JP3504876B2 - 集積回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＭＯＳゲートデバ
イス用のゲートドライバ回路に関し、より具体的には、
ＭＯＳゲートデバイス用のモノリシックゲートドライバ
回路、特に、蛍光ランプ安定器回路に使用するものに関
する。

【０００２】

【関連技術の説明】これまで使用していたパワーバイポ
ーラスイッチングデバイスに取って代わるためにパワー
ＭＯＳＦＥＴスイッチングデバイスと絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスタ（「ＩＧＢＴ」）が使用可能になった
ので、最近、ガス放電回路用の電子安定器が広く使用さ
れるようになった。International Rectifier Corporat
ionから販売され、米国特許第５，５４５，９５５号に
記載されており、その開示内容は参照によりその全体が
本明細書に組み込まれる、ＩＲ２１５５などのモノリシ
ックゲートドライバ回路は、電子安定器内のパワーＭＯ
ＳＦＥＴまたはＩＧＢＴを駆動するために考案されたも
のである。ＩＲ２１５５ゲートドライバＩＣは、従来の
ＤＩＰまたはＳＯＩＣパッケージにパッケージ化され、
内部レベルシフト回路と、不足電圧ロックアウト回路
と、不感時間遅延回路(deadtime delay circuitry)と、
追加の論理回路とを含むという点で従来の回路を上回る
重要な利点を提供し、外部レジスタＲ_T およびキャパシ
タＣ_T によって決定される周波数でドライバが自励発振
できるように入力する。

【０００３】ＩＲ２１５５は、従来の安定器制御回路を
上回る大幅な改善をもたらすが、（ｉ）ランプの両端間
で初期の高電圧パルスを発生せずにフラッシュなし始動
(flash-free start)を保証する始動手順、（ii）非ゼロ
電圧切替え保護回路、（iii）温度超過遮断回路、（i
v）ＤＣバスおよびＡＣオン／オフ制御回路、（ｖ）共
振近傍または共振未満検出回路など、いくつかの望まし
い機構が欠けている。

【０００４】

【発明の概要】本発明は、一方が「ロー側スイッチ」と
呼ばれ、もう一方が「ハイ側スイッチ」と呼ばれ、２つ
のスイッチがトーテムポールまたは半ブリッジ配置に接
続されている、パワーＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴなど
の２つのＭＯＳゲートパワー半導体の駆動を可能にする
新規のモノリシック電子安定器コントローラＩＣを提供
する。有利なことに、本発明のＩＣは、蛍光ランプを制
御し、安定器を保護するために非常に独特の１組の命令
を実行する。ＩＣおよび半ブリッジの適切な電源投入と
電源切断、ランプの予熱とストライク、ランプの作動、
多数の起こりうる障害条件の感知、ランプの通常メンテ
ナンスに基づくこのような障害条件からの回復に対して
慎重な配慮がなされている。

【０００５】本発明の電子安定器ＩＣ（譲受人であるIn
ternational Rectifier Corporation によってＩＲ２１
５７として識別されている）は、ＩＣの様々な入力の状
態に基づいて５つの基本動作モードで機能するように設
計されている。このような５つの動作モードとしては、
以下のものを含む。

【０００６】１）不足電圧ロックアウトモード(undervo
ltage lockout mode) ２）予熱モード ３）点灯傾斜モード(ignition ramp mode) ４）作動モード；および ５）障害モード この回路は、「状態図」に応じてこれらのモード間を切
り替えるように設計され、さらにランプの両端間で初期
の高電圧パルスを発生せずにフラッシュなし始動を保証
し、非ゼロ電圧切替え、温度超過条件、ＤＣバスまたは
ＡＣ線間電圧の障害、または共振近傍または共振未満条
件が発生した場合にＩＣを完全に遮断するように設計さ
れている。

【０００７】本発明の他の特徴および利点は、添付図面
に関連して以下に示す本発明の説明から明らかになるだ
ろう。

【０００８】

【発明の実施の形態】まず、図１を参照すると、電子
（ラピッドスタート形）蛍光ランプ安定器を制御するた
めに本発明のＩＣ２に統合された状態図が示されてい
る。図２は、本発明の集積回路２によって単一蛍光ラン
プ４を駆動するための典型的な接続図を示している。図
３は、本発明の集積回路２の基本ブロック図を示してい
る。

【０００９】その「状態図」アーキテクチャにより、本
発明の集積回路２は、有利なことに、ランプ４を制御
し、安定器を保護するために非常に独特の１組の命令を
実行する。このＩＣは、ＩＣ２および半ブリッジ（ＭＯ
ＳＦＥＴ６および８）の電源投入と電源切断、ランプの
予熱とストライク、ランプの作動、多数の起こりうる障
害条件の感知、ランプの通常メンテナンスに基づくこの
ような障害条件からの回復という各種機能を正確に制御
し、適切に実行する。

【００１０】この状態マシンは、ＩＣの様々な入力の状
態に基づいて５つの基本動作モード間で動作する。この
ような５つの動作モードとしては、以下のものを含む。

【００１１】１）不足電圧ロックアウトモード； ２）予熱モード； ３）点灯傾斜モード； ４）作動モード；および ５）障害モード 図２は、その入力と出力のすべてを含む、ＩＣ２のピン
アウトを示している。

【００１２】チップへの入力としては、以下のものを含
む。

【００１３】１）ＶＣＣ ２）ＶＤＣ ３）ＳＤ ４）ＣＳ ５）ＣＰＨ ６）ＣＴ ７）ＲＴ ＶＣＣは、感知すべき入力と、ＩＣへの１次低電圧電源
の両方を表している。上記の７つの入力に加え、ＩＣ表
面接合部温度が８番目の入力を表している。

【００１４】ＩＣの出力としては、以下のものを含む。

【００１５】１）ＨＯ ２）ＬＯ ３）ＲＰＨ ４）ＲＵＮ ５）ＤＴ ＩＣへの電源としては、以下のものを含む。

【００１６】１）ＶＣＣ ２）ＣＯＭ ３）ＶＢ ４）ＶＳ 本発明のＩＣのピンの概説は以下の通りである。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】

【表３】

【００２０】

【表４】

【００２１】

【表５】

【００２２】

【表６】

【００２３】

【表７】

【００２４】

【表８】

【００２５】

【表９】

【００２６】次に、ＩＣの５つの基本動作モードについ
て説明する。

【００２７】モード１：不足電圧ロックアウト（ＵＶＬ
Ｏ）： この動作モードでは、重要なハウスキーピング機能だけ
がＩＣ２内でアクティブになる。チップの蛍光電流（Ｉ
ＱＣＣＵＶ）は、整流線路またはＤＣバスからの１／４
ワット抵抗器（図２の抵抗器１０を参照）を使用してＩ
Ｃの始動を容易にするために、実用的な範囲で低い値
（本発明のＩＣの場合、典型的な値は１５０μＡであ
る）に保たれる。発振器は使用不能になり、その結果、
ＲＴ＝ＣＴ＝ＤＴ＝ＲＵＮ＝０Ｖになる。予熱ピン（Ｃ
ＰＨ）は能動的に０Ｖに保持され、ＶＤＣピンはＤＣバ
ス（または整流ＡＣ線路）電圧の何分の１かの電圧に等
しい電圧にバイアスがかけられる。ＵＶＬＯモードで
は、適切な始動シーケンスを制御するために、ＶＤＣピ
ン上の電圧を感知する比較器にバイアスがかけられる。
ゲートドライバ出力は、半ブリッジ（ＭＯＳＦＥＴ６、
８）の出力での不要な切替えを防止するために、ロー
（ＬＯおよびＨＯ−ＶＳ）に保持される。ＶＣＣ電圧
は、通常、０Ｖと上昇する不足電圧ロックアウトしきい
値（この場合、１１．４Ｖ）との間にあるが、このＩＣ
は、所与の障害条件（後述する）下でこの上昇するしき
い値より大きいＶＣＣによってＵＶＬＯモードにするこ
とができる。半ブリッジの出力で切替えが一切行われな
いものと想定して、ＣＳピンは０Ｖになる。ＶＣＣから
のキャパシタ１２およびダイオード１４によって形成さ
れる浮動電源（ＶＢからＶＳへ）は、ＩＣの外部の回路
構成に応じて、０Ｖである場合もあれば、ＶＣＣ−０．
７Ｖ（ダイオード１４の順電圧降下）である場合もあれ
ば、０Ｖと２０Ｖの間の電圧（ＶＢからＶＳへの推奨さ
れる最大電圧）である場合もある。

【００２８】ＳＤピンは、通常、始動時にその２．０Ｖ
の上昇するしきい値未満にバイアスがかけられるが、Ｓ
Ｄピンは、ＵＶＬＯモードを制御する３つのピンのうち
の１つである（残りのピンはＶＣＣとＶＤＣである）。
ＶＤＣピンおよびＶＣＣピンと同様に、バイアスされた
比較器は、ＵＶＬＯモードを制御しやすくするために、
ＳＤピンにおける電圧を感知する。

