JP4258500B2

JP4258500B2 - 放電灯点灯装置

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Description

本発明は、１つのインバータで複数の冷陰極管（CCFL:Cold Cathode Fluorescent Lamp）、外部電極蛍光灯、蛍光灯等の放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に関し、特に、並列に接続された複数の放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に関する。

従来、放電灯点灯装置においては、１つのインバータを用いて１つの放電灯を点灯していたが、例えば液晶パネルのバックライトに放電灯を用いる場合のように多数の放電灯を同時に点灯させる装置では、放電灯の数が増加するに伴ってインバータの数も増加する必要があるので、装置が高価になってしまう。

そこで、１つのインバータで多数の放電灯を点灯する放電灯点灯装置が用いられるようになってきた。しかし、放電灯は点灯開始電圧（以下、点灯電圧）にばらつきがある。また、放電灯は負性抵抗特性があるので、点灯前に比べて点灯後のインピーダンスが大きく低下する。

このため、１つのトランスを使用したインバータで複数の放電灯を点灯させる場合、複数の放電灯をトランスと並列に接続するだけでは、点灯電圧の低い放電灯が先に点灯して、先に点灯した放電灯のインピーダンスが低下すると、トランスの２次側電圧が低下し、他の放電灯が点灯できなくなる。

そこで、従来は、複数のトランスを使用したインバータで複数の放電灯を個別に励磁して点灯させる方法が用いられている。図７は２つのトランスを使用したインバータで２つの放電灯を点灯させる従来の放電灯点灯装置の構成を示す図である。図７に示すように、この放電灯点灯装置は、直流電源１、２つのトランス２４及び２６を使用したインバータ２、トランス２４の２次側に接続された放電灯５、トランス２６の２次側に接続された放電灯６を備えている。

インバータ２は、スイッチング素子２１、スイッチング素子２２及び制御回路２３を備え、スイッチング素子２１及び２２は、直流電源１と直列に接続され、スイッチング素子２１及び２２のゲートは制御回路２３に接続されている。また、スイッチング素子２２と並列に、トランス２４の１次巻線とトランス２６の１次巻線の並列回路及びこの並列回路と直列に接続されたコンデンサ２５が接続されている。

トランス２４の２次巻線の一端は放電灯５の一端に接続され、他端はグランドに接続されている。トランス２６の２次巻線の一端は放電灯６の一端に接続され、他端はグランドに接続されている。放電灯５及び６の他端はグランドに接続されている。

スイッチング素子２１及び２２は、制御回路２３により交互にオンオフ制御され、トランス２４の１次巻線、トランス２６の１次巻線及びコンデンサ２５に断続的に直流電源１の電圧を印加する。トランス２４及び２６の１次巻線に印加された電圧はそれぞれトランス２４及び２６により昇圧されて、トランス２４の２次巻線及びトランス２６の２次巻線に高周波電圧が発生する。トランス２４の２次巻線に発生した高周波電圧は放電灯５に印加され、トランス２６の２次巻線に発生した高周波電圧は放電灯６に印加される。即ち、図７に示した従来の放電灯点灯装置は、２つのトランスを用いて、２つの放電灯５及び６を個別に励起することで、２つの放電灯５及び６を点灯させるものである。

また、従来の他の放電灯点灯装置として、１つのトランスを使用したインバータの出力段にバラスト素子を接続して、バラスト素子を介して複数の放電灯に高周波電圧を印加する装置も良く知られている。

図８はインバータの出力段にバラスト素子を接続して、２つの放電灯を点灯させる従来の他の放電灯点灯装置の構成を示す図である。図８に示すように、この放電灯点灯装置は、トランス２４の２次巻線にバラスト素子としてコンデンサＣ１及びＣ２を接続し、コンデンサＣ１及びＣ２を介して、それぞれ放電灯５及び６に高周波電圧を印加する。

このように、トランス２４の２次巻線にバラスト素子を接続すると、バラスト素子のインピーダンスは放電灯のインピーダンスに比べて高いため、放電灯が点灯して放電灯のインピーダンスが低下しても、２次巻線から見たインピーダンスは大きく変動しない。このため、トランス２４の２次巻線に発生する電圧は低下せず、他の放電灯も点灯できる。また、バラスト素子のインピーダンスは放電灯のインピーダンスに比べて高いため、放電灯のインピーダンスにばらつきがあっても、放電灯とバラスト素子との合成インピーダンスはばらつきが少なくなり、放電灯の輝度が均一になる。

また、トランスの２次側にバラスト素子と放電灯と双方向スイッチとを直列に接続して、１つのトランスを使用したインバータで複数の放電灯を点灯させる放電灯点灯装置が開示されている（例えば、特許文献１）。この放電灯点灯装置は、図８に示した従来の放電灯点灯装置の放電灯及びバラスト素子と直列に双方向スイッチを接続したもので、双方向スイッチのオンオフ制御により複数の放電灯を点灯、消灯させるものである。
特開平７−２４９４９４号公報

