JPH10513010A - 冷陰極放電ランプの点灯方法及び回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電流源又は車上電圧から第１の中間直流電圧が作られ、インバータによって第２の正弦波状中間交流電圧が作られる。この中間交流電圧は１つ又は複数個の変成器装置によって異なった冷陰極放電ランプの異なった点弧及び管電圧に変圧される。周波数同期して暗くすることもしくは調光は零点通過時に点弧される光制御式トライアックによって広い枠内のパルス調整器（調節器）のパルス−パルス休止比により調整される。これによって、ランプの点弧及び燃焼特性のための前提条件が常に保証される。

Description

【発明の詳細な説明】 冷陰極放電ランプの点灯方法及び回路装置 本発明は、請求項１及び１２の前文に記載された冷陰極放電ランプ、特に冷陰 極蛍光灯の点灯方法及び回路装置に関する。 冷たい陰極を持つすなわち加熱フィラメントを備えていない放電ランプは常に 発光手段として高効率が問題となるような所で使用される。 加熱フィラメントをなくすことによって、これらのランプは過酷な環境でも長 寿命に特に適している。衝撃及び震動に感応しないので、これらのランプは例え ば主に自動車製造において使用されている。 この発光手段の構成は特異な幾何学的形状への適用をも可能にしている。例え ば、３〜６ｍｍの外径で数デシメートルの長さの管状の構成が知られている。こ の構成は曲げたり、コイル状にしたり又は蛇行状に形成することができる。 放電過程を開始させるためには数千ボルトまでの大きさの高電圧が必要である 。点弧後の管電圧は相変わらず数百ボルトの大きさである。 必要な管電流はランプの幾何学的形状に応じて１〜２０ｍＡの範囲である。 ランプの始動は高圧の交流電圧の単純な印加によって行われる。この交流電圧 は、点弧過程が終了すると直ちに、投入された電流によって管電圧になる必要が ある。 温度に関係する発光強度の特性線は極端な周囲条件下ではランプの管電流の追 従を必要とする。 この特性線は直線的に変化せずに変曲点を有するので、要求された温度範囲で の一定の光発生の要求は多大の費用を掛けなければ実現することができない。 自動車製造においては付属品の照明に冷陰極放電ランプを使用することが増大 しており、周囲輝度が変化する場合にそれに応じて照明を暗くするか又は調光す ることを保証するために、輝度の大きな調整範囲が望まれている。１：１０００ までの暗くする度合又は調光度が要求される。 点弧電圧及び管電流は一般に種々の変成手段によって得られる。自由振動形フ ライバックコンバータ、又は電流飽和原理に基づいて自己制御しそれぞれの点灯 特性に整合する半導体接続されたプッシュプル変換器を用いた解決策が知られて いる。この種の回路装置の一例は米国特許第５０５３６８１号明細書に記載され ており、ここでは家庭内の交流電圧供給源から比較的高周波の点灯電流が蛍光灯 への給電のために作られ、分配される。しかしこれらの変換器は極めて高い費用 を掛けなければ実現できず、しかも自動車製造において要求される広い電圧範囲 では効率が悪い。その上この種の変換器の制御方法は著しく制限されている。暗 くすること及び調光は電圧を変えることによってのみ可能である。このための例 はドイツ連邦共和国特許出願公開第４２０４０２０号公報及び国際特許出願公開 第８３０２５３７号公報に記載されている。前者の公報は電光広告用のネオン管 の位相角制御を取扱い、一方後者の公報はランプの輝度制御が点灯周波数を変え ることによって行われるようにしたガス放電ランプ用の電子式安定器を内容とし ている。 しかしながらダッシュボードを照明する例のように、種々異なった幾何学的形 状を持つ多数のランプ、すなわち種々異なった点弧電圧及び管電圧が使用され、 しかも個々のランプが互いに遠くに離れて設置されている場合には、各ランプの ために固有の電圧源が必要となろう。