(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電動作サイクル時に、電界発光ランプパネルに蓄積された電荷を回収する高電圧スイッチ方式を利用する電界発光ランプパネルを駆動する回路において、
低電圧源に結合され、電界発光ランプを駆動する装置であって、第１コンデンサーと、
この第１コンデンサーの両端に切り換え自在に電界発光ランプパネルを接続するスイッチング回路とを有する装置と、
複数のスイッチと併用された形で第２コンデンサーを有し、電界発光ランプパネルおよび第１コンデンサーに結合され、前記放電動作サイクル時に、電荷を電界発光ランプパネルから第１コンデンサーに伝達する昇圧コンバータと、
を有しており、
前記放電動作サイクル時に、前記複数のスイッチと第２コンデンサーによって、電界発光ランプパネルから第１コンデンサーへの電荷の伝達率を制御することを特徴とする電界発光ランプパネルの駆動回路。
【請求項２】
ひとつかそれ以上の動作サイクル時に、電界発光ランプパネルに蓄積された電荷を回収する低電圧スイッチ方式回収を利用する電界発光ランプパネルを駆動する回路において、
低電圧源と、
この低電圧源に結合されたエネルギー伝達誘導子と、
エネルギー蓄積誘導子および電界発光ランプパネルに切り換え自在に結合され、電界発光ランプパネルから低電圧源へ電荷を制御自在に伝達する伝達制御器と
を有する駆動回路であり、
前記駆動回路の前記伝達制御器が、一定の周波数で動作して、且つ、位相が相互に１８０°ずれている２つの出力をもつデュアルクロックソースを有することを特徴とする電界発光ランプパネルの駆動回路。
【請求項３】
ひとつかそれ以上の動作サイクル時に、電界発光ランプパネルに蓄積された電荷を回収する低電圧スイッチ方式回収を利用する電界発光ランプパネルを駆動する回路において、
低電圧源と、
この低電圧源に結合されたエネルギー伝達誘導子と、
エネルギー蓄積誘導子および電界発光ランプパネルに切り換え自在に結合され、電界発光ランプパネルから低電圧源へ電荷を制御自在に伝達する伝達制御器と、
さらに、エネルギー伝達誘導子および電界発光ランプパネルに切り換え自在に結合されたエネルギー伝達コンデンサーと、
を備えており、
前記伝達制御器が、一定の周波数で動作して、且つ、位相が相互に１８０°ずれている２つの出力をもつデュアルクロックソースを有することを特徴とする電界発光ランプパネルの駆動回路。
【請求項４】
ひとつかそれ以上の動作サイクル時に、電界発光ランプパネルに蓄積された電荷を回収する低電圧スイッチ方式回収を利用する電界発光ランプパネルを駆動する回路において、
低電圧源と、
この低電圧源に結合されたエネルギー伝達誘導子と、
エネルギー蓄積誘導子および電界発光ランプパネルに切り換え自在に結合され、電界発光ランプパネルから低電圧源へ電荷を制御自在に伝達する伝達制御器と、
を備えており、
前記制御器は経時変化する周波数で動作することを特徴とする電界発光ランプパネルの駆動回路。
【請求項５】
ひとつかそれ以上の動作サイクル時に、電界発光ランプパネルに蓄積された電荷を回収する低電圧スイッチ方式回収を利用する電界発光ランプパネルを駆動する回路において、
低電圧源と、
この低電圧源に結合されたエネルギー伝達誘導子と、
エネルギー蓄積誘導子および電界発光ランプパネルに切り換え自在に結合され、電界発光ランプパネルから低電圧源へ電荷を制御自在に伝達する伝達制御器と、
エネルギー伝達誘導子および電界発光ランプパネルに切り換え自在に結合されたエネルギー伝達コンデンサーと
を備えており、
前記伝達制御器が経時変化する周波数で動作することを特徴とする電界発光ランプパネルの駆動回路。
