JP2005507145A - 負荷駆動システム - Google Patents
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Abstract
変圧器の二次側に接続された第1のインピーダンス(14)および第2のインピーダンス(16)を備え、前記第2のインピーダンスは前記第1のインピーダンスに比較してフェーズシフトされた値を有する。二つのランプ負荷(18,20)は、共に直列に接続され、そして第1のインピーダンス(14)および第2のインピーダンス(16)並びに前記変圧器に並列に接続される。インピーダンス間のフェーズシフトは、変圧器が、直列接続されたランプを点灯するために倍の点灯電圧を供給する必要がないことを保証する。第1および第2のインピーダンス間の差は、ランプが特定のシーケンスで点灯することを保証する。
Description
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の負荷を駆動するための方法に関し、更に詳しくは、直列に接続された二つのランプ負荷を駆動するための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
CCFL(cold cathode fluorescent lamp;冷陰極蛍光ランプ)は、ディスプレイパネルに広く採用されている。CCFLは、点灯(strike)させるために約1500ボルト(RMS)を必要とし、定常動作に約800ボルト(RMS)を必要とする。二つのCCFLを必要とするディスプレイにおいて、従来技術では、ランプを昇圧用変圧器(step-up transformer)の二次側に並列に接続する。複数ランプシステムにおいて、それらのランプを駆動するための従来技術では、互いに並列にして共に変圧器に接続する。これは点灯動作(strike)の間の電圧制御を保証するが、この接続形態(topology)は、また、ランプに対するインピーダンス整合回路を必要とする。また、この接続形態における電流制御は、各ランプの電流状態をモニタしなければならないので困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
従って、直列接続されたランプに対する電流制御が理想的であるので、ランプを直列に接続することが望ましい。しかしながら、ランプを直列に接続することは、各ランプに多様な点灯電圧(a multiple of strike voltage)を供給することを変圧器に要求する。これは、明らかに、ほとんどの変圧器が点灯するための3000Vrmsを供給することができず又は法外に高価であるために、受け入れ難い。従って、倍の点灯電圧を発生することを変圧器に負担させることなく、直列に接続された二つのランプを駆動することができるランプ駆動システムを提供することが要請されている。
【課題を解決するための手段】
【0004】
従って、本発明は、変圧器と、第2のインピーダンスネットワークに直列に接続された第1のインピーダンスネットワークとを備え、前記第2のインピーダンスネットワークは、前記第1のインピーダンスネットワークに対してフェーズシフトされ、前記第1および第2のインピーダンスネットワークが電源に並列に接続された負荷駆動システムを提供する。第1の負荷は第2の負荷に直列に接続され、前記第1および第2の負荷は、前記第1および第2のインピーダンスネットワークに並列に接続される。
【0005】
他の実施形態において、本発明は、第2のインピーダンスネットワークに直列に接続された第1のインピーダンスネットワークと、第2の負荷に直列に接続された第1の負荷とを備え、前記第2のインピーダンスネットワークは、前記第1のインピーダンスネットワークに対しフェーズシフトされ、前記第1および第2のインピーダンスネットワークは電源に並列に接続され、前記第1および第2の負荷は、前記第1および第2のインピーダンスネットワークに並列に接続された回路を提供する。
【0006】
本発明において、前記第1および第2のインピーダンスネットワーク間のフェーズ差は、電源が直列接続された負荷に極めて小さな電圧を供給することを保証する。また、他の代表的な実施形態においては、第1および第2のインピーダンス間の抵抗差は、望ましい負荷点灯シーケンスを保証する。
【0007】
以下の詳細な説明は、好ましい実施形態を参照してなされるが、本発明はこれらの好ましい実施形態に限定されるものではないことは当業者には理解できるであろう。本発明の他の特徴および利点は、図面を参照することにより、以下の詳細な説明の進行に従って明らかとなるであろう。図面において、同様の番号は同様のパートを表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
図1は、本発明による一つの代表的な負荷駆動システム10のブロック図である。更に詳しくは、システム10は代表的なランプ駆動システムである。この代表的実施形態における負荷は、直列に接続された二つのランプ、即ちランプ1とランプ2とを備えるが、本発明は、如何なる特殊な負荷をも包含するように広く解釈される。変圧器12は、負荷であるランプ1およびランプ2に対し昇圧電源(step-up power source)を供給する。以下の説明では、変圧器は電源として包括的に参照され、且つ、そのように広く解釈されるべきである。当業者であれば、変圧器12の一次側を駆動するために従来のインバータの接続形態を使用してもよいことが理解できるであろう。このようなインバータ接続形態は、プッシュプル、ロイヤー、ハーフブリッジ、フルブリッジ等を含み、そして、このような全てのインバータは、本発明のランプ駆動システム10で使用してもよい。概要として、本明細書で表されたシステム10は、変圧器の二次側の倍の電圧出力を必要とすることなく、二つのランプが直列に接続されることを可能とする。本明細書では冷陰極蛍光ランプ(CCFL)を参照して代表的な実施形態を説明するが、本発明は任意のタイプの負荷に適用可能である。
【0009】
