(57)【要約】容量結合された蛍光ランプパッケージは、容量結合された蛍光ランプと、この蛍光ランプを駆動するインバータ回路と、電源電圧を受ける電源ノードとを有する。この容量結合された蛍光ランプパッケージは、容量結合された蛍光ランプを駆動する共振回路ランプ駆動機構を有する。この駆動機構により、寄生キャパシタンス漏洩電流を減少させ、共振周波数を電流源型駆動回路に対するインバータ回路の動作周波数にほぼ等しくするために二次側漏洩インダクタンスを用いて無効電力を補償し、電圧源型駆動回路に対する二次側漏洩インダクタンス及び組込まれた安定化用キャパシタとの副次的直列共振回路を形成し、共振周波数をインバータ回路の動作周波数よりもかなり低くし、電流安定化とともにランプ電流を適切に整形する。
2004524660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ回路に容量結合するようにした蛍光ランプと、
この蛍光ランプの結合キャパシタンスを補償する動作周波数でこの蛍光ランプを駆動するように構成したインバータ回路と、
電源電圧を受ける電源ノードと
を具えている、容量結合された蛍光ランプパッケージ。
【請求項２】
請求項１に記載の容量結合された蛍光ランプパッケージにおいて、前記インバータ回路は、前記蛍光ランプを２０ｋHz又は１００ｋHzに近似する動作周波数で駆動するように構成されている、容量結合された蛍光ランプパッケージ。
【請求項３】
請求項２に記載の容量結合された蛍光ランプパッケージにおいて、前記インバータ回路は、このインバータ回路が電流源駆動型インバータ回路である場合に蛍光ランプを２０ｋHzに近似する動作周波数で駆動し、このインバータ回路が電圧源駆動型インバータ回路である場合に蛍光ランプを１００ｋHzに近似する動作周波数で駆動するようになっている、容量結合された蛍光ランプパッケージ。
【請求項４】
請求項１に記載の容量結合された蛍光ランプパッケージにおいて、前記インバータ回路は、電流供給プッシュプル型、電圧供給プッシュプル型、アクティブクランプフライバック型及び電圧供給ハーフブリッジ型のインバータ回路並びにその他の高周波インバータより成る群から選択されている、容量結合された蛍光ランプパッケージ。
【請求項５】
請求項１に記載の容量結合された蛍光ランプパッケージにおいて、容量結合された蛍光ランプが、放電容器と、この放電容器内の円筒状セラミック管とを有している、容量結合された蛍光ランプパッケージ。
【請求項６】
請求項５に記載の容量結合された蛍光ランプパッケージにおいて、前記円筒状セラミック管の内径が約２．５ｍｍで、外径が約３．５ｍｍで、長さが約１０ｍｍである、容量結合された蛍光ランプパッケージ。
【請求項７】
請求項１に記載の容量結合された蛍光ランプパッケージにおいて、電源電圧が約４５０Ｖである、容量結合された蛍光ランプパッケージ。
【請求項８】
請求項１に記載の容量結合された蛍光ランプパッケージにおいて、容量結合された蛍光ランプのランプ電流が約２０ｍＡであり、その動作周波数が約５０ｋHzである、容量結合された蛍光ランプパッケージ。
【請求項９】
請求項１に記載の容量結合された蛍光ランプパッケージにおいて、容量結合された蛍光ランプのランプインピーダンスが約２２．５ｋΩである、容量結合された蛍光ランプパッケージ。
【請求項１０】
請求項１に記載の容量結合された蛍光ランプパッケージにおいて、前記インバータ回路が、容量結合された蛍光ランプを安定化させる安定器回路の一部である、容量結合された蛍光ランプパッケージ。
【請求項１１】
インバータ回路に容量結合するようにした蛍光ランプと、
この蛍光ランプに容量結合され、容量結合された蛍光ランプを動作周波数ｆで駆動するように構成されたインバータ回路と、
電源電圧を受ける電源ノードと
を具えている容量結合された蛍光ランプパッケージにおいて、
前記インバータ回路が、蛍光ランプと直列に結合された誘導性素子を具え、この誘導性素子は、
