KR20060050491A - 희유 가스 형광 램프의 점등 장치 - Google Patents

희유 가스 형광 램프의 점등 장치 Download PDF

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KR20060050491A
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gas fluorescent
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KR1020050074842A
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신이치 스즈키
류 데라다
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미네베아 가부시키가이샤
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Abstract

효율을 저하시키지 않고, 입력 전원의 전압 변동에 영향을 받지 않고 광량(光量)을 안정화시키고, 염가이면서 또한 소형화가 용이한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치를 제공한다.
본 발명에 의한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치(50)는, 입력 전원(Vin)과, 트랜스(TR)와, 트랜스(TR)의 1차측(TRp)에 직렬로 접속한 스위칭 소자(Q1)와, 트랜스(TR)의 2차측(TRs)에 접속한 희유 가스 형광 램프(DL)와, 스위칭 소자(Q1)를 구동하는 구동 회로(1)를 포함하는 희유 가스 형광 램프의 점등 장치에 있어서, 구동 회로(1)는, 입력 전원(Vin)의 전압의 상승 및 저하에 따라서 발진 주파수를 각각 증대 및 감소시키는 삼각파 발진 회로(3)와, 삼각파 발진 회로(3)로부터 출력되는 삼각파를 소정의 듀티 비의 구형파로 변환하여 출력하는 비교 회로(4)를 구비하고, 입력 전원(Vin)의 전압의 변동에 대응하여 스위칭 소자(Q1)의 구동 주파수를 변동시킴으로써, 희유 가스 형광 램프(DL)의 조도(照度)를 안정화시킨다.

Description

희유 가스 형광 램프의 점등 장치{RARE GAS FLUORESCENT LAMP LIGHTING APPARATUS}
도 1은 본 발명에 의한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치의 하나의 실시형태를 나타내는 회로 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치의 하나의 실시형태를 나타내는 회로도.
도 3은 본 발명에 의한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치에 있어서, 삼각파 발진 회로의 동작 시퀀스를 나타내는 타임 차트.
도 4는 본 발명에 의한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치의 동작 시퀀스를 나타내는 타임 차트이고, (a)는 삼각파 발진 회로, (b)는 비교 회로의 동작을 나타내는 도면.
도 5는 입력 전원의 전압이 21.6 V인 경우에 있어서의, 본 발명에 의한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치의 각부의 파형을 나타내는 도면이고, (a)는 삼각파 발진 회로의 비교기의 비반전(非反轉) 입력 전압, (b)는 마찬가지로 반전(反轉) 입력 전압, (c)는 스위칭 소자의 게이트 구동 전압을 나타내는 도면.
도 6은 입력 전원의 전압이 22.8 V인 경우에 있어서의, 본 발명에 의한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치의 각부의 파형을 나타내는 도면이고, (a)는 삼각파 발 진 회로의 비교기의 비반전 입력 전압, (b)는 마찬가지로 반전 입력 전압, (c)는 스위칭 소자의 게이트 구동 전압을 나타내는 도면.
도 7은 입력 전원의 전압이 24.0 V인 경우에 있어서의, 본 발명에 의한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치의 각부의 파형을 나타내는 도면이고, (a)는 삼각파 발진 회로의 비교기의 비반전 입력 전압, (b)는 마찬가지로 반전 입력 전압, (c)는 스위칭 소자의 게이트 구동 전압을 나타내는 도면.
도 8은 입력 전원의 전압이 25.2 V인 경우에 있어서의, 본 발명에 의한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치의 각부의 파형을 나타내는 도면이고, (a)는 삼각파 발진 회로의 비교기의 비반전 입력 전압, (b)는 마찬가지로 반전 입력 전압, (c)는 스위칭 소자의 게이트 구동 전압을 나타내는 도면.
도 9는 입력 전원의 전압이 26.4 V인 경우에 있어서의, 본 발명에 의한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치의 각부의 파형을 나타내는 도면이고, (a)는 삼각파 발진 회로의 비교기의 비반전 입력 전압, (b)는 마찬가지로 반전 입력 전압, (c)는 스위칭 소자의 게이트 구동 전압을 나타내는 도면.
도 10은 본 발명에 의한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치에 있어서, 입력 전원의 전압에 대한 주파수를 나타내는 그래프.
