JP4597364B2 - 電子的に減光する安定器 - Google Patents
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Description
【０００１】
（発明の背景）
減光した（または、薄暗く光る）蛍光灯は、低い光のレベルで安定した動作を保障するために最小量の出力インピーダンスを必要とする。これは、ランプの光量を調節するためにインバーターの出力に共振回路を使用し、さらに、インバーターの波形のデューティーサイクルを調節することによって達成されることが知られている。これは比較的小さい負性のインクリメンタルインピーダンス（negative incremental impedance）を持ち、それにより、光の出力量（以下、単に光量と呼ぶ）を最大から低いレベルへ減少させたときに、ランプのインピーダンスが適当に増大する直線状の蛍光灯に対しては非常に効果がある。このような状況において、インクリメンタルインピーダンスが特定のアーク電圧でのアーク電流の変化によって起こるアーク電圧の変化であるのに対し、ランプのインピーダンスはアーク電流に対するアーク電圧の比として定義される。負性のインクリメンタルインピーダンスの存在は全ての蛍光灯の特徴であり、アーク電流の増大がその結果としてアーク電圧の降下を引き起こす。
【０００２】
しかしながら、小型の蛍光灯は非常に大きい負性のインクリメンタルインピーダンス特性を持ち、蛍光灯が減光するとき、ランプのインピーダンスは非常に増大するため、低いレベルで適正に蛍光灯を動作させるために共振回路からそれに応じた非常に大きいインピーダンスを必要とする。それゆえ、並列に負荷をかけられた（parallel-loaded）共振回路の構成部分が小型ランプの低いレベルの適正な動作に対して大きさを調整された場合、最大の光量時のランプインピーダンスは、回路が共振効果を示さない程度まで激しく減衰させるのに十分な程度に低い。実質的に、共振回路は最大の光量時に単純な直列のチョークバラスト（choke ballast）として振る舞う。これはランプの動作に対して不利益な事ではないが、共振回路の構成部品の値を選択するときに考慮しなければならない付加的な制限をもたらす。インダクターの値はもはや自由に選べる値ではなく、インバーターがその最大出力点で動作しているとき（これは５０％のデューティーサイクルに対応する）に、適当な最大光量に対応する電流が流れることを可能にするために設計されなければならない。最大出力電流の要求によってインダクターの値が固定され、キャパシターの値も動作周波数によって決まってしまうので、共振回路のインピーダンスも同様に固定されてしまう。しかしながら、減光制御のためにデューティーサイクルだけが変化させられる場合、このインピーダンスは、小型蛍光灯の低い光量の安定器（ballast）による適正な動作を可能にするためには十分でないことが判っている。このようなシステムにおいて、最低の光のレベルでランプを適正に動作させられる共振回路が選択された場合、その安定器はランプが最大の光量に達することを可能にするのに必要な電流を伝達することができなくなる可能性があり、逆に値が最大の光量に達することを可能にするように（共振回路の構成部品の値の）大きさが調整された場合、共振回路の出力インピーダンスはランプの低い光のレベルでの安定した動作を可能にするために不十分に値になってしまう。
【０００３】
デューティーサイクルではなく、安定器（ballast）の周波数を変化させることによって蛍光灯の出力レベルを制御する方法もこの分野で知られている。これは共振、または非共振安定器出力回路のどちらでも達成することができるが、一般には共振技術と共に達成される。この手法の１つの変形として、安定器は、ランプが最大光量のときに共振よりやや大きい値で動作し、ランプが最小の光量のときに共振よりかなり大きい値で動作する、直列に負荷をかけられた（series-loaded）共振出力回路を持つ。ランプを減光するために、周波数は共振より上方にシフトし、直列共振回路はインダクターにより近い状態で振る舞う。低い光のレベルでの共振の喪失は、出力インピーダンスが安定したランプ動作を可能にするために不十分であることを意味するので、この構成は小型の蛍光灯や高性能の減光には適さない。さらに、この手法による減光を達成するために必要な周波数の広い範囲の変化は適当な電磁気妨害用のフィルターの設計を難しくするので、電磁障害（ＥＭＩ）に関しても問題を起こす可能性がある。
【０００４】
安定器技術には、並列に負荷をかけられた（parallel-loaded）出力回路の使用もまた知られている。本出願の譲受人は、固定周波数の、可変デューティーサイクル設計を取り入れた蛍光灯安定器及び、可変周波数の、固定デューティーサイクル設計のもう１つの蛍光灯安定器を販売している。Energy Savings Inc.（Schaumburg, IL）及びAdvance Transformer（Chicago IL）の両会社は、固定デューティーサイクルの、可変周波数蛍光灯安定器を市場に出している。しかしながら、これらのどれもが減光する小型蛍光灯には適していない。本出願の譲受人により販売されている固定周波数の、可変デューティーサイクル設計は上に詳述したような問題を持つのに対し、ＥＳＩ（Energy Savings Inc.）の安定器及びAdvance Transformerの安定器の構成は、減光制御のために単に周波数に依存するいかなる構成にも備わっているＥＭＩの難しさの欠点を持つ。
【０００５】
（発明の要約）
本出願の発明は、小型蛍光灯の減光を達成するために、並列に負荷をかけられた（parallel loaded）共振回路に加え、パルス幅変調と周波数変調の組み合わせを使用する。本発明は可変のデューティーサイクルと可変の周波数制御の組み合わせを実施し、そこにおいて、安定器は光のレベルの選択された範囲内において、この動作範囲を通してデューティーサイクルの変化だけによりなされる減光制御と共に固定された周波数で動作し、そして、光の出力がこの選択された範囲の外側に移るとき、デューティーサイクル及び周波数の両方の変化をランプの光の出力制御の手段とする、この選択された範囲の外側の可変の周波数に滑らかに移る。これにより、例えば、ＥＭＩの作用の観点から最も厳しい状態である高い光のレベルにおいて、安定器は本質的に固定した周波数の装置であり、結果として、適当なＥＭＩ用のフィルターを設計することが比較的容易になる。ランプが出力インピーダンスの厳しい状態である低い光のレベルに近づき始めたとき、周波数は高い値に（すなわち、共振に方向に）シフトし、それにより、要求される出力インピーダンスが達成される。可変の周波数によってもたらされる付加的な設計の自由度は、安定器の設計者が最大のランプの電流の基準と、低い光のレベルでの適正な出力インピーダンスに対する要求の両者を満足させることを可能にする。この技術の１つの付加的な長所は、インバーター切り替え素子（または、スイッチ素子）の動作が減光の範囲全体を通してゼロボルト切り替えモード（zero-voltage switching mode）に維持されることである。デューティーサイクル変調の使用だけでは、低い光のレベルで、切り替え素子はゼロボルト切り替えモードで動作せず、それは切り替えエネルギー（または、スイッチングエネルギー）の損失の増大、素子自体の付加的な過熱及び切り替えストレスの結果となる。
【０００６】
１つの実施例において、本発明は蛍光灯に動作のデューティーサイクル及び動作周波数を持った、少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子からアーク電流を供給するための使用に対して構成された蛍光灯のための電子的に減光する安定器を含み、そこにおいて、その少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子の動作デューティーサイクル及び動作周波数は、最小から最大までのランプの光の出力範囲にわたって光の出力を調節するために独立に制御される。
【０００７】
本発明はまた、蛍光灯のための電子的に減光する安定器を含み、その安定器は、ランプからの所望の光量のレベルを達成するために蛍光灯に選択されたアーク電流を供給するための、少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子から成る回路、所望の光量のレベルを表す情報を含む減光信号に応答し、その減光信号によって決定される周波数を持った交流発振機信号（ac oscillator signal）を生成する第１回路、及び、交流発振機信号の周波数で、少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子のために減光信号によって決定される動作デューティーサイクルを生成するために減光信号に応答する第２回路から成り、そこにおいて、少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子の動作デューティーサイクル及び動作周波数は、ランプの所望の光量のレベルの範囲にわたって独立に決定可能である。