システム10は、フェーズシフト(phase-shifted)されたローインピーダンスネットワーク16に直列に接続されたハイインピーダンスネットワーク14を備える。これら二つのネットワークは、共に、変圧器12の二次側に並列に接続される。ランプ18およびランプ20(本明細書ではランプ1およびランプ2としても参照される)は互いに直列に接続され、且つインピーダンスネットワーク14および16をはさんで互いに並列に接続されている。ランプ1はインピーダンスネットワーク14をはさんで(以下で述べるように、ローインピーダンスネットワーク16をはさんだリターンパスと)並列に接続され、且つランプ2は、フェーズシフトされたローインピーダンスネットワーク16をはさんで並列に接続される。ランプ1の“ハイ”側は変圧器12の上側(upper side)に接続され、且つランプ2は、変圧器12の下側(lower side)に接続された“ハイ”側を備えることに留意されたい。電圧フィードバック回路24は、ハイインピーダンスネットワーク14およびフェーズシフトされたローインピーダンスネットワーク16に接続され、ランプ1またはランプ2に現れる電圧を示す電圧フィードバック信号FBvを発生する。この電圧フィードバック回路は、従来技術において知られているようなピーク検出器または他のタイプの回路を備えてもよい。電流センス回路22は、ランプ2のロー側に接続され、ランプ2に供給される電力を示す電流フィードバック信号FBcを発生する。電圧フィードバック信号および電流フィードバック信号は、本技術分野で理解されるように、通常、変圧器によって供給される電力および電圧を調整するためにインバータ(図示なし)によって利用される。本発明についての電圧および電流フィードバック情報の特定の利用は以下に詳細に説明されるであろう。
【0010】
本発明は、ハイインピーダンスネットワーク14およびローインピーダンスネットワーク16を採用する。加えて、ネットワーク16は、ネットワーク14に対しフェーズシフトされている。ネットワーク14は、実成分(抵抗)を備え、ネットワーク16は、ネットワーク14とネットワーク16との間に全フェーズ差(overall phase difference)が存在するとすれば純粋に無効成分から構成され、又は、実成分(real component)および無効成分(reactive component)から構成される。ネットワーク16はネットワーク14に対しフェーズシフトされているので、組み合わされたネットワーク14およびネットワーク16をはさんで発生される全電圧(Vt)は次の数式1で与えられる。
Vt=√(x2+y2) ・・・(式1)
ここで、xは(実)ハイインピーダンスネットワークをはさんで発生される電圧であり、そして、yはフェーズシフトされた(無効)インピーダンスネットワークをはさんで発生される電圧である。
【0011】
<ランプ点灯および動作シーケンス>
ランプ駆動システム10の動作特性を以下に述べる。CCFLは、点灯に約1500Vrmsを必要とし、そして動作電圧に約800Vrmsを必要とする。初期には、点灯電圧は変圧器12の二次側に印加される。ネットワーク14の抵抗はネットワーク16の抵抗よりも大きいため、ハイインピーダンスネットワーク14はこの電圧の大部分を入力する。二つの電圧ドロップが(ネットワーク14およびネットワーク16をはさんで)存在するので、変圧器は、ネットワーク16において失われる電圧をランプ1の点灯電圧に加えた電圧と等しい電圧を供給する。この電圧は、Vtについて上述した数式によって決定される。ランプ2はランプ1が点灯するまではリターンパスを持たない。なぜなら、(点灯前の)ランプ1のハイインピーダンス及び(ネットワーク16と比較した)ネットワーク14のハイインピーダンスがランプ2を孤立(isolate)させるからである。
【0012】
ランプ2を点灯させるための電圧は、ランプ1を点灯するための電圧に概ね等しく、例えば1500Vrmsである。ランプ1は既に点灯されているので、ネットワーク14をはさんで約800Vrmsの動作電圧が存在する。従って、コントローラは、ランプ2に対する追加的な点灯電圧を供給する必要がある。この点灯電圧は、ネットワーク14および16をはさんだ電圧であり、即ちこの電圧は、√(15002+8002)、または約1700Vである。上述の数値例は、フェーズ(phased)されたローインピーダンスネットワーク16における純粋な無効負荷(reactive load)を想定している。従って、直列に接続されたランプを点灯するために3000Vrmsを供給することを必要とするのではなく、本発明のシステム10は、システムコンポーネントおよび変圧器の電圧要件を著しく低減する。
【0013】
ネットワーク14およびネットワーク16のインピーダンスの差は、望ましい点灯シーケンスを保証する。上述した代表的システム10において、ランプ1が、ネットワーク16を通じたリターンパスで最初に点灯する。従って、通常、ネットワーク16のインピーダンス値はランプ1についてリターンパスを保証するように選択される。このインピーダンス値は、また、動作周波数の関数であり、従ってシステム10の周波数特性に応じて変えてもよい。ランプ1およびランプ2の間の点灯シーケンスを保証するため、定性的に、二つのネットワークの抵抗値は、変圧器によって供給される電圧の大部分をネットワーク14が初期に受け取るように選択される。上記電圧の大部分がより大きくなること(即ち、ネットワーク14およびネットワーク16の間の抵抗値がより大きくなること)は、変圧器が初期に発生しなければならない電圧が小さくなることを意味する。ネットワーク14およびネットワーク16の間のフェーズ差は、変圧器から倍の電圧出力を必要とすることなく、本発明が直列に接続された二つのランプを動作させるために数式1を利用することを可能にする。
【0014】
<ベストモードの実施>
