JP2004519818A

JP2004519818A - 回路装置

Info

Publication number: JP2004519818A
Application number: JP2002567018A
Authority: JP
Inventors: ランゲスラウ，ウァヘルムス，エイチ．，エム．; ヴジ，アーノルド，ダブリュー．; ヘンドリクス，マーシェル，エイ．，エム．; ハーバケンアントニュース，エイチ．，ピー．，ジェイ．
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2004-07-02
Also published as: WO2002067634A3; EP1518446A2; CN1457625A; WO2002067634A2; US20020113557A1; US6664743B2

Abstract

【課題】「ハードスイッチング」によって引き起こされる電力消費を、相対的に簡単で安価で小型化された手段を用いて、効率よく抑える回路装置を提供する。
【解決手段】交流電流によってランプを動作するためのインバータにおいて、ハードスイッチングの効果が、２つの誘導素子および少なくとも２つのダイオードを含んでいるスナバによって抑えられる２つのスイッチング素子を含む。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、ランプを給電するため回路装置であって、直流電圧を供給する電圧供給源に接続される第１の入力端子Ｋ１および第２の入力端子Ｋ２と、
当該直流電圧から周期的な方形波電圧を生成するためのものであって、第１のスイッチング素子Ｓ１、第１の誘導素子Ｌ１、第２の誘導素子Ｌ２、および第２のスイッチング素子Ｓ２の直列回路を備え、前記入力端子を相互接続するインバータと、
第１のスイッチング素子Ｓ１の制御電極と第２のスイッチング素子Ｓ２の制御電極とに結合され、前記第１および第２のスイッチング素子を交互に導通／非導通とするための制御信号を生成するために用いられる制御回路と、
第３の誘導素子Ｌ３、ランプと接続するためのランプ端子、および第１の容量素子Ｃ１を含む負荷分岐と、
アノードが前記第２の入力端子Ｋ２に結合され、カソードが前記第１のスイッチング素子Ｓ１と前記第１の誘導素子Ｌ１との間の位置に結合された第１の単向性素子Ｄ１と、
カソードが前記第１の入力端子Ｋ１に結合され、アノードが第２のスイッチング素子Ｓ２と第２の誘導素子Ｌ２との間の位置に結合された第２の単向性素子Ｄ２とを含む回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の回路装置は、特許文献１において開示されている。この公知の回路装置の場合、制御回路には、制御信号のデューティーサイクルを調整することによって、ランプを暗くするための調光回路も設けられている。
【０００３】
加えて、第１、第２、および第３の誘導素子Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３の自己インダクタンスＬ１、Ｌ２、およびＬ３のそれぞれは、互いにかなり等しくなるように選択されている。
【０００４】
第１および第２の誘導素子は、互いに磁気的に結合されていて、協働して、トランスを形成している。ランプを通る電流の形状は、ランプを暗くしている間では、自己インダクタンスの値の結果と磁器的な結合とによって、一つのサイン形状にかなり近くなることが達成される。
【０００５】
換言すると、このランプ電流に含まれる高調波の項は、相対的に少ないので、結果として、ランプによって生成される外乱の量は制限される。加えて、この公知の回路装置では、音の共鳴が、効率よく抑制される。
