蛍光ランプの点灯装置
【課題】インバータ駆動周波数を固定した上で熱陰極蛍光ランプの調光を行う場合において、ランプ電流だけでなく、フィラメント電流も適切に制御することによって熱陰極蛍光ランプの寿命短縮を防ぐ。
【解決手段】チョッパ回路機能を有するインバータ回路であるランプ点灯回路２００と、同じくチョッパ回路機能を有するインバータ回路であるフィラメント予熱回路３００と、それらに含まれるスイッチング素子を駆動する制御手段４００を備えた点灯装置において、制御手段が、前記２つのインバータ回路におけるチョッパ回路を互いに反転したオン時間dutyで駆動し、点灯状態では前記ランプ点灯回路２００におけるチョッパ昇圧比がフィラメント予熱回路３００におけるチョッパ昇圧比より大きくなり、また調光状態では前記フィラメント予熱回路３００におけるチョッパ昇圧比がランプ点灯回路２００におけるチョッパ昇圧比より大きくなるように制御する。
【解決手段】チョッパ回路機能を有するインバータ回路であるランプ点灯回路２００と、同じくチョッパ回路機能を有するインバータ回路であるフィラメント予熱回路３００と、それらに含まれるスイッチング素子を駆動する制御手段４００を備えた点灯装置において、制御手段が、前記２つのインバータ回路におけるチョッパ回路を互いに反転したオン時間dutyで駆動し、点灯状態では前記ランプ点灯回路２００におけるチョッパ昇圧比がフィラメント予熱回路３００におけるチョッパ昇圧比より大きくなり、また調光状態では前記フィラメント予熱回路３００におけるチョッパ昇圧比がランプ点灯回路２００におけるチョッパ昇圧比より大きくなるように制御する。
【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た調光動作を実現する点灯装置に関する。
【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、バックライトとして長寿命の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、特に大型ディスプレイ等において熱陰極蛍光ランプが用いられることもある。
【０００３】
熱陰極蛍光ランプの点灯における一般的な手法として、電流共振型インバータによって直流電源から交流電力を出力し、ランプ電流を安定化させる高周波点灯方式が用いられる。
【０００４】
熱陰極蛍光ランプの調光に関して、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式が一般的である。また、外部からの調光用PWM信号に合わせて点灯状態、及び調光状態を交互に繰り返し、各状態の時間比率(duty)を変えることによって調光レベルを変化させるPWM調光も利用されている。
【０００５】
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を変化させると、液晶パネルの動作周波数と干渉するため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。
【０００６】
前記問題を避けるために、バックライト用インバータでは、点灯状態、及び調光状態を含めて、常に一定周波数で駆動することを要求される。
【０００７】
前記の固定周波数での調光を実現するために、例えば特許文献１に記載されているインバータが用いられる。このインバータは、昇圧、昇降圧、降圧の各種チョッパ回路機能を備えたものであり、これらチョッパ回路とインバータ回路とに単一のスイッチング素子を共用している。このインバータでは、駆動周波数が固定されているが、スイッチング素子のオン時間dutyを変えることによってインバータのDCリンク電圧を制御し、ランプ電流の制御すなわち調光を行うことができる。
【０００８】
【特許文献１】特許第3261829号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。熱陰極蛍光ランプの調光では、ランプ電流の制御だけでなくフィラメント電流も適切に制御しなければ、フィラメントの損傷によるランプの寿命短縮を招いてしまう。特に、点灯状態と調光状態を頻繁に繰り返すPWM調光では、フィラメント電流の制御が非常に重要となる。具体的には、調光時にランプ電流を小さくする場合、ランプ電流を安定させ、かつ再点灯時にフィラメントにかかる負担を軽減させるために、十分なフィラメント電流を流す必要がある。逆に、ランプ電流が大きい通常点灯時では、ランプ電流がフィラメントをある程度予熱するためフィラメント電流は小さくても良く、過剰なフィラメント電流はかえってフィラメントに塗布されるエミッションの蒸発等によりフィラメント損失を増大させ、発光効率の低下やランプの寿命短縮を招く。すなわち、ランプ電流が大きいときはフィラメント電流を小さく、ランプ電流が小さいときはフィラメント電流を大きくするように制御する必要がある。
【００１０】
特許文献１に記載のインバータでは、熱陰極蛍光ランプと並列にコンデンサを接続してフィラメント電流の経路を確保している。このとき、調光時においてスイッチング素子のdutyを変化させインバータのDCリンク電圧を下げると、ランプ電流と同様にフィラメント電流も小さくなってしまう。逆に、再点灯時においてインバータのDCリンク電圧を上げると、ランプ電流とフィラメント電流の両者が大きくなってしまう。すなわち、前記したフィラメント電流の適切な制御と相反するようにフィラメント電流が増減することになり、その結果フィラメントの損傷によるランプの寿命短縮を招く恐れがある。
【００１１】
本発明は、熱陰極蛍光ランプを固定周波数で調光する際に、ランプ電流だけでなくフィラメント電流も適切に制御できる点灯装置を提供することを目的とする。具体的には、調光状態においてランプ電流を小さくする際にはフィラメント電流を大きくし、再度点灯状態に移行する際は、ランプ電流を大きくしフィラメント電流を小さくすることができる点灯装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、蛍光ランプの点灯装置において、直流電源と、直流電源電圧を直流／直流変換して出力する第１チョッパ回路と、２個のスイッチング素子の直列体である第１上下アームを有し前記第１チョッパ回路の直流電圧を直流／交流変換して熱陰極蛍光ランプに供給する第１インバータ回路とを有するランプ点灯回路と、前記直流電源電圧を直流／直流変換して出力する第２チョッパ回路と、２個のスイッチング素子の直列体である第２上下アームを有し前記第２チョッパ回路の直流電圧を直流／交流変換して前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントに供給する第２インバータ回路とを有するフィラメント予熱回路と、前記第１チョッパ回路および第１インバータ回路と、前記第２チョッパ回路および第２インバータ回路を駆動するとともに、前記第１チョッパ回路及び第２チョッパ回路を互いに反転したオン時間dutyおよび固定周波数で駆動する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、第１インバータ回路の第１上下アームにおける一方のスイッチング素子を、前記第１チョッパ回路の昇圧用スイッチング素子または昇降圧用スイッチング素子として共用し、前記第２インバータ回路の第２上下アームにおける一方のスイッチング素子を、前記第２チョッパ回路の昇圧用スイッチング素子または昇降圧用スイッチング素子として共用することを特徴とする。
【００１４】
また、制御手段は、第１インバータ回路の第１上下アームの上側スイッチング素子と前記第２インバータ回路の第２上下アームの下側スイッチング素子を同時にオン・オフするパルス状の制御信号を出力する制御信号出力手段と、第１上下アームの下側スイッチング素子と前記第２上下アームの上側スイッチング素子を同時にオン・オフする前記制御信号を反転させた反転制御信号を出力する反転制御信号出力手段と、上位装置から与えられる調光用PWM信号に基づき、前記制御信号出力手段および反転制御信号出力手段に制御信号を出力する制御回路を有することを特徴とする。
【００１５】
また、制御手段の制御回路は、上位装置から与えられる調光用PWM信号に基づいて前記熱陰極蛍光ランプの点灯状態及び調光状態を切り替えるパルス状の制御信号を出力し、点灯状態におけるパルス状制御信号のオン時間dutyに対して、調光状態でのオン時間dutyを小さく設定することを特徴とする。
【００１６】
また、第１インバータ回路の第１上下アームには並列にコンデンサを備え、第１上下アームの出力端子には共振用チョークコイルと共振用コンデンサから構成される共振回路を備え、共振用コンデンサには直列接続されたコンデンサとトランスの１次巻線が並列に接続され、トランスの２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプが接続され、第１上下アームの出力端子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備えることを特徴とする。
【００１７】
また、第２インバータ回路の第２上下アームには並列にコンデンサを備え、第２上下アームの出力端子には直列接続されたチョークコイルとトランスの１次巻線が並列に接続され、前記トランスには少なくとも２つの２次巻線を備え、２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントが接続され、第２上下アームの出力端子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備えることを特徴とする。
【００１８】
さらに、第１インバータ回路の第１上下アームには直列接続されたコンデンサが並列に接続され、第１上下アームの出力端子と前記コンデンサの接続点との間に共振用チョークコイルとトランスの１次巻線から構成される共振回路を備え、トランスの２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプが接続され、第１上下アームの出力端子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備えることを特徴とする。
【００１９】
さらに、第１インバータ回路の第１上下アームにはコンデンサとダイオードの直列体が接続され、第１上下アームの下側スイッチング素子と前記ダイオードの両端が出力端子を構成し、出力端子には共振用チョークコイルと共振用コンデンサから構成される共振回路を備え、共振用コンデンサには直列接続されたコンデンサとトランスの１次巻線が並列に接続され、トランスの２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプが接続され、下側スイッチング素子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備え、出力端子には直列接続された前記チョッパ用チョークコイル及びダイオードと直列に、もう１つのダイオードが接続されることを特徴とする。
【００２０】
さらに、第２インバータ回路の第２上下アームにはコンデンサとダイオードの直列体が接続され、第２上下アームの下側スイッチング素子と前記ダイオードの両端が出力端子を構成し、出力端子には直列接続されたチョークコイルとトランスの１次巻線が並列に接続され、トランスには少なくとも２つの２次巻線を備え、２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントが接続され、前記下側スイッチング素子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備え、出力端子には直列接続された前記チョッパ用チョークコイル及びダイオードと直列に、もう１つのダイオードが接続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、熱陰極蛍光ランプの固定周波数での調光において、ランプ電流の減少に合わせてフィラメント電流を増大させることにより、ランプの寿命短縮を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は本発明の第１の実施例を示す点灯装置の回路図である。図１の点灯装置では、ランプ点灯回路２００とフィラメント予熱回路３００が、直流電源１００に対して並列に接続されている。ランプ点灯回路２００の出力端子は熱陰極蛍光ランプ１０１に、またフィラメント予熱回路３００の２つの出力端子は熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０２、及び１０３にそれぞれ接続されている。また、上位制御系からの調光用PWM信号に基づき、ランプ点灯回路２００、及びフィラメント予熱回路３００中のスイッチング素子のゲート信号を生成する単一の制御手段４００を持つ。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を用いることもできる。
【００２４】
ランプ点灯回路２００は、昇圧チョッパ機能を備えたSEPP電流共振型インバータ回路（第１インバータ回路）の構成をとっており、直流電源１００にはチョークコイル２０４、ダイオード２０３、及びパワーMOSFET２０２が直列に接続されている。パワーMOSFET２０２のドレイン−ソース間には、パワーMOSFET２０１と平滑コンデンサ２０５の直列体が接続されており、これらのパワーMOSFET２０１、及び２０２がインバータの上下アームとして動作する。パワーMOSFET２０２は昇圧チョッパ用スイッチとインバータ下アームスイッチの両者の役割を果たす。また、パワーMOSFET２０２のドレイン−ソース間には、共振用チョークコイル２０６と共振用コンデンサ２０７の直列体も接続されている。共振用コンデンサ２０７の端子間には、トランス２０９の１次巻線２１０、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２０８の直列体が接続されている。トランス２０９の２次巻線２１１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２１２の直列体が接続されている。
【００２５】
