(57)【要約】【課題】一段式昇降圧コンバータとスイッチング・フルブリッジとを含み、ＨＩＤランプを駆動するのに用いることができる電力変換器を制御する集積回路の提供。【解決手段】この一段式昇降圧コンバータは、この集積回路の制御下で、ＰＦＣおよびＤＣバスの電圧制御によって、ＨＩＤランプの定電力を維持しながら、電力変換器または電子安定器の複雑さと部品点数とを低減する。この集積回路は、特に、電力変換器および電子安定器の設計を簡単にし、さらに、一段式昇降圧コンバータおよびフルブリッジ・スイッチング回路を併用して、部品数、複雑さ、および費用を低減する。【選択図】図２
2006140148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高輝度放電ランプを駆動する電子安定器であって、
ＤＣ入力電圧を受け、制御された電圧を伴うＤＣ電圧を出力する降圧段と、
前記ＤＣ出力電圧を、ＨＩＤランプを駆動することができるスイッチングされたＡＣ電圧に変換するフルブリッジ・スイッチング段と、
前記降圧段と前記スイッチング段とを制御するために、この降圧段とスイッチング段とに接続されたワンチップＩＣコントローラと
を備える電子安定器。
【請求項２】
高輝度放電ランプを駆動する電子安定器用のワンチップＩＣコントローラであって、
前記ワンチップＩＣコントローラは、前記電子安定器内の降圧段とフルブリッジ・スイッチング段との両方を制御でき、
前記降圧段は、ＤＣ入力電圧を受け、制御された電流を伴うＤＣ電圧を出力し、かつ
前記フルブリッジ・スイッチング段は、前記ＤＣ出力電圧を、前記ＨＩＤランプを駆動することができるスイッチングされたＡＣ電圧に変換する、ワンチップＩＣコントローラ。
【請求項３】
高輝度放電ランプを駆動する電子安定器を制御する方法であって、
前記電子安定器が、
ＤＣ入力電圧を受け、制御された電流を伴うＤＣ電圧を出力する降圧段と、
前記ＤＣ出力電圧を、ＨＩＤランプを駆動することができるスイッチングされたＡＣ電圧に変換するフルブリッジ・スイッチング段と
を備えるものであり、
ワンチップＩＣコントローラを設けるステップと、前記ワンチップＩＣコントローラを、前記降圧段と前記スイッチング段との両方に接続するステップと、前記ワンチップＩＣコントローラで前記降圧段と前記スイッチング段との両方を制御するステップとを備える方法。
【請求項４】
前記コントローラが、前記ＨＩＤランプの動作状態に応じて前記降圧段を制御し、
前記降圧段が、臨界導通モードまたは連続導通モードのいずれかで動作し、前記両モード間を円滑に遷移するように制御される、請求項２記載のワンチップＩＣコントローラ。
【請求項５】
前記コントローラが、前記ＨＩＤランプの動作状態に応じて前記降圧段を制御し、
前記コントローラが、前記ＨＩＤランプの過電流への高速応答を実現する回路を有する、請求項２記載のワンチップＩＣコントローラ。
【請求項６】
前記コントローラが、前記ＨＩＤランプでの電圧と電流とを検出し、ランプ電力を求めるために前記電圧と電流とを乗算する内部乗算器を備える請求項２記載のワンチップＩＣコントローラ。
【請求項７】
前記コントローラが、前記ランプ電力を電力基準値と比較し、それに応じて、前記ランプ電力を調整するために降圧段のオン時間を制御する、請求項６記載のワンチップＩＣコントローラ。
【請求項８】
前記コントローラが、前記ＨＩＤランプでの電流を検出し、前記この電流を電流基準値と比較し、それに応じて、前記ランプ電流を制限するために降圧段のオン時間を制御する、請求項２記載のワンチップＩＣコントローラ。
【請求項９】
前記コントローラが、前記ＨＩＤランプの障害状態に応じて、前記安定器を無効にするロジックを含む障害検出回路を備え、所定の障害発生回数後にのみ前記安定器を無効にするカウンタを有する、請求項２記載のワンチップＩＣコントローラ。
【請求項１０】
前記コントローラが、障害がない状態での所定時間経過後に前記カウンタをリセットするリセット回路を有する、請求項９記載のワンチップＩＣコントローラ。
【請求項１１】
前記コントローラが、前記ＨＩＤランプの障害状態に応じて、前記安定器を無効にするロジックを含む障害検出回路を備え、障害が持続した状態で所定時間経過後にのみ前記安定器を無効にする内部タイマを有する、請求項２記載のワンチップＩＣコントローラ。
【請求項１２】
