点灯装置
【課題】固定周波数での点灯と調光、及び調光時のフィラメント電流の独立制御が可能である熱陰極蛍光ランプ用点灯装置において、部品点数を削減することによって小型化、高効率化、低コスト化を実現する。
【解決手段】ランプ点灯用のフルブリッジ共振型インバータと、その上下アームの片方を用いて構成されるフィラメント予熱用の共振型インバータと、インバータの上下アームを駆動する制御装置を備えた点灯装置において、制御装置はバースト調光時において、予熱用インバータを構成する上下アームのみを駆動することでランプを消灯状態とし、さらにランプ電流がゼロである期間に限り駆動周波数を変化させる。また、DC調光を用い、インバータ周波数を一定としたままでランプ電流の大きさを連続的に変化させる。
【解決手段】ランプ点灯用のフルブリッジ共振型インバータと、その上下アームの片方を用いて構成されるフィラメント予熱用の共振型インバータと、インバータの上下アームを駆動する制御装置を備えた点灯装置において、制御装置はバースト調光時において、予熱用インバータを構成する上下アームのみを駆動することでランプを消灯状態とし、さらにランプ電流がゼロである期間に限り駆動周波数を変化させる。また、DC調光を用い、インバータ周波数を一定としたままでランプ電流の大きさを連続的に変化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱陰極蛍光ランプの点灯装置に関わり、特に液晶ディスプレイのバックライト点灯装置等において要求される、インバータ駆動周波数を固定して点灯及び調光動作を行う点灯装置に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶ディスプレイでは、液晶パネルを背面から照らすバックライトが必要である。従来では、バックライトとして冷陰極蛍光ランプを用いることが一般的であったが、冷陰極蛍光ランプに比べて高効率点灯が可能であるという利点から、熱陰極蛍光ランプを用いることもある。
【0003】
熱陰極蛍光ランプの点灯における一般的な手段として、電流共振型インバータによってランプ電流を安定化させる手段が用いられている。また、熱陰極蛍光ランプの調光に関し、一般照明用途に対しては、前記の電流共振型インバータの駆動周波数を変化させることによってランプ電流を制御する方法が一般的である。一方、液晶ディスプレイのバックライトでは、インバータ駆動周波数が液晶パネルの動作周波数と干渉して、画面のちらつき、または干渉縞の発生といった問題が発生する。この問題を避けるために、バックライト用インバータでは、駆動周波数を固定することを要求されることがある。
【0004】
固定周波数で前記の冷陰極蛍光ランプの調光を行う手段として、従来、バースト調光(PWM調光)が利用されてきた。バースト調光では、調光用PWM信号に合わせて点灯状態と消灯状態を繰り返し調光を行う。点灯状態ではインバータをある一定の周波数で動作させ、消灯状態ではインバータの動作を停止させる。このときPWM信号のオン時間dutyを制御することによって調光が可能である。
【0005】
熱陰極蛍光ランプでは、フィラメントに予熱電流を流すことによって発生する熱電子が発光に寄与する。したがって熱陰極蛍光ランプの調光では、ランプ電流の制御に加えてフィラメント電流も適切に制御しなければならない。
【0006】
具体的には、バースト調光を行う場合、消灯状態においてランプ電流がゼロの状態であっても、フィラメント電流を流し続ける必要がある。むしろ、再度点灯状態へ移行する場合に備えて、フィラメントを十分予熱しておく必要があるため、点灯状態に比べてフィラメント電流を増大させることが望ましい。消灯状態でのフィラメント電流が不十分の場合、再点灯時のフィラメント損傷が大きくなり、ランプの寿命は短くなる。さらに、再点灯時の損失が増大したり、再点灯に失敗したりするといった問題も発生する。
【0007】
フィラメント電流を適切に制御しつつバースト調光を行うためのインバータとして、例えば特許文献1に記載されているものがある。このインバータでは、直流電源に対して主となる点灯用インバータとともにフィラメント予熱用のインバータが並列に接続されている。また、フィラメント予熱用のインバータと直流電源の間には、フィラメント電流制御用のDC-DCコンバータが挿入されている。このインバータでは、バースト調光の消灯状態にて点灯用インバータを停止させていても、予熱用インバータ回路が動作し続けることによってフィラメント電流が流れ続ける。また、DC-DCコンバータによって予熱用インバータのDCリンク電圧を増大させることで、消灯状態では点灯状態に比べてフィラメント電流を増大させることができる。
【0008】
【特許文献1】特開平6-275387号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献1に記載のインバータは、前記の通りにバースト調光ができるが、インバータ2台に加えてさらにDC-DCコンバータを1台要するものであり、回路の大型化、効率の低下、および高コスト化が問題点となる。
【0010】
本発明の目的は、熱陰極蛍光ランプ点灯用インバータがフルブリッジインバータである場合において、固定周波数で、かつフィラメント電流を適切に制御しながら調光することができ、さらに部品点数の削減によって小型、高効率、低コストである点灯装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記問題を解決するため本発明は、直流電圧を直流/交流変換して熱陰極蛍光ランプに電力を供給するインバータと、前記インバータを駆動する制御装置を備え、前記インバータは、直列に接続される2個のスイッチング素子で構成される上下アームを有してなる点灯装置において、前記インバータは、第1の上下アーム、及び第2の上下アームを備え、前記第1の上下アームの出力端子と、前記第2の上下アームの出力端子との間に、前記熱陰極蛍光ランプを含む第1の共振負荷回路を備え、前記第1、及び第2の上下アームのうち、いずれかの上下アームの出力端子に、前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを含む第2の共振負荷回路を備えていることを特徴とする。
【0012】
また、前記制御装置は、外部から与えられる調光用PWM信号のレベルによって、前記熱陰極蛍光ランプの点灯状態及び消灯状態を切り替え、前記調光用PWM信号のオン時間dutyに従って前記熱陰極蛍光ランプを調光するするとともに、前記第1、及び第2の上下アームにゲート信号を出力する駆動回路を備え、前記駆動回路は前記調光用PWM信号を入力とし、点灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームの両者を第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と第2の上下アームにおける下側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させ、消灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームのうち前記第2の共振負荷回路を出力端子に備える上下アームのみをスイッチング動作させ、他方の上下アームにおける2個のスイッチング素子をともにオフにするようにゲート信号を出力することを特徴とする。
【0013】
また、前記制御装置は、入力される前記調光用PWM信号のレベルに基づいて、前記駆動回路に周波数指令値を出力する周波数制御回路を備えており、前記駆動回路は、前記周波数制御回路から入力される前記周波数指令値に従って前記ゲート信号の周波数を変化させることを特徴とする。
【0014】
また、前記第1の共振負荷回路には、少なくとも2個の熱陰極蛍光ランプを備えており、前記第1、及び第2の上下アームのうち、前記第2の共振負荷回路を出力端子に備えていない上下アームの出力端子に、前記第2の共振負荷回路に含まれないフィラメントを少なくとも1個含む第3の共振負荷回路を備えることを特徴とする。
【0015】
また、前記制御装置は、外部から与えられる調光用PWM信号のレベルによって、前記熱陰極蛍光ランプの点灯状態及び消灯状態を切り替え、前記調光用PWM信号のオン時間dutyに従って前記熱陰極蛍光ランプを調光するとともに、前記第1、及び第2の上下アームにゲート信号を出力する駆動回路を備え、前記駆動回路は、前記調光用PWM信号を入力とし、点灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームの両者を、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける下側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させ、消灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームの両者を、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける上側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させるようにゲート信号を出力することを特徴とする。
【0016】
また、前記制御装置は、入力される前記調光用PWM信号のレベルに基づいて、前記駆動回路に周波数指令値を出力する周波数制御回路を備えており、前記駆動回路は、前記周波数制御回路入力される前記周波数指令値に従って前記ゲート信号の周波数を変化させることを特徴とする。
【0017】
さらに、前記制御装置は、外部から与えられる調光用DC信号の大きさに従って前記熱陰極蛍光ランプのランプ電流の大きさを制御して前記熱陰極蛍光ランプを調光するとともに、前記第1、及び第2の上下アームにゲート信号を出力する駆動回路と、入力される前記調光用DC信号の大きさによって変化する位相シフト指令値を出力する位相シフト制御器と、同じく入力される前記調光用DC信号の大きさによって変化するオン時間duty指令値を出力するオン時間duty制御器とを備え、前記駆動回路は、入力される前記位相シフト指令値に従って、前記第1、及び第2の上下アームがそれぞれスイッチング動作する位相をずらすように、固定周波数の前記ゲート信号を出力し、入力される前記オン時間duty指令値に従って、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける下側スイッチングのオン時間dutyあるいは前記第1の上下アームにおける下側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける上側スイッチングのオン時間dutyを変化させるように、前記ゲート信号を出力することを特徴とする。
【0018】
さらに、直流電圧を直流/交流変換して熱陰極蛍光ランプに電力を供給するインバータと、前記インバータを駆動する制御装置を備え、前記インバータは、それぞれ直列に接続される2個のスイッチング素子で構成される第1、及び第2の上下アームを有し、前記第1の上下アームの出力端子と前記第2の上下アームの出力端子との間に前記熱陰極蛍光ランプ及び共振用チョークコイルを含む共振負荷回路を備え、前記共振用チョークコイルは前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントに接続される2次巻線を備える点灯装置において、
前記制御装置は、外部から与えられる調光用PWM信号のレベルによって、前記熱陰極蛍光ランプの点灯状態及び消灯状態を切り替え、前記調光用PWM信号のオン時間dutyに従って前記熱陰極蛍光ランプを調光するとともに、前記第1、及び第2の上下アームにゲート信号を出力する駆動回路を備え、前記駆動装置は前記調光用PWM信号を入力とし、点灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームの両者を、第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と第2の上下アームにおける下側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させ、消灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームのうち、いずれか一方の上下アームのみをスイッチング動作させ、他方の上下アームにおける一方のスイッチング素子をオンにし、他方のスイッチング素子をオフにするように、前記第1、及び第2の上下アームにゲート信号を出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、熱陰極蛍光ランプ点灯用インバータがフルブリッジインバータである場合において、少なくともランプが点灯している状態では駆動周波数を固定し、かつフィラメント電流を適切に制御しながら調光することで、液晶パネルとの周波数干渉によるちらつき、及びランプの寿命短縮を防ぐことができる。加えて、予熱用インバータは点灯用インバータとスイッチング素子を兼用しており前段にコンバータを備える必要もないことから、従来にない小型、高効率、低コストである点灯装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【実施例1】
【0021】
〔回路構成〕
図1は、本発明の実施例1、2、9において用いる点灯装置の、フルブリッジインバータからなる点灯回路の回路図である。主要部の点灯用インバータをフルブリッジ電流共振型インバータで構成しており、そのうち片方のスイッチング素子上下アームを利用してフィラメント予熱用のSEPP電流共振型インバータを構成している。なお、図1では、スイッチング素子としてパワーMOSFETを用いているが、トランジスタやIGBTを用いてもよい。
【0022】
図1の点灯回路では、直流電源100に対して、パワーMOSFET104とパワーMOSFET105の直列体、及びパワーMOSFET106とパワーMOSFET107の直列体が並列に接続されている。これら2つのパワーMOSFETの直列体が、それぞれ点灯用フルブリッジインバータの上下アームとして動作する。また、パワーMOSFET106とパワーMOSFET107の直列体は、予熱用SEPPインバータの上下アームとしても動作する。パワーMOSFET104のソースとパワーMOSFET107のドレインとの間には、共振用チョークコイル108と共振用コンデンサ109の直列体が接続されている。コンデンサ109の端子間には、トランス112の1次巻線113、及びそれに流れる電流から直流成分を除去するためのコンデンサ110の直列体が接続されている。前記トランス112の2次巻線114の端子間には、熱陰極蛍光ランプ101、及びそれに流れる電流から直流成分を除去するためのコンデンサ111の直列体が接続されている。
【0023】
また、図1の点灯回路では、パワーMOSFET107のドレイン−ソース間に、共振用チョークコイル115、共振用コンデンサ116、及びトランス117の1次巻線118の直列体が接続されている。なお、チョークコイル115のインダクタンスの替りに前記トランス117の漏れインダクタンスを利用することも可能であり、その場合チョークコイル115は不要である。トランス117は2つの2次巻線119、及び120を有し、2次巻線119の端子間には、熱陰極蛍光ランプ101のフィラメント102、及びそれに流れる電流から直流成分を除去するコンデンサ121が直列に接続されており、また、2次巻線120の端子間には、熱陰極蛍光ランプ101のフィラメント103、及びそれに流れる電流から直流成分を除去するコンデンサ122が直列に接続されている。
【0024】
図1の点灯回路における4つのパワーMOSFETのスイッチングパターン(以下、SWパターンと略す)には、大別すると、4つのパワーMOSFETが全てスイッチング動作をする場合と、2つのパワーMOSFETのみがスイッチング動作をする場合の2通りのパターンがある。ここで、前者をSWパターン1、後者をSWパターン2と定義する。これらのSWパターンは、本発明における図1以外の点灯回路に対しても適用される。
【0025】
図2は、スイッチング周期における、パワーMOSFET104〜107のゲート信号を、4つのSWパターン毎に示す。図2(a)に示すSWパターン1では、パワーMOSFET104、及び105を交互にオン・オフさせ、パワーMOSFET106、及び107もまた交互にオン・オフさせる。このとき、パワーMOSFET104及び107、またパワーMOSFET105及び106をそれぞれ同時にオン・オフさせる。このとき、図1の点灯回路は点灯用フルブリッジインバータ及び予熱用SEPPインバータの両者として動作する。
【0026】
図2(b)に示すSWパターン2では、パワーMOSFET106とパワーMOSFET107は交互にオン・オフされ、残り2つのパワーMOSFET104、105は完全にオフ状態となる。このとき、図1の点灯回路は、予熱用SEPPインバータとしてのみ動作する。
【0027】
SWパターン3については実施例7で別途説明し、SWパターン4については実施例9で、SWパターン5については実施例10で説明する。
〔SWパターン1の回路動作〕
以下に、パワーMOSFET104〜107がSWパターン1でスイッチング動作する場合について、図1の点灯回路の回路動作を説明する。パワーMOSFET104とパワーMOSFET107がオンのとき、初めは、チョークコイル108に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル108、パワーMOSFET104、直流電源100、パワーMOSFET107、コンデンサ109の経路で環流電流が流れ、チョークコイル108のエネルギーが放出される。また、チョークコイル115に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116、パワーMOSFET107の経路にも環流電流が流れる。このとき、コンデンサ116が充電されることで、チョークコイル115のエネルギーがコンデンサ116に移動する。
【0028】
チョークコイル115に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル108に流れる電流の極性が変化する場合を考える。このとき、チョークコイル108に流れる電流は、直流電源100、パワーMOSFET104、チョークコイル108、コンデンサ109、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116へと経路を変えて流れる共振電流となる。
【0029】
チョークコイル108に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル115に流れる電流の極性が変化する場合も考えられる。このとき、チョークコイル115に流れる電流は、チョークコイル115、パワーMOSFET107、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118へと経路を変えて流れる。また、チョークコイル108に流れる電流は、チョークコイル108、パワーMOSFET104、直流電源100、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118、チョークコイル115、コンデンサ109へと経路を変えて流れる。
【0030】
チョークコイル108、及びチョークコイル115に流れる電流の極性がともに変化した後は、直流電源100、パワーMOSFET104、チョークコイル108、コンデンサ109、パワーMOSFET107の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル108にエネルギーが蓄えられる。また、チョークコイル115、パワーMOSFET107、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118の経路で環流電流が流れ、再びチョークコイル115にエネルギーが蓄えられる。
【0031】
次に、パワーMOSFET104とパワーMOSFET107がオフになり、パワーMOSFET105とパワーMOSFET106がオンになると、初めは、チョークコイル108に蓄えられたエネルギーによってチョークコイル108、コンデンサ109、パワーMOSFET106、直流電源100、パワーMOSFET105の経路で環流電流が流れ、チョークコイル108のエネルギーが放出される。また、チョークコイル115に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル115、パワーMOSFET106、直流電源100、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118の経路にも環流電流が流れ、チョークコイル115のエネルギーが放出される。
【0032】
チョークコイル115に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル108に流れる電流の極性が変化する場合を考える。このとき、チョークコイル108に流れる電流は、チョークコイル108、パワーMOSFET105、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118、チョークコイル115、コンデンサ109へと経路を変えて流れる。
【0033】
チョークコイル108に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル115に流れる電流の極性が変化する場合も考えられる。このとき、チョークコイル115に流れる電流は、直流電源100、パワーMOSFET106、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116へと経路を変えて流れる共振電流となる。また、チョークコイル108に流れる電流は、チョークコイル108、コンデンサ109、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116、パワーMOSFET105へと経路を変えて流れる。
【0034】
チョークコイル108、及びチョークコイル115に流れる電流の極性がともに変化した後は、直流電源100、パワーMOSFET106、コンデンサ109、チョークコイル108、パワーMOSFET105の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル108にエネルギーが蓄えられる。また、直流電源100、パワーMOSFET106、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル115にエネルギーが蓄えられる。
【0035】
このように、図1の点灯回路がフルブリッジインバータとして、さらにSEPPインバータとして同時に動作することで、まず、コンデンサ109に電圧が発生し、コンデンサ110を介してトランス112の1次巻線113に電流が流れる。この電流によってトランス112の2次巻線114に電圧が誘起することで、2次巻線114、コンデンサ111、蛍光ランプ101から成る閉路に交流のランプ電流が流れ、蛍光ランプ101は安定した点灯状態を保つ。また、トランス117の2つの2次巻線119、及び120にもそれぞれ電圧が発生し、2次巻線119、コンデンサ121、熱陰極蛍光ランプ101のフィラメント102から成る閉路、及び2次巻線120、コンデンサ122、熱陰極蛍光ランプ101のフィラメント103から成る閉路にそれぞれ交流のフィラメント電流が流れ、フィラメント102、及び103が予熱される。
〔SWパターン2の回路動作〕
次に、パワーMOSFET104〜107がSWパターン2でスイッチング動作する場合について、図1の点灯回路の回路動作を説明する。パワーMOSFET106がオンのとき、初めは、チョークコイル115に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル115、パワーMOSFET106、直流電源100、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118の経路に環流電流が流れ、チョークコイル115のエネルギーが放出される。
【0036】
チョークコイル115のエネルギーが放出されると、直流電源100、パワーMOSFET106、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル115にエネルギーが蓄えられる。
