KR20040052484A

KR20040052484A - 방전등 장치

Info

Publication number: KR20040052484A
Application number: KR10-2003-7011422A
Authority: KR
Inventors: 에이지 아베; 도시아끼 시바
Original assignee: 하리손 도시바 라이팅구 가부시키가이샤
Priority date: 2001-11-01
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2004-06-23
Also published as: EP1441574A4; TW591973B; CN1493174A; WO2003039207A1; EP1441574A1; TW200300647A

Abstract

직류 전원에 접속되는 구동 신호 회로(10)와, 상기 구동 신호 회로로부터 출력되는 한쌍의 구동 신호(11a, 11b)에 의해 교대로 개폐 제어되고, 상기 직류 전원의 단자 사이에 직렬로 접속된 제1 및 제2 스위칭 소자 S1, S2와, 이들 각 스위칭 소자 S1, S2가 적어도 한쪽에 직렬로 접속된 유도 소자 L5(L3)와, 1차 권선 L1 및 2차 권선 L2를 갖고, 상기 1차 권선 L1이 상기 직류 전원에 접속되어, 상기 스위칭 소자 S1, S2에 의해, 전류의 방향이 교대로 전환되는 펄스 트랜스포머(12)와, 이 펄스 트랜스포머(12)의 2차측 단자 L2 사이에 접속 배치된 방전등(13)과, 상기 제2 스위칭 소자 S2에 병렬 접속된 제너 다이오드 소자 D1을 갖고, 점등 시에 고압인 서지 펄스의 발생을 저감하여, 안전성, 또한 안정성에 우수한 방전등 장치이다.

Description

방전등 장치{DISCHARGING LAMP APPARATUS}

액정 표시 장치는, 퍼스널 컴퓨터, 카 내비게이션 장치 등의 각종 전자 기기의 표시 장치로서 널리 이용되고 있다. 이러한 액정 표시 장치에서는, 백 라이트용 광원으로서, 발열량이 적은 냉음극 형광 램프가 일반적으로 사용되고 있다.

종래, 냉음극 형광 램프를 구동하기 위한 점등·구동 회로로서 도 1에 도시한 바와 같은 점등·구동 회로가 알려져 있다. 즉 이 점등 구동 회로에서, 도 1의 (A)에 도시한 바와 같이, 직류 전원(9)에 접속된 구동 신호 회로(10)는 한쌍의 구형파 구동 신호(11a, 11b)를 출력한다. 이들 구형파 구동 신호(11a, 11b)는 인버터를 구성하는 제1 및 제2 반도체 스위칭 소자 S1, S2를 교대로 개폐 구동한다. 이들 스위칭 소자 S1, S2는 상기 직류 전원(9)의 정극 단자 V와 접지 G 사이에 상호 직렬로 접속되어 있다. 또한, 제1 및 제2 반도체 스위칭 소자의 각각에는 파형 정형용의 유도 소자 L3, L4가 직렬로 접속되어 있다. 또한, 직류 전원(9)의 정극 단자 V와 접지 G 사이에는 컨덴서 C1 및 컨덴서 C2가 직렬로 접속되어 있다. 펄스 트랜스포머(12)의 1차 권선 L1의 입력 단자는, 컨덴서 C1 및 컨덴서 C2의 접속점 P과 제1 스위칭 소자 S1 및 유도 소자 L3로 이루어지는 직렬 접속 회로의 일단 Q에 접속되어 있다. 펄스 트랜스포머(12)의 2차측 권선 L2의 출력 단자 사이에는 외면 전극 형광 램프(13)가 접속되어 있다.

다음으로 이 점등·구동 회로의 동작을 설명한다. 구동 신호 회로(10)로부터 출력되는 구형파 구동 신호(11a, 11b)의 제어에 의해, 스위칭 소자 S1가 온이고, 스위칭 소자 S2가 오프일 때는, 도 1의 (A)에 도시한 바와 같이, 직류 전원(9)의 정극 단자 V-스위칭 소자 S1-유도 소자 L3-펄스 트랜스포머(12)의 1차 권선 L1-컨덴서 C2-접지 G의 회로에 전류 Ia가 흐른다. 또한, 구동 신호 회로(10)에서 출력되는 구형파 구동 신호(11a, 11b)의 제어에 의해, 스위칭 소자 S1가 오프이고, 스위칭 소자 S2가 온일 때, 도 1의 (B)에 도시한 바와 같이, 직류 전원(9)의 정극 단자 V-컨덴서 C1-펄스 트랜스포머(12)의 1차 권선 L1-유도 소자 L4-스위칭 소자 S2-접지 G의 회로에 전류 Ib가 흐른다. 구동 신호 회로(10)에서 출력되는 구형파 구동 신호(11a, 11b)의 제어에 의해, 이러한 동작이 반복되어, 펄스 트랜스포머(12)의 1차 권선 L1에는 전류 Ia 및 Ib가 교대로 흐르기 때문에, 펄스 트랜스포머(12)의 2차측 권선 L2의 출력 단자 사이에는 구형파 전압이 연속적으로 발생한다. 이 출력 전압은 외면 전극 형광 램프(13)에 인가되어, 이것을 점등·구동한다.

