JP3881997B2

JP3881997B2 - 放電灯駆動装置

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Publication number: JP3881997B2
Application number: JP2005024145A
Authority: JP
Inventors: 宏之中西
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2007-02-14
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Description

本発明は、２つの電極を有する放電灯を駆動する放電灯駆動装置に関する。

近年、液晶パネルの大型化が進み、液晶パネルのバックライトとして使用される冷陰極管は、長くなる傾向がある。管の一方の電極から高電圧を印加して冷陰極管を点灯する方法では、冷陰極管の長手方向に輝度むらが生じてしまうことがある。そこで、例えば特許文献１に記載されるように、１つの冷陰極管に対して、マスターインバータとスレーブインバータとからなる２つの対をなすインバータ回路を駆動回路として電極の各々に接続し、管の両極から高電圧を印加して冷陰極管を点灯させる方法（以下、両側駆動法と称す）が取られている。
特開２００４−２４１１３６

しかしながら、冷陰極管を両側駆動法で点灯する場合、マスターインバータとスレーブインバータとの間で特性にばらつきがあると、２つのインバータから管への印加電圧を同一にしたとき、各インバータ回路から出力される電流がアンバランスになることがある。

そこで、２つのインバータ回路から流れる電流量を同一にするために、２つのインバータの出力電圧のデューティを各々調整して電流量を同じにする方法が提案されている。しかし、この方法では、インバータ毎にデューティが異なるので、デューティが大きくなるインバータ回路のディレーティングに余裕をとらなければならず、放電灯駆動装置の小型化の障害となっていた。

本発明は、上記問題点に鑑み、ディレーティングを大きくせずに２つのインバータ回路から管内へ供給される電流量を容易に同一にできる放電灯駆動装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために提供される本発明の放電灯駆動装置は、２つの電極を有する放電灯を駆動する放電灯駆動装置であって、２つの電極のうちの一方の電極に接続される第１の駆動回路と、他方の電極に接続される第２の駆動回路と、第１及び第２の駆動回路の各々を駆動する第１及び第２の駆動パルスを生成する制御回路とを有する。第１の駆動回路は、放電灯に第１の交流電流を供給する。第２の駆動回路は、放電灯に第１の交流電流と略逆位相であって且つ同一周波数の第２の交流電流を供給する。制御回路は、第１及び第２の駆動パルスの位相差を調整することによって、第１及び第２の交流電流の実効値を略等しくする。

上記構成により、放電灯は、第１及び第２の駆動回路によって、管の両極からそれぞれ第１及び第２の交流電流が供給されて点灯する。制御回路は、第１及び第２の駆動パルスの位相差を調整して、第１の交流電流と第２の交流電流との実効値を等しくする。すなわち、制御回路が、第１及び第２の駆動パルスの位相差を調整することによって、第１及び第２の駆動回路から出力される第１及び第２の交流電流の実効値が、互いに等しくなり、管内に流れ込む電流量が、何れの電極からも同じになる。

好ましくは、第１の駆動回路は、第１の駆動パルスによりスイッチング動作を行う第１のスイッチング回路と、第１のスイッチング回路の出力部に接続された第１の変圧器とを有し、第１の変圧器の出力部は、一方の電極に接続されている。また、第２の駆動回路は、第２の駆動パルスによりスイッチング動作を行う第２のスイッチング回路と、第２のスイッチング回路の出力部に接続された第２の変圧器とを有し、第２の変圧器の出力部は、前記他方の電極に接続されている。さらに、第１及び第２のスイッチング回路は、同一規格を有し、第１及び第２の変圧器は、同一規格を有する。

このように、第１及び第２の駆動回路は、それぞれ同一規格を有する同一の電気部品で構成されているので、第１及び第２の駆動回路に、同一電圧を入力した場合、各駆動回路から出力される第１及び第２の交流電流は、同じになっているのが理想である。しかしながら、実際は、製造及び許容公差により、各駆動回路への入力電圧が同じであっても、出力される第１及び第２の交流電流がいつも等しくなるとは限らない。そこで、第１及び第２の駆動パルスを位相差を調整することによって第１及び第２の交流電流の実効値を一致させ、これによって、第１及び第２の交流電流の実効値を略等しくしている。これにより、各駆動回路が、同一規格の電気部品で構成されている場合は、各電気部品に製造及び許容公差があったとしても、各駆動回路が出力する交流電流を略同一にすることが可能となる。

