(57)【要約】ガス放電ランプ動作用安定回路であって、ハーフブリッジの複数のスイッチ（Ｔ１；Ｔ２）を交互に切り替える電圧制御発振器（ＶＣＯ）を有するハーフブリッジＤＣ−ＡＣ変換器における前記電圧制御発振器（ＶＣＯ）が前記ハーフブリッジの動作周波数を決定する制御電圧（Ｖｖｃｏ）を含む入力を有する前記変換器と、前記放電ランプに電圧を供給する前記ハーフブリッジに接続された共振回路と、前記ハーフブリッジの前記動作周波数を調整するために前記共振回路の第１の端子に接続されたフィードバック回路とを備える安定回路において、前記フィードバック回路の他の端子が前記電圧制御発振器（ＶＣＯ）の前記入力に接続されると共に、前記放電ランプの始動期間の少なくとも本質的部分の間は平衡状態が存在するように設計されて、前記ハーフブリッジ周波数は共振周波数に少なくともほとんど等しいと共に、前記ハーフブリッジの電圧は前記ハーフブリッジの電流に少なくともほとんど同相で動作させられている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス放電ランプ動作用安定回路であって、
ハーフブリッジの複数のスイッチを交互に切り替える電圧制御発振器を有するハーフブリッジＤＣ−ＡＣ変換器であり、前記電圧制御発振器が前記ハーフブリッジの動作周波数を決定する制御電圧を含む入力を有する前記変換器と、
前記放電ランプに電圧を供給する前記ハーフブリッジに接続された共振回路と、
前記ハーフブリッジの前記動作周波数を調整するために前記共振回路の第１の端子に接続されたフィードバック回路とを備える安定回路において、
前記フィードバック回路の他の端子が前記電圧制御発振器の前記入力に接続されると共に、前記放電ランプの始動期間の少なくとも本質的な期間の間は平衡状態が存在するように設計され、前記ハーフブリッジ周波数は共振周波数に少なくともほとんど等しいと共に前記ハーフブリッジの電圧は前記ハーフブリッジの電流に少なくともほとんど同相で動作させられていることを特徴とする安定回路。
【請求項２】
前記フィードバック回路の前記第１の端子は前記ハーフブリッジの２つのスイッチの間に直列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の安定回路。
【請求項３】
前記発振回路の入力は、電流源およびキャパシタにさらに接続され、前記電流源が前記キャパシタに負荷を加えることにより、および、前記フィードバック回路の少なくとも一部分が前記キャパシタに対して各ハーフブリッジの切替サイクルで負荷を加えないことにより、前記平衡状態が決定されることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の安定回路。
【請求項４】
前記安定回路は、ＩＣに集積化されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の安定回路。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４の何れかに記載された安定回路を備える放電ランプドライバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガス放電ランプ動作用安定回路に関し、この安定回路は、ハーフブリッジの複数のスイッチを交互に切り替える電圧制御発振器を有するハーフブリッジＤＣ−ＡＣ変換器であって、前記電圧制御発振器が前記ハーフブリッジの動作周波数を決定する制御電圧を含む入力を有する前記変換器と、前記放電ランプに電圧を供給する前記ハーフブリッジに接続された共振回路と、前記ハーフブリッジの前記動作周波数を調整するために前記共振回路の第１の端子に接続されたフィードバック回路とを備える。
【背景技術】
【０００２】
このような安定回路は、アメリカ合衆国特許第５，７２３，９５３号に説明される。  
（小型の）蛍光ランプを点灯させるために、ワームスタート［暖気起動］またはコールドスタート［常温起動］の：２つの方法が適用可能である。ワームスタートは、特定の時間の間に、その点灯電圧よりも低いランプ電圧を保持しながら電極が予め熱せられることを意味する。高い電圧温度のために、電極は電子の放出を開始するであろう。予熱の後にランプ電圧が与えられて点灯電圧よりも大きくなったときに、アバランシェ［avalanche―雪崩・崩壊―］が発生するであろうし、蛍光ランプがオンされるであろう。電子は既に放出に利用可能であるので、電極間の電圧は点灯プロセスの間およびその後も低く、したがって、電極間のスパッタリング［sputtering―パチパチと音がする・飛び跳ねる―］は発生しないであろうし、これは、ランプの長いスイッチング寿命に反映される。
