放電灯点灯装置

【課題】トランスの異常な音の発生や性能の劣化がなく、安定な起動と発振の継続を実現する放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】この放電灯点灯装置は、高速のスイッチング信号を出力する制御回路114と、制御回路の出力するスイッチング信号１，２にてスイッチング動作し、定圧電源Ｖｃｃから矩形波電圧を作成するスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２と、スイッチング素子のスイッチング動作によって発生した矩形波電圧を昇圧する昇圧トランスＴ１と、昇圧トランスの２次巻線に生起する高周波ランプ電流ＩＬにて放電点灯する放電ランプ１３と、制御回路が消灯モードから点灯モードへ移行する際、昇圧トランスの１次巻線または１次巻線に接続されたスイッチング素子へ供給する定圧電源からの電圧を遮断状態から徐々に定圧まで昇圧させる入力電圧ソフトスタート回路１６とを備えたものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯点灯装置に関し、例えば、パーソナルコンピュータやナビゲーションシステムに使用される液晶表示装置のバックライト光源に適する放電灯点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から環境問題の観点より有害物質である水銀の代りに希ガスを使った外面電極型誘電体バリア放電型の冷陰極蛍光ランプが開発されている。このような希ガスを使った外面電極型誘電体バリア放電型の冷陰極蛍光ランプの一例が、図１１及び図１２に示してある。
【０００３】
図１１、図１２に示すランプ構造において、１は内壁に蛍光体２が塗布されたガラス管であり、このガラス管１の内部には少なくともキセノンを含んだ放電媒体が封入されている。ガラス管１の少なくとも一端には、導入線３を介して内部電極４が封着されている。ガラス管１の外壁には、管軸方向に沿って外部電極５を構成する導電線が螺旋状に巻かれている。外部電極５は透光性熱収縮チューブ６で被覆されてガラス管１の表面に固定され、これによってその位置ずれを生じない工夫がされている。
【０００４】
この外面電極型誘電体バリア放電型の冷陰極蛍光ランプでは、内部電極４に導入線３を介して電圧供給線８を接続し、また外部電極５に固定用金属棒７を介して電圧供給線８’を接続し、インバータ電源９を用いてこれらの内部電極４と外部電極５との間に高周波の正負のランプ電流ＩＬを供給する。この高周波のランプ電流ＩＬの供給によって冷陰極蛍光ランプは内部電極４と外部電極５との間で放電を開始し、放電媒体であるキセノンから紫外線を放出し、これが蛍光体２によって可視光に変換され、光源として利用できる。
【０００５】
上記冷陰極蛍光ランプを効率良く点灯させるためには、２次巻線が直接ランプと接続された昇圧トランスの１次側へランプ電圧の傾斜が急峻な矩形波電圧を印加するのが最適である。図１３、図１４は従来の放電灯点灯装置の回路図、図１５は消灯モードから点灯モードへ移行する際の各信号のタイミングチャートを示している。従来回路の場合、蛍光ランプ１３の消灯、点灯にかかわらず、常に高圧発生用のトランスＴ１を駆動するスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２、コンデンサＣ１，Ｃ２へ定圧の入力電圧Ｖｃｃが供給される構成である。なお、Ｚ１，Ｚ２は抵抗、インダクタ、ダイオード若しくはそれらを組み合わせた素子である。
【０００６】
