JP2004166446A - 直流−交流変換装置、及びそのコントローラｉｃ - Google Patents

直流−交流変換装置、及びそのコントローラｉｃ Download PDF

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Abstract

【課題】二次巻線が負荷に接続される変圧器の一次巻線に半導体スイッチ回路を設け、この半導体スイッチ回路の各スイッチをＰＷＭして定電流制御するインバータにおいて、負荷へ電力供給できる範囲を下限方向に広げるとともに、きめ細かい制御を可能とする。
【解決手段】ＰＷＭして定電流制御するとともに、間欠動作による制御を併用する。間欠動作の制御は、間欠動作オフ時に、ＰＷＭ制御の誤差信号を零にする。また、間欠動作のオフ時及びオン時に、ＰＷＭ制御の誤差信号を、帰還回路のコンデンサ電荷を充放電させることにより緩やかに減少し、あるいは増加させる。これにより、間欠動作のオン時、オフ時ともＰＷＭによる定電流制御をスロースタート、スローエンドに行う。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器付属の電源アダプタや、バッテリーなどの直流電源から、負荷を駆動するための交流電圧を発生する直流ー交流変換装置（以下、インバータという）、及びそのコントローラＩＣに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノートパソコンの液晶モニタや、液晶テレビ受像機などの液晶ディスプレイのバックライト光源として、冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ）が用いられるようになってきている。このＣＣＦＬは、通常の熱陰極蛍光灯とほぼ同様の高い効率と長い寿命を持っており、そして、熱陰極蛍光灯が持っているフィラメントを省いている。
【０００３】
このＣＣＦＬを起動及び動作させるためには、高い交流電圧を必要とする。例えば、起動電圧は約１０００ｖであり、動作電圧は約６００ｖである。この高い交流電圧を、インバータを用いて、ノートパソコンや液晶テレビ受像機などの直流電源から発生させる。
【０００４】
以前から、ＣＣＦＬ用インバータとして、ロイヤー（Ｒｏｙｅｒ）回路が一般的に用いられている。このロイヤー回路は、可飽和磁芯変圧器、制御トランジスタなどから構成され、そして、可飽和磁芯変圧器の非線形透磁率、制御トランジスタの非線形電流ゲイン特性により自己発振する。ロイヤー回路自身は外部クロックやドライバー回路を必要としない。
【０００５】
しかし、ロイヤー回路は、基本的には一定電圧インバータであり、入力電圧や負荷電流が変化する場合には一定出力電圧を維持できない。したがって、ロイヤー回路に電力を供給するためのレギュレータを必要とする。このようなことから、ロイヤー回路を用いたインバータは、小型化が難しく、また、電力変換効率も低い。
【０００６】
電力変換効率を高めるようにしたＣＣＦＬ用インバータが提案されている（特許文献１参照）。このインバータは、変圧器の一次巻線に第１半導体スイッチを直列に接続し、直列接続された第２半導体スイッチとコンデンサを変圧器の一次巻線に並列に接続し、かつ、変圧器の二次巻線に結合コンデンサと負荷とを直列に接続する。そして、変圧器の一次側電流を制御回路に帰還し、基準電圧と比較することにより制御信号を形成し、その制御信号により、第１，第２半導体スイッチをオン・オフ制御して、負荷に所定の交流電力を供給するようにしている。
【０００７】
また、４つの半導体スイッチを用いてフルブリッジ（Ｈブリッジ）型のＣＣＦＬ用インバータが提案されている（特許文献２参照）。このインバータでは、変圧器の一次巻線に、共振用コンデンサを直列に介して、Ｈブリッジの出力端を接続し、変圧器の二次巻線に負荷を接続する。Ｈブリッジを構成する４つの半導体スイッチのうちの、第１組の２つの半導体スイッチにより変圧器の一次巻線に第１方向の電流経路を形成し、第２組の２つの半導体スイッチにより変圧器の一次巻線に第２方向の電流経路を形成する。そして、変圧器の二次巻線に流れる電流を制御回路に帰還し基準電圧と比較することにより、固定された同一パルス幅で、そのパルスの相対位置が制御された制御信号を発生して、Ｈブリッジの半導体スイッチに供給し、負荷への供給電力を調整している。また、変圧器の二次巻線の電圧を検出して、過電圧保護を行うようにしている。
【０００８】
また、ＣＣＦＬに流れる電流を検出し、その電流が所定値となるようにインバータ電源装置の間欠動作における点灯／非点灯をパルス幅変調（ＰＷＭ）のデューティを調整して点灯／非点灯の時間比を調整するようにしたものも知られている（特許文献３参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−５０４８９号公報
