JP2008166290A - Hybrid ballast control circuit in simplified package - Google Patents

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Thomas J Ribarich
トーマス・ジェイ・リバリック
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hybrid ballast control circuit in a simplified package which can implement a lighting control system in a reduced price and in a simplified production process. <P>SOLUTION: The hybrid ballast control circuit includes in a single package a ballast control, a half bridge driver and an electric switch half bridge. The ballast circuit includes a lot of defect protections and security properties and oscillates by itself in order to drive a resonance circuit including a fluorescent lamp. For a lot of driving modes including a drive start up, a preheating, a normal driving mode and a defect protecting response mode, an internal feedback and a controlling signal are provided. A voltage control oscillator adjusts a switching frequency of a switching half bridge and maintains a zero volt switching and a minimum current switching. A total ballast control has only three external connections and its performance can be carried out in a TO220 package. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、概して蛍光ランプのための電子安定器に関し、特に、単純化された混成安定器制御及びパッケージに関する。   The present invention relates generally to electronic ballasts for fluorescent lamps, and more particularly to simplified hybrid ballast controls and packages.

電子安定器(バラスト)は、多くの照明装置の応用、特に、切換えハーフ・ブリッジと共に動作するものにおいて用いられている。このような電子安定器は、インターナショナル・レクティファイヤ・コーポレーションに与えられた米国特許第6,008,593号(特許文献1)に示されている。電子安定器の制御は、応答回路における欠陥検出及び力率修正を含め広範な機能及び特徴を含むよう発展してきた。代表的な電子安定器は幾つかの制御ICを含んでおり、該制御ICは、電子安定器におけるスイッチを動作させ、かつ切換えハーフ・ブリッジによって駆動される蛍光ランプを制御するようフィードバック信号を受ける。切換えハーフ・ブリッジを制御するための制御ICは、代表的には、蛍光ランプ負荷に結合されたハーフ・ブリッジ・スイッチのための切換え信号を駆動するために用いられる発振器を含む。発振器を用いた電子安定器の一つの実施方法は、電子安定器に電圧制御発振器(VCO)を接続すること、並びに所望に応じて切換え周波数を修正するよう適切な信号でVCOを駆動することを含む。例えば、蛍光ランプ応用の場合、電子安定器の動作を改善するよう、起動開始中または欠陥条件下で電子安定器の切換え周波数が変わるよう調整され得る。   Electronic ballasts (ballasts) are used in many lighting device applications, particularly those that work with switched half bridges. Such an electronic ballast is shown in US Pat. No. 6,008,593 issued to International Rectifier Corporation. Electronic ballast control has evolved to include a wide range of functions and features, including defect detection and power factor correction in response circuits. A typical electronic ballast includes several control ICs that receive feedback signals to operate the switches in the electronic ballast and to control the fluorescent lamps driven by the switching half bridge. . A control IC for controlling the switching half bridge typically includes an oscillator used to drive a switching signal for a half bridge switch coupled to a fluorescent lamp load. One implementation of an electronic ballast using an oscillator involves connecting a voltage controlled oscillator (VCO) to the electronic ballast and driving the VCO with an appropriate signal to modify the switching frequency as desired. Including. For example, for fluorescent lamp applications, the switching frequency of the electronic ballast can be adjusted to change during start-up or under fault conditions to improve the operation of the electronic ballast.

電子安定器は、また、代表的には、ランプ・フィラメントを予め熱すること、ランプを点火すること、ランプを所望の電力レベルに駆動すること、ランプの欠陥状態を検出すること、及び電子安定器を安全に消勢することのような種々の設計特徴を行う。蛍光ランプのようなガス放電ランプのための電子安定器の使用は、先に使用された電力バイポーラ・スイッチング装置に取って代わる絶縁されたゲート・バイポーラ・トランジスタ(IGBT)及び電力MOSFETスイッチング装置を使用することにより、広範に利用可能である。インターナショナル・レクティファイヤ・コーポレーションによって販売されかつ米国特許第5,545,955号(特許文献2)に記載されているIR2155のようなモノリシック・ゲート・ドライバ回路が、電子安定器における電力MOSFETまたはIGBTを駆動するために用いられてきた。IR2155ゲート・ドライバICは、小さい外形を有した通常のDIPまたはSOICパッケージでパッケージされかつ標準の製造過程で使用可能なので、多くの応用に有利である。   Electronic ballasts also typically pre-heat the lamp filament, ignite the lamp, drive the lamp to the desired power level, detect lamp fault conditions, and electronic stability Various design features, such as safely extinguishing the vessel. The use of electronic ballasts for gas discharge lamps such as fluorescent lamps uses insulated gate bipolar transistors (IGBTs) and power MOSFET switching devices that replace previously used power bipolar switching devices. It can be used widely. A monolithic gate driver circuit, such as IR2155 sold by International Rectifier Corporation and described in US Pat. No. 5,545,955, provides a power MOSFET or IGBT in an electronic ballast. Has been used to drive. The IR2155 gate driver IC is advantageous for many applications because it is packaged in a normal DIP or SOIC package with a small profile and can be used in a standard manufacturing process.

上述の電子安定器回路の各々において、制御ICは、切換えハーフ・ブリッジにおけるもしくは電子安定器の他の部分における電力スイッチから別々に実現される。加えるに、制御ICは、プログラム可能な予熱時間、最小周波数等のような特徴を得るために、受動要素のような外部の要素を用いる。外部要素は、制御ICの柔軟性を改善するように、応用特定基準に基づいて設計者によって決定され得る。しかしながら、多くの応用においては、照明制御システムを実施するために、低価格及び容易な製造可能性を有した単純化された応用特定安定器制御を得ることが望ましい。   In each of the electronic ballast circuits described above, the control IC is implemented separately from power switches in the switching half bridge or in other parts of the electronic ballast. In addition, the control IC uses external elements such as passive elements to obtain features such as programmable preheat time, minimum frequency, and the like. The external elements can be determined by the designer based on application specific criteria to improve the flexibility of the control IC. However, in many applications it is desirable to obtain a simplified application specific ballast control with low cost and easy manufacturability to implement a lighting control system.

米国特許第6,008,593号US Pat. No. 6,008,593 米国特許第5,545,955号US Pat. No. 5,545,955

本発明によれば、点灯システム産業の必要性に叶うよう実質的に単純化されかつ単一のユニットとしてパッケージされる電子安定器が提供される。単一ユニットのパッケージは、安定器制御ICと、安定器制御ICにおける特徴をプログラムするための受動要素と、ランプ負荷に制御された電力出力を提供するための切換えハーフ・ブリッジ回路とを含む。全電子安定器は、電子安定器の完全な動作性を提供するために、例えば3つの接続ピンだけを有した単一のTO220パッケージ内に組込まれ得る。電子安定器制御パッケージは、MOSFETスイッチから成る切換えハーフ・ブリッジに、安定器制御回路と、充電ポンプ供給と、電子安定器のための制御パラメータを決定する受動要素とを組合せ得る。   In accordance with the present invention, an electronic ballast is provided that is substantially simplified and packaged as a single unit to meet the needs of the lighting system industry. The single unit package includes a ballast control IC, passive elements for programming features in the ballast control IC, and a switched half bridge circuit for providing a controlled power output to the lamp load. All electronic ballasts can be incorporated, for example, in a single TO220 package with only three connecting pins to provide full operability of the electronic ballast. The electronic ballast control package may combine a switching half bridge consisting of MOSFET switches with ballast control circuitry, a charge pump supply, and passive elements that determine control parameters for the electronic ballast.

混成安定器制御によって提供される特徴の中に、安定器制御のVCOに結合される集積化されたコンデンサによって設定される予熱時間がある。混成安定器制御は、また、下電圧ロックアウト、非点火状態、過度電流状態、及び開フィラメント欠陥を含め、集積化された欠陥保護を含む。混成安定器制御は、ランプが点火しない場合に点火中に生じ得る過度の電流を検出する。蛍光ランプは典型的には共振インダクタで動作するので、インダクタは飽和し得て、非点火ランプ故障となり、これを本発明の電子安定器が検出する。安定器制御は、切換えハーフ・ブリッジにおける低側スイッチのRDSON値に基づき波高率測定を行うことができる。波高率測定により過度の電流が検出された場合、安定器制御は欠陥モードに入り、切換えハーフ・ブリッジ・ドライバ出力が不能化されて点灯システム及びシステム構成要素が損傷するのを阻止する。波高率測定は、切換えハーフ・ブリッジの低側MOSFETにおける温度及び公差(許容範囲)変動とは独立している相対電流測定である。従って、低側スイッチのRDSON電圧が単独で用いられる場合よりも正確な電流感知が得られ得る。結果の検出後に電子安定器がシャットダウンするのを許容するためにロックアウト・リセット特徴が与えられ、それ故、電子安定器が再度動作を始める前に電子安定器に電力が回帰されなければならない。   Among the features provided by hybrid ballast control is the preheat time set by an integrated capacitor coupled to the ballast controlled VCO. Hybrid ballast control also includes integrated fault protection, including undervoltage lockout, non-ignition conditions, overcurrent conditions, and open filament faults. Hybrid ballast control detects excessive current that can occur during ignition if the lamp does not ignite. Since fluorescent lamps typically operate with a resonant inductor, the inductor can saturate, resulting in a non-ignition lamp failure, which is detected by the electronic ballast of the present invention. Ballast control can perform crest factor measurements based on the RDSON value of the low-side switch in the switching half bridge. If excessive current is detected by crest factor measurement, ballast control enters a fault mode, preventing the switching half bridge driver output from being disabled and damaging the lighting system and system components. The crest factor measurement is a relative current measurement that is independent of temperature and tolerance (tolerance) variations in the low-side MOSFET of the switched half bridge. Thus, more accurate current sensing can be obtained than when the low side switch RDSON voltage is used alone. A lockout and reset feature is provided to allow the electronic ballast to shut down after detection of the result, so power must be returned to the electronic ballast before the electronic ballast begins to operate again.

本発明によれば、電子安定器制御に固定の最小周波数特徴も与えられる。この特徴は、切換えハーフ・ブリッジにおけるハード切換えを阻止し、切換え損失及びハーフ・ブリッジ切換え要素を損傷させる可能性を避けることができる。   The present invention also provides a fixed minimum frequency feature for electronic ballast control. This feature prevents hard switching in the switching half bridge and avoids the possibility of damaging switching losses and half bridge switching elements.

本発明の他の特徴及び長所は、添付図面を参照しながら為される以下の説明から明瞭となるであろう。   Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following description made with reference to the accompanying drawings.

