(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の接続点（ＶＰ１）を形成して互いに接続されている少なくとも２つのスイッチング要素（Ｔ１、Ｔ２）と、
断続比（ｄ）およびスイッチング周波数（ｆs）により特徴付けられている駆動信号によって少なくとも２つのスイッチング要素（Ｔ１、Ｔ２）を駆動するための少なくとも１つの出力端、及び調光信号（Ｕd）の入力端を有する駆動回路（１０）と、
一次側（Ｌ１）で第１の接続点（ＶＰ１）に接続され二次側（Ｌ２）に少なくとも１つの白熱電球（ＬＡ１；ＬＡ２）を接続される電力トランス（ＵＴ）と、
を備えた白熱電球用の安定器において、
駆動回路（１０）は、電力トランス（ＵＴ）から伝達すべき低いほうの電力に相当する調光信号（Ｕd）の際にはスイッチング周波数（ｆs）を低下させ、電力トランス（ＵＴ）から伝達すべき高いほうの電力に相当する調光信号（Ｕd）の際にはスイッチング周波数（ｆs）を高めるように、調光信号（Ｕd）に関係して駆動信号の断続比（ｄ）およびスイッチング周波数（ｆs）を変更することを特徴とする白熱電球用の安定器。
【請求項２】
駆動回路（１０）は、２つのスイッチング要素（Ｔ１、Ｔ２）に対する供給電圧（Ｕz）及び／又は少なくとも１つの白熱電球（ＬＡ１）を通る電流及び／又は電力トランス（ＵＴ）の二次側電圧（Ｕ２）にも関係して断続比（ｄ）を変更することを特徴とする請求項１記載の安定器。
【請求項３】
駆動回路（１０）は、スイッチング周波数（ｆs）を断続比（ｄ）に関係して変更することを特徴とする請求項１記載の安定器。
【請求項４】
駆動回路（１０）は、電力トランス（ＵＴ）から最大に伝達すべき電力に相当する調光信号（Ｕd）の際にはスイッチング周波数（ｆs）が最大である駆動信号を発生し、電力トランス（ＵＴ）から最小に伝達すべき電力に相当する調光信号（Ｕd）の際にはスイッチング周波数（ｆs）が最小である駆動信号を発生することを特徴とする請求項１記載の安定器。
【請求項５】
駆動信号の最小スイッチング周波数（ｆs）は、電力トランス（ＵＴ）内にまだ飽和が生じないように決められていることを特徴とする請求項４記載の安定器。
【請求項６】
駆動回路（１０）は、駆動信号のスイッチング周波数（ｆs）を調光信号（Ｕd）に関係して連続的、段階的及び／又は部分的に直線化された曲線に相応して変更することを特徴とする請求項１記載の安定器。
【請求項７】
駆動回路（１０）は、駆動信号のスイッチング周波数（ｆs）を、電力トランス（ＵＴ）における電圧時間面積（Ａ１；Ａ２；Ａsoll）がほぼ一定にとどまるように低下させることを特徴とする請求項１記載の安定器。
【請求項８】
電圧時間面積（Ａ１；Ａ２；Ａsoll）は、電力トランス（ＵＴ）が最大に伝達すべき電力の際に最適な効率で作動させられるように選ばれていることを特徴とする請求項７記載の安定器。
【請求項９】
電圧時間面積（Ａ１；Ａ２；Ａsoll）は、電力トランス（ＵＴ）が飽和限界において作動させられるように選ばれていることを特徴とする請求項７記載の安定器。
【請求項１０】
安定器は２つのスイッチング要素（Ｔ１、Ｔ２）をハーフブリッジ内に含んでいることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の安定器。
【請求項１１】
安定器は４つのスイッチング要素をフルブリッジ内に含んでいることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の安定器。
【請求項１２】
第１の接続点（ＶＰ１）を形成して互いに接続されている少なくとも２つのスイッチング要素（Ｔ１、Ｔ２）と、断続比（ｄ）およびスイッチング周波数（ｆs）により特徴付けられている駆動信号によって少なくとも２つのスイッチング要素（Ｔ１、Ｔ２）を駆動するための少なくとも１つの出力端、及び調光信号（Ｕd）の入力端を有する駆動回路（１０）と、一次側（Ｌ１）で第１の接続点（ＶＰ１）に接続され二次側（Ｌ２）に少なくとも１つの白熱電球（ＬＡ１；ＬＡ２）を接続される電力トランス（ＵＴ）とを含んでいる安定器を備え、
