JP2006513555A

JP2006513555A - 閃光抑制回路付き減光安定化制御ｉｃ

Info

Publication number: JP2006513555A
Application number: JP2005518830A
Authority: JP
Inventors: トーマスリバリッチ，
Original assignee: インターナショナルレクティファイアーコーポレーション
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2006-04-20
Also published as: WO2004066675A2; WO2004066675A3; US20040174122A1; DE112004000145T5; CN1739073A; US6949888B2; CN100424607C

Abstract

減光電子安定化制御器が、高パワーレベルで蛍光灯を点火し、次にパワー出力レベルを適切な減光設定レベルまで減少することによって、閃光抑制機能を提供する。電子安定器は、閉ループ位相制御と、半ブリッジのスイッチング周波数を制御して蛍光灯に配給されるパワーを制御するＶＣＯとを使用する集積回路を含む。半ブリッジを通る電流が検知されて、閉ループ制御を実現する。蛍光灯の点火中、電流検知信号を使用して、電子安定器中に高パワーレベルをもたらし、位相検出器として位相制御用に使用する。変化制御回路の速度によって、パワーレベルの設定間、特に蛍光灯の点火中、調節速度が制御される。電子安定器は、故障検出及び閃光抑制とともに、広い線形の減光範囲をもたらす。

Description

発明の詳細な説明

関連出願
本出願は、「閃光抑制回路付き減光安定化制御ＩＣ」と題する、２００３年１月１６日出願の米国仮特許出願第６０／４４０，９２６号に基づいており、その利益を主張するものであり、ここに優先権を主張するとともに、参照によって本明細書にその全体を組み込むものとする。

本発明の背景
１．発明の分野
本発明は、一般に蛍光灯用の電子安定器に関し、より詳しくは蛍光の閃光を防止することができる電子安定化制御に関する。

２．従来技術の説明
蛍光灯用の電子安定器、特にスイッチング半ブリッジによって作動する電子安定器は、周知である。そのような電子安定器は、インターナショナル・レクティフィアー・コーポレーションに与えられた米国特許第６，００８，５９３号に説明されている。電子安定化制御は、進化して減光機能、殊に実質的に線形の減光制御を含むようになった。減光制御の１つのタイプは、インターナショナル・レクティフィアー・コーポレーションに与えられた米国特許第６，００８，５９３号に記載されている。

蛍光灯が、減光モードで動作するとき、電子安定器は、起動時の蛍光灯の点火中、問題を起こし得る。起動中、電子安定器は、蛍光灯（ランプ）を点火するために高電圧を発生する。暗い光レベルが選択されて蛍光灯が点火されるような状況では、蛍光灯を横切る不要な閃光が発生し得る。この理由は、蛍光灯が、最大輝度レベルでまず点火して、その後最終の暗い減光されたレベルまで移行するためにかかる時間が、人間の目につくからである。この理由のため、蛍光灯が、点火及び点灯中、閃光を放たないように防止することは有利なものとなるはずである。

発明の要約
本発明によれば、最大輝度から最終の暗い減光されたレベルまでの移行時間を減少することによって、蛍光灯の閃光が防止される。移行時間の減少によって、蛍光灯が、はっきりと滑らかに起動し、直接所望の減光レベルになるように見える。本発明は、蛍光灯の点火を検出する蛍光灯用の電子安定化制御器を提供する。この制御方法では、人間の目が閃光を検知できる前に、システムが最低の減光設定まで移行できるように、もっとも早い利用可能な時間で点火が検出され、ループが閉じられる。点火勾配中に電流が増加したとき、回路が上側閾値に対するピーク出力電流を測定する。ピーク電流が上側閾値を超えたときには、閾値をより低い閾値に減少する。蛍光灯が点火したとき、電流は、低い方の閾値より減少し、回路は、減光ループを閉じる。電子安定器を通して供給される電流は、減少した電力レベルの閾値まで低下し、減光制御は、閉ループ制御によって動作する。

蛍光灯は、減光レベルの急速な変化中に、消えることもあり得る。本発明は、蛍光灯が消えることを防止するために、減光変化の速度減衰制御機能付きの電子安定化制御を提供する。

