JP2010511969A - 放電ランプの電極加熱のための方法及び回路 - Google Patents

Abstract

本発明は、放電ランプの電極の加熱を正確に制御するための方法及び回路を提供する。本発明により帰還電圧が作られる。帰還電圧は、特に放電ランプが非燃焼状態にある時の電極電圧を代表し、その電極電圧は加熱電圧を代表する。帰還電圧は、望ましい加熱電圧を代表する所定の基準電圧と比較される。比較器は、実際の帰還電圧と基準電圧の間の違いを代表する誤差信号を作り、出力する。誤差信号は、電力供給回路に供給される。電力供給回路は、電極電圧が望ましい加熱電圧に向かって調整されるように誤差信号に対応する交流供給電流を作る。

Description

本発明は、放電ランプの電極加熱制御方法及び放電ランプ動作用の安定器回路に関する。

蛍光放電ランプのような放電ランプの電極の劣化を制限するために、放電ランプの点火に先立ち電極は予熱される。先行技術において、予熱周期の間、高周波交流供給電流の周波数を制御することが知られている。交流供給電流の周波数は、例えば、３０−７０ｋＨｚである。予熱の間交流供給電流の周波数は相対的に高いので、放電ランプに並列に接続されたコンデンサーにより作られた放電ランプにかかる電圧は、相対的に低い。電極が十分加熱される時、周波数は低下し、ランプ電圧は増加し、そして放電ランプは点火可能になる。

背面照明への応用において放電ランプは、パルス化方法で操作されても良く、それは放電ランプが、所定のパルス周波数で交互にオンオフに切り換えられる事を意味する。パルス周波数は、５０−２００Ｈｚである。放電ランプの光出力を制御するためにパルス幅変調スキームが採用され、それにより放電ランプのオンオフ周期のデューティーサイクルが制御される。

放電ランプのオフ周期の間、電極は加熱され得る。しかし、特に液晶ディスプレー背面照明への応用にとって重要である放電ランプの長寿命を提供するために、加熱は非常に正確に行わなれなければならない。先行技術において、放電ランプが点火可能になるまで電極を予熱するために数種の方法及び回路が提供される。しかし、それらの方法及び回路は、そんなに正確ではなく、故に電極の加熱の制御用には不向きである。

本発明の目的は、放電ランプの電極の加熱を正確に制御するための方法及び回路を提供する事である。

本発明の目的は、請求項１による方法及び請求項７による安定器回路で達成される。

本発明により帰還電圧が作られる。帰還電圧は、特に放電ランプが非燃焼状態である時の電極電圧を代表し、その電極電圧は加熱電圧を代表する。帰還電圧は、望ましい加熱電圧を代表する所定の基準電圧と比較される。比較器は、実際の帰還電圧と基準電圧の間の違いを表す誤差信号を作り、出力する。誤差信号は、電力供給回路に供給される。電力供給回路は、電極電圧が望ましい加熱電圧に向かって調整されるように誤差信号に対応する交流供給電流を作る。

１実施例において、放電ランプはバラストコイルに結合されても良く、バラストコイルは変圧器１次巻線であって、変圧器２次巻線は結合コンデンサー及び放電ランプの電極と直列に結合されても良い。本発明による方法の１実施例において、帰還電圧は、結合コンデンサーと変圧器２次巻線との間のノードでの電圧に基づいて作られ得る。このようにして実際ではない電極電圧は決定され、帰還電圧作成用に使用される。電極抵抗と電極電圧は２０％までの大きい許容値を有し、強く変化可能なので、電極電圧そのものではないが、電極電圧に関係した電圧を決定する事は利点があり得る。

