JP2009054413A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を減らしても放電灯の輝度傾斜を小さくすることができる安価な放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】直流電圧Ｖｉｎを入力してグランドを基準電位とする第１交番電圧Ｖ２およびグランドを基準電位とするとともに、第１交番電圧に対して電圧位相が逆位相で且つ電圧値が小さい第２交番電圧Ｖ３に変換し、第１交番電圧を第１出力端子から出力し、第２交番電圧を第２出力端子から出力するインバータ１０ｂと、一端が第１出力端子に接続されたバラスト素子Ｃ１〜Ｃ４と、バラスト素子の他端と第２出力端子との間に接続された放電灯１ａ〜１ｄとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の冷陰極放電灯（ＣＣＦＬ:Cold Cathode Fluorescent Lamp）、外部電極蛍光灯や蛍光灯等の放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に関し、特に、放電灯の輝度傾斜を改善する技術に関する。

冷陰極放電灯は、一般的に、インバータにより、数１０ｋＨｚの周波数で且つ数百Ｖ〜千数百Ｖの電圧が印加されることにより点灯する。また、外部電極蛍光灯（ＥＥＦＬ：External Electrode Fluorescent Lamp）と呼ばれる蛍光管もある。外部電極蛍光灯と冷陰極放電灯とは電極の構造が相違し、それ以外の相違はほとんどなく、発光原理も冷陰極放電灯と同じである。このため、外部電極蛍光灯や冷陰極放電灯を点灯させるためのインバータは、原理的には同じである。このため、以下、冷陰極放電灯（放電灯と略称する。）を用いて説明する。

図５はこのようなインバータの構成を示す図である。このインバータ１０は、交番電圧発生回路１１と電圧変換回路１２とから構成されている。

交番電圧発生回路１１は、直流電源Vinの直流電圧を所定周波数でスイッチングして交番電圧を発生する。電圧変換回路１２は、交番電圧発生回路１１からの交番電圧を所望の交番電圧に変換し、第１出力端子および第２出力端子から出力する。

また、放電灯は負性抵抗特性を持つため、コンデンサやインダクタ等、正の抵抗特牲を持つ素子を放電灯に直列に接続し、その合成インピーダンスが正の抵抗特性になるようにしている。このときの接続されるコンデンサをバラストコンデンサと呼び、コイルをバラストコイルと呼ぶ。図６はインバータ１０に、バラストコンデンサＣ１〜Ｃ４を介して放電灯1を接続した従来の放電灯点灯装置の構成を示す図である。

また、放電灯は、その長さが長くなるほど点灯に必要な電圧は高くなるので、インバータは高い電圧を発生させる必要がある。その結果、大きい耐圧の部品を使用してインバータを構成する必要があり、インバータが高価になるという問題がある。このような問題を解消するために、図７に示すような、小さい耐圧の部品を使用できるインバータ１０ａを用いた放電灯点灯装置が開発されている。

この放電灯点灯装置は、インバータ１０ａの電圧変換回路１２ａを構成するトランスＴaの２次巻線の中点にセンタータップを設けて２次巻線を２次巻線Ｓ１（第１巻線）と２次巻線Ｓ２（第２巻線）に分割し、センタータップをグランド（例えば筐体など）に接続し、２次巻線Ｓ１の一端（非接地端子）を第１出力端子に接続し、第１出力端子をバラストコンデンサＣ１〜Ｃ４を介して放電灯１ａ〜１ｄの一端に接続し、２次巻線Ｓ２の一端（非接地端子）を第２出力端子に接続し、第２出力端子をバラストコンデンサＣ５〜Ｃ８を介して放電灯１ａ〜１ｄの他端に接続して構成される。

この構成において、トランスＴａは２次巻線Ｓ１から出力される交番電圧Ｖ２をバラストコンデンサＣ１〜Ｃ４に出力し、２次巻線Ｓ２から出力される交番電圧Ｖ３をバラストコンデンサＣ５〜Ｃ８に出力する。交番電圧Ｖ３は交番電圧Ｖ２に対して逆位相である。この構成によれば、トランスＴａの２次巻線Ｓ１，Ｓ２はインバータ出力電圧の半分の電圧の発生で良く、小さい耐圧のトランスを使用できる。なお、電圧変換回路１２ａは、逆位相の電圧を出力する２個のトランスで構成される場合もある。

