(57)【要約】変化する負荷条件に応じて、前記負荷条件を直接に検知する必要がなく、バス電圧制御を行うことができるガス放電ランプ用高力率電子バラストを開示する。本電子バラストは、入力段と、出力段と、定常状態動作中に前記バス電圧を一定値に調整するように構成されたスローループコントローラと、開回路条件及び点灯前条件中に前記バス電圧を予め決められたヒステリシス電圧バンド内に保つヒステリシスバンド過電圧保護（ＯＶＰ）コントローラと、前記入力段に関する最小オン時間を保証するオン時間制限コントローラとを含む。本電子バラストは、前記入力段と前記出力段との間のエネルギー不均衡から形成されたエネルギーを格納する少なくとも１つの直流バスキャパシタをさらに含む。この新奇な構造は、定常状態条件の下で、前記スローループコントローラを使用することによって、前記バス電圧を一定値に調整することを可能にし、開回路条件及び点灯前条件の下で、前記過電圧保護コントローラを使用することによって、前記バス電圧が制御されない方法において上昇するのを防ぐことを可能にする。これは、前記負荷条件を直接検知しなければならないことなく、有利に達成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変化する負荷条件に応じてバス電圧を間接的に制御するガス放電ランプ用バラスト回路において、
（ａ）交流電源に結合し、交流電圧を直流電圧に変換する入力段と、
（ｂ）前記入力段の出力部に結合して前記直流バス電圧を検知する検知端子と、前記入力段の第１入力部に結合して、検知された前記バス電圧が上側しきい値電圧より高い場合に前記入力段をシャットダウンし、検知された前記直流バス電圧が下側しきい値未満の場合に前記入力段を再起動する出力部とを有する過電圧保護コントローラと、
（ｃ）前記入力段の出力部に結合して、前記直流バス電圧を検知し、検知された前記直流バス電圧に応じたオン時間信号を出力する検知端子を有するスローループコントローラと、
（ｄ）前記スローループコントローラの出力部に結合した入力部と、前記入力段の第２入力部に結合した出力部とを有し、最小オン時間信号及び前記オン時間信号のうち一方を供給するオン時間コントローラと、
（ｅ）前記入力段から電力を受け、低周波方形波電流を供給して少なくとも１つの負荷を駆動する出力段とを具えることを特徴とするバラスト回路。
【請求項２】
請求項１に記載のバラスト回路において、前記過電圧保護コントローラが、
前記上側しきい値電圧に結合した第１入力部と、前記直流バス電圧に結合した共通第２入力部とを有する第１比較器と、
前記下側しきい値電圧に結合した第１入力部と、前記直流バス電圧に結合した共通第２入力部とを有する第２比較器と、
前記第１比較器の出力部に結合したセット入力部と、前記第２比較器の出力部に結合したリセット入力部とを有し、前記直流バス電圧が前記上側しきい値電圧より高い場合、シャットダウン信号を前記入力段に出力し、前記直流バス電圧が前記下側しきい値電圧より低い場合、リセット信号を前記入力段に出力するラッチとを具えることを特徴とするバラスト回路。
【請求項３】
請求項１に記載のバラスト回路において、前記直流バス電圧を格納する第１及び第２直流バスキャパシタをさらに具えることを特徴とするバラスト回路。
【請求項４】
請求項１に記載のバラスト回路において、前記少なくとも１つの負荷をガス放電ランプとしたことを特徴とするバラスト回路。
【請求項５】
変化する負荷条件に応じて電子バラストにおける直流バス電流を間接的に制御する方法において、
（ａ）直流バス電圧を、前記電子バラストの動作の点灯前及び開回路状態モードの一方において、下側電圧及び上側電圧によって規定される範囲内に保つステップと、
（ｂ）入力電力段からの前記直流バス電圧出力を、スローループコントローラ及び過電圧保護コントローラとによって同時に検知するステップと、
（ｃ）ステップ（ｂ）において検知された前記直流バス電圧に応じて、前記スローループコントローラからオン時間信号をオン時間コントローラに出力するステップと、