図１３は、制御回路１０からの駆動信号１によりスイッチング素子Ｓ１がオフし、駆動信号２によりスイッチング素子Ｓ２がオンすることで、正のランプ電流ＩＬを作成する状態を示している。図１４は、制御回路１０からの駆動信号１によりスイッチング素子Ｓ１がオンし、駆動信号２によりスイッチング素子Ｓ２がオフすることで、負のランプ電流ＩＬを作成する状態を示している。すなわち、図１５のタイミングチャートに示すように、駆動信号１、駆動信号２のオン期間でランプ駆動用トランスＴ１の１次巻線電圧が「Ｌ→Ｈ→Ｌ→Ｈ→Ｌ→Ｈ…」と発振を繰り返すことで、トランスＴ１の２次巻線に接続された冷陰極蛍光ランプ１３に正負のランプ電流ＩＬを供給する。そして制御回路１０は調光信号１７を判定し、必要数だけこれらの一連の動作を繰り返すことで、蛍光ランプ１３に傾斜が急峻な正負のランプ電流ＩＬを継続的に印加し、出力効率の高いランプ点灯を実現している。
【０００７】
しかしながら、従来の放電灯点灯装置では、上述した消灯モード（０％調光モード）から点灯モード（０％以外の調光モード）へ移行する際、パワー回路素子Ｓ１，Ｓ２，Ｃ１，Ｃ２群へ供給する定圧電源電圧（＝Ｖｃｃ）が十分供給された状態でパワー回路素子群がトランスＴ１の１次巻線を高周波で駆動すると、トランスＴ１に残存したエネルギーがそれに重畳されるため、発振初期に過大な電流がトランスＴ１へ流れ、これが原因となってトランスＴ１から異音が発生したり、時には性能の劣化や寿命を短くする可能性もある問題点があった。
【０００８】
さらに、従来の放電灯点灯装置の回路方式では、図１６に示すようにトランスＴ１の１次巻線側に例えばトランスＴ１の発振検出を目的とする発振検出回路１８を直接接続すると中点コンデンサＣ２からこの発振検出回路１８へ極小ではあるが電流Ｉｂが流れてしまい、これが原因となって、トランスＴ１の１次巻線の電圧（ＶＣ０）が低下した状態でトランスＴ１の起動が開始する場合が発生する。さらに暫く消灯させた後（約２分以上後）に点灯を開始した場合には、コンデンサＣ１，Ｃ２が自然放電することでＧＮＤ電位まで降下することが考えられる。このようにトランスＴ１の１次巻線の電圧ＶＣ０が低下した状態でトランスＴ１が起動すると、トランス駆動用のスイッチング素子Ｓ１に他方のスイッチング素子Ｓ２よりも過大な電流が流れることで、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の充放電電流のバランスが崩れ、図１５に示すように１次巻線にスパイク状の高い電圧ＳＰＫが発生する場合があり、これに起因してランプ電流ＩＬにもスパイク電流ＳＰＫが現れる。
【０００９】
図１７はトランスＴ１の起動初期だけ１次巻線の発振が不安定な場合の実波形であり、図１８は不安定状態が継続している場合の実波形である。図１７に見られるようにスパイク状の電圧ＳＰＫの影響で中点電圧（ＶＣ０）が大きく変動し、最悪の場合には図１８に示すようにトランスＴ１の発振が不安定な状態を継続する恐れもある。このため、蛍光ランプ１３に正常な矩形波電圧が印加されない期間はランプ光が不安定になったり、さらにはスパイク状の電圧ノイズがトランス駆動用の半導体スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の耐圧以上になってサージ破壊を招く恐れもある問題点があった。
【００１０】
このようなトランスの発振初期に過大な電流がトランスへ流れることで発生する異常な駆動音（＝異音）の対策やトランスの性能の劣化や寿命の対策、さらにトランスの異常な発振の対策としては、トランスの１次巻線側にダンピング効果のある容量成分を持った素子群を具備させるのが一般的である。しかしながら、上述したキセノン蛍光ランプのような冷陰極蛍光ランプを高輝度で点灯させるためには、トランスの１次巻線の矩形波電圧の傾きを急峻にしてランプ電流のピークを高くする必要があり、上記のような容量成分を持った素子群を１次巻線側に具備すると前記電圧波形の傾きが鈍るので輝度の低下を招いてしまい、上述した技術的課題を解決できない問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、容量成分を持った素子群を具備することなく、トランスの異常な音の発生や性能の劣化がなく、さらにはトランスの安定な起動と発振の継続を実現することで機器の長寿命化、特にトランスの長寿命化と冷陰極蛍光ランプを高輝度で点灯することが可能な放