JP2011513933A - コンパクト蛍光ランプ用の相補型特定用途向け集積回路 - Google Patents

Abstract

【課題】照明用安定器を提供する。
【解決手段】照明用安定器では、典型的には、外部ＡＣ信号を取り入れてＤＣ信号へ変換し、そしてランプを点灯するためにＡＣ信号へ逆変換するように組み合わされる幾つかの個別の構成要素がある。これらの構成要素の幾つかは特定用途向け集積回路上に収容することができる。スイッチング・トランジスタ（２０，２２）、それらの随伴ダイオード（３４，３６）及び整流回路（５２）をモノリシック集積回路（６０）上に設けることによって、安定器回路は全体としてより信頼性があり且つより頑健であるように作られ、また個別部品を用いた場合と比べてより低いコストで製造することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ランプ安定器に関するものである。本発明では、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を使用することによりランプ安定器回路を簡単化する特定の用途を見い出して、特にそれに関して説明する。しかしながら、本発明はまた、ランプ安定器と共に他の回路に適用することができ、上記の用途に制限されない。

直流（ＤＣ）母線信号により駆動される典型的なランプ安定器は、安定器に動作可能に接続されたランプを駆動するためにＤＣ信号を交流（ＡＣ）信号に変換する一対のトランジスタを含んでいる。これは、典型的には、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）のような同様なトランジスタにより行われ、ベース駆動変圧器及びダイアック(diac)始動回路を含む。このような回路接続形態については２００５年１月２５日に発明者Ｎｅｒｏｎｅに付与された米国特許６８４７１７５号に記載されており、その全体を引用によって本書に取り入れる。

米国特許第６６２８０９０号

一面によれば、照明用安定器回路が提供される。安定器は、光源を受けるための接点を持つランプ部分を含む。安定器はまた集積回路を含む。集積回路は、第１のトランジスタと、該第１のトランジスタと直列の第２のトランジスタとを含み、これらの第１及び第２のトランジスタは時間的に交互に導通する。第１のダイオードが第１のトランジスタと逆並列構成に配置されて、第１のトランジスタを通る逆電流の流れを実質的に消滅させる。第２のダイオードが第２のトランジスタと逆並列構成に配置されて、第２のトランジスタを通る逆電流の流れを実質的に消滅させる。駆動部分が集積回路へ駆動信号を供給する。

別の面によれば、集積回路が提供される。第１のトランジスタ及び第２のトランジスタが互いに直列に配置される。第１のダイオードが第１のトランジスタと逆並列構成に配置されて、第１のトランジスタを通る逆電流の流れを実質的に消滅させる。第２のダイオードが第２のトランジスタと逆並列構成に配置されて、第２のトランジスタを通る逆電流の流れを防止するのに役立つ。

別の面によれば、モノリシック集積回路を製造する方法が提供される。第１及び第２のバイポーラ接合トランジスタを直列関係に配置し、それらのそれぞれのエミッタを第１の接点に接続し、またそれぞれのベースを第２の接点に接続する。第１のダイオードを第１のトランジスタと逆並列関係に配置して、正の電圧母線に接続する。第２のダイオードを第２のトランジスタと逆並列関係に配置して、負の電圧母線に接続する。

別の面によれば、ランプに給電する方法が提供される。第１のＡＣ信号をモノリシック集積回路に供給する。集積回路に組み込まれた整流器によって、第１のＡＣ信号をＤＣ信号へ変換する。集積回路上にある第１及び第２のトランジスタにより、ＤＣ信号を第２のＡＣ信号に変換する。これらのトランジスタは、該トランジスタと逆並列関係に集積回路に組み込まれたダイオードによって保護される。第２のＡＣ信号は集積回路によりランプに供給される。

本発明は、様々な構成要素及びそれらの構成要素の様々な配置で、並びに様々な段階及びそれらの段階の様々な配列で具体化することができる。図面は好ましい実施形態を例示する目的のためのものに過ぎず、本発明を制限するものとして解釈すべきではない。

図１は、ＡＳＩＣ上に含まれる構成要素を示している安定器回路の回路図である。 図２は、図１中の指示された構成要素と置き換えられるＡＳＩＣの回路図である。 図３は、図１中の指示された構成要素の代わりに図２のＡＳＩＣを用いた図１の安定器回路の回路図である。