（ｄ）前記入力電力段のオン時間を制御する最小オン時間信号及び前記オン時間信号の少なくとも一方を前記入力電力段の第１入力部に供給するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、前記ステップ（ｄ）が、前記オン時間信号が最小オン時間信号コントローラしきい値より小さい値を有する場合、前記最小オン時間信号を出力し、そうでない場合、前記オン時間信号を出力するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法において、検知された前記直流バス電圧が前記上側しきい値電圧より高い場合、シャットダウン信号を前記過電圧保護回路から前記入力電力段に出力し、検知された前記直流バス電圧が前記下側しきい値電圧より低い場合、前記シャットダウン信号を放棄するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項５に記載の方法において、前記ステップ（ｃ）が、検知された前記直流バス電圧が予め決められたしきい値より高い場合、前記スローループコントローラが前記入力電力段のオン時間をより小さい値に調整し、検知された前記直流バス電圧が前記予め決められたしきい値より低い場合、前記スローループコントローラが前記入力電力段のオン時間をより大きい値に調整するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項５に記載の方法において、前記上側しきい値電圧が負荷の点灯を容易にするのに十分であることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、前記負荷がガス放電ランプであることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バラスト、すなわち、ガス放電ランプ用電源回路に関する。特に、本発明は、変化する負荷条件に応じて、前記負荷条件を直接検知する必要なく、バス電圧を制御する制御回路網に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子バラスト回路は、当該技術分野において既知である。図１は、交流電源１２と、電磁干渉（ＥＭＩ）フィルタ１４と、プリレギュレータ段１６と、直流バスキャパシタ１８と、ランプドライバ段２０と、負荷２２とを含む慣例的な電子バラスト１０を示す。プリレギュレータ段１６は、２つの主要な機能を供給する。第１に、プリレギュレータ段１６は、入力電流シェーピング（すなわち、力率補償）を行う。第２に、プリレギュレータ段１６は、バス電圧調整を行う。プリレギュレータ段１６を、多数の異なった方法において実現することができる。最も一般的な実現は、ブーストコンバータ又はフライバックコンバータのいずれかを利用する。ブーストコンバータを制御してプリ調整を行うある方法は、図２ａの回路と図２ｂの波形とにおいて示すように、臨界不連続導通モードにおいて動作するように前記ブーストコンバータを構成することによる。
【０００３】
ここで、図２ａを参照し、スイッチングサイクルの開始において、Ｌ１におけるインダクタ電流はゼロである。トランジスタＱ１がターンオンする瞬時において、インダクタＬ１における電流は直線的に増加する。ある時間後、Ｑ１はスイッチオフし、Ｌ１における電流は、ダイオードＤ１を導通させ、バスキャパシタＣ１を充電する。Ｄ１が導通している間、Ｌ１における電流は直線的に減少する。Ｌ１における電流がゼロに達する時点において、Ｄ１はターンオフし、前記スイッチングサイクルは繰り返す。
【０００４】
力率補償を、図２ａの回路において、一定の時間中Ｑ１をターンオンすることによるか、Ｌ１における電流が入力電圧（すなわち、整流された正弦波）に比例する値に達するときにＱ１をスイッチオフすることによって達成する。このようにして、Ｌ１における電流の平均値は、図２ｂに示すように、前記入力電圧と同相の整流された正弦波になる。
【０００５】