放電灯を点灯させる放電灯点灯装置においては、一般に、放電灯と、放電灯が実装される筐体などとの間に寄生容量が存在し、その寄生容量を通してリーク電流が流れる。放電灯が長くなって印加される電圧が高くなるとリーク電流も増大し、その影響を無視できなくなる。放電灯の輝度は、主に放電灯に流れる電流値によって決定される。放電灯に流れる電流は、本来の放電電流と、寄生容量を流れるリーク電流との合計である。

図８（ｂ）は、図７に示す放電灯点灯装置におけるリーク電流の分布を示す図である。図８（ｂ）において、破線で示す寄生容量に平行に描かれている矢印は、各寄生容量を流れる電流を示し、矢印の長さは、流れる電流の大きさを示す。放電灯の動作上のグランド電位（ＧＮＤ電位）は放電灯の中心付近になり、リーク電流の大きさは、放電灯の中心付近の両側で対称である。

図９は放電灯に流れる電流の様子を示し、図９（ａ）は一方向へ、図９（ｂ）は逆方向へ電流が流れる場合を示す。放電灯の管面から寄生容量を通してＧＮＤ電位へ流れるリーク電流も放電灯の輝度に寄与する。図９における矢印の数は電流量を模しており、放電灯の両端での電流量は中心付近に較べて多く、且つ両端において等しい。したがって、放電灯の輝度は、図８（ａ）に示すように、放電灯の両端で高くなり中心付近で低くなるが、輝度傾斜は小さい。

上述したように、図７に示す従来の放電灯点灯装置は、放電灯の両端での輝度差がなく、また、放電灯の中心付近と両端間の輝度傾斜は小さく、実用上はそれほど問題にならないことが多いため、一般に広く用いられている。
特開平８−１２２７７６号公報

しかしながら、上述した図７に示す従来の放電灯点灯装置では、１本の放電灯に対して２個のバラストコンデンサが必要である。特に、大型液晶テレビジョンなどでは、使用される放電灯の数も多く、例えば２０本の放電灯が使用される液晶テレビジョンでは、４０個のバラストコンデンサが必要である。

今、図７に示す放電灯点灯装置の各放電灯に直列に接続されている２個のコンデンサのうちの１個を削除し、図１０に示すような構成を有する放電灯点灯装置を考える。

２次巻線Ｓ１の巻数Ｎ２を２次巻線Ｓ２の巻数Ｎ３と同じにすれば、２次巻線Ｓ１から出力される交番電圧Ｖ２の電圧値の絶対値は、２次巻線Ｓ２から出力される交番電圧Ｖ３の電圧値の絶対値と等しくなる。この場合、放電灯１ａ〜１ｄの両端のグランドに対する電位は異なる。バラストコンデンサＣ１〜Ｃ４において電圧降下が発生するため、バラストコンデンサＣ１〜Ｃ４が接続されている方の放電灯１ａ〜１ｄの電極付近のグランドに対する電位は低く、他方の電極付近の電位は高い。

図１１（ｂ）は図１０に示す放電灯点灯装置におけるリーク電流の分布を示す図である。放電灯の電極付近のグランドに対する電位の相違により、バラストコンデンサＣ１〜Ｃ４が接続されていない電極付近からのリーク電流の量が、他方の電極付近からのリーク電流の量より多い。図１２は図１０に示す放電灯点灯装置の放電灯に流れる電流の様子を示し、図１２（ａ）は一方向へ、図１２（ｂ）は逆方向へ電流が流れる場合を示す。放電灯の両端付近における電流値が異なるため、図１１（ａ）に示すように、放電灯の両端における輝度も異なる。即ち、放電灯に輝度傾斜が発生する。この輝度傾斜は、放電灯が長いほど顕著である。

図１０に示す放電灯点灯装置においては、放電灯に輝度傾斜が発生するが、バラストコンデンサを削除できるというメリットがある。よって、図１０に示す放電灯点灯装置は、ある程度の輝度傾斜を許容できる用途には好適であるが、液晶テレビジョンや照明装置などといった、人が直接見るシステムや直接見ることができるシステムの用途には不向きである。

