KR20090105818A - 방전 램프 장치 - Google Patents

Abstract

관축 방향의 발광의 확산 지연도 없고, 전력 손실도 억제되며, 버스트 조광(調光)시에 발생하는 가청음을 저감할 수 있는 방전 램프 장치를 제공하는 것이다.

스위칭 소자 Q1, Q2를 교대로 스위칭 동작시켜 직류 전압을 교류 전압으로 변환시키는 교류 변환 회로(2)와, 교류 변환 회로(2)로부터의 교류 전압을 승압하는 트랜스(5)와, 트랜스(5)의 2차측에 접속된 방전 램프(6)를 구비하고, 방전 램프(6)를 버스트 조광하는 방전 램프 장치에 있어서, 버스트 조광의 오프 기간 동안, 트랜스(5)의 코일 L3를 단락하는 단락 회로(4)를 구비한 방전 램프 장치, 또는 이 방전 램프 장치에 있어서, 버스트 조광의 온 기간의 최초에 온하는 스위칭 소자가, 그 직전의 온 기간 종료시의 최후에 온한 스위칭 소자 Q1(Q2)에 대응하는 스위칭 소자 Q2(Q1)인 것을 특징으로 하는 방전 램프 장치이다.

Description

방전 램프 장치{DISCHARGE LAMP APPARATUS}

본 발명은, 방전 램프 장치에 관한 것이며, 특히, 액정 디스플레이 패널의 백 라이트나 일반 조명 등에 이용되는 희가스 형광 램프 장치에 관한 것이다.

종래, 액정 디스플레이 패널의 백 라이트 광원이나 조명용 광원으로서 냉음극 형광 램프나, 열음극 형광 램프가 많이 이용되고 있다. 이러한 램프는, 내부에 미량의 수은이 봉입되어 있고, 방전에 의해 여기(勵起)된 수은으로부터 발생하는 자외선에 의해 형광체를 발광시키는 것이며, 고휘도이고, 또한 효율적인 발광이 얻어지는 점에서 우수하다.

그러나, 환경 오염의 방지의 관점에서, 수은을 포함하지 않는 새로운 광원이 요구되고 있다. 수은을 포함하지 않는 형광 램프로서는, 유리관의 외면에 띠형상의 복수개의 전극을 설치하고, 이들 전극에, 예를 들면, 트랜스로 승압된 고주파의 고전압을 인가해 점등하는 희가스 형광 램프가 제안되어 있다.

액정 디스플레이 패널의 화면 휘도는, 일반적으로, 주위의 밝기, 유저의 취향, 화상 정보 등에 따라 적당한 크기로 조절 가능한 것이 요청된다. 이 화면 휘도의 조절은 백 라이트의 조광에 의해 행해져 있고, 백 라이트의 조광은 버스트 조광 이 일반적이다. 또, 조명 용도에 있어서도, 간접 조명 등에서는 사용 환경에 맞춘 밝기로 조절하기 위해 넓은 조광 범위가 요구된다. 조광 수단으로서는, 백 라이트와 동일하게 버스트 조광이 일반적이다. 버스트 조광은, 듀티 조광이라고도 말해지지만, 점등 기간과 소등 기간을 60 ~ 1kHz 정도로 주기적으로 반복하고, 점등 기간과 소등 기간의 시간 비율의 제어에 의해 조광하는 것이다. 이 조광 주기는, 액정 백 라이트에서는, 60 ~ 300Hz 정도, 조명 용도에서는, 1kHz 정도가 적절히 선택되어져 있다.

특허 문헌 1에는, 희가스 형광 램프를 버스트 조광할 때에 생기는, 깜빡임이나 서지 전압을 억제하는 수법이 개시되어 있다. 또, 특허 문헌 2에는, 외측면 전극형 형광 램프를 사용한 백 라이트 장치에 있어서, 버스트 조광할 때에 사람에게 귀에 거슬리는 가청음을 억제하기 위해, 온 기간의 시작을 소프트 스타트시키는 것이 개시되어 있다. 또, 특허 문헌 3에는, 냉음극 형광 램프를 사용한 백 라이트 장치에 있어서, 버스트 조광할 때에 귀에 거슬리는 가청음의 발생을 억제하기 위해, 오프 기간 중에도 방전등이 점등하기에 이르지 않을 정도의 전류를 흘려보내는 것이 개시되어 있다.

도 17은, 특허 문헌 2 및 특허 문헌 3에 기재된 기술을 겸비한 종래 기술에 관계되는 방전 램프 장치의 회로 구성을 나타내는 도면이다.

동 도면에 있어서, 직류 전원(101)으로부터 출력되는 직류 전압은, DC－DC 컨버터 회로(102)에 입력되며, DC－DC 컨버터 회로(102)로부터의 출력 전압은, 교류 변환 회로(103)에 입력된다. 교류 변환 회로(103)는, 스위칭 소자 Q1, Q2, 다이 오드 D1, D2로 이루어지고, 푸시풀 회로를 구성하고 있다. 스위칭 소자 Q1, Q2의 일단은, 각각 직류 전원(101)의 저전위측에 접속된다. 다이오드 D1, D2는, 스위칭 소자 Q1, Q2의 기생 다이오드, 또는 별도로 부가한 것이며, 스위칭 소자에 대해서, 각각 개별적으로 병렬 접속된다. 방향은 저전위로부터 고전위의 방향을 순방향으로 한다. 스위칭 소자 Q1, Q2에는, 제어 회로(104)로부터 출력되는 신호 S1과 신호 S2가 각각 입력되어 동 신호가 하이레벨인 경우에 온이 되고, 로 레벨인 경우에 오프가 되도록 동작한다. 신호 S1, S2는 주기적인 펄스 신호로, 서로 위상이 180° 어긋나 출력된다. 트랜스(105)는, 코일 L1, L2가 자기적으로 결합된 것이며, 코일 L1의 양단은, 교류 변환 회로(103)의 스위칭 소자 Q1, Q2에 접속되고, 코일 L1의 중점은, DC－DC 컨버터 회로(102)의 플러스 출력측에 접속된다. 코일 L2의 양단은 방전 램프(106)의 전극에 접속된다. 밝기 제어신호는, 밝기 지시값에 대응해 붙여진듀티비의 PWM 신호이며, 동 신호는 DC－DC 컨버터 회로(102)에 입력된다. DC－DC 컨버터 회로(102)는, 밝기 제어신호에 따라, 출력 전압을 변화시킨다.