本発明によれば、放電灯を両側駆動法で点灯させる際、各駆動回路から出力される電流量を互いに等しくできる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１に、本発明の実施の形態である放電灯駆動装置１０を示す。放電灯駆動装置１０は、電源からの給電により放電灯Ｌの点灯を制御するものであり、第１の駆動回路２０Ａと、第２の駆動回路２０Ｂと、電流検出器４０と、位相差検出器５０と、制御回路６０と、からなる。放電灯駆動装置１０によって点灯が制御される放電灯Ｌは、両端にそれぞれ電極Ｅ_１，Ｅ_２を有する冷陰極管である。以下の説明において、電圧値、電流値、電力値は、特別に説明するものを除いて実効値を指すものとする。

第１の駆動回路２０Ａは、第１のスイッチング回路２２Ａと、第１の変圧器２４Ａと、第１の共振コンデンサＣ_１とからなり、インバータ回路として構成される。第１のスイッチング回路２２Ａの入力端子Ａ，Ｂには、電源１２が接続され、電源１２から直流電圧Ｖ_ｉｎが第１のスイッチング回路２２Ａに印加される。なお、端子Ｂは、基準電位Ｇ_１に接続されている。第１のスイッチング回路２２Ａは、第１の駆動パルスとしての制御回路６０からの制御信号Ｓ_１に基づいてスイッチング動作を行う。

第１の変圧器２４Ａは、同極性の１次コイルＬ_１１と２次コイルＬ_１２とからなり、所定の漏れインダクタンスを有している。第１のスイッチング回路２２Ａの出力端子Ｃ，Ｄには、１次コイルＬ_１１の両端がそれぞれ接続されている。２次コイルＬ_１２と並列に、第１の共振コンデンサＣ_１が接続されている。共振コンデンサＣ_１の一端は、基準電位Ｇ_２に接続されている。

上記構成によって、第１のスイッチング回路２２Ａは、第１のスイッチング回路２２Ａに入力された直流電圧Ｖｉｎから第１の交流電圧ＶＯ１を生成して端子Ｃを介して出力する。第１の交流電圧ＶＯ１は、制御信号Ｓ１の周波数ｆ１及びディーティＤ１と同期して、図２(a)に示すように、スイッチング周波数ｆ１、デューティＤ１の方形波となる。端子Ｃは、第１のスイッチング回路２２Ａの出力端子として、第１の変圧器２４Ａへ電力を供給する。第１の駆動回路２０Ａは、出力端子Ｅ及びバラスト回路７０Ａを介して放電灯Ｌの一方の電極Ｅ１に接続されている。

また、第１の変圧器２４Ａの漏れインダクタンスと第１の共振コンデンサＣ_１とによって、直列共振回路が第１の駆動回路２０Ａ内に形成される。故に、第１のスイッチング回路２２Ａのスイッチング周波数ｆ_１を共振点近傍の周波数に設定すれば、第１の駆動回路２０Ａは、放電灯Ｌに向けて高電圧を印加できる。図３に、第１の駆動回路２０Ａの出力側からみた放電灯点灯装置１０のインピーダンス特性Ｚ_１を実線で示す。

第２の駆動回路２０Ｂは、第２のスイッチング回路２２Ｂと、第２の変圧器２４Ｂと、第２の共振コンデンサＣ_２とからなり、インバータ回路として構成される。第２のスイッチング回路２２Ｂの入力端子Ａ，Ｂには、電源１２が接続され、電源１２から直流電圧Ｖ_ｉｎが第２のスイッチング回路２２Ｂに印加される。第２のスイッチング回路２２Ｂは、第２の駆動パルスとしての制御回路６０からの制御信号Ｓ_２に基づいてスイッチング動作を行う。第２の変圧器２４Ｂは、互いに逆極性となっている１次コイルＬ_２１と２次コイルＬ_２２とからなる。第２のスイッチング回路２２Ｂの出力端子Ｈ，Ｊには、１次コイルＬ_２１の両端がそれぞれ接続されている。２次コイルＬ_２２と並列に、第２の共振コンデンサＣ_２が接続されている。共振コンデンサＣ_２の一端は、基準電位Ｇ_２に接続されている。

