JP4604085B2

JP4604085B2 - 回路装置

Info

Publication number: JP4604085B2
Application number: JP2007505707A
Authority: JP
Inventors: レイテンルカス; デーセーホーエイアークリストファー; ハーアーエムファンツンダートロイ; セーペーエムエッメンヘルラッハ
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2025-03-24
Also published as: JP2007531231A; EP1733598A1; US7397196B2; WO2005096679A1; US20070222392A1; CN1965616A; CN1965616B

Description

本発明は、
‐供給電圧源の極に接続する入力端子と、
‐第１ダイオードによって分路される第１スイッチング素子と、第２ダイオードによって分路される第２スイッチング素子とを具え、前記入力端子に接続する第１の直列回路と、
‐第３ダイオードによって分路される第３スイッチング素子と、第４ダイオードによって分路される第４スイッチング素子とを具え、前記入力端子に接続する第２の直列回路と、
‐インダクタＬ１と、ランプ接続用の端子と、インダクタＬ２との直列回路を具え、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との接続点を第３スイッチング素子と第４スイッチング素子との接続点に接続する負荷回路と、
‐前記それぞれのスイッチング素子の制御電極に結合されて、前記回路装置を、第４スイッチング素子は導通状態に維持されるも、第１スイッチング素子は高周波で交互に導通及び非導通状態にされる第１の動作状態に制御し、かつ第３スイッチング素子は導通状態に維持されるも、第２スイッチング素子は高周波で交互に導通及び非導通状態にされる第２の動作状態に制御し、さらに、第１と第２の動作状態の間で前記回路装置の動作状態を低周波で交代させる回路を具えている制御回路と、
‐第１端部が、前記負荷回路におけるインダクタＬ１とランプ接続用の端子接続点に結合されたキャパシタＣ１と、
を具えている、ランプ点灯用の回路装置に関する。

このような回路装置は、より詳細にはＨＩＤランプ点灯用の回路として、米国特許明細書ＵＳ６，４２６，５９７Ｂ2から既知である。この特許文献のキャパシタＣ１は、ランプ接続端子およびインダクタＬ２を具える直列回路を分路している。ランプが点弧した後、制御回路は、回路装置を低周波数で交互に第１の動作状態および第２の動作状態に制御する。第１の動作状態では、第１スイッチング素子が、第２ダイオード、インダクタＬ１およびキャパシタＣ１と相俟って、「ダウンコンバータ」タイプの第１ＤＣ−ＤＣコンバータを形成している。この第１の動作状態の期間中は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、ランプを流れる第１極性方向のＤＣ電流を発生させる。動作中、小さな振幅を有すると共に第１スイッチング素子が制御される周波数に等しい周波数を有するＡＣ電流は、ＤＣ電流に重畳される。第２の動作状態では、第２スイッチング素子が、第１ダイオード、インダクタＬ１およびキャパシタＣ１と相俟って、「ダウンコンバータ」タイプの第２ＤＣ−ＤＣコンバータを形成している。この第２の動作状態の期間中は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータは、ランプを経て流れる第２極性方向のＤＣ電流を発生させる。ここでも、小さな振幅を有すると共に第２スイッチング素子が動作される周波数に等しい周波数を有する高周波ＡＣ電流は、ＤＣ電流に重畳される。したがって、ランプ電流は、低周波で矩形波状のＡＣ電流になる。この既知の回路装置は、素子数を低減させかつ開路電圧を高くするというような重要な利点を提供している。

しかしながら、この既知の回路装置は、いくつかの不都合な点も有している。不都合な点の１つは、回路装置の動作状態が変化する時に、キャパシタＣ１間の電圧の極性もまた変化して、非常に高い電流がコンポーネントに流れることにある。さらに、この回路装置がそれにランプを接続せずに動作するか、またはそれにランプを接続しているが、故障のため、またはランプがまだ安定な動作状態に達してなかったので放電が一時的に消失するためにランプに電流が流れないで動作する場合に、第３または第４スイッチング素子が導通する時に、キャパシタＣ１間の電圧が、第１スイッチング素子または第２スイッチング素子または他のコンポーネントを流れる高いピーク電流を発生する。これらの高いピーク電流は第１および／または第２スイッチング素子を破損し得るため、このような電圧が生じるのを避けるためには回路装置に追加の手段を搭載する必要があり、したがって回路装置を複雑で高価なものにしてしまう。

本発明の目的は、回路装置を構成するコンポーネントに高いピーク電流を発生させない、比較的簡単で堅牢な回路装置を供給することにある。

この目的のために、本発明による第１節で述べたような回路装置は、前記キャパシタの第２端部が入力端子に結合され、前記制御回路が、第１及び第３スイッチング素子の少なくとも１つは、前記第１及び第２の動作状態に続く後続動作間の時間間隔中、高周波で交互に導通及び非導通状態にされるように第１及び第３スイッチング素子を動作させる第３の動作状態に前記回路装置を制御し、かつ第２及び第４スイッチング素子の少なくとも１つは、前記第２及び第１の動作状態に続く後続動作間の時間間隔中、高周波で交互に導通及び非導通状態にされるように第２及び第４スイッチング素子を動作させる第４の動作状態に前記回路装置を制御する回路を具えるようにしたことを特徴とする。