１実施例において、結合コンデンサーは、放電ランプの電極に直列に接続されても良く、ＲＣフィルターは、その直列接続体に並列に接続されても良い。ＲＣフィルターは、フィルターコンデンサーとフィルター抵抗を含んでも良く、ＲＣフィルターは、公称電極抵抗及び結合コンデンサーの直列接続のＲＣ時定数に実質的に等しいＲＣ時定数を有しても良い。そのような１実施例において、帰還電圧は、フィルターコンデンサーとフィルター抵抗との間のノードに作成可能である。フィルターコンデンサーは、電極及び結合コンデンサーにより与えられる抵抗及びキャパシタンスを実質上変えないように結合コンデンサーのキャパシタンスに比して小さいキャパシタンスを有しても良いので、特に、フィルター抵抗は、電極抵抗に比して大きい抵抗を有するように選ばれても良い。このように、フィルターコンデンサーとフィルター抵抗を追加することは、回路動作を実質上変えない。

１実施例において、電力供給回路は、交流電流を出力し、電力供給回路を制御するステップは、交流電流の周波数の制御を含む。放電ランプの予熱及び点火の技術において知られているとおり、交流供給電流の周波数制御は、ランプ電極間のランプ電圧制御を可能にする。相対的に高い周波数を用いると（例えば約６０−７０ｋＨｚ）、ランプ電圧は相対的に低く、放電ランプの電極に加熱電流を供給するのみである；低い周波数を用いると（例えば約３０−４０ｋＨｚ）、放電ランプは点火し及び点灯し続けることが可能である。

上に述べたように、パルス操作において操作される時、即ち相対的に低いパルス周波数（例えば５０−２００Ｈｚ）で、放電ランプのオン状態とオフ状態を切り換えて操作される時、本発明による方法は、有利に採用され得る。

本発明の１例で放電ランプを操作するための安定器回路を提供する。その安定器回路は、放電ランプの電極の電極電圧を代表する帰還電圧を作るための帰還電圧回路；帰還電圧と基準電圧とを比較し誤差信号を出力するための帰還電圧回路に結合した比較器；電極電圧を制御するために誤差信号に対応する交流電流を供給するための比較器に接続した電力供給回路を含む。

以下本発明及び更なる有利な機能は、制限無しの実施例を示す添付の図面を参照して詳細に記述され明らかにされる。

図中、同じ参照番号は同じ構成部品を示す

本発明による安定器回路を概略的に示す。 本発明による安定器回路の１実施例を概略的に示す。

図１は、放電ランプＬａを操作するための安定器回路を概略的に示す。その安定器回路は、例えば主電源を示す、電源１０に接続した電力供給回路２０を含む。その安定器回路は更に、ランプＬａに適切な駆動電流を供給する駆動回路３０を含む。本発明に従い、その安定器回路は更に、帰還電圧回路４０及び比較器５０を含む。

動作中、電力供給回路２０は、主電源のような交流供給電圧を受け取る。電力供給回路２０は、適切な交流供給電流Ｉｓが作られるようにその供給電圧で動作する。特に、電力供給回路は、低周波交流電圧を整流でき、そして高周波交流供給電流Ｉｓを作ることができる。先行技術に従い、電力供給回路２０は、放電ランプＬａを点火する前に放電ランプＬａの電極を暖めるために、相対的に高い周波数、例えば６０−７０ｋＨｚで供給電流を作るように構成でき、放電ランプＬａの点火及び定常状態動作のために供給電流Ｉｓの周波数を下げるように構成できる。適切な定常状態動作周波数は、例えば３０−４０ｋＨｚであっても良い。

駆動回路３０は、供給電流Ｉｓを受け取り、放電ランプＬａに適切な電流及び電圧を与えるように構成される。特に、電極の予熱中、上に述べたとおり、相対的低電圧が、放電ランプＬａに印加され、それにより放電ランプＬａの点火を防止する。点火及び定常状態動作中、相対的に大きい電圧が放電ランプＬａに印加される。印加電圧は、適切なコンデンサーにより作成可能で、高周波信号に応答して低電圧を、そして低周波信号に応答して高電圧を作ることができる。