全てのランプを同等に同期させかつ強度を 等しくして暗くするか又は明るくするという目的を持った共通の調光は、非常に 多くの費用及び損失を見込まなければ実現可能でないか又は全く実現不可能であ る。 大多数の自由振動形変換器では、異なった点灯状態において異なって調整され た周波数が高周波領域の充分な雑音防止を著しく妨げるか又は不可能にしている 。 ｋＨｚ範囲の交流電圧が選定されしかもこれらが互いに異なる位相位置を有す る場合、１つ又は複数個の変換器から遠方に位置するランプへ多数の高電圧線路 を並列に案内することも大きな問題を惹き起こしている。 本発明の課題は、上述の問題を生ずることなく、上述の要求を簡単に満たすこ とのできる自動車内の冷陰極放電ランプの点灯方法及び回路装置を提供すること にある。 このような課題は請求項１及び１２に記載された特徴事項によって解決される 。 他の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。 本発明はこれらの問題を解決し、得られた交流電圧の分配を可能にし、要求さ れた高い調光度に確実に調整し、自動車産業の苛酷な気候及び試験条件のもとで も光度を追従させるための解決策を提供する。 本発明による構成の中心的な考えは、安定な中間電圧を形成し、それにより自 動車の車上電圧又はそれぞれの電流源をランプの点弧及び管電圧へ高めることを 少なくとも２つの過程で行うことにある。ランプ毎に必要な点弧電圧への昇圧は 本発明によれば第２段階で初めてかつランプ端子のごく近くで行われる。 例えば家庭用電圧をランプの点弧及び管電圧に段階的に変えることの例は国際 特許出願公開第９４２７４１９号公報及び米国特許第４５０８９９６号明細書に 記載されており、これらの公報においては正規な家庭用電圧ないし３相電圧はと りあえず整流され、直流電圧として適用複合体内の種々の場所に導かれ、そこで 再び交流電圧に変換される。 実現のために、飽和点以下で動作する周波数安定な外部制御形プッシュプル変 換器が使用される。 人間の目のフリッカ感度より上の大きな調光度及び調光周波数を考慮すると高 い変換器周波数が選定され、しかもこの周波数によって省スペースに役立つ小形 インダクタンスの使用が可能になる。 本発明を以下図１及び図２に基づいて詳細に説明する。 図１は本発明に基づく変換器の概略構成図を示す。この図には同期モジュール ２によって制御及び調節されるステップアップ調整器１が設けられている。その 次のブロックはプッシュプル変換器３であり、その矩形波状出力周波数は共振回 路４内で正弦波状に成形される。それに続く変成器５は負荷容量のある二次巻線 を有しており、この二次巻線には約４８Ｖと約５０ｋＨｚの中間電圧を持つ正弦 波状の周波数が現れる。約４８Ｖのこの電圧は例えば保護低電圧の現在有効な限 界値として意図的に選定され、それゆえ電流路の分配はこの電圧の場合には危険 ではなくしかも低級な絶縁手段によって容易に実現可能である。変成器５からは 、並列に構成された線路６−０〜６−ｎを介して個々の変成器モジュール７−０ 〜７−ｎへの分割が行われており、この変成器モジュール７−０〜７−ｎはそれ ぞ れほぼ個別に単一の放電ランプ８−０〜８−ｎに給電する。 図２は変成器モジュール７の詳細を示す。その中心部品は変成器７．１であり 、この変成器は変成器５からの中間交流電圧を個々のランプ８−０〜８−ｎのた めにそれぞれ必要な高電圧に変圧する。変成器の出力回路には容量性直列抵抗と して作用するコンデンサ９がそれぞれ配置されている。さらに、変成器７．１の 一次回路には光制御形トライアック１０が配置されており、このトライアックの 点弧指令は制御モジュール１２によって制御される点弧ＬＥＤ１１から与えられ る。光トライアック１０及び点弧ＬＥＤ１１の代わりに、別のスイッチング手段 、例えば図示されていない整流器ブリッジ及びサイリスタ又は適当な半導体の組 合わせを使用することもできる。同様にＬＥＤ−光素子の組合わせの代わりに、 制御指令の変成器結合も考えられかつ可能である。