CN101057528A - 多灯式放电灯点亮装置 - Google Patents

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CN101057528A CNA2005800382113A CN200580038211A CN101057528A CN 101057528 A CN101057528 A CN 101057528A CN A2005800382113 A CNA2005800382113 A CN A2005800382113A CN 200580038211 A CN200580038211 A CN 200580038211A CN 101057528 A CN101057528 A CN 101057528A
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Abstract

本发明提供一种可以低成本地实施多个放电灯的各管电流的稳定化以及均匀化，而无须在逆变变压器的次级侧设置镇流元件的多灯式放电灯装置。本发明所涉及的放电灯点亮装置(10)，包括逆变单元(12)和多个逆变变压器(TR1～TRn)，其次级线圈(Ns1～Nsn)分别连接有放电灯(La1～Lan)。而且，多个逆变变压器(TR1～TRn)，各自的初级线圈(Np1～Npn)上串联地连接有镇流阻抗元件(LB1～LBn)，并与开关单元(13)连接，在相邻的逆变变压器(TRi、TRi+1)的初级侧的配线件之间，设置有电流平衡单元(BCi)。利用该构成，可以实施各管电流的稳定化以及均匀化而不使用高耐压性的元件。

Description

多灯式放电灯点亮装置
技术领域
本发明涉及一种用于对多个放电灯进行点亮的多灯式放电灯点亮装置，特别涉及对作为液晶显示装置的多灯式背光源用光源所使用的冷阴极管等进行点亮的放电灯点亮装置。
背景技术
作为液晶显示装置的背光源用光源，例如冷阴极管等放电灯被广泛地使用，一般地，该种放电灯是利用具有逆变器的放电灯点亮装置进行交流点亮的。近年，随着液晶显示装置的高亮度化以及大型化，作为该种液晶显示装置的照明用光源，大多采用使用了多个放电灯的多灯式背光源。
一般地，由于放电灯的点亮需要高电压，故放电灯点亮装置通常具有用于在次级侧生成高电压的逆变变压器，且在逆变变压器的初级侧连接有产生高频电压的逆变单元，并在次级侧连接有放电灯以及用于使具有负电阻特性的放电灯的管电流稳定化的所谓的镇流元件，例如镇流电容器。以往，在使多个放电灯点亮的情况下，是通过分别对各个放电灯连接镇流电容器来实施多灯式放电灯点亮装置的(例如，参照专利文献1)。
另一方面，在使多个放电灯点亮的情况下，为了使各放电灯的亮度均匀化而必须使各放电灯的管电流均匀，在对多个放电灯分别连接分立的镇流电容器的放电灯点亮装置中，镇流电容器特性的波动是引起管电流波动的重要因素。所以，提出了例如在逆变变压器的次级侧设置平衡绕组来使各放电灯的管电流均匀化的电路结构的方案(例如，参照专利文献2)。而且，还提出了在逆变变压器的初级侧设置低压恒流电源，通过由该低压恒流电源提供功率，而不需镇流电容器的电路结构的方案(例如，参照专利文献3)，如果使用该电路结构来使放电灯点亮装置多灯化，则可预想能对管电流的均匀化起到一定效果。
专利文献1：日本特开2002-175891号公报
专利文献2：日本特开平7-45393号公报
专利文献3：日本专利第3256992号说明书
然而，例如在专利文献1所记载的放电灯点亮装置中，除了上述管电流的波动的问题以外，还有如下问题：为了获得点亮放电灯所需的管电压，需要在次级侧产生包括与放电灯串联连接的镇流电容器的电压降的输出电压，逆变变压器形状加大，结果导致难以实现设备的小型化。在专利文献2所记载的放电灯点亮装置中，由于设置在次级侧的平衡绕组要求有较大的电感，所以作为平衡绕组需要大型的元件，成本增大并难以实现设备的小型化。