図2は、図1のランプ駆動システム10の代表的回路10’である。特定のコンポーネント値は後述するが、これらのコンポーネント値は単なる代表例であり、本発明の要旨を逸脱することなく、本明細書で述べられる原理に従って変えてもよい。ハイインピーダンスネットワーク14は抵抗R1を備える。抵抗R2は、ランプ1をはさんだ電圧フィードバックの電圧フィードバックデータ指示のために備えられる。R1>>R2とし、R2をはさんで現れる電圧は無視できるものとする。フェーズシフトされたローインピーダンスネットワークはキャパシタC1を備える。キャパシタC1のインピーダンス値(1/2πfCで与えられる)は、上述した原理に従って選択され、図2の例では約600kΩ(50KHzで動作するキャパシタが5pFとした場合)である。換言すると、ハイインピーダンスネットワークの抵抗はローインピーダンスネットワークよりも約5倍大きい。キャパシタC2はランプ2における電圧を示す電圧フィードバック信号を発生するために設けられ、そしてC2を通じたグランドへのショートよりも、むしろ、ランプ1に対する完全なパスがC1を通じて(およびダイオードD2を通じて)提供されるように、キャパシタC2の値はC1よりも大きい。図において、C2は概ねC1よりも1桁大きい。D1およびD2は、それぞれR2およびC2をはさんで現れるAC電圧について負の半サイクルに対するブロッキングダイオードとして動作する。
【0015】
システム10’の動作は、システム10の上述の説明において大まかに述べられた。システム10’の特定の動作は詳細には次のようである。ネットワーク16はネットワーク14から90°だけフェーズシフトされており、これにより、変圧器により要求されるトータルの電圧を低減する。何れかのランプが点灯される前に、変圧器12の二次側は、ネットワーク14および16をはさんで、Vt=√(x2+y2)に等しい電圧を発生する。ここで、xはR1をはさんで発生される電圧であり、yはC1をはさんで発生される電圧である。xは、また、ランプ1を点灯するために必要な電圧、即ち1500Vrmsを表す。R1の抵抗はC1の抵抗よりも約5倍だけ大きいので、yは約300Vrmsであり、トータルの電圧は概ね1530Vrmsとなる。ランプ1は、点灯に十分な電圧を有すると共に、C1を通じて変圧器12へのリターンパスが供給される。一旦点灯されると、ランプ1は約800ボルトしか必要としない。しかしながら、ランプ2は、点灯するための1500Vrmsを依然として必要としている。800Vrmsはすでに、ランプ1およびR1をはさんで現れているので、インバータは、変圧器の二次側に1500Vrmsを供給し、ランプ2を点灯するように(電圧フィードバック回路24を通じて)制御される。しかしながら、ネットワーク14および16の間のフェーズ差のために、変圧器は、トータルで約1700Vrmsを供給するだけでよい。これは、再び、数式:Vt=√(x2+y2)により決定される。ここで、xはR1をはさんで発生される電圧(800Vrms)であり、yは、ランプ2を点灯するのに必要な電圧(1500Vrms)を表すところのC1をはさんで発生される電圧である。また、ランプ1は既に点灯されているので、その真のインピーダンスは、R1と比較して著しく減少し、従って、変圧器のトップ側へのランプ2についてのリターンパスがランプ1を通じて提供される。
【0016】
図2に示されるように、電圧フィードバック信号、即ちネットワーク16によって発生される第1電圧フィードバック信号(FBV1)、および、ネットワーク16によって発生される第2電圧フィードバック信号(FBV2)を発生する二つの電圧フィードバックコンポーネントが存在する。さらに具体的には、FBV1はダイオードD3のアノードから得られ、R2をはさんで発生され、そしてFBV2はD4のアノードから得られ、C2をはさんで発生される。両方の信号はノード30で結びつく。この構成は、FBV1またはFBV2の何れか大きい方の信号が電圧フィードバックブロック24のセンス電圧を支配することを保証する。ランプ1が点灯する前に、FBV1はFBV2よりも大きく、従って変圧器の電圧はFBV1により制御される。ランプ1が点灯した後では、ランプ1が必要とする動作電圧は小さくなるので、FBV1は低下する。ネットワーク16に現れる電圧は、(ランプ2がまだ点灯していないので)増加し、従って電圧は、ランプ2が点灯するまでFBV1によって制御される。従って、変圧器の出力電圧はFBV1またはFBV2によって制御される。当業者に理解されるように、変圧器出力電圧を直接的に制御することは、変圧器12がフローティング状態にあるので困難である。しかしながら、本発明においては、ネットワーク14および16をはさんだ相対的電圧低下は既知であり、さらに、変圧器電圧が数式1により与えられるように、ランプ1またはランプ2の何れかの点灯電圧に概ね等しい。双方のランプがターンオン(点灯)された後は、変圧器の出力電圧は点灯電圧(striking voltage)よりも低くなり、そしてインバータは、ランプ2を通じた電流フィードバックによりランプ電流を制御する。
【0017】
本発明は、変圧器の一次側に接続されたインバータが、インバータコントローラによって、電流および電圧フィードバック情報に基づき変圧器に供給される電力を調整することが可能であるということを想定している。このようなインバータコントローラは本技術分野では公知であり、そして、プッシュプル、ロイヤー、ハーフブリッジおよびフルブリッジインバータの接続形態によって提供されるように、通常、パルス幅変調スイッチングスキームを調整するためにフィードバック情報を使用する。加えて、本発明は、CCFLを特定的に参照するが、本発明は、メタルハライドランプ(metal halide lamp)、ナトリウムランプ(sodium vapor lamp)、及び/又はX線管のような、本技術分野において知られている多くのタイプランプおよび電子管(tube)を駆動するのに同様に適用可能である。
【0018】
当業者であれば、本発明に対する種々の変形を認識するであろう。例えば、フィードバックコントロール回路22は、また、もしランプ1及び/又はランプ2が所定時間内に点灯しなければ、変圧器に現れる電圧を停止(又は最小化)するためにインバータコントローラに割り込み信号を発生するタイムアウト回路を備えてもよい。追加的な変形もまた可能である。例えば、図2に示されるフェーズシフトされたローインピーダンスネットワーク16を表す容量性の負荷は、本発明を逸脱することなく、誘導性(inductive)の負荷で実施してもよい。また、電圧フィードバックキャパシタC2は、図2に示される代表的実施形態の動作特性を大きく変更することなく、類似の抵抗特性の抵抗で置き換えることができる。加えて、ローインピーダンスネットワークの抵抗値は、ハイインピーダンスネットワークの抵抗値と一致し又は概ね一致するように選択されてもよいが、しかしながら、このような変更は、変圧器が一層高い電圧を発生することを必要とし、そして望ましいランプ点灯シーケンスを保証するための追加の回路を必要とする。これら及び他の変形は、当業者には明らかであり、そしてそのような全ての変形は本発明の要旨および思想の範囲内であると見なされ、添付の請求項によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明による一つの代表的なランプ駆動システムのブロック図である。
