(57)【要約】  本発明は、幹線電源の互いに相違する電圧を考慮して効率を向上するために直流レール電圧出力２０８を調整するレール電圧スイッチを有する高周波電子安定器を提供する。レール電圧スイッチは、幹線電力２１０及び幹線電圧信号２１２を発生する幹線電源２００と、幹線電圧信号２１２に応答するとともに力率補正ＰＦＣ電圧信号２１４を発生する安定器マイクロプロセッサ２０６と、幹線電源２００に作動的に接続されるとともにＰＦＣ電圧信号２１４に応答して直流レール電圧出力２０８を発生するコンバータ２０４とを具える。力率制御に用いる実施の形態に対して、コンバータ２０４は、コイル２１８と、力率補正部２２４と、スイッチ２２０と、整流器２２２とを具える。
2005514890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子的な安定器用のレール電圧切替回路であって、幹線電力及び幹線電圧信号を発生する幹線電源と、
前記幹線電圧信号に応答するとともに、力率補正電圧信号を発生する安定器マイクロプロセッサと、
前記幹線電圧に作動的に接続され、前記李規律補正電圧信号に応答して直流レール電圧出力を発生するコンバータとを具えることを特徴とするレール電圧切替回路。
【請求項２】
前記コンバータを、バックコンバータ、ブーストコンバータ、バック−ブースとコンバータ、フライバックコンバータ、単一端の一次インダクタコンバータ及びＣｕｋコンバータからなる群から選択したことを特徴とする請求項１記載のレール電圧切替回路。
【請求項３】
前記直流レール電圧出力を、前記幹線電源が幹線電力セットポイントより下である場合には第１直流レール電圧出力とし、前記幹線電源が前記幹線電力セットポイントより上である場合には第２直流レール電源出力としたことを特徴とする請求項１記載のレール電圧切替回路。
【請求項４】
前記直流レール電圧出力が、前記幹線電力が幹線電力セットポイントを超えて増大すると第１直流レール電圧出力から第２直流レール電圧出力まで変化し、
前記直流レール電圧出力が、前記幹線電力が前記幹線電力セットポイントより減少してオフセット未満になると前記第２直流レール電圧出力から前記第１直流レール電圧出力まで減少することを特徴とする請求項１記載のレール電圧切替装置。
【請求項５】
前記オフセットを約２０〜３０ボルトとしたことを特徴とする請求項４記載のレール電圧切替回路。
【請求項６】
前記直流レール電圧出力を、前記幹線電力が第１幹線電力セットポイントより下である場合に第１直流レール電圧出力とし、前記幹線電圧が前記第１幹線電力セットポイントと第２幹線電力セットポイントとの間にある場合に第２直流レール電圧出力とし、前記幹線電力が前記第２幹線電力セットポイントより上である場合に第３直流レール電圧出力としたことを特徴とする請求項１記載のレール電圧切替回路。
【請求項７】
前記第１幹線電力セットポイントを約２１０〜２１５Ｖとし、前記第２幹線電力セットポイントを約２５５Ｖとし、前記第１直流レール電圧出力を約４００Ｖとし、前記第２直流レール電圧出力を約４５０Ｖとし、前記第３直流レール電圧出力を約４６５〜４８０Ｖとしたことを特徴とする請求項６記載のレール電圧切替回路。
【請求項８】
前記直流レール電圧出力が、前記幹線電力が第１幹線電力セットポイントを超えて増大すると第１直流レール電圧出力から第２直流レール電圧出力まで変化し、
前記直流レール電圧出力が、前記幹線電力が第２幹線電力セットポイントを超えて増大すると第２直流レール電圧出力から第３直流レール電圧出力まで変化し、
前記直流レール電圧出力が、前記幹線電力が前記第２幹線電力セットポイントより減少して第２オフセット未満になると前記第３直流レール電圧出力から前記第２直流レール電圧出力まで減少し、
前記直流レール電圧出力が、前記幹線電力が前記第１幹線電力セットポイントより減少して第１オフセット未満になると前記第２直流レール電圧出力から前記第１直流レール電圧出力まで減少することを特徴とする請求項１記載のレール電圧切替回路。
【請求項９】
前記安定器マイクロプロセッサが、前記幹線電圧信号が第１電圧範囲にある場合に第１力率補正電圧信号を発生し、前記幹線電圧信号第２電圧範囲にある場合に第２力率補正電圧信号を発生することを特徴とする請求項１記載のレール電圧切替回路。
【請求項１０】
前記コンバータが、
前記幹線電力を受信する入力部と、出力部とを有するコイルと、
前記力率補正電圧信号に応答するとともに、力率補正ゲート信号を発生する力率補正部と、
前記コイルの出力部に作動的に接続されるとともに、前記力率補正ゲート信号に応答して、変調された電力を発生するスイッチと、
前記変調された電力に応答して、前記直流レール電圧出力を発生する整流器とを具えることを特徴とする請求項１記載のレール電圧切替回路。
【請求項１１】
前記スイッチが力率補正電流信号を発生し、前記力率補正部が、前記力率補正電流信号に応答することを特徴とする請求項１０記載のレール電圧切替回路。
【請求項１２】
前記コイルが零電流入力信号を発生し、前記力率補正部が零電流入力信号に応答することを特徴とする請求項１０記載のレール電圧切替回路。
【請求項１３】
電子的な安定器に対するレール電圧を切り替える方法であって、
幹線電力を発生し、
その幹線電力の電圧を決定し、
前記幹線電力の電圧に基づいて力率補正電圧信号を決定し、
その力率補正電圧信号に応答して前記幹線電力を直流レール電圧出力に変換することを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記幹線電力の電圧が幹線電力セットポイントを超えて増大すると前記直流レール電圧出力を第１直列レール電圧出力から第２直流レール電圧出力に変更し、
前記幹線電力の電圧が前記幹線電力セットポイントを超えて減少してオフセット未満になると前記直流レール電圧出力を前記第２直流レール電圧出力から前記第１直流レール電圧出力に変更することを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記幹線電力の電圧が第１幹線電力セットポイントを超えて増大すると前記直流レール電圧出力を第１直列レール電圧出力から第２直流レール電圧出力に変更し、
前記幹線電力の電圧が第２幹線電力セットポイントを超えて増大すると前記直流レール電圧出力を第２直列レール電圧出力から第３直流レール電圧出力に変更し、
前記幹線電力の電圧が前記第２幹線電力セットポイントを超えて減少して第２オフセット未満になると前記直流レール電圧出力を前記第３直流レール電圧出力から前記第２直流レール電圧出力に変更し、
