JPH10512395A - 長寿命の調光可能なランプのための電子式安定器用の多機能フィラメント・ヒータ電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 フィラメント・ヒータ電源装置は、組合せ順及びフライバック電力変換装置で構成され、調光可能なランプのフィラメントに電子的に可変で電気的に隔離された電圧を供給すると共に、安定器制御回路に一定の直流出力電圧を供給する。従って、唯１つの安定器電源装置しか必要とされない。制御回路は、フィラメント電圧のレベルを制御して、調光動作中でさえもランプ・フィラメントを最適な温度で動作させ、もってランプ寿命を実質的に延長させる。フィラメント・ヒータ電源装置は各々のフィラメントの両端間の電圧を調整し追跡しながら、フィラメント電圧相互間の隔離を行う。フィラメント・ヒータ電源装置はランプの始動を助けるためにフィラメントを予熱することができ、またランプが照明器具内に取り付けられていないとき又はフィラメントが断線しているときにこれを検知して、照明器具の端子に高電圧始動パルスを印加しないように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】 長寿命の調光可能なランプのための電子式安定器用の 多機能フィラメント・ヒータ電源装置 発明の分野 本発明は一般的に電源装置に関するものであり、より具体的には、調光可能な ランプのための電子式安定器用の電源装置に関するものである。 発明の背景 蛍光ランプのような放電ランプのフィラメントに電力を供給するために、通常 フィラメントはコンデンサと直列に接続され、この直列回路がランプと並列の接 続される。残念なことに、一般に従来の安定器では調光可能な放電ランプが動作 するフィラメント電圧を最適にしないので、調光可能なランプの寿命が調光機能 によって減じることである。更に、調光可能なランプに対する制御電力が典型的 には、安定器のインバータ用の電源装置とは別個の付加的な電源装置から供給さ れるという別の欠点がある。 従って、ランプ・フィラメントに電子的に可変で電気的に隔離された電圧を供 給すると共に、安定器インバータの制御回路に一定電圧を供給するようにした、 調光可能なランプのための電子式安定器用の電源装置を提供することが望ましい 。更に、この様な電源装置は調光動作中でもフィラメントを最適な温度に維持す ることが望ましい。また、この様な電源装置はランプが照明器具内に取り付けら れていないときにこれを検知して、ランプの無い照明器具に高電圧の始動パルス を印加しない機能を有していることが望ましい。 発明の概要 本発明によるフィラメント・ヒータ電源装置は、組合せ順及びフライバック電 力変換装置で構成され、調光可能なランプのフィラメントに電子的に可変で電気 的に隔離された電圧を供給すると共に、安定器制御回路に一定の直流出力電圧を 供給する。従って、有利な点は唯１つの安定器電源装置しか必要とされないこと である（しかしながら、希望によっては、多ランプ・システムにおいて各々のラ ンプを別々のフィラメント・ヒータ電力変換装置で駆動することもできる）。制 御回路は、フィラメント電圧のレベルを制御して、調光動作中でさえもランプ・ フィラメントを最適な温度で動作させ、もってランプ寿命を実質的に延長させる 。フィラメント・ヒータ電源装置は各々のフィラメント両端間の電圧を調整し追 跡しながら、フィラメント電圧相互間の隔離を行う。好ましくは、フィラメント ・ヒータ電源装置はランプの始動を助けるためにフィラメントを予熱する。フィ ラメント・ヒータ電源装置は更に、ランプが照明器具内に取り付けられていない とき又はフィラメントが動作不能（断線）であるときにこれを検知して、その端 子に高電圧始動パルスを印加しないように構成されている。 図面の簡単な説明 図１は、本発明による調光可能な放電ランプに対する安定器システムを示す概 略回路図である。 図２は、図１中のフィラメント・ヒータ電源装置の一実施態様を示す概略回路 図である。 図３は、二重ランプ・システムの各々のランプが別々のフィラメント・ヒータ 電源装置によって駆動されるようにした本発明の別の実施態様を示す概略回路図 である。 