次に、フィラメント予熱回路３００は、ランプ点灯回路２００と同様に、昇圧チョッパ機能を備えたSEPPインバータ回路（第２インバータ回路）の構成をとっており、パワーMOSFET３０２が昇圧チョッパ用スイッチとインバータ下アームスイッチの両者の役割を果たす。直流電源１００には、チョークコイル３０４、ダイオード３０３、及びパワーMOSFET３０２が直列に接続されている。パワーMOSFET３０２のドレイン−ソース間には、パワーMOSFET３０１と平滑コンデンサ３０５の直列体が接続されており、これらのパワーMOSFET３０１、及び３０２が、インバータの上下アームとして動作する。また、パワーMOSFET３０２のドレイン−ソース間には、チョークコイル３０６とトランス３０７の１次巻線３０８の直列体も接続されている。なお、チョークコイル３０６のインダクタンスとして、トランス３０７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３０６は不要である。トランス３０７は２つの２次巻線３０９、及び３１０を有し、２次巻線３０９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ためのコンデンサ３１１が直列に接続されており、また、２次巻線３１０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ためのコンデンサ３１２が直列に接続されている。
【００２６】
制御手段４００は、制御回路４０１と、制御信号出力手段Ａおよび反転制御信号出力手段Ｂを有する。制御回路４０１はコンピュータ等の上位制御装置からの調光用PWM信号に基づき、固定周波数のパルス状制御信号を唯一出力する。制御信号出力手段Ａは前記制御回路４０１からの制御信号を受けて、パワーMOSFET２０１を駆動するゲート信号を出力するドライバ４０３と、パワーMOSFET３０２を駆動するゲート信号を出力するドライバ４０６を有する。
【００２７】
一方、反転制御信号出力手段Ｂは、分岐された前記制御信号を反転して反転制御信号を生成する反転器４０２と、反転制御信号を受けてパワーMOSFET２０２を駆動するゲート信号を出力するドライバ４０４と、パワーMOSFET３０１を駆動するゲート信号を出力するドライバ４０５を有する。
【００２８】
図２は、図１の回路の動作波形を、通常の点灯状態(a)、及び調光状態(b)に分けて示した動作波形図である。ここで、図２中の電流の正負として、図１における各素子を上から下、または左から右へ流れる電流を正としている。次に、図２の動作波形を用いながら、ランプ点灯回路２００、フィラメント予熱回路３００、調光制御の順に動作を説明する。
〔ランプ点灯回路〕
ランプ点灯回路２００は、以下の要領で昇圧チョッパとして動作する。上アームのパワーMOSFET２０１がオフの状態で下アームのパワーMOSFET２０２がオンすると、初めは、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７の経路で電流が流れ、チョークコイル２０４にエネルギーが蓄えられる。このチョークコイル２０４に流れる電流は、図２に示すようにほぼ直線的に増加する。その後、チョークコイル２０４に流れる電流がチョークコイル２０６に流れる環流電流より大きくなった時点から、チョークコイル２０４に流れる電流は直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、パワーMOSFET２０２へと経路を変えて流れ、チョークコイル２０４にさらにエネルギーを蓄え続ける。
【００２９】
その後、パワーMOSFET２０２をオフさせ、上アームのパワーMOSFET２０１をオンすると、チョークコイル２０４に蓄えられたエネルギーによって直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、パワーMOSFET２０１、平滑コンデンサ２０５の経路で電流が流れ、平滑コンデンサ２０５を充電する。図２から、チョークコイル２０４に流れる電流が減少し始め、パワーMOSFET２０１には負の向きに電流が流れ始めることが確認できる。その後、チョークコイル２０６に流れる電流の極性が反転すると、チョークコイル２０４に流れる電流はそれまで流れていた経路に加え、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７の経路にも分流するようになる。
【００３０】
次いで、チョークコイル２０４に流れる電流が減少し、チョークコイル２０６に流れる電流と同じ大きさになった時点から平滑コンデンサ２０５が放電を始め、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７の経路のみに電流が流れる。以上のスイッチング動作を一定周波数で繰り返すことで、昇圧チョッパとしての動作が行われ平滑コンデンサ２０５に高電圧が充電される。制御回路４０１でパワーMOSFET２０１、及び２０２のオン時間dutyを制御することによって、平滑コンデンサ２０５の端子間電圧を制御できる。
【００３１】
前記のようにパワーMOSFET２０１、及び２０２を交互にオン・オフさせることで、ランプ点灯回路２００は、平滑コンデンサ２０５の端子間電圧をDCリンク電圧とした電流共振型SEPPインバータとして動作する。
【００３２】
パワーMOSFET２０２がオフの状態で、パワーMOSFET２０１をオンさせると、初めは、チョークコイル２０６に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル２０６、パワーMOSFET２０１、平滑コンデンサ２０５、コンデンサ２０７の経路で環流電流が流れる。これは、図２中のチョークコイル２０６、及びパワーMOSFET２０１に流れる電流の極性から確認できる。
【００３３】
チョークコイル２０６のエネルギー放出後は、平滑コンデンサ２０５、パワーMOSFET２０１、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル２０６にエネルギーが蓄えられる。これは、図２中のチョークコイル２０６、及びパワーMOSFET２０１に流れる電流の極性が、パワーMOSFET２０１のオン期間中に変化していることから確認できる。
【００３４】
パワーMOSFET２０１がオフになり、パワーMOSFET２０２がオンになると、初めはチョークコイル２０６に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７、パワーMOSFET２０２の経路で環流電流が流れる。この環流電流がコンデンサ２０７を充電し、チョークコイル２０６のエネルギーはコンデンサ２０７へと移動する。
【００３５】
その後、コンデンサ２０７に蓄えられたエネルギーによって、コンデンサ２０７、チョークコイル２０６、パワーMOSFET２０２の経路で環流電流が流れる。これは、図２中のチョークコイル２０６、及びパワーMOSFET２０２に流れる電流の極性が、パワーMOSFET２０２のオン期間中に変化していることから確認できる。
【００３６】
前記要領でランプ点灯回路２００が電流共振型インバータとして動作することでコンデンサ２０７に電圧が発生し、コンデンサ２０８を介してトランス２０９の１次巻線２１０に交流電流が流れる。この電流によってトランス２０９の２次巻線２１１に電圧が誘起されることで、２次巻線２１１、コンデンサ２１２、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。ランプ点灯回路２００は固定周波数で動作するため、上記ランプ電流の大きさはパワーMOSFET２０１、及び２０２のオン時間dutyすなわちインバータのDCリンク電圧によって制御される。
〔フィラメント予熱回路〕
フィラメント予熱回路３００は、ランプ点灯回路２００と同様の要領で昇圧チョッパとして動作し、平滑コンデンサ３０５に高電圧を充電する。パワーMOSFET３０１、及び３０２のオン時間duty制御によって、平滑コンデンサ３０５の端子間電圧を制御できる。
【００３７】
フィラメント予熱回路３００は、パワーMOSFET３０１、及び３０２のオン・オフ動作によって、平滑コンデンサ３０５の端子間電圧をDCリンク電圧としたSEPPインバータとして動作する。パワーMOSFET３０１がオンのときは、平滑コンデンサ３０５、パワーMOSFET３０１、チョークコイル３０６、トランス３０７の１次巻線３０８から成る閉路に電流が流れ、また、パワーMOSFET３０２がオンのときは、チョークコイル３０６、パワーMOSFET３０２、トランス３０７の１次巻線３０８から成る閉路に電流が流れる。
【００３８】
トランス３０７の１次巻線３０８に流れる電流によって、トランス３０７の２つの２次巻線３０９、及び３１０にそれぞれ電圧が発生し、２次巻線３０９、コンデンサ３１１、熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０３から成る閉路、及び２次巻線３１０、コンデンサ３１２、熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０２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。フィラメント予熱回路３００の駆動周波数は、常にランプ点灯回路２００と同じ周波数に固定されるため、フィラメント電流の大きさはパワーMOSFET３０１、及び３０２のオン時間dutyによって、すなわちインバータのDCリンク電圧によって制御される。
〔ランプの調光制御〕
次に、図２の(a)点灯状態と(b)調光状態を比較しながら、固定周波数での熱陰極蛍光ランプの調光について説明する。
【００３９】
既に述べている通り、ランプ点灯回路２００、フィラメント予熱回路３００に含まれる全てのパワーMOSFETは、点灯状態、調光状態によらず常に一定の周波数で駆動される。さらに、図１に示す制御手段４００の制御信号出力手段Ａ、反転制御信号出力手段Ｂ、及び図２に示すパワーMOSFETのゲート信号から分かるように、パワーMOSFET２０１、及び３０２は同時にオンまたはオフし、パワーMOSFET２０２、及び３０１もまた同時にオンまたはオフする。つまり、ランプ点灯回路２００とフィラメント予熱回路３００における上下アームのパワーMOSFETは、互いに反転したduty比で駆動される。
【００４０】
図２(a)の点灯状態では、パワーMOSFET２０２及び３０１のオン時間dutyを、パワーMOSFET２０１及び３０２のオン時間dutyより大きくする。このとき、既に記した２つの回路の昇圧チョッパ動作に関して、ランプ点灯回路２００の方が昇圧比が大きくなり、それによってランプ点灯回路２００のインバータのDCリンク電圧もフィラメント予熱回路３００より高くなる。２つの回路がこのように動作することによって、図２(a)に示すように大きなランプ電流、及び小さなフィラメント電流が流れ、ランプは安定した点灯状態を保つ。
【００４１】
図２(b)の調光状態では、点灯状態とは逆に、パワーMOSFET２０１、及び３０２のオン時間dutyを、パワーMOSFET２０２、及び３０１のオン時間dutyより大きくする。このとき、ランプ点灯回路２００では、点灯状態に比べて昇圧比が小さくなり、それによってインバータのDCリンク電圧も低くなる。逆に、フィラメント予熱回路３００では、点灯状態に比べて昇圧比が大きくなり、それによってインバータのDCリンク電圧も高くなる。結果として、図２(b)に示すように、ランプ電流は点灯状態に比べて減少し、フィラメント電流は逆に増大する。
【００４２】
図３は、ランプ点灯回路２００のパワーMOSFET２０１、及びフィラメント予熱回路３００のパワーMOSFET３０２を同じdutyで変化させた場合の、(a)各回路のインバータDCリンク電圧、(b)ランプ電流とフィラメント電流を、それぞれdutyが0.5の状態を1として正規化した値を示すグラフである。図３(a)より、点灯状態から調光状態へと遷移する場合、すなわち、パワーMOSFET２０１、３０２のオン時間dutyを小さい状態から大きい状態へと変化させた場合、ランプ点灯回路２００ではDCリンク電圧が下がり、またフィラメント予熱回路３００ではDCリンク電圧が上がることを確認できる。その結果、図３(b)に示すように、ランプ電流は減少し、フィラメント電流は逆に増大している。
【００４３】
前記の点灯状態、及び調光状態を、図４の波形図に示すように、上位制御装置から制御手段４００に与えられる調光用PWM信号によって切り替えることでPWM調光が行われる。すなわち、調光用PWM信号のオン時間dutyによって調光レベルを制御する。
【００４４】
調光用PWM信号の周波数は数１００Hzであり、２つのインバータ回路の駆動周波数に比べて十分低い。この調光用PWM信号がHレベルのときは点灯状態、またLレベルのときは調光状態として、２つのインバータ回路中のパワーMOSFET２０１、２０２、３０１、３０２を、前記のオン時間dutyで駆動する。これは、調光状態において、制御手段４００中の制御回路４０１が、制御信号のオン時間dutyを点灯状態に比べて大きくするだけで可能となる。
【００４５】
以上の動作により、固定周波数での熱陰極蛍光ランプの調光において、点灯状態すなわちランプ電流が大きい状態では、フィラメント電流を小さく抑えること、また、調光状態すなわちランプ電流が小さい状態では、フィラメント電流を増大させることが可能となる。調光時のフィラメント電流をこのように制御することで、ランプの寿命を延ばすことができる。また、２つのインバータ回路において昇圧チョッパとインバータでパワーMOSFETを共用していること、さらに２つのインバータ回路に対し制御回路は１つだけあればよいことから、部品点数の減少による低コスト化、及び省スペース化を実現できる。
【実施例２】
【００４６】
図５は、本発明の第２の実施例を示す点灯装置である。図５の点灯装置において、前記実施例１と異なる点は、ランプ点灯回路２００に代わって、図５に示すランプ点灯回路２２０を接続した点である。フィラメント予熱回路３００は図１と同一であるため、詳細は省略する。また、図５には示していないが、図１に示したものと同一の制御手段４００を別に備える。
【００４７】
ランプ点灯回路２２０は、トランス２０９の１次巻線２１０をチョークコイル２０６とコンデンサ２０７の間に接続し、１次巻線２１０とコンデンサ２０７の接続点とパワーMOSFET２０１のドレインとの間に平滑コンデンサ２０５を接続した回路である。なお、前記のチョークコイル２０６のインダクタンスとして、前記のトランス２０９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２０６は不要である。
【００４８】
図５に示す点灯装置は、前記のランプ点灯回路２２０を除けば、図１に示す点灯装置と同様に動作する。以下では、該ランプ点灯回路２２０の動作のみについて説明する。なお、以下に述べる回路動作は、図６に示す動作波形からも確認できる。ここで、図６中の電流の正負として、図１、または図５における各素子を上から下、または左から右へ流れる電流を正としている。
