JPH0260097A - 蛍光ランプ等に使用する力率補正回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、蛍光ランプ用の電子安定器に関し。

さらに具体的にいえば、電力線の力率が１に近い値にな
るように蛍光ランプに動作電流を供給する安定回路に関
する。

この分野に精通した技術者は、電子安定器のために、ラ
ンプに電力を供給するへ〇７ｒｉ力線に１次容量性負荷
が掛かるということを認識している。

ランプの始動電圧は一辺的に電源電圧より高％Ｘので、
ランプはせ通、客員性リアクタンスと誘導リアクタンス
の両方を持つ回路に結合されており、これらが協働して
、ランプが点灯することができる充分な、電圧の高さに
なるまで電源電圧を上昇さぜる。これらのりアクタンス
の存在はランプ回路の力率に悪影響を及ぼし、その結果
利用者が経済的不利番を被るので、できるだけ１に近い
力率を持つランプ回路を設Ｓ１することに、大きな努力
が払われてきた。

（発明の要約） 本発明は、１に近い力率を維持しながら、蛍光ランプに
始動電圧と動作電流を供給する新規の回路と方法である
。簡単にいうと、この回路は、該回路をＡＣ電源周波数
を持つＡＣ電源に結合するための第１端子手段と、該回
路をランプに電気的に結合するための第２端子手段と、
実質的に上記ＡＣ電源周波数より窩い周波数を持つ周期
的基準信号を発生するための手段と、上記基準信号に応
答して第１間隔時間に電源からエネルギを蓄積し、第２
間隔時間に上記’ｆｔＭエネルギの少なくとも一部をラ
ンプに放出することを交互に行う切替え可能なエネルギ
Ｍ積手段と、ＡＣ電源の変動に応答して第１間隔時間と
第２間隔時間の比率を変化させてランプル鋳”ｔはぼ一
定に保持するための手段とから成る。

１１“動中、切替え可能なエネルギＭ積手段のデュティ
ザイクルを、ランプ電流の変化および電源型Ｉにの変化
をはじめとする多くの監視条件に応答させて、第１間隔
時間に蓄積し第２間隔時間にランプに放出するエネルギ
駄を変化させることが望ましい、こうしてランプ電流は
、ＡＣ電源の整流後に生じるＡＣリップルなどの電源電
圧の変動中にも、大体一定に維持される。

入力電源電流の大きさを、切替え可能なエネルギ蓄積手
段によって監視し、ジル３フ信号としてフィトバックし
、入力端子の位相と電源の位相の間の誤差に応答してデ
ューディヅイクルを調整する二とによって入力端子の位
相を電源の位相に固定する。その結果、この安定回路（
・１きランプは、利用者と電力会辻の両方に求められる
１の力率によって特徴付けられる。

（実施例） 図面では、本発明に従って招或した回路が回路端子２０
．２８＝’で、直列に接続した１対の蛍光ランプ２４に
結合されている０図の回路は、安定器部分２４と、回路
とランプに電源を供給するための整流器部分１０と、実
質的にＡＣ電源周波数より高い周波数を持つ定期的基準
信号を発生ずるなめの５０　ｋ　Ｈ７，のこぎり波発生
器１４で構成されている。

安定器部分２４は、ランプのインピーダンスの変化を補
１’ｌｔする。蛍光ランプのランプ電流が増加すると、
内部インピーダンスが低下することは、関連技術に精通
した者にとって一般知識である。

このようなマイナスのインピーダンス特性は、旦ランプ
が点灯してしまうとランプ電流を急速かつ連続的に上昇
させてしまうので、ずぐにランプの静合が尽きてしまう
ことになる。したがって、安定器により抵抗を補償する
ことによって、ランプ電流を実質的にランプの寿命を最
大限にするその（ｎ動範囲内の値に制限する。

回路の整流器部分１０は、全波ブリッジ整流器である０
図のブリッジ整流器は、電源（図示せず）から１】５−
ボ、′ルトＲＭＳ、６０ＨｚのＡ　Ｃ電源電圧を受け、
この入力をＡＣリップル成分を持つＤ　Ｃ電源に変換す
る。リップル成分は、約１６０ボルトの最大振幅と電源
電圧周波数の２倍の周波数つまり１２０Ｈｚを持つ、当
然のことであるが。

使用する電源電圧値とＡＣ周波数が異なる場合は、回路
設計者にとって周知の適切な変更を加えることが・ビ・
要である。

Ｐ流器部分１０の出力は、１対の１σ列接続インダクク
ンス１，１．１．２に印加される６両インダクタンスの
間の共通ノードは、コンデンサＣ４によって共通端子に
結合されている。インダクタＬ】、Ｌ　２とコンデンサ
Ｃ４の組合ｅにより、入力波形の高周波スイッヂング成
分を除波する。

