(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流（ＤＣ）電源およびセラミック変圧器とともに使用される蛍光ランプ回路であって、該セラミック変圧器は、第１入力と、第２入力と、第１出力と、第２出力と、共振周波数とを有し、該セラミック変圧器の該第１出力は、蛍光ランプに結合され、該セラミック変圧器の該第２出力は、該第１出力から分離された電圧フィードバックを提供し、該蛍光ランプ回路が、
該ＤＣ電源に結合された電圧調整器と、
該電圧調整器ならびに該セラミック変圧器の該第１入力および該第２入力に結合された発振ドライバと、
該発振ドライバおよび該セラミック変圧器の該第２出力に結合された周波数フィードバック回路と、
該ランプおよび該電圧調整器に結合された振幅フィードバック回路と
を含み、
該周波数フィードバック回路が、
該セラミック変圧器の該第２出力に結合された入力と、該発振ドライバの入力に結合された出力と、
制御端子と第１端子および第２端子とを有するトランジスタであって、該第２端子はＧＲＯＵＮＤに結合されている、トランジスタと、
ＧＲＯＵＮＤに結合されたアノード端と該トランジスタの該制御端子に結合されたカソード端とを有するダイオードと、
該セラミック変圧器の該第２出力と該トランジスタの該制御端子との間に結合された第１抵抗器と、
ＤＣ電位のソースと該トランジスタの該第１端子との間に結合された第２抵抗器と、
該トランジスタの該第１端子と該発振ドライバの該入力との間に結合された第３抵抗器と
を含み、
該ダイオードはフィードバック信号を整流し、
該トランジスタは、該制御端子において該整流されたフィードバック信号を受信し、該セラミック変圧器の該第２出力における該フィードバック信号の振幅と独立するように該整流されたフィードバック信号の振幅を正規化するために、該セラミック変圧器の共振周波数で該ＤＣ電位と該ＧＲＯＵＮＤとの間でスイッチされる振幅を有する出力信号を生成する、蛍光ランプ回路。
【請求項２】
前記振幅フィードバック回路が、
前記ランプに結合された入力と、出力とを有する半波整流器と、
該半波整流器の該出力に結合された入力と、前記電圧調整器に結合された出力とを有する低域通過フィルタと
を含む、請求項１に記載の蛍光ランプ回路。
【請求項３】
前記振幅フィードバック回路が、前記半波整流器の前記出力に結合された第１端子と、ＧＲＯＵＮＤに結合された第２端子とを有する可変抵抗器を含む、請求項２に記載の蛍光ランプ回路。
【請求項４】
前記振幅フィードバック回路が、
第１ダイオードおよび第２ダイオードであって、該第１ダイオードおよび該第２ダイオードのそれぞれが、アノード端およびカソード端を有し、該第１ダイオードの該アノード端が、ＧＲＯＵＮＤに結合され、該第１ダイオードの該カソード端が、前記ランプおよび該第２ダイオードの該アノード端に結合される、第１ダイオードおよび第２ダイオードと、
該第２ダイオードの該カソード端に結合された第１端子と、前記電圧調整器に結合された第２端子とを有する抵抗器と、
該第２ダイオードの該カソード端とＧＲＯＵＮＤとの間に結合された可変抵抗器と、
該抵抗器の該第２端子とＧＲＯＵＮＤとの間に結合されたキャパシタと
を含む、請求項１に記載の蛍光ランプ回路。
【請求項５】
前記発振ドライバが、第１入力と、第２入力と、第１出力と、第２出力とを含み、該発振ドライバの該第１出力が、前記セラミック変圧器の前記第１入力に結合され、該発振ドライバの該第２出力が、該セラミック変圧器の前記第２入力に結合され、
前記電圧調整器が、第１入力と、第２入力と、第１出力と、第２出力とを含み、該電圧調整器の該第１入力が、前記ＤＣ電源に結合され、該電圧調整器の該第１出力が、該発振ドライバの該第１入力に結合され、該電圧調整器の該第２出力が、該発振ドライバの該第２入力に結合され、
前記振幅フィードバック回路が、前記ランプに結合された入力と、該電圧調整器の該第２入力に結合された出力とを含む、請求項１に記載の蛍光ランプ回路。
【請求項６】
前記発振ドライバが、
前記周波数フィードバック回路の前記出力に結合された入力と、出力とを有する同期発振器と、
該同期発振器の該出力に結合された入力と、前記電圧調整器の前記第１出力に結合された第１出力と、該電圧調整器の前記第２出力に結合された第２出力とを有するドライバ回路と
をさらに含む、請求項５に記載の蛍光ランプ回路。
【請求項７】
前記発振ドライバが、
第１端子と、第２端子と、第３端子とを有する第１トランジスタであって、該第１トランジスタの該第１端子が、前記電圧調整器の前記第１出力に結合され、該第１トランジスタの該第２端子が、前記ドライバ回路の前記第１出力に結合され、該第１トランジスタの該第３端子が、ＧＲＯＵＮＤに結合される、第１トランジスタと、
第１端子と、第２端子と、第３端子とを有する第２トランジスタであって、該第２トランジスタの該第１端子が、該電圧調整器の前記第２出力に結合され、該第２トランジスタの該第２端子が、該ドライバ回路の前記第２出力に結合され、該第２トランジスタの該第３端子が、ＧＲＯＵＮＤに結合される、第２トランジスタと
をさらに含む、請求項６に記載の蛍光ランプ回路。
【請求項８】
前記発振ドライバが、
ドレインと、ゲートと、ソースとを有する第１トランジスタであって、該第１トランジスタの該ドレインが、前記電圧調整器の前記第１出力に結合され、該第１トランジスタの該ゲートが、前記ドライバ回路の前記第１出力に結合され、該第１トランジスタの該ソースが、ＧＲＯＵＮＤに結合される、第１トランジスタと、
ドレインと、ゲートと、ソースとを有する第２トランジスタであって、該第２トランジスタの該ドレインが、該電圧調整器の前記第２出力に結合され、該第２トランジスタの該ゲートが、該ドライバ回路の前記第２出力に結合され、該第２トランジスタの該ソースが、ＧＲＯＵＮＤに結合される、第２トランジスタと
をさらに含む、請求項６に記載の蛍光ランプ回路。
【請求項９】
前記振幅フィードバック回路が、
第１ダイオードおよび第２ダイオードであって、該第１ダイオードおよび該第２ダイオードのそれぞれが、アノード端およびカソード端を有し、該第１ダイオードの該アノード端が、ＧＲＯＵＮＤに結合され、該第１ダイオードの該カソード端が、前記ランプおよび該第２ダイオードの該アノード端に結合される、第１ダイオードおよび第２ダイオードと、
該第２ダイオードの該カソード端と前記電圧調整器の前記第２入力との間に結合された抵抗器と、
該第２ダイオードの該カソード端とＧＲＯＵＮＤとの間に結合された可変抵抗器と、
該電圧調整器の該第２入力とＧＲＯＵＮＤとの間に結合されたキャパシタと
を含む、請求項５に記載の蛍光ランプ回路。
【請求項１０】
前記発振ドライバが、
第１電力入力と、第２電力入力と、反転入力と、非反転入力と、出力とを有する高利得回路であって、該第１電力入力が、前記電圧調整器の前記第１出力に結合され、該第２電力入力が、該電圧調整器の前記第２出力に結合され、該反転入力が、ＤＣ電位のソースに結合され、該非反転入力が、前記周波数フィードバック回路の前記出力に結合される、高利得回路と、
