JP3771291B2 - 低圧放電ランプの作動回路装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、少なくとも1つの低圧放電ランプを作動させるための回路装置、特に螢光ランプの調光作動のための回路装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
1つ又は複数の低圧放電ランプに電圧を供給するためのインバータと、インバータに対する供給電圧を出力端に生ずる直流電圧供給ユニットと、ランプの明るさを調節するための調光装置とを有する回路装置はヨーロッパ特許第 0059054号明細書に記載されている。この回路装置は、予熱された電極フィラメントを有する低圧放電ランプに直列共振回路を介して給電する外部制御されるインバータを有する。電極予熱段階の間に、すなわち放電ランプの点弧の前に、ランプは直列共振回路の共振周波数よりもはるかに高い周波数の電流を供給される。ランプを点弧させるため、共振上昇により必要な点弧電圧を発生するためにインバータのスイッチング周波数が直列共振回路の共振周波数の方向にずらされる。次いでランプ作動はランプにより減衰された直列共振回路の共振周波数の少し上の周波数において行われる。螢光ランプの調光、すなわち明るさ制御のために、インバータのスイッチング周波数、従ってまたランプ電流の周波数は調光装置における設定に関係して再び高められる。放電ランプに並列に接続されている共振キャパシタンスの周波数上昇により減ぜられたインピーダンスはランプ電流を減少させる。こうしてインバータのスイッチング周波数の変更により低圧放電ランプの明るさ制御が行われる。
【0003】
ドイツ特許第 3338464号明細書には、調光可能な蛍光ランプを作動させるための自己振動するインバータを有する回路装置が開示されており、この回路装置では螢光ランプの明るさ制御はインバータから発生される高周波の交流電圧のデューテイ比を調光装置における設定に関係して変更することにより行われる。
【0004】
さらにドイツ実用新案第 8915386号明細書から、螢光ランプの調光のためにインバータから発生される交流電圧の周波数およびデューテイ比の変更を組み合わせたものを利用する回路装置は公知である。
【0005】
上記文献の回路は比較的高い回路費用を必要とし、さらに螢光ランプが点弧の直後に、調光装置における設定に無関係に、調節ユニットがインバータの周波数またはデューテイレシオを調光装置における設定に相応して適合させ終わる前に先ず全電力で放電するという欠点を有する。
【0006】
他の調光方法はドイツ実用新案第 9100552号明細書に提案されている。ここに開示された回路装置は同じく直列共振回路を介して螢光ランプに給電する半ブリッジインバータを有する。ランプの明るさ制御は導通角制御の形式で行われる。ランプに並列に配置されている橋絡スイッチが、調光装置における設定に関係する調節可能なランプ電流の位相角の間に螢光ランプを橋絡する。それにより、放電間隙を流れる電流は、調光装置における設定に相応して弱められる。しかしながら、インバータのスイッチング段階への橋絡スイッチの同調はその回路構成に高い費用を必要とする。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、少なくとも1つの低圧放電ランプを作動させるため、特に調光作動させるための、従来の技術にくらべて改良された回路装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明によれば、低圧放電ランプに電圧を供給するために結合コンデンサ、共振インダクタンスおよび共振キャパシタンスを含んでいる直列共振回路を有する自由振動する半ブリッジインバータと、半ブリッジインバータに対する供給電圧を出力端に生ずる直流電圧供給ユニットと、低圧放電ランプの明るさを調節するための調光装置と、半ブリッジインバータに対する供給電圧を調光装置における設定に関係する値に設定する調節ユニットとを備えた低圧放電ランプの作動回路装置において、
調節ユニットの第1の入力端が調光装置の出力端に接続され、調節ユニットの第2の入力端が直流電圧供給ユニットの出力コンデンサに並列に接続され、
調節ユニットの出力端が直流電圧供給ユニットのスイッチングトランジスタの制御電極に導かれ、
低圧放電ランプの電極フィラメントが直列共振回路の結合コンデンサと、共振インダクタンスと、共振キャパシタンスとに直列に接続され、低圧放電ランプの両電極フィラメントの間に共振キャパシタンスが両電極フィラメントに直列に接続され、
電極フィラメントに並列にそれぞれスイッチング接点が接続され、スイッチング接点と共振キャパシタンスとスイッチング接点とが直列に接続され、
