JP2003518714A - 一体化磁気部品を具えた高電力電子安定器 - Google Patents
一体化磁気部品を具えた高電力電子安定器Info
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Abstract
(57)【要約】
1つ以上の放電ランプ点灯用の高電力電子安定器であり、力率補正高周波数SEPICコンバータ入力段とハーフブリッジ共振インバータからなる手段の縦続接続を具える。出力段内の慣例の絶縁変成器の代わりに、入力段は単一の一体化変成器−インダクタ磁気部品を使用し、これにより通常の出力段内の絶縁変成器を除去する。入力段は臨界導通モードで動作し、電子安定器を更に改善する。
Description
【0001】
(技術分野)
本発明は、ガス放電ランプ点灯用の電子安定器装置、特に交流電力線電圧から
の電気的絶縁を与えるユニーク且つ改善された回路接続形態を具える高電力電子
安定器に関するものである。
の電気的絶縁を与えるユニーク且つ改善された回路接続形態を具える高電力電子
安定器に関するものである。
【0002】
(背景技術)
60Hzの交流電力線から動作される慣例の電子安定器は高周波数交流電流を
1つ以上のガス放電ランプからなる負荷に供給するために2段コンバータ回路を
通常含んでいる。感電の危険に対する保護を与えるために、コンバータ回路の出
力段を絶縁変成器を介してランプ負荷に結合し、安定器出力端子とコンバータ回
路との間を電気的に絶縁している。
1つ以上のガス放電ランプからなる負荷に供給するために2段コンバータ回路を
通常含んでいる。感電の危険に対する保護を与えるために、コンバータ回路の出
力段を絶縁変成器を介してランプ負荷に結合し、安定器出力端子とコンバータ回
路との間を電気的に絶縁している。
【0003】
改良形の電子安定器の一例が米国特許代5084653号(1992年1月2
8日発行)に記載されている。この電子安定器は装置のフロントエンド段に電気
的絶縁を与える。この特許は3つの直列接続蛍光ランプを30kHzランプ電流
で給電する電子安定器を記載しており、この安定器は通常の60Hz電力線電圧
からブリッジ整流器により取り出したほぼ一定の大きさの直流供給電圧により給
電されるハーフブリッジ直列共振形インバータ回路を具えている。従って、直流
供給電圧、インバータ回路及び安定器出力端子のすべてを交流電力線から電気的
に絶縁して感電の危険に対する保護を与えている。
8日発行)に記載されている。この電子安定器は装置のフロントエンド段に電気
的絶縁を与える。この特許は3つの直列接続蛍光ランプを30kHzランプ電流
で給電する電子安定器を記載しており、この安定器は通常の60Hz電力線電圧
からブリッジ整流器により取り出したほぼ一定の大きさの直流供給電圧により給
電されるハーフブリッジ直列共振形インバータ回路を具えている。従って、直流
供給電圧、インバータ回路及び安定器出力端子のすべてを交流電力線から電気的
に絶縁して感電の危険に対する保護を与えている。
【0004】
この電子安定器のフロントエンド段はフライバックDC−DCコンバータに基
づくものである。このタイプのコンバータはエネルギー蓄積インダクタを必要と
し、このインダクタは、同一又は同等の電力定格を有するブーストコンバータ又
はシングルエンデッドプライマリインダクタコンバータ(SEPICコンバータ
)に使用されるインダクタと比較して、かなり大きく、かなり高価な磁気部品で
ある。フライバックコンバータの他の欠点は、その大きな振幅の脈動入力電流に
あり、ブーストコンバータ又はSEPICコンバータのEMC性能に匹敵するE
MC性能を達成するためには通常大きなEMIフィルタを必要とする。
づくものである。このタイプのコンバータはエネルギー蓄積インダクタを必要と
し、このインダクタは、同一又は同等の電力定格を有するブーストコンバータ又
はシングルエンデッドプライマリインダクタコンバータ(SEPICコンバータ
)に使用されるインダクタと比較して、かなり大きく、かなり高価な磁気部品で
ある。フライバックコンバータの他の欠点は、その大きな振幅の脈動入力電流に
あり、ブーストコンバータ又はSEPICコンバータのEMC性能に匹敵するE
MC性能を達成するためには通常大きなEMIフィルタを必要とする。
【0005】
他の従来のガス放電ランプ用高周波数電子安定器を添付図面の図1に示す。こ
の電子安定器回路は基本的には2つの構成ブロックからなる。そのフロントエン
ドは力率補正及び万能線間電圧調整用のブーストコンバータである。主な構成部
品は、交流供給電圧とブーストコンバータとの間に配置されたEMIフィルタ及
びダイオードブリッジ整流器に加えて、トランジスタパワースイッチQ1、イン
ダクタL1、ダイオードD5及び直流蓄積キャパシタC1である。トランジスタ
スイッチQ1は、制御回路、例えばモトローラ社製のMC34262により、キ
ャパシタC1の両端間の電圧及びトランジスタスイッチQ1を流れる電流の関数
として周期的にスイッチオン及びオフされる。
の電子安定器回路は基本的には2つの構成ブロックからなる。そのフロントエン
ドは力率補正及び万能線間電圧調整用のブーストコンバータである。主な構成部
品は、交流供給電圧とブーストコンバータとの間に配置されたEMIフィルタ及
びダイオードブリッジ整流器に加えて、トランジスタパワースイッチQ1、イン
ダクタL1、ダイオードD5及び直流蓄積キャパシタC1である。トランジスタ
スイッチQ1は、制御回路、例えばモトローラ社製のMC34262により、キ
ャパシタC1の両端間の電圧及びトランジスタスイッチQ1を流れる電流の関数
として周期的にスイッチオン及びオフされる。
【0006】
