JPH10504928A - Low frequency square wave electronic ballast for gas discharge devices - Google Patents

Low frequency square wave electronic ballast for gas discharge devices

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JPH10504928A
JPH10504928A JP7514685A JP51468594A JPH10504928A JP H10504928 A JPH10504928 A JP H10504928A JP 7514685 A JP7514685 A JP 7514685A JP 51468594 A JP51468594 A JP 51468594A JP H10504928 A JPH10504928 A JP H10504928A
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square wave
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JP7514685A
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マソット,オスカル ヴィラ
メリシュ,ヤーニシュ
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レッド コーポレイション ナムローゼ フェンノートシャップ
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Abstract

(57)【要約】 ガス放電装置のための低周波数方形波電子安定器は、正弦波AC電力供給器と結合された高電力ファクタ予備調整器と、該予備調整器と結合された電力制御DC電流源を有する。低周波数方形波DC−ACインバータは、DC電流源と結合され、開始器電流は、該インバータと結合されている。モニタ回路と低電力安定化論理供給電圧源も用いる。全回路は、ガス放電装置に結合され、この装置の瞬時電力は一定であり、制御されて、音響共鳴のない動作ができ、理想的な安定化曲線が得られる。 A low frequency square wave electronic ballast for a gas discharge device comprises a high power factor pre-regulator coupled to a sinusoidal AC power supply and a power control DC coupled to the pre-regulator. It has a current source. The low frequency square wave DC-AC inverter is coupled with a DC current source, and the initiator current is coupled with the inverter. A monitor circuit and a low power stabilized logic supply voltage source are also used. The entire circuit is coupled to a gas discharge device, the instantaneous power of which is constant, controlled and operates without acoustic resonance, resulting in an ideal stabilization curve.

Description

【発明の詳細な説明】 ガス放電装置のための低周波数の方形波の電子安定器発明の背景技術 1.発明の分野 本発明は、低周波数電力コンバータに、特に、ガス放電装置のための低周波数 電子安定器に関する。更に特に、本発明は、高圧ナトリウムランプのための低周 波数方形波電子安定器に関する。 2.先行技術 高周波数スイッチモード電力コンバータのための重要な応用例は、ガス放電装 置、特に、高圧力ナトリウム(HPS)ランプへの電力を供給することである。 ガス放電ランプの高周波数電力の場合において、高周波数安定器及びガス放電ラ ンプは、通常の低周波数安定器とガス放電ランプの間にあるよりも、高いレベル の干渉を行なっている。高い周波数の安定器では、音響の共鳴が生じ、それは、 種々の問題、例えば、不安定性、高出力変動性を生じ、また、最悪の場合、アー ク管の破壊になる。従って、この問題の最良の解決策は、高周波数DC−DCス イッチ−モードを使用して、制御された電流源として、低周波数DC−AC方形 波インバータと結合して、ガス放電ランプに供給するものである。重量が軽減さ れるために、より高い効率と、音響共鳴がないことのために、低い周波数の出力 でのこの新規な高周波数安定器は、通常の低周波数安定器及び普通の高周波数電 子(エレクトロニクス)安定器と比較して、著しい有利な点を有する。更に、新 規で、非常に洗練された電子安定波発生器では、例えば、音響的或いは制御され た鈍化のような、特別の特性が得られる。 従って、非常に洗練された、そして、高い効率の、低周波数の電子安定器供給 ガス放電ランプのための本質的な設計ターゲットは、次のものである: (a)非常に高い効率(≒95%)、エネルギー節約及び臨界成分の低い温度 上昇率; (b)低周波数方形波ランプ電流(クレストファクタはユニットである)、瞬 時のランプ電力は、一定であり(フリッカーなし)、音響共鳴は生じない; (c)高い信頼性及び長い寿命(低い電力損失、電解コンデンサーがないこと ); (d)完全に制御されたランプ電力、線的な電圧変動及びランプの劣化効果の ないもの; (e)プログラムされ、そして/或いは、制御された鈍化であり、それは、本 質的にエネルギー節約となる; (f)ランプが、その寿命時間の終点になると(前もってプログラムされてい る)、自動的にスイッチイングオフされる; (g)自動的な光スイッチングと高温保護;及び (h)電力ファクタ補正(PF≧95%)及びEMIフィルタリング。 従来技術では、ガス放電ランプのための高周波数安定器を与える多くの既知の 回路を有するものがある。例えば、HPS(HID)ランプに使用できる高効率 の電子安定器が、”Master-Slave Half-bridge DC-to-AC Switchmode Power Con verter”と題する米国特許第5,097,183号に説明され、そして、1992年5月15日出 願の”Self-Symmetrizing and Self-Oscillating Half-Bridge Power Inverter ”と題し、本発明の出願人に譲渡された米国特許出願番号第883,762号に説明さ れる。発明の概略 本発明の目的は、HPS(HID)ランプのための理想的な安定化曲線が可能 な、電力制御の、電流制限の電流源を供給することである。 本発明の第2の目的は、電力が選択でき、そして/或いは連続的に変えること ができるような、電力制御の電流源を提供することである。 本発明の更なる目的は、電解コンデンサーを用いないような、電力制御の電流 源として、高周波数のDC−DCのコンバータを提供することである。 本発明の他の目的は、制御回路は、主スイッチング・トランジスタと共に浮動 し、基本的に改良された効率を有する、高周波数バック・コンバータ形状装置を 提供することである。 本発明の更なる目的は、特に、出力電圧の変換(インバージョン)とゼロ電流 検知を行なう、バック・コンバータ形状装置のための回路を供給することである 。 本発明のもう1つの目的は、DC動作を含む非常に広い周波数範囲で動作する 高い効率の方形波全ブリッヂ・インバータを提供することである。 本発明の他の目的は、高い(或いはゼロの)周波数動作と低周波数動作の間で 、プログラム転換を改良した方形波全ブリッヂ・インバータを制御する論理制御 回路を提供することである。 本発明の他の目的は、電解コンデンサーを用いないような、主電圧と結合され た低電力の安定化の論理供給電圧源を供給することである。 本発明の他の目的は、電解コンデンサーを用いなくして、主電圧に結合される 、低電力の、安定化された論理供給電圧源を供給することである。図面の簡単な説明 図1は、6つの基本ユニットを含み、ガス放電装置のための好適な電子安定器 の模式的な図を示す。 図2A、2B及び2Cは、図1の模式図に関する電圧及び電流の波形を示す。 図3Aは、本発明の好適な電子安定器により実現されるランプ電力対ランプ電 圧のダイヤグラムとして安定化曲線を示す。 図3Bは、ランプ電流対ランプ電圧を示す図である。 図4は、図1中のユニット−1として示される高電力ファクタの予備調整器の 回路図である。 図5Aは、図1中のユニット−2として示される電力制御コンバータの回路図 である。 図5Bは、ユニット−2に関する誘電器電流を示す図である。 図5Cは、出力と制御電圧の間の関数関係を示す図である。 図6Aは、図1中のユニット−3とユニット−4として示される制御された全 −ブリッヂ・インバータ及びイグナイタ回路の回路図である。 図6Bは、図1中のLD−3として示される論理駆動ユニットの4つの出力制 御信号を示す。 図6Cは、無負荷条件下でのユニット−3に関するタイミング図を示す。 図6Dは、負荷条件下でのユニット−3に関するタイミング図を示す。 図7は、図1中のユニット−5とユニット−6として示される論理供給及びモ ニターユニットの回路図である。発明の詳細な説明 図1は、次の基本ユニットを含み、ガス放電装置のための好適な電子安定器の 模式的な図を示し; ブーストコンバータ(PU−1)、MOSFET駆動器(MD−1)及び制御 ユニット(CU−1)を含むユニット−1として示される高電力ファクタの予備 調整器; バックコンバータ(PU−2)、MOSFET駆動器(MD−2)及び制御ユ ニット(CU−2)を含むユニット−2として示される電力制御されたDC電流 源; 全ブリッヂ方形波インバータ(PU−3)、4つのMOSFET駆動器(MD −3)、論理駆動器(LD−3)及び周波数制御ユニット(CU−3)を含むユ ニット−3として示される低周波数の方形波DC−ACコンバータ; ユニット−4として示される高電圧イグナイタ回路; 低電力半−ブリッヂ方形波インバータ(HB)及び5つの線形調整器(LR− 1、LR−2、LR−3、LR−4及びLR−5)を含むユニット−5として示 される安定化された論理供給電圧源; 入力電圧、温度及び光検知回路を含むユニット−6として示されるモニターユ ニット;及び HIDランプとして示されるガス放電装置、特に、高圧ナトリウムランプを有 する。 図2A、2B及び2Cは、図1の模式図に関する好適な電子安定器の特性電圧 と電流波形を示す。特に、図2Aは、高電力ファクタ予備調整器の正弦波近似の 入力電流(Ii)を示す。更に、図2Bは、電力制御されたDC電流源の入力( V1)及び出力(V0)電圧を示す。図2Cは、正常の、低周波数モードでのラン プ電圧(VL=±V0)及びランプ電流(IL)波形を示す。この図は、現在のランプ 電力が得られることを示す。 図3Aは、ランプ電力(PL)とランプ電圧(VL)の間の関数関係の図としての安 定化曲線を示す。図3Bは、ランプ電流(IL)対ランプ電圧(VL)を示す図である 。3つの異なる範囲は、区別でき、図3A及び3Bに示すように、ランプ電圧に 依存している。即ち; ウオーミングアップ期間中に一定のランプ電流範囲(0≦VL≦VL(min)); 一定ランプ電力範囲は、ランプ電圧の所定範囲(VL(min)≦VL≦VL(max)) である;そして、禁止範囲(VL>VL(max))、ランプ電圧がVL(max)に達する と、安定器は、自動的にスイッチオフとなる。 2つの異なる規定ランプ電力レベルは、好適な安定器により、例えば、200 W或いは250Wに選択される。更に、ランプ電力は、連続的に変化され、エネ ルギー節約の観点から、十分な鈍化能力を与えるものである。 次に、本発明の基本的な6つのユニットについて説明する。 ユニット−1は、入力フィルターF10を含み、図4に示される。その回路は 、ブリッヂ整流器B10、誘導子L10、電力MOSFET M10、高速整流 器D10及び出力コンデンサーC10を有する標準ブースト・コンバータ装置に 基づくものである。技術上、制御されたオンタイムで、ゼロ電流のスイッチング を適用する。従って、ピーク及び平均の誘導子電流は、入力電圧と同じ正弦波で ある。図1において、MD−1として示されるMOSFET駆動器は、MOSF ETのM11とM12により駆動され、その入力は、各々、デュアル入力NAN Dシュミット−トリガーIC10とIC11の出力に結合される。 図1に、CU−1として示される制御ユニットは、 エラー増幅器IC15; 抵抗R11、コンデンサーC11、MOSFET M13及びNANDシュミッ ト−トリガーIC13により駆動されるノコギリ波発生器; パルス幅調整された(PWM)コンパレイター(比較器)IC14;及び 分流器R10に結合されたゼロ電流検知コンパレイターIC12を有する。 本発明の好適な高電力ファクタ予備調整器と標準調整器の間にある本質的な差 異は、分流器R10の位置である。この場合、R10での電圧低下(誘導子電流 と比例する)は、感度と少ない損失を与える制御ユニットのゼロレベルと比較す ると、ポジティブである。この最大のオン−タイムで、最大の誘導子電流は、ツ エナーダイオードZ10により制限される。この解決策は、主スイッチM10が 、好適な具体例でのように、ゼロ誘導子電流レベルで、スイッチオンされると、 効果的である。好適な高電力ファクタ予備調整器と標準調整器の間での差異は、 本発明でのように、出力コンデンサーとして、大きい値の電解コンデンサーでな く、比較的に低い値の薄膜コンデンサーC10を用いることである。この場合、 出力電圧V1の変動(120Hz)は、図2Bで見られると同じ大きさである。 ユニット−2は、ユニット−1の出力コンデンサーC10に結合されており、 図5Aに示される。図1にPU−2として示される電力ユニットは、電力MOS FET M20、高速整流器D20、誘導子L20及び出力(薄膜)コンデンサ ーC20を含む標準的なバック・コンバータ形状装置に基づく。図1に、MD− 2として示されるMOSFET駆動器は、デュアル入力NANDシュミット−ト リガーIC20及びIC21により制御されるMOSFETのM21及びM22 により作動される。図1で、CU−2として示される制御ユニットは、標準的な 制御方法とは大きく異なるものである。 この制御回路は、次のように説明される。 a)浮動制御:制御ユニットは、MOSFET−駆動器MD−2(M21とM 22)と直接結合され、従って、主スイッチM20と結合される。 b)ゼロ電流検知使用の整流器:ショットキイ−整流器D22と直列に結合さ れた高速整流器D21は、主整流器D20と並列に結合される。主スイッチM2 0がオフの場合、主整流器D20はオンであり、約200mVの電圧低下が、シ ョットキイ−整流器D22に生じる。この電圧は、NANDシュミット−トリガ ーIC20とIC21の第1の入力に結合される電圧コンパレイターIC22を 制御し、M20をオフにし、ゼロ誘導子電流で、M20をスイッチオンすること ができるのみである。図5Bは、誘導子電流iL(t)の図である。 c)誘導子電流の制御:M20はオン状態で、コンデンサーC21は、放電開 始条件であるとすると、その電圧Vc(t)は、次の式で計算できる: Vc(t)=(Vi−V0)t/RC (ここで、tは、オンタイムの間隔に関する時間であり、R=R20+R21で あり、(R22とR23の効果が無視される)、C=C21で、ViとV0は、入 力及び出力の電圧である。)誘導子電流iL(t)もまた、Vi−V0に比例する。従 って、 iL(t)=(RC)VC(t)/L (ここで、Lは、誘導子L20のインダクタンスである。)デュアル入力NAN Dシュミット−トリガーIC20とIC21の第2入力と結合された電圧コンパ レイターIC23を用いて、ピーク誘導子電流は、次の式により誘導される。 