JP2591886B2 - コンパクトなけい光ランプ用の電子式安定器回路 - Google Patents

コンパクトなけい光ランプ用の電子式安定器回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はコンパクトなけい光ラン
プ用の電子式安定回路（ｂａｌｌａｓｔ）に関するもの
である。更に詳しく述べると本発明は、著しい量の電磁
干渉（ＥＭＩ−ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎ
ｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を生じることなく、また著しい
動的損失を経験することなく高スイッチング速度で多軸
のコンパクトなけい光ランプのために必要な始動特性お
よび動作特性を達成し得るような電子式安定回路に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】住宅や需要家の照明の分野では、効率の
低い白熱電球の代わりにコンパクトなけい光ランプが更
に広範に公衆用に使用されるように過去数年間多大の努
力が払われてきた。白熱電球の使用時に比べてけい光ラ
ンプでは匹敵する光出力レベルを維持しつつエネルギー
が著しく節約されるので、このようなけい光ランプが社
会に受け入れられることはエネルギーおよびこのような
エネルギーを発生するために使用される天然資源を節約
するという全体の狙いに貢献し得る。この目的のため
に、代表的なランプソケットに挿入し得るように標準形
の口金をそなえたコンパクトなけい光ランプが導入され
てきた。このようなコンパクトなけい光ランプの一例が
１９８５年３月５日にディー・イー・ベデル（Ｄ．Ｅ．
Ｂｅｄｅｌ）に付与された米国特許第４，５０３，３６
０号に見出すことができる。
【０００３】殆どのけい光ランプ装置または低圧放電ラ
ンプ装置と同様に、放電ランプを駆動するために使用さ
れる電流信号を調節する機能を遂行するための安定回路
を設けなければならない。コンパクトなけい光ランプの
ための代表的な安定回路の例は１９８４年４月１７日に
ジェー・エー・シー・メウィッセン（Ｊ．Ａ．Ｃ．Ｍｅ
ｗｉｓｓｅｎ）に付与された米国特許第４，４４３，７
７８号および１９８６年２月１１日にエッチ・ジェー・
エンゲル（Ｈ．Ｊ．Ｅｎｇｅｌ）に付与された米国特許
第４，５７０，１０５号に見出すことができる。注意す
べきことはこれらの米国特許の各々に述べられている安
定回路は電磁形の安定化に依存する。すなわち、電流信
号を調節するために磁心変圧器を使用する必要がある安
定化に依存する。このような安定構成が６０Ｈｚの電力
線電流周波数で動作してランプのフリッカが生じ得るの
で、ランプのフリッカまたは光の変動を消去する電子式
高周波安定器が好ましいと判断されてきた。ガス放電ラ
ンプに対する高周波電子式安定器構成の例は、１９８５
年１０月８日にビー・ケレケス（Ｂ．Ｋｅｒｅｋｅｓ）
に付与された米国特許第４，５４６，２９０号に見出す
ことができる。この型の代表的な電子回路は自己共振型
であり、共振電流のサンプルを取ってバイポーラトラン
ジスタのスイッチングを行なう。この構成は用途によっ
ては簡単で信頼できることがわかっているが、２０ｋＨ
ｚより上の動作周波数でのそれの効率はあまり好ましく
ない。スイッチングデバイスの動的損失が禁止的になり
得るからである。「動的損失」という用語はランプの励
起に使用されず、別に消散される熱の形で失われる回路
内のエネルギーの量と考えることができる。動的損失を
食い止めなければ、スイッチングデバイスは熱暴走状態
となったり、信頼度ガイドラインを超えるような高温で
動作したりすることがある。１９９１年１月２９日にジ
ー・エス・ヘクスマ（Ｇ．Ｓ．Ｈｏｅｋｓｍａ）に付与
された米国特許第４，９８８，９２０号には、代表的な
けい光ランプのための電子式安定回路のもっと最近の例
が示されている。この特許では、ＭＯＳＦＥＴのような
半導体スイッチングデバイスを使用することにより、必
要なスイッチング周波数を達成する。これにより、代表
的な電磁式安定回路よりも、またはスイッチングのため
にバイポーラトランジスタを使用する電子式安定器に比
べても高い周波数で安定器が動作することができる。Ｍ
ＯＳＦＥＴデバイスはバイポーラトランジスタ手法に比
べて有利であること、そしてバイポーラデバイスよりも
更に高い周波数でこのようなＭＯＳＦＥＴを動作させ得
ることも見出された。電子式安定器は磁気式安定器に比