本発明の課題は、部品点数を減らしても放電灯の輝度傾斜を小さくすることができる安価な放電灯点灯装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、直流電圧を入力してグランドを基準電位とする第１交番電圧およびグランドを基準電位とするとともに、第１交番電圧に対して電圧位相が逆位相で且つ電圧値が小さい第２交番電圧に変換し、第１交番電圧を第１出力端子から出力し、第２交番電圧を第２出力端子から出力するインバータと、一端が前記第１出力端子に接続されたバラスト素子と、前記バラスト素子の他端と前記第２出力端子との間に接続された放電灯とを備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記インバータは、前記直流電圧を入力して交番電圧を発生させる交番電圧発生回路と、前記交番電圧発生回路で発生された交番電圧が入力される１次巻線と、一端が前記第１出力端子に接続され他端がグランドに接続されてグランドを基準電位とする第１交番電圧を発生させる第１巻線および一端がグランドに接続され他端が前記第２出力端子に接続されてグランドを基準電位とするとともに、第１交番電圧に対して電圧位相が逆位相で且つ電圧値が小さい第２交番電圧を発生させる第２巻線からなる２次巻線とを有するトランスとを備えることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記インバータは、前記直流電圧を入力して交番電圧を発生させる交番電圧発生回路と、前記交番電圧発生回路で発生された交番電圧が入力される１次巻線と、一端が前記第１出力端子に接続され他端がグランドに接続されてグランドを基準電位とする第１交番電圧を発生させる２次巻線とを有する第１トランスと、前記交番電圧発生回路で発生された交番電圧が入力される１次巻線と、一端がグランドに接続され他端が前記第２出力端子に接続されてグランドを基準電位とするとともに、前記第１交番電圧に対して電圧位相が逆位相で且つ電圧値が小さい第２交番電圧を発生させる２次巻線とを有する第２トランスとを備えることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記バラスト素子は、コンデンサ又はコイルからなることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、バラスト素子が接続される第１出力端子から出力される第１交流電圧の絶対値をバラスト素子が接続されない第２出力端子から出力される第２交流電圧の絶対値よりも大きくしたので、バラスト素子が放電灯の一方側にのみ接続される場合であっても、放電灯の両端の電位を等しくすることができる。したがって、バラスト素子を放電灯の一方側にのみ接続することにより発生する輝度傾斜を小さくすることができる。また、バラスト素子の数を減らすことができるので、放電灯点灯装置を安価に構成できる。

請求項２の発明によれば、インバータを、巻数が異なる第１巻線と第２巻線とからなる２次巻線を有するトランスで構成したので、放電灯点灯装置を少ない部品点数で構成できる。

請求項３の発明によれば、インバータを巻数比が異なる２つのトランス（第１トランスおよび第２トランス）で構成したので、安価な部品で構成できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１に係る放電灯点灯装置の構成を示す図である。この放電灯点灯装置は、直流電源Ｖｉｎ、インバータ１０ｂ、バラストコンデンサＣ１〜Ｃ４及び放電灯１ａ〜１ｄを備えている。この放電灯点灯装置の構成は、インバータ１０ｂに含まれる電圧変換回路１２ｂを構成するトランスＴｂの２次巻線Ｓ１（第１巻線）の巻数Ｎ２と２次巻線Ｓ２（第２巻線）の巻数Ｎ３との関係を除き、図１０に示した従来の放電灯点灯装置の構成と同じである。

図１０に示した従来の放電灯点灯装置では、上述したように、放電灯１ａ〜１ｄの両端からのリーク電流の量が異なることによって輝度傾斜が発生する。これは、放電灯１ａ〜１ｄの両端のグランドからの電位の値の絶対値が異なることに起因する。

なお、絶対値を問題とするのは以下の理由による。即ち、一般に、点灯している放電灯は抵抗とみなすことができるため、インバータ（電圧変換回路１２ｂ）の負荷は、抵抗とコンデンサの直列回路である。この直列回路においては、抵抗とコンデンサの各々にかかる電圧の位相は異なるため、抵抗の両端のグランドからの電位の位相は異なる。しかし、リーク電流の量は位相とは関係ないため、絶対値だけが問題となる。

放電灯１ａ〜１ｄの片側だけにバラストコンデンサＣ１〜Ｃ４が入っていても、放電灯１ａ〜１ｄの両端のグランドからの電位の値の絶対値が等しければ輝度傾斜を小さくすることができる。実施例１に係る放電灯点灯装置は、トランスＴｂの２次巻線Ｓ１の巻数Ｎ２と２次巻線Ｓ２の巻数Ｎ３とを調整することにより、放電灯１ａ〜１ｄの両端のグランドからの電位の値の絶対値が等しくなるようにしている。

