JP4031429B2 - Electronic ballast - Google Patents

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Abstract

An electronic ballast for driving a gas discharge lamp includes a rectifier, a valley-fill circuit, an inverter having first and second series-connected controllably conductive device having complementary duty cycles, a control circuit for controlling the controllably conductive device, and an independent cat ear power supply to provide power to the ballast control circuits. The result is a ballast having substantially improved THD, and current crest factor. In a preferred embodiment, the valley-fill circuit includes an energy storage device that stores energy in response to a controllably conductive device. In an especially preferred embodiment, the controllably conductive device of the valley-fill circuit is also one of the controllably conductive devices of the inverter.

Description

本発明は、蛍光灯などの気体放電灯の電子安定器に関する。   The present invention relates to an electronic ballast for a gas discharge lamp such as a fluorescent lamp.

本出願は、Electronic Ballastという名称の2001年6月22日に出願された同時継続出願第09/887,848号に関し、かつその一部継続出願であり、またSingle Switch Electonic Dimming Ballastという名称の2001年11月5日に出願された同時継続出願第10/006,036号に関する。これらの全開示は、参照によって本明細書に組み込まれている。   This application is related to and is a continuation-in-part of co-pending application 09 / 887,848 filed on June 22, 2001, named Electronic Ballast, and is a partial continuation application, and is named 11 November 2001, named Single Switch Electonic Dimming Ballast. Relating to co-pending application 10 / 006,036 filed on May 5th. The entire disclosures of which are incorporated herein by reference.

蛍光灯の電子安定器は、通常、「フロントエンド」および「バックエンド」を備えるものとして分析することができる。フロントエンドには、通常、交流(AC)ライン電圧を直流(DC)バス電圧に変更する整流器と、DCバス電圧をろ過するフィルタ回路とが含まれる。フィルタ回路は、通常、エネルギー貯蔵キャパシタを備える。電子安定器は、しばしば、DCバス電圧の大きさをブーストするブースト回路をも使用する。さらに、安定器入力電流全高調波ひずみを低減するために、受動力率補正手段を使用する電子安定器が知られている。これらの手段は、ライン周波数においておよびライン周波数の最初の30の高調波についてインピーダンスが高いライン周波数フィルタ回路を含む。ライン周波数フィルタ回路の高いインピーダンスは、安定器入力電流前高調波ひずみに対して著しい低減効果を有する。これらのフィルタは、ライン周波数、および関連する高調波においてインピーダンスが低く、したがって、安定器入力電流全高調波ひずみに対して著しい効果を有さないEMIフィルタとは対照的である。   Fluorescent lamp electronic ballasts can usually be analyzed as having a “front end” and a “back end”. The front end typically includes a rectifier that changes an alternating current (AC) line voltage to a direct current (DC) bus voltage and a filter circuit that filters the DC bus voltage. The filter circuit typically comprises an energy storage capacitor. Electronic ballasts often also use a boost circuit that boosts the magnitude of the DC bus voltage. In addition, electronic ballasts are known that use passive power factor correction means to reduce ballast input current total harmonic distortion. These means include a line frequency filter circuit that is high impedance at the line frequency and for the first 30 harmonics of the line frequency. The high impedance of the line frequency filter circuit has a significant reduction effect on the harmonic input current predistortion. These filters are in contrast to EMI filters that have low impedance at the line frequency, and associated harmonics, and therefore have no significant effect on ballast input current total harmonic distortion.

安定器バックエンドには、通常、DCバス電圧を高周波AC電圧に変換する切替えインバータと、高周波AC電圧を灯電極に結合するために比較的高いインピーダンスを有する共振タンク回路とが含まれる。安定器バックエンドは、通常、灯電流を監視して、所望の灯電流の大きさを維持するようにインバータの切替えを制御する制御信号を生成するフィードバック回路をも含む。   The ballast back end typically includes a switching inverter that converts the DC bus voltage to a high frequency AC voltage and a resonant tank circuit that has a relatively high impedance to couple the high frequency AC voltage to the lamp electrode. The ballast backend also typically includes a feedback circuit that monitors the lamp current and generates a control signal that controls the switching of the inverter to maintain the desired lamp current magnitude.

安定な灯の動作を維持するために、通常の従来の技術の電子安定器は、バス電圧のリプルを最小限に抑えるようにDCバス電圧をろ過する。これは、通常、比較的大きな静電容量と、したがって比較的大きなエネルギー貯蔵能力とを有するバスキャパシタを提供することによって達成される。比較的大きなバスキャパシタを提供することによって、整流ピーク電圧から崩壊する量は、1つの半周期から次の半周期まで最小限に抑えられる。DCバス上のリプルの量を最小限に抑えることにより、灯電流の電流波高率(CCF)も最小限に抑えられることになる。灯電流のCCFは、灯電流の2乗平均(RMS)の大きさに対するピーク灯電流の大きさの比として定義される。   In order to maintain stable lamp operation, normal prior art electronic ballasts filter the DC bus voltage to minimize bus voltage ripple. This is typically accomplished by providing a bus capacitor having a relatively large capacitance and thus a relatively large energy storage capacity. By providing a relatively large bus capacitor, the amount of decay from the commutation peak voltage is minimized from one half cycle to the next. Minimizing the amount of ripple on the DC bus will also minimize the current crest factor (CCF) of the lamp current. The lamp current CCF is defined as the ratio of the magnitude of the peak lamp current to the root mean square (RMS) magnitude of the lamp current.

Figure 0004031429
Figure 0004031429

蛍光灯などの気体放電灯の灯電流品質の重要な指標は、灯電流の電流波高率(CCF)である。低いCCFが好ましいが、その理由は、高いCCFは、灯のフィラメントを劣化させることがあり、その後、灯の寿命を大きく短縮することになるからである。日本工業規格(JIS)JIS C8117‐1992によって、2.1以下のCCFが推奨されており、国際電気標準会議(IEC)規格921‐1988‐07によって、1.7以下のCCFが推奨されている。   An important indicator of the lamp current quality of gas discharge lamps such as fluorescent lamps is the current crest factor (CCF) of the lamp current. A low CCF is preferred because a high CCF can degrade the lamp filament and then significantly reduce the lamp life. The Japanese Industrial Standard (JIS) JIS C8117-1992 recommends a CCF of 2.1 or lower, and the International Electrotechnical Commission (IEC) standard 921-1988-07 recommends a CCF of 1.7 or lower.

しかし、DCバス電圧に対するリプルを最小限に抑えるために比較的大きいバスキャパシタを使用することには、欠点を伴う。バスキャパシタが大きくなるほど、より高価になり、印刷回路板などの上でより多くの面積を占め、安定器の内部でより多くの体積を使用する。また、バスキャパシタは、バス電圧レベルがACライン電圧の瞬間絶対値より大きいときはいつでも放電しており、したがって、バスキャパシタは、ACライン電圧の絶対値ピーク電圧の付近である各線半周期内の比較的短い時間中にのみ再充電される。したがって、通常の従来の技術の安定器は、図1に示すように、バスキャパシタが充電されている短い時間中に比較的大量の電流を取り出す。その結果、安定器入力電流波形はひずみ、望ましくない高調波および望ましくないレベルの全高調波ひずみ(THD)を生じさせる。   However, using a relatively large bus capacitor to minimize ripple on the DC bus voltage has drawbacks. The larger the bus capacitor, the more expensive it will occupy more area on the printed circuit board and the like, and use more volume inside the ballast. Also, the bus capacitor is discharged whenever the bus voltage level is greater than the instantaneous absolute value of the AC line voltage, and therefore the bus capacitor is within each line half cycle that is near the absolute peak voltage of the AC line voltage. Recharged only during a relatively short time. Thus, a conventional prior art ballast draws a relatively large amount of current during the short time that the bus capacitor is charged, as shown in FIG. As a result, the ballast input current waveform introduces distortion, undesirable harmonics and undesirable levels of total harmonic distortion (THD).

AC電力システムでは、電圧または電流の波形は、基本振動および一連の高調波として表すことが可能である。これらの高調波は、ライン電圧またはライン電流の基本周波数のある倍数周波数を有する。具体的には、AC波形のひずみは、基本周波数の整数倍である成分を有する。第3高調波の整数倍である高調波が特に重要である。これらの高調波は、3段階電力システムの中性線を数値的に追加する。通常、全高調波ひずみは、基本周波数の初めの30の高調波を使用して計算される。安定器入力電流の全高調波ひずみ(THD)は、3段階電力システムにおいて中性ワイヤの過熱を防止するために、33.3%より小さいことが好ましい。さらに、照明システムの多くの使用者は、安定器が20%未満の安定器入力電流全高調波ひずみを有することを必要とする。   In an AC power system, a voltage or current waveform can be represented as a fundamental vibration and a series of harmonics. These harmonics have a frequency that is some multiple of the fundamental frequency of the line voltage or line current. Specifically, the distortion of the AC waveform has a component that is an integer multiple of the fundamental frequency. Of particular importance are harmonics that are integer multiples of the third harmonic. These harmonics numerically add a neutral line for a three-stage power system. Usually, total harmonic distortion is calculated using the first 30 harmonics of the fundamental frequency. The total harmonic distortion (THD) of the ballast input current is preferably less than 33.3% to prevent overheating of the neutral wire in a three-stage power system. Furthermore, many users of lighting systems require the ballast to have less than 20% ballast input current total harmonic distortion.

安定器入力電流全高調波ひずみを低減し、かつ安定器力率を改善する1つの手法は、周知の能動力率修正(APFC)回路を使用することであった。この手法は、安定器の複雑さの追加、より多くの構成要素、より高いコスト、信頼性の潜在的な低下、およびおそらくは電力消費の増大を含めて、ある兼合いを有する。さらに、APFCを有する安定器は、通常、比較的大きなバスキャパシタを使用し、上記で留意した欠点を伴う。   One approach to reducing ballast input current total harmonic distortion and improving ballast power factor was to use the well-known active power factor correction (APFC) circuit. This approach has certain tradeoffs, including adding ballast complexity, more components, higher costs, potential reduced reliability, and possibly increased power consumption. In addition, ballasts with APFCs typically use relatively large bus capacitors with the disadvantages noted above.

安定器入力電流全高調波ひずみを低減する他の手法は、整流器とインバータとの間で谷埋め回路を使用することであった。通常の従来の技術の谷埋め回路の1つの欠点は、より大きなバスリプルを有することがあることであり、これにより、灯電流波高率はさらにより高くなり、灯の寿命を短縮することがある。   Another approach to reducing ballast input current total harmonic distortion has been to use a valley fill circuit between the rectifier and the inverter. One drawback of the conventional prior art valley filling circuit is that it may have a larger bus ripple, which can result in even higher lamp current crest factor and shorten lamp life.

改善された力率およびTHDを有する電子安定器を提供する従来の手法は、T.-F.Wu、Y.-J.Wu、C.-H.Chang、およびZ.R.Liuの「Ripple-Free,Single-Stage Electronic Ballasts with Dither-Booster Power Factor Corrector」、IEEE Industry Applications Society Annual Meeting、2372〜77ページ、1977と、Y.-S.Youn、G.Chae、およびG.-H.Choの「A Unity Power Factor Electronic Ballast for Fluorescent Lamp having Improved Valley Fill and Valley Boost Converter」、IEEE PESC97 Record、53〜59ページ、1997と、G.Chae、Y.-S.Youn、およびG.-H.Choの「High Power Factor Correction Circuit using Valley Charge-Pumping for Low Cost Electronic Ballasts」、IEEE 0-7803-4489-8/98、2003〜8ページ、1998とにおいて議論されている。   Traditional approaches to providing electronic ballasts with improved power factor and THD are T.-F.Wu, Y.-J.Wu, C.-H.Chang, and ZRLiu's “Ripple-Free, Single-Stage Electronic Ballasts with Dither-Booster Power Factor Corrector, IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, pages 2372-77, 1977, Y.-S.Youn, G.Chae, and G.-H.Cho's `` A Unity Power Factor Electronic Ballast for Fluorescent Lamp having Improved Valley Fill and Valley Boost Converter '', IEEE PESC97 Record, pp. 53-59, 1997, G. Chae, Y.-S.Youn, and G.-H.Cho High Power Factor Correction Circuit using Valley Charge-Pumping for Low Cost Electronic Ballasts ”, IEEE 0-7803-4489-8 / 98, 2003-8 pages, 1998.

改善された力率および全高調波ひずみを有する電子安定器を提供する試行を示す従来の特許には、米国特許第5,387,847号、「Passive Power Factor Ballast Circuit for the Gas Discharge Lamps」、1995年2月7日にWoodに発行と、米国特許第5,399,944号、「Ballast Circuit for Driving Gas Discharge」、1995年3月21日にKonopkaらに発行と、米国特許第5,517,086号、「Modified Valley Fill High Power Factor Correction Ballast」、1996年5月14日にEl-Hamamsyらに発行と、米国特許第5,994,847号、「Electronic Ballast with Lamp Current Valley-fill Power Factor Correction」、1999年11月30日発行とが含まれる。   Previous patents showing attempts to provide electronic ballasts with improved power factor and total harmonic distortion include U.S. Pat.No. 5,387,847, `` Passive Power Factor Ballast Circuit for the Gas Discharge Lamps '', February 1995. Issued to Wood on the 7th, U.S. Patent No. 5,399,944, `` Ballast Circuit for Driving Gas Discharge '', issued to Konopka et al. On March 21, 1995, U.S. Patent No. 5,517,086, `` Modified Valley Fill High Power Factor Correction "Ballast", issued to El-Hamamsy et al. On May 14, 1996, US Patent No. 5,994,847, "Electronic Ballast with Lamp Current Valley-fill Power Factor Correction", issued November 30, 1999.

他に参考文献は、Peter M.Wood、1998による「Fluorescent Ballast Design Using Passive P.F.C.and Crest Factor Control」である。この参考文献は、ライン周波数においておよびライン周波数の最初の30の高調波について大きなインピーダンスを有するライン周波数フィルタを使用するタイプの安定器を示している。
同時継続出願第09/887,848号 同時継続出願第10/006,036号 米国特許第5,387,847号 米国特許第5,399,944号 米国特許第5,517,086号 米国特許第5,994,847号 米国特許第5,041,763号 米国特許第5,387,847号 T.-F.Wu、Y.-J.Wu、C.-H.Chang、およびZ.R.Liuの「Ripple-Free,Single-Stage Electronic Ballasts with Dither-Booster Power Factor Corrector」、IEEE Industry Applications Society Annual Meeting、2372〜77ページ、1977 Y.-S.Youn、G.Chae、およびG.-H.Choの「A Unity Power Factor Electronic Ballast for Fluorescent Lamp having Improved Valley Fill and Valley Boost Converter」、IEEE PESC97 Record、53〜59ページ、1997 G.Chae、Y.-S.Youn、およびG.-H.Choの「High Power Factor Correction Circuit using Valley Charge-Pumping for Low Cost Electronic Ballasts」、IEEE 0-7803-4489-8/98、2003〜8ページ、1998 Peter M.Wood、1998による「Fluorescent Ballast Design Using Passive P.F.C.and Crest Factor Control」
Another reference is “Fluorescent Ballast Design Using Passive PFC and Crest Factor Control” by Peter M. Wood, 1998. This reference shows a type of ballast that uses a line frequency filter having a large impedance at the line frequency and for the first 30 harmonics of the line frequency.
Simultaneous continuation application No. 09 / 887,848 No. 10 / 006,036 U.S. Pat.No. 5,387,847 U.S. Pat.No. 5,399,944 U.S. Pat.No. 5,517,086 U.S. Patent No. 5,994,847 U.S. Pat.No. 5,041,763 U.S. Pat.No. 5,387,847 T.-F.Wu, Y.-J.Wu, C.-H.Chang, and ZRLiu `` Ripple-Free, Single-Stage Electronic Ballasts with Dither-Booster Power Factor Corrector '', IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, 2372-77, 1977 Y.-S.Youn, G.Chae, and G.-H.Cho `` A Unity Power Factor Electronic Ballast for Fluorescent Lamp having Improved Valley Fill and Valley Boost Converter '', IEEE PESC97 Record, pp. 53-59, 1997 G.Chae, Y.-S.Youn, and G.-H.Cho `` High Power Factor Correction Circuit using Valley Charge-Pumping for Low Cost Electronic Ballasts '', IEEE 0-7803-4489-8 / 98, 2003- 8 pages, 1998 `` Fluorescent Ballast Design Using Passive PFC and Crest Factor Control '' by Peter M. Wood, 1998

本発明の第1の特徴によれば、気体放電灯を駆動する新規な電子安定器には、AC線入力電圧を整流電圧に変換する整流回路と、切替えインピーダンスを経て充電されるエネルギー貯蔵装置を含む谷埋め回路であって、この装置のエネルギーが、谷埋め電圧を生成するために連続する整流電圧ピークの間の谷を埋めるため使用される谷埋め回路と、谷埋め電圧を高周波AC電圧に変換するために直接に接続された制御可能導電装置を有するインバータ回路とが含まれる。エネルギー貯蔵装置は、キャパシタまたはあらゆる他のエネルギー貯蔵構成要素または構成要素の組合せとすることができる。エネルギー貯蔵装置を充電することは、エネルギー貯蔵装置に貯蔵されるエネルギーが増大することを意味する。制御可能導電装置は、導電を外部信号によって制御することができる装置である。これらの制御可能導電装置には、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)、トライアック、SCR、中継器、スイッチ、真空管、および他の切替え装置などの装置が含まれる。高周波AC電圧は、気体充電灯に電流を流れさせるために共振タンク回路に印加される。所望の灯電流を気体充電灯に送達し、かつ安定器入力電流の全高調波ひずみを低減するために、制御可能導電装置における導電を新規な方式で制御する制御回路が提供される。記述する本発明の電子安定器は、2つ以上の気体充電灯を駆動することができる。   According to the first feature of the present invention, a novel electronic ballast for driving a gas discharge lamp includes a rectifier circuit that converts an AC line input voltage into a rectified voltage, and an energy storage device that is charged via a switching impedance. A valley filling circuit, wherein the energy of this device is used to fill a valley between successive rectified voltage peaks to generate a valley filling voltage, and the valley filling voltage is converted to a high frequency AC voltage. And an inverter circuit having a controllable conductive device directly connected for conversion. The energy storage device can be a capacitor or any other energy storage component or combination of components. Charging the energy storage device means that the energy stored in the energy storage device increases. A controllable conductive device is a device whose conductivity can be controlled by an external signal. These controllable conductive devices include metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs), insulated gate bipolar transistors (IGBT), bipolar junction transistors (BJT), triacs, SCRs, repeaters, switches, vacuum tubes, and other switching Devices such as devices are included. A high frequency AC voltage is applied to the resonant tank circuit to cause a current to flow through the gas charging lamp. In order to deliver the desired lamp current to the gas charging lamp and reduce the total harmonic distortion of the ballast input current, a control circuit is provided that controls the conduction in the controllable conductive device in a novel manner. The described electronic ballast of the present invention can drive more than one gas charging lamp.

安定器の好ましい実施形態では、谷埋め回路のエネルギー貯蔵装置は、谷埋めキャパシタと通常呼ばれるキャパシタを含む。このキャパシタは、ACライン電圧の各半周期の第1充電部分中にエネルギーを貯蔵して、エネルギーをインバータ回路に送達し、このインバータ回路は、ACライン電圧の各半周期の第2放電部分中に、気体放電灯に灯電流を流れさせる。谷埋め回路の切替えインピーダンスは、制御可能導電装置と直列の抵抗を含み、これを経て、谷埋めキャパシタは充電される。   In a preferred embodiment of the ballast, the energy storage device of the valley fill circuit includes a capacitor commonly referred to as a valley fill capacitor. The capacitor stores energy during the first charging portion of each half cycle of the AC line voltage and delivers energy to the inverter circuit, which in turn is in the second discharging portion of each half cycle of the AC line voltage. In addition, a lamp current is caused to flow through the gas discharge lamp. The switching impedance of the valley filling circuit includes a resistor in series with the controllable conductive device, through which the valley filling capacitor is charged.

