(57)【要約】【課題】  本明細書においては、誘導ランプの調光を制御する方法およびハーフブリッジ回路を用いた調光バラストを開示する。既知の調光制御方法であるバーストｏｎ／ｏｆｆ法においては、ｏｎ／ｏｆｆの繰り返しのため、回路の損傷の危険性があり、調光制御を安定的に行うことができない。【解決手段】制御装置により制御される周波数／パルス幅制御ハーフブリッジ駆動ユニットは、ｈｉｇｈ区間およびｌｏｗ区間において動作するようにハーフブリッジ回路を制御するが、共振が低出力に維持される一方、誘導ランプがオフ状態となるように、周波数がｌｏｗ区間において高く、ｈｉｇｈ側トランジスタのデューティ比が低く、ｌｏｗ側トランジスタのデューティ比が高くなる。これにより、ｈｉｇｈ区間およびｌｏｗ区間におけるパルス利得に基づいて、輝度を制御することができる。【選択図】  図３
2018088367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハーフブリッジ回路を用いて誘導ランプの調光を制御する方法であって、
調光信号に応答して、前記誘導ランプがオンとなるオン区間および前記誘導ランプがオフとなるオフ区間を繰り返し制御しつつ、前記オン区間および前記オフ区間の利得を制御することにより、前記誘導ランプの輝度を制御するステップを含み、
前記オン区間においては、前記誘導ランプ７０が、所定の第１の共振周波数における第１のスイッチング利得に基づいて、前記ハーフブリッジ回路５０のｈｉｇｈ側トランジスタ５１およびｌｏｗ側トランジスタ５２を制御することにより、オンとなり、
前記オフ区間においては、前記第１の共振周波数よりも高く予備設定された第２の共振周波数において、前記第１のスイッチング利得よりも低く予備設定された第２のスイッチング利得に基づいて前記ハーフブリッジ回路５０の前記ｈｉｇｈ側トランジスタ５１を制御すると同時に、前記第１のスイッチング利得よりも高く予備設定された第３のスイッチング利得に基づいて前記ｌｏｗ側トランジスタ５２を制御することにより、前記オフ区間が制御される、方法。
【請求項２】
前記オン区間が前記オフ区間に変化する場合または前記オフ区間が前記オン区間に変化する場合、前記ｈｉｇｈ側トランジスタおよび前記ｌｏｗ側トランジスタのスイッチング周波数およびスイッチング利得が、所定の傾斜時間において徐々に変化するように制御される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ハーフブリッジ回路を用いて誘導ランプの調光を制御する方法であり、ハーフブリッジ回路５０の出力が、共振回路６０に接続され、誘導ランプ７０のオンまたはオフが、前記共振回路６０の共振に応答して制御され、前記誘導ランプの輝度が、前記ハーフブリッジ回路５０の制御により前記誘導ランプ７０のオン区間およびオフ区間の利得を制御することによって制御される、方法であって、
輝度の程度に対応した利得を有する調光信号に応答して、前記誘導ランプ７０がオンとなるｈｉｇｈ区間Ａの長さおよび前記誘導ランプ７０がオフとなるｌｏｗ区間Ｂの長さを設定する輝度利得設定プロセスＳ１０と、
第１のスイッチング利得のスイッチング利得および前記輝度利得設定プロセスＳ１０において設定した前記ｈｉｇｈ区間Ａで前記共振回路６０が共振する第１の共振周波数の周波数を有するスイッチング信号を用いて、前記ハーフブリッジ回路５０のｈｉｇｈ側トランジスタ５１およびｌｏｗ側トランジスタ５２を切り替えるｈｉｇｈ区間制御プロセスＳ２０と、
前記ｈｉｇｈ区間Ａが終了となった時点から、前記スイッチング信号の周波数を前記第１の共振周波数から所定の第２の共振周波数まで高くすると同時に、前記周波数の上昇に比例して前記ハーフブリッジ回路５０の前記ｈｉｇｈ側トランジスタ５１のスイッチング利得を所定の第２のスイッチング利得まで低くするとともに、前記周波数の上昇に比例して前記ハーフブリッジ回路５０の前記ｌｏｗ側トランジスタ５２のスイッチング利得を所定の第３のスイッチング利得まで高くする低下区間制御プロセスＳ３０と、
前記低下区間制御プロセスＳ３０において、前記スイッチング信号の周波数ならびに前記ｈｉｇｈ側およびｌｏｗ側トランジスタのスイッチング利得を前記設定周波数および前記設定スイッチング利得に変更した後、前記輝度利得設定プロセスＳ１０において設定した前記ｌｏｗ区間の長さの間、前記スイッチング信号の周波数が前記設定された第２の共振周波数を維持し、前記ｈｉｇｈ側トランジスタ５１のスイッチング利得が前記設定された第２のスイッチング利得を維持し、前記ｌｏｗ側トランジスタ５２のスイッチング利得が前記設定された第３のスイッチング利得を維持するように制御するｌｏｗ区間制御プロセスＳ４０と、
前記ｌｏｗ区間制御プロセスＳ４０が終了となった時点から、前記スイッチング信号の前記周波数を前記第２の共振周波数から前記第１の共振周波数まで低くすると同時に、前記周波数の低下に比例して前記ハーフブリッジ回路５０の前記ｈｉｇｈ側トランジスタ５１の前記スイッチング利得を前記第２のスイッチング利得から前記第１のスイッチング利得まで高くするとともに、前記周波数の上昇に比例して前記ハーフブリッジ回路５０の前記ｌｏｗ側トランジスタ５２のスイッチング利得を前記第３のスイッチング利得から前記第１のスイッチング利得まで低くし、前記周波数および前記スイッチング利得の変更の完了後、前記ｈｉｇｈ区間制御プロセスＳ２０に戻る上昇区間制御プロセスＳ５０と、
を含む、方法。
【請求項４】
ヒューズおよびラインフィルタを介してＡＣ電力を受電するとともに、前記ＡＣ電力をＤＣ電力に変換するように構成されたブリッジダイオード１０と、
リアクタＬ、ダイオードＤ、およびキャパシタＣを用いて、前記ブリッジダイオード１０の前記ＤＣ電力を安定化させるように構成されたＤＣ安定化ユニット２０と、