【図2】図1のシステムの代表的回路図である。
【符号の説明】
【0020】
12 変圧器
14 ハイインピーダンスネットワーク
16 ローインピーダンスネットワーク
18 ランプ(ランプ1)
20 ランプ(ランプ2)
22 フィードバックコントロール回路
24 電圧フィードバック回路
【0001】
本発明は、複数の負荷を駆動するための方法に関し、更に詳しくは、直列に接続された二つのランプ負荷を駆動するための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
CCFL(cold cathode fluorescent lamp;冷陰極蛍光ランプ)は、ディスプレイパネルに広く採用されている。CCFLは、点灯(strike)させるために約1500ボルト(RMS)を必要とし、定常動作に約800ボルト(RMS)を必要とする。二つのCCFLを必要とするディスプレイにおいて、従来技術では、ランプを昇圧用変圧器(step-up transformer)の二次側に並列に接続する。複数ランプシステムにおいて、それらのランプを駆動するための従来技術では、互いに並列にして共に変圧器に接続する。これは点灯動作(strike)の間の電圧制御を保証するが、この接続形態(topology)は、また、ランプに対するインピーダンス整合回路を必要とする。また、この接続形態における電流制御は、各ランプの電流状態をモニタしなければならないので困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
従って、直列接続されたランプに対する電流制御が理想的であるので、ランプを直列に接続することが望ましい。しかしながら、ランプを直列に接続することは、各ランプに多様な点灯電圧(a multiple of strike voltage)を供給することを変圧器に要求する。これは、明らかに、ほとんどの変圧器が点灯するための3000Vrmsを供給することができず又は法外に高価であるために、受け入れ難い。従って、倍の点灯電圧を発生することを変圧器に負担させることなく、直列に接続された二つのランプを駆動することができるランプ駆動システムを提供することが要請されている。
【課題を解決するための手段】
【0004】
従って、本発明は、変圧器と、第2のインピーダンスネットワークに直列に接続された第1のインピーダンスネットワークとを備え、前記第2のインピーダンスネットワークは、前記第1のインピーダンスネットワークに対してフェーズシフトされ、前記第1および第2のインピーダンスネットワークが電源に並列に接続された負荷駆動システムを提供する。第1の負荷は第2の負荷に直列に接続され、前記第1および第2の負荷は、前記第1および第2のインピーダンスネットワークに並列に接続される。
【0005】
他の実施形態において、本発明は、第2のインピーダンスネットワークに直列に接続された第1のインピーダンスネットワークと、第2の負荷に直列に接続された第1の負荷とを備え、前記第2のインピーダンスネットワークは、前記第1のインピーダンスネットワークに対しフェーズシフトされ、前記第1および第2のインピーダンスネットワークは電源に並列に接続され、前記第1および第2の負荷は、前記第1および第2のインピーダンスネットワークに並列に接続された回路を提供する。
【0006】
本発明において、前記第1および第2のインピーダンスネットワーク間のフェーズ差は、電源が直列接続された負荷に極めて小さな電圧を供給することを保証する。また、他の代表的な実施形態においては、第1および第2のインピーダンス間の抵抗差は、望ましい負荷点灯シーケンスを保証する。
【0007】
以下の詳細な説明は、好ましい実施形態を参照してなされるが、本発明はこれらの好ましい実施形態に限定されるものではないことは当業者には理解できるであろう。本発明の他の特徴および利点は、図面を参照することにより、以下の詳細な説明の進行に従って明らかとなるであろう。図面において、同様の番号は同様のパートを表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
図1は、本発明による一つの代表的な負荷駆動システム10のブロック図である。更に詳しくは、システム10は代表的なランプ駆動システムである。この代表的実施形態における負荷は、直列に接続された二つのランプ、即ちランプ1とランプ2とを備えるが、本発明は、如何なる特殊な負荷をも包含するように広く解釈される。変圧器12は、負荷であるランプ1およびランプ2に対し昇圧電源(step-up power source)を供給する。以下の説明では、変圧器は電源として包括的に参照され、且つ、そのように広く解釈されるべきである。当業者であれば、変圧器12の一次側を駆動するために従来のインバータの接続形態を使用してもよいことが理解できるであろう。このようなインバータ接続形態は、プッシュプル、ロイヤー、ハーフブリッジ、フルブリッジ等を含み、そして、このような全てのインバータは、本発明のランプ駆動システム10で使用してもよい。概要として、本明細書で表されたシステム10は、変圧器の二次側の倍の電圧出力を必要とすることなく、二つのランプが直列に接続されることを可能とする。本明細書では冷陰極蛍光ランプ(CCFL)を参照して代表的な実施形態を説明するが、本発明は任意のタイプの負荷に適用可能である。
【0009】
