JP4421997B2 - ランプ点灯装置 - Google Patents

Description

この発明は、ランプ点灯装置に関し、特に、限流機能を備えたランプ点灯装置に関する。

高圧の発生によりランプを点灯させるランプ点灯装置では、ランプの短絡やその他の異常によって発生した過電流状態を解消するために、過電流保護機能が設けられる。この過電流保護機能としては、高圧ラインに流れる電流値を検出し、この検出結果が所定の基準値以上となったときに、点灯動作を停止させるものが一般に知られている。

過電流保護の基準値は、ランプの定格電流以上に設定される。例えば、ランプ１本当たりに流す交流電流を５ｍＡとすると、尖頭値はルート２倍の７ｍＡ程度になるため、過電流保護の基準値は、１０ｍＡ程度に設定される。

一方、ＵＬ規格では、感電を防止する目的から、高圧ラインの最大電流値を規定している。例えば、ＵＬ１９５０の限流試験条項では、高圧ラインとＧＮＤとの間に、人体と等価の２ｋΩ抵抗が付加されたときには、該２ｋΩ抵抗に流れる電流値を最大で尖頭値７０ｍＡ以下とすべき旨が規定されている。従って、過電流保護の基準値を決める場合には、ＵＬ規格の規定値である２ｋΩ付加時の尖頭値７０ｍＡ以下という条件をも満たす必要がある。

加えて、大画面の液晶ＴＶに見られるように、２０本以上のランプの多灯制御を行う場合には、全ランプを２〜３個のトランスを用いて駆動する分割駆動方式や、各ランプの両極にそれぞれ別のトランスから逆位相の電圧を印加する差動駆動方式が適用されるため、各トランスに対して２ｋΩ付加時の保護を行う必要がある。

従来、このようにトランスを複数用いる場合には、各トランスの出力電圧を所定の閾値と比較することで、２ｋΩ付加時の電圧変化に基づき点灯制御を停止させる手法が用いられていた。

しかし、トランスの出力電圧は、ランプの異常や負荷変動あるいは調光によっても変化するため、前述した従来の手法では、２ｋΩ付加によってトランスの出力電圧が変化したのか、別の要因によってトランスの出力電圧が変化したのかの区別が難しく、このような誤動作を避けるためには、前述の閾値に余裕を持たせることが難しくなるため、十分な限流保護が行えなかった。

一方で、過電流の検出または保護に関しては、特許文献１乃至３が知られている。特許文献１には、同文献の図１および図３に記載されたように、寿命末期状態（エミレス状態）と異常状態を区別するために、２つの電圧基準値を設け、ランプの状態によって電圧挙動が変化することを利用して、過電圧保護を行う手法が開示されている。

また、特許文献２には、同文献の段落００２１および図６に記載されたように、複数のランプを駆動させる多灯制御において、各ランプの管電流を論理和で検出し、いずれかのランプに異常があった場合には駆動を停止させる構成が開示されている。

また、特許文献３には、ランプに供給される電圧値とランプに流れる管電流の双方を検出し（同文献の図４および図７参照）、ランプのＶ−Ｉと特性を考慮して（同文献の図１参照）、オーバーシュート、アンダーシュートの改善を図る手法（同文献の図２参照）が開示されている。

これらの文献に開示された方法は、過電流の保護という点では有効な手法と考えられるが、２ｋΩ付加時の保護に関して、前述したランプの異常や負荷変動との誤動作を区別するには不十分であった。
特開平１１−２６１７７号公報 特開２００２−１１０３８８号公報 特開平４−１４１９８８号公報

そこで、本発明は、ランプの異常や負荷変動あるいは調光との区別に有効な限流機能を備えたランプ点灯装置を提供する。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、第１の高圧トランスと、第２の高圧トランスと、一端が前記第１の高圧トランスの２次側に接続され、他端が前記第２の高圧トランスの２次側に、前記第１の高圧トランスとは逆位相の出力が供給されるように接続されたランプと、前記第１の高圧トランスおよび前記第２の高圧トランスの１次側にそれぞれ設けられた交流電源とを備えたランプ点灯装置であって、前記第１の高圧トランスの出力電圧と前記第２の高圧トランスの出力電圧との差異を検出する差電圧検出回路と、前記差電圧検出回路の検出結果に基づいて前記ランプの点灯動作を停止または出力電流制限する保護動作を行う保護回路とを備えたことを特徴とする。