【０００８】
本発明はまた、蛍光灯のための電子的に減光する安定器を含み、その安定器は、最小の光量から最大の光量までの範囲にわたってランプからの所望の光量のレベルを達成するために蛍光灯に選択されたアーク電流を供給するための、少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子から成るインバーター回路、所望の光量のレベルを表す情報を含む減光信号を受信し、所望の光のレベルを表す制御信号を生成するための第１回路、その制御信号によって決められる周波数を持った交流発振機信号（ac oscillator signal）を生成するために制御信号に応答する第２回路、及び、交流発振機信号の周波数で、少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子のために制御信号によって決定される動作デューティーサイクルを生成するために制御信号に応答する第３回路から成り、そこにおいて、少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子の動作デューティーサイクル及び動作周波数は、最小の光量から最大の光量までの所望の光のレベルの範囲にわたって独立に決定可能である。
【０００９】
本発明はまた、最小の光量から最大の光量までの範囲にわたって蛍光灯からの所望の光量のレベルを達成するために蛍光灯に選択されたアーク電流を供給するための、少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子を持ったインバーター回路を使用して、蛍光灯の光量を選択的に制御するための方法を含み、その方法は、ランプの最小の光量に対応する状態からランプの最大の光量に対応する状態まで変化する減光信号を生成すること、その減光信号に対応する制御信号を生成すること、その制御信号によって決められる周波数を持った交流発振機信号（ac oscillator signal）を生成すること、及び、その交流発振機信号の周波数で、少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子のために制御信号によって決定される動作デューティーサイクルを生成すること、のステップから成り、そこにおいて、少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子の動作デューティーサイクル及び動作周波数は、最小の光量に対応する状態から最大の光量まで変化する減光信号の範囲にわたって独立に決定可能である。
【００１０】
（本発明の説明）
発明の説明の目的のために、現在の好まれる実施例の形式で図が示されているが、この発明が図示されている構成や手段に限定されないことは理解されなければならない。
【００１１】
図１はワイヤ９を通してランプ（または、蛍光灯）７に接続されている小型蛍光灯の安定器５を図示している。好まれる実施例において、安定器５は交流電源１及び位相制御電源ボックス減光装置（phase controlled wall-box dimmer）３と直列に接続されている。しかしながら、安定器の動作を制御するためにいかなる信号が使用されてもよいだろう。
【００１２】
図２ａは、図１の減光装置３が最高値、すなわち最大の光量に設定されたときの安定器５への入力電圧／信号を示している。各ゼロとの交差から一定期間の後、減光装置３内の制御可能な伝導性の素子、例えば、トライアックや２つの逆平行ＳＣＲは（電源を）オンにされる。これは点Ｔ2で図示されている。電圧は電源１の瞬時線間電圧（instantaneous line voltage）まで急速に上昇し、次のゼロ交差まで電源１の線間電圧の電圧の軌道にしたがう。安定器への入力電圧（信号）は点ＴA及びＴBで閾値電圧（好まれるものとして６０Ｖ）を通過する。これらの点は、（以下に示される）所望の光のレベルを確立するために、位相−直流変換機（Phase to DC Converter）によって使用される。点ＴBは、ゼロ交差周辺で発生するノイズを避けるために、次のゼロ交差の代わりとして選択される。
【００１３】
図２ｂは、図１の減光装置３が最低値、すなわち最小の光量に設定されたときの安定器５への入力電圧／信号を示している。制御可能な伝導性の素子（好まれるものとしてトライアック）は点Ｔ3でオンにされる。減光装置３内のトライアックのオンは、（最小から最大までの）全範囲で減光を達成するために、２つの端点Ｔ2とＴ3との間のどこでなされてもよい。
【００１４】
図３はランプ７に接続された、本発明の安定器のブロック図を示している。
【００１５】
ＲＦＩ回路２０１は従来技術の方法で、同相モード及び差動モードの伝導放射（conducted emission）を除去または抑止する。
【００１６】
位相−直流変換機回路２０３は、標準の（または、基準の）位相制御電圧である、入力電圧（信号）を安定器内に取り入れ、０から５Ｖのデューティーサイクル変調された信号を得るために、その電圧を閾値電圧と比較する。この信号は次に、フィードバックループのための制御基準信号である位相制御入力に比例する直流電圧を得るためにろ波（filtering）される。この直流電圧は直流制御レベルであり、好まれるものとして、０．７Ｖと２．２Ｖの間で変化する。
【００１７】
フロントエンド制御回路２０５は、増圧インダクターＬ１、増圧ダイオードＤ４０、及び増圧スイッチＱ４０として示されている標準的な増圧変換機（boost converter）のための制御回路である。増圧制御回路（boost control circuit）は、Ｃ１１及びＣ１２の両端のバス電圧を４６０Ｖ（ＤＣ）に保つためにＱ４０の切り替えを調節する。この回路はさら、安定器全体で使用される発振機を備えている。
【００１８】
蛍光灯が点燈することができるためには、カソードが約０．５秒間加熱される必要がある。予熱回路２０７は、発振機の周波数を１０５ＫＨｚに上げるため、周波数偏移回路（Frequency Shift Circuit）２１５を調節する。これは、ランプのカソードを加熱するために安定器の出力に十分な電圧が存在するような動作周波数を生じさせるが、ランプを点燈されるためには十分でない。０．５秒後、予熱回路は周波数偏移回路２１５の制御を解放する。
【００１９】
フィードバックループ回路２０９は、Ｒ１１６を使用してランプのアーク電流を検出し、それを位相−直流変換機（Phase to DC Converter）２０３の出力電圧と比較する。２つの信号の間に差異が存在する場合、電流はその差異を減少させるために半ブリッジインバーター（Ｑ６及びＱ７）のデューティーサイクルを変調する。これは、共振インダクターＬ２及び、共振キャパシターＣ１７、Ｃ１８及びＣ１９から成る共振タンク回路（resonant tank circuit）への電圧を変化させ、アーク電流を一定に保持する。
【００２０】
適正な制御がなされない場合、小型蛍光灯はその寿命の終わりに非良好な故障を起こす可能性がある。寿命終了保護回路（End of Life Protection Circuit）２１１は出力電圧を測定し、ランプの両端に直流電圧が存在するかを調べるために、それをろ波する。大きすぎる直流が存在する場合、回路は光のレベルを減少させて、ランプの寿命の終わりであることを合図する。これはランプの電力を減少させ、それが良好な寿命の終わりを持つことを可能にする。
【００２１】
安定器は、小型蛍光灯を点燈させ、動作させるために高い出力電圧を与えることができる必要があるが、安定器自体を損傷させるほど高くてはいけない。電圧オーバー保護回路（Over Voltage Protection Circuit）２１３は安定器の出力電圧を検出し、それが安定器を損傷させたり、安全上の問題を引き起こしたりするような高い電圧に決してならないことを保障する。
【００２２】
周波数偏移回路２１５は安定器の動作周波数を変調する。安定器への位相制御入力のデューティーサイクルが高いとき、周波数は４８ＫＨｚに保たれる。位相制御入力のデューティーサイクルが減少したとき、周波数偏移回路２１５は安定器の出力インピーダンスを改善するために発振機の周波数を上昇させる。
【００２３】
図４は周波数偏移回路２１５の回路図を示している。基準の発振周波数はＣ１及びＲ７によって設定される。周波数偏移回路２１５は、発振機キャパシター（Ｃ１）へ流れる電流をいくらか減少させることにより、発振機の周波数を変化させる。キャパシターＣ１へ流れる電流が少なくなると、充電のためにより長い時間を要するので、発振の周波数は低下する。
【００２４】
Ｖref＝５．０Ｖ
発振機周波数＝４８ＫＨｚから８５ＫＨｚ
直流レベル入力＝２．２Ｖから０．７Ｖ
