JP2000078857A - 蛍光管点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 損失を少なくでき、部品点数も少なくして安
価に構成できる蛍光管点灯装置を提供する。 【解決手段】 数百Ｈｚ程度の周波数で冷陰極管３２に
流れる負荷電流を断続し、オン，オフ比を制御すること
によって調光するバースト調光方式の圧電インバータで
あって、バーストオフ時にインバータを駆動する第１お
よび第２のスイッチングトランジスタ１３，１４のドレ
イン−ソース間に発生するサージ電圧を抑制して駆動ト
ランジスタを小型化するために、圧電トランス２０の１
対の入力電極２１，２２の間にガード電極２３を設け、
バーストオフの期間は第３のスイッチングトランジスタ
１５をオンし、カード電極を接地することにより、サー
ジ電圧を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は蛍光管点灯装置に
関し、たとえば圧電トランスを駆動して液晶ディスプレ
イ用のバックライトなどに使用される蛍光管を点灯制御
するような蛍光管点灯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯型ビデオカメラやノート型パ
ーソナルコンピュータなどの携帯用情報処理機器のディ
スプレイ装置として、バックライト付液晶ディスプレイ
が一般的に使用されている。このバックライトの光源と
しては、冷陰極蛍光管などの蛍光管が用いられている。
これらの蛍光管を点灯させるには、高圧の交流電圧を印
加する必要があり、また、ノート型パーソナルコンピュ
ータなどの携帯用情報機器の入力電源としては、バッテ
リとＡＣアダプタの併用が一般的である。それゆえに、
このようなバックライトには、入力電源から供給される
低電圧の直流電圧を蛍光管が点灯可能な高圧の交流電圧
に変換するＤＣ／ＡＣインバータなどの蛍光管点灯装置
が必要となる。

【０００３】携帯用情報処理機器のうち、車載用モニタ
など周囲の明るさが大きく変化するアプリケーションに
使用する場合や、バッテリの使用時間を延ばすために、
極力消費電力を絞りたい場合に、液晶の輝度に対して、
調光範囲１０〜１００％などの広い調光範囲が要求され
る場合がある。蛍光管の輝度は、管電流にほぼ比例し、
蛍光管の管電流保証範囲は１０〜１００％まで広くない
場合がある。たとえば、１０インチクラスの液晶によく
使用されている長さ２５０ｍｍ，直径２．６ｍｍ程度の
冷陰極管では、管メーカーの保証している管電流値は２
〜６［ｍＡｒｍｓ］などとなっている。この場合、１０
〜１００％実現しようとすると、０．６〜６［ｍＡｒｍ
ｓ］などの管電流値にしなければならず、管電流値を連
続的に制御する方法では限界がある。

【０００４】そこで、管に電流を流している間は最大電
流（たとえば６ｍＡｒｍｓ）にし、圧電トランスを駆動
する周波数より低い周波数（たとえば３００Ｈｚ）で入
力電源電圧を断続し、そのオンデューティ比（Ｔｏｎ／
Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）を制御することにより、管電流の平
均値を制御して調光するバースト調光方式がある。たと
えば、バースト回路のオンデューティが１００％のとき
管電流は最大値：６［ｍＡｒｍｓ］になるようにし、オ
ンデューティを１０％にすると、蛍光管に流れる平均電
流は０．６［ｍＡｒｍｓ］になる。また、オンデューテ
ィの期間は管電流が６［ｍＡｒｍｓ］であり、オフデュ
ーティの期間は管電流が０［ｍＡｒｍｓ］であるから、
蛍光管の保証電流値の範囲：２〜６［ｍＡｒｍｓ］に入
っている。つまり、蛍光管の保証電流値を満足しながら
調光範囲１０〜１００％などの広い調光範囲を実現でき
る。以下、バースト調光方式の圧電インバータの従来例
について説明する。

【０００５】図８は従来のバースト調光を用いた圧電イ
ンバータの回路図であり、図９はその動作波形図であ
る。

【０００６】図８において、インダクタンス１，２のそ
れぞれの一端は電源ライン９に接続され、インダクタン
ス１，２のそれぞれの他端と接地間にはスイッチングト
ランジスタ３，４が接続される。インダクタンス１とス
イッチングトランジスタ３の接続点と、インダクタンス
２とスイッチングトランジスタ４の接続点との間には圧
電トランス７の１次側が接続され、圧電トランス７の２
次側には負荷８が接続される。