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明の放電灯点灯装置は、高速のスイッチング信号を出力する制御回路と、前記制御回路の出力するスイッチング信号にてスイッチング動作し、定圧電源から矩形波電圧を作成するスイッチング素子と、前記スイッチング素子のスイッチング動作によって発生した前記矩形波電圧を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの２次巻線に生起する高周波ランプ電流にて放電点灯する放電ランプと、前記制御回路が消灯モードから点灯モードへ移行する際、前記昇圧トランスの１次巻線または１次巻線に接続された前記スイッチング素子へ供給する前記定圧電源からの電圧を遮断状態から徐々に定圧まで昇圧させる入力電圧ソフトスタート回路とを備えたものである。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の放電灯点灯装置において、前記入力電圧ソフトスタート回路は、前記定圧電源の入力電圧から２０［ｍｓ］以上をかけて傾斜の緩やかな立ち上がり特性を持つソフトスタート電圧を作成して前記昇圧トランスの１次巻線または１次巻線に接続された前記スイッチング素子へ供給することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項２の放電灯点灯装置において、前記制御回路は、前記入力電圧ソフトスタート回路の出力するソフトスタート電圧が０［Ｖ］から定圧の１／４の電圧に達するまでの間に前記高速のスイッチング信号の出力を開始することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の放電灯点灯装置によれば、消灯モードから点灯モードへ移行する際に、入力電圧ソフトスタート回路がトランスの１次巻線及び１次巻線に接続された高周波でトランスを駆動するパワー回路素子群へ供給する電圧を徐々に立ち上げることでこれに比例してトランスの１次巻線の高周波電圧も徐々に立ち上げ、トランスの１次巻線の電圧、電流が急激に増加しないようにすることができ、昇圧トランスを常に安定して発振開始させ、また発振継続させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。
【００１７】
（第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態の放電灯点灯装置の回路構成を示している。本実施の形態の放電灯点灯装置は、図１１、図１２に示した外面電極型誘電体バリア放電型である冷陰極蛍光ランプ１３を点灯する放電灯点灯装置であり、図１６に示した従来回路と同様、高周波昇圧トランスＴ１を備え、パワー回路素子群としてスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２、コンデンサＣ１，Ｃ２、抵抗、インダクタ、ダイオード若しくはそれらを組合せた素子Ｚ１，Ｚ２を備え、またスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２を交互にオン／オフさせる駆動信号１、駆動信号２を出力する制御回路１４を備え、さらにトランスの発振検出回路１８を備えている。そして本実施の形態の場合、定圧入力電圧Ｖｃｃを入力し、パワー回路素子群側に出力ＳＷ−Ｖｃｃとして０［Ｖ］から所定時間ｔのうちに徐々にＶｃｃまで電圧を上げるソフトスタート回路１６を備えたことを特徴とする。なお、制御回路１４はこのソフトスタート回路１６に対して駆動信号１、駆動信号２の出力開始点τ１から所定時間だけ遅らせたタイミングτ２にて入力電圧スイッチング信号１５を与える設定である。
【００１８】
次に、上記構成の放電灯点灯装置による冷陰極蛍光ランプ１３であるキセノン蛍光ランプの点灯動作について、図２のタイミングチャートを参照して説明する。
【００１９】
