JP2007280951A - 蛍光灯駆動回路及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】力率修正ステップと起動ステップと方形波駆動ステップと隔離ステップと出力ステップとを備えてなる蛍光灯の駆動回路及びその駆動方法を提供する。
【解決手段】力率修正ステップは入力交流電圧を直流電圧に調整し、起動ステップは直流電圧を昇圧点灯直流電圧に調整し、方形波駆動ステップは点灯直流電圧を調整し昇圧して点灯方形波電圧とし、出力ステップは点灯方形波電圧によって蛍光灯を点灯する。
【選択図】図４

Description

この発明は蛍光灯に関し、特に蛍光灯駆動回路及びその駆動方法に関する。

近年、液晶表示装置に関する技術はかなり進歩した。液晶表示装置は陰極線管に取って代わって次世代の主な表示装置になろう。液晶表示装置はバックライトが要るので、各種のバックライトはすでに提案されている。一般のバックライトは例えば水銀を含む／含まない蛍光灯、発光表示部品、及び水銀を含む／含まない平面蛍光灯などである。その中では、各種の蛍光灯の応用はさらに広がっている。

蛍光灯の原理は、気体を励起することによってイオン又は励起された原子を発生させて、イオン又は励起された原子が基底状態に戻ると特定周波数の光子（すなわち紫外線）を発して、この紫外線によって蛍光灯内の蛍光物質を励起して可視光線を発生させるものである。気体を励起する時、気体を電離するようにする高電圧が必要である。その高電圧は昇降圧機能を含む起動回路によって発生される。蛍光灯が安定に操作されるようにするために、この起動回路は慎重に設計されなければならない。

平面蛍光灯は外部電極を有するものである。平面蛍光灯の提供する光源は平面形であるので、平面液晶表示装置のバックライトに用いられている。それは、従来の蛍光灯及び発光表示部品が均一に照射できないという欠点を改善することができる。照射の均一性のほかに、平面蛍光灯はさらにコストが低いこと、高・低温の環境に性能がよいこと、寿命が長いこと、よい飽和度を提供できること、容易にバックライトと統合できることなどの有利な点がある。さらに、水銀を含まない平面蛍光灯は汚染を発生させない有利な点がある。しかし、水銀を含まない平面蛍光灯は、外部電極のあることと水銀を含まないことのせいで、従来の水銀を含む蛍光灯に比べてその起動回路の設計には困難がある。水銀を含まない平面蛍光灯が起動されていない時、高抵抗を有しているので駆動回路によって蛍光管電圧を共振昇圧して点灯電圧とすることにより平面蛍光灯を点灯することができる。従来の平面蛍光灯は共振ネットワークを起動回路として、正弦波信号によって点灯されるものである。しかし、これは平面蛍光灯に起動電圧を提供することができるが、大循環の電流があるという欠点があることが実験に通して分かった。この循環電流は平面蛍光灯の駆動回路及び蛍光管に流れるで、仕事率を消耗して蛍光管の発光効率を低下させて蛍光管が加熱される。共振回路を使用するので、駆動回路には起動状態で高循環の電流が発生する。時間が長くなると駆動回路はオーバーヒートする恐れがある。したがって、その中に検出回路を加える必要があって、蛍光管が破裂すること又は駆動回路が蛍光管に接続されていないことを防止するようにする。上記の欠点のほかに、高循環の電流に対しては、従来の技術は蛍光管電圧の周波数を変えることによって制御するものである。しかしながら、周波数の変えた駆動電圧だけを使用すると、駆動回路の中の変圧器又はインダクタなどの磁性部品を最適にすることができない。上記の欠点は回路設計のコストが増加するようにするものである。一方、水銀を含まない平面蛍光灯が大面積の蛍光管で起動される時に急速に均一に点灯されることに困難があるので、ＯＳＲＡＭは切換周波数を変える技術及びＢｕｒｓｔ Ｍｏｄｅ Ｄｉｍｍｉｎｇという技術によって均一に蛍光灯を点灯することが提案された。その実験の結果は図１及び図２から見ると分かる。図１の上部分は蛍光管電流の波形図であり、下部分は上部分の波形の拡大図である。図２の上部分は蛍光管電圧の波形図であり、下部分は上部分の波形の拡大図である。それらの図からみると、この起動方式は共振昇圧方式であるのが分かる。この起動方式は高起動電流、磁性部品が飽和になりやすい、高循環電流などの欠点がある。起動する時、時間がかかって、共振方式で電圧を点灯できる点灯電圧に昇圧するので、急速に起動することができない。

