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JP4116092B2 - 蛍光ランプの調光可能な動作のための回路装置 - Google Patents

蛍光ランプの調光可能な動作のための回路装置 Download PDF

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Description

本発明は、とりわけインスツルメント照明として自動車において使用される蛍光ランプの調光可能な動作のための回路装置に関する。従来技術から相応の回路装置が周知であり、この回路装置では蛍光ランプは動作周波数によって動作される。装置により動作周波数をスイッチオン及びオフすることによって、すなわち人間の眼の臨界ちらつき頻度(Sehfrequenz)より大きい調光周波数によりランプの動作周波数をスイッチオン及びオフすることによって、調光周波数のパルス幅に応じて蛍光ランプの明るさが異なるという印象が人間の眼に生じる。蛍光ランプを流れるランプ電流を調整するためには、付加的な調整器を設けるか又は安定化するのが面倒な振動回路を使用するかのいずれかを行う必要がある。従って、本発明の課題は、蛍光ランプの調光のための簡単に構成される回路装置を提供することである。
上記課題は、動作周波数を調光周波数によりスイッチオン及びオフする装置によって同時にスイッチング周波数により給電電圧がスイッチオン及びオフ可能であり、さらにこれによりランプ電流が調整可能であり、このスイッチング周波数が動作周波数よりも大きいことによって解決される。
動作周波数を発生するためのプッシュプル変換器を有する回路を構成することによって、発振器及び調整器の簡単に構成された機能的な実現が達成される。
とりわけ簡単に構成されたプッシュプル変換器は、キャパシタンス及びインダクタンスから構成される振動回路によって実現される。この振動回路は給電電圧の第1の極に接続されている。この振動回路はさらに交互に2つのスイッチを介して直接的に又は第3のスイッチを介して給電電圧の第2の極に接続可能である。この場合、これら2つのスイッチは各々1つの端子によってキャパシタンス及び/又はインダクタンスの接続端子に接続されている。蛍光ランプはこの回路においてインダクタンス及び/又はキャパシタンスにパラレルに配置されるか又は変圧器を介して動作周波数を供給される。この変圧器の1次巻線は有利には振動回路のインダクタンスを形成する。
例えばトランジスタ又は電界効果トランジスタのような電子スイッチの使用は、スイッチに対する格安な解決法である。
請求項5記載の回路装置によって少ない構成部材を有する回路装置が実現される。
請求項6記載の回路装置はランプ電流のとりわけ有効な調整を提供する。それにもかかわらず、この回路装置は簡単な少ない構成部材によって構成される。
コイルの形式の正帰還装置はインダクタンスと同一のコイルフォーマーに設けられ、この正帰還装置は簡単にかつインダクタンスと同時に製造される。
ランプ電流目標値が蛍光ランプの温度又は周囲の温度に依存して予め設定されることによって、低い温度でも最小輝度が実現される。
とりわけ簡単に構成された本発明の回路装置は請求項9及び12に記載されている。例えば、制御装置にマイクロプロセッサを使用すれば僅かな構成部材コストを有する回路が実現できる。このマイクロプロセッサが場合によってはさらに他の任務のために例えば自動車の多目的インスツルメントに設けられ、本発明の輝度制御部がインスツルメント照明に対して使用される。勿論、この回路は別個のマイクロプロセッサによっても又はスイッチングゲートを用いても実現できる。
蛍光ランプの動作周波数がほぼ振動回路の共振周波数に相応する回路装置によって、僅かな高調波を有するほぼ正弦波状の動作周波数が得られる。これはこの回路に起因する妨害を低減し、さらにこの回路の電磁適合性を向上させる。
パルス列休止期間の前の又はこのパルス列休止期間の開始時点における2つのスイッチの同時的なスイッチオン及びその後のスイッチオフによって、振動回路に含まれる電流が短絡され、これにより蛍光ランプの残光が確実に阻止される。給電電圧の極と振動回路との間に蛍光ランプバラストを挿入することによって、この回路を導通する電流が付加的に安定化され、正弦波状に保持される。
本発明を次に図面に基づいて3つの可能な実施形態によってくわしく説明する。
図1はプッシュプル変換器を有する第1の回路である。
図2は図1の回路の状態パラメータの個々の経過を示す。
図3はプッシュプル変換器を有する第2の回路である。