本発明の回路装置では、回路装置の動作状態が変化する時に、さらには回路装置がランプなしで作動したり、またはランプに電流を流さない場合であっても、ピーク電流を大幅に回避できる。第１および第２の動作状態の双方にてキャパシタＣ１間の電圧の極性は同じであるが、キャパシタＣ１間の電圧は、第２の動作状態においては第１の動作状態とは異なる値になる。制御回路が、回路装置の動作状態を第１の動作状態から第２の動作状態に直接変更する場合には、ピーク電流は、供給電圧源から第３スイッチング素子、インダクタＬ２、およびキャパシタＣ１を流れるようになる。このピーク電流は、第３スイッチング素子および他の回路コンポーネントまたはランプを破損し得る。しかしながら、本発明の回路装置では、例えば回路装置が第１の動作状態に制御される期間の終了時に、制御回路は、第１スイッチング素子および第３スイッチング素子のうち少なくとも１つを高周波で交互に導通および非導通状態にする第３の動作状態に回路装置を制御する。

第３の動作状態の期間中に第１スイッチング素子のみを高周波で動作する場合には、第３スイッチング素子は非導通状態に維持され、かつ第１スイッチング素子、第２ダイオードおよびインダクタＬ１は共にダウンコンバータを形成する。供給電圧源から（交互に）第１スイッチング素子および第２ダイオード、インダクタＬ１およびキャパシタＣ１を流れる電流の振幅は、第１スイッチング素子を制御する制御回路によって生じる制御信号のデューティサイクルおよび周波数によって制御される。制御信号の周波数およびデューティサイクルは、電流の振幅が回路コンポーネントの損傷を防止するのに十分低い値に制限されるように選定する。

第３の動作状態の期間中に第３スイッチング素子のみを高周波で動作する場合には、第１スイッチング素子は非導通状態に維持され、かつ第３スイッチング素子、第４ダイオードおよびインダクタＬ２は共にダウンコンバータを形成する。供給電圧源から（交互に）第３スイッチング素子および第４ダイオード、インダクタＬ２、ランプＬａおよびキャパシタＣ１を流れる電流の振幅は、第３スイッチング素子を制御する制御回路によって生じる制御信号のデューティサイクルおよび周波数によって制御される。制御信号の周波数およびデューティサイクルは、電流の振幅が回路コンポーネントの損傷を防止するのに十分低い値に制限されるようにすると共に、ランプを流れるピーク電流の発生が回避されるように選定する。

第３の動作状態の期間中第１スイッチング素子および第３スイッチング素子の双方を高周波で動作させる場合には、２つの電流経路を同時に使用するため、第３の動作状態をより短くすることができる。

回路装置が第３の動作状態に制御される時間間隔は、キャパシタＣ１が供給電圧源によって十分充電されて、第３スイッチング素子が絶えず導通する第２の動作状態にて電流ピークが発生しないように選定する。これは、所定の時間間隔の期間中に回路装置を第３の動作状態に維持することによって実現することができる。あるいは、キャパシタＣ１間の電圧またはＣ１を充電する電流の振幅を測定することができ、それぞれキャパシタＣ１間の電圧が基準値を超える時、またはキャパシタＣ１を充電する電流の振幅が基準値以下に下降する時には、第３の動作状態を終了させることができる。回路装置が第３の動作状態になっている時間間隔の終了時に、制御回路は、回路装置の動作状態を第２の動作状態に変更する。同様に、回路装置が第２の動作状態に制御される時間間隔の終了時に、制御回路は、第２スイッチング素子または第４スイッチング素子またはこれらの各スイッチング素子を高周波で交互に導通および非導通状態にする第４の動作状態に回路装置を制御する。

第４の動作状態の期間中に第２スイッチング素子のみを高周波で動作する場合には、第４スイッチング素子は非導通状態に維持され、かつ第２スイッチング素子、第１ダイオードおよびインダクタＬ１は共にダウンコンバータを形成する。キャパシタＣ１からインダクタＬ１および（交互に）第２スイッチング素子および第１ダイオードを流れる電流の振幅は、第２スイッチング素子を制御する制御回路によって生じる制御信号のデューティサイクルおよび周波数によって制御される。制御信号の周波数およびデューティサイクルは、電流の振幅が回路コンポーネントの損傷を防止するのに十分低い値に制限されるように選定する。

第４の動作状態の期間中に第４スイッチング素子のみを高周波で動作する場合には、第２スイッチング素子は非導通状態に維持され、かつ第４スイッチング素子、第３ダイオードおよびインダクタＬ２は共にダウンコンバータを形成する。キャパシタＣ１からランプ、インダクタＬ２および（交互に）第４スイッチング素子および第３ダイオードを流れる電流の振幅は、第３スイッチング素子を制御する制御回路によって生じる制御信号のデューティサイクルおよび周波数によって制御される。制御信号の周波数およびデューティサイクルは、電流の振幅が回路コンポーネントの損傷を防止するのに十分低い値に制限されるようにすると共に、ランプを流れるピーク電流の発生が回避されるように選定する。

