JP3898605B2 - 安定器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はランプ(lamp)の照度を制御する安定器(ballast)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図1は一般的なランプシステムの概念図である。
図1のように、一般的なランプシステムは電源部100、スイッチング部200、そしてランプ部300を含む。
電源部100の入力電源Vinが入力されると、スイッチング部200のスイッチS1とスイッチS2のオン、オフによってランプ部300にランプ駆動電流を供給する。
【0003】
スイッチS1がオンされてスイッチS2がオフされると、ランプ駆動電流はスイッチS1、インダクタL、ランプLAMP、そしてキャパシターCL3を通じて流れるようになる。また、スイッチS1がオフされてスイッチS2がオンされると、ランプ駆動電流はキャパシターCL2、ランプLAMP、インダクタL、そしてスイッチS2を通して流れる。
【0004】
この時、スイッチS1がオンされてスイッチS2がオフされると、インダクタL、キャパシターCL1、そしてキャパシターCL3は共振(resonance)回路になり、スイッチS1がオフされてスイッチS2がオンされると、キャパシターCL2、キャパシターCL3、そしてインダクタLは共振回路になってランプLAMPから光が発散される。
【0005】
このようなランプシステムの作動において、ランプ部300に供給されるランプ駆動電流はスイッチング部200のスイッチング周波数で制御される。すなわち、スイッチング部200のスイッチング周波数が低くなるとランプ部300に供給されるランプ駆動電流は大きくなり、周波数が高くなるとランプ部300に供給されるランプ駆動電流は小さくなる。
【0006】
したがって、ランプ部300に過電流が流れるとスイッチング部200のスイッチング周波数を上げてランプ部300に流れる電流の大きさを小さくし、ランプ部300に不足電流が流れるとスイッチング部200のスイッチング周波数を下げてランプ部300に流れる電流の大きさを大きくする。
【0007】
全ランプシステムにおいては、このようなスイッチング部200の周波数を安定器(図示せず)が制御する。安定器はランプ部300に流れる電流によって形成されたフィードバック電圧と基準電圧とを比較し、フィードバック電圧が基準電圧より大きければスイッチング部200のスイッチング周波数を上げ、フィードバック電圧が基準電圧より小さければスイッチング部200のスイッチング周波数を下げる。
【0008】
したがって、ランプシステムのソフトスタート区間や正常作動区間、そして調光制御区間に該当する基準電圧を安定器が形成し、この基準電圧とフィードバック電圧とを比較しながらランプ部に流れる電流の大きさを制御する。
したがって、安定したランプシステムの作動のためには基準電圧が安定的でなければならないが、従来の安定器がIC(integrated circuit)で具現される時、この安定器は抵抗製造工程におけるバラツキ(resistance process dispersion)と温度に影響を受けるため、安定した基準電圧を提供することが難しいという問題点があった。
【0009】
また、従来の安定器はランプの調光制御をする時、基準電圧を急激に変化させてランプ部300に流れるランプ駆動電流の大きさを急に変化させることにより、ランプシステムの全体に無理を伴うという問題点があった。
そして、遠隔で安定器を制御する技術の応用が増加している現在で、既存のICで具現された安定器はオン/オフ制御のための端子がないため、遠隔制御時に調光制御とオン/オフ制御のための端子を別途に必要になるという問題点があった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明はこのような問題点を解決するためのものであり、抵抗製造工程におけるバラツキや温度に関係がなく安定した基準電圧を提供し、調光制御時に急激な基準電圧の変化を防止し、調光制御とオン/オフ制御を一個の端子で行うことができる安定器を備えたランプシステムを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために本発明のランプシステムに具備される安定器は、電流ミラー(current mirror)の両出力端に同一な抵抗製造工程におけるバラツキと温度関数で製造された第1抵抗と第2抵抗とを連結すると、電流ミラーの二個の出力端に出力される電流によって第1抵抗、第2抵抗の各々に印加される第1電圧と第2電圧とが同一になる。この時、第2電圧が基準電圧となると、第1電圧の制御によって抵抗製造工程におけるバラツキと温度とは関係なく基準電圧が生成される。
【0012】
また、本発明は調光時に基準電圧の急激な変化を防ぐために、調光(dimming)区間でキャパシターの時間遅延を用いて、外部から第1抵抗に電流を徐々に注入して電流ミラーから第1抵抗と第2抵抗に入力される電流の量を減らすことにより、第2抵抗に印加される基準電圧を徐々に減らす。
そして、本発明は調光用電圧を調光制御とランプのオン/オフ制御とに同時に用いることにより、調光用電圧が入力される端子を用いて調光制御とランプのオン/オフ制御を同時に行うことができる安定器を備えたランプシステムである。
【0013】
本発明の一つの特徴による電流増幅器は、内部電流供給部、差動増幅器、第1内部電流ミラー、第2内部電流ミラー、そして第3内部電流ミラーを含む。
内部電流供給部は電流増幅器の駆動電流を供給する。
差動増幅器は内部電流供給部の電流で駆動し、第1内部トランジスタ、第2内部トランジスタのそれぞれのエミッタ端が各々第1抵抗と第2抵抗の他端に連結され、それぞれのコレクター端は第3内部トランジスタと第4内部トランジスタのそれぞれのコレクター端に連結され、第5内部トランジスタと第6内部トランジスタとからなる選択回路が第2内部トランジスタのベース端に連結され、第7内部トランジスタのエミッタ端が第1内部トランジスタのベース端に連結される。
【0014】
