JP5047093B2

JP5047093B2 - Fluorescent lamp lighting device

Info

Publication number: JP5047093B2
Application number: JP2008202954A
Authority: JP
Inventors: 充弘門田; 浩幸庄司; 幸生古矢
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2008-08-06
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2028-08-06
Also published as: JP2010040371A

Description

本発明は、熱陰極蛍光ランプの点灯装置に関わり、特に液晶ディスプレイのバックライト点灯装置等において要求されるインバータ駆動周波数を固定した調光動作を実現する点灯装置に関する。 The present invention relates to a lighting device for a hot cathode fluorescent lamp, and more particularly to a lighting device that realizes a dimming operation with a fixed inverter driving frequency required in a backlight lighting device for a liquid crystal display.

液晶ディスプレイでは、液晶パネルを背面から照らすバックライトが必要である。従来、バックライトとして長寿命の冷陰極蛍光ランプを用いることが一般的であったが、冷陰極蛍光ランプに比べて高効率点灯が可能であるという利点から、特に大型ディスプレイ等において熱陰極蛍光ランプが用いられることもある。 In the liquid crystal display, a backlight for illuminating the liquid crystal panel from the back is required. Conventionally, it has been common to use a cold cathode fluorescent lamp having a long life as a backlight. However, a hot cathode fluorescent lamp is particularly useful for large displays because of the advantage that it can be operated more efficiently than a cold cathode fluorescent lamp. May be used.

熱陰極蛍光ランプの点灯における一般的な手法として、電流共振型インバータによって直流電源から交流電力を出力し、ランプ電流を安定化させる高周波点灯方式が用いられる。 As a general method for lighting a hot cathode fluorescent lamp, a high frequency lighting method is used in which AC power is output from a DC power source by a current resonance type inverter to stabilize the lamp current.

熱陰極蛍光ランプの調光に関して、一般照明用途に対しては前記の電流共振型インバータの駆動周波数を変化させることによってランプ電流を制御する方式が一般的である。また、外部からの調光用PWM信号に合わせて点灯状態、及び調光状態を交互に繰り返し、各状態の時間比率(duty)を変えることによって調光レベルを変化させるPWM調光も利用されている。 Regarding the dimming of the hot cathode fluorescent lamp, a method of controlling the lamp current by changing the drive frequency of the current resonance type inverter is general for general lighting applications. In addition, PWM dimming is also used to change the dimming level by repeating the lighting state and dimming state alternately according to the external dimming PWM signal and changing the time ratio (duty) of each state. Yes.

液晶ディスプレイのバックライトでは、インバータ駆動周波数を変化させると、液晶パネルの動作周波数と干渉するため画面のちらつきまたは干渉縞の発生といった問題が発生する。 In the backlight of the liquid crystal display, when the inverter driving frequency is changed, it interferes with the operating frequency of the liquid crystal panel, and thus problems such as screen flickering or generation of interference fringes occur.

前記問題を避けるために、バックライト用インバータでは、点灯状態、及び調光状態を含めて、常に一定周波数で駆動することを要求される。 In order to avoid the above problem, the backlight inverter is required to be always driven at a constant frequency including the lighting state and the dimming state.

前記の固定周波数での調光を実現するために、例えば特許文献１に記載されているインバータが用いられる。このインバータは、昇圧、昇降圧、降圧の各種チョッパ回路機能を備えたものであり、これらチョッパ回路とインバータ回路とに単一のスイッチング素子を共用している。このインバータでは、駆動周波数が固定されているが、スイッチング素子のオン時間dutyを変えることによってインバータのDCリンク電圧を制御し、ランプ電流の制御すなわち調光を行うことができる。 In order to realize the dimming at the fixed frequency, for example, an inverter described in Patent Document 1 is used. This inverter is provided with various chopper circuit functions of step-up, step-up / step-down, and step-down, and the chopper circuit and the inverter circuit share a single switching element. In this inverter, although the drive frequency is fixed, the DC link voltage of the inverter can be controlled by changing the on-time duty of the switching element, and the lamp current can be controlled, that is, dimmed.

特許第3261829号公報Japanese Patent No. 3261829

熱陰極蛍光ランプでは、フィラメントに予熱電流を流すことによって発生する熱電子が発光に寄与する。熱陰極蛍光ランプの調光では、ランプ電流の制御だけでなくフィラメント電流も適切に制御しなければ、フィラメントの損傷によるランプの寿命短縮を招いてしまう。特に、点灯状態と調光状態を頻繁に繰り返すPWM調光では、フィラメント電流の制御が非常に重要となる。具体的には、調光時にランプ電流を小さくする場合、ランプ電流を安定させ、かつ再点灯時にフィラメントにかかる負担を軽減させるために、十分なフィラメント電流を流す必要がある。逆に、ランプ電流が大きい通常点灯時では、ランプ電流がフィラメントをある程度予熱するためフィラメント電流は小さくても良く、過剰なフィラメント電流はかえってフィラメントに塗布されるエミッションの蒸発等によりフィラメント損失を増大させ、発光効率の低下やランプの寿命短縮を招く。すなわち、ランプ電流が大きいときはフィラメント電流を小さく、ランプ電流が小さいときはフィラメント電流を大きくするように制御する必要がある。 In the hot cathode fluorescent lamp, thermoelectrons generated by applying a preheating current to the filament contribute to light emission. In the dimming of the hot cathode fluorescent lamp, unless the filament current is properly controlled as well as the lamp current, the lamp life is shortened due to filament damage. In particular, in PWM dimming that frequently repeats the lighting state and the dimming state, the control of the filament current is very important. Specifically, when reducing the lamp current during dimming, it is necessary to flow a sufficient filament current in order to stabilize the lamp current and reduce the burden on the filament during relighting. On the other hand, during normal lighting with a large lamp current, the lamp current preheats the filament to some extent, so the filament current may be small. Excessive filament current increases the filament loss due to evaporation of the emission applied to the filament. This leads to a decrease in luminous efficiency and a shortened lamp life. That is, it is necessary to control the filament current to be small when the lamp current is large and to increase the filament current when the lamp current is small.

特許文献１に記載のインバータでは、熱陰極蛍光ランプと並列にコンデンサを接続してフィラメント電流の経路を確保している。このとき、調光時においてスイッチング素子のdutyを変化させインバータのDCリンク電圧を下げると、ランプ電流と同様にフィラメント電流も小さくなってしまう。逆に、再点灯時においてインバータのDCリンク電圧を上げると、ランプ電流とフィラメント電流の両者が大きくなってしまう。すなわち、前記したフィラメント電流の適切な制御と相反するようにフィラメント電流が増減することになり、その結果フィラメントの損傷によるランプの寿命短縮を招く恐れがある。 In the inverter described in Patent Document 1, a capacitor current is connected in parallel with the hot cathode fluorescent lamp to secure a path for filament current. At this time, if the duty of the switching element is changed during dimming and the DC link voltage of the inverter is lowered, the filament current becomes small as well as the lamp current. Conversely, if the DC link voltage of the inverter is increased during relighting, both the lamp current and the filament current will increase. That is, the filament current increases or decreases in contradiction to the appropriate control of the filament current described above, and as a result, the lamp life may be shortened due to damage to the filament.

本発明は、熱陰極蛍光ランプを固定周波数で調光する際に、ランプ電流だけでなくフィラメント電流も適切に制御できる点灯装置を提供することを目的とする。具体的には、調光状態においてランプ電流を小さくする際にはフィラメント電流を大きくし、再度点灯状態に移行する際は、ランプ電流を大きくしフィラメント電流を小さくすることができる点灯装置を提供する。 An object of the present invention is to provide a lighting device capable of appropriately controlling not only the lamp current but also the filament current when dimming a hot cathode fluorescent lamp at a fixed frequency. Specifically, the present invention provides a lighting device capable of increasing the filament current when reducing the lamp current in the dimming state and increasing the lamp current and decreasing the filament current when shifting to the lighting state again. .

直流電源と、直流電源電圧を直流／直流変換して第１DCリンク電圧を生成する第１チョッパ回路と、２個のスイッチング素子の直列体である第１上下アームを有し第１DCリンク電圧を直流／交流変換して熱陰極蛍光ランプに供給する第１インバータ回路と、を有するランプ点灯回路と、直流電源電圧を直流／直流変換して第２DCリンク電圧を生成する第２チョッパ回路と、２個のスイッチング素子の直列体である第２上下アームを有し第２DCリンク電圧を直流／交流変換して熱陰極蛍光ランプのフィラメントに供給する第２インバータ回路と、を有するフィラメント予熱回路と、第１チョッパ回路および第１インバータ回路と、第２チョッパ回路および第２インバータ回路とを固定周波数で駆動するとともに、第１チョッパ回路及び第２チョッパ回路を互いに反転したオン時間dutyで駆動する制御手段と、を備えた。

A DC power supply, a first chopper circuit that generates a first DC link voltage by DC / DC conversion of the DC power supply voltage, and a first upper and lower arm that is a series body of two switching elements, the first DC link voltage is DC / a first inverter circuit for supplying a hot cathode fluorescent lamp AC conversion to a lamp lighting circuit having, a second chopper circuit for generating a first 2DC link voltage to DC / DC conversion of the DC power supply voltage, two a filament preheating circuit having a second inverter circuit for supplying a filament of hot cathode fluorescent lamp first 2DC link voltage having a second upper and lower arms are series body DC / AC conversion to the switching element, the first a chopper circuit and a first inverter circuit, together with a second chopper circuit and the second inverter circuit is driven at a fixed frequency, the first chopper circuit and the second chopper Comprising a control means for driving the on-time dut y obtained by inverting the circuit together, the.

また、第１インバータ回路の第１上下アームにおける一方のスイッチング素子を、前記第１チョッパ回路の昇圧用スイッチング素子または昇降圧用スイッチング素子として共用し、前記第２インバータ回路の第２上下アームにおける一方のスイッチング素子を、前記第２チョッパ回路の昇圧用スイッチング素子または昇降圧用スイッチング素子として共用することを特徴とする。 Also, one switching element in the first upper and lower arms of the first inverter circuit is shared as a boosting switching element or a step-up / down switching element of the first chopper circuit, and one of the switching elements in the second upper and lower arms of the second inverter circuit is shared. The switching element is shared as a step-up switching element or a step-up / step-down switching element of the second chopper circuit.

また、制御手段は、第１インバータ回路の第１上下アームの上側スイッチング素子と前記第２インバータ回路の第２上下アームの下側スイッチング素子を同時にオン・オフするパルス状の制御信号を出力する制御信号出力手段と、第１上下アームの下側スイッチング素子と前記第２上下アームの上側スイッチング素子を同時にオン・オフする前記制御信号を反転させた反転制御信号を出力する反転制御信号出力手段と、上位装置から与えられる調光用PWM信号に基づき、前記制御信号出力手段および反転制御信号出力手段に制御信号を出力する制御回路を有することを特徴とする。 The control means outputs a pulsed control signal for simultaneously turning on / off the upper switching element of the first upper and lower arms of the first inverter circuit and the lower switching element of the second upper and lower arms of the second inverter circuit. A signal output means; an inversion control signal output means for outputting an inversion control signal obtained by inverting the control signal for simultaneously turning on / off the lower switching element of the first upper and lower arms and the upper switching element of the second upper and lower arms; It has a control circuit for outputting a control signal to the control signal output means and the inverted control signal output means based on a dimming PWM signal given from a host device.

