JPH06203975A - 周波数が安定化された電子安定器および蛍光ランプ装置 - Google Patents

周波数が安定化された電子安定器および蛍光ランプ装置

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JPH06203975A
JPH06203975A JP5207860A JP20786093A JPH06203975A JP H06203975 A JPH06203975 A JP H06203975A JP 5207860 A JP5207860 A JP 5207860A JP 20786093 A JP20786093 A JP 20786093A JP H06203975 A JPH06203975 A JP H06203975A
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Richard C Counts
シー．カウンツ リチャード
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U S I RAITEINGU Inc
Usi Lighting Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 動作周波数の安定した蛍光ランプの電子安定
器の動作周波数を制御する装置を提供する。 【構成】 交流電源からの同期信号をサンプルして基準
周波数信号を発生するデジタル積分器と、２つの入力を
もち、一方の入力に与えられる信号の周波数と他方の入
力に与えられる前記基準周波数信号を比較する位相検出
器と、前記位相検出器の出力に応答してアナログ出力制
御電圧を発生するＰＬＬ積分器と、前記アナログ出力制
御信号を受けて、それに対応する出力周波数を発生する
ＰＬＬ積分器と、前記アナログ出力制御信号を受けて、
それに対応する出力周波数を発生する電圧制御発信器
と、前記出力周波数を分周して前記基準周波数信号を発
生するデジタル分周器とを備え、前記出力周波数は少な
くとも１つの蛍光灯に電力を供給する回路網の自然共振
周波数に近似するようにした蛍光灯用電子安定器。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的には蛍光ランプ
の電子安定器に関し、特に電子安定器からの蛍光ランプ
電流を制御するための経済効率の高い構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】白熱電灯は蛍光ランプ装置に比し比較的
に安価であるが、蛍光ランプは遙かに少ない電気エネル
ギーにより同量の光を発生しうるので、動作上経済効率
が高い。蛍光ランプ装置の原価のかなりの部分は、安定
器のためのものである。蛍光管は負性抵抗特性を示し、
一定した光出力と長い寿命とを維持するように制御され
ねばならない。安定器はまたガス放電管を起動し、かつ
通常の１１０ＶＡＣより実質的に高い所要電圧を発生さ
せるために用いられる。
【０００３】安定器の製造経費、従って蛍光ランプ装置
の製造経費を減ずるために、集積回路技術が用いられて
いる。安定器は、極めて高い品質で製造され、かつ使用
されるが、１安定器につき１ドルまたは２ドルの節減
は、何百万ドルかの節減をもたらすので、白熱電灯か蛍
光ランプかの選択のバランスが変わってくる。一般に、
チップ上に集積される機能が増加するのに伴って安定器
の製造経費は減少する。
【０００４】電子安定器は、一般に変圧器の出力回路網
を駆動する出力スイッチングトランジスタの基本周波数
を整定する発振器を用いる。該出力回路網は、蛍光管に
電力を供給し、その電力は該発振器の周波数、安定器お
よび出力回路網内の抵抗、キャパシタ、およびインダク
タの値によって変化する。成分値の製造時の変動は、も
し別途制御されなければ、ユニット毎に異なる光出力を
生ぜしめる。比較的に経費を要するが、ランプのパフォ
ーマンスを制御する通常の方法においては、ランプを流
れる出力電流を測定、すなわちサンプリングして、その
サンプル電流を、電流制御用発振器へ帰還する。その周
波数出力は、出力電流を直接制御するので、該発振器は
電圧制御される。
【０００５】出力電流帰還制御は、チップ上に容易に集
積できない要素を必要とし、また通常出力電流を検知す
