JP2006185608A - 冷陰極管点灯装置のランプオープン検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 トランスの効率向上と発熱低減を図り、高圧部品を必要とせず低コスト化できるようにする。
【解決手段】 冷陰極管点灯装置は、直流入力を高周波交流出力に変換するインバータ部と、そのインバータトランス１４にバランスコイル１８を介して並列接続される複数本の冷陰極管２０を具備し、バランスコイルは１つの磁心に同一巻数の２巻線が施された構造であり、それぞれの巻線に冷陰極管が接続されていて、インバータ部により各冷陰極管に同相のランプ電流を流すように駆動する。バランスコイルの直近に磁気検出素子２４を配置し、その出力を整流平滑回路２６で直流電圧に変換することにより、ランプオープン時にバランスコイルで発生するパルス状の磁束を検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インバータトランスにバランスコイルを介して並列接続される複数本の冷陰極管を、インバータ部によって点灯させる冷陰極管点灯装置のランプオープン検出回路に関し、更に詳しく述べると、バランスコイルの直近に磁気検出素子を配置し、その出力を直流電圧に変換することによりランプオープンを検出する冷陰極管点灯装置のランプオープン検出回路に関するものである。

液晶テレビや液晶ディスプレイ装置などのバックライトには、複数本の冷陰極管が用いられている。例えば、３２インチ型液晶テレビでは、１６本の冷陰極管が液晶パネルの背面に適度の間隔で配置されて画面全体の輝度を保っている。液晶ディスプレイパネルは、直接見られるものであるため、極力輝度のばらつきを抑える必要があり、各冷陰極管に対して高い電流平衡度が要求される。

このようなバックライトの点灯装置としては、直流入力を高周波交流出力に変換するインバータ部と、そのインバータトランスの１つの２次側にバランスコイルを介して並列接続される複数本の冷陰極管を具備し、前記インバータ部により各冷陰極管を点灯させる構成がある。このような１トランス多出力方式とすることで、回路構成を簡素化できるからである。ここで、バランスコイルは、典型的には、巻芯の中間に仕切りを形成したボビン上に、互いに分離して同数の巻線を施し、それに２個のＥ型磁心を組み合わせて閉磁路とした構造をなし、両巻線に同相のランプ電流が流れ、それによって電流平衡が保たれるように構成されている。

ところで冷陰極管は、動作時の等価回路としては高抵抗性負荷と見なすことができる。１トランス多出力方式の場合、インバータトランスの２次側の各出力ラインに接続されている冷陰極管の１本が何らかの原因でオープンになったとき、あるいは点灯しなかったとき、インバータトランスの出力を監視していただけでは、そのような状態の検出は困難である。

そこで、この種の冷陰極管点灯装置にはランプオープン検出回路が組み込まれている。従来公知のランプオープン検出回路としては、バランスコイルの磁心に、検知巻線を巻き付けて磁気的に結合させる技術がある（例えば特許文献１参照）。しかし、この方法は、閉磁路構造の磁心に１つの別巻線（検知巻線）を追加しなければならず、それらをバランスよく構成するには構造が複雑化し、コストがかかる。特に、冷陰極管の点灯回路に組み込まれているバランスコイルの場合、各巻線には数ｋＶの高電圧がかかっており、検知巻線の耐電圧確保が極めて難しい。

そこで現状の１トランス多出力方式のランプオープン検出回路は、インバータトランスの２次側の各出力ラインにバラストコンデンサを直列に挿入し、該バラストコンデンサを介してバランスコイルの各巻線に接続するようにし、その出力電圧を高圧コンデンサと低圧コンデンサで分圧し、その分圧点での電圧を検出するように構成している。各冷陰極管は、バランスコイルの各巻線に接続される。このような構成では、前記バラストコンデンサによってトランス出力電圧Ｖｔとランプ電圧Ｖａとに常に電位差が生じる。ここで冷陰極管がオープン状態になると、ランプ電圧はトランス出力電圧まで上昇するので、その差分（Ｖｔ−Ｖａ）を検出することでランプオープンが検出できる。