도 18은, 도 17에 나타낸 방전 램프 장치의 각 부의 전기 파형을 나타내는 도면이다.

동 도면에 있어서, 밝기 제어신호는, 밝기 지시값을 듀티비로 하는 PWM 신호이고, 하이레벨인 경우에 온 기간이 되며, 로 레벨인 경우에 오프 기간이 된다. DC－DC 컨버터(102)의 출력 전압은, 오프 기간 중은 전압 V1이며, 온 기간 중은, 초기의 소프트 스타트 기간을 거쳐 완만하게 상승해, 전압 V2에 이른다. 오프 기간 중의 전압 V1은, 방전 램프(6)가 점등하기에 이르지 않는 낮은 전압으로 하며, 온 기간 중의 전압 V2는 방전 램프(6)가 정상적으로 점등하는 전압으로 한다. 이와 같이 동작시킴으로써, 트랜스(105)의 통전 전류의 큰 변화가 생기지 않게 되고, 트랜스(105)로부터의 가청음을 감소시킬 수 있다.

[특허 문헌 1 : 특허공개 2007－294399호 공보]

[특허 문헌 2 : 특허공개 2006－202682호 공보]

[특허 문헌 3 : 특허공개 2001－196196호 공보]

그러나, 도 17에 나타내는 것과 같은 종래 기술에 관련된 방전 램프 장치에 있어서, 온 기간의 시작을 소프트 스타트시키면, 방전 램프(106)가 희가스 형광 램프인 경우, 특허 문헌 1에서 과제로 되어 있는 것과 같은, 관축 방향의 발광의 확산이 지연된다는 문제점이 있다. 또, 오프 기간 중에도 통전을 행하면, 트랜스(105)의 전력 손실이 생겨 효율이 저하하고, 또, 전압의 크기를 변화시키기 위한 DC－DC 컨버터 회로(102)가 필요하게 되어, 장치의 대형화, 부품수 증가의 문제가 발생한다.

본 발명의 목적은, 상기의 문제점을 감안하여, 관축 방향의 발광의 확산 지연도 없고, 전력 손실도 억제되며, 버스트 조광시에 발생하는 가청음을 저감할 수 있는 방전 램프 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해서, 다음과 같은 수단을 채용했다.

제1 수단은, 2개 또는 2조의 스위칭 소자를 교대로 스위칭 동작시켜 직류 전압을 교류 전압으로 변환시키는 교류 변환 회로와, 이 교류 변환 회로로부터의 교류 전압을 승압하는 트랜스와, 이 트랜스의 2차측에 접속된 방전 램프를 구비하고, 상기 방전 램프를 버스트 조광하는 방전 램프 장치에 있어서, 상기 버스트 조광의 오프 기간 동안, 상기 트랜스의 코일의 적어도 1개를 단락하는 단락 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 방전 램프 장치이다.

제2 수단은, 제1 수단에 있어서, 상기 버스트 조광에 있어서, 온 기간의 최초에 온하는 스위칭 소자 또는 스위칭 소자의 조가, 그 직전의 온 기간 종료시의 최후에 온한 한쪽의 스위칭 소자 또는 한쪽의 스위칭 소자의 조에 대응하는 다른쪽의 스위칭 소자 또는 다른쪽의 스위칭 소자의 조인 것을 특징으로 하는 방전 램프 장치이다.

청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 버스트 조광 시에, 전압 무인가 기간에 있어서 발생하고 있던 가청음의 발생을 저감할 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 버스트 조광 시에, 전압 무인가 기간 및 전압 인가 기간에 있어서 발생하고 있던 가청음의 발생을 저감할 수 있다.

본 발명의 제1 실시 형태를 도 1 내지 도 4를 이용해 설명한다.

도 1은, 본 실시 형태의 발명에 관련된 방전 램프 장치의 회로 구성을 나타내는 도면이다.

동 도면에 있어서, 직류 전원(1)으로부터 출력되는 직류 전압은, 교류 변환 회로(2)에 입력된다. 교류 변환 회로(2)는, 스위칭 소자 Q1, Q2, 다이오드 D1, D2로 이루어지고, 푸시풀 회로를 구성한다. 스위칭 소자 Q1, Q2의 일단은, 각각 직류 전원(1)의 저전위측에 접속된다. 다이오드 D1, D2는, 스위칭 소자 Q1, Q2의 기생 다이오드, 또는 별도로 부가한 것이며, 스위칭 소자 Q1, Q2에 대해서, 각각 개별적으로 병렬 접속된다. 방향은 저전위로부터 고전위의 방향을 순방향으로 한다. 스위 칭 소자 Q1, Q2는, 제어 회로(3)로부터 출력되는 신호 S1, S2가 각각 입력되어 동 신호가 하이레벨인 경우에 온이 되고, 로 레벨인 경우에 오프가 되도록 동작한다.

코일 단락 회로(4)는, 스위칭 소자 Q3, Q4, 다이오드 D3, D4로 이루어지고, 스위칭 소자 Q3, Q4의 일단은 서로 접속된다. 다이오드 D3, D4는, 스위칭 소자 Q3, Q4의 기생 다이오드, 또는 별도로 부가한 것이고, 스위칭 소자에 대해서, 각각 개별적으로 병렬 접속된다. 방향은 스위칭 소자 Q3, Q4의 일단이 서로 접속되는 측을 애노드로 한다. 스위칭 소자 Q3, Q4는, 제어 회로(3)로부터의 코일 단락 제어신호가 입력되어 동 신호가 하이레벨인 경우에 온이 되고, 로 레벨인 경우에 오프가 되도록 동작한다.

