JP3965608B2

JP3965608B2 - 低圧力蛍光灯の制御装置

Info

Publication number: JP3965608B2
Application number: JP02098797A
Authority: JP
Inventors: ビルジェンマルコ
Original assignee: エステーミクロエレクトロニクスソシエテアノニム
Priority date: 1996-01-19
Filing date: 1997-01-20
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2017-01-20
Also published as: EP0785703B1; US6144174A; DE69700066D1; EP0785703A1; FR2743974B1; DE69700066T2; FR2743974A1; JPH09306681A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低圧力蛍光灯の制御装置に関する。
【０００２】
低圧力のガスが封入された蛍光灯の電気的なふるまいは、ガスの抵抗が降伏後に非常に低くしかも負性になる点で、ツェナーダイオード（又はアバランシェダイオード）のふるまいに似ている。高速で駆動されるイオンによって、ガス原子が励起状態になり、発光する。
【０００３】
【従来の技術】
このような蛍光灯を制御するには、電源及び発振回路を備えた制御装置が用いられ、そこに蛍光灯が設置される。この発振回路は、典型的には、インダクタ、蛍光灯に直列接続される第１のコンデンサ、及び、蛍光灯に並列接続される第２のコンデンサを有している。このようなシステムによって、蛍光灯の２つの電極の間に双方向に電流が流れて、放電が生じる。
【０００４】
従来の方法では、電流源制御装置には、ＤＣ高電圧が供給されるパワートランジスタを使用した２つの電子的切換スイッチ、及び、電流変成器が設けられる。この電流変成器は、好ましくは、変成器磁芯の飽和により蛍光灯内の電流を制限しこれらの切換スイッチの切換えを引起こさせる飽和変成器である。
【０００５】
この電子的切換スイッチには、一般に、切換え機能のためのバイポーラ技術に基づいたパワートランジスタ、交番期間の間電流を流すために逆並列接続されたダイオード、及び、種々の保護要素が用いられる。
【０００６】
このような変成器ベースの制御装置は、多くの部品で構成されかつ小規模的にしか集積化することができないので、大きいスペースが必要とされ、コスト高になる。
【０００７】
このようなコスト高及び小規模集積化の欠点を解消するために、変成器を有しない制御装置の開発が行われてきた。図１に示される制御装置では、高電源電位と接地電位との間に接続される２つの切換スイッチ又は選択スイッチ回路Ｃoma，Ｃombが設けられている。各スイッチング回路には、ダイオードＤa，Ｄbが逆並列接続され切換スイッチを構成するパワートランジスタＴa，Ｔb、及び、これらのトランジスタのゲートを制御する制御回路ＣＣa，ＣＣbが備えられる。
【０００８】
制御回路ＣＣa，ＣＣbは、ダイオードＤa，Ｄbの端子間電圧を検出して、この端子間電圧がゼロであるときトランジスタＴa，Ｔbをオン状態に作動するようにする電圧検出回路、及び、トランジスタＴa，Ｔbに流れ込む電流を計測して、この電流の積分値が電流基準値より大きいときトランジスタＴa，Ｔbをオフ状態に作動するようにする電流計測回路を備えている。
【０００９】
この制御装置の動作原理は、以下のとおりであるが、ここでは、システムが始動したとき、スイッチング回路Ｃ omaは閉路しており（即ち、トランジスタＴaはオン状態にあり）、スイッチング回路Ｃombは開路しているものと仮定される。
【００１０】
