JP2007059203A

JP2007059203A - 放電灯の駆動回路

Info

Publication number: JP2007059203A
Application number: JP2005242997A
Authority: JP
Inventors: Takao Yamada; 孝男山田
Original assignee: Sumida Corp
Current assignee: Sumida Corp
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2007-03-08

Abstract

【課題】蛍光灯等の放電灯を駆動するにあたり、より少ないスイッチング素子で駆動回路を構成する。
【解決手段】１対の駆動トランスを有し、それぞれの駆動トランスの一次コイルを複数のスイッチング素子で駆動し、二次コイルを放電灯に接続し、互いに位相の異なる高周波駆動信号で放電灯を駆動する放電灯駆動回路において、それぞれの駆動トランスの一次コイルを直列、又は並列に接続することによりスイッチング素子の数を半分にした放電灯の駆動回路。
【選択図】図１

Description

この発明は、蛍光灯等の放電灯を駆動する放電灯の駆動回路に関し、特に半導体スイッチング素子を少ない素子数で実現できる放電灯の駆動回路に関する。

蛍光灯等の放電灯は、インバータで発生させた高圧交流電圧により駆動されて発光する。このインバータの出力側に設けられた駆動トランスの出力端子をコネクタを介して放電灯と接続する構成となっている。たとえば１本の放電灯の場合、１対の駆動トランスが設けられる。これら１対の駆動トランスの一次コイルには、互いに位相の１８０度異なるパルス状の駆動電流を流し、１対の駆動トランスの二次コイルには、互いに位相の１８０度異なる放電灯駆動用の高周波駆動信号が得られるように構成する。かくして得られた一対の高周波駆動信号を放電灯の一対の駆動電極に与えることにより放電灯が点灯する。

図７は従来技術におけるフルブリッジ構成の放電灯の駆動回路を簡略的に示すもので、放電灯１の１対の電極は、１対の駆動トランス２Ａ，２Ｂの２次コイル２Ａ２、２Ｂ２の一方の端子に接続される。２次コイル２Ａ２、２Ｂ２の他方の端子は接地されている。駆動トランス２Ａの一次コイル２Ａ１には電源端子に与えられた動作電圧Ｖｃｃがそれぞれ複数の半導体スイッチング素子を介して高周波スイッチング信号として供給され、パルス状の駆動電流が流れる。

すなわち、電源端子３と接地間に半導体スイッチング素子４Ａ、４Ｂの直列回路が挿入され、その接続中点が駆動トランス２Ａの一次コイル２Ａ１の一方の端子に接続されている。同様に、電源端子３と接地間に半導体スイッチング素子４Ｃ、４Ｄの直列回路が挿入され、その接続中点が駆動トランス２Ａの一次コイル２Ａ１の他方の端子に接続されている。さらに、電源端子３と接地間に半導体スイッチング素子５Ａ、５Ｂの直列回路が挿入され、その接続中点が駆動トランス２Ｂの一次コイル２Ｂ１の一方の端子に接続されている。同様に、電源端子３と接地間に半導体スイッチング素子５Ｃ、５Ｄの直列回路が挿入され、その接続中点が駆動トランス２Ｂの一次コイル２Ｂ１の他方の端子に接続されている。

図７に示す従来技術の放電灯の駆動回路は次のように動作する。すなわち、あるサイクルでは、半導体スイッチング素子４Ｂ，４Ｃ、５Ｂ、５Ｃがオンとなり、次のサイクルでは、スイッチング素子４Ａ，４Ｄ、５Ａ、５Ｄがオンとなる様に半導体スイッチング素子が制御され、駆動トランス２Ａ、２Ｂの一次コイル２Ａ１、２Ｂ１にはこの繰り返しでパルス状の駆動電流が流れる。この結果、二次コイル２Ａ２，２Ｂ２には互いに逆位相の高周波駆動信号が発生し、放電灯１に与えられ放電灯１が点灯する。

図７に示す様に、フルブリッジ構成においては、各駆動トランスの一次コイルは４つの半導体スイッチング素子を必要とし、合計８つの半導体スイッチング素子が必要となる。また、ハーフブリッジ構成においては、各駆動トランスの一次コイルは２つの半導体スイッチング素子を必要とし、ハーフブリッジ構成であっても合計４つの半導体スイッチング素子が必要となる。
実開平５−２４００号公報

