(57)【要約】寄生容量補償システム及び方法に関し、システムは、ランプ電圧信号４８及び出力電流信号５０に応答して位相差信号６２を生成する位相検出器６０と、位相差信号６２に応答して調光補正信号６６を生成するフィルタ６４と、調光信号５４及び調光補正信号６６に応答して、調整された調光信号４４を生成する調整器とを有する、電子バラスト用寄生容量補償回路を備える。電子バラストのための寄生容量補償方法は、ランプ電圧と出力電流との間の位相差を測定するステップと、その位相差から寄生電流の量を決定するステップと、その寄生電流の量だけ前記出力電流を増大させるステップとを有する。
2008545246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプ電圧信号及び出力電流信号に応答して位相差信号を生成する位相検出器；
前記位相差信号に応答して調光補正信号を生成するフィルタ；及び
調光信号及び前記調光補正信号に応答して、調整された調光信号を生成する調整器；
を有する、電子バラスト用の寄生容量補償回路。
【請求項２】
前記位相検出器は：
前記ランプ電圧信号に応答して矩形波電圧信号を生成する電圧零交差比較器；
前記出力電流信号に応答して矩形波電流信号を生成する電流零交差比較器；及び
前記ランプ電圧信号及び前記出力電流信号に応答して前記位相差信号を生成する論理回路；
を有する、請求項１記載の回路。
【請求項３】
前記電圧零交差比較器へ動作上接続される入力保護回路を更に有する、請求項２記載の回路。
【請求項４】
前記電流零交差比較器へ動作上接続される入力保護回路を更に有する、請求項２記載の回路。
【請求項５】
前記論理回路は、ＯＲ回路及びＮＯＲ回路を含むグループから選択される、請求項２記載の回路。
【請求項６】
前記位相検出器は：
前記出力電流信号に応答して電流零交差時間を検出する電流零交差検出器；
前記ランプ電圧信号に応答して電圧零交差時間を検出する電圧零交差検出器；及び
前記電流零交差時間と前記電圧零交差時間との間の時間差から前記位相差信号を生成する計算器；
を有する、請求項１記載の回路。
【請求項７】
前記調整器は零位相シフト補正を有する、請求項１記載の回路。
【請求項８】
前記調光信号は全出力の０．５から２０パーセントの間である、請求項１記載の回路。
【請求項９】
前記バラストをランプへ接続するランプワイヤを更に有し、
前記ランプワイヤは１から３０フィートの間の長さを有する、請求項１記載の回路。
【請求項１０】
ランプ電圧と出力電流との間の位相差を測定するステップ；
前記位相差から寄生電流の量を決定するステップ；及び
前記寄生電流の量だけ前記出力電流を増大させるステップ；
を有する、電子バラストのための寄生容量補償方法。
【請求項１１】
前記測定するステップは：
前記ランプ電圧を矩形波電圧へ変換するステップ；
前記出力電流を矩形波電流へ変換するステップ；及び
前記位相差を生成するよう、前記矩形波電圧及び前記矩形波電流を論理的に混合するステップ；
を有する、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記論理的に混合するステップは、ＯＲ演算及びＮＯＲ演算を含むグループから選択される、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記測定するステップは、
前記出力電流に関して電流零交差時間を検出するステップ；
前記ランプ電圧に関して電圧零交差時間を検出するステップ；及び
前記電流零交差時間と前記電圧零交差時間との間の時間差から前記位相差を決定するステップ；
を有する、請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
前記決定するステップは、前記位相差から調光補正を決定するステップを有し、
