JP2008029135A

JP2008029135A - 電力供給装置、電流バランス用トランス、ならびにそれらを用いた発光装置および電子機器

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Publication number: JP2008029135A
Application number: JP2006199816A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Fukumoto; 憲一福本; Kuang-Woo Nam; 光佑南
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2008-02-07
Also published as: EP1881744A1; CN101110553A; KR20080008975A; US20080048589A1; TW200828719A

Abstract

【課題】複数の負荷に対して、均一に電力供給する。
【解決手段】電力供給装置１００は、複数の蛍光ランプ１１０に対して電力を供給する。交流電源２０は、蛍光ランプ１１０a〜１１０ｅに、共通の交流電圧Ｖａｃを供給する。複数のコイル１０ａ〜１０ｅは、複数の蛍光ランプ１１０ａ〜１１０ｅごとに、その電流経路上に設けられる。鉄芯１２は、閉ループを形成しており、複数のコイル１０ａ〜１０ｅは、鉄芯１２を軸として同一方向に巻き付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光ランプなどの負荷に交流電力を供給する電力供給装置に関する。

近年、ブラウン管テレビに代えて、薄型、大型化が可能な液晶テレビの普及が進んでいる。液晶テレビは、映像が表示される液晶パネルの背面に、冷陰極蛍光ランプ（ＣｏｌｄＣａｔｈｏｄｅＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔＬａｍｐ、以下ＣＣＦＬという）や、外部電極蛍光ランプ（ＥｘｔｅｒｎａｌＥｌｅｃｔｒｏｄｅＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔＬａｍｐ、以下、ＥＥＦＬという）を複数本配置し、バックライトとして発光させている。

ＣＣＦＬやＥＥＦＬなどの蛍光ランプの駆動には、たとえば１２Ｖ程度の直流電圧を昇圧して交流電圧として出力するインバータ（ＤＣ／ＡＣコンバータ）などが用いられる。インバータは、蛍光ランプに流れる電流を電圧に変換して制御回路に帰還し、この帰還された電圧にもとづいてスイッチング素子のオンオフを制御している。

ここで、インバータによって昇圧された交流電圧によって、複数のＣＣＦＬを駆動する場合を考える。各ＣＣＦＬの発光輝度は、ＣＣＦＬに流れる電流に応じて決まるため、複数のＣＣＦＬを均一に発光させるためには、各ＣＣＦＬに流れる電流をそろえる必要がある。たとえば、特許文献１、２には、関連技術が開示される。

特開２００３−３２３９９４号公報国際公開第２００５／０３８８２８号パンフレット

特許文献に記載の技術では、蛍光ランプごとに、複数のトランスを設け、複数のトランスの１次コイルに蛍光ランプを接続し、２次コイルでループを形成している。この構成では、蛍光ランプごとにトランスを設ける必要があるため、専有面積が増大するという問題がある。さらに、電流をバランスさせるために、蛍光ランプごとに設けられたトランスによって、１次コイルに流れる電流を、一旦、磁気エネルギに変換し、再度２次コイルに流れる電流に変換するため、電気エネルギ−磁気エネルギ−電気エネルギという変換が行われるため、変換によって発生する誤差、たとえばコイルの巻数比のばらつき等によって、蛍光ランプの電流がばらつく可能性があった。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的のひとつは、蛍光ランプなどの複数の負荷に対して、均一に電力を供給可能な電力供給装置の提供にある。

本発明のある態様によれば、複数の負荷に対して電力を供給する電力供給装置が供給される。この電力供給装置は、複数の負荷の電流経路上に、負荷ごとに設けられた複数のコイルと、閉ループを形成する鉄芯と、を備える。この電力供給装置は、複数のコイルを、鉄芯を軸として同一方向に巻き付けたことを特徴とする。

この態様によると、複数のコイルが、閉ループ状の共通の鉄芯に巻き付けられているため、各コイルに流れる電流は、巻き線比に応じて安定化する。その結果、複数の負荷に流れる電流を所望の比率にバランスさせることができる。

ある態様において、電力供給装置は、複数の負荷に共通の電圧を供給する交流電源をさらに備えてもよい。交流電源は、複数の負荷のいずれかひとつに流れる電流が、所定の電流値と一致するように、帰還により共通の電圧を調節してもよい。
この場合、ある負荷に流れる電流が安定化され、その電流を基準として、他の複数の負荷に流れる電流を、複数のコイルと鉄芯によってバランスさせることができ、すべての負荷に流れる電流を、安定化することができる。

