JP2010146967A - Lighting device, luminaire and backlight device using the same - Google Patents

Lighting device, luminaire and backlight device using the same Download PDF

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Shigeru Ido
滋 井戸
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive lighting device with high efficiency, which can light a lamp stably even in a state of a less lamp current and high lamp voltage in a lighting circuit for lighting a fluorescent lamp or the like. <P>SOLUTION: The lighting device uses both of a feedback controller FB1 for controlling a frequency setting signal Frq of an inverter circuit so that a current corresponding to an input current of the inverter circuit or the lamp current becomes a certain value, and a feed forward controller FF1 for detecting an input voltage of the inverter circuit or an input voltage of a smoothing circuit, and correcting a pulse width signal Dty1 for setting an on time or an opening/closing phase of a switch element of the inverter circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明はインバータ回路を用いてランプを点灯させる点灯装置、及びこれを用いた照明器具並びにバックライト装置に関するものである。   The present invention relates to a lighting device for lighting a lamp using an inverter circuit, and a lighting fixture and a backlight device using the lighting device.

例えば液晶表示装置などに用いられるバックライト装置では、一般的に冷陰極ランプなどの蛍光ランプを複数点灯させた光を用いて画像表示を行っている。この種の蛍光ランプの点灯回路にはインバータ回路が一般的に用いられる。インバータ回路で蛍光ランプを高周波点灯させることにより蛍光ランプの発光効率が向上し、また、トランスなどの電子部品の小型化が可能となっている。   For example, in a backlight device used for a liquid crystal display device or the like, an image is generally displayed using light obtained by lighting a plurality of fluorescent lamps such as cold cathode lamps. An inverter circuit is generally used for the lighting circuit of this type of fluorescent lamp. By turning on the fluorescent lamp at a high frequency with an inverter circuit, the luminous efficiency of the fluorescent lamp is improved, and electronic components such as a transformer can be miniaturized.

しかし、液晶表示装置においては、普及に伴い更なる機器の高効率化が求められており、液晶表示装置の大部分の電力を消費するバックライト装置の高効率化は重要な課題となっている。この要請に応えるために、点灯装置においては、ゼロ電圧スイッチング手法などでインバータ回路のスイッチングロスを低減したり、インバータ回路に入力する直流電源を高電圧化してトランスのロスを低減することが考案されている。   However, with the spread of liquid crystal display devices, further improvement in the efficiency of devices has been demanded, and increasing the efficiency of backlight devices that consume most of the power of liquid crystal display devices has become an important issue. . To meet this demand, lighting devices have been devised to reduce the switching loss of the inverter circuit using a zero voltage switching method, etc., or to increase the DC power source input to the inverter circuit to reduce the transformer loss. ing.

しかしながら、液晶表示装置のバックライト装置において、点灯回路の電力変換の効率は、一般照明用の点灯回路に比べると低いものとなる。その理由は、一般照明用の点灯回路よりもさらにちらつきを抑えるための電源の安定化を必要とすることと、ノイズや安全性の観点から絶縁回路が必要だからである。   However, in the backlight device of the liquid crystal display device, the power conversion efficiency of the lighting circuit is lower than that of the lighting circuit for general illumination. The reason is that it is necessary to stabilize the power supply for suppressing flickering more than the lighting circuit for general lighting, and an insulating circuit is necessary from the viewpoint of noise and safety.

ちらつきに関しては、液晶表示装置をテレビのように利用した場合は画像が随時更新されるので目立たないが、静止画の表示などを行った場合は、光源である蛍光ランプのちらつきがそのまま画面のちらつきとなって現れるので問題である。さらにちらつきが問題となりやすい理由としては、液晶表示パネルの画像更新周波数との干渉が挙げられる。これは、商用電源の周波数が50Hzか60Hzであるのに対し、画像更新周波数もそれと近い周波数(60Hz〜120Hz)であるため、光変動の周波数干渉が起こりやすいのである。   With regard to flickering, if the liquid crystal display device is used like a television, the image is updated as needed, so it is not noticeable.However, when a still image is displayed, the flickering of the fluorescent lamp that is the light source is flickering as it is. It appears as a problem. Another reason why flicker is likely to be a problem is interference with the image update frequency of the liquid crystal display panel. This is because the frequency of the commercial power supply is 50 Hz or 60 Hz, and the image update frequency is also a frequency close to that (60 Hz to 120 Hz), so that frequency interference due to light fluctuation is likely to occur.

たとえば、商用電源が50Hzである場合に、インバータ回路の入力の直流電圧に100Hzのリップル電圧が生じているとする。このリップル電圧を除去せずにインバータ回路でランプを点灯させると光に100Hzの周波数成分で変動が生じる。たとえば一般照明用のインバータ回路のリップル電圧の変動幅は、平均値の10%以下である。この光を直視しても、ちらつきはほとんど感じない。これは光変化の周波数が100Hzと高いからである。しかし液晶フィルタを通過した光では、ちらつきが発生する。つまり液晶フィルタで100Hzの光を画像更新周波数60Hzで変調すると、光には60Hzと100Hzの周波数成分の変動が混在し、その周波数差成分100Hz−60Hz=40Hzが生じてしまう。これがちらつきとして感じられるのである。個人差はあるが、光変動の周波数が50Hz以下になると、数%程度の変動があってもちらつきは感じることとなる。よって、リップル電圧10%のちらつきは周波数が40Hzともなると、大きいちらつきとなるのである。   For example, when the commercial power supply is 50 Hz, a ripple voltage of 100 Hz is generated in the DC voltage input to the inverter circuit. If the lamp is turned on by an inverter circuit without removing this ripple voltage, the light will fluctuate with a frequency component of 100 Hz. For example, the fluctuation range of the ripple voltage of the inverter circuit for general lighting is 10% or less of the average value. Even if you look directly at this light, you will hardly see any flicker. This is because the frequency of light change is as high as 100 Hz. However, flickering occurs in the light that has passed through the liquid crystal filter. In other words, if 100 Hz light is modulated by the liquid crystal filter at an image update frequency of 60 Hz, fluctuations in frequency components of 60 Hz and 100 Hz are mixed in the light, and a frequency difference component of 100 Hz-60 Hz = 40 Hz is generated. This is felt as flicker. Although there are individual differences, if the frequency of light fluctuation is 50 Hz or less, flicker will be felt even if there is a fluctuation of about several percent. Therefore, the flicker of the ripple voltage 10% becomes a large flicker when the frequency is 40 Hz.

そこで、一般的な液晶表示装置では、商用電源に起因する直流電源のリップル電圧を除去する安定化電源回路を備えている。その回路損失が発生するため、光への変換効率が低下するのである。   Therefore, a general liquid crystal display device includes a stabilized power supply circuit that removes a ripple voltage of a DC power supply caused by a commercial power supply. Since the circuit loss occurs, the conversion efficiency to light decreases.

点灯回路の効率改善とちらつきの低減を両立する方法として考えられるのは、インバータ回路に電源リップル除去機能を付加するということである。たとえばランプ電流をフィードバック制御すればよい。フィードバック制御を行えばランプ電流は一定となり、リップル電圧による光の変動を除去できる。また、温度によるランプ特性の変化や近接導体によるランプ電圧変化などの様々な変動を除去することも可能である。   One possible method for improving the efficiency of the lighting circuit and reducing flickering is to add a power supply ripple elimination function to the inverter circuit. For example, the lamp current may be feedback controlled. If feedback control is performed, the lamp current becomes constant, and light fluctuations due to ripple voltage can be eliminated. It is also possible to eliminate various fluctuations such as a change in lamp characteristics due to temperature and a change in lamp voltage due to a nearby conductor.

もうひとつの手法として、フィードフォワード制御を行うことが考えられる。リップル電圧に応じてインバータ回路の出力を増減させれば、制御回路は非絶縁の1次側で構成することができ、制御回路の設計は容易である。また、リップル電圧は比較的安定に発生するのでフィードフォワード制御には適している。この放電灯点灯装置のフィードフォワード制御についても従来から様々な手法が提案されている。   As another method, it is conceivable to perform feedforward control. If the output of the inverter circuit is increased or decreased according to the ripple voltage, the control circuit can be configured on the non-insulated primary side, and the design of the control circuit is easy. Further, since the ripple voltage is generated relatively stably, it is suitable for feedforward control. Various methods have been proposed for feedforward control of the discharge lamp lighting device.

