JP2009239535A - 検波回路及び放電管駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度が変動しても、直流出力電圧が変動しない、検波回路を実現する。
【解決手段】交流電圧がベースに入力され、交流電圧を整流した脈動電圧をエミッタから出力するコレクタ接地回路のトランジスタ２１と、脈動電圧を平滑化した電圧を充電するキャパシタ２３と、コレクタがトランジスタ２１のエミッタに接続され、キャパシタ２３の充電した電圧がベース及びコレクタ間に印加され、キャパシタに充電された電圧に対応する直流電圧をエミッタから出力するコレクタ接地回路のトランジスタ２４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷陰極管の放電の制御等に用いる直流電圧を生成する検波回路及び放電管駆動装置に関する。

冷陰極管等の放電管を駆動する放電管駆動装置としては、例えば特許文献１に記載された点灯回路があり、放電管に流れる管電流を検出して明るさの調整等を行っている。
特開平７−２１１４７７号公報

図４は、従来の放電管駆動装置の一例を示す図であり、特許文献１に示された点灯回路の要部を示している。
図４に示す放電管駆動装置は、直流電源１０を用いて放電管１１を点灯させる回路であり、制御部１２と、インバータ回路１３と、電流検出用抵抗１４と、検波回路１５とを備えている。

制御部１２は、図示しないスイッチング素子をオン、オフし、インバータ回路１３に直流電源１０からの電流を供給する。インバータ回路１３は、交流電圧を発生し、放電管１１に印加する。放電管１１には、交流の管電流が流れる。
抵抗１４は、放電管１１の一方の端子とインバー回路１３との間に接続され、、放電管１１に流れるの管電流に対応する電圧を発生する。

検波回路１５は、放電管１１の一方の端子にアノードが接続されたダイオード１５ａと、ダイオード１５ａのカソードとグランドとの間に並列に接続された抵抗１５ｂ及びキャパシタ１５ｃとを備える。ダイオード１５ａは、整流素子であり、オンしたときに整流電流を抵抗１５ｂに流し、抵抗１５ｂは、整流電流に対応する整流電圧を発生する。キャパシタ１５ｃは、整流電圧を充電して平滑化する。即ち、直流電圧がキャパシタ１５ｃによって形成される。キャパシタ１５ｃの充電電圧が、制御部１２に帰還される。制御部１２は、帰還された充電電圧に応じて、スイッチング素子をオン、オフする。

図４の装置の検波回路１５において、検波回路１５の入力電圧をＶＡＣ、ダイオード１５ａの順方向降下電圧をＶＦとすると、ダイオード１５ａの整流動作によってキャパシタ１５ａの両端には、図５のように、ピーク電圧が（ＶＡＣ−ＶＦ）であるほぼ直流の電圧ＶＣが発生する。一般に、シリコンダイオードの順方向降下電圧は−２ｍＶ／℃の温度特性を持っていることが知られている。ダイオード１５ａをシリコンダイオードとすると、電圧ＶＣは、ＶＣ＝ＶＡＣ−（ＶＦ−２ｍＶ×Ｔ）となる。ここで、Ｔはダイオードの接合部温度の上昇量（ｄｅｇ）である。

このため、検波回路１５の入力電圧ＶＡＣが一定であっても、温度の上昇あるいは下降によって検波回路１５の出力である電圧ＶＣが変化するという不具合があった。この変化は例えば冷陰極管の駆動回路において管電流を一定に制御するための管電流検出回路に用いた場合には、温度と共に管電流の検出結果が変化し、そのため明るさが変化するという不具合につながっていた。

