JP2008541370A - トライアック調光器による調光を実現するための方法及び回路 - Google Patents

Abstract

標準的なトライアック調光器回路を用いて、エネルギー節約型ランプ、具体的にガス放電ランプの調光を可能にするよう、大きな付加的な電流が、トライアックが非導通状態にある場合に引き出され、小さな付加的な電流が、トライアックが導通状態にある場合に引き出される。電流制御回路は、そのような付加的な電流を引き込むよう、供給電圧と、ランプのバラスト回路との間に接続され得る。電流制御回路は、大きな又は小さな抵抗を供給するよう、２つのスイッチ及び多数の抵抗器を有する。実施形態として、引き込まれる電流の量は、電流制御回路において更なる回路を用いる抵抗の代わりに制御される。

Description

本発明は、電子バラストによって動作するガス放電ランプに関し、具体的には、トライアック調光器回路を用いてガス放電ランプの調光を実現する方法と、電流制御回路と、電流制御回路を有するランプバラスト回路とに関する。

一般的な標準的調光器回路は、例えば主電圧のような交流供給電圧を成形するためにトライアックを使用する。例えば主電圧のような交流供給電圧が零交差にあり、従って、電流が零交差にある場合、トライアックは非導通状態にある。供給電圧が増大すると、調光器回路へ接続されている負荷は電流を引き込む。トライアック調光器回路のタイミング回路によって決定される時間期間の後、トライアックは導通状態となり、ランプは電圧及び対応する電流を供給される。電流は、供給電流が再び零レベルに達するまで、トライアックを導通状態に保つ。トライアック調光器回路によって決定される前出の時間期間は、トライアック調光器回路の付加的な回路によってユーザ調整されても良い。

一般にエネルギー節約型ランプとして用いられる、電子バラストによって作動させられるガス放電ランプは、電子バラストでのバッファコンデンサの存在により、交流電圧のピークでのみ電源から電流を引き込む。しかし、一般的なトライアック調光器回路は、抵抗負荷とともに使用するためにしか適さない。負荷は、トライアック調光器回路が適切に機能するように、交流電圧の周期全体の間、電圧源から電流を引き込むべきである。従って、トライアック調光器回路は、一般に、白熱ランプの調光のために使用される。従って、トライアック調光器回路を用いる電子エネルギー節約型のガス放電ランプの調光は、概して、正確には機能しない。

ＵＳ６，４５２，３４３（特許文献１）で、ガス放電ランプのバラスト回路の入力端子間に抵抗特性、例えば、抵抗器を有する回路を設けることが提案される。このように、トライアック調光器回路は抵抗性負荷を設けられ、適切に機能することができる。しかし、それによって、電流がいつでも抵抗回路を流れるので、大きな電力損失が発生する。更に、トライアックが導通する場合には、小さな電流しか、トライアックをその導通状態に保つために引き出される必要がないが、電圧がそのピークに近い場合には、大きな電流が抵抗回路に流れる。
ＵＳ６，４５２，３４３

本発明は、ランプが低電力損失のトライアック調光器回路を用いて調光可能であるように、電子ガス放電ランプを動作させる方法及び回路を提供することを目的とする。

上記目的は、請求項１に従う方法及び請求項３に従う電流制御回路において達成される。

当該方法及び回路は、タイミング回路を充電し、トライアックを導通状態にするために、前記電子ガス放電回路及びその電子バラストが電流を引き込んでいない場合に、有利に比較的大きな電流を引き込み、小さな電流しか前記調光器回路のトライアックを導通状態に保つために必要とされない場合には、低減された電流を引き込む。

交流供給電圧及び電流が周期の開始時に零から増大する場合、トライアックは非導通状態にある。トライアックを導通状態にするよう、負荷は、トライアックのタイミング回路を充電するよう電流を引き込むべきである。前記電子ガス放電ランプは交流電圧及び電流の周期のこの段階では電流を引き込まないので、当該電流制御回路は、前記ガス放電ランプ及びそのバラスト回路が電流を引き込んでいない場合に、例えば抵抗負荷を与えることによって、電流を引き込むよう設計される。

トライアックが導通状態になった場合、小さな電流しかトライアックをその導通状態に保つために必要とされない。従って、負荷の抵抗は、例えば、増大しうる。本発明に従う電流制御回路は、並列回路の２つのブランチの間を切り替えるよう設計される。各ブランチは、所定の抵抗を有する。かかるスイッチは、供給電圧の電圧レベルによって制御される。電圧レベルが所定の電圧レベルを下回る場合、低い抵抗を有するブランチが導通状態に切り替えられる。電圧レベルが前記所定の電圧レベルを上回る場合、高い抵抗を有するブランチが導通状態に切り替えられる。供給電圧が５０Ｈｚで２３０Ｖの主電圧であるならば、適切な所定電圧レベルは約５０Ｖでありうる。

