(57)【要約】スイッチを具備し、高周波の交流電流を生成する直流−交流変換器によりランプは動作される。ランプ電流の各半周期において、前記ランプの両端の電圧は、調整可能な時間間隔の間反転される。前記ランプは、前記時間間隔を調整することにより不安定さなしに調光され得る。
2004501499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数ｆの交流電流をランプに供給する回路装置であり、当該回路装置が、
・  当該回路装置を直流電圧を供給する供給電圧源に接続するための入力端子と、
・  第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子の直列配列を含む第１分岐と、
・  前記スイッチング素子の各々の制御電極に結合される、該スイッチング素子を導通状態及び非導通状態にするための制御回路と、
・  前記ランプを収容するための端子及び誘導性素子の直列配列を具備し、前記スイッチング素子のうちの１つを分路する負荷分岐とを有する直流−交流変換器を具備する回路装置であって、前記ランプの動作中、前記制御回路が、
・  前記制御信号の各第１半周期において、連続的に、第１時間間隔、第２時間間隔及び第３時間間隔の間前記第１スイッチング素子を各々導通状態、非導通状態及び導通状態にし、前記第２スイッチング素子は、前記第１スイッチング素子が導通してない場合に常に導通しており、前記第１スイッチング素子が導通している場合に常に導通していないようにし、
・  前記制御信号の各第２半周期において、連続的に、第４時間間隔、第５時間間隔及び第６時間間隔の間前記第２スイッチング素子を各々導通状態、非導通状態及び導通状態にし、前記第１スイッチング素子は、前記第２スイッチング素子が導通してない場合に常に導通しており、前記第２スイッチング素子が導通している場合に常に導通していないようにする、周波数ｆの制御信号を生成し、前記制御回路が、前記第２時間間隔及び前記第５時間間隔の長さを設定するための調光回路を更に具備することを特徴とする回路装置。
【請求項２】
前記第２時間間隔の長さが前記第５時間間隔の長さに等しい請求項１に記載の回路装置。
【請求項３】
前記第２時間間隔及び前記第５時間間隔を０乃至Ｔ／６の範囲内で調整することができ、ここで、Ｔは前記制御信号の１周期の長さである請求項２に記載の回路装置。
【請求項４】
前記第２時間間隔及び前記第５時間間隔をＴ／６乃至Ｔ／２の範囲内で調整することが出来る請求項２に記載の回路装置。
【請求項５】
Δｔ２及びΔｔ５の各調整可能な値に対してΔｔ１／Δｔ３＝１且つΔｔ４／Δｔ６＝１であり、ここで、Δｔ１乃至Δｔ６は各々前記第１時間間隔乃至前記第６時間間隔の長さである請求項１に記載の回路装置。
【請求項６】
前記調光回路が、前記制御信号の各第１半周期内で前記第２時間間隔が始まる時点を設定し、前記制御信号の各第２半周期内で前記第５時間間隔が始まる時点を設定するための回路部も具備する請求項１に記載の回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数ｆの交流電流をランプに供給する回路装置であり、当該回路装置が、
・  当該回路装置を直流電圧を供給する供給電圧源に接続するための入力端子と、
・  第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子の直列配列を含む第１分岐と、
・  前記スイッチング素子の各々の制御電極に結合される、該スイッチング素子を導通状態及び非導通状態にするための制御回路と、
・  前記ランプを収容するための端子及び誘導性素子の直列配列を具備し、前記スイッチング素子のうちの１つを分路する負荷分岐とを有する直流−交流変換器を具備する回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
斯様な回路装置は欧州特許ＥＰ０３２３６７６に開示されている。斯様な回路装置においては、ランプによって消費される電力が、例えば、制御信号の周波数ｆを調整することにより調整され得る。ランプによって消費される電力を調整するこの方式の不利な点は、制御信号の周波数とランプによって消費される電力との間の関係が該ランプによって消費される電力の範囲全体にわたって一義的ではないことにある。とりわけ、ランプによる電力消費が比較的低い場合に、このことはランプの動作における不安定さの原因となり得る。ランプによって消費される電力を調整する別の可能性は、制御信号の周波数が一定のままで、制御信号の各周期においてスイッチング素子が導通している期間を調整することにある。これは対称的に行われ得る。このことは、スイッチング素子の各々が制御信号の各周期において等しい期間の間導通していることを意味する。しかしながら、これは非対称的にも行われ得る。このことは、制御信号の各周期において、第１スイッチング素子が導通している時間間隔が、第２スイッチング素子が導通している時間間隔と等しくないことを意味する。