그러나, 상기한 바와 같은 방전 램프의 점등·구동 장치에서는, 스위칭 소자 S1, S2의 온·오프 시에, 저항 성분을 갖는 유도 소자 L3, L4의 작용에 의해서, 급격하게 고압의 서지 펄스가 발생하는 문제가 있다. 즉, 스위칭 소자 S1, S2의 온·오프 시에, 컨덴서 C1, 컨덴서 C2, 펄스 트랜스포머(12)의 1차 권선 L1 및 유도 소자 L3, L4 등을 포함하는 LC 공진 회로에, 소위 링잉 현상에 의해 진동 전류가 발생하여, 유도 소자 L3, L4의 양단에 큰 전압을 갖는, 소위 서지 전압이 발생한다. 이 때문에, 펄스 트랜스포머(12)의 1차측에서, 인버터 회로를 구성하는 스위칭 소자 S1, S2를 파괴할 우려가 있다.

한편, 펄스 트랜스포머(12)의 2차측 권선 L2의 출력 단자 사이에도, 도2에 도시한 바와 같은 높은 서지 펄스 S를 포함하는 전압 파형이 발생하여, 방전 램프(13)에 공급된다. 여기서, 도2의 횡축은 시간축으로, 5μs/div이고, 종축은 전압으로, 5.0V/div이다. 이러한 급격한 고압의 서지 펄스 전압의 발생으로 인해, 이러한 종류의 방전등 장치의 안전성 내지 신뢰성, 장기 수명화가 손상되는 문제점이 있다.

상기 고압인 서지 펄스 대책으로서, 스위칭 소자 S1, S2로서, 상기 서지 전압을 초과하는 내압을 갖는 반도체 스위칭 소자로 대체·변경하는 수단이 있다. 그러나, 서지 전압을 초과하는 내압을 갖는 반도체 스위칭 소자는, 소자 자체가 대형화하기 때문에, 액정 표시 장치의 백 라이트로서 바람직한 컴팩트화에 대응할 수 없다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 점등시에 고압의 서지 펄스의 발생을 억제 내지 저감하여, 안전성, 또한 안정성에 우수한 방전등 장치의 제공을 목적으로 한다.

<발명의 개시>

본 발명의 방전등 장치는, 직류 전원에 접속되는 구동 신호 회로와, 상기 구동 신호 회로로부터 출력되는 한쌍의 구동 신호에 의해 교대로 개폐 제어되어, 상기 직류 전원의 단자 사이에 직렬로 접속된 제1 및 제2 스위칭 소자와, 이들 각 스위칭 소자에 직렬로 접속된 유도 소자와, 1차 권선 및 2차 권선을 갖고, 상기 1차 권선이 상기 직류 전원에 접속되어, 상기 스위칭 소자에 의해 전류의 방향이 교대로 전환되는 펄스 트랜스포머와, 이 펄스 트랜스포머의 2차측 단자 사이에 접속 배치된 방전등과, 상기 제2 스위칭 소자에 병렬 접속된 제너 다이오드 소자를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 방전등 장치는, 직류 전원에 접속되는 구동 신호 회로와, 상기 구동 신호 회로로부터 출력되는 한쌍의 구동 신호에 의해 교대로 개폐 제어되어, 상기 직류 전원의 단자 사이에 직렬로 접속된 제1 및 제2 스위칭 소자와, 이들 각 스위칭 소자에 각각 직렬로 접속된 제1 및 제2 유도 소자와, 1차 권선 및 2차 권선을 갖고, 상기 1차 권선이 상기 직류 전원에 접속되어, 상기 스위칭 소자에 의해 전류의 방향이 교대로 전환되는 펄스 트랜스포머와, 이 펄스 트랜스포머의 2차측 단자 사이에 접속 배치된 방전등과, 상기 제2 스위칭 소자에 직렬 접속된 제1 일방향성 전류 소자와, 이 제1 일방향성 전류 소자 및 상기 제2 유도 소자에 병렬 접속된 제2 일방향성 전류 소자를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 방전등 장치는, 직류 전원에 접속되는 구동 신호 회로와, 상기 구동 신호 회로로부터 출력되는 한쌍의 구동 신호에 의해 교대로 개폐 제어되고, 상기 직류 전원의 단자 사이에 직렬로 접속된 제1 및 제2 스위칭 소자와, 이들각 스위칭 소자에 직렬로 접속된 제1 및 제2 유도 소자와, 1차 권선 및 2차 권선을 갖고, 상기 1차 권선이 상기 직류 전원에 접속되어, 상기 스위칭 소자에 의해 전류의 방향이 교대로 전환되는 펄스 트랜스포머와, 이 펄스 트랜스포머의 2차측 단자 사이에 접속 배치된 방전등과, 상기 제2 스위칭 소자에 직렬 접속된 제1 일방향성 전류 소자와, 이 제1 일방향성 전류 소자에 병렬 접속된 제2 일방향성 전류 소자를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 방전등 장치에서는, 상기 일방향성 전류 소자는, 다이오드 소자, 트랜지스터 소자, MOSFET 소자, 포토 커플러의 군으로부터 선택한 적어도 1종인 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 방전등 장치에서는, 스위칭 소자의 온·오프 시에 장치내를 소정의 방향(화살표 Ia, Ib)으로 흐르는 전류 회로에, 일방향성 전류 소자를 설치함으로써, 역방향 전류의 흐름을 차단 내지 억제한다. 이에 의해, 펄스 트랜스포머의 1차 권선측의 회로에서의 링킹 현상의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 이들 일방향성 전류 소자는, 링킹 현상에 의해 발생한 서지 전압을 스위칭 소자에 바이패스함으로써, 반도체 스위칭 소자의 파괴를 방지할 수 있다.