システム10は、フェーズシフト(phase-shifted)されたローインピーダンスネットワーク16に直列に接続されたハイインピーダンスネットワーク14を備える。これら二つのネットワークは、共に、変圧器12の二次側に並列に接続される。ランプ18およびランプ20(本明細書ではランプ1およびランプ2としても参照される)は互いに直列に接続され、且つインピーダンスネットワーク14および16をはさんで互いに並列に接続されている。ランプ1はインピーダンスネットワーク14をはさんで(以下で述べるように、ローインピーダンスネットワーク16をはさんだリターンパスと)並列に接続され、且つランプ2は、フェーズシフトされたローインピーダンスネットワーク16をはさんで並列に接続される。ランプ1の“ハイ”側は変圧器12の上側(upper side)に接続され、且つランプ2は、変圧器12の下側(lower side)に接続された“ハイ”側を備えることに留意されたい。電圧フィードバック回路24は、ハイインピーダンスネットワーク14およびフェーズシフトされたローインピーダンスネットワーク16に接続され、ランプ1またはランプ2に現れる電圧を示す電圧フィードバック信号FBvを発生する。この電圧フィードバック回路は、従来技術において知られているようなピーク検出器または他のタイプの回路を備えてもよい。電流センス回路22は、ランプ2のロー側に接続され、ランプ2に供給される電力を示す電流フィードバック信号FBcを発生する。電圧フィードバック信号および電流フィードバック信号は、本技術分野で理解されるように、通常、変圧器によって供給される電力および電圧を調整するためにインバータ(図示なし)によって利用される。本発明についての電圧および電流フィードバック情報の特定の利用は以下に詳細に説明されるであろう。
【0010】
本発明は、ハイインピーダンスネットワーク14およびローインピーダンスネットワーク16を採用する。加えて、ネットワーク16は、ネットワーク14に対しフェーズシフトされている。ネットワーク14は、実成分(抵抗)を備え、ネットワーク16は、ネットワーク14とネットワーク16との間に全フェーズ差(overall phase difference)が存在するとすれば純粋に無効成分から構成され、又は、実成分(real component)および無効成分(reactive component)から構成される。ネットワーク16はネットワーク14に対しフェーズシフトされているので、組み合わされたネットワーク14およびネットワーク16をはさんで発生される全電圧(Vt)は次の数式1で与えられる。
Vt=√(x2+y2) ・・・(式1)
ここで、xは(実)ハイインピーダンスネットワークをはさんで発生される電圧であり、そして、yはフェーズシフトされた(無効)インピーダンスネットワークをはさんで発生される電圧である。
【0011】
<ランプ点灯および動作シーケンス>
ランプ駆動システム10の動作特性を以下に述べる。CCFLは、点灯に約1500Vrmsを必要とし、そして動作電圧に約800Vrmsを必要とする。初期には、点灯電圧は変圧器12の二次側に印加される。ネットワーク14の抵抗はネットワーク16の抵抗よりも大きいため、ハイインピーダンスネットワーク14はこの電圧の大部分を入力する。二つの電圧ドロップが(ネットワーク14およびネットワーク16をはさんで)存在するので、変圧器は、ネットワーク16において失われる電圧をランプ1の点灯電圧に加えた電圧と等しい電圧を供給する。この電圧は、Vtについて上述した数式によって決定される。ランプ2はランプ1が点灯するまではリターンパスを持たない。なぜなら、(点灯前の)ランプ1のハイインピーダンス及び(ネットワーク16と比較した)ネットワーク14のハイインピーダンスがランプ2を孤立(isolate)させるからである。
【0012】
ランプ2を点灯させるための電圧は、ランプ1を点灯するための電圧に概ね等しく、例えば1500Vrmsである。ランプ1は既に点灯されているので、ネットワーク14をはさんで約800Vrmsの動作電圧が存在する。従って、コントローラは、ランプ2に対する追加的な点灯電圧を供給する必要がある。この点灯電圧は、ネットワーク14および16をはさんだ電圧であり、即ちこの電圧は、√(15002+8002)、または約1700Vである。上述の数値例は、フェーズ(phased)されたローインピーダンスネットワーク16における純粋な無効負荷(reactive load)を想定している。従って、直列に接続されたランプを点灯するために3000Vrmsを供給することを必要とするのではなく、本発明のシステム10は、システムコンポーネントおよび変圧器の電圧要件を著しく低減する。
【0013】
ネットワーク14およびネットワーク16のインピーダンスの差は、望ましい点灯シーケンスを保証する。上述した代表的システム10において、ランプ1が、ネットワーク16を通じたリターンパスで最初に点灯する。従って、通常、ネットワーク16のインピーダンス値はランプ1についてリターンパスを保証するように選択される。このインピーダンス値は、また、動作周波数の関数であり、従ってシステム10の周波数特性に応じて変えてもよい。ランプ1およびランプ2の間の点灯シーケンスを保証するため、定性的に、二つのネットワークの抵抗値は、変圧器によって供給される電圧の大部分をネットワーク14が初期に受け取るように選択される。上記電圧の大部分がより大きくなること(即ち、ネットワーク14およびネットワーク16の間の抵抗値がより大きくなること)は、変圧器が初期に発生しなければならない電圧が小さくなることを意味する。ネットワーク14およびネットワーク16の間のフェーズ差は、変圧器から倍の電圧出力を必要とすることなく、本発明が直列に接続された二つのランプを動作させるために数式1を利用することを可能にする。
【0014】
<ベストモードの実施>