＜通常点灯状態＞正常点灯状態では、制御回路１４は交互にオン／オフする駆動信号１、駆動信号２によってスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２を高速で交互にオン／オフさせ、トランスＴ１の１次巻線に高周波矩形波電圧を印加して「Ｌ→Ｈ→Ｌ→Ｈ→Ｌ→Ｈ…」と発振を繰り返すことで、このトランスＴ１の２次巻線に接続された冷陰極蛍光ランプ１３に正負のランプ電流ＩＬを供給する。そして制御回路１４は調光信号１７を判定し、各点灯サイクル毎に必要数だけこれらの一連の動作を繰り返すことで、蛍光ランプ１３に傾斜が急峻な正負のランプ電流ＩＬを継続的に印加し、効率良く点灯させる。
【００２０】
＜ソフトスタート動作＞消灯モードから点灯モードへ移行する際、制御回路１４はまずタイミングτ１にて駆動信号１、駆動信号２の出力を開始する。そして所定時間だけ遅れたタイミングτ２において入力電圧ソフトスタート信号１５を入力電圧ソフトスタート回路１６に与えて起動させる。入力電圧ソフトスタート回路１６は、この入力電圧ソフトスタート信号１５を受信したタイミングτ２に入力電圧ソフトスタート動作を開始し、トランスＴ１の１次巻線または１次巻線に接続された高周波で駆動する回路素子群へ供給するパワー系電圧として、定圧入力電圧Ｖｃｃから作成した立ち上り時間ｔが２０［ｍｓ］以上の緩やかな傾斜を持つパワー系電圧ＳＷ−Ｖｃｃを供給する。これによってトランスＴ１の１次巻線の矩形波電圧ＶＴ１は逓増し、２次巻線に発生する高周波ランプ電流ＩＬも歪みのないものとなる。タイミングτ３は定常状態到達のタイミングを示している。
【００２１】
このように、本発明の第１の実施の形態の放電灯点灯装置では、容量成分を持ったパワー回路素子群を具備することなく、トランスＴ１の安定な起動と安定な発振の継続が達成でき、トランス駆動初期の異音の発生やトランス１次巻線の急激な電流増加を抑えることができ、またトランスＴ１の１次巻線の矩形波電圧の傾きが急峻なため、蛍光ランプ１３を高輝度で点灯することができ、さらに、トランスＴ１の１次巻線にスパイク状の急峻な電圧が発生しなくなったため、トランス駆動用の半導体スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のサージ保護用に追加するツェナーダイオードなどの対策部品が削減できる。
【００２２】
図３は第１の実施の形態の放電灯点灯装置におけるトランス起動時の実波形図であり、図４は安定点灯時の実波形図である。これから、トランスＴ１の１次電圧にスパイク状の急峻な電圧が現われることがなく、安定していることが確認できる。
【００２３】
（第２の実施の形態）次に、本発明の第２の実施の形態を図５を用いて説明する。第２の実施の形態の放電灯点灯装置は、定圧入力電圧Ｖｃｃに対してソフトスタート動作をさせる手段としてゲート電圧作成回路２１，２２を設け、制御回路２３からのゲート電圧作成スタート信号２４を受信すればスイッチング素子であるＦＥＴ１，ＦＥＴ２のゲート電圧を逓増／逓減させることでトランスＴ１の１次側の矩形波電圧ＶＴ１を逓増させる制御をする構成を特徴とする。なお、図５において、図１に示した第１の実施の形態と共通する回路要素には共通の符号を付して示してある。
【００２４】
次に、第２の実施の形態の放電灯点灯装置の動作を図６のタイミングチャートを参照して説明する。制御回路２３は消灯状態から点灯動作に入る時、タイミングτ１１にて駆動信号１、駆動信号２をスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４に交互にオン／オフするように出力する。このスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４は、オン／オフ動作によってゲート電圧作成回路２１，２２それぞれの作成したゲート電圧をＦＥＴ１，ＦＥＴ２それぞれのゲートに間欠的に印加させる働きをする。そしてＦＥＴ１，ＦＥＴ２それぞれはゲート電圧が印加されると導通してトランスＴ１の１次巻線に電圧ＶＴ１の矩形波電圧を印加する。この１次巻線に対する矩形波電圧によりトランスＴ１の２次巻線に逓増する矩形波ランプ電流ＩＬが誘起され、これにて蛍光ランプ１３を放電点灯させる。
