JP2018084634A - 集積回路装置、蛍光表示管、昇圧制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子を放出するフィラメントと、電子の移動を制御するアノード電極上に蛍光体が形成されたアノードと、入力電圧を昇圧するチャージポンプ型昇圧回路の出力電圧に基づきアノードを駆動するアノード駆動回路と、を備えた蛍光表示管において、チャージポンプ型昇圧回路の出力電圧値に応じて、チャージポンプ型昇圧回路の昇圧動作を停止/再開させる制御を行う。これにより、負荷変動に対し出力電圧値が概ね一定に保たれ、表示品質の向上が図られる。このとき、出力電圧値の低下は昇圧動作の停止に伴い実現されるため、例えば発熱による電力消費によって電圧値を低下させる場合よりも電力損失の低減が図られる。
【選択図】図3
Description
周知のようにVFDは、電子を放出するフィラメント(直熱形カソード)と、電子の移動を制御するアノード電極上に蛍光体が形成されたアノードが密封容器内に配置される。フィラメントに電圧を印加し加熱させることで熱電子を放出させ、熱電子をアノード上の蛍光体に衝突させることでアノードが点灯される。アノードは、所定のパターンで配列されており、点灯対象とするアノードに対して選択的に駆動電圧(直流電圧)を印加することで、該アノードの蛍光体のみがフィラメントより放出された熱電子によって励起発光され、所要の情報表示が実現される。
なお、VFDにおいては、フィラメントから放出された熱電子を加速させるグリッドがフィラメントとアノードとの間に配置される場合がある。
なお、チャージポンプ型昇圧回路については、例えば下記特許文献1、2を参照されたい。
このような出力電圧値の変動幅が大きくなると、アノードの輝度変化が知覚され易くなり、表示品質を損なう虞がある。
なお、説明は以下の順序で行う。
<1.表示ユニットの構成>
<2.チャージポンプ回路部、及び出力電圧安定化のための構成>
<3.チャージポンプ回路部を内蔵とする場合の留意点>
<4.閾値に係る変形例>
<5.実施の形態のまとめ>
<6.変形例>
図1は、実施の形態としての蛍光表示管1を備えた表示ユニット100の回路構成を示した図である。なお、以下の説明では蛍光表示管を「VFD」(Vacuum Fluorescent Display)と表記することもある。
コントローラ102は、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を備えたマイクロコンピュータを備えて構成され、蛍光表示管1による表示動作を制御する。コントローラ102は、該表示動作を制御するためのn系統(nは2以上の自然数)のデジタル信号を蛍光表示管1に対して供給する。
またユニット基板101には、蛍光表示管1の外付け部品として入力コンデンサCi、チャージポンプコンデンサCc1、チャージポンプコンデンサCc2、平滑コンデンサCh、及び抵抗Roが実装されている。
蛍光表示管1は、表示管基板1aと表示管基板1aの表面を覆うカバー部材1bとで構成された密封容器1cを備え、密封容器1c内においてフィラメント(直熱形カソード)FiとアノードAnとグリッドGrとを有する表示部3が形成されている。ここで、密閉容器1c内は真空状態とされている。
なお、表示ブロックについて、図2Aに示すような7セグメント分のアノードAnの配列パターンはあくまで一例であり、表示ブロックを構成するアノードAnの配列パターンは該パターンに限定されるものではない。
蛍光表示管1において情報が表示される側の面(つまり上記透明部分におけるアノードAnとの対向面とは逆側の面)を「表面S1」と表記する。また、蛍光表示管1における表面S1とは逆側の面を「裏面S2」と表記する。
