JP2731412B2

JP2731412B2 - 直流放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2731412B2
Application number: JP4445389A
Authority: JP
Inventors: 善保阪口; 英二塩浜; 彰一森井
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1989-02-23
Filing date: 1989-02-23
Publication date: 1998-03-25
Anticipated expiration: 2013-03-25
Also published as: JPH02226696A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、競技場、野球場などで使用される大型映像
表示装置の表示素子として用いられる直流放電ランプを
直流点灯する直流放電灯点灯装置に関するものである。

［従来の技術］従来、競技場、野球場などで使用される大型映像表示
装置の表示素子として用いられる直流放電ランプを直流
点灯するこの種の放電灯点灯装置としては、第６図に示
すように、直流電源から限流抵抗要素を介して直流放電
ランプに給電するようにしたもの（特公昭51−22311号
公報）があった。すなわち、直流放電ランプ１のフィラ
メント２をフィラメント電源Efにて加熱し、このフィラ
メント２と補助電極3aとの間に高い抵抗値を有する限流
抵抗要素４を介して微放電用直流電源Eaを印加するとと
もに、フィラメント１と陽極（制御電極）３との間に所
定の主放電ランプ電流を流すための限流抵抗要素５を介
して主放電用直流電源Ebを印加したものであり、微放電
用直流電源Eaによってフィラメント２と補助電極3aとの
間で微放電（異常グロー放電）させておき、主放電用直
流電源Ebによってフィラメント２と陽極３との間に微放
電ランプ電圧以上の主放電開始電圧を印加して正常点灯
させるようにしたものである。

ところで、上述のように限流抵抗要素4,5を用いた直
流放電灯点灯装置では、直流放電ランプ１の点灯特性
（ランプ電圧、輝度）のばらつき、ランプ電圧の温度特
性などを考慮すると、主放電用直流電源Ebとして主放電
ランプ電圧の約２倍の電源電圧Vsを有するものを必要と
するので、限流抵抗要素５の発熱が大きくなり、多数の
直流放電ランプ１を使用する大型映像表示装置において
は、この発熱によって信頼性が損なわれる上、大型で高
価な放熱手段を必要とするという問題があった。さら
に、直流放電ランプ１を発光効率の良い適正温度にする
ための温度制御が困難になるという問題があった。

一方、発熱をできるだけ少なくした高発光効率の放電
灯点灯装置として、インダクタンス要素を限流要素とし
て用いたものが提案（特開昭61−15194号公報）されて
いる。すなわち、第７図に示すように、直流電源を高周
波電源に変換する高周波インバータ15を用い、トランス
16を介して出力される高周波電源をチョークコイル17お
よび整流ダイオード18を介して放電ランプ１に供給する
ものである。図中、19はスイッチングトランジスタより
なる点灯制御用スイッチ要素である。

ところが、上述の高周波インバータ15を用いたものに
あっては、限流抵抗方式の第６図従来例に比べて発熱が
少なくなって高い信頼性が得られるものの、回路構成が
複雑な高周波インバータ15、高価な高周波チョーク17、
および整流用ダイオード19を必要とし、コストが高くな
るという問題があり、また、高周波電源の配電系から発
生する高周波ノイズ対策が面倒になるという問題があっ
た。さらにまた、無負荷から全負荷までの負荷変動に対
して直流放電ランプを安定に点灯開始させる（点灯開始
電圧を保証する）ために高周波インバータ15の内部イン
ピーダンスを小さくする必要があり、大きなトランス16
を使用しなければならないので、高周波インバータ15が
大型化するとともにコストがより高くなるという問題が
あった。

［発明が解決しようとする課題］本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その
目的とするところは、直流放電ランプの消費電力を低減
し、かつ表示装置に必要な形状を小さくするための回路
構成の簡単さ、低騒音、低コスト、放電ランプの始動、
調光の温度変化に対する安定性、低ノイズ性などの性能
を極めて良好に保つ直流放電灯点灯装置の提案を行うこ
とにある。なお、本発明では、直流放電ランプのランプ
電流の限流要素として第１の従来例と同様に限流抵抗要
素を用いており、この理由は、高周波インバータを用い
た第２の従来例では、回路構成が複雑で、形状、コス
ト、ノイズともに第１の従来例に劣るものである。した
がって、本発明では、限流抵抗要素の消費電力をどのよ
うにして低減させるかを主要課題としている。