前記幹線電力の電圧が前記第１幹線電力セットポイントを超えて減少して第１オフセット未満になると前記直流レール電圧出力を前記第２直流レール電圧出力から前記第１直流レール電圧出力に変更することを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記幹線電力の電圧に基づいて力率補正電圧信号を決定するに際し、
前記幹線電力の電圧が第１電圧範囲にある場合に第１力率補正電圧信号を発生し、
前記幹線電力の電圧が第２電圧範囲にある場合に第２力率補正電圧信号を発生することを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
前記力率補正電圧信号に応答して前記幹線電力を直流レール電圧出力に変換するに際し、
前記幹線電力を受信する入力部と、出力部とを有するコイルを設け、
前記力率補正電圧信号に応答して力率補正ゲート信号を発生し、
前記力率補正ゲート信号に応答して前記コイルの出力を選択して、変調された電力を発生し、
その変調された電力を整流して、直流レール電圧出力を発生することを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
前記コイルの出力の切替から力率補正電流信号を決定し、
前記力率補正電流信号に応答して前記力率ゲート信号を調整することを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記コイルの電流を決定し、
前記コイルの電流がほぼ零であるときに前記力率補正ゲート信号の切替を行うことを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
電子的な安定器に対してレール電圧の切替を行うシステムであって、
幹線電力を発生する手段と、
その幹線電力の電圧を決定する手段と、
その幹線電力の電圧に基づいて力率補正電圧信号を決定する手段と、
その力率補正電圧信号に応答して前記幹線電力を直流レール電圧出力に変換する手段とを具えることを特徴とするシステム。
【請求項２１】
前記幹線電力の電圧が幹線電力セットポイントを超えて増大すると前記直流レール電圧出力を第１直列レール電圧出力から第２直流レール電圧出力に変更する手段と、
前記幹線電力の電圧が前記幹線電力セットポイントを超えて減少してオフセット未満になると前記直流レール電圧出力を前記第２直流レール電圧出力から前記第１直流レール電圧出力に変更する手段とを更に具えることを特徴とする請求項２０記載のシステム。
【請求項２２】
前記幹線電力の電圧が第１幹線電力セットポイントを超えて増大すると前記直流レール電圧出力を第１直列レール電圧出力から第２直流レール電圧出力に変更する手段と、
前記幹線電力の電圧が第２幹線電力セットポイントを超えて増大すると前記直流レール電圧出力を第２直列レール電圧出力から第３直流レール電圧出力に変更する手段と、
前記幹線電力の電圧が前記第２幹線電力セットポイントを超えて減少して第２オフセット未満になると前記直流レール電圧出力を前記第３直流レール電圧出力から前記第２直流レール電圧出力に変更する手段と、
前記幹線電力の電圧が前記第１幹線電力セットポイントを超えて減少して第１オフセット未満になると前記直流レール電圧出力を前記第２直流レール電圧出力から前記第１直流レール電圧出力に変更する手段とを更に具えることを特徴とする請求項２０記載のシステム。
【請求項２３】
前記幹線電力の電圧に基づいて力率補正電圧信号を決定する手段が、
前記幹線電力の電圧が第１電圧範囲にある場合に第１力率補正電圧信号を発生する手段と、
前記幹線電力の電圧が第２電圧範囲にある場合に第２力率補正電圧信号を発生する手段とを具えることを特徴とする請求項２０記載のシステム。
【請求項２４】
前記力率補正電圧信号に応答して前記幹線電力を直流レール電圧出力に変換する手段が、
前記幹線電力を受信する入力部と、出力部とを有するコイルと、
前記力率補正電圧信号に応答して力率補正ゲート信号を発生する手段と、
前記力率補正ゲート信号に応答して前記コイルの出力を選択して、変調された電力を発生する手段と、
その変調された電力を整流して、直流レール電圧出力を発生する手段とを具えることを特徴とする請求項２０記載のシステム。
【請求項２５】
前記コイルの出力の切替から力率補正電流信号を決定する手段と、
前記力率補正電流信号に応答して前記力率ゲート信号を調整する手段とを更に具えることを特徴とする請求項２４記載のシステム。
【請求項２６】
前記コイルの電流を決定する手段と、
前記コイルの電流がほぼ零であるときに前記力率補正ゲート信号の切替を行う手段とを更に具えることを特徴とする請求項２４記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２００１年１２月２１日に出願された米国分割出願番号６０／３４２，９５１（発明の名称「高周波安定器」）から優先権を主張し、参照することによってここに組み込む。
【０００２】
この開示の技術分野は、高周波安定器システムであり、特に、レール電圧スイッチを有する高周波電子安定器である。
【背景技術】
【０００３】
水銀蒸着ランプ、メタルハダイドランプ、高圧ナトリウムランプ、低圧ナトリウムランプ等の高強度放電（ＨＩＤ）ランプは、多様な照明タスクに用いられている。ＨＩＤランプが一般的になるに従い、ＨＩＤランプ用の電子的な安定器が開発されてきている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＨＩＤランプ用の電子的な安定器についての一つの試みは、効率を向上することである。典型的には、電子的な安定器は、ある幹線電圧で幹線電源から電力を受信し、それは、他の直流レール電圧に変換され、ＨＩＤランプに給電するために変調される。個別の電子的な安定器は通常、幹線電圧の範囲で動作するよう設計されているが、直流レール電圧は、幹線電圧に関係なく設定値に保持される。幹線電圧と直流レール電圧との差が大きくなると、電力消失が大きくなるとともに、効率が低くなる。
【０００５】
上記不都合を克服するレール電圧スイッチを有する電子的な安定器を有するのが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、レール電圧スイッチを有する電子的な安定器を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の他の態様は、電力消失の少ない、レール電圧スイッチを有する電子的な安定器を提供する。
【０００８】