Ip=(RC)Vr/L (1) (ここで、Ipは、ピーク誘導子電流であり、Vr=12−Vf、図5Aに示すよ うな所定参照電圧である。)従って、ピーク誘導子電流及び平均誘導子電流Ia =Ip/2は、参照電圧Vrにより直接調整できる。コンデンサーC21の放電を 行なうために、低い電力PチャンネルMOSFET M23は、電圧コンパレイ ターIC22の出力に結合され、コンデンサーC21は、このMOSFETの電 源及びドレインに並列に結合される。 d)出力電力の制御:参照電圧は、出力電圧V0の反転値に比例すると仮定し て、 Vr=12−Vf=α/V0、V0(min)≦V0≦Vo(max) (2) そして、式(2)を式(1)に置換すると、次式が得られる。 PA=Ip0/2 =RCα/2L (ここで、PAは、平均出力電力である。) 従って、固定された出力電力の制御は、以下に説明される式(2)を電子的に 実現するとして、一定範囲の出力電圧において、解決される。 (e)関数関係 Vr=α/V0の電子的な実現:出力電圧V0は、整流器D23 と平滑化コンデンサーC22を用いて、浮動制御レベルにブーストする。これは 、フライバック法、特に、バック・コンバータ装置のための方法、誘導子L20 への第2次巻線を行なわない方法である。電圧分割器抵抗R24とR25を適用 し、及びツエナーダイオードZ20とZ21を各々、抵抗R26及びR27と直 列に結合させ、図5Cに示されるように、関数Vr=α/V0(出力電圧の一定な 範囲内で)と十分に近似させ(±1%)ることができる。V0<V0(min)、Vrと すると、Ip(Ia)は、ツエナーダイオードZ22により、図5Aに示されるよ うに、適当な値に限定される。 コンデンサーC21の放電を行なうために、低電力PチャンネルMOSFET M23は、電圧コンパレイターIC22の出力と結合され、このMOSFET の電源及びドレインと並列に結合されたコンデンサーC21を有する。 HPSランプが、100Vの規定ランプ電圧とすると、V0(min)≒80V、V0(max) ≒160V及びIL(max)≒3アンペアである。電流制限抵抗R28と直列 に結合しているツエナーダイオードZ23(Vz=160V)と、主スイッチM 20についてオフ状態にする光カップラーOC20(IC22にも結合する)を 適用することにより、出力電圧は、制限される。出力電力は、抵抗R21の値を 変化させることにより、変化させる。例えば、R=R20=R21の場合、出力 電力は、250Wにできる。そして、R=R20(R21=0)である場合、出 力電力は200Wである。更に、出力電力(ランプ電力)を連続的に鈍化させる ことは、抵抗R21の値が連続的に低下することにより、達成でき、それは、エ ネルギー節約の配慮から有利である。 ユニット−3は、ユニット−2の出力コンデンサーに結合されており、図6A に示される。図1に、PU−3として示される電力ユニットは、MOSFETM 31、M32、M33及びM34を含む全ブリッヂ形状装置に基づいている。図 1で、MD−3として示されるMOSFET駆動は、4つの補償型のMOSFE TのCM31、CM32、CM33及びCM34により行なわれる。更に、補償 型MOSFETのCM33とCM34は、各々、光アイソレータOC33とOC 34により駆動され、制御レベルから分離される。図1でLD−3として示さ 、図6Bに示される。論理駆動信号は、特有のデッドタイムを有し、主スイッチ が横断して導電性になるのを回避するものである。シンメトリの入力論理信号Q は、△t≒5μ秒、変動して、デュアルコンパレイターIC32/2とIC32 32/1の非反転入力及びIC32/2の反転入力は、R31とC31を有する RC回路の共通点と結合される。IC32/1の反転入力及びIC32/2の非 反転入力は、抵抗R32とR33を有する電圧分割器対の共通点と結合される。 デュアル入力NANDゲートIC31/1、IC31/2、IC31/3及びI C31/4を用いて、4つの論理駆動器信号は、上部MOSFET駆動器から、 として、誘導され、 として低MOSFET駆動のために、誘導される。 (ここで、Xは、抑制信号である(X=0とすると、低MOSFET M31及 びM32は、スイッチオフされる)。) 図1にCU−3として示される論理制御ユニットは、タイムプログラミング開 始及び再開始を行ない、開始(イグナイタ)ユニット(ユニット−4)の制御が 行なわれ、正規な動作(X=1)での論理駆動器を制御する低周波数シンメトリ ・論理信号(Q)を有し、そして荷重なしで、或いはランプ損失条件下で、或い は、古いランプの場合では、自動的スイッチングオフ特性を成す。 次の機能的な回路を含む制御ユニットCU−3: V1がV0(max)よりいくらか小さい場合、コンパレイターレベルV1での第1の 電圧コンパレイター(IC33/1); V2がV1よりいくらか小さい場合、コンパレイターレベルV2での第2の電圧 コンパレイター(IC33/2); t1≒10秒のタイミング時間を有する第1のタイマー(IC34); t2≒120秒のタイミング時間を有するデジタル計数器IC35及びデジタ ル発振器IC36を含む第2のタイマー; 周波数f1≒25Hzであり、動作サイクルは任意である場合、低周波数デジ タル発振器IC37; 周波数f2≒20kHzを有し、0.5より小さい動作サイクルを有する高周 波数デジタル発振器IC38; クロック入力及びSET入力を有し、シンメトリ信号Qを与え、Dフリップ− フロップ回路IC39により行なわれるTフリップ−フロップ回路;及び、 2つのANDゲートIC40/1とIC40/2及び、図6Aから分かる関数 の2つのインバータを含むものである。 図6Cは、開始のない場合を含む荷重なしの条件下でのタイミング図である。 図6Dは、開始のある(通常の動作の)場合でのタイミング図である。開始され たランプは、複雑なプラズマ物理的な過程で(グロー放電で)、高速で動作して 、アーク放電の状態に達し、十分に高い電圧及び高電流が供給されると仮定する ものである。アーク放電が行なわれた後、本発明の回路の重要な仕事は、アーク 放電状態にランプを安定化することである。放電管が冷たいので、遅いゼロ電流 の流れは、アーク放電を消滅させることができる。 従って、2つの異なる種の、短時間開始法があり、高周波数電流パルス動作或 いはDC動作を適用するとき、消滅を回避する方法である。 短時間開始動作の期間は、第1のタイマー(t1≒10秒)により為される。 短い時間の開始時の後に、放電は、正常な低周波数(≒50Hz)のシンメトリ 方形波動作になる。異なる開始動作が、図6Aに示すように、スイッチSにより 選択され、高周波数(HF)或いは直流(DC)モードの間でスイッチされる。 DC開始動作の場合、制御回路は明らかに単純化できる。HPSランプに対して 、単純なDC開始法で十分できる。方形波全−ブリッヂPU−3は、図6Aに示 さない制御ユニットと共に結合された標準的な電流制限法の1つにより、完成で きる。 ユニット−4は、ユニット−3の出力と結合されており、図6Aに示される。 更に、抵抗R42は、予備調整器ユニットの出力コンデンサーC10と結合され る。ユニット−4は、イグナイタ(開始器)に、HIDランプのための高電圧( ≒3500V)の開始信号を与えるものである。その回路は、パルス変圧器L4 1、サイリスタTh41、コンデンサーC41及びサイリスタTh41のゲート と結合されたRC回路(R41とC42)を有するパルス変圧器装置に基づいて いる。コンデンサーC41は、ユニット−1の出力コンデンサーと結合された抵 抗R42により荷電される。コンデンサーC41は、2Hzの繰り返し周波数で 、ユニットCU−3のデジタル計数器により制御されるサイリスタTh41によ り、周期的に放電される。全荷電されたコンデンサーC41の電圧(≒450V )は、巻線N1とN2(ここで、N1/N2=8)を有する変圧器により高められる 。正常な動作では、サイリスタTh41がスイッチオフされ、フィルター要素と して機能するギャップされたコア誘導子により成されるパルス変圧器となる。更 に、ユニットPU−3が、デッドタイムを含有するランプ電圧の極性を変える場 合、誘導子L41は、ランプを通して連続的電流を与える。 ユニット−5は、正弦波AC電力供給器(より正確には、ユニット−1の共通 モードフィルターに結合)と結合されており、図7に説明されている。ユニット −5は、安定化電圧源として作用し、HBとして示される低電力の、半−ブリッ ヂ方形波インバータを有し、また、LR−1、LR−2、LR−3、LR−4及 びLR−5として示される5つの線形の調整器を有する。低電力の自己−発振の 半ブリッヂ・インバータ(方形波発振器)は、整流器ブリッヂB51、B51の DC出力と結合されたエネルギー貯蔵(薄膜)コンデンサーC51、制御された スイッチとして働く2つのトランジスタT51とT52、2つの電圧分割コンデ ンサーC52とC53及び高周波数の半−ブリッヂの方形波発振器として働く変 圧器L51を有する。 変圧器は、第1次の巻線Np、2つのフィードバック巻線Nf1、Nf2及び5つ の第2次巻線Ns1、Ns2、Ns3、Ns4、Ns5を有し、5つの線形の調整器のため の適する(非−安定化)電圧源とする。RC回路(R51、C54及びR52、 C55)と直列に結合されたフィードバック巻線は、トランジスタT51とT5 2のベースに結合され、ベース(ダイオード)電流を低減し、そして、トランジ スタのために、スイッチオン或いはオフと変えるものである。自己−発振特性は 、変圧器L51の磁化電流をスイッチオフにより生じる巻線中の極性の変化によ り、成される。更に、回路は、連続荷電されるコンデンサーC65、DIACS 51及び巻線Nf1により制御されるトランジスタT53により成される自己−ス イッチングオフ開始回路を有する。整流された出力電圧は、高周波数の観点から 、本質的にDC電圧である。従って、小さい値の薄膜コンデンサーが、平滑化要 素として使用できる。安定化出力電圧(12V)は、標準的な線形の調整方法の 使用により、得られる。 ユニット−6は、図7に示すように4つのシュミット−トリガーを有するモニ タユニットとして動作する。シュミット−トリガーST−1、ST−2、ST− 3及びST−4(図1参照)は、IC61、IC62、IC63及びIC64と して示される4つの電圧コンパレイターにより行なわれる。第1のシュミット− トリガー(IC61)は、光制御スイッチを行なうホトレジスタ(PH)により 制御される。第2のシュミット−トリガー(IC62)は、温度制御スイッチを 行なうサーミスタ(TH)により制御される。第3及び第4のシュミット−トリ ガー(IC63及びIC64)は、ウィンドコンパレイターを行なう入力電圧に 比例する電圧Vxにより制御される。トランジスタT61は、コンパレイター( AND結合)の共通出力により制御され、モニタユニットとなる。トランジスタ T61の出力(M)は、ユニット−1及びユニット−2を制御し、M=0或いは M=1(≒12V)とするため、オン状態或いはオフ状態にするものである。 本発明の好適な具体例を示し、詳細に説明したが、その代替形、修飾形及び修 正形が、本発明の精神と特許請求の範囲の記載の範囲内に限り行なうことができ ることは、当業者により留意されるべきである。従って、本発明は、以上に示し た特定の具体例に限定すべきでない。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION             Low frequency square wave electronic ballast for gas discharge devicesBACKGROUND OF THE INVENTION   1.Field of the invention   The present invention relates to low-frequency power converters, in particular low-frequency Electronic ballast. More particularly, the invention relates to a low-pressure sodium lamp for high pressure sodium lamps. It relates to a wave number square wave electronic ballast.   2.Prior art   An important application for high frequency switch mode power converters is in gas discharge devices. Power, especially to high pressure sodium (HPS) lamps. In the case of gas discharge lamp high frequency power, high frequency ballast and gas discharge lamp The pump is at a higher level than between a normal low frequency ballast and a gas discharge lamp. Interference. In high frequency ballasts, acoustic resonance occurs, which Various problems such as instability, high output variability and worst case The pipe is destroyed. Therefore, the best solution to this problem is a high frequency DC-DC switch. Low frequency DC-AC square as controlled current source using switch-mode To supply the gas discharge lamp in combination with the wave inverter. Reduced weight Low frequency output due to higher efficiency and lack of acoustic resonance This new high frequency ballast at It has significant advantages compared to a child (electronic) ballast. Furthermore, new However, very sophisticated electronically stable wave generators, for example, can be acoustically or Special properties are obtained, such as dulling.   Therefore, a very sophisticated and highly efficient, low frequency electronic ballast supply The essential design targets for a gas discharge lamp are:   (A) Very high efficiency ($ 95%), energy saving and low temperature of critical components rate of up;   (B) low frequency square wave lamp current (crest factor is in units), instantaneous The lamp power at the time is constant (no flicker) and no acoustic resonance occurs;   (C) High reliability and long service life (low power loss, no electrolytic capacitors );   (D) fully controlled lamp power, linear voltage fluctuations and lamp degradation effects; Not available;   (E) programmed and / or controlled slowdown, which Qualitatively saves energy;   (F) When the lamp reaches the end of its lifetime (pre-programmed Automatically switched off;   (G) automatic optical switching and high temperature protection; and   (H) Power factor correction (PF ≧ 95%) and EMI filtering.   