KR100483942B1 - 방전등 점등장치 - Google Patents

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KR100483942B1 KR10-2003-0034301A KR20030034301A KR100483942B1 KR 100483942 B1 KR100483942 B1 KR 100483942B1 KR 20030034301 A KR20030034301 A KR 20030034301A KR 100483942 B1 KR100483942 B1 KR 100483942B1
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야마모토노리카즈
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마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
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Abstract

방전등 점등장치는, 구형파 신호를 생성하는 구형파 발생회로(1)와, 구형파 신호 및 구형파 신호보다 낮은 주파수의 PWM 파형으로 이루어지는 조광 신호가 입력되고, 조광 신호의 온 기간에 대응하는 기간의 구형파 신호를 추출하여 구동 신호로서 출력하는 구동 신호 생성회로(2)와, 구동 신호에 근거하는 구형파 전압이 공급되고, 이 구형파 전압을 승압시켜 방전등에 인가하는 펄스 트랜스(4)를 구비한다. 또한, 구형파 발생회로에 의한 구형파 신호의 발생 동작을 조광 신호의 상승시에 리셋하는 구형파 리셋 회로(7)를 구비하고, 구동 신호 생성회로는, 조광 신호가 온으로 되고 나서 조광 신호 및 구형파 신호가 함께 오프 상태로 된 시점까지의 기간의 구형파 신호를 추출한다.

Description

방전등 점등장치{DISCHARGE LAMP LIGHTING DEVICE}
본 발명은, 구형파(rectangular wave) 전압으로 방전등을 조광(調光) 점등하는 방전등 점등장치, 예를 들면, 액정 디스플레이의 백라이트로서 이용되는 외부 전극식의 방전등을 조광 점등하는데 적합한 방전등 점등장치에 관한 것이다.
최근, 액정 디스플레이 등에 이용되는 백라이트용으로서, 외부 전극식의 유전체 배리어 방전을 이용한 희가스 방전등 장치의 연구가 활발히 행해지고 있다. 이것은, 희가스 방전등 장치는 수은을 사용하지 않으므로, 수은 온도의 상승에 수반하는 발광 효율의 저하를 초래하지도 않고, 또 환경상 바람직하다는 이유에 근거하는 것이다.
유전체 배리어 방전을 이용한 점등 동작에서는, 구동 전압의 인가에 의해 유전체층을 충전하고, 구동 전압이 반전하였을 때에 발생하는 고압에 의해 방전을 일으키는 작용을 이용한다. 이 때문에, 구동 전압으로서 고주파의 구형파 전압이 이용된다. 구형파 전압으로 방전등을 조광 점등하는 방전등 점등장치의 예가 일본국 특개 2001-267093호 공보에 개시되어 있다. 이 방전등 점등장치는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 직류 전원(33), 구형파 발생회로(34), 조광 제어 회로(35), 동기 회로(36), 펄스 트랜스(37), 및 편극 외부 전극식의 방전등(38)으로 이루어진다.
구형파 발생회로(34)는, 직류 전원(33)으로부터 공급되는 직류전압을, 도 11 (a)에 도시하는 소정 주파수의 고주파의 구형파 신호(Vp)로 정형한다. 조광 제어 회로(35)는, 도 11 (b)에 도시하는 PWM 파형으로 이루어지는 조광 신호(Vdim)를 출력하여, 동기 회로(36)에 공급한다. 동기 회로(36)는, 구형파 신호(Vp)로부터 조광 신호(Vdim)의 온(on) 기간에 대응한 버스트 파형을, 구동 신호(VL)(도 11 (c) 참조)로서 추출한다. 구동 신호(VL)에 근거하여, 펄스 트랜스(37)에 의해 승압된 방전등 구동용의 구형파 전압이 방전등(38)에 인가되어, 방전등(38)이 점등된다. 이 구성에서, 조광 신호(Vdim)의 듀티비를 변화시킴으로써 조광이 행해진다.
그런데, 조광 신호(Vdim)와 구형파 신호(Vp)의 위상은 반드시 일치하지는 않는다. 이 때문에, 조광 신호(Vdim)의 온오프와 동시에 구형파 신호(Vp)의 추출을 온오프하면, 추출된 구동 신호(VL)가 구형파 열의 선두 혹은 후미에 불완전한 폭의 구형파를 포함하는 경우가 있다. 유전체 배리어 방전을 이용한 점등의 경우, 충분한 폭을 가지지 않는 구형파가 인가되면 유전체층에의 충전량이 불충분하게 되어, 방전등(38)은 발광하지 않는다. 이 비발광은, 조광율이 10% 이하의 조건하에서는 어른거림을 느끼게 하는 원인이 된다. 따라서, 고 조광율일 때의 어른거림을 억제하기 위해서는, 구동 신호(VL)에 포함되는 모든 구형파에 대해서, 구형파 신호(Vp)의 파형이 유지되는 것이 필요하다.