上記構成によって、第２の駆動回路２０Ｂは、第２のスイッチング回路２２Ｂに入力された直流電圧Ｖ_ｉｎから第２の交流電圧Ｖ_Ｏ２を生成して端子Ｈから出力する。第２の交流電圧Ｖ_Ｏ２は、図２(b)に示すように、制御信号Ｓ_２の周波数ｆ_１及びディーティＤ_２と同期して、スイッチング周波数ｆ_１、デューティＤ_２の方形波となる。端子Ｈは、第２のスイッチング回路２２Ｂの出力端子として、第２の変圧器２４Ｂへ電力を供給し、２次コイルＬ_２２から、出力端子Ｋ及びバラスト回路７０Ｂを介して放電灯Ｌの他方の電極Ｅ_２に接続されている。

また、第２の変圧器２４Ｂの漏れインダクタンスと第２の共振コンデンサＣ_２とによって、直列共振回路が第２の駆動回路２０Ｂ内に形成されるので、第２の駆動回路２０Ｂは、共振を利用して放電灯Ｌに向けて高電圧を印加できる。故に、第２のスイッチング回路２２Ｂのスイッチング周波数ｆ_１を共振点近傍の周波数に設定すれば、第２の駆動回路２０Ｂは、共振を利用して放電灯Ｌに向けて高電圧を印加できる。図３に、第２の駆動回路２０Ｂの出力側からみた放電灯点灯装置１０のインピーダンス特性Ｚ_２を点線で示す。

さらに、上記第１及び第２の駆動回路２０Ａ，２０Ｂにおいて、第１及び第２のスイッチング回路２２Ａ，２２Ｂは、同一規格で製造されている。また、第１及び第２の変圧器２４Ａ，２４Ｂも、同一規格で製造されて、漏れインダクタンスなどの諸特性は、同一である。さらに、第１及び第２の共振コンデンサＣ_１，Ｃ_２も、同一の容量を有し、同一規格で製造されている。このように、第１の駆動回路２０Ａと、第２の駆動回路２０Ｂとは、同一規格で製造された電気部品からなるので、同一特性を呈すると考えられる。

電流検出器４０は、第１及び第２の駆動回路２０Ａ，２０Ｂの各々から出力される交流電流Ｉ１，Ｉ２を検出し、検出したＩ１，Ｉ２を制御回路６０に向けて出力する。また、位相差検出器５０は、交流電流Ｉ１，Ｉ２の位相差Δθを検出して、その差を信号として制御回路６０に出力する。

制御回路６０は、電流検出器４０及び位相差検出器５０からの出力信号に基づいて、第１及び第２の駆動回路２０Ａ，２０Ｂのスイッチング回路２２Ａ，２２Ｂにおける、スイッチング動作の周波数、デューティ、及びタイミングを設定し、これらの設定を制御信号Ｓ１，Ｓ２として各スイッチング回路２２Ａ，２２Ｂへ向けて出力する。制御回路６０は、駆動回路２０Ａ，２０Ｂに対して位相制御を行うので、スイッチング動作の周波数ｆ１は、各駆動回路２０Ａ，２０Ｂに対して共通に設定する。しかし、制御回路６０は、スイッチング動作のデューティＤ１，Ｄ２及びタイミングは、スイッチング回路２２Ａ，２２Ｂ毎に独立に設定する。このようにして設定された制御信号Ｓ１，Ｓ２により、制御回路６０は、第１及び第２の駆動回路２０Ａ、２０Ｂから出力される第１及び第２の交流電流Ｉ１，Ｉ２をそれぞれ制御する。

次に、上記放電灯駆動装置１０の動作について説明する。第１の駆動回路２０Ａでは、制御回路６０から制御信号Ｓ_１が第１のスイッチング回路２２Ａに入力されると、第１のスイッチング回路２２Ａは、入力電圧Ｖ_ｉｎを、周波数ｆ_１、デューティＤ_１、及び電圧値Ｖ_０１の高周波交流電圧に変換して、第１の変圧器２４Ａに向けて出力する。第１の変圧器２４Ａは、電圧レベルを変換し、端子Ｅを介して第１の交流電流Ｉ_１を出力する。放電灯Ｌでは、電流Ｉ_１が一方の電極Ｅ_１より管電流として流れ込む。

同様に、第２の駆動回路２０Ｂでは、制御回路６０から制御信号Ｓ_２が第２のスイッチング回路２２Ｂに入力されると、第２のスイッチング回路２２Ｂは、入力電圧Ｖ_ｉｎを、周波数ｆ_１、デューティＤ_２、及び電圧値Ｖ_ｏ２の高周波交流電圧に変換して、第２の変圧器２４Ｂに向けて出力する。第２の変圧器２４Ｂは、電圧レベルを変換し、端子Ｋを介して第２の交流電流Ｉ_２を出力する。放電灯Ｌでは、電流Ｉ_２が他方の電極Ｅ_２より管電流として流れ込む。このようにして、放電灯Ｌには、両電極Ｅ_１，Ｅ_２を介して交流電流Ｉ_１、Ｉ_２が供給されて点灯される。

