JP4017647B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、放電灯を所望の輝度で安定して点灯させることのできる放電灯点灯装置に関する。

放電灯点灯装置により冷陰極管のような放電灯の輝度を変化させる方法として、電流調光方式とバースト調光方式とが知られている。電流調光方式は、放電灯を連続して点灯させ、放電灯に流れる管電流の波高値を調整することにより輝度の調整を行う。一方、バースト調光方式は、放電灯を点滅させ、その点灯期間と消灯期間との時比率を変えることにより輝度の調整を行う。放電灯の輝度を広範囲に渡って調整するためには、両者を併用するのが好ましい。

特許文献１は、電流調光方式とバースト調光方式とを同時に用いた放電灯点灯装置を開示している。通常、大画面液晶テレビ等では、画質を高めるために、液晶の配列方向の変化に同期してバックライトを点滅（バースト調光）させて画面上に残像が残らないようにしている。しかしながら、特許文献１の放電灯装置は、電流調光方式とバースト調光方式とを互いに独立して制御していないため、液晶の変化に同期してバックライトを点滅させることができず、画面に残像が残ってしまう。

特許文献２で開示されている放電灯点灯装置は、電流調光方式とバースト調光方式とを互いに独立して制御することができるものであって、バースト調光は、所定期間における管電流のピーク値に基づいて行われる。ところで、バースト調光を方形波状のパルスを用いて行うと、方形波の急峻な立ち上がりの影響で管電流にオーバーシュートを生じさせるため、通常は、緩やかな立ち上がりを有する台形状のパルスを用いる。特許文献２の放電灯点灯装置では、台形状のパルスの立ち上がりに相当する時間経過した後に台形の上底に相当する部分で管電流を検出することにより、管電流のピーク値を検出している。
特開２０００−５８２８９号公報 特開２００３−３２３９９４号公報

しかしながら、特許文献２の放電灯点灯装置では、台形状パルスの立ち上がりの期間は管電流の検出を行っていないため、その期間における管電流の変化は制御に反映されず、検出の開始と同時に管電流がオーバーシュートしてしまうことがある。

そこで、本発明は、電流調光とバースト調光とを互いに独立して制御することができ、かつ、放電灯を所望の輝度で安定して点灯させることのできる放電灯点灯装置を提供することを目的とする。

本発明の放電灯点灯装置は、放電灯を点灯するための放電灯点灯装置であって、前記放電灯に駆動電力を供給する駆動回路と、前記放電灯に流れる電流値を継続的に検出する電流検出手段と、前記放電灯を点滅させて輝度を調整するバースト調光における前記放電灯の点灯時間と消灯時間との時比率を規定するバースト調光指令値と、所定期間に前記放電灯に流れることのできる最大電流値を規定する電流調光指令値との両方に基づいて台形波形信号を生成する波形信号生成回路と、前記電流検出手段により検出された電流値と、前記台形波形信号の電流値とを加算する加算回路と、前記加算回路から出力された出力値を積分する積分回路と、前記積分回路から出力された出力値と所定の三角波とを比較して前記バースト調光指令値と前記電流調光指令値を反映した駆動パルスを生成し、前記駆動パルスを前記駆動回路に供給して前記駆動電力を制御する制御手段と、を備えた放電灯点灯装置であって、前記台形波形信号は、前記バースト調光指令値により前記放電灯に流れる電流値がゼロとなる期間に対応する上底と、前記電流調光指令値により前記上底との間の振幅が変調される下底と、前記上底と前記下底とを接続する立ち上がり部及び立ち下がり部とを有しており、前記制御手段は、前記立ち上がり部及び立ち下がり部に相当する期間も前記駆動電力を制御することを特徴とする。ここで、上記制御は、電流に基づいて行われているが、例えば、電流を電圧に変換し、その電圧に基づいて制御を行うことも電流に基づいて制御を行うことと同義である。

