(57)【要約】【課題】無負荷開放電圧を検出して、回路を短時間に保護する。【解決手段】放電灯にランプ電圧を印加する出力共振回路のコイルＬ３，Ｌ４の接続点の電圧は、検出電圧として共振電圧検出部１１に与えられる。無負荷時等においては、検出電圧は異常に高い電圧となる。共振電圧検出部１１は異常な電圧を検出すると、スイッチＳＷをオンにして、駆動回路の共振回路にコンデンサＣ８を挿入する。これにより、共振回路の共振条件が満足しなくなり、共振が停止する。こうして、トランジスタＱ１，Ｑ２のオン，オフを停止させ、異常な出力の発生を防止する。【選択図】      図１
2006127906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を交流電圧に変換するための複数のスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を交互にオン，オフさせる駆動回路と、
前記スイッチング素子からの交流電圧の供給点に接続された出力共振回路と、
前記出力共振回路の出力に基づく電圧を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて前記スイッチング素子のオン，オフを停止させる停止手段とを具備したことを特徴とする冷陰極放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記停止手段は、前記駆動回路の回路定数を変化させることによって、前記スイッチング素子のオン，オフを停止させることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記停止手段は、前記スイッチング素子への前記直流電圧の供給を停止させることにより、前記スイッチング素子のオン，オフを停止させることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記検出手段は、前記出力共振回路の出力に基づく電圧を、前記駆動回路と放電灯との間以外の位置において検出することを特徴とする請求項１に記載の冷陰極放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示パネルのバックライト、スキャナー等の読み取り用光源等の点灯装置として好適な冷陰極放電灯点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種光源用の放電灯として、高輝度、高演色性を有し、長寿命、低消費電力・低発熱化を実現した冷陰極放電灯を採用することがある。この冷陰極放電灯は、例えば、液晶バックライト用光源、ＦＡＸ・スキャナー読み取り用光源等として多用されている。
【０００３】
冷陰極放電灯は、希ガスと微量の水銀を封入したガラス管によって構成する。ガラス管の両端の電極に高電圧を印加することで、冷陰極放電灯は、グロー放電し、水銀から発っせられる紫外線によりガラス管内面の蛍光体が励起されることで発光する。
【０００４】
このような冷陰極放電灯の点灯装置としては、電極に高周波、高電圧を印加するＤＣ−ＡＣインバータ方式を採用する。冷陰極放電灯点灯装置は、ガラス管両端の電極に、十分に高い起動電圧を印加することで、放電を開始させる。冷陰極管に電流が流れると、管のインピーダンスが低下して、冷陰極放電灯の両電極間電圧が急激に減少する。電流の増加に伴い、電圧の減少は緩やかとなり、冷陰極放電灯の電極間の電圧は略定電圧となる。
【０００５】
このような冷陰極放電灯の特性を利用して、点灯装置は出力共振回路を構成するコンデンサをバラストコンデンサとして用いる構成としている。放電開始前は、冷陰極管のインピーダンスは無限大で、見かけ上無負荷状態となり、出力共振回路から起動電圧よりも高い出力（無負荷開放電圧）が両電極に印加される。放電が始まると、出力共振回路のコンデンサが冷陰極管と並列に接続されることになり、コンデンサと冷陰極管の比較的低い負荷抵抗との合成インピーダンスによる出力電流が流れる。即ち、コンデンサの設定によって出力電流を所定の定電流に制御することが可能である。
【０００６】
ところが、冷陰極放電灯が無い場合や破損した場合等においては、出力共振回路が無負荷開放電圧で発振を継続する。即ち、点灯装置の出力端の電圧が異常に上昇することになり、回路部品の耐圧を超えて、部品の焼損、破損等が発生することがある。
【０００７】
そこで、特許文献１においては、放電灯点灯装置を保護する温度ヒューズを採用する技術を開示している。この提案においては、チョークコイルの温度上昇を温度ヒューズにより検出し、異常な温度上昇が生じた場合には、温度ヒューズが切れることで、回路を保護するようになっている。