前記増大させるステップは、前記調光補正によって調光信号を調整するステップを有する、請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
零位相シフトにおいて前記調光補正を補正するステップ更に有する、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
ランプ電圧と出力電流との間の位相差を測定する手段；
前記位相差から寄生電流の量を決定する手段；及び
前記寄生電流の量だけ前記出力電流を増大させる手段；
を有する、寄生容量補償システム。
【請求項１７】
前記測定する手段は：
前記ランプ電圧を矩形波電圧へ変換する手段；
前記出力電流を矩形波電流へ変換する手段；及び
前記位相差を生成するよう、前記矩形波電圧及び前記矩形波電流を論理的に混合する手段；
を有する、請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
前記論理的に混合する手段は、前記矩形波電圧及び前記矩形波電流をＯＲ演算する手段と、前記矩形波電圧及び前記矩形波電流をＮＯＲ演算する手段とを含むグループから選択される、請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
前記測定する手段は、
前記出力電流に関して電流零交差時間を検出する手段；
前記ランプ電圧に関して電圧零交差時間を検出する手段；及び
前記電流零交差時間と前記電圧零交差時間との間の時間差から前記位相差を決定する手段；
を有する、請求項１６記載のシステム。
【請求項２０】
前記決定する手段は、前記位相差から調光補正を決定する手段を有し、
前記増大させる手段は、前記調光補正によって調光信号を調整する手段を有する、請求項１６記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ランプ調光制御に関し、より具体的には、寄生容量を補償するランプ調光のためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光ランプ用の電子バラストは、高性能となり、様々な用途で幅広く使用されている。問題を提示している１つの用途は、調光可能な電子バラストである。例えば、低い調光レベルにおいて、可変周波数電子バラストは、例えば７０から９０ｋＨｚのように、より高い周波数で動作し、ランプ抵抗は増大する。このとき、ランプ電流は１０ｍＡよりも小さくなりうる。電子バラストからの電流の大部分は、ランプをバラストへ接続するワイヤ間の寄生容量を流れ、ランプには流れない。全出力の５パーセントに制限された調光レベルのために、ワイヤ長の設計制限は通常６フィートである。
【０００３】
より長いワイヤを有して要求される調光レベルを提供するよう、電子バラストは、寄生容量へと失われた電流を補うよう、より多くの電流を発生しなければならない。図１は、ランプ及び配線に関する等価回路の回路図である。ランプ電圧Ｖｌａｍｐは、出力電流Ｉｏｕｔを発生する電子バラストによって生成される。出力電流Ｉｏｕｔは、ランプ抵抗ＲＬを有するランプを流れるランプ電流Ｉｌａｍｐと、電子バラストをランプへ取り付けるワイヤ間にある寄生容量ＣＰを流れる寄生電流Ｉｃａｐとに分けられる。１つの例で、ランプの１つのフィラメントへ接続する２つのＡＷＧ１８ワイヤと、ランプの他のフィラメントへ接続する２つのＡＷＧ１８ワイヤとの間の寄生容量は、単位フィートごとに約１３ｐＦである。１０フィート長のワイヤに関し、寄生容量ＣＰは１３０ｐＦである。７０ｋＨｚで動作し、室温において約３９５ボルトのＶｌａｍｐを供給する電子バラストに関し、寄生電流Ｉｃａｐは２π・ｆ・ＣＰ・Ｖｌａｍｐ、即ち、２２．６ｍＡである。２．５％調光レベルで動作するＴ５／３５Ｗランプに関し、ランプ電流Ｉｌａｍｐは約４．５ｍＡであり、故に、寄生電流Ｉｃａｐは、ランプ電流Ｉｌａｍｐよりも大きい。