インバータ回路が電流源駆動型である場合に、誘導性素子と結合キャパシタンスとの共振周波数ｆr が、０．９・ｆ≦ｆr ≦１．１・ｆとするのが好ましい０．８・ｆ≦ｆr ≦１．２・ｆの範囲内で選択され、
インバータ回路が電圧源駆動型である場合に、誘導性素子と結合キャパシタンスとの共振周波数ｆr が、ｆr ≦０．２・ｆとするのが好ましいｆr ≦０．５・ｆの範囲内で選択されるような寸法となっている、容量結合された蛍光ランプパッケージ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の容量結合された蛍光ランプパッケージにおいて、前記インバータ回路は、一次巻線及び二次巻線が設けられた変圧器を有し、前記誘導性素子はこの変圧器の二次側漏洩インダクタンスより成っている、容量結合された蛍光ランプパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、照明システムに関するものであり、特に、容量結合した蛍光ランプを駆動する方法及びシステムに関するものである。
【０００２】
容量結合された蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）は、液晶ディスプレイを背面から照らすのに、及びその他の分野に広く用いられている。ＣＣＦＬランプを高動作（点灯）周波数で点灯させるために、種々の電子ドライバ又はインバータ回路、例えば電流供給プッシュプル型、電圧供給プッシュプル型、アクティブクランプフライバック型及び電圧供給ハーフブリッジ型のインバータ回路が設計されている。代表的な周波数範囲は２０ｋHz〜１００ｋHzである。このようにして、ＣＣＦＬの放電容器、すなわち放電管内の放電空間に高周波電圧が与えられ、放電を形成している。
【０００３】
ＣＣＦＬの照度を高めるために、放電容器、すなわち放電管を充填する希ガスのガス圧力が高められている。希ガスのガス圧力を高めた後には、ＣＣＦＬに印加される電圧やこの電圧の高周波数が増大されないと、放電に要する電流が充分とならない。従って、ＣＣＦＬの照度、すなわちランプ出力を高めるためには、希ガスのガス圧力を高める必要があるばかりではなく、ＣＣＦＬに与える電圧及び電流も高める必要がある。しかし、印加電圧が増大すると、放電容器の外側面上にクリーピング（沿面放電）が生じ、これがＣＣＦＬの絶縁破壊につながるおそれがある。
【０００４】
通常のＣＣＦＬの上述した欠点を回避するために、（Ｖ字状を成す２つの比較的重いニッケルメッキ鉄の方形タブより成る）伝統的な陰極の代わりに、円筒状のセラミック管又は容量結合構造体を用いた、容量結合蛍光ランプが設計された。円筒状のセラミック管は代表的に、２．５ｍｍの内径、３．５ｍｍの外径及び１０ｍｍの長さを有する。ある誘電率及びある幾何学的形状寸法を有するこのようなセラミック管は事実上ランプの陽光柱とで直列キャパシタンスを形成する。このキャパシタンスは周波数に依存しない。材料を適切に選択し、構成することにより、このような直列キャパシタンスを電子ドライバのためになるように設計しうる。
【０００５】
陰極を改善することにより、充填ガスの圧力やランプに印加される電圧を高める必要なくして、ランプ電流が劇的に高まる。実際に、通常のＣＣＦＬと比べて同じランプ出力を得るには、容量結合された蛍光ランプに印加される電圧は通常のＣＣＦＬに印加される電圧よりも低い。
【０００６】
更に、１つの効果として、等価ランプインピーダンスが著しく減少する。例えば、容量結合された蛍光ランプを好ましく設計すると、ランプ電圧は４５０Ｖで、ランプ電流は５０ｋHzにおいて２０ｍＡである。従って、ランプインピーダンスは約２２．５ｋΩであり、これに比べ通常のＣＣＦＬのランプインピーダンスは約１１５ｋΩである。従って、容量結合された蛍光ランプは、従来技術と関連する問題を回避し、通常のＣＣＦＬにない幾つかの利点を提供するものである。
【０００７】