バックエンドは共振タンクL2−C3を介して一群のランプが負荷される典型
的な電圧付勢ハーフブリッジインバータである。主構成部品は、パワースイッチ
Q2及びQ3と共振部品であり、共振部品はキャパシタC3、インダクタL2及
びことによると出力変成器T1の磁化インダクタンスを含む。ランプ電流を安定
させるとともにランプ寿命の終了時に起り得るランプ整流を保護するために変成
器T1の二次回路内にキャパシタC1pが通常設けられる。図1に示す回路構成で
は4つの磁気部品、即ちEMIフィルタL0、ブーストチョークL1、共振イン
ダクタL2及び出力絶縁変成器T1が存在する。パワースイッチQ2及びQ3の
動作は、高電圧制御IC、例えばフィリップス社製のIC UBA2010により、
トランジスタスイッチQ3を流れる電流及びキャパシタC3の電圧の関数として
制御される。ここでも、装置の磁気部品のサイズ及びコストのために、このタイ
プの高周波電子安定器は、特に商品競争力の点からみて、決して最適なものにな
らない。
的な電圧付勢ハーフブリッジインバータである。主構成部品は、パワースイッチ
Q2及びQ3と共振部品であり、共振部品はキャパシタC3、インダクタL2及
びことによると出力変成器T1の磁化インダクタンスを含む。ランプ電流を安定
させるとともにランプ寿命の終了時に起り得るランプ整流を保護するために変成
器T1の二次回路内にキャパシタC1pが通常設けられる。図1に示す回路構成で
は4つの磁気部品、即ちEMIフィルタL0、ブーストチョークL1、共振イン
ダクタL2及び出力絶縁変成器T1が存在する。パワースイッチQ2及びQ3の
動作は、高電圧制御IC、例えばフィリップス社製のIC UBA2010により、
トランジスタスイッチQ3を流れる電流及びキャパシタC3の電圧の関数として
制御される。ここでも、装置の磁気部品のサイズ及びコストのために、このタイ
プの高周波電子安定器は、特に商品競争力の点からみて、決して最適なものにな
らない。
【0007】
従って、本発明の目的は、磁気部品の数を減少させ、サイズ及びコストを減少
させた高電力電子安定器を提供することにある。 本発明の他の目的は、入力段に単一の一体化変成器−インダクタ組合わせ部品
を用い、磁気部品の電力損失を減少させたコンパクト且つ安価な高電力電子安定
器を提供することにある。
させた高電力電子安定器を提供することにある。 本発明の他の目的は、入力段に単一の一体化変成器−インダクタ組合わせ部品
を用い、磁気部品の電力損失を減少させたコンパクト且つ安価な高電力電子安定
器を提供することにある。
【0008】
本発明の更に他の目的は、高電力電子安定器を動作させる新しい改良方法を提
供することにある。特に、インダクタベースのSEPICコンバータを60Hz
の電力線電圧サイクル中に境界又は臨界導通モードで可変周波数で動作するよう
に設計する。可変周波数レンジは例えば50kHz〜150kHzにすることが
できる。本発明では制御回路と電流検出回路によって電力線入力端子の力率をほ
ぼ1にする。
供することにある。特に、インダクタベースのSEPICコンバータを60Hz
の電力線電圧サイクル中に境界又は臨界導通モードで可変周波数で動作するよう
に設計する。可変周波数レンジは例えば50kHz〜150kHzにすることが
できる。本発明では制御回路と電流検出回路によって電力線入力端子の力率をほ
ぼ1にする。
【0009】
(発明の開示)
上記の及び他の目的及び利点を達成するために、本発明では、絶縁変成器を、
電子絶縁機能のみならずコンバータインダクタ機能も提供する単一の一体化磁気
部品として電子安定器の力率補正フロントエンド段に導入したことを特徴とする
。その結果として、従来の高周波数電子安定器回路に共通の出力絶縁変成器は最
早不要になる。
電子絶縁機能のみならずコンバータインダクタ機能も提供する単一の一体化磁気
部品として電子安定器の力率補正フロントエンド段に導入したことを特徴とする
。その結果として、従来の高周波数電子安定器回路に共通の出力絶縁変成器は最
早不要になる。
【0010】
本発明は以下の観察に基づくものである。図1に示すタイプの従来の電子安定
器では、出力変成器T1の主な機能はANSI安全要件を満たすために一次側と
二次側の間を電気的に絶縁することにある。電流付勢形ハーフブリッジインバー
タでは、このような出力変成器は共振部品及び電圧利得ブースタとしても作用す
る。しかし、図1に示すような電圧付勢形ハーフブリッジインバータでは、電圧
利得はインダクタL2とキャパシタC3からなる共振タンクから得ることができ
る。従って、電気的絶縁を回路のフロントエンドに導入する場合には、出力変成
器を移動させることができる。その結果として、本発明の電子安定器は、ガルバ
ニック絶縁をもたらす力率補正(PFC)フロントエンド段を具える単一磁気部
品のAC−DCコンバータと単一磁気部品のハーフブリッジインバータの縦続接
続を含むものとなる。
器では、出力変成器T1の主な機能はANSI安全要件を満たすために一次側と
二次側の間を電気的に絶縁することにある。電流付勢形ハーフブリッジインバー
タでは、このような出力変成器は共振部品及び電圧利得ブースタとしても作用す
る。しかし、図1に示すような電圧付勢形ハーフブリッジインバータでは、電圧
利得はインダクタL2とキャパシタC3からなる共振タンクから得ることができ
る。従って、電気的絶縁を回路のフロントエンドに導入する場合には、出力変成
器を移動させることができる。その結果として、本発明の電子安定器は、ガルバ
ニック絶縁をもたらす力率補正(PFC)フロントエンド段を具える単一磁気部
品のAC−DCコンバータと単一磁気部品のハーフブリッジインバータの縦続接
続を含むものとなる。
【0011】