るための出力トランス、すなわち検知トランスの巻線を
必要とするので、高価なものとなる。従来技術における
精密発振器周波数制御は、その精度のため、精巧な発振
器および結晶の使用を必要としたので、やはり高価であ
った。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、半導体チップ
内に容易に集積することができ、かつ各要素の特性値に
対する製造上の変動の影響が制限されるような、精密発
振器周波数制御の構造が要求されている。従って、本発
明は、動作周波数の安定した電子安定器を提供すること
を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】簡単にいうと、本発明の
実施例は、全波ブリッジと、フィルタキャパシタと、１
対の出力トランジスタを駆動する制御論理装置と、１対
の蛍光ランプに電力を供給する出力トランスを含む出力
回路網と、を備えた照明装置である。出力トランスは固
有共振周波数を有し、前記トランジスタが制御論理装置
によって固有共振周波数に近い率でスイッチされる時、
ランプへ最大電力を伝達する。制御論理装置内における
正確な周波数制御は、その出力スイッチング周波数を、
抵抗と偽トリガ防止用ディジタル積分器とを経てサンプ
リングされる６０Ｈｚの商業線周波数に位相ロックルー
プ（ＰＬＬ）同期せしめることによって、ランプを通る
出力電流を一定レベルに保持する。
【０００８】本発明の利点は、半導体チップ内に容易に
集積されうる照明装置の安定器を提供していることであ
る。本発明のもう１つの利点は、蛍光灯安定器内におけ
る精密な周波数制御の経済的な手段を提供していること
である。
【０００９】本発明の、これらの、およびその他の、目
的および利点は、本技術分野において通常の習熟度を有
する者ならば、添付図面に示されている実施例について
の以下の詳細な説明から理解しうるはずである。
【００１０】
【実施例】図１において、全体的に参照番号１０によっ
て示されている本発明の照明装置の実施例は、全波ブリ
ッジの配置をなす４つのダイオード１２のグループと、
フィルタキャパシタ１４と、垂下抵抗１６と、１対の出
力トランジスタ２０および２２を駆動する制御論理装置
１８と、３つのキャパシタ２６─２８の組および１対の
蛍光ランプ３２および３４に電力を供給する出力トラン
ス３０を含む出力回路網２４と、を備えている。ランプ
３２および３４の代わりに他の形式のガス放電管を用い
ることもできる。キャパシタ２６─２８および出力トラ
ンス３０は固有共振周波数を有し、トランジスタ２０お
よび２２が制御論理装置１８によって固有共振周波数に
近い周波数でスイッチされる時、ランプ３２および３４
へ最大電力を伝達する。制御論理装置１８内における正
確な周波数制御は、多数の製品についてランプ３２およ
び３４を通る一定した出力電流レベルを保持するために
必要である。制御論理装置１８は、その出力スイッチン
グ周波数を、抵抗１６を経てサンプリングされる６０Ｈ
ｚの商業線周波数に同期せしめる。
【００１１】図２は、制御論理装置１８のブロック図を
示し、それはディジタル積分器４０と、位相検出器４２
と、ＰＬＬ積分器４３と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）４
４と、５１２分周カウンタ４６と、を含む。制御論理装
置１８は、本技術分野においては、電子安定器とも呼ば
れている。積分キャパシタ４８は、６０Ｈｚの線（ＳＹ
ＮＣ）とカウンタ４６の出力との間の位相差のアナログ
表示を平滑化する。ＶＣＯ４４は、３０，７２０Ｈｚ
（５１２×６０）で動作し、積分キャパシタ４８の電圧
により周波数および位相を変化する。ＶＣＯ４４の出力
は、トランジスタ２０および２２に結合せしめられる。
【００１２】図３は、図２に示されている構成のさらに
詳細な例である。６０Ｈｚの入来電力のサンプルは、Ｓ
ＹＮＣと表示されている端子に供給される。ＶＣＯ４４
は超音波周波数（ＢＬＡＮＫ）を発生し、これは、電力
線周波数（例えば、６０ＨｚのＳＹＮＣ）への分周のた
めにカウンタ４６へ入力される。ＶＣＯ４４のランプ時
間は、ＲＡＭＰと表示されている端子に選択された抵抗
および／または容量素子を接続することにより、最初に
固定されうる。ＢＬＡＮＫ信号はまた、トランジスタ２