さて、図1及び図2を参照すると、本発明による混成安定器制御20に用いられる集積制御回路100のブロック図が示されている。制御回路100は、安定器制御の入力及び出力のための接続に対して番号付けされた指示を含んでいる。VCC電圧は接続番号1に接続され、VCO信号は接続番号3に接続され、そして最小周波数要素は接続番号4のFMINに接続されている。出力HO及びLOはそれぞれ接続7及び5であり、ハーフ・ブリッジ・スイッチM1、M2に対するドライバ出力を提供する。接続番号8上の電圧VBは、ハーフ・ブリッジ・ドライバ13に対する電力接続を提供し、接続番号6上の電圧VSは、ハーフ・ブリッジ22における高側スイッチM1に対し基準電圧を提供する。COMと表示した接続番号2は、制御回路100における戻り路及び電圧基準を提供するよう共通電圧接続を表す。   1 and 2, there is shown a block diagram of an integrated control circuit 100 used in the hybrid ballast control 20 according to the present invention. The control circuit 100 includes instructions numbered for connections for ballast control inputs and outputs. The VCC voltage is connected to connection number 1, the VCO signal is connected to connection number 3, and the minimum frequency element is connected to FMIN with connection number 4. Outputs HO and LO are connections 7 and 5, respectively, and provide driver outputs for half-bridge switches M1, M2. Voltage VB on connection number 8 provides a power connection to half bridge driver 13 and voltage VS on connection number 6 provides a reference voltage for high side switch M1 in half bridge 22. Connection number 2 labeled COM represents a common voltage connection to provide a return path and voltage reference in the control circuit 100.

制御回路100はまた、供給コンデンサCBOOT(図2)と共に高側ドライバ回路に対する起動電圧を提供するのに寄与する電圧VCC及びVB間の集積ブートストラップ・ダイオードを含む。回路100はまた、電子安定器制御における多くの作用を行う電圧制御発振器(VCO)21を含む。接続3上の信号VCOは、VCO21の周波数を決定するコンデンサCVCO(図2)に接続される。コンデンサCVCOが充電される方法を制御することによって、VCO21は、起動モード、走行モード及び欠陥モードを含む種々の動作側面中にハーフ・ブリッジ22の切換え周波数を変化させることができる。VCO21の周波数は、VS感知ブロック15において得られる電流感知フィードバックを有する適応性フィードバック制御ループによって影響される。さらに、適応性ゼロ電圧及び最小電流切換え制御19は、VCO21及びハーフ・ブリッジ・ドライバ13を介してハーフ・ブリッジ切換えに影響を与えるよう周波数調整を提供する。切換え制御19は、ハーフ・ブリッジ22におけるゼロ・ボルト切換え(ZVS)及び最小電流切換え(MCS)を得るようVS感知ブロック15に基づいてVCO21の周波数に影響を与える。VCO21は、以下に一層詳細に説明するように、接続4上の信号FMINに与えられる設定により、最小周波数にプログラム可能に制限される。   The control circuit 100 also includes an integrated bootstrap diode between voltages VCC and VB that contributes to provide a starting voltage for the high side driver circuit along with the supply capacitor CBOOT (FIG. 2). The circuit 100 also includes a voltage controlled oscillator (VCO) 21 that performs many functions in electronic ballast control. The signal VCO on connection 3 is connected to a capacitor CVCO (FIG. 2) that determines the frequency of VCO 21. By controlling the manner in which the capacitor CVCO is charged, the VCO 21 can change the switching frequency of the half bridge 22 during various operational aspects, including start-up mode, travel mode and fault mode. The frequency of the VCO 21 is affected by an adaptive feedback control loop with current sensing feedback obtained in the VS sensing block 15. In addition, adaptive zero voltage and minimum current switching control 19 provides frequency adjustment to affect half bridge switching via VCO 21 and half bridge driver 13. The switching control 19 affects the frequency of the VCO 21 based on the VS sensing block 15 to obtain zero volt switching (ZVS) and minimum current switching (MCS) in the half bridge 22. VCO 21 is programmably limited to a minimum frequency by the settings given to signal FMIN on connection 4, as will be described in more detail below.

図2に示されるように、本発明による安定器制御20は、安定器制御20として示されている。安定器制御20は、図1に記載された制御回路100を組込んでおり、制御入力を受けて、スイッチM1及びM2から構成される切換えハーフ・ブリッジ22を駆動する。切換えハーフ・ブリッジ22における高側スイッチM1は、外部のパッケージ接続1として示されているDCバスに接続される。従って、スイッチM1は、DC電力を混成安定器制御の出力ピン2に切換える。ハーフ・ブリッジ22における低側スイッチM2は、すべての外部電力接続を混成安定器制御20に与えるよう、混成安定器制御の出力2と共通の基準点3とに接続される。従って、混成安定器制御20によって切換えられるすべての高電力信号は、ハーフ・ブリッジ22におけるスイッチM1及びM2を介して流れる。それ故、混成安定器制御20は、共振回路内のガス放電ランプを駆動するための電子安定器制御機能を提供するよう、3つの外部接続を用いている。混成安定器制御20内の受動要素並びにスイッチM1、M2及びダイオードD1、D2は、例えば小さい基板上に集積され得るので、混成安定器制御20は、3つのピン接続を有したTO220のような小さいパッケージで実施し得る。   As shown in FIG. 2, ballast control 20 according to the present invention is shown as ballast control 20. The ballast control 20 incorporates the control circuit 100 described in FIG. 1, receives a control input, and drives a switching half bridge 22 composed of switches M1 and M2. The high side switch M1 in the switching half bridge 22 is connected to a DC bus shown as an external package connection 1. Accordingly, switch M1 switches DC power to output pin 2 for hybrid ballast control. The low side switch M2 in the half bridge 22 is connected to the output 2 of the hybrid ballast control and the common reference point 3 to provide all external power connections to the hybrid ballast control 20. Thus, all high power signals switched by hybrid ballast control 20 flow through switches M1 and M2 in half bridge 22. Therefore, the hybrid ballast control 20 uses three external connections to provide an electronic ballast control function for driving the gas discharge lamp in the resonant circuit. Since the passive elements in the hybrid ballast control 20 and the switches M1, M2 and diodes D1, D2 can be integrated, for example, on a small substrate, the hybrid ballast control 20 is small, such as a TO 220 with three pin connections. Can be implemented in a package.

さて、図3を参照すると、電子安定器制御20を有したCFLランプ33の回路図が示されている。安定器制御20は、CFLランプ33と一緒に共振回路を形成するインダクタLRESに出力を与える。インダクタL1、コンデンサC1及び全波ブリッジ整流器BRから接続1を介して安定器制御20にDC電力が供給される。安定器制御20の出力接続2は、インダクタLRES及びコンデンサCRESから構成される共振回路を介してランプ33に高周波電力を供給する。インダクタLRES及びコンデンサCRESの組合せは、高効率でランプ33を駆動する共振周波数を有する共振回路を創成する。安定器制御20は、インダクタLRES及びコンデンサCRESから構成される共振回路の共振周波数に近い周波数で安定器制御20の出力を駆動するよう試みる適応性制御19(図1)を含む。切換え周波数が共振周波数に近づくにつれ、安定器制御20の出力2上の出力電流が出力2上の出力電圧と殆ど同相であるので、最小電流の切換えが行われ得る。共振動作近辺のこの種の同相では、安定器制御20におけるハーフ・ブリッジの切換え損失は最小とされる。   Referring now to FIG. 3, a circuit diagram of a CFL lamp 33 with electronic ballast control 20 is shown. The ballast control 20 provides an output to an inductor LRES that forms a resonant circuit with the CFL lamp 33. DC power is supplied to ballast control 20 via connection 1 from inductor L1, capacitor C1 and full-wave bridge rectifier BR. The output connection 2 of the ballast control 20 supplies high frequency power to the lamp 33 via a resonant circuit composed of an inductor LRES and a capacitor CRES. The combination of inductor LRES and capacitor CRES creates a resonant circuit having a resonant frequency that drives lamp 33 with high efficiency. Ballast control 20 includes an adaptive control 19 (FIG. 1) that attempts to drive the output of ballast control 20 at a frequency close to the resonant frequency of the resonant circuit comprised of inductor LRES and capacitor CRES. As the switching frequency approaches the resonant frequency, the minimum current can be switched because the output current on output 2 of ballast control 20 is almost in phase with the output voltage on output 2. In this type of in-phase near resonant operation, the half-bridge switching losses in ballast control 20 are minimized.

さて、図4を参照すると、混成安定器制御20は、下電圧のロックアウト・モードにおける動作に適切な特別の要素を有して示されている。供給電圧VCCが集積制御回路100のターンオン閾値以下に下がったとき、下電圧ロックアウト・モード(UVLO)に入る。UVLOモードは、ハーフ・ブリッジ・ドライバ、高及び低の双方の側が付勢される前に制御回路100が完全に機能しているのを許容する極端に低い供給電流、すなわち、<200μaを維持する。起動コンデンサCVCCは、抵抗RSUPPLYを介してVBUSによって供給される電流から、制御回路100によって引き込まれる起動電流を引いたもので充電する。抵抗RSUPPLYは、バス電圧VBUSから制御回路100に供給するのに充分な電流を提供するよう選択される。コンデンサCVCCは、入力ライン電圧の少なくとも1つの半サイクルの間、VCCに対する電圧をUVLOモードに対する閾値以上に維持するために充分に大きい。コンデンサCVCCは、VCC上にDC電圧を維持し、VBUSによって供給されるピーク入力電圧の間は充電する。VCCに供給されるコンデンサCVCC上の電圧が起動閾値に達したとき、制御回路100はターンオンし、出力HO及びLOを駆動し始め、切換えハーフ・ブリッジ・スイッチM1及びM2を発振させ始める。   Referring now to FIG. 4, the hybrid ballast control 20 is shown with special elements suitable for operation in a lower voltage lockout mode. When the supply voltage VCC falls below the turn-on threshold of the integrated control circuit 100, the under voltage lockout mode (UVLO) is entered. The UVLO mode maintains an extremely low supply current, i.e. <200 μa, allowing the control circuit 100 to be fully functional before both the high and low sides are energized. . The starting capacitor CVCC is charged by subtracting the starting current drawn by the control circuit 100 from the current supplied by VBUS via the resistor RSUPPLY. Resistor RSUPPLY is selected to provide sufficient current to supply control circuit 100 from bus voltage VBUS. Capacitor CVCC is large enough to maintain the voltage on VCC above the threshold for UVLO mode for at least one half cycle of the input line voltage. Capacitor CVCC maintains a DC voltage on VCC and charges during the peak input voltage supplied by VBUS. When the voltage on the capacitor CVCC supplied to VCC reaches the start threshold, the control circuit 100 turns on, starts driving the outputs HO and LO, and starts oscillating the switching half bridge switches M1 and M2.