このような構成によれば、立ち上がり部及び立ち下がり部に相当する期間も、駆動電力が、電流検出手段が継続的に検出した電流に基づいて継続的に制御されるため、放電灯を常に所望の輝度で点灯させることができる。更に、バースト調光指令値と電流調光指令値とを互いに独立して設定することができるため、放電灯をより精度良く所望の輝度で点灯させることができる。また、波形信号は、台形波形であるため、バースト調光時に駆動回路内のトランスに流れる電流が急速に立ち上がるのを防止することができる。これにより、電流を緩やかに立ち上がらせることができるので、駆動回路がトランスを含む場合には、トランスの音鳴りを低減することができる。また、台形波形の下底レベルは、電流調光指令値により規定されるので、例えば、後段の加算回路で台形波形と電流検出手段により検出された電流値とを加算することによって、最大電流値は台形波形の下底レベルにより規定される。

また、波形信号生成回路は、コンデンサを備えており、台形波形の立ち上がりは、コンデンサにより規定されるのが好ましい。このような構成によれば、コンデンサの容量を変化させるだけで、台形状の波形信号の傾きを容易に変化させることができる。

また、バースト調光指令値と電流調光指令値とは、共にアナログ信号であるのが好ましい。このような構成によれば、バースト調光指令値と電圧調光指令値とを外部から自由に設定することができる。

また、波形生成回路は、更に、バースト調光指令値をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、同期信号に基づいてデジタル信号を時比率パルスに変換するデジタル回路とを備えているのが好ましい。このような構成によれば、デジタル回路に外部から同期信号を入力することで時比率パルスの周波数を自由に設定することができる。

また、デジタル回路は、更に、デジタル信号を平均化するデジタルフィルタを備えているのが好ましい。このような構成によれば、デジタル回路に入力されたデジタル信号が平均化されるため、バースト調光指令値のノイズを抑制することができる。

本発明の放電灯点灯装置によれば、放電灯を所望の輝度で安定して点灯させることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１に、本発明の第１の実施の形態である放電灯点灯装置１０を示す。放電灯点灯装置１０は、電源からの給電により放電灯Ｌの点灯を制御するものであり、駆動回路２０と、電流検出手段としての整流回路３０と、波形信号発生回路としての台形波形発生回路４０と、加算回路５０と、制御回路６０とを備えている。放電灯点灯装置１０によって点灯が制御される放電灯Ｌは、両端にそれぞれ電極Ｅ１，Ｅ２を有する冷陰極管である。

駆動回路２０は、インバータ回路２２と、変圧器２４とを備えている。インバータ回路２２の入力端子Ａ，Ｂには、直流電源２６が接続され、インバータ回路２２には、直流電圧Ｖｉｎが入力される。端子Ｂは、基準電位Ｇ１に接続されている。

インバータ回路２２は、フルブリッジタイプのインバータ回路である。入力端子Ａ，Ｂ間には、スイッチング素子ＳＷ１が高電位側に位置するように、スイッチング素子ＳＷ１及びスイッチング素子ＳＷ２が直列に接続されている。さらに、入力端子Ａ，Ｂ間には、スイッチング素子ＳＷ３が高電位側に位置するように、スイッチング素子ＳＷ３及びスイッチング素子ＳＷ４が直列に接続されている。スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ２との間のノードＮ１と、スイッチング素子ＳＷ３とスイッチング素子ＳＷ４との間のノードＮ２とは、インバータ回路２２の出力端子となっている。

スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４は、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子からなり、それぞれ制御回路６０から供給されるバースト調光用パルスとしての４つの制御信号ＧＳ１、ＧＳ２、ＧＳ３、ＧＳ４によって制御されて、オン・オフのスイッチング動作を行う。各スイッチング素子は、例えば、制御信号のレベルがＨＩＧＨになるとオンとなり、ＬＯＷになるとオフとなる。このスイッチング動作により出力端子Ｎ１、Ｎ２の間に高周波数の交流電流が流れる。

変圧器２４は、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２とからなる。１次コイルＬ１の両端は、インバータ回路２２の出力端子Ｎ１，Ｎ２に接続されている。２次コイルＬ２の一端は、バラストコンデンサＣ１を介して放電灯Ｌの電極Ｅ１に接続されており、他端は、基準電位Ｇ２に接続されている。インバータ回路２２から１次コイルＬ１に入力された電圧は、変圧されて２次コイルＬ２から放電灯Ｌに出力される。