〔ランプ点灯回路〕
ランプ点灯回路２２０は、前記のランプ点灯回路２００と同様の要領で昇圧チョッパとして動作する。パワーMOSFET２０１がオフの状態でパワーMOSFET２０２がオンすると、初めは、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、トランス２０９の１次巻線２１０、コンデンサ２０７の経路で電流が流れ、チョークコイル２０４にエネルギーが蓄えられる。
【００４９】
その後、チョークコイル２０４に流れる電流が、チョークコイル２０６に流れる環流電流より大きくなった時点から、チョークコイル２０４に流れる電流は、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、パワーMOSFET２０２へと経路を変えて流れ、チョークコイル２０４にエネルギーを蓄え続ける。
【００５０】
パワーMOSFET２０２をオフさせ、パワーMOSFET２０１をオンすると、チョークコイル２０４に蓄えられたエネルギーによって、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、パワーMOSFET２０１、平滑コンデンサ２０５、コンデンサ２０７の経路で電流が流れ、平滑コンデンサ２０５を充電する。
【００５１】
その後、チョークコイル２０６に流れる電流の極性が反転すると、チョークコイル２０４に流れる電流は、それまで流れていた経路に加え、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、トランス２０９の１次巻線２１０、コンデンサ２０７の経路にも分流するようになる。
【００５２】
チョークコイル２０４に流れる電流が減少し、チョークコイル２０６に流れる電流と同じ大きさになった時点から、平滑コンデンサ２０５が放電を始め、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、トランス２０９の１次巻線２１０、コンデンサ２０７の経路のみに電流が流れる。以上のスイッチング動作を一定周波数で繰り返すことで、昇圧チョッパとしての動作が行われ、平滑コンデンサ２０５に高電圧が充電される。パワーMOSFET２０１、及び２０２のオン時間duty制御によって、平滑コンデンサ２０５の端子間電圧を制御できる。
【００５３】
前記のようにパワーMOSFET２０１、及び２０２を交互にオン・オフさせることで、ランプ点灯回路２２０は、平滑コンデンサ２０５の端子間電圧をDCリンク電圧とした電流共振型SEPPインバータとして動作する。
【００５４】
パワーMOSFET２０２がオフの状態で、パワーMOSFET２０１がオンのとき、初めは、チョークコイル２０６に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル２０６、パワーMOSFET２０１、平滑コンデンサ２０５、トランス２０９の１次巻線２１０の経路で環流電流が流れる。チョークコイル２０６のエネルギー放出後は、平滑コンデンサ２０５、パワーMOSFET２０１、チョークコイル２０６、トランス２０９の１次巻線２１０の経路で電流が流れ、再びチョークコイル２０６にエネルギーが蓄えられる。
【００５５】
なお、このときの電流経路には共振用のコンデンサ２０７が含まれない。よって、チョークコイル２０６に流れる電流は共振電流ではなく、増大し続けるものになる。
【００５６】
パワーMOSFET２０１がオフになり、パワーMOSFET２０２がオンになると、初めは、チョークコイル２０６に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル２０６、トランス２０９の１次巻線２１０、コンデンサ２０７、パワーMOSFET２０２の経路で環流電流が流れる。この環流電流がコンデンサ２０７を充電し、チョークコイル２０６のエネルギーはコンデンサ２０７へと移動する。その後、コンデンサ２０７に蓄えられたエネルギーによって、コンデンサ２０７、トランス２０９の１次巻線２１０、チョークコイル２０６、パワーMOSFET２０２の経路で共振電流が流れる。
【００５７】
前記の要領でランプ点灯回路２２０が電流共振型インバータとして動作し、前記のトランス２０９の１次巻線２１０に交流電流が流れることで、トランス２０９の２次巻線２１１に電圧が誘起される。それによって、２次巻線２１１、コンデンサ２１２、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。ランプ点灯回路２２０は固定周波数で動作するため、ランプ電流の大きさはパワーMOSFET２０１、及び２０２のオン時間dutyによって、すなわちインバータのDCリンク電圧によって制御される。
【００５８】
以上のランプ点灯回路２２０の動作に加え、フィラメント点灯回路３００、制御手段４００が、第１の実施例と同様に動作することで、図６に示すように固定周波数での熱陰極蛍光ランプの調光が可能となり、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
既に述べた通り、ランプ点灯回路２２０では、パワーMOSFET２０１がオンのときにチョークコイル２０６に流れる電流は共振電流ではなく、図６が定義する正の方向に増大し続ける。すなわち、パワーMOSFET２０１のオン時間dutyをどれだけ大きくしたとしても、チョークコイル２０６に流れる電流の極性が負に反転することはなく、すなわち電流共振型インバータが進相モードで動作することはない。これによって、パワーMOSFET２０１のオン時間dutyが特に大きくなる調光状態において、パワーMOSFET２０１の寄生ダイオードに大きな逆回復電流が流れてスイッチング損失が増大することを防ぐことができる。
【００６０】
前記の反面、点灯状態ではパワーMOSFET２０２のオン時間dutyが大きくなるため、共振用のチョークコイル２０６に流れる電流が、再度正へと極性を変える可能性がある。一般的な電流共振型インバータでは、この場合進相モードで動作することになり、パワーMOSFET２０２の寄生ダイオードに電流が流れる。その結果、パワーMOSFET２０１がオンする際に大きな逆回復電流が流れスイッチング損失が増大してしまう。
【００６１】
しかし、本実施例では、チョークコイル２０６に流れる電流の極性が再び正になったとしても、チョークコイル２０４に流れる電流がチョークコイル２０６、及びパワーMOSFET２０２に分流するため、パワーMOSFET２０２の寄生ダイオードに電流が流れることはない。
【実施例３】
【００６２】
図７は、本発明の第３の実施例を示す点灯装置である。図７の点灯装置において、前記の実施例１と異なる点は、ランプ点灯回路２００、フィラメント予熱回路３００に代えて、ランプ点灯回路２３０、フィラメント予熱回路３３０をそれぞれ接続した点である。また、ランプ点灯回路２３０、またはフィラメント予熱回路３３０の一方のみをランプ点灯回路２００、またはフィラメント予熱回路３００の代わりに利用した点灯装置も、本発明の実施例として考えられる。なお、図７には示していないが、図１に示したものと同一の制御手段４００を有する。
【００６３】
前記のランプ点灯回路２３０は、昇降圧チョッパ機能を備えたSEPP電流共振型インバータの構成をとっており、パワーMOSFET２０２が昇降圧チョッパ用スイッチとインバータ下アームスイッチの両者の役割を果たす。直流電源１００には、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、及びパワーMOSFET２０２の直列体、及びダイオード２３１とダイオード２３２の直列体がそれぞれ接続されている。このとき、ダイオード２３１のカソードが直流電源１００の＋側に、ダイオード２３２のアノードが直流電源１００の−側にそれぞれ接続される。
【００６４】
パワーMOSFET２０２のドレインとダイオード２３２のカソード間には、パワーMOSFET２０１と平滑コンデンサ２０５の直列体、及びダイオード２３３がそれぞれ接続されている。ダイオード２３３には、共振用チョークコイル２０６と共振用コンデンサ２０７の直列体も接続されている。
【００６５】
共振用コンデンサ２０７の端子間には、トランス２０９の１次巻線２１０、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２０８の直列体が接続されている。トランス２０９の２次巻線２１１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２１２の直列体が接続されている。
【００６６】
前記のフィラメント予熱回路３３０は、ランプ点灯回路２３０と同様に、昇降圧チョッパ機能を備えたSEPPインバータの構成をとっており、パワーMOSFET３０２が昇圧チョッパ用スイッチとインバータ下アームスイッチの両者の役割を果たす。
【００６７】
直流電源１００には、チョークコイル３０４、ダイオード３０３、及びパワーMOSFET３０２の直列体、及びダイオード３３１とダイオード３３２の直列体がそれぞれ接続されている。このとき、ダイオード３３１のカソードが直流電源１００の＋側に、ダイオード３３２のアノードが直流電源１００の−側にそれぞれ接続される。パワーMOSFET３０２のドレインとダイオード３３２のカソード間には、パワーMOSFET３０１と平滑コンデンサ３０５の直列体、及びダイオード３３３がそれぞれ接続されている。ダイオード３３３には、チョークコイル３０６とトランス３０７の１次巻線３０８の直列体も接続されている。
【００６８】
なお、チョークコイル３０６のインダクタンスとして、前記トランス３０７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３０６は不要である。トランス３０７は２つの２次巻線３０９、及び３１０を有し、２次巻線３０９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ためのコンデンサ３１１が直列に接続されており、また、２次巻線３１０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ためのコンデンサ３１２が直列に接続されている。
【００６９】
前記のランプ点灯回路２３０、及びフィラメント予熱回路３３０に含まれるパワーMOSFET２０１、２０２、３０１、３０２は、第１、第２の実施例と同様に、図示しない制御手段によって固定周波数で駆動される。
【００７０】
図８は、図７に示す回路の動作波形を、通常の点灯状態(a)、及び調光状態(b)に分けて示したものである。ここで、図８中の電流の正負として、ダイオードについては順方向を、その他の素子については、図７において上から下、または左から右へ流れる電流を正としている。図８の動作波形を用いながら、ランプ点灯回路２３０、フィラメント予熱回路３３０の順に動作を説明する。
〔ランプ点灯回路〕
ランプ点灯回路２３０は、以下の要領で昇降圧チョッパとして動作する。パワーMOSFET２０１がオフの状態でパワーMOSFET２０２がオンすると、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、パワーMOSFET２０２の経路で電流が流れ、チョークコイル２０４にエネルギーが蓄えられる。
【００７１】
その後、パワーMOSFET２０２をオフさせ、パワーMOSFET２０１をオンすると、チョークコイル２０４に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、パワーMOSFET２０１、平滑コンデンサ２０５、ダイオード２３１の経路で電流が流れ、平滑コンデンサ２０５を充電する。図８から、チョークコイル２０４に流れる電流が減少し始めると同時に、パワーMOSFET２０１には負の向きに、ダイオード２３１には順方向に、それぞれ電流が流れ始めることが確認できる。
【００７２】
その後、チョークコイル２０６に流れる電流の極性が反転すると、チョークコイル２０４に流れる電流は、それまで流れていた経路に加え、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７、ダイオード２３１の経路にも分流するようになる。
【００７３】
チョークコイル２０４に流れる電流が減少し、チョークコイル２０６に流れる電流と同じ大きさになった時点から、平滑コンデンサ２０５が放電を始め、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７、ダイオード２３１の経路のみに電流が流れる。以上のスイッチング動作を一定周波数で繰り返すことで、昇降圧チョッパとしての動作が行われ、パワーMOSFET２０１、及び２０２のオン時間dutyによって、平滑コンデンサ２０５の端子間電圧を制御できる。
【００７４】
前記のようにパワーMOSFET２０１、及び２０２を交互にオン・オフさせることで、ランプ点灯回路２３０は、平滑コンデンサ２０５の端子間電圧をDCリンク電圧とした電流共振型SEPPインバータとして動作する。
【００７５】
パワーMOSFET２０２がオフの状態でパワーMOSFET２０１がオンのとき、初めは、チョークコイル２０６に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル２０６、パワーMOSFET２０１、平滑コンデンサ２０５、コンデンサ２０７の経路で環流電流が流れる。これは、図８中のチョークコイル２０６、及びパワーMOSFET２０１に流れる電流の極性から確認できる。
【００７６】
チョークコイル２０６のエネルギー放出後は、平滑コンデンサ２０５、パワーMOSFET２０１、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル２０６にエネルギーが蓄えられる。これは、図８中のチョークコイル２０６、及びパワーMOSFET２０１に流れる電流の極性が、パワーMOSFET２０１のオン期間中に変化していることから確認できる。
【００７７】
パワーMOSFET２０１がオフになり、パワーMOSFET２０２がオンになると、初めは、チョークコイル２０６に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７、ダイオード２３３の経路で環流電流が流れる。図８から、パワーMOSFET２０２がオンすると同時に、ダイオード２３３に電流が流れ始めることを確認できる。この環流電流がコンデンサ２０７を充電し、チョークコイル２０６のエネルギーはコンデンサ２０７へと移動する。