べて重量が著しく軽いという利点の他に、電子式安定器
はより高い周波数で動作するので、光出力が高くなり、
光フリッカの問題が避けられ、６０Ｈｚで動作する安定
器についての光出力の変動が更に小さくなる。
【０００４】コンパクトなけい光ランプおよびこのよう
なコンパクトなけい光ランプを駆動するための電子回路
の設計に於ける固有の考慮すべき問題の一つは米国の連
邦通信委員会（ＦＣＣ−Ｆｅｄｅｒａｌ Ｃｏｍｍｕｎ
ｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）が４００ｋ
Ｈｚと３０ＭＨｚとの間と定めた特定の周波数範囲、す
なわちコンプライアンス帯域と呼ぶことができる範囲で
の電磁干渉（ＥＭＩ）の発生を避けることである。ＭＯ
ＳＦＥＴを使用し、高周波で動作するランプ安定構成の
一例は米国カリフォルニア州のエルセグンダ（Ｅｌ Ｓ
ｅｇｕｎｄａ）のインタナショナル・レクティファイア
（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）
社が発行したアプリケーション・ノートＡＮ−９７３
（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏｔｅ ＡＮ−９７３，
”ＨＥＸＦＥＴｓ， Ｉｍｐｒｏｖｅ Ｅｆｆｉｃｉ
ｅｎｃｙ， Ｅｘｐａｎｄ Ｌｉｆｅ ｏｆ Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｃ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｂａｌｌａｓｔ
ｓ”）に見出すことができる。このアプリケーション・
ノートの説明を具体化した回路が図１に示されている。
これについては以後、更に詳細に説明する。今、注目す
べきことは、この手法の回路ではスイツチング速度を増
大させることにより動的損失が増大するという問題が避
けられるが、このようにスイッチング速度を増大させる
ことによりＥＭＩが増大し、これが上述のコンプライア
ンス帯域内に入るということである。コンプライアンス
帯域でＥＭＩを放出することを避ける一つの手法はフィ
ルタのような干渉遮へい装置を使用することである。し
かし、このような装置はかさばり、高価であるので、放
電ランプの重量、寸法やコストが増加する。したがっ
て、期待される性能および寿命に悪影響を及ぼす恐れの
ある動的損失を生じることなく動作し、しかも大した量
のＥＭＩを生じることなくこの改善された性能を達成す
る、コンパクトなけい光ランプのための電子式安定回路
が提供されることが望ましい。
【０００５】
【発明の概要】本発明はコンパクトなけい光形の放電ラ
ンプに適用するのに特に適した安定回路の構成を提供す
る。この安定回路構成は標準のエジソン型口金を含むコ
ンパクトなランプハウジング口金の中で動作するように
構成されるので、コンパクトなけい光ランプ製品全体が
標準の照明ソケットの中で動作することができる。この
ハウジング口金の中でのこのランプ安定構成の動作は前
記のコンプライアンス帯域内で電磁干渉を生じるという
悪影響無しに行われる。更に本発明の電子式安定回路
は、電子構成要素が中に配置されているコンパクトなハ
ウジング口金の中が熱暴走状態となる恐れのある動的損
失を生じるという、よく起こる悪い副作用を生じること
なく、ＥＭＩの問題を避けることを考慮に入れている。
【０００６】本発明の原理によれば、電子式安定回路が
中に配置されたハウジング口金の底部に配置されている
ねじ込口金を介して接続される標準の家庭用線路電流を
使用して動作し得るコンパクトなけい光ランプのための
電子式安定回路の構成が提供される。入力電力はまず調
節回路に結合される。この調節回路は整流作用、そして
オプションとして力率補正を行う。この調節された直流
電圧は高速スイッチング回路構成の入力に結合されてい
る。スイッチング回路構成は対応する所定の継続時間お
よび大きさをそなえた制御信号に応動して高周波の長方
形電圧波形を発生する。この高周波の長方形電圧波形は
共振回路に印加される。共振回路は適切な動作周波数で
コンパクトなけい光ランプを駆動することができる動作
信号を発生する役目を果たす。サンプリングスイッチ制
御回路構成が、中にけい光ランプが配置された共振回路
に結合される。このサンプリングスイッチ制御回路構成
は共振ランプ回路内の電流を検知し、それから制御信号
を得る。この制御信号はスイッチング回路構成を動作さ
