CN101502179A - 放电管点亮装置 - Google Patents

Abstract

为了任意调整逆变器的输出电力，使逆变器的输出电压波形近似为正弦波状，且与基于猝发控制的动作、停止的期间无关地使逆变器前级的转换器的输出电压近似一定，具备：输入交流电源或直流电源，并变换为规定的直流电压的转换器(10)；和将该转换器(10)的输出电压变换为规定频率的交流电压的逆变器(20)；逆变器(20)根据从外部输入的调光信号进行猝发控制，转换器(10)与逆变器(20)的猝发控制的动作期间、停止期间无关地动作，并根据逆变器处于动作期间的管电流的检测信号进行负反馈控制。

Description

放电管点亮装置

技术领域

本发明涉及一种例如在液晶显示器等的背光灯中使用的使冷阴极管等放电管点亮的放电管点亮装置。

背景技术

一般在驱动感应电动机或HID灯的逆变器中，通过控制波高值来进行其输出电力的调整。专利文献1公开的电路具备：为了拓宽输出电力的控制范围，在重负载时进行PAM控制，而在轻负载时进行PWM控制的PFC(功率因数改善)转换器；和将该转换器的输出作为输入，对感应电动机进行驱动的逆变器。而专利文献2公开的电路具备：PFC转换器；和将该转换器的输出作为输入，对HID灯进行驱动的逆变器。

另一方面，作为例如液晶显示器的背光灯用的电源，与感应电动机或HID灯比较，被要求逆变器的供给电力的范围是更宽的范围。其原因在于，如果房屋暗，则大多在背光灯的亮度低的状态下使用，如果房屋亮，则相应需要提高背光灯的亮度。如果以PWM控制进行该控制，则在亮度低的情况下，会发生向逆变器输入的电压的波高值降低和电压失真(大幅偏离正弦波状的现象)，有时将引起背光灯的闪烁或不亮的情形。因此，采用了专利文献3所公开的猝发控制。

这里，基于图1对专利文献3的背光灯控制装置进行说明。

图1中，利用电阻R4检测出流经荧光灯4的电流，作为电压信号，且通过二极管D1和电容器C3进行整流，取出平均电压。由电阻R1和电阻R2进行分压，将该平均电压和调光电压Vcon输入给调光控制电路1。由调光控制电路1输出通过被输入的电压以逆变器电路的振荡频率的几分之一到几十分之一的频率对晶体管Q1进行占空比控制的导通/截止信号，在晶体管Q1中，对向逆变器电路输入的电压进行控制。即，如果调光电压Vcon下降，则向调光控制电路1输入的电压降低，调光控制电路1按照晶体管Q1导通的期间增长，使荧光灯4中流过电流的期间增加的方式动作。相反，如果调光电压Vcon升高，则向调光控制电路1输入的电压降低，调光控制电路1按照晶体管Q1导通的期间缩短，使荧光灯4中流过电流的期间减少的方式动作。基于此时的荧光灯点亮的期间与熄灭的期间之比，使背光灯的明亮度变化。

而且，取出对逆变器电路输入的电压作为由电阻R5和电阻R6分压后的电压，并将该检测电压输入给输入电压控制电路2。由输入电压控制电路2输出通过该电压以逆变器电路的振荡频率的两倍频率对晶体管Q1进行占空比控制的导通/截止信号，在晶体管Q1中，将对逆变器电路输入的电压限制为预先设定的值。

另外，通过由逻辑电路3对从调光控制电路1和输入电压控制电路2输出的导通/截止信号取或，利用晶体管Q1进行猝发控制和PWM控制。

专利文献1：特开平6—105563号公报

专利文献2：日本专利第3752222号公报

专利文献3：特开平11—122937号公报

不过，在专利文献3所示的背光灯控制装置中，由于前级的转换器的猝发动作的影响，输入电流成为脉冲状的电流。因此，当假设将仅由前级的Q1、L1构成的电路作为PFC转换器时，如果反馈作为负载的冷阴极管的管电流，对PFC的输出电压(对逆变器电路输入的电压)进行猝发控制，则在逆变器电路停止的期间管电流也降低，使得PFC不正常动作，从而导致功率因数恶化。