【００７８】
その後、コンデンサ２０７に蓄えられたエネルギーによって、コンデンサ２０７、チョークコイル２０６、パワーMOSFET２０２、ダイオード２３２の経路で環流電流が流れる。図８から、パワーMOSFET２０２のオン期間中において、チョークコイル２０６に流れる電流の極性が変化すると同時にダイオード２３２に電流が流れ始め、かつパワーMOSFET２０２に流れる電流が増大することを確認できる。
【００７９】
前記の要領でランプ点灯回路２３０が電流共振型インバータとして動作することで、前記のランプ点灯回路２００と同様の要領で蛍光ランプ１０１にランプ電流が流れ、蛍光ランプ１０１は安定した点灯状態を保つ。ランプ点灯回路２３０は固定周波数で動作するため、ランプ電流の大きさはパワーMOSFET２０１、及び２０２のオン時間dutyによって、すなわちインバータのDCリンク電圧によって制御される。
〔フィラメント予熱回路〕
フィラメント予熱回路３３０は、ランプ点灯回路２３０と同様の要領で昇降圧チョッパとして動作し、パワーMOSFET３０１、及び３０２のオン時間dutyによって、平滑コンデンサ３０５の端子間電圧を制御できる。
【００８０】
フィラメント予熱回路３３０は、パワーMOSFET３０１、及び３０２のオン・オフ動作によって、平滑コンデンサ３０５の端子間電圧をDCリンク電圧としたSEPPインバータとして動作する。
【００８１】
パワーMOSFET３０１がオンのときは、平滑コンデンサ３０５、パワーMOSFET３０１、チョークコイル３０６、トランス３０７の１次巻線３０８の経路で電流が流れ、また、パワーMOSFET３０２がオンのときは、チョークコイル３０６、パワーMOSFET３０２、ダイオード３３２、トランス３０７の１次巻線３０８の経路、あるいは、チョークコイル３０６、トランス３０７の１次巻線３０８、ダイオード３３３の経路で、それぞれ電流が流れる。
【００８２】
前記の要領でフィラメント予熱回路３３０がインバータとして動作することで、トランス３０７の２つの２次巻線３０９、及び３１０を介して、蛍光ランプ１０１のフィラメント１０２、及び１０３にそれぞれ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。
【００８３】
フィラメント予熱回路３３０の駆動周波数は、常にランプ点灯回路２３０と同じ周波数に固定されるため、フィラメント電流の大きさはパワーMOSFET３０１、及び３０２のオン時間dutyによって、すなわちインバータのDCリンク電圧によって制御される。
〔蛍光ランプの調光制御〕
次に、図８の(a)点灯状態と(b)調光状態を比較しながら、固定周波数での熱陰極蛍光ランプの調光について説明する。
【００８４】
既に述べている通り、ランプ点灯回路２３０、フィラメント予熱回路３３０に含まれる全てのパワーMOSFETは、点灯状態、調光状態によらず常に一定の周波数で駆動される。さらに、図１の制御手段４００の構成、及び図８のパワーMOSFETのゲート信号から分かるように、パワーMOSFET２０１、及び３０２は同時にオンまたはオフし、パワーMOSFET２０２、及び３０１もまた同時にオンまたはオフする。つまり、ランプ点灯回路２３０とフィラメント予熱回路３３０における上下アームのパワーMOSFETは、互いに反転したduty比で動作する。
【００８５】
図８(a)の点灯状態では、パワーMOSFET２０２、及び３０１のオン時間dutyを、パワーMOSFET２０１、及び３０２のオン時間dutyより大きくする。このとき、既に記した２つの回路の昇降圧チョッパ動作に関して、ランプ点灯回路２３０は昇圧動作を行い、フィラメント予熱回路３３０は降圧動作を行う。これによって、インバータのDCリンク電圧は、フィラメント予熱回路３３０に比べてランプ点灯回路２３０の方が高くなる。２つの回路が前記の要領で動作することによって、図８(a)に示すようにランプ電流、及びフィラメント電流が流れ、ランプは安定した点灯状態を保つ。
【００８６】
図８(b)の調光状態では、点灯状態とは逆に、パワーMOSFET２０１、及び３０２のオン時間dutyを、パワーMOSFET２０２、及び３０１のオン時間dutyより大きくする。このとき、点灯状態とは逆にランプ点灯回路２３０は降圧動作を行い、フィラメント予熱回路３３０は昇圧動作を行う。
【００８７】
よって、点灯状態と比較して、ランプ点灯回路２３０ではインバータのDCリンク電圧が低くなり、フィラメント予熱回路３３０ではインバータのDCリンク電圧が高くなる。結果として、図８(b)に示すように、ランプ電流は点灯状態に比べて減少し、フィラメント電流は逆に増大する。
【００８８】
以上の回路動作に加えて、図示しない制御手段が第１、及び第２の実施例と同じ要領で動作することで、図８に示すように固定周波数での熱陰極蛍光ランプの調光が可能となり、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００８９】
図９は、ランプ点灯回路２３０のパワーMOSFET２０１、及びフィラメント予熱回路３３０のパワーMOSFET３０２を同じdutyで変化させた場合の、(a)各回路のインバータDCリンク電圧、(b)ランプ電流とフィラメント電流を、それぞれdutyが0.5の状態を1として正規化した値を示すグラフである。図９より、パワーMOSFET２０１、３０２のdutyを変化させると、各回路のDCリンク電圧、及びランプ電流とフィラメント電流はそれぞれ図３と同様に変化することを確認できる。
【００９０】
しかし、図３と図９において、dutyを同じだけ変化させたときのDCリンク電圧、ランプ電流、フィラメント電流の変化率は異なっている。これは、図３すなわち第１の実施例では２つのインバータが昇圧チョッパ機能を備えているのに対し、図９すなわち第３の実施例では２つのインバータ回路が昇降圧チョッパ機能を備えることによる。したがって、ランプ点灯回路２００、フィラメント予熱回路３００に代えてランプ点灯回路２３０、フィラメント予熱回路３３０を用いることで、dutyの変化に対する、ランプ電流、フィラメント電流の増減分を、回路要求に応じ広範囲に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１の実施例における回路図である。
【図２】本発明の第１の実施例における回路の動作波形図である。
【図３】本発明の第１の実施例における回路の動作を表すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施例における回路のPWM調光動作を表す波形図である。
【図５】本発明の第２の実施例における回路図である。
【図６】本発明の第２の実施例における回路の動作波形図である。
【図７】本発明の第３の実施例における回路図である。
【図８】本発明の第３の実施例における回路の動作波形図である。
【図９】本発明の第３の実施例における回路の動作を表すグラフである。
【符号の説明】
【００９２】
１００：直流電源
１０１：熱陰極蛍光ランプ
１０２、１０３：熱陰極蛍光ランプのフィラメント
２００、２２０、２３０：ランプ点灯回路
２０１、２０２、３０１、３０２：スイッチング素子
２０３、２３１、２３２、２３３、３０３、３３１、３３２、３３３：ダイオード
２０４、２０６、３０４、３０６：チョークコイル
２０５、２０７、２０８、２１２、３０５、３１１、３１２：コンデンサ
２０９、３０７：トランス
２１０、３０８：トランス１次巻線
２１１、３０９、３１０：トランス２次巻線
３００、３３０：フィラメント予熱回路
４００：制御手段
４０１：制御回路
４０２：反転器
Ａ：制御信号出力手段
Ｂ：反転制御信号出力手段
４０３、４０４、４０５、４０６：ゲートドライバ
【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た調光動作を実現する点灯装置に関する。
【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、バックライトとして長寿命の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、特に大型ディスプレイ等において熱陰極蛍光ランプが用いられることもある。
【０００３】
熱陰極蛍光ランプの点灯における一般的な手法として、電流共振型インバータによって直流電源から交流電力を出力し、ランプ電流を安定化させる高周波点灯方式が用いられる。
【０００４】
熱陰極蛍光ランプの調光に関して、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式が一般的である。また、外部からの調光用PWM信号に合わせて点灯状態、及び調光状態を交互に繰り返し、各状態の時間比率(duty)を変えることによって調光レベルを変化させるPWM調光も利用されている。
【０００５】
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を変化させると、液晶パネルの動作周波数と干渉するため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。
【０００６】
前記問題を避けるために、バックライト用インバータでは、点灯状態、及び調光状態を含めて、常に一定周波数で駆動することを要求される。
【０００７】
前記の固定周波数での調光を実現するために、例えば特許文献１に記載されているインバータが用いられる。このインバータは、昇圧、昇降圧、降圧の各種チョッパ回路機能を備えたものであり、これらチョッパ回路とインバータ回路とに単一のスイッチング素子を共用している。このインバータでは、駆動周波数が固定されているが、スイッチング素子のオン時間dutyを変えることによってインバータのDCリンク電圧を制御し、ランプ電流の制御すなわち調光を行うことができる。
【０００８】
【特許文献１】特許第3261829号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。熱陰極蛍光ランプの調光では、ランプ電流の制御だけでなくフィラメント電流も適切に制御しなければ、フィラメントの損傷によるランプの寿命短縮を招いてしまう。特に、点灯状態と調光状態を頻繁に繰り返すPWM調光では、フィラメント電流の制御が非常に重要となる。具体的には、調光時にランプ電流を小さくする場合、ランプ電流を安定させ、かつ再点灯時にフィラメントにかかる負担を軽減させるために、十分なフィラメント電流を流す必要がある。逆に、ランプ電流が大きい通常点灯時では、ランプ電流がフィラメントをある程度予熱するためフィラメント電流は小さくても良く、過剰なフィラメント電流はかえってフィラメントに塗布されるエミッションの蒸発等によりフィラメント損失を増大させ、発光効率の低下やランプの寿命短縮を招く。すなわち、ランプ電流が大きいときはフィラメント電流を小さく、ランプ電流が小さいときはフィラメント電流を大きくするように制御する必要がある。
【００１０】
特許文献１に記載のインバータでは、熱陰極蛍光ランプと並列にコンデンサを接続してフィラメント電流の経路を確保している。このとき、調光時においてスイッチング素子のdutyを変化させインバータのDCリンク電圧を下げると、ランプ電流と同様にフィラメント電流も小さくなってしまう。逆に、再点灯時においてインバータのDCリンク電圧を上げると、ランプ電流とフィラメント電流の両者が大きくなってしまう。すなわち、前記したフィラメント電流の適切な制御と相反するようにフィラメント電流が増減することになり、その結果フィラメントの損傷によるランプの寿命短縮を招く恐れがある。
【００１１】
本発明は、熱陰極蛍光ランプを固定周波数で調光する際に、ランプ電流だけでなくフィラメント電流も適切に制御できる点灯装置を提供することを目的とする。具体的には、調光状態においてランプ電流を小さくする際にはフィラメント電流を大きくし、再度点灯状態に移行する際は、ランプ電流を大きくしフィラメント電流を小さくすることができる点灯装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、蛍光ランプの点灯装置において、直流電源と、直流電源電圧を直流／直流変換して出力する第１チョッパ回路と、２個のスイッチング素子の直列体である第１上下アームを有し前記第１チョッパ回路の直流電圧を直流／交流変換して熱陰極蛍光ランプに供給する第１インバータ回路とを有するランプ点灯回路と、前記直流電源電圧を直流／直流変換して出力する第２チョッパ回路と、２個のスイッチング素子の直列体である第２上下アームを有し前記第２チョッパ回路の直流電圧を直流／交流変換して前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントに供給する第２インバータ回路とを有するフィラメント予熱回路と、前記第１チョッパ回路および第１インバータ回路と、前記第２チョッパ回路および第２インバータ回路を駆動するとともに、前記第１チョッパ回路及び第２チョッパ回路を互いに反転したオン時間dutyおよび固定周波数で駆動する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、第１インバータ回路の第１上下アームにおける一方のスイッチング素子を、前記第１チョッパ回路の昇圧用スイッチング素子または昇降圧用スイッチング素子として共用し、前記第２インバータ回路の第２上下アームにおける一方のスイッチング素子を、前記第２チョッパ回路の昇圧用スイッチング素子または昇降圧用スイッチング素子として共用することを特徴とする。
【００１４】
また、制御手段は、第１インバータ回路の第１上下アームの上側スイッチング素子と前記第２インバータ回路の第２上下アームの下側スイッチング素子を同時にオン・オフするパルス状の制御信号を出力する制御信号出力手段と、第１上下アームの下側スイッチング素子と前記第２上下アームの上側スイッチング素子を同時にオン・オフする前記制御信号を反転させた反転制御信号を出力する反転制御信号出力手段と、上位装置から与えられる調光用PWM信号に基づき、前記制御信号出力手段および反転制御信号出力手段に制御信号を出力する制御回路を有することを特徴とする。
【００１５】
また、制御手段の制御回路は、上位装置から与えられる調光用PWM信号に基づいて前記熱陰極蛍光ランプの点灯状態及び調光状態を切り替えるパルス状の制御信号を出力し、点灯状態におけるパルス状制御信号のオン時間dutyに対して、調光状態でのオン時間dutyを小さく設定することを特徴とする。
【００１６】
