JP2007280951A - 蛍光灯駆動回路及びその駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】力率修正ステップと起動ステップと方形波駆動ステップと隔離ステップと出力ステップとを備えてなる蛍光灯の駆動回路及びその駆動方法を提供する。
【解決手段】力率修正ステップは入力交流電圧を直流電圧に調整し、起動ステップは直流電圧を昇圧点灯直流電圧に調整し、方形波駆動ステップは点灯直流電圧を調整し昇圧して点灯方形波電圧とし、出力ステップは点灯方形波電圧によって蛍光灯を点灯する。
【選択図】図4
【解決手段】力率修正ステップは入力交流電圧を直流電圧に調整し、起動ステップは直流電圧を昇圧点灯直流電圧に調整し、方形波駆動ステップは点灯直流電圧を調整し昇圧して点灯方形波電圧とし、出力ステップは点灯方形波電圧によって蛍光灯を点灯する。
【選択図】図4
Description
この発明は蛍光灯に関し、特に蛍光灯駆動回路及びその駆動方法に関する。
近年、液晶表示装置に関する技術はかなり進歩した。液晶表示装置は陰極線管に取って代わって次世代の主な表示装置になろう。液晶表示装置はバックライトが要るので、各種のバックライトはすでに提案されている。一般のバックライトは例えば水銀を含む/含まない蛍光灯、発光表示部品、及び水銀を含む/含まない平面蛍光灯などである。その中では、各種の蛍光灯の応用はさらに広がっている。
蛍光灯の原理は、気体を励起することによってイオン又は励起された原子を発生させて、イオン又は励起された原子が基底状態に戻ると特定周波数の光子(すなわち紫外線)を発して、この紫外線によって蛍光灯内の蛍光物質を励起して可視光線を発生させるものである。気体を励起する時、気体を電離するようにする高電圧が必要である。その高電圧は昇降圧機能を含む起動回路によって発生される。蛍光灯が安定に操作されるようにするために、この起動回路は慎重に設計されなければならない。
平面蛍光灯は外部電極を有するものである。平面蛍光灯の提供する光源は平面形であるので、平面液晶表示装置のバックライトに用いられている。それは、従来の蛍光灯及び発光表示部品が均一に照射できないという欠点を改善することができる。照射の均一性のほかに、平面蛍光灯はさらにコストが低いこと、高・低温の環境に性能がよいこと、寿命が長いこと、よい飽和度を提供できること、容易にバックライトと統合できることなどの有利な点がある。さらに、水銀を含まない平面蛍光灯は汚染を発生させない有利な点がある。しかし、水銀を含まない平面蛍光灯は、外部電極のあることと水銀を含まないことのせいで、従来の水銀を含む蛍光灯に比べてその起動回路の設計には困難がある。水銀を含まない平面蛍光灯が起動されていない時、高抵抗を有しているので駆動回路によって蛍光管電圧を共振昇圧して点灯電圧とすることにより平面蛍光灯を点灯することができる。従来の平面蛍光灯は共振ネットワークを起動回路として、正弦波信号によって点灯されるものである。しかし、これは平面蛍光灯に起動電圧を提供することができるが、大循環の電流があるという欠点があることが実験に通して分かった。この循環電流は平面蛍光灯の駆動回路及び蛍光管に流れるで、仕事率を消耗して蛍光管の発光効率を低下させて蛍光管が加熱される。共振回路を使用するので、駆動回路には起動状態で高循環の電流が発生する。時間が長くなると駆動回路はオーバーヒートする恐れがある。したがって、その中に検出回路を加える必要があって、蛍光管が破裂すること又は駆動回路が蛍光管に接続されていないことを防止するようにする。上記の欠点のほかに、高循環の電流に対しては、従来の技術は蛍光管電圧の周波数を変えることによって制御するものである。しかしながら、周波数の変えた駆動電圧だけを使用すると、駆動回路の中の変圧器又はインダクタなどの磁性部品を最適にすることができない。