JP3180076U - 少なくとも１つの放電灯を駆動する回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小さく、低コストな、放電灯を駆動する回路装置を提供する。
【解決手段】回路装置は、給電直流電圧Ｕ_ＺＷに対する入力側と、少なくとも１つの第１および第２の電子スイッチＳ_１，Ｓ_２を含むブリッジ回路と、放電灯および第１のブリッジ中点ＨＢＭ１に接続された出力側Ａ１，Ａ２と、第２の電子スイッチに直列に接続されたシャント抵抗Ｒ_Ｓと、動作中にシャント抵抗を介して降下する電圧を取り出すためのタップ点ＡＰと、過負荷動作検出回路１４と、点弧制御回路１８と、電子スイッチ制御回路２０とを備える。電子スイッチ制御回路は、過負荷動作検出回路および点弧制御回路の出力信号に基づいて電子スイッチに対する駆動信号を補正する。ここで、過負荷動作検出回路の入力側と点弧制御回路の入力側とは共通の結合点ＫＰによって相互に結合されている。
【選択図】図２

Description

本考案は、少なくとも１つの放電灯を駆動するための回路装置であって、給電直流電圧に接続される第１の入力端子および第２の入力端子を含む入力側と、少なくとも１つの第１の電子スイッチおよび少なくとも１つの第２の電子スイッチを含み、第１の電子スイッチおよび第２の電子スイッチから成る直列回路が第１の入力端子および第２の入力端子の中間の第１のブリッジ中点によって接続されているブリッジ回路と、少なくとも１つの放電灯に接続されており、かつ、第１のブリッジ中点に接続されている出力側と、第２の電子スイッチに対して直列に接続されているシャント抵抗と、動作中にシャント抵抗を介して降下する電圧を取り出すための、シャント抵抗に対応するタップ点と、測定信号の供給される入力側を有し、少なくとも１つの放電灯の過負荷動作を検出する過負荷動作検出回路と、測定信号の供給される入力側を有し、少なくとも１つの放電灯の点弧を制御する点弧制御回路と、少なくとも第１の電子スイッチおよび第２の電子スイッチを駆動制御する電子スイッチ制御回路とを有しており、電子スイッチ制御回路は、過負荷動作検出回路および点弧制御回路に接続されており、かつ、過負荷動作検出回路および点弧制御回路の出力信号に基づいて、少なくとも第１の電子スイッチおよび第２の電子スイッチに対する複数の駆動信号を補正するように構成されている、回路装置に関する。

従来技術
これに関連して、図１には、従来技術から公知の回路装置が示されている。この回路装置は、第１の入力端子Ｅ１と第２の入力端子Ｅ２とを含む入力側を有しており、２つの入力端子のあいだに給電電圧、有利にはいわゆる中間回路電圧Ｕ_ＺＷが印加される。入力端子Ｅ１，Ｅ２間には、ハーフブリッジ回路内の第１の電子スイッチＳ_１および第２の電子スイッチＳ_２とシャント抵抗Ｒ_Ｓとの直列回路が接続されている。スイッチＳ_１，Ｓ_２間にハーフブリッジ中点ＨＢＭ１が形成されており、このハーフブリッジ中点ＨＢＭ１は、インダクタンスＬ１を介して第１の出力端子Ａ１に接続されている。さらに、この回路には第２のハーフブリッジ中点も存在しているが、図１には示されていない。第１の出力端子Ａ１は第２の出力端子Ａ２とともに、少なくとも１つの放電灯に接続される出力側を形成している。