예를 들면, 일본국 특개 2002-75684호 공보에 개시되어 있는 점등장치에서는 이와 같은 조건이 충족된다. 이 장치에 의하면, 조광 신호를 A/D 변환하여 디지털값으로 하고, 이 디지털값에 근거하여 구동 신호 파형의 생성 수를 제어한다. 구동 신호(VL)의 구형파의 출력이 디지털적으로 제어되므로, 폭이 불완전한 구형파가 출력되지 않는다. 그러나 이 장치에서는, 조광 신호의 주파수(조광 주파수)를 변경하는 경우, 회로 구성을 전체적으로 변경할 필요가 있다. 따라서 실용적으로는 주파수가 고정된다. 통상, 방전등을 액정 디스플레이의 백라이트로서 이용하는 경우, 액정 표시에의 노이즈 혼입 방지를 위해, 액정의 구동 회로와 정합시켜 조광 주파수를 설정하는 것이 바람직하다. 따라서, 조광 주파수가 고정되는 일본국 특개 2002-75684호 공보에 개시된 점등 장치는 범용성이 부족하다. 또한, 마이크로컴퓨터를 이용하므로, 점등 장치가 복잡하고 고가로 된다.
이에 대해 일본국 특개 2001-267093호 공보의 점등 장치는, 조광 주파수를 자유롭게 설정 가능하고, 구성이 간소하고 가격이 저렴하다. 또한 일본국 특개 2001-267093호 공보에는, 구동 신호(VL)의 구형파의 파형을 적절히 유지하기 위한 구성이 기재되어 있다. 이 점등장치에 의하면, 도 10에 도시한 동기 회로(36)에 의해, 구형파 신호(Vp) 추출 타이밍을 다음과 같이 제어한다. 먼저 구동 신호(VL)의 선두에서는, 조광 신호(Vdim)가 온 기간에 구형파 신호(Vp)가 상승했을 때부터 구형파 신호(Vp)의 추출을 개시한다. 또한, 구동 신호(VL)의 후미에서는, 조광 신호(Vdim)가 오프로 되어도, 구형파 신호(Vp)가 하강할 때까지 구형파 신호(Vp)의 추출을 유지한다. 이것에 의해, 도 11 (c)에 도시하는 바와 같은 완전한 구형파만을 포함하는 구동 신호(VL)가 펄스 트랜스(37)에 입력된다.
그러나, 일본국 특개 2001-267093호 공보에 기재된 방전등 점등장치에서는, 다음과 같은 문제가 발생한다. 이것은, 조광 신호(Vdim)의 주파수와 구형파 신호(Vp)의 주파수가 정수배의 관계가 아닌 경우, 양 파형의 위상관계가 시간과 함께 변화하는 것에 기인하는 문제이다. 이것에 대해서, 도 12를 참조하여 설명한다.
도 12에서, (a)는 조광 신호(Vdim), (b), (c)는 각각 조광 신호(Vdim)에 대한 위상관계가 다른 구형파 신호(Vp)를 도시한다. (d), (e)는 각각 (b), (c)의 구형파 신호(Vp)에 근거하여 생성된 구동 신호(VL)를 도시한다. (b)의 경우, 구형파 신호(Vp)가 온 기간에 조광 신호(Vdim)의 온 기간이 개시한다. 따라서, 구형파 신호(Vp)의 다음 온 타이밍부터 구동 신호(VL)가 출력된다. 이에 대해, (c)의 경우는, 조광 신호(Vdim)의 온과 구형파 신호(Vp)의 온이 동기하고 있다. 따라서, 조광 신호(Vdim)의 온 기간의 개시와 동시에 구동 신호(VL)가 출력된다. 한편, 조광 신호(Vdim)의 온 기간의 종료시에는, (b), (c)의 어느 경우에도, 구형파 신호(Vp)가 온 기간의 도중이므로, 구형파 신호(Vp)의 하강시까지 구동 신호(VL)로서 추출된다. 그 결과, (e)의 구동 신호(VL)의 경우는, (d)의 경우에 대해 파 수가 1개(해칭이 실시된 파형) 많게 출력된다.
이와 같이, 동일 듀티비의 조광 신호(Vdim)에 대해 구동 신호(VL)의 파 수가 변화하면, 방전등(38)의 어른거림의 원인이 된다. 특히 조광율이 높고, 따라서 조광 신호(Vdim)의 듀티비가 작은 (온 기간이 짧은) 경우에는, 조광 신호(Vdim)의 온 기간에 포함되는 구동 신호(VL)의 파 수가 적으므로, 1개의 파 수의 증감에 의한 발광 휘도의 변화가 크며, 어른거림 정도가 크다.
상술의 문제에 더하여, 구동 신호(VL)에 근거하여 생성된 교류의 구형파 전압을 펄스 트랜스에 의해 승압할 때에, 다음과 같은 문제도 발생한다. 즉, 구동 신호(VL)의 정지에 의해 펄스 트랜스에 인가되는 구형파 전압이 0으로 될 때에, 무(無)제어의 전압 공진에 의해 링잉(ringing)을 발생시키는 것이다. 링잉에 의해, 구동 신호(VL)의 정지시에 대응하는 펄스 트랜스의 출력 파형이 흩어지므로, 방전등의 방전 미스가 발생하여, 어른거림의 원인이 된다. 이 문제는, 구형파 신호(Vp)로부터의 구동 신호(VL)의 생성을 적절화하여도 해소할 수 없다. 특히 고 조광율의 경우에 영향이 크다.