一つの放電灯を制御するために４乃至８つの半導体スイッチング素子を必要とすると、多くの放電灯を必要とする多灯式の照明装置、たとえば大型液晶パネルのバックライト等のように多くの放電灯を使用する場合においては、数多くの半導体スイッチング素子が必要となり、部品数の増加、回路規模の増大と共に、製造コスト的にも不利となる。従って、より少ない半導体スイッチング素子を使用した放電灯の駆動回路が望まれていた。

第１の実施の形態にて開示された本発明は、二次コイルが放電灯の一方の駆動電極に接続される第１の駆動トランスと、二次コイルが前記放電灯の他方の駆動電極に接続される第２の駆動トランスとを備え、前記第１の駆動トランスの一次コイル及び前記第２の駆動トランスの一次コイルに高周波スイッチング信号を与え、それぞれの前記二次コイルに放電灯駆動用の高周波駆動信号を発生させて放電灯を駆動するように構成された放電灯の駆動回路において、それぞれの前記二次コイルに互いに逆位相の高周波駆動信号が得られるように前記第１の駆動トランスの一次コイルと、前記第２の駆動トランスの一次コイルとを並列に接続した放電灯の駆動回路を提供する。

第２の実施の形態において開示された本発明は、二次コイルが放電灯の一方の駆動電極に接続される第１の駆動トランスと、二次コイルが前記放電灯の他方の駆動電極に接続される第２の駆動トランスとを備え、前記第１の駆動トランスの一次コイル及び前記前記第２の駆動トランスの一次コイルに高周波スイッチング信号を与え、前記それぞれの二次コイルに放電灯駆動用の高周波駆動信号を発生させて放電灯を駆動するように構成された放電灯の駆動回路において、それぞれの前記二次コイルに互いに逆位相（１８０度位相が異なる）の高周波駆動信号が得られるように前記第１の駆動トランスの一次コイルと前記第２の駆動トランスの一次コイルとを直列に接続した放電灯の駆動回路を提供する。

また、上述する第１の実施の形態及び第２の実施の形態にて開示された発明において、前記高周波スイッチング信号は複数の半導体スイッチング素子により発生される。

本発明によれば、放電灯の駆動回路で従来必要とされた半導体スイッチング素子の数を半分とすることが出来るので、特に多灯式の放電灯の駆動回路において、部品点数の削減、小型化や、製造コスト上において非常に効果のある放電灯の駆動回路を提供することが出来る。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明における放電灯の駆動回路における第１の実施の形態を示し、フルブリッジ型の駆動回路の形式となっている。図１において、放電灯１０に対して、１対の駆動トランス２０Ａ，２０Ｂが設けられる。駆動トランス２０Ａの二次コイル２０Ａ２の一方の端子は放電灯１０の一方の電極に接続され、他方の端子は接地される。同様に、駆動トランス２０Ｂの二次コイル２０Ｂ２の一方の端子は、放電灯１０の他方の電極に接続され、他方の端子は接地される。

さらに、動作電源が与えられる動作電源端子３０に接続された電源ラインと接地間にＰＮＰ型電界効果トランジスタ４０ＡとＮＰＮ型電界効果トランジスタ４０Ｂの直列回路が接続され、その接続中点が、駆動トランス２０Ａの一次コイル２０Ａ１の一方の端子に接続される。ＰＮＰ型電界効果トランジスタ４０ＡとＮＰＮ型電界効果トランジスタ４０Ｂのゲート電極はそれぞれ駆動パルス入力端子４０ＡＧ、４０ＢＧに接続されている。

