JPH06223988A - 電気ランプ動作装置および動作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、高いパワ−ファクタ−を有し比較
的安価に製造することのできる電気ランプの動作装置を
提供することを目的とする。 【構成】 比較的低い周波数を有する交流電圧の全波整
流用の整流回路と、この整流回路に接続され１以上のラ
ンプがその出力t6，t7に接続されている電子スイッチT1
〜T4のブリッジ回路と、比較的高い周波数でそれらの電
子スイッチをオンおよびオフに切替えるスイッチング用
制御回路とを具備し、その切替はブリッジ回路で互いに
対向した位置に接続されている一方の２つのスイッチT
1，T4が両者ともオフに切替えられた後にブリッジ回路
で互いに対向した位置に接続されている他方の２つのス
イッチT2，T3がオンに切替えられように交互に切替えら
れることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気ランプ、特に蛍光灯
やハロゲンランプのようなガス放電灯の動作のための装
置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】前述の蛍光灯の場合、バラストと呼ばれ
る装置は蛍光灯を点灯し、蛍光灯の動作電圧を維持する
機能を有し、前者の場合、蛍光灯を横切って高電圧が供
給され、後者の場合、蛍光灯に供給される電流は制限さ
れる。このようなバラストは通常蛍光灯とキャパシタの
並列回路に直列に接続されるチョ−クおよび蛍光灯と並
列に接続されたスタ−タとを有する。このようなバラス
トが使用される場合に蛍光灯を横切って正弦電圧が蛍光
灯に供給される電流と比較されるとき、この電流は正弦
波ではなく前記電圧に関して位相がシフトされ、その結
果0.5 より低い好ましくないパワ−ファクタ−（ＰＦ）
となる。

【０００３】ＰＦが１に等しいことが理想であり、これ
は電圧と電流が正弦波で互いに同位相であり、純粋に抵
抗性の負荷で、さらに明白なパワ−が活性パワ−（ＰＦ
＝ｃｏｓ＝１）に等しいとき達成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のバラストのＰＦ
はさらに別のキャパシタをチョ−クに直列に接続するこ
とにより改良され、その結果、電圧と電流の間の位相シ
フトは減少され、結果的にＰＦは増加される。しかし0.
99のＰＦが目標であるのでＰＦに関する改良は適切とは
考えられない。

【０００５】前述の電気バラストの他にも電子的バラス
トも知られている。十分に平滑な電圧を得るために整流
電圧の平滑用の電解キャパシタが後続して接続されてい
る全波整流器を使用してもＰＦは例えば0.62より高くな
らない。

【０００６】最後に全波整流器を含むパワ−ファクタ−
補正ユニット（ＰＦＣユニット）を使用することが知ら
れており、この整流器の出力を横切ってチョ−クと電子
スイッチの直列回路が接続され、ダイオ−ドと電解キャ
パシタの直列回路は前記電子スイッチを横切って接続さ
れ、前記ユニットの出力は電解キャパシタの端子により
構成される。いわゆる“ブ−スト”原理により例えば40
0 ＶのＤＣ等に出力電圧を一定レベルに維持することが
試みられている。100 ワットの能力を確実に得るために
150 μＦ／450 Ｖの電解キャパシタが必要となるが、こ
れは比較的場所をとり高価である。電子スイッチのオン
タイムおよびオフタイムをシフトすることにより電流入
力はできるだけ正弦形態に適合される。ＰＦの明白な改
良が達成されないことに加えて、このＰＦＣユニットは
非常に多くの部品を具備し、結果として高価であり、一
方完全に排除しなければならない高輻射を有し、それは
コストを増加させる。