従って、ランプ電流Ｉｌａｍｐを約４．５ｍＡに保つよう、電子バラストは、ランプ電流Ｉｌａｍｐ及び寄生電流Ｉｃａｐの二乗の和の平方根、即ち、２３ｍＡを供給しなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記欠点を解消する寄生容量補償システム及び方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの態様は、ランプ電圧信号及び出力電流信号に応答して位相差信号を生成する位相検出器と、前記位相差信号に応答して調光補正信号を生成するフィルタと、調光信号及び前記調光補正信号に応答して、調整された調光信号を生成する調整器とを有する、電子バラスト用の寄生容量補償回路を提供する。
【０００６】
本発明の他の態様は、ランプ電圧と出力電流との間の位相差を測定するステップと、前記位相差から寄生電流の量を決定するステップと、前記寄生電流の量だけ前記出力電流を増大させるステップとを有する、電子バラストのための寄生容量補償方法を提供する。
【０００７】
本発明の他の態様は、ランプ電圧と出力電流との間の位相差を測定する手段と、前記位相差から寄生電流の量を決定する手段と、前記寄生電流の量だけ前記出力電流を増大させる手段とを有する、寄生容量補償システムを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の上記及び他の特徴及び効果は、添付の図面に関連して読まれる、目下好ましい実施形態に関する以下の詳細な記載からより明らかになるであろう。詳細な記載及び図面は、単に本発明を説明しているのであって、限定するものではない。本発明の適用範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等の範囲によって定義される。
【０００９】
図２は、本発明に従って行われる寄生容量補償を備えた照明システムのブロック図である。寄生補償回路は、ランプ電圧とバラスト出力電流との間の位相差を測定し、その位相差から寄生電流の量を決定し、その寄生電流の量だけ出力電流を増大させて、寄生補償を可能にする。これは、ランプ電流が、数パーセントの調光レベル並びにバラスト及びランプを接続する長いランプワイヤに関してさえ、調光信号によって要求されている調光レベルに保持されることを確実にする。
【００１０】
電子バラスト２０は、電源２２において、例えば１２０ボルト又は２７７ボルトの電源系統電流のような主電力を受け取る。整流器２６へ動作上接続されたＥＭＩフィルタ２４は、前置調節器２８及びインバータ３０によって生ずる高周波高調波を除去する。整流器２６は、ＥＭＩフィルタ２４からのフィルタ処理された交流電圧を整流し、直流電圧を前置調節器２８へ供給する。前置調節器２８は、直流電圧を昇圧及び平滑化し、入力力率を０．９よりも大きく補正する。インバータ３０は、駆動制御器３４からの駆動信号に応答して、平滑化された直流電圧を高周波矩形波電圧へ変換する。高周波矩形波電圧は、遮断コンデンサＣ２４を介して、インダクタＬ３及びコンデンサＣ２３を有する共振タンク回路へ供給される。コンデンサＣ２３の両端に接続される出力変圧器Ｔ４は、バラスト出力部３６において電力を供給する。バラスト出力部３６は、ランプワイヤ４０を介してランプ３８へ動作上接続される。
【００１１】
駆動制御器３４は、フィードバック信号４２と、調整された調光信号４４とに応答して、駆動信号３２を生成する。フィードバック回路４６は、出力変圧器Ｔ４のセンタタップからのランプ電圧信号４８と、バラスト出力部３６へ動作上接続された（抵抗器Ｒ１における）電流変圧器Ｔ５からの出力電流信号５０とに応答して、フィードバック信号４２を生成する。寄生補償回路５２は、調光インターフェース５６からの調光信号５４と、ランプ電圧信号４８と、出力電流信号５０とに応答して、調整された調光信号４４を生成する。調光信号５４は、ユーザによって望まれるランプ３８のランプレベルを反映する。