도 11은 입력 전원의 전압이 21.6 V인 경우에 있어서의, 본 발명에 의한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치의 각부의 파형을 나타내는 도면이고, (a)는 스위칭 소자의 오프(off)시에 트랜스의 1차측에 발생하는 전압, (b)는 트랜스에 흐르는 전류, (c)는 스위칭 소자의 게이트 구동 전압을 나타내는 도면.
도 12는 입력 전원의 전압이 22.8 V인 경우에 있어서의, 본 발명에 의한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치의 각부의 파형을 나타내는 도면이고, (a)는 스위칭 소자의 오프시에 트랜스의 1차측에 발생하는 전압, (b)는 트랜스에 흐르는 전류, (c)는 스위칭 소자의 게이트 구동 전압을 나타내는 도면.
도 13은 입력 전원의 전압이 24.0 V인 경우에 있어서의, 본 발명에 의한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치의 각부의 파형을 나타내는 도면이고, (a)는 스위칭 소자의 오프시에 트랜스의 1차측에 발생하는 전압, (b)는 트랜스에 흐르는 전류, (c)는 스위칭 소자의 게이트 구동 전압을 나타내는 도면.
도 14는 입력 전원의 전압이 25.2 V인 경우에 있어서의, 본 발명에 의한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치의 각부의 파형을 나타내는 도면이고, (a)는 스위칭 소자의 오프시에 트랜스의 1차측에 발생하는 전압, (b)는 트랜스에 흐르는 전류, (c)는 스위칭 소자의 게이트 구동 전압을 나타내는 도면.
도 15는 입력 전원의 전압이 26.4 V인 경우에 있어서의, 본 발명에 의한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치의 각부의 파형을 나타내는 도면이고, (a)는 스위칭 소자의 오프시에 트랜스의 1차측에 발생하는 전압, (b)는 트랜스에 흐르는 전류, (c)는 스위칭 소자의 게이트 구동 전압을 나타내는 도면.
도 16은 본 발명에 의한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치에 있어서, 입력 전원의 전압에 대한 트랜스의 1차측에 발생하는 전압을 나타내는 그래프.
도 17은 본 발명에 의한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치에 있어서, 입력 전원의 전압에 대한 희유 가스 형광 램프의 조도(照度)를 나타내는 그래프.
도 18은 종래의 희유 가스 형광 램프의 점등 장치를 나타내는 회로 구성도.
(도면의 주요부분의 부호의 설명)
1: 정전압 회로 2: 정전류 회로
3: 삼각파 발진 회로 4: 비교 회로
5: 드라이브 회로 6: 인버터 회로
10: 구동 회로 50: 희유 가스 형광 램프의 점등 장치
D1: 희유 가스 형광 램프 Q1: 스위칭 소자
COMP1: 비교기 C1: 발진용 콘덴서
본 발명은, 희유 가스 형광 램프의 점등 장치에 관한 것이고, 특히, 팩시밀리, 이미지 스캐너(image scanner), 복사기 등의 원고 판독 장치의 광원으로서 사용되는 희유 가스 형광 램프의 점등 장치에 관한 것이다.
최근, 복사기나 이미지 스캐너 등의 원고 판독 장치의 조명용 광원으로서, 희유 가스 방전에 의한 발광을 이용한 희유 가스 형광 램프가 사용되고 있다. 이러한 희유 가스 형광 램프는, 펄스 상(狀)의 고주파 전압을 인가하여 점등함으로써 높은 휘도를 얻을 수 있는 것이 알려져 있고, 희유 가스 형광 램프의 점등 장치로서, 이러한 고주파 전압을 발생하는 인버터 회로를 구비한 점등 장치가 적절하게 이용된다.
한편, 희유 가스 형광 램프의 점등 장치에 있어서, 상기한 바와 같은 원고 판독 장치의 가동시에 입력 전압의 변동 등에 의해서 램프 전류가 변화되면, 형광 램프의 광량에 변동이 발생하여 원고의 판독 정밀도가 변화되어서, 이미지의 재생 품질이 손상되는 문제가 있다. 이 때문에, 고주파 전압 발생 회로의 입력측에 DC-DC 컨버터를 구비하여, 고주파 전압 발생 회로의 입력측의 전력을 일정하게 함으로써, 입력 전압의 변동에 영향을 받지 않고 희유 가스 형광 램프의 광량을 안정화시키는 점등 장치가 제안되어 있다(예로서, 특허문헌 1).
