JP2007519201A - マルチスロープ電流フィードバックを有する電子バラスト - Google Patents
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Abstract
電子バラストは、ランプ電流に応答して、調整ランプ電流信号(150)を発生させる電流応答回路(138)と、調整ランプ電流信号(150)及び所望のランプ電流信号(146)を受けて、ランプ電流誤差信号(148)を発生させる誤差回路(134)とを有するマルチスロープ電流フィードバック回路を含む。電流応答回路(138)は、ランプ電流が低ランプ電流領域にある場合に第1の応答を有し、ランプ電流が高ランプ電流領域にある場合に第2の応答を有し、調整ランプ電流信号(150)は、低ランプ電流領域と高ランプ電流領域との間で連続的である。電流応答回路(138)は、傾き変更回路(242)と、半波整流器(242)と、平均化回路(246)とを有する。マイクロプロセッサは、調整ランプ電流信号(150)に応答して、所望のランプ電流信号(146)を発生させることができる。
Description
本発明は、ガス放電管用の電子バラスト、更に具体的には、改善された調光制御のためのマルチスロープ電流フィードバックを伴う電子バラストに関する。
例えば蛍光灯のような、ガス放電ランプは、ランプへの電流を制限するバラストを必要とする。電子バラストは、それらの多数の利点により、ますます一般的となってきている。電子バラストは、磁気バラストシステムを上回る15%から20%程度のより大きな効率を提供する。電子バラストは、発生する熱がより少なく、冷却負荷の発生を低減させると共に、ハムを伴わずに、より静かに動作する。更に、電子バラストは、更なる設計及び制御の柔軟性を提供する。
電子バラストは、様々な供給電圧、様々な形式のランプ、及び様々な数のランプにより動作すべきである。供給電圧は、世界各国で様々であり、電力供給網に依存して1つの場所でも変化しうる。様々な形式のランプは、電気的に異なっているが、様々な形式のランプが単一の固定された物において使用可能であるように、同じ物理的寸法を有しても良い。電子バラストは、単一のランプ、又は2若しくはそれ以上のランプと共に動作しても良い。電子バラストは、様々な状態の下で、確実に、且つ、効率的に動作すべきである。
1つの特有の課題は、調光式ランプにより使用される低電流でランプ電流制御を提供することである。調光バラストは、一般的に5から280mAといった、完全に暗くされた状態から完全に明るくされた状態までの幅広い範囲に亘ってランプ電流を制御すべきである。当該課題は、範囲全体に亘る制御を提供する一方で、低ランプ電流領域の低域に亘って良好な制御を提供することである。光差の認知は、低い光レベルで最も顕著であるから、低ランプ電流領域での光出力の不規則性、誤差、又は矛盾は、ユーザにとって極めて可視的であり、厄介である。
現在、電子バラストは、ランプ電流を検知して、検知電流信号を供給するために電流変圧器を使用する。1つの配置では、マイクロプロセッサは、所望の電流信号を発生させる。所望の電流信号は、電流誤差信号を発生させるよう、検知電流信号と比較される。次に、電流誤差信号は、電子バラスト動作点を調整するために使用される。このような配置に伴う1つの問題は、マイクロプロセッサ出力が供給電圧、通常5ボルトに制限されることである。これは、設計者が利用可能な選択肢を限定する。設計者が、電流が調光範囲全体に亘って制御されることを可能にするようマイクロプロセッサの全電圧範囲を使用する場合に、乏しい分解能が低い光レベルで生ずる。設計者が、可視的な調光性能を改善するよう低い光レベルにおいて分解能を増大させる場合には、全光出力に達することが不可能となる。
この問題を解決するよう試みるために使用されてきた1つのアプローチは、電流検知抵抗をオン又はオフに切替えて、検知電流信号をスケーリングすることである。このアプローチは、1つの電流検知抵抗から他への切替えの際に光出力が不連続であるので、制限される。即ち、光出力は、夫々の新しい電流検知抵抗が回路に切り替えられる際に急増又は低下する。複合回路は、電流検知抵抗値を無視可能な値とすることにより、不連続な遷移を平滑化する必要がある。本配置は、不十分に実行されるか、あるいは、複雑で高価な回路の付加を必要とするかのいずれかである。