本発明は、温度特性に優れた検波回路を簡単な構成で実現することを目的とする。
また、本発明は、温度特性に優れた放電管駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る検波回路は、
入力端子を介して交流電圧がベースに入力され、該交流電圧を整流した脈動電圧をエミッタから出力するコレクタ接地回路の第１のトランジスタと、
前記脈動電圧を平滑化した電圧を充電するキャパシタと、
コレクタが前記第１のトランジスタのエミッタに接続され、前記キャパシタの充電した電圧がベース及びコレクタ間に印加され、前記キャパシタに充電された電圧に対応する直流電圧をエミッタから出力するコレクタ接地回路の第２のトランジスタと、
を備えることを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明の第２の観点に係る放電管駆動装置は、
放電管と、
前記放電管に印加する印加用交流電圧を生成する点灯回路と、
前記印加用交流電圧に基づいて前記放電管に流れる管電流に対応する交流電圧を検出する管電流検出手段と、
前記管電流検出手段が検出した交流電圧を前記入力端子から入力し、該交流電圧を直流電圧に変換して出力する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の検波回路と、
前記検波回路の出力する直流電圧に基づいて前記点灯回路を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明の第３の観点に係る放電管駆動装置は、
放電管と、
前記放電管に印加する印加用交流電圧を生成する点灯回路と、
前記印加用交流電圧を検出する管電圧検出手段と、
前記管電圧検出手段が検出した交流電圧を前記入力端子から入力し、該交流電圧を直流電圧に変換して出力する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の検波回路と、
前記検波回路の出力する直流電圧に基づいて前記点灯回路を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、温度特性に優れた検波回路を簡単な構成で実現することができる。
また、本発明によれば、温度特性に優れた放電管駆動装置を提供することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る検波回路２０を示す回路図である。
この検波回路２０は、入力端子ＩＮにベースが接続された第１のトランジスタであるＮＰＮ型トランジスタ２１を備えている。

トランジスタ２１は、コレクタ接地回路を形成し、トランジスタ２１のコレクタは電源端子V＋に接続されてる。トランジスタ２１のエミッタには、抵抗２２の一端が接続されると共に、平滑キャパシタ２３の一方の電極と、第２のトランジスタであるＰＮＰ型トランジスタ２４のベースとが接続されている。抵抗２２の他端とキャパシタ２３の他方の電極とがグランド端子ＧＮＤに接続されている。

トランジスタ２４は、コレクタ接地回路を形成し、トランジスタ２４のコレクタは、グランド端子ＧＮＤに接続されている。トランジスタ２４のエミッタに抵抗２５の一端と出力端子ＯＵＴが接続され、抵抗２５の他端が電源端子Ｖ＋に接続されている。

次に、この検波回路２０の動作を説明する。
図２（ａ），（ｂ）は、検波回路２０の動作を説明するためのは系図である。 信号源となる交流電圧ＶＡＣが入力端子ＩＮを介してトランジスタ２１のベースに与えられる。トランジスタ２１は、整流作用によって脈動する脈動電圧を出力する。図２（ａ）に示した交流電圧ＶＡＣが正電圧である期間、トランジスタ２１のベースにはベース電流が流れ、その電流の（ｈＦＥ＋１）倍の電流が、トランジスタ２１のエミッタから流れてキャパシタ２３を急速に充電する。ここで、ｈＦＥはトランジスタ２１の電流増幅率である。キャパシタ２３の両端には、脈動電圧を平滑化した電圧ＶＣが充電される。

トランジスタ２１のベース・エミッタ間の順方向降下電圧をＶＢＥ１とすると、交流電圧ＶＡＣが減少し、（ＶＣ＋ＶＢＥ１）＞ＶＡＣとなった後はトランジスタ２１からの電流は無くなるため、電圧ＶＣは一定に保たれるが、抵抗２２を通じて放電されるため幾分減少する。
その後、交流電圧ＶＡＣが増加し、（ＶＣ＋ＶＢＥ１）＜ＶＡＣとなった後は再びトランジスタ２１に電流が流れ、キャパシタ２３を充電する。

上記動作により、キャパシタ２３の両端にはピーク電圧が（ＶＡＣ−ＶＢＥ1）であるほぼ直流の電圧が発生する。その電圧はトランジスタ２４のコレクタ接地回路のベースに印加される。コレクタ接地回路の動作により、出力端子ＯＵＴに接続されたトランジスタ２４のエミッタには（ＶＡＣ−ＶＢＥ1―ＶＢＥ２）の電圧が発生する。ＶＢＥ２は、トランジスタ２４のペース・エミッタ間の順方向降下電圧である。

ここで、トランジスタ２１とトランジスタ２４とが共にシリコントランジスタであり、共通の基板に形成されていれば、順方向降下電圧ＶＢＥ１は０．６Ｖ程度、順方向降下電圧ＶＢＥ２は−０．６Ｖ程度となるため、ＶＢＥ１とＶＢＥ２は相殺され、トランジスタ２４のエミッタには、図２（ｂ）に示したように、ピーク電圧がほぼＶＡＣである概ね一定の直流電圧ＶＯＵＴが発生する。

