JP2007521615A - 多機能フィードバック検知付きバラスト制御ｉｃ - Google Patents

Abstract

【解決手段】電子バラスト制御における多機能フィードバック検知入力は、指定閾値を超えるランプパラメータに基づいて、多数のランプ障害を示す。寿命末期検出は、ＤＣオフセットによりランプフィードバックを調整して、単純な閾値比較を提供し、ランプが指定された動作境界を越えたかを判断することで達成される。開状態のフィラメント、ランプの欠如、又は破損した陰極は、ランプフィラメントにおける開回路を検出し、フィラメント開回路の際に検知フィードバックを停止状態へ駆動することで、同様のフィードバック検知において検出される。バラスト制御は過電流状態とランプ障害とを検出するための電流検知フィードバックを含むため、バラスト制御は、寿命末期状態、ランプの欠如、破損したランプ、開状態のフィラメント、破損した陰極、過電流、ハードスイッチング、又は点灯の失敗を、最低限の数のフィードバックセンサにより検出する。バラスト制御は、簡素化された回路により多数の保護を提供し、コストを低減し、電子バラスト制御の機能性を向上させる。
【選択図】図７

Description

本発明は、ガス放電ランプ用の電子バラスト制御に関し、特に、多機能フィードバック検知機能を得るための回路を備えた電子バラスト制御装置に関する。

蛍光ランプを制御する電子バラストでは、通常、ランプのフィラメントを予熱し、ランプを点火又は点灯し、ランプを所定の出力まで駆動し、ランプの障害状態を検出し、回路を安全に停止させるために電子機器を使用する。

ガス放電回路用の電子バラストは、以前使用されていたパワーバイポーラスイッチング装置に置き換えることが可能なパワーＭＯＳＦＥＴスイッチング装置及び絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が利用可能であることから、広く使用されるようになった。電子バラスト内のパワーＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴのゲートを駆動する多数の集積回路（ＩＣ）が考案されている。例としては、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが販売する製品で、米国特許第５，５４５，９５５号及び第６，２１１，６２３号において説明されるＩＲ２１５５、ＩＲ２１５７、ＩＲ２１５９、ＩＲ２１５７１、及びＩＲ２１６７が含まれ、これらの開示は出典を明示することによりその全体を本願明細書の一部とする。

ＩＲ２１５５ゲートドライバＩＣは、従来の回路と比較して著しい利点を提供するものであり、このドライバは、従来のＤＩＰ又はＳＯＩＣパッケージにおいてパッケージされる。パッケージは、内部レベルシフト回路と、不足電圧ロックアウト回路と、不感時間遅延回路と、追加論理回路とを含み、外部レジスタ及びキャパシタによって決定された周波数でドライバが自己振動可能となるように入力を行う。

ＩＲ２１５７及びＩＲ２１５７１製品は、ＩＲ２１５５では利用できない数種類の特徴を備えた完全一体型バラスト制御ＩＣを提供する。ＩＲ２１５７及びＩＲ２１５７１製品は、五種類の基本動作モードで機能し、ＩＣ入力に基づいてモード間を移行できる。モードには、不足電圧ロックアウト（ＵＶＬＯ）モードと、予熱モードと、点灯傾斜と、稼働モードと、障害モードとが含まれる。こうしたＩＣの他の特徴には、（ｉ）ランプ全体での初期高電圧パルスのない無点滅の始動を保証する始動手順と、（ｉｉ）非ゼロ電圧スイッチング保護回路と、（ｉｉｉ）過剰温度シャットダウン回路と、（ｉｖ）ＤＣバス及びＡＣオン／オフ制御回路と、（ｖ）共振近傍又は未満検出回路とが含まれる。

従来利用可能なバラストＩＣは、力率補正（ＰＦＣ）制御用の外部構成要素を必要とする。ＰＦＣ制御回路の例は、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに対する米国特許第６，２５９，６１４号において説明されており、その開示は、出典を明示することによりその全体を本願明細書の一部とする。

電子バラストを提供することにおける設計上の課題は、ランプが寿命末期に近づいた時に発生する「寿命末期検出問題」によって生じる。上記のＩＲ２１５７、ＩＲ２１６７、及びＩＲ２１５７１製品は、それぞれ、オシレータを停止させ、ゲートドライバ出力を低下させ、ＩＣを一時的な微少出力状態に入れるために使用されるシャットダウン（ＳＤ）ピンを有する。上記のＳＤピンにおける閾値を上回る入力電圧は、ランプの障害、ランプの交換、又はランプの除去を示す。ランプの寿命末期を容易に検出するための回路を提供することは有利である。

上記の寿命末期検出問題に対処するために、解決策の１つでは、ランプ全体での電圧の検出を提供し、ランプが寿命末期に近づく時期を示す。ランプ電圧が所定の閾値に近づく時には、駆動回路を無効にして、更なる駆動信号がランプに提供されるのを回避し、電力スイッチング装置の何らかの損傷を防止する。上方及び下方閾値をチェックし、ランプが適正動作のための閾値ウィンドウ内で動作しているかを判断し、測定電圧が閾値ウィンドウの外である時に寿命末期状態であると判定してもよい。寿命末期検出回路は、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに対する米国特許第６，６１７，８０５号において説明されており、その開示全体は、出典を明示することにより本願明細書の一部とする。寿命末期の検出に使用されるものと同じランプ電圧は、ランプの存在又はランプの障害を判断するために使用可能な別の閾値と測定電圧を比較することで、ランプの障害又はランプの除去状態を判断するのに使用してもよい。