上述したように、電子ドライバ又はインバータ回路は、ＣＣＦＬを点灯させるのに用いられる。図１の回路では、インバータ回路は、ＬＣ共振タンク回路を有する電圧供給ハーフブリッジ型の構造をしている。共振インダクタはＬr である。共振キャパシタは、変圧器Ｔ1 の等価出力巻線間容量及び等価シールド（遮蔽体；SHIELD）寄生容量より成っている。ＣＣＦＬはその等価抵抗ＲＬp により示してある。安定器はＩＣにより制御される。
【０００８】
代表的な組のＣＣＦＬ構造パラメータは、ランプ電圧Ｖlamp≒６９０Ｖと、ランプ電流Ｉlamp≒６ｍＡと、図２に示すような等価シールド容量Ｃeq≒７ｐＦとである。又、一組の回路設計値は、直流入力電圧Ｖin≒１２Ｖと、共振インダクタＬr ≒６．５μＨと、出力変圧器の巻数比Ｎ＝２００とである。
【０００９】
図１に示す回路では、ランプ等価インピーダンスは公称の定常状態で１１５ｋΩであることを計算することができる。５０ｋHzの動作周波数では、シールド容量の等価インピーダンスは４５４．７ｋΩである。このような極めて大きなインピーダンスにより、シールドを流れる寄生容量漏洩電流をランプ電流に比べて大きくする。従って、回路の電力損失が増大する。より重要なことには、極めて電力を要するランプ電流帰還制御なしに種々の型のＬＣＤモニタに対し統一した電子ドライバを設計するのは困難である。
【００１０】
設計されている殆どのＬＣＤバックライトインバータでは、インバータ回路出力インピーダンスが回路の内部構造により制限されている。ランプの安定性を得るには、ランプを適切に安定化させる必要がある。直径が小さいＣＣＦＬに対する１つの安定化機構は、図３に示すように小さなキャパシタＣｂをランプと直列に接続することである。
【００１１】
図３におけるような直列キャパシタンスは、容量結合された蛍光ランプの構造に自然に組込まれる。上述した容量結合された蛍光ランプの場合、直列キャパシタンスを用いることにより、等価キャパシタンスＣｂは、１．１〜１．４ｎＦの範囲内となる。５０ｋHzの動作周波数では、対応する等価インピーダンスは、２．８９〜２．２７ｋΩの範囲内となる。容量結合された蛍光ランプのダイナミック負性インピーダンスは、周波数範囲が２５〜１００ｋHzである定常状態において５．０〜７．０ｋΩの範囲内であることが測定された。
【００１２】
ランプの両端間の交流電圧は高く（５００Ｖ以下）、入力直流電圧は低い（１２Ｖ以下）為、殆どのＬＣＤモニタでは、高電圧セットアップ型の出力変圧器が不可避となる。巻数比が高いと、通常、出力変圧器の二次側に発生される漏洩インダクタンス、すなわち、二次側漏洩インダクタンスが高くなる。インバータ回路が、容量結合された蛍光ランプに接続されると、当然、このような漏洩インダクタンスが安定化用のキャパシタＣｂと副次的直列共振回路を形成し、この回路が通常、容量結合された蛍光ランプの点灯に悪影響を及ぼす。
【００１３】
安定化用のキャパシタＣｂのキャパシタンスは、ランプの種類及び動作周波数に依存する。商業上の代表例では、Ｃｂは代表的に１５〜６８ｐＦの範囲内にある。この構成の場合、通常、無効電力をランプ／安定化用キャパシタの分岐に伝達しうるように、出力変圧器を設計し直す必要がある。
【００１４】
従って、変圧器の寸法やインバータ回路損失を減少させるとともにランプ電流波形を改善するために、インバータ回路の種類に応じて、容量結合された蛍光ランプを駆動する種々の動作点を選択しうる共振回路ランプ駆動機構を提供する必要がある。
【００１５】
本発明によれば、従来技術に関連する上述した問題点を回避する、容量結合蛍光ランプ駆動方法及びシステムを提供する。
【００１６】
本発明の方法及びシステムは、容量結合された蛍光ランプを駆動する共振回路ランプ駆動機構を提供するものであり、この駆動機構により、寄生キャパシタンス漏洩電流を減少させ、従って、インバータ回路損失を減少させるとともに、二次側漏洩インダクタンスを用いて無効電力を補償し、共振周波数を電流源駆動型インバータ回路に対するインバータ回路動作周波数にほぼ等しくし、従って、出力変圧器の寸法、巻数比及び損失を減少させ、電圧源駆動型インバータ回路に対する二次側漏洩インダクタンス及び組込まれた安定化用キャパシタとの副次的直列共振回路を形成し、共振周波数をインバータ回路の動作周波数よりもかなり低くし、電流安定化とともにランプ電流を適切に整形し、従って、出力変圧器の巻数比を減少させる。
