JPH1055893A

JPH1055893A - 安定器回路

Info

Publication number: JPH1055893A
Application number: JP9118536A
Authority: JP
Inventors: David Joseph Kachmarik; デイビッド・ジョウセフ・カクマリク; Louis Robert Nerone; ルイス・ロバート・ネロン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1997-05-09
Publication date: 1998-02-24
Also published as: CN1180986A; US5719472A; EP0808086A1

Abstract

(57)【要約】【課題】高電圧集積回路を利用するガス放電ランプ用
安定器回路を提供する。【解決手段】ガス放電ランプを含む共振負荷回路であ
って、該回路の動作周波数を定める値を持つ第１および
第２の共振インピーダンスを含んでいる共振負荷回路
（２０）、直流電圧母線導体とアースとの間に直列に接
続された第１および第２のスイッチ（Ｓ₁、Ｓ₂）を有
し、前記共振負荷回路に交流電流を誘起する直流−交流
変換回路、前記共振負荷回路を流れる電流のレベルを表
す帰還信号を供給する帰還回路（Ｒ_F）、並びにランプ
始動の際に前記帰還信号に応答して形成されるタイミン
グ信号によって定まる周波数で前記第１および第２のス
イッチを駆動する高電圧集積回路（１６）であって、ラ
ンプ始動の際に前記帰還信号により、前記第１および第
２のスイッチを駆動するスイッチング周波数が前記共振
負荷回路の共振動作を高める向きに変えられる高電圧集
積回路を含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ランプに交流電流
を供給するための一対の直列接続のスイッチを駆動する
高電圧集積回路を用いるガス放電ランプ用の安定器回路
に関するものであり、更に詳しくはランプ始動の際に適
切な動作周波数を選択するように高電圧集積回路に帰還
信号を供給する上記のような安定器回路に関するもので
ある。

【０００２】

【発明の背景】ガス放電ランプ用の一形式の安定器回路
は、共振負荷回路中に配置されたランプに交流電流を供
給するために一対の直列接続のスイッチを使用してい
る。スイッチは半ブリッジＤ級インバータ回路形式に構
成される。最近、このような半ブリッジ回路を駆動する
ため、すなわち一方のスイッチをターンオンし、次いで
そのスイッチをターンオフし、そのとき他方のスイッチ
をターンオンし、その後該他方のスイッチをターンオフ
するという様に駆動するために、種々の高電圧集積回路
が利用できるようになった。この様な高電圧集積回路は
低コストで種々の個別回路部品と置き換わって、安定器
回路の寸法を低減することが出来る点で有利である。し
かしながら、これらの高電圧集積回路は一対のスイッチ
のスイッチングを固定周波数で行うように設計されてい
る。固定周波数動作はガス放電ランプの定常状態動作に
適しているが、ランプを始動させるのに必要な非常に高
い電圧スパイクを生じるように共振負荷回路の周波数が
その固有共振周波数に近づくことが望ましいとき、固定
周波数動作はランプの始動の際の動作に適していない。

【０００３】従って、上記の高電圧集積回路の欠点を克
服して、ランプ始動の際に共振負荷回路がその固有共振
周波数に近づいて、ランプを始動するための高電圧スパ
イクを発生出来るようにすることが望ましい。

【０００４】

【発明の目的】従って、本発明の目的は、共振負荷回路
に交流電流を供給する一対の直列接続のスイッチを含
み、ランプ始動の際に共振負荷回路の固有共振周波数へ
向かって周波数移動を生じるように構成された高電圧集
積回路を利用するガス放電ランプ用安定器回路を提供す
ることである。

