(57)【要約】【課題】より高いエネルギー効率のために低い光レベルにおける電力消費を低減するバラスト。【解決手段】放電ランプ駆動用バラストは、交流（ＡＣ）入力を有して整流出力電圧を提供する整流段（１２）と、整流出力電圧の入力を受けて直流バス（２０）上にブースト直流（ＤＣ）出力電圧を加えるブースト変換段（１４）と、直流バス電圧を高周波交流出力電圧に変換してランプ（６０）を駆動するインバータ出力段（５０）と、ランプの所望の光レベルを制御する所望の光レベル信号を受けて所望の光レベル信号に依存してブースト変換段をオン又はオフする出力信号を提供する制御段（１５）とからなる。【選択図】図１
2011044442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ランプを駆動するための電子バラストであって、
交流源から交流（ＡＣ）入力電圧を受けてピーク電圧の振幅を有する整流電圧を生成するための整流段と、
整流電圧を受けるための、及び直流値を有する直流（ＤＣ）バス電圧を提供するためのブースト変換段であり、直流バス電圧の直流値が、整流電圧のピーク電圧の振幅よりも大きいオン状態と、直流バス電圧の直流値が整流電圧のピーク電圧の振幅に実質的に等しいオフ状態とを有する、ブースト変換段と、
直流バス電圧を高周波交流出力電圧に変換してランプを駆動するためのインバータ出力段と、
ランプの所望の光レベルを表す所望の光レベル信号を受けるための、及び前記ブースト変換段に出力制御信号を提供するための制御段と、を具備し、
ブースト変換段は、所望の光レベル信号に依存して、スイッチング素子を動的にオンまたはオフすることによって直流バス電圧を上げるオン状態と、スイッチング素子をオフにすることによって直流バス電圧を下げるオフ状態との間で変わり、
インバータ出力段は、第１の時定数を有し、制御段は、第２の時定数によって決定される割合でブースト変換段がオン状態及びオフ状態間の移行をなすための所望の光レベルに応答する回路を具備し、第２の時定数は、第１の時定数よりも大きいことにより、ブースト変換段の直流バス電圧が漸進的に変化し、インバータ出力段の光レベルを一定に維持することを特徴とする電子バラスト。
【請求項２】
所望の光レベル信号が第１の所定の光レベル閾値を下回る光レベルを表す時、ブースト変換段は、所望の光レベル信号に応答してオフ状態に変わることを特徴とする請求項１に記載のバラスト。 
【請求項３】
所望の光レベル信号が第１の所定の光レベル閾値を上回る光レベルを表す時、ブースト変換段は、所望の光レベル信号に応答してオン状態に変わることを特徴とする請求項２に記載のバラスト。 
【請求項４】
第１の所定の光レベル閾値よりも大きい第２の所定の光レベル閾値を上回る光レベルを所望の光レベル信号が表す時、ブースト変換段は、所望の光レベル信号に応答してオン状態に変わることを特徴とする請求項２に記載のバラスト。 
【請求項５】
第２の時定数は、第１の時定数よりも少なくとも一桁の大きさだけ大きいことを特徴とする請求項１に記載のバラスト。 
【請求項６】
第２の時定数は、ＲＣ時定数によって決定されることを特徴とする請求項１に記載のバラスト。 
【請求項７】
ＲＣ時定数は、第１の時定数よりも約６０倍大きいことを特徴とする請求項６に記載のバラスト。 
【請求項８】
制御段は、電流源を具備することを特徴とする請求項１に記載のバラスト。 
【請求項９】
ブースト変換段は、直流バス電圧を受けるための入力と直流バス電圧に比例してフィードバック電圧を提供するための出力とを有する分圧器を具備し、ブースト変換器は、分圧器のフィードバック電圧に依存して直流バス電圧の直流値を決定し、電流源の出力は、分圧器の出力に提供されることを特徴とする請求項８に記載のバラスト。 
【請求項１０】
電流源が分圧器の出力に電流を提供している時、フィードバック電圧は、制御回路がブースト変換器をオフ状態に変える電圧レベルへ駆動されることを特徴とする請求項９に記載のバラスト。 
【請求項１１】
制御段は、所望の光レベル信号受信用入力と所望の光レベル信号に応答して分圧器の出力に対する電流の提供を制御するための電流源に接続される出力とを有するマイクロプロセッサを具備することを特徴とする請求項９に記載の方法。 
【請求項１２】
放電ランプを駆動するためのバラストであって、
ピーク電圧レベルを有する交流（ＡＣ）入力電圧を受けることが可能な、及び交流入力電圧のピーク電圧レベルよりも大きいブースト電圧レベルを有する直流（ＤＣ）バス電圧を提供することが可能な入力段と、
ランプを駆動するための高周波交流出力電圧へ直流バス電圧を変換するための出力段と、を具備し、
さらに入力段は、制御入力を有し、
所望の光レベル信号に応答し、所望の入力段の動作モードを表す入力段制御信号を送信するための入力段の制御入力に接続される出力を有する制御段をさらに具備し、
入力段は、交流入力電圧を受けるための、及び整流電圧を提供するための整流段と、
整流電圧を受けるための、及び直流バス上にブースト電圧レベルを提供することが可能なスイッチング素子を有するブースト変換段と、を具備し、
