(57)【要約】【課題】フィラメント駆動用のトランスををなくす。【解決手段】フィラメント用端子Ｆ１を可変抵抗器（電圧調整用抵抗）１３−２を介して昇圧コイルＬとスイッチングトランジスタＴＲとの接続点に接続する。フィラメント用端子Ｆ２に直流電圧Ｖｉｎを印加する。ＰＷＭ制御回路１３−３からのパルス信号によってスイッチングトランジスタＴＲを周期的にオン／オフする。昇圧コイルＬとスイッチングトランジスタＴＲとの接続点Ｐ１に生じる誘導電圧Ｖ０を昇圧回路１３−１によって昇圧し、蛍光表示管１のアノード／グリッド用の直流電圧ＶDD2 を得る。アノード／グリッド用の直流電圧ＶDD2 を生成する際のスイッチングトランジスタＴＲの周期的なオン／オフ動作を利用して、交流のフィラメント電圧Ｅｆを生成する。【選択図】  図１
2005070595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放出するカソードと、このカソードから放出された電子を受けるアノードと、前記カソードと前記アノードとの間に配置され前記カソードから放出される電子を制御するグリッドとを備えた蛍光表示装置に付設される蛍光表示装置の電源回路であって、
一端に直流電圧が印加された誘導素子と、
この誘導素子の他端と接地ラインとの間に設けられたスイッチング素子と、
このスイッチング素子を周期的にオン／オフする制御回路と、
前記スイッチング素子のオンからオフへの切り替えに際して前記誘導素子の他端に生じる誘導電圧に基づいて前記アノードおよびグリッドへの昇圧電圧を生成する昇圧回路とを備え、
前記誘導素子の他端と前記スイッチング素子との接続点と前記誘導素子の他端に生じる前記誘電電圧よりも低い直流電圧との間に前記カソードが接続される
ことを特徴とする蛍光表示装置の電源回路。
【請求項２】
請求項１に記載された蛍光表示装置の電源回路において、
前記誘導素子の他端と前記スイッチング素子との接続点と前記カソードとの接続ラインに可変抵抗器が設けられている
ことを特徴とする蛍光表示装置の電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蛍光表示装置に付設される電源回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蛍光表示装置は、少なくとも一方が透明な真空容器（外囲器）の中でカソードから放出される電子をアノード上に塗布された蛍光体に衝突させてこの蛍光体を発光させ、所望のパターンを表示する電子管である。この蛍光表示装置は、通常では、電子の働きを制御するためのグリッドを備えた３極構造のものが最も多く用いられている。
【０００３】
図４は、従来の一般的な蛍光表示管およびこの蛍光表示管に付設された回路を示すブロック図である（特許文献１参照）。同図において、蛍光表示管１は、真空排気された外囲器２内に、蛍光体３が塗布された複数のアノード電極４からなるアノード５と、アノード５の上面に対向配置されたカソード６と、アノード５とカソード６との間に配置されてカソード６から放出される電子を制御するグリッド７とを備えている。アノード５はアノード基板８上に形成されている。
【０００４】
