JP4193798B2 - 放電管点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、放電管に流れる電流を調整することにより、放電管の照度を調整する放電管点灯装置に関する。

液晶バックライト等に用いられる放電管点灯装置には、放電管に流れる電流をフィードバック制御して放電管の電流を調整することにより、放電管の照度を調整するものが存在する（例えば、特許文献１参照）。

従来のこの種の放電管点灯装置の一般的な構成を図４に示す。従来の放電管点灯装置は、直流電源Ｖ３と、直交変換回路５０と、共振部６０と、放電管電流検出回路７０と、ソフトスタート回路８０と、誤差増幅器８３と、制御回路８７と、時分割信号出力回路８５と、基準電圧電源Ｖ４とを備えている。

直交変換回路５０は、直流電源Ｖ３から供給される直流電圧をＭＯＳＦＥＴ５１，５２でスイッチングすることにより、交流電圧に変換する。

共振部６０は、変圧器６１と、コンデンサ６２と、放電管６３とを備えている。コンデンサ６２と変圧器６１の２次コイル６１ｂと放電管６３とで共振回路が構成され、固有の共振周波数で共振する。

放電管電流検出回路７０は、ダイオード７１，７２と、抵抗７３とから構成され、放電管６３を流れる電流Ｉ２の電流レベルを検出し、出力信号をソフトスタート回路８０に供給する。

ソフトスタート回路８０は、抵抗８１とコンデンサ８２とから構成され、放電管電流検出回路７０の出力信号を平滑化して、信号Ｅ２を誤差増幅器８３の正入力端子（＋）に供給する。

誤差増幅器８３は差動増幅器から構成され、誤差増幅器８３の負（反転）入力端子（−）には、基準電圧電源Ｖ４から固定の基準電圧Ｖｒが印加されている。誤差増幅器８３の出力端と基準電圧電源Ｖ４の出力端子との間には、コンデンサ８４が接続されている。誤差増幅器８３は、ソフトスタート回路８０から供給された信号Ｅ２の電圧と基準電圧Ｖｒとの電位差を求めて、電圧信号Ｅ３を制御回路８７に供給する。

時分割信号出力回路８５の入力端子には、放電管６３の輝度を指示する輝度指示信号Ｓ３が供給される。この輝度指示信号Ｓ３は、たとえば、放電管６３の定格輝度に対する発光させたい輝度の割合を示す。時分割信号出力回路８５は、この輝度指示信号Ｓ３の指示に応じて、周期が一定でデューティ比が変化する時分割信号Ｓ４を発生する。即ち、時分割信号出力回路８５は、輝度指示信号Ｓ３の指示する輝度が大きい場合には、１周期に占める点灯期間（Ｌレベル期間）の割合を大きくして、輝度指示信号Ｓ３が指示する輝度が小さい場合には、１周期に占める点灯期間（Ｌレベル期間）の割合を小さくする。

時分割信号出力回路８５の出力する時分割信号Ｓ４の電圧は、ソフトスタート回路８０の出力信号Ｅ２の電圧に加算されて、誤差増幅器８３の正入力端子に供給される。従って、時分割信号Ｓ４がＨレベルの期間では、ソフトスタート回路８０の出力信号Ｅ２の電圧レベルにかかわらず、誤差増幅器８３の正入力端子には、Ｈレベルが印加され、時分割信号Ｓ４がＬレベルの期間では、ソフトスタート回路８０の出力信号Ｅ２の電圧レベルにほぼ等しいレベルの電圧が、誤差増幅器８３の正入力端子に印加される。

制御回路８７は、ソフトスタート回路８０の出力信号Ｅ２の電圧と基準電圧Ｖｒとが等しくなるように、ＭＯＳＦＥＴ５１，５２をオン・オフさせる。
次に、上記構成の放電管点灯装置の動作を説明する。

放電管６３の点灯が指示されると、制御回路８７は、ＭＯＳＦＥＴ５１，５２のオン・オフ動作を開始する。これにより、直流電圧がスイッチングされ、直交変換回路５０から交流電圧が出力される。この交流電圧は変圧器６１の１次コイル６１ａに印加される。共振部６０の共振作用による共振電圧が２次コイル６１ｂに発生して放電管６３に印加され、放電管６３が点灯する。

放電管電流検出回路７０は、放電管６３に流れる電流Ｉ２の電流レベルを検出し、検出した電流レベルに対応する電圧をダイオード７１のカソードから出力する。ソフトスタート回路８０は、放電管電流検出回路７０の出力信号を平滑化し、信号Ｅ２を信号誤差増幅器８３の正入力端子に与える。

誤差増幅器８３は、ソフトスタート回路８０から供給された信号Ｅ２の電圧と基準電圧Ｖｒとの電位差に相当する電圧信号Ｅ３を制御回路８７に供給する。制御回路８７は、ソフトスタート回路８０の出力信号Ｅ２（＝コンデンサ８２の端子電圧Ｅ２）の電圧と基準電圧Ｖｒとの電位差がなくなるように、ＭＯＳＦＥＴ５１，５２のスイッチング周波数を制御する。

この制御動作を繰り返すことにより、放電管電流Ｉ２は、基準電圧Ｖｒに対応するレベルに調整される。

放電管点灯装置は、放電管６３の点灯後、放電管６３の輝度を時分割信号出力回路８５に供給される指示信号Ｓ３が指示する輝度レベルに調整する。以下、図５を参照して放電管６３の輝度を調整する方法を説明する。

図５Ａ乃至図５Ｄは、それぞれ、時分割信号Ｓ４と、コンデンサ８２の端子電圧Ｅ２と、誤差増幅器８３の電圧信号Ｅ３と、放電管６３の電流Ｉ２を示す。
尚、図５中のｔ０とｔ５とは、誤差増幅器８３に供給されている時分割信号Ｓ４がＨレベルに立ち上がるタイミングを示し、ｔ１は時分割信号Ｓ４がＬレベルに立ち下がるタイミングである。