前記ＤＣ安定化ユニット２０の力率を補償するように構成された力率改善（ＰＦＣ）回路３０と、
前記ブリッジダイオード１０の前記ＤＣ出力を５Ｖ  ＤＣ電力に安定化させるとともに、前記５Ｖ  ＤＣ電力を出力するように構成されたＤＣ電力ユニット４０と、
前記ＤＣ安定化ユニット２０の前記ＤＣ電力を受電し、ｈｉｇｈ側トランジスタ５１とｌｏｗ側トランジスタ５２との間のシリアル接続を介して、前記受電したＤＣ電力を切り替え、前記切り替えたＤＣ電力を出力するように構成されたハーフブリッジ回路５０と、
前記ハーフブリッジ回路５０の前記出力を受電し、共振コイルＬおよび共振キャパシタＣを介して、前記受電した出力を共振させることにより、誘導ランプをオンにするように構成された共振回路６０と、
調光信号を受信し、調光電圧に基づいて、前記誘導ランプがオンとなるｈｉｇｈ区間の利得および前記誘導ランプがオフとなるｌｏｗ区間の利得を設定し、前記ｈｉｇｈ区間および前記ｌｏｗ区間における前記ハーフブリッジ回路５０のスイッチング周波数ならびに前記ｈｉｇｈ側トランジスタ５１および前記ｌｏｗ側トランジスタ５２のスイッチング利得を設定し、制御信号を生成するように構成された制御装置１００と、
前記制御装置１００により制御され、前記スイッチング周波数を第１の設定周波数として設定し、前記ｈｉｇｈ区間における第１のスイッチング利得に基づいて、前記ハーフブリッジ回路５０の前記ｈｉｇｈ側トランジスタ５１およびｌｏｗ側トランジスタ５２を制御し、前記スイッチング周波数を第２の設定周波数として設定し、前記第１のスイッチング利得よりも低く設定された第２のスイッチング利得に基づいて、前記ハーフブリッジ回路５０の前記ｈｉｇｈ側トランジスタ５１を制御し、前記ｌｏｗ区間における前記第１のスイッチング利得よりも高く設定された第３のスイッチング利得に基づいて、前記ｌｏｗ側トランジスタ５２を制御するように構成された周波数／パルス幅制御ハーフブリッジ駆動ユニット９０と、
を備えた、誘導ランプの調光バラスト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導ランプの調光を制御する方法およびハーフブリッジ回路を用いた調光バラストに関し、より詳細には、バーストｏｎ／ｏｆｆ法ではなくｈｉｇｈ／ｌｏｗ法を用いて、誘導ランプがオフとなった場合の低出力を維持しつつ、誘導ランプがオフとなるように制御することによって、誘導ランプの調光制御を安定して行い得る、誘導ランプの調光を制御する方法およびハーフブリッジ回路を用いた調光バラストに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大型建築物、トンネル、および工場等、大型の照明機器が設置された場所において、自然の照度等の周囲状況に応じてランプの光出力を制御することにより電力消費を抑える調光制御方式に関して、積極的な関心が寄せられるとともに考案がなされている。
従来の蛍光灯においては、蛍光灯全体にわたり、電極間の電界により生成された熱電子によって、蛍光物質が光を発する。これに対して、内側または外側に配設されたコイルから生成された強磁界によってオンとなる誘導ランプが知られている。
【０００３】
したがって、誘導ランプは、従来の蛍光灯の寿命の決定に最大の影響を及ぼす黒化現象を回避可能である。蛍光灯と異なり、誘導ランプは、ガスが封入された放電管の外側に、電極の代わりにコイルが巻回されたフェライトコアが備え付けられたランプである。誘導ランプは、外部のインバータから高周波電圧が印加された場合に、誘導ランプ中に磁界が形成され、放電管に封入されたガスの励起によって、光が発せられる光源である。誘導ランプは、既存の蛍光灯と比較して、寿命が長く、小型であり、高出力に適している。さらに、誘導ランプは、既存の一般的な蛍光灯と比較して、即時オン、全光束、効率、フォトクロミック特性、および温度特性の点で優れている。
【０００４】
ただし、誘導ランプは、上述の通り、従来既知の蛍光灯と比較して、いくつかの利点があるものの、出力すなわち輝度を簡単に制御できない不都合がある。図１は、誘導ランプを駆動する従来の回路を示している。図１に示すように、駆動回路は、外部入力電源ＬおよびＮを誘導ランプ駆動用の特定のＤＣ電圧（たとえば、ＤＣ４００Ｖ）に変換し、このＤＣ電圧を供給するように構成された電源回路（または、ＰＦＣ回路）１０と、電源回路１０の両出力端に直列接続された２つのスイッチング素子ＦＥＴ１およびＦＥＴ２と、ランプ制御信号に応答して複数の周波数から特定の周波数に２つのスイッチング素子ＦＥＴ１およびＦＥＴ２を切り替えるように構成された制御回路２０と、チョークコイルＣｈｏｋｅならびに共振コンデンサＣ１およびＣ２によって２つのスイッチング素子ＦＥＴ１およびＦＥＴ２の中間点における出力信号を共振させ、この共振出力信号を誘導ランプ４０に供給するように構成された共振回路３０とを具備する。
【０００５】
上述のように構成された従来の回路において、電源回路１０は、外部の共通電源をＤＣ電源に変換するとともに、このＤＣ電源をスイッチング素子ＦＥＴ１およびＦＥＴ２に供給する。制御回路２０は、複数の周波数から特定の周波数にスイッチング素子ＦＥＴ１およびＦＥＴ２を切り替えることにより、共振回路３０の共振状態に従って、誘導ランプ４０のオンおよびオフを制御する。
【０００６】
このような誘導ランプは、フィラメントを持たない蛍光灯であり、誘導コイルを用いた間接負荷法を採用している。したがって、誘導ランプに伝わった出力を検出するとともにフィードバックを制御する方法を用いた調光制御が不可能であることから、調光には、バーストｏｎ／ｏｆｆ法を用いた調光方法を使用する必要がある。輝度は、バーストｏｎ区間が長くなると高くなるが、バーストｏｎ区間が短くなると低くなる。
【０００７】