スイッチＳ_１，Ｓ_２は、通常、制御装置１０により、プッシュプル方式、すなわち、交互に導通状態と阻止状態とのあいだで、特に周波数２０ｋＨｚ以上で切り換えられる。スイッチＳ_２とシャント抵抗Ｒ_Ｓとのあいだにはタップ点ＡＰが形成されており、このタップ点ＡＰは、測定信号ＭＳ_１を供給するために、オーム抵抗Ｒ_３およびコンデンサＣ_１を含む積分回路を介して、制御装置１０の第１の入力端子ＥＡ_１に接続されている。第１の入力端子ＥＡ_１は、少なくとも１つの放電灯の過負荷動作を検出するために、ドライバ回路１２を介して過負荷動作検出回路１４に接続されている。シャント抵抗Ｒ_Ｓには、オーム抵抗Ｒ_１，Ｒ_２を含む分圧器が並列に接続されている。分圧器Ｒ_１，Ｒ_２のタップ点は、第２の測定信号ＭＳ_２を供給するために、制御装置１０の第２の入力端子ＥＡ_２に接続されている。第２の入力端子ＥＡ_２の測定信号ＭＳ_２は、ドライバ回路１６を介して、少なくとも１つの放電灯の点弧を制御するために、点弧制御回路１８へ供給される。

過負荷動作検出回路１４および点弧制御回路１８は従来技術から充分に公知である。ここで、一方では、設定可能な最大点弧電圧が超過されないように点弧制御を行って、冒頭に言及した形式の回路装置の損傷を回避する必要があり、他方では、放電灯が離れた場所にある場合に、故障の危険、ないし、出力端子Ａ１，Ａ２に接触しうる人員への損害の危険を回避するために、回路装置を遮断する意味での点弧制御を行う必要がある。点弧制御においては、シャント抵抗Ｒ_Ｓを介して降下する電圧Ｕ_Ｓのピーク値

が評価される。

過負荷動作を検出する必要性は、放電灯が製造プロセスに起因する汚染のために過度に高い動作電圧を有するため、定出力電流特性を有する回路装置によって著しく高いシステム電力で駆動しなければならないという欠点に発している。該当するのは、特に、コンパクト蛍光灯である。この場合、適切な措置なしでは、放電灯および／または回路装置のオーバーヒートが発生する。このために、回路装置の動作中、出力Ｐ_ｏｕｔが監視される。これは、中間回路電圧Ｕ_ＺＷが一定である場合、シャント抵抗Ｒ_Ｓを通る電流Ｉ_Ｓの平均値

に、式

にしたがって、線形に結合される。

電子スイッチ制御回路２０は、点弧制御および過負荷制御において、スイッチＳ_１，Ｓ_２の駆動信号の周波数を適切に変化させるように構成されている。

制御装置１０は、過負荷動作検出回路１４と点弧制御回路１８とこれらに接続された電子スイッチ制御回路２０とを有する。電子スイッチ制御回路２０は、第１の電子スイッチＳ_１および第２の電子スイッチＳ_２に対する駆動信号を過負荷動作検出回路１４および点弧制御回路１８の出力信号に基づいて修正するように構成されている。この場合、シャント抵抗Ｒ_Ｓは過負荷制御のパラメータを決定するために用いられ、分圧器Ｒ_１，Ｒ_２は点弧制御のパラメータを決定するために用いられる。

公知の回路装置の欠点は、点弧制御および過負荷制御の２つの機能を実現するために、制御装置１０へ２つの測定信号（図１では測定信号ＭＳ_１，ＭＳ_２）を供給しなければならないということである。このため、２つの測定線路と、制御装置１０のケーシングの２つのピンとを設ける必要がある。

考案の開示
本考案の課題は、冒頭に言及した形式の回路装置を、できるだけ小さい構造スペースで、低コストに実現できるようにすることである。

この課題は、請求項１記載の特徴を有する回路装置によって解決される。

本考案は、点弧制御および過負荷制御を唯一の測定線路によって行えれば、上記課題を解決できるという認識を基礎としている。この場合、測定線路は１つのみに低減されるのであるが、点弧制御および過負荷制御の双方が別個にパラメータ化されなければならない。本考案では、これを、過負荷動作検出回路の入力側と点弧制御回路の入力側とを共通の結合点を介して相互に結合することによって達成する。ここで、本考案の回路装置は、さらに、シャント抵抗に対応するタップ点と共通の結合点とのあいだに直列に接続されている少なくとも１つのオーム抵抗と、共通の結合点に接続されている電流源とを含む。