In the prior art, there are many known high frequency ballasts for gas discharge lamps. Some have circuits. For example, high efficiency that can be used for HPS (HID) lamps Electronic ballast is “Master-Slave Half-bridge DC-to-AC Switchmode Power Con Verter ”, described in US Patent No. 5,097,183, and issued May 15, 1992. The wish “Self-Symmetrizing and Self-Oscillating Half-Bridge Power Inverter No. 883,762, assigned to the assignee of the present invention. It is.Summary of the Invention   The aim of the present invention is to enable an ideal stabilization curve for HPS (HID) lamps It is to provide a current source for power control and current limiting.   A second object of the invention is to make the power selectable and / or continuously variable. To provide a current source for power control.   A further object of the present invention is to provide a power control current, such as without using an electrolytic capacitor. A source is to provide a high frequency DC-DC converter.   Another object of the invention is that the control circuit floats with the main switching transistor. And a high frequency buck converter configuration device with essentially improved efficiency. To provide.   A further object of the invention is, inter alia, conversion of output voltage (inversion) and zero current Providing a circuit for the buck converter configuration device that performs the sensing .   Another object of the invention is to operate over a very wide frequency range, including DC operation The object is to provide a high efficiency square wave full bridge inverter.   Another object of the present invention is to provide a method for switching between high (or zero) frequency operation and low frequency operation. Control to control square wave full bridge inverter with improved program conversion Is to provide a circuit.   Another object of the present invention is to combine with a mains voltage, such as without using electrolytic capacitors. And providing a low power stabilized logic supply voltage source.   Another object of the invention is to couple to mains voltage without using electrolytic capacitors Providing a low power, regulated logic supply voltage source.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES   FIG. 1 shows a preferred electronic ballast for a gas discharge device, comprising six basic units. FIG.   2A, 2B and 2C show voltage and current waveforms for the schematic diagram of FIG.   FIG. 3A illustrates lamp power versus lamp power provided by the preferred electronic ballast of the present invention. The stabilization curve is shown as a pressure diagram. FIG. 3B is a diagram showing lamp current versus lamp voltage.   FIG. 4 shows a high power factor pre-regulator, shown as unit-1 in FIG. It is a circuit diagram.   FIG. 5A is a circuit diagram of a power control converter shown as unit-2 in FIG. It is.   FIG. 5B is a diagram showing the dielectric current for the unit-2.   FIG. 5C is a diagram illustrating a functional relationship between the output and the control voltage.   FIG. 6A shows a controlled whole shown as unit-3 and unit-4 in FIG. FIG. 4 is a circuit diagram of a bridge inverter and an igniter circuit.   FIG. 6B shows four output controls of the logic drive unit shown as LD-3 in FIG. Control signal.   FIG. 6C shows a timing diagram for Unit-3 under no-load conditions.   FIG. 6D shows a timing diagram for Unit-3 under load conditions.   FIG. 7 shows the logic supply and module shown as unit-5 and unit-6 in FIG. FIG. 4 is a circuit diagram of a monitor unit.Detailed description of the invention   FIG. 1 shows a suitable electronic ballast for a gas discharge device, comprising the following basic units: Shows a schematic diagram;   Boost converter (PU-1), MOSFET driver (MD-1) and control High power factor reserve indicated as unit-1 including unit (CU-1) Moderator;   Buck converter (PU-2), MOSFET driver (MD-2) and control unit Power controlled DC current shown as unit-2 including unit (CU-2) source;   All Bridge Square Wave Inverter (PU-3), Four MOSFET Drivers (MD -3), a unit including a logic driver (LD-3) and a frequency control unit (CU-3). A low frequency square wave DC-AC converter shown as Knit-3;   A high voltage igniter circuit shown as unit-4;   Low power half-bridge square wave inverter (HB) and five linear regulators (LR- 1, LR-2, LR-3, LR-4 and LR-5). Regulated logic supply voltage source;   Monitor unit shown as Unit-6 including input voltage, temperature and light sensing circuits Knit; and   Has a gas discharge device shown as an HID lamp, especially a high pressure sodium lamp I do.   2A, 2B and 2C show the characteristic voltages of a suitable electronic ballast with respect to the schematic diagram of FIG. And the current waveform. In particular, FIG. 2A illustrates a sinusoidal approximation of a high power factor preconditioner. Input current (Ii). Further, FIG. 2B shows the input of the power controlled DC current source ( V1) And output (V0) Indicates voltage. FIG. 2C shows the run in normal, low frequency mode. Voltage (VL= ± V0) And lamp current (IL) Show the waveform. This figure shows the current lamp Indicates that power is available.   FIG. 3A shows the lamp power (PL) And lamp voltage (VL) As a diagram of the functional relationship between 2 shows a stabilization curve. FIG. 3B shows the lamp current (IL) Vs. lamp voltage (VLFIG. . The three different ranges are distinguishable, and as shown in FIGS. 3A and 3B, the lamp voltage Depends. That is;   During the warm-up period, a certain lamp current range (0 ≦ VL≤VL (min));   The constant lamp power range is a predetermined range (VL (min)≤VL≤VL (max)) And the prohibited range (VL> VL (max)), Lamp voltage is VL (max)Reach Then, the ballast switches off automatically.   Two different specified lamp power levels can be adjusted by a suitable ballast, for example, 200 W or 250W. Furthermore, the lamp power is changed continuously and the energy From the viewpoint of energy saving, it gives sufficient dulling ability.   Next, six basic units of the present invention will be described.   Unit-1 includes an input filter F10 and is shown in FIG. The circuit is , Bridge rectifier B10, inductor L10, power MOSFET M10, high-speed rectification A standard boost converter device with a transformer D10 and an output capacitor C10 It is based on Technically controlled on-time, zero current switching Apply Therefore, the peak and average inductor currents are sinusoidal with the input voltage. is there. In FIG. 1, the MOSFET driver indicated as MD-1 is a MOSF. Driven by M11 and M12 of ET, their inputs are dual input NAN, respectively. D Schmitt-Trigger is coupled to the outputs of IC10 and IC11.   