(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプを点灯するための回路配置であって、
電圧源接続用の供給入力端子と、
一次巻線及び二次巻線を具える変成器と、
前記変成器の二次巻線の両端間にランプ保持用端子を直列に接続する第１ブランチと、
前記供給入力端子間にスイッチング素子と前記変成器の一次巻線の直列回路を接続する第２ブランチと、
前記スイッチング素子の制御電極に結合され、前記スイッチング素子を導通及び非導通にさせる制御信号を発生し、前記一次巻線に第１電流を発生させるとともに前記二次巻線に第２電流を発生させる制御回路と、
を具えた回路配置において、
前記第２ブランチが前記ランプ保持用端子と前記一次巻線と前記スイッチング素子の直列回路を前記供給入力端子間に接続し、前記ランプ保持用端子間に保持されたランプが前記第１ブランチと前記第２ブランチの両方に含まれることを特徴とする回路配置。
【請求項２】
請求の範囲１記載の回路配置において、前記第１ブランチ内に第１ダイオード手段を挿入したことを特徴とする回路配置。
【請求項３】
請求の範囲１又は２記載の回路配置において、ダイオードブリッジを具え、その入力端子が前記ランプ保持用端子の一つと前記供給入力端子の一つにそれぞれ結合され、その出力端子が前記スイッチング素子の主電極と前記一次巻線の一端にそれぞれ結合されていることを特徴とする回路配置。
【請求項４】
請求項２に従属する請求項３記載の回路配置において、更に、
変成器の一部を構成する第２の二次巻線と、
該第２の二次巻線の両端間にランプ保持用端子と第２ダイオード手段を直列に接続する第３ブランチと、
前記第１ブランチと前記第３ブランチの両方の一部を構成するスイッチング手段と、
前記スイッチング手段の制御電極に結合され、第１電流により発生されるランプ電流部分の極性の変化毎に、前記２つの二次巻線の一つのみをランプ保持用端子に導通接続するように前記スイッチング手段の導通状態を制御する制御手段と、を付加したことを特徴とする請求の範囲２及び３記載の回路配置。
【請求項５】
請求の範囲４記載の回路配置において、前記スイッチング手段が前記第１ブランチの二次巻線とランプ保持用端子との間に接続された第１トランジスタと、前記第３ブランチの二次巻線とランプ保持用端子との間に接続された第２トランジスタとを具え、第１トランジスタの制御電極が前記供給入力端子の一方に、第２トランジスタの制御電極が前記供給入力端子の他方に結合され、前記御手段が第１電流で実現されることを特徴とする回路配置。
【請求項６】
ランプ電流から高周波数成分を除去するフィルタが設けられていることを特徴とする請求の範囲１〜５の何れかに記載の回路配置。
【請求項７】
前記スイッチング素子、前記変成器及び前記ダイオード手段がフライバック形のDC−DCコンバータの一部を構成していることを特徴とする請求の範囲２〜６の何れかに記載の回路配置。
【請求項８】
各二次巻線の巻線が一次巻線の巻線の30％−70％に等しいことを特徴とする請求の範囲１〜７の何れかに記載の回路配置。
【請求項９】
前記制御回路に、ランプにより消費される電力を制御する制御ループが設けられていることを特徴とする請求の範囲１〜８の何れかに記載の回路配置。
【請求項１０】
第２電流が零になるときに前記スイッチング素子が制御信号により導通されるように設計されていることを特徴とする請求の範囲２〜９のいづれかに記載の回路配置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、
電圧源接続用の供給入力端子と、
一次巻線L1及び二次巻線L2を具える変成器と、
該変成器の二次巻線L2の両端間にランプ保持用端子を直列に接続する第１ブランチと、
スイッチング素子と前記変成器の一次巻線L1の直列回路を前記供給入力端子間に接続する第２ブランチと、
前記スイッチング素子の制御電極に結合され、前記スイッチング素子を導通及び非導通にする制御信号を発生し、前記変成器の一次巻線L1に第１電流を発生させるとともに二次巻線L2に第２電流を発生させる制御回路と、