【０００７】本発明の目的は高パワ−ファクタ−を有し
比較的安価に製造することのできる電気ランプの動作用
の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】この目的は本発明の電気
ランプの動作用装置により達成され、その記装置は比較
的低い周波数を有する交流電圧の全波整流用の整流回路
と、この整流回路に接続され１以上のランプがその出力
に接続されている電子スイッチのブリッジ回路と、比較
的高い周波数でそれらの電子スイッチをオンおよびオフ
に切替えるスイッチング用制御回路とを具備し、その切
替はブリッジ回路で互いに対向した位置に接続されてい
る一方の２つのスイッチが両者ともオフに切替えられた
後にブリッジ回路で互いに対向した位置に接続されてい
る他方の２つのスイッチがオンに切替えられように交互
に切替えられることを特徴とする。

【０００９】この装置ではＰＦ＝0.99に非常に近接して
値を得ることが可能であり、必要とされる部品の数が比
較的少なく、安価であり、さらにエネルギ消費が驚異的
に低いという利点を有する。

【００１０】

【実施例】本発明は図面を参照して可能な実施例により
詳細に説明される。なお、端子という用語が使用される
とき、これは想像上の端子も意味することとする。

【００１１】電力線の主電圧は図１で示されている電磁
干渉フィルタの端子t1，t2に供給され、これは比較的低
い周波数を有する異なった交流電圧であってもよい。図
２で示されている供給段は端子t3，t3と接続されている
（図１の同一の呼称の端子を参照）。図１の電磁干渉フ
ィルタは全ての調波周波数をフィルタして除去し、結果
として搬送波は阻止されて生成されず、ラジオ、テレビ
セットのようなあらゆる全種類の敏感な装置で妨害雑音
は生じない。特にキャパシタＣ7 は高周波数雑音の電気
格子から得られる交流電圧を排除し、キャパシタＣ8 は
図３で示されている出力段により生じる全ての高周波雑
音が排除されるように動作する。変圧器Ｌ2 は各巻線の
反対方向の巻回の結果として、全ての残留した高周波数
雑音が阻止され、その結果電気格子が解放されるような
方法で整列される。

【００１２】図２を参照すると供給段は全波整流回路を
具備し、この場合ダイオ−ドD1〜D4のブリッジ回路はそ
の出力にキャパシタＣ10が接続されており、十分な緩衝
の残留を確実にし、ダイオ−ドD1〜D4は静かに回復する
ことができ、整流回路D1〜D4を横切る損失は減少する。
特にこのキャパシタＣ10は例えば50ｋＨｚで図３で示さ
れている出力段の記載した電子スイッチのスイッチング
により生じる電流ピ−クを吸収し、その結果あまり敏速
でない安価なダイオ−ドD1〜D4が使用されることがで
き、前記ダイオ−ドは加熱されない冷却状態にすること
ができる。図３で示されている出力段の供給電圧は端子
t5で供給される。図２については後で再び参照する。

【００１３】図３で示されている出力段は図２で示され
ている供給段の端子t5から供給電圧を受け、端子は（４
つの）電子スイッチ T1 〜 T4 この場合ＦＥＴのブリッ
ジ回路の接続点の１つに接続され、この端子t5はＦＥＴ
T1 と T3 のドレイン電極に接続され、一方ＦＥＴ T2
と T4 のソ−ス電極はこの場合後述する抵抗Ｒ7 とＲ8
およびＲ12とＲ13の並列回路により接地点に接続されて
いる。出力段の出力は端子t6とt7、すなわちＦＥＴ T1
のソ−ス電極とＦＥＴ T2 のドレイン電極の接続点およ
びＦＥＴ T3 のソ−ス電極とＦＥＴ T4 のドレイン電極
の接続点によりそれぞれ形成される。変圧器Ｌ１（駆動
変圧器）の２次巻線はそれぞれＦＥＴ T1 〜 T4 のゲ−
トおよびドレイン電極を横切って接続され、変圧器Ｌ１
の１次巻線は図５で示されている制御段からの端子t8、
t9の制御信号を受信する。端子t8、t9の制御信号は電子
スイッチ T1 〜 T4 が例えば50ｋＨｚの比較的高い周波
数でオンおよびオフにされ、ブリッジ回路 T1 〜 T4 で
直径的に互いに反対に接続されている２つのスイッチ例
えば T1 と T4 が、この場合は T3 、 T2 を意味するブ
リッジ回路 T1 〜 T4 で互いに反対に接続されているス
イッチが両者ともオフになった後、両者ともスイッチを
オフにするようになっている。従って電子スイッチ T3
、 T2 のスイッチがオフのとき電子スイッチ T1 、 T4
はオンであり、電子スイッチ T1 、 T4 がオフのとき
電子スイッチ T3 、 T2 はオンである。実際上、 T1 、
T4 は同時にスイッチがオンおよびオフであり同様のこ
とが電子スイッチ T3 、 T2 にも適用できるが、電子ス
イッチ T1 と T2 又は電子スイッチ T3 と T4 が同時に
オンである例はない。