この方法では、バラストコンデンサによってトランス出力電圧Ｖｔとランプ電圧Ｖａとに常に適当な電位差を持たせる必要があるため、その分、インバータトランスの出力電圧を予め高く設計しなければならず、トランスの効率悪化となり発熱の増加を招く。また、バラストコンデンサ及び検出回路の一部のコンデンサに高圧コンデンサを使用しなければならず、コストアップとなる。
特開昭５６−５４７９２号公報

本発明が解決しようとする課題は、従来の検出巻線追加方式では耐電圧が問題になっていた点、また従来のバラストコンデンサ方式ではトランスの効率悪化と発熱増加を招いていた点、高圧部品を必要とし高コストになっていた点、などである。

本発明は、直流入力を高周波交流出力に変換するインバータ部と、そのインバータトランスにバランスコイルを介して並列接続される複数本の冷陰極管を具備し、前記バランスコイルは１つの磁心に同一巻数の２巻線が施された構造であり、それぞれの巻線に冷陰極管が接続されていて、前記インバータ部により各冷陰極管に同相のランプ電流を流すようにして点灯させる冷陰極管点灯装置において、前記バランスコイルの直近に磁気検出素子を配置し、その出力を整流平滑回路で直流電圧に変換することにより、ランプオープン時にバランスコイルで発生するパルス状の磁束を検出するようにしたことを特徴とする冷陰極管点灯装置のランプオープン検出回路である。

インバータトランスは、１つの２次側からＮ本（Ｎは３以上の整数）の出力ラインに分岐し、それぞれの出力ラインに冷陰極管が接続される多出力接続形式であり、それら冷陰極管の前段に（Ｎ−１）個のバランスコイルが挿入され、各バランスコイルの直近に磁気検出素子が配置され、それらの出力がダイオードＯＲ回路を介して平滑回路で直流電圧に変換されるようにする。磁気検出素子としては、チップコイルが好ましい。チップコイルは、プリント配線基板のバランスコイル実装面とは反対側の面に、該バランスコイルと対向するように配置する。あるいはチップコイルは、サブプリント配線基板に実装し、該サブプリント配線基板がバランスコイルと対向するように導電性支柱でバランスコイルを実装するプリント配線基板に固定する。

本発明のランプオープン検出回路は、バランスコイルの直近に磁気検出素子を配置し、その出力を直流電圧に変換することによって、ランプオープン時にバランスコイルで発生するパルス状の磁束を検出するように構成しているので、従来技術のようにバラストコンデンサを必要とせず、そのため多出力方式のトランスとしてランプ特性に合った最適設計が可能となり効率向上を図ることができるし、また高圧部品が不要なために回路構成を簡素化でき、大幅にコストダウンできる効果がある。そのため、特に多数の冷陰極管を並設する大型液晶テレビや液晶ディスプレイ装置に対して効果大である。

ランプオープン検出回路を組み込んだ冷陰極管点灯装置の基本構成を図１に示す。直流入力は、チョークコイルなどを備えた入力部１０を介してスイッチ回路１２に入力し、スイッチ素子の切り替え動作で所望周波数の交流に変換してインバータトランス１４及び共振コンデンサ１６などを介して出力され、バランスコイル１８を介して並列接続されている複数本（図１では２本）の冷陰極管２０に点灯のための電流を供給する構成である。この例は、スイッチ回路１２の動作が制御部２２で制御される他励インバータ方式である。スイッチ回路は、ハーフブリッジ回路の他、フルブリッジ回路、アクティブクランプ回路なども適用できる。

ここでバランスコイル１８は、１つの閉磁路磁心に同一巻数の２巻線を施し、それぞれの巻線に冷陰極管２０が接続されて同相のランプ電流が流れる構造である。該バランスコイル１８の直近に磁気検出素子２４を配置し、それらの出力を整流平滑回路２６で直流電圧に変換することでランプオープン検出を行い、前記制御部２２にランプオープン検出信号を送って制御する。従って、本発明では、従来技術のようなバラストコンデンサは不用である。

図２は、本発明に係るランプオープン検出回路の一実施例を示す回路図である。冷陰極管点灯装置の全体構成は、基本的には図１と同様であってよい。インバータトランス１４の２次側に共振コンデンサ１６を設け、インバータトランス１４の２次側出力を４出力ライン３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄに分岐し、バランスコイル１８ａ，１８ｂ，１８ｃを介して冷陰極管２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを駆動する。つまり、４出力ラインに対して３個のバランスコイルを設け、２つの出力ラインの組み合わせに対して１個のバランスコイルの各巻線をそれぞれ配設する。なお、バラストコンデンサは組み込まない。