上記の欠点は回路設計のコストが増加するようにするものである。一方、水銀を含まない平面蛍光灯が大面積の蛍光管で起動される時に急速に均一に点灯されることに困難があるので、OSRAMは切換周波数を変える技術及びBurst Mode Dimmingという技術によって均一に蛍光灯を点灯することが提案された。その実験の結果は図1及び図2から見ると分かる。図1の上部分は蛍光管電流の波形図であり、下部分は上部分の波形の拡大図である。図2の上部分は蛍光管電圧の波形図であり、下部分は上部分の波形の拡大図である。それらの図からみると、この起動方式は共振昇圧方式であるのが分かる。この起動方式は高起動電流、磁性部品が飽和になりやすい、高循環電流などの欠点がある。起動する時、時間がかかって、共振方式で電圧を点灯できる点灯電圧に昇圧するので、急速に起動することができない。
したがって、本発明の課題は、水銀を含まない平面蛍光灯の駆動回路及びその駆動方法を提供する必要がある。従来の欠点を改善し、水銀を含まない平面蛍光灯などの各種の蛍光灯を急速に正確に起動し、液晶表示装置又は他の照明場合に応用されることができるようにすることにある。
本発明は蛍光灯の駆動方法を提供する。この駆動方法は、直流電圧を発生させるステップと、パルス電圧入力に基づいて前記直流電圧を昇圧直流電圧に調整する操作電圧として、そして起動電圧とするステップと、前記操作電圧が前記起動電圧に達すると、前記パルス電圧入力を停止させて前記操作電圧を方形波電圧に転換するステップと、前記方形波電圧によって蛍光灯を点灯するステップとを備えてなることを特徴とする。
好適な実施例では、蛍光灯は一般の蛍光灯又は平面蛍光灯であり、前記平面蛍光灯は水銀を含む平面蛍光灯又は水銀を含まない平面蛍光灯である。
本発明は蛍光灯の駆動回路を提供する。この駆動回路は、交流電圧を受けて前記交流電圧を直流電圧に調整する力率修正ステップと、前記直流電圧を受けて、パルス電圧入力に基づいて前記直流電圧を昇圧直流電圧に調整して操作電圧とする起動ステップと、隔離ステップと、前記操作電圧が起動電圧に達すると、前記操作電圧を方形波電圧に調整して、そして前記隔離ステップによって前記力率修正ステップと隔離される方形波駆動ステップと、前記方形波電圧を受けて、前記方形波電圧を昇圧方形波電圧に調整し、そして前記昇圧方形波電圧によって蛍光灯を点灯する出力ステップとを備えてなり、前記起動電圧が達されると前記方形波駆動ステップは操作を起動し、そして前記起動電圧が達されると前記起動ステップは操作を停止させることを特徴とする。
好適な実施例では、前記起動ステップはフライバック形回路及び隔離形昇降圧回路の中の一つであり、前記隔離形昇降圧回路はCukコンバーター、SEPICコンバーター及びZetaコンバーターの中の一つであり、前記隔離ステップはダイオード、コンデンサー、抵抗、インダクタ、及び隔離変圧器の中の一つであり、前記方形波駆動ステップと前記起動ステップは並列接続されて、前記方形波駆動ステップはハーフブリッジ駆動回路、フルブリッジ駆動回路及びプッシュプル回路の中の一つであることを特徴とする。
蛍光灯の大循環の電流を除去して、起動ステップの各部品の寸法を減少させて、コストダウンを達成することができる。
図3は本発明の蛍光灯の駆動回路の機能を示したブロック図である。図3に示したように、駆動回路30は力率修正ステップ31、起動ステップ32、隔離ステップ33、方形波駆動ステップ34及び出力ステップ35を具備する。力率修正ステップ31は交流電圧ACを受けて直流電圧VDCを発生させる。起動ステップ32は直流電圧VDCを予定の起動電圧VBOOSTに急速に昇圧して、操作電圧VOPを提供する。隔離ステップ33は力率修正ステップ31と方形波駆動ステップ34の間に位置して、二つのステップ31、34を隔離して起動ステップ32が駆動回路30の残りの部分を干渉しないようにする。方形波駆動ステップ34は操作電圧VOPを方形波電圧に転換する。出力ステップ35は方形波電圧を受けて蛍光灯を駆動する。