另外，最近在液晶电视等中存在着想要利用公共的电源电路对需要比较高的电压的冷阴极管点亮装置和除此之外的CPU等负载进行驱动的趋势，但由于如果对逆变器进行猝发控制，则当前级的转换器基于该猝发控制处于停止状态时，电路整体停止，所以，还产生无法将前级的转换器的输出电压在逆变器的输入以外使用的问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于，提供一种可任意调整逆变器的输出电力，能够使逆变器的输出电压波形近似为正弦波状，而且与猝发控制引起的动作/停止的期间无关，能够使位于逆变器的前级的转换器的输出电压近似一定，并可以将该输出电压在其他的负载中利用的放电管点亮装置。

本发明涉及的放电管点亮装置由从交流电源或直流电源输入电源电压并变换为直流电压的转换器、和以规定的开关频率进行开关动作将该转换器的输出电压变换为交流电压并输出给放电管的逆变器构成；其中，

所述逆变器具备：以一定的导通占空比进行所述开关动作的开关机构(Q21、Q22+逆变器控制电路25)；和以比所述开关频率充分低的频率进行反复动作/停止的猝发控制，并根据从外部输入的控制信号，对所述猝发的动作期间/停止期间的比率进行控制的猝发控制机构(猝发控制电路24)；

所述转换器具备：与所述逆变器的猝发控制的动作/停止无关地进行动作，并且根据所述放电管的电压或电流的检测信号，使所述放电管的电压或电流稳定化的负反馈控制机构(开关控制电路12)，

所述放电管点亮装置设置有负载检测机构(管电流检测电路31+取样/保持电路32)，其检测所述逆变器处于猝发控制的动作期间的放电管的电压或电流，向所述转换器赋予所述检测信号。

另外，可以设置对所述放电管的管电流进行检测的管电流检测电路，并且检测出所述猝发控制的动作期间的一部分或整个期间的管电流，将该期间中的平均值作为所述检测信号。

例如所述转换器具有功率因数改善功能，并具备：感应电抗元件；从商用交流电源输入电压，使对所述感应电抗元件输入的电流断续的开关元件；对所述感应电抗元件中蓄积的能量进行整流平滑并输出的整流平滑电路；和按照使来自所述商用交流电源的输入电流变化成与该商用交流电源的电压近似相似形状的方式，对所述开关元件进行开关控制的开关控制电路。

另外，所述转换器例如是具有绝缘变压器的绝缘型转换器。

此外，所述逆变器例如是具有绝缘变压器的绝缘型逆变器。

(发明效果)

根据本发明，由于可以通过猝发控制在很宽的范围调整逆变器的输出，且逆变器以一定的导通占空比进行开关动作，所以，能够将该占空比设定得高，可以使逆变器的输出波形近似为正弦波。并且，与逆变器进行猝发控制无关，基于转换器的负反馈控制可使对放电管的输出稳定化。

而且，由于转换器与猝发控制无关地动作，所以，转换器可对放电管以外的负载进行电力供给。

并且，根据本发明，通过将猝发控制的动作期间的一部分或整个期间的管电流的平均值作为检测信号，向转换器反馈，可以正确地检测出管电流，并且在猝发控制的停止期间也能稳定地进行电压控制。

另外，根据本发明，作为对进行猝发控制的逆变器供给电力的转换器，可使用具有功率因数改善功能、并具备：感应电抗元件；从商用交流电源输入电压，使对感应电抗元件输入的电流断续的开关元件；对感应电抗元件中蓄积的能量进行整流平滑并输出的整流平滑电路；和按照来自商用交流电源的输入电流变化成与该商用交流电源的电压近似相似形状的方式，对开关元件进行开关控制的开关控制电路的转换器(PFC转换器)，由此可抑制功率因数的降低及高次谐波电流的产生。即，由于即使逆变器进行猝发动作，PFC转换器也正常地发挥功率因数改善效果，所以，从商用交流电源来看，成为高功率因数的负载，还能够抑制高次谐波电流的产生。

