JP2006024511A

JP2006024511A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2006024511A
Application number: JP2004203316A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Matsushima; 光男松島
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2006-01-26
Also published as: US7215087B2; US20060017403A1; CN1719960A; DE602005000801T2; EP1615481A1; EP1615481B1; DE602005000801D1

Abstract

【課題】回路部品数を増やすことなく、単一の制御回路によりマルチフェーズ方式の調光を行なう安価な放電灯点灯装置を提供する
【解決手段】本発明に係る放電灯点灯装置１０は、昇圧トランス３の二次側の一端を可変インダクタンス素子４Ａ、４Ｂを介して放電灯５ａ、５ｂの一端側に接続し、放電灯５ａ、５ｂの他端側に管電流制御回路７に接続する管電流検出部６を設け、さらに、管電流制御回路７の前段部にスイッチＱ６を設けて位相調整回路８の出力信号をスイッチＱ６を介して管電流検出部６と管電流制御回路７との接続中点に接続し、管電流制御回路７からの位相をずらした出力信号によって可変インダクタンス素子４Ａ、４Ｂのインダクタンスを可変させ、放電灯５ａ、５ｂの管電流を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電灯点灯装置に係り、詳しくは、液晶表示装置のバックライトとして使用される複数の放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に関する。

フラットパネル表示装置の一つである液晶表示装置は多岐にわたって使用されているが、液晶表示装置は液晶自身が発光しないため、画面の良好な表示を確保するためには照明装置を必要とし、この照明装置の一つとして液晶の背面から照明を行うバックライト装置がある。このバックライト装置は放電灯として冷陰極管を用いたものが主流となっており、この冷陰極管を駆動するためのインバータを有した放電灯点灯装置を備えている。

近年、大型の液晶表示装置を使用した液晶テレビに代表されるような液晶表示装置の大型化に伴い、液晶表示装置の画面照度を確保するために、放電灯を複数本用いて多灯化されたバックライト装置が使用されている。

このようなバックライト装置には、液晶表示装置の使用環境等に応じて冷陰極管の明るさ（輝度）を可変させる機能を有するものがあり、その輝度調整方法の一つとしていわゆるバースト調光方式がある。バースト調光方式は、駆動電源電圧を間欠的に出力して冷陰極管に消灯期間と点灯期間とを形成し、冷陰極管に流れる高周波電流の間欠動作におけるオン期間とオフ期間との比、すなわち点灯期間と消灯期間の比を可変することによって、時間平均的な輝度を制御する方式である。

しかしながら、バースト調光方式において複数の冷陰極管を単に所定の出力波形で間欠的に点灯させた場合には、すべての冷陰極管に対する電流のオン、オフが同時に発生することになり、この動作が繰返されることによって、電圧を供給しているスイッチング電源の電流リップルが増大するため、スイッチング電源の負荷電流を大きくする必要が生じるという問題があり、それによってスイッチング電源のコストが増大する。

このような電流リップルを改善する方法として、各放電灯の点消灯動作を制御する制御回路の出力の位相をずらし、各放電灯を流れる管電流の位相をずらすことによってリップル率の改善を図った、いわゆるマルチフェーズ方式の放電灯点灯装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図３は、特許文献１に記載の放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック図である。この放電灯点灯装置は、調光信号発生回路１０４およびスイッチ回路１０５を冷陰極管１０７が接続される共振回路１０６ごとに冷陰極管１０７の本数分設け、ＰＷＭタイミング信号１０１を受けたタイミング信号発生回路１０３が調光信号発生回路１０４を選択することによって、それぞれの冷陰極管１０７を順次駆動し、点灯させている。
特開２００２−１５８９５号公報