図4は図3の回路の状態パラメータの個々の経過を示す。
図5はプッシュプル変換器を有する第3の回路である。
図6は図5の回路の状態パラメータの個々の経過を示す。
図1のプッシュプル変換器はコンデンサC及びコイルLから成る振動回路を有する。この振動回路は直接正の給電電圧に接続されており、さらにこの振動回路はトランジスタS1、S2を介して交互に蛍光ランプバラストLv及びトランジスタS3を介してアース電位に接続されている。以下の記述は、トランジスタS3が導通切り換えされていること、つまりトランジスタS1、S2が給電電圧の第2の極に接続されていることを前提とする。コイルLと同一のコイルフォーマーに巻かれているコイルL1によって電圧が正帰還され、発生する交流電圧はトランジスタS1、S2を共振回路の発振周波数によって交互に阻止する。抵抗Rを介してこれら両方のトランジスタS1、S2の動作点が調整される。この振動回路はその共振周波数
Figure 0004116092
によって振動する。ただしここでLはコイルのインダクタンス、Cはコンデンサのキャパシタンスである。この振動回路はそのエネルギをコイルL、L1及びL2から形成される変圧器を介してランプ電流回路に伝達する。このランプ電流回路はコイルL2の他にさらに蛍光ランプKL、インピーダンスZ及び分路SHを有する。蛍光ランプKLと分路SHとの間で電圧が取り出され、整流器Gに供給される。整流された電圧U1はコンパレータKの負の入力側に印加される。このコンパレータの正の入力側には周波数f3=1:T3を有する鋸歯状の電圧U2が印加される。この電圧U2の経過は図2bに示されている。ランプ電流IL及びこのランプ電流ILによって分路SHを介して発生される電圧に応じて、このコンパレータK1の出力側に現れる周波数f3の矩形電圧U3はそのパルス幅W3において変化される。
ランプ電流が大きくなればなるほど、ますます矩形電圧のパルス幅W3は小さくなる。図2cでは、図示されたパルスのスイッチオン持続時間とスイッチオフ持続時間とは等しい。
ランプ電流ILが大きくなればパルス幅W3は小さくなり、電流が小さくなればこれに相応してこのパルス幅は長くなる。電流目標値プリセットは図2bの三角電圧の高さによって調整される。コンパレータK1の出力電圧U3はAND素子Aの一方の入力側に供給され、他方でこのAND素子Aの第2の入力側には電圧経過U4を有する調光周波数f2が供給される(図2a)。この調光周波数f2は矩形状であり、そのパルス幅W2において同様に変化可能である。この調光周波数f2のパルス幅W2はプッシュプル変換器のスイッチオン持続時間を決定し、従って、後でより詳しく説明するように蛍光ランプKLのスイッチオン持続時間を決定する。この調光周波数f2のパルス幅W2は例えば自動的に周囲輝度に依存して調整可能であるか又は手動的に蛍光ランプの所望の輝度に応じて調整可能であるかのいずれかである。
AND素子Aの出力側には電圧U5が現れる。この電圧U5は調光周波数f2のパルス幅W2の間にスイッチング周波数f3を有するパルス幅W3のスイッチングパルスを有する。従って、トランジスタS3はこのパルス幅W3を有するスイッチングパルスの間導通制御される。調光周波数f2のパルス幅W2の間のパルス幅W3を有する最初のパルスによってトランジスタS3は導通切り換えされる。この時間の間、給電電圧源+UBから電流IBが振動回路に流れることができる。この振動回路はその共振周波数で振動し始める。パルス幅W3の最初のパルスの後の時点t2においてこのトランジスタS3は阻止される場合、この振動回路は振動しつづけ、この振動回路に蓄積された電流が蛍光ランプバラストLv及びフリーホイーリングダイオードとして接続されたダイオードDを通して流れて振動回路に戻るが、相応にこの電流は減少する。
時点t3におけるパルス幅W3の次のスイッチングパルスによってトランジスタS3は再び導通切り換えされる。改めて電流が給電電圧源+UBから共振回路に流れ、電流IBはこのスイッチオン持続時間の間に増加する。
この電流は調光周波数f2のパルス幅W2の間にその平均値IMを中心にして変動する(図2f)。パルス幅W3が大きくなるにつれ又は小さくなるにつれ、相応にこの電流IBは増大乃至は減少し、変圧器を介して相応にランプ電流ILも増大乃至は減少する。調光周波数f2のパルス幅W2が終了し、時点t4において周波数f3のパルス列の最後のパルスがトランジスタS3に印加された時、トランジスタS3は周波数f2の休止時間Pの間阻止される。振動回路はそのランプKL及び己の損失による負荷に基づいて減衰し、電流IB及びILは再び0になり、蛍光ランプは消える。調光周波数f2の次のパルスの開始によって、この蛍光ランプは再び前述のように発光し始める。この調光周波数f2は人間の臨界ちらつき頻度より大きいので、人間の眼にはこの蛍光ランプはパルス幅W2に応じて異なった輝度を有するように見える。
