JP4479918B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷陰極管等の放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に関する。

パーソナルコンピュータ等に用いられる液晶ディスプレーでは、液晶板の背後から光を照射しなければならない。冷陰極管等の放電灯は、そのための光の照射手段として用いられる。

放電灯を点灯するための放電灯点灯装置としては、一般には、ＤＣ／ＤＣコンバータ及び自励発振方式の発振回路によるインバータ回路が用いられる。自励発振方式としては、回路構成が簡単であることや、動作の安定性等の観点から、ロイヤー発振回路が主に用いられる。ロイヤー発振回路により高周波電圧を発生させ、この高周波電圧を、トランスを介して放電灯の電極間に印加し、点灯させる。 ＤＣ／ＤＣコンバータはパルス幅制御によって、インバータ回路への入力電圧を制御して放電灯の電流を一定としている。

ところで、この種の放電灯点灯装置において、放電灯が未接続状態となったり、破損した場合や、入力電圧が変動した場合に、これを高感度で、かつ、安定に、確実に検出できるようにすることが重要である。

この点に関し、特許文献１は、保護回路において、放電灯の未接続、破損を検出する第１のコンパレータと、保護回路を動作させる第２のコンパレータとを分けることにより、放電灯未接続、破損を判定する放電灯点灯装置を開示している。

また、特許文献２は、調光制御回路にて出力する制御信号と、入力電圧制御回路にて出力する制御信号を、論理回路において論理和をとることにより、インバータ回路に入力する電圧制御をトランジスタのみで行うバックライト制御装置を開示している。

しかし、特許文献１の場合、他の正常な放電灯から未接続、破損を生じている放電灯へ配線などを通して電流の漏れが発生することや、管電流を一定にしようとする制御系の働き、更にはノイズなどが原因となって、保護回路が正常に動作しないことがあった。

次に、特許文献２には、入力電圧変動に対応すべく、インバータ回路への入力電圧を検出し、パルス幅変調制御(ＰＷＭ制御)を行うことにより、広範囲な調光を実現することについては、開示があるが、放電灯の未接続、破損などの異常時の保護機能をいかに実現するかについては開示がない。
特開２００４−２８１３６１号公報 特開平１１−１２２９３７号公報

本発明の課題は、放電灯に未接続や、破損などの異常が発生した場合に、検出感度の高い安定した保護動作が得られる放電灯点灯装置を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係る放電灯点灯装置は、インバータ回路と、電流検出回路と、電圧検出回路と、保護回路とを含む。前記インバータ回路は、放電灯に高周波高電圧を印加する。前記電流検出回路は、前記放電灯に流れる電流を検出する。前記電圧検出回路は、インバータ回路へ供給される電圧を検出する。前記保護回路は、前記電流検出回路で検出された電流検出信号が、前記電圧検出回路で検出された電圧検出信号を下回ったときに、前記インバータ回路の動作を停止させる。

本発明に係る放電灯点灯装置において、インバータ部は、直流入力電圧を高周波電圧に変換して出力する回路であるので、放電灯をインバータ部によって駆動して点灯させることができる。

しかも、本発明に係る放電灯点灯装置は、保護回路を備えており、この保護回路は、電流検出回路で検出された電流検出信号の値が、電圧検出回路で検出された電圧検出信号の値を下回ったときに、インバータ回路の動作を停止させる。この構成によれば、放電灯の未接続や破損などの異常が発生した場合、電流検出回路による電流検出信号の電圧値が通常動作時より低くなり、電圧検出回路の電圧検出信号の電圧値が高くなるという、互いに逆方向の上昇、下降特性を持たせることができるため、この相乗効果により検出感度の高い安定した保護動作が得られる。

上述したように、本発明によれば、放電灯に未接続や、破損などの異常が発生した場合に、検出感度の高い安定した保護動作が得られる放電灯点灯装置を提供することができる。

本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。添付図面は単なる例示に過ぎない。

＜実施の形態１＞
図１は本発明に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。図１に図示された放電灯点灯装置は、駆動回路１と、制御回路２とを含む。駆動回路１は、直流入力電圧Ｖｉｎを、高周波高電圧Ｖａｃに変換して出力する回路である。図示の駆動回路１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５と、インバータ回路３とを含んでいる。ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、入力端子Ｔ１１、Ｔ１２に供給される直流入力電圧Ｖｉｎをスイッチングし、異なる電圧に変換して出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、メインのスイッチング素子５１と、チョークコイル５２と、ダイオード５３とを含んでいる。スイッチング素子５１は、三端子スイッチ素子でよい。この例では、スイッチ素子５１として、トランジスタを用いており、そのベースに、制御回路２から制御信号が加えられる、スイッチング出力は、所定のデューティー比を有する電圧に変換される。