このようにすれば、シャント抵抗の値によって点弧制御のパラメータを決定することができ、シャント抵抗の値が設定されている場合には、オーム抵抗の値によって点弧制御のパラメータを決定することができる。この手段により、制御装置に唯一のピンを設け、唯一の測定信号を供給するのみでよくなる。このため、コストも低減されるし、同時に必要な構造スペースも低減される。

本考案の有利な実施形態では、電子スイッチ制御回路は、第２の電子スイッチが導通状態へ切り換えられているフェーズにおいて電流源を不活性化し、かつ、第１の電子スイッチが導通状態へ切り換えられているフェーズにおいて電流源を活性化するように構成されている。これにより、第２の電子スイッチが導通状態へ切り換えられているフェーズにおいて、シャント抵抗に電圧降下として発生する電圧のピーク値が求められ、点弧制御のために評価することができる。

有利には、過負荷動作検出回路には、シャント抵抗を通る電流の平均値を求めるための積分回路が配属されている。有利には、過負荷動作検出回路は、共通の結合点での信号を、繰り返し、つまり、電流源が活性化されているかまたは不活性化されているかにかかわらず評価するように構成されている。平均値形成によって、共通の結合点での信号は、シャント抵抗を通る電流の平均値に比例する成分と、電流源の活性化によってオーム抵抗に電圧降下として発生する電圧に比例する成分とから成る信号に相当する。後者の成分に基づけば、シャント抵抗が点弧制御のパラメータの決定のために設定された後にも、過負荷制御のパラメータを決定することができる。

過負荷動作検出回路、点弧制御回路、電子スイッチ制御回路をそれぞれ別個に実現することもできるが、特に有利には、これらの回路は１つの制御装置にまとめられる。ここでの制御装置は、有利には、アプリケーション専用集積回路ＡＳＩＣとして実現される。

本考案の有利な実施形態は従属請求項から得られる。

従来技術から公知の少なくとも１つの放電灯を駆動する回路装置を示す概略図である。 本考案の少なくとも１つの放電灯を駆動する回路装置を示す概略図である。 図２の本考案の回路装置の種々の電気量の時間特性を示すグラフである。

以下に本考案の回路装置を図示の実施例に即して詳細に説明する。

図２には、出力端子Ａ１，Ａ２間に接続される図示されていない放電灯を駆動するための本考案の回路装置の概略図が示されている。図１に関連して説明した参照記号のうち、同じ素子および同様の機能を有する素子に関するものは、図２の実施例の回路装置にも当てはまるので、繰り返しては説明しない。

点弧制御回路１８および過負荷動作検出回路１４は、入力側で、結合点ＫＰによって相互に結合されている。ここで、唯一の測定信号ＭＳが制御装置１０へ供給される。結合点ＫＰには電流源Ｉ_０が接続されており、ここで、結合点ＫＰと電流源Ｉ_０とのあいだには、後述する方式で電子スイッチ制御回路２０によって駆動されるスイッチＳ_０が接続されている。結合点ＫＰとタップ点ＡＰとのあいだにはオーム抵抗Ｒ_４が接続されている。オーム抵抗Ｒ_４を介して降下する電圧は電圧Ｕ_４である。オーム抵抗Ｒ_４の値はシャント抵抗Ｒ_Ｓの値より格段に大きい。有利な実施例では、シャント抵抗の値は１Ω以下であり、オーム抵抗Ｒ_４の値は１ｋΩ以上である。