【００１７】
本発明によるシステムは、円筒状のセラミック管を有する、容量結合された蛍光ランプを具えている。このシステムは更に、ランプを駆動する電子ドライバ又はインバータ回路と、電源電圧を受ける電源ノードとを有している。インバータ回路は、例えば、通常のＣＣＦＬに用いられている電流供給プッシュプル型、電圧供給プッシュプル型、アクティブクランプフライバック型及び電圧供給ハーフブリッジ型のインバータ回路のような通常のインバータ回路である。
【００１８】
本発明によれば、特に、容量結合された蛍光ランプと、このランプを駆動するインバータ回路と、電源電圧を受ける電源ノードとを有する、容量結合された蛍光ランプパッケージを提供する。ランプを適切に安定化させるために、インバータ回路には、集積回路により制御される安定器回路を接続することができる。
【００１９】
容量結合された蛍光ランプパッケージは、容量結合された蛍光ランプを駆動するための共振回路ランプ駆動機構を含んでいる。この駆動機構は、寄生キャパシタンス漏洩電流を減少させ、共振周波数を電流源型駆動回路に対するインバータ回路の動作周波数にほぼ等しくするために二次側漏洩インダクタンスを用いて無効電力を補償し、電圧源型駆動回路に対する二次側漏洩インダクタンス及び組込まれた安定化用キャパシタとの副次的直列共振回路を形成し、共振周波数をインバータ回路の動作周波数よりもかなり低くし、電流安定化とともにランプ電流を適切に整形する。
【００２０】
本発明の実施例を以下に図面につき説明する。
容量結合された蛍光ランプパッケージ内の容量結合された蛍光ランプを駆動する本発明による共振回路ランプ駆動機構の好適実施例を、図４及び５を参照して詳細に説明する。ここに開示するこの実施例は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を背面から照らすために設計したものであるが、ここに開示した実施例は他の分野にも用いうるものである。
【００２１】
図４を参照するに、本発明による共振回路ランプ駆動機構を用いた、容量結合された蛍光ランプパッケージのブロック線図を示してある。容量結合された蛍光ランプパッケージ４００は、放電容器と円筒状のセラミック管とを有する、容量結合された蛍光ランプ４１０を具えている。蛍光ランプパッケージ４００は更に、蛍光ランプ４１０を駆動する電子ドライバ又はインバータ回路４２０と、電圧源、すなわち電源（図示せず）からの電源電圧を受ける電源ノード４３０とを具えている。電源電圧は約４５０Ｖである。
【００２２】
インバータ回路４２０は、容量結合された蛍光ランプ４１０に２０ｋHz又は１００ｋHzの駆動信号を供給するようにするのが好ましい。２０ｋHzの駆動信号は、以下に説明するように、インバータ回路４２０が電流源駆動型のインバータ回路である場合に供給する。１００ｋHzの駆動信号は、以下に説明するように、インバータ回路４２０が電圧源駆動型のインバータ回路である場合に供給する。
【００２３】
インバータ回路４２０は、例えば、通常のＣＣＦＬに用いられている電流供給プッシュプル型、電圧供給プッシュプル型、アクティブクランプフライバック型及び電圧供給ハーフブリッジ型のインバータ回路のような通常のインバータ回路である。本発明によれば、変圧器の寸法やインバータ回路４２０における損失を減少させるとともに、ランプ電流波形を改善するために、インバータ回路の種類に応じて、種々の動作点を選択する必要がある。
【００２４】
電流源駆動型のインバータ回路では、このインバータ回路４２０の出力インピーダンスは通常極めて高くなる。従って、これにより直接ランプを駆動することが可能となる。この場合、出力変圧器の二次側漏洩インダクタンスと、容量結合された蛍光ランプ４１０の結合キャパシタンスとを、共振周波数がインバータ回路の動作周波数にほぼ等しくなるように設計する。