また、第１インバータ回路の第１上下アームには並列にコンデンサを備え、第１上下アームの出力端子には共振用チョークコイルと共振用コンデンサから構成される共振回路を備え、共振用コンデンサには直列接続されたコンデンサとトランスの１次巻線が並列に接続され、トランスの２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプが接続され、第１上下アームの出力端子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備えることを特徴とする。
【００１７】
また、第２インバータ回路の第２上下アームには並列にコンデンサを備え、第２上下アームの出力端子には直列接続されたチョークコイルとトランスの１次巻線が並列に接続され、前記トランスには少なくとも２つの２次巻線を備え、２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントが接続され、第２上下アームの出力端子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備えることを特徴とする。
【００１８】
さらに、第１インバータ回路の第１上下アームには直列接続されたコンデンサが並列に接続され、第１上下アームの出力端子と前記コンデンサの接続点との間に共振用チョークコイルとトランスの１次巻線から構成される共振回路を備え、トランスの２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプが接続され、第１上下アームの出力端子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備えることを特徴とする。
【００１９】
さらに、第１インバータ回路の第１上下アームにはコンデンサとダイオードの直列体が接続され、第１上下アームの下側スイッチング素子と前記ダイオードの両端が出力端子を構成し、出力端子には共振用チョークコイルと共振用コンデンサから構成される共振回路を備え、共振用コンデンサには直列接続されたコンデンサとトランスの１次巻線が並列に接続され、トランスの２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプが接続され、下側スイッチング素子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備え、出力端子には直列接続された前記チョッパ用チョークコイル及びダイオードと直列に、もう１つのダイオードが接続されることを特徴とする。
【００２０】
さらに、第２インバータ回路の第２上下アームにはコンデンサとダイオードの直列体が接続され、第２上下アームの下側スイッチング素子と前記ダイオードの両端が出力端子を構成し、出力端子には直列接続されたチョークコイルとトランスの１次巻線が並列に接続され、トランスには少なくとも２つの２次巻線を備え、２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントが接続され、前記下側スイッチング素子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備え、出力端子には直列接続された前記チョッパ用チョークコイル及びダイオードと直列に、もう１つのダイオードが接続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、熱陰極蛍光ランプの固定周波数での調光において、ランプ電流の減少に合わせてフィラメント電流を増大させることにより、ランプの寿命短縮を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は本発明の第１の実施例を示す点灯装置の回路図である。図１の点灯装置では、ランプ点灯回路２００とフィラメント予熱回路３００が、直流電源１００に対して並列に接続されている。ランプ点灯回路２００の出力端子は熱陰極蛍光ランプ１０１に、またフィラメント予熱回路３００の２つの出力端子は熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０２、及び１０３にそれぞれ接続されている。また、上位制御系からの調光用PWM信号に基づき、ランプ点灯回路２００、及びフィラメント予熱回路３００中のスイッチング素子のゲート信号を生成する単一の制御手段４００を持つ。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を用いることもできる。
【００２４】
ランプ点灯回路２００は、昇圧チョッパ機能を備えたSEPP電流共振型インバータ回路（第１インバータ回路）の構成をとっており、直流電源１００にはチョークコイル２０４、ダイオード２０３、及びパワーMOSFET２０２が直列に接続されている。パワーMOSFET２０２のドレイン−ソース間には、パワーMOSFET２０１と平滑コンデンサ２０５の直列体が接続されており、これらのパワーMOSFET２０１、及び２０２がインバータの上下アームとして動作する。パワーMOSFET２０２は昇圧チョッパ用スイッチとインバータ下アームスイッチの両者の役割を果たす。また、パワーMOSFET２０２のドレイン−ソース間には、共振用チョークコイル２０６と共振用コンデンサ２０７の直列体も接続されている。共振用コンデンサ２０７の端子間には、トランス２０９の１次巻線２１０、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２０８の直列体が接続されている。トランス２０９の２次巻線２１１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２１２の直列体が接続されている。
【００２５】
次に、フィラメント予熱回路３００は、ランプ点灯回路２００と同様に、昇圧チョッパ機能を備えたSEPPインバータ回路（第２インバータ回路）の構成をとっており、パワーMOSFET３０２が昇圧チョッパ用スイッチとインバータ下アームスイッチの両者の役割を果たす。直流電源１００には、チョークコイル３０４、ダイオード３０３、及びパワーMOSFET３０２が直列に接続されている。パワーMOSFET３０２のドレイン−ソース間には、パワーMOSFET３０１と平滑コンデンサ３０５の直列体が接続されており、これらのパワーMOSFET３０１、及び３０２が、インバータの上下アームとして動作する。また、パワーMOSFET３０２のドレイン−ソース間には、チョークコイル３０６とトランス３０７の１次巻線３０８の直列体も接続されている。なお、チョークコイル３０６のインダクタンスとして、トランス３０７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３０６は不要である。トランス３０７は２つの２次巻線３０９、及び３１０を有し、２次巻線３０９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ためのコンデンサ３１１が直列に接続されており、また、２次巻線３１０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ためのコンデンサ３１２が直列に接続されている。
【００２６】
制御手段４００は、制御回路４０１と、制御信号出力手段Ａおよび反転制御信号出力手段Ｂを有する。制御回路４０１はコンピュータ等の上位制御装置からの調光用PWM信号に基づき、固定周波数のパルス状制御信号を唯一出力する。制御信号出力手段Ａは前記制御回路４０１からの制御信号を受けて、パワーMOSFET２０１を駆動するゲート信号を出力するドライバ４０３と、パワーMOSFET３０２を駆動するゲート信号を出力するドライバ４０６を有する。
【００２７】
一方、反転制御信号出力手段Ｂは、分岐された前記制御信号を反転して反転制御信号を生成する反転器４０２と、反転制御信号を受けてパワーMOSFET２０２を駆動するゲート信号を出力するドライバ４０４と、パワーMOSFET３０１を駆動するゲート信号を出力するドライバ４０５を有する。
【００２８】
図２は、図１の回路の動作波形を、通常の点灯状態(a)、及び調光状態(b)に分けて示した動作波形図である。ここで、図２中の電流の正負として、図１における各素子を上から下、または左から右へ流れる電流を正としている。次に、図２の動作波形を用いながら、ランプ点灯回路２００、フィラメント予熱回路３００、調光制御の順に動作を説明する。
〔ランプ点灯回路〕
ランプ点灯回路２００は、以下の要領で昇圧チョッパとして動作する。上アームのパワーMOSFET２０１がオフの状態で下アームのパワーMOSFET２０２がオンすると、初めは、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７の経路で電流が流れ、チョークコイル２０４にエネルギーが蓄えられる。このチョークコイル２０４に流れる電流は、図２に示すようにほぼ直線的に増加する。その後、チョークコイル２０４に流れる電流がチョークコイル２０６に流れる環流電流より大きくなった時点から、チョークコイル２０４に流れる電流は直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、パワーMOSFET２０２へと経路を変えて流れ、チョークコイル２０４にさらにエネルギーを蓄え続ける。
【００２９】
その後、パワーMOSFET２０２をオフさせ、上アームのパワーMOSFET２０１をオンすると、チョークコイル２０４に蓄えられたエネルギーによって直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、パワーMOSFET２０１、平滑コンデンサ２０５の経路で電流が流れ、平滑コンデンサ２０５を充電する。図２から、チョークコイル２０４に流れる電流が減少し始め、パワーMOSFET２０１には負の向きに電流が流れ始めることが確認できる。その後、チョークコイル２０６に流れる電流の極性が反転すると、チョークコイル２０４に流れる電流はそれまで流れていた経路に加え、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７の経路にも分流するようになる。
【００３０】
次いで、チョークコイル２０４に流れる電流が減少し、チョークコイル２０６に流れる電流と同じ大きさになった時点から平滑コンデンサ２０５が放電を始め、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７の経路のみに電流が流れる。以上のスイッチング動作を一定周波数で繰り返すことで、昇圧チョッパとしての動作が行われ平滑コンデンサ２０５に高電圧が充電される。制御回路４０１でパワーMOSFET２０１、及び２０２のオン時間dutyを制御することによって、平滑コンデンサ２０５の端子間電圧を制御できる。
【００３１】
前記のようにパワーMOSFET２０１、及び２０２を交互にオン・オフさせることで、ランプ点灯回路２００は、平滑コンデンサ２０５の端子間電圧をDCリンク電圧とした電流共振型SEPPインバータとして動作する。
【００３２】
パワーMOSFET２０２がオフの状態で、パワーMOSFET２０１をオンさせると、初めは、チョークコイル２０６に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル２０６、パワーMOSFET２０１、平滑コンデンサ２０５、コンデンサ２０７の経路で環流電流が流れる。これは、図２中のチョークコイル２０６、及びパワーMOSFET２０１に流れる電流の極性から確認できる。
【００３３】
チョークコイル２０６のエネルギー放出後は、平滑コンデンサ２０５、パワーMOSFET２０１、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル２０６にエネルギーが蓄えられる。これは、図２中のチョークコイル２０６、及びパワーMOSFET２０１に流れる電流の極性が、パワーMOSFET２０１のオン期間中に変化していることから確認できる。
【００３４】
パワーMOSFET２０１がオフになり、パワーMOSFET２０２がオンになると、初めはチョークコイル２０６に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７、パワーMOSFET２０２の経路で環流電流が流れる。この環流電流がコンデンサ２０７を充電し、チョークコイル２０６のエネルギーはコンデンサ２０７へと移動する。
【００３５】
その後、コンデンサ２０７に蓄えられたエネルギーによって、コンデンサ２０７、チョークコイル２０６、パワーMOSFET２０２の経路で環流電流が流れる。これは、図２中のチョークコイル２０６、及びパワーMOSFET２０２に流れる電流の極性が、パワーMOSFET２０２のオン期間中に変化していることから確認できる。
【００３６】
前記要領でランプ点灯回路２００が電流共振型インバータとして動作することでコンデンサ２０７に電圧が発生し、コンデンサ２０８を介してトランス２０９の１次巻線２１０に交流電流が流れる。この電流によってトランス２０９の２次巻線２１１に電圧が誘起されることで、２次巻線２１１、コンデンサ２１２、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。ランプ点灯回路２００は固定周波数で動作するため、上記ランプ電流の大きさはパワーMOSFET２０１、及び２０２のオン時間dutyすなわちインバータのDCリンク電圧によって制御される。
〔フィラメント予熱回路〕
フィラメント予熱回路３００は、ランプ点灯回路２００と同様の要領で昇圧チョッパとして動作し、平滑コンデンサ３０５に高電圧を充電する。パワーMOSFET３０１、及び３０２のオン時間duty制御によって、平滑コンデンサ３０５の端子間電圧を制御できる。
【００３７】
フィラメント予熱回路３００は、パワーMOSFET３０１、及び３０２のオン・オフ動作によって、平滑コンデンサ３０５の端子間電圧をDCリンク電圧としたSEPPインバータとして動作する。パワーMOSFET３０１がオンのときは、平滑コンデンサ３０５、パワーMOSFET３０１、チョークコイル３０６、トランス３０７の１次巻線３０８から成る閉路に電流が流れ、また、パワーMOSFET３０２がオンのときは、チョークコイル３０６、パワーMOSFET３０２、トランス３０７の１次巻線３０８から成る閉路に電流が流れる。
【００３８】
