JP4034352B2 - 調光可能な安定器 - Google Patents

Description

本発明は、最低輝度レベルと最高輝度レベルとの間の範囲内の選択したレベルまで、ランプの輝度レベルを調整するための調光回路を含む、ランプを動作させるための調光可能な安定器に関する。
電子回路式安定器は広く用いられている。一般に、安定器はガス入り放電ランプ、例えば、蛍光灯を動作させるために用いられている。ランプは電子回路式安定器に結合される。電子回路式安定器は交流電源電圧を、ランプを駆動するための高周波正弦波ランプ電流に変換する。これに関連して、典型的な安定器は５０又は６０Ｈｚのフィルタ／整流器と、直流−直流コンバータと、直流−交流インバータとを含む。フィルタ／整流器は５０又は６０Ｈｚの配電線に結合されている標準的なコンセントからの交流電力を濾波及び整流して脈動する直流出力に変換する。直流−直流コンバータは、整流器より発生された脈動する直流出力を、リップル分を大きく減衰させて（すなわち、低百分率の）平滑された直流出力に変換する。直流−交流インバータは、直流−直流コンバータからの平滑された直流出力を高周波（例えば、２５〜１００ｋＨｚ）の交流出力に変換する。適当な安定器は出力変圧器をも含むことができる。その変圧器は直流−交流インバータからの交流出力を変圧して交流出力電力を生ずる。その交流出力電力は高周波（例えば、２５〜１００ｋＨｚ）の正弦波ランプ電流としてランプに供給される。ランプに供給された電圧はランプ内で対向する電極間に放電を生じさせることによりランプを点灯させる。ランプが蛍光灯型である場合には、ガラス管すなわちランプの外囲器内に含まれている水銀蒸気が放電によりイオン化される。イオン化された水銀蒸気は紫外線を放出する。その紫外線は、ガラス管の内面に塗布されている蛍光物質を励起して可視光を発生させる。典型的な安定器は帰還制御回路をも含む。その回路はランプ電流又は電力帰還信号を用いて直流−交流インバータのデュ−ティサイクル又はスイッチング周波数を変調することにより、正弦波ランプ電流／電力を調整する。
調光可能な安定器はまた広く使用されている。そのような調光可能な安定器は例えば、米国特許第５００３２３０号明細書に開示されている。一般に、調光可能な安定器は、ランプの光出力すなわち輝度／調光レベル（光度）を、例えば、最高光出力の５％〜１００％の範囲にわたって、選択的に変化させるために、ランプに供給される正弦波を選択的に変化させる調光回路も含む。これに関連して、典型的な調光回路は、調光制御インタフェース回路と調光制御回路を含む。調光制御インタフェース回路は、選択された輝度／調光レベルに比例する調光制御電圧を発生する。調光制御回路は、調光制御電圧に応答して、ランプを選択された輝度／調光レベルで駆動するために適切なレベルまでインバータの交流出力を調整するように、直流−交流インバータの動作を制御する。もちろん、輝度／調光レベルは、ユーザーが調光制御つまみ又はスライダー、あるいはその他のユーザー調整器を操作して選択できる。
安定器により発生されるランプ電圧はランプ電流に逆比例し、したがって、ランプ出力レベル（光度）に逆比例する。低温度（例えば、≦１０℃）では、例えば、ほとんどの小型蛍光灯では、点灯の後で適切な動作のための適正なランプ電流を維持することが難しいものである。とくに、定格ランプ電流の２０％以下に調光した場合にそうである。通常、それらの条件の下で動作している時は、調光可能な安定器は不十分な安定器電流のために動作を停止して、点灯後の動作を成功させるために要するレベルまでランプを加熱し、かつ、より低い温度及び低い調光レベルにおいては当然起きる高くなったインピーダンスのために、ランプ電圧は正常な周囲温度条件の下での電圧よりはるかに高い電圧である。ある種の放電ランプ、例えば、アマルガム特性を持つ放電ランプでは、この問題は一層顕著である。
