JP3154148U

JP3154148U - 圧電式共振高圧点灯回路

Info

Publication number: JP3154148U
Application number: JP2009005015U
Authority: JP
Inventors: 魏道金
Original assignee: Champion Elite Co Ltd
Current assignee: Champion Elite Co Ltd
Priority date: 2009-05-15
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2019-07-17
Also published as: TWM366858U; US20100289422A1; KR20100011474U; KR200470950Y1

Abstract

【課題】低漏電、高点灯効率及び電流平衡の圧電式共振高圧点灯回路を提供する。【解決手段】圧電基材と２つの導電層を包含し、基材は上表面と下表面を有し、２つの導電層は圧電基材の上表面と下表面にそれぞれ形成して両極を構成する圧電キャパシタ１０と、圧電キャパシタ１０に直列或いは並列する共振インダクタ４０と、圧電キャパシタ１０とランプ管を電気的結合し、より高い電圧をランプ管に供給する昇圧変圧器５００と、を有する。【選択図】図２Ａ

Description

本考案は、共振点灯回路に関するものであって、特に、独立したインダクタにより圧電変圧器を直列或いは並列した圧電式共振高圧点灯回路に関するものである。

冷陰極蛍光ランプ（Cold Cathode Fluorescent Lamp；CCFL）の発光原理と一般の昼光ランプは似ており、その発光原理は、高圧電気が電極チップから入力された後、管内の少数の電子分子が高速で電極に衝突し、この時、二次電子放出が発生し、放電を開始するとき、電子と水銀原子の衝突が発生し、水銀原子は、誘導放出される２５３．７nmの紫外線光を受け、紫外線光が、管壁上に塗布された蛍光粉を励起して、対応する色温度の可視光を生成する。一般に、ディスプレイ、ＰＤＡ、デジタルカメラ、及び携帯電話等に応用される以外に、更に、液晶ディスプレイでは不可欠なバックライト光源材料の一つである。

しかし、液晶ディスプレイの応用は次第に発展し、そのサイズも次第に大きくなっているので、バックライト光源に使用する冷陰極蛍光ランプの数量もそれに伴って増加し、同じ、或いは、より高い輝度を維持しなければならない。輝度分布の均一とランプ管寿命延長の要求に基づき、ランプ管電流の絶対値と相対差異は厳密に制御しなければいけない。公知のマルチランプ管モジュールは、ランプ管上に並列された従来のコイル型昇圧変圧器を利用しており、その欠点は効率が悪いことである。また、コイルの耐圧不足で、高圧により電気絶縁破壊を起こしやすく、ショート焼損しやすく、極めて危険である。また、もう一つのマルチランプ管モジュールの構造は、図１で示すように、ランプ管１００の間の電流差は、ランプ管１００の高圧端に直列したキャパシタ１１０により補償され、よって、大きな電流漏れが生じ、効率が悪く、キャパシタ１１０の耐圧性不足で、故障モードはキャパシタ１１０の爆発であり、容易に出火する危険がある。

一方、Ｕ型ランプ管を使用したバックライト光源はランプ管とインバータの使用量を減らすことができ、コスト面への配慮に基づき、Ｕ型ランプ管は既に大量に採用されている。しかし、Ｕ型ランプ管は湾曲部分の電圧と電流が部分的に損耗することがあり、十分な電圧を提供されるとき初めて長形ランプ管と同様の発光効率に達する。従って、点灯効率を上げて管電流平衡を達成する高圧電灯回路を追求することが、依然として現在の産業界で最も重視される重要な課題である。

上述の問題を解決するため、本考案は、圧電式共振高圧点灯回路を提供し、圧電変圧器自体が有するキャパシタ特性が圧電キャパシタであることを利用してインダクタ直列或いは並列圧電変圧器の共振点灯回路を構成し、低漏電、高点灯効率及び電流平衡の要求を満たし、更に、電圧出力端において昇圧変圧器を加え、輸出電圧を増大し、高圧がランプ管の起動をより容易にすることを主な目的とする。

本考案のもう一つの目的は、圧電変圧器により従来の点灯回路中のキャパシタ、或いは、コイル型昇圧変圧器を代替し、体積が小さいだけでなく、卓越的な電気的特性を有すると共に、耐圧性不足により生じる故障と過熱の危険を回避し、信頼性を高め、市場競争力を強化する圧電式共振高圧点灯回路を提供することである。

