JP2008236885A

JP2008236885A - インバータ装置ならびにそれを用いた電源装置、発光装置および画像表示装置

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Publication number: JP2008236885A
Application number: JP2007071893A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Fukumoto; 憲一福本
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2008-10-02
Also published as: US20080303447A1; CN101272103A

Abstract

【課題】高電圧の信号ラインを短縮したインバータ装置の提供にある。
【解決手段】インバータ１００は、入力電圧Ｖｉｎを交流の駆動電圧Ｖｄｒｖに変換し、負荷に供給する。出力トランス３４は、２次巻線３４ｂ側に負荷が接続される。メイントランス１２の２次巻線１２ｂは、出力トランス３４の１次巻線３４ａに接続される。駆動回路２は、メイントランス１２の１次巻線１２ａに、入力電圧Ｖｉｎおよび接地電圧を交互に繰り返すスイッチング電圧Ｖｓｗ３を印加する。
【選択図】図２

Description

本発明は、直流電流を交流電圧に変換するインバータ装置に関する。

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。

液晶テレビなどは、商用交流電圧を、ＡＣ／ＤＣ変換により、数百Ｖの直流電圧に変換する電源装置を備える。こうした電源装置は、互いに電気的に絶縁すべき１次側領域と、２次側領域に分離されている。

かかる電源装置とともに用いられ、数百Ｖの直流電圧を昇圧して交流電圧に変換し、蛍光ランプに供給するインバータ（ＤＣ／ＡＣコンバータ）について考察する。図１は、１次側領域５１０と２次側領域５２０を備えた電源システム５００の構成を示すブロック図である。電源システム５００は、商用交流電圧Ｖａｃを直流電圧Ｖｄｃに変換するＡＣ／ＤＣコンバータ４１０と、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１０から出力される直流電圧Ｖｄｃを交流の駆動電圧Ｖｄｒｖに変換し、負荷である蛍光ランプ４３０に供給するインバータ装置４２０と、を備える。

たとえば、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１０は、全波整流回路４１２と、力率改善回路（ＰｏｗｅｒＦａｃｔｏｒＣｏｎｔｒｏｌ）４１４を含んで構成される。ＡＣ／ＤＣコンバータ４１０からの出力電圧は、直流電圧Ｖｄｃとしてインバータ装置４２０へと出力される。

インバータ装置４２０は、駆動回路４２２、トランス４２４を含む。駆動回路４２２は、駆動対象である蛍光ランプ４３０に流れる電流や、印加される電圧などの電気的状態をモニタして、トランス４２４の１次巻線に印加するスイッチング電圧を帰還制御する。

図１の回路では、２次側領域５２０に配置された蛍光ランプ４３０の電気的状態を、１次側領域５１０に配置された駆動回路４２２に帰還するために、フォトカップラ４４０などが用いられる。たとえば、蛍光ランプ４３０に流れる電流は、抵抗素子４３２によって電気信号Ｓｆｂ１に変換される。電気信号Ｓｆｂ１は、フォトカップラ４４０へと入力され、発光ダイオードなどによって、一度光信号に変換される。変換された光信号は、１次側領域５１０に配置されたフォトダイオードやフォトトランジスタなどによって受光され、再び電気信号Ｓｆｂ２に変換されて、駆動回路４２２へと帰還される。特許文献１には、関連技術が記載される。また、フォトカップラに代えて、トランスの電磁結合を利用して２次側領域５２０から１次側領域５１０へと信号を帰還する場合もある。

図１の電源システム５００は、１次側領域５１０と、２次側領域５２０とに分離されている。こうした電源システム５００において、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１０は、１次側領域５１０に配置され、蛍光ランプ４３０は、２次側領域５２０に配置される。また、インバータ装置４２０は、図示のごとく、その一部が１次側領域５１０に、その一部が２次側領域５２０に分けて配置される。具体的には、駆動回路４２２およびトランス４２４の１次巻線が１次側領域５１０に配置され、蛍光ランプ４３０に接続されるトランス４２４の２次巻線は、２次側領域５２０に配置される。

特開２００３−１５３５２９号公報

ここで、蛍光ランプ４３０と、インバータ装置４２０が離れて配置される場合、高電圧の駆動電圧Ｖｄｒｖを伝送する信号ラインの距離が長くなる。高電圧を長距離伝送すると、リークなどが問題となる。また、高電圧用のケーブルは高価であるという問題もある。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高電圧の信号ラインを短縮したインバータ装置の提供にある。

