(57)【要約】  インバータ（１４０）を駆動するためにＤＣ出力電圧（１２２）を供給するデュアルモード降圧コンバータ（１２０）を備える電子高輝度放電（ＨＩＤ）安定器（１０２）が提示され、降圧コンバータ（１２０）は、通常動作ではＤＣ出力電圧（１２２）を第１の値に調節し、コンバータＤＣ出力が基準値（Ｖｒｅｆ）を超えた場合にクランプ回路（１３４）がコンバータモードを変更してＤＣ出力の開放電圧をクランプする。【選択図】図３
2013529828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高輝度放電（ＨＩＤ）ランプを駆動するための電子高輝度放電（ＨＩＤ）安定器であって、
入力ＡＣ電力を受けるように動作可能であり、整流されたＤＣ電圧を供給する整流器出力を有する整流回路と、
前記整流されたＤＣ電圧を受けるように動作可能であり、第１のコンバータＤＣ出力電圧を供給する昇圧コンバータ出力を有する昇圧コンバータ回路と、
前記第１のコンバータＤＣ出力電圧を受けるように動作可能な降圧コンバータ入力、第２のコンバータＤＣ出力電圧を供給する降圧コンバータ出力、前記降圧コンバータ入力と前記降圧コンバータ出力との間のフォワード回路経路、および前記降圧コンバータ入力と前記降圧コンバータ出力との間のリターン回路経路を備える降圧コンバータであって、
フォワード回路経路およびリターン回路経路のうちの第１の回路経路内で結合され、降圧コンバータスイッチ制御信号に従って前記フォワード回路経路および前記リターン回路経路のうちの前記第１の回路経路内で前記降圧コンバータ入力および前記降圧コンバータ出力を選択的に結合するように動作可能なスイッチングデバイスと、
前記フォワード回路経路および前記リターン回路経路のうちの前記第１の回路経路内で前記スイッチングデバイスと直列に結合されるインダクタンスと、
前記スイッチングデバイスと前記インダクタンスとを結合する前記フォワード回路経路および前記リターン回路経路のうちの前記第１の回路経路のノードと前記フォワード回路経路および前記リターン回路経路のうちの第２の回路経路との間に結合されるフリーホイーリングダイオードと、
モード制御入力信号を受信し、前記モード制御入力信号が第１のレベルにあるときに前記降圧コンバータスイッチ制御信号を前記スイッチングデバイスに供給し前記第２のコンバータＤＣ出力電圧を第１の値に調節するように動作可能であり、前記モード制御入力信号が第２のレベルにあるときに前記降圧コンバータスイッチ制御信号を修正して前記第２のコンバータＤＣ出力電圧が前記第１のコンバータＤＣ出力電圧より低い第２の値を超えるのを阻止するように動作可能である降圧コンバータ制御回路とを備える降圧コンバータと、
前記第２のコンバータＤＣ出力電圧を受けるように動作可能であり、インバータスイッチング制御信号に従って前記第２のコンバータＤＣ出力電圧を変換しＡＣ出力電圧をインバータ出力のところに供給しＨＩＤランプを駆動するように動作可能な複数のインバータスイッチングデバイスを備えるインバータ回路と、
前記第２のコンバータＤＣ出力電圧を感知するように前記降圧コンバータ出力と動作可能に結合され、前記モード制御入力信号を前記降圧コンバータ制御回路に供給するように動作可能に結合され、前記第２のコンバータＤＣ出力電圧が基準値より低い場合に前記第１のレベルの前記モード制御入力信号を供給し、前記第２のコンバータＤＣ出力電圧が前記基準値より大きい場合に前記第２のレベルの前記モード制御入力信号を供給するように動作可能であるクランプ回路と
を備える、電子高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ安定器。
【請求項２】
前記降圧コンバータ制御回路は、前記モード制御入力信号が前記第２のレベルにある場合に前記スイッチングデバイスをオフにするように動作可能である、請求項１記載の安定器。
【請求項３】
前記降圧コンバータ制御回路は、前記スイッチングデバイスがオフにされてから所定の時間が経過した後、前記降圧コンバータスイッチ制御信号を再始動することを試みるように動作可能なタイマーを備える、請求項２記載の安定器。
【請求項４】
前記降圧コンバータ制御回路は、前記クランプ回路から前記モード制御入力信号を受信するディスエーブル入力を有する臨界導通モード（ＣＲＭ）コントローラを備え、前記ＣＲＭコントローラは前記モード制御入力信号が前記第１のレベルにあるときに前記降圧コンバータスイッチ制御信号を前記スイッチングデバイスに供給し、前記第２のコンバータＤＣ出力電圧を前記第１の値に調節するように動作可能であり、前記モード制御入力信号が前記第２のレベルにあるときに前記スイッチングデバイスをオフにするように動作可能である、請求項３記載の安定器。
【請求項５】
前記クランプ回路は、
前記第２のコンバータＤＣ出力電圧を表すフィードバック信号を供給するフィードバック回路と、
前記降圧コンバータ出力の開放出力電圧を制限する基準値を表す基準電圧信号を供給する基準回路と、