本発明の他の態様は、効率が向上した、レール電圧スイッチを有する電子的な安定器を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、幹線電源の互いに相違する電圧を考慮して効率を向上するために直流レール電圧出力２０８を調整するレール電圧スイッチを有する高周波電子安定器を提供する。レール電圧スイッチは、幹線電力２１０及び幹線電圧信号２１２を発生する幹線電源２００と、幹線電圧信号２１２に応答するとともに力率補正ＰＦＣ電圧信号２１４を発生する安定器マイクロプロセッサ２０６と、幹線電源２００に作動的に接続されるとともにＰＦＣ電圧信号２１４に応答して直流レール電圧出力２０８を発生するコンバータ２０４とを具える。力率制御に用いる実施の形態に対して、コンバータ２０４は、コイル２１８と、力率補正部２２４と、スイッチ２２０と、整流器２２２とを具える。
【００１０】
図１は、本発明によるレール電圧スイッチを有する電子的な安定器のブロック図を示す。ブロック間の一部の接続を、明瞭のために省略する。電子的な安定器１００は、幹線電圧１２０によって給電される電源１１０と、高強度放電（ＨＩＤ）ランプ１４０に給電を行うランプ給電回路１３０と、安定器制御回路１５０とを具える。電源１１０は、電子的な安定器１００への給電を調整し、ランプ給電回路１３０は、ＨＩＤランプ１４０に電力を供給し、安定器制御回路１５０は、電子的な安定器１００の動作を制御する。
【００１１】
電源１１０は、電源１１０の入力部にある電磁干渉（ＥＭＩ）フィルタ１１２と、バックアップ白熱ランプ１１６に給電を行う１２０Ｖ電源１１４と、力率補正（ＰＦＣ）回路１１７と、安定器制御回路１５０に給電を行う補助低電圧電源１１８とを具える。ランプ給電回路１３０は、キャパシタバンク１３４と、共振ハーフブリッジ１３６と、点弧回路１３８とを具える。安定器制御回路１５０は、減光回路１５２と、力率補正（ＰＦＣ）制御回路１５４と、マイクロコントローラ回路１５６と、電力調整回路１５８と、電流調整回路１６０と、ドライバ回路１６２とを具える。
【００１２】
図２Ａ〜２Ｃは、本発明によるレール電圧スイッチを有する電子的な安定器に対する電源の線形図を示す。図２Ａを参照すると、幹線電圧は、端子接続部Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３に印加される。幹線電圧は、約１８０Ｖから３０５Ｖまで変化することができ、典型的には約２００〜２７７Ｖとなる。幹線電圧に接続されたＥＭＩフィルタ１１２は、変成器Ｌ３と、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ４，Ｃ６と、ブリッジ整流器ＢＤ１とを具える。回路の保護を、流入電流リミッタＲＴ１及び電圧抑制バリスタＲＶ１によって行うことができる。ＥＭＩフィルタ１１２の出力部は、Ａｕｘ_Ｌｉｎｅとして低電圧電源であり続ける。補助ライン電圧は、幹線電圧信号Ｖｍａｉｎｓとして１２０Ｖの電源電圧を発生するために変成器Ｌ３の後から引かれる。
【００１３】
図２Ｂを参照すると、１２０Ｖ電源１１４は、バックアップ白熱ランプに電力を供給するために２００〜２７７ＶＡｕｘ_Ｌｉｎｅを１２０Vに降下する。ＨＩＤランプは、電力が供給された後の少しの間に生じるウォームアップ段階中に低光出力を有する。ＨＩＤランプは、再点灯できるようになる前に典型的には約５〜１５分間クールダウンする必要がある。バックアップ白熱ランプは、ＨＩＤランプが点灯せず又は低光レベルで点灯したときに発光する。バックアップ白熱ランプを、ハロゲンランプ又は所望に応じた他の任意の１２０Vランプとすることができる。１２０Ｖ電源１１４は、電子的な安定器が励起されるときに励起される。安定器制御回路からのＥＬＯＮ信号は、１２０Ｖ電源１１４が電力をバックアップ白熱ランプに供給するときを決定する。ＨＩＤランプが十分ない光を発していないことを表す公称的なＨＩＤランプ電力の半分のような予め設定されたセットポイントに比べてＨＩＤランプ電力が小さいときには常に、ＥＬＯＮ信号は光をターンオンする。
【００１４】
１２０Ｖ電源１１４は、Ａｕｘ_Ｌｉｎｅ信号に応答するとともにＡｕｘ_Ｌｉｎｅ零交差信号を発生する比較回路と、Ａｕｘ_Ｌｉｎｅ零交差信号及びＡｕｘ_Ｌｉｎｅ電圧振幅信号に応答するとともに１２０Ｖ駆動信号を発生する１２０Ｖマイクロコントローラと、１２０Ｖ駆動信号に応答するとともに１２０V電力をバックアップ白熱ランプに供給する１２０Ｖドライバ回路とを具える。安定器制御回路からのＥＬＯＮ制御信号は、バックアップ白熱ランプに対する１２０Ｖ電力を所望に応じてターンオン及びオフするためにキャパシタ回路及び１２０Ｖマイクロコントローラの切替を行う。
【００１５】
ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３及びＤ４を具える全ブリッジは、２４０〜２７７ＶＡｕｘ_Ｌｉｎｅ電力を整流する。整流された信号は、電圧レギュレータＵ２による調整後にＡｕｘ_Ｌｉｎｅ基準信号をコンパレータＵ１に供給する。また、整流された信号は、抵抗Ｒ１，Ｒ２を具える分圧器によってスケール化した後に可変Ａｕｘ_Ｌｉｎｅ電圧信号をコンパレータＵ１に供給する。コンパレータＵ１は、Ａｕｘ_Ｌｉｎｅ基準信号をＡｕｘ_Ｌｉｎｅ電圧信号と比較し、Ａｕｘ_Ｌｉｎｅ零交差信号を１２０ＶマイクロコントローラＵ３に供給する。Ａｕｘ_Ｌｉｎｅ零交差信号は、Ａｕｘ_Ｌｉｎｅ周波数を決定するために使用される。
【００１６】
Ａｕｘ_Ｌｉｎｅ電力は、抵抗Ｒ３，Ｒ４を具える分圧器によってスケール化され、ダイオードＤ５、キャパシタＣ１０及び抵抗Ｒ３，Ｒ４によって更に調整した後Ａｕｘ_Ｌｉｎｅ電圧振幅信号として１２０ＶマイクロプロセッサＵ３に供給される。
【００１７】
１２０ＶマイクロコントローラＵ３は、Ａｕｘ_Ｌｉｎｅ零交差信号及びＡｕｘ_Ｌｉｎｅ電圧振幅信号を使用して、トライアックＱ１に対する１２０Ｖ駆動信号を決定する。１２０ＶマイクロプロセッサＵ３は、Ａｕｘ_Ｌｉｎｅ電圧振幅信号に基づくとともにＡｕｘ_Ｌｉｎｅ零交差信号によって表されるようにＡｕｘ_Ｌｉｎｅ周波数に対して補正が行われたトライアックＱ１の所望のタイミング／位相角をルックアップする予めプログラムされたルックアップテーブルを使用する。１２０Ｖ駆動信号は、十分に調整された１２０Ｖ電力をバックアップ白熱ランプに供給するために変成器Ｔ１を通じてトライアックＱ１の切替を行う。１２０Ｖ電源１１４は、十分に調整された１２０Ｖ電力を発生し、これによってバックアップ白熱ランプの寿命を延ばし、バックアップ白熱ランプの過電圧保護を行う。
【００１８】
