JP2005513755A - 一つ以上のランプを点灯する回路 - Google Patents

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Abstract

本発明は、液晶ディスプレイ用のバックグランド照明システムに関し、更に詳しくは、一つ以上の放電ランプを点灯するための電子回路に関する。ＤＣ／ＡＣ全ブリッジインバータ回路は、二つの電圧を発生し、その交流成分は、１８０°位相シフトする。放電ランプには、これら二つの交流電圧の和が供給される。

Description

本発明は、一つ以上の低圧ガス放電ランプを点灯する回路であって、電流コンバータと、その電流コンバータの駆動回路とを具える回路に関する。
一つ以上の低圧ガス放電ランプを点灯するそのような回路は、ドイツ国特許公開番号４４３６４６３号から既知である。これは、特に、コンパクトな低圧ガス放電ランプの点灯に適切なランプに関し、その点灯電圧は、コンバータによって発生したＡＣ電圧を超え、小型蛍光灯の点灯に適切である。これらの回路において、共振ステップアップ(resonance step-up)の原理は、低圧ガス放電ランプに必要な点弧電圧を発生する際にだけでなく、ランプの点灯電圧を発生させる際にも使用される。このことは、点灯電圧において無効電力を伴う。
米国特許番号第６，１８１，０７９号に記載されているような変成器を用いて高電圧を発生させることもできる。そのような変成器は、使いにくくて重い。
したがって、本発明の目的は、そのようなランプの点弧及び点灯を行う簡単な回路を提供することである。更に詳しくは、液晶表示装置のバックグランド照明の際に電源から複数の低圧ガス放電灯に給電を行う回路を提供する。
この目的は、請求項１の特徴部分によって達成される。本発明によれば、第２の電流コンバータは、互いに１８０°シフトした電圧を発生する。
今日では、ＬＣＤとも称される液晶表示装置は、液晶画像スクリーンとしても使用される。液晶画像スクリーンは、能動的な表示装置ではなく、すなわち、それ自体によってライトアップしない。これら画像スクリーンは、光が液晶の層を通過するか否かという原理に基づく。これは、画像を生成するために外部光源が必要であることを意味する。このために、バックグランド照明装置において人工光を発生する。液晶画像スクリーンのサイズが増大するに伴い、そのような画像スクリーンのバックグランド照明装置に対するパフォーマンスレベルも増大する。これらバックグランド照明装置において小径のランプが所望されている。液晶画像スクリーンのバックグランド照明装置の低圧ガス放電ランプは、照明装置における他の低圧ガス放電ランプと比較すると、２〜３．５ｍｍの小さい内径を有し、したがって、ランプ電圧が４〜８倍高くなる。欧州特許出願番号１２６３０２１号から既知であるセラライト(Ceralight)ランプのようなＬＣＤ用の薄型ランプは、３００〜４００Ｖの点灯電圧で作動し、略称がＣＣＦＬである冷陰極蛍光ランプと称される冷陰極ランプは、６００〜８００Vの点灯電圧で作動する。これらランプを始動する点弧電圧は、２倍を超えて高くなる。薄型の低圧ガス放電ランプに対するこれらの高い点弧電圧及び点灯電圧は、低圧ガス放電ランプに二つの直列接続交流電圧から電力を供給する変成器を用いることなく発生する。二つの交流電圧が１８０°の位相差を有するので、交流電圧の和は、低圧ガス放電ランプに供給される。さらに、交流電圧は、共振回路において適切な無効電力で発生する。このために、回路は、低い電力消失を有し、したがって、液晶画像スクリーンの密閉したハウジングにおける熱的な負荷が小さくなる。
好適には、回路は、直流電流を交流電流に変換するとともに、一つ以上の低電圧ガス放電ランプに対する給電を行い、電流コンバータとしての電力スイッチを有する全ブリッジ切替回路と、ランプごとの二つの共振回路とを利用し、その共振回路の各々が、直列接続されたコイルと、直列接続されたキャパシタと、並列接続されたキャパシタとを有する。この回路は、一つの全ブリッジ電流コンバータと、ランプごとに一つの共振回路を有する。これによって、任意の個数のランプを、単一の電流コンバータによって点灯することができる。したがって、このコンバータはスケーラブル(scalable)である。全ブリッジコンバータの利点は、変成器を用いることなくハーフブリッジコンバータの２倍の出力電圧を発生することである。二つのハーフブリッジは、１８０°の位相差で作動する。ランプの点弧及び通常の点灯における電力は、切替周波数によって制御される。共振回路の入力インピーダンスは、全ブリッジコンバータのパワーセミコンダクタが最小切替損失で作動するよう常に誘導的である。この形態は、並列キャパシタの電圧負荷が低いという利点を有する。
共振回路を、三つの別の回路によって構成することができる。好適には、第２の回路は、直流電流を交流電流に変換するとともに、一つ以上の低電圧ガス放電ランプに対する給電を行い、電流コンバータとしての電力スイッチを有する全ブリッジ切替イ回路と、直列接続された二つのキャパシタと、ランプごとの二つの共振回路とを利用し、その共振回路の各々が、直列接続されたコイルと、並列接続されたキャパシタとを有する。
第３の回路は、直流電流を交流電流に変換するとともに、一つ以上の低電圧ガス放電ランプに対する給電を行う、電流コンバータとしての電力スイッチを有する全ブリッジ切替イ回路と、ランプごとの一つの共振回路とを利用し、その共振回路の各々が、直列接続されたコイルと、直列接続されたキャパシタと、並列接続されたキャパシタとを有する。
第４の回路は、直流電流を交流電流に変換するとともに、一つ以上の低電圧ガス放電ランプに対する給電を行う、電流コンバータとしての電力スイッチを有する全ブリッジ切替イ回路と、直列接続された二つのキャパシタと、ランプごとの一つの共振回路とを利用し、その共振回路の各々が、直列接続されたコイルと、並列接続されたキャパシタとを有する。