バス電圧Ｖｂｕｓを、入力によって運ばれる電力と出力に運ばれる電力とをつりあわせるために、Ｑ１のオン時間を変化させることによって、一定値に調整する。前記オン時間を減らすことによって、より少ない電力が入力から流れ、前記オン時間を増やすことによって、より多くの電力が入力から流れる。
【０００６】
大部分の回路用途の目的は、バス電圧Ｖｂｕｓがすべての負荷条件に関して一定値に保たれるように、Ｑ１のオン時間を制御することである。
【０００７】
小型の高輝度放電（ＨＩＤ）ランプを低周波方形波電流で駆動するように設計された回路に関して、定常状態動作中、Ｖｂｕｓを、代表的に４００Ｖに調整してもよい。図３はこのような回路を示す。しかしながら、点灯中、より高いバス電圧（すなわち、５００Ｖのオーダ、点Ａ参照）が、前記ランプの適切な点灯に必要である（例えば、２５０Ｖ、点Ｂ参照）。バス電圧Ｖｂｕｓを５００Ｖに単純に設定することは、高いバス電圧が点灯中にのみ必要であるという点において、次善の解決法である。高いバス電圧を、ランプの通常の定常動作を通して保つことは、構成要素におけるストレスを形成し、前記回路における損失を増大させる。他の解決法は、前記ランプが点灯しないときを検出し、前記バス電圧を点灯のために５００Ｖに上昇させ、前記ランプが点灯した後、スイッチング損失及び構成要素の電圧ストレスを減らすために、前記バス電圧を４００Ｖに徐々に降下させる回路手段を与えることである。代表的に、これは、負荷条件の直接検知を必要とする。すなわち、前記ランプの状態を決定するために、負荷電圧、負荷電流、又は、前記電流及び電圧の双方を検知しなければならない。これは、前記バス電圧を点灯前に５００Ｖに制御し、ある負荷条件が満たされた後に４００Ｖに制御するために、追加の検知回路網と対応する制御とを必要とする。
【０００８】
前記バス電圧を、負荷条件を検知することなしに、点灯シーケンスの適切なタイミングを推測することを試みることによって制御することもできる。例えば、始動時の前記回路を、５００ＶにおけるＶｂｕｓを有するように構成することができる。予め決められた時間後、前記バス電圧を４００Ｖに低下させることができる。しかしながら、このアプローチは、前記ランプの点灯動作を知ることができないか、保証することができない際には好適ではない。
【０００９】
したがって、追加の検知回路網を必要とすることなく、間接的な手段によって負荷条件を検知し、前記バス電圧を適宜調節し、適切な点灯動作が達成され、スイッチング損失及び構成要素の電圧ストレスが低減されるようにすることの必要性が存在する。
【００１０】
本発明の目的は、変化する負荷条件に応じたバス電圧制御を、前記負荷条件を直接検知する必要なしに与えることができる、ガス放電ランプ用高力率電子バラストを提供することである。
【００１１】
上記目的を果たす本発明による負荷依存バス電圧調整を与える電子バラストは、入力段と、出力段と、定常動作中前記バス電圧を一定値に調整するように構成された、ここではスローループコントローラと呼ばれる第１コントローラと、開回路条件及び点灯前条件中前記バス電圧を予め決められたヒステリシス電圧に保つ、ここではヒステリシスバンド過電圧保護（ＯＶＰ）コントローラと呼ばれる第２コントローラと、前記入力段に関して最小オン時間を保証するオン時間制限コントローラとを含む。前記電子バラストは、前記入力段と出力段との間のエネルギー不均衡から形成されたエネルギーを格納する少なくとも１つの直流バスキャパシタをさらに含む。
【００１２】
上記構成により、前記バス電圧を、定常状態の下で前記スローループコントローラを使用することによって一定値に調整することができ、前記バス電圧が開回路条件及び点灯前条件の下で制御されない方法において上昇するのを、前記過電圧保護コントローラを使用することによって防ぐことができる。これは、前記負荷条件を直接検知しなければならないことなしに有利に達成される。
【００１３】
本発明の上記特徴は、添付図面に関連して行う以下の本発明の実施例の詳細な説明を参照することによって、より容易に明らかになり、理解されることができる。
【００１４】