入力段は、入力段制御信号に基づき、スイッチング素子を動的にオンまたはオフすることによって直流バス電圧をブースト電圧レベルに上げるか、またはスイッチング素子をオフにすることによって直流バス電圧を低減電圧レベルに下げ、
さらに出力段は、
直流バス電圧を高周波交流出力電圧に変換してランプを駆動するためのインバータ段を具備し、
さらにインバータ段は、所望の光レベル信号に依存して照明負荷の光レベルを決定し、
出力段は、第１の時定数を有し、制御段は、第１の時定数よりも大きい第２の時定数によって決定される割合でブースト変換段が直流バス電圧をブースト電圧レベル及び低減電圧レベル間で移行させるための所望の光レベル信号に応答する回路を具備し、第２の時定数が第１の時定数よりも大きいことにより、ブースト変換段の直流バス電圧が漸進的に変化し、出力段の光レベル一定に維持することを特徴とするバラスト。
【請求項１３】
入力段は、第１の所定の光レベルを下回る光レベルを表す所望の光レベル信号に応答してブースト電圧レベルから低減電圧レベルへ直流バス電圧を低減することを特徴とする請求項１２に記載のバラスト。 
【請求項１４】
入力段は、第２の所定の光レベルを上回る光レベルを表す所望の光レベル信号に応答して低減電圧レベルからブースト電圧レベルへ直流バス電圧を増やすことを特徴とする請求項１３に記載のバラスト。 
【請求項１５】
第１及び第２の所定の光レベルは、同一であることを特徴とする請求項１４に記載のバラスト。 
【請求項１６】
第２の所定の光レベルは、第１の所定の光レベルよりも大きいことを特徴とする請求項１４に記載のバラスト。 
【請求項１７】
第２の時定数は、第１の時定数よりも少なくとも一桁の大きさだけ大きいことを特徴とする請求項１２に記載のバラスト。 
【請求項１８】
第２の時定数は、ＲＣ時定数によって決定されることを特徴とする請求項１２に記載のバラスト。 
【請求項１９】
ＲＣ時定数は、第１の時定数よりも約６０倍大きいことを特徴とする請求項１８に記載のバラスト。 
【請求項２０】
制御段は、電流源制御信号によってターンオン及びオフされる電流源を具備することを特徴とする請求項１２に記載のバラスト。 
【請求項２１】
ブースト変換段は、直流バス電圧に比例して出力を提供する分圧器と、分圧器の出力に応答する制御回路と、直流バス電圧を決定するための制御回路に応答するブースト変換スイッチとを具備し、電流源の出力は、分圧器の出力に提供されることを特徴とする請求項２０に記載のバラスト。 
【請求項２２】
電流源がターンオンされる時、分圧器の出力は、制御回路がブースト変換スイッチをオフする電圧レベルへ駆動されることを特徴とする請求項２１に記載のバラスト。 
【請求項２３】
ブースト変換スイッチがオフの時、直流バス電圧は、前記交流入力のピーク電圧レベルに実質的に対応する低減電圧レベルまで下降することを特徴とする請求項２２に記載のバラスト。 
【請求項２４】
制御段は、所望の光レベル信号を受けるために接続される入力を有するマイクロプロセッサを具備することを特徴とする請求項２１に記載のバラスト。 
【請求項２５】
放電ランプ駆動用バラストの電力消費を低減するための方法であって、
ピーク電圧レベルを有する交流入力電圧を受けて、整流出力電圧を提供する段階と、
ブースト変換段の入力で整流出力電圧を受けて、ピーク電圧レベルよりも大きいブースト電圧レベルを有する直流出力電圧をブースト変換段から提供する段階と、
ランプを駆動するための出力段において直流出力電圧を高周波交流電圧へ変換する段階と、
ランプの所望の光レベルに対応する所望の光レベル信号を受けて、所望の光レベルに基づきランプの光レベルを制御する段階と、
所望の光レベル信号が第１の所定の所望の光レベルを下回る時、ブースト変換段のスイッチング素子をオフすることによってブースト電圧レベルから低減電圧レベルへ直流出力電圧を低減する段階と
を具備し、
出力段は、出力段の時定数を有し、出力段の時定数よりも大きいブーストオン／オフの時定数によって決定される割合でブースト変換段をオン及びオフする過程をさらに具備し、ブーストオン／オフの時定数が出力段の時定数よりも大きいことにより、ブースト変換段の直流バス電圧が漸進的に変化し、出力段の光レベルを一定に維持することを特徴とする方法。
【請求項２６】
所望の光レベル信号が第２の所定の所望の光レベルを上回る時、低減電圧レベルからブースト電圧レベルへ直流出力電圧を増やす過程をさらに具備することを特徴とする請求項２５に記載の方法。 
【請求項２７】
第１及び第２の所定の所望の光レベルは、同一であることを特徴とする請求項２６に記載の方法。 
【請求項２８】
第１及び第２の所定の所望の光レベルは、異なることを特徴とする請求項２６に記載の方法。 
【請求項２９】
第２の所定の所望の光レベルは、第１の所定の所望の光レベルよりも大きいことを特徴とする請求項２８に記載の方法。 
【請求項３０】
ブーストオン／オフの時定数は、出力段の時定数よりも少なくとも一桁の大きさだけ大きいことを特徴とする請求項２５に記載の方法。 