代替実施形態では、谷埋め回路のエネルギー貯蔵装置は、谷埋めキャパシタを含み、切替えインピーダンスは、バック変換器回路構成において共に接続された制御可能導電装置と直列のインダクタを含む。谷埋めキャパシタは、ACライン電圧の各半周期の第1充電部分中にエネルギーを貯蔵して、ACライン電圧の各半周期の第2放電部分中に、エネルギーをインバータ回路に送達する。バック回路インダクタは、谷埋めキャパシタの充電期間中に制御可能導電回路の導電に応答してエネルギーを貯蔵し、谷埋めキャパシタの充電期間中に制御可能導電装置の非導電に応答して貯蔵エネルギーを谷埋めキャパシタに移送する。   In an alternative embodiment, the energy storage device of the valley fill circuit includes a valley fill capacitor and the switching impedance includes an inductor in series with a controllable conductive device connected together in a buck converter circuit configuration. The valley fill capacitor stores energy during the first charging portion of each half cycle of the AC line voltage and delivers energy to the inverter circuit during the second discharging portion of each half cycle of the AC line voltage. The buck circuit inductor stores energy in response to the conduction of the controllable conductive circuit during the charging period of the valley filling capacitor and stores the energy in response to the non-conduction of the controllable conductive device during the charging period of the valley filling capacitor. Transfer to valley fill capacitor.

代替実施形態では、バック回路インダクタは、様々な放電時間および充電時間を谷埋めキャパシタに提供するために、整流ダイオードを経てバス電圧に接続されたタップを備える。   In an alternative embodiment, the buck circuit inductor comprises a tap connected to the bus voltage via a rectifier diode to provide various discharge and charge times to the valley fill capacitor.

本発明の第2の特徴によれば、気体放電灯を駆動する新規な電子安定器には、AC線入力電圧を全波整流電圧に変換する整流回路と、谷埋め電圧を生成するために、連続する整流電圧ピークの間の谷を埋める谷埋め回路と、谷埋め電圧を高周波AC電圧に変換するための直列接続切替え装置(制御可能導電装置)を有するインバータ回路と、高周波AC電圧を気体放電灯に結合するための共振タンクと、所望の電流を気体放電灯に送達するために制御可能導電装置の導電を制御する制御回路と、安定器入力電流全高調波ひずみが低減されるように、AC線入力電圧のゼロ交差付近において入力電流を取り出す手段とが含まれる。   According to the second feature of the present invention, the novel electronic ballast that drives the gas discharge lamp includes a rectifier circuit that converts an AC line input voltage into a full-wave rectified voltage, and a valley filling voltage. A valley filling circuit that fills valleys between successive rectified voltage peaks, an inverter circuit having a series connection switching device (controllable conductive device) for converting the valley filling voltage into a high-frequency AC voltage, and a high-frequency AC voltage released from the gas A resonant tank for coupling to the lamp, a control circuit for controlling the conduction of the controllable conductive device to deliver the desired current to the gas discharge lamp, and so that the total harmonic distortion of the ballast input current is reduced. Means for extracting the input current near the zero crossing of the AC line input voltage.

安定器の好ましい実施形態では、ゼロ交差付近において電流を取り出す手段は、キャットイヤー回路である。キャットイヤー回路は、制御回路または他のハウスキーピングおよび補助回路を動作するのに必要な電力を供給することも可能であるキャットイヤー電源であることが好ましい。キャットイヤー回路は、各半周期の前縁または各半周期の後縁において、ACライン電圧のゼロ交差付近でAC線から電流を取り出す。キャットイヤー回路の名称は、入力電流波形の特徴的な波形に由来する。この電流は、ゼロ電圧交差付近においてAC線から安定器によって取り出された電流波形を「埋める」または補足する。キャットイヤー回路は、固定入力電圧レベルに応答してキャットイヤー回路を「カットイン」または「カットアウト」する回路を備えることが可能である。代替として、キャットイヤー回路は、安定器バックエンドによって取り出された電流を監視して、バックエンドが大きな電流を取り出していないときのみキャットイヤー回路に入力電流を取り出させる回路を備えることが可能である。   In a preferred embodiment of the ballast, the means for drawing current near the zero crossing is a cat ear circuit. The cat ear circuit is preferably a cat ear power supply that can also supply the power necessary to operate the control circuit or other housekeeping and auxiliary circuits. The cat ear circuit draws current from the AC line near the zero crossing of the AC line voltage at the leading edge of each half cycle or the trailing edge of each half cycle. The name of the cat ear circuit is derived from the characteristic waveform of the input current waveform. This current “fills in” or supplements the current waveform taken by the ballast from the AC line near the zero voltage crossing. The cat ear circuit may comprise a circuit that “cuts in” or “cuts out” the cat ear circuit in response to a fixed input voltage level. Alternatively, the cat ear circuit can comprise a circuit that monitors the current drawn by the ballast back end and causes the cat ear circuit to draw input current only when the back end is not drawing large current. .

以上の概要と、ならびに好ましい実施形態の以下の詳細な記述とは、添付の図面と関連して読むときより良く理解される。本発明を示すために、現在のところ好ましい図面および実施形態が示されている。同じ参照符合は、図面のいくつかにわたって同じ部分を表す。しかし、本発明は、開示する特有の方法および手段に限定されないことを理解されたい。   The foregoing summary, as well as the following detailed description of the preferred embodiments, is better understood when read in conjunction with the appended drawings. For the purpose of illustrating the invention, there are shown in the drawings drawings and embodiments that are presently preferred. Like reference numerals refer to like parts throughout the several views. However, it should be understood that the invention is not limited to the specific methods and instrumentalities disclosed.

安定器の概要
まず図2を参照すると、本発明により構築された電子安定器810の簡略化したブロック図が示されている。安定器810は、整流回路820を含み、この整流回路は、所与のライン周波数を有するAC電源に接続することができる。通常、AC電源の所与のライン周波数は、50Hzまたは60Hzである。しかし、本発明は、これらの特定の周波数に限定されない。装置が、接続される、結合される、電流関係において接続される、または他の装置に接続可能であるときはいつでも、装置をワイヤによって直接接続することが可能である、または代替として、抵抗、ダイオード、制御可能導電装置(これに限定されない)などの他の装置を経て接続することが可能であることを意味し、この接続は、直列構成または並列構成とすることが可能である。整流回路820は、AC入力電圧を全波整流電圧に変換する。本発明の一実施形態では、整流回路820は、ダイオード840を経て、記述する新規な谷埋め回路830に接続される。高周波バイパスフィルタキャパシタ850が、谷埋め回路830の入力端子の両端に接続される。谷埋め回路830は、谷埋め電圧を創出するように、記述するエネルギー貯蔵装置を選択的に充電し、放電させる。谷埋め回路830の出力端子は、インバータ回路860の入力端子に接続される。インバータ回路860は、整流DC電圧を高周波AC電圧に変換する。インバータ回路860の出力端子は、出力回路870に接続され、この出力回路は、通常、共振タンクを含み、結合変圧器を含むことも可能である。出力回路870は、インバータ回路860の出力をろ過して、本質的に正弦波の高周波電圧を供給し、ならびに電圧利得および増大した出力インピーダンスを提供する。出力回路870は、たとえば蛍光灯である気体放電灯などの負荷880を駆動するために接続することが可能である。負荷880に結合された出力電流感知回路890は、負荷電流フィードバックを制御回路882に提供する。制御回路882は、所望の負荷電流を負荷880に提供するように、谷埋め回路830およびインバータ回路860の動作を制御する制御信号を生成する。キャットイヤー回路884が、整流回路820の出力端子の両端に接続され、制御回路882の適切な動作に必要な電力を提供する。
Ballast Overview Referring first to FIG. 2, a simplified block diagram of an electronic ballast 810 constructed in accordance with the present invention is shown. The ballast 810 includes a rectifier circuit 820 that can be connected to an AC power source having a given line frequency. Usually, a given line frequency of an AC power source is 50Hz or 60Hz. However, the present invention is not limited to these specific frequencies. Whenever a device is connected, coupled, connected in a current relationship, or connectable to another device, the device can be directly connected by a wire, or alternatively, a resistor, It means that it can be connected via other devices such as, but not limited to, diodes, controllable conductive devices, and this connection can be in series or parallel configuration. The rectifier circuit 820 converts the AC input voltage into a full-wave rectified voltage. In one embodiment of the invention, rectifier circuit 820 is connected via diode 840 to the novel valley fill circuit 830 described. A high frequency bypass filter capacitor 850 is connected to both ends of the input terminal of the valley filling circuit 830. The valley filling circuit 830 selectively charges and discharges the described energy storage device so as to create a valley filling voltage. The output terminal of the valley filling circuit 830 is connected to the input terminal of the inverter circuit 860. The inverter circuit 860 converts the rectified DC voltage into a high frequency AC voltage. The output terminal of the inverter circuit 860 is connected to the output circuit 870, which typically includes a resonant tank and can also include a coupling transformer. Output circuit 870 filters the output of inverter circuit 860 to provide an essentially sinusoidal high frequency voltage, as well as providing voltage gain and increased output impedance. The output circuit 870 can be connected to drive a load 880 such as a gas discharge lamp which is a fluorescent lamp. An output current sensing circuit 890 coupled to load 880 provides load current feedback to control circuit 882. The control circuit 882 generates a control signal that controls the operation of the valley filling circuit 830 and the inverter circuit 860 so as to provide a desired load current to the load 880. A cat ear circuit 884 is connected across the output terminals of the rectifier circuit 820 and provides the power necessary for proper operation of the control circuit 882.

谷埋め回路
ここで図3を参照すると、図2の谷埋め回路830の第1実施形態910の概略的な回路図がバック変換器回路の形態で示されている。第1入力端子912と第2入力端子914の両端には、エネルギー貯蔵装置916が、キャパシタの形態で第1ダイオード918と直列に接続されている。バック変換器回路910の機能は、制御された充電電流をキャパシタ916に提供することである。このキャパシタ916は、谷埋めキャパシタとも呼ばれる。キャパシタ916と第1ダイオード918のカソードとの接合部には、インダクタ920が接続され、このインダクタは、第2(任意選択)ダイオード922および制御可能導電装置であるスイッチ924と直列で、共通回路に接続される。制御可能導電装置924は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)として示されているが、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、または他の制御可能導電装置とすることが可能である。バック変換器回路910は、第3整流ダイオード926をも含み、このダイオードは、適切に制御された同期整流器またはMOSFETとすることも可能であり、バックインダクタ920と第2ダイオード922との接合部と、入力912に接続されたキャパシタ916の一端子との間に接続される。第1出力端子928が、入力端子912と、キャパシタ916と、整流ダイオード926のカソードとに接続される。第2出力端子930が、第2入力端子914と、共通回路と、ダイオード918のアノードと、スイッチ924とに接続される。
Valley Fill Circuit Referring now to FIG. 3, a schematic circuit diagram of a first embodiment 910 of the valley fill circuit 830 of FIG. 2 is shown in the form of a buck converter circuit. At both ends of the first input terminal 912 and the second input terminal 914, an energy storage device 916 is connected in series with the first diode 918 in the form of a capacitor. The function of the buck converter circuit 910 is to provide a controlled charging current to the capacitor 916. This capacitor 916 is also called a valley filling capacitor. An inductor 920 is connected to the junction of the capacitor 916 and the cathode of the first diode 918, which is in series with a second (optional) diode 922 and a controllable conductive device switch 924 in a common circuit. Connected. Controllable conductive device 924 is shown as a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), but may be a bipolar junction transistor (BJT), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), or other controllable conductive device. Is possible. The buck converter circuit 910 also includes a third rectifier diode 926, which can also be a properly controlled synchronous rectifier or MOSFET, and the junction of the buck inductor 920 and the second diode 922, , And one terminal of the capacitor 916 connected to the input 912. The first output terminal 928 is connected to the input terminal 912, the capacitor 916, and the cathode of the rectifier diode 926. The second output terminal 930 is connected to the second input terminal 914, the common circuit, the anode of the diode 918, and the switch 924.

バック変換器回路910の動作について、図3、4、5、および6に関して記述する。バック変換器回路910は、2つの異なる条件下で動作する。条件I(図4の間隔I)では、バック変換器回路910の入力端子912、914に印加された瞬間整流ライン電圧1010は、キャパシタ916の両端の電圧1012に等しいかまたはそれより小さく、したがって、キャパシタ916は、その貯蔵エネルギーのいくらかをインバータ回路に放電する。この条件では、ダイオード840(図2)には、逆バイアスがかけられ、ダイオード918には、導電するように順バイアスがかけられる。これにより、共通回路端子930からダイオード918およびキャパシタ916を経てバック変換器出力端子928まで、キャパシタ916の放電経路が確立される。スイッチ924は、整流ライン電圧の周波数より十分に大きい通常約30kHzまたはそれを超える周波数において、交互に開放および閉鎖される。スイッチ924が導電しているとき、以前の充電周期からバックインダクタ920に依然としてある残りのエネルギーが、ダイオード922およびスイッチ924を経て共通回路に放電される。その後、電流がさらにはバックインダクタ920を流れないように、ダイオード922および926に逆バイアスがかけられる。   The operation of the buck converter circuit 910 is described with respect to FIGS. 3, 4, 5, and 6. The buck converter circuit 910 operates under two different conditions. Under condition I (interval I in FIG. 4), the instantaneous rectified line voltage 1010 applied to the input terminals 912, 914 of the buck converter circuit 910 is equal to or less than the voltage 1012 across the capacitor 916, and therefore Capacitor 916 discharges some of its stored energy to the inverter circuit. Under this condition, diode 840 (FIG. 2) is reverse biased and diode 918 is forward biased to conduct. Thereby, a discharge path of the capacitor 916 is established from the common circuit terminal 930 to the buck converter output terminal 928 through the diode 918 and the capacitor 916. The switch 924 is alternately opened and closed at a frequency that is well above the frequency of the rectified line voltage, typically about 30 kHz or above. When switch 924 is conducting, the remaining energy still in buck inductor 920 from the previous charge cycle is discharged through diode 922 and switch 924 to the common circuit. Thereafter, diodes 922 and 926 are reverse biased so that no further current flows through buck inductor 920.

条件II(図4の間隔II)では、瞬間整流ライン電圧は、キャパシタ916の両端の電圧より大きく、キャパシタ916は、貯蔵エネルギーを増大させている。間隔II中、バック変換器の動作は、スイッチ924の導電状態に依拠する。   Under the condition II (interval II in FIG. 4), the instantaneous rectification line voltage is larger than the voltage across the capacitor 916, and the capacitor 916 increases the stored energy. During interval II, the operation of the buck converter depends on the conductive state of switch 924.

スイッチ924が導電しているとき、バック変換器回路910は、図5の簡略化した形態とされ、バックインダクタ920の両端の電圧は、瞬間整流ライン電圧からキャパシタ916の両端の電圧を引いたものに等しい。したがって、キャパシタ916は、入力912からキャパシタ916とバックインダクタ920とスイッチ924とを経て共通回路まで流れる電流によって充電される。さらに、エネルギーは、スイッチ924が導電しているとき、バックインダクタ920に印加される電圧によって、バックインダクタ920において貯蔵される。スイッチ924が導電していないとき(図6に示すように)、バックインダクタ920を流れる電流1210は、ダイオード926を経て整流されて、キャパシタ916に流れ込み、したがって、バックインダクタ920に貯蔵されているエネルギーのいくらかまたはすべてをキャパシタ916に移送する。条件IIでは、キャパシタ916は、スイッチ924が導電しているときと、スイッチ924が導電していないときの両方において、充電されることに留意されたい。   When switch 924 is conducting, buck converter circuit 910 is in the simplified form of FIG. 5 and the voltage across buck inductor 920 is the instantaneous rectified line voltage minus the voltage across capacitor 916. be equivalent to. Accordingly, capacitor 916 is charged by the current flowing from input 912 through capacitor 916, back inductor 920, and switch 924 to the common circuit. Further, energy is stored in the buck inductor 920 by the voltage applied to the buck inductor 920 when the switch 924 is conducting. When the switch 924 is not conducting (as shown in FIG. 6), the current 1210 flowing through the buck inductor 920 is rectified through the diode 926 and flows into the capacitor 916, and thus the energy stored in the buck inductor 920. Some or all of this is transferred to capacitor 916. Note that under Condition II, capacitor 916 is charged both when switch 924 is conducting and when switch 924 is not conducting.

バック変換器回路910の動作の結果、キャパシタ916は、図7に示すように安定器が完全光出力において動作している時間期間1310にわたって充電される。谷埋めキャパシタ916の充電は、各線半周期の90度を超えて行われることが好ましい。   As a result of the operation of the buck converter circuit 910, the capacitor 916 is charged over a time period 1310 during which the ballast is operating at full light output, as shown in FIG. The charging of the valley filling capacitor 916 is preferably performed over 90 degrees of each line half cycle.

谷埋めキャパシタの充電が、各180度ライン周波数半周期の90度を超えて行われるとき、結果的な安定器入力電流全高調波ひずみは、低減されることが判明した。   It has been found that the resulting ballast input current total harmonic distortion is reduced when the valley fill capacitor is charged beyond 90 degrees of each 180 degree line frequency half cycle.

バック変換器回路910の他の利点は、各充電周期の開始時におけるキャパシタ916への突入電流が、バックインダクタ920によって限定されることである。これも、図7において見ることができ、ピークライン電流1312が、能動力率修正(APFC)回路または谷埋め回路のない通常の従来の技術の安定器のピークライン電流1314と比較して大きく低減されている。突入電流の限定は、初めに安定器をターンオンする際にさらにより著しい。したがって、電力が、通常の能動力率修正安定器にまず加えられたとき、エネルギー貯蔵キャパシタは、キャパシタの電圧がACライン電圧のピーク電圧に上昇するまで充電される。この充電期間中、入力電流は、本質的に、ワイヤ抵抗と安定器に供給するAC電力源のインピーダンスとによってのみ限定される。本発明の安定器のバック変換器回路910は、本質的に電流が限定されており、それにより、APFCタイプの安定器の他の重大な欠点が克服される。   Another advantage of the buck converter circuit 910 is that the inrush current into the capacitor 916 at the start of each charging cycle is limited by the buck inductor 920. This can also be seen in FIG. 7, where the peak line current 1312 is greatly reduced compared to the peak line current 1314 of a conventional prior art ballast without an active power factor correction (APFC) or valley fill circuit. Has been. The inrush current limitation is even more pronounced when the ballast is initially turned on. Thus, when power is first applied to a normal active power factor correction ballast, the energy storage capacitor is charged until the voltage on the capacitor rises to the peak voltage of the AC line voltage. During this charging period, the input current is essentially limited only by the wire resistance and the impedance of the AC power source supplying the ballast. The ballast buck converter circuit 910 of the present invention is inherently limited in current, thereby overcoming other significant drawbacks of APFC type ballasts.

バック変換器回路910の他の利点は、キャパシタ916の過電圧保護を提供することである。すなわち、灯が接続されていないなど、負荷のない条件において、キャパシタ916は、ピーク整流ライン電圧を超えて充電されることはない。これは、負荷のない条件においてエネルギー貯蔵キャパシタを潜在的に途方もなく高い電圧まで充電するのを防止するために余分な回路を追加しなければならない従来のブースト変換器およびバックブースト変換器とは対照的である。   Another advantage of buck converter circuit 910 is that it provides overvoltage protection for capacitor 916. That is, the capacitor 916 will not be charged beyond the peak rectified line voltage under no load conditions, such as when no lamp is connected. This is what conventional boost and buck-boost converters have to add extra circuitry to prevent charging the energy storage capacitors to potentially tremendously high voltages in unloaded conditions In contrast.

図8に示すように、灯が約10パーセントの光出力に減光される際に、キャパシタ916の充電時間は減少する。同時に、バスリプル電圧も低減され、灯電流の電流波高率はより低くなる。   As shown in FIG. 8, the charging time of the capacitor 916 decreases when the lamp is dimmed to about 10 percent light output. At the same time, the bus ripple voltage is also reduced and the current crest factor of the lamp current becomes lower.

ここで図9を参照すると、インバータ回路860を有するバック変換器回路1410の第2実施形態が示されている。以下でより詳細に記述するインバータ回路860は、高側スイッチ2112および低側スイッチ924を有する。高側スイッチ2112および低側スイッチ924は、両方とも、MOSFETまたはIGBTなどの制御可能導電装置である。この実施形態では、バック変換器回路1410とインバータ回路860とは、制御可能導電装置924を共有する。バック変換器回路1410の第2実施形態は、それ以外については、バック変換器回路910の第1実施形態と本質的に同じ方式で動作する。   Referring now to FIG. 9, a second embodiment of a buck converter circuit 1410 having an inverter circuit 860 is shown. Inverter circuit 860, described in more detail below, includes a high side switch 2112 and a low side switch 924. Both high side switch 2112 and low side switch 924 are controllable conductive devices such as MOSFETs or IGBTs. In this embodiment, buck converter circuit 1410 and inverter circuit 860 share controllable conductive device 924. The second embodiment of the buck converter circuit 1410 otherwise operates in essentially the same manner as the first embodiment of the buck converter circuit 910.