先行技術において、予熱と点火の間交流供給電流の周波数を制御することが知られている。既知の方法及びシステムはしかし、電極が所定の温度に達するまで電極を加熱するように構成される。電極が所定の温度に達するやいなや、放電ランプは点火される。特定の応用において、しかしながら、放電ランプＬａは、時間内のある所定点で点火されるようになっていて且つそのような応用においては、放電ランプＬａが点火されるまで、電極を有る所定の温度に保つ事が望ましい。ある周期時間の間電極を加熱状態に保つことは、電極電圧、即ち電極抵抗に起因する電極を通って流れる電流によって作られる電極にかかる電圧の正確な制御を要する。

帰還電圧回路４０は、駆動回路３０から受け取った信号Ｓ１から帰還電圧Ｓ２を作る。帰還電圧Ｓ２は、制御されるべき電極電圧に対応し、且つその電極電圧を代表する。帰還電圧Ｓ２は、比較器５０に供給される。比較器５０は更に、基準電圧Vrefを供給される。基準電圧Vrefは、電極の加熱中の所定の望ましい電極電圧を代表する。比較器５０は、誤差信号Ｓ３を作り、これは帰還電圧Ｓ２と基準電圧Vrefとの間の差に対応する。誤差信号Ｓ３は、電力供給回路２０に供給される。誤差信号Ｓ３に答えて、電力供給回路２０は、電極電圧を調整するように交流供給電流Ｉｓを変化させる。例えば、電力供給回路２０は、供給電流Ｉｓの周波数を変えることができる。

図２は、図１に示すような安定器回路の１実践的実施例を示す。図２を参照して、安定器回路は、インバータ回路２２を含む。インバータ回路は、交流供給電流Ｉｓを作る。インバータ回路２２は、例えば多くの半導体スイッチを含む半ブリッジインバータ又は全ブリッジインバータでも良い。インバータ回路２２は、電圧制御発振器駆動回路２４に接続する制御端子Ｔｃを有する。電圧制御発振器駆動回路２４からの制御信号Ｓｃに応答して、インバータ回路２２は、交流供給電流Ｉｓの周波数を制御する。

先行技術に従い、安定器回路は更に、共振バラストコイルＬ１、共振コンデンサーＣｒ及び直流阻止コンデンサーＣｓを含む駆動回路を含み、それらの構成部品は、放電ランプＬａの定常状態動作中のランプ電流量を決定する。示された実施例において、共振バラストコイルＬ１は、変圧器の１次巻線である。その変圧器は更に、各々第１及び第２の２次巻線Ｌ２−ａ及びＬ２−ｂを含む。第１及び第２の第２次巻線Ｌ２−ａ及びＬ２−ｂは、第１及び第２結合コンデンサーＣｋ−ａ及びＣｋ−ｂの各々に直列に接続し、放電ランプＬａの第１及び第２電極Ｅｌ−ａ及びＥｌ−ｂのそれぞれに直列に接続する。２次巻線Ｌ２−ａ、Ｌ２−ｂ，結合コンデンサーＣｋ−ａ、Ｃｋ−ｂ及び電極Ｅｌ−ａ、Ｅｌ−ｂの抵抗は、放電ランプＬａの非燃焼状態における加熱電流を決定する。インバータ回路及び駆動回路の通常動作の更なる詳細な記述は省略される。というのは、示された実施例は、業界では良く知られていて、故に当業者は、簡単にインバータ回路、駆動回路及び放電ランプＬａが如何に動作するかを理解するからである。

本発明に従い、電圧信号Ｓ１は、駆動回路に由来する。特に、電圧信号は、第２の２次巻線Ｌ２−ｂの出力から得られる。電極電圧は、例えば電圧信号Ｓ１のピーク値を決定する事により直接決定しても良く、それは唯すごく簡単な測定回路を要するのみである。しかし、加熱中の電極抵抗は変化しやすいので（電極抵抗の許容値は２０％まで可能）、ＲＣフィルターを２次巻線の出力に、（示された実施例においては第２の２次巻線Ｌ２−ｂに）出力する事に利点がある。フィルターコンデンサーＣｆとフィルター抵抗Ｒｆを含むＲＣフィルターは、第２結合コンデンサーＣｋ−ｂ及び第２電極Ｅｌ−ｂの公称電極抵抗の接続体としての実質的に等しいＲＣ時定数を有する。