蛍光表示管1においては、図2に示した表示部3のアノードAnやグリッドGrの駆動を行う駆動回路が集積回路装置2内に構成されている。
図2では図示を省略したが、蛍光表示管1においては、集積回路装置2が表示管基板1aに実装されて、表示部3と共に密閉空間内に位置されている。すなわち、蛍光表示管1は所謂CIG(Chip In Glass)−VFDとして構成されている。
また、リード端子Tとしては、表示部3におけるフィラメントFiに駆動電圧を印加するためのフィラメントリード端子Tf(Tf1、Tf2)も設けられている。なお、フィラメントFiの駆動電圧は、表示ユニット100に設けられた対応する電源回路により生成される。本例では、フィラメントFiの駆動電圧は直流電圧とされている。
ここで、抵抗Ro、入力電圧源Vi、平滑コンデンサCh、ロジック電圧源Vdは、それぞれ発振器リード端子Toscとグランドとの間、入力電圧リード端子Tviとグランドとの間、出力電圧リード端子Tchとグランドとの間、ロジック電圧リード端子Tvdとグランドとの間に挿入されている。
なお、本例におけるチャージポンプ回路部20の内部構成については後述する。
本例では、n系統のデジタル信号として、少なくともチップセレクト信号CS、クロックCLK、及びデータ信号DATがコントローラ102より供給される。データ信号DATは、例えば8ビットを1ワードとするシリアルデータとされ、何れのアノードAnを点灯させるべきか表す表示データと、タイミング制御部24が出力するタイミング信号を調整するための制御データとを含む。I/Fデコーダ21は、チップセレクト信号CSとクロックCLKとに従って、データ信号DATの各ビット値を1ワード単位で順次取り込み、取り込んだデータ信号に基づいて表示データのメモリ23への書き込み、及びタイミング制御部24への制御データの出力を行う。
また、タイミング制御部24は、図示するように入力端子tviを介して入力電圧VINが入力されると共に、チャージポンプ回路部20による出力電圧Voが分岐入力され、これら入力電圧VINと出力電圧Voとに基づき、チャージポンプ回路部20による昇圧動作に係る制御も行う。なお、これについては後述する。
このため、タイミング制御部24は、上記した制御データに基づき、1スキャン期間ごとに各グリッドGrのオン/オフタイミングを表す「スキャン信号」としてのタイミング信号を生成し、該スキャン信号をグリッドドライバ部26に出力する。グリッドドライバ部26は、該スキャン信号に従って、チャージポンプ回路部20からの出力電圧Voをグリッド端子部28を介して個々のグリッドGrに駆動電圧として順次印加していく。
また、タイミング制御部24は、グリッドGrの駆動タイミングに同期したタイミング信号をメモリ23とアノードドライバ部25に出力して、表示ブロックごとの表示データを順次メモリ23からアノードドライバ部25に出力させると共に、アノードドライバ部25にアノードAnの駆動タイミングを指示する。
アノードドライバ部25は、このようにメモリ23から順次出力される表示ブロックごとの表示データに基づき特定されるアノードAnに対して、出力電圧Voを、上記のタイミング信号に従ったタイミングでアノード端子部27を介して駆動電圧として印加する。これにより、表示部3においてコントローラ102からの指示に従った情報表示が行われる。
続いて、図3を参照してチャージポンプ回路部20の内部構成、及び出力電圧安定化のための構成について説明する。
なお、図3では、チャージポンプ回路部20の内部構成と共に、タイミング制御部24内における昇圧動作制御に係る構成、及びチャージポンプコンデンサCc1、Cc2、平滑コンデンサChの各コンデンサ、及びこれらコンデンサに係るリード端子T(Tc11、Tc12、Tc21、Tc22、Tch)と端子t(tc11、tc12、tc21、tc22、tch)、及び入力電圧VINに係る入力電圧リード端子Tviと入力電圧端子tviを併せて示している。