트랜스(5)는, 코일 L1, L2, L3이 자기적으로 결합된 것이다. 코일 L1의 양단은, 교류 변환 회로(2)의 스위칭 소자 Q1, Q2에 접속되며, 코일 L1의 중점은, 직류 전원(1)의 고전위측에 접속된다. 코일 L2의 양단은 희가스 형광 램프나 엑시머 램프로 이루어지는 방전 램프(6)의 전극에 접속된다. 코일 L3의 양단은, 코일 단락 회로(4)의 스위칭 소자 Q3, Q4에 접속된다. 외부 기기 등에서 출력된 밝기 제어신호는, 듀티비의 크기가 밝기 지시값에 대응해 붙여진 PWM 신호이며, 동 신호는 제어 회로(3)에 입력된다. 제어 회로(3)로부터는, 밝기 제어신호에 의거해 제어되는 신호 S1, S2, 코일 단락 제어신호가 출력된다.

도 2는, 도 1에 나타낸 방전 램프 장치의 각 부의 동작을 나타내는 전기 파형을 나타내는 도면이다.

동 도면에 있어서, 전압 인가 기간 및 전압 무인가 기간은, 밝기 제어신호의 온 기간 및 오프 기간에 근거해, 제어 회로(3)의 내부 신호에 동기시켜 정해지는 기간이다. 전압 인가 기간의 시작은, 신호 S1 또는 신호 S2의 펄스 파형의 상승 시점에 동기하고, 전압 무인가 기간의 시작은, 신호 S1 또는 신호 S2의 펄스 파형의 상승으로부터, 시간 τ가 경과한 시점에 동기한다. 신호 S1, S2는, 전압 인가 기간 동안, 펄스폭 t1의 펄스 파형이, 예를 들면, 10μs ~ 50μs의 주기 T로 반복해서 출력되는 신호이며, 또, 서로 펄스 파형의 위상을 180° 옮긴 관계에 있다. 교류 변환 회로(2)의 스위칭 소자 Q1, Q2는, 신호 S1, S2에 따라 동작하고, 트랜스(5)의 코일 L1, L2, L3에 교류 전압을 발생시킨다.

여기서, 전압 인가 기간의 최후에 신호 S1(S2)의 펄스 파형이 출력되면, 다음 전압 인가 기간의 최초의 펄스 파형은 신호 S2(S1)로부터 출력되도록 제어된다. 즉, 전압 인가 기간의 마지막의 교류 전압의 극성에 대해서, 다음 전압 인가 기간의 시작의 교류 전압의 극성은 역극성이 되도록 제어된다. 코일 단락 제어신호는, 전압 인가 기간은 로 레벨이며, 전압 무인가 기간은 하이레벨이 된다. 즉, 전압 무인가 기간 중은, 코일 단락 회로(4)는 단락 상태가 되고, 코일 L3의 전압은 OV가 되며, 동시에 방전 램프(6)의 잔류 전하도 방출되어 램프 전압도 OV가 된다.

도 3은, 도 1에 나타낸 제어 회로(3)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.

동 도면에 나타내는 바와 같이, 제어 회로(3)는, 발진 회로(31), 동기 회로(32), 전압극성 기억 회로(33) 등으로 구성된다. 발진 회로(31)로부터는, 주기적인 펄스 신호인 신호 A가 출력된다. 동기 회로(32)는, 신호 A와 밝기 제어신호가 입력되어 전압 인가 기간 제어신호를 출력한다. 전압 인가 기간 제어신호는, 밝기 제어신호의 개시를 신호 A의 상승에 동기시키고, 또 밝기 제어신호의 종료를 신호 A의 상승으로부터 시간 τ가 경과한 시점에 동기시킨 신호이다. 부정 회로 NOT2는, 전압 인가 기간 제어신호가 입력되며 코일 단락 제어신호를 출력한다. 논리곱 회로 AND1는, 신호 A와 전압 인가 기간 제어신호가 입력되어 신호 B를 출력한다. 전압극성 기억 회로(33)는, 신호 B가 입력되고 신호 C와 신호 D를 출력한다. 신호 C와 신호 D는 서로 부정의 관계에 있으며, 신호 B의 상승에 동기해 논리가 반전한다. 논리곱 회로 AND2는, 신호 B와 신호 C가 입력되어 신호 S1을 출력하고, 논리곱 회로 AND3는, 신호 B와 신호 D가 입력되어 신호 S2를 출력한다. 동기 회로(32)는, D－FF(지연 플립플롭 회로), 논리합 회로 OR1, 부정 회로 NOT1, 저항 R1, 콘덴서 C1로 구성된다. D－FF의 D 단자에는, 밝기 제어신호가 입력되고, CK 단자에는, 신호 A가 입력된다. Q 단자로부터의 신호는, 논리합 회로 OR1에 입력되며, Q의 반전 출력 단자로부터의 신호는, 저항 R1, 콘덴서 C1로 이루어지는 적분 회로, 부정 회로 NOT1를 통해 논리합 회로 OR1에 입력된다. 시간 τ의 크기는, 이 적분 회로의 시정수에 의해 조절한다. 논리합 회로 OR1는, 전압 인가 기간 제어신호를 출력한다. 전압극성 기억 회로(33)는, T－FF(토글 플립플롭 회로)로 구성되는 T－FF의 T 단자에는, 신호 B가 입력되고, Q 단자로부터는 신호 C가 출력되며, Q의 반전 출력 단자로부터는 신호 D가 출력된다.

도 4는, 도 3에 나타낸 제어 회로(3) 내 각 부의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.

