(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パネル電極とパネル静電容量を有するディスプレイパネルを駆動するための高エネルギ効率ドライバ回路であって、
第１端子と、パネル電極に接続される第２端子とを有する誘導子手段と、
駆動電圧を供給するための駆動電圧電源手段と、
駆動電圧よりも大きな供給電圧を供給するための電圧供給手段と、
第１段階の起点となる入力信号転移に呼応して、駆動電圧電源手段を第１端子に選択的に接続するための第１のスイッチ手段であって、第１電流が接続中に誘導子手段に流れて、パネル静電容量を充電し、第１電流がゼロに達する時点で、誘導子手段が、駆動電圧より大きい電圧をパネル電極に与える第１のスイッチ手段と、
電圧供給手段を、第２端子およびパネル電極に選択的に接続するための第２のスイッチ手段と、
誘導子手段に接続されたスイッチ制御手段であって、スイッチ制御手段は、これに流れる電流量に呼応し、第１段階の少なくとも部分的期間において、第２のスイッチ手段を開放状態に維持した後、誘導子手段から得られる信号に呼応して、第２スイッチ手段を閉じ、第１電流がゼロに達する時点で、第２スイッチ手段を完全に導通させるように機能し、これにより電圧供給手段が後の第２段階においてパネル電極に電流を供給するとともに、誘導子手段にフライバック電流を供給するスイッチ制御手段と、を備え、
スイッチ制御手段は、高電圧側検出回路を有し、
高電圧側検出回路は、第１段階において、パネル電極が駆動電圧より大きい電圧を示した後で、かつ第１電流量がゼロに達する前に、第２スイッチ手段を閉じることを特徴とする高エネルギ効率ドライバ回路。
【請求項２】
請求項１に記載の高エネルギ効率ドライバ回路であって、
第３段階の起点となる逆方向の入力信号転移に呼応して、駆動電圧電源手段を第１端子に選択的に接続するための第３のスイッチ手段であって、第２電流が接続中に誘導子手段に流れて、パネル静電容量を放電し、第２電流がゼロに達する時点で、誘導子手段が、駆動電圧より小さい電圧をパネル電極に与える第３のスイッチ手段と、
第２端子およびパネル電極を、共通電圧電源に選択的に接続するための第４のスイッチ手段とをさらに備え、
スイッチ制御手段は、第３段階において、第４のスイッチ手段を開放状態に維持した後、誘導子手段から得られる信号に呼応して、第４スイッチ手段を閉じて、第２電流がゼロに達する時点で、第４スイッチ手段を完全に導通させるように機能し、これにより共通電圧電源は、誘導子手段からのフライバック電流のためのシンクを構成するとともに、パネル静電容量のための放電経路を提供することを特徴とする高エネルギ効率ドライバ回路。
【請求項３】
請求項１に記載の高エネルギ効率ドライバ回路であって、
駆動電圧が供給電圧の約１／２であることを特徴とする高エネルギ効率ドライバ回路。
【請求項４】
請求項１に記載の高エネルギ効率ドライバ回路であって、
スイッチ制御手段が誘導子手段に電磁誘導的に接続されることを特徴とする高エネルギ効率ドライバ回路。
【請求項５】
請求項１に記載の高エネルギ効率ドライバ回路であって、
フライバック帰還回路をさらに有し、
フライバック帰還回路は、誘導子手段の第１端子と電圧供給手段との間に接続された、フライバック帰還電流の放散経路を形成するための電気抵抗式の放散手段を有することを特徴とする高エネルギ効率ドライバ回路。
【請求項６】
請求項２に記載の高エネルギ効率ドライバ回路であって、
駆動電圧が供給電圧の約１／２であることを特徴とする高エネルギ効率ドライバ回路。
【請求項７】
請求項２に記載の高エネルギ効率ドライバ回路であって、
スイッチ制御手段が誘導子手段に電磁誘導的に接続されたことを特徴とする高エネルギ効率ドライバ回路。
【請求項８】
請求項２に記載の高エネルギ効率ドライバ回路であって、
スイッチ制御手段は、低電圧側検出回路を有し、
低電圧側検出回路は、第３段階において、パネル電極が駆動電圧より小さい電圧を示した後で、かつ第２電流量がゼロに達する前に、第４スイッチ手段を閉じることを特徴とする高エネルギ効率ドライバ回路。
【請求項９】
請求項２に記載の高エネルギ効率ドライバ回路であって、
フライバック帰還回路をさらに有し、
フライバック帰還回路は、誘導子手段の第１端子と電圧供給手段との間に接続された、フライバック帰還電流の放散経路を形成するための電気抵抗式の放散手段を有することを特徴とする高エネルギ効率ドライバ回路。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、静電容量式表示パネルに関する維持信号駆動回路に関し、とりわけ、再生エネルギを正確に制御し、かつ電磁誘導で発生するフライバック電流が表示パネル上の画素部に悪影響を与えない維持信号駆動回路に関する。