しかしながら、図７に示した従来の放電灯点灯装置は、トランスを２個使用するため、装置が高価になるとともに装置内にトランスを実装するための面積が必要になり、装置が大型化する。

図８に示した従来の他の放電灯点灯装置は、全放電灯を確実に点灯させるためにバラスト素子が必要になる。バラスト素子を放電灯に直列に接続すると、放電灯に印加される電圧はバラスト素子と分圧されて低くなるので、その分トランスの２次側電圧を高くする必要がある。

また、特許文献１の放電灯点灯装置は、双方向スイッチが電気的に接続されている。双方向スイッチを電気的に接続するためには、双方向スイッチを放電灯の低圧側に接続する必要がある。しかし、双方向スイッチを放電灯の低圧側に接続するだけでは、例えば冷陰極管のように、高圧高周波が必要な放電灯を点灯させた場合、双方向スイッチをオフしても、双方向スイッチの回路容量だけで電流がグランドに流れてしまい、双方向スイッチだけで放電灯を消灯することができない。

このため、特許文献１の放電灯点灯装置においても、図８に示した従来の他の放電灯点灯装置と同様にバラスト素子としてのコンデンサが必要である。また、特許文献１の放電灯点灯装置も点灯方法は、図７及び図８に示した従来の放電灯点灯装置と同様であるので、複数の放電灯を確実に点灯させることができない。

本発明の課題は、複数の放電灯を確実に点灯させることができ、トランスを複数台設ける必要がなく且つ放電灯と直列にバラスト素子を設ける必要がない放電灯点灯装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、直流電圧を高周波電圧に変換するインバータと、前記インバータから出力される高周波電圧が印加され、各々が並列に接続された複数の放電灯と、前記複数の放電灯の各々に直列に且つ１対１対応で接続された複数のスイッチ回路と、前記複数のスイッチ回路に１対１対応で接続され、前記スイッチ回路をオン／オフ切換する複数の光結合回路と、前記複数の放電灯の各々に直列に且つ１対１対応で接続され、前記放電灯に流れる電流を検出する複数の電流検出回路と、前記複数の電流検出回路で検出した電流に基づいて前記複数の放電灯が点灯しているかどうかを判定し、この判定結果に基づいて前記光結合回路を制御し、前記複数の放電灯の内で最も点灯電圧の高い放電灯を除く残りの全ての放電灯の各々を、点灯電圧が低いほうから順に点灯させ、点灯した放電灯を消灯させ、前記最も点灯電圧の高い放電灯が点灯後に前記残りの全ての放電灯を再点灯させる制御回路とを備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記制御回路は、前記複数の放電灯の全てが点灯した後に、前記複数の電流検出回路が検出した電流の平均値が所定値になるように、前記光結合回路を制御して前記スイッチ回路のオン／オフの周期を制御することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、複数の放電灯には、複数の放電灯に１対１対応で複数のスイッチ回路が接続され、この複数のスイッチ回路は、複数のスイッチ回路に１対１対応で接続された複数の光結合回路によりオン／オフ切換され、制御回路は、複数の放電灯に１対１対応で接続された複数の電流検出回路で検出した電流に基づいて複数の放電灯が点灯しているかどうかを判定し、この判定結果に基づいて複数の光結合回路を制御し、複数の放電灯の内で最も点灯電圧の高い放電灯を除く残りの全ての放電灯の各々を、点灯電圧が低いほうから順に点灯させ、点灯した放電灯を消灯させ、最も点灯電圧の高い放電灯が点灯後に残りの全ての放電灯を再点灯させるので、複数の放電灯を確実に点灯させることができ、トランスを複数台設ける必要がなく、さらに、放電灯と直列にバラスト素子を設ける必要がない。また、スイッチ回路は光結合回路によりオン／オフ切換されるので、スイッチ回路の挿入位置に制限を受けない。

請求項２の発明によれば、制御回路は、複数の放電灯の全てが点灯した後に、複数の電流検出回路が検出した電流の平均値が所定値になるように、光結合回路を制御してスイッチ回路のオン／オフの周期を制御するので、複数の放電灯の各々の輝度が均一になる。

以下、本発明の実施例に係る放電灯点灯装置を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では、本発明の複数の放電灯が２つの場合について説明するが、放電灯の数は２つに限定されるものではなく、任意の数から選択することができる。また、背景技術の欄で説明した放電灯点灯装置の構成部分と同一又は相当部分には、背景技術の欄で使用した符号と同一の符号を用いて説明する。

図１は本発明の実施例１に係る放電灯点灯装置の構成を示す図である。図１に示すように、実施例１に係る放電灯点灯装置は、直流電源１、インバータ２、スイッチ回路３及び４、放電灯５及び６、電流検出回路７及び８、光結合回路９及び１０、制御回路１１を備えて構成されている。光結合回路９は受光回路９１及び発光回路９２で構成され、光結合回路１０は受光回路１０１及び発光回路１０２で構成されている。放電灯５及び６は、例えば冷陰極管、外部電極蛍光灯、蛍光灯等で構成されている。

