JP2007514289A - 開回路電圧調整を備える電子バラスト - Google Patents

Abstract

開回路電圧調整を有する電子バラストは、該電子バラストの出力へ動作可能な状態で接続され、検知出力電圧信号を発生させるフィラメント電流検知回路２２４と、前記検知出力電圧信号を受信し、当該電子バラストの出力での電圧を制御するよう動作可能な状態で接続された調整パルス幅変調器Ｕ３とを有する。調整パルス幅変調器Ｕ３は、出力電圧閾値限界を有する。調整パルス幅変調器Ｕ３は、検知出力電圧信号が出力電圧閾値限界を超える場合に、電子バラストの出力での電圧を制限する。調整パルス幅変調器Ｕ３は、高電圧ドライバ及び共振ハーフブリッジへのパルス幅を制限することによって、出力電圧を制限することができる。フィラメント電流検知回路２２４は、例えばタンク電流を検知することによって、間接的に出力電圧を検知することができ、あるいは、出力電圧を直接的に検知することもできる。

Description

本発明は、ガス放電管用の電子バラスト、更に具体的には、開回路電圧を調整することができる電子バラストに関する。

例えば蛍光灯のような、ガス放電ランプは、ランプへの電流を制限するバラストを必要とする。電子バラストは、それらの多数の利点により、ますます一般的となってきている。電子バラストは、磁気バラストシステムを上回る１５％から２０％程度のより大きな効率を提供する。電子バラストは、発生する熱がより少なく、冷却負荷の発生を低減させると共に、ハムを伴わずに、より静かに動作する。更に、電子バラストは、更なる設計及び制御の柔軟性を提供する。

電子バラストは、様々な供給電圧、様々な形式のランプ、及び様々な数のランプにより動作すべきである。供給電圧は、世界各国で様々であり、電力供給網に依存して１つの場所でも変化しうる。様々な形式のランプは、電気的に異なっているが、様々な形式のランプが単一の固定された物において使用可能であるように、同じ物理的寸法を有しても良い。電子バラストは、単一のランプ、又は２若しくはそれ以上のランプと共に動作しても良い。電子バラストは、様々な状態の下で、確実に、且つ、効率的に動作すべきである。

１つの特有の課題は、電子バラストが取り外された場合に、即ち、バラスト出力に開回路が存在する場合に、バラスト出力電圧を調整することである。電子バラスト自体の共振周波数で動作すると、出力電圧は極めて高い。結果として、高い出力電圧が、幾つかの電子バラストの構成要素に対して深刻な動作状態をもたらす。電子バラスト出力でタンク回路を駆動する共振ハーフブリッジ回路のハーフブリッジトランジスタにおける電流は、ハーフブリッジトランジスタを故障させる大きな電流に至らされる。現在、電子バラストは、出力電圧を測定して、測定された出力電圧をマイクロプロセッサにおいて処理するよう、複雑で高価な回路を用いてバラスト出力電圧を調整する。一般に、出力電圧測定回路は、例えばフィルタ、整流器、又は電圧検出コイルのような、余分な部品を必要とする。このことは、電子バラストの費用を増大させる。一般に、マイクロプロセッサは、バラスト出力に開回路があるか否かを決するよう、多数の時間のかかるステップ及びサブルーチンを要する。このことは、問題があるか否かをマイクロプロセッサが決する間に、構成要素の損傷の可能性を増大させる。垣谷氏による合衆国特許番号５，０３９，９２１は、放電ランプへ印加される電圧を監視して、中央演算処理装置への入力を供給する電圧検出コイルを含む放電灯点灯装置を開示する。クルース氏等による合衆国特許番号５，９２５，９９０は、故障が検出される場合に出力電圧を低減させるための記憶されたプログラムを含むマイクロプロセッサを有する電子バラストを開示する。
合衆国特許番号５，０３９，９２１ 合衆国特許番号５，９２５，９９０