背景技術
プラズマディスプレイパネル、またはガス放電ディスプレイが先行技術として知られているが、一般にこれらのディスプレイは、１対の基板から構成され、これら基板は各々、行および列電極を支持し、誘電体層で覆われ、平行に配置されて、その両者間にイオン化ガスが封印されたギャップを形成する。基板は、その電極が互いに直交関係に配置するように構成され、その直交交点に放電画素部を構成し、この画素部において選択放電させることにより、所望の記憶機能または表示機能を得ることができる。このようなパネルがＡＣ駆動であり、選択された行および列電極により決定される所定の放電位置において、点灯電圧を超える書き込み電圧が印加された結果、選択セルで放電が生じるということも公知である。交流の維持電圧（これ自体で放電し始めるのには不充分であるが）を付加することにより、選択セルでの放電を継続的に「維持」することができる。この技術は、基板の誘電体層に生じる壁電荷に依存するものであり、この壁電荷と維持電圧とが共に放電を継続させるよう動作する。
ガス放電パネルまたはプラズマディスプレイの動作方法と構成の詳細に関して、ドナルド  Ｌ．ビッツァー他に対する１９７１年１月２６日付発行の米国特許第３，５５９，１９０号、および、ウィーバーらに対する１９８８年９月２０日付発行の米国特許第４，７７２，８８４号で開示されている。
エネルギ再生維持ドライバが、プラズマディスプレイパネル用に開発され、パネルの静電容量を充電および放電するのに用いられるエネルギを再生可能とする。ＡＣプラズマディスプレイパネルの大きさと動作電圧が増加するにつれて、維持信号ドライバの作動を正確に制御する必要性が重大なものとなる。信号ドライバをあまりに早期に作動させると、効率がより悪くなり、電磁気（ＥＭＩ）放射がより大きくなる。遅く作動させると、パネル内の放電が時期尚早なものとなり、動作マージンに悪影響を与える。
維持パルスの立上り時間は共振回路によって制御され、その回路は維持ドライバのインダクタンスコイルとディスプレイパネルのコンデンサから構成され、立上り時間は点灯画素および非点灯画素の数によってかなり変わってくる（すなわち、パネルに蓄積されたデータ内容によって、パネルの静電容量が大きく変化する）。固定式タイミング回路を用いた維持ドライバにおいては、電力損失が大きくなるが、バラストコンデンサを付加したり、または複雑な静電容量補償回路を設けたりすることによって、この静電容量の変化量を最小限に抑える必要がある。
インダクタンスコイルがその共振サイクルを決定付けるので、維持ドライバ回路を動作させるタイミング回路として、可変タイミング回路を用いなければ、静電容量が変化するという問題を解決することはできない。先行技術の回路によれば、インダクタンスコイル電流がゼロから逆方向となるまで、維持ドライバの作動を待機する。こうすると、インダクタンスコイルのエネルギ再生部に「フライバック」転移が発生し、この転移は出力ドライバを起動するのに用いられる。今日の電圧とガス混合物を用いると、このフライバックはあまりにも遅過ぎて、十分に利用できない。出力ドライバは、インダクタンスコイル電流が減少し、かつフライバック電流が発生する十分前に、作動し始めなければならない。
維持出力ドライバを制御するためにフライバック電流を用いると、出力ドライバが動作中に、パネルから電流が流れるという好ましくない影響が出る。すると、システム内に環状電流が発生する。共鳴サイクルの完了時点で、フライバック電圧がインダクタンスコイルの再生側で発生する。インダクタンスコイル電圧は、最初に印加された強制電圧と反対の極性を有する。フライバック電流が、パネル電圧と調和すべく、インダクタンスコイルの再生部におけるコンデンサを充電または放電するように流れる。そうして、所望する転移とは逆の方向で電荷が移送される結果、この出力ドライバが作動したときに、回路が消費する再生不能エネルギの増大およびノイズの多い転移を招くことになる。
ウィーバーらに対する米国特許第４，８６６，３４９号および５，０８１，４００号で、ＡＣプラズマディスプレイパネルのための電力効率的な維持ドライバを開示している。ウィーバーらの特許のこれら開示内容が本発明の一部をなすものとしてここに統合されるが、ここに開示する本発明は、ウィーバーらの設計の直接的な改良発明であるので、その詳細について以下の通り記述する。ウィーバーらによれば、維持ドライバ回路として、パネルの有する静電容量を充電および放電するためのインダクタンスコイルを利用しており、パネルのコンデンサを駆動するときに失う大部分のエネルギを再生しようとしている。図１ないし４はウィーバーらの特許から直接引用したものである。