０および２２に対するゲート駆動信号としても用いられ
る。カウンタ形式の５１２分周各４６は、ディジタル直
列パルスの５１２分周を行う、１０個のフリップフロッ
プ５０─５９のカスケードを含み、該５１２分周された
ものはフリップフロップ５９の出力に得られ、それはこ
こではＤＩＶＯＳＣと呼ばれる。フリップフロップ５０
は、ＣＬＯＣＫと表示されている信号を出力し、それは
クロック補助回路によって利用され、ＶＣＯ４４の出力
周波数（ＢＬＡＮＫ）の半分に固定される。フリップフ
ロップ５２の出力からは信号（ＳＣＬＯＣＫ）がタップ
され、６０Ｈｚの高調波（例えば６０×２7 Ｈｚ）で入
来ＳＹＮＣ信号のサンプルを収集するディジタル積分器
４０に対する便利なサンプリングクロックを与える。位
相検出器４２は、２つの入力信号（ＤＩＶＯＳＣおよび
６０ＨｚＳＹＮＣ）の差に基づき、ＰＬＬ積分器４３へ
印加されるアップ（Ｕ）またはダウン（Ｄ）出力パルス
を発生する。積分キャパシタ４８は、通常は、ＰＬＬ積
分器４３のＦＩＬＴＥＲと表示された端子に接続され
る。トランジスタ２０および２２への出力は、ＩＮＨＩ
ＢＩＴと表示された端子への信号によって一時的に停止
される。また、ＢＩＡＳ１と表示された端子への入力信
号は、ＶＣＯのロック周波数に影響を与えることによっ
て、出力トランス３０へ流れ込む電流を調節するために
用いられる。
【００１３】図４は、複数のトランジスタ６０─７５
と、３つのＮＯＲゲート７６─７８の組と、ＮＡＮＤゲ
ート７９と、インバータ８０─８２と、フリップフロッ
プ８３と、１対の抵抗８４および８５と、を含むディジ
タル積分器４０の構成の例を示す。フリップフロップ８
３と、インバータ８０と、ＮＯＲゲート７６─７８と
は、抵抗８４および８５を短絡するためのトランジスタ
６５を用いるロック検出器を形成する。積分キャパシタ
４８は、接地と、ＦＩＬＴＥＲと表示された端子との間
に接続されている。前記ロック検出器は、最初の電力印
加の際に一度だけ使用される。この回路は、抵抗８４お
よび８５を短絡することにより、ＶＣＯの周波数の瞬間
的変化を阻止し、それによってフィルタキャパシタが、
位相検出器の発生したなんらかの電圧トランジエントを
ロック周波数に向かうＶＣＯ掃引として減衰させること
を可能ならしめる。インバータ８０と、ＮＯＲゲート７
６と、フリップフロップ８３との回路は、ＶＣＯの周波
数がロック周波数を通過した時を検出する。これが起こ
ると、抵抗８４および８５の短絡は、トランジスタ６５
をターンオフすることによって除去される。従って、そ
の場合は、電力が回路に対してリセットされる（オフさ
れた後オンされる）のでなければ、フリップフロップ８
３が永久的にオフ状態にあるので、ＰＬＬに対して臨界
的減衰が回復せしめられる。ディジタル積分器４０の目
的は、電力中断後の起動を順調に行わせることである。
ロック検出器がないと、ＶＣＯは最初のロックに際し
て、位相検出器のディジタル性と、抵抗８４および８５
の効果とにより、ジッタを生じるであろう。しかし、抵
抗８４および８５は、他の場合にＰＬＬを臨界的に減衰
させるために必要である。ロック検出器は、最初の電力
印加に際してのみ抵抗８４および８５を短絡することに
よって前記ジッタを防止する。
【００１４】図５は、複数のＮＡＮＤゲート８６─９４
を含む位相検出器４２の構成の例を示す。比較されるべ
き周波数を有する２つの入来信号が、節点６０ＨｚＳＹ
ＮＣおよびＤＩＶＯＳＣへ入力される。表示６０ＨｚＳ
ＹＮＣは、可変周波数ＤＩＶＯＳＣがロックされるべき
基準周波数にあたる。出力節点はＵＰとＤＯＷＮとであ
り、これらはそれぞれＮＡＮＤゲート９３および９４に
よって駆動される。可変周波数ＤＩＶＯＳＣの位相が基
準周波数の６０ＨｚＳＹＮＣに対して遅れると、出力節
点ＵＰはトグル（レベル低下）するが出力点ＤＯＷＮは
高レベルに留まる。可変周波数ＤＩＶＯＳＣの位相が基
準周波数の６０ＨｚＳＹＮＣに対して進むと、出力点Ｕ
Ｐは高レベルに留まるが出力点ＤＯＷＮはトグルする。
ＵＰまたはＤＯＷＮが低レベルに留まる時間の長さは、
入力周波数間の位相差の関数である。位相差が小さくな
るほど、出力点ＵＰまたはＤＯＷＮが低レベルに留まる
時間は短くなる。市販の位相検出器、例えばモトローラ
のＭＣ４３４４は、位相検出器４２として用いるのにも