整流回路３０は、ダイオードＤ１，Ｄ２とを備えている。ダイオードＤ１のアノードとダイオードＤ２のカソードは、放電灯Ｌの電極Ｅ２に接続されている。また、ダイオードＤ１のカソードは、加算回路５０の抵抗Ｒ１に接続されており、ダイオードＤ２のアノードは、基準電位Ｇ２に接続されている。電流がＸ１方向に流れるときには、電流がダイオードＤ１のカソードからそのまま出力され、一方、電流がＸ２方向に流れるときには、ダイオードＤ１の働きにより、電流がダイオードＤ１のカソードから出力されない。その結果、電極Ｅ２から出力された交流電流は、直流電流に整流され、加算回路５０の抵抗Ｒ１に出力される。整流された直流電流の電圧への変換値を検出電圧Ｖａとする。検出電圧Ｖａが電流検出手段により検出された電流値に相当する。

台形波形発生回路４０には、共にアナログ信号であるバースト調光指令値Ｖｂと電流調光指令値Ｖｃとが入力される。バースト調光指令値Ｖｂは、放電灯Ｌを点滅させて輝度を調整するバースト調光における放電灯Ｌの点灯時間と消灯時間との時比率を規定する。電流調光指令値Ｖｃは、所定期間に放電灯Ｌに流れることのできる最大電流値を規定する。後述するが、台形波形発生回路４０は、バースト調光指令値Ｖｂと電流調光指令値Ｖｃとに基づき台形波信号ＴＲを生成する。台形波信号ＴＲは、加算回路５０の抵抗Ｒ２に出力される。

加算回路５０は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とを備えている。前述したように、抵抗Ｒ１の一端は、ダイオードＤ１のカソードに接続されており、抵抗Ｒ２の一端は、台形波形発生回路４０に接続されている。また、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の他端は、制御回路６０に接続されている。加算回路５０は、整流回路３０から入力された検出電圧Ｖａと、台形波形発生回路４０から入力された台形波信号ＴＲとを加算し、制御回路６０に出力する。

制御回路６０は、積分回路６１と、三角波発生回路６２と、比較回路６３と、制御信号発生回路６４とを備えている。積分回路６１は、オペアンプ６１１とコンデンサ６１２とを備えている。積分回路６１は、加算回路５０から入力された信号と、基準電圧Ｖｒｅｆとの差を積分する。三角波発生回路６２は、本実施の形態では、６０ＫＨｚの三角波を生成する。比較回路６３は、コンパレータから構成されており、積分回路６１によって積分された信号と、三角波発生回路６２によって生成された三角波とを比較してＰＷＭを出力する。制御信号発生回路６４は、ＰＷＭ信号に基づいて、４つの制御信号ＧＳ１、ＧＳ２、ＧＳ３、ＧＳ４を生成する。各制御信号ＧＳ１、ＧＳ２、ＧＳ３、ＧＳ４は、各スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４のオン・オフを制御し、その結果、駆動回路２０が放電灯Ｌに出力する電力量が制御される。

次に、図２から図１０を用いて台形波形発生回路４０の構成について詳細に説明する。図２に示すように、台形波形発生回路４０は、増幅回路４１、４２と、Ａ／Ｄコンバータ４３と、デジタル回路４４と、合成回路４５とを備えている。増幅回路４１は、オペアンプ４１１と、抵抗４１２、４１３、４１４とを備えており、バースト調光指令値Ｖｂを増幅してＶｂ’を出力する。増幅回路４２は、オペアンプ４２１と、抵抗４２２、４２３、４２４とを備えており、電流調光指令値Ｖｃを増幅してＶｃ’を出力する。Ａ／Ｄコンバータ４３は、アナログ信号のバースト調光指令値Ｖｂ’を８ビットのデジタル信号Ｂへと変換する。デジタル回路４４は、デジタル信号Ｂを時比率パルス信号Ｄへと変換する。