通常、ランプ全体の電圧は、ランプに印加される電圧とほぼ直接的に関連する接続により測定される。電力スイッチング構成要素を介した電流出力の検出等、その他のフィードバックセンサも利用できる。電力スイッチング構成要素を介した電流は、例えば、レジスタ全体の電圧として測定してよく、過電流、点灯失敗、又はハードスイッチング等、様々な障害は、電流の測定によって検出できる。ランプの異常を示す障害が検出された場合、上で説明したランプ全体での電圧測定等によって、ランプ交換が検出された時、電子バラスト制御は、リセット可能である。

スイッチングハーフブリッジ等の電子バラストと、電子バラストによって駆動されるランプとの両方に関連する様々な障害検出及びリセットの機能は、統合することが望ましい。更に、寿命末期検出の能力及び適応力を改善すると共に、検出可能な障害の数と、こうした障害に対する応答性とを改善することが望ましい。

電力スイッチング構成要素内の電力を検出する電流検知は、通常、上部フィラメントが開状態となった時期、或いは上部陰極が破損したかを推測するのに使用できる。検知回路は、電力スイッチング構成要素における過電流又はハードスイッチングを検出し、上部及び下部の両方のフィラメント及び陰極での障害判定を提供する。しかしながら、低電圧ランプ動作又は電圧モード予熱構成の場合、電子バラストは、過電流障害を発生させない上部陰極での開状態のフィラメントの場合でも、予熱及び点灯モードを通過し得る。したがって、ランプの上部又は下部の開状態のフィラメント又は破損陰極を検出し、多数の電子バラストモードにおいて障害状態に対処することが望ましい。

本発明によれば、寿命末期（ＥＯＬ）状態と他の障害とを検出可能な電子バラスト制御装置に組み込まれる多機能フィードバック回路が提供される。ＡＣ ＥＯＬと、ＤＣ ＥＯＬと、開状態の上部フィラメントと、開状態の下部フィラメントと、破損上部陰極と、破損下部陰極と、ランプ除去との全てを検出可能であり、電子バラストをデフォルトモードに入れ、構成要素の損傷を防止できる。本発明は、更に、電源を入れ直す必要なく、交換ランプを点灯する自動再始動機能を提供する。制御ＩＣは、異なるモードで異なる応答を提供するランプ電圧検出用のバイアス検知ピンを提供する。ＥＯＬ検出器は、ランプ点灯後の稼働モードで動作し、ランプ電圧を閾値ウィンドウと比較してＥＯＬを検出する。内部バイアスにより、ＥＯＬ回路は、ＡＣ ＥＯＬ、例えば、両陰極での対称的な劣化と、ＤＣ ＥＯＬ、即ち、一方の陰極のみで劣化が発生し得る非対称な寿命末期兆候との両方を測定できる。検知ピンのバイアスにより、単一の比較器を使用して、こうしたいくつかのケースでのＥＯＬ検出を実現し得る。

本発明の別の特徴によれば、ランプからのフィードバック回路は、所定の閾値を上回るフィードバック検知によってシステムが障害に気づき、適切に停止するようにすることで、下部フィラメントが開回路である時期の検出を可能にする。有利なことに、ランプが交換された時、フィードバック電圧は閾値を下回って低下し、自動再始動が可能となる。同様の構成は、開回路である上部フィラメントを検出するために使用してよく、即ち、検出回路は、閾値を上回るフィードバック検出により、電子バラストが障害を示し、停止等の適切な応答を行うようにする。

本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照する本発明の以下の説明から明白となろう。

図１を参照すると、電子バラストのための回路図は、回路１０として例示されている。回路１０は、電子バラストを制御する全ての動作信号を提供する電子バラスト制御ＩＣ１２を含む。好ましくは、制御ＩＣ１２は、スイッチングハーフブリッジ内のハイ及びローサイドスイッチＭＨＳ、ＭＬＳに駆動信号を提供し、ランプ１４に電力を送る。暗線で図示した回路１０の回路接続は、高電流高周波経路を表す。高周波高電流経路は、長さを最低限として、高周波ノイズイベントを回避又は低減するべきである。制御ＩＣ１２は高周波高電流信号を扱わないが、制御ＩＣ１２が電力スイッチＭＨＳ、ＭＬＳ、及びＭＰＦＣを制御し、電子バラスト内の電力を送ってランプ１４を動作させることは容易に確認できる。制御ＩＣ１２は、更に、ピンＳＤに提供されたランプ１４からのフィードバックを受領し、ランプ１４の性能特性を測定する。制御ＩＣ１２は、スイッチＭＨＳ及びＭＬＳで構成されたスイッチングハーフブリッジのローサイドに結合されたピンＣＳにおけるスイッチングハーフブリッジのフィードバック検知を含む。スイッチングハーフブリッジを通過する電流に関連する電圧を検知することで、ピンＣＳは、ランプ１４及び電子バラストの動作に関する情報を導き出し、フィードバック制御及び障害検出能力を提供できる。

回路１０は、更に、入力電力線Ｌ、Ｎに対して、電子バラストを純粋な抵抗負荷のように見せる力率補正（ＰＦＣ）回路を含む。制御ＩＣ１２は、力率補正スイッチＭＰＦＣを切り替え、入力正弦波電圧と実質的に同相であるインダクタＬＰＦＣに電流を引き込む。この手法によるＰＦＣを提供することで、電子バラストは、入力電力線上で抵抗負荷のように見え、一方、調整されたＤＣ電力が電子バラストに提供される。ＰＦＣ手法については、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに対する米国特許第６，２５９，６１４号において更に詳細に説明されており、４つの接続を使用して完全なＰＦＣ制御を提供し、入力電流及びＤＣバス電圧を調整する。

制御ＩＣ１２は、予熱、動作モード用にプログラム可能な周波数、障害検出、及び電流検知フィードバック等、電子バラストを動作させて蛍光ランプを駆動するために、多数の機能を管理する。こうした機能については、別の場所で説明されており、本事例においては詳細には扱わない。