図１について説明すると、光源１０が安定器回路１３の接点１２の間に動作可能に接続される。一実施形態では、回路１３はＤＣ母線１４を持つ。ＤＣ母線１４は４５０Ｖ程度の電位を持つことができる。回路１３はアースへの接続点１６を基準電位とする。光源１０は、好ましくは、特定の動作周波数又は周波数範囲で動作する蛍光ランプである。ＤＣ阻止コンデンサ１８がランプとアースとの間に設けられる。安定器回路はランプの動作周波数のＡＣ電力を供給する。

ＤＣ信号をＡＣ信号に変換するために、第１のトランジスタ２０及び第２のトランジスタ２２が互いから位相をずらして導通期間と非導通期間とを交互に生じる。すなわち、第１のトランジスタ２０が導通しているとき、第２のトランジスタ２２は非道通であり、その逆も同様である。これらのトランジスタの交互の導通期間の作用により、接点１２間にはＡＣ信号が生じる。一実施形態では、第１のトランジスタは１３００３型トランジスタであり、また第２のトランジスタは９３００３型トランジスタである。

各トランジスタ２０，２２はそれぞれのベース及びエミッタを持つ。いずれかのトランジスタのベース・エミッタ間電圧は、そのトランジスタの導通状態を定める。すなわち、トランジスタ２０のベース・エミッタ間電圧がトランジスタ２０の導電度を定め、またトランジスタ２２のベース・エミッタ間電圧がトランジスタ２２の導電度を定める。図示のように、２つのトランジスタ２０及び２２のエミッタは共通接続点Ｅに接続される。トランジスタ２０及び２２のベースは制御接続点Ｂに接続される。制御接続点Ｂと共通接続点Ｅとの間の単一の電圧が両方のトランジスタ２０及び２２の導電度を決定する。トランジスタ２０及び２２のコレクタは電圧母線１４及びアース１６にそれぞれ接続される。

ゲート駆動回路が共通接続点Ｅと制御接続点Ｂとの間に接続され、このゲート駆動回路はトランジスタ２０及び２２の導通状態を制御する。ゲート駆動回路は、直列コンデンサ２４と、共通接続点Ｅで共振インダクタ２８に接続される駆動インダクタ２６とを含む。駆動インダクタ２６の他方の端は位相インダクタ３０に接続される。位相インダクタ３０は、接続点ＥとＢとの間に現れるベース・エミッタ間電圧の位相角を調節するために用いられる。駆動インダクタ２６は、駆動回路の動作のための駆動エネルギを供給する。共振インダクタ２８は、接続点１４と１８との間に接続された共振コンデンサ３２と共に、ランプ１０の動作周波数を決定する。直列コンデンサ２４は、第１のトランジスタ２０を導通状態に転じるために充分な電圧を供給するように充電される。安定器の定常状態動作中、直列コンデンサ２４は２つのトランジスタ２０及び２２の間でスイッチングするのに役立つ。

一実施形態では、一方のトランジスタが導通しているとき、他方のトランジスタは非活性すなわち非導通状態である。従って、両方のトランジスタが共に動作すなわち導通している期間はない。第２のトランジスタ２２が導通している間、第１のトランジスタ２０を逆方向に流れる電流を実質的に消滅させるために、第１のダイオード３４が第１のトランジスタ２０に対して逆並列関係に回路内に設けられる。第１のダイオード３４は、第１のトランジスタ２０を横切って逆方向に流れる電流を方向変更する電流分路を提供する。同様に、第２のダイオード３６が第２のトランジスタ２２に逆並列関係に配置されて、第１のトランジスタ２０が導通している間、第２のトランジスタ２２を横切って逆方向に流れる電流を実質的に消滅させる。好ましくは、ダイオード３４及び３６はＰＩＮダイオードである。ＰＩＮダイオードは、ｐ型不純物添加領域とｎ型不純物添加領域との間に真性半導体領域を持つ。一実施形態では、用いられるダイオードは１Ｎ４００４型ダイオードである。勿論、必要とされる特性を持つ他のダイオードもまた使用することができることを理解されたい。

更に、安定器回路は、母線電圧信号中の異常及びノイズを平滑化するために、電圧母線１４とアース１６との間に平滑コンデンサ４０を含む。また、始動の際に、コンデンサ及びインダクタが充電される前に、安定器回路内の電流が許容レベルを越えるのを防止する始動抵抗４２、４４及び４６が設けられる。また、いわゆるスナッバ・コンデンサ４８が接続点Ｅとアース１６との間に配置される。

