JP2003309981A - 自励発振回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】自励発振回路により駆動される出力トランスの
小型化を実現できるようにする。 【解決手段】直流電源入力部１２ａ，１２ｂにドライブ
回路が接続され、ドライブ回路に出力トランス１０が接
続されている。ドライブ回路では、出力トランス１０に
誘起された共振電圧のフィードバック信号に基づいてス
イッチング素子１４，１６がオンオフされこのオンオフ
によって出力トランス１０への通電方向が正逆方向に変
換され出力トランス１０の入力側に交流信号が入力され
る。位相検出手段は、出力トランス１０の一次側共振波
形の位相を検出し一次側共振位相信号を出力する。制御
回路２８は、位相検出手段の一次共振位相信号に基づい
て、スイッチング素子１４，１６をオンオフ制御する信
号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極型蛍光ラン
プなどを駆動するインバータ等に用いられる出力トラン
スを用いた自励発振回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置を使用したテレビ、ノート
パソコン、デスクトップパソコン、ＰＤＡなどのバック
ライトを点灯するには高電圧交流出力のインバータが必
要となる。この種のインバータは従来からディスクリー
ト構成のものが使用されてきたが、軽・薄・短・小が望
まれる中、専用のＩＣが望まれてきている。図６は、従
来のロイヤー方式による自励発振回路を示している。自
励発振させるために出力トランスに共振周波数を検出す
るためのＦ巻線４（通常検出巻線もしくはフィードバッ
ク巻線と称する）を設け、その信号で自身の発振周波
数、即ち、出力トランス２の共振周波数でトランジスタ
６、８を駆動することにより、いつも出力トランス２の
共振周波数に自動追従しながら発振を続ける。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】最近発売されているこ
の種のＩＣは、他励方式がほとんどである。そのため、
周囲環境温度等の変化に対し効率の悪化が生じ、総合評
価が思わしくない結果となっているのが実状である。こ
こで、他励方式を採用している理由は、ただ単に性能よ
り実装を優先したものである。つまり、トランスの共振
周波数を検出するフィードバック巻線を無くすためと、
トランスが入力２端子出力２端子となった方が基板にレ
イアウトしたとき、高圧部分と低圧部分の沿面距離を確
保するのに都合がよいといった理由によるものである。
そこで、フィードバック巻線の無いトランスを使用して
自励方式が実現できれば、環境温度に影響されず、発振
周波数はいつでもトランスの共振周波数に自動追従し、
絶えず一番効率の良いところで駆動され、また、実装面
でもフィードバック巻線が無いのでレイアウトし易くな
る。本発明の主たる目的は、出力トランスを効率的に駆
動し、出力トランスの小型化を図ることである。また本
発明は、フィードバック巻線が無くてもトランスの一次
側の共振周波数を検出し、フィードバック巻線を備えて
いるときと同様な特性を実現できる自励発振回路を提供
することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、直流電源を交流に変換するコンバータとして
用いられる自励発振回路であって、直流電源入力部と、
出力トランスと、該出力トランスに誘起された一次共振
電圧のフィードバック信号に基づいてスイッチング素子
がオンオフしこのオンオフによって直流電源の前記出力
トランスへの通電方向を正逆方向に変換して前記出力ト
ランスの入力側に交流信号として入力するドライブ回路
と、前記出力トランスの一次側に形成されたＬＣ共振回
路と、前記出力トランスの一次共振波形の位相を検出し
位相信号を出力する位相検出手段と、前記位相検出手段
の出力信号を前記スイッチング素子をオンオフ制御する
ためのフィードバック信号として出力する制御回路とを
備えたものである。また本発明は、前記出力トランスの
一次側にリード線を接続し、該リード線から出力トラン
スの一次共振位相信号を検出するようにしたものであ
る。また本発明は、前記制御回路を一対のオペアンプに
より構成したものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
した図面を参照して詳細に説明する。図１において、符
号１０は、１次側１巻線２次側１巻線構造の出力トラン
スであり、トランスの共振周波数を検出するフィードバ
ック巻線が設けられていないことを構造的特徴としてい
る。直流入力電源端子１２ａ，１２ｂと出力トランス１
０の１次側との間には、ＮＰＮトランジスタから成るス
イッチング素子１４，１６を構成要素とするプッシュプ
ル駆動方式のドライブ回路１８が設けられている。

