JP2007026787A

JP2007026787A - 高効率ガス放電ランプの単結晶駆動装置

Info

Publication number: JP2007026787A
Application number: JP2005205119A
Authority: JP
Inventors: Lien-Fu Lu; 呂聯富
Original assignee: LU LIEN FU; Kaoyi Electronic Co Ltd
Current assignee: LU LIEN FU; Kaoyi Electronic Co Ltd
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】高効率ガス放電ランプの単結晶駆動装置を供給する。
【解決手段】高圧直流電力供給システムと、パワー制御回路と、周波数変換回路と、点火定常流回路とが含有され、当該高圧直流電力供給システムは、外部からの電源を高圧直流電力に変換し、当該パワー制御回路は、高圧直流電力を低電圧かつ高周波の電力に変換し、当該周波数変換回路は、独自にワーキング周波数をセットできる周波数制御ICにより、単一のパワー結晶を制御して、高周波電力を低周波に変換し、点火定常流回路を駆動する。
【選択図】図３

Description

本発明は、高効率ガス放電ランプの単結晶駆動装置に関し、特に、低コストや高効率、実用的、安定的そして高安全性の単結晶駆動装置であって、高強度のガス放電ランプ (High Intensive Discharge lamp ; H.I.D. )の制御回路に適用でき、周波数変換回路が、独自にワーキング周波数をセットできる周波数制御IC集積回路により、単一のパワー結晶を制御することにより、低周波点火や稼働操作の設計になり、従来のフルブリッジ式やハーフブリッジ式周波数変換回路と比すると、従来の多いパワー結晶とパワー結晶対応する複雑の制御回路は、単一のパワー結晶と単一のIC集積回路に簡素化でき、パワー（Power）が電流の２乗と抵抗（R）との積であることにより、即ち、P= Ｉ^２× Rにより、単一のパワー結晶は、フルブリッジ式４個結晶に比較すると、素子の寿命に悪影響を与える温度の上昇を低減できるだけでなく、発熱素子に依存することが低下され、約75%のスウィッチ損失が節約され、２組の駆動回路とフローティング式ポンプを必要せず駆動回路の簡素化が出来、これにより、コストと故障率が大幅に低下され、理想的なエネルギー節約が達成され、そして、本発明は、コストダウンによりワーキング効率が低下されることなく、逆に、効率のよい周波数制御ICで単一のパワー結晶を制御することにより、ワーキング効率が向上され、高強度のガス放電ランプを駆動することは、より合理的や低故障的そして実用的及び高効率になる。

科学の素早い発展と技術の進歩により、人類の生活レベルが向上され、高強度のガス放電ランプの供給や適用により、照明の技術や効率も向上され、人類生活においての価値もより重要視され、そのため、効率の向上や照明品質の改善そしてエネルギー節約のため、ガス放電ランプを駆動する安定器は、従来式から電子式へ移行し、そして、高強度のガス放電ランプ( H.I.D.)を駆動する電子式安定器は、複数の異なる方式が発展される。

従来の高強度ガス放電ランプの駆動制御システムは、その周波数変換回路（図１のように）がフルブリッジ式制御であり、フルブリッジ制御回路3’により４個パワー結晶31を制御して周波数変換を実現するが、そのフルブリッジ制御回路3’により出力される負荷を駆動する波形（図２のように）には、上へか下への高圧サージが含まれ、回路システム全体において、干渉や高圧尖端放電が発生し、そのため、干渉を防止するためのコストが向上され、また、リークの恐れがあり、また、フルブリッジ式は、四個抵抗（R）に相当する４個パワー結晶が必要し、パワー（Power）が電流の２乗と抵抗（R）との積であることにより、即ち、P = Ｉ^２× Rにより、回路に存在する抵抗（R）が多ければ損失が多くなるため、発熱素子が多くなり、コストが高く付き、そして、効率と信頼性が低下する。

