JP2007258106A

JP2007258106A - 放電管点灯用インバータ回路

Info

Publication number: JP2007258106A
Application number: JP2006083945A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ikeda; 豊池田; Toru Hirohashi; 徹広橋; Genichiro Suzuki; 元一郎鈴木; Yoshitake Inami; 由丈井波
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】電流平衡用トランスを用いることなく、簡単なインバータ回路の構成で複数の放電管に流れる管電流の平衡をとることができるようにし、それによって部品点数の低減並びにインバータ基板の小型化、及びコストダウンを図る。
【解決手段】１入力１出力方式のインバータトランスを複数、あるいは１入力複数出力方式のインバータトランスを１個乃至複数用いてスイッチング部により放電管を点灯駆動するインバータ回路において、インバータトランスは、２次巻線Ｎｓ近傍にそれぞれ磁束調整用巻線Ｎｂを具備しており、１つの磁束調整用巻線の巻き終わりと次の磁束調整用巻線の巻き始めを順次直列に接続することで全ての磁束調整用巻線について１つのループを形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ回路に複数の放電管（冷陰極管など）を接続し、点灯時に各放電管に流れる電流の平衡をとる電流平衡技術に関するものである。更に詳しく述べると本発明は、インバータトランスの各２次巻線の近傍にそれぞれ磁束調整用巻線を設け、１つの磁束調整用巻線の巻き終わりと次の磁束調整用巻線の巻き始めを順次直列に接続して１つのループを形成することにより、各磁束調整用巻線に同じ電流を流し、それぞれの２次巻線を通る磁束を均等にして出力電流の平衡をとる放電管点灯用インバータ回路、及びそれに用いるインバータトランスに関するものである。

ノート型パソコンや小型液晶モニタの液晶パネルには、バックライトとして通常１本あるいは２本程度の放電管（多くは冷陰極管）が使用されている。しかし、近年普及している大型の液晶テレビや液晶モニタには、より多くの本数の冷陰極管がバックライトとして使用されている。バックライトは、パネル全体をできるだけ均一に照明することが重要であり、そのため各冷陰極管にはできるだけ均一な電流を供給する必要がある。

かつては冷陰極管の本数と同数のインバータ回路を設置して、各冷陰極管を独立に駆動し、それぞれ電流を制御し平衡をとることが行われていた。しかし、この構成は、小型液晶モニタの液晶パネルのように冷陰極管の本数が少ない場合には大きな問題にはなり難いが、大型の液晶テレビや液晶モニタのように冷陰極管の本数が多くなると、インバータ回路が多数必要になると共に、小型化が困難であり、多数の部品を使用するためコスト高になる問題が生じた。

そこで、インバータトランスと冷陰極管との間にバランサとよばれる電流平衡用コイルを挿入し、各冷陰極管を流れる電流を均等配分する負荷電流平衡装置が開発されている。例えば、３本の冷陰極管に対して２個のバランサを使用する。各バランサは、同一巻軸上に２つの巻線枠を具備するボビンを用い、該ボビンの両巻線枠に巻かれたコイルと磁気コアとを組み合わせた構造のトランスである。第１のバランサを巻数比２：１で巻線し、第２のバランサを巻数比１：１で巻線する。第１のバランサの巻数の少ない方のコイルに直列に第２のバランサの両方のコイルを基板上で接続する。第１のバランサで第１の冷陰極管に流れる電流と第２のバランサに流れる電流とに分流し、第２のバランサで第２の冷陰極管に流れる電流と第３の冷陰極管に流れる電流とに分流する。これによって、最終的には３本の冷陰極管に流れる電流を均等配分することができる。このような技術は、特許文献１に従来例として示されている。

