JP4490941B2 - 蛍光灯の調光安定器 - Google Patents

Description

本発明は、蛍光灯に用いられる調光安定器に関し、より詳細には、シリコン制御整流調光器及び標準的な照明スイッチに適合した蛍光灯の調光安定器に関する。

調光可能な蛍光灯は、長い間、必要とされている。調光を行うために一般のシリコン制御整流器（ＳＣＲ）を採用する白熱電球とは違って、蛍光灯は、非線形負荷であり、且つ負の抵抗特性を示すものであり、結果として、その調光は、それに対応しては行われ得ないことになる。利用可能な家庭用および商業用の調光器では、通常、ＴＲＩＡＣが採用されていて、その特性は、それがトリガされた後もそのオン状態を維持するための持続電流を要求するものである。その特性は、白熱電球のような抵抗負荷の動作モードには良く適合するが、蛍光灯のような容量性負荷の動作モードには不都合である。その理由は、そのような調光器を採用していても、明滅が生じるかも知れず、調光の過程においてその適切な作動状態が維持されない可能性があり、それが蛍光灯の寿命に悪影響を与えるからである。

日常生活では、様々な状況の様々な場所において調光器が必要であり、結果として、多数のＳＣＲ調光器が、既に様々な場所に取り付けられている。それ故、そのような調光器に適応する調光可能な蛍光灯が望ましく、更にそのような調光器のない場所において標準的な照明スイッチによる調光を行うことも好ましい。

本発明の目的は、シリコン制御整流調光器及び標準的な照明スイッチに適合され、それによって、構造が新規であり、２つの所定の確実な操作モードで調光を行うことが可能である蛍光灯の調光安定器を設けることによって、先行技術における上述の技術的な問題を排除することである。

本発明の１つの実施形態によれば、上記の目的を実現するために、以下のものによって構成される蛍光灯の調光安定器が提供される、つまり、蛍光灯の調光安定器は、
シリコン制御整流調光器及び標準的な照明スイッチに適合した蛍光灯の調光安定器であって、
フィルタ・整流回路（１）と、
周波数を制御し、スイッチ駆動信号を生成させて、調節可能な高電圧をランプ負荷に送る周波数制御・スイッチ回路（３）と、
電圧信号処理回路（６）と、
電圧信号サンプリング回路（７）と、を有し、
前記電圧信号サンプリング回路（７）によって前記シリコン制御整流調光器の導通角或いは前記照明スイッチのオン／オフ状態の変化によって生じる電圧変化を電圧信号に変換してその電圧信号を電圧信号処理回路（６）に送り、
前記電圧信号処理回路（６）によって前記電圧信号が所定の閾値電圧を超過するか否かを判定してその結果を調光制御電圧として前記周波数制御・スイッチ回路（３）に送り、それによって、前記周波数制御・スイッチ回路（３）において最も明るい状態から最も暗い状態へと或いは最も暗い状態から最も明るい状態へと多段階の調光を行うことを特徴とする。

好ましくは、本発明の当該実施形態は、負荷電流フィードバック回路と、周波数制御・スイッチ回路によって出力された高周波エネルギーがそれによってエネルギー貯蔵コンデンサにフィードバックされ得るＤＣ高電圧安定化回路と、を更に含んでいる。

本発明の当該実施形態によれば、電圧信号処理回路は、電圧信号サンプリング回路から提供される電圧信号が所定の閾値電圧を超過するか否かを判定するための閾値電圧を備えている。
好ましくは、電圧信号処理回路に設けられる閾値電圧は、１Ｖ〜４.５Ｖの範囲である。

更に、電圧信号サンプリング回路によって提供される電圧信号の前縁は、そのような信号の電圧が閾値電圧を超過しているか否か、すなわち調光を行うための有効な変化すなわちトリガであるか否かを決定する際に使用されることが可能である。代替的に、電圧信号サンプリング回路によって提供される電圧信号の後縁もまた、同じことを決定する際に使用されることが可能である。

当該実施形態によれば、多段階の調光の段階の数は２〜１０の範囲に及び、その多段階の調光の変化は、最も明るい状態から１つまたはそれ以上の段階的な減光状態を経て、最も暗い状態へ、次いで最も明るい状態への復帰の段階的な繰り返しである。
或いは、多段階の調光は、最も暗い状態から１つまたはそれ以上の段階的な増光状態を経て、最も明るい状態へ、次いで最も暗い状態への復帰の段階的な繰り返しである。