ここで、カソード６は電子放出材料が塗布されたフィラメントであり、センタータップ付きのトランス９を介して交流電源１０に接続されるとともに、トランス９のセンタータップを通して接地されている。これにより、カソード６に、交流のフィラメント電圧Ｅｆが印加される。グリッド７はメッシュ状に形成され、電源回路１１からの直流電圧ＶDD2 の供給を受ける。各アノード電極４は駆動回路１２に接続されている。駆動回路１２も電源回路１１からの直流電圧ＶDD2 の供給を受ける。電源回路１１は入力電圧Ｖｉｎを昇圧してアノード／グリッド用の直流電圧ＶDD2 を作る。駆動回路１２は、入力される表示データに基づいて個々のアノード電極４に印加する正電圧のオン／オフを制御する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６０５６５号公報
【特許文献２】特開２００３−２９７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図４に示した蛍光表示管では、トランス９を用いて交流のフィラメント電圧Ｅｆを得るようにしているため、ノイズが多く、またトランス９の設計に費用と時間がかかっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を達成するために本発明は、一端に直流電圧が印加された誘導素子と、この誘導素子の他端と接地ラインとの間に設けられたスイッチング素子と、このスイッチング素子を周期的にオン／オフする制御回路と、スイッチング素子のオンからオフへの切り替えに際して誘導素子の他端に生じる誘導電圧に基づいてアノードおよびグリッドへの昇圧電圧を生成する昇圧回路とを設け、誘導素子の他端とスイッチング素子との接続点と誘導素子の他端に生じる誘電電圧よりも低い直流電圧との間にカソードを接続するようにしたものである。
この発明によれば、スイッチング素子を周期的にオン／オフすることによって、アノードおよびグリッドへの昇圧電圧が生成されるとともに、カソード（フィラメント）の両端に矩形波状の電圧（交流のフィラメント電圧）が印加される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、アノードおよびグリッドへの昇圧電圧を生成する際のスイッチング素子の周期的なオン／オフ動作を利用して交流のフィラメント電圧が生成されるので、フィラメント駆動用のトランスをなくし、低ノイズとすることができる。また、トランス設計費用がかからず、電源設計期間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係る電源回路の一実施の形態の要部を示す回路図である。
【００１０】
この電源回路１３は、コンデンサ（入力平滑コンデンサ）Ｃ０と、昇圧コイル（誘導素子）Ｌと、昇圧回路１３−１と、スイッチングトランジスタ（電界効果トランジスタ）ＴＲと、可変抵抗器（電圧調整用抵抗）１３−２と、ＰＷＭ制御回路１３−３と、抵抗Ｒ１，Ｒ２とを備えており、入力端子Ｐｉｎと出力端子Ｐｏｕｔとフィラメント用端子Ｆ１，Ｆ２を有している。入力端子Ｐｉｎには入力電圧（直流電圧）Ｖｉｎが与えられる。出力端子Ｐｏｕｔからはアノード／グリッド用の直流電圧ＶDD2 が出力される。フィラメント用端子Ｆ１，Ｆ２間には蛍光表示管１のカソード（フィラメント）６が接続される。
【００１１】
