JP5952892B2

JP5952892B2 - インタフェース回路

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Publication number: JP5952892B2
Application number: JP2014501761A
Authority: JP
Inventors: ロエフ　クリストフ; クリストフロエフ; ハイミンタオ
Original assignee: Signify Holding BV
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Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: JP2014514696A; US9301354B2; RU2604636C2; CN103477710B; BR112013024724A2; EP2692208A1; EP2692208B1; EP3641502A1; WO2012131573A1; CN103477710A; US20140021871A1; RU2013148126A

Description

本発明は、高周波蛍光ランプドライバにより光源を動作させるためのインタフェース回路、及び、高周波蛍光ランプドライバにより光源を動作させる同様の方法に関する。

上記段落において述べられたインタフェース回路が、米国特許出願公開２０１０／００３３０９５Ａ１で説明されている。

蛍光ランプは、長年、用いられてきた高効率な光源である。蛍光ランプが、１０ｋＨｚのオーダの周波数を具備する高周波ランプ電流を供給する電子ランプドライバによって駆動される場合、蛍光ランプの効率及び寿命は、極めて高い。結果として、かかる高周波蛍光ランプドライバを有する照明器具は、世界中の家庭及びオフィスにおいて存在している。しかしながら、近年、ＬＥＤ及びＯＬＥＤ又は高圧放電ランプの形で、代替的な電動の光源が利用できるようになってきており、これらは、蛍光ランプの効率及び寿命よりも更に高い効率及び寿命を有する。結果、使用中の光源の効率及び／又は寿命を増加させるために、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、又は、高圧放電ランプに基づく光源によって、既存の照明器具における蛍光ランプを置き換えることが望ましい。ＬＥＤ及びＯＬＥＤは、高周波ＡＣ電流の代わりにＤＣ電流で動作される必要があるため、ＬＥＤのアレイによって蛍光ランプを単純に置き換えることはできない。また、高圧放電ランプの場合、可能であれば、低周波数で整流されたＤＣ電流を光源に供給することが好ましい。従って、高周波蛍光ランプドライバのランプ端子と蛍光ランプと置き換える光源との間に接続されるインタフェース回路を利用することが必要となる。インタフェース回路及び光源が、ランプ接続端子に一緒に接続され、高周波蛍光ランプドライバが、ランプ動作段階（予熱、点火、及び、定置運転）を経る場合、インタフェース回路及び光源は、協働して、蛍光ランプをエミュレートしなければならない。さらに、インタフェース回路は、高周波ランプドライバによって供給される高周波ＡＣ電圧を、光源に供給するＤＣ電流に変換しなければならない。

本発明は、単純且つ効果的な態様で蛍光ランプをエミュレート可能な、インタフェース回路及び同様の方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、電子蛍光ランプドライバのランプ接続端子への接続のための入力端子と、入力端子の第１の組を相互接続する第１の列と、入力端子の第２の組を相互接続する第２の列と、第１の列の第１の端子と第２の列の第２の端子とを相互接続する第３の列であって、整流器と、動作中、光源に結合される整流器の出力端子と、第３の列の導電状態を制御するための第１の切り替え素子とを有する第３の列と、第３の列に結合される第４の列であって、第１の切り替え素子の制御電極に結合される出力端子を持ち、第１の端子と第２の端子との間の高周波ＡＣ電圧の振幅を感知するとともに、高周波ＡＣ電圧の振幅が所定の値に達した場合に第１の切り替え素子を導電状態にするためのセンサ回路を有する第４の列と、を備えた、光源を動作させるためのインタフェース回路が供給される。

蛍光ランプが高周波蛍光ランプドライバに接続される場合、高周波蛍光ランプドライバは、点火段階において蛍光ランプを通じて比較的高い振幅を具備する高周波電圧を生成する。蛍光ランプが点火される場合、ランプを通じた電圧は、大きく降下し、ランプは、電流を伝導する。（電圧降下又はランプ電流の存在によって検出される）点火に反応して、高周波蛍光ランプドライバは、自身の動作周波数を変え、ランプの高周波ＡＣ電流を供給することによって、自身の動作状態を、点火から定置運転に変更する。高周波蛍光ランプドライバに接続される、本発明に従ったインタフェース回路の場合、センサ回路が、所定の値よりも高い振幅を持つ点火電圧を検出し、第３の列に含まれる第１の切り替え素子を導電状態にする。第１の切り替え素子は、第３の列の導電状態を制御する。結果として、第１及び第２の端子間の電圧が、降下し、光源は、電流を伝導し始める。高周波蛍光ランプドライバは、これにより、自身の動作状態を、点火から定置運転に変更するようトリガされ、整流器によって整流されて光源に供給される高周波電流を第３の列に供給する。従って、ランプの点火が、単純且つ効果的な態様で、エミュレートされる。