本発明によれば、多段階的な調光は、２つの所定の確実な操作モードで行われることが可能である。その一方は、シリコン制御整流調光器の導通角の変化によるものであり、或いはその標準的な照明スイッチの瞬間的なスイッチングによるものである。有効な変化は、ＳＣＲ調光器の導通角が最大レベルから適当なレベルに変化する間に識別され、その後、初期値に復帰する。代替的に、有効な変化は、照明スイッチを利用することによって安定器が短い持続時間内にオン／オフ切換えされる間に識別される。

好ましくは、最も明るい状態は、安定器が以前に何れの作動状態にあったかどうかに関わりなく、安定器がスイッチオフされ長い持続時間の後に再びオンされる間に自動的に復帰される。

当該実施形態によれば、電圧信号処理回路のコンデンサは、安定器がオフに切換えられて、所定の臨界持続時間に従って持続することになった長短の持続時間の識別のために設けられている。好ましくは、臨界持続時間は、０秒〜１０秒の範囲に及び、コンデンサの静電容量は、２２μＦ〜２２０μＦの範囲に及ぶ。

本発明は、単に例示的なものに過ぎない実施形態についての後続の説明に基づき、以下のような添付図面を参照して、更に詳細に説明される。

図１は本発明に従った実施形態の回路図である。

図１を参照すると、本発明に従った蛍光灯の調光安定器の回路図が図示されている。蛍光灯の調光安定器は、フィルタ・整流回路１と、ＤＣ高電圧安定化回路２と、周波数制御・スイッチ回路３と、負荷電流フィードバック回路５と、電圧信号処理回路６と、電圧信号サンプリング回路７とを含んでいる。そこでは、ランプ負荷４は、周波数制御・スイッチ回路３の出力端部に繋がれている。

当該実施形態によれば、フィルタ・整流回路１は、πフィルタと、ＬＣフィルタと、ＲＣフィルタと、ブリッジ整流器とを直列に含むものであり、それによって、連結されたＡＣ電源からの高周波干渉波をフィルタ処理し、そのＡＣ入力電圧をＤＣリップル電圧に変換する。

フィルタ・整流回路１の出力端部は、周波数制御・スイッチ回路３に安定したＤＣ高電圧を供給するためにＤＣ高電圧安定化回路２の入力端部に連結され、ＤＣ高電圧安定化回路２は周波数制御・スイッチ回路３に接続される出力端部を有する。ＤＣ高電圧安定化回路２のフィードバック端部は、周波数制御・スイッチ回路３の出力端部に接続されており、それによって、その高周波エネルギー出力をＤＣ高電圧安定化回路２のエネルギー貯蔵コンデンサＣ２２にフィードバックする。

図面において示されるように、ＤＣ高電圧安定化回路２は、直列に接続される２つのダイオードＤ７，Ｄ８と、コンデンサＣ１０と、を更に含み、コンデンサ１０は２つのダイオードＤ７，Ｄ８の間の接合点に接続されるその一端と、ランプ負荷４と周波数制御・スイッチ回路３の出力端部Ｃ２０の間におけるもう１つの接合点に接続されている他端とを有し、それによって、その高周波エネルギーは、先ず初めにダイオードＤ８によって整流された後、コンデンサＣ１０を介して、エネルギー貯蔵コンデンサＣ２２に戻るように送られ得ることになる。

周波数制御・スイッチ回路３は、作動周波数を制御し高周波数スイッチング信号を生成させる調光器集積回路チップＩＣ１と、２つのスイッチ・トランジスタＱ１，Ｑ２とそれらに接続されるそれぞれの抵抗器およびコンデンサとを含む関連した外部コンポーネントとを含んでいる。周波数制御・スイッチ回路３の入力端部がＤＣ高電圧安定化回路２の出力端部に接続されていることによって、調節可能な高周波電圧が生成され、且つランプ負荷４の安定した動作を保証する発振回路を通し得ることになる。

当該実施形態において示されるように負荷電流フィードバック回路５は、適応可能な様式で接続される抵抗器Ｒ１５，Ｒ１８，Ｒ１９と、コンデンサＣ２５，Ｃ２６と、ダイオードＤ９，Ｄ１０と、を含んでいる。