調節ユニットはタイムスイッチによって、スイッチングトランジスタの制御電極に対する制御電圧が、電極予熱段階では調光装置における設定に無関係に設定され、点弧段階の終了後には調光装置における設定に対応した値に設定されるように駆動され、
スイッチング接点はタイムスイッチによって、スイッチング接点が点弧段階の間のみ閉じられて電極フィラメントをそれぞれ短絡し、電極予熱段階の間および点弧段階の終了後には開かれて電極フィラメントをそれぞれ短絡しないように駆動されることによって解決される。
【0009】
本発明による回路装置は主として、1つ又は複数の低圧放電ランプに電圧を供給するための後段に接続されたLC出力回路を有するインバータと、インバータに対する直流電圧供給ユニットと、ランプの明るさを設定する調節ユニットおよび調光装置とから成っている。調光装置および調節ユニットは、調節ユニットがインバータに対する供給電圧を調光装置において選ばれた設定に関係する値に設定するように直流電圧供給ユニットと接続されている。調光装置における設定に相応して減ぜられたインバータ供給電圧は、インバータの一定または近似的に一定の動作周波数において、低圧放電ランプが減ぜられた電力で放電するように減ぜられたランプ電流を生じさせる。特に好ましい構成では、螢光ランプを作動させるため、特に螢光ランプを調光するための回路装置が取り扱われる。蛍光ランプは、後段に接続されており螢光ランプを含んでいる直列共振回路を有する半ブリッジインバータから給電される。半ブリッジインバータの直流電圧供給は好ましくはインバース変換器(Inverswandler)またはリバース変換器(Sperrwandler) として構成された直流電圧供給ユニットにより行われ、その直流電圧出力端がインバータの入力端と接続されている。インバース変換器またはリバース変換器のスイッチングトランジスタは調節ユニットから、調節ユニットが調光装置から予め定められた目標値および調節電圧供給ユニットの出力コンデンサに与えられているインバータ供給電圧から制御量として形成する制御信号を受ける。こうして直流電圧供給ユニットの出力電圧はランプ作動の間に調節ユニットおよび調光装置により設定される。ランプを傷めないようなランプ始動を可能にするため、螢光ランプの電極フィラメントは通常予熱される。電極予熱の継続時間および加熱電圧の高さは予め設定されたランプの明るさに無関係でなければならない。従って調光装置の制御信号は電極予熱段階の間は調節ユニットへの影響を有していない。
【0010】
電極予熱段階から調光作動への移行は、本発明による回路装置では有利な仕方で、予熱段階の終了時に、電極フィラメントをランプの点弧のために短時間橋絡するリレーをトリガーし、また同時に調節ユニットが調光装置において設定されたランプの明るさに対する値をとるように計らうタイムスイッチにより行われる。それにより、ランプが既に始動の直後に調光装置において設定された明るさで放電することが保証される。放電間隙における電圧降下を予熱段階の間に減じ、かつ点弧段階の間に高めるため、特に好ましい実施例では、放電間隙に対して並列に配置されている共振キャパシタンスは2つの互いに並列に接続されているコンデンサから成っている。予熱段階の間および(ランプの点弧後の)ランプ作動の際には両共振コンデンサは直列共振回路のなかに接続されている。それに対して点弧段階の間は両コンデンサの一方はリレーにより直列共振回路から除外される。
【0011】
【実施例】
以下、複数の好ましい実施例により本発明を一層詳細に説明する。
【0012】
図1には本発明による回路装置の基本原理が著しく簡単化して示されている。それは螢光ランプLに電圧を供給するための後段に接続されている直列共振回路を有する自己振動半ブリッジインバータT1、T2を有する。直列共振回路は結合コンデンサCK、共振インダクタンスLD、共振キャパシタンスCRおよびランプLの電極フィラメントE1、E2を含んでいる。すべてのこれらの部品は直列に接続されており、共振キャパシタンスCRは、それがランプLの放電間隙に対して並列に配置されるように直列共振回路のなかに両電極フィラメントE1、E2の間に接続されている。半ブリッジインバータT1、T2はその供給電圧を直流電圧供給ユニットの出力コンデンサC1から受ける。半ブリッジインバータT1、T2の駆動は制御ユニットSTにより行われる。この半ブリッジインバータの動作周波数はその出力回路の部品CR、LRの共振周波数の付近にある。調光装置Dは調節ユニットRを介して直流電圧供給ユニットの出力コンデンサC1と接続されている。
【0013】
ランプLの明るさを調節するために、調節ユニットRにより、出力コンデンサC1に与えられるインバータT1、T2に対する供給電圧が調光装置における設定に関係して調節される。
【0014】