前記コントローラが、前記ＨＩＤランプの動作状態に応じて、前記降圧段を制御し、前記降圧段は、臨界導通モードまたは連続導通モードのいずれかで動作し、前記両モード間を円滑に遷移するように制御される、請求項３記載の方法。
【請求項１３】
前記コントローラが、前記ＨＩＤランプでの電圧と電流とを検出し、ランプ電力を求めるために前記電圧と電流とを乗算する、請求項３記載の方法。
【請求項１４】
前記コントローラが、前記ランプ電力を、電力基準値と比較し、それに応じて、前記ランプ電力を調整するために降圧段のオン時間を制御する、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記コントローラが、前記ＨＩＤランプでの電流を検出し、前記電流を電流基準値と比較し、それに応じて、前記ランプ電流を制限するために降圧段のオン時間を制御する、請求項３記載の方法。
【請求項１６】
前記コントローラが、ＨＩＤランプの障害状態に応じて、前記安定器を無効にし、所定の障害発生回数後にのみ前記安定器を無効にするカウンタを有する、請求項３記載の方法。
【請求項１７】
前記コントローラが、障害がない状態での所定時間経過後に、前記カウンタをリセットする、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記コントローラが、前記ＨＩＤランプの障害状態に応じて前記安定器を無効にし、障害が持続した状態での所定時間経過後にのみ前記安定器を無効にする内部タイマを有する、請求項３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、２００４年１０月２９日出願の米国仮出願番号６０／６２３,６０３０に基づき、かつこの優先権を主張し、ここに援用するものである。
【技術分野】
【０００２】
[0002]本発明は回路に関し、より詳細には、ＨＩＤ安定器における降圧回路／フルブリッジ安定器回路を制御する集積回路に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]高輝度放電（ＨＩＤ）安定器に対する従来技術の代表的な解決策（図１）には、昇圧ＰＦＣ段１０、降圧段１１、およびフルブリッジ段１２が含まれる。昇圧ＰＦＣ段１０では、力率補正（ＰＦＣ）が行われ、ＤＣバス出力電圧を標準的な値である４００ＶＤＣに調整する。降圧段１１では、ランプが公称電力レベルで動作できるように、ランプ１３に配電されている電流量を制御する。フルブリッジ段１２では、このランプ１３を低周波数（２００Ｈｚ標準）で駆動し、ＡＣ電圧波形をランプ１３に供給する。
【０００４】
[0004]昇圧段１０は、通常は、標準的なＰＦＣ制御ＩＣで制御され、そのＩＣのいくつかは、さまざまなＩＣメーカーによって販売されている。降圧段１１は、ランプの負荷１３に配電されている電流のオン時間、つまり電流量を調整するために、パルス幅変調（ＰＷＭ）ＩＣ１５によって制御される。この目的に対し、標準的なＰＷＭ制御ＩＣ１５またはディスクリート制御回路が、長年使われており、ゲート駆動信号を発生する。このゲート駆動信号は、次に、インターナショナル・レクティファイアー（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＲｅｃｔｉｆｉｅｒ）社製ＩＲ２１１７などの標準的な高電圧ゲートドライバＩＣ１７を用いて、降圧段ＭＯＳＦＥＴ１６にレベルシフトされる。フルブリッジ段１２は、通常は、インターナショナル・レクティファイアー社製の２つのＩＲ２１５３自己発振型ゲートドライバＩＣ１８を用いて制御される。通常は、ディスクリート制御回路１９が、フルブリッジ段１２およびＰＷＭＩＣ１５を制御するのに用いられ、より具体的には、以下の機能を実行する。
１）ランプの点灯（イグナイタ回路２０のオン／オフ制御）
２）ランプ電圧およびランプ電流の検出
３）降圧段コントローラ１５へのオン時間基準値の設定
４）ランプの各種障害状態の検出
５）点灯タイミングの提供
６）障害イベント回数のカウント
７）障害発生の場合または障害カウンタがタイムアウトした場合の、安定器のリセットまたは安定器の停止
【０００５】