도 18은, 특허문헌 1에 기재된 희유 가스 형광 램프의 점등 장치의 구성을 나타내는 도면이고, 고주파 전압 발생 회로(HC)의 입력측에 승압형의 DC-DC 컨버터(CV)를 구비하고 있다. DC-DC 컨버터(CV)의 제2구동 회로(CT)는, 전류 검출 회로(R)로부터 피드백되는 신호에 따라서, 전류 검출 회로(R)에서 검출되는 전류의 피크 치가 항상 일정하게 되도록, 제2스위칭 소자(S2)에 PWM 변조된 구동 신호를 부여하는 것이고, 이에 따라서, 직류 전원의 전압 변동 등에 영향을 받지 않고 출력을 거의 일정한 전력으로 제어하여, 희유 가스 형광 램프(DL)의 광량을 안정화시킬 수 있다.
(특허문헌 1) 특개2001-15284호 공보
그러나, 도 18에 나타내는 점등 장치는, 고주파 전압 발생 회로(HC)의 입력측에 승압형 컨버터로 구성되는 DC-DC 컨버터(CV)를 설치하였으므로, 스위칭 소자(S2)의 스위칭 손실, 코일(L1)의 동손(銅損), 철손(鐵損), 및 다이오드(D1)에서의 손실에 의하여 효율이 악화하는 동시에, 각각의 부품 때문에 넓은 실장 스페이스를 필요로 하여, 점등 장치의 소형화의 점에서 문제가 있다. 또한, 통상, 제2구동 회로(CT)는, IC로서 구성하므로 전체의 코스트가 높아지는 문제가 있다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여, 효율을 저하시키지 않고, 입력 전원의 전압 변동에 영향을 받지 않고 광량을 안정화시키며, 염가이면서 소형화가 용이한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치는, 입력 전원과, 트랜스와, 이 트랜스의 1차측에 직렬로 접속한 스위칭 소자와, 상기 트랜스의 2차측에 접속한 희유 가스 형광 램프와, 상기 스위칭 소자를 구동하는 구동 회로를 포함하는 희유 가스 형광 램프의 점등 장치에 있어서, 상기 구동 회로는, 상기 입력 전원의 전압의 상승 및 저하에 따라서 발진 주파수를 각각 증대 및 감소시키는 삼각파 발진 회로와, 이 삼각파 발진 회로로부터 출력되는 삼각파를 소정의 듀티(duty) 비의 구형파(矩形波)로 변환하여 출력하는 비교 회로를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동 회로는, 상기 입력 전원의 전압을 소정의 정전압으로 변환하여 출력하는 정전압 회로와, 상기 입력 전원의 전압에 따른 충전 전류를 출력하는 정전류 회로를 구비하고, 상기 삼각파 발진 회로는, 상기 정전류 회로의 충전 전류에 의해서 충전되고 또한 소정의 시정수(時定數)에 따라서 방전되는 발진용 콘덴서와, 비교기를 구비하고 있으며, 이 비교기에는, 상기 정전압 회로의 출력 전압 을 분압(分壓)한 임계치 전압과 상기 발진용 콘덴서의 단자간 전압이 입력되고, 이 비교기의 출력에 따라서 상기 발진용 콘덴서의 충전 상태와 방전 상태가 절환됨으로써, 상기 단자간 전압이 삼각파 전압으로서 출력되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 희유 가스 형광 램프의 점등 장치의 하나의 실시형태를, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 하나의 실시형태를 나타내는 회로 구성도이다. 도 1에 있어서, 점등 장치(50)는, 입력 전원(Vin)에 접속된 인버터 회로(6), 이 인버터 회로(6)를 구동하기 위한 구동 회로(10), 및 인버터 회로(6)와 구동 회로(10)와의 사이에 배치된 보호 회로(7)를 포함하고, 인버터 회로(6)의 출력측에는, 예로서 크세논(Ⅹe)을 주성분으로 하는 희유 가스가 봉입된 희유 가스 (strikethrough: 방전) 형광 램프(DL)가 접속되어 있다. 인버터 회로(6)는, 트랜스(TR)와, 트랜스(TR)의 1차측(TRp)에 직렬로 접속한 스위칭 소자(Q1)를 구비하고 있고, 이 스위칭 소자(Q1)는, 예로서 N채널 MOSFET로 구성된다. 구동 회로(10)는, 입력 전원(Vin)에 접속된 정전압 회로(1) 및 정전류 회로(2)와, 정전압 회로(1)로부터 전압이 공급되는 삼각파 발진 회로(3), 비교 회로(4), 및 드라이브 회로(5)를 구비하고, 정전류 회로(2)로부터의 출력은 삼각파 발진 회로(3)에 접속되어 있다. 드라이브 회로(5)로부터의 출력은, 스위칭 소자(Q1)에 접속되어 있다.
