JP4145795B2 - 短絡安定器の保護 - Google Patents

Description

本発明は、一般的には安定器を短絡電流から保護するための回路に関する。

電子安定器は、通常、力率改善回路（Power Factor Correction：PFC）を通じて、整流化された線間電圧を、ハーフブリッジ回路のような反転器に提供し、その後、反転器は、直流電圧を蛍光ガス放電ランプを駆動するための高周波交流電圧に変換する。蛍光ランプの（各々のコールドスタートによって減少する）有効期間を最大にするために、電子安定器内に「ラピッド・スタート」予熱回路を設けることは既知である。ランプがスイッチオンされる前に、予熱回路の加熱器巻線は、（通常、制御電流または制御電圧の提供よって）蛍光ランプ内のフィラメントを暖める。低周波複合型安定器技術のように、ランプ点弧の後に、陰極加熱器巻線の接続を断つ「変性ラピッド・スタート」回路を設けることも既知である。これにより、定常状態の状況の間、ランプあたりの消費エネルギーが減少する。

入力電力線と、安定器によって駆動されるランプとの間の適切な配線構造は、安定器が駆動するランプの型式によって決定される。器具の配線が不適切な場合、ランプ端子に短絡が発生する。これは、安定器内の損傷および／またはランプ寿命の明らかな減少、点弧によるランプの故障、および／または安定器の早期故障をもたらす。

既知の短絡防止方法は、相対的にコストが嵩み、かつ通常、スイッチング周波数または素子の公差などのパラメータに依存するので、設計の自由度が低い。例えば、周波数に依存するフィラメント加熱回路には、フィラメント電圧発振器と、遮断または故障状況の間のフィラメント電圧を制御する各々のフィラメントに対する検出回路とを、使用しても良い。この回路装置では、フィラメント電圧発振器は、アーク電圧発振器と別に設けられていて、かつアーク電圧発振器とは独立に作動する。さらに、周波数に依存する素子を用いた汎用安定器（すなわち、種々の型式のランプを駆動させることが可能な安定器）に対する短絡保護方式の場合、これは、安定かつ正確に制御されたフィラメント電圧を達成するように設計されなければならない。このような設計は、通常、フィラメント・インピーダンスがランプの型式によって異なるという事実によって、複雑となる。従って、このような対処法は、自由度がより低くなることにより開発プロセスのコストが高くなることに少なくとも一部起因して、不利である。

シリコン制御整流器およびツェナーダイオードを用いて、過電流の保護手段を、さらに、設けることもできる。出力電流が最大値まで増加し、かつ、ツェナーダイオードの両端の電圧がそのブレークダウン電圧に到達すると、ツェナーダイオードはキャパシタを充電し、これは最終的に整流器を始動させ、その後発振抑制回路を不活性にする。このように、この処理法は、ツェナーダイオードと整流器双方の公差にも依存するので、これの設計コストは相対的に嵩む。

不適切な配線によって生じる短絡に対する保護を含み、かつ、スイッチング周波数及び素子の公差に依存しない、改良されていてかつ廉価な予熱回路構成が必要とされている。

本発明の回路は、相対的に短い時間でランプ電極を暖め、フィラメント電圧を正確に生成し、かつ、反転器のスイッチング周波数、反転器における（複数の）スイッチのデューティーサイクル、フィラメント抵抗等のパラメータに依存せずに作動する予熱回路を提供することによって、上記の必要性を実現させている。さらに、この予熱回路は、短絡から保護されていて、コスト効率が良く、かつコンパクトである。予熱回路は、短絡状況によって生じる損傷を検出しかつ阻止する検知抵抗器を含む。短絡が起こると、検知抵抗器の両端の電圧は、予熱回路をスイッチオフする制御信号としての機能を果たす。本発明の一例の短絡保護回路構成は、実際上、安定器素子のスイッチング周波数および公差に依存しないので、設計がシンプルになるという効果を有する。

端的には、本発明は、電極間のアークを点弧するために必要な電圧を印加する前に、蛍光ランプの電極を予熱するためのラピッド・スタート機構として、予熱回路を提供する。1つの一次巻線および2つの二次巻線と、この一次巻線と直列に接接されていてかつハーフブリッジ回路のような電圧源によって給電される小型の検知抵抗器とを備える、本発明の一例の安定器回路は、トランスを通じて電極を加熱する。この検知抵抗器は、短絡が発生すると、抵抗器の両端の電圧が、既定のレベルを越え、これにより電圧源のスイッチオフがトリガーされるように、機能する。この電極加熱回路は、このような安定器が、この安定器によって駆動されるランプ間でランダムに起こり得る、個々の短絡に耐えることを可能にするので、この電極加熱回路は、複数ランプ用安定器に用いることができる。

