JP2009540495A - ランプ駆動装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
1の方法は、フレーム周期(t13−t11)を有する周期信号(L)を持ったランプの駆動について記述する。前記フレーム周期のON時間の間(t11からt12)周期信号(L)は角形信号で、前記フレーム周期のOFF時間の間(t12からt13)ゼロである。前記角形信号は、50%のデューティ・サイクルと、前記フレーム周期より小さいブロック周期(t22−t11)を持つ。前記フレーム周期の前記ON時間(t11からt12)の継続時間(t12−t11)は前記ブロック周期(t22−t11)の整数倍に等しい。本発明に拠れば、前記フレーム周期の前記ON時間(t11からt12)の開始(t11)が、前記角形信号の位相90°に一致する。
Description
本発明は、一般にランプ駆動装置に関し、特に蛍光ガス放電ランプ駆動装置に関する。
ランプ一般は、公称定格、言い換えると公称光出力を提供する公称作動電圧及び電流を有する。一般に実際の光出力が公称値より少なくなるような調光モードでランプが動作可能である必要性がある。
ランプ電流を減少させることにより調光することはできるが、ガス放電灯の場合、可変デューティ・サイクルで切り換えモード(交互にON/OFF)でランプを駆動することも知られている。ONの周期の間、ランプは公称電力を受け取り、OFFの周期の間、ランプは何も電力を受け取らない。もしON/OFFの切り換え周波数が十分高いと(少なくとも20Hzより上)結果として生じる光出力は、ON周期の間の光出力とOFF周期の間の光出力の時間平均である。この平均は、Δ=tON/(tON+tOFF)で定義されるデューティ・サイクルΔに依存する。
1適用例として、液晶表示板の背面照明が言及される。液晶テレビ又は液晶モニタ−用の液晶表示板の背面照明として、液晶表示板の背後の水平蛍光ランプの配列が知られている。LCD駆動装置は、画像信号を受け取り、ランプ光を通すか否かで、LCDセルを透明、部分的に透明、透明でない状態に制御する。LCDセル(cells)は、このように画像画素を定義する。画像の明るい部分では、LCDセルは、透明で、ランプ光は通過し、対応する画像画素は明るい。画像の暗い部分では、LCDセルは、不透明で、ランプ光は阻止され、対応する画像画素は暗い。このように、約1:200から1:500のコントラスト比に到達が可能である。良い画質のためには、しかしながら、少なくとも1:1200又はできれば1:1800のコントラスト比が、望ましい。コントラスト比におけるこの更なる増加は、ランプを調光することにより可能である。ランプ調光制御器は、画像信号に基づいてランプのON及びOFFを切り換える。このように、液晶テレビ又は液晶モニタ−の背面照明システムにおいては、デューティ・サイクルは、40%の高さにさえ設定することができるが、ランプは、通常はフレーム周波数に等しい切り換え(switching)周波数(関係する装置の設定に拠るが、通常は50Hzと125Hzとの間)で動作し、デューティ・サイクルは典型的な範囲である2%から20%の範囲で変化する。そのような場合においては、ON時間は、0.16ms(125Hzで2%デューティ・サイクル)から4ms(50Hzで20%デューティ・サイクル)又はそれ以上まで変化しうる。
ON周期の間、蛍光ランプ内の電流は、直流ではなく、発振器からの高周波分を持ち、周波数は、典型的には20−200kHz,更に典型的には約50kHzになる。この周波数は、LF(低周波)ランプ周波数=フレーム周波数と対照的にHF(高周波)電流周波数として表示されなければならない。このように、ON周期では、ランプは限られた数のHF電流サイクルを受け取る。2%デューティ・サイクルでは、HF電流サイクルのこの数は、ランプ周波数が50HzでHF電流周波数が50kHzという条件で、20である;より高いランプ周波数に対しては、この数は、より低くなる。