好適には、前記並列接続されたキャパシタを、前記ランプと金属部分との間の寄生容量によって少なくとも一部を形成する。
図１は、電子回路１を示し、それは、全ブリッジ切替回路２と、電源３と、２個のローパスフィルタ４，５と、第１ランプ切替回路６と、他の２個のローパスフィルタ７，８と、第２ランプ切替回路９とを具える。導電ライン１０，１１，１２は、（図示しない）他のランプ切替回路に導かれる。全ブリッジインバータとも称される全ブリッジ切替回路２は、制御回路１３と、２個の電流コンバータ１４，１５とを具える。インバータとも称される電流コンバータ１４は、２個の電力スイッチ１６，１７を有し、第２インバータ１５は、２個のパワースイッチ１８，１９も有する。バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（インテグレーティドゲートバイポーラトランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴのようなパワーセミコンダクタは、パワースイッチとして使用される。第１ランプ切替回路６は、直列接続した２個のコイル２０，２１と、並列接続した２個のキャパシタ２２，２３と、１個の低圧ガス放電ランプ２４とを有する。第２ランプ回路９は、素子２０〜２４と同様な構成を有する。制御回路１３は第１インバータ１４を制御し、その結果、パワーセミコンダクタ１６，１７はプッシュプルモードで開閉する。矩形信号波形は、パワーセミコンダクタ１６，１７間のノード２５に発生する。制御回路１３は、第２インバータ１５を制御し、その結果、パワーセミコンダクタ１８，１９もプッシュプルモードで開閉する。矩形信号波形も、パワーセミコンダクタ１８，１９間のノード２６に発生する。２個のインバータ１４，１５は、互いに逆の位相で作動し、その結果、二つの矩形信号波形は、１８０°互いにシフトして発生する。ローパスフィルタ４，５，７，８は、高周波成分を除去し、その結果、位相が１８０°互いにシフトした二つの正弦信号がランプ２４に到達する。直列接続したコイル２０及び並列接続したキャパシタ２２は、第１共振回路２０，２２を形成し、コイル及びキャパシタ２３は第２共振回路２１，２３を形成する。ローパスフィルタ４，５、コイル２０，２１及びランプ２４は、二つのノード２５，２６間で直列接続される。キャパシタ２２，２３は、ランプ２４及び直流電源３の負極に並列接続される。ランプ電圧の半分が、キャパシタ２２，２３を通じてそれぞれ印加される。
図２は、ノード２５に生じる矩形信号波形３１を示す。同様な信号波形がノード２６に生じる。二つの矩形信号波形は、１８０°互いに位相シフトする。
図３は、ローパスフィルタ４の円滑化の結果として生じた正弦信号波形３２を示す。
図４は、ローパスフィルタ５によってフィルタ処理される１８０°互いにシフトした正弦曲線３２及び第２の正弦曲線３３を示す。このようにして、電源３の値に対応する最大電圧振幅３４が、ランプ２４に生じる。
図５は、全ブリッジインバータ２及びランプ切替回路６，９を具える第２回路４１を示す。２個のローパスフィルタ４２，４３は、ランプ回路６，９の高周波成分を除去する。
図６は、全ブリッジインバータ２、電源３及び２個のランプ切替回路５２，５３を具える第３回路を示す。ランプ回路５２の二つのノード２５，２６間に、ローパスフィルタとして共同するキャパシタ５４、コイル５５及びキャパシタ５６と、キャパシタ５６に並列な低圧ガス放電ランプ２４とを接続する。コイル５５及びキャパシタ５６は、共振回路５５，５６を形成する。
コイル５５は、コイル２０の２倍のインダクタンスを有し、キャパシタ５６は、キャパシタ２２の半分のキャパシタンスを有する。キャパシタ５６の両端間に電圧降下があり、かかる降下は、ランプ電圧に相当する。
図７は、二つの直列接続したキャパシタ６２，６３を有する電子回路６１を示し、それは、ランプ回路５２，５３の全てに対して作動する。
図８は、電圧を周波数に対してプロットした図を示す。共振回路の交流電力利得関数は、切替周波数の関数として示される。低圧ガス放電ランプを点弧するために、全ブリッジは、始動周波数７１で始動し、ランプが点弧周波数７２で点弧するまで切替周波数を減少し、切替周波数を点灯周波数７３まで更に減少する。
参照符号のリスト
１ 回路
２ 全ブリッジインバータ
３ 電源
４ ローパスフィルタ
５ ローパスフィルタ
６ ランプ切替回路
７ ローパスフィルタ
８ ローパスフィルタ
９ ランプ切替回路
１０ 導電ライン
１１ 導電ライン
１２ 導電ライン
１３ 制御回路
１４ インバータ
１５ インバータ
１６ 電力スイッチ
１７ 電力スイッチ
１８ 電力スイッチ
１９ 電力スイッチ
２０ 直列コイル
２１ 直列コイル
２２ キャパシタ
２３ キャパシタ
２４ ランプ
２５ ノード
２６ ノード
３１ 矩形信号波形
３２ 正弦基本波
３３ 第２の正弦基本波
３４ 電圧振幅
４１ 第２回路
４２ ローパスフィルタ
４３ ローパスフィルタ
５１ 第３回路
５２ ランプ切替回路
５３ ランプ切替回路
５４ キャパシタ
５５ コイル
５６ キャパシタ
６１ 第４回路
６２ キャパシタ
６３ キャパシタ
７１ 始動周波数
７２ 点弧周波数
７３ 点灯周波数
直流電流を交流電流に変換するとともに一つ以上の低電圧ガス放電ランプに給電を行う回路を示す。 矩形信号波形を有するタイミング図を示す。 正弦曲線を有するタイミング図を示す。 １８０°互いにシフトした二つの正弦曲線を有するタイミング図を示す。 直流電流を交流電流に変換するとともに一つ以上の低電圧ガス放電ランプに給電を行う第２の回路を示す。 直流電流を交流電流に変換するとともに一つ以上の低電圧ガス放電ランプに給電を行う第３の回路を示す。 直流電流を交流電流に変換するとともに一つ以上の低電圧ガス放電ランプに給電を行う第４の回路を示す。 電圧比を周波数に対してプロットした図を示す。