該高利得回路の該出力に結合された入力と、前記セラミック変圧器の前記第１入力に結合された出力とを有する利得段と
をさらに含み、
該発振ドライバの前記第２出力が、ＧＲＯＵＮＤに結合される、請求項５に記載の蛍光ランプ回路。
【請求項１１】
前記高利得回路が、コンパレータを含む、請求項１０に記載の蛍光ランプ回路。
【請求項１２】
前記高利得回路が、演算増幅器を含む、請求項１０に記載の蛍光ランプ回路。
【請求項１３】
前記周波数フィードバック回路が、帯域通過フィルタを含む、請求項１０に記載の蛍光ランプ回路。
【請求項１４】
前記帯域通過フィルタが、前記セラミック変圧器の共振周波数と実質的に等しい中心周波数を有する、請求項１３に記載の蛍光ランプ回路。
【請求項１５】
直流（ＤＣ）電源およびセラミック変圧器を使用する蛍光ランプを動作させる方法であって、該セラミック変圧器は、第１入力と、第２入力と、第１出力と、第２出力と、共振周波数とを有し、該セラミック変圧器の該第１出力は、蛍光ランプに結合され、該セラミック変圧器の該第２出力は、該第１出力から分離された電圧フィードバック信号を提供し、該ランプは、電流を導電し、該方法が、
該ランプ電流に比例する振幅フィードバック信号を生成することと、
該ＤＣ電源からのＤＣ電圧を調整することと、
該調整されたＤＣ電圧をＡＣ信号に変換することと、
該ＡＣ信号を該セラミック変圧器の該第１入力および該第２入力に供給することと、
該ＡＣ信号の周波数を該共振周波数に同期させるために該電圧フィードバック信号を感知することと、
該振幅フィードバック信号に基づいて該調整されたＤＣ電圧を制御することと
を含み、該感知するステップが、該ランプ電流の振幅とは独立に該共振周波数を感知することをさらに含み、該電圧フィードバック信号の振幅が、該ランプ電流の振幅に比例し、
該感知するステップが、
該電圧フィードバック信号を整流することと、
該整流されたフィードバック信号を受信することによって、該セラミック変圧器の該第２出力における該フィードバック信号の振幅と独立するように該整流されたフィードバック信号の振幅を正規化するために、該セラミック変圧器の共振周波数でＤＣ電位とＧＲＯＵＮＤとの間でスイッチされる振幅を有する出力信号を生成することと
をさらに含む、方法。
【請求項１６】
前記変換するステップは、第１周波数で第１方形波信号および第２方形波信号を生成することを含み、該第１方形波信号および該第２方形波信号が、互いに位相が１８０°ずれており、
前記同期するステップが、該共振周波数に一致するように該第１周波数を調節することを含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光ランプ用の駆動回路に関する。より詳細には、本発明は、ランプ電流振幅を調整するための第１フィードバックループ、および直流から交流へのコンバータ回路を分離した電圧フィードバックを有するセラミック昇圧変圧器の共振周波数に同期させる第２フィードバックループを使用する蛍光ランプ電力供給回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蛍光ランプは、効率的かつ広範囲の可視光を提供するためにますます使用されている。例えば、ラップトップおよびノート型コンピュータなどの携帯コンピュータは、液晶ディスプレイのコントラストまたは輝度を改善するためにバックライトまたはサイドライトのために蛍光ランプを使用している。蛍光ランプは、自動車のダッシュボードを照明するためにも使用されてきたし、バッテリ駆動の非常口照明システムにも使用されることがある。
【０００３】
蛍光ランプは、これらなどの低電圧用途において有用である。なぜならば、白熱ランプに比べて、より効率がよく、より広い範囲にわたって光を照射するからである。特に、携帯コンピュータなどの長いバッテリ寿命を必要とする用途においては、蛍光ランプの効率が上昇することは、バッテリの寿命を延ばしたり、バッテリの重量を低減したり、またはその双方につながる。
【０００４】
上記のような低電圧用途において、蛍光ランプを動作させるために電力供給および制御回路が必要である。蛍光ランプを使用する多くの用途においては、３〜２０ボルトの直流（ＤＣ）源がランプを動作させる電力を供給する。しかし、蛍光ランプは、通常約１０００ボルトの実効値（ＶRMS）の交流（ＡＣ）電源が点灯開始時に必要であり、照明を効率的に維持するためには約２００ボルト以上が必要である。蛍光ランプは、歪みの低い正弦波によって駆動される場合に最も効率的に動作する。蛍光ランプのための励起周波数は、一般的に約２０ｋＨｚ〜約１００ｋＨｚである。したがって、利用できる低電圧ＤＣ入力を蛍光ランプの電力に必要な高電圧、高周波数ＡＣ出力に変換するためには、ＤＣ−ＡＣ電力供給回路が必要である。
【０００５】
図１は、低電圧ＤＣを高電圧、高周波数ＡＣに変換するために使用される公知の蛍光ランプ電力供給回路のブロック図である。図１の回路は、Ｗｉｌｌｉａｍｓの米国特許第５，５４８，１８９号（以下「’１８９特許」）により詳細に記載されている。これは、本明細書中全体において参考として援用される（’１８９特許および本出願は同一人に譲渡される）。ランプ回路１０は、低電圧ＤＣ源１２、電圧調整器１４、ＤＣ−ＡＣコンバータ１６、蛍光ランプ１８、および振幅フィードバック回路２０を含む。低電圧ＤＣ源１２は、回路１０のための電力を提供し、ＤＣ電力の供給源であればいずれのものでもよい。例えば、ラップトップまたはノート型コンピュータなどの携帯コンピュータの場合、ＤＣ源１２は、３〜５ボルトのニッケル−カドミウムまたはニッケル−水素化物バッテリであり得る。あるいは、ランプ回路１０が自動車の計器盤とともに使用される場合、ＤＣ源１２は、１２〜１４ボルトの自動車用バッテリおよび電源であり得る。
【０００６】
ＤＣ源は、低電圧ＤＣを電圧調整器１４に供給する。電圧調整器１４は、線形、またはスイッチング調整器であり得る。効率を最大にするため、スイッチング調整器を使用することができる。’１８９特許は、ＬｉｎｅａｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｍｉｌｐｉｔａｓ、ＣＡ製のＬＴ−１０７２スイッチング調整器を使用する電圧調整器１４を実装することを記載する。しかし、他のデバイスを使用することもできる。
【０００７】
電圧調整器１４は、調整された低電圧ＤＣ出力ＶdcをＤＣ−ＡＣコンバータ１６に与える。ＤＣ−ＡＣコンバータ１６は、蛍光ランプ１８を駆動するために、Ｖdcを十分な大きさの高電圧、高周波数ＡＣ出力ＶACに変換する。ＶACのピーク振幅は、Ｖdcの振幅よりも約５０〜２００倍大きい。’１８９特許に記載されるように、蛍光ランプ１８は、蛍光ランプであればいずれのものでもよい。例えば、携帯コンピュータにおけるディスプレイを照明する場合、蛍光ランプ１８は、冷または熱陰極蛍光ランプであり得る。
【０００８】