せる。制御信号は所定の継続時間の間動作するように選
定されている。したがって、スイッチング回路構成は前
記のコンプライアンス帯域でＥＭＩを生じない。更に、
スイッチ制御回路はスイッチング回路構成が消散しなけ
ればならない電力の電圧成分の変化速度を制限し、した
がってスイッチング回路構成が顕著な動的損失を生じな
いようにする。
【０００７】
【詳しい説明】以下の詳細な説明では、付図を参照す
る。以下の説明では、いくつかの図を通じて同じ参照番
号は同じまたは対応する要素を表す。図１に示すよう
に、全体を参照番号１０で表したコンパクトなけい光ラ
ンプのための従来技術の電子式安定回路は標準の電力線
電流をコンパクトなけい光ランプ１２を駆動するための
高周波パルス信号に変換する役目を果たす。安定回路１
０は端子ａ−ａ’で直流入力信号を受ける。この入力信
号は交流入力電力線からの交流を整流し、そして選択的
に整流力率補正回路（図示しない）により力率を補正し
たものである。直流入力信号は一対の直列接続されたパ
ワーＭＯＳＦＥＴであるＱ１およびＱ２に結合される。
パワーＭＯＳＦＥＴは米国カリフォルニア州のエルセグ
ンダ（Ｅｌ Ｓｅｇｕｎｄａ）にあるインタナショナル
・レクティファイア（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｒ
ｅｃｔｉｆｉｅｒ）社から入手できる。その製品名はＨ
ＥＸＦＥＴ ＭＯＳＦＥＴである（ＨＥＸＦＥＴはイン
タナショナル・レクティファイア社の登録商標であ
る）。それぞれのゲート端子（ｇ１およびｇ２）で制御
信号を受けたとき、パワーＭＯＳＦＥＴのＱ１およびＱ
２は高周波でオン状態とオフ状態との間で交互にスイッ
チングする。これにより高周波振動が達成される。ま
た、自己共振形の安定器が出会う問題、すなわちこのよ
うな安定器は効率を著しく下げることなく２０ｋＨｚよ
り上の周波数では普通動作することができないという問
題を安定器設計者は避けることができる。しかし、図１
に示すように、Ｑ１およびＱ２の高周波動作を達成する
ために、ゲート端子ｇ１およびｇ２に電流パルスを注入
することによりスイッチング動作をスピードアップしな
ければならない。それぞれのゲート端子ｇ１およびｇ２
に注入される電流パルスは、全体の安定回路１０の節点
ｂ−ｂ’の間に配置され、コンデンサＣ３および安定変
圧器Ｔ１の三次巻線Ｔ１Ｄで構成される分路構成から得
られる。また、上記分路構成と並列に節点ｂ−ｂ’の間
に直列共振ランプ回路が接続されている。この直列共振
ランプ回路は共振回路１４、阻止コンデンサＣ２、およ
びコンパクトなけい光ランプ１２で構成される。共振回
路１４は、ランプ１２の所望の動作周波数が得られるよ
うに通常の設計手段を使ってサイズが選択されたインダ
クタ要素Ｌおよびコンデンサ要素Ｃをそなえている。図
１の従来技術の安定回路１０には、万一過電圧状態の場
合にそれぞれのゲート端子ｇ１およびｇ２を保護するた
めにＭＯＳＦＥＴのＱ１およびＱ２のそれぞれのゲート
端子とソース端子との間に配置された第一および第二の
ツェナーダイオードＺＤ１およびＺＤ２も含まれてい
る。更に、波形の安定度を改善するため、そしてＱ１お
よびＱ２が動作すると予想される高スイッチング速度の
結果として生じる高周波発振の危険性を減らすために、
抵抗Ｒ３およびＲ４が設けられる。
【０００８】図１に示す電子式安定回路１０の動作で
は、スイッチング速度が高くされていることにより動的
損失が小さくなっている。その理論は、スイッチが動作
して、ずっと速い速度でオン状態となるようにスピード
アップ信号を増大させることにより、負荷回路と対照し
てみた場合スイッチングデバイスにエネルギーが流入で
きない。スイッチングデバイスＱ１またはＱ２は、オン
状態のときそれへの経路を開く。しかし、この高速スイ
ッチングで生じるＥＭＩは高周波でも生じるということ
が理解されなければならない。図１の安定回路１０の性
能は、このようなＥＭＩが上記コンプライアンス帯域内
に入るか否かという見地から評価しなければならない。
速度を上昇させるためにスイッチングデバイスＱ１およ
びＱ２に注入される高周波パルスに対応する電圧変化速
度から生じる基本成分は次式で表すことができる。
【０００９】 ω１＝π／ｔｒ （１） 但し、ω１は電圧の変化速度（ｄｖ／ｄｔ）に対応する
周波数の基本成分であり、ｔｒは秒単位で表した電圧の
立ち上がり時間である。この関係から、スイッチング間
隔を小さくするように、すなわちスイッチング速度を上