発明の詳しい説明 図１は、本発明による安定器システムを例示する。図１の安定器システムは、 一例として、直列に接続された２つの蛍光ランプ１０および１２に給電するもの として示されている。各々のランプは２つのランプ・フィラメント１０ａ，１０ ｂおよび１０ｃ，１０ｄをそれぞれ有する。一方のランプは始動コンデンサＣｉ と並列に接続される。始動コンデンサＣｉはランプ１２を一時的に短絡して、始 動のためにランプ１０により大きな電圧が印加されるようにする。電力は２つの ランプ１０および１２に安定器インバータ１６を介して供給される。安定器イン バータ１６は直列に接続された負性抵抗特性を持つランプを駆動するのに適した 周知の任意の形式のものであってよい。フィラメント・ヒータ電源装置１８が直 流入力電圧（例えば、５Ｖ）を変換して、一次巻線Ｎｐおよび二次巻線Ｎ１，Ｎ ２，Ｎ３，Ｎ４を有する変圧器２０を介して互いに隔離された電圧を４つのラン プ・フィラメント１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄにそれぞれ供給する。フィラ メント・ヒータ電源装置１８はまた、整流した後で電力を制御論理回路２２に供 給するための別の巻線Ｎｓを有する。制御論理回路２２はフィラメント・ヒータ 電源装置１８および安定器インバータ１６の両方を制御する。 図２は、組合せ順及びフライバック電力変換装置で構成した本発明によるフィ ラメント・ヒータ電源装置１８を示す。順及びフライバック電力変換装置は、フ ライバック制御回路２４によって制御される主スイッチング素子Ｑ１有する。フ ライバック制御回路２４は、制御論理回路２２によって指令された通りのゲート 信号をスイッチング素子Ｑ１に供給する。４つの巻線Ｎ１−Ｎ４並びにそれらの 関連するダイオードＤ１−Ｄ４およびコンデンサＣ１−Ｃ４がフライバック・モ ードで動作する。すなわち、スイッチング素子Ｑ１がオンのときに蓄積されたエ ネルギが、スイッチング素子Ｑ１がターンオフされるときに出力に転送される。 ランプ・フィラメント電圧レベルがスイッチング素子Ｑ１のデューティサイクル によって制御され、このデューティサイクルはフィラメント電圧はフライバック 制御回路２４に入力として供給されるフィラメント電圧指令により制御される。 フィラメント出力電圧の帰還が、スイッチング素子Ｑ１がオフのときの変圧器一 次巻線Ｎｐ両端間の電圧を検知することによって達成される。全ての変圧器巻線 が密結合されているので、一次巻線Ｎｐに電流が流れていないときの一次巻線Ｎ ｐ両端間の電圧はフィラメント出力電圧に正比例し、フィラメント出力電圧は密 な磁気結合により互いに追従する。この様にして、全ての巻線相互間の直流隔離 を維持しながら、フィラメント電圧の帰還が達成される。 制御論理回路２２に供給するための電力は付加的な巻線Ｎｓを使用することに よって同じ電源装置１８から得られる。巻線Ｎｓは、巻線Ｎ１−Ｎ４と同様に変 圧器２０の同じコア上で順方向極性を持つように接続されている。スイッチング 素子Ｑ１がオンのとき、入力電圧ＶＤＣは巻線Ｎｓおよびそれと直列接続のダイ オードＤｓにより論理母線（ＶＬＯＧＩＣ）に直接に変圧器結合される。その結 果、出力論理電圧ＶＬＯＧＩＣは入力電圧ＶＤＣが調整されるのとほぼ同じ程度 まで調整される。従って、入力電圧ＶＤＣが調整されている場合、すなわち入力 電圧ＶＤＣが他のシステムの電圧調整された母線から得られる場合、電圧ＶＬＯ ＧＩＣは安定器制御回路によって直接使用可能である。 有利な点は、フィラメント電圧相互間の隔離が非常に良く維持され、同時にフ ィラメント電圧を制御し、調整し、追跡することができることである。これが必 要な理由は、ランプを調光するとき、すなわちランプ電流を低減するとき、フィ ラメントの自己加熱が少なくなり、フライバック電力変換装置が最適なフィラメ ント温度を維持するように制御回路２２からの制御信号に応答してフィラメント 電圧を増大させるからである。フィラメントがランプの両端部にあるので、始動 の際にそれらのフィラメント相互間にはかなりの電圧、例えば数百ボルトの電圧 がかかることがある。