を具えるランプ点灯用回路配置に関するものである。
このような回路配置はUS5,072,155号から既知である。この既知の回路配置では、ランプ点灯中、第２ブランチが第１電流を一次巻線を経て流し、第１ブランチが第２電流を二次電流を経て流し、ランプ電流が第２電流により発生される。ランプにより消費される電力は、制御信号の周波数及び／又はデューティサイクルを調整することにより比較的広い範囲に亘って調整することができる。しかし、この既知の回路配置は、第１電流が比較的大きいために、スイッチング素子を比較的大きな電流を流すことができる高価なものとする必要がある欠点を有する。
本発明の目的は、上記の欠点を解消し、点灯ランプにより消費される電力を比較的広範囲に亘って調整しうる比較的安価な点灯回路配置を提供することにある。
本発明は、頭書に記載した回路配置において、この目的のために、第２ブランチがランプ保持用端子と一次巻線とスイッチング素子の直列回路を供給入力端子間に接続し、ランプが第１及び第２ブランチの双方に含まれることを特徴とする。本発明の回路配置によれば、ランプ点灯中にランプ電流が第１電流及び第２電流の双方により発生される。しかし、スイッチング素子は第１電流を流す寸法のものにする必要があるだけである。このことは、本発明の回路配置は比較的小さい電流のみを流しうるスイッチング素子を使用可能にし、それにもかかわらずかなり大きなランプ電流をこの回路配置により発生させることができることを意味する。第１電流の実効値も第２電流の実効値も制御信号の周波数及び／又はデューティサイクルにより制御することができるため、ランプを流れる総合電流の実効値もスイッチング素子によりかなり広範囲に亘って調整することができる。
第１ブランチには更に第１ダイオード手段を設けるのが多くの場合望ましい。この第１ダイオード手段が存在する場合には、ランプ点灯中に第２電流がこの第１ダイオード手段を経て流れるため、第２電流は直流電流になる。この整流は、この回路配置が点灯すべきランプのタイプ及び制御信号の周波数に応じて、ランプ電流の一部分を第２電流により発生させるために必要である。
電圧源から供給される供給電圧が低周波数AC電圧である場合には、回路配置内にダイオードブリッジを含め、その入力端子をランプ保持用端子の一つと供給入力端子の一つにそれぞれ結合するとともに、その出力端子をスイッチング素子の主電極と一次巻線の一端にそれぞれ結合する。これにより、第１電流がランプ点灯中直流になる。これは多くの場合に必要であり、その理由は第１電流は多くの場合一方向にのみ電流を流しうるスイッチング素子を経て流れるためである。第１電流により発生されたランプ電流部分は供給電圧と同一の周波数で極性を変化する。このような低周波数の極性変化は幾つかのランプにおいて、例えば電気泳動の発生を抑えるのに有用である。他のランプにおいては、この低周波数の極性変化は比較的簡単な電極構成を可能にし、その理由は各電極が交互にアノード及びカソードとして作用するためである。第２電流により発生されるランプ電流部分を第１電流により発生されるランプ電流部分と同一の極性を有するものとするために、本発明の回路配置には、更に、
−変成器の一部を構成する二次巻線L3と、
−ランプ保持用端子及び第２ダイオード手段を具えるとともに二次巻線L3の第１端子を第２端子に接続する第３ブランチと、
−第１及び第２ブランチの一部を構成するスイッチング手段と、
−前記スイッチング手段の制御電極に結合され、該スイッチング手段の導通状態を、第１電流により発生されるランプ電流部分の極性の変化毎に調整して２つの二次巻線の一つのみをランプ保持用端子に導通接続させる制御手段と、
を設けるのが有利である。
これらの手段が設けられた回路配置は、第２電流により発生されるランプ電流部分を第１電流により発生されるランプ電流部分と常に同一の極性にすることができる。特に、制御手段を第１電流で構成する場合に有利である。この場合には制御手段が第１電流で構成され、回路配置内に別個の回路素子の形で設ける必要がないため、回路配置を比較的簡単な構成のもの、従って比較的安価なものとすることができる。
