JP2002289342A - 電界発光ランプパネルのスイッチ方式エネルギー回収 - Google Patents
電界発光ランプパネルのスイッチ方式エネルギー回収Info
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Abstract
放電サイクル時に散逸する恐れのある電荷を回収する。 【解決手段】 低電圧源に結合され、電界発光ランプを
駆動する装置であって、第1コンデンサーと、この第1
コンデンサーの両端に切り換え自在に電界発光ランプパ
ネルを接続するスイッチング回路とを有する装置と、電
界発光ランプパネルおよび第1コンデンサーに結合さ
れ、上記放電動作サイクル時に、電荷を電界発光ランプ
パネルから第1コンデンサーに伝達する昇圧コンバータ
とで構成した駆動回路である。
Description
光ランプパネルに関し、より特定すれば、駆動回路の放
電サイクル時に散逸する恐れがある、これらパネルに蓄
積されたエネルギーを回収することに関する。
サーとして作用する。すべてのコンデンサーがそうであ
るように、これらランプは電圧電荷としてエネルギーを
蓄積する。通常の電界発光ランプの駆動回路を使用した
場合、この電荷は、放電サイクル時に散逸し、従って電
荷損失が生じる。
知られている回路で、具体名を出すと、Superte
x HV803やToko TK659XXである。こ
れら回路の代表的なものを図1に示す。この回路におい
て、各コンポーネントL1、S0,D1およびC1が、
低電圧(6ボルト未満)を受け取り、これをコンデンサ
ーC1で20〜100ボルトまで昇圧する高電圧昇圧コ
ンバータを構成する。また、コンポーネントS1、S
2、S3およびS4がH−ブリッジ回路を構成する。そ
してこの回路を使用して、コンデンサーC1の高いDC
電圧を整流し、コンデンサーC1のDC電圧よりほぼ2
倍高いAC電圧を電界発光ランプコンデンサー(Cラン
プ)の両端に印加する。このAC電圧がコンデンサーC
_lamp(ランプ)を充放電する。放電サイクル時
に、コンデンサーCに蓄積されたエネルギーがコンポー
ネントS3およびS4に散逸する。
プコンデンサーC_lampから、高電圧電荷として存
在するこのエネルギーを回収し、これを再使用して、電
界発光ランプ駆動システム全体の効率を改善することが
有利である。すなわち、本発明は、この失われるエネル
ギーを回収する回路に関する。この回路は、高電圧に駆
動される大型の電界発光ランプに使用するのが好まし
い。
逸したエネルギーを回収する高電圧方法〜低電圧方法の
実施態様について説明する。高電圧方法では、一般に、
エネルギーを電界発光ランプ駆動回路または電界発光コ
ンデンサーの高電圧ノードに戻す。一方、低電圧方法で
は、エネルギーを低電圧源に戻す。
を利用する電界発光ランプ駆動回路を示す図2について
説明する。この実施態様では、第2の昇圧コンバータを
使用して、電界発光ランプに電荷を放電し、エネルギー
をコンデンサーC1に戻す。この方法では、電界発光ラン
プに対するピーク・ピーク電圧が高くなる。図5の波形
図に示すように、正常な場合には、H−ブリッジが作動
し、コンデンサーC_lampを充電する。コンデンサ
ーC_lampを放電する場合には、スイッチS5が閉
じた状態でスイッチS1のみが開き、これによってコン
ポーネントL2、S7およびD2を使用する昇圧コンバ
ータの入力にコンデンサーC_lampの電圧を印加す
る。コンデンサーC_lampからのコンデンサーC1
へのエネルギーの伝達効率が最大化するようにスイッチ
S7のスイッチング回数および負荷サイクルを選定す
る。コンデンサーC_lampの電圧のほとんどを伝達
した後、スイッチS3を閉じた状態でスイッチS5を開
き、コンデンサーC_lampを完全放電する。スイッ
チS7を上記と同様に作動させた状態で、スイッチS4
開きかつスイッチS6を閉じることによって、H−ブリ
ッジの反対側で充電サイクルを繰り返す。コンデンサー
C_lampがほぼ充電した後、スイッチS6を開きか
つスイッチS4を閉じ、続いてスイッチS3を開きかつ
スイッチS1を閉じると、コンデンサーC_lampの
別なAC電圧サイクルが開始する。コンデンサーC_l