이하, 도 2의 회로도를 참조하여, 점등 장치(50)의 각각의 회로의 구성 및 동작을 설명한다.
정전압 회로(1)는, 저항(R1, R2)과, 제너 다이오드(ZD)와, 트랜지스터(Tr1)로 구성되고, 저항(R1)과 제너 다이오드(ZD)와의 접속점이 트랜지스터(TR1)의 베이 스에 접속되어서, 제너 다이오드(ZD)의 제너 전압에 의해서 설정되는 정전압 V를 삼각파 발진 회로(3), 비교 회로(4), 및 드라이브 회로(5)에 공급한다.
또한, 정전류 회로(2)는, 가변저항(R3, R4, R5, R6, R7), 다이오드(D1), 트랜지스터(TR2)로 구성되고, 저항(R6)과 다이오드(D1)와의 접속점이 트랜지스터(TR2)의 베이스에 접속되어서, 입력 전원(Vin)의 전압과 가변저항(R3, R4, R5, R6, R7)의 저항치에 의해서 설정되는 충전 전류 Ic를 삼각파 발진 회로(3)에 공급한다. 여기서, 정전류 회로(2)는, 가변저항(R3, R4, R5, R6, R7)의 값을 소정의 값에 설정함으로써, Tr2의 컬렉터에 접속되는 부하의 변동에 따르지 않는 정전류를 공급하는 것이지만, 입력 전원의 전압(Vin)이 변동한 경우에는, 그 상승 및 저하에 따라서 저항(R5)과 다이오드(D1)로 구성되는 직렬 회로의 단자간에 인가되는 전압도 각각 상승 및 저하하므로, 이 전압과 저항(R7)에 의해서 설정되는 전류치도 마찬가지로 증감한다. 본 실시형태에 있어서의 정전류 회로(2)는, 이와 같이 하여, 변동하는 전원 전압(Vin)의 증감에 따른 충전 전류 Ic를, 후단(後段)의 삼각파 발진 회로(3)에 공급하는 것이다. 또한, 정전류 회로(2)는 공지된 커런트 미러 회로(current mirror circuit; 전류 반복기)로 구성해도 좋은 것은 물론이다.
삼각파 발진 회로(3)는, 비교기(COMP1)와 발진용 콘덴서(C1)를 그 주요한 구성 요소로 하여 구성되고, 비교기(COMP1)의 비반전 입력 단자는, 정전압 회로(1)의 출력 전압 라인(11)과 접지와의 사이에 위치하는 저항(R8, R9)으로 구성되는 직렬 회로의 접속 중앙점에 접속되고, 또한, 귀환 저항(R11)을 통해서 비교기(COMP1)의 출력 단자에 접속되어 있다. 발진용 콘덴서(C1)는, 일단(一端)이 비교기(COMP1)의 반전 입력 단자에 접속되고, 타단(他端)이 접지되어 있으며, 비교기(COMP1)의 반전 입력 단자에 접속되어 있는 측의 일단은, 다이오드(D2)를 통하여 정전류 회로(2)에 접속되고, 또한, 다이오드(D3) 및 저항(R12)을 통하여 비교기(COMP1)의 출력 단자에 접속되어 있다. 본 실시형태에 있어서의 삼각파 발진 회로(3)는, 발진용 콘덴서(C1)의 단자간에 발생하는 삼각파 전압을 후단의 비교 회로(4)에 출력하는 것이고, 그 동작의 상세한 것은 이후에 설명한다.