インバータ２は、スイッチング素子２１、スイッチング素子２２、制御回路２３、トランス２４及びコンデンサ２５を備え、スイッチング素子２１及び２２は、直流電源１と直列に接続され、スイッチング素子２１及び２２のゲートは制御回路２３に接続されている。また、スイッチング素子２２と並列に、トランス２４の１次巻線２４ａと１次巻線２４ａと直列に接続されたコンデンサ２５が接続されている。

トランス２４の２次巻線２４ｂの一端はスイッチ回路３及び４の一端に接続され、他端はグランドに接続されている。スイッチ回路３の他端は放電灯５の一端に接続され、スイッチ回路４の他端は放電灯６の一端に接続されている。放電灯５の他端は電流検出回路７の一端に接続され、放電灯６の他端は電流検出回路８の一端に接続され、電流検出回路７及び８の他端はグランドに接続されている。また、電流検出回路７及び８は制御回路１１に接続されている。制御回路１１は、発光回路９２及び１０２に接続されている。また、スイッチ回路３は受光回路９１に接続され、スイッチ回路４は受光回路１０１に接続されている。

即ち、スイッチ回路３及び４は、それぞれ放電灯５及び６の高圧側に直列に接続され、それぞれ光結合回路９及び光結合回路１０からの信号によりオン／オフ切換される。

光結合回路９は、受光回路９１及び発光回路９２を備え、受光回路９１は発光回路９２から発せられる光を受光したときにスイッチ回路３をオンするための信号をスイッチ回路３に出力する。光結合回路１０は、受光回路１０１及び発光回路１０２を備え、受光回路１０１は発光回路１０２から発せられる光を受光したときにスイッチ回路４をオンするための信号をスイッチ回路４に出力する。

このように、スイッチ回路３及び４は、それぞれ光結合回路９及び１０からの信号によりオン／オフ切り換えするので、スイッチ回路３及び４はグランドから浮いた状態になっている。このため、スイッチ回路３及び４をそれぞれ放電灯５及び６の高圧側に設けることができる。従って、例えば冷陰極管等の高圧高周波の電圧が必要な放電灯を点灯させた場合でも、スイッチ回路３及び４により放電灯５及び６を消灯することができる。

図２はスイッチ回路３及び受光回路９１の一例を示す回路図である。図２に示すように、スイッチ回路３は、例えばＦＥＴ１及びＦＥＴ２で構成されている。受光回路９１は、例えばトランジスタＴｒ１及びＴｒ２、ダイオードＤ１及びＤ２、フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２、抵抗Ｒ１及びＲ２を備えて構成されている。ＦＥＴ１及びＦＥＴ２は、例えばｎチャネルＭＯＳＦＥＴを用い、トランジスタＴｒ１及びＴｒ２はｐｎｐのバイポーラトランジスタを用いる。

ＦＥＴ１のドレインはトランス２４の２次巻線２４ｂの一端に接続され、ＦＥＴ１のソースはＦＥＴ２のソースに接続され、ＦＥＴ２のドレインは放電灯５の一端に接続されている。ＦＥＴ１のゲートはトランジスタＴｒ１のエミッタ及びダイオードＤ１のカソードに接続されている。トランジスタＴｒ１のコレクタはＦＥＴ１のソースとＦＥＴ２のソースとの接続点に接続されている。ダイオードＤ１のアノードはトランジスタＴｒ１のベース及びフォトダイオードＰＤ１のアノードに接続されている。フォトダイオードＰＤ１のカソードはトランジスタＴｒ１のコレクタに接続されている。抵抗Ｒ１の一端はトランジスタＴｒ１のベースに接続され、他端はトランジスタＴｒ１のコレクタに接続されている。

ＦＥＴ２のゲートはトランジスタＴｒ２のエミッタ及びダイオードＤ２のカソードに接続されている。トランジスタＴｒ２のコレクタはＦＥＴ１のソースとＦＥＴ２のソースとの接続点に接続されている。ダイオードＤ２のアノードはトランジスタＴｒ２のベース及びフォトダイオードＰＤ２のアノードに接続されている。フォトダイオードＰＤ２のカソードはトランジスタＴｒ２のコレクタに接続されている。抵抗Ｒ２の一端はトランジスタＴｒ２のベースに接続され、他端はトランジスタＴｒ２のコレクタに接続されている。

スイッチ回路３は、フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２が発光回路９２からの光を受光すると、フォトダイオードＰＤ１の起電力がダイオードＤ１を介してＦＥＴ１のゲートにチャージされてＦＥＴ１のドレイン−ソース間が導通し、同時にフォトダイオードＰＤ２の起電力がダイオードＤ２を介してＦＥＴ２のゲートにチャージされてＦＥＴ２のドレイン−ソース間が導通する。また、スイッチ回路３は、発光回路９２からの光がなくなると、ＦＥＴ１のゲートに蓄積された電荷によってトランジスタＴｒ１のエミッタ、ベース、抵抗Ｒ１を介して電流が流れてトランジスタＴｒ１がオンし、ＦＥＴ１のゲートの電荷が放電されるのでＦＥＴ１がオフし、同時にＦＥＴ２のゲートに蓄積された電荷によってトランジスタＴｒ２のエミッタ、ベース、抵抗Ｒ２を介して電流が流れてトランジスタＴｒ２がオンし、ＦＥＴ２のゲートの電荷が放電されるのでＦＥＴ２がオフする。