電圧調整器１４およびＤＣ−ＡＣコンバータ１６は、高電圧ＡＣ電力を蛍光ランプ１８に送達する。振幅フィードバック回路２０は、蛍光ランプ電流ＩLAMPに比例するフィードバック電圧ＡＦＢを発生する。この電流モードフィードバックは、電流ＩLAMPの大きさの関数として電圧調整器１４の出力を制御する。電圧調整器１４の出力は、順にＤＣ−ＡＣコンバータ１６の出力を制御する。結果として、蛍光ランプ１８によって導電する電流ＩLAMPの大きさ、およびこれによりランプによって発せられる光の強度は、実質的に一定値に調整される。
【０００９】
電流モードフィードバックループにおいて電圧調整器１４とともに蛍光ランプ１８を含めることによって、蛍光ランプの電流および光強度が調整され、入力電力、ランプインピーダンスまたは環境要因の変化にかかわらず実質的に一定に維持される。ランプ回路１０は同様に、低電圧ＤＣ源１２の出力電圧の変動を補償する。これらの特徴は、いくつかの用途において蛍光ランプの有用な寿命を延ばす。
【００１０】
図２は、公知のランプ回路１０のより詳細なブロック図である。特に、コンバータ１６は、自励発振ドライバ回路２２およびセラミック昇圧変圧器２４を含む。自励発振ドライバ回路２２は、電圧調整器１４によって供給される低電圧ＤＣ信号Ｖdcをチョップし、セラミック昇圧変圧器２４に供給される低電圧、高周波数方形波ＡＣ信号Ｖacを生成する。セラミック昇圧変圧器２４は、高い周波数選択性と高い利得昇圧を有するデバイスとして働き、低電圧、高周波数ＡＣ信号Ｖacを高電圧、高周波数ＡＣ信号ＶACに変換する。
【００１１】
図３は、共振周波数ＦRを有するセラミック昇圧変圧器２４についてのインピーダンス対周波数のグラフである。理論的には、セラミック昇圧変圧器２４のインピーダンスは、共振周波数ＦRで０であり、非共振周波数で無限大である。実際には、セラミック昇圧変圧器２４のインピーダンスは、共振周波数で無視できるほどの大きさであり、その他すべての周波数では高い。周波数を共振周波数ＦＲに低い周波数からまたは高い周波数から合わせる場合、インピーダンスは最も低い値に急激にスパイクのように落ちる。このインピーダンススパイクのいずれの側の急峻な非線形ランプは、「スカート」と称されることがある。
【００１２】
特に、共振において、セラミック昇圧変圧器２４の圧電特性は、デバイスを内部インピーダンスが無視できる高利得、昇圧デバイスにする。共振周波数ＦR以外の周波数において、セラミック昇圧変圧器２４は、高インピーダンス回路のようにふるまう（理論的には開回路に近似する）。「スカート」周波数において、セラミック昇圧変圧器２４は、中間範囲のインピーダンスを有する。
【００１３】
したがって、セラミック昇圧変圧器２４は、高選択性、狭範囲フィルタとして機能する。結果として、セラミック昇圧変圧器２４の入力は、実質的な正弦波である必要はない。例えば、Ｖacが共振周波数ＦRで方形波である場合、Ｖacは（フーリエ級数において）、周波数ＦRでの正弦波、かつ周波数ＦＲの奇数次数高調波での無限級数の正弦波として表現される。セラミック昇圧変圧器２４は、ＦRでＶacの正弦波成分を増幅し、より高い周波数高調波を減衰させる。したがって、セラミック昇圧変圧器２４は、低歪み、高電圧、高周波数正弦波のＶACを共振周波数ＦRで発生し、蛍光ランプ１８を最適に駆動するという利点を有する。
【００１４】
自励発振ドライバ回路２２を構成する回路要素は、主としてドライバの発振周波数ｆoscを決定する。理想的には、発振周波数ｆoscは、共振周波数ＦRに等しい。しかし、ドライバ回路２２およびセラミック昇圧変圧器２４の要素許容範囲、環境条件、およびエージングの結果として、発振周波数ｆoscは、共振周波数ＦRから±２０％程度変動し得る。ｆoscが著しく共振から外れる場合、図２のランプ回路１０は、効率的に動作し得ないか、または全く動作しないかであり得る。
【００１５】
’１８９特許の図６に示されるように、公知のランプ回路は、ランプ電流の振幅を制御する手段として、共振を外れる場合の動作に対応する。図４は、共振の場合および共振でない場合の両方の動作を安定に維持するために周波数制御ループを使用する公知のランプ回路のブロック図である。特に、ランプ回路４０は、低電圧ＤＣ源１２、ランプ１８、セラミック昇圧変圧器２４、演算増幅器（オペアンプ）３０、電圧制御発振器（ＶＣＯ）３２、およびドライバ３４を含む。
【００１６】
演算増幅器３０は、低電圧ＤＣ源１２によって与えられる電圧制御信号ＶＣに結合された第１入力２６、およびランプ１８からのフィードバック信号ＦＢに結合された第２入力２８を有する。以下に説明されるように、ＶＣは、ＶＣＯ３２の出力周波数を制御する。演算増幅器３０は、フィードバック信号ＦＢと電圧制御信号ＶＣとの差に比例しＶＣＯ３２の動作周波数を設定するＤＣ電圧信号を発生する。ＶＣＯ３２は、ドライバ３４によって増幅されるＡＣ信号を発生する。ドライバ３４の出力は、セラミック昇圧変圧器２４の入力に結合される。セラミック昇圧変圧器２４は、ランプ１８を駆動するために昇圧、正弦波電圧波形を出力する。フィードバック信号ＦＢは、ランプ電流ＩLAMPに比例し、ランプ駆動を調整するために使用される。
【００１７】
低電圧ＤＣ源１２、演算増幅器３０およびＶＣＯ３２は、ランプ回路４０の発振周波数を制御する。電圧制御信号ＶＣを調節することによって、ランプ回路４０は、ランプ１８をセラミック昇圧変圧器２４の共振周波数ＦRに駆動するように指示され得る。さらに、制御信号ＶＣは、ランプ１８を共振から外すように駆動し、それによりランプ電流ＩLAMPの大きさおよびランプ１８の強度を変化させるために使用され得る。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
このように図４の公知のランプ回路は、複合回路を使用して、ランプ回路４０が回路を使用不可にせずにまたはランプ１８をシャットダウンせずに共振外で動作できることを確実にする。しかし、回路は、ランプ電流の振幅を制御すること、およびドライバの動作周波数をセラミック昇圧変圧器の共振周波数に一致させることの両方を行う簡単な手段を提供しない。
【００１９】
したがって、上記のように、ランプ電流および発振周波数を調整するために振幅フィードバック制御および周波数フィードバック制御を提供するセラミック昇圧変圧器ランプ回路および方法を提供することが望ましい。
【００２０】
さらに、複雑性を最小限にしつつランプ電流および発振周波数を調整するセラミック昇圧変圧器ランプ回路および方法を提供することが望ましい。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、ランプ電流および発振周波数を調整するために振幅フィードバック制御および周波数フィードバック制御を提供するセラミック昇圧変圧器ランプ回路および方法を提供することである。
【００２２】
さらに、本発明の目的は、複雑性を最小限にしつつランプ電流および発振周波数を調整するセラミック昇圧変圧器ランプ回路および方法を提供することである。
【００２３】