単一磁気部品を用いる絶縁力率補正フロントエンド段の導入は出力変成器を不
要にする。その結果として、安定器回路の磁気部品の総数が3つに減少し、磁気
部品の総合サイズ及び重量が上述したタイプの従来の安定器回路のものより小さ
くなる。これに関連して回路損失及びコストが減少するとともに更なる回路の小
型化が可能になる。
要にする。その結果として、安定器回路の磁気部品の総数が3つに減少し、磁気
部品の総合サイズ及び重量が上述したタイプの従来の安定器回路のものより小さ
くなる。これに関連して回路損失及びコストが減少するとともに更なる回路の小
型化が可能になる。
【0012】
本発明の好適例では、高電力電子安定器のフロントエンド段は結合インダクタ
絶縁SEPICコンバータを使用する。本発明は電子安定器のフロントエンド段
として絶縁ブースト回路の使用も意図する。
絶縁SEPICコンバータを使用する。本発明は電子安定器のフロントエンド段
として絶縁ブースト回路の使用も意図する。
【0013】
本発明の他の有利な例では、装置のPFC入力段内のトランジスタスイッチに
対し改善された制御機能を提供する。即ち、入力インダクタ電流が零に低下する
と同時にトランジスタスイッチがターンオンする、いわゆる臨界導通モードで装
置を動作させる。従来のコンバータは通常連続導通モード又は不連続導通モード
で動作する。
対し改善された制御機能を提供する。即ち、入力インダクタ電流が零に低下する
と同時にトランジスタスイッチがターンオンする、いわゆる臨界導通モードで装
置を動作させる。従来のコンバータは通常連続導通モード又は不連続導通モード
で動作する。
【0014】
連続導通モード(CCM)装置では、回路の効率が一般に高い(低損失)が、
制御回路がかなり複雑になり、費用がかさむ。不連続導通モード(DCM)装置
では、制御回路を簡単にすることができるが、回路損失が大きい。本発明の臨界
導通モードは従来の両制御方法、すなわちCCM又はDCMのどちらよりも、制
御の複雑性と回路損失との良好なトレードオフをもたらす利点を有する。
制御回路がかなり複雑になり、費用がかさむ。不連続導通モード(DCM)装置
では、制御回路を簡単にすることができるが、回路損失が大きい。本発明の臨界
導通モードは従来の両制御方法、すなわちCCM又はDCMのどちらよりも、制
御の複雑性と回路損失との良好なトレードオフをもたらす利点を有する。
【0015】
(発明を実施するための最良の形態)
本発明の上述した特徴及び他の特徴を図面を参照して詳細に説明する。
図1は1つ以上のガス放電ランプR1pを点灯するための一般的な従来の高周波
数電子安定器回路を示す。50又は60Hzの交流供給電圧源1を1対の磁気的
に結合されたインダクタL0及びキャパシタC0からなるEMIフィルタの入力
端子に接続する。EMIフィルタの出力端子を4ダイオード全波ブリッジ整流器
2の1対の入力端子に接続する。ブリッジ整流器2の第1直流出力端子を変成器
3の一部であるブーストインダクタL1の一端に接続する。ブリッジ整流器2の
第2出力端子を共通ライン4に接続される。インダクタL1の他端をダイオード
D5とトランジスタパワースイッチQ1との間の共通接続点5に接続する。
数電子安定器回路を示す。50又は60Hzの交流供給電圧源1を1対の磁気的
に結合されたインダクタL0及びキャパシタC0からなるEMIフィルタの入力
端子に接続する。EMIフィルタの出力端子を4ダイオード全波ブリッジ整流器
2の1対の入力端子に接続する。ブリッジ整流器2の第1直流出力端子を変成器
3の一部であるブーストインダクタL1の一端に接続する。ブリッジ整流器2の
第2出力端子を共通ライン4に接続される。インダクタL1の他端をダイオード
D5とトランジスタパワースイッチQ1との間の共通接続点5に接続する。
【0016】
電流検出抵抗6をトランジスタスイッチQ1と直列に共通ライン4に接続する
。トランジスタスイッチQ1と検出抵抗6との接続点12を第1制御入力として
制御回路、例えばモトローラ社製の集積回路MC34262に接続する。この制御回
路は1993年に発行されたモトローラ社の技術データブックに記載されている
。この制御回路はトランジスタスイッチQ1のスイッチオン/オフを制御する出
力ライン8を有する。
。トランジスタスイッチQ1と検出抵抗6との接続点12を第1制御入力として
制御回路、例えばモトローラ社製の集積回路MC34262に接続する。この制御回
路は1993年に発行されたモトローラ社の技術データブックに記載されている
。この制御回路はトランジスタスイッチQ1のスイッチオン/オフを制御する出
力ライン8を有する。
【0017】
ダイオードD5は蓄積キャパシタC1と直列に、トランジスタパワースイッチ
Q1と検出抵抗6の直列回路の両端間に接続する。出力段は、キャパシタC1の
両端間に他の電流検知抵抗9と直列に接続されたトランジスタパワースイッチQ
2及びQ3を含むハーフブリッジインバータ回路を具える。阻止キャパシタC2
と共振インダクタL2をトランジスタスイッチQ2とQ3の接続点10と出力絶
縁変成器T1の一次巻線の一端との間に接続する。変成器T1の一次巻線の他端
を共通ライン4に接続する。共振キャパシタC3を出力変成器の一次巻線と並列
に接続する。
Q1と検出抵抗6の直列回路の両端間に接続する。出力段は、キャパシタC1の
両端間に他の電流検知抵抗9と直列に接続されたトランジスタパワースイッチQ
2及びQ3を含むハーフブリッジインバータ回路を具える。阻止キャパシタC2
と共振インダクタL2をトランジスタスイッチQ2とQ3の接続点10と出力絶
縁変成器T1の一次巻線の一端との間に接続する。変成器T1の一次巻線の他端
を共通ライン4に接続する。共振キャパシタC3を出力変成器の一次巻線と並列