幾つかの放電ランプ、特に高圧放電ランプの放電アークは、ランプ電流が高周波数成分を有するときに不安定を示しうる。このようなランプを点灯する本発明の回路配置においては、ランプ電流から高周波数成分を除去するフィルタを設けるのが好ましい。
スイッチング素子、変成器及びダイオード手段をもってフライバック形のDC−DCコンバータの一部を構成するとき好ましい結果が得られることが確かめられた。
また、変成器の寸法決めは各二次巻線の巻線が一次巻線の巻線の30％−70％に相当するよう定めるのが有利であることが確かめられた。好ましくは、各二次巻線の巻線は一次巻線L1の巻線にほぼ等しく選択する。この場合には回路配置を構成する他の構成素子の有利な寸法決めが得られることが確かめられた。
ランプにより消費される電力を制御手段の周波数及び／又はデューティサイクルにより調整することができるため、回路配置には、必要に応じ、制御回路に結合されランプにより消費される電力を制御する制御ループを設けることもできる。
回路配置が第１ダイオード手段及びできれば第２ダイオード手段を具える場合には、回路配置を第２電流が零になるときにスイッチング素子が制御信号により導通されるように設計するとき、これらのダイオード手段で消費される電力がかなり小さくなることが確かめられた。
本発明を図面を参照して以下に更に詳しく説明する。図面において、
図１、図２及び図３は本発明回路配置の種々の実施例を示し、
図４は図３に示す回路配置においてランプ点灯中に発生する種々の電流及び電圧の波形の一例を示す。
図１において、K1及びK2は電圧源接続用の供給入力端子である。Ｔは一次巻線L1及び二次巻線L2を有する変成器である。回路部分Ｒとランプ保持用端子N1及びN2が相まって二次巻線L2の第１端子を第２端子に接続する第１ブランチを構成する。回路部分Ｒは第１ブランチの一部を構成する端子N1及びN2を除く全ての構成素子を含むものとする。回路部分Ｒは、例えばダイオード手段及び／又はキャパシティブ手段を具えることができる。ランプLAは端子N1及びN2に接続される。端子N1及びN2、一次巻線L1、及びスイッチング素子S1の直列回路が供給入力端子を相互接続する第２ブランチを構成する。スイッチング素子S1の制御電極は、このスイッチング素子を導通及び非導通にして一次巻線L1に第１電流を、二次巻線L2に第２電流を発生させる制御信号を発生する制御回路SC1に結合される。制御回路SC1とスイッチング素子との結合は図１では破線で示されている。制御回路SC1の入力端子は回路部分RCの出力端子に結合され、回路部分RCの入力端子はランプに結合される。この２つの結合も図１に破線で示されている。
図１に示す回路配置の動作は次の通りである。
供給入力端子が電圧源の両極に接続されると、制御回路SC1がスイッチング素子S1を交互に導通及び非導通にする。その結果として、第１電流が第２ブランチを経て流れる。同時に、第２電流が第１ブランチを経て流れる。第１及び第２電流は両方ともランプLAを流れる。第１電流の実効値のみならず第２電流の実効値も制御回路により発生される制御信号のデューティサイクル及び／又は周波数により調整することができる。従って、総合ランプ電流の実効値を第１電流のみを流すスイッチング素子S1により調整することができる。これにより、ランプ電流をランプ電流の一部のみを流すスイッチング素子により、従ってその寸法に関し比較的低い要件を満足するものとしうるスイッチング素子により比較的広範囲に亘って調整することが達成される。ランプ点灯中、ランプLAにより消費される電力の目安となる信号がランプLAに結合された回路部分RCの入力端子に存在する。回路部分RCは制御回路SC1を介して制御信号のデューティサイクル及び／又は周波数の調整により、ランプLAにより消費される電力を、この電力がほぼ所望の値のランプ消費電力に等しくなるように制御する。回路部分RCにはランプ電力の所望の値を調整する手段（図１には図示せず）を設けることもできる。