ampが放電している状態で、スイッチS5またはS6
を閉じた場合、図5の波形図に示すように、電荷回収の
利点は、コンデンサーC1の電圧の昇圧速度が高くなる
形で現れる。
用する電界発光ランプ駆動回路を図3に示す。この実施
態様では、エネルギー伝達コンデンサーC_ETを第2
昇圧コンバータに設け、電界発光ランプパネル電圧の放
電率を制御する。図9〜11について以下に説明するよ
うに、スイッチS8〜S11を制御する。
としてメイン昇圧コンバータと一体化した電界発光ラン
プ駆動回路を図4に示す。この回路の場合、外部コンポ
ーネントの数を減らすことができるが、電荷回収回路と
メイン昇圧コンバータとの間で同期が必要である。誘導
子L1およびL3には、同じ磁心を使用することができ
る。スイッチS0〜S6に関しては、図4の回路の動作
は、図2の電界発光ランプ駆動回路の動作と同じであ
る。ただし、スイッチS8の動作については異なる。す
なわち、このスイッチS8はスイッチS0と同期する必
要がある。誘導子L3に流れ始める電流が、誘導子L1
に逆流するのではなく、スイッチS0を介して低電圧源
Vddに流れるように、スイッチS0を閉じた後に、ス
イッチS8を閉じる必要がある。さらに、ダイオードD
1の陽極電圧が確実に低電圧源Vdd未満のレベルまで
下がるように、スイッチS0が開いた後の短い時間スイ
ッチS8の閉じた状態を維持する必要がある。
発光ランプ駆動回路を図6に示す。この実施態様では、
ある特定のサイクルでエネルギーをこの保持回路に伝達
し、後のサイクルでこの保持回路からエネルギーをコン
デンサーC_lampに戻す。ここで、スイッチS2お
よびS3が閉じ、その他のすべてのスイッチが開いてい
るこの回路の初期状態では、ダイオードD2およびスイ
ッチS2、S3を流れる電流によって、コンデンサーC
_lampが高電圧レールHノードの電圧まで充電す
る。次に、スイッチS2およびS3を開き、スイッチS
5を閉じると、コンデンサーC_lampの右側端子が
実質的に高電圧レールHVノードに接続し、コンデンサ
ーC_lampの左側端子の電圧が高電圧レールHVノ
ードの電圧よりある量だけ高くなる。この位相では、ダ
イオードD4が順バイアスになり、電流がコンデンサー
C_lampからエネルギー回収コンデンサーC_ERに
流れる。コンデンサーC_ERの電圧は、電圧が平衡に
達するまで高くなる。ここでは、スイッチS4が閉じ、
そしてスイッチS5が閉じた状態を維持する。次に、ダ
イオードD3およびスイッチS4、S5を流れる電流に
よって、コンデンサーC_lampを高電圧レールHV
ノードの電圧まで充電する。次に、スイッチS7を閉じ
ることによって、コンデンサーC_ERのエネルギーの
一部をコンデンサーC_lampに戻す。以上説明し
た、図6の回路の動作を、波形をシュミュレーションし
た結果を示す図7に示す。
電界効果ランプ駆動回路を図8に示す。この実施態様で
は、切り換え式コンデンサー/誘導子構成を介して電界
発光ランプパネルからエネルギー伝達することによっ
て、電流を低電圧減Vに戻す。この回路は電流制限回路
と呼ぶことができる。というのは、回路のトポロジーお
よびクロック周波数によって戻り電流が設定されるから
である。四つのスイッチングサイクルからなる群を反復
使用すると、電界発光ランプパネルと低電圧源Vとの間
でエネルギーを伝達することができる。
サーC_lampに存在する。この電荷は、上記のよう
なH−ブリッジ回路か、あるいはその他の回路構成によ
って初期に蓄積したものであってよい。また、エネルギ
ー伝達コンデンサーC_ETには初期電流がなく、エネ
ルギー伝達誘導子L_ETには初期電流があってもなく
てもよい。
路の動作の第1サイクル時、スイッチS1およびS2が
閉じ、電流がコンデンサーC_lampからスイッチS
1、コンデンサーC_ET、スイッチS2、誘導子L_E
Tおよび低電圧減Vに流れ始める。このサイクルの間
に、エネルギーが低電圧源Vにその正端子に流れる電流
によって伝達される。
スイッチS1およびS2を開き、図10に示すように、
図8に示した回路の動作の第2サイクルが開始する。こ
の時点で、既に電荷がコンデンサーC_ETに発生し、