本発明は、上記諸問題を克服する、ランプを動作させる調光可能な安定器を得ることを目的とするものである。
したがって、本発明の調光可能な安定器は初めに述べた安定器に対して、
ランプの消灯条件を検出し、この消灯条件の検出に応じて帰還制御信号を発生する帰還制御回路、
を更に備え、調光制御回路は帰還制御信号に応答してランプの輝度レベルを選択されたレベルより高いレベルまで調整し、それによりランプの消灯条件を避けるようにしたことを特徴とするものである。
本発明の調光可能な安定器により動作させられるランプの消灯条件は効果的に阻止されることが判明している。とくに、本発明の調光可能な安定器は低温度における点灯と、低い調光レベルにおける動作とが可能であることが判明している。
前記帰還制御回路は、前記ランプに供給されるランプ電圧に比例する電圧レベルを持つランプ電圧帰還信号を発生する第１の手段を含み、前記ランプ電圧帰還信号に応答して、前記ランプ電圧帰還信号の電圧レベルが指定されたしきい値電圧レベルを超えた時に前記帰還制御信号を発生する第２の手段を含む。そのような帰還制御回路は比較的簡単な構成にすることができる。前記帰還制御信号が、前記ランプに供給されるランプ電圧が指定されたしきい値電圧レベルを超える量に比例する電圧レベルを持つ場合に良い結果が得られている。
前記消灯条件が、周囲温度が指定された温度レベルより低く、前記ランプの前記輝度レベルが指定された輝度レベルより低いという前記ランプの動作条件を含む場合には、帰還制御信号がそれらの条件の下で発生され、消灯が阻止される。
本発明の調光可能な安定器の好適な構成は、
交流入力電力を直流出力電力に変換するための変換回路と、
前記直流出力電力を交流出力電力に変換するためのインバータと、
前記交流出力電力を前記ランプに供給するための出力段と、
を備え、前記交流出力電力は前記交流出力電力の電流レベルに逆比例する電圧レベルを持ち、
前記調光回路は前記帰還制御信号に応答して、その帰還制御信号に比例する特性を持つ調光制御信号を発生する手段を含み、
前記インバータは前記調光制御信号に応答して前記交流出力電力の前記電流レベルを高くする。ランプが調光可能な安定器の前記好適な構成により動作させられる場合に、ランプの消灯を非常に効果的に阻止できる。
前記出力段が変圧器を含み、その変圧器の一次巻線に前記交流出力電力が供給され、二次巻線が前記ランプに結合されている場合に、前記帰還制御回路の前記第１の手段は、前記変圧器の一次側に設けられている帰還巻線を含むことができる。また、前記帰還制御回路の前記第２の手段は、前記指定されたしきい値電圧レベルに等しい指定された降伏電圧を持つツェナーダイオードを含むことができる。第１の手段と第２の手段は比較的簡単で信頼できるやり方で実現される。
本発明の調光可能な安定器は小型蛍光灯に使用するのに非常に適することが判明している。
本発明のそれらの特徴、及び種々のその他の特徴、ならびにそれらの利点、及び種々のその他の利点は、添付図面と共に、下記の詳細な説明を参照することにより、容易に理解されるであろう。
図面は本発明の好適な実施形態に係る調光可能な安定器の構成を、その一部をブロックで示した回路図である。
ここで図面を参照する。この図から、本発明の好適な実施形態を構成する調光可能な安定器１０を見ることができる。この安定器には蛍光灯２２が接続される。当業者であれば容易にわかるように、本発明の調光可能な安定器１０は、本発明の調光可能な安定器１０が、後で十分明らかになるようにして低温度ランプ点灯及び低い調光レベルにおける動作を確実に行う新規な帰還制御回路１２を更に含むことを除き、上で簡単に説明した従来の調光可能な安定器と同じである。