ここで、スイッチ制御信号Ss1、Ss2は共に矩形波信号とされ、スイッチ制御信号Ss2はスイッチ制御信号Ss1の反転信号とされる。
スイッチ回路40は、スイッチQ1とスイッチQ2とによるプッシュプル回路を備えており、これらスイッチQ1とスイッチQ2との接続点であるプッシュプル回路の出力点がコンデンサ端子tc11と接続されている。
スイッチ回路40のスイッチQ1、Q2は、スイッチ制御信号Ss1によりオン/オフされる。このとき、スイッチ回路40のスイッチQ1は、スイッチ回路40のスイッチQ2がオンであればオフ、オフであればオンするように構成されている。具体的に、これらスイッチQ1、Q2は、スイッチ制御信号Ss1がLレベルであればスイッチQ1がオフ、スイッチQ2がオンとされ、スイッチ制御信号Ss1がHレベルのときスイッチQ1がオン、スイッチQ2がオフとされる。
上記のようにスイッチ制御信号Ss1がLレベルである(このときスイッチSW1、SW3は共にオン)ことによりスイッチQ1がオフ、スイッチQ2がオンとされた状態では、プッシュプル回路の出力点、つまりコンデンサ端子tc11はスイッチQ2を介して接地される。一方、スイッチ制御信号Ss1がHレベルであり(スイッチSW1、SW3は共にオフ)、上記のようにスイッチQ1がオン、スイッチQ2がオフとされた状態では、コンデンサ端子tc11は入力電圧VINと接続される。
スイッチ回路41においては、スイッチ制御信号Ss2がLレベルである(このときスイッチSW2はオン)ことによりスイッチQ1がオフ、スイッチQ2がオンとされた状態では、コンデンサ端子tc21はスイッチQ2を介して接地される。一方、スイッチ制御信号Ss2がHレベルであり(スイッチSW2はオフ)、スイッチQ1がオン、スイッチQ2がオフとされた状態では、コンデンサ端子tc21は入力電圧VINと接続される。
先ず、スイッチ制御信号Ss1がLレベルとされてスイッチSW1がオンとされる第一フェーズでは、スイッチ制御信号Ss2がHレベルであることによりスイッチSW2がオフとされる。また、スイッチ回路40においては、スイッチQ1がオフ、スイッチQ2はオンの状態とされる。
このため、第一フェーズにおいてはチャージポンプコンデンサCc1に対してスイッチSW1→コンデンサ端子tc12→コンデンサリード端子Tc12を介して充電電流が流れ、チャージポンプコンデンサCc1には入力電圧VIN分の電荷が蓄積される。
このとき、スイッチ回路41においては、スイッチ制御信号Ss2によりスイッチQ1がオフ、スイッチQ2がオンとされる。つまり、チャージポンプコンデンサCc2は、コンデンサリード端子Tc21→コンデンサ端子tc21→スイッチ回路41のスイッチQ2を介して負極側端子が接地される。また、第二フェーズにおいて、スイッチ回路40側では、スイッチ制御信号Ss1によりスイッチQ1がオン、スイッチQ2がオフとされるため、チャージポンプコンデンサCc1は、コンデンサリード端子Tc11→コンデンサ端子tc11→スイッチ回路41のスイッチQ1を介して入力電圧VINと接続される。
従って、第二フェーズにおいては、スイッチ回路40のスイッチQ1→コンデンサ端子tc11→コンデンサリード端子Tc11→チャージポンプコンデンサCc1→コンデンサリード端子Tc12→コンデンサ端子tc12→スイッチSW2→コンデンサ端子tc22→コンデンサリード端子Tc22を介してチャージポンプコンデンサCc2に充電電流が流れる。このとき、スイッチ回路40のスイッチQ1は入力電圧VINに接続されているため、チャージポンプコンデンサCc2にはチャージポンプコンデンサCc1の充電電荷に入力電圧VINが上乗せされた分の電荷が蓄積される。すなわち、「VIN×2」として表すことのできる電荷が蓄積される。