<도면의 간단한 설명>

도 1의 (A), (B)는 종래의 방전등 장치의 구성 및 동작을 설명하기 위한 블록도.

도 2는 도 1의 방전등 장치에 의해 발생되는 전압 파형도.

도 3은 본 발명의 방전등 장치에 이용되는 외부 전극 형광 램프의 일례를 도시하는 종단면도.

도 4는 제1 실시예에 따른 방전등 장치의 개략 구성을 도시하는 회로도.

도 5는 상기 방전등 장치에서의, 펄스 트랜스포머(12)의 2차 권선 L2에 나타나는 전압 파형.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 방전등 장치의 개략 구성을 도시하는 회로도.

도 7은 상기 방전등 장치에서의 펄스 트랜스포머(12)의 2차측에 발생하는 전압 파형도를 도시하는 도면.

도 8의 (A), (B)는 본 발명의 제3 실시예에 따른 방전등 구동 장치의 개략 구성 및 구동 동작을 설명하기 위한 회로도.

도 9는 상기 제3 실시예에서의, 펄스 트랜스포머(12)의 2차 권선 L2측에 발생하는 전압 파형 A 및 전류 파형 B를 도시하는 도면.

도 10은 본 실시예에 따른 방전등 장치와 종래의 방전등 장치에 대하여, 램프 입력 전력과 상대 광속의 관계를 비교한 그래프.

도 11은 구동 신호 발생 회로(11)의 출력 펄스와 조광율의 관계를 도시하는 펄스 파형도.

본 발명은 액정 표시 장치의 백 라이트용 광원에 적합한 방전등 장치에 관한 것으로, 특히, 방전등을 점등 구동하기 위한 전원 장치에 관한 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 3은 본 발명의 방전등 장치에 이용되는 방전등의 일례를 도시하는 종단면도이다. 이 방전등은, 내벽면에 형광체 피막(1)이 형성되고, 또한 크세논을 주체로 한 희 가스(방전 매체)가 기밀하게 봉입된 유리관(2)과, 상기 유리관(2)의 일단측에 리드 단자(3)를 도출하여 밀봉된 내부 전극(4)과, 상기 유리관(2)의 외주면에, 관축 방향의 거의 전체 길이에 걸쳐 소요되는 피치로 나선 형상으로 권회된 외부 전극(5)을 갖는 외부 전극 형광 램프이다.

여기서, 유리관(2)은, 외부 직경 1.2∼10.0mm 정도, 길이 50∼750mm 정도로, 예를 들면 크세논 가스를 주체로 한 희 가스가 방전 매체로서 봉입되어 있다. 또, 도면에서, 5a는 외부 전극(5)의 리드 단자, 6은 외부 전극(5)의 표면을 피복하는 투광성의 열수축 튜브로, 외부 전극(5)의 위치 어긋남 방지와 전기적 절연 등의 기능을 갖는다.

이 외부 전극 형광 램프에 있어서, 전원(9)으로부터 전압 공급선(7, 8)을 통하여, 내부 전극(4) 및 외부 전극(5) 사이에 예를 들면 1∼3KV의 구형파 전압을 인가하면, 양 전극(4, 5)에 의한 방전이 개시하여, 유리관(2)내에서 자외선을 방사한다. 방사된 자외선은, 유리관(2) 내벽면의 형광체 피막(1)에 의해서 가시광선으로 변환된다.

도 4는 본 발명의 방전등 장치의 제1 실시예를 도시하는 회로도이다. 도면에서, 10은 직류 전원(도시 생략)에 접속되는 구형파 구동 신호를 출력하는 구동 신호 회로, S1, S2는 인버터 회로를 구성하는 반도체 스위칭 소자로, 상기 구동 신호 회로(10)로부터 출력되는 구형파 구동 신호(11a, 11b)에 의해 교대로 개폐 제어된다. 즉, 구형파 구동 신호(11a, 11b)는 동일한 반복 주파수이고 위상이 180도 다른 구형파이고, 한쪽이 고레벨(H)일 때는 다른 쪽이 저레벨이다. 또한, 12는 1차 권선 L1 및 이차 권선 L2를 갖는 펄스 트랜스포머, 13은 펄스 트랜스포머(12)의 2차 권선 L2 단자 사이에 접속 배치된 외부 전극 형광 램프이다.