特許文献1(特開2002−330591号公報)には、インバータ回路の入力電圧を検知し、入力電圧の変動によるランプ電流変化を抑制するように、スイッチ素子の駆動周波数またはスイッチオン時間比を変化させる技術が開示されている。
特開2002−330591号公報
In Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-330591), an input voltage of an inverter circuit is detected, and a drive frequency of a switch element or a switch-on time ratio is changed so as to suppress a lamp current change due to a change in the input voltage. Techniques for making them disclosed are disclosed.
JP 2002-330591 A

液晶表示装置の光源に限らず、放電ランプを調光点灯させることは一般的となっている。調光により無駄なエネルギー消費も防止できるので、点灯装置の重要な機能となっている。蛍光ランプのような低圧アーク放電ランプを調光すると、ランプ電流に反比例してランプ電圧が上昇する。すなわちランプ電流を少なくするとランプ電圧が上昇する。そのため放電ランプを調光する点灯装置では、調光時にランプ電圧が上昇しても安定したランプ放電を維持するように設計する必要がある。   Not only the light source of a liquid crystal display device but also a discharge lamp is dimmed. Since dimming can prevent wasteful energy consumption, it is an important function of the lighting device. When dimming a low-pressure arc discharge lamp such as a fluorescent lamp, the lamp voltage increases in inverse proportion to the lamp current. That is, when the lamp current is decreased, the lamp voltage increases. Therefore, it is necessary to design a lighting device for dimming a discharge lamp so that stable lamp discharge is maintained even if the lamp voltage increases during dimming.

蛍光ランプにおいては、LC共振回路を用いて周波数調光することが一般的である。主としてLC共振回路のインダクタのインピーダンス変化を利用してランプ電流を制御する方法である。調光時にはインバータ回路の動作周波数を高めてインダクタのインピーダンスを増加させる。その結果、ランプ電流は減少する。   In a fluorescent lamp, frequency dimming is generally performed using an LC resonance circuit. This is a method of controlling the lamp current mainly using the impedance change of the inductor of the LC resonance circuit. During dimming, the operating frequency of the inverter circuit is increased to increase the impedance of the inductor. As a result, the lamp current decreases.

このように調光を行えば、ランプの電圧上昇に応じてインバータ回路の出力インピーダンスが増加するので、定電流特性を維持できる。この周波数調光にフィードバック制御を組み合わせることによりさらに広範囲な調光を行う技術もある。たとえば定電流フィードバック制御と周波数調光を併用すれば、調光を行いながらも電源変動やランプ特性変動を抑制する点灯が可能である。   If dimming is performed in this way, the output impedance of the inverter circuit increases in accordance with the rise in lamp voltage, so that the constant current characteristic can be maintained. There is also a technique for performing dimming over a wider range by combining this frequency dimming with feedback control. For example, if constant current feedback control and frequency dimming are used in combination, it is possible to perform lighting that suppresses power supply fluctuations and lamp characteristic fluctuations while performing dimming.

しかし、液晶表示装置などに用いられる冷陰極蛍光ランプは、一般的な照明で用いられる熱陰極蛍光ランプと比ベるとランプ電圧が高くなる。これは発光管が長く、発光管の内径が小さいためである。そしてこのようなランプの電流を増減する調光は難しくなる。すなわち、さまざまな調光条件においてインバータ回路の出力インピーダンスがランプの等価的なインピーダンスより十分大きな値とするように設計ができないのである。そのような状況においては、出力インピーダンスで定電流性が足りない分をフィードバック制御のゲインを増加させるなどの方策が採られている。   However, a cold cathode fluorescent lamp used in a liquid crystal display device has a higher lamp voltage than a hot cathode fluorescent lamp used in general illumination. This is because the arc tube is long and the inner diameter of the arc tube is small. Such dimming that increases or decreases the current of the lamp becomes difficult. That is, the design cannot be made so that the output impedance of the inverter circuit is sufficiently larger than the equivalent impedance of the lamp under various dimming conditions. In such a situation, a measure is taken such as increasing the gain of feedback control to the extent that the constant impedance is insufficient due to the output impedance.

ところが、フィードバック制御により発振周波数を変化させると、ランプ電流を安定な方向へ制御する反面、フィードバック制御が発振してしまうという問題がある。たとえば、インダクタによる定電流特性を利用したインバータ回路において、ランプ電流が少ないために周波数を下げて出力インピーダンスを下げることによりランプ電流を増加させるとき、出力インピーダンスの低下により定電流特性が悪化し、ランプ放電が不安定となり、ちらつきが発生するのである。   However, when the oscillation frequency is changed by feedback control, the lamp current is controlled in a stable direction, but there is a problem that feedback control oscillates. For example, in an inverter circuit using a constant current characteristic by an inductor, when the lamp current is increased by lowering the frequency and lowering the output impedance because the lamp current is small, the constant current characteristic deteriorates due to the decrease in the output impedance. The discharge becomes unstable and flickering occurs.

そこで、フィードバック制御ではなく安易にフィードフォワード制御を用いれば、発振などの問題は解決できそうであるが、さまざまな調光状態における制御パラメータの設定が複雑となり、設計が困難である。よって現実的ではない。   Thus, it is likely that problems such as oscillation can be solved if feedforward control is used easily instead of feedback control, but the setting of control parameters in various dimming states becomes complicated and design is difficult. Therefore, it is not realistic.

本発明は、このような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、蛍光ランプなどを点灯させる点灯回路において、ランプの電流が少なく電圧が高い状態においてもランプを安定に点灯させ、安価で高効率な点灯装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and in a lighting circuit for lighting a fluorescent lamp or the like, the lamp is stably lit even in a state where the lamp current is low and the voltage is high, and the cost is low. An object is to provide a highly efficient lighting device.

請求項1の発明は、上記の課題を解決するために、図1に示すように、商用電源Vinを整流する整流器DBと、前記整流器DBの出力を平滑する少なくとも1つの平滑回路(力率改善回路PFC)と、前記平滑回路の出力を入力して高周波電圧を出力するスイッチ素子Q1,Q2を有するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力と負荷であるランプLamp1の間に挿入されたインピーダンス素子(インダクタLr1)と、前記インバータ回路の駆動周波数を設定する周波数設定手段(周波数設定信号Frq)と、前記インバータ回路の入力電流またはランプ電流に相当する電流が一定値となるように前記周波数設定回路を制御するフィードバック回路(フィードバック制御器FB1)と、前記インバータ回路のスイッチ素子のオン時間または開閉位相を制御するパルス幅設定手段(パルス幅信号Dty1)と、前記インバータ回路の入力電圧または平滑回路の入力電圧を検知して前記インバータ回路の出力を補正する制御信号を前記パルス幅設定手段に与えるフィードフォワード回路(フィードフォワード制御器FF1)を備えることを特徴とするものである。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1, as shown in FIG. 1, rectifier DB for rectifying commercial power supply Vin, and at least one smoothing circuit for smoothing the output of rectifier DB (power factor improvement) Circuit PFC), an inverter circuit having switching elements Q1 and Q2 for inputting the output of the smoothing circuit and outputting a high frequency voltage, and an impedance element (between the output of the inverter circuit and a lamp Lamp1 as a load) Inductor Lr1), frequency setting means (frequency setting signal Frq) for setting the drive frequency of the inverter circuit, and the frequency setting circuit so that the current corresponding to the input current or lamp current of the inverter circuit becomes a constant value. The feedback circuit to be controlled (feedback controller FB1) and the switching element of the inverter circuit turned on A pulse width setting means (pulse width signal Dty1) for controlling the interval or open / close phase, and a control signal for detecting the input voltage of the inverter circuit or the input voltage of the smoothing circuit and correcting the output of the inverter circuit. A feedforward circuit (feedforward controller FF1) for supplying the means is provided.