第２の電子スイッチＳ_２が導通状態へ切り換えられている期間中は、
Ｕ_ｅ＝Ｉ_Ｓ×Ｒ_Ｓ
が成り立つ。

電圧Ｕ_ｅのピーク値

については、

が成り立つ。

電圧Ｕ_ｅのピーク値

は、点弧制御に用いられ、シャント抵抗Ｒ_Ｓの値を適切に設定することにより、パラメータ決定が行われる。

続いて、過負荷制御に対しては、電圧Ｕ_ｅの平均値

が求められる。ここで考慮すべきは、スイッチＳ_２が阻止状態にあるフェーズで、スイッチＳ_０が導通状態へ切り換えられることである。したがって、平均値に関しては、

が得られる。ここで、ｔ_ｏｎはスイッチＳ_０が導通状態へ切り換えられている期間Ｔの長さであって、これは、周波数によってスイッチＳ_１，Ｓ_２の駆動信号に定義される。上の式は、点弧制御のパラメータを決定するためのシャント抵抗Ｒ_Ｓの設定後にも、オーム抵抗Ｒ_４（ないし電流源Ｉ_０）の値を適切に設定することにより、過負荷制御のパラメータを決定でき、しかも、制御装置１０へ唯一の測定信号（すなわち測定信号ＭＳ）を供給するだけでよいということを表している。

図３には、本考案の図２の実施例の回路装置について得られた種々のパラメータの時間特性が示されている。曲線ａ），ｂ）は、ここでは、スイッチＳ_１，Ｓ_２がいつオンオフされるかを表している。曲線ｃ）は、ハーフブリッジ中点ＨＢＭ１での電圧Ｕ_ＨＢＭを表している。上述したように、スイッチＳ_２がオンとなっているフェーズでは、基準電位がハーフブリッジ中点ＨＢＭ１まで持ち上げられ、ハーフブリッジ中点ＨＢＭ１の電位Ｕ_ＨＢＭが０となる。スイッチＳ_１が導通状態へ切り換えられ、スイッチＳ_２が阻止状態へ切り換えられるフェーズでは、中間回路電圧Ｕ_ＺＷの電位がハーフブリッジ中点ＨＢＭ１に発生する。曲線ｄ）は電圧Ｕ_ｅの時間特性を示している。スイッチＳ_２がオンとなっているフェーズでは、曲線はまず負の成分を有している。続いて、転流期間において負荷電流の成分がまずスイッチＳ_２に対応するフリーホイールダイオードを通って流れ、その後、スイッチＳ_２そのものが導通状態へ切り換えられる。高い無効電力成分を有する純粋なインダクタンス負荷動作では電圧Ｕ_ｅの負の領域が大きいが、有効電力成分が高い場合には負の領域は小さくなる。点弧期間中の、出力端子Ａ１，Ａ２に接続された放電灯のガス放電区間のブレークダウン直前、すなわち、無効電力が高く有効電力が発生しない状態では、負の電流積分値と正の電流積分値とがほぼ打ち消し合う。電圧波形Ｕ_ｅは前述した点弧領域ではほぼ三角波形状を有する。スイッチＳ_１が導通状態へ切り換えられるフェーズでは、スイッチＳ_０も導通状態へ切り換えられる。その後に流れる電流Ｉ_０により、オーム抵抗Ｒ_４において電圧降下Ｕ_４が発生する。電流Ｉ_０によってシャント抵抗Ｒ_Ｓに発生する電圧降下Ｕ_Ｓは電圧Ｕ_４に比べれば無視できる程度に小さい。

Claims (8)