電力供給装置は、複数の負荷のいずれかひとつに流れる電流の経路上に設けられた検出抵抗をさらに備えてもよい。交流電源は、検出抵抗に発生する電圧降下が一定と一致するように、帰還により複数の負荷に供給する共通の電圧を調節してもよい。

ある態様において、交流電源は、複数の負荷のすべてに流れる電流が、所定の電流値と一致するように、帰還により共通の電圧を調節してもよい。
すべてに流れる電流を安定化すると、その電流が、複数のコイルと鉄芯によってバランスされる電流比に分流して、複数の負荷に流れるため、すべての負荷に流れる電流を安定化することができる。

交流電源は、複数の負荷に供給される全負荷電流の経路上に設けられた検出抵抗を含み、検出抵抗に発生する電圧降下が一定となるように、帰還により複数の負荷に供給する共通の電圧を調節してもよい。

交流電源は、直流の入力電圧を交流電圧に変換して出力するインバータであってもよい。

本発明の別の態様は、発光装置である。この発光装置は、複数の蛍光ランプと、複数の蛍光ランプを、複数の負荷として電力を供給する上述の電力供給装置と、を備える。
この態様によれば、複数の蛍光ランプに流れる電流を均一化することができる。
蛍光ランプは、冷陰極蛍光ランプであってもよく、また、外部電極蛍光ランプであってもよい。

複数の蛍光ランプは、液晶パネルの背面に配置されるバックライトであってもよい。

本発明のさらに別の態様は、電子機器である。この電子機器は、液晶パネルと、液晶パネルの背面にバックライトとして設けられた発光装置と、を備える。
この態様によると、バックライトの輝度を均一化することができ、パネルの視認性を向上することができる。

本発明のさらに別の態様は、電流バランス用トランスに関する。この電流バランス用トランスは、閉ループを形成する鉄芯と、鉄芯を共通の軸として巻き付けられた複数のコイルと、複数のコイルの端子ごとに設けられた外部端子と、を備える。

この態様によると、外部端子に、複数の負荷を接続することにより、負荷に流れる電流を、各コイルの巻き線比に応じてバランスさせることができる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せや、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明に係る電力供給装置によれば、複数の負荷に対して供給する電力をバランスさせることができる。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
本明細書において、「部材Ａと部材Ｂが接続される」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合や、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図１は、本発明の実施の形態に係る発光装置２００の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る発光装置２００は、液晶パネルのバックライトに用いられる。図２は、図１の発光装置２００が搭載される液晶テレビ３００の構成を示すブロック図である。もっとも、本実施の形態に係る発光装置２００の用途は、液晶テレビに限定されるものではなく、ノート型パーソナルコンピュータなどの電子機器であってもよい。

図２において、液晶テレビ３００は、アンテナ３１０と接続される。アンテナ３１０は、放送波を受信して受信部３０４に受信信号を出力する。受信部３０４は、受信信号を検波、増幅して、信号処理部３０６へと出力する。信号処理部３０６は、変調されたデータを復調して得られる画像データを液晶ドライバ３０８に出力する。液晶ドライバ３０８は、画像データを走査線ごとに液晶パネル３０２へと出力し、映像、画像を表示する。液晶パネル３０２の背面には、バックライトとして複数の蛍光ランプ１１０が配置されている。以下で説明する本実施の形態に係る電力供給装置は、複数の蛍光ランプ１１０に電力を供給するために使用されるものである。

図１に戻り、実施の形態に係る電力供給装置１００の構成および動作について詳細に説明する。

本実施の形態に係る発光装置２００は、電力供給装置１００と、その負荷として設けられる複数の蛍光ランプ１１０ａ〜１１０ｅと、を備える。以下、蛍光ランプ１１０ａ〜１１０ｅは、必要に応じて、単に蛍光ランプ１１０と総称する。蛍光ランプ１１０は、たとえば、ＣＣＦＬやＥＥＦＬである。本実施の形態においては、５つの蛍光ランプを設ける場合について説明するが、これに限定されるものではなく、蛍光ランプ１１０の個数は、いくつであってもよい。

蛍光ランプ１１０は、図２の液晶パネルの背面に配置される。電力供給装置１００は、複数の蛍光ランプ１１０に対して電力を供給するものであり、たとえば、１０００Ｖ以上の交流電圧を生成して、蛍光ランプ１１０に供給する。蛍光ランプ１１０の発光輝度は、それぞれに流れる電流によって決まるため、駆動電流（以下、ランプ電流Ｉｒともいう）のばらつきは、バックライトの輝度ムラとなって現れる。したがって、電力供給装置１００には、複数の蛍光ランプ１１０を均一に駆動することが要求される。