【請求項６】
ひとつかそれ以上の動作サイクル時に、電界発光ランプパネルに蓄積された電荷を回収する低電圧スイッチ方式回収を利用する電界発光ランプパネルを駆動する回路において、
低電圧源と、
この低電圧源に結合されたエネルギー伝達コンデンサーと、
エネルギー蓄積コンデンサーおよび電界発光ランプパネルに切り換え自在に結合され、電界発光ランプパネルから低電圧源への電荷の伝達を制御する伝達制御器と
を備えており、
前記伝達制御器が、一定の周波数で動作して、且つ、位相が相互に１８０°ずれている２つの出力をもつデュアルクロックソースを有することを特徴とする電界発光ランプパネルの駆動回路。
【請求項７】
ひとつかそれ以上の動作サイクル時に、電界発光ランプパネルに蓄積された電荷を回収する低電圧スイッチ方式回収を利用する電界発光ランプパネルを駆動する回路において、
低電圧源と、
この低電圧源に結合されたエネルギー伝達コンデンサーと、
エネルギー蓄積コンデンサーおよび電界発光ランプパネルに切り換え自在に結合され、電界発光ランプパネルから低電圧源への電荷の伝達を制御する伝達制御器と
を有しており、
前記伝達制御器が経時変化する周波数で動作することを特徴とする電界発光ランプパネルの駆動回路。
【請求項８】
前記周波数は経時的に線形に高くなる請求項４記載の駆動回路。
【請求項９】
前記周波数は経時的に線形に高くなる請求項５記載の駆動回路。
【請求項１０】
前記周波数は経時的に線形に高くなる請求項７記載の駆動回路。
【請求項１１】
ひとつかそれ以上の動作サイクル時に、電界発光ランプパネルに蓄積された電荷を回収する低電圧スイッチ方式回収を利用する電界発光ランプパネルを駆動する回路において、
低電圧源と、
前記電界発光ランプを駆動するために前記低電圧源に結合され、誘導子、スイッチ、ダイオードおよび第１コンデンサーを有する昇圧コンバータと、
前記誘導子に切り換え自在に結合された第２コンデンサーと、
前記誘導子、前記第２コンデンサーおよび前記電界発光ランプパネルに切り換え自在に結合され、前記電界発光ランプパネルから前記低電圧源への電荷の伝達を制御する伝達制御器と、
を有しており、
前記電界発光ランプパネルへの切り換え自在の結合を第１及び第２位相で変え、
前記第１位相では前記誘導子と前記第１コンデンサーとを含む回路を昇圧コンバータとして動作させて、
前記第２位相では前記誘導子と前記第２コンデンサーとを含む回路をエネルギー回収回路として動作させて、
前記第１及び第２位相を所定レートで反復させることで、前記電界発光ランプパネル両端の電圧を昇圧および降圧することを特徴とする駆動回路。
【請求項１２】
電界発光ランプパネルに蓄積されたエネルギーを回収する方法において、
電界発光ランプパネルの両端間に存在する第１電圧をスイッチ方式エネルギー変換回路の入力に印加し、このスイッチ方式エネルギー変換回路を作動して、第１電圧を表すエネルギーを電流に変換し、そしてこの電流を電界発光ランプパネルの動作電圧源に供給することによって、電界発光ランプパネルの作動に必要な、この動作電圧源からの平均出力電流を小さくして、
さらに、前記動作電圧源に供給される電流の振幅対時間特性を制御する工程を有するエネルギーの回収方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は全体としては電界発光ランプパネルに関し、より特定すれば、駆動回路の放電サイクル時に散逸する恐れがある、これらパネルに蓄積されたエネルギーを回収することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電界発光ランプは、電気的にはコンデンサーとして作用する。すべてのコンデンサーがそうであるように、これらランプは電圧電荷としてエネルギーを蓄積する。通常の電界発光ランプの駆動回路を使用した場合、この電荷は、放電サイクル時に散逸し、従って電荷損失が生じる。