【００２９】２．予熱モード：この動作モードでは、Ｉ
Ｃ内の内部回路の多くがバイアスがかけられ、使用可能
になっている。その結果、発振器は作動している。ＲＴ
ピンは、電圧制御電流入力として機能するものであり、
約２．０Ｖにバイアスがかけられている。ＲＰＨピンは
０Ｖに保持され、予熱モード中に抵抗器Ｒ_T と１６を効
果的に並列に接続する。Ｒ_T と１６との並列結合の両端
間の２．０Ｖという電圧から得られる電流はＩＣ内に反
映され、ＣＴキャパシタ（Ｃ_T ）を充電する電流をプロ
グラミングするために使用する。発振のためにＣＴピン
上で感知される下位しきい値と上位しきい値はそれぞれ
２．０Ｖと４．０Ｖである。ＬＯ出力とＨＯ−ＶＳ出力
の交互切替え間の不感時間を表すＣＴ波形上の立下り時
間は、図２のＣＴキャパシタＣ_T と不感時間抵抗器１８
によりプログラミングされる。

【００３０】図４は、ＣＴ波形と出力電圧との基本的な
関係を示している。トグルフリップフロップ２０は、２
分割論理回路（図３）とともに、発振器出力をＬＯおよ
びＨＯ−ＶＳ出力駆動信号に分割する。したがって、半
ブリッジの出力（６、８）は発振器周波数の半分で切り
替わる。

【００３１】予熱モード中にＣＰＨピン上の外部キャパ
シタ２４は内部の１μＡ電流源によって充電され、予熱
時間（すなわち、予熱周波数での発振の持続時間）は、
次式によりこのキャパシタを０Ｖから４Ｖまで充電する
のに要する時間の長さによって決まる。

【００３２】

【数１】

【００３３】１μＡ電流源値は、ＩＣのユーザが予熱キ
ャパシタ２４（図２）を表面取付けタイプにできるよう
に選ばれている（すなわち、ラピッドスタート形蛍光ラ
ンプ用の典型的な予熱時間の場合、約４７０ｎＦ未満で
ある）。

【００３４】予熱動作に必要な入力条件としては、以下
のものを含む。

【００３５】１）ＶＣＣ＞上昇するＵＶＬＯしきい値
（好ましい実施形態では１１．４Ｖ） ２）ＶＤＣ＞５．１Ｖ（ＤＣバスまたは整流ＡＣ線路が
ＯＫであることを通知する） 予熱中に１．０ＶというＣＳしきい値が使用可能になら
ない理由は、半ブリッジがまず発振を開始したときに必
ずハード切替えが行われ、このハード切替えが障害条件
として解釈され、半ブリッジを遮断する恐れがあるから
である。

【００３６】無負荷の０．２ＶというＣＳしきい値を使
用可能にしない理由は、予熱の初期サイクル中ならびに
点灯から作動モードへの遷移中に、低い方のＭＯＳＦＥ
Ｔ８（図２）内の電流が少なくとも１サイクル中に自然
にゼロになりうることである（点灯と作動との間の後者
の挙動は、４０ＷのＴ１２タイプなどの所与のランプタ
イプについてのみ観察されるものである）。

【００３７】同じ理由により、共振未満の０．２Ｖとい
うＣＳしきい値は予熱中に使用可能にならない。

【００３８】最後に、半ブリッジの出力上に負荷がまっ
たくないが、ＳＤが１．７Ｖ未満である（ランプ４が故
障ではないことを通知する）という条件が発生した場合
でも、パワーＭＯＳＦＥＴ（６および８）によって観察
されるハード切替えの結果、実質的なデバイスの加熱は
発生しないものと思われる（ラピッドスタート形蛍光ラ
ンプ用の予熱時間は通常、０．５〜２．０秒である）。
さらに、典型的なパワートランジスタパッケージ（たと
えば、ＴＯ−２２０）用の熱時定数は０．５〜１．０分
である。

【００３９】要約すると、予熱モード中、以下のように
なる。

【００４０】ＶＣＣ＞１１．４Ｖ（通常の動作条件下） ＶＤＣ＞５．１Ｖ ＳＤ＜１．７Ｖ Ｔ_j ＜１７５℃ ０Ｖ＜ＶＣＰＨ＜４．０Ｖ ＶＲＴ＝２．０Ｖ ＲＰＨ＝０Ｖ ＲＵＮ＝開放 以下の「フラッシュなし始動」という項で詳述するよう
に、本発明の好ましい実施形態は、「事前予熱（pre-pr
eheat ）」周波数傾斜を提供するためにＲＴピンから接
地への抵抗器およびキャパシタの直列接続を含む。この
初期周波数傾斜は、有利なことに、図７に示すように始
動時にランプ上で発生する短時間の過電圧を防止する。

【００４１】図７の波形Ａは、予熱時の初期サイクル中
に発生しうることを示している。ランプの両端間の電圧
は、ランプのストライクポテンシャルを一時的に上回る
可能性があり、その結果、ランプ内でアーク電流が確立
する。このアーク電流はその持続時間が短いために目に
見えない可能性があるが、電流自体はランプフィラメン
トが低温であるときに発生し、それにより、フィラメン
ト上の放射コーティングの寿命が損なわれる。最終的な
結果として、安定器自体はランプの寿命を延長するので
はなく、それを短縮することになる。高周波数で始動す
ることにより、わずか数サイクルの間でも、図７の波形
Ｂが得られ、それにより、ランプフィラメント上の放射
コーティングの完全性が保護される。

【００４２】３．点灯傾斜モード：ＣＰＨピンにおける
電圧が４．０Ｖに到達すると、ＩＣ２は点灯傾斜動作モ
ードに入る。この時点で、ＲＰＨピンとＣＯＭ（ＩＣの
接地）との間に接続されたオープンドレインＮＭＯＳト
ランジスタ２６（図３）はオフになる。典型的な接続配
置（図２を参照）では、点灯傾斜キャパシタ２８はＲＰ
Ｈピンから接地（ＣＯＭ）に接続される。したがって、
ＲＰＨピン上の内部オープンドレインＮＭＯＳトランジ
スタ２６がオフになると、キャパシタ２８は次式により
指数関数的にＲＴピン電圧まで充電する。

【００４３】

【数２】

【００４４】このようにＲＰＨピン上の電圧が指数関数
的に上昇すると、抵抗器１６（図２）によるＲＴピンで
の電流が指数関数的に減衰し、その結果、半ブリッジの
出力で動作周波数が低下する。

【００４５】この動作周波数の減衰の効果は、共振キャ
パシタ３０の両端間の電圧がランプ４をストライクする
のに十分なほど上昇できるようにすることである。これ
については以下のように図５に示す。

【００４６】予熱が終わると、周波数はポイントＡから
減衰し、３０の両端間の電圧に関する固有の不減衰共振
曲線の結果として、ｆ_MIN が適切に選ばれた場合、ラン
プはポイントＢでストライクする。ランプがストライク
すると、不減衰応答より大幅に低い利得を有する新しい
負荷伝達関数が存在する。その結果、ランプがストライ
クすると、負荷動作点は図５の点Ｂから点Ｃに変化す
る。図２の抵抗器１６の両端間の電圧は引き続きゼロま
で指数関数的に減衰するが、その結果、出力周波数はｆ
_MIN （図５の点Ｄ）に向かって減衰し続ける。

【００４７】点灯傾斜モードの終了は、ＣＰＨピン上の
電圧が４Ｖから５．１Ｖまで充電したときに通知され
る。通常、外部コンポーネント（２４、２８、Ｃ_T 、Ｒ
_T 、１６、および１８）は、ＣＰＨピン上の電圧が４Ｖ
から５．１Ｖに上昇する前に出力周波数がｆ_MIN まで上
昇するように選択される。これについては図６に示す。

【００４８】点灯モードの開始時に、ＣＰＨピン上の電
圧が４．０Ｖに到達すると、１．０ＶのＣＳしきい値が
使用可能になる。予熱の終了時にこのしきい値を使用可
能にする目的は、ランプの障害が発生した（たとえば、
フィラメントはＯＫだがランプ内のガスがない）場合に
共振キャパシタ（図２の３０）の両端間の電圧がキャパ
シタの最大定格を上回らないことを確認することである
（ただし、図５に示す共振曲線は負荷電流と、それによ
り、ＣＳピンが感知した電流とをＶ_cap30 と同様に容易
にｙ軸上に示す可能性があり、どちらも共振を示すこと
に留意されたい）。

【００４９】要約すると、点灯傾斜モード中に以下のよ
うになる。

【００５０】１）ＣＰＨは、外部キャパシタによる１μ
Ａの電流源によって４Ｖから５．１Ｖに充電する。

【００５１】２）ＲＰＨは開放である。

【００５２】３）ＲＵＮは開放である。

【００５３】４）１．０ＶのＣＳしきい値が使用可能に
なる。

【００５４】４．作動モード：作動モードは、ＣＰＨピ
ンが５．１Ｖまで充電したときに始まる。この時点でＲ
ＵＮピンは、オープンドレインＮＭＯＳトランジスタ３
２により内部で接地に短絡される。その結果、図２の抵
抗器３４は抵抗器Ｒ_T と並列に接続され、それにより、
動作周波数が上昇する。この遷移については図５（点Ｄ
（ｆ_MIN ）から点Ｅ（ｆ_RUN ）まで）に示す。