本発明は、添付図面を参照して以下でより詳細に述べる。

好ましい実施形態の詳細な説明
本発明は、蛍光灯の閃光を防止するように制御される、減光電子安定器を改善するものである。ここで図１を参照すると、電子安定器用の典型的な回路構成が、回路５０として示してある。蛍光灯１００は、入力された設定及びパラメータ選択に基づき、電子安定器によって動作する。電子安定器は、ハイ側スイッチＱ１及びロー側スイッチＱ２を含む２個のスイッチから構成される半ブリッジを用いて動作する。スイッチＱ１及びＱ２は、外部構成要素により制御ＩＣ６０に与えられる入力コマンド及びパラメータ設定に従って、電子安定化制御ＩＣ６０によって駆動される。制御ＩＣ６０は、単一のＩＣに、安定化制御器及び半ブリッジドライバを形成し、電流トランスを用いないで、ランプパワーを検知することができる。制御ＩＣ６０は、閉ループのランプパワー制御及び予熱電流制御を行い、予熱時間及び電流は、外部構成要素によってプログラム可能である。蛍光灯の点火検出機能もまた、点火から減光設定レベルまでパワー勾配を調節するためのプログラム可能な時間とともに、制御ＩＣ６０によってもたらされる。制御ＩＣ６０の入力端子ＤＩＭは、制御ＩＣ６０により制御される光の出力レベルを設定するために、０．５から５ボルトＤＣの減光制御入力を受け取る。制御ＩＣ６０は、いくつかのタイプの蛍光灯とともに使用するために柔軟なものにされ、したがって選択された蛍光灯１００の動作範囲を調節するために、プログラム可能な最低周波数と共に、最小及び最大のランプパワーを調節する機能を提供する。蛍光灯１００に給電された電流を決定するために、制御ＩＣ６０への入力ＣＳがスイッチング半ブリッジ中のロー側スイッチから得られる。電流検知信号が、たとえばロー側スイッチＱ２のゲート‐ドレイン抵抗から導出される電圧信号として得られる。

制御ＩＣ６０は、６００ボルトの範囲の電圧に耐えることができる高パワースイッチＱ１及びＱ２とともに、動作するように設計される。制御ＩＣ６０により提供される位相制御機能は、減光値の範囲の全域に渡ってほぼ線形の減光制御機能を有し、また電流トランスの必要をなくすために、ランプパワーの検知を伴う閉ループ制御機能を有する。電子安定化制御器を置き換えて減光機能を提供するために制御ＩＣ６０が使用されるときに、閉ループ電流制御は、既存の安定器で必要になり得る構成要素の変更を最低限に抑えることに寄与する。また、制御ＩＣ６０は、点火故障、フィラメント破損、熱過負荷、通常動作中のランプ破損及び低電圧を含む電源故障を含む、いくつかの故障検出機能を実現する。また、電源が低電圧状況にある場合に蛍光灯の再点火を可能とするために、自動再起動機能が制御ＩＣ６０に含められている。

ここで図２及び３を参照すると、蛍光灯の電子安定器の出力段の動作を説明するために、簡略化された回路が回路８０として示してある。図３のチャート７０は、様々な動作モード及びパワーレベルにおけるモデル回路８０の伝達関数特性を示している。安定器の出力段が、インダクタＬと、キャパシタＣと、フィラメント抵抗Ｒ１〜Ｒ４及びランプ抵抗Ｒｌａｍｐとから構成される抵抗網としてモデル化される。予熱及び点火の間、回路８０は強い電流を入力する高Ｑ直列ＬＣであり、共振周波数で＋９０°から−９０°まで入力電圧の位相が反転する。共振周波数をわずかに上回る動作周波数、及び共振周波数より大きい動作周波数で動作させるためには、位相は、固定される場合、予熱及び点火モード中、−９０°である。減光又は点灯モード中、回路８０は、並列のＲＣ組み合わせと直列のインダクタＬとしてモデル化され、高ランプパワーでは位相反転が少なく、低ランプパワーでは位相反転が大きい。

ここで図４を参照すると、入力電流の位相シフトが、グラフ９０の時間領域で表してある。グラフ９０では、予熱及び点火中に入力半ブリッジ電圧から−９０°シフトされ、点火後で通常の点灯中にゼロから−９０°までの間にある入力電流が示されている。制御ＩＣ６０の位相制御では、ゼロの位相シフトは最大パワーに対応する。図５のグラフ４０には、ランプパワーに対する位相調節量がプロットされている。グラフ４０から分かるように、位相差とランプパワーの間の関係は減光動作の範囲全体に渡り極めて線形であり、ランプ抵抗が給電パワーの関数として振幅に従って変化し得る動作域の極端に低い光レベルに低下した場合でさえ極めて線形である。

ここで図６を参照すると、低電圧ロックアウトモード（ＵＶＬＯ）での電子安定器の動作を示すために、回路５０の構成要素の一部分を表す回路図が描かれている。低電圧ロックアウトでは、低電圧条件においてスイッチＱ１及びＱ２を保護するために予防的測定が行われる。通常、起動中に駆動電圧は上昇するが、制御ＩＣ６０の出力ドライバを適切に起動してスイッチＱ１及びＱ２の適切な動作を保証するためには十分でない。したがって、電源レベルが適切になる程度に制御ＩＣ６０が十分機能するまで、スイッチＱ１及びＱ２用のハイ側及びロー側の出力ドライバの夫々は活性化されない。同時に、２００マイクロアンペアより小さい極めて低い静電流が、制御ＩＣ６０によってピンＶＣＣに維持される。回路３０は、電子安定器の出力段中に、抵抗Ｒ１と、キャパシタＣ１及びＣ２と、ダイオードＤ１及びＤ２とから構成されるチャージポンプを含む。回路３０は、チャージポンプの電子安定器出力段構成要素とともに、制御ＩＣ６０によって供給される起動電流を使用することによって十分な起動時の給電を得る。