이상의 경우를 고려하여, 본 발명은, 구형파 전압에 의해 방전등을 점등시키는 방전등 점등장치로서, 조광 주파수를 자유롭게 설정 가능하고, 또한 고 조광율의 조건하에서의 어른거림의 발생이 억제된 방전등 점등장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 방전등 점등장치는, 소정 주파수의 구형파 신호를 생성하는 구형파 발생회로와, 상기 구형파 신호 및 상기 구형파 신호보다 낮은 주파수의 PWM 파형으로 이루어지는 조광 신호가 입력되고, 상기 조광 신호의 온 기간에 대응하는 기간의 상기 구형파 신호를 추출하여 구동 신호로서 출력하는 구동 신호 생성회로와, 상기 구동 신호에 근거하는 구형파 전압이 1차측에 인가되고, 상기 구형파 전압을 승압시켜 방전등에 인가하는 펄스 트랜스를 구비한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 제1 발명의 방전등 점등장치는, 상기 구형파 발생회로에 의한 상기 구형파 신호의 발생 동작을 상기 조광 신호의 상승시에 리셋하는 구형파 리셋 회로를 더 구비하고, 상기 구동 신호 생성회로는, 상기 조광 신호가 온으로 되고 나서 상기 조광 신호 및 상기 구형파 신호가 함께 오프 상태가 된 시점까지의 기간의 상기 구형파 신호를 추출한다.
제2 발명의 방전등 점등장치는, 상기 조광 신호의 온 기간 종료에 따른 상기 구형파 교류 전압의 정지 직후에, 상기 구형파 교류 전압과 동일 위상의 펄스 전압을 상기 펄스 트랜스에 입력하는 출력 리셋 회로를 더 구비하고, 상기 펄스 전압의 인가에 의해 상기 펄스 트랜스의 2차측 출력이 감쇠된다.
제1 발명의 방전등 점등장치에 의하면, 구형파 리셋 회로에 의해, 구형파 신호의 발생 동작이 조광 신호의 상승시에 리셋되고, 구동 신호 생성회로는, 조광 신호가 온으로 되고 나서 조광 신호 및 구형파 신호가 함께 오프의 상태로 된 시점까지의 기간의 구형파 신호를 추출한다. 따라서, 조광 신호의 온 기간의 개시에 대해, 구형파 신호의 위상이 항상 일정하게 된다. 그 결과, 조광 신호의 주파수와 구형파 신호의 주파수가 정수배의 관계가 아니어도, 일정한 듀티비의 조광 신호에 대해서는, 추출되는 구형파 신호의 파 수가 일정하게 되어, 방전등의 발광 어른거림이 감소한다.
상기의 구형파 리셋 회로는, 구형파 발생회로에서의 발진을 리셋하는 구성으로 할 수 있다. 보다 구체적으로는, 구형파 리셋 회로는, 조광 신호가 입력되는 제1 미분 회로와, 제1 미분 회로의 출력에 의해 구동되는 제1 스위칭 회로를 구비하고, 구형파 발생회로에서의 CR 발진을 위한 캐패시터와 저항의 접속점이, 제1 스위칭 회로를 통해 접지 전위에 접속된 구성으로 할 수 있다.
제2 발명의 구성에 의하면, 출력 리셋 회로에 의해, 조광 신호의 온 기간 종료에 따르는 구형파 교류 전압의 정지 직후에, 구형파 교류 전압과 동일 위상의 펄스 전압이 펄스 트랜스에 인가되고, 이것에 의해 펄스 트랜스의 2차측 출력이 감쇠되어 링잉이 억제된다. 그 결과, 구동 신호(VL)의 정지시에도, 펄스 트랜스의 출력은 방전등을 발광시키는데 적절한 파형으로 되어, 어른거림이 억제된다.
이 구성에서, 구동 신호 생성회로와 펄스 트랜스의 사이에 삽입된, 구동 신호에 근거하여 번갈아 구동되는 2개의 스위칭 소자를 갖는 제2 스위칭 회로를 더 구비한 구성으로 할 수 있다. 스위칭 소자의 출력이 펄스 트랜스에 입력됨으로써, 구형파 교류 전압이 펄스 트랜스에 인가되고, 출력 리셋 회로는, 구형파 교류 전압의 정지 직전에 비구동측이던 스위칭 소자를 단시간 구동시키는 출력 리셋 신호를 공급하도록 구성한다. 또, 출력 리셋 회로는, 구동 신호가 입력되는 제2 미분 회로를 구비하고, 제2 미분 회로의 출력을 출력 리셋 신호로서 공급하는 구성으로 할 수 있다. 출력 리셋 신호의 펄스폭은 구동 신호 파형의 1주기의 1/4 이하인 것이 바람직하다.
이상의 구성에서, 구형파 발생회로를 타이머 회로로 구성할 수 있다. 또, 방전등의 적어도 1개의 전극이 발광관 외면에 설치된 외부 전극식의 방전등인 구성으로 할 수 있다. 이 경우, 방전등의 방전 물질을 희가스로 할 수 있다.
이하에, 본 발명의 실시 형태에서의 방전등 점등장치에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 방전등 점등장치를 도시하는 블록도이다. 도 2는 도 1의 장치의 각 부에서의 파형을 도시한다.
