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JP2002522003A - プレコンディショナー - Google Patents

プレコンディショナー

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Publication number
JP2002522003A
JP2002522003A JP2000563109A JP2000563109A JP2002522003A JP 2002522003 A JP2002522003 A JP 2002522003A JP 2000563109 A JP2000563109 A JP 2000563109A JP 2000563109 A JP2000563109 A JP 2000563109A JP 2002522003 A JP2002522003 A JP 2002522003A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
preconditioner
voltage
power factor
look
waveform
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000563109A
Other languages
English (en)
Inventor
シェンホン ワン
イホル ワチック
デメートリ ジェイ ジャンノプロス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Electronics NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Philips Electronics NV filed Critical Philips Electronics NV
Publication of JP2002522003A publication Critical patent/JP2002522003A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4225—Arrangements for improving power factor of AC input using a non-isolated boost converter
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

(57)【要約】 力率制御器を含むブースト調整器として働くバラストプレコンディショナーである。このプレコンディショナーは、実質的なＤＣ電圧を生成するコンデンサーとスイッチング信号に応じてこのコンデンサーに蓄積されるエネルギーの量を制御するスイッチとを含んでいる。力率制御器は少なくとも１つの波形の値を記憶するルックアップテーブルを有する波形発生器を含んでいる。力率制御器によって生成されるスイッチング信号は、ルックアップテーブルからアクセスされる少なくとも１つの波形に基づいている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には電気バラストのプレコンディショナーと、特には電気バラ
ストプレコンディショナーの力率制御器とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
力率制御器は、１．０のバラスト力率を供給（すなわち、簡単な抵抗に似たバ
ラスト入力を作成）しようと試みる際に、バラスト入力電流をバラスト入力電圧
に応じて制御する。このバラスト力率は、バラストにより得られる皮相電力と、
交流又は脈動電流(pulsating current)の実際の電力との比率である。この入力
電圧に対する入力電流が位相変位、高調波歪み又は両方とも含むとき、力率は１
．０より小さくなる。電圧と電流との間の高調波歪みは、負荷が反応する程度を
示す。高調波歪み、すなわち高調波周波数の生成は、商用正弦波信号から電力を
得るときにバラストの非線形動作から生じる。
【０００３】 汎用の力率制御器は、バラストへの入力電圧は実質的な正弦波であると仮定す
る。この商用正弦波信号から電力を得る非線形負荷（例えば機械、モーター）は
、実質的な非正弦波入力電圧に生じる商用電力を一時的に歪ませる。この非正弦
波入力電圧に基づく入力電流の制御は難しく、１．０よりもはるかに小さい力率