時分割信号出力回路８５は、輝度指示信号Ｓ３が指示する輝度レベルに従って、時分割信号Ｓ４のデューティ比を決定し、決定したデューティ比を有する時分割信号Ｓ４を出力する。

図５Ａに示すように、時分割信号Ｓ４がタイミングｔ０でＨレベルになると、図５Ｂに示すように、誤差増幅器８３の正入力端子の電圧（＝コンデンサ８２端子電圧）Ｅ２は上昇する。これにより、誤差増幅器８３の電圧信号Ｅ３も図５Ｃに示すように上昇する。

制御回路８７は、誤差増幅器８３の上昇した電圧信号Ｅ３に基づいてＭＯＳＦＥＴ５１，５２のスイッチング周波数を、共振周波数からずれるように制御する。このとき共振部６０は励振されないため、共振電圧は発生しない。従って、図５Ｄに示すように、放電管電流Ｉ２は遮断される。

次に、タイミングｔ１で、時分割信号Ｓ４がＨからＬレベルに遷移すると、誤差増幅器８３の正入力端子には、ソフトスタート回路８０の出力信号の電圧Ｅ２がほぼそのまま印加される。この電圧Ｅ２は、コンデンサ８２が徐々に放電するため、図５Ｂに示すように、徐々に低下する。

その後、タイミングｔ２で、コンデンサ８２の端子電圧（＝Ｅ２）が基準電圧Ｖｒに近づくと、誤差増幅器８３の電圧信号Ｅ３は、図５Ｃに示すように低下する。

制御回路８７は、誤差増幅器８３の低下した電圧信号Ｅ３に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ５１、５２のスイッチング周波数を、共振部６０の共振周波数に近づくように制御する。これにより、共振部６０は再び励振され、共振電圧が発生する。従って、図５Ｄに示すように、放電管電流Ｉ２が流れて放電管６３が点灯する（ｔ＝３）。

放電管６３が点灯した後、制御回路８７は、コンデンサ８２の端子電圧Ｅ２と基準電圧Ｖｒとの電位差がなくなるようにフィードバック制御を行う。そして、放電管６３の電流Ｉ２の電流レベルが制御される。

このようにしてこの放電管点灯装置は、時分割信号Ｓ４のＨレベル、Ｌレベルの繰り返しにより、放電管６３の点灯期間及び消灯期間を調整する。

従来の放電管点灯装置では、ソフトスタート回路８０の抵抗８１の抵抗値と、コンデンサ８２の容量で定まる時定数τが小さいと、フィードバック制御系の遅れが原因で、オーバーランが発生する。オーバーランにより、図５Ｄのｔ３のタイミングで放電管６３を流れる電流Ｉ２にサージが発生する。このサージの発生は放電管６３の寿命を短くする原因になる。

サージの発生を防止するためには、ソフトスタート回路８０の時定数τを大きくすればよい。図６Ａ乃至Ｄに時定数が大きい場合の時分割信号Ｓ４、コンデンサ８２の端子電圧Ｅ２、誤差増幅器８３の電圧信号（出力電圧）Ｅ３、及び放電管６３の電流Ｉ２を示す。

時定数τが大きいと、図６Ｃに示すように、誤差増幅器８３の出力電圧Ｅ３が降下を開始するまでの間（ｔ１乃至ｔ２の期間）は、ソフトスタート回路８０の時定数τに比例して大きくなる。

すなわち、図６Ｄに示すように、時分割信号Ｓ４がＬレベルとなる時点ｔ１から、放電管６３に放電管電流Ｉ２が流れ始める時点ｔ３までの時間が増加する。

これにより、図６Ａと図６Ｄに示すように、時分割信号Ｓ４がＬレベルである期間と放電管電流Ｉ２が流れる期間との間にずれが生じ、放電管点灯期間ｔ３乃至ｔ５が短縮される。放電管６３の点灯期間が短いため、放電管６３の発光輝度は、輝度指示信号が指示するレベルよりも小さくなってしまう。

このように従来のソフトスタート回路８０を備える放電管点灯装置は、サージの発生を抑えるために、ソフトスタート回路８０の時定数τを大きくすると、放電管６３の輝度レベルが、輝度指示信号Ｓ３が指示する輝度レベルに到達しなくなる場合が発生する。

特開２００２−４３０８８号公報

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、サージの発生を抑えつつ、所望の照度を得ることができる放電管点灯装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、サージの発生を抑えつつ、所望の照度を得るために十分な点灯期間を得ることが可能な放電管点灯装置を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するため、本発明の第１の観点に係る放電管点灯装置は、制御信号に従って、直流電圧をスイッチングすることにより交流電圧を生成する直交変換回路（１０）と、
前記直交変換回路（１０）から交流電圧が供給され、該交流電圧により共振して、点灯対象の放電管（２３）に電流を流して点灯させる共振回路（２０）と、
前記放電管（２３）に流れる電流の電流レベルを検出し、検出した電流レベルに対応する信号レベルを有する検出信号を出力する放電管電流検出回路（３０）と、
前記検出信号を入力する入力端子と該入力端子の信号レベルを積分する積分素子（４２）と該積分素子（４２）の信号レベルが所定値以上になることを防止するクランプ回路（１０１）を備え、前記検出信号の信号レベルが積分された出力信号を出力端子から出力する積分回路（４０）と、
前記積分回路（４０）の出力信号の信号レベルに従って、前記直交変換回路（１０）のスイッチングを制御して、前記直交変換回路（１０）から前記共振回路（２０）に伝達されるエネルギーを制御する制御信号を出力する制御回路（４９）と、
前記放電管（２３）を時分割駆動するために、前記放電管（２３）の点灯期間と消灯期間とを繰り返して指示する信号であって、点灯を指示している期間では、前記放電管（２３）を点灯させうるエネルギーを前記直交変換回路（１０）から前記共振回路（２０）に伝達し、消灯を指示している期間では、前記放電管（２３）を点灯できないエネルギーを前記直交変換回路（１０）から前記共振回路（２０）に伝達させる信号レベルを有する時分割信号（Ｓ２）を生成して、前記検出信号の信号レベルに加算する時分割信号出力回路（４８）と、
を備えることを特徴とする。