本発明のある態様は、入力電圧を交流の駆動電圧に変換し、負荷に供給するインバータ装置に関する。インバータ装置は、２次巻線側に負荷が接続された出力トランスと、２次巻線が、出力トランスの１次巻線に接続されたメイントランスと、メイントランスの１次巻線に、入力電圧および所定の固定電圧を交互に繰り返すスイッチング電圧を印加する駆動回路と、を備える。

この態様によると、メイントランスと負荷の間に出力トランスを設け、メイントランスと出力トランスの巻線比を適切に設定することにより、メイントランスと出力トランスの間の電圧レベルを低下させることができる。

駆動回路は、メイントランスの１次巻線に接続された複数のトランジスタを含み、複数のトランジスタのオン、オフに応じて、メイントランスの１次巻線に、入力電圧および固定電圧が交互に現れるスイッチング電圧を供給するスイッチング回路と、複数のトランジスタごとに設けられた複数のパルストランスであって、それぞれの２次巻線が、対応するトランジスタの制御端子側に接続された複数のパルストランスと、複数のパルストランスの１次巻線に、パルス電圧を供給する制御回路と、を含んでもよい。

高電圧を扱う電源においては、互いに電気的に絶縁すべき１次側領域および２次側領域に分割して回路を形成する必要がある。メイントランスの１次巻線を１次側領域とすると、メイントランスの２次巻線側に接続される負荷は、２次側領域に配置される。また、パルストランスを設けることにより、制御回路は、２次側領域に配置されることになる。したがって、負荷と制御回路は、いずれも２次側領域に配置されるから、負荷の状態を、制御回路へ絶縁せずにフィードバックすることができる。

出力トランスは複数であり、それぞれの１次巻線がメイントランスの２次巻線とループを形成するように直列に接続されていてもよい。この場合、複数の出力トランスの１次巻線に流れる１次電流は共通となるため、複数の負荷を均一に駆動できる。

メイントランス、駆動回路を第１基板上に配置し、出力トランスを第２基板に配置してもよい。第１基板上のメイントランスの２次巻線と、第２基板上の出力トランスの１次巻線と、をケーブルで接続してもよい。

複数のトランジスタは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であって、複数のパルストランスそれぞれの２次巻線は、対応する複数のトランジスタのゲートからソースに至る経路上に設けられてもよい。

制御回路は、負荷に流れる電流が、所望の電流値に近づくように、複数のパルストランスの１次巻線にパルス電圧を供給してもよい。

本発明の別の態様は、互いに電気的に絶縁すべき１次側領域および２次側領域を含む電源装置に関する。この電源装置は、１次側領域に配置され、入力された商用交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を入力電圧として受け、交流電圧に変換し、２次側領域に配置された負荷に供給する上述のインバータ装置と、を備える。

本発明のさらに別の態様もまた、電源装置である。この電源装置は、互いに電気的に絶縁すべき１次側領域および２次側領域を含む電源装置であって、１次側領域に配置され、入力された商用交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を入力電圧として受け、交流電圧に変換し、２次側領域に配置された負荷に供給するインバータ装置と、を備える。インバータ装置のスイッチング回路、複数のパルストランスの２次巻線およびメイントランスの１次巻線が１次側領域に配置され、インバータ装置の制御回路、複数のパルストランスの１次巻線、メイントランスの２次巻線、および出力トランスが、２次側領域に配置される。

本発明のさらに別の態様は、発光装置である。この発光装置は、蛍光ランプと、蛍光ランプを負荷として、交流の駆動電圧を供給する電源装置と、を備える。

蛍光ランプは、冷陰極蛍光ランプまたは外部電極蛍光ランプであってもよい。

本発明のさらに別の態様は、画像表示装置である。この装置は、液晶パネルと、液晶パネルの背面にバックライトとして配置される上述の発光装置と、を備える。

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。

本発明に係るインバータ装置によれば、高電圧を抑制できる。

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」された状態とは、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。
同様に、「部材Ａと部材Ｂの間に部材Ｃが設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、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２は、本発明の実施の形態に係るインバータ１００の構成を示す回路図である。インバータ１００は、入力端子１０２に印加された入力電圧Ｖｉｎを受け、これを交流の駆動電圧Ｖｄｒｖに変換し、出力端子１０４に接続された蛍光ランプ（不図示）に供給するＤＣ／ＡＣコンバータである。