制御ＩＣ１２は、ランプ１４及び関連回路の動作状態を判定するためにランプ１４に結合されたＳＤピンを含む。本発明の例示的実施形態によれば、ランプ１４からピンＳＤに供給された信号は、操作又は調節され、ＡＣ ＥＯＬと、ＤＣ ＥＯＬと、開状態の上部フィラメントと、開状態の下部フィラメントと、破損上部陰極と、破損下部陰極と、ランプ除去とのような、様々な寿命末期（ＥＯＬ）状態を含む、多数の障害状態の判定を可能にする。ＳＤピンは、ランプが交換された場合に自動再始動も提供する。

次に図２を参照すると、入力ＳＤは、バイアス電圧と、いくつかの比較器とに接続され、様々な状態を検出するように例示されている。例えば、比較器２２、２３は、寿命末期状態を検出するために、ランプに対する動作の閾値ウィンドウを提供する。即ち、ＳＤピンにおける電圧が１．０ボルト未満又は３．０ボルトを上回る時、寿命末期状態が検出される。正常稼働モード中、良好なランプは、２．０ボルトバイアス電圧２４を基準とするような、１．０乃至３．０ボルトの電圧を生成する。

別の比較器２６は、様々な動作モード中に、ＳＤピンにおける電圧に基づいて障害状態を検出するのに使用される。比較器２２、２３、及び２６のそれぞれは、ヒステリシスを示すようなシュミットトリガ比較器である。特に、比較器２６は、５．１ボルト閾値に基づいた０．２ボルトのヒステリシスを示す。したがって、電子バラストに対する電源を入れた後、ピンＳＤの電圧が４．９ボルト未満であり、ＤＣバスが適切な電圧に達した場合、ランプは、正しく動作していると判定され、電子バラストは、通常の始動シーケンスを継続する。好ましくは、比較器２６は、全てのモード中にアクティブとなり、ピンＳＤの電圧が５．１ボルトを超えて上昇するランプ障害又はランプ除去状態のような障害を検出する。バイアス電圧２４は、高インピーダンス入力バイアスを得るために、１．０ＭΩレジスタを介して提供される。ＥＯＬ状態の適切な読み出しを得るために、比較器２２及び２３は、好ましくは、電子バラストとランプとが正常稼働モードに入った時に有効化され、この時点で、ピンＳＤの電圧は、良好なランプにおいて、１．０乃至３．０ボルトで安定する。

次に図３を参照すると、寿命末期フィードバック検出回路が、回路３０として例示されている。回路３０は、レジスタ３２と、キャパシタ３３と、レジスタＲＥＯＬ４との連結部であるノードＡを含む。レジスタＲＥＯＬ４の値は、正常稼働動作中のランプ電圧が１．５ボルトＰＰＫを有する信号をノードＡにおいて生成するように選択される。具体的な例として、Ｔ５／３５Ｗランプは、１．２ｋΩの値を有するレジスタＲＥＯＬ４により動作し、ノードＡにおいて所望の電圧を提供する。図３の波形３５に示したように、ノードＡでの信号は、ゼロボルトのオフセットと、正弦波形状とを有する。ピンＳＤは、１ＭΩインピーダンスを介して２．０ボルトの値を有する内部電圧バイアス２４を有し、ピンＳＤにおける電圧の信号は、キャパシタ３３のＡＣ結合によって、１．２５乃至２．７５ボルトで変化するようになる。結果的な波形は、ランプ電圧波形３５から導かれた波形３６として例示されている。

ランプ内でＥＯＬ状態に達した時、ランプ電圧は、対称的に増加、即ち、ランプの上部及び下部陰極の両方で同様の劣化が存在するか、或いは、非対称的に増加、即ち、一方の陰極に他方より大きな劣化が存在するかのいずれかになり得る。ランプでの対称的な電圧増加は、上部及び下部陰極での対称性から、ＡＣ ＥＯＬと呼ばれる。ランプでの非対称的な電圧増加は、ランプ電圧に関して、一方又は他方の陰極に対するバイアスが存在することから、ＤＣ ＥＯＬと呼ばれる。ピンＳＤにおけるピークトゥピーク電圧は、正のピーク電圧が３．０ボルトを上回るまで、及び／又は、負のピーク電圧が１．０ボルトを下回るまで、ＡＣ ＥＯＬ又はＤＣ ＥＯＬのそれぞれにおいて、電圧バイアス２４を基準に増加する。こうした閾値は、図２において例示及び説明したようなウィンドウ比較器の停止を発生させ、ランプ交換の必要性を示し、電子バラスト回路を保護する。ＥＯＬ閾値は、特定の用途のためにＲＥＯＬ４の値を変更することで調整できる。指針として、寿命末期閾値については、通常、ランプの電圧より３０％高く又は低くして、適切なＥＯＬ閾値を得る。

次に図４Ａ及び４Ｂを参照すると、電子バラストの状態動作が例示されている。状態図４０は、制御ＩＣ１２が検知イベント及び値に基づいて様々な状態へ変化し、ランプを効率的に動作させ、障害状態の場合に適切な処置を講じてランプ内の電子バラストを保護する様子を例示している。電子バラストの動作は、電源を入れた時に開始され、制御ＩＣ１２は、状態４２のＵＶＬＯモードに入る。ＵＶＬＯモードにおいて、スイッチングハーフブリッジは、力率補正と同様に無効化されるため、スイッチＭＨＳ、ＭＬＳ、及びＭＰＦＣ（図１）の切り替えは行われない。状態４２において、ピンＣＯＭＰの値は、ゼロボルトであり、ＰＦＣ制御及びＤＣバス調整の初期又は再始動状態を示す。ＵＶＬＯモード中、電力は、約１５０マイクロアンペアの値を有する小さな静止電流Ｉｑｃｃとして、制御ＩＣ１２のピンＶｃｃに提供される。ピンＣＯＭＰの値と同様に、ピンＣＰＨは、ゼロボルトまでの放電を行い、制御ＩＣをＵＶＬＯモードの初期又は再始動状態にする。