電流が誘導子L_ETに流れる。この電流は、誘導子L_
ETが供給するエネルギーが低電圧源Vに伝達されてい
る間は、再循環ダイオードDRに流れ続ける。この動作
の第2サイクルの間、コンデンサーC_ETの電荷およ
びエネルギー(0.5CV2)は比較的一定な状態にあ
る。
は、図11に示すように、伝達制御器がスイッチS3お
よびS4を閉じ、コンデンサーC_ETから電流がスイ
ッチS3、誘導子L_ET、スイッチS4に流れ、コン
デンサーC_ETに戻る。コンデンサーC_ETに蓄積さ
れたエネルギーは、従って、誘導子L_ETを介して低
電圧源Vに伝達されることになる。
は、図10に示すように、伝達制御器がスイッチS3お
よびS4を開く。この時点では、コンデンサーC_ET
の電圧はゼロである。誘導子L_ETに流れる電流が、
再循環ダイオードDRに流れ続けるため、エネルギーが
誘導子L_ETから低電圧源Vに伝達されることにな
る。
サーC_lampから低電圧源Vに増分的にエネルギー
が伝達される。この増分的伝達は、近似式E=0.5*
C_ET*(V_el)2によって近似することができ
る。図8に示した回路のある駆動方法では、第1サイク
ルおよび第3サイクルのみを連続的に行なってもよい。
デンサーC_lampの電圧は、Vint*(C_lam
p/(C_lamp+C_ET))で表される量だけ降下
する。4つのサイクルからなる各群の反復回数を調節す
ることによって、伝達制御器によりコンデンサーC_l
ampの電圧の減衰率を調節できる。コンデンサーC_
ETが、実際のスイッチング回数でこの制御を容易にす
る。例えば、誘導子L_ETのみを使用し、コンデンサ
ーC_ETを使用しない場合には、コンデンサーC_la
mpについて同じ放電プロファイルを実現するために、
通常回数のほぼ20倍の回数スイッチ網を作動する必要
がある。
行なった、図8に示した回路の1msec.動作時のシ
ュミュレーションの結果を示す。80nf.コンデンサ
ーC_lampの初期電荷は100ボルトである。伝達
制御器は、2つの出力の位相が180°ずれているデュ
アルクロックソースのもので、クロック周波数は1mH
zで一定である。上部の波形は、電流が低圧源Vにもど
ることを示している。中心波形は、コンデンサーC_l
ampからエネルギーが取り去られるに従って、このコ
ンデンサーの電圧減衰が指数関数的であることを示して
いる。
変化させ、図13に示すように、コンデンサーC_la
mpの放電の波形を変えることもできる。図13の波形
は、伝達制御器の周波数が経時的に線形状に高くなる点
を除けば、図12の波形と同じ回路から発生し、コンデ
ンサーC_lampからエネルギーが取り去られるのに
従って、このコンデンサーの電圧減衰の形が凸状にな
る。
は、図14に示すように、誘導子L_ETが昇圧コンバ
ータ誘導子L_ET_Bとして働く。この構成では、誘導
子L_ET_Bをもつ第1トポロジーが、スイッチBoo
st_FETと併用された形で、昇圧コンバータを構成
する。あるいは、誘導子L_ET_Bをもつ第2トポロジ
ーが、コンデンサーC_ET、スイッチS1〜S4およ
び伝達制御器と併用された形で、低電圧エネルギー回収
回路を構成する。例えば、2つの動作位相を使用して、
コンデンサーC_lampの両端にAC波形を発生する
システムをここで考える。第1の位相では、上記の第1
トポロジーが用いられ、図1に示すように、場合によっ
てはスイッチングブリッジを介して、昇圧コンバータの
出力によって第1トポロジーを充電する。第2の位相で
は、上記の第2トポロジーが用いられ、図8に示したエ
ネルギー回収トポロジーおよび方法によってコンデンサ
ーC_lampを放電する。これら2つの位相を所定レ
ートで反復して、コンデンサーC_lamp両端の電圧
を所望の周波数で昇圧および降圧する。
を回収できない、代表的な従来例である電界発光ランプ
駆動回路を示す回路図である。
チ方式電荷回収を利用する電界発光ランプ駆動回路を示
す概略図である。
達コンデンサーを利用する電界発光ランプ駆動回路を示
す概略図である。
スイッチ方式電荷回収を利用する電界発光ランプ駆動回
路を示す概略図である。
波形の代表例を示す波形図である。