本発明に従ったインタフェース回路の第１の好ましい実施形態では、インタフェース回路が、動作中、整流器の出力端子と光源との間に結合されるＤＣ−ＤＣコンバータを有する。ＤＣ−ＤＣコンバータは、例えば、アップコンバータ、ダウンコンバータ、又は、フライバックコンバータであってもよい。かかるコンバータは、当該技術分野においてよく知られており、更なる議論を必要としない。ＤＣ−ＤＣコンバータは、燃焼中の蛍光ランプを通じた電圧とおよそ等しい、第３の列を通じた電圧を、光源が電流を導電する場合に光源を通じた電圧と整合する電圧に変換する。結果として、光源は、動作中、光源を通じた電圧が、燃焼中の蛍光ランプを通じた電圧と正確に整合するように構成される必要がなくなる。光源が高圧放電ランプである場合、ＤＣ−ＤＣコンバータによって供給されるＤＣ電流を整流するために、フルブリッジ整流器などの整流器が、ＤＣ−ＤＣコンバータと光源との間に設けられる必要があることに留意すべきである。さらに、ランプを点火するために、インタフェース回路は、例えば、個別の点火器を備えている必要がある。フルブリッジ整流回路及び点火回路は、当該技術分野においてよく知られており、更なる議論を必要としない。

本発明に従ったインタフェース回路の他の好ましい実施形態では、インタフェース回路が、動作中、光源を分路するキャパシタを有する。当該キャパシタのおかげで、光源を通る電流の振幅が、高周波蛍光ランプドライバによって生成される高周波電流の間、ほとんど変化せず、結果、光源の光出力についても同じようにほとんど変化しない。

光源によって消費される電力量が、高周波蛍光ランプドライバが設計された蛍光ランプによって消費される電力量よりも低い場合、本発明に従ったインタフェース回路は、第３の列に並列接続される第５の列であって、インピーダンスと、センサ回路の出力端子に結合される制御電極を持つ他の切り替え素子とを有する第５の列を備えることが望ましい。あるいは、インタフェース回路は、インピーダンスと、他の切り替え素子とを具備する第５の列であって、第３の列に含まれる整流器の出力端子間に結合される第５の列を有していてもよい。また、この場合、他の切り替え素子の制御電極は、センサ回路の出力端子に結合される。さらに、第３の可能性として、第３の列における第１の切り替え素子の位置に依存して、インタフェース回路は、第１の列に含まれる整流器の入力端子間に結合されるとともにインピーダンスを有する第５の列を備えていてもよい。

上記３つの全ての場合において、インピーダンスは、光源の動作中、電流を伝導する。高周波蛍光ランプドライバは電流源として作用するため、インピーダンスは、光源を流れる電流を低下させ、これにより、光源によって消費される電力量を低下させる。従って、インピーダンス値の適切な選択が、ＬＥＤアレイが消費するよう設計される電力と高周波蛍光ランプドライバが供給するよう設計される電力との間で、適切な整合が達成されることを可能とする。これにより、不安定性が回避される。上記インピーダンスは、抵抗であってもよい。しかしながら、リアクタンス素子、より具体的にはキャパシタが、電力損を最小化するために好まれる。

本発明の他の態様によれば、電子蛍光ランプドライバにより光源を動作させる方法であって、電子蛍光ランプドライバのランプ接続端子の第１の組の間に結合される第１の列を供給するステップと、電子蛍光ランプドライバのランプ接続端子の第２の組の間に結合される第２の列を供給するステップと、第１の列の第１の端子と第２の列の第２の端子との間に結合される第３の列であって、整流器と、動作中、光源に結合される整流器の出力端子と、第３の列の導電状態を制御するための第１の切り替え素子とを有する第３の列を供給するステップと、第１の列と第２の列との間の高周波ＡＣ電圧を感知するとともに、高周波ＡＣ電圧が所定の値に達した場合に第１の切り替え素子を導電状態にするステップと、を有する方法が供給される。

好ましくは、上記方法は、第３の列に並列接続される第５の列であって、インピーダンスと、センサ回路の出力端子に結合された制御電極を持つ他の切り替え素子とを有する第５の列を供給するステップと、感知された高周波ＡＣ電圧の振幅が所定の値に達した場合に他の切り替え素子を導電状態にするステップと、を更に有する。