【0037】
パワーMOSFET106がオフになり、パワーMOSFET107がオンになると、チョークコイル115に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116、パワーMOSFET107の経路に環流電流が流れる。このとき、コンデンサ116が充電されることで、チョークコイル115のエネルギーがコンデンサ116に移動する。
【0038】
チョークコイル115のエネルギー放出後、チョークコイル115に流れる電流は、チョークコイル115、パワーMOSFET107、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118へと経路を変えて流れる。
【0039】
このようにSEPPインバータが動作することで、熱陰極蛍光ランプ101のフィラメント102、及び103に前記の要領で交流電流が流れ、各フィラメントが予熱される。一方、フルブリッジインバータとしては動作しないため、ランプ電流は流れない。
〔第1のバースト調光〕
本発明の実施例1は、図1の点灯回路を、第1のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。図3は、実施例1の動作波形図である。図3において、ランプ電流、及びフィラメント電流の波形はそれぞれ単純な正弦波であるが、これらは交流電流であることを表すものであり、実際の波形は単純な正弦波であるとは限らない。なお、このことは図3以外の全ての動作波形図についても同様である。以下では、図3を用いながら点灯状態、消灯状態の順に説明する。
【0040】
バースト調光の点灯状態、消灯状態は、外部から与えられる調光用PWM信号によって切り替えられる。以下では、調光用PWM信号がオンのときにランプを点灯状態にするものとして説明するが、調光用PWM信号のオンまたはオフのどちらを点灯状態に対応させてもよく、これは以下の実施例においても同様である。
調光用PWM信号がオンのときはバースト調光の点灯状態であり、図1のパワーMOSFETをSWパターン1でスイッチング動作させる。ここで、スイッチング周波数はある一定の値に固定される。このとき、点灯用インバータと予熱用インバータがともに動作することで、図3に示すように、ランプ電流とフィラメント電流がそれぞれ一定の大きさで流れる。
【0041】
調光用PWM信号がオフになると、バースト調光の消灯状態となる。このとき、パワーMOSFETのスイッチング動作をSWパターン2に切り替える。このとき、点灯用インバータは停止し、ランプ電流は図3のように減衰しゼロに収束する。これに対して、予熱用インバータは動作し続けるため、フィラメント電流は点灯状態と同様に流れ続ける。
【0042】
調光用PWM信号がオフになると、ランプ電流は減衰しゼロになる。ランプ電流がゼロ、すなわちランプが完全に消灯状態であれば、液晶パネルとの周波数干渉による画面のちらつき、干渉縞といった問題は発生しない。よって、一時的に周波数固定の条件を無視できると考えて良い。そこで、調光用PWM信号がオフになった後、「減衰時間」として以下に定義する時間が経過した時点で、インバータの駆動周波数を変化させる。ここで、パワーMOSFETのスイッチング動作はSWパターン2のままであるため、点灯用インバータは停止しており、予熱用インバータでは駆動周波数が変化することによって、図3のようにフィラメント電流のみを増大させることができる。ここで、「減衰時間」は、ランプ電流が完全にゼロに収束するまでの時間より長い時間としてあらかじめ設定しておく。調光用PWM信号に合わせて前記動作を繰り返すことで、点灯状態において駆動周波数を固定したバースト調光が可能である。
〔制御装置〕
図4は、第1のバースト調光を実現する制御装置のブロック図である。図4の制御装置は、上位制御装置からの調光用PWM信号を入力として、図1におけるパワーMOSFET104〜107のゲート信号を生成する。
【0043】
図4の制御装置では、主要部の駆動回路301によって、パワーMOSFET104〜107のゲート信号が生成される。駆動回路301は、入力される調光用PWM信号をもとに、調光用PWM信号が点灯状態であればSWパターン1で、消灯状態であればSWパターン2でパワーMOSFETが動作するようにゲート信号を出力する。さらに、駆動回路301は、入力される周波数指令値に従う周波数のゲート信号を出力する。
【0044】
また、図4の制御装置において、周波数制御回路302は、調光用PWM信号を入力として、駆動回路301に周波数指令値を出力する回路である。周波数制御回路302は、点灯状態から消灯状態への移行時点から、さらに前記の減衰時間が経過した時点において、周波数指令値を切り替える。なお、切り替える時点の前後における周波数指令値は、あらかじめ設定された固定値である。
【実施例2】
【0045】
本発明の実施例2は、図1の点灯回路を第2のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。
〔第2のバースト調光〕
図5は、実施例2の動作波形を示す。以下では、図5を用いながら点灯状態、消灯状態の順に説明する。
【0046】
調光用PWM信号がオンのときはバースト調光の点灯状態であり、図1のパワーMOSFETをSWパターン1でスイッチング動作させる。このときのスイッチング周波数はある一定の値に固定される。ここで、パワーMOSFET104、及び107のオン時間dutyは50%以下、もしくは50%以上である。この場合も、点灯用インバータと予熱用インバータがともに動作することで、図5に示すように、ランプ電流とフィラメント電流がそれぞれ一定の大きさで流れる。
【0047】
調光用PWM信号がオフになると、バースト調光の消灯状態となる。このとき、パワーMOSFETのスイッチング動作をSWパターン2に切り替えることで点灯用インバータは停止し、ランプ電流は図5に示すようにゼロに収束して流れなくなる。さらに、パワーMOSFET106、及び107のオン時間dutyを50%にする。ここで、上下のスイッチング素子をともにオン時間duty50%で動作させるとき、固定周波数で動作するSEPPインバータのアーム出力電圧が最大となる。よって、フィラメント電流は図5のように増大する。調光用PWM信号に合わせて前記動作を繰り返すことで、点灯状態、消灯状態によらず、駆動周波数を完全に固定したバースト調光が可能である。
〔制御装置〕
図6は、第2のバースト調光を実現する制御装置を示すブロック図である。図6の制御装置は、調光用PWM信号を入力として、図1の点灯回路におけるパワーMOSFET104〜107のゲート信号を生成する。
【0048】
図6の制御装置では、主要部の駆動回路303によってパワーMOSFET104〜107のゲート信号が生成される。駆動回路303は、入力される調光用PWM信号をもとに、点灯状態であればSWパターン1で、消灯状態であればSWパターン2でパワーMOSFETが動作するように固定周波数のゲート信号を出力する。さらに、駆動回路303は、入力されるオン時間duty指令値に従ってゲート信号のオン時間dutyを制御する機能を持つ。図5、図6では、その一例として、オン時間duty指令値が大きいほど、パワーMOSFET105、106のオン時間dutyを大きくする場合を示している。ただし、SWパターン2で動作する場合、前記の原理によってパワーMOSFET105のオン時間dutyは強制的に0%になる。
【0049】
図6の制御装置において、オン時間duty制御回路304は、入力される調光用PWM信号をもとに、駆動回路303に対してオン時間duty指令値を出力する。このとき、消灯状態では、オン時間dutyが50%となる指令値を、点灯状態では、オン時間dutyが50%より大きく、または小さくなる指令値を出力する。
【実施例3】
【0050】
図7は、本発明の実施例3及び4において用いる点灯装置の点灯回路図である。図7の点灯回路は、図1の点灯回路とほぼ同じであるが、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116の直列体である予熱用インバータのアーム出力回路が、パワーMOSFET106のドレイン−ソース間に接続されているという点で異なる。
【0051】
図7の点灯回路におけるパワーMOSFET104〜107のスイッチングパターンには、既に説明したSWパターン1、及びSWパターン2の大きく分けて2つのパターンがある。それぞれのパターンにおける回路動作は、既に説明した図1の回路動作と同様のため説明を省略する。
【0052】
本発明の実施例3は、図7の点灯回路を図4の第1のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。このとき動作波形は前述した図3のようになる。
【実施例4】
【0053】
本発明の実施例4は、図7の点灯回路を図6の第2のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。このとき、動作波形は前述した図5のようになる。
〔図1の点灯回路の変形例〕
詳細は記載しないが、図1の点灯回路におけるチョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116の直列体は、図8の変形例に示すようにパワーMOSFET105のドレイン−ソース間に接続してもよい。または、パワーMOSFET104のドレイン−ソース間に接続してもよい。ただし、これらの場合、消灯状態のSWパターン2において、パワーMOSFET104、及び105をスイッチング動作させ、パワーMOSFET106、及び107を常にオフにする必要がある。これによって、第1のバースト調光、及び第2のバースト調光が適用可能であり、それぞれ、図3及び図5と同様の動作波形が得られる。
【実施例5】
【0054】
図9は、本発明の実施例5及び6において用いる点灯装置における点灯回路の回路図である。点灯用フルブリッジインバータの構成は、図1の点灯回路と同じであるが、予熱用インバータをハーフブリッジ電流共振型インバータとして構成している。なお、このハーフブリッジインバータの上下アームと、点灯用フルブリッジインバータの片方の上下アームを兼用する。
〔回路構成〕
図9の点灯回路では、図1の点灯回路と比較して、2つの平滑コンデンサ123、及び124の直列体が追加されており、直流電源100に接続されている。また、図1における共振用チョークコイル115、117の1次巻線118、共振用コンデンサ116の直列体が、2つの平滑コンデンサ123、及び124の接続点と、パワーMOSFET107のドレイン端子との間に移動している。その他については、図1の点灯回路と同じである。
〔SWパターン1の回路動作〕
図9の点灯回路中のパワーMOSFET104〜107がSWパターン1でスイッチング動作することで、図9の点灯回路は点灯用フルブリッジインバータ、及び予熱用ハーフブリッジインバータの両者として動作する。以下、このときの回路動作について説明する。
【0055】
パワーMOSFET104とパワーMOSFET107がオンのとき、初めは、チョークコイル108に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル108にはチョークコイル108、パワーMOSFET104、直流電源100、パワーMOSFET107、コンデンサ109の経路で環流電流が流れ、チョークコイル108のエネルギーが放出される。また、チョークコイル115に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116、コンデンサ124、パワーMOSFET107の経路にも環流電流が流れ、チョークコイル115のエネルギーが放出される。
【0056】
チョークコイル115に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル108に流れる電流の極性が変化する場合を考える。このとき、チョークコイル108に流れる電流は、直流電源100、パワーMOSFET104、チョークコイル108、コンデンサ109、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116、コンデンサ124へと経路を変えて流れる共振電流となる。
【0057】
チョークコイル108に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル115に流れる電流の極性が変化する場合も考えられる。このとき、チョークコイル115に流れる電流は、コンデンサ124、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118、チョークコイル115、パワーMOSFET107の経路を流れる共振電流となる。また、チョークコイル108に流れる電流は、チョークコイル108、パワーMOSFET104、直流電源100、コンデンサ124、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118、チョークコイル115、コンデンサ109へと経路を変えて流れる。
【0058】
チョークコイル108、及びチョークコイル115に流れる電流の極性がともに変化した後は、直流電源100、パワーMOSFET104、チョークコイル108、コンデンサ109、パワーMOSFET107の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル108にエネルギーが蓄えられる。また、コンデンサ124、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118、チョークコイル115、パワーMOSFET107の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル115にエネルギーが蓄えられる。
【0059】
パワーMOSFET104とパワーMOSFET107がオフになり、パワーMOSFET105とパワーMOSFET106がオンになると、初めは、チョークコイル108に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル108、コンデンサ109、パワーMOSFET106、直流電源100、パワーMOSFET105の経路で環流電流が流れ、チョークコイル108のエネルギーが放出される。また、チョークコイル115に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル115、パワーMOSFET106、コンデンサ123、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118の経路にも環流電流が流れ、チョークコイル115のエネルギーが放出される。
【0060】
チョークコイル115に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル108に流れる電流の極性が変化する場合を考える。このとき、チョークコイル108に流れる電流は、チョークコイル108、パワーMOSFET105、コンデンサ124、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118、チョークコイル115、コンデンサ109へと経路を変えて流れる。
【0061】
チョークコイル108に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル115に流れる電流の極性が変化する場合も考えられる。チョークコイル115に流れる電流は、コンデンサ123、パワーMOSFET106、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116の経路を流れる共振電流となる。また、チョークコイル108に流れる電流は、チョークコイル108、コンデンサ109、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116、コンデンサ124、パワーMOSFET105へと経路を変えて流れる。
【0062】
チョークコイル108、及びチョークコイル115に流れる電流の極性がともに変化した後は、直流電源100、パワーMOSFET106、コンデンサ109、チョークコイル108、パワーMOSFET105の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル108にエネルギーが蓄えられる。また、コンデンサ123、パワーMOSFET106、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル115にエネルギーが蓄えられる。
【0063】
このように、図9の点灯回路がフルブリッジインバータとして、さらにハーフブリッジインバータとして同時に動作することで、図1の点灯回路と同様の要領でランプ電流、及びフィラメント電流が流れる。
〔SWパターン2の回路動作〕
図9中のパワーMOSFET104〜107がSWパターン2でスイッチング動作することで、図9の点灯回路は予熱用ハーフブリッジインバータとしてのみ動作する。以下、このときの回路動作について説明する。
【0064】
パワーMOSFET106がオンのとき、初めは、チョークコイル115に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル115、パワーMOSFET106、コンデンサ123、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118の経路に環流電流が流れ、チョークコイル115のエネルギーが放出される。
【0065】
チョークコイル115のエネルギーが放出されると、コンデンサ123、パワーMOSFET106、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル115にエネルギーが蓄えられる。
【0066】
パワーMOSFET106がオフになり、パワーMOSFET107がオンになると、チョークコイル115に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116、コンデンサ124、パワーMOSFET107の経路に環流電流が流れ、チョークコイル115のエネルギーが放出される。
【0067】
チョークコイル115のエネルギーが放出されると、コンデンサ124、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118、チョークコイル115、パワーMOSFET107の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル115にエネルギーが蓄えられる。
【0068】
このようにハーフブリッジインバータのみが動作することで、図1の点灯回路と同様の要領でフィラメント電流が流れる。一方、フルブリッジインバータとしては動作しないため、ランプ電流は流れない。
〔バースト調光と制御装置〕
本発明の実施例5は、図9の点灯回路を図4の第1のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。このとき、動作波形は図3のようになる。
【実施例6】
【0069】
本発明の実施例6は、図9の点灯回路を図6の第2のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。このとき、動作波形は図5のようになる。
〔図9の点灯回路の変形例〕
詳細は記載しないが、図9の点灯回路において、チョークコイル115、117の1次巻線118、共振用コンデンサ116の直列体は、2つの平滑コンデンサ123、及び124の接続点と、パワーMOSFET105のドレイン端子との間に接続してもよい。ただし、この場合、消灯状態のSWパターン2において、パワーMOSFET104、及び105をスイッチング動作させ、パワーMOSFET106、及び107を常にオフにする必要がある。これによって、第1、及び第2のバースト調光方式が適用可能であり、それぞれ、図3、及び図5と同様の動作波形が得られる。
【実施例7】
【0070】
図10は、本発明の実施例7及び8において用いる点灯装置の点灯回路図である。点灯用フルブリッジ電流共振型インバータは、並列に接続された2本の熱陰極蛍光ランプを点灯させる。予熱用SEPP電流共振型インバータは、2本それぞれのランプが持つフィラメントを予熱するために2つある。2つの予熱用インバータの上下アームを、点灯用フルブリッジインバータの2つの上下アームとそれぞれ兼用する。図において、番号(1)〜(4)の回路端子部分は対応する番号の回路位置に接続される。
〔回路構成〕
図10の点灯回路における点灯用インバータでは、図1の点灯回路と比較して、以下の点が異なる。トランス112の2次巻線114の端子間には、熱陰極蛍光ランプ101、電流の直流成分を除去するためのコンデンサ111、トランス223の1次巻線224の直列体と、熱陰極蛍光ランプ201、電流の直流成分を除去するためのコンデンサ211、トランス223の2次巻線225の直列体が、並列に接続されている。ここで、トランス223は、2本の熱陰極蛍光ランプ101、及び201に流れるランプ電流を平衡させるための電流バランサである。
【0071】
図10の点灯回路では、図1の点灯回路と比較して、熱陰極蛍光ランプ201のフィラメント202、及び203を予熱するためのSEPPインバータが追加されている点でも異なる。パワーMOSFET105のドレイン−ソース間に、共振用チョークコイル215、トランス217の1次巻線218、共振用コンデンサ216の直列体が接続されている。なお、チョークコイル215のインダクタンスとして、前記トランス217の漏れインダクタンスを利用することも可能であり、その場合チョークコイル215は不要である。トランス217は2つの2次巻線219、及び220を有し、2次巻線219の端子間には、熱陰極蛍光ランプ201のフィラメント202、及び電流の直流成分を除去するためのコンデンサ221が直列に接続されており、また、2次巻線220の端子間には、熱陰極蛍光ランプ201のフィラメント203、及び電流の直流成分を除去するためのコンデンサ222が直列に接続されている。
〔回路動作〕
図10の点灯回路では、前記の点を除いて図1の点灯回路と異なる点はない。図10の点灯回路における4つのパワーMOSFETのSWパターンには、大きく分けて2通りのパターンがある。そのうちの1つは、既に説明したSWパターン1である。このとき、図10の点灯回路は、点灯用フルブリッジインバータ、及び2つの予熱用SEPPインバータとして動作する。この場合の回路動作は図1の回路動作とほぼ同様であり説明は省略する。
【0072】
もう1つのSWパターンは、図2(c)に示すSWパターン3である。SWパターン3では、SWパターン1と同様に、パワーMOSFET104、及び105を交互にオン・オフさせ、パワーMOSFET106、及び107もまた交互にオン・オフさせる。このとき、図2(c)に示すように、パワーMOSFET104、及び106を、またパワーMOSFET105、及び107を、それぞれ同時にオン・オフさせる。このとき、図10の点灯回路は点灯用フルブリッジインバータとしては動作せず、2つの予熱用SEPPインバータとしてのみ動作する。この場合の回路動作も図1の回路動作とほぼ同様であり説明は省略する。
【0073】
本発明の実施例7は、図10の点灯回路を第3のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。
〔第3のバースト調光〕
図12は、実施例7の動作波形図を示す。図12では、2本の熱陰極蛍光ランプのランプ電流、及びフィラメント電流をまとめて図示している点にも注意されたい。以下では点灯状態、消灯状態の順に、第3のバースト調光について説明する。
【0074】
調光用PWM信号がオンのとき、バースト調光の点灯状態であり、図10の点灯回路のパワーMOSFETをSWパターン1で動作させる。ここで、スイッチング周波数はある一定の値に固定される。点灯用インバータと予熱用インバータがともに動作することで、図12に示すように、ランプ電流とフィラメント電流がそれぞれ一定の大きさで流れる。
【0075】
調光用PWM信号がオフになると、バースト調光の消灯状態となる。このとき、パワーMOSFETのスイッチング動作をSWパターン3に切り替える。このとき、点灯用インバータは停止し、ランプ電流は図12のように減衰しゼロに収束する。これに対して、予熱用インバータは動作し続けるため、フィラメント電流は点灯状態と同様に流れ続ける。