インバータ回路３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５から供給される電圧を、複数の放電灯７１〜７ｎを駆動するのに適した高周波高電圧Ｖａｃに変換して出力する。インバータ回路３は、トランス３５と、発振回路とを含んでいる。トランス３５は、一次巻線Ｎ１と、二次巻線Ｎ２と、帰還巻線Ｎ３とを含んでいる。

発振回路は、トランス３５の一次巻線Ｎ１に接続され、トランス３５を発振要素の一部とし、トランス３５の帰還巻線Ｎ３を通して入力側に帰還される信号により、自励発振動作を継続し、トランス３５の二次巻線Ｎ２に生じる高周波高電圧Ｖａｃを、出力端子Ｔ２１、Ｔ２２に供給する。

図示された発振回路は、周知のロイヤー発振回路であり、トランジスタ３３、３４のエミッタを共通に接続して接地し、コレクタをトランス３５の一次巻線Ｎ１の両端に接続してある。トランス３５の一次巻線Ｎ１は中間タップを有しており、この中間タップを、電源ラインに導く構成になっている。

トランジスタ３３、３４のコレクタ間には、コンデンサ３６が接続されている。トランジスタ３３、３４のベースには、一端を電源ラインに接続したバイアス抵抗３１、３２の他端が接続されている。トランジスタ３３、３４のベースと、抵抗３１、３２との２つの接続点には、帰還巻線Ｎ３の両端が接続されている。従って、トランジスタ３３、３４のベースには、帰還巻線Ｎ３から、自励発振を継続するための正帰還信号が供給される。
上述したロイヤー発振回路により、トランス３５の二次巻線Ｎ２に、例えば５０ｋＨｚ、１０００〜２０００Ｖｒｍｓの高周波高電圧Ｖａｃを発生させ、この高周波高電圧Ｖａｃを、放電灯７１〜７ｎの電極間に印加し、放電灯７１〜７ｎを点灯させることができる。

放電灯７１〜７ｎは、例えば、冷陰極管であり、一端がインバータ回路３の出力端に、バラストコンデンサＣ７１〜Ｃ７ｎを介して接続され、他端が共通に接続され、放電灯群７を構成している。個数ｎは、任意数である。

放電灯群７の共通接続端側には、抵抗器などによる電流検出回路８１が設けられており、電流検出回路８１によって、放電灯群７に流れる管電流が、電圧信号として検出される。電流検出信号ＶＢは、フィルタ８２及びダイオード８４を経由して、制御回路２のＦ／Ｂ端子に供給される。

制御回路２は、駆動回路１を構成するＤＣ／ＤＣコンバータ５のスイッチング素子５１にパルス幅制御を与える。パルス幅制御の詳細については、後述する。

電圧検出は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５からインバータ回路３の電源ラインの電圧を、電圧検出回路６によって検出することによって行われる。電圧検出回路６は、例えば、抵抗６１、６２の分圧回路によって構成される。この分圧回路による電圧検出信号ＶＡは、ダイオード８３を経由して、制御回路２のＦ／Ｂ端子に供給される。電源ラインへは、インバータ回路の発振波形が重畳されるため、電圧検出信号ＶＡは、正弦半波が連続した電圧波形となる。

ダイオード８３のカソードは、電流検出のために備えられたダイオード８４のカソード
と接続されている。従って、電流検出信号ＶＢ及び電圧検出信号ＶＡは、制御回路２のＦ/Ｂ端子に対しては、ワイヤードオア接続によって供給されることになる。

上述したように、駆動回路１は、直流入力電圧Ｖｉｎを高周波高電圧Ｖａｃに変換して出力するので、放電灯７１〜７ｎを駆動回路１から出力される高周波高電圧Ｖａｃによって駆動して点灯させることができる。

しかも、制御回路２は、通常時においては電流検出回路８１から供給される電流検出信号ＶＢに基づき、ＤＣ／ＤＣコンバータ５に対し、パルス幅制御を与えるので、放電灯７１〜７ｎに対して適切な電力制御信号を与えることができる。

上述した構成は、この種の放電灯点灯装置において基本的なものである。本発明の特徴は、上述した基本的構成において、電流検出信号ＶＢ及び電圧検出信号ＶＡを利用し、放電灯の未接続や破損などの異常時に駆動回路を停止できるようにした点にある。その手段として、本発明では、保護回路４を備える。この保護回路４は、基本的には、電流検出回路８１で検出された電流検出信号ＶＢが、電圧検出回路６で検出された電圧検出信号ＶＡを下回ったときに、インバータ回路３の動作を停止させる。もっとも、結果的にインバータ回路３の動作を停止させればよいので、インバータ回路３の前段を構成するＤＣ／ＤＣコンバータ５の動作を停止させることも、「インバータ回路３の動作を停止させる」という範疇に入る。

