくとも１つのＨＩＤランプ３２を作動させる第一の好ましい方法が示されている。第一ステップ１００で、この電力調整器はパワーアップ状態にセットされる。ステップ１０２で、ランプ３２に全電力が印加される。ステップ１０４で、調整器２０からの出力電流は電流センサ５６で検出され、この出力電流が受け入れ可能な限界内にあるかどうかを決定するためコントローラ２２に供給される。若し欠陥が検出されると、この調整器出力電流は、ステップ２００で、オーバーカレント限界およびアンダーカレント限界と比較される。若し、この調整器２０の出力電流が入力ＡＣ電流のほぼ１０サイクルの全部について、そのオーバーカレント限界を越えていれば（ステップ２１２、２１４）、この調整器の状態はクールダウン状態にセットされ（ステップ２０２）、調整器２０の出力電圧は、製造者により確立され予め定められた時間（ステップ２０６、２０８）、０にセットされる（ステップ２０４）。若しオーバーカレント限界が、所望のサイクル数未満だけ越えられているならば（ステップ２１４）、調整器２０はパワーアップ状態に戻され（ステップ２１６、１０２）、ランプ３２に全電圧が印加される。

ステップ２０２のクールダウン状態は、調整器２０の測定された出力電流がアンダーカレント限界未満であるときにももたらされる（ステップ２００）。このアンダーカレント限界は、アークの非存在を検出するようにセットされる。このクールダウン・タイムアウト（中断）期間の終了時に、調整器２０はパワーアップ状態に戻り（ステップ２１０）、ステップ１０２でランプ３２に全電圧が印加される。

もしステップ１０４で電流欠陥が無ければ、ランプには、製造者が特定したウォームアップ時間、全電圧が印加される（ステップ１０６）。典型的には１５分程のウォームアップ時間が終了すると、電力調整器はステップ１０８で調整状態に置かれる。一旦、調整状態に置かれると、調整器は調整器出力電圧を正弦波基準信号と比較することにより、出力電圧の完全な調整を引きうける。加えて、ＨＩＤランプ３２は、セットポイント信号および予め定められた調光の速度に従って調光され得る。

ループ１１０から１３０は、入力ＡＣ電流の半サイクル（１８０°）にわたり調整器２０の出力電圧および出力電流をサンプルする方法を説明するものである。先立つ半サイクルの終了時に起こるステップ１１０において、セットポイント信号により表わされている所望の照明レベルがコントローラ２２によって読み取られる。セットポイント信号の値が全照明より小さいならば、セットポイント信号は、最大の調光レートに従って傾斜信号により調節される。ステップ１１２および１１４において、ＡＣ線路ゼロクロッシング検出器４２の出力が、位相タイマおよび位相カウンタをゼロにリセットする。行程１１６では、位相タイマが、この第一の好ましい実施例では２度である、所望の位相間隔を決定する。各位相間隔において、調節されたセットポイント信号は、正弦波基準発生器出力の値により計測され、基準信号を形成する。この基準信号は、調整器電圧フイードバック信号の電圧出力のサンプルと比較されて、エラー信号を発生するが、ループ補償制御アルゴリズムにより処理される（ステップ１２０）。このループ補償制御アルゴリズムの出力は、この調整器電圧フイードバック・ループを完結させるために、パルス幅変調に変換される。調整器２０の出力電圧のサンプリングと同時に、調整器２０の出力電流もサンプルされ、ステップ１２２で蓄積される。ステップ１２４および１２６において、位相間隔カウンタがインクリメントされ、位相間隔が計数される。若し間隔数が、半サイクル内の全間隔数より少なければ（ステップ１２６）、位相タイマは増大させられ（ステップ１２８）、電圧および電流のサンプリングは続けられる。若し相間隔の数が最大数に達すると、半サイクル毎のサンプリングは停止され、蓄積された電流は、オーバーカレントおよびアンダーカレント限界と比較される（ステップ１３０）。若し蓄積された電流が、オーバーカレントおよびアンダーカレント限界内であれば、調整は、ステップ１１０で継続する。若し蓄積された電流が、オーバーカレントおよびアンダーカレント限界の何れかの外であれば、前述したように、欠陥ループ（ステップ２００−２１６）での処理が続けられる。欠陥処理の結果に依存して、作動は、パワーアップ状態（ステップ１０２）または調整状態（ステップ１０８）の何れかで続けられる。

《実施例２》
この電力調整器２０は又、一以上のコア・アンド・コイル安定器付きの蛍光灯を作動させるのにも適当である。安定器付きの蛍光灯３２は、制御されたウォームアップ期間、制御されたクールダウン期間あるいは制御された調光レートを要しないが、ＨＩＤランプ３２に類似した電力要求を有する。従って、蛍光灯３２を作動させるための電力調整器２０の第ニの好ましい実施例は、コントローラ２２が予め定められたウォームアップ時間（ステップ１０６）でなくて瞬時の点灯、長いクールダウン時間（ステップ２０２）でなくて急速な再スタートおよび制御された調光レート（ステップ１１０−１１８）でなくて瞬時の調光を提供するようにプログラムされていることを除き第一の好ましい実施例と一致する。