実施例１に係る放電灯点灯装置が、図１０に示した従来の放電灯点灯装置と異なる点は、トランスＴｂの巻数比、換言すれば、トランスＴｂの出力電圧である。具体的には、トランスＴｂの２次巻線Ｓ１の巻数Ｎ２は、２次巻線Ｓ２の巻数Ｎ３より大きくなるように設定されている。その結果、２次巻線Ｓ１に発生する交番電圧Ｖ２（第１交番電圧）の電圧値は、２次巻線Ｓ２に発生する交番電圧Ｖ３（第２交番電圧）の電圧値より大きくなる。２次巻線Ｓ１の巻数Ｎ２は、バラストコンデンサＣ１〜Ｃ４での電圧降下分を考慮し、この降下電圧分をあらかじめ上乗せした電圧が２次巻線Ｓ１に発生するように設定されている。

以上のように構成された放電灯点灯装置において、トランスＴｂは、グランドを基準電位とする交番電圧Ｖ２を第１出力端子から出力し、グランドを基準電位とするとともに、交番電圧Ｖ２に対して電圧位相が逆位相で且つ電圧値が小さい交番電圧Ｖ３を第２出力端子から出力する。これにより、放電灯１ａ〜１ｄの両端の電位の絶対値が等しくなるように制御される。

以上説明したように本発明の実施例１に係る放電灯点灯装置によれば、トランスＴｂの２次巻線Ｓ１の巻数Ｎ２が、２次巻線Ｓ２の巻数Ｎ３より大きくなるように設定し、バラストコンデンサＣ１〜Ｃ４の入っている側の交番電圧Ｖ２を高くすることにより放電灯１ａ〜１ｄの両端のグランドからの電位の値の絶対値を等しくなるように構成したので、放電灯１ａ〜１ｄの両端のリーク電流の値が等しい値に近づき、輝度傾斜を小さくすることができる。

図２は本発明の実施例２に係る放電灯点灯装置の構成を示す図である。この放電灯点灯装置は、実施例１に係る放電灯点灯装置のインバータ１０ｂがインバータ１０ｃに、より詳しくは、インバータ１０ｂに含まれる電圧変換回路１２ｂが、他の電圧変換回路１２ｃに置き換えられて構成されている。以下、実施例１と相違する部分についてのみ説明する。

電圧変換回路１２ｃは、第１トランスＴ１と第２トランスＴ２とから構成されている。第１トランスＴ１は、巻数Ｎ１の１次巻線Ｐ１と、巻数Ｎ２の２次巻線Ｓ１とから構成されている。第２トランスＴ２は、巻数Ｎ３の１次巻線Ｐ２と、巻数Ｎ４の２次巻線Ｓ２とから構成されている。第１トランスＴ１の１次巻線Ｐ１と第２トランスＴ２の１次巻線Ｐ２とは、並列に接続されて交番電圧発生回路１１の出力端子に接続されている。第１トランスＴ１の２次巻線Ｓ１の他端（巻き終わり端）と、第２トランスＴ２の２次巻線Ｓ２の一端（巻き始め端（●側））とが共通にグランドに接続されている。

第１トランスＴ１の巻数比Ｎ２／Ｎ１は、第２トランスＴ２の巻数比Ｎ４／Ｎ３より大きくなるように、換言すれば、第１トランスＴ１の２次巻線Ｓ１に発生する交番電圧Ｖ２の電圧値は、第２トランスＴ２の２次巻線Ｓ２に発生する交番電圧Ｖ３の電圧値より大きくなるように設定されている。この場合、第１トランスＴ１の２次巻線Ｓ１の巻数比Ｎ２／Ｎ１は、バラストコンデンサＣ１〜Ｃ４での電圧降下分を考慮し、この降下電圧分をあらかじめ上乗せした電圧が２次巻線Ｓ１に発生するように設定されている。

以上説明したように本発明の実施例２に係る放電灯点灯装置によれば、第１トランスＴ１の巻数比Ｎ２／Ｎ１が、第２トランスＴ２の巻数比Ｎ４／Ｎ３より大きくなるように設定し、バラストコンデンサＣ１〜Ｃ４の入っている側の交番電圧Ｖ２の電圧値の絶対値を交番電圧Ｖ３の電圧値の絶対値より大きくして放電灯１ａ〜１ｄの両端のグランドからの電位の値の絶対値を等しくなるように構成したので、放電灯１ａ〜１ｄの両端のリーク電流の値が等しい値に近づき、輝度傾斜を小さくすることができる。

