JP2010505233A - 改善されたインバータ始動回路を有する電子バラスト - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの気体放電ランプ（３０）に給電するための電子バラスト（２０）は、インバータ始動回路（２８６，２８８，２９０）を有する自励発振ハーフブリッジインバータ（２００′）を有し、該自励発振ハーフブリッジインバータ（２００′）は、たとえばダイアック等の電圧降伏デバイスを必要としない。インバータ始動回路（２８６，２８８，２９０）は第１の抵抗器（２８６）と第２の抵抗器（２８８）とコンデンサ（２９０）とを有する。

Description

本発明は一般的には、気体放電ランプに給電するための回路に関する。より詳細には本発明は、改善されたインバータ始動回路を有する電子バラストに関する。

本発明の背景技術
気体放電ランプに給電するための多くの既存の電子バラストは、自励発振ハーフブリッジ型のインバータを有する。この自励発振ハーフブリッジインバータの重要な部分は、インバータの自励発振動作を開始するインバータ始動回路である。

図１に、フロントエンド回路１００と自励発振ハーフブリッジインバータ２００と直列共振出力回路３００とを備えた従来技術の通常のバラスト１０が示されている。フロントエンド回路は典型的には、全波整流回路と、実質的に直流（ＤＣ）の電圧を供給し（オプションとして）力率改善を行うのに適した後続の回路（たとえばブーストコンバータ、谷埋め回路等）とから成る。自励発振ハーフブリッジインバータ２００は、インバータ入力端子２０２，２０４を介して実質的に直流の電圧、Ｖ_ＲＡＩＬを受け取り、インバータ出力端子２０６，２０８を介して高周波出力電圧を直列共振出力回路３００に供給する。直列共振出力回路３００は、ランプ３０を点灯するための高電圧と、ランプ３０を所望の電流で動作させるための大きさが制限された電流とを供給する。

図１に示されているように自励発振ハーフブリッジインバータ２００は、インバータトランジスタ２４０を最初に駆動するためにダイアックベースのインバータ始動回路２７０，２７４，２７６，２８０を有する。ダイアックベースのインバータ始動回路は、抵抗器２７０とコンデンサ２７４とダイアック２７６とダイオード２８０とから成る。電源および電子バラストに適したダイアックベースの始動回路の構造および動作は、当業者に周知である。

インバータトランジスタ２４０は最初、インバータ始動回路２７０，２７４，２７６，２８０によってオンされ、インバータトランジスタ２２０，２４０は、１次巻線３４０と２つの２次巻線３４２，３４４とを有するベース駆動トランスによって供給される駆動信号によって相補的に転流される（すなわち、トランジスタ２２０がオンである場合にトランジスタ２４０がオフされ、トランジスタ２２０がオフである場合にトランジスタ２４０がオフされるようにスイッチオンおよびスイッチオフされる）。

ダイアック等の電圧降伏デバイスを必要とするインバータ始動回路は、コストおよび信頼性に関する問題を有することが知られている。それゆえ、ダイアック等の電圧降伏デバイスを必要としない改善されたインバータ始動回路が必要とされている。さらに、ダイアックベースのインバータ始動回路より低コストかつ高信頼性の改善されたインバータ始動回路も必要とされている。したがって、このような改善されたインバータ始動回路を有する電子バラストは、従来技術に対して格段に有利である。

ダイアックベースのインバータ始動回路を有する従来技術の自励発振ハーフブリッジインバータを備えた電子バラストの電気的回路図である。 改善されたインバータ始動回路を有する本発明の有利な実施形態の自励発振ハーフブリッジインバータを備えた電子バラストの電気的回路図である。

有利な実施形態の詳細な説明
図２に、気体放電ランプ３０に給電するためのバラスト２０が図解されている。バラスト２０はハーフブリッジインバータ２００′を有し、該ハーフブリッジインバータ２００′は、第１のインバータ入力端子２０２および第２のインバータ入力端子２０４と、第１のインバータ出力端子２０６および第２のインバータ出力端子２０８と、第１のインバータスイッチ２２０と、第２のインバータスイッチ２４０と、第１のベース駆動回路２３０，３４２と、第２のベース駆動回路２５０，３４４と、インバータ始動回路２８６，２８８，２９０とを有する。インバータ始動回路２８６，２８８，２９０によって、従来技術のバラスト１０と比較して動作およびコストの点で格段に有利なバラスト２０が提供される。