図１はウィーバーらによる維持ドライバの理想化した構成図である。図２は出力電圧およびインダクタンスコイルの電流波形を示したもので、連続的な４つのスイッチング段階において、４つのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４が開いたり閉じたりするときに、図１の回路で予想される電流波形である。以下で示される理想化された各回路は、ロジックレベル制御信号で駆動され、この制御信号は、前立上り端と後立下り端を有する。制御信号ソースをドライバ回路に接続する手段は、詳細な回路図にのみ示されている。
段階１の前の段階においては、再生電圧ＶSSはＶCC／２であり（ここでＶCCは維持ドライバの電源電圧である）、Ｖｐはゼロで、Ｓ１とＳ３が開いた状態で、Ｓ２とＳ４が閉じた状態であると仮定する。段階１と３の間、ＶSSの変化を最小限に抑えるため、ＣSSの静電容量はＣｐに対して十分大きいものでなければならない。スイッチ動作について説明した後、ＶSSがＶCC／２となることの理由を以下に説明する。
段階１：入力維持パルスの前立上り端において、Ｓ１を閉じ、Ｓ２を開き、そしてＳ４を開く（Ｓ３は開いている）。Ｓ１が閉じると、インダクタンスコイルＬおよびＣｐ（これは、維持ドライバ回路からみると、パネルコンデンサに相当する）が直列共振回路を形成し、この回路にＶSS＝ＶCC／２となる「強制電圧」が印加される。ＶｐはＶCCとなるまで上昇し（インダクタンスコイルＬの作用により）、このときＩLはゼロとなるまで下がり、ダイオードＤ１には逆バイアスが印加される。
段階２：Ｓ３を閉じて、ＶｐをＶCCに固定し、パネル上の「点灯」状態にある全ての画素に対する電流経路を提供する。ある画素が点灯状態にあるとき、その周期的な放電によって、イオン化ガス間は実質的に短絡し、放電を維持するために必要な電流がＶCCから供給される。この画素の放電／導通状態が図１のアイコン１０で示されている。
段階３：（入力維持パルスの後立下り端で開始する）
Ｓ２が閉じ、Ｓ１が開き、そしてＳ３が開く。Ｓ２が閉じると、インダクタンスコイルＬとコンデンサＣｐが、再び直列共振回路を形成し、インダクタンスコイルＬの両端に発生する電圧はＶSS＝ＶCC／２と等しくなる。しかし電圧極性は、段階１の場合と逆で、電流ＩLの負方向の電流が生じる。そしてインダクタンスコイルの蓄積されたエネルギが消失するのに従い、Ｖｐはグランド電圧まで低下し、このときＩLはゼロとなり、Ｄ２は逆バイアスが印加される。
段階４：Ｖｐをグランドに接地するためにＳ４を閉じ、プラズマディスプレイパネルの反対側にある同一のドライバが、反対側の端子をＶCCとし、点灯状態の画素があればＳ４において放電電流を流す。
コンデンサＣｐを充電または放電しているとき、これまでＶSSはＶCC／２のまま一定であると仮定してきた。その理由は次の通りである。ＶSSがＶCC／２よりも小さい場合、Ｓ１を閉じて、Ｖｐが立ち上がる時、強制電圧はＶCC／２よりも小さくなる。その後、Ｓ２を閉じて、Ｖｐが立ち下がる時、強制電圧がＶCC／２よりも大きくなる。すると平均すれば、ＣSSに電流が流れ込むことになる。逆に言えば、ＶSSがＶCC／２よりも大きい場合、平均すれば電流がＣSSから流れ出ることになる。よって、ＣSSへの正味の電流がゼロとなるような安定した電圧は、ＶCC／２となる。実際、電源を入れてＶCCが立ち上がるに従って、ドライバが前述の４つの段階に連続的に切り替えられた場合、ＶSSはＶCCと共にＶCC／２となるまで増加する。
図１の理想化した回路の構成図が図３で、関連するタイミング図が図４で示されている。トランジスタＴ１ないしＴ４が、スイッチＳ１ないしＳ４に各々対応する。ドライバ１は、トランジスタＴ１およびＴ２を補完的な手法で制御し、Ｔ１がオン状態のときはＴ２がオフ状態に、逆も同様になるように制御する。ドライバ２は、Ｒ１−Ｃ３の時定数を用いるか、あるいはＶ１における電圧上昇を用いてトランジスタＴ４をオン動作させる。同様に、ドライバ３は、Ｒ２−Ｃ４の時定数を用いるか、あるいはＶ２における電圧上昇を用いてトランジスタＴ３をオン動作させる。ダイオードＤ３およびＤ４は、トランジスタＴ３およびＴ４を素早く遮断するために用いられる。
段階１：始めに、Ｔ４およびＴ２をオフ状態とし、Ｔ３は、オフ状態であって、Ｒ２−Ｃ４の時定数またはＶ２ノードの電圧上昇により（すべてダイオードＤＣ２を介して）オン動作するのを待機している。入力維持パルスがソース１２から入力されると、Ｔ１がオン状態となり、ＶSSがＶ１ノード、Ａノード、およびＶ２ノードに印加される。インダクタンスコイルＬとパネルコンデンサＣｐは直列共振回路を形成し、この回路はＶSS＝ＶCC／２となるような強制電圧を有する。インダクタンスコイルに蓄積されたエネルギによって、Ｖｐは、ＩLがゼロとなる時点まで、ＶSSを越してＶCCまで上昇する。