接続VB上に与えられる高側ドライバ回路電圧は、起動時の動作電圧を迅速に得るために、内部のブートストラップ・ダイオードDBOOT及び供給コンデンサCBOOTによって最初に援助される。コンデンサCCP並びにダイオードDCP1及びDCP2から構成される充電ポンプ回路は、接続VS上の駆動回路に対して低側ドライバ電圧を供給する。回路のターンオン中、高側スイッチM1をターンオンするのに先立って、高側電圧供給を適切な値に充電されるようにするのが望ましい。従って、信号HO上に最初のパルスが与えられる前に高側供給回路を充電するのに充分な時間を提供するために、信号LOは、切換えハーフ・ブリッジにおける切換えが開始されるとき、最初の発振パルスを提供する。   The high side driver circuit voltage provided on connection VB is initially assisted by an internal bootstrap diode DBBOOT and supply capacitor CBOOT to quickly obtain the operating voltage at start-up. A charge pump circuit consisting of a capacitor CCP and diodes DCP1 and DCP2 supplies a low side driver voltage to the drive circuit on connection VS. During circuit turn-on, it is desirable to ensure that the high-side voltage supply is charged to an appropriate value prior to turning on the high-side switch M1. Thus, in order to provide sufficient time to charge the high side supply circuit before the first pulse is applied on signal HO, signal LO is first switched when switching in the switching half bridge is initiated. Provide an oscillation pulse.

UVLOモードの間、制御回路100は安全モードに置かれ、高及び低側ドライバ出力HO及びLOは双方ともターンオフされるか、もしくは低に拘束される。さらに、ラインVCOは、VCO21の開始周波数を最大値にリセットするよう、ラインCOM上の共通電圧にプルダウンされる。   During the UVLO mode, the control circuit 100 is placed in a safe mode and the high and low side driver outputs HO and LO are both turned off or tied low. Furthermore, the line VCO is pulled down to a common voltage on the line COM so as to reset the starting frequency of the VCO 21 to the maximum value.

さて、図5を参照すると、本発明による電子安定器の回路ブロック図が、周波数掃引回路の動作に特有の要素と共に示されている。周波数掃引モードは代表的には、電子安定器が電力付勢されて動作し始めたときに関与される。VCCがUVLOの正の閾値を超えたとき、制御回路100は周波数掃引モードに入る。内部電流源31は、制御回路100のラインVCO上に接続されたコンデンサCVCOを充電する。コンデンサCVCOが充電するにつれ、VCO21に供給される電圧は指数関数的にランプアップ(上昇)され始める。ラインVCO上の電圧が増加するにつれ、VCO21の周波数はそれに対応して減少し、例えばインダクタLRES及びコンデンサCRESから成る共振回路の共振周波数に向かってランプダウン(下降)する。ラインVCO上の電圧は最初ゼロであり、このことは、VCO21の出力周波数を回路の最大周波数にセットする。予熱及び点火(もしくは始動)の間、周波数掃引モードにおいては、ラインVCO上の電圧は、以下の式(1)によって定義された指数関数波形の形状でランプアップする。   Referring now to FIG. 5, a circuit block diagram of an electronic ballast according to the present invention is shown with elements specific to the operation of the frequency sweep circuit. The frequency sweep mode is typically involved when the electronic ballast is powered and begins to operate. When VCC exceeds the UVLO positive threshold, control circuit 100 enters a frequency sweep mode. The internal current source 31 charges a capacitor CVCO connected on the line VCO of the control circuit 100. As the capacitor CVCO charges, the voltage supplied to the VCO 21 begins to ramp up exponentially. As the voltage on the line VCO increases, the frequency of the VCO 21 correspondingly decreases and ramps down (decreases) towards the resonant frequency of the resonant circuit consisting of, for example, the inductor LRES and the capacitor CRES. The voltage on line VCO is initially zero, which sets the output frequency of VCO 21 to the maximum frequency of the circuit. During preheat and ignition (or start-up), in frequency sweep mode, the voltage on the line VCO ramps up in the form of an exponential waveform defined by equation (1) below.

v(t)=V(1−e−t/RC) (1) v (t) = V (1-e- t / RC ) (1)

ラインVCO上の電圧は、それがランプアップするにつれ5ボルトに接近し、このことは、VCO21に接続された信号FMIN上に供給される抵抗RFMINによってプログラムされるごとく最小周波数に等しくする。ラインVCO上の電圧は、内部の非線形電流源31を介してコンデンサCVCO上に置かれる充電に起因して指数関数的にランプ(傾斜)する。代替的には、ラインVCO上の電圧は、コンデンサCVCOによってプログラムされるように線形的にランプアップし得る。   The voltage on line VCO approaches 5 volts as it ramps up, which equals the minimum frequency as programmed by resistor RFMIN provided on signal FMIN connected to VCO 21. The voltage on line VCO ramps exponentially due to the charge placed on capacitor CVCO via an internal nonlinear current source 31. Alternatively, the voltage on line VCO can be ramped up linearly as programmed by capacitor CVCO.

VCO21の周波数が電子安定器出力段の共振周波数に接近するにつれ、かつハーフ・ブリッジ・スイッチM1及びM2が、共振周波数に接近した周波数で発振するにつれ、接続ノード2に供給される出力電圧及び負荷電流は増加する傾向にある。切換え周波数は、例えばランプ33が点火する(もしくは始動する)レベルに出力電流及び電圧が達するまで、もしくは出力電流限界が達成されるまで、減少し続ける。もしランプ33が成功裏に点火(もしくは始動)したならば、VCO21への入力電圧は、ほぼ4.6ボルトの値に達するよう増加し続ける。VCO21への入力電圧が4.6ボルトに達すると、制御回路100は、ゼロ電圧及び最小電流切換え(ZVMCS)を維持するよう適応性走行モードに切換わる。   As the frequency of the VCO 21 approaches the resonant frequency of the electronic ballast output stage, and as the half bridge switches M1 and M2 oscillate at a frequency approaching the resonant frequency, the output voltage and load supplied to the connection node 2 The current tends to increase. The switching frequency continues to decrease until, for example, the output current and voltage reach a level at which the lamp 33 ignites (or starts) or until an output current limit is achieved. If the lamp 33 is ignited (or started) successfully, the input voltage to the VCO 21 will continue to increase to reach a value of approximately 4.6 volts. When the input voltage to the VCO 21 reaches 4.6 volts, the control circuit 100 switches to the adaptive drive mode to maintain zero voltage and minimum current switching (ZVMCS).

周波数掃引モードの間、切換え周波数は共振周波数を介して減少し得る。従って、VCO21に対する最小周波数は、インダクタLRES、コンデンサCRES及びランプ33から成る共振回路から予想される共振周波数のものよりも低い最小周波数を得るよう抵抗RFMINによってプログラムされる。混成安定器制御20によって制御される負荷としてガス放電ランプ33の場合、共振負荷回路は高いQ共振を提供し、それ故、プログラムされた最小切換え周波数は、該高いQ共振周波数よりも低いはずである。もしVCO21への入力電圧が指数関数的にランプ(傾斜)するならば、VCO21は、共振出力段を横切る利得が低い場合、より高い周波数を介して迅速にランプ(傾斜)する。共振出力段に対して低い利得が有る場合、予熱目的のためにはより少ない電流が利用できる。従って、VCO21がより低い周波数を出力するにつれ、予熱のためには一層多い電流が利用可能であり、良好な応答を許容して構成要素の寿命を増やす。   During the frequency sweep mode, the switching frequency can be reduced via the resonant frequency. Thus, the minimum frequency for VCO 21 is programmed by resistor RFMIN to obtain a minimum frequency that is lower than that of the resonance frequency expected from the resonance circuit consisting of inductor LRES, capacitor CRES and lamp 33. In the case of a gas discharge lamp 33 as a load controlled by the hybrid ballast control 20, the resonant load circuit provides a high Q resonance, so the programmed minimum switching frequency should be lower than the high Q resonant frequency. is there. If the input voltage to the VCO 21 ramps exponentially, the VCO 21 ramps (slopes) rapidly through higher frequencies if the gain across the resonant output stage is low. If there is a low gain for the resonant output stage, less current can be used for preheating purposes. Therefore, as VCO 21 outputs lower frequencies, more current is available for preheating, allowing good response and increasing component life.

VCO21への入力電圧の指数関数的な形状は、共振に接近する一層低い周波数を介して一層ゆっくりしたランプ(傾斜)を生成する。より低い周波数において、共振出力段の利得はより高くかつより安定する。従って、予熱は、より高い電流で、より良好な制御下で行われる。VCO21への入力電圧は、発振器周波数を共振周波数に向けて一層単純化して駆動するよう線形的に傾斜(ランプ)し得る。   The exponential shape of the input voltage to the VCO 21 produces a slower ramp (slope) through a lower frequency that approaches resonance. At lower frequencies, the resonant output stage gain is higher and more stable. Thus, preheating is performed at a higher current and under better control. The input voltage to the VCO 21 may be linearly ramped (ramped) to drive the oscillator frequency further simplified towards the resonant frequency.

周波数が共振に接近するにつれ、ランプは代表的には共振より上の周波数で点火(もしくは始動)する。その理由は、共振タンクを横切る利得は共振周波数の近辺で急激に増加してランプを点火するための出力電圧を達成するからである。ランプが点火すると、負荷は過減衰されるようになり共振周波数は減少する。回路は、ランプが点火した後は走行モードに入るので、VCO21の出力は代表的には共振周波数以上に留まる。   As the frequency approaches resonance, the lamp typically ignites (or starts) at a frequency above resonance. This is because the gain across the resonant tank increases abruptly near the resonant frequency to achieve an output voltage for igniting the lamp. When the lamp ignites, the load becomes overdamped and the resonant frequency decreases. Since the circuit enters running mode after the lamp ignites, the output of the VCO 21 typically remains above the resonant frequency.

切換え周波数は、FMINに達する点まででさえ、多数のサイクルの間に共振周波数以下で走行し得るということが起こり得るが、しかしながら、ZVS回路は、走行モード中、該周波数を後方にもたらす。共振切換え周波数以下の期間は短く、回路に対し何等かの問題または損傷を引き起すことはないはずである。   It can happen that the switching frequency can run below the resonance frequency for a number of cycles, even up to the point where it reaches FMIN, however, the ZVS circuit brings that frequency backwards during the running mode. The period below the resonant switching frequency is short and should not cause any problems or damage to the circuit.

周波数が周波数掃引モード中に高いQ共振周波数に向けて減少するので、ランプ・フィラメントは、ランプが点火する充分に高い点にランプ電圧が増加するまで、予熱される。上述したように、最小周波数は、制御回路100の信号FMINに接続される抵抗RFMINによってプログラムされる。最大周波数は、最小周波数よりも高い固定マージンに内部的にセットされ、望まれない「フラッシュ」がランプを横切って生じるのを阻止するよう初期の起動中のランプ電圧が低いのを確実にする。予熱及び点灯時間の量は、コンデンサCVCOを適切に選択することによりプログラムされる。   As the frequency decreases towards the high Q resonance frequency during the frequency sweep mode, the lamp filament is preheated until the lamp voltage increases to a sufficiently high point where the lamp ignites. As described above, the minimum frequency is programmed by resistor RFMIN connected to signal FMIN of control circuit 100. The maximum frequency is internally set to a fixed margin higher than the minimum frequency to ensure that the initial start-up lamp voltage is low to prevent unwanted “flashes” from occurring across the lamp. The amount of preheating and lighting time is programmed by selecting the capacitor CVCO appropriately.