此外，根据本发明，通过使所述转换器成为具有绝缘变压器的绝缘性转换器，例如像液晶背光灯用的放电管点亮装置那样，在对商用交流电源的输入需要强化绝缘的情况下，也能以简单的构成实现该强化绝缘。

同样，通过使所述逆变器成为具有绝缘变压器的绝缘型逆变器，能够以简单的构成实现强化绝缘。

附图说明

图1是专利文献1所示的背光灯控制装置的电路图。

图2是第一实施方式涉及的放电管点亮装置的电路图。

图3是表示该放电管点亮装置的采样/保持电路等的例子的图。

图4是第二实施方式涉及的放电管点亮装置的电路图。

图5是用于对该放电管点亮装置的绝缘型PFC转换器的动作进行说明的波形图。

图6是第三实施方式所涉及的放电管点亮装置的电路图。

图中：10—转换器，12—开关控制电路，20—逆变器，23—逆变变压器，24—猝发控制电路，31—管电流检测电路，32—取样/保持电路，40—放电管(冷阴极管)，50—绝缘型PFC转换器，60—二极管电桥，70—非绝缘型PFC转换器，80—绝缘型逆变器，83—绝缘变压器，84—高压变压器。

具体实施方式

(第一实施方式)

图2是第一实施方式涉及的放电管点亮装置的电路图。该放电管点亮装置由输入直流电源DC并输出规定的直流电压的转换器10、及输入转换器10的输出电压并输出交流高电压从而使放电管40a、40b、40c……40n点亮的逆变器20构成。转换器10具备：开关元件Q11、电感器(感应电抗元件)L11、二极管D11、电容器C11及控制开关元件Q11的开关控制电路12。该转换器10构成了降压型开关调节器，根据开关控制电路12所控制的开关元件Q11的导通占空比对输出电压相对于输入电压之比进行控制。

逆变器20具备：开关元件Q21、Q22、电容器C21、C22、逆变变压器23a、23b、23c……23n、控制开关元件Q21、Q22的逆变器控制电路25、及对逆变器控制电路25进行猝发控制的猝发控制电路24。该逆变器20构成了半桥逆变电路，由逆变器控制电路25以导通占空比为50％使开关元件Q21、Q22交替导通、截止。由此，在逆变变压器23a～23n的次级侧产生近似正弦波状的电压，分别对放电管(冷阴极管)40a～40n施加规定的高电压。

在逆变变压器23a～23n的次级侧串联设置有管电流检测电路31a～31n。这些管电流检测电路31a～31n取出在逆变变压器23a～23n次级侧流动的电流(管电流)作为电阻的电压降，并以一定增益对其进行放大，作为与管电流成比例的电压信号而输出。

取样/保持电路32被输入多个管电流检测电路31a～31n的输出电压的合成电压，以由逆变器控制电路25赋予的取样/保持切换信号的定时进行取样及保持，并将其电压信号反馈给开关控制电路12。逆变器控制电路25按照在猝发控制的导通期间内的规定定时可进行取样的方式，产生取样/保持切换信号，并将其输出给取样/保持电路32。

上述管电流检测电路31及取样/保持电路32相当于本发明的负载检测机构。而开关控制电路12相当于负反馈控制机构。

猝发控制电路24根据从外部赋予的调光信号对逆变器控制电路25进行猝发控制。即，交替设置动作期间和停止期间，并且确定动作期间与停止期间的比率。当根据从外部赋予的调光信号提高放电管40a～40n的亮度时，增加逆变器控制电路25的(动作期间/停止期间)比率，使逆变器20的输出平均电力增大。相反，当降低放电管40a～40n的亮度时，减小逆变器控制电路25的(动作期间/停止期间)比率，使逆变器20的输出平均电力减少。通过使该猝发频率高至人不会感到闪烁的程度、且预先选定为比逆变器的开关频率充分低的频率，能够实现没有闪烁的基于猝发控制的调光控制。