なお、スイッチ回路４及び受光回路１０１は、スイッチ回路３及び受光回路９１と同様に構成されている。

発光回路９２及び１０２は、制御回路１１からの信号により発光する発光素子を備えている。発光素子は、例えば赤外線ＬＥＤ等を用いる。

電流検出回路７は、放電灯５に流れる電流を検出して、検出した電流に相当する信号を制御回路１１に出力する。電流検出回路８は、放電灯６に流れる電流を検出して、検出した電流に相当する信号を制御回路１１に出力する。

制御回路１１は、電流検出回路７及び８で検出された電流に基づいて、それぞれ放電灯５及び６が点灯しているかどうかを判定し、この判定結果に基づいて光結合回路９及び１０を制御する。即ち、電流検出回路７及び８から出力される信号に基づいて、それぞれ発光回路９２及び１０２の発光素子を発光させ、発光素子からの光をそれぞれ受光回路９１及び１０１が受光することでそれぞれスイッチ回路３及び４をオン／オフ切換する。

また、制御回路１１は、放電灯点灯装置を始動時に放電灯５及び６を確実に点灯させるための点灯モードと、放電灯５及び６が点灯後に放電灯５及び６の輝度を均一にするために放電灯５及び６に流れる電流を調整する電流調整モードとを有している。点灯モード及び電流調整モードの詳細は後述する。

次に、本発明の実施例1に係る放電灯点灯装置の動作を図１を用いて詳細に説明する。まず、放電灯点灯装置の電源を投入すると、直流電源１の電圧がスイッチング素子２１及び２２に印加されるとともに、制御回路１１は光結合回路９及び１０を制御してスイッチ回路３及び４をオンする。また、制御回路２３は、直流電源１に直列に接続されたスイッチング素子２１及び２２を交互にオンオフ制御し、トランス２４の１次巻線２４ａ及びコンデンサ２５に断続的に直流電源１からの電圧を印加する。１次巻線２４ａ及びコンデンサ２５に断続的な直流電圧を印加すると、１次巻線２４ａのインダクタンスとコンデンサ２５のキャパシタンスによる共振が起こる。

共振によって発生した正弦波状の高周波電圧は、トランス２４により昇圧されて、トランス２４の２次巻線２４ｂに高圧の高周波電圧が発生する。トランス２４の２次巻線２４ｂに発生した高周波電圧はスイッチ回路３を介して放電灯５に印加され、スイッチ回路４を介して放電灯６に印加されて、このとき制御回路１１の点灯モードが起動して、放電灯５及び６を点灯させる。

ここで、放電灯５及び６を確実に点灯させるための点灯モード時の動作を図３に示すタイムチャートを用いて説明する。なお、以下では放電灯５の点灯電圧は、放電灯６の点灯電圧よりも低いものとして説明する。

点灯モードは、冷陰極管等の放電灯が、点灯開始時においては高い点灯電圧を必要とするが、１度点灯させて消灯させた後は高い電圧を必要とせずに再点灯することができるという性質を利用して、複数の放電灯を確実に点灯させるモードである。

図３に示すように、インバータ２のトランス２４の２次側電圧は徐々に上昇する。トランス２４の２次側電圧が放電灯５の点灯電圧Ｖ_５まで上昇すると（時刻ｔ１）、放電灯５が点灯して、放電灯５に電流が流れる。電流検出回路７はこの電流を検出して検出した電流に相当する信号を制御回路１１に出力する。放電灯５が点灯すると、トランス２４の２次側電圧が低下する。

制御回路１１は、電流検出回路７からの信号に基づいて放電灯５が点灯したことを検出し、放電灯５を時刻ｔ１から所定時間ｔｄの間点灯させた後に、光結合回路９を制御して、スイッチ回路３をオフする（時刻ｔ２）。スイッチ回路３がオフすると、放電灯５が消灯して、放電灯５に電流が流れなくなる。電流検出回路７は制御回路１１に信号を出力しなくなり、制御回路１１は、放電灯５が消灯したこと検出する。スイッチ回路３がオフになったので、トランス２４の２次側電圧は、再び上昇し始める。

トランス２４の２次側電圧が放電灯６の点灯電圧Ｖ_６まで上昇すると（時刻ｔ３）、放電灯６が点灯して、放電灯６に電流が流れる。電流検出回路８はこの電流を検出して検出した電流に相当する信号を制御回路１１に出力する。放電灯６が点灯すると、トランス２４の２次側電圧が低下する。