このような構成を採用したことにより、十分な点灯期間を得ることができるので、所望の照度を得ることができる。

前記直交変換回路（１０）は、制御信号に従った周波数で直流電圧をスイッチングし、
前記共振回路（２０）は、固有の共振周波数を持ち、前記直交変換回路（１０）から供給される交流電圧の周波数が共振周波数に一致する時に共振して点灯対象の放電管（２３）に電流を流して点灯させ、
前記制御回路（４９）は、前記積分回路（４０）の出力信号の信号レベルに従って、前記直交変換回路（１０）のスイッチング周波数を制御し、
前記時分割信号出力回路（４８）は、前記放電管（２３）を時分割駆動するために、前記放電管（２３）の点灯期間と消灯期間とを繰り返して指示する信号であって、点灯を指示している期間では、前記交流電圧の周波数を前記共振周波数に一致させ、消灯を指示している期間では、前記交流電圧の周波数を前記共振周波数からずれさせる信号レベルを有する時分割信号（Ｓ２）を生成して、前記検出信号の信号レベルに加算する、ものであってもよい。

前記直交変換回路（１０）は、制御信号に従ったデューティ比で直流電圧をスイッチングし、
前記共振回路（２０）は、固有の共振周波数を持ち、前記直交変換回路（１０）から供給される交流電圧の周波数が共振周波数に一致するときに共振して、点灯対象の放電管（２３）に電流を流し、
前記制御回路（４９,４９ｂ）は、前記積分回路（４０）の出力信号の信号レベルに従って、前記直交変換回路（１０）のスイッチングのデューティ比を制御し、
前記時分割信号出力回路（４８）は、前記放電管（２３）を時分割駆動するために、前記放電管（２３）の点灯期間と消灯期間とを繰り返して指示する信号であって、点灯を指示している期間では、点灯にたるエネルギーが伝達されるデューティ比となり、消灯を指示している期間では、点灯できないエネルギーが伝達されるデューティ比となる信号レベルを有する時分割信号（Ｓ２）を生成して、前記検出信号の信号レベルに加算する、ものであってもよい。

前記積分素子は、コンデンサ（４２）であり、
前記積分回路（４０）は、積分回路用抵抗素子（４３）を有し、
前記放電管電流検出回路（３０）は、前記放電管（２３）に流れる電流の電圧を検出する放電管電流検出用抵抗素子（３３）を有し、
前記積分回路（４０）の時定数は、前記コンデンサ（４２）の容量、および、前記積分回路用抵抗素子（４３）及び前記放電管電流検出用素子（３３）の抵抗値により決定されるようにしてもよい。

尚、前記共振回路（２０）は、前記直交変換回路（１０）に接続されている１次コイル（２１ａ）、該１次コイル（２１ａ）に結合し、前記放電管（２３）に電圧を与える２次コイル（２１ｂ）を有する変圧器（２１）を備えるものであってもよい。

前記の課題を解決するため、本発明の第２の観点に係る電管点灯装置は、制御信号に従った周波数で直流電圧をスイッチングすることにより交流電圧を生成する直交変換回路（１０）と、
固有の共振周波数を持ち、前記直交変換回路（１０）から交流電圧が供給され、該交流電圧の周波数が共振周波数に一致する時に共振して点灯対象の放電管（２３）に電流を流して点灯させる共振回路（２０）と、
前記放電管（２３）に流れる電流の電流レベルを検出し、検出した電流レベルに対応する信号レベルを有する検出信号を出力する放電管電流検出回路（３０）と、
前記検出信号を入力する入力端子と該入力端子の信号レベルを積分する積分素子（４２）と該積分素子（４２）の信号レベルが所定値以上になることを防止するクランプ回路（１０１）を備え、前記検出信号の信号レベルが積分された出力信号を出力端子から出力する積分回路（４０）と、
前記積分回路（４０）の出力信号の信号レベルに従って、前記直交変換回路（１０）のスイッチング周波数を制御する制御信号を出力する制御回路（４９）と、
前記放電管（２３）を時分割駆動するために、前記放電管（２３）の点灯期間と消灯期間とを繰り返して指示する信号であって、点灯を指示している期間では、前記交流電圧の周波数を前記共振周波数に一致させ、消灯を指示している期間では、前記交流電圧の周波数を前記共振周波数からずれさせる信号レベルを有する時分割信号（Ｓ２）を生成して、前記検出信号の信号レベルに加算する時分割信号出力回路（４８）と、
を備えることを特徴とする。

このような構成を採用することにより、サージの発生を抑えつつ、所望の照度を得ることができる。また、サージの発生を抑えつつ、所望の照度を得るために十分な点灯期間を得ることができる。