変圧器が高い変圧器結合係数を有するように選ばれることに注意する。その結果、非結合誘導子は、実質的に出力電圧に影響せず、第１の２次巻線Ｌ２−ａの出力電圧と第２の２次巻線Ｌ２−ｂの出力電圧は、実質的に等しい事が推定される。

フィルター抵抗Ｒｆ及びフィルターコンデンサーＣｆを含むＲＣフィルターを再び参照して、ＲＣフィルターは、電極Ｅｌ−ｂの電極抵抗と結合コンデンサーＣｋ−ｂとに並列に接続されている。並列回路の抵抗は、実質的に電極抵抗から異ならない事、及び並列回路のキャパシタンスは、実質的に結合コンデンサーＣｋ−ｂのキャパシタンスとは異ならない事が好ましい。そこで、フィルター抵抗Ｒｆの抵抗は、高く選ばれても良いし、フィルターコンデンサーＣｆは、比較的小さいキャパシタンスを有するように選ばれても良い。このように、全体的な抵抗は実質上変化せず且つ全体的なキャパシタンスは実質上変化しない一方、ＲＣ時定数は、電極Ｅｌ−ｂ（公称抵抗値）と結合コンデンサーＣｋ−ｂとの直列接続体のＲＣ時定数に実質的に等しくなり得る。

フィルターコンデンサーＣｆとフィルター抵抗Ｒｆとの間のノードで公称抵抗を有する電極の電極電圧を代表するフィルター電圧が作られる。フィルター電圧は、電極の加熱の制御には関係しない高周波信号分を取り除くために低域濾波回路４２へ供給される。例えばＲＭＳ電圧値は決定可能である。このように、例えば、フィルター電圧のＲＭＳ値は、比較器への帰還電圧Ｓ２として供給される。

比較器は、演算増幅器５２を含んでも良い。加熱電圧（即ち電極電圧）及び供給電流Ｉｓの周波数との関係は反転しているので、基準電圧Vrefは、演算増幅器５２の負極（−）に印加され、帰還電圧Ｓ２は、演算増幅器５２の正極（＋）に印加される。

演算増幅器５２により出力された誤差信号Ｓ３は、基準電圧Vrefと帰還電圧Ｓ２との間の差に対応する。誤差信号Ｓ３は、電圧制御発振器駆動回路２４に供給される。電圧制御発振器駆動回路２４は、帰還電圧Ｓ２と電極電圧を調整するように、誤差信号Ｓ３に応答して、その出力、即ち制御信号Ｓｃを調整する。調整は、電極電圧特に帰還電圧Ｓ２が基準電圧Vrefに近づくように行われる。

上述の制御ループは、特に電極Ｅｌ−ａ、Ｅｌ−ｂの加熱時、即ちランプ動作の非燃焼段階での使用のためである。ランプ動作の燃焼段階においては、インバータ回路２２は、所定の周波数に設定されても良いし、又は電圧制御発振器駆動回路２４により制御されても良い。インバータ回路２２が電圧制御発振器駆動回路２４により制御される１実施例において、第２の誤差信号、即ち誤差信号Ｓ３ではないもう１つの誤差信号が、電圧制御発振器駆動回路２４に供給されても良い。そのような第２の誤差信号及び対応する回路は図２に示されない。更なるもう１つの実施例において、電極電圧は、放電ランプＬａの燃焼段階中に制御されても良い。

更に、もう１つの実施例において、フィルターコンデンサーＣｆ及びフィルター抵抗Ｒｆを含むＲＣフィルター、低域濾波回路４２及び／又は演算増幅器５２は、デジタル信号処理回路のような適切な信号処理回路により置き換えられても良い。

本発明の詳細な実施例がここに開示されているが、開示実施例は、種々の形で実施できる本発明の単なる例示で有ることに注意されなければならない。故に、ここに開示された特定の構造的機能的詳細は、制限的に解釈されるものではなく、特許請求の範囲の基礎として、且つ実際的に如何なる適切に詳細化された構造においても本発明を種々に採用するために当業者に教えるための基礎として解釈されるべきである。更に、互いに異なった従属項中にある複数の手段が列挙されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使えないと言うことを示さない。