式エネルギー回収を利用する電界発光ランプ駆動回路を
示す概略図である。
ュレーション波形を示す波形図である。
チ方式電荷回収を利用する電界発光ランプ駆動回路を示
す概略図である。
価回路を示す概略図である。
路の等価回路を示す概略図である。
等価回路を示す概略図である。
な場合における、低電圧源に電流として戻される電界発
光ランプパネルエネルギーのシュミュレーション結果を
示す波形図である。
なる場合における、低電圧源に電流として戻される電界
発光ランプパネルエネルギーのシュミュレーション結果
を示す波形図である。
ータと一体化した低電圧スイッチ方式電荷回収を利用す
る電界発光ランプ駆動回路を示す概略図である。
Claims (28)
- 【請求項1】 放電動作サイクル時に、電界発光ランプ
パネルに蓄積された電荷を回収する高電圧スイッチ方式
回収を利用する電界発光ランプパネルを駆動する回路に
おいて、 低電圧源に結合され、電界発光ランプを駆動する装置で
あって、第1コンデンサーと、この第1コンデンサーの
両端に切り換え自在に電界発光ランプパネルを接続する
スイッチング回路とを有する装置と、 電界発光ランプパネルおよび第1コンデンサーに結合さ
れ、上記放電動作サイクル時に、電荷を電界発光ランプ
パネルから第1コンデンサーに伝達する昇圧コンバータ
とを有することを特徴とする駆動回路。 - 【請求項2】 上記昇圧コンバータは上記装置と同期作
動する請求項1記載の駆動回路。 - 【請求項3】 さらに、複数のスイッチと併用された形
で第2コンデンサーを有し、上記放電動作サイクル時
に、電界発光ランプパネルから第1コンデンサーへの電
荷の伝達率を制御する請求項1記載の駆動回路。 - 【請求項4】 さらに、複数のスイッチと併用された形
で第2コンデンサーを有し、上記放電動作サイクル時
に、電界発光ランプパネルから第1コンデンサーへの電
荷の伝達率を制御する請求項2記載の駆動回路。 - 【請求項5】 電界発光ランプパネルに蓄積された電荷
を回収する高電圧スイッチ方式回収を利用する電界発光
ランプパネルを駆動する回路において、 低電圧源に結合され、電界発光ランプを駆動する装置で
あって、第1コンデンサーと、電界発光ランプパネルに
結合されたスイッチング回路とを有する装置と、 電界発光ランプパネルに切り換え自在に連結され、回路
のある特定動作サイクル時に電荷を電界発光ランプパネ
ルから伝達するとともに、回路の後の動作サイクル時に
電荷を電界発光ランプパネルに伝達する第2コンデンサ
ーとを有することを特徴とする駆動回路。 - 【請求項6】 ひとつかそれ以上の動作サイクル時に、
電界発光ランプパネルに蓄積された電荷を回収する低電
圧スイッチ方式回収を利用する電界発光ランプパネルを
駆動する回路において、 低電圧源と、 この低電圧源に結合されたエネルギー伝達誘導子と、 エネルギー蓄積誘導子および電界発光ランプパネルに切
り換え自在に結合され、電界発光ランプパネルから低電
圧源へ電荷を制御自在に伝達する伝達制御器とを有する
ことを特徴とする駆動回路。 - 【請求項7】 さらに、エネルギー伝達誘導子および電
界発光ランプパネルに切り換え自在に結合されたエネル
ギー伝達コンデンサーを有する請求項6記載の駆動回
路。 - 【請求項8】 ひとつかそれ以上の動作サイクル時に、
電界発光ランプパネルに蓄積された電荷を回収する低電
圧スイッチ方式回収を利用する電界発光ランプパネルを
駆動する回路において、 低電圧源と、 この低電圧源に結合されたエネルギー伝達コンデンサー
と、 エネルギー蓄積コンデンサーおよび電界発光ランプパネ
ルに切り換え自在に結合され、電界発光ランプパネルか
ら低電圧源への電荷の伝達を制御する伝達制御器とを有
することを特徴とする駆動回路。 - 【請求項9】 上記伝達制御器は一定の周波数で動作す
る請求項6記載の駆動回路。 - 【請求項10】 上記伝達制御器は、位相が相互に18
0°ずれている2つの出力をもつデュアルクロックソー
スを有する請求項9記載の駆動回路。 - 【請求項11】 上記伝達制御器は一定の周波数で動作
する請求項7記載の駆動回路。 - 【請求項12】 上記伝達制御器は、位相が相互に18
0°ずれている2つの出力をもつデュアルクロックソー