変成器モジュール７は変成器 ７．１、トライアック１０及び点弧ＬＥＤ１１と共に、個々の実施例においてそ れぞれ放電ランプのソケットの構成部品として構成し得る構成ユニットすなわち モジュールを形成している。図１に示された装置は評価モジュール１４に輝度の 測定値を与える輝度測定手段（この実施例では光抵抗器１３）によって完成する 。制御線１５を介して輝度の調整値をシステムへ与えることができる。この輝度 を変えるための指令はマニュアルで又は上位システムから行うことができる。 ステップアップ調整器１は電源によって、この例では８〜１８ボルトの電圧範 囲の自動車の車上電圧によって作動され、入力電圧を約６０ボルトの直流電圧の 安定な第１の中間電圧に変換する。この電源は勿論任意の電源電圧、バッテリー 電圧又は車内電圧でよい。 ステップアップ調整器１は変動するパラメータ、すなわち入力電圧、電流消費 （シーケンス回路による）及び温度影響を調節する周波数安定化同期モジュール ２によって制御される。 第２段すなわちプッシュプル変換器３で、中間電圧は再び周波数安定化されか つ同期して交流電圧に変換される。この変換器の出力及び機能は、以前は急峻な スイッチングエッジを周波数の正弦波状変化に変換する同調共振回路４の作用に 基づいている。 負荷はプッシュプル変換器３、共振回路４及び変成器５から構成された共振変 換器回路に変成器５によって低抵抗で結合され、その場合約５０ｋＨｚで約４８ ボルトの中間交流電圧が必要な個数の線路６−０〜６−ｎに並列に分配される。 線路６−０〜６−ｎの各終点では各変成器モジュール７−０〜７−ｎにこの中 間交流電圧が現れる。変成器７．１の巻線比は各ランプ８−０〜８−ｎの要求及 びその点弧電圧に合わせられ、それゆえ各ランプの型式に応じて全く別の電圧を 使用することができる。ランプ８−０〜８−ｎの内の１つが全輝度で燃焼しなけ ればならない場合、当該ランプにそれぞれ所属するトライアック１０は制御モジ ュール１２から点弧ＬＥＤ１１によって正確に中間交流電圧の零点通過時に同期 して点弧パルスを与えられる（その点弧パルスの駆動は個々にかつランプ毎に独 立して行われる）。トライアックはその場合その内部機能に基づいてそれぞれ半 波の期間の間導通し、次の半波のために再び新たに点弧される。トライアックが 導通している間、中間交流電圧は変成器７−１に印加される。 １つのランプに対して又は全てのランプに対して暗い状態が望まれる場合又は 点灯比によって必要とされる場合、オン・オフ比は約５０Ｈｚの調光周波数の枠 内で制御モジュール１２によって切換えられる。その場合幾つかの正弦波全波の パルスブロックは１：１０００の枠内で可能である。この種の方法は例えばヨー ロッパ特許出願公開第０４３９２４０号公報に記載されている。最適な点弧電圧 又は管電圧のための前提条件はこのようにして得られ、ランプの機能が保証され る。調光又は暗くすることの要求は利用者によって一般に制御線１５を介して導 入されるか又は光抵抗器１３での参照値測定の実際値結果から評価モジュール１ ４によって制御量として整えられ、制御モジュール１２内でパルス休止率に変換 される。 １つの個別ランプ又は他の実施形態においては全ての個別ランプの参照値監視 のこのやり方によって、ランプの光度への温度影響も同様に制御される。しかも 最大（１００％）スイッチオン期間及びその際に可能な輝度は最低温度の近くに 置かれる。 それによって他の全ての温度ではランプは多少暗くされた又は調光された状態 になる。その場合は大きな調光範囲の構成に役立つ。高電圧変成器７．１の二次 側にはそれぞれランプ８に直列にコンデンサ９が接続されており、点弧に至るま でランプには殆どの電流は流れず、それゆえほぼ全点弧交流電圧がランプに現れ る。管電流が流れると、点弧電圧と管電圧との差がコンデンサに降下する。この コンデンサはランプのそれぞれの電流需要及び管電圧に合わせられる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリーク、ギユンター ドイツ連邦共和国 デー−58540 マイネ ルツハーゲン メツトゲンベルク（番地な し)