【特許文献２】
米国特許第６２５９６１５号明細書
【特許文献３】
特開２００２−２２１７０１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１、２のインバータでは、負荷に流れる電流が所定値になるように半導体スイッチのオン期間を制御して、負荷への供給電力を制御している。負荷への供給電力を小さくするためには、半導体スイッチをオンするための制御パルスの幅を狭くすることになるが、制御パルスの幅を狭くして小さい電力を安定して負荷に供給するには限界がある。したがって、負荷であるＣＣＦＬの調光範囲を下限方向に拡げることは困難であった。
【００１１】
また、特許文献３のインバータでは、間欠動作における点灯（オン）／非点灯（オフ）の時間比を制御しているが、間欠動作のみではきめ細かい調光を行うことは困難である。
【００１２】
また、従来のものでは、インバータの起動時に、定電流制御のループ遅延や、過電圧保護の動作遅延により、負荷であるＣＣＦＬに過大電流が流れたり、過大な電圧が印加されてしまう。また、間欠動作におけるオンの立ち上がり時及び立ち下がり時に制御状態が急激に変動し、特に立ち上がり時には出力電流にオーバーシュートが発生する。この過大電流や、過大な電圧、あるいはオーバーシュートによって、負荷であるＣＣＦＬにストレスを与えることになり、その寿命低下の原因となっていた。また、変圧器や半導体スイッチ、電池電源などの主回路機器に、過大電流などに耐えられるものを必要としたり、変圧器の音鳴りの原因ともなっていた。
【００１３】
そこで、本発明は、二次巻線が負荷に接続される変圧器の一次巻線に半導体スイッチ回路を設け、この半導体スイッチ回路の各スイッチをパルス幅変調（ＰＷＭ）して定電流制御するとともに、間欠動作による制御を併用して、負荷へ電力供給できる範囲を広げるとともに、きめ細かい制御を可能とするインバータ及びそのコントローラＩＣを提供することを目的とする。
【００１４】
また、パルス幅変調（ＰＷＭ）して定電流制御するとともに、間欠動作による制御を行うものにおいて、間欠動作における制御状態の急激な変動を、起動時のスロースタートとは異なる簡易な構成で、抑制することができるインバータ及びそのコントローラＩＣを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のインバータは、一次巻線と少なくとも１つの二次巻線とを持つ変圧器ＴＲと、直流電源ＢＡＴから前記一次巻線に第１方向及び第２方向に電流を流すための半導体スイッチ回路１０１〜１０４と、
前記二次巻線に接続された負荷ＦＬに流れる電流を検出する電流検出回路と、三角波信号ＣＴを発生する三角波信号発生部と、
前記電流検出回路による電流検出信号に基づく誤差信号ＦＢと前記三角波信号ＣＴとを比較してＰＷＭ制御信号を発生するＰＷＭ制御信号発生部と、
間欠動作信号に基づいて間欠動作オフ時に前記誤差信号を実質上零に設定させる間欠動作制御部とを有し、
前記半導体スイッチ回路を前記ＰＷＭ制御信号にしたがってスイッチングすることを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載のインバータは、請求項１記載のインバータにおいて、前記ＰＷＭ制御信号発生部は、前記電流検出信号ＩＳを基準電圧と比較し、前記誤差信号ＦＢを発生する誤差増幅器２１１と、前記誤差信号ＦＢ及び前記三角波信号ＣＴが入力され、前記ＰＷＭ制御信号を発生するＰＷＭ比較器２１４と、前記誤差信号ＦＢを前記電流検出信号ＩＳに帰還するコンデンサ１３６を含む帰還回路とを有し、
前記間欠動作制御部は、間欠動作オフ時に前記誤差信号ＦＢが零になる方向に前記コンデンサ１３６に電荷を充電し、間欠動作オン時に前記誤差信号ＦＢが増加する方向に前記コンデンサ１３６の電荷を放電させることを特徴とする。
【００１７】
請求項３記載のコントローラＩＣは、負荷ＦＬを駆動する半導体スイッチ回路１０１〜１０４を制御するためのコントローラＩＣ２００であって、
三角波信号ＣＴを発生させるための三角波信号発振回路２０１と、
前記負荷ＦＬに流れる電流を検出した電流検出信号ＩＳに基づく誤差信号ＦＢと前記三角波信号ＣＴとを比較してＰＷＭ制御信号を発生させるためのＰＷＭ制御信号発生回路と、
間欠動作信号ＢＲＴに基づいて間欠動作オン時に前記誤差信号ＦＢを実質上零に設定させる間欠動作制御部とを有し、
前記半導体スイッチ回路を前記ＰＷＭ制御信号にしたがってスイッチングするための駆動信号を出力することを特徴とする。
【００１８】