第４の動作状態の期間中第２スイッチング素子および第４スイッチング素子の双方を高周波で動作させる場合には、２つの電流経路を同時に使用するため、第４の動作状態をより短くすることができる。

第３の動作状態と同様に、回路装置が第４の動作状態に制御される時間間隔は、キャパシタＣ１が十分に放電されて、第４スイッチング素子が絶えず導通する第１の動作状態にて電流ピークが発生しないように選定する。回路装置が第４の動作状態に制御される時間間隔は、上述した、回路装置が第３の動作状態にて動作される期間を制御するのと同様な方法で制御することができる。この時間間隔の終了時に、制御回路は、回路装置の動作状態を第１の動作状態に変更する。

米国特許明細書第６，４２６，５９７Ｂ２号に開示される回路装置は、インダクタＬ２と共に第４スイッチング素子を分路する直列回路の一部をなすキャパシタＣ２を有している。ランプの点弧は、インダクタＬ２およびキャパシタＣ２の共振周波数に近い周波数で第３および第４スイッチング素子を交互に導通および非導通状態にすることで実現できる。あるいは、第３および第４スイッチング素子を動作させる周波数を、インダクタＬ２およびキャパシタＣ２の共振周波数に近い周波数に下げることができる。

しかしながら、ランプの点弧の瞬間、Ｃ２間の電圧は、ランプ、Ｃ１および第３または第４スイッチング素子を流れる高いピーク電流を発生させる。このピーク電流によるコンポーネントの破損を防止するためには、電流経路に追加するインダクタのような特別な予防措置を講じなければならない。さらに、キャパシタＣ２は、定常動作の期間中にランプ電流の電流ピークが生じさせるため、この期間中は追加のスイッチング素子によってキャパシタＣ２を使用不能にしなければならない。

本発明による回路装置によって作動されるランプは、ランプがキャパシタＣ２によって分路される場合に有効に点弧することを確かめた。第３および第４スイッチング素子を、インダクタＬ２およびキャパシタＣ２の共振周波数に近い周波数で交互に導通および非導通状態にすることによって、または周波数掃引によって、ランプを有効に点弧させることができる。さらに、点弧の期間中発生するピーク電流はランプのみを流れるため、回路装置のコンポーネントに損傷を与えない。しかしながら、キャパシタＣ２を、入力端子と、ランプ接続用端子およびインダクタＬ２間の端子との間に結合する場合にもランプの有効な点弧を実現できる。キャパシタＣ２を後者の位置に配置する場合にも、第３および第４スイッチング素子をインダクタＬ２およびキャパシタＣ２の共振周波数に近い周波数で交互に導通および非導通状態にすることによって、または周波数掃引によって、点弧を実現できる。点弧期間中に発生するピーク電流は、キャパシタＣ２からランプを経て、およびキャパシタＣ１を経てキャパシタＣ２に戻って流れるため、ピーク電流がスイッチング素子に損傷を与えない。キャパシタＣ２がこの後者の位置にある場合は、キャパシタＣ２は、高周波コンポーネントをランプ電流からフィルタする役割も果たし、したがってランプの安定した動作に寄与する。

好適な実施例では、制御回路はさらに、第１の動作状態の終了時に第１スイッチング素子のデューティサイクルを増やす回路、および第２の動作状態の終了時に第２スイッチング素子のデューティサイクルを増やす回路を具えている。第１の動作状態にて第１スイッチング素子のデューティサイクルを増やすことは、制御回路が発生する制御信号の各高周波期間にて第１スイッチング素子を導通状態に維持する時間の経過を増やすと共に第１スイッチング素子を制御することを意味する。このようにデューティサイクルが増大するため、キャパシタＣ１間の電圧は高くなる。その結果、第３の動作状態の期間中に供給電圧源からキャパシタＣ１に流す必要のある電流はより少なくて済むので、第３の動作状態の時間を短くすることができる。第３の動作状態の期間中はハードスイッチングが生じ得るので、回路装置を第３の動作状態にする期間は比較的短くするのが好適である。同様に、第２の動作状態終了時に第２スイッチング素子のデューティサイクルを増大させることにより、キャパシタＣ１間の電圧は減少する。その結果、第４の動作状態の期間中にキャパシタＣ１から流す必要のある電流はより少なくて済むので、第４の動作状態の時間を短くすることができる。第３の動作状態の期間中にもハードスイッチングが生じ得る。したがって、回路装置が第４の動作状態にある期間も比較的短くするのが好適である。

