(57)【要約】【課題】  蛍光ランプのための電子ドライバは、９９％の力率を得るために、高い周波数で電圧を供給される能動ＰＦＣ回路を採用する。入力電圧の範囲は９０Ｖ〜３００Ｖに達することができ、国内及び海外両方の国際的な仕様範囲において印加される。集積モジュールＩＲ２５２０が、入力変圧器及び出力変圧器を有しない、ハーフブリッジ駆動回路を構成する。フィラメントが断線した回路、及びランプがない条件下で、又は起動が無効であるときに自動的に保護するために、電球断線回路及び無ランプ保護の機能が設けられる。また、それは、不足電圧ロック回路及びフィラメント予熱機能も有し、その予熱時間は調整可能である。Ｌ６５６１集積モジュールから成る能動力率補正回路は、回路電力を改善し、その回路は、良好な不足電圧ロック及びオーバーフロー保護機能を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光ランプのための電子ドライバであって、
所定の振幅を有する入力交流電圧を整流すると共にフィルタリングする入力回路と、
より高い振幅を有する安定したＤＣ電圧を得るために、前記入力回路によって整流されると共にフィルタリングされた電圧をさらに増幅する力率補正回路と、
その動作電源として前記力率補正回路から出力される前記ＤＣ電圧を受信すると共に、入力変圧器及び出力変圧器を有しない、前記蛍光ランプに出力を供給するための出力回路とを備える、蛍光ランプのための電子ドライバ。
【請求項２】
前記入力回路は、ブリッジ型整流器とＬＣフィルタとを含み、２２０ＶのＡＣ入力電圧を約３００ＶのパルスＤＣ電圧に変換し、
前記力率補正回路は、３００Ｖの前記パルスＤＣ電圧から約４００Ｖの安定したＤＣ電圧を得る二次昇圧回路を含み、
制御回路は、前記蛍光ランプを励起する高い電圧を供給し、該高い電圧は、約４ｋｃ〜５０ｋｃにおいて約４ｋＶ〜５ｋＶの範囲内にある、請求項１に記載の蛍光ランプのための電子ドライバ。
【請求項３】
前記入力回路は、電流保護装置と、ＥＭＩ防止コイル（Ｌ１）と、感熱抵抗器とをさらに備える、請求項２に記載の蛍光ランプのための電子ドライバ。
【請求項４】
前記力率保護回路は、誘導子（Ｌ３）と、高電力調整器（Ｑ１）と、整流用ダイオード（Ｄ１）と、コンデンサ（Ｃ５）と、比較器と、乗算器と、電流差動増幅器とを備え、
前記電圧比較回路は、電圧比較を通じて前記出力を制御し、安定した出力電圧を確保できるようにし、前記回路はまた、過電流保護及び過電圧保護を有するように構成することができ、配電網から主な回路への高い周波数の衝撃を防ぐことができるようにする、請求項２に記載の蛍光ランプのための電子ドライバ。
【請求項５】
前記電圧比較回路、前記乗算器及び前記電流差動増幅器は１つのＩＣモジュールＬ６５６１に収容され、
前記高電力調整器（Ｑ１）のゲートＧは、Ｌ６５６１によって生成される方形波信号によって制御され、
Ｌ６５６１のピン１及びピン２は、電圧比較を通じて前記出力を制御する電圧比較回路を有し、
Ｌ６５６１のピン３は乗算器を有し、乗算器の発振周波数は、外部回路によって決定することができ、
Ｌ６５６１のピン５は電流差動増幅器を有し、
外部から入力される電流が電流検出後にＬ６５６１の前記出力を制御する、請求項４に記載の蛍光ランプのための電子ドライバ。
【請求項６】
前記回路の構成は、前記入力電圧を、たとえば、９０Ｖ〜３００Ｖの電圧範囲において前記ドライバの正常動作を確保する国際的な標準規格に基づいて定義されるような前記入力電圧及び周波数範囲内で前記ドライバの正常動作を維持するようにする、請求項５に記載の蛍光ランプのための電子ドライバ。
【請求項７】
前記制御回路は、ハーフブリッジ駆動回路と、直列接続の共振回路と、不足電圧ロック回路と、周波数調整可能な電圧制御発振器と、ゼロ電圧検出器と、ゼロ電流比較器とを備える、請求項２に記載の蛍光ランプのための電子ドライバ。