【００１４】変圧器Ｌ１は小型の高周波数変圧器であ
り、この巻線の分配はこの例で使用されるＦＥＴの T1
〜 T4 のて適切なスイッチ時間があらゆる時に得られ、
各ＦＥＴ T1 〜 T4 の完全なスイッチオフがそのゲ−ト
電極を負にすることにより行われるように選択されてい
る。このためブリッジ回路 T1 〜 T4 のスイッチングは
完全に図４で示されている制御段の制御論理装置により
制御される。

【００１５】抵抗性および／又は容量性および／又は誘
導性負荷は出力段の出力端子t6、t7に接続される。電子
スイッチ T1 〜 T4 のスイッチングの結果、出力電圧が
生成され、これは主周波数50Ｈｚにおいて100 Ｈｚの脈
動する直流電圧形態を有し、前述した例で示された50ｋ
Ｈｚのような高周波数を有する主電圧が存在するように
見える。この比較的高い周波数のため負荷要素は50又は
60Ｈｚの主周波数の場合よりもかなり小型で安価であ
る。

【００１６】図３の出力段については後述する。図４を
参照すると、この図には図３に示されている端子と一致
する負荷段の端子t6、t7が示されている。即ち端子t6、
t7を有する負荷段は図３のブリッジ回路T1 〜 T4 の出
力に接続されている。図４の負荷段はランプのベ−スＪ
3 、Ｊ4、Ｊ1 、Ｊ5 の２つの蛍光灯にそれぞれ接続さ
れる。通常の如く、蛍光灯（図示せず）が固定されたと
き、キャパシタＣ4 、Ｃ9 は各蛍光灯に並列に接続され
ており、一方コイルＬ4 、Ｌ5 はそれぞれの蛍光灯に直
列に接続されている。各ＬＣ回路はまたバラストと呼ば
れている。図４は概略的に並列に接続されている２個の
蛍光灯を示しているが、この数は自由に増やすことが可
能で、蛍光灯の総数は図３で使用されているトランジス
タ T1 〜 T4 のスイッチングにより供給される出力電力
により決定される。

【００１７】出力段として高値のエネルギに非常に小型
のコアを有する変圧器を使用することも可能であり、例
えばハロゲンランプが動作されるようにハロゲン変圧器
を使用する。

【００１８】図５はこの実施例の制御段を示している。
この図５において参照符号ｕｌは応用特別集積回路（Ａ
ＳＩＣ）を示している。ＡＳＩＣｕｌ内の論理回路は図
６（ａ）で示されている例えば40ｎｓのパルス信号が集
積制御回路ｕｌのピン６と11で生成されて出力段を制御
し、この集積制御回路ｕｌは図３の出力段の出力は駆動
変圧器Ｌ１に供給され、スイッチ T1 〜 T4 のスイッチ
ングを制御する。図３の出力段の端子t6、t7を横切る結
果的な波形は図６（ｂ）に示されている。ｕｌの出力段
は敏速な電子スイッチを具備し、このスイッチは図３で
示されている出力段の変圧器Ｌ1 の１次巻線を非常に高
速でスイッチすることを可能にする。