前記フィードバック信号と前記基準電圧信号とを比較するように動作可能な比較器回路と、
前記比較器回路の出力と動作可能に結合され、前記フィードバック信号が前記基準電圧信号より小さい場合に前記第１のレベルの前記モード制御入力信号を、前記フィードバック信号が前記基準電圧信号より大きい場合に前記第２のレベルの前記モード制御入力信号を供給するように動作可能な、スイッチングデバイスと
を備える、請求項４記載の安定器。
【請求項６】
前記昇圧コンバータ回路は、前記安定器の力率を制御するように動作可能な力率補正コンポーネントを備える、請求項５記載の安定器。
【請求項７】
前記クランプ回路は、
前記第２のコンバータＤＣ出力電圧を表すフィードバック信号を供給するフィードバック回路と、
前記降圧コンバータ出力の開放出力電圧を制限する基準値を表す基準電圧信号を供給する基準回路と、
前記フィードバック信号と前記基準電圧信号とを比較するように動作可能な比較器回路と、
前記比較器回路の出力と動作可能に結合され、前記フィードバック信号が前記基準電圧信号より小さい場合に前記第１のレベルの前記モード制御入力信号を、前記フィードバック信号が前記基準電圧信号より大きい場合に前記第２のレベルの前記モード制御入力信号を供給するように動作可能な、スイッチングデバイスと
を備える、請求項３記載の安定器。
【請求項８】
前記昇圧コンバータ回路は、前記安定器の力率を制御するように動作可能な力率補正コンポーネントを備える、請求項３記載の安定器。
【請求項９】
前記クランプ回路は、
前記第２のコンバータＤＣ出力電圧を表すフィードバック信号を供給するフィードバック回路と、
前記降圧コンバータ出力の開放出力電圧を制限する基準値を表す基準電圧信号を供給する基準回路と、
前記フィードバック信号と前記基準電圧信号とを比較するように動作可能な比較器回路と、
前記比較器回路の出力と動作可能に結合され、前記フィードバック信号が前記基準電圧信号より小さい場合に前記第１のレベルの前記モード制御入力信号を、前記フィードバック信号が前記基準電圧信号より大きい場合に前記第２のレベルの前記モード制御入力信号を供給するように動作可能な、スイッチングデバイスと
を備える、請求項２記載の安定器。
【請求項１０】
前記昇圧コンバータ回路は、前記安定器の力率を制御するように動作可能な力率補正コンポーネントを備える、請求項２記載の安定器。
【請求項１１】
前記降圧コンバータ制御回路は、前記クランプ回路から前記モード制御入力信号を受信するディスエーブル入力を有する臨界導通モード（ＣＲＭ）コントローラを備え、前記ＣＲＭコントローラは前記モード制御入力信号が前記第１のレベルにあるときに前記降圧コンバータスイッチ制御信号を前記スイッチングデバイスに供給し、前記第２のコンバータＤＣ出力電圧を前記第１の値に調節するように動作可能であり、前記モード制御入力信号が前記第２のレベルにあるときに前記スイッチングデバイスをオフにするように動作可能である、請求項１記載の安定器。
【請求項１２】
前記クランプ回路は、
前記第２のコンバータＤＣ出力電圧を表すフィードバック信号を供給するフィードバック回路と、
前記降圧コンバータ出力の開放出力電圧を制限する基準値を表す基準電圧信号を供給する基準回路と、
前記フィードバック信号と前記基準電圧信号とを比較するように動作可能な比較器回路と、
前記比較器回路の出力と動作可能に結合され、前記フィードバック信号が前記基準電圧信号より小さい場合に前記第１のレベルの前記モード制御入力信号を、前記フィードバック信号が前記基準電圧信号より大きい場合に前記第２のレベルの前記モード制御入力信号を供給するように動作可能な、スイッチスイッチングデバイスと
を備える、請求項１１記載の安定器。
【請求項１３】
前記昇圧コンバータ回路は、前記安定器の力率を制御するように動作可能な力率補正コンポーネントを備える、請求項１２記載の安定器。
【請求項１４】
前記昇圧コンバータ回路は、前記安定器の力率を制御するように動作可能な力率補正コンポーネントを備える、請求項１１記載の安定器。
【請求項１５】
前記クランプ回路は、
前記第２のコンバータＤＣ出力電圧を表すフィードバック信号を供給するフィードバック回路と、
前記降圧コンバータ出力の開放出力電圧を制限する基準値を表す基準電圧信号を供給する基準回路と、
前記フィードバック信号と前記基準電圧信号とを比較するように動作可能な比較器回路と、
前記比較器回路の出力と動作可能に結合され、前記フィードバック信号が前記基準電圧信号より小さい場合に前記第１のレベルの前記モード制御入力信号を、前記フィードバック信号が前記基準電圧信号より大きい場合に前記第２のレベルの前記モード制御入力信号を供給するように動作可能な、スイッチングデバイスと
を備える、請求項１記載の安定器。
【請求項１６】
前記昇圧コンバータ回路は、前記安定器の力率を制御するように動作可能な力率補正コンポーネントを備える、請求項１５記載の安定器。
【請求項１７】
前記昇圧コンバータ回路は、前記安定器の力率を制御するように動作可能な力率補正コンポーネントを備える、請求項１記載の安定器。