図２（ａ）は、従来の誘導ランプにおけるバースト法の調光特性を示しており、図２（ｂ）は、従来の誘導ランプにおける各ｏｎ／ｏｆｆ区間のバラストの動作特性を示した表である。
【０００８】
図２の特性図に示すように、制御回路２０は、スイッチング素子ＦＥＴ１およびＦＥＴ２の周波数を特定の周波数に切り替えることによって、スイッチング素子ＦＥＴ１およびＦＥＴ２をｏｎ区間Ａおよびｏｆｆ区間Ｂに制御する。ｏｎ区間Ａにおいて、スイッチング素子ＦＥＴ１およびＦＥＴ２は、通常動作する。ただし、ｏｆｆ区間Ｂにおいて、制御回路２０は、図２に示すように、電圧レベルがゼロである全ｏｆｆ状態となるようにスイッチング素子ＦＥＴ１およびＦＥＴ２を制御することによって、スイッチング素子ＦＥＴ１およびＦＥＴ２をオフにする。
【０００９】
すなわち、図２（ｂ）の表に示すように、ｏｎ区間Ａにおいては、スイッチング素子ＦＥＴ１およびＦＥＴ２すなわちｈｉｇｈ側トランジスタおよびｌｏｗ側トランジスタの周波数をそれぞれデューティ比５０％の調光制御用の周波数２２０ＫＨｚに制御することによって、調光制御を通常動作させることができる。これに対して、ｏｆｆ区間Ｂでは、ｈｉｇｈ側トランジスタおよびｌｏｗ側トランジスタが全ｏｆｆ状態となり、周波数「０」ＫＨｚ（すなわち、ｏｆｆ状態）で制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】韓国特許第１０−０８２５３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の方法においては、バーストｏｎ区間Ａでバラスト出力を通常動作させるとともに、バーストｏｆｆ区間Ｂでバラスト出力を全オフにするように調光制御が行われる。このため、調光に際しては、バラストを無数にオン／オフ繰り返しする必要がある。その結果、バラストの損傷が大きくなり、ｏｆｆ区間の増加により回路の動作が不安定化して調光範囲が狭まり、周囲温度および誘導ランプの状態に応じた誘導ランプのオフまたはバラストの破壊のため、信頼性が非常に低くなる。
【００１２】
以上により、誘導ランプの出力が大きくなると、調光制御がさらに難しくなり、また、寒暖いずれかの気象条件または突然の調光制御が必要な状況において問題が生じることから、誘導ランプを安定的に使用するのは困難である。
【００１３】
したがって、本発明は、本願の前に出願された韓国特許第１０−０８２５３７８号における周波数およびパルス幅の両者の制御によって出力を制御するハーフブリッジ技術を用いることにより、ｏｎ／ｏｆｆ法のバースト調光ではなくｈｉｇｈ／ｌｏｗ法のバースト調光の制御による従来の誘導ランプの調光時に発生する問題を解決し得る、誘導ランプの調光を制御する方法および調光バラストを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一実施形態に係る誘導ランプの調光制御方法は、ハーフブリッジ回路を用いて誘導ランプの調光を制御する方法であり、バーストｏｎ／ｏｆｆ法ではなくバーストｈｉｇｈ／ｌｏｗ法を用いて出力が制御される。この場合は、誘導ランプのオフ区間において共振回路の共振が維持されるとともに誘導ランプがオフ状態となるように、スイッチング周波数が高くなり、ｈｉｇｈ側トランジスタのスイッチング利得が低くなり、ｌｏｗ側トランジスタのスイッチング利得が高くなる。
【００１５】
そこで、ハーフブリッジ回路を用いて誘導ランプの調光を制御する方法であり、調光信号に応答して、誘導ランプがオンとなるオン区間および誘導ランプがオフとなるオフ区間を繰り返し制御しつつ、オン区間およびオフ区間の利得を制御することにより、誘導ランプの輝度を制御するステップを含む、方法を提供する。
【００１６】
この場合、オン区間においては、誘導ランプが、所定の第１の共振周波数における第１のスイッチング利得に基づいて、ハーフブリッジ回路のｈｉｇｈ側トランジスタおよびｌｏｗ側トランジスタを制御することにより、オンとなる。
【００１７】
さらに、オフ区間においては、第１の共振周波数よりも高く予備設定された第２の共振周波数において、第１のスイッチング利得よりも低く予備設定された第２のスイッチング利得に基づいてハーフブリッジ回路のｈｉｇｈ側トランジスタを制御すると同時に、第１のスイッチング利得よりも高く予備設定された第３のスイッチング利得に基づいてｌｏｗ側トランジスタを制御することにより、オフ区間が制御される。
【００１８】
さらに、オン区間がオフ区間に変化する場合またはオフ区間がオン区間に変化する場合、ｈｉｇｈ側トランジスタおよびｌｏｗ側トランジスタのスイッチング周波数およびスイッチング利得が、所定の傾斜時間において徐々に変化するように制御される。
【００１９】
そして、ハーフブリッジ回路を用いて誘導ランプの調光を制御する方法であり、ハーフブリッジ回路の出力が、共振回路に接続され、誘導ランプのオンまたはオフが、共振回路の共振に応答して制御され、誘導ランプの輝度が、ハーフブリッジ回路の制御により誘導ランプのオン区間およびオフ区間の利得を制御することによって制御される、方法が提供される。
【００２０】
この方法は、以下のプロセスを含む。
輝度の程度に対応した利得を有する調光信号に応答して、誘導ランプがオンとなるｈｉｇｈ区間の長さおよび誘導ランプがオフとなるｌｏｗ区間の長さを設定する輝度利得設定プロセス。
【００２１】
第１のスイッチング利得のスイッチング利得および輝度利得設定プロセスにおいて設定したｈｉｇｈ区間で共振回路が共振する第１の共振周波数の周波数を有するスイッチング信号を用いて、ハーフブリッジ回路のｈｉｇｈ側トランジスタおよびｌｏｗ側トランジスタを切り替えるｈｉｇｈ区間制御プロセス。
【００２２】