電源回路１３において、昇圧コイルＬの一端は、入力端子Ｐｉｎに接続されている。昇圧コイルＬの一端と入力端子Ｐｉｎとの接続点と接地ラインとの間には入力平滑コンデンサＣ０が接続されている。昇圧コイルＬの他端はスイッチングトランジスタＴＲのドレインに接続されており、スイッチングトランジスタＴＲのソースは接地されている。スイッチングトランジスタＴＲのゲートには抵抗Ｒ１を介してＰＷＭ制御回路１３−３が接続されている。
【００１２】
ＰＷＭ制御回路１３−３は、所定のデューティ比（後述するＶ０に対するＶｉｎの比Ｖｉｎ／Ｖ０をオフデューティＤoff （Ｄoff ＝Ｖｉｎ／Ｖ０）とし、Ｖ０に対する（Ｖ０−Ｖｉｎ）の比をオンデューティＤon（Ｄon＝（Ｖ０−Ｖｉｎ）／Ｖ０）とする）のパルス信号を周期的に発生し、このパルス信号を抵抗Ｒ１を介してスイッチングトランジスタＴＲのゲートに与える。なお、ＰＷＭ制御回路１３−３において、パルス信号の周期やデューティ比は調整することが可能である。
【００１３】
昇圧コイルＬの他端とスイッチングトランジスタＴＲのドレインとの接続点は電圧調整用抵抗１３−２を介してフィラメント用端子Ｆ１に接続されている。フィラメント用端子Ｆ２には入力電圧（直流電圧）Ｖｉｎが印加されている。
【００１４】
昇圧回路１３−１はｎ個のチャージポンプＣＨＰ１〜ＣＨＰｎを備えている。チャージポンプＣＨＰ１は、ダイオード（整流ダイオード）Ｄ１1 ，Ｄ１2 とコンデンサ（出力平滑・チャージポンプコンデンサ）Ｃ１ａ，Ｃ１ｂとから構成され、ダイオードＤ１1 のアノードが昇圧コイルＬの一端に接続され、ダイオードＤ１1 のカソードがダイオードＤ１2 のアノードに接続されている。コンデンサＣ１ａの一端はダイオードＤ１1 のカソードおよびダイオードＤ１2 のアノードに接続され、他端は接地されている。また、コンデンサＣ１ｂの一端はダイオードＤ１2 のカソードに接続され、他端は昇圧コイルＬの他端すなわち昇圧コイルＬと昇圧回路１３−１とスイッチングトランジスタＴＲとの接続点Ｐ１に接続されている。
【００１５】
チャージポンプＣＨＰ２〜ＣＨＰｎ-1もチャージポンプＣＨＰ１と同構成とされている。最終段のチャージポンプＣＨＰｎは、ダイオードＤｎとコンデンサＣｎとから構成され、ダイオードＤｎのアノードが前段のチャージポンプＣＨＰｎ-1のダイオードＤ(n-1)2  のカソードに接続され、ダイオードＤｎのカソードが出力端子Ｐｏｕｔに接続されている。コンデンサＣｎはダイオードＤｎのカソードと接地ラインとの間に接続されている。
【００１６】
〔昇圧動作〕
ＰＷＭ制御回路１３−３は、所定のデューティ比のパルス信号を周期的に発生し、これを抵抗Ｒ１を介してスイッチングトランジスタＴＲのゲートに供給する。スイッチングトランジスタＴＲは、このパルス信号に応じてオン／オフ動作を繰り返す。ここで、スイッチングトランジスタＴＲがオンからオフへ切り替わる際に、昇圧コイルＬとスイッチングトランジスタＴＲとの接続点Ｐ１に入力電圧Ｖｉｎよりも高い電圧（誘導電圧）Ｖ０が発生する。
【００１７】
この電圧Ｖ０は昇圧回路１３へ与えられる。昇圧回路１３において、チャージポンプＣＨＰ１のコンデンサＣ１ａは、点Ｐ１に生じる電圧Ｖ０によってダイオードＤ１1 を介して充電され、その充電電位Ｖ１がＶ０となる（Ｖ１＝Ｖ０）。スイッチングトランジスタＴＲがオフからオンへ切り替わると、コンデンサＣ１ａの充電電位Ｖ１によってダイオードＤ１2 を介してコンデンサＣ１ｂが充電され、その充電電位がＶ０となる。スイッチングトランジスタＴＲが再びオンからオフへ切り替わると、コンデンサＣ１ｂの充電電位Ｖ０がＰ１点に生じる誘導電圧Ｖ０によって嵩上げされ、チャージポンプＣＨＰ２におけるコンデンサＣ２ａの充電電位Ｖ２が２Ｖ０（Ｖ２＝２Ｖ０）となる。