同様に、動作電源が与えられる動作電源端子３０に接続された電源ラインと接地間に他のＰＮＰ型電界効果トランジスタ５０ＡとＮＰＮ型電界効果トランジスタ５０Ｂの直列回路が接続され、その接続中点が、駆動トランス２０Ｂの一次コイル２０Ｂ１の一方の端子に接続される。ＰＮＰ型電界効果トランジスタ５０ＡとＮＰＮ型電界効果トランジスタ５０Ｂのゲート電極はそれぞれ駆動パルス入力端子５０ＡＧ、５０ＢＧに接続されている
また、駆動トランス２０Ａの一次コイル２０Ａ１の他方の端子は、駆動トランス２０Ｂの一次コイル２０Ｂ１の他方の端子に接続され、従って、駆動トランス２０Ａの一次コイル２０Ａ１と駆動トランス２０Ｂの一次コイル２０Ｂ１が直列に接続される。

図２は、図１に示す放電灯の駆動回路に用いられる電源周辺回路を示し、電源回路６１とインバータ制御回路６２とで構成される。電源回路６１は、たとえば１００Ｖで５０Ｈｚの交流商用電源６０からの交流電源を受け、動作電源Ｖｉｎ及びＶｃｃを発生する。発生された動作電源Ｖｉｎは端子６３と接続される図１の動作電源端子３０に供給されると共に、インバータ制御回路６２にも供給される。また、動作電源Ｖｃｃはインバータ制御回路６２に与えられ動作用の電源となっている。

インバータ制御回路６２は内部に発振回路を有し、ＰＮＰ型電界効果トランジスタ４０Ａ、ＮＰＮ型電界効果トランジスタ４０Ｂ、ＰＮＰ型電界効果トランジスタ５０Ａ及びＮＰＮ型電界効果トランジスタ５０Ｂのそれぞれのゲート電極に与えられる４種類の駆動パルスを発生する。

すなわち、端子６４には図３のＡに示す駆動パルス、端子６５には図３のＢで示す駆動パルスがそれぞれ与えられる。各駆動パルスは電圧がＶｃｃ、Ｄｕｔｙ比が５０％以下のパルスで、それぞれの駆動パルスは互いに反対位相のパルスとなっている。端子６４に得られる駆動パルス（図３Ａ）が駆動パルス入力端子４０ＢＧを通じてＮＰＮ型電界効果トランジスタ４０Ｂを駆動し、端子６５に得られる駆動パルス（図３Ｂ）が駆動パルス入力端子５０ＢＧを通じてＮＰＮ型電界効果トランジスタ５０Ｂを駆動する。

一方、端子６５には図３のＣに示す駆動パルス、端子６６には図３のＤで示す駆動パルスがそれぞれ与えられる。各駆動パルスは電圧がＶｉｎ-Ｖｃｃ、Ｄｕｔｙ比が５０％以下のパルスで、それぞれの駆動パルスは互いに反対位相のパルスとなっている。端子６６に得られる駆動パルス（図３Ｃ）が駆動パルス入力端子５０ＡＧを通じてＰＮＰ型電界効果トランジスタ５０Ａを駆動し、端子６７に得られる駆動パルス（図３Ｄ）が駆動パルス入力端子４０ＡＧを通じてＰＮＰ型電界効果トランジスタ４０Ａを駆動する。

図１の放電灯の駆動回路は図２の電源周辺回路と接続されて次のように動作する。すなわち、駆動パルス入力端子４０ＢＧ、５０ＡＧに図３のＡ及びＣで示す駆動パルスが与えられると、ＮＰＮ型電界効果トランジスタ４０Ｂ，ＰＮＰ型電界効果トランジスタ５０Ａが導通する。このとき、動作電源端子３０、ＰＮＰ型電界効果トランジスタ５０Ａ，駆動トランス２０Ｂの一次コイル２０Ｂ１、駆動トランス２０Ａの一次コイル２０Ａ１及びＮＰＮ型電界効果トランジスタ４０Ｂを通じてパルス状の駆動電流が流れる。

また、駆動パルス入力端子５０ＢＧ、４０ＡＧに図３のＢ及びＤで示す駆動パルスが与えられると、ＮＰＮ型電界効果トランジスタ５０Ｂ，ＰＮＰ型電界効果トランジスタ４０Ａが導通する。このとき、動作電源端子３０、ＰＮＰ型電界効果トランジスタ４０Ａ，駆動トランス２０Ａの一次コイル２０Ａ１、駆動トランス２０Ｂの一次コイル２０Ｂ１及びＮＰＮ型電界効果トランジスタ５０Ｂを通じてパルス状の駆動電流が流れる。

