CN101084700A

CN101084700A - 多灯式放电灯点亮装置

Info

Publication number: CN101084700A
Application number: CNA2005800439821A
Authority: CN
Inventors: 新免浩; 罗伯特·韦格
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2007-12-05
Also published as: JP2006179419A; WO2006068054A1; EP1830608A1; US20080129218A1; US7567039B2; JP4529132B2; KR20070101247A

Abstract

本发明提供一种多灯式放电灯点亮装置，不用在逆变变压器的次级侧设置镇流元件，可低成本地实施多个放电灯的各管电流的稳定化和均匀化。本发明的放电灯点亮装置(10)包括逆变单元(12)和多个逆变变压器(TR₁～TR_n)，放电灯(La₁～La_n)分别与其次级线圈(Ns1～Nsn)连接，在相邻的逆变变压器(TR_i、TR_i+1)的初级侧的配线之间，设置有平衡电感元件(BI_i)。各平衡电感元件(BI_i)具有密耦合部和疏耦合部，通过使密耦合部作为平衡绕组起作用，另外，使疏耦合部作为镇流阻抗元件起作用，不使用高耐压性的元件，即可实施各管电流的稳定化和均匀化。

Description

多灯式放电灯点亮装置

技术领域

本发明涉及用于对多个放电灯进行点亮的多灯式放电灯点亮装置，具体来讲，涉及对用作液晶显示装置的多灯式背光源用光源的冷阴极管进行点亮的多灯式放电灯点亮装置。

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，通常，这样的放电灯由具有逆变器(inverter)的放电灯点亮装置进行交流点亮。近年来，随着液晶显示装置的高亮度化和大型化，作为这样的液晶显示装置的照明用光源，多采用使用了多个放电灯的多灯式背光源。

一般来讲，由于放电灯的点亮需要高电压，所以放电灯点亮装置通常具有用于在次级侧产生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和用于使具有负性电阻特性的放电灯的管电流稳定化的所谓镇流元件，例如镇流电容器。以往，在对多个放电灯进行点亮时，也是通过分别对各个放电灯连接镇流电容器来实现多灯式放电灯点亮装置的(例如：参照专利文献1)。

另一方面，在对多个放电灯进行点亮时，为了使各放电灯的亮度均匀化，需要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，镇流电容器的特性波动有可能成为管电流波动的原因。因此，例如，提出了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(例如，参照专利文献2)。此外，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，而不需要镇流电容器的电路结构(例如，参照文献3)。如采用该电路结构来使放电灯点亮装置多灯化，则可预想将对管电流的均匀化起到一定的效果。

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：日本特许第3256992号说明书

但是，在例如专利文献1所记载的放电灯点亮装置中，除了上述管电流的波动问题以外，还存在为了得到点亮放电灯所需的管电压，而需要在次级侧产生包含与放电灯串联连接的镇流电容器的电压降的输出电压，逆变变压器的形状变大，结果导致妨碍设备小型化的问题。即使是专利文献2所记载的放电灯点亮装置，也存在由于设置于次级侧的平衡绕组需要较大的电感，所以作为平衡绕组需要大型的元件，从而增加成本且妨碍设备小型化的问题。

此外，在把专利文献3所记载的放电灯点亮装置多灯化时，虽然可避免上述问题，但是在该电路结构中存在如下问题。即，一般地，作为液晶显示的背光源来使用的放电灯点亮装置的电源，采用与液晶驱动电路等公用的恒压电源，所以将恒流电源用于放电灯点亮装置就意味着要向液晶显示装置追加新的构成要素，将增大整个装置的成本。

发明内容

本发明就是鉴于上述课题而提出的，目的在于提供一种不用在逆变变压器的次级侧设置镇流元件，可低成本地实现多个放电灯的各管电流的稳定化和均匀化的多灯式放电灯点亮装置。

为了达到上述目的，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：在相邻的上述逆变变压器的初级侧的配线之间，设置了具有密耦合部和疏耦合部的平衡电感元件。

此外，本发明的多灯式放电灯点亮装置的特征在于：上述平衡电感元件的密耦合部和疏耦合部是分别由缠绕于形成开磁路的磁芯上的一对线圈的密耦合部分和疏耦合部分形成的，上述一对线圈分别与相邻的上述逆变变压器的初级线圈串联连接。