請求項４記載のコントローラＩＣは、請求項３記載のコントローラＩＣにおいて、前記ＰＷＭ制御信号発生回路は、前記電流検出信号ＩＳを基準電圧と比較し、前記誤差信号ＦＢを発生する誤差増幅器２１１と、前記誤差信号ＦＢ及び前記三角波信号ＣＴが入力され、前記ＰＷＭ制御信号を発生するＰＷＭ比較器２１４と、前記誤差信号ＦＢを前記電流検出信号ＩＳに帰還するためのコンデンサ１３６が接続される帰還回路とを有し、
前記間欠動作制御部は、間欠動作オフ時に前記誤差信号ＦＢが零になる方向に前記コンデンサ１３６に電荷を充電し、間欠動作オン時に前記誤差信号ＦＢが増加する方向に前記コンデンサ１３６の電荷を放電させることを特徴とする。
【００１９】
請求項５記載のコントローラＩＣは、請求項４記載のコントローラＩＣにおいて、前記コンデンサ１３６を接続する帰還端子８Ｐ、前記電流検出信号ＩＳを入力する入力端子９Ｐを備えていることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の直流電源から、負荷を駆動するための交流電圧を発生するインバータ、及びそのコントローラＩＣの実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は、絶縁変圧器、フルブリッジ（Ｈブリッジ）のスイッチ回路を用いて、ＰＷＭ制御する本発明の実施の形態に係るインバータの全体構成を示す図であり、図２は、そのためのインバータ制御用のコントローラＩＣの内部構成を示す図である。
【００２２】
図１において、第１スイッチであるＰ型ＭＯＳＦＥＴ（以下、ＰＭＯＳ）１０１と第２スイッチであるＮ型ＭＯＳＦＥＴ（以下、ＮＭＯＳ）１０２とで、変圧器ＴＲの一次巻線１０５への第１方向の電流経路を形成する。また、第３スイッチであるＰＭＯＳ１０３と第４スイッチであるＮＭＯＳ１０４とで、変圧器ＴＲの一次巻線１０５への第２方向の電流経路を形成する。これらのＰＭＯＳ１０１，１０３、ＮＭＯＳ１０２、１０４は、それぞれボディダイオード（即ち、バックゲートダイオード）を有している。このボディダイオードにより、本来の電流経路と逆方向の電流を流すことができる。なお、ボディダイオードと同様の機能を果たすダイオードを別に設けてもよい。
【００２３】
直流電源ＢＡＴの電源電圧ＶＣＣがＰＭＯＳ１０１，１０３、ＮＭＯＳ１０２、１０４を介して変圧器ＴＲの一次巻線１０５に供給され、その２次巻線１０６に巻線比に応じた高電圧が誘起される。この誘起された高電圧が冷陰極蛍光灯ＦＬに供給されて、冷陰極蛍光灯ＦＬが点灯する。
【００２４】
コンデンサ１１１，コンデンサ１１２は、抵抗１１７，抵抗１１８とともに、冷陰極蛍光灯ＦＬに印加される電圧を検出して、コントローラＩＣ２００にフィードバックするものである。抵抗１１４，抵抗１１５は、冷陰極蛍光灯ＦＬに流れる電流を検出して、コントローラＩＣ２００にフィードバックするものである。また、コンデンサ１１１は、そのキャパシタンスと変圧器ＴＲのインダクタンス成分とで共振させるためのものであり、この共振には冷陰極蛍光灯ＦＬの寄生キャパシタンスも寄与する。１１３，１１６，１１９，１２０は、ダイオードである。また、１５１、１５２は電源電圧安定用のコンデンサである。
【００２５】
コントローラＩＣ２００は複数の入出力ピンを有している。第１ピン１Ｐは、ＰＷＭモードと間欠動作（以下、バースト）モードの切替端子であり、外部からそれらモードの切替及びバーストモード時のデューティ比を決定するデューティ信号ＤＵＴＹが入力される。第２ピン２Ｐは、バーストモード発振器（ＢＯＳＣ）の発振周波数設定容量接続端子であり、設定用コンデンサ１３１が接続され、バースト用三角波信号ＢＣＴが発生する。
【００２６】
第３ピン３Ｐは、ＰＷＭモード発振器（ＯＳＣ）の発振周波数設定容量接続端子であり、設定用コンデンサ１３２が接続され、ＰＷＭ用三角波信号ＣＴが発生する。第４ピン４Ｐは、第３ピン３Ｐの充電電流設定抵抗接続端子であり、設定用抵抗１３３が接続され、その電位ＲＴと抵抗値に応じた電流が流れる。第５ピン５Ｐは、接地端子であり、グランド電位ＧＮＤにある。
【００２７】
第６ピン６Ｐは、第３ピン３Ｐの充電電流設定抵抗接続端子であり、設定用抵抗１３４が接続され、内部回路の制御によりこの抵抗１３４が設定用抵抗１３３に並列に接続されるかあるいは切り離され、その電位ＳＲＴはグランド電位ＧＮＤか、第４ピン４Ｐの電位ＲＴになる。第７ピン７Ｐは、タイマーラッチ設定容量接続端子であり、内部の保護動作用の動作時限を決定するためのコンデンサ１３５が接続され、コンデンサ１３５の電荷に応じた電位ＳＣＰが発生する。
【００２８】
第９ピン９Ｐは、抵抗１４０を介して、冷陰極蛍光灯ＦＬに流れる電流に応じた電流検出信号（以下、検出電流）ＩＳが入力され、第１誤差増幅器に入力される。第８ピン８Ｐは、第１誤差増幅器出力端子であり、この第８ピン８Ｐと第９ピン９Ｐとの間にコンデンサ１３６が接続される。第８ピン８Ｐの電位が帰還電圧ＦＢとなり、ＰＷＭ制御のための制御電圧になる。以下、各電圧は、特に断らない限り、グランド電位を基準としている。