ここで、同様の参照符がいくつかの図を通じて同様又は同一の要素を示す図面を参照し、本発明の高力率電子バラスト４０を図４において詳細に示す。そこに示すように、バラスト４０は、本発明の一実施例によれば、主として、入力段４５と、出力段４７と、スローループコントローラ４９と、第１及び第２直流バスキャパシタＣ１及びＣ２と、ヒステリシスバンド過電圧保護（ＯＶＰ）コントローラ５１と、オン時間制限コントローラ５３とを具える。ガス放電ランプ４１に、交流電源４３によって発生された直流バス電圧Ｖｂｕｓから給電する。前記直流バス電圧は、このような電圧が入力段４５によって直流に変換された後、入力段４５と出力段４７との間に存在する。
【００１５】
バラスト４０の機能を説明するために、バラスト４０の出力段４７に接続されたランプ（負荷）４１が未だ点灯していない（すなわち、点灯前である）とする。この条件において、ランプすなわち負荷４１は電力を受け取らず、しかしながら、慣例的なバラストと差別するバラスト４０の特徴は、前記入力段が完全にターンオフしないことである。代わりに、オン時間制限コントローラ５３は、入力段４５に許容されるオン時間を最小許容オン時間に制限する。すなわち、開回路条件中及びランプ点灯前中、入力段４５のオン時間を前記最小許容オン時間に設定する。前述の条件の下である最小量の入力電力を常に受け取ることの１つの結論は、エネルギー不均衡が入力段４５と出力段４７との間で生じることである。このエネルギー不均衡は、結果として、キャパシタＣ１及びＣ２の両端間で上昇したバス電圧を生じる。制御されないままだと、キャパシタＣ１及びＣ２の両端間のバス電圧Ｖｂｕｓは制限なしに上昇する。この電圧暴走条件が生じるのを防ぐために、バラスト４０は、過電圧保護（ＯＶＰ）コントローラ５１を含む。ＯＶＰコントローラ５１は、検知端子（Ｃ点を参照）を経て検知されたバス電圧Ｖｂｕｓを予め決められたしきい値電圧Ｖｕｐ−ｔｈｒｅｓｈと比較することによって動作し、検知されたバス電圧Ｖｂｕｓがしきい値電圧Ｖｕｐ−ｔｈｒｅｓｈを超えるときは常にシャットダウン信号を入力段４５に出力する。前記シャットダウン信号がＯＶＰコントローラ５１から活性化されると、入力段４５はシャットダウンし、これによって、キャパシタＣ１及びＣ２の両端間のＶｂｕｓにおけるどのようなさらなる上昇も防ぎ、さらに、Ｖｂｕｓを遅い速度において減衰させる。ＶｂｕｓはＣ１及びＣ２の両端間で、ここでは再開始値Ｖｒｅｓｔａｒｔと呼ばれる予め決められたより低いしきい値に達するまで減衰する。前記再開始値に達すると、ＯＶＰコントローラ５１はこの条件を検知し、前記シャットダウン信号を放棄し、Ｖｂｕｓを再び上昇させる。このようにして、開回路条件及び点灯前条件の双方の下で、Ｖｂｕｓは、ＯＶＰコントローラ５１によって指定される上側しきい値及び下側しきい値によって決定される範囲内、すなわち、ＶｒｅｓｔａｒｔからＶｕｐ−ｔｈｒｅｓｈまでに保たれる。
【００１６】
したがって、開回路条件及び点灯前条件の下で、入力段４５をバーストモードにおいて動作するとみなすことができ、入力段４５はターンオン及びオフして、Ｖｂｕｓを予め決められたヒステリシスバンド内に保つ。このバーストモードは、前記経路が開回路条件にある間、回路損失を減らす効果を有する。
【００１７】
図５は、ＯＶＰコントローラ５１を実現する一実施例を示す。図５は、第１比較器３１と、第２比較器３３と、ラッチ３５とを含む。第１比較器３１は２つの入力部を有し、第１入力部３１ａは上側しきい値バス電圧Ｖｕｐ−ｔｈｒｅｓｈを受け、第２共通入力部３１ｂは検知されたバス電圧Ｖｂｕｓを受ける。第１比較器３１の出力部３１ｃはラッチ３５のセット入力部“Ｓ”と結合し、第２比較器３３の出力部３３ｃはラッチ３５のリセット入力部“Ｒ”と結合する。
【００１８】
点灯前の場合において、Ｖｂｕｓは、ランプ４１が点灯されるまで、上側及び下側しきい値電圧（すなわち、Ｖｕｐ−ｔｈｒｅｓｈ及びＶｒｅｓｔａｒｔ）によって規定されるヒステリシスバンド内で変化し続ける。Ｖｕｐ−ｔｈｒｅｓｈを十分高く設定し、前記ランプの点灯を容易にすることを注意する。ランプ４１が点灯した後、Ｖｂｕｓの値は負荷電力によって決定される。これを、７０Ｗランプに関する表Ｉの参照と共に例として示す。この表に示すように、前記バス電圧は負荷に依存する。すなわち、Ｖｂｕｓは変化する負荷電力と共に変化する。