このような負荷電流平衡装置は、インバータ回路の設置個数を低減できるため、インバータトランスや制御回路部の部品点数を削減できる利点がある。しかし、液晶画面の大型化により、バックライトに使用する冷陰極管の本数は、例えば１９インチ型では１２本程度、３２インチ型では１６本程度まで増加している。そのため、上記のような方式では、冷陰極管とほぼ同数のバランサが必要となり、その結果、特に大型の液晶パネルになればなるほど回路基板設計が複雑になり、バランサの実装面積やコストも無視できないものとなる。

ところで、電流平衡用トランスを用いずにインバータトランスで放電管に均一な電流を供給し点灯する装置として、２次巻線間に作用する磁束量を調整する補助巻線を設け、該補助巻線の入力電圧を補助巻線駆動回路で制御する技術が提案されている（特許文献２参照）。これは、例えば放電管に流れる電流をそれぞれ検出し、その結果に基づいて放電管間の電流差を電流差演算器で演算し、その演算結果に基づいて補助巻線駆動回路の動作を制御するように構成されている。従って、このような技術も回路が複雑化し、高コストになる。
特開平６−２６９１２５号公報特開２００５−２７６９１９号公報

本発明が解決しようとする課題は、電流平衡用トランスを用いることなく、簡単なインバータ回路の構成で複数の放電管に流れる管電流の平衡をとることができるようにし、それによって部品点数の低減並びにインバータ基板の小型化、及びコストダウンを図ることである。

本発明は、１入力１出力方式の複数のインバータトランスを、１次巻線（入力巻線）を並列又は直列に接続して、２次巻線（出力巻線）に接続されている放電管をスイッチング部により点灯駆動するインバータ回路であって、各インバータトランスは、２次巻線近傍に磁束調整用巻線を具備し、１つの磁束調整用巻線の巻き終わりと次の磁束調整用巻線の巻き始めを順次直列に接続して全ての磁束調整用巻線について１つのループを形成することを特徴とする放電管点灯用インバータ回路である。

また本発明は、１入力複数出力方式のインバータトランスを用いて、各２次巻線に接続されている放電管をスイッチング部により点灯駆動するインバータ回路であって、前記インバータトランスは、両２次巻線近傍にそれぞれ磁束調整用巻線を具備し、１つの磁束調整用巻線の巻き終わりと次の磁束調整用巻線の巻き始めを順次直列に接続して全ての磁束調整用巻線について１つのループを形成することを特徴とする放電管点灯用インバータ回路である。

更に本発明は、１入力複数出力方式の複数のインバータトランスを、それぞれの１次巻線を並列又は直列に接続して、２次巻線に接続されている放電管をスイッチング部により点灯駆動するインバータ回路であって、各インバータトランスは、各２次巻線近傍にそれぞれ磁束調整用巻線を具備し、各インバータトランス内で１つの磁束調整用巻線の巻き終わりと次の磁束調整用巻線の巻き始めを順次直列に接続すると共に、各インバータトランス間でも順次直列に接続して、全ての磁束調整用巻線について全体で１つのループを形成することを特徴とする放電管点灯用インバータ回路である。

これらにおいて、磁束調整用巻線によるループ内に電流調整用の負荷を挿入することもできる。

これらの放電管点灯用インバータ回路で用いるトランスは、巻線を施したボビンと磁路を形成する磁気コアを備え、ボビンに形成されている２次巻線近傍に磁束調整用巻線が設けられている構造とする。

本発明に係る放電管点灯用インバータ回路は、インバータトランスの２次巻線の近傍に磁束調整用巻線を設け、１つの磁束調整用巻線の巻き終わりと次の磁束調整用巻線の巻き始めを順次直列に接続して１つのループを形成するように構成したことにより、インバータ駆動したときに各磁束調整用巻線に同じ電流が流れ、それぞれの２次巻線を通る磁束が均等になって出力電流（管電流）の平衡をとることができる。従って、電流平衡用トランスを用いることなく、簡単なインバータ回路の構成（磁束調整用巻線によるループ結線）で、複数の放電管に流れる電流の平衡をとることができ、それによって部品点数の低減並びにインバータ基板の小型化、及びコストダウンを図ることができる。