トランス３０７の１次巻線３０８に流れる電流によって、トランス３０７の２つの２次巻線３０９、及び３１０にそれぞれ電圧が発生し、２次巻線３０９、コンデンサ３１１、熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０３から成る閉路、及び２次巻線３１０、コンデンサ３１２、熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０２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。フィラメント予熱回路３００の駆動周波数は、常にランプ点灯回路２００と同じ周波数に固定されるため、フィラメント電流の大きさはパワーMOSFET３０１、及び３０２のオン時間dutyによって、すなわちインバータのDCリンク電圧によって制御される。
〔ランプの調光制御〕
次に、図２の(a)点灯状態と(b)調光状態を比較しながら、固定周波数での熱陰極蛍光ランプの調光について説明する。
【００３９】
既に述べている通り、ランプ点灯回路２００、フィラメント予熱回路３００に含まれる全てのパワーMOSFETは、点灯状態、調光状態によらず常に一定の周波数で駆動される。さらに、図１に示す制御手段４００の制御信号出力手段Ａ、反転制御信号出力手段Ｂ、及び図２に示すパワーMOSFETのゲート信号から分かるように、パワーMOSFET２０１、及び３０２は同時にオンまたはオフし、パワーMOSFET２０２、及び３０１もまた同時にオンまたはオフする。つまり、ランプ点灯回路２００とフィラメント予熱回路３００における上下アームのパワーMOSFETは、互いに反転したduty比で駆動される。
【００４０】
図２(a)の点灯状態では、パワーMOSFET２０２及び３０１のオン時間dutyを、パワーMOSFET２０１及び３０２のオン時間dutyより大きくする。このとき、既に記した２つの回路の昇圧チョッパ動作に関して、ランプ点灯回路２００の方が昇圧比が大きくなり、それによってランプ点灯回路２００のインバータのDCリンク電圧もフィラメント予熱回路３００より高くなる。２つの回路がこのように動作することによって、図２(a)に示すように大きなランプ電流、及び小さなフィラメント電流が流れ、ランプは安定した点灯状態を保つ。
【００４１】
図２(b)の調光状態では、点灯状態とは逆に、パワーMOSFET２０１、及び３０２のオン時間dutyを、パワーMOSFET２０２、及び３０１のオン時間dutyより大きくする。このとき、ランプ点灯回路２００では、点灯状態に比べて昇圧比が小さくなり、それによってインバータのDCリンク電圧も低くなる。逆に、フィラメント予熱回路３００では、点灯状態に比べて昇圧比が大きくなり、それによってインバータのDCリンク電圧も高くなる。結果として、図２(b)に示すように、ランプ電流は点灯状態に比べて減少し、フィラメント電流は逆に増大する。
【００４２】
図３は、ランプ点灯回路２００のパワーMOSFET２０１、及びフィラメント予熱回路３００のパワーMOSFET３０２を同じdutyで変化させた場合の、(a)各回路のインバータDCリンク電圧、(b)ランプ電流とフィラメント電流を、それぞれdutyが0.5の状態を1として正規化した値を示すグラフである。図３(a)より、点灯状態から調光状態へと遷移する場合、すなわち、パワーMOSFET２０１、３０２のオン時間dutyを小さい状態から大きい状態へと変化させた場合、ランプ点灯回路２００ではDCリンク電圧が下がり、またフィラメント予熱回路３００ではDCリンク電圧が上がることを確認できる。その結果、図３(b)に示すように、ランプ電流は減少し、フィラメント電流は逆に増大している。
【００４３】
前記の点灯状態、及び調光状態を、図４の波形図に示すように、上位制御装置から制御手段４００に与えられる調光用PWM信号によって切り替えることでPWM調光が行われる。すなわち、調光用PWM信号のオン時間dutyによって調光レベルを制御する。
【００４４】
調光用PWM信号の周波数は数１００Hzであり、２つのインバータ回路の駆動周波数に比べて十分低い。この調光用PWM信号がHレベルのときは点灯状態、またLレベルのときは調光状態として、２つのインバータ回路中のパワーMOSFET２０１、２０２、３０１、３０２を、前記のオン時間dutyで駆動する。これは、調光状態において、制御手段４００中の制御回路４０１が、制御信号のオン時間dutyを点灯状態に比べて大きくするだけで可能となる。
【００４５】
以上の動作により、固定周波数での熱陰極蛍光ランプの調光において、点灯状態すなわちランプ電流が大きい状態では、フィラメント電流を小さく抑えること、また、調光状態すなわちランプ電流が小さい状態では、フィラメント電流を増大させることが可能となる。調光時のフィラメント電流をこのように制御することで、ランプの寿命を延ばすことができる。また、２つのインバータ回路において昇圧チョッパとインバータでパワーMOSFETを共用していること、さらに２つのインバータ回路に対し制御回路は１つだけあればよいことから、部品点数の減少による低コスト化、及び省スペース化を実現できる。
【実施例２】
【００４６】
図５は、本発明の第２の実施例を示す点灯装置である。図５の点灯装置において、前記実施例１と異なる点は、ランプ点灯回路２００に代わって、図５に示すランプ点灯回路２２０を接続した点である。フィラメント予熱回路３００は図１と同一であるため、詳細は省略する。また、図５には示していないが、図１に示したものと同一の制御手段４００を別に備える。
【００４７】
ランプ点灯回路２２０は、トランス２０９の１次巻線２１０をチョークコイル２０６とコンデンサ２０７の間に接続し、１次巻線２１０とコンデンサ２０７の接続点とパワーMOSFET２０１のドレインとの間に平滑コンデンサ２０５を接続した回路である。なお、前記のチョークコイル２０６のインダクタンスとして、前記のトランス２０９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２０６は不要である。
【００４８】
図５に示す点灯装置は、前記のランプ点灯回路２２０を除けば、図１に示す点灯装置と同様に動作する。以下では、該ランプ点灯回路２２０の動作のみについて説明する。なお、以下に述べる回路動作は、図６に示す動作波形からも確認できる。ここで、図６中の電流の正負として、図１、または図５における各素子を上から下、または左から右へ流れる電流を正としている。
〔ランプ点灯回路〕
ランプ点灯回路２２０は、前記のランプ点灯回路２００と同様の要領で昇圧チョッパとして動作する。パワーMOSFET２０１がオフの状態でパワーMOSFET２０２がオンすると、初めは、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、トランス２０９の１次巻線２１０、コンデンサ２０７の経路で電流が流れ、チョークコイル２０４にエネルギーが蓄えられる。
【００４９】
その後、チョークコイル２０４に流れる電流が、チョークコイル２０６に流れる環流電流より大きくなった時点から、チョークコイル２０４に流れる電流は、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、パワーMOSFET２０２へと経路を変えて流れ、チョークコイル２０４にエネルギーを蓄え続ける。
【００５０】
パワーMOSFET２０２をオフさせ、パワーMOSFET２０１をオンすると、チョークコイル２０４に蓄えられたエネルギーによって、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、パワーMOSFET２０１、平滑コンデンサ２０５、コンデンサ２０７の経路で電流が流れ、平滑コンデンサ２０５を充電する。
【００５１】
その後、チョークコイル２０６に流れる電流の極性が反転すると、チョークコイル２０４に流れる電流は、それまで流れていた経路に加え、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、トランス２０９の１次巻線２１０、コンデンサ２０７の経路にも分流するようになる。
【００５２】
チョークコイル２０４に流れる電流が減少し、チョークコイル２０６に流れる電流と同じ大きさになった時点から、平滑コンデンサ２０５が放電を始め、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、トランス２０９の１次巻線２１０、コンデンサ２０７の経路のみに電流が流れる。以上のスイッチング動作を一定周波数で繰り返すことで、昇圧チョッパとしての動作が行われ、平滑コンデンサ２０５に高電圧が充電される。パワーMOSFET２０１、及び２０２のオン時間duty制御によって、平滑コンデンサ２０５の端子間電圧を制御できる。
【００５３】
前記のようにパワーMOSFET２０１、及び２０２を交互にオン・オフさせることで、ランプ点灯回路２２０は、平滑コンデンサ２０５の端子間電圧をDCリンク電圧とした電流共振型SEPPインバータとして動作する。
【００５４】
パワーMOSFET２０２がオフの状態で、パワーMOSFET２０１がオンのとき、初めは、チョークコイル２０６に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル２０６、パワーMOSFET２０１、平滑コンデンサ２０５、トランス２０９の１次巻線２１０の経路で環流電流が流れる。チョークコイル２０６のエネルギー放出後は、平滑コンデンサ２０５、パワーMOSFET２０１、チョークコイル２０６、トランス２０９の１次巻線２１０の経路で電流が流れ、再びチョークコイル２０６にエネルギーが蓄えられる。
【００５５】
なお、このときの電流経路には共振用のコンデンサ２０７が含まれない。よって、チョークコイル２０６に流れる電流は共振電流ではなく、増大し続けるものになる。
【００５６】
パワーMOSFET２０１がオフになり、パワーMOSFET２０２がオンになると、初めは、チョークコイル２０６に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル２０６、トランス２０９の１次巻線２１０、コンデンサ２０７、パワーMOSFET２０２の経路で環流電流が流れる。この環流電流がコンデンサ２０７を充電し、チョークコイル２０６のエネルギーはコンデンサ２０７へと移動する。その後、コンデンサ２０７に蓄えられたエネルギーによって、コンデンサ２０７、トランス２０９の１次巻線２１０、チョークコイル２０６、パワーMOSFET２０２の経路で共振電流が流れる。
【００５７】
前記の要領でランプ点灯回路２２０が電流共振型インバータとして動作し、前記のトランス２０９の１次巻線２１０に交流電流が流れることで、トランス２０９の２次巻線２１１に電圧が誘起される。それによって、２次巻線２１１、コンデンサ２１２、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。ランプ点灯回路２２０は固定周波数で動作するため、ランプ電流の大きさはパワーMOSFET２０１、及び２０２のオン時間dutyによって、すなわちインバータのDCリンク電圧によって制御される。
【００５８】
以上のランプ点灯回路２２０の動作に加え、フィラメント点灯回路３００、制御手段４００が、第１の実施例と同様に動作することで、図６に示すように固定周波数での熱陰極蛍光ランプの調光が可能となり、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
既に述べた通り、ランプ点灯回路２２０では、パワーMOSFET２０１がオンのときにチョークコイル２０６に流れる電流は共振電流ではなく、図６が定義する正の方向に増大し続ける。すなわち、パワーMOSFET２０１のオン時間dutyをどれだけ大きくしたとしても、チョークコイル２０６に流れる電流の極性が負に反転することはなく、すなわち電流共振型インバータが進相モードで動作することはない。これによって、パワーMOSFET２０１のオン時間dutyが特に大きくなる調光状態において、パワーMOSFET２０１の寄生ダイオードに大きな逆回復電流が流れてスイッチング損失が増大することを防ぐことができる。
【００６０】
前記の反面、点灯状態ではパワーMOSFET２０２のオン時間dutyが大きくなるため、共振用のチョークコイル２０６に流れる電流が、再度正へと極性を変える可能性がある。一般的な電流共振型インバータでは、この場合進相モードで動作することになり、パワーMOSFET２０２の寄生ダイオードに電流が流れる。その結果、パワーMOSFET２０１がオンする際に大きな逆回復電流が流れスイッチング損失が増大してしまう。
【００６１】
しかし、本実施例では、チョークコイル２０６に流れる電流の極性が再び正になったとしても、チョークコイル２０４に流れる電流がチョークコイル２０６、及びパワーMOSFET２０２に分流するため、パワーMOSFET２０２の寄生ダイオードに電流が流れることはない。
【実施例３】
【００６２】
図７は、本発明の第３の実施例を示す点灯装置である。図７の点灯装置において、前記の実施例１と異なる点は、ランプ点灯回路２００、フィラメント予熱回路３００に代えて、ランプ点灯回路２３０、フィラメント予熱回路３３０をそれぞれ接続した点である。また、ランプ点灯回路２３０、またはフィラメント予熱回路３３０の一方のみをランプ点灯回路２００、またはフィラメント予熱回路３００の代わりに利用した点灯装置も、本発明の実施例として考えられる。なお、図７には示していないが、図１に示したものと同一の制御手段４００を有する。
【００６３】
前記のランプ点灯回路２３０は、昇降圧チョッパ機能を備えたSEPP電流共振型インバータの構成をとっており、パワーMOSFET２０２が昇降圧チョッパ用スイッチとインバータ下アームスイッチの両者の役割を果たす。直流電源１００には、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、及びパワーMOSFET２０２の直列体、及びダイオード２３１とダイオード２３２の直列体がそれぞれ接続されている。このとき、ダイオード２３１のカソードが直流電源１００の＋側に、ダイオード２３２のアノードが直流電源１００の−側にそれぞれ接続される。
【００６４】
パワーMOSFET２０２のドレインとダイオード２３２のカソード間には、パワーMOSFET２０１と平滑コンデンサ２０５の直列体、及びダイオード２３３がそれぞれ接続されている。ダイオード２３３には、共振用チョークコイル２０６と共振用コンデンサ２０７の直列体も接続されている。
【００６５】
共振用コンデンサ２０７の端子間には、トランス２０９の１次巻線２１０、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２０８の直列体が接続されている。トランス２０９の２次巻線２１１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２１２の直列体が接続されている。