HF電流サイクルを作り出す発振器は、通常はタイマー制御器と変圧器を含む。タイマー制御器は、「高」と「低」の2つの信号値を持つことができる対称ブロック(block)信号を作る。実際の正弦波ランプ電流は、変圧器によって提供されるが、正弦波ランプ電流のタイミングは、タイマーブロック信号によって制御される。
ランプ駆動器は、更に通常デューティ・サイクル制御器を含み、LFランプ周波数においてランプのON/OFF切換を決定するデューティ・サイクルコマンド信号としても又示される調光コマンド信号を提供する。通常、このデューティ・サイクルコマンド信号及びHFブロック信号は、互いに独立している。そのような場合、ランプのON又はOFFの切換の瞬間におけるランプの電流状態は、前もっては知られず、1つのランプサイクルから次へと変わりうる。これは望ましくない。というのは、使用者にとって煩わしい目立つ程度のランプのちらつきが起こる可能性があるからである。デューティ・サイクルが低ければ低いほど、そのようなちらつき効果は、より目立つようになる。
ランプ切換信号とHF電流サイクルとの間の固定タイミング関係を生じさせる事も可能である。例えばPLLを用い、発振器出力周波数とランプ切り換え周波数の間の同期を取ることは可能である。そのような場合、ランプONの切換の瞬間は、通常HF電流サイクルの開始(即ちHFブロック信号の立ち上がり端)に一致する。
ブロック信号が「高」の時、変圧器は、帯電する;ブロック信号が「低」の時、変圧器は、放電される。このように、1つの完全なHFサイクルにおいて、変圧器の磁荷状態は、ゼロから第1の最大値(ブロック信号が「高」の間)まで上がり、ゼロに戻る(ブロック信号が「低」の間)。次のHFサイクルにおいて、これは繰り返す。結果として、平均磁荷状態は、ゼロより上で、磁荷状態の第1の最大値は、比較的高い。結果として、飽和が起きる可能性があり、光出力を不安定にする。飽和効果を予防するために変圧器は、相対的に大きめにしなければならないので、費用の増加を招く。更に、もし変圧器が直流結合で直接駆動なら1ランプサイクルにおいてゆっくりと飽和へと漂う。
そのような相対的に高い磁荷状態を予防するために先行技術で知られた解決法は、いわゆるスロースタート(slow start)機構で、デューティ・サイクルは、だんだんとのみ変化する。これはしかし、オン時間が相対的に短いシステムにおいて適用不可又は非常な困難を伴う。一般に本発明は、上記問題に対する解答を与える事を目的とする。
本発明の重要な1面に従い、ランプは、HFブロック信号と90°の固定タイミング関係を有する時間内の第1の瞬間にONに切り換え、ランプ駆動器は、HFブロック信号と90°の固定タイミング関係を有する時間内の第2の瞬間にONに切り換える。HFブロック信号と90°の固定タイミング関係とは、HFブロック信号の「高」部分は、途中にある事を意味する。磁荷状態の第2の最大値に到達するために、HFブロック信号の「高」部分の残りの半分に間に、即ち位相90°から位相180°の間に変圧器は、帯電する。HFブロック信号の「低」部分の最初の半分の間に、即ち位相180°から位相270°の間に変圧器は、放電し、磁荷状態はゼロに到達し、HFブロック信号の「低」部分の残りの半分の間に、即ち位相270°から位相360°の間に変圧器は、更に放電し、第2の最大値と反対の方向を有する磁荷状態の最大値、又はよりうまい言い方をすれば第3の最大値に到達する。最後に、HFブロック信号の次の「高」部分の最初の半分の間に、即ち位相0°から位相90°の間に、磁荷状態はゼロに上がり、その後に上記は、繰り返される。結果として、磁荷状態の平均は、常にゼロで、磁化のピーク値(即ち第2及び第3最大値)は、上述の第1最大値より低い。
本発明のこれらの又は他の実施例、特徴及び利点は、図面を参照し以下の記述のより更に詳しく説明される。ここで、同じ参照番号は、同じ又は類似の部品を指し示す。