に接続する。
【0018】
制御入力ラインを共振インダクタL2と共振キャパシタC3と一次巻線の一端
との接続点に結合するとともに第2制御回路11の第1制御入力端子に結合する
。この制御回路はスイッチングトランジスタQ2及びQ3の制御電極に結合され
た2つの出力制御ラインを有する。第2の制御入力ラインにより電流検出抵抗9
の両端間に発生する電圧を高電圧制御回路11、例えば集積回路UBA2010の第
2制御入力端子に結合する。第3の制御ラインにより接続点10を制御回路11
の第3入力端子に制御する。制御回路として使用するのに好適な高電圧制御回路
ICはフィリップス社のUBA2010仕様書に記載されている。
との接続点に結合するとともに第2制御回路11の第1制御入力端子に結合する
。この制御回路はスイッチングトランジスタQ2及びQ3の制御電極に結合され
た2つの出力制御ラインを有する。第2の制御入力ラインにより電流検出抵抗9
の両端間に発生する電圧を高電圧制御回路11、例えば集積回路UBA2010の第
2制御入力端子に結合する。第3の制御ラインにより接続点10を制御回路11
の第3入力端子に制御する。制御回路として使用するのに好適な高電圧制御回路
ICはフィリップス社のUBA2010仕様書に記載されている。
【0019】
出力変成器T1の二次巻線を4つの並列接続放電ランプRlpの群に4つのそれ
ぞれの直列接続バラストキャパシタClpを経て接続する。
ぞれの直列接続バラストキャパシタClpを経て接続する。
【0020】
トランジスタスイッチQ1は制御回路7から出力制御ライン8を経てその制御
電極へ供給される制御信号により周期的にターンオン及びオフされる。制御回路
7は、ブーストインダクタL1の二次巻線により供給される信号と、キャパシタ
C1の電圧と、トランジスタスイッチQ1を流れる電流により決まる信号の制御
の下で、スイッチする。フロントエンドブーストコンバータへの入力は50Hz
又は60Hzの全波整流された正弦波状の入力線間電圧である。パワースイッチ
Q1がオフすると、ダイオードD5がターンオンし、ブーストインダクタL1に
蓄積された電気エネルギーにより蓄積キャパシタC1に電流を供給する。キャパ
シタC1に蓄積された電圧はパワースイッチQ2及びQ3を含む電圧付勢形ハー
フブリッジインバータのための動作電圧を供給する。この高周波数電子安定器回
路の動作は公知であるから、これ以上詳細に説明しない。
電極へ供給される制御信号により周期的にターンオン及びオフされる。制御回路
7は、ブーストインダクタL1の二次巻線により供給される信号と、キャパシタ
C1の電圧と、トランジスタスイッチQ1を流れる電流により決まる信号の制御
の下で、スイッチする。フロントエンドブーストコンバータへの入力は50Hz
又は60Hzの全波整流された正弦波状の入力線間電圧である。パワースイッチ
Q1がオフすると、ダイオードD5がターンオンし、ブーストインダクタL1に
蓄積された電気エネルギーにより蓄積キャパシタC1に電流を供給する。キャパ
シタC1に蓄積された電圧はパワースイッチQ2及びQ3を含む電圧付勢形ハー
フブリッジインバータのための動作電圧を供給する。この高周波数電子安定器回
路の動作は公知であるから、これ以上詳細に説明しない。
【0021】
本発明の好適実施例を図2に示す。例えば50Hz又は60Hzの低周波数交
流供給電圧源1を磁気的に結合された1対のインダクタL0及びキャパシタC0
からなるEMIフィルタの入力端子に接続する。EMIフィルタの出力端子を4
ダイオード全波ブリッジ整流器2の1対の入力端子に接続する。図2の高電力電
子安定器回路は単一の一体化変成器−インダクタ組合わせ部品T1−l3を特徴
とする。この変成器−インダクタ組合わせ部品は制御巻線l4も含む。変成器T
1の一次巻線とインダクタ13と制御巻線l4のすべてを、破線15で線図的に
示すように、共通の磁気コアに設ける。変成器−インダクタ組合わせ部品の一つ
の可能な実施例を図4に示す。この変成器−インダクタ組合せ部品は長さhの空
隙を挟んで対面する1対のC形磁気コアを具える。図に示すように、変成器T1
の一次及び二次巻線はC形コアの左側脚部に一緒に密接に巻き、インダクタ巻線
13と制御巻線14は右側脚部に巻く。
流供給電圧源1を磁気的に結合された1対のインダクタL0及びキャパシタC0
からなるEMIフィルタの入力端子に接続する。EMIフィルタの出力端子を4
ダイオード全波ブリッジ整流器2の1対の入力端子に接続する。図2の高電力電
子安定器回路は単一の一体化変成器−インダクタ組合わせ部品T1−l3を特徴
とする。この変成器−インダクタ組合わせ部品は制御巻線l4も含む。変成器T
1の一次巻線とインダクタ13と制御巻線l4のすべてを、破線15で線図的に
示すように、共通の磁気コアに設ける。変成器−インダクタ組合わせ部品の一つ
の可能な実施例を図4に示す。この変成器−インダクタ組合せ部品は長さhの空
隙を挟んで対面する1対のC形磁気コアを具える。図に示すように、変成器T1
の一次及び二次巻線はC形コアの左側脚部に一緒に密接に巻き、インダクタ巻線
13と制御巻線14は右側脚部に巻く。
【0022】
インダクタ13(L1)、キャパシタC5及び絶縁変成器の一次巻線L2を含
む直列回路を全波ブリッジ整流器2の第1及び第2直流出力端子に接続する。イ
ンダクタ13とキャパシタC5との間の共通接続点16をトランジスタパワース
イッチQ1と電流検出抵抗6の第2の直列制御回路を経て共通ライン4に接続す
る。変成器−インダクタ組合わせ部品の制御巻線14を制御回路7の第1制御入
力端子に接続し、他端を接地する。
む直列回路を全波ブリッジ整流器2の第1及び第2直流出力端子に接続する。イ