【請求項３１】
ブーストオン／オフの時定数は、ＲＣ時定数によって決定されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。 
【請求項３２】
ＲＣ時定数は、出力段の時定数よりも約６０倍大きいことを特徴とする請求項３１に記載の方法。 
【請求項３３】
ブーストオン／オフの制御信号に応えて切替可能電流源を切替えてブースト変換段をオン及びオフする過程をさらに具備する請求項２５に記載の方法。 
【請求項３４】
直流出力電圧に比例して出力を提供する分圧器を設ける過程をさらに具備し、
ブースト変換スイッチの動作を制御するための分圧器の出力を受ける過程をさらに具備し、
分圧器の出力に切替可能電流源の出力を提供する過程をさらに具備することを特徴とする請求項３３に記載の方法。 
【請求項３５】
切替可能電流源がターンオンされる時、分圧器の出力は、制御回路がブースト変換スイッチをオフする電圧レベルへ駆動されることを特徴とする請求項３４に記載の方法。 
【請求項３６】
ブースト変換スイッチがオフの時、直流出力電圧は、前記交流入力電圧のピーク電圧に実質的に対応する低減電圧レベルまで下降することをさらに特徴とする請求項３５に記載の方法。 
【請求項３７】
所望の光レベル信号を受けるために接続される入力を有するマイクロプロセッサを使用してブースト変換段の動作を制御する過程をさらに具備することを特徴とする請求項３４に記載の方法。 
【請求項３８】
出力段のインバータに所望の光レベル信号を提供してランプの光レベルを制御する過程をさらに具備することを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明バラストに関し、具体的には、交流（ＡＣ）電源に接続された入力と、照明負荷、例えば蛍光ランプ又は他のランプ負荷等の放電ランプ負荷に電力供給するバックエンドに給電する直流（ＤＣ）バスを提供する出力とを有するフロントエンドを有する電子調光バラストに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子バラストの効率を最大限に引き出す必要性が増えてきている。特に電子調光バラストにおいて、全消費エネルギーは、バラストの電子回路が消費するエネルギーと、照明負荷が消費するエネルギーとを合わせたものである。特に、照明負荷が比較的低レベルに調光される時、バラストの回路が消費するエネルギーは、全消費エネルギーのうち比較的大部分を構成する。バラストが消費するエネルギーの割合は通常、最小の調光レベルで最大になる。故に、低い照明レベルにおいて、バラストが消費するエネルギー量を低減するのが望ましい。
【０００３】
一例として、製品規格では、例えば最大ランプ強度で３５ワットのハイエンドな入力電力使用量を要求することがある。これは例えば、ランプ負荷が浪費する略２８ワットとバラストの７ワットとに相当することがある。
【０００４】
例えば仮に、１０％の調光レベルに対応する低い調光レベルにおいて、バラストに対する入力電力は、略１０．５ワット、即ちハイエンドな入力電力の略３０％で特定されることがある。典型的な従来技術の電子バラストは、バラストのローエンドな調光レベルにおいて入力電力の略５ワットを消費することがある。ハイエンドにおいて、バラストは、略７ワット、即ち入力電力の約１／５を消費することがある。ローエンドにおいて、約５ワットのバラスト消費は、バラストへの入力の約半分である。比較的大部分の利用可能な入力エネルギーをバラストが消費する時、特にローエンド調光レベルにおいてバラストが消費する電力量を低減するのが好ましい。
【０００５】
いくつかの電子調光バラストは、入力ライン電流における全高調波ひずみ（ＴＨＤ）を低減する目的のために、及び力率を増やす目的のためにアクティブフロントエンドを有する。スイッチングトランジスタを用いるブースト変換器はしばしば、この目的のために使用される。しかしスイッチングトランジスタは通常、その動作に関連付けられたスイッチング損失を有する。これらの損失は、バラストの調光範囲にわたって一定になる傾向がある。これらのスイッチング損失は、負荷がハイエンドにある時、バラスト及び負荷が消費する全電力のうち些少な割合である。これは通常、改善されたＴＨＤ及び力率における利点の観点から好ましいと考えられる。しかし、ローエンドにおいて、ＴＨＤ及び力率における改善は、バラスト及び負荷が引き込むライン電流が比較的かなり低いので、重要ではない。従って、ブースト変換器におけるスイッチング損失は、ＴＨＤ及び力率における付加的改善をすることなく、バラスト及び負荷が消費する電力のうち比較的大部分を構成する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、照明負荷のためのバラストが設けられ、整流交流入力電圧を直流バス電圧に変換するためのブースト変換器を有する。直流バス電圧は、照明負荷を駆動するためのインバータ出力段に提供される。本発明によると、エネルギーを節約するために、特に照明負荷が所定の調光レベルを下回って調光される時、ブースト変換器がターンオフされるので、電力の消費がより少なくなる。ブースト変換器がターンオフされる時、直流バス電圧は、整流交流入力電圧のピーク値まで実質的に下降する。照明負荷が調光されたので、比較的高い光レベルで要求される比較的高いバス電圧は、不必要である。ブースト変換器をオフすることによって、ローエンド調光レベルで略５ワットの電力を消費するバラストの例において、ブースト変換器におけるスイッチング損失を削減することに起因して略１．５ワットの電力が節約される。従って、ローエンドの照明レベルでのバラストにおける約２５％の損失は、本発明によって削減された。