となってしまう。この力率を不利に影響することなく１０％以下の全高周波歪み
（ＴＨＤ）を維持することも難しい。
【０００４】 バラストインバータへのＤＣ電圧を低いリップルで供給する間、低いＴＨＤを
維持することは、好ましくない程に大きく、高価な電解コンデンサーを典型的に
必要とする。このようなコンデンサーは、経時変化して（すなわちドライアウト
する）その静電容量を失いよって低いリップルを維持する能力を失う。容認でき
ないＴＨＤレベルが生じる。これら電解コンデンサーの比較的大きなサイズは、
バラストのプレコンディショナーの部品を集積回路上に組み込むことの妨げとな
り、これによって、バラストの製造コスト及び大きさに関する削減を制限する。
【０００５】 商用電圧の一時的な歪みに影響されない改良された力率制御器を供給すること
がよって望ましい。この改良された力率制御器は、低いＴＨＤを維持するために
、比較的大きな電解コンデンサーを使用することなく、比較的高い（例えば９５
％以上の）力率を維持すべきである。
【０００６】 本発明の第１の特徴に従い、バラストプレコンディショナーは、実質的なＤＣ
電圧を生成するコンデンサー、このコンデンサーに蓄積されるエネルギーの量を
スイッチング信号に応じて制御するスイッチ及びスイッチング信号を生成する力
率制御器を含んでいる。力率制御器は、少なくとも１つの波形の値を記憶するル
ックアップテーブルを有する基準波形発生器を含んでいる。この力率制御器によ
って生成されるスイッチング信号は、ルックアップテーブルからアクセスされる
少なくとも１つの波形に基づいている。
【０００７】 この力率制御器は、ルックアップテーブルにおける波形の記憶を介して、例え
ば機械のような非線形な負荷により引き起こされる商用電圧の一時的な歪みに影
響されない。記憶された波形は典型的には正弦波の半周期である。
【０００８】 本発明の特徴は、プレコンディショナーがルックアップテーブルからアクセス
される波形の大きさを調節するスケール回路を含むことである。このスケール回
路がこのプレコンディショナーの出力部にかかる電圧に応答して、このルックア
ップテーブルからアクセスされる波形の大きさの調節することである。
【０００９】 プレコンディショナーは、第１周波数のＡＣ信号によって給電される。基準波
形発生器は、一般的には、第２周波数のパルス出力信号を有する位相同期ループ
をさらに含んでいる。この第２周波数は、第１周波数の倍数である。このパルス
出力信号は、ルックアップテーブルに記憶された少なくとも１つの波形の値を読
み取るクロック信号として働き、（パルス列の初めがＡＣ信号の実質的な零電圧
状態と合成するパルス列である）一続きのパルスである。結果的に、入力バラス
ト電圧とスイッチをオンにする信号との間のどんな位相変位も実質的に削除され
る。力率制御器は、ルックアップテーブルとして働く読み出し専用メモリーを有
するマイクロコントローラを含む。
【００１０】 本発明の他の特徴に従って、バラストプレコンディショナーを操作する方法は
、ルックアップテーブルに記憶される値に基づく波形を生成し、発生した波形に
基づくスイッチング信号を生成しコンデンサーに蓄積されるエネルギーの量を、
スイッチング信号に応じて制御し、この蓄積されたエネルギーに基づくコンデン
サーにかかる実質的なＤＣ電圧を生成する方法を含んでいる。
【００１１】 本発明のこの第２の特徴は、この方法がプレコンディショナーの出力部にかか
る電圧に基づいて発生する波形の大きさを調整することも含んでいる。
【００１２】 従って、本発明の目的は、商用電圧の一時的な歪みに影響されない力率制御器
を有する改良されたバラストプレコンディショナーを提供することである。
【００１３】 本発明の更なる目的は、低いＴＨＤを維持するために比較的大きな電解コンデ
ンサーを使用することなく、比較的高い力率を維持する力率制御器を有する改良
されたバラストプレコンディショナーを提供することでもある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に示されるように、商用正弦波ＡＣ電圧源１０は、バラスト１２に接続さ
れている。この電圧源１０は、バラスト１２のフルブリッジ整流器１３の１対の
入力ノードＮ１及びＮ２に接続される。整流器１３の１対の出力ノードＮ３及び
Ｎ４において供給される整流された正弦波電圧は、プレコンディショナー１４に
与えられる。この整流された正弦波電圧は、プレコンディショナー１４によって
