JP2007234267A

JP2007234267A - 多灯用インバータ回路

Info

Publication number: JP2007234267A
Application number: JP2006051515A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Mizoguchi; 智宏溝口
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2007-09-13

Abstract

【課題】多灯用インバータ回路として各トランスの出力周波数の同期がとれるという必要最小限の機能を満足しつつ回路の簡素化による低コスト化が図れる多灯用インバータ回路を提供する。
【解決手段】本発明の多灯用インバータ回路は、一次側が並列に接続された複数個のトランス５と、直流電源のプラス端子Ｖｉｎと複数個のトランスの一次巻線の中間タップ各々との間に共通に接続された単一のインダクタ２０と、複数個のトランスの一次巻線それぞれに並列に接続された１対のスイッチング素子３，３と、複数個のトランスの一次巻線それぞれに並列に接続された複数個のコンデンサ４とを備え、複数個のトランスの２次巻線それぞれの出力を複数本の放電灯６それぞれに給電するようにしたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数本の放電灯に複数個のインバータトランスそれぞれを介して給電して同時に点灯させるための多灯用インバータ回路に関する。

大型の液晶表示装置などのバックライト装置などに組み込まれる、複数本の放電灯に複数個のインバータトランスそれぞれを介して高周波の交流電力を給電して同時に点灯させるため、直流電源を所定の周波数の交流電力に変換する多灯用インバータ回路は、従来、図７に示す構成であった。この従来の多灯用インバータ回路は、１つのインバータ回路に複数個のインバータトランス５の一次巻線を並列に接続し、それぞれのインバータトランス５の二次側からの出力の周波数が同期されるように結線し、さらにインバータトランス５の一次巻線の中間タップそれぞれと直流電源のプラス端子Ｖｉｎとの間に直列に、それぞれインダクタとなるコイル２を接続し、１個のインバータトランス５の一次側を一対のトランジスタなどのスイッチング素子３，３にてオンオフさせることで直流を高周波の交流に変換し、その二次側の交流出力を放電灯６に給電する構成である。尚、符号１は抵抗、４はコンデンサである。

ここで、インダクタとなるコイル２は、スイッチング素子３のスイッチングにより変換された交流成分が直流電源ラインＶｉｎ，ＧＮＤに戻るのを防ぐために使用されている。このコイルとしては、インバータトランス５の一次巻線の等倍以上のインダクタンス値を有し、使用される巻線の許容電流値が放電灯６を点灯させたときのインバータ回路全体の消費電流や最悪の使用条件での部品発熱などを考慮した上で十分なマージンを持つ仕様のコイルを選択採用して回路構成を行っている。

このコイル２にインバータトランス５の一次巻線の等倍以上のインダクタンス値が必要な理由は、図７に示すような従来から採用されている自励式プッシュプル方式のインバータ回路においては、入力リップル電流がインバータ動作の許容範囲内に入るようにするためには、インバータ回路に使用するインバータトランス５の一次側インダクタンス値に対して等倍以上のインダクタンス値を持ったインダクタを配置する必要があるためである。尚、インバータトランス５の一次側インダクタンスは、各スイッチングトランジスタ３のコレクタ端子に接続されるトランス端子間のインダクタンスのことである。

上述したインダクタとしてのコイル２はインバータトランス５毎にその一次側に配置する必要があるため、インバータトランス５と同じ個数だけ必要であり、そのために、従来の多灯用インバータ回路では、インバータトランス５の一次巻線の等倍以上のインダクタンス値を持ったコイルを多く必要とし、回路コストも実装工数も増大する。

近年、大型画面の液晶表示装置が普及し始めているが、それと共に大型液晶表示装置の低価格化の要求も強まっている。それ故に、液晶表示装置用バックライトに採用される多灯用インバータ回路にも合理化による低コスト化の要求は強い。

自励式プッシュプル方式のインバータ回路の最小基本構成は、一対のスイッチング素子、そのベース抵抗、共振用コンデンサ、昇圧用のインバータトランス、インダクタとしてのコイル及びインバータトランスの二次側に接続する電流制限用インピーダンス素子によるものである。そして、従来、多灯用インバータ回路でも、コイルはインバータトランスの使用台数に対して一対一の関係が普通と考えられ、インバータトランスと同数個採用していた。

このように、従来は、多灯用インバータ回路ではインバータトランスと同じ個数のコイルが必要であると考えられ、その数について、多灯用インバータ回路として各インバータトランスの出力周波数の同期がとれる最低限の要求条件が提案されたことはなかった。
特開２０００−３０８３６３号公報特開２００２−２５７８６号公報

本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、当該多灯用インバータ回路として各インバータトランスの出力周波数の同期がとれるという必要最小限の機能を満足しつつ回路の簡素化による低コスト化が図れる多灯用インバータ回路を提供することを目的とする。