この繰り返しで４つの電界効果トランジスタが制御されることにより、見かけ上、駆動トランス２０Ａの一次コイル２０Ａ１には図３のＥに示すパルス状の電圧が印加され、駆動トランス２０Ｂの一次コイル２０Ｂ１には図３のＦに示すパルス状の電圧が印加されることになる。従って、駆動トランス２０Ａのニ次コイル２０Ａ２には図３のＧで実線で示す高周波駆動信号が得られ、駆動トランス２０Ｂのニ次コイル２０Ｂ２には図３のＧで点線で示す位相の異なる高周波駆動信号が得られ、これら２つの異なる位相の高周波駆動信号を放電灯１０のそれぞれの電極に与えることにより放電灯１０が点灯する。図１に示す本発明の第１の実施の形態においては、上記するように、駆動トランス２０Ａの一次コイル２０Ａ１と駆動トランス２０Ｂの一次コイル２０Ｂ１を直列に接続し、４つの電界効果トランジスタで放電灯１０が駆動される。

＜実施の形態２＞
図４は、本発明における放電灯の駆動回路における第２の実施の形態を示し、第１の実施の形態と同様にフルブリッジ型の駆動回路の形式となっているが、第２の実施の形態においては、駆動トランス２０Ａの一次コイル２０Ａ１と駆動トランス２０Ｂの一次コイル２０Ｂ１を並列に接続し、４つの電界効果トランジスタで放電灯１０が駆動される実施の形態となっている。なお、第２の実施の形態及びそれ以降の実施の形態にあっては、一部を除いて図１に示す第１の実施の形態と共通している。従って、同じ部品には同じ参照番号を付し、詳細な説明は省略する。

図４において、１対の駆動トランス２０Ａ，２０Ｂの一次コイル２０Ａ１，２０Ｂ１の双方の端子同士は並列となるように接続される。すなわち、駆動トランス２０Ａの一次コイル２０Ａ１の一方の端子が、駆動トランス２０Ｂの一次コイル２０Ｂ１の他方の端子に接続され、駆動トランス２０Ａの一次コイル２０Ａ１の他方の端子が、駆動トランス２０Ｂの一次コイル２０Ｂ１の一方の端子に接続されることにより、２つの一次コイル２０Ａ１，２０Ｂ１が並列に接続される。

また、駆動トランス２０Ａの一次コイル２０Ａ１の他方の端子は、直列に接続されたＰＮＰ型電界効果トランジスタ４０ＡとＮＰＮ型電界効果トランジスタ４０Ｂの接続中点に接続されている。さらに、駆動トランス２０Ｂの一次コイル２０Ｂ１の一方の端子は、直列に接続されたＰＮＰ型電界効果トランジスタ５０Ａ及びＮＰＮ型電界効果トランジスタ５０Ｂの接続中点に接続されている。

図４に示すように構成された第２の実施の形態の放電灯の駆動回路は、図２に示す電源周辺回路が接続されて次のように動作する。すなわち、図１に示す第１の実施の形態と同様に、駆動パルス入力端子４０ＢＧ、５０ＡＧに図３のＡ及びＣで示す駆動パルスが与えられると、ＮＰＮ型電界効果トランジスタ４０Ｂ，ＰＮＰ型電界効果トランジスタ５０Ａが導通する。このとき、動作電源端子３０、ＰＮＰ型電界効果トランジスタ５０Ａ，駆動トランス２０Ｂの一次コイル２０Ｂ及びＮＰＮ型電界効果トランジスタ４０Ｂを通じてパルス状の駆動電流が流れる。同時に、動作電源端子３０、ＰＮＰ型電界効果トランジスタ５０Ａ，駆動トランス２０Ａの一次コイル２０Ａ１及びＮＰＮ型電界効果トランジスタ４０Ｂを通じて並列にパルス状の駆動電流が流れる。

