JP2010186745A - ガス放電ランプを点灯させるための電気回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】交流電源(2)に接続された複数個のガス放電ランプ(6)を駆動するための電気回路。
【解決手段】1個の一次巻線(4)を備える少なくとも1個のトランス(1)と、それぞれ前記トランスのうちの一つに備えられた複数個の二次巻線(5)を有するとともに、前記ガス放電ランプと前記二次巻線が直列に接続されて回路リングを構成する。回路リングでは全てのランプに等しい電流が流れる。それによってもたらされるランプの理論上等しい明るさについてさらに改善するために、本発明の一態様では、閉じた回路リングをランプ−二次巻線−ランプ−二次巻線(LS型)或いはランプ−ランプ−二次巻線−ランプ−ランプ−二次巻線(LLS型)による規則的な接続順序で形成すること、及び、回路リングは、事実上の零電位点から電流非対称性検出回路(ADC)(8)を経てアース電位(9)に繋がる高抵抗のアース接続を、少なくとも回路リング内に存在するランプの数の少なくとも半分の数だけ備えることを提案している。
【選択図】図3
【解決手段】1個の一次巻線(4)を備える少なくとも1個のトランス(1)と、それぞれ前記トランスのうちの一つに備えられた複数個の二次巻線(5)を有するとともに、前記ガス放電ランプと前記二次巻線が直列に接続されて回路リングを構成する。回路リングでは全てのランプに等しい電流が流れる。それによってもたらされるランプの理論上等しい明るさについてさらに改善するために、本発明の一態様では、閉じた回路リングをランプ−二次巻線−ランプ−二次巻線(LS型)或いはランプ−ランプ−二次巻線−ランプ−ランプ−二次巻線(LLS型)による規則的な接続順序で形成すること、及び、回路リングは、事実上の零電位点から電流非対称性検出回路(ADC)(8)を経てアース電位(9)に繋がる高抵抗のアース接続を、少なくとも回路リング内に存在するランプの数の少なくとも半分の数だけ備えることを提案している。
【選択図】図3
Description
本発明は、交流電源により複数のガス放電ランプを駆動するための電気回路に関する。ここで、この電気回路は、1個の一次巻線を備える少なくとも1個のトランスと、それぞれが前記トランスのうちの一つに備えられた複数個の二次巻線を有する。そして、ガス放電ランプと複数個の二次巻線は直列に接続され、リング状の回路(回路リング)を形成する。本発明は、特に液晶表示のバックグラウンド照明に用いられるのに好適である。
液晶表示のバックグラウンド照明の光は、多くの場合、蛍光剤の層を設けた同種の冷陰極管を並べて配列したものにより発生させられる。それらの管には、典型的には、30から60kHzの周波数で、約1kVの交流電圧により、数ミリアンペアの電流が供給される。可能な限り均一な光を得るためには、全ての管について同じ大きさの電流で駆動することが望ましい(電流平衡化)。許容される典型的な電流公差は、±5%である。
これを達成するための理想的な技術的解決策は、各々のランプに対して、個別のメインブリッジと個別の高圧トランスにより、電流が調整された個別の高電圧供給を行うことである。
しかしながら、コスト上の理由から、この解決策は殆どの場合実現不可能である。
複数個の電力消費体に対して同じ大きさの電流を供給するための最も簡単な回路は、それらの電力消費体を単一の電流源に直列に接続することである。
しかしながら、冷陰極管の場合には、個々のランプの駆動電圧が1kVのオーダーであり、トランスによる昇圧が全てのランプ電圧の合計に達する必要があるため、この解決策は現実的には利用できるものではない。例えば、16本のランプの場合、トランス電圧は16kVとすることが必要となる。このような高い電圧は、実施に当たって殆ど受容できないような大掛かりな絶縁が必要となってしまうとともに、ランプと接地との周辺において多くの寄生の無効電流が流れてしまう原因にもなる。これらの無効電流により、ランプ間の電流均一性ももはや得られなくなる。