第1内部電流ミラーは、第3抵抗と第4抵抗のそれぞれの一側端が駆動電源に連結され、各々の他端は第8内部トランジスタと第9内部トランジスタのそれぞれのエミッタ端に連結されて電流ミラーを形成する。
第2内部電流ミラーは、第10内部トランジスタと第3内部トランジスタとが電流ミラーを形成し、第10内部トランジスタのコレクター端が前記第8内部トランジスタのコレクター端と連結され、第3内部トランジスタのエミッタ端が前記第1内部トランジスタのコレクター端と連結される。
【0015】
第3内部電流ミラーは、第4内部トランジスタと第内部11トランジスタとが電流ミラーを形成し、第11内部トランジスタのコレクター端が第9内部トランジスタのコレクター端と連結され、第4内部トランジスタのコレクター端が第2内部トランジスタのコレクター端と連結される。
【0016】
本発明の他の特徴による基準電圧生成部は、比較電圧生成部、第1電流増幅部、第1電流供給部、キャパシター充電部、第2電流増幅部、第2電流供給部、そしてオン/オフ制御部を含む。
比較電圧生成部はソフト電流源とキャパシターの一側端が連結され、ソフト電流源がキャパシターに電荷を供給してキャパシター電圧が形成される。
【0017】
第1電流増幅部は、二個の非反転入力端子と一個の反転入力端子を有する第1電流増幅器と第1増幅基準電圧とを含んで、二個の非反転入力端子のうち、一側端にはキャパシター電圧が入力され、残りの非反転入力端子には第1増幅基準電圧が入力される。
【0018】
第1電流供給部は、第1出力端は第1トランジスタのコレクターと連結され、第2出力端は第2抵抗の一側端と連結される第1電流ミラー、ベース端が第1電流増幅器の出力端に連結され、エミッタ端は第1抵抗の一側端に連結される第1トランジスタ、他端は接地され、一側端は第1トランジスタのエミッタ端を第1電流増幅器の反転端子が連結される第1抵抗を含む。
【0019】
キャパシター充電部はキャパシター電圧と第1比較基準電圧とを比較し、キャパシター電圧が第1比較基準電圧より小さい時に調光用キャパシターに電荷を充電する。
【0020】
第2電流増幅部は一個の非反転端子に調光用電圧が入力され、他の非反転端子に第2増幅基準電圧が入力され、出力端は調光用キャパシターと連結された第2電流増幅器を含んだ二個の入力電圧のうちで大きさの小さい方を選択して、調光用キャパシターの充電容量と調光用キャパシターの時間遅延後の放電容量とを決定する。
【0021】
第2電流供給部は、調光用電圧と第2増幅基準電圧とのうち、第2電流増幅器が選択した電圧と調光用キャパシターの時間遅延に比例する分だけ電流を供給する。
オン/オフ制御部は、反転入力端子には調光用電圧が入力されて第2比較基準電圧と比較し、調光用電圧が第2比較基準電圧より小さければランプのパワーをオフするオン/オフ制御部を含む。
【0022】
本発明の他の特徴による安定器は、基準電圧生成部、フィードバック回路部、オシレータ、そしてハーフブリッジコンバーター駆動部を含む。
基準電圧生成部は、ランプのオン/オフ制御とランプの調光制御とを一つの端子で行うだけでなく、調光用キャパシターの時間遅延によって急激な基準電圧の変化を抑制し、抵抗製造工程におけるバラツキや温度に関係なしで一定の基準電圧を生成する。
【0023】
フィードバック回路部は、ランプに流れるランプ駆動電流によって形成されるフィードバック電圧と基準電圧生成部が出力した基準電圧とを比較する。
オシレータは、フィードバック回路部が出力した電圧によって適正動作周波数の発進信号を形成する。
ハーフブリッジコンバーター駆動部は、オシレータが生成した発進信号の適正動作周波数によってハーフブリッジコンバーターを駆動する。
【0024】
本発明の残りの特徴によるランプシステムは、電源部、ハーフブリッジコンバーター部、ランプ部、基準電圧生成部、フェードバック回路部、オシレータ、そしてハーフブリッジコンバーター駆動部を含む。
電源部はランプ駆動電源を供給し、ハーフブリッジコンバーターは、ランプ駆動電源をスイッチによってランプ側に入力し、ランプ部はハーフブリッジコンバーターを通じて入力されたランプ駆動電源で光を発散する。
基準電圧生成部はランプ部の照度を制御する時、調光用キャパシターの時間遅延によって急激な基準電圧の変化を抑制する。
【0025】
フィードバック回路部はランプ部に流れる電流でフィードバック電圧を形成し、ジードバック電圧と基準電圧とを比較する。
オシレータはフィードバック回路部から出力された電圧の入力を受けて、動作周波数を有した発進信号を発生させる。
ハーフブリッジコンバーター駆動部は、動作周波数を有した発進信号の入力を受けて動作周波数に比例して方向の変わる電流を生成し、これをハーフブリッジコンバーターに出力する。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図2は、本発明のランプシステムの回路を示す図である。
図2に示したように本発明のランプシステムは、電源部100、ハーフブリッジコンバーター200’、ランプ部300、そして安定器400を含む。
電源部100はランプ駆動電源を供給する入力電源Vinを含んで、ハーフブリッジコンバーター200’を通してランプ駆動電源をランプ部300に供給する。
【0027】
ハーフブリッジコンバーター200’はランプ部300に電流を供給する通路の役割をするものであり、1次側が一個で2次側が二個である変圧機T1と変圧機T1の2次側に各々連結されている二個のスイッチQ3、Q4とを含む。
【0028】
1次側は安定器と連結されており、安定器から入力される信号の周波数にカップリングされて1次側に流れる電流の方向が変わる。この時、二個の2次側巻線方向は互いに反対に巻かれていて、1次側の電流の方向変化によって2次側に誘起されるスイッチの駆動電流の方向もまた変わり、二個の2次側に連結されたスイッチQ3、Q4は同時にオンされず、スイッチQ3とスイッチQ4とのスイッチング周波数は、安定器から変圧機T1の1次側に入力される信号の周波数に比例する。
【0029】