また、制御手段の制御回路は、上位装置から与えられる調光用PWM信号に基づいて前記熱陰極蛍光ランプの点灯状態及び調光状態を切り替えるパルス状の制御信号を出力し、点灯状態におけるパルス状制御信号のオン時間dutyに対して、調光状態でのオン時間dutyを小さく設定することを特徴とする。 Further, the control circuit of the control means outputs a pulsed control signal for switching the lighting state and the dimming state of the hot cathode fluorescent lamp based on the dimming PWM signal given from the host device, and the pulsed state in the lighting state The on-time duty in the dimming state is set smaller than the on-time duty of the control signal.

また、第１インバータ回路の第１上下アームには並列にコンデンサを備え、第１上下アームの出力端子には共振用チョークコイルと共振用コンデンサから構成される共振回路を備え、共振用コンデンサには直列接続されたコンデンサとトランスの１次巻線が並列に接続され、トランスの２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプが接続され、第１上下アームの出力端子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備えることを特徴とする。 Further, the first upper and lower arms of the first inverter circuit are provided with capacitors in parallel, the output terminals of the first upper and lower arms are provided with a resonance circuit composed of a resonance choke coil and a resonance capacitor, The capacitor connected in series and the primary winding of the transformer are connected in parallel, and the hot cathode fluorescent lamp is connected to the secondary winding of the transformer via the capacitor, and the output terminal of the first upper and lower arms and the DC power source And a choke coil for chopper and a diode connected in series.

また、第２インバータ回路の第２上下アームには並列にコンデンサを備え、第２上下アームの出力端子には直列接続されたチョークコイルとトランスの１次巻線が並列に接続され、前記トランスには少なくとも２つの２次巻線を備え、２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントが接続され、第２上下アームの出力端子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備えることを特徴とする。 The second upper and lower arms of the second inverter circuit are provided with capacitors in parallel, and the output terminals of the second upper and lower arms are connected in series with the choke coil connected in series and the primary winding of the transformer in parallel. Comprises at least two secondary windings, to which the filament of the hot cathode fluorescent lamp is connected via a capacitor, and is connected in series between the output terminal of the second upper and lower arms and the DC power supply. It is characterized by comprising a choke coil for a chopper and a diode.

さらに、第１インバータ回路の第１上下アームには直列接続されたコンデンサが並列に接続され、第１上下アームの出力端子と前記コンデンサの接続点との間に共振用チョークコイルとトランスの１次巻線から構成される共振回路を備え、トランスの２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプが接続され、第１上下アームの出力端子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備えることを特徴とする。 Further, a capacitor connected in series is connected in parallel to the first upper and lower arms of the first inverter circuit, and the resonance choke coil and the primary of the transformer are connected between the output terminal of the first upper and lower arms and the connection point of the capacitor. A resonance circuit composed of a winding is provided, and the hot cathode fluorescent lamp is connected to the secondary winding of the transformer via a capacitor, and is connected in series between the output terminal of the first upper and lower arms and the DC power source. It is characterized by comprising a choke coil for a chopper and a diode.

さらに、第１インバータ回路の第１上下アームにはコンデンサとダイオードの直列体が接続され、第１上下アームの下側スイッチング素子と前記ダイオードの両端が出力端子を構成し、出力端子には共振用チョークコイルと共振用コンデンサから構成される共振回路を備え、共振用コンデンサには直列接続されたコンデンサとトランスの１次巻線が並列に接続され、トランスの２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプが接続され、下側スイッチング素子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備え、出力端子には直列接続された前記チョッパ用チョークコイル及びダイオードと直列に、もう１つのダイオードが接続されることを特徴とする。 Furthermore, a series body of a capacitor and a diode is connected to the first upper and lower arms of the first inverter circuit, the lower switching element of the first upper and lower arms and both ends of the diode constitute an output terminal, and the output terminal is used for resonance. A resonance circuit including a choke coil and a resonance capacitor is provided. A capacitor connected in series and a primary winding of a transformer are connected in parallel to the resonance capacitor, and the secondary winding of the transformer is connected via a capacitor. The hot cathode fluorescent lamp is connected, and includes a chopper choke coil and a diode connected in series between a lower switching element and the DC power supply, and the chopper choke coil and the diode connected in series at an output terminal. And another diode connected in series.

さらに、第２インバータ回路の第２上下アームにはコンデンサとダイオードの直列体が接続され、第２上下アームの下側スイッチング素子と前記ダイオードの両端が出力端子を構成し、出力端子には直列接続されたチョークコイルとトランスの１次巻線が並列に接続され、トランスには少なくとも２つの２次巻線を備え、２次巻線にはコンデンサを介して前記熱陰極蛍光ランプのフィラメントが接続され、前記下側スイッチング素子と前記直流電源との間には直列接続されたチョッパ用チョークコイルとダイオードを備え、出力端子には直列接続された前記チョッパ用チョークコイル及びダイオードと直列に、もう１つのダイオードが接続されることを特徴とする。 Further, a series body of a capacitor and a diode is connected to the second upper and lower arms of the second inverter circuit, the lower switching element of the second upper and lower arms and both ends of the diode constitute an output terminal, and the output terminals are connected in series. The choke coil and the primary winding of the transformer are connected in parallel, the transformer is provided with at least two secondary windings, and the filament of the hot cathode fluorescent lamp is connected to the secondary winding via a capacitor. In addition, a chopper choke coil and a diode connected in series are provided between the lower switching element and the DC power source, and another choke coil and a diode connected in series are connected in series to the output terminal. A diode is connected.

本発明によれば、熱陰極蛍光ランプの固定周波数での調光において、ランプ電流の減少に合わせてフィラメント電流を増大させることにより、ランプの寿命短縮を防ぐことができる。 According to the present invention, in dimming the hot cathode fluorescent lamp at a fixed frequency, the filament current is increased in accordance with the decrease in the lamp current, thereby preventing the lamp life from being shortened.

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は本発明の第１の実施例を示す点灯装置の回路図である。図１の点灯装置では、ランプ点灯回路２００とフィラメント予熱回路３００が、直流電源１００に対して並列に接続されている。ランプ点灯回路２００の出力端子は熱陰極蛍光ランプ１０１に、またフィラメント予熱回路３００の２つの出力端子は熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０２、及び１０３にそれぞれ接続されている。また、上位制御系からの調光用PWM信号に基づき、ランプ点灯回路２００、及びフィラメント予熱回路３００中のスイッチング素子のゲート信号を生成する単一の制御手段４００を持つ。なお、図１では、スイッチング素子としてパワーMOSFETを用いているが、トランジスタやIGBTを用いることもできる。 FIG. 1 is a circuit diagram of a lighting device showing a first embodiment of the present invention. In the lighting device of FIG. 1, a lamp lighting circuit 200 and a filament preheating circuit 300 are connected in parallel to the DC power supply 100. An output terminal of the lamp lighting circuit 200 is connected to the hot cathode fluorescent lamp 101, and two output terminals of the filament preheating circuit 300 are connected to the filaments 102 and 103 of the hot cathode fluorescent lamp 101, respectively. In addition, based on the dimming PWM signal from the upper control system, the lamp lighting circuit 200 and the single control means 400 that generates the gate signal of the switching element in the filament preheating circuit 300 are provided. In FIG. 1, a power MOSFET is used as a switching element, but a transistor or an IGBT can also be used.

ランプ点灯回路２００は、昇圧チョッパ機能を備えたSEPP電流共振型インバータ回路（第１インバータ回路）の構成をとっており、直流電源１００にはチョークコイル２０４、ダイオード２０３、及びパワーMOSFET２０２が直列に接続されている。パワーMOSFET２０２のドレイン−ソース間には、パワーMOSFET２０１と平滑コンデンサ２０５の直列体が接続されており、これらのパワーMOSFET２０１、及び２０２がインバータの上下アームとして動作する。パワーMOSFET２０２は昇圧チョッパ用スイッチとインバータ下アームスイッチの両者の役割を果たす。また、パワーMOSFET２０２のドレイン−ソース間には、共振用チョークコイル２０６と共振用コンデンサ２０７の直列体も接続されている。共振用コンデンサ２０７の端子間には、トランス２０９の１次巻線２１０、及びそれに流れる電流から直流成分を除去するためのコンデンサ２０８の直列体が接続されている。トランス２０９の２次巻線２１１の端子間には、熱陰極蛍光ランプ１０１、及びそれに流れる電流から直流成分を除去するためのコンデンサ２１２の直列体が接続されている。 The lamp lighting circuit 200 has a configuration of a SEPP current resonance type inverter circuit (first inverter circuit) having a step-up chopper function, and a choke coil 204, a diode 203, and a power MOSFET 202 are connected in series to the DC power source 100. Has been. A series body of a power MOSFET 201 and a smoothing capacitor 205 is connected between the drain and source of the power MOSFET 202, and these power MOSFETs 201 and 202 operate as upper and lower arms of the inverter. The power MOSFET 202 serves as both a boost chopper switch and an inverter lower arm switch. A series body of a resonance choke coil 206 and a resonance capacitor 207 is also connected between the drain and source of the power MOSFET 202. Connected between terminals of the resonance capacitor 207 are a primary winding 210 of a transformer 209 and a series body of a capacitor 208 for removing a DC component from a current flowing therethrough. Connected between terminals of the secondary winding 211 of the transformer 209 is a series structure of a hot cathode fluorescent lamp 101 and a capacitor 212 for removing a DC component from a current flowing therethrough.

次に、フィラメント予熱回路３００は、ランプ点灯回路２００と同様に、昇圧チョッパ機能を備えたSEPPインバータ回路（第２インバータ回路）の構成をとっており、パワーMOSFET３０２が昇圧チョッパ用スイッチとインバータ下アームスイッチの両者の役割を果たす。直流電源１００には、チョークコイル３０４、ダイオード３０３、及びパワーMOSFET３０２が直列に接続されている。パワーMOSFET３０２のドレイン−ソース間には、パワーMOSFET３０１と平滑コンデンサ３０５の直列体が接続されており、これらのパワーMOSFET３０１、及び３０２が、インバータの上下アームとして動作する。また、パワーMOSFET３０２のドレイン−ソース間には、チョークコイル３０６とトランス３０７の１次巻線３０８の直列体も接続されている。なお、チョークコイル３０６のインダクタンスとして、トランス３０７の漏れインダクタンスを利用することも可能であり、その場合チョークコイル３０６は不要である。トランス３０７は２つの２次巻線３０９、及び３１０を有し、２次巻線３０９の端子間には、熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０３、及びそれに流れる電流から直流成分を除去するためのコンデンサ３１１が直列に接続されており、また、２次巻線３１０の端子間には、熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０２、及びそれに流れる電流から直流成分を除去するためのコンデンサ３１２が直列に接続されている。 Next, like the lamp lighting circuit 200, the filament preheating circuit 300 has a configuration of a SEPP inverter circuit (second inverter circuit) having a boost chopper function, and the power MOSFET 302 includes a boost chopper switch and an inverter lower arm. It plays the role of both switches. A choke coil 304, a diode 303, and a power MOSFET 302 are connected to the DC power source 100 in series. A series body of a power MOSFET 301 and a smoothing capacitor 305 is connected between the drain and source of the power MOSFET 302, and these power MOSFETs 301 and 302 operate as upper and lower arms of the inverter. A series body of a choke coil 306 and a primary winding 308 of a transformer 307 is also connected between the drain and source of the power MOSFET 302. It is possible to use the leakage inductance of the transformer 307 as the inductance of the choke coil 306. In this case, the choke coil 306 is unnecessary. The transformer 307 has two secondary windings 309 and 310. Between the terminals of the secondary winding 309, the filament 103 of the hot cathode fluorescent lamp 101 and a capacitor for removing a DC component from the current flowing therethrough. 311 is connected in series, and between the terminals of the secondary winding 310, the filament 102 of the hot cathode fluorescent lamp 101 and a capacitor 312 for removing a DC component from the current flowing therethrough are connected in series. ing.