【０００５】

【発明の概要】本発明に従って提供されるガス放電ラン
プ用の安定器回路は、ガス放電ランプを含む共振負荷回
路を有する。共振負荷回路は、該回路の動作周波数を定
める値を持つ第１および第２の共振インピーダンスを含
んでいる。直流−交流変換回路が共振負荷回路に結合さ
れていて、共振負荷回路に交流電流を誘起する。変換回
路は、直流電圧母線導体とアースとの間に直列に接続さ
れた第１および第２のスイッチを有し、両スイッチの共
通接続点には交流負荷電流が流れる。帰還回路が、共振
負荷回路を流れる電流のレベルを表す帰還信号を供給す
る。高電圧集積回路が、ランプ始動の際に帰還信号に応
答して形成されるタイミング信号によって定まる周波数
で第１および第２のスイッチを駆動し、これにより、ラ
ンプ始動の際に帰還信号は、第１および第２のスイッチ
を駆動するスイッチング周波数が共振負荷回路の共振動
作を高める向きに変化するようにする。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は、ガス放電ランプ（例え
ば、蛍光ランプ）に給電するための安定器回路１０を示
す。ランプは点灯中は抵抗性インピーダンスを示すの
で、図にはＲ_LAMPとして示してある。安定器回路１０
は、母線導体１２とアース１４との間に接続されて直流
母線電圧Ｖ_BUSを受ける一対の直列接続された電力用Ｍ
ＯＳＦＥＴのようなスイッチＳ₁およびＳ₂を含んでい
る。スイッチＳ₁およびＳ₂は高電圧集積回路（ＨＶＩ
Ｃ）１６によって制御される。スイッチＳ₁およびＳ₂
はを交互にスイッチングすることによって、接続点１８
は母線導体１２とアース１４とに交互に接続される。接
続点１８に共振負荷回路２０が接続され、共振負荷回路
２０は共振インダクタＬ_R、共振コンデンサＣ_Rおよび
ランプＲ_LAMPを含んでいる。コンデンサ２１が共振負荷
回路２０に対する直流阻止を行う。更に帰還抵抗Ｒ
_Fが、以下に述べる目的で設けられている。共振負荷回
路２０は接続点１８に接続されていることにより、共振
負荷回路２０には交流電流が誘起される。

【０００７】高電圧集積回路１６は、エスジーエス・ト
ムソン（ＳＧＳ−Ｔｏｍｐｓｏｎ）社から製品名Ｌ６５
６９で販売されている発振器付き高電圧半ブリッジ駆動
装置や米国カリフォルニア州エルセグンド所在のインタ
ーナショナル・レクティファイア・カンパニイ（Ｉｎｔ
ｅｒｎａｔｉｏｎａｌＲｅｃｔｉｆｉｅｒＣｏｍｐ
ａｎｙ）から製品名ＩＲ２１５１で販売されている自己
発振半ブリッジ駆動装置のような、発振器付き半ブリッ
ジ駆動装置で構成することが出来る。高電圧集積回路１
６からの高電圧出力２１Ｂおよび低電圧出力２１Ｂがス
イッチＳ₁およびＳ₂を駆動する。タイミング抵抗Ｒ_T
およびタイミング・コンデンサＣ_Tが高電圧集積回路１
６に接続されている。タイミング抵抗Ｒ_Tは通常のよう
にコンデンサ・タイミング入力２２と抵抗タイミング入
力２４との間に接続されている。タイミング・コンデン
サＣ_Tはその一端が通常のようにコンデンサ・タイミン
グ入力２２に接続されているが、他端は通常とは異なる
接続がなされている。この様な接続は、本発明に従って
安定器回路１０に高電圧集積回路１６を使用することに
関連して、ランプ始動の際にランプＲ_LAMPの両端間に高
電圧スパイク（例えば、１０００乃至２０００ボルト）
を自動的に発生させるように作用する。このため、帰還
信号が（例えば、ＶＦ）が帰還抵抗ＲＦの図示の上側端
から線２６を介してタイミング・コンデンサＣ_Tの図示
の下側端へ印加される。これとは対照的に、通常の接続
の仕方ではタイミング・コンデンサＣ_Tの下側端はアー
ス１４に接続されるものであり、従って高電圧集積回路
１６のタイミング入力２２に帰還信号は達しない。