[0005]この解決策は、通常、６個以上の制御ＩＣを必要とし、その結果、多くの部品数、広いＰＣＢ基板面積、高い製造コスト、および安定器全体の高いコストが必要になる。より洗練された解決策では、できるだけ多くの機能を１つのＩＣに集積し、その結果、部品点数を減らし、ＰＣＢ基板面積を減らし、製造コストを減らし、安定器全体のコストを減らし、信頼性を増すことが望ましい。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]高輝度放電ランプを駆動する電子安定器は、ＤＣ入力電圧を受け、制御された電流を伴うＤＣ電圧を出力する降圧段と、このＤＣ出力電圧を、ＨＩＤランプを駆動することができるスイッチングされたＡＣ電圧に変換するフルブリッジ・スイッチング段とを備える。１つのチップＩＣコントローラが、降圧段とスイッチング段のどちらも制御するために、この降圧段とスイッチング段とに接続される。降圧段は、コントローラが駆動するスイッチを含み、フルブリッジ段も、このコントローラが駆動するスイッチを含む。
【０００７】
[0007]本発明の他の特徴や効果は、添付図面を参照に、本発明の実施形態についての以下の説明から明らかになるであろう。
【発明の実施形態の詳細な説明】
【０００８】
[0016]本発明の一実施形態によれば、降圧段２１およびフルブリッジ段２２は、どちらも、１つの制御ＩＣ２３内の降圧制御とフルブリッジ制御とが一体となった回路により制御される。この新しい降圧／フルブリッジＨＩＤ安定器ＩＣ２３には、次の基本機能が含まれる。
１）ＨＩＤランプの点灯、昇温、動作および障害モードの完全な制御
２）負荷状態の変化に応じて、臨界導通モードまたは連続導通モードのいずれか一方で動作でき、負荷状態の変化が起こるときに、この２つのモード間を円滑に遷移できる降圧段制御回路
３）降圧段瞬時過電流制限
４）降圧段高電圧ゲートドライバ
５）フルブリッジ段発振器
６）フルブリッジ段ハイ／ローサイド・ゲートドライバ
７）点灯オン／オフ・タイマ回路
８）ランプ電圧検出
９）ランプ電流検出
１０）ランプ電圧とランプ電流とを乗算し、ランプ電力を求めるための内部乗算器
１１）乗算器からの出力を内部基準電圧と等しく保ち、それによってランプ電力を一定レベルに調整するために降圧段のオン時間を制御するランプ電力フィードバック回路
１２）ランプ電流検出入力を内部基準電圧に制限し、それによって最大許容ランプ電流レベルを制限するために降圧段のオン時間を制御するランプ電流制限フィードバック回路
１３）ノンストライク（ｎｏｎ−ｓｔｒｉｋｅ）によるランプの障害状態、不足電圧によるランプの障害状態、あるいは寿命末期によるランプの障害状態を検出する障害検出回路
１４）以上の障害状態のいずれかが生じた場合の、安定器を安全に停止するための障害ロジック
１５）安定器を停止するまでの障害発生回数（通常、＞１０，０００イベント）をカウントする障害カウンタ
１６）安定器を停止するまでの障害発生の経過時間（通常、＞５分）を計測するプログラミング可能な障害クロック
１７）障害が検出されない場合に、ある時間（通常、＞１時間）が経過すると、障害カウンタをリセットする基準カウンタ
１８）全ての安定器動作モード、および異なる安定器状態間の遷移に対する特定の状態をさまざまなピン位置で示す図５の完全な状態図
【０００９】
[0017]図３は、降圧段２１、フルブリッジ段２２、および電圧電流検出段を備えるＨＩＤ安定器システムで接続された場合のＨＩＤ制御ＩＣ２３の全体を示す応用例の図である。選択された部分を強調して表示し、安定器の各制御部およびそれに対応するＩＣ上の制御ピンを示す。
【００１０】
[0018]降圧部２１には、降圧段ＭＯＳＦＥＴ１６を高電圧ゲートで駆動するための制御ピン（ピン番号：ＢＵＣＫ、ＶＢＳ、ＶＢＢ）、瞬時電流制限用の制御ピン（ピン番号：ＣＳ）、臨界導通モード用の降圧段オフ時間制御ピン（ピン番号：ＺＸ）、連続導通モード用の降圧段最大オフ時間制御ピン（ピン番号：ＴＯＦＦ）、ランプ電力調整用の降圧段オン時間制御用制御ピン（ピン番号：ＣＯＭＰ１）、およびランプの最大電流制限用の降圧段オン時間制御用制御ピン（ピン番号：ＣＯＭＰ２）が含まれる。
【００１１】
[0019]フルブリッジ部２２には、高電圧ゲート駆動用の制御ピン（ピン番号：ＶＢ１、ＨＯ１、ＶＳ１、ＬＯ１、ＬＯ２、ＶＢ２、ＨＯ２、ＶＳ２）とフルブリッジ発振器の周波数制御用制御ピン（ピン番号：ＣＴ）とが含まれる。
【００１２】
[0020]点灯制御部２０には、オン／オフ・タイマ制御用ピン（ピン番号：ＴＩＧＮ）と外部点灯回路をオン／オフする出力ゲート駆動信号用ピン（ピン番号：ＩＧＮ）とが含まれる。