上記欠点を解決しうる開回路電圧調整を備えた電子バラストを有することが望まれうる。

本発明の一の態様は、電子バラストにおいて利用可能な構成要素を用いて開回路電圧調整を利用可能にする電子バラストを提供する。

本発明の他の態様は、即時応答により開回路電圧調整を利用可能にする電子バラストを提供する。

本発明の他の態様は、簡単で安価な回路を用いて開回路電圧調整を利用可能にする電子バラストを提供する。

本発明の上記及び他の利点について、添付の図面と併せて読まれる、現在のところ好ましい実施例の以下の詳細な記述から、更に明らかにする。詳細な説明及び図面は、本発明の実例となるに過ぎず、添付の特許請求の範囲及びその均等によって定義される本発明の主旨を限定するものではない。

本発明の様々な実施例を、添付の図面により説明する。

図１は、本発明に従って作られた開回路電圧調整を備える電子バラストのブロック図である。電子バラスト１００は、交流（ＡＣ）／直流（ＤＣ）変換器１２２と、ハーフブリッジ１２４と、共振タンク回路１２６と、マイクロプロセッサ１２８と、調整パルス幅変調器（ＰＷＭ）１３０と、高電圧（ＨＶ）ドライバ１３２と、誤差回路１３４と、フィラメント電流検知回路１３８とから成る。ＡＣ／ＤＣ変換器１２２は、主電圧１２０を受け、タンク回路１２６は、ランプ１３６へ電力を供給する。

主電圧１２０は、例えば１２０Ｖ、１２７Ｖ、２２０Ｖ、２３０Ｖ、又は２７７Ｖといった、電子バラスト１００へ供給されるＡＣ線間電圧である。主電圧１２０は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２２で受けられる。ＡＣ／ＤＣ変換器１２２は、ＡＣ主電圧１２０をＤＣ電圧１４０へ変換する。ＤＣ電圧１４０は、ハーフブリッジ１２４へ供給される。ＡＣ／ＤＣ変換器１２２は、一般に、ＥＭＩフィルタ及び整流器（図示せず。）を有する。ＡＣ／ＤＣ変換器１２２は、また、例えば１８０Ｖから４７０Ｖへと、ＤＣ電圧の電圧を増大させるよう昇圧回路も有することができる。ハーフブリッジ１２４は、ＤＣ電圧１４０を高周波ＡＣ電圧１４２へ変換する。共振タンク回路１２６は、ＡＣ電圧をランプ１３６へ供給する。通常、高周波ＡＣ電圧は、２５から６０ｋＨｚの範囲の周波数を有する。

マイクロプロセッサ１２８は、電子バラスト１００の動作を制御する。マイクロプロセッサ１２８は、プログラムされた命令を記憶して、動作し、更に、所望の動作点を決定するよう、電子バラスト１００の至る所からパラメータを検知する。例えば、マイクロプロセッサ１２８は、ランプが予熱、点灯、若しくは作動のモードにあるか否かに依存して、又はランプが存在しない場合に、ＡＣ電圧を異なる周波数へ設定する。マイクロプロセッサ１２８は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２２の電力変換及び電圧出力を制御することができる。マイクロプロセッサ１２８は、また、調整ＰＷＭ１３０及びＨＶドライバ１３２を介してハーブブリッジ１２４の周波数及びデューティーサイクルを制御することによって、共振タンク回路１２６からのＡＣ電圧の電圧及び周波数も制御することができる。誤差回路１３４は、検知されたランプ電流１４４及び所望のランプ電流１４６を比較して、ランプ電流誤差信号１４８を、調整ＰＷＭ１３０及びＨＶドライバ１３２を流れるランプ電流の調節のために、調整ＰＷＭ１３０へ供給する。

フィラメント電流検知回路１３８は、タンク回路１２６でバラスト出力電圧を検出して、検知出力電圧信号１５０を調整ＰＷＭ１３０へ供給する。調整ＰＷＭ１３０は、開回路が存在するか否かを決定するために、出力電圧信号１５０を用いる。