밝기 제어신호는, 듀티비의 크기가 밝기 지시값에 대응해 붙여진 PWM 신호이 며, 하이레벨인 기간을 온 기간, 로 레벨인 기간을 오프 기간으로 한다. 신호 A는, 발진 회로(31)로부터의 출력 신호이며, 주기 T/2, 펄스폭 t1의 펄스 신호이다. 전압 인가 기간 제어신호는, 밝기 제어신호의 개시를 신호 A의 상승에 동기시키고, 밝기 제어신호의 종료를 신호 A의 상승으로부터 τ 경과한 시점에 동기시킨 신호이다. 하이레벨인 기간을 전압 인가 기간, 로 레벨인 기간을 전압 무인가 기간으로 한다. 신호 B는, 전압 인가 기간은 신호 A와 동일하며, 전압 무인가 기간은 로 레벨이 되는 신호이다. 신호 C와 신호 D는, 서로 부정의 관계에 있고, 신호 B의 상승에 동기해 반전하는 신호이다. 신호 S1, S2는, 논리곱 회로 AND2, AND3의 출력 신호이며, 신호 S1은, 신호 B와 신호 C의 논리적, 신호 S2는 신호 B와 신호 D의 논리적이 된다. 코일 단락 제어신호는, NOT2의 출력 신호이며, 전압 인가 기간 제어신호의 부정이 된다.

또한, 본 실시 형태의 발명에 관련된 방전 램프 장치에 있어서의, 교류 변환 회로(2)는 푸시풀 방식으로 한정될 필요는 없고, 하프 브릿지 방식, 풀 브릿지 방식이어도 된다. 또, 제어 회로(3)의 구성은, 동일 기능을 가지면 이것으로 한정할 필요는 없으며, 다른 회로 구성이나, 마이크로 컴퓨터, PLD 등을 이용해 구성해도 된다. 또, 밝기 제어신호는, PWM 신호 이외의 아날로그 전압 신호나, 디지털 신호의 형태로 하여, 그러한 신호를 제어 회로 내부에서 PWM 신호로 변환하는 구성이어도 된다.

본 발명의 제2 실시 형태를 도 5 내지 도 8을 이용해 설명한다.

도 5는, 본 실시 형태의 발명에 관련된 방전 램프 장치의 회로 구성을 나타 내는 도면이다.

동 도면에 있어서, 직류 전원(1)으로부터 출력되는 직류 전압은, 교류 변환 회로(2A)에 입력된다. 교류 변환 회로(2A)는, 스위칭 소자 Q1, Q2, Q3, Q4, 다이오드 D1, D2, D3, D4로 이루어지고, 풀 브릿지 회로를 구성한다. 스위칭 소자 Q1, Q2와, 스위칭 소자 Q3, Q4는, 각각 직렬로 접속되고, 그들 양단에 직류 전원(1)이 접속된다. 스위칭 소자 Q1, Q3는 하이 사이드측에 배치되며, 스위칭 소자 Q2, Q4는 로 사이드측에 배치된다. 다이오드 D1 ~ D4는, 스위칭 소자 Q1 ~ Q4의 기생 다이오드, 또는 별도로 부가한 것이며, 스위칭 소자 Q1, Q2, Q3, Q4에 대해서, 각각 개별적으로 병렬 접속된다. 방향은 저전위로부터 고전위의 방향을 순방향으로 한다. 스위칭 소자 Q1, Q2, Q3, Q4에는, 제어 회로(3A)로부터 출력되는 신호 S1, S2, S3, S4가 각각 입력되어 동 신호가 하이레벨인 경우에 온이 되고, 로 레벨인 경우에 오프가 되도록 동작한다. 트랜스(5A)는, 코일 L1, L2가 자기적으로 결합된 것이다. 코일 L1의 양단은, 교류 변환 회로(2A)의 스위칭 소자 Q1, Q2의 접속점과 스위칭 소자 Q3, Q4의 접속점에 접속되고, 코일 L2의 양단은, 희가스 형광 램프나 엑시머 램프로 이루어지는 방전 램프(6)의 전극에 접속된다. 외부 기기 등으로부터 출력된, 밝기 제어신호는, 듀티비의 크기가 밝기 지시값에 대응해 붙여진 PWM 신호이며, 동 신호는 제어 회로(3A)에 입력된다. 제어 회로(3A)로부터는, 밝기 제어신호에 의거해 제어되는 신호 S1, S2, S3, S4가 출력된다.

도 6은, 도 5에 나타낸 방전 램프 장치의 각 부의 동작을 나타내는 전기 파형을 나타내는 도면이다.

동 도면에 있어서, 전압 인가 기간 및 전압 무인가 기간은, PWM 신호의 밝기 제어신호에 의거해, 제어 회로(3A)의 내부 신호에 동기시켜 정해진 기간이다. 전압 인가 기간의 시작은, 신호 S1과 신호 S4, 또는 신호 S2와 신호 S3의 펄스 파형의 상승 시점에 동기하고, 전압 무인가 기간의 시작은, 신호 S1과 신호 S4, 또는 신호 S2와 신호 S3의 펄스 파형의 상승으로부터, 시간 τ가 경과한 시점에 동기한다. 신호 S1, S2, S3, S4는, 전압 인가 기간 동안, 펄스폭 t1의 펄스 파형이, 주기 T로 반복해서 출력되는 신호이며, 신호 S1, S4와 신호 S2, S3은, 서로 펄스 파형의 위상을 180° 옮긴 관계에 있다. 교류 변환 회로(2A)의 스위칭 소자 Q1, Q2, Q3, Q4는, 각각 신호 S1, S2, S3, S4에 따라 동작하고, 코일 L2에 교류 전압을 발생시킨다. 여기서, 전압 인가 기간의 최후에 신호 S1(S2)과 S4(S3)의 펄스 파형이 출력되면, 다음 전압 인가 기간의 최초의 펄스 파형은 신호 S2(S1)와 S3(S4)으로부터 출력되도록 제어된다. 즉, 전압 인가 기간의 마지막의 교류 전압의 극성에 대해서, 다음 전압 인가 기간의 시작의 교류 전압의 극성은 역극성이 되도록 제어된다. 또, 전압 무인가 기간 중은 신호 S2, S4가 하이레벨로 고정되고, 신호 S1, S3은 로 레벨로 고정된다. 즉, 전압 무인가 기간 중은 로 사이드의 스위칭 소자가 동시에 온함으로써, 코일 L1가 단락 상태가 되고, 코일 L1의 전압은 OV가 되며, 동시에 방전 램프(6)의 잔류 전하도 방출되어 램프 전압도 OV가 된다.