上記欠点を解決しうるマルチスロープ電流フィードバックを伴う電子バラストを有することが望まれる。
本発明の1つの態様は、光出力範囲全体に亘る光出力制御を提供するマルチスロープ電流フィードバックを有する電子バラストを提供する。
本発明の他の態様は、滑らかで連続的な光出力制御を提供するマルチスロープ電流フィードバックを有する電子バラストを提供する。
本発明の他の態様は、簡単で安価な回路を使用するマルチスロープ電流フィードバックを有する電子バラストを提供する。
本発明の上記及び他の利点について、添付の図面と併せて読まれる、現在のところ好ましい実施例の以下の詳細な記述から更に明らかにする。詳細な説明及び図面は、本発明の実例となるに過ぎず、添付の特許請求の範囲及びその均等によって定義される本発明の主旨を限定するものではない。
本発明の様々な実施例を、添付の図面により説明する。
図1は、本発明に従って作られたマルチスロープ電流フィードバックを有する電子バラストのブロック図である。電子バラスト100は、交流(AC)/直流(DC)変換器122と、ハーフブリッジ124と、共振タンク回路126と、マイクロプロセッサ128と、調整パルス幅変調器(PWM)130と、高電圧(HV)ドライバ132と、誤差回路134と、電流応答回路138とから成る。AC/DC変換器122は主電圧120を受け、タンク回路126はランプ136へ電力を供給する。
主電圧120は、例えば120V、127V、220V、230V、又は277Vといった、電子バラスト100へ供給されるAC線間電圧である。主電圧120は、AC/DC変換器122で受けられる。AC/DC変換器122は、AC主電圧120をDC電圧140へ変換する。DC電圧140は、ハーフブリッジ124へ供給される。AC/DC変換器122は、一般に、EMIフィルタと整流器とを有する(図示せず。)。AC/DC変換器122は、また、例えば180Vから470Vへと、DC電圧の電圧を増大させるよう昇圧回路を有することもできる。ハーフブリッジ124は、DC電圧140を高周波AC電圧142へ変換する。共振タンク回路126は、AC電圧をランプ136へ供給する。通常、高周波AC電圧は、25から60kHzの範囲の周波数を有する。
マイクロプロセッサ128は、電子バラスト100の動作を制御する。マイクロプロセッサ128は、プログラムされた命令を記憶しており、それに従って動作し、更に、所望の動作点を決定するよう電子バラスト100の至る所からパラメータを検知する。例えば、マイクロプロセッサ128は、ランプが予熱、点灯、若しくは作動のモードにあるか否かに依存して、又はランプが存在しない場合に、AC電圧を異なる周波数へ設定する。マイクロプロセッサ128は、AC/DC変換器122の電力変換及び電圧出力を制御することができる。マイクロプロセッサ128は、また、調整PWM130及びHVドライバ132を介してハーブブリッジ124の周波数及びデューティーサイクルを制御することによって、共振タンク回路126からのAC電圧の電圧及び周波数を制御することもできる。誤差回路134は、検知されたランプ電流144及び所望のランプ電流146を比較して、ランプ電流誤差信号148を、調整PWM130及びHVドライバ132によるランプ電流の調節のために、調整PWM130へ供給する。
図1に示された電流応答回路138は、ランプ電流がより低いレベルにある場合には第1の応答を有し、ランプ電流がより高いレベルにある場合には第2の応答を有する。回路応答は、所与の回路入力に対する回路出力である。電流応答回路138は、高周波(HF)検知ランプ電流信号144を受信し、調整ランプ電流信号150を発生させる。調整ランプ電流信号150は、誤差回路134及びマイクロプロセッサ128へ供給される。誤差回路134は、調整ランプ電流信号150と、マイクロプロセッサ128からの所望のランプ電流信号146とを比較し、ランプ電流誤差信号148を、調整PWM130及びHVドライバ132を流れるランプ電流の調節のために、調整PWM130へ供給する。電流応答回路138は、HF検知ランプ電流信号144がその動作範囲の低域にある場合に、更によく応答する。これは、電子バラストが低ランプ電流領域で動作している場合に、良好な制御を提供する。