［課題を解決するための手段］まず、本発明を説明するに当たって、第１従来例の電
源電圧Vsの決定要因を詳しく説明する。本発明に係る直
流放電ランプのランプ電圧の温度特性は、第３図に示す
ようになる。この図は、直流放電ランプに微放電電流が
流れる微放電ランプ電圧の温度特性（実線）を示してお
り、低温になるほど微放電ランプ電圧が上昇し、25℃に
比べて−20℃では、ほぼその２倍に達する。つまり電圧
Vsが25℃の場合に比べて２倍必要であることが分かる。
ところで、大型映像表示装置は、屋内だけでなく、温度
変化の厳しい屋外でも使われ始めているので、低温動作
保証が必要なことから、25℃時の電圧Vs₂₅に比べて相当
大きい電圧Vsを必要とすることが分かる。しかし、この
−20℃での電圧Vs_-20は、大型映像表示装置が表示開始
するときだけ必要で、以降は不要である。何故なら、装
置の電力ロスによる発熱で直流放電ランプの温度が上昇
し、通常状態において直流放電ランプの温度は25℃以上
になるからである。したがって、Vs_-20からVs₂₅を差し
引いた電圧は、限流抵抗要素で無駄に消費されることに
なる。

ここに、表示用の直流放電ランプは、60Hzで点弧信号
が入り、その信号に同期して微放電から主放電に移行す
る。一旦、主放電に移行すると、第３図に点線で示すよ
うに、主放電ランプ電圧は温度にあまり影響されないこ
ともあり、主放電維持に必要な電源電圧は少なくてすむ
ことが分かる。このことから、常時、電圧Vs_-20を印加
するのではなく、前記点弧信号に同期して電圧Vs_-20を
印加する方式にすれば、前述した限流抵抗要素での過剰
な電圧分担が減り、電力消費を減らすことができる。こ
の場合、消費電力の減少分は、電圧Vs_-20の印加時間す
なわち主放電移行必要時間に係る。第４図は、この主放
電移行必要時間と、電圧Vs_-20の関係を示すものであ
る。このことから、電圧Vs_-20を20Vとすれば、0.2msec
の印加時間で良いことが分かる。このように、１サイク
ル16.6msのうち0.2msecだけ、従来例と同様の電圧Vs_-20
で微放電から主放電へ移行させることができ、消費電力
を大幅に削減できることが分かる。

［実施例］第１図は本発明一実施例を示すもので、１つのフィラ
メント２と、少なくとも１つの陽極３を具備し各陽極３
に対して独立に発光する放電路を有する直流放電ランプ
１と、直流電源Ebを限流抵抗要素５および逆流阻止用ダ
イオード９を介して直流放電ランプ１に印加して有効な
輝度を得るための主放電ランプ電流を流す主放電回路
と、直流放電ランプ１に限流抵抗要素４を介して微放電
用直流電源Eaを印加して直流放電ランプ１を微放電状態
にして主放電ランプ電流を流すために必要な主放電開始
電圧を引き下げる微放電回路とで構成され、前記主放電
回路は、主放電ランプ電流の振幅を略一定にし、かつ周
期的な輝度制御信号によりパルス幅制御して輝度制御す
るスイッチ要素６よりなる輝度制御手段と、輝度制御信
号に同期して微放電ランプ電圧より充分高い主放電開始
電圧を主放電開始に必要な時間だけ印加し、その後、次
の輝度制御信号が入るまで主放電維持に必要な主放電維
持電圧を印加する電圧切り換え回路を有する直流電源Eb
とを備えたものである。実施例にあっては、第１の直流
電源Eb₁に、第２のスイッチ要素７と第２の直流電源Eb₂
との直列回路を直列接続し、上記直列回路にバイパス用
のダイオード８を並列接続して主放電用直流電源Ebが形
成されており、スイッチ要素７をオフすることにより主
放電開始電圧V₁＋V₂が出力され、スイッチ要素７をオン
することにより、主放電維持電圧V₁が出力されるように
している。なお、フィラメント２は、従来例と同様にフ
ィラメント電源Efにて加熱されるようになっている。図
中、10はスイッチ要素6,7を制御して直流放電ランプ１
を映像信号に基づいて点灯させる表示制御回路、Efはフ
ィラメント２を加熱するフィラメント電源である。