それ故、スイッチング回路Ｃomaによって、蛍光灯Ｆに電流が流され、この電流が計測される。トランジスタＴaに十分な電流が流れ込んだことが検出されると、このトランジスタＴ aは開路状態になる。インダクタの端子電圧は逆転され、何処かに流れ続けなければならない蛍光灯電流は、その後、第２スイッチング回路Ｃombの逆方向取付けダイオードＤbに流れ込む。ダイオードＤbには、この電流が流れることによって、端子間に電圧降下が生起される。そして、この電圧降下は制御回路ＣＣ bによって検出され、トランジスタＴbがオン状態になる。同時に、発振回路のインダクタが減磁される。このインダクタが完全に消磁状態になると、コンデンサＣｓが蛍光灯Ｆに放電され、蛍光灯には、電流が反対方向に流れ込む。
【００１１】
このように構成される制御回路は、互いに独立的に作動する２つのスイッチング回路を備えている。つまり、各スイッチング回路は、端子間の電圧降下を検出し、閉路状態になり、それから、端子間に十分な電流が流れたことを検出すると、開路状態になる。
【００１２】
両スイッチング回路は、発振回路及び蛍光灯によって形成されるシステムの共振周波数ｆoで、半サイクルの間、順次開路されることが分かる。従って、このタイプの制御装置においては、２つのスイッチング回路が独立的に作動する必要はない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
それ故、本発明の目的は、上述したようなインテリジェントなスイッチング回路、及び、このインテリジェントな回路に応じて作動する浮動的なスイッチング回路を具備する制御装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の目的は、また、コストをより低くし、且つ、集積性をより高めることができる制御装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明によると、高電位と接地電位との間に直列接続される第１及び第２のスイッチング回路を具備する低圧力蛍光灯の制御装置であって、第１のスイッチング回路が第１のパワートランジスタを備え、第２のスイッチング回路が第２のパワートランジスタを備え、これらの２つのスイッチング回路の中間接続点と接地電位との間にインダクタが低圧力蛍光灯及びコンデンサに直列接続される制御装置において、
前記第１のスイッチング回路は、
前記第２のパワートランジスタの導通を検出するための検出回路と、
前記第２のパワートランジスタがオンしている期間を第１の期間として計測するための計測回路と、
前記第１の期間の期間と等しい期間を有し当該第１の期間に続く第２の期間の間、前記第１のパワートランジスタをオン状態に転換する導通制御回路と
を備える制御装置が提供される。
【００１６】
本発明の他の特徴及び利点は、添付した図面を用いた実施例についてなされる以下の説明からより明瞭に理解することができるが、これらの説明は本発明の範囲を何ら制限するものではない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１には、「従来の技術」の項において説明した低圧力蛍光灯の制御装置が示されている。
【００１８】
この制御装置は、高電位と接地電位との間に直列接続される２つの異なるスイッチング回路Ｃoma，Ｃombを具備している。この例では、高い電源電圧が、整流器及び平滑コンデンサＣｏを備える電源段Ｅにより与えられ、制御装置の端子間に供給されるＤＣ電源電圧が300ボルト〔Ｖ〕程度に維持される。
【００１９】
図示の例においては、スイッチング回路Ｃombは、「従来の技術」の項において説明したように独立的に作動するインテリジェントなスイッチング回路である。本発明の特徴部分であるスイッチング回路Ｃomaは、図２に詳細に示されている。
【００２０】
スイッチング回路Ｃoma，Ｃombは、夫々、参照記号Ｂ１a，Ｂ２a，Ｂ３a及びＢ１b，Ｂ２b，Ｂ３bで示される３つの外部端子を備えている。端子Ｂ１a，Ｂ２a及び端子Ｂ１b，Ｂ２bは、夫々、主回路の接続端子である。端子Ｂ３a，Ｂ３bは、夫々、当該スイッチング回路の内部回路の給電のための減結合端子である。