光源は、好ましくは、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、及び、高圧放電ランプによって形成されるグループのうちの１つである。

本発明に従ったインタフェース回路の実施形態が、図面を用いて説明される。
図１は、光源が接続される、本発明に従ったインタフェース回路の実施形態を示している。図２は、光源が接続される、本発明に従ったインタフェース回路の実施形態を示している。図３は、光源が接続される、本発明に従ったインタフェース回路の実施形態を示している。図４は、光源が接続される、本発明に従ったインタフェース回路の実施形態を示している。図５は、光源が接続される、本発明に従ったインタフェース回路の実施形態を示している。図６は、光源が接続される、本発明に従ったインタフェース回路の実施形態を示している。

図１において、端子１は、高周波蛍光ランプドライバに含まれる端子である。Ｃｒ及びＬｒは、それぞれ、高周波蛍光ランプドライバの一部である、ＤＣ遮断キャパシタ及び共振チョークである。参照符号７ａ及び７ｂは、それぞれ、高周波蛍光ランプドライバのランプ接続端子に接続された、インタフェース回路の入力端子の第１及び第２の組である。参照符号５ａは、入力端子７ａの第１の組を相互接続する第１の列である。参照符号５ｂは、入力端子の第２の組を相互接続する第２の列である。第１及び第２の列は、蛍光ランプのフィラメントの半分の抵抗値に等しい抵抗値（Ｒｆ／２）をそれぞれ有する、２つの抵抗の直列配置を有する。第１及び第２の列における抵抗の存在は、絶対的に必要ではないことに留意すべきである。キャパシタＣｐは、第１の組の入力端子を第２の組の入力端子に接続する。キャパシタＣｐは、高周波蛍光ランプドライバの一部でもある。

第１の列に含まれる抵抗の共通端子は、第１の列の第１の端子Ｔ１を形成しており、第２の列に含まれる抵抗の共通端子は、第２の端子Ｔ２を形成している。第１及び第２の端子は、第１の切り替え素子１１と整流器を有する回路部分９とを具備する第３の列によって相互接続されている。回路部分９は、光源１０に結合される。光源１０は、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、又は、高圧放電ランプのアレイであってもよい。

整流器とは別個に、回路部分９は、動作中、整流器と光源１０との間に結合されるＤＣ−ＤＣコンバータなどの追加的な回路を有していてもよいことに留意すべきである。

第１の端子Ｔ１及び第２の端子Ｔ２は、第１の切り替え素子１１の制御電極に結合される出力端子を持ち、第１及び第２の端子間の高周波ＡＣ電圧の振幅を感知するとともに、高周波ＡＣ電圧の振幅が所定の値に達した場合に第１の切り替え素子を導電状態にするためのセンサ回路８を有する第４の列により相互接続されている。入力端子７ａ及び７ｂ、第１の列５ａ、第２の列５ｂ、第１の切り替え素子１１、回路部分９、及び、センサ回路８は、協働して、光源を動作させるためのインタフェース回路を形成している。

図１に示される実施形態の動作は、以下のとおりである。

高周波蛍光ランプドライバがスイッチオンされた場合、ランプドライバは、通常、「予熱」と呼ばれる第１の動作状態に入り、その間、電極を予熱する、接続された蛍光ランプのフィラメントを流れる予熱電流が生成される。この予熱状態の間、ランプを通じた電圧は、ランプの点火を防ぐために、比較的低い値に維持される。ランプ電圧と予熱電流との両方が、高周波蛍光ランプドライバの動作周波数によって決定される。蛍光ランプでなく図１に示されるインタフェース回路がランプ接続端子に接続される場合、予熱電流は、第１の列、キャパシタＣｐ、及び、第２の列を流れる。第１及び第２の列は、このため、蛍光ランプのフィラメントをエミュレートする。

所定の時間経過後、第２の動作状態である「点火」に入る。この動作状態の間、動作周波数は、比較的高い振幅を有する点火電圧がランプを通じて存在するような値に調整される。ランプが、この点火電圧の影響下で点火する場合、ランプを通じた電圧は降下し、ランプは、電流を伝導し始める。このことが、高周波蛍光ランプドライバの制御回路によって検出された場合、第３の動作段階である「定置運転」に入る。この段階の間、動作周波数は、ランプが、定格ランプ電流に略等しい電流を供給されるように調整される。「点火」の間、蛍光ランプでなく図１に示されるインタフェース回路がランプ接続端子に接続される場合、検出回路は、ランプを通じた電圧が、所定の値よりも高いことを検出し、第１の切り替え素子を導電状態にする。結果として、第３の列を通じた電圧は降下し、第３の列は、電流を導電し始める。このこおてゃ、高周波蛍光ランプドライバの制御回路によって検出され、第３の動作段階である「定置運転」に入る。この動作段階の間、定格ランプ電流に略等しい電流が、第３の列を流れる。この電流は、整流器によって整流され、直接的に、又は、ＤＣ−ＤＣコンバータを介して、光源に供給される。