ｈｉｇｈ区間が終了となった時点から、スイッチング信号の周波数を第１の共振周波数から所定の第２の共振周波数まで高くすると同時に、周波数の上昇に比例してハーフブリッジ回路のｈｉｇｈ側トランジスタのスイッチング利得を所定の第２のスイッチング利得まで低くするとともに、周波数の上昇に比例してハーフブリッジ回路のｌｏｗ側トランジスタのスイッチング利得を所定の第３のスイッチング利得まで高くする低下区間制御プロセス。
【００２３】
低下区間制御プロセスにおいて、スイッチング信号の周波数ならびにｈｉｇｈ側およびｌｏｗ側トランジスタのスイッチング利得を設定周波数および設定スイッチング利得に変更した後、輝度利得設定プロセスにおいて設定したｌｏｗ区間の長さの間、スイッチング信号の周波数が設定された第２の共振周波数を維持し、ｈｉｇｈ側トランジスタのスイッチング利得が設定された第２のスイッチング利得を維持し、ｌｏｗ側トランジスタのスイッチング利得が設定された第３のスイッチング利得を維持するように制御するｌｏｗ区間制御プロセス。
【００２４】
ｌｏｗ区間制御プロセスが終了となった時点から、スイッチング信号の周波数を第２の共振周波数から第１の共振周波数まで低くすると同時に、周波数の低下に比例してハーフブリッジ回路のｈｉｇｈ側トランジスタのスイッチング利得を第２のスイッチング利得から第１のスイッチング利得まで高くするとともに、周波数の上昇に比例してハーフブリッジ回路のｌｏｗ側トランジスタのスイッチング利得を第３のスイッチング利得から第１のスイッチング利得まで低くし、周波数およびスイッチング利得の変更の完了後、ｈｉｇｈ区間制御プロセスに戻る上昇区間制御プロセス。
【００２５】
さらに、一実施形態においては、以下を備えた誘導ランプの調光バラストが提供される。
【００２６】
ヒューズおよびラインフィルタを介してＡＣ電力を受電するとともに、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換するように構成されたブリッジダイオード。
【００２７】
リアクタＬ、ダイオードＤ、およびキャパシタＣを用いて、ブリッジダイオードのＤＣ電力を安定化させるように構成されたＤＣ安定化ユニット。
【００２８】
ＤＣ安定化ユニットの力率を補償するように構成された力率改善（ＰＦＣ）回路。
【００２９】
ブリッジダイオードのＤＣ出力を５Ｖ  ＤＣ電力に安定化させるとともに、５Ｖ  ＤＣ電力を出力するように構成されたＤＣ電源ユニット。
【００３０】
ＤＣ安定化ユニットのＤＣ電力を受電し、ｈｉｇｈ側トランジスタとｌｏｗ側トランジスタとの間のシリアル接続を介して、受電したＤＣ電力を切り替え、切り替えたＤＣ電力を出力するように構成されたハーフブリッジ回路。
【００３１】
ハーフブリッジ回路の出力を受電し、共振コイルＬおよび共振キャパシタＣを介して、受電した出力を共振させることにより、誘導ランプをオンにするように構成された共振回路。
【００３２】
調光信号を受信し、調光電圧に基づいて、誘導ランプがオンとなるｈｉｇｈ区間の利得および誘導ランプがオフとなるｌｏｗ区間の利得を設定し、ｈｉｇｈ区間およびｌｏｗ区間におけるハーフブリッジ回路のスイッチング周波数ならびにｈｉｇｈ側トランジスタおよびｌｏｗ側トランジスタのスイッチング利得を設定し、制御信号を生成するように構成された制御装置。
【００３３】
制御装置により制御され、スイッチング周波数を第１の設定周波数として設定し、ｈｉｇｈ区間における第１のスイッチング利得に基づいて、ハーフブリッジ回路のｈｉｇｈ側トランジスタおよびｌｏｗ側トランジスタを制御し、スイッチング周波数を第２の設定周波数として設定し、第１のスイッチング利得よりも低く設定された第２のスイッチング利得に基づいて、ハーフブリッジ回路のｈｉｇｈ側トランジスタを制御し、ｌｏｗ区間における第１のスイッチング利得よりも高く設定された第３のスイッチング利得に基づいて、ｌｏｗ側トランジスタを制御するように構成された周波数／パルス幅制御ハーフブリッジ駆動ユニット。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、ｏｎ／ｏｆｆ法のバースト調光ではなくｈｉｇｈ／ｌｏｗ法のバースト調光の制御による従来の誘導ランプの調光時に発生する問題を解決し得る、誘導ランプの調光を制御する方法および調光バラストを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、誘導ランプを駆動する従来の回路を示す。
【図２】図２（ａ）は、従来の誘導ランプにおけるバースト法の調光特性を示しており、図２（ｂ）は、従来の誘導ランプにおける各ｏｎ／ｏｆｆ区間のバラストの動作特性を示した表である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る誘導ランプの調光バラストのブロック図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係るハーフブリッジ回路を用いて誘導ランプの調光を制御する方法を示したフローチャートである。
【図５】図５（ａ）は、本発明の一実施形態に係る誘導ランプにおけるｈｉｇｈ／ｌｏｗ制御法の調光特性を示した図であり、図５（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る誘導ランプの調光制御のための各区間のバラストの動作特性を示した表である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
添付の図面を参照して、本発明の実施形態を詳しく説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る誘導ランプの調光バラストのブロック図である。
【００３７】
本発明の一実施形態に係る誘導ランプは、以下を具備する。