前記ガス放電ランプ及びその電子バラストがトライアックをその導通状態に保つために十分な電流を引き込むならば、付加的な回路が電流を引き込むことは必要とされ得ない。従って、一実施形態で、当該電流制御回路は、前記ガス放電ランプ及び電子バラストのアセンブリが十分な電流を引き込んでいる場合、例えば、電流が抵抗回路を流れることを防ぐことによって、前記ランプ及び前記抵抗回路によって引き込まれる総体的な電流を制御するよう設計される。

一実施形態で、前記スイッチは、例えばトランジスタのような電子スイッチである。かかる実施形態で、前記トランジスタの制御端子は、前記供給電圧へ動作上接続される。このように、前記供給電圧のレベルは、前記スイッチの状態を決定する。

更なる実施形態で、第３のトランジスタが設けられる。該第３のトランジスタは、前出の並列回路へ直列に接続される。コンデンサ及びツェナーダイオードの並列回路が設けられ、該並列回路は、前記第３のトランジスタの制御端子へ及び電圧源へ接続される。この実施形態で、第１の所定電流レベルは、前記供給電圧が前記所定電圧を下回る場合に与えられ、第２の所定電流レベルは、前記供給電圧が前記所定電圧を上回る場合に与えられる。

本発明の上記及び他の態様は、以下で記載される実施形態から明らかであり、それらを参照して説明される。

付属の図面は、限定されない例となる実施形態を示す。

図面中で、同一の参照番号は、同様の構成要素、又は、同様の機能を有する構成要素を示す。

図１は、本発明に従う方法及び回路とともに使用するのに適した従来のトライアック調光器回路を表す。トライアック調光器回路１は、可変抵抗を有する抵抗器２と、コンデンサ３と、ダイアック（ＤＩＡＣ）４と、トライアック（ＴＲＩＡＣ）５とを有する。例えばランプなどの負荷は、端子７と８との間に接続可能である。負荷６及びトライアック調光器回路１は、ＡＣ電源６へ直列に接続される。抵抗器２は、当該技術で知られるように、固定抵抗を有する抵抗器と、ユーザ調整可能な抵抗を有する抵抗器とを有しうることが知られる。

表されるように、コンデンサ３及び抵抗器２は、トライアック調光器回路１の端子間に直列に接続されている。トライアック５は、抵抗器２及びコンデンサ３の直列接続に並列に接続されている。ダイアック４は、トライアック５の制御ゲートと、コンデンサ３と抵抗器２との間のノードとの間に接続されている。抵抗器２及びコンデンサ３は、トライアック調光器回路１のタイミング回路を形成する。

動作において、電源６の電圧が零である場合、ダイアック４及びトライアック５は非導通状態にある。交流電源６によって供給される電圧が増大するにつれて、コンデンサ３にかかる電圧も増大する。コンデンサ３にかかる電圧がダイアック４のブレイクオーバ電圧に達すると、コンデンサ３は、ダイアック４によってトライアックゲートへ部分的に放電される。電流がトライアックゲートへ供給された結果、トライアック５は導通する。電流がトライアック５に流れる限り、トライアック５は導通したままである。電源６によって供給される電圧が再び零になると、トライアック５は再び非導通となる。

動作に関する上記記載から、所謂当業者には容易に理解されるように、トライアック５を導通状態にするためにトライアック５が導通していない場合にコンデンサ３を充電するよう、負荷は、トライアック調光器回路１から、即ち、抵抗器２及びコンデンサ３の直列接続を介して電流を引き込む必要がある。

図２は、整流器回路１０、例えば、ダイオードブリッジ整流器回路と、電流制御回路２０と、インバータ回路３０とを有する電子バラスト回路を表す。整流器回路１０の２つの入力端子１１、１２は、例えば周波数が５０Ｈｚで２３０Ｖの主電圧のような、低周波交流供給電圧へ接続され得る。整流器回路１０は、供給電圧を受け取って、整流された供給電圧を出力する。