【００５５】ｆ_MIN からｆ_RUN までの変化は、ランプ安
定器の大量製造を容易にするために非常に重要なことで
ある。所与のランプタイプおよび対応する負荷回路配置
の場合、大量製造時にｆ_PH＞ｆ_IGN ＞ｆ_RUN でなければ
ならないような制御シーケンスに対処することは可能で
あるが、ランプのストライクという問題が発生しそうな
ほどｆ_IGN とｆ_RUN が非常に接近することもあり得るこ
とである。ｆ_PH＞ｆ_IGN ＞ｆ_MIN であるが他の唯一の制
約がｆ_RUN ＞ｆ_MIN になるように制御シーケンスに対す
る独立した制御権をユーザに与える方がよい。そうすれ
ば、ユーザは、環境上および製造上のすべての許容条件
を上回る適切なランプストライクを保証するために、点
灯傾斜モード中にランプをわずかに過励振することがで
きる。外部抵抗器を使用してｆ_PH、ｆ_MIN 、ｆ_RUN 、点
灯傾斜をこのように独立して制御すると、安定器または
ランプのメーカーによるこれらの動作モードの生産トリ
ミングが容易になる。これらのパラメータの許容範囲を
低減すると、ユーザはランプの最大寿命および安定器の
信頼性を獲得できるようになる。

【００５６】作動モードに入ったときに発生するもう１
つの事象は、０．２ＶというＣＳしきい値が（無負荷の
場合と共振未満動作の場合の両方について）使用可能に
なることである。したがって、前述したように、半ブリ
ッジの少なくとも１サイクル中の無負荷電流の発生は過
去のことでなければならず、したがって、本当の障害条
件の有無を検査する方が安全である。同じことは、共振
未満動作についても当てはまる。ＣＰＨが５．１Ｖに到
達するまでに負荷電流および電圧（通常の動作条件下）
が定常状態に到達しているものと想定され（多くの異な
るランプタイプの分析に基づいて、観察され）る。

【００５７】５．障害モード：障害動作モードでは、以
下の４つの条件のうちの１つが感知されている。

【００５８】１）ＣＳ＞１．０Ｖ（過電流またはハード
切替え） ２）ＣＳ＜０．２Ｖ（無負荷） ３）ＣＳ＜０．２Ｖ（共振未満動作） ４）Ｔ_j ＞１７５℃（温度超過条件） これらの条件の１つを感知した後、障害ラッチ３６が設
定される（図３）。この障害ラッチが設定されると、次
のようないくつかのアクションがＩＣ内で行われる。

【００５９】１）ゲートドライバ出力ＬＯおよびＨＯ−
ＶＳはローに駆動され、半ブリッジの出力がオフにな
る。

【００６０】２）発振が再開されるとＬＯ出力が必ず先
に現れるように、発振器出力をハイ側とロー側のゲート
ドライバ制御信号に分割するＴ（トグル）フリップフロ
ップ２０がリセットされる。

【００６１】３）ＣＰＨピンは内部オープンドレインＮ
ＭＯＳトランジスタ３８により接地に短絡され、予熱シ
ーケンスをリセットする。

【００６２】４）１次電圧基準の場合と同様に発振器が
オフになり、その結果、ＲＰＨ＝ＲＴ＝ＲＵＮ＝ＣＴ＝
ＤＴ＝０Ｖになる。

【００６３】５）内部回路の多くへのバイアスがオフに
なり、その結果、零入力電流(quiescent current) が約
１５０μＡになる。

【００６４】出力をオフに保持し、低い零入力電流を有
することの結果として、ＶＣＣ電圧は１５．６Ｖのまま
になる（または、それがまだ存在していなければ、１
５．６Ｖまで充電されることになる）。追加の外部入力
がない場合、チップは無期限にこのモードに留まる可能
性がある。しかし、ランプのメンテナンスの見地から、
ランプへの電源がオンであり、ランプ自体がオフである
ことが認識されると、このランプは取付け具に挿入され
た新しい管と交換される可能性が最も高い。

【００６５】障害ラッチ３６は、前述した４つの障害条
件のうちの１つによって設定されており、次のような２
つの信号の１つによってリセットすることができる（図
３を参照）。

【００６６】１）ＶＣＣが下位不足電圧ロックアウトし
きい値（この場合、９．５Ｖ）未満に低下し、それによ
り、不足電圧検出回路４０から「ハイ」出力を発生する ２）ＳＤ＞２．０Ｖ（ランプの交換を通知する）状態図の説明 ：状態図に関して５通りの動作モードを説
明してきたが、次に状態図自体について説明する。

【００６７】まず、安定器への電源がオンになると、半
ブリッジに高電圧入力を誘導するために使用する回路
（ＰＦＣ制御、単純整流器など）に応じてｄｖ／ｄｔで
ＤＣバスまたは整流ＡＣ線路電圧が発生する。始動抵抗
器１０（図２）の両端間の電圧降下により、次式と等し
い電流がＶＣＣ減結合キャパシタ４２内に流れるように
なる。

【００６８】

【数３】

【００６９】ＩＣのＶＣＣピンが充電されると、ＩＣは
最初に不足電圧ロックアウト（ＵＶＬＯ）モードにな
る。以下の４つの条件が満たされると、ＩＣはＵＶＬＯ
モードから予熱モードになる。

【００７０】１）ＶＣＣ＞１１．４Ｖ（ＶＣＣ＞ＵＶ
＋） ２）ＶＤＣ＞５．１Ｖ（ＤＣバスまたはＡＣ線路） ３）ＳＣ＜１．７Ｖ（ランプＯＫ） ４）Ｔ_j ＜１７５℃（接合部温度ＯＫ） これらの４つの条件のいずれかが満たされない場合、Ｉ
Ｃは予熱モードにならない。

【００７１】これらの４つの条件が満たされたものと想
定し、チップはランプフィラメントの予熱を開始する。
ＣＰＨピンはその４．０Ｖのしきい値に向かって充電
し、発振器はｆ_PHで半ブリッジを駆動する。

【００７２】予熱モードの間に、いくつかの異なる障害
条件が発生する可能性がある。このような障害は、特定
の障害の結果として取られるアクションに応じて、２通
りのグループに分けられる。第１のグループは、ＩＣを
ＵＶＬＯモードに戻すことを特徴とする。このグループ
の障害としては以下のものを含む。

【００７３】１）ＶＣＣ＜９．５Ｖ（ＶＣＣ障害または
電源切断） ２）ＶＤＣ＜３．０Ｖ（ＤＣバスまたはＡＣ線路障害ま
たは電源切断） ３）ＳＤ＞２．０Ｖ（ランプ障害またはランプ交換） したがって、これらの障害のいずれか１つが発生した場
合、ＩＣはＵＶＬＯモードに戻される（図１を参照）。

【００７４】予熱モードで感知されるはずの他の唯一の
障害は、接合部温度超過条件（Ｔ_j＞１７５℃）になる
だろう。温度超過条件がＩＣ上で感知された場合、障害
ラッチ３６が設定され、チップは障害モードに駆動され
る（図１の状態図を参照）。

【００７５】ランプの予熱が成功したと想定すると、Ｃ
ＰＨが４．０Ｖに到達したときにチップは点灯傾斜モー
ドに入る。点灯傾斜中、出力周波数はｆ_PHからｆ_MIN に
指数関数的に減衰する。点灯傾斜モードの持続時間は、
ＣＰＨキャパシタ（図２のキャパシタ２４）と、１μＡ
の内部電流源と、ＣＰＨピン用の−１Ｖの移動（４Ｖか
ら５．１Ｖへ）とによって決まる。１ＶのＣＳ電圧しき
い値は、点灯傾斜モードの開始時に使用可能になる。

【００７６】点灯傾斜モードになると、２通りの種類の
障害条件を感知することができる。第１のグループは、
ＩＣをＵＶＬＯモードに戻すものである。このような障
害は次の通りである。

【００７７】１）ＶＣＣ＜９．５Ｖ（ＶＣＣ障害または
電源切断），または ２）ＶＤＣ＜３．０Ｖ（ＤＣバスまたはＡＣ線路障害ま
たは電源切断），または ３）ＳＤ＞２．０Ｖ（ランプ障害またはランプ交換）も
う１つのグループの障害はチップを障害モードに駆動す
るものである。このような障害は次の通りである。

【００７８】１）ＣＳ＞１．０Ｖ（ランプのストライク
障害またはハード切替えの検出），または ２）Ｔ_j ＞１７５℃（温度超過条件） チップが正常に点灯傾斜を完了し、ＣＰＨがその５．１
Ｖしきい値に到達した場合、ＩＣは作動モードに入る。
この場合、出力周波数は（ＲＵＮ→０Ｖの場合）ｆ_MIN
からｆ_RUN に切り替わる。ＣＰＨは引き続き充電し（１
μＡ）、最終的には内部の７．６Ｖツェナーダイオード
によって固定される。最終周波数ｆ_RUNはランプに渡さ
れる電力を決定し、このため、ランプの明るさを決定す
る。