バランスコイルは、典型的には、巻芯の中間に仕切りを形成したボビンに、互いに分離して同数の巻線を施し、それに２個のＥ型磁心を組み合わせて閉磁路構造としたものである。各巻線にそれぞれ冷陰極管を接続し、両巻線に同相のランプ電流が流れることによって電流平衡を保つようにしている。

出力ライン３０ａにはバランスコイル１８ａの一方の巻線を、出力ライン３０ｂにはバランスコイル１８ａの他方の巻線とバランスコイル１８ｂの一方の巻線の直列接続を、出力ライン３０ｃにはバランスコイル１８ｂの他方の巻線とバランスコイル１８ｃの一方の巻線の直列接続を、出力ライン３０ｄにはバランスコイル１８ｃの他方の巻線をそれぞれ挿入し、各出力ライン３０ａ，…，３０ｄにそれぞれ冷陰極管２０ａ，…，２０ｄを接続する。なお、各巻線には抵抗３２を並列に設けておく。

バランスコイルは、ランプ電流の平衡を保つ機能を果たすコイルである。冷陰極管には特性のばらつきがあり、もしバランスコイルがないと、トランス出力を複数の冷陰極管に接続し電源を投入したとき、最初に点灯したランプ電圧まで出力電圧が降下してしまうため、他の冷陰極管が点灯しない状況になる恐れがある。しかしバランスコイルを設けることにより、電源投入時に、点灯する冷陰極管にランプ電流が一気に流れ込んでトランス出力電圧が点灯ランプ電圧まで低下するのを抑え込み、他の冷陰極管の点灯を助ける働きをする。また他出力間同士バランスコイルで磁気結合されているので、ランプ電流のばらつきも小さくなる。このように、バランスコイルは、１トランス多出力方式には欠かせない部品なのである。

本発明では、各バランスコイル１８ａ，１８ｂ，１８ｃの直近にそれぞれ磁気検出素子であるチップコイル３４ａ，３４ｂ，３４ｃを配置し、それらの出力がそれぞれダイオードＤａ，Ｄｂ，Ｄｃのアノード端に接続され、カソード端は共通に接続されて整流回路を兼ねるダイオードＯＲ回路を構成し、抵抗ＲとコンデンサＣの並列接続による平滑回路３６で直流電圧に変換している。これがランプオープン検出回路３８となる。

通常のランプ点灯動作時は、バランスコイルの各巻線に発生する磁束は互いに打ち消し合う接続になっているため、バランスコイルから磁束は発生しない。しかし、もし、１本あるいは複数本の冷陰極管がオープンになった場合には、そのバランスコイルは片肺動作（片方の巻線にのみランプ電流が流れる）となる。すると、片肺動作しているバランスコイルから、そのコイルが磁気飽和するまでの期間（即ち不飽和領域で）、磁束が発生する（図３のＡ参照）。バランスコイルは、数百ｍＨのインダクタンスが必要となるため、各巻線共に数百ターン巻かれており、ノンギャップ構造となっている。従って、片肺動作の場合、少しの電流が流れるだけですぐに磁気飽和してしまい磁束が発生しなくなるが、僅かな時間、磁気飽和しない期間（ｔ１及びｔ２）があり、その間、パルス状の磁束が発生し外部に漏洩する。

磁気検出素子であるチップコイル３４ａ，３４ｂ，３４ｃは、バランスコイル１８ａ，１８ｂ，１８ｃから漏洩した磁束を感知し、図３のＢに示すように、その強弱に応じた電圧を発生させる。この電圧を、ダイオードＯＲ回路及び平滑回路で直流電圧に変換し、そのランプオープン検出信号によって制御部でスイッチ回路の動作を停止するなどして出力を遮断させる。例えば、図３のＢでは、発生した電圧のうち、＋Ｖｓ側を整流・平滑することにより、＋の直流電圧信号（ランプオープン検出信号）が得られる。

