(57)【要約】【課題】三角波発生回路を必要とすることなく、より少ない素子数で構成されてハードウェア規模が小さくコストが削減され、大型液晶モニタ等のバックライト用長尺冷陰極管を駆動することができる放電灯点灯装置を提供すること。【解決手段】直流電源１と、スイッチ手段としてのＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２と、電流還流用のダイオード３と、チョーク用のインダクタ４と、ロイヤー形のインバータ５と、バラストコンデンサ６と、冷陰極管や希ガス放電灯等の放電灯７と、電流検出手段としての抵抗８と、電圧変換手段としての電圧変換回路９と、電圧制限素子としてのダイオード１０と、比較手段としてのコンパレータ１１と、基準電圧源１２と、ベースバイアス用の抵抗１３及び抵抗１４と、を備える。【選択図】　　　図１
2004119206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧を断続して出力するスイッチ手段と、前記スイッチ手段の出力電圧を交流電圧に変換して前記交流電圧により放電灯を点灯するインバータと、前記放電灯に流れる電流を電圧に変換して出力する電流検出手段と、前記電流検出手段の出力電圧を脈動電圧に変換して出力する電圧変換手段と、前記脈動電圧と基準電圧とを比較して前記比較の結果に基き前記スイッチ手段の前記断続の制御を行う比較手段と、を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記比較手段が、前記放電灯に流れる前記電流が増加するとき前記交流電圧が減少するように前記制御を行い、前記放電灯に流れる前記電流が減少するとき前記交流電圧が増加するように前記制御を行うことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記電圧変換手段が、半波整流回路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。
【請求項４】
前記電圧変換手段が、前記半波整流回路の出力端に接続される電圧制限素子を備えることを特徴とする請求項３記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記比較手段が非反転入力端及び反転入力端を有し、前記非反転入力端と前記反転入力端との間に接続される電圧制限素子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。
【請求項６】
前記インバータが、入力バイアス電圧が前記電源電圧から供給されるスイッチングトランジスタ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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯点灯装置に関し、特に、大型液晶モニタ等のバックライト用冷陰極管を駆動する放電灯点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大型液晶モニタや壁掛け液晶テレビのバックライト用として全長１ｍクラスの長尺冷陰極管が使用される。一般に冷陰極管などの放電灯は、点灯開始電圧を過ぎると急激に管電流が増加するために定電流駆動が望ましく、従来、ロイヤー形インバータに代表されるトランスを用いて高電圧を得るインバータは、出力インピーダンスが低く定電圧駆動となるため、インバータと放電灯との間にインピーダンス素子である小容量高耐圧のバラストコンデンサを直列に挿入してインバータの見かけ上の出力インピーダンスを大きくし、定電流駆動に近づけて点灯を行っていた。バラストコンデンサの容量については、放電灯のインピーダンスに比べて充分大きくする必要があるため、冷陰極管の場合には数ｐＦから数１０ｐＦ程度の値となる。インバータのトランスの出力電圧は、放電灯の両端の管電圧とバラストコンデンサの両端の電圧とのベクトル和であって、一般的に管電圧の２．５倍以上の電圧が必要となる。１ｍクラスの長尺冷陰極管の点灯に必要な管電圧が１ＫＶ以上であるため、インバータの出力電圧即ちトランスの出力電圧として２．５ｋＶ以上が必要となる。ところが、一般的な安価な小型トランスは、耐圧が１．５ｋＶ程度であるので耐圧が不足し、２．５ｋＶ以上の耐圧のトランスは、高価かつ大型であって使用することができない。そこで、従来例の放電灯点灯装置では、放電灯の管電流をフィードバックしてインバータの出力インピーダンスを増大させ、インバータの出力電圧としては点灯に必要な管電圧程度で済むようにして、安価な低耐圧の小型トランスを使用できるようにしている。（例えば、特許文献１参照。）