前記の課題を解決するため、本発明の第３の観点に係る放電管点灯装置は、直流電圧を制御信号に従ってスイッチングすることによりパルスを発生する直交変換回路（１０）と、
前記直交変換回路（１０）に接続され、前記パルスの幅に基づいた電圧を発生し、該電圧に基づいて放電管（２３）に電流を流して点灯させる共振回路（２０）と、
前記共振回路（２０）に接続され、前記放電管（２３）に流れる電流の電流レベルを検出し、該電流レベルに対応する電気信号を出力する放電管電流検出回路（３０）と、
基準レベルと前記電気信号の信号レベルの差分を求める差分回路（４１）、該差分回路（４１）の入力端子と出力端子との間に接続されたコンデンサ（４２）及び該コンデンサ（４２）の充放電速度を設定する素子（４３）、及び該差分回路（４１）の入力端子の信号レベルが所定値以上になることを防止するクランプ回路（１０１）を有し、該電気信号の信号レベルの積分を行い、該電気信号の信号レベルが積分された出力信号を出力端子から出力する積分回路（４０）と、
前記積分回路（４０）の出力信号に基づき、前記パルスの幅を変化させる制御信号を生成する制御回路（４９ｂ）と、
前記放電管（２３）を消灯させる周期的な消灯期間に電気信号の信号レベルが変化する時分割信号（Ｓ２）を前記電気信号に重畳して前記積分回路（４０）に与えることにより、前記消灯期間に前記積分回路（４０）の出力信号を変化させて前記パルスの幅を変化させ、前記放電管（２３）を消灯させて照度を調整する時分割信号出力回路（４８）と、
を備えることを特徴とする。

このような構成を採用することにより、サージの発生を抑えつつ、所望の照度を得ることができる放電管点灯装置を提供することが可能となる。また、サージの発生を抑えつつ、所望の照度を得るために十分な点灯期間を得ることができる放電管点灯装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態に係る放電管点灯装置を図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の放電管点灯装置の構成図である。

この放電管点灯装置は、直流電源Ｖ１と、直交変換回路１０と、共振回路２０と、放電管電流検出回路３０と、積分回路４０と、減算器４６と、時分割信号出力回路４８と、制御回路４９とを備えている。

直流電源Ｖ１は、直交変換回路１０に直流電圧を供給する電源であり、その負極（−）は接地され、正極（＋）は直交変換回路１０に接続されている。

直交変換回路１０は、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ１１，１２を備えている。ＭＯＳＦＥＴ１１と１２は、コンプリメンタリ（相補）回路を形成しており、直流電源Ｖ１とグラウンドとの間に接続されている。
直交変換回路１０は直流電圧をＭＯＳＦＥＴ１１，１２でスイッチングすることにより、交流電圧に変換する。

ＭＯＳＦＥＴ１１のソースは、直流電源Ｖ１の正極（＋）に接続され、ＭＯＳＦＥＴ１１のドレインは、ＭＯＳＦＥＴ１２のドレインに接続されている。そして、ＭＯＳＦＥＴ１２のソースは接地されている。

共振回路２０は、変圧器２１と、コンデンサ２２と、放電管２３とから構成されている。変圧器２１の１次コイル２１ａの一端がＭＯＳＦＥＴ１１のドレインとＭＯＳＦＥＴ１２のドレインとの接続点に接続されている。
変圧器２１の２次コイル２１ｂの一端は、コンデンサ２２の一方の電極と、放電管２３の一方の電極に接続されている。１次コイル２１ａ、２次コイル２１ｂの他端とコンデンサ２２の他方の電極とは接地されている。
共振回路２０は、固有の共振周波数で共振して共振電圧を２次コイル２１ｂに生成する。

放電管電流検出回路３０は、ダイオード３１，３２と、放電管電流検出用抵抗３３と、から構成されており、放電管２３を流れる電流Ｉ１の電流レベルを検出し、検出信号を積分回路４０に供給する。
ダイオード３１のアノードとダイオード３２のカソードは、放電管２３の他方の電極に接続されている。ダイオード３２のアノードと放電管電流検出用抵抗３３の一端は、接地されている。そして、ダイオード３１のカソードと放電管電流検出用抵抗３３の他端は、後述するように、積分回路４０に接続されている。

積分回路４０は、誤差増幅器４１と、コンデンサ４２と、抵抗４３と、基準電圧電源Ｖ２と、電圧クランプ回路１０１とから構成されている。基準電圧電源Ｖ２は、誤差増幅器４１の動作上基準となる電位（基準電圧Ｖｒ）を、誤差増幅器４１の正入力端子（＋）に供給する電源であり、その負極（−）は接地されている。正極は（＋）誤差増幅器４１の正入力端子（＋）に接続されている。

コンデンサ４２は、後述する時分割信号出力回路４８により生成される時分割信号Ｓ２に従って、充放電される。

電圧クランプ回路１０１は、誤差増幅器４１の負入力端子（−）と接地間に接続されており、基準電圧電源Ｖ２の電圧（基準電圧Ｖｒ）値よりわずかに高い電圧値で誤差増幅器４１の入力電圧を制限する。

積分回路４０は、放電管電流検出回路３０の検出信号の電圧と、基準電圧Ｖｒとの電位差に相当する電圧信号を、制御回路４９に供給する。

誤差増幅器４１は差動増幅回路で構成され、その出力端子と負入力端子（−）との間には、コンデンサ４２が接続されている。また、負入力端子（−）は抵抗４３を介してダイオード３１のカソードと放電管電流検出用抵抗３３の他端に接続されている。誤差増幅器４１は、放電管電流検出回路３０の検出信号の電圧と、基準電圧Ｖｒとの電位差に相当する電圧信号Ｅ１を、減算器４６に供給する。

誤差増幅器４１の正入力端子（＋）は、前述のように、基準電圧電源Ｖ２の出力端子に接続されており、誤差増幅器４１の出力端子は、抵抗４４を介して、減算器４６の負入力端子（−）に接続されている。減算器４６の出力端と負入力端子（−）との間には、抵抗４５が接続されている。

減算器４６は、誤差増幅器４１の電圧信号Ｅ１の特性を反転させる反転増幅回路であり、その出力端子は、後述するように制御回路４９に接続されている。

時分割信号出力回路４８の出力端子は、ダイオード４７のアノードに接続されている。ダイオード４７のカソードは、抵抗４３と、誤差増幅器４１の（−）入力端子との間に接続されている。