図2は、図1のランプ駆動システム10の代表的回路10’である。特定のコンポーネント値は後述するが、これらのコンポーネント値は単なる代表例であり、本発明の要旨を逸脱することなく、本明細書で述べられる原理に従って変えてもよい。ハイインピーダンスネットワーク14は抵抗R1を備える。抵抗R2は、ランプ1をはさんだ電圧フィードバックの電圧フィードバックデータ指示のために備えられる。R1>>R2とし、R2をはさんで現れる電圧は無視できるものとする。フェーズシフトされたローインピーダンスネットワークはキャパシタC1を備える。キャパシタC1のインピーダンス値(1/2πfCで与えられる)は、上述した原理に従って選択され、図2の例では約600kΩ(50KHzで動作するキャパシタが5pFとした場合)である。換言すると、ハイインピーダンスネットワークの抵抗はローインピーダンスネットワークよりも約5倍大きい。キャパシタC2はランプ2における電圧を示す電圧フィードバック信号を発生するために設けられ、そしてC2を通じたグランドへのショートよりも、むしろ、ランプ1に対する完全なパスがC1を通じて(およびダイオードD2を通じて)提供されるように、キャパシタC2の値はC1よりも大きい。図において、C2は概ねC1よりも1桁大きい。D1およびD2は、それぞれR2およびC2をはさんで現れるAC電圧について負の半サイクルに対するブロッキングダイオードとして動作する。
【0015】
システム10’の動作は、システム10の上述の説明において大まかに述べられた。システム10’の特定の動作は詳細には次のようである。ネットワーク16はネットワーク14から90°だけフェーズシフトされており、これにより、変圧器により要求されるトータルの電圧を低減する。何れかのランプが点灯される前に、変圧器12の二次側は、ネットワーク14および16をはさんで、Vt=√(x2+y2)に等しい電圧を発生する。ここで、xはR1をはさんで発生される電圧であり、yはC1をはさんで発生される電圧である。xは、また、ランプ1を点灯するために必要な電圧、即ち1500Vrmsを表す。R1の抵抗はC1の抵抗よりも約5倍だけ大きいので、yは約300Vrmsであり、トータルの電圧は概ね1530Vrmsとなる。ランプ1は、点灯に十分な電圧を有すると共に、C1を通じて変圧器12へのリターンパスが供給される。一旦点灯されると、ランプ1は約800ボルトしか必要としない。しかしながら、ランプ2は、点灯するための1500Vrmsを依然として必要としている。800Vrmsはすでに、ランプ1およびR1をはさんで現れているので、インバータは、変圧器の二次側に1500Vrmsを供給し、ランプ2を点灯するように(電圧フィードバック回路24を通じて)制御される。しかしながら、ネットワーク14および16の間のフェーズ差のために、変圧器は、トータルで約1700Vrmsを供給するだけでよい。これは、再び、数式:Vt=√(x2+y2)により決定される。ここで、xはR1をはさんで発生される電圧(800Vrms)であり、yは、ランプ2を点灯するのに必要な電圧(1500Vrms)を表すところのC1をはさんで発生される電圧である。また、ランプ1は既に点灯されているので、その真のインピーダンスは、R1と比較して著しく減少し、従って、変圧器のトップ側へのランプ2についてのリターンパスがランプ1を通じて提供される。
【0016】
図2に示されるように、電圧フィードバック信号、即ちネットワーク16によって発生される第1電圧フィードバック信号(FBV1)、および、ネットワーク16によって発生される第2電圧フィードバック信号(FBV2)を発生する二つの電圧フィードバックコンポーネントが存在する。さらに具体的には、FBV1はダイオードD3のアノードから得られ、R2をはさんで発生され、そしてFBV2はD4のアノードから得られ、C2をはさんで発生される。両方の信号はノード30で結びつく。この構成は、FBV1またはFBV2の何れか大きい方の信号が電圧フィードバックブロック24のセンス電圧を支配することを保証する。ランプ1が点灯する前に、FBV1はFBV2よりも大きく、従って変圧器の電圧はFBV1により制御される。ランプ1が点灯した後では、ランプ1が必要とする動作電圧は小さくなるので、FBV1は低下する。ネットワーク16に現れる電圧は、(ランプ2がまだ点灯していないので)増加し、従って電圧は、ランプ2が点灯するまでFBV1によって制御される。従って、変圧器の出力電圧はFBV1またはFBV2によって制御される。当業者に理解されるように、変圧器出力電圧を直接的に制御することは、変圧器12がフローティング状態にあるので困難である。しかしながら、本発明においては、ネットワーク14および16をはさんだ相対的電圧低下は既知であり、さらに、変圧器電圧が数式1により与えられるように、ランプ1またはランプ2の何れかの点灯電圧に概ね等しい。双方のランプがターンオン(点灯)された後は、変圧器の出力電圧は点灯電圧(striking voltage)よりも低くなり、そしてインバータは、ランプ2を通じた電流フィードバックによりランプ電流を制御する。
【0017】
本発明は、変圧器の一次側に接続されたインバータが、インバータコントローラによって、電流および電圧フィードバック情報に基づき変圧器に供給される電力を調整することが可能であるということを想定している。このようなインバータコントローラは本技術分野では公知であり、そして、プッシュプル、ロイヤー、ハーフブリッジおよびフルブリッジインバータの接続形態によって提供されるように、通常、パルス幅変調スイッチングスキームを調整するためにフィードバック情報を使用する。加えて、本発明は、CCFLを特定的に参照するが、本発明は、メタルハライドランプ(metal halide lamp)、ナトリウムランプ(sodium vapor lamp)、及び/又はX線管のような、本技術分野において知られている多くのタイプランプおよび電子管(tube)を駆動するのに同様に適用可能である。
【0018】