制御回路１１は、電流検出回路８からの信号に基づいて放電灯６が点灯したことを検出し、放電灯６が点灯した後に、光結合回路１０を制御して、スイッチ回路３を再びオンする（時刻ｔ４）。このとき、トランス２４の２次側電圧は、放電灯５の点灯電圧Ｖ_５に達していないが、放電灯５は１度点灯しているので低い電圧で点灯する。

即ち、制御回路１１は、点灯モードにおいて、点灯電圧が低い放電灯５を先に点灯させ、点灯した放電灯５を所定時間後に消灯させる。次に、点灯電圧の高い放電灯６が点灯後に放電灯５を再点灯させる。放電灯５及び放電灯６が点灯すると、制御回路１１は電流制御モードに切り換えられる。

なお、放電灯が３つ以上の複数本である場合は、複数の放電灯の内で最も点灯電圧の高い放電灯を除く残りの全ての放電灯の各々を、点灯電圧が低いほうから順に点灯させ、点灯した放電灯を消灯させ、最も点灯電圧の高い放電灯が点灯後に残りの全ての放電灯を再点灯させるように光結合回路を制御する。

例えば、放電灯が３本の場合、点灯電圧の最も低い放電灯Ａを所定時間点灯させた後に消灯する。次に、放電灯Ａの次に点灯電圧の低い放電灯Ｂを所定時間点灯させた後に消灯する。次に、点灯電圧の最も高い放電灯Ｃを点灯させる。放電灯Ｃが点灯した後に放電灯Ａ及び放電灯Ｂを再点灯させる。

なお、点灯した放電灯を消灯させてから再点灯させるまでの時間（図３においては、ｔ２からｔ４までの時間）が長いと、再点灯時の点灯電圧が高くなって点灯しないものが出ることがあるので、消灯させてから再点灯させるまでの時間は数１００ｍｓ以下にする必要がある。

次に、電流調整モード時の動作を説明する。電流調整モードは、放電灯５及び放電灯６が点灯後、電流検出回路７及び８が検出した電流の平均値が所定値になるようにスイッチ回路３及び４のオン／オフ周期を制御するモードである。

即ち、電流検出回路７及び８により検出された電流に基づいて、放電灯５に流れる電流と放電灯６に流れる電流とが均一でない場合に、光結合回路９及び１０を制御することにより、スイッチ回路３及び４をオンまたはオフに切り換え、このオン／オフ切り換えの切り換え周期（デューティ比）を制御することによって、放電灯５に流れる電流の平均値と放電灯６に流れる電流の平均値とを均一にする。

電流調整モードは、放電灯５及び放電灯６が点灯後、例えば放電灯５に流れる電流が放電灯６に流れる電流よりも大きい場合、放電灯５に直列に接続されたスイッチ回路３のオン周期を小さくする。スイッチ回路３のオン周期を小さくすると、放電灯５に流れる平均電流が小さくなる。このように、電流調整モードは、スイッチ回路３及び４のオン／オフ周期を調整することにより、放電灯５及び放電灯６に流れる電流の平均値を調整する。

図４は電流検出回路７、電流検出回路８及び制御回路１１の一例を示す回路図である。図４に示すように、電流検出回路７は、抵抗Ｒ１０１、ダイオードＤ１０１、コンデンサＣ１０１を備え、電流検出回路８は、抵抗Ｒ２０１、ダイオードＤ２０１、コンデンサＣ２０１を備えている。抵抗Ｒ１０１の一端は放電灯５及びダイオードＤ１０１のアノードに接続され、抵抗Ｒ１０１の他端はグランド及びコンデンサＣ１０１の一端に接続されている。ダイオードＤ１０１のカソードはコンデンサＣ１０１の他端に接続されるとともに制御回路１１に接続されている。

同様に、抵抗Ｒ２０１の一端は放電灯６及びダイオードＤ２０１のアノードに接続され、抵抗Ｒ２０１の他端はグランド及びコンデンサＣ２０１の一端に接続されている。ダイオードＤ２０１のカソードはコンデンサＣ２０１の他端に接続されるとともに制御回路１１に接続されている。

制御回路１１は、点灯モード時に放電灯５を点灯するための点灯回路１１１、点灯モード時に放電灯６を点灯するための点灯回路１１２、電流調整モード時に放電灯６の電流調整をするための電流調整回路１１３、電流調整モード時に放電灯６の電流調整をするための電流調整回路１１４、点灯モードと電流調整モードとを切り換えるための切換回路１１５、放電灯点灯装置の電源投入時にスイッチ回路３及びスイッチ回路４を初期化するための初期化回路１１６で構成されている。

点灯回路１１１は、比較器ＣＯＭ２、直流電源Ｖ１０１、遅延回路ＤＥＬＡＹ１、否定回路ＮＯＴ１、加算回路ＯＲ２で構成され、点灯回路１１２は、同様にＣＯＭ４、Ｖ２０１、ＤＥＬＡＹ２、ＮＯＴ２、ＯＲ４で構成されている。