ここで図10を参照すると、バックインダクタ920がタップ付きインダクタ1520と置き換えられているバック変換器回路1510の第3実施形態が示されている。整流ダイオード926のアノードは、タップ付きインダクタ1520とダイオード922との接合部ではなく、タップにおいてタップ付きインダクタ1520の内部コイルに結合される。インダクタタップの配置により、インダクタ1520の放電時間を変更する能力が提供される。バック変換器の連続モード動作は、低減または完全に排除することが可能である。しかし、この余分な適応性には、スイッチ924に対する余分な電圧応力の兼合いが付随する。したがって、タップ付きインダクタ1520がエネルギーをキャパシタ916に移送しているとき、タップ付きインダクタ1520は、スイッチ924の両端に印加された電圧が、タップ付きインダクタ1520の巻数比を乗算したキャパシタ916の両端の電圧に等しくなるように作用する。スナバ抵抗1554とスナバキャパシタ1556との並列組合せと直列のスナバダイオード1552を含むスナバ回路が、タップ付きバックインダクタにおいて非結合残留エネルギーを散逸させるために、タップ付きバックインダクタ1520とダイオード922との接合部と共通回路との間に結合される。   Referring now to FIG. 10, a third embodiment of a buck converter circuit 1510 in which the buck inductor 920 is replaced with a tapped inductor 1520 is shown. The anode of rectifier diode 926 is coupled to the internal coil of tapped inductor 1520 at the tap rather than the junction between tapped inductor 1520 and diode 922. The placement of the inductor tap provides the ability to change the discharge time of the inductor 1520. The continuous mode operation of the buck converter can be reduced or eliminated altogether. However, this extra flexibility is accompanied by an extra voltage stress tradeoff for switch 924. Thus, when tapped inductor 1520 is transferring energy to capacitor 916, tapped inductor 1520 has a voltage applied across switch 924 multiplied by the turns ratio of tapped inductor 1520 across capacitor 916. Acts to equal the voltage. A snubber circuit including a snubber diode 1552 in series with a parallel combination of snubber resistor 1554 and snubber capacitor 1556 causes the junction of tapped back inductor 1520 and diode 922 to dissipate uncoupled residual energy in the tapped back inductor. And the common circuit.

図10のタップ付きバックインダクタ回路の一実施形態では、キャパシタ916は、2つの47マイクロファラドで250ボルトのキャパシタの並列組合せであり、ダイオード918および926は、MUR160ダイオードであり、ダイオード922および1552は、1000ボルト1アンペアのダイオードであり、抵抗1554は、2つの91キロオームで1ワットの抵抗の直列組合せであり、キャパシタ1556は、.0047でマイクロファラド630ボルトにキャパシタであり、スイッチ924は、250ボルトのIRFI634G MOSFETである。タップ付きバックインダクタ1520は、ダイオード918のカソードからダイオード922のアノードまで約180の全巻数を有し、かつ約1.427ミリヘンリーのインダクタンスを有し、ダイオード918のカソードからタップまでの巻数は約75で、約244マイクロヘンリーのインダクタンスを有し、タップからダイオード922のアノードまでの巻数は約105で、約492マイクロヘンリーのインダクタンスを有する。   In one embodiment of the tapped back inductor circuit of FIG. 10, capacitor 916 is a parallel combination of two 47 microfarad, 250 volt capacitors, diodes 918 and 926 are MUR160 diodes, and diodes 922 and 1552 are , 1000 volt 1 amp diode, resistor 1554 is a series combination of two 91 kilohm and 1 watt resistors, capacitor 1556 is a capacitor to microfarad 630 volts at .0047, switch 924 is 250 This is a IRFI634G MOSFET with a bolt. The tapped back inductor 1520 has about 180 total turns from the cathode of the diode 918 to the anode of the diode 922 and has an inductance of about 1.427 millihenries, and the number of turns from the cathode of the diode 918 to the tap is about 75. , Having about 244 microhenry inductance, about 105 turns from the tap to the anode of diode 922, and having about 492 microhenry inductance.

谷埋め回路830(図2)の以前に記述した実施形態のそれぞれでは、キャパシタ916の充電電流は、制御可能導電スイッチ924の導電時間が長くなるにつれて増大する。灯が低光レベルまで減光されるとき、スイッチ924はより長い時間導電し、キャパシタ916の電荷の蓄積が増大し、これにより、バス電圧が上昇する。低い光レベルにおいてより高い電圧を有することが有利であるが、その理由は、灯電圧が、低い光レベルにおいて増大し、より高いバス電圧が、より高いインピーダンスを経て灯を駆動することが可能になるからである。より高い出力インピーダンスにより、灯の安定性が改善される。これは、1991年8月20日にSullivanらに発行され、かつLutron Electronics Co.,Inc.に譲渡された米国特許第5,041,763号において議論されている。   In each of the previously described embodiments of valley filling circuit 830 (FIG. 2), the charging current of capacitor 916 increases as the conduction time of controllable conductive switch 924 increases. When the lamp is dimmed to a low light level, the switch 924 conducts for a longer time, increasing the charge accumulation in the capacitor 916, thereby increasing the bus voltage. Having a higher voltage at low light levels is advantageous because the lamp voltage increases at low light levels, allowing higher bus voltages to drive the lamp through a higher impedance. Because it becomes. Higher output impedance improves lamp stability. This is discussed in US Pat. No. 5,041,763 issued to Sullivan et al. On August 20, 1991 and assigned to Lutron Electronics Co., Inc.

充電電流は、整流ライン電圧とキャパシタ916の両端の電圧との電位差が増大する際にも増大する。この結果、タップ付きバックインダクタの瞬間充電電流は、線半周期の中間において最高になり、線半周期の周辺に向かって小さくなり、これにより、安定器入力電流の全高調波ひずみは低減される。   The charging current also increases when the potential difference between the rectified line voltage and the voltage across the capacitor 916 increases. As a result, the instantaneous charging current of the tapped back inductor is highest in the middle of the line half cycle and decreases towards the periphery of the line half cycle, which reduces the total harmonic distortion of the ballast input current. .

ここで図11を参照すると、谷埋め回路の他の実施形態1570が示されている。この実施形態では、谷埋め回路1570には、キャパシタ916と、ダイオード922と、スイッチ924との他に、キャパシタ916と端子912との間に結合されたダイオード1572と、ダイオード1574と、「フライバック」変圧器1576とが含まれる。変圧器1576の「1次」巻線は、ダイオード922のアノードと谷埋め回路1570の端子928との間に接続される。変圧器1576の「2次」巻線は、共通回路とダイオード1574のアノードとの間に接続され、ダイオード1574のカソードは、キャパシタ916とダイオード1572のアノードとの接合部に接続される。   Referring now to FIG. 11, another embodiment 1570 of valley fill circuit is shown. In this embodiment, valley fill circuit 1570 includes capacitor 916, diode 922, switch 924, diode 1572 coupled between capacitor 916 and terminal 912, diode 1574, and “flyback”. "Transformer 1576" is included. The “primary” winding of transformer 1576 is connected between the anode of diode 922 and terminal 928 of valley fill circuit 1570. The “secondary” winding of transformer 1576 is connected between the common circuit and the anode of diode 1574, and the cathode of diode 1574 is connected to the junction of capacitor 916 and the anode of diode 1572.

図11の端子912、914に印加された整流ライン電圧が、キャパシタ916の両端の電圧を超えるとき、フライバック変圧器1576の「2次」巻線の両端に印加された電圧は、ダイオード1574を経てキャパシタ916を再充電する。整流ライン電圧がキャパシタの両端の電圧より低くなるとき、キャパシタ916は、出力端子928および930を経て放電する。   When the rectified line voltage applied to terminals 912, 914 in FIG. 11 exceeds the voltage across capacitor 916, the voltage applied across the “secondary” winding of flyback transformer 1576 causes diode 1574 to Then, the capacitor 916 is recharged. When the rectified line voltage is lower than the voltage across the capacitor, capacitor 916 discharges through output terminals 928 and 930.

ここで図12を参照すると、容量エネルギー貯蔵装置のみを使用する谷埋め回路の第4実施形態1610が示されている。この実施形態では、谷埋め回路1610は、回路1610への第1入力端子912および第2入力端子914にわたって第1ダイオード1634と直列に接続された第1エネルギー貯蔵装置1632を含む。第2エネルギー貯蔵キャパシタ1616が、第2ダイオード1636と直列に接続され、このダイオードのカソードは、入力912に結合される。第3ダイオード1638が、キャパシタ1632とダイオード1634との接合部とキャパシタ1616とダイオード1636の接合部との間に接続される。エネルギー貯蔵キャパシタ1616の他の端子は、抵抗1620と並列の第4ダイオード1618によって第2入力端子1914に接続される。   Referring now to FIG. 12, there is shown a fourth embodiment 1610 of a valley filling circuit that uses only a capacitive energy storage device. In this embodiment, the valley filling circuit 1610 includes a first energy storage device 1632 connected in series with a first diode 1634 across a first input terminal 912 and a second input terminal 914 to the circuit 1610. A second energy storage capacitor 1616 is connected in series with the second diode 1636, the cathode of which is coupled to the input 912. Third diode 1638 is connected between the junction of capacitor 1632 and diode 1634 and the junction of capacitor 1616 and diode 1636. The other terminal of the energy storage capacitor 1616 is connected to the second input terminal 1914 by a fourth diode 1618 in parallel with the resistor 1620.

端子912、914に印加される整流ライン電圧が、ダイオード1638の両端の順電圧の降下によって、キャパシタ1632の両端の電圧と1616の両端の電圧との和を超えるとき、ダイオード1634、1636、および1618には逆バイアスがかけられ、ダイオード1638には順バイアスがかけられ、エネルギー貯蔵キャパシタ1632、1616は、キャパシタ1632と、ダイオード1638と、キャパシタ1616と、抵抗1620との直列経路を経て充電される。抵抗1620が、エネルギー貯蔵キャパシタ1632、1616への充電電流を限定して、線から安定器によって取り出される電流の電流スパイクを低減し、それにより、安定器入力電流全高調波ひずみが低減される。キャパシタ1632、1616は、通常、それぞれ同じ値を有し、約2分の1ピーク入力電圧まで充電される。   When the rectified line voltage applied to terminals 912, 914 exceeds the sum of the voltage across capacitor 1632 and the voltage across 1616 due to the forward voltage drop across diode 1638, diodes 1634, 1636, and 1618 Is reverse biased, diode 1638 is forward biased, and energy storage capacitors 1632 and 1616 are charged through a series path of capacitor 1632, diode 1638, capacitor 1616, and resistor 1620. Resistor 1620 limits the charging current to energy storage capacitors 1632 and 1616 to reduce current spikes of current drawn by the ballast from the line, thereby reducing ballast input current total harmonic distortion. Capacitors 1632 and 1616 typically have the same value and are charged to about one-half peak input voltage.

端子912、914に印加される整流ライン電圧が、キャパシタ1632の両端の電圧と1616の両端の電圧との和より下がるとき、ダイオード1638には逆バイアスがかけられる。入力端子912、914にわたる電圧が、キャパシタ1632の両端の電圧よりダイオード1634のターンオン電圧よりも多く下がった後、キャパシタ1632は、ダイオード1634ならびに出力端子928および930を経て放電する。入力端子912、914の両端の電圧が、キャパシタ1616の両端の電圧よりダイオード1636のターンオン電圧よりも多く下がった後、キャパシタ1616は、ダイオード1636、抵抗1620、および出力端子928、930を経て放電する。抵抗1620の両端の電圧降下が、ダイオード1618のターンオン電圧を超えるとき、キャパシタ1616は、ダイオード1636、1618および出力端子928、930を経て放電する。   When the rectified line voltage applied to terminals 912, 914 falls below the sum of the voltage across capacitor 1632 and the voltage across 1616, diode 1638 is reverse biased. After the voltage across input terminals 912, 914 drops more than the turn-on voltage of diode 1634 than the voltage across capacitor 1632, capacitor 1632 discharges through diode 1634 and output terminals 928 and 930. After the voltage across input terminals 912 and 914 drops more than the turn-on voltage of diode 1636 than the voltage across capacitor 1616, capacitor 1616 discharges through diode 1636, resistor 1620, and output terminals 928 and 930. . When the voltage drop across resistor 1620 exceeds the turn-on voltage of diode 1618, capacitor 1616 discharges through diodes 1636, 1618 and output terminals 928, 930.

まとめると、キャパシタ1632、1616は、直列で充電され、並列で放電して、気体放電灯を駆動するインバータ回路に貯蔵エネルギーを送達する。バス電圧におけるリプルの量は、それにより低減され、安定器によって送達される灯電流の電流波高率は改善される。   In summary, the capacitors 1632 and 1616 are charged in series and discharged in parallel to deliver stored energy to the inverter circuit that drives the gas discharge lamp. The amount of ripple in the bus voltage is thereby reduced and the current crest factor of the lamp current delivered by the ballast is improved.

図12の谷埋め回路は、米国特許第5,387,847号のWoodの谷埋め回路とは大きく異なる。Woodは、自分の特許の図2において、2つのキャパシタの間に接続されたダイオードと直列の抵抗を示していることに最も注目されたい。対照的に、図12の谷埋め回路は、キャパシタ1616と共通回路との間に対で接続される、ダイオード1618と並列の抵抗1620を提供する。この新規な構成は、安定器入力電流全高調波ひずみについて所望の改善を提供するが、追加の改善により容易に役立つ方式で行われる。   The valley filling circuit of FIG. 12 is very different from the Wood valley filling circuit of US Pat. No. 5,387,847. Most notably, Wood shows in FIG. 2 of his patent a resistance in series with a diode connected between two capacitors. In contrast, the valley fill circuit of FIG. 12 provides a resistor 1620 in parallel with a diode 1618 that is connected in pairs between the capacitor 1616 and the common circuit. This novel configuration provides the desired improvement in ballast input current total harmonic distortion, but is done in a manner that is more readily useful with additional improvements.

安定器入力電流全高調波ひずみをさらに改善するために、図12の谷埋め回路1610は、図13に示すように、制御可能導電装置924を抵抗1620と直列に配置することによって修正することが可能である。これにより、切替え抵抗回路が創出される。制御可能導電装置924は、通常、高周波において、すなわちACライン電圧の基本周波数より数倍大きい周波数において動作する。安定器入力電流全高調波ひずみは、スイッチ924の導電時間が各線半周期の中間またはピークの付近において増大されるように、スイッチ924の導電を制御することによって改善することが可能である。これにより、ACライン電圧波形とより密接に整合する安定器入力電流波形が得られる。   To further improve ballast input current total harmonic distortion, the valley fill circuit 1610 of FIG. 12 can be modified by placing a controllable conductive device 924 in series with a resistor 1620 as shown in FIG. Is possible. This creates a switching resistor circuit. The controllable conductive device 924 typically operates at high frequencies, that is, at frequencies that are several times greater than the fundamental frequency of the AC line voltage. Ballast input current total harmonic distortion can be improved by controlling the conduction of switch 924 such that the conduction time of switch 924 is increased in the middle or near the peak of each line half cycle. This provides a ballast input current waveform that more closely matches the AC line voltage waveform.

図13の谷埋め回路は、図14に示す安定器インバータ回路と統合することが可能であり、この場合、制御可能導電装置924は、谷埋め回路1810とインバータ回路2110とによって共有される。代替として、図13の谷埋め回路1710のスイッチ924は、インバータ回路860のスイッチのそれぞれとは別の独立して制御される制御可能導電装置とすることが可能である。   The valley filling circuit of FIG. 13 can be integrated with the ballast inverter circuit shown in FIG. 14, where the controllable conductive device 924 is shared by the valley filling circuit 1810 and the inverter circuit 2110. Alternatively, the switch 924 of the valley fill circuit 1710 of FIG. 13 can be an independently controlled controllable conductive device separate from each of the switches of the inverter circuit 860.

図13の谷埋め回路1710における抵抗損は、図15に示すように、抵抗1620をスイッチ924と直列のインダクタ1920によって置き換えることによって低減することが可能である。代替構成では、インダクタ1920とスイッチ924との組合せは、単一のインダクタによって置き換えることが可能である。しかし、スイッチ924の高周波切替え行為により、比較的小さく安価なインダクタ1920を使用することが可能になる。   The resistance loss in valley filling circuit 1710 of FIG. 13 can be reduced by replacing resistor 1620 with an inductor 1920 in series with switch 924, as shown in FIG. In an alternative configuration, the combination of inductor 1920 and switch 924 can be replaced by a single inductor. However, the high-frequency switching action of the switch 924 makes it possible to use a relatively small and inexpensive inductor 1920.

スイッチ924の代替として、図16に示すように、高周波変圧器からの2次巻線2024を代用することが可能である。高周波変圧器は、通常、安定器に存在する。適切な巻数の2次巻線を(好ましくはすでに存在する変圧器に)追加することによって、極性が交代する電圧をインダクタ1920と直列に導入して、インダクタ1920を流れる電流の流れの妨害と補助を交互に行うことが可能である。それにより、巻線2024は、スイッチとして効果的に機能する。   As an alternative to the switch 924, a secondary winding 2024 from a high frequency transformer can be substituted as shown in FIG. A high frequency transformer is usually present in the ballast. By adding a secondary winding of the appropriate number of turns (preferably to an existing transformer), a voltage of alternating polarity is introduced in series with the inductor 1920 to obstruct and assist current flow through the inductor 1920. Can be performed alternately. Thereby, the winding 2024 effectively functions as a switch.

インバータ回路
図17および18からわかるように、キャパシタ916およびバック変換器1510の出力には、気体放電灯に灯電流を流れさせるために、高周波電圧を図18の共振タンク回路2220に提供する高周波インバータ回路2110が接続される。インバータ回路2110は、直列に接続された第1制御可能導電装置2112および第2制御可能導電装置924を含む。バス電圧は、整流ライン電圧またはキャパシタ916の両端の電圧より大きい。整流ライン電圧がキャパシタ916に対する電圧より大きいとき、インバータ回路2110は、AC線から直接電流を取り出す。整流ライン電圧がキャパシタ916に対する電圧より小さいとき、インバータ回路2110は、キャパシタ916から電流を取り出す。
Inverter circuit As can be seen from FIGS. 17 and 18, the output of the capacitor 916 and the buck converter 1510 provides a high frequency inverter that provides a high frequency voltage to the resonant tank circuit 2220 of FIG. 18 to cause the lamp current to flow through the gas discharge lamp. A circuit 2110 is connected. Inverter circuit 2110 includes a first controllable conductive device 2112 and a second controllable conductive device 924 connected in series. The bus voltage is greater than the rectified line voltage or the voltage across capacitor 916. When the rectified line voltage is greater than the voltage on capacitor 916, inverter circuit 2110 draws current directly from the AC line. When the rectified line voltage is less than the voltage across capacitor 916, inverter circuit 2110 draws current from capacitor 916.

インバータ回路が、AC線のピークの時間の付近において各180°ライン周波数半周期の90°を超えてAC線から直接電流を取り出すとき、安定器入力電流の結果的なTHDは、33.3%未満であることが判明した。   When the inverter circuit draws current directly from the AC line over 90 ° of each 180 ° line frequency half cycle near the time of the AC line peak, the resulting THD of the ballast input current is less than 33.3% It turned out to be.