昇させるようにｔｒを小さくするにつれて、周波数の基
本成分が増大することがわかる。たとえば、ｔｒを１０
０ｎｓ（ナノ秒）と選定すれば、ω１は１０Ｍｒ／ｓ
（毎秒メガラジアン）に等しくなる。これは約１．５９
２ＭＨｚに等しい。この値は明らかに４００ｋＨｚから
３０ＭＨｚの連邦通信委員会（ＦＣＣ）のコンプライア
ンス帯域の中に入っている。コンプライアンス帯域の中
に入る基本成分を生じるこのスピードアップパルスを発
生する能力は、図１に示す安定回路１０の出力両端間に
スピードアップ巻線（図１のＴ１Ｄ）が接続されるとい
う事実による。この分路構成（Ｃ３およびＴ１Ｄ）のた
めに、共振回路１４のインダクタＬに蓄積されたエネル
ギーにより、ターンオフしつつあるスイッチングデバイ
スＱ１またはＱ２からターンオンしつつあるスイッチン
グデバイスＱ１またはＱ２に電流を非常に素早く移すこ
とができる。電流のこの素早い転移により、電圧の変化
速度（ｄｖ／ｄｔ）が比較的大きくなり、その結果とし
てコンプライアンス帯域にＥＭＩが生じる。
【００１０】図２には、ここで提案する電子式安定回路
２０が示されている。動作上この電子式安定回路２０で
は、図１に示された回路の動作で使用されるものに比べ
て継続時間が長いスピードアップ制御信号が使用され、
しかも継続時間が長い制御信号に通常伴う動的損失の問
題が避けられる。このような動的損失の状態は通常、よ
り遅いスイッチング速度の環境で生じる。何故なら、時
間に対する電圧変化が大きくなったことによって生じる
高電力レベルをスイッチングデバイスが扱わなければな
らないからである。ブロック図形式で示すように安定回
路２０には、力率補正（必要な場合）の作用を行う通常
の構成要素２２、および電源１８として示されている入
力電力線電流に対する整流の作用を行う通常の構成要素
２４が含まれている。整流回路２４の出力はスイッチン
グ回路２６に結合されている。スイッチング回路２６
で、このような出力は図４の波形（１）で示すような高
速長方形電圧波形に変換される。この長方形電圧波形は
スイッチング回路２６のスイッチングの制御された速度
の関数として作成される。以下、この制御機能を参照番
号３０で表されているサンプリング／スイッチ制御機能
の説明と共に、更に詳細に説明する。スイッチング回路
２６の出力は信号結合器２８に伝えられる。信号結合器
２８はスイッチング回路２６と共振回路１４との間のイ
ンピーダンス整合を行う。図１で前に説明したように共
振回路１４には、適切な動作周波数駆動信号をランプ１
２に供給するようにサイズを選定されたインダクタＬ素
子およびコンデンサＣ素子が含まれている。高周波放電
ランプに対する動作周波数の代表的な値は４０−２００
ｋＨｚのオーダである。動作周波数をこの範囲とする代
表的な誘導性および容量性素子の値が後記の表１に示さ
れている。ランプ電極１２ａ−１２ｂの間に電圧阻止器
３２も設けられる。したがって、Ｑ１のソース端子ｓ１
とＱ２のドレーン端子ｄ２の直流電圧がランプ１２に直
結されることはない。
【００１１】コンプライアンス帯域でＥＭＩを生じるこ
となく動的損失を防止すると共にスイッチング回路２６
のスイッチング速度を改善するために、図２に示される
サンプリング／スイッチ制御回路３０はランプ１２を駆
動する電流信号の値のサンプリングまたは検知を行い、
このようなサンプリングされた電流信号をスイッチング
回路２６に戻すように結合する。サンプリング／スイッ
チ制御回路３０には、このスピードアッププロセスのた
めに使用されるサンプリングされた電流信号の時間につ
いての電圧上昇を制限するための構成が含まれている。
【００１２】図３には、図２のシステムブロック図から
多数の機能ブロックを作り上げる構成要素が示されてい
る。図３に示す構成要素の代表的な値は表１に見出すこ
とができる。図示するように、従来技術の図１と同様に
整流回路２４の出力が入力端子ａ−ａ’に結合されてい
る。入力端子ａ−ａ’はＭＯＳＦＥＴＱ２のドレーン端
子ｄ２およびＭＯＳＦＥＴＱ１のソース端子ｓ１に接続
されている。ＭＯＳＦＥＴＱ１およびＱ２は上記のイン
タナショナル・レクティファイア（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉ
ｏｎａｌ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）社発行のアプリケーシ
ョン・ノートＡＮ−９７３に述べられている通常の技術
に従って直列構成で接続される。図１で前に説明したよ