詳細には、図３（ａ）に示すように、デジタル回路４４は、まず、外部のアナログ発振器等から入力される同期信号ＳＹＣの周期Ｔを内部クロックＣＬＫでカウント（ｃｏｕｎｔ）して算出する。本実施の形態においては、同期信号ＳＹＣの周波数を１５０Ｈｚ、内部クロックＣＬＫの周波数を１ＭＨｚとする。続いて、図３（ｂ）に示すように、内部クロックＣＬＫのカウント数ｃｏｕｎｔと、その時のデジタル信号Ｂに対応するＴ×Ｂ×２^ーｎとを比較して時比率パルスＤを生成する。ｎはＡ／Ｄコンバータ４３のビット数であり、本実施の形態においては、ｎ＝８である。具体的には、Ｔ×Ｂ×２^ーｎがカウント数ｃｏｕｎｔよりも大きい場合には（Ｓ３４：ＹＥＳ）、時比率パルスＤを１とし（Ｓ３５）、Ｔ×Ｂ×２^ーｎがカウント数ｃｏｕｎｔよりも小さい場合には（Ｓ３４：ＮＯ）、時比率パルスＤを０とする（Ｓ３６）。このようにして、例えば、図４（ａ）に示すようなデジタル信号Ｂと図４（ｂ）に示すような同期信号ＳＹＣがデジタル回路４４に入力された場合には、図４の（ｃ）に示すような時比率パルスＤが生成される。

このように、本実施の形態においては、デジタル回路４４に外部から同期信号ＳＹＣを入力することができるので、時比率パルスＤの周波数を自由に設定することができる。また、デジタル回路４４の内部クロックＣＬＫの精度が悪くても、外部から入力する同期信号ＳＹＣの精度が良ければ、精度良くバースト調光を行うことができる。

なお、バースト調光指令値Ｖｂにノイズが生じている場合がある。そのような場合には、デジタル回路４４内にデジタルフィルタ（図示せず）を設け、Ａ／Ｄコンバータ４３からのデジタル信号Ｂをデジタルフィルタにより平均化することで、バースト調光指令値Ｖｂからのノイズを抑制し、デジタル回路４４の内部クロックＣＬＫ（１ＭＨｚ）まで、時比率の分解能を上げることができる。

また、同期信号ＳＹＣをコンデンサの充放電によりインバータ制御回路内部で作る場合には、同期信号ＳＹＣのジッタにより周期Ｔが不安定になることがある。そのような場合には、図５に示すように、時比率パルスＤを生成するために、周期Ｔの代わりに周期Ｔにデジタルフィルタをかけたデジタル値ｆＴを計算に用いれば良い。

このようにして生成された時比率パルスＤと、増幅回路４２から出力された電流調光指令値Ｖｃ’との両方が合成回路４５に入力される。合成回路４５は、時比率パルスＤと電流調光指令値Ｖｃ’を合成して台形波信号ＴＲを生成する。

図６は、合成回路４５の内部構成を示すブロック図である。合成回路４５は、論理回路４５１を備えており、例えば、図７に示すように、台形波信号ＴＲの上底がＶｍａｘ、下底がＶｃ’となるように時比率パルスＤと電流調光指令値Ｖｃ’とにより変調された台形波形となる。また、合成回路４５の出力段には、コンデンサＣ２が並列に接続されている。このコンデンサＣ２によりパルスの立ち上がり及び立下りが緩やかになり、台形状の台形波信号ＴＲが生成されることとなる。

詳細には、図８のタイムチャートに示すように、論理回路４５１の端子Ｈ１、Ｈ２、Ｉ１、Ｉ２に流れる電流との関係でＴＲが生成される。論理回路４５１は、端子Ｈ１、Ｈ２への入力に基づき、端子Ｉ１、Ｉ２から制御信号を出力する。どの条件で端子Ｉ１、端子Ｉ２に電流が流れるかは、論理回路４５１によって規定される。端子Ｉ１に電流が流れるとコンデンサＣ２が充電されるのでＴＲは増加し、端子Ｉ２に電流が流れるとコンデンサＣ２が放電するのでＴＲは減少する。端子Ｉ１、Ｉ２共に電流が流れない場合には、ＴＲは一定となる。図７に示すように、ＴＲが低いときには管電流が多く流れ、ＴＲが高いときには管電流が少なくなるので、ＴＲが台形波ならば管電流の包絡線も台形状になる。台形波信号ＴＲの下底はＶｃを反転及びレベルシフトしたＶｃ’になるので、電流調光指令値Ｖｃによって台形状の管電流の最大値が規定される。