ａ）駆動回路（１０）の入力端に調光信号（Ｕd）を与えるステップと、
ｂ）調光信号（Ｕd）に関係して駆動回路（１０）により駆動信号を発生するステップと
を含んでいる白熱電球用の安定器の作動方法において、
ステップｂ）で駆動信号は、電力トランス（ＵＴ）から伝達すべき低いほうの電力に相当する調光信号（Ｕd）の際にはスイッチング周波数（ｆs）を低下させ、電力トランス（ＵＴ）から伝達すべき高いほうの電力に相当する調光信号（Ｕd）の際にはスイッチング周波数（ｆs）を高めるように、調光信号（Ｕd）に関係してスイッチング周波数（ｆs）および断続比（ｄ）を変更することにより発生されることを特徴とする白熱電球用の安定器の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１の接続点を形成して互いに接続されている少なくとも２つのスイッチング要素と、断続比（デューティレシオ又はデューティサイクルとも呼ばれている）およびスイッチング周波数により特徴付けられている駆動信号によって少なくとも２つのスイッチング要素を駆動するための少なくとも１つの出力端、及び調光信号の入力端を有する駆動回路と、一次側で第１の接続点に接続され二次側に少なくとも１つの白熱電球を接続される電力トランスと、を備えた少なくとも１つの白熱電球用の安定器に関する。
さらに本発明は、第１の接続点を形成して互いに接続されている少なくとも２つのスイッチング要素と、断続比およびスイッチング周波数により特徴付けられている駆動信号によって少なくとも２つのスイッチング要素を駆動するための少なくとも１つの出力端、及び調光信号の入力端を有する駆動回路と、一次側で第１の接続点に接続され二次側に少なくとも１つの白熱電球を接続される電力トランスと、を含んでいる安定器を備え、先ず駆動回路の入力端に調光信号を与えるステップと、続いて調光信号に関係して駆動回路により駆動信号を発生するステップとを含んでいる少なくとも１つの白熱電球用の安定器の作動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明は、いわゆる電子トランスを介して駆動される白熱電球の調光に関する。このような電子トランスをディジタルまたはアナログのインタフェースを介して制御するためには、その出力端子における電圧を広い電圧範囲に亘って設定し得ることが必要である。調光に対していわゆるＤＡＬＩ標準で規定されている光束特性が守られ、それによって調光された状態でも電子トランスの１つのグループのすべての電球が同じ明るさで現れるように、電圧を特に非常に正確に設定し得ることが必要である。すなわち、種々の白熱電球を点灯する種々の電子トランスが調光信号に応じて可能なかぎり正確に同一の出力電圧を提供しなければならない。このことは、まさに調光された状態で明るさの相違が特に良く眼に見えるので必要である。調光のために必要な出力電圧設定のためには、電力スイッチがハーフブリッジ内で交互に開閉するパルス幅法（非対称なデューティサイクル）が特に有利である。この際に一方のスイッチのスイッチオン時間は他方のスイッチのスイッチオン時間を犠牲にして長くされる。この方法ではスイッチング周波数は一定にとどまり、スイッチのスイッチオン比のみが変化する。
【０００３】