Ｖｐは通常ＶCCの８０％まで上昇するので、インダクタンスコイルＬは、ＶｐからＶSSを引いた強制電圧を（パネル側から）受けることになる。このとき、負の電流ＩLがパネルからインダクタンスコイルを介して逆に流れ、これはＤ１の逆バイアスであり、Ｔ２の静電容量を充電する。これが前述のフライバック電流であり、図４の時刻ｔ１で始まる。フライバック電流は、ノードＡおよびＴ２におけるフライバック電圧を急激に上昇させる。ノードＶ２の電圧が上昇すると、Ｃ４がこの電圧上昇に連動してドライバ３を起動し、Ｔ３をオン状態にする。
フライバック電流によって、時刻ｔ１からｔ２の間、エネルギがパネルから流出し、インダクタンスコイルＬへ逆に注入されるのにつれて、パネル電圧Ｖｐは低下する。このフライバックエネルギは、Ｔ３、Ｌ、Ｄ２およびＤＣ２で放散することになる。
段階２：ＶｐをＶCCに固定し、「オン」画素を放電するための電流経路を提供するために、トランジスタＴ３をオン状態とする。インダクタンスコイルＬにエネルギが注入されたので、そのエネルギを放散してしまうまで、インダクタンスコイルＬ、ダイオードＤ２およびＤＣ２を介して、Ｔ３から負の電流ＩLが流れ続ける。電流減衰を遅らせるべく、前述の部品はすべて電力損失の少ない部品を用いる。
段階３：Ｔ１およびＴ３がオフ状態で、Ｔ４がオフのままで、Ｔ２をオン状態にする。パネルコンデンサＣｐが十分に充電されているとき、ＶｐはほぼＶCCとなる。Ｔ２がオン状態になると、インダクタンスコイルＬとパネル静電容量Ｃｐは再び直列共振回路を形成し、インダクタンスコイルＬの両端にＶSS＝ＶCC／２となるような強制電圧が生じる。ＩLがゼロとなる時点で、Ｖｐはグランドまで低下する。段階１の終わりの時と同様、インダクタンスコイルＬに蓄積されたエネルギによって、強制電圧は逆の極性を有し、Ｄ２には逆バイアスが印加され、Ｖ１ノードを接地してＴ１の静電容量を瞬間的に放電する。フライバック電流ＩLは時刻ｔ３で発生し、Ｃ３を介してドライバ２と連絡し、その結果Ｔ４をオン状態にする。
段階４：Ｔ４によりＶｐをグランドに固定し、パネルの反対側にある同一のドライバの反対側をＶCCとし、オン状態の画素があればＴ４に放電電流が流れる。
前述の設計には数多くの欠陥がある。
１）時刻ｔ１において、Ｔ３がオン状態となる前にＶｐがピークを有する場合は、ガス放電活動が開始し得る。ＶｐがＶCCよりも小さいので、放電が所望するものより弱くなり、薄暗い領域や画素部のちらつきが生じることになる。加えて、放電し始めると、Ｔ３がオン状態になり得る前にＶｐが低下し、効率が悪くなるという影響がある。
２）電圧を操作して、パネルの静電容量を増やすと、高電流が必要となるため、大面積の酸化膜半導体電界効果型トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を用いることが必要となる。より大面積の電界効果型トランジスタ、およびより高い電圧を用いると、段階２で放散すべきフライバックエネルギレベルはより大きくなる。時刻ｔ１からｔ２の間で出力電圧が落ちる主な理由がここにある。すべての部品は電力損失の少ないもので設計されているため、段階２にある期間中流れるインダクタンスコイル電流は、段階３になっても流れ続け、維持パルスの下降転移に支障をきたす。
３）パネルおよび相互内部結線のインダクタンスがふらつくことにより、Ｔ３およびＴ４がオン状態にある間、かなりのノイズがシステムに付加される。フライバックの動きによって、パネルおよびＴ３電源電流から電流が流れ、出力を引き上げるため、パネル内の広範で急激な電流変化が生じ、ディスプレイのグランドシステム全体に影響を与え、放射する電磁気的干渉（ＥＭＩ）が生じる。
４）Ｒ１およびＲ２は、共振サイクルに関係なく、出力トランジスタを作動するので、悪条件下では、この回路は相当多くの電力を放散する傾向がある。
本発明の要約
ここに詳述する発明は、ウィーバーらの設計を基礎として、インダクタンスコイルに二次巻線を付加し、高電圧側ドライバまたは低電圧側ドライバのいずれかを動作し得る制御ネットワークを設けることにより構成される。巻線は、インダクタンスコイルの両端にかかる瞬間的な電圧に比例する電圧を発生する。電流が、インダクタンスコイルＬを介してパネルコンデンサＣｐへと流れるので、インダクタンスコイルの両端にかかる電圧は減少してゼロになり、この時、パネル電圧は再生電圧（維持電圧の半分）と等しくなる。インダクタンスコイルＬに蓄積されたエネルギは、パネルコンデンサＣｐをさらに充電すべく、この電流を流し続ける。パネル電圧が再生電圧を超えて上昇するとインダクタンスコイル電圧の極性は反転し、パネル電圧と共に増加する。この極性反転と電圧上昇は、二次巻線によって検出され、各々の出力ドライバを駆動するのに用いられる。出力ドライバの駆動は、ゲート抵抗器によって減衰される。こうすることによって、電界効果型トランジスタの静電容量から流れる電流を制限することができ、インダクタンスコイルＬに残存するエネルギをパネルへ転送することができる。