第１のインバータ入力端子２０２および第２のインバータ入力端子２０４は、フロントエンド回路１００によって供給される実質的に直流（ＤＣ）の電圧のソース、Ｖ_ＲＡＩＬのソースを受容するように設けられている。フロントエンド回路は典型的には、何らかの形態の力率改善回路（たとえばブーストコンバータ、谷埋め回路等）と組み合わされた整流回路を含む。インバータ出力端子２０６，２０８は、点灯電圧および定常動作電力をランプ３０に供給するための出力回路３００に接続されるように設けられている。第１のインバータ出力端子２０６は第１のインバータ入力端子２０２に結合されている。

第１のインバータスイッチ２２０および第２のインバータスイッチ２４０は、たとえば（図２に示されているような）ＮＰＮ型バイポーラ接合トランジスタ等の適切な電力スイッチングデバイスによって実現される。ベース端子２２２とエミッタ端子２２４とコレクタ端子２２６とを有する第１のインバータスイッチ２２０は、第１のインバータ入力端子２０２と第２のインバータ出力端子２０８との間に結合され、詳細には、コレクタ端子２２６が第１のインバータ出力端子２０６に結合され、エミッタ端子２２４が第２のインバータ出力端子２０８に結合されている。ベース端子２４２とエミッタ端子２４４とコレクタ端子２４６とを有する第２のインバータスイッチ２４０は、第２のインバータ出力端子２０８と回路グラウンド６０との間に結合されており、詳細には、コレクタ端子２４６が第２のインバータ出力端子２０８に結合されており、エミッタ端子２４４が回路グラウンド６０に結合されている。回路グラウンド６０は第２のインバータ入力端子２０４に結合されている。

第１のベース駆動回路２３０，３４２は第１のインバータスイッチ２２０に結合されており、第１のベース駆動巻線３４２と第１のベース駆動抵抗器２３０との直列結合体を含み、該第１のベース駆動巻線３４２と第１のベース駆動抵抗器２３０との直列結合体は、第１のインバータスイッチ２２０のベース端子２２２と第２のインバータ出力端子２０８との間に結合されている。第２のベース駆動回路２５０，３４４は第２のインバータスイッチ２４０に結合されており、第２のベース駆動巻線３４４と第２のベース駆動抵抗器２５０との直列結合体を含み、該第２のベース駆動巻線３４４と第２のベース駆動抵抗器２５０との直列結合体は、第２のインバータスイッチ２４０のベース端子２４２と回路グラウンド６０との間に結合されている。

インバータ始動回路２８６，２８８，２９０は第１のインバータ出力端子２０６と第２のベース駆動回路２５０，３４４と第２のインバータスイッチ２４０のベース端子２４２とに動作可能に結合されている。インバータ始動回路２８６，２８８，２９０は動作中、第２のインバータスイッチ２４０を最初に作動するための始動電圧を供給し、インバータ２００′の自励発振動作が開始される。有利には、インバータ始動回路２８６，２８８，２９０はダイアック等の電圧降伏デバイスを必要とすることなくインバータ２００′の始動を行う。したがって、インバータ始動回路２８６，２８８，２９０の材料コストは、図１に示された従来技術のアプローチより格段に低減され、信頼性が潜在的に高くなる可能性のあるバラスト２０が提供される。

図２に図解されているように、インバータ始動回路２８６，２８８，２９０は有利には第１の抵抗器２８６と第２の抵抗器２８８とコンデンサ２９０とを有する。第１の抵抗器２８６は第１のインバータ出力端子２０６と第２のインバータ出力端子２０８との間に結合されている。第２の抵抗器２８８は第２のインバータ出力端子２０８と第２のインバータスイッチ２４０のベース端子２４２との間に結合されている。約１μＦのオーダの容量と約２５Ｖの定格電圧とを有する電解コンデンサによって実現されるのが有利であるコンデンサ２９０は、第２のベース駆動巻線３４４と回路グラウンド６０との間に結合されている。

バラスト２０の動作中、ＡＣ電力が最初に入力接続部１０２，１０４に印加されるとその直後に、フロントエンド回路１００の出力電圧Ｖ_ＲＡＩＬは、ＡＣ電圧源４０によって供給される電圧の大きさのピーク（たとえば６０Ｈｚで２７７Ｖｒｍｓ、約３９０Ｖの大きさのピークに相応する）にほぼ等しい値（たとえば３９０Ｖ）をとる。インバータ始動回路２８６，２８８，２９０において、実質的に直流の電流が、抵抗器２８６，２８８およびコンデンサ２９０を含む回路経路を流れて該コンデンサ２９０を充電する。コンデンサ２９０上の電圧が十分なレベルに達すると第２のインバータトランジスタ２４０がオンされ、インバータ２００′は自励発振過程を開始する。その後にインバータトランジスタ２２０，２４０が、ベース駆動巻線３４２，３４４によって供給された電圧信号によってオンおよびオフされる。このベース駆動巻線３４２，３４４は、出力回路３００内で１次巻線３４０に電磁結合されている。