【請求項８】
前記不足電圧ロック回路、前記周波数調整可能な電圧制御発振器、前記ゼロ電圧検出器及び前記ゼロ電流比較器は１つのＩＣモジュールＩＲ２５２０内に収容され、
前記ＩＲ２５２０は、内蔵の不足電圧ロック回路と、外部から周波数調整可能な電圧制御発振器と、ゼロ電圧検出器と、ゼロ電流比較器と、前記トランジスタ（Ｑ２Ｑ３）をオン及びオフするように駆動するハーフブリッジドライバとを有し、
前記回路は、前記電源電圧がＩＲ２５２０を起動して動作させることはできないときに、不足電圧ロックの状態に移行し、前記電源電圧がＩＲ２５２０を起動できるほど上昇するときに、フィラメント予熱回路が起動され、作動の開始中に、前記電圧制御発振器が、Ｆｍｉｎ周波数の２倍よりも高い周波数において前記フィラメントを予熱し、該Ｆｍｉｎは、前記電圧制御発振器の固有周波数であり、外部構成要素（Ｒ１４）を通じて調整することができ、前記予熱の時間は、外部構成要素（Ｃ８）を通じて調整することができ、
ＩＲ２５２０回路は、内蔵の波ピーク比及びゼロ電圧スイッチ保護を有し、
前記ハーフブリッジの中間点（ＩＲ２５２０のピン６）の電圧を監視することを通じて、ランプループ内の過電流又はインダクタンスの飽和が検出される場合には、ＩＲ２５２０はエラーモードに移行し、前記ゲートドライバは低レベルにロックされ、
起動に失敗し、且つランプテストが無効である場合には、前記フィラメントが断線し、前記ＩＲ２５２０はエラーモードに移行し、前記ゲートドライバはロックされる、請求項５に記載の蛍光ランプのための電子ドライバ。
【請求項９】
１８Ｗ、３６Ｗ及び５５Ｗの蛍光ランプを駆動し、該蛍光ランプを確実に正常動作させることができる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の蛍光ランプのための電子ドライバ。
【請求項１０】
前記電子ドライバの前記力率は最大で９９％に達する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の蛍光ランプのための電子ドライバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子ドライバに関し、より具体的には、蛍光ランプ用の電子ドライバに関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光ランプは一種の高電圧ガス放電ランプであり、照度が高く、ちらつきがなく、耐用年数が長く、消費電力が少ないという特徴があるため、工業、農業、街路、展示センター、広場近くの駐車場、工業及び鉱業用の施設、並びに大規模な店等、人々の日常生活において広く用いられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
今日、世界は、エネルギー不足という益々深刻になる問題に直面している。したがって、人々は日常生活の中で、そして種々の公共施設において電力を節約する必要に迫られており、それは緊急事態になっている。蛍光ランプそのものは十分に発達した製品である。しかしながら、従来の製品において、その駆動回路は、低回路周波数、高インダクタンス消費電力、低効率及び高コストという問題に直面している。したがって、人々は、長い間、消費電力が少なく、効率がさらに高く、入力電圧範囲がさらに広く、安定した照度を有する蛍光ランプ用の電子ドライバを手に入れることを望んできた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記の問題を解決するために設計された蛍光ランプ用の電子ドライバである。
【０００５】
