JP2008015463A

JP2008015463A - Ｌｃｄバックライト用デジタルインバータのｌｃｃ

Info

Publication number: JP2008015463A
Application number: JP2006346791A
Authority: JP
Inventors: Oh-Sang Kwon; オサン・グォン; Chang Ho Lee; チャンホ・イ; Yong-Kon Lee; ヨンゴン・イ
Original assignee: LG Philips LCD Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2026-12-22
Also published as: US7911147B2; KR20080002388A; KR101274590B1; GB0625317D0; CN101098579B; US20080001554A1; JP4496206B2; GB2439605B; CN101098579A; GB2439605A

Abstract

【課題】ＬＣＤ用バックライトに適用されたデジタルインバータのストライキング時に印加される電圧値又は電流値を調節し得るＭＣＵを使用し、規格で定められた制限電圧以下にストライキングを誘導して規格時間内にシャットダウン処理を行うデジタルインバータのＬＣＣを提供する。
【解決手段】インバータから供給される交流電源をランプを点灯させるための高電圧の交流電圧に昇圧する変圧器と、該変圧器から前記ランプに供給される電流及び電圧の少なくとも１つを検出する電圧／電流検出部と、前記検出されたアナログの電圧／電流値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、ストライキングプロセスが開始された後、ＬＣＣチェックポイントを誘導し、該ＬＣＣチェックポイントに対する前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号に基づいて前記変圧器の出力電流値及び電圧値の少なくとも１つを予め設定された基準値と比較して異常であると判明した場合、前記インバータをシャットダウンさせるＭＣＵと、を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＣＤバックライト用デジタルインバータのＬＣＣ（Limited Current Circuit：制限電流回路）の実現技術に関し、特に、標準規格を満たすと共に安全保護機能を実行し得るＬＣＤバックライト用デジタルインバータのＬＣＣに関する。

一般に、ＬＣＤバックライトに使用されるインバータは高電圧を使用するため、ユーザの安全性を考慮してユーザがインバータに接触した場合、所定値以上の電流が人体に流れないようにすることが国際規格で定められている。

このために、人体を２ＫΩの無誘導抵抗（noninductive resistance）と設定し、無誘導抵抗を変圧器の２次側に接触する方式でインバータのＬＣＣが円滑に作動しているかをチェックするのが一般的である。高電圧が出力される変圧器の２次側コイルに２ＫΩの無誘導抵抗が接続されると、変圧器から出力される電圧値又は電流値が正常駆動時の出力（基準電圧又は基準電流）より小さくなることを利用してＬＣＣを実現する。

具体的には、ストライキングプロセス（striking process）が開始すると、インバータはランプを駆動するための電圧を徐々に上昇させる。インバータに無誘導抵抗が電気的に接続されている場合、無誘導抵抗にも電流が流れる。しかし、ある瞬間、無誘導抵抗に国際規格以上の電流値が流れることがあり、この場合、変圧器から出力される電圧は正常駆動時の変圧器の出力値より低くなる。すなわち、変圧器の出力値が基準値（基準電圧又は基準電流）より低い場合、ＬＣＣの保護回路が作動してインバータをシャットダウンさせる。

例えば、図４のように、比較器１２は、マスター用変圧器１１の出力電圧を基準電圧（Ｖｒｅｆ）と比較して出力電圧が基準電圧（Ｖｒｅｆ）より低い時にシャットダウンイネーブルラッチ１５にシャットダウン信号を出力し、これにより、インバータがシャットダウンされる。

同様に、比較器１４は、スレーブ用変圧器１３の出力電圧を前記基準電圧（Ｖｒｅｆ）と比較して出力電圧が基準電圧（Ｖｒｅｆ）より低い時に前記シャットダウンイネーブルラッチ１５にシャットダウン信号を出力し、これにより、インバータがシャットダウンされる。

また、ＬＣＣチェック（Limited Current Circuit Check）は、ストライキングＬＣＣチェックとオペレーティングＬＣＣチェックとに分類される。インバータの動作前に無誘導抵抗を接触して動作するのがストライキングＬＣＣチェックであり、インバータの動作中に無誘導抵抗を接触するのがオペレーティングＬＣＣチェックである。すなわち、インバータの動作前と動作後は別途のＬＣＣチェックが作動する。

