JPH08506931A - ２つのトランジスタと２つのトランスを具備する電子バラスト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 力率補正された電子バラスト回路は、２つのトランス部品を利用する。力率補正のために、誘導結合されたチャージ・ポンプ方法が用いられ、トランジスタ・スイッチのゲートは共振インダクタから直接駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】 ２つのトランジスタと２つのトランスを具備する 電子バラスト 発明の背景 電子バラスト回路（electronic ballast circuit）は、経時的に均等（すなわ ち、ランプ電流包絡線（laｍp current envelope）におけるリプル（ripple）が 低い）ように、かつＡＣ電力ラインから流れる電流が正弦であり、ライン電圧と 同相となるように、ガス放電ランプにＡＣ（交流）電力を供給する必要がある。 さらに、これを達成するために用いられる部品のコストは比較的低いことが望ま しい。電子バラスト回路で用いられる最も高価な部品は、一般にトランス（tran sformer）またはインダクタである磁気部品である。バラストがＡＣライン周波 数に比べて高い周波数で動作している場合、電子雑音がＡＣ電力ラインに逃げる ことを防ぐいわゆるＥＭＩ（electromagnetic interference）フイルタが一般に 必要とされる。正弦電流をガス放電ランプに強制的に流すためには、共振コンデ ンサと共振し、かつ所望の正弦電流波形を生成するもう１つの磁気部品が必要で ある。２つのトランスのみを利用する、力率補正されていないバラストについて は説明されている が、コスト節減のため、２つのトランスのみを利用して機能する力率補正された バラストを有することは望ましい。 図面の簡単な説明 第１図は、２つのトランジスタおよび２つのトランス部品を利用する電子バラ ストの回路の図を示す。 好適な実施例の説明 本発明の主旨は、２つのトランス部品のみを利用する力率補正された（power factor corrected）電子バラスト回路である。これは、共振インダクタからトラ ンジスタ・スイッチのゲートを直接駆動しながら、力率補正のためチャージ・ポ ンプ方法を利用することによって達成される。これにより、２つの磁気部品のみ を利用してバラストを組み立てることができる。従って、バラストは他の同様な 力率補正されたバラストに比べて高価でない。 第１図において、蓄積コンデンサ１０は、ＡＣ電力ライン端子１５，１６から 整流ダイオード１１，１２，１３，１４によって充電される。この蓄積コンデン サ１０は、半ブリッジ・トランジスタ２０，３０について比較的一定のＤＣ（直 流）電力源を維持する。半ブリッジ・トランジスタ２０，３０は、交互にスイッ チ・オンされる。このスイ ッチング・トランジスタの構成は、半ブリッジ・インバータと呼ばれる。半ブリ ッジ・トランジスタ２０，３０は、それらの中央点から、共振インダクタ４０お よび共振コンデンサ５０からなる直列共振回路を駆動する。トランジスタ２０， ３０の制御電極、この場合、ゲートの駆動は、インダクタ４０に巻かれた追加巻 線６０，７０から得られる。 回路の動作を理解するため、トランジスタ２０が「オン」状態であり、そのた め電流が電力レール８０からトランジスタ２０および共振インダクタ４０を介し て共振コンデンサ５０に流れる場合を検討する。電流は、共振インダクタ４０の インダクタンスによって制御されるレートで増加する。ゲート駆動巻線６０の極 性は、この増加電流が巻線６０に電圧を生じて、この電圧がトランジスタ２０を さらに強くオンするような極性である。最終的には、共振コンデンサ５０が充電 されると、共振インダクタ４０における電流は増加しなくなる。インダクタ４０ に流れる電流の変化率に比例する、巻線６０からの対応する電圧はゼロになり、 トランジスタ２０をオフにする。このとき、帰還状態が生じて、トランジスタ２ ０のオフにより、共振インダクタ４０に流れる電流の負の変化率が生じて、その ため負のゲート電圧がトランジスタ２０のゲートに印加され、このトランジスタ を強くオフにし、一方で正のゲート電圧が巻線７０によってトランジスタ３０の ゲートに印加され、このトランジスタを強くオンにする。 