更に、（導通しているスイッチング素子が非導通状態にされ、導通していないスイッチング素子が導通状態にされる間の非常に短い時間間隔を除いて）制御信号の周期において如何なる瞬間にもスイッチング素子のうちの１つが導通している状況と、どちらのスイッチング素子も導通していない間の時間間隔がある状況との区別をつけることも出来る。実際には、スイッチング素子を非対称的に駆動することは、ランプによって消費される電力のある予測不能な値に対して、ランプにおける不安定さの原因となることが分った。スイッチング素子が対称的に駆動される場合、制御信号の１周期における各スイッチング素子が導通している長さの減少は、制御信号の各周期中に両スイッチング素子が導通していない時間間隔があることを意味する。このスイッチング素子を駆動する方式も、ランプによって消費される電力の値は予測可能であるが、ランプにおける不安定さの原因となることが分った。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、ランプにおいて不安定さを生じさせることなく、前記ランプによって消費される電力を比較的大きな範囲で調整することが出来る回路装置を提供することにある。
【０００４】
これを達成するため、冒頭の段落に記載の回路装置は、本発明によれば、ランプの動作中、制御回路が、周波数ｆの制御信号を、
・  前記制御信号の各第１半周期において、連続的に、各々第１時間間隔、第２時間間隔及び第３時間間隔の間に第１スイッチング素子を導通状態、非導通状態及び導通状態にし、第２スイッチング素子は、前記第１スイッチング素子が導通してない場合に常に導通しており、前記第１スイッチング素子が導通している場合に常に導通していないようにし、
・  前記制御信号の各第２半周期において、連続的に、各々第４時間間隔、第５時間間隔及び第６時間間隔の間に前記第２スイッチング素子を導通状態、非導通状態及び導通状態にし、前記第１スイッチング素子は、前記第２スイッチング素子が導通してない場合に常に導通しており、前記第２スイッチング素子が導通している場合に常に導通していないようにするために生成し、
・  前記制御回路が、前記第２時間間隔及び前記第５時間間隔の長さを設定するための調光回路（ｄｉｍｍｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ）を更に具備することを特徴とする。
【０００５】
本発明による回路装置の動作中、制御信号は、スイッチング素子を交互に導通状態及び非導通状態にする。前記制御信号の各第１半周期の間、負荷分岐における電流、従ってランプを介する電流は、第１分極方向（ｆｉｒｓｔ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）において測定される平均値を持つ。前記制御信号の各第２半周期の間、前記負荷分岐における電流、従って前記ランプを介する電流は、第２分極方向において測定される平均値を持つ。この結果、周波数ｆの交流電流が前記負荷分岐中を流れる。連続して、導通しているスイッチング素子が非導通状態にされ、導通していないスイッチング素子が導通状態にされる間の非常に短い時間間隔を除けば、前記制御信号の１周期の如何なる瞬間にもスイッチング素子のうちの１つは導通している。第２時間間隔の長さ及び第５時間間隔の長さが共に零である場合には、前記ランプによって消費される電力が最大となり、前記スイッチング素子のうちの１つが前記制御信号の各半周期の間継続的に導通している。調光回路が前記第２時間間隔の長さ及び前記第５時間間隔の長さを零と等しくない値に設定する場合には、前記負荷分岐の両端の電圧の形状が、この電圧の基本波期間（ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｔｅｒｍ）（周波数ｆの期間（ｔｅｒｍ））の振幅が減少するように変えられる。この結果、前記負荷分岐によって消費される電力及び前記ランプによって消費される電力も減少する。前記負荷分岐の両端の電圧の前記基本波期間の振幅は、前記第２時間間隔及び前記第５時間間隔がより長く継続するにつれて、更に減少する。この結果、前記ランプによって消費される電力も減少する。前記ランプによる最小電力消費は、前記第２時間間隔及び前記第５時間間隔の両方の長さをＴ／６と等しくすることにより設定され得る。ここで、Ｔは制御信号の１周期の長さである。本発明による回路装置は、前記ランプにおいて不安定さが発生することなしに、該ランプによって消費される電力が比較的大きな範囲で調整されることを可能にすることが分った。
【０００６】
第２時間間隔の長さが第５時間間隔の長さに等しい本発明による回路装置の実施例では、申し分のない結果が達成されている。前記第２時間間隔及び前記第５時間間隔は、０乃至Ｔ／６の範囲内で調整可能になされ得る。上記のように、ここで、Ｔは制御信号の１周期の長さである。しかしながら、他の例においては、前記第２時間間隔及び前記第５時間間隔をＴ／６乃至Ｔ／２の範囲内で調整可能にすることが可能である。後者の場合には、前記第２時間間隔及び前記第５時間間隔の両方がＴ／２に等しい長さを持つ場合にランプによって消費される電力が最大となる。