安定器制御回路からのＥＬＯＮ制御信号は、バックアップ白熱ランプに対する１２０Ｖ電力を所望に応じてターンオン及びオフするために光学的なアイソレータの切替を行う。１２０Ｖ電力をターンオフするために、光学的なアイソレータＩＳＯ１は、コンパレータＵ１と１２０ＶマイクロコントローラＵ３のマスタークリアピンとに対する基準電圧をグランドにする。
【００１９】
図２Ｃは、本発明による電子的な安定器に対する力率補正及び低電圧電源のブロック図である。力率補正回路１１７は、ＥＭＩフィルタの出力電圧を受信するとともに、補助低電圧電源１１８及びランプ給電回路に供給される電力を上げる。
【００２０】
力率補正回路１１７は、力率を高くするとともに、全体的な高調波歪みを小さくする。力率補正回路１１７は、幹線電圧に依存せずに固定されたレール電圧を保持することによって生じる電力損失を減少するために、ランプ電力回路に供給されるレール電圧を幹線電圧に対して調整する。力率補正回路１１７は、変成器Ｔ２と、スイッチＱ３と、ダイオードＤ１０とを具える。幹線電圧信号Ｖｍａｉｎは、幹線電圧信号Ｖｍａｉｎを安定器制御回路のＰＦＣ制御回路に供給するために抵抗Ｒ１０に送出される。ＰＦＣ制御回路は、幹線電圧信号Ｖｍａｉｎと、ＰＦＣ電流信号Ｉｐｆｃと、ＰＦＣ電圧信号Ｖｐｆｃとを処理し、ＰＦＣゲート信号Ｇｐｆｃを力率補正回路１１７に戻す。ＰＦＣゲート信号Ｇｐｆｃは、出力電圧要求及び入力電流要求に適合するようスイッチＱ３をサイクル化する。一実施の形態において、レール電圧Ｖｒａｉｌを、特定の幹線電圧に対する値を分離するよう設定することができる。例えば、幹線電圧が約２１０〜２１５Ｖより下である場合、レール電圧を約４００Ｖに設定することができる。同様に、約２１０〜２５５Ｖの幹線電圧及び約２５０Ｖより上の幹線電圧に対して、レール電圧を、約４５０Ｖ及び約４６５〜４８０Ｖにそれぞれ設定することができる。幹線電力電圧セットポイント付近のレール電圧の偶然の切替を防止するために、ヒステリシスを用いることができる。当業者は、特定のアプリケーションに適合できるよう互いに相違する幹線電圧範囲及びレール電圧を用いることができることを理解する。変成器Ｔ２は、変成器Ｔ２の電流が零に到達したときを表すために零電流入力信号ＺＣｉｎをＰＦＣ制御回路に供給することもできる。変成器Ｔ２は、Ｖｄｉｍｍ＋及びＶｄｉｍｍ−を通じて安定器制御回路の減光回路に電力を提供することもできる。力率補正回路１１７は、ＰＦＣ電圧信号Ｖｐｆｃ及びスケール化されたＰＦＣ出力電圧信号Ｖｐｆを通じて安定器制御回路に電圧信号を供給する。
【００２１】
補助低電圧電源１１８は、安定器制御回路素子に電力を供給する。補助低電圧電源１１８は、力率補正回路１１７の出力部から電力を取り出し、切替モード電源ＩＣ  Ｕ５を用いて１５Ｖの低電圧電力を生成する。電圧レギュレータＱ５は、切替モード電源ＩＣ  Ｕ５からの出力を調整する。電圧レギュレータＱ５の出力部は、Ｖｃｃｐｆｃラインを通じてＰＦＣコントローラに電力を供給し、＋１５ラインを通じて他の安定期制御回路に電力を供給する。
【００２２】
図３は、本発明によるレール電圧スイッチを有する電子的な安定器に対するランプ電力回路の線形図である。ランプ電力回路１３０は、キャパシタバンク１３４と、共振ハーフブリッジ１３６と、イグナイタ１３８とを具える。キャパシタバンク１３４は、エネルギーバッファとしての役割を果たす。共振ハーフブリッジ１３６は、ＥＭＩフィルタから電力を受け取り、ＨＩＤランプを駆動するために電力の変換を行う。イグナイタ１３８は、ランプ始動中にＨＩＤランプに高電圧を供給する。
【００２３】
力率補正回路の出力部のキャパシタバンク１３４は、電解キャパシタを具える。共振ハーフブリッジ１３６は、スイッチＱ７，Ｑ９、インダクタＬ４及びキャパシタＣ１７を具える。ＨＩＤランプに対する電力は、インダクタＬ４及びキャパシタＣ１７のインピーダンスと、ハイゲート信号Ｈｇａｔｅ及びローゲート信号Ｌｇａｔｅに応答してスイッチＱ７，Ｑ９を交互に切り替える周波数とによって制御される。ハイゲート信号Ｈｇａｔｅ、ローゲート信号Ｌｇａｔｅ、そのグランド、ＨＳｏｕｒｃｅ及びＬＳｏｕｒｃｅは、安定器制御回路によって発生する。
【００２４】
共振ハーフブリッジ１３６からの信号は、安定器制御回路に情報提供する。ランプ電力信号Ｐｓｅｎｓｅ＋は、共振ハーフブリッジ１３６に対する電力入力を表す抵抗Ｒ１２間の電圧を測定することによって発生する。検知されたランプ電流信号Ｉｓｅｎｓｅ＋対Ｉｓｅｎｓｅ−は、インダクタＬ４及びキャパシタＣ１７と直列に配置した変成器Ｔ３によって電流を測定することによって発生する。ＨＩＤランプに対する電圧を、ランプ電流によってランプ電流を分割することによって決定することができる。
【００２５】
イグナイタ１３８は、インダクタＬ４及びキャパシタＣ１７の接続部に作動的に接続した直流オフセット回路１３９と、インダクタＬ４の２次巻線に作動的に接続したクランプ回路１３７と、キャパシタＣ１９とを具える。ＨＩＤランプに対する点弧電圧は、直流オフセット回路１３９によってキャパシタＣ１７に供給される直流オフセット電圧と共同して、インダクタＬ４とキャパシタＣ１９との間の共振によって発生する。共振は、１次高調波共振となる。
【００２６】
直流オフセット回路１３９は、ダイオードＤ１２，Ｄ１４，Ｄ１６と、キャパシタＣ２１，Ｃ２３，Ｃ２５と、抵抗Ｒ１４と、ダイオードＤ１８とを具える。直流オフセット回路１３９は、点弧電圧の発生中にスイッチＱ７，Ｑ９の電流を減少するためにキャパシタＣ１７に直流オフセット電圧を供給する。直流オフセット電圧の大きさは、インダクタ電圧の固定比となる。直流オフセット電圧は、インダクタＬ４を流れる電流によって決定されるインダクタＬ４の共振電圧によって制御される。変成器Ｔ３として設けられた帰還ループは、インダクタＬ４を流れる電流を測定し、検知したランプ電流信号Ｉｓｅｎｓｅ＋対Ｉｓｅｎｓｅ−を安定器制御回路の安定器コントローラに供給する。安定器制御回路は、スイッチＱ７，Ｑ９に対するＨｇａｔｅ信号、Ｌｇａｔｅ信号、Ｈｓｏｕｒｓｅ信号及びＬｓｏｕｒｓｅ信号を用いて周波数掃引を制御する。直流オフセット電圧を、特定のアプリケーションに応じて約１〜２．５ｋＶ間で設定することができる。
【００２７】
インダクタＬ４の電圧を制御するためにハードウェア制御／制限回路も設ける。ハードウェア制御／制限回路は、コイルＬ６、ダイオードＤ２１、キャパシタＣ２７、抵抗Ｒ１６及びツェナーダイオードＤ２０を具える。コイルＬ６を流れる電流によって、電圧制御発振（ＶＣＯ）帰還信号ＶＣＯｆｂを生成するためにダイオードＤ２１によって整流されるとともにキャパシタＣ２７によってフィルタ処理された電圧を発生する。ＶＣＯ帰還信号は、帰還制御及び制限として安定器制御回路の電圧制御発振器（ＶＣＯ）に供給され、これによって、安定器制御回路は、インダクタＬ４の電圧を制御することができる。一実施の形態において、コイルＬ６を、ダイオードＤ２４，Ｄ２５，Ｄ２６，Ｄ２７の切替の影響を減少する飽和コイルとする。