ンダクタ13とキャパシタC5との間の共通接続点16をトランジスタパワース
イッチQ1と電流検出抵抗6の第2の直列制御回路を経て共通ライン4に接続す
る。変成器−インダクタ組合わせ部品の制御巻線14を制御回路7の第1制御入
力端子に接続し、他端を接地する。
【0023】
トランジスタスイッチQ1と検出抵抗6との間の接続点12を制御回路7の第
2制御入力端子に接続し、ブリッジ整流器2の第1直流出力端子を制御回路7の
第3制御入力端子に接続する。制御回路7の出力ライン8をスイッチングトラン
ジスタQ1の制御電極(ゲート)に接続する。制御回路7はここでもモトローラ
IC MC34262を使用することができる。
2制御入力端子に接続し、ブリッジ整流器2の第1直流出力端子を制御回路7の
第3制御入力端子に接続する。制御回路7の出力ライン8をスイッチングトラン
ジスタQ1の制御電極(ゲート)に接続する。制御回路7はここでもモトローラ
IC MC34262を使用することができる。
【0024】
絶縁変成器T1の二次巻線L3をダイオードD5の陽極に接続するとともに他
の共通ライン16に接続する。ダイオードD5の陰極を蓄積キャパシタC1の一
端に接続し、その他端を共通ライン16接続する。ハーフブリッジインバータの
スイッチングパワートランジスタQ2及びQ3をダイオードD5の陰極と共通ラ
イン16との間に、電流検出抵抗9と直列に接続する。
の共通ライン16に接続する。ダイオードD5の陰極を蓄積キャパシタC1の一
端に接続し、その他端を共通ライン16接続する。ハーフブリッジインバータの
スイッチングパワートランジスタQ2及びQ3をダイオードD5の陰極と共通ラ
イン16との間に、電流検出抵抗9と直列に接続する。
【0025】
阻止キャパシタC2を、スイッチングトランジスタQ2とQ3の接続点10と
共通ライン16との間に、インダクタL4及びキャパシタC3を含む共振回路と
直列に接続する。接続点10は高電圧制御IC11の制御入力端子にも接続する
。IC11は図1の装置の対応する制御回路11と同様のものとすることができ
る。高電圧制御回路11の第2制御入力端子は共振インダクタL4と共振キャパ
シタC3との共通接続点に接続してこの制御入力がランプ電圧に応答するように
する。制御回路11の第3制御入力端子はトランジスタスイッチQ3と検出抵抗
9との接続点に接続して、この制御入力端子がトランジスタスイッチQ3を流れ
る電流により決まる制御信号を受信するようにする。
共通ライン16との間に、インダクタL4及びキャパシタC3を含む共振回路と
直列に接続する。接続点10は高電圧制御IC11の制御入力端子にも接続する
。IC11は図1の装置の対応する制御回路11と同様のものとすることができ
る。高電圧制御回路11の第2制御入力端子は共振インダクタL4と共振キャパ
シタC3との共通接続点に接続してこの制御入力がランプ電圧に応答するように
する。制御回路11の第3制御入力端子はトランジスタスイッチQ3と検出抵抗
9との接続点に接続して、この制御入力端子がトランジスタスイッチQ3を流れ
る電流により決まる制御信号を受信するようにする。
【0026】
4つの放電ランプRlpの並列接続群を、共振インダクタL4と共振キャパシタ
C3との接続点と共通ライン16との間に、それぞれのバラストキャパシタClp
と直列に接続する。
C3との接続点と共通ライン16との間に、それぞれのバラストキャパシタClp
と直列に接続する。
【0027】
図2のSEPICコンバータは臨界導通モードで動作して良好な力率補正をも
たらす。連続導通モード(CCM)による又は不連続導通モード(DCM)によ
る一定動作周波数の伝統的な制御方法と異なり、ここに記載する臨界導通モード
の動作は制御回路の簡単化と回路損失の低減の対立する要件の良好なトレードオ
フを与える利点をもたらす。上述したように、CCMモードでは、回路損失はか
なり低くなるが制御はかなり複雑になり、またDCMモードでは制御は簡単にな
るが回路損失が高くなる。
たらす。連続導通モード(CCM)による又は不連続導通モード(DCM)によ
る一定動作周波数の伝統的な制御方法と異なり、ここに記載する臨界導通モード
の動作は制御回路の簡単化と回路損失の低減の対立する要件の良好なトレードオ
フを与える利点をもたらす。上述したように、CCMモードでは、回路損失はか
なり低くなるが制御はかなり複雑になり、またDCMモードでは制御は簡単にな
るが回路損失が高くなる。
【0028】
ブリッジ整流器2の入力端子の入力電圧Vinは供給電圧源1の50Hz又は6
0Hzの正弦波交流電圧の全波整流である。制御回路7はトランジスタスイッチ
Q1を高周波数、例えば50kHzでスイッチして、全ての意図及び目的のため
に、この高いスイッチング周波数の各半サイクルにおいて、低周波数入力電圧V
inが一定電圧とみなせるようにする。これは、50kHz周波数の1サイクルに
おける50Hz又は60Hzの電圧変化は極小さいためである。
0Hzの正弦波交流電圧の全波整流である。制御回路7はトランジスタスイッチ
Q1を高周波数、例えば50kHzでスイッチして、全ての意図及び目的のため
に、この高いスイッチング周波数の各半サイクルにおいて、低周波数入力電圧V
inが一定電圧とみなせるようにする。これは、50kHz周波数の1サイクルに
おける50Hz又は60Hzの電圧変化は極小さいためである。
【0029】
図3AはトランジスタスイッチQ1を流れる電流(IQ1)の波形を時間の関
数として示す。このトランジスタスイッチがターンオンすると、電流IQ1が零
の初期値から上昇し始める。図3Bに示すように、電流IL1がインダクタ13
を経て流れ、これも零値から上昇し始める。トランジスタスイッチQ1は期間t0