【００１３】
[0021]電圧・電流検出部２４には、降圧段最大出力電圧の制限閾値用ピン（ピン番号：ＯＶ）、最大ランプ電流の制限閾値用ピン（ピン番号：ＯＣ）、および定電力制御用のランプ電圧・電流検出用ピン（ピン番号：ＶＳＥＮＳＥ、ＩＳＥＮＳＥ）が含まれる。
【００１４】
[0022]その他のピンとしては、内部障害タイマの時間を設定するためのピン（ピン番号：ＴＣＬＫ）、内部乗算器のゲインを設定するためのピン（ピン番号：ＭＵＬＴ）、ピンＣＴ、ＴＩＧＮ、ＴＣＬＫ、ＯＶ、およびＯＣに対し、正確な電流基準値を設定するためのピン（ピン番号：ＩＲＥＦ）が含まれる。
【００１５】
[0023]図４は、制御ＩＣ２３の内部回路を示す詳細なブロック図である。降圧段制御部２５には、制御ロジック３０、レベルシフト回路３１、およびフローティング高電圧ウェル２６が含まれ、臨界導通モードまたは連続導通モード時の降圧段のオン時間を制御し、降圧段のハイサイドＭＯＳＦＥＴ１６のオン／オフを行い、過電流状態の場合はこの降圧段ＭＯＳＦＥＴ１６を停止する。
【００１６】
[0024]フルブリッジ制御部２７には、フルブリッジ周波数を設定する外部からプログラミング可能な発振器２８、内部のフルブリッジＭＯＳＦＥＴのオン／オフ制御信号を発生するドライバロジック２９、外部のフルブリッジ段ローサイドＭＯＳＦＥＴのオン／オフ信号を発生するローサイド・ゲートドライバ３２、３３、および外部のフルブリッジ段ハイサイドＭＯＳＦＥＴのオン／オフ信号を発生するフローティング高電圧ウェル３４、３５とゲートドライバ３６、３７が含まれる。
【００１７】
[0025]ランプ電圧・電流検出部３８には、過電圧または過電流による障害状態を検出するプログラミング可能な閾値を備えたコンパレータと、ランプ電力を調整するためにランプ電圧とランプ電流とを乗算する乗算器３９とが含まれる。
【００１８】
[0026]障害カウンタ４０には、高速で発生する不足電圧による障害イベントの回数、あるいは不足電圧または過電圧による障害状態の継続時間をカウントする外部からプログラミング可能なクロックといくつかのフリップフロップとが含まれる。
【００１９】
[0027]以上の機能全てが、安定器システムを簡略化し、部品数やコストを低減するために１つのＩＣ内に組み込まれる。
［詳細な機能の説明］
【００２０】
[0028]制御ＩＣのさまざまなモード、およびそのモード間でいかに遷移するかを、標準的な状態図（図５）に要約する。このさまざまなモードには、不足電圧ロックアウト（ＵＶＬＯ）モード、一般モード、および障害モードが含まれる。一般モードのサブセットには、降圧段オフモード、障害カウンタおよび基準カウンタのリセット、基準カウンタのリセット、および点灯オフモードが含まれる。以上のモードについて、図３と図４とを参照にして、以下に説明する。
［不足電圧ロックアウト（ＵＶＬＯ）モード］
【００２１】
[0029]不足電圧ロックアウト（ＵＶＬＯ）モードは、ＶＣＣ（図３）がＩＣ２３のターンオン閾値よりも小さい状態にＩＣがあるものとして定義する。不足電圧ロックアウトは、外部の起動抵抗による電力損失を低減するために、ＵＬＶＯモードの間は２００μＡよりも低い超低供給電流を維持し、かつ、降圧段のハイサイド出力ドライバ４１と、フルブリッジ段のハイサイドおよびローサイド出力ドライバ３２、３３、３６、３７とがアクティブになる前に、このＩＣは十分に機能することを保障するように設計されている。ＶＣＣとＣＯＭ間の外部コンデンサＣＶＣＣは、外部の供給抵抗ＲＶＣＣを介して整流したＡＣラインまたはＤＣバスから流れ込む電流から、ＩＣが引き込むマイクロパワー起動電流を引いた電流によって充電される。この外部の起動抵抗ＲＶＣＣは、安定器用ＡＣラインの所望のターンオン電圧で、ＶＣＣがＩＣのターンオン閾値を越えるように選ばれる。
【００２２】
[0030]ＶＣＣ上のコンデンサ電圧が起動閾値に到達すると、ＩＣはオンとなり、フルブリッジ発振器（ＣＴ）およびゲートドライバ出力（ＨＯ１、ＬＯ１、ＨＯ２、ＬＯ２）は発振を開始する。ＶＣＣとＣＯＭ間のコンデンサは、ＩＣの動作電流が増加するために、放電を開始する。次に、ＶＣＣがＩＣのターンオフ閾値（図６）まで放電し、再びＶＣＣを内部のツェナークランプダイオード電圧（１５．８Ｖ、標準）まで充電する前に、補助供給源（２次巻線、チャージポンプなど）が、１次供給電圧を引き継ぐ必要がある。ＵＶＬＯモードの間は、フルブリッジ段と降圧段とはオフになり、点灯タイマとクロックもオフになり、障害および基準カウンタはリセットされ、障害ラッチもリセットされる。