蛍光ランプKLは給電電圧が十分大きい場合には1次電流回路において例えばコンデンサCにパラレルに配置することができ、この結果、2次コイルL2を省くことができる。さらに、1次電流回路における分路を介して整流器Gに対する電圧を取り出すこともできる。
図3の回路は同様にコンデンサC及びコイルLから成る振動回路を有する。この振動回路は正の給電電圧に接続され、さらにトランジスタS4、S5を介して交互にアース電位に接続されている。制御装置SEはそれぞれ制御線路SL1、SL2を介してトランジスタS4、S5のベースに接続されている。
制御線路SL1、SL2を介してトランジスタS4、S5は調光周波数f2のパルス幅W2(図4a)の間にスイッチング周波数f3を有するパルス列によって交互に制御される。トランジスタS4、S5に対する相互に連続する個々のパルスの周期T5は、この振動回路の振動周期T1の半分である(図4b、c)。よって、この振動回路は周波数f1=1:T1を有する(図4d)。
周波数f1が振動回路の共振周波数と等しい限り、この振動回路はほぼ正弦波状に振動し、この結果、ほんの僅かな妨害高調波しか現れない。それゆえ、共振周波数の振動周期Tがスイッチング周波数f3の振動周期T3の偶数倍であれば同様に有利である。
図4では振動回路の振動周期T1は個々のパルスの振動周期T3の4倍に相応する。個々のパルスのパルス幅W3によって1次回路の平均電流IMが、従って2次回路のランプ電流ILが調整される。
調光パルスの終了時の時点t5において両方のトランジスタS4、S5が同時に導通制御される(図2b、c)と、振動回路に存在する電流は短絡され、この結果この電流は急激にゼロ点に降下し、よって、蛍光ランプKLは制御されない残光なしにスイッチオフされる。
調光周波数f2は制御装置SEの内部にのみ存在する。この調光周波数f2のパルス幅W2は振動回路のスイッチオン持続時間を決定し、従って蛍光ランプKLのスイッチオン持続時間を決定する。図3に図示された回路は制御部に相応する。このために、様々な所望の輝度及び/又は動作温度に対する調光周波数f2の個々のパルス幅値W2が格納装置に格納される。この格納装置は制御装置SE内に直接設けられるか又は制御装置SEがこの格納装置にアクセスすることができる。
例えば電流IB又はILが測定されてランプ電流が相応に調整されることによってこの調整を構成することもできる。
図5は蛍光ランプKLを示しており、この蛍光ランプKLは高圧コンデンサZを介して変圧器の2次巻線L2に接続されている。この変圧器はその1次巻線Lにおいてプッシュプルに接続された2つのMOSFETトランジスタS6及びS7によって電流を供給される。これら2つのMOSFETトランジスタS6及びS7は制御装置SLによって制御される。この変圧器の1次回路Lは同時に動作電圧UBに接続されている。この場合、トランジスタS6、S7の各ゲートGは制御装置SLに接続されている。各トランジスタS6、S7のトレインDは変圧器の1次巻線Lに接続されている。MOSFETトランジスタS6、S7のソースSは共に分路抵抗R1に接続されており、この分路抵抗R1はアースに接続されている。
制御装置SLは入力信号として分路抵抗R1を介する電圧降下を処理する。この電圧降下はコンパレータKの反転入力側に供給され、このコンパレータKの非反転入力側には一定の値を有する基準電圧UREFが印加される。このコンパレータKの出力側は制御装置SLに接続されている。
冷陰極蛍光ランプKLの制御部の機能は次に図6a及びbを参照して説明する。この場合、時間軸の上に以下の信号が示されている。
信号1 MOSFETトランジスタS6における制御信号
信号2 MOSFETトランジスタS7における制御信号
信号3 冷陰極蛍光ランプKLを通過する電流
信号4 冷陰極蛍光ランプKLを介する電圧
両方のMOSFETトランジスタS6、S7は次々とそれぞれパルス1によって一回制御される。これにより2次コイルL2、高圧コンデンサZ及び蛍光ランプKLから成る振動回路がトリガされる。この振動回路はe関数に従って減衰する(信号4、時点2を参照)。冷陰極蛍光ランプKLの中の気体はこの時間にイオン化され、有機化される。この振動回路の第1回目のトリガから所定の時間が経た後に、例えば80μsec.後に、トランジスタS6、S7は連続的に交互に制御される(信号1及び2、時点4)。この冷陰極蛍光ランプKLはこの時点からすぐに光を放つ(これは信号4の時点3に見て取れる)。
