(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＬランプをバッテリから駆動する駆動方法であって、
第１の期間において、前記ＥＬランプを第１の極性に充電するステップと、
第２の期間において、前記ＥＬランプを放電させるステップと、
第３の期間において、前記ＥＬランプを第２の極性に充電するステップと、
第４の期間において、前記ＥＬランプを放電させるステップと、
前記ＥＬランプ上の電圧を監視している間に、前記ＥＬランプ上の前記電圧が所定の大きさよりも下になったときに、次の充電ステップを開始するステップと、
を備えた駆動方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記第１期間と前記第２期間の和は、一定に保つこと、を特徴とする駆動方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、前記第１期間、前記第２期間、前記第３期間および前記第４期間の和は、一定に保つこと、を特徴とする駆動方法。
【請求項４】
エレクトロルミネッセント（ＥＬ）ランプのためのインバータであって、ブースト回路と、前記ランプに印加する電圧の極性を反転させるための反転手段とを備えた、前記のインバータにおいて、
前記ランプに結合しており、前記ランプの両端間の電圧を監視し、前記ランプが実質上放電したときの指示を発生する電圧検出器、
を備えたこと、を特徴とするインバータ。
【請求項５】
請求項４記載のインバータにおいて、該インバータは、シングルエンドの出力を備え、前記電圧検出器は、正の電圧からの放電を検出する第１の回路と、負の電圧からの放電を検出する第２の回路とを含むこと、を特徴とするインバータ。
【請求項６】
請求項４記載のインバータにおいて、該インバータは、Ｈブリッジ出力と、前記ＥＬランプの第１の端子に結合した第１の電圧検出器と、前記ＥＬランプの第２の端子に結合した第２の電圧検出器と、を備えたこと、を特徴とするインバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
本発明は、エレクトロルミネッセント（ＥＬ）ランプ用のバッテリ給電式電源、特に、低周波数のスイッチングを制御するためのランプ放電検出器を有するＥＬドライバに関するものである。
【０００２】
ＥＬランプは、本質的にはキャパシタであって、２つの導電性電極間に誘電層を有し、そしてその電極の一方が透明となっている。その誘電層は、リン光体（phosphor）粉末を含むようにしたり、あるいはその誘電層に隣接した別個のリン光体粉末層を設けるようにしたりできる。このリン光体粉末は、強い電界の存在の下で、非常に小さな電流を使って光を放射する。ＥＬランプはキャパシタであるため、交流をそれら電極に印加して、リン光体が発光するようにしなければならず、そうでない場合には、このキャパシタは、その印加された電圧に充電されて、ＥＬランプを通る電流が止まり、そしてランプが光の発生を止める。
【０００３】
ポータブルの電子デバイス、自走ディスプレイ（automotive display）、並びに電源が低電圧のバッテリであるその他の用途においては、ＥＬランプは、直流を交流に変換するドライバによって給電されるようになっている。ＥＬランプを十分に発光させるためには、約１００ボルトを超えるピーク・ピーク電圧が必要である。その実際の電圧は、ランプの構成、特にリン光体粉末内の電界強度に依存する。ＥＬランプを通る交流の周波数は、このＥＬランプの寿命に影響を与え、そして２００Ｈｚと１０００Ｈｚの間の周波数が好ましい。２００Ｈｚより下の周波数では、リン光体内にイオン移動が生起する。１０００Ｈｚより上では、リン光体の寿命は、周波数に反比例する。
【０００４】
従来の技術では、種々のタイプのドライバが開示されており、これらは、スイッチング・トランジスタと直列にインダクタを有する誘導性ブースト回路を備えている。そのインダクタを通る電流は、インダクタの周辺の磁界内にエネルギを蓄積させる。この電流が急激にオフに遮断されたときには、その誘起磁界は急に崩壊して、高電圧のパルスを発生する。このインダクタの両端間のその電圧は、Ｌ・δｉ／δｔに比例している。したがって、高電流における低電圧は、低電流における高電圧に変換される。ランプ上のこの電圧は、ブースト回路からの一連の高電圧パルスによってポンプアップ(pump up)される。