再び図２を参照すると、インバータ始動回路は有利には、回路グラウンド６０に結合されたアノード２９４と第２のインバータスイッチ２４０のベース端子２４２に結合されたカソード２９６とを有するダイオード２９２も含む。

図２に示されているように、バラスト２０は有利にはフロントエンド回路１００と共振出力回路３００とを有する。

フロントエンド回路１００は入力接続部１０２，１０４の対と出力接続部１０６，１０８の対とを有する。入力接続部１０２，１０４は、交流（ＡＣ）電圧４０（たとえば６０Ｈｚで２７７Ｖ）のソースを受容するように設けられている。出力接続部１０６，１０８はインバータ２００′の第１の入力端子２０２と第２の入力端子２０４とに結合されている。動作中、フロントエンド回路１００はＡＣ電圧源４０を受け取り、出力接続部１０６，１０８間に実質的に直流の電圧Ｖ_ＲＡＩＬを供給する。

共振出力回路３００は有利には、第１の出力接続部３０２と第２の出力接続部３０４と第３の出力接続部３０６と第４の出力接続部３０８と、共振インダクタ３１０およびベース駆動トランスの１次巻線３４０の直列結合体と、共振コンデンサ３２０と、直流（ＤＣ）ブロックコンデンサ３３０とを有する。出力接続部３０２，３０４，３０６，３０８は、気体放電ランプ３０に結合されるように設けられている。共振インダクタ３１０とベース駆動トランスの１次巻線３４０との直列結合体（１次巻線３４０は、ベース駆動トランスの２次巻線を構成する第１のベース駆動巻線３４２と第２のベース駆動巻線３４４とに電磁結合されている）は、第２のインバータ出力端子２０８と第４の出力接続部３０８との間に結合されている。第２の出力接続部３０４と第３の出力接続部３０６との間に共振コンデンサ３２０が結合されている。第１のインバータ出力端子２０６と第１の出力接続部３０２との間にＤＣブロックコンデンサ３２０が結合されている。

本発明を特定の有利な実施形態に関連させて説明したが、当業者であれば本発明の思想および範囲から逸脱することなく、多くの修正および変更をなすことができる。

Claims (11)