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ−９９０２０２０
【発明が解決しようとする課題】
制御信号のデューティーサイクルを調整することができる範囲の一部では、「ハードスイッチング」が発生する。これは、スイッチング素子に相対的に高い電圧がかけられている間、スイッチング素子のそれぞれが、導通することを意味する。これは、各スイッチング素子に相対的に高い電力消費をもたらすことがある。
【０００７】
この公知の回路装置の場合、第１および第２の誘導素子が各スイッチング素子と直列に配置されているので、この電力消費を、限定的な範囲にしか抑えることができない。加えて、この公知の回路装置は、第１および第２の誘導素子によって形成されたトランスが、相対的に高価で扱いにくい部品であるという点で問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、「ハードスイッチング」によって引き起こされる電力消費を、相対的に簡単で安価で小型化された手段を用いて、効率よく抑える回路装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、冒頭で言及した回路装置は、第１、第２、および第３の誘導素子の自己インダクタンスＬ１’、Ｌ２’、およびＬ３’のそれぞれに対して、
Ｌ３’＞５＊Ｌ１’、かつ、Ｌ３’＞５＊Ｌ２’
を適用するということを特徴とする。
【００１０】
本発明に従う回路装置では、「ハードスイッチング」による各スイッチング素子の電力消費は、第１および第２の誘導素子の自己インダクタンスが相対的に小さいにもかかわらず、相当抑制される。
【００１１】
第１および第２の誘導素子と第１および第２の単向性素子とが存在しなかった場合、各スイッチング素子で消費されるであろう電力は、電圧供給源に効率よくフィードバックされるか、ランプを通る電流を生成するために用いられる。第１および第２の誘導素子が磁気的に結合されている場合のみならず、これらの誘導素子が磁気的に結合されている場合にも、これが当てはまることが見いだされた。
【００１２】
第１、第２、および第３の誘導素子の自己インダクタンスＬ１’、Ｌ２’、およびＬ３’のそれぞれに対して、
Ｌ３’＞１０＊Ｌ１’ 、かつ、Ｌ３’＞１０＊Ｌ２’
を適用する場合に、多くは電力消費が非常に効率よく抑えられることが見出された。
【００１３】
回路装置が、更に、第３の単向性素子Ｄ３および第４の単向性素子Ｄ４を備え、前記第３の単向性素子Ｄ３のカソードが前記第１の入力端子Ｋ１に結合されており、前記第４の単向性素子Ｄ４のアノードが前記第２の入力端子Ｋ２に結合されており、前記第３の単向性素子Ｄ３のアノードと前記第４の単向性素子Ｄ４のカソードとが第１の誘導素子Ｌ１と第２の誘導素子Ｌ２との間の位置で相互に接続されている場合、電力消費を更に減少させることができることも見いだされた。
【００１４】
回路装置が寄生容量を含むので、第１および第２の誘導素子と当該寄生容量とによって振動が発生する。第３および第４の単向性素子が、これらの振動によって引き起こされた、特に第１の誘導素子と第２の誘導素子との間の電圧の振幅を、制限されたままとする。このため、電力消費の更なる減少が実現される。
【００１５】
加えて、単向性素子Ｄ３およびＤ４は、少ないインピーダンスを有する「逆」電流のための電流パスの一部を形成する。その結果、「ハードスイッチング」の場合には、第２の単向性素子Ｄ２ではなく、第３の単向性素子Ｄ３が、第２のスイッチング素子Ｓ２を伝導させるための電流を通す。
【００１６】
同様に、第１の単向性素子Ｄ１ではなく、第４の単向性素子Ｄ４が、第１のスイッチング素子Ｓ１を伝導させるための電流を通す。これらの長所によって、各スイッチング素子が伝導するときに、第１および第２の単向性素子と各スイッチング素子とにおける電力消費が実質的に制限される。