【請求項１８】
前記降圧コンバータは、低圧側降圧コンバータであり、前記スイッチングデバイスは、前記リターン回路経路内で結合され、前記降圧コンバータスイッチ制御信号に従って前記リターン回路経路内で前記降圧コンバータ入力および前記降圧コンバータ出力を選択的に結合するように動作可能であり、前記インダクタンスは、前記リターン回路経路内で前記スイッチングデバイスと直列に結合され、前記フリーホイーリングダイオードは、前記スイッチングデバイスおよび前記インダクタンスを結合する前記リターン回路経路のノードと前記フォワード回路経路との間に結合される、請求項１記載の安定器。
【請求項１９】
高輝度放電（ＨＩＤ）ランプを駆動するための電子高輝度放電（ＨＩＤ）安定器であって、
ＤＣ入力電圧を受けるように動作可能な降圧コンバータ入力、コンバータＤＣ出力電圧を供給する降圧コンバータ出力、前記降圧コンバータ入力と前記降圧コンバータ出力との間のフォワード回路経路、および前記降圧コンバータ入力と前記降圧コンバータ出力との間のリターン回路経路を備える降圧コンバータであって、
フォワード回路経路およびリターン回路経路のうちの第１の回路経路内で結合され、降圧コンバータスイッチ制御信号に従って前記フォワード回路経路および前記リターン回路経路のうちの前記第１の回路経路内で前記降圧コンバータ入力および前記降圧コンバータ出力を選択的に結合するように動作可能なスイッチングデバイスと、
前記フォワード回路経路および前記リターン回路経路のうちの前記第１の回路経路内で前記スイッチングデバイスと直列に結合されるインダクタンスと、
前記スイッチングデバイスと前記インダクタンスとを結合する前記フォワード回路経路および前記リターン回路経路のうちの前記第１の回路経路のノードと前記フォワード回路経路および前記リターン回路経路のうちの第２の回路経路との間に結合されるフリーホイーリングダイオードと、
モード制御入力信号を受信し、前記モード制御入力信号が第１のレベルにあるときに前記降圧コンバータスイッチ制御信号を前記スイッチングデバイスに供給し前記コンバータＤＣ出力電圧を第１の値に調節するように動作可能であり、前記モード制御入力信号が第２のレベルにあるときに前記降圧コンバータスイッチ制御信号を修正して前記コンバータＤＣ出力電圧が前記ＤＣ入力電圧より低い第２の値を超えるのを阻止するように動作可能である降圧コンバータ制御回路とを備える降圧コンバータと、
前記コンバータＤＣ出力電圧を受けるように動作可能であり、インバータスイッチング制御信号に従って前記コンバータＤＣ出力電圧を変換しＡＣ出力電圧をインバータ出力のところに供給しＨＩＤランプを駆動するように動作可能な複数のインバータスイッチングデバイスを備えるインバータ回路と、
前記コンバータＤＣ出力電圧を感知するように前記降圧コンバータ出力と動作可能に結合され、前記モード制御入力信号を前記降圧コンバータ制御回路に供給するように動作可能に結合され、前記コンバータＤＣ出力電圧が基準値より低い場合に前記第１のレベルの前記モード制御入力信号を供給し、前記コンバータＤＣ出力電圧が前記基準値より大きい場合に前記第２のレベルの前記モード制御入力信号を供給するように動作可能であるクランプ回路と
を備える、電子高輝度放電（ＨＩＤ）安定器。
【請求項２０】
前記クランプ回路は、
前記コンバータＤＣ出力電圧を表すフィードバック信号を供給するフィードバック回路と、
前記降圧コンバータ出力の開放出力電圧を制限する基準値を表す基準電圧信号を供給する基準回路と、
前記フィードバック信号と前記基準電圧信号とを比較するように動作可能な比較器回路と、
前記比較器回路の出力と動作可能に結合され、前記フィードバック信号が前記基準電圧信号より小さい場合に前記第１のレベルの前記モード制御入力信号を、前記フィードバック信号が前記基準電圧信号より大きい場合に前記第２のレベルの前記モード制御入力信号を供給するように動作可能なスイッチングデバイスと
を備える、請求項１９記載の安定器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ＨＩＤ安定器用の開放電圧クランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
人工照明用途における蛍光灯および高輝度放電（ＨＩＤ）ランプなどのランプを始動させ、駆動するために電子安定器が使用される。一般に、安定器が入力ＡＣ電力を中間ＤＣに変換し、出力段のインバータがランプを駆動するＡＣ出力を発生するが、特定の安定器における入力ＡＣから中間ＤＣへの変換は、力率補正を伴う。通常動作では、安定器は閉ループ方式で動作して、ランプ負荷を駆動するＡＣ信号の振幅を調節する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０９７６６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ランプ負荷が、上記安定器から取り除かれると、インバータの出力電圧（開放電圧）は、中間ＤＣ電圧レベルと同じ高さになりうる。特定の状況では、そのような高い開放電圧レベルは望ましくない場合があり、過剰な開放電圧を発生させないでＨＩＤランプに調節されたＡＣ駆動電流を供給する改善されたＨＩＤ安定器設計が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
