JP2007005285A - 冷陰極蛍光ランプの駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】初期点灯の際、要求される高い出力を簡単に提供することが可能な冷陰極蛍光ランプの駆動装置を提供する。
【解決手段】冷陰極蛍光ランプ駆動装置において、該ランプ30が消灯状態なのか点灯状態なのかに従って基準信号を提供する発振器31のチューニングキャパシタ電流を増減させることにより、消灯時には点灯時よりインバータのスイッチング速度が速くなるようにし、要求される初期点灯電圧を満たせることができる。
【選択図】図3
【解決手段】冷陰極蛍光ランプ駆動装置において、該ランプ30が消灯状態なのか点灯状態なのかに従って基準信号を提供する発振器31のチューニングキャパシタ電流を増減させることにより、消灯時には点灯時よりインバータのスイッチング速度が速くなるようにし、要求される初期点灯電圧を満たせることができる。
【選択図】図3
Description
本発明は冷陰極蛍光ランプの駆動装置に関するものであって、さらに詳しくは初期点灯の際要求される高い出力を簡単に提供することが可能な冷陰極蛍光ランプの駆動装置に関するものである。
冷陰極蛍光ランプ(CCFL:Cold Cathode Fluorescent Lamp)はガラス管の内壁に蛍光物質が塗布され、管の両端に電極が取り付けられており、管内には数十トル(Torr)の混合ガスと定量の水銀が封入されているものであって、高輝度と高演色性、2.0W〜5.0Wの低消費全力、定格ランプ電流で15,000〜60,000hr程度の長寿命など多くの長所があることから、LCDバックライト(Back−light)の照明素子として有用に使用される。
このような冷陰極蛍光ランプは電源が印加されていない状態の場合、大インピーダンス特性を表し、一旦点灯になった後にはインピーダンス特性が小くなるので初期点灯の際には1300V以上の高い電場エネルギーが必要であり、一旦点灯になった後には略800Vの電場エネルギーが必要である。
従って、冷陰極蛍光ランプ駆動装置はランプの点灯/消灯状態に従って適切な電場エネルギーを提供するべきである。
図1は、従来の冷陰極蛍光ランプ駆動装置を示す回路図である。図1を参照すれば、冷陰極蛍光ランプ10の駆動装置は、基準信号を提供する発振部11と、上記発振部11から出力された基準信号を所定分周比に分周し、上記分周された信号と外部から印加されたPWMディミング制御信号を比較してオン/オフデューティ割合(比)が調節されたPWMスイッチング制御信号を出力するPWM駆動部12と、上記PWM駆動部12から出力されたスイッチング制御信号に従ってスイッチング動作して直流電源を所定周波数の交流電源に変換するインバータ部13と、上記インバータ部13から出力される所定周波数の交流電源をランプ10に出力する共振回路部14から成る。
上記インバータ部13は電源入力端(Vin)と接地との間に直列に連結されるハーフブリッジ構造の二つのスイッチング素子(SW1、SW2)を含んでおり、上記二つのスイッチング素子(SW1、SW2)は交互にスイッチングして所定周波数の交流電源を出力する。上記インバータ部13から出力された交流電源は共振回路部14を通してランプ10に印加される。なお、分周及びTd発生器121及び論理素子122〜126は、後述する本発明に係る図3に示された分周及びTd発生器321及び論理素子322〜326に相当するので、ここでは説明を省略する。
PWM制御部12は上記発振部11から出力された所定周波数の基準信号を1/2に分周した後、上記分周された信号のオン/オフデューティ比をPWM制御信号(VPWM)に従って調整することにより、ランプ10の明るさを調整する。
かかる構成の冷陰極蛍光ランプ駆動装置において、初期点灯の際要求される高い電場エネルギーは、インバータ部13のスイッチング速度を固定した状態で、上記PWM制御部12を介してスイッチング素子(SW1、SW2)のオン/オフデューティ比のみを制御して具現される。