半ブリッジT1、T2に対する小さい供給電圧はランプLを通る小さい電流を生じ、従ってランプLは減ぜられた電力で放電する。それにより、共振コンデンサCRおよび共振インダクタンスLRから成る直列共振回路は減負荷されるので、振動回路のQ値、従ってまた共振コンデンサCRにおける電圧は上昇する。同時にそれによりコンデンサCRを通る電流およびそれに直列に接続されているランプLの電極フィラメントE1、E2を通る電流が上昇する。
【0015】
図2には、半ブリッジインバータT1、T2に対する商用電圧により作動する直流電圧供給ユニットの第1の実施例が示されている。それは前段に接続された整流器Gと、高周波の擾乱信号が侵入するのを防止する高周波フィルタFとを有するインバース変換器から成っている。通常使用される高周波フィルタFの説明はたとえばヨーロッパ特許出願公開第 0541909号明細書に記載されている。整流器Gの直流電圧出力端に対して並列に、整流された商用電圧を平滑化するため、平滑化コンデンサCが接続されている。インバース変換器は電界効果トランジスタTと、リアクトルLと、ダイオードDと、インバース変換器の出力端に対して並列に接続されている電解コンデンサC1とから成っている。インバース変換器を形成するこれらの部品は、インバース変換器の出力電圧が整流された瞬時の商用電圧に重畳するように接続されている。調節ユニットRの第1の入力端はインバース変換器の出力コンデンサC1に並列に接続されており、また調節ユニットRの第2の入力端は調光器Dの出力端と接続されている。調節ユニットRの出力端は電界効果トランジスタTのゲート端子に導かれている。インバース変換器の機能原理はジェイ・ベックマン(J. Beckmann)著「クロックされる電流供給(Getaktete Stromversorgung)」フランツィス、フエアラーク、ゲーエムベーハー(Franzis‐Verlag GmbH)の第17〜19頁に記載されており、従ってここで詳細には説明されない。
【0016】
符号V1、V2およびV3を付されているのは、図面を見易くするために本発明による回路装置の回路図を切断した個所である。第1の実施例による完全な回路装置を得るためには、図2および図4の回路がこれらの切断個所でつながれなければならない。こうして半ブリッジインバータT1、T2はコンデンサC1から切断個所V1、V2を経てその供給電圧を得、またタイムスイッチZSが切断個所V3を経て調節ユニットRの第3の入力端と接続されている。インバータは自己振動する電流帰還結合された半ブリッジインバータT1、T2として構成されている。インバータのスイッチングトランジスタT1、T2のベースまたはゲート電極のための駆動装置STの詳細な説明はたとえばダブリュ、ヒルシュマン(W. Hirschmann)、エイ、ハウエンシュタイン(A. Hauenstein)著「スイッチングレギュレータ(Schaltnetzteile) 」シーメンス社出版、1990年、第63頁に記載されている。半ブリッジT1、T2の中央タップに、結合コンデンサCK、共振インダクタンスLD、共振キャパシタンスCRおよび螢光ランプLの電極フィラメントE1、E2を含んでいる直列共振回路が接続されている。直列共振回路のすべての上記部品は直列に接続されている。しかしながら共振キャパシタンスCRは、それがランプLの放電間隙に対して並列に接続されているように、直列共振回路のなかに含まれている。さらに回路装置は、それぞれ電極フィラメントE1、E2の1つに対して並列に接続されており、またリレーREにより制御される2つのスイッチング接点K1、K2を有する。リレーREはさらにタイムスイッチZSと接続されている。
【0017】
回路装置のスイッチオンの後にインバース変換器は電解コンデンサC1に半ブリッジインバータT1、T2に対する供給電圧を生ずる。この供給電圧は先ず調光装置における設定に無関係であり、またその値は、電極予熱段階の間は半ブリッジT1、T2から中央タップに発生される電圧が電極予熱のために十分な直列共振回路を通る電流を保証するように選ばれている。約2秒間継続するこの電極予熱段階の間はリレー接点K1、K2は開かれているので、電極フィラメントE1、E2は直列に直列共振回路のなかに含まれており、高周波の加熱電流を流される。電極フィラメントE1、E2の抵抗は直列共振回路を減衰させ、またランプLのアークスルーを防止する。予熱段階の終了時にタイムスイッチZSがリレーREをトリガーするので、両リレー接点K1、K2は短時間、約8msにわたり、閉じられ、また同時に調節ユニットRを能動化する。スイッチング接点K1、K2の短時間の閉路により電極フィラメントE1、E2が橋絡され、また直列共振回路が脱減衰される。それにより共振キャパシタンスCRに螢光ランプLに対する点弧電圧が生ずる。正常なランプ作動の間は、すなわちランプLの点弧が行われた後には、リレー接点K1、K2は再び開かれている。