【０００８】上記の高電圧集積回路はタイミング信号Ｖ
₂₂を受けるタイミング入力２２を有しており、その結果
生じるスイッチＳ₁およびＳ₂のスイッチング周波数は
タイミング信号Ｖ₂₂の１つの閾値電圧から別の閾値電圧
への遷移時間および該別の閾値電圧から該１つの閾値電
圧への遷移時間によって決定される。図２には、取りう
るタイミング信号Ｖ₂₂の一対の電圧閾値間の遷移が示さ
れており、この一対の電圧閾値は図示のように高電圧集
積回路１６（図１）に供給される電源電圧Ｖ_Sの１／３
の電圧値と２／３の電圧値であってよい。典型的には、
タイミング信号Ｖ₂₂が下側の閾値から増大して上側の閾
値に達した時、タイミング抵抗Ｒ_Tの上側端がアースに
接続されて、タイミング信号Ｖ₂₂がタイミング抵抗Ｒ_T
を介して放電する。同様に、タイミング信号Ｖ₂₂が上側
の閾値から低下して下側の閾値に達した時、タイミング
抵抗Ｒ_Tの上側端が電源電圧信号Ｖ_Sに接続されて、タ
イミング信号Ｖ₂₂が上側の閾値へ向かって増大する。遷
移点、例えば図２の時点ｔ ₁、ｔ₂、ｔ₃およびｔ
₄で、スイッチＳ₁およびＳ₂の交互のスイッチングが
行われる。

【０００９】ランプ始動前では、ランプＲ_LAMPは非常に
高い抵抗を有する。始動期間中、ランプが回路に有意の
（すなわち低い）抵抗を付加しないので、いわゆる
「Ｑ」すなわち品質係数は非常に高い。この始動期間
中、スイッチＳ₁およびＳ₂を制御して、共振負荷回路
２０の動作周波数をその固有共振周波数に近づけるよう
にことがする有利である。このことが生じたとき、ラン
プ両端間の電圧はランプを始動させるのに必要な非常に
高いスパイクになる。

【００１０】図３は、始動状態と定常状態との間のラン
プの動作を説明するための簡略化したランプ電圧対周波
数のグラフを示す。ランプ電圧の目盛はデシベルであ
り、角周波数（ω）はラジアンである。角周波数ω₂に
おいて、定常状態動作点３０は定常状態電圧Ｖ_SSにあ
る。角周波数をω₁へ低減すると、ランプ電圧がランプ
を始動するのに充分な電圧Ｖ_IGNITIONまで急激に増大す
る。始動後、ランプはずっと低い抵抗を示し、共振負荷
回路２０の損失を増して、品質係数Ｑを下げ、従って一
層低い定常状態電圧Ｖ_SSを生じる。

【００１１】高電圧集積回路１６のタイミング入力２２
に帰還信号Ｖ_Fを印加することによって、ランプ始動の
際に角周波数の所望のシフトすなわち変化を生じさせ
て、ランプを始動するのに必要な高電圧スパイクを達成
する。図２は、高電圧集積回路１６のタイミング入力２
２が上記に述べた通常の態様に接続されている場合に生
じ得るような同じ時定数を持つほぼ対称な上向きおよび
下向きの指数関数的な遷移を有するタイミング信号Ｖ₂₂
を示している。この結果、ランプの動作周波数が定常状
態のランプ動作に適している固定の動作周波数になる。
高電圧集積回路１６のタイミング入力２２上のタイミン
グ電圧Ｖ₂₂は、充放電するタイミング・コンデンサＣ_T
からの電圧寄与分と帰還電圧Ｖ_Fからの電圧寄与分との
和である。定常状態ランプ動作中、タイミング・コンデ
ンサＣ_Tの充放電による電圧寄与分と比べて帰還電圧Ｖ
_Fは極めて小さい。従って、定常状態ランプ動作中、タ
イミング電圧Ｖ₂₂は主にタイミング・コンデンサＣ_Tの
充放電によって決定される（しかしながら、他の実施態
様では、定常状態ランプ動作中のタイミング電圧Ｖ₂₂は
主に帰還電圧によって制御することもできる）。図４
は、タイミング電圧Ｖ₂₂が電圧の和によって作られるこ
とを例示している。