このように、半ブリッジ・トランジスタ２０，３０の状態は、トランジスタ２ ０のオンからトランジスタ３０のオンに、そしてまたもとに交互に切り替わる。 各連続した「オン」期間の長さは、共振コンデンサ５０と組み合わせた共振イン ダクタ４０の共振期間の約１／４である。従って、次の発振は、これらの部品の 共振周波数より十分高い周波数で生じる。放電ランプ７２，７３を出力巻線９０ の両端に接続することによってシステムに負荷をかけると、この負荷の影響は、 各トランジスタの「オン」期間中に、インダクタ４０における電流はそれ以外の 場合よりも速く増加を停止することである。すなわち、システムは、その周波数 を増加することにより負荷の増加に応答する。すでに共振以上で動作しているの で、周波数の増加の結果、インダクタ４０両端のＡＣ電圧振幅は低下し、負荷に 印加される出力電圧もそれに応じて低下する。負荷電流が増加すると、電圧は低 下するので、このシステムは比較的高い出力インピーダンスで放電ランプを駆動 し、安定した動作で必要とされるように、ある程度安定した電流をランプに強制 的に流す傾向がある。 負荷が取り除かれると、インダクタ４０両端の電圧スイングの振幅は、動作周 波数が共振に向かうにつれて大幅に増加する。これらの発振の振幅は、クランピ ング・ダイオード（clamping diode）１００，１１０の存在によって制限され、 これらのクランピング・ダイオードは、インダク タ４０およびコンデンサ５０の中心点における電圧がそれぞれ電力レール８０， １２０より以上または以下になることを防ぐ。電力レール１２０は、「回路接地 （circuit common）」と呼ばれる。このクランピング動作の厳密な点および量は 、クランピング・ダイオードをインダクタ４０およびコンデンサ５０の接合部に 単純に接続せずに、インダクタ４０上のタッピング点（tapping point）または オートトランス延長（autotransformer extension）を利用することによって調 整できる。 インダクタ４０両端の電圧は、通常動作では比較的一定のＡＣ電圧からなるの で、この電圧は以下のように力率補正のために利用できる。力率補正巻線１３０ は、共振インダクタ４０と同じコア上に配置される。巻線１３０は、コンデンサ １４０を介してダイオード１５０，１６０，１７０，１８０からなる高周波整流 ブリッジを駆動するために用いられる。コンデンサ１４０を介して駆動されるこ の高周波整流ブリッジは、内部抵抗性インピーダンスがコンデンサ１４０の値に 反比例する浮動電圧源（floating voltage source）であるかのように、回路に おいて動作する。力率補正巻線１３０の巻数は、浮動電圧源から来る開回路電圧 が、ＡＣ電力ラインのピーク電圧よりも幾分低い蓄積コンデンサ１０上の電圧と 等しくなるように調整される。従って、交流電圧が入力端子１５，１６に印加さ れると、蓄積コンデンサ１０の電圧は浮動電圧源の等価直列電 圧によってマスクされるので、整流ダイオード１１，１２，１３，１４に流れる 電流に対する唯一の制限は、浮動電圧源の内部インピーダンスであり、これは抵 抗である。このように、端子１５，１６から回路内に流れる電流は、正弦印加入 力電圧に比例され、そのため、良好な力率でＡＣ電力ラインから電流を流すため に必要なように、この電流は正弦であり、印加電圧と同相である。 上述のように動作する回路では、入力ＡＣライン電圧がそのピーク値に近い場 合、最大電流がコンデンサ４０に流れ、そのためそのフル値が共振インダクタ４ ０に結合され、スイッチング周波数を低下させる。これは出力電圧を上昇させ、 負荷により多くの電流を駆動する。逆に、ライン電圧がゼロに近い場合、コンデ ンサ１４０にほとんどまたは全く電流は流れない。従って、コンデンサ１４０は システムのスイッチング周波数を低下せず、その結果、比較的高い周波数および それに応じて低い出力電圧が得られる。総合的な結果、ランプ電流はライン・サ イクルを介して振幅の変動を示し、高ライン電圧で最大振幅を有し、低ライン電 圧で最小振幅を有する。