当該実施形態における電圧信号サンプリング回路７は、抵抗器Ｒ３，Ｒ６，Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１と、コンデンサＣ４，Ｃ６，Ｃ３０と、ダイオードＤ５，Ｄ６と、を含むものであり、それによって、ＳＣＲ調光器の導通角の変化を電圧信号に変換し、そのような信号を電圧信号処理回路６に送ることになる。その入力端部は、フィルタ・整流回路１の出力端部に繋がれ、その一方で、その出力端部は、電圧信号処理回路６のプログラム可能なＩＣチップであるＩＣ２に接続されている。そこでは、入力電圧は、抵抗器Ｒ３，Ｒ６を介して分割され、その後、コンデンサＣ４に充電される。調光のために必要とされる位相角信号は、分割された電圧が回路コンポーネントＤ５，Ｄ６，Ｒ９，Ｒ１０，Ｃ６の各々を通過し且つそれらによってそれぞれに処理された後、コンデンサＣ３０においてサンプリングされ得るものであり、それによって、電圧信号を電圧信号処理回路６に更なる処理のために送る。

電圧信号処理回路６は、プログラム可能なＩＣチップであるＩＣ２と、適応可能な様式で接続される関連の外部コンポーネントＲ５，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｃ２７，Ｃ２８，Ｃ２９，Ｚ３とを含むものであり、そこでは、コンポーネントＲ５，Ｃ２９，Ｚ３が、ＩＣ２に対する電源として働く。電圧信号処理回路６の入力端部は、電圧信号サンプリング回路７の出力端部に繋がれ、その一方で、その出力端部は、周波数制御・スイッチ回路３におけるＩＣ１の制御端部に接続されている。プログラム可能なＩＣ２の中には、適当なプログラムが設けられており、それによって、調光器の導通位相角の変化或いは電圧信号サンプリング回路７によってサンプリングされる照明スイッチの瞬間的なスイッチングによって生じるオン／オフ状態の変化に対応する電圧信号を、調光制御電圧をＩＣ１の制御端部に送るために更に処理することが可能であり、それによって、確実な様式で段階的な調光を行うことになる。

図示のような電圧信号サンプリング回路７および電圧信号処理回路６は、本発明によって提示される新規な回路である。電圧信号サンプリング回路７によってサンプリングされるＤＣリプル電圧は、ＳＣＲ調光器の導通角の変化から生じる信号の電圧が電圧信号処理回路６に設けられる閾値電圧を超過し得るように、リプル電圧の実効値とＳＣＲ調光器の導通位相角との間の直接的な比例関係を利用することによって更に処理されるものであり、それによって、調光を行うための有効なトリガとして機能する。或いは、調光を行うため標準的な照明スイッチが使用される場合には、電圧信号サンプリング回路７によって送られる信号電圧は、スイッチがオフに切換えられているときには最大値から最小値に降下し、スイッチが短い持続時間内に再びオンに切換えられるときには最小値から最大値に上昇し、それによって、電圧信号処理回路６に設定される閾値電圧を、有効なトリガとして確認され得る信号電圧によって超過させ、同じ様式で調光を行う。

好ましくは、電圧信号処理回路６に設定される閾値電圧は、１Ｖ〜４.５Ｖの範囲にわたっている。そこでは、電圧信号サンプリング回路７によって出力される電圧信号の前縁および後縁の両者は、そのような信号の電圧が閾値電圧を超過するか否か、すなわち調光を行うための有効なトリガであるか否かを決定するのに使用され得る。

本発明の当該実施形態によれば、電圧信号の有効な変化は、信号の電圧がその閾値電圧を超過する度に、電圧信号処理回路６によって調光のためのトリガとして識別され得ることになる。従って、電圧信号処理回路６は、その後、所定のプログラムに従って、周波数制御・スイッチ回路３におけるＩＣ１の制御端部に調光制御電圧を出力することになり、それによって、多段階の調光状態のうちの１つの段階に切換わるのである。好ましくは、多段階の調光の段階の数は、実際的な用途に応じて２〜１０の範囲である。そこでは、多段階の調光は、最も明るい状態から１つまたはそれ以上の複数の段階的な減光状態までステップ状に繰り返され得ることになり、最も暗い状態になると、その後、最も明るい状態へ直接戻る。或いは、多段階の調光は、更には、最も暗い状態から１つまたはそれ以上の複数の段階的な増光状態までステップ状に繰り返され得るものでもあり、最も明るい状態になると、同様な様式において、その後、最も暗い状態へ直接戻る。