請求項１の発明の多灯用インバータ回路は、一次側が並列に接続された複数個のトランスと、前記複数個のトランスの一次巻線の中間タップを共通に結線し、当該結線部と直流電源のプラス端子との間に直列に接続された単一のインダクタと、前記複数個のトランスの一次巻線それぞれに並列に接続された１対のスイッチング素子とを備え、前記複数個のトランスの２次巻線それぞれの出力を複数本の放電灯それぞれに給電するようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の多灯用インバータ回路において、前記複数個のトランスは、偶数個のトランスとし、当該偶数個のトランスのうち２個ずつを対にしてそれぞれ共通の放電灯に給電するものとし、各対のトランスの２次側出力の位相が互いに逆位相になるように、各トランスの一次巻線を前記１対のスイッチング素子に並列に接続し、各対を成すトランスそれぞれの二次側出力の高圧側を放電灯の両電極それぞれに給電するようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２の多灯用インバータ回路において、前記複数個のトランスはすべて電気特性が同一のものであることを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項１〜３の多灯用インバータ回路において、前記トランスの個数をＮ個とするとき、前記インダクタの容量は、前記Ｎ個のトランスの一次側インダクタンス値の平均値のＮ分の１にしたことを特徴とするものである。

本発明によれば、複数個のトランスそれぞれの一次側を並列に接続した多灯用インバータ回路にあって、直流電源ラインに直列に介挿された単一のインダクタに対して複数個のトランスの一次巻線の中間タップを共通に接続しているので、当該インダクタから見れば複数個のトランスの一次側巻線は並列に接続された構成となっていて、当該複数個のトランスの一次側のインダクタンスは個々のトランスの一次側のインダクタンスを並列合成したインダクタンスとなる。そのため、本発明によれば、トランスの個数をＮ個とするとき、インダクタの容量は、これらＮ個のトランスの一次側インダクタンス値の平均値のＮ分の１程度に設定することができ、インダクタの使用数量を削減できると共に、その容量を小さくできてサイズダウンも図れる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

（第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態の多灯用インバータ回路の回路構成を示している。本実施の形態の多灯用インバータ回路では、１つのインバータ回路に複数個、図１では４個のインバータトランス５の一次巻線を並列に接続し、それぞれのインバータトランス５の二次側からの出力の周波数が同期されるように結線してある。各インバータトランス５の二次側には放電灯６が接続されるものである。

４個全部のインバータトランス５の一次巻線それぞれには、コンデンサ４それぞれが並列に接続してある。また、４個全部のインバータトランス５の一次巻線の中間タップに共通に、単一のインダクタとなるコイル２０の一端が接続してあり、このコイル２０の他端は直流電源のプラス端子Ｖｉｎに接続してある。このコイル２０のインダクタンス値は、各インバータトランス５の一次側インダクタンス値の平均値を０．８倍〜１．５倍し、得られた値をインバータトランス５の数Ｎで割った値の範囲とする。

本実施の形態の多灯用インバータ回路では、さらに、１個のインバータトランス５に対して、これと並列に自励プッシュプル方式の発振回路を成す一対のスイッチング素子３，３が接続してある。この一対のスイッチング素子３，３の一方のベースと、インバータトランス５の三次巻線の一端とには、直流電源のプラス端子Ｖｉｎに抵抗１を介して接続してある。一対のスイッチング素子３，３の接続点は接地し、スイッチング素子３，３の他方のベースはインバータトランス５の三次巻線の他端に接続してある。

本実施の形態の多灯用インバータ回路では、一対のスイッチング素子３，３にてオンオフさせることで直流を高周波の交流に変換して、並列接続されている複数個のインバータトランス５の一次巻線に給電する。インバータトランス５各々は、この一次巻線に給電される交流電圧を昇圧し、二次巻線から高電圧、高周波の交流を各放電灯６に給電する。

本実施の形態の多灯用インバータ回路により点灯させる放電灯６としては、図３に示す内部電極タイプの放電灯６ａでも、図４に示す外部電極タイプの誘電体バリア放電灯６ｂでも可能である。

図３に示した内部電極タイプの放電灯６ａは、ガラス管１１の内壁面に蛍光体層１２を形成し、ガラス管１１内の放電空間に希ガスと水銀との混合ガスである放電媒体１３を封入し、ガラス管１１の両端それぞれの内部に電極１４を封装し、各電極１４からガラス管１１の端部を通して外に電力給電のための導出線１５を導出した構成である。この内部電極タイプの放電灯６ａを図１の多灯用インバータ回路の放電灯６として使用する場合、各インバータトランス５の二次側出力と当該放電灯６ａの電極１４との間に電流制限用のインピーダンスを直列に介挿させて接続する。

他方、図４に示した外部電極誘電体バリア放電灯６ｂは、ガラス管２１の内壁面に蛍光体層２２を形成し、ガラス管２１内の放電空間に希ガスと水銀との混合ガスである放電媒体２３を封入し、ガラス管２１の両端それぞれの外周面に円筒状金属２４を装着し、さらに半田２５にて固定した構造の外部電極２６を形成した構成である。この外部電極誘電体バリア放電灯６ｂを図１の多灯用インバータ回路の放電灯６として使用する場合、各インバータトランス５の二次側出力と当該放電灯６ｂの外部電極２６との間には電流制限用のインピーダンスを用いないで、直接に接続することができる。