請求項2の発明は、請求項1の発明において、図1に示すように、前記平滑回路(力率改善回路PFC)は出力電圧を略一定に制御する手段(出力電圧フィードバック回路CTR1)を備え、前記フィードフォワード回路(フィードフォワード制御器FF1)は、前記インバータ回路のスイッチオンデューティ比を30%〜50%の範囲で制御することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, as shown in FIG. 1, the smoothing circuit (power factor correction circuit PFC) includes means for controlling the output voltage to be substantially constant (output voltage feedback circuit CTR1). The feedforward circuit (feedforward controller FF1) controls the switch-on duty ratio of the inverter circuit in a range of 30% to 50%.

請求項3の発明は、請求項1または2の発明において、前記パルス幅設定手段は、図5に示すように、前記フィードフォワード回路(フィードフォワード制御器FF1)の出力に所定値Adj1〜Adj3を加算する調整手段(加算器ADD1〜ADD3)を備え、前記調整手段の出力によって前記インバータ回路のスイッチ素子を制御することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, as shown in FIG. 5, the pulse width setting means supplies predetermined values Adj1 to Adj3 to the output of the feedforward circuit (feedforward controller FF1). Adjustment means for adding (adders ADD1 to ADD3) is provided, and the switch element of the inverter circuit is controlled by the output of the adjustment means.

請求項4の発明は、請求項1または2の発明において、前記フィードフォワード回路は、図6、図7に示すように、前記パルス幅設定手段の設定値に応じて利得を増加させることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the feedforward circuit increases the gain in accordance with a set value of the pulse width setting means, as shown in FIGS. And

請求項5の発明は、請求項1〜4の発明において、前記フィードバック回路は低域通過フィルタを備え、図4に示すように、閉回路利得が商用電源の2倍の周波数以下で1となる点を有することを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the present invention, the feedback circuit includes a low-pass filter, and as shown in FIG. 4, the closed circuit gain becomes 1 at a frequency equal to or lower than twice the frequency of the commercial power supply. It has the point.

請求項6の発明は、請求項1〜5の発明において、図1に示すように、前記平滑回路(力率改善回路PFC)は、出力電圧VDCを検出する直流電圧検出器(抵抗Ra1とRa2の直列回路)を備え、前記フィードフォワード回路(フィードフォワード制御器FF1)は前記直流電圧検出器の出力を検知して前記インバータ回路の出力を補正することを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the present invention, as shown in FIG. 1, the smoothing circuit (power factor correction circuit PFC) is a DC voltage detector (resistors Ra1 and Ra2) that detects the output voltage VDC. The feedforward circuit (feedforward controller FF1) detects the output of the DC voltage detector and corrects the output of the inverter circuit.

請求項7の発明は、請求項1〜6の点灯装置を備えた照明器具である。
請求項8の発明は、請求項1〜6の点灯装置を備えたバックライト装置である(図8)。
A seventh aspect of the invention is a lighting fixture including the lighting device according to the first to sixth aspects.
The invention of claim 8 is a backlight device provided with the lighting device of claims 1 to 6 (FIG. 8).

本発明によれば、インバータ回路のスイッチ素子のオン時間または開閉位相を電源変動に応じてフィードフォワード制御すると共に、インバータ回路の発振周波数はランプ電流に応じてフィードバック制御するように構成したので、ランプの出力光のちらつきを低減できるとともに、電源の安定化が容易となり、回路効率の改善が可能となる。   According to the present invention, the on-time or the open / close phase of the switching element of the inverter circuit is feedforward controlled in accordance with the power supply fluctuation, and the oscillation frequency of the inverter circuit is feedback controlled in accordance with the lamp current. The output light flicker can be reduced, the power supply can be easily stabilized, and the circuit efficiency can be improved.

本発明の上記および他の目的、特徴および利点を明確にすべく、以下添付した図面を参照しながら、本発明の実施の形態につき詳細に説明する。   In order to clarify the above and other objects, features, and advantages of the present invention, embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

(実施形態1)
図1に本発明の実施形態1の点灯回路を示す。本点灯回路は、商用電源Vinを整流する整流回路DBと、その出力を昇圧して平滑する力率改善回路PFCを有する。力率改善回路PFCは、出力電圧フィードバック回路CTR1を備えている。すなわち、出力電圧VDCを抵抗Ra1とRa2の直列回路で分圧し、その電圧が所定の値となるようにスイッチ素子Q0のオン時間を制御する。この力率改善回路PFCは、インダクタL0、ダイオードD0、平滑コンデンサC0、スイッチ素子Q0よりなる周知の昇圧チョッパ回路である。スイッチ素子Q0は商用交流周波数よりも十分に高い周波数でオン・オフ制御され、平滑コンデンサC0には整流回路DBの出力電圧を昇圧した直流電圧VDCが充電される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a lighting circuit according to Embodiment 1 of the present invention. The lighting circuit includes a rectifier circuit DB that rectifies the commercial power supply Vin, and a power factor correction circuit PFC that boosts and smoothes the output of the rectifier circuit DB. The power factor correction circuit PFC includes an output voltage feedback circuit CTR1. That is, the output voltage VDC is divided by the series circuit of the resistors Ra1 and Ra2, and the ON time of the switch element Q0 is controlled so that the voltage becomes a predetermined value. This power factor correction circuit PFC is a well-known step-up chopper circuit including an inductor L0, a diode D0, a smoothing capacitor C0, and a switch element Q0. The switch element Q0 is on / off controlled at a frequency sufficiently higher than the commercial AC frequency, and the DC voltage VDC obtained by boosting the output voltage of the rectifier circuit DB is charged in the smoothing capacitor C0.

力率改善回路PFCの出力電圧は、半導体スイッチ素子Q1,Q2とその駆動回路DRV、中間タップ付きトランスTr1からなるプッシュプル型インバータ回路に供給される。駆動回路DRVはパルス幅変調器PWM1の出力に応じて半導体スイッチ素子Q1,Q2を交互にON/OFFさせる。中間タップ付きトランスTr1の2次巻線出力間には、インダクタLr1と蛍光ランプLamp1の直列回路が接続される。また、蛍光ランプLamp1の端子間にはキャパシタCr1が接続されている。プッシュプルインバータ回路の高周波矩形波出力はインダクタLr1とキャパシタCr1の直列回路により波形整形され、蛍光ランプLamp1へ電力が供給される。   The output voltage of the power factor correction circuit PFC is supplied to a push-pull inverter circuit including semiconductor switch elements Q1 and Q2, a drive circuit DRV thereof, and a transformer Tr1 with an intermediate tap. The drive circuit DRV alternately turns on / off the semiconductor switch elements Q1, Q2 according to the output of the pulse width modulator PWM1. A series circuit of an inductor Lr1 and a fluorescent lamp Lamp1 is connected between the secondary winding outputs of the transformer Tr1 with an intermediate tap. A capacitor Cr1 is connected between the terminals of the fluorescent lamp Lamp1. The high-frequency rectangular wave output of the push-pull inverter circuit is shaped by a series circuit of an inductor Lr1 and a capacitor Cr1, and power is supplied to the fluorescent lamp Lamp1.

本回路は、プッシュプル型インバータ回路の入力電流を一定に制御するフィードバック回路を備える。すなわち、インバータ回路の入力電流を電流検出回路DET1により検出し、その出力はフィードバック制御器FB1の比較値として入力される。また、フィードバック制御器FB1には調光器Dim1からの目標値信号Aimが入力されている。フィードバック制御器FB1は比較値が目標値Aimと一致するように周波数設定信号Frqをパルス幅変調器PWM1に送出する。フィードバック制御器FB1は例えば帰還インピーダンスとして積分回路を有するオペアンプなどで構成される。また、パルス幅変調器PWM1はスイッチングレギュレータ制御用IC(例えばTL494など)で構成され、周波数とパルス幅を制御可能となっている。   This circuit includes a feedback circuit that controls the input current of the push-pull inverter circuit to be constant. That is, the input current of the inverter circuit is detected by the current detection circuit DET1, and the output is input as a comparison value of the feedback controller FB1. Further, the target value signal Aim from the dimmer Dim1 is input to the feedback controller FB1. The feedback controller FB1 sends the frequency setting signal Frq to the pulse width modulator PWM1 so that the comparison value matches the target value Aim. The feedback controller FB1 is composed of, for example, an operational amplifier having an integration circuit as a feedback impedance. The pulse width modulator PWM1 is composed of a switching regulator control IC (for example, TL494), and can control the frequency and the pulse width.