状態４２のＵＶＬＯモード中、電子バラストへの電力は、電荷ポンプ回路において継続的に高まり、特定の条件が満たされた際に、制御ＩＣ１２がＵＶＬＯモードから状態４４の予熱モードへ状態を変更できるようになる。条件には、ピンＶｃｃの電圧が上方ＵＶＬＯ閾値である１１．４ボルトより大きな値に達することと、バス電圧が５．１ボルトより大きな値に達し、ＤＣバスが適切かつ安定して動作しているのを示すこととが含まれる。状態４２から状態４４への移行は、更に、ピンＳＤの電圧値が４．９ボルト未満で、適切なランプ動作を示していることと、制御ＩＣ１２の内部温度センサがＩＣの連結部温度を１６０℃未満と示していることとを意味する。こうした全ての条件が満たされると、制御ＩＣ１２は、状態４２のＵＶＬＯモードから、状態４４の予熱モードへ移行する。

状態４４の予熱モードでは、電子バラストの予熱動作が開始される。スイッチングハーフブリッジは、予熱周波数で振動を開始し、ＰＦＣ回路が有効化される。キャパシタＣＰＨ（図４Ｂ）は、約１μＡの電流で充電を開始し、予熱モードの期間を決定する。レジスタＲＰＨは、スイッチＭ１を介してＣＯＭ又はゼロボルトに内部で接続し、予熱モード振動周波数の決定に寄与するように、レジスタＲＰＨをレジストＲＴと並列で連動させる。ピンＲＵＮは、レジスタ及びキャパシタ動作の所望の組み合わせを得るために、非通電スイッチＭ２によって、内部で開回路に設定され、予熱周波数と、予熱モードのパラメータを指定するタイミングとを確定する。加えて、状態４４において、ピンＣＳ（図１）は、予熱モード中の過電流障害の検出を防止するために無効化される。予熱モード中の電子バラストにおける様々な過渡電流と電圧及び電流レベルとは、一時的に過電流状態を引き起こす場合があり、ピンＣＳを無効化することで、誤った指摘を防止する。

制御ＩＣ１２の状態動作は、比較器ＣＯＭＰ２が示すように、ピンＣＰＨの電圧が４．０ボルトを上回る値に達した時に、予熱モード状態４４から、点灯傾斜モード状態４６へ移行する。ピンＲＰＨは、スイッチＭ１をオフにすることにより、接地から切断され、或いは開回路となる。点灯傾斜モード状態４６において、振動周波数は、ランプの点灯を試みるために、予熱周波数から電子バラストの最低周波数へ向けて傾斜する。状態４６の間、キャパシタＣＰＨの電圧は、約１μＡの充電電流がキャパシタＣＰＨに送給されるのに従って、増加を続ける。加えて、ピンＲＰＨ及びピンＲＵＮは、非通電スイッチＭ１、Ｍ２によって開回路状態に設定され、レジスタＲＰＨを介してキャパシタＣＲＡＭＰを充電することで傾斜時間を確定する。キャパシタＣＲＡＭＰが充電されると、レジスタＲＴ、キャパシタＣＴ、及びレジスタＲＤＴによって決定された振動周波数は、最低振動周波数に近づく。最低周波数は、ランプを点灯させる大きな電圧及び電流を生成する負荷回路の共振周波数に近い。点灯傾斜モード状態４６の間、ピンＣＳの過電流閾値回路は、ランプの点灯に失敗したか、或いは、スイッチングハーフブリッジにおいてハードスイッチングが生じたかを検出可能となる。過電流障害の場合、制御ＩＣ１２は、状態４６から障害モード状態４９へ移行し、スイッチングハーフブリッジを無効化し、電子バラスト及びランプを以下で更に詳細に説明する安全な状態にする。

制御ＩＣ１２は、比較器ＣＯＭＰ２が示すように、ピンＣＰＨの電圧が５．１ボルトより大きくなると、点灯傾斜モード状態４６から、稼働モード状態４７へ移行し、比較器ＣＯＭＰ２はスイッチＭ２を制御し、レジスタＲＲＵＮを接地に結合する。したがって、稼働モード状態４７において、振動周波数は、最低周波数から、レジスタＲＴ、ＲＲＵＮ、及びＲＤＴとキャパシタＣＴとによって決定される稼働周波数へ傾斜する。キャパシタＣＰＨは、クランプされる１０ボルトのレベルまで充電され、障害の際、或いは、電力低下又は再始動の場合のようなＵＶＬＯモード状態への移行の際に、ゼロボルトまで放電する。ピンＲＰＨは引き続き開回路状態で維持されるが、ピンＲＵＮは、内部的に接地に接続され、レジスタＲＲＵＮを介した電流フローを可能にする。更に、稼働モード状態４７の間、ピンＣＳは、負荷の存在しない時期、或いは、共振周波数を下回るスイッチング動作が存在する時期を決定するために使用される０．２の閾値に対して有効となる。更に、稼働モード状態４７の間、ピンＳＤは、正常稼働モード動作中の寿命末期検出のために、１．０ボルト乃至３．０ボルトのウィンドウ閾値に対して有効となる。

制御ＩＣ１２は、供給電圧の障害又は電力低下の際、或いは、同じく電力低下の場合に生じ得るように、ＤＣバスが適切な動作のための閾値レベルを下回った際に、状態４４、４６、又は４７から、ＵＶＬＯモード状態４２へ移行する。加えて、ＵＶＬＯモード状態４２への移行は、ピンＳＤの電圧が５．１より高くなった場合に発生してもよく、これはランプの障害、或いはランプの欠如を示す。