1. 少なくとも１つの放電灯を駆動するための回路装置であって、
   給電直流電圧（Ｕ_ＺＷ）に接続される第１の入力端子（Ｅ１）および第２の入力端子（Ｅ２）を含む入力側と、
   少なくとも１つの第１の電子スイッチ（Ｓ_１）および少なくとも１つの第２の電子スイッチ（Ｓ_２）を含み、該第１の電子スイッチ（Ｓ_１）および該第２の電子スイッチ（Ｓ_２）から成る直列回路が前記第１の入力端子（Ｅ１）および前記第２の入力端子（Ｅ２）の中間の第１のブリッジ中点（ＨＢＭ１）によって接続されているブリッジ回路と、
   少なくとも１つの放電灯に接続されており、かつ、前記第１のブリッジ中点（ＨＢＭ１）に接続されている出力側（Ａ１，Ａ２）と、
   前記第２の電子スイッチ（Ｓ_２）に対して直列に接続されているシャント抵抗（Ｒ_Ｓ）と、
   動作中に前記シャント抵抗（Ｒ_Ｓ）に電圧降下として発生する電圧を取り出すための、前記シャント抵抗（Ｒ_Ｓ）に対応するタップ点（ＡＰ）と、
   測定信号（ＭＳ）の供給される入力側を有し、前記少なくとも１つの放電灯の過負荷動作を検出する過負荷動作検出回路（１４）と、
   測定信号（ＭＳ）の供給される入力側を有し、前記少なくとも１つの放電灯の点弧を制御する点弧制御回路（１８）と、
   少なくとも前記第１の電子スイッチ（Ｓ_１）および前記第２の電子スイッチ（Ｓ_２）を駆動制御する電子スイッチ制御回路（２０）と
   を有しており、
   前記電子スイッチ制御回路（２０）は、前記過負荷動作検出回路（１４）および前記点弧制御回路（１８）に接続されており、かつ、前記過負荷動作検出回路（１４）および前記点弧制御回路（１８）の出力信号に基づいて、少なくとも前記第１の電子スイッチ（Ｓ_１）および前記第２の電子スイッチ（Ｓ_２）に対する複数の駆動信号を補正するように構成されている、
   回路装置において、
   前記過負荷動作検出回路（１４）の入力側と前記点弧制御回路（１８）の入力側とは共通の結合点（ＫＰ）によって相互に結合されており、
   当該回路装置は、さらに、
   前記シャント抵抗（Ｒ_Ｓ）に対応する前記タップ点（ＡＰ）と前記共通の結合点（ＫＰ）とのあいだに直列に接続されている少なくとも１つのオーム抵抗（Ｒ_４）と、
   前記共通の結合点（ＫＰ）に接続されている電流源（Ｉ_０）と
   を含む
   ことを特徴とする回路装置。
2. 前記電子スイッチ制御回路（２０）は、前記第２の電子スイッチ（Ｓ_２）が導通状態へ切り換えられているフェーズにおいて前記電流源（Ｉ_０）を不活性化し、前記第１の電子スイッチ（Ｓ_１）が導通状態へ切り換えられているフェーズにおいて前記電流源（Ｉ_０）を活性化するように構成されている、請求項１記載の回路装置。
3. 前記点弧制御回路（１８）は、前記電流源（Ｉ_０）が不活性化されているフェーズにおいて前記共通の結合点（ＫＰ）での信号（ＭＳ）を評価するように構成されている、請求項１または２記載の回路装置。
4. 前記過負荷動作検出回路（１４）には積分回路（Ｒ_３，Ｃ_１）が配属されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の回路装置。
5. 前記過負荷動作検出回路（１４）は、前記共通の結合点（ＫＰ）での信号（ＭＳ）を、連続して、つまり、前記電流源（Ｉ_０）が活性化されているかまたは不活性化されているかにかかわらず評価するように構成されている、請求項４記載の回路装置。
6. 前記過負荷動作検出回路（１４）および前記点弧制御回路（１８）および前記電子スイッチ制御回路（２０）が１つの制御装置にまとめられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の回路装置。
7. 前記シャント抵抗（Ｒ_Ｓ）の値によって点弧制御のパラメータを決定する、請求項１から６までのいずれか１項記載の回路装置。
8. 設定されている前記シャント抵抗（Ｒ_Ｓ）の値に対して、前記オーム抵抗（Ｒ_４）の値によって過負荷制御のパラメータを決定する、請求項１から７までのいずれか１項記載の回路装置。

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