《実施例３》
この電力調整器２０は又、一以上の白熱灯３３を作動させるのにも適当である。白熱灯３３は、制御されたウォームアップ期間、制御されたクールダウン期間あるいは制御された調光レートを要しないが、冷たいフイラメントで電流がサージするのを避けるため制御された点灯電流を要する。従って、白熱灯３３を作動させるための電力調整器２０の第三の好ましい実施例は、ステップ１０２および１０６は実行されず、ステップ２０２が長いクールダウン時間でなくて急速な再スタートを提供すること、および傾斜信号が調光レートを制御するのに使われず、増大した照明レートを制御するのに使われること（ステップ１１０−１１８）を除き第一の好ましい実施例と一致する。

当該技術に熟達した者にとって、上に述べた実施例に、この広い発明概念から逸脱することなく、変更が加え得ることは理解し得ることであろう。それゆえ、本発明は、開示した特定の実施例に限定されることなく、添付した特許請求の範囲により定義された本発明の精神および範囲内の変形・改良をカバーすることを意図していることを理解すべきである。

前述の要旨および以下の本発明の好ましい実施例の詳細な記述は、添付の図面を参照して読まれる時、より良く理解されるであろう。本発明を解説するため、図面には、現在好ましいとされる実施例が示されている。しかしながら、本発明は、図示されたものの正確な配置および手段に限定されないことを理解すべきである。図面中：

図１は、本発明による電力調整器を含むランプ調光器システムの機能的ブロック図である。 図２は、図１の電力調整器の機能的ブロック図である。 図３は、図１の電圧変換器の概要図である。 図４Ｂとともに、図２の電力調整器により実行される主要制御ループのフロー図である。 図４Ａとともに、図２の電力調整器により実行される主要制御ループのフロー図である。 図５は、図２の電力調整器により実行される欠陥制御ループのフロー図である。

符号の説明

２０ 電力調整器
２２ コントローラ
２４ 電圧変換器
３０ 「コア・アンド・コイル」点灯安定器
３２ ランプ
３３ 白熱灯
４２ ＡＣ線路ゼロクロッシング検出器
４８ ＣＰＵ
５０ Ａ／Ｄコンバータ
５２ 整流器／減衰器
５４ メモリ

Claims (24)