비교 회로(4)는, 비교기(COMP2)와, 저항(R2, R3)을 포함하여 구성되고, 비교기(COMP2)의 반전 입력 단자는, 정전압 회로(3)의 출력 전압 라인(11)과 접지와의 사이에 배치된 저항(R13, R14)으로 구성되는 직렬 회로의 접속 중앙점에 접속되고, 비교기(COMP2)의 비반전 입력 단자에는, 삼각파 발진 회로(3)의 출력인 삼각파 전압이 입력되어 있다. 본 실시형태에 있어서의 비교 회로(4)는, 정전압 V를 저항(R13, R14)으로써 분압한 임계치 전압과 삼각파 전압을 비교함으로써, 소정의 듀티 비를 갖는 구형파 전압(COMP2o)을 후단의 드라이브 회로(5)에 출력한다.
드라이브 회로(5)는, 트랜지스터(Tr3, Tr4)로 구성되는 푸시풀(pushpull)형의 전류 증폭 회로이고, 비교 회로(4)로부터의 구형파 전압(COMP2o)에 의해서 구동되어서, 스위칭 소자(Q1)의 게이트-소스 간의 용량을 고속으로 충방전하여, 고주파의 구형파로 이루어지는 구동 신호 Vgs를 스위칭 소자(Q1)의 게이트에 공급한다.
인버터 회로(6)는, 상기한 바와 같이, 트랜스(TR)와, 트랜스(TR)의 1차측(TRp)에 직렬로 접속한 스위칭 소자(Q1)를 포함하고, 이 스위칭 소자(Q1)는, 드라이브 회로(5)로부터 그 게이트에 공급되는 고주파 구동 신호 Vgs에 의해서, 온ㆍ오 프(onㆍoff) 구동된다. 스위칭 소자(Q1)가 온(on) 상태로 되면, 트랜스(TR)의 1차측에 직선적으로 증가하는 전류 Id가 흐르고, 트랜스(TR)에 에너지가 축적된다. 그 후, 스위칭 소자(Q1)가 오프 상태로 되어서 전류 Id가 차단되면, 축적된 에너지가 트랜스(TR)의 2차측(TRs)에 방출되고, 이에 따라서 2차측에 유기된 출력 전압이 희유 가스 형광 램프(DL)에 인가 되어서, 희유 가스 형광 램프(DL)가 점등한다. 이 때, 스위칭 소자(Q1)의 드레인-소스 간에는, 트랜스(TR)에 축적된 에너지에 대응하는 펄스 상의 전압 Vds가 발생한다.
보호 회로(7)는, 트랜스(TR)의 2차측의 무부하(無負荷) 개방시에 발생하는 고압 스트레스로부터 회로 소자를 보호하기 위한 회로이고, 트랜스(TR)의 2차측에 흐르는 전류를 검출하여, 형광 램프(DL)의 비접속시 등에 드라이브 회로(5)의 동작을 정지하는 것이다. 보호 회로(7)의 동작을 간단히 설명하면, 형광 램프(DL)의 접속시에는, 트랜스(TR)의 2차측에 흐르는 전류가 다이오드(D4)에 의해서 정류되어서 콘덴서(C4)를 충전하고, 이에 따라서 트랜지스터(Tr6)가 온 상태로 되므로, 콘덴서(C5)에 축적된 전하는 방전되어서, 트랜지스터(Tr5)가 오프 상태로 된다. 따라서, 트랜지스터(Tr5)의 컬렉터에 접속된 비교기(COMP2)의 출력 단자에는, 상기한 바와 같은 구형파 전압이 발생하여 드라이브 회로(5)를 구동할 수 있다. 한편, 형광 램프(DL)의 비접속시에는, 콘덴서(C4)는 방전되어서 트랜지스터(Tr6)가 오프가 된다. 이에 따라서, 콘덴서(C5)가 충전되어서 트랜지스터(Tr5)가 온 상태로 되고, 비교 회로(4)의 비교기(COMP2)의 출력 단자는 대략 접지 전위에 고정되므로, 드라이브 회로(5)의 동작은 정지한다.