さて、図5Aを参照すると、適応型走行モード中の電子安定器動作を示す回路図が示されている。適応型走行モードは、VCO21への入力電圧がほぼ4.6ボルト以上に増加したとき可能化される。この点において、周波数は代表的には共振周波数を介して掃引しており、ランプは点火している。ランプが点火するとき、出力段は、低いQのRCL回路になり、切換え周波数は、VCO21を介して、共振周波数より僅かに上の所望の動作点に調整する。適応型の走行モード制御によれば、動作周波数は、ZVSをハーフ・ブリッジ切換え段に維持したままで、低いQのRCL出力段の共振周波数に可能な限り近くにセットされる。共振周波数に近い切換え周波数でもって、出力電流は、ハーフ・ブリッジ出力電圧と殆ど同相であり、MCSに帰結する。従って、制御は、ハーフ・ブリッジ・スイッチM1及びM2の切換え損失を最小にするZVS及びMCSを有する適応型走行モードを提供する。   Referring now to FIG. 5A, a circuit diagram illustrating electronic ballast operation during the adaptive travel mode is shown. The adaptive travel mode is enabled when the input voltage to the VCO 21 is increased to approximately 4.6 volts or more. At this point, the frequency is typically swept through the resonant frequency and the lamp is ignited. When the lamp ignites, the output stage is a low Q RCL circuit and the switching frequency is adjusted via the VCO 21 to a desired operating point slightly above the resonant frequency. According to adaptive travel mode control, the operating frequency is set as close as possible to the resonance frequency of the low Q RCL output stage while maintaining ZVS in the half-bridge switching stage. With a switching frequency close to the resonant frequency, the output current is almost in phase with the half-bridge output voltage, resulting in MCS. Thus, the control provides an adaptive travel mode with ZVS and MCS that minimizes switching losses of the half-bridge switches M1 and M2.

VS感知15は、出力電圧及びラインVS上の位相を決定するためにハーフ・ブリッジ・ドライバ13からフィードバックを得る。VS感知15は、高いノイズ免疫性を有した良好な閉ループ動作特性を許容するよう制御回路100において内部的に提供される。この閉ループ制御は、製造及び生成過程を介して生じ得る構成要素及びランプの許容範囲が変化する場合でさえ、電子安定器がZVS及びMCSで動作するのを許容する共振周波数に近い周波数でハーフ・ブリッジ22を動作させる。さらに、閉ループ制御は、入力ライン電圧が変化するにつれて、そして構成要素の許容範囲が時間と共に変化するにつれて、例えばランプ33の特性がその寿命に渡って変化し得るにつれて、ZVS及びMCSを提供する。   The VS sense 15 obtains feedback from the half bridge driver 13 to determine the output voltage and phase on line VS. The VS sensing 15 is provided internally in the control circuit 100 to allow good closed loop operating characteristics with high noise immunity. This closed-loop control is half-frequency at a frequency close to the resonant frequency that allows the electronic ballast to operate at ZVS and MCS, even when the tolerances of components and lamps that can occur through the manufacturing and production process change. The bridge 22 is operated. Further, closed loop control provides ZVS and MCS as input line voltage changes and as component tolerances change over time, for example, as the characteristics of lamp 33 can change over its lifetime.

閉ループZVS及びMCS制御は、ハーフ・ブリッジ切換えのための非重複デッドタイム中にラインVS上に出力されるハーフ・ブリッジ電圧を感知することによって達成される。各ハーフ・ブリッジ切換えサイクル中、ハーフ・ブリッジ電圧は、デッドタイム中に反対のレール(rail)にスルー(slew)する。閉ループ周波数制御パラメータは、適切なスイッチをターンオンするに先立って電圧が反対のレールに完全にスルーしたか否かを決定することに関して測定される。すなわち、ターンオンされるべきスイッチを横切ってゼロ電圧があるように電圧が反対のレールにスルーしなかったならば、切換え周波数は共振に近すぎており、閉ループ制御は周波数を僅かに高い方にシフトする。電圧スルー測定は、早期の誤差検出を許容して応答に対する安全マージンを提供するためにスイッチのターンオンに先立って与えられるほぼ100ナノ秒の短い時間インターバルの開始時に、低側スイッチM2のターンオンに先立って行われる。電圧が、スイッチのターンオンに先立ってほぼ100ナノ秒の時間でゼロにスルーしなかったならば、電流のパルスが内部の電流源61からVCO入力3に与えられる。電流パルスはコンデンサCVCOを僅かに放電し、VCO21に入力される電圧を減少させ、そして出力周波数が僅かに増加するようにする。切換えサイクルの残りの間、外部コンデンサCVCOは、内部電流源63によって供給される電流によりゆっくりと充電する。このように、適応型走行モード制御は、例えばライン電圧変化または負荷特性のような動作イベントに起因して回路動作周波数がより低い周波数に駆動されるので、周波数を僅かに上方に調整する。これらの動作イベントは、非ZVS切換えを生じ得る減少された共振周波数を生成する傾向を有する。適応型閉ループ制御回路は、非ゼロ・ボルト切換えが生じたときに共振より僅かに上の高い値に周波数を「あおる(nudge)」。閉ループ適応型制御は、変化する入力ライン電圧及び電流状態、構成要素の許容範囲の変動、及びランプ/負荷の変動にも拘わらずZVS及びMCS動作を得るために適応型走行モードにおいて共振近辺の切換え周波数を維持する。   Closed loop ZVS and MCS control is achieved by sensing the half bridge voltage output on line VS during the non-overlapping dead time for half bridge switching. During each half-bridge switching cycle, the half-bridge voltage slews to the opposite rail during the dead time. The closed loop frequency control parameter is measured with respect to determining whether the voltage has completely slewed to the opposite rail prior to turning on the appropriate switch. That is, if the voltage did not slew to the opposite rail so that there was a zero voltage across the switch to be turned on, the switching frequency was too close to resonance and the closed loop control shifted the frequency slightly higher To do. The voltage slew measurement precedes the turn-on of the low-side switch M2 at the beginning of a short time interval of approximately 100 nanoseconds given prior to the switch turn-on to allow early error detection and provide a safety margin for response. Done. If the voltage did not slew to zero in approximately 100 nanoseconds prior to switch turn-on, a pulse of current is applied from the internal current source 61 to the VCO input 3. The current pulse discharges the capacitor CVCO slightly, decreasing the voltage input to the VCO 21 and causing the output frequency to increase slightly. During the remainder of the switching cycle, the external capacitor CVCO charges slowly with the current supplied by the internal current source 63. In this way, adaptive travel mode control adjusts the frequency slightly upward because the circuit operating frequency is driven to a lower frequency due to operating events such as line voltage changes or load characteristics, for example. These operating events tend to produce a reduced resonant frequency that can cause non-ZVS switching. The adaptive closed loop control circuit “nudges” the frequency to a high value slightly above resonance when a non-zero volt switch occurs. Closed-loop adaptive control switches near resonance in adaptive travel mode to obtain ZVS and MCS operation despite changing input line voltage and current conditions, component tolerance variations, and lamp / load variations. Maintain frequency.

制御回路100の開発に用いられる製造プロセスは、600ボルト製造プロセスであり、電圧を正確に測定するために、特に、非重複デッドタイム中のゼロ・ボルトを測定するために、ラインVSに接続された内部の高電圧トランジスタを提供する。内部のトランジスタは、また、ハーフ・ブリッジにおける高側スイッチM1がターンオンしているとき、すなわち、ラインVSがDCバス電位にあるとき、切換えサイクルの部分中に、DCバスの高電圧に耐える。   The manufacturing process used to develop the control circuit 100 is a 600 volt manufacturing process that is connected to the line VS to accurately measure voltage, particularly to measure zero volts during non-overlapping dead time. An internal high voltage transistor is provided. The internal transistor also withstands the high voltage of the DC bus during the part of the switching cycle when the high side switch M1 in the half bridge is turned on, ie when the line VS is at the DC bus potential.

制御回路100は、また、欠陥ロジック17(図1)を介して決定される欠陥保護を含む。もし、ランプ・フィラメントが損なわれていないがランプが点火しないとき、ランプ非点火状態が生じた場合に、ランプの電圧及び出力段の電流は、上述のように、過度の量に点火立ち上がり中に増加する。出力段の電流及びランプ電圧が過度の量に達したとき、または、共振インダクタが飽和した場合、点火中に欠陥が生じたと考慮される。この状態は、低側スイッチM2の全オン(ON)時間中にラインVS上の内部測定を行うことによって検出される。ラインLO上に与えられるON時間パルス中にラインVS上で測定される電圧は、出力段電流を示す低側スイッチ電流によって決定される。電流は、低側スイッチM2のON抵抗を介して流れるものが測定され、電圧の読みは、低側スイッチM2のON抵抗(RDSON)を横切って行われる。低側スイッチM2の内部のON抵抗を用いることによって、ハーフ・ブリッジ電流は、追加の電流感知抵抗の必要性無しで、そして制御回路100における追加の電流感知入力の必要性無しで、感知される。低側スイッチM2のRDSON値は、欠陥検出のための電流感知抵抗として働き、他方、ラインVSは、起動開始中の制御回路100のための電流感知入力として働く。起動開始中、上述の内部の高電圧スイッチは、ラインVS上の電圧が低いときに、すなわち、低側スイッチM2がONのときにターンオンされ、電圧測定が低側回路を介して得られて電流感知を行うのを許容する。内部の高電圧スイッチは、高側スイッチM1がターンオンされるときにラインVS上に与えられる高電圧に耐えるために切換えサイクルの残りの間ターンオフされ、そしてDCバス電圧がラインVSに与えられる。   The control circuit 100 also includes defect protection that is determined via the defect logic 17 (FIG. 1). If the lamp filament is intact but the lamp does not ignite, and if a lamp non-ignition condition occurs, the lamp voltage and output stage current will be excessive during ignition start-up, as described above. To increase. If the output stage current and lamp voltage reach excessive amounts, or if the resonant inductor is saturated, it is considered that a defect has occurred during ignition. This condition is detected by making an internal measurement on line VS during the entire ON time of low side switch M2. The voltage measured on line VS during the ON time pulse applied on line LO is determined by the low side switch current, which indicates the output stage current. The current is measured as flowing through the ON resistance of the low side switch M2, and the voltage reading is taken across the ON resistance (RDSON) of the low side switch M2. By using the ON resistance inside the low side switch M2, the half bridge current is sensed without the need for an additional current sensing resistor and without the need for an additional current sensing input in the control circuit 100. . The RDSON value of the low side switch M2 serves as a current sensing resistor for defect detection, while the line VS serves as a current sensing input for the control circuit 100 during start-up. During start-up, the internal high-voltage switch described above is turned on when the voltage on line VS is low, i.e. when low-side switch M2 is ON, and the voltage measurement is obtained via the low-side circuit. Allows sensing to occur. The internal high voltage switch is turned off for the remainder of the switching cycle to withstand the high voltage applied on line VS when high side switch M1 is turned on, and a DC bus voltage is applied to line VS.

