JP5164782B2 - 点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱陰極蛍光ランプの点灯装置に関わり、特に液晶ディスプレイのバックライト点灯装置等において要求される、インバータ駆動周波数を固定して点灯及び調光動作を行う点灯装置に関する。

液晶ディスプレイでは、液晶パネルを背面から照らすバックライトが必要である。従来では、バックライトとして冷陰極蛍光ランプを用いることが一般的であったが、冷陰極蛍光ランプに比べて高効率点灯が可能であるという利点から、熱陰極蛍光ランプを用いることもある。

熱陰極蛍光ランプの点灯における一般的な手段として、電流共振型インバータによってランプ電流を安定化させる手段が用いられている。また、熱陰極蛍光ランプの調光に関し、一般照明用途に対しては、前記の電流共振型インバータの駆動周波数を変化させることによってランプ電流を制御する方法が一般的である。一方、液晶ディスプレイのバックライトでは、インバータ駆動周波数が液晶パネルの動作周波数と干渉して、画面のちらつき、または干渉縞の発生といった問題が発生する。この問題を避けるために、バックライト用インバータでは、駆動周波数を固定することを要求されることがある。

固定周波数で前記の冷陰極蛍光ランプの調光を行う手段として、従来、バースト調光（PWM調光）が利用されてきた。バースト調光では、調光用PWM信号に合わせて点灯状態と消灯状態を繰り返し調光を行う。点灯状態ではインバータをある一定の周波数で動作させ、消灯状態ではインバータの動作を停止させる。このときPWM信号のオン時間dutyを制御することによって調光が可能である。

熱陰極蛍光ランプでは、フィラメントに予熱電流を流すことによって発生する熱電子が発光に寄与する。したがって熱陰極蛍光ランプの調光では、ランプ電流の制御に加えてフィラメント電流も適切に制御しなければならない。

具体的には、バースト調光を行う場合、消灯状態においてランプ電流がゼロの状態であっても、フィラメント電流を流し続ける必要がある。むしろ、再度点灯状態へ移行する場合に備えて、フィラメントを十分予熱しておく必要があるため、点灯状態に比べてフィラメント電流を増大させることが望ましい。消灯状態でのフィラメント電流が不十分の場合、再点灯時のフィラメント損傷が大きくなり、ランプの寿命は短くなる。さらに、再点灯時の損失が増大したり、再点灯に失敗したりするといった問題も発生する。

フィラメント電流を適切に制御しつつバースト調光を行うためのインバータとして、例えば特許文献１に記載されているものがある。このインバータでは、直流電源に対して主となる点灯用インバータとともにフィラメント予熱用のインバータが並列に接続されている。また、フィラメント予熱用のインバータと直流電源の間には、フィラメント電流制御用のDC-DCコンバータが挿入されている。このインバータでは、バースト調光の消灯状態にて点灯用インバータを停止させていても、予熱用インバータ回路が動作し続けることによってフィラメント電流が流れ続ける。また、DC-DCコンバータによって予熱用インバータのDCリンク電圧を増大させることで、消灯状態では点灯状態に比べてフィラメント電流を増大させることができる。

特開平6-275387号公報

特許文献１に記載のインバータは、前記の通りにバースト調光ができるが、インバータ２台に加えてさらにDC-DCコンバータを１台要するものであり、回路の大型化、効率の低下、および高コスト化が問題点となる。

本発明の目的は、熱陰極蛍光ランプ点灯用インバータがフルブリッジインバータである場合において、固定周波数で、かつフィラメント電流を適切に制御しながら調光することができ、さらに部品点数の削減によって小型、高効率、低コストである点灯装置を提供することである。

上記問題を解決するため本発明は、直流電圧を直流／交流変換して熱陰極蛍光ランプに電力を供給するインバータと、前記インバータを駆動する制御装置を備え、前記インバータは、直列に接続される２個のスイッチング素子で構成される上下アームを有してなる点灯装置において、前記インバータは、第１の上下アーム、及び第２の上下アームを備え、前記第１の上下アームの出力端子と、前記第２の上下アームの出力端子との間に、前記熱陰極蛍光ランプを含む第１の共振負荷回路を備え、前記第１、及び第２の上下アームのうち、いずれかの上下アームの出力端子に、前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを含む第２の共振負荷回路を備え、前記制御装置は、外部から与えられる調光用ＰＷＭ信号のレベルによって、前記熱陰極蛍光ランプの点灯状態及び消灯状態を切り替え、前記調光用ＰＷＭ信号のオン時間ｄｕｔｙに従って前記熱陰極蛍光ランプを調光するとともに、前記第１、及び第２の上下アームにゲート信号を出力する駆動回路を備え、前記駆動回路は前記調光用ＰＷＭ信号を入力とし、点灯状態においては、前記第１、及び第２の上下アームの両者を、第１の上下アームにおける上側スイッチング素子と第２の上下アームにおける下側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させ、消灯状態においては、前記第１、及び第２の上下アームのうち前記第２の共振負荷回路を出力端子に備える上下アームをスイッチング動作させ、かつ、第１の上下アームにおける上側スイッチング素子と第２の上下アームにおける下側スイッチング素子とが同時にオンにならないように、かつ第１の上下アームにおける下側スイッチング素子と第２の上下アームにおける上側スイッチング素子とが同時にオンにならないようにゲート信号を出力することを特徴とする。

また、前記制御装置は、入力される前記調光用PWM信号のレベルに基づいて、前記駆動回路に周波数指令値を出力する周波数制御回路を備えており、前記駆動回路は、前記周波数制御回路から入力される前記周波数指令値に従って前記第１、及び第２の上下アームのうちスイッチング動作させる上下アームに対する前記ゲート信号の周波数を変化させる機能を備え、前記周波数制御回路は、点灯状態から消灯状態へと移行する時点から、さらにランプ電流がゼロに収束する減衰時間が経過した時点で値が切り替えられ、かつ前記減衰時間が経過した時点の前後ではそれぞれ固定値である前記周波数指令値を出力することを特徴とする。

また、前記第１の共振負荷回路には、少なくとも２個の熱陰極蛍光ランプを備えており、前記第１、及び第２の上下アームのうち、前記第２の共振負荷回路を出力端子に備えていない上下アームの出力端子に、前記第２の共振負荷回路に含まれないフィラメントを少なくとも１個含む第３の共振負荷回路を備え、前記駆動回路は、前記調光用ＰＷＭ信号を入力とし、点灯状態においては、前記第１、及び第２の上下アームの両者を、前記第１の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第２の上下アームにおける下側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させ、消灯状態においては、前記第１、及び第２の上下アームの両者を、前記第１の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第２の上下アームにおける上側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させるようにゲート信号を出力することを特徴とする。

本発明によれば、熱陰極蛍光ランプ点灯用インバータがフルブリッジインバータである場合において、少なくともランプが点灯している状態では駆動周波数を固定し、かつフィラメント電流を適切に制御しながら調光することで、液晶パネルとの周波数干渉によるちらつき、及びランプの寿命短縮を防ぐことができる。加えて、予熱用インバータは点灯用インバータとスイッチング素子を兼用しており前段にコンバータを備える必要もないことから、従来にない小型、高効率、低コストである点灯装置を実現できる。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

〔回路構成〕
図１は、本発明の実施例１、２、９において用いる点灯装置の、フルブリッジインバータからなる点灯回路の回路図である。主要部の点灯用インバータをフルブリッジ電流共振型インバータで構成しており、そのうち片方のスイッチング素子上下アームを利用してフィラメント予熱用のSEPP電流共振型インバータを構成している。なお、図１では、スイッチング素子としてパワーMOSFETを用いているが、トランジスタやIGBTを用いてもよい。

図１の点灯回路では、直流電源１００に対して、パワーMOSFET１０４とパワーMOSFET１０５の直列体、及びパワーMOSFET１０６とパワーMOSFET１０７の直列体が並列に接続されている。これら２つのパワーMOSFETの直列体が、それぞれ点灯用フルブリッジインバータの上下アームとして動作する。また、パワーMOSFET１０６とパワーMOSFET１０７の直列体は、予熱用SEPPインバータの上下アームとしても動作する。パワーMOSFET１０４のソースとパワーMOSFET１０７のドレインとの間には、共振用チョークコイル１０８と共振用コンデンサ１０９の直列体が接続されている。コンデンサ１０９の端子間には、トランス１１２の１次巻線１１３、及びそれに流れる電流から直流成分を除去するためのコンデンサ１１０の直列体が接続されている。前記トランス１１２の２次巻線１１４の端子間には、熱陰極蛍光ランプ１０１、及びそれに流れる電流から直流成分を除去するためのコンデンサ１１１の直列体が接続されている。