図２に示す回路配置は低周波数AC電圧から給電するのに好適なものである。図２において、K1及びK2は電圧源接続用の供給入力端子である。T1は一次巻線L1及び二次巻線L2及びL3を有する変成器である。コイルL4及びキャパシタC3はランプ電流から高周波数成分を除去するフィルタを構成する。本例では第１ブランチはダイオードD1、キャパシタC1、コイルL4、ランプ保持用端子N1及びN2及びスイッチング手段Q2からなる。ダイオードD1は第１ダイオード手段を構成する。第３ブランチはダイオードD2、キャパシタC2、スイッチング素子Q2、コイルL4、キャパシタC3及び端子N1及びN2からなる。ダイオードD2は第２ダイオード手段を構成する。キャパシタC1及びC2はバッファキャパシタとして及び高周波数フィルタとしても作用する。回路部分SC2は、スイッチング手段Q2に結合され、このスイッチング手段の導通状態を調整する制御手段を構成する。回路部分SC2とスイッチング手段Q2との間の結合は図２に破線で示されている。第２ブランチはコイルL4、キャパシタC3、端子N1及びN2、ダイオードブリッジD3−D6、スイッチング素子Q1及び一次巻線L1からなる。回路部分SC1はスイッチング素子Q1の制御電極に接続される。回路部分SC1はスイッチング素子Q1を導通及び非導通にする制御信号を発生する制御回路を構成する。
供給入力端子K1はコイルL4の第１端子に接続する。コイルL4の第２端子は端子N1に接続する。端子N1及びN2に接続されたランプLAは端子N2を端子N1に接続する。キャパシタC3はコイルL4の第１端子を端子N2に接続する。端子N2はダイオードブリッジの第１入力端子に接続する。ダイオードブリッジの第２入力端子は供給入力端子K2に接続する。ダイオードブリッジの第１出力端子はスイッチング素子Q1の第１主電極に接続する。スイッチング素子Q1の第２主電極は一次巻線L1の第１端子に接続する。一次巻線L1の第２端子はダイオードブリッジの第２出力端子に接続する。二次巻線L2の第１端子は供給入力端子K1、二次巻線L3の第１端子、及びキャパシタC1の第１端子に接続する。キャパシタC1の第２端子はダイオードD1のアノード及びスイッチング手段Q2の第１主電極に接続する。ダイオードD1のカソードは二次巻線L2の第２端子に接続する。二次巻線L3の第２端子はダイオードD2のアノードに接続する。ダイオードD2のカソードはキャパシタC2の第１端子及びスイッチング手段Q2の第２主電極に接続する。キャパシタC2の第２端子は二次巻線L3の第１端子に接続する。スイッチング手段Q2の第３主電極は端子N2に接続する。回路部分SC2の入力端子は供給入力端子K1及び供給入力端子K2にそれぞれ結合される。
図２に示す回路配置の動作は次の通りである。
供給入力端子K1及びK2が低周波数AC電圧を供給する電圧源の両極に接続されると、スイッチング素子Q1が制御回路SC1により交互に導通及び非導通にされる。その結果として、第１電流が一次巻線を流れる。供給入力端子K1の電位が供給入力端子K2の電位より高い低周波数供給電圧の半サイクルにおいては、この第１電流は供給入力端子K1からコイルL4、端子N1及びN2、ランプLA、キャパシタC3、ダイオードD3、一次巻線L1、スイッチング素子Q1及びダイオードD5を経て供給入力端子K2へ流れる。同時に、回路部分SC2がスイッチング手段Q2をその第１主電極がその第３主電極に導通接続される第１状態に保持する。その結果として、第２電流が二次巻線L2の第１端子からコイルL4、端子N1及びN2、ランプLA、キャパシタC3、スイッチング手段Q2及びダイオードD1を経て二次巻線L2の第２端子へ流れる。スイッチング手段Q2の第１状態においてはその第２主電極が第３主電極に導通接続されないため、二次巻線L3の第２端子から二次巻線L3の第１端子へ何の電流も流れない。これにより、第１電流により発生されるランプ電流部分が第２電流により発生されるランプ電流部分と同一方向にランプを流れることが達成される。