図５は、従来のインバータのストライキングＬＣＣの出力電流波形を示す図である。ｘ軸は時間で、ｙ軸は変圧器から出力される電圧である。図５に示すように、変圧器の出力値が基準値（基準電圧又は基準電流）より低いと判断される場合にＬＣＣが作動し、変圧器から出力される電圧を突然遮断することによって人体に国際規格以上の電流が流れることを防止する。

最近、上述したアナログ制御方式のＬＣＣ実現方法をデジタル制御方式のインバータに適用する事例が増えている。デジタル制御方式においては、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）が一連のプログラム手順で演算動作し、演算が完了した後、ＬＣＣチェックを行う。すなわち、ＭＣＵが演算する間はＬＣＣが作動しない。

しかし、高速処理が要求されるＬＣＣにおいて、前述したアナログ制御方式のＬＣＣ実現方法がデジタル制御方式のインバータに適用される場合、ＭＣＵの演算量によって遅延時間が発生して国際規格を超える電流が人体に流れることがあるという問題点があった。例えば、ＭＣＵが演算中に割り込み処理ルーチンを行うこともあり、この場合、他の演算ができないため、遅延時間が発生することがある。また、低温及び高温などの環境によってＭＣＵの演算遅延が発生することがあり、これによって、ＬＣＣのような保護回路の信頼性を保障することが困難であるという問題点があった。

従って、本発明は、ＬＣＤ用バックライトに適用されたデジタルインバータのストライキング時に印加される電圧値又は電流値を調節し得るＭＣＵを使用し、規格で定められた制限電圧以下にストライキングを誘導して規格時間内にシャットダウン処理を行うデジタルインバータのＬＣＣを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、インバータから供給される交流電源をランプを点灯させるための高電圧の交流電圧に昇圧する変圧器と、該変圧器から前記ランプに供給される電流及び電圧の少なくとも１つを検出する電圧／電流検出部と、検出されたアナログの電圧／電流値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、ストライキングプロセスが開始された後、ＬＣＣチェックポイントを誘導し、該ＬＣＣチェックポイントに対する前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号に基づいて前記変圧器の出力電流値及び電圧値の少なくとも１つを予め設定された基準値と比較して異常であると判明した場合、前記インバータをシャットダウンさせるＭＣＵとから構成されることを特徴とする。

本発明は、ＬＣＤ用バックライトに適用されたデジタルインバータのストライキング時に印加される電圧を調節し得るＭＣＵを使用し、規格で定められた制限電圧以下にストライキングを誘導して規格時間内にシャットダウン処理を行わせることにより、安全規格のためのＬＣＣの回路構成が簡単になり、ＬＣＣの規格マージンを確保し得るという効果がある。また、遅延時間による不良率が大幅に低減するという効果がある。

以下、添付図面を参照して本発明による好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明によるＬＣＤバックライト用デジタルインバータのＬＣＣの構成を示すブロック図である。図１に示すように、ＬＣＤバックライト用デジタルインバータのＬＣＣは、後述するＭＣＵ３６から供給されるパルス幅変調信号ＰＷＭ１、ＰＷＭ２を利用してゲート駆動信号を発生するゲートドライバ３１と、前記ゲート駆動信号によりスイッチングされるスイッチ素子を利用して電源端子から供給される電圧を交流波形に変換して変圧器３３に供給するインバータ３２と、該インバータ３２から供給される交流電源をランプを点灯させるための高電圧の交流電圧に昇圧する変圧器３３と、該変圧器３３からランプに供給される電流及び／又は電圧を検出する電圧／電流検出部３４と、該電圧／電流検出部３４で検出されたアナログの電圧／電流値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器３５と、ストライキングプロセスが開始された直後にＬＣＣチェックポイントを誘導し、つまり、現在の無誘導抵抗にかかる電圧値をチェックするよう準備及び作動し、該チェックポイントに対する前記Ａ／Ｄ変換器３５の出力信号に基づいて前記変圧器３３の出力電流及び／又は電圧値の正常／異常を判断して異常であると判定された場合、前記インバータ３２をシャットダウンさせるＭＣＵ３６とを含む。