스위칭 소자 S1, S2는 상기 직류 전원의 플러스 단자 V와 접지 G 사이에 상호 직렬로 접속되어 있다. 또한, 제1 및 제2 반도체 스위칭 소자의 각각에는 유도 소자 L3, L4가 직렬로 접속되어 있다. 또한, 직류 전원(9)의 단자 V와 접지 G 사이에는 컨덴서 C1 및 컨덴서 C2가 직렬로 접속되어 있다. 펄스 트랜스포머(12)의 1차 권선 L1의 입력 단자는, 컨덴서 C1 및 컨덴서 C2의 접속점 P와 제1 스위칭 소자 S1 및 유도 소자 L3로 이루어지는 직렬 접속 회로의 일단 Q에 접속되어 있다. 그리고, 반도체 스위칭 소자 S2에 대하여 병렬로, 이 스위칭 소자 S2의 내압 이하의 Vf(순방향 전압)를 갖는 제너 다이오드 소자 D1을 포함하는 회로가 접지되어 있다.

다음으로 이 방전등 장치의 동작을 설명한다. 구동 신호 회로(10)로부터 출력되는 구형파 구동 신호(11a, 11b)의 제어에 의해, 스위칭 소자 S1가 온이고, 스위칭 소자 S2가 오프일 때는, 직류 전원 단자 V-스위칭 소자 S1-유도 소자 L3-펄스 트랜스포머(12)의 1차 권선 L1-컨덴서 C2-접지 G의 회로에 전류 Ia가 흐른다. 또한, 구동 신호 회로(10)에서 출력되는 구형파 구동 신호(11a, 11b)의 제어에 의해, 스위칭 소자 S1가 오프이고, 스위칭 소자 S2가 온일 때, 직류 전원 단자 V-컨덴서 C1-펄스 트랜스포머(12)의 1차 권선 L1-유도 소자 L4-스위칭 소자 S2-접지 G의 회로에 전류 Ib가 흐른다.

구동 신호 회로(10)에서 출력되는 구형파 구동 신호(11a, 11b)의 제어에 의해, 이러한 동작이 반복되어, 펄스 트랜스포머(12)의 1차 권선 L1에는 전류 Ia 및 Ib가 교대로 흐르기 때문에, 펄스 트랜스포머(12)의 2차측 권선 L2의 출력 단자 사이에는 구형파 전압이 연속적으로 발생한다. 이 출력 전압은 외면 전극 형광 램프(13)에 인가되어, 이것을 점등·구동한다.

여기서, 펄스 트랜스포머(12)의 1차 권선 L1측에는, 상기한 바와 같이, 스위칭 소자 S1, S2의 온·오프에 의해, 전류 Ia 및 Ib가 교대로 흐르지만, 이 전류 통로에 삽입되어 있는 유도 소자 L3, L4의 작용에 의해 링잉이 생겨, 큰 서지 전압이 발생한다. 그런데, 상술된 바와 같이, 스위칭 소자 S2와 병렬로 접속되고, 일단이 접지된 제너 다이오드 소자 D1의 Vf는, 통상의 점등 동작 중에 펄스 트랜스포머(12)의 1차 단자 L1측에 정규적으로 유기되는 서지 성분을 포함하지 않는 전압값 이상이고, 또한 반도체 스위칭 소자 S2(혹은 반도체 스위칭 소자 S1)의 내압 이하로 설정되어 있다. 이 때문에, 반도체 스위칭 소자 S1, S2의 교대 전환 구동으로, 필요한 구동 신호를 펄스 트랜스포머(12)에 입력하는 과정에서, 급격한 서지 펄스가 발생하면,이 전압에 기초하는 펄스 전류는 전류 Ib에 중첩되어 스위칭 소자 S2측에 흐르지만, 제너 다이오드 소자 D1이 도통하기 때문에 이 제너 다이오드 소자 D1을 통하여 접지 회로에 바이패스된다. 따라서, 반도체 스위칭 소자 S2의 내압을 초과하는 큰 서지 펄스가 발생해도, 반도체 스위칭 소자 S2를 손상하지 않게 된다. 또한, 반도체 스위칭 소자 S1가 온, S2가 오프일 때에 흐르는 전류 Ib에 서지 펄스에 기초하는 전류가 중첩된 경우에는, 컨덴서 C2를 통하여 접지로 흐르기 때문에, 반도체 스위칭 소자 S1를 파괴하지 않게 된다.