図２乃至図６に示される実施形態では、図１に示される実施形態のコンポーネント及び回路部分に似ているコンポーネント及び回路部分が、同一の参照符号を有する。

図１の実施形態と図２の実施形態との違いは、後者が、第３の列に並列接続されるとともにインピーダンス２２と他の切り替え素子２１とを有する第５の列を有するという点のみである。動作中、他の切り替え素子は、第１の切り替え素子と同時に導電状態にされるので、第３の列だけでなく第５の列も電流を伝導し始める。インピーダンス２２は、第３の列を流れる電流と第５の列を流れる電流との総和が、高周波蛍光ランプドライバが設計される蛍光ランプを流れる電流とおよそ等しくなるような大きさにされている。この態様では、インタフェース回路は、定置運転の間も、蛍光ランプの良好なエミュレーションを供給する。結果として、光源動作が安定する。

図３に示される実施形態も、第５の列を有している。第５の列は、インピーダンス２２を有し、整流器の入力端子間に接続されている。第１の切り替え素子が導電状態にされた場合、光源１０とインピーダンス２２との両方が電流を伝導する。この実施形態においても、インピーダンス２２は、第３の列を流れる電流と第５の列を流れる電流との総和が、高周波蛍光ランプドライバが設計される蛍光ランプを流れる電流とおよそ等しくなるような大きさにされている。図３に示される実施形態において、センサ回路８も、第１の切り替え素子１１と並列接続され得ることに留意すべきである。

図２及び図３に示される実施形態では、インピーダンス２２は、動作中、ＡＣ電流を伝導する。電力損を最小化するために、インピーダンス２２は、好ましくは、キャパシタである。

図１乃至図３に示される実施形態における第１の切り替え素子１１は、双方向スイッチであることに留意すべきである。図２に示される実施形態における他の切り替え素子も、双方向スイッチである。図４乃至図６に示される実施形態における第１及び他の切り替え素子は、単方向切り替え素子である。

図４に示される実施形態では、第３の列と第５の列とが、図１乃至図３よりも少し詳細に示されている。参照符号３１は、ダイオードブリッジの形式の整流器である。ＬＥＤアレイ１０は、キャパシタＣ１によって分路されており、ダイオードブリッジ３１の出力端子間の第１の切り替え素子１１と直列接続されている。ダイオードブリッジの出力端子は、出力が第１の切り替え素子１１の制御電極に結合されているセンサ回路８を有する第４の列により相互接続されている。第５の列は、整流器４１を有するともに、インピーダンス２２と整流器４１の出力端子に接続された他の切り替え素子２１との直列配置を有している。他の切り替え素子２１の制御電極は、センサ回路８の出力に接続されている。センサ回路８が、電圧振幅が所定の値よりも高いことを感知した場合、センサ回路８は、第１のスイッチ１１と他のスイッチ２１とを導電状態にする。ＬＥＤアレイ１０、インピーダンス２２、及び、切り替え素子１１，２１の両方は、電流を伝導する。インピーダンス２２は、第３の列を流れる電流と第５の列を流れる電流との総和が、高周波蛍光ランプドライバが設計される蛍光ランプを流れる電流とおよそ等しくなるような大きさにされている。図３に示される実施形態では、インピーダンス２２は、ＤＣ電流を伝導し、オーム抵抗器として実装され得る。

図５に示される実施形態は、整流器４１が除かれるとともに、インピーダンス２２と他の切り替え素子２１との直列配置が、整流器３１の出力端子を相互接続する第５の列を形成しているという点で、図４に示される実施形態と異なっている。他の切り替え素子２１の制御電極は、センサ回路８の出力端子に相互接続されている。図５に示される実施形態の動作は、図４に示される実施形態の動作とよく似ている。センサ回路８が、電圧振幅が所定の値よりも高いことを感知した場合、センサ回路８は、第１のスイッチ１１と他のスイッチ２１とを導電状態にする。ＬＥＤアレイ１０、インピーダンス２２、及び、切り替え素子１１、２１の両方は、電流を伝導する。インピーダンス２２は、第３の列を流れる電流と第５の列を流れる電流との総和が、高周波蛍光ランプドライバが設計される蛍光ランプを流れる電流とおよそ等しくなるような大きさにされている。また、図５に示される実施形態でも、インピーダンス２２は、ＤＣ電流を伝導し、抵抗器として実装され得る。