上記のように、少なくとも２つのトランスの電圧差を利用して保護をかける構成とすることで、原理的には２つのトランスの電圧差が現れない調光動作による電圧変動との区別が可能になるため、２ｋΩ付加時の検出精度が向上する。また、この場合、第１および第２のトランスには同じ負荷が接続されるため、負荷変動が生じても第１および第２のトランス間には電圧差が生じず、２ｋΩ付加等、いずれかのトランスに異常が発生した場合の保護精度を向上させることができる。尚、交流電源は、商用電源であっても、ＡＣ−ＡＣコンバータであっても、インバータ回路によって生成された交流電源であっても良い。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ランプを複数具備し、該各ランプの調光を同時に行う一括調光機能をさらに備えたことを特徴とする。

このように複数のランプを同時に一括調光する構成であっても、調光による変化と２ｋΩ付加時の変化とは独立して検出することができるため、２ｋΩ付加時の保護動作精度を向上させることができる。

また、請求項３記載の発明は、第１の高圧トランスと、第２の高圧トランスと、一端が前記第１の高圧トランスの２次側に接続され、他端が前記第２の高圧トランスの２次側に、前記第１の高圧トランスとは逆位相の出力が供給されるように接続されたランプと、前記第１の高圧トランスおよび前記第２の高圧トランスの１次側にそれぞれ設けられたスイッチング回路と、前記スイッチング回路を制御することで前記ランプの点灯制御を行う点灯制御部とを備えたランプ点灯装置であって、前記第１の高圧トランスの出力電圧を検出する第１の電圧検出回路と、前記第２の高圧トランスの出力電圧を検出する第２の電圧検出回路と、前記第１の電圧検出回路が検出した電圧と、前記第２の電圧検出回路が検出した電圧を降圧させた電圧とを比較する第１の比較器と、前記第２の電圧検出回路が検出した電圧と、前記第１の電圧検出回路が検出した電圧を降圧させた電圧とを比較する第２の比較器と、前記第１および第２の比較器の出力結果に基づいて前記点灯制御部に点灯動作の停止または出力電流制限する保護動作を指示する保護回路とを備えたことを特徴とする。

このように、いずれかのトランスの出力電圧を降圧させて比較することで、通常時は比較器の出力がＨレベルに設定され、いずれかのトランスに異常が生るとＬレベルが出力される構成を得ることができるため、簡易な回路構成で保護機能を実現することができる。尚、回路構成により、この論理は逆にすることもできる。

以上説明したように、本発明によれば、ランプの異常や負荷変動あるいは調光と、２ｋΩショートとの区別に有効なランプ点灯装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。尚、本発明は、以下説明する実施形態に限らず適宜変更可能である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るランプ点灯装置の構成を示す回路ブロック図である。同図に示すランプ点灯装置は、２つのトランスを用いて複数のランプを差動駆動する構成において、いずれかのトランスの周辺で２ｋΩショートが発生した場合に保護をかける構成を示した例である。

同図に示すように、このランプ点灯装置は、トランスＴＲ１、ＴＲ２の１次側にそれぞれ交流電源１０−１、１０−２が接続され、該各トランスＴＲ１、ＴＲ２の２次側に複数のランプ１４−１〜１４−２０が接続され、トランスＴＲ１、ＴＲ２の高圧出力によって各ランプを点灯させる構成を有する。

ここで、各ランプ１４−１〜１４−２０の一端側にはトランスＴＲ１の出力が供給され、他端側にはトランスＴＲ２からトランスＴＲ１とは逆位相の出力が供給されることで、各ランプ１４−１〜１４−２０は差動で駆動される。各交流電源の位相差は制御回路１２によって制御される。

トランスＴＲ１の出力電圧は、コンデンサＣ１およびＣ２で分圧されて、電圧比較器２４の非反転端子に入力され、同様に、トランスＴＲ２の出力電圧は、コンデンサＣ３およびＣ４で分圧されて、電圧比較器２４の反転端子に入力される。その結果、電圧比較器２４からはトランスＴＲ１の出力電圧とトランスＴＲ２の出力電圧との差異がレベル判定器２６に出力される。レベル判定器２６は、電圧比較器２４が検出した前記差異を所定の閾値Ｖｒｅｆと比較し、前記差異が閾値Ｖｒｅｆに達したときに制御回路１２にＨレベルの信号を出力する。

制御回路１２は、レベル判定器２６からＨレベルの信号が入力されると、トランスＴＲ１またはトランスＴＲ２のいずれかで２ｋΩショートが発生したと判断し、スイッチＳ１およびＳ２を開放状態に操作して交流電源１０−１および１０−２からの電力供給を遮断する。尚、これらスイッチＳ１およびＳ２は等価的に示したものであり、実際に回路中に入れなくとも、図中に点線矢印で示したように、交流電源１０−１および１０−２の出力を制御する構成としても良い。