交流電源５０が安定器に電力を供給する。そのＡＣ信号は整流器５２によってＤＣ信号へ変換される。図１に示されている整流器５２は、４つのダイオード５２ａ、５２ｂ、５２ｃ及び５２ｄを含む全波整流器である。この代わりに、半波整流器を使用してもよい。追加の平滑及び成形回路を設けることも考えられる。前に述べたように、ＡＣ電源５０及び整流器５２は組み合わさって、実質的に４５０ボルト程度のＤＣ信号を供給するが、意図した用途の応じて他の電位も可能であることは勿論である。

図１の回路は、同じ機能を遂行するが、製造するのがより容易且つより廉価であると共に故障に対して頑強で抵抗性のある安定器を提供するように、簡単化することができる。図１中の破線は、安定器の内の、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に含まれる部分を表す。図２は、図１中に示された構成要素を含むＡＳＩＣ６０の回路接続形態を示す。図２において、同様な構成要素には図１と同じ参照数字を付している。図２の実施形態に示されているように、ＡＳＩＣ６０は、６ピンのチップである。２つのピンがＡＣ電源に接続される。１つのピンが回路母線１４に接続され、また１つのピンが回路のアース１６に接続される。残りの２つのピンが接続点Ｅ及びＢ、すなわちベース及びエミッタ接続点を表している。随意選択により、整流器５２は外部に配置することができるが、必ずしもＡＳＩＣ６０上に収容しなければならないわけではない。電圧クランプ、保護ダイオードなどのような追加の回路をＡＳＩＣ６０上に設けてもよい。勿論、ＡＳＩＣ６０はより多数のピンを持っていてよく、またＡＳＩＣ６０は、寿命終了試験回路、監視／診断回路などのような追加の回路を含めてもよい。

図３は、ＡＳＩＣ６０を所定の位置に配置した図１の回路を示す。再び、同様な構成要素は同じ参照数字で表している。

例示した実施形態では、ＡＳＩＣ６０はモノリシック装置である。これは、個別の回路構成要素に置き換わり且つ単一の結晶基板上にそれらを収容すると云う利点を持つ。個別の相補型の一対のトランジスタ並びにそれらの関連した始動抵抗及び随伴ダイオードと置き換わることによって、安定器の全体のコストが低減し、且つ信頼性が増大する。更に、安定器は、製品化したときに大きな物理的スペースを取らない。

安定器回路のための模範的な構成要素の値を以下に示す。

部品名（部品番号） 公称値
ランプ（１０） ２３ワット
ＤＣ母線電圧（１４） ４５０ボルト
回路基準（１６） ０ボルト
ＤＣ阻止コンデンサ（１８） ４７ｎｆ
第１のトランジスタ（２０） １３００３
第２のトランジスタ（２２） ９３００３
駆動インダクタ（２６） ３６０μＨ
共振インダクタ（２８） ３．６ｍＨ
位相インダクタ（３０） １５０μＨ
共振コンデンサ（３２） １．５ｎｆ
第１のダイオード（３４） １Ｎ４００４
第２のダイオード（３６） １Ｎ４００４
平滑コンデンサ（４０） ２２０ｎｆ
始動抵抗（４２） ５６０ｋΩ
始動抵抗（４４） ５６０ｋΩ
始動抵抗（４６） ５６０ｋΩ
スナッバ・コンデンサ（４８） １２０ｐｆ。

以上、本発明を好ましい実施態様について説明した。上述の詳しい説明を読み且つ理解されたとき、種々の修正及び変更をなし得よう。本発明は、それらが特許請求の範囲内にあるか又はそれらと等価なものである限り、この様な全ての修正及び変更を包含するものとして解釈されたい。

１０ 光源
１２ 接点
１３ 安定器回路
１４ ＤＣ母線
１６ アースへの接続点
１８ ＤＣ阻止コンデンサ
２０ 第１のトランジスタ
２２ 第２のトランジスタ
２４ 直列コンデンサ
２６ 駆動インダクタ
２８ 共振インダクタ
３０ 位相インダクタ
３２ 共振コンデンサ
３４ 第１のダイオード
３６ 第２のダイオード
４０ 平滑コンデンサ
４２ 始動抵抗
４４ 始動抵抗
４６ 始動抵抗
４８ スナッバ・コンデンサ
５０ 交流電源
５２ 整流器
６０ 特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）

Claims (19)