この望ましくない影響は、ランプ２７０，２８０と直列 に限流コンデンサ（current limiting capacitor）２１０を挿入することによっ て対処される。コンデンサのインピーダンスは周波数に反比例するので、ランプ 電流がピーク・ライン電圧で高いとき、これに伴う低い周波数は、コンデンサ２ １０とともに、ラン プ電流の増加を緩和するか、あるいはこの増加を完全に除去すべく動作する。そ の総合的な結果、ランプ電流は電力ライン・サイクルにおいて比較的一定のまま であり、せいぜい残留リプル（residual ripple）は電力ライン周波数の４倍の 周波数である。 コンデンサ２２０は、トランス２３０とともに、回路動作からの高周波信号が ＡＣ電力ライン上に伝搬することを防ぐべく動作する。スナッバ・コンデンサ（ snubber capacitor）２４０は、トランジスタ２０と３０との間のノードにおけ る電圧の変化率を低減し、その結果、ランプ電流波形が平滑化される。補助巻線 ２４０，２５０，２６０は、ガス放電ランプの加熱フィラメントを従来のように 給電するために用いられる。 これらの原理に基づいて作られた回路の力率は０．９７で、全高調波ひずみは １７％で、ランプ電流包絡線における全リプル振幅は１０％である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ＡＣ電力源からガス放電ランプに給電する回路であって： 前記ＡＣ電力源に結合された第１整流器； 一対の直列接続トランジスタを有する半ブリッジ・インバータであって、各ト ランジスタが制御電極を有し、前記一対のトランジスタが共用端子を有する半ブ リッジ・インバータ； 回路接地と前記共用端子との間で接続された直列接続のインダクタおよび共振 コンデンサ； 力率補正巻線に誘導結合された巻線を有する前記インダクタであって、前記力 率補正巻線は、力率補正のために用いられる信号を与え、また前記力率補正巻線 は、高周波整流ブリッジの入力にも結合され、前記高周波整流ブリッジの出力は 前記第１整流器に結合される、前記インダクタ； 前記インダクタに誘導結合された前記トランジスタの前記制御電極；および 前記ランプおよび直列接続された限流コンデンサを有するランプ回路であって 、前記インダクタに結合されたランプ回路； によって構成されることを特徴とする回路。 ２．前記ランプ回路は、前記インダクタに誘導結合されることを特徴とする請求 項１記載の回路。 ３．クランピング・ダイオードは、前記インダクタに結合され、前記インダクタ における過剰な電圧スイングを防ぐことを特徴とする請求項２記載の回路。 ４．前記インダクタは、ヒータ巻線に誘導結合され、前記ガス放電ランプは加熱 フィラメントを有し、前記ヒータ巻線は前記加熱フィラメントに結合されること を特徴とする請求項３記載の回路。 ５．ＡＣ電力源からガス放電ランプに給電する回路であって： 前記ＡＣ電力源に結合された第１整流器； 一対の直列接続トランジスタを有する半ブリッジ・インバータであって、各ト ランジスタが制御電極を有し、前記一対のトランジスタが共用端子を有する半ブ リッジ・インバータ； 回路接地と前記共用端子との間で接続された直列接続のインダクタおよび共振 コンデンサ； 力率補正巻線に誘導結合された巻線を有する前記インダクタであって、前記力 率補正巻線は、力率補正のために用いられる信号を高周波整流ブリッジの入力に 与え、前記高周波整流ブリッジの出力は前記第１整流器に結合される、前記イン ダクタ； 前記インダクタに誘導結合される、前記トランジスタの制御電極； 前記ランプおよび直列接続された限流コンデンサを有す るランプ回路であって、前記共振コンデンサに結合されたランプ回路； によって構成されることを特徴とする回路。 ６．クランピング・ダイオードは、前記インダクタに結合され、前記インダクタ における過剰な電圧スイングを防ぐことを特徴とする請求項５記載の回路。 ７．前記インダクタは、ヒータ巻線に誘導結合され、前記ガス放電ランプは加熱 フィラメントを有し、前記ヒータ巻線は前記加熱フィラメントに結合されること を特徴とする請求項５記載の回路。