また、図１の点灯回路では、パワーMOSFET１０７のドレイン−ソース間に、共振用チョークコイル１１５、共振用コンデンサ１１６、及びトランス１１７の１次巻線１１８の直列体が接続されている。なお、チョークコイル１１５のインダクタンスの替りに前記トランス１１７の漏れインダクタンスを利用することも可能であり、その場合チョークコイル１１５は不要である。トランス１１７は２つの２次巻線１１９、及び１２０を有し、２次巻線１１９の端子間には、熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０２、及びそれに流れる電流から直流成分を除去するコンデンサ１２１が直列に接続されており、また、２次巻線１２０の端子間には、熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０３、及びそれに流れる電流から直流成分を除去するコンデンサ１２２が直列に接続されている。

図１の点灯回路における４つのパワーMOSFETのスイッチングパターン(以下、SWパターンと略す)には、大別すると、４つのパワーMOSFETが全てスイッチング動作をする場合と、２つのパワーMOSFETのみがスイッチング動作をする場合の２通りのパターンがある。ここで、前者をSWパターン１、後者をSWパターン２と定義する。これらのSWパターンは、本発明における図１以外の点灯回路に対しても適用される。

図２は、スイッチング周期における、パワーMOSFET１０４〜１０７のゲート信号を、４つのSWパターン毎に示す。図２(a)に示すSWパターン１では、パワーMOSFET１０４、及び１０５を交互にオン・オフさせ、パワーMOSFET１０６、及び１０７もまた交互にオン・オフさせる。このとき、パワーMOSFET１０４及び１０７、またパワーMOSFET１０５及び１０６をそれぞれ同時にオン・オフさせる。このとき、図１の点灯回路は点灯用フルブリッジインバータ及び予熱用SEPPインバータの両者として動作する。

図２(b)に示すSWパターン２では、パワーMOSFET１０６とパワーMOSFET１０７は交互にオン・オフされ、残り２つのパワーMOSFET１０４、１０５は完全にオフ状態となる。このとき、図１の点灯回路は、予熱用SEPPインバータとしてのみ動作する。

SWパターン３については実施例７で別途説明し、SWパターン４については実施例９で、SWパターン５については実施例１０で説明する。
〔SWパターン１の回路動作〕
以下に、パワーMOSFET１０４〜１０７がSWパターン１でスイッチング動作する場合について、図１の点灯回路の回路動作を説明する。パワーMOSFET１０４とパワーMOSFET１０７がオンのとき、初めは、チョークコイル１０８に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル１０８、パワーMOSFET１０４、直流電源１００、パワーMOSFET１０７、コンデンサ１０９の経路で環流電流が流れ、チョークコイル１０８のエネルギーが放出される。また、チョークコイル１１５に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル１１５、トランス１１７の１次巻線１１８、コンデンサ１１６、パワーMOSFET１０７の経路にも環流電流が流れる。このとき、コンデンサ１１６が充電されることで、チョークコイル１１５のエネルギーがコンデンサ１１６に移動する。

チョークコイル１１５に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル１０８に流れる電流の極性が変化する場合を考える。このとき、チョークコイル１０８に流れる電流は、直流電源１００、パワーMOSFET１０４、チョークコイル１０８、コンデンサ１０９、チョークコイル１１５、トランス１１７の１次巻線１１８、コンデンサ１１６へと経路を変えて流れる共振電流となる。

チョークコイル１０８に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル１１５に流れる電流の極性が変化する場合も考えられる。このとき、チョークコイル１１５に流れる電流は、チョークコイル１１５、パワーMOSFET１０７、コンデンサ１１６、トランス１１７の１次巻線１１８へと経路を変えて流れる。また、チョークコイル１０８に流れる電流は、チョークコイル１０８、パワーMOSFET１０４、直流電源１００、コンデンサ１１６、トランス１１７の１次巻線１１８、チョークコイル１１５、コンデンサ１０９へと経路を変えて流れる。

チョークコイル１０８、及びチョークコイル１１５に流れる電流の極性がともに変化した後は、直流電源１００、パワーMOSFET１０４、チョークコイル１０８、コンデンサ１０９、パワーMOSFET１０７の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル１０８にエネルギーが蓄えられる。また、チョークコイル１１５、パワーMOSFET１０７、コンデンサ１１６、トランス１１７の１次巻線１１８の経路で環流電流が流れ、再びチョークコイル１１５にエネルギーが蓄えられる。

次に、パワーMOSFET１０４とパワーMOSFET１０７がオフになり、パワーMOSFET１０５とパワーMOSFET１０６がオンになると、初めは、チョークコイル１０８に蓄えられたエネルギーによってチョークコイル１０８、コンデンサ１０９、パワーMOSFET１０６、直流電源１００、パワーMOSFET１０５の経路で環流電流が流れ、チョークコイル１０８のエネルギーが放出される。また、チョークコイル１１５に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル１１５、パワーMOSFET１０６、直流電源１００、コンデンサ１１６、トランス１１７の１次巻線１１８の経路にも環流電流が流れ、チョークコイル１１５のエネルギーが放出される。

チョークコイル１１５に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル１０８に流れる電流の極性が変化する場合を考える。このとき、チョークコイル１０８に流れる電流は、チョークコイル１０８、パワーMOSFET１０５、コンデンサ１１６、トランス１１７の１次巻線１１８、チョークコイル１１５、コンデンサ１０９へと経路を変えて流れる。

チョークコイル１０８に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル１１５に流れる電流の極性が変化する場合も考えられる。このとき、チョークコイル１１５に流れる電流は、直流電源１００、パワーMOSFET１０６、チョークコイル１１５、トランス１１７の１次巻線１１８、コンデンサ１１６へと経路を変えて流れる共振電流となる。また、チョークコイル１０８に流れる電流は、チョークコイル１０８、コンデンサ１０９、チョークコイル１１５、トランス１１７の１次巻線１１８、コンデンサ１１６、パワーMOSFET１０５へと経路を変えて流れる。

チョークコイル１０８、及びチョークコイル１１５に流れる電流の極性がともに変化した後は、直流電源１００、パワーMOSFET１０６、コンデンサ１０９、チョークコイル１０８、パワーMOSFET１０５の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル１０８にエネルギーが蓄えられる。また、直流電源１００、パワーMOSFET１０６、チョークコイル１１５、トランス１１７の１次巻線１１８、コンデンサ１１６の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル１１５にエネルギーが蓄えられる。

このように、図１の点灯回路がフルブリッジインバータとして、さらにSEPPインバータとして同時に動作することで、まず、コンデンサ１０９に電圧が発生し、コンデンサ１１０を介してトランス１１２の１次巻線１１３に電流が流れる。この電流によってトランス１１２の２次巻線１１４に電圧が誘起することで、２次巻線１１４、コンデンサ１１１、蛍光ランプ１０１から成る閉路に交流のランプ電流が流れ、蛍光ランプ１０１は安定した点灯状態を保つ。また、トランス１１７の２つの２次巻線１１９、及び１２０にもそれぞれ電圧が発生し、２次巻線１１９、コンデンサ１２１、熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０２から成る閉路、及び２次巻線１２０、コンデンサ１２２、熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０３から成る閉路にそれぞれ交流のフィラメント電流が流れ、フィラメント１０２、及び１０３が予熱される。
〔SWパターン２の回路動作〕
次に、パワーMOSFET１０４〜１０７がSWパターン２でスイッチング動作する場合について、図１の点灯回路の回路動作を説明する。パワーMOSFET１０６がオンのとき、初めは、チョークコイル１１５に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル１１５、パワーMOSFET１０６、直流電源１００、コンデンサ１１６、トランス１１７の１次巻線１１８の経路に環流電流が流れ、チョークコイル１１５のエネルギーが放出される。

チョークコイル１１５のエネルギーが放出されると、直流電源１００、パワーMOSFET１０６、チョークコイル１１５、トランス１１７の１次巻線１１８、コンデンサ１１６の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル１１５にエネルギーが蓄えられる。

パワーMOSFET１０６がオフになり、パワーMOSFET１０７がオンになると、チョークコイル１１５に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル１１５、トランス１１７の１次巻線１１８、コンデンサ１１６、パワーMOSFET１０７の経路に環流電流が流れる。このとき、コンデンサ１１６が充電されることで、チョークコイル１１５のエネルギーがコンデンサ１１６に移動する。

チョークコイル１１５のエネルギー放出後、チョークコイル１１５に流れる電流は、チョークコイル１１５、パワーMOSFET１０７、コンデンサ１１６、トランス１１７の１次巻線１１８へと経路を変えて流れる。