時分割信号出力回路４８は、その入力端子に放電管２３の輝度を指示する輝度指示信号Ｓ１が入力されると、時分割信号Ｓ２を生成する。この時分割信号Ｓ２は、たとえば、放電管２３の定格輝度に対する発光させたい輝度の割合を示す。時分割信号出力回路４８は、この輝度指示信号Ｓ１の指示に応じて、周期が一定でデューティ比が変化する時分割信号Ｓ２を生成する。即ち、時分割信号出力回路４８は、輝度指示信号Ｓ１の指示する輝度が大きい場合には、１周期に占める点灯期間（Ｌレベル期間）の割合を大きくして、輝度指示信号Ｓ１が指示する輝度が小さい場合には、１周期に占める点灯期間（Ｌレベル期間）の割合を小さくする。

時分割信号Ｓ２がＨレベルの期間には、ダイオード４７はオンし、時分割信号出力回路４８の出力端子と誤差増幅器４１の負入力端子（−）間が電気的に接続された状態になる。また、時分割信号Ｓ２がＬレベルの期間には、ダイオード４７はオフし、時分割信号出力回路４８の出力端子と誤差増幅器４１の負入力端子（−）間は電気的に分離された状態になる。

このため、時分割信号Ｓ２がＨレベルの期間には、時分割信号出力回路４８の出力する時分割信号Ｓ２の電圧は、放電管電流検出回路３０の検出信号の電圧に加算されて、誤差増幅器４１の負入力端子（−）に供給される。従って、時分割信号Ｓ２がＨレベルの期間では、放電管電流検出回路３０の検出信号の電圧レベルにかかわらず、誤差増幅器４１の負入力端子（−）には、Ｈレベルが印加され、時分割信号Ｓ２がＬレベルの期間では、放電管電流検出回路３０の検出信号の電圧レベルにほぼ等しいレベルの電圧が、誤差増幅器４１の負入力端子（−）に印加される。

制御回路４９の入力端子は減算器４６の出力端子と、二つの出力端子はそれぞれＭＯＳＦＥＴ１１、１２のゲートに接続されている。
制御回路４９は、放電管電流検出回路３０，積分回路４０及び減算器４６と相まってフィードバック制御系を構成する回路である。
制御回路４９は、放電管電流検出回路３０の検出信号の電圧と、基準電圧Ｖｒとが等しくなるように、ＭＯＳＦＥＴ１１，１２をオン・オフさせる制御信号を生成する。

このようにして、放電管点灯装置は構成されている。

次に、上記構成の放電管点灯装置の動作を説明する。

直流電源Ｖ１から直流電圧が供給されると、直交変換回路１０では、ＭＯＳＦＥＴ１１，１２がスイッチングを行い、波形が方形波となる交流電圧をＭＯＳＦＥＴ１１と、１２との間の接続点に生成する。交流電圧は、１次コイル２１ａに印加される。

直交変換回路１０から交流電圧が１次コイル２１ａに印加された後、コンデンサ２２と、放電管２３のインピダンスと、２次コイル２１ｂとによって共振作用が起こる。共振作用により共振電圧が２次コイル２１ｂに発生する。この共振電圧は、放電管２３に印加されて放電管２３を点灯させる。すなわち、直交変換回路１０から供給される交流電圧の周波数が共振回路２０の固有の共振周波数に一致する時に、共振回路２０は共振して放電管２３に電流を流して点灯させる。

放電管２３が点灯すると、放電管電流検出回路３０では、ダイオード３１，３２が放電管２３に流れる電流Ｉ１の電流レベルを検出し、カソードから出力する。また、抵抗３３が電流Ｉ１の正の電圧を検出し、検出した電圧レベルに相当する検出信号が抵抗４３を介して積分回路４０に印加される。

誤差増幅器４１は、放電管電流検出回路３０からの検出信号の電圧と、基準電圧Ｖｒとの電位差に相当する電圧信号Ｅ１を生成し、生成した電圧信号Ｅ１を抵抗４４を介して減算器４６へと入力する。減算器４６は、誤差増幅器４１の電圧信号Ｅ１を反転させて制御回路４９の入力端子に与える。

制御回路４９は、放電管電流検出回路３０の検出信号の電圧と基準電圧Ｖｒとの電位差が等しくなるようにするため、積分回路４０から供給された出力信号に基づいてＭＯＳＦＥＴ１１，１２のスイッチング周波数を制御して、直交変換回路１０から共振回路２０に伝達されるエネルギーを制御する制御信号を生成する。そして、制御回路４９は生成した制御信号をＭＯＳＦＥＴ１１，１２のゲートに供給する。

これにより、ＭＯＳＦＥＴ１１，１２は、制御回路４９からの制御信号に基づいて、相補的にオン・オフを行い、交流電圧を生成する。交流電圧が共振回路２０内に配置されている変圧器２１の１次コイル２１ａに印加された後、２次コイル２１ｂに共振電圧が発生する。

このとき発生する共振電圧は、基準電圧Ｖｒに対応するレベルに調整されている。すなわち、制御回路４９は、ＭＯＳＦＥＴ１１，１２のスイッチング周波数を制御することにより、放電管２３に流れる電流Ｉ１を基準電圧Ｖｒに対応するレベルに調整する。

このようにして、本実施の形態の放電管点灯装置は、放電管電流Ｉ１の電流レベルを調整する。続いて、この放電管電流点灯装置は放電管２３の輝度を時分割信号出力回路４８に供給される輝度指示信号Ｓ１が指示する輝度レベルに調整する。以下、図２を参照して放電管２３の輝度を調整する方法を説明する。

図２Ａ乃至Ｃは、それぞれ、時分割信号Ｓ２と、誤差増幅器４１の電圧信号Ｅ１と、放電管２３の電流Ｉ１を示す。
尚、図２中のｔ０とｔ５は、誤差増幅器４１に供給されている時分割信号Ｓ２がＬレベルからＨレベルに立ち上がるタイミングであり、ｔ１は時分割信号Ｓ２がＨレベルからＬレベルに立ち下がるタイミングである。ｔ３は放電管２３に電流Ｉ１が流れ始めるタイミングである。また、ｔ３乃至ｔ４は放電管電流Ｉ１の電流レベルが調整されるタイミングである。