そのため、ハーフブリッジ式２個結晶駆動の方式が提案され、フルブリッジ式をハーフブリッジ式に変換するためには、パワー制御回路に、フルブリッジ式より、１個の減圧パワー結晶と１個の超高速ダイオードが追加されないと、消灯やシンチレーションのないように、負荷がスムーズにワーキングできないから、使用されるパワー素子の数が一緒になり、これは、コストを節約できないことだけでなく、効率も多いパワー素子の熱損失により低下され、また、ハーフブリッジ式により出力される負荷を駆動する波形が、フルブリッジ式と同じであるため、干渉や高圧尖端放電が発生すること等の問題がある。

従来のフルブリッジ式やハーフブリッジ式周波数変換回路の発熱や温度の上昇の低減、そして、素子の長寿命を達成するために、複数の駆動回路とフローティング式ポンプが必要し、また、コストの増加や故障率の多めそしてスペースの占用などの問題により、エネルギー節約が実現できず、そのため、信頼性が低いことと、リークの恐れがあることと、有効にワーキング効率を向上できないことと、実用性が足りないこと等が、解決しなければならない問題がある。

本発明の目的は、上記のフルブリッジ式やハーフブリッジ式周波数変換回路の各欠点を解消するため、高効率のガス放電ランプの単結晶駆動装置を提供する。

パワー（Power）が電流の２乗と抵抗（R）との積であることにより、即ち、P = Ｉ^２× Rにより、単一のパワー結晶が消費するパワーは、P =Ｉ^２× Rdsonであり、フルブリッジ式４個パワー結晶が消費するパワーがP = Ｉ^２×（Rdson1＋Rdson2＋Rdson3＋Rdson4）であることと比較すると、パワー素子に依存することが大幅に低下され、また、約75%のスウィッチ損失が節約され、２組の駆動回路とフローティング式ポンプを必要せず駆動回路の簡素化ができ、そして、コストと故障率が大幅に低下され、ワーキング効率が向上され、干渉や高圧尖端放電が低減されることにより、より安全的になり、また、有効にコストや面積の占用を低減でき、温度の上昇を低減でき、高効率で、低いコストであり、素子が長寿命化されて、理想なエネルギー節約が実現され、そのため、本発明は、より安全的、安定的そして実用的な高効率ガス放電ランプの単結晶駆動装置であり、そして、各種類のガス放電ランプを駆動することに適用する。

上記そして他の目的を達成するために、本発明は、高効率ガス放電ランプの単結晶駆動装置であり、高強度ガス放電ランプの制御回路に適用され、当該制御回路は、少なくとも、外部からの電源を高圧直流電力に変換して当該制御回路を駆動するための電気エネルギーを供給する高圧直流電力供給システムと、高圧直流電力を高周波発振電力に変換して電位を低下するパワー制御回路と、独自にワーキング周波数をセットできる周波数制御IC集積回路により単一のパワー結晶を制御して、高周波電力を低周波電力に変換し、負荷が低周波電力でワーキングする要求を満たすことにより、負荷が高周波でワーキングする時、オーディオ共振による点灯が不安的になりシンチレーションや騒音及び消灯が発生することを防止する周波数変換回路と、変圧器により低圧電力を両方向のトリガーを介してトリガーして導通した後、出力変圧器により大幅に升圧してから、高強度ガス放電ランプを点灯する点火定常流回路と、が含有される。

当該高圧直流電力供給システムは、電磁干渉抑止回路と、フィルタ回路と、力率補正回路と、フィードバック回路とからなり、当該外部電源の電力は、当該電磁干渉抑止回路により、電磁波の干渉が防止され、交流の電力供給である場合、更に、整流回路により整流された後、リップルの正の電圧である形態になり、そして、当該力率補正回路で、フィードバック回路のメッセージに従って供給し、また、リップルの正の電圧形態を高圧直流電力に変換して、フィルタ回路から出力される。

当該パワー制御回路は、高圧直流電力を高周波発振電力に変換し、その目的は、高周波発振により電位を低下して、負荷がワーキングする時必要とする電圧にする。

また、本発明は、当該周波数変換回路により、独自にワーキング周波数をセットできる周波数制御IC集積回路で単一のパワー結晶を制御し、当該周波数変換回路は、主として、上記のパワー制御回路からの高周波電力を、独自に周波数をセットできる制御回路により、所定の低周波数に切替え、これにより、低周波で高周波を搬送する低周波搬送波が形成され、このように、当該パワー結晶が低周波切替えする時、高周波を低周波に変換することだけでなく、同時に、点火定常流回路を駆動するため、高強度ガス放電ランプを点灯できるし、高強度ガス放電ランプが高周波雰囲気でワーキングする時のオーディオ共振の発生を防止できる。