この時、放電灯Ｌに供給される交流電流Ｉ_１，Ｉ_２の実効値が略等しければ、両側駆動法によって点灯される放電灯Ｌのパワーバランスがとれていると考えることができ、その後の位相調整は、不要となる。

また、放電灯Ｌを点灯する際、放電灯Ｌに高電圧を印加するために、スイッチング周波数ｆ_１は、図３に示すように、インピーダンスが極小となる共振周波数ｆ_Ｒ１，ｆ_Ｒ２近傍に設定される。第１及び第２の駆動回路２０Ａ，２０Ｂは、同一特性を有するように形成されてはいるが、各構成部品の製造誤差や許容誤差のために、通常、共振周波数ｆ_Ｒ１，ｆ_Ｒ２はずれており、第１及び第２の駆動回路２０Ａ，２０Ｂのインピーダンス特性は、一致しないことが多い。通常、各構成部品は、±５％程度の製造誤差や特性に対する許容公差を有している。従って、スイッチング周波数ｆ_１を共振周波数近傍に設定した場合、第１及び第２の駆動回路２０Ａ，２０Ｂの各々の出力側からのインピーダンスが異なるために、第１及び第２のスイッチング回路の出力波形のデューティが同一であれば、図４に示すように交流電流Ｉ_１，Ｉ_２が異なることになる。なお、図４において、Ｉ_Ａは、Ｉ_１の実効値であり、Ｉ_Ｂは、Ｉ_２の実効値である（但し、Ｉ_Ａ＞Ｉ_Ｂとする）。すなわち、管内に流れ込む交流電流Ｉ_１，Ｉ_２が電極毎に異なり、出力電流量が多く流れる駆動回路は、出力電流量が少ない他方の駆動回路に比較して、動作時の負荷を大きくすることになる。そこで、交流電流Ｉ_１，Ｉ_２を略等しくするように調整することが必要になる。

次に、管電流Ｉ_１，Ｉ_２の調整方法について説明する。第１及び第２の駆動回路２０Ａ，２０Ｂの各々を位相差の無い制御信号Ｓ_１，Ｓ_２で駆動させて、放電灯Ｌへの交流電流Ｉ_１，Ｉ_２の供給を開始した後、交流電流Ｉ_１，Ｉ_２の実効値をそれぞれ電流検出器４０により検出する（ステップＳ１）。次に、制御回路６０は、検出した交流電流Ｉ_１，Ｉ_２の実効値が、目標の電流値であるかどうかを判別する（ステップＳ２）。交流電流Ｉ_１，Ｉ_２の実効値の何れもが、目標の電流値となっていれば（ステップＳ２，ＹＥＳ）、交流電流Ｉ_１，Ｉ_２の調整を終了する。交流電流Ｉ_１，Ｉ_２の実効値が、共に目標の電流値でない場合（ステップＳ２，ＮＯ）、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３にて、位相制御を行う。第１及び第２のスイッチング回路２２Ａ，２２Ｂのうち、例えば図６(a)に示すように、スイッチング回路２２Ａの制御信号Ｓ_１に対して、スイッチング回路２２Ｂの制御信号Ｓ_２の位相差θを変更することによって、第１の交流電圧Ｖ_０１と第２の交流電圧Ｖ_０２との間の位相差θを変更させると、図６(b)に示すように、第１の駆動回路２０Ａの出力部からみた放電灯駆動装置１０のインピーダンスＺ_１と、第２の駆動回路２０Ｂの出力部からみた放電灯駆動装置１０のインピーダンスＺ_２とがそれぞれ変化する。それに伴い、交流電流Ｉ_１，Ｉ_２の実効値Ｉ_Ａ、Ｉ_Ｂは、図６(c)に示すように、大きい方が減少し、少ない方が増加して、互いに接近するように変化するので、交流電流Ｉ_１，Ｉ_２の実効値を目標の電流値の実効値Ｉ_０と一致させることができる。このようにして調整した交流電流Ｉ_１，Ｉ_２の一例を図６(d)に示す。但し、Ｉ_Ａ＞Ｉ_０＞Ｉ_Ｂとする。図６(d)に示すように、交流電流Ｉ_１，Ｉ_２は、実効値が等しく、位相差も少なくなっている。図６(a)に示すように、各スイッチング回路２２Ａ，２２Ｂからの出力電圧Ｖ_Ｏ１，Ｖ_Ｏ２は、デューティＤ_１，Ｄ_２は略同じであるが、位相制御のためにタイミングがずれていることが分かる。

