JP2005143253A

JP2005143253A - インバータ駆動回路

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Publication number: JP2005143253A
Application number: JP2003379374A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kono; 和夫河野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-11-10
Filing date: 2003-11-10
Publication date: 2005-06-02

Abstract

【課題】市販の電源制御ＩＣを利用してロイヤー方式などのインバータを効率的に駆動する。
【解決手段】電源制御ＩＣ２は発振回路６とＰＷＭ制御回路を内蔵し、発振周波数設定入力端子ＣＴとＰＷＭ制御用フィードバック入力端子２８とＰＷＭ制御用信号入力端子２６とオンオフスイッチング信号を出力する出力端子３０，３２を有する。インバータ３６は、出力トランスＴの一次側に接続する一対の半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を有し、出力トランスＴに冷陰極型蛍光ランプ３４が接続される。位相信号回路４４は入力された位相信号を発振周波数入力端子ＣＴに供給する。電源制御ＩＣ２の発振回路６を停止状態とする。冷陰極型蛍光ランプ３４の通電回路にシャント抵抗ＲＳを接続し、このシャント抵抗ＲＳとＰＷＭ制御用フィードバック入力端子２８とを接続し、出力トランスＴの一次側を位相信号回路４４の入力端に接続し、出力トランスＴの共振信号を位相信号回路４４の入力側に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的に使用され市販されているスイッチング電源用制御ＩＣやＤＣ／ＤＣコンバータ用制御ＩＣなどの電源制御ＩＣを使用した放電管等の負荷を駆動するためのインバータ駆動回路に関する。

従来、帰還巻線を持ったトランスによる並列共振を利用するロイヤー発振回路が良く知られている（例えば特許文献１参照）。このロイヤー発振回路は、ノート型パーソナル・コンピュータなどのＬＣＤ（液晶ディスプレイ）のバックライト用冷陰極型蛍光ランプを点灯するためのインバータ装置に用いられている。また、従来、スイッチング電源用制御ＩＣやＤＣ／ＤＣコンバータ用制御ＩＣが市販されスイッチング電源として利用されている。
特開２０００−２６０５９２号公報（第１ページ、第１図）

ロイヤー方式の自励発振回路をＦ巻線（帰還巻線）を用いないで駆動したり、あるいはＰＷＭ機能や調光機能あるいは保護回路を付加するには、新たな回路の開発が必要であり、コストもかかるという問題点がある。同様に、ハーフブリッジ型に配置した一対の半導体スイッチング素子を交互に高速でオンオフ制御するためには、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御や調光、保護機能を備えた安定的で効率の高いスイッチング信号の発振を行うインバータ制御回路を新たに開発しなければならなかった。
本発明は上記問題点を解決することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、任意の周波数に設定可能な発振回路と該発振回路の出力をＰＷＭ制御しオンオフスイッチング信号として出力するＰＷＭ制御回路を内蔵し前記ＰＷＭ制御回路の入力部に直接接続する前記発振回路の発振周波数設定入力端子とＰＷＭ制御用フィードバック入力端子とＰＷＭ制御用信号入力端子と前記オンオフスイッチング信号を出力する出力端子とを有する電源制御用ＩＣと、出力トランスの一次側に接続する一対の半導体スイッチング素子の制御端子にオンオフ信号を交互に供給することで前記出力トランスの一次側を駆動し前記出力トランスの二次側に高圧の交流電力を発生させ該二次側に負荷を接続したインバータと、入力された位相信号を前記発振周波数入力端子に供給する位相信号回路とを備え、前記電源制御ＩＣの発振回路を停止状態とし、前記負荷の通電回路にシャント抵抗を接続し、該シャント抵抗と前記ＰＷＭ制御用フィードバック入力端子とを接続し、前記出力トランスの一次側を前記位相信号回路の入力端に接続し、該出力トランスの共振信号を位相信号回路の入力側に供給するようにしたものである。

また本発明は、前記インバータは、出力トランスの一次巻線と共振コンデンサとからなる並列共振回路を有するロイヤー方式のインバータにより構成され、前記一次巻線と共振コンデンサとの接続点を前記位相信号回路の入力端に接続したものである。

また本発明は、前記インバータは、ハーフブリッジ型に配置された一対の半導体スイッチング素子を有し、該一対の半導体スイッチング素子に接続されたキャパシタと出力トランスの一次巻線により直列共振回路を構成し、該直列共振回路の中点を前記位相信号回路の入力端に接続したものである。