制御ＩＣ１２は、ピンＣＳでの送信信号に基づいた過電流の検出時、或いは、負荷の欠如又は共振未満の動作を示す、例えば０．２ボルトの指定閾値を、ピンＣＳの電圧が下回った場合に、稼働モード状態４７から障害モード４９へ移行する。稼働モード状態４７から障害モード４９への移行は、ピンＳＤの電圧が１．０ボルト乃至３．０ボルトの例示的な閾値によって確立されたＥＯＬ閾値ウィンドウから外れた場合にも発生する。制御ＩＣ１２内部の結合部温度が例えば１６０℃を超える温度であることを検知する過剰温度障害の際にも、三種類全ての状態４４、４６、及び４７は、障害モード状態４９へ移行する。

障害モード状態４９において、制御ＩＣ１２は、電子バラスト構成要素及びランプを、検出された障害状態中に発生し得る損傷から保護する動作を行う。障害ラッチは、障害の発生を示すように設定し、電源を入れ直した際、或いは、ランプが交換された場合にリセットする。障害モード状態４９の間、スイッチングハーフブリッジは、ＰＦＣ回路と同様に無効化され、即ち、ピンＣＯＭＰがゼロボルトになることが示すように、ＤＣバスの調整は行われなくなる。制御ＩＣ１２の動作を維持するために、静止電流を約１５０μＡの供給電圧ピンＶｃｃに供給する。障害モード状態４９は、ピンＣＰＨをゼロボルトに設定することで、予熱タイミングキャパシタのリセットも提供する。Ｖｃｃは、更に、電力構成要素を能動的に動作させることなく、電子バラストの制御動作を維持するために、特定の値、例えば、１５．６ボルトに設定される。

制御ＩＣ１２は、ピンＶｃｃに印加される電圧が特定の値、例えば、９．５ボルトを下回った時、或いは、ピンＳＤの電圧が５．１ボルトを超えて増加した場合に、障害モード状態４９からＵＶＬＯモード状態４２へ移行する。ピンＳＤの電圧の増加は、ランプの欠如を示すため、ＵＶＬＯモード状態４２への移行によって、ランプが新しいランプに交換された場合に、電子バラストの自動再始動が可能となる。

次に図５を参照すると、簡略状態図５０において、ピンＳＤの動作の特有の機能が強調されている。ＳＤピンに特有の機能は、ランプの障害が存在するか、ランプが取り外されているか、或いはＥＯＬ状態が検出されたかを判定するために準備される。始動中にピンＳＤの電圧が４．９ボルト未満である場合、即ち、制御ＩＣ１２がＵＶＬＯモードである場合、ランプは、正常に動作していると判断され、電子バラストは始動シーケンスを継続する。ピンＳＤでのＥＯＬ検出は、稼働モード中に有効化され、図２を参照して上で説明したように、ランプ電圧を電圧バイアスによって得た閾値ウィンドウと比較する。ピンＳＤの電圧が５．１ボルトを超えて増加した時には、ランプの障害又はランプの除去が示され、状態図における適切な移行が発生する。本発明によれば、ピンＳＤが示した障害に関連する状態図５０での移行は、有利なことに、様々なランプ障害を示すのに使用される。即ち、例えば、ピンＳＤの電圧が５．１ボルトの障害閾値より大きい時には、多数のランプ障害に対する応答として使用可能な停止応答が発生する。したがって、ランプの障害が発生した場合、障害閾値より大きな電圧をピンＳＤに加え、制御ＩＣ１２を障害状態へ移行させることができる。ピンＳＤの電圧を閾値より上に駆動する回路については、図７に示した例示実施形態により、以下で更に詳細に説明する。

始動中、制御ＩＣ１２は、微少電力モードとなり、１５０μＡの静止電流のような非常に小さな電流を引き出す。ＵＶＬＯモードにおけるピンＳＤの電圧を決定することで、例えば、４．９ボルト等の閾値をピンＳＤの電圧が下回るまで、オシレータが始動するのを防止できる。電子バラストの動作を開始する前に、即ち、予熱及び点灯の前に、ランプの電圧を決定することで、バラスト制御ＩＣ１２は、ランプが接続されており、フィラメントが完全な状態であることを判断できる。ピンＳＤの電圧は、ランプの除去又は開フィラメント状態が発生したかを判断するために、予熱及び点灯モード中に継続的にモニタされる。こうした障害状態は、ピンＳＤの電圧を、例えば、５．１ボルトの閾値と比較することで検出される。ピンＳＤの電圧が閾値を超えた場合、制御ＩＣ１２は、ＵＶＬＯモードに戻る。ピンＳＤの電圧を閾値と比較することで、バラスト制御ＩＣ１２は、ランプの欠如、或いは、ランプフィラメントが開回路状態にあるかを検出できる。ランプ除去の際、制御ＩＣ１２は、ピンＳＤの電圧が適切な閾値を上回るのと共にＵＶＬＯモードへ戻り、再始動シーケンスを試行するために、全ての始動条件が満たされるまで、ＵＶＬＯモードにとどまる。指定された閾値を上回るピンＳＤの電圧を除いて、ランプバラストの適切な動作に関して他の全ての条件が満たされている場合には、電子バラスト回路においてランプが交換され、これにより、例えば４．９ボルトといった別の閾値をピンＳＤの電圧が下回った時、始動シーケンスを自動的に開始できる。ピンＳＤの電圧が良好な状態のランプの存在を示す閾値を下回った時には、ランプの始動を開始するために予熱モードのオシレータを初期化することで、始動シーケンスを開始できる。