これらおよび他の目的は、ランプ電流振幅を調整するための第１フィードバックループ、およびＤＣ−ＡＣコンバータ回路を分離した電圧フィードバックを有するセラミック昇圧変圧器（フィードバック変圧器）の共振周波数に同期させる第２フィードバックループを使用する蛍光ランプ電力供給および制御回路によって、本発明の原理にしたがい、達成される。
【００２４】
特に、ＤＣ源は、ＤＣ−ＡＣコンバータに結合された調整回路に電力を供給する。ＤＣ−ＡＣコンバータの出力は、蛍光ランプを駆動する。ＤＣ−ＡＣコンバータは、同期された発振ドライバによって与えられる低電圧ＡＣ信号を蛍光ランプを動作させるのに十分な高電圧正弦波ＡＣ信号に変換するフィードバック変圧器を含む。フィードバック変圧器は、変圧器の共振周波数で正弦波であるフィードバック信号を提供する。ＤＣ−ＡＣコンバータはまた、フィードバック信号を同期された発振ドライバに結合しドライバをフィードバック変圧器の共振周波数で強制的に動作させる、周波数フィードバック回路を含む。さらに、独立した振幅制御ループは、動作条件およびランプインピーダンスの変化にかかわらずランプ電流の振幅を実質的に一定の値に調整する。
【００２５】
本発明の１つの局面によると、直流（ＤＣ）電源およびセラミック昇圧変圧器とともに使用され、セラミック昇圧変圧器は第１および第２入力、第１および第２出力、ならびに共振周波数を有し、セラミック変圧器の第１出力は蛍光ランプに結合され、セラミック変圧器の第２出力は第１出力から分離した電圧フィードバックを提供する、蛍光ランプ回路であって、ＤＣ電源に結合された電圧調整器と、電圧調整器ならびにセラミック変圧器の第１および第２入力に結合された発振ドライバと、発振ドライバおよびセラミック変圧器の第２出力に結合された周波数フィードバック回路と、ランプおよび電圧調整器に結合された振幅フィードバック回路と、を含む蛍光ランプ回路が提供される。
【００２６】
本発明の１つの実施態様において、上記周波数フィードバック回路が抵抗器を含む。
【００２７】
本発明の１つの実施態様において、上記周波数フィードバック回路が、上記セラミック変圧器の上記第２出力に結合された入力、および出力を有する半波整流器と、半波整流器の出力に結合された入力、および上記発振ドライバに結合された出力を有する反転増幅器と、を含む。
【００２８】
本発明の１つの実施態様において、上記振幅フィードバック回路が、上記ランプに結合された入力、および出力を有する半波整流器と、半波整流器の出力に結合された入力、および上記電圧調整器に結合された出力を有する低域通過フィルタと、を含む。
【００２９】
本発明の１つの実施態様において、上記振幅フィードバック回路が上記半波整流器の上記出力に結合された第１端子、およびＧＲＯＵＮＤに結合された第２端子を有する可変抵抗器を含む。
【００３０】
本発明の１つの実施態様において、上記振幅フィードバック回路が、アノード端およびカソード端をそれぞれに有する、第１および第２ダイオードであって、第１ダイオードのアノード端がＧＲＯＵＮＤに結合され、第１ダイオードのカソード端が上記ランプおよび第２ダイオードのアノード端に結合される、第１および第２ダイオードと、第２ダイオードのカソード端に結合された第１端子、および上記電圧調整器に結合された第２端子を有する、抵抗器と、第２ダイオードのカソード端とＧＲＯＵＮＤとの間に結合された、可変抵抗器と、抵抗器の第２端子とＧＲＯＵＮＤとの間に結合されたキャパシタと、を含む。
【００３１】
本発明の１つの実施態様において、上記発振ドライバが、第１および第２入力ならびに第１および第２出力を含み、発振ドライバの第１および第２出力が上記セラミック変圧器の第１および第２入力にそれぞれ結合され、上記電圧調整器が、第１および第２入力ならびに第１および第２出力を含み、電圧調整器の第１入力が上記ＤＣ電源に結合され、電圧調整器の第１および第２出力が発振ドライバの第１および第２入力にそれぞれ結合され、上記振幅フィードバック回路が、上記ランプに結合された入力、および電圧調整器の第２入力に結合され出力を含む。
【００３２】
本発明の１つの実施態様において、上記発振ドライバがさらに第３入力を含み、上記周波数フィードバック回路が、上記セラミック変圧器の上記第２出力に結合された入力、および発振ドライバの第３入力に結合された出力を含む。本発明の１つの実施態様において、上記発振ドライバが、上記周波数フィードバック回路の上記出力に結合された入力、および出力を有する、同期発振器と、同期発振器の出力に結合された入力、および上記電圧調整器の上記第１および第２出力にそれぞれ結合された第１および第２出力を有する、ドライバ回路と、をさらに含む。
【００３３】
本発明の１つの実施態様において、上記発振ドライバが、上記周波数フィードバック回路の上記出力に結合された入力、および出力を有する、同期発振器と、上記同期発振器の出力に結合された入力、および上記電圧調整器の上記第１および第２出力にそれぞれ結合された第１および第２出力を有する、ドライバ回路と、をさらに含む。
【００３４】
本発明の１つの実施態様において、上記発振ドライバがさらに、第１、第２、および第３端子を有する第１トランジスタであって、第１トランジスタの第１端子が上記電圧調整器の上記第１出力に結合され、第１トランジスタの第２端子が上記ドライバ回路の上記第１出力に結合され、第１トランジスタの第３端子がＧＲＯＵＮＤに結合される、第１トランジスタと、第１、第２、および第３端子を有する第２トランジスタであって、第２トランジスタの第１端子が上記電圧調整器の上記第２出力に結合され、第２トランジスタの第２端子が上記ドライバ回路の上記第２出力に結合され、第２トランジスタの第３端子がＧＲＯＵＮＤに結合される、第２トランジスタと、を含む。
【００３５】
本発明の１つの実施態様において、上記発振ドライバがさらに、ドレイン、ゲート、およびソースを有する第１トランジスタであって、第１トランジスタのドレインが上記電圧調整器の上記第１出力に結合され、第１トランジスタのゲートが上記ドライバ回路の上記第１出力に結合され、第１トランジスタのソースがＧＲＯＵＮＤに結合される、第１トランジスタと、ドレイン、ゲート、およびソースを有する第２トランジスタであって、第２トランジスタのドレインが電圧調整器の上記第２出力に結合され、第２トランジスタのゲートがドライバ回路の上記第２出力に結合され、第２トランジスタのソースがＧＲＯＵＮＤに結合される、第２トランジスタと、を含む。
【００３６】
本発明の１つの実施態様において、上記周波数フィードバック回路が、コレクタ、ベース、およびエミッタを有するバイポーラトランジスタであって、エミッタがＧＲＯＵＮＤに結合される、バイポーラトランジスタと、ＧＲＯＵＮＤに結合されたアノード端、およびバイポーラトランジスタのベースに結合されたカソード端を有する、ダイオードと、上記セラミック変圧器の上記第２出力とバイポーラトランジスタのベースとの間に結合された、第１抵抗器と、ＤＣ電位のソースとバイポーラトランジスタのコレクタとの間に結合された、第２抵抗器と、バイポーラのコレクタと上記発振ドライバの第３入力との間に結合された、第３抵抗器と、を含む。
