JP4643496B2 - 無電極誘導放電ランプ調光装置 - Google Patents

Description

本発明は、無電極放電ランプの調光装置に関するもので、無電極インバータで使われているＤＣライン電圧（ＤＬＶ：DC Line Voltage）のレベルとインバータでのスイッチング周波数を同期させてＤＬＶを調整することで調光制御が可能な無電極誘導放電ランプの調光装置に関する。

無電極放電ランプはランプ内部に電極を持たずに、ランプ外部の両端に形成された外部電極に高電圧と高電流を認可して強い電気場によって点灯されることで、プラズマガスが満たされている放電管のまわりにコイルが絡められて交流が流れると電子誘導による電界が生じて管の内部の放電によって発光されるランプである。

前記無電極放電ランプを点灯してランプから発光される光の強さを調節する装置は、調光装置と称される。

従来の光源では調光をするためにさまざまな方法が使われている。その例として、白熱電球のような原理で発光する光源には供給される電圧の振幅を制御する方式と位相を制御する方式が代表的であり、一般蛍光灯のようにグロー放電を利用して発光する光源を周波数可変にして光源に供給されるエネルギーを制御して調光を行う方法を使う。

前記のような方法で無電極誘導放電ランプを調光するにはさまざまな問題点がある。例えば無電極誘導放電ランプはプラズマガスが満たされている放電管のまわりにコイルが絡められて交流を通電すれば電子誘導による電界が生じて管の内部に放電が形成される。

また、放電の時、負荷特性を持っているので振幅制御をするのは難しいし、高周波を使って誘導放電をなすから位相制御が不可能である。周波数制御も使用するランプの電流周波数帯域幅が狭くて安定的で広い範囲の調光を行うことはできない。

前記のような問題点を解決するための本発明の技術的課題は、無電極インバータで使われているＤＣライン電圧のレベルとインバータでのスイッチング周波数を同期させてＤＬＶを調整することで調光制御が可能な無電極誘導放電ランプの調光装置を提供することである。

前記目的を果たすための本発明による無電極誘導放電ランプの調光装置は、入力された交流入力電源を全波整流し、全波整流された電圧を出力する全波整流及び正電圧部と、前記全波整流された直流電圧が入力されて交流入力電源の電流と電圧が同位相になるように力率が改善された高電圧の直流電圧である第１直流電圧、及び、第１直流電圧より低い直流電圧である第２直流電圧を出力する力率補正回路部と、前記力率補正回路部によって出力された第１直流電圧を受信して所定の調光制御信号によって前記第１直流電圧より小さい可変の直流電圧である第３直流電圧を出力してスイッチングトランジスタの駆動電源に第３直流電圧を使ってランプの明るさを制御する第１駆動制御信号と、前記第１駆動制御信号が反転された第２駆動制御信号とを出力する調光制御部と、前記第１駆動制御信号と第１駆動制御信号が反転された第２駆動制御信号を受信して第１駆動制御信号と第２駆動制御信号との駆動周波数に応じてオン又はオフすることによってランプを点灯させるインバータ回路部とを備え、前記調光制御部は、調光信号を出力する調光信号部と、前記調光信号を受信して出力側のＤＣ電圧を所定の電圧で調節して、前記力率補正回路部の力率制御のためのトランジスタのオン／オフ時間を制御して入力側の力率を制御する力率制御部と、前記力率制御部の出力側のＤＣ電圧によって周波数を所定の周波数で発振させるＶＣＯ回路部と、前記ＶＣＯ回路の出力信号を位相分割して所定の周波数で変換した後ディレイ回路を利用してスイッチングのときに必要なデッドタイムを作る位相分割回路部と、前記位相分割回路部で作られた信号をスイッチを駆動させることができる信号に変換する増幅部とを含み、前記力率制御部は、前記全波整流及び正電圧部から入力された直流電圧の入力電流の位相を感知する低域通過フィルター（ＬＰＦ）と、前記低域通過フィルター（ＬＰＦ）から出力された電圧を所定倍数昇圧された電圧で出力する電圧昇圧部と、前記全波整流及び正電圧部から入力された直流電圧と、前記電圧昇圧部によって出力された昇圧電圧と、ディミング信号と基準信号とが比較され出力された出力電圧とが印加されるマルチプレクサ（ＭＵＸ）と、前記マルチプレクサ（ＭＵＸ）の出力信号と前記力率補正回路部の力率制御のためのトランジスタのソースから出力された信号とを比較して前記トランジスタのゲートに入力される力率制御信号を出力する第１比較器とを備えることを特徴とする。