本発明は、蛍光ランプのための電子ドライバであって、特定の振幅を有する入力交流電圧を整流すると共にフィルタリングする入力回路と、より高い振幅を有する安定したＤＣ電圧を得るために、入力回路によって整流されると共にフィルタリングされた入力電圧をさらに増幅する力率補正回路と、その動作電源として力率補正回路から出力されるＤＣ電圧を受信すると共に、入力変圧器及び出力変圧器を有しない、蛍光ランプに出力を供給する出力回路とを備える、蛍光ランプのための電子ドライバを提供する。
【０００６】
本発明の蛍光ランプのための電子ドライバによれば、入力回路は、ブリッジ型整流器と、ＬＣフィルタとを含み、２２０ＶのＡＣ入力電圧を約３００ＶのパルスＤＣ電圧に変換し、力率補正回路は、３００ＶのパルスＤＣ電圧から約４００Ｖの安定したＤＣ電圧を得る二次昇圧回路を含み、制御回路は、蛍光ランプを励起する高い電圧を供給し、該高い電圧は、約４ｋｃ〜５０ｋｃにおいて約４ｋＶ〜５ｋＶの範囲内にある。
【０００７】
本発明の蛍光ランプのための電子ドライバによれば、入力回路は、電流保護装置と、ＥＭＩ防止コイル（Ｌ１）と、感熱抵抗器とをさらに備える。
【０００８】
本発明の蛍光ランプのための電子ドライバによれば、力率保護回路は、誘導子（Ｌ３）と、高電力調整器（Ｑ１）と、整流用ダイオード（Ｄ１）と、コンデンサ（Ｃ５）と、比較器と、乗算器(multiplier)と、電流差動増幅器とを備え、電圧比較回路は、電圧比較を通じて出力を制御し、安定した出力電圧を確保できるようにし、回路はまた、過電流保護及び過電圧保護を有するように構成することができ、配電網から主な回路への高い周波数の衝撃を防ぐことができるようにする。
【０００９】
本発明の蛍光ランプのための電子ドライバによれば、電圧比較回路、乗算器及び電流差動増幅器は１つのＩＣモジュールＬ６５６１に収容され、高電力調整器（Ｑ１）のゲートＧは、Ｌ６５６１によって生成される方形波信号によって制御され、Ｌ６５６１のピン１及びピン２は、電圧比較を通じて出力を制御する電圧比較回路を有し、Ｌ６５６１のピン３は乗算器を有し、乗算器の発振周波数は、外部回路によって決定することができ、Ｌ６５６１のピン５は、電流差動増幅器を有し、外部から入力される電流が電流検出後にＬ６５６１の出力を制御する。
【００１０】
本発明の蛍光ランプのための電子ドライバによれば、回路の構成は、入力電圧を、たとえば、９０Ｖ〜３００Ｖの電圧範囲においてドライバの正常動作を確保する、国際的な標準規格に基づいて定義されるような入力電圧及び周波数範囲内でドライバの正常動作を維持するようにする。
【００１１】
本発明の蛍光ランプのための電子ドライバによれば、制御回路は、ハーフブリッジ駆動回路と、直列接続の共振回路と、不足電圧ロック回路と、周波数調整可能な電圧制御発振器と、ゼロ電圧検出器と、ゼロ電流比較器とを備える。
【００１２】
本発明の蛍光ランプのための電子ドライバによれば、不足電圧ロック回路、周波数調整可能な電圧制御発振器、ゼロ電圧検出器及びゼロ電流比較器は１つのＩＣモジュールＩＲ２５２０内に収容される。ＩＲ２５２０は、内蔵の不足電圧ロック回路と、外部から周波数調整可能な電圧制御発振器と、ゼロ電圧検出器と、ゼロ電流比較器と、トランジスタ（Ｑ２Ｑ３）をオン及びオフするように駆動するハーフブリッジドライバとを有する。回路は、電源電圧がＩＲ２５２０を起動して動作させることはできないときに、不足電圧ロックの状態に移行し、電源電圧がＩＲ２５２０を起動できるほど上昇するときに、フィラメント予熱回路が起動され、開始段階中に、電圧制御発振器が、Ｆｍｉｎ周波数の２倍よりも高い周波数においてフィラメントを予熱し始め、Ｆｍｉｎは、電圧制御発振器の固有周波数であり、外部構成要素（Ｒ１４）を通じて調整することができ、予熱の時間は、外部構成要素（Ｃ８）を通じて調整することができ、ＩＲ２５２０回路は、波ピーク比及びゼロ電圧スイッチ保護を有して構成され、ハーフブリッジの中間点の電圧を監視することによって、ランプループ内の過電流又はインダクタンスの飽和が検出される場合には、ＩＲ２５２０はエラーモードに移行し、ゲートドライバは低レベルにロックされ、起動に失敗し、且つランプテストが無効である場合には、フィラメントが断線し、ＩＲ２５２０はエラーモードに移行し、ゲートドライバはロックされる。