【００１９】実施例のｕ1 のピン９はスイッチング周波
数および他の全ての必要なタイミング信号を決定するよ
うにｕ1 で統合された発振器の周波数ベ−スとしての水
晶に接続され、その結果装置の動作エラ−の危険は完全
に最小に減少される。水晶および前記発振器は圧力制御
発振器（ＶＣＯ）により置換されてもよいが、その結果
スイッチング周波数は変化され、負荷により消費された
パワ−は決定され、最良のパワ−ファクタ−が調節され
ることができる。

【００２０】抵抗Ｒ３、Ｒ４によりｕ1 のピン14の電圧
は調節され、結果として端子t8、t9のパルス信号のデュ
−ティ係数と結果的な効率的パワ−転送が影響される。

【００２１】再び図２を参照すると、供給段が示されて
おり、論理の回路、特に図５の集積制御回路ｕｌが記載
されている。論理回路の供給電圧はＶＤＤで示されてお
り、接地点はＧＮＤと示されている。図２の供給段は原
理的には独立した供給電圧が与えられているが図３の出
力段からＶＤＤが導出される。スイッチがオンの期間中
電力ＶＤＤは図３の出力段からは得られない。そのため
抵抗Ｒ11、ツェナーダイオ−ドD12 および電解キャパシ
タＣ3 が設けられている。スイッチがオンの期間中図３
の出力段はオフにされ、図５の集積制御回路ｕ1 により
オフ状態に維持される。図３の出力段によりエネルギは
消費されないので供給段の端子t5の全波整流電圧は純粋
な直流電圧となる。抵抗Ｒ11によりこの電圧は電圧ＶＤ
Ｄに変換され、ここでツェナーダイオ−ドD12 は電解キ
ャパシタＣ3 と関連して円滑な作用を行う。

【００２２】図５の集積制御回路ｕｌはＶＤＤの検出の
ためピン７および／又は12に接続されている電圧検出器
を有する。ＶＤＤが例えば4.5 Ｖに増加すると、集積制
御回路ｕｌはピン６、11で制御信号を出力し、出力信号
が図３の出力段の端子t6、t7で現れる。いかなる理由で
もＶＤＤが例えば3.7 Ｖより下に低下すると電圧検出器
は集積制御回路ｕｌのピン６と11の制御信号を遮断し、
図３の出力段の全ての電子スイッチ T1 〜 T4 はオフに
され、出力段の端子t6、t7には電圧は存在しない。通
常、出力信号は以下のスイッチオンの段階の期間中、図
３の出力段の端子t6、t7で得られる。

【００２３】図２を再度参照すると、変圧器Ｌ3 、例え
ば特に電力線電圧110 Ｖで200 巻回の１次巻線と15巻回
の２次巻線、電力線電圧220 Ｖで400 巻回の１次巻線と
15巻回の２次巻線を有するＥＦ13コアを具備する小型の
高周波数変圧器が図３の出力段の端子t6，t7に接続され
ている。変圧器Ｌ3 の２次巻線を横切る変圧電圧はダイ
オ−ドD5と抵抗Ｒ10により制限され、一定のＶＤＤを提
供するように前記電解キャパシタＣ3 により平滑にされ
る。

【００２４】図３を再度参照すると、出力段が示され、
４つの抵抗Ｒ7 とＲ8 およびＲ12とＲ13が示されてお
り、電子スイッチ T1 と T4 又は T3 と T2 がオンにさ
れた結果として前記抵抗を通過して流れる電流は端子ｔ
10に電圧を生成し、これは図５の集積制御回路ｕｌによ
って電流検出に使用される。４つの抵抗が図４に示され
ているが原理的には単一の抵抗又は異なった数の抵抗が
代りに使用されてもよい。図３の出力段の出力端子t6、
t7に接続された２つの蛍光灯の場合の図４の負荷段では
抵抗Ｒ7 とＲ8 およびＲ12とＲ13のうち３つが使用され
る。図３の出力段の端子ｔ10は図５の抵抗Ｒ6 とキャパ
シタＣ6 により構成されるＲＣフィルタにより集積制御
回路ｕｌのピン４に接続される。前記制御回路はピン４
に接続する電圧検出回路を有し、このピンは出力段の端
子ｔ10の電圧を検出し、前記電圧は図３の出力段の出力
電流に比例する。前記検出した電圧が例えば100 ｍＶよ
り低いかまたは400 ｍＶより高いときピン６、11の集積
制御回路ｕｌの出力信号は遮断され、結果として図３の
電子スイッチ T1 〜 T4 はオフにされ、出力段の端子t
6，t7の出力電圧は消滅する。