図３に示すように、従来例の放電灯点灯装置は、直流電源１０１と、スイッチ手段としてのＰＮＰ形バイポーラトランジスタ１０２と、電流還流用のダイオード１０３と、チョーク用のインダクタ１０４と、ロイヤー形のインバータ１０５と、バラストコンデンサ１０６と、放電灯１０７と、管電流検出用の抵抗１０８と、整流平滑回路１０９と、コンパレータ１１０と、三角波発生回路１１１と、抵抗１１２と、を備えている。
【０００３】
インバータ１０５は、トランス１０５１と、共振用のコンデンサ１０５２と、プッシュプルスイッチング用のＮＰＮ形バイポーラトランジスタ１０５３及びＮＰＮ形バイポーラトランジスタ１０５４と、ベースバイアス用の抵抗１０５５と、から構成されている。
【０００４】
そして、直流電源１０１の電圧がＰＮＰ形バイポーラトランジスタ１０２とダイオード１０３とにより断続され、インダクタ１０４により出力電流が平滑されて、インバータ１０５の電源電圧として供給され、インバータ１０５の交流出力電圧によりバラストコンデンサ１０６を介して放電灯１０７が点灯され、放電灯１０７に流れる管電流が抵抗１０８により電圧に変換され、整流平滑回路１０９により直流電圧に変換されて、三角波発生回路１１１が出力する三角波とコンパレータ１１０により比較され、コンパレータ１１０の比較結果出力信号が抵抗１１２を介してＰＮＰ形バイポーラトランジスタ１０２のベースに与えられ、管電流が増加すればインバータ１０５の出力電圧が減少し、管電流が減少すればインバータ１０５の出力電圧が増加して、インバータ１０５の出力インピーダンスが増大されるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−７８１８０号公報（図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図３に示す従来例の放電灯点灯装置は、管電流を直流電圧に変換し、その直流電圧を三角波と比較してパルス幅変調信号をつくり、そのパルス幅変調信号によってスイッチ手段を開閉する構成となっているため、三角波を発生させるための三角波発生回路がファンクションブロックとして必要となり、素子数が多いためにハードウェア規模及びコストが増大してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、三角波発生回路を必要とすることなく、より少ない素子数で構成されてハードウェア規模が小さくコストが削減され、大型液晶モニタ等のバックライト用長尺冷陰極管を駆動することができる放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の放電灯点灯装置は、電源電圧を断続して出力するスイッチ手段と、前記スイッチ手段の出力電圧を交流電圧に変換して前記交流電圧により放電灯を点灯するインバータと、前記放電灯に流れる電流を電圧に変換して出力する電流検出手段と、前記電流検出手段の出力電圧を脈動電圧に変換して出力する電圧変換手段と、前記脈動電圧と基準電圧とを比較して前記比較の結果に基き前記スイッチ手段の前記断続の制御を行う比較手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、前記比較手段が、前記放電灯に流れる前記電流が増加するとき前記交流電圧が減少するように前記制御を行い、前記放電灯に流れる前記電流が減少するとき前記交流電圧が増加するように前記制御を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、前記電圧変換手段が、半波整流回路を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、前記電圧変換手段が、前記半波整流回路の出力端に接続される電圧制限素子を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、前記比較手段が非反転入力端及び反転入力端を有し、前記非反転入力端と前記反転入力端との間に接続される電圧制限素子を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、前記インバータが、入力バイアス電圧が前記電源電圧から供給されるスイッチングトランジスタを備えることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の放電灯点灯装置の構成図である。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態の放電灯点灯装置は、直流電源１と、スイッチ手段としてのＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２と、電流還流用のダイオード３と、チョーク用のインダクタ４と、ロイヤー形のインバータ５と、バラストコンデンサ６と、冷陰極管や希ガス放電灯等の放電灯７と、電流検出手段としての抵抗８と、電圧変換手段としての電圧変換回路９と、電圧制限素子としてのダイオード１０と、比較手段としてのコンパレータ１１と、基準電圧源１２と、ベースバイアス用の抵抗１３及び抵抗１４と、を備える。