制御手段４００は、制御回路４０１と、制御信号出力手段Ａおよび反転制御信号出力手段Ｂを有する。制御回路４０１はコンピュータ等の上位制御装置からの調光用PWM信号に基づき、固定周波数のパルス状制御信号を唯一出力する。制御信号出力手段Ａは前記制御回路４０１からの制御信号を受けて、パワーMOSFET２０１を駆動するゲート信号を出力するドライバ４０３と、パワーMOSFET３０２を駆動するゲート信号を出力するドライバ４０６を有する。 The control unit 400 includes a control circuit 401, a control signal output unit A, and an inverted control signal output unit B. The control circuit 401 only outputs a pulse-shaped control signal having a fixed frequency based on a dimming PWM signal from a host control device such as a computer. The control signal output means A has a driver 403 for receiving a control signal from the control circuit 401 and outputting a gate signal for driving the power MOSFET 201 and a driver 406 for outputting a gate signal for driving the power MOSFET 302.

一方、反転制御信号出力手段Ｂは、分岐された前記制御信号を反転して反転制御信号を生成する反転器４０２と、反転制御信号を受けてパワーMOSFET２０２を駆動するゲート信号を出力するドライバ４０４と、パワーMOSFET３０１を駆動するゲート信号を出力するドライバ４０５を有する。 On the other hand, the inversion control signal output means B includes an inverter 402 that inverts the branched control signal to generate an inversion control signal, and a driver 404 that receives the inversion control signal and outputs a gate signal for driving the power MOSFET 202. And a driver 405 for outputting a gate signal for driving the power MOSFET 301.

図２は、図１の回路の動作波形を、通常の点灯状態(a)、及び調光状態(b)に分けて示した動作波形図である。ここで、図２中の電流の正負として、図１における各素子を上から下、または左から右へ流れる電流を正としている。次に、図２の動作波形を用いながら、ランプ点灯回路２００、フィラメント予熱回路３００、調光制御の順に動作を説明する。
〔ランプ点灯回路〕
ランプ点灯回路２００は、以下の要領で昇圧チョッパとして動作する。上アームのパワーMOSFET２０１がオフの状態で下アームのパワーMOSFET２０２がオンすると、初めは、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７の経路で電流が流れ、チョークコイル２０４にエネルギーが蓄えられる。このチョークコイル２０４に流れる電流は、図２に示すようにほぼ直線的に増加する。その後、チョークコイル２０４に流れる電流がチョークコイル２０６に流れる環流電流より大きくなった時点から、チョークコイル２０４に流れる電流は直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、パワーMOSFET２０２へと経路を変えて流れ、チョークコイル２０４にさらにエネルギーを蓄え続ける。 FIG. 2 is an operation waveform diagram showing the operation waveforms of the circuit of FIG. 1 divided into a normal lighting state (a) and a dimming state (b). Here, as the positive / negative of the current in FIG. 2, the current flowing from top to bottom or from left to right in each element in FIG. 1 is positive. Next, the operation will be described in the order of the lamp lighting circuit 200, the filament preheating circuit 300, and the dimming control, using the operation waveforms of FIG.
[Lamp lighting circuit]
The lamp lighting circuit 200 operates as a boost chopper in the following manner. When the upper arm power MOSFET 201 is turned off and the lower arm power MOSFET 202 is turned on, initially, a current flows through the path of the DC power supply 100, the choke coil 204, the diode 203, the choke coil 206, and the capacitor 207. Energy is stored. The current flowing through the choke coil 204 increases almost linearly as shown in FIG. Thereafter, when the current flowing through the choke coil 204 becomes larger than the circulating current flowing through the choke coil 206, the current flowing through the choke coil 204 flows through the DC power supply 100, the choke coil 204, the diode 203, and the power MOSFET 202 while changing the path. Further, energy is continuously stored in the choke coil 204.

その後、パワーMOSFET２０２をオフさせ、上アームのパワーMOSFET２０１をオンすると、チョークコイル２０４に蓄えられたエネルギーによって直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、パワーMOSFET２０１、平滑コンデンサ２０５の経路で電流が流れ、平滑コンデンサ２０５を充電する。図２から、チョークコイル２０４に流れる電流が減少し始め、パワーMOSFET２０１には負の向きに電流が流れ始めることが確認できる。その後、チョークコイル２０６に流れる電流の極性が反転すると、チョークコイル２０４に流れる電流はそれまで流れていた経路に加え、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７の経路にも分流するようになる。 After that, when the power MOSFET 202 is turned off and the upper-arm power MOSFET 201 is turned on, current flows through the path of the DC power supply 100, the choke coil 204, the diode 203, the power MOSFET 201, and the smoothing capacitor 205 by the energy stored in the choke coil 204. The smoothing capacitor 205 is charged. From FIG. 2, it can be confirmed that the current flowing through the choke coil 204 starts to decrease, and the current starts flowing in the power MOSFET 201 in the negative direction. Thereafter, when the polarity of the current flowing through the choke coil 206 is reversed, the current flowing through the choke coil 204 is added to the path of the DC power supply 100, the choke coil 204, the diode 203, the choke coil 206, and the capacitor 207 in addition to the path that has been flowing so far. Will also shunt.

次いで、チョークコイル２０４に流れる電流が減少し、チョークコイル２０６に流れる電流と同じ大きさになった時点から平滑コンデンサ２０５が放電を始め、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７の経路のみに電流が流れる。以上のスイッチング動作を一定周波数で繰り返すことで、昇圧チョッパとしての動作が行われ平滑コンデンサ２０５に高電圧が充電される。制御回路４０１でパワーMOSFET２０１、及び２０２のオン時間dutyを制御することによって、平滑コンデンサ２０５の端子間電圧を制御できる。 Next, when the current flowing through the choke coil 204 decreases and becomes equal to the current flowing through the choke coil 206, the smoothing capacitor 205 starts discharging, and the DC power source 100, choke coil 204, diode 203, choke coil 206, Current flows only through the path of the capacitor 207. By repeating the above switching operation at a constant frequency, an operation as a step-up chopper is performed, and the smoothing capacitor 205 is charged with a high voltage. By controlling the on-time duty of the power MOSFETs 201 and 202 by the control circuit 401, the voltage across the smoothing capacitor 205 can be controlled.

前記のようにパワーMOSFET２０１、及び２０２を交互にオン・オフさせることで、ランプ点灯回路２００は、平滑コンデンサ２０５の端子間電圧をDCリンク電圧とした電流共振型SEPPインバータとして動作する。 By alternately turning on and off the power MOSFETs 201 and 202 as described above, the lamp lighting circuit 200 operates as a current resonance type SEPP inverter in which the voltage between the terminals of the smoothing capacitor 205 is a DC link voltage.

パワーMOSFET２０２がオフの状態で、パワーMOSFET２０１をオンさせると、初めは、チョークコイル２０６に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル２０６、パワーMOSFET２０１、平滑コンデンサ２０５、コンデンサ２０７の経路で環流電流が流れる。これは、図２中のチョークコイル２０６、及びパワーMOSFET２０１に流れる電流の極性から確認できる。 When the power MOSFET 201 is turned on while the power MOSFET 202 is off, initially, a reflux current flows through the path of the choke coil 206, the power MOSFET 201, the smoothing capacitor 205, and the capacitor 207 by the energy stored in the choke coil 206. This can be confirmed from the polarity of the current flowing through the choke coil 206 and the power MOSFET 201 in FIG.

チョークコイル２０６のエネルギー放出後は、平滑コンデンサ２０５、パワーMOSFET２０１、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル２０６にエネルギーが蓄えられる。これは、図２中のチョークコイル２０６、及びパワーMOSFET２０１に流れる電流の極性が、パワーMOSFET２０１のオン期間中に変化していることから確認できる。 After the energy is released from the choke coil 206, a resonance current flows through the path of the smoothing capacitor 205, the power MOSFET 201, the choke coil 206, and the capacitor 207, and energy is stored in the choke coil 206 again. This can be confirmed from the fact that the polarity of the current flowing through the choke coil 206 and the power MOSFET 201 in FIG. 2 changes during the ON period of the power MOSFET 201.

パワーMOSFET２０１がオフになり、パワーMOSFET２０２がオンになると、初めはチョークコイル２０６に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７、パワーMOSFET２０２の経路で環流電流が流れる。この環流電流がコンデンサ２０７を充電し、チョークコイル２０６のエネルギーはコンデンサ２０７へと移動する。 When the power MOSFET 201 is turned off and the power MOSFET 202 is turned on, initially, a reflux current flows through the path of the choke coil 206, the capacitor 207, and the power MOSFET 202 by the energy stored in the choke coil 206. This circulating current charges the capacitor 207, and the energy of the choke coil 206 moves to the capacitor 207.

その後、コンデンサ２０７に蓄えられたエネルギーによって、コンデンサ２０７、チョークコイル２０６、パワーMOSFET２０２の経路で環流電流が流れる。これは、図２中のチョークコイル２０６、及びパワーMOSFET２０２に流れる電流の極性が、パワーMOSFET２０２のオン期間中に変化していることから確認できる。 Thereafter, a circulating current flows through the path of the capacitor 207, the choke coil 206, and the power MOSFET 202 due to the energy stored in the capacitor 207. This can be confirmed from the fact that the polarity of the current flowing through the choke coil 206 and the power MOSFET 202 in FIG. 2 changes during the ON period of the power MOSFET 202.

前記要領でランプ点灯回路２００が電流共振型インバータとして動作することでコンデンサ２０７に電圧が発生し、コンデンサ２０８を介してトランス２０９の１次巻線２１０に交流電流が流れる。この電流によってトランス２０９の２次巻線２１１に電圧が誘起されることで、２次巻線２１１、コンデンサ２１２、蛍光ランプ１０１から成る閉路に交流のランプ電流が流れ、蛍光ランプ１０１は安定した点灯状態を保つ。ランプ点灯回路２００は固定周波数で動作するため、上記ランプ電流の大きさはパワーMOSFET２０１、及び２０２のオン時間dutyすなわちインバータのDCリンク電圧によって制御される。
〔フィラメント予熱回路〕
フィラメント予熱回路３００は、ランプ点灯回路２００と同様の要領で昇圧チョッパとして動作し、平滑コンデンサ３０５に高電圧を充電する。パワーMOSFET３０１、及び３０２のオン時間duty制御によって、平滑コンデンサ３０５の端子間電圧を制御できる。 As the lamp lighting circuit 200 operates as a current resonance type inverter in the manner described above, a voltage is generated in the capacitor 207, and an alternating current flows through the capacitor 208 to the primary winding 210 of the transformer 209. This current induces a voltage in the secondary winding 211 of the transformer 209, so that an alternating lamp current flows through a closed circuit including the secondary winding 211, the capacitor 212, and the fluorescent lamp 101, and the fluorescent lamp 101 is stably lit. Keep state. Since the lamp lighting circuit 200 operates at a fixed frequency, the magnitude of the lamp current is controlled by the on-time duty of the power MOSFETs 201 and 202, that is, the DC link voltage of the inverter.
[Filament preheating circuit]
The filament preheating circuit 300 operates as a step-up chopper in the same manner as the lamp lighting circuit 200 and charges the smoothing capacitor 305 with a high voltage. The terminal voltage of the smoothing capacitor 305 can be controlled by the on-time duty control of the power MOSFETs 301 and 302.