另外，在把专利文献3所记载的放电灯点亮装置多灯化时，能够回避上述的问题，但在该电路结构中存在下面的问题。即，一般地，在作为液晶显示器的背光源所使用的放电灯点亮装置的电源中，使用与液晶驱动电路等公用的恒压电源，所以在放电灯点亮装置上使用恒流电源就意味着要在液晶显示装置中增加新的构成要素，增加整个装置的成本。
发明内容
本发明就是鉴于上述课题而提出的，其目的在于提供一种可以低成本地实施多个放电灯的各管电流的稳定化以及均匀化，而无须在逆变变压器的次级侧设置镇流元件的多灯式放电灯装置。
为了实现上述目的，本发明的多灯式放电灯点亮装置，包括输出高频电压的逆变单元和多个逆变变压器，对分别与该多个逆变变压器的次级线圈连接的多个放电灯进行点亮，其特征在于，上述逆变单元包括开关单元，上述多个逆变变压器，各自的初级线圈上串联地连接有镇流阻抗元件，并与开关单元连接，在相邻的上述逆变变压器的初级侧的配线之间，设置有电流平衡单元。
此外，本发明的特征还在于，上述镇流阻抗元件是由电容器和电感器中的任意一者，或它们的组合构成的。
进一步地，本发明的特征还在于，上述电流平衡单元是由平衡绕组形成的。
根据本发明涉及的多灯式放电灯点亮装置，通过在开关单元与逆变变压器的初级线圈之间串联地连接镇流阻抗元件，不在次级侧连接镇流元件就可以实现可以使管电流稳定化的放电灯点亮装置，而不会比以往的结构增加部件个数。而且，由于在相邻的逆变变压器的初级侧配线之间设置有电流平衡元件，所以，将不受与各逆变变压器的初级线圈连接的镇流阻抗元件的波动的影响，可以实现流过各初级线圈的电流的均匀化。再加上，各放电灯与各逆变变压器的次级线圈的连接未通过镇流元件，所以可以排除来自各放电灯的管电流对镇流元件特性的波动的影响，可以实现各放电灯的管电流的均匀化。
而且，在本发明中，由于镇流阻抗元件不是被连接在施加有高电压的逆变变压器的次级侧而是连接在初级侧，所以，无需使用高耐压性的元件，可削减部件成本，同时消除因元件的绝缘破坏而导致的故障或起火的危险性，增加了装置的安全性。而且，由于在逆变变压器的次级侧无需与放电灯串联地连接镇流元件，所以可以将逆变变压器的输出功率抑制得较低。进而，即便在变压器的次级侧发生线圈间短路(所谓层间短路)的情况下，仍能利用初级侧的镇流阻抗元件抑制流过线圈的过电流，可以防止逆变变压器的冒烟或起火。
特别是，在使用电感器作为阻抗元件的情况下，比把该电感器连接在次级侧的情况小，所以能使镇流阻抗元件小型化。而且，由于利用初级侧的电感器可以抑制高次的高频成分，所以可以从施加到逆变变压器的输出波形中除去噪声，抑制由高频成分导致的变压器的发热，从而从整体上减少变压器的发热。
而且，在作为设置在逆变变压器的初级侧的电流平衡单元使用了平衡绕组的情况下，与在次级侧连接平衡绕组而实现管电流的均匀化的情况相比，无需使用高耐压性的元件，而且，可以使其电感较小，从而可以实现元件的小型化。
附图说明
图1是表示本发明涉及的放电灯点亮装置的一个实施方式的电路结构图。
图2是表示图1所示的放电灯点亮装置的逆变单元的电路结构图。
图3是表示在图1所示的放电灯点亮装置中，与一个平衡绕组的动作相关连的主要部分的电路结构图。
图4是表示本发明涉及的镇流阻抗元件的其他实施方式的电路结构图。
图5是示意地表示因逆变单元而形成的非对称电压波形的波形图。
符号说明：10...放电灯点亮装置；12...逆变单元；13...开关单元(全桥电路)；33，LB1～LBn...镇流阻抗元件；BC1～BCn-1...电流平衡单元(平衡绕组)；TR1～TRn...逆变变压器；La1～Lan...放电灯
具体实施方式
下面，参照附图对本发明所涉及的多灯式放电灯点亮装置的一个实施方式进行详述。图1是表示作为本发明的一个实施方式，对多个(n个)放电灯进行点亮控制的放电灯点亮装置10的电路结构的图。放电灯点亮装置10包括：逆变单元12和n个逆变变压器TR1～TRn，且各逆变变压器TR1～TRn的次级线圈Ns1～Nsn，直接地连接例如冷阴极管等放电灯La1～Lan，而未通过镇流元件。而且，与各逆变变压器TR1～TRn各自的初级线圈Np1～Npn，串联地连接有本实施方式中的作为平衡阻抗元件的电感器LB1～LBn，各逆变变压器TR1～TRn还并联地与逆变单元12所包含的开关单元13连接。