更に詳しくいえば、調光可能な安定器１０はＥＭＩフィルタ／整流器１４、例えば、半ブリッジ整流器又は全ブリッジ整流器を含む。そのフィルタ／整流器は配電線からの６０Ｈｚの交流電力を濾波及び整流して、脈動直流出力を生ずる。整流器１４からの脈動直流出力は直流−直流コンバータ１６、例えば、高周波力率修正（ＰＦＣ）昇圧コンバータにより平滑される。その直流−直流コンバータ１５はリップルを極めて大きく減衰させた（すなわち、低パーセント）平滑な直流出力を生ずる。直流−直流コンバータ１６からの平滑された直流出力はその後で高周波直流−交流インバータ１８により高周波（例えば、２５〜１００ｋＨｚ）の交流出力に変換される。直流−交流インバータ１８からの交流出力は出力変圧器２０の一次巻線３１に供給され、出力変圧器２０により変圧されて放電ランプ２２を点灯及び動作させるために適切なレベルの交流出力電力を生ずる。その交流出力電力は、出力変圧器２０の二次巻線３２に接続され、かつ、出力変圧器２０のフィラメント巻線２８，３０にそれぞれ接続されたランプ２２内で対向する電極２４と２６の間に供給され、それによりランプ２２を点灯及び動作させるための正弦波ランプ電圧を生ずる。フィラメント巻線２８，３０と直列にそれぞれ電流制限コンデンサ３４，３６が接続され、これによって選択された調光レベルに従って加熱電流を適切に調整し、かつ短絡を阻止する。
調光可能な安定器１０は、ランプ２２の輝度／調光レベル（光度）を、最低輝度レベルと最高輝度レベルとの間、例えば、最高（定格）ランプ電流の５％及び１００％に対応するランプ出力レベルの間の範囲内の選択したレベルまで連続的に調整する。輝度／調光レベルはユーザーが、回転型又はスライド型の調光制御つまみ（図示せず）、又はその他の便利なユーザー制御器を介してユーザーが選択できる。
調光回路４０は調光制御インタフェース回路４２を含む。この調光制御インタフェース回路４２は、選択した輝度／調光レベルに比例する電圧レベルを持つ調光制御信号ＶＤＩＭを生ずる。例えば、アマルガム特性を持ち、フィリップスの商標名ＰＬ−Ｔの下で販売されている小型蛍光安定ランプの安定器部において、調光制御信号ＶＤＩＭは、最高光出力の５％及び１００％のランプ輝度範囲に対応する０．４５Ｖ〜２．８５Ｖの電圧範囲を有する。説明のために、調光制御インタフェース回路４２はレオスタットすなわちポテンショメータ（図示せず）を含むことができる。そのポテンショメータのスライダーが調光制御つまみの選択された設定値（例えば、ユーザーインタフェースダイヤル上に示されているように）により制御される。その設定は選択した輝度／調光レベルに対応する。
調光回路４０は調光制御回路４４も含む。この制御回路４４は調光制御信号ＶＤＩＭを接続線４６を介して受けるための制御入力端子Ｖｄｉｍを有する。抵抗４８とコンデンサ５０で構成された低域ＲＣフィルタが調光制御インタフェース回路４２と調光制御回路４４との間に設けられて、接続線４６を介して加えられた調光制御信号ＶＤＩＭを低域濾波する。調光制御回路４４は、ある特性、例えば、調光制御信号ＶＤＩＭの電圧レベルに比例する電圧と周波数の少なくとも一方を持つ調光制御信号ＤＣＳを生ずる。ニュージャージー州Ｓｏｍｅｒｅｓｔ所在のＰｈｉｌｉｐｓ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙの上記ＰＬ−Ｔ小型蛍光安定ランプでは、調光制御回路４４は電圧制御発振器（ＶＣＯ）を含む。この発振器は調光制御信号ＶＤＩＭの電圧レベルに応答して、周波数が調光制御信号ＶＤＩＭの電圧レベルに比例する出力を生ずる。