本発明は、ロイヤー方式あるいはハーフブリッジ型のインバータのＰＷＭ制御や調光制御を安価に実現でき、当該インバータを安定的に且つ効率よく駆動することができる。

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、２は、市販の一般的なスイッチングレギュレータＩＣ（集積回路）あるいはＤＣ／ＤＣコンバータなどの電源制御ＩＣであり、図５に示すように、レギュレータ４、ＰＷＭ制御用発振回路、エラーアンプ８、ＰＷＭ制御用コンパレータ１０、スイッチオンの出力が２つの出力端から同時に出力しないように回路を保護するためのデッドタイムコンパレータ１２、アンド回路１４、論理回路１６が内蔵され、ＶＣＣ電源端子１８、ＲｅｆＯｕｔ基準電圧出力端子２０、ＲＴグランド端子２２、ＣＴキャパシタ接続端子２４，ＰＷＭ制御信号入力端子２６、フィードバック信号入力端子２８、スイッチングオンオフ信号出力端子３０，３２、グランド端子３４を備えている。

上記電源制御ＩＣは、発振回路６のＲＴ端子２２をレギュレータ６のＲｅｆＯｕｔ端子２０に接続することで論理上、ＲＴ端子２２をＨｉとし、発振回路６を停止させている。前記ＣＴ端子２４は、発振回路６の発振周波数を決定するコンデンサの接続端子であり、該ＣＴ端子２４は、エラーアンプ８とともに、ＰＷＭ制御を行うＰＷＭコンパレータ１０の制御入力に直接接続されている。ＣＴ端子２４に正弦波の位相信号を入力すると、この位相信号は、ＰＷＭコンパレータ１０によって、エラーアンプ８からの出力に応じてＰＷＭ制御され、アンド回路１０を経て、論理回路１６に入力され、該論理回路１６から、一対の半導体スイッチング素子をオンオフ制御するためのスイッチング信号出力１とスイッチング信号出力２として出力されるように構成されている。

前記出力１と出力２は前記デッドタイムコンパレータ１２により同時にオンしないように設定されている。図２は、冷陰極型蛍光ランプ３４を駆動するロイヤー方式のインバータ３６を示し、巻線型トランスＴの二次巻線ＳにバラストコンデンサＣＢを介して、冷陰極型蛍光ランプ３４の一方の電極が接続され、他方の電極は、シャント抵抗ＲＳを介して接地されている。シャント抵抗ＲＳの一端は、リード線４０を介して電源制御ＩＣ２の入力端２８に接続している。Ｑ１，Ｑ２はバイポーラ・トランジスタで構成される半導体スイッチング素子であり、該半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の各ベースは、抵抗Ｒ，Ｒを介して、出力トランスＴの一次巻線Ｐ１，Ｐ２の中点タップにリード線を介して接続するとともに、チョークコイルＣＨを介してプラス電源線に接続している。

半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の各エミッタは図示の如くリード線を介して接地され、半導体スイッチング素子Ｑ１のコレクタは、出力トランスＴの一次巻線Ｐ１の一端に接続し、半導体スイッチング素子Ｑ２のコレクタは、一次巻線Ｐ２の一端に接続している。ＣＴは共振コンデンサであり、出力トランスＴの一次巻線の両端に接続している。前記一次巻線Ｐ１の一端は、リード線４２を介して、位相信号回路４４に接続されている。一次巻線Ｐ１の一端は、キャパシタＣ、抵抗Ｒを介して接地され、一次巻線Ｐ１の一端の共振電圧位相信号が、抵抗Ｒ，Ｒを介して、位相信号回路４４に入力されるように構成されている。

一次巻線Ｐ２の一端も同様に、リード線を介して、位相信号回路４４に接続されている。前記半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の各ベースは、リード線を介して、電源制御ＩＣ２の出力端３０，３２に接続している。
上記ロイヤー式インバータ３６は、電源制御ＩＣ２の出力端子３０，３２から出力されるオンオフ信号によって、２個の半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にオンオフされ、出力トランスＴの一次巻線Ｐ１，Ｐ２を駆動し、二次側巻線Ｓに高圧の交流電力を得る。シャント抵抗ＲＳから検出されたランプ３４に流れる負荷電流の検出信号は、電源制御ＩＣ２のフィードバック信号入力端２８に供給される。

この検出信号と入力端２６に入力される調光信号に基づいて、位相信号はＰＷＭコンパレータ１０によってＰＷＭ制御され、論理回路１６に入力される。論理回路１６は、ＰＷＭ制御された位相信号をスイッチング素子をオンオフするのに適した信号に変換し、出力端子３０，３１から出力する。このＰＷＭ制御により、ランプ３４の電流を一定に保つ。この電流の目標値は、エラーアンプ８の入力端子２６に入力される調光信号によって与えられる。出力トランスＴの駆動は、電源制御ＩＣ２のＣＴ入力端子２４に入力される一次共振周波数に対応する位相信号（帰還信号）に基づき正確に行われる。そのため、負荷状態の変化によって、並列共振回路の周波数が変化しても、自励発振の特徴として発振周波数がその変化に追随し、安定した強力な正弦波発振を継続することができる。そして、入力端２８に入力される電流検出信号に応じて、電源制御ＩＣ２のＰＷＭ制御により、半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の導通角が制御され、出力トランスＴの出力電力が制御される。