In FIG. 1, the control unit shown as CU-1 is:   Error amplifier IC 15; Resistor R11, capacitor C11, MOSFET M13 and NAND A sawtooth wave generator driven by the trigger circuit 13;   A pulse width modulated (PWM) comparator IC14; and   It has a zero current sensing comparator IC12 coupled to the shunt R10.   The essential difference between the preferred high power factor pre-regulator and the standard regulator of the present invention The difference is the position of the shunt R10. In this case, the voltage drop at R10 (inductor current Is proportional to the zero level of the control unit, which gives sensitivity and less loss Then it is positive. At this maximum on-time, the maximum inductor current is Limited by the energetic diode Z10. The solution is that the main switch M10 When switched on at zero inductor current level, as in the preferred embodiment, It is effective. The difference between the preferred high power factor pre-regulator and the standard regulator is As in the present invention, a large value electrolytic capacitor should not be used as the output capacitor. And using a relatively low value thin film capacitor C10. in this case, Output voltage V1(120 Hz) is the same magnitude as seen in FIG. 2B.   Unit-2 is coupled to the output capacitor C10 of Unit-1; As shown in FIG. 5A. The power unit shown as PU-2 in FIG. FET M20, fast rectifier D20, inductor L20 and output (thin film) capacitor -Based on standard buck converter geometry including C20. In FIG. 1, MD- 2 is a dual-input NAND Schmitt gate. MOSFET M21 and M22 controlled by rigger IC20 and IC21 Activated by In FIG. 1, the control unit shown as CU-2 is a standard control unit. This is very different from the control method.   This control circuit is described as follows.   a) Floating control: The control unit consists of a MOSFET driver MD-2 (M21 and M21). 22) and therefore to the main switch M20.   b) Rectifier using zero current sensing: coupled in series with Schottky rectifier D22 The fast rectifier D21 is coupled in parallel with the main rectifier D20. Main switch M2 When 0 is off, the main rectifier D20 is on and a voltage drop of about 200 mV It occurs at the rectifier-D22. This voltage is the NAND Schmidt-trigger A voltage comparator IC22 coupled to the first inputs of IC20 and IC21. Controlling, turning off M20 and switching on M20 with zero inductor current Can only be done. FIG. 5B shows the inductor current iLIt is a figure of (t).   c) Inductor current control: M20 is on, capacitor C21 is open If it is a starting condition, the voltage Vc(t) can be calculated by the following formula:           Vc(t) = (Vi-V0) T / RC (Where t is the time related to the on-time interval, and R = R20 + R21 Yes (the effects of R22 and R23 are ignored), C = C21 and ViAnd V0Is Power and output voltage. ) Inductor current iL(t) is also Vi-V0Is proportional to Obedience What               iL(t) = (RC) VC(t) / L (Where L is the inductance of inductor L20). Dual input NAN D Schmitt-trigger IC20 and voltage comparator coupled to second inputs of IC21 Using the rater IC23, the peak inductor current is induced by the following equation.                   Ip= (RC) Vr/ L (1) (Where IpIs the peak inductor current and Vr= 12-VfAs shown in FIG. 5A. Such a predetermined reference voltage. ) Therefore, the peak inductor current and the average inductor current Ia = Ip/ 2 is the reference voltage VrCan be adjusted directly. Discharge capacitor C21 To perform, a low power P-channel MOSFET M23 is The capacitor C21 is coupled to the output of the Coupled in parallel to the source and drain.   d) Output power control: The reference voltage is the output voltage V0Is proportional to the inverse of hand,       Vr= 12-Vf= Α / V0, V0 (min)≤V0≤Vo (max)            (2) Then, when the equation (2) is replaced with the equation (1), the following equation is obtained.     PA= IpV0/ 2 = RCα / 2L (Where PAIs the average output power. )   Therefore, control of the fixed output power electronically converts equation (2) described below. As a practical matter, it is solved over a range of output voltages. (E) Functional relationship Vr= Α / V0Realization of the output voltage V0Is a rectifier D23 And a smoothing capacitor C22 to boost to a floating control level. this is , Flyback method, especially method for buck converter device, inductor L20 In this method, the secondary winding is not performed. Apply voltage divider resistors R24 and R25 And Zener diodes Z20 and Z21 are connected directly to resistors R26 and R27, respectively. Combined into columns, and as shown in FIG. 5C, the function Vr= Α / V0(Constant output voltage (Within the range) can be sufficiently approximated (± 1%). V0<V0 (min), VrWhen Then Ip(Ia) Is shown in FIG. 5A by the Zener diode Z22. Thus, it is limited to an appropriate value.   Low power P-channel MOSFET to discharge capacitor C21   M23 is coupled to the output of the voltage comparator IC22 and this MOSFET And a capacitor C21 coupled in parallel with the power supply and drain of the power supply.   Assuming that the HPS lamp has a specified lamp voltage of 100 V, V0 (min)≒ 80V, V0 (max) ≒ 160V and IL (max)$ 3. Series with current limiting resistor R28 Zener diode Z23 (Vz= 160V) and the main switch M An optical coupler OC20 (which also couples to IC22) to turn off for 20 By applying, the output voltage is limited. The output power is determined by the value of the resistor R21. It is changed by changing. For example, if R = R20 = R21, the output The power can be 250W. If R = R20 (R21 = 0), The power is 200W. Further, the output power (lamp power) is continuously reduced. This can be achieved by a continuous decrease in the value of the resistor R21, which This is advantageous from consideration of energy saving.   Unit-3 is coupled to the output capacitor of unit-2, as shown in FIG. Is shown in The power unit shown as PU-3 in FIG. 31, M32, M33 and M34. Figure 1, the MOSFET drive shown as MD-3 has four compensated MOSFEs. This is performed by CMs CM31, CM32, CM33 and CM34 of T. Further compensation Type MOSFETs CM33 and CM34 are optical isolators OC33 and OC33, respectively. Driven by 34 and separated from the control level. Shown as LD-3 in FIG. , Shown in FIG. 6B. The logic drive signal has a unique dead time and the main switch To avoid becoming conductive across. Input logic signal Q for symmetry Is fluctuating for △ t ≒ 5 μs, and the dual comparator IC32 / 2 and IC32 The non-inverting input of 32/1 and the inverting input of IC32 / 2 have R31 and C31 Combined with common points of RC circuits. Inverting input of IC32 / 1 and non-inverting of IC32 / 2 The inverting input is coupled to a common point of a voltage divider pair having resistors R32 and R33. Dual input NAND gate IC31 / 1, IC31 / 2, IC31 / 3 and I Using C31 / 4, the four logic driver signals from the upper MOSFET driver are: Is induced as For low MOSFET drive. (Here, X is a suppression signal (assuming X = 0, low MOSFET M31 and low MOSFET M31) And M32 are switched off). )   The logic control unit shown as CU-3 in FIG. Start and restart, and control of the start (igniter) unit (unit-4) Low frequency symmetry performed and controlling logic driver in normal operation (X = 1) Having a logic signal (Q) and without load or under lamp loss conditions, or Has an automatic switching-off characteristic in the case of old lamps.   