【００２５】既に述べたように集積制御回路ｕｌのピン
14の電圧はピン６、11の制御電流のデュ−ティ係数を決
定し、このピンは図３の出力段の端子t8，t9に接続され
るか或いは電子スイッチ T1 〜 T4 を直接駆動する駆動
変圧器Ｌ１に接続されている。換言するとこの制御信号
のパルス幅はＶＶＤから得られるピン４の電圧により調
整される。

【００２６】集積制御回路ｕｌには低速度開始回路が設
けられており、これはピン６、11における制御信号のパ
ルス幅が最初にピン14の電圧によりパルス幅より小さく
調整されるように制御し、ここで前記電圧は最大パルス
幅を調整する。集積制御回路の低速度開始回路はピン
６、11における制御信号のパルスが初めは最小幅を有
し、その後パルス幅は予め定められた分配パタ−ンに沿
って増加し、最終的に最大値に達し、その値を維持する
ように制御する。通常、正のパルスに続いて負のパルス
は先行するパルスと同一の幅を有する。

【００２７】最後に、この実施例の集積回路ｕｌには温
度監視回路が設けられており、ピン２、３に接続され、
これにはＮＴＣ抵抗Ｒ1 が接続され、ピン３は抵抗２に
より接地され、この抵抗により図１乃至５で示されてい
る完全な装置のハウジング（図示せず）の最大許容温度
が検出されることができる。検出した温度が予め設定し
た最大温度を越えると、温度監視回路がピン６、11の制
御電圧を遮断し、その結果図３の出力段の電子スイッチ
T1 〜 T4 は全てオフにされる。

【００２８】図１乃至５の部品の値は端なる例示であ
り、本発明を制限するものではない。さらに本発明は示
され、説明された実施例に限定されない。本発明の本質
はそれぞれＬＣ回路の形態でバラストを有する並列に接
続された１以上の電気ランプ、例えば蛍光灯が正および
負の交互のパルスからなる信号により駆動されることで
あり、このパルスはエンベロ−プとして正弦波とパルス
のゼロ軸に関して前記正弦波の鏡像との組合わせである
波形を有する。結果として本発明はこのような方法およ
びこのような方法を実行する装置にも関係する。

【００２９】前記ＦＥＴの代りにバイポ−ラＭｏｓ又は
パワ−トランジスタもまた電子スイッチに使用され、そ
の結果、より大きなパワ−がスイッチされることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の電磁干渉フィルタの回路図。