供給入力端子K2の電位が供給入力端子K1の電位より高い低周波数供給電圧の半サイクルにおいては、第１電流が供給入力端子K2からダイオードD4、一次巻線L1、スイッチング素子Q1及びダイオードD6、端子N1及びN2、ランプLA、コイルL4、キャパシタC3を経て供給入力端子K1へ流れる。同時に、回路部分SC2がスイッチング手段Q2をその第２主電極がその第３主電極に導通接続される第２状態に保持する。その結果として、第２電流が二次巻線L3の第２端子からダイオードD2、スイッチング手段Q2、端子N1及びN2、ランプLA、コイルL4及びキャパシタC3を経て二次巻線L3の第１端子へ流れる。スイッチング手段Q2の第２状態においてはその第１主電極が第３主電極に導通接続されないため、第２巻線L2の第１端子から二次巻線L2の第２端子へ何の電流も流れない。これにより、供給入力端子K2の電位が供給入力端子K1の電位より高い低周波数供給電圧の半サイクル中も、第１電流により発生されるランプ電流部分が第２電流により発生されるランプ電流部分と同一方向にランプを流れることが達成される。第１及び第２電流により発生される総合ランプ電流は低周波数供給電圧の周波数に等しい周波数を有する低周波数交流電流になる。
図３に示す回路配置は、図２に示す回路配置と同様に、低周波数AC電圧から給電するのに好適なものである。図３においても図２に示す回路配置の構成素子及び回路部分に対応する構成素子及び回路部分には同一の符号が付されている。。図３に示す回路配置には回路部分SC2は存在しない。この実施例では、スイッチング手段Q2がバイポーラトランジスタQ3及びQ4、ダイオードD7及びD8、コイルL5及びL6、及びキャパシタC4及びC5により構成されている。コイルL5及びキャパシタC5がバイポーラトランジスタQ4のベース−エミッタ電流をフィルタリングするフィルタを構成し、コイルL6及びキャパシタC4がバイポーラトランジスタQ3に対し同一の機能を行う。回路配置の他の部分は図２に示す回路配置のものと一致する。
コイルL5の第１端子はキャパシタC5の第１端子、ダイオードD8のカソード、及び供給入力端子K1に接続する。コイルL5の第２端子はバイポーラトランジスタQ4ベースに接続する。バイポーラトランジスタQ4のエミッタはキャパシタC5の第２端子、ダイオードD8のアノード、コイルL4の第１端子、キャパシタC2の第２端子、及び二次巻線L3の第１端子に接続する。バイポーラトランジスタQ4のコレクタはキャパシタC1の第１端子及び二次巻線L2の第１端子に接続する。キャパシタC1の第２端子は端子N2に接続する。コイルL6の第１端子はダイオードブリッジの第１入力端子、ダイオードD7のカソード、及びキャパシタC4の第１端子に接続する。ダイオードD7のアノードは端子N2、キャパシタC4の第２端子、及びバイポーラトランジスタQ3のエミッタに接続する。コイルL6の第２端子はバイポーラトランジスタQ3のベースに接続する。バイポーラトランジスタQ3のコレクタはキャパシタC2の第１端子に接続する。図３に示す回路配置はその他の点では図２に示す回路配置と一致する。
図３に示す回路配置の動作は次の通りである。
供給入力端子K1及びK2が低周波数AC電圧を供給する電圧源の両極に接続されると、スイッチング素子Q1が制御回路SC1により交互に導通及び非導通にされる。その結果として、第１電流が一次巻線を流れる。供給入力端子K1の電位が供給入力端子K2の電位より高い低周波数供給電圧の半サイクルにおいては、この第１電流が供給入力端子K1からキャパシタC5、コイルL5、バイポーラトランジスタQ4のベース−エミッタ接合、コイルL4、端子N1及びN2、ランプLA、キャパシタC3、ダイオードD7、キャパシタC4、ダイオードD3、一次巻線L1、スイッチング素子Q1及びダイオードD5を経て供給入力端子K2へ流れる。同時に、トランジスタQ4のベース−エミッタ接合が電流を流すため、トランジスタQ4が導通し、第２電流が二次巻線L2の第１端子からバイポーラトランジスタQ4のコレクタ、トランジスタQ4のエミッタ、コイルL4、端子N1及びN2、ランプLA、キャパシタC3、及びダイオードD1を経て二次巻線L2の第２端子へ流れる。