【0076】
調光用PWM信号がオフになると、ランプ電流は減衰しゼロになる。第3のバースト調光を行う制御装置においても、前記第1のバースト調光を行う制御装置と同様に減衰時間を利用する。すなわち、調光用PWM信号がオフになった後、この減衰時間が経過した時点で、インバータの駆動周波数を変化させる。ここで、パワーMOSFETのスイッチング動作はSWパターン3のままである。点灯用インバータは停止したままであり、予熱用インバータでは駆動周波数が変化することによって、図12のようにフィラメント電流を増大させることができる。
〔制御装置〕
調光用PWM信号に合わせて前記動作を繰り返すことで、ランプ点灯時に駆動周波数を固定したバースト調光が可能である。なお、これを実現するための制御装置を図13に示す。図13の制御装置は、その構成要素の1つである駆動回路305の動作が異なる点を除けば、図4に示す制御装置と同一である。図13の制御装置が備える駆動回路305は、入力される調光用PWM信号をもとに、点灯であればSWパターン1で、消灯状態であればSWパターン3でパワーMOSFETが動作するようにゲート信号を出力するもので、その他の機能は図4の駆動回路301と同一である。
【実施例8】
【0077】
本発明の第8の実施例は、図10の点灯回路を第4のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。
〔第4のバースト調光〕
図14は、実施例8の動作波形図を示す。以下では点灯状態、消灯状態の順に、第4のバースト調光について説明する。調光用PWM信号がオンのとき、バースト調光の点灯状態であり、図10の点灯回路におけるパワーMOSFETをSWパターン1でスイッチング動作させる。このときのスイッチング周波数はある一定の値に固定される。また、パワーMOSFET104、及び107のオン時間dutyは50%以下、もしくは50%以上である。この場合も、点灯用インバータと予熱用インバータがともに動作することで、図14に示すように、ランプ電流とフィラメント電流がそれぞれ一定の大きさで流れる。
【0078】
調光用PWM信号がオフになると、バースト調光の消灯状態となる。このとき、パワーMOSFETのスイッチング動作をSWパターン3に切り替えることで、点灯用インバータは停止し、ランプ電流は図14のように流れなくなる。さらに、パワーMOSFET104、及び106のオン時間dutyを50%にする。このとき、第2のバースト調光方式と同様の原理によって、フィラメント電流は図14のように増大する。
〔制御装置〕
調光用PWM信号に合わせて前記動作を繰り返すことで、点灯状態、消灯状態によらず、駆動周波数を完全に固定したバースト調光が可能である。なお、これを実現するための制御装置を図15に示す。図15の制御装置は、その構成要素の1つである駆動回路306の動作が異なる点を除けば、図6に示す制御装置と同一である。図15の制御装置が備える駆動回路306は、入力される調光用PWM信号をもとに、点灯であればSWパターン1で、消灯状態であればSWパターン3でパワーMOSFETが動作するようにゲート信号を出力するもので、その他の機能は図6の駆動回路303と同一である。
【0079】
第7、及び第8の実施例における点灯装置によって、点灯させる熱陰極蛍光ランプの本数が増えたときに、予熱用インバータにおけるトランスの構造が複雑化することを避けることができ、また、トランス1つあたりに流れる電流を半減できる。
〔変形実施例〕
なお、詳細は記載しないが、図11に示すように、2本の熱陰極蛍光ランプ101、201が直列に接続されている点灯回路に対しても、第3、及び第4のバースト調光方式を適用できる。このことは、3本以上の熱陰極蛍光ランプを点灯させる点灯回路に対しても同様である。
【実施例9】
【0080】
本発明の第9の実施例はDC調光に関するものであり、図1の点灯回路を固定周波数でDC調光動作させるものである。すなわち、実施例1〜8において用いたバースト調光に替えてDC調光を用い、インバータの駆動周波数は一定のままで、ランプ電流の大きさを連続的に変化させて調光する。
【0081】
熱陰極蛍光ランプでは、フィラメント電流だけでなく、ランプ電流もフィラメントの予熱に寄与する。よって、調光時にランプ電流を減少させると、フィラメントの予熱が不十分になり、ランプの寿命低下、発光効率の低下といった問題が生じる。そこで、第9の実施例では、ランプ電流を減少させるとき、フィラメント電流は増大するように制御する。
〔回路動作〕
第9の実施例において、図1の点灯回路が有するパワーMOSFETは、図2(d)に示すSWパターン4のようにスイッチング動作する。SWパターン4は、フルブリッジインバータのスイッチング制御として一般的である、位相シフト制御を用いる場合のSWパターンである。位相シフト制御を用いることで、駆動周波数を固定したまま、出力電力を制御することができる。
【0082】
SWパターン4では、SWパターン1と同様に、パワーMOSFET104、及び105を交互にオン・オフさせ、パワーMOSFET106、及び107もまた交互にオン・オフさせる。ただし、図2(d)に示すように、スイッチング動作の1周期間において、パワーMOSFET104、及び105がスイッチング動作する位相と、パワーMOSFET106、及び107がスイッチング動作する位相が異なる場合、言い換えれば、2個の上下アームのスイッチング動作について位相差が存在する場合がある。すなわち、既に説明したSWパターン1のように、パワーMOSFET104と107は同時にオン・オフするとは限らない。なお、前記の位相差がゼロであるときに限り、SWパターン1とSWパターン4は同一である。4つのパワーMOSFETが全てスイッチング動作することで、図1の点灯回路は、点灯用フルブリッジインバータ、及び予熱用SEPPインバータの両者として動作する。
【0083】
ここで、パワーMOSFET104、及び105がスイッチング動作する位相が、パワーMOSFET106、及び107がスイッチング動作する位相に対して遅れる場合を例に、SWパターン4で動作する場合における図1の点灯回路の回路動作について説明する。パワーMOSFET104とパワーMOSFET107がオンのときの動作は、既に説明した通りであるため、省略する。
【0084】
次に、パワーMOSFET107がオフになり、パワーMOSFET106がオンになる。すなわち、パワーMOSFET104とパワーMOSFET106がオンである。このとき、チョークコイル108に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル108、コンデンサ109、パワーMOSFET106、パワーMOSFET104の経路で環流電流が流れる。また、チョークコイル115に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル115、パワーMOSFET106、直流電源100、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118の経路で環流電流が流れる。
【0085】
次に、パワーMOSFET104がオフになり、パワーMOSFET105がオンになる。すなわち、パワーMOSFET105とパワーMOSFET106がオンである。このときの動作は、既に説明した通りであるため、省略する。
【0086】
最後に、パワーMOSFET106がオフになり、パワーMOSFET107がオンになる。すなわち、パワーMOSFET105とパワーMOSFET107がオンである。このとき、チョークコイル108に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル108、パワーMOSFET105、パワーMOSFET107、コンデンサ109の経路で環流電流が流れる。また、チョークコイル115に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116、パワーMOSFET107の経路で環流電流が流れる。
【0087】
以上の動作説明から分かるように、前記の位相差があることで、パワーMOSFET104とパワーMOSFET106がオンである期間のように、点灯用フルブリッジインバータの出力回路が直流電源100から切り離され、電力供給を受けない期間が発生する。この期間は、前記の位相差が大きい程長くなり、結果としてインバータの出力電力が低下する。よって、位相差の大きさによって、点灯用インバータの出力を制御することができる。なお、この位相差について、以下の説明では位相シフト量として記す。
〔DC調光〕
以下では、本発明におけるDC調光方式について説明する。図16は、本発明におけるDC調光を行う場合の動作波形図を、(a)調光前と、(b)調光後に分けて示したものである。
DC調光では、バースト調光において用いた調光用PWM信号の代わりに、調光レベルを決定するための調光用DC信号を用いる。このDC信号のレベルが大きいほどランプ電流は大きな値に制御される。
【0088】
熱陰極蛍光ランプを調光するとき、すなわち、図16において、(a)調光前から(b)調光後に移行するとき、位相シフト量と、パワーMOSFETのオン時間dutyの両方を変化させる。具体的には、まず、位相シフト量を増大させる。これによって、前記説明の通りに点灯用インバータの出力が減少し、ランプ電流も減少する。また、全てのパワーMOSFETのオン時間dutyを50%に近づける。その一例として、図16では、オン時間duty指令値によって、パワーMOSFET105、106のオン時間dutyを50%に近づけている。もちろん、 パワーMOSFET104、107のオン時間dutyも同様に50%に近づくことになる。これによって、 前記説明の通りに予熱用インバータの出力が増大し、フィラメント電流も増大する。このように、インバータの駆動周波数が固定であっても、位相シフト量によってランプ電流を、パワーMOSFETのオン時間dutyによってフィラメント電流を、それぞれ独立に制御できる。
〔制御装置〕
図17は、本発明におけるDC調光方式を実現する制御装置のブロック図である。図17の制御装置は、調光用DC信号を入力として、図1の点灯回路におけるパワーMOSFET104〜107のゲート信号を生成する。
【0089】
図17の制御装置では、主要部の駆動回路307によって、パワーMOSFET104〜107のゲート信号が生成される。駆動回路307は、 SWパターン4でパワーMOSFETが動作するように、固定周波数のゲート信号を出力する。また、駆動回路307は、入力される位相シフト指令値に従う位相シフト量を持つゲート信号を出力する機能と、入力されるオン時間duty指令値に従ってゲート信号のオン時間dutyを制御する機能を持つ。
【0090】
図17の制御装置において、位相シフト制御回路308は、入力される調光用DC信号をもとに、駆動回路307に対して位相シフト指令値を出力する。このとき、調光用DC信号の大きさが減少するにつれて、位相シフト指令値を増大させる機能を持つ。また、図17の制御装置において、オン時間duty制御回路309は、入力される調光用DC信号をもとに、駆動回路307に対してオン時間duty指令値を出力する。このとき、調光用DC信号の大きさが減少するにつれて、オン時間duty指令値を50%に近づける機能を持つ。
【0091】
実施例9における点灯回路によって、熱陰極蛍光ランプを固定周波数で、かつDC調光によって調光することができる。また、調光時において、ランプ電流とフィラメント電流を独立に制御することができる。さらに、点灯状態と消灯状態を繰り返すバースト調光と比較すると、調光時にフィラメントにかかる負担は小さく、ランプの寿命短縮を防ぐことができる。なお、第9の実施例では、図1の点灯回路に対してDC調光を利用したが、本発明のDC調光方式は、本発明におけるその他の点灯回路にも適用可能である。
【実施例10】
【0092】
図18は、本発明の第10、及び第11の実施例において用いる点灯回路の回路図である。図18の点灯回路では、フィラメント予熱用のSEPPインバータは無く、点灯用のフルブリッジインバータのみが存在する。すなわち、図1の点灯回路と比較して、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116の直列体が無い。フィラメントに予熱電流を流すために、共振用チョークコイル108に2つの2次巻線119、及び120が施されている。それぞれの2次巻線は、図1と同様に、直流電流を除去するためのコンデンサを介して、フィラメントに接続されている。
〔SWパターン1の回路動作〕
図18の点灯回路における4つのパワーMOSFETのSWパターンには、大きく分けて2通りのパターンがある。そのうちの1つは、既に説明したSWパターン1である。このとき、図18の点灯回路は、フルブリッジインバータとして動作し、熱陰極蛍光ランプ101が点灯する。また、共振用チョークコイル108に交流電流が流れることで、2つの2次巻線119、及び120にそれぞれ電圧が発生し、2次巻線119、コンデンサ121、熱陰極蛍光ランプ101のフィラメント102から成る閉路、及び2次巻線120、コンデンサ122、熱陰極蛍光ランプ101のフィラメント103から成る閉路にそれぞれ交流のフィラメント電流が流れ、フィラメント102、及び103が予熱される。すなわち、図18の点灯回路は、フィラメント予熱用インバータとしても動作すると言える。なお、回路動作の詳細は、既に説明した図1の回路動作から容易に考えられるため、省略する。
〔SWパターン5の回路動作〕
もう1つは、図2(e)に示すSWパターン5である。SWパターン5では、パワーMOSFET104、または105のいずれか一方を常にオン、もう一方を常にオフにする。図2(e)では、パワーMOSFET105を常にオンにする例を示している。その上で、パワーMOSFET106、及び107を交互にオン・オフさせる。また、パワーMOSFET106、または107のいずれか一方を常にオン、もう一方を常にオフにして、パワーMOSFET104、及び105を交互にオン・オフさせてもよい。
【0093】
SWパターン5では、点灯用のフルブリッジインバータをSEPPインバータとして動作させることになる。このとき、通常のフルブリッジインバータとして動作させる場合と比較して、アーム出力電圧が半減する。その結果、熱陰極蛍光ランプ101に対して十分な電圧を印加することができず、ランプが消灯してしまう。このときも、トランス112の1次側に構成されている閉路を通して共振用チョークコイル108には交流電流が流れ、2次巻線119、及び120にそれぞれ電圧が発生することで、前記の要領でフィラメント102、及び103が予熱される。すなわち、SWパターン5で動作するとき、図18の点灯回路はフィラメント予熱用インバータとしてのみ動作する。
【0094】
SWパターン5のうち、パワーMOSFET104が常にオフ、パワーMOSFET105が常にオンであり、パワーMOSFET106、107がスイッチング動作する場合を例として、このときの図18の回路動作を説明する。
【0095】
パワーMOSFET107がオンのとき、初めは、チョークコイル108に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル108、パワーMOSFET105、パワーMOSFET107、コンデンサ109の経路に環流電流が流れ、チョークコイル108のエネルギーがコンデンサ109へと移動する。コンデンサ109に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル108に流れる電流の向きは反転し、コンデンサ109、パワーMOSFET107、パワーMOSFET105、チョークコイル108の経路に環流電流が流れることで再びチョークコイル108にエネルギーが蓄えられる。
【0096】
パワーMOSFET107がオフになり、パワーMOSFET106がオンになると、初めは、チョークコイル108に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル108、コンデンサ109、パワーMOSFET106、直流電源100、パワーMOSFET105の経路に環流電流が流れる。チョークコイル108のエネルギー放出後、直流電源100、パワーMOSFET106、コンデンサ109、チョークコイル108、パワーMOSFET105の経路で共振電流が流れる。
【0097】
このとき、コンデンサ109に電圧が発生し、コンデンサ110を介してトランス112の1次巻線113に電流が流れる。この電流によってトランス112の2次巻線114に電圧が誘起するが、この誘起電圧は、SWパターン1で動作する場合に発生するものに比べて小さい。そのため、蛍光ランプ101は点灯状態を維持することができず、ランプ電流も流れない。また、チョークコイル108に電流が流れることによって、2次巻線119、及び120にそれぞれ電圧が発生し、2次巻線119、コンデンサ121、熱陰極蛍光ランプ101のフィラメント102から成る閉路、及び2次巻線120、コンデンサ122、熱陰極蛍光ランプ101のフィラメント103から成る閉路にそれぞれ交流のフィラメント電流が流れ、フィラメント102、及び103が予熱される。
【0098】
本発明の第10の実施例は、図18の点灯回路を、第5のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。
〔第5のバースト調光〕
図19は、第5のバースト調光を行う制御装置を用いる場合の動作波形を示したものである。以下では点灯状態、消灯状態の順に説明する。調光用PWM信号がオンのとき、バースト調光の点灯状態であり、図18のパワーMOSFETをSWパターン1で動作させる。ここで、スイッチング周波数はある一定の値に固定される。図18の点灯回路が前記の要領で動作することで、図19に示すように、ランプ電流とフィラメント電流がそれぞれ一定の大きさで流れる。
【0099】
調光用PWM信号がオフになると、バースト調光の消灯状態となる。このとき、パワーMOSFETのスイッチング動作をSWパターン5に切り替える。このとき、前記の通り、インバータは熱陰極蛍光ランプ101に対して十分な電圧を印加することができず、ランプ電流は図19のように減衰する。一方、前記の要領で、フィラメント電流は流れ続ける。ただし、SWパターン1での動作時と比較して、フィラメント電流の大きさは変化する。
【0100】
調光用PWM信号がオフになると、ランプ電流は減衰し、ゼロになる。第5のバースト調光方式においても、前記第1、及び第3のバースト調光方式と同様に、“減衰時間”を利用する。すなわち、調光用PWM信号がオフになった後、この減衰時間が経過した時点で、パワーMOSFETのスイッチング動作はSWパターン5のまま、インバータの駆動周波数を高くする。駆動周波数を高くすることによって、2次巻線119、及び120に接続されるコンデンサ121、及び122のインピーダンスは小さくなり、図19のようにフィラメント電流を増大させることができる。また、パワーMOSFETのスイッチング動作をSWパターン5のままとしているため、ランプ電流もゼロのままとなる。
〔制御装置〕
調光用PWM信号に合わせて前記動作を繰り返すことで、ランプ点灯時に駆動周波数を固定したバースト調光が可能である。なお、これを実現するための制御装置を図20に示す。図20の制御装置は、その構成要素の1つである駆動回路の動作が異なる点を除けば、図4に示す制御装置と同一である。図20の制御装置が備える駆動回路310は、入力される調光用PWM信号をもとに、点灯であればSWパターン1で、消灯状態であればSWパターン5でパワーMOSFETが動作するようにゲート信号を出力するもので、その他の機能は図4の駆動回路301と同一である。
【実施例11】
【0101】
本発明の第11の実施例は、図18の点灯回路を、第6のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。
〔第6のバースト調光〕
図21は、第6のバースト調光を行う場合の動作波形を示したものである。以下では点灯状態、消灯状態の順に説明する。調光用PWM信号がオンのとき、バースト調光の点灯状態であり、図18の点灯回路におけるパワーMOSFETをSWパターン1でスイッチング動作させる。このときのスイッチング周波数はある一定の値に固定される。このとき、図18の点灯回路が前記の要領で動作することで、図19に示すように、ランプ電流とフィラメント電流がそれぞれ一定の大きさで流れる。なお、ここで、パワーMOSFET104、及び107のオン時間dutyは50%以下、もしくは50%以上とする。
【0102】
調光用PWM信号がオフになると、バースト調光の消灯状態となる。このとき、パワーMOSFETのスイッチング動作をSWパターン5に切り替えることで、インバータは熱陰極蛍光ランプ101に対して十分な電圧を印加することができず、ランプ電流は図21のように流れなくなる。さらに、パワーMOSFET104、または106のオン時間dutyを50%にする。このとき、第2、及び第4のバースト調光方式と同様の原理によって、フィラメント電流は図21のように増大する。
〔制御装置〕
調光用PWM信号に合わせて前記動作を繰り返すことで、点灯状態、消灯状態によらず、駆動周波数を完全に固定したバースト調光が可能である。なお、これを実現するための制御装置を図22に示す。図22の制御装置は、その構成要素の1つである駆動回路の動作が異なる点を除けば、図6に示す制御装置と同一である。図22の制御装置が備える駆動回路311は、入力される調光用PWM信号をもとに、点灯であればSWパターン1で、消灯状態であればSWパターン5でパワーMOSFETが動作するようにゲート信号を出力するもので、その他の機能は図6の駆動回路303と同一である。
【0103】
第10、及び第11の実施例における点灯装置では、第1〜9の実施例のように、主点灯回路においてフィラメント予熱用SEPPインバータを備える必要はないため、より小型、高効率、低コストなインバータとなる。
【0104】
本発明の全ての実施例において、ランプが点灯している状態では駆動周波数を固定し、かつフィラメント電流を適切に制御しながら調光することで、液晶パネルとの周波数干渉によるちらつき、及びランプの寿命短縮を防ぐことができ、加えて、予熱用インバータは点灯用インバータとスイッチング素子を兼用しており、前段にコンバータを備える必要もないことから、点灯装置は小型、高効率、低コストなものとなる。
【図面の簡単な説明】
【0105】
【図1】本発明の実施例1、2、9における点灯装置の点灯回路を示す回路図である。
【図2】本発明の実施例における点灯回路が備えるスイッチング素子のスイッチングパターンを示す模式図である。
【図3】本発明の実施例1、3、5における点灯装置の動作波形図である。
【図4】本発明の実施例1、3、5における点灯装置の制御装置のブロック図である。
【図5】本発明の実施例2、4、6における点灯装置の動作波形図である。
【図6】本発明の2、4、6の実施例における点灯装置の制御装置のブロック図である。
【図7】本発明の実施例3、4における点灯装置の点灯回路を示す回路図である。
【図8】本発明の実施例1〜4における点灯装置の点灯回路を一部変形した回路図である。
【図9】本発明の実施例5、6における点灯装置の点灯回路を示す回路図である。
【図10】本発明の実施例7、8における点灯装置の点灯回路を示す回路図である。
【図11】本発明の実施例7、8における点灯装置の点灯回路を一部変形した回路図である。
【図12】本発明の実施例7における点灯装置の動作波形図である。
【図13】本発明の実施例7における点灯装置の制御装置のブロック図である。
【図14】本発明の実施例8における点灯装置の動作波形図である。
【図15】本発明の実施例8における点灯装置の制御装置のブロック図である。
【図16】本発明の実施例9における点灯装置の動作波形図である。
【図17】本発明の実施例9における点灯装置の制御装置のブロック図である。
【図18】本発明の第10、第11の実施例における点灯装置の回路を示す回路図である。
【図19】本発明の第10の実施例における点灯装置の動作波形図である。
【図20】本発明の第10の実施例における点灯装置の制御装置のブロック図である。
【図21】本発明の第11の実施例における点灯装置の動作波形図である。
【図22】本発明の第11の実施例における点灯装置の制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
【0106】
100:直流電源
101、201:熱陰極蛍光ランプ
102、202、203:熱陰極蛍光ランプのフィラメント