【００６６】
前記のフィラメント予熱回路３３０は、ランプ点灯回路２３０と同様に、昇降圧チョッパ機能を備えたSEPPインバータの構成をとっており、パワーMOSFET３０２が昇圧チョッパ用スイッチとインバータ下アームスイッチの両者の役割を果たす。
【００６７】
直流電源１００には、チョークコイル３０４、ダイオード３０３、及びパワーMOSFET３０２の直列体、及びダイオード３３１とダイオード３３２の直列体がそれぞれ接続されている。このとき、ダイオード３３１のカソードが直流電源１００の＋側に、ダイオード３３２のアノードが直流電源１００の−側にそれぞれ接続される。パワーMOSFET３０２のドレインとダイオード３３２のカソード間には、パワーMOSFET３０１と平滑コンデンサ３０５の直列体、及びダイオード３３３がそれぞれ接続されている。ダイオード３３３には、チョークコイル３０６とトランス３０７の１次巻線３０８の直列体も接続されている。
【００６８】
なお、チョークコイル３０６のインダクタンスとして、前記トランス３０７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３０６は不要である。トランス３０７は２つの２次巻線３０９、及び３１０を有し、２次巻線３０９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ためのコンデンサ３１１が直列に接続されており、また、２次巻線３１０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ためのコンデンサ３１２が直列に接続されている。
【００６９】
前記のランプ点灯回路２３０、及びフィラメント予熱回路３３０に含まれるパワーMOSFET２０１、２０２、３０１、３０２は、第１、第２の実施例と同様に、図示しない制御手段によって固定周波数で駆動される。
【００７０】
図８は、図７に示す回路の動作波形を、通常の点灯状態(a)、及び調光状態(b)に分けて示したものである。ここで、図８中の電流の正負として、ダイオードについては順方向を、その他の素子については、図７において上から下、または左から右へ流れる電流を正としている。図８の動作波形を用いながら、ランプ点灯回路２３０、フィラメント予熱回路３３０の順に動作を説明する。
〔ランプ点灯回路〕
ランプ点灯回路２３０は、以下の要領で昇降圧チョッパとして動作する。パワーMOSFET２０１がオフの状態でパワーMOSFET２０２がオンすると、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、パワーMOSFET２０２の経路で電流が流れ、チョークコイル２０４にエネルギーが蓄えられる。
【００７１】
その後、パワーMOSFET２０２をオフさせ、パワーMOSFET２０１をオンすると、チョークコイル２０４に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、パワーMOSFET２０１、平滑コンデンサ２０５、ダイオード２３１の経路で電流が流れ、平滑コンデンサ２０５を充電する。図８から、チョークコイル２０４に流れる電流が減少し始めると同時に、パワーMOSFET２０１には負の向きに、ダイオード２３１には順方向に、それぞれ電流が流れ始めることが確認できる。
【００７２】
その後、チョークコイル２０６に流れる電流の極性が反転すると、チョークコイル２０４に流れる電流は、それまで流れていた経路に加え、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７、ダイオード２３１の経路にも分流するようになる。
【００７３】
チョークコイル２０４に流れる電流が減少し、チョークコイル２０６に流れる電流と同じ大きさになった時点から、平滑コンデンサ２０５が放電を始め、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７、ダイオード２３１の経路のみに電流が流れる。以上のスイッチング動作を一定周波数で繰り返すことで、昇降圧チョッパとしての動作が行われ、パワーMOSFET２０１、及び２０２のオン時間dutyによって、平滑コンデンサ２０５の端子間電圧を制御できる。
【００７４】
前記のようにパワーMOSFET２０１、及び２０２を交互にオン・オフさせることで、ランプ点灯回路２３０は、平滑コンデンサ２０５の端子間電圧をDCリンク電圧とした電流共振型SEPPインバータとして動作する。
【００７５】
パワーMOSFET２０２がオフの状態でパワーMOSFET２０１がオンのとき、初めは、チョークコイル２０６に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル２０６、パワーMOSFET２０１、平滑コンデンサ２０５、コンデンサ２０７の経路で環流電流が流れる。これは、図８中のチョークコイル２０６、及びパワーMOSFET２０１に流れる電流の極性から確認できる。
【００７６】
チョークコイル２０６のエネルギー放出後は、平滑コンデンサ２０５、パワーMOSFET２０１、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル２０６にエネルギーが蓄えられる。これは、図８中のチョークコイル２０６、及びパワーMOSFET２０１に流れる電流の極性が、パワーMOSFET２０１のオン期間中に変化していることから確認できる。
【００７７】
パワーMOSFET２０１がオフになり、パワーMOSFET２０２がオンになると、初めは、チョークコイル２０６に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７、ダイオード２３３の経路で環流電流が流れる。図８から、パワーMOSFET２０２がオンすると同時に、ダイオード２３３に電流が流れ始めることを確認できる。この環流電流がコンデンサ２０７を充電し、チョークコイル２０６のエネルギーはコンデンサ２０７へと移動する。
【００７８】
その後、コンデンサ２０７に蓄えられたエネルギーによって、コンデンサ２０７、チョークコイル２０６、パワーMOSFET２０２、ダイオード２３２の経路で環流電流が流れる。図８から、パワーMOSFET２０２のオン期間中において、チョークコイル２０６に流れる電流の極性が変化すると同時にダイオード２３２に電流が流れ始め、かつパワーMOSFET２０２に流れる電流が増大することを確認できる。
【００７９】
前記の要領でランプ点灯回路２３０が電流共振型インバータとして動作することで、前記のランプ点灯回路２００と同様の要領で蛍光ランプ１０１にランプ電流が流れ、蛍光ランプ１０１は安定した点灯状態を保つ。ランプ点灯回路２３０は固定周波数で動作するため、ランプ電流の大きさはパワーMOSFET２０１、及び２０２のオン時間dutyによって、すなわちインバータのDCリンク電圧によって制御される。
〔フィラメント予熱回路〕
フィラメント予熱回路３３０は、ランプ点灯回路２３０と同様の要領で昇降圧チョッパとして動作し、パワーMOSFET３０１、及び３０２のオン時間dutyによって、平滑コンデンサ３０５の端子間電圧を制御できる。
【００８０】
フィラメント予熱回路３３０は、パワーMOSFET３０１、及び３０２のオン・オフ動作によって、平滑コンデンサ３０５の端子間電圧をDCリンク電圧としたSEPPインバータとして動作する。
【００８１】
パワーMOSFET３０１がオンのときは、平滑コンデンサ３０５、パワーMOSFET３０１、チョークコイル３０６、トランス３０７の１次巻線３０８の経路で電流が流れ、また、パワーMOSFET３０２がオンのときは、チョークコイル３０６、パワーMOSFET３０２、ダイオード３３２、トランス３０７の１次巻線３０８の経路、あるいは、チョークコイル３０６、トランス３０７の１次巻線３０８、ダイオード３３３の経路で、それぞれ電流が流れる。
【００８２】
前記の要領でフィラメント予熱回路３３０がインバータとして動作することで、トランス３０７の２つの２次巻線３０９、及び３１０を介して、蛍光ランプ１０１のフィラメント１０２、及び１０３にそれぞれ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。
【００８３】
フィラメント予熱回路３３０の駆動周波数は、常にランプ点灯回路２３０と同じ周波数に固定されるため、フィラメント電流の大きさはパワーMOSFET３０１、及び３０２のオン時間dutyによって、すなわちインバータのDCリンク電圧によって制御される。
〔蛍光ランプの調光制御〕
次に、図８の(a)点灯状態と(b)調光状態を比較しながら、固定周波数での熱陰極蛍光ランプの調光について説明する。
【００８４】
既に述べている通り、ランプ点灯回路２３０、フィラメント予熱回路３３０に含まれる全てのパワーMOSFETは、点灯状態、調光状態によらず常に一定の周波数で駆動される。さらに、図１の制御手段４００の構成、及び図８のパワーMOSFETのゲート信号から分かるように、パワーMOSFET２０１、及び３０２は同時にオンまたはオフし、パワーMOSFET２０２、及び３０１もまた同時にオンまたはオフする。つまり、ランプ点灯回路２３０とフィラメント予熱回路３３０における上下アームのパワーMOSFETは、互いに反転したduty比で動作する。
【００８５】
図８(a)の点灯状態では、パワーMOSFET２０２、及び３０１のオン時間dutyを、パワーMOSFET２０１、及び３０２のオン時間dutyより大きくする。このとき、既に記した２つの回路の昇降圧チョッパ動作に関して、ランプ点灯回路２３０は昇圧動作を行い、フィラメント予熱回路３３０は降圧動作を行う。これによって、インバータのDCリンク電圧は、フィラメント予熱回路３３０に比べてランプ点灯回路２３０の方が高くなる。２つの回路が前記の要領で動作することによって、図８(a)に示すようにランプ電流、及びフィラメント電流が流れ、ランプは安定した点灯状態を保つ。
【００８６】
図８(b)の調光状態では、点灯状態とは逆に、パワーMOSFET２０１、及び３０２のオン時間dutyを、パワーMOSFET２０２、及び３０１のオン時間dutyより大きくする。このとき、点灯状態とは逆にランプ点灯回路２３０は降圧動作を行い、フィラメント予熱回路３３０は昇圧動作を行う。
【００８７】
よって、点灯状態と比較して、ランプ点灯回路２３０ではインバータのDCリンク電圧が低くなり、フィラメント予熱回路３３０ではインバータのDCリンク電圧が高くなる。結果として、図８(b)に示すように、ランプ電流は点灯状態に比べて減少し、フィラメント電流は逆に増大する。
【００８８】
以上の回路動作に加えて、図示しない制御手段が第１、及び第２の実施例と同じ要領で動作することで、図８に示すように固定周波数での熱陰極蛍光ランプの調光が可能となり、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００８９】
図９は、ランプ点灯回路２３０のパワーMOSFET２０１、及びフィラメント予熱回路３３０のパワーMOSFET３０２を同じdutyで変化させた場合の、(a)各回路のインバータDCリンク電圧、(b)ランプ電流とフィラメント電流を、それぞれdutyが0.5の状態を1として正規化した値を示すグラフである。図９より、パワーMOSFET２０１、３０２のdutyを変化させると、各回路のDCリンク電圧、及びランプ電流とフィラメント電流はそれぞれ図３と同様に変化することを確認できる。
【００９０】
しかし、図３と図９において、dutyを同じだけ変化させたときのDCリンク電圧、ランプ電流、フィラメント電流の変化率は異なっている。これは、図３すなわち第１の実施例では２つのインバータが昇圧チョッパ機能を備えているのに対し、図９すなわち第３の実施例では２つのインバータ回路が昇降圧チョッパ機能を備えることによる。したがって、ランプ点灯回路２００、フィラメント予熱回路３００に代えてランプ点灯回路２３０、フィラメント予熱回路３３０を用いることで、dutyの変化に対する、ランプ電流、フィラメント電流の増減分を、回路要求に応じ広範囲に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１の実施例における回路図である。
【図２】本発明の第１の実施例における回路の動作波形図である。
【図３】本発明の第１の実施例における回路の動作を表すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施例における回路のPWM調光動作を表す波形図である。
【図５】本発明の第２の実施例における回路図である。
【図６】本発明の第２の実施例における回路の動作波形図である。
【図７】本発明の第３の実施例における回路図である。
【図８】本発明の第３の実施例における回路の動作波形図である。
【図９】本発明の第３の実施例における回路の動作を表すグラフである。
【符号の説明】
【００９２】
１００：直流電源
１０１：熱陰極蛍光ランプ
１０２、１０３：熱陰極蛍光ランプのフィラメント
２００、２２０、２３０：ランプ点灯回路
２０１、２０２、３０１、３０２：スイッチング素子
２０３、２３１、２３２、２３３、３０３、３３１、３３２、３３３：ダイオード
２０４、２０６、３０４、３０６：チョークコイル
２０５、２０７、２０８、２１２、３０５、３１１、３１２：コンデンサ
２０９、３０７：トランス
２１０、３０８：トランス１次巻線
２１１、３０９、３１０：トランス２次巻線
３００、３３０：フィラメント予熱回路
４００：制御手段
４０１：制御回路
４０２：反転器
Ａ：制御信号出力手段
Ｂ：反転制御信号出力手段
４０３、４０４、４０５、４０６：ゲートドライバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、直流電源電圧を直流／直流変換して出力する第１チョッパ回路と、２個のスイッチング素子の直列体である第１上下アームを有し前記第１チョッパ回路の直流電圧を直流／交流変換して熱陰極蛍光ランプに供給する第１インバータ回路とを有するランプ点灯回路と、
前記直流電源電圧を直流／直流変換して出力する第２チョッパ回路と、２個のスイッチング素子の直列体である第２上下アームを有し前記第２チョッパ回路の直流電圧を直流／交流変換して前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントに供給する第２インバータ回路とを有するフィラメント予熱回路と、