次に図６Ａ乃至６Ｄを参照すると、様々な動作状態で様々な障害が存在するランプに由来する電圧として、ピンＳＤにおいて制御ＩＣ１２が検出する多数のランプ障害が例示されている。図１に例示した回路に関して上述したように、ピンＳＤは、例えば１ＭΩインピーダンスを介して約２．０ボルトの内部電圧バイアスを有し、キャパシタ３３（図３）のＡＣ結合に基づいて、ピンＳＤの信号が１．２５ボルト乃至２．７５ボルトで変化できるようにする。ランプがＥＯＬ状態に達すると、ランプ電圧は、上部及び下部陰極における同様の劣化により、対称的に、即ち、正及び負の方向で同時に増加し得る。この種の寿命末期状態は、ランプ電圧波形の対称形状のため、ＡＣ寿命末期状態と呼ばれる。代わりに、ＥＯＬ状態は、ランプ電圧の非対称な増加として表れる場合があり、即ち、ランプ電圧は、負の方向より正の方向で大きくなるか、或いはその逆になる場合がある。非対称のＥＯＬ状態は、通常、一方の陰極における他方より大きな劣化によるものである。この種の非対称な陰極の劣化は、正弦波形におけるＤＣオフセットのような印象を与えるランプ電圧波形の非対称形状のため、ＤＣ ＥＯＬ状態と呼ばれる。

ＡＣ又はＤＣ ＥＯＬ状態において、ピンＳＤのピークトゥピーク電圧は、例えば、正のピークが３ボルトを超えるまで、及び又は、例えば、負のピークが１ボルトを下回るまで、内部電圧バイアスによって提供された２ボルトのＤＣオフセットを基準に増加する。ウィンドウ比較器とも呼ばれるこうした閾値の境界を、ピンＳＤのピークトゥピーク電圧が越える時、ＥＯＬ状態を示すために停止が発生する。図３に関して上述したように、閾値は、ランプに結合されたレジスタＲＥＯＬ４の値を変更することで修正してよい。

図６Ａにおいて、ランプは、適切に動作しており、仕様電圧ＶＳＰＥＣ内にあり、この場合、ＥＯＬ状態は示されない。図６Ｂでは、劣化した上部陰極によるランプ電圧を、仕様電圧ＶＳＰＥＣより約３０％大きな正進行ピーク電圧により図示している。この状態は、負及び正進行方向の両方において１．０及び３．０ボルトの正常動作の閾値を上回る電圧として、ピンＳＤにおいて検出される。図６Ｃは、ランプの下部電極が上部陰極より遙かに大きな劣化を受けた状態でのランプ電圧を図示しており、これは負の電圧仕様−ＶＳＰＥＣを３０％超える値を有する大きな負進行電圧ピークとして示される。この状態は、ウィンドウ比較器の閾値を超えてＥＯＬ状態を示すピンＳＤの電圧によって示される。図６Ｂ及び６Ｃにおいて非対称ランプ電圧として例示した陰極劣化は、ランプ電圧において観察される見かけ上のＤＣオフセットのため、ＤＣ ＥＯＬ状態と呼ばれる。図６Ｄでは、同様に劣化した両陰極を備えるランプからのランプ電圧を例示している。両陰極での同様の劣化のため、ランプ電圧波形は、対称に見え、負及び正進行方向の両方において、仕様電圧ＶＳＰＥＣより約３０％大きいピーク電圧を生成する。この寿命末期状態は、ＥＯＬ状態用のウィンドウ比較器の閾値を超えるピンＳＤの電圧によって検出される。ランプ電圧波形の対称的な性質から、このＥＯＬ状態は、ＡＣ ＥＯＬと呼ばれる。

このＥＯＬ状態を検出する手法は、制御ＩＣ１２において比較的簡単に実現される共に、比較的安価に製造される。ＥＯＬ検出回路は単純かつ容易に実施されるものの、蛍光ランプにおける陰極劣化の多数の障害モードを検出可能である。

ピンＳＤにおける電圧の応答は負及び正進行電圧に関して対称であるため、ランプ電圧が正及び負進行電圧に関して非対称である場合でも、ＥＯＬ検出回路は、更に簡略化し得る。ピンＳＤにおけるピークトゥピーク電圧は、どちらの陰極が大きな劣化を受けているかに関係なく、ＡＣ ＥＯＬ又はＤＣ ＥＯＬのいずれかにおいて、内部電圧バイアスを基準に増加するため、ウィンドウ比較器の閾値の一方における閾値を備えた単一の比較器により実施できる。例えば、比較器２２、２３からなる図１に例示したウィンドウ比較器は、例えば、１．０ボルト又は３．０ボルトの閾値を有する単一の比較器に置き換えることができる。したがって、図３に例示した外部回路は、ランプのいずれかの陰極における劣化に基づいてＥＯＬ状態を検出するために、ピンＳＤに対して適切な電圧信号を提供する。

「閾値」という用語については、下方又は上方の値を表現し得る。したがって、閾値と比較される値は、上方又は下方の相対方向において閾値を超えるものと定義してよい。例えば、閾値が負の値である場合、閾値と比較するべき値は、閾値よりも正になることで、或いは負になることで、閾値を超えることが可能である。閾値は、上限又は下限にしてよく、別の値との比較によって、比較値が閾値より上である時に一出力状態が生じ、比較値が閾値より下である時に別の出力状態が生じることを示す。