以上の動作によって上記検波回路２０は交流電圧を直流電圧に変換する。トランジスタ２１の順方向降下電圧ＶＢＥ１とトランジスタ２４の順方向降下電圧は、温度特性を持つが、ＶＢＥ１とＶＢＥ２とは相殺されるので、出力端子ＯＵＴから出力される直流電圧ＶＯＵＴは、温度に対して安定する。

［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態に係る放電管駆動装置を示す構成図である。 この放電管駆動装置は、冷陰極管等の放電管３１を点灯させる装置てあり、制御部３２と、放電管３１の両端の管電圧を検出する管電圧検出手段３３と、放電管３１に流れる管電流を検出する管電流検出手段３４と、第１の実施形態で説明した構成をそれぞれ持つ２つの検波回路３５，３６と、点灯回路４０とを備えている。

制御部３２は、直流電源Ｖｃｃの正極に接続され、直流電圧が印加される。
制御部３２は、放電管３１を点灯させるためのエネルギーを出力して点灯回路４０に供給する機能を持つ。

点灯回路４０は、制御部３２の出力側に一端が接続されたチョーク用のインダクタ４１を備えている。インダクタ４１の他端には、抵抗４２の一端と、抵抗４３の一端と、変圧器（以下、トランスという）４４の一次巻線の中間タップとが接続されている。抵抗４２の他端は、ＮＰＮ型トランジスタ４５のベースと、トランス４４の三次巻線のホット側とに接続されている。抵抗４３の他端は、ＮＰＮ型トランジスタ４６のベースと、トランス４４の三次巻線のコールド側とに接続されている。

トランジスタ４５及びトランジスタ４６のエミッタは、電源Ｖｃｃの負極に共通に接続されている。トランジスタ４５のコレクタは、トランス４４の一次巻線のコールド側と、共振キャパシタ４７の一方の電極とに接続されている。トランジスタ４６のコレクタは、トランス４４の一次巻線のホット側と、キャパシタ４７の他方の電極とに接続されている。

トランス４４の二次巻線のホット側は、バラストキャパシタ４８の一方の電極に接続され、キャパシタ４８の他方の電極が放電管３１の一方の端子に接続されている。トランスの二次巻線のコールド側は、直流電源Ｖｃｃの負極に接続されている。

管電圧検出手段３３は、放電管３１の一方の端子と他方の端子との間に、直列に接続された抵抗３３ａ及び抵抗３３ｂとで構成されている。
管電流検出手段３４は、放電管３１の他端と直流電源Ｖｃｃの負極との間に接続された抵抗３４ａで形成されている。

検波回路３５の入力端子ＩＮは、抵抗３３ａと抵抗３３ｂの接続点に接続され、検波回路３５の出力端子ＯＵＴが制御回路３２に接続されている。検波回路３５の電源端子には直流電圧が入力される構成であり、検波回路３５のグランド端子ＧＮＤが直流電源Ｖｃｃの負極に接続されている。

検波回路３６の入力端子ＩＮは、放電管３１の他方の端子と抵抗３４ａとの接続点に接続され、検波回路３６の出力端子ＯＵＴが制御回路３２に接続されている。検波回路３６の電源端子には直流電圧が入力される構成であり、検波回路３６のグランド端子ＧＮＤが直流電源Ｖｃｃの負極に接続されている。

次に、この放電管駆動装置の動作を説明する。
電源投入されると、制御部３２は点灯回路４０に、エネルギーとして電流を供給する。この電流は、インダクタ４１、抵抗４２，４３を経由して、トランジスタ４５，４６に電流が流れ込もうとする。ここで、トランジスタ４５，４６の僅かな特性の違いから、トランジスタ４５のベース−エミッタ間、又はトランジスタ４６のベース−エミッタ間のいずれかに電流が流れる。

例えば、トランジスタ４５の側に電流が流れた場合には、トランジスタ４５はオンになり、制御部３２、インダクタ４１、抵抗４２の経路で流れる電流と、制御部３２、インダクタ４１、抵抗４３、トランス４４の三次巻線の経路で流れる電流とを合算した電流が、トランジスタ４５のベースからエミッタを経て、電源Ｖｃｃの負極側に流れる。このとき、トランジスタ４６のベース−エミッタ間には電流は流れておらず、トランジスタ４６はオフとなっている。