【０００５】
上記ブーストによって発生される直流は、ＥＬランプに給電するためには交流に変換されなければならない。当該分野においては、単一の出力上に交流を発生するようにインダクタをスイッチングすることは、知られており、米国特許5,313,141号（Kimball）を参照されたい。ランプを通る電流は、低い周波数（２００−１０００Ｈｚ）で交番する。
【０００６】
知られているように、ＥＬランプは、電気パルスがこのランプに印加されたとき電気ノイズを発生することがあり、それは、極性が反転するときにおけるランプの急激な放電に起因する。この急激な放電は、ランプに電流スパイクを通過させ、そしてこれがランプの寿命を短くする。また、ＥＬランプを通るこの放電電流を抑制することによって、このランプが発生するノイズを最小限にすることも知られており、例えば米国特許5,789,870号（Remson）および米国特許6,038,153号（Andersson et al.）を参照されたい。
【０００７】
この従来技術では、ランプを最小の期間の間放電させるための制御式電流デバイスを使用し、これによってＥＬランプが発生するノイズを減少させるようになっている。これらデバイスに関する問題は、その放電時間が、集積回路内でローカルに発生するクロック信号あるいはこの集積回路に対し別のソースから結合するクロック信号から得る、という点である。ＥＬランプがエージング（aging）するにつれ、このランプのキャパシタンスが減少し、これは、ランプを放電させるのに必要な時間を減少させるが、放電に利用可能な時間は減少しない。このため、ランプは、わずかにより長い期間の間“オフ”となり、そしてランプは、エージングのみによるよりも一層薄暗くなる。
【０００８】
以上に鑑み、本発明の目的は、バッテリ給電式ドライバにより駆動されるＥＬランプに対し最適な放電サイクルを提供することである。
本発明の別の目的は、バッテリ給電式ドライバによって駆動されるＥＬランプの寿命を向上させることである。
【０００９】
本発明のさらに別の目的は、ＥＬランプの放電を、低い周波数信号の各半サイクルの間において監視するための検出器回路を提供することである。
発明の摘要
以上の目的は、本発明において達成するが、本発明においては、ＥＬランプのためのドライバは、電圧検出器を備え、この電圧検出器は、そのランプに結合していて、このランプの両端間の電圧を監視し、そしてこのランプが実質上放電したときの指示を発生する。
【００１０】
発明の詳細な説明
本発明のより完全な理解は、添付図面を参照する以下の詳細な説明から得ることができる。
【００１１】
図１は、米国特許5,313,141号（Kimball）に記載された変換器に類似の変換器を示している。変換器１０は、単一のシングルエンド出力を有する、すなわち、変換器１０は、交流を出力１１に発生し、そしてこれは、ランプ１２の一方の電極が接地されるようにイネーブルする。変換器１０は、トランジスタ１３，１４であってこれらトランジスタ間に直列にインダクタ１５が接続されたものを備え、そしてこの直列回路は、ＤＣ電圧源１６とグランドとの間に接続している。トランジスタ１３とインダクタ１５との間の接合点は、トランジスタ２１およびダイオード２３を介して出力１１に結合している。インダクタ１５とトランジスタ１４との間の接合点は、トランジスタ２２およびダイオード２４を介して出力１１に結合している。トランジスタ２１のベースは、グランドに結合し、そしてトランジスタ２２のベースは、電源に結合している。
【００１２】
入力ＡおよびＢには、適当な駆動信号が印加され、これにより、トランジスタ１３は、ターンオンされ、そしてトランジスタ１４が高い周波数でターンオンおよびターンオフされる間においてオンに留まる。変換器１０の動作のこの部分の間においては、変換器は、単純なブースト回路にかなり似た動作をする。トランジスタ１４が高い周波数でターンオンおよびターンオフするとき、トランジスタ２２は順バイアスされ、そして一連の正パルスがランプ１２に対しダイオード２４を介して印加される。ランプ１２上の電圧は、それらパルスに応答して増分的に増加し、そして小さな電流がランプ１２を通して流れる。