【０００３】
コールドスタートのために、高電圧が非常に短い時間内で蛍光ランプ内に供給される。点灯の後、電極はランプの電流を十分なものとする［establish―確立する―］ために電子を供給することが必要である。しかしながら、これらの電極は常温［cold］であり、電子を発生させる唯一の方法は、高い電界［電場］により電極の格子の外側へと無理に排出することである。この高い電圧は電極を加熱するであろうし、最終的な熱放射が生じるであろう。電極の電圧が高い時間枠［time frame―期間］、いわゆるグロー相［glow phase］の間に電極のスパッタリングが生じるであろうし、これは相対的に短いスイッチング寿命に反映される。ランプドライバは、電極の電圧が高い時間枠ができる限り短いものであるように処理するべきである。これは、電極をできる限り迅速に加熱させるために、グロー相の間に最大の電力がランプに供給されるべきであることを意味している。グロー相の間のランプの電圧は高い（ランプのタイプに依存して、典型的には５００Ｖ）。コールドスタートの仕組みを適用する理由は、安定化のコストを最小にするためである。
【０００４】
ランプドライバは通常ハーフブリッジ位相［topology―幾何―］により構成される。予熱、点灯、および燃焼状態は、ハーフブリッジスイッチの周波数が共振［ＬＣ）ネットワークの共振曲線に降りかかることにより得られる。この共振周波数（１／（２＊ｐｉ＊ｓｑｒｔ（Ｌｌａｍｐ＊Ｃｌａｍｐ））はしばしば、点灯の間の最低電流ストレスのために始動周波数（最大周波数）の近くに選択される。スイーピング［sweeping―掃引―］はしばしば、電圧制御発振器を介して確立される。
【０００５】
コールドスタートのため、起動周波数から公称周波数（最小周波数）への周波数のスイープは、１００ｍｓよりも大きくなるグロー時間の割には、非常に小さくて、例えば１０ｍｓである。したがって、如何なる対策もなしに、ハーフブリッジは、グロー相の間、公称周波数で動作する。この公称周波数は共振周波数よりもずっと下であるので、ハーフブリッジはもはや高いグロー電圧を生成できなくなると共に、ハーフブリッジはさらに容量性モードでも動作している。その結果、ランプは消灯するか、または、その代わりにグローモードのままとなってこれにより破壊されるかもしれない。この問題と取り組んでいる周知のコールドスタートランプドライバは、それ自身を共振させるように指向してこれによりグロー相のランプを最大の電力とする、非集積化された複数の自己発振回路を有している。しかしながら、これらの回路は高価であり、ＩＣへの集積化が難しい。
【発明の概要】
【０００６】
この発明の目的は、グロー相の間に最大の電力で共振ハーフブリッジランプドライバを制御する、ガス放電ランプ駆動用の低廉で高能率に集積化された安定回路を提供することにある。
【０００７】
したがって、前記フィードバック回路の他の端子が前記電圧制御発振器の前記入力に接続されると共に、前記放電ランプの始動期間の少なくとも本質的部分の間は平衡状態［equilibrium］が存在するように設計され、前記ハーフブリッジ周波数は共振周波数に少なくともほとんど等しいと共に、前記ハーフブリッジの電圧は前記ハーフブリッジの電流に少なくともほとんど同相で動作させられている。これにより、前記フィードバックループは自動的に、共振周波数で、さらにこれにより、ランプがオンされるときまでに周波数の低下スイープが前記共振周波数に達する瞬間から、最大の電力で、安定状態を維持する。
【０００８】
好ましくは、前記フィードバック回路の前記第１の端子は、前記ハーフブリッジの２つのスイッチの間に直列に接続されている。さらに好ましくは、前記発振回路の入力は、電流源およびキャパシタにさらに接続され、前記電流源が前記キャパシタに負荷を加えることにより、および、前記フィードバック回路の少なくとも一部分が前記キャパシタに対して各ハーフブリッジの切替サイクルで負荷を加えないことにより、前記平衡状態が決定される。
【０００９】
ここで説明された前記安定回路は、ＩＣに集積化されることに特に適している。
【００１０】
この発明はさらに、前記安定回路を備える放電ランプドライバにも関している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明は図面についてより詳細に説明され、これらの図面は単に表示を目的としてこの発明の例示的な実施形態を示している。
【００１２】