低側スイッチM2の内部のON抵抗が正の温度係数を有するので、制御回路100は、ランプの非点火欠陥状態中に発生し得る過度のまたは危険な電流もしくはインダクタの飽和を検出するために、内部の波高率測定を行う。制御回路100は、低側ハーフ・ブリッジ・スイッチM2のRDSONの内部ON抵抗の温度及び/または許容範囲の変動に依存した相対的な電流測定を提供するために、波高率測定を行う。電流波形の波高率測定は、典型的には、アンペアでのRMS電流に対するアンペアでのピーク電流の比として定義される。例えば、典型的な正弦60Hz電流波形に対する波高率は、1.4である。従って、波高率測定は、過度であり得るもしくは或る時間量の間経験した場合には危険であり得る出力段における電流スパイクの指示を得る。本発明の好適な実施形態においては、4の波高率、すなわちピーク電流が平均電流の4倍である場合を、欠陥状態を決定するために用いている。   Since the ON resistance inside the low side switch M2 has a positive temperature coefficient, the control circuit 100 detects excessive or dangerous current or inductor saturation that may occur during a non-ignition fault condition of the lamp. The crest factor is measured internally. The control circuit 100 performs a crest factor measurement to provide a relative current measurement that depends on the temperature and / or tolerance variation of the RDSON internal ON resistance of the low side half bridge switch M2. The crest factor measurement of the current waveform is typically defined as the ratio of the peak current in amperes to the RMS current in amperes. For example, the crest factor for a typical sine 60 Hz current waveform is 1.4. Thus, crest factor measurements provide an indication of current spikes in the output stage that can be excessive or dangerous if experienced for some amount of time. In the preferred embodiment of the present invention, a crest factor of 4, ie, the peak current is four times the average current, is used to determine the defect state.

もし、ピーク電流が、ラインLO上に決定されたほぼ50の切換えサイクルの間、4倍だけ平均電流を超えたならば、制御回路100は欠陥が生じたと決定する。その点において、ラインLO上の出力パルスのON時間中、制御回路100は欠陥モードに入り、ラインHO及びLOドライバ出力に対する双方のゲート・ドライバは、低にラッチされる。この安全状態は、電力が制御回路100に回帰されるまで存続する。好ましくは、供給電圧VCCは、内部のUVLO閾値の下及び上に繰り返される。波高率は、適用に依存して任意の与えられた数に随意に設定され得る。さらに、波高率の欠陥を検出するための切換えサイクルの数は、適用に依存して任意の数に設定され得る。多数の切換えサイクルの後に欠陥を決定することに対する一つの長所は、インダクタの飽和の場合において観察される。ランプの点火中、インダクタは、ランプ・アークが創成されている間の数サイクルの間飽和し得る。飽和されたインダクタは、シャットダウン欠陥状態として現れる。しかしながら、制御回路100は、この状況において誤った欠陥検出を避けるために、欠陥が発生したと決定する前に切換えサイクルの与えられた数を待つ。   If the peak current exceeds the average current by a factor of 4 for approximately 50 switching cycles determined on line LO, control circuit 100 determines that a defect has occurred. At that point, during the ON time of the output pulse on line LO, the control circuit 100 enters a fault mode and both gate drivers for the line HO and LO driver outputs are latched low. This safe state persists until power is returned to the control circuit 100. Preferably, the supply voltage VCC is repeated below and above the internal UVLO threshold. The crest factor can be arbitrarily set to any given number depending on the application. Furthermore, the number of switching cycles for detecting crest factor defects can be set to any number depending on the application. One advantage over determining defects after multiple switching cycles is observed in the case of inductor saturation. During lamp ignition, the inductor can saturate for several cycles while the lamp arc is being created. A saturated inductor appears as a shutdown fault condition. However, the control circuit 100 waits for a given number of switching cycles before determining that a defect has occurred to avoid false defect detection in this situation.

波高率検出のさらなる実施形態は、それが、LOの立ち上がりエッジの後の小さい遅延(1マイクロ秒)の後、LOのオン時間中に可能化されるだけであるということである。波高率検出は、デッドタイム中及びHOのオン時間中に不能化される。これは、LOのオン時間の終りに向けてインダクタ電流が飽和するからである。波高率検出は、インダクタ電流の飽和検出のために用いられる。開フィラメントのような他の欠陥状態は、非ZVSシフト及び1VのVCOシャットダウン閾値によって検出される。周波数は、波高率検出中、点火のための共振に向けて掃引しているので、回路は、インダクタが飽和する前に出力することができる最大電圧を得る。インダクタの飽和は大いに温度に依存するので、波高率は、次に、回路によって出力される最大電圧が温度に基づく許容範囲を自動的に調整するようにするであろう。例えば、低い温度においては、ランプは、点火する前に一層高い点火電圧を必要とする。インダクタは、より低い温度においては飽和前に一層高い電流に耐えることができるので、回路は、波高率が飽和及びシャットダウンを検出する前に一層高い電圧を生成する。このように、この適応型の特徴は、必要時に、より低い温度において一層高い電圧を提供する。また、インダクタ飽和レベルが低い場合、または、飽和レベルが製造中に一貫しないような大いに変化するコア材料が用いられた場合、回路は飽和においてなおシャットダウンし、従って、飽和中に生じ得る損傷電流に対して回路を保護するであろう。   A further embodiment of crest factor detection is that it is only enabled during the LO on-time after a small delay (1 microsecond) after the LO rising edge. Crest factor detection is disabled during dead time and HO on time. This is because the inductor current saturates towards the end of the LO on-time. The crest factor detection is used for inductor current saturation detection. Other defect conditions, such as open filaments, are detected by non-ZVS shift and 1V VCO shutdown threshold. Since the frequency is sweeping towards resonance for ignition during crest factor detection, the circuit obtains the maximum voltage that can be output before the inductor saturates. Since inductor saturation is highly temperature dependent, the crest factor will then cause the maximum voltage output by the circuit to automatically adjust the tolerance based on temperature. For example, at low temperatures, the lamp requires a higher ignition voltage before igniting. Since the inductor can withstand higher currents before saturation at lower temperatures, the circuit generates a higher voltage before the crest factor detects saturation and shutdown. Thus, this adaptive feature provides a higher voltage at lower temperatures when needed. Also, if the inductor saturation level is low, or if a core material is used that varies greatly such that the saturation level is inconsistent during manufacture, the circuit will still shut down at saturation, thus damaging currents that may occur during saturation. It will protect the circuit against it.

制御回路100によって検出されるもう1つの欠陥は、開フィラメントのランプ欠陥である。開フィラメントのランプ欠陥は、ハーフ・ブリッジにおいて切換え困難を生じてスイッチM1及びM2を損傷する可能性を有し得る。この型の欠陥は、欠陥状態の存在中にほぼ50の切換えサイクルの後、非ゼロ・ボルト切換え回路もしくは波高率回路を介して検出される。適応型制御は、この欠陥が決定されたときに欠陥モードに入り、高及び低のゲート・ドライバ出力は低にラッチされる。非点火欠陥の場合のように、欠陥状態を除去するためには制御回路100に電力が回帰されなければならない。好ましくは、VCCに供給される電圧は、内部のUVLO閾値の下及び上に反復され、制御回路100を予熱モードに戻してリセットする。   Another defect detected by the control circuit 100 is an open filament lamp defect. An open filament lamp defect can have a switching difficulty in the half bridge and can damage switches M1 and M2. This type of defect is detected via a non-zero volt switching circuit or crest factor circuit after approximately 50 switching cycles in the presence of a defect condition. The adaptive control enters the defect mode when this defect is determined, and the high and low gate driver outputs are latched low. As in the case of non-ignition defects, power must be returned to the control circuit 100 to remove the defect condition. Preferably, the voltage supplied to VCC is repeated below and above the internal UVLO threshold to reset control circuit 100 back to preheat mode.

制御回路100は、また、電力が落ちて薄暗くなる状態、すなわち下電圧状態に対する保護をも提供する。主な電力が落ちる欠陥状態中、DCバス電圧は減少し得て、ランプの共振出力段に利用可能な電圧の振幅が減少するようにし、ランプ33は消える。この状況において、制御回路100は、ZVSが維持されるように切換え周波数を調整する。その結果は、DCバス電圧が減少するにつれて周波数が増加するということである。増加する周波数及び減少する電圧は、ランプ電力が減少するようにしてランプ33が薄暗くなるようにするが、しかし消えない。DCバスがさらに減少するときにランプ33が消えるならば、周波数は充分に高くシフトされ、VCO電圧は充分に低く減少し、それにより予熱/点火掃引はリセットされる。ACライン電圧が再度増加するとき、周波数は再度共振に向けて減少し、ランプ33は再点火する。このように、制御回路100は、開フィラメント、ランプ除去、構成要素の許容範囲、主な電力落ち、そしてランプの寿命の終り(この場合、ランプが古くなるにつれランプ電圧が増加し、ZVSが維持されて回路に損傷が生じないように回路が連続的に適合する)に対して保護を行う。   The control circuit 100 also provides protection against situations where power is lost and dimmed, that is, under voltage conditions. During a fault condition where the main power is reduced, the DC bus voltage can decrease, causing the amplitude of the voltage available to the resonant output stage of the lamp to decrease, and the lamp 33 goes off. In this situation, the control circuit 100 adjusts the switching frequency so that ZVS is maintained. The result is that the frequency increases as the DC bus voltage decreases. Increasing frequency and decreasing voltage cause lamp power to decrease, causing lamp 33 to dim, but not extinguish. If lamp 33 goes off when the DC bus is further reduced, the frequency is shifted high enough and the VCO voltage is reduced low enough so that the preheat / ignition sweep is reset. When the AC line voltage increases again, the frequency decreases again towards resonance and the lamp 33 reignites. In this way, the control circuit 100 can open filament, lamp removal, component tolerance, main power loss, and end of lamp life (in this case, the lamp voltage increases as the lamp ages and ZVS is maintained). The circuit is continuously adapted to prevent damage to the circuit).