図１に図示された保護回路４は、コンパレータ回路４１を備える。コンパレータ回路４１は、（＋）端子に電圧検出回路６によって得られた電圧検出信号ＶＡが供給され、（−）端子に電流検出信号ＶＢが供給され、電圧検出信号ＶＡと、電流検出信号ＶＢとを比較する。比較して得られた比較信号は、抵抗４２、ツェナーダイオード４５を通して、トランジスタ４６のベースに供給される。トランジスタ４６のコレクタは、制御回路２のＯＮ/ＯＦＦ端子に導かれている。抵抗４２とツェナーダイオード４５との接続点には、一端に直流電圧(動作電圧)が供給される抵抗４３の他端、及び、一端が接地されたコンデンサ４４の他端が接続されている。

次に、上述した保護回路４に焦点をあわせ、その保護動作について、図２〜図４を参照して説明する。通常動作中は、放電灯７１〜７ｎに流れる電流の合計を検出する電流検出回路８１による電流検出信号ＶＢが、フィルタ回路８２、ダイオード８４を通して、制御回路２のF/B端子へ入力される。その電圧により制御回路２でデューティ制御するオンオフする信号を生成し、スイッチング素子５１によって、インバータ回路３に入力される電圧Ｃの制御を行う。すなわち、放電灯７１〜７ｎに流れる電流の合計が少なくなると、電流検出回路８１による検出電圧が低くなり、スイッチング素子５１のオンしている期間を長くし、放電灯７１〜７ｎに流れる電流を増加させるように動作する。逆に放電灯７１〜７ｎに流れる電流の合計が多くなると、電流検出回路８１による検出電圧が高くなり、スイッチング素子５１のオンしている期間を短くし、放電灯７１〜７ｎに流れる電流を減少させるように動作する。

抵抗６１、６２及びフィルタ回路８２の定数などは、通常動作時は、図２に図示するように、Ｂ点でみた電流検出回路８１による電流検出信号ＶＢの電圧値よりも、Ａ点で見た電圧検出信号ＶＡの電圧値の方が低くなるように設定されている。このため、図３に図示するように、Ｄ点で見たコンパレータ4の出力ＶＤがＬＯ（低レベル）のため、保護回路４は動作しない。

これに対して、放電灯７１〜７ｎの何れかに未接続、破損等の異常が発生したとき、例えば２本接続されている放電灯７１、７２の内の１本に、オープン故障を生じた場合、保護回路４が動作する。

このとき、まず放電灯７１、７２に流れる電流の合計が正常時よりも少なくなるため、Ｂ点に現れる電流検出信号ＶＢの電圧値が下がる。一方で、通常動作の制御ループにより規定の電流を流そうとして制御回路２のオン期間が長くなり、Ｃ点に現れるインバータ回路３の動作電圧のピーク値が通常動作時よりも上昇し、Ａ点に現れる電圧検出信号ＶＡも、上昇する。このため、図４（ａ）に図示するように、電圧検出信号ＶＡを電流検出信号ＶＢが下回る期間が発生する。

このとき、コンパレータ４１から、図４（ｂ）に示すようなパルス電圧が出力される。そのパルスを積分回路で積分して得られた信号が、あるレベルに達すると、ツェナーダイオード４５が導通し、更に、トランジスタ４６が導通する。トランジスタ４６の導通により、制御回路２を停止させ、コンバータ回路５の動作を止める。このように、保護回路の動作時にＡ点に現れる電圧検出信号ＶＡと、Ｂ点に現れる電流検出信号ＶＢの電圧値が互いに逆方向に上昇下降するため、検出感度の高い安定した保護動作が得られる。

ところで、入力端子Ｔ１１、Ｔ１２の間に直流入力電圧Ｖｉｎが投入された直後は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧、従って、Ｃ点で見たインバータ回路３の入力電圧の上昇よりも、放電灯群７の電流を検出する電流検出回路８１で得られる電流検出信号ＶＢの上昇が遅くなるタイムラグが発生する。即ち、電圧検出信号ＶＡの電圧上昇よりも、電流検出信号ＶＢの電圧上昇が遅くなる。

保護回路４の動作の基本が、電流検出回路８１で検出された電流検出信号ＶＢと、電圧検出回路６で検出された電圧検出信号ＶＡとの差に依拠しているため、電源投入時に電流検出信号ＶＢよりも、電圧検出信号ＶＡの方が高くなると、誤動作を生じる。