本実施の形態に係る電力供給装置１００は、複数のコイル１０ａ〜１０ｅ、および鉄芯１２、交流電源２０を備える。

駆動対象の蛍光ランプ１１０ａ〜１１０ｅは、その一端が共通に接続されている。交流電源２０は、共通接続された蛍光ランプ１１０a〜１１０ｅの一端に、共通の駆動電圧である交流電圧Ｖａｃを供給する。たとえば、交流電源２０は、直流の入力電圧Ｖｄｃ（たとえば電源電圧）を交流電圧Ｖａｃに変換して出力するインバータである。インバータなどの交流電源は、公知の技術を用いることができる。

複数のコイル１０ａ〜１０ｅは、複数の蛍光ランプ１１０ａ〜１１０ｅごとに設けられる。コイル１０ａ〜１０ｅは、複数の蛍光ランプ１１０ａ〜１１０ｅの共通接続された端子とは反対側の端子に接続され、各蛍光ランプ１１０ａ〜１１０ｅの電流経路上に設けられている。

鉄芯１２は、閉ループを形成している。鉄芯１２は一般的なトランスに使用される材料を用いて構成すればよい。図３は、コイル１０ａ〜１０ｅが、鉄芯１２に巻き付けられた電流バランス用トランス１４の構成を示す図である。複数のコイル１０ａ〜１０ｅは、それぞれに流れる電流によって発生する磁界の向きが、鉄芯１２内において同一方向となるように、鉄芯１２に巻き付けられる。なお、蛍光ランプ１１０に流れる電流は、交流であるため、各コイル１０に流れる電流の向きは交流電圧Ｖａｃに応じて変動する。複数のコイル１０ａ〜１０ｅそれぞれの両端は、外部端子１１ａ〜１１ｅが設けられる。

以上のように構成された発光装置２００の動作を説明する。交流電源２０が、交流電圧Ｖａｃを、蛍光ランプ１１０ａ〜１１０ｅの共通の駆動電圧として生成すると、この交流電圧Ｖａｃによって、各蛍光ランプ１１０ａ〜１１０ｅが駆動され、ランプ電流Ｉｒａ〜Ｉｒｅが流れる。このランプ電流Ｉｒａ〜Ｉｒｅは、それぞれの蛍光ランプ１１０ａ〜１１０ｅに接続されたコイル１０ａ〜１０ｅに流れ込む。

各コイル１０によって発生する磁界Ｈは、それぞれの巻数ｎと、流れるコイル電流、すなわちランプ電流Ｉｒに応じて決定され、
Ｈ＝ｎ・Ｉｒ
で与えられる。図３の電流バランス用トランス１４において、各コイル１０ａ〜１０ｅによって発生する磁界Ｈａ〜Ｈｅは、同一の閉ループ内に発生するため互いに等しくなる。したがって、図１の発光装置２００においては、
ｎ_ａ・Ｉｒａ＝ｎ_ｂ・Ｉｒｂ＝ｎ_ｃ・Ｉｒｃ＝ｎ_ｄ・Ｉｒｄ＝ｎ_ｅ・Ｉｒｅ
が成り立つ。ここで、ｎ_ａ〜ｎ_ｅは、それぞれコイル１０ａ〜１０ｅの巻数である。したがって、本実施の形態に係る発光装置２００によれば、各コイル１０に流れる電流、すなわちランプ電流Ｉｒを、コイル１０の巻数に応じてバランスさせることができる。たとえば、すべてのコイル１０の巻数を均一とした場合、ランプ電流Ｉｒａ〜Ｉｒｅが等しくなるようにバランスされる。

図４は、実施の形態に係る交流電源２０の構成例を示す回路図である。交流電源２０は、入力端子Ｔ１に入力された直流の入力電圧Ｖｄｃを、交流電圧Ｖａｃに変換し、出力端子Ｔ２から出力するインバータである。交流電源２０は、トランスＴＲＳ１、フィルタ２２、制御回路２４、スイッチング回路２６、整流回路２８、検出抵抗Ｒｓｅｎｓｅ、キャパシタＣ１を備える。