好ましくは、作動状態を周囲の明るさに従い必要に応じて順に変更できるように、その最も明るい状態は、本発明による安定器が長い持続時間にわたってスイッチオフされていた後に再びスイッチオンされる間に、安定器が以前に何れの作動状態にあったかどうかに関わりなく、自動的に復帰されなければならない。更に、ＤＣ高電圧安定化回路２は、その高周波エネルギーをエネルギー貯蔵コンデンサＣ２２にフィードバックして、ＤＣ高電圧が特定の範囲の間における周波数変調の間に劇的に降下することがないように保証するものであり、それによって、より確実な様式で調光を行うことになる。

同様にして、負荷電流フィードバック回路５は、ランプ負荷４からの電流を調光器ＩＣチップであるＩＣ１までフィードバックするものであり、それによって、より安定した確実な様式における調光が行えるように更に保証する。

図示のような電圧信号サンプリング回路７および電圧信号処理回路６は、特に蛍光灯の段階的な調光を行うために設計されている。これらの２つの回路６，７は、全体として且つ互いに補足し合うものとして一緒に機能することになり、プログラム可能なＩＣ２の中に記憶された、適切に調節されるパラメータを備えて適切にプログラムされるプログラムによって、多段階的な調光を２つの異なったモードで行うことが可能である。

２つのモードのうちの一方は、ＳＣＲ調光器の導通角が最大レベルから適当なレベルへ、次いで初期値へと調節されている間、ＳＣＲ調光器の導通角の変化によって有効なトリガが確認される度に一連の多段階の調光が行われる。これに関連して、多段階の調光は、ＳＣＲ調光器の導通角を繰返し変化させることにより当該プログラムに従うことになり、最大の導通角は、好ましくは、ランプ負荷の安定した動作を保証するために、各々の変化の後、常に復帰されるべきである。好ましくは、本発明による蛍光灯の調光安定器がスイッチオフされ、長い持続時間の後に再びスイッチオンされた際には、蛍光灯の調光安定器が以前に置かれていた作動状態に関わりなく、最も明るい状態に自動的に復帰されなければならない。

或いは、もう一方のモードは、照明スイッチがスイッチオフされ短い持続時間内に再び迅速にオンされる間に、有効なトリガが確認される度に一連の多段階の調光が行われるようにするため、標準的な照明スイッチの瞬間的なスイッチングによって操作される。これに関連して、多段階の調光は、瞬間的な様式で照明スイッチを繰返しオフ／オンすることを経て当該プログラムに従うことになる。好ましくは、本発明による蛍光灯の調光安定器が長い持続時間にわたるスイッチオフの後に再びスイッチオンされた際に、蛍光灯の調光安定器が以前に置かれていた作動状態に関わりなく、最も明るい状態に自動的に復帰されなければならない。

当該実施形態によれば、電圧信号処理回路６のコンデンサＣ２９は、安定器がオフに切換えられて、０秒〜１０秒の範囲に及び得る所定の臨界持続時間に従って持続することになった長短の持続時間の識別のために設けられている。概ね、臨界持続時間は、実用向きには５秒に設定され得るものであり、その好適な範囲は、１秒〜３秒である。更に、コンデンサＣ２９の静電容量は、２２μＦ〜２２０μＦの範囲に及ぶものであり、臨界持続時間の数値と、電圧信号サンプリング回路６における外部コンポーネントの各々のパラメータとに従って適応可能に調節され得る。好ましくは、如何なる故障動作の発生をも回避するために、臨界持続時間と、短い持続時間と、長い持続時間との間には顕著な区別が存在すべきである。例えば、長い持続時間は、２秒より長くなければならず、短い持続時間は、１秒より短くなければならず、その一方で、臨界持続時間は１.５秒の長さに設定されるのである。

調光器の導通角の変化或いは照明スイッチの瞬間的なスイッチングによるオン／オフ状態の変化によって生じる有効なトリガの識別は、プログラム可能な集積回路ＩＣ２によって行われ、それによって、本発明による蛍光灯の調光安定器は、構造が単純で動作が確実になり、蛍光灯、特に問題の安定器を完全に組み込めるコンパクトタイプの蛍光灯に容易に適応され得ることになる。

上記の実施形態は単なる例示に過ぎず、限定的な具体例ではなく、本発明の多くのその他の実施形態もまた実行可能であり、多くの対応する修正だけでなく変更もまた、本発明の開示に従って且つその精神および本質から逸脱することなく、当業者によって為され得るものであると理解されるべきである。そのような修正および変更は、本発明の以下の請求項の範囲内に包含されるべきなのである。