本考案の更なる目的は、直列の接続方式を利用して配線の長さを短縮し、最終的な製品サイズをコンパクト化する圧電式共振高圧点灯回路を提供することである。

上述の目的を達成するため、本考案の圧電式共振高圧点灯回路は、本来は超音波発振器に応用していたハイパワー圧電セラミック発振片を、共振点灯回路の安定器及びインバータ中に応用して、圧電キャパシタとし、この共振点灯回路は、昇圧比が負荷の内部インピーダンス値に伴って変動する特性を有し、ランプ管駆動への応用に非常に適している。ランプ管が未起動時、等価回路は開回路状態で、この時、共振点灯回路は高い昇圧比を供給して、瞬間的にランプ管を起動する。ランプ管起動後、等価インピーダンス値は低下し、そのため回路昇圧比も低下して、ランプ管の正常な操作を安定状態にする。

大電流、高輝度の照明需要に合わせるために、本考案はまた、昇圧変圧器を採用し出力電圧を必要とされる電圧まで上昇させ、上昇後の電圧は各ランプ管の両端に供給し、電気エネルギーの利用率を向上させる。そして、高輝度出力の特性により、短時間起動を提供でき、ランプ管の保護にもなる。

また本考案は、マルチランプ管電流平衡に応用でき、固定周波数により圧電キャパシタの等価回路中の内部インピーダンスを固定し、固定電流通過ランプ管を形成し、直列ランプ管上の圧電キャパシタとその他のランプ管上の圧電キャパシタの電気特性が近づく時、その内部インピーダンス値は近づき、各ランプ管中の電流を一致させ、ランプ管の電流を平衡にする。

他にも本考案は、圧電キャパシタと独立インダクタを合わせて共振点灯回路の構造を構成し、フルブリッジ回路下の双高圧点灯に適用でき、もちろん、ハーフブリッジ回路下の単一高圧点灯にも適用できる。

本考案は、電流漏れを減少させ、温度を下げ、且つ耐圧性を高めることで、点灯効率を大幅に向上できる。また、体積が小さいだけでなく、卓越的な電気的特性を有し、耐圧性不足により生じる故障と過熱の危険を回避し、信頼性を高め、市場競争力を強化できる。そして、配線の長さを短縮し、製品サイズを縮小できる。

公知技術による一般のキャパシタを使用したマルチランプ管モジュールを示す図である。本考案の実施例による圧電式共振高圧点灯回路中の電圧電キャパシタが共振インダクタにおいて直列するのを示す図である。本考案の実施例による圧電式共振高圧点灯回路中の圧電キャパシタが共振インダクタにおいて並列するのを示す図である。本考案の実施例による圧電キャパシタの素子構造を示す図である。本考案の実施例によるフルブリッジ出力の圧電式共振高圧点灯回路を示す図である。本考案の実施例によるフルブリッジ出力の圧電式共振高圧点灯回路を示す図である。本考案の実施例による圧電式共振高圧点灯回路を外部電極蛍光灯板に使用する図である。本考案の実施例による圧電式共振高圧点灯回路を外部電極蛍光灯板に使用する図である。本考案の実施例による圧電式共振高圧点灯回路を発光ダイオードに使用する図である。本考案の実施例による圧電式共振高圧点灯回路を発光ダイオードに使用する図である。本考案の実施例による圧電式共振高圧点灯回路を節電ランプに使用する図である。本考案の実施例による圧電式共振高圧点灯回路を節電ランプに使用する図である。本考案の実施例によるフルブリッジ入力の圧電式共振高圧点灯回路を示す図である。本考案の実施例によるフルブリッジ入力の圧電式共振高圧点灯回路を示す図である。本考案の実施例によるハーフブリッジ入力の圧電式共振高圧点灯回路を示す図である。本考案の実施例によるハーフブリッジ入力の圧電式共振高圧点灯回路を示す図である。本考案の実施例による圧電キャパシタの等価回路を示す図である。

以下に図面を参照しながら、具体的な実施例を挙げて詳しく説明する。

図２Ａは本考案の実施例による圧電式共振高圧点灯回路を示す図であり、主に、２つの補助キャパシタ５０、５１の間に直列した複数組の冷陰極蛍光ランプ３０を包含し、各組の冷陰極蛍光ランプ３０は互いに並列し、昇圧変圧器５００のカップリングによって共振インダクタ４０と圧電キャパシタ１０を直列する。また、この圧電式共振高圧点灯回路は、圧電変圧器自体が有するキャパシタ特性を利用して、圧電キャパシタ１０とし、共振インダクタ４０と直列し、インダクタ直列圧電変圧器の共振点灯回路を構成し、共振インダクタ４０及び圧電変圧器のキャパシタンス値を調整することで、昇圧点灯の機能を達成する。同時に、昇圧変圧器５００が出力増大できる特性を利用して、出力電圧を必要な電圧まで上昇させ、上昇後の電圧を冷陰極蛍光ランプ３０の両端に提供し、高輝度出力の要求を満たし、高圧がランプ管の起動を容易にし、且つ、短時間起動を提供し、よりランプ管を保護することができる。