【０００７】バースト信号発生回路５は図９（ｅ）に示
すような可変のデューティ比を持つバースト信号Ｂを発
生して２相信号発生回路６に与える。２相信号発生回路
６はそのバースト信号Ｂがオンする期間に交互にオン，
オフする２つの信号ＧＡおよびＧＢ（図９（ｂ），
（ｃ））を出力してスイッチングトランジスタ３，４の
ゲートに与える。この２相信号発生回路６は圧電トラン
ス７の共振点付近の周波数を発生し、圧電トランス７が
負荷８に対して一定の電圧または電流を供給するように
制御する。

【０００８】この図８に示した圧電インバータは、信号
ＧＡ，ＧＢに応じて、スイッチングトランジスタ３，４
を交互にオン，オフすることによって、スイッチングト
ランジスタ３，４のドレイン−ソース間に図９（ａ），
（ｂ）に示す電圧が発生され、電源電圧の約３倍の振幅
を持つ交番する２つの半波正弦波Ａ，Ｂを発生させて圧
電トランス７を駆動する。

【０００９】図１０は図８に示した圧電インバータの等
価回路図である。図１０（ａ）において、スイッチング
トランジスタ３，４はスイッチの記号で示されている。
スイッチングトランジスタ３，４が交互にオフすると
き、インダクタンス１，２にそれぞれエネルギが蓄積さ
れ、いずれか一方のスイッチングトランジスタがオンす
るバーストオン時には、図１０（ｂ）に示すようにイン
ダクタンス１，２に蓄積されたエネルギが圧電トランス
７と負荷８とによる容量成分および抵抗成分を介して接
地側に放出される。

【００１０】しかしながら、スイッチングトランジスタ
３，４がともにオフするバーストオフの期間は図１０
（ｃ）に示すようにインダクタンス１，２に蓄積された
エネルギ放出経路がなくなり、そのエネルギがスイッチ
ングトランジスタ３，４のドレイン−ソース間にサージ
電圧として発生する。このため、スイッチングトランジ
スタ３，４として耐圧の高い大型のトランジスタが必要
となり、回路損失の増加，回路の大型化，高価格化など
の問題が生じる。

【００１１】さらに、サージ電圧を減少させるためにツ
ェナダイオードを用いると、接合容量により共振波形の
周期が大きくなり、理想的な正弦波で圧電トランス８を
駆動できなくなり、効率が低下する。

【００１２】このような問題点を解決するために、特開
平９−６４７１０号公報には、図１１に示すような圧電
インバータが提案されている。すなわち、前述の図８に
示した圧電インバータのインダクタンス１とスイッチン
グトランジスタ３の接続点と、インダクタンス２とスイ
ッチングトランジスタ４の接続点との間にコンデンサ１
０，１１の直列回路が接続され、コンデンサ１０，１１
の接続点と接地間にはスイッチングトランジスタ１２が
接続される。このスイッチングトランジスタ１２はバー
スト信号発生回路５からのバースト信号がオフしている
ときにオンする。

【００１３】図１２は図１１の圧電インバータの等価回
路図である。この図１２（ａ）においてもスイッチング
トランジスタ３，４，１２がスイッチの記号で示されて
いる。バーストオン時には、図１２（ｂ）に示すよう
に、圧電トランス７と負荷８とによる容量成分と抵抗成
分の他にコンデンサ１０と１１との直列容量が並列接続
されるので、これらの素子を介してインダクタンス１，
２に蓄積されたエネルギが接地側に放出される。

【００１４】また、バーストオフ時には、図１２（ｃ）
に示すように、スイッチングトランジスタ１２がオンす
るため、このスイッチングトランジスタ１２を介してイ
ンダクタンス１および２に蓄積されたエネルギが放出さ
れ、スイッチングトランジスタ３，４として耐圧の高い
大型のトランジスタを用いる必要がなくなる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１１
に示した圧電インバータは、バーストオフ時にコンデン
サ１０，１１からスイッチングトランジスタ１２を介し
て接地側に流れる電流によって電力損失を生じ、効率が
悪くなってしまう。これらの損失は共振用のインダクタ
ンス１，２のＲＤＣやコンデンサ１０，１１のＥＳＲな
どによる損失である。