誤動作を防ぐ手段として、この実施例では、タイマ回路８を含む。タイマ回路８は、電源投入時、予め定められた時間、保護回路４の動作を停止させる。具体的には、入力端子Ｔ１１，Ｔ１２の間にタイマ回路８を接続し、このタイマ回路８により、電源投入時から電流検出信号ＶＢの電圧値が所定値に上昇するまでの間、ツェナーダイオード４５のカソード側の電圧値をＬＯ（低レベル）に保つ。このようなタイマ回路８は、ＲＣ回路と、スイッチ素子との組み合わせにより、容易に実現できる。

これにより、電源投入時の誤動作を防止できる。電流検出信号ＶＢが所定値に上昇した後は、タイマ回路８は、オフ(ないのと同じ）になる。従って、図２〜図４を参照して説明した動作が、問題なく実行されることになる。

＜実施の形態２＞
図５は、本発明に係る放電灯点灯装置について、他の実施の形態を示す回路図である。図において、図１に現れた構成部分と対応する部分については、同一の参照符号を付し、重複説明はこれを省略する。この実施例では、保護回路４において、スイッチ素子として動作する２つのトランジスタ４６、４７を備え、それぞれのベースを、ツェナーダイオード４５を介して、共通にドライブするとともに、コレクタを、トランス３５の帰還巻線Ｎ３の両端にそれぞれ接続した構成となっている。トランジスタ４６、４７のエミッタは、接地されている。

図５の実施例において、放電灯７１〜７ｎの何れかに未接続、破損等の異常が発生したとき、コンパレータ４１から、図４（ｂ）に示すようなパルス電圧が出力される。そのパルスを積分回路で積分して得られた信号があるレベルに達すると、ツェナーダイオード４５が導通し、更に、トランジスタ４６、４７が導通することにより、帰還巻線Ｎ３の両端が共通に接地されることになる。このため、ロイヤー発振動作に必要な帰還巻線Ｎ３からの正帰還動作が遮断され、インバータ回路３の発振動作が停止する。

この場合も、保護回路の動作時にＡ点に現れる電圧検出信号ＶＡと、Ｂ点に現れる電流検出信号ＶＢの電圧値が互いに逆方向に上昇下降するため、検出感度の高い安定した保護動作が得られる。

なお、上記２つの実施の形態では、電圧検出信号ＶＡを正弦半波の連続波形として検出する例を示したが、この波形を例えばフィルタにより直流に変換して電圧検出信号VAとしても、保護回路を動作させることは可能である。

以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

本発明に係る放電灯点灯装置の電気回路図である。 図１に示した放電灯点灯装置の通常動作を説明する図である。 図１に示した放電灯点灯装置が通常動作をした場合のコンパレータ回路の出力特性を示す図である。 図１に示した放電灯点灯装置の保護動作（ａ）、及び、保護動作をした場合のコンパレータ回路の出力特性（ｂ）を示す図である。 本発明に係る放電灯点灯装置について、他の実施の形態を示す回路図である。

符号の説明

１ 駆動回路
２ 制御回路
３ インバータ回路
４ 保護回路
５ ＤＣ／ＤＣコンバータ
６ 電圧検出回路
７ 放電灯群
８ タイマ回路

Claims (4)

1. インバータ回路と、電流検出回路と、電圧検出回路と、保護回路とを含む放電灯点灯装置であって、
   前記インバータ回路は、放電灯に高周波高電圧を印加する回路であり、
   前記電流検出回路は、前記放電灯に流れる電流を検出する回路であり、
   前記電圧検出回路は、インバータ回路の電源ラインの電圧を検出する回路であり、
   前記保護回路は、前記電流検出回路で検出された電流検出信号の値が、前記電圧検出回路で検出された電圧検出信号の値を下回ったときに、前記インバータ回路の動作を停止させる、
   放電灯点灯装置。
2. 請求項１に記載された放電灯点灯装置であって、
   前記電圧検出回路で検出された電圧検出信号は、前記インバータ回路の発振波形の正弦半波が連続した電圧波形であり、
   前記保護回路は、前記電流検出回路で検出された電流検出信号の値が、前記電圧検出信号のピーク値を下回ったときに、前記インバータ回路の動作を停止させる、
   放電灯点灯装置
3. 請求項１または２に記載された放電灯点灯装置であって、
   さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路を含み、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、前記電流検出信号に基づきパルス幅制御を行い前記インバータ回路へ所定の電力を供給する回路であり、
   前記保護回路は、前記コンバータ回路の動作を停止させる、
   放電灯点灯装置
4. 請求項１乃至３に記載された放電灯点灯装置であって、更に、タイマ回路を含み、前記タイマ回路は、電源投入時、予め定められた時間、前記保護回路の動作を停止させる、放電灯点灯装置。

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