図2から4は、本発明に従って作られたマルチスロープ電流フィードバックを有する電子バラストの回路図である。図4は、電流応答回路の詳細な回路図である。
図2を参照すると、DC電力は、AC/DC変換器(図示せず。)によって高電圧レール200及び共通レール202を介して共振ハーフブリッジへ供給されている。トランジスタQ2及びQ3は、ハーフブリッジ回路を形成するよう、高電圧レール200と共通レール202との間に直列に接続されている。図3のHVドライバU4は、トランジスタQ2及びQ3を、それらが交互に導通するように駆動する。インダクタL5及びキャパシタC33は、共振タンク回路を形成しており、トランジスタQ2とQ3との間の接点での出力を正弦波に平滑化する。単一のランプと共に使用するために、ランプ206の第1のフィラメント204は、端子T1及びT2の間に接続されており、第2のフィラメント208は、端子T5及びT6の間に接続されている。2つのランプが電子バラストと共に使用される場合には、第1のランプからの1つのフィラメントが、端子T1及びT2の間に接続され、第2のランプからの1つのフィラメントが、端子T5及びT6の間に接続される。夫々のランプからの1つのフィラメントである他のフィラメントは、端子T3及びT4の間に直列又は並列に接続される。
図3を参照すると、マイクロプロセッサU2は、電子バラストの内側及び外側からの入力を受けて、バラストの動作を制御するよう動作可能である。マイクロプロセッサU2は、所望のランプ動作周波数を決定し、調整PWMU3の振動周波数を設定する。調整PWMU3は、HVドライバU4を駆動する。HVドライバU4は、トランジスタQ2及びQ3を駆動する。
一実施例では、マイクロプロセッサU2は、STマイクロエレクトロニクスから市販されているST7LITE2であっても良く、調整PWMU3は、ナショナルセミコンダクタから市販されているLM3524Dであっても良く、HVドライバU4は、STマイクロエレクトロニクスから市販されているL6387であっても良い。当業者には、ここに記述されている例となる部品及び回路以外の特定の部品及び回路が所望の結果を達成するために選択可能であることが明らかである。
図2を参照すると、電流応答回路240は、キャパシタC37において高周波(HF)ランプ電流を検知する。電流応答回路240は、調整ランプ電流信号を、ライン210においてマイクロプロセッサU2へ、及び抵抗R64を介して誤差回路の誤差演算増幅器U6Bへ供給する。マイクロプロセッサU2は、入力及び所望の動作状態を基に所望のランプ電流信号を発生させ、該所望のランプ電流信号をライン212に沿って誤差演算増幅器U6Bへ戻す。誤差演算増幅器U6Bは、調整ランプ電流信号と所望のランプ電流信号とを比較して、ライン214においてランプ電流誤差信号を発生させる。ライン214は、ランプ電流誤差信号を調整PWMU3へ供給する。ランプ電流誤差信号に応答して、調整PWMU3は、出力パルス幅を調整する。出力パルス幅は、HVドライバU4によるトランジスタQ2及びQ3の循環によってランプ電流を調整する。調整ランプ電流信号が誤差演算増幅器U6Bにおいて所望のランプ電流信号に等しい場合には、ランプ電流誤差信号は、零出力であり、電子バラストは、定常状態モードでありうる。
電子バラストは、予熱、点灯、及び作動のモードで動作する。予熱モードは、熱電子放射を引き起こして、ランプを通る電気経路を提供するよう、ランプフィラメントへ予熱シーケンスを提供する。点灯モードは、ランプを点灯させるよう、高電圧を印加する。作動モードは、点灯後にランプを流れる電流を制御する。
図4を参照すると、電流応答回路240は、傾き変更回路242と、半波整流器244と、平均化回路246とを有する。傾き変更回路242は、キャパシタC37から高周波(HF)ランプ電流信号を受信し、抵抗R58において半波整流器244へと変更ランプ電流信号を供給する。半波整流器244は、平均化回路246へ整流ランプ電流信号を供給する。平均化回路246は、調整ランプ電流信号を、ライン210においてマイクロプロセッサU2へ、及び抵抗R64において誤差回路248の誤差演算増幅器U6Bへ供給する。誤差演算増幅器U6Bは、調整ランプ電流信号と、マイクロプロセッサU2からのライン212における所望のランプ電流信号とを比較して、ライン214においてランプ電流誤差信号を発生させる。