図1に、例えば特許文献1により公知の従来技術の回路を示す。この回路では、複数個の単体トランスが個別に高周波電源によって駆動される。それらのトランスの各々は、一つの一次巻線4と一つの二次巻線5が配置された一つのコア3を備える。ランプ6及び各トランス1に属する二次巻線5は直列に接続され、且つ、最初と最後のトランス(終端トランス)は接地電位に接続されている。
この回路によれば、各々特有の調整を行った高電圧供給が必要とされることなく、自動的に全てのランプ6を通る電流を自動的に等しくすることが出来る。このことは、電流均一化における重要な基本要素である。但し、構造上、寄生容量が現れ、それによって電流均一化が妨げられることになる。ハウジングとの間の寄生容量の作用により、同じ一つのランプの中でさえも、電流の大きさは長さ方向で変動している。液晶表示のバックグラウンド照明においては、ランプ配置は非常に規則的であるため、寄生容量は殆ど同じであって、結果として生じる障害もわずかで済む。もっとも、他の用途ではこの障害が重要となる場合もあり得る。
必要とされる部品数を減らす目的で、例えば、特許文献2では、1個のコア3に一つの一次巻線4と複数個の二次巻線5を具備する唯一個のトランスを備えた回路が提案されている。それらの二次巻線5は、図2に示されているように、ランプ6と交互に直列に接続されている。
トランスとランプの交互直列接続としたことにより、ランプ電圧に比べて高い電位が発生することはない。それは、ランプ6の前の巻線5での電位上昇がランプ6による電位降下によって再度調整されるからである。それにより周辺の無効電流が減少し、従って各々のランプ6での電流の等しさも改善される。
この回路では、ランプ両端のいずれもが高電位となる。
これらの従来技術において、実際的な適用での大きな制約となっているのは、ランプの高抵抗状態(破断)或いは短絡といったエラー状況を検出することが出来ないことである。それに加えて、特許文献1においては、直接アースに結合されることで、電流均一化作用が著しく制約される。
本発明の課題は、前述の種類の回路において、均一な発光を実現するとともに、必要とされる部品数が少なくて済み、かつ、電流均一化における障害と同様にランプの高抵抗状態(破断)や短絡といった臨界的なエラー状況を自動的に検出する回路を提供することである。
この課題は、本発明では、ランプ−二次巻線−ランプ−二次巻線の順に規則的かつ連続的に配置されたLS型、或いはランプ−ランプ−二次巻線−ランプ−ランプ−二次巻線の順に規則的かつ連続的に配置されたLLS型の構成で、閉じたリングを形成し、かつ、そのリングに、ランプの数の少なくとも半分の数だけ設けられて回路リングに流れる電流の異常を検出可能な電流非対称性検出回路(ADC)を接続することで解決される。電流非対称性検出回路(ADC)の各々は、回路リング内の実質上の零電位点と接地電位との間に接続され、ランプの正常時に回路リングを流れる電流よりもはるかに少ない電流を流す。これによって、回路における臨界的な動作状態を認識することが可能であって、相応の応答を起こさせることが出来る。そのような臨界的な動作状態としては、例えばランプの脱落や、電流の非平衡状態、或いは短絡が考えられる。ADCを用いて全ての或いは1個おきの事実上の零電位点を監視することにより、電流平衡化に対する障害が、その個々の状況とは無関係に、確実に認識される。
通常の動作状態では、事実上の零電位点とアースの間に、ランプのインピーダンスのばらつきから生じるわずかな交流電圧が現れる。エラー発生の場合、電流対称性の障害、即ちランプ毎の電流の大きさが不均一になるような障害においては、そこでの電位差は数百ボルトにまで高まる。
この目的にかなった電流非対称性検出回路(ADC)としては、直列接続された複数の抵抗間の接続経路に接続された中間タップを有する抵抗分圧器がある。好適には、分圧器は固定抵抗で構成されている。
臨界的な動作状態においてエラー信号を解析或いは発生させるために、この回路は、解析部を備えていると良い。そのような解析部は、例えば、検出回路の全ての中間タップが「オア」接続されて、その結果がコンパレータに供給されるような、ダイオードOR回路を含む回路であると良い。このコンパレータにおいては、ダイオードOR回路でオア接続された出力電圧が参照電圧と比較される。