フィラメント予熱回路３００は、パワーMOSFET３０１、及び３０２のオン・オフ動作によって、平滑コンデンサ３０５の端子間電圧をDCリンク電圧としたSEPPインバータとして動作する。パワーMOSFET３０１がオンのときは、平滑コンデンサ３０５、パワーMOSFET３０１、チョークコイル３０６、トランス３０７の１次巻線３０８から成る閉路に電流が流れ、また、パワーMOSFET３０２がオンのときは、チョークコイル３０６、パワーMOSFET３０２、トランス３０７の１次巻線３０８から成る閉路に電流が流れる。 The filament preheating circuit 300 operates as a SEPP inverter in which the voltage between the terminals of the smoothing capacitor 305 is a DC link voltage by the on / off operation of the power MOSFETs 301 and 302. When the power MOSFET 301 is on, a current flows through a closed circuit composed of the smoothing capacitor 305, the power MOSFET 301, the choke coil 306, and the primary winding 308 of the transformer 307. When the power MOSFET 302 is on, the choke coil 306, power A current flows in a closed circuit composed of the primary winding 308 of the MOSFET 302 and the transformer 307.

トランス３０７の１次巻線３０８に流れる電流によって、トランス３０７の２つの２次巻線３０９、及び３１０にそれぞれ電圧が発生し、２次巻線３０９、コンデンサ３１１、熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０３から成る閉路、及び２次巻線３１０、コンデンサ３１２、熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０２から成る閉路にそれぞれ交流のフィラメント電流が流れ、フィラメント１０２、及び１０３が予熱される。フィラメント予熱回路３００の駆動周波数は、常にランプ点灯回路２００と同じ周波数に固定されるため、フィラメント電流の大きさはパワーMOSFET３０１、及び３０２のオン時間dutyによって、すなわちインバータのDCリンク電圧によって制御される。
〔ランプの調光制御〕
次に、図２の(a)点灯状態と(b)調光状態を比較しながら、固定周波数での熱陰極蛍光ランプの調光について説明する。 A voltage is generated in each of the two secondary windings 309 and 310 of the transformer 307 by the current flowing through the primary winding 308 of the transformer 307, and the filament 103 of the secondary winding 309, the capacitor 311, and the hot cathode fluorescent lamp 101. And the filament 102 and 103 are preheated by the alternating filament current flowing through the closed circuit comprising the secondary winding 310, the capacitor 312, and the closed circuit comprising the filament 102 of the hot cathode fluorescent lamp 101, respectively. Since the driving frequency of the filament preheating circuit 300 is always fixed to the same frequency as that of the lamp lighting circuit 200, the magnitude of the filament current is controlled by the on-time duty of the power MOSFETs 301 and 302, that is, by the DC link voltage of the inverter. .
[Lamp dimming control]
Next, the dimming of the hot cathode fluorescent lamp at a fixed frequency will be described while comparing the (a) lighting state and (b) dimming state of FIG.

既に述べている通り、ランプ点灯回路２００、フィラメント予熱回路３００に含まれる全てのパワーMOSFETは、点灯状態、調光状態によらず常に一定の周波数で駆動される。さらに、図１に示す制御手段４００の制御信号出力手段Ａ、反転制御信号出力手段Ｂ、及び図２に示すパワーMOSFETのゲート信号から分かるように、パワーMOSFET２０１、及び３０２は同時にオンまたはオフし、パワーMOSFET２０２、及び３０１もまた同時にオンまたはオフする。つまり、ランプ点灯回路２００とフィラメント予熱回路３００における上下アームのパワーMOSFETは、互いに反転したduty比で駆動される。 As already described, all the power MOSFETs included in the lamp lighting circuit 200 and the filament preheating circuit 300 are always driven at a constant frequency regardless of the lighting state and the dimming state. Further, as can be seen from the control signal output means A, the inverted control signal output means B of the control means 400 shown in FIG. 1, and the gate signal of the power MOSFET shown in FIG. 2, the power MOSFETs 201 and 302 are simultaneously turned on or off, The power MOSFETs 202 and 301 are also turned on or off at the same time. That is, the power MOSFETs of the upper and lower arms in the lamp lighting circuit 200 and the filament preheating circuit 300 are driven at a duty ratio that is inverted with respect to each other.

図２(a)の点灯状態では、パワーMOSFET２０２及び３０１のオン時間dutyを、パワーMOSFET２０１及び３０２のオン時間dutyより大きくする。このとき、既に記した２つの回路の昇圧チョッパ動作に関して、ランプ点灯回路２００の方が昇圧比が大きくなり、それによってランプ点灯回路２００のインバータのDCリンク電圧もフィラメント予熱回路３００より高くなる。２つの回路がこのように動作することによって、図２(a)に示すように大きなランプ電流、及び小さなフィラメント電流が流れ、ランプは安定した点灯状態を保つ。 In the lighting state of FIG. 2A, the on-time duty of the power MOSFETs 202 and 301 is made larger than the on-time duty of the power MOSFETs 201 and 302. At this time, regarding the step-up chopper operation of the two circuits already described, the lamp lighting circuit 200 has a higher step-up ratio, whereby the DC link voltage of the inverter of the lamp lighting circuit 200 is also higher than that of the filament preheating circuit 300. By operating the two circuits in this manner, a large lamp current and a small filament current flow as shown in FIG. 2A, and the lamp maintains a stable lighting state.

図２(b)の調光状態では、点灯状態とは逆に、パワーMOSFET２０１、及び３０２のオン時間dutyを、パワーMOSFET２０２、及び３０１のオン時間dutyより大きくする。このとき、ランプ点灯回路２００では、点灯状態に比べて昇圧比が小さくなり、それによってインバータのDCリンク電圧も低くなる。逆に、フィラメント予熱回路３００では、点灯状態に比べて昇圧比が大きくなり、それによってインバータのDCリンク電圧も高くなる。結果として、図２(b)に示すように、ランプ電流は点灯状態に比べて減少し、フィラメント電流は逆に増大する。 In the dimming state of FIG. 2B, the on-time duty of the power MOSFETs 201 and 302 is made larger than the on-time duty of the power MOSFETs 202 and 301, contrary to the lighting state. At this time, in the lamp lighting circuit 200, the step-up ratio is smaller than that in the lighting state, and the DC link voltage of the inverter is also lowered. On the other hand, in the filament preheating circuit 300, the step-up ratio is larger than that in the lighting state, thereby increasing the DC link voltage of the inverter. As a result, as shown in FIG. 2B, the lamp current decreases compared to the lighting state, and the filament current increases conversely.

図３は、ランプ点灯回路２００のパワーMOSFET２０１、及びフィラメント予熱回路３００のパワーMOSFET３０２を同じdutyで変化させた場合の、(a)各回路のインバータDCリンク電圧、(b)ランプ電流とフィラメント電流を、それぞれdutyが0.5の状態を1として正規化した値を示すグラフである。図３(a)より、点灯状態から調光状態へと遷移する場合、すなわち、パワーMOSFET２０１、３０２のオン時間dutyを小さい状態から大きい状態へと変化させた場合、ランプ点灯回路２００ではDCリンク電圧が下がり、またフィラメント予熱回路３００ではDCリンク電圧が上がることを確認できる。その結果、図３(b)に示すように、ランプ電流は減少し、フィラメント電流は逆に増大している。 FIG. 3 shows (a) the inverter DC link voltage of each circuit and (b) the lamp current and the filament current when the power MOSFET 201 of the lamp lighting circuit 200 and the power MOSFET 302 of the filament preheating circuit 300 are changed with the same duty. FIG. 6 is a graph showing values normalized with a duty of 0.5 as 1. FIG. As shown in FIG. 3A, when the lighting state transitions to the dimming state, that is, when the on-time duty of the power MOSFETs 201 and 302 is changed from the small state to the large state, the lamp lighting circuit 200 uses the DC link voltage. It can be confirmed that the DC link voltage increases in the filament preheating circuit 300. As a result, as shown in FIG. 3 (b), the lamp current decreases and the filament current increases conversely.

前記の点灯状態、及び調光状態を、図４の波形図に示すように、上位制御装置から制御手段４００に与えられる調光用PWM信号によって切り替えることでPWM調光が行われる。すなわち、調光用PWM信号のオン時間dutyによって調光レベルを制御する。 As shown in the waveform diagram of FIG. 4, PWM dimming is performed by switching the lighting state and dimming state by a dimming PWM signal provided to the control means 400 from the host controller. That is, the dimming level is controlled by the on-time duty of the dimming PWM signal.

調光用PWM信号の周波数は数１００Hzであり、２つのインバータ回路の駆動周波数に比べて十分低い。この調光用PWM信号がHレベルのときは点灯状態、またLレベルのときは調光状態として、２つのインバータ回路中のパワーMOSFET２０１、２０２、３０１、３０２を、前記のオン時間dutyで駆動する。これは、調光状態において、制御手段４００中の制御回路４０１が、制御信号のオン時間dutyを点灯状態に比べて大きくするだけで可能となる。 The frequency of the dimming PWM signal is several hundred Hz, which is sufficiently lower than the driving frequency of the two inverter circuits. When the dimming PWM signal is at the H level, the power MOSFETs 201, 202, 301, and 302 in the two inverter circuits are driven with the on-time duty as the lighting state when the dimming PWM signal is at the L level and the dimming state when the L level. . This can be achieved simply by the control circuit 401 in the control means 400 in the dimming state by increasing the ON time duty of the control signal compared to the lighting state.

以上の動作により、固定周波数での熱陰極蛍光ランプの調光において、点灯状態すなわちランプ電流が大きい状態では、フィラメント電流を小さく抑えること、また、調光状態すなわちランプ電流が小さい状態では、フィラメント電流を増大させることが可能となる。調光時のフィラメント電流をこのように制御することで、ランプの寿命を延ばすことができる。また、２つのインバータ回路において昇圧チョッパとインバータでパワーMOSFETを共用していること、さらに２つのインバータ回路に対し制御回路は１つだけあればよいことから、部品点数の減少による低コスト化、及び省スペース化を実現できる。 With the above operation, in the dimming of the hot cathode fluorescent lamp at a fixed frequency, the filament current is kept small in the lighting state, that is, the lamp current is large, and the filament current is dimmed in the dimming state, that is, the lamp current is small. Can be increased. By controlling the filament current during dimming in this way, the life of the lamp can be extended. Moreover, since the power MOSFET is shared between the boost chopper and the inverter in the two inverter circuits, and only one control circuit is required for the two inverter circuits, the cost is reduced by reducing the number of components, and Space saving can be realized.

図５は、本発明の第２の実施例を示す点灯装置である。図５の点灯装置において、前記実施例１と異なる点は、ランプ点灯回路２００に代わって、図５に示すランプ点灯回路２２０を接続した点である。フィラメント予熱回路３００は図１と同一であるため、詳細は省略する。また、図５には示していないが、図１に示したものと同一の制御手段４００を別に備える。 FIG. 5 is a lighting device showing a second embodiment of the present invention. 5 is different from the first embodiment in that a lamp lighting circuit 220 shown in FIG. 5 is connected in place of the lamp lighting circuit 200. The filament preheating circuit 300 is the same as that shown in FIG. Further, although not shown in FIG. 5, the same control means 400 as that shown in FIG. 1 is separately provided.