したがって、本発明の課題は、水銀を含まない平面蛍光灯の駆動回路及びその駆動方法を提供する必要がある。従来の欠点を改善し、水銀を含まない平面蛍光灯などの各種の蛍光灯を急速に正確に起動し、液晶表示装置又は他の照明場合に応用されることができるようにすることにある。

本発明は蛍光灯の駆動方法を提供する。この駆動方法は、直流電圧を発生させるステップと、パルス電圧入力に基づいて前記直流電圧を昇圧直流電圧に調整する操作電圧として、そして起動電圧とするステップと、前記操作電圧が前記起動電圧に達すると、前記パルス電圧入力を停止させて前記操作電圧を方形波電圧に転換するステップと、前記方形波電圧によって蛍光灯を点灯するステップとを備えてなることを特徴とする。

好適な実施例では、蛍光灯は一般の蛍光灯又は平面蛍光灯であり、前記平面蛍光灯は水銀を含む平面蛍光灯又は水銀を含まない平面蛍光灯である。

本発明は蛍光灯の駆動回路を提供する。この駆動回路は、交流電圧を受けて前記交流電圧を直流電圧に調整する力率修正ステップと、前記直流電圧を受けて、パルス電圧入力に基づいて前記直流電圧を昇圧直流電圧に調整して操作電圧とする起動ステップと、隔離ステップと、前記操作電圧が起動電圧に達すると、前記操作電圧を方形波電圧に調整して、そして前記隔離ステップによって前記力率修正ステップと隔離される方形波駆動ステップと、前記方形波電圧を受けて、前記方形波電圧を昇圧方形波電圧に調整し、そして前記昇圧方形波電圧によって蛍光灯を点灯する出力ステップとを備えてなり、前記起動電圧が達されると前記方形波駆動ステップは操作を起動し、そして前記起動電圧が達されると前記起動ステップは操作を停止させることを特徴とする。

好適な実施例では、前記起動ステップはフライバック形回路及び隔離形昇降圧回路の中の一つであり、前記隔離形昇降圧回路はＣｕｋコンバーター、ＳＥＰＩＣコンバーター及びＺｅｔａコンバーターの中の一つであり、前記隔離ステップはダイオード、コンデンサー、抵抗、インダクタ、及び隔離変圧器の中の一つであり、前記方形波駆動ステップと前記起動ステップは並列接続されて、前記方形波駆動ステップはハーフブリッジ駆動回路、フルブリッジ駆動回路及びプッシュプル回路の中の一つであることを特徴とする。

蛍光灯の大循環の電流を除去して、起動ステップの各部品の寸法を減少させて、コストダウンを達成することができる。

図３は本発明の蛍光灯の駆動回路の機能を示したブロック図である。図３に示したように、駆動回路３０は力率修正ステップ３１、起動ステップ３２、隔離ステップ３３、方形波駆動ステップ３４及び出力ステップ３５を具備する。力率修正ステップ３１は交流電圧ＡＣを受けて直流電圧Ｖ_ＤＣを発生させる。起動ステップ３２は直流電圧Ｖ_ＤＣを予定の起動電圧Ｖ_{ＢＯＯＳＴ}に急速に昇圧して、操作電圧Ｖ_ＯＰを提供する。隔離ステップ３３は力率修正ステップ３１と方形波駆動ステップ３４の間に位置して、二つのステップ３１、３４を隔離して起動ステップ３２が駆動回路３０の残りの部分を干渉しないようにする。方形波駆動ステップ３４は操作電圧Ｖ_ＯＰを方形波電圧に転換する。出力ステップ３５は方形波電圧を受けて蛍光灯を駆動する。

上記の中に、力率修正ステップ３１は直流電圧Ｖ_ＤＣを貯蔵する貯蔵コンデンサーを有している。起動ステップ３２はパルス電圧入力触発によって直流電圧Ｖ_ＤＣを昇圧することができる。隔離ステップ３３はダイオード、コンデンサー、抵抗、インダクタ、及び隔離変圧器の中の一つである。方形波駆動ステップ３４は、操作電圧Ｖ_ＯＰを受けて、方形波電圧に調整してならせて、隔離ステップ３３によって力率修正ステップ３１と隔離されている。方形波駆動ステップ３４と入力ステップ３５の間には電圧調整カプリング部品が設置してある。方形波電圧は昇圧方形波電圧に調整され、蛍光灯の内部抵抗へカップリングされて、それによって蛍光灯を点灯するようにする。方形波駆動ステップ３４は小型貯蔵コンデンサーを有していて、操作電圧Ｖ_ＯＰが起動電圧Ｖ_{ＢＯＯＳＴ}に等しくなると（すなわち、コンデンサーが十分なエネルギーを貯蔵した後）操作を停止する。さらに、蛍光灯は一般の蛍光灯又は平面蛍光灯であり、前記平面蛍光灯は水銀を含む平面蛍光灯又は水銀を含まない平面蛍光灯である。