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．冷陰極放電ランプ（８−０〜８−ｎ）を個別に又は共通に暗く又は調光する ことができるような同じ又は異なった点弧及び管電圧を有する自動車内の１つ又 は複数個の冷陰極放電ランプ（８−０〜８−ｎ）、特に冷陰極蛍光灯の点弧及び 点灯方法において、点弧及び点灯のために必要な高い電圧は車上電圧から少なく とも２段階で高められることを特徴とする冷陰極放電ランプの点灯方法。 ２．任意の電源から安定な直流電圧が作られ、この直流電圧が正弦波状曲線を持 つ周波数安定及び電圧安定な中間交流電圧に変換されることを特徴とする請求項 １記載の方法。 ３．中間交流電圧は複数個の互いに離れたランプ個所への分配が危険ではなくし かも低級な絶縁手段によって可能になる電圧範囲内に置かれることを特徴とする 請求項１又は２記載の方法。 ４．中間交流電圧は１つ又は複数個の変成器装置（７−０〜７−ｎ）によって１ つ又は複数個の冷陰極放電ランプ（８−０〜８−ｎ）の直ぐ近くで１つ又は複数 個の冷陰極放電ランプ（８−０〜８−ｎ）に必要な点弧電圧に変圧されることを 特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。 ５．変成器装置（７−０〜７−ｎ）は制御回路（１２）からの信号によって、中 間交流電圧に同期して、中間交流電圧の零点通過時にその都度作動されることを 特徴とする請求項４記載の方法。 ６．制御回路（１２）を介して調節された冷陰極放電ランプ（８−０〜８−ｎ） のスイッチオン期間は自由に選定可能であり、スイッチオフ期間に対する比を変 更可能であることを特徴とする請求項４又は５記載の方法。 ７．冷陰極放電ランプ（８−０〜８−ｎ）のスイッチオンは制御回路（１２）に よって高周波の雑音防止の意味で擾乱なく中間交流電圧の零点通過時にその都度 行われ、各半波後の電流の流れの終了時に消滅し、新たにスイッチオンされるこ とを特徴とする請求項４乃至６の１つに記載の方法。 ８．制御回路（１２）からのスイッチオン指令は直流的に結合されずに電子スイ ッチに到達することを特徴とする請求項５又は７記載の方法。 ９．１つ又は全ての冷陰極放電ランプ（８−０〜８−ｎ）を暗くする度合又は調 光度はマニュアルで又は遠隔制御されて調節されることを特徴とする請求項１記 載の方法。 １０．暗くする度合又は調光度は１つ又は全ての冷陰極放電ランプ（８−０〜８ −ｎ）の測定された輝度に応じて調節されることを特徴とする請求項９記載の方 法。 １１．１００％照明は最低周囲温度で行われ、それゆえ高温度の際の全ての照明 は暗くされるか又は調光されることを特徴とする請求項９又は１０記載の方法。 １２．請求項１乃至１１の１つ又は複数の請求項に記載された方法を実施するた めの回路装置。 １３．スイッチオンのために、整流器ブリッジ及びサイリスタ又はトライアック （１０）を形成する半導体の組合わせから成る電子スイッチが使用されることを 特徴とする請求項４乃至６の１つに記載の方法を実施するための回路装置。 １４．ガルバニック分離がフォトカプラ（１０、１１）によって行われることを 特徴とする請求項８記載の方法を実施するための回路装置。 １５．ガルバニック分離がパルス変成器によって行われることを特徴とする請求 項８記載の方法を実施するための回路装置。 １６．スイッチ及び駆動モジュールを備えた変成器（７−０〜７−ｎ）は１つの 構成ユニットすなわち１つのモジュールを形成していることを特徴とする請求項 ４乃至１１の１つに記載の方法を実施するための回路装置。 １７．モジュールは冷陰極放電ランプのためのソケットの一部分であり、このラ ンプと共に１つのユニットを形成していることを特徴とする請求項１２記載の装 置。