ヒューズおよびラインフィルタを介してＡＣ電力を受電するとともに、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換するように構成されたブリッジダイオード１０。
リアクタＬ、ダイオードＤ、およびキャパシタＣを用いて、ブリッジダイオード１０のＤＣ電力を安定化させるように構成されたＤＣ安定化ユニット２０。
ＤＣ安定化ユニット２０の力率を補償するように構成された力率改善（ＰＦＣ）回路３０。
ブリッジダイオード１０のＤＣ出力を５Ｖ  ＤＣ電力に安定化させるとともに、５Ｖ  ＤＣ電力を出力するように構成されたＤＣ電源ユニット４０。
ＤＣ安定化ユニット２０のＤＣ電力を受電し、ｈｉｇｈ側トランジスタ５１とｌｏｗ側トランジスタ５２との間のシリアル接続を介して、受電したＤＣ電力を切り替え、切り替えたＤＣ電力を出力するように構成されたハーフブリッジ回路５０。
ハーフブリッジ回路５０の出力を受電し、共振コイルＬおよび共振キャパシタＣを介して、受電した出力を共振させることにより、誘導ランプ７０をオンにするように構成された共振回路６０。
調光信号を受信し、調光電圧に基づいて、誘導ランプ７０がオンとなるｈｉｇｈ区間の利得および誘導ランプ７０がオフとなるｌｏｗ区間の利得を設定し、ｈｉｇｈ区間およびｌｏｗ区間におけるハーフブリッジ回路５０のスイッチング周波数ならびにｈｉｇｈ側トランジスタ５１およびｌｏｗ側トランジスタ５２のスイッチング利得を設定し、制御信号を生成するように構成された制御装置１００。
【００３８】
制御装置１００により制御され、スイッチング周波数を第１の設定周波数として設定し、ｈｉｇｈ区間における第１のスイッチング利得に基づいて、ハーフブリッジ回路５０のｈｉｇｈ側トランジスタ５１およびｌｏｗ側トランジスタ５２を制御し、スイッチング周波数を第２の設定周波数として設定し、第１のスイッチング利得よりも低く設定された第２のスイッチング利得に基づいて、ハーフブリッジ回路５０のｈｉｇｈ側トランジスタ５１を制御し、ｌｏｗ区間における第１のスイッチング利得よりも高く設定された第３のスイッチング利得に基づいて、ｌｏｗ側トランジスタ５２を制御するように構成された周波数／パルス幅制御ハーフブリッジ駆動ユニット９０。この場合、８０は、ハーフブリッジ回路５０の保護回路であって、既知のハーフブリッジ回路保護回路を含む。
【００３９】
本発明の一実施形態に係る上述のように構成された誘導ランプの調光制御機器においては、ＡＣ電力が受電される。ブリッジダイオード１０は、ＡＣ電力を整流してＤＣ電力にする。ＤＣ電力は、ＤＣ安定化ユニット２０を介して、ハーフブリッジ回路５０に入力される。ハーフブリッジ回路５０のｈｉｇｈ側トランジスタ５１およびｌｏｗ側トランジスタ５２は、制御装置１００が制御する周波数／パルス幅制御ハーフブリッジ駆動ユニット９０によって制御される。ハーフブリッジ回路５０の出力は、共振回路６０に出力され、これにより、誘導ランプ７０は、共振回路６０の共振に応答してオンとなる。周波数／パルス幅制御ハーフブリッジ駆動ユニット９０は、韓国特許第１０−０８２５３７８号公報に開示の技術である。本発明の一実施形態においては、周波数／パルス幅制御ハーフブリッジ駆動ユニット９０を用いることにより、周波数およびパルス幅が制御される。ｈｉｇｈ側トランジスタ５１およびｌｏｗ側トランジスタ５２は、分離されており、それぞれのパルス幅スイッチング信号に応答して制御される。
【００４０】
本発明の一実施形態においては、バーストｏｎ／ｏｆｆ法ではなくバーストｈｉｇｈ／ｌｏｗ法を用いて制御が行われる。周波数／パルス幅制御ハーフブリッジ駆動ユニット９０は、ハーフブリッジ回路５０の駆動を制御することによって、誘導ランプ７０の調光を制御する。この調光制御方法において、制御装置１００は、誘導ランプがオンとなるｈｉｇｈ区間および誘導ランプがオフとなるｌｏｗ区間を交互に繰り返すが、ｈｉｇｈ区間およびｌｏｗ区間のパルス利得に基づいて誘導ランプの輝度を制御するようにしてもよい。
【００４１】
ただし、図２に示すように、従来の調光制御方法では、誘導ランプ７０がオンとなるｏｎ区間において、設定周波数および設定スイッチング利得に基づいてｈｉｇｈ側トランジスタおよびｌｏｗ側トランジスタを制御することにより、誘導ランプがオンとなる。誘導ランプがオフとなるｏｆｆ区間では、周波数およびスイッチング利得がゼロの全ｏｆｆ信号を用いて、ハーフブリッジ回路が制御される。したがって、ｏｎ区間およびｏｆｆ区間が高速で繰り返し制御されることから、誘導ランプを安定して使用するのは困難である。
【００４２】
このため、本発明の一実施形態は、誘導ランプがオフとなるオフ区間においてハーフブリッジ回路５０の出力を全オフにすることなく、共振回路６０の共振を維持しつつ、誘導ランプをオフ可能な低出力状態を有するように誘導ランプ７０を制御することによって、従来の問題を解決することができる。
【００４３】
本発明の一実施形態に係るハーフブリッジ回路を用いて誘導ランプの調光を制御する方法においては、調光信号に応答して、誘導ランプがオンとなるオン区間および誘導ランプがオフとなるオフ区間を繰り返し制御しつつ、オン区間およびオフ区間の利得を制御することにより、誘導ランプの輝度を制御する。
【００４４】
この場合、オン区間においては、誘導ランプ７０が、所定の第１の共振周波数における第１のスイッチング利得に基づいて、ハーフブリッジ回路５０のｈｉｇｈ側トランジスタ５１およびｌｏｗ側トランジスタ５２を制御することにより、オンとなる。
【００４５】
この場合、オフ区間においては、第１の共振周波数よりも高く予備設定された第２の共振周波数において、第１のスイッチング利得よりも低く予備設定された第２のスイッチング利得に基づいてハーフブリッジ回路５０のｈｉｇｈ側トランジスタ５１を制御すると同時に、第１のスイッチング利得よりも高く予備設定された第３のスイッチング利得に基づいてｌｏｗ側トランジスタ５２を制御することにより、オフ区間が制御される。