104、105、106、107:スイッチング素子
108、115、215:共振用チョークコイル
109、116、216:共振用コンデンサ
110、111、121、122、211、221、222:コンデンサ
123、124:平滑コンデンサ
112、117、217:トランス
113、118、218:トランスの1次巻線
114、119、120、219、220:トランスの2次巻線
223:電流バランス用トランス
224:電流バランス用トランスの1次巻線
225:電流バランス用トランスの2次巻線
301、303、305、306、307、310、311:駆動回路
302:周波数制御回路
304、309:オン時間duty制御回路
308:位相シフト制御回路
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱陰極蛍光ランプの点灯装置に関わり、特に液晶ディスプレイのバックライト点灯装置等において要求される、インバータ駆動周波数を固定して点灯及び調光動作を行う点灯装置に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶ディスプレイでは、液晶パネルを背面から照らすバックライトが必要である。従来では、バックライトとして冷陰極蛍光ランプを用いることが一般的であったが、冷陰極蛍光ランプに比べて高効率点灯が可能であるという利点から、熱陰極蛍光ランプを用いることもある。
【0003】
熱陰極蛍光ランプの点灯における一般的な手段として、電流共振型インバータによってランプ電流を安定化させる手段が用いられている。また、熱陰極蛍光ランプの調光に関し、一般照明用途に対しては、前記の電流共振型インバータの駆動周波数を変化させることによってランプ電流を制御する方法が一般的である。一方、液晶ディスプレイのバックライトでは、インバータ駆動周波数が液晶パネルの動作周波数と干渉して、画面のちらつき、または干渉縞の発生といった問題が発生する。この問題を避けるために、バックライト用インバータでは、駆動周波数を固定することを要求されることがある。
【0004】
固定周波数で前記の冷陰極蛍光ランプの調光を行う手段として、従来、バースト調光(PWM調光)が利用されてきた。バースト調光では、調光用PWM信号に合わせて点灯状態と消灯状態を繰り返し調光を行う。点灯状態ではインバータをある一定の周波数で動作させ、消灯状態ではインバータの動作を停止させる。このときPWM信号のオン時間dutyを制御することによって調光が可能である。
【0005】
熱陰極蛍光ランプでは、フィラメントに予熱電流を流すことによって発生する熱電子が発光に寄与する。したがって熱陰極蛍光ランプの調光では、ランプ電流の制御に加えてフィラメント電流も適切に制御しなければならない。
【0006】
具体的には、バースト調光を行う場合、消灯状態においてランプ電流がゼロの状態であっても、フィラメント電流を流し続ける必要がある。むしろ、再度点灯状態へ移行する場合に備えて、フィラメントを十分予熱しておく必要があるため、点灯状態に比べてフィラメント電流を増大させることが望ましい。消灯状態でのフィラメント電流が不十分の場合、再点灯時のフィラメント損傷が大きくなり、ランプの寿命は短くなる。さらに、再点灯時の損失が増大したり、再点灯に失敗したりするといった問題も発生する。
【0007】
フィラメント電流を適切に制御しつつバースト調光を行うためのインバータとして、例えば特許文献1に記載されているものがある。このインバータでは、直流電源に対して主となる点灯用インバータとともにフィラメント予熱用のインバータが並列に接続されている。また、フィラメント予熱用のインバータと直流電源の間には、フィラメント電流制御用のDC-DCコンバータが挿入されている。このインバータでは、バースト調光の消灯状態にて点灯用インバータを停止させていても、予熱用インバータ回路が動作し続けることによってフィラメント電流が流れ続ける。また、DC-DCコンバータによって予熱用インバータのDCリンク電圧を増大させることで、消灯状態では点灯状態に比べてフィラメント電流を増大させることができる。
【0008】
【特許文献1】特開平6-275387号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献1に記載のインバータは、前記の通りにバースト調光ができるが、インバータ2台に加えてさらにDC-DCコンバータを1台要するものであり、回路の大型化、効率の低下、および高コスト化が問題点となる。
【0010】
本発明の目的は、熱陰極蛍光ランプ点灯用インバータがフルブリッジインバータである場合において、固定周波数で、かつフィラメント電流を適切に制御しながら調光することができ、さらに部品点数の削減によって小型、高効率、低コストである点灯装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記問題を解決するため本発明は、直流電圧を直流/交流変換して熱陰極蛍光ランプに電力を供給するインバータと、前記インバータを駆動する制御装置を備え、前記インバータは、直列に接続される2個のスイッチング素子で構成される上下アームを有してなる点灯装置において、前記インバータは、第1の上下アーム、及び第2の上下アームを備え、前記第1の上下アームの出力端子と、前記第2の上下アームの出力端子との間に、前記熱陰極蛍光ランプを含む第1の共振負荷回路を備え、前記第1、及び第2の上下アームのうち、いずれかの上下アームの出力端子に、前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを含む第2の共振負荷回路を備えていることを特徴とする。
【0012】
また、前記制御装置は、外部から与えられる調光用PWM信号のレベルによって、前記熱陰極蛍光ランプの点灯状態及び消灯状態を切り替え、前記調光用PWM信号のオン時間dutyに従って前記熱陰極蛍光ランプを調光するするとともに、前記第1、及び第2の上下アームにゲート信号を出力する駆動回路を備え、前記駆動回路は前記調光用PWM信号を入力とし、点灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームの両者を第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と第2の上下アームにおける下側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させ、消灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームのうち前記第2の共振負荷回路を出力端子に備える上下アームのみをスイッチング動作させ、他方の上下アームにおける2個のスイッチング素子をともにオフにするようにゲート信号を出力することを特徴とする。
【0013】
また、前記制御装置は、入力される前記調光用PWM信号のレベルに基づいて、前記駆動回路に周波数指令値を出力する周波数制御回路を備えており、前記駆動回路は、前記周波数制御回路から入力される前記周波数指令値に従って前記ゲート信号の周波数を変化させることを特徴とする。
【0014】
また、前記第1の共振負荷回路には、少なくとも2個の熱陰極蛍光ランプを備えており、前記第1、及び第2の上下アームのうち、前記第2の共振負荷回路を出力端子に備えていない上下アームの出力端子に、前記第2の共振負荷回路に含まれないフィラメントを少なくとも1個含む第3の共振負荷回路を備えることを特徴とする。
【0015】
また、前記制御装置は、外部から与えられる調光用PWM信号のレベルによって、前記熱陰極蛍光ランプの点灯状態及び消灯状態を切り替え、前記調光用PWM信号のオン時間dutyに従って前記熱陰極蛍光ランプを調光するとともに、前記第1、及び第2の上下アームにゲート信号を出力する駆動回路を備え、前記駆動回路は、前記調光用PWM信号を入力とし、点灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームの両者を、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける下側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させ、消灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームの両者を、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける上側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させるようにゲート信号を出力することを特徴とする。
【0016】
また、前記制御装置は、入力される前記調光用PWM信号のレベルに基づいて、前記駆動回路に周波数指令値を出力する周波数制御回路を備えており、前記駆動回路は、前記周波数制御回路入力される前記周波数指令値に従って前記ゲート信号の周波数を変化させることを特徴とする。
【0017】
さらに、前記制御装置は、外部から与えられる調光用DC信号の大きさに従って前記熱陰極蛍光ランプのランプ電流の大きさを制御して前記熱陰極蛍光ランプを調光するとともに、前記第1、及び第2の上下アームにゲート信号を出力する駆動回路と、入力される前記調光用DC信号の大きさによって変化する位相シフト指令値を出力する位相シフト制御器と、同じく入力される前記調光用DC信号の大きさによって変化するオン時間duty指令値を出力するオン時間duty制御器とを備え、前記駆動回路は、入力される前記位相シフト指令値に従って、前記第1、及び第2の上下アームがそれぞれスイッチング動作する位相をずらすように、固定周波数の前記ゲート信号を出力し、入力される前記オン時間duty指令値に従って、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける下側スイッチングのオン時間dutyあるいは前記第1の上下アームにおける下側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける上側スイッチングのオン時間dutyを変化させるように、前記ゲート信号を出力することを特徴とする。
【0018】
さらに、直流電圧を直流/交流変換して熱陰極蛍光ランプに電力を供給するインバータと、前記インバータを駆動する制御装置を備え、前記インバータは、それぞれ直列に接続される2個のスイッチング素子で構成される第1、及び第2の上下アームを有し、前記第1の上下アームの出力端子と前記第2の上下アームの出力端子との間に前記熱陰極蛍光ランプ及び共振用チョークコイルを含む共振負荷回路を備え、前記共振用チョークコイルは前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントに接続される2次巻線を備える点灯装置において、
前記制御装置は、外部から与えられる調光用PWM信号のレベルによって、前記熱陰極蛍光ランプの点灯状態及び消灯状態を切り替え、前記調光用PWM信号のオン時間dutyに従って前記熱陰極蛍光ランプを調光するとともに、前記第1、及び第2の上下アームにゲート信号を出力する駆動回路を備え、前記駆動装置は前記調光用PWM信号を入力とし、点灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームの両者を、第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と第2の上下アームにおける下側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させ、消灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームのうち、いずれか一方の上下アームのみをスイッチング動作させ、他方の上下アームにおける一方のスイッチング素子をオンにし、他方のスイッチング素子をオフにするように、前記第1、及び第2の上下アームにゲート信号を出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、熱陰極蛍光ランプ点灯用インバータがフルブリッジインバータである場合において、少なくともランプが点灯している状態では駆動周波数を固定し、かつフィラメント電流を適切に制御しながら調光することで、液晶パネルとの周波数干渉によるちらつき、及びランプの寿命短縮を防ぐことができる。加えて、予熱用インバータは点灯用インバータとスイッチング素子を兼用しており前段にコンバータを備える必要もないことから、従来にない小型、高効率、低コストである点灯装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【実施例1】
【0021】
〔回路構成〕
図1は、本発明の実施例1、2、9において用いる点灯装置の、フルブリッジインバータからなる点灯回路の回路図である。主要部の点灯用インバータをフルブリッジ電流共振型インバータで構成しており、そのうち片方のスイッチング素子上下アームを利用してフィラメント予熱用のSEPP電流共振型インバータを構成している。なお、図1では、スイッチング素子としてパワーMOSFETを用いているが、トランジスタやIGBTを用いてもよい。
【0022】
図1の点灯回路では、直流電源100に対して、パワーMOSFET104とパワーMOSFET105の直列体、及びパワーMOSFET106とパワーMOSFET107の直列体が並列に接続されている。これら2つのパワーMOSFETの直列体が、それぞれ点灯用フルブリッジインバータの上下アームとして動作する。また、パワーMOSFET106とパワーMOSFET107の直列体は、予熱用SEPPインバータの上下アームとしても動作する。パワーMOSFET104のソースとパワーMOSFET107のドレインとの間には、共振用チョークコイル108と共振用コンデンサ109の直列体が接続されている。コンデンサ109の端子間には、トランス112の1次巻線113、及びそれに流れる電流から直流成分を除去するためのコンデンサ110の直列体が接続されている。前記トランス112の2次巻線114の端子間には、熱陰極蛍光ランプ101、及びそれに流れる電流から直流成分を除去するためのコンデンサ111の直列体が接続されている。
【0023】
また、図1の点灯回路では、パワーMOSFET107のドレイン−ソース間に、共振用チョークコイル115、共振用コンデンサ116、及びトランス117の1次巻線118の直列体が接続されている。なお、チョークコイル115のインダクタンスの替りに前記トランス117の漏れインダクタンスを利用することも可能であり、その場合チョークコイル115は不要である。トランス117は2つの2次巻線119、及び120を有し、2次巻線119の端子間には、熱陰極蛍光ランプ101のフィラメント102、及びそれに流れる電流から直流成分を除去するコンデンサ121が直列に接続されており、また、2次巻線120の端子間には、熱陰極蛍光ランプ101のフィラメント103、及びそれに流れる電流から直流成分を除去するコンデンサ122が直列に接続されている。
【0024】
図1の点灯回路における4つのパワーMOSFETのスイッチングパターン(以下、SWパターンと略す)には、大別すると、4つのパワーMOSFETが全てスイッチング動作をする場合と、2つのパワーMOSFETのみがスイッチング動作をする場合の2通りのパターンがある。ここで、前者をSWパターン1、後者をSWパターン2と定義する。これらのSWパターンは、本発明における図1以外の点灯回路に対しても適用される。
【0025】
図2は、スイッチング周期における、パワーMOSFET104〜107のゲート信号を、4つのSWパターン毎に示す。図2(a)に示すSWパターン1では、パワーMOSFET104、及び105を交互にオン・オフさせ、パワーMOSFET106、及び107もまた交互にオン・オフさせる。このとき、パワーMOSFET104及び107、またパワーMOSFET105及び106をそれぞれ同時にオン・オフさせる。このとき、図1の点灯回路は点灯用フルブリッジインバータ及び予熱用SEPPインバータの両者として動作する。
【0026】
図2(b)に示すSWパターン2では、パワーMOSFET106とパワーMOSFET107は交互にオン・オフされ、残り2つのパワーMOSFET104、105は完全にオフ状態となる。このとき、図1の点灯回路は、予熱用SEPPインバータとしてのみ動作する。
【0027】
SWパターン3については実施例7で別途説明し、SWパターン4については実施例9で、SWパターン5については実施例10で説明する。
〔SWパターン1の回路動作〕
以下に、パワーMOSFET104〜107がSWパターン1でスイッチング動作する場合について、図1の点灯回路の回路動作を説明する。パワーMOSFET104とパワーMOSFET107がオンのとき、初めは、チョークコイル108に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル108、パワーMOSFET104、直流電源100、パワーMOSFET107、コンデンサ109の経路で環流電流が流れ、チョークコイル108のエネルギーが放出される。また、チョークコイル115に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116、パワーMOSFET107の経路にも環流電流が流れる。このとき、コンデンサ116が充電されることで、チョークコイル115のエネルギーがコンデンサ116に移動する。
【0028】
チョークコイル115に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル108に流れる電流の極性が変化する場合を考える。このとき、チョークコイル108に流れる電流は、直流電源100、パワーMOSFET104、チョークコイル108、コンデンサ109、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116へと経路を変えて流れる共振電流となる。
【0029】
チョークコイル108に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル115に流れる電流の極性が変化する場合も考えられる。このとき、チョークコイル115に流れる電流は、チョークコイル115、パワーMOSFET107、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118へと経路を変えて流れる。また、チョークコイル108に流れる電流は、チョークコイル108、パワーMOSFET104、直流電源100、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118、チョークコイル115、コンデンサ109へと経路を変えて流れる。
【0030】
チョークコイル108、及びチョークコイル115に流れる電流の極性がともに変化した後は、直流電源100、パワーMOSFET104、チョークコイル108、コンデンサ109、パワーMOSFET107の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル108にエネルギーが蓄えられる。また、チョークコイル115、パワーMOSFET107、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118の経路で環流電流が流れ、再びチョークコイル115にエネルギーが蓄えられる。
【0031】
次に、パワーMOSFET104とパワーMOSFET107がオフになり、パワーMOSFET105とパワーMOSFET106がオンになると、初めは、チョークコイル108に蓄えられたエネルギーによってチョークコイル108、コンデンサ109、パワーMOSFET106、直流電源100、パワーMOSFET105の経路で環流電流が流れ、チョークコイル108のエネルギーが放出される。また、チョークコイル115に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル115、パワーMOSFET106、直流電源100、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118の経路にも環流電流が流れ、チョークコイル115のエネルギーが放出される。
【0032】
チョークコイル115に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル108に流れる電流の極性が変化する場合を考える。このとき、チョークコイル108に流れる電流は、チョークコイル108、パワーMOSFET105、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118、チョークコイル115、コンデンサ109へと経路を変えて流れる。
【0033】
チョークコイル108に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル115に流れる電流の極性が変化する場合も考えられる。このとき、チョークコイル115に流れる電流は、直流電源100、パワーMOSFET106、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116へと経路を変えて流れる共振電流となる。また、チョークコイル108に流れる電流は、チョークコイル108、コンデンサ109、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116、パワーMOSFET105へと経路を変えて流れる。
【0034】
チョークコイル108、及びチョークコイル115に流れる電流の極性がともに変化した後は、直流電源100、パワーMOSFET106、コンデンサ109、チョークコイル108、パワーMOSFET105の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル108にエネルギーが蓄えられる。また、直流電源100、パワーMOSFET106、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル115にエネルギーが蓄えられる。
【0035】
このように、図1の点灯回路がフルブリッジインバータとして、さらにSEPPインバータとして同時に動作することで、まず、コンデンサ109に電圧が発生し、コンデンサ110を介してトランス112の1次巻線113に電流が流れる。この電流によってトランス112の2次巻線114に電圧が誘起することで、2次巻線114、コンデンサ111、蛍光ランプ101から成る閉路に交流のランプ電流が流れ、蛍光ランプ101は安定した点灯状態を保つ。また、トランス117の2つの2次巻線119、及び120にもそれぞれ電圧が発生し、2次巻線119、コンデンサ121、熱陰極蛍光ランプ101のフィラメント102から成る閉路、及び2次巻線120、コンデンサ122、熱陰極蛍光ランプ101のフィラメント103から成る閉路にそれぞれ交流のフィラメント電流が流れ、フィラメント102、及び103が予熱される。
〔SWパターン2の回路動作〕
次に、パワーMOSFET104〜107がSWパターン2でスイッチング動作する場合について、図1の点灯回路の回路動作を説明する。パワーMOSFET106がオンのとき、初めは、チョークコイル115に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル115、パワーMOSFET106、直流電源100、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118の経路に環流電流が流れ、チョークコイル115のエネルギーが放出される。
【0036】
チョークコイル115のエネルギーが放出されると、直流電源100、パワーMOSFET106、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル115にエネルギーが蓄えられる。
【0037】
パワーMOSFET106がオフになり、パワーMOSFET107がオンになると、チョークコイル115に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116、パワーMOSFET107の経路に環流電流が流れる。このとき、コンデンサ116が充電されることで、チョークコイル115のエネルギーがコンデンサ116に移動する。
【0038】