さらに、前記ＶＣＯ回路部は、可変電圧によって周波数を５００ＫＨｚ〜５５０ＫＨｚで発振させることを特徴とし、前記位相分割回路部は、前記ＶＣＯ回路の出力信号が印加される第１Ｄ‐Ｆ／Ｆと、前記第１Ｄ‐Ｆ／Ｆから位相を２５０ＫＨｚ〜２７５ＫＨｚに分割する第２Ｄ‐Ｆ／Ｆと、第３Ｄ‐Ｆ／Ｆとを備えることを特徴とする。

本発明による無電極誘導放電ランプの調光装置によれば、無電極インバータで使われているＤＬＶ（ＤＣ Line Voltage）のレベルとインバータでのスイッチング周波数を同期させてＤＬＶを調整することで調光制御することができる。

以下、図面を参照して本発明について詳しく説明する。

図１は本発明による無電極誘導放電ランプ調光装置のブロック図で、全波整流及び正電圧部(１０）、力率補正回路部（２０）、インバータ回路部（３０）、ランプ（４０）及び調光制御部（５０）で構成される。

全波整流及び正電圧部（１０）には交流入力電源が入力され、入力された交流入力電源を全波整流させて全波整流された直流電圧を出力する。

力率補正回路部（２０）には、全波整流された直流電圧が入力されて交流入力電源の電流と電圧が同位相になるように力率が改善された高電圧の直流電圧である第１直流電圧及び第１直流電圧より低い直流電圧である第２直流電圧を出力する。

インバータ回路部（３０）は、第１駆動制御信号と、第１駆動制御信号が反転された第２駆動制御信号とを受信して、第１駆動制御信号と第２駆動制御信号の駆動周波数によってオン又はオフされることによってランプ（４０）が点灯される。

ランプ（４０）は、プラズマガスが満たされている放電管のまわりにコイルが絡められて交流が印加されれば電子誘導による電界が生じて管の内部に放電が行われ発光される。

調光制御部（５０）は、調光信号と三角パルス信号を受信／比較して調光制御信号を出力し、前記調光制御信号と力率補正回路部（２０）によって出力された第１直流電圧が入力され、前記調光制御信号によって前記第１直流電圧より小さな可変の直流電圧である第３直流電圧を出力し、スイッチングトランジスタの駆動電源として第３直流電圧を使ってランプの明るさを制御する。

図２は、本発明による無電極誘導放電ランプ調光装置の調光制御部に対する詳細ブロック図で、力率制御部（５１）、調光制御信号部（５２）、ＶＣＯ回路部（５３）、位相分割回路部（５４）及び増幅部（５５）で構成される。

力率制御部（５１）は、力率補正のためトランジスタのスイッチオン／オフ時間を制御して、入力側の力率を制御して、調光制御信号を受信して出力側のＤＣ電圧を３００Ｖ〜５０Ｖに調節し、調光信号部（５２）は調光信号を出力する。

ＶＣＯ回路部（５３）は、力率制御部（５１）の出力側ＤＣ電圧によって周波数を５００ＫＨｚ〜５５０ＫＨｚで発振する。

位相分割回路部（５４）はＶＣＯ回路部（５３）の出力信号を位相分割して２５０ＫＨｚ〜２７５ＫＨｚに変換した後、ディレイ回路を利用してスイッチング時に必要なデッド‐タイムを作る。また、位相分割回路部（５４）は、前記ＶＣＯ回路部（５３）の出力信号が入力される第１Ｄ‐Ｆ／Ｆと、前記第１Ｄ‐Ｆ／Ｆから位相を２５０ＫＨｚ〜２７５ＫＨｚで分割する第２Ｄ‐Ｆ／Ｆと、第３Ｄ‐Ｆ／Ｆとを具備する。また、増幅部（５５）は位相分割回路部（５４）で作られた信号を、スイッチを駆動することができる信号に増幅する。