次に図７を参照すると、電子バラスト制御装置の外部の開状態フィラメント検出回路が、検出回路７０として例示されている。検出回路７０は、ランプ７１の上部及び下部陰極７２、７３との接続を含む。検出回路７０によって、他の場合では電流検知フィードバックのみに基づいて検出できない場合があるランプ動作の状態を、陰極７２、７３でのランプパラメータの測定により検出できる。例えば、開状態の上部フィラメント又は破損上部陰極は、電子バラストのスイッチングハーフブリッジにおける過電流状態又はハードスイッチングの検出を介して、電流検知ピンＣＳによって検出できる。通常、こうした測定は、電流モードの予熱動作を使用する予熱モード中に行われる。こうした状態において、過電流の検出は、ランプの上部又は下部陰極の開状態フィラメント又は破損陰極を検出するのに適している。ランプの欠如を検出し、ランプ交換後の自動再始動シーケンスを提供するための下部ランプフィラメントとの接続は、電流モード予熱動作の場合にランプの上部陰極との接続が必要なくなるように、十分な追加機能を提供する。

しかしながら、電圧モード予熱動作の場合、或いは電子バラストが低電圧点灯設計において使用される場合、上部陰極の開状態フィラメントは、予熱モード及び点灯モード中に過電流状態を発生させない場合がある。この問題は、ランプの上部陰極及びフィラメントの状態を検出するために、上部陰極との接続を提供することで解決できる。

検出回路７０によれば、下部ランプフィラメントが完全な状態である時、ダイオード７５の陽極は、小さなレジスタ７６と、下部陰極７３の小さな抵抗とにより、通常ゼロボルトである負のＤＣバスレールに近接して保持される。したがって、ダイオード７５は、陰極７３のフィラメントが完全な状態の時、通電を行わない。ダイオード７５が通電を行わないと、ピンＳＤの電圧は、主に、内部電圧バイアスの影響を受け、例えば、ＥＯＬ検出の目的で実質的に２ボルトに維持される。陰極７３のフィラメントが開回路になった場合、ダイオード７５の陽極は、例えば１ＭΩの値を有し得るプルアップレジスタ７７Ａを介して電圧Ｖｃｃまで引き上げられる。ダイオード７５の陽極が電圧Ｖｃｃまで引き上げられると、ダイオード７５は、通電を開始し、制御ＩＣ１２内の回路によってランプ障害を検出するのに使用される５．１ボルトの閾値より高い電圧Ｖｃｃまで、ピンＳＤの電圧を引き上げる。ピンＳＤの電圧が停止閾値より高くなると、停止メカニズムが起動され、スイッチングハーフブリッジは振動を停止し、制御ＩＣは障害モード又はＵＶＬＯモードのいずれかに入る。この状態では、電子バラストへの電源を入れ直しても、開回路フィラメントのため、ピンＳＤの電圧は、引き続き停止閾値より高くなり、電子バラストの障害状態が維持される。こうした状況において、制御ＩＣ１２は、無期限にＵＶＬＯモードにとどまる。ランプ７１を良好なランプに交換すると、陰極７３の下部フィラメントは、再び小さな抵抗を有し、ピンＳＤの電圧が４．９ボルトを下回り、これにより、ランプ交換後にＡＣ線の電力をリセットする必要なく、ランプを自動的に再始動できる。

上部陰極７２の状態は、トランジスタ７９のベースとの接続によって検出される。トランジスタ７９は、上部フィラメントが完全な状態である限り、オンの状態を維持し、ＤＣバスの電源レールからレジスタ７８を介して電流を供給する。トランジスタ７９がオンである時、ダイオード７４の陽極は、通電時のトランジスタ７９を介した小さな電圧降下のため、ゼロボルトに近接して保持される。ダイオード７４の陽極の小さな電圧はピンＳＤの電圧に大きな影響を全く与えないため、ピンＳＤの電圧は、正常な動作において、約２．０ボルトに維持される。陰極７２の上部フィラメントが開回路になると、トランジスタ７９のベースの電流経路が切断し、トランジスタ７９はオフになる。トランジスタ７９がオフになると、ダイオード７４の陽極はレジスタ７７Ｂを介して電圧Ｖｃｃまで引き上げられるため、ダイオード７４は、通電を行い、ピンＳＤの電圧を電圧Ｖｃｃまで引き上げ、ピンＳＤの電圧は停止閾値を超える。ピンＳＤの電圧が停止閾値を超えて増加すると、制御ＩＣ１２は、スイッチングハーフブリッジをオフにして、電子バラストの動作を停止する。ピンＳＤの電圧は、トランジスタ７９のベースに電流経路が提供されるまで、即ち、ランプが交換されるまで、引き続き回路７０による停止閾値を上回ったままとなる。このシナリオによれば、上述のように、ランプ７１を良好なランプと交換することにより、電源を入れ直す必要なく、電子バラストの自動再始動が可能となる。

したがって、回路７０では、制御ＩＣ１２のピンＳＤに印加された電圧に基づいたランプ７１の障害の検出が可能である。電子バラストに検出回路を提供することで、ランプの上部又は下部陰極の開状態フィラメント及び破損陰極を、電圧モード予熱で動作する電子バラスト、或いは低電圧用の電子バラストにおいて検出できる。したがって、多数の電子バラスト及びランプの障害を検出し、ピンＳＤの電圧増加又はピンＣＳでの電流検知に基づいて、電子バラストの損傷を防止するために、或いはランプ交換の必要性を示すために、適切な応答を実行し得る。こうした全ての機能は、フィードバック検知用の二本のピンのみ、即ち、スイッチングハーフブリッジ内の電流検出用のピンＣＳと、ランプステータス及び状態検出用のピンＳＤとによって達成できる。検出される障害には、ＤＣ ＥＯＬと、ＡＣ ＥＯＬと、ランプの欠如と、破損したランプと、開状態のフィラメントと、破損した陰極と、過電流と、ハードスイッチングと、点灯失敗とが含まれる。こうした機能により、故障ランプの良好なランプとの交換等、特定の条件下での電子バラストの自動再始動が可能になる。ピンＳＤの閾値検出を介して提供される機能は、単純な一組の比較器及び電圧バイアスと、ランプ障害の際にＳＤ回路をトリガするためにランプに取り付けられた適切な回路とにより達成される。