前の段落で概説したのと同じ理由から、制御回路が、第１および第２の動作状態に続く後続動作間の時間間隔中、第４スイッチング素子を高周波で交互に導通および非導通状態にさせる第５の動作状態に回路装置を制御し、かつ第２および第４の動作状態に続く後続動作間の時間間隔中、第３スイッチング素子を高周波で交互に導通および非導通状態にさせる第６の動作状態に回路装置を制御する回路を具えるようにする際には有利である。回路装置の動作状態を第１から第３の動作状態に直接変化させる場合には、インダクタＬ１およびＬ２が存在するため、負荷回路を流れる電流はその方向を即座に変更することはない。第３の動作状態の期間中第４スイッチング素子は非導通状態であるので、負荷回路を流れる電流によって、第３の動作状態の最初の期間中ダイオードＤ３に電流ピークが生じる。しかしながら、第１および第３の動作状態間に第５の動作状態を挿入する場合には、この第５の動作状態の期間中に第４スイッチング素子を高周波で切替えることによって、負荷回路を流れる電流は徐々に減少し、第３ダイオードを流れる電流ピークの発生は防止される。同時に、第５の動作状態の期間中に、すでにキャパシタＣ１間の電圧をある程度増大させるため、キャパシタＣ１がさらに充電される第３の動作状態を比較的短くすることができる。第５および第３の動作状態の期間中、キャパシタＣ１は、第２の動作状態の期間中キャパシタＣ１間に存在する電圧まで徐々に充電される。キャパシタＣ１の充電は、振幅が徐々に変化している電流によって生じるので、ランプを流れる電流のピークも防止されるため、ランプ寿命は比較的長くなる一方で、ランプの動作によって生じるＥＭＩの量は比較的少なくなる。

同様に、キャパシタＣ１は、第６および第４の動作状態の期間中、振幅が徐々に変化している電流によって放電される。その結果、ランプ寿命は比較的長くなる一方で、ランプの動作によって生じるＥＭＩの量は比較的少なくなる。

第５の動作状態の期間中第１スイッチング素子を導通状態に維持し、かつ第６の動作状態の期間中第２スイッチング素子を導通状態に維持することが可能である。あるいは、第５の動作状態の期間中に高周波で第１スイッチング素子を交互に導通および非導通状態にし、かつ第６の動作状態の期間中に高周波で第２スイッチング素子を交互に導通および非導通状態にすることも可能である。制御回路は、第５の動作状態の期間中第１スイッチング素子のデューティサイクルを増やし、かつ第６の動作状態の期間中第２スイッチング素子のデューティサイクルを増大やす回路を具えるようにするのが好適である。同様に、制御回路は、第５の動作状態の期間中第４スイッチング素子のデューティサイクルを減らし、かつ第６の動作状態の期間中第３スイッチング素子のデューティサイクルを減らす回路を装備するようにするのが好適である。第５の動作状態の期間中、第１スイッチング素子のデューティサイクルを増やすことおよび第４スイッチング素子のデューティサイクルを減らすことは双方とも、キャパシタＣ１を充電する電流が徐々にしか変化しないようにするのに寄与するので、ランプ電流には電流ピークが発生しない。第６の動作状態の期間中、第２スイッチング素子のデューティサイクルを増やし、かつ第３スイッチング素子のデューティサイクルを減らす場合にも同じことが当てはまる。

同様に、第３の動作状態の期間中高周波で作動するスイッチング素子の各々のデューティサイクルを増やし、かつ第４の動作状態の期間中高周波で作動するスイッチング素子の各々のデューティサイクルを増やすようにするのが好適である。このようにデューティサイクルを増大させることで、ランプ電流のピークが生じないようにしつつ、ランプを流れる電流が徐々に変化するようになる。

これまでに述べた種々の動作状態にある、本発明による回路装置の機能の記載においては、高周波で動作するスイッチング素子を非導通状態にする時には、このスイッチング素子と直列に位置付けたダイオードは導通状態になる。しかしながら、このダイオードと並列にしたスイッチング素子を導通状態にして、この後者のスイッチング素子に電流を流し、分散する電力を少なくすることも可能である。ダイオードの回復消失も低減する。後者のスイッチング素子は、ダイオードと直列のスイッチング素子がもう一度導通状態になる前に再び非導通状態にしなくてはならない。

なお、スイッチング素子およびこれと並列のダイオードは、例えば（ＭＯＳ）ＦＥＴの場合のように単一のコンポーネントに一体化することできる。

さらに、少なくとも１つのスイッチング素子を各動作状態に制御する高周波は、全ての動作状態にて同じにする必要はなく、異なる動作状態については異なるものとすることもできる。