【００１３】
本発明の蛍光ランプのための電子ドライバの回路は、高周波数励起及び能動ＰＦＣ回路を使用して力率を高め、その力率は、１８Ｗ、３６Ｗ及び５５Ｗの蛍光ランプを駆動すると共に、それらを確実に正常動作させることができる、９９％に達する。入力電圧範囲は９０Ｖ〜３００Ｖにすることができる。その動作周波数は調整可能であり、入力される配電網の周波数は、地域内及び国際的な規制の範囲に適用可能である。
【００１４】
Ｌ６５６１ＩＣブロックによって形成される本発明の能動力率補正回路は、回路の電力を高め、その回路に良好な不足電圧ロック及びオーバーフロー保護を与える。さらに、その回路は、より小さく、より軽量になるという利点も有する。
【００１５】
本発明は、最新のＩＣブロックＩＲ２５２０を用いて、入力変圧器及び出力変圧器を有しないハーフブリッジ駆動回路を形成し、エネルギーの節約及び高い効率を実現する。その回路は、フィラメントが断線した回路、及びランプがない場合の保護機能を有する。その回路は、フィラメント断線時、ランプがない場合又は起動不良時に、自動的に自身を保護することができる。また、その回路は、低ＡＣ電源の保護機能も有する。その回路は、不足電圧ロック回路及びフィラメント予熱を特徴とし、予熱の時間は調整可能である。
【００１６】
添付の図面及び実施形態と組み合わせて、当業者は、上記の特徴並びに本発明の他の特徴及び利点をよりよく理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
複数の実施形態を参照しながら、本発明によって提供される蛍光ランプの特徴を述べる。本明細書内のこれらの実施形態が例を与えることを意図していること、及びこれらの実施形態が本発明への具体的な制限と見なされるべきでないことは、当業者は理解されたい。
【００１８】
図１は、機能ブロック１と、機能ブロック２と、機能ブロック３とそれらの間の接続とを含む、本発明による蛍光ランプのための電子ドライバの一実施形態を示す全体的な回路ブロック図である。
【００１９】
図２は、本発明の実施形態による、蛍光ランプのための電子ドライバの全体的な回路図である。
【００２０】
その回路図の以下の説明は、技術的な問題、又は本発明の技術的な効果に関連する内容に焦点を当てている。当業者は、以下の説明において述べられない他の具体的な細部を、回路図を検討することによって理解することができる。
【００２１】
図３は、図１の機能ブロック１に対応する、図１における蛍光ランプのための電子ドライバの入力整流回路部分の回路図である。その図から、入力回路の主な構成要素が、ブリッジタイプ整流器及びＬ２Ｃ２フィルタ回路を含むこと、そして、より効果を上げるために、電流保護装置（ＦＵＳＥ１）、ＥＭＩ防止配線コイル（ＥＭＩを防止することができる）、感熱抵抗器、コンデンサＣ３等も含むことがあることが分かる。入力回路の機能は、入力ＡＣ２２０Ｖを整流し、Ｃ３を通じてそれをフィルタリングし、２８０ＶのパルスＤＣ電圧（図６の波形Ａを参照）を形成することである。
【００２２】
図４は、図１の機能ブロック２に対応する、蛍光ランプのための電子ドライバの能動力率補正回路（ＡＰＦＣ）部分の回路図である。その主な構成要素は、Ｌ６５６１（ＩＣ１）、インダクタＬ３、電力トランジスタＱ１、整流用ダイオードＤ１、コンデンサＣ５等を含む。
【００２３】
以下では、その回路の主な機能について記述する。
【００２４】
Ｑ１は、４００Ｖの許容電圧範囲を有する高電力トランジスタである。ゲートＧは、Ｌ６５６１によって生成される方形波信号によって制御される。パルス電圧が、Ｄ１の正極端子に印加され、Ｄ１Ｃ５の整流作用を通じて、約４００ＶのＤＣ電圧（図６の波形Ｂを参照）に変換され、出力回路に電源が供給される。