구형파 발생회로(1)는, 소정 주파수의 고주파의 구형파 신호(Vp)(도 2 (c) 참조)를 발생하여, 구동 신호 생성회로(2)에 공급한다. 구동 신호 생성회로(2)는, 구형파 신호(Vp)로부터 구동 신호(VL)(도 2 (d) 참조)를 생성하여, 스위칭 회로(3)에 공급한다. 스위칭 회로(3)는, 구동 신호(VL)에 근거하여, 구형파의 교류 전압을 펄스 트랜스(4)의 1차측에 인가한다. 펄스 트랜스(4)의 2차측에서 승압된 전압이 방전등(5)에 인가되어, 방전등(5)이 점등된다.
조광 제어 회로(6)는, PWM 파형으로 이루어지는 조광 신호(Vdim)(도 2 (a) 참조)를 생성하여, 구동 신호 생성회로(2), 구형파 리셋 회로(7), 및 출력 리셋 회로(8)에 공급한다. 구동 신호 생성회로(2)에서는, 조광 신호(Vdim)에 대응시켜 구형파 신호(Vp)로부터 소정의 버스트 파형을 추출함으로써, 상술의 구동 신호(VL)의 생성을 행한다. 구형파 리셋 회로(7)는, 조광 신호(Vdim)의 상승에 따라 구형파 발생회로(1)에, 도 2 (b)에 도시하는 것과 같은 구형파 리셋 신호(R1)를 출력한다. 도 2 (c)에는, 구형파 신호(Vp)가 조광 신호(Vdim)의 상승과 함께 동시에 리셋되어, 시간(t)의 타임 래그후에 재발진한 상태가 도시된다. 출력 리셋 회로(8)는, 조광 신호(Vdim)의 하강에 따라 스위칭 회로(3)에, 도 2 (e)에 도시하는 바와 같은 출력 리셋 신호(R2)를 출력한다.
또한, 도 2 (e)에는, 출력 리셋 신호(R2)가 조광 신호(Vdim)의 하강과 동시에 발생하도록 도시되어 있는데, 실제로는 구동 신호(VL)에 근거하여 펄스 트랜스(4)의 1차측에 인가되는 구형파 전압(도시하지 않음)의 종료와 동시의 타이밍에서 발생한다. 구형파 전압의 종료는 구동 신호(VL)의 정지에 대응하고, 구동 신호(VL)의 정지는 조광 신호(Vdim)의 하강에 대응한다. 따라서, 출력 리셋 신호(R2)의 발생은 조광 신호(Vdim)의 하강에 따른 타이밍으로 된다.
또 상기의 회로에서, 조광 제어 회로(6)를 내장하지 않고, 외부로부터 조광 신호(Vdim)가 공급되는 구성으로 하여도 된다.
도 3 및 도 4에 본 실시 형태의 방전등 점등장치가 적용되는 방전등(5)의 일례인 외부 전극식의 방전등을 도시한다. 도 3a는 정면도, 도 3b는 중앙 부분에서의 횡단면도이다. 발광관(9)은 원통 형상의 글라스로 이루어지고, 내부에 방전용 매체로서 크세논-아르곤 혼합가스가 봉입되어 있다. 발광관(9)의 내부에는, 니켈 등으로 이루어지는 내부 전극(10)이 설치되고, 리드선(11)에 의해, 발광관(9)의 외부로 전기적으로 도출되어 있다.
외부 전극 유닛(12)은, 탄력성을 가지는 인청동판으로 이루어지고, 발광관(9)의 원주 방향을 부분적으로 덮도록 장착되어 있다. 외부 전극 유닛(12)으로부터는 리드선(13)이 도출되어 있다. 발광관(9)과 외부 전극 유닛(12)의 사이에는 유전체 부재(14)가 배치되고, 발광관(9)의 원주 방향을 약 둘레의 반만큼 덮고 있다. 유전체 부재(14)는 외부 전극 유닛(12)에 의해 발광관(9)의 외벽에 가압되어 있다. 15는 발광관(9)의 내벽면에 형성된 형광체층이다.
외부 전극 유닛(12)을 형성하는 인청동판은, 둘레 방향의 다수의 분리홈(12a)을 가지고, 관 축 방향에서 분리된 다수의 외부 전극(12b)이 형성되어 있다. 또, 관 축 방향에 연속된 한쌍의 연결부(12c)에 의해, 다수의 외부 전극(12b)이 연결되어 외부 전극 유닛(12)의 일체성이 유지되고 있다. 다수의 외부 전극(12b)은 각각, 그 일부가 발광관(9)의 외벽면에 인접하는 인접부(12d)를 가지도록, 단면 형상에 요철이 형성되어 있다. 연결부(12c)는 인접부(12d) 이외의 부분에서 외부 전극(12b)을 전기적으로 접속하고 있다.
이상의 구성에 의해, 외부 전극 유닛(12)은, 관 축 방향의 다수 개소에 단속적으로 배치된 인접부(12d)에서만, 유전체 부재(14)를 개재한 외부 전극으로서 기능한다.