インバータ回路2110の動作について、ここで図19と関連して記述する。インバータ回路2110は、固定周波数D(1-D)相補デューティサイクル切替え動作モードを使用する。これは、切替え装置2112、924の一方および一方のみが、常に導電していることを意味する。この議論では、デューティサイクルDは、第1スイッチ2112の導電時間を指し、相補デューティサイクル(1-D)は、第2スイッチ924の導電時間を指す。装置2112、924の一方が常に導電していることを考慮すると、各それぞれの装置のDおよび(1-D)と示された導電時間の和は、切替え周波数の周期である。実際の電子回路では、装置2112、924が両方とも導電していないむだ時間と一般的に呼ばれる時間が通常存在する。このむだ時間は、通常、装置2112、924の導電時間と比較して非常に短い。このむだ時間の目的は、装置2112、924の両方が同時に導電しないことを保証することである。しかし、このむだ時間を長くして、インバータ回路の追加の制御パラメータとして使用することが可能である。スイッチ2112(図19ではSW1と示す)が導電しているとき、インバータ回路2110の出力は、谷埋め電圧であるバック変換器回路出力端子928に接続される。切替え装置924(図19ではSW2と示す)が導電しているとき、インバータ回路2110の出力は、共通回路であるバック変換器回路出力端子930に接続される。所与の瞬間谷埋め電圧では、その瞬間谷埋め電圧について気体放電灯に送達することができる最大灯電流は、2つの切替え装置2112、924の導電時間が等しいとき達成される。この電子安定器では、灯電流は、瞬間谷埋め電圧と切替え装置2112、924の導電時間との両方に依拠する。切替え装置2112、924の導電時間は、図18に示す気体放電灯2210、2212を流れる電流に応答して、図17に示す制御回路882によって制御される。制御回路の動作について、以下で詳細に記述する。   The operation of inverter circuit 2110 will now be described in connection with FIG. The inverter circuit 2110 uses a fixed frequency D (1-D) complementary duty cycle switching operation mode. This means that only one and only one of the switching devices 2112, 924 are always conducting. In this discussion, the duty cycle D refers to the conduction time of the first switch 2112 and the complementary duty cycle (1-D) refers to the conduction time of the second switch 924. Considering that one of the devices 2112, 924 is always conducting, the sum of the conduction times labeled D and (1-D) for each respective device is the period of the switching frequency. In actual electronic circuits, there is usually a time commonly referred to as dead time when both devices 2112 and 924 are not conducting. This dead time is usually very short compared to the conduction time of the devices 2112, 924. The purpose of this dead time is to ensure that both devices 2112 and 924 do not conduct at the same time. However, this dead time can be increased and used as an additional control parameter for the inverter circuit. When switch 2112 (shown as SW1 in FIG. 19) is conducting, the output of inverter circuit 2110 is connected to buck converter circuit output terminal 928, which is a valley fill voltage. When the switching device 924 (shown as SW2 in FIG. 19) is conducting, the output of the inverter circuit 2110 is connected to the buck converter circuit output terminal 930, which is a common circuit. For a given instantaneous valley fill voltage, the maximum lamp current that can be delivered to the gas discharge lamp for that instantaneous valley fill voltage is achieved when the conduction times of the two switching devices 2112, 924 are equal. In this electronic ballast, the lamp current depends on both the instantaneous valley filling voltage and the conduction time of the switching devices 2112, 924. The conduction time of the switching devices 2112 and 924 is controlled by the control circuit 882 shown in FIG. 17 in response to the current flowing through the gas discharge lamps 2210 and 2212 shown in FIG. The operation of the control circuit is described in detail below.

電子安定器インバータを制御するために使用される従来の制御アルゴリズムは、通常、rms灯電流を一定値に維持するように、制御可能導電装置の導電時間を調節する。従来の制御ループは、制御可能導電装置の導電時間をライン周波数半周期の過程にわたってほぼ一定に維持するように、対応して緩慢である。このアルゴリズムは、谷埋めタイプの安定器に適用されたとき、谷埋め電圧の変調のために、灯電流の高い電流波高率をもたらす。   Conventional control algorithms used to control electronic ballast inverters typically adjust the conduction time of the controllable conductive device to maintain the rms lamp current at a constant value. The conventional control loop is correspondingly slow so as to maintain the conduction time of the controllable conductive device approximately constant over the course of the line frequency half cycle. This algorithm, when applied to a valley fill type ballast, results in a high current crest factor for the lamp current due to modulation of the valley fill voltage.

現在の好ましい実施形態の制御回路は、制御可能導電装置の導電時間を調節する。スイッチ2112の導電時間は、比較的狭いパルスを提供するように低減され、スイッチ924の導電時間は、比較的広いパルスを提供するように増大される。これにより、ライン周波数半周期のピーク付近において高周波灯電流の包絡線のピークが低減される。これ以後、これを灯電流の「ハンプダウン」と呼ぶ(図19)。   The control circuit of the presently preferred embodiment adjusts the conduction time of the controllable conductive device. The conduction time of switch 2112 is reduced to provide a relatively narrow pulse, and the conduction time of switch 924 is increased to provide a relatively wide pulse. Thereby, the peak of the envelope of the high frequency lamp current is reduced in the vicinity of the peak of the line frequency half cycle. Hereinafter, this is called “hump down” of the lamp current (FIG. 19).

ライン周波数半周期のピーク付近において灯電流を低減することにより、インバータ回路によって取り出される電流が低減される。この効果は、それ自体で安定器入力電流を低減し、安定器入力電流全高調波ひずみを上昇させる。しかし、本発明の安定器では、灯電流の減少は、スイッチ924の導電時間の増大と関連する。導電電流のこの増大により、谷埋めキャパシタの充電電流が増大する。谷埋め電流のこの増大により、ライン周波数半周期のピークの付近において安定器によって取り出される全電流が増大する。ライン周波数半周期のピーク付近において安定器電流が増大することは、安定器入力電流全高調波ひずみを低減させる有利な効果を有する。この改善は、ピーク灯電流を低減することによって生じるTHDの増大の影響を相殺する。谷埋め回路によって取り出される電流が増大するために、ライン周波数半周期のピーク付近において安定器入力電流が増大することを、これ以後、安定器入力電流の「ハンプアップ」と呼ぶ。図19を参照されたい。   By reducing the lamp current near the peak of the line frequency half cycle, the current drawn by the inverter circuit is reduced. This effect itself reduces ballast input current and increases ballast input current total harmonic distortion. However, in the ballast of the present invention, the decrease in lamp current is associated with an increase in switch 924 conduction time. This increase in conduction current increases the charging current of the valley fill capacitor. This increase in valley fill current increases the total current drawn by the ballast near the peak of the line frequency half cycle. Increasing ballast current near the peak of the line frequency half cycle has the beneficial effect of reducing ballast input current total harmonic distortion. This improvement offsets the effects of increased THD caused by reducing peak lamp current. The increase in the ballast input current near the peak of the line frequency half cycle due to the increase in the current drawn by the valley fill circuit is hereinafter referred to as “hump-up” of the ballast input current. See FIG.

比較的狭いパルスを生成するようにスイッチ2112の導電時間を低減し、比較的広いパルスを生成するようにスイッチ924の導電時間を増大することについて記述してきたが、当業者なら、安定器入力電流の同じハンプアップと灯電流のハンプダウンとを達成するように、スイッチ2112の導電時間と谷埋め回路の適切な回路構成を有するスイッチ924とを逆にすることができる。   Although we have described reducing the conduction time of switch 2112 to produce a relatively narrow pulse and increasing the conduction time of switch 924 to produce a relatively wide pulse, those skilled in the art will recognize the ballast input current. The switch 2112 conduction time and the switch 924 with the appropriate circuit configuration of the valley fill circuit can be reversed to achieve the same hump up and lamp current hump down.

共振タンク回路
再び図17、18を参照すると、インバータ回路2110の出力は、インダクタ2222およびキャパシタ2224を備える共振タンク回路2220に接続される(図18)。共振タンク回路2220は、本質的に正弦波の電流を気体放電灯2210、2212に供給するように、インバータ回路2110の出力電圧をろ過する。さらに、共振タンク回路2220は、電圧利得および増大した出力インピーダンスを提供する。共振タンク回路2220の出力は、変圧器2230によって気体放電灯2210、2212の電極に結合される。DC阻止キャパシタ2232は、DC電流が変圧器2230の1次巻線に流れるのを防止する。
Resonant Tank Circuit Referring again to FIGS. 17 and 18, the output of the inverter circuit 2110 is connected to a resonant tank circuit 2220 that includes an inductor 2222 and a capacitor 2224 (FIG. 18). The resonant tank circuit 2220 filters the output voltage of the inverter circuit 2110 so as to supply an essentially sinusoidal current to the gas discharge lamps 2210, 2212. In addition, resonant tank circuit 2220 provides voltage gain and increased output impedance. The output of the resonant tank circuit 2220 is coupled to the electrodes of the gas discharge lamps 2210, 2212 by a transformer 2230. DC blocking capacitor 2232 prevents DC current from flowing through the primary winding of transformer 2230.

電流感知回路
図18を参照すると、安定器は、また、第1ダイオード2242および第2ダイオード2244を備える電流感知回路2240と、灯2210、2212と直列に結合された抵抗2246とを含む。電流感知回路2240は、抵抗2246の両端の半波整流電圧を生成し、この電圧は、灯電流に比例し、気体放電灯の実際の光出力の尺度を表す。半波整流電圧は、入力として図17の制御回路882に印加される。代替実施形態では、電流感知は、電流変圧器または代替として全波接続ダイオードを使用することによって、周知の方式で実施することが可能である。非減光安定器と、中程度の性能のみが必要とされる安定器とでは、電流感知回路は省略することが可能である。
Current Sensing Circuit Referring to FIG. 18, the ballast also includes a current sensing circuit 2240 comprising a first diode 2242 and a second diode 2244, and a resistor 2246 coupled in series with the lamps 2210, 2212. Current sensing circuit 2240 generates a half-wave rectified voltage across resistor 2246, which is proportional to the lamp current and represents a measure of the actual light output of the gas discharge lamp. The half-wave rectified voltage is applied as an input to the control circuit 882 in FIG. In an alternative embodiment, current sensing can be implemented in a well-known manner by using a current transformer or alternatively a full wave connected diode. For non-dimming ballasts and ballasts that only require moderate performance, the current sensing circuit can be omitted.

制御回路
図17の制御回路882について、図20、21、および22を参照してより詳細に記述する。制御回路882の第1実施形態は、切替え装置2112および924(図20および22)の導電を制御する信号を生成する。制御回路882は、入力として、電流感知回路2240から半波整流電圧を受け取り、灯からの実際の光出力を表すDC電圧を生成する。光出力を表すこのDC電圧は、光出力電圧を表す電圧と基準電圧との差を最小限に抑えるように、切替え装置2112、924のデューティサイクルを調節するために、所望の光レベルと比較される。減光電子安定器では、基準電圧は、0から10ボルトの制御信号などの外部入力によって提供することが可能である。代替として、基準電圧は、安定器が2ワイヤ減光制御により供給されるとき、ACライン電圧によって安定器に加えられた位相角度制御信号を検出することによって生成することが可能である。安定器の好ましい実施形態では、基準電圧は、「減光ホット」入力によって図17、20、22に示すように、安定器への追加の入力を介して安定器に加えられた位相角度制御信号から生成される。
Control Circuit The control circuit 882 of FIG. 17 will be described in more detail with reference to FIGS. 20, 21, and 22. The first embodiment of the control circuit 882 generates signals that control the conduction of the switching devices 2112 and 924 (FIGS. 20 and 22). The control circuit 882 receives as input the half-wave rectified voltage from the current sensing circuit 2240 and generates a DC voltage that represents the actual light output from the lamp. This DC voltage representing the light output is compared with the desired light level to adjust the duty cycle of the switching device 2112, 924 to minimize the difference between the voltage representing the light output voltage and the reference voltage. The In a dimming electronic ballast, the reference voltage can be provided by an external input such as a 0-10 volt control signal. Alternatively, the reference voltage can be generated by detecting a phase angle control signal applied to the ballast by the AC line voltage when the ballast is supplied with two-wire dimming control. In a preferred embodiment of the ballast, the reference voltage is a phase angle control signal applied to the ballast via an additional input to the ballast, as shown in FIGS. Generated from

制御回路は、電流感知回路2240および制御入力回路2460からの入力を受信するために接続されたフィードバック回路2440(図20)を含み、導電信号を制御可能導電装置2112、924の制御端子に供給する。制御回路は、以下で詳細に記述するように、追加の入力をフィードバック回路2440に提供するために、波成形回路2480を任意選択として含むことが可能である。   The control circuit includes a feedback circuit 2440 (FIG. 20) connected to receive inputs from the current sensing circuit 2240 and the control input circuit 2460 and provides a conductive signal to the control terminals of the controllable conductive devices 2112, 924. . The control circuit may optionally include a wave shaping circuit 2480 to provide additional input to the feedback circuit 2440, as will be described in detail below.

図22からわかるように、フィードバック回路2440は、電流感知回路2240からの灯光出力を表す入力信号を反転端子2444において受信し、かつ所望の光レベル基準信号を非反転端子2446において受信するために接続された差動増幅器2442を含む。差動増幅器2442は、実際の光出力と所望の光出力との差を表すエラー信号を生成する。エラー信号は、パルス幅変調(PWM)回路2448に提供され、このパルス幅変調回路は、駆動信号を生成し、この駆動信号は、インバータ回路スイッチ2112、924のゲートに加えられる。PWM回路2448は、当技術分野では周知であり、したがってここでは詳細に記述しない。   As can be seen from FIG. 22, the feedback circuit 2440 is connected to receive an input signal representing the lamp output from the current sensing circuit 2240 at the inverting terminal 2444 and to receive a desired light level reference signal at the non-inverting terminal 2446. Differential amplifier 2442. The differential amplifier 2442 generates an error signal representing the difference between the actual light output and the desired light output. The error signal is provided to a pulse width modulation (PWM) circuit 2448, which generates a drive signal that is applied to the gates of inverter circuit switches 2112, 924. The PWM circuit 2448 is well known in the art and therefore will not be described in detail here.

波成形回路2480は、制御入力回路2460からの本質的にDCの基準電圧信号と合計されたAC基準電圧信号を提供する。AC基準電圧信号の形状は、様々な波形を取るようにすることができるが、安定器にすでに存在する波形を利用する特に効果的であるが簡単な回路を設計することができる。図22に詳細に示す波成形回路2480は、抵抗2482を含む分圧器を含む。この抵抗は、バック変換器回路1510から谷埋め電圧の縮尺調整バージョンを提供する自動利得制御(AGC)回路2690と直列に接続される。AGC2690の詳細を図23に示し、以下で議論する。非減光安定器においてなど、波成形回路2480の利得を調節する必要がない場合、AGC2690は、任意選択として、抵抗などの受動インピーダンスによって置き換えることが可能である。   Wave shaping circuit 2480 provides an AC reference voltage signal summed with an essentially DC reference voltage signal from control input circuit 2460. The shape of the AC reference voltage signal can take various waveforms, but it is possible to design a particularly effective but simple circuit that utilizes waveforms already present in the ballast. The wave shaping circuit 2480 shown in detail in FIG. 22 includes a voltage divider including a resistor 2482. This resistor is connected in series with an automatic gain control (AGC) circuit 2690 that provides a scaled version of the valley fill voltage from the buck converter circuit 1510. Details of the AGC 2690 are shown in FIG. 23 and discussed below. If it is not necessary to adjust the gain of the wave shaping circuit 2480, such as in a non-dimming ballast, the AGC 2690 can optionally be replaced by a passive impedance such as a resistor.

分圧器からの縮尺調整電圧信号は、分圧器の出力に接続されたアノードと、DC基準電圧VREFに接続されたカソードとを有するダイオード2486によってクリッピングされる。次いで、クリッピングされた信号は、DC阻止キャパシタ2488を通過して、制御入力回路2460からのDC基準電圧と合計される。   The scaled voltage signal from the voltage divider is clipped by a diode 2486 having an anode connected to the output of the voltage divider and a cathode connected to the DC reference voltage VREF. The clipped signal then passes through DC blocking capacitor 2488 and is summed with the DC reference voltage from control input circuit 2460.

制御回路は、制御入力、波成形、およびフィードバック回路の共通結合点と共通回路との間に接続された下端クランプ2680をも含む。下端クランプ2680は、灯を流れる電流を維持することができないほど基準電圧が低くなるのを防止する。   The control circuit also includes a lower end clamp 2680 connected between the common input point of the control input, wave shaping, and feedback circuit and the common circuit. The lower end clamp 2680 prevents the reference voltage from becoming so low that the current flowing through the lamp cannot be maintained.

AC基準信号の追加は、入力ライン電圧のゼロ交差の付近などにおいて谷埋め電圧がより低いとき、組み合わされた基準電圧を低減し、入力ライン電圧が瞬間ピーク値に近付いているときなど、谷埋め電圧が増大する際に、組み合わされた基準電圧を増大する効果を有する。同様に、インバータ回路2110によって灯に供給される灯電流は、谷埋め電圧がより低いとき減少し、谷埋め電圧が増大するとき増大する。したがって、谷埋め電圧を追跡するまたは谷埋め電圧に追従するAC基準信号の追加は、灯によって取り出される電流が、谷埋め電圧の波形と同様の波形となるように成形する効果を有する。その結果、安定器入力電流は、バレー付近においてより低く、かつACライン電圧のピーク付近においてより高い形状を有し、それにより、安定器入力電流全高調波ひずみが改善される。しかし、安定器入力電流全高調波ひずみのこの改善は、灯電流のクレスタファクタがより大きいということを代償とする。   The addition of an AC reference signal reduces the combined reference voltage when the valley fill voltage is lower, such as near the zero crossing of the input line voltage, and reduces the combined reference voltage, such as when the input line voltage is approaching the instantaneous peak value. As the voltage increases, it has the effect of increasing the combined reference voltage. Similarly, the lamp current supplied to the lamp by inverter circuit 2110 decreases when the valley fill voltage is lower and increases when the valley fill voltage increases. Therefore, the addition of an AC reference signal that tracks or follows the valley fill voltage has the effect of shaping the current drawn by the lamp to a waveform similar to the waveform of the valley fill voltage. As a result, the ballast input current has a lower shape near the valley and a higher shape near the peak of the AC line voltage, thereby improving ballast input current total harmonic distortion. However, this improvement in ballast input current total harmonic distortion is at the cost of higher lamp current crest factor.

波成形回路2480の追加の特徴は、AC基準信号のピークをクリッピングするためのダイオード2486である。AC基準電圧信号がクリッピングされている時間中、組合せ基準電圧は、谷埋め電圧がピークに達している最中は一定である。制御回路の全応答は、「迅速」であるように設計され、したがって、制御回路は、スイッチ2112の導電時間を低減し、かつスイッチ924の導電時間を増大させて、より多くの一定高周波電圧を共振タンクに送達し、したがって一定灯電流を灯に送達するように、バス電圧がピークにある最中に迅速に応答する。正味の効果は、灯電流包絡線のピークを低減し、したがって、灯電流の電流波高率を低減することである。これを灯電流のハンプダウンとして図19に示す。同時に、スイッチ924の導電時間の増大により、図19に示すように、キャパシタ916によって取り出される充電電流が増大する。これにより、安定器入力電流は、キャパシタ916の充電電流が増大していない場合よりも増大し、したがって安定器入力電流はハンプアップする。この効果により、安定器入力電流全高調波ひずみは低減される。記述した波成形回路で構築された電子減光安定器は、安定器入力電流全高調波ひずみが20%より小さく、かつ灯電流の電流波高率が1.7より小さい状態で、安定な動作を達成した。   An additional feature of the wave shaping circuit 2480 is a diode 2486 for clipping the peak of the AC reference signal. During the time that the AC reference voltage signal is clipped, the combined reference voltage is constant while the valley fill voltage reaches a peak. The overall response of the control circuit is designed to be “quick”, so the control circuit reduces the conduction time of switch 2112 and increases the conduction time of switch 924 to produce more constant high frequency voltage. It responds quickly while the bus voltage is at its peak to deliver to the resonant tank and thus deliver a constant lamp current to the lamp. The net effect is to reduce the peak of the lamp current envelope and thus reduce the current crest factor of the lamp current. This is shown in FIG. 19 as lamp current humpdown. At the same time, the increase in conduction time of the switch 924 increases the charging current drawn by the capacitor 916, as shown in FIG. This increases the ballast input current compared to when the charging current of the capacitor 916 is not increased, thus boosting the ballast input current. This effect reduces ballast input current total harmonic distortion. The electronic dimming ballast constructed with the described wave shaping circuit achieved stable operation with ballast input current total harmonic distortion less than 20% and lamp current crest factor less than 1.7. .