図４は本発明の蛍光灯の駆動回路の第１実施例を示した図である。駆動回路４０において、力率修正ステップ４１は貯蔵コンデンサーを有していて、ステップ４１から発生した直流電圧Ｖ_ＤＣを貯蔵するようにする。起動ステップ４２は昇降圧回路であり、ダイオードＤ_ＡＵＸ、インダクタＬ_ＡＵＸ及びＮＭＯＳトランジスタＱ_ＡＵＸを含んでいる。インダクタＬ_ＡＵＸの一端はＮＭＯＳトランジスタＱ_ＡＵＸの一端及びダイオードＤ_ＡＵＸの陽極端と接続されていて、インダクタＬ_ＡＵＸのもう一つの端はダイオードＤ_Ｂの陽極端と接続されていて、ＮＭＯＳトランジスタＱ_ＡＵＸのもう一つの端は接地している。昇降圧回路は隔離部品を有していないのでここで一般的に‘昇圧回路’と言われている。方形波駆動ステップ４４は起動ステップ４２と並列接続されている。隔離ステップ４３は二つのステップ４２と４４の間に設置されていて、基本的に隔離ダイオードであって、ダイオード、コンデンサー、抵抗、インダクタ又は隔離変圧器でもよい。方形波駆動ステップ３４はハーフブリッジ駆動回路及び変圧装置Ｔの一次低圧側Ｔ１を含んでいる。一次低圧側Ｔ１の電圧はその方形波電圧である。出力ステップ４５は負荷蛍光管（コンデンサーと抵抗の並列ユニットＲＣ）及び変圧装置Ｔの二次高圧側Ｔ２を含んでいる。方形波電圧は二次高圧側Ｔ２へカップリングされて変圧方形波電圧を発生させる。コンデンサーと抵抗の並列ユニットＲＣは互いに並列接続されている負荷コンデンサー組Ｃ_Ｌ及び負荷抵抗Ｒ_Ｌを有している。出力抵抗Ｒ_Ｌは蛍光灯の内部抵抗であり、負荷コンデンサー組Ｃ_Ｌは一つ又は複数の負荷コンデンサーを含んでいる。

図５は上記の駆動回路の信号の波形図である。図５に示したように、図４に示した起動ステップ４２のＮＭＯＳトランジスタＱ_ＡＵＸへパルス電圧Ｖ_ＧＡｕｘが入力されると、操作電圧Ｖ_ＯＰはすぐに上がる。予定の昇圧電圧Ｖ_{ＢＯＯＳＴ}に昇圧すると、パルス電圧Ｖ_ＧＡｕｘはすぐに閉じられて、ハーフブリッジ回路４４の二つのコンデンサーＣ_Ｂ１、Ｃ_Ｂ２は完全に充電する。そのあと、ハーフブリッジ回路４４の二つのＮＭＯＳトランジスタＳ１、Ｓ２は、それぞれのゲート電圧Ｖ_ＧＳ１、Ｖ_ＧＳ２に方形波電圧が入力される。この方形波電圧は変圧器Ｔを通して上記昇圧方形波電圧に昇圧されて、出力ステップ４５へカップリングされて負荷抵抗Ｒ_Ｌから入力される。すると蛍光灯は蛍光管電圧Ｖ_Ｌａｍｐに点灯される。この時は蛍光管電流Ｉ_Ｌａｍｐの波形はとがった波形のようである。起動ステップ４２が起動電圧に達される時に閉じられるので、操作電圧Ｖ_ＯＰは続いて降下していて、貯蔵コンデンサーＣ１の電圧Ｖ_ＤＣまで至る。そのあと、トランジスタＱ_ＡＵＸへはもう一つのパルスが入力されると、前記操作が繰り返される。