【００１６】一方、バーストオン時には、圧電トランス
７の１次側にコンデンサ１０，１１が直列接続されてい
るので、これらのコンデンサ１０，１１にバイパス電流
が流れる。このバイパス電流は圧電トランス７に入力さ
れず負荷８に寄与しないため、バイパス電流による損失
が生じる。これらの損失もバーストオフ時と同様にし
て、共振用のインダクタンス１，２のＲＤＣやコンデン
サ１０，１１のＥＳＲなどの電流経路での損失である。
これらの損失により効率がダウンする。さらに、コンデ
ンサ１０，１１を追加しているため、部品点数が増加
し、形状も大きくなってしまい、コスト高になる。

【００１７】それゆえに、この発明の主たる目的は、損
失を少なくでき、部品点数も少なくして安価に構成でき
る蛍光管点灯装置を提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
１次側から入力した交流電圧を２次側に出力して負荷の
蛍光管に印加するための圧電トランスと、圧電トランス
の１次側電極の一方と電源ラインとの間に接続される第
１のインダクタンスと、第１のインダクタンスと圧電ト
ランスの１次側の一方の電極との接続点にその出力電極
が接続された第１のスイッチングトランジスタと、圧電
トランスの１次側電極の他方と電源ラインとの間に接続
される第２のインダクタンスと、第２のインダクタンス
と圧電トランスの１次側電極の他方との接続点にその出
力電極が接続された第２のスイッチングトランジスタ
と、第１および第２のスイッチングトランジスタを交互
にオン，オフ動作させて圧電トランスの１次側を駆動す
る駆動回路と、駆動回路を圧電トランスの共振周波数近
傍で発振させる発振回路と、駆動回路によって第１およ
び第２のスイッチングトランジスタをオン，オフさせる
駆動周波数よりも低い周波数のバースト信号のデューテ
ィ比を変化させることによって、蛍光管の輝度を制御す
るバースト調光回路を備えた蛍光管点灯装置において、
圧電トランスはその１次側に１対の入力電極と、その１
対の入力電極間に設けられるガード電極部とを含み、さ
らにガード電極を接地するための接地手段を含む。

【００１９】請求項２に係る発明では、請求項１の接地
手段はバースト信号がオンのときにオフし、バースト信
号がオフのときにオンする第３のスイッチングトランジ
スタを含む。

【００２０】請求項３に係る発明では、請求項１の圧電
トランスは複数積層される。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の一実施形態の回
路図である。図１において、圧電トランス２０は対向す
る１対の入力電極２１と２２の間にガード電極２３が設
けられ、さらに出力電極２４が設けられている。インダ
クタンス１１，１２の一端には直流電圧が入力され、そ
れぞれの他端と接地間にはスイッチングトランジスタ１
３，１４が接続されている。インダクタンス１１とスイ
ッチングトランジスタ１３の接続点は圧電トランス２０
の入力電極２１に接続され、インダクタンス１２とスイ
ッチングトランジスタ１４の接続点は圧電トランス２０
の入力電極２２に接続される。圧電トランス２０の出力
電極２４には負荷となる冷陰極管３２が接続される。ガ
ード電極２３と接地間にはスイッチングトランジスタ１
５が接続される。

【００２２】発振回路３０は圧電トランス２０の共振周
波数に合せた周波数を発生し、圧電トランス２０の入力
容量とインダクタンス１１，１２とのＬＣ共振周波数よ
りも前記周波数に合わせるように、インダクタンス１
１，１２の値も設定されている。バースト信号発生回路
３１はバーストオン期間は「Ｈ」レベルとなり、バース
トオフ期間は「Ｌ」レベルとなるバースト信号を発生
し、スイッチングトランジスタ１５のゲートに与えると
ともに、発振回路３０にも与える。