図３は本発明による無電極誘導放電ランプの調光装置の実施例を現した回路図で、ランプ照度制御のために力率を補正する第１トランジスタ（Ｑ１）はドレイン、ゲート及びソースを持ち、ドレインは全波整流及び正電圧部（１０）によって出力された直流電圧に繋がれて、またソースは第２抵抗（Ｒ２）及び力率制御部（５１）の第１比較器（５１５）の入力側に繋がれて、そしてゲートは力率制御部（５１）から出力される制御信号によってオン／オフされる。

前記力率制御部（５１）は低域通過フィルター（５１１）、電圧昇圧部（５１２）、マルチプレクサ（５１３）、ゼロ電流検出部（Zero current detector：５１４）、第１比較器（５１５）及び第２比較器（５１６）で構成される。

全波整流及び正電圧部（１０）から直流電圧の入力電流の位相を感知する低域通過フィルター（ＬＰＦ：５１１）とマルチプレクサ（ＭＵＸ：５１３）に直流電圧が入力される。ここで、前記入力電流の位相は減衰された入力電圧の形態で感知されており、前記入力電圧は低域通過フィルター（５１１）から入力される。

低域通過フィルター（５１１）から出力された電圧は電圧昇圧部（５１２）によって２倍昇圧された電圧が出力されて、前記全波整流及び正電圧部（１０）から直流電圧のようにマルチプレクサ（５１３）に入力される。また、前記マルチプレクサ（ＭＵＸ：５１３）には、ディミングシグナル（Dimming Signal）と基準信号が入力される第２比較器（５１６）によって出力された信号も入力される。

従って、前記マルチプレクサ（５１３）は前記のような信号が印加されて新しい信号を出力しており、前記マルチプレクサ（５１３）の出力信号は前記第１トランジスタ（Ｑ１）のソースから出力された信号を第１比較器（５１５）によって比較されて出力される。

即ち、第１比較期（５１５）の出力信号は、ディレイとゼロ電流検出器（５１４）を通じて前記第１トランジスタ（Ｑ１）のゲートに入力される力率制御信号になる。

図４は合成された信号とスイッチ電流とを比較してゲート信号を生成するタイミングチャートで、マルチプレクサ（５１３）によって合成された信号（３）と前記第１トランジスタ（Ｑ１）のスイッチ電流波形（２）が第１比較器（５１５）に入力されて、前記第１比較器（５１５）によって出力された非反転入力信号（４）がディレイ回路及びゼロ電流検出器（５１４）を通じて前記第１トランジスタ（Ｑ１）のゲート入力信号（１）が生成される。本発明でマルチプレクサ（５１３）は入力電圧が変化しても入力電力を一定に維持するために使う。

全波整流及び正電圧部（１０）から入力された直流電圧を可変に出力する第５抵抗（Ｒ５）及び一つの端子が第５抵抗（Ｒ５）の他の端子と繋がれて、他の端子が接地された第６抵抗（Ｒ６）で構成されており、前記第５抵抗（Ｒ５）と第６抵抗（Ｒ６）の間の接点で可変電圧を出力してＶＣＯ回路部（５３）に印加する。

ＶＣＯ回路部（５３）は前記可変電圧によって周波数５００ＫＨｚ〜５５０ＫＨｚで発振しており、位相分割回路部（５４）はＶＣＯ回路部（５３）の出力信号を位相分割して２５０ＫＨｚ〜２７５ＫＨｚに変換した後ディレイ回路を利用してスイッチング時に必要なデッドタイムを作る。

位相分割回路部（５４）は、前記ＶＣＯ回路部（５３）の出力信号が印加された第１Ｄ‐Ｆ／Ｆと、前記第１Ｄ‐Ｆ／Ｆからの位相を２５０ＫＨｚ〜２７５ＫＨｚに分割する第２Ｄ‐Ｆ／Ｆと、第３Ｄ‐Ｆ／Ｆとを具備して、第１駆動制御信号と第１駆動制御信号が反転された第２駆動制御信号とを増幅部（５５）で増幅してスイッチを駆動することができる信号に変換する。

前記増幅された第１駆動制御信号と第２駆動制御信号をインバータ回路部（３０）の第２トランジスタ（Ｑ２）と第３トランジスタ（Ｑ３）に印加して、前記第１駆動制御信号と第２駆動制御信号の駆動周波数によって第２トランジスタ（Ｑ２）及び第３トランジスタ（Ｑ３）がオン又はオフされ、ランプ（４０）を点灯又は消灯させる。