図2は、初期点灯の際、従来の冷陰極蛍光ランプの駆動作用を説明するタイミング図であって、(a)、(b)はそれぞれ上記スイッチング素子(SW1、SW2)に印加されるスイッチング制御信号であり、(c)は上記(a)、(b)のようにスイッチング制御信号が印加された場合、ランプ10に印加される出力電源波形を表す。上記図2の(a)、(b)を参照すれば、従来ではランプの点灯が要求された場合、消灯状態のランプ10が点灯状態に切り替えられるまでに最大デューティ比のスイッチング制御信号をインバータ13に印加し、ランプ10が点灯になった後には指示された明るさに従ってデューティの割合を調整する。
ところで、上記のようにハーフブリッジ構造のインバータ部13を使用する場合、二つのスイッチング素子(SW1、SW2)が同時にオンになってはならないので、最大デューティ比は50%以下になり、結局、要求される初期点灯電圧を満たすことができなくなる。なお、このように初期点灯電圧を十分高めることができないとランプ10が明滅する等不安定な動作を現す。
従って、本発明は上述した従来の問題点を解決するために提案されたものであって、初期点灯の際要求される高い出力を簡単に提供することが可能な冷陰極蛍光ランプの駆動装置を提供するものである。
上述した目的を達成するための構成手段として、本発明の冷陰極蛍光ランプ駆動装置は、チューニング抵抗とチューニングキャパシタによってRC発振する発振部と、上記発振部から出力された信号を所定分周比に分周した後、上記分周された信号のオン/オフデューティ割合(比)を、明るさを制御するPWM制御信号に従って調節してスイッチング制御信号を生成するPWM駆動部と、上記PWM駆動部から出力されたスイッチング制御信号に従って交互にスイッチング動作するハーフブリッジ構造で連結される複数のスイッチング素子を含んで、入力電源を交流電源に変換するインバータ部と、上記インバータ部から出力される交流電源をランプ駆動電源に出力する共振回路部と、ランプに流れる電圧をフィードバック受けランプの消灯可否を検出し、検出された消灯可否に従って電流制御信号を出力するフィードバック回路部と、及びランプ消灯状態ではランプ点灯状態より高いチューニングキャパシタ電流が流れるように、上記フィードバック回路部の消灯検出信号に従って上記発振部のチューニングキャパシタに流れる電流量を調整する電流制御部を含んで成る。
本発明はランプが消灯状態の場合ハーフブリッジインバータのスイッチング速度を増加させることにより、簡単に必要なランプ初期点灯電圧を提供し、さらに、ランプを安定的に点灯させることのできる優れた効果を奏する。
以下、添付した図面を参照して本発明による冷陰極蛍光ランプ駆動装置の構成及び作用を説明する。
図3は、本発明による冷陰極蛍光ランプ駆動装置の全体構成を示すブロック構成図である。
図3を参照すれば、本発明による冷陰極蛍光ランプ駆動装置は、チューニング抵抗とチューニングキャパシタによってRC発振する発振部31と、上記発振部31から出力された信号を所定の分周比に分周した後、上記分周された信号と外部から印加されたPWM制御信号(VPWM)を論理組み合わせてオン/オフデューティ比が調節されたPWMスイッチング制御信号を出力するPWM駆動部32と、ハーフブリッジ構造から成る二つのスイッチング素子(SW1、SW2)が上記PWM駆動部32から出力されたスイッチング制御信号に従ってスイッチング動作して直流電源を所定の周波数の交流電源に変換するインバータ部33と、上記インバータ部33から出力される所定の周波数の交流電源をランプ30に提供する共振回路部34と、上記ランプ30に印加された電圧をフィードバックしてランプ30の消灯/点灯可否を検出するフィードバック回路部35と、上記フィードバック回路部35からランプ30の消灯状態を表す信号が印加されれば、上記発振部31のキャパシタ電流を増加させ、ランプ30の点灯状態を表す信号が印加されれば、上記発振部31のキャパシタ電流を基準値に下降させる電流制御部36を含む。