本発明の更なる一例の実施例の安定器回路は、2つの蛍光ランプに接続されていて、各々のランプが各々の端部でフィラメントを具備する2つの端部を有しており、かつ各々のフィラメントがランプ電極に接続されている安定器回路である。この安定器回路は、安定器によって駆動される各々のランプの各電極を予熱する予熱回路に、電圧を供給するハーフブリッジ回路を含む。この予熱回路は、一次巻線及び3つの二次巻線を有するフィラメント加熱トランスを含む。一次巻線は、直流阻止（すなわち、供給電圧から直流電圧バイアスを除去すること）を実行する相対的に大きいキャパシタに直列に接続されている。安定器回路は、予熱回路の一次巻線の増大した電流、つまり、予熱回路の少なくとも一つの二次巻線が短絡したことを示す状態、を検出する短絡保護回路も含む。この短絡保護回路は、一次巻線予熱回路を流れる電流を検知するために、予熱回路に結合されている検知抵抗器を利用する。検知された電流は、検知抵抗器の両端に接続された制御信号回路によって、（制御信号として用いられる）整流化された平均直流電圧に変換される。制御信号回路は、整流ダイオードとローパスフィルタとを組み合わせたもので、過渡電流（例えば、突入電流および立上げ電流）のトリガーによって、予熱回路が機能しなくなることがないことを確実にする。むしろ、制御信号が予め設定されたトリガーレベルの値を越えるような、非過渡的な過電流の状況が発生すると、予熱回路と検知抵抗器との間に接続されている制御手段（例えば、MOSFET）が、動作して、供給電圧の供給を止める。クランピング・ダイオードは、MOSFETの両端の電圧がバス電圧を越えることを防止する。

フィラメントの検知は、いくつかの安定器によって実行される。それゆえに、別の一実施例では、安定器回路は、キャパシタと、1以上のランプ・フィラメントを通る直流電流を生成しかつその直流電流を検出するための回路部とを含む。フィラメント検知回路が、ランプ・フィラメントが存在していないことを決定した場合には、ランプ・フィラメントは備えていないが、フィラメント加熱トランスの二次巻線のうちの1つを備える直流電流の経路が、キャパシタにより遮断される。フィラメントが、見つからないか、または別の方法で導通させることができない場合、直流電流経路は遮断される。この遮断が検出されると、安定器回路は、たとえば、スイッチオフさせることが出来る。

フィラメント加熱トランスは、安定器の作動開始の間（ランプ電極が加熱される間）に電流を流すことさえ出来れば良く、かつ通常の動作中にはスイッチオフさせることが可能となるので、この例の安定器回路の予熱回路の利点は、フィラメント加熱トランスの大きさを、相対的に小さくすることができることである。

本発明の追加的な目的、利点および新規な特徴は、以下の説明部分に記載され、かつ、以下の考察から当業者にはより明らかになり、また本発明の実行によって学ぶことができるであろう。

本明細書中に組み込まれていて、かつ、本明細書の一部を形成する添付の図面は、明細書の説明を参照して、本発明を説明する。

本発明の詳細な実施例は、必要の範囲で、本願明細書において開示されている。しかしながら、開示された実施例は、多種のおよび代替の形態で実施することができる、本発明の単なる例示であると理解されたい。これらの図は、必ずしも一定の比率で描かれているわけではない。いくつかの特性は、特定の素子の詳細を示すために、誇張または縮小されている場合がある。したがって、本明細書において開示される、特別な構造上および機能的な詳細は、限定的であると解釈すべきではなく、単に、特許請求の範囲を基準として、かつ、本発明を様々に使用する当業者の知識を基準として解釈すべきである。

図1は、本発明の一実施例の直列の2つのランプを作動させるための一例の安定器回路の一部の回路図である。この例の安定器回路は、予熱回路及び短絡保護回路を含む。図2の図示された代替実施例の場合、安定器回路は、フィラメント検知素子を有していない。

予熱回路
図1を参照すると、予熱回路は、一次巻線TP、第1の二次巻線TS1、第2の二次巻線TS2及び第3の二次巻線TS3を有するトランスTを含む。ハーフブリッジ回路は、トランスTの一次巻線TPに給電するピンHBに、電圧を供給する。これによって、各々の二次巻線TS1、TS2及びTS3を通る電流が誘導される。これらの電流は、安定器（図示せず）によって駆動されるランプTL1及びTL2の電極を加熱するように機能する。MOSFETQ6は、ハーフブリッジ駆動装置によって制御され、電力が供給されるときに、予熱回路を使用可能とし、かつ、予熱時間（すなわち、電極が点弧に対して十分に加熱されるまでの時間）を経過しているときには、予熱回路を不活性化するためのスイッチとして作動する。ダイオードD19は、直流バス電圧Vbus程度により、MOSFETQ6の両端の電圧をクランプする。キャパシタC13は、直流阻止を実行する。