さて、図6を参照すると、制御回路100の動作を説明するフローチャートが示されている。ブロック51において電力がターンオンした後、DC電力がDCバスの双方のレールに供給される。ブロック52において制御回路100はUVLOモードに入り、その間中、ハーフ・ブリッジはOFF状態に維持され、電子安定器に供給される電流はほぼ150マイクロ・アンペアでる。この点において、ラインVCO上の電圧はゼロ・ボルトであり、VCO21はオフである。同様に、制御回路100のラインFMIN上の電圧はゼロ・ボルトである。ラインVCC上の電圧が、UVLOモードに対する上部の閾値レベルである11.5ボルトより大きくなると、ブロック52における状態は出される。ブロック52における状態が出されると、UVLOモードは終わる。   Now, referring to FIG. 6, a flowchart for explaining the operation of the control circuit 100 is shown. After power is turned on in block 51, DC power is supplied to both rails of the DC bus. In block 52, the control circuit 100 enters the UVLO mode, during which time the half bridge is maintained in the OFF state and the current supplied to the electronic ballast is approximately 150 microamperes. At this point, the voltage on line VCO is zero volts and VCO 21 is off. Similarly, the voltage on line FMIN of control circuit 100 is zero volts. When the voltage on line VCC is greater than the upper threshold level for UVLO mode, 11.5 volts, the condition at block 52 is issued. When the condition in block 52 is issued, the UVLO mode ends.

UVLOモードの終りにおいて周波数掃引モードはブロック53に入り、その間中、過電流保護が可能化されてラインVCO上の電圧は指数関数的に増加し始める。好適な実施形態において、ラインVCO上の電圧は線形的に増加することができる。この状態の間、VCO21の周波数出力は、VCO入力がランプアップ(上方に傾斜)するにつれてランプダウン(下方に傾斜)し始め、ハーフ・ブリッジを発振に導いて、負荷に電流及び電圧を供給して、ランプの点火を生じる。予熱が生じるのはこの状態中であり、最大電流が負荷に供給されて、予熱及び点火を許容する。もしランプ点火失敗のような欠陥がこの状態中に生じると、制御回路100は、ブロック55において欠陥モード状態に入り、電子安定器回路を保護する。さらに、下電圧状態が生じたならば、すなわち、VCCがUVLOの低い閾値である9.5ボルトよりも低いならば、制御回路100の状態は、ブロック52におけるUVLOモードに戻る。   At the end of the UVLO mode, the frequency sweep mode enters block 53, during which overcurrent protection is enabled and the voltage on the line VCO begins to increase exponentially. In a preferred embodiment, the voltage on line VCO can increase linearly. During this state, the frequency output of the VCO 21 begins to ramp down (slope down) as the VCO input ramps up (slopes up), leading the half bridge to oscillation, supplying current and voltage to the load. As a result, ignition of the lamp occurs. It is during this state that preheating occurs and maximum current is supplied to the load to allow preheating and ignition. If a defect such as a lamp ignition failure occurs during this condition, the control circuit 100 enters a defect mode condition at block 55 to protect the electronic ballast circuit. Furthermore, if a undervoltage condition occurs, ie, if VCC is below the low UVLO threshold of 9.5 volts, the state of control circuit 100 returns to the UVLO mode at block 52.

従来の安定器回路は、予熱期間の間、固定された予熱周波数に留まり、次に、点火のために急速に切換え周波数をランプアップ(上方に傾斜)させる。制御回路100によって達成される予熱方法は、単一の周波数掃引において一緒に、フィラメントを予熱してランプを点火させる。この方法のパラメータは、充分に予熱するためにコンデンサCVCOの値を調整することによりプログラムするのが簡単である。この新規な方法は、予熱作用をプログラムするために用いられる接続及び外部の構成要素の数を実質的に減少する。従来の安定器制御ICは、予熱時間を設定するための第1の分離ピンと、ハーフ・ブリッジの初期の起動時にランプ上のフラッシュを阻止するためにより高い開始周波数をプログラムするための第2の分離ピンと、予熱周波数をプログラムするための第3の分離ピンと、点火傾斜(ランプ)時間をプログラムするための第4の分離ピンとを必要とする。本発明による方法は、単一の接続及び単一の受動要素を使用し、このことは、回路、機能、システム価格、製造可能性を大いに単純化し、制御回路の寸法、接続数、パッケージング要件、及び最終検査を減少する。   Conventional ballast circuits remain at a fixed preheat frequency during the preheat period, and then rapidly ramp up (slope upward) the switching frequency for ignition. The preheating method achieved by the control circuit 100 preheats the filaments and ignites the lamps together in a single frequency sweep. The parameters of this method are simple to program by adjusting the value of the capacitor CVCO for sufficient preheating. This novel method substantially reduces the number of connections and external components used to program the preheating action. A conventional ballast control IC includes a first isolation pin for setting the preheat time and a second isolation for programming a higher start frequency to prevent flash on the lamp during the initial start-up of the half bridge. Requires a pin, a third separation pin for programming the preheat frequency, and a fourth separation pin for programming the ignition ramp (ramp) time. The method according to the invention uses a single connection and a single passive element, which greatly simplifies the circuit, function, system price, manufacturability, control circuit dimensions, number of connections, packaging requirements. , And reduce final inspection.

別の状況で、もしランプ33が正常に点火したならば、制御回路100は、ほぼ4.6ボルトよりも大きいラインVCO上の電圧でもって、ブロック54における適応型モード状態に入る。この状態は、ゼロ・ボルト切換え及び最小電流切換えが共振動作近辺で可能化されるのを許容する。ブロック54における適応型モード状態において、閉ループ・フィードバック制御は、ラインVS上の感知された電圧に基づいて切換え周波数を調整するよう動作する。正常な適応型走行モードは無限に続くか、もしくは欠陥が感知されるまでまたは下電圧状態が生じるまで続く。下電圧が生じたならば、すなわち、VCCが9.5ボルトよりも低くなったならば、制御回路100はブロック52におけるUVLOモードに入り、ハーフ・ブリッジ・ドライバをシャットオフし、VCO21を不能化する。この方法で、もし電力がターンオフしたならば、ハーフ・ブリッジ及び全電子安定器は、制御されたモードでシャットダウンされて、さらなる構成要素の磨耗を避ける。   In another situation, if the lamp 33 ignites normally, the control circuit 100 enters the adaptive mode state at block 54 with a voltage on the line VCO that is greater than approximately 4.6 volts. This condition allows zero volt switching and minimum current switching to be enabled near resonant operation. In the adaptive mode state at block 54, the closed loop feedback control operates to adjust the switching frequency based on the sensed voltage on line VS. Normal adaptive driving mode continues indefinitely or until a fault is detected or a undervoltage condition occurs. If undervoltage occurs, ie, VCC falls below 9.5 volts, control circuit 100 enters the UVLO mode at block 52, shuts off the half bridge driver, and disables VCO 21. To do. In this way, if the power is turned off, the half bridge and all electronic ballasts are shut down in a controlled mode to avoid further component wear.

制御回路100がブロック54において適応型モードで動作していて欠陥が生じたならば、ブロック55における欠陥モード状態に入り、ハーフ・ブリッジ・ドライバは不能化され、VCO21はシャットオフされる。この状態は、ブロック55における状態が波高率欠陥決定時に達成される、もしくは低側ドライバ出力LOのほぼ50の切換えサイクルの間の非ゼロ・ボルト切換え時に達成されること以外は、UVLOモードと同様である。ブロック54から55への状態遷移条件は、ピーク電流を表すピーク電圧が、平均電流値を表す平均電圧の4倍より大きいことを要求する。この決定は、過電流またはインダクタ飽和状態検出に対し4の波高率を提供する。さらに、制御回路100は、欠陥が生じたか否かを決定するために非ゼロ・ボルト切換えを検出し、代表的にはハーフ・ブリッジにおけるハード切換えに帰結する。上述の欠陥状態の場合の各々において、もし低側ドライバ出力LOの50の切換えサイクルの間欠陥が検出されたならば、欠陥状態が創設されて制御回路100はブロック55における欠陥モード状態に入る。ブロック55における欠陥モード状態は、電力が制御回路100に回帰されるまで、すなわち、VCCが9.5ボルトの下部のUVLO閾値以下に下げられるまで維持され、その時点で、制御回路100はブロック52におけるUVLOモード状態に遷移する。   If the control circuit 100 is operating in adaptive mode at block 54 and a fault occurs, the fault mode state at block 55 is entered, the half bridge driver is disabled, and the VCO 21 is shut off. This state is similar to UVLO mode, except that the state in block 55 is achieved at crest factor defect determination, or at non-zero volt switching during approximately 50 switching cycles of the low side driver output LO. It is. The state transition condition from block 54 to 55 requires that the peak voltage representing the peak current be greater than four times the average voltage representing the average current value. This determination provides a crest factor of 4 for overcurrent or inductor saturation detection. In addition, the control circuit 100 detects non-zero volt switching to determine if a defect has occurred, typically resulting in a hard switching at the half bridge. In each of the above defect condition cases, if a defect is detected during 50 switching cycles of the low side driver output LO, a defect condition is created and the control circuit 100 enters a defect mode condition at block 55. The fault mode condition at block 55 is maintained until power is returned to the control circuit 100, that is, until VCC is lowered below the UVLO threshold below 9.5 volts, at which point the control circuit 100 blocks 52. Transition to the UVLO mode state at.

制御回路100は、動作状態における変化を検出することにより、開負荷、もしくは開フィラメントの欠陥状態を検出する。開欠陥状態中、制御回路100は、非ZVS状態を検出し、安定器の動作をZVSに戻すよう周波数を増加することを試みる。負荷が除去されフィラメントが開であるという欠陥状態が存在する場合、ラインVCO上の電圧は減少されて、VCO21の周波数出力をさらに高める。ラインVCO上の電圧がほぼ1ボルトに達すると、VCO21に対する最大周波数に到達する。ラインVCO上の電圧が1ボルト以下に減少すると、欠陥状態が生じたとみなされ、制御回路100は、高及び低側スイッチ制御出力HO及びLOをOFF状態にラッチする。1ボルトのラッチ・オフ閾値を有するラインVCOに対するこの欠陥状態は、ラインVCO上の電圧が最初にゼロ・ボルトから4.6ボルト以上に増加するまで、すなわち予熱及び点火の後まで付勢されない。欠陥状態閾値の可能化を遅延させることは、そうでなければ欠陥状態と決定されるであろうものに起因して高及び低側出力HO及びLOのOFFを即座にラッチ・オフすることなく、制御回路100が起動するのを許容する。   The control circuit 100 detects an open load or a defective state of the open filament by detecting a change in the operation state. During an open defect condition, the control circuit 100 detects a non-ZVS condition and attempts to increase the frequency to return ballast operation to ZVS. If there is a fault condition where the load is removed and the filament is open, the voltage on line VCO is reduced to further increase the frequency output of VCO 21. When the voltage on line VCO reaches approximately 1 volt, the maximum frequency for VCO 21 is reached. If the voltage on line VCO decreases below 1 volt, a fault condition is deemed to have occurred and control circuit 100 latches the high and low side switch control outputs HO and LO to the OFF state. This fault condition for a line VCO with a 1 volt latch-off threshold is not energized until the voltage on the line VCO first increases from zero volts to more than 4.6 volts, ie after preheating and ignition. Delaying the enabling of the fault condition threshold does not immediately latch off the high and low output HO and LO OFF due to what would otherwise be determined to be a fault condition, The control circuit 100 is allowed to start.