交流電源２０は、複数の蛍光ランプ１１０のすべてに流れる電流ΣＩｒが、所定の電流値Ｉｔｏｔａｌと一致するように、帰還により共通の交流電圧Ｖａｃを調節する。複数の蛍光ランプ１１０に供給される全負荷電流ΣＩｒは、トランスＴＲＳ１の２次コイルを介して供給される。図４の交流電源２０は、全負荷電流ΣＩｒの電流経路、すなわちトランスＴＲＳ１の２次コイルの経路上に設けられた検出抵抗Ｒｓｅｎｓｅを含み、検出抵抗Ｒｓｅｎｓｅに発生する電圧降下が一定となるように、帰還により交流電圧Ｖａｃを制御する。

トランスＴＲＳ１は、２次コイルの一端が出力端子Ｔ２に接続され、他端が整流回路２８に接続される。整流回路２８は、２つのダイオードＤ１、Ｄ２を含む。ダイオードＤ１のアノードは接地され、カソードは、トランスＴＲＳ１の２次コイルに接続される。また、ダイオードＤ２のアノードは、ダイオードＤ１のカソードと接続され、カソードは検出抵抗Ｒｓｅｎｓｅに接続される。

トランスＴＲＳ１の２次コイルに流れる電流は、負荷である蛍光ランプ１１０ａ〜１１０ｅに流れるランプ電流Ｉｒａ〜Ｉｒｅの総和ΣＩｒとなる。ランプ電流Ｉｒａ〜Ｉｒｅは交流であるため、整流回路２８によって整流され、蛍光ランプ１１０から交流電源２０内部に流れ込む向きの電流成分が抽出される。抽出された電流が、検出抵抗Ｒｓｅｎｓｅに流れると、電圧降下が発生する。この電圧降下は、検出電圧Ｖｓｅｎｓｅとして、フィルタ２２に入力される。フィルタ２２は、検出電圧Ｖｓｅｎｓｅを平滑化し、帰還電圧Ｖｆｂとして制御回路２４に出力する。制御回路２４は、帰還電圧Ｖｆｂが、所定の基準電圧Ｖｒｅｆと一致するように、スイッチング回路２６を制御する。スイッチング回路２６は、たとえば、Ｈブリッジ回路やハーフブリッジ回路であって、複数のスイッチングトランジスタを含む。制御回路２４は、パルス幅変調などによって、複数のスイッチングトランジスタのオン時間、オフ時間のデューティ比を制御し、トランスＴＲＳ１の１次コイルに流れる電流を制御する。キャパシタＣ１は直流防止用に設けられている。トランスＴＲＳ１の１次コイルに流れる電流が制御されることにより、出力端子Ｔ２に現れる交流電圧Ｖａｃの値が制御される。なお、図４の交流電源２０の構成は一例であって、別の形式のインバータであってもよい。また、交流電源２０は、直流−交流変換を行うインバータに限定されず、交流−直流−交流変換を行うインバータであってもよい。

以上のように構成された本実施の形態に係る発光装置２００によれば、複数の蛍光ランプ１１０に流れる電流Ｉｒａ〜Ｉｒｅの総和ΣＩｒが、一定値Ｉｔｏｔａｌと一致するように、交流電圧Ｖａｃが生成される。その結果、コイル１０ａ〜１０ｅには、全電流Ｉｔｏｔａｌが、それぞれの巻数ｎに応じてバランスするように分流され、各蛍光ランプ１１０ａ〜１１０ｅに流れるランプ電流Ｉｒａ〜Ｉｒｅを安定化することができる。コイル１０ａ〜１０ｅの巻数ｎが全て等しければ、それぞれの蛍光ランプ１１０には、Ｉｔｏｔａｌ／５の電流が流れることになり、輝度が均一化される。また、巻数ｎをコイルごとに微調節することにより、蛍光ランプ１１０と、液晶パネルの位置に関係に応じて、輝度を調節することができる。

また、本実施の形態に係る発光装置２００によれば、複数の蛍光ランプ１１０のランプ電流Ｉｒをバランスさせるために、ひとつの電流バランス用トランス１４を設ければよいため、部品点数を削減することができるとともに、設計を容易とすることができる。

また、本実施の形態に係る発光装置２００では、コイル電流Ｉｒを、磁界（磁気エネルギ）に一回だけ変換した状態で、バランスをとるため、従来のように、（１）電流を磁界に変換し、（２）再度磁界を電流に変換する、という２段階のエネルギ変換が不要となり、効率を改善することができる。