また、力率改善回路PFCの抵抗Ra1,Ra2の分圧電圧を入力とし、電源変動を相殺するようにパルス幅変調器PWM1にパルス幅信号Dtyを与えるフィードフォワード制御器FF1を備えている。このように力率改善回路PFCの検出電圧(抵抗Ra1,Ra2の分圧電圧)をフィードフォワード制御器FF1の入力信号として共用することで電圧検出回路のコストを低減できる。また、電圧検出回路の消費電力も削減できる。   Also provided is a feedforward controller FF1 that receives the divided voltages of the resistors Ra1 and Ra2 of the power factor correction circuit PFC and supplies the pulse width signal Dty to the pulse width modulator PWM1 so as to cancel the power supply fluctuation. Thus, the cost of the voltage detection circuit can be reduced by sharing the detection voltage of the power factor correction circuit PFC (the divided voltage of the resistors Ra1 and Ra2) as the input signal of the feedforward controller FF1. In addition, the power consumption of the voltage detection circuit can be reduced.

本実施形態の動作状態を図2に示す。図2には、力率改善回路PFCの出力電圧VDCと、フィードフォワード制御器FF1の出力電圧であるパルス幅信号Dtyと、調光器Dim1の出力である目標値Aimと、フィードバック制御器FB1の制御出力である周波数設定信号Frqと、ランプ電流Ilaが示されている。   The operation state of this embodiment is shown in FIG. In FIG. 2, the output voltage VDC of the power factor correction circuit PFC, the pulse width signal Dty that is the output voltage of the feedforward controller FF1, the target value Aim that is the output of the dimmer Dim1, and the feedback controller FB1 A frequency setting signal Frq, which is a control output, and a lamp current Ila are shown.

力率改善回路PFCの出力電圧VDCは、図2のように周期的に電圧が変動する所謂リップル電圧を含んでいる。力率改善回路PFC内の平滑コンデンサC0の容量を大きくすればリップル電圧を小さく出来るが、リップル電圧をゼロとするのは力率改善回路の原理的に困難である。また、平滑コンデンサC0の劣化によりリップル電圧は変化する。このリップル電圧によってランプなど負荷回路の周期的な電力変化が発生して問題となる。したがって、別途DC−DCコンバータなどで電圧を安定化する必要があるが、DC−DCコンバータによる電力ロスが生じてしまう。   The output voltage VDC of the power factor correction circuit PFC includes a so-called ripple voltage whose voltage varies periodically as shown in FIG. The ripple voltage can be reduced by increasing the capacitance of the smoothing capacitor C0 in the power factor correction circuit PFC, but it is difficult in principle to make the ripple voltage zero. Further, the ripple voltage changes due to the deterioration of the smoothing capacitor C0. This ripple voltage causes a periodic power change in a load circuit such as a lamp, which becomes a problem. Therefore, it is necessary to stabilize the voltage separately by a DC-DC converter or the like, but power loss due to the DC-DC converter occurs.

そこで、本実施形態では、インバータ回路でリップル電圧分を出力補正する制御を行うのである。フィードフォワード制御器FF1により、力率改善回路PFCの出力電圧VDCが高いときにはインバータ回路の出力を少なくするように補正し、力率改善回路PFCの出力電圧VDCが低いときにはインバータ回路の出力を多くするように補正される。すなわち、力率改善回路PFCの出力電圧VDCが高いときは補正信号としてのパルス幅信号Dtyを低くし、力率改善回路PFCの出力電圧VDCが低いときは補正信号としてのパルス幅信号Dtyは高くする。パルス幅信号Dtyに比例してパルス幅変調器PWM1は半導体スイッチ素子Q1,Q2のスイッチング時間を増減させる。   Therefore, in the present embodiment, control for output correction of the ripple voltage is performed by the inverter circuit. The feedforward controller FF1 corrects the output of the inverter circuit to decrease when the output voltage VDC of the power factor correction circuit PFC is high, and increases the output of the inverter circuit when the output voltage VDC of the power factor improvement circuit PFC is low. It is corrected as follows. That is, when the output voltage VDC of the power factor correction circuit PFC is high, the pulse width signal Dty as a correction signal is lowered, and when the output voltage VDC of the power factor improvement circuit PFC is low, the pulse width signal Dty as a correction signal is high. To do. In proportion to the pulse width signal Dty, the pulse width modulator PWM1 increases or decreases the switching time of the semiconductor switch elements Q1 and Q2.

一般的な設計の力率改善回路では、直流電圧のリップル電圧成分は、直流平均電圧値の±5%程度で振れる。さらに直流電圧には、負荷変動や入力電圧、素子のばらつきの影響で±10%程度は変動が現れる。またさらにインバータ回路の半導体スイッチ素子Q1,Q2が同時にオンすることのないように、デューティ比3〜5%程度のデッドタイムが必要である。したがって、パルス幅変調器PWM1のスイッチオン時間は最大オンデューティ比を50%として、30%〜45%の範囲となるように設計すればよい。   In a general design power factor correction circuit, the ripple voltage component of the DC voltage fluctuates about ± 5% of the DC average voltage value. Furthermore, the DC voltage fluctuates by about ± 10% due to the influence of load fluctuation, input voltage, and element variation. Furthermore, a dead time with a duty ratio of about 3 to 5% is required so that the semiconductor switch elements Q1 and Q2 of the inverter circuit do not turn on at the same time. Therefore, the switch-on time of the pulse width modulator PWM1 may be designed to be in the range of 30% to 45% with the maximum on-duty ratio being 50%.

さらに、力率改善回路PFCの設計によっては、上記の直流電圧変化幅を少なくした設計は可能であり、その場合はスイッチオン時間の変化幅を小さく設計できるので、インバータ回路の電力変換効率を改善できる。   Furthermore, depending on the design of the power factor correction circuit PFC, it is possible to design the DC voltage change width as described above, and in that case, the change width of the switch-on time can be reduced, thereby improving the power conversion efficiency of the inverter circuit. it can.

調光器Dim1はランプ電流の目標値Aimをフィードバック制御器FB1に設定する。その目標値Aimに応じてフィードバック制御器FB1は周波数設定信号Frqを算出する。本実施形態では、インダクタLr1のインピーダンスを可変することでランプ電流を増減しているので、ランプ電流を少なくするときは周波数設定信号Frqを高くして、インバータ回路の動作周波数を高くし、ランプ電流を多くするときは周波数設定信号Frqを低くして、インバータ回路の動作周波数を低くする。   The dimmer Dim1 sets the target value Aim of the lamp current in the feedback controller FB1. The feedback controller FB1 calculates the frequency setting signal Frq according to the target value Aim. In this embodiment, since the lamp current is increased or decreased by changing the impedance of the inductor Lr1, the frequency setting signal Frq is increased to decrease the lamp current, the operating frequency of the inverter circuit is increased, and the lamp current is increased. Is increased, the frequency setting signal Frq is lowered to lower the operating frequency of the inverter circuit.

その結果、図2のようにランプ電流Ilaは調光器Dim1の出力信号Aimに応じて増減する。また、フィードフォワード制御器FF1により動作周波数とは独立してスイッチング時間が電源リップルに応じて変更されるので、ランプのちらつきを低減することができる。   As a result, as shown in FIG. 2, the lamp current Ila increases or decreases in accordance with the output signal Aim of the dimmer Dim1. Further, since the switching time is changed according to the power supply ripple by the feedforward controller FF1 independently of the operating frequency, the flickering of the lamp can be reduced.

本実施形態の回路では、フィードフォワード制御とフィードバック制御を組み合わせて最適な制御を実現することができる。以下、それぞれの制御の特徴を説明する。   In the circuit of the present embodiment, optimum control can be realized by combining feedforward control and feedback control. Hereinafter, characteristics of each control will be described.