図２及び３は、本発明に従って作られた開回路電圧調整を備える電子バラストの回路図である。

図２を参照すると、ＤＣ電力は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２２（図示せず。）によって高電圧レール２００及び共通レール２０２を介して共振ハーフブリッジへ供給されている。トランジスタＱ２及びＱ３は、ハーフブリッジ回路を形成するよう、高電圧レール２００と共通レール２０２との間に直列に接続されている。図３のＨＶドライバＵ４は、トランジスタＱ２及びＱ３を、それらが交互に導通するように駆動する。インダクタＬ５及びキャパシタＣ３３は、共振タンク回路を形成しており、トランジスタＱ２とＱ３との間の接点での出力を正弦波に平滑化する。単一のランプと共に使用するために、ランプ２０６の第１のフィラメント２０４は、端子Ｔ１及びＴ２の間に接続されており、第２のフィラメント２０８は、端子Ｔ５及びＴ６の間に接続されている。２つのランプが電子バラストと共に使用される場合には、第１のランプからの１つのフィラメントが、端子Ｔ１及びＴ２の間に接続され、第２のランプからの１つのフィラメントが、端子Ｔ５及びＴ６の間に接続される。夫々のランプからの１つのフィラメントである他のフィラメントは、端子Ｔ３及びＴ４の間に直列又は並列に接続される。

図３を参照すると、マイクロプロセッサＵ２は、電子バラストの内側及び外側からの入力を受けて、バラストの動作を制御するよう動作可能である。マイクロプロセッサＵ２は、所定のランプ動作周波数を決定し、調整ＰＷＭＵ３の振動周波数を設定する。調整ＰＷＭＵ３は、ＨＶドライバＵ４を駆動する。ＨＶドライバＵ４は、トランジスタＱ２及びＱ３を駆動する。一実施例では、マイクロプロセッサＵ２は、ＳＴマイクロエレクトロニクスから市販されているＳＴ７ＬＩＴＥ２であっても良く、調整ＰＷＭＵ３は、ナショナルセミコンダクタから市販されているＬＭ３５２４Ｄであっても良く、ＨＶドライバＵ４は、ＳＴマイクロエレクトロニクスから市販されているＬ６３８７であっても良い。当業者には、記述されている例となる部品以外の特定の部品が望ましい結果を達成するために選択可能であることが明らかである。

誤差回路は、キャパシタＣ３７を介して抵抗Ｒ５８でランプ電流を検知する。電流演算増幅器Ｕ８Ａ及び高導電超高速ダイオードＤ１８は、利得を制御する抵抗Ｒ６０及びＲ５８と共に半波整流器を構成する。検知されたランプ電流信号は、ライン２１０においてマイクロプロセッサＵ２へ、及び誤差演算増幅器Ｕ８Ｂへ供給される。マイクロプロセッサＵ２は、入力及び所望の動作状態を基に所望のランプ電流信号を発生させ、該所望のランプ電流信号をライン２１２に沿って誤差演算増幅器Ｕ８Ｂへ戻す。誤差演算増幅器Ｕ８Ｂは、検知されたランプ電流信号及び所望のランプ電流信号を比較して、ライン２１４にランプ電流誤差信号を発生させる。ライン２１４は、ランプ電流誤差信号を調整ＰＷＭＵ３へ供給する。ランプ電流誤差信号に応答して、調整ＰＷＭＵ３は、出力パルス幅を調整する。出力パルス幅は、ＨＶドライバＵ４によるトランジスタＱ２及びＱ３の循環によってランプ電流を調整する。検知されたランプ電流信号が誤差演算増幅器Ｕ８Ｂにおいて所望のランプ電流信号に等しい場合には、ランプ電流誤差信号は、零出力であり、電子バラストは、定常状態モードにある。

電子バラストは、予熱、点灯、及び作動のモードで動作する。予熱モードは、熱電子放射を引き起こして、ランプを通る電気経路を提供するよう、ランプフィラメントへ予熱シーケンスを提供する。点灯モードは、ランプを点灯させるよう、高電圧を印加する。作動モードは、点灯後にランプを流れる電流を制御する。

図２を参照すると、フィラメント電流検知回路２２４は、抵抗Ｒ５３、Ｒ７１及びＲ７２から成る。フィラメント電流検知回路２２４は、タンク回路の共振キャパシタＣ３３に直列に、共通レール２０２へ接続されている。フィラメント電流検知回路２２４は、ライン２２６においてタンク電流を受け、検知出力電圧信号をライン２２８において調整ＰＷＭＵ３の正の電流制限検知入力部へ供給する。調整ＰＷＭＵ３の負の電流制限検知入力部は、接地へ接続されている。ライン２２６のタンク電流は、ランプ２０６の両端の出力電圧に比例する。