【０００３】
電界発光ランプ駆動回路は、従来よりよく知られている回路で、具体名を出すと、Ｓｕｐｅｒｔｅｘ  ＨＶ８０３やＴｏｋｏ  ＴＫ６５９ＸＸである。これら回路の代表的なものを図１に示す。この回路において、各コンポーネントＬ１、Ｓ０，Ｄ１およびＣ１が、低電圧（６ボルト未満）を受け取り、これをコンデンサーＣ１で２０〜１００ボルトまで昇圧する高電圧昇圧コンバータを構成する。また、コンポーネントＳ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４がＨ−ブリッジ回路を構成する。そしてこの回路を使用して、コンデンサーＣ１の高いＤＣ電圧を整流し、コンデンサーＣ１のＤＣ電圧よりほぼ２倍高いＡＣ電圧を電界発光ランプコンデンサー（Ｃランプ）の両端に印加する。このＡＣ電圧がコンデンサーＣ_ｌａｍｐ（ランプ）を充放電する。放電サイクル時に、コンデンサーＣに蓄積されたエネルギーがコンポーネントＳ３およびＳ４に散逸する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、電界発光ランプコンデンサーＣ_ｌａｍｐから、高電圧電荷として存在するこのエネルギーを回収し、これを再使用して、電界発光ランプ駆動システム全体の効率を改善することが有利である。すなわち、本発明は、この失われるエネルギーを回収する回路に関する。この回路は、高電圧に駆動される大型の電界発光ランプに使用するのが好ましい。
【０００５】
【実施態様の説明】
以下、電界発光ランプパネルから散逸したエネルギーを回収する高電圧方法〜低電圧方法の実施態様について説明する。高電圧方法では、一般に、エネルギーを電界発光ランプ駆動回路または電界発光コンデンサーの高電圧ノードに戻す。一方、低電圧方法では、エネルギーを低電圧源に戻す。
【０００６】
電荷を回収するさいに高電圧スイッチ方式を利用する電界発光ランプ駆動回路を示す図２について説明する。この実施態様では、第２の昇圧コンバータを使用して、電界発光ランプに電荷を放電し、エネルギーをコンデンサーC1に戻す。この方法では、電界発光ランプに対するピーク・ピーク電圧が高くなる。図５の波形図に示すように、正常な場合には、H−ブリッジが作動し、コンデンサーＣ_ｌａｍｐを充電する。コンデンサーＣ_ｌａｍｐを放電する場合には、スイッチＳ５が閉じた状態でスイッチＳ１のみが開き、これによってコンポーネントＬ２、Ｓ７およびＤ２を使用する昇圧コンバータの入力にコンデンサーＣ_ｌａｍｐの電圧を印加する。コンデンサーＣ_ｌａｍｐからのコンデンサーＣ１へのエネルギーの伝達効率が最大化するようにスイッチＳ７のスイッチング回数および負荷サイクルを選定する。コンデンサーＣ_ｌａｍｐの電圧のほとんどを伝達した後、スイッチＳ３を閉じた状態でスイッチＳ５を開き、コンデンサーＣ_ｌａｍｐを完全放電する。スイッチＳ７を上記と同様に作動させた状態で、スイッチＳ４開きかつスイッチＳ６を閉じることによって、Ｈ−ブリッジの反対側で充電サイクルを繰り返す。コンデンサーＣ_ｌａｍｐがほぼ充電した後、スイッチＳ６を開きかつスイッチＳ４を閉じ、続いてスイッチＳ３を開きかつスイッチＳ１を閉じると、コンデンサーＣ_ｌａｍｐの別なＡＣ電圧サイクルが開始する。コンデンサーＣ_ｌａｍｐが放電している状態で、スイッチＳ５またはＳ６を閉じた場合、図５の波形図に示すように、電荷回収の利点は、コンデンサーＣ１の電圧の昇圧速度が高くなる形で現れる。