しかしながら、図３に示したような放電灯点灯装置では、各放電管の点消灯の位相をずらすことによりスイッチング電源の電流リップルの改善を図ることはできるものの、調光信号発生回路およびスイッチ回路を、冷陰極管が接続される共振回路ごとに冷陰極管の本数分設ける必要があり、多くの制御ＩＣや付随する回路部品を必要とする結果、コストが増大し、放電灯点灯装置のコスト低減が困難であるという問題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、回路部品数を増やすことなく、単一の制御回路によりマルチフェーズ方式の調光を行なう安価な放電灯点灯装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、直流電源と制御回路とスイッチング素子と昇圧トランスとを備え、前記直流電源に接続された前記スイッチング素子は前記制御回路からの信号にて前記昇圧トランスの一次側を駆動して該昇圧トランスの二次側に接続した放電灯を点灯させる放電灯点灯装置であって、前記昇圧トランスの二次側の一端は可変インダクタンス素子を介して前記放電灯の一端側に接続し、他端はＧＮＤに接続してなり、前記可変インダクタンス素子と前記放電灯との間に設けたコンデンサと前記昇圧トランスの漏れインダクタンスと前記可変インダクタンス素子のインダクタンスとで直列共振回路を形成し、かつ前記放電灯の他端側に管電流検出部を設け、該管電流検出部の信号を管電流制御回路に接続し、該管電流制御回路の前段部にスイッチを設け、位相調整回路の出力信号を前記スイッチを介して前記管電流検出部と前記管電流制御回路との接続中点に接続し、前記管電流制御回路からの位相をずらした出力信号を前記可変インダクタンス素子に接続して可変インダクタンス素子のインダクタンスを可変させ、前記放電灯の管電流を制御することを特徴とする。

また、本発明は、前記可変インダクタンス素子と放電灯との間に設けたコンデンサと前記昇圧トランスの漏れインダクタンスと前記可変インダクタンス素子のインダクタンスとで形成される直列共振回路と、前記放電灯の他端側に接続した管電流検出部と、前記管電流制御回路とを前記昇圧トランスの二次側に複数組具備してなることを特徴とする。

また、本発明は、前記管電流制御回路がオペアンプとトランジスタを具備し、前記管電流検出部からの信号と基準電圧を前記オペアンプに入力し、該オペアンプの出力を前記トランジスタのベースに接続し、該トランジスタのコレクタを前記可変インダクタンス素子に接続して可変インダクタンス素子のインダクタンスを可変してなることを特徴とする。

また、本発明は、前記可変インダクタンス素子がトランスを構成し、該トランスの制御巻線の両端にスナバ回路を接続してなることを特徴とする。

また、本発明は、前記放電灯点灯装置が液晶表示装置用のバックライト装置に組み込まれてなることを特徴とする。

本発明によれば、複数の放電灯に流れる電流を均等にして各放電灯の輝度のバラツキを低減することができると共に高耐圧の回路部品数を増やすことなく、安価な放電灯点灯装置を提供することができる。

また、本発明に係る放電灯点灯装置によれば、昇圧トランスには漏れインダクタンスが存在するため、管電流の制御に必要なインダクタンスは昇圧トランスの漏れインダクタンスと可変インダクタンス素子のインダクタンスとで調整される結果、可変インダクタンス素子の小型化が可能となる。

さらに、位相調整回路の信号を管電流検出部と管電流制御回路の接続中点に接続し、管電流の位相をずらす構成としたので、インバータ回路や制御回路を各放電灯ごとに備える必要がなく、出力波形の立ち上がりタイミングによる電流リップルを改善できる。

以下、本発明に係る放電灯点灯装置の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、例えば冷陰極管である２灯の放電灯を点灯する場合の回路構成を例として、本発明の第１の実施形態における放電灯点灯装置を示す回路構成図である。この放電灯点灯装置１０において、直流電源１の両端にはスイッチング素子であるトランジスタＱ１、Ｑ２の直列回路とスイッチング素子であるトランジスタＱ３、Ｑ４の直列回路が並列に接続されており、トランジスタＱ１とトランジスタＱ２の接続点とトランジスタＱ３とトランジスタＱ４の接続点を昇圧トランス３の一次巻線Ｎｐに接続し、いわゆるフルブリッジが構成されている。

制御回路２は放電灯点灯装置１０を制御するための回路であって、昇圧トランス３の一次側を駆動するための駆動周波数を設定する発振回路などを具備しており、制御回路２からの出力信号によってトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を所定のタイミングでオン、オフ動作させて交流電圧を発生させる。その際、この駆動周波数は、昇圧トランス３の二次側に形成される後述する直列共振回路の共振周波数よりも高い値に設定されている。

なお、本実施形態では、昇圧トランス３の一次側には、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４により構成されたフルブリッジが接続されるものとしたが、本発明は、このようなフルブリッジに限定されるものではなく、ハーフブリッジで構成してもよい。ただし、フルブリッジはハーフブリッジよりも高効率にスイッチング動作を実行できるため、より好適である。