【００２５】
また、その回路は、電圧比較器、乗算器及び電流差動増幅器も備えており、電圧比較器、乗算器及び電流差動増幅器は、１つのＩＣモジュール内に集積することができる。たとえば、本明細書において列挙される回路は、ＩＣモジュールＬ６５６１を用いる（この集積回路についての詳細な情報については、製造業者、STMicroelectrinicsの製品についての関連する回路マニュアルを参照するか、又はウエブページ、たとえば、以下のウエブページ：http://www.ic-on-line.cn/search.aspにアクセスされたい）。
【００２６】
ＩＣモジュールＬ６５６１のピン１及び２は電圧比較回路を有し、入力電圧が、８５Ｖ〜３００Ｖ、好ましくは９０Ｖ〜３００Ｖ、より好ましくは８５Ｖ〜２８０Ｖの間で変化する場合であっても、安定した出力電圧を確保することができる。さらに、その回路は、電圧不足の場合に出力を中止するように構成することができる。その回路は、過電流保護機能及び過電圧保護機能を有するため、配電網からの動的な高い周波数の衝撃を防ぐことができる。
【００２７】
Ｌ６５６１のピン３は、乗算器を有し、その発振周波数は外部のＲ６Ｃ４及びＬ３二次電圧リップルによって決定することができ、それゆえ、パルス幅変調を通じて効率が改善される。
【００２８】
Ｌ６５６１のピン５は電流差動増幅器を有し、外部から入力される電流が、電流検出を通じて、オーバーフローにならないように保護される。
【００２９】
配電網からの動的な高い周波数の衝撃を防ぐために、Ｌ６５６１は、過電圧保護の効果を有するＯＶＰ回路を有する。
【００３０】
上記の構成は、より広い入力電圧範囲を達成し、国際的な標準規格において規定されるような広範な入力電圧及び周波数で正常に動作することができる。
【００３１】
図５は、図１の機能ブロック３に対応する、図１の蛍光ランプのための電子ドライバの制御回路（すなわち、ランプ駆動回路）部分である。図の点Ｃにおける波形が図６に示される。その主な構成要素は、Ｑ３Ｑ２によって形成されるハーフブリッジ駆動回路と、Ｌ４Ｃ１１によって形成される直列接続の共振回路と、直列に接続されるランプとを含み、その共振周波数は４０ｋｃ〜４５ｋｃである。また、その回路は、不足電圧ロック回路と、周波数調整可能な電圧制御発振器と、ゼロ電圧検出器と、ゼロ電流比較器と、Ｑ２Ｑ３をオン及びオフするように駆動するハーフブリッジドライバとを備える。不足電圧ロック回路、周波数調整可能な電圧制御発振器、ゼロ電圧検出器、ゼロ電流比較器、及びＱ２Ｑ３をオン及びオフするように駆動するハーフブリッジドライバは、１つのＩＣに集積することができる。たとえば、この実施形態の回路はＩＣ  ＩＲ２５２０を用いる（この集積回路についての詳細な情報については、製造業者、International Inc.の関連する回路マニュアルを参照するか、又はウエブページ、たとえば、以下のウエブページ：http://www.irf.com/indexsw.htmlにアクセスされたい）。
【００３２】
この実施形態は、最新のＩＣブロックＩＲ２５２０を用いて、入力変圧器及び出力変圧器を有しないハーフブリッジ駆動回路を形成し、エネルギーの節約及び高い効率を実現する。それは、ランプ切断時及びランプ紛失時の保護機能を有する。その回路は、フィラメント断線時、ランプがない場合又は起動不良時に自動的に自身を保護することができる。また、その回路は、不足電圧ロック回路及びフィラメント予熱を特徴とし、予熱の時間は調整可能である。
【００３３】
この実施形態の回路の以下の説明は、ＩＲ２５２０によってもたらされる構成及び機能である。
【００３４】