ランプ部300は、ハーフブリッジコンバーター200’の作動によってランプ駆動電流の入力を受けて光を発散する部分であり、インダクタL、キャパシターCL1、CL2、CL3、そしてランプLAMPを含む。
【0030】
インダクタLとキャパシターCL1、CL2、CL3は、ハーフブリッジコンバーター200’のスイッチ作動によって共振回路が行われるように構成される。つまり、ハーフブリッジコンバーター200’のスイッチQ3がオンされスイッチQ4がオフされると、ランプ部300に入力される電流の経路はインダクタL、ランプLAMP、キャパシターCL1、そしてキャパシターCL3となり、インダクタL、キャパシターCL1、そしてキャパシターCL3は共振状態になるように構成される。
【0031】
また、ハーフブリッジコンバーター200’のスイッチQ3がオフされスイッチQ4がオンされると、ランプ部300に入力される電流の経路はキャパシターCL2、ランプLAMP、キャパシターCL1、そしてインダクタLとなり、キャパシターCL2、キャパシターCL1、そしてインダクタLは共振状態になるように構成される。
【0032】
この時、ランプ部300に入力されるランプ駆動電流の大きさはハーフブリッジコンバーター200’のスイッチング周波数によって決定されるが、スイッチング周波数が低ければランプ部300に入力されるランプ駆動電流の大きさは大きくなり、スイッチング周波数が高ければランプ部300に入力されるランプ駆動電流の大きさは小さくなる。
【0033】
安定器400はハーフブリッジコンバーター200’と連結されており、ランプ部300に流れる電流の大きさを感知してフィードバック電圧Vfbを生成し、ランプシステムのソフトスターティング(soft starting)区間、正常作動(normal operating)区間、ソフト調光(soft dimming)区間、そして正常調光(normal dimming)区間で抵抗製造工程におけるバラツキや温度に影響を受けない基準電圧を生成した後、フィードバック電圧Vfbと比較してハーフブリッジコンバーター200’のスイッチング周波数を制御し、基準電圧生成部410、フィードバック回路部420、オシレータ430、そしてハーフブリッジコンバーター駆動部440を含む。
【0034】
基準電圧生成部410は、ランプシステムがソフトスターティング区間や正常作動区間、ソフト調光区間、正常調光区間で作動する時、ランプ部300に流れる電流に生成されるフィードバック電圧Vfbと比較するための基準電圧を生成しランプシステムのオン/オフを制御するためのものであり、比較電圧生成部411、第1電流増幅部412、第1電流供給部413、キャパシター充電部414、第2電流増幅部415、第2電流供給部416、そしてオン/オフ制御部417を含む。
【0035】
比較電圧生成部411はソフト電流源IcsとキャパシターCsとを含み、ソフト電流源IcsとキャパシターCsの一側端が連結される。ソフト電流源Icsは、キャパシターCsに電荷を供給してキャパシターCsに印加される電圧が第1電流増幅器412−1とキャパシター充電部414とに入力される。
【0036】
第1電流増幅部412は二個の非反転入力端子と一個の反転入力端子を有する第1電流増幅器412−1を含み、二個の非反転入力端子のうちの一側端には比較電圧生成部411のキャパシターCsで形成された電圧が入力され、残り非反転入力端子には第1増幅基準電圧Vr1が入力されるが、この時、第1電流増幅器412−1はキャパシターCsに印加された電圧と第1増幅基準電圧Vr1とのうち小さい方をを選択して増幅することを特徴とする。
【0037】
図3は、本発明のために具備された第1電流増幅器の回路図である。
また、図3は第1電流増幅器412−1を説明するための回路図である。
図3のように第1電流増幅器412−1は、第1電流源I1、第2電流源I2、そして第3電流源I3を含む内部電流供給部412a;第1内部トランジスタQ8、第2内部トランジスタQ9、第7内部トランジスタQ10、第5内部トランジスタQ11、第6内部トランジスタQ12、第3内部トランジスタQ14、第4内部トランジスタQ15、抵抗R3、そして抵抗R4を含む差動増幅器(differential amplifier)412b;第8内部トランジスタQ17、第9内部トランジスタQ18、第3抵抗R5、そして第4抵抗R6を含む第1内部電流ミラー412c;第10内部トランジスタQ13と第3内部トランジスタQ14を含む第2内部電流ミラー412d;そして第4内部トランジスタQ15と第11内部トランジスタQ16を含む第3内部電流ミラー412e;を含む。
【0038】
内部電流供給部412aは、差動増幅器412bに駆動電流を供給する。
差動増幅器412bは第5内部トランジスタQ11と第6内部トランジスタQ12のエミッタ端が共通端子である選択回路412b−1を含み、この選択回路412b−1の共通端子は第2内部トランジスタQ9のベース端に連結され、第5内部トランジスタQ11と第6内部トランジスタQ12の各々のベース端は第1電流増幅器412−1の二個の非反転入力端子となる。また、差動増幅器412bは第1内部トランジスタQ8のベース端にエミッタ端が連結され、ベース端は第1抵抗Rb1の一側端と連結される第7内部トランジスタQ10を含む。
【0039】
この時、前記選択回路412b−1は第5内部トランジスタQ11と第6内部第6内部トランジスタQ12とがpnp型トランジスタであるため、各々のベース端に入力される電圧Vrefと電圧Vcsのうちの小さい電圧が入力されたトランジスタのみが導通して第2内部トランジスタQ9のベース端と連結される。第1内部電流ミラー412cは第8内部トランジスタQ17と第9内部トランジスタQ18とを通して同一な電流を出力する。
【0040】
第2内部電流ミラー412dは、第1内部電流ミラー412cの第8内部トランジスタQ17に流れる電流と同じ大きさの電流を第10内部トランジスタQ13と第3内部トランジスタQ14とを通して出力する。
第3内部電流ミラー412eは、第1内部電流ミラー412cの第9内部トランジスタQ18に流れる電流と同じ大きさの電流を第4内部トランジスタQ15と第11内部トランジスタQ16とを通して出力する。