図１は確かに本発明による安定器の実施例を示すが、従来の技術を説明するためにも使用され得る。図１において、両電力スイッチは符号Ｔ１，Ｔ２を付され、駆動回路１０により駆動される。駆動回路１０は調光器１２の出力端に接続され、調光器１２は調光信号Ｕdを駆動回路１０に与える。両スイッチング要素Ｔ１，Ｔ２の供給電圧は、コンデンサＣzの両端に与えられているいわゆる中間回路電圧Ｕzである。両スイッチング要素Ｔ１，Ｔ２の接続点ＶＰ１はトランスＵＴの一次側Ｌ１の一端に接続されている。トランスＵＴの一次側Ｌ１の他端は２つの結合コンデンサＣk1、Ｃk2に接続されている。これらの結合コンデンサＣk1、Ｃk2は他方の電極でコンデンサＣzに接続されている。トランスＵＴの二次側Ｌ２に少なくとも１つの白熱電球、この場合には２つの白熱電球ＬＡ１、ＬＡ２が接続されている。
【０００４】
図２はトランスＵＴの一次側Ｌ１における電圧Ｕ１の経過を示し、上側のスイッチＴ２のスイッチオン時間ｔ２と下側のスイッチＴ１のスイッチオン時間ｔ１との間の断続比はｔ１＜ｔ２であるように変更されている。
【０００５】
二次側の出力電圧の実効値Ｕ2effは
Ｕ2eff＝（Ｕz／Ｎ）×｛ｄ×（１−ｄ）｝1/2
として計算される。ここでｄは断続比すなわちｄ＝ｔ１／Ｔであり、Ｔ＝ｔ１＋ｔ２は電力トランスＵＴにおける一次側の電圧Ｕ１の周期であり、その逆数値はスイッチング周波数ｆsに相当する。Ｕzは前述のように中間回路電圧に、Ｎは電力トランスＵＴの巻数比に相当する。ｄに対しては範囲０〜０．５が許容される。
【０００６】
通常は調光の際に最大光束の約１％の最小値まで減光される。その際にｄ＝０．０３〜０．０５の範囲内の非常に小さい断続比が到達される。スイッチオン時間ｔ１は非常に短い。それによって出力電圧Ｕ２のスペクトルは劇的により高い周波数の方向にシフトする。出力端子における電圧はそれにわずかしか関係しない。なぜならば、トランスの漏れインダクタンスにおける追加的な電圧降下は、従来の技術で知られている相応の回路手段により補償されるからである。
【０００７】
しかし、特別な欠点が複数の白熱電球を点灯するために安定器を使用する際に生ずる。すなわちスペクトルのシフトにより白熱電球への導線上に少なからぬ誘導性電圧降下が生ずる。この電圧降下は小さい断続比の際に３０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの通常のスイッチング周波数の際に数ボルトに達する。いま複数の白熱電球が並列接続で１つの安定器により点灯されると、それらは電球導線の構成に応じて、すなわち特にほぼ電球導線の長さにより決定される電球導線のインダクタンスに応じて、明らかに眼に見える明るさの相違をもって灯る。個々の白熱電球が固有のトランスで点灯される最初にあげた点灯方式に関しては、このことは同じく、これらが共通のディジタルバスを介して共通に調光されるときに当てはまる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、冒頭にあげた種類の安定器ならびに冒頭にあげた種類の安定器の作動方法を、このような安定器において複数の白熱電球を点灯する際ならびに種々の電子トランスにより共通のバスを介して共通に調光される種々の白熱電球を点灯する際の明るさの相違を十分回避するように改良することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
安定器に関する課題は、本発明によれば、駆動回路が調光信号に関係して駆動信号の断続比およびスイッチング周波数を変更するように構成されていることにより解決される。
【００１０】
安定器の作動方法に関する課題は、本発明によれば、第２のステップで出力信号が調光信号に関係してスイッチング周波数および断続比の変更により発生されることにより解決される。
【００１１】
この措置はスイッチング周波数の顕著な減少を可能にし、それによって調光の際の出力電圧のスペクトルのシフトが明らかに減ぜられまたは完全に避けられる。さらに、冒頭にあげた種類の回路における損失はスイッチング周波数に比例している。これによって、スイッチング周波数の低下により本発明では損失が減少する。電磁的コンパチビリティを顧慮した別の利点は、白熱電球への導線に生ずる高い周波数成分が少ないことにより生ずる。加えて、パルスを実現するためにコスト的に望ましいタイマが選ばれる。なぜならば、狭いパルスの発生はその実現がより困難であり、本発明ではより広いパルスが選ばれ得るからである。タイマへの要求条件の緩和により、本発明による安定器はコスト的に非常に望ましく実現される。