図22に示すAGC回路2690は、安定器が、灯電流を低減し、それにより灯を減光することを要求されるとき、波成形回路2480の出力を変更する。図23のAGC回路2690には、第1トランジスタ2691および第2トランジスタ2692と、抵抗2693、2494、および2695と、ダイオード2696とが含まれる。第1トランジスタ2691の導電は、制御入力2460(図22)の出力によって制御される。入力電圧が低くなるとき、これは減光条件を表し、第1トランジスタ2691の導電は増大し、第2トランジスタ2692のベースの電圧は下がり、それにより、第2トランジスタ2692の導電性は低下し、波成形回路2480に提示されるAGC回路2690のインピーダンスは効果的に増大される。AGC回路2690のインピーダンスの増大により、AGC回路2690と抵抗2482との接合部の電圧が増大し、より多くの信号が、ダイオード2480によってクリッピングされることになる。このように電圧が上昇して、ますますクリッピングされるようになるにつれ、この電圧のAC部分は減少し、それにより、波成形回路の効果が低減される。   The AGC circuit 2690 shown in FIG. 22 changes the output of the wave shaping circuit 2480 when the ballast is required to reduce the lamp current and thereby dimm the lamp. The AGC circuit 2690 of FIG. 23 includes a first transistor 2691 and a second transistor 2692, resistors 2693, 2494, and 2695, and a diode 2696. The conduction of the first transistor 2691 is controlled by the output of the control input 2460 (FIG. 22). When the input voltage decreases, this represents a dimming condition, the conductivity of the first transistor 2691 increases, the voltage at the base of the second transistor 2692 decreases, thereby reducing the conductivity of the second transistor 2692, The impedance of the AGC circuit 2690 presented to the wave shaping circuit 2480 is effectively increased. Increasing the impedance of the AGC circuit 2690 increases the voltage at the junction of the AGC circuit 2690 and the resistor 2482 and more signals are clipped by the diode 2480. As the voltage increases and becomes more and more clipped, the AC portion of this voltage decreases, thereby reducing the effectiveness of the wave shaping circuit.

図20のフィードバック回路2440の第2実施形態が、図24に示されており、これは、マイクロプロセッサ26102を含む。このマイクロプロセッサは、所望の光レベルおよび灯電流を表す入力を受信して、インバータ回路の制御可能導電装置の制御端子を駆動するための出力信号を生成する。この使用に適した1つのそのようなマイクロプロセッサは、MC68HC08のモデル番号でMotorola Coporationによって製造されている。簡略化のために、マイクロプロセッサ26102を安定器のアナログ回路とインタフェースするために必要なアナログデジタル回路およびデジタルアナログ回路は、当技術分野の通常の技術の範囲内において考慮し、ここでは示さない。   A second embodiment of the feedback circuit 2440 of FIG. 20 is shown in FIG. 24, which includes a microprocessor 26102. The microprocessor receives input representing the desired light level and lamp current and generates an output signal for driving the control terminal of the controllable conductive device of the inverter circuit. One such microprocessor suitable for this use is manufactured by Motorola Corporation under the MC68HC08 model number. For simplicity, the analog and digital analog circuitry required to interface the microprocessor 26102 with the ballast analog circuitry is considered within the ordinary skill in the art and is not shown here.

図20のフィードバック回路2440第3の実施形態が、図25に示されており、これは、ゲートドライバ回路26104を含む。このゲートドライバ回路26104は、マイクロプロセッサ26102の他に、マイクロプロセッサ26102から単一ゲート駆動信号を受信して、インバータ回路スイッチの動作を制御することができる信号を生成するゲートドライバ回路26104を含む。この使用に適した1つのそのようなゲートドライバ回路は、部品番号IR2111でInternational Rectifierによって製造されている。当然、他の適切なマイクロプロセッサ(Microchip Technology Inc.、アリゾナ州チャンドラーのPIC 16C54A)およびゲートドライバを、本明細書において記述する特定の実施形態について代用することが可能である。さらに、特定用途向け集積回路(ASIC)(図示せず)またはデジタル信号プロセッサ(DSP)(図示せず)を代用して、本明細書において開示するマイクロプロセッサと同じ機能を提供することが可能である。   A third embodiment of the feedback circuit 2440 of FIG. 20 is shown in FIG. 25 and includes a gate driver circuit 26104. FIG. In addition to the microprocessor 26102, the gate driver circuit 26104 includes a gate driver circuit 26104 that receives a single gate drive signal from the microprocessor 26102 and generates a signal that can control the operation of the inverter circuit switch. One such gate driver circuit suitable for this use is manufactured by International Rectifier with part number IR2111. Of course, other suitable microprocessors (Microchip Technology Inc., PIC 16C54A, Chandler, Arizona) and gate drivers can be substituted for the specific embodiments described herein. In addition, an application specific integrated circuit (ASIC) (not shown) or a digital signal processor (DSP) (not shown) can be substituted to provide the same functionality as the microprocessor disclosed herein. is there.

図26に示す図24および25のフィードバック制御回路実施形態の動作を示す高レベルフローチャートには、灯電流ILを測定するステップ(ステップ26110)と、所望の光レベルを表す減光信号VDIMを測定するステップ(ステップ26120)とが含まれる。測定した灯電流ILを測定した減光信号VDIMと比較し(ステップ26130)、ILがVDIMより小さい場合、インバータ回路の制御可能導電装置の導電時間は、より等しくされる(ステップ26140)。ILがステップ26150において決定されたVDIMより大きい場合、インバータ回路の制御可能導電時間の導電時間は、より等しくないようにされる(ステップ26160)。ILがVDIMに等しい場合、インバータ回路の制御可能導電装置の導電時間は変更されず、プロセスが反復される。   The high level flowchart illustrating the operation of the feedback control circuit embodiment of FIGS. 24 and 25 shown in FIG. 26 includes a step of measuring the lamp current IL (step 26110) and a dimming signal VDIM representing the desired light level. Step (step 26120). The measured lamp current IL is compared with the measured dimming signal VDIM (step 26130), and if IL is less than VDIM, the conduction time of the controllable conductive device of the inverter circuit is made more equal (step 26140). If IL is greater than VDIM determined in step 26150, the conduction time of the controllable conduction time of the inverter circuit is made less equal (step 26160). If IL is equal to VDIM, the conduction time of the controllable conductive device of the inverter circuit is not changed and the process is repeated.

キャットイヤー回路
2ワイヤの制御回路、白熱灯のトライアックベースの減光装置、およびファンモータに電力を提供するために、キャットイヤー回路が長年使用されてきた。通常の従来の技術のキャットイヤー回路を図27に示す。照明負荷の標準的な電子減光装置は周知であり、イヤーキャット電源回路を使用する回路も周知である。そのような応用例では、減光装置は、AC線と負荷との間に配置され、入力としてAC線から正弦波電圧を受け取り、出力として正弦波入力電圧の「切頭」形態を提供する。切頭形態では、トライアックが導電しているとき、入力電圧波形の前縁は、非導電トライアックによって阻止され、入力電圧波形の尾部部分のみが、トライアックによって負荷に渡される。トライアックは、所定の時間にターンオンされ、入力電圧波形の次のゼロ交差まで導電する。ACライン電圧のゼロ交差に関して、トライアックの導電までの時間を変更することによって、負荷に送達される電力の量を制御することが可能である。
Cat ear circuit
Cat-ear circuits have been used for many years to provide power to two-wire control circuits, incandescent triac-based dimmers, and fan motors. A conventional prior art cat-ear circuit is shown in FIG. Standard electronic dimming devices for lighting loads are well known, and circuits using earcat power supply circuits are also well known. In such applications, the dimmer is placed between the AC line and the load, receives a sine wave voltage from the AC line as input, and provides a “truncated” form of the sine wave input voltage as output. In the truncated form, when the triac is conducting, the leading edge of the input voltage waveform is blocked by the non-conductive triac and only the tail portion of the input voltage waveform is passed to the load by the triac. The triac is turned on at a predetermined time and conducts until the next zero crossing of the input voltage waveform. With respect to the zero crossing of the AC line voltage, it is possible to control the amount of power delivered to the load by changing the time to triac conduction.

2ワイヤ減光装置の従来の技術のキャットイヤー回路は、トライアックが導電していないとき、入力電圧波形の一部中にAC線から電力を取り出す。すなわち、従来の技術のキャットイヤー回路は、膨大な負荷電流が通常は流れていない時間中に、線から負荷を経て電流を取り出す。しかし、これまで、キャットイヤー回路は、電子装置内の制御回路を動作する補助的な電源を導出するためにのみ使用されてきた。電子装置によって線から取り出された入力電流を意図的に成形するためには使用されていなかった。具体的には、キャットイヤー回路は、これまで、入力電流の成形を補助するためには電子安定器において使用されず、また電子安定器において補助的な電源としても使用されていなかった。本発明の安定器では、キャットイヤー回路の入力電流成形の利点は、安定器電流全高調波ひずみの低減に寄与する。   The prior art cat-ear circuit of the 2-wire dimmer draws power from the AC line during part of the input voltage waveform when the triac is not conducting. That is, the prior art cat-ear circuit extracts current from the line through the load during times when a large load current is not normally flowing. However, so far, the cat ear circuit has only been used to derive an auxiliary power source that operates a control circuit in the electronic device. It has not been used to intentionally shape the input current drawn from the wire by the electronic device. Specifically, the cat ear circuit has not been used in electronic ballasts to assist in shaping the input current, nor has it been used as an auxiliary power source in electronic ballasts. In the ballast of the present invention, the advantage of the cat ear circuit input current shaping contributes to the reduction of ballast current total harmonic distortion.

本発明の安定器は、整流回路820の出力の両端に接続されたキャットイヤー回路884(図2)を含む。キャットイヤー回路は、一般には、線周期の選択部分中に線から電流を取り出すように設計される回路として定義することが可能である。したがって、キャットイヤー回路は、安定器入力電流全高調波ひずみを改善するように、安定器入力電流波形を成形するための新規かつ独自な方式で使用することが可能である。実際、キャットイヤー回路は、スイッチモード電源およびAC線DC変換器など、様々な電子装置の入力電流波形を生成して、入力電流全高調波ひずみを低減するために使用することが可能である。   The ballast of the present invention includes a cat ear circuit 884 (FIG. 2) connected across the output of the rectifier circuit 820. A cat ear circuit can generally be defined as a circuit designed to draw current from a line during a selected portion of the line period. Thus, the cat ear circuit can be used in a new and unique way to shape the ballast input current waveform so as to improve the ballast input current total harmonic distortion. In fact, the cat ear circuit can be used to generate input current waveforms for various electronic devices, such as switch mode power supplies and AC line DC converters, to reduce total input current harmonic distortion.

キャットイヤー回路884(図20)は、図28に示すように、入力線周期の「尾部」、すなわちライン電圧ゼロ交差付近の入力線周期の領域においてのみ、整流器820から電流を取り出す。キャットイヤー回路884は、ライン電圧ゼロ交差付近において電流を取り出し、それにより、安定器のバックエンドがAC線から電流を取り出していないとき(図19)、AC線から取り出された入力ライン電流の尾部を「埋める」。尾部を埋めることによって、安定器によって取り出されたライン電流は、より連続的になり、それにより、図31に関して記述するように、安定器入力電流全高調波ひずみが低減される。   As shown in FIG. 28, the cat ear circuit 884 (FIG. 20) extracts current from the rectifier 820 only in the “tail portion” of the input line period, that is, in the region of the input line period near the line voltage zero crossing. The cat ear circuit 884 extracts current near the line voltage zero crossing, so that the tail of the input line current extracted from the AC line when the ballast backend is not extracting current from the AC line (Figure 19). "Fill". By filling the tail, the line current drawn by the ballast becomes more continuous, thereby reducing ballast input current total harmonic distortion as described with respect to FIG.

キャットイヤー回路は、図31に示すように、各180度ライン周波数半周期の尾部において、比較的短時間の間に安定器入力電流を取り出す。一実施形態では、キャットイヤー回路は、ゼロ交差に続く各180度ライン周波数半周期の約45度において安定器入力電流を取り出す(図31の間隔I)。次いで、インバータ回路は、各180度ライン周波数半周期の約90度において安定器入力電流を取り出す(図31の間隔II)。最後に、キャットイヤー回路は、その次のゼロ交差の前の各180度ライン周波数半周期の約45度において安定器入力電流を取り出す(図31の間隔III)。   As shown in FIG. 31, the cat ear circuit takes out the ballast input current in a relatively short time at the tail of each 180 degree line frequency half cycle. In one embodiment, the cat ear circuit draws ballast input current at approximately 45 degrees of each 180 degree line frequency half cycle following the zero crossing (interval I in FIG. 31). Next, the inverter circuit extracts the ballast input current at about 90 degrees of each 180 degree line frequency half cycle (interval II in FIG. 31). Finally, the cat ear circuit draws ballast input current at approximately 45 degrees of each 180 degree line frequency half cycle before the next zero crossing (interval III in FIG. 31).

この実施形態は、ゼロ交差の後の約45度およびその次のゼロ交差の前の約45度において安定器入力電流を取り出すキャットイヤー回路を示す。しかし、当業者なら、キャットイヤー回路が安定器入力電流を取り出す時間を変更することが可能であることを理解することができる。たとえば、所望の最大THDを超えず、かつ本発明の範囲または精神から逸脱せずに、キャットイヤー回路が、ゼロ交差に続く各180度ライン周波数半周期の約35度において安定器入力電流を取り出し、インバータ回路が、各180度ライン周波数半周期の約90度において安定器入力電流を取り出し、最後に、キャットイヤー回路が、その次のゼロ交差の前の各180度ライン周波数半周期の約55度において安定器入力電流を取り出す。また、当業者なら、所望の最大THDを超えず、かつ本発明の範囲または精神から逸脱せずに、安定器入力電流がキャットイヤー回路またはインバータ回路によって取り出されないあるむだ時間が生じる可能性があることを理解することができる。   This embodiment shows a cat ear circuit that extracts ballast input current at about 45 degrees after the zero crossing and about 45 degrees before the next zero crossing. However, one skilled in the art can appreciate that the time for the cat ear circuit to take ballast input current can be varied. For example, without exceeding the desired maximum THD and without departing from the scope or spirit of the present invention, the cat ear circuit extracts ballast input current at approximately 35 degrees of each 180 degree line frequency half cycle following the zero crossing. , The inverter circuit draws the ballast input current at about 90 degrees of each 180 degree line frequency half cycle, and finally the cat ear circuit takes about 55 of each 180 degree line frequency half period before the next zero crossing. The ballast input current is taken in degrees. Also, those skilled in the art may experience some dead time when the ballast input current is not taken by the cat ear circuit or inverter circuit without exceeding the desired maximum THD and without departing from the scope or spirit of the present invention. I can understand that there is.

図29に示すキャットイヤー回路884の第1実施形態2810では、キャットイヤー回路2810は、固定電圧カットイン点およびカットアウト点を有して設計される。すなわち、キャットイヤー回路の第1実施形態2810は、整流ライン電圧が固定値より小さいときのみ、AC線から電流を取り出す。この条件は、ライン電圧ゼロ交差付近の時間期間に生じる。カットアウト電圧点およびカットイン電圧点は、キャットイヤー回路2810がライン電圧ゼロ交差の直後の時間から図22のインバータ回路2110がAC線から電流を取り出している時間までの第1間隔中と、インバータ回路2110がAC線からの電流の取り出しを停止した時間から次の電圧ゼロ交差までの第2間隔中とに電流を取り出すように調節される。   In the first embodiment 2810 of the cat ear circuit 884 shown in FIG. 29, the cat ear circuit 2810 is designed with a fixed voltage cut-in point and a cut-out point. That is, the first embodiment 2810 of the cat ear circuit extracts current from the AC line only when the rectified line voltage is smaller than a fixed value. This condition occurs during a time period near the line voltage zero crossing. The cut-out voltage point and the cut-in voltage point are the same during the first interval from the time immediately after the cat ear circuit 2810 takes the line voltage zero crossing to the time the inverter circuit 2110 in FIG. The circuit 2110 is adjusted to draw current during the second interval from the time when it stops drawing current from the AC line to the next voltage zero crossing.

整流ライン電圧が選択された電圧より低いとき、充電トランジスタ2812(図29)が、エネルギー貯蔵キャパシタ2814の充電を可能にするように動作し、これにより電圧VCCに向かって充電される。キャパシタ2814の充電率は、MOSFETトランジスタ2812のドレインと直列の抵抗2816によって決定される。キャットイヤー回路によって取り出されたこの電流は、安定器のバックエンド回路によって取り出された電流と組み合わされたとき、事実上区分的に連続の安定器入力電流を形成するように組み合わされる。トランジスタ2812はMOSFETとして示されているが、限定的ではなくBJTまたはIGBTなどのあらゆる適切な制御可能導電装置とすることが可能である。   When the rectified line voltage is lower than the selected voltage, the charging transistor 2812 (FIG. 29) operates to allow the energy storage capacitor 2814 to be charged, thereby charging towards the voltage VCC. The charge rate of capacitor 2814 is determined by resistor 2816 in series with the drain of MOSFET transistor 2812. This current drawn by the cat ear circuit is combined to form a virtually piecewise continuous ballast input current when combined with the current drawn by the ballast back-end circuit. Although transistor 2812 is shown as a MOSFET, it can be any suitable controllable conductive device such as, but not limited to, BJT or IGBT.

整流ライン電圧が、所定の電圧と等しいかまたはそれより大きいとき、カットアウトトランジスタ2818は、導電を開始する。カットアウトトランジスタ2818のコレクタは、ツェナーダイオード2820のカソードをVCCに向けて引き、これにより、充電トランジスタ2818が効果的にターンオフされる。所定のカットイン電圧およびカットアウト電圧は、カットアウトトランジスタ2818のベースが接続される抵抗2822および2824を含む抵抗分圧器ネットワークによって決定される。   When the rectified line voltage is equal to or greater than the predetermined voltage, the cutout transistor 2818 begins to conduct. The collector of cutout transistor 2818 pulls the cathode of Zener diode 2820 toward VCC, which effectively turns off charge transistor 2818. The predetermined cut-in and cut-out voltages are determined by a resistor divider network that includes resistors 2822 and 2824 to which the base of cut-out transistor 2818 is connected.

本発明のキャットイヤー回路は、安定器の制御回路の電源をも提供することに留意されたい。これにより、安定器が、AC線の各半周期の所定の部分中に電流を取り出すことが可能になる。この部分は、ライン電圧ゼロ交差の前および後の期間、またはそのような期間の一方のみ、または半周期中のあらゆる他の有用な期間を含むことができる。   It should be noted that the cat ear circuit of the present invention also provides a power supply for the ballast control circuit. This allows the ballast to draw current during a predetermined portion of each half cycle of the AC line. This portion can include periods before and after the line voltage zero crossing, or only one such period, or any other useful period in a half cycle.

図30に示すキャットイヤー回路884の第2実施形態2910では、キャットイヤー回路2910は、安定器のバックエンドから取り出される電流を能動的に監視して、バックエンドが所定の値より大きい電流を取り出していないときのみ、キャットイヤー回路に線からの電流を取り出させる回路を含む。電流監視回路には、トランジスタ2930と、キャパシタ2932と、抵抗2934、2936と、ダイオード2938、2940とが含まれる。安定器バックエンド電流は、入力整流回路820に戻る際に、ダイオード2938、2940および抵抗2936を流れる。安定器バックエンドが、所定の値より大きい電流を取り出しているとき、トランジスタ2930のエミッタにおける電圧は、ダイオード2938、2940の組み合わされた順電圧降下に等しい電圧だけ負になる。抵抗2934を経て、トランジスタ2930ベースエミッタ接合部に順バイアスがかけられ、それによりトランジスタ2930がターンオンされる。トランジスタ2930をターンオンすることにより、トランジスタ2812のゲートが下に引かれ、それにより、トランジスタ2812がターンオフされる。バックエンド電流が、抵抗2936、2934の分圧器によって設定された所定の値より小さくなるとき、トランジスタ2930はターンオフされて、トランジスタ2812をターンオンするのを可能にし、かつキャパシタ2814の充電経路を提供する。この第2実施形態は、第1実施形態と比較して、安定器入力電流全高調波ひずみをわずかに改善する。   In the second embodiment 2910 of the cat ear circuit 884 shown in FIG. 30, the cat ear circuit 2910 actively monitors the current drawn from the back end of the ballast, and the back end takes out a current greater than a predetermined value. Includes a circuit that causes the cat ear circuit to draw current from the line only when not. The current monitoring circuit includes a transistor 2930, a capacitor 2932, resistors 2934 and 2936, and diodes 2938 and 2940. Ballast backend current flows through diodes 2938, 2940 and resistor 2936 when returning to input rectifier circuit 820. When the ballast back end is drawing a current greater than a predetermined value, the voltage at the emitter of transistor 2930 is negative by a voltage equal to the combined forward voltage drop of diodes 2938, 2940. Through resistor 2934, the transistor 2930 base-emitter junction is forward biased, thereby turning transistor 2930 on. Turning on transistor 2930 pulls the gate of transistor 2812 down, thereby turning transistor 2812 off. When the backend current is less than a predetermined value set by the voltage divider of resistors 2936, 2934, transistor 2930 is turned off, allowing transistor 2812 to turn on and providing a charging path for capacitor 2814. . This second embodiment slightly improves the ballast input current total harmonic distortion compared to the first embodiment.