図1は、本発明に従いランプ回路3に接続する出力2を有する、ランプ駆動装置1の1実施例のブロック略図を示す。出力2で、ランプ駆動装置1は、ランプ駆動信号Lを出力する。ランプ回路3は、変圧器4を含み、その1次巻線が出力2と結合され、その2次巻線と、ランプ6が接続される変圧器出力5とが結合されている。これから説明されるように、ランプ駆動信号Lはブロック信号であるのに対し、ランプ6により受け取られる変圧器出力電流Iは、正弦波信号である。変圧器4はランプ駆動装置1と一体化でき、この場合、出力5は駆動出力で、信号Lは内部信号であることに注意する。
ランプ駆動装置1は、ランプ調光制御器10を含み、入力11に画像信号Siを受け取らせ、出力12に調光制御信号Sdccを出力させる。画像信号Siは、画像のための水平及び垂直タイミング情報を含み、及び画素情報も含む。この画像信号Siを基礎として、ランプ調光制御器10は、従動(driven)ランプのために調光レベルを計算し、そしてこのランプのデューティ・サイクルを計算する。このデューティ・サイクルに基づき、調光制御信号Sdccは、画像信号Siと同期してランプのオンとオフを切り換えるためのタイミング信号を含む。この実施例において調光制御信号Sdccは、2レベル信号で、高(HIGH)レベルがランプオン(LAMP ON)を示し、低(LOW)レベルがランプオフ(LAMP OFF)を示す。
図2は、ランプ駆動装置1により制御されるランプが、時刻t1にスイッチが入り、時刻t2にスイッチが切れ、時刻t3に再びスイッチが入り、デューティ・サイクルがΔ=(t2―t1)/(t3―t1)となる事を決定するタイミング情報を含むことを示す。これはランプ調光制御器10により意図されているタイミングであり、切り換え時刻t1及びt2は又、“目標”
時刻として示されることに注意する;これから説明されるように、実際の切換は、異なる時刻に起こる可能性がある。
時刻として示されることに注意する;これから説明されるように、実際の切換は、異なる時刻に起こる可能性がある。
ランプ駆動装置1は更に、同じく図2に示された高周波発振器信号Svを出力42に提供させる発振器40を含む。この出力42は、ブリッジ回路60の入力61に結合される。ブリッジ回路60は、全ブリッジの半分ブリッジで有る可能性がある。ブリッジ回路それ自体は知られているのでブリッジ回路60の設計についての詳しい説明は必要でない。発振器信号Svのレベルにより正の方向又は負の方向(2つの矢印で示される)を有する出力電流SBを提供する出力62をブリッジ回路60が有する事に注意することで十分である。1例として、発振器信号Svが高であるときブリッジ出力電流SBが正(62から供給される)であり、発振器信号Svが低であるときブリッジ出力電流SBが負(62へ沈む(sinked into))で有ることが想定される。
ブリッジ出力62は、制御可能スイッチ50の入力51へ接続され、出力52は、装置出力2に接続される。制御可能スイッチ50は、2つの動作状態を有する。第1の動作状態「閉」(CLOSED)では、スイッチ50は、導通状態で入力51で受け取った信号を出力52へ通過させる。;この状態においては、ランプ駆動信号Lは、交流電流SBに従い従動ランプはオン(ON)である。第2の動作状態「開」(OPEN)において、スイッチ50は、非導通で、入力51で受け取った全ての入力信号を阻止する。この状態では、ランプ駆動信号Lはゼロで且つ従動ランプは、オフ(OFF)である。このように、従動ランプのオン及びオフを切り換えることは、制御可能スイッチ50の「閉」及び「開」の動作切換によりそれぞれ実行される。
ランプ駆動装置1は更に、ランプ切り換え制御器20を含み、それは調光制御信号Sdccを受け取るために入力21をランプ調光制御器10の出力12に結合させ、スイッチ50の制御端子53と制御出力22とを結合させる。ランプ切り換え制御器20は、制御可能スイッチ50の動作状態を決定するために制御出力22にスイッチ制御出力信号Ssを作り出すように設計されている。便宜上スイッチ制御出力信号Ssは、2レベル信号で、それぞれスイッチ制御出力信号Ssのハイ(HIGH)の値は、スイッチの「閉」(CLOSED)の状態を決定し、スイッチ制御出力信号Ssのロー(LOW)の値は、スイッチの「開」(OPEN)の状態を決定すると想定される。