【００３７】
本発明の１つの実施態様において、上記振幅フィードバック回路が、アノード端およびカソード端をそれぞれに有する第１および第２ダイオードであって、第１ダイオードのアノード端がＧＲＯＵＮＤに結合され、第１ダイオードのカソード端が上記ランプおよび第２ダイオードのアノード端に結合される、第１および第２ダイオードと、第２ダイオードのカソード端と上記電圧調整器の上記第２入力との間に結合された、抵抗器と、第２ダイオードのカソード端とＧＲＯＵＮＤとの間に結合された、可変抵抗器と、電圧調整器の第２端子とＧＲＯＵＮＤとの間に結合されたキャパシタと、を含む。
【００３８】
本発明の１つの実施態様において、上記発振ドライバがさらに、第１および第２電力入力、反転入力、非反転入力、および出力を有する高利得回路であって、第１および第２電力入力が上記電圧調整器の上記第１および第２出力にそれぞれ結合され、反転入力がＤＣ電位のソースに結合され、非反転入力が上記周波数フィードバック回路の上記出力に結合される、高利得回路と、高利得の出力に結合された入力、および上記セラミック変圧器の上記第１入力に結合された出力を有する、電圧段と、を含み、発振ドライバの上記第２出力がＧＲＯＵＮＤに結合される。
【００３９】
本発明の１つの実施態様において、上記高利得回路がコンパレータを含む。
【００４０】
本発明の１つの実施態様において、上記高利得回路が演算増幅器を含む。
【００４１】
本発明の１つの実施態様において、上記フィードバック回路回路が帯域通過フィルタを含む。
【００４２】
本発明の１つの実施態様において、上記帯域通過フィルタが上記セラミック変圧器の発振周波数と実質的に等しい中心周波数を有する。
【００４３】
本発明の１つの実施態様において、上記周波数フィードバック回路が帯域通過フィルタを含む。
【００４４】
本発明の１つの実施態様において、上記帯域通過フィルタが上記セラミック変圧器の共振周波数と実質的に等しい中心周波数を有する。
【００４５】
本発明の別の局面によると、直流（ＤＣ）電源およびセラミック昇圧変圧器を使用する蛍光ランプであって、セラミック昇圧変圧器は第１および第２入力、第１および第２出力、ならびに共振周波数を有し、セラミック変圧器の第１出力は蛍光ランプに結合され、セラミック変圧器の第２出力は第１出力から分離した電圧フィードバック信号を提供し、ラップは電流を導電する、蛍光ランプを動作させる方法であって、ランプ電流に比例する振幅フィードバック信号を発生する工程と、ＤＣ電源からのＤＣ電圧を調整する工程と、調整されたＤＣ電圧をＡＣ信号に変換する工程と、ＡＣ信号をセラミック変圧器の第１および第２入力に供給する工程と、ＡＣ信号の周波数を共振周波数に同期させるために電圧フィードバック信号を感知する工程と、振幅フィードバック信号に基づいて調整されたＤＣ電圧を制御する工程と、を含む方法が提供される。
【００４６】
本発明の１つの実施態様において、上記変換工程は、第１周波数で第１および第２方形波信号を発生させる工程を含み、第１および第２方形波が互いに位相が１８０°ずれており、上記同期工程は、共振周波数に一致するように第１周波数を調節する工程を含む。
【００４７】
本発明の１つの実施態様において、上記感知工程は、上記ランプ電流の振幅に依存しない上記共振周波数を感知する工程をさらに含む。
【００４８】
本発明の１つの実施態様において、上記変換工程は、上記電圧フィードバック信号を帯域通過フィルタリングし、フィルタされたフィードバック信号を提供する工程と、フィルタリングされたフィードバック信号とＤＣ基準信号との差を増幅することによって上記ＡＣ信号を発生する工程と、を含む。
【００４９】
【発明の実施の形態】
本発明の上記および他の目的および利点は、以下の詳細な説明を添付の図面とともに考慮すると、明らかとなる。添付の図面において、同様の参照記号は、全体を通して同様の部分を参照する。
【００５０】
図５は、本発明のランプ回路の例示的実施態様である。ランプ回路７０は、低電圧ＤＣ源１２、電圧調整器４２、ＤＣ−ＡＣコンバータ４４、ランプ１８、および振幅フィードバック回路２０を含む。電圧調整器４２は、多くの市販される線形またはスイッチング調整器のいずれを含んでもよい。例えば、電圧調整器４２は、ＬｉｎｅａｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｍｉｌｐｉｔａｓ、ＣＡ製のＬＴ−１３７５スイッチング調整器を使用して、実施され得る。公知のランプ回路１０のように、電圧調整器４２は、調整された低電圧ＤＣ出力Ｖ1をＤＣ−ＡＣコンバータ４４に与える。ＤＣ−ＡＣコンバータ４４は、Ｖ1を蛍光ランプ１８を駆動するのに十分な高電圧、高周波数ＡＣ出力Ｖ3に変換する。しかし、ランプ回路１０と異なり、ランプ回路７０は、周波数フィードバック制御および振幅フィードバック制御の両方を提供する。
【００５１】
振幅フィードバック制御を以下により詳細に説明する。周波数フィードバック制御は、ＤＣ−ＡＣコンバータ回路４４によって提供される。ＤＣ−ＡＣコンバータ回路４４は、発振ドライバ４６、フィードバック変圧器４８、および周波数フィードバック回路５０を含む。発振ドライバ４６は、端子５２1および５２2で電圧調整器４２の出力に結合された第１および第２入力、端子５４1および５４2でフィードバック変圧器４８の入力に結合された第１および第２出力、端子５８で周波数フィードバック回路５０の出力ＦＦＢに結合された第３入力を有する。発振ドライバ４６は、端子５２1と５２2との間の低電圧ＤＣ信号Ｖ1を入力端子５４1と５４2との間の低電圧ＡＣ信号Ｖ2に変換する。Ｖ2は、端子５８で出力ＦＦＢの周波数に同期される。
【００５２】
フィードバック変圧器４８は、端子５６でランプ１８に結合された出力信号Ｖ3、および電圧フィードバック端子６０で周波数フィードバック回路５０の入力に結合された周波数フィードバック出力ＶFBを提供する。Ｖ2が共振周波数ＦRでＡＣ信号である場合、フィードバック変圧器４８は、出力端子５６において共振周波数ＦRで高電圧出力信号Ｖ3を発生し、電圧フィードバック端子６０で周波数フィードバック出力ＶFBを発生する。周波数フィードバック出力ＶFBは、共振周波数ＦRでのＡＣ信号であり、出力端子５６での負荷のいかなる変化にも依存しない。フィードバック変圧器４８入力対出力電圧利得Ｇは、次式で与えれる。
【００５３】
【式１】
0004761598.tif 000002
【００５４】
フィードバック変圧器４８を以下により詳細に説明する。
【００５５】
周波数フィードバック回路５０は、周波数フィードバック出力ＶFBに比例するＡＣ出力ＦＦＢを提供する。ＦＦＢは、フィードバック変圧器４８の共振周波数ＦRに発振ドライバ４６を同期させるために端子５８で発振ドライバ４６の第３入力に結合される。これらの接続は、ランプ回路７０の動作周波数を調整する周波数制御ループを閉じる。したがって、フィードバック変圧器４８の共振周波数がエージング、温度、または動作条件の結果としてＦR’に変化する場合、ＶFBおよびＦＦＢの周波数はまた、ＦR’に変化し、発振ドライバ４６の出力にフィードバック変圧器４８の共振周波数を追随させる。