タイムスイッチZSにより能動化された調節ユニットRは出力コンデンサC1に与えられているインバータT1、T2に対する供給電圧を検出し、この供給電圧を、調光装置Dから供給され、調光装置における設定により決定された目標値と比較し、また電界効果トランジスタTのゲート電極へのその接続を介してこのトランジスタTのデューティレシオを制御し、それによって電解コンデンサC1におけるインバース変換器の出力電圧を調節する。インバース変換器の減ぜられた出力電圧は半ブリッジインバータT1、T2に対する減ぜられた供給電圧を意味する。半ブリッジインバータT1、T2の中央タップにおける電圧降下が次いで同じく相応に減ぜられているので、直列共振回路を通って、またランプLの放電間隙を経て、減ぜられた電流が流れる。こうして螢光ランプLの電力および明るさがインバータ供給電圧の調節により調光装置における設定に関係して制御される。
【0018】
図6および図7には、2つの相い異なる調光器設定に対して電極予熱段階から正常なランプ作動への移行の際のリレーREに対する制御信号の時間的経過(それぞれ曲線1)および調節ユニットRに対する制御信号の時間的経過(それぞれ曲線2)が著しく簡単化して示されている。約2秒間継続する電極予熱段階の間は調節ユニットRに対する制御信号(図6および図7の曲線2)、従ってまたトランジスタTのゲート電極に対する制御電圧は調光装置Dにおける設定に無関係である。リレーREは制御信号を受けず、スイッチング接点K1、K2は開かれている。点弧段階の開始時に初めて調節ユニットRが能動化され、トランジスタTのゲート電極が調光器設定に相応して異なる制御信号を受信する。点弧段階は約8ms継続する。この時間の間はリレーREは両リレー接点K1、K2を閉じる制御信号を受ける。ランプLの点弧が行われた後両リレー接点は再び開かれ、リレーREは制御信号を受けず、トランジスタTのゲート電極に対する制御電圧は調光装置Dにおける設定により、また調節ユニットRにより決定される。
【0019】
図5には本発明による回路装置の第2の実施例が示されている。それは切断個所V1、V2およびV3において図2に示されているインバース変換器と接続されている。第1の実施例との相違点は共振キャパシタンスのみである。共振キャパシタンスは第2の実施例では2つの部分から構成されている。それは互いに並列に接続された共振コンデンサCR1およびCR2から成っており、それらは共にランプの放電間隙に対して並列に配置されている。予熱段階の間およびランプ始動後には両共振コンデンサCR1、CR2は直列共振回路のなかに含まれている(図5中に示されているようなスイッチング接点K1、K2の位置)。それに対して点弧段階の間は、リレー接点K1、K2の短時間の切換により、共振コンデンサCR2が直列共振回路から除外され、従ってコンデンサCR1のキャパシタンスのみが有効である。この措置により、ランプLの放電間隙の電圧降下が予熱段階の間は減ぜられ、点弧段階の間は高められ得る。こうして一方では螢光ランプLのコールドスタートが回避され、他方では点弧段階の間の確実なランプ始動が可能にされる。
【0020】
インバース変換器の代わりに、半ブリッジインバータT1、T2の電圧供給のために、図3に示されているリバース変換器も使用され得る。リバース変換器は高周波フィルタFおよび整流器Gを介して整流されかつ平滑化コンデンサC´により平滑化された商用電圧を供給される。それは電界効果トランジスタT′、変圧器TR、ダイオードD′およびその出力端に並列に接続された電解コンデンサC1から成っている。リバース変換器の構成および機能の仕方はたとえばジェイ、ベックマン(J. Beckmann)著「クロックされる電流供給(Getaktete Stromversorgung) 」フランツィス、フェアラーク、ゲーエムベーハー(Franzis‐Verlag GmbH)の第19〜24頁に記載されており、従ってここで詳細には説明されない。調節ユニットRおよび調光装置Dは、既に第1の実施例で説明したように、電界効果トランジスタT´のゲート電極およびリバース変換器の出力コンデンサC1と接続されている。ここでも調節ユニットRはトランジスタT´のデューティレシオを介して、電解コンデンサC1に与えられる半ブリッジインバータT1、T2に対する供給電圧を、調光装置において選ばれた設定に関係して制御する。調光装置における設定に相応するインバータ電圧供給の調節は、この実施例においても点弧段階の開始時に初めてタイムスイッチZSにより能動化される。符号V1、V2およびV3を付されているのは、図3に示されているリバース変換器を図4および図5に示されている第1または第2の実施例による回路と接続する切断個所である。
【0021】