【0041】
次に、図3の作動を説明する。
第1電流増幅器412−1の非反転入力端子に電源Vsよりその大きさが小さい電圧Vrefと電圧Vcsとが入力されると、選択回路412b−1を構成する第5内部トランジスタQ11と第6内部トランジスタQ12は電圧Vrefと電圧Vcsとのうちその大きさが小さい方が印加されるトランジスタが導通する。
【0042】
これは第5内部トランジスタQ11と第6内部トランジスタQ12とが共通エミッタ端に連結されており、コレクター端もまた共通で接地され連結されるため、Vref−Vcsが比較的小さい電圧差であっても第3電流源I3の電流の大部分が一側のトランジスタに流れるようになる。
【0043】
したがって、第5内部トランジスタQ11と第6内部トランジスタQ12とのうちの一個のトランジスタが導通し、他の一個が遮断されると、差動増幅器412bは対称的回路構成をなす。
また、第1内部電流ミラー412cは第8内部トランジスタQ17と第9内部トランジスタQ18とを通して大きさが同一の電流を出力し、この電流は第2内部電流ミラー412dの第10内部トランジスタQ13と第3内部電流ミラー412eの第11内部トランジスタQ16とを通して流れる。
【0044】
そして、第2内部電流ミラー412dの第3内部トランジスタQ14と第3内部電流ミラー412eの第11内部トランジスタQ16とには前記第1内部電流ミラー412cが出力した電流と同じ大きさの電流が流れるので、第10内部トランジスタQ13、第3内部トランジスタQ14、第4内部トランジスタQ15、そして第11内部トランジスタQ16に流れる電流の大きさは全て同一である。
【0045】
したがって、差動増幅器412bを構成する抵抗R3と抵抗R4が同一なもので構成され、第1内部トランジスタQ8と第2内部トランジスタQ9もまた同一なもので構成されると、第1内部トランジスタQ8と第2内部トランジスタQ9とを流れる電流の大きさが同一になり、第1内部トランジスタQ8と第2内部トランジスタQ9のベース端に入力される電圧の大きさもまた同一でなければならないため、第1抵抗Rb1に印加される電圧は、電圧Vrefと電圧Vcsとのうちの小さい方と大きさが同一になる。
【0046】
このような第1電流増幅器412−1の作動によって二個の非反転入力端子に印加される電圧のうち、その大きさが小さい方の電圧が選択され、その選択された電圧は反転入力端子の電圧の大きさと同一になる。
第1電流供給部413は、第1電流ミラーCM1、第1トランジスタQ1、第1抵抗Rb1、そして第2抵抗Rb2を含む。
【0047】
第1電流ミラーCM1は第1電流Ir1と第2電流Ir2を出力し、第1電流Ir1は第1トランジスタQ1のコレクター電流を形成する。
第1トランジスタQ1はベース端が第1電流増幅器Amp1の出力端に連結され、エミッタ端は第1抵抗Rb1の一側端と第1電流増幅器412−1の反転端子と共通で連結される。
第2抵抗Rb2はその一側端が第1電流ミラーCM1の他の一側出力端に連結され、他端は接地される。
【0048】
この時、第1抵抗Rb1に印加される第1電圧は第1電流増幅器412−1の反転端子に印加される電圧と同一であり、反転端子に印加される電圧は、第1電流増幅器412−1の非反転端子に印加される電圧のうちその大きさが小さい電圧と同一である。そして、第2抵抗Rb2に印加される第2電圧は第2電流Ir2によって印加される。
したがって、第1抵抗Rb1に流れる電流の大きさは、(Vr1とVcsのうち、大きさが小さい方)÷Rb1となり、これは第1電流Ir1と外部から注入される電流の大きさの合計と同一である。
【0049】
したがって、第1電流増幅器412−1の非反転端子に入力される電圧のうちから選択された電圧の大きさと外部から注入される電流の大きさとによって第1電流Ir1の大きさが決定され、第1電流Ir1の大きさが決定されると、第2電流Ir2もまた第1電流Ir1の大きさと同一な電流が第1電流ミラーCM1を通して出力されて第2抵抗Rb2に第2電圧が印加され、この第2電圧が基準電圧として用いられる。したがって、基準電圧は第1電流増幅器412−1の非反転端子に入力される電圧のうちから選択された電圧の大きさと外部から注入される電流の大きさとによって決定される。
【0050】
キャパシター充電部414は、第1比較器COM1、急速充電器414−1、調光用キャパシターCdmを含む。
第1比較器COM1は反転入力端子にキャパシターCsに印加された電圧Vcsの入力を受け、非反転端子には第1比較基準電圧V4が入力される。
急速充電器414−1は、第1比較器COM1の出力がハイ(high)である場合作動して調光用キャパシターCdmに電荷を急速に充電させ、この時充電される電荷の量は第2電流増幅部415の出力によって決定される。
【0051】
調光用キャパシターCdmは急速充電器414−1によって電荷が充電され、第2電流増幅部415の出力電圧が急激に変化しても調光用キャパシターCdmの時間遅延により放電が徐々に行われ、ソフト調光(soft dimming)が可能である。
【0052】
第2電流増幅部415は第2電流増幅器415−1を含むが、この第2電流増幅器415−1は第1電流増幅器412−1と同様に二個の非反転入力端子と一個の反転入力端子とを持っており、二個の非反転入力端子のうちの一個の非反転入力端子には調光用電圧Vdimが入力され、残り一個の非反転入力端子には第2増幅基準電圧Vr2が印加されて、その中から小さい方を選択する。
【0053】
第2電流供給部416は、第2電流ミラーCM2、第2トランジスタQ2、第3抵抗Rb3、そして加算器Adderを含む。
第2電流ミラーCM2は二個の出力端を通して大きさが同一な電流を出力する。
第2トランジスタQ2は、エミッタ端が第2電流ミラーCM2の一側出力端に連結され、ベース端が第2電流増幅器415−1の出力端に連結される。
【0054】
第3抵抗Rb3は、その一側端が第2トランジスタQ2のエミッタ端と第2電流増幅器415−1の反転入力端子の共通端子とに連結され、他端は接地される。