高輝度放電（ＨＩＤ）ランプを駆動するための電子高輝度放電（ＨＩＤ）安定器が提供される。安定器は、整流回路を備え、整流回路はＡＣ入力を受け、整流されたＤＣ電圧出力を供給する。安定器は、降圧ＤＣ−ＤＣコンバータをも備え、特定の実施形態は、整流器から整流されたＤＣ電圧を受け、第１のコンバータＤＣ出力電圧を供給する初期昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを備える。降圧コンバータは、第１のコンバータＤＣ出力を受け、第２のコンバータＤＣ出力電圧を供給し、１つまたは複数のスイッチングデバイスを備えるインバータ回路が、降圧コンバータ出力を変換してＡＣ出力をＨＩＤランプに供給する。特定の実施形態は、整流器出力を受け取り、中間ＤＣ電圧を降圧コンバータの入力に供給する昇圧コンバータ回路を備える。特定の実装における昇圧コンバータは、安定器力率を制御する力率補正コンポーネントを備える。
【０００６】
降圧コンバータは、降圧コンバータ入力と降圧コンバータ出力との間にフォワード回路経路およびリターン回路経路を備え、それらのうちの１つは降圧コンバータ入力と降圧コンバータ出力とを選択的に結合するために降圧コンバータスイッチ制御信号によって駆動されるスイッチングデバイスと直列に結合されたインダクタンス、さらにはスイッチとインダクタンスを接続するノードと他の回路経路との間に結合されたフリーホイーリングダイオードを備える。安定器内の降圧制御回路は、モード制御入力信号に従ってコンバータのスイッチングデバイスを制御する。モード制御入力信号が第１のレベルにあるときに、制御回路は、第２のコンバータＤＣ出力電圧を第１の値に合わせて調節するために、所与のランプ負荷の定格電圧レベルなどの降圧コンバータスイッチ制御信号を供給する。しかし、モード制御入力信号が異なる第２のレベルにあるときには、制御回路は、第２のコンバータＤＣ出力電圧が第１のコンバータＤＣ出力電圧より低い第２の値を超えないように、降圧コンバータスイッチ制御信号を修正する。
【０００７】
開示されている安定器は、モード制御信号を降圧コンバータ制御回路に選択的に供給することによって降圧コンバータ出力を調節するためのクランプ回路をさらに備える。クランプ回路は、降圧コンバータ出力電圧を感知し、感知された電圧が基準値より低い場合に第１のレベルでモード制御信号を供給する。しかし、降圧コンバータ出力電圧が閾値を超える場合、クランプ回路は第２のレベルのモード制御信号を供給し、通常の電力制御ループをオーバーライドし、それにより、制御回路は、第２のコンバータＤＣ出力電圧が第２の値を超えないよう防ぐことになる。
【０００８】
特定の実施形態では、降圧コンバータ制御回路は、モード制御入力信号が第２のレベルにある場合、スイッチングデバイスをオフにする。さらに、降圧制御回路は、タイマーを備えることができ、スイッチングデバイスがオフにされてから所定の時間が経過した後、降圧コンバータスイッチ制御信号を再始動することを試みる。
【０００９】
特定の実施形態では、降圧コンバータ制御回路は、臨界導通モード（ＣＲＭ）コントローラを備え、クランプ回路がモード制御入力信号をＣＲＭコントローラのディスエーブル入力に送る。この場合、モード制御入力信号が第１のレベルにあるときには、ＣＲＭコントローラは降圧コンバータスイッチ制御信号をスイッチングデバイスに供給して第２のコンバータＤＣ出力電圧を第１の値に調節し、モード制御入力信号が第２のレベルにあるときには、ＣＲＭコントローラはスイッチングデバイスをオフにする。
【００１０】
特定の実施形態またはクランプ回路は、第２のコンバータＤＣ出力電圧を表すフィードバック信号を供給するためのフィードバック回路、さらには基準回路、比較器、およびクランプ回路スイッチングデバイスを備える。基準回路は、降圧コンバータ出力の開放出力電圧を制限する基準値を表す基準電圧信号を供給し、比較器回路は、フィードバック信号を基準電圧信号と比較する。クランプ回路スイッチは、比較器出力と結合されており、フィードバック信号が基準電圧信号より小さいときには第１のレベルのモード制御入力信号を、フィードバック信号が基準電圧信号より大きいときには第２のレベルのモード制御入力信号を供給する。
【００１１】
以下の詳細な説明と図面とにおいて、１つまたは複数の例示的な実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】安定器が高圧側降圧コンバータ回路と、ある１つの動作モードで降圧コンバータ出力を制限するためのクランプ回路とを備える、放電ランプ負荷を駆動する電子高輝度放電（ＨＩＤ）安定器を備える例示的な人工照明システムを示す概略図である。