ランプ点灯回路２２０は、トランス２０９の１次巻線２１０をチョークコイル２０６とコンデンサ２０７の間に接続し、１次巻線２１０とコンデンサ２０７の接続点とパワーMOSFET２０１のドレインとの間に平滑コンデンサ２０５を接続した回路である。なお、前記のチョークコイル２０６のインダクタンスとして、前記のトランス２０９の漏れインダクタンスを利用することも可能であり、その場合チョークコイル２０６は不要である。 The lamp lighting circuit 220 connects the primary winding 210 of the transformer 209 between the choke coil 206 and the capacitor 207, and the smoothing capacitor 205 between the connection point of the primary winding 210 and the capacitor 207 and the drain of the power MOSFET 201. It is the circuit which connected. As the inductance of the choke coil 206, the leakage inductance of the transformer 209 can be used. In this case, the choke coil 206 is unnecessary.

図５に示す点灯装置は、前記のランプ点灯回路２２０を除けば、図１に示す点灯装置と同様に動作する。以下では、該ランプ点灯回路２２０の動作のみについて説明する。なお、以下に述べる回路動作は、図６に示す動作波形からも確認できる。ここで、図６中の電流の正負として、図１、または図５における各素子を上から下、または左から右へ流れる電流を正としている。
〔ランプ点灯回路〕
ランプ点灯回路２２０は、前記のランプ点灯回路２００と同様の要領で昇圧チョッパとして動作する。パワーMOSFET２０１がオフの状態でパワーMOSFET２０２がオンすると、初めは、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、トランス２０９の１次巻線２１０、コンデンサ２０７の経路で電流が流れ、チョークコイル２０４にエネルギーが蓄えられる。 The lighting device shown in FIG. 5 operates in the same manner as the lighting device shown in FIG. 1 except for the lamp lighting circuit 220 described above. Hereinafter, only the operation of the lamp lighting circuit 220 will be described. The circuit operation described below can also be confirmed from the operation waveform shown in FIG. Here, as the positive / negative of the current in FIG. 6, the current flowing from top to bottom or from left to right in each element in FIG. 1 or FIG. 5 is positive.
[Lamp lighting circuit]
The lamp lighting circuit 220 operates as a boost chopper in the same manner as the lamp lighting circuit 200 described above. When the power MOSFET 202 is turned on while the power MOSFET 201 is turned off, first, a current flows through the path of the DC power supply 100, the choke coil 204, the diode 203, the choke coil 206, the primary winding 210 of the transformer 209, and the capacitor 207. Energy is stored in the coil 204.

その後、チョークコイル２０４に流れる電流が、チョークコイル２０６に流れる環流電流より大きくなった時点から、チョークコイル２０４に流れる電流は、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、パワーMOSFET２０２へと経路を変えて流れ、チョークコイル２０４にエネルギーを蓄え続ける。 After that, when the current flowing through the choke coil 204 becomes larger than the circulating current flowing through the choke coil 206, the current flowing through the choke coil 204 changes its path to the DC power source 100, the choke coil 204, the diode 203, and the power MOSFET 202. And continue to store energy in the choke coil 204.

パワーMOSFET２０２をオフさせ、パワーMOSFET２０１をオンすると、チョークコイル２０４に蓄えられたエネルギーによって、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、パワーMOSFET２０１、平滑コンデンサ２０５、コンデンサ２０７の経路で電流が流れ、平滑コンデンサ２０５を充電する。 When the power MOSFET 202 is turned off and the power MOSFET 201 is turned on, current flows through the path of the DC power supply 100, the choke coil 204, the diode 203, the power MOSFET 201, the smoothing capacitor 205, and the capacitor 207 by the energy stored in the choke coil 204, The capacitor 205 is charged.

その後、チョークコイル２０６に流れる電流の極性が反転すると、チョークコイル２０４に流れる電流は、それまで流れていた経路に加え、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、トランス２０９の１次巻線２１０、コンデンサ２０７の経路にも分流するようになる。 After that, when the polarity of the current flowing through the choke coil 206 is reversed, the current flowing through the choke coil 204 is added to the path that has been flowing up to that point, one of the DC power supply 100, the choke coil 204, the diode 203, the choke coil 206, and the transformer 209. The current is also diverted to the path of the next winding 210 and the capacitor 207.

チョークコイル２０４に流れる電流が減少し、チョークコイル２０６に流れる電流と同じ大きさになった時点から、平滑コンデンサ２０５が放電を始め、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、トランス２０９の１次巻線２１０、コンデンサ２０７の経路のみに電流が流れる。以上のスイッチング動作を一定周波数で繰り返すことで、昇圧チョッパとしての動作が行われ、平滑コンデンサ２０５に高電圧が充電される。パワーMOSFET２０１、及び２０２のオン時間duty制御によって、平滑コンデンサ２０５の端子間電圧を制御できる。 When the current flowing through the choke coil 204 decreases and becomes equal to the current flowing through the choke coil 206, the smoothing capacitor 205 starts discharging, and the DC power supply 100, choke coil 204, diode 203, choke coil 206, transformer Current flows only through the path of the primary winding 210 and the capacitor 207 of 209. By repeating the above switching operation at a constant frequency, an operation as a step-up chopper is performed, and the smoothing capacitor 205 is charged with a high voltage. The terminal voltage of the smoothing capacitor 205 can be controlled by the on-time duty control of the power MOSFETs 201 and 202.

前記のようにパワーMOSFET２０１、及び２０２を交互にオン・オフさせることで、ランプ点灯回路２２０は、平滑コンデンサ２０５の端子間電圧をDCリンク電圧とした電流共振型SEPPインバータとして動作する。 By alternately turning on and off the power MOSFETs 201 and 202 as described above, the lamp lighting circuit 220 operates as a current resonance type SEPP inverter in which the voltage between the terminals of the smoothing capacitor 205 is a DC link voltage.

パワーMOSFET２０２がオフの状態で、パワーMOSFET２０１がオンのとき、初めは、チョークコイル２０６に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル２０６、パワーMOSFET２０１、平滑コンデンサ２０５、トランス２０９の１次巻線２１０の経路で環流電流が流れる。チョークコイル２０６のエネルギー放出後は、平滑コンデンサ２０５、パワーMOSFET２０１、チョークコイル２０６、トランス２０９の１次巻線２１０の経路で電流が流れ、再びチョークコイル２０６にエネルギーが蓄えられる。 When the power MOSFET 202 is turned on while the power MOSFET 202 is off, initially, the energy stored in the choke coil 206 is used in the path of the choke coil 206, the power MOSFET 201, the smoothing capacitor 205, and the primary winding 210 of the transformer 209. A reflux current flows. After the energy is released from the choke coil 206, a current flows through the path of the smoothing capacitor 205, the power MOSFET 201, the choke coil 206, and the primary winding 210 of the transformer 209, and the energy is stored in the choke coil 206 again.

なお、このときの電流経路には共振用のコンデンサ２０７が含まれない。よって、チョークコイル２０６に流れる電流は共振電流ではなく、増大し続けるものになる。 The current path at this time does not include the resonance capacitor 207. Therefore, the current flowing through the choke coil 206 is not a resonance current but continues to increase.

パワーMOSFET２０１がオフになり、パワーMOSFET２０２がオンになると、初めは、チョークコイル２０６に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル２０６、トランス２０９の１次巻線２１０、コンデンサ２０７、パワーMOSFET２０２の経路で環流電流が流れる。この環流電流がコンデンサ２０７を充電し、チョークコイル２０６のエネルギーはコンデンサ２０７へと移動する。その後、コンデンサ２０７に蓄えられたエネルギーによって、コンデンサ２０７、トランス２０９の１次巻線２１０、チョークコイル２０６、パワーMOSFET２０２の経路で共振電流が流れる。 When the power MOSFET 201 is turned off and the power MOSFET 202 is turned on, initially, the circulating current flows through the choke coil 206, the primary winding 210 of the transformer 209, the capacitor 207, and the power MOSFET 202 by the energy stored in the choke coil 206. Flows. This circulating current charges the capacitor 207, and the energy of the choke coil 206 moves to the capacitor 207. Thereafter, a resonance current flows through the path of the capacitor 207, the primary winding 210 of the transformer 209, the choke coil 206, and the power MOSFET 202 by the energy stored in the capacitor 207.

前記の要領でランプ点灯回路２２０が電流共振型インバータとして動作し、前記のトランス２０９の１次巻線２１０に交流電流が流れることで、トランス２０９の２次巻線２１１に電圧が誘起される。それによって、２次巻線２１１、コンデンサ２１２、蛍光ランプ１０１から成る閉路に交流のランプ電流が流れ、蛍光ランプ１０１は安定した点灯状態を保つ。ランプ点灯回路２２０は固定周波数で動作するため、ランプ電流の大きさはパワーMOSFET２０１、及び２０２のオン時間dutyによって、すなわちインバータのDCリンク電圧によって制御される。 As described above, the lamp lighting circuit 220 operates as a current resonance type inverter, and an alternating current flows through the primary winding 210 of the transformer 209, whereby a voltage is induced in the secondary winding 211 of the transformer 209. As a result, an alternating lamp current flows through a closed circuit composed of the secondary winding 211, the capacitor 212, and the fluorescent lamp 101, and the fluorescent lamp 101 maintains a stable lighting state. Since the lamp lighting circuit 220 operates at a fixed frequency, the magnitude of the lamp current is controlled by the on-time duty of the power MOSFETs 201 and 202, that is, by the DC link voltage of the inverter.

以上のランプ点灯回路２２０の動作に加え、フィラメント点灯回路３００、制御手段４００が、第１の実施例と同様に動作することで、図６に示すように固定周波数での熱陰極蛍光ランプの調光が可能となり、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。 In addition to the above-described operation of the lamp lighting circuit 220, the filament lighting circuit 300 and the control means 400 operate in the same manner as in the first embodiment, thereby adjusting the hot cathode fluorescent lamp at a fixed frequency as shown in FIG. Light can be used, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.

既に述べた通り、ランプ点灯回路２２０では、パワーMOSFET２０１がオンのときにチョークコイル２０６に流れる電流は共振電流ではなく、図６が定義する正の方向に増大し続ける。すなわち、パワーMOSFET２０１のオン時間dutyをどれだけ大きくしたとしても、チョークコイル２０６に流れる電流の極性が負に反転することはなく、すなわち電流共振型インバータが進相モードで動作することはない。これによって、パワーMOSFET２０１のオン時間dutyが特に大きくなる調光状態において、パワーMOSFET２０１の寄生ダイオードに大きな逆回復電流が流れてスイッチング損失が増大することを防ぐことができる。 As already described, in the lamp lighting circuit 220, when the power MOSFET 201 is on, the current flowing through the choke coil 206 is not a resonance current but continues to increase in the positive direction defined by FIG. That is, no matter how much the on-time duty of the power MOSFET 201 is increased, the polarity of the current flowing through the choke coil 206 is not reversed negatively, that is, the current resonance type inverter does not operate in the phase advance mode. Accordingly, it is possible to prevent a large reverse recovery current from flowing through the parasitic diode of the power MOSFET 201 and increase the switching loss in a dimming state in which the on-time duty of the power MOSFET 201 is particularly large.