このように構成されたＬＣＤバックライト用デジタルインバータのＬＣＣの作用について添付した図１〜図３を参照して詳細に説明する。ゲートドライバ３１は、前記ＭＣＵ３６から入力されるパルス幅変調信号ＰＷＭ１、ＰＷＭ２を利用してゲート駆動信号を生成し、該生成されたゲート駆動信号を前記インバータ３２に供給する。

インバータ３２は、前記ゲートドライバ３１から入力されるゲート駆動信号によりスイッチングされるスイッチ素子（例えば、ＦＥＴ）を利用して電源端子ＶＣＣから供給される電圧を交流波形に変換してこれを前記変圧器３３の１次巻線側に供給する。

これにより、前記変圧器３３は、前記インバータ３２から供給される交流電源をランプを点灯させるための高電圧の交流電圧に昇圧し、昇圧された高電圧の交流電圧をランプ側に出力する。

この時、前記電圧／電流検出部３４は、前記変圧器３３からランプに供給される電流及び電圧を検出する。検出されたアナログの電圧／電流値は、前記Ａ／Ｄ変換器３５によりデジタル値に変換されて前記ＭＣＵ３６に伝達される。

ＭＣＵ３６は、所定時間毎に前記Ａ／Ｄ変換器３５を通じてランプに供給される電圧及び電流値を読み取り、これに基づいて定電流制御及び保護機能を行う。しかし、前記ＭＣＵ３６のようなデジタル制御器の場合、一連のプログラム手順で演算動作を行い、割り込み処理ルーチンを行う間は他の演算ができないため、遅延時間が発生しやすい。従って、ＬＣＣのような高速処理が要求される演算動作時に誤動作が発生したり、動作遅延が起こりやすい。

本発明においては、遅延時間が発生した場合に規格を超えた電流が人体に流れることを防止するために、ストライキングプロセスの開始からＬＣＣチェックまで無誘導抵抗に流れ得る最大電圧又は最大電流より低い電圧値又は電流値が無誘導抵抗に流れるようにストライキングを誘導するＭＣＵを導入した。すなわち、ストライキングで駆動される時、変圧器から出力される電圧値又は電流値が基準値より大きくなるようにストライキングを誘導するＭＣＵを導入する。ここで、基準値とは、前記インバータ３２に無誘導抵抗が電気的に接続されていない状態で正常駆動される場合のＬＣＣチェックポイントにおける電流値又は電圧値であり、無誘導抵抗に流れ得る国際規格に準拠した最大の電流値又は電圧値を考慮して設定される。

前述したＭＣＵを利用して本発明においては、図２のようなストライキング波形を誘導した後、ＬＣＣチェックポイントで前記Ａ／Ｄ変換器３５の出力信号に基づいて前記変圧器３３の出力電流値及び／又は出力電圧値の正常／異常を判断して異常であると判明した場合、前記インバータ３２をシャットダウンさせる。ここで、異常とは、前記変圧器３３における出力電流値及び／又は出力電圧値が前記基準値より小さい場合である。また、図２のｘ軸（横軸）は時間で、ｙ軸（縦軸）は変圧器から出力される電圧である。図２は、ＬＣＣが作動しないで正常に駆動される場合を示すストライキング波形図である。また、ＭＣＵによって誘導されたストライキング波形とは、図２に示すストライキングプロセス開始からＬＣＣチェックポイントまでの間変圧器から出力される電圧値の波形である。

以下、より具体的に説明する。図２のストライキングプロセス開始からＬＣＣチェックポイントまで、すなわち、ＭＣＵが演算する間変圧器３３から出力される電圧値が正常駆動時の出力値（基準値）以上にストライキングが誘導され得るようにＭＣＵ３６が制御する。すなわち、無誘導抵抗に流れる電圧が予め設定された設定値（正常駆動時にＭＣＵ３６に流れ得る最大電圧値又は／及び最大電流値）より小さくなるようにＭＣＵ３６が制御する。