【図２】低圧側降圧コンバータ回路およびクランプ回路を備える別の例示的な電子ＨＩＤ安定器を示す概略図である。
【図３】電子ＨＩＤ安定器内の低圧側降圧コンバータ回路とクランプ回路の実施形態のさらなる詳細を示す概略図である。
【図４】例示的なランプおよびインバータ出力電圧波形、さらには図３の安定器内の降圧回路スイッチ制御波形を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に図面を参照すると、図中、類似の参照番号は全体を通して類似の要素を指し示しており、さまざまな形状は、必ずしも縮尺通りではない。本開示は、ＨＩＤ安定器に関するものであり、固定ＡＣ入力電圧もしくはユニバーサルＡＣ入力電圧によって操作されうるいくつかの例示的な低周波方形波電子ＨＩＤ安定器に関連して例示される。
【００１４】
図１および図２は、電子ＨＩＤ安定器１０２がＡＣ電源１０４から電力を受け、放電ランプ１０８を駆動するＡＣ出力１０６を供給する例示的な人工照明システム１００を示している。安定器１０２は、安定器入力１０４から単相もしくは多相ＡＣ電力を受けて整流する整流器１１０を備えるが、一実施形態において４個のダイオード（図示せず）を有するフルブリッジ整流器などの、任意の形態のアクティブまたはパッシブの、全波または半波整流器１１０を使用することができる。整流器１１０は、第１のコンバータＤＣ出力電圧を降圧コンバータ回路１２０に供給する昇圧コンバータ出力１１６を有する昇圧コンバータ回路１１４に、整流されたＤＣ電圧を供給する出力１１２を有する。特定の実施形態では、昇圧コンバータ回路１１４は、安定器１０２の力率を制御するように動作可能な力率補正コンポーネント１１４ａを有する。他の実施形態では、昇圧コンバータ１１４を省くこともでき、そこでは整流器１１０が整流されたＤＣ電圧１１２を入力として降圧コンバータ１２０に供給する。降圧コンバータ１２０は、第１のコンバータＤＣ出力電圧を受ける入力（図１および図２のＶｉｎ）、さらには第２のコンバータＤＣ出力電圧を供給する出力１２２（図１および図２のＶｏｕｔ）を備える。安定器１０２は、降圧コンバータ出力１２２に動作可能に結合されたインバータ１４０を備え、これは第２のコンバータＤＣ出力電圧を変換し、ランプ１０８を駆動するＡＣ出力電圧をインバータ出力１０６のところに供給する。インバータ１４０は、インバータコントローラ１５０からのインバータ制御信号１５２に従って動作するスイッチングデバイスを備えるなど、好適なＤＣ／ＡＣコンバータとすることができ、ＡＣ出力１０６を入力電力から絶縁するためにトランスもしくは他の絶縁コンポーネント（図示せず）を適宜備えることができる。
【００１５】
図１および図２に示されているように、フォワード回路経路は降圧コンバータ入力と降圧コンバータ出力１２２との間に延在し、リターン回路経路は降圧コンバータ入力と降圧コンバータ出力１２２との間に延在する。図１の実施形態は、上側（フォワード）回路岐路内にスイッチングデバイスＳがある「高圧側」降圧コンバータ１２０ａを備えるが、図２は、下側（リターン）回路岐路内にスイッチＳがある「低圧側」降圧コンバータ１２０ｂを示している。
【００１６】
図１に示されているように、高圧側降圧コンバータ回路１２０ａは、フォワード（上側）回路経路内にスイッチＳを備え、導電（低インピーダンス）または非導電（高インピーダンス）の状態をとって降圧コンバータスイッチ制御信号１３２に従って導通させるか、または導通を阻止するように選択的に操作される。スイッチングデバイスＳは、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、または他の半導体ベースのスイッチングコンポーネントもしくはスイッチングコンポーネントの組み合わせなどの、ＯＮまたは導通状態とＯＦＦまたは非導通状態とを切り替えるコントローラ１３０から１つまたは複数の電気的制御信号１３２を介して動作可能な好適な形態のスイッチとすることができる（例えば、Ｓは、対応する制御信号１３２に従ってＯＮ状態とＯＦＦ状態との間で選択的に移行する動作を行うように直列もしくは並列に接続された２つまたはそれ以上の半導体ベースのスイッチを備えることができる）。スイッチングデバイスＳの動作により、フォワード回路経路内で降圧コンバータ入力と降圧コンバータ出力１２２とが選択的に結合される。この実施形態におけるフォワード経路は、スイッチングデバイスＳと直列に結合されたインダクタンスＬをも備え、降圧コンバータ１２０ａは、出力１２２の両端を渡す出力フィルタキャパシタンスＣをも備えるが、本開示において厳密に必要なことではない。それに加えて、コンバータ１２０ａは、リターン経路とスイッチングデバイスＳおよびインダクタンスＬを結合するフォワード経路のノードとの間に結合されたフリーホイーリングダイオードＤ１を備える。動作中、スイッチＳが閉じると、昇圧コンバータ１１４によって供給される電流でインダクタンスＬが充電され、スイッチが開くと、インバータ１４０からのリターン電流がダイオードＤ１を通って流れ、スイッチングデバイスＳを選択的に作動させることで、一般に降圧コンバータ入力電圧Ｖｉｎ以下である調節された出力電圧Ｖｏｕｔを発生させる。