1. 光源を受けるための接点を持つランプ部分と、
   ａ）第１のトランジスタ、ｂ）該第１のトランジスタと直列の第２のトランジスタであって、これらの第１及び第２のトランジスタが交互のサイクルで導通するようになっている、当該第２のトランジスタ、ｃ）前記第１のトランジスタと逆並列構成に配置されて、前記第１のトランジスタを通る逆電流の流れを実質的に消滅させる第１のダイオード、並びにｄ）前記第２のトランジスタと逆並列構成に配置されて、前記第２のトランジスタを通る逆電流の流れを実質的に消滅させる第２のダイオードを含んでいる集積回路と、
   前記集積回路へ駆動信号を供給する駆動部分と、
   を有している照明用安定器回路。
2. 前記集積回路は更に、電圧源からの交流を直流へ変換して、該直流を前記第１及び第２のトランジスタへ供給する整流器を含んでいる、請求項１記載の照明用安定器回路。
3. 前記整流器は全波整流器である、請求項２記載の照明用安定器回路。
4. 前記整流器はほぼ４５０ボルトの母線信号を供給する、請求項２記載の照明用安定器回路。
5. 前記集積回路はモノリシック集積回路である、請求項１記載の照明用安定器回路。
6. 前記集積回路は更に、前記安定器回路内の電流が始動の際に許容レベルを越えるのを防止する少なくとも１つの始動抵抗を含んでいる、請求項１記載の照明用安定器回路。
7. 前記トランジスタはバイポーラ接合トランジスタである、請求項１記載の照明用安定器回路。
8. 前記集積回路は更に、外部ＡＣ電圧源からＡＣ信号を受け取る接点と、正及び負の回路母線に接続される接点と、前記トランジスタのエミッタに接続された接点と、前記トランジスタのベースに接続された接点とを含んでいる、請求項７記載の照明用安定器回路。
9. 第１のトランジスタと、
   前記第１のトランジスタと直列の第２のトランジスタと、
   前記第１のトランジスタと逆並列構成に配置されて、前記第１のトランジスタを通る逆電流の流れを実質的に消滅させる第１のダイオードと、
   前記第２のトランジスタと逆並列構成に配置されて、前記第２のトランジスタを通る逆電流の流れを実質的に消滅させる第２のダイオードと、
   を有する集積回路。
10. 前記トランジスタ及びダイオードはモノリシック基板上にプリントされている、請求項９記載の集積回路。
11. 前記第１及び第２のトランジスタはバイポーラ接合トランジスタである、請求項９記載の集積回路。
12. 外部ＡＣ電圧源に接続される第１及び第２の接点と、
    正の母線に接続される第３の接点と、
    負の母線に接続される第４の接点と、
    前記第１及び第２のトランジスタのベースに接続される第５の接点と、
    前記第１及び第２のトランジスタのエミッタに接続される第６の接点と、
    を更に含んでいる請求項１１記載の集積回路。
13. ＡＣ入力信号をＤＣ電圧信号に変換して、該ＤＣ電圧信号を前記第１及び第２のトランジスタへ供給する整流器を更に含んでいる請求項９記載の集積回路。
14. 前記整流器は全波ブリッジ整流器である、請求項９記載の集積回路。
15. モノリシック集積回路を製造する方法であって、
    第１及び第２のバイポーラ接合トランジスタを直列関係に配置し、それらのそれぞれのエミッタを第１の接点に接続し且つそれぞれのベースを第２の接点に接続する段階と、
    第１のダイオードを前記第１のトランジスタと逆並列関係に配置して、正の電圧母線に接続する段階と、
    第２のダイオードを前記第２のトランジスタと逆並列関係に配置して、負の電圧母線に接続する段階と、
    を有する方法。
16. 外部ＡＣ電圧源からのＡＣ信号を前記トランジスタ用のＤＣ信号へ変換するために前記トランジスタと外部ＡＣ電圧源との間に整流器を配置する段階を更に含んでいる請求項１５記載の方法。
17. 前記整流器は全波整流器である、請求項１６記載の方法。
18. 前記正の電圧母線と前記トランジスタのベースとの間に第１の始動抵抗を配置する段階と、
    前記第２のダイオードと並列に第２の始動抵抗を配置する段階と、
    を更に含んでいる請求項１５記載の方法。
19. ランプに給電する方法であって、
    第１のＡＣ信号をモノリシック集積回路に供給する段階と、
    前記集積回路上にある整流器によって、前記第１のＡＣ信号をＤＣ信号に変換する段階と、
    前記集積回路上にある第１及び第２のトランジスタにより、前記ＤＣ信号を第２のＡＣ信号に変換する段階と、
    前記トランジスタと逆並列関係に前記集積回路に組み込まれたダイオードによって前記トランジスタを保護する段階と、
    前記集積回路により前記第２のＡＣ信号をランプに供給する段階と、
    を有する方法。