調光装置D、タイムスイッチZSおよび調節ユニットRは種々の仕方で構成することができる。調光装置Dは調節ユニットRの入力端に約1V(最低の調光ステップ)と約10V(最高の調光ステップ)との間の電圧を発生する。このことは最も簡単な場合にはたとえば調光ポテンショメータにより達成され得る。タイムスイッチZSとしてはたとえば、後段に接続されたコンパレータを有するRC要素が適している。このRC要素の時定数は主として電極予熱段階の継続時間を決定する。調節ユニッットRはたとえば、前段に接続された差し引き器を有するPIまたはPID調節器として構成することができる。差し引き器はこの場合に調光器信号から、またたとえばインバータの供給電圧に比例する電圧信号から差信号を形成し、この差信号から直流電圧供給ユニットのトランジスタT、T´のゲート電極を駆動するための信号が導き出される。
【0022】
本発明による回路装置によればランプLの電力がその定格値の5%に減ずるように調光され得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による回路装置の基本原理を示す接続図。
【図2】インバース変換器として構成されたインバータに対する直流電圧供給ユニットの接続図。
【図3】リバース変換器として構成されたインバータに対する直流電圧供給ユニットの接続図。
【図4】後段に接続された直列共振回路およびそのなかに含まれている螢光ランプを有する本発明の第1の実施例によるインバータの接続図。
【図5】後段に接続された直列共振回路およびそのなかに含まれている螢光ランプを有する本発明の第2の実施例によるインバータの接続図。
【図6】電極予熱から最高の調光器設定の際の調光作動への移行段階の間のリレーに対する制御信号の時間的経過(曲線1)およびインバータ供給電圧調節に対する制御信号の時間的経過(曲線2)を示す線図。
【図7】電極予熱から最低の調光器設定の際の調光作動への移行段階の間のリレーに対する制御信号の時間的経過(曲線1)およびインバータ供給電圧調節に対する制御信号の時間的経過(曲線2)を示す線図。
【符号の説明】
C1 出力コンデンサ
CK 結合コンデンサ
CR 共振キャパシタンス
CR1、CR2 共振コンデンサ
D 調光装置
E1、E2 電極フィラメント
K1、K2 スイッチング接点
L 低圧放電ランプ
LD 共振インダクタンス
R 調節ユニット
T1、T2 インバータ
T、T´ スイッチングトランジスタ
ZS タイムスイッチ
Claims (1)
- 低圧放電ランプ(L)に電圧を供給するために結合コンデンサ(CK)、共振インダクタンス(LD)および共振キャパシタンス(CR)を含んでいる直列共振回路を有する自由振動する半ブリッジインバータ(T1、T2)と、半ブリッジインバータ(T1、T2)に対する供給電圧を出力端に生ずる直流電圧供給ユニットと、低圧放電ランプ(L)の明るさを調節するための調光装置(D)と、半ブリッジインバータ(T1、T2)に対する供給電圧を調光装置(D)における設定に関係する値に設定する調節ユニット(R)とを備えた低圧放電ランプ(L)の作動回路装置において、
調節ユニット(R)の第1の入力端が調光装置(D)の出力端に接続され、調節ユニット(R)の第2の入力端が直流電圧供給ユニットの出力コンデンサ(C1)に並列に接続され、
調節ユニット(R)の出力端が直流電圧供給ユニットのスイッチングトランジスタ(T、T´)の制御電極に導かれ、
低圧放電ランプ(L)の電極フィラメント(E1、E2)が直列共振回路の結合コンデンサ(CK)と、共振インダクタンス(LD)と、共振キャパシタンス(CR)とに直列に接続され、低圧放電ランプ(L)の電極フィラメント(E1)と電極フィラメント(E2)との間に共振キャパシタンス(CR)が電極フィラメント(E1)と電極フィラメント(E2)とに直列に接続され、
電極フィラメント(E1、E2)に並列にそれぞれスイッチング接点(K1、K2)が接続され、スイッチング接点(K1)と共振キャパシタンス(CR)とスイッチング接点(K2)とが直列に接続され、
調節ユニット(R)はタイムスイッチ(ZS)によって、スイッチングトランジスタ(T、T´)の制御電極に対する制御電圧が、電極予熱段階では調光装置(D)における設定に無関係に設定され、点弧段階の終了後には調光装置(D)における設定に対応した値に設定されるように駆動され、
スイッチング接点(K1、K2)はタイムスイッチ(ZS)によって、スイッチング接点(K1、K2)が点弧段階の間のみ閉じられて電極フィラメント(E1、E2)をそれぞれ短絡し、電極予熱段階の間および点弧段階の終了後には開かれて電極フィラメント(E1、E2)をそれぞれ短絡しないように駆動される
ことを特徴とする低圧放電ランプの作動回路装置。
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