도 7은, 도 5에 나타낸 제어 회로(3A)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.

동 도면에 있어서, 제어 회로(3A)는, 발진 회로(31), 동기 회로(32), 전압극성 기억 회로(33) 등으로 구성된다. 발진 회로(31)로부터는, 주기적인 펄스 신호인 신호 A가 출력된다. 동기 회로(32)에는, 신호 A와 밝기 제어신호가 입력되어 전압 인가 기간 제어신호를 출력한다. 전압 인가 기간 제어신호는, 밝기 제어신호의 개시를 신호 A의 상승에 동기시키고, 또 밝기 제어신호의 종료를 신호 A의 상승으로부터 시간 τ가 경과한 시점에 동기시킨 신호이다. 부정 회로 NOT2는, 전압 인가 기간 제어신호가 입력되고 코일 단락 제어신호를 출력한다. 논리곱 회로 AND1에는, 신호 A와 전압 인가 기간 제어신호가 입력되어 신호 B를 출력한다. 전압극성 기억 회로(33)는, 신호 B가 입력되고 신호 C와 신호 D를 출력한다. 신호 C와 신호 D는 서로 부정의 관계에 있으며, 신호 B의 상승에 동기해 논리가 반전한다.

논리곱 회로 AND2에는, 신호 B와 신호 C가 입력되고 신호 S1을 출력한다. 논리합 회로 OR2에는, 신호 S3과 코일 단락 제어신호가 입력되어 신호 S2를 출력한다. 논리곱 회로 AND3에는, 신호 B와 신호 D가 입력되어 신호 S3을 출력한다. 논리합 회로 OR3에는, 신호 S2와 코일 단락 제어신호가 입력되며 신호 S4를 출력한다. 동기 회로(32)는, D－FF(지연 플립플롭 회로), 논리합 회로 OR1, 부정 회로 NOT1, 저항 R1, 콘덴서 C1로 구성된다. D－FF의 D 단자에는, 밝기 제어신호가 입력되고, CK 단자에는, 신호 A가 입력된다. Q 단자로부터의 신호는, 논리합 회로 OR1에 입력되며, Q의 반전 출력 단자로부터의 신호는, 저항 R1과 콘덴서 C1로 이루어지는 적분 회로, 부정 회로 NOT1를 통해 논리합 회로 OR1에 입력된다. 시간 τ의 크기는, 이 적분 회로의 시정수에 의해 조절한다. 논리합 회로 OR1는, 전압 인가 기간 제어신호를 출력한다. 전압극성 기억 회로(33)는, T－FF(토글 플립플롭 회로)로 구성된다. T－FF의 T 단자에는, 신호 B가 입력되고, Q 단자로부터는 신호 C가 출력되며, Q의 반전 출력 단자로부터는 신호 D가 출력된다.

도 8은, 도 7에 나타낸 제어 회로(3) 내 각 부의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.

밝기 제어신호는, 듀티비의 크기가 밝기 지시값에 대응해 붙여진 PWM 신호이며, 하이레벨인 기간을 온 기간, 로 레벨인 기간을 오프 기간으로 한다. 신호 A는, 발진 회로(31)로부터의 출력 신호이며, 주기 T/2, 펄스폭 t1의 펄스 신호이다. 전압 인가 기간 제어신호는, 밝기 제어신호의 개시를 신호 A의 상승에 동기시키고, 밝기 제어신호의 종료를 신호 A의 상승으로부터 τ 경과한 시점에 동기시킨 신호이다. 하이레벨인 기간을 전압 인가 기간, 로 레벨인 기간을 전압 무인가 기간으로 한다. 신호 B는, 전압 인가 기간은 신호 A와 동일하며, 전압 무인가 기간은 로 레벨이 되는 신호이다. 신호 C와 신호 D는, 서로 부정의 관계에 있으며, 신호 B의 상승에 동기하여 반전하는 신호이다. 신호 S1과 신호 S3은, 논리곱 회로 AND2와 논리곱 회로 AND3의 출력 신호이며, 신호 S1은, 신호 B와 신호 C의 논리적, 신호 S3은 신호 B와 신호 D의 논리적이다. 신호 S2와 신호 S4는, 논리합 회로 OR1와 논리합 회로 OR2의 출력 신호이며, 신호 S2는, 신호 S3과 코일 단락 제어신호의 논리합, 신호 S4는 신호 S1과 코일 단락 제어신호의 논리합이 된다. 코일 단락 제어신호는, NOT2의 출력 신호이며, 전압 인가 기간 제어신호의 부정이 된다.

또한, 본 실시 형태의 발명에 있어서는, 코일 L1를 단락하기 위해서, 로 사이드측의 스위칭 소자를 동시에 온으로 하고 있지만, 하이 사이드측의 스위칭 소자를 동시에 온하도록 해도 된다. 또, 제어 회로(3A)의 구성은, 동일 기능을 가지면 이것으로 한정할 필요는 없고, 다른 회로 구성이나, 마이크로 컴퓨터, PLD 등을 이용하는 구성이어도 된다. 또, 밝기 제어신호는, PWM 신호 이외의 아날로그 전압 신호나, 디지털 신호의 형태로 하여, 그러한 신호를 제어 회로 내부에서 PWM 신호로 변환하는 구성이어도 된다.

다음으로, 본 발명의 방전 램프 장치에 있어서 가청음이 저감하는 이유에 대해 설명한다.

우선, 본 발명의 방전 램프 장치에 적용되는 방전 램프(6)의 일례로서의 희가스 형광 램프에 대해 설명한다.

도 9(a)는, 희가스 형광 램프(6)의 관축 방향으로 직교하는 절단면에서 본 단면도, 도 9(b)는, 희가스 형광 램프(6)의 사시도이다.