逆变单元12包括作为开关单元13的全桥电路、和驱动该全桥电路13的控制电路21。如图2所示，全桥电路13是把串联连接的一组开关元件Q1、Q3与同样串联连接的一组开关元件Q2、Q4并联地连接而构成的，例如开关元件Q1、Q2是由PMOSFET构成的；开关元件Q3、Q4是由NMOSFET构成的。逆变单元12根据由控制电路21输出的栅极电压，以规定的频率(例如60kHz左右)交替地反复进行开关元件组(Q1、Q4)与(Q2、Q3)的开/关，使直流电压Vin转换为高频电压而输出到输出端子A、B。
另外，在放电灯点亮装置10中，在各逆变变压器TR1～TRn的、相邻的逆变变压器TRi、TRi+1(其中，i是1～n-1的任意整数)的初级侧的配线之间，设置有作为电流平衡单元的平衡绕组BCi。平衡绕组BCi是在任意的合适的磁芯上缠绕初级线圈Wpi以及次级线圈Wsi而形成的，对于其构成以及作用，在后边进行详细的叙述。下面，以逆变变压器TR2为例，就与开关单元13并联地连接的各逆变变压器TR1～TRn的连接状态进行详细的说明。即，逆变变压器TR2的初级线圈Np2的一端，与平衡绕组BC1的次级线圈Ws1的一端串联地连接，次级线圈Ws1的另一端与电感器LB2的一端连接，电感器LB2的另一端与逆变单元12的输出端子A连接。而且，逆变变压器TR2的初级线圈Np2的另一端，与平衡绕组BC2的初级线圈Wp2的一端连接，初级线圈Wp2的另一端与逆变单元的输出端子B连接。虽然图示省略，但除了逆变变压器TR1、TRn之外，其他的逆变变压器TR3～TRn-1也被同样地连接。由于逆变变压器TR1、TRn的初级侧配线，分别仅与TR2、TRn-1的初级侧配线耦合，所以逆变变压器TR1的初级线圈Np1的一端直接与电感器LB1连接，此外，逆变变压器TRn的初级线圈Npn的一端，直接与逆变手段12的输出端子B连接。
此外，放电灯点亮装置10，除了上述构成要素之外，还包括调光电路22、电流检测电路23、和保护电路24。本发明涉及的放电灯点亮装置，并不局限于这些电路22～24的有无。以下，对电路22～24进行简单的说明。首先，电流检测电路23生成与由电流互感器25检测出的电流值对应的合适的信号并输出到控制电路21，由此，控制电路21改变例如逆变单元12所包含的开关元件Q1～Q4的接通时间(on duty)，调整输入逆变变压器TR1～TRn的功率。保护电路24生成与由逆变变压器TR1～TRn的各第三级线圈Nt1～Ntn检测出的电压对应的合适的信号并输出到控制电路21，由此，控制电路21在检测到放电灯La1～Lan的断路或短路等异常的情况下，使逆变单元12的动作停止来保护装置。此外，调光电路22是把用于利用脉冲调光来调整放电灯La的亮度的信号输出到控制电路21的电路，由此，控制电路21通过使逆变单元12以例如150～300Hz左右的频率间歇地动作，来调整放电灯La1～Lan的平均亮度。在图示的例子中，电流检测电路23利用电流互感器25来检测电流，但也可检测放电灯La的管电流。
这里，以在逆变变压器TR1的初级侧配线和逆变变压器TR2的初级侧配线之间设置的平衡绕组BC1为例，对本实施方式中的作为电流平衡元件的平衡绕组的构成以及作用进行说明。
图3是表示图1所示的放电灯点亮装置10中逆变变压器TR1的初级侧配线P1和逆变变压器TR2的初级侧配线P2的主要部分的电路结构图。图3所示的Z1以及Z2表示除了与各初级侧配线P1、P2连接或被视为连接的平衡绕组BC1以外的电路要素的阻抗，包括各电感器LB1、LB2的阻抗、放电灯La1、La2的从逆变变压器TR1、TR2的初级侧看过去的等效电阻等。平衡绕组BC1是由任意的合适的磁芯和以相同的匝数同相位地缠绕在该磁芯上并紧密耦合的初级线圈Wp1以及次级线圈Ws1构成的，在本实施方式中，设基于各线圈Wp1、Ws1的电感的阻抗，与上述阻抗Z1、Z2相比足够大。