【００１８】
以下、この繰り返しによって、点Ｐ１に生じる電圧Ｖ０がチャージポンプＣＨＰ１〜ＣＨＰｎによって次々に昇圧されて行き、出力端子Ｐｏｕｔからアノード／グリッド用の直流電圧ＶDD2 としてｎＶ０が得られる（ＶDD2 ＝ｎＶ０）。すなわち、点Ｐ１に生じる電圧Ｖ０を昇圧回路１３−１を通すことによって、この電圧Ｖ０をｎ倍に高めたアノード／グリッド用の直流電圧ＶDD2 が得られる。このアノード／グリッド用の直流電圧ＶDD2 の値は昇圧回路１３−１におけるチャージポンプの段数によって調整することができる。
【００１９】
〔フィラメント電圧〕
〔Ｆ１波形〕
上述した昇圧動作に伴ってフィラメント用端子Ｆ１に現れる電圧波形（Ｆ１波形）を図２に示す。なお、図２において、ｔonはスイッチングトランジスタＴＲのオン時間、ｔoff はスイッチングトランジスタＴＲのオフ時間である。なお、以下の説明では、トランジスタＴＲ、ダイオードＤ、コンデンサＣでの電圧降下などは無視する。
【００２０】
スイッチングトランジスタＴＲがオンの場合、フィラメント用端子Ｆ１は電圧調整用抵抗１３−２を介して接地されるので、０Ｖに対して電圧調整用抵抗１３−２での電圧降下分ＶＲだけ上昇した電圧が現れる。ここで、フィラメント６の抵抗値をＲｆ、電圧調整用抵抗１３−２の抵抗値をＲとすると、電圧調整用抵抗１３−２での電圧降下ＶＲは、この時のフィラメント用端子Ｆ２の電位がＶｉｎなので、ＶＲ＝Ｖｉｎ・｛Ｒ／（Ｒｆ＋Ｒ）｝で表される。したがって、フィラメント用端子Ｆ１の電位は、ＶＲ＝Ｖｉｎ・｛Ｒ／（Ｒｆ＋Ｒ）｝となる。
【００２１】
スイッチングトランジスタＴＲがオフの場合、フィラメント用端子Ｆ１には電圧調整用抵抗１３−２を介して点Ｐ１に発生する電圧Ｖ０が印加されるので、Ｖ０に対して電圧調整用抵抗１３−２での電圧降下分ＶＲだけ下降した電圧が現れる。この場合、電圧調整用抵抗１３−２での電圧降下ＶＲは、この時の点Ｐ１の電位がＶ０なので、ＶＲ＝（Ｖ０−Ｖｉｎ）・｛Ｒ／（Ｒｆ＋Ｒ）｝で表される。したがって、フィラメント用端子Ｆ１の電位は、Ｖ０−（Ｖ０−Ｖｉｎ）・｛Ｒ／（Ｒｆ＋Ｒ）｝となる。
【００２２】
〔Ｆ１−Ｆ２間波形〕
フィラメント用端子Ｆ１−Ｆ２間の電圧波形（Ｆ１−Ｆ２間波形）は、フィラメント用端子Ｆ２に印加されている入力電圧Ｖｉｎを基準とし、フィラメント用端子Ｆ１側を＋とすると、図３に示すような電圧波形となる。すなわち、フィラメント６の両端に印加される電圧は、スイッチングトランジスタＴＲの周期的なオン／オフによって、矩形波状の電圧（交流のフィラメント電圧）とされる。
【００２３】
ここで、フィラメント６の両端に印加されるフィラメント電圧Ｅｆの実効値は、
Ｅｆ＝｛Ｖｉｎ・（Ｖ０−Ｖｉｎ）｝1/2 ・｛Ｒｆ／（Ｒｆ＋Ｒ）｝  ・・・・（１）
で表される。
この（１）式より、電圧調整用抵抗１３−２の抵抗値ＲとＶ０によって、フィラメント電圧Ｅｆを調整できることが分かる。なお、ＶDD2 ＝ｎＶ０、Ｖ０＝ＶDD2 ／ｎであるので、Ｖ０は昇圧回路１３−１におけるチャージポンプの段数によって定まる。すなわち、チャージポンプの段数によって、Ｖ０の値を変えることができる。