うに、通常のやり方でダイオードデバイスＺＤ１および
ＺＤ２が付加的に接続されている。ダイオードデバイス
ＺＤ１、ＺＤ２は実際には図３に示すような電圧定格を
そなえた一対のツェナーダイオードで構成される。スイ
ッチングデバイスＱ１およびＱ２の振動を開始するため
に、始動充電回路（図示しない）がターンオン電圧パル
スを発生する。このターンオン電圧パルスはスイッチン
グデバイスＱ１のゲートｇ１に結合されている。このよ
うな目的のため、上記アプリケーション・ノートＡＮ−
９７３に述べられているやり方でサイダック（ＳＩＤＡ
Ｃ）デバイス（図示しない）と共に動作し得るＲＣ回路
網（図示しない）を使うことができる。それぞれのゲー
ト端子ｇ１およびｇ２に結合されるゲート駆動信号は図
４の波形（３）として示されている。理想的には、この
ような信号は長方形になる筈であるが、実際上は図４の
時点（ａ）で示されるようにゲート回路電流（波形
（２））と変圧器Ｔ１のインダクタンスからの磁化電流
（波形（４））が交差するときに始まるゲート駆動信号
に対応する減衰がある。更に図４に示されているよう
に、時点（ｂ）は交互スイッチがターンオンする点であ
る。スイッチングデバイスＱ１がターンオンした状態
で、３ターンの一次巻線Ｔ１Ｃを通って電流が流れる。
一次巻線Ｔ１Ｃは図２では信号結合器２８として表され
ている。３ターンの一次巻線Ｔ１ＣはインダクタＬおよ
びコンデンサＣを含む共振回路１４に接続されている。
共振回路１４のインダクタＬとコンデンサＣとの間の接
続点にランプ１２の電極１２ａが結合されている。ラン
プ１２の電極１２ｂはコンデンサＣの電極１２ａとは反
対側の端で共振回路１４に結合されている。電極１２ｂ
は一対の直列接続された阻止コンデンサＣ３とＣ４との
間にも結合されている。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の
どちらが動作しているかに応じて、阻止コンデンサＣ３
およびＣ４は交互に、直流電圧がランプ動作に悪影響を
及ぼすことを防止する。
【００１３】スイッチングデバイスＱ１およびＱ２のス
イッチング動作を制御するために、共振回路１４がラン
プ１２の電極１２ｂに結合されている接続点でサンプリ
ング／スイッチ制御回路が接続されている。この制御回
路３０はランプ１２の動作周波数で決まるスイッチング
動作の速度に比べてスイッチング動作の速度を増大させ
る。スイッチングデバイスＱ１およびＱ２は正規時には
ランプの動作周波数で動作し、それぞれのスイッチング
デバイスに対するゲート駆動信号は３ターンの一次巻線
Ｔ１Ｃと６０ターンの巻線Ｔ１ＡおよびＴ１Ｂとの間の
変圧器結合作用により得られるが、ゲート駆動信号の応
答時間は巻線Ｔ１Ｃを通る負荷電流に比例するので貧弱
である。図４の波形（３）について前に説明したよう
に、実際のゲート駆動信号には減衰が伴う。図５に示す
ように、この減衰は台地として表され、前のスイッチン
グデバイスがターンオフし、代わりのスイッチングデバ
イスがまだターンオンしていない期間の間に生じる。こ
のとき、エネルギーが負荷回路に逆流することができな
いので、スイッチング回路により熱の形で消散しなけれ
ばならないことがわかる。スナバコンデンサＣｓを付加
することにより、スナバコンデンサが無い場合に失われ
るこのエネルギーを負荷回路に戻すことができる。熱を
減らしたことによる利点の例として、図７で表される回
路相互の間で行われた測定によれば、本発明の回路につ
いてはほぼ３０°の温度低下（上部４９°Ｃ、底部７８
°Ｃ）が示されている。
【００１４】Ｑ１およびＱ２のスイッチング動作をスピ
ードアップするために、負荷電流からスピードアップ制
御信号が求められる。このスピードアップ制御信号は、
Ｑ１またはＱ２がターンオフし始める期間の間に、Ｒ
６、ＣｓおよびＴ１Ｄの直列回路網を通って流れる負荷
電流の部分から生じる。図６に示すように、スピードア
ップパルスはスイッチングデバイスＱ１またはＱ２がタ
ーンオフしたほんの短時間に続いて代わりのスイッチン
グデバイスＱ１またはＱ２をターンオンする役目を果た
す。サンプリング／スイッチ制御回路３０の動作に於い
て、抵抗Ｒ６は二つの役目を果たす。他方、抵抗Ｒ６は
スイッチングデバイスＱ１およびＱ２と結合された寄生
容量と変圧器Ｔ１と結合されたインダクタンスとの相互
作用によって生じることがある寄生振動を減衰させる役
目を果たす。更に、抵抗Ｒ６は始動の間にスイッチング
デバイスＱ１を通るピーク電流を制限する役目を果た