発振部31は一般的なRC発振部として、発振周波数は発振部31内に具備されたチューニング抵抗(図示せず)及びチューニングキャパシタ(図示せず)によって決まる。さらに、上記発振部31の発振周波数はチューニングキャパシタ電流に比例して増加する。即ち、発振部31に印加されるチューニングキャパシタ電流を増加させると、発振周波数が増加される。このようなRC発振部31の特性は一般的によく知られているものである。
本発明の冷陰極蛍光ランプ駆動装置は、フィードバック回路部35及び電流制御部36をさらに含み、上記発振部31に印加されるバイアス電流をランプ30の点灯可否に従って変化させることにより、発振部31から出力される周波数を変化させ、その結果消灯状態で点灯される前までにインバータ部33のスイッチング速度をより早くすることで、ランプ30で初期点灯の際要求されるレベルの電場エネルギーを提供するのである。
PWM駆動部32において、分周及びTd発生部321は、上記発振部31から印加された周波数を1/2に分周し、PWMスイッチング制御信号を発生させるためのものであり、反転ゲ−トやアンドゲートを含む論理素子(322〜324)は、分周及びTd発生部321から出力された基準クロックと明るさ制御信号であるPWM制御信号(VPWM)と論理組み合わせて、PWMスイッチング信号のオン/オフデューティ比を調節する手段であり、アンドゲート(325、326)は、ランプ30に異常が生じた場合これを表す制御信号(Vc)と上記PWMスイッチング信号を論理組み合わせるものであって、異常状態であることを表す制御信号(例えば、論理0)が印加される場合、論理0を出力してインバータ部33のスイッチング動作を停止させる。このようなPWM駆動部32は既存の構成と同一なものであって、さらに多様な形態で構成され得る。なお、共振回路34は、図1に示された従来例と同様に、トランスT、ダイオードD1、D2やキャパシタCを備えて構成されている。
図4は、上記本発明による冷陰極蛍光ランプ駆動装置において、初期点灯動作を説明するタイミング図である。
図4において、(a)は上記発振部31から出力される基準信号を表し、(b)、(c)は上記PWM駆動部32からインバータ部33の二つのスイッチング素子(SW1、SW2)にそれぞれ印加されるスイッチング制御信号を表し、(d)は共振回路部34からランプ30に印加される駆動電圧を表す。
上記図4に示すように、本発明の冷陰極蛍光ランプ駆動装置は、ランプ30の点灯が要求されれば、発振部31から点灯状態における周波数より高い周波数の信号を出力し、上記高い周波数の信号を基準としてPWM駆動部32がインバータ部33のスイッチング動作を制御する。従って、インバータ部33のスイッチング速度が早くなりつつ、ランプ30に印加される出力電圧のレベルが上昇する。そしてランプ30が点灯されると、発振部31が以前より低い周波数を出力し、PWM駆動部32及びインバータ部33は上記低周波数を基準に動作し、消灯の際より遅い速度でスイッチング動作し、その結果消灯の際よりランプ30に出力される電圧のレベルが低くなる。
上記点灯時の発振部31の出力周波数は一般的な冷陰極蛍光ランプ駆動装置で設定された基準周波数であり、消灯時の発振部31の出力周波数は上記基準周波より高周波数であって、大体点灯時の周波数を基準に、消灯時の周波数を1.5倍高く設定すると、初期点灯の際要求される電圧レベルを得ることができる。
次に、本発明による冷陰極蛍光ランプ駆動装置において、発振部31の周波数を調整するためのフィードバック回路部35及び電流制御部36についてさらに詳細に説明する。
図5は、本発明による冷陰極蛍光ランプ駆動装置において、電流制御部36の詳細回路図である。