ブリッジ回路60とスイッチ50は、切り換えブリッジを形成するために一体化できる。
先行技術の装置においては、調光コマンド信号Sdccは、スイッチ50の制御端子53に直接結合される。そのような場合、従動ランプは、時刻t1及びt2でオンとオフが切り換えられ、それは図2に示すように発振器出力信号Svと任意の位相関係を持つ。本発明においてランプ切り換え制御器20は、ランプ調光制御器10と制御可能スイッチ50との間に配置される。ランプ切り換え制御器20は、その第1入力で受け取った調光コマンド信号Sdcc及び第2入力23で受け取った発振器出力信号Svを基礎としてその出力制御信号Ssを作りだす。もっと詳しくいうと、図2に示すように、時刻t1後、調光コマンド信号Sdccが低から高へ遷移するときに、ランプ切り換え制御器20は、発振器出力信号Svがt11で第1所定位相を持つまで待ち受け、そしてその時その出力制御信号Ssを高にする。このようにして従動ランプ6は,発振器信号Svと所定の位相関係を持ちながら、要求されるランプ切り換え信号と発振器信号の真の同期なしに、常にオンに切り換えられる。
同様にして、時刻t2後、調光コマンド信号Sdccが高から低へ遷移するときにランプ切り換え制御器20は、発振器出力信号Svがt12で第2所定位相を持つまで待ち受け、そしてその時その出力制御信号Ssを低にする。このようにして従動ランプは,発振器信号Svと所定の位相関係を持ちながら、要求されるランプ切り換え信号と発振器信号の真の同期なしに、常にオフに切り換えられる。
図3は、より大きい時間目盛りで数個の信号を図示したグラフである。第1の信号は、切り換え制御信号Ssで、時刻t11から時刻t12までのランプON周期を定義する。第2の信号は、発振器出力信号Svで、1と0の間で変化する。第3の信号は、ブリッジ出力信号SBで、各々+1と−1で示される正と負の電流の間を変化する。ブリッジ出力信号SBは、発振器出力信号Svと同位相であることに注意する。第4の信号はランプ駆動信号Lで、時刻t11から時刻t12までブリッジ出力信号SBに対応し、この時間領域外ではゼロである。図3に示される第5の信号は、変圧器4の磁荷Mである。
図3に示される状況で、発振器出力信号Svの第1所定位相は、低から高への遷移で、即ちON時間(t11からt12)の開始t11は、発振器出力信号Svの立ち上がり端に一致する;これは位相角0°として示される。同様に、発振器出力信号Svの第1所定位相は、位相角0°に等しいので、ランプ切り換え制御器20の制御出力信号SsのON時間(t12―t11)は常に、発振器信号Svの周期の整数倍である。磁荷Mが0から最大値(1として示される)位相0°(t11)から位相180°(t21)まで上がり、そして位相180°(t21)から位相360°(t22)までで0に戻るのを見ることは可能である。磁荷Mは、ゼロに等しくない平均MAV(この平均は図3の表示で0.5に等しい)を有する。
図4は、図3と比較できるグラフで、本発明による装置中の数個の信号を示す。信号SvとSBは、図4で省略されている。この場合、ON時間(interval)開始時刻t11は、発振器出力信号Svの位相角90°に一致する。このように、時刻t11でランプ駆動信号Lが高になるとき、発振器出力信号Svの次の立ち下がり端までの時間(時間t21)は、発振器出力信号Svの周期の25%に対応する。この時間の間磁荷Mは、0から約0.5である最大値、位相90°(t11)から位相180°(t21)まで上がる。その後、位相180°から位相360°(t22)まで、電流方向が反転し、磁荷Mは、約−0.5である最小値へ減少する。その後、又、発振器出力信号Svの位相角90°に一致するON時間の終わりt12に達するまで、磁荷Mは繰り返し最小値0から最大値まで変化するので、磁荷Mが最後にゼロに上がる(t12)。磁荷Mは、ゼロに等しい平均MAVを有する。最小及び最大磁荷の絶対値は常に、図3の場合より低い(この絶対値は図3では0.5に等しい)。