始動の際の低い温度たとえば−２５℃のときに２つの直列 接続のランプの両端間のピーク電圧は１０００ボルト近くになることがあり、従 ってフィラメント相互間には高度の電圧隔離が必要になる。 ランプを取り付けていない照明器具（図示していない）の端子への高電圧始動 パルスの印加を避けるために、本発明ではランプが照明器具内に存在していない ときにそれを検知する手段が設けられる。具体的に述べると、ランプが照明器具 内に存在しないことを検知するために、電圧ＶＬＯＧＩＣのレベルが検知される 。負荷としてのフィラメントがない場合、フライバック電圧のデューティサイク ルが、フィラメント電圧帰還信号に応答して、すなわちスイッチング素子Ｑ１が オフのときの検知された一次電圧に応答して、小さい値に減少する。この電圧の 減少を比較器Ｃ１が検知して、比較器は制御回路２２にターンオフするように、 従ってランプ始動パルスを発生させないように指令する。ランプが照明器具内に 存在するときは、フィラメントに電力が供給され、電圧ＶＬＯＧＩＣはその正常 値になり、制御回路はランプを始動することが可能になる。 好ましくは、ランプを始動する前に、すなわち安定器インバータ１６をターン オンする前に、フィラメントを予熱して、アークの開始時のフィラメントの損傷 を防止するようにする。この目的のために、制御回路２２はフィラメント・ヒー タ電源装置１８の始動と安定器インバータ１６の始動との間に充分な時間遅延（ 例えば、０．５〜２．５秒）を与える。 図３は本発明の別の実施態様を示し、この実施態様では各々のランプが別々の フィラメント・ヒータ電源装置１８ａおよび１８ｂによって駆動される。図示の ように、例えばリニア・テクノロジイ・コーポレイションによって製造されてい る型名ＬＴ１１７０のような適当な市販の集積回路ＩＣ１およびＩＣ２が使用さ れる。図３の実施態様では、２つのＶＬＯＧＩＣ供給出力がダイオードＤ３およ びＤ２３によってダイオード論理和（オア）接続されており、これにより、一方 のフィラメント・ヒータ電源装置が故障した場合でも、制御論理回路２２（図２ ）が電力を引き続き受け取ることが出来る。更に、図３の回路がターンオンされ るとき、２つのフィラメント・ヒータ電源装置１８ａおよび１８ｂは、一方のラ ンプのフィラメントが励起されて所定の温度に達してから他方のランプのフィラ メントが励起されるように始動される。このために、タイマーの集積回路ＩＣ３ が所定の時間が経過するまで上側の電源装置１８ａの始動を防止する。従って、 有利なことに、５ボルトの入力電圧Ｖｄｃによる過渡電流は、２つのランプの冷 たい（従って低い抵抗を持つ）フィラメントを同時に励起した場合に必要となる 値のほぼ半分になる。 上記のダイオード論理和出力形式にする代わりに、各々の出力フィラメント電 圧を上述したように検知して、１つのランプが存在していない場合またはそのフ ィラメントが断線している場合でも、制御回路が両ランプへ始動信号を供給しな いようにすることも出来る。 図３のシステムでは、入力電圧Ｖｄｃは調整された直流５ボルトである。出力 フィラメント電圧を調整するために、下側の電源装置１８ｂの変圧器巻線Ｎ１の 電圧が測定されて調整される。入力電圧Ｖｄｃと巻線Ｎ１の電圧との和が調整さ れる。入力電圧Ｖｄｃは調整された電圧であるので、その結果として出力フィラ メント電圧も調整される。上側の電源装置１８ａは同様にそのフィラメント電圧 を調整する。例として、図３は３レベルの出力フィラメント電圧（例えば、最大 ランプ電力における２．５Ｖ、中位の調光のときの３．６Ｖ、および最小ランプ 電力における４Ｖ）を持つように制御される。各々のランプの所望のフィラメン ト電圧レベルは、対応する一次巻線Ｎ１から帰還される電圧の分圧比を実効的に 変えるために、トランジスタＱ１またはＱ２、或いはＱ３またはＱ４をそれぞれ オンまたはオフにスイッチングすることによって設定される。この様に離散的な フィラメント電圧レベルが得られるようにする代わりに、連続的な制御を行うよ うにしてもよい。 図３の典型的な回路に対する真理値表を以下に示す。 