まず、フィードフォワード制御は、あらかじめ予測可能な外乱に対して適している。前述のとおり、力率改善回路PFCを用いたとしても直流電圧VDCにはリップル電圧が発生している。しかしリップル電圧は安定に発生する外乱とも言える。つまり、決まった周期でしかも安定した振幅で変動が発生しているのである。このようなあらかじめ予測可能な外乱に対してはフィードフォワード制御が適する。そこで、インバータ回路において電源電圧変動を相殺するように半導体スイッチ素子Q1,Q2のスイッチング時間をフィードフォワードで制御するのである。スイッチング時間をリップル電圧に応じて調整することで等価的に入力電圧を定電圧に近づけることが出来る。   First, feedforward control is suitable for disturbances that can be predicted in advance. As described above, even if the power factor correction circuit PFC is used, a ripple voltage is generated in the DC voltage VDC. However, it can be said that the ripple voltage is a stable disturbance. That is, the fluctuation occurs with a fixed period and with a stable amplitude. Feed forward control is suitable for such a predictable disturbance. Therefore, the switching time of the semiconductor switch elements Q1 and Q2 is controlled by feedforward so as to cancel the power supply voltage fluctuation in the inverter circuit. By adjusting the switching time according to the ripple voltage, the input voltage can be equivalently brought close to a constant voltage.

ここで、フィードフォワード制御の応答特性は、電源周波数の2倍の周波数付近で十分な応答となるように設計すれば、誤動作も防止できるので好都合である。たとえば商用電源の周波数が60Hzであれば120Hzのリップル電圧が発生するので、その120Hzに十分応答できればよい。   Here, if the response characteristic of the feedforward control is designed to have a sufficient response in the vicinity of twice the frequency of the power supply frequency, it is advantageous because malfunction can be prevented. For example, if the frequency of the commercial power supply is 60 Hz, a ripple voltage of 120 Hz is generated.

一方、フィードバック制御はランプの温度特性やばらつき、経年変化を抑制するように動作する。これらの変動要素は予測が困難なため、フィードバック制御が適する。本実施形態では、入力電流が一定となるように、ランプ電流の増減をフィードバック制御して、ランプに供給する電力を一定に制御するのである。   On the other hand, the feedback control operates so as to suppress lamp temperature characteristics, variations, and aging. Since these variables are difficult to predict, feedback control is suitable. In this embodiment, the increase / decrease of the lamp current is feedback controlled so that the input current is constant, and the power supplied to the lamp is controlled to be constant.

このように本実施形態では、フィードフォワード制御とフィードバック制御をそれぞれ異なる入力信号と出力信号で独立して制御を行うことにより、最終的にはランプへの供給電力を一定に制御するのである。つまり、スイッチオン時間は電源変動による影響を抑制する制御系を構成し、スイッチング周波数はランプ出力を補正する制御系を構成することで、インバータ回路の出力インピーダンスが安定に設定制御される。よって、ランプの等価的なインピーダンスが高い調光状態においてもランプ安定点灯が可能となる。また、絶縁回路が容易に構成できるのでインバータ回路だけで絶縁とリップル電圧のレギュレーションが可能となり、本発明の目的である高効率とちらつきの抑制が安価に両立できる。   As described above, in the present embodiment, the feedforward control and the feedback control are independently controlled with different input signals and output signals, so that the power supplied to the lamp is finally controlled to be constant. That is, the switch-on time constitutes a control system that suppresses the influence of power supply fluctuations, and the switching frequency constitutes a control system that corrects the lamp output, so that the output impedance of the inverter circuit is stably controlled. Therefore, stable lamp lighting is possible even in a dimming state where the equivalent impedance of the lamp is high. Further, since the insulation circuit can be easily configured, insulation and ripple voltage can be regulated only by the inverter circuit, and both high efficiency and suppression of flicker, which are the objects of the present invention, can be achieved at low cost.

なお、本実施形態ではインバータ回路の構成として、プッシュプル型を例示したが、ハーフブリッジ型やフルブルッジ型でも同様な制御が可能である。特にフルブリッジ型では、スイッチングの位相制御により電力制御を行えるので、スイッチ素子の利用効率を高くすることができ、また、ハーフブリッジ型に比べるとトランスの1次電圧を高くでき、トランスの利用効率も高く出来るので、回路の小型化に有効である。   In the present embodiment, the push-pull type is exemplified as the configuration of the inverter circuit, but the same control is possible with a half-bridge type or a full-bulge type. In particular, in the full bridge type, power control can be performed by switching phase control, so that the use efficiency of the switch element can be increased, and the primary voltage of the transformer can be increased compared to the half bridge type, and the use efficiency of the transformer. Therefore, it is effective for downsizing the circuit.

本実施形態では放電ランプの点灯回路を例示したが、インバータ回路の周波数を可変して負荷光源への電力量を調整する場合でも同様の効果を得ることが出来る。負荷光源としては、LEDなどの正の負荷特性を持つものにも応用できる。   In the present embodiment, the lighting circuit of the discharge lamp is exemplified, but the same effect can be obtained even when the frequency of the inverter circuit is varied to adjust the amount of power to the load light source. The load light source can be applied to a light source having a positive load characteristic such as an LED.

本実施形態を用いれば、商用電源に起因する光変動を抑制し、高効率にランプに電力を供給することの出来る点灯装置を安価に提供できる。   If this embodiment is used, the lighting device which can suppress the light fluctuation resulting from a commercial power supply and can supply electric power to a lamp with high efficiency can be provided at low cost.

(実施形態2)
図3に本発明の実施形態2の点灯回路を示す。本点灯回路は、商用電源Vinを整流する整流回路DBと、その出力を昇圧して平滑する力率改善回路PFCを有する。力率改善回路PFCは、出力電圧フィードバック回路CTR1を備えている。力率改善回路PFCの出力電圧VDCは、半導体スイッチ素子Q1,Q2とその駆動回路DRV11、中間タップ付きトランスTr1からなるプッシュプル型インバータ回路に供給される。
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows a lighting circuit according to the second embodiment of the present invention. The lighting circuit includes a rectifier circuit DB that rectifies the commercial power supply Vin, and a power factor correction circuit PFC that boosts and smoothes the output of the rectifier circuit DB. The power factor correction circuit PFC includes an output voltage feedback circuit CTR1. The output voltage VDC of the power factor correction circuit PFC is supplied to a push-pull inverter circuit including semiconductor switch elements Q1 and Q2, a driving circuit DRV11 thereof, and a transformer Tr1 with an intermediate tap.

駆動回路DRV11は内部に絶縁構造を有し、絶縁された1次側に結線されたパルス幅変調器PWM11の出力に応じて半導体スイッチ素子Q1とQ2を交互にON/OFFさせる。中間タップ付きトランスTr1の2次巻線の出力間には、インダクタLr1と蛍光ランプLamp1の直列回路が接続されている。プッシュプル型のインバータ回路の高周波矩形出力はインダクタLr1を介して、蛍光ランプLamp1ヘ供給される。   The drive circuit DRV11 has an insulating structure inside, and the semiconductor switch elements Q1 and Q2 are alternately turned ON / OFF according to the output of the pulse width modulator PWM11 connected to the insulated primary side. A series circuit of an inductor Lr1 and a fluorescent lamp Lamp1 is connected between the outputs of the secondary winding of the transformer Tr1 with an intermediate tap. The high-frequency rectangular output of the push-pull inverter circuit is supplied to the fluorescent lamp Lamp1 via the inductor Lr1.

また、ランプ電流を一定に制御するフィードバック回路を備えている。すなわち、ランプLamp1に流れる電流を電流検出回路DET1で検知し、その検出信号をフィードバック制御器FB1の比較値として入力する。そしてフィードバック制御器FB1には調光器Dim1からの目標値信号Aimが入力されている。フィードバック制御器FB1は、比較値が目標値Aimと一致するように、周波数設定信号Frqをパルス幅変調器PWM11に送出する。   Further, a feedback circuit for controlling the lamp current to be constant is provided. That is, the current flowing through the lamp Lamp1 is detected by the current detection circuit DET1, and the detection signal is input as a comparison value for the feedback controller FB1. The target value signal Aim from the dimmer Dim1 is input to the feedback controller FB1. The feedback controller FB1 sends the frequency setting signal Frq to the pulse width modulator PWM11 so that the comparison value matches the target value Aim.