【００１７】
本発明に従う回路装置では、スイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴのような電界効果トランジスタが頻繁に使われる。この種の電界効果トランジスタは、電界効果トランジスタが、伝導状態で、電流を通す方向に対して反対方向に、電流を導くことができる内部ダイオードを含んでいる。
【００１８】
これらの内部ダイオードは、回路装置の特定の動作段階中に電流を通した時から、回路装置の機能において重要な役割を果たす。これらの内部ダイオードは、相対的に低速の場合には、非導電になるときに相対的に高い電力消費が発生する。
【００１９】
回路装置が、更に、第１のスイッチング素子Ｓ１と直列に配置される第５の単向性素子Ｄ５と、第２のスイッチング素子Ｓ２と直列に配置される第６の単向性素子Ｄ６と、第７の単向性素子Ｄ７を含み第５の単向性素子Ｄ５および第１のスイッチング素子Ｓ１の直列回路と分流する第１の分流分岐と、第８の単向性素子Ｄ８を含み第６の単向性素子Ｄ６および第２のスイッチング素子Ｓ２の直列回路と分流する第２の分流分岐とを備えている場合、電力消費をもたらすこの要因は、実質的に減少させることができる。単向性素子Ｄ５−Ｄ８は、スイッチング素子Ｓ１およびＳ２の内部ダイオードにかかわりなく、相対的に高速で動作するように選択されている。
【００２０】
先に述べたように、「ハードスイッチング」は、特に、制御信号のデューティーサイクルを調整するための調光回路が設けられた制御回路を有する回路装置で発生する。従って、この種の回路装置に本発明を用いることは、非常に好都合である。
【００２１】
制御信号のデューティーサイクルとランプの光束との間の関係が、種々のタイプのランプに対して非常に類似しているので、種々のタイプのランプに給電することを目的とする回路装置では、制御信号のデューティーサイクルを調整するための調光回路によってランプの光束を制御することが、有利である。種々のタイプのランプに給電することを目的とするこの種の回路装置には、一般的に、ランプ端子に接続されているランプのタイプを認識するための回路部品を備えている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明に従う回路装置の実施例について、図面によって更に詳細に説明する。
【００２３】
図１および図２は、それぞれ、本発明に従う、ランプに接続された回路装置の第１および第２の実施例を示す図である。図１において、Ｋ１およびＫ２は、直流電圧を供給する電圧供給源に接続されている入力端子である。この種の電圧供給源は、例えば、整流器を備えた電源のような交流源とすることができる。
【００２４】
入力端子Ｋ１およびＫ２は、バッファキャパシタンスＣｂｕｆによって互いに接続されている。バッファキャパシタンスＣｂｕｆは、ダイオードＤ５、スイッチング素子Ｓ１、コイルＬ１、コイルＬ２、ダイオードＤ６およびスイッチング素子Ｓ２の直列回路により、分流されている。
【００２５】
コイルＬ１とスイッチング素子Ｓ１との接続点は、ダイオードＤ１によって入力端子Ｋ２に接続されている。コイルＬ２とスイッチング素子Ｓ２との接続点は、ダイオードＤ２によって入力端子Ｋ１に接続されている。
【００２６】
回路部品ＳＣは、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２とを交互に導通／非導通とするための制御信号を生成するための制御回路である。このため、回路部品ＳＣの第１の出力はスイッチング素子Ｓ１の制御電極に結合され、かつ、回路部品ＳＣの第２の出力はスイッチング素子Ｓ２の制御電極に結合されている。回路部品ＳＣには、制御信号のデューティーサイクルを調整するための調光回路ＤＣが設けられている。