以下、具体的な実施例により、本発明の実施方式について説明し、この技術を良く分かる熟練者であれば、本明細書に掲示される内容に従って、本発明の利点や効果が容易に分かる。また、本発明も、他の具体的な実施例のように、実行や応用でき、そして、本明細書の内容は、異なる観念や応用に基づいて、本発明の精神を離反しない範囲内で、色々の修正や変更ができる。

図３と４は、本発明に係わる高効率ガス放電ランプの単結晶駆動装置である。制御回路は、
電磁干渉抑止回路10と、整流回路11と、フィルタ回路12と、力率補正回路13と、フィードバック回路14とからなり、外部電源Aで電力を供給し、電磁干渉抑止回路10で電磁波の干渉を防止し、交流の電力供給である場合、更に、整流回路11により整流された後、リップルの正の電圧である形態になり、そして、力率補正回路13で、フィードバック回路14のメッセージに従って供給し、リップルの正の電圧形態を高圧直流電力に変換して、フィルタ回路12から出力され、本回路構成の作動に必要とする電気エネルギーとして供給される、高圧直流電力供給システム1と、
制御回路が供給する高速信号により、パワー結晶20の発振を制御して誘電子21を駆動し、高周波でワーキングを繰り返す時、当該誘電子21が、絶えずにエネルギーを、高速的に蓄蔵や釈放することにより、電位を有するエネルギー蓄蔵槽が形成され、高圧直流電力は、エネルギー蓄蔵槽のエネルギーを蓄蔵や釈放する時、一部の電位を分担して、高圧電力が低電位に低下し、そのため、減圧制御回路とも称される、パワー制御回路2と、
独自にワーキング周波数をセットできる周波数制御IC集積回路30で単一のパワー結晶31を制御することにより、高周波電力を、独自にセットされる低周波数に切替え、これにより、低周波で高周波を搬送する低周波搬送波が形成され、高周波の成分は、低周波が存在するため、影響を与えることがなく、低周波電力により、全てのワーキングが行われ、また、高周波電力を低周波電力に変換する目的は、ランプ（負荷）5のが低周波雰囲気でしかワーキングできない条件を満たすためであり、そして、負荷(高強度ガス放電ランプ：H.I.D.)が高周波の元でワーキングする時、オーディオ共振が発生することにより、点灯が不安定でシンチレーションや騒音そして消灯が発生することを防止する、周波数変換回路3と、
パワー制御回路2が出力する低電位と、周波数変換回路3からの低周波電力を受信して、二つの回路に分け、その一つの回路i1は、低周波パルスの電流により、ダイオード40と抵抗41でコンデンサー42を充電し、そして、電位が両方向のトリガー43を崩れる電圧に達する時、自動的にトリガーして導通することにより、コンデンサー42が放電開始し、その電流が変圧器44へ出力され、１次側440が励磁され、これにより、その２次側441に、瞬間に一連の数千ボルトの高圧パルスが励起され、ランプ(負荷)5をトリガーし、また、ランプ(負荷)5が、一旦、高圧パルスにより、トリガーされて尖端放電現象が発生すると、そのランプの内部の気体が雪崩増倍(avalanche multiplication)になり、ランプの内部に位置する二つの電極は、その間に電弧が発生されて、導通され、その直後、上記の二つの回路のもう一つの回路i2により、その後の電気エネルギーを供給し、負荷電流を、安定的に保持し、これにより、高強度ガス放電ランプの点灯がスムーズに点火できて、安定的なワーキングを保持できる、点火定常流回路4と、
が含有される。

前記の図面に合せって、図５を参照しながら、本発明が使用する、単一のパワー結晶31を駆動するIC集積回路は、従来のUBA2030TやUBA2032T或いはUBA2033T等の系列でなく、ワーキング周波数をセットできる周波数制御IC集積回路30であり、本発明は、完全に過去の設計概念を捨てて、新しい創意で、熱損失の低減やパーツのコストの節約及びワーキング効率の向上により信頼性が増大されることだけでなく、同時に、出力した負荷を駆動するための波形に干渉や高圧尖端放電等の問題がない、新規な単結晶式周波数変換回路を開発した。