이들 도면에 나타내는 바와 같이, 희가스 형광 램프(6)는, 예를 들면, 유리관(61)으로 밀폐상으로 구성된 직관 형상의 외위기로서, 그 내면에는 희토류 형광체, 할로 인산염 형광체 등의 형광체로 이루어지는 형광 물질(62)이 형성되어 있다. 유리관(61)의 봉착(封着) 구조는 유리관(61)의 단부에 디스크 형상의 봉착 유리판을 봉착해 구성되어 있지만, 예를 들면, 단순히 유리관(61)을 가열하면서 축경 가공해 용단하는 이른바 탑 시일에 의해 구성할 수도 있다. 외부 전극(63, 64)은, 예를 들면, 알루미늄 테이프를 폭 1mm로 절단한 것이지만, 유리관(61)의 외표면에 있어서의 희가스 형광 램프(6)의 중심축을 사이에 둔 대향 위치에 붙여져 구성된다. 또, 외부 전극(63, 64)은, 예를 들면, 도전성 페이스트를 스크린 인쇄하고, 소부(燒付)하여 형성한 것이어도 된다. 또한, 이 유리관(61)의 밀폐 공간에는 수은 등의 금속 증기를 포함하지 않는 He, Ar, Xe, Kr 중 어느 1 종류 이상을 주성분으로 하는 희가스가 소정량 봉입되어 있다. 역(易) 시동 부위(65)는, 도전성 물질 혹은 역 전자 방사 물질로 이루어지고, 방전 개시를 용이하게 하기 위해서, 유리관(61)의 내부에 적어도 1개소 배치된다. 방전은 역 시동 부위(65)를 기점으로 발생하며, 그곳으로부터 연쇄적으로 희가스 형광 램프(6) 전체에 확산된다. 통상은, 유리관(61)의 단부 등에 설치되고, 점등 중에 있어서의 광 취출 효율에 영향을 주지 않도록 한다.

도 10은, 희가스 형광 램프나 엑시머 램프로 이루어지는 방전 램프(6)의 등가 회로를 나타내는 도면이다.

방전 램프(6)는, 유리관(61)의 정전 용량 Cg과 방전의 임피던스 p가 직렬로 접속되며, 방전 공간의 정전 용량 Cd이 방전의 임피던스 p와 병렬로 접속된 형태로 나타난다. 이와 같이, 희가스 형광 램프나 엑시머 램프로 이루어지는 방전 램프(6)는, 유리관(61)의 정전 용량을 통해 방전하는, 용량성의 부하이다. 방전이 발생하면, 유리관(61) 내부의 방전에 의해 생긴 전하가, 외부로부터의 전계로 유도되는 형태로 유리관(61)의 내벽에 축적되고, 역방향의 전계가 더해질 때까지 유지된다. 그 때문에, 방전 램프 장치로부터의 전력의 공급을 정지해도, 방전 램프(6)에 축적된 전하에 의해, 램프 전압은 곧바로는 0이 되지 않으며, 충전된 큰 용량 소자와 같은 성질을 가진다.

도 11은, 도 17에 나타낸 종래 기술에 관계되는 방전 램프 장치에 있어서, DC－DC 컨버터(102)를 갖지 않는 방전 램프 장치에 있어서의, 트랜스(105)의 1차 전압 V의 파형과 트랜스(105)의 자속밀도 B의 파형을 나타낸 도면이며, 도 11(a)은, 전압 인가 기간 후반부부터, 전압 무인가 기간, 전압 인가 기간 전반부까지의 전체를 나타내는 도면이고, 도 11(b)는, 전압 인가 기간으로부터 전압 무인가 기간으로의 전환 시점의 확대도, 도 11(c)는, 전압 무인가 기간으로부터 전압 인가 기간으로의 전환 시점의 확대도이다. 여기서, 트랜스(105)의 코어의 실효 단면적을 Ae, 코일의 권수를 n으로 하면, 자속밀도 B와 전압 V는, B =｛1/(Ae × n)｝×∫Vdt의 관계에 있다.

이들 도면에 나타내는 바와 같이, 전압 무인가 기간 중은, 교류 변환 회로(103)의 동작은 정지하고 있지만, 주로 방전 램프(106)의 용량 성분과 부유 용량과 트랜스(105)의 2차측 코일의 인덕턴스에 의한 공진 상태가 되며, 전압 무인가 기간의 초기에 있어서, 도 11(b)의 확대도에 나타내는 바와 같이, 공진 전압이 발생한다. 따라서, 전압 인가 기간 종료 후에도, 공진 전압의 A의 부분에 나타내는 바와 같이 자속밀도 B가 증가를 계속해 자속밀도 B의 진동의 중심이 플러스측에 기운다. 이와 같이 자속밀도 B의 진동에 편향이 생기고, 도 11(a)의 B의 부분에 나타내는 것과 같은 피크가 발생하는 경우에, 가청음이 발생하고 있으며, 이것이 전압 무인가 기간 초기의 가청음의 원인이라고 생각된다. 다음으로, 전압 인가 기간의 초기에 있어서는, 최초에 인가되는 전압극성 방향으로 편여자(偏勵磁)되므로, 도 11(a)의 C의 부분에 나타내는 것과 같은 자속밀도 B의 피크가 발생한다. 이것이 전압 인가 기간 초기의 가청음의 원인이라고 생각된다.

도 12는, 제1 (및 제2) 실시 형태의 발명에 관련된 방전 램프 장치에 있어서 의, 트랜스(5(5A))의 1차 전압 V의 파형과, 트랜스(5(5A))의 자속밀도 B의 파형을 나타낸 도면이고, 도 12(a)는, 전압 인가 기간 후반부부터, 전압 무인가 기간, 전압 인가 기간 전반부까지의 전체를 나타낸 도면이며, 도 12(b)는, 전압 인가 기간으로부터 전압 무인가 기간으로의 전환 시점의 확대도, 도 12(c)는, 전압 무인가 기간으로부터 전압 인가 기간으로의 전환 시점의 확대도이다. 여기서, 트랜스(5(5A))의 코어의 실효 단면적을 Ae, 코일의 권수를 n으로 하면, 자속밀도 B와 전압 V는, B =｛1/(Ae × n)｝×∫Vdt의 관계에 있다.