図5を参照すれば、上記電流制御部36は基準電圧(Vref)が入力されるバッファー361と、エミッタ端が抵抗(RT)を介して接地され上記バッファー361の出力にベースが連結される第1トランジスタ(Q1)と、上記第1トランジスタ(Q1)のコレクタにそのベース及びコレクタが共通結合する第2トランジスタ(Q2)と、上記第2トランジスタ(Q2)のベース及びエミッタにそれぞれのベース及びエミッタが共通連結される第3、4トランジスタ(Q3、Q4)から成る電流リピータ362と、上記第3トランジスタ(Q3)のコレクタと接地との間にコレクタ‐エミッタ結合し電流制御信号(Fc)によってオン/オフ動作する第5トランジスタ(Q5)と、上記第3トランジスタ(Q3)のコレクタにそのエミッタ及びベースが連結され、コレクタ接地された第6トランジスタ(Q6)と、上記第3トランジスタ(Q3)のコレクタにそのベースが連結されコレクタ接地された第7トランジスタ(Q7)から成る第1電流ミラー363と、上記第4トランジスタ(Q4)のコレクタに自己コレクタ及びベースが連結されエミッタ接地された第8トランジスタ(Q8)と上記第4トランジスタ(Q4)のコレクタに自己ベースが連結されエミッタ接地された第9トランジスタ(Q9)から成る第2電流ミラー364と、上記第7、9トランジスタ(Q7、Q9)のコレクタに自己コレクタ及びベースが共通連結される第10トランジスタ(Q10)と上記第10トランジスタ(Q10)と相互ベース及びエミッタ結合し、そのコレクタが発振部31のチューニングキャパシタ(図示せず)で連結される第11トランジスタ(Q11)から成る第3電流ミラー365で構成される。
上記のように構成された電流制御部36の動作を説明すると、まず上記基準電圧(Vref)と抵抗(RT)によって電流リピータ362の基準電流(IREF)が決まり、上記基準電流(IREF)は次の数1式のようである。
さらに、フィードバック回路部35から電流制御信号(FC)に従って第1 電流ミラー363の動作が決まる。即ち、ランプ30が消灯状態の場合フィードバック回路部35から低レベルの電流制御信号(FC)が印加されれば、第5トランジスタ(Q5)がオフされ、上記スタート電流(Istart)は第1電流ミラー363の基準電流に入力された後、上記第1電流ミラー363によって第3電流ミラー36に伝達される。逆に、ランプ30が点灯状態の場合、フィードバック回路部35から高レベルの電流制御信号(FC)が印加されれば、上記第5トランジスタ(Q5)はターンオンされ上記第3トランジスタ(Q3)のコレクタに流れるスタート電流(Istart)を接地にバイパスさせる。従って、第1電流ミラー363は動作せず、その結果上記スタート電流(Istart)は第3電流ミラー365にミラーリングされない。
この際、上記第2電流ミラー364は上記第4トランジスタ(Q4)のコレクタに流れる電流(Inormal)を第3電流ミラー365の第10トランジスタ(Q10)に印加する。
そして、上記第3電流ミラー365は第10トランジスタ(Q10)に入力される電流をミラーリングして発振部31のチューニングキャパシタ電流(ICT)に印加する。
従って、上記第3電流ミラー365はランプ30が点灯状態の場合にはIct=Inormalになり、ランプ30が消灯状態の場合にはIct=Inormal+Istartになる。ここで、上記発振部31の出力周波数、即ち、発振周波数はチューニングキャパシタに印加される電流ICTに比例することで、ランプ30が消灯状態の時の発振周波数が、ランプ30が点灯状態の場合より高くなる。
上記のように、発振部31から出力される発振周波数が高くなれば、インバータ部33のスイッチング速度が増加し、その結果共振回路部34の出力電圧が増加する。
上記フィードバック回路部35は上述した電流制御部36の動作が行われることができるように、ランプ30の電圧を検査し、ランプ30が点灯状態なのか消灯状態なのかを判別し、それによる電流制御信号(Fc)を上記電流制御部36に印加する。