チョークコイル115のエネルギー放出後、チョークコイル115に流れる電流は、チョークコイル115、パワーMOSFET107、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118へと経路を変えて流れる。
【0039】
このようにSEPPインバータが動作することで、熱陰極蛍光ランプ101のフィラメント102、及び103に前記の要領で交流電流が流れ、各フィラメントが予熱される。一方、フルブリッジインバータとしては動作しないため、ランプ電流は流れない。
〔第1のバースト調光〕
本発明の実施例1は、図1の点灯回路を、第1のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。図3は、実施例1の動作波形図である。図3において、ランプ電流、及びフィラメント電流の波形はそれぞれ単純な正弦波であるが、これらは交流電流であることを表すものであり、実際の波形は単純な正弦波であるとは限らない。なお、このことは図3以外の全ての動作波形図についても同様である。以下では、図3を用いながら点灯状態、消灯状態の順に説明する。
【0040】
バースト調光の点灯状態、消灯状態は、外部から与えられる調光用PWM信号によって切り替えられる。以下では、調光用PWM信号がオンのときにランプを点灯状態にするものとして説明するが、調光用PWM信号のオンまたはオフのどちらを点灯状態に対応させてもよく、これは以下の実施例においても同様である。
調光用PWM信号がオンのときはバースト調光の点灯状態であり、図1のパワーMOSFETをSWパターン1でスイッチング動作させる。ここで、スイッチング周波数はある一定の値に固定される。このとき、点灯用インバータと予熱用インバータがともに動作することで、図3に示すように、ランプ電流とフィラメント電流がそれぞれ一定の大きさで流れる。
【0041】
調光用PWM信号がオフになると、バースト調光の消灯状態となる。このとき、パワーMOSFETのスイッチング動作をSWパターン2に切り替える。このとき、点灯用インバータは停止し、ランプ電流は図3のように減衰しゼロに収束する。これに対して、予熱用インバータは動作し続けるため、フィラメント電流は点灯状態と同様に流れ続ける。
【0042】
調光用PWM信号がオフになると、ランプ電流は減衰しゼロになる。ランプ電流がゼロ、すなわちランプが完全に消灯状態であれば、液晶パネルとの周波数干渉による画面のちらつき、干渉縞といった問題は発生しない。よって、一時的に周波数固定の条件を無視できると考えて良い。そこで、調光用PWM信号がオフになった後、「減衰時間」として以下に定義する時間が経過した時点で、インバータの駆動周波数を変化させる。ここで、パワーMOSFETのスイッチング動作はSWパターン2のままであるため、点灯用インバータは停止しており、予熱用インバータでは駆動周波数が変化することによって、図3のようにフィラメント電流のみを増大させることができる。ここで、「減衰時間」は、ランプ電流が完全にゼロに収束するまでの時間より長い時間としてあらかじめ設定しておく。調光用PWM信号に合わせて前記動作を繰り返すことで、点灯状態において駆動周波数を固定したバースト調光が可能である。
〔制御装置〕
図4は、第1のバースト調光を実現する制御装置のブロック図である。図4の制御装置は、上位制御装置からの調光用PWM信号を入力として、図1におけるパワーMOSFET104〜107のゲート信号を生成する。
【0043】
図4の制御装置では、主要部の駆動回路301によって、パワーMOSFET104〜107のゲート信号が生成される。駆動回路301は、入力される調光用PWM信号をもとに、調光用PWM信号が点灯状態であればSWパターン1で、消灯状態であればSWパターン2でパワーMOSFETが動作するようにゲート信号を出力する。さらに、駆動回路301は、入力される周波数指令値に従う周波数のゲート信号を出力する。
【0044】
また、図4の制御装置において、周波数制御回路302は、調光用PWM信号を入力として、駆動回路301に周波数指令値を出力する回路である。周波数制御回路302は、点灯状態から消灯状態への移行時点から、さらに前記の減衰時間が経過した時点において、周波数指令値を切り替える。なお、切り替える時点の前後における周波数指令値は、あらかじめ設定された固定値である。
【実施例2】
【0045】
本発明の実施例2は、図1の点灯回路を第2のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。
〔第2のバースト調光〕
図5は、実施例2の動作波形を示す。以下では、図5を用いながら点灯状態、消灯状態の順に説明する。
【0046】
調光用PWM信号がオンのときはバースト調光の点灯状態であり、図1のパワーMOSFETをSWパターン1でスイッチング動作させる。このときのスイッチング周波数はある一定の値に固定される。ここで、パワーMOSFET104、及び107のオン時間dutyは50%以下、もしくは50%以上である。この場合も、点灯用インバータと予熱用インバータがともに動作することで、図5に示すように、ランプ電流とフィラメント電流がそれぞれ一定の大きさで流れる。
【0047】
調光用PWM信号がオフになると、バースト調光の消灯状態となる。このとき、パワーMOSFETのスイッチング動作をSWパターン2に切り替えることで点灯用インバータは停止し、ランプ電流は図5に示すようにゼロに収束して流れなくなる。さらに、パワーMOSFET106、及び107のオン時間dutyを50%にする。ここで、上下のスイッチング素子をともにオン時間duty50%で動作させるとき、固定周波数で動作するSEPPインバータのアーム出力電圧が最大となる。よって、フィラメント電流は図5のように増大する。調光用PWM信号に合わせて前記動作を繰り返すことで、点灯状態、消灯状態によらず、駆動周波数を完全に固定したバースト調光が可能である。
〔制御装置〕
図6は、第2のバースト調光を実現する制御装置を示すブロック図である。図6の制御装置は、調光用PWM信号を入力として、図1の点灯回路におけるパワーMOSFET104〜107のゲート信号を生成する。
【0048】
図6の制御装置では、主要部の駆動回路303によってパワーMOSFET104〜107のゲート信号が生成される。駆動回路303は、入力される調光用PWM信号をもとに、点灯状態であればSWパターン1で、消灯状態であればSWパターン2でパワーMOSFETが動作するように固定周波数のゲート信号を出力する。さらに、駆動回路303は、入力されるオン時間duty指令値に従ってゲート信号のオン時間dutyを制御する機能を持つ。図5、図6では、その一例として、オン時間duty指令値が大きいほど、パワーMOSFET105、106のオン時間dutyを大きくする場合を示している。ただし、SWパターン2で動作する場合、前記の原理によってパワーMOSFET105のオン時間dutyは強制的に0%になる。
【0049】
図6の制御装置において、オン時間duty制御回路304は、入力される調光用PWM信号をもとに、駆動回路303に対してオン時間duty指令値を出力する。このとき、消灯状態では、オン時間dutyが50%となる指令値を、点灯状態では、オン時間dutyが50%より大きく、または小さくなる指令値を出力する。
【実施例3】
【0050】
図7は、本発明の実施例3及び4において用いる点灯装置の点灯回路図である。図7の点灯回路は、図1の点灯回路とほぼ同じであるが、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116の直列体である予熱用インバータのアーム出力回路が、パワーMOSFET106のドレイン−ソース間に接続されているという点で異なる。
【0051】
図7の点灯回路におけるパワーMOSFET104〜107のスイッチングパターンには、既に説明したSWパターン1、及びSWパターン2の大きく分けて2つのパターンがある。それぞれのパターンにおける回路動作は、既に説明した図1の回路動作と同様のため説明を省略する。
【0052】
本発明の実施例3は、図7の点灯回路を図4の第1のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。このとき動作波形は前述した図3のようになる。
【実施例4】
【0053】
本発明の実施例4は、図7の点灯回路を図6の第2のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。このとき、動作波形は前述した図5のようになる。
〔図1の点灯回路の変形例〕
詳細は記載しないが、図1の点灯回路におけるチョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116の直列体は、図8の変形例に示すようにパワーMOSFET105のドレイン−ソース間に接続してもよい。または、パワーMOSFET104のドレイン−ソース間に接続してもよい。ただし、これらの場合、消灯状態のSWパターン2において、パワーMOSFET104、及び105をスイッチング動作させ、パワーMOSFET106、及び107を常にオフにする必要がある。これによって、第1のバースト調光、及び第2のバースト調光が適用可能であり、それぞれ、図3及び図5と同様の動作波形が得られる。
【実施例5】
【0054】
図9は、本発明の実施例5及び6において用いる点灯装置における点灯回路の回路図である。点灯用フルブリッジインバータの構成は、図1の点灯回路と同じであるが、予熱用インバータをハーフブリッジ電流共振型インバータとして構成している。なお、このハーフブリッジインバータの上下アームと、点灯用フルブリッジインバータの片方の上下アームを兼用する。
〔回路構成〕
図9の点灯回路では、図1の点灯回路と比較して、2つの平滑コンデンサ123、及び124の直列体が追加されており、直流電源100に接続されている。また、図1における共振用チョークコイル115、117の1次巻線118、共振用コンデンサ116の直列体が、2つの平滑コンデンサ123、及び124の接続点と、パワーMOSFET107のドレイン端子との間に移動している。その他については、図1の点灯回路と同じである。
〔SWパターン1の回路動作〕
図9の点灯回路中のパワーMOSFET104〜107がSWパターン1でスイッチング動作することで、図9の点灯回路は点灯用フルブリッジインバータ、及び予熱用ハーフブリッジインバータの両者として動作する。以下、このときの回路動作について説明する。
【0055】
パワーMOSFET104とパワーMOSFET107がオンのとき、初めは、チョークコイル108に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル108にはチョークコイル108、パワーMOSFET104、直流電源100、パワーMOSFET107、コンデンサ109の経路で環流電流が流れ、チョークコイル108のエネルギーが放出される。また、チョークコイル115に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116、コンデンサ124、パワーMOSFET107の経路にも環流電流が流れ、チョークコイル115のエネルギーが放出される。
【0056】
チョークコイル115に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル108に流れる電流の極性が変化する場合を考える。このとき、チョークコイル108に流れる電流は、直流電源100、パワーMOSFET104、チョークコイル108、コンデンサ109、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116、コンデンサ124へと経路を変えて流れる共振電流となる。
【0057】
チョークコイル108に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル115に流れる電流の極性が変化する場合も考えられる。このとき、チョークコイル115に流れる電流は、コンデンサ124、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118、チョークコイル115、パワーMOSFET107の経路を流れる共振電流となる。また、チョークコイル108に流れる電流は、チョークコイル108、パワーMOSFET104、直流電源100、コンデンサ124、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118、チョークコイル115、コンデンサ109へと経路を変えて流れる。
【0058】
チョークコイル108、及びチョークコイル115に流れる電流の極性がともに変化した後は、直流電源100、パワーMOSFET104、チョークコイル108、コンデンサ109、パワーMOSFET107の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル108にエネルギーが蓄えられる。また、コンデンサ124、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118、チョークコイル115、パワーMOSFET107の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル115にエネルギーが蓄えられる。
【0059】
パワーMOSFET104とパワーMOSFET107がオフになり、パワーMOSFET105とパワーMOSFET106がオンになると、初めは、チョークコイル108に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル108、コンデンサ109、パワーMOSFET106、直流電源100、パワーMOSFET105の経路で環流電流が流れ、チョークコイル108のエネルギーが放出される。また、チョークコイル115に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル115、パワーMOSFET106、コンデンサ123、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118の経路にも環流電流が流れ、チョークコイル115のエネルギーが放出される。
【0060】
チョークコイル115に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル108に流れる電流の極性が変化する場合を考える。このとき、チョークコイル108に流れる電流は、チョークコイル108、パワーMOSFET105、コンデンサ124、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118、チョークコイル115、コンデンサ109へと経路を変えて流れる。
【0061】
チョークコイル108に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル115に流れる電流の極性が変化する場合も考えられる。チョークコイル115に流れる電流は、コンデンサ123、パワーMOSFET106、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116の経路を流れる共振電流となる。また、チョークコイル108に流れる電流は、チョークコイル108、コンデンサ109、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116、コンデンサ124、パワーMOSFET105へと経路を変えて流れる。
【0062】
チョークコイル108、及びチョークコイル115に流れる電流の極性がともに変化した後は、直流電源100、パワーMOSFET106、コンデンサ109、チョークコイル108、パワーMOSFET105の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル108にエネルギーが蓄えられる。また、コンデンサ123、パワーMOSFET106、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル115にエネルギーが蓄えられる。
【0063】
このように、図9の点灯回路がフルブリッジインバータとして、さらにハーフブリッジインバータとして同時に動作することで、図1の点灯回路と同様の要領でランプ電流、及びフィラメント電流が流れる。
〔SWパターン2の回路動作〕
図9中のパワーMOSFET104〜107がSWパターン2でスイッチング動作することで、図9の点灯回路は予熱用ハーフブリッジインバータとしてのみ動作する。以下、このときの回路動作について説明する。
【0064】
パワーMOSFET106がオンのとき、初めは、チョークコイル115に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル115、パワーMOSFET106、コンデンサ123、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118の経路に環流電流が流れ、チョークコイル115のエネルギーが放出される。
【0065】
チョークコイル115のエネルギーが放出されると、コンデンサ123、パワーMOSFET106、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル115にエネルギーが蓄えられる。
【0066】
パワーMOSFET106がオフになり、パワーMOSFET107がオンになると、チョークコイル115に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116、コンデンサ124、パワーMOSFET107の経路に環流電流が流れ、チョークコイル115のエネルギーが放出される。
【0067】
チョークコイル115のエネルギーが放出されると、コンデンサ124、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118、チョークコイル115、パワーMOSFET107の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル115にエネルギーが蓄えられる。
【0068】
このようにハーフブリッジインバータのみが動作することで、図1の点灯回路と同様の要領でフィラメント電流が流れる。一方、フルブリッジインバータとしては動作しないため、ランプ電流は流れない。
〔バースト調光と制御装置〕
本発明の実施例5は、図9の点灯回路を図4の第1のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。このとき、動作波形は図3のようになる。
【実施例6】
【0069】
本発明の実施例6は、図9の点灯回路を図6の第2のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。このとき、動作波形は図5のようになる。
〔図9の点灯回路の変形例〕
詳細は記載しないが、図9の点灯回路において、チョークコイル115、117の1次巻線118、共振用コンデンサ116の直列体は、2つの平滑コンデンサ123、及び124の接続点と、パワーMOSFET105のドレイン端子との間に接続してもよい。ただし、この場合、消灯状態のSWパターン2において、パワーMOSFET104、及び105をスイッチング動作させ、パワーMOSFET106、及び107を常にオフにする必要がある。これによって、第1、及び第2のバースト調光方式が適用可能であり、それぞれ、図3、及び図5と同様の動作波形が得られる。
【実施例7】
【0070】
図10は、本発明の実施例7及び8において用いる点灯装置の点灯回路図である。点灯用フルブリッジ電流共振型インバータは、並列に接続された2本の熱陰極蛍光ランプを点灯させる。予熱用SEPP電流共振型インバータは、2本それぞれのランプが持つフィラメントを予熱するために2つある。2つの予熱用インバータの上下アームを、点灯用フルブリッジインバータの2つの上下アームとそれぞれ兼用する。図において、番号(1)〜(4)の回路端子部分は対応する番号の回路位置に接続される。
〔回路構成〕
図10の点灯回路における点灯用インバータでは、図1の点灯回路と比較して、以下の点が異なる。トランス112の2次巻線114の端子間には、熱陰極蛍光ランプ101、電流の直流成分を除去するためのコンデンサ111、トランス223の1次巻線224の直列体と、熱陰極蛍光ランプ201、電流の直流成分を除去するためのコンデンサ211、トランス223の2次巻線225の直列体が、並列に接続されている。ここで、トランス223は、2本の熱陰極蛍光ランプ101、及び201に流れるランプ電流を平衡させるための電流バランサである。
【0071】
図10の点灯回路では、図1の点灯回路と比較して、熱陰極蛍光ランプ201のフィラメント202、及び203を予熱するためのSEPPインバータが追加されている点でも異なる。パワーMOSFET105のドレイン−ソース間に、共振用チョークコイル215、トランス217の1次巻線218、共振用コンデンサ216の直列体が接続されている。なお、チョークコイル215のインダクタンスとして、前記トランス217の漏れインダクタンスを利用することも可能であり、その場合チョークコイル215は不要である。トランス217は2つの2次巻線219、及び220を有し、2次巻線219の端子間には、熱陰極蛍光ランプ201のフィラメント202、及び電流の直流成分を除去するためのコンデンサ221が直列に接続されており、また、2次巻線220の端子間には、熱陰極蛍光ランプ201のフィラメント203、及び電流の直流成分を除去するためのコンデンサ222が直列に接続されている。
〔回路動作〕
図10の点灯回路では、前記の点を除いて図1の点灯回路と異なる点はない。図10の点灯回路における4つのパワーMOSFETのSWパターンには、大きく分けて2通りのパターンがある。そのうちの1つは、既に説明したSWパターン1である。このとき、図10の点灯回路は、点灯用フルブリッジインバータ、及び2つの予熱用SEPPインバータとして動作する。この場合の回路動作は図1の回路動作とほぼ同様であり説明は省略する。
【0072】
もう1つのSWパターンは、図2(c)に示すSWパターン3である。SWパターン3では、SWパターン1と同様に、パワーMOSFET104、及び105を交互にオン・オフさせ、パワーMOSFET106、及び107もまた交互にオン・オフさせる。このとき、図2(c)に示すように、パワーMOSFET104、及び106を、またパワーMOSFET105、及び107を、それぞれ同時にオン・オフさせる。このとき、図10の点灯回路は点灯用フルブリッジインバータとしては動作せず、2つの予熱用SEPPインバータとしてのみ動作する。この場合の回路動作も図1の回路動作とほぼ同様であり説明は省略する。
【0073】
本発明の実施例7は、図10の点灯回路を第3のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。
〔第3のバースト調光〕
図12は、実施例7の動作波形図を示す。図12では、2本の熱陰極蛍光ランプのランプ電流、及びフィラメント電流をまとめて図示している点にも注意されたい。以下では点灯状態、消灯状態の順に、第3のバースト調光について説明する。
【0074】
調光用PWM信号がオンのとき、バースト調光の点灯状態であり、図10の点灯回路のパワーMOSFETをSWパターン1で動作させる。ここで、スイッチング周波数はある一定の値に固定される。点灯用インバータと予熱用インバータがともに動作することで、図12に示すように、ランプ電流とフィラメント電流がそれぞれ一定の大きさで流れる。
【0075】
調光用PWM信号がオフになると、バースト調光の消灯状態となる。このとき、パワーMOSFETのスイッチング動作をSWパターン3に切り替える。このとき、点灯用インバータは停止し、ランプ電流は図12のように減衰しゼロに収束する。これに対して、予熱用インバータは動作し続けるため、フィラメント電流は点灯状態と同様に流れ続ける。
【0076】
調光用PWM信号がオフになると、ランプ電流は減衰しゼロになる。第3のバースト調光を行う制御装置においても、前記第1のバースト調光を行う制御装置と同様に減衰時間を利用する。すなわち、調光用PWM信号がオフになった後、この減衰時間が経過した時点で、インバータの駆動周波数を変化させる。ここで、パワーMOSFETのスイッチング動作はSWパターン3のままである。点灯用インバータは停止したままであり、予熱用インバータでは駆動周波数が変化することによって、図12のようにフィラメント電流を増大させることができる。