ＩＲ２５２０（略してＩＲ）は、内蔵の不足電圧ロック回路と、外部から周波数調整可能な電圧制御発振器と、ゼロ電圧検出器と、ゼロ電流比較器と、Ｑ２Ｑ３をオン及びオフするように駆動するハーフブリッジドライバとを有する。その回路は、電源電圧が、ＩＲを起動して動作させることができないときに、不足電圧ロックの状態に移行し、電源電圧がＩＲを起動できるほど上昇するときに、フィラメント予熱回路が起動され、それは、開始段階中に、電圧制御発振器が、Ｆｍｉｎ周波数の２倍よりも高い周波数においてフィラメントを予熱し始めることを意味する。Ｆｍｉｎは、電圧制御発振器の固有周波数であり、電圧制御発振器の周波数（Ｆｍｉｎ）は、Ｒ１４を通じて調整することができ、その周波数は４０ｋｃ〜４５ｋｃである。フィラメントを予熱するために高い周波数の信号を用いることの利点は、高い始動周波数で徐々に始動することに起因してランプにちらつきが生じるのを防ぐことである。予熱の時間は、Ｃ８を通じて調整することができる。電源電圧を高めると、Ｌ４Ｃ１１が共振（Ｆ）するまで、Ｆｍｉｎが徐々に低下し、共振の大きさは４ｋｖ〜５ｋｖである。共振中に、ランプの両端における電圧は、ランプを点灯させるほど高くなる。この時点で、共振ループ電流はその最大値に達し、その共振周波数は約４０ｋｃ〜４５ｋｃである。この時点で、ランプは標準的な照度の動作時間に移行する。ＩＲ回路は、内蔵の波ピーク比及びゼロ電圧保護スイッチを有し、ハーフブリッジの中間点（ＩＲのピン６）の電圧を監視することを通じて、ランプループ内で過電流又はインダクタンスの飽和が検出される場合には、電圧検出器から入力されるしきい値電圧は４．６Ｖよりも高くなり、ＩＲはエラーモードに移行し、ゲートドライバは低レベルにロックされる。起動に失敗し、且つランプテストが無効である場合には、フィラメントが断線し、この時点で、電圧検出器から入力されるしきい値電圧は、１Ｖよりも低くなり、ＩＲはエラーモードに移行し、ゲートドライバはロックされる。Ｌ４Ａ、Ｌ４Ｂ及びＬ４Ｃは同じ磁心上の３つの巻線である。Ｌ４ＡＣ１１が共振しているとき、Ｌ４Ｂ及びＬ４Ｃは同時に発振を開始し、ランプ管を予熱し、それによってランプ管を迅速に起動することができる。
【００３５】
実際の調整テストの結果によれば、本発明の回路は、１８Ｗ、３６Ｗ及び５５Ｗの蛍光ランプを駆動し、確実に正常動作させることができる。本発明の回路のパラメータが調整及び最適化された後に、駆動回路全体の保証される力率は、最大で９９％にすることができる。
【００３６】
要約すると、図面及び具体的な回路を参照しながら、本発明の実施形態を記述した。本発明の設計概念及び保護を求める範囲から逸脱することなく、本発明の具体的な回路形態及び構成要素に対して多くの種類の変更を行うことができることは、当業者には理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】機能ブロック１と、機能ブロック２と、機能ブロック３と、それらの間の接続とを含む、本発明による蛍光ランプのための電子ドライバの一実施形態を示す全体的な回路ブロック図である。
【図２】本発明による蛍光ランプのための電子ドライバの実施形態のための全体的な回路図である。
【図３】図１の機能ブロック１に対応する、蛍光ランプのための電子ドライバの（ＥＭＩを整流する）入力整流回路部分の回路図である。
【図４】図１の機能ブロック２に対応する、蛍光ランプのための電子ドライバの能動力率補正回路（ＡＰＦＣ）部分の回路図である。
【図５】図１の機能ブロック３に対応する、蛍光ランプのための電子ドライバの制御回路（ランプ駆動回路）部分の回路図である。
【図６】回路図内の点Ａ、Ｂ、Ｃにおけるそれぞれの波形を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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