［一般モード］
【００２３】
[0031]ＶＣＣが、ＩＣターンオン閾値を超えると（ＵＶＬＯ＋）、ＨＩＤ制御ＩＣは一般モードに入る。フルブリッジ段は、ＣＴピンの外部コンデンサＣＴでプログラミングされた周波数で発振し始める。降圧段は有効となるが、ＣＯＭＰ１ピンおよびＣＯＭＰ２ピンの電圧が０．２Ｖを越え、ＶＳＥＮＳＥピンの電圧がＯＶピンの電圧よりも低ければ、発振のみ開始する。点灯タイマは有効となり、ＴＩＧＮピンのコンデンサでプログラミングされたように、オン／オフ（「ハイ」／「ロー」）になる（３２秒「オン」／９６秒「オフ」、標準）。クロックは有効となり、ＴＣＬＫピンの外部コンデンサでプログラミングされた周波数で発振する。障害カウンタ、ＶＳＥＮＳピンの過電圧保護、ＩＳＥＮＳＥピンの電流制限、および定電力制御も全て、一般モードでは有効となる。
【００２４】
[0032]一般モードのサブセットには、降圧段オフ、障害カウンタと基準カウンタのリセット、基準カウンタのリセット、および点灯オフが含まれる。
【００２５】
[0033]ＣＯＭＰ１ピンまたはＣＯＭＰ２ピンの電圧が０．２Ｖより低いと、降圧段制御は、オン時間の下限に到達する。ＩＣは降圧段オフモードに入り、降圧段の出力はオフになる。ＶＳＥＮＳＥピンの電圧が、ＯＶピンの電圧を越えると、降圧段の出力電圧が電圧の上限（最大電圧限界）に到達し、ＩＣは降圧段オフモードに入り、降圧段の出力はオフとなる。
【００２６】
[0034]ＣＯＭＰ１ピンおよびＣＯＭＰ２ピンの電圧が０．２Ｖを越え、ＶＳＥＮＳＥピンの電圧がＯＶピンの電圧よりも低くなると、ＩＣは再び一般モードに入り、降圧段は再始動することになる。一般モードの間は、障害カウンタは、連続低電圧または連続過電圧障害の数をカウントする。基準カウンタが計測して、長時間（４０９６秒、標準）障害が検出されなければ、障害カウンタおよび基準カウンタは、いずれもゼロにリセットされることになる。また、障害がカウントされるたびに、基準カウンタはゼロにリセットされる。
【００２７】
[0035]一般モードの間は、点灯タイマは有効となり、点灯ゲートドライバ出力（ＩＧＮピン）は、ＴＩＧＮピンのコンデンサでプログラミングされたようにオン／オフ発振する（３２秒オン／９６秒オフ、標準）。これによって、外部のランプ点灯回路は、ＨＩＤランプを点灯できる。ＶＳＥＮＳＥピンの電圧がＯＶピンの電圧の半分よりも高い場合は（ＯＶ／２）、ランプはまだ点灯せず、点灯タイマは有効のままとなる。過電圧障害カウンタは、過電圧状態（ＶＳＥＮＳＥ＞ＯＶ／２）である間の時間をカウントすることになる。ＶＳＥＮＳＥピンの電圧がＯＶ／２よりも高いままであり、過電圧障害カウンタがタイムアウトすると（１１８０秒、標準）、ノンストライクによるランプの障害状態（寿命末期、ガラスの破損など）によりランプは点灯せず、ＩＣは障害モードに入り停止することになる。過電圧障害カウンタがタイムアウトするよりも先にＶＳＥＮＳＥピンの電圧がＯＶ／２よりも下がると、ランプは点灯することができ、ＩＣは一般モードのままで、ＩＧＮピン（点灯ゲートドライバ出力）は無効になる。一旦ランプが点灯すると、ランプ電圧は、かなりの低電圧（２０Ｖ、標準）まで急落する。ランプが昇温するに従い、ランプ電圧は、公称動作電圧（１００Ｖ、標準）に達するまで徐々に増加することになる。
【００２８】
[0036]ランプ電圧が、かなり長時間にわたって低いままの場合は、ランプは障害状態となり、安定器は停止しなければならない。これを検出するために、ＶＳＥＮＳＥピンは、ＯＶ／６の低電圧閾値を備える。ＶＳＥＮＳＥピンの電圧がＯＶ／６よりも低く、低電圧障害カウンタがタイムアウト（２９５秒、標準）すれば、ランプは、ランプ障害状態（寿命末期など）のため正しく昇温せず、ＩＣは障害モードに入り停止する。低電圧カウンタがタイムアウトになる前に、ＶＳＥＮＳＥピンの電圧がＯＶ／６を越えると、ランプは、うまく昇温したことになり、ＩＣは一般モードのままということになる。
【００２９】