このようにSEPPインバータが動作することで、熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０２、及び１０３に前記の要領で交流電流が流れ、各フィラメントが予熱される。一方、フルブリッジインバータとしては動作しないため、ランプ電流は流れない。
〔第１のバースト調光〕
本発明の実施例１は、図１の点灯回路を、第１のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。図３は、実施例１の動作波形図である。図３において、ランプ電流、及びフィラメント電流の波形はそれぞれ単純な正弦波であるが、これらは交流電流であることを表すものであり、実際の波形は単純な正弦波であるとは限らない。なお、このことは図３以外の全ての動作波形図についても同様である。以下では、図３を用いながら点灯状態、消灯状態の順に説明する。

バースト調光の点灯状態、消灯状態は、外部から与えられる調光用PWM信号によって切り替えられる。以下では、調光用PWM信号がオンのときにランプを点灯状態にするものとして説明するが、調光用PWM信号のオンまたはオフのどちらを点灯状態に対応させてもよく、これは以下の実施例においても同様である。
調光用PWM信号がオンのときはバースト調光の点灯状態であり、図１のパワーMOSFETをSWパターン１でスイッチング動作させる。ここで、スイッチング周波数はある一定の値に固定される。このとき、点灯用インバータと予熱用インバータがともに動作することで、図３に示すように、ランプ電流とフィラメント電流がそれぞれ一定の大きさで流れる。

調光用PWM信号がオフになると、バースト調光の消灯状態となる。このとき、パワーMOSFETのスイッチング動作をSWパターン２に切り替える。このとき、点灯用インバータは停止し、ランプ電流は図３のように減衰しゼロに収束する。これに対して、予熱用インバータは動作し続けるため、フィラメント電流は点灯状態と同様に流れ続ける。

調光用PWM信号がオフになると、ランプ電流は減衰しゼロになる。ランプ電流がゼロ、すなわちランプが完全に消灯状態であれば、液晶パネルとの周波数干渉による画面のちらつき、干渉縞といった問題は発生しない。よって、一時的に周波数固定の条件を無視できると考えて良い。そこで、調光用PWM信号がオフになった後、「減衰時間」として以下に定義する時間が経過した時点で、インバータの駆動周波数を変化させる。ここで、パワーMOSFETのスイッチング動作はSWパターン２のままであるため、点灯用インバータは停止しており、予熱用インバータでは駆動周波数が変化することによって、図３のようにフィラメント電流のみを増大させることができる。ここで、「減衰時間」は、ランプ電流が完全にゼロに収束するまでの時間より長い時間としてあらかじめ設定しておく。調光用PWM信号に合わせて前記動作を繰り返すことで、点灯状態において駆動周波数を固定したバースト調光が可能である。
〔制御装置〕
図４は、第１のバースト調光を実現する制御装置のブロック図である。図４の制御装置は、上位制御装置からの調光用PWM信号を入力として、図１におけるパワーMOSFET１０４〜１０７のゲート信号を生成する。

図４の制御装置では、主要部の駆動回路３０１によって、パワーMOSFET１０４〜１０７のゲート信号が生成される。駆動回路３０１は、入力される調光用PWM信号をもとに、調光用PWM信号が点灯状態であればSWパターン１で、消灯状態であればSWパターン２でパワーMOSFETが動作するようにゲート信号を出力する。さらに、駆動回路３０１は、入力される周波数指令値に従う周波数のゲート信号を出力する。

また、図４の制御装置において、周波数制御回路３０２は、調光用PWM信号を入力として、駆動回路３０１に周波数指令値を出力する回路である。周波数制御回路３０２は、点灯状態から消灯状態への移行時点から、さらに前記の減衰時間が経過した時点において、周波数指令値を切り替える。なお、切り替える時点の前後における周波数指令値は、あらかじめ設定された固定値である。

本発明の実施例２は、図１の点灯回路を第２のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。
〔第２のバースト調光〕
図５は、実施例２の動作波形を示す。以下では、図５を用いながら点灯状態、消灯状態の順に説明する。

調光用PWM信号がオンのときはバースト調光の点灯状態であり、図１のパワーMOSFETをSWパターン１でスイッチング動作させる。このときのスイッチング周波数はある一定の値に固定される。ここで、パワーMOSFET１０４、及び１０７のオン時間dutyは50％以下、もしくは50%以上である。この場合も、点灯用インバータと予熱用インバータがともに動作することで、図５に示すように、ランプ電流とフィラメント電流がそれぞれ一定の大きさで流れる。

調光用PWM信号がオフになると、バースト調光の消灯状態となる。このとき、パワーMOSFETのスイッチング動作をSWパターン２に切り替えることで点灯用インバータは停止し、ランプ電流は図５に示すようにゼロに収束して流れなくなる。さらに、パワーMOSFET１０６、及び１０７のオン時間dutyを50％にする。ここで、上下のスイッチング素子をともにオン時間duty50％で動作させるとき、固定周波数で動作するSEPPインバータのアーム出力電圧が最大となる。よって、フィラメント電流は図５のように増大する。調光用PWM信号に合わせて前記動作を繰り返すことで、点灯状態、消灯状態によらず、駆動周波数を完全に固定したバースト調光が可能である。
〔制御装置〕
図６は、第２のバースト調光を実現する制御装置を示すブロック図である。図６の制御装置は、調光用PWM信号を入力として、図１の点灯回路におけるパワーMOSFET１０４〜１０７のゲート信号を生成する。

図６の制御装置では、主要部の駆動回路３０３によってパワーMOSFET１０４〜１０７のゲート信号が生成される。駆動回路３０３は、入力される調光用PWM信号をもとに、点灯状態であればSWパターン１で、消灯状態であればSWパターン２でパワーMOSFETが動作するように固定周波数のゲート信号を出力する。さらに、駆動回路３０３は、入力されるオン時間duty指令値に従ってゲート信号のオン時間dutyを制御する機能を持つ。図５、図６では、その一例として、オン時間duty指令値が大きいほど、パワーMOSFET１０５、１０６のオン時間dutyを大きくする場合を示している。ただし、SWパターン２で動作する場合、前記の原理によってパワーMOSFET１０５のオン時間dutyは強制的に0％になる。

図６の制御装置において、オン時間duty制御回路３０４は、入力される調光用PWM信号をもとに、駆動回路３０３に対してオン時間duty指令値を出力する。このとき、消灯状態では、オン時間dutyが50％となる指令値を、点灯状態では、オン時間dutyが50％より大きく、または小さくなる指令値を出力する。

図７は、本発明の実施例３及び４において用いる点灯装置の点灯回路図である。図７の点灯回路は、図１の点灯回路とほぼ同じであるが、チョークコイル１１５、トランス１１７の１次巻線１１８、コンデンサ１１６の直列体である予熱用インバータのアーム出力回路が、パワーMOSFET１０６のドレイン−ソース間に接続されているという点で異なる。

図７の点灯回路におけるパワーMOSFET１０４〜１０７のスイッチングパターンには、既に説明したSWパターン１、及びSWパターン２の大きく分けて２つのパターンがある。それぞれのパターンにおける回路動作は、既に説明した図１の回路動作と同様のため説明を省略する。

本発明の実施例３は、図７の点灯回路を図４の第１のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。このとき動作波形は前述した図３のようになる。

本発明の実施例４は、図７の点灯回路を図６の第２のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。このとき、動作波形は前述した図５のようになる。
〔図１の点灯回路の変形例〕
詳細は記載しないが、図１の点灯回路におけるチョークコイル１１５、トランス１１７の１次巻線１１８、コンデンサ１１６の直列体は、図８の変形例に示すようにパワーMOSFET１０５のドレイン−ソース間に接続してもよい。または、パワーMOSFET１０４のドレイン−ソース間に接続してもよい。ただし、これらの場合、消灯状態のSWパターン２において、パワーMOSFET１０４、及び１０５をスイッチング動作させ、パワーMOSFET１０６、及び１０７を常にオフにする必要がある。これによって、第１のバースト調光、及び第２のバースト調光が適用可能であり、それぞれ、図３及び図５と同様の動作波形が得られる。