前記の反面、点灯状態ではパワーMOSFET２０２のオン時間dutyが大きくなるため、共振用のチョークコイル２０６に流れる電流が、再度正へと極性を変える可能性がある。一般的な電流共振型インバータでは、この場合進相モードで動作することになり、パワーMOSFET２０２の寄生ダイオードに電流が流れる。その結果、パワーMOSFET２０１がオンする際に大きな逆回復電流が流れスイッチング損失が増大してしまう。 On the other hand, since the on-time duty of the power MOSFET 202 becomes large in the lighting state, the current flowing through the resonance choke coil 206 may change its polarity to positive again. In this case, a general current resonance type inverter operates in a phase advance mode, and a current flows through a parasitic diode of the power MOSFET 202. As a result, when the power MOSFET 201 is turned on, a large reverse recovery current flows and switching loss increases.

しかし、本実施例では、チョークコイル２０６に流れる電流の極性が再び正になったとしても、チョークコイル２０４に流れる電流がチョークコイル２０６、及びパワーMOSFET２０２に分流するため、パワーMOSFET２０２の寄生ダイオードに電流が流れることはない。 However, in this embodiment, even if the polarity of the current flowing through the choke coil 206 becomes positive again, the current flowing through the choke coil 204 is shunted to the choke coil 206 and the power MOSFET 202, so that a current flows through the parasitic diode of the power MOSFET 202. Will not flow.

図７は、本発明の第３の実施例を示す点灯装置である。図７の点灯装置において、前記の実施例１と異なる点は、ランプ点灯回路２００、フィラメント予熱回路３００に代えて、ランプ点灯回路２３０、フィラメント予熱回路３３０をそれぞれ接続した点である。また、ランプ点灯回路２３０、またはフィラメント予熱回路３３０の一方のみをランプ点灯回路２００、またはフィラメント予熱回路３００の代わりに利用した点灯装置も、本発明の実施例として考えられる。なお、図７には示していないが、図１に示したものと同一の制御手段４００を有する。 FIG. 7 shows a lighting device according to a third embodiment of the present invention. 7 is different from the first embodiment in that a lamp lighting circuit 230 and a filament preheating circuit 330 are connected in place of the lamp lighting circuit 200 and the filament preheating circuit 300, respectively. Further, a lighting device using only one of the lamp lighting circuit 230 or the filament preheating circuit 330 instead of the lamp lighting circuit 200 or the filament preheating circuit 300 is also conceivable as an embodiment of the present invention. Although not shown in FIG. 7, the same control means 400 as that shown in FIG. 1 is provided.

前記のランプ点灯回路２３０は、昇降圧チョッパ機能を備えたSEPP電流共振型インバータの構成をとっており、パワーMOSFET２０２が昇降圧チョッパ用スイッチとインバータ下アームスイッチの両者の役割を果たす。直流電源１００には、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、及びパワーMOSFET２０２の直列体、及びダイオード２３１とダイオード２３２の直列体がそれぞれ接続されている。このとき、ダイオード２３１のカソードが直流電源１００の＋側に、ダイオード２３２のアノードが直流電源１００の−側にそれぞれ接続される。 The lamp lighting circuit 230 has a configuration of a SEPP current resonance type inverter having a step-up / step-down chopper function, and the power MOSFET 202 serves as both a step-up / step-down chopper switch and an inverter lower arm switch. Connected to the DC power supply 100 are a series body of a choke coil 204, a diode 203, and a power MOSFET 202, and a series body of a diode 231 and a diode 232, respectively. At this time, the cathode of the diode 231 is connected to the + side of the DC power supply 100, and the anode of the diode 232 is connected to the − side of the DC power supply 100.

パワーMOSFET２０２のドレインとダイオード２３２のカソード間には、パワーMOSFET２０１と平滑コンデンサ２０５の直列体、及びダイオード２３３がそれぞれ接続されている。ダイオード２３３には、共振用チョークコイル２０６と共振用コンデンサ２０７の直列体も接続されている。 Between the drain of the power MOSFET 202 and the cathode of the diode 232, a series body of the power MOSFET 201 and the smoothing capacitor 205 and the diode 233 are connected. A series body of a resonance choke coil 206 and a resonance capacitor 207 is also connected to the diode 233.

共振用コンデンサ２０７の端子間には、トランス２０９の１次巻線２１０、及びそれに流れる電流から直流成分を除去するためのコンデンサ２０８の直列体が接続されている。トランス２０９の２次巻線２１１の端子間には、熱陰極蛍光ランプ１０１、及びそれに流れる電流から直流成分を除去するためのコンデンサ２１２の直列体が接続されている。 Connected between terminals of the resonance capacitor 207 are a primary winding 210 of a transformer 209 and a series body of a capacitor 208 for removing a DC component from a current flowing therethrough. Connected between terminals of the secondary winding 211 of the transformer 209 is a series structure of a hot cathode fluorescent lamp 101 and a capacitor 212 for removing a DC component from a current flowing therethrough.

前記のフィラメント予熱回路３３０は、ランプ点灯回路２３０と同様に、昇降圧チョッパ機能を備えたSEPPインバータの構成をとっており、パワーMOSFET３０２が昇圧チョッパ用スイッチとインバータ下アームスイッチの両者の役割を果たす。 Similar to the lamp lighting circuit 230, the filament preheating circuit 330 has a SEPP inverter configuration having a step-up / step-down chopper function, and the power MOSFET 302 serves as both a boost chopper switch and an inverter lower arm switch. .

直流電源１００には、チョークコイル３０４、ダイオード３０３、及びパワーMOSFET３０２の直列体、及びダイオード３３１とダイオード３３２の直列体がそれぞれ接続されている。このとき、ダイオード３３１のカソードが直流電源１００の＋側に、ダイオード３３２のアノードが直流電源１００の−側にそれぞれ接続される。パワーMOSFET３０２のドレインとダイオード３３２のカソード間には、パワーMOSFET３０１と平滑コンデンサ３０５の直列体、及びダイオード３３３がそれぞれ接続されている。ダイオード３３３には、チョークコイル３０６とトランス３０７の１次巻線３０８の直列体も接続されている。 Connected to the DC power supply 100 are a series body of a choke coil 304, a diode 303, and a power MOSFET 302, and a series body of a diode 331 and a diode 332, respectively. At this time, the cathode of the diode 331 is connected to the + side of the DC power supply 100, and the anode of the diode 332 is connected to the − side of the DC power supply 100. Between the drain of the power MOSFET 302 and the cathode of the diode 332, a series body of the power MOSFET 301 and the smoothing capacitor 305 and the diode 333 are connected. A series body of the choke coil 306 and the primary winding 308 of the transformer 307 is also connected to the diode 333.

なお、チョークコイル３０６のインダクタンスとして、前記トランス３０７の漏れインダクタンスを利用することも可能であり、その場合チョークコイル３０６は不要である。トランス３０７は２つの２次巻線３０９、及び３１０を有し、２次巻線３０９の端子間には、熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０３、及びそれに流れる電流から直流成分を除去するためのコンデンサ３１１が直列に接続されており、また、２次巻線３１０の端子間には、熱陰極蛍光ランプ１０１のフィラメント１０２、及びそれに流れる電流から直流成分を除去するためのコンデンサ３１２が直列に接続されている。 Note that the leakage inductance of the transformer 307 can be used as the inductance of the choke coil 306. In this case, the choke coil 306 is unnecessary. The transformer 307 has two secondary windings 309 and 310. Between the terminals of the secondary winding 309, the filament 103 of the hot cathode fluorescent lamp 101 and a capacitor for removing a DC component from the current flowing therethrough. 311 is connected in series, and between the terminals of the secondary winding 310, the filament 102 of the hot cathode fluorescent lamp 101 and a capacitor 312 for removing a DC component from the current flowing therethrough are connected in series. ing.

前記のランプ点灯回路２３０、及びフィラメント予熱回路３３０に含まれるパワーMOSFET２０１、２０２、３０１、３０２は、第１、第２の実施例と同様に、図示しない制御手段によって固定周波数で駆動される。 The power MOSFETs 201, 202, 301, and 302 included in the lamp lighting circuit 230 and the filament preheating circuit 330 are driven at a fixed frequency by control means (not shown) as in the first and second embodiments.

図８は、図７に示す回路の動作波形を、通常の点灯状態(a)、及び調光状態(b)に分けて示したものである。ここで、図８中の電流の正負として、ダイオードについては順方向を、その他の素子については、図７において上から下、または左から右へ流れる電流を正としている。図８の動作波形を用いながら、ランプ点灯回路２３０、フィラメント予熱回路３３０の順に動作を説明する。
〔ランプ点灯回路〕
ランプ点灯回路２３０は、以下の要領で昇降圧チョッパとして動作する。パワーMOSFET２０１がオフの状態でパワーMOSFET２０２がオンすると、直流電源１００、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、パワーMOSFET２０２の経路で電流が流れ、チョークコイル２０４にエネルギーが蓄えられる。 FIG. 8 shows operation waveforms of the circuit shown in FIG. 7 divided into a normal lighting state (a) and a dimming state (b). Here, as the positive / negative of the current in FIG. 8, the forward direction is assumed for the diode, and the current flowing from top to bottom or from left to right in FIG. 7 is positive for the other elements. The operation will be described in the order of the lamp lighting circuit 230 and the filament preheating circuit 330 using the operation waveforms of FIG.
[Lamp lighting circuit]
The lamp lighting circuit 230 operates as a step-up / down chopper in the following manner. When the power MOSFET 202 is turned on while the power MOSFET 201 is off, a current flows through the path of the DC power supply 100, the choke coil 204, the diode 203, and the power MOSFET 202, and energy is stored in the choke coil 204.

その後、パワーMOSFET２０２をオフさせ、パワーMOSFET２０１をオンすると、チョークコイル２０４に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、パワーMOSFET２０１、平滑コンデンサ２０５、ダイオード２３１の経路で電流が流れ、平滑コンデンサ２０５を充電する。図８から、チョークコイル２０４に流れる電流が減少し始めると同時に、パワーMOSFET２０１には負の向きに、ダイオード２３１には順方向に、それぞれ電流が流れ始めることが確認できる。 Thereafter, when the power MOSFET 202 is turned off and the power MOSFET 201 is turned on, current flows in the path of the choke coil 204, the diode 203, the power MOSFET 201, the smoothing capacitor 205, and the diode 231 by the energy stored in the choke coil 204, and the smoothing capacitor 205 To charge. From FIG. 8, it can be confirmed that the current flowing through the choke coil 204 starts decreasing, and at the same time, the current starts flowing in the power MOSFET 201 in the negative direction and the diode 231 in the forward direction.

その後、チョークコイル２０６に流れる電流の極性が反転すると、チョークコイル２０４に流れる電流は、それまで流れていた経路に加え、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７、ダイオード２３１の経路にも分流するようになる。 Thereafter, when the polarity of the current flowing in the choke coil 206 is reversed, the current flowing in the choke coil 204 is added to the paths of the choke coil 204, the diode 203, the choke coil 206, the capacitor 207, and the diode 231 in addition to the path that has been flowing so far. Will also shunt.