以下、本発明の実施例を、図面を参照して更に説明する。

図１において、Ｋ１およびＫ２は、供給電圧源の極に接続するための入力端子である。図１に示した実施例の場合に、供給電圧源はＤＣ電圧を供給する。入力端子Ｋ１およびＫ２は、第１ダイオードＤ１によって分路される第１スイッチング素子Ｓ１と、第２ダイオードＤ２によって分路される第２スイッチング素子Ｓ２との第１直列回路によって接続される。入力端子Ｋ１およびＫ２は、第３ダイオードＤ３によって分路される第３スイッチング素子Ｓ３と、第４ダイオードＤ４によって分路される第４スイッチング素子Ｓ4との第２直列回路によっても接続される。第１と第２のスイッチング素子間の端子は、インダクタＬ１と、ランプ接続用の端子Ｋ３およびＫ４と、インダクタＬ２との直列回路によって、第３と第４のスイッチング素子間の端子に接続される。ランプＬａは、ランプ接続端子に接続される。インダクタＬ１およびＬ２は、ランプ接続端子Ｋ３，Ｋ４およびランプＬａと相俟って負荷回路を形成する。制御回路ＣＯＮＴＲＯＬは、スイッチング素子の制御電極に結合される。この結合を点線によって図１に示す。制御回路ＣＯＮＴＲＯＬは、第１スイッチング素子が高周波で交互に導通および非導通状態に切替えられる期間中、第４スイッチング素子を導通状態に維持する第１の動作状態に回路装置を制御し、かつ第２スイッチング素子が高周波で交互に導通および非導通状態に切替えられる期間中、第３スイッチング素子を導通状態に維持する第２の動作状態に回路装置を制御し、さらに、第１および第２の動作状態間では回路装置の動作状態を低周波で交替させる回路を具えている。キャパシタＣ１は、ランプ接続端子と、ランプＬａと、インダクタＬ２との直列回路を分路する。キャパシタＣ２は、ランプ接続端子Ｋ４を入力端子Ｋ２に接続する。

図１に示した実施例の動作は次のとおりである。

入力端子Ｋ１およびＫ２を供給電圧源に接続すると、ランプが先ず点弧される。この点弧段階では、制御回路ＣＯＮＴＲＯＬが、第３スイッチング素子Ｓ３および第４スイッチング素子Ｓ４を、インダクタＬ２とキャパシタＣ２との共振周波数に近い周波数で交互に導通および非導通状態にする。ランプＬａが点弧すると、Ｃ２間の電圧は、ランプ、Ｃ１、および第３または第４スイッチング素子の一方を流れる高いピーク電流を発生する。このピーク電流によるコンポーネントの損傷を防ぐためには、電流経路に追加のインダクタ（図１に図示せず）を設けるような特別な予防措置を講じなければならない。

ランプの点弧の後、制御回路ＣＯＮＴＲＯＬは、回路装置を第１および第２の動作状態に交互に制御する。第１の動作状態では、第１スイッチング素子が高周波で交互に導通および非導通状態になる間に、第４スイッチング素子は導通状態に維持される。

第１の動作状態では、第１スイッチング素子が、第２ダイオードＤ２、インダクタＬ１およびキャパシタＣ１と相俟って、「ダウンコンバータ」タイプの第１のＤＣ−ＤＣコンバータを形成する。この第１の動作状態の期間中に、第１のＤＣ−ＤＣコンバータは、ランプＬａを経て流れる第１極性方向を有するＤＣ電流を発生する。第２の動作状態の期間中には、第２スイッチング素子が高周波で交互に導通および非導通状態になる間に、第３スイッチング素子は導通状態に維持される。この第２の動作状態では、第２スイッチング素子が、第１ダイオード、インダクタＬ１およびキャパシタＣ１と相俟って、「ダウンコンバータ」タイプの第２のＤＣ−ＤＣコンバータを形成する。この第２の動作状態の期間中に、第２のＤＣ−ＤＣコンバータは、ランプＬａを経て流れる第２極性方向を有するＤＣ電流を発生する。制御回路は、回路装置の動作状態を低周波数で第１と第２の動作状態との間で交代させる。したがって、ランプ電流は、低周波の矩形波状のＡＣ電流となる。適切に機能するランプがランプ接続端子Ｋ３およびＫ４に接続されている限り、図１に示した実施例の回路はランプを有効に点灯させる。しかしながら、この回路装置が、それにランプを接続せずに動作するか、またはそれにランプを接続しているが、故障のため、またはランプがまだ安定な動作状態に達しなかったので放電が一時的に消失するためにランプに電流が流れないで動作する場合に、第３または第４スイッチング素子が導通する時に、キャパシタＣ１間の電圧が、第１スイッチング素子または第２スイッチング素子を流れる高いピーク電流を発生する。これらの高いピーク電流は第１および／または第２スイッチング素子を破損し得る。

図２では、類似のコンポーネントおよび回路部品に同じ参照符号を付してある。図１に示した従来の実施例と図２に図示した実施例との違いは、キャパシタＣ１が、ランプ接続端子Ｋ３とインダクタＬ１との間の端子を入力端子Ｋ２に接続していることにある。さらに、制御回路が図２に示す実施例の回路装置を制御する動作状態の周期的なシーケンスが、図１の実施例のものとは異なっている。もっと具体的に云うと、この場合の制御回路は、第１および第２の動作状態に続く後続の動作期間に、第１スイッチング素子か、第３スイッチング素子、またはこれら双方を高周波で交互に導通および非導通状態にする第３の動作状態に回路装置を制御し、かつ第１および第２の動作状態に続く後続の動作期間に、第２スイッチング素子か、第４スイッチング素子、またはこれら双方を高周波で交互に導通および非導通状態にする第４の動作状態に回路装置を制御するための回路を具えている。