従って、第二フェーズから再び第一フェーズに転じた場合には、スイッチ回路41のスイッチQ1→コンデンサ端子tc21→コンデンサリード端子Tc21→チャージポンプコンデンサCc2→コンデンサリード端子Tc22→コンデンサ端子tc22→スイッチSW3→出力電圧端子tch→出力電圧リード端子Tchを介して平滑コンデンサChに充電電流が流れる。すなわち、平滑コンデンサChには、上述のように第二フェーズにてチャージポンプコンデンサCc2に蓄積された電荷にさらに入力電圧VINが上乗せされた分の電荷が蓄積される。
ダイオードを用いる場合には、充/放電の切り替えに伴いダイオードにおいて電圧ドロップが生じるが、上記のようにスイッチSWを用いることで該電圧ドロップを低減でき、例えば3倍昇圧であれば入力電圧値の3倍の出力電圧値を得る等、理想倍率による出力電圧値を得ることの容易化を図ることができる。
リミッタ回路30は、タイミング制御部24内に設けられ、図示するように分圧抵抗R1、分圧抵抗R2、コンパレータ31、フリップフロップ32、マルチプレクサ33、インバータ34、レベルシフタ35、及びレベルシフタ36を備えている。
フリップフロップ32は、入力端子(D)への入力値をクロックCLKの立ち上がりタイミングで出力端子(Q)より出力する。
図4において、図中の時点t1よりも以前の期間では、出力電圧Voの検出値が閾値Th未満の状態を保っており、スイッチ制御信号Ss1、Ss2がそれぞれクロックCLKに応じた周期信号とされている。すなわち、スイッチSW1及びSW3とスイッチSW2とが交互にオン/オフを繰り返す状態とされ、チャージポンプ回路部20による昇圧動作(チャージポンプ動作)が継続的に行われている。
これに伴い、スイッチ制御信号Ss1はHレベルを、スイッチ制御信号Ss2はLレベルをそれぞれ維持する状態となり、従って、スイッチSW1及びSW3はオフ状態を維持し、スイッチSW2はオン状態を維持することになる。このように、少なくとも何れかのスイッチSWが停止状態を維持するようにされることで、チャージポンプ回路部20による昇圧動作が停止状態とされる。昇圧動作が停止状態となると、平滑コンデンサChへの充電が停止され、以降は平滑コンデンサChの充電電荷が負荷側に徐々に放電されていき出力電圧Voが低下していく。
これにより、出力電圧Voの値が概ね一定に保たれる。すなわち、チャージポンプ回路部20の負荷の変動に対し出力電圧Voの一定化を図る動作(安定化動作)が実現される。
このように、少なくともスイッチSW3をオフ状態で維持させることで、昇圧動作の停止中において、平滑コンデンサCh(出力コンデンサ)による放電電流は負荷側のみに流されるようになり、放電電流が入力側に逆流してしまうことの防止が図られる。
従って、安全性の向上を図ることができる。
具体的な実験結果として、入力電圧VIN=12V時、負荷電流=略0mA〜略30mAの変化に対する出力電圧Voの変動幅は、リミッタ回路30無しの場合(点線と■プロット)には略36.0V〜略32.0V(変動幅=略4.0V)であり、リミッタ回路30有りの場合(実線と■プロット)には略33.4V〜略32.2V(変動幅=略1.2V)であった。
また、入力電圧VIN=13V時における出力電圧Voの同変動幅は、リミッタ回路30無しの場合(点線と▲プロット)には略39.0V〜略35.0V(変動幅=略4.0V)であるのに対し、リミッタ回路30有りの場合(実線と▲プロット)には略34.2V〜略32.8V(変動幅=略1.4V)であった。
出力電圧Voの変動幅低減により、アノードAnの輝度変化の抑制が図られ、表示品質の向上を図ることができる。