傾き変更回路242は、キャパシタC37と共通レール202との間で並列抵抗R69及びR57に直列接続された抵抗R74及びダイオードD21の並列回路から成る。ダイオードD19は、キャパシタC37と共通レール202との間に接続されている。ダイオードD19は、変更ランプ電流信号を抵抗R58へ供給するよう接続されている。一実施例において、ダイオードD19はショットキーダイオードである。
半波整流器244は、利得を制御する抵抗R60及びR58と共に、電流演算増幅器U6Aと、光伝導性超高速二重ダイオードD18とから成る。平均化回路246は、抵抗R61に直列に抵抗R62及びキャパシタC38の並列回路を有しており、半波整流器244からの整流ランプ電流信号を平均化する。
動作の際に、傾き変更回路242は、ランプ電流周期の部分と、ランプ電流の大きさとに依存して、異なる変更ランプ電流信号を供給する。電流周期の正の部分の間、変更ランプ電流信号は事実上零である。電流周期の負の部分の間、ランプ傾き変更回路242の応答は、ランプ電流の大きさに依存する。
傾き変更回路242は、キャパシタC37においてランプ電流を検知する。電流周期の正の部分の間、電流は、キャパシタC37からダイオードD19を通って共通レール202へと流れる。抵抗R58への変更ランプ電流信号は、ダイオードD19の両端の順方向電圧降下が小さいので、電流周期の正の部分の間はおよそ零である。また、ダイオードD19の両端の順方向電圧降下が小さいことにより、抵抗R74、R69及びR57での電力消費は最小限とされる。
電流周期の負の部分の間、ダイオードD19はオフであり、電流は、抵抗R58において半波整流器244へ負の電圧を供給するよう共通レール202から並列抵抗R69及びR57を介して流れる。負の電圧は、ランプ電流の関数である。電子バラストが低ランプ電流領域で動作中である場合に、ダイオードD21は、その閾値電圧より下で動作し、並列抵抗R69及びR57からの電流は、主として抵抗R74を流れる。これは、非常に低い調光レベルにおいてランプ電流を調節することができるほど十分に大きい変更ランプ電流信号を供給する。電子バラストが高ランプ電流領域で動作中である場合に、ダイオードD21は、その閾値電圧よりも上で動作し、並列抵抗R69及びR57からの電流は、主としてダイオードD21を流れる。一実施例では、ダイオードD21の閾値電圧は、ランプ電流が約12mAピークである場合に現れる。例えば0.65Vといったように、ダイオードD21の両端の順方向電圧降下が小さいことにより、抵抗R74での電力消費は制限される。傾き変更回路242は、並列抵抗R69及びR57からの電流フローがランプ電流を増大させながら抵抗R74とダイオードD21との間で切り替わるので、低ランプ電流領域と高ランプ電流領域との間の滑らかで連続的な遷移を提供する。
図5は、本発明に従って作られたマルチスロープ電流フィードバックを有する電子バラストの応答曲線を示すグラフである。誤差回路へ供給される調整ランプ電流信号は、ランプ電流の関数としてプロットされる。
連続応答曲線260は、低ランプ電流領域での第1の応答曲線262と、高ランプ電流領域での第2の応答曲線264とを有する。第1の応答曲線262の傾きは、通常、第2の応答曲線264の傾きよりも大きく、低ランプ電流領域での小さなランプ電流に対してより大きな調整ランプ電流信号を供給する。傾きは、回路の応答、即ち、所与の入力に対する出力を示す。第1の応答曲線262と第2の応答曲線264との間の滑らかで連続的な遷移は、点Aで生ずる。点Bは、通常、100%ランプ電流での全ランプ出力に対応する。当業者にとって、図5の連続応答曲線が典型的であって、変更が特定の結果を実現するよう実行され得ることは明らかであろう。一実施例において、第1又は第2の応答曲線は、線形というよりむしろ、単純又は複雑曲線でありうる。他の実施例において、連続応答曲線は、第1及び第2の応答曲線よりも多くの個別の曲線から成ることができる。