【０００７】
一つの実施形態によると、本発明は、ピーク電圧レベルを有する交流入力を受けて交流入力のピーク電圧レベルよりも大きいブースト電圧レベルを有する直流電圧出力を提供する入力段と、照明負荷を駆動するための高周波交流電圧へ直流電圧出力を変換するための出力段とを具備し、さらに入力段は、ブースト電圧レベルから低減電圧レベルまで直流電圧出力を低減するための制御入力を有し、さらに照明負荷に対する所望の光レベル入力に応答し、所望の光レベル入力が第１の所定の所望の光レベルまで下降する時、ブースト電圧レベルを低減電圧レベルまで低減するための入力段の制御入力に接続される出力を有する制御段をさらに具備する、放電ランプを駆動するための電子調光バラストからなる。
【０００８】
本発明のもう一つの実施形態によると、交流入力を有し、整流出力電圧を提供する整流段と、整流出力電圧を入力として受けて、直流バスにわたってブースト直流出力電圧を提供するブースト変換段と、直流バス電圧を高周波交流電圧に変換して照明負荷を駆動するためのインバータ出力段とを有する照明負荷のための電源を具備し、照明負荷の所望の光レベルを制御する所望の光レベル入力を受けて所望の光レベル入力に依存してブースト変換段をオン又はオフするための出力制御信号を提供する制御段をさらに具備する、照明負荷を提供するためのバラストからなる。
【０００９】
もう一つの実施形態によると、本発明は、ピーク電圧レベルを有する交流入力を受けて交流入力のピーク電圧レベルよりも大きいブースト電圧レベルを有する直流電圧出力を提供する過程と、出力段において照明負荷を駆動するための高周波交流電圧へ直流電圧出力を変換する過程と、照明負荷の所望の光レベルに対応する所望の光レベル入力を受けて所望の光レベルに基づき照明負荷を調光する過程と、所望の光レベル入力が第１の所定の所望の光レベルに下降する時、ブースト電圧レベルを低減電圧レベルまで低減する過程とを具備する、照明負荷に対する電子調光バラストの電力消費を低減するための方法からなる。
【００１０】
本発明の他の目的、特徴、及び利点は、添付図面を参照して、以下の本発明の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明によるバラスとのブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１のバラストのフロントエンド及びバスキャパシタの簡易概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１のバラストの制御回路及び調光制御部分の簡易概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、ブースト変換器のオン／オフ状態が光レベルに依存して制御される方法を示すグラフである。
【図３Ｂ】図３Ｂは、光レベルに対するバラスト及び負荷の電力消費を示すグラフである。
【図３Ｃ】図３Ｃは、ブースト変換器がオン又はオフであるか否かを制御するブースト制御電流の関数として直流バス電圧を示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｄ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）は、時間の関数として直流バス電圧を表すグラフ（図３Ｄ（ａ））、ブースト変換器のオン／オフ状態を表すグラフ（図３Ｄ（ｂ））、及び図３Ｄ（ａ）における直流バス電圧の変化に起因する光レベルへの影響を表すグラフ（図３Ｄ（ｃ）及び（ｄ））を示す図である。
【図４】図４は、図２Ｂの制御回路による図２Ａのブースト変換器の制御の第１の実施形態のフローチャートである。
【図５】図５は、図２Ｂの制御回路による図２Ａのブースト変換器の制御の第２の実施形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで図を参照すると、図１は、本発明による調光バラストのブロック図を示す。バラストは、フロントエンド回路１０とバックエンド回路５０とを有する。バックエンド回路は、インバータ回路と出力段とを含み、ランプ、即ちランプ６０、例えば蛍光ランプ、高エネルギー放電ランプ、又は他の適切な照明負荷を駆動する。
【００１３】