【００２９】
第１０ピン１０Ｐは、抵抗１３９を介して、冷陰極蛍光灯ＦＬに印加される電圧に応じた電圧検出信号（以下、検出電圧）ＶＳが入力され、第２誤差増幅器に入力される。第１０ピン１０Ｐには、コンデンサ１３７が第８ピン８Ｐとの間に接続される。
【００３０】
第１１ピン１１Ｐは、起動及び起動時間設定端子であり、抵抗１４３とコンデンサ１４２により、起動信号ＳＴが遅延された信号ＳＴＢが印加される。第１２ピン１２Ｐは、スロースタート設定容量接続端子であり、コンデンサ１４１がグランドとの間に接続され、起動時に徐々に上昇するスロースタート用の電圧ＳＳが発生する。
【００３１】
第１３ピン１３Ｐは、同期用端子であり、他のコントローラＩＣと協働させる場合に、それと接続される。第１４ピン１４Ｐは、内部クロック入出力端子であり、他のコントローラＩＣと協働させる場合に、それと接続される。
【００３２】
第１５ピン１５Ｐは、外付けＦＥＴドライブ回路のグランド端子である。第１６ピン１６Ｐは、ＮＭＯＳ１０２のゲート駆動信号Ｎ１を出力する端子である。第１７ピン１７Ｐは、ＮＭＯＳ１０４のゲート駆動信号Ｎ２を出力する端子である。第１８ピン１８Ｐは、ＰＭＯＳ１０３のゲート駆動信号Ｐ２を出力する端子である。第１９ピン１９Ｐは、ＰＭＯＳ１０１のゲート駆動信号Ｐ１を出力する端子である。第２０ピン２０Ｐは、電源電圧ＶＣＣを入力する電源端子である。
【００３３】
コントローラＩＣ２００の内部構成を示す図２において、ＯＳＣブロック２０１は、第３ピン３Ｐに接続されたコンデンサ１３２と第４ピン４Ｐに接続された抵抗１３３、１３４により決定されるＰＷＭ三角波信号ＣＴを発生し、ＰＷＭ比較器２１４に供給すると共に、内部クロックを発生しロジックブロック２０３に供給する。
【００３４】
ＢＯＳＣブロック２０２は、第２ピン２Ｐに接続されたコンデンサ１３１により決定されるバースト用三角波信号ＢＣＴを発生する。ＢＣＴ周波数は、ＣＴ周波数より、著しく低く設定される（ＢＣＴ周波数＜ＣＴ周波数）。第１ピン１Ｐに供給されるアナログのデューティ信号ＤＵＴＹと三角波信号ＢＣＴを比較器２２１で比較し、この比較出力でオア回路２３９を介して、ＮＰＮトランジスタ（以下、ＮＰＮ）２３４を駆動する。なお、第１ピン１Ｐにディジタルのデューティ信号ＤＵＴＹが供給される場合には、第２ピン２Ｐに抵抗を接続しＢＯＳＣブロック２０２からバースト用所定電圧を発生させる。
【００３５】
ロジックブロック２０３は、ＰＷＭ制御信号などが入力され、所定のロジックにしたがってスイッチ駆動信号を生成し、出力ブロック２０４を介して、ゲート駆動信号Ｐ１，Ｐ２，Ｎ１，Ｎ２を、ＰＭＯＳ１０１、１０３、ＮＭＯＳ１０２，１０４のゲートに印加する。
【００３６】
スロースタートブロック２０５は、起動信号ＳＴが入力され、コンデンサ１４２、抵抗１４３により緩やかに上昇する電圧ＳＴＢである比較器２１７への入力がその基準電圧Ｖｒｅｆ６を越えると、比較器２１７の出力により起動する。比較器２１７の出力は、ロジックブロック２０３を駆動可能にする。なお、２４９は、反転回路である。また、比較器２１７の出力により、オア回路２４３を介してフリップフロップ（ＦＦ）回路２４２をリセットする。スタートブロック２０５が起動すると、スロースタート電圧ＳＳが徐々に上昇し、ＰＷＭ比較器２１４に比較入力として入力される。したがって、起動時には、ＰＷＭ制御は、スロースタート電圧ＳＳにしたがって行われる。
【００３７】
なお、起動時に、比較器２１６は、入力が基準電圧Ｖｒｅｆ５を越えた時点で、オア回路２４７を介して、ＮＭＯＳ２４６をオフする。これにより、抵抗１３４を切り離し、ＰＷＭ用三角波信号ＣＴの周波数を変更する。また、オア回路２４７には、比較器２１３の出力も入力される。
【００３８】
第１誤差増幅器２１１には、冷陰極蛍光灯ＦＬの電流に比例した検出電流ＩＳが入力され、基準電圧Ｖｒｅｆ２（例、１．２５ｖ）と比較され、その誤差に応じた出力により、定電流源Ｉ１に接続されたＮＰＮ２３５を制御する。このＮＰＮ２３５のコレクタは第８ピン８Ｐに接続されており、この接続点の電位が帰還電圧ＦＢとなり、ＰＷＭ比較器２１４に比較入力として入力される。
【００３９】
ＰＷＭ比較器２１４では、三角波信号ＣＴと、帰還電圧ＦＢあるいはスロースタート電圧ＳＳの低い方の電圧とを比較して、ＰＷＭ制御信号を発生し、アンド回路２４８を介してロジックブロック２０３に、供給する。起動終了後の定常状態では、三角波信号ＣＴと帰還電圧ＦＢとが比較され、設定された電流が冷陰極蛍光灯ＦＬに流れるように自動的に制御される。
【００４０】
なお、第８ピン８Ｐと第９ピン９Ｐとの間には、コンデンサ１３６が接続されているから、帰還電圧ＦＢは滑らかに増加あるいは減少する。したがって、ＰＷＭ制御はショックなく、円滑に行われる。