【００５６】
図６Ａおよび図６Ｂは、本発明のランプ回路とともに使用されるフィードバック変圧器の一例を示す。フィードバック変圧器４８は、圧電板２００、第１入力電極２０２、第２入力電極２０４、フィードバック電極２０６、および出力電極２０８から構成される。入力端子５４1および５４2は、第１および第２入力電極２０２および２０４にそれぞれ接続される。電圧フィードバック端子６０および出力端子５６は、フィードバック電極２０６および出力電極２０８にそれぞれ接続される。
【００５７】
圧電板２００は、駆動部２１６および被駆動部２１８を含む。被駆動部２１８は、非分極誘電部２２０、電圧フィードバック部２２２、および通常分極誘電部２２４を含む。非分極誘電部２２０は、駆動部２１６に隣接し、電圧フィードバック部２２２は、非分極誘電部２２０と通常分極誘電部２２４との間に配置される。
【００５８】
駆動部２１６は、緑のセラミックテープからなる複数の層２２８、およびセラミックテープからなる層２２８の間に配置された複数の電極２１２を含む。層２２８の各々は、厚さｔを有する。同様に、被駆動部２１８は、緑のセラミックテープからなる複数の層２１０、およびセラミックテープからなる層２１０の間に配置された複数の電極２１４を含む。層２１０の各々は、厚さｔを有する。
【００５９】
電極２１２および２１４は、特に、銀または銀パラジウムであり得る。図６Ａおよび図６Ｂには７つの層２１０および２２８を示すが、層数Ｎは、７より小さくても大きくてもよい。以下により詳細に説明されるように、フィードバック変圧器４８の開回路利得Ｇは、Ｎに比例する。
【００６０】
層２１０および２２８ならびに電極２１２および２１４は、積層され、圧力下で加熱され、積層セラミック変圧器を形成する。第１入力電極２０２は、圧電板２００の上面および裏面（図示せず）上に形成される。第２入力電極２０４は、圧電板２００の前面および底面（図示せず）上に形成される。フィードバック電極２０６は、圧電板２００の上面および裏面（図示せず）上に形成される。出力電極２０８は、圧電板２００の第１端面上に形成される。図６Ｂに示されるように、第１入力電極２０２は、電極２１２2、２１２4、および２１２6に共通に接続し、第２入力電極２０４は、電極２１２1、２１２3、および２１２5に共通に接続する。同様に、フィードバック電極は、電極２１４1−２１４6に共通に接続する。
【００６１】
層２１０および２２８は、矢印２２６によって示されるように圧電板２００の厚さ方向に分極される。通常分極誘電部２２４は、矢印２３０によって示されるように、厚さ方向の法線方向に分極される。
【００６２】
フィートバック変圧器４８は、長さがＬ、幅がＷ、および高さがＨである。駆動部２１６および被駆動部２１８は、それぞれ長さがＬ1およびＬ2であり、それぞれ長さＬの約半分である。非分極誘電部２２０は、長さがＬ3である。この長さは、駆動部２１６と電圧フィードバック部２２２との間の容量結合を最小限にするのに十分な大きさである。特に、長さＬ3は、圧電板２００を形成する誘電テープの厚さｔより約４倍大きい。電圧フィードバック部２２２は、長さがＬ4であり、Ｌ4は長さＬ2の約半分である。通常分極誘電部２２４は、長さが所定値Ｌ5であり、この値は、以下に説明するように、フィードバック変圧器４８の開回路利得に比例する。フィードバック変圧器４８におけるスプリアス振動を除去するために、幅Ｗは長さＬの約１／４より小さくするべきである。高さＨは、Ｎ×ｔに等しく、ランプ回路が使用される用途についてのサイズ拘束条件によって一般に決定される値を有する。高さＨは、約０．１インチのオーダーである。
【００６３】
ＡＣ電圧Ｖ2が入力端子５４1と５４2との間に印加されると、駆動部２１６は圧電振動を発生する。非分極誘電部２２０は、圧電振動を駆動部２１６から電圧フィードバック部２２２および通常分極誘電部２２４に伝達する。結果として、通常分極誘電部２２４は、出力端子５６で出力信号Ｖ3を発生し、電圧フィードバック部２２２は、電圧フィードバック端子６０で周波数フィードバック出力ＶFBを生成する。ＶFBはＶOUTから分離している。
【００６４】
フィートバック変圧器４８の開回路利得Ｇは以下の式によって示される。
【００６５】
【式２】
0004761598.tif 000003
【００６６】
ここで、Ｌ5は出力部２２４の長さ、Ｎは層２１０の数、およびｔは各層の厚さである。しがたって、所望の開回路利得Ｇ、層数Ｎ、および厚さｔが既知の場合、通常分極誘電部２２４の長さＬ5は決定され得る。
【００６７】
図７は、図５の例示的ランプ回路のより詳細な模式図である。電圧調整器４２は、制御回路６６（ＬＴ−１３７５など）および出力インダクタ７２および７４を含む。ＬＴ−１３７５を使用して実施する場合、制御回路６６は、フィードバック端子６２、電力端子６８、および出力端子６９を含む。インダクタ７２および７４は、出力端子６９と端子５２1および５２2との間にそれぞれ結合される。
【００６８】
発振ドライバ４６は、トランジスタ７６および７８、ドライバ８０、および同期発振器８２を含む。発振ドライバ４６は、端子５２1および５２2でのＤＣ信号を一対の低電圧略方形波に変換する。特に、制御回路６６ならびにインダクタ７２および７４は端子５２1と５２2との間でＤＣ電圧Ｖ1を発生する。ドライバ８０は、トランジスタ７６および７８を、同期発振器８２によって設定された周波数でオンおよびオフにスイッチングする。結果として、トランジスタ７６および７８は、端子５２1および５２2において信号をＶ1とＧＲＯＵＮＤとの間で「チョップ」し、互いに位相が１８０°ずれた略方形波形を端子５４1および５４2で生成する。
【００６９】
ドライバ８０は、トランジスタ７６および７８のゲートを駆動することのできる、一対の並列インバータなどの従来の相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）ドライバ回路のいずれでもよい。同期発振器８２は、フィードバック変圧器４８の公称共振周波数ＦRで動作するように設計されたが、端子５８に結合された発振ドライバ４６の第３入力に印加された信号に同期され得る、３インバータＣＭＯＳ発振器などの従来の発振器のいずれでもよい。
【００７０】
抵抗器９０は、周波数フィードバック回路５０を形成し、端子５８で周波数フィードバック信号ＦＦＢを提供する。したがって、同期発振器８２は、周波数フィードバック信号ＦＦＢに同期した周波数を有するクロック信号を端子８６で発生する。結果として、ドライバ８０ならびにトランジスタ７６および７８は、フィートバック変圧器４８の共振周波数ＦRに同期したＡＣ信号を端子５４1および５４2で発生する。
【００７１】