【００７９】ランプが作動していると（作動モード）、
０．２ＶのＣＳ電圧しきい値が使用可能になり、したが
って、チップは無負荷条件または共振未満動作の有無を
感知することができる。

【００８０】作動モード内では、２通りの種類の障害条
件を感知することができる。第１のグループは、ＩＣを
ＵＶＬＯモードに戻すものである。このような障害は次
の通りである。

【００８１】１）ＶＣＣ＜９．５Ｖ（ＶＣＣ障害または
電源切断），または ２）ＶＤＣ＜３．０Ｖ（ＤＣバス／ＡＣ線路障害または
電源切断），または ３）ＳＤ＞２．０Ｖ（ランプ障害またはランプ交換） 第２のグループの障害は、ＩＣを障害モードに駆動する
ものであり、以下のものを含む。

【００８２】１）ＣＳ＞１．０Ｖ（過電流またはハード
切替え），または ２）ＣＳ＜０．２Ｖ（無負荷または共振未満動作），ま
たは ３）Ｔ_j ＞１７５℃（温度超過） 障害モードから障害ラッチをリセットする唯一の方法
は、以下の状態にすることである。

【００８３】１）ＳＤ＞２．０Ｖ（ランプ取外し），ま
たは ２）ＶＣＣ＜９．５Ｖ（ＩＣへの電力がゼロに循環され
る） 図１の状態図により本発明のＩＣが実行する電源投入、
始動、作動、障害検出および訂正条件のいくつかの例を
以下に示す。

【００８４】Ｉ．通常動作 １．安定器への電源がオンになる ↓ ２．整流ＡＣが発生し、ＤＣバスが確立する ↓ ３．ＵＶＬＯモード ↓ ４．予熱モード ↓ ５．点灯モード ↓ ６．作動モード ↓ ７．電源がオフになったことによりＤＣバスまたは整流
ＡＣ線路が低下する（ＶＤＣ＜３Ｖ） ↓ ８．ＵＶＬＯモード ↓ ９．ＩＣがオフになり、ＶＣＣ＝０Ｖ II．通常動作−モンキーテスト １．安定器への電源がオンになる ↓ ２．整流ＡＣが発生し、ＤＣバスが確立する ↓ ３．ＵＶＬＯモード ↓ ４．予熱モード ↓ ５．安定器への電源がオフになり、次にオンに戻され、
ＶＤＣが短時間の間３．０Ｖ未満に低下し、次に５．０
Ｖ以上に戻る（ライトスイッチでのモンキーテスト） ↓ ６．ＵＶＬＯモード ↓ ７．予熱モード ↓ ８．点灯モード ↓ ９．作動モード ↓ １０．電源がオフになったことによりＤＣバスまたは整
流ＡＣ線路が低下する ↓ １１．ＵＶＬＯモード ↓ １２．ＩＣがオフになり、ＶＣＣ＝０Ｖ III ．ランプ障害−下部フィラメントの破損 １．安定器への電源がオンになる ↓ ２．整流ＡＣが発生し、ＤＣバスが確立する ↓ ３．ＵＶＬＯモード ↓ ４．予熱モード ↓ ５．点灯モード ↓ ６．作動モード ↓ ７．下部フィラメントが故障し、開放になる（ＳＤ＞２
Ｖ） ↓ ８．ＵＶＬＯモード、ＶＣＣ＝１５．６Ｖ、ＳＤ＞２．
０Ｖ ↓ ９．電源がオンになり、ランプがオフ→ランプ交換、∴
ランプが取付け具から取り外される ↓ １０．依然としてＵＶＬＯモード（８と同じ） ↓ １１．新しいランプを挿入する、ＳＤ＜１．７Ｖ ↓ １２．予熱モード ↓ １３．点灯モード ↓ など IV．ランプ障害−上部フィラメントの破損 ａ）フィラメントが破損すると共振キャパシタが切断さ
れ、アーク電流が流れ続ける １．安定器への電源がオンになる ↓ ↓ ６．作動モード ↓ ７．上部フィラメントが故障する ↓ ８．ランプは点灯し続ける ↓ ａ）・・・・ ↓ ｘ．・・・・ ↓ ９．安定器への電源がオフになる ↓ １０．ＤＣバスが低下し、整流ＡＣ線路が低下し、ＶＤ
Ｃ＜３．０Ｖ ↓ １１．ＵＶＬＯモード ↓ １２．ＩＣがオフ、ＶＣＣ＝０Ｖ ↓ １３．電源がオンに戻る（たとえば、翌日） ↓ １４．整流ＡＣが発生し、ＤＣバスが確立する ↓ １５．ＵＶＬＯモード ↓ １６．予熱モード ↓ １７．点灯モード、ハード切替えが検出される ↓ １８．障害モード、ランプはオフのままになる ↓ １９．電源がオンになり、ランプがオフ→ランプ交換、
∴ランプが取り外される（ＳＤ＞２Ｖ）、ＵＶＬＯモー
ド ↓ ２０．新しいランプが取付け具に挿入される、ＳＤ＜
１．７Ｖ（電源はオンのままになる） ↓ ２１．予熱モード ↓ ａ）・・・・ ↓ ２１．・・・・ ↓ ２２．点灯モード ↓ ２３．作動モード ↓ など ｂ）フィラメントが破損するとインダクタが切断され、
アーク電流が遮断される１．電源がオンになる ↓ ６．作動モード ↓ ７．上部フィラメントが故障する ↓ ８．ハード切替えが検出される（ＣＳ＞１．０Ｖ）かま
たは無負荷が検出される（ＣＳ＜０．２Ｖ） ↓ ９．障害モード ↓ １０．電源がオンになり、ランプがオフ→ランプ交換、
ランプが取付け具から取り外される（ＳＤ＞２Ｖ）、Ｕ
ＶＬＯモード ↓ １１．新しいランプが取付け具に挿入される、ＳＣ＜
１．７Ｖ（電源はオンのままになる） Ｖ．ランプ障害−フィラメントの破損 １．電源がオンになる ↓ ↓ １１．・・・・ ↓ １２．予熱モード ↓ １３．点灯モード ↓ １４．作動モード ↓ など VI．ランプ障害−ランプ電圧の非対称（整流） １．電源がオンになる ↓ ・・・ ↓ ６．作動モード ↓ ７．ランプ電圧が非対称になり、ランプの寿命の終わり
を示す、ハード切替えが検出される（ＣＳ＞１．０Ｖ） ↓ ８．障害モード ↓ ９．電源がオンになり、ランプがオフ→ランプ交換、∴
ランプが取り外される、ＳＤ＞２Ｖ ↓ １０．新しいランプが取付け具に挿入される、ＳＤ＜
１．７Ｖ、ＵＶＬＯモード↓ １１．予熱モード ↓ など VII ．ランプ障害−ランプ作動中にガラスが割れる、ガ
スが漏れる、フィラメントＯＫ １．電源がオンになる ↓ ・・・ ↓ ６．作動モード ↓ ７．ランプ作動中にガラスが割れ、ガスが漏れ、アーク
電流が崩壊し、負荷伝達関数が減衰から不減衰になる
（フィラメントＯＫ）、共振未満動作（ＣＳ＜０．２
Ｖ） ↓ ８．障害モード ↓ ９．電源がオンになり、ランプがオフ→ランプ交換、∴
ランプが取り外される、ＳＤ＞２Ｖ、ＵＶＬＯモード ↓ １０．新しいランプが取付け具に挿入される、ＳＤ＜
１．７Ｖ、（電源はオンのままになる） ↓ １１．予熱モード ↓ など VIII．ランプ障害−ガスのないランプの始動、フィラメ
ントＯＫ １．電源がオンになる ↓ ２．整流ＡＣが発生し、ＤＣバスが確立する ↓ ３．ＵＶＬＯモード ↓ ４．予熱モード ↓ ５．点灯モード、ＣＳ＞１．０Ｖ（ストライク障害） ↓ ６．障害モード ↓ ７．電源がオンになり、ランプがオフ→ランプ交換、∴
ランプが取り外される、ＳＤ＞２Ｖ、ＵＶＬＯモード ↓ など IX．作動中のＡＣ線路の損失 １．電源がオンになる ↓ ↓ ６．作動モード ↓ ７．線路の損失、ＶＣＣ＞９．９Ｖ（ＵＶ−）、ＶＤＣ
＜３．０Ｖ ↓ ８．半ブリッジが遮断され、ランプがオフになる、ＵＶ
ＬＯモード ↓ ９．線路が回復する、ＶＤＣ＞５Ｖ ↓ １０．予熱 ↓ １１．点灯 ↓ １２．作動 ↓ など Ｘ．作動中の温度超過条件（自己加熱） １．電源がオンになる ↓ ・・・ ↓ ６．作動モード ↓ ７．Ｔ_j ＞１７０℃、障害モード、ランプがオフ ↓ ８．電源がオンになり、ランプがオフ→ランプ交換、∴
ランプが取り外される、ＳＤ＞２Ｖ、ＵＶＬＯモード ↓ など XI．作動中の温度超過条件−安定器周辺の周囲温度の上
昇による加熱（たとえば、エアコンの故障） １．電源がオンになる ↓ ・・・ ↓ ６．作動モード ↓ ７．Ｔ_j ＞１７０℃、障害モード、ランプがオフ ↓ ８．電源がオンになり、ランプがオフ→ランプ交換、∴
ランプが取り外される、ＳＤ＞２Ｖ、Ｔ_j ＞１７０℃、
したがって依然として障害モード ↓ ９．新しいランプが取付け具に挿入される、ＳＤ＜１．
７Ｖ、依然としてＴ_j ＞１７０℃ ↓ １０．依然として障害モード ↓ １１．電源がオンになり、ランプを交換したが依然とし
てランプがオフ、∴安定器が故障しているものと思われ
る ↓ １２．次のアクションは多くの要因によって決まる ａ）Ｔ_j ＞１７０℃は永続的であるか。そうである場
合、安定器を交換しても問題を修正できない（メンテナ
ンス要員がこの高温環境で安定器を交換できない可能性
が最も高い）。