起動用キャパシタＣ１は、抵抗Ｒ１を通じて供給される電流であって、制御ＩＣ６０により引き込まれる起動電流だけ部分的に減少する電流によって充電される。低ライン電圧レベルにおいて最大起動電流のほぼ２倍を与えて、入力パワーの悪条件下で適切に動作させるように、抵抗Ｒ１は選択される。キャパシタＣ１での電圧が起動閾値に達し、制御ＩＣ６０のピンＶＤＣでの電圧が約５．１ボルトになった後、制御ＩＣ６０はターンオンされる。ピンＶＤＣでの電圧の上記条件は、以下でより詳しく述べるように、電圧低下の保護を提供するためである。ひとたび制御ＩＣ６０がターンオンすると、ドライバ出力ＨＯ及びＬＯが発振し始めて、電子安定器を駆動する。駆動出力ＨＯ及びＬＯが発振し始めたとき、制御ＩＣ６０はより多い電流を引き込み、その更なる電流の引き込みにより、起動キャパシタＣ１は放電を始める。

ここで図７を参照すると、キャパシタＣ１が放電し始めたとき、チャージポンプにより供給される電圧は、整流された電流が制御ＩＣ６０用の動作閾値電圧を超えてキャパシタＣ１を充電することに寄与し始める。充電出力が増加するにつれて、制御ＩＣ６０内にある１５．６ボルトツェナークランプとの組み合わせで電源電圧として働く。起動キャパシタＣ１及びスナバキャパシタＣ２は、ＩＣ条件が最悪な場合においてさえ、良好な起動機能をを与えるように選択される。ブートストラップダイオードＤ３及び給電キャパシタＣ３は、ハイ側ドライバ回路に電源電圧を配給することに寄与する。好ましくは、ハイ側電源は、第１ドライバ出力パルスがドライバ出力ＨＯ上となる前に、ハイ側電源が充電される。したがって、制御ＩＣによりスイッチング半ブリッジに供給される第１パルスは、スイッチＱ２でのスイッチ発振を駆動し始めるために、ドライバ出力ＬＯ上に加えられる。ＵＶＬＯモード中に、ハイ及びロー側のドライバ出力ＨＯ及びＬＯがローレベルに維持される一方で、制御ＩＣ６０のピンＶＣＯ（図１）が内部で５ボルトにプルアップされ、それによって電子安定器の起動周波数を範囲の高いレベルにリセットする。また起動中に、制御ＩＣ６０においてピンＣＰＨが内部的にＣＯＭに接続される。これは、蛍光灯１００のフィラメントを予熱するための予熱時間をリセットするように働く。

制御ＩＣ６０は、いくつかの入力電圧条件において、出力ドライバの発振を条件付けることによって、電圧低下保護も提供する。ピンＶＣＣでの電圧が起動閾値より高いことに加え、制御ＩＣ６０のピンＶＤＣが、ドライバ出力の発振が可能である５．１ボルトより高い電圧レベルであるかがチェックされる。整流されたＡＣライン入力に接続された抵抗Ｒ３及び抵抗ＲＶＤＣから構成される電圧分割器によって、電圧低下保護の閾値用のプログラム可能な電圧レベルが生成される。ピンＶＤＣに接続された電圧分割器で、電子安定器に加えられる整流されたＡＣライン入力電圧が測定される一方で、ライン電圧レベルのためのプログラムされたターンオン及びターンオフレベルが生成される。フィルタキャパシタＣＶＤＣがピンＶＤＣに接続されて、リップル電圧を適度に低いレベルまで減少することに寄与する一方で、通常のライン条件中に、例えば３ボルトの低ターンオフ閾値に達することを防止する。キャパシタＣＶＤＣは、制御ＩＣ６０が適切にリセットされる前に、低いラインレベルの条件の間に、蛍光灯１００の消灯を防止することに寄与する。電圧低下条件が発生したとき、ＤＣバスは、適切なランプ電圧を維持するためにタンク回路によって使用される低閾値を下回る電圧レベルまで低下する。ライン電圧がその適切な値まで復帰したときに適切な再起動を可能とするために制御ＩＣ６０を予熱モードにリセットする低い値までＤＣバスが低下する前に、電圧低下保護回路は、電子安定器が蛍光灯１００をはっきりと消灯することを許容する。