【００２４】
なお、電圧調整用抵抗１３−２を設けない場合（Ｒ＝０）、フィラメント電圧Ｅｆの実効値は、
Ｅｆ＝｛Ｖｉｎ・（Ｖ０−Ｖｉｎ）｝1/2     ・・・・（２）
として表される。
【００２５】
〔カットオフ電圧〕
この電源回路１３では、フィラメント用端子Ｆ１，Ｆ２の平均電圧ＶＦ１，ＶＦ２は、ＶＦ１＝ＶＦ２＝Ｖｉｎとなる。例えば、電圧調整用抵抗１３−２がない場合（Ｒ＝０Ω）では、
ＶＦ１＝Ｖ０・Ｄoff ＝Ｖ０・（Ｖｉｎ／Ｖ０）＝Ｖｉｎ
となり、
ＶＦ２＝Ｖｉｎ（Ｖｉｎに接続されている）であるので、
ＶＦ１＝ＶＦ２＝Ｖｉｎとなる。
電圧調整用抵抗１３−２がある場合には、
ＶＦ１＝｛Ｖ０−（Ｖ０−Ｖｉｎ）・（Ｒ（Ｒｆ＋Ｒ））｝・Ｄoff ＋Ｖｉｎ・（Ｒ（Ｒｆ＋Ｒ））・Ｄon
＝｛Ｖ０−（Ｖ０−Ｖｉｎ）・（Ｒ（Ｒｆ＋Ｒ））｝・（Ｖｉｎ／Ｖ０）＋Ｖｉｎ・（Ｒ（Ｒｆ＋Ｒ））・（（Ｖ０−Ｖｉｎ）／Ｖ０）
＝｛１−（Ｒ（Ｒｆ＋Ｒ））｝・Ｖｉｎ＋Ｖｉｎ・（Ｒ（Ｒｆ＋Ｒ））
＝Ｖｉｎ・｛（Ｒｆ／（Ｒｆ＋Ｒ）＋（Ｒ（Ｒｆ＋Ｒ））｝＝Ｖｉｎとなり、
ＶＦ２＝Ｖｉｎ（Ｖｉｎに接続されている）であるので、
ＶＦ１＝ＶＦ２＝Ｖｉｎとなる。
したがって、カットオフ電圧（アノードオフ時に輝度が消去されるフィラメントの電位）をフィラメント用端子Ｆ１，Ｆ２で同一とすることができる。また、電圧調整用抵抗１３−２の抵抗値Ｒを調整することによって、フィラメント電位の最小値とグランドとの電位差ＶＲ（ＶＲ＝Ｖｉｎ・｛Ｒ／（Ｒｆ＋Ｒ）｝）を任意に設定することができる。
【００２６】
〔Ｖｉｎ変動時のＥｆの変動率〕
実機により、Ｖｉｎ変動時のＥｆの変動率を求めた。これにより、Ｖｉｎの範囲が広くてもフィラメント電圧Ｅｆは安定していることが確認された。
【００２７】
（１）Ｖ０＝１０Ｖの場合
Ｖｉｎ＝４．５Ｖ：Ｅｆ＝｛４．５・（１０−４．５）｝1/2 ＝４．９７Ｖrms
Ｖｉｎ＝５．０Ｖ：Ｅｆ＝｛５・（１０−５）｝1/2 ＝５．００Ｖrms
Ｖｉｎ＝５．５Ｖ：Ｅｆ＝｛５．５・（１０−５．５）｝1/2 ＝４．９７Ｖrms
Ｖｉｎが±１０％変動した場合、Ｅｆは±０．６％変動した。
【００２８】
（２）Ｖ０＝１０Ｖの場合
Ｖｉｎ＝４．０Ｖ：Ｅｆ＝｛４．０・（１０−４．０）｝1/2 ＝４．９０Ｖrms
Ｖｉｎ＝５．０Ｖ：Ｅｆ＝｛５・（１０−５）｝1/2 ＝５．００Ｖrms
Ｖｉｎ＝６．０Ｖ：Ｅｆ＝｛６．０・（１０−６．０）｝1/2 ＝４．９０Ｖrms
Ｖｉｎが±２０％変動した場合、Ｅｆは±２％変動した。
【００２９】
（３）Ｖ０＝１５Ｖの場合
Ｖｉｎ＝４．５Ｖ：Ｅｆ＝｛４．５・（１５−４．５）｝1/2 ＝６．８７Ｖrms
Ｖｉｎ＝５．０Ｖ：Ｅｆ＝｛５・（１５−５）｝1/2 ＝７．０７Ｖrms
Ｖｉｎ＝５．５Ｖ：Ｅｆ＝｛５．５・（１５−５．５）｝1/2 ＝７．２３Ｖrms
Ｖｉｎが±１０％変動した場合、Ｅｆは−２．８％，＋２．３％変動した。
【００３０】