記述したキャットイヤー回路の特定の実施形態は、整流回路を経てAC電力源に接続されたキャットイヤー回路を示す。当然、整流回路を経るのではなく、直接AC電力源に接続されるキャットイヤー回路を構築することが可能である。たとえば、記述したキャットイヤー回路の特定の実施形態は、代替として、AC電力源に接続するための別の整流器を含むことができる。   The particular embodiment of the described cat ear circuit shows a cat ear circuit connected to an AC power source via a rectifier circuit. Of course, it is possible to construct a cat ear circuit that is directly connected to an AC power source rather than going through a rectifier circuit. For example, the particular embodiment of the described cat ear circuit may alternatively include another rectifier for connection to an AC power source.

安定器入力電流全高調波ひずみを改善するように安定器によって取り出される入力電流を成形する手段を提供するに加えて、キャットイヤー回路は、以下の追加の特徴を提供する。キャットイヤー回路は、安定器のより迅速な開始をも提供し、かつ通常の従来の技術の細流充電およびブートストラップシステムが影響を受けるのと同じようには、安定器の動作モードによって影響されないことが有利である。事実上、キャットイヤー回路およびインバータ回路は、他に影響を与えずにそれぞれの微調整を可能にするように、互いから分離される。   In addition to providing a means to shape the input current drawn by the ballast to improve total harmonic distortion of the ballast input current, the cat ear circuit provides the following additional features. The cat-ear circuit also provides a faster start of the ballast and should not be affected by the ballast's mode of operation, just as normal conventional trickle charge and bootstrap systems are affected. Is advantageous. In effect, the cat ear circuit and the inverter circuit are separated from each other so as to allow fine tuning of each without affecting the others.

本発明の改良された谷埋め回路、制御回路、およびキャットイヤー回路を組み合わせる結果を図31に見ることが可能である。キャットイヤー回路は、入力ACライン電圧波形のゼロ交差付近において入力電流を取り出す手段を備え、それにより、安定器入力電流全高調波ひずみは、大きく低減される。すなわち、キャットイヤー回路は、ゼロ交差付近において電流波形を埋める。   The result of combining the improved valley fill circuit, control circuit, and cat ear circuit of the present invention can be seen in FIG. The cat ear circuit comprises means for extracting the input current near the zero crossing of the input AC line voltage waveform, whereby the ballast input current total harmonic distortion is greatly reduced. That is, the cat ear circuit fills the current waveform near the zero crossing.

本発明の改良された谷埋め回路は、AC入力電圧の各半周期の大部分にわたってエネルギー貯蔵装置を充電する手段を備え、それにより、安定器入力電流全高調波ひずみが低減される。これを、図31に理想的な波形で示す。各線半周期の中間部分において、理想的な波形は、ほぼ正弦波の電流波形に一致することを認めることが可能である。   The improved valley fill circuit of the present invention comprises means for charging the energy storage device for the majority of each half period of the AC input voltage, thereby reducing ballast input current total harmonic distortion. This is shown as an ideal waveform in FIG. It can be seen that in the middle part of each line half-cycle, the ideal waveform substantially matches the sinusoidal current waveform.

キャットイヤー回路と改良された谷埋め回路との組合せは、AC電源から電流を選択的に取り出す手段を備える。   The combination of the cat ear circuit and the improved valley filling circuit comprises means for selectively extracting current from the AC power source.

安定器の動作は、本明細書において開示した制御回路によってさらに改善される。この制御回路は、バス電圧に応答してインバータ回路スイッチの導電時間を選択的に変更する手段を備える。これにより、エネルギー貯蔵装置は、図19に示すように、ACライン電圧の各線半周期のピークの時間付近においてAC電源からより多くの電流を取り出し、ACライン電圧の各線半周期の谷付近においてより少ない電流を取り出す。   Ballast operation is further improved by the control circuitry disclosed herein. The control circuit comprises means for selectively changing the conduction time of the inverter circuit switch in response to the bus voltage. Thereby, as shown in FIG. 19, the energy storage device extracts more current from the AC power source near the peak time of each line half cycle of the AC line voltage, and more near the valley of each line half cycle of the AC line voltage. Take out a small current.

独立した電源、すなわち、安定器のバックエンドまたはAPFCに関連付けられた変圧器の電源の二次側ではなく、安定器自体の整流器ステージを経て、または安定器自体の専用整流器を経て、安定器の前端において線から直接電力を導出する電源を提供することにより、開始時、停止時、および異常状態または障害状態中に過渡条件に対処することが簡単になる。この場合、そのような独立電源の好ましい形態は、電源として構成された以前に記述したキャットイヤー回路である。したがって、好ましい実施形態の独立した電源は、バックエンドから電源を分離して、それにより安定器の制御を簡略化し、一方、安定器入力電流全高調波ひずみを低減するように線から電流を取り出す方式をより精確に制御する手段を同時に提供することに備える。   Independent of the power supply, i.e. through the rectifier stage of the ballast itself, or through the rectifier stage of the ballast itself, rather than the secondary side of the transformer power supply associated with the ballast backend or APFC Providing a power supply that derives power directly from the line at the front end makes it easier to cope with transient conditions at start, stop, and during abnormal or fault conditions. In this case, the preferred form of such an independent power supply is the previously described cat-ear circuit configured as a power supply. Thus, the independent power supply of the preferred embodiment isolates the power supply from the back end, thereby simplifying ballast control while extracting current from the line to reduce ballast input current total harmonic distortion. It provides for simultaneously providing a means for more precise control of the scheme.

本発明の特定の実施形態に関して本発明を記述してきたが、多くの他の変更および修正ならびに他の使用法が、当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、本明細書における特有の開示によって限定されず、添付の請求項によってのみ限定されることが好ましい。   Although the invention has been described with respect to particular embodiments of the invention, many other changes and modifications and other uses will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, the invention is preferably not limited by the specific disclosure herein, but only by the appended claims.

いくつかの理想的な波形が破線で示されている、APFCまたは谷埋め回路のない従来の技術の電子安定器における電圧波形および電流波形を示す図である。FIG. 3 shows voltage and current waveforms in a prior art electronic ballast without APFC or valley fill circuit, some ideal waveforms are shown with dashed lines. 本発明の電子安定器の実施形態の1つの簡略的なブロック図である。1 is a simplified block diagram of one embodiment of an electronic ballast of the present invention. FIG. 本発明の電子安定器において使用することができるバック変換器回路を使用する谷埋め回路の第1実施形態の簡略化した概略的回路図である。FIG. 2 is a simplified schematic circuit diagram of a first embodiment of a valley fill circuit using a buck converter circuit that can be used in the electronic ballast of the present invention. 動作の方法を示す、図3のバック変換器回路における谷埋め電圧を簡略的に示す図である。FIG. 4 is a simplified diagram illustrating a valley fill voltage in the buck converter circuit of FIG. 3 illustrating a method of operation. 動作の第1モードを示す、図3のバック変換器回路の簡略化した概略的回路図である。FIG. 4 is a simplified schematic circuit diagram of the buck converter circuit of FIG. 3 illustrating a first mode of operation. 動作の第2モードを示す、図3のバック変換器回路の簡略化した概略的回路図である。FIG. 4 is a simplified schematic circuit diagram of the buck converter circuit of FIG. 3 showing a second mode of operation. 完全光出力における図3のバック変換器回路を含む電子安定器における様々な電圧波形および電流波形を簡略的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically illustrating various voltage and current waveforms in an electronic ballast including the buck converter circuit of FIG. 3 at full light output. 10パーセント光出力のおける図3のバック変換器回路を含む電子安定器における様々な電圧波形および電流波形を簡略的に示す図である。FIG. 4 is a simplified illustration of various voltage and current waveforms in an electronic ballast including the buck converter circuit of FIG. 3 at 10 percent light output. 本発明によるインバータ回路と統合されたバック変換器回路を有する谷埋め回路の第2実施形態の簡略化した概略的回路図である。FIG. 6 is a simplified schematic circuit diagram of a second embodiment of a valley filling circuit having a buck converter circuit integrated with an inverter circuit according to the present invention. 本発明によるバック変換器回路においてタップ付きインダクタを有する統合バック変換器回路を有する谷埋め回路の第3実施形態の簡略化した概略的回路図である。FIG. 6 is a simplified schematic circuit diagram of a third embodiment of a valley fill circuit having an integrated buck converter circuit with a tapped inductor in a buck converter circuit according to the present invention. 谷埋めキャパシタを再充填するためのフライバック変圧器を有する谷埋め回路の他の代替実施形態の簡略化した概略的回路図である。FIG. 6 is a simplified schematic circuit diagram of another alternative embodiment of a valley fill circuit having a flyback transformer for refilling the valley fill capacitor. 本発明による谷埋め回路の第4実施形態の簡略化した概略的回路図である。FIG. 6 is a simplified schematic circuit diagram of a fourth embodiment of a valley filling circuit according to the present invention. 本発明による谷埋め回路の第5実施形態の簡略化した概略的回路図である。FIG. 6 is a simplified schematic circuit diagram of a fifth embodiment of a valley filling circuit according to the present invention. 本発明によるインバータ回路と統合された谷埋め回路の第6実施形態の簡略化した概略的回路図である。FIG. 9 is a simplified schematic circuit diagram of a sixth embodiment of a valley filling circuit integrated with an inverter circuit according to the present invention. 本発明による谷埋め回路の第7実施形態の簡略化した概略的回路図である。FIG. 10 is a simplified schematic circuit diagram of a seventh embodiment of a valley filling circuit according to the present invention; 本発明による谷埋め回路の第8実施形態の簡略化した概略的回路図である。FIG. 20 is a simplified schematic circuit diagram of an eighth embodiment of a valley filling circuit according to the present invention. 本発明により構築された安定器の簡略した概略的回路図である。FIG. 2 is a simplified schematic circuit diagram of a ballast constructed in accordance with the present invention. 本発明により構築された安定器の簡略した概略的回路図である。FIG. 2 is a simplified schematic circuit diagram of a ballast constructed in accordance with the present invention. ライン電圧の半周期にわたって変化する図17のインバータ回路スイッチ導電時間と、安定器によって取り出された結果的なライン電流とを示す共通の時間に基づく1組の図である。FIG. 18 is a set of diagrams based on a common time showing the inverter circuit switch conduction time of FIG. 17 varying over a half cycle of the line voltage and the resulting line current drawn by the ballast. 本発明により構築された電子安定器の第2実施形態の簡略化した概略的回路図である。FIG. 5 is a simplified schematic circuit diagram of a second embodiment of an electronic ballast constructed in accordance with the present invention. 本発明により構築された電子安定器の第2実施形態の簡略化した概略的回路図である。FIG. 5 is a simplified schematic circuit diagram of a second embodiment of an electronic ballast constructed in accordance with the present invention. 制御回路と、波成形回路と、フィードバック回路との詳細を含む図20および21の安定器の簡略化した部分的な概略回路図である。FIG. 22 is a simplified partial schematic circuit diagram of the ballast of FIGS. 20 and 21, including details of a control circuit, a wave shaping circuit, and a feedback circuit. 図22の波成形回路の自動利得制御回路の簡略化した概略的回路図である。FIG. 23 is a simplified schematic circuit diagram of the automatic gain control circuit of the wave shaping circuit of FIG. 図20のフィードバック回路の第2実施形態の簡略化したブロック図である。FIG. 21 is a simplified block diagram of a second embodiment of the feedback circuit of FIG. 図20のフィードバック回路の第3実施形態の簡略化したブロック図である。FIG. 21 is a simplified block diagram of a third embodiment of the feedback circuit of FIG. 図24および25のフィードバック回路の動作を示す簡略化したフローチャートである。FIG. 26 is a simplified flowchart illustrating the operation of the feedback circuit of FIGS. 24 and 25. FIG. 従来の技術のイヤーキャット電源の簡略化した概略的回路図である。FIG. 2 is a simplified schematic circuit diagram of a prior art earcat power supply. 図20および22のキャットイヤー電源によって取り出されたライン電流の簡略化した波形を示す図である。FIG. 23 is a diagram showing a simplified waveform of line current taken by the cat-ear power supply of FIGS. 20 and 22. 本発明による固定カットイン点および固定カットアウト点を有するキャットイヤー回路の第1実施形態の簡略化した概略的回路図である。1 is a simplified schematic circuit diagram of a first embodiment of a cat-ear circuit having a fixed cut-in point and a fixed cut-out point according to the present invention. FIG. バックエンド電流の能動監視を含むキャットイヤー回路の第2実施形態の簡略化した概略的回路図である。FIG. 6 is a simplified schematic circuit diagram of a second embodiment of a cat-ear circuit including active monitoring of back-end current. 図20および21の電子安定器によって取り出されたライン電流の簡略化した波形を示す図である。FIG. 22 is a diagram illustrating a simplified waveform of a line current extracted by the electronic ballast of FIGS. 20 and 21.

符号の説明Explanation of symbols

810 電子安定器
820 整流回路
830 谷埋め回路
840 ダイオード
860 インバータ回路
870 出力回路
880 負荷
882 制御回路
884 キャットイヤー回路
910 バックインバータ回路
912 第1入力端子
914 第2入力端子
916 エネルギー貯蔵装置
918 第1ダイオード
920 インダクタ
922 第2ダイオード
924 制御可能導電装置
926 第3整流ダイオード
928 第1出力端子
930 第2出力端子
992 第2ダイオード
1010 瞬間整流ライン電圧
1210 電流
1310 時間期間
1312 ピークライン電流
1314 ピークライン電流
1410 バック変換器回路
1510 バック変換器回路
1520 タップ付きインダクタ
1552 スナバダイオード
1554 スナバ抵抗
1556 スナバキャパシタ
1570 谷埋め回路
1572 ダイオード
1574 ダイオード
1576 フライバック変圧器
1610 谷埋め回路
1616 第2エネルギー貯蔵キャパシタ
1618 第4ダイオード
1620 抵抗
1632 第1エネルギー貯蔵装置
1634 ダイオード
1636 第2ダイオード
1638 ダイオード
1710 谷埋め回路
1810 谷埋め回路
1920 インダクタ
2024 巻線
2110 高周波インバータ回路
2112 第1制御可能導電装置
2210 気体放電灯
2212 気体放電灯
2220 共振タンク回路
2230 変圧器
2232 DC阻止キャパシタ
2240 電流感知回路
2242 第1ダイオード
2244 第2ダイオード
2246 抵抗
2440 フィードバック回路
2442 差動増幅器
2444 反転端子
2446 非反転端子
2448 PWM回路
2460 制御入力回路
2480 波成形回路
2482 抵抗
2486 ダイオード
2488 DC阻止キャパシタ
2680 下端クランプ
2690 自動利得制御(AGC)回路
2691 第1トランジスタ
2692 第2トランジスタ
2693 抵抗
2694 抵抗
2695 抵抗
2696 ダイオード
26102 マイクロプロセッサ
2810 キャットイヤー回路
2812 充電トランジスタ
2814 エネルギー貯蔵キャパシタ
2816 抵抗
2818 カットアウトトランジスタ
2820 ツェナーダイオード
2822 抵抗
2824 抵抗
2910 キャットイヤー回路
2930 トランジスタ
2932 キャパシタ
2934 抵抗
2936 抵抗
2938 ダイオード
2940 ダイオード

810 Electronic ballast
820 Rectifier circuit
830 Valley filling circuit
840 diodes
860 inverter circuit
870 output circuit
880 load
882 Control circuit
884 cat ear circuit
910 Buck inverter circuit
912 1st input terminal
914 2nd input terminal
916 Energy storage device
918 1st diode
920 inductor
922 2nd diode
924 Controllable conductive device
926 3rd rectifier diode
928 Output 1 terminal
930 2nd output terminal
992 2nd diode
1010 Instantaneous rectification line voltage
1210 current
1310 hour period
1312 Peak line current
1314 Peak line current
1410 Buck converter circuit
1510 Buck converter circuit
1520 tapped inductor
1552 Snubber diode
1554 Snubber resistance
1556 Snubber capacitor
1570 Valley filling circuit
1572 diodes
1574 diode
1576 flyback transformer
1610 Valley filling circuit
1616 Second energy storage capacitor
1618 4th diode
1620 resistance
1632 1st energy storage device
1634 Diode
1636 2nd diode
1638 diode
1710 Valley filling circuit
1810 Valley filling circuit
1920 inductor
2024 Winding
2110 High frequency inverter circuit
2112 First controllable conductive device
2210 Gas discharge lamp
2212 Gas discharge lamp
2220 Resonant tank circuit
2230 transformer
2232 DC blocking capacitor
2240 Current sensing circuit
2242 1st diode
2244 2nd diode
2246 resistance
2440 Feedback circuit
2442 differential amplifier
2444 Inverting terminal
2446 Non-inverting terminal
2448 PWM circuit
2460 Control input circuit
2480 wave forming circuit
2482 resistance
2486 diode
2488 DC blocking capacitor
2680 Bottom clamp
2690 Automatic gain control (AGC) circuit
2691 1st transistor
2692 2nd transistor
2693 resistance
2694 resistance
2695 resistors
2696 diode
26102 microprocessor
2810 cat ear circuit
2812 charging transistor
2814 Energy storage capacitor
2816 resistance
2818 cutout transistor
2820 Zener diode
2822 resistance
2824 resistance
2910 cat ear circuit
2930 Transistor
2932 capacitors
2934 Resistance
2936 resistance
2938 Diode
2940 diode

Claims (57)