上記において、起動電圧Ｖ_{ＢＯＯＳＴ}は約２．５千ボルトであり、蛍光管電圧Ｖ_Ｌａｍｐは約１．５〜２．０千ボルトである。ＮＭＯＳトランジスタＱ_Ｇａｕｘを閉じるタイミングはコンデンサーＣ_Ｂ１、Ｃ_Ｂ２の容量に関している。ＮＭＯＳトランジスタＱ_ＧｕｘはコンデンサーＣ_Ｂ１、Ｃ_Ｂ２が完全に充電されたとそのパルス入力を切ってしまう。したがって、コンデンサーＣ_Ｂ１、Ｃ_Ｂ２の容量は起動電圧Ｖ_{ＢＯＯＳＴ}に対応し、それに相応するＮＭＯＳトランジスタＶ_ＧＡｕｘのパルス電圧を閉じるタイミングは適切に選ばれなくてはいけない。また、自動的にパルス入力を切ってしまってもよい。この時、完全に充電されたコンデンサーＣ_Ｂ１、Ｃ_Ｂ２を簡単な回路によって触発信号を出力させて、そのパルス電圧の入力を停止させる。このような回路は当業者にとって周知の技術である。

図６は本発明の蛍光灯の駆動回路の第２実施例を示した図である。駆動回路６０において、力率修正ステップ６１、ＮＭＯＳ駆動ステップ６２、隔離ステップ６３、方形波駆動ステップ６４及び出力ステップ６５の設置方式は第１実施例と同じであるが、ただＮＭＯＳ駆動ステップ６２だけは上記の起動ステップ４２とは異なる。起動ステップ６２は昇降圧回路であり、ダイオードＤ_Ａｕｘ、変圧器Ｔ‘_ＱＡＵＸ及びＮＭＯＳトランジスタＱ_Ａｕｘを含んでいる。変圧器Ｔ‘_ＱＡＵＸの二次高圧側Ｔ_２‘はダイオードＤ_Ａｕｘの陽極端と接続されている。ＮＭＯＳトランジスタの一端は変圧器Ｔ‘_ＱＡＵＸの一次低圧側Ｔ_１‘と接続されていて、もう一つの端は接地している。ここでは、昇降圧回路は隔離部品変圧器Ｔ‘_ＱＡＵＸを有していないので‘フライバック型回路又は隔離型昇降圧回路’と言われている。この実施例の操作波形は図５と同じであるので、その説明を省略する。

前記起動ステップ昇降圧回路はＣｕｋコンバーター、ＳＥＰＩＣコンバーター又はＺｅｔａコンバーターであってもよい。蛍光灯に必要な昇圧結果を発生させることができる昇降圧回路であればよい。そのほか、前記方形波駆動ステップはハーフブリッジ駆動回路、フルブリッジ駆動回路又はプッシュプル回路であってもよい。本発明の直流操作電圧を調整して蛍光灯を駆動することができる方形波駆動回路にならせる方形波駆動回路であればよい。また、本発明の蛍光灯起動回路、駆動回路及びその駆動方法は平面蛍光灯に適用してもよくて、特に安定に駆動されにくい水銀を含まない平面蛍光灯に適用してもよい。それゆえに、液晶表示装置は水銀を含まない平面蛍光灯をバックライトにして、照射の均一性、無汚染などの目的を達することができる。

図７は本発明の蛍光灯の駆動方法を示したフロートチャートである。図７に示したように、本発明の蛍光灯の駆動方法は、直流電圧を発生させるステップ（Ｓ７１）と、パルス電圧入力に基づいて前記直流電圧を昇圧直流電圧に調整する操作電圧として、そして起動電圧とするステップ（Ｓ７２）と、前記操作電圧が前記起動電圧に達すると、前記パルス電圧入力を停止させて前記操作電圧を方形波電圧に転換するステップ（Ｓ７３）と、前記方形波電圧によって蛍光灯を点灯するステップ（Ｓ７４）と備えてなる。

この蛍光灯の駆動方法において、前記ステップ（Ｓ７１）は交流電圧を受けるステップと、力率回路によって前記交流電圧を前記直流電圧に転換するステップとを備えてなり、さらに、前記ステップ（Ｓ７４）は、前記方形波電圧を最終方形波電圧に調整するステップと、前記最終方形波電圧によって前記蛍光灯を点灯するステップとを備えてなる。

さらに、本発明の蛍光灯の駆動回路及びその駆動方法は従来のＢｕｒｓｔ Ｍｏｄｅ Ｄｉｍｍｉｎｇ技術とともに実施されてもよい。その実験結果は図８に示した。図８に示したように、起動する時、方形波駆動ステップの操作電圧を正常値より大きくすることによって、蛍光管は点灯しやすくなる。