LS型の回路構成では、両側のランプ端がそれぞれ高電位となる。そのため、回路リングの内での電位差がより小さく、それによって寄生無効電流が少なくなる。このことから、電流均一性が改善されるとともに明るさの均一性も改善される。
電流対称性検出回路(ADC)による接地電位への高抵抗接続は、LS型では、少なくとも一つの二次巻線の中間タップによって実現すると良い。それは、そこにおいて事実上の零電位点が現れるからである。
用途によっては、特にスペースの制約により各々一方のランプ端しか高電圧に対して絶縁できない場合には、各々のランプの一方の端が低電位にあると好都合である。
この場合には、構成素子をLLS型による接続順序とするとよい。この場合には、事実上の零電位点が2本のガス放電ランプの間の接続経路で生じる。
本発明の一つの好適な実施態様では、回路リングはLLS型で構成され、電流非対称性検出回路(ADC)による高抵抗での接地電位との接続は、各々2本のランプの接続経路に電流非対称性検出回路(ADC)の一端を接続することで実現される。その場合、2本のランプの間に位置する全ての接続経路が電流非対称性検出回路(ADC)を介して高抵抗で接地電位と接続されていると特に好適である。
一つの別の実施態様では、二次巻線の少なくとも半数が中間タップを備え、これら中間タップと接地電位とが高抵抗の電流非対称性検出回路(ADC)により接続されている。というのは、ここにおいても、電流が平衡していることにより、事実上の零電位点が形成されるからである。
そのような二次巻線の中間タップは、特にLS型の繋がり場合、事実上の零電位点を手に入れるための唯一の手段である。というのは、そうでない事実上の零電位点はランプの中央にあるのみであり、そこに接続を行うことは不可能だからである。しかしながら、LLS型の配列の場合には、原理的に二次巻線の中間タップに接続を行うことは可能である。
本発明の、一つの特に好ましい実施態様では、回路リングには一つの一次巻線と複数個の二次巻線を備えた計2個のトランスを有しており、かつ、回路リングはLS型で構成されており、ランプ端の一方が一つのトランスの二次巻線に接続され、もう一方のランプ端が他のトランスの二次巻線に接続されている。
各トランスの一次巻線の接続は、並列接続或いは直列接続のいずれとすることも出来る。多数のランプに流れる電流を均一化しなければならないときには、直列回路の方がより安定した均一性を得ることができる。場合によっては、直列回路と並列回路を組み合わせると良い。すなわち、並列接続されたグループを相前後して直列接続するか、或いは並列接続と直列接続を逆の要領で組み合わせた回路とすることが考えられる。
二次巻線を対称に相互接続するには、ランプの数を偶数とすると良い。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図3は、一つの好適な実施態様として、6本のランプについての電気回路の一例を示す。この回路は、各々が1個の一次巻線4と3個の二次巻線5を有する2個のトランス1を有する。一次巻線4は、並列に接続されているとともに、交流電圧源2に接続されている。
この回路では、ランプ6と二次巻線5が回路リングの中で交互に直列接続されて、LS型を形成する。ここで、ランプ6のそれぞれについて、一つのランプ端が一つのトランス1の二次巻線5に接続され、もう一方のランプ端がもう一方のトランス1の二次巻線5に接続されている。
直列に接続することにより、回路リングの中で各々の構成部品において等しい電流が流れることから、ランプ6は原理的に等しい明るさを有するはずである。
二次巻線5の各々において、中間タップ7が配置されている。ここでは、事実上の零電位点であるランプ中央に加えての、さらなる事実上の零電位点が形成される。その中間タップは、電流非対称性検出回路(ADC)8を介して高抵抗にてアース9に接続されている。実際上では、高抵抗とは、ADCを通して流れる電流が、典型的なランプ電流より少なくとも一桁は小さくなければならないことを意味する。この場合には、事実上の零電位点の場所における電位の自由な調整は、ADC回路によって妨害となる程には影響を受けることはなく、電流対称性の作用が最も効果的に得られる。このように、ADC8の各々は、回路リング内の実質上の零電位点とアース(接地電位)との間に接続され、ランプ6の正常時に回路リングを流れる電流よりも遙かに少ない電流が流れるように、回路リング内の二次巻線5とランプ6のインピーダンスよりも高いインピーダンス(高抵抗)に設定される。なお、零電位点とは、ランプ6が正常動作している場合の交流電流の零点に対応する電位を意味する。