【００４６】
本発明のこのような実施形態においては、オン区間におけるｈｉｇｈ状態の出力およびオフ区間におけるｌｏｗ状態の出力をハーフブリッジ回路５０が維持することにより、共振回路６０のオン／オフなしに誘導ランプ７０の調光を制御できるように、ハーフブリッジ回路５０のスイッチング周波数およびスイッチングパルス幅の両者が制御される。ハーフブリッジ回路５０のスイッチング周波数およびスイッチングパルス幅すなわちスイッチング利得を同時に制御する技術については、本発明の出願人により出願され、登録された韓国特許第１０−０８２５３７８号公報に詳しく開示されている。したがって、この技術の詳細な説明は省略する。
【００４７】
ハーフブリッジ回路５０のｈｉｇｈ側トランジスタ５１およびｌｏｗ側トランジスタ５２が特定の共振周波数に切り替えられ、ｈｉｇｈ側トランジスタ５１およびｌｏｗ側トランジスタ５２の出力が共振回路６０に伝達され、共振回路６０の共振に応答して、誘導ランプ７０がオンとなる。
【００４８】
従来技術のように、誘導ランプ７０がオンとなるオン区間において、ｈｉｇｈ側トランジスタ５１およびｌｏｗ側トランジスタ５２のスイッチング利得は、所定の共振周波数すなわち第１の共振周波数（たとえば、２００ＫＨｚ）を用いて５０％という同じデューティ比になるように制御されるため、オン区間は、ｈｉｇｈ区間として制御される。
【００４９】
誘導ランプ７０がオフとなるオフ区間においては、従来、ハーフブリッジ回路５０のオフによって共振回路６０がオフとなることにより、繰り返しのｏｎ／ｏｆｆに起因する問題のため、誘導ランプの調光を適正に制御することができない。したがって、本発明の一実施形態においては、共振回路６０の共振状態を維持しつつ誘導ランプ７０をオフ可能な低出力を有するように、ハーフブリッジ回路５０が制御される。
【００５０】
バーストｏｎ／ｏｆｆ法すなわち既知のランプ調光方法において、オン区間すなわちｈｉｇｈ区間では、既存の技術が問題とならない。ただし、既存の技術では、ｌｏｗ区間を生成できない。直接負荷法を採用する既知の蛍光灯と異なり、誘導ランプは、フィラメントを持たない構造であり、誘導コイルを用いた間接負荷法を採用している。間接負荷法においては、誘導ランプがオフの状態の低電力を維持するため、動作周波数が２００％まで高くなる。このような状態においては、回路に初期設定された周波数−Ｌ−Ｃ−ランプ間の共振条件範囲を超える。この状況においては、ｈｉｇｈ側トランジスタ５１に供給されたエネルギーが消費されずにｌｏｗ側トランジスタ５２に伝わるため、トランジスタが壊れる可能性がある。
【００５１】
したがって、本発明の一実施形態においては、韓国特許第１０−０８２５３７８号公報に開示されたハーフブリッジ回路の周波数およびパルス幅の両者を同時に制御可能な技術を用いることにより、誘導ランプがオフとなるオフ区間において、低出力が維持される。
【００５２】
本発明の一実施形態によれば、ｈｉｇｈ側トランジスタのデューティ比を４０％以下に低くする一方、ｌｏｗ側トランジスタのデューティ比をｌｏｗ区間において６０％以上に高くすることにより、ｈｉｇｈ側トランジスタを介して供給されるエネルギーを大幅に抑えることができる。この場合、周波数がおよそ５０％高くなるが、共振点から大きくは外れていないため、回路は、ｌｏｗ区間において非常に安定的に動作可能である。
【００５３】
さらに、図５に示すように、デューティ比がｈｉｇｈ区間Ａからｌｏｗ区間Ｃに変化する低下区間Ｂおよびデューティ比がｌｏｗ区間Ｃからｈｉｇｈ区間Ａに変化する上昇区間Ｄにおいて、デューティ比すなわち周波数およびスイッチング利得を滑らかに変更することにより、回路の動作をより安定的に維持可能である。その結果、提示に留まっていた誘導ランプの調光を実用化可能である。傾斜時間については、上昇と低下とが滑らかに変化して、周波数および利得が同時に変化するように、前もって設定される。デューティ比は、回路が安定的に動作可能となるように、傾斜時間に応じて段階的すなわち漸進的かつ滑らかに変更される。
【００５４】
上述の通り、本発明の一実施形態においては、低出力状態を生成して維持するため、第１の共振周波数（たとえば、２００ＫＨｚ）よりも高いが、共振回路６０の大きな負担とはならずに共振可能な第２の共振周波数（たとえば、３００ＫＨｚ）までスイッチング信号の周波数が高くなる。より具体的に、共振回路６０は、第１の共振周波数および第２の共振周波数の両者において共振するように設計されている。オフ区間においては、スイッチング信号の周波数が第２の共振周波数（たとえば、３００ＫＨｚ）まで高くなる。同時に、ハーフブリッジ回路５０のｈｉｇｈ側トランジスタ５１のスイッチング利得は、５０％のデューティ比すなわち第１のスイッチング利得から２０％のデューティ比まで低下した第２のスイッチング利得となるように制御される。その代りに、ｌｏｗ側トランジスタ５２のスイッチング利得は、５０％のデューティ比すなわち第１のスイッチング利得から８０％のデューティ比まで上昇した第３のスイッチング利得となるように制御される。
【００５５】
以上から、共振回路６０が低出力を維持するように周波数を高く、ｈｉｇｈ側スイッチング利得を低く、ｌｏｗ側スイッチング利得を高くすることによって、共振回路６０をオフにしなくても、誘導ランプ７０をオフ状態に制御可能である。この状態において、第２の共振周波数、第２のスイッチング利得、および第３のスイッチング利得は、上述の値に限定されず、バラストすなわち電源回路−ハーフブリッジ回路−共振回路−誘導ランプの共振特性および回路特性に応じて設計されるようになっていてもよい。第１の共振周波数が２００ＫＨｚのバラストにおいては、第２の共振周波数がおよそ２５０〜３５０ＫＨｚの範囲で変化し、第２のスイッチング利得がおよそ４０〜５％の範囲で変化し、第３のスイッチング利得が６０〜９５％の範囲で変化するようになっていてもよい。また、周波数およびデューティ比は、誘導ランプの出力および回路設計に応じて設定されるようになっていてもよい。