この時、第3抵抗Rb3に流れる電流の大きさは第2電流増幅器415−1の反転入力端子に印加される電圧によって決定され、第2トランジスタQ2のベースエミッタ間の電圧と第3抵抗Rb3に印加される電圧との合計が、調光用キャパシターCdmに印加される電圧である。
【0055】
加算器Adderは3個の端子を有しており、一側端は第2電流ミラーCM2と連結され、他の一側端は基準電流Irefが入力され、残りの一側端は第1電流供給部413の第1抵抗Rb1の一側端と連結されて第1抵抗Rb1に電流が注入される。この時、加算器AdderにKCL(Kirchhoff's current law:以下、KCLという)を適用して見れば次の数式1のようになる。
【0056】
【数1】
(Iref=Vr2÷Rb:基準電流)
【0057】
この時、抵抗Rbは第3抵抗Rb3の大きさと同一である。
調光用電圧Vdimが急に変化して第2電流増幅器415−1の第2増幅基準電圧Vr2より小さくなっても、第3抵抗Rb3に印加される電圧Vdmは調光用キャパシターCdmの時間遅延によって徐々に減少する。
【0058】
第3抵抗Rb3に印加される電圧Vdmが徐々に減るにしたがって、第2電流ミラーCM2から出力する電流の大きさは加算器Adderに入力される基準電流Irefより小さくなり、加算器Adderから第1電流供給部413に入力される電流が徐々に増加し、第2抵抗Rb2に印加される第2電圧は徐々に減少することによりソフト調光が行われる。
【0059】
オン/オフ制御部417は第2比較器COM2を含み、反転端子には調光用電圧Vdimが入力され、非反転端子には第2比較基準電圧V2が入力され、調光用電圧Vdimが第2比較基準電圧V2より小さければランプをオフさせる。
フィードバック回路部420は、感知抵抗Rsense、第3電流増幅器Amp、そしてフィードバックキャパシターCfを含む。
【0060】
感知抵抗Rsenseは、ランプ部300に流れるランプ駆動電流の大きさを感知してフィードバック電圧Vfbを形成する。
第3電流増幅器Ampの反転端子は感知抵抗Rsenseの一側端と連結され、非反転端子は基準電圧生成部410の第2抵抗Rb2の一側端と連結されて、感知抵抗Rsenseで検出されたフィードバック電圧Vfbと基準電圧生成部410で形成された基準電圧とを比較する。
【0061】
フィードバックキャパシターCfは第3電流増幅器Ampの出力端に一側端が連結され、他端は接地されており、フィードバック電圧Vfbと基準電圧生成部410で形成された基準電圧との大きさの差に応じてその印加される電圧の大きさが異なるようになる。この時、基準電圧生成部410から出力される基準電圧は第2抵抗Rb2に印加される第2電圧である。
【0062】
第3電流増幅器Ampは、反転入力端子に感知抵抗Rsenseで検出されたフィードバック電圧Vfbの入力を受け、非反転入力端子には基準電圧生成部410から出力された第2電圧の入力を受けて互いの大きさを比較し、その大きさの差分だけ増幅してフィードバックキャパシターCfに印加し、この時のフィードバックキャパシターCfに印加された電圧はオシレータ430に入力される。
【0063】
オシレータ430は、第3比較器COM3、第4比較器COM4、第1定電圧aV、第2定電圧bV、タイムキャパシターCt、充電用電流源Ict1、放電用電流源Ict2、ラッチ435、そしてスイッチSWを含む。
第3比較器COM3の第1反転入力端子▲1▼はフィードバック回路部420のフィードバックキャパシターCfの一側端に連結され、第2反転入力端子▲2▼は第1定電圧aVに連結され、非反転端子はタイムキャパシターCtと充電用電流源Ict1の共通端子に連結されて、二個の反転入力端子に印加される電圧のうちの小さい方を選択する。
【0064】
第3比較器COM3の反転端子はタイムキャパシターCtの一側、但し充電用電流源Ict1、そして第1比較器COM1の非反転端子との共通端子に連結され、非反転端子は第2定電圧bVに連結される。この時の第2定電圧bVは第1定電圧aVより小さい。
ラッチ435のリセット端Rは第2比較器COM2の出力端に連結され、セット端Sは第3比較器COM3の出力端に連結され、ラッチの出力端Qはハーフブリッジコンバーター駆動部440に連結され、ラッチの出力端*Q(符号「*」は反転を示す)はスイッチSWに連結される。
【0065】
充電用電流源Ict1の一側端はタイムキャパシターCtの一側端に連結される。
放電用電流源Ict2の一側端は充電用電流源Ict1とタイムキャパシターCtの共通端子に連結され、他端はスイッチSWに連結される。
このように連結されたオシレータ430の作動は次の通りである。
【0066】
ランプシステムがソフトスターティング区間、正常作動区間、ソフト調光区間、そして正常調光区間で作動する時、ランプ部300に過電流が流れたとすると、フィードバック回路部420の感知抵抗Rsenseに印加されるフィードバック電圧Vfbは基準電圧である第2電圧より大きいので、第3電流増幅器Ampの出力はロー(low)状態となる。
【0067】
したがって、フィードバックキャパシターCfに印加されたロー状態の電圧が第3比較器COM3の第1反転入力端子▲1▼に印加されると、第3比較器COM3は第2反転入力端子▲2▼に印加された定電圧aVと比較し、小さい方を選択する。
【0068】
仮に第1反転入力端子▲1▼に印加された電圧が第2反転入力端子▲2▼に印加された第1定電圧aVより小さければ、第2比較器COM2は第1反転入力端子▲1▼に印加された電圧を選択し、この選択された電圧をタイムキャパシターCtに充電された電圧Vctと比較する。この時、初期タイムキャパシターCtに充電された電圧が0Vであれば、第3比較器COM3の出力はローを出力する。
【0069】
また、第4比較器COM4の反転端子にもタイムキャパシターの電圧Vctが印加され、非反転端子には第2定電圧bVが印加されるので、第3比較器COM3の出力はハイとなる。
したがって、ラッチ435の出力端Qの値はハイとなり、出力端*Qの値はローになるので、スイッチSWは継続して遮断状態を維持する。
【0070】