制御装置SLはMOSFETトランジスタS6、S7をパルス状に制御する(図6a、信号1及び2)。MOSFETトランジスタS6、S7を流れる電流は分路抵抗R1を介する電圧降下として測定され、コンパレータK2によって評価される。このコンパレータK2は、測定された電圧が基準値を上回るか否かに応じてロー信号又はハイ信号を送出する。このコンパレータK2の出力信号は制御装置SLにおいて論理的に信号1に結合される。これによって、MOSFETトランジスタS6、S7は制御ロジックによる制御の間にコンパレータKの出力信号のクロックで導通制御又は阻止される。
図6bの時点5における信号1及び2から見て取れるように、所望の個数の制御パルスの後で、両方のMOSFETトランジスタS6、S7は同時に制御される。これによって、振動回路L2、Z、KLから急激にエネルギが引き抜かれ、冷陰極蛍光ランプの発光はすぐに中断する。
この装置は、蛍光ランプKLのフリッカレス動作がMOSFETトランジスタS6、S7の特別な制御だけで実現される、という利点を有する。通常の大規模な制御回路は必要ないのである。

Claims (17)

  1. 蛍光ランプの調光可能な動作のための回路装置であって、
    所定の動作周波数(f1)を有し、調光周波数(f2)によって前記動作周波数(f1)をオン及びオフするための装置を有し、前記調光周波数(f2)のパルス幅(W2)は変化可能であり、前記調光周波数(f2)は前記動作周波数(f1)よりも小さい、蛍光ランプの調光可能な動作のための回路装置において、
    蛍光ランプ電流は変化可能なパルス幅(W3)を有するスイッチング周波数(f3)による給電電圧のオン及びオフによって調整可能であり、
    前記スイッチング周波数(f3)は前記動作周波数(f1)よりも大きく、
    前記スイッチング周波数(f3)のパルス列の持続時間は、前記調光周波数(f2)のパルス幅(W2)により調整される、ことを特徴とする、蛍光ランプの調光可能な動作のための回路装置。
  2. 蛍光ランプの調光可能な動作のための回路装置であって、
    所定の動作周波数(f1)を有し、調光周波数(f2)によって前記動作周波数(f1)をオン及びオフするための装置を有し、前記調光周波数(f2)のパルス幅(W2)は変化可能であり、前記調光周波数(f2)は前記動作周波数(f1)よりも小さい、蛍光ランプの調光可能な動作のための回路装置において、
    蛍光ランプ電流は変化可能なパルス幅(W3)を有するスイッチング周波数(f3)による給電電圧のオン及びオフによって調整可能であり、
    該回路装置は動作周波数(f1)の発生のためのプッシュプル変換器を有し、
    該プッシュプル変換器はキャパシタンス及びインダクタンス(L)を有する振動回路を有し、
    該振動回路は給電電圧の第1の極に接続されており、
    前記振動回路は交互に第1のスイッチ及び第2のスイッチ(S1、S2、S4、S5)を介して給電電圧の第2の極に直接的に接続可能であるか又は第3のスイッチ(S3)を介して接続可能であり、
    前記第1のスイッチ及び第2のスイッチ(S1、S2、S4、S5)はそれぞれ電力端子によってそれぞれ前記インダクタンス(L)及び/又は前記キャパシタンス(C)の接続端子に接続されており、
    蛍光ランプ(KL)は、前記インダクタンス(L)及び/又は前記キャパシタンス(C)に対してパラレルに設けられているか又は変圧器を介して動作周波数(f1)を供給されるかであり、前記変圧器の1次巻線は有利には前記振動回路の前記インダクタンス(L)を形成し、
    前記第3のスイッチはパルス列によって制御可能であり、該パルス列においては個々のパルスはスイッチング周期(T3=1:f3)を有し、調光周波数(f2)のパルス幅(W2)の持続時間の間にイネーブルされ、
    前記第3のスイッチの制御端子にはAND素子(U)の出力側が接続されており、該AND素子(U)の一方の入力側には調光周波数(f2)が印加され、前記AND素子(U)の他方の入力側にはコンパレータ(K)の出力側が接続され、該コンパレータ(K)の正の入力側にはスイッチング周波数(f3)を有する鋸歯状信号又は三角波状信号が印加され、
    前記コンパレータ(K)の負の入力側には実際の又は仮定されたランプ電流(IL)又は1次電流(IB)に相応する信号が印加されることを特徴とする回路装置。
  3. 前記スイッチ(S1、S2、S3、S4、S5)は電子スイッチであることを特徴とする請求項2記載の回路装置。