ここで、従来のCIG−VFDにおいては、例えば図6に示す表示ユニット100’のように、チャージポンプコンデンサCc1、Cc2、Cc2’及び平滑コンデンサChを含むチャージポンプ型昇圧回路50全体を蛍光表示管1’の外付け回路としてユニット基板101’に実装していた。
この場合、チャージポンプコンデンサCc1、Cc2、Cc2’及び平滑コンデンサChが外付けとされたことから、図中に示す集積回路装置2’のように、端子tとしては、コンデンサ端子tc11、tc12、tc21、tc22が省略される。この場合は、チャージポンプ型昇圧回路50に設けられたプッシュプル回路のスイッチQ11、Q12を制御するためのスイッチ制御端子tswが設けられる。また、従来の蛍光表示管1’には、該スイッチ制御端子tswに対応するリード端子Tとしてスイッチ制御リード端子Tswが設けられる。
なお、図6に示すチャージポンプ型昇圧回路50は、逆流防止素子としてダイオードを備えた一般的な構成によるチャージポンプ型昇圧回路であり、動作については周知であることから詳細説明は省略する。
この点に鑑み、実施の形態の蛍光表示管1においては、チャージポンプ回路部20を集積回路装置2に内蔵することで、顧客側の負担軽減を図っている。
前述のように、チャージポンプ型昇圧回路は、負荷変動に伴って出力電圧Voが変動する。このため、アノードAnの点灯率や駆動条件等が変化してチャージポンプ型昇圧回路の負荷が変動した場合には、チャージポンプ型昇圧回路の出力電圧VoつまりアノードAnの駆動電圧も変動し、該変動の幅が大きいと輝度の変化が知覚され易くなって、表示品質を損なう虞がある。
このような負荷変動に伴う出力電圧Voの変動幅は、チャージポンプ型昇圧回路内でチャージポンプ動作を司る回路部の配線抵抗が大きいほど拡大傾向となることが分かっている。特に、チャージポンプコンデンサCc1、Cc2とチャージポンプ回路部20との間の配線抵抗が大きい場合には、出力電圧Voの変動が顕著となって、表示品質を著しく損なう虞がある。
なお、スイッチQ11、Q12を独立してオン/オフできる構成が採られる場合、昇圧動作を停止させるにあたってはスイッチQ11、Q12の双方をオフ状態で維持させることもできる。
上記では、昇圧動作の停止/再開にあたって基準とする閾値Thを一つのみとした例を挙げたが、複数の閾値Thに基づいて昇圧動作の停止/再開を制御してもよい。
例えば、図7の波形図に例示するように、出力電圧Voに対する閾値Thとして上限側の第一閾値ThU、及び下限側の第二閾値ThL(但し、ThU>ThL)を設け、出力電圧Voの検出値が第一閾値ThUを超えたことに応じて昇圧動作を停止させ、昇圧動作が停止された状態において出力電圧Voの検出値が第二閾値ThL未満となったことに応じて昇圧動作を再開させるといった構成を採ることができる。
図7に例示するように、出力電圧Voには、いわゆるリップル成分として、平滑コンデンサChの充放電に伴う比較的微少な電圧値変動が生じるが、上記のヒステリシス特性により、該リップル成分に反応して昇圧動作の停止/再開が小刻みに行われてしまうこと、つまりは制御のチャタリングが発生してしまうことの防止が図られる。
上記のように実施の形態の集積回路装置(2又は2’)は、電子を放出するフィラメント(Fi)と、電子の移動を制御するアノード電極上に蛍光体が形成されたアノード(An)と、アノードの点消灯制御を行う集積回路装置とを有する蛍光表示管(1又は1’)における集積回路装置であって、入力電圧を昇圧するチャージポンプ型昇圧回路の出力電圧に基づきアノードを駆動するアノード駆動回路(アノードドライバ部25)と、チャージポンプ型昇圧回路の出力電圧値に応じて、チャージポンプ型昇圧回路の昇圧動作を停止/再開させる昇圧制御部(リミッタ回路30)と、を備えるものである。