【００１２】
寄生補償回路５２は、ランプ電圧信号４８及び出力電流信号５０に応答して位相差信号６２を生成する位相検出器６０と、その位相差信号６２に応答して調光補正信号６６を生成するフィルタ６４と、調光信号５４及び調光補正信号６６に応答して、調整された調光信号４４を生成する調整器６８とを有する。寄生補償回路５２は、例えば全出力の０．５から２０パーセントといったより低い調光レベルにおいて、例えば１から３０フィートといった長いランプワイヤ４０を有して、調光を可能にする。１つの例で、３パーセントの調光レベルは、２０フィートのワイヤ長を有して達成され得る。他の例で、１パーセントの調光レベルは、６フィートのワイヤ長を有して達成され得る。更なる他の例で、５パーセントの調光レベルは、３０フィートのワイヤ長を有して達成され得る。所謂当業者には明らかなように、寄生補償回路５２の使用は、上述された例となる電子バラストに限定されず、寄生補償回路５２は、調光が望まれる事実上全てのバラストとともに使用され得る。一実施形態で、寄生補償回路５２は、アナログ回路、デジタル回路、又はマイクロプロセッサプログラムとして駆動制御器３４に組み込まれる。
【００１３】
図３は、本発明に従う調光電子回路用の寄生容量補償回路の回路図であって、図２と同じ要素には同じ参照番号が付されている。寄生補償回路５２は、ランプ電圧信号４８と出力電流信号５０との間の位相差を測定し、その位相差から調光補正を決定し、その調光補正によって調光信号５４を調整して、調整された調光信号４４を生成する。図４は、図３の寄生容量補償回路に関して電圧トレースを表す。
【００１４】
図３を参照して、寄生補償回路５２は、位相検出器６０と、フィルタ６４と、調整器６８とを有する。位相検出器６０は、電圧零交差比較器８０と、電流零交差比較器８２と、論理回路８４とを有する。位相検出器６０は、ランプ電圧を矩形波電圧へ変換し、出力電流を矩形波電流へ変換し、矩形波電圧及び矩形波電流を論理的に混合して、即ち、矩形波電圧及び矩形波電流のＯＲ又はＮＯＲを取ることによって、位相差を生成する。
【００１５】
電圧零交差比較器８０は、ランプ電圧信号４８を比較器Ｕ１Ａの正入力部へ供給する抵抗器Ｒ３と、比較器Ｕ１Ａの負入力部への接地接続と、比較器Ｕ１Ａの正及び負の入力部間にダイオードＤ１及びＤ２を有する任意の入力保護回路と、比較器Ｕ１Ａの出力部を基準電圧Ｖｄｄへ接続する抵抗器Ｒ４とを有する。電圧零交差比較器８０は、ランプ電圧信号４８に応答して、比較器Ｕ１Ａの出力部で５０パーセントデューティーサイクルを有する矩形波電圧信号８６を生成する。
【００１６】
電流零交差比較器８２は、出力電流信号５０を比較器Ｕ１Ｂの正入力部へ供給する抵抗器Ｒ２と、比較器Ｕ１Ｂの負入力部への接地接続と、比較器Ｕ１Ｂの出力部を基準電圧Ｖｄｄへ接続する抵抗器Ｒ５とを有する。一実施形態で、電流零交差比較器８２は、ダイオードＤ１及びＤ２を有して電圧零交差比較器８０で使用されるものと同様に、比較器Ｕ１Ｂの正及び負の入力部間に任意の入力保護回路を有しても良い。電流零交差比較器８２は、出力電流信号５０に応答して、比較器Ｕ１Ｂの出力部で５０パーセントデューティーサイクルを有する矩形波電流信号８８を生成する。
【００１７】