Control unit CU-3 including the following functional circuits:   V1Is V0 (max)If somewhat smaller, the comparator level V1The first in Voltage comparator (IC33 / 1);   VTwoIs V1If somewhat smaller, the comparator level VTwoThe second voltage at Comparator (IC33 / 2);   t1$ First timer with a timing time of 10 seconds (IC34);   tTwoDigital counter IC 35 having a timing time of 120 seconds and digital A second timer including an oscillator IC 36;   Frequency f1≒ 25Hz, if the operation cycle is arbitrary, low frequency digital Tal oscillator IC37;   Frequency fTwoHigh frequency with ≒ 20kHz and less than 0.5 operation cycle Wave number digital oscillator IC38;   It has a clock input and a SET input, provides a symmetry signal Q, A T flip-flop circuit performed by a flop circuit IC39;   The two AND gates IC40 / 1 and IC40 / 2 and the function seen in FIG. 6A The above two inverters are included.   FIG. 6C is a timing diagram under the condition without load including the case without start. FIG. 6D is a timing chart in a case where there is a start (normal operation). Started Lamps operate at high speed, in complex plasma physical processes (with glow discharge) Assume that the state of arcing is reached and that a sufficiently high voltage and high current are supplied Things. After the arcing has taken place, an important task of the circuit according to the invention is To stabilize the lamp in a discharged state. Slow zero current because the discharge tube is cold Flow can extinguish the arc discharge.   Therefore, there are two different types of short-time initiation methods, high frequency current pulse operation or Or applying DC operation to avoid extinction.   During the period of the short-time start operation, the first timer (t1(≒ 10 seconds). After the beginning of the short period of time, the discharge will return to normal low frequency (≒ 50 Hz) symmetry. It becomes a square wave operation. A different starting operation is triggered by the switch S, as shown in FIG. 6A. Selected and switched between high frequency (HF) or direct current (DC) mode. In the case of a DC start operation, the control circuit can obviously be simplified. For HPS lamps , A simple DC start method is sufficient. The square wave all-bridge PU-3 is shown in FIG. 6A. One of the standard current limiting methods combined with the control unit Wear.   Unit-4 is combined with the output of unit-3 and is shown in FIG. 6A. Further, a resistor R42 is coupled to the output capacitor C10 of the pre-regulator unit. You. Unit-4 provides the igniter (initiator) with a high voltage for the HID lamp ( (3500 V). The circuit is a pulse transformer L4 1. Thyristor Th41, capacitor C41 and gate of thyristor Th41 Based on a pulse transformer device having an RC circuit (R41 and C42) coupled to I have. Capacitor C41 is a resistor coupled to the output capacitor of unit-1. Charged by anti-R42. The capacitor C41 has a repetition frequency of 2 Hz. , The thyristor Th41 controlled by the digital counter of the unit CU-3. And is periodically discharged. Voltage of fully charged capacitor C41 (41450V ) Is the winding N1And NTwo(Where N1/ NTwo= 8) . In normal operation, thyristor Th41 is switched off and the filter element And a pulse transformer formed by a gapped core inductor that functions. Change When the unit PU-3 changes the polarity of the lamp voltage including the dead time, If so, inductor L41 provides a continuous current through the lamp.   Unit-5 is a sine wave AC power supply (more precisely, the common (Coupled to a mode filter) and described in FIG. unit -5 acts as a regulated voltage source and is a low power, half-bridge indicated as HB. を Has a square wave inverter, and has LR-1, LR-2, LR-3, LR-4 and And LR-5, with five linear regulators. Low power self-oscillating The half-bridge inverter (square wave oscillator) is a rectifier bridge B51, B51 Energy storage (thin film) capacitor C51 combined with DC output, controlled Two transistors T51 and T52 acting as switches, two voltage dividing capacitors Transformers C52 and C53 and a transformer acting as a high frequency half-bridge square wave oscillator. It has a pressure device L51.   The transformer has a primary winding NpTwo feedback windings Nf1, Nf2And five Secondary winding Ns1, Ns2, Ns3, Ns4, Ns5With 5 linear regulators (Non-stabilized) voltage source. RC circuit (R51, C54 and R52, C55) is connected in series with the transistors T51 and T5. 2 to reduce the base (diode) current, and It is switched on or off for the star. The self-oscillation characteristic is , The magnetizing current of the transformer L51 is changed by the polarity change in the winding caused by the switch-off. It is done. In addition, the circuit includes a continuously charged capacitor C65, DIACS 51 and winding Nf1Self-source formed by transistor T53 controlled by The switching off start circuit is provided. The rectified output voltage is , Is essentially a DC voltage. Therefore, small value thin film capacitors are Can be used as a prime. The regulated output voltage (12V) is a standard linear adjustment method. Obtained by use.   Unit-6 has a monitor with four Schmitt-triggers as shown in FIG. It operates as a data unit. Schmitt-Trigger ST-1, ST-2, ST- 3 and ST-4 (see FIG. 1) are IC61, IC62, IC63 and IC64. This is performed by four voltage comparators shown as: The first Schmidt The trigger (IC61) is provided by a photo register (PH) that performs a light control switch. Controlled. The second Schmitt-trigger (IC 62) is to switch the temperature control switch It is controlled by a thermistor (TH). Third and fourth Schmidt-Tries The gar (IC63 and IC64) is connected to the input voltage for performing the window comparator. Proportional voltage VxIs controlled by The transistor T61 is connected to a comparator ( The output is controlled by the common output of the (AND combination) and becomes a monitor unit. Transistor The output (M) of T61 controls unit-1 and unit-2, and M = 0 or In order to set M = 1 (≒ 12 V), it is turned on or off.   While preferred embodiments of the present invention have been shown and described in detail, their alternatives, modifications and modifications have been described. Regular forms may only be made within the spirit of the invention and the scope of the following claims. It should be noted by those skilled in the art. Accordingly, the present invention has been It should not be limited to any particular embodiment.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,MW,SD),AM,AT, AU,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C Z,DE,DK,ES,FI,GB,GE,HU,JP ,KE,KG,KP,KR,KZ,LK,LT,LU, LV,MD,MG,MN,MW,NL,NO,NZ,P L,PT,RO,RU,SD,SE,SI,SK,TJ ,TT,UA,UZ,VN (72)発明者 メリシュ,ヤーニシュ アメリカ合衆国 フロリダ州 33126 マ イアミ ナンバー 402 ノースウエスト セブンス ストリート 8075────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LU, M C, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG , CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (KE, MW, SD), AM, AT, AU, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, C Z, DE, DK, ES, FI, GB, GE, HU, JP , KE, KG, KP, KR, KZ, LK, LT, LU, LV, MD, MG, MN, MW, NL, NO, NZ, P L, PT, RO, RU, SD, SE, SI, SK, TJ , TT, UA, UZ, VN (72) Inventors Melish, Janish             United States Florida 33126 Ma             Iami No. 402 Northwest               7th Street 8075