トランジスタQ3のベース−エミッタ接合は電流を流さないため、トランジスタQ3は導通せず、二次巻線L3の第２端子から二次巻線L3の第１端子へ何の電流も流れない、供給入力端子K2の電位が供給入力端子K1の電位より高い低周波数供給電圧の半サイクルにおいては、第１電流が供給入力端子K2からダイオードD4、一次巻線L1、スイッチング素子Q1及びダイオードD6、コイルL6、トランジスタQ3のベース−エミッタ接合、キャパシタC4、端子N1及びN2、ランプLA、コイルL4、キャパシタC3、ダイオードD8及びキャパシタC5を経て供給入力端子K1へ流れる。同時に、トランジスタQ3のベース−エミッタ接合が電流を流すため、トランジスタQ3が導通し、第２電流が二次巻線L3の第２端子からダイオードD2、トランジスタQ3のコレクタ、トランジスタQ3のエミッタ、端子N1及びN2、ランプLA、コイルL4及びキャパシタC3を経て二次巻線L3の第１端子へ流れる。トランジスタQ4のベース−エミッタ接合は電流を流さないため、トランジスタQ4は導通せず、第２巻線L2の第１端子から二次巻線L2の第２端子へ何の電流も流れない。図３のスイッチング手段Q2の状態は電圧源から供給される電流の方向により決定される。従って、スイッチング手段の制御のために別個の制御手段を必要としないため、図３に示す回路配置はかなり安価になる。
図４には、時間が水平軸に沿って任意の単位でプロットされている複数の座標が示されている。図4aの垂直軸には電圧が任意の単位でプロットされ、図4b,4c,4d及び4eの垂直軸には電流が任意の単位でプロットされている。図4aは図３に示す回路配置の供給入力端子K1及びK2間に存在する低周波数供給電圧の振幅を示す。この電圧は図4aに示す実施例では正弦波である。
図4bは、供給電圧及びスイッチング素子Q1の交互の導通及び非導通の結果として一次巻線L1を経て流れる第１電流Ipの波形を示す。実際の一用途においては、低周波数供給電圧は約50Hzであり、スイッチング素子Q1を導通及び非導通にするスイッチング周波数は約20KHzである。この第１電流は、供給電圧と同相であってその周波数に等しい周波数を有する全波整流された正弦波電流状の平均振幅を有するパルス状直流電流になること明らかである。このようなパルス状電流は、例えばスイッチング素子Q1のデューティサイクルを供給電圧の瞬時振幅に無関係にすることにより実現することができる。図４に示す例ではスイッチング素子Q1は第２電流が零になった後に導通される。これによりダイオードD1及びD2における消費電力が制限される。
図4cは、供給入力端子K1及びK2を経て流れる第１電流により発生されたランプ電流部分のフィルタ処理されてない波形Ikを示す。この電流は、供給電圧と同相であってその周波数に等しい周波数を有する正弦波電流状の平均振幅を有するパルス状交流電流になること明らかである。このことは、スイッチング装置の入力端子の前段でフィルタ処理することにより（図３に図示せず）かなり高い力率を達成しうることを意味する。
図4dは、図示の供給電圧の第１の半サイクルにおいて二次巻線L2を経て流れ、図示の供給電圧の第２の半サイクルにおいて二次巻線L3を経て流れる第２電流Isの波形を示す。この電流Isは第２電流により発生されたランプ電流部分のフィルタ処理されてない波形を示す。この電流Isは供給電圧と同相であってその周波数に等しい周波数を有する正弦波電流状の平均振幅を有するパルス状交流電流になること明らかである。
図4eはIkとIsの和を示す。この和も供給電圧と同相であってその周波数に等しい周波数を有する正弦波電流状の平均振幅を有するパルス状交流電流になる。コイルL4とキャパシタC3を具えるフィルタの作用により、フィルタ処理された総合ランプ電流は供給電圧と同相であってその周波数に等しい周波数を有する正弦波電流になる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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