図6は、本発明に従って作られた電子バラストのためのマルチスロープ電流フィードバックの方法のフローチャートである。本例では、多数の傾きを有する(マルチスロープ)連続応答曲線は、2つの部分から成る(デュアル)スロープ曲線である。
検知ランプ電流信号は、270において高周波(HF)ランプ電流から発生し、調整ランプ電流信号は、272において連続応答曲線に沿って検知ランプ電流信号から発生し、調整ランプ電流信号は、274において、ランプ電流誤差信号を発生させるよう所望のランプ電流信号と比較される。連続応答曲線は、第1の応答曲線と、第2の応答曲線とを有する。調整ランプ電流信号は、検知ランプ電流信号が低ランプ電流領域にある場合に第1の応答曲線に沿って発生し、検知ランプ電流信号が高ランプ電流領域にある場合に第2の応答曲線に沿って発生する。
一実施例では、連続応答曲線に沿って検知ランプ電流信号から調整ランプ電流信号を発生するステップは、検知ランプ電流信号から変更ランプ電流信号を発生させるステップと、変更ランプ電流信号を整流して、整流ランプ電流信号を発生させるステップと、整流ランプ電流信号を平均化して、調整ランプ電流信号を発生させるステップとから成る。他の実施例では、所望のランプ電流信号は、例えば、調整ランプ電流信号をマイクロプロセッサへ供給して、マイクロプロセッサにおいて所望のランプ電流信号を発生させることによって、調整ランプ電流信号から発生する。
ここで開示されている本発明の実施例は、現在のところ好ましいと考えられているが、様々な改良及び変形が、本発明の主旨を損なわない範囲でなされることが可能である。本発明の主旨は、添付の特許請求の範囲に示されており、意義及び均等の範囲内で派生する全ての変更が、その中に包含されている。
Claims (20)
- 電子バラストのマルチスロープ電流フィードバックのための方法であって:
高周波ランプ電流から検知ランプ電流信号を発生させるステップ;
連続応答曲線に沿って前記検知ランプ電流信号から調整ランプ電流信号を発生させるステップ;及び
該調整ランプ電流信号を所望のランプ電流信号と比較して、ランプ電流誤差信号を発生させるステップ;
を有し、
前記連続応答曲線は、第1の応答曲線と第2の応答曲線とを有し、前記調整ランプ電流信号は、前記検知ランプ電流信号が第1の領域にある場合に前記第1の応答曲線に沿って発生し、前記検知ランプ電流信号が第2の領域にある場合に前記第2の応答曲線に沿って発生することを特徴とする方法。 - 連続応答曲線に沿って前記検知ランプ電流信号から調整ランプ電流信号を発生させるステップは:
前記検知ランプ電流信号から変更ランプ電流信号を発生させるステップ;
該変更ランプ電流信号を整流して、整流ランプ電流信号を発生させるステップ;及び
該整流ランプ電流信号を平均化して、前記調整ランプ電流信号を発生させるステップ;
を有することを特徴とする請求項1記載の方法。 - 前記検知ランプ電流信号は、正の周期部分と負の周期部分とを有し、
前記検知ランプ電流信号から変更ランプ電流信号を発生させるステップは:
前記正の周期部分に関して前記変更ランプ電流信号を零とするステップ;
前記検知ランプ電流信号が閾値を下回る場合に、前記負の周期部分に関して第1の応答で前記検知ランプ電流信号を前記変更ランプ電流信号へ変換するステップ;及び
前記検知ランプ電流信号が閾値を上回る場合に、前記負の周期部分に関して第2の応答で前記検知ランプ電流信号を前記変更ランプ電流信号へ変換するステップ;
を有することを特徴とする請求項2記載の方法。 - 前記調整ランプ電流信号から前記所望のランプ電流信号を発生させるステップを更に有する請求項1記載の方法。
- 前記調整ランプ電流信号から前記所望のランプ電流信号を発生させるステップは、前記調整ランプ電流信号をマイクロプロセッサへ供給し、該マイクロプロセッサにおいて前記所望のランプ電流信号を発生させるステップを有することを特徴とする請求項4記載の方法。
- 前記第1の応答曲線は、前記第2の応答曲線よりも大きな傾きを有することを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記第1の応答曲線は、直線、単純曲線及び複雑曲線から成るグループから選択されることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記第2の応答曲線は、直線、単純曲線及び複雑曲線から成るグループから選択されることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 電子バラストのマルチスロープ電流フィードバックのためのシステムであって:
高周波ランプ電流から検知ランプ電流信号を発生させる手段;
連続応答曲線に沿って前記検知ランプ電流信号から調整ランプ電流信号を発生させる手段;及び
該調整ランプ電流信号を所望のランプ電流信号と比較して、ランプ電流誤差信号を発生させる手段;
を有し、
前記連続応答曲線は、第1の応答曲線と第2の応答曲線とを有し、前記調整ランプ電流信号は、前記検知ランプ電流信号が第1の領域にある場合に前記第1の応答曲線に沿って発生し、前記検知ランプ電流信号が第2の領域にある場合に前記第2の応答曲線に沿って発生することを特徴とするシステム。 - 連続応答曲線に沿って前記検知ランプ電流信号から調整ランプ電流信号を発生させる手段は:
前記検知ランプ電流信号から変更ランプ電流信号を発生させる手段;
該変更ランプ電流信号を整流して、整流ランプ電流信号を発生させる手段;及び
該整流ランプ電流信号を平均化して、前記調整ランプ電流信号を発生させる手段;
を有することを特徴とする請求項9記載のシステム。 - 前記検知ランプ電流信号は、正の周期部分と負の周期部分とを有し、
前記検知ランプ電流信号から変更ランプ電流信号を発生させる手段は:
前記正の周期部分に関して前記変更ランプ電流信号を零とする手段;
前記検知ランプ電流信号が閾値を下回る場合に、前記負の周期部分に関して第1の応答で前記検知ランプ電流信号を前記変更ランプ電流信号へ変換する手段;及び
前記検知ランプ電流信号が閾値を上回る場合に、前記負の周期部分に関して第2の応答で前記検知ランプ電流信号を前記変更ランプ電流信号へ変換する手段;
を有することを特徴とする請求項10記載のシステム。 - 前記調整ランプ電流信号から前記所望のランプ電流信号を発生させる手段を更に有する請求項9記載のシステム。
- 前記第1の応答曲線は、前記第2の応答曲線よりも大きな傾きを有することを特徴とする請求項9記載のシステム。
- バラスト出力部でランプ電流を供給する電子バラストのマルチスロープ電流フィードバック回路であって:
前記ランプ電流に応答し、調整ランプ電流信号を発生させる電流応答回路;及び
前記調整ランプ電流信号及び所望のランプ電流信号を受信し、ランプ電流誤差信号を発生させる誤差回路;
を有し、
前記電流応答回路は、前記ランプ電流が第1の領域にある場合に第1の応答を有し、且つ、前記ランプ電流が第2の領域にある場合に第2の応答を有し、前記調整ランプ電流信号は、前記第1の領域と前記第2の領域との間で連続することを特徴とする回路。 - 前記電流応答回路は:
前記ランプ電流に応答し、変更ランプ電流信号を発生させる傾き変更回路;
前記変更ランプ電流信号に応答し、整流ランプ電流信号を発生させる半波整流器;及び
前記整流ランプ電流信号に応答し、前記調整ランプ電流信号を発生させる平均化回路;
を有することを特徴とする請求項14記載の回路。 - 前記傾き変更回路は:
第1の抵抗及び第1のダイオードの並列回路;
該並列回路及び第2の抵抗を有し、前記バラスト出力部と共通レールとの間に動作可能な状態で接続された直列回路;
前記バラスト出力部と前記共通レールとの間に動作可能な状態で接続された第2のダイオード;及び
前記バラスト出力部と前記第2のダイオードとの間に動作可能な状態で接続された前記変更ランプ電流信号用出力部;
を有することを特徴とする請求項15記載の回路。 - 前記第2のダイオードは、ショットキーダイオードであることを特徴とする請求項16記載の回路。
- 前記第1のダイオードは、前記第1の領域において閾値電圧より下で動作することを特徴とする請求項16記載の回路。
- マイクロプロセッサを更に有し、
該マイクロプロセッサは、前記調整ランプ電流信号に応答して、前記所望のランプ電流信号を発生させることを特徴とする請求項14記載の回路。 - 前記第1の応答は、前記第2の応答よりも大きいことを特徴とする請求項14記載の回路。
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