なお、本実施の形態では、入力端子Ｐｉｎに印加される直流電圧とフィラメント用端子Ｆ２に印加する直流電圧を同じＶｉｎとしたが、フィラメント用端子Ｆ２に印加する直流電圧は点Ｐ１に生ずる誘導電圧Ｖ０よりも低ければよく、入力端子Ｐｉｎに印加される直流電圧Ｖｉｎと必ずしも等しくする必要はない。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態の電源回路１３によれば、蛍光表示管１のアノード５およびグリッド７への昇圧電圧ＶDD2 を生成する際のスイッチングトランジスタＴＲの周期的なオン／オフ動作を利用して交流のフィラメント電圧Ｅｆを生成するようにしているので、フィラメント駆動用のトランスをなくし、低ノイズとすることができる。また、市販部品で構成でき、トランス設計費用がかからず、電源設計期間を短縮することができる。また、ＰＷＭ制御回路１３−３からのパルス信号の周期を調整することにより、フィラメント６の駆動周期を表示点灯周期と同期させることが可能であり、蛍光表示管１に所望のパターンを表示させる際のチラツキを防止することができる。
【００３２】
なお、本出願人が先に提案したものとして、特許文献２（特開２００３−２９７１１号公報）に示された「蛍光表示管の駆動方法および駆動回路」がある。この駆動方法および駆動回路では、差動パルス回路を設け、直流電圧をオン／オフして互いに相補な差動パルス電圧ＶＰ１，ＶＰ２を生成し、この差動パルス電圧ＶＰ１およびＶＰ２をフィラメントの一端および他端に印加するようにしている。また、この差動パルス電圧ＶＰ１およびＶＰ２を倍電圧回路に与え、倍電圧整流した直流電圧をアノード／グリッド用の直流電圧ＶDD2 として得るようにしている。
この駆動方法および駆動回路では、フィラメント電圧Ｅｆを安定化するために、大きなロスを生じていて効率が悪い。これに対して、本実施の形態の電源回路では、昇圧コイルＬの一端に生じる誘導電圧Ｖ０を使用してフィラメント電圧Ｅｆを得るようにしているので、ロスが少なく、フィラメント電圧Ｅｆの安定化がよい。また、電池（バッテリ）駆動のように、入力電圧が変化する場合、又は不安定な場合もフィラメント電圧Ｅｆの安定化がよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る電源回路の一実施の形態の要部を示す回路図である。
【図２】フィラメント用端子Ｆ１に現れる電圧波形（Ｆ１波形）を示す図である。
【図３】フィラメント用端子Ｆ１−Ｆ２間の電圧波形（Ｆ１−Ｆ２間波形）を示す図である。
【図４】従来の一般的な蛍光表示管およびこの蛍光表示管に付設された回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…蛍光表示管、２…外囲器、３…蛍光体、４…アノード電極、５…アノード、６…カソード（フィラメント）、７…グリッド、８…アノード基板、１２…駆動回路、１３…電源回路、１３−１…昇圧回路、１３−２…可変抵抗器（電圧調整用抵抗）、１３−３…ＰＷＭ制御回路、Ｃ０…コンデンサ（入力平滑コンデンサ）、Ｌ…昇圧コイル、ＴＲ…スイッチングトランジスタ、Ｒ１，Ｒ２…抵抗、Ｐｉｎ…入力端子、Ｐｏｕｔ…出力端子、Ｆ１，Ｆ２…フィラメント用端子、ＣＨＰ１〜ＣＨＰｎ…チャージポンプ、Ｄ１1 ，Ｄ１2 〜Ｄ(n-1)1，Ｄ(n-1)2，Ｄｎ…ダイオード（整流ダイオード）、Ｃ１ａ ，Ｃ１ｂ〜Ｃ(n-1)ａ ，Ｃ(n-1)ｂ，Ｃｎ…コンデンサ（出力平滑・チャージポンプコンデンサ）。
【図１】
2005070595.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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