図９は、本発明の実施例５及び６において用いる点灯装置における点灯回路の回路図である。点灯用フルブリッジインバータの構成は、図１の点灯回路と同じであるが、予熱用インバータをハーフブリッジ電流共振型インバータとして構成している。なお、このハーフブリッジインバータの上下アームと、点灯用フルブリッジインバータの片方の上下アームを兼用する。
〔回路構成〕
図９の点灯回路では、図１の点灯回路と比較して、２つの平滑コンデンサ１２３、及び１２４の直列体が追加されており、直流電源１００に接続されている。また、図１における共振用チョークコイル１１５、１１７の１次巻線１１８、共振用コンデンサ１１６の直列体が、２つの平滑コンデンサ１２３、及び１２４の接続点と、パワーMOSFET１０７のドレイン端子との間に移動している。その他については、図１の点灯回路と同じである。
〔SWパターン１の回路動作〕
図９の点灯回路中のパワーMOSFET１０４〜１０７がSWパターン１でスイッチング動作することで、図９の点灯回路は点灯用フルブリッジインバータ、及び予熱用ハーフブリッジインバータの両者として動作する。以下、このときの回路動作について説明する。

パワーMOSFET１０４とパワーMOSFET１０７がオンのとき、初めは、チョークコイル１０８に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル１０８にはチョークコイル１０８、パワーMOSFET１０４、直流電源１００、パワーMOSFET１０７、コンデンサ１０９の経路で環流電流が流れ、チョークコイル１０８のエネルギーが放出される。また、チョークコイル１１５に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル１１５、トランス１１７の１次巻線１１８、コンデンサ１１６、コンデンサ１２４、パワーMOSFET１０７の経路にも環流電流が流れ、チョークコイル１１５のエネルギーが放出される。

チョークコイル１１５に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル１０８に流れる電流の極性が変化する場合を考える。このとき、チョークコイル１０８に流れる電流は、直流電源１００、パワーMOSFET１０４、チョークコイル１０８、コンデンサ１０９、チョークコイル１１５、トランス１１７の１次巻線１１８、コンデンサ１１６、コンデンサ１２４へと経路を変えて流れる共振電流となる。

チョークコイル１０８に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル１１５に流れる電流の極性が変化する場合も考えられる。このとき、チョークコイル１１５に流れる電流は、コンデンサ１２４、コンデンサ１１６、トランス１１７の１次巻線１１８、チョークコイル１１５、パワーMOSFET１０７の経路を流れる共振電流となる。また、チョークコイル１０８に流れる電流は、チョークコイル１０８、パワーMOSFET１０４、直流電源１００、コンデンサ１２４、コンデンサ１１６、トランス１１７の１次巻線１１８、チョークコイル１１５、コンデンサ１０９へと経路を変えて流れる。

チョークコイル１０８、及びチョークコイル１１５に流れる電流の極性がともに変化した後は、直流電源１００、パワーMOSFET１０４、チョークコイル１０８、コンデンサ１０９、パワーMOSFET１０７の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル１０８にエネルギーが蓄えられる。また、コンデンサ１２４、コンデンサ１１６、トランス１１７の１次巻線１１８、チョークコイル１１５、パワーMOSFET１０７の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル１１５にエネルギーが蓄えられる。

パワーMOSFET１０４とパワーMOSFET１０７がオフになり、パワーMOSFET１０５とパワーMOSFET１０６がオンになると、初めは、チョークコイル１０８に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル１０８、コンデンサ１０９、パワーMOSFET１０６、直流電源１００、パワーMOSFET１０５の経路で環流電流が流れ、チョークコイル１０８のエネルギーが放出される。また、チョークコイル１１５に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル１１５、パワーMOSFET１０６、コンデンサ１２３、コンデンサ１１６、トランス１１７の１次巻線１１８の経路にも環流電流が流れ、チョークコイル１１５のエネルギーが放出される。

チョークコイル１１５に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル１０８に流れる電流の極性が変化する場合を考える。このとき、チョークコイル１０８に流れる電流は、チョークコイル１０８、パワーMOSFET１０５、コンデンサ１２４、コンデンサ１１６、トランス１１７の１次巻線１１８、チョークコイル１１５、コンデンサ１０９へと経路を変えて流れる。

チョークコイル１０８に流れる電流の極性が変化する前に、チョークコイル１１５に流れる電流の極性が変化する場合も考えられる。チョークコイル１１５に流れる電流は、コンデンサ１２３、パワーMOSFET１０６、チョークコイル１１５、トランス１１７の１次巻線１１８、コンデンサ１１６の経路を流れる共振電流となる。また、チョークコイル１０８に流れる電流は、チョークコイル１０８、コンデンサ１０９、チョークコイル１１５、トランス１１７の１次巻線１１８、コンデンサ１１６、コンデンサ１２４、パワーMOSFET１０５へと経路を変えて流れる。

チョークコイル１０８、及びチョークコイル１１５に流れる電流の極性がともに変化した後は、直流電源１００、パワーMOSFET１０６、コンデンサ１０９、チョークコイル１０８、パワーMOSFET１０５の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル１０８にエネルギーが蓄えられる。また、コンデンサ１２３、パワーMOSFET１０６、チョークコイル１１５、トランス１１７の１次巻線１１８、コンデンサ１１６の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル１１５にエネルギーが蓄えられる。

このように、図９の点灯回路がフルブリッジインバータとして、さらにハーフブリッジインバータとして同時に動作することで、図１の点灯回路と同様の要領でランプ電流、及びフィラメント電流が流れる。
〔SWパターン２の回路動作〕
図９中のパワーMOSFET１０４〜１０７がSWパターン２でスイッチング動作することで、図９の点灯回路は予熱用ハーフブリッジインバータとしてのみ動作する。以下、このときの回路動作について説明する。

パワーMOSFET１０６がオンのとき、初めは、チョークコイル１１５に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル１１５、パワーMOSFET１０６、コンデンサ１２３、コンデンサ１１６、トランス１１７の１次巻線１１８の経路に環流電流が流れ、チョークコイル１１５のエネルギーが放出される。

チョークコイル１１５のエネルギーが放出されると、コンデンサ１２３、パワーMOSFET１０６、チョークコイル１１５、トランス１１７の１次巻線１１８、コンデンサ１１６の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル１１５にエネルギーが蓄えられる。

パワーMOSFET１０６がオフになり、パワーMOSFET１０７がオンになると、チョークコイル１１５に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル１１５、トランス１１７の１次巻線１１８、コンデンサ１１６、コンデンサ１２４、パワーMOSFET１０７の経路に環流電流が流れ、チョークコイル１１５のエネルギーが放出される。

チョークコイル１１５のエネルギーが放出されると、コンデンサ１２４、コンデンサ１１６、トランス１１７の１次巻線１１８、チョークコイル１１５、パワーMOSFET１０７の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル１１５にエネルギーが蓄えられる。

このようにハーフブリッジインバータのみが動作することで、図１の点灯回路と同様の要領でフィラメント電流が流れる。一方、フルブリッジインバータとしては動作しないため、ランプ電流は流れない。
〔バースト調光と制御装置〕
本発明の実施例５は、図９の点灯回路を図４の第１のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。このとき、動作波形は図３のようになる。

本発明の実施例６は、図９の点灯回路を図６の第２のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。このとき、動作波形は図５のようになる。
〔図９の点灯回路の変形例〕
詳細は記載しないが、図９の点灯回路において、チョークコイル１１５、１１７の１次巻線１１８、共振用コンデンサ１１６の直列体は、２つの平滑コンデンサ１２３、及び１２４の接続点と、パワーMOSFET１０５のドレイン端子との間に接続してもよい。ただし、この場合、消灯状態のSWパターン２において、パワーMOSFET１０４、及び１０５をスイッチング動作させ、パワーMOSFET１０６、及び１０７を常にオフにする必要がある。これによって、第１、及び第２のバースト調光方式が適用可能であり、それぞれ、図３、及び図５と同様の動作波形が得られる。

図１０は、本発明の実施例７及び８において用いる点灯装置の点灯回路図である。点灯用フルブリッジ電流共振型インバータは、並列に接続された２本の熱陰極蛍光ランプを点灯させる。予熱用SEPP電流共振型インバータは、２本それぞれのランプが持つフィラメントを予熱するために２つある。２つの予熱用インバータの上下アームを、点灯用フルブリッジインバータの２つの上下アームとそれぞれ兼用する。図において、番号(1)〜(4)の回路端子部分は対応する番号の回路位置に接続される。
〔回路構成〕
図１０の点灯回路における点灯用インバータでは、図１の点灯回路と比較して、以下の点が異なる。トランス１１２の２次巻線１１４の端子間には、熱陰極蛍光ランプ１０１、電流の直流成分を除去するためのコンデンサ１１１、トランス２２３の１次巻線２２４の直列体と、熱陰極蛍光ランプ２０１、電流の直流成分を除去するためのコンデンサ２１１、トランス２２３の２次巻線２２５の直列体が、並列に接続されている。ここで、トランス２２３は、２本の熱陰極蛍光ランプ１０１、及び２０１に流れるランプ電流を平衡させるための電流バランサである。