【００２８】
クランプ回路１３７は、インダクタＬ４の２次巻線と、ダイオードＤ２４，Ｄ２５，ＤＤ２６，Ｄ２７の整流ブリッジと、キャパシタＣ２９と、ダイオードＤ２１とを具える。クランプ回路１３７は、２次巻線で遠圧が非常に高くなると導通し、これによって、インダクタＬ４の電圧を、回路グランドより上のレール電圧に制限する。インダクタＬ４の２次巻線の巻数比を、クランプ回路１３７が導通する電圧を設定するために用いることができる。
【００２９】
他の実施の形態において、安定器制御回路からの点弧信号に応答する（図示しない）点弧スイッチを、キャパシタＣ１９に直列に設けることができる。点弧スイッチによって、安定器制御回路は、安定器制御回路に供給される制御情報に基づくＨＩＤランプの点弧の能動的な制御を行うことができる。
【００３０】
図４Ａ〜４Ｆは、本発明によるレール電圧スイッチを有する安定器制御回路を示す。図４Ａは、本発明による電子的な安定器に対する減光回路の線形図である。アナログ減光信号を、ジャックＪ２の減光回路１５２によって受信される手動又は自動で調整可能な入力信号とする。アナログ減光信号を、０〜１０Ｖとし、又は特定のアプリケーションに対して要求されるような他の電圧範囲とすることができる。安定器制御回路１５０の減光回路１５２は、正の温度係数（ＰＴＣ）の過電流プロテクタＲＴ２及びツェナーダイオードＤ３０によってジャックＪ２の高入力電圧から保護される。アナログ減光信号は、電圧制御発振器Ｕ９に供給され、それは、アナログ減光信号を、アナログ減光信号電圧に比例する周波数を有する周波数減光信号Ｄｉｍｍに変換する。周波数減光信号Ｄｉｍｍは、オプトカプラＩＳＯ１に供給され、それは、減光回路１５２の出力をマイクロプロセッサ回路から分離する。力率補正回路は、Ｖｄｉｍｍ＋及びＶｄｉｍｍ−を通じて減光回路１５２に電力を供給し、電圧レギュレータＵ７は電圧を安定にする。
【００３１】
図４Ｂは、本発明による電子的な安定器の安定器制御回路１５０の力率補正（ＰＦＣ）制御回路１５４の線形図を示す。力率補正部Ｕ１０を用いて、ＰＦＣ制御回路１５４は、幹線電圧信号Ｖｍａｉｎと、力率補正回路からのＰＦＣ電流信号Ｉｐｆｃ及びＰＦＣ電流信号Ｖｐｆｃとを処理するとともに、ＰＦＣゲート信号Ｇｐｆｃを力率補正回路に戻す。ＰＦＣ制御回路１５４は、ＰＦＣ回路の変成器の電流が零に到達したときを表すために零電流入力信号ＺＣｉｎを受信する。
【００３２】
特定の幹線電圧範囲に対するターゲットレール電圧は、抵抗Ｒ２０，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３の抵抗アレイによって設定される。安定器マイクロプロセッサは、幹線電圧信号Ｖｍａｉｎｓに応答し、抵抗アレイの種々の抵抗を回路グランドに切り替える力率電圧信号Ｖｐｆ_３，Ｖｆｐ_２，Ｖｐｆ_１及びＶｐｆ_０を発生する。抵抗アレイは、あり得るレール電圧に対応する互いに相違する電圧を発生し、それは、力率補正部Ｕ１０に対するＰＦＣ電圧信号Ｖｐｆｃにバイアスをかける。
【００３３】
図４Ｃ，４Ｄは、本発明による電子的な安定器に対するマイクロ回路及び安定器マイクロプロセッサの詳細の線形図を示す。安定器コントローラＵ１２は、電子的な安定器及び安定器制御回路の主制御構成要素である。マイクロコントローラ回路１５６は、電子的な安定器を通じて種々のパラメータの情報を受信し、制御信号を種々の構成要素に供給する。発振器Ｙ１は、典型的には約４ＭＨｚの発振信号を安定器コントローラＵ１２に供給する。安定器マイクロプロセッサＵ１２は、電力調整回路から５Ｖ電力を受け取り、それは、補助的な低電圧の電源から１５Ｖの電力を受け取る。ＥＥＰＲＯＭ  Ｕ１４は、電子的な安定器を適切な電力レベル、ランアップ電流及び点弧電圧に調整するために安定器マイクロプロセッサＵ１２に供給された情報を格納する。
【００３４】
減光回路からの減光信号Ｄｉｍｍは、電力調整回路に対する電力基準信号Ｐｒｅｆを調整することによってＨＩＤランプに対する電力を設定するために安定器マイクロコントローラＵ１２に指導するマイクロコントローラ回路１５６に対する入力となる。
【００３５】
Ｓｗｅｅｐ信号は、点弧中に周波数を掃引するとともに必要な電圧を発生するためのマイクロコントローラ回路１５６から駆動回路への出力となる。Ｓｗｅｅｐ信号は、点弧電圧信号Ｖｉｇｎの関数となる。また、Ｓｗｅｅｐ信号は、電弧の安定性を増大するために安定状態動作中にランプ電流周波数を変調する。安定状態動作は、本願の同一譲受人に譲り受けられるとともの参照によってここに組み込まれた米国特許出願番号１０／０４３，５８６に記載されている。
【００３６】
電力基準信号Ｐｒｅｆは、安定器マイクロコントローラＵ１２からの出力となり、ＨＩＤランプの出力を調整するために、処理され及び検知された電力信号と比較される電力基準信号を電力調整回路に供給する。電力基準信号Ｐｒｅｆは、ＨＩＤランプ電力を制御し、測定されたレール電圧Ｖｐｆ及び検知された電力信号Ｐｗｒの関数となる。電力基準信号Ｐｒｅｆを、周波数減光信号Ｄｉｍｍ及びＥＥＰＲＯＭ  Ｕ１４からの校正係数の関数とすることもできる。ＳＣＬ信号及びＳＤＡ信号は、電力レベル、ランアップ電流、点弧電圧等のＥＥＰＲＯＭ  Ｕ１４に格納された情報を安定器マイクロコントローラ  Ｕ１２に供給する。
【００３７】
力率電圧信号Ｖｐｆ_３，Ｖｆｐ_２，Ｖｐｆ_１及びＶｐｆ_０は、ターゲットレール電圧を設定するためにＰＦＣ制御回路の抵抗アレイに回路グランドを提供する安定器マイクロプロセッサＵ１２からの出力となる。Ｖｐｆ_３，Ｖｆｐ_２，Ｖｐｆ_１及びＶｐｆ_０のグランド化は、幹線電圧Ｖｍａｉｎｓの関数となる。
【００３８】
Ｔｘ及びＲｘ信号は、ＲＳ２３２インタフェースプロトコルを用いて、安定器マイクロコントローラＵ１２と電子的な安定器の外部装置との間の通信を提供する。
【００３９】
入力電圧信号Ｖｍａｉｎｓは、ＰＦＣ制御回路１５４から安定器マイクロコントローラＵ１２への入力となり、幹線電圧レベルを表す。入力電圧信号Ｖｍａｉｎｓは、力率電圧信号Ｖｐｆ_３，Ｖｆｐ_２，Ｖｐｆ_１及びＶｐｆ_０に対する出力を設定する安定器マイクロコントローラＵ１２を決定する。
【００４０】
スケール化されたＰＦＣ出力電圧信号Ｖｐｆは、力率補正回路１１７から安定器マイクロコントローラＵ１２への入力となり、レール電圧を表す。
【００４１】