図5は、ランプ駆動装置1の動作300を示すフロー図である。第1のステップ301において、ランプ切り換え制御器20は、調光コマンド信号Sdccが高になるまで待ち受ける。第2のステップ302において、調光コマンド信号Sdccが高になった後、ランプ切り換え制御器20は、発振器信号Svが位相90°に達するまで待ち受ける。第3のステップ303において、発振器信号Svが位相90°に達した瞬間、ランプ切り換え制御器20は、従動ランプをオンにするためにスイッチ制御信号Ssを高にする。第4のステップ304において、ランプ切り換え制御器20は、調光コマンド信号Sdccが低になるまで待ち受ける。第5のステップ305において、デューティ・サイクルコマンド信号Sdccが低になった後、ランプ切り換え制御器20は、発振器信号Svが位相90°に達するまで待ち受ける。第6のステップ306において、発振器信号Svが位相90°に達した瞬間、ランプ切り換え制御器20は、従動ランプをオフにするためにスイッチ制御信号Ssを低にする。
本発明が、上記の実施例に限られないが、付属の特許請求の範囲に定義された通り数種の変形例が本発明の保護範囲内で可能であることは当業者にとっては明らかである。
例えば、ランプON時間(t12−t11)が、ランプ調光制御器10により決定される代わりに、スイッチオフ時刻t12が計数HF発振器パルスに基づいてランプ切り換え制御器20により決定される事も又可能である。
更に、ランプ切り換え制御器20は、切り換え時間を決定するための90°移相器を与えられている間、ランプ切り換え制御器20は、発振器出力信号Svを受け取ることは可能である。図6は、駆動器601が、50%のデューティ・サイクル及び発振器出力信号Svの2倍高い周波数を有するマスター発振器信号Stを作りだすマスター発振器602を含む変形例を示す。駆動器601は更に2つの分周器603及び604、例えばフリップフロップ、を含み、マスター発振器信号Stの特定位相において高から低へ及びその逆へと変化する。第2分周器604はマスター発振器信号Stの立ち下がり端によってトリガーされる(triggered)可能性がある一方、第1分周器603はマスター発振器信号Stの立ち上がり端によってトリガーされる可能性がある。このように、2つの分周器603及び604の出力信号は、マスター発振器信号Stに関して180°の位相差を示す一方、それらは、それら自信の周波数に関して90°の位相差を示す。第1分周器603の出力信号は、ランプ切り換え制御器20の入力23に結合すべき補助信号Saとして使用可である一方、第2分周器604の出力信号は、発振器信号Svとして使用可である。
上記において、本発明は、理想の場合について説明している。発振器出力信号Svの立ち上がり端を位相=0°として、スイッチ制御信号Ssの立ち上がり端は、角形(block-shaped)の発振器出力信号Svの位相90°と一致する。しかし、もしスイッチ制御信号Ssの立ち上がり端が、角形の発振器出力信号Svの位相0°から180°の間のφに一致するならば、本発明は、既に改良を提供する事になることに注意する。
上記において、スイッチ制御信号Ssが高であるときスイッチ50は導通状態で、スイッチ制御信号Ssが低であるとき、スイッチ50は非導通状態となる理想の場合について本発明は説明されているが、スイッチ制御信号Ssが低であるとき、スイッチ50は導通状態で、スイッチ制御信号Ssが高であるとき、スイッチ50は非導通状態であることも又可能であることは明白である。