−t1の間導通し続ける。この期間中、ほぼ一定の電圧VL2(図3C参照)が絶
縁変成器T1の一次巻線の両端間に現われ、この巻線の電流IL2(図3D)が
零値から上昇し始める。この期間において、電流IC5がキャパシタC5を経て
流れる(図3E)。このとき、ダイオードD5はオフであり(図3F)、このダ
イオードは電流を流さない(図3Gの電流ID5参照)。従って、キャパシタC
1へ電流は流れない(図3HのIC1参照)
数として示す。このトランジスタスイッチがターンオンすると、電流IQ1が零
の初期値から上昇し始める。図3Bに示すように、電流IL1がインダクタ13
を経て流れ、これも零値から上昇し始める。トランジスタスイッチQ1は期間t0
−t1の間導通し続ける。この期間中、ほぼ一定の電圧VL2(図3C参照)が絶
縁変成器T1の一次巻線の両端間に現われ、この巻線の電流IL2(図3D)が
零値から上昇し始める。この期間において、電流IC5がキャパシタC5を経て
流れる(図3E)。このとき、ダイオードD5はオフであり(図3F)、このダ
イオードは電流を流さない(図3Gの電流ID5参照)。従って、キャパシタC
1へ電流は流れない(図3HのIC1参照)
【0030】
瞬時t1において、インダクタ13の左側端子の電圧が検出抵抗6の両端間電圧
とともに制御回路7にトランジスタQ1をターンオフするよう信号する。トラン
ジスタQ1の電流IQ1が零に急激に低下し、インダクタ13を流れる電流IL
1が零値に向って低下し始めるとともに、変成器の一次電圧VL2(図3C)が
極性を反転し、その結果一次電流IL2(図3D)が低下し始め、ダイオードD
5がターンオンし、ダイオード電流ID5(図3G)が流れ始める。その結果と
して、図3Hに示すように充電電流IC1がキャパシタC1へ流れる。
とともに制御回路7にトランジスタQ1をターンオフするよう信号する。トラン
ジスタQ1の電流IQ1が零に急激に低下し、インダクタ13を流れる電流IL
1が零値に向って低下し始めるとともに、変成器の一次電圧VL2(図3C)が
極性を反転し、その結果一次電流IL2(図3D)が低下し始め、ダイオードD
5がターンオンし、ダイオード電流ID5(図3G)が流れ始める。その結果と
して、図3Hに示すように充電電流IC1がキャパシタC1へ流れる。
【0031】
瞬時t2において、インダクタ13又は変成器T1の一次巻線を流れる電流IL
2は零になり、変成器T1の制御巻線4から制御回路7がターンオン信号を受信
し、制御ライン8を経てトランジスタスイッチQ1を直ちにターンオンさせる。
この時点ではインダクタ13の電流IL1も零である(図3B参照)。そしてト
ランジスタスイッチQ1を流れる電流IQ1は再び上昇し始め、新しいサイクル
を上述したように繰り返す。ダイオードD5は再びオフし、出力段内のハーフブ
リッジインバータを動作させ、これにより放電ランプを付勢するのに、キャパシ
タC1を流れる電流IC1が必要とされるのみとなる。出力電圧は極めて小さな
リップル電圧を除いて本質的に一定になる。
2は零になり、変成器T1の制御巻線4から制御回路7がターンオン信号を受信
し、制御ライン8を経てトランジスタスイッチQ1を直ちにターンオンさせる。
この時点ではインダクタ13の電流IL1も零である(図3B参照)。そしてト
ランジスタスイッチQ1を流れる電流IQ1は再び上昇し始め、新しいサイクル
を上述したように繰り返す。ダイオードD5は再びオフし、出力段内のハーフブ
リッジインバータを動作させ、これにより放電ランプを付勢するのに、キャパシ
タC1を流れる電流IC1が必要とされるのみとなる。出力電圧は極めて小さな
リップル電圧を除いて本質的に一定になる。
【0032】
ハーフブリッジ共振インバータ手段の動作は従来通りであり、詳細に説明する
必要はないであろう。高電圧制御回路11はトランジスタスイッチQ2及びQ3
を共振キャパシタC3及び電流検出抵抗9から導出される制御信号の関数として
周期的に交互にスイッチオン及びオフする。
必要はないであろう。高電圧制御回路11はトランジスタスイッチQ2及びQ3
を共振キャパシタC3及び電流検出抵抗9から導出される制御信号の関数として
周期的に交互にスイッチオン及びオフする。
【0033】
図2の電子安定器では、整流正弦波入力線間電圧Vinのために、Vo/Vinで定
義される入力/出力電圧利得が時間とともに変化する。入力線間電圧と同相の正
弦波入力電流を発生させるために、SEPICコンバータは入力線周波数サイク
ル中に可変周波数で臨界導通モードで動作させる。この動作モードはPFC制御
ICにより変成器の制御巻線14に発生する電圧センス信号Vsを用いて維持さ
れる。
義される入力/出力電圧利得が時間とともに変化する。入力線間電圧と同相の正
弦波入力電流を発生させるために、SEPICコンバータは入力線周波数サイク
ル中に可変周波数で臨界導通モードで動作させる。この動作モードはPFC制御
ICにより変成器の制御巻線14に発生する電圧センス信号Vsを用いて維持さ
れる。
【0034】
第1高周波数動作インターバルにおいて、パワースイッチQ1は制御巻線14
に発生する電圧センス信号Vsが零になるときにターンオンする。スイッチQ1
のターンオンと同時に、入力線間電圧Vinがインダクタ13に供給される。同時
に、キャパシタC5の両端間の電圧(Vinに等しい)が変成器T1の一次巻線に
供給される。磁化インダクタンスを流れる電流は図3に示すように増大する。ト
ランジスタQ1を流れる電流はほぼ直線的に増大する(図3A参照)。同時に、
キャパシタC5を蓄積するエネルギーがトランジスタスイッチQ1及び変成器T
1の一次巻線を経て電流ICで放電される(図3C参照)。IQ1の電流ピーク
が、検出抵抗6の適切なスケーリングによって、時間t1に入力電圧Vinの基準曲