[0037]高速の遷移低電圧の検出機能もまた、ＩＣのＶＳＥＮＳＥピンに備わる。通常の動作状態の間は、高速の遷移低電圧スパイクが、ランプアークの不安定性によりランプ電圧に生じる。その結果、ＶＳＥＮＳＥピンの過渡電圧状態は、ＯＶ／６閾値の前後を高速に（＜５０μｓ）サイクルすることになる。このような過渡状態の回数が、障害カウンタの最大事象回数（１６，３８４回、標準）を越えると、ＩＣは障害モードになり停止することになる。
【００３０】
[0038]一般モードの間は、定電力制御ループにより、ランプ電力は、一定レベルに維持しようと調節される。しかし、ランプが昇温する間は、ランプ電圧は非常に低く、その結果、ランプには高電流が流れる。ランプ電流が、ランプの最大定格を越えると、ＩＳＥＮＳＥピンは、ＯＣピンでプログラミングされた電圧を越えることになる。これによって、電流制限回路は、ＣＯＭＰ２電圧を減少させて、降圧段のオン時間を短縮する。その結果、ランプ電流は減少し、ＯＣピンの電圧でプログラミングされた上限に調節される。ランプが昇温するに従い、ランプ電圧は増加し、ランプ電流は減少する。ＩＳＥＮＳＥピンは、ＯＣピンの電流制限閾値よりも低下し、ＩＣは、降圧段のオン時間を制御し続けてランプ電力を一定に保つ。
【００３１】
[0039]要約すれば、ＩＣは、降圧段をオン／オフにしたり、降圧段のオン時間を調整したり、さまざまな障害やＩＣの停止回数をカウントしたりすることで、異なる負荷状態（開回路、短絡回路、ランプの昇温、定電力動作、ゆるやかに生じる低電圧によるランプ障害、急激に生じる低電圧による障害、過電圧によるランプ障害、ノンストライクによる障害など）に反応する。ＩＣは、異なる負荷状態をＶＳＥＮＳＥピンおよびＩＳＥＮＳＥピンで検出し、これらのピン電圧をプログラミングされた一組の閾値と比較し、ＩＣの補正動作モードを決定する。
【００３２】
[0040]ＶＳＥＮＳＥピンおよびＩＳＥＮＳＥピンの代表的な電圧レベルと、それに対応する動作モードとを、時間に対してプロットし（図７）、ランプが点灯、昇温、動作、および障害状態の際に、ＩＣがＨＩＤランプの負荷をどのように制御するかを詳しく示す。
［降圧段制御］
【００３３】
[0041]降圧段制御回路２５は、降圧段のＭＯＳＦＥＴ１６を介して流れる電流レベルに応じて、臨界導通モードまたは連続導通モードで動作する機能を備える。この電流は、電流検出抵抗ＲＣＳを降圧段のＭＯＳＦＥＴと直列に配置することで検出でき、その結果として、この電流検出抵抗にかかる電圧はＣＳピンで計測される。通常のランプ動作状態の間は、降圧段電流検出抵抗ＲＣＳにかかる電圧は、内部の過電流閾値（１．２５Ｖ、標準）よりも低い。降圧段のオン時間は、内部のオン時間用コンデンサＣＴＯＮがＣＯＭＰ１ピンの電圧レベルまで充電するのに必要な時間によって定まる。このオン時間の間は、降圧段インダクタＬＢＵＣＫの電流が、インダクタンス値に依存したあるピークレベルまで充電する。そのとき、降圧段インダクタの２次巻線の出力は、１次と２次との巻線比に依存したある負電圧レベルである。この２次巻線の出力は、ＺＸピンで計測でき、このピンは、内部のＥＳＤダイオードを用いて負電圧をＣＯＭよりも低いダイオードドロップにクランプし、その結果としてそのピンから流れ出る負電流を、外部抵抗ＲＺＸで制限する。
【００３４】
[0042]内部のオン時間用コンデンサＣＴＯＮの電圧が、ＣＯＭＰ１ピンの電圧を越えると、オン時間は終了し、降圧段の出力はオフになる。降圧段インダクタＬＢＵＣＫの２次巻線出力は、１次と２次との巻線比に依存して、ある正電圧レベルへと遷移し、それによって、ＺＸピンは内部の２Ｖ閾値を越える。降圧段インダクタＬＢＵＣＫの電流は、ランプのフルブリッジ出力段へ放電し始める。インダクタの電流がゼロになると。ＺＸピンは、２Ｖ閾値よりも低い値に戻る。これによって、降圧段制御の内部ロジックは、オン時間サイクルを再び開始する。
【００３５】
[0043]この動作モードは、インダクタ電流がゼロまで放電するサイクルごとに降圧段のＭＯＳＦＥＴがオンになるので、臨界導通モードと呼ばれる。このオン時間は、ＣＯＭＰ１ピンの電圧レベルでプログラミングされ、オフ時間は、ＺＸピンの立下りで計測されるように（図８）、インダクタ電流がゼロまで放電するのに必要な時間で決定される。その結果、インダクタの電流形状は、インダクタンス値とオン時間の設定とで決まるピーク値を持つ三角波となる。
【００３６】