【００１３】
短い期間の後、トランジスタ１３および１４の動作は逆転する、すなわち、とトランジスタ１３が高い周波数でターンオンおよびターンオフされる間においてトランジスタ１４が導通する。変換器１０の動作のこの部分の間においては、インダクタ１５は、負のパルスを発生し、そしてこれらは、トランジスタ２１およびダイオード２３を介してランプ１２に結合される。これら負パルスは、ランプ１２を上記とは反対方向に充電し、したがって電流は、ランプ１２を反対方向に流れる。
【００１４】
さらに別の短い期間後、トランジスタ１３および１４は、再び逆転する。上記の充電期間は、好ましくは長さを等しくして、ＤＣ電圧がランプ１２上に累積するのを防ぎ、そしてそれら期間は、好ましくは、２００Ｈｚと２０００Ｈｚとの間のある周波数に対応する。本発明によれば、それら充電期間は、放電期間によって分離されており、そして放電期間の持続時間は、ランプ１２の状態に依存する。放電回路（図示せず）は、出力１１に結合している。図２には、ランプ１２の放電を監視する装置を示している。
【００１５】
図２は、本発明にしたがい構成したモニタ回路を示している。図２に示したこの回路は、電流源３４および４１をオン／オフにスイッチングすることによって放電回路として使用することができるが、しかし別個の装置が好ましい。適当な放電回路は、当該分野においては知られており、そして好ましくは、定電流放電を備えている。図２においては、端子１１は、直列結合の分離ダイオード３１および３２の接合点に結合している。端子１１上の正の電圧は、本回路のダイオード３１を含む上側半分によって監視し、そしてこの端子上の負の電圧は、ダイオード３２を含む下側半分によって監視する。
【００１６】
ダイオード３１、抵抗器４４および電流源３４を通る電流は、制限され、そして抵抗器４４の両端間に所定の電圧降下を発生する。抵抗器４４の各端部は、コンパレータ３５の１つの入力に結合している。端子１１上の電圧は、その電源電圧まで減少する間、電流源３４は、抵抗器４４を通る検知電流を提供する。端子１１上の電圧が実質上ゼロにまで減少するとき、抵抗器４４の両端間の電圧降下は減少し、そしてコンパレータ３５は状態が変化する。コンパレータ３５からの出力は、増幅器３６が反転し、そしてこれを端子３８に結合して、ランプ（図２に図示せず）が放電したという指示を与える。
【００１７】
本回路の下側半分は、上側半分と同様に動作するが、ただし、負の充電サイクルを監視する。１１上の電圧がゼロより下になったとき、電流源４１は、抵抗器４２を通る電流を提供する。抵抗器４２の各端部は、コンパレータ４４の１つの入力に結合している。端子１１上の電圧が実質上ゼロにまで減少するとき、抵抗器４２の両端間の電圧降下は減少し、そしてコンパレータ４４は状態が変化する。コンパレータ４４からの出力は、増幅器４５が反転し、そしてこれを端子４８に結合して、ランプが放電したという指示を与える。
【００１８】
端子３８および端子４８上のこの特定の論理レベルは、重要ではない。本発明の１実施形態においては、論理ハイは、正の充電サイクルに対して“放電完了”を示し、そして論理ローは、負の充電サイクルに対して“放電完了”を示すようにした。同様に、ランプは、グランド電位に対して放電させる必要はない。上記のRemson特許に開示されたように、ランプ上の電圧は、大抵の場合においてノイズを実質的に低減させるため、その最大電圧の半分未満に減少させることが必要なだけである。
【００１９】
図３は、集積回路としてのモニタの実現例を示す。図３に示したこの回路は、正の充電サイクルを監視する。電流源５１は、低電圧源Ｖｃｃとグランドとの間においてトランジスタ５２に直列に接続している。トランジスタ５２のコレクタとベースとは、互いに短絡して、このトランジスタをダイオードとして機能させる。トランジスタ５２および５３のベースとエミッタとは、電流ミラー構成で互いに結合する。トランジスタ５３は、端子１１とコモンとの間においてダイオード５４およびトランジスタ５５と直列に結合している。トランジスタ５５は、ダイオード構成で接続し、そして電流ミラーとしてトランジスタ５７と接続する。トランジスタ５７、ダイオード５８およびダイオード５９は、端子１１とトランジスタ６１のベースとの間において直列に接続している。トランジスタ６１は、低電圧源Ｖｃｃとコモンとの間において、電流源６４と直列に接続している。トランジスタ６１と電流源６４との間の接合点は、端子６３に結合している。