以下にさらに詳細に述べるように、図の回路の残りの部
分の機能は、第１間隔時間に整流器部分からのエネルギ
をコンデンサＣ５に蓄積し、第２間隔時間にそのエネル
ギの少なくとも一部をラング１２に放出することを交互
に縁り返すことである。これらの２つの間隔時間の比率
は、ＦＥＴ−Ｑｌのデューテイパザイクルつまりオンの
時間とオフの時間の比率を変化することによって、変化
される。

次にＦ　Ｆ、　Ｔ　−Ｑ　１のデユーティサイクルは、
多数の回部条件に応答するパルス幅変調器２０で制御す
る。パルス幅変調器２０は比較器２２から成り、その出
力はＮ　Ｐ　Ｎ　ｌ−ランジスタＱ２のベースに結合さ
れる。トランジスタＱ２のコレクタは、Ｎ　ＦＸ２％部
分１０の出力に結合され、エミッタはＦＥＴ−Ｑｌのゲ
ートに結合される。

比較器２２の反転入力は、のこぎり波基準発生器１４か
らのこぎり波基準信号を受けとる。また、この比較器の
反転入力は位置２４で、抵抗器Ｒ２０を介して１対のラ
ンプ１２の一端に結合され、ランプ電圧Ｅ２を監視する
。

比較器２２の非反転入力は、直列に接続された１対の抵
抗器Ｒ８、Ｒ１を介して、安定器２４のランプ１２ｆｉ
ｌとは反対側に電気的に接続される。

また、この比較器の非反転入力は、抵抗器Ｒ９を介して
整流器部分１０の出力にも電気的に接続される。

比較！１ｉ２２の非反転入力は抵抗器ｒｌｔｌｏを介し
、さらに抵抗器Ｒ９を経て、フィルタ通過後の整流？：
；出力Ｅ１に結合される。また比較器２２の非反転入力
は、抵抗１１３ｆｌｌＯを介し、さらに直列接続された
抵抗器Ｒ８とＲ１を介して共通端子に接続され、以下に
述べるように入力電源ｉｔ流を監視する。それによって
、抵抗器１０を介して比較器２２に印加される電圧Ｅ３
は、瞬時入力電源電圧ＩＦ、　１とランプ電流によって
示される電圧の和になる。

ＤＣ電源電流は、非反転比較器入力を抵抗器Ｒ１に結合
し、抵抗器両端の電圧を感知することにより監視される
。ダイオード・ブリッジのリタン・レッグの電流は正レ
ッグの電流に等しいくただし極性は反対である）ので、
Ｒ１両端の電圧は正レッグの電流に比例する。抵抗器Ｒ
８とＲ１の間の共通ノードは、ダイオード・ブリッジの
リターン側に結合され、共通回路は抵抗器Ｒ１を介して
ダイオ−ド・ブリッジのリターン側に結合される。シた
がって共通回路は、抵抗器Ｒ１両端の電圧にほぼ等しい
レベルでリターン側より高く浮動する。こうして、上記
の共通ノードの電圧は、ダイオード・ブリッジのリター
ン・レッグのＤＣｔＣ電源がゼロより高くなると、共通
端子に対して負になる。

ランプの始動前は、整流後の電源電圧Ｅ１に比例する信
号だけが比較ｆ！１ｆ２２の非反転入力に印加される。

電圧Ｅ１の最大値は約１６０ボルトであるので、電圧Ｅ
３の最大値が約１ボルトになるように、Ｒ８とＲ９の値
を運択する。

ランプ１２の点灯前は、比較器２２がその反転入力のの
こぎり波形の大きさを、その非反転入力に付与される信
号と比較し、のこぎり波信号の方が大きい場合にだけ、
正の出力を発生する。約２００　ｍ　ｖのビークビーク
値を持つのこぎり波信号は、そのサイクル時間の約５０
％は、充分に大きくて比較器の出力が正になり、トラン
ジスタＱ２が作動する。

トランジスタＱ２が起動すると、ＤＣ電流がｌ・ランジ
スタグ？−コーＬ；クタ・エミッタ接合を通り、レジス
タｆｌ１３を介してＦ　Ｅ　Ｔ　−Ｑ　１のゲートにン
Ａされる。ＦＩＦ、Ｔ−Ｑｌが作動し、インダクタＬ２
の出力端が共通端子に結合され、ダイオードＤ２が逆方
向バイアスされる。逆方向バイアスされたダイオードＤ
２によって、コンデンサｃ５がらｒ’　Ｆ、　Ｔ−Ｑ　
１を経て共通端子への放出が阻止さｉする。しかし、コ
ンデンサｃ５に蓄積された電圧１′７．２は、負部ｊ＝
信号として、抵抗器Ｒ１４および：１ンデンザＣＩＯを
経て比較器２２へ印加される。