【００１５】
インバータ５が、プッシュプル１次巻線と２次巻線と帰還巻線とを有するトランス５１と、１次巻線に並列接続されて共振動作を行う共振用のコンデンサ５２と、プッシュプルスイッチング用のＮＰＮ形バイポーラトランジスタ５３及びＮＰＮ形バイポーラトランジスタ５４と、ベースバイアス用の抵抗５５及び抵抗５６と、を備える。
【００１６】
電圧変換回路９が、半波整流回路９５と、電圧制限素子としての定電圧ダイオード９４と、を備え、半波整流回路９５が、ダイオード９１と、コンデンサ９２と、抵抗９３と、を備える。
【００１７】
直流電源１の低電位側出力端が低電位側電源電圧としてのグラウンドに接続され、直流電源１の高電位側出力端がＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２のエミッタに接続され、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２のコレクタがインダクタ４の一端に接続され、抵抗１４がＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２のベースとエミッタとの間に接続され、抵抗１３がコンパレータ１１の出力端とＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２のベースとの間に接続され、ダイオード３のアノードがグラウンドに接続され、ダイオード３のカソードがＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２のコレクタに接続される。
【００１８】
インバータ５において、ＮＰＮ形バイポーラトランジスタ５３のコレクタとＮＰＮ形バイポーラトランジスタ５４のコレクタとがプッシュプル１次巻線に接続され、プッシュプル１次巻線の中点がインダクタ４の他端に接続され、コンデンサ５２がプッシュプル１次巻線に並列接続され、ＮＰＮ形バイポーラトランジスタ５３のエミッタとＮＰＮ形バイポーラトランジスタ５４のエミッタとがグラウンドに接続され、ＮＰＮ形バイポーラトランジスタ５３のベースとＮＰＮ形バイポーラトランジスタ５４のベースとが帰還巻線に接続され、抵抗５５がＮＰＮ形バイポーラトランジスタ５３のベースと直流電源１の高電位側出力端との間に接続され、抵抗５６がＮＰＮ形バイポーラトランジスタ５４のベースと直流電源１の高電位側出力端との間に接続される。
【００１９】
ＮＰＮ形バイポーラトランジスタ５３のベース及びＮＰＮ形バイポーラトランジスタ５４のベースの入力バイアス電圧を直流電源１の電源電圧から供給することでスイッチング動作が安定になる。
【００２０】
また、２次巻線の一端がバラストコンデンサ６を介して放電灯７の一端に接続され、２次巻線の他端がグラウンドに接続され、放電灯７の他端が抵抗８を介してグラウンドに接続されるとともに、半波整流回路９５の入力端としてのダイオード９１のアノードに接続され、コンデンサ９２がダイオード９１のカソードとグラウンドとの間に接続され、抵抗９３がコンデンサ９２と並列に接続され、定電圧ダイオード９４のカソードが半波整流回路９５の出力端としてのダイオード９１のカソードに接続され、定電圧ダイオード９４のアノードがグラウンドに接続される。
【００２１】
そして、コンパレータ１１が非反転入力端と反転入力端とを有し、非反転入力端が電圧変換回路９の出力端としてのダイオード９１のカソードに接続され、反転入力端が基準電圧源１２の高電位側出力端に接続され、基準電圧源１２の低電位側出力端がグラウンドに接続され、ダイオード１０のアノードが非反転入力端に接続され、ダイオード１０のカソードが反転入力端に接続される。
【００２２】