フロントエンド回路１０は、交流源からの入力、例えば６０Ｈｚで２７７ボルトＲＭＳが入力される。しかし、任意の適切な交流入力電圧及び回線周波数が、バラストに電力供給するために提供されうる。交流入力は、当業者に周知のように、ＲＦフィルタ及び整流段１２、例えばＥＭＩフィルタ段及び全波整流器に提供される。ＲＦフィルタ及び整流段１２の出力は、マイクロプロセッサ１６及び切替可能電流源１７を含む制御回路１５が制御するブースト変換段１４に供給される。マイクロプロセッサ１６は、例えばランプ光レベルに線形に対応する可変直流電圧を含みうる調光制御１８から入力を受ける。任意の他の適切な調光制御が使用されうる。また、調光制御１８の出力は、ランプ６０の光レベルを制御するためにバックエンド５０に供給される。
【００１４】
ブースト変換器１４の出力は、横断するように設けられたバスキャパシタ２２を有する直流バス２０に提供される。入力交流電圧が２７７ボルトＲＭＳの場合、ブースト変換段は、例えば直流バス２０にわたり４６５ボルトの直流のブースト電圧を提供することができる。
【００１５】
直流バス電圧は、バックエンド５０に供給され、バックエンド５０は、当業者に周知のように、インバータ及び出力段を含み、共振タンク回路を通常含む。バックエンド５０は、ランプ負荷６０に高周波交流電圧を提供する。調光制御１８の出力は、ランプ負荷６０に提供された高周波交流電圧の大きさを制御するために使用され、それにより光レベルを制御する。
【００１６】
典型的なインバータの一例は、例えば米国特許第６４５２３４４に示され、その全体が本明細書中で参考のために示される。米国特許第６４５２３４４において、位相カット調光器は、調光レベルを設定するために採用される。位相カット調光器の出力は、位相／直流変換段によって直流制御レベルへ変換され、直流制御レベルは、インバータ／出力段に接続されたランプの調光レベルを制御する。しかし、ランプ負荷を提供するハーフブリッジ構成に２つのスイッチングトランジスタを含む基本的なインバータ／出力段は、本発明のバックエンド段５０と実質的に同一である。特に、ハーフブリッジトランジスタは、米国特許第６４５２３４４の図５に示されるように、駆動集積回路（ＩＣ）、例えばＩＲ２１１１駆動ＩＣによって駆動される。この駆動ＩＣは、光の調光レベルを設定するために可変直流電圧からなるデューティサイクル制御入力に応答する。同一のＩＣが、インバータ／出力段５０における本発明の回路に使用されうる。
【００１７】
ここで図２Ａを参照すると、図１のブースト変換段１４がさらに詳細に示される。ＲＦフィルタ及び整流器１２の出力は、インダクタＬ１に供給され、インダクタＬ１は、ブーストダイオードＤ１に直列に接続され、ブーストダイオードＤ１のカソードは、バスキャパシタ２２に接続される。電力スイッチングトランジスタＱ１のドレインは、インダクタＬ１とダイオードＤ１のアノードとの接点に接続され、トランジスタＱ１のソースは、電流検出抵抗Ｒ４を介して回路接地点に接続される。
【００１８】
トランジスタＱ１は、制御ＩＣＵ１によって制御される。制御ＩＣＵ１の目的は、トランジスタＱ１の高周波スイッチングを制御してバスキャパシタ２２にわたり所望の出力電圧を提供することにある。また、トランジスタＱ１は、力率補正（ＰＦＣ）をなすために制御ＩＣＵ１によって制御されるので、バラストへの交流入力電流は、交流入力電圧に密接に従い、即ち交流入力電流に密接に同調する。通常、例えば最高効率を得るために、０．９５よりも高い力率を実現するのが望ましい。制御ＩＣＵ１の追加機能は、できるだけ正弦関数的に入力電流波形を維持することによって全高調波ひずみ（ＴＨＤ）を最小にする。これは、電磁妨害（ＥＭＩ）の低減に有益である。
【００１９】
当業者に周知のように、集積回路３４のようなＰＦＣ制御器は通常、分圧抵抗Ｒ１及びＲ２によって入力ＭＵＬＴＩＮに提供される整流ライン入力電圧と、抵抗Ｒ４にわたる電圧に基づき入力ＩＳＥＮＳＥで定められるトランジスタＱ１を介する電流と、分圧抵抗Ｒ５及びＲ６によって定められるＶＳＥＮＳＥにおける直流バス電圧と、入力ＤＥＴＩＮを用いてインダクタＬ１を介する電流のゼロ交差と、を含む多数の入力を検出することによってこの機能を実現し、入力ＤＥＴＩＮは、抵抗Ｒ３を介してインダクタの補助巻線３０に接続される。このようにして、トランジスタＱ１は、所望の出力電圧を実現するために、及び所望の交流入力電流波形及び力率を維持するために切替えられる。トランジスタＱ１を切替える各種方法があるが、臨界導電モード（ＣＣＭ）と呼ばれる一般の方法において、抵抗Ｒ４で測定されるインダクタ電流がライン電圧に対応する時、トランジスタＱ１がオフにされ（故に正弦関数の包絡線を維持する）、補助巻線３０で測定されるインダクタＬ１を介する電流がゼロである時、トランジスタＱ１がオンに戻され、故に入力電流波形が入力電圧波形に余儀なく同調され、実質的に正弦関数にされる。
【００２０】