如图3所示，在初级线圈Wp1以及次级线圈Ws1上，各电流I1、I2相对于各线圈Wp1、Ws1的缠绕方向相互逆向地流过。此时，一般地，在平衡绕组BC1的各线圈Wp1、Ws1的端子之间，虽然产生与ΔI＝I1-I2对应的电压，但由于本实施方式中的平衡绕组BC1的各线圈Wp1、Ws1的阻抗足够大，所以使电流I1、I2达到平衡，使得ΔI大致为0，而不受Z1以及Z2的波动或变动影响。此时，因两方的电流I1、I2而在平衡绕组BC1中产生的大部分磁通相互抵消，所以动作时的平衡绕组BC1自身的阻抗可大致视为0。同样的电流的平衡化，也可在其他的平衡绕组BC2～BCn-1中实施，使流过各逆变变压器TR1～TRn的初级侧配线的电流均匀化。
本实施方式中的放电灯点亮装置10，在逆变变压器TR1～TRn的初级线圈Np1～Npn上，分别具备串联地连接的电感器LB1～LBn，该电感器LB1～LBn起到镇流阻抗元件的功能，由此可实现各放电灯La1～Lan的管电流的稳定化。下面，联系电感器LB1对其作用进行说明，其他的电感器LB2～LBn也一样。例如，在放电灯La1的管电流(以下，称次级侧电流)因某种原因而增大的情况下，流过初级线圈Np1的电流(以下，称初级侧电流)也增大，但由逆变单元12所施加的电压是恒定的，而且，如上所述，由于平衡绕组BC1的阻抗表面上为0，所以基于电感器LB1的电感的阻抗，起到使初级侧电流减少，进而使其电压降减小的作用，结果可以抑制次级侧的管电流增大。同样，当放电灯La1的管电流减少时，初级侧电流也减少，但此时，基于电感器LB1的电感的阻抗，起到使初级侧电流增大，进而使其电压降增加的作用，结果可以抑制次级侧的管电流减少。这里，当把逆变变压器TR1的线圈比(次级线圈的匝数/初级线圈的匝数)设为N、把放电灯La1的等效负载电阻设为R时，由于从逆变变压器TR1的初级侧看过去的等效负载电阻为R/N2，所以只要镇流阻抗元件所需要的阻抗相对于R/N2足够大即可。
本发明并不局限于所使用的阻抗元件的种类，作为本发明涉及的镇流阻抗元件，可以使用电阻、电容器、电感器、或它们的组合中的任一者，但优选，如本实施方式中的镇流阻抗元件那样，使用电感器或包括电感器的组合。在本发明涉及的放电灯点亮装置中，无需为了将镇流阻抗元件连接在逆变变压器的初级侧上而使用高耐压的元件，所以，可克服高耐压性的电感器形状过大的以往的缺陷，同时有利地使用与电阻相比功率损耗较少的电感器作为镇流元件。再加上，如上所述，由于使从逆变变压器的初级侧看过去的负载电阻小到1/N2左右，所以在本实施方式的放电灯点亮装置10中，与在次级侧连接具有与镇流元件同等作用的电感器的情况相比，可以将其电感减小至L/N2左右，进而能够实现使元件小型化。例如，在放电灯点亮装置10中，若把逆变变压器TR1的线圈比N设定为100，把电感器LB1的电感L设定为30μH左右，则电感L能够发挥与将300mH左右的电感器作为镇流元件连接在次级侧的情况同等的功能。
同样地，由于用于使放电灯La1～Lan的管电流均匀化的平衡绕组BC1～BCn-1也被连接在逆变变压器TR1～TRn的初级侧，所以与把平衡绕组连接在次级侧的情况相比，无需使用高耐压性的元件，而且，还可以减小实现实用的电流平衡化所需的电感，能够使元件小型化。
下面，作为在初级侧连接镇流阻抗元件的一个优点，对在逆变变压器TR1～TRn的次级侧发生线圈间短路(所谓层间短路)时的动作进行说明。
在以往的放电灯点亮装置中，若某个逆变变压器的次级线圈发生层间短路，则由于该次级侧电路不受放电灯以及平衡元件的阻抗的影响，成为次级线圈的短路部分的电阻rs连接在次级侧的状态，所以有可能在逆变变压器中流过过大的电流，而成为冒烟或起火的重要原因。此时，若把逆变变压器的初级侧的电压设为Vp、把从初级侧观察因层间短路而引起的负载电阻而得到的电阻值设为rp，则短路部分的功率损耗表示为：
P＝Vp2/rp
然而，在本实施方式的放电灯点亮装置10中，若在例如逆变变压器TR1的次级线圈Ns1中发生层间短路，则短路部分的损耗P为：
P＝rp·Vp2/((ωL)2+rp2)