このように、台形波信号ＴＲの下底は、電流調光指令値Ｖｃにより規定される。更に、後段の加算回路５０で、台形波信号ＴＲと、電流検出手段たる整流回路３０により検出された電流値とを加算することによって、最大電流値は、台形波信号ＴＲの下底により規定される。また、台形波信号ＴＲの傾きは、コンデンサＣ２により形成されるため、コンデンサＣ２の容量を変化させるだけで、台形波信号ＴＲの傾きを容易に変化させることができる。従って、管電流の増減の傾きが容易に設定可能となる。

図９は、論理回路４５１による台形波信号ＴＲ生成のフローチャートである。図９を参照しながら台形波信号ＴＲの生成について説明する。図９においては、各端子Ｈ１、Ｈ２、Ｉ１、Ｉ２に電流が流れる場合には、”１”、流れない場合には、”０”とする。

まず、時比率Ｄが１か否かを判定する（Ｓ９１）。時比率Ｄが１の場合には（Ｓ９１：ＹＥＳ）、端子Ｈ２が０か否かを判定する（Ｓ９２）。端子Ｈ２が０の場合には（Ｓ９２＝ＹＥＳ）、端子Ｉ１＝０、端子Ｉ２＝１として台形波信号ＴＲを減少させ（Ｓ９３）、再びＳ９１に戻る。

一方、端子Ｈ２が１の場合には（Ｓ９２＝ＮＯ）、端子Ｉ１＝０、端子Ｉ２＝０として台形波信号ＴＲを一定とし（Ｓ９４）、続いて、時比率Ｄが１か否かを判定する（Ｓ９５）。時比率Ｄが１の場合には（Ｓ９５：ＹＥＳ）、再びＳ９５に戻り、時比率Ｄが１か否かを判定する。一方、時比率Ｄが０の場合には（Ｓ９５＝ＮＯ）、端子Ｈ１が０か否かを判定する（Ｓ９６）。また、Ｓ９１で時比率Ｄが０の場合にも（Ｓ９１＝ＮＯ）、Ｓ９６で端子Ｈ１が０か否かの判定をする。

端子Ｈ１が０の場合には（Ｓ９６＝ＹＥＳ）、端子Ｉ１＝１、端子Ｉ２＝０と決定し、台形波信号ＴＲを増加させ（Ｓ９７）、再びＳ９１に戻る。一方、端子Ｈ１が１の場合には（Ｓ９６＝ＮＯ）、端子Ｉ１＝０、端子Ｉ２＝０と決定し（Ｓ９８）、続いて、時比率Ｄが１か否かを判定する（Ｓ９９）。時比率Ｄが０の場合には（Ｓ９９：ＮＯ）、再びＳ９９に戻り、時比率Ｄが１か否かを判定する。一方、時比率Ｄが１の場合には（Ｓ９９：ＹＥＳ）、Ｓ９２で端子Ｈ２が０か否かを判定する。

図７は、上記フローチャートに基づき得られる台形波信号ＴＲの一例のタイムチャートである。台形波信号ＴＲの上底がＶｍａｘ、下底がＶｃ’となっており、台形波信号ＴＲの上底と下底との差に応じた電流が放電灯Ｌに流れる管電流として表れている。台形波信号ＴＲが台形状であるため、管電流の急峻な立ち上がりが防止されている。これにより、変圧器２４の音鳴りを低減することができる。

上記説明したように、本実施の形態による放電灯点灯装置１０は、放電灯Ｌに供給される駆動電力が、整流回路３０によって整流された検出電圧Ｖａに基づいて継続的に制御されるため、放電灯Ｌを常に所望の輝度で点灯させることができ、更に、管電流のオーバーシュートも防止することができる。