極性反転が生じてから、出力ドライバがオン状態となるので、静電容量が変化した場合でも、インダクタンスコイルによって転送されるエネルギ量は、いつでも最大化される。出力ドライバをゆっくりと動作させ、しかもフライバックが発生した時は完全にオン状態となっているので、ＥＭＩ効果を削減することができる。こうして、初期の設計では発生した環状電流を排除することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、先行技術にあるＡＣプラズマパネルに関する維持ドライバの理想化した回路図である。
図２は、図１の回路動作を説明する波形図である。
図３は、先行技術にある図１の維持ドライバの理想化した詳細回路図である。
図４は、図３の回路動作を説明する波形図である。
図５は、本発明を具現化するＡＣプラズマパネルに関する維持ドライバの理想化した回路図である。
図６は、図５の回路動作を説明する波形図である。
図７は、図５の維持ドライバに関してさらに詳細に説明する、理想化した回路図である。
図８は、図７の回路動作を説明する波形図である。
図９は、本発明を具現化する維持ドライバの詳細回路図である。
図１０は、図９の回路動作を説明する波形図である。
本発明の詳細な説明
図５は、先行技術にある図１の維持ドライバ（保持ドライバ）に対して、本発明が変更を加えたところを図解するものである。制御ネットワーク２０を追加し、これと二次巻線２２を介してインダクタンスコイルとを接続する。制御ネットワーク２０は、スイッチＳ３およびＳ４の導通状態を制御し、図６で示した波形に従って動作する。制御ネットワーク２０は、インタグタンスコイルＬの両端（そして二次巻線２２の両端）の電圧を用いて、出力電圧Ｖｐが中間点を超えて上昇した後に、出力スイッチＳ３を徐々に閉じる。下降時においては、出力が中間点を超えて下降した後に、出力スイッチＳ４を徐々に閉じる。ダイオードＤＣ２および抵抗器Ｒ２は、一方の極性のフライバック電流を減衰し、ダイオードＤＣ１および抵抗器Ｒ１は、他方の極性のフライバック電流を減衰する。Ｓ１およびＳ２の導通状態は、入力されるロジック制御信号の立上り端および立下り端に呼応する電気回路（図示せず）により制御される。
図５に示す回路の４つのスイッチング段階に関する動作と、図６のタイミング図について、以下に詳しく説明するが、段階１より前においては、再生電圧であるＶSSがＶCC／２であり（ＶCCは維持電源供給電圧である）、Ｖｐがゼロであり、Ｓ１およびＳ３が開いた状態で、Ｓ２およびＳ４が閉じた状態にあると仮定する。
段階１：スイッチＳ２およびＳ４を開き、Ｓ１を閉じると、ＶSSがノードＡに供給される。ＶｃはインダクタンスコイルＬの両端の電圧であり、すなわちＶｃ＝Ｖｐ−ＶAである。インダクタンスコイルＬを流れる電流は、その両端にかかる電圧の時間積分に比例するので、電流ＩLは、段階１の前半部では増加し、段階１の後半部では、パネル電圧Ｖｐが再生電圧ＶSSより上昇するので電流ＩLは減少する。制御ネットワーク２０は、Ｖｃに比例する二次巻線２２の両端にかかる電圧Ｖc'を検出して、ＶｐがＶSSを越え、中間点を超え、Ｖｐが上昇している間に限って、スイッチＳ３をオン状態とすることができる。理想的には、Ｖｃが正のピークを有する時刻ｔ１であって、インダクタンスコイルの電流ＩLがゼロとなる瞬間において、Ｓ３を閉じる。簡単に述べたように、段階１の終わりでＩLがゼロとなった時点で、Ｓ３が完全に導通するよう閉じられる。このようにすると、その後インダクタンスコイルＬに流れるフライバック電流が、パネルからではなく、Ｓ３を介してＶCC供給電源から流れるようにすることができる。
段階２：Ｓ１およびＳ３が閉じたままにしておくことで、パネル上の放電を維持するための電流源およびインダクタンスコイルＬに流れるフライバック電流源の両方として、ＶCC供給電源を用いることができる。フライバック電流はノードＡにおける電圧ＶAをＶCCまで引き上げる。フライバック電流によりインダクタンスコイルＬに誘導されたエネルギは、ダイオードＤ２、ＤＣ２およびＲ２を介して導通することによって放散する。抵抗器Ｒ２の値は、フライバック電流が段階３の前に放散するように選択される。