【００２５】
これにより第２の実施の形態の放電灯点灯装置では、容量成分を持った素子群を具備することなく、トランスＴ１の安定な起動と安定な発振の継続が達成され、結果的にトランス駆動初期の異音やトランス１次巻線の急激な電流増加が改善でき、またトランスＴ１の１次巻線の矩形波電圧の傾きが急峻なため蛍光ランプ１３を高輝度で点灯することが可能であり、さらに、トランスの１次巻線にスパイク状の急峻な電圧が発生しなくなるため、トランス駆動用の半導体スイッチング素子のサージ保護用に追加するツェナーダイオードなどの対策部品が削減できる利点がある。
【００２６】
図７は第２の実施の形態の放電灯点灯装置におけるトランス起動時の実波形図であり、図８は安定点灯時の実波形図である。これから、トランスＴ１の１次電圧にスパイク状の急峻な電圧が現われることがなく、安定していることが確認できる。
【００２７】
なお、図９は低調光率でも安定した点灯を可能とする放電灯点灯装置の回路構成を示している。この放電灯点灯装置は、制御回路３０がスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２を交互に高速でオン／オフさせる駆動信号１、駆動信号２を出力すると共に、駆動信号３をスイッチング回路Ｓ５に出力するようにしている。このスイッチング回路Ｓ５は、トランスＴ１の１次巻線の両端を短絡することで２次側の電圧のリンギングを抑制し、蛍光ランプ１３の点灯時のちらつきを低減させるためのものである。
【００２８】
調光率の極めて低い領域では、制御回路３０が駆動信号３によりスイッチング素子Ｓ６をオン、Ｓ７をオフに切替えることで第３のスイッチング素子Ｓ８をオンさせ、昇圧トランスＴ１の１次側に並列接続された抵抗Ｒ１に電流を流し、昇圧トランスの１次側の共振周波数が第３のスイッチング素子Ｓ８のオフ時に比べて極めて低くすることで、トランスＴ１の電圧ひいては蛍光ランプ１３へ供給される２次側電圧のリンギング（ランプ電圧の振動）を抑制し、ちらつきのない安定したランプ点灯を可能にする。逆に調光率が上がれば制御回路３０は駆動信号３によりスイッチング素子Ｓ６がオフ、スイッチング素子Ｓ７がオンさせ、これによってスイッチング素子Ｓ８をオフ状態にし、抵抗Ｒ１をトランスＴ１の１次巻線から切り離し、通常の動作に移行させる。
【００２９】
しかしながら、ランプ光のちらつく可能性がある低調光時に第３のスイッチング素子Ｓ８を常時オンさせることでランプ電圧のリンギングが抑制され、ちらつきのない安定したランプ点灯を可能にするが、その代償として、第３のスイッチング素子Ｓ８のオフ時のランプ電流ＩＬと比較してスイッチング素子Ｓ８がオン時のランプ電流ＩＬが低下するという現象が発生する。そのため、使用するランプの性能によっては、低調光時に第３のスイッチング素子Ｓ８を常時オンすることでランプ電流ＩＬが低下してしまうとランプ１３の初期点灯に必要な始動電流が十分に確保できず、ランプ電圧のリンギング以外の原因でランプ１３がちらつくことがある。そこで、図９に示す回路では、遅延回路３１を設けており、第３のスイッチング素子Ｓ８が急峻にオフからオンになったり急峻にオンからオフになったりすることを避けるようにしている。これによってトランスＴ１の２次巻線の電圧のリンギング（ランプ電圧の振動）を誘発する要因を回避できる。
【００３０】
図１０の放電灯点灯装置の動作のタイミングチャートである。図１０中には、第３のスイッチング素子Ｓ８をオンさせる信号、すなわち駆動信号３がオンするタイミングは、駆動信号１、駆動信号２が少なくても１サイクル出力した以降の遅延時間ＤＴ１後にオンするようにしている。また、駆動信号３がオフしている期間はランプ電流ＩＬの低下が発生しないため、図１０中のランプ電流ＩＬの１サイクル目が、遅延回路３１を設けない場合（破線の波形）より絶対値を大きくできることを表している。
【００３１】