【００４１】
第２誤差増幅器２１２には、冷陰極蛍光灯ＦＬの電圧に比例した検出電圧ＶＳが入力され、基準電圧Ｖｒｅｆ３（例、１．２５ｖ）と比較され、その誤差に応じた出力により、ダブルコレクタの一方が定電流源Ｉ１に接続されたダブルコレクタ構造のＮＰＮ２３８を制御する。このＮＰＮ２３８のコレクタはやはり第８ピン８Ｐに接続されているから、検出電圧ＶＳによっても 帰還電圧ＦＢが制御される。なお、帰還電圧ＦＢが基準電圧Ｖｒｅｆ１（例、３ｖ）を越えると、ＰＮＰトランジスタ（以下、ＰＮＰ）２３１がオンし、帰還電圧ＦＢの過上昇を制限する。
【００４２】
比較器２１５は、電源電圧ＶＣＣを抵抗２４０、２４１で分圧した電圧と基準電圧Ｖｒｅｆ７（例、２．２ｖ）とを比較し、電源電圧ＶＣＣが所定値に達した時点でその出力を反転し、オア回路２４３を介してＦＦ回路２４２をリセットする。
【００４３】
比較器２１８は、スロースタート電圧ＳＳを基準電圧Ｖｒｅｆ８（例、２．２ｖ）と比較し、電圧ＳＳが大きくなるとアンド回路２４４及びオア回路２３９を介してＮＰＮ２３４をオンする。ＮＰＮ２３４のオンにより、ダイオード２３２が電流源Ｉ２により逆バイアスされ、その結果第１誤差増幅器２１１の通常動作を可能にする。
【００４４】
比較器２１９は、ダブルコレクタの他方が定電流源Ｉ３に接続されたＮＰＮ２３８が第２誤差増幅器２１２によりオンされると、その電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ９（例、３．０ｖ）より低下し、比較出力が反転する。比較器２２０は、帰還電圧ＦＢを基準電圧Ｖｒｅｆ１０（例、３．０ｖ）と比較し、帰還電圧ＦＢが高くなると、比較出力が反転する。比較器２１９、２２０の出力及び比較器２１８の出力の反転信号をオア回路２４５を介してタイマーブロック２０６に印加し、所定時間を計測して出力する。このタイマーブロック２０６の出力により、ＦＦ２４２をセットし、このＦＦ回路２４２のＱ出力によりロジックブロック２０３の動作を停止する。
【００４５】
次に、以上のように構成されるインバータの動作、特に起動時の動作及びバーストモード時の動作を、図３，図４及び図５をも参照して説明する。図３は、図１及び図２から起動時のスロースタート及びバーストモードに関係する部分を取り出した説明用の回路図であり、図４、図５はその動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００４６】
さて、コントローラＩＣ２００に電源電圧ＶＣＣが供給されると、三角波信号発振回路であるＯＳＣブロック２０１、コンデンサ１３２、抵抗１３３で構成される三角波信号発生部から、コンデンサ１３２のキャパシタンスと、抵抗１３３の抵抗値で決定される周波数の三角波信号ＣＴが発生される。この三角波信号ＣＴが、ＰＷＭ比較器２１４の（＋）入力端子に入力される。
【００４７】
ＰＷＭ比較器２１４の２つの（−）入力端子の一方に入力される帰還電圧ＦＢは、電源電圧ＶＣＣが供給されて、定電流源Ｉ１、ＮＰＮ２３５、ＮＰＮ２３８から構成される共通化回路により高い値（上限値）になる。なお、この帰還電圧ＦＢの値はＰＮＰ２３１と基準電圧Ｖｒｅｆ１とにより、一定値に制限される。
【００４８】
しかし、ＰＷＭ比較器２１４の他方の（−）入力端子に入力されるスロースタート電圧ＳＳは、起動信号ＳＴを受けていないので零電圧である。ＰＷＭ比較器２１４は、帰還電圧ＦＢとスロースタート電圧ＳＳのうちの低い入力信号が優先されるので、まだ、ＰＷＭ比較器２１４からはＰＷＭ制御信号は出力されない。
【００４９】
起動信号ＳＴが外部からスロースタート回路であるスタートブロック２０５に供給されると、スタートブロック２０５内部の定電流源が駆動されて、その定電流がコンデンサ１４１に流れ込み始める。この定電流によってコンデンサ１４１が充電され、その充電時定数にしたがって、スロースタート電圧ＳＳが上昇を開始する。即ち、起動時のスロースタートが開始される。
【００５０】
ＰＷＭ比較器２１４では、徐々に上昇するスロースタート電圧ＳＳと三角波信号ＣＴとが比較され、スロースタート電圧ＳＳの値に応じたＰＷＭ制御信号が出力される。このＰＷＭ制御信号が、ロジックブロック２０３、出力ブロック２０４を介してＭＯＳＦＥＴ１０１〜１０４に供給されて、インバータ動作が行われる。
【００５１】
インバータの負荷である冷陰極蛍光灯ＦＬは、印加される電圧が所定の値になるまでは点灯しないから、スロースタートの最初の段階では出力電圧Ｖｏがスロースタート電圧ＳＳの上昇に連れて上昇する。したがって、従来のように、上限値にある帰還電圧ＦＢにしたがって過大な出力電圧Ｖｏ（例えば、２０００〜２５００ｖ）が冷陰極蛍光灯ＦＬに印加されることがない。また、過大な出力電圧Ｖｏの印加に伴う、突入電流の発生もないから、冷陰極蛍光灯ＦＬやインバータの主回路部品（ＭＯＳＦＥＴ１０１〜１０４、変圧器ＴＲ、電池ＢＡＴなど）に与える損傷やストレスを著しく低減する。
