JP2010519889A - 低い入力電圧で使用されるチャージポンプ電子安定器 - Google Patents

Abstract

本発明は低い入力電圧で使用されるチャージポンプ電子安定器に関する。このチャージポンプ電子安定器は、２つのスイッチングトランジスタから成るＤＣ／ＡＣインバータ回路、および共振インダクタと共振キャパシタとから成る共振回路を含んでいる。前記チャージポンプ電子安定器はさらに、低いＡＣ入力電圧を高いＤＣ出力電圧に変換する電圧増倍整流回路、およびインダクタと第１のポンプキャパシタとから成るチャージポンプ回路を含んでいる。このようなチャージポンプ電子安定器によれば、ランプ点弧中の高電圧ストレスの問題が解決される。

Description

本発明はチャージポンプ電子安定器に関する。

背景技術
近年、力率補正（ＰＦＣ）に充電キャパシタと高周波ＡＣ源を使用する電子安定器が非常に魅力的な回路トポロジーとなってきている。充電キャパシタは「チャージポンプ」と同じように入力電流の波形を調整する。したがって、この種の回路は「チャージポンプ」力率調整装置とも呼ばれる。図１には、典型的なチャージポンプ電子安定器回路が示されている。チャージポンプ電子安定器は、ブリッジ整流回路、ポンプキャパシタＣｉｎとダイオードＤｃとエネルギー蓄積キャパシタＣＢとから成るチャージポンプ回路、トランジスタＱ１およびＱ２から成るＤＣ／ＡＣインバータ回路、インダクタＬｒ１とキャパシタＣｒｉとから成る共振回路、ならびにＤＣ阻止キャパシタを含んでいる。

前記チャージポンプ電子安定器は通常２２０Ｖ−２４０Ｖの入力電圧を顧慮して設計されているが、入力電圧が２２０Ｖ−２４０Ｖであるときには、ランプの点弧中に高い電圧ストレスが存在する。

いくつの使用ケースでは、しかし、入力電圧は、すなわち、ＡＣ源の出力電圧は通常、１２７Ｖのような低い電圧である。したがって、低い入力電圧で使用されるチャージポンプ電子安定器への需要が存在する。このようなチャージポンプ電子安定器は高電圧ストレスの問題を解決し、しかもコスト効率的であり、簡単である。
発明の開示
本発明の課題は、低い入力電圧で使用される簡単なチャージポンプ電子安定器を提供することである。

本発明の１つの実施形態によれば、低い入力電圧で使用されるチャージポンプ電子安定器が提供される。前記チャージポンプ電子安定器は、２つのスイッチングトランジスタから成るＤＣ／ＡＣインバータ回路、共振インダクタと共振キャパシタとから成る共振回路、低いＡＣ入力電圧を高いＤＣ出力電圧に変換する電圧増倍整流回路、およびインダクタと第１のポンプキャパシタとから成るチャージポンプ回路を含んでいる。

有利な実施形態では、前記第１のポンプキャパシタの一方の端子は電圧増倍整流回路の第１の入力側と接続されており、さらに前記チャージポンプ回路のインダクタを介してＡＣ電源の出力側にも接続されており、前記第１のポンプキャパシタの他方の端子はランプを介して前記共振キャパシタに接続されており、前記電圧増倍整流回路の第２の入力側は前記ＡＣ電源の他方の出力側と接続されている。

有利な実施形態では、前記電圧増倍整流回路は２つのダイオードと２つのキャパシタとから成る電圧二倍整流回路である。

有利な実施形態では、前記２つのダイオードの接続点は前記電圧増倍整流回路の第１の入力側であり、前記２つのキャパシタの接続点は前記電圧増倍整流回路の第２の入力側であり、前記２つのダイオードを含む第１のハーフブリッジと前記２つのキャパシタを含む第２のハーフブリッジとから成る並列回路が前記電圧増倍整流回路の出力側である。

有利な実施形態では、前記チャージポンプ電子安定器はさらにサイリスタを有する遮断保護回路を含んでいる。

有利な実施形態では、前記チャージポンプ電子安定器はさらに第１の抵抗器と第２の抵抗器を含んでおり、第１の抵抗器の一方の端子は第１のポンプキャパシタの前記他方の端子に、他方の端子はサイリスタのアノードに接続されており、第２の抵抗器の一方の端子は第１のポンプキャパシタの前記他方の端子に、他方の端子は電圧増倍整流回路の出力側に接続されている。