振幅フィードバック制御は、ランプ１８および振幅フィードバック回路２０を含む振幅フィードバックループによって提供される。振幅フィードバック回路２０は、ダイオード９２および９４、可変抵抗器９６、抵抗器９８、およびキャパシタ１００を含む。ダイオード９２および９４は、ランプ電流ＩLAMPを半波整流する。ダイオード９４は、ＩLAMPの各サイクルの負部分をＧＲＯＵＮＤへ分流し、ダイオード９２は、ＩLAMPの正部分を導電させる。
【００７２】
端子１０２とＧＲＯＵＮＤとの間に直列に結合された抵抗器９８およびキャパシタ１００は、ＩLAMPの大きさに比例する電圧ＡＦＢを生成する低域通過フィルタを形成する。ＩLAMPは、正弦波であり、したがってＡＦＢは、低域通過フィルタにかけられ、半波整流された正弦波である。ＡＦＢは、端子６２で制御回路６６のフィードバック端子に結合される。上記結合は、電流ＩLAMPの振幅を調整する振幅フィードバック制御ループを閉じる。抵抗器９８およびキャパシタ１００に並列に結合された可変抵抗器９６は、電圧ＡＦＢのＤＣ調節を可能にする。
【００７３】
回路７０を開始した際に、フィードバック端子６２上の電圧ＡＦＢは、一般に、制御回路６６の内部基準電圧（例えば、ＬＴ−１３７５についての２．４２ボルト）より下である。したがって、制御回路６６は、出力端子６９で最大電力を供給する。結果として、インダクタ７２または７４のいずれかが（トランジスタ７６および７８によって制御されるように）電流を導電する。同期発振器８２は、フィードバック変圧器４８の公称共振周波数ＦRで動作する。
【００７４】
同期発振器８２は、フィードバック変圧器４８の共振周波数で動作する場合、フィードバック変圧器４８は、高周波数、高電圧出力を発生し、ランプ１８を発光させる。しかし、同期発振器８２が共振を外れ始めると（例えば、発振エラーの結果として周波数ＦR’≠ＦRのとき）、フィードバック変圧器４８は、周波数ＦRで出力を発生するが、出力の振幅はランプ１８を発光させるほどには十分でない。
【００７５】
フィードバック変圧器４８は、周波数ＦRで周波数フィードバック出力ＶFBを発生する。出力ＶFBは、端子５８で抵抗器９０によって発振ドライバ４６の第３入力に結合される。抵抗器９０は、同期発振器８２の入力抵抗（例えば、１０〜１００ＫΩよりはるかに大きい、非常に大きな値（例えば、１〜１０ＭΩ）を有する。結果として、端子５８での信号は、ＶFBより約４０ｄＢ低い（すなわち、０．０１×ＶFB）。同期発振器８２が共振を外れ（例えば、±２０％）始めるときでさえ、ＶFBおよびＦＦＢは、十分に大きな振幅（例えば、それぞれ１２５〜５００および１．２５〜５ボルトピーク対ピーク）を有するので、同期発振器８２は、変圧器の共振周波数ＦR上にロックすることができる。結果として、発振ドライバ４６は、端子５４1と５４2との間でフィードバック変圧器４８の共振周波数に同期したＡＣ信号Ｖ2を発生する。今度は、フィードバック変圧器４８が、ランプ１８を発光させるために十分なＡＣ出力信号Ｖ3を発生する。
【００７６】
振幅フィードバックループは、電圧調整器４２を、ＤＣ−ＡＣコンバータ４４の出力をランプ１８において一定の電流を維持するために必要な値に強制的に変調させる。しかし、この一定の電流の大きさは、可変抵抗器９６によって変化され得る。ランプ１８の強度は、ランプ電流ＩLAMPの大きさに直接関係するので、可変抵抗器９６は、ランプ１８の強度が強度の所定範囲にわたって滑らかにかつ連続に調節されるようにすることができる。
【００７７】
周波数フィードバック出力ＶFBの振幅は、ＩLAMPの振幅に比例する。特に、ＩLAMPが増加すると、ＶFBおよびＦＦＢは増加し、ＩLAMPが減少すると、ＶFBおよびＦＦＢは減少する。ＩLAMPが低い場合、同期発振器８２は、非常に低い振幅信号をロックしなけらばならない。ＦＦＢの振幅のＩLAMPの振幅に対する依存性を除去するために、ランプ回路７０は、図８に示されるように変更され得る。ランプ回路１１０は、周波数フィードバック回路５０が周波数フィードバック出力ＶFBの振幅に独立した周波数フィードバック信号ＦＦＢの振幅を正規化する強化されたフィードバック回路１１４に置き換えられた以外は、ランプ回路７０と同一である。
【００７８】
強化された周波数フィードバック回路１１４は、抵抗器１１６、１１８、および１２４、バイポーラトランジスタ１２２、ダイオード１２８、および電圧源ＶDRIVEを含む。抵抗器１１６は、端子５８の発振ドライバ４６の第３入力と端子１２０のバイポーラトランジスタ１２２のコレクタとの間に結合される。バイポーラトランジスタ１２２は、そのコレクタが電流制限抵抗器１１８を介してＶDRIVEに結合され、そのベースが電流制限抵抗器１２４を介して周波数フィードバック出力ＶFBに端子１２６で結合され、そのエミッタがＧＲＯＵＮＤに結合される。ダイオード１２８は、ＧＲＯＵＮＤに結合されるアノード端、および端子１２６でトランジスタ１２２のベースに結合されるカソード端を有する。ＶDRIVEは、論理ＨＩＧＨ電位（例えば、＋５ボルト）を有するＤＣ電圧源である。
【００７９】
ダイオード１２８は、ＶFBの各サイクルの負部分をＧＲＯＵＮＤに分流することによって周波数フィードバック出力ＶFBを半波整流する。整流された信号は、トランジスタ１２２のベースに結合される。トランジスタ１２２は、整流された信号ＶFBを増幅し、フィードバック変圧器４８の共振周波数でＨＩＧＨとＧＲＯＵＮＤとの間でスイッチングする出力を端子１２０で発生する。抵抗器１１６は、増幅された信号を第３出力に端子５８で結合する。トランジスタ１２２の利得は、ＩLAMPの振幅および周波数フィードバック出力ＶFBの変動にもかかわらずＨＩＧＨとＧＲＯＵＮＤとの間で周波数フィードバック信号ＦＦＢのスイッチングを可能にする。
【００８０】
図９は、本発明のランプ回路の別の例示的実施態様を示す。ランプ回路３００は、低電圧ＤＣ源３１２、電圧調整器３４２、増幅器３１４、電力段３１６、フィードバック変圧器４８、帯域通過フィルター３１８、ランプ１８、振幅フィードバック回路２０、およびＤＣ電圧源ＶBIASを含む。ＤＣ源３１２は、低電圧ＤＣ（通常、１２Ｖ）を電圧調整器３４２に供給する。電圧調整器３４２は、多くの市販の線形またはスイッチング調整器のいずれをふくんでもよい。例えば、電圧調整器３４２は、ＬＴ−１３７５スイッチング調整器を使用して実施され得る。電圧調整器３４２は、端子３５２1と３５２2との間に調整されたＤＣ出力Ｖ1（通常、５Ｖ）を与える。
【００８１】
増幅器３１４、電力段３１６、および電源ＶBIASは、端子３５４1と３５４2との間に高電圧出力信号Ｖ2を周波数ＦRで与える、発振ドライバ３４６を形成し、ランプ１８を駆動する。増幅器３１４は、ＬＴ１０１１コンパレータなどの高利得コンパレータ、またはＬＴ１１２２などの広帯域増幅器であり得る。ＬＴ１０１１およびＬＴ１１２２は両方とも、ＬｉｎｅａｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｍｉｌｐｉｔａｓ、ＣＡ製である。
【００８２】