上記の中に、力率修正ステップ31は直流電圧VDCを貯蔵する貯蔵コンデンサーを有している。起動ステップ32はパルス電圧入力触発によって直流電圧VDCを昇圧することができる。隔離ステップ33はダイオード、コンデンサー、抵抗、インダクタ、及び隔離変圧器の中の一つである。方形波駆動ステップ34は、操作電圧VOPを受けて、方形波電圧に調整してならせて、隔離ステップ33によって力率修正ステップ31と隔離されている。方形波駆動ステップ34と入力ステップ35の間には電圧調整カプリング部品が設置してある。方形波電圧は昇圧方形波電圧に調整され、蛍光灯の内部抵抗へカップリングされて、それによって蛍光灯を点灯するようにする。方形波駆動ステップ34は小型貯蔵コンデンサーを有していて、操作電圧VOPが起動電圧VBOOSTに等しくなると(すなわち、コンデンサーが十分なエネルギーを貯蔵した後)操作を停止する。さらに、蛍光灯は一般の蛍光灯又は平面蛍光灯であり、前記平面蛍光灯は水銀を含む平面蛍光灯又は水銀を含まない平面蛍光灯である。
図4は本発明の蛍光灯の駆動回路の第1実施例を示した図である。駆動回路40において、力率修正ステップ41は貯蔵コンデンサーを有していて、ステップ41から発生した直流電圧VDCを貯蔵するようにする。起動ステップ42は昇降圧回路であり、ダイオードDAUX、インダクタLAUX及びNMOSトランジスタQAUXを含んでいる。インダクタLAUXの一端はNMOSトランジスタQAUXの一端及びダイオードDAUXの陽極端と接続されていて、インダクタLAUXのもう一つの端はダイオードDBの陽極端と接続されていて、NMOSトランジスタQAUXのもう一つの端は接地している。昇降圧回路は隔離部品を有していないのでここで一般的に‘昇圧回路’と言われている。方形波駆動ステップ44は起動ステップ42と並列接続されている。隔離ステップ43は二つのステップ42と44の間に設置されていて、基本的に隔離ダイオードであって、ダイオード、コンデンサー、抵抗、インダクタ又は隔離変圧器でもよい。方形波駆動ステップ34はハーフブリッジ駆動回路及び変圧装置Tの一次低圧側T1を含んでいる。一次低圧側T1の電圧はその方形波電圧である。出力ステップ45は負荷蛍光管(コンデンサーと抵抗の並列ユニットRC)及び変圧装置Tの二次高圧側T2を含んでいる。方形波電圧は二次高圧側T2へカップリングされて変圧方形波電圧を発生させる。コンデンサーと抵抗の並列ユニットRCは互いに並列接続されている負荷コンデンサー組CL及び負荷抵抗RLを有している。出力抵抗RLは蛍光灯の内部抵抗であり、負荷コンデンサー組CLは一つ又は複数の負荷コンデンサーを含んでいる。
図5は上記の駆動回路の信号の波形図である。図5に示したように、図4に示した起動ステップ42のNMOSトランジスタQAUXへパルス電圧VGAuxが入力されると、操作電圧VOPはすぐに上がる。予定の昇圧電圧VBOOSTに昇圧すると、パルス電圧VGAuxはすぐに閉じられて、ハーフブリッジ回路44の二つのコンデンサーCB1、CB2は完全に充電する。そのあと、ハーフブリッジ回路44の二つのNMOSトランジスタS1、S2は、それぞれのゲート電圧VGS1、VGS2に方形波電圧が入力される。この方形波電圧は変圧器Tを通して上記昇圧方形波電圧に昇圧されて、出力ステップ45へカップリングされて負荷抵抗RLから入力される。すると蛍光灯は蛍光管電圧VLampに点灯される。この時は蛍光管電流ILampの波形はとがった波形のようである。起動ステップ42が起動電圧に達される時に閉じられるので、操作電圧VOPは続いて降下していて、貯蔵コンデンサーC1の電圧VDCまで至る。そのあと、トランジスタQAUXへはもう一つのパルスが入力されると、前記操作が繰り返される。