調光制御信号ＤＣＳは接続線５２を介して直流−交流インバータ１８の入力端子に加えられてそれの動作特性、例えば、それのデューティサイクル又はスイッチング周波数を制御可能に調整することにより、ランプ２２を選択した輝度／調光レベルまで駆動するための適切な交流出力電力を調整する。このようにして、要するに、ランプ２２の輝度／調光レベル（光出力レベル）が調光制御回路４４の制御入力端子Ｖｄｉｍに加えられた電圧により決定される。
前記したように、本発明に従って、調光可能な安定器１０は帰還制御回路１２も含む。この帰還制御回路は低い調光レベルにおける低温ランプの点灯を確実に行わせるためのものである。更に詳しくいえば、帰還制御回路１２は出力変圧器２０の一次側に帰還巻線５５を含むことが好ましい。帰還巻線５５における帰還電圧Ｖｆｂは出力変圧器２０の二次巻線３２における電圧に比例し、したがって、ランプ電圧（すなわち、ランプを駆動するためにランプ電極に加えられた電圧）に比例する。
帰還制御回路１２の動作は、帰還電圧Ｖｆｂのレベルがランプ２２の低温／低調光レベル条件に応答して予測できるようにして高くなる、という事実を前提にしている。ランプ２２の低温／低調光レベル条件によってランプ２２は消灯（停止）させられる。これに関連して、Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ ＣｏｍｐａｎｙのＰＬ−Ｔ小型蛍光安定ランプでは、低い調光レベル（例えば、最高ランプ輝度レベルの２０％より低い）において、低い周囲温度（例えば、≦１０℃）におけるランプ電圧は、正常な周囲温度におけるランプ電圧（公称ランプ電圧と呼ぶ）より非常に高い（例えば、１０％〜３０％高い）。したがって、帰還電圧Ｖｆｂも公称帰還電圧Ｖｆｂｎ（すなわち、正常な周囲温度における帰還電圧）より１０％〜３０％高い、とくに、ＰＬ−Ｔ小型蛍光安定ランプでは、ランプ電圧が公称ランプ電圧の１３０％を超えると、ランプは消灯する（停止する）。
したがって、本発明は、帰還巻線５５（又は他の便利な帰還機構）を用いてランプ電圧の相対レベルを検出（感知）することによりランプ２２のそのような「消灯条件」を検出すること（すなわち、ランプ電圧に比例する帰還電圧Ｖｆｂを発生すること）が可能であるという認識を基にしている。この明細書全体及び請求の範囲を通じて使用する「消灯条件」という用語は、実際に消灯しているか、又は実際の消灯点に近い（例えば、それの１０％以内）ランプ２２に対応するランプ２２の低温／低調光レベルの動作条件を意味するものとする。
帰還制御回路１２は、帰還巻線５５と接続線６１の間に直列接続された、順バイアスされたダイオード５８と、抵抗６５と、ツェナーダイオード６０と、ダイオード５８のカソード側と抵抗６５の共通接続点とアースの間に接続されたコンデンサ６７と、接続線４６と６１の間の共通接続点Ｎ１とアースの間に接続された抵抗７０とで構成されたピーク検出器も含む。ツェナーダイオード６０のアノードは、共通接続点Ｎ１と抵抗７０の中間の回路点Ｎ２に接続される。ツェナーダイオード６０の降伏電圧Ｖｂｄは、ランプ２２の消灯条件を示す帰還電圧Ｖｆｂの所定のしきい値レベルに等しく設定することが好ましい。そうすると、ランプ２２の消灯条件が起きると、抵抗７０の端子間に電圧Ｖｚが発生される。その電圧は、検出された帰還電圧Ｖｆｂが予め設定されたツェナー降伏電圧Ｖｂｄを超える量に比例する。更に詳しくいえば、電圧Ｖｚは次の（１）式により定められる値を持つ。
Ｖｚ＝（Ｖｆｂ−Ｖｂｄ）×Ｒ７０／（Ｒ６５＋Ｒ７０） …（１）
ただし、
Ｖｆｂ＞Ｖｂｄの場合であり、この条件が成立しないときＶｚ＝０とする。