上記において、本発明は、ブリッジ出力信号SBを電流信号として言及して説明されている。スイッチ50により導通又は非導通状態で、ブリッジ出力信号SBを、導通時ランプ回路内で整流子電流を誘起し非導通時ランプ回路内でゼロ電流という結果となる電圧信号として言及することも可能である。
上記において、本発明は、本発明による装置の機能ブロックを図示したブロック図を参照して説明されている。これらの1以上の機能ブロックは、ハードウエアにおいて実施可能で、そのような機能ブロックの機能は、個々のハードウエア構成要素により実行されることは理解されなければならない。又、これらの1以上の機能ブロックは、ソフトウエアにおいて実施可能で、そのような機能ブロックの機能は、1以上のコンピュータプログラムのプログラム行により又マイクロプロセッサー、マイクロコントローラ、デジタル信号処理装置等のプログラム可能な装置により実行されることも又可能であることも理解されなければならない。
Claims (9)
- フレーム周期を有する周期信号を持ったランプを駆動するための方法で、前記フレーム周期のON時間の間周期信号は角形信号で、前記フレーム周期のOFF時間の間ゼロであって;
前記角形信号は50%のデューティ・サイクルと、前記フレーム周期より小さいブロック周期を持ち;
前記フレーム周期の前記ON時間の継続時間は前記ブロック周期の整数倍に等しい方法において;
前記フレーム周期の前記ON時間の開始が、0°<φ<180°で、前記角形信号の位相φに一致する事を特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記位相φが実質上90°に等しい方法。
- 請求項1に記載の方法であって:
ランプ周期とフレーム周波数とを決定する周期信号を提供するステップ;
高周波発振器信号を生成するステップ;
前記周期信号とのタイミング関係において、デューティ・サイクルが望ましい値を持つようにランプの目標オン時間とランプの目標オフ時間とを決定する調光コマンド信号を生成するステップ;
目標オン時間を基礎として、高周波発振器信号の前記位相φと一致する適応オン時間を決定するステップ;
目標オフ時間を基礎として、高周波発振器信号の前記位相φと一致する適応オフ時間を決定するステップ;
適応オン時間でランプオンに切り換え且つ適応オフ時間でランプオフに切り換えるステップ
を含む方法。 - 請求項3に記載の方法であって、調光コマンド信号が目標オン時間を示すまでの第1の待ちのステップ及び、高周波発振器信号の前記位相φに続いて起きる第1の事象を検出するステップにより、適応オン時間が、決定される方法。
- 請求項3に記載の方法であって、調光コマンド信号が目標オフ時間を示すまでの第1の待ちのステップ及び、前記高周波発振器信号の前記位相φに続いて起きる第1の事象を検出するステップにより、適応オフ時間が、決定される方法。
- 請求項3に記載の方法であって、更に:
前記高周波発振器信号と同期して、整流子電流信号を生成するステップ;
適応オン時間まで電流信号を止めるステップ;
適応オン時間と適応オフ時間との間で電流信号をランプ回路へ通すステップ;
適応オフ時間後電流信号を止めるステップ
を含む方法。 - 請求項1に記載の方法であって:
前記角形信号の2倍の周波数を持つタイマー信号を提供するステップ;
タイマー信号の第1端と同期して前記角形信号を生成するステップ;
タイマー信号の第2端と同期して補助信号を生成し、第2端(立ち上がり)が第1端(立ち下がり)と反対であるステップを含み;
前記フレーム周期の前記ON時間の開始が補助信号と同期して決定され、前記ON時間の継続時間が補助信号の周期数を数えることにより決定される方法。 - 先行する請求項の何れかに記載の方法を実行するのに適した、ランプ駆動用のランプ駆動器。
- 少なくとも1つの背面照明ランプと請求項8に記載の少なくとも1つのランプ駆動装置とを含む液晶表示板装置のための背面照明装置。
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