另外，由于不对转换器进行猝发控制而对逆变器进行猝发控制，转换器与该猝发控制无关地正常动作，所以，能够在例如包含CPU的控制电路等、逆变器的输入以外使用转换器的输出电压。

图3(A)是表示图2所示的取样/保持电路32的构成的图。取样/保持电路基本上如图3(A)所示，由设置在输入侧的开关元件、和对通过该开关元件被施加的电压进行保持的电容器构成，可根据需要设置以高输入阻抗输入并放大电容器的充电电压的运算放大器。

基于该构成，如图2所示，通过根据从逆变器控制电路25赋予的取样/保持切换信号使开关元件断续，可保持与逆变器控制电路25处于猝发控制的导通期间时的管电流成比例的电压。

另外，图3(B)是不借助取样/保持切换信号的电路的例子。该例子如图3(B)所示，由二极管、电容器及电阻构成，将变动的输入电压的近似峰值电压对电容器进行充电并输出，构成了峰值保持电路。由于图2所示的逆变器控制电路25基于猝发控制电路24的控制，在开关元件Q21、Q22都保持为截止状态的期间(猝发控制的停止期间)中管电流近似为零，而在猝发控制的动作期间中产生管电流，所以，通过检测管电流的峰值电压，可以取出与放电管40a～40n点亮时的管电流成比例的电压信号。

此外，可以将图2所示的取样/保持电路32构成为，求取与逆变器20在猝发控制中的动作期间下的管电流成比例的电压信号的平均值。而且，可以检测动作期间的一部分的平均值。如果对逆变器20进行猝发控制，则与使其连续动作的情况相比，管电流的变动增大，但如上所述，通过求取动作期间下的管电流的平均值，可抑制因猝发控制下在动作期间内的管电流的变动而引起的不良影响。

(第二实施方式)

图4是第二实施方式涉及的放电管点亮装置的电路图。在第一实施方式中，作为对逆变器进行电力供给的转换器，构成了降压断路电路，而在该第二实施方式中，以具备绝缘变压器T1(本发明的感应电抗元件)的回描型构成了绝缘型的PFC(功率因数改善)转换器。该绝缘型PFC转换器50具备：二极管电桥60、噪声除去用电容器C52、绝缘变压器T1、整流二极管D51、平滑电容器C51、开关元件Q51、开关控制电路53、及以绝缘状态对开关控制电路53赋予反馈信号的绝缘机构52。

该绝缘型PFC转换器50被施加商用交流电源AC。电容器C52不是平滑用电容器，而是噪声除去用的低电容的电容器，对绝缘变压器T1的初级侧施加基于二极管电桥60的全波整流波形的电压。

开关控制电路53按照通过控制开关元件Q51的导通占空比来使输出电压稳定，并且使对转换器50输入的电流成为正弦波状的方式进行控制。由此，能够实现高功率因数动作。

图4所示的逆变器20的构成与图2的逆变器20同样。绝缘机构52通过例如光电耦合器等将取样/保持电路32的输出电压作为检测信号赋予给开关控制电路53。

图5是表示图4所示的绝缘型PFC转换器50的动作的波形图。其中，图5(A)是商用交流电源AC的输入电压波形，图5(B)是绝缘型PFC转换器50的输入电流波形。这样，输入电流波形的包络线与输入电压波形成为相似形状。

这里，假设在为了调光而对图4所示的PFC转换器50的开关元件Q51进行了猝发控制的情况下，如图5(C)所示，在猝发控制的动作期间电流流动，在停止期间电流被切断，功率因数降低，而且输入电流包含很多高次谐波成分。即，不作为PFC转换器发挥功能。根据该第二实施方式，由于调光用的猝发控制在逆变器侧进行，在转换器中不进行猝发控制，所以可维持高功率因数特性。

(第三实施方式)