ここで図８を参照すると、制御ＩＣ６０の内部構造のブロック図が、回路１１０として一般的に示してある。回路１１０で示されるように、制御ＩＣ６０は、ピンＶＣＯ上に供給される信号によって駆動される電圧制御発振器に基づき、ドライバ出力ＨＯ及びＬＯを発振させる機能を有する。予熱パラメータを選択のために、また電子安定器の動作範囲の最小値及び最大値を定めるために、入力が設けられている。また、回路１１０では、低電圧、温度異常上昇、過電流などを含む故障検出機能が示されている。それらは、結合してエラー信号ＥＲＲを生成する一方で、ドライバ出力ＨＯ及びＬＯをシャットオフするための機能ももたらす。

図９を参照すると、状態図１２０によって、電子安定器に供給されるパワーがターンオンされることによって始まる、電子安定化制御ＩＣ６０の動作が示されている。パワーが電子安定器に流れ始めたとき、制御ＩＣ６０は、状態１２１でＵＶＬＯモードに置かれる。ＵＶＬＯモードでは、スイッチング半ブリッジの動作が禁止される一方で、起動キャパシタＣ１の充電を開始するために電流がＶＣＣによって供給される。予熱キャパシタＣＰＨがゼロボルトに設定され、制御ＩＣ６０のＶＣＯにより供給される発振器機能がターンオフされる。制御ＩＣ６０は、所定の条件、例えば電源電圧が１２．５ボルトより高い設定閾値に達すること、例えばバス電源電圧が５．１ボルトより高い値に達すること、例えばシャットダウン故障検出信号が、蛍光灯１００の正常状態を示す１．７ボルトより低いこと、例えば制御ＩＣ６０の温度が正常であること、即ちＴＪが例えば１６５℃より低いことを含む所定の条件が満たされるまで、状態１２１に留まる。

ひとたび上記の条件が満たされると、制御ＩＣ６０は状態１２２に進み、予熱モード動作に入る。予熱モード中、スイッチング半ブリッジはターンオンされ、パワーを蛍光灯１００のフィラメントに供給するために発振を開始する。ピーク電流制御が、大電流を防止するために、電圧値ＶＣＳＰＫ及びＶＩＰＨによって確立される。キャパシタＣＰＨが、充電されて余熱時間の持続期間を決定する一方で、減光機能及び過電流故障検出が使用不能にされる。

キャパシタＣＰＨが例えば５．１ボルトを上回るまで充電されたときに予熱モードが終了し、制御ＩＣ６０の動作は状態１２３に移って点火モードを開始する。点火モードの間に、起動中に使用される発振の高周波が勾配をなして低くなり始め、それによって蛍光灯１００に供給されるパワーを増加する。状態１２３の間に、本発明の閃光抑制機能を得るために、また過電流故障検出を使用可能とするために、減光機能は開回路条件に置かれる。この時点で、電子安定器は蛍光灯１００を点火しようと試みる。ここでは、ＶＣＳが、増加したＶＩＰＨの値より上回るまで増加して、高パワーレベルにおける点火が可能にされる。ひとたび電圧ＶＣＳが、増加したＶＩＰＨの値より増加すると、その値の下ではＶＣＳがランモードで通常状態と見なされる値まで、ＶＩＰＨは減少する。ひとたび点火が検出されると、ＶＣＳは、減少した値でのＶＩＰＨより小さくなるまで低下し、制御ＩＣ６０は点火モードから抜け出て通常のランモードに入る。

状態１２４における通常のランモード又は減光モードは、システムが正常に動作しているとき、電子安定器及び蛍光灯１００にとって、通常の動作状態である。この状態では、位相制御が動作して、基準位相値に基づく所望のスイッチング速度及びパワーレベルで、スイッチング半ブリッジを駆動する。減光用制御動作が使用可能にされ、入力信号と、初期起動状態から所望の値までの勾配とに基づく適切な値に設定される。このモードでは、過電流検出を含めて全ての故障検出機能が使用可能にされ、電子安定器が通常状態で動作する。

起動状態１２１〜１２４のいずれにおいても、電子安定器及び蛍光灯１００に損傷が及ぶことを防止するために、故障を検出することができ、適切な応答を維持することができる。例えば、起動中、電子安定器中の出力段のパワー故障があると、電子安定器がＵＶＬＯモード状態１２１に戻される。さらに、ＤＣバス又はＡＣラインのパワー故障又はパワー喪失は、制御ＩＣ６０がＵＶＬＯモード中に置かれる状態１２１に戻される結果となる。さらに、ピンＳＤの値が例えば２．０ボルトより大きくなることに基いて蛍光灯故障又は蛍光灯欠如が検出され、制御ＩＣ６０は状態１２１及びＵＶＬＯモードに戻る。