適する。最初は、６０ＨｚＳＹＮＣおよびＤＩＶＯＳＣ
の両入力は高レベルにあり、ＵＰおよびＤＯＷＮの両出
力も高レベルにある。もし６０ＨｚＳＹＮＣが低レベル
になると、ＮＡＮＤゲート８６は、ＮＡＮＤゲート８７
および９３へ高レベルを出力する。ＮＡＮＤゲート８７
および８８と、ＮＡＮＤゲート８９および９０とはそれ
ぞれ、２つのリセット・セット（ＲＳ）フリップフロッ
プを形成する対として交差接続されている。ＮＡＮＤゲ
ート８６の出力の高レベルは、ＮＡＮＤゲート９３の出
力を低レベルにする。従って、ＮＡＮＤゲート８６は、
その出力を高レベルにロックされる。ＮＡＮＤゲート８
７および９２からの入力は高レベルなので、ＮＡＮＤゲ
ート９３の出力は低レベルになってＵＰパルスを出力す
る。ＵＰ出力は、ＤＩＶＯＳＣ信号が受信されるまで低
レベルに留まる。低レベルになるＤＩＶＯＳＣパルスが
受信されると、ＮＡＮＤゲート９２への４入力は全て高
レベルになり、これはＮＡＮＤゲート８８および８９に
おいてＲＳフリップフロップをリセットする。ＵＰおよ
びＤＯＷＮの両出力は高レベルに復帰する。もし低レベ
ルになるＤＩＶＯＳＣが、低レベルになる６０ＨｚＳＹ
ＮＣの前に受信されれば、ＤＯＷＮ出力が最初に低レベ
ルになって低レベル状態により長く留まる。ＵＰとＤＯ
ＷＮとの差は、ＤＩＶＯＳＣと６０ＨｚＳＹＮＣとの間
の位相および周波数の差を表しかつ追跡する。
【００１５】図６には、ディジタル積分器４０の構成の
例が示されており、それは、１対のトランジスタ９５お
よび９６と、ヒステリシスを有するバッファ９８と、Ｎ
ＯＲゲート１００と、１対のＮＡＮＤゲート１０２およ
び１０４と、フリップフロップ１０６─１１０のカスケ
ードと、を含む。ディジタル積分器４０は、ダイオード
１２（図１）の整流された６０Ｈｚの出力を、正の半正
弦波の系列として受ける。トランジスタ９５および９６
は、入力を接地およびＶｄｄにクリップし、制限する。
バッファ９８は、フリップフロップ１０６へ入力される
ディジタル信号を明確化するために立上りおよび立下り
時間を整形する。ＳＣＬＯＣＫはサンプリングクロック
周波数を与え、これは、偽トリガ・オン雑音が生じない
ように、フリップフロップ１０６─１０９が入来ＳＹＮ
Ｃ信号を最少回数だけサンプリングしうるようにする。
例えば、もしバッファ９８の出力が高レベルになれば、
フリップフロップ１０６のＤ入力は高レベルになる。も
しこのＳＹＮＣ信号が、ＳＣＬＯＣＫの１パルスの間高
レベルに留まれば、フリップフロップ１０６のＱ出力は
高レベルになる。もしＳＹＮＣがＳＣＬＯＣＫの第２パ
ルスにおいても高レベルならば、フリップフロップ１０
７のＱ出力が高レベルになる。もしＳＹＮＣがＳＣＬＯ
ＣＫの第３パルスにおいても高レベルならば、フリップ
フロップ１０８のＱ出力もまた高レベルになる。もしＳ
ＹＮＣがＳＣＬＯＣＫの第４パルスにおいても高レベル
に留まれば、フリップフロップ１０９のＱ出力が高レベ
ルになる。もしＳＹＮＣがＳＣＬＯＣＫの第５パルスに
おいても高レベルならば、フリップフロップ１１０は６
０ＨｚＳＹＮＣを出力し、ＮＯＲゲート１００を経てフ
リップフロップ１０６─１０９をリセットする。もし任
意の時刻においてバッファ９８のＳＹＮＣ出力が低レベ
ルになれば、フリップフロップ１０６─１０９は、高レ
ベルのＤ入力がフリップフロップ１１０まで伝搬されな
いうちにリセットされる。フリップフロップ１１０は、
６０ＨｚＳＹＮＣの使用可能なパルス幅を保証するため
に、ＮＡＮＤゲート１０４によってリセットされないよ
うになっている。この例においては、ＳＹＮＣは少なく
ともＳＣＬＯＣＫの５パルスの間真である必要がある。
ある応用においては、ＳＹＮＣのＳＣＬＯＣＫサンプル
の最少数を増大させるために、フリップフロップ１０６
─１０９にさらに段数を追加すると有利である。偽トリ
ガ・オン雑音の危険を伴う、もっと少ない段数もまた用
いられうる。
【００１６】以上においては、本発明を採用した実施例
に関して説明してきたが、この開示は限定的な意味に解
釈されるべきではない。本技術分野に習熟した者にとっ
ては、以上の開示からさまざまな変更および改変が明ら
かになるはずである。従って、特許請求の範囲は、本発
明の真の精神および範囲に属する全ての変更および改変