根据本发明的多灯式放电灯点亮装置，通过在相邻的逆变变压器的初级侧的配线之间，设置具有密耦合部和疏耦合部的平衡电感元件，不在次级侧连接平衡元件即可使管电流稳定化，且可不在以往结构的基础上增加部件数量的情况下，实现能使各放电灯的管电流均匀化的放电灯点亮装置。

特别是，在本发明的多灯式放电灯点亮装置中，由于平衡电感元件的疏耦合部作为镇流阻抗元件动作，且该镇流阻抗元件与逆变变压器的初级线圈连接，所以与在次级侧连接电感元件来作为镇流阻抗元件的情况相比，可缩小其电感，可实现镇流阻抗元件的小型化。此外，由于通过初级侧的电感抑制了高次的高次谐波成分，所以可从施加于逆变变压器的输入波形中除去噪声，而且由于抑制了高次谐波成分所致的变压器的发热，所以整体上降低了变压器的发热。

此外，在本发明的多灯式放电灯点亮装置中，由于平衡电感元件的密耦合部作为平衡绕组动作，所以可使流入各初级线圈的电流均匀化，而与连接于各逆变变压器的初级线圈的镇流阻抗元件的波动无关。另外，各放电灯与各逆变变压器的次级线圈的连接不通过镇流元件，所以可将逆变变压器的输出功率抑制得较低，并且可排除镇流元件的特性波动对各放电灯的管电流的影响，可使各放电灯的管电流均匀化。另外，与在次级侧连接平衡绕组来实现管电流的均匀化的情况相比，设置于逆变变压器的初级侧的平衡绕组可减小其电感，所以可实现元件的小型化。

如此，本发明的多灯式放电灯点亮装置，由于其设置于各逆变变压器的初级侧的镇流阻抗元件和平衡绕组一体地构成为具有密耦合部和疏耦合部的平衡电感元件，所以与分别独立地设置平衡绕组和镇流阻抗元件的情况相比，可削减部件数量。

并且，在本发明的放电灯点亮装置中，由于平衡电感元件不是设置在施加高电压的逆变变压器的次级侧，而是设置在其初级侧，所以不需要使用高耐压性的元件，降低了部件成本，并且，没有由元件的绝缘损坏导致的故障和起火的危险性，增大了装置的安全性。此外，即使在逆变变压器的次级侧发生了线圈间短路(所谓层间短路)的情况下，也可通过初级侧的镇流阻抗元件来抑制流向线圈的过电流，可防止逆变变压器的冒烟和起火。

附图说明

图1是表示本发明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是表示本发明的镇流阻抗元件的图，(a)是示意地表示其结构的俯视图，(b)是等效电路图。

图4是表示在图1所示的放电灯点亮装置中，与一个平衡电感元件的动作相关的主要部分的电路结构图。

图5是表示本发明的放电灯点亮装置的另一个实施方式的主要部分的电路结构图。

图6是示意地表示由逆变单元导致的非对称电压波形的曲线图。

符号说明：

10：放电灯点亮装置，12：逆变单元，30：磁芯，35：密耦合部，36：疏耦合部，BI₁～BI_n-1、BI’₁～BI’_n-1：平衡电感元件，TR₁～TR_n：逆变变压器，La₁～La_n：放电灯

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的多灯式放电灯点亮装置的一个实施方式进行详细说明。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～TR_n，在各逆变变压器TR₁～TR_n的次级线圈Ns1～Nsn上，不通过镇流元件而直接地连接有例如冷阴极管等放电灯La₁～La_n。此外，逆变变压器TR₁～TR_n并联地与包含在逆变单元12中的开关单元13连接，在各逆变变压器TR₁～TR_n的、相邻的逆变变压器TR_i～TR_i+1(其中，i＝1、2、...、n-1)的初级侧的配线之间，设置有平衡电感元件BI_i。

逆变单元12包括作为开关单元13的全桥电路、以及驱动该全桥电路13的控制电路21。如图2所示，对于全桥电路13，串联连接的1组开关元件Q1、Q3、以及同样串联连接的1组开关元件Q2、Q4并联地连接，例如，开关元件Q1、Q2由PMOSFET、开关元件Q3、Q4由NMOSFET构成。逆变单元12根据从控制电路21输出的栅极电压，以规定的频率交替地反复进行开关元件的组(Q1、Q4)与(Q2、Q3)的开和关，将直流电压Vin转换成高频电压并输出到输出端子A、B。