【０００７】
電荷回収の第２の高電圧スイッチ方式を利用する電界発光ランプ駆動回路を図３に示す。この実施態様では、エネルギー伝達コンデンサーＣ_ＥＴを第２昇圧コンバータに設け、電界発光ランプパネル電圧の放電率を制御する。図９〜１１について以下に説明するように、スイッチＳ８〜Ｓ１１を制御する。
【０００８】
電荷回収のさらに別な高電圧スイッチ方式としてメイン昇圧コンバータと一体化した電界発光ランプ駆動回路を図４に示す。この回路の場合、外部コンポーネントの数を減らすことができるが、電荷回収回路とメイン昇圧コンバータとの間で同期が必要である。誘導子Ｌ１およびＬ３には、同じ磁心を使用することができる。スイッチＳ０〜Ｓ６に関しては、図４の回路の動作は、図２の電界発光ランプ駆動回路の動作と同じである。ただし、スイッチＳ８の動作については異なる。すなわち、このスイッチＳ８はスイッチＳ０と同期する必要がある。誘導子Ｌ３に流れ始める電流が、誘導子Ｌ１に逆流するのではなく、スイッチＳ０を介して低電圧源Ｖｄｄに流れるように、スイッチＳ０を閉じた後に、スイッチＳ８を閉じる必要がある。さらに、ダイオードＤ１の陽極電圧が確実に低電圧源Ｖｄｄ未満のレベルまで下がるように、スイッチＳ０が開いた後の短い時間スイッチＳ８の閉じた状態を維持する必要がある。
【０００９】
保持コンデンサーＣ_ＥＲを利用する電界発光ランプ駆動回路を図６に示す。この実施態様では、ある特定のサイクルでエネルギーをこの保持回路に伝達し、後のサイクルでこの保持回路からエネルギーをコンデンサーＣ_ｌａｍｐに戻す。ここで、スイッチＳ２およびＳ３が閉じ、その他のすべてのスイッチが開いているこの回路の初期状態では、ダイオードＤ２およびスイッチＳ２、Ｓ３を流れる電流によって、コンデンサーＣ_ｌａｍｐが高電圧レールＨノードの電圧まで充電する。次に、スイッチＳ２およびＳ３を開き、スイッチＳ５を閉じると、コンデンサーＣ_ｌａｍｐの右側端子が実質的に高電圧レールＨＶノードに接続し、コンデンサーＣ_ｌａｍｐの左側端子の電圧が高電圧レールＨＶノードの電圧よりある量だけ高くなる。この位相では、ダイオードＤ４が順バイアスになり、電流がコンデンサーＣ_ｌａｍｐからエネルギー回収コンデンサーＣ_ＥＲに流れる。コンデンサーＣ_ＥＲの電圧は、電圧が平衡に達するまで高くなる。ここでは、スイッチＳ４が閉じ、そしてスイッチＳ５が閉じた状態を維持する。次に、ダイオードＤ３およびスイッチＳ４、Ｓ５を流れる電流によって、コンデンサーＣ_ｌａｍｐを高電圧レールＨＶノードの電圧まで充電する。次に、スイッチＳ７を閉じることによって、コンデンサーＣ_ＥＲのエネルギーの一部をコンデンサーＣ_ｌａｍｐに戻す。以上説明した、図６の回路の動作を、波形をシュミュレーションした結果を示す図７に示す。
【００１０】
電荷回収の低電圧スイッチ方式を利用する電界効果ランプ駆動回路を図８に示す。この実施態様では、切り換え式コンデンサー/誘導子構成を介して電界発光ランプパネルからエネルギー伝達することによって、電流を低電圧減Ｖに戻す。この回路は電流制限回路と呼ぶことができる。というのは、回路のトポロジーおよびクロック周波数によって戻り電流が設定されるからである。四つのスイッチングサイクルからなる群を反復使用すると、電界発光ランプパネルと低電圧源Ｖとの間でエネルギーを伝達することができる。
【００１１】
初期状態では、電荷または電圧がコンデンサーＣ_ｌａｍｐに存在する。この電荷は、上記のようなＨ−ブリッジ回路か、あるいはその他の回路構成によって初期に蓄積したものであってよい。また、エネルギー伝達コンデンサーＣ_ＥＴには初期電流がなく、エネルギー伝達誘導子Ｌ_ＥＴには初期電流があってもなくてもよい。