【００１２】図４において、実線はタイミング電圧Ｖ₂₂
を表し、鎖線３２はタイミング・コンデンサＣ_Tの充電
による寄与分を表す。破線の曲線Ｖ_Fは帰還信号が非常
に小さいことを示している。従って、定常状態ランプ動
作中、タイミング電圧Ｖ₂₂は主にタイミング・コンデン
サＣ_Tの充放電によって決定される。次の図５には、こ
れらの電圧をランプ始動の場合について示している。

【００１３】図５を参照して説明すると、本発明はラン
プ始動の際に共振負荷回路２０に存在する遥かに高い電
圧（および電流）を利用する。この様な回路にはランプ
始動中は本質的にランプの負荷が加わっていない（すな
わちランプの抵抗は低くはない）。従って、ランプ始動
中の帰還信号Ｖ_Fは定常状態ランプ動作中よりも非常に
高くなる。タイミング・コンデンサＣ_Tの充電による寄
与分を示す曲線３２は図４の定常状態の場合と同様であ
るが、図５のタイミング電圧Ｖ₂₂は急速に増大しない。
その理由は、高電圧集積回路１６のタイミング入力２２
において、タイミング・コンデンサＣ_Tによる寄与分か
ら帰還電圧Ｖ_Fが差し引かれるからである。ここで図に
おいては、帰還電圧Ｖ_Fは上記の減算のための負の値を
もつものとして示されていず、図示のために正の値を持
つものとして示されていることに留意されたい。曲線３
２から帰還電圧Ｖ_Fを差し引く（すなわち負の値の帰還
電圧を加算する）ことにより、タイミング電圧Ｖ₂₂がか
なり低くなる。その結果、１つの閾値から別の閾値への
タイミング電圧Ｖ₂₂の遷移時間が増大する。図２から理
解されるように、高電圧集積回路１６の動作周波数が低
下する。このような周波数の低下は図３の定常状態動作
周波数ω₂からω₁で示す共振負荷回路２０の固有共振
周波数へ向かって生じる。この結果、ランプの始動に必
要な非常に高いランプ電圧スパイクが生じる。しかしな
がら、ランプの始動が達成されると、帰還電圧Ｖ_Fおよ
び共振負荷回路２０中の他の電圧が急速に低下し、タイ
ミング電圧Ｖ₂₂に対する帰還電圧の作用は図４に関連し
て説明したように無視しえる程度になる。

【００１４】２０ワットのランプに対する図１の安定器
回路１０の構成部品の典型的な値を以下に示す。母線電
圧Ｖ_BUSが１７０ボルトの場合、共振インダクタＬ_Rは
８００マイクロヘンリイ、共振コンデンサＣ_Rは５．６
ナノファラッド、帰還抵抗Ｒ _Fは３．３オーム、直流阻
止コンデンサ２１は０．２２マイクロファラッド、タイ
ミング抵抗Ｒ_Tは１０．５キロオーム、タイミング・コ
ンデンサＣ_Tは０．００１マイクロファラッドである。

【００１５】図６は帰還電圧Ｖ_Fをタイミング入力２２
に印加するための別の実施態様の回路を示す。図示のよ
うに、帰還電圧Ｖ_Fは帰還タイミング・コンデンサＣ_T2
を介して高電圧集積回路１６のタイミング入力２２に印
加される。この実施態様では、帰還電圧Ｖ_Fはタイミン
グ入力２２に容量結合されて、タイミング入力２２にお
いてタイミング・コンデンサＣ_Tの電圧と加算される。
こうして得られた安定器回路の動作は図１に関して上述
したものと同様である。具体的に述べると、タイミング
電圧Ｖ₂₂の設定においてランプ始動の際は帰還電圧Ｖ_F
が支配的に作用し、定常状態ランプ動作中はタイミング
・コンデンサＣ_Tの電圧が支配的に作用する。