短絡回路の保護
再び、図1を参照すると、本発明の一例の実施例の短絡保護回路SSCには、検知抵抗器R39、抵抗器R40、ダイオードD22及びキャパシタC32が、設けられている。二次巻線の両端部間が短絡した場合には、増加した電流が、フィラメント加熱トランスTの当該二次巻線（TS1、TS2またはTS3）を流れる。この増加した電流は、フィラメント加熱トランスTの1次側TPに転換もされ、そして巻線比n1/n2に従って増幅される。このより大きくなった電流は、フィラメント加熱トランスTに直列接続されている検知抵抗器R39によって検知され、ダイオードD22、抵抗器R40及びキャパシタC32によって、整流化された平均直流電圧に変換される。キャパシタC32の電圧がトリガーレベルに到達すると、ハーフブリッジは、即座にスイッチオフされる。これにより、過剰な循環短絡電流に対し安定器が保護され、かつこれに対応して好ましくない温度上昇が発生することが無くなる。トリガーレベルは、出力を「使用不能にする」機能を通常含む、ハーフブリッジ反転器駆動装置集積回路（IC）によって規定されている。

フィラメントの検知構成
図2に示される一例の回路は、フィラメント検知素子（キャパシタC14と、抵抗器R31、R32、R34及びR36）を、更に含む。キャパシタC14は、二次巻線TS2を通る直流電流経路を遮断する。従って、一つのランプ・フィラメントが、破損しまたは取り外された場合、電流が、流れ続けることが出来ないように、ランプTL1のランプ・フィラメント及びランプTL2のランプ・フィラメント、及び抵抗器R31、R34及びR36を通る直流電流経路が、切断される。このような切断はピンFILで検出され、そしてハーフブリッジ制御ICが安定器を停止させる。ランプ・フィラメントと抵抗器との直列回路の導通状態の復旧（すなわち、破損したまたは取り外されたランプが取り替えられたこと）も、ピンFILで検出され、そして安定器は再始動される。このようにして、メイン供給電圧との接続を絶つことなく、ランプの保守を、達成させることができる。

上述したものを考慮すると、本発明が、短絡状況の検出及び補正が可能な、正確で、高効率で、かつコスト効率の良い電極加熱用のシステムを提供することは、理解されるであろう。それでも、上述したものは、本発明の一例の実施例に過ぎないものであり、かつ、請求項に記載されている本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、多数の変更を行なうことができることは、理解されるべきである。

本発明の安定器回路の実施例の一部とそれに接続される2つのランプとを有する回路図である。 フィラメント検知素子を有する本発明の安定器回路の実施例の一部とそれに接続される2つのランプとを有する回路図である。

符号の説明

C13、C14、C32 キャパシタ
D19、D22 ダイオード
FIL、HB ピン
Q6 MOSFET
SSC 短絡保護回路
R39 検知抵抗器
R31、R32、R34、R36、R40 抵抗器
T トランス
TP 一次巻線
TS1 第1の二次巻線
TS2 第2の二次巻線
TS3 第3の二次巻線
TL1、TL2 ランプ
Vbus 直流バス電圧

Claims (7)

1. 各々の蛍光ランプが、各々の端部でフィラメントを具備する2つの端部を有し、各々のフィラメントが、ランプ電極に接続されている、少なくとも一つの蛍光ランプに接続されるように適合化されている安定器回路であって、
   （Ａ）供給電圧を生成するための回路部と、
   （Ｂ）前記ランプ電極を予熱するように構成されている、前記供給電圧によって電力が供給される予熱回路と、
   （Ｃ）前記予熱回路での短絡状況を検出するように構成されている保護回路であって、さらに、
   （ａ）前記予熱回路を通って流れる電流を検知するように構成されている、前記予熱回路に結合された検知抵抗器と、
   （ｂ）前記検知された電流を制御信号に変換するように構成されている、前記検知抵抗器の両端に接続されている、制御信号回路であって、
   前記制御信号回路が、
   − 過渡電流が、当該制御手段をトリガーすることを防止するように構成されているローパスフィルタと、
   − 整流ダイオードとを、
   含む制御信号回路と、
   （ｃ）前記制御信号が予め設定されたトリガーレベルの値を越えるときに、前記供給電圧を使用不能にするように構成されている、前記予熱回路と前記検知抵抗器との間に接続された制御手段とを、
   備える保護回路とを、
   備える安定器回路。
2. 前記制御手段が、トランジスタである請求項1の安定器回路。
3. 前記トランジスタが、MOSFETである請求項2の安定器回路。
4. 前記MOSFETの両端の電圧を、実質的にバス電圧に保持するように構成されているクランピング・ダイオードを、さらに、備える請求項3の安定器回路。
5. 前記制御信号が、整流化された平均直流電圧である請求項1の安定器回路。
6. 前記予熱回路が、
   一次巻線及び少なくとも2つの二次巻線を含むフィラメント加熱トランスと、
   前記フィラメント加熱トランスに直列接続され、前記供給電圧から直流電圧バイアスを除去するように構成されている直流阻止キャパシタとを、
   備える請求項1の安定器回路。
7. ランプ・フィラメントの欠如を検出するように構成されているフィラメント検知回路と、
   前記ランプ・フィラメントの欠如が検出されるときに、前記二次巻線に電流が流れることを防止するために、前記フィラメント加熱トランスの前記二次巻線の一つに直列に配置されているキャパシタとを、
   備える請求項6の安定器回路。

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