以上、本発明につきその特定の実施形態に関連して説明してきたが、他の多くの変更例及び変形例と、その他の用途は、当業者には明白であろう。したがって、本発明は、本明細書の具体的な開示ではなく、添付特許請求の範囲のみによって限定されることが好ましい。

本願は、優先権の主張の根拠を成す２００３年６月２４日提出の米国仮出願第６０／４８２，３３４号「多機能ＳＤピンを備えたバラスト制御ＩＣ」に基づくと共にその利益を主張するものである。

本発明による駆動ランプを備えた電子バラストの回路図である。 本発明を実現するために使用されるフィードバック検知の簡略ブロック図である。 本発明の利点を実現するフィードバック回路の回路図である。 図１の電子バラスト制御装置の状態動作のブロック図である。 スイッチング動作を例示する回路図である。 図２のフィードバック回路の状態動作のブロック図である。 本発明によるフィードバック回路の動作のグラフ例示である。 本発明によるフィードバック回路の動作のグラフ例示である。 本発明によるフィードバック回路の動作のグラフ例示である。 本発明によるフィードバック回路の動作のグラフ例示である。 本発明による障害検出回路の回路図である。

Claims (18)

1. 電子バラストによって駆動されるランプにおける障害を検出する動作が可能な電子バラスト制御装置であって、
   ランプパラメータ値を取得するために前記ランプに結合された第１の入力を有し、前記ランプパラメータ値との比較のための閾値に結合された第２の入力を有する比較器と、
   前記比較器の出力に結合され、前記比較器の前記出力の選択的印加に基づいて前記電子バラストを停止するための停止回路と、
   前記ランプと前記比較器との間に存在し、前記ランプパラメータ値を前記第１の入力にＡＣ結合するＡＣ結合素子と、を備える制御装置。
2. 更に、前記比較器の前記入力に印加する前記ランプパラメータ値にＤＣオフセットを提供するために前記第１の入力に結合された電圧バイアスを備える、請求項１記載の制御装置。
3. 前記ランプパラメータ値は、前記ランプの各陰極における電圧値を表す、請求項１記載の制御装置。
4. 更に、前記ランプの特性に関して前記ランプパラメータ値を調整するために前記ＡＣ結合素子に接続されたインピーダンス素子を備える、請求項１記載の制御装置。
5. 前記ランプパラメータ値は、前記ランプにおける１つ以上の陰極の劣化を示す、請求項３記載の制御装置。
6. 前記閾値は、指定されたパーセンテージだけ増加又は減少した公称ランプパラメータを表す、請求項１記載の制御装置。
7. 電子バラストによって駆動されるランプの状態を検出するための電子バラスト用のフィードバック制御回路であって、
   前記ランプに結合された第１の入力と、停止特性に関連する閾値に結合された第２の入力とを有し、前記第１の入力における値が前記閾値を通過する時に状態を変化させる動作が可能な比較器と、
   前記第１の入力と前記ランプとの間に結合され、前記ランプの状態に基づいて第１の状態と第２の状態との間で状態を切り替える動作が可能な状態スイッチング素子と、
   前記スイッチング素子の第１及び第２の状態の間での前記第１の入力の切り替えを駆動して、比較器の状態を変化させる動作が可能であり、これにより前記電子バラストを有効化又は無効化する前記状態スイッチング素子と、を備える制御回路。
8. 前記状態スイッチング素子は、ダイオードである、請求項７記載の制御回路。
9. 前記状態スイッチング素子は、ランプフィラメントに結合され、前記ランプフィラメントの通電の状態における変化に基づいて状態を変化させる、請求項７記載の制御回路。
10. 更に、前記ランプ及び前記第１の入力に結合された第２の状態スイッチング素子を備える、請求項７記載の制御回路。
11. 前記第２の状態スイッチング素子は、ダイオードである、請求項１０記載の制御回路。
12. 更に、ランプフィラメント及び前記第２の状態スイッチング素子に結合され、前記ランプフィラメントの状態変化に基づいて、前記状態スイッチング素子の状態を変化させる動作が可能なスイッチを備える、請求項１０記載の制御回路。
13. ランプ及び電子バラストにおける寿命末期状態を検出するための方法であって、
    前記ランプの寿命末期状態に関連するランプパラメータ値を検知する工程と、
    前記ランプパラメータ値を閾値と比較する工程と、
    前記ランプパラメータ値が前記閾値を上回る場合に前記電子バラストを停止する工程と、を備える方法。
14. 更に、前記ランプパラメータ値を指定量だけオフセットする工程を備える、請求項１３記載の方法。
15. 更に、前記ランプパラメータ値が前記閾値を超えない時に前記ランプの再始動シーケンスを可能にする工程を備える、請求項１３記載の方法。
16. 電子バラストによって駆動されるランプにおいてランプ障害を検出するための方法であって、
    非障害ランプ状態を確立するために、状態スイッチング素子により前記ランプのフィラメントを介した閉回路を検出する工程と、
    前記ランプフィラメントが開回路となった時に、ランプ障害状態を示すために前記状態スイッチング素子の前記状態を変化させる工程と、
    開回路フィラメントに基づいた前記状態スイッチング素子の変化の際に、前記電子バラストを停止する工程と、を備える方法。
17. 更に、前記状態スイッチング素子の状態における前記変化に基づいて、閾値を通過して比較器入力を駆動し、これにより前記電子バラストの停止を発生させる工程を備える、請求項１６記載の方法。
18. 更に、複数のランプフィラメントの状態を検出し、前記フィラメントのいずれかが開回路になった場合に、前記状態スイッチング素子の前記状態を変化させる工程を備える、請求項１６記載の方法。

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