尚、この制御回路１２は、ランプ１４−１〜１４−２０の輝度を同時に調光するための一括調光機能を備えており、外部からの指示に応じて交流電源１０−１、１０−２の出力エネルギーを調整することで全てのランプ１４−１〜１４−２０を同時に調光させる。

また、ランプ１４−１〜１４−２０の両端に、バラストコンデンサ等のランプ電流バランス整合手段を配置しても良い。この構成は、ランプとして放電管を用いる場合に有用である。

図２は、ランプ点灯装置の他の構成を示す回路ブロック図である。同図に示すランプ点灯装置は、２つのトランスを用いて複数のランプを分割駆動する構成において、いずれかのトランスの周辺で２ｋΩショートが発生した場合に保護をかける構成を示した例である。

同図に示すように、このランプ点灯装置は、トランスＴＲ１、ＴＲ２の１次側にそれぞれ交流電源１０−１、１０−２が接続され、トランスＴＲ１の２次側にはランプ１４−１および１４−２が接続され、トランスＴＲ２の２次側にはランプ１４−３および１４−４が接続され、トランスＴＲ１、ＴＲ２がそれぞれ別のランプを点灯させる構成を有する。

ここで、各交流電源の出力位相は、制御回路１２によって同相に制御され、その結果、トランスＴＲ１の２次側に接続されたランプ１４−１および１４−２と、トランスＴＲ２の２次側に接続されたランプ１４−３および１４−４とは、同相の電圧で駆動される。

トランスＴＲ１の出力電圧は、コンデンサＣ１およびＣ２で分圧されて、電圧比較器２４の非反転端子に入力され、同様に、トランスＴＲ２の出力電圧は、コンデンサＣ３およびＣ４で分圧されて、電圧比較器２４の反転端子に入力される。その結果、電圧比較器２４からはトランスＴＲ１の出力電圧とトランスＴＲ２の出力電圧との差異がレベル判定器２６に出力される。レベル判定器２６は、電圧比較器２４が検出した前記差異を所定の閾値Ｖｒｅｆと比較し、前記差異が閾値Ｖｒｅｆに達したときに制御回路１２にＨレベルの信号を出力する。

制御回路１２は、レベル判定器２６からＨレベルの信号が入力されると、トランスＴＲ１またはトランスＴＲ２のいずれかで２ｋΩショートが発生したと判断し、スイッチＳ１およびＳ２を開放状態に操作して交流電源１０−１および１０−２からの電力供給を遮断する。

尚、この制御回路１２は、ランプ１４−１〜１４−４の輝度を同時に調光するための一括調光機能を備えており、外部からの指示に応じて交流電源１０−１、１０−２の出力エネルギーを調整することで全てのランプ１４−１〜１４−４を同時に調光させる。

図３は、図１および図２に示した交流電源をスイッチング回路で構成した場合の例を示す回路ブロック図である。同図に示す交流電源は、フルブリッジ型のインバータ回路で構成される。尚、この図では、トランスＴＲ１に接続される交流電源の構成のみを示したがトランスＴＲ２に接続される交流電源も同様に構成される。

同図に示すように、この交流電源は、直流電源１１がスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４で構成されたフルブリッジ回路に接続され、このフルブリッジ回路の後段にコンデンサＣを介してトランスＴＲ１が接続されて、該トランスＴＲ１の２次側から高圧電力を出力するインバータ回路が構成される。

このインバータ回路の後段には、ランプ１４−１〜１４−２が並列に接続され、トランスＴＲ１の２次側巻線とＧＮＤ間には、トランスＴＲ１の出力電流量を検出する電流検出回路１６と、トランスＴＲ１の出力電圧値を検出する電圧検出回路１８とがそれぞれ配置される。

また、ランプ１４−１〜１４−２とＧＮＤ間には、各ランプの合計電流量を検出する管電流検出回路２０が配置され、この管電流検出回路２０の検出結果が制御回路２０に出力される。制御回路２０は、管電流検出回路２０の出力に基づいて、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御し、放電管１４−１〜１４−２に流れる電流を一定に維持する定電流フィードバック制御を行う。

前述した電圧比較器２４は、トランスＴＲ１側の電圧検出回路１８の出力と図示しないトランスＴＲ２側の電圧検出回路１８の出力電圧差を比較し、その結果をレベル判定器２６に出力する。

制御回路２０は、電流検出回路１６の検出結果を内部に取り込んで所定の基準値と比較し、検出結果が基準値を超えた場合には過電流保護を行うとともに、電圧検出回路１８の検出結果を内部に取り込んで所定の基準値と比較し、検出結果が基準値を超えた場合には過電圧保護を行う。