す。この始動はサイダック（ｓｉｄａｃ、図示しない）
が点弧して、Ｑ１とＱ２との間のスイッチング動作を開
始する時間である。抵抗Ｒ６と直列接続された４ターン
の変圧器巻線Ｔ１Ｄにより、スイッチングデバイスＱ１
およびＱ２のゲート電極ｇ１またはｇ２に制御信号を注
入することができる。このスピードアップ制御信号はそ
れぞれの６０ターンの変圧器巻線Ｔ１ＢおよびＴ１Ａを
越えてそれぞれのゲート電極ｇ１およびｇ２に結合され
ている。抵抗Ｒ６および変圧器巻線Ｔ１Ｄを含む直列回
路には、スナバコンデンサＣｓも配置されている。この
スナバコンデンサＣｓはＱ１またはＱ２のドレーンから
ソースへの電圧の時間についての電圧上昇の大きさを制
限する役目を果たす。このように適用されたスナバコン
デンサＣｓは、スイッチング期間の間に中間の蓄積素子
として動作することにより、ドレーンからソースへの電
圧の変化速度を小さくする。したがって、オフにスイッ
チングされつつあるデバイスＱ１またはＱ２から負荷電
流がそらされることにより、スイッチングデバイスＱ１
およびＱ２の中で消散される電力が小さくなる。スナバ
コンデンサＣｓの影響は図７で見ることができる。図７
には、個別電流（Ｉｄｓ）および電圧（Ｖｄｓ）の波形
が示されている。コンデンサＣｓを使用した場合には、
電圧Ｖｄｓが電流Ｉｄｓと交差する点より下の領域
（ｃ）として示される動的損失がスナバコンデンサを使
用していない場合の回路内で生じる動的損失に比べて大
幅に削減される。図７の下の波形では、交差点の下の領
域（ｄ）は著しく大きくなる。動作についてはスイッチ
ング期間の間、電子式安定回路２０の等価回路は、共振
回路１４およびランプ１２が一端でスイッチングデバイ
スＱ１とＱ２との間の接続点に結合され、他端で阻止コ
ンデンサＣ３とＣ４との間の接続点に結合された等価回
路である。スイッチングの時点に、コンデンサＣ３およ
びＣ４両端間の電圧の時間による変化が零であるとすれ
ば、ドレーン・ソース・電圧Ｖ（Ｑ）の変化はスイッチ
ング期間の間の負荷電流ｉ（ＳＷ）をスナバ容量（Ｃ
ｓ）で割ったものにほぼ等しいことがわかる。換言すれ
ば、次式で表される。
【００１５】 ｄＶ（Ｑ）／ｄｔ＝ｉ（ＳＷ）／Ｃｓ （２） サンプリング／スイッチ制御回路３０が共振回路１４、
ランプ１２の構成と並列に接続されているので、負荷電
流の一部がスイッチング構成からそらされることがわか
る。更に、電圧変化速度を制限するステップで作用し、
またスピードアップ制御パルスの継続時間を設定するサ
ンプリング／スイッチ制御回路３０の構成要素として作
用することにより、スナバコンデンサＣｓは単一の素子
を使って二つの仕事を遂行することがわかる。これによ
り、コストが低減され、また電子式ランプ安定回路２０
が中に配置されたハウジング内のスペースが節約され
る。
【００１６】図１に示された安定回路１０に対応する基
本成分の計算に関して、式（１）について前に説明し
た。図３に示された電子式安定回路２０の基本成分を計
算するために、再びこの式（１）（ω＝π／ｔｒ）を参
照する。本回路の立ち上がり時間成分（ｔｒ）の値が４
００ナノ秒となるように選定されたこと、そしてこのよ
うに選定された立ち上がり時間の値は通常の手段を使う
サンプリング／スイッチ制御回路３０の構成要素の適当
な選択により達成することができることが理解される筈
である。サンプリング／スイッチ制御回路３０の構成要
素の代表的な値は表１に示されている。この立ち上がり
時間の値を式（１）に代入すると、本発明の電子式安定
回路２０に対応する結果の基本成分は４００ｋＨｚより
下にあるので、前に述べたコンプライアンス帯域内のＥ
ＭＩの発生が避けられることがわかる。更に重要なこと
は、より長い立ち上がり時間の値によりコンプライアン
ス帯域内のＥＭＩの問題が避けられるが、通常、ランプ
１２の動作では、このような立ち上がり時間の値によ
り、ドレーン・ソース・電圧の変化速度が著しく上昇す
るので、スピードアップパルスの継続時間をより短くし
た回路と比べてより多くの電力をスイッチングデバイス
Ｑ１およびＱ２が消散しなければならないということで
ある。
【００１７】安定回路を収容するハウジングを通常プラ
スチック材料で作って、標準の家庭用照明設備にはまり
込むような大きさにしなければならない場合、消費電力
の増大はコンパクトなけい光ランプ製品の動作で重大な
要因となり得ることがわかる。ドレーン・ソース・電圧
の変化速度を制限することにより消散しなければならな