段階３：Ｓ１およびＳ３は開いた状態で、Ｓ４は開いたままで、Ｓ２を閉じると、ノードＡにおける電圧ＶAがＶSSにまで引き下げられる。この段階で、ＶｐはＶAよりも大きくなっており、インダクタンスコイルの両端にかかる電圧の時間積分に比例する電流ＩLが流れる。一旦、電圧Ｖｐが中間点を超えると、Ｖｃが極性反転し、制御ネットワーク２２により、時刻ｔ３において、段階１の際に上記したのと同様の手法で、Ｖｃが逆のピークを有する時点で、スイッチＳ４をオン状態にする。
段階４：反対側にある維持ドライバにとっては、Ｓ４は帰還経路の一部をなしているため、パネルの反対側にある維持ドライバの出力電圧が上昇し、放電し、そして下降する間、Ｓ４は閉じている。フライバック電圧が生じたとき、フライバック電流がパネルからではなくて、むしろＳ４から流れ、フライバック電流によって電圧Ｖｃがゼロに戻る。
図７は、制御ネットワーク２０の簡略化したモデルを示し、この制御ネットワークは一対のスイッチＳ５およびＳ６の間に一対の電流計Ａ１およびＡ２を有するループを備えている。二次コイル２２が一対のノード３４および３６の間に接続される。ダイオードＤ８および抵抗器Ｒ４を介して、ノード３４とスイッチＳ５とが接続され、ダイオードＤ９および抵抗器Ｒ７を介して、ノード３４とスイッチＳ６とが接続される。図８は、制御ネットワーク２０のタイミング詳細図である。
同じスイッチ状態解析手法を用いて、図７にある制御ネットワーク２０の動作２５について、図８のタイミング図を参考にしながら、検討を加える。段階１よりも前においては、二次巻線２２の両端の電圧は０Ｖであり、Ｓ６が閉じてＳ５が開いている。電流計Ａ２はスイッチＳ６を流れる電流を測定するが、電流がある閾値を超えるとスイッチＳ４を閉じるよう作用する。Ｓ４は、ロジック制御信号の解除命令があるまで、閉じた状態のままである。
段階１：スイッチＳ５は閉じ、Ｓ２、Ｓ４およびＳ６は開いている。Ｓ１が、入力維持パルス転移によって閉じると、ＶSSがノードＡに印加されＶc'はＶcrに対して負の極性を有する。この負の電圧はＤ８に対して逆バイアスを印加することになり、上側電流ループ３６は切断され、Ｓ６が開いているので下側ループ３８には電流が流れない。電流は、一次巻線であるインダクタンスコイルＬを経由してパネルへと流れるので、パネル電圧ＶｐはＶAに対応して上昇する。その結果として、Ｖc'がパネル電圧Ｖｐと共に上昇する（インダクタンスコイルＬの巻数によって分割比例する）。段階１の中間点で、パネル電圧ＶｐがＶAを超えて上昇すると、Ｖc'がＶcrを超えて上昇することになる。するとＤ８に順バイアスが印加される。Ｒ４は上側ループ３６に流し得る電流量を制御する。Ｖｃ'はパネル電圧Ｖｐと共に上昇するので、Ｒ４を流れる電流が上昇して、この電流が電流計の閾値に達することにより、Ｓ３が閉じられる。維持ドライバの電圧上昇が中間点を超えた後、Ｓ３の動作点をいつでも正確に決定できるようＲ４の値を選択する。Ｓ３は、段階３のロジック制御信号の解除命令があるまで閉じた状態である。
段階２：一旦、フライバック電圧が発生するとＶc'はＶcrに戻り、制御ネットワーク回路は待機状態となる。
段階３：Ｓ１、Ｓ３およびＳ５を開き、Ｓ６およびＳ２を閉じることで、ＶAがＶSSまで引き下げられる。パネル電圧ＶｐはＶAよりも大きいので、再びＶc'は正の極性を有し、Ｄ９に逆バイアスを印加することになる。Ｓ５が開いているので、上側ループ３６には電流が流れない。パネル電圧Ｖｐが下降するのに伴い、Ｖc'が下降し、下降の中間点でＶcrを超えて下降する。すると、Ｄ９に順バイアスが印加される。Ｖｐが下降し続けるのに伴い、Ｖc'の負の極性が徐々に強くなって、電流計Ａの閾値に達するまで、Ｒ７を流れる電流は大きくなる。こうするとＳ４が閉じて、この転移は完了する。論理制御信号の次の命令があるまで、Ｓ４は閉じた状態のままである。
段階４：フライバック帰還電圧が再びＶAをゼロにし、Ｖc'はＶcrに戻る。
本発明の好適な回路構成が図９で示され、その波形が図１０で説明されている。図９の構成では、図５および７で記述した１つの二次巻線アプローチとは異なり、インダクタンスコイルに付加される２つの制御巻線４０および４２が用いられている。Ｑ３は、Ｐ型の電界効果型トランジスタであるため、オン状態にするにはそのゲートをローレベルにする必要がある。同様にＮＰＮトランジスタＱ５およびＱ８が用いられており、Ｖcr’はグランドに接地されている。Ｑ４は、Ｎ型の電界効果型トランジスタであり、正のゲート駆動が必要であり、同様にＱ６およびＱ９のＰＮＰ構成が用いられ、Ｖcr”は１２Ｖに接続されている。巻線４０および４２の両方は、同じ巻数と極性を有している。Ｖｃ”は、単純に１２Ｖを水平移動したものである。