【００８５】ｂ）Ｔ_j ＞１７０℃が永続的ではない場
合、可能性は増す。

【００８６】ｉ）安定器を交換する前に電力が循環する
（Ｔ_j ＜１７０℃の後）−ランプがオンになり、交換は
不要である ii）安定器を交換する前に電力が循環しない−安定器を
交換し、ランプがオンになる前述の状態図動作に含まれ
る本発明の具体的な有利な特徴について、次項以降でよ
り詳細に説明する。

【００８７】１．始動時に等幅駆動パルスを保証するた
めの制御回路 図８は、半ブリッジ回路のＭＯＳＦＥＴ（またはＩＧＢ
Ｔ）を駆動するために交流の非オーバラップ５０％デュ
ーティサイクルゲートドライブ信号ＨＯおよびＬＯを誘
導するための発振器機能を実行する従来技術の安定器ド
ライバ集積回路（すなわち、Ｉ２１５５）のブロック図
の一部を示している。

【００８８】図８の比較器５０および比較器５２は、抵
抗器５６、５８、６０からなる分割器およびＲＳラッチ
５４とともに、ＩＲ２１５５ＩＣに組み込まれた５５５
タイプの発振器を形成する。外部抵抗器Ｒ_T およびキャ
パシタＣ_T を接続することにより、ＲＴピンにおける発
信の定常状態周波数を次式によりプログラミングするこ
とができる。

【００８９】

【数４】

【００９０】図９は、初期電源オンシーケンス中のＩＣ
の入力波形および出力波形を示している。これらの波形
は、訂正する必要がある問題を示している。

【００９１】ＩＣのＶＣＣ電圧が内部不足電圧ロックア
ウト回路の上昇するしきい値に到達した時点で、ＣＴピ
ンをローに保持していたＮＭＯＳトランジスタがオフに
なる。この瞬間にＲＴピンの電圧はハイになっているの
で、Ｃ_T キャパシタはＲ_T 抵抗器により充電を開始す
る。ＣＴピンがその初期条件（Ｖ_CT＝０Ｖ）から２／３
ＶＣＣしきい値まで充電するために要する時間は次式の
通りである。

【００９２】

【数５】

【００９３】したがって、この時間はＬＯ出力上に見ら
れる第１のパルスの幅である。

【００９４】これに対して、ＣＴピンが２／３ＶＣＣし
きい値から１／３ＶＣＣレベル（すなわち、ｔ₁ からｔ
₂ ）へ放電するために要する時間から、次のような結果
が得られる。

【００９５】

【数６】

【００９６】この特定の形式の発振器に関して周知の通
り、ＶＣＣの安定値を想定すると、後続の充電時間およ
び放電時間（たとえば、ｔ₃ −ｔ₂ 、ｔ₄ −ｔ₃ 、な
ど）はいずれも０．６９Ｒ_T Ｃ_T と等しくなる。

【００９７】上記の式同士の関係は、解決すべき問題、
すなわち、図９に示すように第１のパルスが後続パルス
より長いことを示している。このように第１のパルスが
長いことによる影響は、負荷が最初はより低い周波数で
駆動され、その結果、ランプの両端間に過剰な電圧が発
生することである。これについては図９の一番下のグラ
フに示す。

【００９８】図９のＶ_CTに示す第１のパルスが長いの
で、その結果、ランプの両端間の電圧が高くなり、電圧
がランプのストライクポテンシャルを上回る場合、ラン
プ上に短時間のフラッシュが見られ、ランプフィラメン
トの寿命が大幅に短縮される。

【００９９】本発明の概念は、単に、本発明の制御集積
回路内の回路を使用して、ＩＣの始動後にＬＯおよびＨ
Ｏ出力パルスのすべてが同じ幅になるように保証するこ
とである。

【０１００】このように改善された始動手順の結果とし
て、ランプ電圧はストライクポテンシャルを超えず、フ
ラッシュは一切見られず、相当高い信頼性が達成され
る。この新しい始動特性については、図１０のタイミン
グ図に示す。

【０１０１】本発明のブロック図の破線部分７０（図
３）は、本発明のこの特徴を実施するための回路を示し
ている。比較器７２は、ＣＴピン上の電圧を感知し、そ
れを発振器の下位しきい値である２．０Ｖ基準と比較す
る。比較器７２の出力は、ＣＴピン上の電圧が２．０Ｖ
基準より低いときに必ずハイになる。比較器７２の出力
はインバータ７４の入力に供給され、その出力はＲＳラ
ッチ７６の設定入力に供給される。ＵＶＬＯモードまた
は障害モード中にＲＳラッチ７６はリセットされ、Ｑ出
力はローになる。予熱モードに入ると、ＲＳラッチ７６
のリセット入力はローに引き下げられ、出力Ｑはローの
ままになる。予熱モードに入ったのと同じ瞬間に、ＣＴ
ピン電圧は０Ｖというその初期条件から上昇し始める。
ＣＴピン上の電圧が２．０Ｖより上昇すると、比較器７
２の出力はローになり、次にそれがＲＳラッチ７６を設
定し、そのＱ出力はハイになり、ＵＶＬＯモードまたは
障害モードに入るまでハイのままになる。ＲＳラッチ７
６のＱ出力は、ＡＮＤゲート７７およびＡＮＤゲート７
８のそれぞれの入力の１つに供給される。これは、発振
器の第１サイクルの間にＣＴピンが２．０Ｖしきい値よ
り上昇する前にＬＯ出力の切替えを効果的にブロック
し、その結果、ＬＯ出力の第１のパルスの持続時間はす
べての後続パルスと同じになる。この時点で、ＣＴピン
上の電圧は発振器の２．０Ｖしきい値と４．０Ｖしきい
値との間で発振する。

【０１０２】２．フラッシュなし始動 予熱モードの開始時に動作周波数が低すぎる場合、その
結果としてランプの両端間の電圧が高くなると、ランプ
は瞬間的にストライクする可能性があり、目に心地よく
ない不要な瞬間的フラッシュが発生し、ランプの耐用年
数を損なう可能性がある。

【０１０３】本発明のＩＣには、安定器への電源を初期
投入したときにランプがフラッシュしないことを保証す
るために改善された始動シーケンスが含まれている。こ
のフラッシュなし始動シーケンスについては図１１およ
び図１２に示す。図１１は、発振周波数対時間を示して
いる。図示の通り、このシーケンスは、時間ゼロのとき
の周波数ｆ_PREHEAT より高い周波数ｆ_START から始ま
る。すなわち、改善されたシーケンスは予熱の周波数よ
り高い発振周波数で始まる。次に、周波数は、ランプの
陰極を予熱するのに必要な値まで上昇する。図１２を観
察すると、予熱に必要な周波数より高い周波数で動作す
ることにより、動作点は直列のＬＣ回路の共振周波数か
らさらに離れてしまうことが分かる。このような場合、
ランプの両端間の電圧はより低い規模から始まり、その
結果、ランプを点灯させうるレベルよりさらに低くな
る。

【０１０４】この改善された始動シーケンスを実施する
単純な手段は、本発明の半ブリッジＭＯＳゲートドライ
バ集積回路内の発振器セクションによって促進される。
本発明の安定器ドライバＩＣ２は、業界標準のパルス幅
変調器集積回路の発振器と同様の発振器を含む。発振周
波数は、図２に示す抵抗器Ｒ_T およびキャパシタＣ_Tの
選択によってプログラミングされる。発振器キャパシタ
Ｃ_T 上まで電圧を上昇させるために使用する充電電流を
プログラミングする抵抗値が選択される。第２の抵抗器
１８は、発振器キャパシタＣ_T を放電するために使用す
る。本発明の安定器ドライバ集積回路の発振器セクショ
ンのブロック図を図１３に示す。図１３に示すような接
続により、ただし、そこに示す抵抗器Ｒ_START およびキ
ャパシタＣ_START を含むことなしに、予熱発振周波数は
固定され、時間の関数として変動しない。