当業者であれば、本発明に対する種々の変形を認識するであろう。例えば、フィードバックコントロール回路22は、また、もしランプ1及び/又はランプ2が所定時間内に点灯しなければ、変圧器に現れる電圧を停止(又は最小化)するためにインバータコントローラに割り込み信号を発生するタイムアウト回路を備えてもよい。追加的な変形もまた可能である。例えば、図2に示されるフェーズシフトされたローインピーダンスネットワーク16を表す容量性の負荷は、本発明を逸脱することなく、誘導性(inductive)の負荷で実施してもよい。また、電圧フィードバックキャパシタC2は、図2に示される代表的実施形態の動作特性を大きく変更することなく、類似の抵抗特性の抵抗で置き換えることができる。加えて、ローインピーダンスネットワークの抵抗値は、ハイインピーダンスネットワークの抵抗値と一致し又は概ね一致するように選択されてもよいが、しかしながら、このような変更は、変圧器が一層高い電圧を発生することを必要とし、そして望ましいランプ点灯シーケンスを保証するための追加の回路を必要とする。これら及び他の変形は、当業者には明らかであり、そしてそのような全ての変形は本発明の要旨および思想の範囲内であると見なされ、添付の請求項によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明による一つの代表的なランプ駆動システムのブロック図である。
【図2】図1のシステムの代表的回路図である。
【符号の説明】
【0020】
12 変圧器
14 ハイインピーダンスネットワーク
16 ローインピーダンスネットワーク
18 ランプ(ランプ1)
20 ランプ(ランプ2)
22 フィードバックコントロール回路
24 電圧フィードバック回路
Claims (34)
- 電源と、
第2のインピーダンスネットワークに直列接続された第1のインピーダンスネットワークと、第2の負荷に直列接続された第1の負荷とを備え、
前記第2のインピーダンスネットワークは、前記第1のインピーダンスネットワークに対してフェーズシフトされると共に異なるインピーダンス値を有し、前記第1および第2のインピーダンスネットワークは前記電源に並列接続され、前記第1および第2の負荷は、前記第1および第2のインピーダンスネットワークにそれぞれ並列接続され、前記第1および第2のインピーダンスネットワーク間の前記インピーダンスの差は、前記第1および第2の負荷について初期電圧の選択されたシーケンスを発生する負荷駆動システム。 - 前記第1のインピーダンスは、前記第2のインピーダンスよりも大きなインピーダンス値を有することを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 前記第1のインピーダンスは抵抗を備えると共に、第2のインピーダンスはキャパシタを備え、前記第1のインピーダンスは前記第2のインピーダンスよりも大きなインピーダンス値を有することを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 前記第1のインピーダンスは抵抗を備えると共に、第2のインピーダンスはインダクタを備え、前記第1のインピーダンスは前記第2のインピーダンスよりも大きなインピーダンス値を有することを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 前記第2のインピーダンスは、前記第1の負荷について前記電源へのリターンパスを提供することを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 前記第1の負荷は、前記第2の負荷について前記電源へのリターンパスを提供することを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 前記第1のインピーダンスネットワークをはさんで発生される電圧をxとし、前記フェーズされたインピーダンスネットワークをはさんで発生される電圧をyとしたときに、前記電源によって供給されるトータルの電圧Vtは、数式Vt=√(x2+y2)を満足することを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 前記第1の負荷は前記電源によって供給される初期電圧の大部分を受け取り、その後に前記第1の負荷は前記初期電圧よりも小さな動作電圧を受け取ることを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 前記第2のインピーダンスは、前記第1のインピーダンスから概ね90°だけフェーズがずれていることを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 前記第1および第2のインピーダンスに接続され、前記第1および第2のインピーダンスをはさんだ電圧を示す電圧フィードバック信号を発生する電圧フィードバック回路をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 前記第2のランプに接続され、前記第2の負荷に供給される電流を示す電流フィードバック信号を発生する電流フィードバック回路をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 前記第1および第2の負荷は、それぞれハイ側およびロー側を備え、前記第1および第2の負荷の各ロー側は共に接続され、前記第1および第2の負荷の各ハイ側は前記電源に接続されたことを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 変圧器と、
第2のインピーダンスネットワークに直列接続された第1のインピーダンスネットワークと、第2のランプに直列接続された第1のランプとを備え、
前記第1のインピーダンスネットワークは、前記第2のインピーダンスネットワークよりも大きなインピーダンス値を有し、前記第1および第2のインピーダンスネットワークは、前記変圧器の二次側に並列接続され、前記第1および第2のランプは、前記第1および第2のインピーダンスネットワークにそれぞれ並列接続され、前記第2のインピーダンスネットワークに比較して大きなインピーダンス値の前記第1のインピーダンスネットワークは、前記第2のランプの前に前記第1のランプを点灯させるランプ駆動システム。 - 前記第1のインピーダンスは抵抗を備えると共に、前記第2のインピーダンスはキャパシタを備えたことを特徴とする請求項13記載のシステム。
- 前記第1のインピーダンスは抵抗を備えると共に、前記第2のインピーダンスはインダクタを備えたことを特徴とする請求項13記載のシステム。
- 前記第2のインピーダンスは、前記変圧器のボトムとトップとの間に前記第1のランプについてリターンパスを提供することを特徴とする請求項13記載のシステム。