スイッチSWが継続して遮断状態を維持するため、充電用電流源Ict1がタイムキャパシターCtに電荷を続けて注入すると、タイムキャパシターCtに印加される電圧Vctは継続して上昇して第3比較器COM3の第1反転入力端子▲1▼に印加された電圧より大きくなるので、第3比較器COM3の出力はハイとなる。
【0071】
また、第3比較器COM3の反転入力端子に印加されるタイムキャパシターCtの電圧Vctは第2定電圧bVより大きいので、第3比較器COM3の出力はローとなる。
【0072】
したがって、ラッチ435の出力端Qはローを出力し、ラッチ435の出力端*Qはハイを出力するので、スイッチSWは導通してタイムキャパシターCtに充電された電荷が放電用電流源Ict2を通して急激に放電し、タイムキャパシターCtの電圧Vctは0Vまで急激に落ちる。
【0073】
したがって、第3比較器COM3の第1非反転入力端子▲1▼に入力される電圧が続けてロー状態を維持すればラッチ435の出力端Qはハイとローとの変換を繰り返すようになり、ラッチ435の出力端*Qもまた出力端Qの値に反転されてローとハイとの変換を繰り返す。
【0074】
ところが、ラッチ435の出力端Q値が変化される周波数は、フィードバック電圧Vfbが基準電圧Vrefより大きければその周波数は高まる。なぜかというと、第3比較器COM3の第1反転入力端子▲1▼にローの電圧が印加されるので、初期タイムキャパシターCtに印加される電圧Vctは第1反転入力端子▲1▼に入力される電圧より小さいが、タイムキャパシターCtに印加される電圧Vctが第1反転入力端子▲1▼に入力される電圧より大きくなるのにかかる時間は、第1反転入力端子▲1▼の電圧の大きさが小さいため短くなるからである。したがって、ラッチ435の出力端Qの値が変わると周波数は速くなる。
【0075】
そして、ランプシステムがソフトスターティング区間、正常作動区間、ソフト調光区間、そして正常調光区間で作動する時にランプ部300に不足電流が流れたとすると、フィードバック回路部420の感知抵抗Rsenseに印加されるフィードバック電圧Vfbは基準電圧である第2電圧より小さいので、第3電流増幅器Ampはハイ値を出力する。
したがって、フィードバックキャパシターCfに印加される電圧もまたハイになり、この電圧はオシレータ430の第3比較器COM3の第1反転入力端子▲1▼に入力される。
【0076】
そうなると、第3比較器COM3は第1反転入力端子▲1▼に入力された電圧と第2反転入力端子▲2▼に印加された定電圧aVとを比較し、そのうちで大きさが小さい方を選択する。この時、第1反転入力端子▲1▼に印加された電圧が第1定電圧aVより小さければ、第3比較器COM3は第1反転入力端子▲1▼’に印加された電圧と非反転入力端子に印加された電圧を比較する。したがって、初期タイムキャパシターCtに印加された電圧は0Vであるので第3比較器COM3はローを出力する。
【0077】
また、第4比較器COM4は、反転入力端子に初期タイムキャパシターCtに印加された電圧Vctが入力され、非反転入力端子には第2定電圧bVが入力され、その大きさは第2定電圧bVが大きいので、第4比較器COM4はハイを出力する。
したがって、ラッチ435のリセット端Rにはローが入力されセット端Sにはハイが入力されるので、ラッチ435の出力端Qはハイを出力し、出力端*Qはローを出力するので、スイッチSWの遮断状態が維持される。
【0078】
引き続き充電用電流源Ict1がタイムキャパシターCtに電荷を注入すると、タイムキャパシターCtに印加される電圧Vctは継続して増加して第3比較器COM3の第1反転入力端子▲1▼に印加された電圧より大きくなり、第3比較器COM3はハイを出力する。
また、第4比較器COM4の非反転入力端子に入力されるタイムキャパシターの電圧Vctは第2定電圧bVより大きくなるので、第4比較器COM4はローを出力する。
【0079】
したがって、ラッチ435のリセット端にはハイが入力されセット端にはローが入力されるので、ラッチの出力端Qはローを出力し、出力端*Qはハイを出力するようになり、スイッチSWは瞬間導通して放電用電流源Ict2を通してタイムキャパシターCtに充電されている電荷は急速に放電される。
【0080】
したがって、第3比較器COM3の第1非反転入力端子▲1▼に入力される電圧が継続してハイ状態を維持すると、ラッチ435の出力端Qはローとハイとの変換を繰り返すようになり、ラッチ435の出力端*Qもまた出力端Qの値に反転されてハイとローとの変換を繰り返す。
しかし、ラッチ435の出力端Qの値が変化される周波数は、フィードバック電圧Vfbが基準電圧である第2電圧より小さければその周波数は遅くなる。
【0081】
なぜかというと、第3比較器COM3の第1反転入力端子▲1▼にはランプ部300の不足電流によってハイ電圧が印加されるからである。したがって、初期にタイムキャパシターCtに印加される電圧Vctは第1反転入力端子▲1▼に入力される電圧より小さいが、タイムキャパシターCtに印加される電圧Vctが第1反転入力端子▲1▼に入力される電圧より大きくなるためにかかる時間は、第1反転入力端子▲1▼の電圧の大きさが大きくなるにしたがって長くなるので、ラッチ435の出力端Q値が変化する周波数は遅くなる。
【0082】
ハーフブリッジコンバーター駆動部440はラッチ435の出力端Qと連結されており、周波数分配器(図示せず)を備えてラッチの出力端Q値の変化周波数に応じて駆動電流の方向を変えることにより、ハーフブリッジコンバーター200’を通してランプ部300にランプ駆動電流を流れるようにする。
この時、ハーフブリッジコンバーター駆動部440が駆動電流の方向を変える周波数は、ラッチ435の出力端Qから出力される信号の変化周波数と比例する。
【0083】
次に、図4の(a)と(b)を参考して図2の作動を説明する。
図4の(a)は本発明によるランプシステムの基準電圧の波形図であり、(b)は本発明による調光用電圧の波形図である。
図4の(a)に示すように、使用者がランプの電源スイッチ(図示せず)をオンさせると、ソフト電流源IcsがキャパシターCsに電荷を時間について所定の傾きで充電することによりソフトスターティングが始まる。