また、台形波発生回路４０により、バースト調光と電流調光とを併用することができるため、バースト調光の時比率が１０％〜１００％までの全ての範囲で安定した管電流波形を作ることができる。また、台形波発生回路４０にコンデンサＣ２を備えることで、管電流波形に傾きを持たせることができるため、変圧器２４の音鳴りを軽減させることができる。更に、バースト調光指令値Ｖｂ及び電流調光値Ｖｃを電圧値で設定することができるため、外部からの自由な設定が可能となる。

尚、本発明の放電灯点灯装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、本実施の形態による放電灯点灯装置１０は、放電灯Ｌの一方の電極Ｅ１のみから駆動電力を供給する片側駆動方式であったが、放電灯Ｌの両方の電極Ｅ１、Ｅ２から駆動電力を供給する両側駆動でも良い。

本実施の形態による放電灯点灯装置１０の回路図 本実施の形態による台形波形発生回路４０の回路図 本実施の形態のデジタル回路４４による周期Ｔの算出を示すフローチャート 本実施の形態のデジタル回路４４による時比率パルスＤの生成を示すフローチャート 本実施の形態のデジタル回路４４による時比率パルスＤの生成を示すタイムチャート 本実施の形態のデジタル回路４４による時比率パルスＤの生成の変更例を示すフローチャート 本実施の形態の合成回路４５の内部構成を示すブロック図 本実施の形態の合成回路４５で生成される台形波信号ＴＲと管電流との関係を示すタイムチャート 本実施の形態の合成回路４５による台形波信号ＴＲの生成を示すタイムチャート 本実施の形態の論理回路４５１による台形波信号ＴＲの生成を示すフローチャート

符号の説明

１０ 放電灯点灯装置
２０ 駆動回路
３０ 整流回路
４０ 台形波形発生回路
５０ 加算回路
６０ 制御回路

Claims (5)

1. 放電灯を点灯するための放電灯点灯装置であって、
   前記放電灯に駆動電力を供給する駆動回路と、
   前記放電灯に流れる電流値を継続的に検出する電流検出手段と、
   前記放電灯を点滅させて輝度を調整するバースト調光における前記放電灯の点灯時間と消灯時間との時比率を規定するバースト調光指令値と、所定期間に前記放電灯に流れることのできる最大電流値を規定する電流調光指令値との両方に基づいて台形波形信号を生成する波形信号生成回路と、
   前記電流検出手段により検出された電流値と、前記台形波形信号の電流値とを加算する加算回路と、
   前記加算回路から出力された出力値を積分する積分回路と、
   前記積分回路から出力された出力値と所定の三角波とを比較して前記バースト調光指令値と前記電流調光指令値を反映した駆動パルスを生成し、前記駆動パルスを前記駆動回路に供給して前記駆動電力を制御する制御手段と、を備えた放電灯点灯装置であって、
   前記台形波形信号は、前記バースト調光指令値により前記放電灯に流れる電流値がゼロとなる期間に対応する上底と、前記電流調光指令値により前記上底との間の振幅が変調される下底と、前記上底と前記下底とを接続する立ち上がり部及び立ち下がり部とを有しており、前記制御手段は、前記立ち上がり部及び立ち下がり部に相当する期間も前記駆動電力を制御することを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記波形信号生成回路は、コンデンサを備えており、前記台形波形の立ち上がりは、前記コンデンサにより規定されることを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
3. 前記バースト調光指令値と前記電流調光指令値とは、共にアナログ信号であることを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の放電灯点灯装置。
4. 前記波形生成回路は、更に、
   前記バースト調光指令値をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、
   同期信号に基づいて前記デジタル信号を時比率パルスに変換するデジタル回路と、
   を備えたことを特徴とする請求項３に記載の放電灯点灯装置。
5. 前記デジタル回路は、更に、前記デジタル信号を平均化するデジタルフィルタを備えたことを特徴とする請求項４に記載の放電灯点灯装置。

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