また、力率改善回路PFCのチョークトランスL1の2次巻線電圧を入力とし、ランプ電流が一定となるようにパルス幅変調器PWM11にパルス幅信号Dty1を与えるフィードフォワード制御器FF1を備えている。チョークトランスL1には力率改善回路PFCの入力電圧に応じた電圧が発生しているので、リップル電圧の変動を検知でき、これをフィードフォワード制御に利用できる。なお、絶縁部を示す破線は、これを境として電源側と負荷側が絶縁されていることを示しており、各トランスのコアは独立である。   Also provided is a feedforward controller FF1 that receives the secondary winding voltage of the choke transformer L1 of the power factor correction circuit PFC and supplies the pulse width signal Dty1 to the pulse width modulator PWM11 so that the lamp current becomes constant. . Since a voltage corresponding to the input voltage of the power factor correction circuit PFC is generated in the choke transformer L1, fluctuations in the ripple voltage can be detected and can be used for feedforward control. In addition, the broken line which shows an insulation part has shown that the power supply side and the load side are insulated from this, and the core of each transformer is independent.

本実施形態では、フィードバック制御の設計に関して説明する。前述のとおり、フィードバック制御は、ランプの温度特性やばらつき、経年変化を抑制するように動作する。これらの変動要素は予測が困難なため、フィードバック制御が適している。しかし、フィードフォワード制御とフィードバック制御が同時に行われると、点灯制御は不安定な状態となることがある。その結果としてランプがちらつく問題がある。   In the present embodiment, feedback control design will be described. As described above, the feedback control operates so as to suppress the temperature characteristics, variations, and aging of the lamp. Since these variables are difficult to predict, feedback control is suitable. However, if feedforward control and feedback control are performed simultaneously, the lighting control may become unstable. As a result, there is a problem that the lamp flickers.

この問題を解決するためにフィードバック制御の応答性を適切に設定する。本実施形態において、フィードバック制御はランプの温度特性やばらつき、経年変化を抑制する制御であるから、制御の応答速度は比較的遅く設計しても問題はない。そこで、フィードフォワード制御が主体的に動作する周波数領域において、フィードバック制御は応答しないように設計すればよい。すなわち、フィードバックループ内に低域通過フィルタを備え、商用電源周波数の2倍の帯域においてフィードバックゲインが1(0dB)となるようにフィードバック回路を設計する。   In order to solve this problem, the responsiveness of feedback control is appropriately set. In the present embodiment, the feedback control is a control that suppresses the temperature characteristics, variations, and aging of the lamp, so there is no problem even if the response speed of the control is designed to be relatively slow. Therefore, the feedback control may be designed so as not to respond in the frequency region where the feedforward control mainly operates. That is, a low-pass filter is provided in the feedback loop, and the feedback circuit is designed so that the feedback gain becomes 1 (0 dB) in a band twice the commercial power supply frequency.

図4は設計の一例を示す説明図であり、フィードフォワード制御とフィードバック制御の周波数に対する利得の変化が示されている。図より、フィードフォワード制御は周波数fc1を極として、利得を低減する特性であり、フィードバック制御は周波数fc2を極として利得を低減する特性となっていることが分かる。そして、周波数fc1においてフィードバック制御の利得は1(0dB)となっている。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the design, and shows changes in gain with respect to the frequency of feedforward control and feedback control. From the figure, it can be seen that the feedforward control has a characteristic of reducing the gain with the frequency fc1 as a pole, and the feedback control has a characteristic of reducing the gain with the frequency fc2 as a pole. The gain of feedback control is 1 (0 dB) at the frequency fc1.

ここで、周波数fc1は商用電源周波数の2倍に設定される。すなわち、商用電源周波数が50Hzの場合、周波数fc1は100Hzである。この周波数fc1においてフィードバック制御は応答しないように設定される。このようにすれば、電源リップルに起因したフィードバック制御の不安定な動作を防止できる。   Here, the frequency fc1 is set to twice the commercial power supply frequency. That is, when the commercial power supply frequency is 50 Hz, the frequency fc1 is 100 Hz. The feedback control is set not to respond at this frequency fc1. In this way, unstable operation of feedback control due to power supply ripple can be prevented.

ところで、この利得特性で周波数fc2より低い周波数において、フィードフォワード制御とフィードバック制御の両方の利得が最大となっているが、これは問題ではない。なぜなら、実際にフィードバック制御の対象となる外乱要因は、電源リップルと直流電圧のばらつきだけだからである。つまり、力率改善回路PFCの出力電圧VDCは、商用電源周波数以下では定電圧制御が有効となるからである。直流電圧のばらつきは、力率改善回路PFCの制御指令値のずれなどによるものであり、周期的な変動ではない。したがって、フィードバック制御が応答してランプがちらつくことはない。もし力率改善回路PFCにより安定化できない周期的な電圧変動が生じた場合は、遮断周波数fc2をさらに低く設定すればよい。   By the way, at the frequency lower than the frequency fc2 in this gain characteristic, the gains of both the feedforward control and the feedback control are maximized, but this is not a problem. This is because the only disturbance factor that is actually subject to feedback control is the variation in power supply ripple and DC voltage. That is, constant voltage control is effective for the output voltage VDC of the power factor correction circuit PFC below the commercial power supply frequency. The variation in DC voltage is due to a shift in the control command value of the power factor correction circuit PFC, and is not a periodic variation. Therefore, the lamp does not flicker in response to the feedback control. If periodic voltage fluctuations that cannot be stabilized by the power factor correction circuit PFC occur, the cut-off frequency fc2 may be set lower.

本実施形態を用いれば、商用電源に起因する光変動を抑制し、高効率にランプに電力を供給することの出来る点灯装置を安価に提供できる。   If this embodiment is used, the lighting device which can suppress the light fluctuation resulting from a commercial power supply and can supply electric power to a lamp with high efficiency can be provided at low cost.

(実施形態3)
図5に本発明の実施形態3の点灯回路を示す。本点灯回路は、商用電源Vinを整流する整流器DB、整流器DBの出力を平滑して直流電圧VDCを出力する力率改善回路PFC、力率改善回路PFCの出力を入力して高周波電圧を出力するインバータ回路INV1〜INV3、インバータ回路INV1〜INV3の出力に接続されるバラスト素子Z1〜Z3を備えている。ランプLamp1〜Lamp3はそれぞれバラスト素子Z1〜Z3を介してインバータ回路INV1〜INV3に接続されている。また、それぞれのインバータ回路INV1〜INV3は、パルス幅変調器PWM1〜PWM3によって動作している。
(Embodiment 3)
FIG. 5 shows a lighting circuit according to Embodiment 3 of the present invention. The lighting circuit rectifies the commercial power supply Vin, outputs the DC voltage VDC by smoothing the output of the rectifier DB, and inputs the output of the power factor correction circuit PFC to output a high-frequency voltage. Inverter circuits INV1 to INV3 and ballast elements Z1 to Z3 connected to the outputs of the inverter circuits INV1 to INV3 are provided. The lamps Lamp1 to Lamp3 are connected to inverter circuits INV1 to INV3 via ballast elements Z1 to Z3, respectively. Each inverter circuit INV1 to INV3 is operated by pulse width modulators PWM1 to PWM3.

パルス幅変調器PWM1〜PWM3の発振周波数はフィードバック制御器FB1で決定されている。また、パルス幅変調器PWM1〜PWM3のオン・デューティ(スイッチON時間)は加算器ADD1〜ADD3の出力で個別に決定されている。加算器ADD1〜ADD3は、フィードフォワード制御器FF1の出力とそれぞれの加算器ADD1〜ADD3に対応する調整値Adj1〜Adj3を加算する動作を行っている。   The oscillation frequency of the pulse width modulators PWM1 to PWM3 is determined by the feedback controller FB1. Further, the ON duty (switch ON time) of the pulse width modulators PWM1 to PWM3 is individually determined by the outputs of the adders ADD1 to ADD3. The adders ADD1 to ADD3 perform an operation of adding the output of the feedforward controller FF1 and the adjustment values Adj1 to Adj3 corresponding to the respective adders ADD1 to ADD3.