〔制御装置〕
調光用PWM信号に合わせて前記動作を繰り返すことで、ランプ点灯時に駆動周波数を固定したバースト調光が可能である。なお、これを実現するための制御装置を図13に示す。図13の制御装置は、その構成要素の1つである駆動回路305の動作が異なる点を除けば、図4に示す制御装置と同一である。図13の制御装置が備える駆動回路305は、入力される調光用PWM信号をもとに、点灯であればSWパターン1で、消灯状態であればSWパターン3でパワーMOSFETが動作するようにゲート信号を出力するもので、その他の機能は図4の駆動回路301と同一である。
【実施例8】
【0077】
本発明の第8の実施例は、図10の点灯回路を第4のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。
〔第4のバースト調光〕
図14は、実施例8の動作波形図を示す。以下では点灯状態、消灯状態の順に、第4のバースト調光について説明する。調光用PWM信号がオンのとき、バースト調光の点灯状態であり、図10の点灯回路におけるパワーMOSFETをSWパターン1でスイッチング動作させる。このときのスイッチング周波数はある一定の値に固定される。また、パワーMOSFET104、及び107のオン時間dutyは50%以下、もしくは50%以上である。この場合も、点灯用インバータと予熱用インバータがともに動作することで、図14に示すように、ランプ電流とフィラメント電流がそれぞれ一定の大きさで流れる。
【0078】
調光用PWM信号がオフになると、バースト調光の消灯状態となる。このとき、パワーMOSFETのスイッチング動作をSWパターン3に切り替えることで、点灯用インバータは停止し、ランプ電流は図14のように流れなくなる。さらに、パワーMOSFET104、及び106のオン時間dutyを50%にする。このとき、第2のバースト調光方式と同様の原理によって、フィラメント電流は図14のように増大する。
〔制御装置〕
調光用PWM信号に合わせて前記動作を繰り返すことで、点灯状態、消灯状態によらず、駆動周波数を完全に固定したバースト調光が可能である。なお、これを実現するための制御装置を図15に示す。図15の制御装置は、その構成要素の1つである駆動回路306の動作が異なる点を除けば、図6に示す制御装置と同一である。図15の制御装置が備える駆動回路306は、入力される調光用PWM信号をもとに、点灯であればSWパターン1で、消灯状態であればSWパターン3でパワーMOSFETが動作するようにゲート信号を出力するもので、その他の機能は図6の駆動回路303と同一である。
【0079】
第7、及び第8の実施例における点灯装置によって、点灯させる熱陰極蛍光ランプの本数が増えたときに、予熱用インバータにおけるトランスの構造が複雑化することを避けることができ、また、トランス1つあたりに流れる電流を半減できる。
〔変形実施例〕
なお、詳細は記載しないが、図11に示すように、2本の熱陰極蛍光ランプ101、201が直列に接続されている点灯回路に対しても、第3、及び第4のバースト調光方式を適用できる。このことは、3本以上の熱陰極蛍光ランプを点灯させる点灯回路に対しても同様である。
【実施例9】
【0080】
本発明の第9の実施例はDC調光に関するものであり、図1の点灯回路を固定周波数でDC調光動作させるものである。すなわち、実施例1〜8において用いたバースト調光に替えてDC調光を用い、インバータの駆動周波数は一定のままで、ランプ電流の大きさを連続的に変化させて調光する。
【0081】
熱陰極蛍光ランプでは、フィラメント電流だけでなく、ランプ電流もフィラメントの予熱に寄与する。よって、調光時にランプ電流を減少させると、フィラメントの予熱が不十分になり、ランプの寿命低下、発光効率の低下といった問題が生じる。そこで、第9の実施例では、ランプ電流を減少させるとき、フィラメント電流は増大するように制御する。
〔回路動作〕
第9の実施例において、図1の点灯回路が有するパワーMOSFETは、図2(d)に示すSWパターン4のようにスイッチング動作する。SWパターン4は、フルブリッジインバータのスイッチング制御として一般的である、位相シフト制御を用いる場合のSWパターンである。位相シフト制御を用いることで、駆動周波数を固定したまま、出力電力を制御することができる。
【0082】
SWパターン4では、SWパターン1と同様に、パワーMOSFET104、及び105を交互にオン・オフさせ、パワーMOSFET106、及び107もまた交互にオン・オフさせる。ただし、図2(d)に示すように、スイッチング動作の1周期間において、パワーMOSFET104、及び105がスイッチング動作する位相と、パワーMOSFET106、及び107がスイッチング動作する位相が異なる場合、言い換えれば、2個の上下アームのスイッチング動作について位相差が存在する場合がある。すなわち、既に説明したSWパターン1のように、パワーMOSFET104と107は同時にオン・オフするとは限らない。なお、前記の位相差がゼロであるときに限り、SWパターン1とSWパターン4は同一である。4つのパワーMOSFETが全てスイッチング動作することで、図1の点灯回路は、点灯用フルブリッジインバータ、及び予熱用SEPPインバータの両者として動作する。
【0083】
ここで、パワーMOSFET104、及び105がスイッチング動作する位相が、パワーMOSFET106、及び107がスイッチング動作する位相に対して遅れる場合を例に、SWパターン4で動作する場合における図1の点灯回路の回路動作について説明する。パワーMOSFET104とパワーMOSFET107がオンのときの動作は、既に説明した通りであるため、省略する。
【0084】
次に、パワーMOSFET107がオフになり、パワーMOSFET106がオンになる。すなわち、パワーMOSFET104とパワーMOSFET106がオンである。このとき、チョークコイル108に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル108、コンデンサ109、パワーMOSFET106、パワーMOSFET104の経路で環流電流が流れる。また、チョークコイル115に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル115、パワーMOSFET106、直流電源100、コンデンサ116、トランス117の1次巻線118の経路で環流電流が流れる。
【0085】
次に、パワーMOSFET104がオフになり、パワーMOSFET105がオンになる。すなわち、パワーMOSFET105とパワーMOSFET106がオンである。このときの動作は、既に説明した通りであるため、省略する。
【0086】
最後に、パワーMOSFET106がオフになり、パワーMOSFET107がオンになる。すなわち、パワーMOSFET105とパワーMOSFET107がオンである。このとき、チョークコイル108に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル108、パワーMOSFET105、パワーMOSFET107、コンデンサ109の経路で環流電流が流れる。また、チョークコイル115に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116、パワーMOSFET107の経路で環流電流が流れる。
【0087】
以上の動作説明から分かるように、前記の位相差があることで、パワーMOSFET104とパワーMOSFET106がオンである期間のように、点灯用フルブリッジインバータの出力回路が直流電源100から切り離され、電力供給を受けない期間が発生する。この期間は、前記の位相差が大きい程長くなり、結果としてインバータの出力電力が低下する。よって、位相差の大きさによって、点灯用インバータの出力を制御することができる。なお、この位相差について、以下の説明では位相シフト量として記す。
〔DC調光〕
以下では、本発明におけるDC調光方式について説明する。図16は、本発明におけるDC調光を行う場合の動作波形図を、(a)調光前と、(b)調光後に分けて示したものである。
DC調光では、バースト調光において用いた調光用PWM信号の代わりに、調光レベルを決定するための調光用DC信号を用いる。このDC信号のレベルが大きいほどランプ電流は大きな値に制御される。
【0088】
熱陰極蛍光ランプを調光するとき、すなわち、図16において、(a)調光前から(b)調光後に移行するとき、位相シフト量と、パワーMOSFETのオン時間dutyの両方を変化させる。具体的には、まず、位相シフト量を増大させる。これによって、前記説明の通りに点灯用インバータの出力が減少し、ランプ電流も減少する。また、全てのパワーMOSFETのオン時間dutyを50%に近づける。その一例として、図16では、オン時間duty指令値によって、パワーMOSFET105、106のオン時間dutyを50%に近づけている。もちろん、 パワーMOSFET104、107のオン時間dutyも同様に50%に近づくことになる。これによって、 前記説明の通りに予熱用インバータの出力が増大し、フィラメント電流も増大する。このように、インバータの駆動周波数が固定であっても、位相シフト量によってランプ電流を、パワーMOSFETのオン時間dutyによってフィラメント電流を、それぞれ独立に制御できる。
〔制御装置〕
図17は、本発明におけるDC調光方式を実現する制御装置のブロック図である。図17の制御装置は、調光用DC信号を入力として、図1の点灯回路におけるパワーMOSFET104〜107のゲート信号を生成する。
【0089】
図17の制御装置では、主要部の駆動回路307によって、パワーMOSFET104〜107のゲート信号が生成される。駆動回路307は、 SWパターン4でパワーMOSFETが動作するように、固定周波数のゲート信号を出力する。また、駆動回路307は、入力される位相シフト指令値に従う位相シフト量を持つゲート信号を出力する機能と、入力されるオン時間duty指令値に従ってゲート信号のオン時間dutyを制御する機能を持つ。
【0090】
図17の制御装置において、位相シフト制御回路308は、入力される調光用DC信号をもとに、駆動回路307に対して位相シフト指令値を出力する。このとき、調光用DC信号の大きさが減少するにつれて、位相シフト指令値を増大させる機能を持つ。また、図17の制御装置において、オン時間duty制御回路309は、入力される調光用DC信号をもとに、駆動回路307に対してオン時間duty指令値を出力する。このとき、調光用DC信号の大きさが減少するにつれて、オン時間duty指令値を50%に近づける機能を持つ。
【0091】
実施例9における点灯回路によって、熱陰極蛍光ランプを固定周波数で、かつDC調光によって調光することができる。また、調光時において、ランプ電流とフィラメント電流を独立に制御することができる。さらに、点灯状態と消灯状態を繰り返すバースト調光と比較すると、調光時にフィラメントにかかる負担は小さく、ランプの寿命短縮を防ぐことができる。なお、第9の実施例では、図1の点灯回路に対してDC調光を利用したが、本発明のDC調光方式は、本発明におけるその他の点灯回路にも適用可能である。
【実施例10】
【0092】
図18は、本発明の第10、及び第11の実施例において用いる点灯回路の回路図である。図18の点灯回路では、フィラメント予熱用のSEPPインバータは無く、点灯用のフルブリッジインバータのみが存在する。すなわち、図1の点灯回路と比較して、チョークコイル115、トランス117の1次巻線118、コンデンサ116の直列体が無い。フィラメントに予熱電流を流すために、共振用チョークコイル108に2つの2次巻線119、及び120が施されている。それぞれの2次巻線は、図1と同様に、直流電流を除去するためのコンデンサを介して、フィラメントに接続されている。
〔SWパターン1の回路動作〕
図18の点灯回路における4つのパワーMOSFETのSWパターンには、大きく分けて2通りのパターンがある。そのうちの1つは、既に説明したSWパターン1である。このとき、図18の点灯回路は、フルブリッジインバータとして動作し、熱陰極蛍光ランプ101が点灯する。また、共振用チョークコイル108に交流電流が流れることで、2つの2次巻線119、及び120にそれぞれ電圧が発生し、2次巻線119、コンデンサ121、熱陰極蛍光ランプ101のフィラメント102から成る閉路、及び2次巻線120、コンデンサ122、熱陰極蛍光ランプ101のフィラメント103から成る閉路にそれぞれ交流のフィラメント電流が流れ、フィラメント102、及び103が予熱される。すなわち、図18の点灯回路は、フィラメント予熱用インバータとしても動作すると言える。なお、回路動作の詳細は、既に説明した図1の回路動作から容易に考えられるため、省略する。
〔SWパターン5の回路動作〕
もう1つは、図2(e)に示すSWパターン5である。SWパターン5では、パワーMOSFET104、または105のいずれか一方を常にオン、もう一方を常にオフにする。図2(e)では、パワーMOSFET105を常にオンにする例を示している。その上で、パワーMOSFET106、及び107を交互にオン・オフさせる。また、パワーMOSFET106、または107のいずれか一方を常にオン、もう一方を常にオフにして、パワーMOSFET104、及び105を交互にオン・オフさせてもよい。
【0093】
SWパターン5では、点灯用のフルブリッジインバータをSEPPインバータとして動作させることになる。このとき、通常のフルブリッジインバータとして動作させる場合と比較して、アーム出力電圧が半減する。その結果、熱陰極蛍光ランプ101に対して十分な電圧を印加することができず、ランプが消灯してしまう。このときも、トランス112の1次側に構成されている閉路を通して共振用チョークコイル108には交流電流が流れ、2次巻線119、及び120にそれぞれ電圧が発生することで、前記の要領でフィラメント102、及び103が予熱される。すなわち、SWパターン5で動作するとき、図18の点灯回路はフィラメント予熱用インバータとしてのみ動作する。
【0094】
SWパターン5のうち、パワーMOSFET104が常にオフ、パワーMOSFET105が常にオンであり、パワーMOSFET106、107がスイッチング動作する場合を例として、このときの図18の回路動作を説明する。
【0095】
パワーMOSFET107がオンのとき、初めは、チョークコイル108に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル108、パワーMOSFET105、パワーMOSFET107、コンデンサ109の経路に環流電流が流れ、チョークコイル108のエネルギーがコンデンサ109へと移動する。コンデンサ109に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル108に流れる電流の向きは反転し、コンデンサ109、パワーMOSFET107、パワーMOSFET105、チョークコイル108の経路に環流電流が流れることで再びチョークコイル108にエネルギーが蓄えられる。
【0096】
パワーMOSFET107がオフになり、パワーMOSFET106がオンになると、初めは、チョークコイル108に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル108、コンデンサ109、パワーMOSFET106、直流電源100、パワーMOSFET105の経路に環流電流が流れる。チョークコイル108のエネルギー放出後、直流電源100、パワーMOSFET106、コンデンサ109、チョークコイル108、パワーMOSFET105の経路で共振電流が流れる。
【0097】
このとき、コンデンサ109に電圧が発生し、コンデンサ110を介してトランス112の1次巻線113に電流が流れる。この電流によってトランス112の2次巻線114に電圧が誘起するが、この誘起電圧は、SWパターン1で動作する場合に発生するものに比べて小さい。そのため、蛍光ランプ101は点灯状態を維持することができず、ランプ電流も流れない。また、チョークコイル108に電流が流れることによって、2次巻線119、及び120にそれぞれ電圧が発生し、2次巻線119、コンデンサ121、熱陰極蛍光ランプ101のフィラメント102から成る閉路、及び2次巻線120、コンデンサ122、熱陰極蛍光ランプ101のフィラメント103から成る閉路にそれぞれ交流のフィラメント電流が流れ、フィラメント102、及び103が予熱される。
【0098】
本発明の第10の実施例は、図18の点灯回路を、第5のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。
〔第5のバースト調光〕
図19は、第5のバースト調光を行う制御装置を用いる場合の動作波形を示したものである。以下では点灯状態、消灯状態の順に説明する。調光用PWM信号がオンのとき、バースト調光の点灯状態であり、図18のパワーMOSFETをSWパターン1で動作させる。ここで、スイッチング周波数はある一定の値に固定される。図18の点灯回路が前記の要領で動作することで、図19に示すように、ランプ電流とフィラメント電流がそれぞれ一定の大きさで流れる。
【0099】
調光用PWM信号がオフになると、バースト調光の消灯状態となる。このとき、パワーMOSFETのスイッチング動作をSWパターン5に切り替える。このとき、前記の通り、インバータは熱陰極蛍光ランプ101に対して十分な電圧を印加することができず、ランプ電流は図19のように減衰する。一方、前記の要領で、フィラメント電流は流れ続ける。ただし、SWパターン1での動作時と比較して、フィラメント電流の大きさは変化する。
【0100】
調光用PWM信号がオフになると、ランプ電流は減衰し、ゼロになる。第5のバースト調光方式においても、前記第1、及び第3のバースト調光方式と同様に、“減衰時間”を利用する。すなわち、調光用PWM信号がオフになった後、この減衰時間が経過した時点で、パワーMOSFETのスイッチング動作はSWパターン5のまま、インバータの駆動周波数を高くする。駆動周波数を高くすることによって、2次巻線119、及び120に接続されるコンデンサ121、及び122のインピーダンスは小さくなり、図19のようにフィラメント電流を増大させることができる。また、パワーMOSFETのスイッチング動作をSWパターン5のままとしているため、ランプ電流もゼロのままとなる。
〔制御装置〕
調光用PWM信号に合わせて前記動作を繰り返すことで、ランプ点灯時に駆動周波数を固定したバースト調光が可能である。なお、これを実現するための制御装置を図20に示す。図20の制御装置は、その構成要素の1つである駆動回路の動作が異なる点を除けば、図4に示す制御装置と同一である。図20の制御装置が備える駆動回路310は、入力される調光用PWM信号をもとに、点灯であればSWパターン1で、消灯状態であればSWパターン5でパワーMOSFETが動作するようにゲート信号を出力するもので、その他の機能は図4の駆動回路301と同一である。
【実施例11】
【0101】
本発明の第11の実施例は、図18の点灯回路を、第6のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。
〔第6のバースト調光〕
図21は、第6のバースト調光を行う場合の動作波形を示したものである。以下では点灯状態、消灯状態の順に説明する。調光用PWM信号がオンのとき、バースト調光の点灯状態であり、図18の点灯回路におけるパワーMOSFETをSWパターン1でスイッチング動作させる。このときのスイッチング周波数はある一定の値に固定される。このとき、図18の点灯回路が前記の要領で動作することで、図19に示すように、ランプ電流とフィラメント電流がそれぞれ一定の大きさで流れる。なお、ここで、パワーMOSFET104、及び107のオン時間dutyは50%以下、もしくは50%以上とする。
【0102】
調光用PWM信号がオフになると、バースト調光の消灯状態となる。このとき、パワーMOSFETのスイッチング動作をSWパターン5に切り替えることで、インバータは熱陰極蛍光ランプ101に対して十分な電圧を印加することができず、ランプ電流は図21のように流れなくなる。さらに、パワーMOSFET104、または106のオン時間dutyを50%にする。このとき、第2、及び第4のバースト調光方式と同様の原理によって、フィラメント電流は図21のように増大する。
〔制御装置〕
調光用PWM信号に合わせて前記動作を繰り返すことで、点灯状態、消灯状態によらず、駆動周波数を完全に固定したバースト調光が可能である。なお、これを実現するための制御装置を図22に示す。図22の制御装置は、その構成要素の1つである駆動回路の動作が異なる点を除けば、図6に示す制御装置と同一である。図22の制御装置が備える駆動回路311は、入力される調光用PWM信号をもとに、点灯であればSWパターン1で、消灯状態であればSWパターン5でパワーMOSFETが動作するようにゲート信号を出力するもので、その他の機能は図6の駆動回路303と同一である。
【0103】
第10、及び第11の実施例における点灯装置では、第1〜9の実施例のように、主点灯回路においてフィラメント予熱用SEPPインバータを備える必要はないため、より小型、高効率、低コストなインバータとなる。
【0104】
本発明の全ての実施例において、ランプが点灯している状態では駆動周波数を固定し、かつフィラメント電流を適切に制御しながら調光することで、液晶パネルとの周波数干渉によるちらつき、及びランプの寿命短縮を防ぐことができ、加えて、予熱用インバータは点灯用インバータとスイッチング素子を兼用しており、前段にコンバータを備える必要もないことから、点灯装置は小型、高効率、低コストなものとなる。
【図面の簡単な説明】
【0105】
【図1】本発明の実施例1、2、9における点灯装置の点灯回路を示す回路図である。
【図2】本発明の実施例における点灯回路が備えるスイッチング素子のスイッチングパターンを示す模式図である。
【図3】本発明の実施例1、3、5における点灯装置の動作波形図である。
【図4】本発明の実施例1、3、5における点灯装置の制御装置のブロック図である。
【図5】本発明の実施例2、4、6における点灯装置の動作波形図である。
【図6】本発明の2、4、6の実施例における点灯装置の制御装置のブロック図である。
【図7】本発明の実施例3、4における点灯装置の点灯回路を示す回路図である。
【図8】本発明の実施例1〜4における点灯装置の点灯回路を一部変形した回路図である。
【図9】本発明の実施例5、6における点灯装置の点灯回路を示す回路図である。
【図10】本発明の実施例7、8における点灯装置の点灯回路を示す回路図である。
【図11】本発明の実施例7、8における点灯装置の点灯回路を一部変形した回路図である。
【図12】本発明の実施例7における点灯装置の動作波形図である。
【図13】本発明の実施例7における点灯装置の制御装置のブロック図である。
【図14】本発明の実施例8における点灯装置の動作波形図である。
【図15】本発明の実施例8における点灯装置の制御装置のブロック図である。
【図16】本発明の実施例9における点灯装置の動作波形図である。
【図17】本発明の実施例9における点灯装置の制御装置のブロック図である。
【図18】本発明の第10、第11の実施例における点灯装置の回路を示す回路図である。
【図19】本発明の第10の実施例における点灯装置の動作波形図である。
【図20】本発明の第10の実施例における点灯装置の制御装置のブロック図である。
【図21】本発明の第11の実施例における点灯装置の動作波形図である。
【図22】本発明の第11の実施例における点灯装置の制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
【0106】
100:直流電源
101、201:熱陰極蛍光ランプ
102、202、203:熱陰極蛍光ランプのフィラメント
104、105、106、107:スイッチング素子
108、115、215:共振用チョークコイル
109、116、216:共振用コンデンサ
110、111、121、122、211、221、222:コンデンサ
123、124:平滑コンデンサ
112、117、217:トランス
113、118、218:トランスの1次巻線
114、119、120、219、220:トランスの2次巻線
223:電流バランス用トランス
224:電流バランス用トランスの1次巻線
225:電流バランス用トランスの2次巻線
301、303、305、306、307、310、311:駆動回路
302:周波数制御回路