昇圧トランス３の二次巻線Ｎｓの一端は、可変インダクタンス素子であるトランス４Ａ、４Ｂの巻線４ａ、４ａを介して放電灯５ａ、５ｂの一端側に接続され、昇圧トランス３の二次巻線Ｎｓの他端はＧＮＤされている。以下、放電灯５ａを含む回路を用いてその構成を説明する。

昇圧トランス３の二次側には、昇圧トランス３の漏れインダクタンスＬe、トランス４ＡのインダクタンスＬｖ、およびコンデンサＣ１、Ｃｐによる直列共振回路が形成される。ここで、コンデンサＣ１は共振周波数の調整用として回路に接続されるコンデンサであり、コンデンサＣｐは浮遊容量を表わす。

放電灯５ａの他端側には管電流検出部６が設けられている。管電流検出部６は管電流検出用抵抗Ｒ４と整流用ダイオードＤ１からなり、放電灯５ａを流れる管電流ＩＬは、管電流検出用抵抗Ｒ４によって電圧に変換され、その電圧は、放電灯５ａと管電流検出用抵抗Ｒ４の接続中点に接続された整流用ダイオードＤ１によって整流されて、管電流制御回路７を構成するオペアンプ７ａの反転入力端子に出力される。

オペアンプ７ａの非反転入力端子には基準電圧Ｖrefが入力され、整流用ダイオードＤ１を介して整流された電圧と基準電圧Ｖrefとが比較されて、その出力がトランジスタＱ５のベースに印加される。トランジスタＱ５のコレクタは、トランス４Ａの制御巻線４ｂに接続されており、トランス４Ａのインダクタンス値は、オペアンプ７ａの出力電圧に応じて増減するトランジスタＱ５のコレクタ電流、すなわち制御巻線４ｂに流れる電流の増減によって制御される。具体的には、トランス４Ａのインダクタンス値は、制御巻線４ｂの電流値が大きくなるほど小さくなるように変動する。

また、トランス４Ａの制御巻線４ｂの両端には、逆起電力発生時の高いスパイク電圧を防止するためにコンデンサＣ４と抵抗Ｒ５を直列に接続したスナバ回路が接続されている。

ここで、位相調整回路８からの出力信号がないものとして、本実施形態における放電等点灯装置の通常の輝度調整動作について説明する。放電灯５ａに流れる管電流ＩＬが所定の値よりも小さくなった場合、管電流検出用の抵抗Ｒ４の電圧が下がり、したがってオペアンプ７ａの出力電圧が上昇し、トランジスタＱ５のベース電流が増加してコレクタ電流も増加する。このため、トランス４Ａの制御巻線４ｂに流れる電流が増えることによって、可変インダクタンス素子であるトランス４Ａのインダクタンス値が小さくなり、昇圧トランス３の二次側に形成される共振回路の共振周波数（ｆ₀＝１／２π√（Ｌe＋Ｌｖ）×（Ｃ１＋Ｃｐ））が上昇する。昇圧トランス３の一次側の駆動周波数は、上述したように昇圧トランス３の二次側に形成される共振回路の共振周波数ｆ₀よりも高くなるように設定されているため、共振周波数ｆ₀が昇圧トランス３の一次側の駆動周波数に近づく結果、駆動周波数における共振回路のインピーダンスが下がり、放電灯５ａに流れる管電流ＩＬが増大する。

一方、放電灯５ａに流れる管電流ＩＬが所定の値よりも大きくなった場合には、管電流検出用抵抗Ｒ４の電圧が上がり、オペアンプ７ａの出力電圧が低下し、トランジスタＱ５のベース電流が低下してコレクタ電流も低下する。このため、トランス４Ａの制御巻線４ｂに流れる電流が低下することによって、可変インダクタンス素子であるトランス４Ａのインダクタンス値が大きくなる。この結果、昇圧トランス３の二次側の共振回路の共振周波数ｆ₀が下がり、この共振周波数ｆ₀よりも高い値に設定されている昇圧トランス３の一次側の駆動周波数から離れるため、駆動周波数における共振回路のインピーダンスが上がり、放電灯５ａに流れる管電流ＩＬが減少する。