また、図示実施例では、各１個のフィラメント２およ
び陽極３を具備した直流放電ランプを用いた例を示して
いるが、複数の陽極（例えば、R,G,B用の３個の陽極）
３およびそれに対応したフィラメント２を具備し、複数
の陽極３に対応してそれぞれ放電路を有する複合型の直
流放電ランプを用い、複数の主放電回路に主放電用直流
電源Ebを一括して印加するようにしても良い。

いま、スイッチ要素6,7は、映像信号を受けてPWM信号
を出力するPWM制御回路11の出力信号で第２図に示すよ
うに制御される。すなわち、第２図に示すように、映像
信号は、例えば日本では60Hzで制御され、スイッチ要素
６がオンしている間（T₁時間）だけ前記微放電ランプ電
流に加えて、限流抵抗要素５を介して直流放電ランプ１
に主放電ランプ電流が流れる。一方、スイッチ要素７も
同様に、同期制御回路12の出力信号によりスイッチ要素
６と同期してオン、オフされる。このときのオンする時
間T₂は、16.7msecの中の極めて短い時間である。このよ
うに制御されると、T₂時間に直流放電ランプ１および限
流抵抗要素５に加わる電圧Vsは、主放電維持用の第１の
直流電源Eb₁の電圧V₁に第２の直流電源Eb₂の電圧V₂が加
わった主放電開始電圧になる。

さて、この電圧Vsのもとで、直流放電ランプ１は、主
放電サイクル（60Hz）の１サイクル中、主放電開始（ス
イッチ要素７がT₂の間オンする）時に、V₁＋V₂の高い電
圧が印加される。このため、スイッチ要素７がオフして
いる間の微放電電流でのランプ電圧、つまり微放電ラン
プ電圧が、いかに低温で高くなっても、また、直流放電
ランプ１のばらつきで高いランプ電圧であっても、確実
に微放電状態から主放電状態に移行させることができ
る。この場合、時間T₂は、第４図に示した条件（電圧V₂
ー主放電移行必要時間T₂）が満たされるように設定され
る。今までの実験から、時間T₂は、第４図に示すよう
に、電圧V₂を15Vにすれば0.2msecに設定できる。

例えば、微放電ランプ電圧（実線）および主放電ラン
プ電圧（点線）は第３図に示すようになっており、25℃
で主放電ランプ電圧Vlaを20Vとして限流抵抗要素５およ
び直流放電ランプ１に印加される電圧をVs、ランプ電流
をIlaとすれば、従来例では、ー20℃保証として、45Vの
電圧Vsが必要である。故に、限流抵抗要素５によって消
費される電力W₀は、次式によって与えれれる。

W₀＝Ila×（Vs−Vla）＝25×Ila となる。

一方、本発明実施例での消費電力W₁は以下のようにな
る。すなわち、限流抵抗要素５には電流安定化のため
に、幾分の電圧分担が必要であり、この電圧を保証する
ために、電圧Vsを35Vに設定すると、このときの限流抵
抗要素５による消費電力W₁は、次式から得られる。

W₁＝Ila（Vs−Vla）×0.2/16.7 ＋Ila（V₁−Vla）×0.2/16.7 ＝11.2×Ila 上述のようにして求められた消費電力W₀,W₁の比率か
ら本発明実施例では、電力消費を半減できるという効果
を有している。また、発熱が少なくなるので、放熱手段
の小型化および低コスト化が図れるとともに、高い発光
効率を得るための温度制御が容易に行えるようになって
いる。

なお、上述の実施例では、高い電圧V₁＋V₂を印加する
タイミング（時間T₂）を、スイッチ要素６のオンと同時
に設定しているが、高い電圧V₁＋V₂の印加タイミングの
位相を遅らせても良く、この場合、微放電状態から主放
電状態への移行の応答性が良くなる。また、微放電電源
Eaをスイッチ要素６のオンに同期して直流放電ランプ１
にパルス的に印加するようにしても良い。

第５図は他の実施例を示すもので、PNP型のトランジ
スタ6aおよび電流検出用抵抗5aを組み合わせた定電流回
路にて限流抵抗要素５を形成した例であり、トランジス
タ6aは、表示制御回路10から出力される表示クロック信
号Vcおよび表示データＤに基づいてパルス幅変調された
PWM制御信号を発生するPWM制御回路11によりドライブ用
トランジスタ6bを介して制御されている。また、トラン
ジスタよりなるスイッチ要素７は、同期制御回路12によ
り、表示クロック信号Vcに基づいて制御されるようにな
っている。なお、フィラメント２はフィラメント用電源
Efにて常時加熱され、また、微放電直流電源Eaは限流抵
抗要素４を介して直流放電ランプ１に印加されることに
より、僅かな微放電電流が流れるようになっている。