また、駆動パルス入力端子５０ＢＧ、４０ＡＧに図３のＢ及びＤで示す駆動パルスが与えられると、ＮＰＮ型電界効果トランジスタ５０Ｂ，ＰＮＰ型電界効果トランジスタ４０Ａが導通する。このとき、動作電源端子３０、ＰＮＰ型電界効果トランジスタ４０Ａ，駆動トランス２０Ａの一次コイル２０Ａ１及びＮＰＮ型電界効果トランジスタ５０Ｂを通じてパルス状の駆動電流が流れる。同時に、動作電源端子３０、ＰＮＰ型電界効果トランジスタ４０Ａ，駆動トランス２０Ｂの一次コイル２０Ｂ１及びＮＰＮ型電界効果トランジスタ５０Ｂを通じて並列にパルス状の駆動電流が流れる。

この繰り返しで４つの電界効果トランジスタが制御されることにより、見かけ上、駆動トランス２０Ａの一次コイル２０Ａ１には図３のＥに示すパルス状の電圧が印加され、駆動トランス２０Ｂの一次コイル２０Ｂ１には図３のＦに示すパルス状の電圧が印加されることになる。従って、駆動トランス２０Ａのニ次コイル２０Ａ２には図３のＧで実線で示す高周波駆動信号が得られ、駆動トランス２０Ｂのニ次コイル２０Ｂ２には図３のＧで点線で示す位相の異なる高周波駆動信号が得られ、これら２つの互いに位相の異なる高周波駆動信号を放電灯１０のそれぞれの電極に与えることにより放電灯１０が点灯する。

ただし、図４に示す第２の実施の形態では、駆動トランス２０Ａの一次コイル２０Ａ１と駆動トランス２０Ｂの一次コイル２０Ｂ１が並列に接続されて駆動されるので、図３のＥ及びＦで示す駆動トランス２０Ａの一次コイル２０Ａ１及び駆動トランス２０Ｂの一次コイル２０Ｂに印加されるパルス状の電圧の値は、見かけ上、実施の形態１の場合の２倍の電圧が印加される。したがって、駆動トランス２０Ａのニ次コイル２０Ａ２に発生する図３のＧで実線で示す高周波駆動信号および、駆動トランス２０Ｂのニ次コイル２０Ｂ２に発生する図３のＧで点線で示す高周波駆動信号は実施の形態１の場合と比べて２倍の振幅の高周波駆動信号となる。

＜実施の形態３＞
図５は、本発明における放電灯の駆動回路における第３の実施の形態を示し、図１に示した第１実施の形態のフルブリッジ構成とされたの放電灯の駆動回路をハーフブリッジ構成の放電灯の駆動回路とした実施の形態であり、従って、駆動トランス２０Ａ，２０Ｂの一次コイル２０Ａ１，２０Ｂ１は直列に接続されている。具体的には、図１に示す第１の実施の形態において、ＰＮＰ型電界効果トランジスタ５０ＡとＮＰＮ型電界効果トランジスタ５０Ｂをそれぞれコンデンサ５０ＡＣ、５０ＢＣに置き換えたものである。

図５に示す放電灯の駆動回路も図２に示される電源周辺回路と共に使用されて放電灯１０に与える駆動高周波信号を発生する。そのために、図２に示す端子６４が、駆動パルス入力端子４０ＢＧに接続され、端子６７が、駆動パルス入力端子４０ＡＧに接続され、それぞれ図３のＡ及びＤに示す駆動パルスがＰＮＰ型電界効果トランジスタ４０ＡとＮＰＮ型電界効果トランジスタ４０Ｂを駆動する。

この第３の実施の形態における放電灯の駆動回路の動作の詳細な説明は省略するが、直列接続されたコンデンサ５０ＡＣ、５０ＢＣの接続中点は１／２Ｖｉｎとなるので、見かけ上、駆動トランス２０Ａの一次コイル２０Ａ１に印加される図３のＥ、及びＦに示すパルス状の電圧は第１の実施の形態の場合の半分の電圧となる。従って、駆動トランス２０Ａのニ次コイル２０Ａ２に発生する図３のＧで実線、及び点線で示す互いに位相の異なる高周波駆動信号の振幅も半分の値となる。この構成によれば、第１の実施の形態よりもさらに使用する電界効果トランジスタの個数を減らすことが出来る。