【０１０５】抵抗器Ｒ_START およびキャパシタＣ_START
のない発振器の動作は次の通りである。

【０１０６】本発明の安定器ドライバＩＣに最初に電源
が投入されると、予熱タイミングキャパシタ２４が放電
される。ＲＴピン上の電圧はゼロに保持され、いかなる
発振も発生しない。電圧が不足電圧ロックアウトしきい
値より上昇すると、キャパシタ２４は充電を開始し、Ｒ
Ｔピン上の電圧がオンになる。この時点で、安定器ドラ
イバＩＣは予熱周波数で発振し始める。この周波数は、
Ｒ_T と抵抗器１６との並列結合によって決まる。キャパ
シタ２４上の電圧が所定のしきい値に到達すると、予熱
モードの完了を通知し、抵抗器１６は回路から効果的に
取り外される。この時点で、発振周波数は抵抗器Ｒ_T の
みによって決まり、周波数は作動値までシフトダウンす
る。

【０１０７】改善された始動シーケンスを実施するため
には、図１３に示すように、抵抗器Ｒ_START およびキャ
パシタＣ_START という２つのコンポーネントの追加だけ
が必要である。これらのコンポーネントは次のように動
作を変更することになる。

【０１０８】前述の場合のように、安定器ドライバＩＣ
が不足電圧ロックアウトモードから出る前に、キャパシ
タ２４は放電され、ＲＴピン上の電圧はゼロに保持され
る。このような場合、キャパシタＣ_START も放電され
る。安定器ドライバＩＣ上の電圧が不足電圧ロックアウ
トしきい値より上昇すると、Ｃ_PHは充電を開始し、ＲＴ
ピン上の電圧はオンになる。安定器ドライバＩＣは発振
を開始するが、この場合、周波数は抵抗器１６、Ｒ_T 、
Ｒ_START の並列結合によって決まる。キャパシタＣ
_START が最初に放電されたので、抵抗器Ｒ_START のこの
結合への追加は発振の初期始動時に行われる。しかし、
発振周波数に対するＲ_START の影響は、Ｃ_START がＲ
_START により充電するにつれて、時間とともに減少す
る。Ｃ_START 上の電圧がＲＴピン上の電圧レベルに接近
すると、Ｒ_START によって引き寄せられる電流はゼロに
接近し、発振周波数は抵抗器１６およびＲ_T の並列結合
のみによって決まる。（当然のことながら、これは、Ｃ
_START 充電時間が予熱モード時間よりかなり短いものと
想定する。）したがって、発振器の動作は前述の説明と
同じである。

【０１０９】３．ＤＣバス／ＡＣオン／オフ制御回路 蛍光ランプに電力供給する電子安定器では、ＤＣバス電
圧またはＡＣ線路電圧のプログラム可能レベルのオンお
よびオフ制御を設けることが便利であり、時には必要で
ある。制御電源電圧（ＶＣＣ）の所定のレベルで安定器
を活動化し非活動化するような安定器制御回路またはＩ
Ｃによって行われる安定器制御による標準的な不足電圧
制御に加え、ＤＣバスまたはＡＣ線路オン／オフ制御に
より、動作中にはいつでも最小ＤＣバス電圧レベルまで
安定器出力段に確実に供給される。

【０１１０】オン／オフ制御がＶＣＣの値に基づく標準
的な不足電圧ロックアウトのみによって決まる場合、安
定器ランプの共振出力段の動作範囲が限定されているた
めにＩＣが遮断するかなり前にランプを消すことができ
る。この結果、半ブリッジＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ
の破局的な故障が発生する可能性がある。さらに、安定
器出力段と入力側の有効力率制御（ＰＦＣ）段との相互
作用により、各段ごとの電源（ＶＣＣ）の構成および不
足電圧中のそれぞれの対応遮断シーケンスに応じて、ラ
ンプのちらつき、点灯異常（hiccuping ）、明るさの低
下、他の望ましくない影響をもたらす可能性がある。ま
た、安定器回路内に存在する保護論理回路のタイプに応
じて、ＡＣ線路および／またはＤＣバス上の高速遷移
（電圧低下条件）によって障害が発生し（すなわち、ラ
ンプが消え、過電流が検出される）、線間電圧が再循環
するかまたはランプ交換が行われるまで強制的に安定器
のラッチが外される。

【０１１１】本発明の安定器ドライバＩＣ内の回路は、
障害条件、望ましくない負荷効果、または半ブリッジＭ
ＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴの障害が発生する前に、安全
なＤＣバスレベルで安定器を完全に遮断できるようなプ
ログラム可能なオン／オフレベルを提供する。

【０１１２】図２の接続図を参照すると、半ブリッジ出
力（ＶＳ）が発振を始めると、キャパシタ８０とダイオ
ード８２および８４からなる充電ポンプ回路は、１５．
６Ｖという内部クランプ電圧にＶＣＣを保つのに必要な
電源電流を本発明のＩＣに供給する。作動中のこの構成
では、ＩＣはもはやＤＣバスによって電力供給されず、
安定器出力段によって電力供給される。それは、ＤＣバ
スのレベルの（所与の程度までの）変動とは無関係であ
る。ＤＣバスがゼロに向かって減少する場合、ＩＣは、
ランプが消えてからかなり後に発生するＶＣＣ＜９．５
Ｖになるまで、充電ポンプによる供給を受け続けること
になる。すなわち、本発明のＤＣバス／ＡＣ線路オン／
オフ制御回路がない場合、安定器コントローラのＤＣバ
ス動作範囲＞＞安定器出力段のＤＣバス動作範囲にな
る。ランプが消え、動作周波数が依然として固定され、
点灯前の安定器出力段の共振周波数未満のままである場
合、半ブリッジを構成するＭＯＳＦＥＴ（６および８）
またはＩＧＢＴは、いずれかのＭＯＳＦＥＴ（またはい
ずれかのＩＧＢＴ）の電源オン時に発生する大電流スパ
イクにより、破局的に故障する可能性がある。

【０１１３】本発明のオン／オフ制御回路は、図３のブ
ロック図の破線ブロック９０で示されているが、ウィン
ドウ比較器、すなわち、比較器９２および９４からな
り、ＤＣバスからの分割電圧を２通りの内部しきい電圧
５Ｖおよび３Ｖとそれぞれ比較する。５Ｖしきい値は立
上り用であり、３Ｖしきい値は立下り用である。２つの
電圧の差は、ＡＣリプル、遷移、および雑音に対処する
ためにオンおよびオフのＤＣバス／ＡＣ線路の電圧レベ
ル間のヒステリシスに変換される。さらに、ＤＣバスが
未調整である場合、それは、ランプ内の電力に応じて、
点灯前の整流線間電圧のピークから作動中のいくらか低
い値へと変化する。このヒステリシスは十分大きいの
で、装荷によってＤＣバスレベルが低下しても安定器は
遮断されず、その結果、点灯異常が持続する恐れがあ
る。

【０１１４】対応するオンおよびオフのＤＣバス／ＡＣ
線路しきい値は、ＤＣバスを感知する電圧分割器を構成
する抵抗器９６および９８を正確に選択することによっ
てプログラミングされる。ＶＣＣ側のＵＶＬＯ回路に加
え、安定器コントローラはＶＣＣ＞１１．４Ｖになり、
かつＶＤＣ＞５．１Ｖになるまで待つことになる。

【０１１５】この回路の動作は次の通りである。最初
に、電源オン時にＶＤＣが５Ｖを上回ると、ＲＳラッチ
１００のＲ（リセット）入力は「ハイ」になり、ラッチ
のＱ出力がローになり、それにより、半ブリッジドライ
バが使用可能になる（ＯＲゲート１０２への他のすべて
の入力もローである場合）。ＶＤＣが３Ｖ未満に低下し
た場合、ＲＳラッチ１００のＳ（設定）入力は「ハイ」
になり、ラッチのＱ出力が「ハイ」になり、したがっ
て、半ブリッジドライバが使用不能になる。

【０１１６】要約すると、本発明の上記のＤＣバス／Ａ
Ｃ線路オン／オフ制御回路は、次のような設計上の有利
な特徴を提供する。

【０１１７】１）安定器出力段の動作範囲に応じて、Ｄ
Ｃバスの所定の電圧レベルで安定器をオン／オフするた
めのプログラム可能手段 ２）ＤＣバス電圧レベルまたはＡＣ線路レベルの関数と
してオン／オフ制御をプログラミングすることができ
る。

【０１１８】３）安定器出力段の動作範囲が限られてい
るためにランプが消えたときに共振未満動作になり、そ
れにより半ブリッジＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴが破滅
的に破壊される潜在的な危険性を解消する。

【０１１９】４）調整済みおよび未調整のＤＣバス構成
および変動負荷条件（すなわち、予熱、点灯、無負荷）
を補償するためにヒステリシスを含む。

【０１２０】５）安定器出力段に供給する適切なレベル
のＤＣバス電圧をオン／オフすることにより、ちらつ
き、調光レベル、点灯異常などの望ましくないランプ効
果を解消する。