【特許文献１】特開平６−１９６２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、従来、冷陰極放電灯の点灯装置においては、出力共振回路を構成するコイルに温度ヒューズを装着することで、回路を保護する構成を採用することができる。
【０００９】
しかしながら、温度ヒューズは、規定の温度になるまで切断されない。このため、温度ヒューズが切れることによって回路は保護されるが、温度ヒューズが切れるまでの比較的長い時間、高電圧が生じたままとなり、消費電力を浪費してしまうという問題点があった。
【００１０】
本発明は、無負荷電圧を検出することで動作を停止させて、高電圧が長時間発生することを防止することができる冷陰極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】
【００１１】
本発明に係る冷陰極放電灯点灯装置は、直流電圧を交流電圧に変換するための複数のスイッチング素子と、前記スイッチング素子を交互にオン，オフさせる駆動回路と、前記スイッチング素子からの交流電圧の供給点に接続された出力共振回路と、前記出力共振回路の出力に基づく電圧を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて前記スイッチング素子のオン，オフを停止させる停止手段とを具備したことを特徴とするものである。
【００１２】
このような構成によれば、駆動回路によって、スイッチング素子を交互にオン，オフすることで、交流電圧を出力共振回路に供給して、放電灯にランプ電流を供給する。無負荷時においては、出力共振回路の出力が異常に高くなる。検出手段は、この異常な出力を検出する。停止手段は、検出手段によって異常な出力が検出されると、スイッチング素子のオン，オフを停止させる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、無負荷電圧を検出することで動作を停止させて、高電圧が長時間発生することを防止することができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る冷陰極放電灯点灯装置を示す回路図である。本実施の形態は冷陰極放電灯の点灯装置に適用した例について説明する。
【００１５】
電源端子Ｉ１，Ｉ２には例えば商用交流電源電圧を供給する。整流回路１０は入力された交流電圧を整流する。整流回路１０の正極性出力端と負極性出力端との間には、チョークコイルＬ１及び平滑コンデンサＣ１を接続しており、コイルＬ１及びコンデンサＣ１の接続点と整流回路１０の負極性出力端との間には、整流されて平滑された直流電圧が現れる。
【００１６】
コイルＬ１及びコンデンサＣ１の接続点には、Ｎ型トランジスタＱ１のドレインを接続し、トランジスタＱ１のソースはＰ型トランジスタＱ２のソースに接続し、トランジスタＱ２のドレインは整流回路１０の負極性出力端に接続する。トランジスタＱ１のドレインとゲートとの間には抵抗Ｒ２，Ｒ４を接続し、抵抗Ｒ２，Ｒ４の接続点は、抵抗Ｒ５を介してトランジスタＱ２のゲートに接続する。トランジスタＱ２のソースとドレインとの間には、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ２の並列回路を接続する。
【００１７】
トランジスタＱ１，Ｑ２のゲート電圧を決定する抵抗Ｒ２，Ｒ４（抵抗Ｒ２，Ｒ５）の接続点は、コンデンサＣ３，Ｃ４を介してトランジスタＱ１，Ｑ２のソース同士の接続点に接続する。コンデンサＣ３には抵抗Ｒ３を並列接続し、コンデンサＣ４にはコイルＬ２の（ａ−ｂ）区間を並列接続する。また、トランジスタＱ１，Ｑ２のソース同士の接続点と、抵抗Ｒ２，Ｒ４の接続点との間にはツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２を接続する。
【００１８】
コイルＬ２は、中間タップａをトランジスタＱ１，Ｑ２のソース同士の接続点（以下、接続点ａともいう）に接続し、中間タップａと一端ｂとの（ａ−ｂ）区間を、上述したようにコンデンサＣ４に並列接続する。
【００１９】
抵抗Ｒ３、コンデンサＣ３，Ｃ４、コイルＬ２並びにツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２は、後述する停止手段としてのスイッチＳＷ及びコンデンサＣ８と共に駆動回路を構成する。駆動回路中のコンデンサＣ４及びコイルＬ２の（ａ−ｂ）区間によって共振回路が構成される。コイルＬ２の中間タップａ（ａ点）と一端ｂ（ｂ点）とには、所定の電圧が共振周波数で交互に現れる。