いま、表示制御回路10から、放電灯１の調光指令デー
タＤと、点弧信号Vcが出力されると、PWM制御回路11でP
WM信号よりなる輝度制御信号に変換される。この信号で
トランジスタ6bがオンし、PNPトランジスタ6aおよびエ
ミッタに接続された電流検出用抵抗5aで形成される定電
流回路が働き、逆流阻止用ダイオード９を介して主電流
ランプ電流を供給するようになっている。一方、トラン
ジスタ6aの動作開始タイミングに合わせて同期制御回路
12よりのタイミング信号をベースに加え、スイッチ要素
７を構成するトランジスタ７をオンする。ここに、同期
制御回路12は、一定のタイマ機能を備えており、第３図
に示すT₂時間を作り出している。このようにして電流検
出用抵抗5a、トランジスタ6a、ダイオード９および直流
放電ランプ１の直列回路にT₂時間の間、直流電源Eb₁の
電圧V₁と直流電源Ebの電源電圧V₂との和電圧（V₁＋V₂）
が印加され、直流放電ランプ１の微放電ランプ電圧を確
実に上回ることになって、直流放電ランプ１を主放電状
態へ移行させ、主放電ランプ電流を一定に供給すること
ができるようになっている。

本実施例では、主放電用直流電源Ebの電圧がV₁あるい
はV₁＋V₂のときでも、主放電ランプ電流は一定に制御さ
れ、表示素子の応答性を良好に引き出し、パルス時間幅
と、ランプ発光輝度のリニアリテイを優れたものとする
ことができるようになっている。

［発明の効果］本発明は上述のように構成されており、限流抵抗要素
を用いた放電灯点灯装置であるので、高周波インバータ
を用いたものに比べて回路構成が簡単で、小型、低コス
トで、しかも、ノイズの低減が図れるようになってお
り、しかも、上記主放電回路を、主放電ランプ電流の振
幅を略一定にし、かつ周期的な輝度制御信号によりパル
ス幅制御して輝度制御する輝度制御手段と、輝度制御信
号に同期して微放電ランプ電圧より充分高い主放電開始
電圧を主放電開始に必要な時間だけ印加し、その後、次
の輝度制御信号が入るまで主放電維持に必要な放電維持
電圧を印加する電圧切り換え回路を有する直流電源とで
構成しているので、放電灯点灯時の限流抵抗要素による
発熱が少なく信頼性が高い放電灯点灯装置を提供できる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の回路図、第２図は同上の動作
説明図、第３図および第４図は同上の動作説明図、第５
図は他の実施例の回路図、第６図は従来例の回路図、第
７図は他の従来例の回路図である。１は直流放電ランプ、２はフィラメント、３は陽極、4,
5は限流抵抗要素、6,7はスイッチ要素、8,9はダイオー
ド、Eaは微放電用直流電源、Ebは主放電用直流電源、Eb
₁は第１の直流電源、Eb₂は第２の直流電源である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−100391（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−149695（ＪＰ，Ａ) 特公昭51−22311（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】１つのフィラメントと、少なくとも１つの
陽極を具備し各陽極に対して独立に発光する放電路を有
する直流放電ランプと、直流電源を限流抵抗要素を介し
て直流放電ランプに印加して有効な輝度を得るための主
放電ランプ電流を流す主放電回路と、直流放電ランプを
微放電状態にして主放電ランプ電流を流すために必要な
主放電開始電圧を引き下げる微放電回路とで構成され、
前記主放電回路は、主放電ランプ電流の振幅を略一定に
し、かつ周期的な輝度制御信号によりパルス幅制御して
輝度制御する輝度制御手段と、輝度制御信号に同期して
微放電ランプ電圧より充分高い主放電開始電圧を主放電
開始に必要な時間だけ印加し、その後、次の輝度制御信
号が入るまで主放電維持に必要な主放電維持電圧を印加
する電圧切り換え回路を有する直流電源とを備えたこと
を特徴とする直流放電灯点灯装置。
【請求項２】前記直流電源は、複数の主放電回路に一括
に印加するように接続されたことを特徴とする請求項１
記載の直流放電灯点灯装置。
【請求項３】前記限流抵抗要素を定電流回路にて形成し
たことを特徴とする請求項１記載の直流放電灯点灯装
置。