图6是第三实施方式涉及的放电管点亮装置的电路图。在该实施方式中具备非绝缘型的PFC转换器和绝缘型逆变器。非绝缘型PFC转换器70具备：二极管电桥60、电感器L71、二极管D71、电容器C71、开关元件Q71及PFC控制电路72。由该结构构成了升压型断路电路。PFC控制电路72对开关元件Q71进行导通/截止控制，以便向非绝缘型PFC转换器70输入正弦波状的电流。

绝缘型逆变器80具备：两个开关元件Q81、Q82、电容器C81、C82、绝缘变压器83、高压变压器84a、84b……84n、管电流检测电路31a、31b……31n及含有猝发控制电路的逆变器控制电路85。

取样/保持电路32根据来自逆变器控制电路85的取样/保持切换信号，对管电流检测电路31a、31b……31n的输出信号进行保持/取样，并向PFC控制电路72反馈。

逆变器控制电路85是含有图2所示的逆变器控制电路25和猝发控制电路24的电路，根据从外部赋予的调光信号，通过(对其自身)进行猝发控制，使基于开关元件Q81、Q82的交替导通/截止实现的逆变器控制动作/停止。

另外，对逆变器控制电路输入调光信号的输入部及取样/保持电路32的输入部构成为以绝缘形式进行信号输入。由于基于该构成，形成绝缘型的放电管点亮电路，所以，在需要对商用交流电源输入进行强化绝缘的情况下，可以通过简单的构成来实现。

此外，在第一～第三实施方式中，由管电流检测电路31检测放电管中流经的电流，按照使该管电流一定的方式对向逆变器输入的电压进行负反馈控制，但也可以检测对放电管施加的电压，按照使该电压一定的方式对向逆变器供给的电压进行负反馈控制。

而且，本发明当然可以不基于后级的逆变器方式(半桥、全桥、推挽等)来实施。

并且，在第一～第三实施方式中构成了多个放电管，但当然也可以利用一个来实施。

另外，在第一～第三实施方式中，一个逆变变压器驱动一个放电管，但也存在使一个逆变变压器驱动多个放电管、或由两个逆变变压器驱动一个放电管等，逆变变压器与放电管的构成具有多种方式。本发明能够与这种方式的差异无关地进行实施。

Claims (5)

1、一种放电管点亮装置，由从交流电源或直流电源输入电源电压并变换为直流电压的转换器、和以规定的开关频率进行开关动作将该转换器的输出电压变换为交流电压并输出给放电管的逆变器构成；其特征在于，

所述逆变器具备：以一定的导通占空比进行所述开关动作的开关机构；和以比所述开关频率充分低的频率进行反复动作/停止的猝发控制，并根据从外部输入的控制信号对所述猝发的动作期间/停止期间的比率进行控制的猝发控制机构；

所述转换器具备：与所述逆变器的猝发控制的动作/停止无关地进行动作，并且根据所述放电管的电压或电流的检测信号，使所述放电管的电压或电流稳定化的负反馈控制机构，

所述放电管点亮装置设置有负载检测机构，其检测所述逆变器处于猝发控制的动作期间的放电管的电压或电流，向所述转换器赋予所述检测信号。

2、根据权利要求1所述的放电管点亮装置，其特征在于，

设置有对所述放电管的管电流进行检测的管电流检测电路，并且检测出所述猝发控制的动作期间的一部分或整个期间的管电流，将该期间中的平均值作为所述检测信号。

3、根据权利要求1或2所述的放电管点亮装置，其特征在于，

所述转换器具备：感应电抗元件；从商用交流电源输入电压，使对所述感应电抗元件输入的电流断续的开关元件；对所述感应电抗元件中蓄积的能量进行整流平滑并输出的整流平滑电路；和按照使来自所述商用交流电源的输入电流变化成与输入电压近似相似形状的方式，对所述开关元件的导通占空比进行控制的开关控制电路。

4、根据权利要求1～3中任意一项所述的放电管点亮装置，其特征在于，所述转换器是具有绝缘变压器的绝缘型转换器。

5、根据权利要求1～4中任意一项所述的放电管点亮装置，其特征在于，所述逆变器是具有绝缘变压器的绝缘型逆变器。

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