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.電力供給器と結合された高電力ファクタ予備調整器を有し、それにより、 該高電力ファクタ予備調整器が、誘導子、第1のMOSFET、整流器及び出 力コンデンサー及び分流器を有する制御ユニットを含むブースト・コンバータを 備え、更に、 前記分流器が、前記の第1のMOSFETの電源及び前記の出力コンデンサー と結合されており、そして、 前記の誘導子と前記整流器が、前記の第1のMOSFETと結合しており、更 に、前記の第1のMOSFETと駆動MOSFETと結合された補償性MOSF ET対を有し、 第1及び第2のデュアル入力NANDゲートが、各々、前記の駆動MOSFE Tを行なう前記の補償性MOSFET対のゲートと結合しており、それにより、 前記の補償性MOSFET対のMOSFET各々は、独立に制御できるものであ ることを特徴とするガス放電のための低周波数方形波電子安定器。 2.制御ユニットは、前記の第1と第2のNANDゲートと結合され、更に、前 記デュアル入力NANDゲートの入力と結合された第1及び第2の電圧コンパレ イター、第3のデュアル入力NANDゲートにより制御されたノコギリ波発生器 を有し、それにより、 前記第1の電圧コンパレイターが、ゼロ電流検知を行なう前記分流器と結合さ れており、更に、前記の第2の電圧コンパレイターのインバーテイング入力が、 前記ノコギリ波発生器と結合されており、前記の第3のNANDゲートの第1の 入力が、前記第2の電圧コンパレイターの遅延出力と結合され、前記の第3のデ ュアル入力NANDゲートの第2の入力は、前記の第1の電圧コンパレイター入 力の出力と結合され、そして、更に、エラー増幅器を有し、それにより、 前記のエラー増幅器の出力が、前記の第2の電圧コンパレイターの非インバー テイングの入力と結合され、従って、前記の誘導子の平均電流が、正弦波である 制御オン−タイム技術を行なうことを特徴とする請求項1に記載の、ガス放電装 置のための低周波数方形波電子安定器。 3.前記の高電力予備調整器と結合された電力制御のDC電流源を有し、それに より、前記の電力制御のDC電流源が、第1のMOSFET、誘導子、前記の第 1のMOSFETと誘導子の間に結合された第1整流器、前記の第1の整流器と 結合した出力コンデンサー、前記の第1のMOSFETと結合された補償MOS FET対、前記の補償MOSFETと結合された第1及び第2のデュアル入力N ANDゲート及び前記第1及び第2のデュアル入力NANDゲートと直接に結合 され、浮動制御を行なう制御回路を有するバック・コンバータを備え、 それにより、前記の制御回路が、前記の第1及び第2のデュアル入力NAND ゲートの第1入力と結合されたゼロ誘導子電圧検知ユニット、前記の第1及び第 2のデュアル入力NANDゲートの第2入力と結合された誘導子電流制御ユニッ ト、及び前記の誘導子電流制御ユニットと結合された出力電圧インバージョン・ ユニットを有し、電力制御のDC電流源を与えることを特徴とする請求項1に記 載の、ガス放電装置のための低周波数方形波電子安定器。 4.前記のゼロ誘導子電流検知ユニットは、第1の電圧コンパレイター、第2の 整流器及びショットキイ整流器を有し、それにより、 前記ショットキイ整流器のカソードが、前記の第1の整流器のカソードと結合 され、前記の第2の整流器のアノードは、前記の第1の整流器のアノードと結合 され、前記のショットキイ整流器のアノードは、前記の第2の整流器のカソード と結合され、更に、それにより、 前記のショットキイ整流器及び前記の第2の整流器の共通な点は、前記の第1 の電圧コンパレイターと結合され、前記の第1のMOSFETのオフ状態での誘 導子電流のゼロレベルを検知できることを特徴とする請求項3に記載の、ガス放 電装置のための低周波数方形波電子安定器。 5.前記の誘導子電流制御ユニットは、第2の電圧コンパレイター、電源及びド レインを有する第2のMOSFET(該第2のMOSFETは、前記の第1の電 圧コンパレイターの出力と結合されている)、前記の第2のMOSFETの電源 及びドレインと並列に結合された第1のコンデンサー、前記の第1のコンデンサ ーと結合された第3の整流器及び前記の第3の整流器と直列に結合された第1の 抵抗器を有し、それにより、 前記の第3の整流器と前記の第1のコンデンサーの共通点が、前記の第2の電 圧コンパレイターの非インバーテイングの入力に結合しており、前記の第1の整 流器が前記出力コンデンサーのポジティブ端子に結合されており、そして、前記 の第2のMOSFETの電源は、前記の制御回路のポジティブの論理供給器と結 合されており、それにより、前記の第1のMOSFETのオン状態で、誘導子電 流のアナログ・モデルを提供するものであることを特徴とする請求項3に記載の 、ガス放電装置のための低周波数方形波電子安定器。 6.前記の出力電圧インバージョン・ユニットは、第2のコンデンサー、第4の 整流器、前記の第2のコンデンサーと結合された電圧分割抵抗対、第2及び第3 の抵抗と直列に結合された第1及び第2のツエナーダイオードを各々有し、 それにより、前記の第4の整流器のカソードが、前記の出力コンデンサーのポ ジテイブ端子と結合され、前記の第4の整流器のアノードが、前記の第2のコン デンサーの第1の端子と結合され、前記の第2のコンデンサーの第2の端子及び 前記の第2及び第3の抵抗器は、前記の制御回路のゼロレベルと結合され、前記 の第1及び第2のツエナーダイオードが、前記の電圧分割抵抗対の共通点と結合 されて、それにより、 前記の電圧分割抵抗対の共通点は、前記の第2の電圧コンパレイターのインバ ーテイング入力と結合され、非−ゼロの最小及び最大の出力電圧の範囲内で、出 力電力を一定にするものであり、更に、前記の制御回路の論理供給器と結合され た第3の抵抗器と直列に結合された第3のツエナーダイオード及び、前記の第3 のツエナーダイオード及び前記の第3の抵抗器の共通点と結合している第5の整 流器を有し、それにより、 前記の第5の整流器のカソードは、前記の第2の電圧コンパレイターのインバ ーティング入力と結合され、それにより、ゼロ及び非ゼロの最小の出力電圧の範 囲内で、出力電流を一定にするものであることを特徴とする請求項3に記載の、 ガス放電装置のための低周波数方形波電子安定器。 7.前記の電力制御のDC電流源と結合された低周波数方形波DC−ACインバ ータを有し、それにより、 前記の低周波数方形波DC−ACインバータは、第1、第2、第3及び第4の MOSFET、第1、第2、第3及び第4の補償型MOSFET対、第1、第2 の論理光アイソレータ、論理信号駆動ユニット及び周波数制御ユニットを有し、 それにより、 前記の第1及び第2の補償型MOSFET対は、前記の第1及び第2のMOS FETに結合されており、前記の第3及び第4の補償型のMOSFET対は、前 記の第3及び第4のMOSFETと結合されており、前記の第1及び第2の論理 光アイソレータは、前記の第3及び第4の補償型MOSFET対と結合され、前 記の第1及び第2の補償型MOSFET対及び前記の第1及び第2の論理光アイ ソレータは、前記の論理信号駆動ユニットと結合され、そして、前記の論理信号 駆動ユニットは、前記の周波数制御ユニットと結合され、タイムプログラムされ た周波数制御は、前記の低周波数方形波DC−ACインバータのDC動作による ことを特徴とする請求項3に記載の、ガス放電装置のための低周波数方形波電子 安定器。 8.前記の論理信号駆動ユニットは、第1、第2、第3及び第4のデュアル入力 NANDゲート、第1及び第2の電圧コンパレイター、RC回路、前記の論理信 号駆動ユニットの論理供給部と結合された電圧分割抵抗対、論理制御入力及び抑 制入力を有し、それにより、前記のRC回路は、前記の論理制御入力及び前記の 論理駆動器のゼロ電圧レベルと結合され、それにより、 前記の第1の電圧コンパレイターの非−インバーテイング入力及び前記の第2 の電圧コンパレイターのインバーテイング入力は、前記のRC回路の共通点と結 合され、前記の第1の電圧コンパレイターのインバーテイング入力及び前記の第 2の電圧コンパレイターの非−インバーテイングの入力は、前記の電圧分割抵抗 対の共通点と結合され、前記の第1の電圧コンパレイターの出力は、前記の第1 及び前記の第3のデュアル入力NANDゲートの第1入力と結合され、前記の第 2の電圧コンパレイターの出力は、前記の第2及び第4のデュアル入力NAND ゲートの第1入力と結合され、前記の第3のデュアル入力NANDゲートの第2 の入力は、前記の論理制御入力と結合され、 前記の、第4のデュアル入力NANDゲートの第2入力は、インバータ論理制 御信号と結合され、前記の第1の及び前記の第2デュアル入力NANDゲートの 第2入力は、前記の抑制入力と結合され、更に、それにより、 前記の、第1、第2、第3及び第4のデュアル入力NANDゲートの出力は、 前記の第1の、補償型MOSFET対、前記の、第2の補償型MOSFET対、 前記の第1の論理光アイソレータ及び前記の第2の論理光アイソレータと結合さ れ、それにより、スイッチング或いはDC動作を変えて、或いは、前記の方形波 インバータの抑制は、デッドタイム制御により、前記の第1、第2、第3及び第 4のMOSFETを横断して導電性になることを回避することを特徴とする請求 項7に記載の、ガス放電装置のための低周波数方形波電子安定器。 9.前記の周波数制御ユニットは、第3及び第4の電圧コンパレイター、第1及 び第2の出力を有するデジタル・タイマー、アナログ・タイマー、低周波数デジ タル発振器及びD−フリップ−フロップを有し、それにより、 前記の第3及び第4の電圧コンパレイターは、前記方形波インバータの入力電 圧により制御され、 前記のデジタル・タイマーは、前記の第3の電圧コンパレイターにより制御さ れ、 前記のアナログ・タイマーは、前記の第4の電圧コンパレイターにより制御さ れ、前記の低周波数デジタル発振器の出力は、前記のDフリップ−フロップのク ロック入力と結合され、前記のアナログ・タイマーの出力は、前記のDフリップ −フロップのSET入力と結合され、前記のDフリップ−フロップの出力は、前 記の論理駆動器の論理制御入力と結合され、短時間タイムプログラムされたDC 動作を成し、そして、 荷重条件下で前記の方形波インバータの正常な低周波数動作に転換せしめ、更 に、それにより、 前記のデジタル・タイマーの第1の出力は、前記の論理駆動器の抑制入力と結 合され、小さい荷重の条件下で、前記の方形波インバータの長い時間のタイムプ ログラムされた抑制を行なうことを特徴とする請求項7に記載の、ガス放電装置 のための低周波数方形波電子安定器。 10.前記の周波数制御ユニットは、更に、前記のアナログ・タイマーと第1及 び第2のANDゲートにより制御された高周波数デジタル発振器を有し、 それにより、前記の高周波数デジタル発振器の出力と前記のデジタル・タイマ ーの第1出力は、前記の第1のANDゲートに結合しており、その出力は、前記 の論理信号ユニットと前記の低周波数デジタル発振器の出力に結合しており、前 記の高周波数デジタル発振器の出力は、前記の第2のANDゲートに結合されて おり、その出力が、前記のDフリップ−フロップ回路に結合しており、 それにより、前記の方形波インバータの短時間のタイム・プログラムされた高 周波数電流パルス動作になることを特徴とする請求項3に記載の、ガス放電装置 のための低周波数方形波電子安定器。 11.前記の高電力ファクタ予備調整器と結合され、前記の低周波数方形波DC −ACインバータと結合されたイグナイタ回路を有し、それにより、 前記のイグナイタ回路は、第1次及び第2次の巻線を有するパルス変圧器、前 記の高電力ファクタ予備調整器の出力コンデンサーに結合された抵抗器、前記抵 抗器と結合されたコンデンサー、サイリスタ、前記のサイリスタのゲート及び前 記のデジタル・タイマーの第2の出力と結合されたRC回路を有し、それにより 、 前記のパルス変圧器の第2次巻線は、前記コンデンサーと前記のサイリスタと 結合されており、更にそれにより、 前記のパルス変圧器の第1次巻線は、前記の方形波インバータと前記のガス放 電装置の出力と直列に結合されており、それにより、 前記のガス放電装置の周期的な高電圧イグニションパルスを与えることを特徴 とする請求項7に記載の、ガス放電装置のための低周波数方形波電子安定器。 12.前記の高電力ファクタの予備調整器と結合され、そして、また、前記の電 力制御のDC電流源と結合され、そして、前記の低周波数方形波DC−ACイン バータと結合された低電力安定化の論理供給電圧源を有し、それにより、 前記の低電力安定化の論理供給電圧源が、前記の電力供給器と結合されたブリ ッヂ整流器、前記のブリッヂ整流器のDC出力と結合された第1のコンデンサー 、前記の第1のコンデンサーと結合された高周波数の半−ブリッヂの方形波発振 器及び前記の高周波数の半−ブリッヂ方形波発振器と結合された5つの線形の調 整器を有し、 前記の高周波数の半−ブリッヂの方形波発振器が、第1と第2のトランジスタ 、電圧分割コンデンサーとして動作する第2と第3のコンデンサー、前記のトラ ンジスタと前記の電圧分割コンデンサーの共通点と結合された第1次巻線を有す る変圧器、第1と第2のフィードバック巻線及び5つの第2次巻線を有し、 前記の高周波数の半−ブリッヂの方形波発振器が、更に、前記の第1のフィー ドバック巻線及び第1のトランジスタのベースと結合された第1のRC回路、第 2のフィードバック巻線及び前記の第2のトランジスタのベースに結合された第 2RC回路、及び前記の第1のトランジスタのベースと結合された自己−スイッ チングオフ スタータを有し、 それにより、5つの単独な非−安定化の高周波数方形波の電圧源は、5つの単 独で、安定化された論理供給電圧源を与えることを特徴とする請求項7に記載の 、ガス放電装置のための低周波数方形波電子安定器。 13.前記の低電力安定化論理供給電圧源と結合されたモニタ(監視)回路を有 し、それにより、 前記のモニタ回路が、入力電圧のためのウィンドコンパレイターを行なう前記 の電力供給器の整流された電圧により制御された第1及び第2の電圧コンパレイ ター、第3の電圧コンパレイター、前記の第3の電圧コンパレイターを制御する 光素子(抵抗)、第4の電圧コンパレイター、前記の第4の電圧コンパレイター を制御するサーミスタを有し、それにより、 前記の高電力ファクタ予備調整器及び前記の電力制御のDC電流源が、前記の 電圧コンパレイターの出力により制御され、光制御スイッチ、過剰温度保護及び 論理供給電圧保護が得られることを特徴とする請求項12に記載の、ガス放電装 置のための低周波数方形波電子安定器。[Claims] 1. Having a high power factor preconditioner coupled to the power supply, whereby   The high power factor preconditioner includes an inductor, a first MOSFET, a rectifier, and an output. A boost converter including a control unit having a power condenser and a shunt. Prepare,   The shunt comprises a power supply for the first MOSFET and an output capacitor. And is combined with   The inductor and the rectifier are coupled to the first MOSFET, and A compensating MOSF coupled to the first MOSFET and the driving MOSFET. Have an ET pair,   First and second dual-input NAND gates are respectively connected to the driving MOSFETs. T is coupled to the gate of the compensating MOSFET pair that performs T, whereby Each of the MOSFETs in the compensating MOSFET pair can be independently controlled. Low frequency square wave electronic ballast for gas discharge characterized by the following. 