上記において、起動電圧VBOOSTは約2.5千ボルトであり、蛍光管電圧VLampは約1.5〜2.0千ボルトである。NMOSトランジスタQGauxを閉じるタイミングはコンデンサーCB1、CB2の容量に関している。NMOSトランジスタQGuxはコンデンサーCB1、CB2が完全に充電されたとそのパルス入力を切ってしまう。したがって、コンデンサーCB1、CB2の容量は起動電圧VBOOSTに対応し、それに相応するNMOSトランジスタVGAuxのパルス電圧を閉じるタイミングは適切に選ばれなくてはいけない。また、自動的にパルス入力を切ってしまってもよい。この時、完全に充電されたコンデンサーCB1、CB2を簡単な回路によって触発信号を出力させて、そのパルス電圧の入力を停止させる。このような回路は当業者にとって周知の技術である。
図6は本発明の蛍光灯の駆動回路の第2実施例を示した図である。駆動回路60において、力率修正ステップ61、NMOS駆動ステップ62、隔離ステップ63、方形波駆動ステップ64及び出力ステップ65の設置方式は第1実施例と同じであるが、ただNMOS駆動ステップ62だけは上記の起動ステップ42とは異なる。起動ステップ62は昇降圧回路であり、ダイオードDAux、変圧器T‘QAUX及びNMOSトランジスタQAuxを含んでいる。変圧器T‘QAUXの二次高圧側T2‘はダイオードDAuxの陽極端と接続されている。NMOSトランジスタの一端は変圧器T‘QAUXの一次低圧側T1‘と接続されていて、もう一つの端は接地している。ここでは、昇降圧回路は隔離部品変圧器T‘QAUXを有していないので‘フライバック型回路又は隔離型昇降圧回路’と言われている。この実施例の操作波形は図5と同じであるので、その説明を省略する。
前記起動ステップ昇降圧回路はCukコンバーター、SEPICコンバーター又はZetaコンバーターであってもよい。蛍光灯に必要な昇圧結果を発生させることができる昇降圧回路であればよい。そのほか、前記方形波駆動ステップはハーフブリッジ駆動回路、フルブリッジ駆動回路又はプッシュプル回路であってもよい。本発明の直流操作電圧を調整して蛍光灯を駆動することができる方形波駆動回路にならせる方形波駆動回路であればよい。また、本発明の蛍光灯起動回路、駆動回路及びその駆動方法は平面蛍光灯に適用してもよくて、特に安定に駆動されにくい水銀を含まない平面蛍光灯に適用してもよい。それゆえに、液晶表示装置は水銀を含まない平面蛍光灯をバックライトにして、照射の均一性、無汚染などの目的を達することができる。
図7は本発明の蛍光灯の駆動方法を示したフロートチャートである。図7に示したように、本発明の蛍光灯の駆動方法は、直流電圧を発生させるステップ(S71)と、パルス電圧入力に基づいて前記直流電圧を昇圧直流電圧に調整する操作電圧として、そして起動電圧とするステップ(S72)と、前記操作電圧が前記起動電圧に達すると、前記パルス電圧入力を停止させて前記操作電圧を方形波電圧に転換するステップ(S73)と、前記方形波電圧によって蛍光灯を点灯するステップ(S74)と備えてなる。
この蛍光灯の駆動方法において、前記ステップ(S71)は交流電圧を受けるステップと、力率回路によって前記交流電圧を前記直流電圧に転換するステップとを備えてなり、さらに、前記ステップ(S74)は、前記方形波電圧を最終方形波電圧に調整するステップと、前記最終方形波電圧によって前記蛍光灯を点灯するステップとを備えてなる。
さらに、本発明の蛍光灯の駆動回路及びその駆動方法は従来のBurst Mode Dimming技術とともに実施されてもよい。その実験結果は図8に示した。図8に示したように、起動する時、方形波駆動ステップの操作電圧を正常値より大きくすることによって、蛍光管は点灯しやすくなる。
30 駆動回路