도 3 및 도 4는, 삼각파 발진 회로(3) 및 비교 회로(4)의 동작 시퀀스를 나타내는 타임 차트이고, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 실시형태에 있어서의 삼각파 발진 회로(3) 및 비교 회로(4)의 동작을 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 정전압 회로(1)로부터의 출력 전압을 V로 하고, 삼각파 발진 회로(3)의 저항에 대해서는, R8=R9=R11=R로 하며, R은 R1O과 비교하여 충분히 큰 것으로 한다.
우선, 도 3을 참조하여, 입력 전원인 Vin의 전압이 일정한 경우의 삼각파 발진 회로(3)의 기본 동작에 대하여 설명한다. 도 3에 나타내는 기간 Tc에 있어서, 비교기(COMP1)의 출력(COMP1o)은 하이(high) 레벨(즉, 전압 V)인 것으로 한다. 이 때, 비교기(COMP1)의 비반전 입력 단자(COMP(+))에는,
VTH=R/(R+R/2) V≒0.66 V
의 임계치 전압 VTH가 입력된다. 또한, 발진용 콘덴서(C1)는, 정전류 회로(2)로부터 공급되는 충전 전류 Ic에 의해서 충전되어서, 콘덴서(C1)의 단자간 전압은 거의 직선상으로 증대한다. 비교기(COMP1)의 반전 입력 단자(COMP(-))에는, 이 단자간 전압이 입력된다. 그 후, 시각 t1에, COMP(-)의 입력 전압이 임계치 전압 VTH에 도달하면, 비교기(COMP1)의 출력(COMP1o)은, 로(low) 레벨로 절환된다.
이어서, 기간 TD에 있어서, 비교기(COMP1)의 출력(COMP1o)은 로 레벨이고, 비교기(COMP1)의 비반전 입력 단자(COMP(+))에는,
VTL=(R/2)/(R+R/2) V≒0.33 V
의 임계치 전압 VTL(<VTH)이 입력된다. 이 때, 발진용 콘덴서(C1)는, 다이오드(D3) 및 저항(R12)을 통하여 방전한다. 그 결과, 콘덴서(C1)의 단자간 전압은, 콘덴서(C1) 및 저항(R12)에 의해 결정되는 시정수에 따라서 감소한다(단, 본 실시형태에 있어서, 이 시정수는, 전압의 감소가 대략 직선상으로 되도록 조정되어 있다). 비교기(COMP1)의 반전 입력 단자(COMP(-))에는, 이 단자간 전압이 입력되어 있고, 시각 t2에, COMP(-)의 입력 전압이 임계치 전압 VTL에 도달하면, 비교기(COMP1)의 출력(COMP1o)은, 다시 하이 레벨로 절환된다. 이후, 동일한 기간 TC와 기간 TD가 반복되어서, 발진용 콘덴서(C1)의 단자간에는, 도 3(a)의 COMP(-)에 나타내는 바와 같은 삼각파 전압이 발생한다. 본 실시형태에 있어서의 삼각파 발진 회로(3)는, 이 삼각파 전압을 후단의 비교 회로(4)에 출력하는 것이다.
이어서, 도 4(a)를 참조하여, 삼각파 발진 회로(3)의 동작에 대한 입력 전원(Vin)의 변동의 영향에 대하여 설명한다. 삼각파 발진 회로(3)가, 도 4(a)에 실선으로 나타낸 파형을 갖는 삼각파 전압을 출력하는 상태에서, 입력 전원(Vin)의 전압이 상승하면, 그 파형은, 이 도면에서 파선(波線)으로 나타내는 바와 같은 파형으로 변화된다. 즉, 정전류 회로(2)로부터의 충전 전류 Ic는, 상기한 바와 같이, 입력 전원(Vin)의 전압의 상승에 따라서 증대하므로, 발진용 콘덴서(C1)에의 충전 속도가 빨라져서, 충전 기간 T1C에서의 직선 VC1의 기울기는, 충전 기간 T2C에서의 직선 VC2와 같이 증대한다. 한편, 임계치 전압 VTH 및 VTL은, 정전압 회로(1)로부터의 출력 전압 V를 기준으로 생성되므로, 거의 일정하게 유지되고, 따라서, 전압 상승후의 충전 기간 T2C는, 이전의 충전 기간 T1C보다도 짧아진다. 또한, 방전 기간 T1D 및 방전 기간 T2D에 있어서, 발진용 콘덴서(C1)의 방전 과정은 동일하므로, 파형 Vd1과 파형 Vd2, 따라서, 방전 기간 T1D와 방전 기간 T2D도 거의 동일하다. 결과적으로, 입력 전원(Vin)의 전압 상승후의 삼각파 전압의 주기 T2는, 이전의 주기 T1보다도 짧아져서, 더 높은 고주파의 삼각파 전압을 출력하게 된다.