このような回路構成の放電灯点灯装置についても、第１の実施の形態のようなソフトスタート回路１６を設け、あるいは第２の実施の形態のようなゲート電圧作成回路２１，２２を設けることによって定圧入力電圧Ｖｃｃに対してパワー電圧ＳＷ−ＶｃｃをトランスＴ１の１次側に供給する構成にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態の放電灯点灯装置の回路図。
【図２】上記実施の形態によるランプ点灯動作のタイミングチャート。
【図３】上記実施の形態による起動時の駆動信号とトランス１次巻線電圧との実測波形図。
【図４】上記実施の形態による安定点灯時のコンデンサ中点電圧とトランス１次巻線電圧との実測波形図。
【図５】本発明の第２の実施の形態の放電灯点灯装置の回路図。
【図６】上記実施の形態によるランプ点灯動作のタイミングチャート。
【図７】上記実施の形態による起動時の駆動信号とトランス１次巻線電圧との実測波形図。
【図８】上記実施の形態による安定点灯時のコンデンサ中点電圧とトランス１次巻線電圧との実測波形図。
【図９】本発明の第３の実施の形態の放電灯点灯装置の回路図。
【図１０】上記実施の形態のランプ点灯動作のタイミングチャート。
【図１１】従来の外面電極型誘電体バリア放電型の冷陰極蛍光ランプの正面図。
【図１２】上記従来の冷陰極蛍光ランプの断面図。
【図１３】従来の放電灯点灯装置の点灯動作の説明図その１。
【図１４】上記従来の放電灯点灯装置の点灯動作の説明図その２。
【図１５】上記従来の放電灯点灯装置のランプ点灯動作のタイミングチャート。
【図１６】他の従来例の放電灯点灯装置の回路図。
【図１７】従来の放電灯点灯装置による起動時の駆動信号とトランス１次巻線電圧との実測波形図。
【図１８】上記従来の放電灯点灯装置による定常点灯時のコンデンサ中点電圧とトランス１次巻線電圧との実測波形図。
【符号の説明】
【００３３】
１３蛍光ランプ
１４制御回路
１５入力電圧ソフトスタート信号
１６ソフトスタート回路
１７調光信号
１８トランスの発振検出回路
２１ゲート電圧作成回路
２２ゲート電圧作成回路
２３制御回路
２４ゲート電圧作成スタート信号
３０制御回路
Ｔ１トランス
Ｓ１，Ｓ２スイッチング素子
Ｚ１，Ｚ２抵抗、インダクタ、ダイオード若しくはそれらを組み合わせた素子
Ｃ１，Ｃ２中点バイアス用コンデンサ
Ｖｃｃ入力電圧
ＳＷ−Ｖｃｃパワー系の電圧
ＶＴ１１次巻線電圧
ＩＬランプ電流
Ｉｂ漏れ電流

【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速のスイッチング信号を出力する制御回路と、
前記制御回路の出力するスイッチング信号にてスイッチング動作し、定圧電源から矩形波電圧を作成するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のスイッチング動作によって発生した前記矩形波電圧を昇圧する昇圧トランスと、
前記昇圧トランスの２次巻線に生起する高周波ランプ電流にて放電点灯する放電ランプと、
前記制御回路が消灯モードから点灯モードへ移行する際、前記昇圧トランスの１次巻線または１次巻線に接続された前記スイッチング素子へ供給する前記定圧電源からの電圧を遮断状態から徐々に定圧まで昇圧させる入力電圧ソフトスタート回路とを備えた放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記入力電圧ソフトスタート回路は、前記定圧電源の入力電圧から２０［ｍｓ］以上をかけて傾斜の緩やかな立ち上がり特性を持つソフトスタート電圧を作成して前記昇圧トランスの１次巻線または１次巻線に接続された前記スイッチング素子へ供給することを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記入力電圧ソフトスタート回路の出力するソフトスタート電圧が０［Ｖ］から定圧の１／４の電圧に達するまでの間に前記高速のスイッチング信号の出力を開始することを特徴とする請求項２に記載の放電灯点灯装置。

【図１】