チョークコイル２０４に流れる電流が減少し、チョークコイル２０６に流れる電流と同じ大きさになった時点から、平滑コンデンサ２０５が放電を始め、チョークコイル２０４、ダイオード２０３、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７、ダイオード２３１の経路のみに電流が流れる。以上のスイッチング動作を一定周波数で繰り返すことで、昇降圧チョッパとしての動作が行われ、パワーMOSFET２０１、及び２０２のオン時間dutyによって、平滑コンデンサ２０５の端子間電圧を制御できる。 When the current flowing through the choke coil 204 decreases and becomes equal to the current flowing through the choke coil 206, the smoothing capacitor 205 starts discharging, and the choke coil 204, the diode 203, the choke coil 206, the capacitor 207, and the diode 231. Current flows only through the path. By repeating the above switching operation at a constant frequency, the operation as a step-up / step-down chopper is performed, and the voltage between the terminals of the smoothing capacitor 205 can be controlled by the on-duty of the power MOSFETs 201 and 202.

前記のようにパワーMOSFET２０１、及び２０２を交互にオン・オフさせることで、ランプ点灯回路２３０は、平滑コンデンサ２０５の端子間電圧をDCリンク電圧とした電流共振型SEPPインバータとして動作する。 By alternately turning on and off the power MOSFETs 201 and 202 as described above, the lamp lighting circuit 230 operates as a current resonance type SEPP inverter in which the voltage between the terminals of the smoothing capacitor 205 is a DC link voltage.

パワーMOSFET２０２がオフの状態でパワーMOSFET２０１がオンのとき、初めは、チョークコイル２０６に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル２０６、パワーMOSFET２０１、平滑コンデンサ２０５、コンデンサ２０７の経路で環流電流が流れる。これは、図８中のチョークコイル２０６、及びパワーMOSFET２０１に流れる電流の極性から確認できる。 When the power MOSFET 202 is turned on while the power MOSFET 202 is turned off, initially, a reflux current flows through the path of the choke coil 206, the power MOSFET 201, the smoothing capacitor 205, and the capacitor 207 by the energy stored in the choke coil 206. This can be confirmed from the polarity of the current flowing through the choke coil 206 and the power MOSFET 201 in FIG.

チョークコイル２０６のエネルギー放出後は、平滑コンデンサ２０５、パワーMOSFET２０１、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７の経路で共振電流が流れ、再びチョークコイル２０６にエネルギーが蓄えられる。これは、図８中のチョークコイル２０６、及びパワーMOSFET２０１に流れる電流の極性が、パワーMOSFET２０１のオン期間中に変化していることから確認できる。 After the energy is released from the choke coil 206, a resonance current flows through the path of the smoothing capacitor 205, the power MOSFET 201, the choke coil 206, and the capacitor 207, and energy is stored in the choke coil 206 again. This can be confirmed from the fact that the polarity of the current flowing through the choke coil 206 and the power MOSFET 201 in FIG. 8 changes during the ON period of the power MOSFET 201.

パワーMOSFET２０１がオフになり、パワーMOSFET２０２がオンになると、初めは、チョークコイル２０６に蓄えられたエネルギーによって、チョークコイル２０６、コンデンサ２０７、ダイオード２３３の経路で環流電流が流れる。図８から、パワーMOSFET２０２がオンすると同時に、ダイオード２３３に電流が流れ始めることを確認できる。この環流電流がコンデンサ２０７を充電し、チョークコイル２０６のエネルギーはコンデンサ２０７へと移動する。 When the power MOSFET 201 is turned off and the power MOSFET 202 is turned on, initially, a reflux current flows through the path of the choke coil 206, the capacitor 207, and the diode 233 by the energy stored in the choke coil 206. From FIG. 8, it can be confirmed that current starts to flow through the diode 233 at the same time as the power MOSFET 202 is turned on. This circulating current charges the capacitor 207, and the energy of the choke coil 206 moves to the capacitor 207.

その後、コンデンサ２０７に蓄えられたエネルギーによって、コンデンサ２０７、チョークコイル２０６、パワーMOSFET２０２、ダイオード２３２の経路で環流電流が流れる。図８から、パワーMOSFET２０２のオン期間中において、チョークコイル２０６に流れる電流の極性が変化すると同時にダイオード２３２に電流が流れ始め、かつパワーMOSFET２０２に流れる電流が増大することを確認できる。 Thereafter, a circulating current flows through the path of the capacitor 207, the choke coil 206, the power MOSFET 202, and the diode 232 due to the energy stored in the capacitor 207. From FIG. 8, it can be confirmed that during the ON period of the power MOSFET 202, the polarity of the current flowing through the choke coil 206 changes, and at the same time, the current starts flowing through the diode 232 and the current flowing through the power MOSFET 202 increases.

前記の要領でランプ点灯回路２３０が電流共振型インバータとして動作することで、前記のランプ点灯回路２００と同様の要領で蛍光ランプ１０１にランプ電流が流れ、蛍光ランプ１０１は安定した点灯状態を保つ。ランプ点灯回路２３０は固定周波数で動作するため、ランプ電流の大きさはパワーMOSFET２０１、及び２０２のオン時間dutyによって、すなわちインバータのDCリンク電圧によって制御される。
〔フィラメント予熱回路〕
フィラメント予熱回路３３０は、ランプ点灯回路２３０と同様の要領で昇降圧チョッパとして動作し、パワーMOSFET３０１、及び３０２のオン時間dutyによって、平滑コンデンサ３０５の端子間電圧を制御できる。 By operating the lamp lighting circuit 230 as a current resonance type inverter in the manner described above, a lamp current flows through the fluorescent lamp 101 in the same manner as the lamp lighting circuit 200, and the fluorescent lamp 101 maintains a stable lighting state. Since the lamp lighting circuit 230 operates at a fixed frequency, the magnitude of the lamp current is controlled by the on-time duty of the power MOSFETs 201 and 202, that is, by the DC link voltage of the inverter.
[Filament preheating circuit]
The filament preheating circuit 330 operates as a step-up / step-down chopper in the same manner as the lamp lighting circuit 230, and can control the voltage between the terminals of the smoothing capacitor 305 according to the on-time duty of the power MOSFETs 301 and 302.

フィラメント予熱回路３３０は、パワーMOSFET３０１、及び３０２のオン・オフ動作によって、平滑コンデンサ３０５の端子間電圧をDCリンク電圧としたSEPPインバータとして動作する。 The filament preheating circuit 330 operates as a SEPP inverter using the voltage between the terminals of the smoothing capacitor 305 as a DC link voltage by the on / off operation of the power MOSFETs 301 and 302.

パワーMOSFET３０１がオンのときは、平滑コンデンサ３０５、パワーMOSFET３０１、チョークコイル３０６、トランス３０７の１次巻線３０８の経路で電流が流れ、また、パワーMOSFET３０２がオンのときは、チョークコイル３０６、パワーMOSFET３０２、ダイオード３３２、トランス３０７の１次巻線３０８の経路、あるいは、チョークコイル３０６、トランス３０７の１次巻線３０８、ダイオード３３３の経路で、それぞれ電流が流れる。 When the power MOSFET 301 is on, a current flows through the path of the smoothing capacitor 305, the power MOSFET 301, the choke coil 306, and the primary winding 308 of the transformer 307. When the power MOSFET 302 is on, the choke coil 306, the power MOSFET 302 , Current flows through the path of the diode 332 and the primary winding 308 of the transformer 307, or the path of the choke coil 306, the primary winding 308 of the transformer 307, and the diode 333, respectively.

前記の要領でフィラメント予熱回路３３０がインバータとして動作することで、トランス３０７の２つの２次巻線３０９、及び３１０を介して、蛍光ランプ１０１のフィラメント１０２、及び１０３にそれぞれフィラメント電流が流れ、フィラメント１０２、及び１０３が予熱される。 By operating the filament preheating circuit 330 as an inverter in the manner described above, a filament current flows to the filaments 102 and 103 of the fluorescent lamp 101 via the two secondary windings 309 and 310 of the transformer 307, respectively. 102 and 103 are preheated.

フィラメント予熱回路３３０の駆動周波数は、常にランプ点灯回路２３０と同じ周波数に固定されるため、フィラメント電流の大きさはパワーMOSFET３０１、及び３０２のオン時間dutyによって、すなわちインバータのDCリンク電圧によって制御される。
〔蛍光ランプの調光制御〕
次に、図８の(a)点灯状態と(b)調光状態を比較しながら、固定周波数での熱陰極蛍光ランプの調光について説明する。 Since the driving frequency of the filament preheating circuit 330 is always fixed to the same frequency as that of the lamp lighting circuit 230, the magnitude of the filament current is controlled by the on-time duty of the power MOSFETs 301 and 302, that is, by the DC link voltage of the inverter. .
[Dimming control of fluorescent lamp]
Next, dimming of the hot cathode fluorescent lamp at a fixed frequency will be described while comparing (a) the lighting state and (b) the dimming state of FIG.

既に述べている通り、ランプ点灯回路２３０、フィラメント予熱回路３３０に含まれる全てのパワーMOSFETは、点灯状態、調光状態によらず常に一定の周波数で駆動される。さらに、図１の制御手段４００の構成、及び図８のパワーMOSFETのゲート信号から分かるように、パワーMOSFET２０１、及び３０２は同時にオンまたはオフし、パワーMOSFET２０２、及び３０１もまた同時にオンまたはオフする。つまり、ランプ点灯回路２３０とフィラメント予熱回路３３０における上下アームのパワーMOSFETは、互いに反転したduty比で動作する。 As already described, all the power MOSFETs included in the lamp lighting circuit 230 and the filament preheating circuit 330 are always driven at a constant frequency regardless of the lighting state and the dimming state. Further, as can be seen from the configuration of the control means 400 in FIG. 1 and the gate signal of the power MOSFET in FIG. 8, the power MOSFETs 201 and 302 are simultaneously turned on or off, and the power MOSFETs 202 and 301 are also simultaneously turned on or off. In other words, the power MOSFETs of the upper and lower arms in the lamp lighting circuit 230 and the filament preheating circuit 330 operate at duty ratios that are reversed with respect to each other.

図８(a)の点灯状態では、パワーMOSFET２０２、及び３０１のオン時間dutyを、パワーMOSFET２０１、及び３０２のオン時間dutyより大きくする。このとき、既に記した２つの回路の昇降圧チョッパ動作に関して、ランプ点灯回路２３０は昇圧動作を行い、フィラメント予熱回路３３０は降圧動作を行う。これによって、インバータのDCリンク電圧は、フィラメント予熱回路３３０に比べてランプ点灯回路２３０の方が高くなる。２つの回路が前記の要領で動作することによって、図８(a)に示すようにランプ電流、及びフィラメント電流が流れ、ランプは安定した点灯状態を保つ。 In the lighting state of FIG. 8A, the on-time duty of the power MOSFETs 202 and 301 is made larger than the on-time duty of the power MOSFETs 201 and 302. At this time, regarding the step-up / step-down chopper operation of the two circuits already described, the lamp lighting circuit 230 performs a step-up operation, and the filament preheating circuit 330 performs a step-down operation. As a result, the DC link voltage of the inverter is higher in the lamp lighting circuit 230 than in the filament preheating circuit 330. When the two circuits operate as described above, a lamp current and a filament current flow as shown in FIG. 8A, and the lamp maintains a stable lighting state.

図８(b)の調光状態では、点灯状態とは逆に、パワーMOSFET２０１、及び３０２のオン時間dutyを、パワーMOSFET２０２、及び３０１のオン時間dutyより大きくする。このとき、点灯状態とは逆にランプ点灯回路２３０は降圧動作を行い、フィラメント予熱回路３３０は昇圧動作を行う。 In the dimming state of FIG. 8B, the on-time duty of the power MOSFETs 201 and 302 is made larger than the on-time duty of the power MOSFETs 202 and 301, contrary to the lighting state. At this time, contrary to the lighting state, the lamp lighting circuit 230 performs a step-down operation, and the filament preheating circuit 330 performs a step-up operation.