なお、昇圧トランス３の二次巻線Ｎｓに並列に接続した放電灯５ｂを含んだ回路構成は、放電灯５ａを含んだ回路構成と同一の回路構成となっている。放電灯５ｂに流れる管電流ＩＬと可変インダクタンス素子であるトランス４Ｂの動作は放電灯５ａに流れる管電流ＩＬと可変インダクタンス素子であるトランス４Ａの動作と同じであるため、その説明は省略する。

本実施形態において、各放電灯の間欠的な点消灯動作によるバースト調光は、位相調整回路８からの出力信号に応じてスイッチＱ６をオン、オフすることによって実施される。そのため、位相調整回路８からの出力は、スイッチＱ６を介して管電流検出部６と管電流制御回路７との接続中点に接続されており、本実施形態では、位相調整回路８からの出力は、ＮＰＮ型トランジスタであるスイッチＱ６のベースに入力され、スイッチＱ６のコレクタは直流電源Ｖcc（＞Ｖref）に、エミッタは整流用ダイオードＤ１とオペアンプ７ａの反転入力端子の入力抵抗Ｒ３との接続中点に、それぞれ接続されている。

次に、上述したような構成によるバースト調光動作を説明する。位相調整回路８からの出力信号がＬｏｗレベルであり、スイッチＱ６がオフ状態の場合は、可変インダクタンス素子であるトランス４Ａの制御巻線４ｂには設定された基準電圧Ｖrefに応じた電流が流れ、放電灯５ａは、上述したような通常の輝度調整の下に所定の管電流ＩＬが維持されて点灯する。一方、位相調整回路８からの出力信号がＨｉｇｈレベルになり、スイッチＱ６がオン状態になると、オペアンプ７ａの反転入力端子の入力電圧はＶcc（＞Ｖref）に固定されるため、管電流検出部６からの出力電圧に関わらずトランジスタＱ５はオフになり、可変インダクタンス素子であるトランス４Ａの制御巻線４ｂには電流が流れなくなる。これによって、トランス４Ａのインダクタンス値が増大し、放電灯５ａは、放電が維持できずに消灯する。

位相調整回路８による同様の点消灯制御は、放電灯５ｂ及び可変インダクタンス素子であるトランス４Ｂを含む回路構成に対しても実施され、その際、位相調整回路８の出力出信号の波形は、各放電灯５ａ、５ｂを含むそれぞれの回路構成に対してずれた位相を有するように設定されて、各放電灯５ａ、５ｂは、それぞれの放電灯を間欠的に流れる管電流ＩＬの位相がずれたマルチフェーズ方式によって駆動される。これによって、出力波形の立ち上がりタイミングが重なり合って電流リップルが大きくなることがない。

このように、放電灯に流れる管電流の制御を放電灯ごとに行うことによって、放電灯の管電流を高精度に制御できるため、複数の放電灯の管電流を均一化できる結果、放電灯の輝度のバラツキを低減することができる。また、位相調整回路８の出力信号を放電灯の低圧側に設けた管電流検出部６と位相調整回路８との間に接続した構成としているため、スイッチＱ６のオン、オフによってバースト調光が行なわれると共に、単一の制御回路２でマルチフェーズ方式が可能となる。

なお、図１に示す放電灯点灯装置１０は、２灯の放電灯を点灯する場合の回路構成の例を示したものであるが、本実施形態における放電灯点灯装置は、２灯以上の場合にも同様に適用可能であり、放電灯を含む同様の回路構成を昇圧トランス３の二次側に並列に接続すればよい。また、本実施形態におけるスイッチＱ６は、ＰＮＰ型トランジスタを用いてそのベースに位相調整回路８からの出力を接続し、エミッタをＶccに、コレクタを整流用ダイオードＤ１とオペアンプ７ａの反転入力端子の入力抵抗Ｒ３との接続中点に、それぞれ接続するものであってもよい。この場合、スイッチＱ６は、位相調整回路８からの出力信号がＬｏｗレベルの場合にオン状態、Ｈｉｇｈレベルの場合にオフ状態になることによって、上述したようなバースト調光を実施する。