도 4는 이상과 같이 구성된 방전등 장치가 점등 회로(16)에 접속된 상태를 모식적으로 도시하는 도면이다. 내부 전극(10)과 외부 전극 유닛(12)의 사이에, 점등 회로(16)로부터 고주파의 구형파 전압이 인가된다. 이것에 의해, 발광관(9)내의 크세논-아르곤 혼합 가스에, 유전체인 발광관(9)의 글라스를 통해 고주파 전압이 인가되어 방전이 발생한다. 이 방전에 의해 크세논 가스가 전리 및 여기되어 자외선이 발생하고, 형광체층(15)에 조사되어 가시광이 발생한다.
도 1의 방전등 점등장치의 동작에 대해서, 도 2의 파형도를 참조하여 설명한다. 구형파 발생회로(1)는, 구형파 리셋 회로(7)로부터 출력되는 구형파 리셋 신호(R1)에 의해, 조광 신호(Vdim)의 상승시에 리셋된다. 따라서 도 2 (c)에 도시한 바와 같이, 구형파 신호(Vp)는, 조광 신호(Vdim)의 상승시부터 시간(t)의 타임 래그 후, 재발진된다. 구동 신호 생성회로(2)는, 조광 신호(Vdim)에 근거하여 구형파 신호(Vp)의 일부를 추출하고, 구동 신호(VL)로서 출력하기 위해, 다음과 같이 동작한다.
구동 신호 생성회로(2)는, 조광 신호(Vdim)가 온으로 된 시점부터, 구형파 신호(Vp)의 추출을 개시한다. 또, 조광 신호(Vdim) 및 구형파 신호(Vp)가 모두 오프 상태로 된 시점에서, 구형파 신호(Vp)의 추출을 종료한다. 도 2 (d)에는, 이와 같이 하여 형성된 구동 신호(VL)와, 조광 신호(Vdim) 및 구형파 신호(Vp)의 관계가 도시된다. 구동 신호(VL)의 개시는, 조광 신호(Vdim)의 상승으로 리셋된 구형파 신호(Vp)의 재발진의 타이밍과 일치한다. 구동 신호(VL)의 종료는, 조광 신호(Vdim)의 하강시에 구형파 신호(Vp)가 오프이면, 그 시점의 타이밍으로 된다. 조광 신호(Vdim)의 하강시에 구형파 신호(Vp)가 온이면, 구동 신호(VL)의 종료는, 구형파 신호(Vp)가 오프로 된 타이밍과 일치한다. 따라서, 최후의 구형파가 중단되는 경우는 없다.
상술과 같이 구동 신호(VL)가 생성되므로, 조광 주파수를 자유롭게 설정하여도, 구형파 신호(Vp)의 추출이 온 파형의 도중부터 개시되거나, 혹은 온 파형의 도중에 종료되는 경우는 없다. 따라서, 구동 신호(VL)의 불완전한 파형에 기인하는 방전등 어른거림은 방지된다. 또, 구형파 신호(Vp)가 조광 신호(Vdim)의 온 기간의 개시에 의해 리셋되므로, 조광 신호(Vdim)의 온 기간의 개시에 대해, 구형파 신호(Vp)의 위상이 항상 일정하게 된다. 따라서, 조광 신호(Vdim)의 주파수와 구형파 신호(Vp)의 주파수가 정수배의 관계가 아닌 경우라도, 일정한 듀티비의 조광 신호(Vdim)에 대해서는, 추출되는 구형파 신호(Vp)의 파 수는 일정하게 된다. 즉, 구동 신호(VL)에 포함되는 파 수의 변동은 없어, 방전등의 발광 어른거림이 해소된다.
도 1에 도시한 방전등 점등장치에서의, 구형파 발생회로(1) 및 구형파 리셋 회로(7)에 대해서, 제1 구체적인 구성예를 도 5a에 도시한다. 도 5a는 구형파 발생회로(1a)를 타이머 회로(17)를 이용하여 구성한 예이다. 가변 저항(18)과 캐패시터(19)에 의한 CR 발진과 타이머 회로(17)의 동작에 근거하여, 구형파 신호(Vp)가 출력된다. 구형파 리셋 회로(7)는, 미분 회로(20)와, 스위칭 소자(21)에 의해 구성된다. 조광 신호(Vdim)가 미분 회로(20)에 입력되고, 미분 회로(20)의 출력에 의해 스위칭 소자(21)가 구동된다. CR 발진부를 구성하는 가변 저항(18)과 캐패시터(19)의 접속점이 스위칭 소자(21)를 통해 접지되어 있다. 조광 신호(Vdim)의 상승이 미분 회로(20)에 의해 미분된 출력에 의해, 스위칭 소자(21)가 순간 도통하고, 가변 저항(18)과 캐패시터(19)의 접속점이 접지 전위에 접속된다. 이것에 의해, 캐패시터(19)의 전하가 방전되어 CR 발진이 리셋되고, 그 결과, 구형파 신호(Vp)의 출력이 리셋된다.
구형파 발생회로(1)의 제2 구성예를 도 5b에 도시한다. 도 5b는 구형파 발생회로(1b)를 무안정 멀티바이브레이터를 이용하여 구성한 예이다. 구형파 리셋 회로(7)는 도 5a의 구성과 동일하다. 미분 회로(20)를 구성하는 스위칭 소자(21)를 통해, 무안정 멀티바이브레이터에서의 CR 발진을 위한 가변 저항(22)과 캐패시터(23)의 접속점이 접지되어 있다. 도 5a의 구성과 마찬가지로, 조광 신호(Vdim)의 상승에 따라 스위칭 소자(21)가 도통하며, CR 발진이 리셋되고, 그 결과, 구형파 신호(Vp)의 출력이 리셋된다.