【００５６】
以上から、本発明の一実施形態においては、オン区間においてｈｉｇｈ状態の出力が維持され、オフ区間においてｌｏｗ状態の出力が維持される。したがって、誘導ランプ７０の区間は、共振回路のｏｎ／ｏｆｆを制御することなく、ｏｎ状態を維持しつつ出力のみを制御することによって、オン区間およびオフ区間に分割される。その結果、オン区間の長さおよびオフ区間の長さすなわちオン利得に基づいて、誘導ランプ７０の輝度を制御することができる。
【００５７】
以下、図４および図５を参照して、詳細な実施形態を説明する。
【００５８】
図４は、本発明の一実施形態に係るハーフブリッジ回路を用いて誘導ランプの調光を制御する方法を示したフローチャートである。
【００５９】
本発明の一実施形態は、誘導ランプの調光を制御する方法であり、ハーフブリッジ回路５０の出力が、共振回路６０に接続され、誘導ランプ７０のオンまたはオフが、共振回路６０の共振に応答して制御され、誘導ランプの輝度が、ハーフブリッジ回路５０の制御により誘導ランプ７０のオン区間およびオフ区間の利得を制御することによって制御される、方法を提供するが、この方法は、以下を含む。
【００６０】
輝度の程度に対応した利得を有する調光信号に応答して、誘導ランプ７０がオンとなるｈｉｇｈ区間Ａの長さおよび誘導ランプ７０がオフとなるｌｏｗ区間Ｂの長さを設定する輝度利得設定プロセスＳ１０。
【００６１】
第１のスイッチング利得のスイッチング利得および輝度利得設定プロセスＳ１０において設定したｈｉｇｈ区間Ａで共振回路６０が共振する第１の共振周波数の周波数を有するスイッチング信号を用いて、ハーフブリッジ回路５０のｈｉｇｈ側トランジスタ５１およびｌｏｗ側トランジスタ５２を切り替えるｈｉｇｈ区間制御プロセスＳ２０。
【００６２】
ｈｉｇｈ区間Ａが終了となった時点から、スイッチング信号の周波数を第１の共振周波数から所定の第２の共振周波数まで高くすると同時に、周波数の上昇に比例してハーフブリッジ回路５０のｈｉｇｈ側トランジスタ５１のスイッチング利得を所定の第２のスイッチング利得まで低くするとともに、周波数の上昇に比例してハーフブリッジ回路５０のｌｏｗ側トランジスタ５２のスイッチング利得を所定の第３のスイッチング利得まで高くする低下区間制御プロセスＳ３０。
【００６３】
低下区間制御プロセスＳ３０において、スイッチング信号の周波数ならびにｈｉｇｈ側およびｌｏｗ側トランジスタのスイッチング利得を設定周波数および設定スイッチング利得に変更した後、輝度利得設定プロセスＳ１０において設定したｌｏｗ区間の長さの間、スイッチング信号の周波数が設定された第２の共振周波数を維持し、ｈｉｇｈ側トランジスタ５１のスイッチング利得が設定された第２のスイッチング利得を維持し、ｌｏｗ側トランジスタ５２のスイッチング利得が設定された第３のスイッチング利得を維持するように制御するｌｏｗ区間制御プロセスＳ４０。
【００６４】
ｌｏｗ区間制御プロセスＳ４０が終了となった時点から、スイッチング信号の周波数を第２の共振周波数から第１の共振周波数まで低くすると同時に、周波数の低下に比例してハーフブリッジ回路５０のｈｉｇｈ側トランジスタ５１のスイッチング利得を第２のスイッチング利得から第１のスイッチング利得まで高くするとともに、周波数の上昇に比例してハーフブリッジ回路５０のｌｏｗ側トランジスタ５２のスイッチング利得を第３のスイッチング利得から第１のスイッチング利得まで低くし、周波数およびスイッチング利得の変更の完了後、ｈｉｇｈ区間制御プロセスＳ２０に戻る上昇区間制御プロセスＳ５０。
【００６５】
図５（ａ）は、本発明の一実施形態に係る誘導ランプにおけるｈｉｇｈ／ｌｏｗ制御法の調光特性を示した図であり、図５（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る誘導ランプの調光制御のための各区間のバラストの動作特性を示した表である。
【００６６】
本発明のこのような実施形態においては、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、バラストの動作が基本的に、誘導ランプがオンとなるｈｉｇｈ区間Ａ、誘導ランプがオフとなるｌｏｗ区間Ｃ、出力がｈｉｇｈ区間からｌｏｗ区間に低くなる低下区間Ｂ、および出力がｌｏｗ区間からｈｉｇｈ区間に高くなる上昇区間Ｄに分割されるようになっていてもよい。
【００６７】
まず、調光制御信号を受信した場合、制御装置１００は、輝度利得設定プロセスＳ１０を実行することにより、調光制御信号に従って入力電力を調光電圧に変換するとともに、調光電圧に基づいて、輝度利得すなわちｈｉｇｈ区間Ａすなわちオン区間の長さおよびｌｏｗ区間Ｃすなわちオフ区間の長さを設定する。
【００６８】
ｈｉｇｈ区間制御プロセスＳ２０すなわち誘導ランプがオンとなるオン区間を制御するプロセスにおいては、共振回路６０が共振する第１の共振周波数（たとえば、２００ＫＨｚ）および第１のスイッチング利得（すなわち、５０％のデューティ比）を有するスイッチング信号を用いて、ハーフブリッジ回路５０のｈｉｇｈ側トランジスタ５１およびｌｏｗ側トランジスタ５２を切り替えることにより、誘導ランプ７０をオンにする。
【００６９】