【００１２】
好ましい実施態様では、駆動回路は、断続比を変更する際に、２つのスイッチング要素に対する供給電圧及び／又は少なくとも１つの白熱電球を通る電流及び／又は電力トランスの二次側電圧を考慮に入れるように構成される。これにより、スイッチング要素を駆動する信号が電力トランスの効率を顧慮して一層よく最適化される。
【００１３】
好ましくは、駆動回路は、スイッチング周波数を断続比に関係して変更するように構成される。断続比およびスイッチング周波数は互いに合わされ、１つまたは複数の重要な変数が断続比の決定の際に考慮に入れられるので、これは、それに適合するスイッチング周波数を決めるための特に簡単な可能性である。これによって、特にスイッチング周波数はもはや別に計算される必要がなく、例えばルックアップテーブルを使用して断続比に適合する値を読出される。
【００１４】
本発明によれば、駆動回路は、電力トランスから伝達すべき低いほうの電力と相関関係にある調光信号の際には、スイッチング周波数を、電力トランスから伝達すべき高いほうの電力と相関関係にある調光信号の際のスイッチング周波数に比較して減ずるように構成されている。
【００１５】
好ましくは、駆動回路は、電力トランスから最大に伝達すべき電力と相関関係にある調光信号の際には、スイッチング周波数が最大である駆動信号を発生し、電力トランスから最小に伝達すべき電力と相関関係にある調光信号の際には、スイッチング周波数が最小である駆動信号を発生するように構成される。
【００１６】
好ましくは、駆動信号の最小スイッチング周波数は、電力トランス内にまだ飽和が生じないように決められる。駆動回路は、制御を簡単化するために、駆動信号のスイッチング周波数を調光信号に関係して連続的、段階的及び／又は部分的に直線化された曲線に相応して変更するように構成されてよい。
【００１７】
駆動回路は、駆動信号のスイッチング周波数を、電力トランスにおける電圧時間面積がほぼ一定にとどまるように低下させるべく構成されてもよい。いま電圧時間面積が、電力トランスが最大に伝達すべき電力の際に最適な効率で作動させられるように選ばれるならば、１つまたは複数の白熱電球の作動が安定器内の非常にわずかな損失により可能になる。
【００１８】
しかし、電圧時間面積が、電力トランスが飽和限界において作動させられるように選ばれてもよい。これにより出力スペクトル内の周波数が最小となり、従ってＥＭＶを顧慮して選ぶべきタイマおよび電力損失が最小となる。
【００１９】
安定器は２つのスイッチング要素をハーフブリッジ内に、または４つのスイッチング要素をフルブリッジ内に含んでいてよい。
【００２０】
他の有利な実施態様は従属請求項にあげられている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下において実施例を添付図面を参照して一層詳細に説明する。
【００２２】
本発明の実施例ではスイッチング周波数ｆsは、最大の出力電力の際に、従って最大の断続比ｄmax＝０．５の際に、スイッチング周波数が最大であるように、すなわちｆs＝ｆsmaxに設定される。こうして最大の出力電力の際に電力トランスＵＴが最適な効率で動作する。出力電圧、従って出力電力が断続比ｄを小さくすることにより減ぜられると、本発明によりスイッチング周波数ｆsも同じく減ぜられる。しかしスイッチング周波数ｆsは、電力トランスＵＴの飽和がまだ生じない範囲でしか下げられない。
【００２３】
最小許容可能なスイッチング周波数ｆsは、まさにまだ電力トランスＵＴの飽和が生じない断続比ｄの関数としての最大スイッチング周波数ｆsmaaxに正規化されると、