【００１６】前に述べたように、ランプ始動と定常状態
ランプ動作との両方において、帰還電圧Ｖ_F中がタイミ
ング電圧Ｖ₂₂の設定に支配的に作用するような実施態様
を作ることが出来る。例えば、帰還抵抗Ｒ_Fの抵抗値を
増大して、その両端間の帰還電圧Ｖ_Fを増大することが
出来る。この場合、図４に示したような帰還電圧Ｖ_Fの
無視し得る程度の寄与とは異なり、帰還電圧Ｖ_Fはタイ
ミング・コンデンサＣ _Tによる寄与分を上回るほどの大
きさにし得る。しかし、帰還抵抗Ｒ_Fによる抵抗損が増
大するので、この実施態様はそれほど好ましい実施態様
ではない。

【００１７】本発明を特定の実施態様について詳しく説
明したが、当業者には種々の変形および変更をなし得よ
う。従って、特許請求の範囲は本発明の要旨および真の
範囲内に入るこの様な全ての変形および変更を包含する
ように記載されていることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガス放電ランプ用の安定器回路を示す概略回路
図である。

【図２】図１の高電圧集積回路のタイミング入力に印加
される典型的なタイミング信号の電圧を時間に対して示
すグラフである。

【図３】ランプ始動の際の動作点および定常状態の動作
モードにおける動作点を例示する簡略化したランプ電圧
対角周波数のグラフである。

【図４】定常状態ランプ動作のためのタイミング電圧お
よび関連する電圧を時間に対して示すグラフである。

【図５】ランプ始動の際の電圧を時間に対して示す、図
４と同様なグラフである。

【図６】高電圧集積回路のタイミング入力に帰還信号を
印加するための他の実施態様の回路を示す概略回路図で
ある。

【符号の説明】

１０安定器回路１６高電圧集積回路２０共振負荷回路２２、２４タイミング入力Ｒ_F帰還抵抗Ｒ_Tタイミング抵抗Ｃ_Tタイミング・コンデンサＳ₁、Ｓ₂スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス放電ランプ用の安定器回路におい
て、ガス放電ランプを含む共振負荷回路であって、該回路の
動作周波数を定める値を持つ第１および第２の共振イン
ピーダンスを含んでいる共振負荷回路、前記共振負荷回路に結合されていて、前記共振負荷回路
に交流電流を誘起する直流−交流変換回路であって、直
流電圧母線導体とアースとの間に直列に接続された第１
および第２のスイッチを有し、両スイッチの共通接続点
には交流負荷電流が流れる直流−交流変換回路、前記共振負荷回路を流れる電流のレベルを表す帰還信号
を供給する帰還回路、並びにランプ始動の際に前記帰還
信号に応答して形成されるタイミング信号によって定ま
る周波数で前記第１および第２のスイッチを駆動する高
電圧集積回路であって、ランプ始動の際に前記帰還信号
により、前記第１および第２のスイッチを駆動するスイ
ッチング周波数が前記共振負荷回路の共振動作を高める
向きに変えられる高電圧集積回路を含んでいることを特
徴とする安定器回路。
【請求項２】前記帰還回路は、定常状態ランプ動作中
は前記タイミング信号が主に前記帰還信号以外の信号に
よって定められるように構成されている請求項１記載の
安定器回路。
【請求項３】前記前記高電圧集積回路が前記タイミン
グ信号を受けるタイミング入力を含み、前記スイッチン
グ周波数が前記タイミング信号の１つの閾値電圧から別
の閾値電圧への遷移時間および該別の閾値電圧から該１
つの閾値電圧への遷移時間によって決定され、前記帰還
信号は前記タイミング入力において、前記帰還信号が存
在しない場合に前記第１および第２のスイッチの固定周