＜実施の形態４＞
図６は、本発明における放電灯の駆動回路における第４の実施の形態を示し、図４に示した第２実施の形態のフルブリッジ構成とされた放電灯の駆動回路をハーフブリッジ構成の放電灯の駆動回路とした実施の形態であり、従って、駆動トランス２０Ａ，２０Ｂの一次コイル２０Ａ１，２０Ｂ１は並列に接続されている。具体的には、図４に示す第１の実施の形態において、ＰＮＰ型電界効果トランジスタ５０ＡとＮＰＮ型電界効果トランジスタ５０Ｂをそれぞれコンデンサ５０ＡＣ、５０ＢＣに置き換えたものである。

図６に示す放電灯の駆動回路も図２に示される電源周辺回路と共に使用されて放電灯１０に与える駆動高周波信号を発生する。そのために、図２に示す端子６４が、駆動パルス入力端子４０ＢＧに接続され、端子６７が、駆動パルス入力端子４０ＡＧに接続され、それぞれ図３のＡ及びＤに示す駆動パルスがＰＮＰ型電界効果トランジスタ４０ＡとＮＰＮ型電界効果トランジスタ４０Ｂを駆動する。

この第４の実施の形態における放電灯の駆動回路の動作の詳細な説明も省略するが、直列接続されたコンデンサ５０ＡＣ、５０ＢＣの接続中点は、第３の実施の形態と同様に１／２Ｖｉｎとなるので、見かけ上、駆動トランス２０Ａの一次コイル２０Ａ１に印加されるパルス状の電圧は第２の実施の形態の場合の半分の電圧となる。従って、駆動トランス２０Ａのニ次コイル２０Ａ２に発生する高周波駆動信号の振幅も第２の実施の形態の場合の半分の電圧となる。この構成によれば、第２の実施の形態よりもさらに使用する電界効果トランジスタの個数を減らすことが出来る。

本発明による放電灯の駆動回路の第１の実施の形態の回路図。本発明による放電灯の駆動回路に使用される電源周辺回路。第１の実施の形態の動作を説明するための波形図。本発明による放電灯の駆動回路の第２の実施の形態の回路図。本発明による放電灯の駆動回路の第３の実施の形態の回路図。本発明による放電灯の駆動回路の第４の実施の形態の回路図。従来技術における放電灯の駆動回路の回路図。

符号の説明

１０放電灯
２０Ａ，２０Ｂ駆動トランス
２０Ａ１，２０Ｂ１一次コイル
２０Ａ２，２０Ｂ２二次コイル
４０Ａ，４０Ｂ，５０Ａ，５０Ｂ電界効果トランジスタ
６１電源回路
６２インバータ制御回路

Claims

二次コイルが放電灯の一方の駆動電極に接続される第１の駆動トランスと、二次コイルが前記放電灯の他方の駆動電極に接続される第２の駆動トランスとを備え、前記第１の駆動トランスの一次コイル及び前記第２の駆動トランスの一次コイルに高周波スイッチング信号を与え、それぞれの前記二次コイルに互いに逆位相の放電灯駆動用の高周波駆動信号を発生させて放電灯を駆動するように構成された放電灯の駆動回路において、
前記それぞれの二次コイルに互いに逆位相の高周波駆動信号が得られるように前記第１の駆動トランスの一次コイルと、前記第２の駆動トランスの一次コイルとを並列に接続したことを特徴とする放電灯の駆動回路。
二次コイルが放電灯の一方の駆動電極に接続される第１の駆動トランスと、二次コイルが前記放電灯の他方の駆動電極に接続される第２の駆動トランスとを備え、前記第１の駆動トランスの一次コイル及び前記前記第２の駆動トランスの一次コイルに高周波スイッチング信号を与え、それぞれの前記二次コイルに互いに逆位相の放電灯駆動用の高周波駆動信号を発生させて放電灯を駆動を駆動するように構成された放電灯の駆動回路において、
前記それぞれの二次コイルに互いに逆位相の高周波駆動信号が得られるように前記第１の駆動トランスの一次コイルと前記第２の駆動トランスの一次コイルとを直列に接続したことを特徴とする放電灯の駆動回路。
前記高周波スイッチング信号は複数の半導体スイッチング素子により発生されることを特徴とする請求項1又は２に記載の放電灯の駆動回路。