2. A control unit is coupled to said first and second NAND gates and further comprises First and second voltage comparators coupled to the inputs of the dual input NAND gate; Sawtooth generator controlled by a third dual-input NAND gate And thereby,   The first voltage comparator is coupled to the shunt for zero current sensing. And the inverting input of the second voltage comparator is A first one of the third NAND gates coupled to the sawtooth generator; An input is coupled to the delay output of the second voltage comparator and the third output. The second input of the dual input NAND gate is the input of the first voltage comparator. Coupled to the output of the force, and further having an error amplifier, thereby   The output of the error amplifier is a non-inverter of the second voltage comparator. Coupled to the input of the wing, so that the average current of said inductor is sinusoidal The gas discharge device according to claim 1, wherein a controlled on-time technique is performed. Low frequency square wave electronic ballast for installation. 3. Having a power controlled DC current source coupled to said high power preconditioner; Thus, the power control DC current source comprises a first MOSFET, an inductor, and the A first rectifier coupled between the first MOSFET and the inductor; Combined output capacitor, compensating MOS combined with said first MOSFET FET pair, first and second dual inputs N coupled to the compensation MOSFET Directly coupled to an AND gate and the first and second dual-input NAND gates A buck converter having a control circuit for performing floating control,   Thereby, the control circuit operates the first and second dual-input NANDs. A zero inductor voltage sensing unit coupled to a first input of the gate, wherein the first and second Inductor current control unit coupled to the second input of the dual input NAND gate And an output voltage inversion coupled with said inductor current control unit. 2. The power supply of claim 1, further comprising a unit for providing a DC current source for power control. On-board low frequency square wave electronic ballast for gas discharge devices. 4. The zero inductor current sensing unit comprises a first voltage comparator, a second A rectifier and a Schottky rectifier, whereby   The cathode of the Schottky rectifier is coupled to the cathode of the first rectifier Wherein the anode of the second rectifier is coupled to the anode of the first rectifier. And the anode of the Schottky rectifier is connected to the cathode of the second rectifier. And, furthermore,   The common feature of the Schottky rectifier and the second rectifier is that the first Of the first MOSFET in the off state. 4. The gas discharge according to claim 3, wherein a zero level of the conductor current can be detected. Low frequency square wave electronic ballast for electrical equipment. 5. The inductor current control unit comprises a second voltage comparator, a power supply and a A second MOSFET having a rain (the second MOSFET is connected to the first power source). The output of the second MOSFET). And a first capacitor coupled in parallel with the drain, said first capacitor And a third rectifier coupled in series with the first rectifier coupled in series with said third rectifier. Having a resistor, thereby   The common point of the third rectifier and the first capacitor is the second power supply. Coupled to the non-inverting input of the pressure comparator, and A current sink is coupled to the positive terminal of the output capacitor; and The power supply of the second MOSFET is connected to the positive logic supply of the control circuit. The first MOSFET is in the on state and the inductor current is turned on. 4. The method according to claim 3, wherein the method provides an analog model of the flow. , Low frequency square wave electronic ballast for gas discharge equipment. 6. The output voltage inversion unit comprises a second capacitor, a fourth A rectifier, a pair of voltage-dividing resistors coupled to the second capacitor, a second and third Having first and second Zener diodes coupled in series with the resistors of   Thereby, the cathode of the fourth rectifier is connected to the output capacitor posi- tion. And the anode of the fourth rectifier is connected to the second terminal. A second terminal of the second capacitor, coupled to a first terminal of the capacitor; The second and third resistors are coupled to a zero level of the control circuit; First and second Zener diodes are coupled to a common point of the pair of voltage dividing resistors. Being done,   The common point of the pair of voltage dividing resistors is the inverter of the second voltage comparator. Output within a non-zero minimum and maximum output voltage range. To make the power constant, and further combined with the logic supplier of the control circuit. A third Zener diode coupled in series with a third resistor, And a fifth resistor coupled to a common point of the Zener diode and the third resistor. Having a sink, thereby   The cathode of the fifth rectifier is connected to the inverter of the second voltage comparator. And the minimum output voltage range of zero and non-zero. 4. The method according to claim 3, wherein the output current is constant within the box. Low frequency square wave electronic ballast for gas discharge devices. 7. Low frequency square wave DC-AC inverter coupled with said power controlled DC current source Data, so that   The low frequency square wave DC-AC inverter comprises first, second, third and fourth MOSFET, first, second, third and fourth compensating MOSFET pairs, first, second Having a logic optical isolator, a logic signal drive unit and a frequency control unit, Thereby,   The first and second compensation MOSFET pairs are connected to the first and second MOS transistors. The third and fourth compensated MOSFET pairs, which are coupled to an FET, And the third and fourth MOSFETs, and the first and second logics An optical isolator is coupled to the third and fourth pairs of compensated MOSFETs, and The first and second compensation MOSFET pairs and the first and second logic optical eyes described above. A solator is coupled to the logic signal drive unit, and the logic signal The drive unit is combined with the frequency control unit and time programmed Frequency control by the DC operation of the low frequency square wave DC-AC inverter. A low frequency square wave electron for a gas discharge device according to claim 3, characterized in that: stabilizer. 