【０００６】スイッチング素子１４，１６の各ベース
は、抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して直流入力電源端子１２ａ，
１２ｂの一方のプラス側の端子１２ａに接続するととも
に、チョーク（ＣＨ）を介して出力トランス１０の中間
タップに接続している。スイッチング素子１４，１６の
各エミッタは、直流入力電源端子１２ａ，１２ｂの他方
のマイナス側の端子１２ｂに接続されている。前記出力
トランス１０の一次側の両端間には共振コンデンサ（Ｃ
１）が設けられている。２０は、冷陰極型蛍光ランプ
（ＣＣＦＬ）であり、一方の電極がバラストコンデンサ
（Ｃ２）を介して出力トランス１０の二次側の一端に接
続し、他方の電極が電流検出用の抵抗素子から成る位相
検出素子２２を介して出力トランス１０の二次側の他端
に接続している。２４，２６はオペアンプであり、これ
らと位相検出素子２２との間にトランス１０の一次側の
共振周波数を検出し、出力トランス１０の一次共振電流
の周波数と同相の一次共振位相信号を出力する周波数解
析回路（図示省略）が設けられている。前記位相検出素
子２２と周波数解析回路は、出力トランス１０の一次側
の共振位相信号を検出する位相検出手段を構成してい
る。オペアンプ２４，２６は出力トランス１０の一次側
の電流の共振周波数波形の位相信号を増幅し、この位相
信号を互いに１８０度位相の異なる２つの出力信号に変
換する即ち、互いに逆位相の２つの出力信号に変換する
制御回路２８を構成している。

【０００７】オペアンプ２４の非反転入力端子とオペア
ンプ２６の反転入力端子は、それぞれコンデンサ（Ｃ
３）、周波数解析回路を介して位相検出素子２２の一端
に接続している。位相検出素子２２からオペアンプ２
４，２６に入力された出力トランス一次側共振周波数電
流波形位相信号は、オペアンプ２４、２６で増幅され、
オペアンプ２４からそのままの位相で、オペアンプ２６
から１８０度ずれた反転位相信号として出力される。オ
ペアンプ２４の出力電圧は、スイッチング素子１６のベ
ースに供給される。オペアンプ２６の出力電圧はスイッ
チング素子１４のベースに供給されるように配線されて
いる。オペアンプ２４，２６の、互いに１８０度位相の
異なる出力電圧は、従来の出力トランスのフィードバッ
ク巻線の両端のフィードバック信号と同等の信号を構成
する。図中、Ｒ１、Ｒ２は抵抗である。

【０００８】尚、スイッチング素子はバイポーラトラン
ジスタ、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）等を用いる
ことが可能であり、また、制御回路は、オペアンプ以外
に論理素子、コンパレータ等によっても構成することが
可能であり、特にオペアンプに限定されるものではな
い。上記した構成において、電源スイッチがオンとなる
と、別途に設けられた論理回路からスイッチング素子１
４，１６のうち、いずれか一方のベースに瞬間的にＯＮ
信号が供給される。これにより、直流入力電源端子１２
ａ，１２ｂから直流電源が出力トランス１０に供給され
る。出力トランス１０に通電が成されると出力トランス
１０の一次側ＬＣ共振回路は共振電圧を誘起し、この共
振電圧の周波数波形位相信号が位相検出素子２２により
検出される。制御回路２８の互いに１８０度位相の異な
る出力信号は、スイッチング素子１４，１６のベースに
供給され、スイッチング素子１４，１６が出力トランス
１０の一次側の共振周波数に追随してオンオフし、ドラ
イブ回路１８は自励発振する。電源オンオフ時、自励発
振回路が確実に起動するように、起動補償回路（図示省
略）が設けられ、この起動補償回路から起動補償信号が
制御回路２８に入力される。

【０００９】この自励発振の発振周波数はいつでも出力
トランス１０の一次側共振周波数に自動追随し、ドライ
ブ回路１８は、絶えず一番効率の良いところで駆動され
る。出力トランス１０の二次側に誘起された交流電圧は
ランプ２０に供給され、冷陰極型蛍光ランプ２０が点灯
する。この冷陰極型蛍光ランプ２０の輝度調整は、外部
からスイッチング素子１４，１６のベースにバースト信
号を供給することにより行うことができる。上記実施形
態は、ドライブ回路にプッシュプル駆動方式を採用し、
出力トランスの中点タップを利用することで、２個のト
ランジスタによりドライブ回路を構成できることを特徴
としている。