い電力を減らすことにより、ランプハウジング内の熱状
態への適応をより容易に行うことができる。
【００１８】本発明の上記の実施例は好ましい実施例を
構成するが、特許請求の範囲に述べられているような本
発明の範囲から逸脱することなくそれに変形を加え得る
ことが理解される筈である。たとえば、実施例ではサン
プリングした後、スイッチングデバイスに結合された制
御信号を作成するという仕事を行うためにサンプリング
／スイッチ制御回路にアナログ構成要素を使用している
が、ここに説明している方法でスイッチングデバイスを
制御するという機能を遂行するためにディジタルサンプ
リング制御技術を使用することができる。更に、前の説
明は主としてコンパクトなけい光ランプのための電子式
安定回路を対象としているが、本発明の原理は望ましく
ない干渉を生じることなく動的損失を最小にしたい場合
に他の放電ランプ安定回路にも等しく適用できることは
明らかである。
【００１９】 表１デバイス 製品指定（供給者）／値 Ｑ１，Ｑ２ ＨＥＸＦＥＴモデルＮｏ．ＩＲＦＲ２１４ （インタナショナル・レクティファイア社） ＺＤ１，ＺＤ２ １０ＶツェナーダイオードモデルＮｏ．ＺＭＭ１０ １２ＶツェナーダイオードモデルＮｏ．ＺＭＭ１２ （ＩＴＴ） Ｔ１ 多巻線変圧器 巻線Ａ： ６０ターン 巻線Ｂ： ６０ターン 巻線Ｃ： ３ターン 巻線Ｄ： ４ターン Ｌ １ｍＨ Ｃ ０．００４７マイクロファラド、１ｋＶ Ｃ３，Ｃ４ ０．１５マイクロファラド、１００Ｖ Ｒ６ １００オーム Ｃｓ ２２０ピコファラド ランプ １８ワット４軸けい光
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術に従って作られたけい光ランプ用電子
式安定回路の概略回路図である。
【図２】本発明に従って作られた電子式安定回路のブロ
ック図である。
【図３】ブロック図形式で図２に示された電子式安定回
路の概略回路図である。
【図４】本発明の安定回路のスイッチング動作に関連す
る種々の波形パターンを示すグラフである。
【図５】ＭＯＳＦＥＴのスイッチングに関連する種々の
信号を表すグラフである。
【図６】ＭＯＳＦＥＴのスイッチングに関連する種々の
信号を表すグラフである。
【図７】ＭＯＳＦＥＴのスイッチングに関連する種々の
信号を表すグラフである。
【符号の説明】
１２ コンパクトなけい光ランプ １４ 共振回路 ２０ 電子式安定回路 ２２ 力率補正回路 ２４ 整流回路 ２６ スイッチング回路 ２８ 信号結合器 ３０ サンプリング／スイッチ制御回路 Ｃ 共振回路のコンデンサ Ｃ３，Ｃ４ 阻止コンデンサ Ｃｓ スナバコンデンサ Ｌ 共振回路のインダクタ Ｑ１，Ｑ２ スイッチングデバイス Ｒ６ 抵抗 Ｔ１ 変圧器 Ｔ１Ａ，Ｔ１Ｂ 変圧器の巻線 Ｔ１Ｃ 変圧器の一次巻線 Ｔ１Ｄ 変圧器の巻線

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電力線電流を使用して動作することがで
    きる放電ランプ用安定回路に於いて、 上記電力線電流を受けて調節することにより、調節され
    た信号を発生する手段、 上記の調節された信号を受けると共に、予め定めた継続
    時間の制御信号に応動することにより高周波パルス信号
    を発生するスイッチング手段、 上記高周波パルス信号が結合される共振回路であって、
    上記高周波パルス信号に応動して適切な動作周波数で上
    記放電ランプを駆動するための動作信号を作成する共振
    回路、および上記動作信号をサンプリングすることによ
    り上記制御信号を発生する制御手段であって、指定され
    た範囲で電磁干渉を発生しないように上記予め定めた継
    続時間で上記制御信号を発生し、更に、上記スイッチン
    グ手段のオフ状態とオン状態との間の遷移の間にエネル
    ギーが上記スイッチング手段からそらされるように上記
    スイッチング手段に結合されてもいる制御手段を含むこ
    とを特徴とする安定回路。
  2. 【請求項２】 それぞれのゲート端子に結合されている
    上記制御信号に応動して交互にオン状態およびオフ状態
    に動作することができる一対のパワーＭＯＳＦＥＴスイ
    ッチングデバイスが上記スイッチング手段に含まれてお
    り、これによりこのようにオン状態とオフ状態が交互に
    生じたときに上記一対のパワーＭＯＳＦＥＴスイッチン
    グデバイスの出力が上記高周波パルス信号となる請求項
    １記載の安定回路。