【００１２】
図９について説明すると、図８に示した回路の動作の第１サイクル時、スイッチＳ１およびＳ２が閉じ、電流がコンデンサーＣ_ｌａｍｐからスイッチＳ１、コンデンサーＣ_ＥＴ、スイッチＳ２、誘導子Ｌ_ＥＴおよび低電圧減Ｖに流れ始める。このサイクルの間に、エネルギーが低電圧源Ｖにその正端子に流れる電流によって伝達される。
【００１３】
ある一定の時間が過ぎると、伝達制御器がスイッチＳ１およびＳ２を開き、図１０に示すように、図８に示した回路の動作の第２サイクルが開始する。この時点で、既に電荷がコンデンサーＣ_ＥＴに発生し、電流が誘導子Ｌ_ＥＴに流れる。この電流は、誘導子Ｌ_ＥＴが供給するエネルギーが低電圧源Ｖに伝達されている間は、再循環ダイオードＤＲに流れ続ける。この動作の第２サイクルの間、コンデンサーＣ_ＥＴの電荷およびエネルギー（０．５ＣＶ２）は比較的一定な状態にある。
【００１４】
図８に示した回路の動作の第３サイクルでは、図１１に示すように、伝達制御器がスイッチＳ３およびＳ４を閉じ、コンデンサーＣ_ＥＴから電流がスイッチＳ３、誘導子Ｌ_ＥＴ、スイッチＳ４に流れ、コンデンサーＣ_ＥＴに戻る。コンデンサーＣ_ＥＴに蓄積されたエネルギーは、従って、誘導子Ｌ_ＥＴを介して低電圧源Ｖに伝達されることになる。
【００１５】
図８に示した回路の動作の第４サイクルでは、図１０に示すように、伝達制御器がスイッチＳ３およびＳ４を開く。この時点では、コンデンサーＣ_ＥＴの電圧はゼロである。誘導子Ｌ_ＥＴに流れる電流が、再循環ダイオードＤＲに流れ続けるため、エネルギーが誘導子Ｌ_ＥＴから低電圧源Ｖに伝達されることになる。
【００１６】
以上の４サイクルを反復すると、コンデンサーＣ_ｌａｍｐから低電圧源Ｖに増分的にエネルギーが伝達される。この増分的伝達は、近似式Ｅ＝０．５＊Ｃ_ＥＴ＊（Ｖ_ｅｌ）２によって近似することができる。図８に示した回路のある駆動方法では、第１サイクルおよび第３サイクルのみを連続的に行なってもよい。
【００１７】
４つのサイクルからなる各群に従ってコンデンサーＣ_ｌａｍｐの電圧は、Ｖｉｎｔ＊（Ｃ_ｌａｍｐ/（Ｃ_ｌａｍｐ＋Ｃ_ＥＴ））で表される量だけ降下する。４つのサイクルからなる各群の反復回数を調節することによって、伝達制御器によりコンデンサーＣ_ｌａｍｐの電圧の減衰率を調節できる。コンデンサーＣ_ＥＴが、実際のスイッチング回数でこの制御を容易にする。例えば、誘導子Ｌ_ＥＴのみを使用し、コンデンサーＣ_ＥＴを使用しない場合には、コンデンサーＣ_ｌａｍｐについて同じ放電プロファイルを実現するために、通常回数のほぼ２０倍の回数スイッチ網を作動する必要がある。
【００１８】
図１２に、幾つかのパラメータを想定して行なった、図８に示した回路の１ｍｓｅｃ．動作時のシュミュレーションの結果を示す。８０ｎｆ．コンデンサーＣ_ｌａｍｐの初期電荷は１００ボルトである。伝達制御器は、２つの出力の位相が１８０°ずれているデュアルクロックソースのもので、クロック周波数は１ｍＨｚで一定である。上部の波形は、電流が低圧源Ｖにもどることを示している。中心波形は、コンデンサーＣ_ｌａｍｐからエネルギーが取り去られるに従って、このコンデンサーの電圧減衰が指数関数的であることを示している。
【００１９】
あるいは、伝達制御器の周波数を経時的に変化させ、図１３に示すように、コンデンサーＣ_ｌａｍｐの放電の波形を変えることもできる。図１３の波形は、伝達制御器の周波数が経時的に線形状に高くなる点を除けば、図１２の波形と同じ回路から発生し、コンデンサーＣ_ｌａｍｐからエネルギーが取り去られるのに従って、このコンデンサーの電圧減衰の形が凸状になる。