本実施形態では、同一周波数で一度に複数のランプLamp1〜Lamp3を点灯させるときに生じるちらつきやむらを解決することが出来る。点灯回路のランプ電流を安定にするためのバラスト素子Z1〜Z3には素子ばらつきが存在し、ランプ電流のばらつきに影響する。バラスト素子Z1〜Z3には損失を低減するためにインダクタまたはキャパシタなどのリアクタンス素子を用いることが多く、その素子ばらつきによるランプ電流のばらつきを補正するために、インバータ回路の動作周波数に偏差を設けて調整することが一般的になされている。しかし、この周波数による補正には、周波数差による電圧干渉という課題がある。すなわち複数のインバータ回路でランプをそれぞれ点灯させたときに、インバータ回路の周波数差によりランプ間に電圧干渉が生じてランプ電流が変化してちらつくのである。   In this embodiment, it is possible to solve flickering and unevenness that occur when a plurality of lamps Lamp1 to Lamp3 are turned on at the same frequency. The ballast elements Z1 to Z3 for stabilizing the lamp current of the lighting circuit have element variations, which affect the lamp current variations. The ballast elements Z1 to Z3 often use reactance elements such as inductors or capacitors in order to reduce losses. In order to correct variations in lamp current due to variations in the elements, a deviation is provided in the operating frequency of the inverter circuit. Adjustments are generally made. However, this frequency correction has a problem of voltage interference due to a frequency difference. That is, when the lamps are lit by a plurality of inverter circuits, voltage interference occurs between the lamps due to the frequency difference of the inverter circuits, and the lamp current changes and flickers.

そこで本実施形態では、各インバータ回路INV1〜INV3の動作周波数を一定に制御して、スイッチオン時間について個別に調整回路を設けることで電圧干渉によるちらつきの回避とランプ電流のばらつき低減を両立しようというのである。たとえばバラスト素子Z1のばらつきによりランプ電流が5%増加したときは、調整値Adj1によりインバータ回路INV1のスイッチ素子のオン時間を標準の5%程度短くする。すなわち標準がDuty40%のオン時間であれば、Duty38%付近となるように調整値Adj1を設定すればよい。調整値Adj1〜Adj3は半固定抵抗器やトリミング抵抗を用いて製品調整時に容易に設定可能である。また、デジタル的な記憶手段などを用いて使用途中で自己調整などを行うことも可能である。さらにマイクロプロセッサのタイマ機能などを用いてインバータ回路INV1〜INV3の各スイッチ素子をPWM制御すれば制御回路が大幅に簡略化できる。すなわちフィードバック制御部FB1やフィードフォワード制御部FF1に高速な演算を必要としないので、1つのマイクロプロセッサで多くのインバータ回路INV1〜INV3を同時に制御出来る。   Therefore, in the present embodiment, the operation frequency of each of the inverter circuits INV1 to INV3 is controlled to be constant, and an adjustment circuit is individually provided for the switch-on time, thereby avoiding flicker due to voltage interference and reducing lamp current variation. It is. For example, when the lamp current increases by 5% due to variations in the ballast element Z1, the on-time of the switch element of the inverter circuit INV1 is shortened by about 5% of the standard by the adjustment value Adj1. That is, if the standard is an on time with a duty of 40%, the adjustment value Adj1 may be set so that the duty is around 38%. Adjustment values Adj1 to Adj3 can be easily set at the time of product adjustment using a semi-fixed resistor or a trimming resistor. It is also possible to perform self-adjustment during use using digital storage means. Further, if the switching elements of the inverter circuits INV1 to INV3 are PWM controlled using the timer function of the microprocessor, the control circuit can be greatly simplified. That is, since high-speed calculation is not required for the feedback control unit FB1 and the feedforward control unit FF1, many inverter circuits INV1 to INV3 can be controlled simultaneously by one microprocessor.

本実施形態を用いれば、多数のランプを一度に点灯する点灯回路においても、商用電源に起因する光変動を抑制し、高効率にランプに電力を供給することの出来る点灯装置を安価に提供できる。   By using this embodiment, even in a lighting circuit for lighting a large number of lamps at once, a lighting device capable of suppressing light fluctuation caused by a commercial power supply and supplying power to the lamp with high efficiency can be provided at low cost. .

(実施形態4)
図6に本発明の実施形態4の点灯回路を示す。本点灯回路は、商用電源Vinを整流する整流器DB、整流器DBの出力を平滑して直流電圧VDCを出力する力率改善回路PFC、力率改善回路PFCの出力を入力して高周波電圧を出力するインバータ回路INV1、インバータ回路INV1の出力に接続されるバラスト素子Z1を備えている。放電ランプLamp1はバラスト素子Z1を介してインバータ回路INV1の出力に接続されている。インバータ回路INV1はパルス幅変調器PWM1によって動作している。
(Embodiment 4)
FIG. 6 shows a lighting circuit according to a fourth embodiment of the present invention. The lighting circuit rectifies the commercial power supply Vin, outputs the DC voltage VDC by smoothing the output of the rectifier DB, and inputs the output of the power factor correction circuit PFC to output a high-frequency voltage. An inverter circuit INV1 and a ballast element Z1 connected to the output of the inverter circuit INV1 are provided. The discharge lamp Lamp1 is connected to the output of the inverter circuit INV1 via the ballast element Z1. The inverter circuit INV1 is operated by the pulse width modulator PWM1.

パルス幅変調器PWM1の発振周波数は、フィードバック制御器FB1で決定されている。また、パルス幅変調器PWM1のオン・デューティ(スイッチON時間)は加算器ADD1の出力で決定されている。加算器ADD1は、フィードフォワード制御器FF1の出力とスイープ発生器Swpの信号を加算する動作を行っている。   The oscillation frequency of the pulse width modulator PWM1 is determined by the feedback controller FB1. The on-duty (switch ON time) of the pulse width modulator PWM1 is determined by the output of the adder ADD1. The adder ADD1 performs an operation of adding the output of the feedforward controller FF1 and the signal of the sweep generator Swp.

図7は本実施形態の動作を示す。図7には上から、力率改善回路PFCの出力電圧VDC、パルス幅変調器PWM1のデューティ制御信号Dty1、スイープ発生器Swpの信号出力、ランプLamp1に流れる電流の時間変化が示されている。スイープ発生器Swpは台形状の電圧を周期的に発生する。すなわち、時間t1〜t2で電圧を緩やかに立ち上げ、t2〜t3で電圧を維持し、t3〜t4で電圧を緩やかに立ち下げる。t5の時点以降もt1〜t5の期間と同様な動作を繰り返す。   FIG. 7 shows the operation of this embodiment. FIG. 7 shows from the top the time variation of the output voltage VDC of the power factor correction circuit PFC, the duty control signal Dty1 of the pulse width modulator PWM1, the signal output of the sweep generator Swp, and the current flowing through the lamp Lamp1. The sweep generator Swp periodically generates a trapezoidal voltage. That is, the voltage is gradually increased from time t1 to t2, maintained at t2 to t3, and gradually decreased from t3 to t4. The operation similar to the period from t1 to t5 is repeated after time t5.

スイープ発生器Swpの信号出力とフィードフォワード制御器FF1の信号は加算され、図のようなパルス幅変調器PWM1のデューティ制御信号Dty1が生成される。このパルス幅変調器PWM1のデューティ制御信号Dty1を元にインバータ回路INV1はスイッチ素子のON時間制御を行う。その結果、ランプLamp1の点灯電流もスロープを持って周期的に発生する、いわゆるバースト点灯となる。   The signal output of the sweep generator Swp and the signal of the feedforward controller FF1 are added to generate the duty control signal Dty1 of the pulse width modulator PWM1 as shown in the figure. Based on the duty control signal Dty1 of the pulse width modulator PWM1, the inverter circuit INV1 controls the ON time of the switch element. As a result, the lighting current of the lamp Lamp1 is also so-called burst lighting in which the current is periodically generated with a slope.

時間t1〜t2の期間は、インバータ回路INV1の出力電圧を高くしてランプを始動させる期間である。また、時間t3〜t4は、インバータ回路INV1の出力電圧を低くしてランプを消灯させる期間である。   The period from time t1 to t2 is a period for starting the lamp by increasing the output voltage of the inverter circuit INV1. Times t3 to t4 are periods in which the output voltage of the inverter circuit INV1 is lowered to turn off the lamp.