【００１０】ドライブ回路に出力トランスの中点タップ
を利用しない場合には、図２に示すように、フルブリッ
ジ方式のドライブ回路が用いられる。プラス側の直流入
力電源端子１２ａにチョーク（ＣＨ）を介して、ＰＮＰ
トランジスタから成るスイッチング素子３０，３２のエ
ミッタが接続し、該スイッチング素子３０，３２のコレ
クタにそれぞれ、エミッタ側が接地されたＮＰＮトラン
ジスタから成るスイッチング素子３４，３６のコレクタ
が接続している。スイッチング素子３０のコレクタは、
出力トランス１０の一次側の一端に接続し、スイッチン
グ素子３２のコレクタは、出力トランス１０の一次側の
他端に接続している。ＮＰＮトランジスタから成るスイ
ッチング素子３８のベースは、オペアンプ２４の出力端
に、ＮＰＮトランジスタから成るスイッチング素子４０
のベースは、オペアンプ２６の出力端に接続している。
スイッチング素子３８，４０の各コレクタは、対応する
スイッチング素子３０，３２のベースに接続し、該スイ
ッチング素子３８，４０の各エミッタは、対応するスイ
ッチング素子３６，３４のベースに図示の如く接続して
いる。オペアンプ２４，２６は、制御回路を構成し、オ
ペアンプ２４の非反転端子とオペアンプ２６の反転端子
は、出力トランス１０の二次側の電流変化検出抵抗から
成る位相検出素子２２の一端に接続している。位相検出
素子２２と制御回路２８との間には、出力トランス１０
の一次側共振周波数を検出し出力する周波数解析回路が
設けられている。

【００１１】出力トランス１０の一次側とスイッチング
素子３０，３４間には、共振コンデンサ（Ｃ１）が接続
され、出力トランス１０の二次側にはバラストコンデン
サ（Ｃ２）、冷陰極型蛍光ランプ２０、位相検出素子２
２が接続されている。出力トランス１０の一次側他端
は、スイッチング素子３２，３６のコレクタ間に接続さ
れ、出力トランスの二次側の他端は接地されている。冷
陰極型蛍光ランプ２０の通電回路に接続された位相検出
素子２２の一端は、周波数解析回路を介して、制御回路
を構成するオペアンプ２４の非反転端子と、オペアンプ
２６の反転端子とにコンデンサ（Ｃ３）を介して接続さ
れている。

【００１２】上記した構成において、電源スイッチがＯ
Ｎとなり、スイッチング素子３８，又は４０のいずれか
に論理回路（図示省略）からオン信号が瞬間的に供給さ
れると、直流電源がスイッチング素子３０，３６を通じ
て、あるいは、スイッチング素子３２，３４を通じて、
出力トランス１０に通電される。これにより、出力トラ
ンス１０が共振電圧を発生し、この共振電圧の周波数
は、位相検出素子２２により検出される。周波数解析回
路は、出力トランス１０の一次側の共振周波数を検出
し、一次共振電流と同相の一次共振位相信号を出力す
る。この一次側共振周波数の位相信号は、制御回路に入
力され、制御回路の互いに１８０度位相の異なる出力電
圧は、スイッチング素子３８，４０のベースに供給さ
れ、スイッチング素子３８，４０が出力トランス１０の
一次側共振周波数に対応してオンオフ制御される。スイ
ッチング素子４０のベースにオペアンプ２６からプラス
電圧が供給され、スイッチング素子４０がオンとなる
と、スイッチング素子３２、３４がオンとなり、スイッ
チング素子３２，３４を通じて出力トランス１０の一次
側に通電が成される。スイッチング素子４０のベースに
供給される電圧がマイナスとなると、スイッチング素子
３２，３４が遮断される。スイッチング素子３８がオン
となると、スイッチング素子３０，３６がオンとなり、
スイッチング素子３０，３６を通じて出力トランス１０
の一次側に通電が成され、ドライブ回路は出力トランス
１０の一次側共振周波数に対応して自励発振する。電源
オンオフ時、自励発振回路が確実に起動するように、起
動補償回路（図示省略）が設けられ、この起動補償回路
から起動補償信号が制御回路に入力される。

【００１３】冷陰極型蛍光ランプ２０の輝度調整は、外
部からスイッチング素子３８，４０のベースにバースト
信号を供給することにより行うことができる。出力トラ
ンス１０の一次側共振周波数の位相信号を取り出す方法
は、図示するように出力トランス二次側のランプ供電回
路に設けた抵抗を流れる電流の波形の変化を検出し、周
波数解析回路で一次共振位相信号を検出する方法以外
に、図４，５２に示すように、出力トランス１０の一次
側から、リード線２７により構成される位相検出手段に
よって直接一次側共振周波数信号を検出する方法が考え
られる。図４，５において、出力トランス１０の一次側
から、位相検出手段２７によって直接一次側共振周波数
信号を検出する構成以外は、図４，５に示す回路は、対
応する図１，２の構成と同一であり、同一の構成には同
一の符号を付し、対応関係を明らかにしている。図２に
おいて、オペアンプ２４，２６の出力電圧でスイッチン
グ素子３８，４０のベースに信号を供給するとき、トラ
ンジスタのベース・エミッタ間逆耐圧を考慮して、３〜
４Ｖ程度が望ましい。そこで、入力電源補正回路を使用
した場合等は、検出信号（ｅ１）が上下動するため、オ
ペアンプ２４，２６の入力側に自動レベル調整回路を設
けると良い。