なおここで、キャパシタＣ１およびＣ２の一端を入力端子Ｋ２の代わりに入力端子Ｋ１に接続する場合には、図２に示したものと等価な回路装置を得ることができる。キャパシタＣ１を、入力端子Ｋ１を入力端子Ｋ２に接続する２つのキャパシタの直列回路によって置き換え、同時にこれら２つのキャパシタの共通の端子をインダクタＬ１とランプ接続端子Ｋ３との間の端子に接続する場合にも、他の等価回路装置を得ることができる。キャパシタＣ２を、入力端子Ｋ１を入力端子Ｋ２に接続する２つのキャパシタの直列回路によって置き換え、同時にこれら２つのキャパシタの共通の端子をインダクタＬ２とランプ接続端子Ｋ４との間の端子に接続する場合にも、同様に等価回路装置を得ることができる。

図２に示した実施例の動作は次のとおりである。

入力端子Ｋ１およびＫ２を供給電圧源に接続すると、ランプが先ず点弧される。この点弧段階では、制御回路ＣＯＮＴＲＯＬが、第３スイッチング素子Ｓ３および第４スイッチング素子Ｓ４を、インダクタＬ２およびキャパシタＣ２の共振周波数に近い周波数で交互に導通および非導通状態にする。図２に示した実施例では、キャパシタＣ２を放電することによって生じるピーク電流が主としてランプＬａおよびキャパシタＣ１を経て流れるため、回路装置に対する損傷は防止される。

ランプＬａが点弧した後、制御回路ＣＯＮＴＲＯＬは、回路装置を周期的な動作状態のシーケンスにて制御する。各動作シーケンスの期間中、回路装置は、第１の動作状態、第３の動作状態、第２の動作状態、および第４の動作状態に順次制御される。第１および第２の動作状態における回路装置の動作は、主として図１に示した実施例の第１および第２の動作状態における動作に似ている。

回路装置が第１の動作状態にて制御されている時間間隔の終了時に、制御回路は、第３スイッチング素子を高周波で交互に導通および非導通状態にすると共に、他の全てのスイッチング素子を非導通状態に維持する第３の動作状態に回路装置を制御する。変形例として、第１スイッチング素子を高周波で交互に導通および非導通状態にすると共に、他の全てのスイッチング素子を非導通状態に維持するようにすることもできる。更なる変形例として、第１および第３スイッチング素子の双方を高周波で交互に導通および非導通状態にすると共に、第２および第４スイッチング素子を非導通状態に維持するようにすることもできる。供給電圧源から、第３スイッチング素子または第１スイッチング素子、あるいは第１および第３スイッチング素子の双方を経て流れる電流は、キャパシタＣ１を充電する。スイッチング素子を制御する周波数は、インダクタＬ２および／またはインダクタＬ１のインピーダンスが十分に高くなるように選定し、回路コンポーネントの損傷を防止するのに十分低い値に電流の振幅を制限するようにする。回路装置が第３の動作状態に制御される時間間隔は、キャパシタＣ１が供給電圧源によって十分に充電されて、第３スイッチング素子が絶えず導通する第２の動作状態にて電流ピークが発生しないように選定する。制御回路にはさらに、第１の動作状態の終了時に第１スイッチング素子のデューティサイクルを増大させる回路を装備させることができる。第１スイッチング素子のデューティサイクルを増大させることで、キャパシタＣ１間の電圧を第１の動作状態の終了時に増大させる。したがって、第３の動作状態の期間中にキャパシタＣ１を充電させるために供給電圧源から流さなければならない電流が少なくて済み、かつ回路装置を第３の動作状態に維持する時間間隔を短くすることができる。この時間間隔の終了時に、制御回路は回路装置の動作状態を第２の動作状態に切替える。同様に、回路装置が第２の動作状態に制御される時間間隔の終了時に、制御回路は、第４スイッチング素子または第２スイッチング素子あるいは第２および第４スイッチング素子の双方を高周波で交互に導通および非導通状態にすると共に、他のスイッチング素子を非導通状態に維持する第４の動作状態に回路装置を制御する。キャパシタＣ１から第２および／または第４スイッチング素子を経て流れる電流は、キャパシタＣ１を放電する。これらの高周波パルスの周波数は、インダクタＬ２のインピーダンスおよび／またはインダクタＬ１のインピーダンスが十分に高くなるように選定し、回路コンポーネントの損傷を防止するのに十分低い値に電流の振幅を制限するようにする。ここでもまた、回路装置が第４の動作状態に制御される時間間隔は、キャパシタＣ１を十分に放電させて、第４スイッチング素子が絶えず導通する第１の動作状態にて電流ピークが発生しないように選定する。制御回路には、第２の動作状態の終了時に第２スイッチング素子のデューティサイクルを増大させる回路を装備させるのが好適である。第２スイッチング素子のデューティサイクルを増大させることで、キャパシタＣ１間の電圧を第２の動作状態の終了時に減少させる。したがって、第４の動作状態の期間中にキャパシタＣ１を放電させるためにキャパシタＣ１から流さなければならない電流が少なくて済み、かつ回路装置を第４の動作状態に維持する時間間隔を短くすることができる。この時間間隔の終了時に、制御回路は回路装置の動作状態を第１の動作状態に切替える。