起動プロセスの様々な段階で発生し得る故障が、状態１２５の故障モード中でも処理される。制御ＩＣ６０が状態１２２〜１２４のいずれかにあるとき、温度異常上昇故障が、状態１２５への移行動作に与えられる。状態１２３又は１２４のいずれかでは、検知された電流が所与の閾値より大きいときにハードスイッチング故障が与えられ、制御は状態１２５に移行する。状態１２３の点火モードでは、蛍光灯の点火に失敗することによっても、状態１２５に移行することになる。状態１２４の減光モードでは、過電流故障が検出されると、それによって故障モード状態１２５に移行される。故障モードの状態１２５では、電子安定器がフェールセーフタイプの条件に設定され、蛍光灯の取り外し又はパワーのサイクリングによってリセットされる故障ラッチが設定される。このモードでは、スイッチング半ブリッジがターンオフにされ、約２４０マイクロアンペアの低静止出力電流が出力電源段で生成される。予熱時間をリセットするために予熱キャパシタがゼロまで放電される一方で、電源電圧が約１５．６ボルトに維持され、発振器が停止される。制御ＩＣの動作は、故障モード状態１２５から移行すると、起動手順を再び開始するためにＵＶＬＯモード状態１２１に戻る。

図１０を参照すると、予熱回路及び動作のより詳細な説明が、予熱回路図１３０を参照して与えられる。電圧ＶＣＣがＵＶＬＯ＋閾値を超え、且つ電圧ＶＤＣが５．１ボルトを超えたとき、制御ＩＣ６０は予熱モードに入る。この予熱モードでは、ドライバ出力ＨＯ及びＬＯが、動作周波数の高い範囲側において、５０％のデューティーサイクルで、内部で設定された約２μｍのデッドタイムで、発振を開始する。ピンＣＰＨがＣＯＭから内部で接続を絶たれ、内部の１μＡの電流源が、ピンＣＰＨに接続された外部のタイミングキャパシタＣＣＰＨを充電する。キャパシタＣＣＰＨは線形に充電されて、蛍光灯１００のフィラメントを予熱するための予熱持続時間が得られる。予熱中もまた、内部の１μＡの電流源は、ピンＶＣＯ上の外部キャパシタＣＶＣＯをゆっくりと放電させ、ピンＶＣＯに印加された電圧を低下させる。ピンＶＣＯでの電圧を低下させることによって、発振器の周波数が共振周波数に向かって減少し、それによって負荷電流を増加する。負荷電流が外部の検知抵抗ＲＣＳを通って流れるとき、負荷電流に関連する、ピンＣＳで測定されるピーク電圧が増加する。ピンＣＳでのピーク電圧がピンＩＰＨでの電圧レベルを超えたとき、６０μＡの内部電流源がピンＶＣＯに接続され、キャパシタＣＶＣＯが放電を開始する。これらの動作は、時間に対してプロットされたＶＲＣＳ、ＩＣＶＣＯ及びＶＣＶＣＯを示す、図１１の波形に反映されている。

キャパシタＣＶＣＯを充電するために６０μＡの内部電流源がピンＶＣＯに接続されたとき、ピンＶＣＯでの電圧は増加する。ピンＶＣＯでの電圧が増加したとき、周波数が増大し、負荷電流が減少する結果となる。ピンＣＳでの電圧として測定された負荷電流が減少し、その電圧がピンＩＰＨでの電圧を下回ったとき、６０μＡの電流源は再び接続を絶たれる。６０μＡの電流源の接続を絶つことによって、再び発振周波数が減少させられ、それによって再び負荷電流が増加する。この周期的な動作が、蛍光灯１００のフィラメントを加熱する予熱モードの間、継続する。ピンＣＳでの電流検知を通じて得られるフィードバックによって、予熱時間の持続期間の間、ユーザがプログラムしたピンＩＰＨでの設定に、ピーク予熱電流が調整され続ける。外部抵抗ＲＩＰＨに接続された内部電流源によって、ピーク予熱電流用の電圧基準が設定される。予熱時間の持続期間は、キャパシタＣＣＰＨが約５ボルトを超えるまで充電されるのに要する時間の長さに設定される。

ここで図１２を参照すると、簡単化された回路図１４０が、電子安定器の点火動作を説明するために示してある。回路１４０では、点火モードは、ピンＣＰＨでの電圧が５ボルトを超えたときに開始する。ピンＩＰＨ上に加えられた電圧が、外部抵抗ＲＩＰＨから接続を絶たれ、その代わり１．６ボルトのより高い内部閾値に接続されて、ピンＣＳ（図８参照）での電流検知値に基づき適切な応答を維持する。キャパシタＣＶＣＯが内部１μＡ電流源１４１を通して線形に放電するとき、点火周波数の勾配変化が開始される。周波数が高Ｑの安定器の出力段の共振周波数に向かって線形に減少するとき、蛍光灯電圧及び蛍光灯電流が増加する。図１３を一時参照すると、ピンＣＳでの電圧測定による電流検知を反映して、蛍光灯に供給される増加パワーのグラフ化された実例が示されている。