よって、点灯状態と比較して、ランプ点灯回路２３０ではインバータのDCリンク電圧が低くなり、フィラメント予熱回路３３０ではインバータのDCリンク電圧が高くなる。結果として、図８(b)に示すように、ランプ電流は点灯状態に比べて減少し、フィラメント電流は逆に増大する。 Therefore, in the lamp lighting circuit 230, the DC link voltage of the inverter is low, and in the filament preheating circuit 330, the DC link voltage of the inverter is high compared to the lighting state. As a result, as shown in FIG. 8B, the lamp current decreases compared to the lighting state, and the filament current increases conversely.

以上の回路動作に加えて、図示しない制御手段が第１、及び第２の実施例と同じ要領で動作することで、図８に示すように固定周波数での熱陰極蛍光ランプの調光が可能となり、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。 In addition to the above circuit operation, the control means (not shown) operates in the same manner as in the first and second embodiments, so that the hot cathode fluorescent lamp can be dimmed at a fixed frequency as shown in FIG. Thus, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

図９は、ランプ点灯回路２３０のパワーMOSFET２０１、及びフィラメント予熱回路３３０のパワーMOSFET３０２を同じdutyで変化させた場合の、(a)各回路のインバータDCリンク電圧、(b)ランプ電流とフィラメント電流を、それぞれdutyが0.5の状態を1として正規化した値を示すグラフである。図９より、パワーMOSFET２０１、３０２のdutyを変化させると、各回路のDCリンク電圧、及びランプ電流とフィラメント電流はそれぞれ図３と同様に変化することを確認できる。 FIG. 9 shows (a) the inverter DC link voltage of each circuit and (b) the lamp current and the filament current when the power MOSFET 201 of the lamp lighting circuit 230 and the power MOSFET 302 of the filament preheating circuit 330 are changed with the same duty. FIG. 6 is a graph showing values normalized with a duty of 0.5 as 1. FIG. From FIG. 9, it can be confirmed that when the duty of the power MOSFETs 201 and 302 is changed, the DC link voltage, the lamp current, and the filament current of each circuit change as in FIG.

しかし、図３と図９において、dutyを同じだけ変化させたときのDCリンク電圧、ランプ電流、フィラメント電流の変化率は異なっている。これは、図３すなわち第１の実施例では２つのインバータが昇圧チョッパ機能を備えているのに対し、図９すなわち第３の実施例では２つのインバータ回路が昇降圧チョッパ機能を備えることによる。したがって、ランプ点灯回路２００、フィラメント予熱回路３００に代えてランプ点灯回路２３０、フィラメント予熱回路３３０を用いることで、dutyの変化に対する、ランプ電流、フィラメント電流の増減分を、回路要求に応じ広範囲に調整することができる。 However, in FIG. 3 and FIG. 9, the change rates of the DC link voltage, the lamp current, and the filament current are different when the duty is changed by the same amount. This is because, in FIG. 3, that is, in the first embodiment, two inverters have a boost chopper function, whereas in FIG. 9, that is, in the third embodiment, two inverter circuits have a step-up / step-down chopper function. Therefore, by using the lamp lighting circuit 230 and the filament preheating circuit 330 in place of the lamp lighting circuit 200 and the filament preheating circuit 300, the increase / decrease of the lamp current and the filament current with respect to the change of the duty can be adjusted in a wide range according to the circuit requirements. can do.

本発明の第１の実施例における回路図である。It is a circuit diagram in the 1st example of the present invention. 本発明の第１の実施例における回路の動作波形図である。It is an operation | movement waveform diagram of the circuit in the 1st Example of this invention. 本発明の第１の実施例における回路の動作を表すグラフである。It is a graph showing the operation | movement of the circuit in 1st Example of this invention. 本発明の第１の実施例における回路のPWM調光動作を表す波形図である。It is a wave form diagram showing PWM dimming operation of the circuit in the 1st example of the present invention. 本発明の第２の実施例における回路図である。It is a circuit diagram in the 2nd example of the present invention. 本発明の第２の実施例における回路の動作波形図である。It is an operation | movement waveform diagram of the circuit in the 2nd Example of this invention. 本発明の第３の実施例における回路図である。It is a circuit diagram in the 3rd example of the present invention. 本発明の第３の実施例における回路の動作波形図である。It is an operation | movement waveform diagram of the circuit in the 3rd Example of this invention. 本発明の第３の実施例における回路の動作を表すグラフである。It is a graph showing the operation | movement of the circuit in the 3rd Example of this invention.

Explanation of symbols

１００：直流電源
１０１：熱陰極蛍光ランプ
１０２、１０３：熱陰極蛍光ランプのフィラメント
２００、２２０、２３０：ランプ点灯回路
２０１、２０２、３０１、３０２：スイッチング素子
２０３、２３１、２３２、２３３、３０３、３３１、３３２、３３３：ダイオード
２０４、２０６、３０４、３０６：チョークコイル
２０５、２０７、２０８、２１２、３０５、３１１、３１２：コンデンサ
２０９、３０７：トランス
２１０、３０８：トランス１次巻線
２１１、３０９、３１０：トランス２次巻線
３００、３３０：フィラメント予熱回路
４００：制御手段
４０１：制御回路
４０２：反転器
Ａ：制御信号出力手段
Ｂ：反転制御信号出力手段
４０３、４０４、４０５、４０６：ゲートドライバ 100: DC power supply 101: Hot cathode fluorescent lamp 102, 103: Hot cathode fluorescent lamp filament 200, 220, 230: Lamp lighting circuit 201, 202, 301, 302: Switching element 203, 231, 232, 233, 303, 331 332, 333: Diodes 204, 206, 304, 306: Choke coils 205, 207, 208, 212, 305, 311, 312: Capacitors 209, 307: Transformers 210, 308: Transformer primary windings 211, 309, 310 : Transformer secondary winding 300, 330: Filament preheating circuit 400: Control means 401: Control circuit 402: Inverter A: Control signal output means B: Inversion control signal output means 403, 404, 405, 406: Gate driver

Claims

A DC power source, a first chopper circuit for generating a first 1DC link voltage to DC / DC conversion of the DC power supply voltage, the first 1DC link voltage has a first upper and lower arms in series of two switching elements a first inverter circuit for supplying a hot cathode fluorescent lamp converts DC / AC, and a lamp lighting circuit having,
A second chopper circuit for generating a first 2DC link voltage to DC / DC conversion of the DC power supply voltage, a DC / AC two of said first 2DC link voltage has a second upper and lower arms in series unit of a switching element a filament preheating circuit having a second inverter circuit to be supplied to the filament of the hot cathode fluorescent lamp conversion to,
The first chopper circuit and the first inverter circuit, wherein with the second chopper circuit and the second inverter circuit is driven at a fixed frequency, the first chopper circuit and the second chopper circuit inverted on time dut y together in fluorescent lamp lighting apparatus characterized by comprising a control means for driving.

2. The fluorescent lamp lighting device according to claim 1, wherein one switching element in the first upper and lower arms of the first inverter circuit is shared as a boosting switching element or a step-up / down switching element of the first chopper circuit, The fluorescent lamp lighting device characterized in that one switching element in the second upper and lower arms of the second inverter circuit is shared as a boosting switching element or a step-up / down switching element of the second chopper circuit.

3. The fluorescent lamp lighting device according to claim 1, wherein the control means includes an upper switching element of a first upper and lower arm of the first inverter circuit and a lower switching element of a second upper and lower arm of the second inverter circuit. Control signal output means for outputting a pulse-like control signal for simultaneously turning on and off, and the control signal for simultaneously turning on and off the lower switching element of the first upper and lower arms and the upper switching element of the second upper and lower arms. the inverted control signal output means for outputting the inverted control signal obtained by inverting a control circuit on the basis of the PWM signal given dimming from the host device, outputs a control signal to said control signal output means and the inverted control signal output means , fluorescent lamp lighting apparatus characterized by having.

4. The fluorescent lamp lighting device according to claim 3, wherein the control circuit of the control means switches the lighting state and dimming state of the hot cathode fluorescent lamp based on a dimming PWM signal provided from a host device. The fluorescent lamp lighting device is characterized in that the on-time duty in the dimming state is set smaller than the on-time duty of the pulsed control signal in the lighting state.

5. The fluorescent lamp lighting device according to claim 1, wherein a capacitor is provided in parallel with the first upper and lower arms of the first inverter circuit, and a resonance choke is provided at an output terminal of the first upper and lower arms. A resonance circuit including a coil and a resonance capacitor is provided, and a capacitor connected in series and a primary winding of the transformer are connected in parallel to the resonance capacitor, and a secondary winding of the transformer is connected via a capacitor. A fluorescent lamp lighting device comprising: a hot-cathode fluorescent lamp; and a chopper choke coil and a diode connected in series between an output terminal of the first upper and lower arms and the DC power source.

5. The fluorescent lamp lighting device according to claim 1, wherein a capacitor is provided in parallel with the second upper and lower arms of the second inverter circuit, and is connected in series with an output terminal of the second upper and lower arms. The choke coil and the primary winding of the transformer are connected in parallel, and the transformer has at least two secondary windings, and the filament of the hot cathode fluorescent lamp is connected to the secondary winding via a capacitor. A fluorescent lamp lighting device comprising a chopper choke coil and a diode connected in series between an output terminal of the second upper and lower arms and the DC power source.

5. The fluorescent lamp lighting device according to claim 1, wherein a capacitor connected in series is connected in parallel to the first upper and lower arms of the first inverter circuit, and an output terminal of the first upper and lower arms. And a connecting point of the capacitor, a resonance circuit comprising a resonance choke coil and a primary winding of the transformer is provided, and the hot cathode fluorescent lamp is connected to the secondary winding of the transformer via a capacitor A fluorescent lamp lighting device comprising a chopper choke coil and a diode connected in series between an output terminal of the first upper and lower arms and the DC power source.

5. The fluorescent lamp lighting device according to claim 1, wherein a series body of a capacitor and a diode is connected to the first upper and lower arms of the first inverter circuit, and the lower switching of the first upper and lower arms is performed. Both ends of the element and the diode constitute an output terminal, and the output terminal is provided with a resonance circuit including a resonance choke coil and a resonance capacitor. The resonance capacitor is connected in series with a primary of a capacitor and a transformer. Winding is connected in parallel, the hot-cathode fluorescent lamp is connected to the secondary winding of the transformer via a capacitor, and is connected in series between the lower switching element and the DC power supply A choke coil and a diode, and another one in series with the chopper choke coil and the diode connected in series to the output terminal. Diode fluorescent lamp lighting apparatus, characterized in that is connected.

5. The fluorescent lamp lighting device according to claim 1, wherein a series body of a capacitor and a diode is connected to the second upper and lower arms of the second inverter circuit, and lower switching of the second upper and lower arms. Both ends of the element and the diode constitute an output terminal, a choke coil connected in series and a primary winding of the transformer are connected in parallel to the output terminal, and the transformer includes at least two secondary windings, A filament of the hot cathode fluorescent lamp is connected to a secondary winding via a capacitor, and a chopper choke coil and a diode connected in series are provided between the lower switching element and the DC power source, and the output The terminal is connected with another diode in series with the choke choke coil and diode connected in series. Lighting device of the light lamp.

The fluorescent lamp provided with the lighting device of the fluorescent lamp of any one of Claim 1 thru | or 9.