論理回路８４は、矩形波電圧信号８６及び矩形波電流信号８８のＯＲを取り、位相差信号６２を生成する。位相差信号６２の幅は、位相差に起因する可変部分と、５０パーセントデューティーサイクルからの一定部分とを有する。この一定部分は、位相差とは無関係である。論理回路８４は、ダイオードＤ３、Ｄ４と、抵抗器Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８と、比較器Ｕ１Ｃと、抵抗器Ｒ９とを有する。ダイオードＤ３、Ｄ４は、矩形波電圧信号８６及び矩形波電流信号８８を比較器Ｕ１Ｃの正入力部へ供給する。比較器Ｕ１Ｃの正入力部は、また、抵抗器Ｒ７を介して接地へ接続されている。比較器Ｕ１Ｃの負入力部は、基準電圧Ｖｄｄと接地との間に接続された抵抗器Ｒ６、Ｒ８を有する分圧器へ接続されている。比較器Ｕ１Ｃの出力部は、抵抗器Ｒ９を介して基準電圧Ｖｄｄへ接続されている。当業者には明らかなように、論理回路８４は、例となるＯＲ回路に限定されず、例えばＮＯＲ回路のような他の論理結合が使用されても良い。論理回路が、矩形波電圧信号８６及び矩形波電流信号８８のＮＯＲを取って、位相差信号６２を生成するＮＯＲ回路である場合、位相差信号６２の幅は、位相差にのみ依存する。
【００１８】
フィルタ６４は、位相差信号６２を論理回路８４から受信する抵抗器Ｒ１０と、接地へ接続されたコンデンサＣ１とを有する。フィルタ６４は、矩形波位相差信号６２を直流調光補正信号６６へ変換する。直流調光補正信号６６の大きさは、矩形波位相差信号６２の位相差部分からの可変な直流部分と、矩形波位相差信号６２の５０パーセントデューティーサイクル部分からのＶｄｄ／２に等しい一定の直流部分とを含む。
【００１９】
調整器６８は、調光信号５４に調光補正信号６６を足して、調整された調光信号４４を生成する。調整器６８は、調整された調光信号４４を供給する共通接点で接続された抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３を有する。抵抗器Ｒ１１は調光補正信号６６を受信し、抵抗器Ｒ１２は接地へ接続され、抵抗器Ｒ１３は調光信号５４を受信する。調整器６８は、また、零位相シフト補正として、フィルタ６４と抵抗器Ｒ１１との間に接続されたツェナーダイオードＤＺ１を有し、直流調光補正信号６６から一定の直流部分Ｖｄｄ／２を除去する。論理回路８４がＯＲ回路である場合、一定の直流部分が導入される。当業者には明らかなように、零位相シフト補正として使用されるツェナーダイオードＤＺ１は、他の実施形態では任意である。１つの例で、論理回路がＮＯＲ回路である場合、直流調光補正信号６６は、矩形波位相差信号６２の５０パーセントデューティーサイクル部分からの一定の直流部分を含まないので、零位相シフト補正は必要とされず、ツェナーダイオードＤＺ１は削除され得る。他の例で、駆動制御器３４は、ツェナーダイオードＤＺ１が削除される場合に、直流調光補正信号６６から調整された調光信号４４に持ち込まれる調整された調光信号４４の５０パーセントデューティーサイクル部分を補償するよう設計され得る。
【００２０】
図１を参照すると、ランプ及び配線に関する等価インピーダンスＶｌａｍｐ／Ｉｏｕｔは、ＲＬ／（１＋ｊ・Ｗ・ＲＬ・ＣＰ）に等しい。なお、ＲＬはランプ抵抗、ｊは虚数単位、Ｗは動作周波数、Ｖｌａｍｐはランプ電圧、ＣＰは寄生容量である。ＶｌａｍｐとＩｏｕｔとの間の位相差は、−Ａｔａｎ（Ｗ・ＲＬ・ＣＰ）に等しい。位相差は、通常０から８０度である。図４Ａは、位相差ａを有してランプ電圧信号４８及び出力電流信号５０の波形を表す。動作において、寄生補償回路の論理回路は、図４Ｂ及び４Ｃに夫々表されるように、矩形波電流信号８８及び矩形波電圧信号８６を受信する。図４Ｄは、位相差信号６２を表す。位相差信号６２は、Ｔ／２＋Ａｔａｎ（Ｗ・ＲＬ・ＣＰ）／Ｗに等しいパルス幅Ｄを有する。なお、Ｔはサイクル周期である。パルス幅ＤのＴ／２部分は、論理回路８４がＯＲ回路である場合に生ずる５０パーセントデューティーサイクルから得られ、パルス幅ＤのＡｔａｎ（Ｗ・ＲＬ・ＣＰ）／Ｗ部分は、位相差ａから得られる。図４Ｄは、ツェナーダイオードＤＺ１での調光補正信号６６を表し、Ｖｄｄ・（１／２＋Ａｔａｎ（Ｗ・ＲＬ・ＣＰ）／（２・π））に等しい矩形波電圧を有する。なお、Ｖｄｄは基準電圧である。
【００２１】