制御回路にはさらに、第１および第３の動作状態に続く後続動作間の時間間隔中、第４スイッチング素子を高周波で交互に導通および非導通状態にさせる第５の動作状態に回路装置を制御し、かつ第２および第４の動作状態に続く後続動作間の時間間隔中、第３スイッチング素子を高周波で交互に導通および非導通状態にさせる第６の動作状態に回路装置を制御する回路を設けるのが有利である。第５の動作状態の期間中には、キャパシタＣ１を充電して、このキャパシタＣ１間の電圧を第５の動作状態の期間中にある程度増大させる。したがって、キャパシタＣ１をさらに充電させる第３の動作状態の期間を比較的短くすることができる。同様に、キャパシタＣ１は第６の動作状態の期間中にはすでにある程度放電させて、キャパシタＣ１の更なる放電が生じる第４の動作状態の期間を比較的短くすることができる。第５の動作状態の期間中に第１スイッチング素子を導通状態に維持し、かつ第６の動作状態の期間中に第２スイッチング素子を導通状態に維持することができる。あるいは、第５の動作状態の期間中に第１スイッチング素子を高周波で交互に導通および非導通状態にさせ、かつ第６の動作状態の期間中に第２スイッチング素子を高周波で交互に導通および非導通状態にさせることもできる。制御回路には、第５の動作状態の期間中に第４スイッチング素子のデューティサイクルを減少させ、かつ第６の動作状態の期間中に第３スイッチング素子のデューティサイクルを減少させる手段を装備させるのが好適である。このようにデューティサイクルを減少させることで、第５の動作状態の期間中にキャパシタＣ１を充電する電流の振幅をこの第５の動作状態の期間中は比較的小さく変化させて、第５の動作状態の期間中にコンポーネントにかかるストレスが、第５の動作状態の期間全体にわたって一層均一に拡散されるようにする。第６の動作状態の期間中にも、デューティサイクルを減少させることで、キャパシタＣ１を放電させる電流の振幅変化を比較的小さくして、コンポーネントにかかるストレスが、第６の動作状態の期間全体にわたって一層均一に拡散されるようにする。

同様に、第３の動作状態の期間中に高周波で動作させるスイッチング素子のデューティサイクルを第３の動作状態の期間中に増大させ、かつ第４の動作状態の期間中に高周波で動作させるスイッチング素子のデューティサイクルを第４の動作状態の期間中に増大させるのが好適である。このようにすることにより、第３の動作状態の期間中にキャパシタＣ１を充電する電流の振幅を徐々に変化させることができる。その結果、電流ピークも第３および第４の動作状態の期間中にそれぞれランプ電流に抑えられる。

図４Ａおよび４Ｂでは、水平軸に沿って時間をプロットしてある。図４Ａにおいて、曲線Ｉは、第１、第５、第３および第２の動作状態の連続した期間中にランプを流れる電流の状態を時間の関数として示している。ランプを流れる電流は徐々に変化していること、およびランプ電流は大きな電流ピークを呈さないことが分かる。曲線IIは、同じ時間経過期間中のキャパシタＣ１間の電圧を示している。曲線IIIは、インダクタＬ１ならびに第１および第２スイッチング素子の共通端子における電流の状態である。図４Ｂでは、再び曲線ＩおよびIIを示しているが、ここでは時間尺度を変えて示してある。図４Ｂの水平軸に沿って、番号１、５、３および２は、それぞれ回路装置が第１、第５、第３および第２の動作状態にある期間を示している。第１スイッチング素子を動作させている高周波信号のデューティサイクルは、第１の動作状態の期間中不変のままである。期間５の間にて、曲線IVは、第４スイッチング素子の導通状態を制御する制御回路が発生する信号を示している。このスイッチング素子のデューティサイクルは、期間５の間に減少することが分かる。期間３の間にて、曲線IVは、第３スイッチング素子の導通状態を制御する制御回路が発生する信号を示している。このスイッチング素子のデューティサイクルは、期間３の間に増大することが分かる。

図３に示す実施例が図２に示した実施例と異なるのは、図３に示す実施例ではキャパシタＣ２がランプＬａを分路しているという点だけである。インダクタＬ２およびキャパシタＣ２の共振周波数に近い周波数にて、第３および第４スイッチング素子を交互に導通および非導通状態にすることによって、または周波数掃引によって、ランプを有効に点弧させることができる。点弧している間に発生するピーク電流はランプのみを流れ、したがって回路装置のコンポーネントに損傷を与えない。その他の点では、図３に示した回路装置の機能は図２に示したものとほぼ類似するため、その詳細については説明を省略する。

従来技術による、接続したランプを点灯させる回路装置の実施例を示す図である。接続したランプを点灯させる本発明による回路装置の一実施例を示す図である。接続したランプを点灯させる本発明による回路装置の他の実施例を示す図である。図２に示した実施例における種々の電流および電圧の状態を時間の関数として示す図である。