所与のライン周波数においてほぼ正弦波のライン電圧を有するAC電源から少なくとも1つの気体放電灯を駆動する電子安定器において、
AC入力端子およびDC出力端子を有する整流回路であって、前記AC入力端子が、前記AC電力源に接続可能であり、前記AC入力端子が前記AC電源によって給電されるとき、前記整流回路が、前記DC出力端子において整流出力電圧を生成する整流回路と、
入力端子および出力端子を有する谷埋め回路であって、谷埋め回路の前記入力端子が、前記整流回路の前記DC出力端子に接続され、谷埋め回路が、抵抗および第1制御可能導電装置を経て前記DC出力端子から直接充電可能なエネルギー貯蔵装置を含み、前記抵抗が、前記エネルギー貯蔵装置の充電電流のみを搬送する谷埋め回路と、
前記谷埋め回路の前記出力端子に接続された入力端子を有し、かつ前記AC入力端子が前記AC電源によって給電されるとき、前記少なくとも1つの気体放電灯に灯電流を流れさせるための高周波駆動電圧を生成するインバータ回路とを備え、
前記インバータ回路が、各180°ライン周波数半周期の90°より大きい時間において、
前記整流回路を経て実質的に前記AC電源のみから電流を取り出すように適合され、それにより、前記AC電源から取り出された前記電流が、33.3%より小さい全高調波ひずみを有し、それにより、前記灯電流が、2.1より小さい灯電流波高率を有する電子安定器。
In an electronic ballast that drives at least one gas discharge lamp from an AC power source having an approximately sinusoidal line voltage at a given line frequency,
A rectifier circuit having an AC input terminal and a DC output terminal, wherein the AC input terminal is connectable to the AC power source, and when the AC input terminal is powered by the AC power source , the rectifier circuit is A rectifier circuit for generating a rectified output voltage at the DC output terminal;
A valley filling circuit having an input terminal and an output terminal, wherein the input terminal of the valley filling circuit is connected to the DC output terminal of the rectifier circuit, and the valley filling circuit passes through a resistor and a first controllable conductive device. An energy storage device that can be directly charged from the DC output terminal, and the resistor carries only a charging current of the energy storage device, a valley filling circuit;
A high frequency drive for causing a lamp current to flow through the at least one gas discharge lamp when the input terminal is connected to the output terminal of the valley filling circuit and the AC input terminal is powered by the AC power source; An inverter circuit for generating a voltage,
In the time when the inverter circuit is greater than 90 ° of each 180 ° line frequency half cycle,
Adapted to draw current from the AC power source substantially only through the rectifier circuit, so that the current drawn from the AC power source has a total harmonic distortion of less than 33.3%, thereby An electronic ballast wherein the lamp current has a lamp current crest factor less than 2.1.
前記灯電流波高率が、約1.7より小さい、請求項1に記載の電子安定器。  The electronic ballast of claim 1, wherein the lamp current crest factor is less than about 1.7. 前記AC電源に接続されたキャットイヤー回路をさらに含み、前記キャットイヤー回路が、前記ライン電圧の第1ゼロ交差に続く第1の比較的短い時間と、前記ライン電圧の次のゼロ交差の前の第2の比較的短い時間とに電流を導電し、それにより、前記AC電源から取り出された前記電流の前記全高調波ひずみを、前記キャットイヤー回路がない場合より低減するように適合される、請求項1に記載の電子安定器。  Further comprising a cat ear circuit connected to the AC power source, the cat ear circuit prior to a first zero crossing of the line voltage and a first zero crossing of the line voltage; Adapted to conduct current in a second, relatively short time period, thereby reducing the total harmonic distortion of the current drawn from the AC power source compared to the absence of the cat ear circuit; The electronic ballast according to claim 1. 前記AC電源から取り出された前記電流が、約20%より小さい全高調波ひずみを有する、請求項3に記載の電子安定器。  4. The electronic ballast of claim 3, wherein the current drawn from the AC power source has a total harmonic distortion of less than about 20%. 前記ライン電圧の瞬間値が所定の絶対値より小さいとき、前記キャットイヤー回路が、前記AC電源から電流を取り出す、請求項3に記載の電子安定器。  4. The electronic ballast according to claim 3, wherein the cat ear circuit extracts current from the AC power source when an instantaneous value of the line voltage is smaller than a predetermined absolute value. 前記インバータ回路によって取り出された前記電流がほぼゼロであるときのみ、前記キャットイヤー回路が、前記AC電源から電流を取り出す、請求項3に記載の電子安定器。  4. The electronic ballast of claim 3, wherein the cat ear circuit extracts current from the AC power source only when the current extracted by the inverter circuit is approximately zero. 前記キャットイヤー回路が、少なくとも、前記インバータ回路によって取り出された前記電流がほぼゼロであるとき、前記AC電源から電流を取り出す、請求項3に記載の電子安定器。  4. The electronic ballast according to claim 3, wherein the cat ear circuit extracts current from the AC power source at least when the current extracted by the inverter circuit is substantially zero. 所与のライン周波数においてほぼ正弦波のライン電圧を有するAC電源から少なくとも1つの気体放電灯を駆動するための電子安定器において、
AC入力端子およびDC出力端子を有する整流回路であって、前記AC入力端子が、前記AC電源に接続可能であり、前記AC入力端子が前記AC電源によって給電されるとき、前記整流回路が、前記DC出力端子において整流出力電圧を生成する整流回路と、
入力端子および出力端子を有する谷埋め回路であって、谷埋め回路の前記入力端子が、前記整流回路の前記 DC 出力端子に接続され、谷埋め回路が、抵抗および第 1 制御可能導電装置を経て前記 DC 出力端子から直接充電可能なエネルギー貯蔵装置を含み、前記抵抗が、前記エネルギー貯蔵装置の充電電流のみを搬送する谷埋め回路と、
前記谷埋め回路の前記出力端子に接続された入力端子を有し、前記AC入力端子が前記AC電源によって給電されているとき、前記少なくとも1つの気体放電灯に灯電流を流れさせるための高周波駆動電圧を生成するインバータ回路と、
前記AC電源に接続されたキャットイヤー回路であって、前記ライン電圧の第1ゼロ交差に続く第1の比較的短い時間と、前記ライン電圧の次のゼロ交差の前の第2の比較的短い時間とに電流を導電し、それにより、前記AC電源から取り出される電流の全高調波ひずみを、前記キャットイヤー回路がない場合より低減するキャットイヤー回路とを備える電子安定器。
In an electronic ballast for driving at least one gas discharge lamp from an AC power supply having an approximately sinusoidal line voltage at a given line frequency,
A rectifier circuit having an AC input terminal and a DC output terminal, wherein the AC input terminal is connectable to the AC power source, and when the AC input terminal is powered by the AC power source, the rectifier circuit is A rectifier circuit that generates a rectified output voltage at the DC output terminal;
A valley filling circuit having an input terminal and an output terminal, wherein the input terminal of the valley filling circuit is connected to the DC output terminal of the rectifier circuit, and the valley filling circuit passes through a resistor and a first controllable conductive device. includes a rechargeable energy storage device directly from the DC output terminal, the resistor, and a valley fill circuit conveys only the charging current of the energy storage device,
A high frequency drive for causing a lamp current to flow through the at least one gas discharge lamp when the AC input terminal is powered by the AC power supply, the input terminal being connected to the output terminal of the valley filling circuit; An inverter circuit for generating a voltage;
A cat-ear circuit connected to the AC power source, the first relatively short time following the first zero crossing of the line voltage and the second relatively short before the next zero crossing of the line voltage. An electronic ballast comprising a cat ear circuit that conducts current over time, thereby reducing total harmonic distortion of the current drawn from the AC power source compared to the absence of the cat ear circuit.
前記キャットイヤー回路が、キャットイヤー電源をさらに備える、請求項8に記載の電子安定器。  9. The electronic ballast of claim 8, wherein the cat ear circuit further comprises a cat ear power source. 前記ライン電圧の瞬間値が、所定の絶対値より小さいときのみ、前記キャットイヤー回路が、前記AC電源から電流を取り出す、請求項8に記載の電子安定器。  9. The electronic ballast according to claim 8, wherein the cat ear circuit extracts a current from the AC power source only when an instantaneous value of the line voltage is smaller than a predetermined absolute value. 前記AC電源から前記インバータ回路によって取り出される電流が、ほぼゼロであるときのみ、前記キャットイヤー回路が、前記AC電源から電流を取り出す、請求項8に記載の電子安定器。  9. The electronic ballast of claim 8, wherein the cat ear circuit extracts current from the AC power source only when the current drawn by the inverter circuit from the AC power source is approximately zero. 少なくとも、前記AC電源から前記インバータ回路によって取り出される前記電流がほぼゼロであるとき、前記キャットイヤー回路が、前記AC電源から電流を取り出す、請求項8に記載の電子安定器。  9. The electronic ballast of claim 8, wherein the cat ear circuit extracts current from the AC power source at least when the current drawn by the inverter circuit from the AC power source is approximately zero. 前記電子安定器が、前記電子安定器に結合され、かつ補助回路電源入力端子を有する補助回路を有し、前記キャットイヤー回路が、前記補助回路電源入力端子に結合され、かつそれを駆動する、請求項9に記載の電子安定器。  The electronic ballast has an auxiliary circuit coupled to the electronic ballast and having an auxiliary circuit power input terminal, and the cat ear circuit is coupled to and drives the auxiliary circuit power input terminal; The electronic ballast according to claim 9. 所与のライン周波数においてほぼ正弦波のライン電圧を有するAC電源から少なくとも1つの気体放電灯を駆動する電子安定器において、
AC入力端子およびDC出力端子を有する整流回路であって、前記AC入力端子が、前記AC電源に接続可能であり、前記AC入力端子が前記AC電源によって給電されるとき、前記整流回路が、前記DC出力端子において整流出力電圧を生成する整流回路と、
入力端子および出力端子を有する谷埋め回路であって、谷埋め回路の前記入力端子が、前記整流回路の前記DC出力端子に接続され、谷埋め回路が、抵抗および第 1 制御可能導電装置を経て前記 DC 出力端子から直接充電可能なエネルギー貯蔵装置を含み、前記抵抗が、前記エネルギー貯蔵装置の充電電流のみを搬送する谷埋め回路と、
前記谷埋め回路の前記出力端子に接続された入力端子を有し、前記AC入力端子が前記AC電源によって給電されるとき、前記少なくとも1つの気体放電灯の灯電流を流れさせるための高周波駆動電圧を生成するインバータ回路であって、
実質的に前記AC電源からのみ、および各180°ライン周波数半周期の90°より大きい時間において前記整流回路を経て電流を取り出すインバータ回路と、
前記AC電源に接続されたキャットイヤー回路であって、前記ライン電圧の第1ゼロ交差に続く第1の比較的短い時間と、前記ライン電圧の次のゼロ交差の前の第2の比較的短い時間とに電流を導電し、それにより、前記AC電源から取り出された前記電流の全高調波ひずみを33.3%より小さく低減するように適合されたキャットイヤー回路とを備える電子安定器。
In an electronic ballast that drives at least one gas discharge lamp from an AC power source having an approximately sinusoidal line voltage at a given line frequency,
A rectifier circuit having an AC input terminal and a DC output terminal, wherein the AC input terminal is connectable to the AC power source, and when the AC input terminal is powered by the AC power source, the rectifier circuit is A rectifier circuit that generates a rectified output voltage at the DC output terminal;
A valley filling circuit having an input terminal and an output terminal, wherein the input terminal of the valley filling circuit is connected to the DC output terminal of the rectifier circuit, and the valley filling circuit passes through a resistor and a first controllable conductive device. includes a rechargeable energy storage device directly from the DC output terminal, the resistor, and a valley fill circuit conveys only the charging current of the energy storage device,
A high-frequency driving voltage for causing the lamp current of the at least one gas discharge lamp to flow when the AC input terminal is supplied with power by the AC power source, the input terminal being connected to the output terminal of the valley filling circuit; An inverter circuit that generates
An inverter circuit that draws current through the rectifier circuit substantially only from the AC power source and at a time greater than 90 ° of each 180 ° line frequency half cycle;
A cat-ear circuit connected to the AC power source, the first relatively short time following the first zero crossing of the line voltage and the second relatively short before the next zero crossing of the line voltage. An electronic ballast adapted to conduct current in time and thereby reduce total harmonic distortion of the current drawn from the AC power source to less than 33.3%.
前記AC電源から取り出された前記電流の全高調波ひずみが、約20%より小さい、請求項14に記載の電子安定器。  15. The electronic ballast of claim 14, wherein the total harmonic distortion of the current drawn from the AC power source is less than about 20%. 前記キャットイヤー回路が、キャットイヤー電源を備える、請求項14に記載の電子安定器。  15. The electronic ballast of claim 14, wherein the cat ear circuit comprises a cat ear power source. 前記ライン電圧が所定の絶対値より小さいときのみ、前記キャットイヤー回路が、前記AC電源から電流を取り出す、請求項14に記載の電子安定器。  15. The electronic ballast of claim 14, wherein the cat ear circuit extracts current from the AC power source only when the line voltage is less than a predetermined absolute value. 前記AC電源から前記インバータ回路によって取り出された前記電流が、ほぼゼロであるときのみ、前記キャットイヤー回路が、前記AC電源から電流を取り出す、請求項14に記載の電子安定器。  15. The electronic ballast of claim 14, wherein the cat ear circuit draws current from the AC power source only when the current drawn from the AC power source by the inverter circuit is approximately zero. 少なくとも、前記インバータ回路によって取り出された前記電流がほぼゼロであるとき、前記キャットイヤー回路が、前記AC電源から電流を取り出す、請求項14に記載の電子安定器。  15. The electronic ballast of claim 14, wherein the cat ear circuit extracts current from the AC power source at least when the current extracted by the inverter circuit is approximately zero. 所与のライン周波数においてほぼ正弦波のライン電圧を有するAC電源から少なくとも1つの気体放電灯を駆動する電子安定器において、
AC入力端子およびDC出力端子を有する整流回路であって、前記AC入力端子が、前記AC電源に接続可能であり、前記AC入力端子が前記AC電源によって給電されるとき、前記整流回路が、前記AC出力端子において整流出力電圧を生成する整流回路と、
入力端子および出力端子を有する谷埋め回路であって、谷埋め回路の前記入力端子が、
前記整流回路の前記DC出力端子に接続され、谷埋め回路が、抵抗および第1制御可能導電装置を経て前記DC出力端子から直接充電可能のエネルギー貯蔵装置を含み、前記抵抗が、前記エネルギー貯蔵装置の充電電流のみを搬送する谷埋め回路と、
前記谷埋め回路の前記出力端子に接続された入力端子を有し、前記AC入力端子が前記AC電源によって給電されるとき、前記少なくとも1つの気体放電灯に灯電流を流れさせるための高周波駆動電圧を生成するインバータ回路と、
前記エネルギー貯蔵装置に結合され、前記エネルギー貯蔵装置が、各180°ライン周波数半周期の90°より大きい時間において、前記整流回路から充電電流を取り出すのを可能にするように動作可能な谷埋め制御回路であって、それにより、前記AC電源から取り出された前記電流が、33.3%より小さい全高調波ひずみを有する谷埋め制御回路とを備える電子安定器。
In an electronic ballast that drives at least one gas discharge lamp from an AC power source having an approximately sinusoidal line voltage at a given line frequency,
A rectifier circuit having an AC input terminal and a DC output terminal, wherein the AC input terminal is connectable to the AC power source, and when the AC input terminal is powered by the AC power source, the rectifier circuit is A rectifier circuit that generates a rectified output voltage at the AC output terminal;
A valley filling circuit having an input terminal and an output terminal, wherein the input terminal of the valley filling circuit is
An energy storage device connected to the DC output terminal of the rectifier circuit, wherein the valley filling circuit is directly chargeable from the DC output terminal via a resistor and a first controllable conductive device, the resistor being the energy storage device; A valley filling circuit that carries only the charging current of
A high-frequency driving voltage for causing a lamp current to flow through the at least one gas discharge lamp when the AC input terminal is supplied with power by the AC power source, the input terminal being connected to the output terminal of the valley filling circuit; An inverter circuit for generating
A valley fill control coupled to the energy storage device and operable to allow the energy storage device to draw charging current from the rectifier circuit at times greater than 90 ° of each 180 ° line frequency half cycle. An electronic ballast, comprising: a valley fill control circuit, wherein the current drawn from the AC power source has a total harmonic distortion of less than 33.3%.
前記第1制御可能導電装置が、MOSFETである、請求項20に記載の電子安定器。  21. The electronic ballast of claim 20, wherein the first controllable conductive device is a MOSFET. 前記インバータ回路が、前記制御可能導電装置を含み、それにより、前記第1制御可能導電装置が、二重目的を果たす、請求項20に記載の電子安定器。  21. The electronic ballast of claim 20, wherein the inverter circuit includes the controllable conductive device, whereby the first controllable conductive device serves a dual purpose. 前記インバータ回路が、前記インバータ回路の前記入力端子の両端に接続された直列接続された第2制御導電装置および第3制御導電装置を含み、それにより、3つの制御可能導電装置のそれぞれが、独立した装置である、請求項20に記載の電子安定器。  The inverter circuit includes a second control conductive device and a third control conductive device connected in series connected to both ends of the input terminal of the inverter circuit, whereby each of the three controllable conductive devices is independent 21. The electronic ballast of claim 20, wherein the electronic ballast is an apparatus. 所与のライン周波数においてほぼ正弦波のライン電圧を有するAC電源から安定器入力電流を取り出す少なくとも1つの気体放電灯を駆動する電子安定器において、
AC入力端子およびDC出力端子を有する整流回路であって、前記AC入力端子が前記AC電源に接続可能であり、前記AC入力端子が前記AC電源によって給電されているとき、整流回路が、前記DC出力端子において整流出力電圧を生成する整流回路と、
入力端子および出力端子を有する谷埋め回路であって、谷埋め回路の前記入力端子が、前記整流回路の前記DC出力端子に接続される谷埋め回路と、
前記谷埋め回路の前記出力端子と前記少なくとも1つの気体放電灯との間に結合され、直列接続された第1制御可能導電装置および第2制御可能導電装置を含むインバータ回路であって、前記少なくとも1つの気体放電灯に灯電流を流れさせるための高周波駆動電圧を生成するインバータ回路と、
前記直列接続された第1制御可能導電装置および第2制御可能導電装置に結合され、前記直列接続された第1制御可能導電装置および第2制御可能導電装置の導電時間を独立して制御するインバータ制御回路とを備え、
前記インバータ制御回路が、比較的狭いパルスを生成するために前記第1制御可能導電装置の導電時間を低減し、同時に、各ライン周波数半周期の瞬間ピーク絶対電圧の付近の期間中に比較的広いパルスを生成するために前記第2制御可能導電装置の導電時間を増大させるように動作可能であり、それにより、前記灯電流の包絡線の大きさが、導電時間の前記変更がない場合の大きさより小さくなり、それにより前記灯電流の電流波高率が低減され、それにより、前記第2制御可能導電装置の導電時間の前記増大により、前記安定器入力電流が、導電時間の前記増大がない場合の大きさより大きくハンプアップし、それにより、前記安定器入力電流の前記全高調波ひずみが低減され
前記谷埋め回路が、切替え抵抗回路を備える、電子安定器。
In an electronic ballast that drives at least one gas discharge lamp that derives ballast input current from an AC power source having a line voltage that is approximately sinusoidal at a given line frequency,
A rectifier circuit having an AC input terminal and a DC output terminal, wherein the AC input terminal is connectable to the AC power source, and when the AC input terminal is powered by the AC power source, A rectifier circuit for generating a rectified output voltage at the output terminal;
A valley filling circuit having an input terminal and an output terminal, wherein the input terminal of the valley filling circuit is connected to the DC output terminal of the rectifier circuit;
An inverter circuit including a first controllable conductive device and a second controllable conductive device coupled in series and coupled between the output terminal of the valley filling circuit and the at least one gas discharge lamp, wherein the at least An inverter circuit for generating a high-frequency driving voltage for causing the lamp current to flow through one gas discharge lamp;
Inverter coupled to the first controllable conductive device and the second controllable conductive device connected in series and independently controlling the conduction time of the first controllable conductive device and the second controllable conductive device connected in series A control circuit,
The inverter control circuit reduces the conduction time of the first controllable conductive device to generate a relatively narrow pulse, and at the same time relatively wide during the period near the instantaneous peak absolute voltage of each line frequency half cycle Operable to increase the conduction time of the second controllable conductive device to generate a pulse, whereby the magnitude of the envelope of the lamp current is large when there is no change in the conduction time The crest factor of the lamp current is reduced, so that the increase in the conduction time of the second controllable conductive device results in the ballast input current not having the increase in conduction time. The total harmonic distortion of the ballast input current is reduced ,
An electronic ballast , wherein the valley filling circuit comprises a switching resistor circuit .