平衡电感元件BI_i具有由初级线圈Wpi和次级线圈Wsi构成的一对线圈以及缠绕了这些线圈的磁芯，关于其结构和作用的详细情况将在后面叙述。

对于与开关单元13并联连接的各逆变变压器TR₁～TR_n的连接方式，以逆变变压器TR₂为例，详述如下。即，逆变变压器TR₂的初级线圈Np2的一端与平衡电感元件BI₁的次级线圈Ws1的一端串联地连接，次级线圈Ws1的另一端与逆变单元12的输出端子A连接。此外，逆变变压器TR₂的初级线圈Np2的另一端与平衡电感元件BI₂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。虽未图示，但除逆变变压器TR₁、TR_n以外的其他的逆变变压器TR₃～TR_n-1也同样地连接。此外，关于逆变变压器TR₁、TR_n的初级侧配线，由于分别仅与TR₂、TR_n-1的初级侧配线耦合，所以逆变变压器TR₁的初级线圈Np1的一端直接与逆变单元12的输出端子A连接，此外，逆变变压器TR_n的初级线圈Npn的一端直接与逆变单元12的输出端子B连接。

另外，放电灯点亮装置10在上述构成要素的基础上，还包括调光电路22、电流检测电路23、以及保护电路24。本发明的放电灯点亮装置虽不限于有无这些电路22～24，但对于各电路22～24的功能简述如下。首先，电流检测电路23生成与电流互感器25所检测出的电流值对应的适当信号并将其输出到控制电路21，由此，控制电路21例如使包含在逆变单元12中的开关元件Q1～Q4的接通时间(on duty)发生变动，调整投入到逆变变压器TR₁～TR_n的功率。保护电路24生成与逆变变压器TR₁～TR_n的各三级线圈Nt1～Ntn所检测出的电压对应的适当信号并将其输出到控制电路21，由此，控制电路21例如在检测出放电灯La₁～La₂的断路和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。另外，调光电路22例如将用于通过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，由此，控制电路21例如以150～300Hz左右的频率使逆变单元12间歇地动作，从而调整放电灯La₁～La_n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。

在此，参照图3和图4，对本实施方式的平衡电感元件BI₁～BI_n-1的结构和作用进行说明。另外，以下主要使用设置在逆变变压器TR₁的初级侧配线与逆变变压器TR₂的初级侧配线之间的平衡电感元件BI₁来进行说明，但是对于其他平衡电感元件BI₂～BI_n-1来说，也具有同样的结构和作用。

图3(a)是示意地表示平衡电感元件BI₁的结构的俯视图，图3(b)是其等效电路图。

平衡电感元件BI₁包括形成开磁路的磁芯30，该磁芯30具有两个侧脚部31、32，连接两侧脚部31、32的一端侧的连接部33，以及形成于两侧脚部31、32的另一端侧的间隙G。在侧脚部31、32上，分别以相同的匝数缠绕有初级线圈Wp1和次级线圈Ws1。根据以上结构，平衡电感元件BI₁从其作用上被分割成：线圈Wp1和线圈Ws1进行密耦合的连接部33侧的密耦合部35、以及线圈Wp1和线圈Ws1进行疏耦合的间隙G侧的疏耦合部36。因此，如图3(b)所示，平衡电感元件BI₁作为如下元件而发挥作用，即、串联地连接有由其密耦合部35形成的平衡绕组BC₁、和因在疏耦合部36中所产生的漏感而分别形成于各线圈Wp1、Ws1的电感器LB₁、LB₂。

此外，本发明的平衡电感元件BI₁的磁芯不限于上述那样的大致コ字状的形状，还可使用以下这样的构成适当开磁路的任意磁芯：可使一对线圈以具有密耦合部分和疏耦合部分的方式进行磁耦合。

图4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4所示的Z₁和Z₂表示除了被视为要连接或已连接于各初级侧配线P₁、P₂的平衡电感元件BI₁以外的电路要素的阻抗，包括从逆变变压器TR₁、TR₂的初级侧看过去的放电灯La₁、La₂的等效电阻等。