図１は本発明に係る放電管点灯用インバータ回路の一実施例を示す回路図であり、図２はそれに用いるインバータトランスの説明図である。この実施例は、１入力１出力方式のインバータトランス１０を３個用いて、３本の冷陰極管１２を点灯駆動する構成を表している。３個のインバータトランス１０の各１次巻線Ｎｐを並列に接続し、１台のスイッチング部１４で駆動する。各２次巻線Ｎｓには、それぞれ冷陰極管１２が接続されている。

インバータトランス１０は、ボビンの同一巻軸に巻かれた３つのコイルと閉磁路を形成する磁気コアとを組み合わせた構造である。前記ボビン２０は、四角筒状の巻軸と、その両端に位置し端子２２が固着されている巻枠部２４と、端子２２を備えた２枚の中間仕切り部２６などからなり、それらによって３つの巻線領域に分割されている構造である。分割されている第１の巻線領域（ここでは図の左手側）に１次巻線Ｎｐが、第２の巻線領域（ここでは図の中央部）に２次巻線Ｎｓが、また該２次巻線近傍の第３の巻線領域（ここでは図の右手側）に磁束調整用巻線Ｎｂが、それぞれ巻き付けられる。各巻線端末は、ボビン２０に取り付けられている端子２２に絡げて半田付けすることにより電気的に接続される。ここでは高圧となる２次巻線Ｎｓはセパレータ２８により複数の小領域に分割して巻線してある。２次巻線Ｎｓと磁束調整用巻線Ｎｂは、同じ極性（巻き方向が同じ）で巻き付けられる。磁気コア３０は、例えばＩコア３２と四角枠状コア（口字型コア）３４との組み合わせからなり、前記Ｉコア３２がボビン２０の巻軸を貫通し、前記四角枠状コア３４がボビンの両端でＩコア３２の両端に対向する構造とする。

本発明では、図２に示すように、インバータトランス１０は、２次巻線近傍に磁束調整用巻線Ｎｂを具備しており、図１に示すように、１つの磁束調整用巻線の巻き終わりと次の磁束調整用巻線の巻き始めを順次直列に接続して全ての磁束調整用巻線について１つのループ４０を形成する。ループ４０は、実装基板に設けた印刷配線パターンにより形成する。

このように、インバータトランス１０に巻かれた全ての磁束調整用巻線Ｎｂを繋げて動作させると、各インバータトランス１０の２次巻線Ｎｓ内側に配置されている磁気コアの磁束が等しくなるように磁束調整用巻線Ｎｂに電流が流れる。そのため、２次巻線Ｎｓ内側を通る磁束がほぼ同じとなり、その磁束によって誘起され発生する各２次巻線の電流も均一の値となる。つまり結果として冷陰極管に流れる管電流が均一となる。この構成の場合、本発明では３個のインバータトランスに対してスイッチング部は１個で済むため、インバータ基板の小型化及びコスト低減が可能である。また、電流平衡用コイルも不要となるため、この点でもインバータ基板の小型化及びコスト低減が可能である。

図３及び図４は、図１の変形例である。図１に示す実施例では、インバータトランス１０の１次巻線Ｎｐを並列に接続している。それに対して、図３及び図４に示す例は、インバータトランス１０の１次巻線Ｎｐを直列に接続している。各インバータトランス１０の１次巻線Ｎｐにはインダクタンスのばらつきがあり、そのために電圧のばらつきは生じるが、直列に接続されていると、電流値が揃い、ある程度の磁束調整ができる。なお、インバータトランスは図２に示すものと同じであってよい。２次巻線Ｎｓには、それぞれ冷陰極管１２が接続され、全ての磁束調整巻線Ｎｂは、順次接続されて１つのループを形成している。このループ形成によって、更に管電流の均一化が図られる。