制御回路２０は、さらに上記過電流保護および過電圧保護に加えて、レベル判定器２６からＨレベルの信号が入力されると、トランスＴＲ１またはトランスＴＲ２のいずれかで２ｋΩショートが発生したと判断し、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を開放状態に操作して直流電源１１からの電力供給を遮断する。

図４は、本発明の第２の実施形態に係るランプ点灯装置の構成を示す回路ブロック図である。同図に示すランプ点灯装置は、２つのトランスを用いて一又は複数のランプを差動駆動する構成において、各トランスの出力電圧をそれぞれ測定し、いずれか一方の出力レベルを降圧させて両者の出力を比較し、この比較結果に基づいて２ｋΩショートに対する保護をかける構成を示した例である。尚、同図中ではランプ１本を駆動する例を示しているがランプは複数本であっても良い。

同図に示すように、このランプ点灯装置は、トランスＴＲ１、ＴＲ２の１次側にそれぞれ交流電源１０−１、１０−２が接続され、該各トランスＴＲ１、ＴＲ２の２次側にランプ１４が接続され、トランスＴＲ１、ＴＲ２の高圧出力によって各ランプを点灯させる構成を有する。

ここで、ランプ１４の一端側にはトランスＴＲ１の出力が供給され、他端側にはトランスＴＲ２からトランスＴＲ１とは逆位相の出力が供給されることで、ランプ１４は差動で駆動される。各交流電源の位相差は制御回路１２によって制御される。

トランスＴＲ１の出力電圧は、コンデンサＣ１およびＣ２で分圧され、同図に示すようにダイオード、コンデンサ、抵抗で構成された整流平滑回路を経て、電圧比較器２４−１の非反転端子に入力される。

一方、トランスＴＲ２の出力電圧は、コンデンサＣ３およびＣ４で分圧され、同図に示すようにダイオード、コンデンサ、抵抗で構成された整流平滑回路を経て、抵抗Ｒ１およびＲ２の分圧により降圧された後に、電圧比較器２４−１の反転端子に入力される。

その結果、通常動作時やランプ１４の負荷変動発生時あるいは調光時には、トランスＴＲ１とＴＲ２の出力レベルがほぼ同じになるため、抵抗Ｒ１およびＲ２の分圧作用により、電圧比較器２４−１の反転端子の入力電位が非反転端子よりレベルダウンし、電圧比較器２４−１の非反転端子と反転端子との間に電位差が生じ、電圧比較器２４−１はＨレベルの信号をＡＮＤ演算器２２に出力する。

他方、トランスＴＲ１に２ｋΩショートが発生すると、トランスＴＲ１の出力レベルが電圧比較器２４−１の反転端子の入力電位よりも降下し、電圧比較器２４−１はＬレベルの信号をＡＮＤ演算器２２に出力する。

同様に、トランスＴＲ２の出力電圧は、コンデンサＣ３およびＣ４で分圧され、同図に示すようにダイオード、コンデンサ、抵抗で構成された整流平滑回路を経て、電圧比較器２４−２の非反転端子に入力される。

一方、トランスＴＲ１の出力電圧は、コンデンサＣ１およびＣ２で分圧され、同図に示すようにダイオード、コンデンサ、抵抗で構成された整流平滑回路を経て、抵抗Ｒ３およびＲ４の分圧により降圧された後に、電圧比較器２４−２の反転端子に入力される。

その結果、通常動作時やランプ１４の負荷変動発生時あるいは調光時には、トランスＴＲ１とＴＲ２の出力レベルがほぼ同じになるため、抵抗Ｒ３およびＲ４の分圧作用により、電圧比較器２４−２の反転端子の入力電位が非反転端子よりレベルダウンし、電圧比較器２４−２の非反転端子と反転端子との間に電位差が生じ、電圧比較器２４−２はＨレベルの信号をＡＮＤ演算器２２に出力する。

他方、トランスＴＲ２に２ｋΩショートが発生すると、トランスＴＲ２の出力レベルが電圧比較器２４−２の反転端子の入力電位よりも降下し、電圧比較器２４−２はＬレベルの信号をＡＮＤ演算器２２に出力する。

ＡＮＤ演算器２２は、電圧比較器２４−１および２４−２の出力の論理積を取り、その結果を制御回路１２に出力する。このＡＮＤ演算器２２の出力は、通常動作時、負荷変動時および調光時はＨレベルとなり、トランスＴＲ１またはＴＲ２のいずれかで２ｋΩショートが発生するとＬレベルとなる。このＬレベル出力は、図示しないラッチ機構により電源が再投入されるまで維持することもできる。