磁束の検出は、電磁誘導作用による検出となるので、巻線構造を有し且つ高インダクタンス値の素子が必要となる。発生電圧Ｖｓは、磁気検出素子であるチップコイルのインダクタンスにより変わり、インダクタンス値が大きいほど、またバランスコイルに近づけるほど、発生電圧は高くなる。従って、チップコイルは、バランスコイルの直近で電磁誘導されやすい配置とするが、バランスコイルの巻線には高電圧が印加されるので、耐圧に関しては十分な配慮が必要である。磁気検出素子としては、ホール素子などでもよいが、チップコイルでも十分検出でき安価であるため、チップコイルの使用が好ましい。なお、チップコイルは、磁性もしくは非磁性の絶縁材料中に巻電線もしくは巻線パターンを埋設した構造のチップ部品のことである。

磁気検出素子であるチップコイルの具体的な配置構造の例を図４に示す。Ａ，Ｂいずれも図面左手側が正面を、右手側が側面を示している。バランスコイル１８は、ボビン４０に巻線４２を施した巻線部と磁心４４の組み合わせからなり、ボビン４２に実装端子４６が装着されている構造である。このバランスコイルは面実装型であり、プリント配線基板４８に実装されている。

図４のＡに示す例では、チップコイル３４を、プリント配線基板４８のバランスコイル実装面とは反対側の面に、バランスコイル１８と対向するように配置している。この構成は、プリント配線基板４８を絶縁物として活用しており、構造は極めて簡素化され、小型化できる。

図４のＢに示す例では、チップコイル３４をサブプリント配線基板５０に実装し、該サブプリント配線基板５０がバランスコイル１８と対向するように、導電性支柱５２でバランスコイル１８を実装するプリント配線基板４８に固定する構造としている。チップコイル実装面と反対側の面がバランスコイル１８と対向するようにし、サブプリント配線基板５０で耐電圧を確保する。この構造はやや複雑であるが、チップコイル３４とバランスコイル１８との距離をある程度自由に調整できる利点がある。

本発明に係るランプオープン検出回路を組み込んだ冷陰極管点灯装置の基本構成図。 本発明に係るランプオープン検出回路の一実施例を示す回路図。 そのバランスコイルにおける片肺動作の説明図。 磁気検出素子であるチップコイルの実装状態を示す説明図。

符号の説明

１０ 入力部
１２ スイッチ回路
１４ インバータトランス
１６ 共振コンデンサ
１８ バランスコイル
２０ 冷陰極管
２２ 制御部
２４ 磁気検出素子
２６ 整流平滑回路

Claims (4)

1. 直流入力を高周波交流出力に変換するインバータ部と、そのインバータトランスにバランスコイルを介して並列接続される複数本の冷陰極管を具備し、前記バランスコイルは１つの磁心に同一巻数の２巻線が施された構造であり、それぞれの巻線に冷陰極管が接続されていて、前記インバータ部により各冷陰極管に同相のランプ電流を流すようにして点灯させる冷陰極管点灯装置において、
   前記バランスコイルの直近に磁気検出素子を配置し、その出力を整流平滑回路で直流電圧に変換することにより、ランプオープン時にバランスコイルで発生するパルス状の磁束を検出するようにしたことを特徴とする冷陰極管点灯装置のランプオープン検出回路。
2. インバータトランスは、１つの２次側からＮ本（Ｎは３以上の整数）の出力ラインに分岐し、それぞれの出力ラインに冷陰極管が接続される多出力接続形式であり、それら冷陰極管の前段に（Ｎ−１）個のバランスコイルが挿入され、各バランスコイルの直近に磁気検出素子が配置され、それらの出力がダイオードＯＲ回路を介して平滑回路で直流電圧に変換されるようにした請求項１記載の冷陰極管点灯装置のランプオープン検出回路。
3. 磁気検出素子はチップコイルであり、プリント配線基板のバランスコイル実装面とは反対側の面に、該バランスコイルと対向するように配置されている請求項１又は２記載の冷陰極管点灯装置のランプオープン検出回路。
4. 磁気検出素子はチップコイルであってサブプリント配線基板に実装され、該サブプリント配線基板がバランスコイルと対向するように導電性支柱でバランスコイルを実装するプリント配線基板に固定されている請求項１又は２記載の冷陰極管点灯装置のランプオープン検出回路。
   

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