  4. 第1のスイッチ及び第2のスイッチ(S1、S2)は該第1のスイッチ及び第2のスイッチ(S1、S2)のそれぞれの電力端子によって第3のスイッチ(S3)を介して給電電圧の第2の極に接続可能であり、
    前記第3のスイッチ(S3)は電流バルブ(D)を介して前記給電電圧の第1の極に接続されており、
    前記第3のスイッチが導通状態ではない場合、前記電流バルブ(D)はフリーホイーリングダイオードとして使用され、
    前記第1のスイッチ及び第2のスイッチ(S1、S2)の制御端子は正帰還装置に接続されていることを特徴とする、請求項又は記載の回路装置。
  5. 正帰還装置はコイル(L1)から構成され、該コイル(L1)はインダクタンス(L)と同一のコイルフォーマーに巻かれており、前記コイル(L1)のそれぞれの接続端子は第1のスイッチ乃至は第2のスイッチ(S1、S2)の制御端子に接続されていることを特徴とする、請求項記載の回路装置。
  6. ランプ電流目標値(IL)は蛍光ランプの温度又は周囲の温度に依存して予め設定されることを特徴とする請求項1〜までのうちの1項記載の回路装置。
  7. 第1のスイッチ及び第2のスイッチ(S4、S5)はそれぞれ電力端子によって給電電圧の第2の極に接続されており、
    前記第1のスイッチ及び第2のスイッチ(S4、S5)は該第1のスイッチ及び第2のスイッチ(S4、S5)のそれぞれの制御端子によって制御装置(SE)に接続されており、
    該制御装置(SE)は前記スイッチ(S4、S5)をパルス列によって交互に制御し、該パルス列の個々のパルスはスイッチング周期(T3)を有し、
    前記スイッチ(4、5)に対する連続するパルスの周期(T5)は、振動回路の振動周期(T1)の半分であることを特徴とする請求項記載の回路装置。
  8. スイッチング周波数(f3)は動作周波数(f1)の偶数倍であることを特徴とする請求項1または2記載の回路措置。
  9. 動作周波数(f1)はほぼ振動回路の共振周波数に相応することを特徴とする、請求項又は記載の回路装置。
  10. 2つの電力スイッチ(S6、S7)は変圧器の1次回路に配置されており、プッシュプルに制御装置(SL)によって制御可能であり、
    前記スイッチ(S6、S7)とアースとの間には分路抵抗(R1)が配置されており、該分路抵抗(R1)の電圧降下は電流調整に使用されることを特徴とする請求項2記載の回路装置。
  11. 電圧降下はコンパレータ(K2)を介して制御装置(SL)に供給され、前記電圧降下は前記コンパレータ(K2)の第1の入力側に印加され、前記コンパレータ(K2)の第2の入力側には基準電圧が供給されることを特徴とする請求項10記載の回路装置。
  12. スイッチ(S6、S7)はMOSFETトランジスタであり、該MOSFETトランジスタのドレイン(D)は変圧器の1次回路(L)に接続され及び前記MOSFETトランジスタのゲート(G)は制御論理(SL)に接続されており、両方のトランジスタ(S6、S7)のソース(S)は分路抵抗(R2)にもコンパレータ(K2)にも接続されていることを特徴とする請求項10又は11記載の回路装置。
  13. 制御装置(SE、SL)は両方のスイッチ(S4、S5、S6、S7)をパルス列休止時間の前に又は該パルス列休止時間の開始時点において同時にスイッチオンし、その後で再びスイッチオフすることを特徴とする請求項12のうちの1項記載の回路装置。
  14. 制御装置(SE)はランプ電流に依存してスイッチング周波数(f3)のパルス幅(W3)を調整することを特徴とする請求項7または13記載の回路装置。
  15. 制御装置(SE)はランプの温度又は周囲の温度に基づいてスイッチング周波数(f3)のパルス幅(W3)を制御することを特徴とする請求項7または13または14記載の回路装置。
  16. 制御装置は周囲輝度又は目標値設定器に依存して調光周波数(f2)のパルス幅(W2)を制御することを特徴とする請求項又は請求項1315のうちの1つ記載の回路装置。
  17. 蛍光ランプバラスト(Lv)は給電電圧の極と振動回路との間に配置されることを特徴とする請求項又は請求項1316のうちの1つ記載の回路装置。
JP54500398A 1997-04-24 1998-04-17 蛍光ランプの調光可能な動作のための回路装置 Expired - Fee Related JP4116092B2 (ja)

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