【図２】本発明の実施例の供給段の回路図。

【図３】本発明の実施例の出力段の回路図。

【図４】本発明の実施例の負荷段の回路図。

【図５】本発明の実施例の制御段の回路図。

【図６】本発明の実施例で生じる信号の波形図。

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 比較的低い周波数を有する交流電圧の全
   波整流用の整流回路と、 前記整流回路に接続され、出力に１以上のランプが接続
   されている電子スイッチのブリッジ回路と、 比較的高い周波数でオンおよびオフに切替えるスイッチ
   ング用制御回路とを具備し、その切替えは、ブリッジ回
   路で互いに対向する位置に接続されている一方の２つの
   スイッチが両者ともオフに切替えられた後にブリッジ回
   路で互いに対向する位置に接続されている他方の２つの
   スイッチが両者ともオンにされるように交互に切り替え
   られることを特徴とする電気ランプ動作装置。
2. 【請求項２】 前記電気ランプがガス放電灯であること
   を特徴とする請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 前記ガス放電灯が蛍光灯であることを特
   徴とする請求項２記載の装置。
4. 【請求項４】 前記蛍光灯がバラストとしてＬＣ回路を
   有することを特徴とする請求項３記載の装置。
5. 【請求項５】 前記電気ランプがハロゲンランプである
   ことを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 【請求項６】 電磁干渉フィルタが整流回路の前に接続
   されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか
   １項記載の装置。
7. 【請求項７】 前記整流回路がその整流回路の出力に接
   続されているスイッチオン供給手段が設けられている供
   給段中に設けられ、ブリッジ回路がオフであるスイッチ
   オン期間中、制御回路に電力を供給することを特徴とす
   る請求項１乃至６のいずれか１項記載の装置。
8. 【請求項８】 前記供給段がさらにブリッジ回路の出力
   に接続され前記ブリッジ回路の動作中前記ブリッジ回路
   から制御回路に電力を供給するように構成されている動
   作段供給手段を具備することを特徴とする請求項７記載
   の装置。
9. 【請求項９】 前記動作段供給手段が前記ブリッジ回路
   の出力に接続されている１つの１次巻線と１つの２次巻
   線を有する高周波数変圧器を具備することを特徴とする
   請求項８記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記ブリッジ回路の電子スイッチがＦ
    ＥＴであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか
    １項記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記制御回路が前記ブリッジ回路の電
    子スイッチの制御入力と接続されている高周波数変圧器
    を具備し、前記高周波数変圧器は１つの１次巻線と４つ
    の２次巻線を有することを特徴とする請求項１乃至１０
    のいずれか１項記載の装置。
12. 【請求項１２】 前記ブリッジ回路が抵抗手段と直列に
    前記整流回路に接続されており、その結果抵抗手段を横
    切る電流が前記ブリッジ回路を流れる電流の尺度であ
    り、前記制御回路は検出電圧が非常に低いか或いは非常
    に高いときブリッジ回路をオフに切替える抵抗手段に接
    続された電圧検出回路を具備することを特徴とする請求
    項１乃至１１のいずれか１項記載の装置。
13. 【請求項１３】 前記制御回路が供給電圧検出回路を具
    備し、この供給電圧検出回路が制御回路の供給電圧が第
    １の値以上に増加したとき制御回路をオンに切替え、供
    給電圧が第２の低い電圧以下に減少したときブリッジ回
    路をオフに切替えることを特徴とする請求項１乃至１２
    のいずれか１項記載の装置。
14. 【請求項１４】 前記制御回路が温度検出回路を具備
    し、この温度検出回路は装置の付近の温度が予め定めら
    れた値を越えたときブリッジ回路をオフに切替えること
    を特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項記載の装
    置。
15. 【請求項１５】 制御回路からの制御信号がパルス列で
    あり、そのパルス列は予め定められた間隔で交互に反対
    の極性のパルスシ−ケンスからなる請求項１乃至１４の
    いずれか１項記載の装置。
16. 【請求項１６】 前記制御回路が低速度開始回路を具備
    し、この低速度開始回路は最小幅から最大幅まで幅を増
    加するようにオンへ段階の切替え期間中、制御信号のパ
    ルスを制御することを特徴とする請求項１５記載の装
    置。
17. 【請求項１７】 正弦波とパルスのゼロ軸に関する前記
    正弦波の鏡像との組合わせであるエンベロ−プ波形を有
    する正と負の交互のパルスを有する信号が前記動作のた
    めに使用されることを特徴とする並列に接続する１以上
    の電気ランプの動作方法。
18. 【請求項１８】 前記装置が請求項１７による方法を実
    行するための回路を有することを特徴とする電気ランプ
    の動作用装置。