図４では、磁束調整用巻線Ｎｂを順次接続しているループ４０に負荷（抵抗）Ｚを挿入している。磁束調整用巻線Ｎｂが細いので、大きな電流が流れると発熱する恐れがある。図４に示すように負荷を挿入すると、スパイク状の過大な電流を抑制でき、発熱の問題は解決できる。しかし、電流が減少する分、電流平衡調整機能は低下する。挿入する負荷の大きさは、抑制する電流値や発熱などを考慮して適宜選定すればよい。

図５は本発明に係る放電管点灯用インバータ回路の他の一実施例を示す回路図であり、図６はそれに用いるインバータトランスの説明図である。Ａは平面を、Ｂは磁路を示している。この実施例は、１入力２出力方式のインバータトランス６０を用いて、２本の冷陰極管１２を点灯駆動する状態を表している。スイッチング部１４をインバータトランス６０の１次巻線Ｎｐに接続し、駆動する。両方の２次巻線Ｎｓの一端には、それぞれ冷陰極管１２の一端を接続する。２次巻線Ｎｓの他端は結線してアースに落とし、冷陰極管１２の他端は相互に接続する。各２次巻線Ｎｓ近傍にそれぞれ磁束調整用巻線Ｎｂを設け、一方の磁束調整用巻線Ｎｂの巻き終わりと他方の磁束調整用巻線Ｎｂの巻き始めを順次直列に接続して両方の磁束調整用巻線Ｎｂについて１つのループを形成する。

インバータトランスは、図６のＡに示すように、ボビンの同一巻軸に巻かれた５つのコイルと閉磁路を形成する磁気コアとを組み合わせた構造である。前記ボビンは、四角筒状の巻軸と、その両端に位置し端子付き巻枠部と、端子を備えた４枚の中間仕切り部などからなり、それらによって５つの巻線領域に分割されている構造である。中央の第１の巻線領域に１次巻線Ｎｐが、その両側の２つの第２の巻線領域に２次巻線Ｎｓが、また両２次巻線の近傍外側の２つの第３の巻線領域に磁束調整用巻線Ｎｂが、それぞれ巻き付けられる。各巻線端末は、ボビンに取り付けられている端子に絡げて半田付けすることにより電気的に接続される。両２次巻線Ｎｓと両磁束調整用巻線Ｎｂは、同じ極性（巻き方向が同じ）で巻き付けられる。磁気コアは、例えばＩコア６２と四角枠状コア（口字型コア）６４との組み合わせからなり、前記Ｉコア６２がボビンの巻軸を貫通し、前記四角枠状コア６４がボビンの両端でＩコア６２の両端に対向する構造とする。

中央に１次巻線Ｎｐを設け、その両側に２次巻線Ｎｓを配置したインバータトランスの場合、１次巻線Ｎｐにて発生した磁束は巻線内部の同一コア内を通るため、両側の２次巻線Ｎｓ内部を流れる磁束は理論上同一である。しかし、現実には各巻線位置のバラツキ、コア形状、ギャップ位置等によって左右の漏れ磁束の量が均一でなくなり、そのため一方の２次巻線と他方の２次巻線に流れる電流も均一でなくなる。そこで、両方の２次巻線の近傍にそれぞれ磁束調整用巻線を同じ極性で（同じ巻き方向で）巻線し、両方の磁束調整巻線を直列接続して動作させる。すると、２つの２次巻線の内部磁束が異なる場合でも、磁束調整用巻線に流れる電流により両方の２次巻線の内部磁束が均一化され、その結果、両方の２次巻線に流れる電流は均一となる。この状態で各コアに流れる磁束を図６のＢに示す。