【0084】
キャパシターCsに印加される電圧は初期には第1増幅基準電圧Vr1より小さいので、第1電流増幅器412−1は非反転端子に入力される二個の電圧のうち小さい方であるキャパシター電圧Vcsを選択する。したがって、第1抵抗Rb1に印加される第1電圧はキャパシター電圧Vcsと同一である。このような第1電流増幅器412−1が入力された電圧のうちでその大きさが小さい入力電圧を選択する作動は、図3で詳細に説明したので省略することとする。
【0085】
第1電圧がキャパシター電圧Vcsと同一であるので、第1電流ミラーCM1の第1電流Ir1と第2電流Ir2の電流とが同一であり、第1抵抗Rb1と第2抵抗Rb2の大きさが同一になれば、第1電圧と第2電圧とは同一になり、第2電圧はキャパシター電圧Vcsとなる。
【0086】
また、図4の(b)に示すように、D1区間では調光用電圧Vdimが第2増幅基準電圧Vr2より大きいので、第2電流増幅器415−1は第2増幅基準電圧Vr2を選択する。したがって、第2電流増幅器415−1の反転端子に印加される電圧は第2増幅基準電圧Vr2と同一になり、第3抵抗Rb3に入力される電流Id1は次の数式2のようである。
【0087】
【数2】
(Vr2:第2増幅基準電圧、Rb3:第3抵抗)
【0088】
しかし、第2電流ミラーCM2の他の一側出力端を通して出力される電流の大きさもまた電流Id1と同一であるので、数式1を用いて加算器AdderにKCLを適用すれば電流Idは0になる。したがって、第1抵抗Rb1に注入される電流はない。したがって、第1電流Ir1の大きさは次の数式3のようである。
【0089】
【数3】
【0090】
したがって、第2電流Ir2の大きさは第1電流Ir1の電流の大きさと同一であるので、第2電圧は次の数式4のようである。
【0091】
【数4】
【0092】
この時、第1抵抗Rb1と第2抵抗Rb2との大きさが同一であれば第2電圧はキャパシター電圧Vcsと同一である。したがって、D1区間での第3電流増幅器Ampに入力される基準電圧は、図4の(a)のようにキャパシター電圧Vcsの軌跡と一致する。
【0093】
そして、図4の(a)に示すように、D1区間ではキャパシター電圧Vcsが第1比較基準電圧V4より小さいため、第1比較器COM1の出力はハイになり、急速充電器414−1は調光用キャパシターCdmに急速に電荷を充電する。この時、調光用キャパシターCdmに充電される電荷の量は調光用キャパシターCdmに印加される電圧の大きさによって決定され、その大きさはトランジスタQ2のベースとエミッタ間の電圧と第2増幅基準電圧Vr2との合計になる。
【0094】
キャパシターCsに電荷が徐々に充電されながらキャパシター電圧Vcsが徐々に増加することにより、図4の(a)に示したように、t1時点まで行くと第1増幅基準電圧Vr1がキャパシター電圧Vcsより小さくなる。したがって、第1増幅器412−1は第1増幅基準電圧Vr1を選択し、第1抵抗Rb1に印加される電圧は第1増幅基準電圧Vr1となる。
【0095】
この時調光用電圧Vdimは、図4の(b)に示すように相変らずD2区間では第2増幅基準電圧Vr2より小さいため数式2によって電流Id1が決定され、数式1によると電流Idは0であるので、第1抵抗Rb1に注入される電流はない。
したがって、基準電圧は次の数式5と数式6とによって決定される。
【0096】
【数5】
【0097】
これにより、第2電流Ir2の大きさは第1電流Ir1の電流の大きさと同一であるので、第2電圧は次の数式6のようである。
【0098】
【数6】
【0099】
なお、図4の(a)に示すように、D2区間でもキャパシター電圧Vcsが第1比較基準電圧V4より小さいので、第1比較器COM1の出力はハイになり急速充電器414−1は調光用キャパシターCdmに継続して電荷を充電する。この時、調光用キャパシターCdmに充電される電荷の量もまたD1区間と同様に、調光用キャパシターCdmに印加される電圧の大きさとトランジスタQ2のベースとエミッタ間の電圧との合計によって決定される。
【0100】
ところが、D2区間が終わってt2時点まで行くと図4の(a)に示すように、キャパシター電圧Vcsが第1比較基準電圧V4より大きくなり、第1比較器COM1がロー信号を出力すれば急速充電器414−1は作動を止め、調光用キャパシターCdmは充電されていた電荷を調光用キャパシターCdmの遅延時間に合せて放電し始める。
この時、調光用キャパシターCdmの時間遅延は次の数式7のようである。
【0101】
【数7】
(Δt:時間遅延、Cdm:調光用キャパシターの容量、Vdm:第3抵抗に印加される電圧、Vbe:第2トランジスタのベース−エミッタ間の電圧、Ids:急速充電器から出力される電流の大きさ)
【0102】
これと同時に、調光用電圧Vdimが図4の(b)に示したように第2増幅基準電圧Vr2より小さくなると、第2電流増幅器415−1は調光用電圧Vdimを選択し、第3抵抗Rb3に印加される電圧は調光用電圧Vdimとなり、この時電圧Vdmの減少は、調光用電圧Vdimに従うものでなく調光用キャパシターCdmの時間遅延Δtに合せて減少する。
この時、電流Id2は電流Id1の大きさと同一であるので、その大きさは次の数式8のようである。
【0103】
【数8】
【0104】
したがって、加算器AdderにKCLを適用すれば、数式1によって電流Id2は基準電流Irefより小さいので、その差に該当する電流Idが第1抵抗Rb1に注入される。
この時、第1抵抗Rb1に印加される電圧は、図4の(a)に示すように第1増幅基準電圧Vr1であるので、第1抵抗Rb1に流れる電流はVr1÷Rb1となる。したがって、第1抵抗Rb1に注入される電流は次の数式9のようである。
【0105】
【数9】
【0106】
したがって、この数式9を数式5と比較してみれば第1電流Ir1の大きさが小さくなったことが分かり、これとともに第1電流ミラーCM1から出力される第2電流Ir2もまた減るということが分かる。つまり、これは調光用キャパシターCdmの時間遅延によってその減っていく時間が決定されることを意味する。したがって、調光用電圧Vdimが急に変化しても基準電圧は一定の傾きで変化することによってソフト調光が行われる。