삼각파 발진 회로(3)로부터 출력된 삼각파 전압은, 비교 회로(4)를 구성하는 비교기(COMP2)의 반전 입력 단자에 입력된다. 이 비교기(COMP2)의 비반전 입력 단자에는, 정전압 회로(10)의 출력 전압 V를 저항(R13, R14)으로써 분압한 임계치 전압 Vth가 입력되어 있으므로, 비교기(COMP2)의 출력(COMP2o)에는, 삼각파 전압이 임계치 전압 Vth보다도 높은 경우에는 하이(high)가 되고, 낮은 경우에는 로(low)가 되어서, 구형파가 생성된다. 본 실시형태에서는, 비교기(COMP2)의 임계치 전압 Vth 는, 비교기(COMP1)에서 사용되는 2종류의 임계치 전압 VTH 및 VTL의 대략 중간의 레벨이 되도록 설정되고, 비교기(COMP2)의 출력 단자(COMP2o)로부터 출력되는 구형파 전압의 듀티 비는, 주파수에 따르지 않고 대략 50％가 되도록 설정된다. 도 4(b)에는, 도 4(a)에 실선 및 파선으로 나타낸 파형인 삼각파 전압을, 임계치 전압 Vth 로 변환한 각각 대응하는 구형파 전압이 도시되어 있다. 여기서, 이 구형파 전압은, 입력 전원(Vin)의 전압의 상승에 따라서, 거의 일정한 듀티 비를 유지하여 고 주파화되므로, 1 주기에서 하이 상태 및 로 상태에 있는 시간이 단축된다. 이 구형파는, 상기한 바와 같이, 드라이브 회로(5)를 거쳐서 인버터 회로(6)의 스위칭 소자(Q1)의 구동 신호가 되고, 예로서 그 하이 상태가 스위칭 소자(Q1)의 온에 대응하므로, 스위칭 소자(Q1)의 1회의 온ㆍ오프 동작에 있어서의 온 시간은, 전원 전압(Vin)의 상승에 따라서 단축되는 것을 알 수 있다.
이하, 도 5∼도 17을 참조하여, 본 실시형태에 있어서의 희유 가스 형광 램프의 점등 장치(50)의 작용 및 효과를 설명한다.
도 5∼도 15는, 21.6 V로부터 26.4 V까지 입력 전원(Vin)의 전압을 변동시켜서 실측한 각부의 파형을 나타내는 도면이고, 도 5 및 도 11은 21.6 V, 도 6 및 도 12는 22.8 V, 도 7 및 도 13은 24.0 V, 도 8 및 도 14는 25.2 V, 도 9 및 도 15는 26.4 V인 경우의 파형을 나타낸다.
우선, 도 5∼도 9를 참조하면, 각각의 도면에 있어서, (a)는 비교기(COMP1)의 입력 전압 COMP(+), (b)는 비교기(COMP1)의 입력 전압 COMP(-)(즉, 삼각파 발진 회로(3)의 출력 전압), (c)는 스위칭 소자(Q1)의 게이트 구동 전압 Vgs를 나타낸다. 도 5∼도 9로부터, 입력 전원(Vin)의 전압 상승에 따라서, COMP(-), 즉, Vgs의 주파수가 증대하는 것을 알 수 있다. 도 10은, 도 5∼도 9에 나타내는 입력 전원(Vin)의 전압의 변동에 대한 주파수의 변동을 나타낸 그래프이다.