例えば、国際規格で定められた前記変圧器３３の制限電流値Ｉは、Ｉ＝Ｆ_ｏ［ＫＨｚ］×０．７である。ここで、周波数Ｆ_ｏは、前記インバータ３２の駆動周波数である。従って、前記インバータ３２の駆動周波数Ｆ_ｏ＝６５ＫＨｚである場合、人体に相当する無誘導抵抗（２ＫΩ）に流れ得る許容電流と電圧の最大値は４５．５ｍＡと９１Ｖ（電源電圧＝２００Ｖの場合）である。前記最大電圧が９１Ｖであるため、ＬＣＣの信頼性と安全性を考慮し、図３に示すように、前記ストライキング波形のＬＣＣチェックポイントの正極性電圧が６０Ｖ〜７０Ｖになるように制御する。すなわち、ＭＣＵは無誘導抵抗に流れ得る最大電圧の約６０％〜８０％が正極性電圧（制限電圧）になるように制御する。これにより、演算遅延などによって規格を超えた電流が人体に流れることを防止することができる。

ここで、図３は、ＬＣＣが作動される場合のストライキング波形図であり、ｘ軸は時間、ｙ軸は無誘導抵抗にかかる電圧である。つまり、図３は、ＬＣＣチェックポイントで無誘導抵抗から高電圧が感知され、インバータの電圧が遮断された場合のグラフである。また、図２及び図３において、グラフの中心にある基準線は基準電圧（零点）を示し、基準電圧より大きい電圧は正極性電圧、基準電圧より小さい電圧は負極性電圧である。

その後、ＬＣＣチェックポイントでストライキングプロセスの変圧器出力値が正常であると、ソフトスタートにより正常作動状態になるとランプが駆動される。

しかし、ＬＣＣチェックポイントでストライキングプロセスの変圧器出力値が異常であると判断されると、ＭＣＵは、前記インバータ３２を直ちにシャットダウンさせ、図３に示すように、ソフトスタートしないようにする。図３においては、ｘ軸は時間で、ｙ軸は無誘導抵抗にかかる電圧値である。

以下、ＬＣＣが作動する場合の原理について説明する。抵抗として作用する人体がインバータに電気的に接触した場合のＬＣＣチェックポイントにおける変圧器の出力値を、人体がインバータに接触しない場合（正常駆動時）のＬＣＣチェックポイントにおける変圧器の出力値と比較し、ストライキング時のＬＣＣチェックポイントにおける変圧器の出力値の方が小さいと、国際規格以上の電流が人体に流れ得ると判断する。すなわち、現在、人体に予め設定されている電流値又は電圧値以上の電流又は電圧が流れていると判断する。次いで、ＬＣＣが作動してインバータがシャットダウンされて人体に国際規格以上の電流が流れ得ないようにする保護回路が実現される。ここで、人体に流れた電流値だけ、変圧器の出力値は正常駆動時の変圧器の出力値より低くなる。

ここで、前記ＭＣＵ３６が前記ＬＣＣチェックポイントで前記Ａ／Ｄ変換器３５の出力信号に基づいて前記変圧器３３の出力電流と電圧値の正常／異常を判断する時に瞬時値を基準とすると、誤動作する恐れがある。実際の回路は低温、常温、高温で動作特性が異なるため、環境条件を考慮しなければならない。

従って、本実施の形態においては、実際にＬＣＣを実現する時、初期始動からＬＣＣチェックポイントまでＡ／Ｄ変換値を累積して基準値と比較する方法を用いるようにした。ここで、基準値も累積を考慮して予め設定された数値である。すなわち、ＭＣＵ３６は、ＬＣＣチェックポイントまで前記Ａ／Ｄ変換器３５の出力信号に基づいて計算された前記変圧器３３の出力電流値又は／及び出力電圧値を累積して前記基準値と比較した結果から正常／異常を判断することができる。一方、ＭＣＵ３６はデジタル制御素子であり、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）で代用することができる。

本発明によるＬＣＤバックライト用デジタルインバータのＬＣＣを示すブロック図である。本発明によるストライキング波形図である。本発明によるシャットダウン波形図である。従来のＬＣＤバックライト用デジタルインバータのＬＣＣを示すブロック図である。従来のシャットダウン波形図である。