【００２３】冷陰極管３２に流れる電流は電流検出電力
電圧変換回路３３によって検出されて電圧に変換され、
整流回路３４で直流に整流され、比較器３５によって所
定の電圧と比較され、その比較電圧がＶ−Ｆコンバータ
３６によって周波数に変換され、発振回路３０にフィー
ドバックされる。

【００２４】図２は図１に示した圧電インバータの動作
波形図であり、図３は図１に示した圧電インバータの等
価回路図であり、図４は圧電トランスの等価回路図であ
る。

【００２５】次に、図１〜図４を参照して、この発明の
一実施形態の具体的な動作について説明する。バースト
信号発生回路３１は調光電圧において図２（ｅ）に示す
ようにバーストオン期間は「Ｈ」レベルになり、バース
トオフ期間は「Ｌ」レベルになるバースト信号を発生す
る。バーストオフ期間はスイッチングトランジスタ１５
がオンし、圧電トランス２０のガード電極２３を接地す
る。また、バーストオン期間はスイッチングトランジス
タ１５がオフする。

【００２６】発振回路３０から図２（ｃ），（ｄ）に示
すゲート信号が発生されると、スイッチングトランジス
タ１３，１４が交互にスイッチングし、スイッチングト
ランジスタ１３，１４がそれぞれオフのときドレイン−
ソース間に図２（ａ），（ｂ）に示す半波正弦波が発生
して圧電トランス２０の入力電極２１，２２に与えられ
る。

【００２７】図１に示した圧電インバータの等価回路
は、図３（ａ）に示すように表わされる。また、従来例
の圧電トランス７は、図４（ｂ）に示すようにＲＣの並
列回路で簡略化されるのに対して、この実施形態の圧電
トランス２０は図４（ａ）に示すように２つの容量を直
列接続したものと抵抗との並列回路に簡略化される。バ
ーストオン時には、図３（ｂ）に示すようにスイッチン
グトランジスタ１５がオフしているため、インダクタン
ス１１，１２に蓄積されたエネルギは圧電トランス２０
と負荷８を表わすＲＣ並列回路を介して接地側に放出さ
れる。しかも、この実施の形態では、前述の図１１に示
した従来例のように、コンデンサをバイパスして電源に
戻り、圧電トランス２０の駆動に寄与しないという電流
は存在しない。

【００２８】一方、バーストオフ時は、スイッチングト
ランジスタ１５がオンし、図３（ｃ）に示すような等価
回路で表わされる。この場合、インダクタンス１１，１
２に蓄積されたエネルギは圧電トランス２０の等価キャ
パシタンスからガード電極２３およびスイッチングトラ
ンジスタ１５を介して接地側に電流として放出され、過
大なサージ電圧が発生しない。また、バーストオフとな
った瞬間は、インダクタンス１１，１２に蓄えられてい
たエネルギはスイッチングトランジスタ１３，１４のド
レイン−ソース間にインダクタンス１１，１２と圧電ト
ランス２０の入力容量とによる減衰振動となって減衰
し、過大なサージ電圧は発生しない。

【００２９】図５はこの発明の他の実施の形態の回路図
である。この図５に示した実施形態は、圧電トランス２
０のガード電極２３を直接接地し、図１に示した接地手
段としてのスイッチングトランジスタ１５を省略したも
のである。

【００３０】図６は図４に示した圧電インバータの等価
回路図である。図６（ａ）に示すように圧電トランス２
０のガード電極は常時接地されているので、バーストオ
ン時は図６（ｂ）に示すようにインダクタンス１１，１
２に蓄積されたエネルギが圧電トランス２０を構成する
ＲＣ並列回路および直列接続された２つの等価容量の接
続点を介して接地側に放出される。このため、図１の実
施形態と同様にして直流電源から供給される電流はすべ
て圧電トランス２０の入力電極２１，２２に供給される
ため、圧電トランス２０を駆動する電力として有効に使
われる。バーストオフ時は、図１の実施形態と同じであ
る。