スを有する請求項11記載の駆動回路。 - 【請求項13】 上記伝達制御器は一定の周波数で動作
する請求項8記載の駆動回路。 - 【請求項14】 上記伝達制御器は、位相が相互に18
0°ずれている2つの出力をもつデュアルクロックソー
スを有する請求項13記載の駆動回路。 - 【請求項15】 上記制御器は経時変化する周波数で動
作する請求項6記載の駆動回路。 - 【請求項16】 上記制御器は経時変化する周波数で動
作する請求項7記載の駆動回路。 - 【請求項17】 上記制御器は経時変化する周波数で動
作する請求項8記載の駆動回路。 - 【請求項18】 上記周波数は経時的に線形に高くなる
請求項15記載の駆動回路。 - 【請求項19】 上記周波数は経時的に線形に高くなる
請求項16記載の駆動回路。 - 【請求項20】 上記周波数は経時的に線形に高くなる
請求項17記載の駆動回路。 - 【請求項21】 ひとつかそれ以上の動作サイクル時
に、電界発光ランプパネルに蓄積された電荷を回収する
低電圧スイッチ方式回収を利用する電界発光ランプパネ
ルを駆動する回路において、 低電圧源と、 電界発光ランプを駆動するために低電圧源に結合され、
誘導子、スイッチ、ダイオードおよび第1コンデンサー
を有する昇圧コンバータと、 この誘導子に切り換え自在に結合された第2コンデンサ
ーと、 誘導子、第2コンデンサーおよび電界発光ランプパネル
に切り換え自在に結合され、電界発光ランプパネルから
低電圧源への電荷の伝達を制御する伝達制御器とを有す
ることを特徴とする駆動回路。 - 【請求項22】 電界発光ランプパネルに蓄積されたエ
ネルギーを回収する方法において、 電界発光ランプパネルの両端間に存在する第1電圧をス
イッチ方式エネルギー変換回路の入力に印加し、 このスイッチ方式エネルギー変換回路を作動して、第1
電圧を表すエネルギーを第1電圧より高い第2電圧に変
換し、 この第2電圧を蓄積装置に印加し、そしてこの蓄積装置
に蓄積されたエネルギーを電界発光ランプパネルに戻す
ことからなることを特徴とする回収方法。 - 【請求項23】 電界発光ランプパネルに蓄積されたエ
ネルギーを回収する方法において、 電界発光ランプパネルの両端間に存在する第1電圧をス
イッチ方式エネルギー変換回路の入力に印加し、 このスイッチ方式エネルギー変換回路を作動して、第1
電圧を表すエネルギーを第1電圧より高い第2電圧に変
換し、 この第2電圧を蓄積装置に印加し、そしてこの蓄積装置
に蓄積されたエネルギーを電界発光ランプパネル駆動回
路に戻すことからなることを特徴とする回収方法。 - 【請求項24】 電界発光ランプパネルに蓄積されたエ
ネルギーを回収する方法において、 電界発光ランプパネルの両端間に存在する第1電圧をス
イッチ方式エネルギー変換回路の入力に印加し、 このスイッチ方式エネルギー変換回路を作動して、第1
電圧を表すエネルギーを第1電圧より高い第2電圧に変
換し、 この第2電圧を蓄積装置に印加し、そしてこの蓄積装置
に蓄積されたエネルギーを電界発光ランプパネルおよび
電界発光ランプパネル駆動回路に戻すことからなること
を特徴とする回収方法。 - 【請求項25】 電界発光ランプパネルに蓄積されたエ
ネルギーを回収する方法において、 電界発光ランプパネルの両端間に存在する第1電圧をス
イッチ方式エネルギー変換回路の入力に印加し、 このスイッチ方式エネルギー変換回路を作動して、第1
電圧を表すエネルギーを電流に変換し、そしてこの電流
を電界発光ランプパネルの動作電圧源に供給することに
よって、電界発光ランプパネルの作動に必要な、この動
作電圧源からの平均出力電流を小さくすることからなる
ことを特徴とする回収方法。 - 【請求項26】 さらに、上記動作電圧源に供給される
電流の振幅対時間特性を制御する工程を有する請求項2
5記載の回収方法。 - 【請求項27】 上記装置は、誘導子、スイッチおよび
ダイオードをもつ一次昇圧コンバータを有する請求項1
記載の駆動回路。 - 【請求項28】 上記装置は、誘導子、スイッチおよび
ダイオードをもつ一次昇圧コンバータを有する請求項5
記載の駆動回路。
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