【００２７】
ダイオードＤ５とスイッチング素子Ｓ１の直列回路は、ダイオードＤ７によって分流されている。ダイオードＤ６とスイッチング素子Ｓ２の直列回路は、ダイオードＤ８によって分流されている。
【００２８】
コイルＬ１とコイルＬ２の接続点は、コイルＬ３、ランプ端子Ｋ３、ランプＬａ、ランプ端子Ｋ４およびキャパシタンスＣ１の直列回路によって、入力端子Ｋ２に接続されている。ランプ端子Ｋ３は、キャパシタンスＣ２によって入力端子Ｋ２に接続されている。
【００２９】
ダイオードＤ５−Ｄ８、スイッチング素子Ｓ１およびＳ２、ならびにコイルＬ１およびＬ２は、電圧供給源によって供給された直流電圧から周期的な方形波電圧を生成するためのインバータを連帯的に形成している。この例では、コイルＬ３、ランプ端子Ｋ３およびＫ４、ランプＬＡならびにキャパシタンスＣ１およびＣ２が、負荷分岐を形成している。ダイオードＤ１、Ｄ２およびＤ５−Ｄ８は、第１、第２および第５から第８の単向性素子をそれぞれ形成している。
【００３０】
コイルＬ１、Ｌ２およびＬ３の自己インダクタンスＬ１’、Ｌ２’およびＬ３’は、以下の関係が適用されるように選択されている。
【００３１】
Ｌ３’＞１０＊Ｌ１’、かつ、Ｌ３’＞１０＊Ｌ２’
次に、図１に示される実施例の動作について説明する。入力端子Ｋ１およびＫ２が、直流電圧を供給する電圧供給源に接続されている場合、回路部品ＳＣは、スイッチング素子Ｓ１およびＳ２を交互に伝導／非伝導とする。その結果、実質的な方形波電圧が、負荷分岐側にかかる。
【００３２】
この実質的な方形波電圧の影響を受け、交流が負荷分岐を流れ、ランプに供給される。また、交流の周波数は、実質的な方形波電圧の周波数に等しくなる。ランプは、調光回路ＤＣによって制御信号のデューティーサイクルを調整することで、暗くすることができる。
【００３３】
デューティーサイクルを調整することができる範囲の一部では、「ハードスイッチング」が発生する。すなわち、相対的に高い電圧がスイッチング素子側にかかる間、各々のスイッチング素子が導通する。
【００３４】
しかしながら、コイルＬ１およびＬ２は、各スイッチング素子と直列に配列されているので、スイッチング素子が伝導するときに、各々のスイッチング素子を通る電流は限られた範囲にしか増加することができない。その結果、スイッチング素子の電力消費量は、制限されたままとなる。
【００３５】
スイッチング素子Ｓ１が伝導状態にある時には、コイルＬ１に格納されている電気エネルギーは、コイルＬ１とコイルＬ２との接続点によって形成されている、コイルＬ１の第１の端部から、負荷分岐とダイオードＤ１とを介して、コイルＬ１の第２の端部への電流を生成する。
【００３６】
このように、スイッチング素子Ｓ１が伝導状態にある時には、コイルＬ１に格納されている電気エネルギーは、ランプを通る電流を生成するために用いられる。
【００３７】
スイッチング素子Ｓ２が伝導状態にある時には、コイルＬ２に格納されている電気エネルギーは、コイルＬ２とダイオードＤ２との接続点によって形成されている、コイルＬ２の第１の端部から、ダイオードＤ２とキャパシタンスＣｂｕｆと負荷分岐とを介して、コイルＬ２の第２の端部への電流を生成する。
【００３８】
このように、スイッチング素子Ｓ２が伝導状態にある時には、コイルＬ２内に格納されている電気エネルギーは、一部が電圧供給源へ転送され、一部がランプを通る電流を生成するために用いられる。
【００３９】
「ハードスイッチング」の場合、ダイオードは、各スイッチング素子が伝導する前にも伝導している。コイルＬ３を通る電流は、第１のスイッチング素子Ｓ１が伝導する前のインターバルの間に、ランプ端子Ｋ３の方向へ流れる。この電流は、一部がダイオードＤ１およびコイルＬ１を流れ、一部がダイオードＤ８およびコイルＬ２を流れる。