時分割信号出力回路４８は、輝度指示信号Ｓ１が指示する輝度レベルに従って、時分割信号Ｓ２のデューティ比を決定し、決定したデューティ比を有する時分割信号Ｓ２を出力する。

図２Ａに示すように、時分割信号Ｓ２がタイミングｔ０でＨレベルに上昇する。時分割信号Ｓ２がＨレベルの期間には、ダイオード４７がオンし、時分割信号出力回路４８の出力端子と誤差増幅器４１の負入力端子（−）間は電気的に接続された状態となる。よって、コンデンサ４２は時分割信号Ｓ２の電圧により充電される。これにより、図２Ｂに示すように、誤差増幅器４１の電圧信号Ｅ１は低下する。低下した電圧信号Ｅ１は、減算器４６を介して、制御回路４９に印加される。

制御回路４９は、積分回路４０の低下した電圧信号に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ１１，１２のスイッチング周波数を、共振周波数からずれるように制御する制御信号を、直交変換回路１０に供給する。このとき共振回路２０は制振され、共振作用が制止される。共振作用が制止されるため２次コイル２１ｂに電圧は発生しない。従って、図２Ｃに示すように、放電管電流Ｉ１は遮断される。

次に、タイミングｔ１で、図２Ａに示すように、時分割信号Ｓ２がＨレベルからＬレベルに遷移する。時分割信号Ｓ２がＬレベルの期間には、ダイオード４７がオフし、時分割信号出力回路４８の出力端子と誤差増幅器４１の負入力端子（−）間は電気的に分離された状態となる。このため時分割信号Ｓ２が供給されないので、コンデンサ４２が放電を開始する。このときコンデンサ４２の電荷は下記の式（１）に示す放電電流によって放電される。

放電電流＝基準電圧Ｖｒ／（抵抗３３＋抵抗４３） ・・・・（１）

コンデンサ４２の放電に伴って、誤差増幅器４１の負入力端子（−）が低下を始め、タイミングｔ１乃至ｔ３で、図２Ｂに示すように、誤差増幅器４１の電圧信号Ｅ１は増加し始める。誤差増幅器４１の電圧信号Ｅ１は、減算器４６を介して制御回路４９に供給される。

制御回路４９は積分回路４０の増加した電圧信号に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ１１，１２のスイッチング周波数を共振周波数に近づくように制御する制御信号を直交変換回路１０に供給する。共振回路２０は励振され、共振電圧が変圧器の２次コイル２１ｂに発生する。

共振電圧により、タイミングｔ３で、図２Ｃに示すように放電管２３に電流Ｉ１が流れて放電管２３は再び点灯する。

放電管電流Ｉ１の正の電圧は、放電管電流検出回路３０を介して、誤差増幅器４１に入力される。タイミングｔ３乃至ｔ４で、制御回路４９は、放電管２３に流れる電流を増加させるようにＭＯＳＦＥＴ１１，１２のスイッチング周波数を制御する。

そして、タイミングｔ４乃至ｔ５で、制御回路４９は放電管電流検出回路３０の検出電圧と基準電圧Ｖｒとの電位差が等しくなるようにフィードバック制御を行う。

このような動作を時分割信号Ｓ２のＨレベル、Ｌレベルの繰り返しにより、本実施の形態の放電管点灯装置は、放電管２３の点灯期間及び消灯期間を調整する。すなわち、時分割信号Ｓ２は、放電管２３を時分割駆動するために、放電管２３の点灯期間と消灯期間とを繰り返して指示する信号であって、点灯を指示している期間では、放電管２３を点灯させうるエネルギーを直交変換回路１０から共振回路２０に伝達し、消灯を指示している期間では、放電管２３を点灯できないエネルギーを直交変換回路１０から共振回路２０に伝達させるような信号レベルを有する信号である。

時分割信号Ｓ２がＨからＬレベルに立ち下がったとき、誤差増幅器４１の電圧信号Ｅ１の波形は、図２Ｂに示すように、抵抗３３，４３の抵抗値と、コンデンサ４２の容量で定まる積分回路４０の時定数τによって決定された遷移傾斜を有す。

すなわち、誤差増幅器４１の電圧信号Ｅ１が上昇を開始する時間は、誤差増幅器４１の帰還容量であるコンデンサ４２の端子電圧が基準電圧レベルに近づく速度に影響される。

以上のように、本実施の形態の放電管点灯装置は、以下の利点を有する。
（１）誤差増幅器４１の電圧信号Ｅ１の傾斜のスタート点は、図２Ｂに示すように、時分割信号Ｓ２がＬレベルとなるタイミングｔ１である。電圧信号Ｅ１は、時分割信号Ｓ２の遷移直後に変化し始めるので、制御回路４９は遅れが生ずることがなく制御動作を行うことができる。従って、制御回路４９が時分割信号Ｓ２の遷移に早く追従できるので、制御回路４９の周波数可変制御動作の精度が向上し、フィードバック制御系にオーバーランが発生しない。ひいては、サージの発生を抑えることができる。
（２）また、図２Ｃに示すように、時分割信号Ｓ２がＨからＬレベルに遷移してから、放電管２３に放電管電流Ｉ１が流れ始めるまでの時間ｔ１からｔ３が短いため、時分割信号Ｓ２がＬレベルである期間と放電管電流Ｉ１が流れる期間との間のずれが減少する。よって、放電管点灯期間ｔ３乃至ｔ５が増加し、放電管２３の発光輝度は、十分な点灯期間を得ることにより、輝度指示信号Ｓ１が指示する輝度レベルに到達する。よって、放電管２３は、所望の照度を得ることができる。