図１は、本発明に従った実施形態の回路図である。

Claims (15)

1. シリコン制御整流調光器及び標準的な照明スイッチに適合した蛍光灯の調光安定器であって、
   フィルタ・整流回路（１）と、
   周波数を制御し、スイッチ駆動信号を生成させて、調節可能な高電圧をランプ負荷に送る周波数制御・スイッチ回路（３）と、
   電圧信号処理回路（６）と、
   電圧信号サンプリング回路（７）と、を有し、
   前記電圧信号サンプリング回路（７）によって前記シリコン制御整流調光器の導通角或いは前記照明スイッチのオン／オフ状態の変化によって生じる電圧変化を電圧信号に変換してその電圧信号を電圧信号処理回路（６）に送り、
   前記電圧信号処理回路（６）によって前記電圧信号が所定の閾値電圧を超過するか否かを判定してその結果を調光制御電圧として前記周波数制御・スイッチ回路（３）に送り、それによって、前記周波数制御・スイッチ回路（３）において最も明るい状態から最も暗い状態へと或いは最も暗い状態から最も明るい状態へと多段階の調光を行うことを特徴とする蛍光灯の調光安定器。
2. 負荷電流フィードバック回路（５）と前記周波数制御・スイッチ回路（３）によって出力された高周波エネルギーがエネルギー貯蔵コンデンサ（Ｃ２２）にフィードバックすることができるＤＣ高電圧安定化回路（２）と、を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の蛍光灯の調光安定器。
3. 前記電圧信号サンプリング回路（７）は、抵抗器（Ｒ３，Ｒ６，Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１）と、ダイオード（Ｄ５，Ｄ６）と、コンデンサ（Ｃ４，Ｃ６，Ｃ３０）と、を含み、前記電圧信号処理回路（６）に送られる電圧信号が前記コンデンサ（Ｃ３０）によって供給されることを特徴とする請求項１に記載の蛍光灯の調光安定器。
4. 前記電圧信号処理回路（６）に設けられる閾値電圧は、１Ｖ〜４.５Ｖの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光灯の調光安定器。
5. 前記電圧信号サンプリング回路（７）によって提供される電圧信号の前縁が、前記所定の閾値電圧を超過するか否かを決定する際に使用されることを特徴とする請求項１に記載の蛍光灯の調光安定器。
6. 前記電圧信号サンプリング回路（７）によって提供される電圧信号の後縁が、前記所定の閾値電圧を超過するか否かを決定する際に使用されることを特徴とする請求項１に記載の蛍光灯の調光安定器。
7. 前記多段階の調光の段階の数が、２〜１０の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光灯の調光安定器。
8. 前記多段階の調光は、最も明るい状態から１つまたはそれ以上の段階的な減光状態、最も暗い状態を経て、最も明るい状態へ復帰するものであることを特徴とする請求項１に記載の蛍光灯の調光安定器。
9. 前記多段階の調光は、最も暗い状態から１つまたはそれ以上の段階的な増光状態、最も明るい状態を経て、最も暗い状態へ復帰するものであることを特徴とする請求項１に記載の蛍光灯の調光安定器。
10. 前記多段階の調光は、前記シリコン制御整流調光器の導通角が最大レベルから適当なレベルへ、次いで初期値への復帰へと変化する際に行われることを特徴とする請求項１に記載の蛍光灯の調光安定器。
11. 前記多段階の調光は、前記蛍光灯の調光安定器が照明スイッチによって短い持続時間内にオフ／オン切換えされた際に行われることを特徴とする請求項１に記載の蛍光灯の調光安定器。
12. 前記蛍光灯の調光安定器が長い持続時間にわたってスイッチオフされていた後に再びオンされた際には、前記最も明るい状態に復帰されることを特徴とする請求項１に記載の蛍光灯の調光安定器。
13. 前記電圧信号処理回路（６）のコンデンサ（Ｃ２９）は、前記蛍光灯の調光安定器がスイッチオフされて持続された時間が所定の臨界持続時間よりも長いか短いかの識別のために設けられていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の蛍光灯の調光安定器。
14. 前記臨界持続時間が、０秒〜１０秒の範囲であることを特徴とする請求項１３に記載の蛍光灯の調光安定器。
15. 前記コンデンサ（Ｃ２９）の静電容量が、２２μＦ〜２２０μＦの範囲であることを特徴とする請求項１３に記載の蛍光灯の調光安定器。

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