図１によれば、ガス放電ランプ駆動用の典型的な安定回路は、ＤＣ電圧端子（ｖｃｃ）および接地端子（ｇｎｄ）と、小型の蛍光ランプと、キャパシタ［容量］Ｃ＿ｌａｍｐ，Ｃ＿ｄｃ１，Ｃ＿ｄｃ２およびＣ＿ｄｖｄｔと、コイル［インダクタンス］Ｌ＿ｌａｍｐとを備える。さらに安定回路は、ハーフブリッジＤＣ−ＡＣ変換器を備え、この変換器は２つのＭＯＳＦＥＴスイッチＴ１およびＴ２よりなり、これらのスイッチは電圧制御発振器ＶＣＯ［Voltage Controlled Oscillator］により切り換えられる。発振器ＶＣＯの切換え周波数は、入力電圧Ｖ＿ｖｃｏにより決定され、ここでは、前記入力電圧が（例えば０Ｖのように）低ければ、周波数は最も高くなり、入力電圧が高ければ、周波数は最も低くなる。
【００１３】
この技術分野の熟練者は、図１の共振回路が説明を目的として示されたものであって、この発明の範囲から逸脱することなしに他の如何なる適切な構成をとっても良いことを十分に理解するであろう。
【００１４】
図２によれば、フィードバック回路が図１の安定回路に追加されている。このフィードバック回路の一方の端子は、ハーフブリッジの２つのスイッチＴ１およびＴ２の間に位置するノードＨＢに接続されている。このフィードバック回路の他方の端子は、電圧制御発振器ＶＣＯの制御電圧入力に接続されている。このフィードバック回路は、キャパシタＣ＿ｓｅｎｓｅと、スイッチＴ４と、トランジスタＴ３とを備えている。Ｔ２とＴ４とは、Ｔ２がオフならばＴ４がオンとなり、その逆に、Ｔ２がオンならＴ４がオフとなるように結合されている。
【００１５】
電圧制御発振器ＶＣＯの周波数低下スイープは、電流源Ｊ＿０とキャパシタＣ＿ｓｗｅｅｐにより実現され、これらの間にＶＣＯ入力が接続されている。安定回路がオンに切り換えられたとき、電流源Ｊ＿０はキャパシタＣ＿ｓｗｅｅｐに負荷を掛け始めて、これにより、制御電圧Ｖ＿ｖｃｏはＶＣＯの切換え周波数が下降している間は上昇し、これにより、共振回路の共振周波数へと達することになる。動作周波数が共振周波数よりも（非常に）高い限りは、図３に示されるように、共振回路は誘導モードで動作している。この場合、Ｔ２に印加される電圧は、Ｔ２がオンに切り替えられたときにはゼロである。
【００１６】
しかしながら、共振の近くではハーフブリッジ電流とハーフブリッジ電圧との間の位相角度が小さくなるので、固定のデッドタイム［dead time―不感時間―］ＤＴを考えると、Ｔ１とＴ２との両方がオフとなり、図４に示されるように、ハーフブリッジはこのデッドタイムの間はスイングバック［swing back―揺れ戻す―］し始める。それゆえに、Ｔ２がオンに切り換えられたときはハーフブリッジノードＨＢでは負の電圧ステップＶＨａｒｄである。これはＴ３とＣ＿ｓｅｎｓｅを介してＣ＿ｓｗｅｅｐを放電させる結果となり、これにより、より低い制御電圧Ｖ＿ｖｃｏと、より高い動作周波数となる。
【００１７】
これら２つの対向する力、すなわち、電流源Ｊ＿０によるＣ＿ｓｗｅｅｐの充電と、Ｔ２がオンに切り換えられたときのＣ＿ｓｗｅｅｐの部分的な放電とが、安定回路を平衡状態へと強制して、この平衡状態ではＶ＿ｖｃｏが一定のままであり、これにより、安定回路は近似共振周波数で動作し、この周波数では、ハーフブリッジ電流およびハーフブリッジ電圧が（ほとんど）同相であると共に最大電力はランプがオンされるまでこのランプに供給される。
【００１８】
Ｃ＿ｓｗｅｅｐの放電に含まれる充電量は、Ｖｈａｒｄ＊Ｃ＿ｓｅｎｓｅに等しい。このように平衡状態は、
（Ｊ＿０＊Ｔ）−（Ｖｈａｒｄ＊Ｃ＿ｓｅｎｓｅ）＝０
のときに存在する。周波数ｆ＝１／Ｔと考えると、Ｖｈａｒｄは下式：
Ｖｈａｒｄ＝Ｊ＿０／（ｆ＊Ｃ＿ｓｅｎｓｅ）
で表現可能である。
【００１９】
例えば、Ｊ＿０＝２５０ｎＡ、ｆ＝５０ｋＨｚおよびＣ＿ｓｅｎｓｅ＝３３０ｆＦならば、そのとき、Ｖｈａｒｄ＝１５Ｖである。したがって、このシステムは、高い側／低い側の電力へ切り換える直前に、ドレインソース電圧が１５Ｖに等しい共振状態へかなり近づけるようにそれ自身を制御している。このようにして、専用の制御ループは必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の安定回路を概略的に示す回路図である。
【図２】この発明による安定回路を概略的に示す回路図である。
【図３】誘導モードで動作する安定回路のハーフブリッジ電圧のタイムプロットを示す特性図である。
【図４】近似共振モードで動作するこの発明のよる安定回路のハーフブリッジ電圧のタイムプロットを示す特性図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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