図７は、この実施例で用いることができるインバータトランスの他の例を示している。Ａに示す例は、２個のＵコア６６を組み合わせることで閉磁路を構成している。Ｕコア−Ｕコアの一方の脚部を組み合わせた部分に１次巻線Ｎｐを施し、他方の脚部それぞれに２次巻線Ｎｓと磁束調整用巻線Ｎｂを施している。この例では磁束調整用巻線Ｎｂを２次巻線Ｎｓの内側に設けているが、２次巻線の外側に設けてもよい。Ｂに示す例は、２個のＥコア６８を組み合わせることで閉磁路を構成している。Ｅコア−Ｅコアの中央脚部を組み合わせた部分に１次巻線Ｎｐを施し、両方の側脚部を組み合わせた部分にそれぞれ２次巻線Ｎｓと磁束調整用巻線Ｎｂを施してある。

図７のＣに示す例は、図６に示されているインバータトランスの変形例である。四角枠状コアの長さを短縮して（Ｉコアを若干両側に延伸して）、四角枠状コアから突出した外側部分に磁束調整用巻線Ｎｂを施している。四角枠状コアの内側には磁束調整用巻線を設けていない。従って、磁束調整用巻線Ｎｂは閉磁路内ではなく外側の磁束を検知することになる。この構造は、特に発熱が大きい場合には有効である。

図８及び図９は、本発明の更に他の実施例を示している。これらの実施例は、１入力２出力方式のインバータトランスを複数（図では２個）用いて、より多くの本数の冷陰極管を点灯駆動する状態を表している。

図８に示す例では、２個のインバータトランス６０の１次巻線Ｎｐを並列に接続し、スイッチング部１４で駆動する。１個のインバータトランス６０の両方の２次巻線Ｎｐの一端には、それぞれ冷陰極管１２の一端を接続する。２次巻線Ｎｓの他端は結線してアースに接続し、冷陰極管１２の他端は相互に接続する。全てのインバータトランス１０の各２次巻線近傍にそれぞれ磁束調整用巻線Ｎｂを設け、１つの磁束調整用巻線Ｎｂの巻き終わりと次の磁束調整用巻線Ｎｂの巻き始めを順次直列に接続して全ての磁束調整用巻線Ｎｂについて１つのループを形成する。

図９に示す例では、２個のインバータトランス６０の１次巻線Ｎｐを直列に接続し、スイッチング部１４で駆動する。１個のインバータトランス６０の両方の２次巻線Ｎｐの一端には、それぞれ冷陰極管１２の一端を接続する。ここでも２次巻線Ｎｓの他端は結線してアースに接続し、冷陰極管１２の他端は相互に接続する。全てのインバータトランス６０の各２次巻線近傍にそれぞれ磁束調整用巻線Ｎｂを設け、１つの磁束調整用巻線Ｎｂの巻き終わりと次の磁束調整用巻線Ｎｂの巻き始めを順次直列に接続して全ての磁束調整用巻線Ｎｂについて１つのループを形成する。

（実測例）
次に、図５に示す２出力の放電管点灯用インバータ回路における両冷陰極管を流れる管電流を測定した。実測結果を表１及び表２に示す。インバータトランスとしては図６に示す構造のものを使用した。いずれも１次巻線Ｎｐは２７ターン、２次巻線Ｎｓは２３００ターンである。

表１は、１次巻線Ｎｐにばらつきや偏りが無いように丁寧に均一に巻き付けた場合である。磁束調整用巻線Ｎｂは５０ターンである。「磁束調整用巻線なし」は従来技術に対応するものであり、実測時には磁束調整用巻線自体は設けているがループにせずに両端オープンにした形で測定した。「磁束調整用巻線あり」は本発明に対応するものであり、磁束調整用巻線をループに接続して測定した。１次巻線Ｎｐにばらつきや偏りが無いように丁寧に均一に巻き付けると、「磁束調整用巻線なし」でも管電流のばらつき（差）は十分に小さくできる。しかし、「磁束調整用巻線あり」にすると、その差を更に半分以下に低減できた。