本実施の形態の多灯用インバータ回路によれば、並列接続されたそれぞれのインバータトランス５の一次巻線の中間タップを物理的に１つに結線し、その結線に対して単一のインダクタ２０の一端を接続し、このインダクタ２０の他端を直流電源のプラス端子Ｖｉｎに接続したことで、複数個のインバータトランス５の一次側のインダクタンスが並列合成されることになり、単一のインダクタ２０として複数個（これをＮ個とする）のインバータトランス５の一次側のインダクタンス値のほぼＮ分の１のインダクタンス値のものを採用することができ、従来と同等の性能を維持しながらも、インダクタの使用個数を削減することができ、また容量も小さなものを採用することができ、部品コストを低減し、実装コストの低減も図れる。

（第２の実施の形態）図２は本発明の第２の実施の形態の多灯用インバータ回路の回路構成を示している。本実施の形態の多灯用インバータ回路は、１つのインバータ回路に偶数個、図２では４個のインバータトランス５の一次巻線を並列に接続し、かつ、インバータ回路ブロック１０Ａ，１０Ｂを構成する一対ずつのインバータトランス５について、それぞれのインバータトランス５の二次側からの交流出力の位相Ａ，Ｂが反転するように結線したことを特徴とする。尚、その他の構成は第１の実施の形態と共通であり、共通の符号を用いて示してある。

本実施の形態の場合、例えば、Ｃ字形、Ｕ字形、Ｌ字形等の曲管のため、また長尺管、細管、封入ガス圧が高い等でランプ負荷が大きく、点灯のために高電圧の印加が必要である放電灯６０の両端の電極６１，６２を、それぞれ対を成すインバータトランス５の２次巻線の高圧側それぞれに接続する。放電灯６０の基本的な構造は第１の実施の形態と同様、図３、図４に示したものである。

これにより、本実施の形態の多灯用インバータ回路にあっても、単一のインダクタ２０として複数Ｎ個のインバータトランス５の一次側のインダクタンス値のほぼＮ分の１のインダクタンス値のものを採用することができ、従来と同等の性能を維持しながらも、インダクタの使用個数を削減することができ、また容量も小さなものを採用することができ、部品コストを低減し、実装コストの低減も図れる。

図１に示した回路構成で、インバータトランスが１個（実施例１）、２個（実施例２）、３個（実施例３）、４個（実施例４）とし、かつ各インバータトランスに共通に単一のインダクタであって、それぞれ図５の表１に示したようなインダクタンス値のものを採用した多灯用インバータ回路について、放電灯点灯時の入力電流リップルを測定した。図５の表１は各実施例の測定結果を示している。

また図７に示した回路構成で、インバータトランスが１個（比較例１）、２個（比較例２）、３個（比較例３）、４個（比較例４）とし、かつインバータトランス毎に同インダクタンス値のインダクタを接続した多灯用インバータ回路について、放電灯点灯時の入力電流リップルを測定した。図６の表２は各比較例の測定結果を示している。

この実験により、本発明の場合、インバータトランスの個数の増加に対し、インダクタを１つだけ配置し、かつそのインダクタのインダクタンス値をインバータトランスの個数で割った値に変えても、従来方式の入力電流リップルレベルと変わらないことが確認できた。

本発明の第１の実施の形態の多灯用インバータ回路の回路図。本発明の第２の実施の形態の多灯用インバータ回路の回路図。上記両実施の形態の多灯用インバータ回路に用いる内部電極タイプの放電灯の断面図。上記両実施の形態の多灯用インバータ回路に用いる外部電極誘電体バリア放電灯の断面図。本発明の実施例１〜４の入力電流リップルの測定結果の表１。従来方式の比較例１〜４の入力電流リップルの測定結果の表２。従来例の多灯用インバータ回路の回路図。

符号の説明

３スイッチング素子
４コンデンサ
５インバータトランス
６放電灯
１０Ａ，１０Ｂインバータ回路ブロック
２０インダクタ
６０放電灯

Claims

一次側が並列に接続された複数個のトランスと、
前記複数個のトランスの一次巻線の中間タップを共通に結線し、当該結線部と直流電源のプラス端子との間に直列に接続された単一のインダクタと、
前記複数個のトランスの一次巻線それぞれに並列に接続された１対のスイッチング素子とを備え、
前記複数個のトランスの２次巻線それぞれの出力を複数本の放電灯それぞれに給電するようにした多灯用インバータ回路。
前記複数個のトランスは、偶数個のトランスとし、当該偶数個のトランスのうち２個ずつを対にしてそれぞれ共通の放電灯に給電するものとし、各対のトランスの２次側出力の位相が互いに逆位相になるように、各トランスの一次巻線を前記１対のスイッチング素子に並列に接続し、各対を成すトランスそれぞれの二次側出力の高圧側を放電灯の両電極それぞれに給電するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の多灯用インバータ回路。
前記複数個のトランスはすべて電気特性が同一のものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の多灯用インバータ回路。
前記トランスの個数をＮ個とするとき、前記インダクタの容量は、前記Ｎ個のトランスの一次側インダクタンス値の平均値のＮ分の１にしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多灯用インバータ回路。