従って、上記ランプ30を初期点灯させる場合、ランプ30の状態が点灯状態に切り替えられるまで上記発振部31は高い発振周波数を出力するようになり、これにインバータ部33のスイッチング速度が早くなってランプ30に印加される出力電圧のレベルが初期点灯時の適正レベル(略1300V)に上昇するようになる。そして上記高出力電圧によってランプ30が点灯状態になってインピーダンス特性が低くなれば、フィードバック回路部35でこれを検出して高レベルの電流制御信号(FC)を出力し、その結果上記発振部30の発振周波数が低くなり、インバータ部33のスイッチング速度が遅くなり、ランプ30に印加される出力レベルが点灯状態で要求される水準(略800V)に調整される。
図6は、上記フィードバック回路部35の一例を表す回路図であって、ランプ30の消灯/点灯状態を検出するためのフィードバック回路部35は、上記ランプ30に流れる電圧(OVP)を基準電圧(例えば、2.5V)と比較する第1比較器351と、上記第1比較器351の比較結果に従って電圧(OVP)が2.5V以上の場合ターンオンされ、2.5V以下の場合はターンオフされるスイッチ352と、上記スイッチ352を通して接地に連結されるとともに、キャパシタ(C)を介して接地に連結される電流源353と、上記電流源353とキャパシタ(C)及びスイッチ352の接点電圧を基準電圧(0.7V)と比較して、基準電圧より大きい場合は論理1を出力し、基準電圧より小さい場合は論理0を出力する第2比較器354と、上記第2比較器354の出力に入力端(S)が連結され出力端(Q)が上記電流制御部36の第5トランジスタ(Q5)に印加されるRSラッチ355で構成される。
ランプ30が消灯状態の場合、上記第1比較器351に入力される電圧(OVP)は低レベル(略2.5V以下)になる。従って、上記第1比較器351の出力は低レベルがになり、これにスイッチ352がオフされ、上記電流源353の電流はキャパシタ(C)に印加される。上記によってキャパシタ(C)にかかる電圧が増加し、これに第2比較器354の出力は高レベル(論理1)になる。このように、論理1信号が入力されれば、RSラッチ355は低レベルを出力する。即ち、電流制御部36に印加される電流制御信号(FC)が低レベルになる。
逆に、ランプ30が点灯状態の場合、上記第1比較器351に入力される電圧(OVP)は基準レベル(略2.5V)以上に高くなって、その結果スイッチ352がターンオンされる。上記スイッチ352がターンオンされれば、上記電流源353から印加された電流は接地にバイペスされ、キャパシタ(C)にかかる電圧がほぼ0と低くなる。従って、上記第2比較器354は低レベル(論理0)を出力し、これによりRSラッチ355の出力は高レベルになる。即ち、電流制御部36に印加される電流制御信号(FC)が高レベルになる。
上述した作用によって、フィードバック回路部35はランプ30の点灯/消灯状態を表す電流制御信号(FC)を電流制御部(36)に印加する。
図7は、本発明による冷陰極蛍光ランプ駆動装置のシミュレーション結果を示すグラフである。
図7の(a)は本発明による冷陰極蛍光ランプ駆動装置の初期点灯の際、フィードバック回路部35から電流制御部36に印加される電流制御信号(FC)を示すものであって、ランプ30が点灯になっていないと低レベルであり、ランプ30が点灯された後には高レベルが出力されることが判る。
図7の(b)は、本発明による冷陰極蛍光ランプ駆動装置の初期点灯の際、発振部31から出力された周波数信号を示すものであって、消灯状態における周波数が点灯状態における周波数より高いことが判る。
図7の(c)、(d)は、本発明による冷陰極蛍光ランプ駆動装置において、インバータ部33のスイッチング素子(SW1、SW2)に印加されるスイッチ制御信号をそれぞれ表すものであって、点灯要求時点からパルス形態のスイッチング制御信号が出力されるが、点灯状態になる前までのパルス周期が点灯状態になった後のパルス周期より速いことが判る。上記パルスの周期はスイッチング速度に対応される。
以上のシミュレーショングラフを通じて、上述した冷陰極蛍光ランプ駆動装置の作用を理解することができる。