이들 도면에 나타내는 바와 같이, 전압 무인가 기간 중, 트랜스(5(5A))의 코일 L3(L1)가 단락되어 있으므로, 공진 전압은 발생하지 않는다. 이 때, 여자 전류는 단락된 코일 L3(L1)를 계속 흐르고, 단기적으로 보면, 자속밀도 B는 동일 크기를 유지한다고 간주할 수 있다. 따라서, 전압 무인가 기간 초기에, 도 11(a)의 B의 부분에 나타내는 것과 같은 자속밀도 B가 높은 피크가 발생하지 않기 때문에, 가청음이 억제된다. 또, 전압 인가 기간의 초기의 1차 전압의 극성은, 전회의 전압 인가 기간 종료시의 극성과 반대가 되도록 제어되므로, 자화되는 방향은, 전압 무인가 기간의 자속밀도를 없애는 방향이 된다. 따라서, 전압 인가 기간 초기에, 도 11(a)의 C의 부분에 나타내는 것과 같은 자속밀도 B가 높은 피크가 발생하지 않기 때문에, 가청음이 억제된다.

다음으로, 도 12(b)의 1차 전압에 있어서의 기간 τ의 크기의 설정법에 대해 설명한다.

트랜스(5(5A))의 1차 전압(또는 램프 전압)이 전압 인가 기간의 최후에 극성 반전한 시점부터, 트랜스(5(5A))의 코일 L3(L1)가 단락되어 트랜스(5(5A))의 1차 전압이 OV가 될 때까지의 기간 τ의 크기는, 0.5T보다 작은 크기로 설정하는 것이 바람직하다. T는 전압 인가 기간 종료 직전에 있어서의 램프 전압의 주기에 상당한다.

도 13은, 기간 τ의 크기를 0.10T부터 0.50T까지 변화시켰을 경우의 트랜스(5(5A))로부터의 가청음의 크기를, 5명의 관능 시험에 의해 평가한 결과를 나타내는 표이다. 여기서, 스위칭 소자 Q1, Q2(Q1, Q2, Q3, Q4)로의 신호 S1, S2(S1, S2, S3, S4)의 주기 T의 크기는 20μs로 했다.

동 도면에 나타내는 바와 같이, 기간 τ를 0.20T부터 0.40T로 설정함으로써, 가청음은 거의 신경이 쓰이지 않게 되고, 특히 0.25T부터 0.30T에서는, 전혀 신경이 쓰이지 않는 크기였다. 따라서, 기간 τ는 0.20T부터 0.40T의 범위로 설정함으로써, 트랜스(5(5A))로부터의 가청음을 신경이 쓰이지 않는 정도로 할 수 있다. 이것은, 전압 인가 기간 종료시와 개시시의 전압 파형의 차이, 전압 무인가 기간의 잔류 자속밀도의 크기의 상호 관계에 기인하고 있다고 생각된다. 전압 인가 기간 종료시와 개시시의 전압 파형이 다른 원인은, 개시시의 방전이 미발달하고, 방전 램프의 용량 성분이 작기 때문이라고 생각된다.

또한, 기간 τ의 크기는, τ＞t1로 하지 않으면 안 된다. t1는, 도 2(도 4) 등에 나타나는 스위칭 소자 Q1, Q2(Q1, Q2, Q3, Q4)의 온 시간이다. 도 1에 나타낸 회로에 있어서, τ≤t1로 했을 경우, 코일 단락 회로(4)와 스위칭 소자 Q1 또는 스위칭 소자 Q2가 일시적으로 동시에 온하는 상태가 발생한다. 코일 단락 회로(4)가 온하면, 코일 L1는 저 임피던스 상태가 되므로, 스위칭 소자 Q1 또는 스위칭 소자 Q2가 온하면, 대전류가 흘러 회로가 고장날 위험이 있다. 또, 도 4에 나타낸 회로에 있어서, τ≤t1로 했을 경우, 로 사이드측의 스위칭 소자와 스위칭 소자 Q1 또는 Q3가 일시적으로 동시에 온하는 상태, 이른바 아암 단락 상태가 되며, 대전류가 흘러 회로가 고장날 위험이 있다.

도 14는, 도 1에 나타낸 회로에 있어서, 신호 S1, S2, 램프 전류, 및 램프 전압의 파형을 나타내는 도면이다.

동 도면에 나타내는 바와 같이, 램프의 방전은, 램프 전압의 극성이 반전하여, 램프 전압이 급격하게 변화한 직후에 발생하고, 이에 수반해 높은 피크의 방전 전류가 흐른다. 이어서, 방전이 도모하지 않는, 작은 피크의 공진 전류가 역방향으로 흐른다. 이 공진 전류는, 주로 트랜스(5)의 누설 인덕턴스와 방전 램프(6)의 정전 용량에 의한 것이다. 이 방전 전류가 흐르는 시간을 td, 공진 전류가 흐르는 시간을 tr로 하면, 신호 S1, S2의 펄스폭 t1은, td ≤ t1 ≤ td＋tr의 크기로 조정하는 것이 양호하다. t1 ＜ td로 하면, 방전 전류의 크기가 바뀌어, 출력이 불안정하게 되는 문제가 있다. 또, t1 ＞ td＋tr로 하면, 방전에 관계하지 않는 공진 전류가 계속 흐름으로써, 손실이 증가하고, 효율이 저하하는 문제가 있다.

다음으로, 본 발명에 관련된 방전 램프 장치와, 가청음 저감의 기능을 가지지 않는 종래 기술에 관계되는 방전 램프 장치의 비교에 대해 설명한다.

도 15는, 본 발명의 코일 단락 기능이나 전압극성 제어 기능, 및 특허 문헌 2, 3에 나타나 있는 것과 같은 DC－DC 컨버터를 갖지 않는, 이른바 가청음 저감 기 능이 없는 방전 램프 장치에 있어서의 가청음의 레벨을 나타낸 도면, 도 16은, 제1 및 제2 실시 형태의 발명에 관련된 방전 램프 장치에 있어서의 가청음의 레벨을 나타낸 도면이다. 세로축은 소음계로부터의 출력 전압, 가로축은 시간이다. 또한, 측정에 사용한 측정기는, 리온 주식회사제의 NA－41을 이용해 방전 램프 장치에 있어서의 트랜스로부터의 소리를 측정한 것이다.