【００２１】
端子Ｂ３a及び端子Ｂ３bは、夫々、当該スイッチング回路の端子Ｂ２a，Ｂ２bに夫々接続される減結合コンデンサＣa，Ｃbに接続される。これらのコンデンサの役割は、スイッチング回路Ｃoma，Ｃombにおいて、接続端子Ｂ１a，Ｂ２a間の電圧及び接続端子Ｂ１b，Ｂ２b間の電圧に拘わらず、内部供給電圧を維持することにある。
【００２２】
スイッチング回路Ｃoma，Ｃombは、２つの接続端子Ｂ１a，Ｂ２a及びＢ１b，Ｂ２bの間に、主要素として、パワートランジスタＴa，Ｔb及び制御回路ＣＣa，ＣＣbを備えている。制御回路ＣＣa，ＣＣbは、夫々、トランジスタＴa，Ｔbのゲートを制御する。両トランジスタＴa，Ｔbには、ダイオードＤa，Ｄbが逆並列接続される。
【００２３】
好ましい例においては、トランジスタＴa，ＴbはＭＯＳＦＥＴタイプのパワートランジスタである。これらのトランジスタをオン状態に転換するには、それらのゲートにおよそ15ボルト〔Ｖ〕の電圧を供給する必要があり、オフ状態に転換するには、およそ０ボルト〔Ｖ〕の電圧を供給する必要がある。
【００２４】
２つのスイッチング回路Ｃoma，Ｃombの間の中間接続点ＰはインダクタＬの一端に接続され、このインダクタの他端は低圧力蛍光灯Ｆの第１電極ｅ１に接続される。蛍光灯の第２電極ｅ２はコンデンサＣｓの一端に接続され、このコンデンサの他端は接地電位に接続される。従って、インダクタＬ、蛍光灯Ｆ及びコンデンサＣｓは直列接続され発振回路を形成する。
【００２５】
蛍光灯Ｆには、さらに、始動コンデンサＣｐが接続される。このコンデンサの両端へのサージ電圧の印加によって蛍光灯内にガスの降伏現象が誘発されると、蛍光灯が点灯状態になる。
【００２６】
本発明による蛍光灯制御装置の一般原理的な動作は、以下のとおりである。蛍光灯内に流れる電流は、あるときには一方向に向かい、そして、あるときには他の方向に向かう。この電流は、第１の期間の間、パワートランジスタＴbを流れるものと仮定する。トランジスタＴaはオフ状態にある。そのとき、スイッチング回路Ｃombの２つの接続端子の間の電圧はゼロであり、高電圧は全てスイッチング回路Ｃomaの接続端子の間に加わる。スイッチング回路Ｃombは、トランジスタＴbを流れる電流を計測して、この電流の積分値が基準電流値を超えるとき、このトランジスタをオフ状態に転換する。同時に、スイッチング回路Ｃomaは、後述するように、トランジスタＴbがオンしている期間を計測する。
【００２７】
十分な量の電流がこのトランジスタＴbを流れたとき、スイッチング回路Ｃ ombは、トランジスタＴbのオフ状態転換を指令し、開路状態になる。一方、スイッチング回路Ｃomaは、スイッチング回路Ｃombの状態変化を検出し、閉路状態になる。
【００２８】
その結果、蛍光灯内を流れる電流は、スイッチング回路Ｃomaを流れる。逆並列接続されたダイオードＤaは電流を交番時に導通させる。パワートランジスタＴbの状態変化に続いて、パワートランジスタＴaがオン状態になる。スイッチング回路Ｃomaは、初期に計測された期間、すなわちトランジスタＴ b がオンしている期間に等価な期間の間、閉路状態が維持される。トランジスタＴaが再びオフすると、蛍光灯電流は、ダイオードＤbに流れ込む。それから、スイッチング回路Ｃombはこのダイオードの両端に非常に低い電圧を検出し、トランジスタＴbを再びオン状態にする。
【００２９】
インテリジェントな回路Ｃomb及び依存的な回路Ｃomaにより形成されるこの制御装置の意義は、特に、これらの２つの制御回路が同時に同一の状態になり得ないという点にあり、このような同時同一状態では、発振回路及び蛍光灯により形成されるシステムが始動されなくなる。
【００３０】