【００１４】また、本実施形態の応用例として、出力ト
ランス１０を直列、並列に複数個接続し、出力トランス
を複数個同時駆動するようにしても良い。また、冷陰極
型蛍光ランプ２０も出力トランス１０の二次側にパラレ
ルに複数本接続するようにしても良い。出力トランスの
場合も冷陰極型蛍光ランプの場合も、自動的に共振周波
数で発振できるため、あまり効率を落とさずに駆動する
ことができる。図１，２に示す実施形態において、制御
回路を構成するオペアンプに何らかの外来ノイズ等が入
ったとき、スイッチング素子１４，１６又はスイッチン
グ素子３８，４０が同時オンしないようにするインター
ロック回路４６を、図３に示すように、制御回路２８の
検出部又は出力部に設けるとより確実な性能が得られ
る。また、位相検出素子２２からの位相信号を周波数解
析回路４７で解析して出力トランス１０の一次側共振周
波数を検出し、この一次共振位相信号をノイズキャンセ
ル回路４８を介して、誤動作防止回路５０に供給し、該
誤動作防止回路５０から正確な一次側共振位相信号が制
御回路２８に供給されることで、より確実な性能が得ら
れる。尚、本発明は、巻線トランスに特に限定されるも
のではなく、他のトランスを用いることができる。本発
明は上述の如く、ドライブ回路を出力トランスの一次側
共振周波数で自励発振するように構成したので、出力ト
ランスの一次側に電源電圧よりも高い共振電圧が得られ
る。そのため、出力トランスに高い昇圧比が不要とな
り、出力トランスの二次側の構造を簡単にでき、出力ト
ランスの小型化を達成することができる。

【００１５】

【発明の効果】本発明は上述の如く構成したので、出力
トランスの小型化を達成することができるとともに、効
率の良い自励発振回路を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す自励発振回路の回路図
である。

【図２】本発明の他の実施形態を示す自励発振回路の回
路図である。

【図３】本発明の他の実施形態を示す自励発振回路のブ
ロック回路図である。

【図４】本発明の他の実施形態を示す自励発振回路の回
路図である。

【図５】本発明の他の実施形態を示す自励発振回路の回
路図である。

【図６】自励発振回路の従来技術を示す回路図である。

【符号の説明】

２ 出力トランス ４ フィードバック巻線 ６ トランジスタ ８ トランジスタ １０ 出力トランス １２ａ 直流入力電源端子 １２ｂ 直流入力電源端子 １４ スイッチング素子 １６ スイッチング素子 １８ ドライブ回路 ２０ 冷陰極型蛍光ランプ ２２ 位相検出素子 ２４ オペアンプ ２６ オペアンプ ２８ 制御回路 ３０ スイッチング素子 ３２ スイッチング素子 ３４ スイッチング素子 ３６ スイッチング素子 ３８ スイッチング素子 ４０ スイッチング素子 ４２ コンデンサ ４４ コンデンサ ４６ インターロック回路 ４７ 周波数解析回路 ４８ ノイズキャンセル回路 ５０ 誤動作防止回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源を交流に変換するコンバータとし
   て用いられる自励発振回路であって、直流電源入力部
   と、出力トランスと、該出力トランスに誘起された一次
   共振電圧のフィードバック信号に基づいてスイッチング
   素子がオンオフしこのオンオフによって直流電源の前記
   出力トランスへの通電方向を正逆方向に変換して前記出
   力トランスの入力側に交流信号として入力するドライブ
   回路と、前記出力トランスの一次側に形成されたＬＣ共
   振回路と、前記出力トランスの一次共振波形の位相を検
   出し位相信号を出力する位相検出手段と、前記位相検出
   手段の出力信号を前記スイッチング素子をオンオフ制御
   するためのフィードバック信号として出力する制御回路
   とを備えたことを特徴とする自励発振回路。
2. 【請求項２】前記出力トランスの一次側にリード線を接
   続し、該リード線から出力トランスの一次共振位相信号
   を検出するようにしたことを特徴とする「請求項１」に
   記載の自励発振回路。
3. 【請求項３】前記制御回路を一対のオペアンプにより構
   成したことを特徴とする「請求項１」に記載の自励発振
   回路。