【００２５】
抵抗器分割器（resistor divider）Ｒ５、Ｒ６はトランジスタＱ２のエミッタに０．５Ｖの電圧を設定する。これは、ＶB2が０．５Ｖ＋０．７Ｖ＝１．２Ｖより大きくなるまで、トランジスタＱ２をカットオフ状態に保持する。これは、直流レベル入力が１Ｖ（ＤＣ）（１Ｖ（ＤＣ）は約２０％の光量に対応する。）より低いとき、トランジスタＱ２が発振機からの電流を減少させることを防ぐ。トランジスタＱ２はいかなる電流も減少させないので、発振機は８５ＫＨｚに留まる。直流レベルが増大したとき、抵抗器分割器Ｒ１、Ｒ２はＶB1を上昇させる。そこで、トランジスタＱ１はエミッターホロワーとして振る舞うので、ＶB2の電圧はＶB1にしたがう。この電圧が上昇したとき、トランジスタＱ２が減少させる電流も上昇し、発振機の周波数は降下する。抵抗器分割器Ｒ３、Ｒ４はＶB2を周波数が４８ＫＨｚになるために必要な電圧に停止させるために設定される。そこで、トランジスタＱ１はカットオフ状態になり、ＶB2はそれ以上に上昇せず、発振機は４８ＫＨｚに留まる。
【００２６】
図５はフィードバックループ回路２０９の回路図を示している。フィードバックループ回路２０９はランプを通して流れる電流を測定し、それを位相−直流変換機２０３からの直流レベルに比例した基準電流と比較する。それは次に、ランプ電流を一定にし、基準回路に比例した状態に保持するために、半ブリッジインバーターの制御可能な伝導性の素子Ｑ６及びＱ７のデューティーサイクルを調節する。
【００２７】
ランプを通して流れるアーク電流は抵抗器Ｒ１１６及びダイオードＤ１及びＤ２を通して流れるだろう。ダイオードは電流を整流するので、抵抗器Ｒ１１６の両端に負の電圧が発生する。この電圧は抵抗器Ｒ９及びキャパシターＣ４によりろ波され、抵抗器Ｒ１０に電流Ｉ1を生成する。位相−直流変換機２０３からの直流制御レベルはＲ１１に電流Ｉ2を生じさせる。好まれるものとしてLM358であるオペアンプ及びキャパシターＣ５はＩ1とＩ2との間の差異を統合する。Ｉ1がＩ2より大きい場合、Ｖ1は上昇し始め；小さければＶ1は降下し始める。Ｖ1は次に、好まれるものとしてLM339である比較器によって、発振機電圧と比較される。これは、デューティーサイクル変調方形波である電圧波形を電圧Ｖ2で生成する。Ｖ2が高い場合、好まれるものとしてIR2111である駆動回路はインバーターの上部のスイッチＱ６をオンにする。Ｖ2が低い場合、駆動回路はインバーターの下部のスイッチＱ７をオンにする。デューティーサイクルを０％から５０％に変えることによって、インダクターＬ２、及びキャパシターＣ１７、Ｃ１８及びＣ１９の共振回路への電圧を制御することができ、したがって、ランプの両端の電圧を制御することができる。キャパシターＣ１７はインダクターＬ２の両端に直流が発生するのを防ぐので、インダクターＬ２は飽和しない。アーク電流が低すぎる場合、換言するとＩ2＞Ｉ1の場合、Ｖ1は減少し、電圧Ｖ2でのデューティーサイクルは増加する。さらに、Ｖ3の電圧が増大し、それにより、ランプの両端の電圧も増加し、アーク電流を所望のレベルまで引き上げる。
【００２８】
図６はAdvance Transformerの安定器、モデルREZ1T32に対する、デューティーサイクル対（vs.）光量の割合のグラフを示している。デューティーサイクルは減光の範囲全体を通して一定に保たれる。この製品は最大の光量の約５％の最低の光量を持つ。
【００２９】
図７はAdvance Transformerの安定器に対する、周波数対（vs.）光量の割合のグラフを示している。周波数は最低の光量での約８１ＫＨｚから、最大の光量での約４８．５ＫＨｚに減少する。このグラフから、高い光のレベル、すなわち８０％から１００％で周波数が変化するので、適正なＥＭＩフィルターの設計は非常に複雑になることが理解できる。周波数は１００％の光量での約４８．５ＫＨｚから５％の光量での約８１ＫＨｚまで、実質的に直線的に変化する。
【００３０】
図８はAdvance Transformerの安定器に対する、バス電圧対（vs.）光量の割合のグラフを示している。バス電圧はインバーターの両端間の電圧である。バス電圧は減光の範囲全体を通して一定に保たれる。
【００３１】
図９はEnergy Savings Inc.の安定器モデルES-Z-T8-32-120-A-Dim-Eに対する、デューティーサイクル対（vs.）光量の割合のグラフを示している。デューティーサイクルは減光の範囲全体を通して一定に保たれる。この製品は最大の光量に対して約１０％の最低の光量を持つ。
【００３２】
図１０はEnergy Savings Inc.の安定器に対する、周波数対（vs.）光量の割合のグラフを示している。周波数は最低の光量での約６６．４ＫＨｚから最大の光量での約４３ＫＨｚまで低下する。このグラフから、高い光のレベル、すなわち８０％から１００％で周波数が変化するので、適正なＥＭＩフィルターの設計は非常に複雑になることが理解できる。周波数は１００％の光量での約４３ＫＨｚから１０％の光量での約６６．４３ＫＨｚまで、実質的に直線的に変化する。
【００３３】
図１１はEnergy Savings Inc.の安定器に対する、バス電圧対（vs.）光量の割合のグラフを示している。バス電圧は最低の光量から最大の光量まで増加する。
【００３４】
図１２は本発明の安定器に対する、デューティーサイクル対（vs.）光量の割合のグラフを示している。デューティーサイクルは最低の光量から最大の光量まで増加する。この安定器は最大の光量に対して約５％の最低の光量を持つ。本発明の好まれる実施例のデューティーサイクルが最大の光量で約３５％の最大値を持つことが図１２から理解できる。この値は、デューティーサイクルが５０％より大きくならずにデューティーサイクルを調節するための余裕を残すために選択された。安定器はデューティーサイクルを調節することによってアーク電流を一定に保とうとする。これは、１つの製造元と他の製造元とのランプの特性の変化を補正するためと、引込線の瞬時性の電圧降下に備えるためになされる。好まれる実施例のデューティーサイクルは約１０％の最低のデューティーサイクルを持つ。
【００３５】
図１３は本発明の安定器に対する、周波数対（vs.）光量の割合のグラフを示している。本発明において、出力ランプ周波数は１００％の光から約８０％の光まで一定である。周波数の値は好まれるものとしては４８ＫＨｚである。周波数は約８０％の光量から約２０％の光量まで、大体直線的に変化する。そこで、さらに周波数は約２０％の光量から、最低の約５％の光量まで一定に保たれる。周波数の値は好まれるものとして、最低の光量で約８５ＫＨｚである。８５ＫＨｚの値は、安定器が並列に負荷をかけられた（parallel loaded）共振回路の共振周波数にあり、安定器がランプを動作させるために最大の出力インピーダンスを持つように選択された。２０％の点は、ランプが図１５の点１０１で示されている、最大の負性のインクリメンタルインピーダンス（negative incremental impedance）の点に達したとき、安定器がランプを最低の出力に適正に動作させるために十分な出力インピーダンスを持つように選択された。図１３から、最大の光のレベル、すなわち８０％から１００％において、周波数が一定に保たれているので、適正なＥＭＩフィルターの設計が非常に簡単であることが理解できる。正確な周波数は回路の部品の値や許容誤差に依ってわずかに変化するだろうが、そのような変化も本発明の範囲に含まれる。
【００３６】
図１４は本発明の安定器に対する、バス電圧対（vs.）光量の割合のグラグを示している。バス電圧は減光の範囲全体を通して一定に保たれる。
【００３７】
図１５は３２ＷのOsram/Sylvaniaの小型蛍光灯に対するアーク電圧対（vs.）アーク電流のグラフを示している。このランプのグラフは、点１０１によって最大のランプのインピーダンスを示している。これは約２５ｍＡのアーク電流に対応する。他のランプも異なった値ではあるが、同様な特性を持つ。
【００３８】
図１６は光量対（vs.）アーク電流のグラフを示している。最大のランプのインピーダンス（２５ｍＡ）の点において、光量は約７０００ｃｄ／ｍ2になり、それは示されているランプの最大の光量の約１２％（７０００／６００００ｃｄ／ｍ2）である。ランプが最大の負性のインクリメンタルインピーダンスの点に達する前に、周波数が最大の出力インピーダンスを持つ値に達することを確実にするために、（図１３に示されているように）周波数が一定の値に戻る光量の値は２０％になるように選択された。ランプが最大のインピーダンスに達する光量のパーセントは製造元により変化し、ランプによって異なる場合もある。
【００３９】
本発明はその意図や本質的な特徴から外れることなく、他の特定の形式で実施されてもよく、したがって、発明の範囲を示すときは、前述の詳細な説明ではなく、付随する請求の範囲を参照しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ランプ及び減光制御を備えた回路に接続された、本発明にしたがった安定器の簡略したブロック図である。