さらに、本実施の形態では、電流と磁界変換を１回だけ行い、磁界でバランスを保つため、従来のように、２回の変換を経て、電流でバランスを保つ場合に比べて、回路の応答速度を速めることができる。回路の応答速度は、帰還制御の応答性を意味するため、蛍光ランプ１１０の輝度が安定化するまでの時間を短縮することができる。

実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

図４の交流電源２０では、ランプ電流Ｉｒａ〜Ｉｒｅの合計ΣＩｒが一定値に保たれるように、交流電圧Ｖａｃを生成したが、いずれかひとつのランプ電流Ｉｒが一定値に保たれるように制御してもよい。たとえば、蛍光ランプ１１０ａのランプ電流Ｉｒａを安定化する場合、整流回路２８、検出抵抗Ｒｓｅｎｓｅを外してトランスＴＲＳ１の一端を接地し、代わりにコイル１０ａと接地間に、整流回路２８、検出抵抗Ｒｓｅｎｓｅを設ければよい。その結果、ランプ電流Ｉｒａを一定値に安定化することができる。ランプ電流Ｉｒａが安定化されると、コイル１０ｂ〜１０ｅに流れる電流Ｉｒｂ〜Ｉｒｅは、コイル１０ａとの巻き線比に応じた電流に安定化される。

また、本実施の形態に係る電力供給装置１００により駆動される負荷は、蛍光管に限定されるものではなく、その他、様々なデバイスの駆動に適用することができる。

本発明の実施の形態に係る発光装置の構成を示す回路図である。図１の発光装置が搭載される液晶テレビの構成を示すブロック図である。コイルが、鉄芯に巻き付けられた電流バランス用トランスの構成を示す図である。実施の形態に係る交流電源の構成例を示す回路図である。

符号の説明

１０コイル、１２鉄芯、１４電流バランス用トランス、２０交流電源、２２フィルタ、２４制御回路、２６スイッチング回路、２８整流回路、Ｃ１キャパシタ、ＴＲＳ１トランス、Ｒｓｅｎｓｅ検出抵抗、１００電力供給装置、１１０蛍光ランプ、２００発光装置、３００液晶テレビ、３０２液晶パネル、３０４受信部、３０６信号処理部、３０８液晶ドライバ、３１０アンテナ。

Claims

複数の負荷に対して電力を供給する電力供給装置であって、
前記複数の負荷の電流経路上に、負荷ごとに設けられた複数のコイルと、
閉ループを形成する鉄芯と、
を備え、
前記複数のコイルを、前記鉄芯を軸として同一方向に巻き付けたことを特徴とする電力供給装置。
前記複数の負荷に、共通の電圧を供給する交流電源をさらに備え、
前記交流電源は、前記複数の負荷のいずれかひとつに流れる電流が、所定の電流値と一致するように、帰還により前記共通の電圧を調節することを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
前記複数の負荷のいずれかひとつに流れる電流の経路上に設けられた検出抵抗をさらに備え、
前記交流電源は、前記検出抵抗に発生する電圧降下が一定となるように、帰還により前記複数の負荷に供給する前記共通の電圧を調節することを特徴とする請求項２に記載の電力供給装置。
前記複数の負荷に、共通の電圧を供給する交流電源をさらに備え、
前記交流電源は、前記複数の負荷のすべてに流れる電流が、所定の電流値と一致するように、帰還により前記共通の電圧を調節することを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
前記交流電源は、
前記複数の負荷に供給される全負荷電流の経路上に設けられた検出抵抗を含み、前記検出抵抗に発生する電圧降下が一定となるように、帰還により前記複数の負荷に供給する前記共通の電圧を調節することを特徴とする請求項４に記載の電力供給装置。
前記交流電源は、直流の入力電圧を交流電圧に変換して出力するインバータであることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の電力供給装置。
複数の蛍光ランプと、
前記複数の蛍光ランプを、前記複数の負荷として電力を供給する請求項１から５のいずれかに記載の電力供給装置と、
を備えることを特徴とする発光装置。
前記蛍光ランプは、冷陰極蛍光ランプであることを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
前記蛍光ランプは、外部電極蛍光ランプであることを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
前記複数の蛍光ランプは、液晶パネルの背面に配置されるバックライトであることを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
液晶パネルと、
前記液晶パネルの背面にバックライトとして設けられた請求項１０に記載の発光装置と、
を備えることを特徴とする電子機器。
閉ループを形成する鉄芯と、
前記鉄芯を共通の軸として巻き付けられた複数のコイルと、
前記複数のコイルの端子ごとに設けられた外部端子と、
を備えることを特徴とする電流バランス用トランス。