【００２０】
電流源５１は、例えば１マイクロアンペアの小さな電流を、トランジスタ５２および５３を含む電流ミラーに供給する。端子１１上の電圧が、グランド電位よりも２つのダイオード順方向電圧降下に１つのＶｓａｔを加えた分だけ上よりも大きい場合、トランジスタ５３は、例えば１マイクロアンペアの小さな電流を、ダイオード５４およびダイオード−トランジスタ５５を通すように導通する。
【００２１】
端子１１上の電圧が、グランド電位から２つのダイオード順方向電圧降下、１つのＶｂｅに１つのＶｓａｔを加えた分だけ上よりも大きい場合、トランジスタ５７、ダイオード５８およびダイオード５９は、導通してトランジスタ６１をターンオンさせる。トランジスタ６１が導通すると、端子６３は、ローになる。端子１１上の電圧が、グランド電位から２つのダイオード順方向電圧降下、１つのＶｂｅに１つのＶｓａｔを加えた分だけ上よりも小さい場合、トランジスタ６１はオフに遮断され、そして端子６３は、Ｖｃｃよりわずか下にまで上昇し、これによって、端子１１に結合されたＥＬランプ（不図示）が放電したことを示す。
【００２２】
図４は、負充電サイクルに対する放電モニタを示している。電流源７１は、低電圧源Ｖｃｃとグランドとの間においてトランジスタ７２と直列に接続している。トランジスタ７２のコレクタとベースとは、互いに短絡させて、このトランジスタをダイオードとして機能させる。トランジスタ７２および７３のベースとエミッタとは、電流ミラー構成で互いに結合する。トランジスタ７３は、端子１１とＶｃｃとの間においてダイオード７４およびトランジスタ７５と直列に結合している。トランジスタ７５は、ダイオード構成で接続し、そして電流ミラーとしてトランジスタ７７と接続する。トランジスタ７７、ダイオード７８およびダイオード７９は、端子１１とトランジスタ８１のベースとの間において直列に接続している。トランジスタ８１は、低電圧源Ｖｃｃとコモンとの間において、電流源８４と直列に接続している。トランジスタ８１と電流源８４との間の接合点は、端子８３に結合している。
【００２３】
電流源７１は、例えば１マイクロアンペアの小さな電流を、トランジスタ７２および７３を含む電流ミラーに供給する。端子１１上の電圧が、Ｖｃｃよりも、２つのダイオード順方向電圧降下に１つのＶｓａｔを加えた分だけ下よりも大きい場合、トランジスタ７３は、例えば１マイクロアンペアの小さな電流を、ダイオード７４およびダイオード−トランジスタ７５を通すように導通する。
【００２４】
端子１１上の電圧が、Ｖｃｃから２つのダイオード順方向電圧降下、１つのＶｂｅに１つのＶｓａｔを加えた分だけ下よりも大きい場合、トランジスタ７７、ダイオード７８およびダイオード７９は、導通してトランジスタ８１をターンオンさせる。トランジスタ８１が導通すると、端子８３は、Ｖｃｃよりもわずか下にまで上昇する。端子１１上の電圧が、Ｖｃｃから２つのダイオード順方向電圧降下、１つのＶｂｅに１つのＶｓａｔを加えた分だけ上よりも小さい場合、トランジスタ８１はオフに遮断され、そして端子８３は、グランド電位よりわずか上にまで下降し、これによって、端子１１に結合されたＥＬランプ（不図示）が放電したことを示す。このため、ローの電圧は、負放電サイクルからの放電を示し、ハイの電圧は、正放電サイクルからの放電を示す。これら論理レベルを希望に応じてハイあるいはローのいずれかとするため、追加の回路を設けることができる。
【００２５】
端子６３および端子８３上の出力信号は、次の充電サイクルを開始させるのに使用することができる。これが行われると、放電サイクルの持続時間は、ＥＬランプのキャパシタンスの減少のために、このランプのエージングにしたがって短くなる。１つのサイクル（正の充電、放電、負の充電、放電）の期間を一定にすることにより、充電サイクルは、ランプのエージングとともに長くなり、これによってランプの電圧を増加させてエージングに対する補償を行う。
【００２６】