【図２Ａ】 最大のランプの光量に対する安定器への信号波形を示している。
【図２Ｂ】 最小のランプの光量に対する安定器への信号波形を示している。
【図３】 本発明にしたがった安定器の簡略化したブロック図である。
【図４】 本発明にしたがった安定器で使用される周波数偏移回路（frequency shift circuit）の回路図である。
【図５】 本発明にしたがった安定器で使用されるフィードバックループの回路図である。
【図６】 従来技術の安定器の１つのタイプに対する、デューティーサイクル対（vs.）光量の割合のグラフである。
【図７】 図６と同じ安定器に対する、周波数対（vs.）光量の割合のグラフである。
【図８】 図６と同じ安定器に対する、バス電圧対（vs.）光量の割合のグラフである。
【図９】 従来技術のもう１つのタイプの安定器に対する、デューティーサイクル対（vs.）光量の割合のグラフである。
【図１０】 図９と同じ安定器に対する、周波数対（vs.）光量の割合のグラフである。
【図１１】 図９と同じ安定器に対する、バス電圧対（vs.）光量の割合のグラフである。
【図１２】 本発明の安定器に対する、デューティーサイクル対（vs.）光量の割合のグラフである。
【図１３】 本発明の安定器に対する、周波数対（vs.）光量の割合のグラフである。
【図１４】 本発明の安定器に対する、バス電圧対（vs.）光量の割合のグラフである。
【図１５】 ３２ＷのOsram/Sylvaniaの小型蛍光灯に対する、アーク電圧対（vs.）アーク電流のグラフである。
【図１６】 ３２ＷのOsram/Sylvaniaの小型蛍光灯に対する、光量対（vs.）アーク電流のグラフである。
【符号の説明】
１ 交流電源
３ 減光装置
５ 安定器
７ ランプ
９ ワイヤ
１０１ 最大のインピーダンスの点
２０１ ＲＦＩ回路
２０３ 位相−直流変換機回路
２０５ フロントエンド制御回路
２０７ 予熱回路
２０９ フィードバックループ回路
２１５ 周波数偏移回路
Ｃ１ 発振機キャパシター
Ｃ４ ろ波用キャパシター
Ｃ５ オペアンプ用キャパシター
Ｃ１７−Ｃ１９ 共振キャパシター
Ｄ１、Ｄ２ ダイオード
Ｄ４０ 増圧ダイオード
Ｌ１ 増圧インダクター
Ｌ２ 共振インダクター
Ｑ１、Ｑ２ トランジスタ
Ｑ６ インバーターの上部のスイッチ
Ｑ７ インバーターの下部のスイッチ
Ｑ４０ 増圧スイッチ
Ｒ１−Ｒ６ 抵抗器分割器
Ｒ７ 発振機抵抗器
Ｒ９ ろ波用抵抗器
Ｒ１０、Ｒ１１ 抵抗器
Ｒ１１６ 抵抗器
（発明の背景）
減光した（または、薄暗く光る）蛍光灯は、低い光のレベルで安定した動作を保障するために最小量の出力インピーダンスを必要とする。これは、ランプの光量を調節するためにインバーターの出力に共振回路を使用し、さらに、インバーターの波形のデューティーサイクルを調節することによって達成されることが知られている。これは比較的小さい負性のインクリメンタルインピーダンス（negative incremental impedance）を持ち、それにより、光の出力量（以下、単に光量と呼ぶ）を最大から低いレベルへ減少させたときに、ランプのインピーダンスが適当に増大する直線状の蛍光灯に対しては非常に効果がある。このような状況において、インクリメンタルインピーダンスが特定のアーク電圧でのアーク電流の変化によって起こるアーク電圧の変化であるのに対し、ランプのインピーダンスはアーク電流に対するアーク電圧の比として定義される。負性のインクリメンタルインピーダンスの存在は全ての蛍光灯の特徴であり、アーク電流の増大がその結果としてアーク電圧の降下を引き起こす。
【０００２】
しかしながら、小型の蛍光灯は非常に大きい負性のインクリメンタルインピーダンス特性を持ち、蛍光灯が減光するとき、ランプのインピーダンスは非常に増大するため、低いレベルで適正に蛍光灯を動作させるために共振回路からそれに応じた非常に大きいインピーダンスを必要とする。それゆえ、並列に負荷をかけられた（parallel-loaded）共振回路の構成部分が小型ランプの低いレベルの適正な動作に対して大きさを調整された場合、最大の光量時のランプインピーダンスは、回路が共振効果を示さない程度まで激しく減衰させるのに十分な程度に低い。実質的に、共振回路は最大の光量時に単純な直列のチョークバラスト（choke ballast）として振る舞う。これはランプの動作に対して不利益な事ではないが、共振回路の構成部品の値を選択するときに考慮しなければならない付加的な制限をもたらす。インダクターの値はもはや自由に選べる値ではなく、インバーターがその最大出力点で動作しているとき（これは５０％のデューティーサイクルに対応する）に、適当な最大光量に対応する電流が流れることを可能にするために設計されなければならない。最大出力電流の要求によってインダクターの値が固定され、キャパシターの値も動作周波数によって決まってしまうので、共振回路のインピーダンスも同様に固定されてしまう。しかしながら、減光制御のためにデューティーサイクルだけが変化させられる場合、このインピーダンスは、小型蛍光灯の低い光量の安定器（ballast）による適正な動作を可能にするためには十分でないことが判っている。このようなシステムにおいて、最低の光のレベルでランプを適正に動作させられる共振回路が選択された場合、その安定器はランプが最大の光量に達することを可能にするのに必要な電流を伝達することができなくなる可能性があり、逆に値が最大の光量に達することを可能にするように（共振回路の構成部品の値の）大きさが調整された場合、共振回路の出力インピーダンスはランプの低い光のレベルでの安定した動作を可能にするために不十分に値になってしまう。
【０００３】
デューティーサイクルではなく、安定器（ballast）の周波数を変化させることによって蛍光灯の出力レベルを制御する方法もこの分野で知られている。これは共振、または非共振安定器出力回路のどちらでも達成することができるが、一般には共振技術と共に達成される。この手法の１つの変形として、安定器は、ランプが最大光量のときに共振よりやや大きい値で動作し、ランプが最小の光量のときに共振よりかなり大きい値で動作する、直列に負荷をかけられた（series-loaded）共振出力回路を持つ。ランプを減光するために、周波数は共振より上方にシフトし、直列共振回路はインダクターにより近い状態で振る舞う。低い光のレベルでの共振の喪失は、出力インピーダンスが安定したランプ動作を可能にするために不十分であることを意味するので、この構成は小型の蛍光灯や高性能の減光には適さない。さらに、この手法による減光を達成するために必要な周波数の広い範囲の変化は適当な電磁気妨害用のフィルターの設計を難しくするので、電磁障害（ＥＭＩ）に関しても問題を起こす可能性がある。
【０００４】
安定器技術には、並列に負荷をかけられた（parallel-loaded）出力回路の使用もまた知られている。本出願の譲受人は、固定周波数の、可変デューティーサイクル設計を取り入れた蛍光灯安定器及び、可変周波数の、固定デューティーサイクル設計のもう１つの蛍光灯安定器を販売している。Energy Savings Inc.（Schaumburg, IL）及びAdvance Transformer（Chicago IL）の両会社は、固定デューティーサイクルの、可変周波数蛍光灯安定器を市場に出している。しかしながら、これらのどれもが減光する小型蛍光灯には適していない。本出願の譲受人により販売されている固定周波数の、可変デューティーサイクル設計は上に詳述したような問題を持つのに対し、ＥＳＩ（Energy Savings Inc.）の安定器及びAdvance Transformerの安定器の構成は、減光制御のために単に周波数に依存するいかなる構成にも備わっているＥＭＩの難しさの欠点を持つ。
【０００５】
（発明の要約）