図１０の点灯回路では、図１の点灯回路と比較して、熱陰極蛍光ランプ２０１のフィラメント２０２、及び２０３を予熱するためのSEPPインバータが追加されている点でも異なる。パワーMOSFET１０５のドレイン−ソース間に、共振用チョークコイル２１５、トランス２１７の１次巻線２１８、共振用コンデンサ２１６の直列体が接続されている。なお、チョークコイル２１５のインダクタンスとして、前記トランス２１７の漏れインダクタンスを利用することも可能であり、その場合チョークコイル２１５は不要である。トランス２１７は２つの２次巻線２１９、及び２２０を有し、２次巻線２１９の端子間には、熱陰極蛍光ランプ２０１のフィラメント２０２、及び電流の直流成分を除去するためのコンデンサ２２１が直列に接続されており、また、２次巻線２２０の端子間には、熱陰極蛍光ランプ２０１のフィラメント２０３、及び電流の直流成分を除去するためのコンデンサ２２２が直列に接続されている。
〔回路動作〕
図１０の点灯回路では、前記の点を除いて図１の点灯回路と異なる点はない。図１０の点灯回路における４つのパワーMOSFETのSWパターンには、大きく分けて２通りのパターンがある。そのうちの１つは、既に説明したSWパターン１である。このとき、図１０の点灯回路は、点灯用フルブリッジインバータ、及び２つの予熱用SEPPインバータとして動作する。この場合の回路動作は図１の回路動作とほぼ同様であり説明は省略する。

もう１つのSWパターンは、図２(c)に示すSWパターン３である。SWパターン３では、SWパターン１と同様に、パワーMOSFET１０４、及び１０５を交互にオン・オフさせ、パワーMOSFET１０６、及び１０７もまた交互にオン・オフさせる。このとき、図２(c)に示すように、パワーMOSFET１０４、及び１０６を、またパワーMOSFET１０５、及び１０７を、それぞれ同時にオン・オフさせる。このとき、図１０の点灯回路は点灯用フルブリッジインバータとしては動作せず、２つの予熱用SEPPインバータとしてのみ動作する。この場合の回路動作も図１の回路動作とほぼ同様であり説明は省略する。

本発明の実施例７は、図１０の点灯回路を第３のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。
〔第３のバースト調光〕
図１２は、実施例７の動作波形図を示す。図１２では、２本の熱陰極蛍光ランプのランプ電流、及びフィラメント電流をまとめて図示している点にも注意されたい。以下では点灯状態、消灯状態の順に、第３のバースト調光について説明する。

調光用PWM信号がオンのとき、バースト調光の点灯状態であり、図１０の点灯回路のパワーMOSFETをSWパターン１で動作させる。ここで、スイッチング周波数はある一定の値に固定される。点灯用インバータと予熱用インバータがともに動作することで、図１２に示すように、ランプ電流とフィラメント電流がそれぞれ一定の大きさで流れる。

調光用PWM信号がオフになると、バースト調光の消灯状態となる。このとき、パワーMOSFETのスイッチング動作をSWパターン３に切り替える。このとき、点灯用インバータは停止し、ランプ電流は図１２のように減衰しゼロに収束する。これに対して、予熱用インバータは動作し続けるため、フィラメント電流は点灯状態と同様に流れ続ける。

調光用PWM信号がオフになると、ランプ電流は減衰しゼロになる。第３のバースト調光を行う制御装置においても、前記第１のバースト調光を行う制御装置と同様に減衰時間を利用する。すなわち、調光用PWM信号がオフになった後、この減衰時間が経過した時点で、インバータの駆動周波数を変化させる。ここで、パワーMOSFETのスイッチング動作はSWパターン３のままである。点灯用インバータは停止したままであり、予熱用インバータでは駆動周波数が変化することによって、図１２のようにフィラメント電流を増大させることができる。
〔制御装置〕
調光用PWM信号に合わせて前記動作を繰り返すことで、ランプ点灯時に駆動周波数を固定したバースト調光が可能である。なお、これを実現するための制御装置を図１３に示す。図１３の制御装置は、その構成要素の１つである駆動回路３０５の動作が異なる点を除けば、図４に示す制御装置と同一である。図１３の制御装置が備える駆動回路３０５は、入力される調光用PWM信号をもとに、点灯であればSWパターン１で、消灯状態であればSWパターン３でパワーMOSFETが動作するようにゲート信号を出力するもので、その他の機能は図４の駆動回路３０１と同一である。

本発明の第８の実施例は、図１０の点灯回路を第４のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。
〔第４のバースト調光〕
図１４は、実施例８の動作波形図を示す。以下では点灯状態、消灯状態の順に、第４のバースト調光について説明する。調光用PWM信号がオンのとき、バースト調光の点灯状態であり、図１０の点灯回路におけるパワーMOSFETをSWパターン１でスイッチング動作させる。このときのスイッチング周波数はある一定の値に固定される。また、パワーMOSFET１０４、及び１０７のオン時間dutyは50％以下、もしくは50%以上である。この場合も、点灯用インバータと予熱用インバータがともに動作することで、図１４に示すように、ランプ電流とフィラメント電流がそれぞれ一定の大きさで流れる。

調光用PWM信号がオフになると、バースト調光の消灯状態となる。このとき、パワーMOSFETのスイッチング動作をSWパターン３に切り替えることで、点灯用インバータは停止し、ランプ電流は図１４のように流れなくなる。さらに、パワーMOSFET１０４、及び１０６のオン時間dutyを50％にする。このとき、第２のバースト調光方式と同様の原理によって、フィラメント電流は図１４のように増大する。
〔制御装置〕
調光用PWM信号に合わせて前記動作を繰り返すことで、点灯状態、消灯状態によらず、駆動周波数を完全に固定したバースト調光が可能である。なお、これを実現するための制御装置を図１５に示す。図１５の制御装置は、その構成要素の１つである駆動回路３０６の動作が異なる点を除けば、図６に示す制御装置と同一である。図１５の制御装置が備える駆動回路３０６は、入力される調光用PWM信号をもとに、点灯であればSWパターン１で、消灯状態であればSWパターン３でパワーMOSFETが動作するようにゲート信号を出力するもので、その他の機能は図６の駆動回路３０３と同一である。

第７、及び第８の実施例における点灯装置によって、点灯させる熱陰極蛍光ランプの本数が増えたときに、予熱用インバータにおけるトランスの構造が複雑化することを避けることができ、また、トランス１つあたりに流れる電流を半減できる。
〔変形実施例〕
なお、詳細は記載しないが、図１１に示すように、２本の熱陰極蛍光ランプ１０１、２０１が直列に接続されている点灯回路に対しても、第３、及び第４のバースト調光方式を適用できる。このことは、３本以上の熱陰極蛍光ランプを点灯させる点灯回路に対しても同様である。

本発明の第９の実施例はDC調光に関するものであり、図１の点灯回路を固定周波数でDC調光動作させるものである。すなわち、実施例１〜８において用いたバースト調光に替えてDC調光を用い、インバータの駆動周波数は一定のままで、ランプ電流の大きさを連続的に変化させて調光する。

熱陰極蛍光ランプでは、フィラメント電流だけでなく、ランプ電流もフィラメントの予熱に寄与する。よって、調光時にランプ電流を減少させると、フィラメントの予熱が不十分になり、ランプの寿命低下、発光効率の低下といった問題が生じる。そこで、第９の実施例では、ランプ電流を減少させるとき、フィラメント電流は増大するように制御する。
〔回路動作〕
第９の実施例において、図１の点灯回路が有するパワーMOSFETは、図２(d)に示すSWパターン４のようにスイッチング動作する。SWパターン４は、フルブリッジインバータのスイッチング制御として一般的である、位相シフト制御を用いる場合のSWパターンである。位相シフト制御を用いることで、駆動周波数を固定したまま、出力電力を制御することができる。

SWパターン４では、SWパターン１と同様に、パワーMOSFET１０４、及び１０５を交互にオン・オフさせ、パワーMOSFET１０６、及び１０７もまた交互にオン・オフさせる。ただし、図２(d)に示すように、スイッチング動作の１周期間において、パワーMOSFET１０４、及び１０５がスイッチング動作する位相と、パワーMOSFET１０６、及び１０７がスイッチング動作する位相が異なる場合、言い換えれば、２個の上下アームのスイッチング動作について位相差が存在する場合がある。すなわち、既に説明したSWパターン１のように、パワーMOSFET１０４と１０７は同時にオン・オフするとは限らない。なお、前記の位相差がゼロであるときに限り、SWパターン１とSWパターン４は同一である。４つのパワーMOSFETが全てスイッチング動作することで、図１の点灯回路は、点灯用フルブリッジインバータ、及び予熱用SEPPインバータの両者として動作する。