前記第１チョッパ回路および第１インバータ回路と、前記第２チョッパ回路および第２インバータ回路を駆動するとともに、前記第１チョッパ回路及び第２チョッパ回路を互いに反転したオン時間dutyおよび固定周波数で駆動する制御手段を備えたことを特徴とする蛍光ランプの点灯装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蛍光ランプの点灯装置において、 前記第１インバータ回路の第１上下アームにおける一方のスイッチング素子を、前記第１チョッパ回路の昇圧用スイッチング素子または昇降圧用スイッチング素子として共用し、前記第２インバータ回路の第２上下アームにおける一方のスイッチング素子を、前記第２チョッパ回路の昇圧用スイッチング素子または昇降圧用スイッチング素子として共用することを特徴とする蛍光ランプの点灯装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の蛍光ランプの点灯装置において、前記制御手段は、前記第１インバータ回路の第１上下アームの上側スイッチング素子と前記第２インバータ回路の第２上下アームの下側スイッチング素子を同時にオン・オフするパルス状の制御信号を出力する制御信号出力手段と、前記第１上下アームの下側スイッチング素子と前記第２上下アームの上側スイッチング素子を同時にオン・オフする前記制御信号を反転させた反転制御信号を出力する反転制御信号出力手段と、上位装置から与えられる調光用PWM信号に基づき、前記制御信号出力手段および反転制御信号出力手段に制御信号を出力する制御回路を有することを特徴とする蛍光ランプの点灯装置。
【請求項４】
請求項３に記載の蛍光ランプの点灯装置において、前記制御手段の制御回路は、上位装置から与えられる調光用PWM信号に基づいて前記熱陰極蛍光ランプの点灯状態及び調光状態を切り替えるパルス状の制御信号を出力し、点灯状態におけるパルス状制御信号のオン時間dutyに対して、調光状態でのオン時間dutyを小さく設定することを特徴とする蛍光ランプの点灯装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蛍光ランプの点灯装置において、前記第１インバータ回路の第１上下アームには並列にコンデンサを備え、第１上下アームの出力端子には共振用チョークコイルと共振用コンデンサから構成される共振回路を備え、前記共振用コンデンサには直列接続されたコンデンサとトランスの１次巻線が並列に接続され、前記トランスの２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプが接続され、前記第１上下アームの出力端子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備えることを特徴とする蛍光ランプの点灯装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蛍光ランプの点灯装置において、前記第２インバータ回路の第２上下アームには並列にコンデンサを備え、第２上下アームの出力端子には直列接続されたチョークコイルとトランスの１次巻線が並列に接続され、前記トランスには少なくとも２つの２次巻線を備え、該２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントが接続され、前記第２上下アームの出力端子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備えることを特徴とする蛍光ランプの点灯装置。
【請求項７】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蛍光ランプの点灯装置において、前記第１インバータ回路の第１上下アームには直列接続されたコンデンサが並列に接続され、第１上下アームの出力端子と前記コンデンサの接続点との間に共振用チョークコイルとトランスの１次巻線から構成される共振回路を備え、前記トランスの２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプが接続され、前記第１上下アームの出力端子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備えることを特徴とする蛍光ランプの点灯装置。
【請求項８】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蛍光ランプの点灯装置において、前記第１インバータ回路の第１上下アームにはコンデンサとダイオードの直列体が接続され、第１上下アームの下側スイッチング素子と前記ダイオードの両端が出力端子を構成し、出力端子には共振用チョークコイルと共振用コンデンサから構成される共振回路を備え、前記共振用コンデンサには直列接続されたコンデンサとトランスの１次巻線が並列に接続され、前記トランスの２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプが接続され、前記下側スイッチング素子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備え、前記出力端子には直列接続された前記チョッパ用チョークコイル及びダイオードと直列に、もう１つのダイオードが接続されることを特徴とする蛍光ランプの点灯装置。
【請求項９】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蛍光ランプの点灯装置において、前記第２インバータ回路の第２上下アームにはコンデンサとダイオードの直列体が接続され、第２上下アームの下側スイッチング素子と前記ダイオードの両端が出力端子を構成し、出力端子には直列接続されたチョークコイルとトランスの１次巻線が並列に接続され、前記トランスには少なくとも２つの２次巻線を備え、２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントが接続され、前記下側スイッチング素子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備え、前記出力端子には直列接続された前記チョッパ用チョークコイル及びダイオードと直列に、もう１つのダイオードが接続されることを特徴とする蛍光ランプの点灯装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の蛍光ランプの点灯装置を備えた蛍光ランプ。
【請求項１】
直流電源と、直流電源電圧を直流／直流変換して出力する第１チョッパ回路と、２個のスイッチング素子の直列体である第１上下アームを有し前記第１チョッパ回路の直流電圧を直流／交流変換して熱陰極蛍光ランプに供給する第１インバータ回路とを有するランプ点灯回路と、
前記直流電源電圧を直流／直流変換して出力する第２チョッパ回路と、２個のスイッチング素子の直列体である第２上下アームを有し前記第２チョッパ回路の直流電圧を直流／交流変換して前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントに供給する第２インバータ回路とを有するフィラメント予熱回路と、
前記第１チョッパ回路および第１インバータ回路と、前記第２チョッパ回路および第２インバータ回路を駆動するとともに、前記第１チョッパ回路及び第２チョッパ回路を互いに反転したオン時間dutyおよび固定周波数で駆動する制御手段を備えたことを特徴とする蛍光ランプの点灯装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蛍光ランプの点灯装置において、 前記第１インバータ回路の第１上下アームにおける一方のスイッチング素子を、前記第１チョッパ回路の昇圧用スイッチング素子または昇降圧用スイッチング素子として共用し、前記第２インバータ回路の第２上下アームにおける一方のスイッチング素子を、前記第２チョッパ回路の昇圧用スイッチング素子または昇降圧用スイッチング素子として共用することを特徴とする蛍光ランプの点灯装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の蛍光ランプの点灯装置において、前記制御手段は、前記第１インバータ回路の第１上下アームの上側スイッチング素子と前記第２インバータ回路の第２上下アームの下側スイッチング素子を同時にオン・オフするパルス状の制御信号を出力する制御信号出力手段と、前記第１上下アームの下側スイッチング素子と前記第２上下アームの上側スイッチング素子を同時にオン・オフする前記制御信号を反転させた反転制御信号を出力する反転制御信号出力手段と、上位装置から与えられる調光用PWM信号に基づき、前記制御信号出力手段および反転制御信号出力手段に制御信号を出力する制御回路を有することを特徴とする蛍光ランプの点灯装置。
【請求項４】
請求項３に記載の蛍光ランプの点灯装置において、前記制御手段の制御回路は、上位装置から与えられる調光用PWM信号に基づいて前記熱陰極蛍光ランプの点灯状態及び調光状態を切り替えるパルス状の制御信号を出力し、点灯状態におけるパルス状制御信号のオン時間dutyに対して、調光状態でのオン時間dutyを小さく設定することを特徴とする蛍光ランプの点灯装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蛍光ランプの点灯装置において、前記第１インバータ回路の第１上下アームには並列にコンデンサを備え、第１上下アームの出力端子には共振用チョークコイルと共振用コンデンサから構成される共振回路を備え、前記共振用コンデンサには直列接続されたコンデンサとトランスの１次巻線が並列に接続され、前記トランスの２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプが接続され、前記第１上下アームの出力端子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備えることを特徴とする蛍光ランプの点灯装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蛍光ランプの点灯装置において、前記第２インバータ回路の第２上下アームには並列にコンデンサを備え、第２上下アームの出力端子には直列接続されたチョークコイルとトランスの１次巻線が並列に接続され、前記トランスには少なくとも２つの２次巻線を備え、該２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントが接続され、前記第２上下アームの出力端子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備えることを特徴とする蛍光ランプの点灯装置。
【請求項７】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蛍光ランプの点灯装置において、前記第１インバータ回路の第１上下アームには直列接続されたコンデンサが並列に接続され、第１上下アームの出力端子と前記コンデンサの接続点との間に共振用チョークコイルとトランスの１次巻線から構成される共振回路を備え、前記トランスの２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプが接続され、前記第１上下アームの出力端子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備えることを特徴とする蛍光ランプの点灯装置。
【請求項８】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蛍光ランプの点灯装置において、前記第１インバータ回路の第１上下アームにはコンデンサとダイオードの直列体が接続され、第１上下アームの下側スイッチング素子と前記ダイオードの両端が出力端子を構成し、出力端子には共振用チョークコイルと共振用コンデンサから構成される共振回路を備え、前記共振用コンデンサには直列接続されたコンデンサとトランスの１次巻線が並列に接続され、前記トランスの２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプが接続され、前記下側スイッチング素子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備え、前記出力端子には直列接続された前記チョッパ用チョークコイル及びダイオードと直列に、もう１つのダイオードが接続されることを特徴とする蛍光ランプの点灯装置。
【請求項９】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蛍光ランプの点灯装置において、前記第２インバータ回路の第２上下アームにはコンデンサとダイオードの直列体が接続され、第２上下アームの下側スイッチング素子と前記ダイオードの両端が出力端子を構成し、出力端子には直列接続されたチョークコイルとトランスの１次巻線が並列に接続され、前記トランスには少なくとも２つの２次巻線を備え、２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントが接続され、前記下側スイッチング素子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備え、前記出力端子には直列接続された前記チョッパ用チョークコイル及びダイオードと直列に、もう１つのダイオードが接続されることを特徴とする蛍光ランプの点灯装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の蛍光ランプの点灯装置を備えた蛍光ランプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−４０３７１（Ｐ２０１０−４０３７１Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０２９５４（Ｐ２００８−２０２９５４）
【出願日】平成２０年８月６日（２００８．８．６）
【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２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月６日（２００８．８．６）
【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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