【００５２】
出力電圧Ｖｏ、出力電流Ｉｏが検出され、その検出電圧ＶＳ、検出電流ＩＳが第１誤差増幅器２１１、第２誤差増幅器２１２で基準電圧Ｖｒｅｆ２、基準電圧Ｖｒｅｆ３と比較され、その比較出力でＮＰＮ２３５、ＮＰＮ２３８を制御する。ＮＰＮ２３５、ＮＰＮ２３８が制御されるようになると、帰還電圧ＦＢが上限値から低下してくる。
【００５３】
出力電圧Ｖｏが上昇し、起動電圧（約１０００ｖ）に達すると、出力電流Ｉｏが流れ始めて冷陰極蛍光灯ＦＬが点灯すると共に、出力電圧Ｖｏは動作電圧（約６００ｖ）に低下する。この時点においても、過大な突入電流が流れることはない。そして、出力電流Ｉｏが徐々に上昇する一方、出力電圧Ｖｏはほぼ一定の動作電圧に維持される。また、帰還電圧ＦＢは、出力電圧Ｖｏあるいは出力電流Ｉｏが上昇し、ＮＰＮ２３５、ＮＰＮ２３８が制御されるようになると、帰還用のコンデンサ１３６、１３７を介した帰還作用により、上限値から徐々に低下してくる。
【００５４】
スロースタート電圧ＳＳが上昇すると共に、出力電流Ｉｏが増加して帰還電圧ＦＢが低下してくる。帰還電圧ＦＢがスロースタート電圧ＳＳと等しくなった時点において、ＰＷＭ比較器２１４での三角波信号ＣＴとの比較対象が、それまでのスロースタート電圧ＳＳから帰還電圧ＦＢに移る。これによりスロースタートが終了したことになる。このスロースタートに要する時間は、冷陰極蛍光灯ＦＬが停止している状態から立ち上がるために、比較的に長い。
【００５５】
出力電流Ｉｏは基準電圧Ｖｒｅｆ２で決まる所定値に一定制御される。冷陰極蛍光灯ＦＬの明るさは、それに流れる電流により決まり、この電流を維持するためにほぼ一定の動作電圧が印加される。したがって、電圧Ｖｏは、起動時に冷陰極蛍光灯ＦＬを点灯するために高い電圧が印加され、一旦点灯した後は低い動作電圧でよい。このため、定常状態では、帰還電圧ＦＢは、出力電流Ｉｏに基づいて決定されることになる。
【００５６】
なお、インバータが停止した場合に、再度の起動に備えて、コンデンサ１４１の蓄積電荷を放電する放電回路をスタートブロック２０５の内部に設ける。この放電は、例えば起動信号ＳＴにより行うことができる。
【００５７】
次に、バーストモードについて説明する。コントローラＩＣ２００に電源電圧ＶＣＣが供給されている状態では、バースト用三角波信号発振回路であるＢＯＳＣブロック２０２、コンデンサ１３１で構成されるバースト用三角波信号発生部から、コンデンサ１３１のキャパシタンスと内部抵抗の抵抗値で決定される周波数のバースト用三角波信号ＢＣＴが発生されている。バーストモードの制御は、は、デューティ信号ＤＵＴＹのレベルを変更して、バースト用三角波信号ＢＣＴと交叉させるかどうか、及び交叉されている時間を調整することにより、行われる。
【００５８】
図４を参照して、デューティ信号ＤＵＴＹがバースト用三角波信号ＢＣＴを越えているオンデューティ期間（ＯＮ ＤＵＴＹ）は、ＰＷＭ制御が行われる。一方、デューティ信号ＤＵＴＹがバースト用三角波信号ＢＣＴを下回っているオフデューティ期間（ＯＦＦ ＤＵＴＹ）は、ＰＷＭ制御が停止され、冷陰極蛍光灯ＦＬへの電力供給は停止される。
【００５９】
ＰＷＭ用三角波信号ＣＴの周波数は例えば１２０ＫＨＺであり、これを周波数が例えば１５０Ｈｚの三角波信号ＢＣＴでバースト制御するから、視覚上で何らの問題はない。そして、デューティ信号ＤＵＴＹの大きさを制御することにより、ＰＷＭ制御によって冷陰極蛍光灯ＦＬへ供給可能な範囲を超えて、さらに広範囲に電力供給、即ち光量の制御を行うことができる。
【００６０】
具体的に回路動作を見ると、図４、図５を参照して、オフデューティ期間では、比較器２２１の出力である間欠動作信号（バースト信号）ＢＲＴは低（Ｌ）レベルにあり、ＮＰＮ２３４はオフしている。
【００６１】
これにより、ダイオード２３２が定電流源Ｉ２により順バイアスされ、帰還回路のコンデンサ１３６は、定電流源Ｉ２からダイオード２３２を介して充電されている。したがって、検出電流ＩＳは高い値になり、第１誤差増幅器２１１の誤差出力は高いレベルにあり、ＮＰＮ２３５はオンしているから、帰還電圧ＦＢはほぼ零電圧である。
【００６２】
ＰＷＭ比較器２１４は、２つの負（−）入力のうちのより低い方の電圧と、正（＋）の三角波信号ＣＴとが比較されるから、オフデューティ期間では、図４の例えば左端側に示されるように、ＰＷＭ制御信号は出力されない。
【００６３】