SUS_CTRL制御信号が解除されて、Ｑ２、Ｑ６、Ｑ７およびＱ４がオン状態となって、図９の回路が動作する。STARTSUS制御信号は始動信号で、Ｑ９をオン状態にするのに用いられ、順にＱ４がオン状態にする。図９の維持回路を正確に始動させるには、SUS_CTRL制御信号が与えられる前に、Ｑ４がオン状態となっていなければならない。Ｖｐが低いときは周期的にSTARTSUS制御信号パルスを出力するのが一般的な手法である。
段階１は、SUS_CTRL制御信号を起動することから始まる。バッファＵ１は、再生電界効果型トランジスタＱ１およびＱ２の共通ゲートを駆動し、Ｑ２をオフ、Ｑ１をオン状態にする。バッファＵ２は、SUS_CTRL制御信号から１２Ｖ駆動信号を形成して、Ｑ１０およびＱ５をオン状態にし、Ｑ６およびＱ７をオフ状態にする。
再び、オン状態にあるＱ１により、ノードＡにＶSSが印加される。二次巻線の極性によって、各々の基準電圧に対して負の電圧Ｖｃ’およびＶｃ”が生じ、Ｄ８には逆バイアスが、Ｄ９には順バイアスが印加される。Ｑ６がオフ状態であり、同様に下側ドライバＱ９も状態にはならない。各二次巻線の電圧の大きさは、巻数によりＶSSを比例分割したものに等しく、通常は１２Ｖピークに対して選択される。
インダクタンスコイルＬに流れる電流はピークを有し、パネル電圧Ｖｐが再生電圧ＶSSと等しくなるとき、コイルの両端にかかる電圧は減少してゼロになる。二次巻線の電圧は、インダクタンスコイルＬの両端にかかる電圧に厳格に影響を受けるので、Ｖｃ’がゼロに、Ｖｃ”は１２Ｖに戻る。
Ｖｃ’がゼロ点交差するとき、インダクタンスコイルＬのエネルギレベルは、ピークに達し、エネルギが枯渇するまで電流を流し続ける。パネルが充電され続けられると、二次巻線４０および４２の正の極性が徐々に強くなって、Ｄ９には逆バイアスが、Ｄ８には順バイアスが印加される。Ｖｃ’電圧が増加すると、トランジスタＱ５に流れる電流も多くなる。すると、Ｑ５のエミッタにおける電圧が急に高く上昇し、その電圧がＤ１０に順方向バイアスをかけ、高電圧側のドライバであるＱ８をオン状態にするのに十分なものとなる。Ｑ８が飽和して、十分な駆動信号を供給して高電圧側の電界効果型トランジスタＱ３をオン状態にする。減衰抵抗器Ｒ１５はＱ３があまりにも早い時期にオン状態とならないようにするものである。
維持回路の出力が上昇し続けるとき、電界効果型トランジスタＱ３のドレインゲート間の静電容量によって追加的な電流が生じ、その電流はＲ１５で減衰される。このことによりＱ３が線形な領域に維持される。Ｑ３が線形領域にあるとき、Ｑ３は、維持ドライバの出力電圧を上昇させるために必要なエネルギの少しの部分について供給するに過ぎず、従って過剰な電力を浪費することはない。
Ｑ５のコレクタ回路中のＲ４値を調整することにより、高電圧側ドライバを極めて正確に駆動することができる。Ｒ１０の両端にかかる電圧が２つのダイオードの電圧効果より大きくなったとき、Ｑ８はオン状態になる。Ｒ４を変えることによって、Ｒ１０におけるドライバを作動させるための電圧を上げるのに必要な二次巻線電圧を変える。
段階２の始めに、高電圧側の電界効果型トランジスタＱ３が完全にオン状態で、インダクタンスコイルＬにある残りのエネルギがＱ３を経由してＶCCへ返還される。インダクタンスコイルＬのエネルギがゼロに達すると，電流ＩLは流れなくなる。しかし、パネル電圧Ｖｐが、再生電圧ＶSSを超えると、負の方向の電流ＩLが再生電界効果型トランジスタＱ１およびＱ２に向かって流れ、するとＶAが維持電圧まで急に上昇する。このフライバック電圧により、Ｑ２の静電容量が充電され、このことにより、電流はＬを介して流れるよう要求される。こうして、好ましくないエネルギがインダクタンスコイルＬに注入される。しかしこれらの電流は、パネルからではなくてＱ３を介してＶCCから流れたものである。Ｒ５を付加したのは、このエネルギを速やかに消失させるためであって、よってこのシステムで流れる電流は、放電維持電流のみとなる。
すべてのフライバック電流が沈静化すれば、インダクタンスコイルＬの両端にかかる電圧はゼロとなる。すると、二次巻線電圧Ｖc'も同様にゼロとなり、Ｑ８は遮断される。Ｑ７がオン状態となるか、または、抵抗−静電容量の組み合わせＲ１７およびＣ４によって、Ｑ３がやがてオフ状態となるまで、Ｑ３はそのゲートにかかる電荷によってオン状態のままである。