電子安定器のスイッチング周波数は、蛍光灯１００が点火するまで、又は電流限度値に達するまで減少し続け、制御ＩＣ６０を故障モードに入らせる故障を発生させる。ピーク電流限界値は、１．６ボルトの閾値及び小さい抵抗値の抵抗を通してピンＣＳに接続された外部の電流検知用抵抗ＲＣＳによって決定される。この閾値は、安定器の出力段用に、最大所望ピーク点火電流、したがって最大ピーク点火電圧を設定する。ピーク点火電流が出力段のスイッチＱ１及びＱ２の電流定格値を超えることが防止されるように、電圧閾値及び電流検知抵抗ＲＣＳは選択される。さらに、それらの値は、共振インダクタ（図１及び２）が、電子安定器の動作中の如何なるときも、共振インダクタ（図１及び２）の飽和が回避されるように選ばれる。

電子安定化制御ＩＣ６０が低い減光レベルに設定されたとき、蛍光灯の点火中に蛍光灯を横切る閃光を発生させ得る。この閃光は、点火後の最大輝度レベルから低輝度の減光用設定までの移行に要する時間に因って発生し得る。この閃光を防止するために、点火検出回路が、ピンＣＳで電圧を測定し、それとピンＩＰＨの電圧を比較する。点火中、周波数が勾配をなして減少し、それによって蛍光灯に供給される電流及び電圧を増加するので、制御ＩＣ６０の回路が、予熱モード中に設定された電圧値より約２０％高い電圧までピンＩＰＨでの電圧を増加する。ピンＣＳでの電圧が増加したとき、最終的には、２０％増加されたピンＩＰＨの電圧を超える。その時点で、ピンＩＰＨでの電圧は、予熱の時点で設定された電圧を約１０％上回る電圧まで減少され、その時点において点火検出回路が起動される。図１３には、ピンＩＰＨでの典型的な値と関連するピンＣＳでの電圧が示されており、ここでは２０％又は１０％増加した値が指し示されている。

ひとたび蛍光灯１００が点火すると、蛍光灯１００を含む負荷回路の特性が変化するため、ピンＣＳでの電圧はピンＩＰＨでの電圧より低下する。ひとたびピンＣＳでの電圧がピンＩＰＨでの電圧より低下すると、制御ＩＣ６０は減光モードに入り、位相制御ループは閉ループモードで活性化される。点火中、ピンＣＳでの電圧はピンＩＰＨでの電圧を超えて上昇して２０％増加され、したがって点火検出回路は正常に機能することができる。ひとたび蛍光灯が点火すると、ピンＣＳでの電圧は、１０％増加されたピンＩＰＨでの電圧を下回る値まで減少し、制御ＩＣ６０は正常に減光モードに入る。

減光モードに入ったとき、制御ＩＣ６０は、閉ループ制御による位相制御モードで動作し、ピンＤＩＭへの制御入力に基づいて負荷電流の位相を調整する。ＶＣＯを用いた位相制御は、制御入力に従ってランプパワーを修正し、高効率を維持しながら適切な減光レベルを達成する。制御入力が迅速で著しい変化をなした場合、位相制御ループはその物理的性質から蛍光灯より早く入力に応答することができる。これらの迅速な制御の変化の結果、ＶＣＯがオーバーシュートして、周波数が最小の設定値より下降することになり、それによって蛍光灯が消される。

この問題を防止するために、減光用設定が変化できる速度が制御ＩＣ６０によって制御される。制御ＩＣ６０が減光モードに入ったとき、ピンＤＩＭがピンＣＰＨに内部で接続され、ピンＣＰＨに接続されたキャパシタＣＣＰＨを放電させる。電圧ＶＣＰＨが入力制御の設定レベルまで減少するとき、ピンＤＩＭに接続された抵抗ＲＤＩＭがキャパシタＣＣＰＨの放電速度を制御する。したがって、最大輝度から入力された減光設定レベルまでの変化速度は、プログラム可能に制御される。点火直後、蛍光灯全体に渡って見える閃光の量を最小にするために、抵抗ＲＤＩＭは早い時定数を得るように選択されることができる。それに代えて、蛍光灯１００の輝度が入力された減光用設定レベルまで滑らかな勾配で減少するために、ＲＤＩＭは長い時定数を得るように選択されることができる。したがって、ピンＣＰＨ上のキャパシタＣＣＰＨは、予熱時間と、減光モードへの移行の変化速度とを設定することによって複数の機能を提供し、高周波ノイズ排除性を高めるために減光中にピンＤＩＭ上でフィルタリング機能を提供する。１個のキャパシタを設けてこれらの機能すべてを提供することによって、構成要素の総数が著しく減少する。図１４に、点火パワーレベルから減光設定レベルまで移行するための変化速度を示す