波数の動作を生じさせるような信号と加算される請求項
１記載の安定器回路。
【請求項４】前記タイミング入力が、タイミング・コ
ンデンサの一端に接続されたコンデンサ・タイミング入
力を有している請求項１記載の安定器回路。
【請求項５】前記タイミング・コンデンサの他端が、
前記共振負荷回路中に配置された帰還抵抗を介してアー
スに接続されている請求項４記載の安定器回路。
【請求項６】前記帰還抵抗が前記共振コンデンサと直
列に接続されている請求項５記載の安定器回路。
【請求項７】前記前記タイミング・コンデンサの他端
がアースに直接接続され、前記共振負荷回路からの帰還
電圧が帰還タイミング・コンデンサを介して前記コンデ
ンサ・タイミング入力に印加される請求項４記載の安定
器回路。
【請求項８】前記高電圧集積回路が抵抗タイミング入
力を含み、前記抵抗タイミング入力と前記コンデンサ・
タイミング入力との間にタイミング抵抗が接続されてい
る請求項４記載の安定器回路。
【請求項９】前記ガス放電ランプが蛍光ランプである
請求項１記載の安定器回路。
【請求項１０】蛍光ランプ用の安定器回路において、ガス放電ランプを含む共振負荷回路であって、該回路の
動作周波数を定める値を持つ第１および第２の共振イン
ピーダンスを含んでいる共振負荷回路、前記共振負荷回路に結合されていて、前記共振負荷回路
に交流電流を誘起する直流−交流変換回路であって、直
流電圧母線導体とアースとの間に直列に接続された第１
および第２のスイッチを有し、両スイッチの共通接続点
には交流負荷電流が流れる直流−交流変換回路、前記共振負荷回路を流れる電流のレベルを表す帰還信号
を供給する帰還回路、並びに前記第１および第２のスイ
ッチを駆動する高電圧集積回路であって、タイミング信
号を受けるタイミング入力を含み、前記第１および第２
のスイッチのスイッチング周波数が前記タイミング信号
の１つの閾値電圧から別の閾値電圧への遷移時間および
該別の閾値電圧から該１つの閾値電圧への遷移時間によ
って決定される高電圧集積回路を含んでおり、前記タイミング信号がランプ始動の際は主として前記帰
還信号により構成されていて、ランプ始動の際に前記帰
還信号により、前記第１および第２のスイッチを駆動す
るスイッチング周波数が前記共振負荷回路の共振動作を
高める向きに変えられる蛍光ランプ用の安定器回路。
【請求項１１】前記帰還信号は前記タイミング入力に
おいて、前記帰還信号が存在しない場合に前記第１およ
び第２のスイッチの固定周波数の動作を生じさせるよう
な信号と加算される請求項１０記載の安定器回路。
【請求項１２】前記帰還回路は、定常状態ランプ動作
中は前記タイミング信号が主に前記帰還信号以外の信号
によって定められるように構成されている請求項１１記
載の安定器回路。
【請求項１３】前記タイミング入力が、タイミング・
コンデンサの一端に接続されたコンデンサ・タイミング
入力を有している請求項１０記載の安定器回路。
【請求項１４】前記タイミング・コンデンサの他端
が、前記共振負荷回路中に配置された帰還抵抗を介して
アースに接続されている請求項１３記載の安定器回路。
【請求項１５】前記帰還抵抗が前記共振コンデンサと
直列に接続されている請求項１０記載の安定器回路。
【請求項１６】前記前記タイミング・コンデンサの他
端がアースに直接接続され、前記共振負荷回路からの帰
還電圧が帰還タイミング・コンデンサを介して前記コン
デンサ・タイミング入力に印加される請求項１０記載の
安定器回路。
【請求項１７】前記高電圧集積回路が抵抗タイミング
入力を含み、前記抵抗タイミング入力と前記コンデンサ
・タイミング入力との間にタイミング抵抗が接続されて
いる請求項１０記載の安定器回路。