1. 下記要素を具備したＡＣ電源と共に使用するための電力調整器：
   第一の入力および第二の入力を有する電圧変換器で、その第一の入力はそのＡＣ電源と接続されて、そこからＡＣ電流を受けており、その第二の入力はコントローラと接続されて、そこから制御信号を受けているものであり、この電圧変換器は実質的に正弦波の調整器出力信号を発生し、その振幅は制御信号に応答しているもの；および
   第一の入力および第二の入力を有するコントローラ、その第一の入力はその調整器の出力信号を受けており、その第二の入力はセットポイント信号を受けており、そのセットポイント信号は実質的に正弦波の基準信号の振幅を決定するものであり、その実質的に正弦波の基準信号は調整器の出力信号と実質的に同相であり、このコントローラは調整器出力信号と実質的に正弦波の基準信号の振幅との間の瞬時差を現す制御信号を発生するが、その実質的に正弦波の基準信号の振幅はＡＣ電源の振幅及び調整器出力信号の振幅とは無関係であるもの。
2. その調整器の出力信号がコア・アンド・コイル安定素子と放電灯との少なくとも一つの直列結合に接続されている請求項１に記載の電力調整器。
3. その調整器の出力信号が少なくとも一つの白熱灯に接続されている請求項１に記載の電力調整器。
4. その電圧変換器がＡＣ電流の流れを制御信号に応答する期間、中断して中間ＡＣ電流を発生する第一の制御回路、およびこの第一の制御回路から中間ＡＣ電流を受け、中間ＡＣ電流に関して平滑された調整器出力信号を発生するフイルタ回路を含み、このフイルタ回路が中間ＡＣ電流を受け、そこからＡＣ電流の周波数より高い周波数成分を減衰させるインダクタおよび中間ＡＣ電流を受け、第一の制御回路がＡＣ電流を導通させている時はオープン回路として働き、第一の制御回路がＡＣ電流を中断させている時はクローズド回路として働く第二の制御回路を含み、そこでは調整器出力信号が負荷に印加されている、請求項１に記載の電力調整器。
5. 基準発生器（リファレンスジェネレータ）を更に含む請求項１に記載の電力調整器。
6. その基準発生器が、正弦波関数の非連続の値の予め定められた数を保存しているルックアップ・テーブルを含むものである請求項５に記載の電力調整器。
7. その実質的に正弦波の基準信号の振幅が、セットポイント信号と基準発生器からの出力との積である請求項５に記載の電力調整器。
8. そのセットポイント信号が、センサ信号、タイマ信号および電力レベル・セレクタの内少なくとも一つにより発生される請求項７に記載の電力調整器。
9. 下記要素を具備したＡＣ電源と共に使用するための少なくとも一つのランプに印加する電力を調整するための電力調整器：
   第一の入力および第二の入力を有する電圧変換器で、その第一の入力はそのＡＣ電源と接続され、そこからＡＣ電流を受けており、その第二の入力はコントローラと接続されて、そこから制御信号を受けているもので、この電圧変換器は実質的に正弦波の調整器出力信号を発生し、その電圧は制御信号に応答しているもの；および
   第一の入力および第二の入力を有するコントローラ、その第一の入力はその調整器出力信号を受けており、その第二の入力はセットポイント信号を受けており、そのコントローラは少なくとも一つのランプの状態および調整器の出力信号の電圧と実質的に正弦波の基準信号との比較に基づいて制御信号を発生するが、その基準信号の振幅はセットポイント信号に応答しており、ＡＣ電源の振幅及び調整器の出力信号とは無関係であり、このコントローラは調整器出力電流を少なくとも一つの予め定められた欠陥限界と比較することにより少なくとも一つのランプの状態を決定するもの。
10. その電圧変換器がＡＣ電流の流れを制御信号に応答する期間、中断して中間ＡＣ電流を発生する第一の制御回路、およびこの第一の制御回路から中間ＡＣ電流を受け、中間ＡＣ電流に関して平滑された調整器出力信号を発生するフイルタ回路を含み、
    このフイルタ回路が中間ＡＣ電流を受け、そこからＡＣ電流の周波数より高い周波数成分を減衰させるインダクタおよび中間ＡＣ電流を受け、第一の制御回路がＡＣ電流を導通させている時はオープン回路として働き、第一の制御回路がＡＣ電流を中断させている時はクローズド回路として働く第二の制御回路を含み、
    そこでは調整器出力信号が前記の少なくとも一つのランプに印加されている、請求項９に記載の電力調整器。
11. その調整器の出力が、コア・アンド・コイル安定器と放電灯との少なくとも一つの直列接続体に接続されている請求項９に記載の電力調整器。
12. その調整器の出力が、少なくとも一つの白熱灯に接続されている請求項９に記載の電力調整器。
13. そのコントローラが基準発生器を含むものである請求項９に記載の電力調整器。
14. その基準発生器が、正弦波関数の非連続の値の予め定められた数を保存しているルックアップ・テーブルを含むものである請求項１３に記載の電力調整器。
15. その基準信号の振幅が、調節されたセットポイント信号と基準発生器の出力との積である請求項１４に記載の電力調整器。
16. その調節されたセットポイント信号がセットポイント信号と傾斜信号との積であり、その傾斜信号が少なくとも一つのランプ状態の関数である請求項１５に記載の電力調整器。
17. その少なくとも一つの予め定められた欠陥限界がオーバーカレント限界およびアンダーカレント限界を含むものである請求項９に記載の電力調整器。
18. そのセットポイント信号が、センサ信号、オペレータの調節に応答する電力セレクタおよびタイマのうち少なくとも一つにより発生される請求項９に記載の電力調整器。
19. 次記ステップを具備するＡＣ電源に接続された電力調整器を用いて少なくとも一つのランプに作動させるための実質的に正弦波の出力電圧を発生させる方法：
    その少なくとも一つのランプの状態を決定するステップ；
    セットポイントおよびランプ状態に応答する実質的に正弦波の基準信号を発生させるステップ；
    実質的に正弦波の出力電圧を発生させるステップ；
    その実質的に正弦波の出力電圧と実質的に正弦波の基準信号との間の差に応答する制御信号を発生して、若しランプが調整状態を有するなら、その出力電圧が実質的に正弦波の基準信号に比例するようにするステップ；
    若しランプがパワーアップ状態にあるなら、その出力電圧を全出力にセットするステップ；および
    若しランプがクールダウン状態にあるなら、その出力電圧をゼロにセットするステップ。
20. 請求項１９に記載の少なくとも一つのランプに作動させる方法であって、若し、ランプが高輝度放電灯であれば、調光の速度が傾斜信号により制御される方法。
21. 請求項１９に記載の少なくとも一つのランプに作動させる方法であって、若し、ランプが白熱灯であれば、増大した照明の速度が傾斜信号により制御される方法。
22. 請求項１９に記載の少なくとも一つのランプに作動させる方法であって、その少なくとも一つのランプの状態が、調整器の出力電流を測ることにより決定される方法。
23. 請求項２２に記載の少なくとも一つのランプに作動させる方法であって、調整器の出力電流が、少なくとも一つのランプの状態を決定するためのオーバーカレント限界およびアンダーカレント限界と比較される方法。
24. 請求項１９に記載の少なくとも一つのランプに、作動させる方法であって、その実質的に正弦波の基準信号が、出力電圧と実質的に同位相である方法。

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