【００１７】
図２および図３の実施形態では、降圧コンバータ１２０ｂは低圧側降圧コンバータ回路であり、そこではスイッチングデバイスＳ（図３のＱ２）がリターン回路経路内で結合され、降圧コンバータスイッチ制御信号１３２に従って動作してリターン回路経路内で降圧コンバータ入力と降圧コンバータ出力１２２とを選択的に結合する。これらの実装では、さらに、インダクタンスＬ（図３のトランスの巻線Ｔ１ａ）は、リターン回路経路内でスイッチングデバイスＳ（Ｑ２）と直列に結合され、フリーホイーリングダイオードＤ１は、フォワード回路経路と、スイッチングデバイスＳ（Ｑ２）とインダクタンスＬ（Ｔ１ａ）とを結合するリターン回路経路のノードとの間で結合される。
【００１８】
降圧スイッチング制御信号１３０は、降圧コンバータ制御回路１３０によって供給される。降圧コンバータコントローラ１３０は、任意の好適なハードウェア、プロセッサ実行ソフトウェア、プロセッサ実行ファームウェア、構成可能／プログラム可能な論理回路、またはこれらの組み合わせとすることができ、これにより、入力電圧Ｖｉｎの望ましい変換を実行して第２のコンバータＤＣ出力（Ｖｏｕｔ）を発生するように、スイッチングデバイスＳを駆動するためのスイッチング制御信号１３２を発生させることができる。制御回路１３０は、クランプ回路１３４からモード制御入力信号１３６を受信し、モード制御入力信号１３６が第１のレベルにあるときに動作して降圧コンバータスイッチ制御信号１３２を供給し、第２のコンバータＤＣ出力電圧を第１の値に調節する。例えば、定格が公称９０ボルト動作である、ある種のＨＩＤランプ負荷１０８では、降圧コンバータの公称調節点は、インバータ１４０によるランプ出力１０６のその後のＡＣ調節が負荷１０８に対応できるよう十分なヘッドルームを有するように１００ボルト程度の第１の値とすることができる。他の第１の調節点の値も、インバータ１４０および負荷１０８の要件に応じて制御回路１３０によって使用することができる。インバータ回路１４０は、出力１２２から第２のコンバータＤＣ出力電圧を受け、インバータコントローラ１５０からのインバータスイッチング制御信号１５２に応じて動作する複数のインバータスイッチングデバイス（例えば、図３のＱ３〜Ｑ６）を使用して、第２のコンバータＤＣ出力電圧を変換し、インバータ出力１０６にＡＣ出力電圧を供給し、１つのＨＩＤランプ１０８を駆動する。
【００１９】
モード制御入力信号１３６が第２のレベルにあるときには、制御回路１３０は、第２のコンバータＤＣ出力電圧が、第１のコンバータＤＣ出力電圧より低い（Ｖｉｎより低い）第２の値を超えないように降圧コンバータスイッチ制御信号１３２を修正する。例えば、ランプ１０８にホットリストライクが生じるか、またはランプ１０８がシステム１００から取り外される場合、ランプホルダー端子にかかるＡＣ出力電圧１０６を、降圧コンバータ出力１２２を制御することによって昇圧コンバータ出力より低い第２の値に有利に制限することができる。一例では、昇圧コンバータ１１４は、約３００ボルトＤＣの第１のコンバータＤＣ出力電圧を供給するように１２０ボルトＡＣ入力を変換することができる。しかし、昇圧ＰＦＣコンバータ１１４が高効率で力率と全高調波ひずみ（ＴＨＤ）の両方を改善するために使用される場合、ＰＦＣ回路１１４ａは、第１のコンバータ出力電圧１１６が最大ピーク入力電圧より高いという条件を必要とし、安定器１０２は、ユニバーサル入力１０４を有する必要がある場合がある。ユニバーサル入力電圧範囲については、昇圧ＰＦＣの標準的な出力は、約４５０Ｖｄｃである。例えば、安定器１０２は、１２０Ｖ、２３０Ｖ、または２７７ＶのＡＣ入力レベルに対応することができ、昇圧コンバータは最大約４５０ボルトＤＣでＶｉｎを降圧コンバータ１２０に供給することが可能である。この場合、ランプ１０８が取り外されるときにランプ出力端子電圧を３００ボルトまたは他の何らかの値に制限することが望ましいと思われる。このような状況において、クランプ回路は、インバータ１４０からのＡＣ出力（例えば、方形波出力）が３００ボルトピークツーピーク以下のままとなるように降圧コンバータ出力を第２のレベル（例えば、３００ＶＤＣ）に制限する。そのため、電子ＨＩＤ安定器１０２は、さまざまな異なる入力電力レベルに対応することができ、しかも、降圧コンバータ制御回路１３０が備えるデュアルモード制御機能を通じて、ランプ１００８が取り外されるときなどにおいて、ＡＣ出力１０６が所望の最大電圧レベル以下のままとなることが確実にされる。
【００２０】