図２には、トランジスタＴa及びその制御回路ＣＣ a(1)を備えるスイッチング回路Ｃomaの一実施例の詳細なブロック図が示されている。ダイオードＤaは、トランジスタＴaの寄生ダイオードであり、本発明においては利用していないので図示していない。この回路は、先ず第一に、２つの接続端子Ｂ１a，Ｂ２a及び１つの減結合端子Ｂ３aからなる３つの外部端子を有している。
【００３１】
この回路の端子Ｂ１a，Ｂ２a間にはパワートランジスタＴaが接続される。制御回路ＣＣ a(1)は、パワートランジスタＴbの導通を検出するための検出回路２、パワートランジスタＴbの導通期間を計測するための計測回路３、及び、パワートランジスタＴbがオフ状態にあるとき、計測回路３により計測された期間に相等しい期間の間パワートランジスタＴaを導通状態にするための導通制御回路４を備えている。
【００３２】
スイッチング回路Ｃomaは、先ず最初に、パワートランジスタＴbの状態を検出する。この検出回路２は抵抗分圧器を備えており、この分圧器は、この例では、接続端子Ｂ１a，Ｂ２a間に設置された２つの抵抗要素Ｒ１，Ｒ２で構成されている。この抵抗分圧器は、特に、２つの接続端子間の電位差を減少するように設計されているが、これは、後続する電圧比較器により受容可能な電圧レベルにするために、この分圧器は400ボルト〔Ｖ〕を受けることができるようにしているからである。
【００３３】
２つの抵抗要素間の中間接続点Ｐ１は電圧比較器５の負の第１入力に接続され、この電圧比較器は、正の第２入力に基準電圧Ｖ_REF1を受ける。この例では、この電圧比較器は、パワートランジスタＴbの状態変化毎に出力レベルを変更するようにするのが望ましい。この例では、基準電圧Ｖ_REF1の値は、パワートランジスタＴbがオン状態であるときは点Ｐ１の電圧より大きく、パワートランジスタＴbがオフの場合はこのＰ１電圧より小さくなるように選ばれる。この電圧比較器は慣用技術による一対の差動回路である。
【００３４】
電圧比較器５は、出力に、スイッチング回路Ｃombの状態を表す検出信号Ｓ１を送出する。この検出信号は、トランジスタＴbがオン状態にあるとき高レベルであり、オフしている場合低レベルになる。
【００３５】
検出信号Ｓ１が高レベルである間、スイッチング回路Ｃomaは、パワートランジスタＴbがオン状態である期間を計測する。この期間計測回路３は、コンデンサ７に直列接続された電流源６を備えている。電流源６及びコンデンサ７は、給電電位Ｖalimと接続端子Ｂ２aとの間に設けられる。電流源６は、比較器５から到来する検出信号Ｓ１により制御される。この電流源は、それ故、トランジスタＴbがオン状態にあるとき活性化され、すなわち電流源として動作する状態に置かれる。この半周期の間、コンデンサ７は、スイッチング回路Ｃombが開路状態に投入されるまで、充電される。トランジスタＴ b がオン状態であるときのコンデンサ７の充電電荷が、このトランジスタＴ bの導通期間の計測値を構成する。
【００３６】
導通制御回路４は、電流源６及びコンデンサ７の中間接続点Ｐ２と接続端子Ｂ２aとの間に接続された電流源８を備えている。電流源８は、トランジスタＴbがオフ状態にあるときコンデンサ７が放電するのを可能にする。この電流源は、さらに、インバータゲート１１から到来する反転検出信号／Ｓ１によって制御される。このコンデンサについての放電は、トランジスタＴaがオン状態である第２の期間を表す。有利な実施例によると、電流源６，８は、コンデンサ７を充電するに要する時間と放電するに要する時間が相等しくなるように同一になっている。これらの電流源は、ミラー形構成の回路によって作成することができる。
【００３７】
さらに、中間接続点Ｐ２は電圧比較器９の正の入力に接続され、この比較器の負の入力には基準電圧Ｖ_REF2を受ける。この比較器は導通信号Ｓ２を送出する。
【００３８】
この例では、基準電圧Ｖ_REF2の値は、トランジスタＴbがオフしているときは信号Ｓ２が高レベルになり、トランジスタＴbがオンしておりコンデンサ７が完全には放電していないときには信号Ｓ２が低レベルになるように選ばれる。パワートランジスタＴaのゲート制御は、電圧比較器９から到来する導通信号Ｓ２によって行うことができる。