処理された電力信号Ｐｗｒは、電力調整回路から安定器マイクロプロセッサＵ１２への入力となり、ＨＩＤランプに対する電力を表す。ランプ電流信号Ｉｓｅｎｓｅ＋によって除算することによって処理された電力信号Ｐｗｒは、ＨＩＤランプ電流を発生する。処理された電力信号Ｐｗｒ、スケール化されたＰＦＣ出力電圧信号Ｖｐｆ、ＥＥＰＲＯＭ  Ｕ１４からの校正定数及び減光信号Ｄｉｍｍは、ＨＩＤランプの電力を制御する電力基準信号Ｐｒｅｆを決定する。
【００４２】
温度信号Ｔｓは、マイクロコントローラ回路１５６の過電流プロテクタＲＴ３から安定器マイクロコントローラＵ１２への入力であり、電子的な安定器の温度を表す。温度信号Ｔｓを、損傷を回避するよう電子的な安定器を遮断すべきであることを決定するために安定器マイクロコントローラＵ１２によって用いることができる。安定器マイクロプロセッサは、遮断信号ＳＤをトグルすることによって電子的な安定器を遮断する。
【００４３】
点弧電圧信号Ｖｉｇｎは、イグナイタから安定器マイクロプロセッサＵ１２への入力となり、点弧のためにＨＩＤランプに供給される電圧を表す。点弧電圧Ｖｉｇｎを、ＨＩＤランプを始動するよう掃引信号Ｓｗｅｅｐの大きさを決定するために安定器マイクロコントローラＵ１２によって用いることができる。
【００４４】
ランプ電流信号Ｉｓｅｎｓｅ＋は、共振ハーフブリッジから信号を受信する電量調整回路から安定器マイクロコントローラＵ１２への入力となる。ランプ電流信号Ｉｓｅｎｓｅ＋は、ＨＩＤランプに対する電流を表し、ランアップ電流制限信号Ｉｗｏｒｍを制御するのに用いられる。ランプ電流信号Ｉｓｅｎｓｅ＋は、誤り状態を決定するような関数に対して使用できるランプ電圧を計算するのに使用することもできる。
【００４５】
安定器マイクロコントローラＵ１２は、処理された電力信号Ｐｗｔをランプ電流信号Ｉｓｅｎｓｅ＋によって除算することによってＨＩＤランプに対する電圧を決定することができる。安定器マイクロプロセッサＵ１２は、ＨＩＤランプを制御するよう電力基準信号Ｐｒｅｆの大きさを決定するために、処理された電力信号Ｐｗｒ、電流信号Ｉｓｅｎｓｅ＋及び計算されたＨＩＤランプ電圧を用いることができる。電力基準信号Ｐｒｅｆを、周波数減光信号Ｄｉｍｍ及びＥＥＰＲＯＭ  Ｕ１４からの校正係数の関数とすることもできる。
【００４６】
ＥＬＯＮ信号は、安定器マイクロコントローラＵ１２から１２０V電源への出力となり、１２０Ｖ電源がバックアップ白熱ランプに電力を供給するときを決定する。安定器マイクロプロセッサＵ１２に対してＰｗｒ信号によって表されるＨＩＤランプ電力が、予め設定されたセットポイントに到達すると常に、ＥＬＯＮ信号は、バックアップ白熱ランプをターンオフする。約５０％の公称ＨＩＤランプのような予め設定されたセットポイントを、ＨＩＤランプが十分な光を発生するポイントを表すために用いることができる。
【００４７】
ランアップ電流制限信号Ｉｗｏｒｍは、安定器マイクロコントローラＵ１２から駆動回路の電圧制御発振器への出力となる。ランアップ電流制限信号Ｉｗｏｒｍは、ランプ電流制限レベルを設定し、低いＨＩＤランプ電圧に対してランアップ電流を制限することが要求される。ランアップ電流制限信号Ｉｗｏｒｍは、ＨＩＤランプに対する電流を表すランプ電流信号Ｉｓｅｎｓｅ＋の関数となる。
【００４８】
信号Ｐｗｒ_Ｏｎの逆電力は、安定器マイクロコントローラＵ１２を初期化する電力アップ／リセット信号となる。
【００４９】
遮断信号ＳＤは、安定器マイクロコントローラＵ１２からドライバ回路のハイアンドローサイドドライバへの出力となる。シャットダウン信号ＳＤは、ランプの点弧がない、ランプ電圧範囲外、安定器の温度が高い、幹線電圧が低い等の故障状態のＨＩＤランプをターンオフする。
【００５０】
図４Ｅは、本発明による電子的な安定器の電力調整回路１５８及び電流調整回路１６０の線形図を示す。電力調整回路１５８は、電流調整回路１６０に送出される電力エラー信号を決定するために、検知されたランプ電力信号を電力基準信号と比較する。電流調整回路１６０は、駆動回路１６２に送出される全誤り信号を決定するために、電力誤り信号及び検知されたランプ電流を用いる。
【００５１】
電力調整回路１５８は、オペアンプＵ１６，Ｕ１７を有する。オペアンプＵ１６は、電力を表すランプ電力信号Ｐｓｅｎｓｅ＋を、共振ハーフブリッジのスイッチＱ９（図３参照）を通じて受信する。オペアンプＵ１６は、オペアンプＵ１７及びマイクロコントローラ回路に供給される処理された電力信号Ｐｗｒを生成するために、ランプ電力信号を調整し及び制限する。オペアンプＵ１７は、電流調整回路１６０に供給される電力エラー信号Ｐｅｒｒを生成するために、処理された電力信号Ｐｗｒと、マイクロプロセッサ回路からの電力基準信号Ｐｒｅｆとを比較する。電力調整回路１５８は、マイクロコントローラ回路に電力を供給する電圧レギュレータＵ２１も有する。
【００５２】
電圧調整回路１６０は、オペアンプＵ１８，Ｕ１９を有する。オペアンプＵ１８は、オペアンプＵ１９に供給される電力／電流エラー信号Ｐｌｅｒｒを生成するために、電力エラー信号Ｐｅｒｒと、共振ハーフブリッジからの検知されたランプ電流信号Ｉｓｅｎｓｅ＋とを比較する。オペアンプＵ１９は、電力／電流エラー信号ＰＩｅｒｒを調整し及び制限し、駆動回路に供給される全エラー信号Ｅｒｒを生成する。
【００５３】
マイクロコントローラ回路からオペアンプＵ１９への掃引信号Ｓｗｅｅｐは、周波数を掃引し、点弧中に必要な電圧を発生し、かつ、電弧の安定性を増大するために安定状態動作中にランプ電流周波数を変調する。安定状態動作は、本願と同一譲受人に譲り受けられるとともに参照によってここに組み込まれた米国特許出願番号１０／０４３，５８６に記載されている。
【００５４】
図４Ｆは、本発明による電子的な安定器の駆動回路１６２の線形図である。駆動回路１６２は、ＨＩＤランプに供給するために、所望の電力を表す電流調整回路からの全エラー信号Ｅｒｒを受信し、ＨＩＤランプへの電力を制御するために、ハイゲート信号Ｈｇａｔｅ及びローゲート信号Ｌｇａｔｅを共振ハーフブリッジに供給する。
【００５５】
駆動回路１６２は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）Ｕ２４と、駆動ゲートＵ２６，Ｕ２７，Ｕ２８，Ｕ２９，Ｕ３０と、ハイアンドローサイドドライバＵ３２とを具える。ＶＣＯ  Ｕ２４は、電流調整回路から全エラー信号Ｅｒｒを受信し、全エラー信号Ｅｒｒの電圧に比例するクロックされたＶＣＯ出力信号ＶＣＯＵＴを発生する。マイクロコントローラ回路からのランアップ電流制限信号Ｉｗｏｒｍ又はラン遮断信号ＳＤは、所望の場合には、ＨＩＤランプをターンオフするためにＶＣＯ  Ｕ２４を遮断する。