有利な実施形態では、第３のダイオードと第４のダイオードがそれぞれ第１のハーフブリッジと電圧増倍整流回路の出力側の間に接続されている。ここで、前記第３のダイオードおよび第４のダイオードと第１のハーフブリッジの２つのダイオードとは順方向に直列接続されており、前記チャージポンプ電子安定器はさらに第２のポンプキャパシタを含んでおり、この第２のポンプキャパシタの一方の端子は第１のポンプキャパシタの前記他方の端子に、他方の端子は第１のハーフブリッジと第４のダイオードの接続点に接続されている。

従来技術の典型的なチャージポンプ電子安定器回路を示す。 本発明によるチャージポンプ電子安定器の基本等価回路を示す。 本発明による遮断保護回路付きのチャージポンプ電子安定器の基本等価回路を示す。 本発明による遮断保護回路付きの改良されたチャージポンプ電子安定器の等価回路を示す。

発明の詳細な説明
以下では、本発明の実施形態を図面と関連させて詳しく説明する。

図２には、本発明によるチャージポンプ電子安定器の基本等価回路が示されている。前記チャージポンプ電子安定器は、スイッチングトランジスタＱ１およびＱ２から成るＤＣ／ＡＣインバータ回路、共振インダクタＬ２と共振キャパシタＣ４とから成る共振回路、ダイオードＤ１およびＤ２とキャパシタＣ１およびＣ２とから成る電圧増倍整流回路、およびインダクタＬ１とポンプキャパシタＣ３とから成るチャージポンプ回路を含んでいる。前記電圧増倍整流回路は低いＡＣ入力電圧を２倍の電圧値を有するＤＣ電圧に変換するために使用される、すなわち、バス電圧（Ｖ_bus＝Ｖ_c1＋Ｖ_c2）を上げる。前記ポンプキャパシタＣ３は１つのランプ（または複数のランプ）を介して共振キャパシタＣ４に接続されている。

このような回路構造は点孤期間中のバスの高電圧ストレスを防ぐ。というのも、ランプが点弧されていなければ、チャージポンプ回路はまったく動作せず、その一方でランプが点弧された後には、共振キャパシタＣ４が高周波ＡＣ源となり、ポンプキャパシタＣ３とともに力率補正を行うからである。

入力電圧が１２７Ｖで入力電力が３５．４Ｗの場合、本発明によるチャージポンプ電子安定器を使用することにより理想的な実験結果、すなわち、ＰＦ（力率）＝０．９６、ＴＨＤ（全高調波歪み）＝６．５％、Ｉ_{lamp rms}＝２９５．３ｍＡ、ＣＦ（波高率）＝１．６、Ｖ_bus＝３８５Ｖが得られる。

図３には、本発明による遮断保護回路付きのチャージポンプ電子安定器の等価回路が示されている。遮断保護回路はサイリスタＤ３を含む前記回路内に設けられている。

現在、多くの一般的な安定器は遮断保護回路を備えており、これらの遮断保護回路のほとんどは中核要素としてサイリスタを使用している。この状況では、安定器回路は遮断保護回路を維持するためにサイリスタに十分な保持電流を供給しなければならない。というのも、サイリスタがスイッチオンしたとき、主ループ電流が、すなわち保持電流がゼロ近くまで減少すると、サイリスタがスイッチオフし、遮断保護回路が開放状態になってしまうからである。

図３に示されているチャージポンプ電子安定器では、サイリスタＤ３がスイッチオンすると、ハーフブリッジスイッチがスイッチオフされ、点Ａの電圧はゼロ近くまで引き下げられる。遮断保護回路を維持するには、サイリスタＤ３の十分な保持電流が必要である。

本発明のチャージポンプ電子安定器では、チャージポンプ電子安定器の良好な動作を実現するために大きなポンプキャパシタＣ３が使用される。しかし、その一方で、ポンプキャパシタＣ３は保持電流に大きな影響を与える。ポンプキャパシタＣ３が大きければ大きいほど、得られる変調電流は大きくなる。このような変調電流がサイリスタＤ３の保持電流をゼロまで引き下げるのに十分なほど大きければ、サイリスタはスイッチオフし、遮断保護回路が開く。