구형파 발생회로(1)에 포함되는 발진 회로는, 자려식(自勵式), 타려식(他勵式)의 어느 경우라도, 상술의 구성에 근거하는 효과는 얻을 수 있다. 단, 발진의 상승의 불안정함을 보충하는 의미에서 상술의 구성은 타려식의 경우에 보다 효과적이다.
다음에, 출력 리셋 회로(8)의 동작에 대해서 상세히 설명한다. 출력 리셋 회로(8)는, 상술과 같이, 조광 신호(Vdim)의 하강에 따라 스위칭 회로(3)에 출력 리셋 신호(R2)를 출력한다. 이것은, 구동 신호(VL)에 근거하여 스위칭 회로(3)를 통해 펄스 트랜스(4)를 동작시켰을 때의, 구동 신호(VL) 종료 직후에 발생하는 무제어의 전압 공진에 의한 링잉을 억제하기 위해 기능한다. 이 동작을 설명하기 위해, 먼저, 구동 신호 생성회로(2), 스위칭 회로(3), 및 출력 리셋 회로(8)의 구체적인 회로 구성의 예에 대해서, 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6에서, 구동 신호 생성회로(2)는, 플립플롭 회로(24), NAND 회로(25), OR 회로(26)를 주 요소로 하여 구성된다. 스위칭 회로(3)는, NPN 트랜지스터(27, 28), FET(29, 30)를 주 요소로 하여 구성된다. 출력 리셋 회로(8)는, NPN 트랜지스터(31), 미분 회로(32)를 주 요소로 하여 구성된다. 도 7에는 각 부의 파형을 도시한다.
플립플롭 회로(24)의 데이터측에는 조광 신호(Vdim)가 입력되고, 클록 펄스측에는 구형파 신호(Vp)가 입력된다. 플립플롭 회로(24)의 비반전측의 출력을 도 7 (c)에, 반전측의 출력을 도 7 (d)에 도시한다. 플립플롭 회로(24)의 비반전측 및 반전측의 출력은 각각 NAND 회로(25)의 한쪽 입력 및 OR 회로(26)의 한쪽 입력으로서 공급된다. NAND 회로(25), OR 회로(26)의 다른쪽 입력으로는 구형파 신호(Vp)가 입력된다.
NAND 회로(25), OR 회로(26)는 각각, 도 7 (e), (f)에 도시하는 구동 신호(VL1, VL2)를 출력한다. 또한, FET(29, 30) 구동용의 스위치로서 NPN 트랜지스터(27, 28)가 이용되고 있으므로, 도 7 (b)의 구형파 신호(Vp)에 대해, 구동 신호(VL1, VL2)의 극성이 반전하고 있다. 구동 신호(VL1, VL2)는 각각, NPN 트랜지스터(27, 28)의 베이스에 입력되고, 스위칭 동작에 의해, FET(29, 30)가 번갈아 구동된다. 그 결과, 도 7 (h)에 도시하는 구형파의 교류 전압이 펄스 트랜스(4)의 1차측에 인가된다.
출력 리셋 회로(8)에는, 플립플롭 회로(24)의 반전측 출력이 입력되고, 미분 회로(32)를 통해 NPN 트랜지스터(31)에 입력된다. 따라서 출력 리셋 회로(8)에서는, 도 7 (g)에 도시하는 바와 같은 펄스 형상의 출력 리셋 신호(R2)가 NPN 트랜지스터(27)에 공급된다. 플립플롭 회로(24)의 반전측 출력의 상승은 구동 신호(VL2)의 종료에 대응하므로, 도 7 (h)에 도시하는 구형파 교류 전압의 종료시에, FET(30)가 오프로 되는 것과 동시에, FET(29)가 순간적으로 온으로 된다. 따라서, 구형파 교류 전압의 종료 직후에, 펄스 트랜스의 1차측에 펄스 형상의 리셋 전압(편의상 R2로 표시함)이 인가되게 된다. 이것에 의해, 펄스 트랜스의 2차측 출력이 리셋된다. 이 동작에 대해서, 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.
도 8 (a)에 펄스 트랜스(4)의 2차측 출력 파형을 도시한다. (b)는 FET(29) 구동 전압, (c)는 FET(30) 구동 전압, (d)는 조광 신호(Vdim)이다. FET(29) 구동 전압의 구형파의 다음에, 출력 리셋 신호(R2)가 부가되어 있다. 도 9(a)∼(d)에는 출력 리셋 신호(R2)가 부가되어 있지 않은 경우의 파형을 도 8에 대응시켜 도시한다.