線レベルに到達するとき、トランジスタQ1がターンオフする。このとき、回路
は第2動作インターバルに入る。このインターバルでは、ダイオードD5がオン
し、変成器T1から出力キャパシタC1へ電流を流す。ダイオードD5の電流波
形ID5を図3Gに示す。このインターバルt1-t2では、変成器T1の電圧が図
3Bに示すようなインダクタ電流IL1の漸減を導く。電流IL1が零になると
、制御巻線14が信号(Vs)を検出し、トランジスタスイッチQ1をターンオ
ンして次のスイッチングサイクルを開始する。
に発生する電圧センス信号Vsが零になるときにターンオンする。スイッチQ1
のターンオンと同時に、入力線間電圧Vinがインダクタ13に供給される。同時
に、キャパシタC5の両端間の電圧(Vinに等しい)が変成器T1の一次巻線に
供給される。磁化インダクタンスを流れる電流は図3に示すように増大する。ト
ランジスタQ1を流れる電流はほぼ直線的に増大する(図3A参照)。同時に、
キャパシタC5を蓄積するエネルギーがトランジスタスイッチQ1及び変成器T
1の一次巻線を経て電流ICで放電される(図3C参照)。IQ1の電流ピーク
が、検出抵抗6の適切なスケーリングによって、時間t1に入力電圧Vinの基準曲
線レベルに到達するとき、トランジスタQ1がターンオフする。このとき、回路
は第2動作インターバルに入る。このインターバルでは、ダイオードD5がオン
し、変成器T1から出力キャパシタC1へ電流を流す。ダイオードD5の電流波
形ID5を図3Gに示す。このインターバルt1-t2では、変成器T1の電圧が図
3Bに示すようなインダクタ電流IL1の漸減を導く。電流IL1が零になると
、制御巻線14が信号(Vs)を検出し、トランジスタスイッチQ1をターンオ
ンして次のスイッチングサイクルを開始する。
【0035】
図3に示す波形は低周波数入力サイクル中の特定の動作点において導出される
ものにすぎない。他の動作点では、これらの波形は同一の形を有するが、異なる
周波数と振幅を有するものとなる。
ものにすぎない。他の動作点では、これらの波形は同一の形を有するが、異なる
周波数と振幅を有するものとなる。
【0036】
図1に示す従来の回路と比較して、図2に示す本発明の回路は入力段内の別個
のインダクタと出力段内の別個の絶縁変成器の代わりに単一の一体化変成器−イ
ンダクタ部品を入力段に使用する。本発明の電子安定器は少数の磁気部品を有し
、電子安定器のサイズ及びコストの低減が得られる。本発明の図2の電子安定器
は、米国特許第5,084,653号の電子安定器のものより、縮小サイズ、従
って低コストの磁気部品を使用する。
のインダクタと出力段内の別個の絶縁変成器の代わりに単一の一体化変成器−イ
ンダクタ部品を入力段に使用する。本発明の電子安定器は少数の磁気部品を有し
、電子安定器のサイズ及びコストの低減が得られる。本発明の図2の電子安定器
は、米国特許第5,084,653号の電子安定器のものより、縮小サイズ、従
って低コストの磁気部品を使用する。
【0037】
本発明の好適実施例を図示し、説明したが、これは一例にすぎないこと明らか
である。当業者であれば、本発明の範囲内において種々の変形や変更や置換が可
能である。従って、縦続請求項はこのようなすべての実施例を本発明の範囲に含
むものとしてカバーするものである。
である。当業者であれば、本発明の範囲内において種々の変形や変更や置換が可
能である。従って、縦続請求項はこのようなすべての実施例を本発明の範囲に含
むものとしてカバーするものである。
【図1】 2段装置の出力段に絶縁変成器を使用する従来の高周波数電子安定器
の全体の回路構成を示す図である。
の全体の回路構成を示す図である。
【図2】 単一の一体化変成器−インダクタ部品を具えるSEPICコンバータ
入力段を使用する本発明の電子安定器の好適例を示す構成図である。
入力段を使用する本発明の電子安定器の好適例を示す構成図である。
【図3】 a−hは本発明の良好な理解のために有用な波形を示す図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 アダン ヘルナンデス
オランダ国 5656 アーアー アインドー
フェン プロフ ホルストラーン 6
Fターム(参考) 3K072 AB02 AC11 BA05 BB01 BB10
CA11 CA16 DD04 DE02 DE04
DE05 EA07 FA02 FA05 GA02
GB03 GB12 GC04 HA10
Claims (9)
- 【請求項1】 1つ以上の放電ランプ用の高周波数電子安定器回路であって、 電子安定器回路用の低周波数供給電圧源に接続するための第1及び第2入力端
子と、 前記入力端子に結合され、低周波数供給電圧を整流する整流手段と、 前記整流手段の出力端子に結合された入力段と、 出力段とを具え、 前記入力段は、 トランジスタスイッチと、 一次巻線、二次巻線及びインダクタを有する変成器−インダクタと、 キャパシタと、 整流器と、 蓄積キャパシタと、 高周波数コンバータ回路を形成するべく前記インダクタ、前記キャパシタ、前
記変成器の一次巻線及び前記トランジスタスイッチを前記整流手段の出力端子に
接続する第1接続手段と、 高周波数スイッチング信号を前記変成器−インダクタから導出される少なくと
も第1及び第2の制御信号の関数として前記トランジスタスイッチに供給する制
御回路と、 前記整流器と前記蓄積キャパシタを前記変成器の二次巻線に接続する第2接続
手段とを具え、 前記出力段は、 LC共振回路を含むDC/ACインバータ回路と、 少なくとも1つの放電ランプのための接続端子とを具えることを特徴とする高