ここに、Ｒ７０は抵抗７０の抵抗値を表し、Ｒ６５は抵抗６５の抵抗値を表す。
電圧Ｖｚのことを以後「帰還制御電圧」と呼ぶことにする。その理由は、それが接続線４６と６１を介して調光制御回路４４へ帰還されることにより、調光制御回路４４の動作点をそれに従って引上げるからである。要するに、帰還制御回路１２は、ランプ電圧が指定されたしきい値レベルを超える量に比例する帰還制御電圧Ｖｚを発生するように機能する。調光制御回路４４の動作レベルが上昇する結果となる。したがって、低温ランプ点灯を確実に行い、かつランプの消灯を防ぐために十分高いレベルまでランプ２２を加熱するのに十分なランプ電流をランプ２２が受けるようにするために適切な量だけ、ランプ２２の調光レベルは上昇する。
例えば、本発明のここで考えている実施形態では、ツェナーダイオード６０の降伏電圧Ｖｂｄは１．１・Ｖｆｂｎに設定されるから、帰還電圧Ｖｆｂが公称帰還電圧Ｖｆｂｎの１１０％（すなわち、１．１・Ｖｆｂｎまで）より高いレベルまで上昇すると、検出された帰還電圧Ｖｆｂが予め設定されている降伏電圧Ｖｂｄを超える量に比例する帰還制御電圧Ｖｚが発生する。更に詳しくいえば、本発明のここで考えている実施形態では、Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ ＣｏｍｐａｎｙのＰＬ−Ｔ小型蛍光安定ランプを用いて、抵抗６５，７０の値と、ランプ電圧の値は、ランプ電圧が公称ランプ電圧の１３０％、したがって、検出された帰還電圧Ｖｆｂが公称帰還電圧Ｖｆｂｎより３０％高い（すなわち、Ｖｆｂ＝１．３・Ｖｆｂｎ）と、帰還制御電圧Ｖｚの値が（１．３・Ｖｆｂｎ−１．１・Ｖｆｂｎ）×（Ｒ７０／（Ｒ６５＋Ｒ７０））＝１．５Ｖになるようなものである。制御入力端子Ｖｄｉｍの電圧範囲がランプ２２の最高輝度レベルの５％〜１００％の調光レベル範囲に対応する０．４５Ｖ〜２．８５Ｖであると、調光レベルは最高輝度レベルの２０％より下の低い調光レベルから最高輝度レベルの約４０％のより高い調光レベルまで上昇させられる。
ランプ２２の公称周囲温度条件の下では、帰還電圧ＶｆｂはＶｆｂｎであり、したがって、帰還制御電圧Ｖｚは実効的に０Ｖである（すなわち、ツェナーダイオード６０は仮想的に無限大インピーダンスとして見える）から、制御入力端子Ｖｄｉｍのレベルは、調光制御インタフェース回路４２により供給される調光制御信号ＶＤＩＭにより直接支配され、したがって、ランプ２２の調光レベルは、選択した調光レベルに対応する、調光制御信号ＶＤＩＭのレベルにより決定されることが容易に理解されるであろう。
また、ランプ２２の消灯条件が起きると（すなわち、ランプの消灯が実際に起きるか、実現が近い低温／低調光レベル）、実際のランプ電圧が公称（正常な周囲）ランプ電圧より少なくとも１０％高いことが容易に理解されるであろう。したがって、検出された帰還電圧Ｖｆｂは公称（正常な周囲）帰還電圧Ｖｆｂｎより少なくとも１０％高く、それにより、ＶｆｂがＶｆｂｎを超える量に比例する帰還制御電圧Ｖｚを発生させることによって、最終的には、ランプ２２の調光レベル（したがって、ランプ電流）が帰還制御電圧Ｖｚに比例する量だけ上昇させられる結果となり、したがって、ランプの消灯を防止する。
以上、本発明の好適な実施形態を詳細に説明したが、関連技術の当業者にとって、請求の範囲で定められる本発明の要旨及び範囲に含まれるものと見ることができる、ここで教示した基本的な発明概念の多くの変形と変更の少なくとも一方を明確に理解すべきである。例えば、帰還制御電圧を発生するために選択される特定のしきい値設定は本発明を限定するものではない。更に、ランプ消灯条件を示す指定されたあるしきい値レベルをランプ電圧が超える量に比例する（さもなければ関連する）帰還制御信号が発生される限り、及び調光レベル（すなわち、ランプ電流）をランプの消灯を防止するために十分なレベルまで上昇させるためにこの帰還制御信号を用いる限り、本発明の実施で用いる実際の帰還制御回路は本発明を限定するものではない。