このように、各スイッチング回路のスイッチング動作のタイミングを設定する制御信号間の位相差を調節して両電極Ｅ_１，Ｅ_２から放電灯Ｌ管内に流れる交流電流Ｉ_１，Ｉ_２の実効値を略一致させると、出力電圧Ｖ_Ｏ１，Ｖ_Ｏ２のデューティの差を拡大させずに、管電流Ｉ_１，Ｉ_２の実効値を略等しくすることができる。第１及び第２のスイッチング回路２２Ａ，２２Ｂの出力電圧Ｖ_Ｏ１，Ｖ_Ｏ２のデューティを実質的に同一にできるので、各駆動回路２０Ａ，２０Ｂの動作時に作用する負荷は略同じとなる。従って、第１及び第２の駆動回路２０Ａ，２０Ｂのディレーティングに余裕をとる必要が無くなり、放電灯駆動装置１０を小型にできる。

また、各駆動回路２０Ａ，２０Ｂが、プラス・マイナス５％程度の製造及び許容公差を有する同一規格の電気部品で構成されている場合、駆動回路２０Ａ，２０Ｂを、それぞれの共振周波数近傍のスイッチング周波数で駆動する場合は、各駆動回路２０Ａ，２０Ｂから放電灯Ｌへの交流電流Ｉ_１，Ｉ_２の実効値を、交流電流Ｉ_１，Ｉ_２の位相を変化させて調整することによって、略等しくすることができる。

また、放電灯Ｌの両電極Ｅ_１，Ｅ_２から管内へ供給される交流電力Ｐ_１，Ｐ_２も略等しくなるので、放電灯Ｌを管の長手方向に亘って均一な輝度で発光させることもできる。

なお、電源１２は、直流電源に替えて、交流電源から出力された交流電圧を整流した入力電圧を各駆動回路２０Ａ，２０Ｂに供給しても良い。

さらに、放電灯駆動装置１０は、例えばｎ本が互いに並列接続された複数の放電灯を点灯することもできる。なお、バラスト回路７０Ａ，７０Ｂは、用途に応じて省略しても良い。

以上の説明においては、各電気部品は、同一規格のものを用いることとしたが、位相制御を行う上で、必要に応じて異なる規格のものを採用することを適宜行っても良い。

本発明の放電灯駆動装置は、大画面テレビを始めとする各種ディスプレイパネルのバックライトの制御など、適宜の放電灯の駆動制御に適用可能である。

本発明の一実施の形態による放電灯駆動装置を示す構成図である。第１及び第２のスイッチング回路の出力電圧を示す波形図である。第１及び第２の駆動回路の各々の出力側からみた放電灯駆動装置のインピーダンス特性を示す図である。第１及び第２の駆動回路から出力される交流電流の一例を示す。交流電流を調整する方法を示すフローチャートである。スイッチング回路からの出力電圧を示す。位相差を制御した時の第１及び第２の駆動回路の各々の出力側からみた放電灯駆動装置のインピーダンス特性を示す。位相差を変更する時の交流電流の実効値の変化を示す。実効値が互いに等しく調整された交流電流の一例を示す。

符号の説明

Ｌ放電灯
１０放電灯駆動装置
２０Ａ第１の駆動回路
２０Ｂ第２の駆動回路
６０制御回路

Claims

２つの電極を有する放電灯を駆動する放電灯駆動装置であって、
前記２つの電極のうちの一方の電極に接続されると共に第１の交流電流を供給する第１の駆動回路と、
他方の電極に接続されると共に前記第１の交流電流と略逆位相であって且つ同一周波数の第２の交流電流を供給する第２の駆動回路と、
前記第１及び第２の駆動回路の各々を駆動する第１及び第２の駆動パルスを生成する制御回路と、
前記第１の交流電流及び前記第２の交流電流の各々を検出する電流検出回路と、
を有し、
前記制御回路は、前記電流検出回路で検出された前記第１の交流電流と前記第２の交流電流とを比較し、前記第１及び第２の交流電流のうち大きい方を減少させると共に少ない方を増加させるように前記第１及び第２の駆動パルスの位相差を調整して、前記第１の交流電流の実効値と第２の交流電流の実効値とが一致するように制御することを特徴とする放電灯駆動装置。