を含むと解釈されるように考慮されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の照明装置の簡単化された構造図。
【図２】図１の照明装置に対する制御論理装置の第１ブ
ロック図。
【図３】図１の照明装置に対する制御論理装置の第２ブ
ロック図。
【図４】図２および図３のＰＬＬ積分器の構成例の概略
図。
【図５】図２および図３の位相検出器の構成例の概略
図。
【図６】図２および図３のディジタル積分器の構成例の
概略図。
【符号の説明】
１０ 照明装置 １８ 制御論理装置 ２０ 出力トランジスタ ２２ 出力トランジスタ ２４ 出力回路網 ３０ 出力トランス ３２ 蛍光ランプ ３４ 蛍光ランプ ４４ 電圧制御発振器 ４６ ５１２分周カウンタ ５０ フリップフロップ ９８ バッファ １０６ フリップフロップ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも１つの蛍光ランプを駆動するた
    めの、固有共振周波数Ｆｎを有する出力トランス手段
    と、 交流電源から整流された電力を、前記蛍光ランプが点弧
    されるように前記出力トランス手段に対して交互に接続
    および遮断するための出力トランジスタと、 該出力トランジスタのスイッチング周波数を制御して前
    記周波数Ｆｎに近づけるための発振器手段と、 前記蛍光ランプ内を制御された電流が流れるように、該
    発振器手段の周波数出力を前記交流電源の周波数に位相
    ロックするための同期手段と、を含む、蛍光ランプ装
    置。
  2. 【請求項２】前記同期手段が、偽トリガを避けるために
    前記入来交流電源をサンプリングするディジタル積分器
    を含む、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】前記発振器手段が電圧制御発振器（ＶＣ
    Ｏ）を含む、請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】交流電源から取出された同期（ＳＹＮＣ）
    信号をサンプリングし、かつ基準周波数信号を発生する
    ためのディジタル積分器と、 帰還信号の周波数を該基準周波数信号と比較するための
    位相検出器と、 該位相検出器の出力に応答してアナログ出力制御電圧を
    調節するための位相ロックループ（ＰＬＬ）積分器と、 少なくとも１つのガス放電ランプに電力を供給する回路
    網の固有共振周波数に近い出力周波数を有し、少なくと
    も１つの電力スイッチングトランジスタを経て該回路網
    に結合せしめられた電圧制御発振器（ＶＣＯ）であっ
    て、該ＶＣＯの出力周波数が前記アナログ出力制御電圧
    に応答する、該ＶＣＯと、 該ＶＣＯの出力周波数を分周して前記交流電源とほぼ同
    じ周波数にするためのディジタル分周器であって、該交
    流電源が精密周波数基準として用いられる該ディジタル
    分周器と、を含む、ガス放電ランプに対する電子安定
    器。
  5. 【請求項５】前記ディジタル積分器が、 前記ＳＹＮＣ信号を制限して、得られた信号がディジタ
    ル論理装置に適合するようにするためのクリップ手段
    と、 ディジタル論理装置への前記ＳＹＮＣ信号をバッファリ
    ングするためのヒステリシス手段と、 前記基準周波数の偽トリガを防止するために最少限度５
    つの異なる時点において前記ＳＹＮＣ信号をサンプリン
    グするカスケード接続されたフリップフロップ手段と、
    を含む、請求項４記載の安定器。
  6. 【請求項６】前記ディジタル分周器が、 前記ＶＣＯの出力周波数を５１２分周するためのカウン
    ト手段と、 前記交流電源のそれぞれの周期において前記ＳＹＮＣ信
    号の少なくとも４つのサンプルが前記ディジタル積分器
    により取られうるように、前記ＶＣＯの出力周波数を分
    周するためのサンプリングクロック手段と、を含む、請
    求項４記載の安定器。
  7. 【請求項７】入来交流電源に位相をロックされることに
    よってガス放電ランプに対する出力回路網に制御された
    電流を誘起する固定周波数発振器を含む、電子安定器。
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