電流制御回路２０は、第１の抵抗器Ｒ１と、第２の抵抗器Ｒ２と、第１のトランジスタＴ１と、第２のトランジスタＴ２とを有する。更に、第３及び第４の抵抗器Ｒ３、Ｒ４は、夫々、分圧器を形成するよう設けられる。第３及び第４の抵抗器Ｒ３、Ｒ４の間のノードは、第１のトランジスタＴ１の制御端子（ベース）へ接続されている。第１のトランジスタＴ１のコレクタは、第１の抵抗器Ｒ１へ接続されている。第１の抵抗器Ｒ１は、また、供給電圧の陽極端子へ接続されている。第１のトランジスタＴ１のエミッタは、第２の抵抗器Ｒ２へ接続されている。第２の抵抗器Ｒ２は、また、供給電圧の陰極端子へ接続されている。第２のトランジスタＴ２は、第１のトランジスタＴ１のコレクタへ接続されたエミッタと、第１のトランジスタＴ１のエミッタへ接続されたベースとを有する。ツェナーダイオードＤ２は、抵抗器Ｒ２及び第２のトランジスタＴ２のコレクタと、供給電圧の陰極端子との間に接続されている。

バッファコンデンサＣｂは、整流器回路１０によって出力された整流電圧を平滑化する。インバータ回路３０は、整流及び平滑化をなされた供給電圧を供給され、インバータ回路３０の出力電流が、ガス放電ランプＬ、例えば、エネルギー節約型蛍光ランプを動作させるのに適するように、整流された供給電圧で動作する。

本発明に従う電流制御回路２０は、ガス放電ランプＬの調光用の一般的な市販されているトライアック調光器回路の使用を可能にするために、バッファコンデンサＣｂ、インバータ回路３０及びガス放電ランプＬが電源から電流を引き込んでいない場合に、電源から電流を引き込むよう設けられる。電圧電源と入力端子１１、１２との間に、ガス放電ランプＬの調光を行う調光器回路が設けられ得る。一般的な市販されるトライアック調光器回路の使用を可能にするよう、タイミング回路を充電する電流は、負荷での供給電圧が低い場合に引き込まれる必要がある。インバータ回路３０は、交流供給電圧がバッファコンデンサＣｂの存在に起因して高い場合にのみ、電源から電流を引き込むので、電流は、ほとんど又は全く、交流電圧の周期の開始時に引き込まれない。従って、トライアックを導通状態にするために、トライアック調光器回路のタイミング回路を充電するための十分な電流は引き込まれない。

抵抗器Ｒ３、Ｒ４の間のノードでの電圧が高い場合、即ち、ツェナーダイオードＤ２のツェナー電圧によって定められる所定レベルを上回る場合、第１のトランジスタＴ１は導通し、電流は、トランジスタＴ１のコレクタからエミッタへ、従って、第１及び第２の抵抗器Ｒ１、Ｒ２を通って流れることができる。

抵抗器Ｒ３、Ｒ４の間のノードでの電圧が低い場合、即ち、所定レベルを下回る場合、第１のトランジスタＴ１は非導通である。第２のトランジスタＴ２は、第１のトランジスタＴ１が非導通である場合に導通する。第２のトランジスタＴ２のコレクタは、（ダイオードＤ２を介して）供給電圧の陰極端子へ接続されているので、電流は、第２のトランジスタＴ２を通って、それによって抵抗器Ｒ１のみを通って流れることができる。その場合に、総体的な抵抗は低いので、大きな電流が流れることができる。

回路の適切な動作のために、ダイオードＤ３はバッファコンデンサＣｂと電流制御回路２０との間に接続され得る。ダイオードＤ３は、供給される電圧、即ち、整流器回路１０の出力電圧がバッファコンデンサＣｂにかかる電圧よりも低い場合に、電流がバッファコンデンサＣｂから引き出されることを防ぐ。更に、適切な動作のために、ツェナーダイオードＤ２は、抵抗器Ｒ３、Ｒ４の間のノードでの電圧変化がトランジスタＴ１の状態の切替えを生じさせるようにトランジスタＴ１のエミッタで基準電圧を供給するよう、供給電圧の陰極端子と、抵抗器Ｒ２／トランジスタＴ２のコレクタとの間に接続され得る。

このように、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４並びにツェナーダイオードＤ２の抵抗として適切な値を選択することは、整流器回路１０と電源との間に接続されるトライアック調光器回路が適切に機能することができることを確実にする。

所定量の電流が引き込まれることを確実にするよう、電流制御回路２０は、付加的な回路を設けられても良い。かかる実施形態は図３に表される。図３は、整流された供給電圧を受け取る入力端子２１及び２２と、その供給電圧を図２に表されるインバータ回路３０へ供給する出力端子２３及び２４とを有する電流制御回路２０のみを表す。