実施例２に係る放電灯点灯装置において、実動作の検証を行ったので、その結果を以下に示す。図３は実施例２に係る放電灯点灯装置と比較するために、従来の放電灯点灯装置で計測された数値例を示す。第１トランスＴ１の巻数比Ｎ２／Ｎ１及び第２トランスＴ２の巻数比Ｎ４／Ｎ３は１０で等しい。このときの放電灯１ａ〜１ｄの両端のグランドからの電位の値の絶対値は９２０Ｖｒｍｓ（電圧実効値）と１０００Ｖｒｍｓであり、８０Ｖｒｍｓの差があった。

図４は本発明の実施例２に係る放電灯点灯装置で計測された数値例を示す。第１トランスＴ１の巻数比Ｎ２／Ｎ１を１２．５、第２トランスＴ２の巻数比Ｎ４／Ｎ３を１０とした。この場合、放電灯１ａ〜１ｄの両端のグランドからの電位の値の絶対値は、両端とも１０００Ｖｒｍｓとすることができた。即ち、グランドを基準電位として、放電灯の一端に印加される電圧値の絶対値と他端に印加される電圧値の絶対値とを等しくできる。これにより、輝度傾斜を悪化させることなく、コンデンサの使用数を削減することができる。

なお、実施例１、実施例２では、放電灯を複数個設けたが、この放電灯の数は、単数（１灯）であっても良い。

本発明の実施例１に係る放電灯点灯装置の構成を示す図である。 本発明の実施例２に係る放電灯点灯装置の構成を示す図である。 本発明の実施例２に係る放電灯点灯装置と比較するための従来の放電灯点灯装置で計測された数値例を示す図である。 本発明の実施例２に係る放電灯点灯装置において計測された数値例を示す図である。 従来の放電灯点灯装置で使用されているインバータの構成を示す図である。 従来の放電灯点灯装置の構成を示す図である。 従来の他の放電灯点灯装置の構成を示す図である。 図７に示す放電灯点灯装置におけるリーク電流および輝度の分布を示す図である。 図７に示す放電灯点灯装置において、放電灯に流れる電流の様子を示す図である。 従来の他の放電灯点灯装置からコンデンサの一部を削除した場合の構成を示す図である。 図１０に示す放電灯点灯装置におけるリーク電流および輝度の分布を示す図である。 図１０に示す放電灯点灯装置において、放電灯に流れる電流の様子を示す図である。

符号の説明

１ａ〜１ｄ 放電灯
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ インバータ
１１ 交番電圧発生回路
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 電圧変換回路
Ｖｉｎ 直流電源
Ｔ，Ｔａ，Ｔｂ トランス
Ｔ１ 第１トランス
Ｔ２ 第２トランス
Ｃ１〜Ｃ４，Ｃ５〜Ｃ８ バラストコンデンサ
Ｐ１，Ｐ２ １次巻線
Ｓ１，Ｓ２ ２次巻線

Claims (4)

1. 直流電圧を入力してグランドを基準電位とする第１交番電圧およびグランドを基準電位とするとともに、第１交番電圧に対して電圧位相が逆位相で且つ電圧値が小さい第２交番電圧に変換し、第１交番電圧を第１出力端子から出力し、第２交番電圧を第２出力端子から出力するインバータと、
   一端が前記第１出力端子に接続されたバラスト素子と、
   前記バラスト素子の他端と前記第２出力端子との間に接続された放電灯と、
   を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記インバータは、
   前記直流電圧を入力して交番電圧を発生させる交番電圧発生回路と、
   前記交番電圧発生回路で発生された交番電圧が入力される１次巻線と、一端が前記第１出力端子に接続され他端がグランドに接続されてグランドを基準電位とする第１交番電圧を発生させる第１巻線および一端がグランドに接続され他端が前記第２出力端子に接続されてグランドを基準電位とするとともに、第１交番電圧に対して電圧位相が逆位相で且つ電圧値が小さい第２交番電圧を発生させる第２巻線からなる２次巻線とを有するトランスと、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 前記インバータは、
   前記直流電圧を入力して交番電圧を発生させる交番電圧発生回路と、
   前記交番電圧発生回路で発生された交番電圧が入力される１次巻線と、一端が前記第１出力端子に接続され他端がグランドに接続されてグランドを基準電位とする第１交番電圧を発生させる２次巻線とを有する第１トランスと、
   前記交番電圧発生回路で発生された交番電圧が入力される１次巻線と、一端がグランドに接続され他端が前記第２出力端子に接続されてグランドを基準電位とするとともに、前記第１交番電圧に対して電圧位相が逆位相で且つ電圧値が小さい第２交番電圧を発生させる２次巻線とを有する第２トランスと、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
4. 前記バラスト素子は、コンデンサ又はコイルからなることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。

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