所望のバス電圧レベルは、抵抗Ｒ５及びＲ６からなる分圧器の出力３６におけるフィードバック電圧を監視する制御ＩＣＵ１によって実現される。フィードバック電圧は、直流バス電圧に比例し、制御ＩＣＵ１のＶＳＥＮＳＥ入力に提供される。制御ＩＣＵ１等の力率補正制御器の動作は、当業者に周知である。適切な力率制御集積回路の一例は、Ｉｎｆｉｎｅｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって製造されたＴＤＡ４８６２である。
【００２１】
ブースト変換トポロジーの基本動作は、当業者に周知である。トランジスタＱ１がオンの時、インダクタＬ１は、最大許容インダクタ電流まで充電される（トランジスタＱ１がオンである期間に依存する）。Ｑ１がターンオフする時、インダクタ電流は、ダイオードＤ１を介して流れ、バスキャパシタ２２を充電する。逆ｅｍｆ（ｅｌｅｃｔｒｏ  ｍｏｔｉｖｅ  ｆｏｒｃｅ）が電流の変化に比例してインダクタにわたって生成されるので、キャパシタ２２にわたって生成された電圧は、インダクタにわたる誘導電圧によってＲＦフィルタ及び整流段１２のピーク出力電圧よりも高く昇圧される。この例で、ピーク整流電圧は、約３９１Ｖの直流であり、直流バスにわたるブースト電圧は、約４６５Ｖの直流である。
【００２２】
本発明によると、図２Ａに示されたブースト変換器１４は、ターンオン及びオフされて要望通りに効率を改善する。特に、所定の調光レベルを下回る場合、ブースト変換器１４は、ターンオフしてエネルギーを節約する。ブースト変換器１４がターンオンされた時、制御ＩＣＵ１は、トランジスタＱ１を積極的に切替えてブースト直流バス電圧をバスキャパシタ２２にわたって生成する。代わりに、ブースト変換器がターンオフされた時、制御ＩＣＵ１がトランジスタＱ１のスイッチングを止めることによって、直流バス電圧は、ブーストダイオードＤ１のダイオード電圧降下を差引いて、ＲＦフィルタ及び整流段１２の出力における略ピーク電圧まで下降する。オン状態からオフ状態へのブースト変換器１４の制御は、抵抗Ｒ５及びＲ６からなる分圧器の出力３６に制御入力３８を提供することによって、開示の実施形態に従って得られる。
【００２３】
特に制御入力３８を生成する回路は、図２Ｂに示される。他の方法が使用される。調光制御１８は、例えば可変直流電圧又はデジタル制御信号からなり、マイクロプロセッサＵ２に提供される。調光レベルが調光制御１８によって低減される時、マイクロプロセッサＵ２は、調光レベルが所定の調光レベルに達したことを判断し、出力１６にコマンドを出してブースト変換器１４をターンオフする。調光制御１８が調光レベルを増やす時、マイクロプロセッサＵ２は同様に、調光レベルが別の所定の調光レベルに達したことを判断し、ブースト変換器１４がターンオンされる。
【００２４】
図２Ｂは、マイクロプロセッサＵ２及び電流源１７を含む制御回路１５の配置図を示す。電流源１７は、ＰＮＰトランジスタＱ２、抵抗Ｒ７、Ｒ８、及びキャパシタＣ３を含む。ブースト変換器１４をターンオンすることが望まれる場合、マイクロプロセッサＵ２の出力１６は、ハイのロジックレベルからなり、ＰＮＰトランジスタＱ２を非導電性に維持する。トランジスタＱ２が非導電性である一方、抵抗Ｒ５及びＲ６からなる分圧器は、影響を受けない。トランジスタＱ２がオフである時、抵抗Ｒ５及びＲ６からなる分圧器に供給される電流は実質的になく、制御ＩＣＵ１は、トランジスタＱ１の高周波切替動作を制御して必要な直流出力電圧、力率補正、及びＴＨＣ改善をもたらすようにその通常の方法で機能する。
【００２５】
所定の調光レベル（例えば、１０％）等のエネルギーを節約するためにブースト変換器１４をオフすることが望まれる時、マイクロプロセッサＵ２は、出力１６上にローのロジックレベル電圧を提供する。この時、キャパシタＣ３は、抵抗Ｒ８を介して充電し始める。キャパシタＣ３にわたる電圧がトランジスタＱ２のベース−エミッタターンオン電圧（略０．７Ｖ）を越える時、トランジスタＱ２は、導電し始める。トランジスタＱ２のエミッタへの電流は、抵抗Ｒ７にわたる電圧によって設定され、その電圧は、基本的にはトランジスタＱ２のベース−エミッタ電圧を引いたキャパシタＣ３にわたる電圧である。トランジスタＱ２から出るコレクタ電流は、単に（トランジスタＱ２の利得で決定される）ベース電流を差引いたエミッタ電流である。このコレクタ電流は、ブースト制御入力３８に提供され、ひいては抵抗Ｒ５及びＲ６からなる分圧器の出力３６に提供される。電流源１７からの供給電流が抵抗Ｒ６を介して回路接地点に流れるので、分圧器の出力３６における電圧、ひいては制御ＩＣＵ１のＶＳＥＮＳＥ入力が上昇する。ＶＳＥＮＳＥ入力における電圧が上昇する時、制御ＩＣＵ１は、ブースト変換器１４から出る直流バス電圧を低減するようにブースト変換スイッチＱ１を制御することによって補償する。結果的に、制御ＩＣＵ１は、ブースト変換スイッチＱ１のスイッチングを止めるので、ブースト変換器１４をターンオフする。
【００２６】