(其中，L是电感器LB1的电感)，根据电感器LB1的电感可知，可以抑制由功率损耗，即过电流引起的发热。
而且，在本实施方式中，由于电感器LB1～LBn起到低通滤波器的功能，故可以去掉逆变单元12的输出电压的高频成分，使施加于初级侧线圈Np的电压波形为大致正弦波形。由此，把来自逆变变压器TR1～TRn的噪声除去，并且抑制由高频成分导致的逆变变压器TR1～TRn的发热。
而且，在本实施方式的放电灯点亮装置10中，其逆变单元12是由全桥电路13与控制电路21组成的高效率的他励式电路构成的，全桥电路13是由控制电路21以规定的频率所驱动的。所以，与例如由设置在逆变变压器的初级侧的LC振荡电路的振荡频率决定逆变单元的驱动频率的罗耶尔电路等的情况不同，可以在初级侧连接具有适于镇流的任意阻抗的元件，而不用考虑对振荡频率的影响。
在上述说明中，以本发明涉及的镇流阻抗元件作为电感器而进行了说明，但作为本发明涉及的镇流阻抗元件的其他方式，也可以使用图4所示的、由电容器32和电感器31组成的串联电路33。
在本实施方式的放电灯点亮装置10中，通过把与逆变变压器TR1～TRn的初级线圈Np1～Npn连接的镇流阻抗元件构成为该串联电路33，除可获得上述的作用/效果外，还可以获得以下的作用。例如，如图5所示，在逆变单元12的输出波形存在一个方向的电压为V、另一方向的电压为V+ΔV那样的非对称性的情况下，在其输出电压上，将平均重叠ΔV’(其中，ΔV’是ΔV的平均时间)的直流电压。因此，若镇流阻抗元件仅为电感器31，则将在逆变变压器TR1～TRn上重叠较大的直流电流，而成为磁饱和或效率低的原因。此时，通过对该镇流阻抗元件附加串联地连接在逆变单元12上的电容器32，可以除去非对称的电压波形的直流成分，改善在逆变变压器TR的初级侧线圈Np上所施加的电压的对称性。
而且，在本实施方式中，为了调整次级侧振荡电路的振荡频率而使管电流稳定化，同时更有效地除去逆变单元12的输出电压的高频成分，使施加在逆变变压器TR的初级侧线圈Np上的电压波形大致呈正弦波形，也可以把电容器并联地连接在逆变变压器TR1～TRn的初级线圈Np1～Npn上。
 权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.一种多灯式放电灯点亮装置，其包括输出高频电压的逆变单元和多个逆变变压器，对分别与该多个逆变变压器的次级线圈连接的多个放电灯进行点亮，其特征在于：
上述逆变单元包括开关单元，
上述多个逆变变压器的各自的初级线圈上串联地连接有镇流阻抗元件，并与上述开关单元并联地连接，
在相邻的上述逆变变压器的初级侧的配线之间，设置有电流平衡单元。
2.如权利要求1所述的多灯式放电灯点亮装置，其特征在于，
上述镇流阻抗元件是由电容器和电感线圈中的任意一者、或它们的组合构成的。
3.如权利要求1或2所述的多灯式放电灯点亮装置，其特征在于，
上述电流平衡单元是由平衡绕组形成的。

Claims (3)

1.一种多灯式放电灯点亮装置，其包括输出高频电压的逆变单元和多个逆变变压器，对分别与该多个逆变变压器的次级线圈连接的多个放电灯进行点亮，其特征在于：
上述逆变单元包括开关单元，
上述多个逆变变压器的各自的初级线圈上串联地连接有镇流阻抗元件，并与开关单元连接，
在相邻的上述逆变变压器的初级侧的配线之间，设置有电流平衡单元。
2.如权利要求1所述的多灯式放电灯点亮装置，其特征在于，
上述镇流阻抗元件是由电容器和电感器中的任意一者、或它们的组合构成的。
3.如权利要求1或2所述的多灯式放电灯点亮装置，其特征在于，
上述电流平衡单元是由平衡绕组形成的。
CNA2005800382113A 2004-11-10 2005-10-21 多灯式放电灯点亮装置 Pending CN101057528A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

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