符号の説明

３１ゲートドライバ
３２インバータ
３３変圧器
３４電圧／電流検出部
３５Ａ／Ｄ変換器
３６ＭＣＵ

Claims

インバータから供給される交流電源をランプを点灯させるための高電圧の交流電圧に昇圧する変圧器と、
前記変圧器から前記ランプに供給される電流及び電圧の少なくとも１つを検出する電圧／電流検出部と、
前記電圧／電流検出部の検出値をアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、ストライキングプロセスが開始された後、ＬＣＣ（Limited Current Circuit）チェックポイントを誘導し、該ＬＣＣチェックポイントに対する前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号に基づいて前記変圧器の出力電流値及び電圧値の少なくとも１つを予め設定された基準値と比較して異常であると判明した場合、前記インバータをシャットダウンさせるＭＣＵと
を備えたＬＣＤバックライト用デジタルインバータのＬＣＣ。
前記基準値は前記インバータに無誘導抵抗が電気的に接続されていない状態で駆動される時、前記ＬＣＣチェックポイントで測定した電流値及び電圧値の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載のＬＣＤバックライト用デジタルインバータのＬＣＣ。
前記ＭＣＵは、前記ＬＣＣチェックポイントで前記変圧器の前記出力電流値又は前記出力電圧値が前記基準値より小さい場合、異常であると判断することを特徴とする請求項２に記載のＬＣＤバックライト用デジタルインバータのＬＣＣ。
前記ＭＣＵは、前記ＬＣＣチェックポイントまで前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号に基づいて計算された前記変圧器の出力電流値又は出力電圧値を累積し、前記基準値と比較した結果から正常／異常を判断するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のＬＣＤバックライト用デジタルインバータのＬＣＣ。
電源端子ＶＣＣから供給される電圧を交流波形に変換して出力するインバータと、該インバータから出力された電圧が印加されてランプを点灯させるための高電圧の交流電圧に昇圧させる変圧器と、該変圧器から前記ランプに供給される電流及び電圧の少なくとも１つを検出する電圧／電流検出部と、該電圧／電流検出部で検出されたアナログの電圧／電流値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、ストライキングプロセスの開始後にＬＣＣチェックポイントを誘導し、前記ストライキングプロセスの開始後から前記ＬＣＣチェックポイントまで前記インバータに接続された無誘導抵抗に流れる電圧値又は電流値が前記無誘導抵抗に流れ得る最大電圧値又は最大電流値より小さくなるように制御するデジタル制御素子と
を備えたＬＣＤバックライト用デジタルインバータのＬＣＣ。
前記デジタル制御素子は、ＭＣＵまたはＤＳＰ（Digital Signal Processor）のいずれか１つを含むことを特徴とする請求項５に記載のＬＣＤバックライト用デジタルインバータのＬＣＣ。
前記デジタル制御素子は、前記ＬＣＣチェックポイントで前記インバータに接続された無誘導抵抗に流れる電圧値又は電流値が前記無誘導抵抗に流れ得る最大電圧値又は最大電流値より大きい場合、前記インバータをシャットダウンさせることを特徴とする請求項５に記載のＬＣＤバックライト用デジタルインバータのＬＣＣ。
前記無誘導抵抗値が２ｋΩで、前記インバータの駆動周波数（Ｆ_ｏ）＝６５ＫＨｚである場合に、前記ＭＣＵは、前記ストライキングプロセスの開始後から前記ＬＣＣチェックポイントまで前記無誘導抵抗に流れる前記電圧値が零点を基準に上下に６０Ｖ〜７０Ｖを維持するように制御することを特徴とする請求項５に記載のＬＣＤバックライト用デジタルインバータのＬＣＣ。
前記無誘導抵抗に流れ得る最大電圧値に対する前記ストライキングプロセスの開始後にＬＣＣチェックポイントで前記ＭＣＵによって制御される前記電圧値の比は１:０．６〜１:０．８であることを特徴とする請求項５に記載のＬＣＤバックライト用デジタルインバータのＬＣＣ。