図６に示される実施形態は、インピーダンス２２が、第１の端子Ｔ１と整流器４１との間に接続されているという点で、図４に示される実施形態と異なっている。整流器の出力端子は、他の切り替え素子２１により接続されている。図６に示される実施形態の動作は、図４及び図５に示される各実施形態の動作とよく似ている。ただ１つの重要な違いは、インピーダンス２２が、動作中、ＤＣ電流の代わりにＡＣ電流を伝導するということである。電力損を最小化するために、インピーダンス２２は、好ましくは、キャパシタとして実装される。

Claims

電子蛍光ランプドライバのランプ接続端子への接続のための入力端子と、
前記入力端子の第１の組を相互接続する伝導性の第１の列と、
前記入力端子の第２の組を相互接続する伝導性の第２の列と、
整流器と、
前記第１の列の第１の端子と前記第２の列の第２の端子とを相互接続する伝導性の第３の列であって、前記整流器と、動作中、光源に結合される前記整流器の出力端子と、前記第３の列の導電状態を制御するための第１の切り替え素子とを有する前記第３の列と、
前記第３の列に結合される第４の列であって、前記第１の切り替え素子の制御電極に結合される出力端子を持ち、前記第１の端子と前記第２の端子との間の高周波ＡＣ電圧の振幅を感知するとともに、前記高周波ＡＣ電圧の振幅が所定の値に達した場合に前記第１の切り替え素子を導電状態にするためのセンサ回路を有する前記第４の列と、
を備えた、光源を動作させるためのインタフェース回路。
前記光源が、高圧放電ランプである、請求項１記載のインタフェース回路。
前記光源が、ＬＥＤのアレイである、請求項１記載のインタフェース回路。
前記光源が、ＯＬＥＤを有する、請求項１記載のインタフェース回路。
前記インタフェース回路が、動作中、前記整流器の出力端子と前記光源との間に結合されるＤＣ−ＤＣコンバータを有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインタフェース回路。
前記インタフェース回路が、動作中、光源を分路するキャパシタを有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のインタフェース回路。
前記インタフェース回路が、前記第３の列に並列接続された第５の列であって、インピーダンスと、前記センサ回路の出力端子に結合された制御電極を持つ他の切り替え素子とを有する前記第５の列を備える、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のインタフェース回路。
前記インタフェース回路が、前記第３の列に含まれる前記整流器の出力端子間に結合された第５の列であって、インピーダンスと、他の切り替え素子とを有する前記第５の列を備え、前記他の切り替え素子の制御電極が、前記センサ回路の出力端子に結合されている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のインタフェース回路。
前記インタフェース回路が、前記第３の列に含まれる前記整流器の入力端子間に結合されるとともに、インピーダンスを有する第５の列を備える、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のインタフェース回路。
前記インピーダンスが、抵抗である、請求項７又は８に記載のインタフェース回路。
前記インピーダンスが、キャパシタである、請求項８に記載のインタフェース回路。
電子蛍光ランプドライバにより光源を動作させる方法であって、
前記電子蛍光ランプドライバのランプ接続端子の第１の組の間に結合される第１の列を供給するステップと、
前記電子蛍光ランプドライバのランプ接続端子の第２の組の間に結合される第２の列を供給するステップと、
整流器を供給するステップと、
前記第１の列の第１の端子と前記第２の列の第２の端子との間に結合される第３の列を供給するステップであって、動作中、前記第３の列内の前記整流器の出力端子を前記光源に結合するステップと、前記第３の列の導電状態を制御するための第１の切り替え素子とを有する、ステップと、
前記第１の列と前記第２の列との間の高周波ＡＣ電圧を感知するとともに、前記高周波ＡＣ電圧が所定の値に達した場合に前記第１の切り替え素子を導電状態にするステップと、
を有する、方法。
前記第３の列に並列接続される第５の列であって、インピーダンスと、センサ回路の出力端子に結合された制御電極を持つ他の切り替え素子とを有する前記第５の列を供給するステップと、
感知された前記高周波ＡＣ電圧の振幅が前記所定の値に達した場合に前記他の切り替え素子を導電状態にするステップと、
を有する、請求項１２記載の方法。
前記光源が、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、及び、高圧放電ランプによって形成されるグループのうちの１つである、請求項１２又は１３に記載の方法。