周波数電子安定器回路。 - 【請求項2】 前記制御回路は前記入力段を臨界導通モードで動作させることを
特徴とする請求項1記載の高周波数電子安定器回路。 - 【請求項3】 前記変成器−インダクタは更に前記第1制御信号を前記制御回路
の第1制御入力端子に供給する制御巻線を具え、これにより前記制御回路が前記
第1制御信号に応答して、前記インダクタの電流が零値になるときに前記トラン
ジスタスイッチをターンオンさせることを特徴とする請求項2記載の高周波数電
子安定器回路。 - 【請求項4】 前記制御回路はその第1制御入力端子に前記第1制御信号を受信
し、この制御信号に応答して前記トランジスタスイッチを、前記インダクタの電
流が零値になるときにターンオンさせることを特徴とする請求項1記載の高周波
数電子安定器回路。 - 【請求項5】 前記制御回路は更に前記トランジスタスイッチを流れる電流によ
り決まる第3制御信号に応答して、前記トランジスタスイッチのための高周波数
スイッチング信号を生成することを特徴とする請求項1記載の高周波数電子安定
器回路。 - 【請求項6】 前記第1接続手段は前記インダクタ、前記キャパシタ及び前記変
成器の一次巻線を前記整流手段の出力端子間に直列に接続するとともに、前記ト
ランジスタスイッチを前記インダクタと前記キャパシタとの間の接続点と前記整
流手段の出力端子との間に接続することを特徴とする請求項1記載の高周波数電
子安定器回路。 - 【請求項7】 前記変成器−インダクタは、前記インダクタと前記変成器の一次
及び二次巻線と前記制御回路のための制御巻線のすべてを共通の磁気コア上に設
けてなる単一の一体化磁気部品を構成することを特徴とする請求項1記載の高周
波数電子安定器回路。 - 【請求項8】 前記DC−ACインバータ回路は前記蓄積キャパシタの両端間に
直列に接続された第2及び第3トランジスタスイッチを具え、 前記LC共振回路は前記第3トランジスタスイッチの両端間に直列に接続され
た共振インダクタ及び共振キャパシタを含み、 前記第2及び第3トランジスタスイッチのスイッチングを前記共振キャパシタ
の両端間の電圧及び前記第3トランジスタスイッチを流れる電流により決まる第
3及び第4制御信号に応答して制御する高電圧制御回路を具えることを特徴とす
る請求項7記載の高周波数電子安定器回路。 - 【請求項9】 前記第1及び第2入力端子が電子安定器回路用に低周波数全波整
流正弦波状供給電流を供給し、前記インダクタが前記第2制御信号を前記制御回
路の第2入力端子に供給し、これにより前記制御回路が前記トランジスタスイッ
チを、前記インダクタを流れる電流の大きさが前記入力端子における低周波数供
給電流の大きさに等しいときにカットオフさせることを特徴とする請求項1記載
の高周波数電子安定器回路。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/467,596 | 1999-12-20 | ||
US09/467,596 US6181079B1 (en) | 1999-12-20 | 1999-12-20 | High power electronic ballast with an integrated magnetic component |
PCT/EP2000/012621 WO2001047324A1 (en) | 1999-12-20 | 2000-12-13 | High power electronic ballast with an integrated magnetic component |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003518714A true JP2003518714A (ja) | 2003-06-10 |
Family
ID=23856333
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001547925A Pending JP2003518714A (ja) | 1999-12-20 | 2000-12-13 | 一体化磁気部品を具えた高電力電子安定器 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6181079B1 (ja) |
EP (1) | EP1157593A1 (ja) |
JP (1) | JP2003518714A (ja) |
CN (1) | CN1348676A (ja) |
WO (1) | WO2001047324A1 (ja) |
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US8461776B2 (en) | 2005-11-18 | 2013-06-11 | Cree, Inc. | Solid state lighting panels with variable voltage boost current sources |
KR20140028490A (ko) * | 2012-08-29 | 2014-03-10 | 한국과학기술원 | 병렬형 엘. 이. 디. 조명장치 |
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EP1249067B1 (en) * | 2000-10-24 | 2005-07-27 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Portable device with reduced power dissipation |
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