その後、輝度利得設定プロセスＳ１０において設定したｈｉｇｈ区間Ａの長さに対応する時間が経過したら、低下区間制御プロセスＳ３０を実行する。低下区間Ｂにおいて、スイッチング信号の周波数は、２００ＫＨｚすなわち第１の共振周波数から３００ＫＨｚすなわち予備設定された第２の共振周波数まで高くなる。この場合、周波数は、２００ＫＨｚから３００ＫＨｚまですぐに高くなるのではなく、徐々に高くなる。同様に、第１のスイッチング利得すなわち５０％のデューティ比から第２のスイッチング利得すなわち２０％のデューティ比までパルス幅を変化させることによって、ｈｉｇｈ側トランジスタ５１のスイッチング利得が低くなる。さらに、第１のスイッチング利得すなわち５０％のデューティ比から第３のスイッチング利得すなわち８０％のデューティ比までパルス幅を変化させることによって、ｌｏｗ側トランジスタ５２のスイッチング利得が高くなる。この場合、周波数およびスイッチング利得は、変化時間が同じになるように制御可能である。
【００７０】
上述の通り、低下区間制御プロセスＳ３０においては、周波数が高く、ｈｉｇｈ側トランジスタのスイッチング利得が低く、ｌｏｗ側トランジスタのスイッチング利得が高くなるため、出力が低レベルになる。
【００７１】
低下区間制御プロセスＳ３０において、周波数およびスイッチング利得の変化が完了したら、輝度利得設定プロセスＳ１０において設定した低下区間の長さに対応する時間の間、低下区間制御プロセスＳ３０において低出力を維持する。低出力すなわち周波数が３００ＫＨｚとなるように制御され、ｈｉｇｈ側トランジスタのデューティ比が２０％となるように制御され、ｌｏｗ側トランジスタ５２のデューティ比が８０％となるように制御される場合、共振回路６０は、共振するものの、誘導ランプ７０の出力が弱くなるため、オフ状態となる。したがって、ｌｏｗ区間Ｃの間はオフ状態が維持される。
【００７２】
低下区間制御プロセスＳ３０において設定した低下区間の長さに対応する時間が経過したら、上昇区間制御プロセスＳ５０を実行する。
【００７３】
低下区間制御プロセスＳ３０と同様に、上昇区間制御プロセスＳ５０においては、出力が可変的に徐々に増加するように輝度を徐々に高くすることによって、ｈｉｇｈ区間Ａすなわちオン区間に入る。上昇区間制御プロセスＳ５０においては、スイッチング周波数が第２の共振周波数（すなわち、３００ＫＨｚ）から第１の共振周波数（すなわち、２００ＫＨｚ）すなわちｈｉｇｈ区間のスイッチング周波数に変化する。さらに、ｈｉｇｈ側トランジスタ５１のスイッチング利得は、２０％のデューティ比すなわち第２のスイッチング利得から５０％のデューティ比すなわち第１のスイッチング利得まで高くなる。さらに、ｌｏｗ側トランジスタ５２のスイッチング利得は、８０％のデューティ比すなわち第３のスイッチング利得から５０％のデューティ比すなわち第１のスイッチング利得まで変化する。
【００７４】
スイッチング周波数が第１の共振周波数（すなわち、２００ＫＨｚ）になり、ｈｉｇｈ側トランジスタ５１およびｌｏｗ側トランジスタ５２の両者のスイッチング利得が５０％という同じデューティ比になった時点から、ｈｉｇｈ区間制御プロセスＳ２０に入って、ｈｉｇｈ区間Ａの間、これが維持される。
【００７５】
上述の通り、本発明の一実施形態においては、バースト調光を行う場合のｏｎ／ｏｆｆ法ではなくｈｉｇｈ／ｌｏｗ法によって出力が制御されるため、回路の動作が人為的に完全停止となることはない。したがって、ｌｏｗ区間からｈｉｇｈ区間までのプロセスにおいてバラストに加わる負荷が小さいことから、回路は、安定的に動作可能である。このため、調光範囲がはるかに広くなり、厳しい条件および誘導ランプのワット数に関わらず、調光制御を完全に行うことができる。ｌｏｗ区間においては、バラストから誘導ランプに供給される電流がわずかであるものの、輝度がｏｆｆとなるオフ状態を誘導ランプ自体が維持する。
【００７６】
上述の通り、誘導ランプの調光を制御する方法がｏｎ／ｏｆｆ法ではなくｈｉｇｈ／ｌｏｗ法によって制御されることから、共振回路のｏｎ／ｏｆｆなしに調光制御を行うことができる。したがって、回路に加わる負荷を低減可能であるとともに、輝度を効率的に制御可能である。
【００７７】
さらに、本発明の一実施形態においては、ｌｏｗ区間の安定動作のため、ｈｉｇｈ側トランジスタのデューティ比が４０％以下になるように制御され、ｌｏｗ側トランジスタのデューティ比が６０％以上になるように制御される。したがって、ｌｏｗ区間においては、共振回路を介して低出力が維持され、誘導ランプがオフ状態を維持する。
【００７８】
さらに、本発明の一実施形態においては、周波数およびスイッチング利得がｈｉｇｈ区間からｌｏｗ区間またはｌｏｗ区間からｈｉｇｈ区間に変化した場合に回路がより安定的に動作するように、周波数およびデューティ比の滑らかな変更によって、安定した調光制御を可能とする。
【００７９】
以上、特定の例示的な実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は、これらの実施形態ではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ制限される。当然のことながら、当業者であれば、本発明の範囲および主旨から逸脱することなく、これらの実施形態を変更または改良可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１０：ブリッジダイオード
２０：ＤＣ安定化ユニット
３０：ＰＦＣ回路
４０：ＤＣ電源ユニット
５０：ハーフブリッジ回路
５１：ｈｉｇｈ側トランジスタ
５２：ｌｏｗ側トランジスタ
６０：共振回路
７０：誘導ランプ
８０：保護回路
９０：周波数／パルス幅制御ハーフブリッジ駆動ユニット
１００：制御装置
【図１】
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【図２】
2018088367.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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