Claims (7)

  1. 一つ以上の低圧ガス放電ランプを点灯する回路であって、電流コンバータと、その電流コンバータの駆動回路とを具える回路において、第２のコンバータが、互いに１８０°位相シフトした電圧を発生することを特徴とする回路。
  2. 直流電流を交流電流に変換するとともに、一つ以上の低電圧ガス放電ランプに対する給電を行う回路であって、電流コンバータとしての電力スイッチを有する全ブリッジ切替回路と、ランプごとの二つの共振回路とを利用し、その共振回路の各々が、直列接続されたコイルと、直列接続されたキャパシタと、並列接続されたキャパシタとを有することを特徴とする回路。
  3. 直流電流を交流電流に変換するとともに、一つ以上の低電圧ガス放電ランプに対する給電を行う回路であって、電流コンバータとしての電力スイッチを有する全ブリッジ切替イ回路と、直列接続された二つのキャパシタと、ランプごとの二つの共振回路とを利用し、その共振回路の各々が、直列接続されたコイルと、並列接続されたキャパシタとを有することを特徴とする回路。
  4. 直流電流を交流電流に変換するとともに、一つ以上の低電圧ガス放電ランプに対する給電を行う回路であって、電流コンバータとしての電力スイッチを有する全ブリッジ切替イ回路と、ランプごとの一つの共振回路とを利用し、その共振回路の各々が、直列接続されたコイルと、直列接続されたキャパシタと、並列接続されたキャパシタとを有することを特徴とする回路。
  5. 直流電流を交流電流に変換するとともに、一つ以上の低電圧ガス放電ランプに対する給電を行う回路であって、電流コンバータとしての電力スイッチを有する全ブリッジ切替イ回路と、直列接続された二つのキャパシタと、ランプごとの一つの共振回路とを利用し、その共振回路の各々が、直列接続されたコイルと、並列接続されたキャパシタとを有することを特徴とする回路。
  6. 前記並列接続されたキャパシタを、前記ランプと金属部分との間の寄生容量によって少なくとも一部を形成することを特徴とする請求項２から５のうちのいずれか１項に記載の回路。
  7. コンピュータ又はテレビジョンセットのビデオ信号を表示することができる液晶表示装置であって、請求項１から６のうちのいずれか１項の回路を具えることを特徴とする液晶表示装置。
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