조광 신호(Vdim)의 종료에 대응하여 FET(30) 구동 전압이 상승할 때, 펄스 트랜스(4)의 2차측은 차지(charge)된 상태에 있고, FET(30)가 오프로 되는 것에 의해 차지가 역류한다. 따라서, 도 9의 경우는, (a)에 도시하는 펄스 트랜스의 2차측 출력파형에 링잉을 발생시키고 있다. 이에 대해 도 8의 경우에는, 출력 리셋 신호(R2)의 존재에 의해, FET(30)가 오프로 되는 것과 동시에 FET(29)가 순간적으로 온으로 되어 차지가 방전되어, 펄스 트랜스의 2차측 출력이 리셋된 상태로 된다. 따라서, 도 8 (a)에 도시되는 바와 같이, 링잉이 억제된다. 여기서 리셋은 반드시 순간적으로 차지가 100% 방전되어 펄스 트랜스의 2차측 출력이 완전히 0V의 상태에 도달하는 것을 의미하는 것은 아니다. 요컨대, 펄스 트랜스의 출력의 후단이 방전 미스를 생기게 하지 않는 파형을 유지할 수 있을 정도로, 단시간에 충분히 차지가 방전되어, 펄스 트랜스의 출력이 감쇠되는 것을 의미한다.
FET(29)를 온으로 하는 시간, 즉, 출력 리셋 신호(R2)의 폭은, 램프 용량, 트랜스 승압비, 저항값 등에 따라 다르지만, 구동 신호(VL)의 1주기의 파형의 1/4 이하가 바람직하다. 너무 길면, 역극성의 차지가 축적하는 것으로 되기 때문이다. 짧아도 상응하는 효과가 얻어지므로 하한값은 특별히 없지만, 차지를 내보내는 효과를 충분히 얻기 위해서는 1/8 이상으로 하는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 출력 리셋 회로(8)를 설치함으로써, 조광 신호(Vdim)의 각 주기마다의 구동 신호(VL)의 종료시에서의 펄스 트랜스(4)의 2차측 출력에 발생하는 링잉을 억제하며, 어른거림 방지 효과를 더욱 높일 수 있다. 단, 각종 조건의 설정에 의해, 출력 리셋 회로(8)를 이용하지 않고, 구동 신호 생성회로(2) 및 구형파 리셋 회로(7)에 의한 구동 신호(VL) 생성의 최적화의 작용만으로, 실용적으로 문제 없는 범위로 어른거림을 억제하는 것도 가능하다.
또, 출력 리셋 회로(8)를 설치하는 것에 의한 작용 효과는 구형파 리셋 회로(7)를 설치하는 것을 전제로 하는 것은 아니다. 또한, 구동 신호 생성회로(2)에 의해, 구동 신호(VL)의 전후의 타이밍을 각 구형파가 중단되지 않도록 제어하는 것도 전제로서 필수는 아니다. 다른 방법에 의해 구동 신호(VL)가 생성되는 경우라도, 출력 리셋 회로(8)에 의해 각 주기마다의 구형파 전압의 정지 후에 발생하는 링잉을 억제하는 것은 어른거림의 억제에 효과적이다.
단, 출력 리셋 회로(8)에 의한 작용 효과는, 구동 신호(VL)의 종료를 구형파 신호(Vp)의 온 파형의 종료와 동기시키는 구성과의 조합에서 특히 효과적이다. 즉, 구동 신호(VL)의 종료시의 파형이 어중간한 경우에 발생하는 어른거림을 방지하여도 또한 발생하는 어른거림을 방지하고, 어른거림을 보다 고정밀도로 억제한 점등장치를 실현하기 때문이다.
상술의 구성의 방전등 점등장치에서의 각 신호의 구체적인 구성예는 이하와 같다.
구형파 신호(Vp)의 주파수 : 10∼50kHz
조광 신호(Vdim)의 주파수 : 100∼300Hz
펄스 트랜스 입력 : 8∼15V
펄스 트랜스 출력 : Vp-p = 2.0kV(±1.0kV)
또, 조광 신호(Vdim)의 주파수는 장치를 안정되게 동작시키기 위해 일정한 것이 바람직하다.
상술의 구성의 점등장치는, 유전체 배리어 방전을 이용한 어떠한 타입의 방전등에도 적용 가능한데, 특히, 무수은 방전등(방전의 주 발광으로서 수은의 휘도를 포함하지 않는 것을 말함)에 적합하다.