【００５６】
駆動ゲートはＶＣＯ出力信号ＶＣＯＵＴを受信し、それは、ハイ入力信号Ｈｉｎを生成するために三つの駆動ゲートＵ２６，Ｕ２７，Ｕ２８に送出され、ロー入力信号Ｌｉｎを生成するために二つの駆動ゲートＵ２９，Ｕ３０に送出される。ハイ入力信号Ｈｉｎを生成するための駆動ゲートの奇数の使用及びロー入力信号Ｌｉｎを生成するための駆動ゲートの偶数の使用の結果、二つの信号間にデッドタイムがある互いに相違する極性のハイ入力信号Ｈｉｎ及びロー入力信号Ｌｉｎとなる。
【００５７】
ハイアンドローサイドドライバＵ３２は、駆動ゲートからのハイ入力信号Ｈｉｎ及びロー入力信号Ｌｉｎを調整し、ハイゲート信号Ｈｇａｔｅ及びローゲート信号Ｌｇａｔｅを共振ハーフブリッジに供給する。コントローラ回路からのラン遮断信号ＳＤは、必要な場合には、ＨＩＤランプをターンオフするためにＶＣＯ  Ｕ２４を遮断する。
【００５８】
図５Ａ〜５Ｂは、本発明によるレール電圧スイッチを有する電子的な安定器のレール電圧切替回路のブロック図を示す。図５Ａを参照すると、幹線電源２００は、コンバータ２０４に幹線電力２１０を供給する交流又は直流電源である。安定器マイクロコントローラ２０６は、幹線電源２００からの幹線電圧信号２１２に応答し、力率補正（ＰＦＣ）電圧信号２１４をコンバータ２０４に供給する。コンバータ２０４は、ＨＩＤランプを駆動するために変調され得る直流レール電圧出力２０８を発生する。
【００５９】
幹線電源２００は、幹線電力２１０をコンバータ２０４に供給する。幹線電源２００を、単一の電子的な安定器又は電子的な安定器の群に対する電力を発生する交流又は直流電源とすることができる。幹線電源２００からの公称電圧は、ローカル電気ユーティリティ及びローカル電力分配ネットワークから供給される電力に応じて変化することができる。実電圧は、ローカル電気ユーティリティ及びローカル電力分配ネットワークの電力要求に応じて、時間とともに変化することができる。大抵のロケーションにおいて、幹線電圧は、約１８０ＶＡＣから３０５ＶＡＣまで変化することができ、典型的には約２００〜２７７ＶＡＣとなる。幹線電圧信号２１２は、安定器マイクロプロセッサ２０６に幹線電源２００の電圧を提供する。
【００６０】
安定器マイクロコントローラ２０６を、Microchip Technology Inc.によって製造されるＰＩＣ１６Ｃ７３Ｂ  ８ビットＣＭＯＳマイクロコントローラのように、幹線電圧信号２１２に応答するとともにＰＦＣ電圧信号２１４を発生する任意の制御装置とする。一実施の形態において、安定器マイクロコントローラ２０６は、定数を格納し、所定の幹線電圧信号２１２に対する所望のＰＦＣ電圧信号２１４を決定するために計算を実行する。他の実施の形態において、安定器マイクロコントローラ２０６は、所定の幹線電圧信号２１２に対する所望のＰＦＣ電圧信号２１４を関連付けるとともに発生するルックアップテーブルを格納することができる。ＰＦＣ電圧信号２１４はコンバータ２０４に供給される。
【００６１】
コンバータ２０４は、ＰＦＣ電圧信号２１４に応答し、幹線電力２１０を用いて直流レール電圧出力２０８を発生する。コンバータ２０４を、幹線電力２１０を所望の電圧及び品質の直流出力に変換することができる任意の切替モードコンバータとすることができる。典型的なコンバータ装置及び構成を、バックコンバータ(buck converter)、ブーストコンバータ、バック−ブーストコンバータ、フライバックコンバータ、単一端の１次インダクタコンバータ(single ended primary inductor converter: SEPIC)及びＣｕｋコンバータとする。当業者は、特定のアプリケーションに対して複数のコンバータ装置及び構成が可能であることを理解する。
【００６２】
安定器マイクロコントローラ２０６は、特定の幹線電圧に対して適切なＰＦＣ電圧信号２１４を選択することによって直流レール電圧出力２０８を所定の幹線電圧に対して設定すべきである箇所を決定する。直流レール電圧出力２０８を、特定の幹線電圧に対して個別の値に設定することができる。安定器マイクロプロセッサ２０６は、幹線電圧信号２１２の特定の範囲の各々に対して一つのＰＦＣ電圧信号２１４を発生することができる。あり得る幹線電圧範囲を特定のアプリケーションに所望される複数の幹線電圧範囲に分割できることは、当業者によって理解される。典型的には、直流レール電圧出力を、ローの幹線電圧に対してローに設定するとともにハイの幹線電圧に対してハイに設定することができる。複数の幹線電圧範囲を用いる場合、直流レール電圧出力は、幹線電圧の連続的な関数を近似することができる。幹線電圧信号が幹線電圧セットポイント付近のときの繰返しの悪影響が及ぼされるスイッチングから直流レール電圧出力を保持するために、ヒステリシスを用いることができる。
【００６３】
二つの幹線電圧範囲を用いた一例において、あり得る幹線電圧の範囲を、幹線電力セットポイントＶ１より下の第１幹線電圧範囲と、幹線電力セットポイントＶ１より上の第２幹線電圧範囲とに分割することができる。幹線電圧が第１幹線電圧範囲にある場合、直流レール電圧出力２０８は、第１直流レール電圧出力に設定され、幹線電圧が第２幹線電圧範囲にある場合、直流レール電圧２０８は、第２直流レール電圧範囲に設定される。
【００６４】
三つの幹線電圧範囲を用いる他の例において、あり得る幹線電圧の範囲を、第１幹線電力セットポイントＶ１より下の第１幹線電圧範囲と、第１幹線電力セットポイントＶ１から第２幹線電力セットポイントＶ２までの第２幹線電圧範囲と、第２幹線電力セットポイントＶ２より上の第３幹線電圧範囲とに分割することができる。幹線電圧が第１幹線電圧範囲にある場合、直流レール電圧出力２０８は、第１ＤＣレール電圧出力に設定される。幹線電力が第２又は第３幹線電圧範囲にある場合、直流レール電圧出力２０８は、第２又は第３レール電圧出力にそれぞれ設定される。
【００６５】
典型的な電圧値を示す三つの幹線電圧範囲を有する例において、約２１０〜２１５Ｖの第１幹線電力セットポイントＶ１より下の幹線電圧に対して、直流レール電圧出力を約４００Ｖに設定することができる。約２１０〜２１５Ｖの第１幹線電力セットポイントＶ１と約２５５Ｖの第２幹線電力セットポイントＶ２との間の幹線電圧に対して、直流レール電圧出力を約４５０Ｖに設定することができる。約２５０Ｖの第２幹線電力セットポイントＶ２より迂遠の幹線電圧に対して、直流レール電圧出力を約４６５〜４８０Ｖに設定することができる。当業者は、互いに相違する電圧範囲及び直流レール電圧出力を特定のアプリケーションに対して使用できることを理解する。
【００６６】