制御ＩＣ６０が減光モードに入ったとき、ランプパワーを調整するために、閉ループ位相制御が実行される。エラー値を生成するために、出力段電流の位相は検出され、基準位相と比較される。このエラー値を使用して、ＶＣＯの動作を修正し、それによってエラー値をゼロにするように周波数を修正し位相を変更する。ここで図１５を参照すると、減光モード中に内部１５マイクロアンペアの電流源がピンＶＣＯに接続され、位相制御が位相にロックオンできるまでキャパシタＣＶＣＯを放電させ周波数を減少する。ひとたび位相ロックが達成されると、内部抵抗ＲＦＢを通してキャパシタＣＶＣＯを充電するために、位相検出器がオープンドレインのＰＭＯＳスイッチ１５１へ短いパルスを出力する。図１６を一時参照すると、ＶＥＲＲとして示すように、エラーパルスが発生するたびに、パルスは生成される。このパルス印加の作用が、ＶＣＯの入力部にある積分器にわずかに影響を及ぼし、出力段電流の位相が基準の位相にロックされるように維持する。

０．５から５ボルトの範囲でのピンＤＩＭへの入力減光制御は、アナログ蛍光灯パワー制御との減光インターフェースを提供する。５ボルトＤＣは、最小位相シフトに対応し、最大のランプパワーをもたらすことになる。減光インターフェースの出力は、ピンＭＩＮでの電圧として供給される。ピンＭＩＮでの電圧は、周波数に依存しないディジタル基準位相を生成するために、内部タイミングキャパシタＣＴ（図８）での電圧と比較される。

ここで図１７を参照すると、プログラムされた抵抗間の関係、タイミングキャパシタでの電圧及び基準位相の説明図が示されている。１ボルトから５．１ボルトまでのキャパシタＣＴの充電時間が、出力ゲートドライバＨＯ及びＬＯのオンタイムを決定し、スイッチングのデッドタイムがない、負荷電流中の可能な位相シフトの−１８０°に対応する。ゼロから−９０°までの減光範囲については、ピンＭＩＮでの電圧は、ピンＭＩＮ及びピンＭＡＸを使用して、１ボルトから３ボルトまでの範囲に制限される。ピンＭＡＸ上の外部抵抗ＲＭＡＸは、最小位相シフトの基準、又は最大ランプパワーをプログラムする。最大ランプパワーは、ピンＤＩＭに５ボルトで入力された減光用設定レベルに対応する。ピンＭＩＮ上の外部抵抗ＲＭＩＮは、最大位相シフト、又は最小ランプパワーが設定される。最小ランプパワーは、減光範囲の低レベルであるピンＤＩＭの０．５ボルトに対応する。

ここで図１８を参照すると、回路図１８０によって、電流検知回路に関連する電子安定器の一部分が示されている。減光モード中、電流検知回路が、ハードスイッチング中起こり得る過電流状況を検出し、総負荷電流の位相を測定するためにゼロクロスを検出する。ロー側スイッチＱ２がターンオンした時に起こり得る如何なるスイッチングノイズも排除するために、駆動信号ＬＯがハイ状態になった後４００ナノ秒の間、ディジタル電流検知ブランク回路が、ゼロクロス検出比較器から検知信号を消去する。図１９に示すように、４００ナノ秒の内部ブランクタイムによって、最大ランプパワーに対応する最小位相シフトの状態で動作するとき、減光範囲がわずかに減少する。ピンＭＡＸ上の外部プログラム抵抗ＲＭＡＸは、ブランクタイムから安全余裕を持って最小位相シフト値を与えるように選択される。電流検知抵抗ＲＣＳの両端間の電圧が−０．７ボルトより低下したとき、直列抵抗Ｒ１が、ピンＣＳから流出する電流量を限定する。ピンＣＳ上のフィルタ用キャパシタを使用して、安定器システム中に存在し得る他の可能な非同期ノイズ源との干渉を減少させることができる。

ここで図２０を参照すると、タイミング図が、ハードスイッチング検出を説明するために示してある。減光モードの間、予熱及び点火中動作するピーク電流調整回路は、使用不能にされる。非ゼロの電圧スイッチングが、スイッチＱ１及びＱ２から構成されるスイッチング半ブリッジの出力部で起こる場合、高電流スパイクが生じることになる。蛍光灯フィラメントの破損、蛍光灯の寿命切れ、蛍光灯取り外し、通信に必要な無駄時間より短い無駄時間すべてによって、ハードスイッチングが引き起こされ得る。したがって、ピンＣＳでのピーク電圧が減光モード中いつでも１．６ボルトを超えた場合、制御ＩＣ６０は、故障モードに入り、ハイ及びロー側のドライバ出力部ＨＯ及びＬＯは共にターンオフされる。１０．９ボルト未満でＶＣＣの電源電圧をサイクルすることによって、又はピンＳＤで２．０ボルトより高い電圧を検出することによって、故障モードはリセットされることができる。図９の状態図１２０に説明するように、制御ＩＣ６０は予熱モードに戻る。