代替例として、単一のフィラメント・ヒータ電源装置（図２）または二重フィ ラメント・ヒータ電源装置（図３）のいずれかにおいて、入力直流電源装置から 供給される実際の電流を（例えば、図３に例示されているセンサＲｓによって） 検知して、動作可能なフィラメントが存在しているかどうか決定することが出来 る。例えば２ランプ・システムにおいて、電流の値が２つのランプに対する値の 半分である場合、これは片方のランプが存在していないか、或いはそのフィラメ ントが動作不能（断線）であることを表し、制御論理回路はそのランプに始動信 号が供給されるのを防止する。入力電流を検知するためにセンサＲｓを使用する 代わりに、各々のフィラメントへの電流を別々に検知する別個のセンサ（図示し ていない）を用いて、フィラメントが動作可能かどうか決定してもよい。 本発明の好ましい実施態様を図示し説明したが、この様な実施態様は例として 示されたものであることは明らかであろう。例えば、２ランプ・システムについ て図示し説明したが、本発明の原理が単一ランプ・システムを含めて、任意の数 のランプを含むシステムに適用できる。当業者には本発明の範囲内で種々の変形 、変更および置換をなし得よう。従って、本発明は請求の範囲に記載の精神およ び範囲によって定められるものと意図されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティバノビック，ユービサ・ドラゴユー ブ アメリカ合衆国、12065、ニューヨーク州、 クリフトン・パーク、バーニー・ロード、 ３エー（番地なし)

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも２つのフィラメントを持つ少なくとも１つの調光可能なランプ に対する安定器システムであって、 前記フィラメントを駆動して、そこから光出力を生じさせる安定器インバータ 、 前記フィラメントの各々に変圧器を介して結合されて、隔離された電圧を前記 フィラメントに供給するフィラメント・ヒータ電源装置、および 前記ランプから調光可能な光出力を生じるように前記安定器インバータを制御 し、且つ任意の光出力のための最適な出力フィラメント電圧を生じさせるように 前記フィラメント・ヒータ電源装置を制御する制御回路 を含んでいることを特徴とする安定器システム。 ２．前記制御回路は前記変圧器の付加的な巻線を介して前記前記フィラメント ・ヒータ電源装置に結合されており、前記制御回路は照明器具内に動作可能なラ ンプが存在しないことを検知する検知回路を更に含んでおり、前記検知回路は、 前記付加的な巻線の両端間の電圧を検知して、前記付加的な巻線の両端間の電圧 が閾値より低い場合はランプに対する始動信号の発生を防止する電圧検知回路を 有している請求項１記載の安定器システム。 ３．前記制御回路は前記変圧器の付加的な巻線を介して前記前記フィラメント ・ヒータ電源装置に結合されており、前記制御回路は照明器具内に動作可能なラ ンプが存在しないことを検知する検知回路を更に含んでおり、前記検知回路は、 ランプ・フィラメントの存在を表す電流を検知して、該電流が閾値より低い場合 はランプに対する始動信号の発生を防止する電流検知回路を有している請求項１ 記載の安定器システム。 ４．前記の検知される電流が前記フィラメント・ヒータ電源装置に供給される 電流である請求項３記載の安定器システム。 ５．前記ランプの数が２つ以上であり、前記フィラメント・ヒータ電源装置が 各々のランプに対して設けられている請求項１記載の安定器システム。 ６．前記フィラメント・ヒータ電源装置のそれぞれの出力がダイオード論理和 形式で一緒に接続されている請求項５記載の安定器システム。 ７．前記制御回路は、アークの発生の前にフィラメントを予熱するために前記 フィラメントへの電圧の供給と前記安定器インバータの付勢との間に時間遅延を 与えるタイミング回路を更に含んでいる請求項１記載の安定器システム。 ８．前記ランプの数が２つ以上であり、これらのランプのフィラメントのそれ ぞれの始動の相互間に時間遅延を与えるタイミング回路が更に設けられている請 求項１記載の安定器システム。 ９．前記フィラメント・ヒータ電源装置が組合せ順及びフライバック電力変換 装置で構成されている請求項１記載の安定器システム。