以上、本発明の図面に図示された実施例を参照に説明したが、これは例示的なことに過ぎなくて、本発明の技術的思想の範囲内でいくらでも多様な変化及び変形が可能なことは本技術分野で通常的に熟練された当業者には明らかである。しかし、このような変化及び変形が本発明の範囲内に属するということは本願発明の特許請求範囲を通じて確認することができる。

図１は本発明による無電極誘導放電ランプ調光装置のブロック図、 図２は本発明による無電極誘導放電ランプ調光装置の調光制御部に対する詳細ブロック図、 図３は本発明による無電極誘導放電ランプ調光装置の実施例を示す回路図、 図４は合成された信号とスイッチ電流を比較してゲート信号を生成するタイミングチャート。

Claims (3)

1. 無電極誘導放電ランプを調光する調光装置において、
   入力された交流入力電源を全波整流し、全波整流された電圧を出力する全波整流及び正電圧部と、
   前記全波整流された直流電圧が入力されて交流入力電源の電流と電圧が同位相になるように力率が改善された高電圧の直流電圧である第１直流電圧、及び、第１直流電圧より低い直流電圧である第２直流電圧を出力する力率補正回路部と、
   前記力率補正回路部によって出力された第１直流電圧を受信して調光制御信号によって前記第１直流電圧より小さい可変の直流電圧である第３直流電圧を出力してスイッチングトランジスタの駆動電源として第３直流電圧を使ってランプの明るさを制御する第１駆動制御信号と、前記第１駆動制御信号が反転された第２駆動制御信号とを出力する調光制御部と、
   前記第１駆動制御信号と第１駆動制御信号が反転された第２駆動制御信号とを受信して第１駆動制御信号と第２駆動制御信号の駆動周波数に応じてオン又はオフすることによってランプを点灯させるインバータ回路部とを備え、
   前記調光制御部は、
   調光信号を出力する調光信号部と、
   前記調光信号を受信して出力側のＤＣ電圧を所定の電圧で調節して、前記力率補正回路部の力率制御のためのトランジスタのオン／オフ時間を制御して入力側の力率を制御する力率制御部と、
   前記力率制御部の出力側のＤＣ電圧によって周波数を所定の周波数で発振させるＶＣＯ回路部と、
   前記ＶＣＯ回路の出力信号を位相分割して所定の周波数に変換し、ディレイ回路を利用してスイッチングのときに必要なデッドタイムを作る位相分割回路部と、
   前記位相分割回路部で作られた信号をスイッチを駆動させることができる信号に変換する増幅部とを含み、
   前記力率制御部は、
   前記全波整流及び正電圧部から入力された直流電圧の入力電流の位相を感知する低域通過フィルター（ＬＰＦ）と、
   前記低域通過フィルター（ＬＰＦ）から出力された電圧を所定倍数昇圧された電圧として出力する電圧昇圧部と、
   前記全波整流及び正電圧部から入力された直流電圧と、前記電圧昇圧部によって出力された昇圧電圧と、ディミング信号と基準信号とが比較され出力された出力電圧とが印加されるマルチプレクサ（ＭＵＸ）と、
   前記マルチプレクサ（ＭＵＸ）の出力信号と前記力率補正回路部の力率制御のためのトランジスタのソースから出力された信号とを比較して前記トランジスタのゲートに入力される力率制御信号を出力する第１比較器と
   を備えることを特徴とする無電極誘導放電ランプの調光装置。
2. 前記ＶＣＯ回路部は、可変電圧によって周波数を５００ＫＨｚ〜５５０ＫＨｚで発振させることを特徴とする、請求項１に記載の無電極誘導放電ランプの調光装置。
3. 前記位相分割回路部は、前記ＶＣＯ回路の出力信号が印加される第１Ｄ‐Ｆ／Ｆと、前記第１Ｄ‐Ｆ／Ｆから位相を２５０ＫＨｚ〜２７５ＫＨｚに分割する第２Ｄ‐Ｆ／Ｆと、第３Ｄ‐Ｆ／Ｆとを備えることを特徴とする、請求項２に記載の無電極誘導放電ランプ調光装置。

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