電流調整回路１１３は、比較器ＣＯＭ１及び発振器ＯＳＣ１で構成され、電流調整回路１１４は、同様にＣＯＭ３及びＯＳＣ１で構成されている。

切換回路１１５は、ＲＳフリップフロップＦＦ１、乗算回路ＡＮＤ１、ＡＮＤ２、ＡＮＤ３、ＡＮＤ４、加算回路ＯＲ１、ＯＲ３、否定積回路ＮＡＮＤ１で構成されている。初期化回路１１６は、否定和回路ＮＯＲ１で構成されている。

電流検出回路７のダイオードＤ１０１のカソードはＣＯＭ１の反転端子及びＣＯＭ２の非反転端子に接続され、ダイオードＤ２０１のカソードはＣＯＭ３の反転端子及びＣＯＭ４の非反転端子に接続され、ＣＯＭ１の非反転端子及びＣＯＭ３の非反転端子は、ＯＳＣ１に接続されている。

ＣＯＭ２の反転端子は、Ｖ１０１のプラス側に接続され、Ｖ１０１のマイナス側はグランドに接続されている。ＣＯＭ４の反転端子は、Ｖ２０１のプラス側に接続され、Ｖ２０１のマイナス側はグランドに接続されている。ＣＯＭ１の出力端子はＡＮＤ１の入力端子に接続され、ＣＯＭ３の出力端子はＡＮＤ３の入力端子に接続されている。

ＣＯＭ２の出力端子は、ＤＥＬＡＹ１の入力端子、ＮＯＲ１の入力端子及びＮＡＮＤ１の入力端子に接続されている。ＣＯＭ４の出力端子はＤＥＬＡＹ２の入力端子、ＮＯＲ１の入力端子及びＮＡＮＤ１の入力端子に接続されている。ＤＥＬＡＹ１の出力端子は、ＮＯＴ１の入力端子に接続され、ＮＯＴ１の出力端子はＯＲ２の入力端子に接続されている。ＤＥＬＡＹ２の出力端子は、ＮＯＴ２の入力端子に接続され、ＮＯＴ２の出力端子はＯＲ４の入力端子に接続されている。ＮＯＲ１の出力端子はＯＲ２の入力端子及びＯＲ４の入力端子に接続されている。

ＯＲ２の出力端子はＡＮＤ２の入力端子に接続され、ＯＲ４の出力端子はＡＮＤ４の入力端子に接続されている。ＮＡＮＤ１の出力端子はＦＦ１のセット端子に接続され、ＦＦ１のリセット端子は電源ＶＣＣに接続されている。ＦＦ１の出力端子ＱはＡＮＤ１の入力端子及びＡＮＤ３の入力端子に接続され、出力端子Ｑの反転端子は、ＡＮＤ２の入力端子及びＡＮＤ４の入力端子に接続されている。

ＡＮＤ１及びＡＮＤ２の出力端子はＯＲ１の入力端子に接続され、ＡＮＤ３及びＡＮＤ４の出力端子はＯＲ３の入力端子に接続されている。ＯＲ１の出力端子は発光素子ＬＥＤ１のアノードに接続され、ＬＥＤ１のカソードはグランドに接続されている。ＯＲ３の出力端子は発光素子ＬＥＤ２のアノードに接続され、ＬＥＤ２のカソードはグランドに接続されている。

次に、図４のように構成された制御回路１１の動作を説明する。図５は図４に示した制御回路１１の点灯モード時の動作を示すタイムチャートである。図５に示すように、放電灯点灯装置の電源を投入すると、ＦＦ１のリセット端子に電源ＶＣＣが入力されてＦＦ１がパワーオンリセットされ、出力端子ＱからＬレベルの信号がＡＮＤ１及びＡＮＤ３に出力され、出力端子Ｑの反転端子からＨレベルの信号がＡＮＤ２及びＡＮＤ４に出力される（時刻ｔ０）。このため、ＡＮＤ１及びＡＮＤ３の出力はＬレベルに固定され、電流調整回路１１３及び１１４の出力はマスクされ、ＡＮＤ２及びＡＮＤ４はそれぞれ点灯回路１１１及び１１２の出力を伝達する。即ち、制御回路１１が点灯モードになる。

また、このときＣＯＭ２及びＣＯＭ４の出力はＬレベルであるため、ＮＯＲ１の出力はＨレベルである。このＨレベルの信号によりＯＲ２の出力もＨレベルとなり、ＯＲ２の出力によりＡＮＤ２の出力がＨレベルになり、ＡＮＤ２の出力によりＯＲ１の出力がＨレベルとなり発光素子ＬＥＤ１を発光する。同様に、ＬＥＤ２も発光する。発光素子ＬＥＤ１及びＬＥＤ２からの光をそれぞれ受光回路９１及び１０１で受光して、それぞれスイッチ回路３及び４をオンする。

電流検出回路７は、Ｒ１０１によって放電灯５の電流を検出し、ダイオードＤ１０１及びコンデンサＣ１０１で整流平滑し、コンデンサＣ１０１に発生する電圧を制御回路１１に出力する。同様に電流検出回路８は、コンデンサＣ２０１に発生する電圧を制御回路１１に出力する。