制御回路１２は、ＡＮＤ演算器２２からＬレベルの信号が入力されると、トランスＴＲ１またはトランスＴＲ２のいずれかで２ｋΩショートが発生したと判断し、スイッチＳ１およびＳ２を開放状態に操作して交流電源１０−１および１０−２からの電力供給を遮断する。

図５は、図４に示した構成において２ｋΩが付加されたときの限流動作を示す動作説明図である。同図（ａ）に示すように、トランスＴＲ１およびＴＲ２の出力電圧は、起動直後ｔ０からｔ１までの起動期間で（図中の「ｓｔｒｉｋｉｎｇ」）、０Ｖから１６００Ｖまで上昇し、その後、ランプが点灯すると１３００Ｖに降下して通常動作となる（図中の「Ｎｏｒｍａｌ」）。

その後、ｔ２の時点でトランスＴＲ１側に２ｋΩショートが発生すると、トランスＴＲ１の出力電圧は４００Ｖまで降下するが、トランスＴＲ２の出力電圧は図中の点線で示すようにそのまま維持される。

ここで、電圧比較器２４−１および２４−２の出力は、同図（ｂ）および（ｃ）のＣｏｍｐ１およびＣｏｍｐ２でそれぞれ示すように、上述した起動期間および通常期間はＨレベルを維持し、２ｋΩショートが発生すると発生した側、即ち、本例の場合は、電圧比較器２４−１がＬレベルとなる。その結果、同図（ｄ）に示すように、ＡＮＤ演算器２２の出力が２ｋΩショートの発生時点ｔ２でＬレベルとなる。

本発明によれば、高精度な限流制御が可能になるため、ＵＬ規格に準拠した高圧駆動型の大型液晶用バックライトインバータへの適用が期待される。

本発明の第１の実施形態に係るランプ点灯装置の構成を示す回路ブロック図である。 ランプ点灯装置の他の構成を示す回路ブロック図である。 図１および図２に示した交流電源をスイッチング回路で構成した場合の例を示す回路ブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るランプ点灯装置の構成を示す回路ブロック図である。 図４に示した構成において２ｋΩが付加されたときの限流動作を示す動作説明図である。

符号の説明

１０…交流電源、１１…直流電源、１２…制御回路、１４…ランプ、１６…電流検出回路、１８…電圧検出回路、２０…管電流検出回路、２２…ＡＮＤ演算器、２４…電圧比較器、２６…レベル判定器

Claims (3)

1. 第１の高圧トランスと、
   第２の高圧トランスと、
   一端が前記第１の高圧トランスの２次側に接続され、他端が前記第２の高圧トランスの２次側に、前記第１の高圧トランスとは逆位相の出力が供給されるように接続されたランプと、
   前記第１の高圧トランスおよび前記第２の高圧トランスの１次側にそれぞれ設けられた交流電源と
   を備えたランプ点灯装置であって、
   前記第１の高圧トランスの出力電圧と前記第２の高圧トランスの出力電圧との差異を検出する差電圧検出回路と、
   前記差電圧検出回路の検出結果に基づいて前記ランプの点灯動作を停止または出力電流制限する保護動作を行う保護回路と
   を備えたことを特徴とするランプ点灯装置。
2. 前記ランプを複数具備し、該各ランプの調光を同時に行う一括調光機能をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のランプ点灯装置。
3. 第１の高圧トランスと、
   第２の高圧トランスと、
   一端が前記第１の高圧トランスの２次側に接続され、他端が前記第２の高圧トランスの２次側に、前記第１の高圧トランスとは逆位相の出力が供給されるように接続されたランプと、
   前記第１の高圧トランスおよび前記第２の高圧トランスの１次側にそれぞれ設けられたスイッチング回路と、
   前記スイッチング回路を制御することで前記ランプの点灯制御を行う点灯制御部と
   を備えたランプ点灯装置であって、
   前記第１の高圧トランスの出力電圧を検出する第１の電圧検出回路と、
   前記第２の高圧トランスの出力電圧を検出する第２の電圧検出回路と、
   前記第１の電圧検出回路が検出した電圧と、前記第２の電圧検出回路が検出した電圧を降圧させた電圧とを比較する第１の比較器と、
   前記第２の電圧検出回路が検出した電圧と、前記第１の電圧検出回路が検出した電圧を降圧させた電圧とを比較する第２の比較器と、
   前記第１および第２の比較器の出力結果に基づいて前記点灯制御部に点灯動作の停止または出力電流制限する保護動作を指示する保護回路と
   を備えたことを特徴とするランプ点灯装置。

Images