特定のその実施形態に関連して本発明を説明したが、他の多くの変形、修正、使用が当業者に明らかになる。したがって、本発明は、ここでの具体的な開示に限定されず、添付の特許請求の範囲のみにより限定される。

本発明による減光用安定化制御機能付きの例示的な電子安定器の回路図である。安定器の出力段の簡略化されたモデルの図である。電子安定器中の様々なランプパワーレベルについて、出力段の伝達関数の応答を表すグラフである。時間の関数として、電子安定器の出力段の波形を示すグラフである。電子安定器の出力段について、位相シフトに対するランプパワーをプロットした図である。蛍光灯の電子安定器のための、起動用回路の構成要素を表す回路図である。起動時における時間に対するキャパシタ電圧をプロットした図である。電子安定化制御の内部構造を表す回路ブロック図である。電子安定化制御の動作の状態図である。電子安定器の予熱動作に関与する構成要素を表す部分回路図である。電子安定器について、予熱動作を表す一組の波形である。蛍光灯の点火回路中に含まれる構成要素を表す部分回路図である。様々なフェーズの動作中の電子安定器の電流を表すグラフである。時間の関数として、蛍光灯の点火及び点灯モードの電圧レベルへの移行を表すグラフである。電子安定器のための、減光用回路の動作中に関与する構成要素を表す部分回路図である。電子安定化制御中の位相制御動作を表す一組の波形である。スイッチング動作に関連する減光設定を表す一組の波形である。電流検知回路に関連する電子安定器の構成要素の部分回路図である。電子安定化制御中の電流検知用タイミングを表す一組の波形である。故障検出及び応答を表す一組のタイミング図である。

Claims

電子安定器の制御用の集積回路であって、
前記電子安定器により供給される電流の電流測定値を得るための電流検知回路と、
前記電流検知回路により得られた電流測定値と比較するための電流基準値と、
前記電子安定器の点火フェーズ中に確立され、前記電流基準値により決定されたレベルより高い電流レベルで点火を可能にする、第１の増加した電流基準値と、
前記電流測定値が点火後に低下して下回る閾値を確立するための、第２の増加した基準値と、を備える集積回路。
前記電子安定器のためのパワーレベルの設定に関連する入力制御信号と、
前記電子安定器で点火に関連し、前記制御入力のパワーレベル設定より大きい初期パワーレベルであって、それによって前記パワーレベルが点火後に前記初期パワーレベルから前記制御入力パワーレベルまで調節される初期パワーレベルと、をさらに備える請求項１に記載の集積回路。
前記初期パワーレベルから前記制御入力パワーレベルまでの前記パワーレベルの前記調節を制御するための変化速度回路をさらに備える請求項２に記載の集積回路。
蛍光灯用の電子安定器であって、
電子安定器の出力電流に関連する電流検知信号を生成するための電流検知回路と、
電子安定器の出力電流が、前記基準信号と関連する指定閾値より大きいことを示すために、前記電流検知信号と比較するための基準信号と、
前記基準信号値を修正し、それによって前記電流検知信号によって決定された前記電子安定器の電流出力用の前記閾値を修正する基準信号調節回路と、を備え、
より高い閾値及び対応するより高い電子安定器の電流出力値を得て、点火をより高いパワーレベルで行うために、前記基準信号が点火中に修正される、電子安定器。
前記電子安定器の出力パワーレベルを設定するための制御入力信号と、
点火に関連する初期パワーレベル設定であって、前記制御入力のパワーレベル設定より高い初期パワー設定と、を備える請求項４に記載の電子安定器。
前記電子安定器のパワーレベルを、前記初期パワーレベルから前記制御入力のパワーレベルまで、指定された変化速度に従って調節するための変化速度制御回路をさらに備える請求項５に記載の電子安定器。
電子安定器を用いて、ランプの点火中の閃光を抑制する方法であって、
前記電子安定器の出力電流を測定するステップと、
前記ランプの点火に関連した前記電子安定器のパワーレベル用の閾値を設定するステップと、
前記電子安定器の前記電流レベル出力を前記閾値レベルより高い値まで増加するステップと、
前記ランプの点火が行われた後、前記電子安定器の前記パワー出力レベルより低い値まで、前記閾値レベルを低下させるステップと、
前記ランプを点火し、前記電子安定器の前記パワー出力レベルを前記低下した閾値より低下させるステップと、を備える方法。
前記電子安定器の前記パワーレベル出力を、制御入力の設定に関連した値まで低下させるステップをさらに備える請求項７に記載の方法。
前記パワーレベルが、前記点火パワーレベルから前記制御入力設定に関連した前記パワーレベルまで調節されるとき、前記電子安定器の前記パワーレベルの前記調節の前記変化速度を制御するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。