【００３１】図７はこの発明の実施形態で用いられる積
層型圧電トランスを示す図である。この図７（ａ）に示
した圧電トランスは、１対の入力電極の間にガード電極
を配置した圧電トランスを２層に積層したものであり、
図７（ｂ）は圧電トランスを３層に積層したものであ
る。このように、圧電トランスを積層することによっ
て、昇圧比が高くなり、より出力電圧を高くできる。な
お、圧電トランスは４層以上に積層するようにしてもよ
い。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、圧電
トランスの１次側に１対の入力電極と、１対の入力電極
間にガード電極を設け、このガード電極を接地すること
により、バーストオン時における損失を少なくでき、余
分なコンデンサなどを設ける必要もないので部品点数を
少なくでき、安価に構成できる。

【００３３】さらに、より好ましくは、バースト信号が
オンのときにオフし、バースト信号がオフのときにオン
するスイッチングトランジスタによって圧電トランスの
接地電極を接地する。また、圧電トランスを複数に積層
することによって、昇圧比を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態の電気回路図である。

【図２】図１に示した圧電インバータの各部の動作波形
図である。

【図３】図１に示した圧電インバータの等価回路図であ
る。

【図４】圧電トランスの等価回路図である。

【図５】この発明の他の実施形態の回路図である。

【図６】図５に示した圧電インバータの等価回路図であ
る。

【図７】積層型圧電トランスの一例を示す図である。

【図８】従来の圧電インバータの一例を示す回路図であ
る。

【図９】図８に示した圧電インバータの動作波形図であ
る。

【図１０】図８に示した圧電インバータの等価回路図で
ある。

【図１１】圧電インバータの改良例を示す回路図であ
る。

【図１２】図１１に示した圧電インバータの等価回路図
である。

【符号の説明】

１１，１２ インダクタンス １３，１４，１５ スイッチングトランジスタ ２０ 圧電トランス ２１，２２ 入力電極 ２３ ガード電極 ２４ 出力電極 ３０ 発振回路 ３１ バースト信号発生回路 ３２ 冷陰極管 ３３ 電流検出電流電圧変換回路 ３４ 整流回路 ３５ 比較器 ３６ Ｖ−Ｆコンバータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K072 AA01 AA19 BA03 BC07 EB07 GA02 GB14 GC04 HA10 HB03 3K098 CC56 CC62 DD01 DD22 DD37 DD43 EE14 EE32 FF04 GG10 5H007 BB03 CA02 CB09 CB25 CC32 DC02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １次側から入力した交流電圧を２次側に
   出力して負荷の蛍光管に印加するための圧電トランス
   と、 前記圧電トランスの１次側電極の一方と電源ラインとの
   間に接続される第１のインダクタンスと、 前記第１のインダクタンスと前記圧電トランスの１次側
   の一方の電極との接続点にその出力電極が接続された第
   １のスイッチングトランジスタと、 前記圧電トランスの１次側電極の他方と電源ラインとの
   間に接続される第２のインダクタンスと、 前記第２のインダクタンスと前記圧電トランスの１次側
   電極の他方との接続点にその出力電極が接続された第２
   のスイッチングトランジスタと、 前記第１および第２のスイッチングトランジスタを交互
   にオン，オフ動作させて前記圧電トランスの１次側を駆
   動する駆動回路と、 前記駆動回路を前記圧電トランスの共振周波数近傍で発
   振させる発振回路と、 前記駆動回路によって前記第１および第２のスイッチン
   グトランジスタをオン，オフさせる駆動周波数よりも低
   い周波数のバースト信号のデューティ比を変化させるこ
   とによって前記蛍光管の輝度を制御するバースト調光回
   路とを備えた蛍光管点灯装置において、 前記圧電トランスは、その１次側に１対の入力電極と、
   該１対の入力電極間に設けられるガード電極部とを含
   み、さらに前記ガード電極を接地するための接地手段を
   備えたことを特徴とする、蛍光管点灯装置。
2. 【請求項２】 前記接地手段は、バースト信号がオンの
   ときにオフし、バースト信号がオフのときにオンする第
   ３のスイッチングトランジスタを含むことを特徴とす
   る、請求項１に記載の蛍光管点灯装置。
3. 【請求項３】 前記圧電トランスは複数積層されること
   を特徴とする、請求項１または２に記載の蛍光管点灯装
   置。