如图4所示，在初级线圈Wp1和次级线圈Ws1上，各电流I₁、I₂相对于各绕组Wp1、Wp2的缠绕方向彼此逆向地流过。实际上，本实施方式的平衡电感元件BI₁的平衡绕组部分BC1是使电流I₁、I₂平衡化，使得ΔI ＝ I₁-I₂基本为零，而与Z₁、Z₂(以及LB₁、LB₂)的波动和变动无关的部分。此时，因双方的电流I1、I2而在平衡绕组BC₁中产生的几乎所有的磁通都相互抵消，所以可认为动作时的平衡绕组BC₁本身的阻抗基本为零。对于其他的平衡电感元件BI₂～BI_n-1中的平衡绕组，也可实施同样的电流的平衡化，在各逆变变压器TR₁～TR_n的初级侧配线中流动的电流被均匀化。

此外，在本实施方式中，平衡电感元件BI₁的电感器部分LB₁、LB₂是作为镇流阻抗元件起作用、且实现各放电灯La₁、La₂的管电流的稳定化的部分。

例如，当放电灯La1的管电流(以下，也称次级侧电流)由于某种原因而增大时，虽然流过初级线圈Np1的电流(以下，也称初级侧电流)也会增大，但是，由逆变单元12施加的电压是一定的，另外，如上所述，平衡绕组BC₁的阻抗表观上为零，所以电感器LB₁的电感所致的阻抗起到使初级侧电流减少而使其下降电压降低的作用，其结果，抑制了次级侧的管电流的增大。同样地，当放电灯La₁的管电流减少时，初级侧电流也减少，但是此时，因电感器LB₁的电感而产生的阻抗起到使初级侧电流增大而使其下降电压上升的作用，其结果抑制了次级侧的管电流的减少。在此，如果将逆变变压器TR₁的线圈比(次级线圈的匝数/初级线圈的匝数)设为N，将放电灯La1的等效负载电阻设为R，则从逆变变压器TR₁的初级侧看过去的等效负载电阻成为R/N²，因此，需要使镇流阻抗元件所需的阻抗相对于R/N²设定为适当的值。

通过在逆变变压器的初级侧连接镇流阻抗元件，无需使用高耐压的元件。因此，在克服高耐压性的电感器的形状变大这样的以往缺点的同时，可将功耗比电阻少的电感器作为镇流元件来有效地使用。另外，如上所述，由于从逆变变压器的初级侧看过去的等效负载电阻变小为1/N²左右，所以与在次级侧作为镇流元件连接具有同等作用的电感器的情况相比，可使其电感减小为L/N²左右，且可使元件小型化。例如，在放电灯点亮装置10中，如果将逆变变压器TR₁的线圈比N设为100，将电感器LB₁的电感L设为30μH左右，则将发挥与把电感L为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，通过在逆变变压器的初级侧还连接平衡绕组，与在次级侧连接平衡绕组的情况相比，无需使用高耐压性的元件，并且，可减小达到实用性的电流平衡化所需的电感，且可使元件小型化。

本实施方式的放电灯点亮装置10通过一体地形成镇流阻抗元件和平衡绕组来作为平衡电感元件BI₂～BI_n-1，可以以更少的部件数量实现上述作用和效果。

下面，作为在初级侧连接镇流阻抗元件的一个优点，针对在逆变变压器TR₁～TR_n的次级侧发生了线圈间短路(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，当某个逆变变压器的次级线圈发生了层间短路时，其次级侧电路，由于不管放电灯和镇流电阻元件的阻抗如何，都成为在次级侧连接了次级线圈的短路部分的电阻r_s的状态，所以存在过大的电流流过逆变变压器，而引起冒烟和起火的危险。此时，如果将逆变变压器的初级侧的电压设为Vp，将从初级侧观察层间短路所致的负载电阻而得到的电阻值设为rp，则短路部分的功耗表示为：P＝Vp²/rp。但是，在本实施方式的放电灯点亮装置10中，例如当在逆变变压器TR₁的次级线圈Ns1中发生了层间短路时，短路部分的损耗为：P＝rp·Vp²/((ωL)²+rp²)，(其中，L为电感器LB₁的电感)，由此可知，电感器LB₁的阻抗，使得功耗、即由过电流导致的发热得到抑制。