ここで、パワーMOSFET１０４、及び１０５がスイッチング動作する位相が、パワーMOSFET１０６、及び１０７がスイッチング動作する位相に対して遅れる場合を例に、SWパターン４で動作する場合における図１の点灯回路の回路動作について説明する。パワーMOSFET１０４とパワーMOSFET１０７がオンのときの動作は、既に説明した通りであるため、省略する。

次に、パワーMOSFET１０７がオフになり、パワーMOSFET１０６がオンになる。すなわち、パワーMOSFET１０４とパワーMOSFET１０６がオンである。このとき、チョークコイル１０８に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル１０８、コンデンサ１０９、パワーMOSFET１０６、パワーMOSFET１０４の経路で環流電流が流れる。また、チョークコイル１１５に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル１１５、パワーMOSFET１０６、直流電源１００、コンデンサ１１６、トランス１１７の１次巻線１１８の経路で環流電流が流れる。

次に、パワーMOSFET１０４がオフになり、パワーMOSFET１０５がオンになる。すなわち、パワーMOSFET１０５とパワーMOSFET１０６がオンである。このときの動作は、既に説明した通りであるため、省略する。

最後に、パワーMOSFET１０６がオフになり、パワーMOSFET１０７がオンになる。すなわち、パワーMOSFET１０５とパワーMOSFET１０７がオンである。このとき、チョークコイル１０８に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル１０８、パワーMOSFET１０５、パワーMOSFET１０７、コンデンサ１０９の経路で環流電流が流れる。また、チョークコイル１１５に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル１１５、トランス１１７の１次巻線１１８、コンデンサ１１６、パワーMOSFET１０７の経路で環流電流が流れる。

以上の動作説明から分かるように、前記の位相差があることで、パワーMOSFET１０４とパワーMOSFET１０６がオンである期間のように、点灯用フルブリッジインバータの出力回路が直流電源１００から切り離され、電力供給を受けない期間が発生する。この期間は、前記の位相差が大きい程長くなり、結果としてインバータの出力電力が低下する。よって、位相差の大きさによって、点灯用インバータの出力を制御することができる。なお、この位相差について、以下の説明では位相シフト量として記す。
〔DC調光〕
以下では、本発明におけるDC調光方式について説明する。図１６は、本発明におけるDC調光を行う場合の動作波形図を、(a)調光前と、(b)調光後に分けて示したものである。
DC調光では、バースト調光において用いた調光用PWM信号の代わりに、調光レベルを決定するための調光用DC信号を用いる。このDC信号のレベルが大きいほどランプ電流は大きな値に制御される。

熱陰極蛍光ランプを調光するとき、すなわち、図１６において、(a)調光前から(b)調光後に移行するとき、位相シフト量と、パワーMOSFETのオン時間dutyの両方を変化させる。具体的には、まず、位相シフト量を増大させる。これによって、前記説明の通りに点灯用インバータの出力が減少し、ランプ電流も減少する。また、全てのパワーMOSFETのオン時間dutyを50％に近づける。その一例として、図１６では、オン時間duty指令値によって、パワーMOSFET１０５、１０６のオン時間dutyを50％に近づけている。もちろん、 パワーMOSFET１０４、１０７のオン時間dutyも同様に50％に近づくことになる。これによって、 前記説明の通りに予熱用インバータの出力が増大し、フィラメント電流も増大する。このように、インバータの駆動周波数が固定であっても、位相シフト量によってランプ電流を、パワーMOSFETのオン時間dutyによってフィラメント電流を、それぞれ独立に制御できる。
〔制御装置〕
図１７は、本発明におけるDC調光方式を実現する制御装置のブロック図である。図１７の制御装置は、調光用DC信号を入力として、図１の点灯回路におけるパワーMOSFET１０４〜１０７のゲート信号を生成する。

図１７の制御装置では、主要部の駆動回路３０７によって、パワーMOSFET１０４〜１０７のゲート信号が生成される。駆動回路３０７は、 SWパターン４でパワーMOSFETが動作するように、固定周波数のゲート信号を出力する。また、駆動回路３０７は、入力される位相シフト指令値に従う位相シフト量を持つゲート信号を出力する機能と、入力されるオン時間duty指令値に従ってゲート信号のオン時間dutyを制御する機能を持つ。

図１７の制御装置において、位相シフト制御回路３０８は、入力される調光用DC信号をもとに、駆動回路３０７に対して位相シフト指令値を出力する。このとき、調光用DC信号の大きさが減少するにつれて、位相シフト指令値を増大させる機能を持つ。また、図１７の制御装置において、オン時間duty制御回路３０９は、入力される調光用DC信号をもとに、駆動回路３０７に対してオン時間duty指令値を出力する。このとき、調光用DC信号の大きさが減少するにつれて、オン時間duty指令値を50％に近づける機能を持つ。

実施例９における点灯回路によって、熱陰極蛍光ランプを固定周波数で、かつDC調光によって調光することができる。また、調光時において、ランプ電流とフィラメント電流を独立に制御することができる。さらに、点灯状態と消灯状態を繰り返すバースト調光と比較すると、調光時にフィラメントにかかる負担は小さく、ランプの寿命短縮を防ぐことができる。なお、第９の実施例では、図１の点灯回路に対してDC調光を利用したが、本発明のDC調光方式は、本発明におけるその他の点灯回路にも適用可能である。

図１８は、本発明の第１０、及び第１１の実施例において用いる点灯回路の回路図である。図１８の点灯回路では、フィラメント予熱用のSEPPインバータは無く、点灯用のフルブリッジインバータのみが存在する。すなわち、図１の点灯回路と比較して、チョークコイル１１５、トランス１１７の１次巻線１１８、コンデンサ１１６の直列体が無い。フィラメントに予熱電流を流すために、共振用チョークコイル１０８に２つの２次巻線１１９、及び１２０が施されている。それぞれの２次巻線は、図１と同様に、直流電流を除去するためのコンデンサを介して、フィラメントに接続されている。
〔SWパターン１の回路動作〕
図１８の点灯回路における４つのパワーMOSFETのSWパターンには、大きく分けて２通りのパターンがある。そのうちの１つは、既に説明したSWパターン１である。このとき、図１８の点灯回路は、フルブリッジインバータとして動作し、熱陰極蛍光ランプ１０１が点灯する。また、共振用チョークコイル１０８に交流電流が流れることで、２つの２次巻線１１９、及び１２０にそれぞれ電圧が発生し、２次巻線１１９、コンデンサ１２１、熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０２から成る閉路、及び２次巻線１２０、コンデンサ１２２、熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０３から成る閉路にそれぞれ交流のフィラメント電流が流れ、フィラメント１０２、及び１０３が予熱される。すなわち、図１８の点灯回路は、フィラメント予熱用インバータとしても動作すると言える。なお、回路動作の詳細は、既に説明した図１の回路動作から容易に考えられるため、省略する。
〔SWパターン５の回路動作〕
もう１つは、図２(e)に示すSWパターン５である。SWパターン５では、パワーMOSFET１０４、または１０５のいずれか一方を常にオン、もう一方を常にオフにする。図２(e)では、パワーMOSFET１０５を常にオンにする例を示している。その上で、パワーMOSFET１０６、及び１０７を交互にオン・オフさせる。また、パワーMOSFET１０６、または１０７のいずれか一方を常にオン、もう一方を常にオフにして、パワーMOSFET１０４、及び１０５を交互にオン・オフさせてもよい。

SWパターン５では、点灯用のフルブリッジインバータをSEPPインバータとして動作させることになる。このとき、通常のフルブリッジインバータとして動作させる場合と比較して、アーム出力電圧が半減する。その結果、熱陰極蛍光ランプ１０１に対して十分な電圧を印加することができず、ランプが消灯してしまう。このときも、トランス１１２の１次側に構成されている閉路を通して共振用チョークコイル１０８には交流電流が流れ、２次巻線１１９、及び１２０にそれぞれ電圧が発生することで、前記の要領でフィラメント１０２、及び１０３が予熱される。すなわち、SWパターン５で動作するとき、図１８の点灯回路はフィラメント予熱用インバータとしてのみ動作する。

SWパターン５のうち、パワーMOSFET１０４が常にオフ、パワーMOSFET１０５が常にオンであり、パワーMOSFET１０６、１０７がスイッチング動作する場合を例として、このときの図１８の回路動作を説明する。