【０００７】
本発明による回路装置の第１の好ましい実施例においては、Δｔ２及びΔｔ５の各調整可能な値に対して、Δｔ１／Δｔ３ ＝ １且つΔｔ４／Δｔ６ ＝ １であり、ここで、Δｔ１乃至Δｔ６は各々第１時間間隔乃至第６時間間隔の長さである。第２時間間隔は制御信号の第１半周期の中央にあり、第５時間間隔は前記制御信号の第２半周期の中央にあるので、前記第２時間間隔及び前記第５時間間隔の長さは大きな範囲で設定され得る。
【０００８】
本発明による回路装置の第２の好ましい実施例においては、調光回路が、制御信号の各第１半周期内で第２時間間隔が始まる時点を設定し、前記制御信号の各第２半周期内で第５時間間隔が始まる時点を設定するための回路部ＦＴを付加的に具備する。所定の長さの前記第２時間間隔及び前記第５時間間隔において、ランプによる電力消費は連続する半周期中のこれらの時間間隔が始まる時点に多少依存することが分った。斯くして、前記回路部ＦＴは、前記ランプによる電力消費が非常に正確に調整されることを可能にする。
【０００９】
本発明のこれら及び他の特徴を以下に記載の実施例を参照して説明し、明らかにする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１において、Ｋ１及びＫ２は、低周波交流電圧を供給する供給電圧源に接続される端子を示している。端子Ｋ１及びＫ２は、ダイオード・ブリッジにより形成される整流手段ＧＭの各々の入力部に接続される。整流手段ＧＭの各々の出力部は、直流電圧を供給する供給電圧源に接続される入力端子Ｋ５及びＫ６に接続される。入力端子Ｋ５及びＫ６は、バッファコンデンサであるコンデンサＣ１により互いに接続される。直流電圧を供給する供給電圧源は、この例においては、交流電圧を供給する供給電圧源、端子Ｋ１及びＫ２、整流手段ＧＭ、並びにコンデンサＣ１によって形成される。コンデンサＣ１は、第１スイッチング素子Ｓ１及び第２スイッチング素子Ｓ２の直列配列によって分路される。この直列配列は、この例においては第１分岐を形成する。Ｓｃは、ランプの動作中に、
−制御信号の各第１半周期において、連続的に、第１時間間隔、第２時間間隔及び第３時間間隔の間第１スイッチング素子を各々導通状態、非導通状態及び導通状態にし、第２スイッチング素子は、第１スイッチング素子が導通してない場合に常に導通しており、第１スイッチング素子が導通している場合に常に導通していないようにし、
−制御信号の各第２半周期において、連続的に、第４時間間隔、第５時間間隔及び第６時間間隔の間第２スイッチング素子を各々導通状態、非導通状態及び導通状態にし、第１スイッチング素子は、第２スイッチング素子が導通してない場合に常に導通しており、第２スイッチング素子が導通している場合に常に導通していないようにするための周波数ｆの制御信号を生成する制御回路である。更に、制御回路Ｓｃは、第２時間間隔及び第５時間間隔の長さを設定する調光回路を具備し、制御信号の各第１半周期内で第２時間間隔が始まる時点を設定し、制御信号の各第２半周期内で第５時間間隔が始まる時点を設定するための回路部ＦＴを有する。制御回路Ｓｃの各々の出力部は、各々のスイッチング素子の制御電極に接続される。スイッチング素子Ｓ２は、コイルＬ１、端子Ｋ３、コンデンサＣ３、端子Ｋ４及びコンデンサＣ２の直列配列により形成される負荷分岐によって分路される。端子Ｋ３及びＫ４はランプを収容する端子である。ランプＬＡはこれらの端子に接続される。コイルＬ１は、この例においては誘導性素子を形成する。
【００１１】
図１に示されている例の動作は以下の通りである。
【００１２】
端子Ｋ１及びＫ２が低周波交流電圧を供給する供給電圧源の電極に接続されると、この低周波交流電圧が、整流手段ＧＭにより整流され、直流電圧が、コンデンサＣ１の両端に、従って入力端子Ｋ５と入力端子Ｋ６との間に印加される。制御回路Ｓｃは、スイッチング素子の各々を交互に導通状態及び非導通状態にするための周波数ｆの制御信号を生成する。ランプによって消費される電力が最大である場合には、制御信号が図２Ａに示されているように形成される。この図は、制御信号の１周期の長さがＴであり、制御信号が略々Ｔ／２に等しい期間の間スイッチング素子Ｓ１及びＳ２を導通状態にし、如何なる時点においても前記スイッチング素子のうちの１つしか導通していないことを示している。ランプによる電力消費が最大値より低くなるように設定される場合には、制御信号の形状が図２Ｂに示されているようになる。この図は、制御信号の１周期Ｔがここでは６つの連続する時間間隔に分割されることを示しており、それらの時間間隔は、図２ＢにおいてはΔｔ１乃至Δｔ６として示されている。これらの時間間隔の各々の間、スイッチング素子の１つは導通しており、他のスイッチング素子は導通していない。第２時間間隔及び第５時間間隔の長さは、制御装置のユーザにより０とＴ／６との間で設定され得る。制御信号の第２半周期は反転した第１半周期に等しい。