このような、新規な単結晶式周波数変換回路は、H.I.D.電子式安定器がフルブリッジ式やハーフブリッジ式周波数変換回路に制限されることを解消し、そして、熱エネルギーを発生するパワー素子に対する過度な依存を無くし、これにより、温度の上昇による素子の寿命に対する影響を低減することだけでなく、新規な回路で干渉や高圧尖端放電等の問題も解決され、また、パワー（Power）が電流の２乗と抵抗（R）との積であることにより、即ち、P = Ｉ^２× Rにより、単一のパワー結晶が消費するパワーは、P =Ｉ^２× Rdsonであり、フルブリッジ式４個パワー結晶の消費パワーがP =Ｉ^２×（Rdson1＋Rdson2＋Rdson3＋Rdson4）であることに比較すると、約75%のスウィッチ損失が節約でき、また、２組の駆動回路とフローティング式ポンプを必要しないため、駆動回路が簡素化されることにより、コストが大幅に低減され、故障率も低下され、理想的なエネルギー節約が達成され、そして、温度の上昇による問題が有効に低減されるため、本発明は、コストの低減によるワーキング効率が低下することがなく、逆に、効率よい周波数制御ICで単一のパワー結晶を制御するため、ワーキング効率が向上され、高強度ガス放電ランプを駆動することがより合理化や低故障及びより実用的かつ高効率の発想により、より高いパワーかつより大きいボルト数を有する製品の開発も可能になる。

上記の実施例は、本発明の原理や効果を説明するための一部の具体的な実施例であり、本発明は、それによって制限されることがない。この技術を良く分かる熟練者であれば、本発明の精神や範囲内で、簡単に、上記の実施例について、修正や変更ができる。

従来のフルブリッジ式４個結晶を駆動する周波数変換回路図従来の駆動周波数変換回路が出力する負荷波形図本発明の電子回路図本発明のブロックフロー図本発明が出力する負荷波形図

符号の説明

フルブリッジ式駆動回路…3’
外部電源…A
高圧直流電力供給システム…1
電磁干渉抑止回路…10
整流回路…11
フィルタ回路…12
力率補正回路…13
フィードバック回路…14
パワー制御回路…2
制御パワー結晶…20
誘電子…21
周波数変換回路…3
周波数制御IC集積回路…30
パワー結晶…31
点火定常流回路…4
点火ダイオード…40
点火抵抗…41
点火コンデンサー…42
点火両方向のトリガー…43
変圧器…44
１次側…440
２次側…441
ランプ…5
第１の回路…i1
第２の回路i2

Claims

高圧直流電力を出力して、制御回路を駆動するための電気エネルギーを供給する、高圧直流電力供給システムと、
１組の制御回路が供給した高周波信号で、一つのパワー結晶を制御し、当該パワー結晶で誘電子を駆動し、当該誘電子が、高周波でワーキングする時、絶えずにエネルギーを、高速的に蓄蔵や釈放することにより、電位を有するエネルギー蓄蔵槽が形成され、高圧直流電力は、エネルギー蓄蔵槽のエネルギーを蓄蔵や釈放する時、一部の電位を分担して、高圧電力が低電位に低下する、パワー制御回路と、
独自にワーキング周波数をセットできる周波数制御IC集積回路で単一のパワー結晶を制御することにより、パワー制御回路が出力した高周波電力を、負荷が必要とする低周波電力に変換する、周波数変換回路と、
パワー制御回路が出力する低電位と、周波数変換回路からの低周波電力を受信して、コンデンサーの充放電動作により、両方向のトリガーが崩れて導通され、そして、変圧器で電圧を上昇して点火効果が得られ、また、変圧器の２次側コイルと負荷との直列に接続することにより、低周波電力で負荷を駆動する、点火定常流回路と、
が含有される、
ことを特徴とする高効率ガス放電ランプの単結晶駆動装置。