幹線電圧信号２１２が幹線電力セットポイント付近であるときの繰返しの悪影響が及ぼされるスイッチングから直流レール電圧出力を保持するために、幹線電圧範囲の数に関係なくヒステリシスを用いることができる。例えば、直流レール電圧出力２０８は、幹線電圧が増大する際に幹線電力セットポイントＶ１で第１直流レール電圧出力から第２直流レール電圧出力まで変化し、幹線電圧が減少する際に幹線電圧がオフセット未満のＶ１に到達するまで第２直流レール電圧出力は第１直流レール電圧出力まで切り替わらない。約２００〜２７７Ｖで点灯する幹線電圧及び三つの幹線電圧範囲を用いるレール電圧スイッチを有する電子的な安定器に対して、２０〜３０Ｖのヒステリシスを用いることができる。
【００６７】
同様な素子が図５Ａと同様な参照番号を共有する図５Ｂは、本発明によるレール電圧スイッチを有するとともに力率補正を用いる電子的な安定器のレール電圧切替回路のブロック図を示す。本例において、コンバータ２０４を、ブースト構造のコンバータとし、それは、コイル２１８と、スイッチ２２０と、整流器２２２と、力率補正部２２４とを具える。コイル２１８の入力部は、幹線電源２００から幹線電力２１０を受け取り、コイル２１８の出力部は、スイッチ２２０及び整流器２２２に作動的に接続される。力率補正部２２４は、ＰＦＣ電圧信号２１４に応答し、ＰＦＣゲート信号２３０をスイッチ２２０に供給する。スイッチ２２０は、変調された電力２３２を整流器２２２に供給するためにＰＦＣ電圧信号２１４に応答してコイル２１８の出力部を共通と開放との間で切り替え、整流器２２２は直流レール電圧出力を発生する。スイッチ２２０を、ＭＯＳＦＥＴ、切替トランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）又は任意の切替装置とすることができる。ＭＯＳＦＥＴの一例を、STMicroelectronicsによって製造されたＳＴＰ１１ＮＭ６０とする。整流器２２２を、ダイオード、全ブリッジ整流器、ハーフブリッジ整流器、又は特定のアプリケーションに対して所望されるような他の整粒装置とする。ブリッジ整流器の一例を、Fairchild Semiconductorによって製造されたＫＢＵ４Ｊとする。
【００６８】
零電流入力信号２３６は、コイル２１８からのコイル電流を表し、力率補正部２２４に供給される。本実施の形態において、力率補正部２２４は、臨界導通モードにおいて、コイル２１８からの零コイル電流に応答してスイッチ２２０を切り替えるよう作動する。これによって、電流波形が幹線電源２００の電圧波形に従うので、力率が向上する。
【００６９】
スイッチ２２０を流れる電流をモニタするとともに力率補正部２２４に供給される任意のＰＦＣ電流信号２３４を、コンバータ２０４に対する電流帰還制御として用いることができる。本実施の形態において、力率補正部２２４は、ＰＦＣ電圧信号２１４に従うＰＦＣ電流信号２３４に応答し、ＰＦＣゲート信号２３０を決定するために両方の信号を用いる。
【００７０】
レール電圧スイッチを有するとともに力率補正を用いた電子的な安定器のある特定の実施の形態を、図２Ｃ，４Ｂ及び４Ｃに示す。図２Ｃを参照すると、幹線電力は、コイルとして機能する力率補正回路１１７の変成器Ｔ２を通じて供給される。零電流入力信号Ｚｃｉｎは、変成器Ｔ２の２次巻線のタップをオフにし、ＰＦＣ制御回路に供給される。スイッチＱ３は、変成器Ｔ２の出力をダイオードＤ１０に切り替えるためにＰＦＣゲート信号Ｇｐｆｃに応答し、直流レール電圧出力を生成する。スイッチＱ３に流れる電流をモニタするＰＦＣ電流信号Ｉｐｆｃは、力率補正部に供給される。図４Ｃを参照すると、マイクロコントローラ回路１５６の安定器マイクロコントローラＵ１２は、幹線電圧信号Ｖｍａｉｎｓに応答し、力率電圧信号Ｖｐｆ_０，Ｖｐｆ_１，Ｖｐｆ_２，Ｖｐｆ_３を発生する。安定器マイクロコントローラＵ１２は、幹線電源電圧の応じて力率電圧信号を個々に切り替える。図４Ｂを参照すると、力率電圧信号Ｖｐｆ_０，Ｖｐｆ_１，Ｖｐｆ_２，Ｖｐｆ_３は、ＰＦＣ電圧信号ＶｐｆｃをＰＦＣ制御回路１５４の力率補正部Ｕ１０に供給し、それは、ＰＦＣゲート信号ＧｐｆｃをスイッチＱ３に供給する。力率補正部Ｕ１０は、零電流入力信号Ｚｃｉｎ及びＰＦＣ電流信号Ｉｐｆｃにも応答する。
【００７１】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明によるレール電圧スイッチを有する電子的な安定器のブロック図を示す。
【図２Ａ】本発明によるレール電圧スイッチを有する電子的な安定器の電源の線形図を示す。
【図２Ｂ】本発明によるレール電圧スイッチを有する電子的な安定器の電源の線形図を示す。
【図２Ｃ】本発明によるレール電圧スイッチを有する電子的な安定器の電源の線形図を示す。
【図３】本発明によるレール電圧スイッチを有する電子的な安定器のランプ電力回路の線形図である。
【図４Ａ】本発明によるレール電圧スイッチを有する電子的な安定器の安定器制御回路を示す。
【図４Ｂ】本発明によるレール電圧スイッチを有する電子的な安定器の安定器制御回路を示す。
【図４Ｃ】本発明によるレール電圧スイッチを有する電子的な安定器の安定器制御回路を示す。
【図４Ｄ】本発明によるレール電圧スイッチを有する電子的な安定器の安定器制御回路を示す。
【図４Ｅ】本発明によるレール電圧スイッチを有する電子的な安定器の安定器制御回路を示す。
【図４Ｆ】本発明によるレール電圧スイッチを有する電子的な安定器の安定器制御回路を示す。
【図５Ａ】本発明によるレール電圧スイッチを有する電子的な安定器のレール電圧切替回路のブロック図である。
【図５Ｂ】本発明によるレール電圧スイッチを有する電子的な安定器のレール電圧切替回路のブロック図である。
【図１】
2005514890.tif 000003
【図２Ａ】
2005514890.tif 000004
【図２Ｂ】
2005514890.tif 000005
【図２Ｃ】
2005514890.tif 000006
【図３】
2005514890.tif 000007
【図４Ａ】
2005514890.tif 000008
【図４Ｂ】
2005514890.tif 000009
【図４Ｃ】
2005514890.tif 000010
【図４Ｄ】
2005514890.tif 000011
【図４Ｅ】
2005514890.tif 000012
【図４Ｆ】
2005514890.tif 000013
【図５Ａ】
2005514890.tif 000014
【図５Ｂ】
2005514890.tif 000015
【国際調査報告】
2005514890.tif 000016