トランジスタ４５がオンになったことにより、トランジスタ４５のコレクタ−エミッタ間にも電流が流れ始め、トランス４４の中間タップからコールド側に電流が流れる。この電流が流れることにより、トランス４４に発生する誘導磁界は、三次巻線のホット側を正、コールド側を負とする方向に誘導電圧を発生する。

この誘導電流は、トランジスタ４６のベースを逆方向にバイアスするため抵抗４２，４３を介して流れてきた電流はトランジスタ４６には流れ込めず、トランジスタ４５のベースに流れ込み、トランジスタ４５のオン状態を確実にする。このトランジスタ４５のオン状態により、トランス４４の中間タップからコールド側にさらに電流が流れるようになる。

トランス４４の一次巻線の電流の流れにより発生する磁界で、トランス４４の二次巻線のホット側からバラストコンデンサ４８、放電管３１、抵抗３４ａを経由して、誘導電流が流れ、放電管３１が点灯を始める。

トランス４４の一次巻線及び三次巻線の両端に生じる誘起電圧は、トランス４４の一次巻線とコンデンサ４７の共振により、ホット側を正コールド側を負とする半波交流波形となる。誘起電圧は当初上昇するが時間とともにピークを過ぎ降下に転じる。トランス４４の三次巻線の両側に誘起される電圧が降下して０から負になるとトランジスタ４６にベース電流が流れ始め、同時にトランジスタ４５のベース電流は流れなくなる。

トランジスタ４５がオフ、トランジスタ４６がオンになると、トランス４４の一次巻線及び三次巻線の各両端には、コールド側を正ホット側を負とする方向に誘導電圧が発生する。この誘導電圧は、トランジスタ４５のベースを逆方向にバイアスするため、抵抗４２，４３を介して流れてきた電流はトランジスタ４５には流れ込めず、トランジスタ４６のベースに流れ込み、トランジスタ４６のオン状態を確実にする。

トランス４４の一次巻線の電流の流れにより発生する磁界で、トランス４４の二次巻線のコールド側から抵抗３４ａ、放電管３１、バラストキャパシタ４８を経由してホット側に誘導電流が流れ、放電管３１に電流が流れ込み、放電管３１が点灯する。

トランス４４の一次巻線及び三次巻線の両端に生じる誘起電圧は、トランス４４の一次巻線とコンデンサ４７の共振によりコールド側を正、ホット側を負とする半波交流波形となる。誘起電圧は当初上昇するが時間とともにピークを過ぎ降下に転じる。トランス４４の三次巻線の両側に誘起される電圧が降下して０から負になるとトランジスタ４５にベース電流が流れ始め、同時にトランジスタ４６のベース電流は流れなくなる。

このように、トランジスタ４５，４６は、交互にオン／オフを繰返し、主に共振用コンデンサ４７とトランス４４の一次巻線のインダクタンスで決まる周波数で自励発振を開始し、一定時間後に安定した発振状態になり、負荷として接続された放電管３１に交流電圧が印加され、放電管３１に交流電流が流れ、放電管３１が継続的に点灯する。

管電圧検出手段３３は、放電管３１の両端の交流電圧を検出して検波回路３５に与える。検波回路３５は、管電圧検出手段３３で検出された交流電圧を直流電圧に変換し、制御部３２に帰還する。

管電流検出手段３４は、放電管３１に流れる交流の管電流を検出して検波回路３６に与える。検波回路３６は、管電流検出手段３４で検出された管電流を直流電圧に変換し、制御部３２に帰還する。

制御部３２は、検波回路３５から与えられた直流電圧に基づいて、適切な電圧が放電管３１に印加されているか否かを監視し、異常電圧が印加されていると判断したときには、点灯回路４０への電流の供給を停止し、点灯回路４０を停止する。