インダクタｔ−１の誘導ｒ慣性」のために。

Ｆ　Ｆ、　′ｒ　−Ｑ　１のオンとオフの切替えの効果
により、コンデンサＣ５の蓄積電圧が、整流後のＩ）　
Ｃ電圧Ｅｌを超える値にまで増加する。具部的にいうと
、整流後のｌ）　Ｃ電圧Ｅ１に対するコンデンサの電圧
Ｅ　２の関係は、次のようになる。

（式１）Ｅ２＝Ｅｌ／（１−デＪ−ディザイクル）ただ
し、デユーティサイクル＝ ＦＥＴ−Ｑｌのオン時間の％ したがって、Ｆ　［？、　Ｔ　−Ｑ　１の初期デューテ
ィサイクルの５０％は−ごコンデンサＣ５の蓄積電圧を
上昇させるのに充分であり、ランプを始動させるのに充
分なレベルの電圧がすぐに得られる。

ランプが始動すると、ランプの電流関連電圧がＲ】の両
端に生じ、比較器の非反転入力に結合され、電圧Ｅ１と
比較されて、両電圧が同相でない場合、誤差信号を発生
ずる。比較器２２はこの誤差信号をのこぎり波形と比較
し、入力ＤＣ電源電流値（ｒｔｌとの接続点Ｂにおける
電圧として感知される）が整流後のＤＣ電源電圧Ｅ１と
反対の極性になるように、回路構成部品Ｑｌ、Ｑ２、ｃ
５を起動する。インダクタＬ、　ＩとＦＥＴ−Ｑｌとコ
ンデンサＣ５をまとめて、比較器２２に応答する電圧ブ
ースタと考えることができる。比較器２２とブースタ回
路機構は合わぜて、Ｅ３を誤差信号、Ｉ？、２を出力信
号とする１つの誤差補償増幅器として機能し、Ｅ２は誤
差補償増幅器の入力に負入力信りとしてフィードバック
される。

Ｅ３が−２００＋ｎ　ｖから＋２００　ｍ　ｖまで変化
すると、ＦＩ？、Ｔ−Ｑｌのデユーティサイクルがそれ
ぞれ０２≦払ら１００％まで変化する。したがって、０
２５％Ｉｎ　ＶのＥ３の変化率で、デユーティサイクル
の変化が生じる。誤差信号Ｅ３は、入力Ｉ）０電源電流
と入力■）Ｃ電源電圧のリップル・バルブ間の位相差に
よって生じる正味電圧である。

Ｌ記の式１で示したように、誤差補償増幅器の出力Ｅ２
は、Ｆ　Ｅ　１’−Ｑ　１のｆニー１イ・ナイクルによ
って入力電源電圧１ｔ１に関連付けられるので、入力電
源電流と入力電源電圧の間の「誤差」はデｊ、−−デイ
サイクルによって最小化するように調整され、そうする
ことにより、入力電源電流を入力電源電圧と同相にｆＩ
Ｅ持さす゛ることに上って、電流を示す抵抗器Ｒ１両端
の電圧と、抵抗器Ｒ８と１１０の間の接合部で感知され
るＴ；、源電圧との位相Ｘｓは最小化され、安定器とラ
ンプは入力線に対し基本的に１の力率を示す。