図３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃはブースト変換器の制御方法を示す。図３Ａに示されるように、略１０％の第１の所定のレベルを下回る光レベルに達した時、ブースト変換器は、ターンオフされる。また、図３Ａに示されるように、ブースト変換器の制御にヒステリシスを設けることが必須ではないが望ましい。従って、光レベルが第２の所定のレベル、この例では約２０％まで増やされる時、ブースト変換器は、ターンオンされうる。まさにスイッチングが発生するレベルが調光レベルである場合に発生しうる状態を防ぐために、ヒステリシスが望まれる。ヒステリシスがなければ、スイッチングが発生するレベルがまさに調光レベルだった場合、制御回路は、オン及びオフ状態間で繰返しブースト変換器を切替えるだろう。
【００２７】
図示された制御回路は、マイクロプロセッサＵ２を利用する。しかし、マイクロプロセッサが必要ではなく、その上単独のアナログ又はデジタル回路が提供されて制御機能を実行してもよい点に留意すべきである。
【００２８】
図３Ｂは、ブースト変換器のオン／オフ状態を制御することによる、調光に対する入力電力への影響を示す。図３Ｂに示されるように、図示された１０％及び２０％の調光レベル間でブースト変換器がターンオフされる時、低いレベルでの調光動作の間におけるバラストに対する入力電力条件は、略１．５ワットだけ低減される。
【００２９】
図３Ｃは、電流源１７からのブースト制御入力電流に対する直流バス電圧を示す。ブースト変換器がオンであり、かつトランジスタＱ２からのブースト制御電流がゼロである時、直流バス電圧は、２７７ボルトの交流ＲＭＳ入力電圧に関する図示された実施形態において約４６５ボルトである。ブースト変換器がターンオフされ、かつ抵抗Ｒ５及びＲ６からなる分圧器にトランジスタＱ２が電流の供給を始める時、バス電圧は、ＲＦフィルタ及び整流器１２の出力におけるピーク電圧に近い電圧まで下降し、その電圧は、２７７ボルトのＲＭＳ交流入力に対して略３９１ボルトである。ブースト制御入力電流が増加する時、直流バス電圧は、約３９１ボルトのピーク電圧レベルまで下降し、その後そのレベルで安定する。直流バス電圧は、ブースト制御入力電流がこの点を超えて増大し、制御ＩＣＵ１がトランジスタＱ１をオフ状態で維持するだけなので、３９１ボルトのピーク電圧レベルを下回るレベルに下降しない。出力電圧は、バスキャパシタ２２によって平滑された整流器出力の略ピーク電圧レベルで維持される。
【００３０】
図２Ｂに戻ると、抵抗Ｒ８及びキャパシタＣ３は、本発明によるブースト制御回路１５において所望の機能を実現する。抵抗Ｒ８及びキャパシタ３Ｃが提供する時定数がないと、ブースト変換器は、図３Ｄ（ａ）における実線で示された瞬時のターンオン及びオフがなされる。ブースト変換器が瞬時にターンオンされる時、直流バス電圧は、図３Ｄ（ａ）においてＲで示された共鳴を示す。直流バス電圧におけるこの共鳴は、図３Ｄ（ｃ）において示されたランプの光レベル出力の変動として明示される。図３Ｄ（ｂ）は、出力１６上のマイクロプロセッサＵ２のブースト制御出力を示す。抵抗Ｒ８及びキャパシタＣ３が提供する時定数がないと、ブースト変換器がオン及びオフに切替えられる時、光レベルは、図３Ｄ（ｃ）に示された顕著な摂動を示す。これは、（抵抗Ｒ８及びキャパシタＣ３が提供する適切な大きさの時定数がない）ブースト制御回路の時定数がバックエンド回路５０の時定数未満であるという事実に起因する。時定数は、一次系の出力がステップ又はインパルスによって、その系の最終的又は安定的状態値の６３．２％まで余儀なく上昇又は減衰されるのに必要な時間を意味する。バックエンドについては、時定数は、ランプ電流におけるステップ摂動に応えてその安定的状態値の６３．２％まで、バックエンドの制御回路がランプ電流を戻すのに必要な時間である。ブースト変換器については、時定数は、マイクロプロセッサＵ２からの入力におけるステップ変化に応えてその安定的状態の電流の６３．２％に電流源が達するまでに必要な時間である。
【００３１】
ブースト変換器がターンオン及びオフする時に発生する光レベルにおける摂動を回避するために、ブースト変換制御回路１５の時定数は、バックエンド回路５０の時定数よりもかなり大きくなるべきである。抵抗Ｒ８及びキャパシタＣ３は、この効果を実現する。従って、ブースト変換回路１４がターンオフ及びターンオンされる時、それは、抵抗Ｒ８及びキャパシタＣ３のＲＣ時定数がもたらす時間遅延に起因してゆっくりターンオフ及びターンオンされる。即ち、直流バス電圧を十分ゆっくり変化させるのが望ましく、そうすることにより、バックエンド５０は、ブースト変換器１４がターンオフ及びターンオンする時、ランプ電流、ひいては光レベルを実質的に一定に維持する。これは、図３Ｄ（ａ）の破線で示された漸進的なターンオフ及びターンオンによって表されている。これにより、図３Ｄ（ｄ）に示されるように光レベルが平坦化する。
【００３２】
本明細書に示された実施形態の代替の一つとして、バスキャパシタ２２の大きさを増やしてバス電圧における変化に対する直流バスの応答を遅くすることによって所望の結果を達成することもできる。例えば、好ましい実施形態において、直流バスは、約０．２秒の固有の時定数、即ちバックエンドの約２倍の時定数を有する。バスの固有の応答時間は、ブースト変換制御回路によって遅くされる。しかし、直流バスが適切な大きさの時定数、好ましくはバックエンドの少なくとも１０倍の時定数を有するまで、バスキャパシタが増やされる。この代替実施形態の欠点の一つは、必然的に要求される大きなバスキャパシタが不都合な大きさとなり、高価となることである。