【００２０】
即ち、トランジスタＱ１，Ｑ２のソースにはａ点の電圧が印加され、ｂ点の電圧はコンデンサＣ３及び抵抗Ｒ３によって調整されて、抵抗Ｒ４又は抵抗Ｒ５を介してトランジスタＱ１，Ｑ２のゲートに印加される。なお、コンデンサＣ３及び抵抗Ｒ３は、抵抗Ｒ４，Ｒ５の接続点の電圧を、トランジスタＱ１，Ｑ２をオンにする適宜の電圧レベルに調整するためのものである。これにより、トランジスタＱ１，Ｑ２は駆動回路中の共振回路の共振周波数で交互にオン，オフするようになっている。
【００２１】
また、抵抗Ｒ４，Ｒ５の接続点とトランジスタＱ１，Ｑ２のソース同士の接続点との間には、ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２を接続しており、ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２によって、トランジスタＱ１，Ｑ２のゲートに印加されるゲート電圧を所定レベルに制限するようになっている。これにより、大レベルのゲート電圧がトランジスタＱ１，Ｑ２のゲートに印加されてトランジスタＱ１，Ｑ２が破壊されることを防止することができる。
【００２２】
コイルＬ２の他端ｃはコイルＬ３，Ｌ４及びコンデンサＣ５，Ｃ７を介して出力端子Ｏ１に接続する。出力端子Ｏ２はコイルＬ５，Ｌ６を介して整流回路１０の負極性出力端に接続する。コンデンサＣ５，Ｃ７の接続点はコンデンサＣ６を介して出力端子Ｏ２に接続する。出力端子Ｏ１，Ｏ２相互間に冷陰極放電灯１２を接続するようになっている。コイルＬ３〜Ｌ６及びコンデンサＣ５，Ｃ６によって出力共振回路が構成される。この出力共振回路の共振周波数は、駆動回路内の共振回路の共振周波数に一致させる。
【００２３】
本実施の形態においては、検出手段を構成する共振電圧検出部１１を設けている。共振電圧検出部１１はコンパレータＱ３を有しており、コンパレータＱ３の正極性入力端にはコイルＬ３，Ｌ４の接続点から検出電圧を供給するようになっている。コンパレータＱ３の負極性入力端には基準電圧Ｖｒｅｆを印加する。コンパレータＱ３はコイルＬ３，Ｌ４の接続点に現れる電圧を基準電圧Ｖｒｅｆと比較して、比較結果を無負荷電圧の検出結果として出力する。即ち、コンパレータＱ３は、検出電圧のレベルが基準電圧Ｖｒｅｆよりも高くなると、ハイレベルの制御信号を出力する。なお、共振電圧検出部１１はコイルＬ１とコンデンサＣ１の接続点から電力の供給を受けている。
【００２４】
本実施の形態においては、コンデンサＣ３，Ｃ４の接続点はスイッチＳＷ及びコンデンサＣ８を介してトランジスタＱ１，Ｑ２のソース同士の接続点に接続する。共振電圧検出部１１は無負荷電圧の検出結果を制御信号としてスイッチＳＷに供給する。スイッチＳＷは、コイルＬ３，Ｌ４の接続点の検出電圧が正常な範囲の電圧であることを示す制御信号が与えられてオフ状態を維持する。スイッチＳＷは、コイルＬ３，Ｌ４の接続点の検出電圧が無負荷電圧であることを示すハイレベルの制御信号が与えられると、オンとなるようになっている。
【００２５】
次に、このように構成された実施の形態の動作について説明する。
【００２６】
先ず、出力端子Ｏ１，Ｏ２間に正常な冷陰極放電灯１２が接続されている場合について説明する。初期状態ではスイッチＳＷはオフであり、コンデンサＣ８は駆動回路の回路定数に影響を与えない。駆動回路に電源端子Ｉ１，Ｉ２間に商用交流電圧を印加する。整流回路１０は商用交流電圧を整流し、コイルＬ１及びコンデンサＣ１による平滑作用によって、コイルＬ１及びコンデンサＣ１の接続点には、直流電圧が現れる。
【００２７】
この直流電圧によって、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、コンデンサＣ３，Ｃ４及びコイルＬ２による駆動回路、並びに抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ２の並列回路を介して電流が流れる。これにより、ｂ点の電圧が上昇して、トランジスタＱ１のゲートに、トランジスタＱ１をオンにするゲート電圧が供給される。こうして、トランジスタＱ１はオンとなり、コイルＬ１及びコンデンサＣ１の接続点から、トランジスタＱ１のドレイン・ソース、コイルＬ２，Ｌ３，Ｌ４、コンデンサＣ５，Ｃ６及びコイルＬ５，Ｌ６を介して整流回路１０の負極性出力端に電流が流れる。
【００２８】
なお、コイルＬ２の（ａ−ｃ）区間に流れる電流によって、コイルＬ２の（ａ−ｂ）区間が励起される。即ち、コイルＬ２の（ａ−ｃ）区間はｃ点側が＋でａ点側が−の起電力が生じ、コイルＬ２の（ａ−ｂ）区間はｂ点側が＋でａ点側が−の起電力が生じる。これにより、トランジスタＱ１のゲートには一層オン状態を加速する電圧が供給される。