【００２５】
このようにした場合、出力変圧器の漏洩インダクタンスにより結合キャパシタンスが完全に補償される。実際には、共振周波数がインバータ回路の動作周波数に一致しない場合でも、その差はできるだけ小さく保たれる。共振回路ランプ駆動機構は、漏洩インダクタンスと安定化用キャパシタＣｂとより成る副次的二次側直列共振回路の入力インピーダンスを示す図５の曲線の谷部付近にインバータ回路の動作周波数を保つ作用をする。この動作周波数は２０ｋHzとするのが好ましい。
【００２６】
電圧源駆動型のインバータ回路の場合には、インバータ回路４２０の出力インピーダンスは通常高くない。従って、これにより直接ランプを駆動すると、通常、回路が不安定となる。この場合、出力変圧器の二次側漏洩インダクタンスと、容量結合された蛍光ランプ４１０における結合キャパシタンスとが、容量結合された蛍光ランプ４１０を安定化させるとともにランプ電流を整形する副次的二次共振回路として作用する。
【００２７】
共振回路ランプ駆動機構は、共振周波数をインバータ回路の動作周波数よりもかなり低く保つ作用をする。すなわち、インバータ回路の動作周波数範囲は、図５の曲線の谷部からかなり離れている。動作周波数は１００ｋHzとするのが好ましい。このような場合には、結合キャパシタンスが出力変圧器の漏洩インダクタンスにより部分的に補償される。
【００２８】
ＬＣＤを背面から照らすためには、ランプパッケージ４００を、ラップトップ型コンピュータのような、ＬＣＤを有するシステム内に設置し、電源ノード４３０を、電源電圧を生じる電圧源、すなわち電源に接続する。次に、インバータ回路４２０を電源電圧により附勢する。これにより、インバータ回路４２０は本発明による共振回路ランプ駆動機構を用いて、容量結合された蛍光ランプ４１０に駆動信号を供給し、この蛍光ランプ４１０がＬＣＤを背面から照らすための照度を生じるようにする。
【００２９】
本発明によれば、ランプ４１０と、インバータ回路４２０とを完全に収容し、電源ノード４３０を部分的に収容するハウジングをも提供する。更に、容量結合された蛍光ランプ４１０を安定化させる安定器回路や、この安定器回路を制御する図１に示すような集積回路をも提供する。
【００３０】
インバータ回路４２０は、電流供給プッシュプル型、電圧供給プッシュプル型、アクティブクランプフライバック型及び電圧供給ハーフブリッジ型のインバータ回路より成る群から選択するのが好ましい。
【００３１】
本発明は、上述した実施例に限定されず、種々に変更を加え得ること、当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来のインバータ回路を示す線図である。
【図２】図１のインバータ回路のランプ／シールド連結部の等価回路である。
【図３】図１のインバータ回路の安定化キャパシタ／ランプ／シールド連結部の等価回路である。
【図４】本発明の共振回路ランプ駆動機構により駆動しうるランプを有する、容量結合された蛍光ランプパッケージを示すブロック線図である。
【図５】本発明の共振回路ランプ駆動機構により決定される、容量結合された蛍光ランプパッケージのインバータ回路に対する動作周波数範囲を示すグラフ線図である。
【国際公開パンフレット】
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2004524660.tif 000014
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【国際調査報告】
2004524660.tif 000016
2004524660.tif 000017
2004524660.tif 000018
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