時点ｔ１で、オフデューティ期間からオンデューティ期間へ移るときには、バースト信号ＢＲＴは、ＬレベルからＨレベルに変わり、ＮＰＮ２３４がオンする。これにより、ダイオード２３２が定電流源Ｉ２により順バイアスされている状態から解除される。
【００６４】
コンデンサ１３６に充電されている電荷は、定電流源Ｉ１、コンデンサ１３６、抵抗１４０、抵抗１１６の経路で放電される。このコンデンサ１３６の電荷の放電に伴い、検出電流ＩＳは緩やかに低下し、また帰還電圧ＦＢは同様に緩やかに上昇していく。そして、検出電流ＩＳが設定された所定値になる状態に到達し、通常のＰＷＭ制御が行われる。
【００６５】
このようにオフデューティ期間からオンデューティ期間へ移るときに、帰還電圧ＦＢは、ほぼ零電圧からコンデンサ１３６の放電動作による時間（図５で「α」にて表している）をかけて緩やかに上昇する。したがって、ＰＷＭ制御信号のパルス幅も狭い状態から徐々に広くなるから、出力電流Ｉｏはスロースタートして徐々に増加する。よって、オンデューティ期間への移行に伴う出力電流Ｉｏのオーバーシュートが、発生することはない。
【００６６】
オンデューティ期間では、バースト信号ＢＲＴは高（Ｈ）レベルになってＮＰＮ２３４はオンし、ダイオード２３４は逆バイアスされてオフしている。このとき、第１誤差増幅器２１１は入力される検出電流ＩＳに応じた出力を発生し、ＮＰＮ２３５の導通度を制御する。これにより、ＰＷＭ比較器２１４からＰＷＭ制御信号がロジックブロック２０３に供給されて、ゲート駆動信号Ｐ１〜Ｎ２が出力されて、ＰＭＯＳ１０１，１０３，ＮＭＯＳ１０２，１０４がＰＷＭ制御される。なお、図４のＴＯＦＦは、貫通電流を防止するために設定されている、同時オフ期間である。
【００６７】
時点ｔ２で、オンデューティ期間からオフデューティ期間へ移るときには、バースト信号ＢＲＴは、ＨレベルからＬレベルに変わり、ＮＰＮ２３４がオフする。これにより、ダイオード２３２が定電流源Ｉ２により順バイアスされる。
【００６８】
そして、コンデンサ１３６は、定電流源Ｉ２、コンデンサ１３６、ＮＰＮ２３５の経路で充電される。このコンデンサ１３６への電荷の充電に伴い、検出電流ＩＳは緩やかに上昇し、また帰還電圧ＦＢは同様に緩やかに低下していく（図５で「β」にて表している）。検出電流ＩＳは上限値（定電流源Ｉ２の電源電圧；３Ｖ）になり、帰還電圧ＦＢはほぼ零電圧になる。この場合には、ＰＷＭ制御は停止される。
【００６９】
このようにオンデューティ期間からオフデューティ期間へ移るときに、帰還電圧ＦＢは、ほぼＰＷＭ制御での値からコンデンサ１３６の充電動作による時間を掛けて緩やかに低下する。即ち、スローエンドする。したがって、ＰＷＭ制御信号のパルス幅も通常の制御状態から徐々に狭くなっていく。よって、オフデューティ期間への移行に伴う出力電流Ｉｏは、徐々に減少していく。
【００７０】
バーストモードにおいては、起動時とは異なり、既に冷陰極蛍光灯ＦＬは点灯状態にあるから、スロースタート及びスローエンドに掛ける時間は、起動時のスロースタートに要する時間より、短くする。
【００７１】
もし、起動時のソフトスタート用の回路を、バーストモードでのスロースタート及びスローエンドに用いる場合には、立ち上がりに要する時間α、立ち下がりに要する時間βが長くなり、負荷制御を正確に行うことが困難である。逆に、バーストモードでのスロースタート及びスローエンドに用いる回路を、起動時のソフトスタート用に用いる場合には、起動時の突入電流を有効に抑制することはできない。
【００７２】
本発明では、バーストモードにおけるスロースタート及びスローエンドを、帰還回路に設けられるコンデンサ１３６を利用して行い、その時間を決定している。したがって、格別に他の回路手段を設けることなく、ＰＷＭ制御のために設けられている回路素子を利用して、適切にスロースタート及びスローエンドを行うことができる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、負荷に供給される電流を定電流になるようにＰＷＭ制御するインバータやそのためのコントローラＩＣにおいて、半導体スイッチ回路の各スイッチをＰＷＭして定電流制御するとともに、間欠動作による制御を併用することにより、負荷へ電力供給できる範囲を広げるとともに、きめ細かい電力制御を可能とする。また、間欠動作オフ時にＰＷＭのための誤差信号を実質上零に設定させることにより、間欠動作を制御するから、簡易な構成とすることができる。
【００７４】
また、間欠動作の制御は、間欠動作オフへの移行時にＰＷＭ制御の誤差信号が零になる方向に帰還回路に含まれるコンデンサを充電し、間欠動作オンへの移行時にその誤差信号が零から増加する方向にそのコンデンサ電荷を放電させる。これにより、間欠動作のオフ時及びオン時に、ＰＷＭ制御の誤差信号が緩やかに減少し、あるいは緩やかに増加する。したがって、間欠動作のオン時、オフ時ともＰＷＭによる定電流制御がスロースタート、スローエンドにより行われるから、制御状態の急激な変動が抑制され、出力電流のオーバーシュートや変圧器の音鳴りを低減することができる。