パワーMOSFET１０７がオンのとき、初めは、チョークコイル１０８に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル１０８、パワーMOSFET１０５、パワーMOSFET１０７、コンデンサ１０９の経路に環流電流が流れ、チョークコイル１０８のエネルギーがコンデンサ１０９へと移動する。コンデンサ１０９に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル１０８に流れる電流の向きは反転し、コンデンサ１０９、パワーMOSFET１０７、パワーMOSFET１０５、チョークコイル１０８の経路に環流電流が流れることで再びチョークコイル１０８にエネルギーが蓄えられる。

パワーMOSFET１０７がオフになり、パワーMOSFET１０６がオンになると、初めは、チョークコイル１０８に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル１０８、コンデンサ１０９、パワーMOSFET１０６、直流電源１００、パワーMOSFET１０５の経路に環流電流が流れる。チョークコイル１０８のエネルギー放出後、直流電源１００、パワーMOSFET１０６、コンデンサ１０９、チョークコイル１０８、パワーMOSFET１０５の経路で共振電流が流れる。

このとき、コンデンサ１０９に電圧が発生し、コンデンサ１１０を介してトランス１１２の１次巻線１１３に電流が流れる。この電流によってトランス１１２の２次巻線１１４に電圧が誘起するが、この誘起電圧は、SWパターン１で動作する場合に発生するものに比べて小さい。そのため、蛍光ランプ１０１は点灯状態を維持することができず、ランプ電流も流れない。また、チョークコイル１０８に電流が流れることによって、２次巻線１１９、及び１２０にそれぞれ電圧が発生し、２次巻線１１９、コンデンサ１２１、熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０２から成る閉路、及び２次巻線１２０、コンデンサ１２２、熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０３から成る閉路にそれぞれ交流のフィラメント電流が流れ、フィラメント１０２、及び１０３が予熱される。

本発明の第１０の実施例は、図１８の点灯回路を、第５のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。
〔第５のバースト調光〕
図１９は、第５のバースト調光を行う制御装置を用いる場合の動作波形を示したものである。以下では点灯状態、消灯状態の順に説明する。調光用PWM信号がオンのとき、バースト調光の点灯状態であり、図１８のパワーMOSFETをSWパターン１で動作させる。ここで、スイッチング周波数はある一定の値に固定される。図１８の点灯回路が前記の要領で動作することで、図１９に示すように、ランプ電流とフィラメント電流がそれぞれ一定の大きさで流れる。

調光用PWM信号がオフになると、バースト調光の消灯状態となる。このとき、パワーMOSFETのスイッチング動作をSWパターン５に切り替える。このとき、前記の通り、インバータは熱陰極蛍光ランプ１０１に対して十分な電圧を印加することができず、ランプ電流は図１９のように減衰する。一方、前記の要領で、フィラメント電流は流れ続ける。ただし、SWパターン１での動作時と比較して、フィラメント電流の大きさは変化する。

調光用PWM信号がオフになると、ランプ電流は減衰し、ゼロになる。第５のバースト調光方式においても、前記第１、及び第３のバースト調光方式と同様に、“減衰時間”を利用する。すなわち、調光用PWM信号がオフになった後、この減衰時間が経過した時点で、パワーMOSFETのスイッチング動作はSWパターン５のまま、インバータの駆動周波数を高くする。駆動周波数を高くすることによって、２次巻線１１９、及び１２０に接続されるコンデンサ１２１、及び１２２のインピーダンスは小さくなり、図１９のようにフィラメント電流を増大させることができる。また、パワーMOSFETのスイッチング動作をSWパターン５のままとしているため、ランプ電流もゼロのままとなる。
〔制御装置〕
調光用PWM信号に合わせて前記動作を繰り返すことで、ランプ点灯時に駆動周波数を固定したバースト調光が可能である。なお、これを実現するための制御装置を図２０に示す。図２０の制御装置は、その構成要素の１つである駆動回路の動作が異なる点を除けば、図４に示す制御装置と同一である。図２０の制御装置が備える駆動回路３１０は、入力される調光用PWM信号をもとに、点灯であればSWパターン１で、消灯状態であればSWパターン５でパワーMOSFETが動作するようにゲート信号を出力するもので、その他の機能は図４の駆動回路３０１と同一である。

本発明の第１１の実施例は、図１８の点灯回路を、第６のバースト調光を行う制御装置によって動作させるものである。
〔第６のバースト調光〕
図２１は、第６のバースト調光を行う場合の動作波形を示したものである。以下では点灯状態、消灯状態の順に説明する。調光用PWM信号がオンのとき、バースト調光の点灯状態であり、図１８の点灯回路におけるパワーMOSFETをSWパターン１でスイッチング動作させる。このときのスイッチング周波数はある一定の値に固定される。このとき、図１８の点灯回路が前記の要領で動作することで、図１９に示すように、ランプ電流とフィラメント電流がそれぞれ一定の大きさで流れる。なお、ここで、パワーMOSFET１０４、及び１０７のオン時間dutyは50％以下、もしくは50%以上とする。

調光用PWM信号がオフになると、バースト調光の消灯状態となる。このとき、パワーMOSFETのスイッチング動作をSWパターン５に切り替えることで、インバータは熱陰極蛍光ランプ１０１に対して十分な電圧を印加することができず、ランプ電流は図２１のように流れなくなる。さらに、パワーMOSFET１０４、または１０６のオン時間dutyを50％にする。このとき、第２、及び第４のバースト調光方式と同様の原理によって、フィラメント電流は図２１のように増大する。
〔制御装置〕
調光用PWM信号に合わせて前記動作を繰り返すことで、点灯状態、消灯状態によらず、駆動周波数を完全に固定したバースト調光が可能である。なお、これを実現するための制御装置を図２２に示す。図２２の制御装置は、その構成要素の１つである駆動回路の動作が異なる点を除けば、図６に示す制御装置と同一である。図２２の制御装置が備える駆動回路３１１は、入力される調光用PWM信号をもとに、点灯であればSWパターン１で、消灯状態であればSWパターン５でパワーMOSFETが動作するようにゲート信号を出力するもので、その他の機能は図６の駆動回路３０３と同一である。

第１０、及び第１１の実施例における点灯装置では、第１〜９の実施例のように、主点灯回路においてフィラメント予熱用SEPPインバータを備える必要はないため、より小型、高効率、低コストなインバータとなる。

本発明の全ての実施例において、ランプが点灯している状態では駆動周波数を固定し、かつフィラメント電流を適切に制御しながら調光することで、液晶パネルとの周波数干渉によるちらつき、及びランプの寿命短縮を防ぐことができ、加えて、予熱用インバータは点灯用インバータとスイッチング素子を兼用しており、前段にコンバータを備える必要もないことから、点灯装置は小型、高効率、低コストなものとなる。

本発明の実施例１、２、９における点灯装置の点灯回路を示す回路図である。 本発明の実施例における点灯回路が備えるスイッチング素子のスイッチングパターンを示す模式図である。 本発明の実施例１、３、５における点灯装置の動作波形図である。 本発明の実施例１、３、５における点灯装置の制御装置のブロック図である。 本発明の実施例２、４、６における点灯装置の動作波形図である。 本発明の２、４、６の実施例における点灯装置の制御装置のブロック図である。 本発明の実施例３、４における点灯装置の点灯回路を示す回路図である。 本発明の実施例１〜４における点灯装置の点灯回路を一部変形した回路図である。 本発明の実施例５、６における点灯装置の点灯回路を示す回路図である。 本発明の実施例７、８における点灯装置の点灯回路を示す回路図である。 本発明の実施例７、８における点灯装置の点灯回路を一部変形した回路図である。 本発明の実施例７における点灯装置の動作波形図である。 本発明の実施例７における点灯装置の制御装置のブロック図である。 本発明の実施例８における点灯装置の動作波形図である。 本発明の実施例８における点灯装置の制御装置のブロック図である。 本発明の実施例９における点灯装置の動作波形図である。 本発明の実施例９における点灯装置の制御装置のブロック図である。 本発明の第１０、第１１の実施例における点灯装置の回路を示す回路図である。 本発明の第１０の実施例における点灯装置の動作波形図である。 本発明の第１０の実施例における点灯装置の制御装置のブロック図である。 本発明の第１１の実施例における点灯装置の動作波形図である。 本発明の第１１の実施例における点灯装置の制御装置のブロック図である。