本実施例の圧電キャパシタ１０は、図３が示すように、圧電材質を用いて円板形状の圧電基材１１を作成し、もちろん、その形状は正方形でも長方形でもよく、更に、銀ゲル、銅ペースト、或いはニッケルペーストで同様の円形の導電層１２、１３を圧電基材１１の全体或いは一部の上表面と下表面に作成し、圧電キャパシタ１０の両極を構成して電流を誘導する。ここで、図１０を参照すると、圧電キャパシタ１０の等価回路であり、等価回路中に等価抵抗Ｒ、等価インダクタＬ、及び力学特性と電気特性をそれぞれ別々に表示する等価キャパシタＣbとＣaを有する。一般的なキャパシタ或いはコイル型昇圧変圧器と異なるのは、本実施例の圧電キャパシタ１０の電流漏れは小さく、耐圧性は高く、過熱による出火の危険は無く、その信頼性は高く、また倍数増加する出力効率を提供でき、点灯効率をかなり上げることができる点である。次に、圧電キャパシタの体積は小さく、包装の厚さは薄く、更に、直列接続の共振インダクタ、圧電キャパシタ、及びランプ管の配置方式を使用して、全体の配線の長さを短縮でき、最終的な製品サイズをコンパクト化できる。

本実施例中、圧電キャパシタ１０は共振インダクタ４０に直列するが、実際の使用はこれに限らない。図２Ｂが示すように、圧電キャパシタ１０は共振インダクタ４０に並列することもでき、直列接続と並列接続を比較すると、直列接続を利用した場合はより低温を維持でき、損耗が小さい。また、補助キャパシタ５０、５１は圧電キャパシタであってもよく、起動の用途を発揮する以外に、更にそのキャパシタンス値の大きさを調整し、出力電流の大きさを微調整し、最も良い出力効率を得られる。点灯時に電圧が瞬間的に上昇する場合は、点灯後負荷の内部インピーダンスが小さくなった時、昇圧比が低下するので、出力は調整され、余分な電力の消耗を減少することができる。

また、インダクタ直列圧電変圧器の圧電式共振高圧点灯回路は電流の平衡を維持することができる。入力パルス電圧源を交流に変換し回路を駆動する時、圧電キャパシタは低圧からランプ管が点灯するのに必要な高圧になり、ランプ管のインピーダンス特性の差により、ランプ管の電流不一致はバックライトの不均衡とランプ管の寿命低下を引き起こす。そのため本考案は、固定周波数により共振点灯回路を駆動し、圧電キャパシタの等価回路中の内部インピーダンスを固定し、固定電流通過ランプ管を形成し、直列ランプ管上の圧電キャパシタとその他のランプ管上の圧電キャパシタの電気特性が近づく時、その内部インピーダンスも近づき、各ランプ管の電流が一致する。言い換えると、マルチランプ管の電流平衡の機能を達成する。

上述の実施例中、各ランプ管３０は１つの圧電キャパシタ１０と１つの共振インダクタ４０に合わせてハーフブリッジ共振回路を構成し、製造コストを削減でき、価格競争に有利になる。もちろん、もし２つの共振インダクタ４０、６０に合わせてフルブリッジ共振回路を構成すれば、更に高い出力効率が得られることを図４Ａ、４Ｂが示している。図４Ａは２つの共振インダクタ４０、６０が１つの圧電キャパシタ１０に並列する実施例であり、図４Ｂは２つの共振インダクタ４０、６０が２つの圧電キャパシタ１０、２０それぞれに直列する実施例である。

また本考案は、単一の高輝度放電灯（ＨＩＤ）、メタルハライドランプ、セラミック蛍光灯管（ＣＰＦＬ）、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）、外部電極蛍光灯（ＥＥＦＬ）、節電電球或いは発光ダイオード（ＬＥＤ）に適用でき、並列の複数冷陰極蛍光ランプ、外部電極蛍光灯板、節電電球、或いは発光ダイオードにも適用できる。図５Ａ、５Ｂ、図６Ａ、６Ｂ、及び図７Ａ、７Ｂを参照すると、それぞれの図は、本考案の圧電式共振高圧点灯回路は外部電極蛍光灯板７０（或いは高輝度放電電灯（ＨＩＤ）、メタルハライドランプ、セラミック蛍光灯管（ＣＰＦＬ））、発光ダイオード８０と節電電球９０を示す図であり、２つの共振インダクタ４０、６０は１つの圧電キャパシタ１０に並列でき、或いは、２つの圧電キャパシタ１０、２０にそれぞれ別々に直列できる。もちろん、その構造は全て、ハーフブリッジ或いはフルブリッジ共振回路である。