図５は、浮動出力端子を有するインバータ、例えばＨブリッジ出力として知られたものを有するインバータに適用したときの、本発明の代替の実施形態の回路図を示している。インバータ９０は、誘導性ブーストとＨブリッジ出力とを備えている。この誘導性ブーストは、低電圧源（＋）とグランドとの間において、スイッチング・トランジスタ９２と直列にインダクタ９１を備えている。入力９４上のパルスは、トランジスタ９２をオン／オフにスイッチングして、一連のハイ電圧パルスを発生し、そしてこれらは、ダイオード９５によってオプションの蓄積キャパシタ９６に結合する。キャパシタ９６の両端子は、高電圧レール９７とコモン・レール９８を形成する。Ｈブリッジ出力は、トランジスタ１０１，１０２．１０３および１０４を備え、これらは、高電圧レール９７とコモン・レール９８との間に結合している。ＨブリッジのＡＣ対角は、ＥＬランプ１００に結合している。当該分野においては、入力９４およびＨブリッジを駆動するための多くの種類のパルス発生器（不図示）が知られている。
【００２７】
本発明によれば、放電モニタ回路１０６は、ＥＬランプ１００の一方の端子に結合し、そして放電モニタ回路１０７は、このＥＬランプの他方の端子に結合している。これら回路１０６および１０７は、図２に示した回路の上側半分かあるいは図３に示した回路の上側半分のいずれかとすることができる。これら放電モニタ回路は、電源またはグランドを基準とすることができる。さらに、他の実施形態から分かるように、放電モニタ回路１０６および１０７は、放電回路としても機能させることができる。
【００２８】
回路１０６および１０７が放電機能も提供するとしたとき、インバータ９０は、以下のように動作する。すなわち、インバータ９０を動作させるための制御回路（不図示）は、トランジスタ１０１および１０４を同時にターンオンさせて、ランプ１００を第１の極性に充電する。回路１０６が、ランプ１００の左側端子をロー電圧に放電させる間、トランジスタ１０１をターンオフさせる。この放電サイクルの終了時において、回路１０６は、この放電が完了したこと並びに次の充電サイクルが開始することを示す信号を発生する。詳細には、トランジスタ１０４はターンオフし、トランジスタ１０２および１０３はターンオンして、ＥＬランプ１００を反対の極性に充電する。この充電サイクルの終了時に、トランジスタ１０２はターンオフされ、そして回路１０７はターンオンされ、これにより、ランプ１００をロー電圧へと放電させる。この放電サイクルの終了時に、回路１０７は、トランジスタ１０３をターンオフすることによって、この放電が完了したこと並びに次の充電サイクルが開始することを示す信号を発生する。
【００２９】
このように、本発明は、低い周波数の信号の各半サイクルの間において、ＥＬランプの放電を監視するための検出器回路を提供する。また、本発明は、バッテリ給電式のドライバによって駆動されるＥＬランプに関する最適な放電サイクルを、ランプが放電されたときに信号を供給することによって提供する。ＥＬランプの動作寿命は、エージングに対する自動的な補償によって延長される。
【００３０】
以上、本発明について説明したが、当業者には明らかなように、種々の変更を本発明の範囲内において行うことができる。例えば、図３および図４において、ＥＬランプが放電されたとみなす電圧は、ダイオード５８，５９または７８，７９に直列にダイオードを追加することによって変更することができる。この放電モニタは、上述のように、電流源３４、４１，５１および７１に対してスイッチト・カレント・ソースを使用することによって、放電回路として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、シングルエンド出力を有するＥＬドライバの回路図。
【図２】  図２は、本発明の好ましい実施形態にしたがい構成した放電検出器の回路図。
【図３】  図３は、本発明の代替の実施形態にしたがい構成した正極性放電検出器の回路図。
【図４】  図４は、本発明の代替の実施形態にしたがい構成した負極性放電検出器の回路図。
【図５】  図５は、本発明の代替の実施形態の部分的なブロック図。
【図１】
0004017866.tif 000002
【図２】
0004017866.tif 000003
【図３】
0004017866.tif 000004
【図４】
0004017866.tif 000005
【図５】
0004017866.tif 000006