開フィラメント欠陥状態は、正常の開始シーケンスの後、制御回路100によって扱われる。制御回路100はターンオンし、ラインVCO上の電圧は、正常な予熱及び点火の間、ゼロ・ボルトから4.6ボルトまで正常にランプアップ(上方に傾斜)する。ラインVCO上の電圧が4.6ボルトを超え、制御が適応型走行モードに入ると、非ZVS保護が、ハーフ・ブリッジ出力HO及びLOをラッチ・オフするためのラインVCO上の1ボルトの欠陥状態閾値であるように、付勢される。この点において、VCO21の周波数出力は、ラインVCO上の電圧が1ボルト以下に減少するまで、そして制御回路がハーフ・ブリッジを制御するための出力を安全にラッチ・オフするまで、ZVSを開フィラメント状態に維持することを試みながら増加し続ける。上述したように開フィラメント欠陥状態中に出力をシャットダウンする時間は、予熱時間と、ラインVCO上の電圧を1ボルト以下までに放電する時間とを加えたものにほぼ等しい。これらの事象に対する全時間は、代表的には、ほぼ10ミリ秒以下である。上述した時間フレーム内の事象は、ハーフ・ブリッジ・スイッチ及び安定器回路に対する損傷を回避するのに充分に短い全シャットダウン時間を提供する。   The open filament defect condition is handled by the control circuit 100 after a normal start sequence. The control circuit 100 turns on and the voltage on the line VCO normally ramps up (slopes upward) from zero volts to 4.6 volts during normal preheating and ignition. If the voltage on line VCO exceeds 4.6 volts and control enters adaptive drive mode, the non-ZVS protection will cause a 1 volt fault on line VCO to latch off half-bridge outputs HO and LO. Energized to be a state threshold. At this point, the frequency output of VCO 21 will open ZVS until the voltage on line VCO is reduced below 1 volt and until the control circuit safely latches off the output to control the half bridge. Continue to increase while trying to maintain state. As described above, the time to shut down the output during an open filament defect condition is approximately equal to the preheat time plus the time to discharge the voltage on the line VCO to below 1 volt. The total time for these events is typically approximately 10 milliseconds or less. The events in the time frame described above provide a total shutdown time that is short enough to avoid damage to the half-bridge switch and ballast circuit.

ブロック54での適応型走行モードにおいて提供される本発明のもう1つの特徴は、安定器(バラスト)入力上のEMIフィルタリングを減少する安定器(バラスト)によって発生されるノイズを減少するための周波数ディザー(dither)である。ラインVCO上のVCO21への入力が5.1ボルトまでランプアップ(上方傾斜)するとき、ラインVCO上の電圧は、ほぼ4.9ボルトまで200ミリボルトだけ線形的に放電される。ラインVCO上の電圧が4.9ボルト以下に減少すると、ラインVCO上の電圧は、次に、再度5.1ボルトまで線形的に充電される。ラインVCO上の電圧のほぼ200ミリボルトだけのこの僅かな充電及び放電は、ブロック54における適応型走行モード中に連続的に生じる。充電及び放電は、周波数が数キロヘルツだけ僅かにディザー(揺動)するようにする。結果として、ハーフ・ブリッジの動作周波数もまた僅かにディザーし、そのため、切換え周波数が数キロヘルツだけ広がるようになるので、動作周波数における結果のEMI妨害ピークは低くなる。次に、結果のEMI妨害が低くなり、このことは、次に、安定器(バラスト)入力上の外部のEMIフィルタリングを減少もしくはおそらくは除去することとなる。この成分の減少もしくは除去により、低価格で全システムにとっても構成要素の数が少ない良好なシステム動作の利点が得られる。   Another feature of the present invention provided in the adaptive mode of travel at block 54 is the frequency for reducing noise generated by the ballast that reduces EMI filtering on the ballast input. Dither. When the input to VCO 21 on line VCO ramps up (upslope) to 5.1 volts, the voltage on line VCO is linearly discharged by approximately 200 millivolts to approximately 4.9 volts. As the voltage on line VCO decreases below 4.9 volts, the voltage on line VCO is then linearly charged again to 5.1 volts. This slight charge and discharge of only approximately 200 millivolts of voltage on the line VCO occurs continuously during the adaptive drive mode at block 54. Charging and discharging is such that the frequency is slightly dithered by a few kilohertz. As a result, the operating frequency of the half bridge is also dithered slightly, so that the switching frequency is spread by a few kilohertz, so the resulting EMI disturbance peak at the operating frequency is low. The resulting EMI interference will then be low, which in turn will reduce or possibly eliminate external EMI filtering on the ballast input. This reduction or removal of components provides the benefits of good system operation at low cost and with a low number of components for the entire system.

さて、図7を参照すると、TO220パッケージ70が、正面図及び側面図で示されている。パッケージ70は、該パッケージ70を取り付ける際に用いられる貫通孔72を含んでいる。パッケージ70の一実施形態において、取り付けクリップ74も、パッケージ70に収容された回路から熱を除去するためのヒートシンクとして働く。パッケージ本体75は、本発明による混成電子安定器(バラスト)回路の回路部を収容する。全混成電子安定器回路は、切換えハーフ・ブリッジを形成する電力スイッチ、制御回路、並びに受動の抵抗及びコンデンサ要素を含め、本体75内に収容される。   Referring now to FIG. 7, the TO220 package 70 is shown in a front view and a side view. The package 70 includes a through hole 72 used when the package 70 is attached. In one embodiment of the package 70, the mounting clip 74 also serves as a heat sink to remove heat from the circuitry contained in the package 70. The package body 75 houses the circuit portion of the hybrid electronic ballast circuit according to the present invention. The all-hybrid electronic ballast circuit is housed within the body 75, including power switches, control circuits, and passive resistance and capacitor elements that form a switching half bridge.

図3に示されるように、混成安定器制御20は、点灯回路内に単に3つの接続だけを有して履行され得る。パッケージ70は、混成安定器制御20によって用いられるすべての接続である3つのコネクタ・ピン77A、77B及び77Cを含む。パッケージ70は電力スイッチを収容するので、ピン77A−77Cは、電力スイッチによって切換えられる高い電流を運ぶための充分な寸法のものである。TO220パッケージを本出願に記載したけれども、本発明による混成安定器制御20を収容するために多数の他の型のパッケージを用いることができるのは明瞭であるはずである。商業的な目的のために、パッケージは、容易に製造されかつ容易に取り扱われるべきであり、そして標準の寸法及び取り付け部分を有するべきである。混成安定器制御20を収容するために標準パッケージを用いることにより、多数の高容量の応用が商業的に実現され得る。例えば、混成安定器制御20を収容するパッケージは、単純かつ価格的に効果的なフォーマットで製造するための点灯設備に供給されることができ、標準のパッケージ形態なので自動組み立てのための機会を提起する。代替的には、混成安定器制御20を収容するパッケージは、例えば単独形のランプ・モジュールに組込むためのCFLランプ製造者に供給され得る。混成安定器制御20の単純な3つの接続構成は、ガス放電点灯回路に真っ直ぐに組込むのを許容し、製造可能性を向上すると共に製造価格を減少する。   As shown in FIG. 3, the hybrid ballast control 20 can be implemented with only three connections in the lighting circuit. Package 70 includes three connector pins 77A, 77B, and 77C, which are all connections used by hybrid ballast control 20. Since package 70 houses a power switch, pins 77A-77C are of sufficient dimensions to carry the high current switched by the power switch. Although a TO220 package has been described in this application, it should be clear that many other types of packages can be used to accommodate the hybrid ballast control 20 according to the present invention. For commercial purposes, the package should be easily manufactured and easily handled and should have standard dimensions and mounting parts. By using a standard package to accommodate the hybrid ballast control 20, a number of high capacity applications can be realized commercially. For example, a package containing a hybrid ballast control 20 can be supplied to a lighting facility for manufacturing in a simple and cost effective format and presents an opportunity for automated assembly as it is a standard package form To do. Alternatively, the package containing the hybrid ballast control 20 can be supplied to a CFL lamp manufacturer, for example, for incorporation into a stand-alone lamp module. The simple three connection configuration of the hybrid ballast control 20 allows straight integration into the gas discharge lighting circuit, improving manufacturability and reducing manufacturing costs.

本発明を特定の実施形態に関連させて説明してきたけれども、当業者には、他の多くの変形、修正、及び他の使用が明瞭になるであろう。従って、本発明は、ここで為された特定の開示によってではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ制限されることが好ましい。   Although the present invention has been described with reference to particular embodiments, many other variations, modifications, and other uses will become apparent to those skilled in the art. Accordingly, the invention is preferably limited not by the specific disclosure made herein but only by the appended claims.

本発明による電子安定器制御のブロック図である。2 is a block diagram of electronic ballast control according to the present invention. FIG. 本発明による混成電子安定器の概略回路図である。1 is a schematic circuit diagram of a hybrid electronic ballast according to the present invention. 本発明による電子安定器を組込んだ点灯応用の回路図である。1 is a circuit diagram of a lighting application incorporating an electronic ballast according to the present invention. 本発明による下電圧保護を示す混成電子安定器の概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram of a hybrid electronic ballast showing undervoltage protection according to the present invention. 本発明による周波数動作を示す混成電子安定器の概略ブロック図である。FIG. 2 is a schematic block diagram of a hybrid electronic ballast showing frequency operation according to the present invention. 適応型ゼロ最小電流切換え(ZVMCS)回路を示す本発明による混成安定器制御の概略ブロック図である。FIG. 3 is a schematic block diagram of hybrid ballast control according to the present invention showing an adaptive zero minimum current switching (ZVMCS) circuit. 本発明による混成安定器制御の動作フローを示す状態フロー図である。It is a state flowchart which shows the operation | movement flow of hybrid ballast control by this invention. 3つの接続ピンを有したTO220パッケージの正面図及び側面図である。It is the front view and side view of TO220 package which have three connection pins.