更に、本考案はサイズの大きいバックライト板（例えば４２インチ以上）に適用することができ、大きいサイズのバックライト板はどれも長形ランプ管（例えば長さ１メートル以上のランプ管）の搭載を必要とし、そのランプ管内のキャパシタ損耗率は大きく、容易にランプ管輝度の差が生じる。この時、各ランプ管は個別に独立した共振インダクタ及び圧電キャパシタによってキャパシタを平衡にすることを必要とする。図８Ａ、８Ｂと図９Ａ、９Ｂを参照すると、双高圧（フルブリッジ）入力と単一高圧（ハーフブリッジ）入力の圧電式共振高圧点灯回路２００、３００をそれぞれ例にとると、各ランプ管３０は２つの補助キャパシタ５０、５１と２つの共振インダクタ４１、６１の間にそれぞれ直列し（図８Ａ、８Ｂを参照）、或いは、各ランプ管３０は１つの補助キャパシタ１０と１つの共振インダクタ４１にそれぞれ直列し、その後並列する（図９Ａ、９Ｂ参照）。もちろん本考案は、Ｕ型ランプ管に特に適しており、高輝度出力の提供により、ランプ管の高圧起動を容易にし、短時間起動を提供でき、ランプ管の使用寿命を延長できる。

本考案では好ましい実施例を前述のとおり開示したが、これらは決して本考案に限定されるものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本考案の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変更や潤色を加えることができる。従って、本考案の保護範囲は実用新案登録請求の範囲で指定した内容を基準とする。

１０圧電キャパシタ
１１圧電基材
１２導電層
１３導電層
２０圧電キャパシタ
３０冷陰極蛍光ランプ
４０共振インダクタ
４１共振インダクタ
５０補助キャパシタ
５１補助キャパシタ
６０共振インダクタ
６１共振インダクタ
７０外部電極蛍光灯
８０発光ダイオード
９０節電ランプ
１００ランプ管
１１０キャパシタ
２００双高圧入力の圧電式共振高圧点灯回路
３００単一高圧入力の圧電式共振高圧点灯回路
５００昇圧変圧器

Claims

圧電基材と２つの導電層を包含し、前記基材は上表面と下表面を有し、前記２つの導電層は前記圧電基材の上表面と下表面にそれぞれ形成して両極を構成する圧電キャパシタと、
前記圧電キャパシタに直列或いは並列する共振インダクタと、
前記圧電キャパシタとランプ管を電気的結合し、より高い電圧を前記ランプ管に供給する昇圧変圧器と、
を有する圧電式共振高圧点灯回路。
前記共振インダクタの数量は２個であることを特徴とする請求項１に記載の圧電式共振高圧点灯回路。
前記２個の共振インダクタは前記圧電キャパシタと並列する、或いは１個の前記圧電キャパシタとそれぞれ直列することを特徴とする請求項２に記載の圧電式共振高圧点灯回路。
前記ランプ管は単管式高輝度放電灯（ＨＩＤ）、メタルハライドランプ、セラミック蛍光灯管（ＣＰＦＬ）、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）、外部電極蛍光灯（ＥＥＦＬ）、節電電球或いは発光ダイオード（ＬＥＤ）であることを特徴とする請求項１に記載の圧電式共振高圧点灯回路。
前記ランプ管は並列の多管式高輝度放電灯（ＨＩＤ）、メタルハライドランプ、セラミック蛍光灯管（ＣＰＦＬ）、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）、外部電極蛍光灯（ＥＥＦＬ）、節電電球或いは発光ダイオード（ＬＥＤ）であることを特徴とする請求項１に記載の圧電式共振高圧点灯回路。
前記ランプ管に直列する補助キャパシタを更に包含することを特徴とする請求項１に記載の圧電式共振高圧点灯回路。
前記補助キャパシタは別の圧電キャパシタであることを特徴とする請求項６に記載の圧電式共振高圧点灯回路。
前記補助キャパシタの数量が２つであり、前記ランプ管は前記２つの補助キャパシタの間で直列することを特徴とする請求項６に記載の圧電式共振高圧点灯回路。
前記２つの補助キャパシタはそれぞれ共振インダクタに直列することを特徴とする請求項８に記載の圧電式共振高圧点灯回路。
前記ランプ管は１つの補助キャパシタと１つの共振インダクタにそれぞれ直列することを特徴とする請求項６に記載の圧電式共振高圧点灯回路。
前記圧電基材と前記２つの導電層は円形であり、前記２つの導電層は前記圧電基材の全部或いは一部の上表面と下表面にそれぞれ形成することを特徴とする請求項１に記載の圧電式共振高圧点灯回路。
前記２つの導電層は、銀ゲル、銅ペースト、或いはニッケルペーストによって形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の圧電式共振高圧点灯回路。