【００４０】
第２のスイッチング素子Ｓ２が伝導する前のインターバルの間に、電流は、コイルＬ３を、コイルＬ１およびコイルＬ２の接続点の方向に流れる。この電流は、一部がコイルＬ１およびダイオードＤ７を流れ、残りの一部がコイルＬ２およびダイオードＤ２を流れる。
【００４１】
図２では、図１の実施例に示される素子および回路部品に対応する素子および回路部品には、同じ参照番号が付されている。図２に示される実施例と図１に示される実施例との間の唯一の相違は、図２の回路装置が、図２に示される実施例では、第３および第４の単向性素子のそれぞれを形成しているダイオードＤ３とＤ４とを更に含むことである。
【００４２】
ダイオードＤ３は、入力端子Ｋ１に、コイルＬ１とＬ２の接続点を接続している。ダイオードＤ４は、コイルＬ１とＬ２の接続点に入力端子Ｋ２を接続している。
【００４３】
図２に示される実施例の動作は、図１に示される実施例の動作に実質的に対応する。しかしながら、ダイオードＤ３とＤ４の存在は、特に、回路装置の寄生容量とコイルＬ１およびＬ２との振動によって生じる、コイルＬ１およびコイルＬ２の接続点の電圧の振幅を実質的に制限する。その結果、回路装置の電力消費は更に減少する。
【００４４】
加えて、単向性素子Ｄ３およびＤ４は、小さいインピーダンスを有する「逆」電流のための電流パスの一部を形成している。例えば、コイルＬ３を通る電流が、スイッチング素子Ｓ２の導通前に、コイルＬ１およびＬ２の接続点の方向へ流れる場合、この電流はダイオードＤ３を流れ、そして、全くまたはほとんど、コイルＬ１およびダイオードＤ７と、コイルＬ２およびダイオードＤ２を流れない。
スイッチング素子Ｓ２の伝導時に、ダイオードＤ３を逆方向に流れる電
【００４５】
流の量は、ダイオードＤ３とスイッチング素子Ｓ２との間のコイルＬ２の存在によって制限されたままである。その結果、ダイオードＤ３およびスイッチング素子Ｓ２の電力消費は制限される。
【００４６】
しかしながら、図１に示される実施例のように、ダイオードＤ３が存在しない場合、スイッチング素子Ｓ２の伝導前に、電流はコイルＬ３を流れ、その後に、コイルＬ１およびダイオードＤ７と、コイルＬ２およびダイオードＤ２とを流れる。
【００４７】
この場合、スイッチング素子Ｓ２の伝導時に、相対的に高い逆電流がダイオードＤ２を流れ、ダイオードＤ２およびスイッチング素子Ｓ２で相対的に大きい電力消費が発生する。
【００４８】
スイッチング素子Ｓ１の伝導前に、コイルＬ３を通る電流がランプ端子Ｋ３の方向へ流れると、ダイオードＤ４は電流を通す。その一方で、ダイオードＤ８およびコイルＬ２、またはダイオードＤ１およびコイルＬ１は電流を通さない。
【００４９】
スイッチング素子Ｓ１の伝導時に、ダイオードＤ４を通る逆電流は、スイッチング素子Ｓ１とダイオードＤ４との間のコイルＬ１の存在によって制限される。その結果、ダイオードＤ４およびスイッチング素子Ｓ１の電力消費は制限される。
【００５０】
しかしながら、ダイオードＤ４が存在しない場合、スイッチング素子Ｓ１の伝導前に、電流はコイルＬ３を流れ、その後、コイルＬ１およびダイオードＤ１と、コイルＬ２およびダイオードＤ８とを流れる。
【００５１】
この場合、スイッチング素子Ｓ１の伝導時に、相対的に大きい逆電流がダイオードＤ１を流れ、ダイオードＤ１およびスイッチング素子Ｓ１で相対的に大きい電力消費が発生する。
【００５２】
コイルＬ１およびＬ２とダイオードＤ１−Ｄ４とが提供されない回路装置の実質的な実施例に対して、図１および図２に示される例の実質的な実施例では、以下の結果が見いだされた。
【００５３】