【００２０】
図８に示した回路のさらに別な実施態様では、図１４に示すように、誘導子Ｌ_ＥＴが昇圧コンバータ誘導子Ｌ_ＥＴ_Ｂとして働く。この構成では、誘導子Ｌ_ＥＴ_Ｂをもつ第１トポロジーが、スイッチＢｏｏｓｔ_ＦＥＴと併用された形で、昇圧コンバータを構成する。あるいは、誘導子Ｌ_ＥＴ_Ｂをもつ第２トポロジーが、コンデンサーＣ_ＥＴ、スイッチＳ１〜Ｓ４および伝達制御器と併用された形で、低電圧エネルギー回収回路を構成する。例えば、２つの動作位相を使用して、コンデンサーＣ_ｌａｍｐの両端にＡＣ波形を発生するシステムをここで考える。第１の位相では、上記の第１トポロジーが用いられ、図１に示すように、場合によってはスイッチングブリッジを介して、昇圧コンバータの出力によって第１トポロジーを充電する。第２の位相では、上記の第２トポロジーが用いられ、図８に示したエネルギー回収トポロジーおよび方法によってコンデンサーＣ_ｌａｍｐを放電する。これら２つの位相を所定レートで反復して、コンデンサーＣ_ｌａｍｐ両端の電圧を所望の周波数で昇圧および降圧する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、電界発光ランプコンデンサーから電荷を回収できない、代表的な従来例である電界発光ランプ駆動回路を示す回路図である。
【図２】本発明の第１実施態様に従って、高電圧スイッチ方式電荷回収を利用する電界発光ランプ駆動回路を示す概略図である。
【図３】本発明の第２実施態様に従って、エネルギー伝達コンデンサーを利用する電界発光ランプ駆動回路を示す概略図である。
【図４】本発明の第３実施態様に従って、一体化高電圧スイッチ方式電荷回収を利用する電界発光ランプ駆動回路を示す概略図である。
【図５】図２〜４の電界発光ランプ駆動回路が発生する波形の代表例を示す波形図である。
【図６】本発明の第４実施態様に従って、電荷ポンプ方式エネルギー回収を利用する電界発光ランプ駆動回路を示す概略図である。
【図７】図６の電界発光ランプ駆動回路から得たシュミュレーション波形を示す波形図である。
【図８】本発明の第５実施態様に従って、低電圧スイッチ方式電荷回収を利用する電界発光ランプ駆動回路を示す概略図である。
【図９】第１動作サイクル時の、図８に示した回路の等価回路を示す概略図である。
【図１０】第２、４動作サイクル時の、図８に示した回路の等価回路を示す概略図である。
【図１１】第２動作サイクル時の、図８に示した回路の等価回路を示す概略図である。
【図１２】伝達制御器クロックの周波数が経時的に一定な場合における、低電圧源に電流として戻される電界発光ランプパネルエネルギーのシュミュレーション結果を示す波形図である。
【図１３】伝達制御器クロックの周波数が経時的に高くなる場合における、低電圧源に電流として戻される電界発光ランプパネルエネルギーのシュミュレーション結果を示す波形図である。
【図１４】本発明の第６実施態様に従って、昇圧コンバータと一体化した低電圧スイッチ方式電荷回収を利用する電界発光ランプ駆動回路を示す概略図である。
【符号の説明】
Ｃ１：コンデンサー
Ｓ１〜Ｓ１１：スイッチ
Ｃ_ｌａｍｐ：コンデンサー
Ｃ_ＥＴ：エネルギー伝達コンデンサー
Ｌ１：誘導子
Ｄ１〜Ｄ３：ダイオード
Ｖ：低電圧源
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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