従って、表示品質の向上が図られる。また、発熱等の電力消費によって出力電圧値(又は入力電圧値等、出力電圧値を間接的に調整可能な電圧の値)を低下させる場合よりも電力損失の低減が図られる。
このように本実施の形態によれば、表示品質の向上を電力損失の低減を図りつつ実現することができる。
従って、蛍光表示管を上記基板に実装する顧客側において、チャージポンプ型昇圧回路の実装に伴う負担を軽減することができる。
従って、例えば3倍昇圧であれば入力電圧値の3倍の出力電圧値を得る等、理想倍率による出力電圧値を得ることの容易化を図ることができる。
従って、安全性の向上を図ることができる。
従って、出力電圧のリップル成分に反応して昇圧動作の停止/再開制御にチャタリングが発生してしまうことの防止を図ることができる。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれまでで説明した具体例に限定されるべきものではない。
例えば、上記では、フィラメントFiから放出される電子を加速させるためのグリッドGrを有する蛍光表示管に対して本発明が適用される場合を例示したが、本発明は、グリッドGrが省略されたいわゆる2極管構造が採られた蛍光表示管にも好適に適用することができる。
Claims (7)
- 電子を放出するフィラメントと、前記電子の移動を制御するアノード電極上に蛍光体が形成されたアノードと、前記アノードの点消灯制御を行う集積回路装置とを有する蛍光表示管における前記集積回路装置であって、
入力電圧を昇圧するチャージポンプ型昇圧回路の出力電圧に基づき前記アノードを駆動するアノード駆動回路と、
前記チャージポンプ型昇圧回路の出力電圧値に応じて、前記チャージポンプ型昇圧回路の昇圧動作を停止/再開させる昇圧制御部と、を備える
集積回路装置。 - 前記チャージポンプ型昇圧回路のうち少なくともチャージポンプコンデンサを除いた回路部であるチャージポンプ回路部を備えた
請求項1に記載の集積回路装置。 - 前記チャージポンプ回路部は、前記チャージポンプコンデンサごとに設けられる逆流防止素子としてそれぞれスイッチを有しており、
前記チャージポンプ型昇圧回路は、それぞれの前記スイッチが所定のタイミングでオン/オフ動作を繰り返すことで前記昇圧動作を行う
請求項2に記載の集積回路装置。 - 前記昇圧制御部は、
前記昇圧動作を停止させる制御として、前記スイッチのうち最後段の前記スイッチをオフ状態で維持させる制御を行う
請求項3に記載の集積回路装置。 - 前記昇圧制御部は、
前記出力電圧値が第一閾値を超えたことに応じて前記昇圧動作を停止させ、前記昇圧動作が停止された状態において前記出力電圧値が前記第一閾値よりも小さい第二閾値未満となったことに応じて前記昇圧動作を再開させる
請求項1乃至請求項4の何れかに記載の集積回路装置。 - 電子を放出するフィラメントと、
前記電子の移動を制御するアノード電極上に蛍光体が形成されたアノードと、
入力電圧を昇圧するチャージポンプ型昇圧回路の出力電圧に基づき前記アノードを駆動するアノード駆動回路と、
前記チャージポンプ型昇圧回路の出力電圧値に応じて、前記チャージポンプ型昇圧回路の昇圧動作を停止/再開させる昇圧制御部と、を備える
蛍光表示管。 - 電子を放出するフィラメントと、前記電子の移動を制御するアノード電極上に蛍光体が形成されたアノードと、入力電圧を昇圧するチャージポンプ型昇圧回路の出力電圧に基づき前記アノードを駆動するアノード駆動回路と、を備えた蛍光表示管における昇圧制御方法であって、
前記チャージポンプ型昇圧回路の出力電圧値に応じて、前記チャージポンプ型昇圧回路の昇圧動作を停止/再開させる制御を行う
昇圧制御方法。
Priority Applications (3)
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