全ての場合に、ランプは、消費電力が１ワットであった。コイルＬ１およびＬ２は自己インダクタンスが１００μＨであり、コイルＬ３は自己インダクタンスが１．１ｍＨであった。バッファキャパシタンスは、キャパシタンス値が２２ｎＦであった。キャパシタンスＣ１はキャパシタンスが２２０ｎＦであり、キャパシタンスＣ２はキャパシタンスが６．８ｎＦであった。
【００５４】
コイルＬ１およびＬ２とダイオードＤ１−Ｄ４とが設けられていない回路装置における電力消費が最も高かった。図１に示される例の実質的な実施例の電力消費は、１．３ワットより低く、その一方で、図２に示される例の実質的な実施例の電力消費は、図１に示される例の実質的な実施例より低いほぼ１ワットであった。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に従うランプに接続された回路装置の第１の実施例を示す図である。
【図２】
本発明に従うランプに接続された回路装置の第２の実施例を示す図である。
【符号の説明】
Ｋ１およびＫ２入力端子
Ｃｂｕｆバッファキャパシタンス
Ｄ１−Ｄ８ダイオード
Ｓ１およびＳ２スイッチング素子
Ｌ１およびＬ２およびＬ３コイル
ＳＣ回路部品
ＤＣ調光回路
Ｋ３およびＫ４ランプ端子
ＬＡランプ
Ｃ１およびＣ２キャパシタンス

Claims

直流電圧を供給する電圧供給源に接続される第１の入力端子および第２の入力端子と、
当該直流電圧から周期的な方形波電圧を生成するためのものであって、第１のスイッチング素子、第１の誘導素子、第２の誘導素子、および第２のスイッチング素子の直列回路を備え、前記入力端子を相互接続するインバータと、
第１のスイッチング素子の制御電極と第２のスイッチング素子の制御電極とに結合され、前記第１および第２のスイッチング素子を交互に導通／非導通とするための制御信号を生成するために用いられる制御回路と、
第３の誘導素子、ランプと接続するためのランプ端子、および第１の容量素子を含む負荷分岐と、
アノードが前記第２の入力端子に結合され、カソードが前記第１のスイッチング素子と前記第１の誘導素子Ｌ１との間の位置に結合された第１の単向性素子と、
カソードが前記第１の入力端子に結合され、アノードが第２のスイッチング素子と第２の誘導素子Ｌ２との間の位置に結合された第２の単向性素子とを含み、前記ランプを給電するため回路装置において、
前記第１、第２、および第３の誘導素子の前記自己インダクタンスＬ１’、Ｌ２’およびＬ３’のそれぞれに対して、
Ｌ３’＞５’ ＊Ｌ１、かつ、Ｌ３’＞５＊Ｌ２’
が適用されることを特徴とする回路装置。
前記第１、第２、および第３の誘導素子の前記自己インダクタンスＬ１’、Ｌ２’およびＬ３’のそれぞれに対して、
Ｌ３’＞１０＊Ｌ１’、かつ、Ｌ３’＞１０＊Ｌ２’
が適用される請求項１に記載の回路装置。
更に、第３の単向性素子および第４の単向性素子を備え、前記第３の単向性素子のカソードが前記第１の入力端子に結合されており、前記第４の単向性素子のアノードが前記第２の入力端子に結合されており、前記第３の単向性素子のアノードと前記第４の単向性素子のカソードとが第１の誘導素子と第２の誘導素子との間の位置で相互に接続されている請求項１または２に記載の回路装置。
更に、前記第１のスイッチング素子と直列に配列されている第５の単向性素子と、
前記第２のスイッチング素子と直列に配列されている第６の単向性素子と、
第７の単向性素子を含み前記第５の単向性素子および前記第１のスイッチング素子の前記直列回路と分路する第１の分流分岐と、
第８の単向性素子を含み前記第６の単向性素子および前記第２のスイッチング素子の前記直列回路と分路する第２の分流分岐とを備える請求項１、２または３に記載の回路装置。
前記制御回路が制御信号のデューティーサイクルを調整するための調光回路を備える請求項１、２、３または４に記載の回路装置。
前記ランプ端子に接続されているランプのタイプを認識するための回路部品を備える前記請求項の何れかに記載の回路装置。