図２は、本発明に係る放電灯点灯装置の第２の実施形態を示す回路構成図である。本実施形態における放電灯点灯装置２０の回路構成及びその動作は、図１に示す放電灯点灯装置１０と同様のものであるため、以下ではその相違点のみを説明する。本実施形態においても、マルチフェーズ方式のバースト調光は、位相調整回路８からの出力信号に応じてスイッチＤ２をオン、オフすることによって実施され、そのため、位相調整回路８からの出力は、スイッチＤ２を介して管電流検出部６と管電流制御回路７との接続中点に接続されている。ただし、本実施形態における放電灯点灯装置２０では、スイッチＤ２はダイオードにより構成されており、位相調整回路８からの出力は、ダイオードであるスイッチＤ２のアノードに接続され、スイッチＤ２のカソードは整流用ダイオードＤ１とオペアンプ７ａの反転入力端子の入力抵抗Ｒ３との接続中点に接続されている。

本実施形態における放電灯点灯装置２０では、位相調整回路８からの出力信号がＨｉｇｈレベルになるとスイッチＤ２が導通してオン状態になり、出力信号がＬｏｗレベルになるとスイッチＤ２の導通が遮断されてオフ状態になることによって、上述した第１の実施形態におけるバースト調光と同様なマルチフェーズ方式のバースト調光が実施される。

本発明に係る放電灯点灯装置の第１の実施形態を示す回路構成図である。本発明に係る放電灯点灯装置の第２の実施形態を示す回路構成図である。従来のマルチフェーズ方式の放電灯点灯装置を示す回路構成図である。

符号の説明

１直流電源
２制御回路
３昇圧トランス
４Ａ、４Ｂ可変インダクタンス素子
４ａ巻線
４ｂ制御巻線
５ａ、５ｂ放電灯
６管電流検出部
７管電流制御回路
７ａオペアンプ
８位相調整回路
１０、２０放電灯点灯装置
Ｃ１、Ｃｐコンデンサ
Ｄ２スイッチ（ダイオード）
ＩＬ管電流
Ｌｅ漏れインダクタンス
Ｌｖ可変インダクタンス素子のインダクタンス
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４スイッチング素子
Ｑ６スイッチ（トランジスタ）

Claims

直流電源と制御回路とスイッチング素子と昇圧トランスとを備え、前記直流電源に接続された前記スイッチング素子は前記制御回路からの信号にて前記昇圧トランスの一次側を駆動して該昇圧トランスの二次側に接続した放電灯を点灯させる放電灯点灯装置であって、
前記昇圧トランスの二次側の一端は可変インダクタンス素子を介して前記放電灯の一端側に接続し、他端はＧＮＤに接続してなり、前記可変インダクタンス素子と前記放電灯との間に設けたコンデンサと前記昇圧トランスの漏れインダクタンスと前記可変インダクタンス素子のインダクタンスとで直列共振回路を形成し、かつ前記放電灯の他端側に管電流検出部を設け、該管電流検出部の信号を管電流制御回路に接続し、該管電流制御回路の前段部にスイッチを設け、位相調整回路の出力信号を前記スイッチを介して前記管電流検出部と前記管電流制御回路との接続中点に接続し、前記管電流制御回路からの位相をずらした出力信号を前記可変インダクタンス素子に接続して可変インダクタンス素子のインダクタンスを可変させ、前記放電灯の管電流を制御することを特徴とする放電灯点灯装置。
前記可変インダクタンス素子と放電灯との間に設けたコンデンサと前記昇圧トランスの漏れインダクタンスと前記可変インダクタンス素子のインダクタンスとで形成される直列共振回路と、前記放電灯の他端側に接続した管電流検出部と、前記管電流制御回路とを、前記昇圧トランスの二次側に複数組具備してなることを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
前記管電流制御回路はオペアンプとトランジスタを具備し、前記管電流検出部からの信号と基準電圧を前記オペアンプに入力し、該オペアンプの出力を前記トランジスタのベースに接続し、該トランジスタのコレクタを前記可変インダクタンス素子に接続して可変インダクタンス素子のインダクタンスを可変してなることを特徴とする請求項１または２に記載の放電灯点灯装置。
前記可変インダクタンス素子がトランスを構成し、該トランスの制御巻線の両端にスナバ回路を接続してなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の放電灯点灯装置。
前記放電灯点灯装置が液晶表示装置用のバックライト装置に組み込まれてなることを特徴とする１から４のいずれか１つに記載の放電灯点灯装置。