30 冷陰極蛍光ランプ 31 発振部
32 PWM駆動部 33 インバータ部
34 共振回路部 35 フィードバック回路部
36 電流制御部
32 PWM駆動部 33 インバータ部
34 共振回路部 35 フィードバック回路部
36 電流制御部
Claims (3)
- チューニング抵抗とチューニングキャパシタによってRC発振する発振部と、
上記発振部から出力された信号を所定分周比に分周した後、上記分周された信号のオン/オフデューティ割合を、明るさを制御するPWM制御信号に従って調節してスイッチング制御信号を生成するPWM駆動部と、
上記PWM駆動部から出力されたスイッチング制御信号に従って交互にスイッチング動作するハーフブリッジ構造で連結された複数のスイッチング素子を含んで、入力電源を交流電源に変換するインバータ部と、
上記インバータ部から出力される交流電源をランプ駆動電源に出力する共振回路部と、
ランプに流れる電圧をフィードバック受けてランプの消灯可否を検出し、検出された消灯可否に応じて電流制御信号を出力するフィードバック回路部、及び
ランプ消灯状態ではランプ点灯状態より高いチューニングキャパシタ電流が流れるように、上記フィードバック回路部の消灯検出信号に従って上記発振部のチューニングキャパシタに流れる電流量を調整する電流制御部と、
を含む冷陰極蛍光ランプの駆動装置。 - 上記電流制御部は
基準電圧(Vref)が入力されるバッファー361と、
エミッタ端が抵抗(RT)を介して接地され上記バッファー361の出力にベースが連結される第1トランジスタ(Q1)と、
上記第1トランジスタ(Q1)のコレクタにそのベースコレクタが結合する第2トランジスタ(Q2)と、上記第2トランジスタ(Q2)のベース及びエミッタにそれぞれのベース及びエミッタが共通で連結される第3、4トランジスタ(Q3、Q4)から成る電流リピータ362と、
上記第3トランジスタ(Q3)のコレクタと接地との間にコレクタ−エミッタ結合し電流制御信号(Fc)によってオン/オフ動作する第5トランジスタ(Q5)と、上記第3トランジスタ(Q3)のコレクタにそのエミッタ及びベースが連結されコレクタ接地された第6トランジスタ(Q6)と、上記第3トランジスタ(Q3)のコレクタにそのベースが連結されコレクタ接地された第7トランジスタ(Q7)から成る第1電流ミラー363と、
上記第4トランジスタ(Q4)のコレクタに自己コレクタ及びベースが連結されエミッタ接地された第8トランジスタ(Q8)と、上記第4トランジスタ(Q4)のコレクタに自己ベースが連結されエミッタ接地された第9トランジスタ(Q9)から成る第2電流ミラー364と、
上記第7、9トランジスタ(Q7、Q9)のコレクタに自己コレクタ及びベースが共通連結される第10トランジスタ(Q10)と上記第10トランジスタ(Q10)と相互ベース及びエミッタ結合し、そのコレクタが発振部のチューニングキャパシタ電流を出力する第11トランジスタ(Q11)から成る第3電流ミラー365と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の冷陰極蛍光ランプの駆動装置。 - 上記フィードバック回路部は
ランプに流れる電圧(OVP)をフィードバックして受け第1基準電圧と比較する第1比較器351と、
上記第1比較器351の比較結果に従ってオン/オフスイッチングするスイッチ352と、
上記スイッチ352を介して接地に連結されるとともにキャパシタ(C)を介して接地に連結される電流源353と、
上記キャパシタ(C)の電圧を第2基準電圧と比較する第2比較器354と、
上記第2比較器354の出力信号をセット端(S)で入力受け、出力端(Q)で電流制御信号を出力するRSラッチ355と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の冷陰極蛍光ランプの駆動装置。
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