この回路の別の実施態様を図4に示す。それは本質的には図3の回路と同様である。但し、検出回路8の数はランプ6の数の半分のみとされている。この例では、一方のトランス1の二次巻線5にのみ中間タップ7が配置され、その各々に検出回路8が接続されている。これに代わって、検出回路8は他方のトランス側に分配しても良い。このような配置によっても、エラーの発生と同時に対称性の障害についての信頼できる認識が可能である。
本発明の一態様による回路では、各々が複数個の二次巻線を備える2個のトランス1に代えて、複数個のトランス1が各々1個だけの二次巻線5を備えていてもよい。図5はそのような回路構成を示したものであり、ここでは各々の二次巻線は中間タップ7を持っており、そこから検出回路8を通してアースに接続されている。トランス1の一次巻線4は、この場合、並列接続されているとともに、共通の交流電圧源2に接続されている。
図6は図5の実施態様に対する別の例を示すものであって、一つおきのトランス1にのみ中間タップと、それに接続されるADC8が設けられている。このため、この回路が備えるADC8の数も半分となる。
各々のランプ6の一方の端の電位を低くしておくことが必要なある種の用途においては、図7に示すような回路を用いるのが好適である。2本のランプ6が直接かつ連続して直列接続され、その先に二次巻線5が接続される。それによって、ランプ−ランプ−二次巻線−ランプ−ランプ−二次巻線の順に規則的かつ連続的に配置されたLLS型に基づく接続順序が出来上がる。
さらに言えば、この回路構成では、ランプ6の数の丁度半分の数である複数個の二次巻線5を有する唯1個のトランス1を持っている。図示した例では、8本のランプ6が4個の二次巻線5に接続されている。
2本のランプ6が直接かつ連続して直列接続されている各々の接続経路10において、回路リングは検出回路(ADC)8を通してアース9に接続されている。
この回路配置は、図8のように、各々が唯1個の二次巻線を有する個別のトランス1によっても実現され得る。
これまでに述べた全ての回路例において、トランス1の一次巻線は並列接続されている。ところが、何れの場合でも、トランス1の一次側の直列接続も同じく可能である。特に、多くのランプ6がありトランス1における浮遊インダクタンスが大きい用途では、トランス1の一次側を直列接続することが電流均一化についての安定性を良くする。一次側の直列回路については、図9及び図10により、典型的な2つの適用例を示す。
図9は、例として6個のランプのときの本発明の一つの好ましい実施態様を示す。この回路は、図4に示した回路と同じように、各々が1個の一次巻線4と3個の二次巻線5を備える2個のトランスを持っている。但し、この回路では一次巻線4は直列に接続されている。
この回路では、ランプ6と二次巻線5は、回路リングの中で交互に直列接続され、LS型を形成する。その際に、ランプ6のそれぞれについて、一方のランプ端が一方のトランス1の二次巻線5に接続され、他方のランプ端が他方のトランス1の二次巻線5に接続されている。
一方のトランスの二次巻線5の各々には、ランプ6の中央にある事実上の零電位点に加えての零電位点が形成される中間タップ7が配置されている。これらの各々の中間タップ7は、電流非対称性検出回路(ADC)8を介して高抵抗でアース9に接続されている。
図10においては、図8と同じように、2個のランプ6が各々直接かつ連続して直列接続され、その先に二次巻線5が接続される。それによって、ランプ−ランプ−二次巻線−ランプ−ランプ−二次巻線の順に規則的かつ連続的に配置されたLLS型が形成される。2本のランプ6が直接かつ連続して直列接続される接続経路10の各々において、回路リングは検出回路(ADC)8を介してアース9に接続されている。トランス1の一次巻線4はこの実施態様では直列に接続されている。