本実施形態は、バースト点灯制御においてランプの始動部分と消灯部分の光変動を低減する効果を奏する。ランプ出力が高いときは期間t2〜t3のような点灯期間が長く、ランプの始動部分や消灯部分での光変動の影響が少なく、光が変動する問題は生じにくい。しかし、期間t2〜t3が短くなるような深い調光状態では、始動部分や消灯部分の光の割合が大きくなる。そのため、インバータ回路の入力電圧の変動による始動部分や消灯部分のランプ電圧変化のために光が変動することが問題となってくる。   This embodiment has an effect of reducing light fluctuations in the starting part and the extinguishing part of the lamp in burst lighting control. When the lamp output is high, the lighting period such as the period t2 to t3 is long, the influence of light fluctuations at the starting part and the extinguishing part of the lamp is small, and the problem that the light fluctuates hardly occurs. However, in the deep dimming state in which the periods t2 to t3 are shortened, the ratio of light in the starting part and the extinguishing part is increased. Therefore, there is a problem that the light fluctuates due to the lamp voltage change in the starting part and the extinguishing part due to the fluctuation of the input voltage of the inverter circuit.

そこで、本実施形態ではスイープ発生器Swpの信号に応じてフィードフォワード制御器FF1のゲインGainを変更する。つまり、デューティ制御信号Dty1が小さいときはフィードフォワード制御のゲインは小さくし、デューティ制御信号Dty1のレベルが増大するのに応じて徐々にフィードフォワード制御のゲインを大きくする。そうすれば、スイープの途中においてもインバータ回路の入力電圧の変動によるインバータ回路の出力電圧のばらつきを抑えることが出来る。   Therefore, in the present embodiment, the gain Gain of the feedforward controller FF1 is changed according to the signal of the sweep generator Swp. That is, when the duty control signal Dty1 is small, the gain of the feedforward control is decreased, and the gain of the feedforward control is gradually increased as the level of the duty control signal Dty1 increases. By doing so, it is possible to suppress variations in the output voltage of the inverter circuit due to fluctuations in the input voltage of the inverter circuit even during the sweep.

本実施形態を用いれば、深い調光を行う点灯回路においても、商用電源に起因する光変動を抑制し、高効率にランプに電力を供給することの出来る点灯装置を安価に提供できる。   By using this embodiment, even in a lighting circuit that performs deep dimming, it is possible to provide a lighting device that can suppress light fluctuation caused by a commercial power supply and can supply power to a lamp with high efficiency at low cost.

(実施形態5)
図8は本発明の点灯装置を用いた液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。液晶パネルLCPの背面(直下)にバックライト装置が配置されており、バックライト装置は、筐体22と、この上に設置された反射板23及び複数の放電ランプLamp1〜Lamp4と、その上方に設置された拡散板25、プリズムシート等の光学シート26とから構成されている。また、筐体22の背面に放電ランプLamp1〜Lamp4を点灯するランプ点灯装置21が設置されている。反射板23は各放電ランプLamp1〜Lamp4の照射光を有効に前面に指向させるものである。拡散板25は放電ランプLamp1〜Lamp4及び反射板23からの光を拡散させて前面への照明光の明るさ分布を平均化する機能を有する。
(Embodiment 5)
FIG. 8 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a liquid crystal display device using the lighting device of the present invention. A backlight device is disposed on the back surface (directly below) of the liquid crystal panel LCP. The backlight device includes a housing 22, a reflector 23 installed thereon, a plurality of discharge lamps Lamp1 to Lamp4, and an upper portion thereof. It comprises an installed diffusion plate 25 and an optical sheet 26 such as a prism sheet. In addition, a lamp lighting device 21 for lighting the discharge lamps Lamp1 to Lamp4 is installed on the back surface of the housing 22. The reflector 23 effectively directs the irradiation light of each of the discharge lamps Lamp1 to Lamp4 toward the front surface. The diffusion plate 25 has a function of diffusing the light from the discharge lamps Lamp1 to Lamp4 and the reflection plate 23 to average the brightness distribution of the illumination light to the front surface.

なお、本発明の点灯装置の用途は液晶表示装置のバックライト装置に限定されるものではなく、一般の照明器具にも搭載できることは言うまでも良い。   Needless to say, the use of the lighting device of the present invention is not limited to a backlight device of a liquid crystal display device, and can be mounted on a general lighting fixture.

本発明の実施形態1の回路図である。It is a circuit diagram of Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施形態1の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態2の回路図である。It is a circuit diagram of Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施形態2の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態3の回路図である。It is a circuit diagram of Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施形態4の回路図である。It is a circuit diagram of Embodiment 4 of the present invention. 本発明の実施形態4の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of Embodiment 4 of this invention. 本発明の点灯装置を用いた液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows schematic structure of the liquid crystal display device using the lighting device of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

FF1 フィードフォワード制御器
FB1 フィードバック制御器
FF1 feedforward controller FB1 feedback controller

Claims (8)

商用電源を整流する整流器と、前記整流器の出力を平滑する少なくとも1つの平滑回路と、前記平滑回路の出力を入力して高周波電圧を出力するスイッチ素子を有するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力と負荷であるランプの間に挿入されたインピーダンス素子と、前記インバータ回路の駆動周波数を設定する周波数設定手段と、前記インバータ回路の入力電流またはランプ電流に相当する電流が一定値となるように前記周波数設定手段を制御するフィードバック回路と、前記インバータ回路のスイッチ素子のオン時間または開閉位相を設定するパルス幅設定手段と、前記インバータ回路の入力電圧または平滑回路の入力電圧を検知して前記インバータ回路の出力を補正する制御信号を前記パルス幅設定手段に与えるフィードフォワード回路を備えることを特徴とする点灯装置。 A rectifier for rectifying a commercial power supply; at least one smoothing circuit for smoothing an output of the rectifier; an inverter circuit having a switch element for inputting an output of the smoothing circuit and outputting a high-frequency voltage; and an output of the inverter circuit; An impedance element inserted between lamps as a load; frequency setting means for setting a drive frequency of the inverter circuit; and the frequency so that a current corresponding to an input current or a lamp current of the inverter circuit becomes a constant value. A feedback circuit for controlling the setting means; a pulse width setting means for setting an ON time or a switching phase of the switching element of the inverter circuit; and an input voltage of the inverter circuit or an input voltage of the smoothing circuit to detect the inverter circuit. A feed signal for supplying a control signal for correcting the output to the pulse width setting means. Lighting device characterized in that it comprises a chromatography de circuit. 前記平滑回路は出力電圧を略一定に制御する手段を備え、前記フィードフォワード回路は、前記インバータ回路のスイッチオンデューティ比を30%〜50%の範囲で制御することを特徴とする請求項1記載の点灯装置。 2. The smoothing circuit includes means for controlling the output voltage to be substantially constant, and the feedforward circuit controls a switch-on duty ratio of the inverter circuit in a range of 30% to 50%. Lighting device. 前記パルス幅設定手段は、前記フィードフォワード回路の出力に所定値を加算する調整手段を備え、前記調整手段の出力によって前記インバータ回路のスイッチ素子を制御することを特徴とする請求項1または2記載の点灯装置。 3. The pulse width setting means includes adjustment means for adding a predetermined value to the output of the feedforward circuit, and controls the switch element of the inverter circuit according to the output of the adjustment means. Lighting device. 前記フィードフォワード回路は、前記パルス幅設定手段の設定値に応じて利得を増加させることを特徴とする請求項1または2記載の点灯装置。 The lighting device according to claim 1, wherein the feedforward circuit increases a gain according to a set value of the pulse width setting unit. 前記フィードバック回路は低域通過フィルタを備え、閉回路利得が商用電源の2倍の周波数以下で1となる点を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の点灯装置。 The lighting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the feedback circuit includes a low-pass filter, and has a point that a closed circuit gain becomes 1 at a frequency equal to or less than twice a frequency of a commercial power source. 前記平滑回路は、出力電圧を検出する直流電圧検出器を備え、前記フィードフォワード回路は前記直流電圧検出器の出力を検知して前記インバータ回路の出力を補正することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の点灯装置。 The smoothing circuit includes a DC voltage detector that detects an output voltage, and the feedforward circuit detects an output of the DC voltage detector and corrects an output of the inverter circuit. The lighting device according to any one of 5. 請求項1〜6のいずれかに記載の点灯装置を備えた照明器具。 The lighting fixture provided with the lighting device in any one of Claims 1-6. 請求項1〜6のいずれかに記載の点灯装置を備えたバックライト装置。 The backlight apparatus provided with the lighting device in any one of Claims 1-6.
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