前記位相信号回路４４は、出力トランスＴの一次側共振電圧信号の両波の位相信号に基づいて、電源制御ＩＣ２に供給する位相信号を造出しているが、図３に示すように、出力トランスＴの一次巻線に発生する共振電圧信号の片波の位相信号に基づいて、電源制御ＩＣ２に供給する位相信号を造出するようにしても良い。図３の回路の、片波検出の構成以外の他の構成は、図２に示す構成と同一である。また、上記電源制御ＩＣ２により駆動されるインバータは、図２及び図３に示すロイヤー式のインバータに特に限定されるものではなく、図４に示すように、半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２として電界型トランジスタ（ＦＥＴ）を用い、該半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をハーフブリッジ型に配置した一次直列共振型のインバータにも応用することができる。半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の各ゲートは、リード線４６，４８を介して電源制御ＩＣ２の出力端子３０，３２に接続している。

半導体スイッチング素子Ｑ１とＱ２とは互いのドレインが接続され、この接続点ｎと、アースとの間には、共振キャパシタＣＴと出力トランスＴの一次巻線Ｐとで構成される直列共振回路が接続されている。この直列共振回路の中点ｍにはリード線５０が接続され、該リード線５０は、移相回路５２を介して、位相信号回路４４に接続している。出力トランスＴの二次側Ｓの構成は、図２に示す回路と同一である。
上記した構成において、半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、電源制御ＩＣ２の出力端子３０，３２から出力されるオンオフ信号によってオンオフ制御され、出力トランスＴの一次巻線Ｐが駆動される。これにより、二次巻線Ｓに高圧の交流電圧が得られランプ３４が点灯する。その他の動作は、図２の実施形態で説明した動作と同一でありその説明を省略する。

本発明の実施形態を示す全体のブロック電子回路図である。ロイヤー方式のインバータの回路図である。ロイヤー方式のインバータの回路図である。ハーフブリッジ型インバータの回路図である。電源制御ＩＣのブロック回路図である。

符号の説明

２電源制御ＩＣ
４レギュレータ
６発振回路
８エラーアンプ
１０コンパレータ
１２デッドタイムコンパレータ
１４アンド回路
１６論理回路
１８電源端子
２０端子
２２端子
２４端子
２６端子
２８端子
３０端子
３２端子
３４冷陰極型蛍光ランプ
３６インバータ
３８出力トランス
４０リード線
４２リード線
４４位相信号回路
４６リード線
４８リード線
５０リード線
５２移相回路

Claims

任意の周波数に設定可能な発振回路と該発振回路の出力をＰＷＭ制御しオンオフスイッチング信号として出力するＰＷＭ制御回路を内蔵し前記ＰＷＭ制御回路の入力部に直接接続する前記発振回路の発振周波数設定入力端子とＰＷＭ制御用フィードバック入力端子とＰＷＭ制御用信号入力端子と前記オンオフスイッチング信号を出力する出力端子とを有する電源制御用ＩＣと、出力トランスの一次側に接続する一対の半導体スイッチング素子の制御端子にオンオフ信号を交互に供給することで前記出力トランスの一次側を駆動し前記出力トランスの二次側に高圧の交流電力を発生させ該二次側に負荷を接続したインバータと、入力された位相信号を前記発振周波数入力端子に供給する位相信号回路とを備え、前記電源制御ＩＣの発振回路を停止状態とし、前記負荷の通電回路にシャント抵抗を接続し、該シャント抵抗と前記ＰＷＭ制御用フィードバック入力端子とを接続し、前記出力トランスの一次側を前記位相信号回路の入力端に接続し、該出力トランスの共振信号を位相信号回路の入力側に供給するようにしたことを特徴とするインバータ駆動回路。
前記インバータは、出力トランスの一次巻線と共振コンデンサとからなる並列共振回路を有するロイヤー方式のインバータにより構成され、前記一次巻線と共振コンデンサとの接続点を前記位相信号回路の入力端に接続したことを特徴とする請求項１に記載のインバータ駆動回路。
前記インバータは、ハーフブリッジ型に配置された一対の半導体スイッチング素子を有し、該一対の半導体スイッチング素子に接続されたキャパシタと出力トランスの一次巻線により直列共振回路を構成し、該直列共振回路の中点を前記位相信号回路の入力端に接続したことを特徴とする請求項１に記載のインバータ駆動回路。