図11、図12は、一次巻線について並列接続と直列接続を組み合わせた場合の本発明の実施態様の例である。図11は、並列接続した一次巻線のグループを直列接続して構成している。同図の例では、それぞれ1個の一次巻線4と1個の二次巻線5を持つ計4個のトランス1を有する。2個のトランス1の一次巻線4が並列接続されて一つのグループ(グループA1)を構成し、他の2個のトランス1の一次巻線4が並列接続されてもう一つのグループ(グループA2)を構成し、これらの2つのグループが直列接続されている。図3のときと同様、各々の二次巻線5の中間タップ7は、電流非対称性検出回路(ADC)8を介して高抵抗でアース9に接続されている。
図12は、直列接続した一次巻線のグループを並列接続した構成の一例である。同図では、それぞれ1個の一次巻線と1個の二次巻線を持つ計4個のトランスを有する。2個のトランス1の一次巻線4が直列接続されて一つのグループ(グループB1)を構成し、他の2個のトランス1の一次巻線4が直列接続されてもう一つのグループ(グループB2)を構成し、これらの2つのグループが並列接続されている。二次巻線側の構成は図11と同様である。
一次巻線について並列接続と直列接続を組み合わせた構成は、これらに限られるものではなく、各グループに属するトランス1の数や、グループの数には多くの変形が可能である。一次巻線の並列接続と直列接続をいかに組み合わせるかについては、実装における基板パターンの都合や、交流駆動電源2の駆動能力など、実情に合わせて適当な構成を採用することができる。また、そのときの二次巻線側についても、図11や図12で示した構成に限らず、例えば図10までの図で示したような色々な構成を適用可能である。
図13は、電流非対称性検出回路(ADC)8の一例を示す。この回路は、直列接続された2個の固定抵抗13及び13’で構成された抵抗分圧器である。この分圧器の一端は、回路リングの事実上の零電位点に接続され、一方、他端は接地電位9に接続される。中間タップ12は、エラー信号を抽出するために使われる。抵抗値の比により、エラー信号の振幅が決められる。
そのようなエラー信号を評価するための回路の例を図14に示す。この例では、ADC8の各々の中間タップ12がダイオード15のOR回路(ダイオードOR回路)を介してコンパレータ14の非反転入力13に接続される3個のADC回路8が示されている。そのために、各々のADC回路8の中間タップ12はダイオード15のアノードに接続されている。ダイオード15のカソードは、コンパレータ14の非反転入力13に接続されている。コンパレータ14の反転入力16は、基準電圧17に接続されている。
正常な動作状態では、中間タップ12とアース9との間は、ランプ6のインピーダンスのばらつきから生ずるわすかな交流電圧が存在する程度である。しかし、エラーが発生した場合、即ち、電流対称性に障害が発生した場合や短絡が発生した場合には、中間タップ12の電圧は数百ボルトに達する。この電圧上昇は、分圧器8によって電子的な検出に適切なレベルとされる。これに続くダイオードORでは、中間タップ12の少なくとも一つが高電圧であればコンパレータ14の非反転入力13がハイレベルとなる。そのレベルが基準電圧17の電圧を越えると、コンパレータ14は反転し、出力側にエラー信号が出る。このエラー信号に基づいて、例えばその機器をオフにしたり、或いは単に警告メッセージを発したりといったアクションを実行できる。
用途によっては、ADC回路8の感度をツェナーダイオードで増大させることも有効である。
1 トランス 2 高電圧電源 3 コア 4 一次巻線 5 二次巻線 6 ランプ 7 中間タップ(二次巻線の) 8 電流非対称性検出回路(ADC) 9 アース 10 2本のランプの間の接続経路 11、11’ 固定抵抗 12 中間タップ(ADCの) 13 非反転入力 14 コンパレータ 15 ダイオード 16 反転入力 17 基準電圧
Claims (14)
- 複数個のガス放電ランプを交流電源で駆動するための電気回路において、
1個の一次巻線を備える少なくとも1個のトランスと、
それぞれ前記トランスのうちの一つに備えられた複数個の二次巻線と、