符号の説明Explanation of symbols

13・・・ハーフ・ブリッジ・ドライバ
15・・・VS感知ブロック
17・・・欠陥ロジック
19・・・適応型ゼロ電圧及び最小電流切換え制御
20・・・混成安定器制御
21・・・電圧制御発振器
22・・・ハーフ・ブリッジ
M1・・・高側スイッチ
M2・・・低側スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Half bridge driver 15 ... VS sensing block 17 ... Defect logic 19 ... Adaptive zero voltage and minimum current switching control 20 ... Hybrid ballast control 21 ... Voltage control oscillator 22 ・ ・ ・ Half bridge M1 ・ ・ ・ High side switch M2 ・ ・ ・ Low side switch

Claims (14)

蛍光ランプを駆動するための単一のパッケージ内の電子安定器回路であって、
該蛍光ランプに電力を切換えるための電力スイッチと、
該電力スイッチを駆動するための駆動回路と、
該駆動回路に結合された切換え制御回路であって、該駆動回路に信号を供給して前記電力スイッチを動作させる前記切換え制御回路と、
前記駆動回路及び前記切換え制御回路に結合され、前記駆動回路の出力値に基づいて前記切換え制御回路に制御情報を提供するフィードバック回路と、
前記電子安定器で検出された欠陥に応答するために、前記切換え制御回路または前記駆動回路に結合された欠陥応答回路と、
を備え、前記欠陥応答回路は、欠陥の検出時に駆動回路を不能化するよう動作可能であり、前記単一のパッケージは、多くとも3つの外部接続を有し、
電源から電力を受けて当該電子安定器回路に電力供給する第1の外部接続と、
該蛍光ランプに電力を供給するための第2の外部接続と、
戻り電力路を提供するよう共通基準に接続する第3の外部接続とを備えた電子安定器回路。
An electronic ballast circuit in a single package for driving a fluorescent lamp,
A power switch for switching power to the fluorescent lamp;
A drive circuit for driving the power switch;
A switching control circuit coupled to the drive circuit, the switching control circuit operating the power switch by supplying a signal to the drive circuit;
A feedback circuit coupled to the drive circuit and the switching control circuit and providing control information to the switching control circuit based on an output value of the drive circuit;
A defect response circuit coupled to the switching control circuit or the drive circuit to respond to a defect detected in the electronic ballast;
The defect response circuit is operable to disable the drive circuit upon detection of a defect, and the single package has at most three external connections;
A first external connection that receives power from a power source and powers the electronic ballast circuit;
A second external connection for supplying power to the fluorescent lamp;
An electronic ballast circuit with a third external connection that connects to a common reference to provide a return power path.
電子安定器回路は蛍光ランプに電力を供給するために切換えハーフ・ブリッジを含み、 該電子安定器回路は、前記ハーフ・ブリッジに制御信号を供給するためのハーフ・ブリッジ・ドライバを備え、
前記切換え制御回路は、前記ハーフ・ブリッジ・ドライバに結合され、該ハーフ・ブリッジ・ドライバに制御信号を供給するよう該ハーフ・ブリッジ・ドライバを制御し、
前記フィードバック回路は、前記ハーフ・ブリッジ・ドライバ及び前記切換え制御回路に結合され、前記ハーフ・ブリッジ・ドライバまたは前記ハーフ・ブリッジの動作値に基づいて前記切換え制御回路の動作を修正し、
前記電子安定器回路は、前記蛍光ランプにより引き抜かれる過度の電流の検出に基づいて前記ハーフ・ブリッジ・ドライバの出力を不能化するために、前記ハーフ・ブリッジ・ドライバ及び前記フィードバック回路に結合された波高率検出器を備える請求項1に記載の電子安定器回路。
The electronic ballast circuit includes a switching half bridge for supplying power to the fluorescent lamp, the electronic ballast circuit comprising a half bridge driver for supplying a control signal to the half bridge;
The switching control circuit is coupled to the half bridge driver and controls the half bridge driver to provide a control signal to the half bridge driver;
The feedback circuit is coupled to the half bridge driver and the switching control circuit, and modifies the operation of the switching control circuit based on an operating value of the half bridge driver or the half bridge;
The electronic ballast circuit is coupled to the half bridge driver and the feedback circuit to disable the output of the half bridge driver based on detection of excessive current drawn by the fluorescent lamp. The electronic ballast circuit of claim 1 comprising a crest factor detector.
前記切換え制御回路の入力を変調して特定の範囲間で前記駆動回路に与えられる信号を変えるために前記切換え制御回路に結合される入力変調制御をさらに備える請求項1に記載の電子安定器回路。   The electronic ballast circuit of claim 1, further comprising an input modulation control coupled to the switching control circuit to modulate the input of the switching control circuit to change a signal applied to the drive circuit between specific ranges. . 前記電力スイッチ及び前記フィードバック回路に結合され、前記電力スイッチを横切る電圧を測定することにより電流感知を提供するよう動作する感知信号をさらに含む請求項1に記載の電子安定器回路。   The electronic ballast circuit of claim 1, further comprising a sensing signal coupled to the power switch and the feedback circuit and operative to provide current sensing by measuring a voltage across the power switch. 前記ハーフ・ブリッジ・ドライバにおける電流を感知するために前記フィードバック回路に高電圧スイッチをさらに備える請求項2に記載の電子安定器回路。   The electronic ballast circuit of claim 2, further comprising a high voltage switch in the feedback circuit for sensing current in the half bridge driver. ターンオンされている前記ハーフ・ブリッジの低側スイッチに関連した前記高電圧スイッチをターンオンするのに先立って、遅延をさらに含む請求項5に記載の電子安定器回路。   6. The electronic ballast circuit of claim 5, further comprising a delay prior to turning on the high voltage switch associated with the low side switch of the half bridge being turned on. 前記欠陥応答回路は、最小切換え周波数欠陥を検出するよう動作可能である請求項1に記載の電子安定器回路。   The electronic ballast circuit of claim 1, wherein the defect response circuit is operable to detect a minimum switching frequency defect. 前記最小切換え周波数欠陥は、前記切換え制御回路への入力上の低電圧として検出可能である請求項7に記載の電子安定器回路。   The electronic ballast circuit of claim 7, wherein the minimum switching frequency defect is detectable as a low voltage on an input to the switching control circuit. 蛍光ランプの電子安定器回路と、
前記電子安定器回路の単一のパッケージとを具備する電子機器であって、前記パッケージは、
電源から電力を受けて当該電子安定器回路に電力供給するための、前記パッケージの外部まで延長されている第1の外部接続と、
蛍光ランプに電力を供給するための、前記パッケージの外部まで延長されている第2の外部接続と、
戻り電力路を提供するよう共通基準に接続するための、前記パッケージの外部まで延長されている第3の外部接続とを具備し、他の外部端子を具備しないことを特徴とする電子機器。
An electronic ballast circuit for a fluorescent lamp;
A single package of the electronic ballast circuit, the package comprising:
A first external connection extending to the outside of the package for receiving power from a power source and powering the electronic ballast circuit;
A second external connection extending to the outside of the package for supplying power to the fluorescent lamp;
An electronic device comprising a third external connection extending to the outside of the package for connecting to a common reference to provide a return power path and no other external terminals.
前記単一のパッケージは、3つの電気接続を有するTO220パッケージである請求項9に記載の電子安定器回路。   The electronic ballast circuit of claim 9, wherein the single package is a TO220 package having three electrical connections. 蛍光ランプを駆動するための単一のパッケージ内の電子安定器回路であって、
該蛍光ランプに電力を切換えるための電力スイッチと、
該電力スイッチを駆動するための駆動回路と、
該駆動回路に結合された切換え制御回路であって、該駆動回路に信号を供給して前記電力スイッチを動作させる前記切換え制御回路と、
前記駆動回路及び前記切換え制御回路に結合され、前記駆動回路の出力値に基づいて前記切換え制御回路に制御情報を提供するフィードバック回路と、
前記電子安定器で検出された欠陥に応答するために、前記切換え制御回路または前記駆動回路に結合された欠陥応答回路と、
を備え、前記欠陥応答回路は、欠陥の検出時に駆動回路を不能化するよう動作可能であり、前記単一のパッケージは、多くとも3つの外部接続を有し、
電源から電力を受けて当該電子安定器回路に電力供給する第1の外部接続と、
前記蛍光ランプに電力を供給するための第2の外部接続と、
戻り電力路を提供するよう共通基準に接続する第3の外部接続とを備え、
前記切換え制御回路は前記蛍光ランプのフィラメントの充分な予熱をプログラムするために使用されるコンデンサに接続されていることを特徴とする電子安定器回路。
An electronic ballast circuit in a single package for driving a fluorescent lamp,
A power switch for switching power to the fluorescent lamp;
A drive circuit for driving the power switch;
A switching control circuit coupled to the drive circuit, the switching control circuit operating the power switch by supplying a signal to the drive circuit;
A feedback circuit coupled to the drive circuit and the switching control circuit and providing control information to the switching control circuit based on an output value of the drive circuit;
A defect response circuit coupled to the switching control circuit or the drive circuit to respond to a defect detected in the electronic ballast;
The defect response circuit is operable to disable the drive circuit upon detection of a defect, and the single package has at most three external connections;
A first external connection that receives power from a power source and powers the electronic ballast circuit;
A second external connection for supplying power to the fluorescent lamp;
A third external connection connecting to a common reference to provide a return power path,
An electronic ballast circuit, wherein the switching control circuit is connected to a capacitor used to program sufficient preheating of the filament of the fluorescent lamp.
蛍光ランプの電子安定器回路と、
前記電子安定器回路の単一のパッケージとを具備する電子機器であって、前記パッケージは、
前記蛍光ランプのフィラメントの充分な予熱をプログラムするために使用されるコンデンサに接続されている切換え制御回路と、
電源から電力を受けて当該電子安定器回路に電力供給するための、前記パッケージの外部まで延長されている第1の外部接続と、
前記蛍光ランプに電力を供給するための、前記パッケージの外部まで延長されている第2の外部接続と、
戻り電力路を提供するよう共通基準に接続するための、前記パッケージの外部まで延長されている第3の外部接続とを具備し、他の外部端子を具備しないことを特徴とする電子機器。
An electronic ballast circuit for a fluorescent lamp;
A single package of the electronic ballast circuit, the package comprising:
A switching control circuit connected to a capacitor used to program sufficient preheating of the filament of the fluorescent lamp;
A first external connection extending to the outside of the package for receiving power from a power source and powering the electronic ballast circuit;
A second external connection extending to the outside of the package for supplying power to the fluorescent lamp;
An electronic device comprising a third external connection extending to the outside of the package for connecting to a common reference to provide a return power path and no other external terminals.
前記切換え制御回路は、前記蛍光ランプのフィラメントの充分な予熱をプログラムするために使用されるコンデンサに接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電子安定器回路。   The electronic ballast circuit of claim 1, wherein the switching control circuit is connected to a capacitor used to program sufficient preheating of the filament of the fluorescent lamp. 前記パッケージは、前記蛍光ランプのフィラメントの充分な予熱をプログラムするために使用されるコンデンサを具備することを特徴とする請求項9に記載の電子機器。   10. The electronic device according to claim 9, wherein the package comprises a capacitor used to program sufficient preheating of the filament of the fluorescent lamp.
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