調整ＰＷＭＵ３の正の電流制限検知入力部は、出力電圧閾値限界を検知出力電圧信号に定める。例えばバラスト出力に開回路が存在する場合のように、検知出力電圧信号が出力電圧閾値限界を超える場合には、調整ＰＷＭＵ３は、パルス幅を最大パルス幅へ制限する。これは、電子バラストからの出力電圧を制限し、ハーフブリッジトランジスタを保護する。調整ＰＷＭＵ３としてナショナルセミコンダクタから市販されるＬＭ３５２４Ｄ調整ＰＷＭを用いる実施例に関し、正の電流制限検知入力部は、２００ｍＶの設定作動レベルを有する。フィラメント電流検知回路２２４の個々の抵抗（Ｒ５３、Ｒ７１及びＲ７２）は、検知された出力電圧が、通常動作の間は作動レベルを下回り、バラスト出力において開回路が存在する場合には作動レベルを超える大きさとされている。

動作時に、フィラメント電流検知回路２２４は、タンク電流を監視する。タンク電流は、ランプ２０６の両端の出力電圧を表す。フィラメント電流検知回路２２４は、タンク電流に応答して、検知出力電圧信号を発生させる。検知出力電圧信号は、調整ＰＷＭＵ３によって監視される。検知出力電圧信号が出力電圧閾値限界を超える場合に、調整ＰＷＭＵ３は、出力パルス幅を小さくする。これは、ＨＶドライバＵ４へのＰＷＭ駆動信号を制限する。ＨＶドライバＵ４は、バラスト出力電圧を制限し、調整するよう、共振ハーフブリッジ内のハーフブリッジトランジスタＱ２及びＱ３へのＨＶ駆動信号を制限する。

当業者には、多種多様な回路及び構成要素は、バラスト出力電圧を表す検知出力電圧信号を得るために使用可能であり、当該回路は、検知出力電圧信号がタンク電流から得られる上記実施例に限定されないことが、明らかである。他の実施例では、バラスト出力電圧は、検知出力電圧信号を供給するよう、直接的に監視可能である。直流電圧測定は、共振タンク出力へ接続された抵抗分圧器又は降圧変圧器により実行され得る。他の実施例では、電流変圧器が、共振キャパシタ電流を測定するよう、フィラメント電流検知回路２２４の検知抵抗の代わりに用いられる。

図４は、本発明に従う電子バラスト用の開回路電圧調整方法のフローチャートである。出力電圧閾値限界を有する調整パルス幅変調器が、２５０において、設けられる。電子バラストからの出力電圧は、２５２において、検知出力電圧信号を発生させるよう検知され、検知出力電圧信号は、２５４において、出力電圧閾値限界と比較される。２５６において、出力電圧は、検知出力電圧信号が出力電圧閾値限界を超える場合に制限される。電子バラストからの出力電圧は、高電圧ドライバＵ４を駆動するパルス幅を制限する調整パルス幅変調器Ｕ３によって制限され得る。高電圧ドライバＵ４は、共振ハーフブリッジを駆動する。一実施例では、電子バラストからの検知出力電圧は、検知タンク電流を有する。他の実施例では、電子バラストからの検知出力電圧は、検知出力電圧を直接的に有する。

本明細書中で開示されている本発明の実施例は、現在のところ好ましいと考えられているが、様々な変更及び変形が、本発明の主旨を損なわない範囲でなされることが可能である。本発明の主旨は、添付の特許請求の範囲に示されており、意義及び均等の範囲内で派生する全ての変更が、その中に包含されている。

本発明に従って作られた開回路電圧調整を備える電子バラストのブロック図である。 本発明に従って作られた開回路電圧調整を備える電子バラストの回路図である。 本発明に従って作られた開回路電圧調整を備える電子バラストの回路図である。 本発明に従う電子バラスト用の開回路電圧調整方法のフローチャートである。

Claims (18)