  3. 【請求項３】 上記一対のパワーＭＯＳＦＥＴスイッチ
    ングデバイスのそれぞれのスイッチングデバイスと上記
    放電ランプとの間に各々接続された一対の阻止素子も含
    まれており、上記一対の阻止素子は上記の調節された信
    号が上記放電ランプに結合されないようにする請求項２
    記載の安定回路。
  4. 【請求項４】 結合手段により上記高周波パルス信号が
    上記スイッチング手段から上記共振回路に結合される請
    求項１記載の安定回路。
  5. 【請求項５】 上記制御手段を含む直列回路構成の中に
    配置された第一の巻線をそなえた変圧器部材が上記結合
    手段に含まれ、上記第一の巻線が上記制御信号を上記ス
    イッチング手段に変圧器結合する役目を果たす請求項４
    記載の安定回路。
  6. 【請求項６】 上記変圧器には更に、上記スイッチング
    手段と上記共振回路との間に接続された一次巻線、およ
    び上記制御信号を伝えるため上記スイッチング手段に接
    続された少なくとも一つの付加的な巻線が含まれている
    請求項５記載の安定回路。
  7. 【請求項７】 抵抗性素子および容量性素子をそなえた
    直列回路が上記制御手段に含まれ、上記抵抗性素子およ
    び容量性素子のそれぞれの値は上記の指定された範囲の
    ＥＭＩ（電磁干渉）を避けるような値に上記制御信号の
    継続時間を設定するように選定されている請求項１記載
    の安定回路。
  8. 【請求項８】 上記制御手段の上記容量性素子が制限手
    段に含まれることにより、上記容量性素子は上記制御信
    号の継続時間および上記スイッチング手段から上記エネ
    ルギーをそらすことに関連する二つの目的に役立つこと
    ができる請求項７記載の安定回路。
  9. 【請求項９】 上記制御信号の上記継続時間が少なくと
    も４００ナノ秒である請求項７記載の安定回路。
  10. 【請求項１０】 上記制御手段が負荷電流を検知するや
    り方で上記動作信号をサンプリングするように、上記制
    御手段を含む上記直列回路構成が上記共振回路および上
    記ランプの両端間に接続される請求項５記載の安定回
    路。
  11. 【請求項１１】 上記電力線電流を受けて調節する手段
    に力率補正回路および整流回路が含まれている請求項１
    記載の安定回路。
  12. 【請求項１２】 電力線電流を使用して動作することが
    できる放電ランプ用安定回路に於いて、 上記電力線電流を調節することにより、調節された直流
    信号を発生する手段、 上記の調節された直流信号を受けると共に、制御信号に
    応動することにより高周波パルス信号を発生するスイッ
    チング手段、 上記高周波パルス信号が入力として結合される共振回路
    であって、上記高周波パルス信号に応動して適切な動作
    周波数で上記放電ランプを駆動するための動作信号を作
    成する共振回路、および 上記共振回路の両端間に結合され、上記動作共振電流信
    号をサンプリングして上記制御信号を発生する制御手段
    であって、上記スイッチング手段のオフ状態からオン状
    態への間の遷移の間にエネルギーが上記スイッチング手
    段から上記制御手段にそらされるように上記スイッチン
    グ手段に結合されている制御手段 を含むことを特徴とする安定回路。
  13. 【請求項１３】 上記共振回路は誘導性素子および容量
    性素子を含み、上記誘導性素子および容量性素子のそれ
    ぞれのインダクタンス値および容量値は上記放電ランプ
    の上記の適切な動作周波数が得られるように選定される
    請求項１１記載の安定回路。
  14. 【請求項１４】 上記放電ランプの両端間に更に上記制
    御手段が接続され、上記制御手段は上記動作信号の一部
    をそらして上記スイッチング手段に戻されないようにす
    ることにより、上記電力の上記電圧成分の時間に対する
    上記立ち上がりを制限する請求項１１記載の安定回路。
  15. 【請求項１５】 上記スイッチング手段がオン状態とオ
    フ状態との間に切り換えられる期間の間、電力の上記電
    圧成分を蓄積するスナバコンデンサが上記制御手段に含
    まれる請求項１３記載の安定回路。
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