本出願の発明は、小型蛍光灯の減光を達成するために、並列に負荷をかけられた（parallel loaded）共振回路に加え、パルス幅変調と周波数変調の組み合わせを使用する。本発明は可変のデューティーサイクルと可変の周波数制御の組み合わせを実施し、そこにおいて、安定器は光のレベルの選択された範囲内において、この動作範囲を通してデューティーサイクルの変化だけによりなされる減光制御と共に固定された周波数で動作し、そして、光の出力がこの選択された範囲の外側に移るとき、デューティーサイクル及び周波数の両方の変化をランプの光の出力制御の手段とする、この選択された範囲の外側の可変の周波数に滑らかに移る。これにより、例えば、ＥＭＩの作用の観点から最も厳しい状態である高い光のレベルにおいて、安定器は本質的に固定した周波数の装置であり、結果として、適当なＥＭＩ用のフィルターを設計することが比較的容易になる。ランプが出力インピーダンスの厳しい状態である低い光のレベルに近づき始めたとき、周波数は高い値に（すなわち、共振に方向に）シフトし、それにより、要求される出力インピーダンスが達成される。可変の周波数によってもたらされる付加的な設計の自由度は、安定器の設計者が最大のランプの電流の基準と、低い光のレベルでの適正な出力インピーダンスに対する要求の両者を満足させることを可能にする。この技術の１つの付加的な長所は、インバーター切り替え素子（または、スイッチ素子）の動作が減光の範囲全体を通してゼロボルト切り替えモード（zero-voltage switching mode）に維持されることである。デューティーサイクル変調の使用だけでは、低い光のレベルで、切り替え素子はゼロボルト切り替えモードで動作せず、それは切り替えエネルギー（または、スイッチングエネルギー）の損失の増大、素子自体の付加的な過熱及び切り替えストレスの結果となる。
【０００６】
１つの実施例において、本発明は蛍光灯に動作のデューティーサイクル及び動作周波数を持った、少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子からアーク電流を供給するための使用に対して構成された蛍光灯のための電子的に減光する安定器を含み、そこにおいて、その少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子の動作デューティーサイクル及び動作周波数は、最小から最大までのランプの光の出力範囲にわたって光の出力を調節するために独立に制御される。
【０００７】
本発明はまた、蛍光灯のための電子的に減光する安定器を含み、その安定器は、ランプからの所望の光量のレベルを達成するために蛍光灯に選択されたアーク電流を供給するための、少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子から成る回路、所望の光量のレベルを表す情報を含む減光信号に応答し、その減光信号によって決定される周波数を持った交流発振機信号（ac oscillator signal）を生成する第１回路、及び、交流発振機信号の周波数で、少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子のために減光信号によって決定される動作デューティーサイクルを生成するために減光信号に応答する第２回路から成り、そこにおいて、少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子の動作デューティーサイクル及び動作周波数は、ランプの所望の光量のレベルの範囲にわたって独立に決定可能である。
【０００８】
本発明はまた、蛍光灯のための電子的に減光する安定器を含み、その安定器は、最小の光量から最大の光量までの範囲にわたってランプからの所望の光量のレベルを達成するために蛍光灯に選択されたアーク電流を供給するための、少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子から成るインバーター回路、所望の光量のレベルを表す情報を含む減光信号を受信し、所望の光のレベルを表す制御信号を生成するための第１回路、その制御信号によって決められる周波数を持った交流発振機信号（ac oscillator signal）を生成するために制御信号に応答する第２回路、及び、交流発振機信号の周波数で、少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子のために制御信号によって決定される動作デューティーサイクルを生成するために制御信号に応答する第３回路から成り、そこにおいて、少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子の動作デューティーサイクル及び動作周波数は、最小の光量から最大の光量までの所望の光のレベルの範囲にわたって独立に決定可能である。
【０００９】
本発明はまた、最小の光量から最大の光量までの範囲にわたって蛍光灯からの所望の光量のレベルを達成するために蛍光灯に選択されたアーク電流を供給するための、少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子を持ったインバーター回路を使用して、蛍光灯の光量を選択的に制御するための方法を含み、その方法は、ランプの最小の光量に対応する状態からランプの最大の光量に対応する状態まで変化する減光信号を生成すること、その減光信号に対応する制御信号を生成すること、その制御信号によって決められる周波数を持った交流発振機信号（ac oscillator signal）を生成すること、及び、その交流発振機信号の周波数で、少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子のために制御信号によって決定される動作デューティーサイクルを生成すること、のステップから成り、そこにおいて、少なくとも１つの制御可能な伝導性の素子の動作デューティーサイクル及び動作周波数は、最小の光量に対応する状態から最大の光量まで変化する減光信号の範囲にわたって独立に決定可能である。
【００１０】
（本発明の説明）
発明の説明の目的のために、現在の好まれる実施例の形式で図が示されているが、この発明が図示されている構成や手段に限定されないことは理解されなければならない。
【００１１】
図１はワイヤ９を通してランプ（または、蛍光灯）７に接続されている小型蛍光灯の安定器５を図示している。好まれる実施例において、安定器５は交流電源１及び位相制御電源ボックス減光装置（phase controlled wall-box dimmer）３と直列に接続されている。しかしながら、安定器の動作を制御するためにいかなる信号が使用されてもよいだろう。
【００１２】
図２ａは、図１の減光装置３が最高値、すなわち最大の光量に設定されたときの安定器５への入力電圧／信号を示している。各ゼロとの交差から一定期間の後、減光装置３内の制御可能な伝導性の素子、例えば、トライアックや２つの逆平行ＳＣＲは（電源を）オンにされる。これは点Ｔ2で図示されている。電圧は電源１の瞬時線間電圧（instantaneous line voltage）まで急速に上昇し、次のゼロ交差まで電源１の線間電圧の電圧の軌道にしたがう。安定器への入力電圧（信号）は点ＴA及びＴBで閾値電圧（好まれるものとして６０Ｖ）を通過する。これらの点は、（以下に示される）所望の光のレベルを確立するために、位相−直流変換機（Phase to DC Converter）によって使用される。点ＴBは、ゼロ交差周辺で発生するノイズを避けるために、次のゼロ交差の代わりとして選択される。
【００１３】
図２ｂは、図１の減光装置３が最低値、すなわち最小の光量に設定されたときの安定器５への入力電圧／信号を示している。制御可能な伝導性の素子（好まれるものとしてトライアック）は点Ｔ3でオンにされる。減光装置３内のトライアックのオンは、（最小から最大までの）全範囲で減光を達成するために、２つの端点Ｔ2とＴ3との間のどこでなされてもよい。
【００１４】
図３はランプ７に接続された、本発明の安定器のブロック図を示している。
【００１５】
ＲＦＩ回路２０１は従来技術の方法で、同相モード及び差動モードの伝導放射（conducted emission）を除去または抑止する。
【００１６】
位相−直流変換機回路２０３は、標準の（または、基準の）位相制御電圧である、入力電圧（信号）を安定器内に取り入れ、０から５Ｖのデューティーサイクル変調された信号を得るために、その電圧を閾値電圧と比較する。この信号は次に、フィードバックループのための制御基準信号である位相制御入力に比例する直流電圧を得るためにろ波（filtering）される。この直流電圧は直流制御レベルであり、好まれるものとして、０．７Ｖと２．２Ｖの間で変化する。
【００１７】
フロントエンド制御回路２０５は、増圧インダクターＬ１、増圧ダイオードＤ４０、及び増圧スイッチＱ４０として示されている標準的な増圧変換機（boost converter）のための制御回路である。増圧制御回路（boost control circuit）は、Ｃ１１及びＣ１２の両端のバス電圧を４６０Ｖ（ＤＣ）に保つためにＱ４０の切り替えを調節する。この回路はさら、安定器全体で使用される発振機を備えている。
【００１８】
蛍光灯が点燈することができるためには、カソードが約０．５秒間加熱される必要がある。予熱回路２０７は、発振機の周波数を１０５ＫＨｚに上げるため、周波数偏移回路（Frequency Shift Circuit）２１５を調節する。これは、ランプのカソードを加熱するために安定器の出力に十分な電圧が存在するような動作周波数を生じさせるが、ランプを点燈されるためには十分でない。０．５秒後、予熱回路は周波数偏移回路２１５の制御を解放する。
【００１９】