【0107】
図4の(b)に示したように、t3時点で調光用電圧Vdimが第2比較基準電圧V2より小さくなると、オン/オフ制御部417はランプ出力駆動ロジック(drive logic)に出力信号を送ることにより、ランプの出力をオフさせる。
したがって、ランプのオン/オフ制御と調光制御とは一個の端子を通して同時に行われる。
【0108】
ところで、このようにランプシステムの全作動過程で数式4と数式6を見ると、仮に第1抵抗Rb1と第2抵抗Rb2とが同じ値でなくて同じ温度関数と抵抗製造工程におけるバラツキを有した他の大きさの抵抗値であっても、その大きさによって第2電圧が電圧Vrefの倍率で定義される。
【0109】
したがって、第1抵抗Rb1と第2抵抗Rb2において、温度による大きさの変化が同一であるように設計され、IC内の抵抗製造工程におけるバラツキが同一になると、この温度変化による抵抗の大きさの変化と抵抗製造工程におけるバラツキとにおける第1抵抗Rb1と第2抵抗Rb2とは互いに同じ割合で移動するので、基準電圧が抵抗製造工程におけるバラツキと温度に対して影響がない。
【0110】
また、IC内部のバンドギャップ回路を用いてキャパシター電圧Vcsや第1増幅基準電圧Vr1が温度に対して安定に設計されると、基準電圧はキャパシター電圧Vcsあるいは第1増幅基準電圧Vr1と同一な特性を現しながら温度に対して安定になる。
【0111】
図4の(a)のような基準電圧の波形がフィードバック回路部420に入力されると、ランプ部に流れる電流の量を感知抵抗Rsenseが感知し、フィードバック電圧Vfbと基準電圧とを比較してその結果をオシレータ430に入力すると、オシレータはその結果に基づいて動作周波数を有した信号を出力する。
【0112】
すなわち、ランプに過電流が流れてフィードバック電圧Vfbが基準電圧より大きくなると、オシレータ430は高い動作周波数を有した信号をハーフブリッジコンバーター駆動部440に出力し、ランプに不足電流が流れるようになるとフィードバック電圧Vfbは基準電圧より小さいので、オシレータ430は低い動作周波数を有した信号をハーフブリッジコンバーター駆動部440に出力する。
【0113】
このような動作周波数を有した信号の入力を受けたハーフブリッジコンバーター駆動部440は、動作周波数に応じてハーフブリッジコンバーター200’の一次側に流れる電流の方向を変えることによって、ランプ部に流れる電流の量を調節する。
【0114】
【発明の効果】
以上で説明した本発明の実施形態は一つの実施形態だけであり、本発明が前記実施形態に限定されるものではなく、また前記実施形態の他に多くの変更や変形が可能である。
【0115】
以上で説明したように、本発明のランプシステムはオン/オフ制御と調光制御とを一個の端子を用いて行われることができるだけでなく、調光時において時間遅延によって基準電圧が変化するので、ランプシステムが受け得る衝撃をなくすことができる。
また、基準電圧において温度や抵抗工程分布に関係なく、安定した基準電圧を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 一般的なランプシステムの概念図である。
【図2】 本発明によるランプシステムの回路図である。
【図3】 本発明のために具備された第1電流増幅器の回路図である。
【図4】 (a)は本発明によるランプシステムの基準電圧の波形図であり、(b)は本発明によるランプシステムの調光用電圧の波形図である。
【符号の説明】
100 電源部
200 スイッチング部
200’ ハーフブリッジコンバーター
300 ランプ部
400 安定器
410 基準電圧生成部
411 比較電圧生成部
412 第1電流増幅部
412−1 第1電流増幅器
412a 内部電流供給部
412b 差動増幅器
412b−1 選択回路
412c 第1内部電流ミラー
412d 第2内部電流ミラー
412e 第3内部電流ミラー
413 第1電流供給部
414 キャパシター充電部
414−1 急速充電器
415 第2電流増幅部
415−1 第2電流増幅器
416 第2電流供給部
417 オン/オフ制御部
420 フィードバック回路部
430 オシレータ
435 ラッチ
440 ハーフブリッジコンバーター駆動部
Claims (1)
- ランプのオン/オフ制御とランプの調光制御とを一個の端子で行うだけでなく、調光用キャパシターの時間遅延により急激な基準電圧の変化を抑制し、抵抗製造工程におけるバラツキや温度に関係なく一定の基準電圧を生成する基準電圧生成部;ランプに流れるランプ駆動電流によって形成されるフィードバック電圧と基準電圧生成部から出力された基準電圧とを比較するフィードバック回路部;フィードバック回路部が出力した電圧により、適正動作周波数の発振信号を形成するオシレータ;そしてオシレータが生成した発振信号の適正動作周波数によってハーフブリッジコンバーターを駆動するハーフブリッジコンバーター駆動部を含み、
前記基準電圧生成部は、
時間と共に増加する電圧と第1増幅基準電圧とのうちの小さい方を出力する第1電流増幅部と、
前記オン/オフ制御に用いられる調光用電圧と第2増幅基準電圧とのうちの小さい方を出力する第2電流増幅部と、
前記第2電流増幅部の出力端子とグランドとの間に接続され、前記調光用電圧が前記第2増幅基準電圧より小さくなると同時に放電を開始する調光用キャパシターと、
前記第2電流増幅部の出力端子とグランドとの間に接続された第1抵抗と、
前記第1抵抗に流れる電流と同じ値の電流を出力するミラー回路と、
前記ミラー回路の出力電流を、前記第2増幅基準電圧と前記第1抵抗の抵抗値とによって決定される基準電流から減算する加算器と、
前記第1電流増幅部の出力電流と前記加算器の出力電流との和に基づいて前記基準電圧を生成する第2抵抗と
を含むことを特徴とする安定器。
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