[0044]ランプが昇温状態、あるいは出力が短絡回路状態では、インダクタ電流は、過度なレベルまで充電して、インダクタを飽和させることがあり、降圧段のＭＯＳＦＥＴを損傷することがある。この状態を防止するため、降圧段電流検出抵抗は、ＣＳピンでの電圧が、インダクタが飽和する前に内部の過電流閾値（１．２５Ｖ、標準）を越えるように設定される。内部のオン時間用コンデンサが、ＣＯＭＰ１ピンの電圧レベルに到達する前に、ＣＳピンが１．２５Ｖを超えると、オン時間は終了し、降圧段の出力はオフとなる。オフ時間は、ＺＸピンの立下りで決定される。あるいは、ＴＯＦＦピンの外部コンデンサが、内部閾値２Ｖまで充電されるのに必要な時間によってプログラミングされるように、最大オフ時間に到達するかどうかで決定される。インダクタ電流が、ゼロまで放電する前に最大オフ時間に到達すると、インダクタは、ゼロよりも大きなある値から再び充電を開始することになる。
【００３７】
[0045]この動作モードは、連続導通モードと呼ばれ、インダクタに、過電流閾値を上限とし、最大オフ時間設定を下限とするリップルを持つ連続ＤＣ電流を生じる。また、連続導通モードによって、臨界導通モードの場合よりも高い平均電流が、飽和が起こる前に、降圧段インダクタを流れることができる。
［定電力制御］
【００３８】
[0046]一般動作モード時にランプが点灯した後は、ＩＣはランプの出力電力を一定レベルに調節する。これを行うために、ＩＣは、ランプ電圧とランプ電流とを、ＶＳＥＮＳＥピンおよびＩＳＥＮＳＥピンで計測し、内部乗算回路３９を用いて、この電圧と電流とを乗算して電力を算出し、乗算回路の出力を、降圧段のオン時間を増加または減少させることにより、一定の基準電圧に調節する。ランプ電力が低すぎると、乗算器の出力は内部基準電圧よりも低くなる。演算相互コンダクタンス増幅器（ＯＴＡ１）は、ソース電流をＣＯＭＰ１ピンに出力し、外部のコンデンサＣＣＯＭＰ１を充電して電圧を高くする。これによって、降圧段のオン時間が増加し、ランプへの出力電流が、ランプの出力電力を増加させるように増加する。ランプ電力が高すぎる場合は、反対のことが起こる。ＯＴＡ１は、シンク電流をＣＯＭＰ１ピンに出力し、外部のコンデンサＣＣＯＭＰ１を放電して電圧を低くする。これによって、降圧段のオン時間が短縮し、ランプへの出力電流が、ランプの出力電力を減少させるように減少する。定電力制御ループの速度は、負荷の変動状態に対して、いかに早くループが反応し、いかに早く降圧段のオン時間を調整するかを決定するＣＯＭＰ１の外部コンデンサＣＣＯＭＰ１の値によって設定される。
［電流制限制御］
【００３９】
[0047]定電力制御ループは、ランプの負荷に対して一定電力を維持するために、降圧段の電流を増加、あるいは減少させる。ランプの昇温中、ランプ電圧は、非常に低くなることがあり（２０Ｖ、標準）、定電力ループは、定電力を維持するために降圧段電流を数アンペアの電流値にまで増加させようとする。この高電流は、使用するＨＩＤランプに対するメーカーの最大電流定格を超える可能性がある。この状態を防止するために、追加の電流制限制御ループがＩＣには含まれる。ＩＳＥＮＳＥピンでの電圧がＯＣピンの電圧レベルを超えると、別のＯＴＡ２がＣＯＭＰ２ピンから電流をシンクする。ＣＯＭＰ２ピンの電圧が、ＣＯＭＰ１ピンの電圧よりも下がると、電流制限ループが、定電力ループをオーバーライドし、ＣＯＭＰ２ピンが降圧段のオン時間を短縮させることになる。ＣＯＭ１ピン、ＣＯＭ２ピンの電圧の低い方が、他方をオーバーライドし、降圧段のオン時間を制御する。その後、ランプは昇温し、ランプ電流が最大許容限界（図７）よりも低いレベルにまでランプ電圧は増加し、次に、ＣＯＭＰ２ピンの電圧がＣＯＭＰ１ピンの電圧を越え、ＣＯＭＰ１ピンが、定電力を維持するために降圧段のオン時間を再び制御することになる。
［フルブリッジ制御］
【００４０】
[0048]制御ＩＣには、ＨＩＤランプをＡＣ電圧で駆動する完全なフルブリッジ段のハイ／ローサイド・ドライバ２７が含まれる。このフルブリッジ・ドライバは、音響共鳴がランプに損傷を与えないように周波数２００Ｈｚで通常は駆動される。このフルブリッジ周波数は、ＣＴピンの外部コンデンサでプログラミングされる。また、このフルブリッジは、ＩＣがＵＶＬＯを脱し、オンになると、即座にプログラミングされた周波数で発振し始める。このフルブリッジは、ＩＣが障害モードまたはＵＶＬＯモードになった時のみオフになる。
【００４１】