図３は、第１及び第２のトランジスタＴ１、Ｔ２と、第１、第２、第３及び第４の抵抗器Ｒ１〜Ｒ４とを有する、図２に表される回路を示す。第３のトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｔ３は、供給電圧の陽極端子と抵抗器Ｒ１との間に接続されている。トランジスタＴ３の制御端子は、第５の抵抗器Ｒ５及び電圧源Ｖ１へ接続されている。更に、第１のツェナーダイオードＤ１及び第１のコンデンサＣ１の並列回路は、第３のトランジスタＴ３の制御端子へ接続されている。第２のツェナーダイオードＤ２及び第２のコンデンサＣ２の第２の並列回路は、供給電圧の陰極端子と、第２の抵抗器Ｒ２、第２のトランジスタＴ２、並びに第１のツェナーダイオードＤ１及び第１のコンデンサＣ１を有する第１の並列回路との間に接続されている。

図３に表される実施形態で、第１のコンデンサＣ１は、ツェナーダイオードＤ１が電圧を制限するまで、第５の抵抗器Ｒ５を介して電圧源Ｖ１によって充電される。このように、所定電圧は、トランジスタＴ３の制御端子と、抵抗器Ｒ２の陰極端子及びトランジスタＴ２のエミッタとの間に発生する。所定電圧は、ツェナーダイオードＤ１のツェナー電圧に等しく、例えば１２Ｖでありうる。

第１及び第２のトランジスタＴ１及びＴ２を有する回路は、図２の実施形態と同様に機能する。第１及び第２のトランジスタＴ１及びＴ２の導通状態は、抵抗器Ｒ３、Ｒ４の間のノードでの電圧と、ツェナーダイオードＤ２のツェナー電圧とによって決定される。従って、抵抗器Ｒ３、Ｒ４の間のノードでの電圧が低い場合には、第２のトランジスタＴ２は導通し、引き込まれる電流は、抵抗器Ｒ１の抵抗によってダイオードＤ１のツェナー電圧を割ったものに実質的に等しい（Ｉ＝Ｖ_Ｄ１／Ｒ１）。抵抗器Ｒ３、Ｒ４の間のノードでの電圧が高い場合に、第１のトランジスタＴ１は導通し、引き込まれる電流は、抵抗器Ｒ１の抵抗及び抵抗器Ｒ２の抵抗の和によってダイオードＤ１のツェナー電圧を割ったものに実質的に等しい（Ｉ＝Ｖ_Ｄ１／（Ｒ１＋Ｒ２））。

周波数が５０Ｈｚで２３０Ｖの主電圧とともに用いられる実施形態で、ダイオードＤ１のツェナー電圧は１２Ｖであり、抵抗器Ｒ１の抵抗は１８０Ωであり、第２の抵抗器Ｒ２の抵抗は２２００Ωでありうる。かかる実施形態で、約５ｍＡ（１２Ｖ／２３８０Ω）の電流が、供給電圧が所定の電圧レベルを上回る場合に引き込まれ、約６６ｍＡ（１２Ｖ／１８０Ω）の電流が、供給電圧が所定の電圧レベルを下回る場合に引き込まれる。電流は、抵抗器Ｒ３及びＲ４を有する分圧器にも流れることが知られる。しかし、この電流は、抵抗器Ｒ３及びＲ４の抵抗を高く選択することによって、抵抗器Ｒ１及びＲ２を流れる電流に比べて取るに足りないほど小さく選択され得る。

ダイオードＤ３は、電流が、電圧供給源、具体的には、端子２１及び２２へ接続された前出の供給電圧に直列なトライアック調光器回路から引き出されるのではなく、バッファコンデンサＣｂから引き出されることを防ぐよう設けられている。

ある実施形態で、電圧源Ｖ１は、削除され、電流制御回路へ接続されたインバータ回路から受け取った電圧に置き換えられても良い。例えば、インバータ回路は、バッファコンデンサＣｂによって、平滑化された半波正弦波整流電圧を供給される。このような平滑された直流電圧へ抵抗器Ｒ５を接続することにより、適切な電圧が供給され得る。