도 5는 상기 방전등 장치에서 펄스 트랜스포머(12)의 2차 권선 L2에 나타나는 전압 파형이다. 도 2에 도시한 종래의 방전등 장치에서의 전압 파형에 비하여, 서지 펄스가 대폭 저감되어 있다. 즉, 반도체 스위칭 소자 S1, S2의 온·오프 시에 발생하는 급격한 고압 서지 펄스가 용이하고 또한 확실하게 접지측으로 밀려나기 때문에, 상기 고압 서지 펄스에 의한 반도체 스위칭 소자 S1, S2의 손상 등을 회피할 수 있게 되어, 안정적인 점등 동작이 유지된다.

도 6는 본 발명의 제2 실시예에 따른 방전등 장치의 개략 구성을 도시하는 회로도이다. 도 6에서, 도 4에 도시한 방전등 장치와 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략하며, 이하에서는 다른 부분에 대하여 설명한다.

구형파 신호를 출력하는 구동 신호 회로(인버터 구동 신호 유닛)(10)는, 반도체 스위칭 소자 S1, S2를 통하여 펄스 트랜스포머(12)의 1차 권선 L1측에 접속되어 있다. 반도체 스위칭 소자 S1에는 유도 소자 L3이 직렬로 접속되어 있다. 그리고,다른 쪽의 반도체 스위칭 소자 S2에는 제1 일방향성 전류 소자 D2 및 유도 소자 L5가 직렬로 접속되어 있다. 또한, 일방향성 전류 소자 D2 및 유도 소자 L5의 직렬 접속 회로에 제2 일방향성 전류 소자 D3가 병렬 접속되어 있다. 여기서, 제2 일방향성 전류 소자 D3의 극성은, 제1 일방향성 전류 소자 D2에 대하여 역극성으로 접속되어 있다. 일방향성 전류 소자 D2, D3는, 예를 들면 다이오드 소자 등이고, 또한 유도 소자 L5는, 예를 들면 코일 등이다.

이러한 방전등 장치의 기본적인 동작은 제1 실시예와 동일하다. 즉, 구동 신호 회로(10)에서 출력되는 구형파 구동 신호(11a, 11b)의 제어에 의해, 스위칭소자 S1가 온이고, 스위칭 소자 S2가 오프일 때는, 직류 전원 단자 V-스위칭 소자 S1-유도 소자 L3-펄스 트랜스포머(12)의 1차 권선 L1-컨덴서 C2-접지 G의 회로에 전류 Ia가 흐른다. 또한, 구동 신호 회로(10)에서 출력되는 구형파 구동 신호(11a, 11b)의 제어에 의해, 스위칭 소자 S1가 오프이고, 스위칭 소자 S2가 온일때, 직류 전원 단자 V-컨덴서 C1-펄스 트랜스포머(12)의 1차 권선 L1-제1 일방향성 전류 소자 D2-유도 소자 L5-스위칭 소자 S21-접지 G의 회로에 전류 Ib가 흐른다.

여기서, 반도체 스위칭 소자 S1, S2의 교대 전환 구동에 의해, 펄스 트랜스포머(12)의 1차 권선 L1측에 급격한 서지 펄스가 발생하면, 이 서지 펄스에 기초하는 펄스가 중첩된 전류 Ib가 제1 일방향성 전류 소자 D2 및 유도 소자 L5를 통하여 반도체 스위칭 소자 S2 방향으로 흐르지만, 유도 소자 L5의 양단에 발생한 역방향의 유기 전압에 의해 제2 일방향성 전류 소자 D3에 전류 Ic가 흐른다. 이에 의해, 서지 펄스가 중첩된 전류 Ia의 일부는, 일방향성 전류 소자 D2, 유도 소자 L5 및 제2 일방향성 전류 소자 D3로 이루어지는 병렬 회로내에서 그 에너지가 흡수되어, 반도체 스위칭 소자 S2를 손상하지 않게 된다.

또한, 반도체 스위칭 소자 S2에 직렬로 접속된 제1 일방향성 전류 소자 D2에 의해, 반대 방향의 전류의 흐름을 저지하기 때문에, 링잉의 방지도 가능하다.

도 7은 상기 방전등 장치에서의 펄스 트랜스포머(12)의 2차측에 발생하는 전압 파형도를 도시하는 도면이다. 도 7로부터, 이 방전등 장치에서는, 출력 전압 파형에 있어서의 서지 전압 S가 도 2에 도시한 종래 장치에 비하여 대폭 억제되어있음을 알 수 있다. 또한, 도 5에 도시한 실시예와 비교해도, 서지 전압 S의 크기가 더 낮게 되어 있음을 알 수 있다.

또한, 도 6의 실시예에 있어서는, 제2 일방향성 전류 소자 D3는 일방향성 전류 소자 D2 및 유도 소자 L5의 직렬 접속 회로에 병렬로 접속하였지만, 유도 소자 L5 자체의 단자 사이에 병렬로 접속해도 마찬가지의 효과가 얻어진다.

도 8의 (A), (B)는 본 발명의 제3 실시예에 따른 방전등 구동 장치의 개략 구성 및 구동 동작을 설명하기 위한 회로도이다. 도 8에 있어서는, 도 4 또는 도 6에 도시하는 실시예와 동일 부분에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략하며, 이하에서는 이들 실시예와 다른 부분을 중심으로 설명한다.