段階３では、SUS_CTRL制御信号の下降と共に、維持出力が低下し始める。Ｑ７がオン状態となって、高電圧側の電界効果型トランジスタＱ３を切断する。低電圧側感知回路が駆動する場合、Ｑ１０を切断すると、Ｑ９により、Ｑ４をオン状態にすることができる。Ｑ５が切断されると高電圧側感知回路が動作しなくなり、Ｑ６がオン状態になると低電圧側感知回路が動作する。バッファＵ１は、Ｑ１をオフ、Ｑ２をオン状態に駆動する。そしてＶAを再生電圧ＶSSにまで引き下げる。下側の二次巻線４２は、上側二次巻線４０と同じ動作を行う。しかし下側の巻線は１２Ｖに接続されているため、その波形が１２Ｖの周りに中央化され、ＰＮＰトランジスタＱ６およびＱ９を駆動する。
下降した電圧ＶAが、インダクタンスコイルＬの両端の電圧（ＶA−Ｖｐ）に印加されて、Ｄ９には逆バイアスがかかる。インダクタンスコイルＬを介して負の電流ＩLは、出力が下降したときに生じる。
出力電圧が再生電圧ＶSSを超えたとき、Ｖｃ”は、＋１２Ｖ以下に下降して、Ｄ９には順バイアスがかかる。再度、二次電圧がＲ７の両端にかかり、Ｒ１１に電流が流れる。Ｒ１１の両端の電圧が、２つのダイオード電圧効果を超えたとき、Ｑ９がオン状態となり、減衰抵抗Ｒ１６を介してＱ４を動作し始める。また、Ｑ４のオン動作はゆっくりとしたものであるため、インダクタンスコイルＬがパネルの静電容量からほとんどの電荷を取り除くことができ、過剰に電力を放散することはない。
段階４が始まるのは、低電圧側の電界効果型トランジスタＱ４が完全にオン状態にあり、インダクタンスコイル電流の残りがグランドから流れて、維持パルスの下降が完了したときである。もう一つのフライバック電圧が発生して、このときＶAがグランドに戻り、フライバックエネルギはＲ２で放散する。
抵抗器Ｒ８およびＲ９は、Ｑ５およびＱ６のコレクター上にあるすべての電荷を除去するために用いられていることに留意すべきである。トランジスタがオフ状態にあって、ダイオードＤ８およびＤ９に順バイアスが印加されたとき、電荷が蓄積される。Ｑ５およびＱ６が作動する前に、この電荷が除去されなければ、誤った信号がＱ８およびＱ９に送信され得る。
出力ドライバＱ３およびＱ４の駆動を制御するために、二次巻線に発生した誘導電圧を限定的に利用すれば、フライバック設計に対する数多くの利点が享受できる。第一の利点として、そして最も重要なことであるが、高電圧側のドライバ駆動を正確に制御することができる点にある。動作マージンの研究によると、フライバックを有する回路を設計する上で、維持電圧の操作できる範囲を拡大できることが分かってきた。維持ドライバが、高電圧維持ドライバと同様の回路で、首尾良く、高周波で動作し、製造されるようになった。
回路が「時期尚早に」駆動するという一般的な懸念は、両方のトランジスタが誤った状況で、同時に動作する惧れがあるという点にある。出力電圧が再生電圧を超える前に、出力ドライバを動作させることができないので、ほとんどの場合が欠陥のある状況において、維持ドライバが空転状態にあり始動できないことがある。
インダクタンスコイル電流がピークを迎える前に、出力ドライバが駆動し始めることが許されるならば、その効率は極めて悪いものとなる。二次巻線は、インダクタンスコイル電流がピークを迎えると同時に、その極性を切り替えるので、出力ドライバによってインダクタンスコイルの動作を遅らせることは困難である。５０ないし１００ナノ秒にしか過ぎない最小の信号遅延があった場合の出力効率は、この出力ドライバが動作して得られる出力の最終レベルの通常７５％までである。
さまざまな静電容量を有する応用例で、静電容量が増えた場合は、段階１および３が時間的に延長される。感知回路が、インダクタンスコイル電圧に基づいて、出力ドライバを起動しているので、その出力電圧は上昇時間によらず、同じ電圧で出力される。電圧が変化する応用例では、最低動作電圧で最適に動作するよう、回路を調整しておくべきである。感知巻線電圧は維持電圧に比例するので、電圧が高くなると、電圧上昇の際に動作点が通常より早く来てしまう。これには付加的な利点があり、というのも、電圧が高くなると、ガス放電はより速くそしてより強くなるからである。
パネルおよびシステムグランドからのフライバック電流を除去することにより、発散するノイズをかなり削減することができる。
これまでの記述は、本発明を単に説明するだけのものであるということを理解されたい。本発明から逸脱することなく、当業者によれば、さまざまな置換や変更が、工夫し得る。例えば、本発明は、ＤＣプラズマパネル、エレクトロルミネッセンスディスプレイ、ＬＣＤディスプレイ、または静電容量性の負荷を有するいかなる応用例にも適用可能である。従って、本発明は、添付のクレーム範囲内に含まれるところの、すべての置換物、変更物そして変形物を包含するよう意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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