図４は、電子ガス放電ランプＢへ接続されたトライアック調光器回路アセンブリＡを図式的に表す。電子ガス放電ランプＢは、整流器回路１０と、バッファコンデンサＣｂと、ガス放電ランプＬへ接続されたインバータ回路３０とを有する電子バラスト回路を有する。トライアック調光器回路アセンブリＡは、抵抗特性を有するランプの調光を行うための標準的な一般的トライアック調光器回路Ｃと、整流器回路１０と、電流制御回路２０と、ダイオードＤ３とを有する。

図４に示される電子ガス放電ランプＢは、主電圧へ直接に接続され得る、一般に利用されるエネルギー節約型ランプであり、標準的なトライアック調光器回路によって調光可能でない。トライアック調光器回路アセンブリＡは、このような標準的なトライアック調光器回路Ｃを有し、更に、図２又は図３に示されるような本発明に従う電流制御回路２０を有する。電流制御回路２０の適切な動作のために、整流器回路１０及びダイオードＤ３は、同様に、トライアック調光器回路アセンブリＡに設けられている。このように、単純なトライアック調光器回路アセンブリＡは、電子バラスト回路を有する一般的なエネルギー節約型ランプＢが調光をなされ得るところの使用を与えられ得る。

当業者には容易に理解されるように、ランプアセンブリＢへ供給される電圧が、調光器回路アセンブリＡの整流器回路１０によって既に整流されているので、電子ガス放電ランプＢに含まれる整流器回路１０は、図４の回路アセンブリにおいて不必要である。従って、当業者に更に理解されるように、調光器回路アセンブリＡは、同様に、整流器回路１０を有さない電子バラストを有するエネルギー節約型ランプＢとともに用いられうる。

従来のトライアック調光器回路を示す。 本発明に従う電流制御回路を有する、ランプを動作させるためのバラスト回路の実施形態の図を示す。 本発明に従う電流制御回路の他の実施形態の図を示す。 電流制御回路を有するトライアック調光器回路及び一般に利用可能なエネルギー節約型ランプの組合せを図式的に表す。

Claims (8)

1. トライアック調光器回路によりガス放電ランプの調光を実現するよう、
   トライアックが非導通状態にある場合に前記調光器回路から比較的大きな電流を引き込んで、前記トライアックを導通状態とするステップを有する、電子ガス放電ランプの動作方法であって：
   前記トライアックが導通状態にある場合に前記調光器回路から引き出される電流を低減するステップを更に有する、ことを特徴とする方法。
2. 前記比較的大きな電流は、出力端子間に小さな抵抗を接続することによって前記調光器回路から引き込まれ、
   前記電流は、出力端子間に大きな抵抗を接続することによって低減される、請求項１記載の方法。
3. 電圧電源から引き出される電流を制御する電流制御回路であって、
   第１の抵抗回路及び並列回路の第１の直列接続を有し、
   前記並列回路は、
   第１のスイッチと、第２のスイッチ及び第２の抵抗回路の第２の直列接続との並列接続であり、
   前記第１及び第２のスイッチは、前記電圧電源によって供給される電圧によって制御され、
   前記第１のスイッチは、前記供給電圧が所定レベルを下回る場合に導通し、前記第２のスイッチは、前記供給電圧が前記所定レベルを上回る場合に導通する、電流制御回路。
4. 前記第１及び第２のスイッチはトランジスタであり、該トランジスタの制御端子は前記供給電圧へ動作上接続される、請求項３記載の電流制御回路。
5. 第３のトランジスタが設けられ、
   該第３のトランジスタは、前記第１の直列接続へ直列に接続され、
   コンデンサ及びツェナーダイオードの並列回路は、前記第３のトランジスタの制御端子へ及び電圧源へ接続される、請求項４記載の電流制御回路。
6. ガス放電ランプを動作させるバラスト回路であって、
   低周波交流電圧を受け取る整流器回路と、
   高周波ランプ電流を供給するインバータ回路と、
   前記整流器回路と前記インバータ回路との間に接続された請求項３乃至５のうちいずれか一項記載の電流制御回路とを有し、
   バッファコンデンサは、前記インバータ回路の入力端子間に接続され、
   ダイオードは、電流が前記バッファコンデンサから引き出されることを防ぐよう、前記電流制御回路の出力端子と前記バッファコンデンサの端子との間に接続される、バラスト回路。
7. ガス放電ランプ及び請求項６記載のバラスト回路のアセンブリ。
8. 電子ガス放電ランプの調光を行う調光器回路であって、
   トライアック調光器回路と、
   請求項３乃至５のうちいずれか一項記載の電流制御回路と、
   前記トライアック調光器回路と前記電流制御回路との間に接続される整流器回路とを有する調光器回路。

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