[0049]点灯中は、非常に高電圧で高速なパルス（５ｋＶ、２μｓ）が、外部の点灯回路からランプに供給される。この点灯パルスによって、ＩＣに損傷を与える可能性がある高い過渡電圧ｄＶ／ｄｔが、デッドタイムの間に、フルブリッジ・ドライバの一方の、あるいは両方のハーフブリッジの中間点で発生する。このデッドタイムの間、フルブリッジの全てのＭＯＳＦＥＴは「オフ」であり、各ハーフブリッジの中間点は、浮いている状態、あるいはバイアスがかけられていない状態である。このため、ＩＣのｄＶ／ｄｔ定格を越えるように中間点が非常に早く立ち上がる、あるいは立ち下がる原因となる過渡電圧の影響を非常に受けやすくなる。この状態を防止するために、デッドタイムの間、ＩＧＮピンはロジック「ロー」に設定される、と内部ロジックでは規定する。デッドタイムが終了し、適当なフルブリッジ段のＭＯＳＦＥＴがオンになるまでは、点灯パルスは全く発生する事はない。この規定により、点灯パルスが発生する前に、中間点は、降圧段またはＣＯＭの出力電圧にバイアスされる。
［制御ＩＣの要点］
１）降圧段の制御、降圧段のハイサイド・ゲートドライバ、フルブリッジ段の制御、およびフルブリッジ段のハイ／ローサイド・ゲートドライバの単一ＩＣへの一体化。
２）連続導通モードと臨界導通モードとの間を、負荷状態に応じて円滑に遷移できるマルチモード降圧段コントローラ。
３）ランプ電圧とランプ電流とを計測し、このランプ電圧とランプ電流とを乗算してランプ電力の大きさを求め、このランプ電力の大きさを、降圧段のオン時間を調整することで、一定基準値に調節する定電力制御ループ。
４）ランプ電流を計測し、そのランプ電流の大きさを、降圧段のオン時間を調整することで、最大値に制限する電流制限ループ。
５）同時に機能し、降圧段のオン時間を制御し、負荷状態に応じて、互いのループ間を円滑に遷移する２つの制御ループ、つまり定電力制御と電流制限。２つのループから生じたオン時間の短い方が、他方をオーバーライドし、降圧段のオン時間を制御する。
６）降圧段インダクタ電流の飽和を防止する瞬時の降圧段過電流保護。
７）プログラミングされた時間の間、外部のランプ点灯回路をオン／オフし、さらに、フルブリッジのスイッチング時のデッドタイムに、点灯回路をオフにして、点灯パルスが、フルブリッジ・ドライバの一方の、あるいは両方のハーフブリッジの中間点で高い過渡電圧ｄＶ／ｄｔを起こすのを防止する点灯タイマ。
８）過電圧状態の時間または回数をカウントし、障害状態の最大時間または最大回数を越えるとＩＣを停止する過電圧による障害の検出とカウンタ。
９）低電圧状態の時間または回数をカウントし、障害状態の最大時間または最大回数を越えるとＩＣを停止する低電圧による障害の検出とカウンタ。
１０）各障害間の時間を計測し、過電圧または低電圧による障害が発生しなかった場合、その経過時間がプログラミングされた最大時間を越えると障害カウンタをリセットする基準カウンタ。
１１）ＵＶＬＯ、一般および障害モード、および各モード間の遷移に対して、さまざまなＩＣピン位置で定義された状態を含む完全な状態図。
【００４２】
[0050]本発明については、本発明の特定の実施形態に関連して説明したが、他の多くの変形形態や修正形態、および他の使用法についても、当業者には明白であろう。従って、本発明は、本明細書中の具体的な開示内容によって限定されるわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】通常よく知られたＨＩＤ安定器を示す回路ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる制御ＩＣを含むＨＩＤ安定器を示す簡略化回路ブロック図である。
【図３】安定器制御ＩＣの応用例を示す回路図である。
【図４】安定器制御ＩＣの詳細な回路ブロック図である。
【図５】安定器制御ＩＣの状態図である。
【図６】ターンオン時のＩＣ供給電圧を示すグラフである。
【図７】点灯モード、昇温モード、および動作モード時のＶＳＥＮＳＥピンとＩＳＥＮＳＥピンとを示すグラフである。
【図８】降圧段のタイミングを示すグラフである。
【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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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
2006140148000001.pdf