304、309:オン時間duty制御回路
308:位相シフト制御回路
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直流電圧を直流/交流変換して熱陰極蛍光ランプに電力を供給するインバータと、前記インバータを駆動する制御装置を備え、前記インバータは、直列に接続される2個のスイッチング素子で構成される上下アームを有してなる点灯装置において、
前記インバータは、第1の上下アーム、及び第2の上下アームを備え、前記第1の上下アームの出力端子と、前記第2の上下アームの出力端子との間に、前記熱陰極蛍光ランプを含む第1の共振負荷回路を備え、前記第1、及び第2の上下アームのうち、いずれかの上下アームの出力端子に、前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを含む第2の共振負荷回路を備えていることを特徴とする点灯装置。
【請求項2】
請求項1に記載の点灯装置において、前記制御装置は、外部から与えられる調光用PWM信号のレベルによって、前記熱陰極蛍光ランプの点灯状態及び消灯状態を切り替え、前記調光用PWM信号のオン時間dutyに従って前記熱陰極蛍光ランプを調光するとともに、前記第1、及び第2の上下アームにゲート信号を出力する駆動回路を備え、前記駆動回路は前記調光用PWM信号を入力とし、点灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームの両者を第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と第2の上下アームにおける下側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させ、消灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームのうち前記第2の共振負荷回路を出力端子に備える上下アームのみをスイッチング動作させ、他方の上下アームにおける2個のスイッチング素子をともにオフにするようにゲート信号を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項3】
請求項2に記載の点灯装置において、前記制御装置は、入力される前記調光用PWM信号のレベルに基づいて、前記駆動回路に周波数指令値を出力する周波数制御回路を備えており、前記駆動回路は、前記周波数制御回路から入力される前記周波数指令値に従って前記ゲート信号の周波数を変化させることを特徴とする点灯装置。
【請求項4】
請求項3に記載の点灯装置において、前記周波数制御回路は、点灯状態から消灯状態へと移行する時点から、さらにランプ電流がゼロに収束する減衰時間が経過した時点で値が切り替えられ、かつ前記減衰時間が経過した時点の前後ではそれぞれ固定値である前記周波数指令値を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項5】
請求項2に記載の点灯装置において、前記制御装置はさらに、入力される前記調光用PWM信号のレベルに基づいて、点灯状態と消灯状態で異なる値をとるオン時間duty指令値を出力するオン時間duty制御回路を備え、前記駆動回路は前記第1、及び第2の上下アームに固定周波数のゲート信号を出力し、このとき、前記オン時間duty制御回路から入力される前記オン時間duty指令値に従って、点灯状態においては、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける下側スイッチング素子のオン時間dutyあるいは前記第1の上下アームにおける下側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける上側スイッチング素子のオン時間dutyを変化させ、また消灯状態においては、前記第2の共振負荷回路を出力端子に備える上下アームにおけるいずれか一方のスイッチング素子のオン時間dutyを変化させることを特徴とする点灯装置。
【請求項6】
請求項5に記載の点灯装置において、前記オン時間duty制御回路は、消灯状態においては、前記第2の共振負荷回路を出力端子に備える上下アームにおけるスイッチング素子のオン時間dutyを50%とし、点灯状態においては、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける下側スイッチングのオン時間dutyあるいは前記第1の上下アームにおける下側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける上側スイッチングのオン時間dutyを50%以上にするように、前記オン時間duty指令値を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項7】
請求項2乃至6のいずれか1項に記載の点灯装置において、前記第1、及び第2の上下アームには並列に直流電源が接続されており、
前記第1の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサを有する共振回路と、前記共振用コンデンサに並列に接続されるコンデンサ及びトランスの1次巻線を有する直列体と、前記トランスの2次巻線に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプを有する直列体を備えており、
前記第2の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサ及びトランスの1次巻線を有する直列体を有する共振回路と、前記トランスが備える少なくとも2個の2次巻線及び前記2次巻線の一方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体と、前記2次巻線の他方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体を備えたことを特徴とする点灯装置。
【請求項8】
請求項7に記載の点灯装置において、前記第2の共振負荷回路は、前記第1、及び第2の上下アームにおけるスイッチング素子のうち、いずれかの上下アームにおける下側スイッチング素子に対して並列に接続されることを特徴とする点灯装置。
【請求項9】
請求項7に記載の点灯装置において、前記第2の共振負荷回路は、前記第1、及び第2の上下アームにおけるスイッチング素子のうち、いずれかの上下アームにおける上側スイッチング素子に対して並列に接続されることを特徴とする点灯装置。
【請求項10】
請求項7に記載の点灯装置において、前記直流電源に接続される2個の平滑コンデンサの直列体を備えており、前記第2の共振負荷回路は、前記第1、及び第2の上下アームのうち、いずれかの上下アームにおける2個のスイッチング素子の接続点と、前記2個の平滑コンデンサの接続点との間に接続されることを特徴とする点灯装置。
【請求項11】
請求項1に記載の点灯装置において、前記第1の共振負荷回路には、少なくとも2個の熱陰極蛍光ランプを備えており、前記第1、及び第2の上下アームのうち、前記第2の共振負荷回路を出力端子に備えていない上下アームの出力端子に、前記第2の共振負荷回路に含まれないフィラメントを少なくとも1個含む第3の共振負荷回路を備えることを特徴とする点灯装置。
【請求項12】
請求項11に記載の点灯装置において、前記制御装置は、外部から与えられる調光用PWM信号のレベルによって、前記熱陰極蛍光ランプの点灯状態及び消灯状態を切り替え、前記調光用PWM信号のオン時間dutyに従って前記熱陰極蛍光ランプを調光するとともに、前記第1、及び第2の上下アームにゲート信号を出力する駆動回路を備え、前記駆動回路は、前記調光用PWM信号を入力とし、点灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームの両者を、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける下側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させ、消灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームの両者を、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける上側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させるようにゲート信号を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項13】
請求項12に記載の点灯装置において、前記制御装置は、入力される前記調光用PWM信号のレベルに基づいて、前記駆動回路に周波数指令値を出力する周波数制御回路を備えており、前記駆動回路は、前記周波数制御回路入力される前記周波数指令値に従って前記ゲート信号の周波数を変化させることを特徴とする点灯装置。
【請求項14】
請求項13に記載の点灯装置において、前記周波数制御回路は、点灯状態から消灯状態へと移行する時点から、さらに減衰時間が経過した時点で値が切り替えられ、かつ前記時点の前後ではそれぞれ固定値である周波数指令値を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項15】
請求項12に記載の点灯装置において、前記制御装置は、入力される前記調光用PWM信号のレベルに基づいて、点灯状態と消灯状態で異なる値をとるオン時間duty指令値を出力するオン時間duty制御回路を備え、前記駆動回路は前記オン時間duty制御回路より入力される前記オン時間duty指令値に従って、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける下側スイッチングのオン時間dutyあるいは前記第1の上下アームにおける下側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける上側スイッチングのオン時間dutyを変化させるように、前記第1、及び第2の上下アームに固定周波数のゲート信号を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項16】
請求項15に記載の点灯装置において、前記オン時間duty制御回路は、消灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームにおけるスイッチング素子のオン時間dutyを50%とし、点灯状態においては、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける下側スイッチング素子のオン時間dutyあるいは前記第1の上下アームにおける下側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける上側スイッチング素子のオン時間dutyを50%以上にするように、前記オン時間duty指令値を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項17】
請求項12乃至16のいずれか1項に記載の点灯装置において、前記第1の共振負荷回路は2個の熱陰極蛍光ランプを備え、前記第1、及び第2の上下アームには並列に直流電源が接続されており、
前記第1の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサを有する構成される共振回路と、前記共振用コンデンサに並列に接続されるコンデンサ及びトランスの1次巻線を有する直列体と、前記トランスの2次巻線に接続されるコンデンサ及び前記2個の熱陰極蛍光ランプの一方及び電流バランス用トランスの1次巻線を有する直列体と、前記直列体に対して並列に接続されるコンデンサ及び前記2個の熱陰極蛍光ランプの他方及び前記電流バランス用トランスの2次巻線を有する直列体を備えており、
前記第2の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサ及びトランスの1次巻線の直列体を有する共振回路と、前記トランスが備える少なくとも2個の2次巻線及び前記2次巻線の一方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体と、前記2次巻線の他方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体を備えており、
前記第3の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサ及びトランスの1次巻線を有する直列体を備えた共振回路と、前記トランスが備える少なくとも2個の2次巻線及び前記2次巻線の一方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体と、前記前記2次巻線の他方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントの直列体を備えたことを特徴とする点灯装置。
【請求項18】
請求項12乃至16のいずれか1項に記載の点灯装置において、前記第1の共振負荷回路は、2個の熱陰極蛍光ランプを備え、
前記第1、及び第2の上下アームには並列に直流電源が接続されており、前記第1の共振負荷回路は、共振用チョークコイルと共振用コンデンサを有する共振回路と、前記共振用コンデンサに並列に接続されるコンデンサ及びトランスの1次巻線を有する直列体と、前記トランスの2次巻線に接続されるコンデンサ及び前記2個の熱陰極蛍光ランプの直列体を備えており、
前記第2の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサ及びトランスの1次巻線の直列体を有する共振回路と、前記トランスが備える少なくとも2個の2次巻線及び前記2次巻線の一方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体と、前記2次巻線の他方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体を備えており、
前記第3の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサ及びトランスの1次巻線の直列体を有する共振回路と、前記トランスが備える少なくとも2個の2次巻線及び前記2次巻線の一方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体と、前記2次巻線の他方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体を備えていることを特徴とする点灯装置。
【請求項19】
請求項1に記載の点灯装置において、前記制御装置は、外部から与えられる調光用DC信号の大きさに従って前記熱陰極蛍光ランプのランプ電流の大きさを制御して前記熱陰極蛍光ランプを調光するとともに、前記第1、及び第2の上下アームにゲート信号を出力する駆動回路と、入力される前記調光用DC信号の大きさによって変化する位相シフト指令値を出力する位相シフト制御器と、同じく入力される前記調光用DC信号の大きさによって変化するオン時間duty指令値を出力するオン時間duty制御器とを備え、
前記駆動回路は、入力される前記位相シフト指令値に従って、前記第1、及び第2の上下アームがそれぞれスイッチング動作する位相をずらすように、固定周波数の前記ゲート信号を出力し、入力される前記オン時間duty指令値に従って、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける下側スイッチングのオン時間dutyあるいは前記第1の上下アームにおける下側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける上側スイッチングのオン時間dutyを変化させるように、前記ゲート信号を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項20】
請求項19に記載の点灯装置において、前記位相シフト制御器は、入力される前記調光用DC信号が減少するほど位相シフト指令値を増大させ、前記オン時間duty制御器は、入力される前記調光用DC信号が減少するほど、前記第1、及び第2の上下アームにおけるスイッチング素子のオン時間dutyを50%に近づけるように前記オン時間dutyを出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項21】
請求項20に記載の点灯装置において、前記第1、及び第2の上下アームには並列に直流電源が接続されており、
前記第1の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサを有する共振回路と、前記共振用コンデンサに並列に接続されるコンデンサ及びトランスの1次巻線を有する直列体と、前記トランスの2次巻線に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプの直列体を備えており、
前記第2の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサ及びトランスの1次巻線の直列体を有する共振回路と、前記トランスが備える少なくとも2個の2次巻線及び前記2次巻線の一方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体と、前記2次巻線の他方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体を供えていることを特徴とする点灯装置。
【請求項22】
請求項21に記載の点灯装置において、前記第2の共振負荷回路は、前記第1、及び第2の上下アームにおけるスイッチング素子のうち、いずれかの上下アームにおける下側スイッチング素子に対して並列に接続されることを特徴とする点灯装置。
【請求項23】
請求項21に記載の点灯装置において、前記第2の共振負荷回路は、前記第1、及び第2の上下アームにおけるスイッチング素子のうち、いずれかの上下アームにおける上側スイッチング素子に対して並列に接続されることを特徴とする点灯装置。
【請求項24】
請求項21に記載の点灯装置において、前記直流電源に接続される2個の平滑コンデンサの直列体を備えており、前記第2の共振負荷回路は、前記第1、及び第2の上下アームのうち、いずれかの上下アームにおける2個のスイッチング素子の接続点と、前記2個の平滑コンデンサの接続点との間に接続されることを特徴とする点灯装置。
【請求項25】
直流電圧を直流/交流変換して熱陰極蛍光ランプに電力を供給するインバータと、前記インバータを駆動する制御装置を備え、前記インバータは、それぞれ直列に接続される2個のスイッチング素子で構成される第1、及び第2の上下アームを有し、前記第1の上下アームの出力端子と前記第2の上下アームの出力端子との間に前記熱陰極蛍光ランプ及び共振用チョークコイルを含む共振負荷回路を備え、前記共振用チョークコイルは前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントに接続される2次巻線を備える点灯装置において、
前記制御装置は、外部から与えられる調光用PWM信号のレベルによって、前記熱陰極蛍光ランプの点灯状態及び消灯状態を切り替え、前記調光用PWM信号のオン時間dutyに従って前記熱陰極蛍光ランプを調光するとともに、前記第1、及び第2の上下アームにゲート信号を出力する駆動回路を備え、前記駆動装置は前記調光用PWM信号を入力とし、点灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームの両者を、第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と第2の上下アームにおける下側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させ、消灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームのうち、いずれか一方の上下アームのみをスイッチング動作させ、他方の上下アームにおける一方のスイッチング素子をオンにし、他方のスイッチング素子をオフにするように、前記第1、及び第2の上下アームにゲート信号を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項26】
請求項25に記載の点灯装置において、前記制御装置は、入力される前記調光用PWM信号のレベルに基づいて前記駆動回路に周波数指令値を出力する周波数制御回路を備え、前記駆動回路は、周波数制御回路から入力される前記周波数指令値に従って前記ゲート信号の周波数を変化させることを特徴とする点灯装置。
【請求項27】
請求項26に記載の点灯装置において、前記周波数制御回路は、点灯状態から消灯状態へと移行する時点から、さらにランプ電流がゼロに収束する減衰時間が経過した時点で値が切り替えられ、かつ減衰時間が経過した時点の前後ではそれぞれ固定値である前記周波数指令値を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項28】
請求項25に記載の点灯装置において、前記制御装置は、入力される前記調光用PWM信号のレベルに基づいて、点灯状態と消灯状態で異なる値をとるオン時間duty指令値を出力するオン時間duty制御回路を備え、前記駆動回路は、入力される前記オン時間duty指令値に従って、点灯状態においては、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける下側スイッチング素子のオン時間dutyあるいは前記第1の上下アームにおける下側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける上側スイッチング素子のオン時間dutyを変化させるように、また消灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームのうち、スイッチング動作をする上下アームにおけるいずれか一方のスイッチング素子のオン時間dutyを変化させるように、前記第1、及び第2の上下アームに固定周波数のゲート信号を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項29】
請求項28に記載の点灯装置において、前記オン時間duty制御回路は、消灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームのうち、スイッチング動作をする上下アームに含まれるスイッチング素子のオン時間dutyを50%とし、点灯状態においては、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける下側スイッチングのオン時間dutyあるいは前記第1の上下アームにおける下側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける上側スイッチングのオン時間dutyを50%以上にするように、前記オン時間duty指令値を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項30】
請求項25乃至29のいずれか1項に記載の点灯装置において、前記第1、及び第2の上下アームには並列に直流電源が接続されており、前記共振負荷回路は、前記共振用チョークコイル及び共振用コンデンサを有する共振回路と、前記共振用コンデンサに並列に接続されるコンデンサ及びトランスの1次巻線を有する直列体と、前記トランスの2次巻線に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプを有する直列体を備えており、前記共振用チョークコイルに備えられた2次巻線には、コンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体が接続されることを特徴とする点灯装置。
【請求項1】
直流電圧を直流/交流変換して熱陰極蛍光ランプに電力を供給するインバータと、前記インバータを駆動する制御装置を備え、前記インバータは、直列に接続される2個のスイッチング素子で構成される上下アームを有してなる点灯装置において、