1. 少なくとも１つの気体放電ランプに給電するための電子バラストであって、
   実質的に直流（ＤＣ）の電圧のソースを受容するように設けられた第１のインバータ入力端子および第２のインバータ入力端子と、
   該第１のインバータ入力端子に結合された第１のインバータ出力端子と、第２のインバータ出力端子と、
   該第１のインバータ入力端子と該第２のインバータ出力端子との間に結合され、ベース端子を有する第１のインバータスイッチと、
   該第２のインバータ出力端子と該第２のインバータ入力端子に結合された回路グラウンドとの間に結合され、ベース端子を有する第２のインバータスイッチと、
   第１のベース駆動巻線および第１のベース駆動抵抗器との直列結合体を有する第１のベース駆動回路と、
   第２のベース駆動巻線と第２のベース駆動抵抗器との直列結合体を有する第２のベース駆動回路と、
   該第１のインバータ出力端子と該第２のベース駆動回路と該第２のインバータスイッチのベース端子とに動作可能に結合されたインバータ始動回路
   とを有するハーフブリッジインバータが設けられており、
   該第１のベース駆動巻線と該第１のベース駆動抵抗器との直列結合体は、該第１のインバータスイッチのベース端子と該第２のインバータ出力端子との間に結合されており、
   該第２のベース駆動巻線と該第２のベース駆動抵抗器との直列結合体は、該第２のインバータのベース端子と回路グラウンドとの間に結合されており、
   該インバータ始動回路は、該第２のインバータスイッチを最初に駆動するための始動電圧を供給するように動作可能である電子バラストにおいて、
   電圧降伏デバイスを有さないことを特徴とする、電子バラスト。
2. 前記インバータ始動回路は、
   前記第１のインバータ出力端子と前記第２のインバータ出力端子との間に結合された第１の抵抗器と、
   該第２のインバータ出力端子と前記第２のインバータスイッチのベース端子との間に結合された第２の抵抗器と、
   前記第２のベース駆動回路と回路グラウンドとの間に結合されたコンデンサ
   とを有する、請求項１記載の電子バラスト。
3. 前記コンデンサは約１μＦのオーダの容量を有する、請求項２記載の電子バラスト。
4. 前記インバータ始動回路は、回路グラウンドに結合されたアノードと前記第２のインバータトランジスタのベース端子に結合されたカソードとを有するダイオードを含む、請求項２記載の電子バラスト。
5. 前記第１のインバータスイッチおよび第２のインバータスイッチはそれぞれ、ＮＰＮ型バイポーラ接合トランジスタである、請求項２記載の電子バラスト。
6. 前記少なくとも１つの気体放電ランプに結合するように設けられた第１の出力接続部、第２の出力接続部、第３の接続出力部および第４の接続出力部と、
   共振インダクタとベース駆動トランスの１次巻線との直列結合体と、
   該第２の出力接続部と該第３の出力接続部との間に結合された共振コンデンサと、
   前記第１のインバータ出力端子と該第１の出力接続部との間に結合された直流（ＤＣ）ブロックコンデンサ
   とを有する共振出力回路が設けられており、
   該共振インダクタと該ベース駆動トランスの１次巻線との直列結合体は、前記第２のインバータ出力端子と該第４の接続出力部との間に結合されており、
   該ベース駆動トランスの１次巻線は前記インバータの第１のベース駆動巻線と第２のベース駆動巻線とに電磁結合されている、請求項２記載の電子バラスト。
7. 交流（ＡＣ）電圧のソースを受容するように設けられた入力接続部の対と、
   前記インバータの第１の入力端子および第２の入力端子に結合された出力接続部の対
   とを有するフロントエンド回路が設けられており、
   前記フロントエンド回路は、該出力接続部間に実質的に直流の電圧のソースを供給するように動作可能である、請求項２記載の電子バラスト。
8. 少なくとも１つの気体放電ランプに給電するための電子バラストであって、
   実質的に直流（ＤＣ）の電圧のソースを受容するように設けられた第１のインバータ入力端子および第２のインバータ入力端子と、
   該第１のインバータ入力端子に結合された第１のインバータ出力端子と、第２のインバータ出力端子と、
   該第１のインバータ入力端子と該第２のインバータ出力端子との間に結合され、ベース端子を有する第１のインバータスイッチと、
   該第２のインバータ出力端子と該第２のインバータ入力端子に結合された回路グラウンドとの間に結合され、ベース端子を有する第２のインバータスイッチと、
   第１のベース駆動巻線および第１のベース駆動抵抗器との直列結合体を有する第１のベース駆動回路と、
   第２のベース駆動巻線と第２のベース駆動抵抗器との直列結合体を有する第２のベース駆動回路と、
   該第１のインバータ出力端子と該第２のインバータ出力端子との間に結合された第１の抵抗器と、該第２のインバータ出力端子と該第２のインバータスイッチのベース端子との間に結合された第２の抵抗器と、該第２のベース駆動回路と回路グラウンドとの間に結合されたコンデンサと、アノードが回路グラウンドに結合されカソードが該第２のインバータトランジスタのベース端子に結合されたダイオードとを含むインバータ始動回路
   とを有するハーフブリッジインバータを有し、
   該第１のベース駆動巻線と該第１のベース駆動抵抗器との直列結合体は、該第１のインバータスイッチのベース端子と該第２のインバータ出力端子との間に結合されており、
   該第２のベース駆動巻線と該第２のベース駆動抵抗器との直列結合体は、該第２のインバータスイッチのベース端子と回路グラウンドとの間に結合されており、
   該インバータ始動回路は、該第２のインバータスイッチを最初に駆動するための始動電圧を供給するように動作可能である電子バラストにおいて、
   該少なくとも１つの気体放電ランプに結合するように設けられた第１の出力接続部、第２の出力接続部、第３の出力接続部および第４の出力接続部を有する出力回路を有し、
   該出力回路は、
   該第２のインバータ出力端子と該第４の出力接続部との間に結合された、共振インダクタとベース駆動トランスの１次巻線との直列結合体と、
   該第２の出力接続部と該第３の出力接続部との間に結合された共振コンデンサと、
   該第１のインバータ出力端子と該第１の出力接続部との間に結合された直流（ＤＣ）ブロックコンデンサ
   とを有し、
   該ベース駆動トランスの１次巻線は、該インバータの第１のベース駆動巻線および第２のベース駆動巻線に結合されていることを特徴とする、電子バラスト。
9. 前記コンデンサは約１μＦのオーダの容量を有する、請求項８記載の電子バラスト。
10. 前記第１のインバータスイッチおよび第２のインバータスイッチはそれぞれ、ＮＰＮ型バイポーラ接合トランジスタである、請求項８記載の電子バラスト。
11. 交流（ＡＣ）電圧のソースを受容するように設けられた入力接続部の対と、
    前記インバータの第１の入力端子および第２の入力端子に結合された出力接続部の対
    とを有するフロントエンド回路を備えており、
    該フロントエンド回路は、該出力接続部間に実質的に直流の電圧のソースを供給するように動作可能である、請求項１０記載の電子バラスト。

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