ｆs／ｆsmax＝４×ｄ（１−ｄ）
となる。
【００２４】
この関係は図３に示されている。既に述べたように、ｆsmaxは最大の断続比ｄmax＝０．５において到達される最大スイッチング周波数であり、このスイッチング周波数の際には最大の中間回路電圧Ｕzmaxにおいてまさにまだ飽和が生じない。
【００２５】
結合コンデンサＣk1、Ｃk2における電圧の和は中間回路電圧Ｕzを与える、従ってＣk1＋Ｃk2＝Ｕzとなる。
【００２６】
図２を参照すると、電力トランスＵＴの一次巻線における（整定した状態での）電圧時間面積Ａ１，Ａ２は等しい大きさである。なぜならば、結合コンデンサＣk1、Ｃk2を通って交流電流のみが流れるからである。こうして
Ａ１＝Ｕ１×ｔ１＝Ａ２＝Ｕ２×ｔ２
が成り立つ。
【００２７】
既に冒頭に述べたように、さらに
ｄ＝ｔ１／Ｔ；  Ｔ＝ｔ１＋ｔ２；  ｆs＝１／Ｔ
が成り立つ。
【００２８】
周波数ｆsを適合させる可能性は、電力トランスＵＴにおける電圧時間面積が一定に値Ａsollにとどまるように、スイッチング周波数を連続的に低下させることにある。Ａsollは、トランスＵＴが最大の出力電力の際に最適な効率により作動させられるように選ばれ得る。しかしＡsollは、電力トランスＵＴが飽和への限界において作動させられるようにも選ばれ得る。両方の場合に上記の式による経過ｆs／ｆsmaxが生じ、正規化周波数ｆsmaxは、電力トランスＵＴが最適な効率においてまたは飽和への限界において作動させられるか否かを決定する。
【００２９】
周波数ｆsを断続比ｄに適合させる他の可能性は、スイッチング周波数ｆsを段階的に低下させることにある。出力電力の減少の際に断続比ｄの特定の値が下回られると、スイッチング周波数ｆＳ は付属の値に下げられる。スイッチング周波数ｆsの適合は、上記の式による経過が直線片により、例えば折線により近似されるというようにも行われ得る。
【００３０】
本発明はハーフブリッジ変換器を有する安定器を実現する際にフルブリッジ変換器を有する安定器の場合と同じく応用され得る。
【００３１】
本発明による措置によるスイッチング周波数の顕著な減少が例により示される。
【００３２】
ｄ＝０．０３の断続比の際、スイッチング周波数ｆsは、電力トランスＵＴが飽和領域に移行することなしに、上記の式から最大スイッチング周波数ｆsmaxの４×０．０３×（１−０．０３）×１００％＝１１．６％へ低下する。他方ここで電力トランスは断続比ｄ＝０．５において、すなわち（固定の中間回路電圧Ｕzを基準にして）最大の出力電力の際に最適な効率で作動させられる。
【００３３】
本発明はマイクロコントローラにより追加的な回路費用なしで、または適当なアナログまたはディジタルの回路により実施される。代替的な実施例では、他の規範（例えばトランス内の最小損失または最適な熱的状況）により、選ぶべきスイッチング周波数ｆsの正規化が行われる。その際に、最適なトランス利用がその熱的な限界の近くで生ずることを考慮に入れなければならない。
【００３４】
音響効果を顧慮して、比ｆs／ｆsmaxを最小０．４に制限することは有意義である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による安定器の概要回路図。
【図２】電力トランスの一次側における電圧の経過を示す波形図。
【図３】設定すべきスイッチング周波数ｆsと最大スイッチング周波数ｆsmaxとの比、すなわち断続比ｄ＝０．５におけるスイッチング周波数を断続比ｄを横軸にとって示す経過図。
【符号の説明】
１０        駆動回路
１２        調光器
Ｔ１、Ｔ２  スイッチング要素
ＬＡ１，ＬＡ２  白熱電球
【図１】
0004177624.tif 000002
【図２】
0004177624.tif 000003
【図３】
0004177624.tif 000004