したがって、この問題を解決するために、図４に示すように、本発明による遮断保護回路付きの改良されたチャージポンプ電子安定器が提供される。この改良されたチャージポンプ電子安定器では、さらに別のポンプキャパシタＣ５と２つの付加的なダイオードＤ４およびＤ６が電圧増倍整流回路内に設けられている。２つのポンプキャパシタＣ３およびＣ５を使用したこのようなチャージポンプ電子安定器は、良好な力率補正を実現するだけでなく、遮断保護回路を維持するのに十分なサイリスタの保持電流を供給することもできる。

様々な例示的実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明はこれらの特定の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、添付された請求項に示された発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、開示された主題の変種、変更および組合せが可能であることを理解されるであろう。

Claims (7)

1. 低い入力電圧で使用されるチャージポンプ電子安定器であって、２つのスイッチングトランジスタから成るＤＣ／ＡＣインバータ回路、および共振インダクタ（Ｌ２）と共振キャパシタ（Ｃ４）とから成る共振回路を有する形式のチャージポンプ電子安定器において、
   該チャージポンプ電子安定器がさらに、低いＡＣ入力電圧を高いＤＣ出力電圧に変換する電圧増倍整流回路（Ｄ１，Ｄ２，Ｃ１，Ｃ２）、およびインダクタ（Ｌ１）と第１のポンプキャパシタ（Ｃ３）とから成るチャージポンプ回路を含んでいる、ことを特徴とする低い入力電圧で使用されるチャージポンプ電子安定器。
2. 前記第１のポンプキャパシタ（Ｃ３）の一方の端子は前記電圧増倍整流回路の第１の入力側に接続されており、さらに前記チャージポンプ回路のインダクタ（Ｌ１）を介してＡＣ電源の出力側にも接続されており、前記第１のポンプキャパシタ（Ｃ３）の他方の端子はランプを介して前記共振キャパシタ（Ｃ４）に接続されており、前記電圧増倍整流回路の第２の入力側は前記ＡＣ電源の他方の出力側と接続されている、請求項１記載のチャージポンプ電子安定器。
3. 前記電圧増倍整流回路（Ｄ１，Ｄ２，Ｃ１，Ｃ２）は２つのダイオード（Ｄ１，Ｄ２）と２つのキャパシタ（Ｃ１，Ｃ２）とから成る電圧二倍整流回路である、請求項１または２記載のチャージポンプ電子安定器。
4. 前記２つのダイオード（Ｄ１，Ｄ２）の接続点は前記電圧増倍整流回路の第１の入力側であり、前記２つのキャパシタ（Ｃ１，Ｃ２）の接続点は前記電圧増倍整流回路の第２の入力側であり、前記２つのダイオード（Ｄ１，Ｄ２）を含む第１のハーフブリッジと前記２つのキャパシタ（Ｃ１，Ｃ２）を含む第２のハーフブリッジとから成る並列回路が前記電圧増倍整流回路の出力側である、請求項３記載のチャージポンプ電子安定器。
5. 前記チャージポンプ電子安定器はさらにサイリスタ（Ｄ３）を有する遮断保護回路を含んでいる、請求項４記載のチャージポンプ電子安定器。
6. 前記チャージポンプ電子安定器はさらに第１の抵抗器（Ｒ１）と第２の抵抗器（Ｒ２）を含んでおり、前記第１の抵抗器の一方の端子は前記第１のポンプキャパシタ（Ｃ３）の前記他方の端子に、前記第１の抵抗器の他方の端子は前記サイリスタ（Ｄ３）のアノードに接続されており、前記第２の抵抗器の一方の端子は前記第１のポンプキャパシタ（Ｃ３）の前記他方の端子に、前記第２の抵抗器の他方の端子は前記電圧増倍整流回路の出力側に接続されている、請求項５記載のチャージポンプ電子安定器。
7. 第３のダイオード（Ｄ４）と第４のダイオード（Ｄ６）がそれぞれ前記第１のハーフブリッジと前記電圧増倍整流回路の出力側の間に接続されており、ここで、前記第３のダイオードおよび前記第４のダイオードと前記第１のハーフブリッジの２つのダイオードとは順方向に直列接続されており、前記チャージポンプ電子安定器はさらに第２のポンプキャパシタ（Ｃ５）を含んでおり、前記第２のポンプキャパシタの一方の端子は前記第１のポンプキャパシタ（Ｃ３）の前記他方の端子に、前記第２のポンプキャパシタの他方の端子は前記第１のハーフブリッジと前記第４のダイオード（Ｄ６）の接続点に接続されている、請求項６記載のチャージポンプ電子安定器。

Images