구동 신호 회로(인버터 구동 신호 유닛)(10)는 위상이 다른 구형파 신호(7a, 7b)를 한쌍의 스위칭 소자 S1, S2에 공급하여, 이들을 교대로 온·오프 제어한다. 한쌍의 스위칭 소자 S1, S2는 직류 전원 V와 접지 G 사이에 직렬 접속되어, 이들을 온·오프 제어함으로써, 직류 전원 V에서 펄스 트랜스포머(12)의 1차 권선 L1측으로 흐르는 전류의 방향을 교대로 전환한다. 직류 전원 V와 접지 G 사이에는 또한, 제1 및 제2 컨덴서 C1, C2가 직렬로 접속되어 있다. 이들 제1 및 제2 컨덴서 C1, C2의 접속점 P에는, 펄스 트랜스포머(12)의 1차 권선 L1의 한쪽 단자가 접속되어 있다. 직렬로 접속된 스위칭 소자 S1, S2의 사이에는 제1 및 제2 일방향 전류 소자 D1, D2가 동일한 극성으로 직렬로 접속되어 있다. 그리고 이들 일방향 전류 소자 D1, D2의 접속점 Q에는 펄스 트랜스포머(12)의 1차 권선 L1의 다른쪽 단자가 접속되어 있다.

이러한 방전등 장치의 기본적인 동작은 제1 또는 제2 실시예와 동일하다. 즉, 구동 신호 회로(10)로부터 출력되는 구형파 구동 신호(11a, 11b)의 제어에 의해, 스위칭 소자 S1가 온이고, 스위칭 소자 S2가 오프일 때는, 직류 전원 단자 V-스위칭 소자 S1-제1 일방향 전류 소자 D1-펄스 트랜스포머(12)의 1차 권선 L1-컨덴서 C2-접지 G의 회로에 전류 Ia가 흐른다. 또한, 구동 신호 회로(10)에서 출력되는 구형파 구동 신호(11a, 11b)의 제어에 의해, 스위칭 소자 S1가 오프이고, 스위칭 소자 S2가 온일 때, 직류 전원 단자 V-컨덴서 C1-펄스 트랜스포머(12)의 1차 권선 L1-제2 일방향성 전류 소자 D2-스위칭 소자 S2-접지 G의 회로에 전류 Ib가 흐른다.

상기 전류 Ia, Ib의 전류 경로에는, 예를 들면 다이오드 소자 등의 일방향 전류 소자 D1, D2가 직렬로 삽입되어 있기 때문에, 이들 전류 Ia, Ib에 대하여 역방향의 전류는 차단된다. 즉, 상기 전류 Ia, Ib의 흐름에 부수하여, 회로의 공진 현상에 의한 역방향의 진동 전류가 흐르는, 소위 링킹 현상이 완전히 억제된다.

도 9는 상기 제3 실시예에서의, 펄스 트랜스포머(12)의 2차 권선 L2측에 발생하는 전압 파형 A 및 전류 파형 B를 도시하는 도면이다. 도 9의 횡축은 시간이고, 눈금은 5μsec/div, 종축은 전압 V 및 전류 A이고, 눈금은 각각 500V/div 및 10mA/div이다.

이 실시예에 따른 방전등 장치에서는, 링킹의 발생을 방지할 수 있는 것 뿐만아니라, 종래의 장치에 비하여 방전등에 공급되는 램프 전류의 피크치도 높게 되어, 방전 램프의 발광 효율이 높아지는 것이 확인되었다. 도 10은 본 실시예에 따른 방전등 장치와 종래의 방전등 장치에 대하여, 램프 입력 전력과 상대 광속(光束)의 관계를 비교한 그래프이다. 도 10에서 곡선 C는 본 실시예를, 또한, 곡선 c는 종래예를 각각 도시한다.

또한, 상기한 실시예의 방전등 장치에서는, 링킹의 발생을 방지할 수 있고, 안정된 구동 전압을 방전등에 공급할 수 있어, 방전 램프의 조광율을 변화시킨 경우에도 안정된 조광 제어를 실현할 수 있다. 즉, 이러한 종류의 방전 램프에 요구되는 성능의 하나로서 조광 성능이 있다. 여기서, 조광 성능이란 방전 램프의 휘도 조정의 성능을 의미하여, 최대 휘도에 대한 임의의 휘도의 비를 조광율이라고 한다. 예를 들면, 자동차용의 방전 램프인 경우, 조광율 2%까지 안정적으로 점등하는 것이 요구된다.

이러한 조광율의 제어는, 상기한 본 발명의 방전등 장치에서는, 구동 신호 발생 회로(10)의 출력 펄스의 단위 시간당의 개수를 변화시킴으로써 행해진다.