【００３９】
そして、減結合端子Ｂ３aに現れる給電電位Ｖalimが15ボルト〔Ｖ〕程度になるように減結合コンデンサＣaを充電するために、充電回路１０が設けられる。給電電圧Ｖalimは、スイッチング回路Ｃomaの種々の回路（電圧比較器、電流源）に給電するのに利用される。
【００４０】
この充電回路１０は、ダイオードに直列接続され接続端子Ｂ１aと減結合コンデンサＣaとの間に接続される電流源によって形成することができる。減結合コンデンサＣaは、接続端子Ｂ１a，Ｂ２a間の電圧が高いとき、この電流源から来る電流で充電される。この減結合コンデンサＣaは、パワートランジスタＴaがオンしているとき、給電電圧Ｖalimを維持する。
【００４１】
このような回路構成によって、減結合端子Ｂ３aと接続端子Ｂ１aとの間の電位差がパワートランジスタＴaの状態に関わりなく保持される。従って、電圧比較器５，９、電流源６，８及びインバータゲート１２は、端子Ｂ３a，Ｂ２a間で給電される。
【００４２】
スイッチング回路Ｃomaの全体の機能は次のとおりである。つまり、トランジスタＴbがオンしているとき、点Ｐ１の電圧は基準電圧Ｖ_REF1より低い。それで、信号Ｓ１は高レベルにある。この信号Ｓ１により制御される電流源６は、コンデンサ７を充電する。コンデンサ７の充電の間、点Ｐ２の電圧は基準電圧Ｖ_REF2より低いので、信号Ｓ２は低レベルにあり、トランジスタＴaはオフ状態である。
【００４３】
トランジスタＴbがオフになるや否や、点Ｐ１の電圧が増大することによって検出信号Ｓ１の状態が変更される。この信号Ｓ１は低レベルになり、電流源６はカットオフされる。従って、電流源８は、活性化され、すなわち電流源として動作する状態に置かれ、コンデンサ７の放電を可能にする。このコンデンサが完全には放電しない限り、点Ｐ２の電圧は基準電圧Ｖ_REF2より高い。導通信号Ｓ２は高レベルであり、それで、トランジスタＴaはオンである。コンデンサ７が完全に放電してしまうと、信号Ｓ２はそのレベルを変化し、トランジスタＴaはオフ状態になる。
【００４４】
図３には、コンデンサ７の端子間電圧Ｖｃの推移が時間の関数として示されている。コンデンサ７の充電時間（第１の期間）ｄ₁及び放電時間（第２の期間）ｄ₂は相等しく、これにより、各トランジスタＴa，Ｔbが半サイクルの間オン状態になる。この相等性は、２つの同一の電源６，８を用いることによって得られる。
【００４５】
このスイッチング回路Ｃomaは、３つの外部端子に対応する３つのピンを備えた集積化の形式を採用することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の低圧力蛍光灯の制御装置の概略的なブロック図を示す図。
【図２】本発明による浮動的なスイッチング回路の詳細なブロック図を示す図。
【図３】本発明による浮動的なスイッチング回路のコンデンサの端子間電圧の時間的推移を示す図。
【符号の説明】
Ｅ平滑コンデンサＣoを備える電源段、
Ｃoma 接続端子Ｂ１a，Ｂ２a及び減結合端子（給電端子）Ｂ３aを有する浮動的なスイッチング回路、
Ｃomb 接続端子Ｂ１b，Ｂ２b及び減結合端子（給電端子）Ｂ３bを有するインテリジェントなスイッチング回路、
Ｐスイッチング回路Ｃoma、Ｃombの間の中間接続点、
Ｌインダクタ、
Ｆ第１電極ｅ１及び第２電極ｅ２を有する低圧力蛍光灯、
Ｃｐ始動コンデンサ、
ＣｓインダクタＬ及び蛍光灯Ｆと共に発振回路を形成するコンデンサ、
Ｃa、Ｃb 減結合コンデンサ、
ＣＣa、ＣＣb、ＣＣ a(1) 制御回路、
Ｔa、Ｔb ダイオードＤa，Ｄbが逆並列接続される第１及び第２のパワートランジスタ、
２検出信号Ｓ１を送出する検出回路、
３計測回路、
４導通信号Ｓ２を送出する導通制御回路、
５、９第１及び第２の基準電圧Ｖ_REF1，Ｖ_REF2が与えられる第１及び第２の電圧比較器、
６、８第１及び第２の電流源、