トランス２４の２次側電圧が放電灯５の点灯電圧Ｖ_５まで上昇すると（時刻ｔ１）、放電灯５が点灯して、トランス２４の２次側電圧が低下する。放電灯５が点灯すると、放電灯５に電流が流れ、この電流がＲ１０１に流れてコンデンサＣ１０１の電圧が上昇する。コンデンサＣ１０１の電圧が基準電圧Ｖ１０１を超えると、ＣＯＭ２の出力がＨレベルになる。この出力はＤＥＬＡＹ１で期間ｔｄだけ遅延されるとともにＮＯＴ１でＬレベルに反転される。ＮＯＲ１は最初はいずれの放電灯にも電流が流れないので出力はＨであるが、放電灯５に電流が流れると出力がＬになる。ＯＲ２の出力は、ＮＯＲ１とＮＯＴ１との論理和であるので、ＯＲ２は放電灯５に電流が流れてから期間ｔｄ経過後にＬレベルとなる（時刻ｔ２）。点灯モード時においては、切換回路１１５は点灯回路１１１の出力をそのままＬＥＤ１に伝達するので、このときＬＥＤ１がオフし、受光回路９１はＬＥＤ１からの光がなくなるので、スイッチ回路３をオフする。

スイッチ回路３がオフすると、放電灯５が消灯してトランス２４の２次側電圧が再び上昇する。トランス２４の２次側電圧が放電灯６の点灯電圧Ｖ_６まで上昇すると（時刻ｔ３）、放電灯６が点灯して、トランス２４の２次側電圧が低下する。放電灯６が点灯すると、放電灯６に電流が流れ、この電流がＲ２０１に流れてコンデンサＣ２０１の電圧が上昇する。コンデンサＣ２０１の電圧が基準電圧Ｖ２０１を超えると、ＣＯＭ４の出力がＨレベルになる。

また、時刻ｔ２において、スイッチ回路３がオフすると、放電灯５に電流が流れなくなり、Ｃ１０１の電圧が低下して、ＣＯＭ２の出力がＬレベルになる。この出力はＤＥＬＡＹ１で期間ｔｄだけ遅延されるとともにＮＯＴ１でＨレベルに反転され、ＯＲ２の出力をＨレベルにする（時刻ｔ４）。ＯＲ２の出力がＨレベルになると、このＨレベルの信号は光結合回路９に伝達されて、スイッチ回路３をオンする。このとき、トランス２４の２次側電圧は、放電灯５の点灯電圧Ｖ_５に達していないが、１度点灯しているので低い電圧で点灯する。

ここで、放電灯５及び放電灯６の両方が点灯した状態になる。即ち、放電灯５に流れる電流によって、Ｃ１０１の電圧が基準電圧Ｖ１０１を超えてＣＯＭ２の出力がＨレベルになり、また、ＣＯＭ４の出力は時刻ｔ３においてＨレベルになっているので、ＮＡＮＤ１の出力がＬレベルになる。ＮＡＮＤ１の出力がＬレベルになるとＦＦ１がセットされ、Ｑ出力がＨレベルになり、Ｑの反転出力がＬレベルになる。このため、ＡＮＤ２及びＡＮＤ４の出力はＬレベルに固定され、点灯回路１１１及び１１２の出力はマスクされ、ＡＮＤ１及びＡＮＤ３はそれぞれ電流調整回路１１３及び１１４の出力を伝達する。即ち、制御回路１１が電流調整モードに切り換わる。

なお、時刻ｔ３において、ＣＯＭ４のＨレベルの出力は、ＤＥＬＡＹ２で期間ｔｄだけ遅延されるとともにＮＯＴ２でＬレベルに反転され、時刻ｔ３から期間ｔｄが経過した後の時刻ｔ５に、ＯＲ４の出力はＬレベルになるが、時刻ｔ５では既に電流調整モードになっており、点灯回路１１２の出力は、マスクされているため、このときにスイッチ回路４がオフすることはない。

次に、図４のように構成された制御回路１１の電流調整モード時の動作を説明する。図６は図４に示した制御回路１１の電流調整モード時の動作を示すタイムチャートである。ＯＳＣ１は、三角波を発生する発振器であり、この三角波をＣＯＭ１及びＣＯＭ３の非反転端子に出力するものである。

電流調整回路１１３は、図６に示すように、ＣＯＭ１の非反転端子にはＯＳＣ１からの三角波が入力され、反転端子にはＣ１０１の電圧が入力されている。ＣＯＭ１は、この三角波の電圧とＣ１０１の電圧とを比較して、三角波の電圧がＣ１０１の電圧よりも大きいときにＨレベルのパルスを出力する。

即ち、放電灯５に流れる電流が大きいとパルス幅ｔ_ｏｎが狭くなり、放電灯５に流れる電流が小さいとパルス幅ｔ_ｏｎが広くなる。このパルスは、ＡＮＤ１、ＯＲ１、光結合回路９に伝達され、スイッチ回路３のオン／オフ周期が調整される。このため、放電灯５に流れる電流の平均値が補正されて均一になる。電流調整回路１１４も電流調整回路１１３と同様に動作する。