更に、ここで使われている術語や句は、制限を意図している物ではなく；むしろ発明の理解できる記述を提供している。ここで使われる「１つの」の語は、１又は１以上として定義される。ここで使われる「もう１つの」という語は、「少なくとも第２以降の」として定義される。ここで使われる「含む」「有する」の語は、開放的に「も含む」を意味する。ここで使われる「結合される」の語は、「直接に」とは限らず、且つ配線手段によってとは限られず、「接続された」として定義される。

Claims (13)

1. 放電ランプの電極の加熱を制御する方法であって：
   ― 前記放電ランプの前記電極の電極電圧を代表する帰還電圧を作るステップ；
   ― 誤差信号を提供するために前記帰還電圧を基準電圧Vrefと比較するステップ；及び
   ― 前記電極電圧を制御するために前記誤差信号に対応する電力供給回路を制御するステップ
   を含む方法。
2. 前記放電ランプはバラストコイルに結合され、前記バラストコイルは変圧器の１次巻線で、前記変圧器の２次巻線は結合コンデンサーと前記放電ランプの電極に直列に結合され、前記帰還電圧は前記結合コンデンサーと前記変圧器の前記２次巻線との間のノードでの電圧に基づいて作られる請求項１による方法。
3. 結合コンデンサーは前記放電ランプの電極に直列に接続され、ＲＣフィルターは前記直列接続に並列に接続され、前記ＲＣフィルターはフィルターコンデンサーＣｆとフィルター抵抗Ｒｆを含み、且つ前記ＲＣフィルターは公称電極抵抗と前記結合コンデンサーの直列接続のＲＣ時定数に実質的に等しいＲＣ時定数を有し、前記帰還電圧は前記フィルターコンデンサーと前記フィルター抵抗との間のノードで作られる請求項１による方法。
4. 前記電力供給回路は交流供給電流を出力し、前記電力供給回路を制御するステップは、前記交流供給電流の周波数を制御する事を含む請求項１による方法。
5. 前記放電ランプが非燃焼状態で有るとき前記電極の前記加熱が制御される請求項１による方法。
6. 前記放電ランプが交互に燃焼状態と非燃焼状態に切り換えられる請求項５による方法。
7. 放電ランプを操作するための安定器回路であって：
   ― 前記放電ランプの電極の電極電圧を代表する帰還電圧を作るための帰還電圧回路；
   ― 前記帰還電圧を基準電圧と比較し誤差信号を出力するために前記帰還電圧回路に結合した比較器；及び
   ― 前記電極電圧を制御するために前記誤差信号に対応する交流供給電流を供給するために前記比較器に結合した電力供給回路
   を含む回路。
8. 前記安定器回路は前記放電ランプの前記電極に直列に接続可能な結合コンデンサーを含み、前記帰還電圧回路は前記直列接続に並列に接続可能なフィルターコンデンサー及びフィルター抵抗を含み、前記帰還電圧は前記フィルターコンデンサー及び前記フィルター抵抗の間のノードで作られる請求項７による安定器回路。
9. 前記帰還電圧回路は、前記比較器にゆっくりと変化する電圧信号を供給するために低域濾波回路を含む請求項７による安定器回路。
10. 前記低域濾波回路は特に、ＲＭＳ電圧信号を作るためのＲＭＳ回路である請求項８による安定器回路。
11. 前記比較器は演算増幅器を含む請求項７による安定器回路。
12. 前記電力供給回路は前記誤差信号に応答し前記交流供給電流の周波数を制御するように構成されている請求項７による安定器回路。
13. 前記電力供給回路は、前記交流供給電流の周波数を制御するための電圧制御発振器駆動回路を含み、前記電圧制御発振器駆動回路は前記誤差信号を受け取るために前記比較器に結合する請求項１１による安定器回路。

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