（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態の放電管点灯装置の構成図である。

第１の実施の形態では、周波数可変式の制御回路４９を用いたが、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（パルス幅変調））制御式の制御回路４９ｂを用いてもよい。

尚、放電管点灯装置は、上記第１の実施の形態と同様の構成であるため、図１と同一要素については同一符号を付し、第１の実施の形態と異なる点についてのみ説明し、その他の説明は省略する。

このような構成とすることにより、制御回路４９ｂはＭＯＳＦＥＴ１１，１２の出力のデューティ比を制御するためのデューティ比制御信号を出力する。これにより、共振回路２０への印加電圧が制御されるため、放電管２３に流れる電流Ｉ１が制御される。なお、時分割信号出力回路４８は、放電管２３の点灯を指示している期間では、点灯にたるエネルギーが伝達されるようなデューティ比となり、放電管２３の消灯を指示している期間では、点灯できないエネルギーが伝達されるデューティ比となる信号レベルを有する時分割信号Ｓ２を生成する。

このような動作を制御回路４９ｂが行うことにより、この実施の形態の放電管点灯装置は、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。従って、放電管点灯装置は、所望の照度を得ることができ、かつ放電管２３内にサージの発生を抑えるソフトスタート動作を行うことができる。

また、制御回路４９ｂは、直交変換回路１０が直流電圧をスイッチングすることにより発生するパルスの幅を変化させる制御信号を生成するとも考えられる。共振回路２０は、直交変換回路１０から出力されたパルスの幅に基づいた電圧を発生して、この電圧に基づいて放電管２３に電流を流して点灯させる。放電管電流検出回路３０は、放電管２３に流れる電流の電流レベルを検出して、この電流レベルに対応する電気信号を出力する。この場合、時分割信号出力回路４８を、放電管２３を消灯させる周期的な消灯期間に、電気信号レベルが変化する時分割信号Ｓ２を電気信号に重畳して積分回路４０に与えることにより、消灯期間に積分回路４０の出力信号を変化させてパルスの幅を変化させ、放電管２３を消灯させて照度を調整するように構成することも可能である。

尚、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用等が可能である。
例えば、ＭＯＳＦＥＴ１１，１２の代わりに、バイポーラトランジスタを用いてもよい。

ＭＯＳＦＥＴ１１，１２の接続方法は、コンプリメンタリ接続の代わりに、フルブリッジ接続でもよい。

制御回路４９は、入力信号がＬレベルとなると共振回路２０の共振電圧レベルを制御する動作を行うが、入力信号がＨレベルのときに共振回路２０の共振電圧レベルを制御してもよい。この場合、減算器４６を配置しなくてもよい。

放電管電流検出回路３０は、放電管電流Ｉ１の電圧から正の電圧を検出したが、放電管電流検出回路３０内のダイオード３１，３２の向きを逆にして、負の電圧を検出してもよい。
このような動作を行うことによって、反転増幅回路として用いられる減算器４６を配置しなくてもよい。

ダイオード４７の代わりに、時分割信号Ｓ２がＨレベルの期間にオン、Ｌレベルの期間にオフするＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子を用いても差し支えない。

なお、本発明は、２００３年１月２９日に出願された日本国特願２００３−２１１０６号に基づき、その明細書、特許請求の範囲、図面及び要約を含む。上記出願における開示は、その全体が本明細書中に参照として含まれる。

本発明は、放電管に流れる電流を調整することにより、放電管の照度を調整する放電管点灯装置を使用する産業分野に利用可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る放電管点灯装置の構成を示す回路図である。 図１の放電管点灯装置の動作を説明するための波形図である。 本発明の第２の実施の形態に係る放電管点灯装置の構成を示す回路図である。 従来の放電管点灯装置の構成を示す回路図である。 従来の放電管点灯装置において時定数が小さい場合の出力波形図である。 従来の放電管点灯装置において時定数が大きい場合の出力波形図である。

Claims (7)