前記インバータは、第1の上下アーム、及び第2の上下アームを備え、前記第1の上下アームの出力端子と、前記第2の上下アームの出力端子との間に、前記熱陰極蛍光ランプを含む第1の共振負荷回路を備え、前記第1、及び第2の上下アームのうち、いずれかの上下アームの出力端子に、前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを含む第2の共振負荷回路を備えていることを特徴とする点灯装置。
【請求項2】
請求項1に記載の点灯装置において、前記制御装置は、外部から与えられる調光用PWM信号のレベルによって、前記熱陰極蛍光ランプの点灯状態及び消灯状態を切り替え、前記調光用PWM信号のオン時間dutyに従って前記熱陰極蛍光ランプを調光するとともに、前記第1、及び第2の上下アームにゲート信号を出力する駆動回路を備え、前記駆動回路は前記調光用PWM信号を入力とし、点灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームの両者を第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と第2の上下アームにおける下側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させ、消灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームのうち前記第2の共振負荷回路を出力端子に備える上下アームのみをスイッチング動作させ、他方の上下アームにおける2個のスイッチング素子をともにオフにするようにゲート信号を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項3】
請求項2に記載の点灯装置において、前記制御装置は、入力される前記調光用PWM信号のレベルに基づいて、前記駆動回路に周波数指令値を出力する周波数制御回路を備えており、前記駆動回路は、前記周波数制御回路から入力される前記周波数指令値に従って前記ゲート信号の周波数を変化させることを特徴とする点灯装置。
【請求項4】
請求項3に記載の点灯装置において、前記周波数制御回路は、点灯状態から消灯状態へと移行する時点から、さらにランプ電流がゼロに収束する減衰時間が経過した時点で値が切り替えられ、かつ前記減衰時間が経過した時点の前後ではそれぞれ固定値である前記周波数指令値を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項5】
請求項2に記載の点灯装置において、前記制御装置はさらに、入力される前記調光用PWM信号のレベルに基づいて、点灯状態と消灯状態で異なる値をとるオン時間duty指令値を出力するオン時間duty制御回路を備え、前記駆動回路は前記第1、及び第2の上下アームに固定周波数のゲート信号を出力し、このとき、前記オン時間duty制御回路から入力される前記オン時間duty指令値に従って、点灯状態においては、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける下側スイッチング素子のオン時間dutyあるいは前記第1の上下アームにおける下側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける上側スイッチング素子のオン時間dutyを変化させ、また消灯状態においては、前記第2の共振負荷回路を出力端子に備える上下アームにおけるいずれか一方のスイッチング素子のオン時間dutyを変化させることを特徴とする点灯装置。
【請求項6】
請求項5に記載の点灯装置において、前記オン時間duty制御回路は、消灯状態においては、前記第2の共振負荷回路を出力端子に備える上下アームにおけるスイッチング素子のオン時間dutyを50%とし、点灯状態においては、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける下側スイッチングのオン時間dutyあるいは前記第1の上下アームにおける下側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける上側スイッチングのオン時間dutyを50%以上にするように、前記オン時間duty指令値を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項7】
請求項2乃至6のいずれか1項に記載の点灯装置において、前記第1、及び第2の上下アームには並列に直流電源が接続されており、
前記第1の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサを有する共振回路と、前記共振用コンデンサに並列に接続されるコンデンサ及びトランスの1次巻線を有する直列体と、前記トランスの2次巻線に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプを有する直列体を備えており、
前記第2の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサ及びトランスの1次巻線を有する直列体を有する共振回路と、前記トランスが備える少なくとも2個の2次巻線及び前記2次巻線の一方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体と、前記2次巻線の他方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体を備えたことを特徴とする点灯装置。
【請求項8】
請求項7に記載の点灯装置において、前記第2の共振負荷回路は、前記第1、及び第2の上下アームにおけるスイッチング素子のうち、いずれかの上下アームにおける下側スイッチング素子に対して並列に接続されることを特徴とする点灯装置。
【請求項9】
請求項7に記載の点灯装置において、前記第2の共振負荷回路は、前記第1、及び第2の上下アームにおけるスイッチング素子のうち、いずれかの上下アームにおける上側スイッチング素子に対して並列に接続されることを特徴とする点灯装置。
【請求項10】
請求項7に記載の点灯装置において、前記直流電源に接続される2個の平滑コンデンサの直列体を備えており、前記第2の共振負荷回路は、前記第1、及び第2の上下アームのうち、いずれかの上下アームにおける2個のスイッチング素子の接続点と、前記2個の平滑コンデンサの接続点との間に接続されることを特徴とする点灯装置。
【請求項11】
請求項1に記載の点灯装置において、前記第1の共振負荷回路には、少なくとも2個の熱陰極蛍光ランプを備えており、前記第1、及び第2の上下アームのうち、前記第2の共振負荷回路を出力端子に備えていない上下アームの出力端子に、前記第2の共振負荷回路に含まれないフィラメントを少なくとも1個含む第3の共振負荷回路を備えることを特徴とする点灯装置。
【請求項12】
請求項11に記載の点灯装置において、前記制御装置は、外部から与えられる調光用PWM信号のレベルによって、前記熱陰極蛍光ランプの点灯状態及び消灯状態を切り替え、前記調光用PWM信号のオン時間dutyに従って前記熱陰極蛍光ランプを調光するとともに、前記第1、及び第2の上下アームにゲート信号を出力する駆動回路を備え、前記駆動回路は、前記調光用PWM信号を入力とし、点灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームの両者を、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける下側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させ、消灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームの両者を、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける上側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させるようにゲート信号を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項13】
請求項12に記載の点灯装置において、前記制御装置は、入力される前記調光用PWM信号のレベルに基づいて、前記駆動回路に周波数指令値を出力する周波数制御回路を備えており、前記駆動回路は、前記周波数制御回路入力される前記周波数指令値に従って前記ゲート信号の周波数を変化させることを特徴とする点灯装置。
【請求項14】
請求項13に記載の点灯装置において、前記周波数制御回路は、点灯状態から消灯状態へと移行する時点から、さらに減衰時間が経過した時点で値が切り替えられ、かつ前記時点の前後ではそれぞれ固定値である周波数指令値を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項15】
請求項12に記載の点灯装置において、前記制御装置は、入力される前記調光用PWM信号のレベルに基づいて、点灯状態と消灯状態で異なる値をとるオン時間duty指令値を出力するオン時間duty制御回路を備え、前記駆動回路は前記オン時間duty制御回路より入力される前記オン時間duty指令値に従って、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける下側スイッチングのオン時間dutyあるいは前記第1の上下アームにおける下側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける上側スイッチングのオン時間dutyを変化させるように、前記第1、及び第2の上下アームに固定周波数のゲート信号を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項16】
請求項15に記載の点灯装置において、前記オン時間duty制御回路は、消灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームにおけるスイッチング素子のオン時間dutyを50%とし、点灯状態においては、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける下側スイッチング素子のオン時間dutyあるいは前記第1の上下アームにおける下側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける上側スイッチング素子のオン時間dutyを50%以上にするように、前記オン時間duty指令値を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項17】
請求項12乃至16のいずれか1項に記載の点灯装置において、前記第1の共振負荷回路は2個の熱陰極蛍光ランプを備え、前記第1、及び第2の上下アームには並列に直流電源が接続されており、
前記第1の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサを有する構成される共振回路と、前記共振用コンデンサに並列に接続されるコンデンサ及びトランスの1次巻線を有する直列体と、前記トランスの2次巻線に接続されるコンデンサ及び前記2個の熱陰極蛍光ランプの一方及び電流バランス用トランスの1次巻線を有する直列体と、前記直列体に対して並列に接続されるコンデンサ及び前記2個の熱陰極蛍光ランプの他方及び前記電流バランス用トランスの2次巻線を有する直列体を備えており、
前記第2の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサ及びトランスの1次巻線の直列体を有する共振回路と、前記トランスが備える少なくとも2個の2次巻線及び前記2次巻線の一方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体と、前記2次巻線の他方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体を備えており、
前記第3の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサ及びトランスの1次巻線を有する直列体を備えた共振回路と、前記トランスが備える少なくとも2個の2次巻線及び前記2次巻線の一方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体と、前記前記2次巻線の他方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントの直列体を備えたことを特徴とする点灯装置。
【請求項18】
請求項12乃至16のいずれか1項に記載の点灯装置において、前記第1の共振負荷回路は、2個の熱陰極蛍光ランプを備え、
前記第1、及び第2の上下アームには並列に直流電源が接続されており、前記第1の共振負荷回路は、共振用チョークコイルと共振用コンデンサを有する共振回路と、前記共振用コンデンサに並列に接続されるコンデンサ及びトランスの1次巻線を有する直列体と、前記トランスの2次巻線に接続されるコンデンサ及び前記2個の熱陰極蛍光ランプの直列体を備えており、
前記第2の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサ及びトランスの1次巻線の直列体を有する共振回路と、前記トランスが備える少なくとも2個の2次巻線及び前記2次巻線の一方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体と、前記2次巻線の他方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体を備えており、
前記第3の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサ及びトランスの1次巻線の直列体を有する共振回路と、前記トランスが備える少なくとも2個の2次巻線及び前記2次巻線の一方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体と、前記2次巻線の他方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体を備えていることを特徴とする点灯装置。
【請求項19】
請求項1に記載の点灯装置において、前記制御装置は、外部から与えられる調光用DC信号の大きさに従って前記熱陰極蛍光ランプのランプ電流の大きさを制御して前記熱陰極蛍光ランプを調光するとともに、前記第1、及び第2の上下アームにゲート信号を出力する駆動回路と、入力される前記調光用DC信号の大きさによって変化する位相シフト指令値を出力する位相シフト制御器と、同じく入力される前記調光用DC信号の大きさによって変化するオン時間duty指令値を出力するオン時間duty制御器とを備え、
前記駆動回路は、入力される前記位相シフト指令値に従って、前記第1、及び第2の上下アームがそれぞれスイッチング動作する位相をずらすように、固定周波数の前記ゲート信号を出力し、入力される前記オン時間duty指令値に従って、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける下側スイッチングのオン時間dutyあるいは前記第1の上下アームにおける下側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける上側スイッチングのオン時間dutyを変化させるように、前記ゲート信号を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項20】
請求項19に記載の点灯装置において、前記位相シフト制御器は、入力される前記調光用DC信号が減少するほど位相シフト指令値を増大させ、前記オン時間duty制御器は、入力される前記調光用DC信号が減少するほど、前記第1、及び第2の上下アームにおけるスイッチング素子のオン時間dutyを50%に近づけるように前記オン時間dutyを出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項21】
請求項20に記載の点灯装置において、前記第1、及び第2の上下アームには並列に直流電源が接続されており、
前記第1の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサを有する共振回路と、前記共振用コンデンサに並列に接続されるコンデンサ及びトランスの1次巻線を有する直列体と、前記トランスの2次巻線に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプの直列体を備えており、
前記第2の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサ及びトランスの1次巻線の直列体を有する共振回路と、前記トランスが備える少なくとも2個の2次巻線及び前記2次巻線の一方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体と、前記2次巻線の他方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体を供えていることを特徴とする点灯装置。
【請求項22】
請求項21に記載の点灯装置において、前記第2の共振負荷回路は、前記第1、及び第2の上下アームにおけるスイッチング素子のうち、いずれかの上下アームにおける下側スイッチング素子に対して並列に接続されることを特徴とする点灯装置。
【請求項23】
請求項21に記載の点灯装置において、前記第2の共振負荷回路は、前記第1、及び第2の上下アームにおけるスイッチング素子のうち、いずれかの上下アームにおける上側スイッチング素子に対して並列に接続されることを特徴とする点灯装置。
【請求項24】
請求項21に記載の点灯装置において、前記直流電源に接続される2個の平滑コンデンサの直列体を備えており、前記第2の共振負荷回路は、前記第1、及び第2の上下アームのうち、いずれかの上下アームにおける2個のスイッチング素子の接続点と、前記2個の平滑コンデンサの接続点との間に接続されることを特徴とする点灯装置。
【請求項25】
直流電圧を直流/交流変換して熱陰極蛍光ランプに電力を供給するインバータと、前記インバータを駆動する制御装置を備え、前記インバータは、それぞれ直列に接続される2個のスイッチング素子で構成される第1、及び第2の上下アームを有し、前記第1の上下アームの出力端子と前記第2の上下アームの出力端子との間に前記熱陰極蛍光ランプ及び共振用チョークコイルを含む共振負荷回路を備え、前記共振用チョークコイルは前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントに接続される2次巻線を備える点灯装置において、
前記制御装置は、外部から与えられる調光用PWM信号のレベルによって、前記熱陰極蛍光ランプの点灯状態及び消灯状態を切り替え、前記調光用PWM信号のオン時間dutyに従って前記熱陰極蛍光ランプを調光するとともに、前記第1、及び第2の上下アームにゲート信号を出力する駆動回路を備え、前記駆動装置は前記調光用PWM信号を入力とし、点灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームの両者を、第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と第2の上下アームにおける下側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させ、消灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームのうち、いずれか一方の上下アームのみをスイッチング動作させ、他方の上下アームにおける一方のスイッチング素子をオンにし、他方のスイッチング素子をオフにするように、前記第1、及び第2の上下アームにゲート信号を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項26】
請求項25に記載の点灯装置において、前記制御装置は、入力される前記調光用PWM信号のレベルに基づいて前記駆動回路に周波数指令値を出力する周波数制御回路を備え、前記駆動回路は、周波数制御回路から入力される前記周波数指令値に従って前記ゲート信号の周波数を変化させることを特徴とする点灯装置。
【請求項27】
請求項26に記載の点灯装置において、前記周波数制御回路は、点灯状態から消灯状態へと移行する時点から、さらにランプ電流がゼロに収束する減衰時間が経過した時点で値が切り替えられ、かつ減衰時間が経過した時点の前後ではそれぞれ固定値である前記周波数指令値を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項28】
請求項25に記載の点灯装置において、前記制御装置は、入力される前記調光用PWM信号のレベルに基づいて、点灯状態と消灯状態で異なる値をとるオン時間duty指令値を出力するオン時間duty制御回路を備え、前記駆動回路は、入力される前記オン時間duty指令値に従って、点灯状態においては、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける下側スイッチング素子のオン時間dutyあるいは前記第1の上下アームにおける下側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける上側スイッチング素子のオン時間dutyを変化させるように、また消灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームのうち、スイッチング動作をする上下アームにおけるいずれか一方のスイッチング素子のオン時間dutyを変化させるように、前記第1、及び第2の上下アームに固定周波数のゲート信号を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項29】
請求項28に記載の点灯装置において、前記オン時間duty制御回路は、消灯状態においては、前記第1、及び第2の上下アームのうち、スイッチング動作をする上下アームに含まれるスイッチング素子のオン時間dutyを50%とし、点灯状態においては、前記第1の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける下側スイッチングのオン時間dutyあるいは前記第1の上下アームにおける下側スイッチング素子と前記第2の上下アームにおける上側スイッチングのオン時間dutyを50%以上にするように、前記オン時間duty指令値を出力することを特徴とする点灯装置。
【請求項30】
請求項25乃至29のいずれか1項に記載の点灯装置において、前記第1、及び第2の上下アームには並列に直流電源が接続されており、前記共振負荷回路は、前記共振用チョークコイル及び共振用コンデンサを有する共振回路と、前記共振用コンデンサに並列に接続されるコンデンサ及びトランスの1次巻線を有する直列体と、前記トランスの2次巻線に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプを有する直列体を備えており、前記共振用チョークコイルに備えられた2次巻線には、コンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体が接続されることを特徴とする点灯装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
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【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【公開番号】特開2010−97798(P2010−97798A)
【公開日】平成22年4月30日(2010.4.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−267077(P2008−267077)
【出願日】平成20年10月16日(2008.10.16)
【出願人】(000005474)日立ライティング株式会社 (130)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年4月30日(2010.4.30)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年10月16日(2008.10.16)
【出願人】(000005474)日立ライティング株式会社 (130)
【Fターム(参考)】
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