【００２９】
こうして、共振コンデンサＣ６の端子電圧が冷陰極放電灯１２の起動電圧よりも高くなって、冷陰極放電灯１２は放電を開始する。そうすると、冷陰極放電灯１２の負荷抵抗が小さくなり、コンデンサＣ６，Ｃ７と冷陰極放電灯１２の比較的低い負荷抵抗との合成インピーダンスによる出力電流が流れる。即ち、コイルＬ１及びコンデンサＣ１の接続点から、トランジスタＱ１のドレイン・ソース、コイルＬ２，Ｌ３，Ｌ４及びコンデンサＣ５，Ｃ７を介して冷陰極放電灯１２に安定したランプ電流が流れる。
【００３０】
トランジスタＱ１のオンに伴い共振コンデンサＣ６に流れる電流によって、コンデンサＣ６が充電され、コンデンサＣ６に電流が流れなくなる。そうすると、コイルＬ２〜Ｌ４に生じた逆起電力によって、コイルＬ２の（ａ−ｃ）区間は、ｃ点側が−となり、ａ点側が＋となる。同様に、コイルＬ２の（ａ−ｂ）区間では、ｂ点側が−となり、ａ点側が＋となる。これにより、トランジスタＱ１はオフとなり、トランジスタＱ２がオンとなる。
【００３１】
駆動回路中の共振回路の共振周波数とコイルＬ２〜Ｌ６及びコンデンサＣ５，Ｃ６からなる出力共振回路の共振周波数とは一致させており、トランジスタＱ２のオンに合わせて、出力端子Ｏ１からコンデンサＣ７，Ｃ５及びコイルＬ４〜Ｌ２を介してトランジスタＱ２のソース・ドレイン間に電流が流れ始める。
【００３２】
更にコンデンサＣ６の充電電荷が放電して端子電圧が０になると、コイルＬ２〜Ｌ５に逆向きの起電力が生じて、コイルＬ２の（ａ−ｂ）区間の起電力によって、トランジスタＱ１がオン、トランジスタＱ２がオフとなる。そうすると、コイルＬ１及びコンデンサＣ１の接続点から、トランジスタＱ１のドレイン・ソース、コイルＬ２，Ｌ３，Ｌ４及びコンデンサＣ５，Ｃ７を介して冷陰極放電灯１２にランプ電流が流れる。
【００３３】
以後同様の動作が繰返されて、冷陰極放電灯１２に安定したランプ電流が流れて、その放電が継続される。
【００３４】
ここで、冷陰極放電灯１２が例えば破損して、出力端子Ｏ１，Ｏ２間が無負荷状態になるものとする。そうすると、出力共振回路が無負荷開放電圧で発振しようとする。即ち、コンデンサＣ６の端子電圧が異常に上昇しようとする。コンデンサＣ６の端子電圧の上昇によって、コイルＬ３，Ｌ４の接続点の電圧（検出電圧）も上昇する。この検出電圧は共振電圧検出部１１を構成するコンパレータＱ３の正極性入力端に供給しており、検出電圧が上昇して基準電圧Ｖｒｅｆを超えると、コンパレータＱ３の出力はハイレベルの制御信号となる。
【００３５】
この制御信号はスイッチＳＷに与えられており、スイッチＳＷはハイレベルの制御信号によって導通し、コンデンサＣ８をコンデンサＣ４に並列接続する。即ち、駆動回路中の共振回路は、コイルＬ２の（ａ−ｂ）区間、コンデンサＣ４及びコンデンサＣ８で構成されることになり、この共振回路は共振条件を満足しなくなって、共振状態を停止する。これにより、トランジスタＱ１，Ｑ２のオン，オフ動作が行われなくなり、出力共振回路への電流の供給が停止し、コンデンサＣ６の端子電圧が低下する。
【００３６】
このように、本実施の形態においては、無負荷開放電圧を検出すると、駆動回路の共振回路の定数を変化させて共振条件を満足させなくすることで、スイッチングトランジスタのオン，オフを停止させる。これにより、出力共振回路の出力電圧が異常に上昇することを防止することができ、部品の焼損、破損等を防ぐことができる。
【００３７】
図２は本発明の第２の実施の形態を示す回路図である。図２において図１と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００３８】
本実施の形態は図１のスイッチＳＷ及びコンデンサＣ８を省略し、スイッチＳＷ２を採用した点が第１の実施の形態と異なる。図２において、コイルＬ１とコンデンサＣ１との接続点とトランジスタＱ１のドレインとの間にはスイッチＳＷ２を設けている。スイッチＳＷ２は、正常時には導通状態であり、コイルＬ１とコンデンサＣ１との接続点に発生する直流電圧を、トランジスタＱ１のドレインに供給するようになっている。スイッチＳＷ２は、共振電圧検出部１１のハイレベルの制御信号によってオフするようになっている。
【００３９】
このように構成された実施の形態においても、出力端子Ｏ１，Ｏ２間の無負荷状態を、出力共振回路の無負荷開放電圧によって検出する。即ち、コンデンサＣ６の端子電圧が異常に上昇しようとすると、コイルＬ３，Ｌ４の接続点の電圧（検出電圧）も上昇し、コンパレータＱ３の正極性入力端のレベルが基準電圧Ｖｒｅｆを超える。これにより、コンパレータＱ３の出力はハイレベルの制御信号となる。