符号の説明

１００：直流電源
１０１、２０１：熱陰極蛍光ランプ
１０２、２０２、２０３：熱陰極蛍光ランプのフィラメント
１０４、１０５、１０６、１０７：スイッチング素子
１０８、１１５、２１５：共振用チョークコイル
１０９、１１６、２１６：共振用コンデンサ
１１０、１１１、１２１、１２２、２１１、２２１、２２２：コンデンサ
１２３、１２４：平滑コンデンサ
１１２、１１７、２１７：トランス
１１３、１１８、２１８：トランスの１次巻線
１１４、１１９、１２０、２１９、２２０：トランスの２次巻線
２２３：電流バランス用トランス
２２４：電流バランス用トランスの１次巻線
２２５：電流バランス用トランスの２次巻線
３０１、３０３、３０５、３０６、３０７、３１０、３１１：駆動回路
３０２：周波数制御回路
３０４、３０９：オン時間duty制御回路
３０８：位相シフト制御回路

Claims (9)

1. 直流電圧を直流／交流変換して熱陰極蛍光ランプに電力を供給するインバータと、前記インバータを駆動する制御装置を備え、前記インバータは、直列に接続される２個のスイッチング素子で構成される上下アームを有してなる点灯装置において、
   前記インバータは、第１の上下アーム、及び第２の上下アームを備え、前記第１の上下アームの出力端子と、前記第２の上下アームの出力端子との間に、前記熱陰極蛍光ランプを含む第１の共振負荷回路を備え、前記第１、及び第２の上下アームのうち、いずれかの上下アームの出力端子に、前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを含む第２の共振負荷回路を備え、
   前記制御装置は、外部から与えられる調光用ＰＷＭ信号のレベルによって、前記熱陰極蛍光ランプの点灯状態及び消灯状態を切り替え、前記調光用ＰＷＭ信号のオン時間ｄｕｔｙに従って前記熱陰極蛍光ランプを調光するとともに、前記第１、及び第２の上下アームにゲート信号を出力する駆動回路を備え、
   前記駆動回路は前記調光用ＰＷＭ信号を入力とし、点灯状態においては、前記第１、及び第２の上下アームの両者を、第１の上下アームにおける上側スイッチング素子と第２の上下アームにおける下側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させ、消灯状態においては、前記第１、及び第２の上下アームのうち前記第２の共振負荷回路を出力端子に備える上下アームをスイッチング動作させ、かつ、第１の上下アームにおける上側スイッチング素子と第２の上下アームにおける下側スイッチング素子とが同時にオンにならないように、かつ第１の上下アームにおける下側スイッチング素子と第２の上下アームにおける上側スイッチング素子とが同時にオンにならないようにゲート信号を出力することを特徴とする点灯装置。
2. 請求項１に記載の点灯装置において、前記制御装置は、入力される前記調光用ＰＷＭ信号のレベルに基づいて、前記駆動回路に周波数指令値を出力する周波数制御回路を備えており、前記駆動回路は、前記周波数制御回路から入力される前記周波数指令値に従って前記第１、及び第２の上下アームのうちスイッチング動作させる上下アームに対する前記ゲート信号の周波数を変化させる機能を備え、
   前記周波数制御回路は、点灯状態から消灯状態へと移行する時点から、さらにランプ電流がゼロに収束する減衰時間が経過した時点で値が切り替えられ、かつ前記減衰時間が経過した時点の前後ではそれぞれ固定値である前記周波数指令値を出力することを特徴とする点灯装置。
3. 請求項１又は２に記載の点灯装置において、前記制御装置はさらに、入力される前記調光用ＰＷＭ信号のレベルに基づいて、点灯状態と消灯状態で異なる値をとるオン時間ｄｕｔｙ指令値を出力するオン時間ｄｕｔｙ制御回路を備え、前記駆動回路は、前記第１、及び第２の上下アームのうちスイッチング動作させる上下アームに固定周波数のゲート信号を出力し、このとき、前記オン時間ｄｕｔｙ制御回路から入力される前記オン時間ｄｕｔｙ指令値に従って、点灯状態においては、前記第１の上下アームにおけるいずれか一方のスイッチング素子のオン時間ｄｕｔｙを変化させ、また消灯状態においては、前記第１、及び第２の上下アームのうちスイッチング動作させる上下アームにおけるいずれか一方のスイッチング素子のオン時間ｄｕｔｙを変化させることを特徴とする点灯装置。
4. 請求項３に記載の点灯装置において、前記オン時間ｄｕｔｙ制御回路は、消灯状態においては、前記第１、及び第２の上下アームのうちスイッチング動作させる上下アームにおけるスイッチング素子のオン時間ｄｕｔｙを５０％とし、点灯状態においては、前記第１の上下アームにおけるいずれか一方のスイッチング素子のオン時間ｄｕｔｙを５０％以上にするように、前記オン時間ｄｕｔｙ指令値を出力することを特徴とする点灯装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の点灯装置において、前記第１、及び第２の上下アームには並列に直流電源が接続されており、
   前記第１の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサを有する共振回路と、前記共振用コンデンサに並列に接続されるコンデンサ及びトランスの１次巻線を有する直列体と、前記トランスの２次巻線に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプを有する直列体を備えており、
   前記第２の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサ及びトランスの１次巻線を有する直列体を有する共振回路と、前記トランスが備える少なくとも２個の２次巻線及び前記２次巻線の一方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体と、前記２次巻線の他方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体を備えたことを特徴とする点灯装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の点灯装置において、前記制御装置は、消灯状態において、前記第１、及び第２の上下アームのうち前記第２の共振負荷回路を出力端子に備える上下アームのみをスイッチング動作させ、他方の上下アームにおける２個のスイッチング素子をともにオフにしてスイッチング動作させないようにゲート信号を出力することを特徴とする点灯装置。
7. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の点灯装置において、前記第１の共振負荷回路には、少なくとも２個の熱陰極蛍光ランプを備えており、前記第１、及び第２の上下アームのうち、前記第２の共振負荷回路を出力端子に備えていない上下アームの出力端子に、前記第２の共振負荷回路に含まれないフィラメントを少なくとも１個含む第３の共振負荷回路を備え、前記駆動回路は、前記調光用ＰＷＭ信号を入力とし、点灯状態においては、前記第１、及び第２の上下アームの両者を、前記第１の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第２の上下アームにおける下側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させ、消灯状態においては、前記第１、及び第２の上下アームの両者を、前記第１の上下アームにおける上側スイッチング素子と前記第２の上下アームにおける上側スイッチング素子とが同時にオンまたはオフするようにスイッチング動作させるようにゲート信号を出力することを特徴とする点灯装置。
8. 請求項７に記載の点灯装置において、前記第１の共振負荷回路は２個の熱陰極蛍光ランプを備え、前記第１、及び第２の上下アームには並列に直流電源が接続されており、
   前記第１の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサを有する構成される共振回路と、前記共振用コンデンサに並列に接続されるコンデンサ及びトランスの１次巻線を有する直列体と、前記トランスの２次巻線に接続されるコンデンサ及び前記２個の熱陰極蛍光ランプの一方及び電流バランス用トランスの１次巻線を有する直列体と、前記直列体に対して並列に接続されるコンデンサ及び前記２個の熱陰極蛍光ランプの他方及び前記電流バランス用トランスの２次巻線を有する直列体を備えており、
   前記第２の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサ及びトランスの１次巻線の直列体を有する共振回路と、前記トランスが備える少なくとも２個の２次巻線及び前記２次巻線の一方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体と、前記２次巻線の他方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体を備えており、
   前記第３の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサ及びトランスの１次巻線を有する直列体を備えた共振回路と、前記トランスが備える少なくとも２個の２次巻線及び前記２次巻線の一方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体と、前記前記２次巻線の他方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントの直列体を備えたことを特徴とする点灯装置。
9. 請求項７に記載の点灯装置において、前記第１の共振負荷回路は、２個の熱陰極蛍光ランプを備え、
   前記第１、及び第２の上下アームには並列に直流電源が接続されており、前記第１の共振負荷回路は、共振用チョークコイルと共振用コンデンサを有する共振回路と、前記共振用コンデンサに並列に接続されるコンデンサ及びトランスの１次巻線を有する直列体と、前記トランスの２次巻線に接続されるコンデンサ及び前記２個の熱陰極蛍光ランプの直列体を備えており、
   前記第２の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサ及びトランスの１次巻線の直列体を有する共振回路と、前記トランスが備える少なくとも２個の２次巻線及び前記２次巻線の一方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体と、前記２次巻線の他方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体を備えており、
   前記第３の共振負荷回路は、共振用チョークコイル及び共振用コンデンサ及びトランスの１次巻線の直列体を有する共振回路と、前記トランスが備える少なくとも２個の２次巻線及び前記２次巻線の一方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体と、前記２次巻線の他方に接続されるコンデンサ及び前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントを有する直列体を備えていることを特徴とする点灯装置。

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