増幅器３１４は、電力供給端子３５２1および３５２2、出力端子３２２、反転入力端子３２０、および非反転入力端子３５８を有する。調整器３４２の出力Ｖ1は、電力を増幅器３１４に供給する。反転入力端子３２０は、ＤＣ電圧ＶBIAS（通常、１Ｖ）に結合され、非反転入力端子３５８は、帯域通過フィルタ３１８の出力ＶFILTに結合される。増幅器３１４は、高入力インピーダンスおよび低出力インピーダンスを有し、ＡＣ出力信号（通常、５Ｖｐ−ｐ）を端子３２２で約１〜１０ｍＷで提供する。フィードバック変圧器４８の入力を駆動するのに十分な電力を提供するために、電力段３１６は、電流利得段を含み、端子３５４1と３５４2との間にＡＣ出力信号（通常、５Ｖｐ−ｐ）を約１〜１０Ｗで提供する。
【００８３】
フィードバック変圧器４８は、端子３５６で出力信号Ｖ3を提供し、また周波数フィードバック出力ＶFBを提供する。ＶFBは、所望の動作周波数ＦR以外の周波数で有効な振幅および位相成分を有する。ランプ回路３００は、ＦRに中心のある通過帯域を有する帯域通過フィルタ３１８を含み、約２０ｄＢの減衰を（通過帯域に対して）０．５×ＦRより小さく、かつ２×ＦRより大きい周波数で提供する。帯域通過フィルタ３１８は、離散的抵抗器およびキャパシタからなる従来の帯域通過フィルタ（例えば、ツインＴフィルタ）のいずれでもよいが、フィルタはまたアクティブモノリシック集積回路を含んでもよい。
【００８４】
通常ＶFBは、実効値５０Ｖのオーダーであり得るので、帯域通過フィルタ３１８の要素は、そのような大きな電圧レベルを扱い得るものでなけらばならない。さらに、増幅器３１４の入力信号範囲に一致するために、帯域通過フィルタ３１８は、出力電圧ＶFILTが周波数ＦRで実効値約２Ｖとなるような十分な通過帯域減衰（例えば、−２８ｄＢ）を提供するべきである。
【００８５】
回路３００の開始時、回路ノイズ、または何か他の適切な開始信号が、周波数フィードバック出力ＶFBに、フィードバック変圧器４８の所望の共振周波数ＦRでの成分を含む多くの周波数成分を有する信号を生じさせる。帯域通過フィルタ３１８は、周波数ＦRに実質的に有力な成分を有する出力ＶFILTを端子３５８で提供する。結果として、増幅器３１４および電力段３１６は、フィードバック変圧器４８の共振周波数ＦRに同期したＡＣ信号を端子３５４1と３５４2との間で発生する。今度は、フィードバック変圧器４８が、ランプ１８を発光させるのに十分なＡＣ出力信号を端子３５６で発生する。
【００８６】
バッテリなどの低電圧直流（ＤＣ）電源から蛍光ランプを駆動するための電圧供給および制御回路が提供される。回路は、低電圧ＤＣを高電圧交流（ＡＣ）に変換するコンバータを含む。コンバータは、ＡＣ信号をランプを発光させるのに十分なレベルに増幅させるフィードバックセラミック昇圧変圧器を含み、また変圧器の共振周波数を監視するために使用され得るフィードバック信号を提供する。電力供給および制御回路はまた、ランプ電流振幅を調整する第１フィードバックループ、および変圧器の共振周波数でコンバータを強制的に動作させる第２フィードバックループを含む。
【００８７】
本発明の電力供給および制御回路が上で示され議論されたもの以外の回路構成を使用して実施され得ることは、当業者の理解するところである。そのような変更のすべては、特許請求の範囲によってのみ限定される本発明の範囲内にある。
【００８８】
【発明の効果】
本発明により、ランプ電流および発振周波数を調整するために振幅フィードバック制御および周波数フィードバック制御を提供するセラミック昇圧変圧器ランプ回路および方法が提供される。さらに、複雑性を最小限にしつつランプ電流および発振周波数を調整するセラミック昇圧変圧器ランプ回路および方法が提供される。
【００８９】
この回路により、ランプ電流の振幅を制御すること、およびドライバの動作周波数をセラミック昇圧変圧器の共振周波数に一致させることの両方を簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】公知の蛍光ランプ電力供給および制御回路のブロック図である。
【図２】図１の蛍光ランプ電力供給および制御回路のより詳細なブロック図である。
【図３】図２のセラミック昇圧変圧器の周波数の関数としてのインピーダンスの模式図である。
【図４】公知の別の蛍光ランプ電力供給および制御回路のブロック図である。
【図５】本発明の原理を含むデュアルループ蛍光ランプ電力供給および制御回路のブロック図である。
【図６Ａ】図５のフィードバック変圧器の実施態様の模式図である。
【図６Ｂ】図５のフィードバック変圧器の実施態様の模式図である。
【図７】図５のデュアルループ蛍光ランプ電力供給および制御回路の例示的実施態様の模式ブロック図である。
【図８】図５のデュアルループ蛍光ランプ電力供給および制御回路の別の例示的実施態様の模式ブロック図である。
【図９】本発明の原理を含むデュアルループ蛍光ランプ電力供給および制御回路の別の例示的実施態様の模式ブロック図である。
【符号の説明】
１０、４０、７０、１１０、３００  ランプ回路
１２、３１２  低電圧ＤＣ源
１４、４２、３４２  電圧調整器
１６  ＤＣ−ＡＣコンバータ
１８  ランプ
２０  振幅フィードバック回路
２２  自励発振ドライバ
２４  セラミック変圧器
２６  第１入力
２８  第２入力
３２  ＶＣＯ
３０、３１４  増幅器
３４  ドライバ
４４、３４４  ＤＣ−ＡＣコンバータ
４６、３４６  発振ドライバ
４８  フィードバック変圧器
５０  周波数フィードバック回路
５２1、５２2、５４1、５４2、５６、５８、６４、３５２1、３５２2、
３５４1、３５４2、３５６、３５８、３６４  端子
６０、３６０  電圧フィードバック端子
６２  フィードバック端子
６６  制御回路
６８  電力端子
６９  出力端子
７２、７４  インダクタ
７６、７８  トランジスタ
８０  ドライバ
８２  同期発振器
８６  端子
９０、９８、１１６、１１８、１２４、  抵抗器
９２、９４、１２８  ダイオード
９６  可変抵抗器
１００  キャパシタ
１１４  フィードバック回路
１２２  バイポーラトランジスタ
２００  圧電板
２０２  第１入力電極
２０４  第２入力電極
２０６  フィードバック電極
２０８  出力電極
２１０1、２１０2、２１０3、２１０4、２１０5、２１０6、２１０7 層
２１２1、２１２2、２１２3、２１２4、２１２5、２１２6 電極
２１６  駆動部
２１８  被駆動部
２２０  非分極誘電部
２２２  電圧フィードバック部
２２４  通常分極誘電部
２２６、２３０  矢印
２２８1、２２８2、２２８3、２２８4、２２８5、２２８6、２２８7 層
３１６  電力段
３１８  帯域通過フィルタ
３２０  反転入力端子
３２２  出力端子
３５２1、３５２2 電力供給端子
３５８  非反転入力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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