본 발명의 방전등 점등장치에 의하면, 구형파 리셋 회로에 의해, 구형파 신호의 발생 동작이 조광 신호의 상승시에 리셋되고, 구동 신호 생성회로는, 조광 신호가 온으로 되고 나서 조광 신호 및 구형파 신호가 함께 오프의 상태로 된 시점까지의 기간의 구형파 신호를 추출한다. 따라서, 조광 신호의 온 기간의 개시에 대해, 구형파 신호의 위상이 항상 일정하게 된다. 그 결과, 조광 신호의 주파수와 구형파 신호의 주파수가 정수배의 관계가 아니어도, 일정한 듀티비의 조광 신호에 대해서는, 추출되는 구형파 신호의 파 수가 일정하게 되어, 방전등의 발광 어른거림이 감소한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 방전등 점등장치를 도시하는 블록도,
도 2는 도 1의 장치의 동작을 도시하는 파형도,
도 3a는 본 발명의 방전등 점등장치가 적용되는 방전등의 일례인 외부 전극식의 방전등 장치의 정면도, 도 3b는 그 중앙 부분에서의 횡단면도,
도 4는 도 3의 방전등 장치가 점등 회로에 접속된 상태를 모식적으로 도시하는 도면,
도 5a는 도 1의 방전등 점등장치에서의 리셋 회로 부분의 구성예를 도시하는 회로도,
도 5b는 동 리셋 회로 부분의 다른 구성예를 도시하는 회로도,
도 6은 도 1의 방전등 점등장치에서의 요부의 구체 구성예를 도시하는 회로도,
도 7은 도 6의 회로의 동작을 도시하는 파형도,
도 8은 도 6의 회로에 의한 작용을 설명하기 위한 파형도,
도 9는 도 6의 회로에 대한 비교예의 회로의 동작을 도시하는 파형도,
도 10은 종래예의 방전등 점등장치를 도시하는 블록도,
도 11은 도 10의 장치의 동작을 도시하는 파형도,
도 12는 도 10의 장치의 문제점을 설명하기 위한 파형도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 구형파 발생회로 2 : 구동 신호 생성회로
3 : 스위칭 회로 4 : 펄스 트랜스
5 : 방전등 6 : 조광 제어 회로
7 : 구형파 리셋 회로 8 : 출력 리셋 회로
11, 13 : 리드선 12 : 외부 전극 유닛
14 : 유전체 부재 15 : 형광체층

Claims (10)

  1. 소정 주파수의 구형파 신호를 생성하는 구형파 발생회로와, 상기 구형파 신호 및 상기 구형파 신호보다 낮은 주파수의 PWM 파형으로 이루어지는 조광 신호가 입력되고, 상기 조광 신호의 온 기간에 대응하는 기간의 상기 구형파 신호를 추출하여 구동 신호로서 출력하는 구동 신호 생성회로와, 상기 구동 신호에 근거하는 구형파 전압이 1차측에 인가되고, 상기 구형파 전압을 승압시켜 방전등에 인가하는 펄스 트랜스를 구비한 방전등 점등장치에 있어서,
    상기 구형파 발생회로에 의한 상기 구형파 신호의 발생 동작을 상기 조광 신호의 상승시에 리셋하는 구형파 리셋 회로를 더 구비하고, 상기 구동 신호 생성회로는, 상기 조광 신호가 온으로 되고 나서 상기 조광 신호 및 상기 구형파 신호가 동시에 오프 상태로 된 시점까지의 기간의 상기 구형파 신호를 추출하는 것을 특징으로 하는 방전등 점등장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구형파 리셋 회로는 상기 구형파 발생회로에서의 발진을 리셋하도록 구성된 방전등 점등장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 구형파 리셋 회로는, 상기 조광 신호가 입력되는 제1 미분 회로와, 상기 제1 미분 회로의 출력에 의해 구동되는 제1 스위칭 회로를 구비하고, 상기 구형파 발생회로에서의 CR 발진을 위한 캐패시터와 저항과의 접속점이, 상기 제1 스위칭 회로를 통해 접지 전위에 접속된 방전등 점등장치.
  4. 소정 주파수의 구형파 신호를 생성하는 구형파 발생회로와, 상기 구형파 신호 및 상기 구형파 신호보다 낮은 주파수의 PWM 파형으로 이루어지는 조광 신호가 입력되고, 상기 조광 신호의 온 기간에 대응하는 기간의 상기 구형파 신호를 추출하여 구동 신호로서 출력하는 구동 신호 생성회로와, 상기 구동 신호에 근거하는 구형파 교류 전압이 1차측에 인가 입력되고, 상기 구형파 교류 전압을 승압시켜 방전등에 인가하는 펄스 트랜스를 구비한 방전등 점등장치에 있어서,
    상기 조광 신호의 온 기간 종료에 따르는 상기 구형파 교류 전압의 정지 직후에, 상기 구형파 교류 전압과 동일 위상의 펄스 전압을 상기 펄스 트랜스에 입력하는 출력 리셋 회로를 더 구비하고, 상기 펄스 전압의 인가에 의해 상기 펄스 트랜스의 2차측 출력이 감쇠되는 것을 특징으로 하는 방전등 점등장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 구동 신호 생성회로와 상기 펄스 트랜스와의 사이에 삽입되고, 상기 구동 신호에 근거하여 번갈아 구동되는 2개의 스위칭 소자를 갖는 제2 스위칭 회로를 더 구비하고,
    상기 스위칭 소자의 출력이 상기 펄스 트랜스에 입력됨으로써, 상기 구형파 교류 전압이 상기 펄스 트랜스에 인가되고, 상기 출력 리셋 회로는, 상기 구형파 교류 전압의 정지 직전에 비구동측이던 상기 스위칭 소자를 단시간 구동하는 출력 리셋 신호를 공급하도록 구성된 방전등 점등장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 출력 리셋 회로는, 상기 구동 신호가 입력되는 제2 미분 회로를 구비하고, 상기 제2 미분 회로의 출력을 상기 출력 리셋 신호로서 공급하는 방전등 점등장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 출력 리셋 신호의 펄스폭은 상기 구동 신호 파형의 1주기의 1/4 이하인 방전등 점등장치.
  8. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 구형파 발생회로가 타이머 회로로 구성된 방전등 점등장치.
  9. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 방전등의 적어도 1개의 전극이 발광관 외면에 설치된 외부 전극식의 방전등인 방전등 점등장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 방전등의 방전 물질이 희가스인 방전등 점등장치.
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