도 11은 구동 신호 발생 회로(11)의 출력 펄스와 조광율의 관계를 도시하는 펄스 파형도이다. 도 11의 (A)는, 조광율이 100%일때 구동 신호(11a)(또는 11b)의 파형도이다. 구동 신호(11a)의 반복 주파수를 예를 들면 20kHz로 하면, 그 반복 주기는 50μs이다. 현재, 이 구동 신호(11a)에 대하여, 단위 시간으로서 0.01s(반복 주파수로 100Hz)를 설정하면, 단위 시간당의 구동 신호 발생 회로(11)의 출력 펄스 개수는 200개가 된다. 즉, 조광율 100%일 때는, 구동 신호(11a)는, 단위 시간당 200개의 펄스를 반복 주파수 100Hz에서 반복하고 있다.

도 11의 (B)는, 조광율이 5%일 때의 구동 신호(11a)(또는 11b)의 파형도이다. 이 경우의 구동 신호 발생 회로(11)의 출력 펄스는 단위 시간당 10개이다.

도 11의 (C)는, 조광율이 1%일 때의 구동 신호(11a)(또는 11b)의 파형도이다. 이 경우의 구동 신호 발생 회로(11)의 출력 펄스는 단위 시간당 1개이다.

도 11의 (B), (C)의 파형도로부터 분명한 바와 같이, 조광 시에는, 단위 시간당의 펄스의 개수는, 도 11의 (A)에 도시하는 조광율이 100%인 경우보다 적지만, 동일한 조광율에서는, 단위 시간당의 펄스의 개수 및 이들의 타이밍도 항상 일정하고, 단위 시간마다 반복된다. 만약 단위 시간당의 펄스의 개수 혹은 타이밍이 단위 시간마다 변화하면 플리커의 원인이 된다.

구동 신호 발생 회로(10)는, 도시하지 않지만 예를 들면 내장하는 마이크로 컴퓨터에 의해, 그 출력 신호인 구동 신호(11a 및 11b)의 단위 시간당의 개수가 원하는 조광율이 되도록 제어된다.

상기한 바와 같이, 단위 시간당의 펄스 수가 제어된 구동 신호 회로(10)의 출력 구동 신호(11a, 11b)에 의해, 반도체 스위칭 소자 S1, S2를 제어함으로써, 펄스 트랜스포머(12)의 2차 권선 L2에 조광 제어 신호에 의해 원하는 조광율에 대응하여 단위 시간당의 펄스 수가 제어 변조된 구형파 교류 전압파가 얻어진다.

도 1에 도시한 종래의 장치에서 상기한 바와 같은 조광 제어를 적용하는 경우, 조광율이 낮을 때에 내부 전극 근방에서 발광에 플리커 현상이 생기는 문제가 있었다. 그러나 상기한 실시예에 있어서는, 이러한 범위의 조광율 변화에 대하여도 안정된 점등 동작이 확인되었다.

본 발명은, 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 발명의 취지를 일탈하지않는 범위에서 여러가지 변형을 채용할 수 있다. 예를 들면, 형광 램프는, 한쪽의 방전 전극이 발광관내에 밀봉되고, 다른 쪽의 방전 전극이 발광관 외주면에 배치된 외면 전극 형광 램프가 이용되었지만, 양 방전 전극이 발광관 외주면에 이격하여 대향 배치된 구성이라도 된다.

또한, 상기 각 실시예에 있어서는, 1개의 구동 신호 회로(10)에 의해 1개의 펄스 트랜스포머(12)를 구동하는 경우에 대해 설명하였지만, 1개의 구동 신호 회로(10)에 의해, 복수의 펄스 트랜스포머를 동시에 구동하고, 각각에 방전등을 접속해도 된다.

또한, 한 방향으로 전류를 흘리는 일방향성 전류 소자로서는, 예를 들면 다이오드 소자, 트랜지스터 소자, MOSFET 소자, 포토 커플러 등을 들 수 있다.

Claims

직류 전원에 접속되는 구동 신호 회로와, 상기 구동 신호 회로로부터 출력되는 한쌍의 구동 신호에 의해 교대로 개폐 제어되고, 상기 직류 전원의 단자 사이에 직렬로 접속된 제1 및 제2 스위칭 소자와, 이들 각 스위칭 소자가 적어도 한쪽에 직렬로 접속된 유도 소자와, 1차 권선 및 2차 권선을 갖고, 상기 1차 권선이 상기 직류 전원에 접속되어, 상기 스위칭 소자에 의해, 전류의 방향이 교대로 전환되는 펄스 트랜스포머와, 이 펄스 트랜스포머의 2차측 단자 사이에 접속 배치된 방전등과, 상기 제2 스위칭 소자에 병렬 접속된 제너 다이오드 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
제1항에 있어서,

상기 펄스 트랜스포머의 1차 권선의 일단은 제1 컨덴서를 통하여 상기 직류 전원에 접속되고, 상기 1차 권선의 타단은 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 접속점에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
제2항에 있어서,

상기 펄스 트랜스포머의 1차 권선의 일단은 제2 컨덴서를 통하여 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
제3항에 있어서,

상기 제1 및 제2 스위칭 소자는 반도체 스위칭 소자인 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
제4항에 있어서,