フィードバックループ回路２０９は、Ｒ１１６を使用してランプのアーク電流を検出し、それを位相−直流変換機（Phase to DC Converter）２０３の出力電圧と比較する。２つの信号の間に差異が存在する場合、電流はその差異を減少させるために半ブリッジインバーター（Ｑ６及びＱ７）のデューティーサイクルを変調する。これは、共振インダクターＬ２及び、共振キャパシターＣ１７、Ｃ１８及びＣ１９から成る共振タンク回路（resonant tank circuit）への電圧を変化させ、アーク電流を一定に保持する。
【００２０】
適正な制御がなされない場合、小型蛍光灯はその寿命の終わりに非良好な故障を起こす可能性がある。寿命終了保護回路（End of Life Protection Circuit）２１１は出力電圧を測定し、ランプの両端に直流電圧が存在するかを調べるために、それをろ波する。大きすぎる直流が存在する場合、回路は光のレベルを減少させて、ランプの寿命の終わりであることを合図する。これはランプの電力を減少させ、それが良好な寿命の終わりを持つことを可能にする。
【００２１】
安定器は、小型蛍光灯を点燈させ、動作させるために高い出力電圧を与えることができる必要があるが、安定器自体を損傷させるほど高くてはいけない。電圧オーバー保護回路（Over Voltage Protection Circuit）２１３は安定器の出力電圧を検出し、それが安定器を損傷させたり、安全上の問題を引き起こしたりするような高い電圧に決してならないことを保障する。
【００２２】
周波数偏移回路２１５は安定器の動作周波数を変調する。安定器への位相制御入力のデューティーサイクルが高いとき、周波数は４８ＫＨｚに保たれる。位相制御入力のデューティーサイクルが減少したとき、周波数偏移回路２１５は安定器の出力インピーダンスを改善するために発振機の周波数を上昇させる。
【００２３】
図４は周波数偏移回路２１５の回路図を示している。基準の発振周波数はＣ１及びＲ７によって設定される。周波数偏移回路２１５は、発振機キャパシター（Ｃ１）へ流れる電流をいくらか減少させることにより、発振機の周波数を変化させる。キャパシターＣ１へ流れる電流が少なくなると、充電のためにより長い時間を要するので、発振の周波数は低下する。
【００２４】
Ｖref＝５．０Ｖ
発振機周波数＝４８ＫＨｚから８５ＫＨｚ
直流レベル入力＝２．２Ｖから０．７Ｖ
【００２５】
抵抗器分割器（resistor divider）Ｒ５、Ｒ６はトランジスタＱ２のエミッタに０．５Ｖの電圧を設定する。これは、ＶB2が０．５Ｖ＋０．７Ｖ＝１．２Ｖより大きくなるまで、トランジスタＱ２をカットオフ状態に保持する。これは、直流レベル入力が１Ｖ（ＤＣ）（１Ｖ（ＤＣ）は約２０％の光量に対応する。）より低いとき、トランジスタＱ２が発振機からの電流を減少させることを防ぐ。トランジスタＱ２はいかなる電流も減少させないので、発振機は８５ＫＨｚに留まる。直流レベルが増大したとき、抵抗器分割器Ｒ１、Ｒ２はＶB1を上昇させる。そこで、トランジスタＱ１はエミッターホロワーとして振る舞うので、ＶB2の電圧はＶB1にしたがう。この電圧が上昇したとき、トランジスタＱ２が減少させる電流も上昇し、発振機の周波数は降下する。抵抗器分割器Ｒ３、Ｒ４はＶB2を周波数が４８ＫＨｚになるために必要な電圧に停止させるために設定される。そこで、トランジスタＱ１はカットオフ状態になり、ＶB2はそれ以上に上昇せず、発振機は４８ＫＨｚに留まる。
【００２６】
図５はフィードバックループ回路２０９の回路図を示している。フィードバックループ回路２０９はランプを通して流れる電流を測定し、それを位相−直流変換機２０３からの直流レベルに比例した基準電流と比較する。それは次に、ランプ電流を一定にし、基準回路に比例した状態に保持するために、半ブリッジインバーターの制御可能な伝導性の素子Ｑ６及びＱ７のデューティーサイクルを調節する。
【００２７】
ランプを通して流れるアーク電流は抵抗器Ｒ１１６及びダイオードＤ１及びＤ２を通して流れるだろう。ダイオードは電流を整流するので、抵抗器Ｒ１１６の両端に負の電圧が発生する。この電圧は抵抗器Ｒ９及びキャパシターＣ４によりろ波され、抵抗器Ｒ１０に電流Ｉ1を生成する。位相−直流変換機２０３からの直流制御レベルはＲ１１に電流Ｉ2を生じさせる。好まれるものとしてLM358であるオペアンプ及びキャパシターＣ５はＩ1とＩ2との間の差異を統合する。Ｉ1がＩ2より大きい場合、Ｖ1は上昇し始め；小さければＶ1は降下し始める。Ｖ1は次に、好まれるものとしてLM339である比較器によって、発振機電圧と比較される。これは、デューティーサイクル変調方形波である電圧波形を電圧Ｖ2で生成する。Ｖ2が高い場合、好まれるものとしてIR2111である駆動回路はインバーターの上部のスイッチＱ６をオンにする。Ｖ2が低い場合、駆動回路はインバーターの下部のスイッチＱ７をオンにする。デューティーサイクルを０％から５０％に変えることによって、インダクターＬ２、及びキャパシターＣ１７、Ｃ１８及びＣ１９の共振回路への電圧を制御することができ、したがって、ランプの両端の電圧を制御することができる。キャパシターＣ１７はインダクターＬ２の両端に直流が発生するのを防ぐので、インダクターＬ２は飽和しない。アーク電流が低すぎる場合、換言するとＩ2＞Ｉ1の場合、Ｖ1は減少し、電圧Ｖ2でのデューティーサイクルは増加する。さらに、Ｖ3の電圧が増大し、それにより、ランプの両端の電圧も増加し、アーク電流を所望のレベルまで引き上げる。
【００２８】
図６はAdvance Transformerの安定器、モデルREZ1T32に対する、デューティーサイクル対（vs.）光量の割合のグラフを示している。デューティーサイクルは減光の範囲全体を通して一定に保たれる。この製品は最大の光量の約５％の最低の光量を持つ。
【００２９】
図７はAdvance Transformerの安定器に対する、周波数対（vs.）光量の割合のグラフを示している。周波数は最低の光量での約８１ＫＨｚから、最大の光量での約４８．５ＫＨｚに減少する。このグラフから、高い光のレベル、すなわち８０％から１００％で周波数が変化するので、適正なＥＭＩフィルターの設計は非常に複雑になることが理解できる。周波数は１００％の光量での約４８．５ＫＨｚから５％の光量での約８１ＫＨｚまで、実質的に直線的に変化する。
【００３０】
図８はAdvance Transformerの安定器に対する、バス電圧対（vs.）光量の割合のグラフを示している。バス電圧はインバーターの両端間の電圧である。バス電圧は減光の範囲全体を通して一定に保たれる。
【００３１】
図９はEnergy Savings Inc.の安定器モデルES-Z-T8-32-120-A-Dim-Eに対する、デューティーサイクル対（vs.）光量の割合のグラフを示している。デューティーサイクルは減光の範囲全体を通して一定に保たれる。この製品は最大の光量に対して約１０％の最低の光量を持つ。
【００３２】
図１０はEnergy Savings Inc.の安定器に対する、周波数対（vs.）光量の割合のグラフを示している。周波数は最低の光量での約６６．４ＫＨｚから最大の光量での約４３ＫＨｚまで低下する。このグラフから、高い光のレベル、すなわち８０％から１００％で周波数が変化するので、適正なＥＭＩフィルターの設計は非常に複雑になることが理解できる。周波数は１００％の光量での約４３ＫＨｚから１０％の光量での約６６．４３ＫＨｚまで、実質的に直線的に変化する。
【００３３】
図１１はEnergy Savings Inc.の安定器に対する、バス電圧対（vs.）光量の割合のグラフを示している。バス電圧は最低の光量から最大の光量まで増加する。
【００３４】
図１２は本発明の安定器に対する、デューティーサイクル対（vs.）光量の割合のグラフを示している。デューティーサイクルは最低の光量から最大の光量まで増加する。この安定器は最大の光量に対して約５％の最低の光量を持つ。本発明の好まれる実施例のデューティーサイクルが最大の光量で約３５％の最大値を持つことが図１２から理解できる。この値は、デューティーサイクルが５０％より大きくならずにデューティーサイクルを調節するための余裕を残すために選択された。安定器はデューティーサイクルを調節することによってアーク電流を一定に保とうとする。これは、１つの製造元と他の製造元とのランプの特性の変化を補正するためと、引込線の瞬時性の電圧降下に備えるためになされる。好まれる実施例のデューティーサイクルは約１０％の最低のデューティーサイクルを持つ。
【００３５】