1. 電子バラスト用の開回路電圧調整のための方法であって：
   出力電圧閾値限界を有する調整パルス幅変調器を設けるステップ；
   検知出力電圧信号を発生させるよう前記電子バラストからの出力電圧を検知するステップ；
   前記検知出力電圧信号を前記出力電圧閾値限界と比較するステップ；及び
   前記検知出力電圧信号が前記出力電圧閾値限界を超える場合に前記出力電圧を制限するステップ；
   を有する方法。
2. 前記検知出力電圧信号が前記出力電圧閾値限界を超える場合に前記出力電圧を制限するステップは、前記調整パルス幅変調器からのパルス幅を制限するステップを有することを特徴とする、請求項1記載の方法。
3. 検知出力電圧信号を発生させるよう前記電子バラストからの出力電圧を検知するステップは、タンク電流を検知するステップを有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
4. 前記タンク電流を検知するステップは、共振キャパシタと共通レールとの間の抵抗の両端の電圧を検知するステップを有することを特徴とする、請求項３記載の方法。
5. 検知出力電圧信号を発生させるよう前記電子バラストからの出力電圧を検知するステップは、出力電圧を直接的に検知するステップを有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
6. 電子バラスト用の開回路電圧調整のためのシステムであって：
   出力電圧閾値限界を有するパルス幅変調手段；
   検知出力電圧信号を発生させるよう前記電子バラストからの出力電圧を検知する手段；
   前記検知出力電圧信号を前記出力電圧閾値限界と比較する手段；及び
   前記検知出力電圧信号が前記出力電圧閾値限界を超える場合に前記出力電圧を制限する手段；
   
   を有するシステム。
7. 前記検知出力電圧信号が前記出力電圧閾値限界を超える場合に前記出力電圧を制限する手段は、前記パルス幅変調手段からのパルス幅を制限する手段を有することを特徴とする、請求項６記載のシステム。
8. 検知出力電圧信号を発生させるよう前記電子バラストからの出力電圧を検知する手段は、タンク電流を検知する手段を有することを特徴とする、請求項６記載のシステム。
9. 前記タンク電流を検知する手段は、共振キャパシタと共通レールとの間の抵抗の両端の電圧を検知する手段を有することを特徴とする、請求項８記載のシステム。
10. 検知出力電圧信号を発生させるよう前記電子バラストからの出力電圧を検知する手段は、出力電圧を直接的に検知する手段を有することを特徴とする、請求項６記載のシステム。
11. 電子バラスト用の開回路電圧調整回路であって：
    前記電子バラストの出力へ動作可能な状態で接続され、検知出力電圧信号を発生させるフィラメント電流検知回路；及び
    前記検知出力電圧信号を受け、前記電子バラストの出力での電圧を制御するよう動作可能な状態で接続され、出力電圧閾値限界を有する調整パルス幅変調器；
    を有し、
    前記調整パルス幅変調器は、前記検知出力電圧信号が前記出力電圧閾値限界を超える場合に前記電子バラストの出力での電圧を制限することを特徴とする回路。
12. 前記調整パルス幅変調器は、パルス幅を制限することによって、前記電子バラストの出力での電圧を制御することを特徴とする、請求項１０記載の回路。
13. 前記フィラメント電流検知回路は、タンク電流に応答することを特徴とする、請求項１０記載の回路。
14. 前記電子バラストの出力へ動作可能な状態で接続され、共振キャパシタを有するタンク回路を更に有し、
    前記フィラメント電流検知回路は、前記共振キャパシタと共通レールとの間に抵抗を有することを特徴とする、請求項１０記載の回路。
15. 前記調整パルス幅変調器は、前記出力電圧閾値限界に関して設定作動レベルを有し、
    前記抵抗は、前記検知出力電圧信号が、前記電子バラストが開回路を有する場合に前記設定作動レベルを超えるように、大きさを合わせられることを特徴とする、請求項１４記載の回路。
16. 前記調整パルス幅変調器によって駆動されるよう動作可能な状態で接続された高電圧ドライバを更に有し、
    前記調整パルス幅変調器は、制限されたパルス幅で前記高電圧ドライバを駆動することによって、前記電子バラストの出力での電圧を制限することを特徴とする、請求項１０記載の回路。
17. 前記電子バラストの出力へ動作可能な状態で接続され、共振キャパシタを有するタンク回路を更に有し、
    前記フィラメント電流検知回路は、前記共振キャパシタと共通レールとの間に動作可能な状態で接続されることを特徴とする、請求項１０記載の回路。
18. 前記フィラメント電流検知回路は、抵抗分圧器、降圧変圧器、及び電流変圧器から成るグループから選ばれることを特徴とする、請求項１７記載の回路。

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