開示した回路は自己調整の性質を持つので、直列のイン
ダクタ、変圧器、および同調回路などは・ｇ−要ない、
したがって、図示した回路のほとんどは、ＬＳＩ技術を
用いて設ｄ１することができ、コスト上の利点が伴う、
、・Ｊ 以上の好適な実施例の説明は非常に特定的であるが、関
連技術に精通した者はこの説明を利用して様々な変化や
変更を実行することができると認識される。したがって
、この発明はここに図示し説明した特定の実施例に限定
せず、特許請求の範囲によって規定すべきである。特許
請求の範囲は、先行技術に照らして上述のような変化や
変更や同等の装置をすべて含めるように、できるだけ広
く解釈すべきである。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明に従って蛍光ランプを始動および作動さ
せるための回路の概略図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蛍光ランプに動作電流を与える回路をＡＣ電源周波
   数を持つＡＣ電源に結合するための第１端子手段と、前
   記回路をランプに電気的に結合する第２端子手段と、前
   記ＡＣ電源周波数より実質的に高い周波数を持つ周期的
   基準信号を発生する手段と、前記基準信号に応答して、
   第１間隔時間には電源からエネルギを蓄積し、第２間隔
   時間には前記エネルギの少なくとも一部をランプに放出
   することを交互に繰り返す、切替え可能なエネルギ蓄積
   手段と、ＡＣ電源電圧の変動に応答して、第１間隔時間
   と第２間隔時間の比率を変化させてランプ電流の大きさ
   をほぼ一定に維持する手段とから成る蛍光ランプに動作
   電流を与える回路。 ２、ある入力位相関係にある入力電圧と入力電流を持つ
   入力電源に接続して、入力電圧より高い出力電圧を得る
   ための電圧ブースタ手段と、前記電圧ブースタ手段に含
   まれ、２つの切替え状態を持ち、その状態の持続時間の
   比率によって出力電圧を変化するように調整可能なスイ
   ッッチング手段と、蛍光ランプに動作電流を与える回路
   を１本以上のランプに結合するための出力端子手段と、
   前記出力電圧に応答して、前記の２つの切替え状態の一
   方の状態のときに電気エネルギを蓄積し、前記切替え状
   態の他方の状態のときにエネルギの少なくとも一部を端
   子手段を経てランプに放出するコンデンサ手段と、ラン
   プ電流を基本的に入力電源電圧と同相に固定するように
   、入力電源の電圧と電流および出力電圧の大きさに従っ
   て切替え状態の持続時間の比率を制御する比較器とから
   成る蛍光ランプに動作電流を与える回路。 ３、入力電源に結合され、スイッチング手段が第１状態
   から第２状態に切り替わった直後の瞬時出力電圧を維持
   するためのインダクタ手段と、インダクタ手段をコンデ
   ンサ手段に結合して、インダクタ手段からコンデンサ手
   段への単方向しか電流が流れないようにする手段とを、
   電圧ブースタに含むことを特徴とする、請求項第２項に
   記載の回路。 ４、比較器手段に結合され、ランプ電流と入力電圧が同
   相のときに切替え状態持続時間の基準比率を確立するた
   めの基準信号発生手段を含むことを特徴とする、請求項
   第２項に記載の回路。 ５、入力電圧を比較器手段に結合し、入力電圧の大きさ
   によって切替え状態持続時間の比率を変化させる手段を
   含むことを特徴とする、請求項第４項に記載の回路。 ６、蛍光ランプに動作電流を与える回路を、ＡＣ電源周
   波数を持つ電圧と電流を生じるＡＣ電源に結合するため
   の第１端子手段と、前記回路をランプに電気的に結合す
   る第２端子手段と、第１間隔時間に電源からエネルギを
   蓄積し、第２間隔時間に上記蓄積エネルギの少なくとも
   一部をランプに放出することを交互に繰り返す、切替え
   可能なエネルギ蓄積手段とから成り、前記の切替え可能
   なエネルギ蓄積手段が入力電源電圧と入力電源電流の位
   相差に応答して、当該回路とランプが基本的に１の力率
   を示すように第１持続時間と第２持続時間の比率を変化
   することを特徴とする、蛍光ランプに動作電流を与える
   回路。 ７、ＡＣ周波数より実質的に高い周波数を持つ周期的基
   準信号を発生する手段と、入力電流と入力電圧の位相差
   を示し、周期的基準信号の最大値と最小値の間の大きさ
   を持つ誤差信号を発生する手段と、周期的基準信号が誤
   差信号より小さいときは第１出力信号状態を持ち、周期
   的基準信号が誤差信号より大きいときは第２出力信号状
   態を持ち、これらの信号状態で持続時間を規定する比較
   器手段とを含むことを特徴とする、請求項第６項に記載
   の回路。 ８、ＡＣリップル成分を持つＤＣ信号を発生するＡＣ電
   源に結合する全波整流手段と、 ＡＣリップル成分を低下するフィルタ手段と、フィルタ
   後のＤＣ信号を入力とし、出力を生じるインダクタ手段
   と、該インダクタ手段の出力を入力とし、入力から出力
   に電流を流し、実質的に逆方向の電流の流れを阻止する
   単方向導電手段と、該単方向導電手段の出力に電気的に
   結合し、蛍光ランプの一方の電極に電気的に結合するよ
   うに適合させた第１出力端子手段と、第１出力端子手段
   と直列に電気的に結合し、蛍光ランプの可変抵抗を補償
   する可変抵抗手段と、蛍光ランプの他方の電極に電気的
   に結合するように適合させた第２出力端子と、スイッチ
   信号に応答して、インダクタ手段の出力と単方向導電手
   段の入力を選択的に共通端子に結合して第１持続時間を
   規定する第１スイッチング手段と、共通回路を整流器手
   段の帰路に結合し、共通端子から帰路に流れる電流の大
   きさに応答して電流を示す電圧を生じる手段と、電流を
   示す電圧の大きさとフィルタ通過後のＤＣ信号の大きさ
   に応答して、スイッチ信号をスイッチング手段に与える
   比較器手段との組み合わせにおいて、前記の第１出力手
   段または第２出力手段のどちらかによって、ランプの電
   極の一方を共通端子に電気的に結合する、前記の組み合
   わせ。