、バラスト１２のインバータ（図示せず）に与えられる低いリップルを持つ実質
的なＤＣ電圧に変形する。言い換えると、プレコンディショナー１４は、ブース
ト調整器として働く。プレコンディショナー１４は、低い（例えば１０％以下の
）ＴＨＤを維持する間、高い（例えば９５％以上の）バラスト力率を維持するた
めに、バラスト入力電圧に応じてバラスト入力電流を力率制御器３１を介して制
御する。
【００１５】 整流器１３によって生成された整流された正弦波電圧は、プレコンディショナ
ー１４の変圧器１９の一次巻線１６に与えられる。典型的には電解コンデンサー
であるコンデンサー２２は、ダイオード２５を通るエネルギーに基づく一次巻線
１６により供給されるエネルギーを蓄積する。一般的には電界効果トランジスタ
（ＦＥＴ）であるスイッチ２８は、一次巻線１６とダイオード２５とが結合して
いる接合部に接続されている。コンデンサー２２に供給されるエネルギーの量は
、スイッチ２８のスイッチ状態によって制御される。実質的なＤＣ電圧がバラス
ト１２のインバータに供給されるコンデンサー２２にかかるように生成される。
【００１６】 力率制御器３１は、スイッチ２８がオン及びオフされるときを制御することで
、この商用入力電圧に関する商用入力電流の形状及び商用入力電流の位相の両方
を決定する。力率制御器３１の基準波形発生器は、零交差検出器３４、ディジタ
ル位相同期ループ（ＰＬＬ）３７及びルックアップテーブル（ＬＵＴ）４０を含
む。検出器３４は、ＤＣオフセット（Voffset）に接続される非反転入力部（＋
）の電圧と、フルブリッジ整流器１３のノードＮ４と等しい反転入力部（−）の
電圧とを比較する。非反転入力部（＋）の電圧が反転入力部（−）の電圧と等し
い又は非反転入力部（＋）の電圧の方が高い場合、検出器３４の出力電圧は、高
い論理レベルである。非反転入力部（＋）の電圧が反転入力部（−）の電圧より
も低い場合、検出器３４の出力電圧は、低い論理レベルである。電圧パルスは、
フルブリッジ整流器１３によって生成された電圧がほぼ零ボルトであるとき、つ
まり前記整流された正弦波電圧の半周期毎に、検出器３４によって生成される。
第１周波数Ｎを有する８ビットのディジタルパルス信号は、ＰＬＬ３７に供給さ
れ、電圧源１０によってバラスト１２に供給される正弦波電圧を示す。
【００１７】 ＰＬＬ３７は、第１周波数ＮよりＭ倍大きい（すなわち、ＭはＮの倍数である
）第２周波数を有するパルス信号Ｖｐを出力する。パルス信号Ｖｐ（すなわちパ
ルス列を形成する一続きのパルス）は、電圧源１０によって生成されるＡＣ電圧
の零交差に基づき、これによって、入力バラスト電圧とスイッチ２８をオンにす
る信号との間のどんな位相変位も実質的に取り除く。これら零電圧交差は、整流
器１３の出力部にかかるように生成される整流されたＡＣ信号の実質的な零電圧
状態である。信号ＶｐはＬＵＴ４０内に記憶された正弦波のディジタル値を読み
取るクロック信号として働く。Ｍディジタル値の各々はＬＵＴ４０に記憶された
正弦波の正の半周期を一緒に示す８ビットワードである。本発明により、マイク
ロコントローラは、例えば８０Ｃ５１マイクロコントローラが使用され、このマ
イクロコントローラの読み出し専用メモリー（ＲＯＭ）が正弦波の正の半周期を
示すＭディジタル値を記憶する。
【００１８】 ＬＵＴ４０から出力された８ビットワードは、８ビットワードに倍率を乗算す
る乗算器４３に供給される。この倍率はアナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）
４６、ディジタル減算器４９及びフィルタ補償器５２を含むスケール回路によっ
て決定される。このスケール回路はコンデンサー２２にかかる電圧、すなわちプ
レコンディショナー１４の出力電圧に基づいている。ディジタル化された正の半
周期の正弦波をスケーリングすることを介して、力率制御器３１はプレコンディ
ショナー１４の出力電圧を調整するのに使われる。
【００１９】 プレコンディショナー１４の出力電圧は、１組の抵抗５５及び５８の直列結合
から形成される、ダイオード２５及びコンデンサー２２が接続する接合部と接地
と間のに接続された分圧器を介してサンプル化される。このサンプル電圧は、検
出器３４の出力が高い論理レベル（すなわち、ブリッジ１３の零電圧交差が出力
中）であるときに閉じられるスイッチ６１に与えられる。ＡＤＣ４６は、このサ
ンプル信号をディジタル減算器４９に入力される８ビットのディジタル信号に変
化させる。このディジタル化されたサンプル電圧は、基準電圧Ｖrefから減算さ