図１３は本発明の安定器に対する、周波数対（vs.）光量の割合のグラフを示している。本発明において、出力ランプ周波数は１００％の光から約８０％の光まで一定である。周波数の値は好まれるものとしては４８ＫＨｚである。周波数は約８０％の光量から約２０％の光量まで、大体直線的に変化する。そこで、さらに周波数は約２０％の光量から、最低の約５％の光量まで一定に保たれる。周波数の値は好まれるものとして、最低の光量で約８５ＫＨｚである。８５ＫＨｚの値は、安定器が並列に負荷をかけられた（parallel loaded）共振回路の共振周波数にあり、安定器がランプを動作させるために最大の出力インピーダンスを持つように選択された。２０％の点は、ランプが図１５の点１０１で示されている、最大の負性のインクリメンタルインピーダンス（negative incremental impedance）の点に達したとき、安定器がランプを最低の出力に適正に動作させるために十分な出力インピーダンスを持つように選択された。図１３から、最大の光のレベル、すなわち８０％から１００％において、周波数が一定に保たれているので、適正なＥＭＩフィルターの設計が非常に簡単であることが理解できる。正確な周波数は回路の部品の値や許容誤差に依ってわずかに変化するだろうが、そのような変化も本発明の範囲に含まれる。
【００３６】
図１４は本発明の安定器に対する、バス電圧対（vs.）光量の割合のグラグを示している。バス電圧は減光の範囲全体を通して一定に保たれる。
【００３７】
図１５は３２ＷのOsram/Sylvaniaの小型蛍光灯に対するアーク電圧対（vs.）アーク電流のグラフを示している。このランプのグラフは、点１０１によって最大のランプのインピーダンスを示している。これは約２５ｍＡのアーク電流に対応する。他のランプも異なった値ではあるが、同様な特性を持つ。
【００３８】
図１６は光量対（vs.）アーク電流のグラフを示している。最大のランプのインピーダンス（２５ｍＡ）の点において、光量は約７０００ｃｄ／ｍ2になり、それは示されているランプの最大の光量の約１２％（７０００／６００００ｃｄ／ｍ2）である。ランプが最大の負性のインクリメンタルインピーダンスの点に達する前に、周波数が最大の出力インピーダンスを持つ値に達することを確実にするために、（図１３に示されているように）周波数が一定の値に戻る光量の値は２０％になるように選択された。ランプが最大のインピーダンスに達する光量のパーセントは製造元により変化し、ランプによって異なる場合もある。
【００３９】
本発明はその意図や本質的な特徴から外れることなく、他の特定の形式で実施されてもよく、したがって、発明の範囲を示すときは、前述の詳細な説明ではなく、付随する請求の範囲を参照しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ランプ及び減光制御を備えた回路に接続された、本発明にしたがった安定器の簡略したブロック図である。
【図２Ａ】 最大のランプの光量に対する安定器への信号波形を示している。
【図２Ｂ】 最小のランプの光量に対する安定器への信号波形を示している。
【図３】 本発明にしたがった安定器の簡略化したブロック図である。
【図４】 本発明にしたがった安定器で使用される周波数偏移回路（frequency shift circuit）の回路図である。
【図５】 本発明にしたがった安定器で使用されるフィードバックループの回路図である。
【図６】 従来技術の安定器の１つのタイプに対する、デューティーサイクル対（vs.）光量の割合のグラフである。
【図７】 図６と同じ安定器に対する、周波数対（vs.）光量の割合のグラフである。
【図８】 図６と同じ安定器に対する、バス電圧対（vs.）光量の割合のグラフである。
【図９】 従来技術のもう１つのタイプの安定器に対する、デューティーサイクル対（vs.）光量の割合のグラフである。
【図１０】 図９と同じ安定器に対する、周波数対（vs.）光量の割合のグラフである。
【図１１】 図９と同じ安定器に対する、バス電圧対（vs.）光量の割合のグラフである。
【図１２】 本発明の安定器に対する、デューティーサイクル対（vs.）光量の割合のグラフである。
【図１３】 本発明の安定器に対する、周波数対（vs.）光量の割合のグラフである。
【図１４】 本発明の安定器に対する、バス電圧対（vs.）光量の割合のグラフである。
【図１５】 ３２ＷのOsram/Sylvaniaの小型蛍光灯に対する、アーク電圧対（vs.）アーク電流のグラフである。
【図１６】 ３２ＷのOsram/Sylvaniaの小型蛍光灯に対する、光量対（vs.）アーク電流のグラフである。
【符号の説明】
１ 交流電源
３ 減光装置
５ 安定器
７ ランプ
９ ワイヤ
１０１ 最大のインピーダンスの点
２０１ ＲＦＩ回路
２０３ 位相−直流変換機回路
２０５ フロントエンド制御回路
２０７ 予熱回路
２０９ フィードバックループ回路
２１５ 周波数偏移回路
Ｃ１ 発振機キャパシター
Ｃ４ ろ波用キャパシター
Ｃ５ オペアンプ用キャパシター
Ｃ１７−Ｃ１９ 共振キャパシター
Ｄ１、Ｄ２ ダイオード
Ｄ４０ 増圧ダイオード
Ｌ１ 増圧インダクター
Ｌ２ 共振インダクター
Ｑ１、Ｑ２ トランジスタ
Ｑ６ インバーターの上部のスイッチ
Ｑ７ インバーターの下部のスイッチ
Ｑ４０ 増圧スイッチ
Ｒ１−Ｒ６ 抵抗器分割器
Ｒ７ 発振機抵抗器
Ｒ９ ろ波用抵抗器
Ｒ１０、Ｒ１１ 抵抗器
Ｒ１１６ 抵抗器
Claims (6)
- 蛍光灯のための電子的に減光する安定器であって：
蛍光灯からの最小から最大までの光量範囲で所望の光量を生じるように選択されたアーク電流を蛍光灯に供給するための制御可能な少なくとも一つの伝導性の装置を含むインバータ回路、
前記所望の光量を表す情報を含む減光信号を受信し、前記所望の光量を表す制御信号を生成するための回路、
前記制御信号に応答して、前記制御信号によって決められた周波数を持つ交流発振機信号を生成する回路、及び、
前記制御信号に応答して、前記交流発振機信号の周波数で、前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置のために前記制御信号によって決定されるデューティーサイクルを生成する回路を備え、
前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置の動作デューティーサイクルが前記蛍光
灯の前記最小から最大までの所望の光量の範囲にわたって可変であり、前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置の動作周波数が前記蛍光灯の最小から最大までの光量のうち最小から中間の第１の光量までの範囲にわたってほぼ一定であり、前記中間以上の光量では可変であり、前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置の動作周波数が、前記第１の光量から前記第１の光量と最大の光量との間の第２の光量までの所望の光量の範囲にわたって可変であり、さらに、前記第２の光量から最大の光量までの所望の光量の範囲にわたって実質的に一定である、蛍光灯のための電子的に減光する安定器。 - 蛍光灯のための電子的に減光する安定器であって：
蛍光灯からの最小から最大までの光量範囲で所望の光量を生じるように選択されたアーク電流を蛍光灯に供給するための制御可能な少なくとも一つの伝導性の装置を含むインバータ回路、
可変のデューティーサイクルを持った減光信号を受信し、前記減光信号の前記デューティーサイクルを表す制御信号を生成するための回路、
前記制御信号に応答して前記制御信号によって決められた周波数を持った交流発振機信号を生成する回路、及び、
前記制御信号に応答して前記交流発振機信号の周波数で、前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置のために前記制御信号によって決定される動作デューティーサイクルを生成する回路を備え、前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置の動作デューティーサイクル及び動作周波数が最小の光量から最大の光量までの所望の光量の範囲にわたって独立に決定可能であり、
前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置の動作デューティーサイクルが最小の光量から最大の光量までに対応する減光信号のデューティーサイクルの範囲にわたって可変であり、前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置の動作周波数が最小の光量から最小の光量と最大の光量との間の中間の第１の光量までに対応する減光信号のデューティーサイクルの範囲にわたって実質的に一定であり、前記第１の光量から最大の光量までに対応する減光信号のデューティーサイクルの範囲にわたって可変であり、前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置の動作周波数が前記第１の光量から前記第１の光量と最大の光量との間の第２の光量までに対応する減光信号のデューティーサイクルの範囲にわたって可変であり、さらに、前記第２の光量から最大の光量までに対応する減光信号のデューティーサイクルの範囲にわたって実質的に一定である、蛍光灯のための電子的に減光する安定器。 - 蛍光灯の光量を選択的に制御するための減光回路であって、