なお、電流調整モード時において、ＤＥＬＡＹ１またはＤＥＬＡＹ２の出力は、放電灯をオンオフするパルス幅によっても変化するので不定となるが、点灯回路１１１及び１１２の出力は、切換回路１１５によってマスクされるので、動作に影響はない。

また、図４には放電灯５及び６の２灯を点灯させる場合の回路図を示したが、点灯回路及び電流調整回路の数を増やすことで、放電灯が３灯以上の場合も同様に、点灯した放電灯を所定の時間消灯させ全放電灯が点灯したら常時点灯または電流調整モードに切り換えることによって、同様に行うことができる。

このように、本発明の実施例１に係る放電灯点灯装置によれば、放電灯５及び６の高圧側には、それぞれスイッチ回路３及び４が接続され、このスイッチ回路３及び４は、それぞれ光結合回路９及び１０によりオン／オフ切換され、制御回路１１は、電流検出回路７及び８で検出した電流値に基づいて、光結合回路９及び１０を制御し、制御回路１１は、放電灯５及び６の両方を点灯させる場合、放電灯５及び６の内で点灯電圧の高い放電灯を除く放電灯を、点灯電圧が低いほうから順に１度点灯させ、点灯した放電灯を１度消灯させ、放電灯５及び６の内で点灯電圧の高い放電灯が点灯後に他の放電灯を再点灯させるように光結合回路９及び１０を制御するので、放電灯５及び６を確実に点灯させることができ、トランスを複数台設ける必要がない。また、放電灯と直列にバラスト素子を設ける必要がないため、トランスの２次側の電圧を従来に比べて低い電圧にすることができる。

また、スイッチ回路３及び４は、発光ダイオードの光信号をフォトダイオードで受け、フォトダイオードの出力でＦＥＴを駆動させることでオンするので、フォトダイオードとＦＥＴ以外は電気的に絶縁され、高周波電流に影響を与えることは少ない。

また、放電灯の高圧側に部品を挿入すると、電流が漏れて放電灯の電流が減ることがあるので、放電灯の高圧側に部品を挿入することは極力避ける必要があるが、電気的に接続されているのは、フォトダイオードとＦＥＴだけなので影響は少なく、スイッチ回路３及び４の挿入位置に制限を受けない。

また、制御回路１１は、放電灯５及び６が点灯した後に、電流検出回路７及び８が検出した電流値の平均が均一になるように、光結合回路９及び１０を制御してスイッチ回路３及び４のオン／オフの周期を変更するので、放電灯５及び６の輝度が均一になる。

本発明は、冷陰極管等の放電灯を点灯するための放電灯点灯装置として利用可能である。

本発明の実施例１に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。スイッチ回路及び受光回路の一例を示す回路図である。本発明の実施例１に係る放電灯点灯装置の動作を示すタイムチャートである。電流検出回路及び制御回路の一例を示す回路図である。図４に示す制御回路の点灯モード時の動作を示すタイムチャートである。図４に示す制御回路の電流調整モード時の動作を示すタイムチャートである。従来の放電灯点灯装置を示すブロック図である。従来の他の放電灯点灯装置を示すブロック図である。

符号の説明

１…直流電源
２…インバータ
３、４…スイッチ回路
５、６…放電灯
７、８…電流検出回路
９、１０…光結合回路
１１…制御回路
２１、２２…スイッチング素子
２４、２６…トランス
２５…コンデンサ
９１、１０１…受光回路
９２、１０２…発光回路
１１１、１１２…点灯回路
１１３、１１４…電流調整回路
１１５…切換回路
１１６…初期化回路

Claims

直流電圧を高周波電圧に変換するインバータと、
前記インバータから出力される高周波電圧が印加され、各々が並列に接続された複数の放電灯と、
前記複数の放電灯の各々に直列に且つ１対１対応で接続された複数のスイッチ回路と、
前記複数のスイッチ回路に１対１対応で接続され、前記スイッチ回路をオン／オフ切換する複数の光結合回路と、
前記複数の放電灯の各々に直列に且つ１対１対応で接続され、前記放電灯に流れる電流を検出する複数の電流検出回路と、
前記複数の電流検出回路で検出した電流に基づいて前記複数の放電灯が点灯しているかどうかを判定し、この判定結果に基づいて前記光結合回路を制御し、前記複数の放電灯の内で最も点灯電圧の高い放電灯を除く残りの全ての放電灯の各々を、点灯電圧が低いほうから順に点灯させ、点灯した放電灯を消灯させ、前記最も点灯電圧の高い放電灯が点灯後に前記残りの全ての放電灯を再点灯させる制御回路と、
を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
前記制御回路は、
前記複数の放電灯の全てが点灯した後に、前記複数の電流検出回路が検出した電流の平均値が所定値になるように、前記光結合回路を制御して前記スイッチ回路のオン／オフの周期を制御することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。