【０１２１】４．温度超過遮断回路 固定出力（一定光）安定器では、定常状態動作周波数と
バス電圧が比較的一定であり、集積回路を使用して安定
器内の周囲温度を感知することができる。したがって、
この温度感知技法を使用すると、潜在的に危険な温度超
過条件から安定器を保護することができる。

【０１２２】ＩＣの表面上の接合部温度は安定器内の周
囲温度に直接関連するので、ＩＣ内に温度感知回路を設
計することができ、この感知回路を使用すると安定器の
エンクロージャ内の過剰周囲温度から安定器を保護する
ことができる。安定器が遮断される正確な温度は、ＩＣ
製造プロセス内で異なる金属マスクを使用することによ
りＩＣメーカーが容易にプログラミングすることがで
き、その結果、安定器メーカーはその保護温度を所与の
安定器設計用の特定の構造および使用に慎重に結びつけ
ることができるようになる。

【０１２３】図１４は、本発明の安定器ドライバＩＣ内
で使用する温度測定回路の好ましい実施形態を示してい
る。温度測定回路は図３の温度超過ブロック１１０とし
て示されている。ツェナーダイオード１１２はこの回路
内の電圧基準を表している。電流源１１３は、トランジ
スタ１１４のエミッタで一定の電圧ＶＲＥＦを維持する
ために、このダイオードに一定のバイアス電流を供給す
る。トランジスタ１１４および１１６は、トランジスタ
１１６のエミッタへのＶＲＥＦ電圧を変換するために使
用するバッファ回路を表している。抵抗器１１８および
１２０はトランジスタ１２２のベース上の電圧を設定す
るために使用し、したがって、遮断温度未満の温度では
トランジスタ１２２がオフになる。ツェナーダイオード
の破壊電圧とその破壊電圧の温度係数との関係により、
（トランジスタ１１８のエミッタにおける）変換した基
準電圧の温度係数は、ほぼゼロであるかわずかに正にな
る。一例として、５．１５Ｖのツェナーの場合、温度係
数（ＴＣ）は１ｍＶ／℃未満になる。７．５Ｖのツェナ
ーの場合、ＴＣは約４ｍＶ／℃になる。その結果、抵抗
器１１８および１２０によって形成される分割器のた
め、トランジスタ１２２のベース上の電圧の温度係数
も、ほぼゼロであるかわずかに正になる。しかし、一定
電流（たとえば、図１４の１２４）では、トランジスタ
１２２のＶＢＥは約−２ｍＶ／℃という負のＴＣを有す
る。したがって、抵抗器１１８および１２０によって形
成される分割器の割合は、特定の温度の時にトランジス
タ１２２がオンになり、温度超過（ＯＴ）条件をＯＴノ
ードで通知するように選択することができる。

【０１２４】当業者であれば、多種多様な設計を使用し
て本発明の温度感知および遮断回路を実現できることが
分かるだろう。

【０１２５】５．共振近傍動作または共振未満動作を検
出するための回路 通常の動作条件下で、半ブリッジ電圧ＶＳに対するイン
ダクタ電流（インダクタ１３０（図２）を通る電流）の
位相は０度〜−９０度の間のどこかにある。しかし、位
相が０度に接近した場合、周波数は共振に近づく。共振
時または共振近傍の場合、非ゼロの電圧切替えが半ブリ
ッジで行われる可能性があり、その結果、２つの半ブリ
ッジスイッチのいずれかで電源オンしたときに大電流ス
パイクが発生する。

【０１２６】また、共振ランプ出力段が（作動中の）ロ
ーＱ回路の共振周波数より上であるが、（点灯前の）ハ
イＱ回路の共振周波数より下で動作することも可能であ
る。ランプが取り外された場合、伝達関数は、周波数が
変化せず、ハイＱ回路の共振周波数未満のままである間
にローＱ曲線からハイＱ曲線にジャンプする。この結
果、ほぼ即座に半ブリッジが破壊される。

【０１２７】共振未満動作を発生しうるもう１つの条件
は、ランプのフィラメントは無傷であるがランプ内のガ
スが漏れている（たとえば、ガラスの破損）場合であ
る。この条件では、負荷動作条件は、減衰（共振以上）
から不減衰（共振未満）に瞬間的に変化するだろう。

【０１２８】したがって、本発明の安定器ＩＣドライバ
は、共振周波数近傍またはそれ未満でのランプの動作を
検出し、このような条件下でランプの動作を遮断して、
半ブリッジドライバ回路のスイッチングデバイス（ＭＯ
ＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ）の破局的な故障を防止するた
めの回路を含む。

【０１２９】下部トランジスタスイッチと接地との間ま
たは下部ランプフィラメントと接地との間のいずれかに
配置された感知抵抗器（図２の典型的接続図に抵抗器１
３２として示す）の両端間の電圧と所定の基準電圧とを
比較して、出力比較信号を生成する。出力比較信号は、
下部ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ８の電源オフエッジ
（下部トランジスタスイッチと接地との間に配置された
感知抵抗器の場合）または上部ＭＯＳＦＥＴの電源オフ
エッジ（下部ランプフィラメントと接地との間の感知抵
抗器の場合）にゲートされ、ランプの共振回路の共振近
傍動作または共振未満動作の場合に半ブリッジ回路を遮
断するための信号を生成する。

【０１３０】図３のブロック図を参照すると、本発明の
共振近傍または共振未満検出回路は、参照番号１３４が
示す破線内のコンポーネントを含む。本発明の共振近傍
または共振未満検出回路は、インダクタ電流を感知し、
それを所定の低電圧しきい値と比較するが、そのしきい
値はランプの適正動作に干渉しないように薄暗いランプ
では十分高いが、不必要に共振周波数より上で障害条件
を通知するほど高くはない。

【０１３１】より具体的には、本発明の回路内では、イ
ンダクタ電流は図２の典型的接続回路に示すように感知
され、抵抗器１３２はドライバ回路の下部半ブリッジＭ
ＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ８のソースと接地との間に配
置されている。感知した電圧は本発明の安定器ドライバ
ＩＣのＣＳ入力に印加される。

【０１３２】次に図３のブロック図、より具体的には破
線内の回路１３４を参照すると、抵抗器１３２の両端間
の電圧を表すＣＳ入力は比較器１３６によって基準電圧
（たとえば、図３に示すように０．２Ｖ）と比較され、
比較器１３６の出力はロー側ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢ
Ｔ８用のゲート信号の電源オフエッジにゲートされる。
図３に示す本発明の好ましい実施形態では、このゲート
はＤタイプのフリップフロップ１４０を使用して行われ
る。

【０１３３】感知抵抗器１３２の両端間の電圧がロー側
ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ８の電源オフ時に低電圧し
きい値（０．２Ｖ）未満に低下する場合、半ブリッジ電
圧に対するインダクタ１３０の電流の位相角がゼロに近
づくことを示し、したがって、動作周波数は出力段の共
振周波数近傍またはそれ未満になり、Ｄタイプのフリッ
プフロップ１４０のＱ出力はローになり、ＲＳラッチ３
６の出力をハイに駆動し、半ブリッジ回路のラッチが外
される。

【０１３４】共振近傍または共振未満動作検出は、サイ
クルごとに本発明の回路によって行われるので、遮断は
ほぼ即座に行われる。これは、伝達関数が共振以上から
共振未満に急激に変化し、障害発生の次のサイクル内に
半ブリッジを遮断しなければならないときに、負荷を取
り外すために重要なことである。

【０１３５】６．非ゼロ電圧切替え保護回路 ハイ側およびロー側半ブリッジドライバ回路によって共
振負荷を駆動する場合、ゼロ電圧切替えを達成すること
が必要である。これにより、円滑なＡＣ電流および電圧
が保証され、連続的で途切れないインダクタ電流が得ら
れる。共振出力段によって蛍光ランプを駆動する間に非
ゼロ電圧切替えが行われる場合、半ブリッジスイッチ内
で大電流スパイクが発生し、それがスイッチの最大電流
定格を上回る可能性があるか、スイッチ内の結果的な電
力損失によってスイッチの熱破壊を引き起こす可能性が
ある。

【０１３６】一方または両方のランプフィラメントの切
断により非ゼロの電圧切替えが発生する可能性があり、
その結果、ランプが開放になるかまたは通常作動になる
が、ＤＣバス電圧が低下する。いずれの場合も、半ブリ
ッジ出力電圧Ｖ_S は、下部スイッチがオンになる前にゼ
ロボルトに整流するか、または上部スイッチがオンにな
る前にＤＣバス電圧に整流しなければならない。ランプ
がまったく存在しない場合、スイッチおよび（存在する
場合に）スナバキャパシタ８０によりキャパシタンスを
Ｖ_S から接地に整流するためのインダクタ電流は一切流
れない。本発明の回路は、結果的な電流スパイクを感知
し、それが所定の値を超えた場合に両方の半ブリッジス
イッチをオフにする。