れ、その間の差を最小にするように用いられる。基準電圧Ｖrefは、プレコンデ
ィショナー１４の出力部にかかる所望のＤＣ出力電圧を示す。
【００２０】 ディジタル減算器４９の出力は誤り信号として働く、実際の電圧を示すサンプ
ル電圧とプレコンディショナー１４の出力部にかかる所望の電圧との間の差に基
づいている。ディジタルローパスフィルタであるフィルタ補償器５２は、ディジ
タル減算器４９の出力を入力する。フィルタ補償器５２によって、より安定な及
び確実な動作をする制御システムに余計な極が加えられる。他の実施例は、多重
極又は極及び零実施を含むが、制限はされない。フィルタ補償器５２は、その出
力が乗算器６５に供給される加算器６４を含んでいる。乗算器６５の出力は、乗
算器４３に対する倍率として働く。加算器６４の出力は、乗算器６７及び抵抗７
０によって形成されるフィードバック経路にも供給される。抵抗７０は、ユニッ
トディレイヤー(unit delayer)として働く。乗算器６５及び６７にそれぞれ関連
する１組の係数Ｋ１及びＫ２は、プログラム可能であり、システム負荷に基づい
ている。
【００２１】 乗算器４３によって出力されたスケーリングされたディジタル正弦波は、アナ
ログ−ディジタル変換器（ＤＡＣ）７３によってアナログ信号に変換される。こ
こでアナログ形態の乗算器４３の出力は、電流感度比較器７６の非反転入力部に
供給される基準電流として働く。この基準電流は、ＬＵＴ４０に記憶される一続
きの正弦波バイナリディジタルコードに基づく正弦波電流であり、ＡＣ電圧源１
０によってバラスト１２に与えられる入力電圧の各零交差中に倍率に基づき、且
つこの倍率によって調整される。
【００２２】 一次巻線１６を流れる電流のサンプルは、抵抗７９によって電圧に変換され、
電流感度比較器７６の反転入力部に与えられる。この一次巻線を流れるサンプル
電流は、比較器７６によって基準電流と比較される。ＲＳラッチ８２は、Ｓ入力
部において比較器７６の出力を入力し、信号パルスがスイッチ２８をオンにする
（すなわち、導電にする）ラッチ８２のＱ出力部に発生することのみを保証する
。ラッチ８２は実質的な零電流が一次巻線１６に流れたときにリセットされる。
このような実質的な零電流は、一次巻線１６を通る電流の流れをモニタリングし
、これをシュミットトリガ８５に供給する変換器１９の二次巻線１７を介して検
出される。高い論理レベルがシュミットトリガ８５によって出力され、実質的な
零電流レベルが一次巻線１６を流れることを検出するときに、後者をリセットす
るラッチ８２のＲ入力部に供給される。
【００２３】 比較器７６は、一次巻線１６に流れる電流のピークをＤＡＣ７３によって供給
される基準電流とほぼ等しくさせるスイッチ２８にスイッチングシーケンスを供
給する。ＬＵＴ４０のサイズは、ＤＡＣ７３によって出力される所望のアナログ
信号の分解能と、ＰＬＬ３７に関連する第２周波数Ｍ及び第１周波数Ｎの比率と
に依存する。ＤＡＣ７３によって生成される高い分解能は、バラスト１２により
得られる入力電流のＴＨＤが十分減少しているようなほぼ完全な正弦波波形を合
成させる。
【００２４】 ここで容易に理解できるように、力率制御器３１を有する改良されたプレコン
ディショナー１４がＬＵＴ４０内の正弦波の記憶を介して商用電圧の一時的な歪
みに影響を受けない。力率制御器１４は、低いＴＨＤを維持するために、比較的
大きな電解コンデンサーを使用することなく比較的高い（例えば９５％以上の）
力率を維持する。
【００２５】 上述及び前の明細書から明らかとなる目的は、効果的に達成され、ある変化が
本発明の精神及び範囲から離れることなく上述の構成において行われてもよいの
で、上述の明細書に含まれ、付随する図面に示されるような全ての事柄は、説明
されたと理解するが、制限する意味ではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に係る力率制御器の部分的なブロック図と部分的
な電気回路図である。
【符号の説明】