8. The logic signal driving unit has first, second, third and fourth dual inputs. A NAND gate, first and second voltage comparators, an RC circuit, Voltage division resistor pair coupled to the logic supply of the A control input, whereby said RC circuit causes said logic control input and said Combined with the zero voltage level of the logic driver, thereby   The non-inverting input of the first voltage comparator and the second Inverting input of the voltage comparator is connected to the common point of the RC circuit. The inverting input of the first voltage comparator and the inverting input of the first voltage comparator. 2 is a non-inverting input of the voltage comparator Coupled to the common point of the pair, the output of the first voltage comparator is connected to the first And a first input of the third dual-input NAND gate; The output of the second voltage comparator is the second and fourth dual-input NAND. A second input of the third dual-input NAND gate, coupled to a first input of the third gate; Is coupled to the logic control input described above,   The second input of the fourth dual-input NAND gate is connected to an inverter logic control. Control signal, the first and second dual-input NAND gates The second input is combined with the suppression input, further comprising:   The outputs of the first, second, third and fourth dual input NAND gates are: The first pair of compensating MOSFETs, the second pair of compensating MOSFETs, A first logic optical isolator coupled with the second logic optical isolator; Thereby changing the switching or DC operation, or the square wave The suppression of the inverter is performed by the dead time control, by the first, second, third, and third inverters. Avoiding becoming conductive across the four MOSFETs Item 8. A low frequency square wave electronic ballast for a gas discharge device according to item 7. 9. The frequency control unit comprises third and fourth voltage comparators, first and second voltage comparators. Digital timer, analog timer, low frequency digital Having a Tal oscillator and a D-flip-flop,   The third and fourth voltage comparators are connected to the input voltage of the square wave inverter. Controlled by pressure,   The digital timer is controlled by the third voltage comparator. And   The analog timer is controlled by the fourth voltage comparator. And the output of the low frequency digital oscillator is the D flip-flop clock. Combined with a lock input, the output of the analog timer is the D flip -Coupled to the SET input of the flop, the output of the D flip-flop is A short time programmed DC coupled to the logic control input of the logic driver Work, and   Switch to the normal low frequency operation of the square wave inverter under load condition, And thereby   The first output of the digital timer is connected to the inhibit input of the logic driver. Under the conditions of light load and long time The gas discharge device according to claim 7, wherein a programmed suppression is performed. Low frequency square wave electronic ballast for 10. The frequency control unit may further include the analog timer and the first and second analog timers. And a high frequency digital oscillator controlled by a second AND gate;   Thereby, the output of said high frequency digital oscillator and said digital timer Is coupled to the first AND gate, the output of which is coupled to the first AND gate. Logic signal unit and the output of said low frequency digital oscillator, The output of said high frequency digital oscillator is coupled to said second AND gate. Whose output is coupled to said D flip-flop circuit,   This results in a short time programmed high of the square wave inverter. 4. The gas discharge device according to claim 3, wherein the gas discharge operation is a frequency current pulse operation. Low frequency square wave electronic ballast for 11. The low frequency square wave DC coupled to the high power factor preconditioner; -Having an igniter circuit coupled to the AC inverter,   The igniter circuit comprises a pulse transformer having primary and secondary windings, A resistor coupled to the output capacitor of the high power factor preconditioner, Condenser, thyristor, gate and front of said thyristor, combined with an armor Having an RC circuit coupled to the second output of the digital timer, ,   The secondary winding of the pulse transformer is connected to the capacitor and the thyristor. Combined, and thereby   The primary winding of the pulse transformer is connected to the square wave inverter and the gas discharge. Connected in series with the output of the electrical device,   Providing a periodic high voltage ignition pulse for the gas discharge device. A low frequency square wave electronic ballast for a gas discharge device according to claim 7. 12. Combined with the high power factor preconditioner, and also Coupled to a power controlled DC current source and the low frequency square wave DC-AC input Having a low power regulated logic supply voltage source coupled to the barter,   The low power stabilized logic supply voltage source is a bridge coupled to the power supply. A bridge rectifier, a first capacitor coupled to the DC output of the bridge rectifier High frequency half-bridge square wave oscillation coupled with said first capacitor Linear modulator combined with a high frequency half-bridge square wave oscillator and said high frequency half-bridge oscillator Has an integrator,   The high frequency half-bridge square wave oscillator includes first and second transistors. A second and a third capacitor operating as voltage dividing capacitors; Having a primary winding coupled to a common point of the transistor and the voltage dividing capacitor. A transformer, first and second feedback windings and five secondary windings,   The high frequency half-bridge square wave oscillator further comprises the first feeder. A first RC circuit coupled to the feedback winding and the base of the first transistor; A second feedback winding and a second transistor coupled to the base of the second transistor. 2RC circuit, and a self-switch coupled to the base of the first transistor. With a start-off starter   Thereby, five independent non-stabilized high frequency square wave voltage sources are provided by five single 8. The method according to claim 7, further comprising providing a stabilized logic supply voltage source. , Low frequency square wave electronic ballast for gas discharge equipment. 13. A monitor circuit coupled to said low power regulated logic supply voltage source; And thereby   The monitor circuit performs a window comparator for an input voltage. And second voltage comparators controlled by the rectified voltage of the power supply of the power supply. , A third voltage comparator, controlling the third voltage comparator Optical element (resistance), fourth voltage comparator, the fourth voltage comparator Having a thermistor controlling   The high power factor preconditioner and the power control DC current source are Controlled by the output of voltage comparator, light control switch, over temperature protection and 13. The gas discharge device according to claim 12, wherein a logic supply voltage protection is obtained. Low frequency square wave electronic ballast for installation.
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