前記灯電流が、2.1より小さい電流波高率を有する、請求項24に記載の電子安定器。25. The electronic ballast of claim 24 , wherein the lamp current has a current crest factor less than 2.1. 前記灯電流が、約1.7より小さい電流波高率を有する、請求項24に記載の電子安定器。25. The electronic ballast of claim 24 , wherein the lamp current has a current crest factor less than about 1.7. 電流が、前記第2制御可能導電装置を流れないとき、電流が、前記第1制御可能導電装置のみを流れ、またその反対である、請求項24に記載の電子安定器。25. The electronic ballast of claim 24 , wherein when current does not flow through the second controllable conductive device, current flows only through the first controllable conductive device and vice versa. 電流が、前記第1制御可能導電装置と前記第2制御可能導電装置とを交互に流れる、請求項24に記載の電子安定器。25. The electronic ballast of claim 24 , wherein current flows alternately between the first controllable conductive device and the second controllable conductive device. 前記直列接続された第1制御可能導電装置および第2制御可能導電装置の前記導電時間の和が、前記高周波駆動電圧の期間である、請求項24に記載の電子安定器。25. The electronic ballast according to claim 24 , wherein a sum of the conduction times of the first controllable conductive device and the second controllable conductive device connected in series is a period of the high-frequency driving voltage. 前記インバータ制御回路が、マイクロ制御装置を含む、請求項24に記載の電子安定器。25. The electronic ballast of claim 24 , wherein the inverter control circuit includes a microcontroller. 前記インバータ回路が、デジタル信号処理回路を含む、請求項24に記載の電子安定器。25. The electronic ballast of claim 24 , wherein the inverter circuit includes a digital signal processing circuit. 前記インバータ制御回路が、ASICを含む、請求項24に記載の電子安定器。25. The electronic ballast of claim 24 , wherein the inverter control circuit includes an ASIC. 少なくとも1つの灯を駆動する電子安定器であって、
AC線に動作式に接続可能な整流回路と、
前記整流回路の両端に接続された電流取出し回路と、
入力端子および出力端子を有する谷埋め回路であって、谷埋め回路の前記入力端子が、前記整流回路の前記 DC 出力端子に接続され、谷埋め回路が、抵抗および第 1 制御可能導電装置を経て前記 DC 出力端子から直接充電可能なエネルギー貯蔵装置を含み、前記抵抗が、前記エネルギー貯蔵装置の充電電流のみを搬送する谷埋め回路と、
灯電流を前記少なくとも1つの灯に供給する、前記谷埋め回路の前記出力端子に接続されたインバータ回路とを備え、
前記AC線の瞬間電圧が、安定器によって取り出される入力電流の全高調波ひずみを低減するようにほぼゼロになるとき、前記電流取出し回路が、前記AC線から電流を取り出す電子安定器。
An electronic ballast that drives at least one lamp,
A rectifier circuit that can be operably connected to an AC line;
A current extraction circuit connected to both ends of the rectifier circuit;
A valley filling circuit having an input terminal and an output terminal, wherein the input terminal of the valley filling circuit is connected to the DC output terminal of the rectifier circuit, and the valley filling circuit passes through a resistor and a first controllable conductive device. includes a rechargeable energy storage device directly from the DC output terminal, the resistor, and a valley fill circuit conveys only the charging current of the energy storage device,
An inverter circuit connected to the output terminal of the valley filling circuit for supplying a lamp current to the at least one lamp;
An electronic ballast in which the current extraction circuit extracts current from the AC line when the instantaneous voltage on the AC line becomes substantially zero so as to reduce the total harmonic distortion of the input current extracted by the ballast.
前記電流取出し回路が、キャットイヤー回路である、請求項33に記載の電子安定器。 34. The electronic ballast of claim 33 , wherein the current extraction circuit is a cat ear circuit. 前記キャットイヤー回路が、所定のカットイン点とカットアウト点との間において前記AC線から電流を取り出す、請求項34に記載の電子安定器。35. The electronic ballast of claim 34 , wherein the cat ear circuit extracts current from the AC line between a predetermined cut-in point and a cut-out point. 前記キャットイヤー回路が、前記インバータ回路によって取り出された前記電流を能動的に監視して、前記インバータ回路が、所定の値より大きい電流を取り出していないときのみ電流を取り出す、請求項34に記載の電子安定器。35. The method of claim 34 , wherein the cat ear circuit actively monitors the current drawn by the inverter circuit and only draws the current when the inverter circuit is not drawing a current greater than a predetermined value. Electronic ballast. 少なくとも1つの灯を駆動する電子安定器であって、
AC線に動作式に接続可能な整流回路と、
キャパシタを含む谷埋め回路であって、
インピーダンスおよび第1電子切替え装置を経て前記整流回路から前記キャパシタを選択的に充電するように動作可能な谷埋め回路と、
灯電流を前記少なくとも1つの灯に供給するための少なくとも1つの電子切替え装置を含むインバータ回路とを備え、
前記キャパシタが、前記AC線の各半周期の少なくとも90°中に充電され
前記キャパシタへのエネルギーの送達を制御するために、前記キャパシタに結合されたフライバック変圧器をさらに含む、電子安定器。
An electronic ballast that drives at least one lamp,
A rectifier circuit that can be operably connected to an AC line;
A valley filling circuit including a capacitor,
A valley filling circuit operable to selectively charge the capacitor from the rectifier circuit via an impedance and first electronic switching device;
An inverter circuit comprising at least one electronic switching device for supplying lamp current to the at least one lamp,
The capacitor is charged during at least 90 ° of each half cycle of the AC line ;
An electronic ballast further comprising a flyback transformer coupled to the capacitor to control delivery of energy to the capacitor .
前記第1電子切替え装置が、MOSFETである、請求項37に記載の電子安定器。38. The electronic ballast of claim 37 , wherein the first electronic switching device is a MOSFET. 前記谷埋め回路が、前記インバータ回路の前記少なくとも1つの切替え装置の少なくとも1つを含む、請求項37に記載の電子安定器。38. The electronic ballast of claim 37 , wherein the valley fill circuit includes at least one of the at least one switching device of the inverter circuit. 前記フライバック変圧器が、制御可能導電装置によって前記キャパシタに接続される、請求項37に記載の電子安定器。38. The electronic ballast of claim 37 , wherein the flyback transformer is connected to the capacitor by a controllable conductive device. 少なくとも1つの灯を駆動する電子安定器であって、
AC線に動作式に接続可能な整流回路と、
エネルギー貯蔵装置を含む谷埋め回路であって、
前記エネルギー貯蔵装置を選択的に充電するように動作可能な谷埋め回路と、
灯電流を前記少なくとも1つの灯に提供し、第2電子スイッチと直列接続された第1電子スイッチを含むインバータと、
前記第1電子スイッチおよび前記第2電子スイッチの導電時間を制御する制御回路とを備え、
前記AC線の絶対ピーク値の時間の付近の時間中、前記第1電子スイッチが、比較的より短い時間導電するように制御され、前記第2電子スイッチが、比較的より長い時間導電するように制御され、それにより、安定器入力電流の全高調波ひずみと、前記灯電流の電流波高率とが低減され
前記谷埋め回路が、切替え抵抗回路を備える、電子安定器。
An electronic ballast that drives at least one lamp,
A rectifier circuit that can be operably connected to an AC line;
A valley filling circuit including an energy storage device,
A valley filling circuit operable to selectively charge the energy storage device;
An inverter that provides a lamp current to the at least one lamp and includes a first electronic switch connected in series with a second electronic switch;
A control circuit for controlling the conduction time of the first electronic switch and the second electronic switch,
During a time near the time of the absolute peak value of the AC line, the first electronic switch is controlled to conduct for a relatively shorter time, and the second electronic switch is conducted for a relatively longer time. Controlled, thereby reducing the total harmonic distortion of the ballast input current and the current crest factor of the lamp current ,
An electronic ballast , wherein the valley filling circuit comprises a switching resistor circuit .
少なくとも1つの灯を駆動する電子安定器であって、
AC線に動作式に接続可能な整流回路と、
エネルギー貯蔵装置を含む谷埋め回路であって、
前記エネルギー貯蔵装置を選択的に充電するように動作可能な谷埋め回路と、
灯電流を前記少なくとも1つの灯に提供し、第2電子スイッチと直列接続された第1電子スイッチを含むインバータと、
前記第1電子スイッチおよび前記第2電子スイッチの導電時間を制御する制御回路とを備え、
前記AC線の絶対ピーク値の時間の付近の時間中、前記第1電子スイッチが、比較的より短い時間導電するように制御され、前記第2電子スイッチが、比較的より長い時間導電するように制御され、それにより、安定器入力電流の全高調波ひずみと、前記灯電流の電流波高率とが低減され
フライバック変圧器をさらに含み、前記エネルギー貯蔵装置が、前記フライバック変圧器を経て充電される、電子安定器。
An electronic ballast that drives at least one lamp,
A rectifier circuit that can be operably connected to an AC line;
A valley filling circuit including an energy storage device,
A valley filling circuit operable to selectively charge the energy storage device;
An inverter that provides a lamp current to the at least one lamp and includes a first electronic switch connected in series with a second electronic switch;
A control circuit for controlling the conduction time of the first electronic switch and the second electronic switch,
During a time near the time of the absolute peak value of the AC line, the first electronic switch is controlled to conduct for a relatively shorter time, and the second electronic switch is conducted for a relatively longer time. Controlled, thereby reducing the total harmonic distortion of the ballast input current and the current crest factor of the lamp current ,
An electronic ballast further comprising a flyback transformer, wherein the energy storage device is charged via the flyback transformer .
前記制御回路が、マイクロプロセッサを含む、請求項41または42に記載の電子安定器。43. The electronic ballast of claim 41 or 42 , wherein the control circuit includes a microprocessor. 前記制御回路が、デジタル信号プロセッサを含む、請求項41または42に記載の電子安定器。43. The electronic ballast of claim 41 or 42 , wherein the control circuit includes a digital signal processor. 前記制御回路が、ASICを含む、請求項41または42に記載の電子安定器。43. The electronic ballast of claim 41 or 42 , wherein the control circuit comprises an ASIC. 少なくとも1つの灯を駆動する電子安定器であって、
AC線に動作式に接続可能な整流回路と、
エネルギー貯蔵装置を含む谷埋め回路であって、
抵抗および第1制御可能導電装置を経て前記整流回路から前記エネルギー貯蔵装置を選択的に充電するように動作可能な谷埋め回路と、
灯電流を灯に供給するインバータ回路を含むバックエンドと、
前記インバータ回路の動作を制御する制御回路と、
電力を前記制御回路に供給するキャットイヤー回路とを備え、前記インバータ回路が、前記AC線の各半周期の90°より大きい各半周期の所定の部分中に、前記AC線から第1電流を取り出す電子安定器。
An electronic ballast that drives at least one lamp,
A rectifier circuit that can be operably connected to an AC line;
A valley filling circuit including an energy storage device,
A valley filling circuit operable to selectively charge the energy storage device from the rectifier circuit via a resistor and a first controllable conductive device ;
A back end including an inverter circuit for supplying lamp current to the lamp;
A control circuit for controlling the operation of the inverter circuit;
A cat ear circuit for supplying power to the control circuit, wherein the inverter circuit supplies a first current from the AC line during a predetermined portion of each half cycle greater than 90 ° of each half cycle of the AC line. Take out electronic ballast.
前記インバータ回路が、各前記半周期の第1部分中に前記第1電流を取り出し、前記キャットイヤー回路が、各前記半周期の第2のほぼ重複していない部分中に、前記AC線から第2電流を取り出す、請求項46に記載の電子安定器。The inverter circuit draws the first current during a first portion of each half cycle, and the cat ear circuit generates a second from the AC line during a second non-overlapping portion of each half cycle. 47. The electronic ballast of claim 46 , wherein two currents are extracted. 前記キャットイヤー回路が、各半周期の所定の固定カットイン点において前記第2電流の取出しを開始する、請求項47に記載の電子安定器。48. The electronic ballast of claim 47 , wherein the cat ear circuit begins to draw the second current at a predetermined fixed cut-in point for each half cycle. 前記キャットイヤー回路が、各半周期の所定の固定カットアウト点において、前記第2電流の取出しを停止する、請求項47に記載の電子安定器。48. The electronic ballast of claim 47 , wherein the cat ear circuit stops drawing the second current at a predetermined fixed cut-out point for each half cycle. 前記キャットイヤー回路が、前記バックエンドによって取り出された前記電流を監視するために、能動バックエンド電流監視回路を含む、請求項47に記載の電子安定器。48. The electronic ballast of claim 47 , wherein the cat ear circuit includes an active back end current monitoring circuit to monitor the current drawn by the back end. 少なくとも1つの灯を駆動する電子安定器であって、
AC線に動作式に接続可能な整流回路と、
エネルギー貯蔵装置を含む谷埋め回路であって、
抵抗および第1電子スイッチを経て前記整流回路から前記エネルギー貯蔵装置を選択的に充電するように動作可能な谷埋め回路とを備える電子安定器。
An electronic ballast that drives at least one lamp,
A rectifier circuit that can be operably connected to an AC line;
A valley filling circuit including an energy storage device,
An electronic ballast comprising a valley fill circuit operable to selectively charge the energy storage device from the rectifier circuit via a resistor and a first electronic switch.
前記エネルギー貯蔵装置が、キャパシタである、請求項51に記載の電子安定器。52. The electronic ballast of claim 51 , wherein the energy storage device is a capacitor. 前記第1電子スイッチが、MOSFETである、請求項51に記載の電子安定器。52. The electronic ballast of claim 51 , wherein the first electronic switch is a MOSFET. 所与のライン周波数においてほぼ正弦波のライン電圧を有するAC電源から少なくとも1つの気体放電灯を駆動する電子安定器によって提供された前記灯電流の前記安定器入力電流全高調波ひずみを33.3%より小さく低減し、かつ前記電流波高率を2.1より小さく低減する方法であって、
a)前記AC電源から前記ほぼ正弦波のライン電圧を受け取るステップと、
b)全波整流電圧を提供するために、前記AC電源から前記ほぼ正弦波のライン電圧を整流するステップと、
c)DC電圧を提供するために、抵抗および制御可能導電装置を経て前記全波整流電圧からエネルギー貯蔵装置を充電するステップと、
d)谷埋め電圧を提供するために、前記全波整流電圧のピーク間において前記DC電圧を供給することによって前記全波整流電圧を修正するステップと、
e)高周波AC電圧を提供するために、前記谷埋め電圧をインバータに印加するステップと、
f)前記少なくとも1つの気体放電灯に灯電流を流れさせるために、前記高周波AC電圧を使用するステップと、
g)各180°ライン周波数半周期の90°を超える時間において、前記インバータに、前記AC電源から電流を取り出させるステップとを含む方法。
The ballast input current total harmonic distortion of the lamp current provided by an electronic ballast that drives at least one gas discharge lamp from an AC power supply having an approximately sinusoidal line voltage at a given line frequency, from 33.3% A method of reducing the current crest factor by less than 2.1,
a) receiving the substantially sinusoidal line voltage from the AC power source;
b) rectifying the substantially sinusoidal line voltage from the AC power source to provide a full wave rectified voltage;
c) charging the energy storage device from the full-wave rectified voltage via a resistor and a controllable conductive device to provide a DC voltage;
d) modifying the full wave rectified voltage by providing the DC voltage between peaks of the full wave rectified voltage to provide a valley fill voltage;
e) applying the valley filling voltage to an inverter to provide a high frequency AC voltage;
f) using the high frequency AC voltage to cause a lamp current to flow through the at least one gas discharge lamp;
g) causing the inverter to draw current from the AC power source at times exceeding 90 ° of each 180 ° line frequency half cycle.
所与のライン周波数においてほぼ正弦波のライン電圧を有するAC電源に接続可能である、少なくとも1つの気体放電灯を駆動する電子安定器において、前記安定器入力電流全高調波ひずみを33.3%未満に低減する方法であって、
a)全波整流電圧を提供するために、前記AC電源から前記正弦波ライン電圧を整流するステップと、
b)DC 電圧を提供するために、抵抗および制御可能導電装置を経て前記全波整流電圧からエネルギー貯蔵装置を充電するステップと、
c)谷埋め電圧を提供するために、前記全波整流電圧のピーク間においてDC電圧を供給することによって、前記全波整流電圧を修正するステップと、
d)高周波AC電圧を提供するために、前記谷埋め電圧をインバータに印加するステップと、
e)前記少なくとも1つの気体放電灯に電流を流れさせるために、前記高周波AC電圧を使用するステップと、
f)各180°ライン周波数半周期の90°を超える時間において、前記インバータに、インピーダンスおよび制御可能導電装置を経て前記AC電源から電流を取り出させるステップと、
g)ライン電圧ゼロ交差に続く第1時間期間中と、次のライン電圧ゼロ交差の前の第2時間間隔中とに、前記AC電源からキャットイヤー回路を経て追加の電流を取り出すステップとを含む方法。
In an electronic ballast that drives at least one gas discharge lamp that can be connected to an AC power source having a line voltage of approximately sinusoidal at a given line frequency, the ballast input current total harmonic distortion is less than 33.3%. A method of reducing,
a) rectifying the sinusoidal line voltage from the AC power source to provide a full wave rectified voltage;
b) charging an energy storage device from the full-wave rectified voltage via a resistor and a controllable conductive device to provide a DC voltage;
c ) modifying the full wave rectified voltage by providing a DC voltage between the peaks of the full wave rectified voltage to provide a valley fill voltage;
d ) applying the valley filling voltage to an inverter to provide a high frequency AC voltage;
e ) using the high frequency AC voltage to cause a current to flow through the at least one gas discharge lamp;
f ) causing the inverter to draw current from the AC power source through an impedance and controllable conductive device at times exceeding 90 ° of each 180 ° line frequency half cycle;
g ) extracting additional current from the AC power source via a cat ear circuit during a first time period following the line voltage zero crossing and during a second time interval prior to the next line voltage zero crossing. Method.
所与のライン周波数においてほぼ正弦波のライン電圧を有するAC電源から少なくとも1つの気体放電灯を駆動する電子安定器において、前記安定器入力電流全高調波ひずみを33.3%より小さく低減する方法であって、
a)全波整流電圧を提供するために、前記AC電源から前記ほぼ正弦波のライン電圧を整流するステップと、
b)谷埋め電圧を提供するために、前記全波整流電圧のピーク間においてDC電圧を供給することによって、前記全波整流電圧を修正するようにエネルギー貯蔵装置を提供するステップと、
c)高周波AC電圧を提供するために、谷埋め電圧をインバータに印加するステップと、
d)前記少なくとも1つの気体放電灯に灯電流を流れさせるために、前記高周波AC電圧を使用するステップと、
e)各180°ライン周波数半周期の90°を超える時間において、前記エネルギー貯蔵装置に、抵抗および制御可能導電装置を経て前記AC電源から電流を取り出させるステップとを含む方法。
In an electronic ballast that drives at least one gas discharge lamp from an AC power supply having a substantially sinusoidal line voltage at a given line frequency, the ballast input current total harmonic distortion is reduced to less than 33.3%. And
a) rectifying the substantially sinusoidal line voltage from the AC power source to provide a full wave rectified voltage;
b) providing an energy storage device to modify the full wave rectified voltage by providing a DC voltage between peaks of the full wave rectified voltage to provide a valley fill voltage;
c) applying a valley fill voltage to the inverter to provide a high frequency AC voltage;
d) using the high frequency AC voltage to cause a lamp current to flow through the at least one gas discharge lamp;
e) causing the energy storage device to draw current from the AC power source via a resistor and a controllable conductive device for a time greater than 90 ° of each 180 ° line frequency half cycle.
所与のライン周波数においてほぼ正弦波のライン電圧を有するAC電源から少なくとも1つの気体放電灯を駆動する電子安定器において、前記安定器入力電流全高調波ひずみを低減し、かつ前記電流波高率を低減する方法であって、
a)全波整流電圧を提供するために、前記AC電源から前記ほぼ正弦波のライン電圧を整流するステップと、
b)谷埋め電圧を提供するために、前記全波整流電圧のピーク間においてDC電圧を供給することによって前記全波整流電圧を修正するようにエネルギー貯蔵装置を提供するステップと、
c)高周波AC電圧を提供するために、少なくとも第1制御可能導電装置および第2制御可能導電装置を有するインバータに前記谷埋め電圧を印加するステップと、
d)前記少なくとも1つの気体放電灯に灯電流を流れさせるために、前記高周波AC電圧を使用するステップと、
e)前記AC電源の絶対ピーク電圧の時間の付近における時間中に、前記安定器入力電流をハンプアップし、かつ前記灯電流をハンプダウンするために、前記第1制御可能導電装置および第2制御可能導電装置の導電時間を制御するステップと
f) 180 °ライン周波数半周期の 90 °を超える時間において、前記エネルギー貯蔵装置に、抵抗および第 3 制御可能導電装置を経て前記 AC 電源から電流を取り出させるステップとを含む方法。
In an electronic ballast that drives at least one gas discharge lamp from an AC power source having a substantially sinusoidal line voltage at a given line frequency, the ballast input current total harmonic distortion is reduced and the current crest factor is reduced. A method of reducing,
a) rectifying the substantially sinusoidal line voltage from the AC power source to provide a full wave rectified voltage;
b) providing an energy storage device to modify the full-wave rectified voltage by providing a DC voltage between peaks of the full-wave rectified voltage to provide a valley fill voltage;
c) applying the valley fill voltage to an inverter having at least a first controllable conductive device and a second controllable conductive device to provide a high frequency AC voltage;
d) using the high frequency AC voltage to cause a lamp current to flow through the at least one gas discharge lamp;
e) the first controllable conductive device and the second control to hump up the ballast input current and hump down the lamp current during a time near the time of the absolute peak voltage of the AC power source. Controlling the conduction time of the possible conductive device ;
f) causing the energy storage device to draw current from the AC power source via a resistor and a third controllable conductive device for a time greater than 90 ° of each 180 ° line frequency half cycle .
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