１４ プレコンディショナー ２２ コンデンサー ２８ スイッチ ３１ 力率制御器 ３４ 零交差検出器 ３７ ディジタル位相同期ループ ４０ ルックアップテーブル ４６ Ａ−Ｄ変換器 ４９ ディジタル減算器 ５２ フィルタ補償器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １， 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (72)発明者 ジャンノプロス デメートリ ジェイ オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ Ｆターム(参考） 5H006 AA02 CA02 CA12 CB01 CC02 DA02 DA04 DB05 DB07 DC05 5H730 AA18 BB43 BB57 CC01 DD04 EE07 FD11 FF05 FF09 FG05 FG26

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 実質的なＤＣ電圧を生成する出力コンデンサー、前記コンデ
    ンサーに蓄積されるエネルギーの量をスイッチング信号に応じて制御するスイッ
    チ、及び前記スイッチング信号を生成する力率制御器を有するバラストプレコン
    ディショナーにおいて、前記力率制御器は、少なくとも１つの波形の値を記憶す
    るルックアップテーブルを有する基準波形発生器を含み、前記力率制御器によっ
    て生成された前記スイッチング信号が前記ルックアップテーブルからアクセスさ
    れる少なくとも１つの波形に基づいていることを特徴とするバラストプレコンデ
    ィショナー。
  2. 【請求項２】 前記力率制御器が前記ルックアップテーブルからアクセスさ
    れる前記波形の大きさを調節するスケール回路を更に含む請求項１に記載のプレ
    コンディショナー。
  3. 【請求項３】 前記スケール回路が前記プレコンディショナーの出力コンデ
    ンサーにかかる電圧に応答して、前記ルックアップテーブルからアクセスされる
    前記波形の大きさを調節する請求項２に記載のプレコンディショナー。
  4. 【請求項４】 前記プレコンディショナーは、第１周波数のＡＣ信号によっ
    て給電され、前記基準波形発生器は更に、第２周波数のパルス出力信号を有する
    位相同期ループを含み、前記第２周波数は前記第１周波数の倍数である請求項１
    に記載のプレコンディショナー。
  5. 【請求項５】 前記パルス出力信号はパルス列であり、当該パルス列の初め
    は、前記ＡＣ信号の実質的な零電圧状態のところと同期する請求項４に記載のプ
    レコンディショナー。
  6. 【請求項６】 前記パルス出力信号は、前記ルックアップテーブルに記憶さ
    れた少なくとも１つの波形の値を読み取るクロック信号として働く請求項４又は
    ５に記載のプレコンディショナー。
  7. 【請求項７】 前記ルックアップテーブルに記憶される少なくとも１つの波
    形の値が正弦波の半周期を表す請求項１に記載のプレコンディショナー。
  8. 【請求項８】 前記力率制御器は、ルックアップテーブルとして働く読み出
    し専用メモリーを有するマイクロコントローラを含む請求項１に記載のプレコン
    ディショナー。
JP2000563109A 1998-07-29 1999-07-14 プレコンディショナー Pending JP2002522003A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/124,452 US6140777A (en) 1998-07-29 1998-07-29 Preconditioner having a digital power factor controller
US09/124,452 1998-07-29
PCT/EP1999/005036 WO2000007414A1 (en) 1998-07-29 1999-07-14 Preconditioner

Publications (1)

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JP2000563109A Pending JP2002522003A (ja) 1998-07-29 1999-07-14 プレコンディショナー

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EP (1) EP1040730B1 (ja)
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DE (1) DE69920871T2 (ja)
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