１０充電回路、
１１インバータゲート、
Ｐ１、Ｐ２中間接続点、
Ｖalim 給電電位又は電圧、
Ｖｃコンデンサ７の端子間電圧、

Claims

高電位と接地電位との間に直列接続される第１及び第２のスイッチング回路（Ｃoma，Ｃomb）を具備する低圧力蛍光灯（Ｆ）の制御装置であって、第１のスイッチング回路（Ｃoma）が第１のパワートランジスタ（Ｔa）を備え、第２のスイッチング回路（Ｃomb）が第２のパワートランジスタ（Ｔb）を備え、これらの２つのスイッチング回路の中間接続点（Ｐ）と接地電位との間にインダクタ（Ｌ）が低圧力蛍光灯（Ｆ）及びコンデンサ（Ｃｓ）に直列接続される制御装置において、
前記第１のスイッチング回路（Ｃoma）は、
前記第２のパワートランジスタ（Ｔ b ）の導通を検出するための検出回路（２）と、
前記第２のパワートランジスタ（Ｔb）がオンしている期間を第１の期間（ｄ₁）として計測するための計測回路（３）と、
前記第１の期間（ｄ₁）の期間と等しい期間を有し当該第１の期間に続く第２の期間（ｄ₂）の間、前記第１のパワートランジスタ（Ｔa）をオン状態に転換する導通制御回路（４）と
を備えることを特徴とする制御装置。
前記第２のパワートランジスタ（Ｔ b ）の導通を検出するための前記検出回路（２）は、前記高電位と前記２つのスイッチング回路の中間接続点（Ｐ）との間に接続される抵抗分圧器（Ｒ１，Ｒ２）と、第１の電圧比較器（５）とを有し、
この第１の電圧比較器（５）は、第１入力に前記抵抗分圧器の出力（Ｐ１）を受け、第２入力に第１の基準電圧（Ｖ_REF1）を受けて、前記第２のパワートランジスタ（Ｔb）の導通の検出信号（Ｓ１）を出力することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
前記計測回路（３）は、給電電位（Ｖalim）と前記２つのスイッチング回路の中間接続点（Ｐ）との間にコンデンサ（７）と直列接続される第１の電流源（６）を有し、
この第１の電流源（６）は、前記検出信号（Ｓ１）により制御されて、前記第２のパワートランジスタ（Ｔb）がオンしている間前記コンデンサ（７）を充電することを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
前記導通制御回路（４）は、前記第１の電流源（６）及び前記コンデンサ（７）の中間接続点（Ｐ２）と前記２つのスイッチング回路の中間接続点（Ｐ）との間に接続され前記検出信号の反転信号（／Ｓ１）によって制御される第２の電流源（８）と、第２の電圧比較器（９）とを有し、
この第２の電圧比較器（９）は、第１入力が第１の電流源（６）と前記コンデンサ（７）との接続点（Ｐ２）に接続され、第２入力に第２の基準電圧（Ｖ_REF2）を受けて、第１のパワートランジスタ（Ｔa）のゲートに接続される出力に、この第１のパワートランジスタ（Ｔa）をオン状態に転換するための導通信号（Ｓ２）を出力することを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
前記第２の電流源（８）と前記第１の電流源（６）とは、前記コンデンサ（７）を充電するに要する時間と放電するに要する時間とが相等しくなるように同一であることを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
減結合コンデンサ（Ｃa）が給電端子（Ｂ３a）と前記２つのスイッチング
回路の中間接続点（Ｐ）との間に接続されて、この給電端子（Ｂ３a）に一定の給電電位（Ｖalim）を維持するようになっていること特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の制御装置。
第１のスイッチング回路（Ｃoma）は、前記第１のパワートランジスタ（Ｔa）がオフしているときに前記減結合コンデンサ（Ｃa）を充電するための充電回路（１０）を備えることを特徴とする請求項６に記載の制御装置。