Claims (7)

1. ランプ電流を発生するための直流−交流コンバータと、
   前記直流−交流コンバータの動作の状態を調整することによって、最低輝度レベルと最高輝度レベルとの間の範囲内の選択されたレベルまで、ランプの輝度レベルを調整するための調光回路を備える、ランプ動作のための調光可能な安定器において、
   前記ランプの消灯条件を検出し、前記消灯条件の検出に応じて帰還制御信号を発生する帰還制御回路を更に備え、
   前記調光回路は、前記帰還制御信号に応答して、前記ランプの輝度レベルを、前記選択されたレベルより高いレベルまで、調整することにより、前記ランプの消灯条件を防止するものとして構成され、
   前記帰還制御回路は、前記ランプに供給されるランプ電圧に比例する電圧レベルを持つランプ電圧帰還信号を発生する第１の手段を含み、かつ、前記ランプ電圧帰還信号に応答して、前記ランプ電圧帰還信号の電圧レベルが指定されたしきい値電圧レベルを超えた時に前記帰還制御信号を発生する第２の手段を含み、
   前記帰還制御信号の電圧レベルは、前記ランプに供給されるランプ電圧が指定されたしきい値電圧レベルを超える量に比例し、
   前記調光回路において選択した輝度／調光レベルに比例する第１の電圧と、記帰還制御信号に比例する第２の電圧と、を加算することによって調光信号を発生する回路をさらに備えることを特徴とする、
   ランプ動作のための調光可能な安定器。
2. 前記消灯条件は、周囲温度が指定された温度レベルより低く、前記ランプの前記輝度レベルが指定された輝度レベルより低いという、前記ランプの動作条件を含む請求項１記載の調光可能な安定器。
3. 前記直流−交流コンバータは、前記ランプに結合された一次巻線と二次巻線とを有する変圧器をさらに備え、
   前記帰還制御回路の前記第１の手段は、前記変圧器の一次側に設けられている帰還巻線を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の調光可能な安定器。
4. 前記帰還制御回路の前記第２の手段は、前記指定されたしきい値電圧レベルに等しい指定された降伏電圧を持つツェナーダイオードを含む請求項３記載の調光可能な安定器。
5. 前記直流−交流コンバータは、少なくとも１つのスイッチ素子と、前記スイッチ素子を交互に導通にしたり非導通にしたりするための制御回路を有し、
   前記調光回路は、前記素子が導通になったり非導通になったりする周期を調整することにより前記ランプの輝度レベル調整するための回路を有することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の調光可能な安定器。
6. 前記直流−交流コンバータは、少なくとも１つのスイッチ素子と、前記スイッチ素子を交互に導通にしたり非導通にしたりするための制御回路を有し、
   前記調光回路は、前記スイッチ素子のデューティサイクルを調整することにより、前記ランプの輝度レベル調整するための回路を有することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の調光可能な安定器。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の調光可能な安定器が設けられた小型蛍光灯。

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