以上の構成において、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２とダイオード３とが直流電源１の電源電圧を断続して出力し、インダクタ４により出力電流が平滑されてインバータ５の電源電圧として供給され、インバータ５がＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２のコレクタの出力電圧をインダクタ４を介して交流電圧に変換して交流電圧により放電灯７を点灯する。
【００２３】
そして、抵抗８が放電灯７に流れる管電流を電圧（Ｖ１）に変換して出力し、電圧変換回路９の半波整流回路９５が抵抗８の出力電圧（Ｖ１）を半波整流された脈動電圧（Ｖ２）に変換して出力し、コンパレータ１１が脈動電圧（Ｖ２）と基準電圧源１２の基準電圧（ＶＲＥＦ）とを比較して出力端から比較の結果である比較結果出力信号（Ｖ３）を出力し、比較結果出力信号（Ｖ３）に基きＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２の断続の制御を行う。
【００２４】
コンパレータ１１の比較結果出力信号（Ｖ３）は、脈動電圧（Ｖ２）が基準電圧（ＶＲＥＦ）以上のとき電源電圧レベルとなり、脈動電圧（Ｖ２）が基準電圧（ＶＲＥＦ）未満のときグラウンドレベル（０Ｖ）となる。
【００２５】
定電圧ダイオード９４は、放電灯７に瞬間的に大電流が流れた場合にコンデンサ９２が過充電されて動作が不安定になるのを防止するためのダイオードであり、ダイオード１０も、コンパレータ１１に過大入力が加わって動作が不安定になるのを防止するためのダイオードである。定電圧ダイオード９４及びダイオード１０については、両方を備えても良いし、何れか一方のみを備えるようにしても良い。
【００２６】
次に、図２を参照して動作を説明する。放電灯７が点灯すると、管電流により、抵抗８の出力電圧（Ｖ１）が図２（ａ）に示すように交流電圧波形となる。抵抗８の出力電圧（Ｖ１）がダイオード９１により整流されてコンデンサ９２に充電されながらコンデンサ９２の電圧が抵抗９３により放電されるため、電圧変換回路９の出力端からは図２（ｂ）に示すように直流電圧に脈動成分電圧（ΔＶ）が重畳された脈動電圧（Ｖ２）が出力される。
【００２７】
図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示すように、脈動電圧（Ｖ２）が基準電圧（ＶＲＥＦ）以上のとき比較結果出力信号（Ｖ３）が電源電圧レベルとなって、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２がオフして開き、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２のコレクタ電圧（Ｖ４）がグラウンドレベル（０Ｖ）となり、脈動電圧（Ｖ２）が基準電圧（ＶＲＥＦ）未満のとき比較結果出力信号（Ｖ３）がグラウンドレベル（０Ｖ）となって、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２がオンして閉じ、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２のコレクタ電圧（Ｖ４）が電源電圧レベルとなる。
【００２８】
なお、図２（ｂ）に示すように、定常状態において基準電圧（ＶＲＥＦ）が脈動電圧（Ｖ２）の脈動成分電圧（ΔＶ）の範囲内となるように、抵抗８、コンデンサ９２、抵抗９３及び基準電圧（ＶＲＥＦ）の各定数が決定される。
【００２９】
脈動電圧（Ｖ２）の波形が傾斜を有するために、管電流が増加すると、脈動電圧（Ｖ２）の振幅が増加し、脈動電圧（Ｖ２）が基準電圧（ＶＲＥＦ）以上となる期間（ｔｏｆｆ）が、脈動電圧（Ｖ２）が基準電圧（ＶＲＥＦ）未満となる期間（ｔｏｎ）に比べて増加し、インバータ５の電源電圧となるＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２のコレクタ電圧（Ｖ４）のデューティ比が減少してインバータ５の出力電圧が下がり、管電流の増加が抑制される。
【００３０】
逆に、管電流が減少すると、脈動電圧（Ｖ２）の振幅が減少し、脈動電圧（Ｖ２）が基準電圧（ＶＲＥＦ）以上となる期間（ｔｏｆｆ）が、脈動電圧（Ｖ２）が基準電圧（ＶＲＥＦ）未満となる期間（ｔｏｎ）に比べて減少し、インバータ５の電源電圧となるＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２のコレクタ電圧（Ｖ４）のデューティ比が増加してインバータ５の出力電圧が上がり、管電流の減少が抑制される。
【００３１】
このように、コンパレータ１１が、放電灯７に流れる管電流が増加するとき交流電圧が減少するように制御を行い、放電灯７に流れる管電流が減少するとき交流電圧が増加するように制御を行う。