31 力率修正ステップ
32 起動ステップ
33 隔離ステップ
34 方形波駆動ステップ
35 出力ステップ
40 駆動回路
41 力率修正ステップ
42 起動ステップ
43 隔離ステップ
44 方形波駆動ステップ
45 出力ステップ
60 駆動回路
61 力率修正ステップ
62 起動ステップ
63 隔離ステップ
64 方形波駆動ステップ
65 出力ステップ
31 力率修正ステップ
32 起動ステップ
33 隔離ステップ
34 方形波駆動ステップ
35 出力ステップ
40 駆動回路
41 力率修正ステップ
42 起動ステップ
43 隔離ステップ
44 方形波駆動ステップ
45 出力ステップ
60 駆動回路
61 力率修正ステップ
62 起動ステップ
63 隔離ステップ
64 方形波駆動ステップ
65 出力ステップ
Claims (4)
- 直流電圧の発生ステップ(a)と、
パルス電圧入力に基づいて前記直流電圧を昇圧直流電圧に調整して操作電圧とし、次いで起動電圧とするステップ(b)と、
前記操作電圧が前記起動電圧に達すると、前記パルス電圧入力を停止し前記操作電圧を方形波電圧に転換するステップ(c)と、
前記方形波電圧によって蛍光灯を点灯するステップ(d)と備えてなることを特徴とする蛍光灯の駆動方法。 - 請求項1に記載された蛍光灯の駆動方法において、
前記ステップ(a)は、交流電圧を受けるステップと、力率回路によって前記交流電圧を前記直流電圧に転換するステップとを備えてなり、
前記ステップ(d)は、前記方形波電圧を最終方形波電圧に調整するステップと、前記最終方形波電圧によって前記蛍光灯を点灯するステップとを備えてなる蛍光灯の駆動方法。 - 交流電圧を受けて前記交流電圧を直流電圧に調整する力率修正ステップと、
前記直流電圧を受けて、パルス電圧入力に基づいて前記直流電圧を昇圧直流電圧に調整して操作電圧とする起動ステップと、
隔離ステップと、
前記操作電圧が起動電圧に達すると、前記操作電圧を方形波電圧に調整して、そして前記隔離ステップによって前記力率修正ステップと隔離される方形波駆動ステップと、
前記方形波電圧を受けて、前記方形波電圧を昇圧方形波電圧に調整し、そして前記昇圧方形波電圧によって蛍光灯を点灯する出力ステップとを備えてなり、
前記起動電圧に達すると前記方形波駆動ステップは操作を起動して、そして前記起動電圧に達すると前記起動ステップは操作を停止することを特徴とする蛍光灯の駆動回路。 - 請求項3に記載された蛍光灯の駆動回路において、
前記力率修正ステップは、前記直流電圧を貯蔵する貯蔵コンデンサーを有し、
前記起動ステップはフライバック型回路及び隔離型昇降圧回路の中の一つであり、前記隔離型昇降圧回路はCukコンバーター、SEPICコンバーター及びZetaコンバーターの中の一つであり、
前記隔離ステップはダイオード、コンデンサー、抵抗、インダクタ、及び隔離変圧器の中の一つであり、
前記方形波駆動ステップと前記起動ステップは並列接続されて、前記方形波駆動ステップはハーフブリッジ駆動回路、フルブリッジ駆動回路及びプッシュプル回路の中の一つであり、
前記方形波駆動ステップは変圧装置の一次低圧側を有し、前記方形波電圧は前記一次低圧側にあり、前記出力ステップはコンデンサー/抵抗直列ユニット及び前記変圧装置の二次高圧側を有し、前記二次高圧側は、前記方形波電圧を受けて前記方形波電圧とカップリングして変圧方形波電圧になって、前記コンデンサー/抵抗直列ユニットによって前記蛍光灯を点灯し、
前記コンデンサー/抵抗直列ユニットは互いに直列接続されている負荷コンデンサー組と負荷抵抗を有し、前記負荷コンデンサー組は少なくとも一つの負荷コンデンサーを有し、そして前記負荷抵抗は前記蛍光灯の内部抵抗である蛍光灯の駆動回路。
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