当業者には明らかなように、上述される構成要素及び回路における多数の変形は、ランプ電圧と出力電流との間の位相差を測定し、その位相差から寄生電流の量を決定し、その寄生電流の量だけ出力電流を増大させるために使用され得る。一実施形態で、ランプ電圧信号４８及び出力電流信号５０に応答して位相差信号６２を生成する位相検出器６０は、位相ロックループ（ＰＬＬ）集積回路であっても良い。他の実施形態で、論理回路８４はＮＯＲ回路であり、位相差信号６２の幅は位相差にのみ依存する。位相差信号６２が、調光補正信号６６に持ち込まれる５０パーセントデューティーサイクルからの部分を含まないので、ツェナーダイオードＤＺ１は調整器６８において必要とされない。他の実施形態で、位相検出器６０は、零交差検出回路であっても良く、零と交差するランプ電圧信号４８と、零と交差する出力電流信号５０との間の時間差を検出することができる。
【００２２】
零交差検出回路は、出力電流に関して電流零交差時間を検出し、ランプ電圧に関して電圧零交差時間を検出し、次いで、電流零交差時間と電圧零交差時間との間の時間差から位相差を決定することによって、ランプ電圧と出力電流との間の位相差を測定する。電流零交差時間は、出力電流信号５０を監視する電流零交差検出器によって決定され得る。電圧零交差時間は、ランプ電圧信号４８を監視する電圧零交差検出器によって決定され得る。計算器は、電流零交差時間と電圧零交差時間との間の時間差から位相差信号６２を生成するために使用され得る。一実施形態で、電流零交差検出器、電圧零交差検出器、及び計算器は、例えばマイクロプロセッサのように、集積回路上で実施され得る。当業者には明らかなように、電流零交差時間及び電圧零交差時間は、特定の用途のために望まれるように、夫々の出力電流信号５０及びランプ電圧信号４８において異なる点で検出され得る。１つの例で、電流零交差時間は、出力電流信号５０が負から正へと零を交差する場合に検出され、電圧零交差時間は、ランプ電圧信号４８が負から正へと零を交差する場合に検出される。他の例で、電流零交差時間は、出力電流信号５０が負から正へと零を交差する場合に検出され、電圧零交差時間は、ランプ電圧信号４８が正から負へと零を交差する場合に検出される。位相差は、望まれるように、周期の一部、１周期、又は多数の周期にわたって測定され得る。
【００２３】
ここに開示される本発明の実施形態は今のところ好ましいと考えられるが、様々な変更及び修正が、本発明の適用範囲を逸脱することなく行われ得る。当業者には明らかなように、図２及び３に関して記載される実施形態は例示であり、アナログ回路及び／又はデジタル回路を含む代替の回路が特定の用途のために望まれるように使用され得る。本発明の適用範囲は添付の特許請求の範囲において示され、均等の意味及び範囲の中にある全ての変更は、その適用範囲に包含されるよう意図される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ランプ及び配線に関する等価回路の回路図である。
【図２】本発明に従って行われる寄生容量補償を備えた照明システムのブロック図である。
【図３】本発明に従う調光電子バラスト用の寄生容量補償回路の回路図である。
【図４】本発明に従う調光電子バラスト用の寄生容量補償回路の電圧トレースである。
【図１】
2008545246.tif 000003
【図２】
2008545246.tif 000004
【図３】
2008545246.tif 000005
【図４Ａ】
2008545246.tif 000006
【図４Ｂ】
2008545246.tif 000007
【図４Ｃ】
2008545246.tif 000008
【図４Ｄ】
2008545246.tif 000009
【図４Ｅ】
2008545246.tif 000010
【国際調査報告】
2008545246.tif 000011
2008545246.tif 000012