【００３２】
したがって、インバータ５の出力インピーダンスが見かけ上増加することになり、増加したインピーダンスの分だけバラストコンデンサ６の容量値を大きくしてインピーダンスを小さくすることができる。
【００３３】
バラストコンデンサ６のインピーダンスが小さくなると、同じ管電流の場合、バラストコンデンサ６の両端に発生する電圧が小さくなり、放電灯７の管電圧とベクトル加算したトランス５１の出力電圧も低くすることができる。
【００３４】
インバータ５のトランス５１の出力電圧を低く設定することができるため、絶縁対策を簡略化できてトランス５１や回路基板を小型化することができ、コストの低減が可能となる。
【００３５】
また、従来例の放電灯点灯装置においては、管電流を脈動のない直流電圧に変換する必要があるため、整流平滑回路の時定数を大きくしなければならないのに対し、本実施の形態の放電灯点灯装置においては、脈動電圧のままで済むため、半波整流回路の時定数を小さくできる。そのため、本実施の形態の放電灯点灯装置においては、管電流の変化に対する応答時間が短いため、発振現象などが起こりにくく安定動作が可能となる。
【００３６】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態の放電灯点灯装置によれば、安価な低耐圧の小型トランス及びバラストコンデンサを使用できることはもちろん、従来必要とされた三角波発生回路を不要とすることができ、より少ない素子数で構成されてハードウェア規模が小さくコストが削減され、大型液晶モニタ等のバックライト用長尺冷陰極管を駆動することができる放電灯点灯装置を実現することができるという効果が得られる。
【００３７】
なお、本実施の形態の放電灯点灯装置においては、インバータとしてロイヤー形を例として説明したが、トランス昇圧形インバータであれば他形式であっても差し支えない。
【００３８】
また、スイッチ手段としてＰＮＰ形バイポーラトランジスタを例として説明したが、比較結果出力信号の極性を反転してＮＰＮ形バイポーラトランジスタに変更することは容易であり、さらに、ＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ等の他素子に変更することも容易である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明による効果は、三角波発生回路を必要とすることなく、より少ない素子数で構成されてハードウェア規模が小さくコストが削減され、大型液晶モニタ等のバックライト用長尺冷陰極管を駆動することができる放電灯点灯装置を実現することができることである。
【００４０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の放電灯点灯装置の構成図である。
【図２】図２（ａ）は、図１における電圧（Ｖ１）の波形図であり、図２（ｂ）は、電圧（Ｖ２）の波形図であり、図２（ｃ）は、信号（Ｖ３）の波形図であり、図２（ｄ）は、電圧（Ｖ４）の波形図である。
【図３】従来例の放電灯点灯装置の構成図である。
【符号の説明】
１　　直流電源
２　　ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ
３　　ダイオード
４　　インダクタ
５　　インバータ
５１　　トランス
５２　　コンデンサ
５３　　ＮＰＮ形バイポーラトランジスタ
５４　　ＮＰＮ形バイポーラトランジスタ
５５　　抵抗
５６　　抵抗
６　　バラストコンデンサ
７　　放電灯
８　　抵抗
９　　電圧変換回路
９１　　ダイオード
９２　　コンデンサ
９３　　抵抗
９４　　定電圧ダイオード
９５　　半波整流回路
１０　　ダイオード
１１　　コンパレータ
１２　　基準電圧源
１３　　抵抗
１４　　抵抗
１０１　　直流電源
１０２　　ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ
１０３　　ダイオード
１０４　　インダクタ
１０５　　インバータ
１０５１　　トランス
１０５２　　コンデンサ
１０５３　　ＮＰＮ形バイポーラトランジスタ
１０５４　　ＮＰＮ形バイポーラトランジスタ
１０５５　　抵抗
１０６　　バラストコンデンサ
１０７　　放電灯
１０８　　抵抗
１０９　　整流平滑回路
１１０　　コンパレータ
１１１　　三角波発生回路
１１２　　抵抗
【図１】
2004119206.tif 000003
【図２】
2004119206.tif 000004
【図３】
2004119206.tif 000005