1. 制御信号に従って、直流電圧をスイッチングすることにより交流電圧を生成する直交変換回路（１０）と、
   前記直交変換回路（１０）から交流電圧が供給され、該交流電圧により共振して、点灯対象の放電管（２３）に電流を流して点灯させる共振回路（２０）と、
   前記放電管（２３）に流れる電流の電流レベルを検出し、検出した電流レベルに対応する信号レベルを有する検出信号を出力する放電管電流検出回路（３０）と、
   前記検出信号を入力する入力端子と該入力端子の信号レベルを積分する積分素子（４２）と該積分素子（４２）の信号レベルが所定値以上になることを防止するクランプ回路（１０１）を備え、前記検出信号の信号レベルが積分された出力信号を出力端子から出力する積分回路（４０）と、
   前記積分回路（４０）の出力信号の信号レベルに従って、前記直交変換回路（１０）のスイッチングを制御して、前記直交変換回路（１０）から前記共振回路（２０）に伝達されるエネルギーを制御する制御信号を出力する制御回路（４９）と、
   前記放電管（２３）を時分割駆動するために、前記放電管（２３）の点灯期間と消灯期間とを繰り返して指示する信号であって、点灯を指示している期間では、前記放電管（２３）を点灯させうるエネルギーを前記直交変換回路（１０）から前記共振回路（２０）に伝達し、消灯を指示している期間では、前記放電管（２３）を点灯できないエネルギーを前記直交変換回路（１０）から前記共振回路（２０）に伝達させる信号レベルを有する時分割信号（Ｓ２）を生成して、前記検出信号の信号レベルに加算する時分割信号出力回路（４８）と、
   を備えることを特徴とする放電管点灯装置。
2. 前記直交変換回路（１０）は、制御信号に従った周波数で直流電圧をスイッチングし、
   前記共振回路（２０）は、固有の共振周波数を持ち、前記直交変換回路（１０）から供給される交流電圧の周波数が共振周波数に一致する時に共振して点灯対象の放電管（２３）に電流を流して点灯させ、
   前記制御回路（４９）は、前記積分回路（４０）の出力信号の信号レベルに従って、前記直交変換回路（１０）のスイッチング周波数を制御し、
   前記時分割信号出力回路（４８）は、前記放電管（２３）を時分割駆動するために、前記放電管（２３）の点灯期間と消灯期間とを繰り返して指示する信号であって、点灯を指示している期間では、前記交流電圧の周波数を前記共振周波数に一致させ、消灯を指示している期間では、前記交流電圧の周波数を前記共振周波数からずれさせる信号レベルを有する時分割信号（Ｓ２）を生成して、前記検出信号の信号レベルに加算する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放電管点灯装置。
3. 前記直交変換回路（１０）は、制御信号に従ったデューティ比で直流電圧をスイッチングし、
   前記共振回路（２０）は、固有の共振周波数を持ち、前記直交変換回路（１０）から供給される交流電圧の周波数が共振周波数に一致するときに共振して、点灯対象の放電管（２３）に電流を流し、
   前記制御回路（４９,４９ｂ）は、前記積分回路（４０）の出力信号の信号レベルに従って、前記直交変換回路（１０）のスイッチングのデューティ比を制御し、
   前記時分割信号出力回路（４８）は、前記放電管（２３）を時分割駆動するために、前記放電管（２３）の点灯期間と消灯期間とを繰り返して指示する信号であって、点灯を指示している期間では、点灯にたるエネルギーが伝達されるデューティ比となり、消灯を指示している期間では、点灯できないエネルギーが伝達されるデューティ比となる信号レベルを有する時分割信号（Ｓ２）を生成して、前記検出信号の信号レベルに加算する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放電管点灯装置。
4. 前記積分素子は、コンデンサ（４２）であり、
   前記積分回路（４０）は、積分回路用抵抗素子（４３）を有し、
   前記放電管電流検出回路（３０）は、前記放電管（２３）に流れる電流の電圧を検出する放電管電流検出用抵抗素子（３３）を有し、
   前記積分回路（４０）の時定数は、前記コンデンサ（４２）の容量、および、前記積分回路用抵抗素子（４３）及び前記放電管電流検出用素子（３３）の抵抗値により決定される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放電管点灯装置。
5. 前記共振回路（２０）は、前記直交変換回路（１０）に接続されている１次コイル（２１ａ）、該１次コイル（２１ａ）に結合し、前記放電管（２３）に電圧を与える２次コイル（２１ｂ）を有する変圧器（２１）を備えることを特徴とする請求項１に記載の放電管点灯装置。
6. 制御信号に従った周波数で直流電圧をスイッチングすることにより交流電圧を生成する直交変換回路（１０）と、
   固有の共振周波数を持ち、前記直交変換回路（１０）から交流電圧が供給され、該交流電圧の周波数が共振周波数に一致する時に共振して点灯対象の放電管（２３）に電流を流して点灯させる共振回路（２０）と、
   前記放電管（２３）に流れる電流の電流レベルを検出し、検出した電流レベルに対応する信号レベルを有する検出信号を出力する放電管電流検出回路（３０）と、
   前記検出信号を入力する入力端子と該入力端子の信号レベルを積分する積分素子（４２）と該積分素子（４２）の信号レベルが所定値以上になることを防止するクランプ回路（１０１）を備え、前記検出信号の信号レベルが積分された出力信号を出力端子から出力する積分回路（４０）と、
   前記積分回路（４０）の出力信号の信号レベルに従って、前記直交変換回路（１０）のスイッチング周波数を制御する制御信号を出力する制御回路（４９）と、
   前記放電管（２３）を時分割駆動するために、前記放電管（２３）の点灯期間と消灯期間とを繰り返して指示する信号であって、点灯を指示している期間では、前記交流電圧の周波数を前記共振周波数に一致させ、消灯を指示している期間では、前記交流電圧の周波数を前記共振周波数からずれさせる信号レベルを有する時分割信号（Ｓ２）を生成して、前記検出信号の信号レベルに加算する時分割信号出力回路（４８）と、
   を備えることを特徴とする放電管点灯装置。
7. 直流電圧を制御信号に従ってスイッチングすることによりパルスを発生する直交変換回路（１０）と、
   前記直交変換回路（１０）に接続され、前記パルスの幅に基づいた電圧を発生し、該電圧に基づいて放電管（２３）に電流を流して点灯させる共振回路（２０）と、
   前記共振回路（２０）に接続され、前記放電管（２３）に流れる電流の電流レベルを検出し、該電流レベルに対応する電気信号を出力する放電管電流検出回路（３０）と、
   基準レベルと前記電気信号の信号レベルの差分を求める差分回路（４１）、該差分回路（４１）の入力端子と出力端子との間に接続されたコンデンサ（４２）及び該コンデンサ（４２）の充放電速度を設定する素子（４３）、及び該差分回路（４１）の入力端子の信号レベルが所定値以上になることを防止するクランプ回路（１０１）を有し、該電気信号の信号レベルの積分を行い、該電気信号の信号レベルが積分された出力信号を出力端子から出力する積分回路（４０）と、
   前記積分回路（４０）の出力信号に基づき、前記パルスの幅を変化させる制御信号を生成する制御回路（４９ｂ）と、
   前記放電管（２３）を消灯させる周期的な消灯期間に電気信号の信号レベルが変化する時分割信号（Ｓ２）を前記電気信号に重畳して前記積分回路（４０）に与えることにより、前記消灯期間に前記積分回路（４０）の出力信号を変化させて前記パルスの幅を変化させ、前記放電管（２３）を消灯させて照度を調整する時分割信号出力回路（４８）と、
   を備えることを特徴とする放電管点灯装置。

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