【００３３】
一実施形態において、バックエンド回路の時定数は、略０．１秒であり、ブースト制御回路の時定数を略一桁の大きさだけ大きく、特に約６秒にして、光レベルにおける認知可能な摂動を回避するのが望ましい。これは、２２０ｋΩの抵抗を有するＲ８と３０μＦのキャパシタンスを有するＣ３とを設けることによって示される。これは、バックエンド回路の時定数の略６０倍の時定数をもたらす。
【００３４】
図４は、マイクロプロセッサＵ２で実行されるプログラムのフローチャートであって、照明負荷の所望の光レベルに関してブースト変換器のオン／オフ状態を制御する。図のように、所望の光レベルが約１０％まで低減される時、ブースト変換器は、ターンオフされ、所望の光レベルが約２０％まで増やされる時、ブースト変換器は、再びターンオンされる。また、所望の光レベルが所定の遅延時間におけるレベルのままであった後にスイッチングのみが発生するように、時間遅延がなされてもよい。
【００３５】
図４を参照すると、ブースト変換器の制御を定義する処理は、ステップ４０２から始まる。ステップ４０４において、処理で使用されるいくつかの変数が初期化される。ＬＯＷ＿ＬＩＭＩＴは、所望の光レベルを表し、そのレベルにおいてブースト変換器がターンオフされ、ＬＯＷ＿ＬＩＭＩＴは、１０％に設定される。ＨＩＧＨ＿ＬＩＭＩＴは、所望の光レベルを表し、そのレベルにおいてブースト変換器がターンオンされ、ＨＩＧＨ＿ＬＩＭＩＴは、２０％に設定される。ＢＯＯＳＴ＿ＬＩＭＩＴは、ＬＯＷ＿ＬＩＭＩＴの値、即ち１０％に設定され、ブースト変換器が処理の初めにあることを仮定する。所望の光レベルは、ステップ４０６で回復される。この所望の光レベルがステップ４０８においてＢＯＯＳＴ＿ＬＩＭＩＴ未満である場合、ブースト変換器は、段階４１０でターンオフされ、ここでＢＯＯＳＴ＿ＬＩＭＩＴの変数は、ステップ４１２においてＨＩＧＨ＿ＬＩＭＩＴに設定される。しかし、ステップ４０６で回復された所望の光レベルがステップ４０８においてＢＯＯＳＴ＿ＬＩＭＩＴよりも大きい場合、ブースト変換器は、ステップ４１４においてターンオンされ、ＢＯＯＳＴ＿ＬＩＭＩＴの変数は、ステップ４１６においてＬＯＷ＿ＬＩＭＩＴに設定される。処理は、ブースト変換器をターンオン及びオフしてＬＯＷ＿ＬＩＭＩＴ及びＨＩＧＨ＿ＬＩＭＩＴ間でＢＯＯＳＴ＿ＬＩＭＩＴの値を交互にするループを継続する。このようにして、図３Ａに示されたヒステリシスが行われる。
【００３６】
図５に示された代替の実施形態において、ブースト変換器をターンオフするのに先立ち、時間遅延を導入するのが望ましいかもしれない。一例において、ブースト変換器をターンオフする前に２〜５秒の遅延を行ってブースト変換器の不要な循環をさらに回避するのが望ましいだろう。
【００３７】
図５を参照すると、時間遅延を含むブースト変換器の制御に関する処理は、ステップ５０２から始まる。前と同様に、変数ＬＯＷ＿ＬＩＭＩＴ、ＨＩＧＨ＿ＬＩＭＩＴ、及びＢＯＯＳＴ＿ＬＩＭＩＴは、ステップ５０４において初期化される。ステップ５０６において、タイマーカウンタは、ゼロに設定され、ＭＡＸ＿ＴＩＭＥの変数は、２秒に設定される。タイマーは、ステップ５０８において開始される。ステップ５１０において、所望の調光レベルが回復される。この所望の光レベルがステップ５１２においてＢＯＯＳＴ＿ＬＩＭＩＴの変数未満である場合、処理は、段階５１４へ行き、そこではタイマー値がＭＡＸ＿ＴＩＭＥの変数よりも大きいか否かの決定がなされる。そうでない場合、処理は、ステップ５１０に戻る。タイマー値がステップ５１４においてＭＡＸ＿ＴＩＭＥの変数よりも大きい場合、その後ブースト変換器は、ステップ５１６においてターンオフされ、タイマーは、ステップ５１８においてゼロにリセットされ、ＢＯＯＳＴ＿ＬＩＭＩＴは、ステップ５２０においてＨＩＧＨ＿ＬＩＭＩＴに設定される。所望の光レベルがステップ５１２においてＢＯＯＳＴ＿ＬＩＭＩＴよりも大きい場合、その後ブースト変換器は、ステップ５２２においてターンオンされ、タイマーは、ステップ５２４においてゼロにリセットされ、ＢＯＯＳＴ＿ＬＩＭＩＴは、ステップ５２６においてＬＯＷ＿ＬＩＭＩＴに設定される。
【００３８】
本発明の特定の実施形態について説明したが、当業者であれば、その他の多種の変更、改良、及び用途が明らかである。故に、本発明は、本明細書の特定の開示だけに限定されるものではないが、本願の特許請求の範囲のみによって限定される。
【符号の説明】
【００３９】
１０  フロントエンド
１４  ブースト変換器
１５  制御回路
１８  調光制御
６０  ランプ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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