【０１３７】本発明の保護回路は、下部半ブリッジスイ
ッチと接地との間に配置された感知抵抗器１３２を介し
て非ゼロ電圧切替え条件を示す電流スパイクを感知す
る。感知抵抗器１３２は、その両端間で、下部スイッチ
を流れる電流に対応する電圧を発生する。この電圧は、
図２に示すように本発明の安定器ドライバＩＣのＣＳ入
力に印加される。

【０１３８】次に図３のブロック図を参照すると、ＣＳ
入力ピンにおける電圧は本発明の非ゼロ電圧切替え回路
に印加され、それは参照番号１５０が示す破線内の回路
を含む。より具体的には、感知抵抗器の両端間の電圧
（すなわち、ＣＳ入力ピンにおける電圧）は、比較器１
５２によって固定しきい電圧（本発明の好ましい実施形
態では１．０Ｖ）と比較される。非ゼロ電圧切替え条件
の場合に感知抵抗器の両端間の電圧が１．０Ｖを上回る
場合、比較器１５２の出力が「ハイ」になることによっ
てＲＳラッチ３６が設定され、したがって、ＲＳラッチ
３６およびトグルフリップフロップ２０のリセット入力
によりゲートドライブ信号が遮断される。次に、上部お
よび下部ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ６および８はトラ
イステートモードにラッチされる（どちらもオフにな
る）。回路は、回路の電源電圧ＶＣＣの再循環により不
足電圧検出回路４０がローからハイにそしてもう一度ロ
ーに循環するか、またはランプの取外しおよび再挿入に
よりＯＲゲート１６０へのリセット入力がローからハイ
にそしてローに循環するまで、この使用不能モードのま
まになる。

【０１３９】特定の実施形態に関連して本発明を説明し
てきたが、当業者には他の多くの変形形態および変更形
態ならびに他の使用法が明らかになるだろう。したがっ
て、本発明が本明細書の特定の開示内容によって限定さ
れず、請求の範囲のみに限定されることは好ましいこと
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の集積回路の動作を示す状態図である。

【図２】本発明の集積回路用の典型的な接続図である。

【図３】本発明の集積回路の回路のブロック図である。

【図４】ＣＴ波形とＩＣの出力電圧、すなわち、ＬＯお
よびＨＯ−ＶＳとの基本的な関係を示すタイミング図で
ある。

【図５】本発明の集積回路の動作に含まれる伝達関数を
示す図である。

【図６】予熱および点灯モード中の本発明のＩＣの動作
の周波数のプロットを示す図である。

【図７】予熱前に周波数を最初に上昇させる付加的外部
レジスタおよびキャパシタを有する場合（波形Ａ）と有
しない場合（波形Ｂ）の双方の、始動時のランプ両端間
の電圧を示す図である。

【図８】従来技術ＩＲ２１５５安定器ドライバＩＣの発
振器部分を示す図である。

【図９】初期電源オンシーケンス中の従来技術ＩＲ２１
５５ＩＣの入力波形および出力波形を示し、初期出力パ
ルスが後続のパルスよりも長いことを示す図である。

【図１０】制御回路を含むことにより始動時に同じ幅の
駆動パルスを確保する本発明のＩＣの入力波形および出
力波形を示し、一度ＩＣが始動すると、すべてのＬＯお
よびＨＯ出力パルスが同じ幅であることを示すタイミン
グ図である。

【図１１】本発明の「フラッシュなし始動」シーケンス
における動作周波数対時間のプロットを示す図である。

【図１２】本発明の「フラッシュなし始動」シーケンス
の伝達関数を示す図である。

【図１３】本発明の安定器ドライバＩＣの発振器セクシ
ョンのブロック図である。

【図１４】本発明の安定器ドライバＩＣ内で使用する温
度測定回路の好ましい実施形態を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ６０／０７１，４８２ (32)優先日 平成10年１月13日(1998．1．13) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ０９／０９５，０６２ (32)優先日 平成10年６月10日(1998．6．10) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ６０／０７９，２５０ (32)優先日 平成10年３月25日(1998．3．25) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ６０／０７９，２５１ (32)優先日 平成10年３月25日(1998．3．25) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ６０／０７９，４９２ (32)優先日 平成10年３月26日(1998．3．26) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ６０／０７９，４９３ (32)優先日 平成10年３月26日(1998．3．26) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） 前置審査 (72)発明者 タルボット エム．ホウク アメリカ合衆国 90232 カリフォルニ ア州 カルバー シティー ヴィントン アヴェニュ 4249 (72)発明者 ダナ エス．ウィルヘルム アメリカ合衆国 92651 カリフォルニ ア州 テンプル シティー ペントラン ド ストリート 9413 (56)参考文献 特開 平９−7785（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−190890（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−333683（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 41/24

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蛍光ランプに電力供給するための共振電
   流を供給するために半ブリッジ配置に接続された第１お
   よび第２のＭＯＳゲートパワートランジスタを駆動する
   ための集積回路において、前記集積回路への様々な入力
   の状態に基づいて少なくとも以下の複数の動作モード間
   を自動的に切り替える回路を備え、前記複数の動作モー
   ドが、 １）集積回路供給電圧が容認できる動作レベルより低い
   場合に、少なくとも前記第１および第２のＭＯＳゲート
   パワートランジスタの動作を阻止することにより、前記
   第１および第２のＭＯＳゲートパワートランジスタの損
   害を防止する不足電圧ロックアウトモード、 ２）予熱モード、 ３）前記集積回路の動作周波数が高い値から、前記ラン
   プを点灯させる低い値に変化する点灯傾斜モード、 ４）作動モード、および ５）少なくとも前記第１および第２のＭＯＳゲートパワ
   ートランジスタを非動作状態にする障害モードを含み、
   前記集積回路は、通常の動作条件の下、電源がオンにな
   った後、前記不足電圧ロックアウトモードから前記予熱
   モードに、その後前記点灯傾斜モードに、その後前記作
   動モードに順次切り替え、前記集積回路は、不十分な集
   積回路供給電圧、不十分なＤＣバス電圧、およびランプ
   の不存在からなるグループから選ばれる障害条件が存在
   する場合に、前記予熱モード、前記点灯傾斜モード、ま
   たは前記作動モードから前記不足電圧ロックアウトモー
   ドに切り替え、前記集積回路は、前記集積回路の温度が
   温度超過条件を超えた場合に、前記予熱モードから前記
   障害モードに切り替え、前記集積回路の温度が温度超過
   条件を超えたか、前記ランプがストライクに失敗した
   か、または前記第１および第２ＭＯＳゲートパワートラ
   ンジスタのハード切替えが起きた場合に、前記点灯傾斜
   モードから前記障害モードに切り替え、前記集積回路の
   温度が温度超過条件を超えたか、前記ランプがストライ
   クに失敗したか、または前記第１および第２ＭＯＳゲー
   トパワートランジスタのハード切替えが起きた場合、ラ
   ンプ共振回路の共振周波数が予め定められた最小値より
   も小さいか、または無負荷条件が存在する場合に、前記
   作動モードから前記障害モードに切り替えることを特徴
   とする集積回路。
2. 【請求項２】 フラッシュなし始動を保証するために予
   熱モード中に前記ランプの両端間の電圧がストライク電
   圧を上回らないようにする回路をさらに備えたことを特
   徴とする請求項１に記載の集積回路。
3. 【請求項３】 フラッシュなし始動を保証するために予
   熱モード中に前記ランプの両端間の電圧がストライク電
   圧を上回らないようにする前記回路が、予熱モードの初
   期部分中に前記ランプに供給される共振電流の周波数を
   一時的に上昇させる回路を含むことを特徴とする請求項
   ２に記載の集積回路。
4. 【請求項４】 フラッシュなし始動を保証するために予
   熱モード中に前記ランプの両端間の電圧がストライク電
   圧を上回らないようにする前記回路が、始動から半ブリ
   ッジパワートランジスタへの等長ゲートパルスを確保す
   るためにタイミングキャパシタが部分的に充電されるま
   で予熱モードの開始時に前記ランプへの共振電流の供給
   を初めに遅延させる回路を含むことを特徴とする請求項
   ２に記載の集積回路。
5. 【請求項５】 非ゼロ電圧切替えの発生を検出し、この
   ような切替えの発生時に前記蛍光ランプへの共振電流の
   供給を遮断する回路をさらに備えたことを特徴とする請
   求項１に記載の集積回路。
6. 【請求項６】 前記蛍光ランプの共振近傍動作または共
   振未満動作の発生を検出し、このような動作の発生時に
   前記蛍光ランプへの共振電流の供給を遮断する回路をさ
   らに備えたことを特徴とする請求項１に記載の集積回
   路。
7. 【請求項７】 前記集積回路の温度超過条件の発生を検
   出し、このような条件の発生時に前記蛍光ランプへの共
   振電流の供給を遮断する回路をさらに備えたことを特徴
   とする請求項１に記載の集積回路。
8. 【請求項８】 ＤＣバスまたはＡＣ線間電圧の障害を検
   出し、このような障害の発生時に前記蛍光ランプへの共
   振電流の供給を遮断する回路をさらに備えたことを特徴
   とする請求項１に記載の集積回路。