前記ガス放電ランプと前記複数個の二次巻線が直列に接続されて構成される回路リングと、
前記ランプの数の少なくとも半分の数だけ設けられ、前記回路リングに接続されて前記回路リングに流れる電流の異常を検出可能な電流非対称性検出回路(ADC)と、を備え、
前記回路リングは、
ランプ−二次巻線−ランプ−二次巻線の順に規則的かつ連続的に配置されたLS型か、或いは、ランプ−ランプ−二次巻線−ランプ−ランプ−二次巻線の順に規則的かつ連続的に配置されたLLS型で構成されており、
前記電流非対称性検出回路(ADC)の各々は、前記回路リング内の実質上の零電位点と接地電位との間に接続され、前記ランプの正常時に前記回路リングを流れる電流よりもはるかに少ない電流を流すことを特徴とする電気回路。 - 前記電流非対称性検出回路(ADC)は、直列接続された複数の抵抗間の接続経路に接続された中間タップを有する抵抗分圧器を有することを特徴とする請求項1に記載の電気回路。
- 前記電流非対称性検出回路(ADC)の各々が有する前記分圧器の前記中間タップのうちのいくつか或いは全ては、ダイオードOR回路を通してオア接続されてコンパレータに接続され、このコンパレータにて参照電圧と比較されることを特徴とする請求項2に記載の電気回路。
- 前記回路リングはLS型で構成される場合には、前記電流非対称性検出回路(ADC)は、2つのランプの間の二次巻線の中間タップに各々接続されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電気回路。
- 前記回路リングはLLS型で構成される場合には、前記電流非対称性検出回路(ADC)は、2つのランプの間の接続経路に各々配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電気回路。
- 2つのランプの間の全ての接続経路には、前記電流非対称性検出回路(ADC)が接続されることを特徴とする請求項5に記載の電気回路。
- 前記二次巻線の少なくとも半数は中間タップを有しており、前記電流非対称性検出回路(ADC)はそれらの前記中間タップに接続されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電気回路。
- 全ての前記二次巻線は中間タップを有しており、これら中間タップのそれぞれに前記電流非対称性検出回路(ADC)が接続されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の電気回路。
- 前記回路リングには、前記1個の一次巻線と前記複数個の二次巻線を有する計2個の前記トランスが接続されて前記LS型のリングを構成し、前記ランプの各々の一つのランプ端は一つのトランスの二次巻線に接続され、もう一つのランプ端は他のトランスの二次巻線に接続されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電気回路。
- 複数のトランスの一次巻線が並列に接続されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の電気回路。
- 複数のトランスの一次巻線が直列に接続されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の電気回路。
- 一次巻線は並列に接続されたグループを形成しており、それらの一次巻線のグループは互いに直列に接続されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の電気回路。
- 一次巻線は直列に接続されたグループを形成しており、それらの一次巻線のグループが互いに並列に接続されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の電気回路。
- 前記放電ランプの総数が偶数であることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか1項に記載の電気回路。
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