도 15에 나타내는 바와 같이, 가청음 저감 기능을 갖지 않는 종래 기술에 관계되는 방전 램프 장치에서는, 전압 인가 기간의 초기와 전압 무인가 기간의 초기에 큰 가청음이 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 도 16에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 관련된 방전 램프 장치에 있어서는, 전압 인가 기간 초기 및 전압 무인가 기간 초기에 발생하고 있던 가청음의 발생이 저감되며, 개선되어져 있는 것을 알 수 있다. 전압 무인가 기간 초기에 발생하고 있던 가청음은, 주로 전압 무인가 기간 중에 트랜스의 코일을 단락함으로써 개선된 것이며, 전압 인가 기간의 초기에 발생하고 있던 가청음은, 주로, 전압 인가 기간의 마지막의 교류 전압의 극성에 대해서, 다음 전압 인가 기간의 시작의 교류 전압의 극성을 역극성으로 함으로써 개선된 것이다.

도 1은 제1 실시 형태의 발명에 관련된 방전 램프 장치의 회로 구성을 나타내는 도면이다.

도 2는 도 1에 나타낸 방전 램프 장치의 각 부의 동작을 나타내는 전기 파형을 나타내는 도면이다.

도 3은 도 1에 나타낸 제어 회로(3)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.

도 4는 도 3에 나타낸 제어 회로(3) 내의 각 부의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.

도 5는 제2 실시 형태의 발명에 관련된 방전 램프 장치의 회로 구성을 나타내는 도면이다.

도 6은 도 5에 나타낸 방전 램프 장치의 각 부의 동작을 나타내는 전기 파형을 나타내는 도면이다.

도 7은 도 5에 나타낸 제어 회로(3A)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.

도 8은 도 7에 나타낸 제어 회로(3) 내 각 부의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.

도 9는 희가스 형광 램프(6)의 관축 방향으로 직교하는 절단면에서 본 단면도 및 희가스 형광 램프의 사시도이다.

도 10은 희가스 형광 램프나 엑시머 램프로 이루어지는 방전 램프(6)의 등가 회로를 나타내는 도면이다.

도 11은 도 17에 나타낸 종래 기술에 관계되는 방전 램프 장치에 있어서, DC －DC 컨버터를 갖지 않는 방전 램프 장치에 있어서의, 트랜스(105)의 1차 전압 V의 파형과 트랜스(105)의 자속밀도 B의 파형을 나타낸 도면이다.

도 12는 제1 및 제2 실시 형태의 발명에 관련된 방전 램프 장치에 있어서의, 트랜스(5(5A))의 1차 전압 V의 파형과, 트랜스(5(5A))의 자속밀도 B의 파형을 나타낸 도면이다.

도 13은 기간 τ의 크기를 0.10T부터 0.50T까지 변화시켰을 경우의 트랜스(5(5A))로부터의 가청음의 크기를, 5명의 관능 시험에 의해 평가한 결과를 나타내는 표이다.

도 14는 도 1에 나타낸 회로에 있어서, 신호 S1, S2와 램프 전압, 램프 전류의 파형을 나타내는 도면이다.

도 15는 본 발명의 코일 단락 기능이나 전압극성 제어 기능, 특허 문헌 2, 3에 나타나 있는 것과 같은 DC－DC 컨버터를 갖지 않는, 가청음 저감의 기능이 없는 방전 램프 장치에 있어서의 가청음의 레벨을 나타낸 도면이다.

도 16은 제1 및 제2 실시 형태의 발명에 관련된 방전 램프 장치에 있어서의 가청음의 레벨을 나타낸 도면이다.

도 17은 특허 문헌 2 및 특허 문헌 3에 기재된 기술을 겸비한 종래 기술에 관계되는 방전 램프 장치의 회로 구성을 나타내는 도면이다.

도 18은 도 17에 나타낸 방전 램프 장치의 각 부의 전기 파형을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 직류 전원 2, 2A : 교류 변환 회로

3, 3A : 제어 회로 31 : 발진 회로

32 : 동기 회로 33 : 전압극성 기억 회로

4 : 코일 단락 회로 5, 5A : 트랜스

6 : 방전 램프 61 : 유리관

62 : 형광 물질 63, 64 : 외부 전극

65 : 역 시동 부위 Q1 ~ Q4 : 스위칭 소자

D1 ~ D4 : 다이오드 L1 ~ L3 : 코일

AND1 ~ AND3 : 논리곱 회로 OR1 ~ OR3 : 논리합 회로

NOT1, NOT2 : 부정 회로 R1－C1 : 적분 회로

D－FF : 지연 플립플롭 회로 T－FF : 토글 플립플롭 회로

Claims (2)

1. 2개 또는 2조의 스위칭 소자를 교대로 스위칭 동작시켜 직류 전압을 교류 전압으로 변환시키는 교류 변환 회로와, 이 교류 변환 회로로부터의 교류 전압을 승압하는 트랜스와, 이 트랜스의 2차측에 접속된 방전 램프를 구비하고, 상기 방전 램프를 버스트 조광(調光)하는 방전 램프 장치에 있어서,

   상기 버스트 조광의 오프 기간 동안, 상기 트랜스의 코일 중 적어도 1개를 단락하는 단락 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 방전 램프 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 버스트 조광에 있어서, 온 기간의 최초에 온하는 스위칭 소자 또는 스위칭 소자의 조가, 그 직전의 온 기간 종료시의 최후에 온한 한쪽의 스위칭 소자 또는 한쪽의 스위칭 소자의 조에 대응하는 다른쪽의 스위칭 소자 또는 다른쪽의 스위칭 소자의 조인 것을 특징으로 하는 방전 램프 장치.

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