【００４０】
この制御信号はスイッチＳＷ２に与えられており、スイッチＳＷ２はハイレベルの制御信号によってオフとなる。つまり、トランジスタＱ１のドレインに直流電圧が印加されなくなり、トランジスタＱ１，Ｑ２はいずれもオフする。こうして、出力共振回路への電流の供給が停止し、コンデンサＣ６の端子電圧が低下する。
【００４１】
このように、本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
図３は本発明の第３の実施の形態を示す回路図である。図３において図２と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００４３】
上記第１及び第２の実施の形態においては、出力共振回路のコイルＬ３，Ｌ４の接続点の電圧を検出電圧として、無負荷開放電圧を検出するようになっている。ところが、共振電圧検出部１１の回路定数が駆動回路の共振回路の共振に影響を与える虞がある。この場合、スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２の電圧に対する電流の進相が大きくなってしまうことが考えられる。そうすると、スイッチングトランジスタの損失が大きくなり、効率が悪化する虞がある。
【００４４】
そこで、本実施の形態においては、無負荷開放電圧の検出を駆動回路から電気的に十分に離間した位置において行うことにより、共振電圧検出部１１の回路定数による駆動回路の共振回路への影響を低減するものである。
【００４５】
即ち、本実施の形態においては、出力共振回路のコイルＬ５，Ｌ６の接続点の電圧を検出電圧として、無負荷開放電圧を検出するようになっている。コイルＬ５，Ｌ６の接続点は、駆動回路の共振回路から十分な数の素子、即ち、コイルＬ２の（ａ−ｃ）区間、コイルＬ３，Ｌ４、コンデンサＣ５，Ｃ６及びコイルＬ５が介在しており、電気的に十分に離間している。また、コイルＬ５，Ｌ６の接続点の電圧は、出力端子Ｏ２の電圧に比べて十分に低く、共振電圧検出部１１の素子の耐圧等の設計の自由度が高い。
【００４６】
図４及び図５は本実施の形態による効果を説明するためのものであり、図４及び図５は横軸に時間をとり縦軸に振幅をとって、スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２のソース・ドレイン間の電圧及び電流波形の変化を示す波形図である。図４は第２の実施の形態における特性を示し、図５は第３の実施の形態における特性を示している。
【００４７】
図４においては、本来位相が９０度ずれるべき電圧波形と電流波形との位相が、９０度から若干ずれていることを示している。このずれによって、損失が生じる。
【００４８】
一方、本実施の形態の特性を示す図５においては、電圧波形と電流波形とは、略完全に９０度ずれており、スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２において損失が生じていないことが分かる。
【００４９】
このように、本実施の形態においては、上記各実施の形態と同様の効果が得られると共に、無負荷開放電圧の検出点を、スイッチングトランジスタの駆動回路から電気的に十分に離間した位置に設定していることから、スイッチングトランジスタのソース・ドレイン間の電圧と電流の位相を適正に設定することができ、損失が生じることを防止して、効率を向上させることができる。
【００５０】
なお、本実施の形態を第１の実施の形態に適用することができることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る冷陰極放電灯点灯装置を示す回路図。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す回路図。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す回路図。
【図４】本実施の形態による効果を説明するための波形図。
【図５】本実施の形態による効果を説明するための波形図。
【符号の説明】
【００５２】
１０…整流回路、１１…共振電圧検出部、Ｑ１，Ｑ２…トランジスタ、Ｃ１〜Ｃ６…コンデンサ、Ｌ１〜Ｌ６…コイル、Ｒ１〜Ｒ３…抵抗。  
代理人      弁理士      伊  藤    進
【図１】
2006127906.tif 000003
【図２】
2006127906.tif 000004
【図３】
2006127906.tif 000005
【図４】
2006127906.tif 000006
【図５】
2006127906.tif 000007