特に図３を参照すると、クランプ回路１３４は、第２のコンバータＤＣ出力電圧（Ｖｏｕｔ）を感知するように降圧コンバータ出力１２２と動作可能に結合され、モード制御入力信号１３６を降圧コンバータ制御回路１３０に供給する。動作時に、クランプ回路１３４は、第２のコンバータＤＣ出力電圧Ｖｏｕｔが基準値Ｖｒｅｆより小さい場合に第１のレベルでモード制御入力信号１３６を供給し、ＶｏｕｔがＶｒｅｆより大きい場合に第２のレベルでモード制御入力信号１３６を供給する。図３の実施形態では、降圧コンバータ制御回路１３０は、モード制御入力信号１３６が第２のレベルであるときに動作してスイッチングデバイスＱ２（Ｓ）をオフにし、また、スイッチングデバイスＱ２がオフにされてから所定の時間が経過した後、降圧コンバータスイッチ制御信号１３２を再始動しようとするように動作可能なタイマー１３１も備える。図３の実施形態では、さらに、降圧コンバータ制御回路１３０は、クランプ回路１３４からモード制御入力信号１３６を受信するＺＣＤ入力を有する臨界導通モードＣＲＭコントローラＵ２を備える。モード制御入力信号１３６が、第１のレベル（高）にあるときに、ＣＲＭコントローラＵ２は、降圧コンバータスイッチ制御信号１３２をスイッチングデバイスＱ２に供給し、通常条件の下でランプ負荷１０８を駆動するなどのためにＶｏｕｔを第１の値に調節する。モード制御入力信号１３６が、第２の（低）レベルにあるときに（例えば、ランプ１０８が取り外されたとき）、コントローラＵ２は、スイッチングデバイスＱ２をオフにし、次いで、タイマー１３１を使用して所定の時間後にコンバータ１２０ｂを再始動することを試みる。
【００２１】
この実施形態では、クランプ回路１３４は、第２のコンバータＤＣ出力電圧（図３の「Ｃｏｍ＿ｉｎ」に関する）を表すフィードバック信号Ｖｆｂを供給するＲ１およびＲ２を備えるフィードバック回路を具備し、さらには基準回路（Ｖｃｃ、Ｒ３、およびＲ４）は、降圧コンバータ出力１２２の開放出力電圧を制限する基準値を表す基準電圧信号Ｖｒｅｆを供給する。Ｕ１、Ｒ５、およびＲ６を備える比較器回路は、フィードバック信号Ｖｆｂと基準電圧信号Ｖｒｅｆとを比較し、Ｕ１の出力は、スイッチングデバイスＱ１が、ＶｆｂがＶｒｅｆより小さい場合に第１のレベルでモード制御入力信号１３６を供給し、ＶｆｂがＶｒｅｆより大きい場合に第２のレベルでモード制御入力信号１３６を供給するようにスイッチングデバイスＱ１（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）のゲートを駆動する。
【００２２】
通常の動作（Ｑ１がオフ）では、コントローラＵ２は、降圧コンバータスイッチＱ２の臨界導通モード動作を行い、ランプに供給される電力を調節しながら入力電圧ＶｉｎをＶｏｕｔにおける適切なランプ電圧まで下げる（例えば、一実装では８５〜１１０Ｖ）。インバータ１４０は、Ｖｏｕｔを使用してランプ１０８への方形波ＡＣ出力１０６を発生し、その際に、方形波の最大値はＣＲＭ降圧コンバータ１２０ｂのＤＣ出力電圧Ｖｏｕｔに等しい。ＣＲＭコントローラＵ２は、ゼロ電流検出（ＺＣＤ）入力を制御するためにダイオードＤ１を通る電流がトランスの巻線Ｔ１ｂおよび抵抗器Ｒ７を介してゼロにいつ達するかを認識する。クランプ回路１３４は、抵抗器Ｒ１およびＲ２を介して電圧差Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔを監視し、Ｑ１を選択的に作動させることによってＶｏｕｔをＶｒｅｆによって設定された所望のレベルに選択的にクランプする。比較器回路は、Ｕ１を備え、これはオペアンプ、比較器、またはディスクリートコンポーネントバージョンのいずれかとすることができる。図示されているように、Ｕ１は、Ｒ６をプルアップ抵抗器として使用する、オープンコレクタ出力を持つ比較器である。所望の設定点Ｖｒｅｆは、分圧抵抗器Ｒ３およびＲ４の値およびＶｃｃのレベルによって設定され、基準信号Ｖｒｅｆは、ＤＣオフセットを有する方形波であり、振幅はＲ３およびＲ４と組み合わせたヒステリシス抵抗器Ｒ５に基づく。
【００２３】
さらに図４を参照すると、降圧コンバータ１２０ｂ、降圧コントローラ１３０、およびクランプ回路１３４の例示的な動作が、図４のグラフ２００に示されており、このグラフは、出力ランプ電圧１０６、スイッチＱ２のゲート／ソース電圧（スイッチ制御信号Ｖｇｓ）１３２、および降圧コンバータ出力電圧Ｖｏｕｔ１２２を示す曲線１０６を含む。Ｖｏｕｔが高すぎた場合、Ｕ１の出力はＨｉｇｈレベルに遷移し、トランジスタＱ１がオンになる。これにより、コントローラＵ２のＺＣＤピンがＬｏｗレベルに引かれ、コントローラＵ２は、スイッチＱ２をディスエーブルすることによって応答する（Ｑ２へのゲート信号をオフにする）。次いで、Ｖｏｕｔがインバータ１４０の負荷を通して放電する。Ｖｆｂが移行して戻りＶｒｅｆ未満になることで検出される点までＶｏｕｔが減少すると、比較器出力はＬｏｗレベルに戻り、再びＱ１をオフにする。これにより、コントローラＵ２のＺＣＤピンが解放される。コントローラＵ２の内部タイマー１３１がタイムアウトになると（例えば、マイクロ秒範囲）、Ｑ２のゲート信号はＨｉｇｈレベルに遷移し、降圧コンバータ１４０はオンになって再始動を試み、これで第２のコンバータ出力電圧Ｖｏｕｔが増大することになる。