また、制御部３２は、検波回路３６から与えられた直流電圧に基づいて、点灯回路４０に電流を供給する期間の長さを設定し、間欠的に放電管３１を点灯させることにより、放電管３１の明るさを調整する。例えば、検波回路３６から与えられた直流電圧値に反比例するように、点灯回路４０に電流を供給する期間の長さを設定することにより、放電管３１の明るさを一定化させる。
あるいは他の方法として、制御部３２は、検波回路３６から与えられた直流電圧に基づいて、点灯回路４０に供給する電圧の大きさを設定し、放電管３１に流れる電流を調節させることにより、放電管３１の明るさを調整する。例えば、検波回路３６から与えられた直流電圧値が別に設けた基準電圧より大きければ点灯回路に供給する電圧を下げ、検波回路３６から与えられた直流電圧値が別に設けた基準電圧より小さければ点灯回路に供給する電圧を上げることによって、放電管３１に流れる電流が一定値になるように制御することにより、放電管３１の明るさを一定化させる。

以上のように、本実施形態の放電管駆動装置は、第１の実施形態で説明した構成の検波回路３５，３６を用い、放電管３１の管電圧及び管電流に対応する直流電圧を制御部３２に与えている。検波回路３５，３６の出力する直流は、温度変化があっても変化しないので、制御部３２が精度の高い制御を行うことができる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
本発明の検波回路は、第２の実施形態のような放電管駆動装置に用いることにより、放電管３１の管電流や管電圧の検出回路に好適であるが、交流信号を検波して直流信号に変換する回路であればどのような回路にも広く応用可能であり、例えば交流安定化電源の電圧検出回路や音声回路の自動利得制御回路（ＡＧＣ）などへの応用が考えられる。

本発明の第１の実施形態に係る検波回路を示す回路図である。 検波回路の動作を説明するための波形図である。 本発明の第２の実施形態に係る放電管駆動装置を示す構成図である。 従来の放電管駆動装置の一例を示す図である。 従来の課題を説明するための波形図である。

符号の説明

２０，３５，３６ 検波回路
２１，４５，４６ ＮＰＮ型トランジスタ
２２，２５，３３ａ，３３ｂ，３４ａ，４２，４３ 抵抗
２３ 平滑キャパシタ
２４ ＰＮＰ型トランジスタ
３１ 放電管
３２ 制御部
３３ 管電圧検出手段
３４ 管電流検出手段
４０ 点灯回路
４１ インダクタ
４７ 共振キャパシタ
４８ バラストキャパシタ

Claims (7)

1. 入力端子を介して交流電圧がベースに入力され、該交流電圧を整流した脈動電圧をエミッタから出力するコレクタ接地回路の第１のトランジスタと、
   前記脈動電圧を平滑化した電圧を充電するキャパシタと、
   コレクタが前記第１のトランジスタのエミッタに接続され、前記キャパシタの充電した電圧がベース及びコレクタ間に印加され、前記キャパシタに充電された電圧に対応する直流電圧をエミッタから出力するコレクタ接地回路の第２のトランジスタと、
   を備えることを特徴とする検波回路。
2. 前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタは、共通の基板に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の検波回路。
3. 前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとは、ベースに入力された電圧の増減に対して相補的に導通状態が変化するトランジスタであることを特徴とする請求項１または２に記載の検波回路。
4. 放電管と、
   前記放電管に印加する印加用交流電圧を生成する点灯回路と、
   前記印加用交流電圧に基づいて前記放電管に流れる管電流に対応する交流電圧を検出する管電流検出手段と、
   前記管電流検出手段が検出した交流電圧を前記入力端子から入力し、該交流電圧を直流電圧に変換して出力する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の検波回路と、
   前記検波回路の出力する直流電圧に基づいて前記点灯回路を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする放電管駆動装置。
5. 前記制御部は、前記検波回路の出力する直流電圧に基づいて前記点灯回路を制御し、放電管の明るさを調整することを特徴とする請求項４に記載の放電管駆動装置。
6. 放電管と、
   前記放電管に印加する印加用交流電圧を生成する点灯回路と、
   前記印加用交流電圧を検出する管電圧検出手段と、
   前記管電圧検出手段が検出した交流電圧を前記入力端子から入力し、該交流電圧を直流電圧に変換して出力する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の検波回路と、
   前記検波回路の出力する直流電圧に基づいて前記点灯回路を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする放電管駆動装置。
7. 前記制御部は、前記検波回路の出力する直流電圧に基づいて前記点灯回路を制御し、該直流電圧により前記放電管に異常電圧が印加されたと推定される場合に、前記印加用交流電圧の前記放電管への印加を停止させることを特徴とする請求項６に記載の放電管駆動装置。

Images