이어서, 도 11∼도 15를 참조하면, 각각의 도면에 있어서, (a)는 스위칭 소자(Q1)의 오프시에 트랜스(TR)의 1차측(TRp)에 발생하는 전압 Vds, (b)는 트랜스(TR)의 1차측(TRp)에 흐르는 전류 Id, (c)는 스위칭 소자(Q1)의 게이트 구동 전압 Vgs를 나타내고, 게이트 구동 전압 Vgs의 하이 상태가, 스위칭 소자(Q1)의 온 상태에 상당한다. 도 11∼도 15로부터, 입력 전원(Vin)의 전압 상승에 따라서, 스위칭 소자(Q1)의 1회의 온 동작의 사이에 전류 Id가 증대하여 도달하는 피크 치, 및 스위칭 소자의 오프시에 트랜스(TR)의 1차측에 발생하는 전압 Vds의 피크 치가 감소하는 것을 알 수 있고, 이것은, 스위칭 소자의 1회의 온 동작의 사이에 트랜스(TR)에 축적되는 에너지가 감소하는 것을 의미한다. 도 16은, 도 11∼도 15에 나타내는 입력 전원(Vin)의 전압의 변동에 대한 전압 Vds의 피크 치의 변동을 나타낸 그래프이다.
이와 같이, 본 실시형태에 있어서의 점등 장치(50)에서는, 입력 전원의 듀티 비를 거의 일정하게 유지한 채로 스위칭 소자(Q1)의 동작 주파수를 변동시킴으로써, 스위칭 소자의 1회의 온 동작의 사이에 트랜스(TR)에 축적되는 에너지가 입력 전원(Vin)의 전압의 변동을 상쇄하도록 변동하므로, 트랜스(TR)에 투입되는 전력은 거의 일정하게 유지된다. 그 결과, 도 17에 나타내는 바와 같이, 입력 전원(Vin)의 전압이 변동해도 트랜스(TR)의 ２차측(TRp)에 접속된 희유 가스 형광 램프(DL)의 조도는 거의 일정하게 유지된다.
본 발명에 의한 점등 장치에 의하면, 트랜스의 1차측에 접속하는 스위칭 소자의 구동 회로가, 입력 전압의 변동에 따라서 주파수를 변동시키는 발진 회로를 구비하고 있으므로, 입력 전압의 변동에 관계없이, 트랜스의 1차측에 입력되는 전력을 거의 일정하게 유지할 수 있게 되고, 이에 따라서, 희유 가스 형광 램프의 조 도를 안정화할 수 있다.
또한, 이러한 발진 회로는, 비교기와 콘덴서를 주요한 구성 요소로 하는 비교적 간소한 구성으로 되어 있고, 입력 전원 전압을 안정화하기 위한 전력 제어용의 회로 부품 등을 사용할 일이 없으므로, 효율을 저하시키지 않고 조도의 안정화를 실시하는 것이 가능하게 되고, 점등 장치의 소형화 및 코스트의 삭감이 가능하게 된다.

Claims (2)

  1. 입력 전원과, 트랜스와, 이 트랜스의 1차측에 직렬로 접속한 스위칭 소자와, 상기 트랜스의 2차측에 접속한 희유 가스 형광 램프와, 상기 스위칭 소자를 구동하는 구동 회로를 포함하는 희유 가스 형광 램프의 점등 장치에 있어서,
    상기 구동 회로는, 상기 입력 전원의 전압의 상승 및 저하에 따라서 발진 주파수를 각각 증대 및 감소시키는 삼각파 발진 회로와, 이 삼각파 발진 회로로부터 출력되는 삼각파를 소정의 듀티 비의 구형파(矩形波)로 변환하여 출력하는 비교 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 희유 가스 형광 램프의 점등 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동 회로는, 상기 입력 전원의 전압을 소정의 정전압으로 변환하여 출력하는 정전압 회로와, 상기 입력 전원의 전압에 따른 충전 전류를 출력하는 정전류 회로를 추가로 구비하고,
    상기 삼각파 발진 회로는, 상기 정전류 회로의 충전 전류에 의해서 충전되고 또한 소정의 시정수에 따라서 방전되는 발진용 콘덴서와, 이 발진용 콘덴서의 충전 상태와 방전 상태를 절환하기 위한 비교기를 구비하고, 이 비교기에는, 상기 정전압 회로의 출력 전압을 분압한 임계치 전압과 상기 발진용 콘덴서의 단자간 전압이 입력되고, 이 단자간 전압을 삼각파 전압으로서 출력하는 것을 특징으로 하는 희유 가스 형광 램프의 점등 장치.
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