第２時間間隔Δｔ２の間のコイルＬ１及びランプＬＡの直列配列の両端の電圧は、第１時間間隔Δｔ１及び第３時間間隔Δｔ３の間のこの直列配列の両端の電圧と反対である。また、第５時間間隔Δｔ５の間のコイルＬ１及びランプＬＡの直列配列の両端の電圧は、第４時間間隔Δｔ４及び第６時間間隔Δｔ６の間のこの直列配列の両端の電圧と反対である。この結果、負荷分岐の両端の電圧の基本波期間の振幅は減少する。従って、負荷分岐によって消費される電力及びランプによって消費される電力も減少する。第２時間間隔及び第５時間間隔の長さをＴ／６まで増大させることにより、ランプによって消費される電力を低減させることが出来る。Δｔ１／Δｔ３＝１、Δｔ４／Δｔ６＝１、Δｔ２＝Ｔ／６且つΔｔ５＝Ｔ／６である場合、制御信号は対称形をしており、その周波数は３＊ｆに等しいことに留意すべきである。第２時間間隔及び第５時間間隔がＴ／６に等しい場合には、ランプによって消費される電力が最小となる。換言すれば、第２時間間隔及び第５時間間隔が０とＴ／６との間で調整され得る場合には、ランプによって消費される電力の各値が調整され得る。しかしながら、第２時間間隔及び第５時間間隔をＴ／６とＴ／２との間の範囲内で設定することにより、ランプによって消費される電力の各値を設定することも可能である。
【００１３】
他の例においては、ランプによって消費される電力を調整するため、制御信号の各第１半周期内で第２時間間隔が始まる時点を設定し、制御信号の各第２半周期内で第５時間間隔が始まる時点を設定することにより、回路部ＦＴの使用がなされ得る。回路部ＦＴの存在は、ランプによって消費される電力を正確に設定することを可能にする。
【００１４】
図１に示されているようなスイッチング装置の具体的な実施例は、５８ワットの定格出力を持つ（フィリップス製）ＴＬＤタイプの低圧水銀蒸気放電ランプに通電するために使用された。制御信号の周波数ｆ、従ってランプ電流の周波数ｆは、５６ｋＨｚであった。動作中、入力端子Ｋ５と入力端子Ｋ６との間の電圧は略々４１０Ｖであった。コンデンサＣ２の静電容量は２２０ｎＦであり、コンデンサＣ３の静電容量は６８００ｎＦであった。コイルＬ１の誘導値（ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ）は１１００ｍＨであった。図３及び図４においては横軸に沿って時間が０．００１Ｔに等しい単位で描かれており、ここで、Ｔは制御信号の１周期の長さに等しい。ワット単位のランプによって消費される電力が、縦軸に沿って描かれている。図３は、ランプによって消費される電力を第２時間間隔及び第５時間間隔の長さの関数として示している。これらの時間間隔の長さは、全範囲を通して等しくなるよう選ばれる。第２時間間隔は、ｔ＝Ｔ／４の時点を中心に対称形をしており、ここで、Ｔは制御信号の１周期の長さに等しい。第５時間間隔は、ｔ＝３Ｔ／４を中心に対称形をしている。
【００１５】
図４は、第２時間間隔がｔ＝０．２３Ｔを中心に対称形をしており、第５時間間隔がｔ＝０．７３Ｔの時点を中心に対称形をしている場合のランプによって消費される電力を示している。換言すると、第２時間間隔及び第５時間間隔が始まる時点が図３に示されている状況と異なる。このことを除けば、制御信号は、図３に示されている結果をもたらす制御信号に等しい。図３及び図４において、第２時間間隔及び第５時間間隔の両方がＴ／６に等しい場合には、ランプ電力の最小値が達せられる。この最小値は図３より図４においてより高いが、図３及び図４は、本発明による回路装置が、ランプによって消費される電力を非常に大きな範囲で調整することを可能にすることを図示している。第２時間間隔が始まる時点及び第５時間間隔が始まる時点を設定することにより、ランプによって消費される電力を正確に設定することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う回路装置の例を概略的に示す。
【図２Ａ】図１に示されている回路装置の一部を形成する制御回路により生成される制御信号の形を示す。
【図２Ｂ】図１に示されている回路装置の一部を形成する制御回路により生成される制御信号の形を示す。
【図３】第２時間間隔及び第５時間間隔の長さの関数として、図１に従う回路装置により通電されるランプによって消費される電力を示す。
【図４】第２時間間隔及び第５時間間隔の長さの関数として、図１に従う回路装置により通電されるランプによって消費される電力を示す。
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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2004501499.tif 000013
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【国際調査報告】
2004501499.tif 000017
2004501499.tif 000018
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