- 前記第1のランプは、一旦前記第1のランプが点灯すると、前記変圧器のボトムとトップとの間に前記第2のランプについてリターンパスを提供することを特徴とする請求項13記載のシステム。
- 前記第1のインピーダンスネットワークをはさんで発生される電圧をxとし、フェーズされたインピーダンスネットワークをはさんで発生される電圧をyとしたときに、前記変圧器によって供給されるトータルの電圧Vtは、数式Vt=√(x2+y2)を満足することを特徴とする請求項13記載のシステム。
- 前記第1のランプは、前記変圧器によって供給される初期電圧の大部分を受け取って、前記第1のランプがランプ電灯電圧で最初に点灯し、その後、前記第1のランプは、前記点灯電圧よりも小さな動作電圧を受け取り、前記第2のランプは前記第1のランプが点灯した後に点灯電圧を受け取ることを特徴とする請求項13記載のシステム。
- 前記第2のインピーダンスは、前記第1のインピーダンスから概ね90°だけフェーズがずれていることを特徴とする請求項13記載のシステム。
- 前記第1および第2のインピーダンスに接続され、前記第1および第2のインピーダンスをはさんだ電圧を示す電圧フィードバック信号を発生する電圧フィードバック回路をさらに備えたことを特徴とする請求項13記載のシステム。
- 前記第2のランプに接続され、前記第2のランプに供給される電流を示す電流フィードバック信号を発生する電流フィードバック回路をさらに備えたことを特徴とする請求項13記載のシステム。
- 前記第1および第2のランプは、それぞれハイ側およびロー側を備え、前記第1および第2のランプの各ロー側は共に接続され、前記第1および第2のランプの各ハイ側は前記変圧器のボトムおよびトップに接続されたことを特徴とする請求項13記載のシステム。
- 第2のインピーダンスネットワークに直列接続された第1のインピーダンスネットワークと、第2の負荷に直列接続された第1の負荷とを備え、
前記第2のインピーダンスネットワークは、前記第1のインピーダンスネットワークに対しフェーズシフトされると共に異なるインピーダンス値を有し、前記第1および第2のインピーダンスネットワークは電源に並列接続され、前記第1および第2の負荷は、前記第1および第2のインピーダンスネットワークに並列接続され、前記第1および第2のインピーダンスネットワークの間の前記インピーダンスの差は、前記第1および第2の負荷について初期電圧の選択されたシーケンスを発生する回路。 - 第2のインピーダンスネットワークに直列接続された第1のインピーダンスネットワークと、第2のランプに直列接続された第1のランプと備え、
前記第2のインピーダンスネットワークは、前記第1のインピーダンスネットワークに対しフェーズシフトされると共に異なるインピーダンス値を有し、前記第1のインピーダンスネットワークは、前記第2のインピーダンスネットワークよりも大きなインピーダンス値を有し、前記第1および第2のインピーダンスネットワークは電源に並列接続され、前記第1および第2のランプは、前記第1および第2のインピーダンスネットワークにそれぞれ並列接続され、前記第1および第2のインピーダンスネットワークの間の前記インピーダンスの差が、前記第2のランプの前に前記第1のランプを点灯させる回路。 - 前記負荷は、冷陰極蛍光ランプ、メタルハライドランプ、ナトリウムランプ、及びX線管からなるグループの中から選択されたことを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 前記電圧フィードバック回路は、
前記第1のインピーダンスネットワークをはさんで現れる電圧を示す第1のコンポーネント電圧フィードバック信号を発生する前記第1のインピーダンスネットワークに直列接続された第1のインピーダンスと、
前記第2のインピーダンスネットワークをはさんで現れる電圧を示す第2のコンポーネント電圧フィードバック信号を発生する前記第2のインピーダンスネットワークに直列接続された第2のインピーダンスとを備え、
前記第1および第2のコンポーネント電圧フィードバック信号は、共通ノードで共に結合され、前記第1または第2のコンポーネント電圧フィードバック信号のうち大きい方の信号が前記電圧フィードバック信号を表すことを特徴とする請求項10記載のシステム。 - 前記電圧フィードバック信号は、前記電源によって発生された電圧を制御するために利用されることを特徴とする請求項10記載のシステム。
- 前記第1のインピーダンスは、前記第1のインピーダンスネットワークの抵抗値よりも小さな抵抗値を有し、前記第2のインピーダンスは、前記第2のインピーダンスネットワークの抵抗よりも大きなインピーダンス値を有することを特徴とする請求項27記載のシステム。
- 前記ランプは、冷陰極蛍光ランプ、メタルハライドランプ、ナトリウムランプ、及びX線管からなるグループの中から選択されたことを特徴とする請求項13記載のシステム。
- 前記電圧フィードバック回路は、
前記第1のインピーダンスネットワークをはさんで現れる電圧を示す第1のコンポーネント電圧フィードバック信号を発生する前記第1のインピーダンスネットワークに直列接続された第1のインピーダンスと、
前記第2のインピーダンスネットワークをはさんで現れる電圧を示す第2のコンポーネント電圧フィードバック信号を発生する前記第2のインピーダンスネットワークに直列接続された第2のインピーダンスと、
を備え、
前記第1および第2のコンポーネント電圧フィードバック信号は、共通ノードで共に結合され、前記第1または第2のコンポーネント電圧フィードバック信号のうち大きい方の信号が前記電圧フィードバック信号を表すことを特徴とする請求項21記載のシステム。 - 前記電圧フィードバック信号は、前記変圧器によって発生される電圧を制御するために利用されることを特徴とする請求項21記載のシステム。
- 前記第1のインピーダンスは、前記第1のインピーダンスネットワークの抵抗値よりも小さな抵抗値を有し、前記第2のインピーダンスは、前記第2のインピーダンスネットワークの抵抗よりも大きな抵抗値を有することを特徴とする請求項31記載のシステム。
- 前記電源は変圧器を備えたことを特徴とする請求項1記載のシステム。
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