【００７５】
また、間欠動作のスロースタート、スローエンドは、帰還回路のコンデンサへの充放電を利用して行うから、インバータ起動時のスロースタートとは別に、任意の短時間に設定することができる。したがって、間欠動作に適したスロースタート、スローエンドを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るインバータの全体構成図。
【図２】図１のためのコントローラＩＣの内部構成図。
【図３】スロースタート、スローエンドに関係する説明用の回路図。
【図４】図３の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図５】図３の動作を説明するための他のタイミングチャート。
【符号の説明】
ＴＲ 変圧器
ＦＬ 冷陰極蛍光灯
ＢＡＴ 直流電源
１０１、１０３ Ｐ型ＭＯＳトランジスタ
１０２、１０４ Ｎ型ＭＯＳトランジスタ
Ｐ１，Ｐ２，Ｎ１，Ｎ２ ゲート駆動信号
２００ コントローラＩＣ
２０１ ＯＳＣブロック
２０２ ＢＯＳＣブロック
２０３ ロジックブロック
２０４ 出力ブロック
２０５ スロースタートブロック
２１１ 第１誤差増幅器
２１２ 第２誤差増幅器
２１４ ＰＷＭ比較器
２２１ 比較器
２３１ ＰＮＰトランジスタ
２３２ ダイオード
２３４、２３５、２３８ ＮＰＮトランジスタ
１３１、１３２、１３６、１３７、１４１ コンデンサ
１３３、１３９、１４０ 抵抗
Ｖｒｅｆ１〜Ｖｒｅｆ３ 基準電圧
Ｉ１、Ｉ２ 定電流源
ＣＴ ＰＷＭ用三角波信号
ＢＣＴ バースト用三角波信号
ＤＵＴＹ デューティ信号
ＦＢ 帰還電圧
ＳＳ スロースタート電圧
ＩＳ 検出電流
ＶＳ 検出電圧
Ｖｏ 出力電圧
Ｉｏ 出力電流
ＳＴ 起動信号

Claims (5)

  1. 一次巻線と少なくとも１つの二次巻線とを持つ変圧器と、
    直流電源から前記一次巻線に第１方向及び第２方向に電流を流すための半導体スイッチ回路と、
    前記二次巻線に接続された負荷に流れる電流を検出する電流検出回路と、
    三角波信号を発生する三角波信号発生部と、
    前記電流検出回路による電流検出信号に基づく誤差信号と前記三角波信号とを比較してＰＷＭ制御信号を発生するＰＷＭ制御信号発生部と、
    間欠動作信号に基づいて間欠動作オフ時に前記誤差信号を実質上零に設定させる間欠動作制御部とを有し、
    前記半導体スイッチ回路を前記ＰＷＭ制御信号にしたがってスイッチングすることを特徴とする、直流−交流変換装置。
  2. 前記ＰＷＭ制御信号発生部は、前記電流検出信号を基準電圧と比較し、前記誤差信号を発生する誤差増幅器と、前記誤差信号及び前記三角波信号が入力され、前記ＰＷＭ制御信号を発生するＰＷＭ比較器と、前記誤差信号を前記電流検出信号に帰還するコンデンサを含む帰還回路とを有し、
    前記間欠動作制御部は、間欠動作オフ時に前記誤差信号が零になる方向に前記コンデンサに電荷を充電し、間欠動作オン時に前記誤差信号が増加する方向に前記コンデンサの電荷を放電させることを特徴とする、請求項１記載の直流−交流変換装置。
  3. 負荷を駆動する半導体スイッチ回路を制御するためのコントローラＩＣであって、
    三角波信号を発生させるための三角波信号発振回路と、
    前記負荷に流れる電流を検出した電流検出信号に基づく誤差信号と前記三角波信号とを比較してＰＷＭ制御信号を発生させるためのＰＷＭ制御信号発生回路と、
    間欠動作信号に基づいて間欠動作オン時に前記誤差信号を実質上零に設定させる間欠動作制御部とを有し、
    前記半導体スイッチ回路を前記ＰＷＭ制御信号にしたがってスイッチングするための駆動信号を出力することを特徴とするコントローラＩＣ。
  4. 前記ＰＷＭ制御信号発生回路は、前記電流検出信号を基準電圧と比較し、前記誤差信号を発生する誤差増幅器と、前記誤差信号及び前記三角波信号が入力され、前記ＰＷＭ制御信号を発生するＰＷＭ比較器と、前記誤差信号を前記電流検出信号に帰還するためのコンデンサが接続される帰還回路とを有し、
    前記間欠動作制御部は、間欠動作オフ時に前記誤差信号が零になる方向に前記コンデンサに電荷を充電し、間欠動作オン時に前記誤差信号が増加する方向に前記コンデンサの電荷を放電させることを特徴とする、請求項３記載のコントローラＩＣ。
  5. 前記コンデンサを接続する帰還端子、前記電流検出信号を入力する入力端子を備えていることを特徴とする、請求項４記載のコントローラＩＣ。
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