表２は、１次巻線Ｎｐにばらつきや偏りが生じるように意図的に巻線をばらつかせた場合である。磁束調整用巻線Ｎｂは４５ターンである。ここでも「磁束調整用巻線なし」は従来技術に対応するものであり、実測時には磁束調整用巻線自体は設けているがループにせずに両端オープンにした形で測定した。「磁束調整用巻線あり」は本発明に対応するものであり、磁束調整用巻線をループに接続して測定した。１次巻線Ｎｐにばらつきや偏りが生じるように巻き付けると、「磁束調整用巻線なし」では管電流のばらつき（差）は非常に大きくなる。しかし、「磁束調整用巻線あり」にすると、その差を半分以下に低減できた。

実際の製造では、巻線は、通常、上記表１と表２の中間のばらつき状態となるが、いずれにしても本発明のように磁束調整用巻線をループに結線すると、管電流のばらつきを従来の半減以下まで低く抑えることができる。

本発明に係る放電管点灯用インバータ回路の一実施例を示す回路図。それに用いるインバータトランスの説明図。図１の一変形例を示す回路図。図１の他の変形例を示す回路図。本発明に係る放電管点灯用インバータ回路の他の実施例を示す回路図。それに用いるインバータトランスの説明図。それに用いるインバータトランスの他の例を示す説明図。本発明に係る放電管点灯用インバータ回路の更に他の実施例を示す回路図。図８の変形例を示す回路図。

符号の説明

１０インバータトランス
１２冷陰極管
１４スイッチング部
Ｎｐ１次巻線
Ｎｓ２次巻線
Ｎｂ磁束調整用巻線

Claims

１入力１出力方式の複数のインバータトランスを、それぞれの１次巻線を並列又は直列に接続して、２次巻線に接続されている放電管をスイッチング部により点灯駆動するインバータ回路であって、
各インバータトランスは、２次巻線近傍に磁束調整用巻線を具備し、１つの磁束調整用巻線の巻き終わりと次の磁束調整用巻線の巻き始めを順次直列に接続して全ての磁束調整用巻線について１つのループを形成することを特徴とする放電管点灯用インバータ回路。
１入力複数出力方式のインバータトランスを用いて、各２次巻線に接続されている放電管をスイッチング部により点灯駆動するインバータ回路であって、
前記インバータトランスは、両２次巻線近傍にそれぞれ磁束調整用巻線を具備し、１つの磁束調整用巻線の巻き終わりと次の磁束調整用巻線の巻き始めを順次直列に接続して全ての磁束調整用巻線について１つのループを形成することを特徴とする放電管点灯用インバータ回路。
１入力複数出力方式の複数のインバータトランスを、それぞれの１次巻線を並列又は直列に接続して、２次巻線に接続されている放電管をスイッチング部により点灯駆動するインバータ回路であって、
各インバータトランスは、各２次巻線近傍にそれぞれ磁束調整用巻線を具備し、各インバータトランス内で１つの磁束調整用巻線の巻き終わりと次の磁束調整用巻線の巻き始めを順次直列に接続すると共に、各インバータトランス間でも順次直列に接続して、全ての磁束調整用巻線について全体で１つのループを形成することを特徴とする放電管点灯用インバータ回路。
磁束調整用巻線によるループ内に電流調整用の負荷を挿入した請求項１乃至３のいずれかに記載の放電管点灯用インバータ回路。
請求項１乃至４のいずれかに記載の放電管点灯用インバータ回路で用いるトランスであって、巻線を施したボビンと磁路を形成する磁気コアを備え、ボビンに形成されている２次巻線近傍に磁束調整用巻線が設けられているインバータトランス。
請求項２記載の放電管点灯用インバータ回路で用いるトランスであって、巻線を施したボビンと磁路を形成する磁気コアを備え、ボビンに形成されている両２次巻線近傍にそれぞれ磁束調整用巻線が設けられており、１つの磁束調整用巻線の巻き終わりと次の磁束調整用巻線の巻き始めが順次直列に接続されて１つのループが形成されているインバータトランス。