Claims

ランプ点灯用の回路装置であって、
‐供給電圧源の極に接続する入力端子と、
‐第１ダイオードによって分路される第１スイッチング素子と、第２ダイオードによって分路される第２スイッチング素子とを具え、前記入力端子に接続する第１の直列回路と、
‐第３ダイオードによって分路される第３スイッチング素子と、第４ダイオードによって分路される第４スイッチング素子とを具え、前記入力端子に接続する第２の直列回路と、
‐インダクタＬ１と、ランプ接続用の端子と、インダクタＬ２との直列回路を具え、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との接続点を第３スイッチング素子と第４スイッチング素子との接続点に接続する負荷回路と、
‐前記それぞれのスイッチング素子の制御電極に結合されて、前記回路装置を、第４スイッチング素子は導通状態に維持されるも、第１スイッチング素子は高周波で交互に導通及び非導通状態にされる第１の動作状態に制御し、かつ第３スイッチング素子は導通状態に維持されるも、第２スイッチング素子は高周波で交互に導通及び非導通状態にされる第２の動作状態に制御し、さらに、第１と第２の動作状態の間で前記回路装置の動作状態を低周波で交代させる回路を具えている制御回路と、
‐第１端部が、前記負荷回路におけるインダクタＬ１とランプ接続用の端子接続点に結合されたキャパシタＣ１と、
を具えている、ランプ点灯用回路装置において、
前記キャパシタの第２端部が入力端子に結合され、前記制御回路が、第１及び第３スイッチング素子の少なくとも１つは、前記第１及び第２の動作状態に続く後続動作間の時間間隔中、高周波で交互に導通及び非導通状態にされるように第１及び第３スイッチング素子を動作させる第３の動作状態に前記回路装置を制御し、かつ第２及び第４スイッチング素子の少なくとも１つは、前記第２及び第１の動作状態に続く後続動作間の時間間隔中、高周波で交互に導通及び非導通状態にされるように第２及び第４スイッチング素子を動作させる第４の動作状態に前記回路装置を制御する回路を具えるようにしたことを特徴とするランプ点灯用回路装置。
前記ランプ接続用の端子が、キャパシタＣ２を含む回路部分によって接続される、請求項１に記載の回路装置。
ランプ接続用の端子とインダクタＬ２との接続点と、入力端子との間に結合させたキャパシタＣ２を具えている、請求項１に記載の回路装置。
前記制御回路が、前記第１の動作状態の終了時に前記第１スイッチング素子のデューティサイクルを増やす回路、及び前記第２の動作状態の終了時に前記第２スイッチング素子のデューティサイクルを増やす回路を具えている、請求項１，２又は３のいずれか一項に記載の回路装置。
前記制御回路が、前記第３の動作状態の期間中、第１及び第３スイッチング素子の双方を高周波で動作させ、かつ前記第４の動作状態の期間中、第２及び第４スイッチング素子の双方を高周波で動作させる回路を具えている、請求項１，２，３又は４のいずれか一項に記載の回路装置。
前記制御回路が、前記第１及び第３の動作状態に続く後続動作間の時間間隔中、第４スイッチング素子を高周波で交互に導通及び非導通にさせる第５の動作状態に前記回路装置を制御し、かつ前記第２及び第４の動作状態に続く後続動作間の時間間隔中、第３スイッチング素子を高周波で交互に導通及び非導通にさせる第６の動作状態に前記回路装置を制御する回路を具えている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の回路装置。
前記第１スイッチング素子が、前記第５の動作状態の期間中、導通状態に維持され、かつ前記第２スイッチング素子が、前記第６の動作状態の期間中、導通状態に維持される、請求項６に記載の回路装置。
前記制御回路が、前記第５の動作状態の期間中、第１スイッチング素子を高周波で交互に導通及び非導通状態にさせ、かつ前記第６の動作状態の期間中、第２スイッチング素子を高周波で交互に導通及び非導通状態にさせる、請求項６に記載の回路装置。
前記制御回路が、前記第５の動作状態の期間中、第４スイッチング素子のデューティサイクルを増やし、かつ前記第６の動作状態の期間中、前記第３スイッチング素子のデューティサイクルを増やす回路を具えている、請求項６，７又は８のいずれか一項に記載の回路装置。
前記制御回路が、前記第５の動作状態の期間中、前記第４スイッチング素子のデューティサイクルを増やし、かつ前記第６の動作状態の期間中、前記第２スイッチング素子のデューティサイクルを増やす回路を具えている、請求項８又は９に記載の回路装置。
前記制御回路が、前記第３の動作状態の期間中に高周波で動作する前記スイッチング素子の各々のデューティサイクルを増やし、かつ前記第４の動作状態の期間中に高周波で動作する前記スイッチング素子の各々のデューティサイクルを増やす回路を具えている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の回路装置。
前記制御回路が、第１、第２、第３又は第４ダイオードがそれぞれ電流を流す際に、第１、第２、第３及び第４スイッチング素子を導通させ、かつ第２、第１、第４及び第３スイッチング素子をそれぞれ導通させる前に第１、第２、第３及び第４スイッチング素子を再び導通させる手段を具えている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の回路装置。