Ｂｕｒｓｔ Ｍｏｄｅ Ｄｉｍｍｉｎｇ技術とともに実施された従来の平面蛍光灯の蛍光管電流を示した図である。 周波数が変えられた技術とともに実施された従来の平面蛍光灯の蛍光管電圧を示した図である。 本発明の蛍光灯の駆動回路の機能を示したブロック図である。 本発明の蛍光灯の駆動回路の第１実施例を示した図である。 の駆動回路の信号の波形図である。 本発明の蛍光灯の駆動回路の第２実施例を示した図である。 本発明の蛍光灯の駆動方法を示したフロートチャートである。 Ｂｕｒｓｔ Ｍｏｄｅ Ｄｉｍｍｉｎｇ技術とともに実施された本発明の平面蛍光灯の蛍光管電流を示した図である。

符号の説明

３０ 駆動回路
３１ 力率修正ステップ
３２ 起動ステップ
３３ 隔離ステップ
３４ 方形波駆動ステップ
３５ 出力ステップ
４０ 駆動回路
４１ 力率修正ステップ
４２ 起動ステップ
４３ 隔離ステップ
４４ 方形波駆動ステップ
４５ 出力ステップ
６０ 駆動回路
６１ 力率修正ステップ
６２ 起動ステップ
６３ 隔離ステップ
６４ 方形波駆動ステップ
６５ 出力ステップ

Claims (4)

1. 直流電圧の発生ステップ（ａ）と、
   パルス電圧入力に基づいて前記直流電圧を昇圧直流電圧に調整して操作電圧とし、次いで起動電圧とするステップ（ｂ）と、
   前記操作電圧が前記起動電圧に達すると、前記パルス電圧入力を停止し前記操作電圧を方形波電圧に転換するステップ（ｃ）と、
   前記方形波電圧によって蛍光灯を点灯するステップ（ｄ）と備えてなることを特徴とする蛍光灯の駆動方法。
2. 請求項１に記載された蛍光灯の駆動方法において、
   前記ステップ（ａ）は、交流電圧を受けるステップと、力率回路によって前記交流電圧を前記直流電圧に転換するステップとを備えてなり、
   前記ステップ（ｄ）は、前記方形波電圧を最終方形波電圧に調整するステップと、前記最終方形波電圧によって前記蛍光灯を点灯するステップとを備えてなる蛍光灯の駆動方法。
3. 交流電圧を受けて前記交流電圧を直流電圧に調整する力率修正ステップと、
   前記直流電圧を受けて、パルス電圧入力に基づいて前記直流電圧を昇圧直流電圧に調整して操作電圧とする起動ステップと、
   隔離ステップと、
   前記操作電圧が起動電圧に達すると、前記操作電圧を方形波電圧に調整して、そして前記隔離ステップによって前記力率修正ステップと隔離される方形波駆動ステップと、
   前記方形波電圧を受けて、前記方形波電圧を昇圧方形波電圧に調整し、そして前記昇圧方形波電圧によって蛍光灯を点灯する出力ステップとを備えてなり、
   前記起動電圧に達すると前記方形波駆動ステップは操作を起動して、そして前記起動電圧に達すると前記起動ステップは操作を停止することを特徴とする蛍光灯の駆動回路。
4. 請求項３に記載された蛍光灯の駆動回路において、
   前記力率修正ステップは、前記直流電圧を貯蔵する貯蔵コンデンサーを有し、
   前記起動ステップはフライバック型回路及び隔離型昇降圧回路の中の一つであり、前記隔離型昇降圧回路はＣｕｋコンバーター、ＳＥＰＩＣコンバーター及びＺｅｔａコンバーターの中の一つであり、
   前記隔離ステップはダイオード、コンデンサー、抵抗、インダクタ、及び隔離変圧器の中の一つであり、
   前記方形波駆動ステップと前記起動ステップは並列接続されて、前記方形波駆動ステップはハーフブリッジ駆動回路、フルブリッジ駆動回路及びプッシュプル回路の中の一つであり、
   前記方形波駆動ステップは変圧装置の一次低圧側を有し、前記方形波電圧は前記一次低圧側にあり、前記出力ステップはコンデンサー／抵抗直列ユニット及び前記変圧装置の二次高圧側を有し、前記二次高圧側は、前記方形波電圧を受けて前記方形波電圧とカップリングして変圧方形波電圧になって、前記コンデンサー／抵抗直列ユニットによって前記蛍光灯を点灯し、
   前記コンデンサー／抵抗直列ユニットは互いに直列接続されている負荷コンデンサー組と負荷抵抗を有し、前記負荷コンデンサー組は少なくとも一つの負荷コンデンサーを有し、そして前記負荷抵抗は前記蛍光灯の内部抵抗である蛍光灯の駆動回路。

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