蛍光灯の最小の光量から最大の光量までの範囲にわたる所望の光量を表す減光信号を発生するための減光制御回路、
蛍光灯の最小の光量から最大の光量までの範囲にわたる所望の光量を達成するために前記蛍光灯に選択されたアーク電流を供給するための、少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置を備えるインバーター回路、
前記減光信号を受信して特定の光量を表す制御信号を発生する回路、
前記制御信号に応答して前記制御信号によって決められる周波数を持った交流発振機信号を生成するための回路、及び、
前記制御信号に応答して、前記交流発振機信号の周波数で、前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置のために前記制御信号によって決定されるデューティーサイクルを生成する回路を備え、前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置の動作デューティーサイクル及び動作周波数が前記蛍光灯の最小の光量から最大の光量までの特定の光量に対し独立に決定可能であり、
前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置の動作デューティーサイクルが最小の光量から最大の光量までの特定の光量に対し可変であり、前記少なくとも１つの制御可能な
伝導性の装置の動作周波数が最小の光量から最小の光量と最大の光量との中間の第１の光量までの特定の光量に対し実質的に一定であり、前記第１の光量から最大の光量までの特定の光量に対し実質的に可変であり、前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置の動作周波数が前記第１の光量から前記第１の光量と最大の光量との間の第２の光量までの特定の光量に対して可変であり、さらに、前記第２の光量から最大の光量までの特定の光量に対して実質的に一定である、蛍光灯の光量を選択的に制御するための減光回路。 - 蛍光灯の光量を選択的に制御するための減光回路であって：
蛍光灯の最小の光量に対応する最小のデューティーサイクルから蛍光灯の最大の光量に対応する最大のデューティーサイクルまでのデューティーサイクルの範囲にわたって可変なデューティーサイクルの減光信号を生成するための減光制御回路、
蛍光灯の最小の光量から最大の光量までの範囲にわたる所望の光量を達成するために前記蛍光灯に選択されたアーク電流を供給するための、少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置を備えるインバーター回路、
前記可変なデューティーサイクルの減光信号を受信し、減光信号のデューティーサイクルを表す制御信号を生成する回路、
前記制御信号に応答して前記制御信号によって決められる周波数を持った交流発振機信号を生成する回路、及び、
前記制御信号に応答して、前記交流発振機信号の周波数で、前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置のために前記制御信号によって決定される動作デューティーサイクルを生成する回路を備え、前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置の動作デューティーサイクル及び動作周波数が前記蛍光灯の最小の光量から最大の光量までの光量の範囲にわたって独立に決定可能であり、
前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置の動作デューティーサイクルが最小の光量から最大の光量までに対応する減光信号のデューティーサイクルの範囲にわたって可変であり、前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置の動作周波数が最小の光量から最大の光量のうち最小の光量から中間の第１の光量までに対応する減光信号のデューティーサイクルの範囲にわたって実質的に一定であり、前記中間の第１の光量から最大の光量までに対応する減光信号のデューティーサイクルの範囲にわたって可変であり、前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置の動作周波数が前記第１の光量から前記第１の光量と最大の光量との間の第２の光量までに対応する減光信号のデューティーサイクルの範囲にわたって可変であり、さらに、前記第２の光量から最大の光量までに対応する減光信号のデューティーサイクルの範囲にわたって実質的に一定である、蛍光灯の光量を選択的に制御するための減光回路。 - 蛍光灯の最小の光量から最大の光量までの範囲にわたる所望の光量を達成するために前記蛍光灯に選択されたアーク電流を供給するための、少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置を持ったインバーター回路を使用して、前記蛍光灯の光量を選択的に制御するための方法であって：
前記蛍光灯の最小の光量に対応する状態から前記蛍光灯の最大の光量に対応する状態まで変化する減光信号を生成すること、
前記減光信号を表す制御信号を生成すること、
前記制御信号によって決められる周波数を持った交流発振機信号を生成すること、及び、
前記交流発振機信号の周波数で、前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置のために前記制御信号によって決定される動作デューティーサイクルを生成することのステップを含み、前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置の動作デューティーサイクル及び動作周波数が最小の光量に対応する状態から最大の光量まで変化する前記減光信号の範囲にわたって独立に決定可能であり、
前記交流発振機信号を生成することのステップが、最小の光量から最小の光量と最大の
光量との中間の第１の光量までに対応する前記減光信号の状態に対し前記交流発振機信号の周波数を実質的に一定に保持すること、及び、前記中間の第１の光量より上の光量の範囲に対応する前記減光信号の状態に対し前記周波数を変化すること、前記交流発振機信号を生成することのステップが、前記第１の光量から前記第１の光量と最大の光量との間の第２の光量までに対応する前記減光信号の状態に対し前記周波数を変化させること、及び、前記第２の光量から最大の光量までに対応する前記減光信号の状態に対し前記周波数を実質的に一定に保持することを含む、蛍光灯の光量を選択的に制御するための方法。 - 蛍光灯の最小の光量から最大の光量までの範囲にわたる所望の光量を達成するために蛍光灯に選択されたアーク電流を供給するための、少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置を持ったインバーター回路を使用して、蛍光灯の光量を選択的に制御するための方法であって、
前記蛍光灯の最小の光量に対応する最小の動作デューティーサイクルから最大の光量に対応する最大の動作デューティーサイクルまで変化する可変デューティーサイクルを有する減光信号を生成すること、
前記減光信号の可変デューティーサイクルを表す制御信号を生成すること、
前記制御信号によって決められる周波数を持った交流発振機信号を生成すること、及び、
前記交流発振機信号の周波数で、前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置のために前記制御信号によって決定される動作デューティーサイクルを生成することのステップを含み、前記少なくとも１つの制御可能な伝導性の装置の前記周波数及び動作デューティーサイクルが、最小の光量から最大の光量までの範囲にわたり独立に決定でき、
前記交流発振機信号を生成することのステップが、最小の光量から最小の光量と最大の光量との中間の第１の光量までに対応する前記減光信号のデューティーサイクルの範囲にわたって前記交流発振機信号の周波数を実質的に一定に保持すること、及び、前記中間の第１の光量より上の前記減光信号のデューティーサイクルの範囲にわたって前記周波数を変化させること、及び前記交流発振機信号を生成することのステップが、前記第１の光量から前記第１の光量と最大の光量との間の第２の光量までに対応する前記減光信号のデューティーサイクルの範囲にわたって前記周波数を変化させること、及び、前記第２の光量から最大の光量に対応する前記減光信号のデューティーサイクルの範囲にわたって前記周波数を実質的に一定に保持することを含む、蛍光灯の光量を選択的に制御するための方法。
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