このプロセスは、図４に示されているように、ランプ１０８が取り外された条件に対して続くことが可能であり、そのため、ランプ出力電圧はクランプされ（例えば、図示されている例では±３００Ｖ）、降圧コンバータ出力電圧はＤＣバイアスが所望のＶｏｕｔに等しいのこぎり波の形状をとる。この場合ののこぎり波の周期は、インバータ負荷への電圧放電率（図３の降圧コンバータの出力容量Ｃのキャパシタンス値を含む）、Ｕ１回路内の任意の伝搬遅延、および図４に示されているようなインバータスイッチング周期とは別の、また独立している降圧コントローラＵ２のタイマー１３１によって決定される。この形態のクランプ出力動作は、ランプが交換され、始動するまで続く（グラフ２００には示されていない）。そのため、安定器１０２は、ＰＦＣフロントエンド動作が可能であるとともに、ユニバーサル入力レベルに対応することができ、また、回路性能を損なうことなく出力電圧をクランプする機能も備え、したがって、コンデンサおよび抵抗器などの低電圧部品を使用することが可能になり、および／または安定器１０２を実装するためのコンポーネント数も減らせる。
【００２４】
上記の例は、本開示のさまざまな態様の可能ないくつかの実施形態を単に例示しているだけであり、同等の変更形態および／または修正形態も、当業者であれば本明細書および添付図面を読んで理解すれば思い付くことであろう。特に、上述のコンポーネント（アセンブリ、デバイス、システム、回路、および同様のもの）によって実行されるさまざまな機能に関して、そのようなコンポーネントを説明するために使用される用語（「手段」の参照を含む）は、断りのない限り、本開示の例示されている実装における機能を実行する、開示されている構造と構造的に等価ではないとしても、説明されているコンポーネントの指定された機能を実行する、ハードウェア、ソフトウェア、またはこれらの組み合わせなどの、コンポーネント（つまり、機能的に等価であるもの）に対応することが意図されている。それに加えて、本開示の特定の特徴がいくつかの実装のうちの１つのみに関して例示および／または説明されている可能性あるが、所定のまたは特定の用途にとって望ましく、都合がよい場合があるので、そのような特徴を他の実装の１つまたは複数の他の特徴と組み合わせてもよい。さらに、単数形のコンポーネントもしくは項目を参照していても、別段の指定のない限り、２つまたはそれ以上のそのようなコンポーネントもしくは項目を包含することを意図している。また、「含んでいる、備えている（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む、備える（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｓ）」、「持つ、備える（ｗｉｔｈ）」という言い回し、またはこれらの変化が詳細な説明および／または請求項内で使用されている範囲において、このような言い回しは、「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という言い回しと同様に包含的であることが意図されている。本発明は、好ましい実施形態に関して説明されている。これまで詳細に述べた説明を読んで理解すれば、他の人であっても修正形態および変更形態を思い付くであろう。本発明は、そのようなすべての修正形態および変更形態を含むものとして解釈されることが意図されている。
【符号の説明】
【００２５】
Ｃ  出力フィルタキャパシタンス
Ｄ１  フリーホイーリングダイオード
Ｌ  インダクタンス
Ｒ１およびＲ２  抵抗器
Ｒ３およびＲ４  分圧抵抗器
Ｒ５  ヒステリシス抵抗器
Ｓ  スイッチングデバイス
Ｕ２  臨界導通モードＣＲＭコントローラ
Ｑ１  スイッチングデバイス
Ｑ２  スイッチングデバイス
Ｖｆｂ  フィードバック信号
Ｖｇｓ  スイッチ制御信号
Ｖｒｅｆ  基準電圧信号
１００  人工照明システム
１０２  電子ＨＩＤ安定器
１０４  ＡＣ電源
１０６  ＡＣ出力
１０８  放電ランプ
１１０  整流器
１１２  出力
１１４  昇圧コンバータ回路
１１４ａ  力率補正コンポーネント
１１６  昇圧コンバータ出力
１２０  降圧コンバータ回路
１２０ａ  「高圧側」降圧コンバータ
１２０ｂ  「低圧側」降圧コンバータ
１２２  出力
１３０  コントローラ
１３１  タイマー
１３２  降圧コンバータスイッチ制御信号
１３４  クランプ回路
１３６  モード制御入力信号
１４０  インバータ
１５０  インバータコントローラ
１５２  インバータ制御信号
２００  グラフ
【図１】
2013529828.tif 000003
2013529828.tif 000004
【図２】
2013529828.tif 000005
2013529828.tif 000006
【図３】
2013529828.tif 000007
2013529828.tif 000008
【図４】
2013529828.tif 000009
2013529828.tif 000010
【国際調査報告】
2013529828.tif 000011
2013529828.tif 000012