【００１９】
【表Ｉ】
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【００２０】
表Ｉをここでより詳細に説明する。この表の行１に示すように、開回路条件の下で（すなわち、２５Ｗ未満の電力に関し）、条件は点灯と一致し、Ｖｂｕｓは電圧４７０Ｖ−５３０Ｖによって規定されるヒステリシスバンド内に保たれる。前記ランプ点灯に続き、前記ランプ電力が増加するにつれ、Ｖｂｕｓは比例して低下する。ある時点において、前記ランプ電力は、前記スローループコントローラがＶｂｕｓを定常状態値に調整することができる範囲内に入る。この時間中、過電圧保護コントローラ５１とスローループコントローラ４９との間に相互作用が存在する。スローループコントローラ４９は、前記バス電圧を定常状態動作に関する４００Ｖに調整するように試みるが、その有効性は、ランプ４１の低い電力消費と、オン時間制限コントローラ５３によって命令されるような前記スローループコントローラの制限された制御範囲とによって制限される。これを表Ｉの行１において示し、これによって、２５Ｗ未満の負荷電力に関して、ＯＶＰコントローラ５１は、スローループコントローラ４９よりはるかに重大に前記回路動作に寄与することが示される。前記負荷電力が点灯後に増加し始めるにつれて、ＯＶＰコントローラ５１はより制御しなくなり、スローループコントローラ４９は、バス電圧Ｖｂｕｓを定常状態値（例えば、４００Ｖ）に調整することにより重大に寄与するようになる。これを表Ｉの行２ないし７に示し、ここで、前記負荷電力が３０Ｗから７０Ｗに増加するにつれて、バス電圧Ｖｂｕｓは、ついには前記ＯＶＰコントローラによって指定された範囲（例えば、４７０Ｖ−５３０Ｖ、ヒステリシスバンド）の外に出ることが示される。前記ランプ電力が増加するにつれて、Ｖｂｕｓの値は、前記ランプ電力が、スローループコントローラ４９がＶｂｕｓを定常状態値（例えば、４００Ｖ）に調整することができる範囲内に入る点まで減少する。
【００２１】
本発明を、実例として特別な実施例に関して説明したが、多くの変形及び変更が当業者には明らかであろう。したがって、添付した請求項は、本発明の真の精神及び範囲内に入るようなすべてのこれらのような変形及び変更をカバーするように意図されることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】先行技術によるプリレギュレータを含むバラスとの図式的な図である。
【図２】ａはプリ調整を行う臨界不連続モードを行うブーストコンバータの図式的な図であり、ｂは入力電圧と同相の整流された正弦波としてａのインダクタＬ１の電流の平均値の波形を示す。
【図３】低周波方形波電流によって小型高輝度放電（ＨＩＤ）ランプを駆動するように設計された先行技術の回路の図式的な図である。
【図４】本発明の一実施例による高力率電子バラストの図式的な図である。
【図５】本発明の一実施例による過電圧保護（ＯＶＰ）コントローラの図式的な図である。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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2004521468.tif 000009
2004521468.tif 000010
2004521468.tif 000011
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2004521468.tif 000014
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【国際調査報告】
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