상기 구동 신호 회로로부터 출력되는 한쌍의 구동 신호는, 동일한 반복 주파수이고 위상이 180도 다른 구형파인 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
제5항에 있어서,

상기 제2 스위칭 소자에 병렬 접속된 제너 다이오드 소자는, 상기 직류 전원에 대하여 역방향이 되도록 접속되며, 또한 상기 제2 스위칭 소자의 내압보다 낮은 역방향 전압을 갖는 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
직류 전원에 접속되는 구동 신호 회로와, 상기 구동 신호 회로로부터 출력되는 한쌍의 구동 신호에 의해 교대로 개폐 제어되고, 상기 직류 전원의 단자 사이에 직렬로 접속된 제1 및 제2 스위칭 소자와, 이들 각 스위칭 소자에 각각 직렬로 접속된 제1 및 제2 유도 소자와, 1차 권선 및 2차 권선을 갖고, 상기 1차 권선이 상기 직류 전원에 접속되어, 상기 스위칭 소자에 의해, 전류의 방향이 교대로 전환되는 펄스 트랜스포머와, 이 펄스 트랜스포머의 2차측 단자 사이에 접속 배치된 방전등과, 상기 제2 스위칭 소자에 직렬 접속된 제1 일방향성 전류 소자와, 이 제1 일방향성 전류 소자 및 상기 제2 유도 소자에 병렬 접속된 제2 일방향성 전류 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
제7항에 있어서,

상기 펄스 트랜스포머의 1차 권선의 일단은 제1 컨덴서를 통하여 상기 직류 전원에 접속되고, 상기 1차 권선의 타단은 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 접속점에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
제8항에 있어서,

상기 펄스 트랜스포머의 1차 권선의 일단은 제2 컨덴서를 통하여 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
제9항에 있어서,

상기 제1 및 제2 스위칭 소자는 반도체 스위칭 소자인 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
제10항에 있어서,

상기 구동 신호 회로로부터 출력되는 한쌍의 구동 신호는, 동일한 반복 주파수이고 위상이 180도 다른 구형파인 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
제11항에 있어서,

상기 제2 스위칭 소자에 직렬 접속된 제1 일방향성 전류 소자는 상기 직류 전원에 대하여 순방향이 되도록 접속되고, 상기 제2 일방향성 전류 소자는 상기 직류 전원에 대하여 역방향이 되도록 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
제12항에 있어서,

상기 일방향성 전류 소자는, 다이오드 소자, 트랜지스터 소자, MOSFET 소자, 포토커플러의 군으로부터 선택한 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
제13항에 있어서,

상기 구동 신호 회로로부터 출력되는 한쌍의 구동 신호는 조광 제어 신호에 의해 PWM 변조되는 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
직류 전원에 접속되는 구동 신호 회로와, 상기 구동 신호 회로로부터 출력되는 한쌍의 구동 신호에 의해 교대로 개폐 제어되고, 상기 직류 전원의 단자 사이에 직렬로 접속된 제1 및 제2 스위칭 소자와, 이들 각 스위칭 소자에 각각 직렬로 접속된 제1 및 제2 유도 소자와, 1차 권선 및 2차 권선을 갖고, 상기 1차 권선이 상기 직류 전원에 접속되어, 상기 스위칭 소자에 의해, 전류의 방향이 교대로 전환되는 펄스 트랜스포머와, 이 펄스 트랜스포머의 2차측 단자 사이에 접속 배치된 방전등과, 상기 제2 스위칭 소자에 직렬 접속된 제1 일방향성 전류 소자와, 이 제1 일방향성 전류 소자에 병렬 접속된 제2 일방향성 전류 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
제15항에 있어서,

상기 펄스 트랜스포머의 1차 권선의 일단은 제1 컨덴서를 통하여 상기 직류 전원에 접속되고, 상기 1차 권선의 타단은 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 접속점에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
제16항에 있어서,

상기 펄스 트랜스포머의 1차 권선의 일단은 제2 컨덴서를 통하여 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
제17항에 있어서,

상기 제1 및 제2 스위칭 소자는 반도체 스위칭 소자인 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
제18항에 있어서,

상기 구동 신호 회로로부터 출력되는 한쌍의 구동 신호는, 동일한 반복 주파수이고 위상이 180도 다른 구형파인 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
제19항에 있어서,

상기 제2 스위칭 소자에 직렬 접속된 제1 일방향성 전류 소자는 상기 직류 전원에 대하여 순방향이 되도록 접속되고, 상기 제2 일방향성 전류 소자는 상기 직류 전원에 대하여 역방향이 되도록 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
제20항에 있어서,

상기 일방향성 전류 소자는, 다이오드 소자, 트랜지스터 소자, MOSFET 소자, 포토 커플러의 군으로부터 선택한 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
제21항에 있어서,

상기 구동 신호 회로로부터 출력되는 한쌍의 구동 신호는 조광 제어 신호에 의해 PWM 변조되는 것을 특징으로 하는 방전등 장치.