此外，在本实施方式中，由于电感器LB₁、LB₂作为低通滤波器起作用，所以，可去除逆变单元12的输出电压的高次谐波成分，使施加于初级线圈Np1、Np2的电压波形基本为正弦波状。由此，在从逆变变压器TR₁、TR₂中去除了噪声的同时，可抑制高次谐波成分所致的逆变变压器TR₁、TR₂的发热。

另外，本实施方式的放电灯点亮装置10的逆变单元12构成为由全桥电路13和控制电路21组成的高效率的他激式电路，全桥电路13由控制电路21以规定的频率驱动。因此，例如，与由设置在逆变变压器的初级侧的LC谐振电路的谐振频率决定逆变单元的驱动频率的罗耶尔电路等情况不同，无需考虑对谐振频率的影响，可在初级侧连接具有任意适当阻抗的元件来作为镇流器。

图5是表示本发明的多灯式放电灯点亮装置的其他实施方式的主要部分的电路结构图。另外，在图5所示的放电灯点亮装置40中，对与上述放电灯点亮装置10相同的构成要素附加相同的符号，此外，关于与放电灯点亮装置10重复的部分，适当省略其图示和说明。

放电灯点亮装置40在以下方面与放电灯点亮装置10不同，即、其平衡电感元件BI’_i(其中，i ＝ 1、2、...、n-1)的平衡绕组BC’_i使相邻逆变变压器(TR_i、TR_i+1)的初级侧配线中、与逆变单元12的同一输出端子(A或B)连接的线路彼此耦合。例如，平衡绕组BC’₁使逆变变压器TR₁、TR₂的初级侧配线中、与逆变单元12的输出端子B连接的线路彼此耦合，平衡绕组BC’₂使逆变变压器TR₂、TR₃的初级侧配线中、与逆变单元12的输出端子A连接的线路彼此耦合。此时，由于在各平衡电感元件BI’_i的初级线圈Wp’i和次级线圈Ws’i中流过同相的电流I，所以平衡绕组BI’_i的平衡绕组部分BC’_i构成为具有与如图3所示的平衡绕组BC₁相反的极性。根据这样的结构，放电灯点亮装置40可得到与上述放电灯点亮装置10相同的作用和效果。此外，在本实施方式的平衡绕组BI’_i中，初级线圈Wp’i和次级线圈Ws’i也可以是由中间抽头分割缠绕在开磁路型的磁芯上的一个线圈而形成的线圈。

本实施方式的多灯式放电灯点亮装置不限于上述放电灯点亮装置10、40的结构，例如，可向多灯式放电灯点亮装置10、40追加如下的构成要素。

例如，在放电灯点亮装置10、40中，也可以在逆变变压器TR₁～TR_n的各个初级线圈Np1～Npn与逆变单元12之间串联地连接电容器。如图6所示，当在逆变单元12的输出波形中，存在一个方向的电压为V、而另一个方向的电压为V+ΔV那样的非对称性时，将在其输出电压上重叠平均为ΔV’(其中，ΔV’是ΔV的时间平均)的直流电压。因此，当镇流阻抗元件仅为电感器时，在逆变变压器TR₁～TR_n上将重叠较大的直流电流，从而成为磁饱和与效率下降的原因。此时，通过对其镇流阻抗元件附加与逆变单元12串联地连接的电容器，可去除非对称的电压波形的直流成分，改善施加于逆变变压器TR的初级线圈的电压的对称性。

此外，在放电灯点亮装置10、40中，为了在调整次级侧谐振电路的谐振频率而使管电流稳定化的同时，更有效地去除逆变单元12的输出电压的高次谐波成分，且使施加于逆变变压器TR₁～TR_n的初级线圈Np1～Npn的电压波形基本为正弦波状，也可与逆变变压器TR₁～TR_n的初级线圈Np1～Npn并联地连接电容器。

Claims

1.一种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：

在相邻的上述逆变变压器的初级侧的配线之间，设置了具有密耦合部和疏耦合部的平衡电感元件。

2.根据权利要求1所述的多灯式放电灯点亮装置，其特征在于：上述平衡电感元件的密耦合部和疏耦合部是分别由缠绕在形成开磁路的磁芯上的一对线圈的密耦合部分和疏耦合部分形成的，上述一对线圈分别与相邻的上述逆变变压器的初级线圈串联连接。