インバータ１００は、駆動回路２、メイントランス１２、複数の出力トランス３４を備える。出力トランス３４は、１次巻線３４ａ、２次巻線３４ｂを含む。出力トランス３４の２次巻線３４ｂ側には、負荷として図示しない蛍光ランプが接続される。本実施の形態では複数の蛍光ランプを駆動するために、複数の出力トランス３４が設けられているが、その個数は任意である。

メイントランス１２は、１次巻線１２ａ、２次巻線１２ｂを含む。メイントランス１２の２次巻線１２ｂは、複数の出力トランス３４の１次巻線３４ａと接続される。具体的には、それぞれの１次巻線３４ａがメイントランス１２の２次巻線１２ｂとループを形成するように直列に接続されている。複数の出力トランス３４は、同一の基板上（以下、第２基板５２という）に配置される。

駆動回路２は、メイントランス１２の１次巻線１２ａに、スイッチング電圧Ｖｓｗ３を印加する。スイッチング電圧Ｖｓｗ３は、入力電圧Ｖｉｎおよび所定の固定電圧（接地電圧）を交互に繰り返す。駆動回路２の構成は特に限定されず、さまざまな駆動回路が利用できる。駆動回路２およびメイントランス１２は、第２基板５２と異なる第１基板５０上に配置される。
第１基板５０と第２基板５２とは、ケーブル５４を介して接続される。

以上がインバータ１００の全体構成である。次にインバータ１００の動作を説明する。
入力端子１０２には入力電圧Ｖｉｎとして、たとえば１００Ｖ〜４００Ｖ程度の直流電圧が印加される。メイントランス１２の１次巻線１２ａには、駆動回路２によってハイレベル（Ｖｉｎ）とローレベル（０Ｖ）を交互に繰り返すスイッチング電圧Ｖｓｗ３が印加される。その結果、メイントランス１２の２次巻線１２ｂには、メイントランス１２の巻線比に応じたスイッチング電圧Ｖｓｗ４が現れる。

スイッチング電圧Ｖｓｗ４は、ケーブル５４を介して、出力トランス３４の１次巻線３４ａに印加される。その結果、各出力トランス３４の２次巻線３４ｂには、巻線比に応じた駆動電圧Ｖｄｒｖが現れる。駆動電圧Ｖｄｒｖは、図示しない蛍光ランプへと供給される。以上がインバータ１００の動作である。

以上のインバータ１００の利点は、図１の電源システム５００との比較により明らかとなる。以下、入力電圧Ｖｉｎ＝４００Ｖ、駆動電圧Ｖｄｒｖ＝１．５ｋＶとして説明する。
図２の駆動回路２は、図１の電源システム５００における駆動回路４２２に対応する。また、図２のメイントランス１２および出力トランス３４は、図１のトランス４２４に対応する。

図１の電源システム５００を実際のセットに実装する場合、駆動回路４２２およびトランス４２４が実装される基板と蛍光ランプ４３０とが離れている場合がある。この場合、トランス４２４から蛍光ランプ４３０までの間はケーブルで接続され、非常に高い駆動電圧Ｖｄｒｖ（＝１．５ｋＶ）がケーブルを介して伝送される。図１の電源システム５００を使用する場合、高耐圧ケーブルを利用する必要があり、さらにケーブルからのリークが大きな問題となる。

これに対して、本実施の形態に係る図２のインバータ１００では、出力トランス３４は第１基板５０とは異なる第２基板５２に実装されるため、蛍光ランプの直近に配置することができる。
いま、メイントランス１２の巻線比ＴＲ１を小さく、たとえば、ＴＲ１≒１に設定すれば、スイッチング電圧Ｖｓｗ４は、入力電圧Ｖｉｎと同程度の振幅（＝４００Ｖ）となる。さらに、出力トランス３４の巻線比ＴＲ２を、スイッチング電圧Ｖｓｗ４（＝４００Ｖ）を用いて所望の駆動電圧Ｖｄｒｖが得られるように設定する。

その結果、第１基板５０から第２基板５２の間を接続するケーブル５４を伝送する電圧レベルを、４００Ｖ程度に下げることができる。図１では１．５ｋＶの駆動電圧がケーブルを伝送していたから、これと比べると１／４〜１／３程度となる。その結果、図１の電源システム５００よりもケーブルの耐圧を下げることができ、さらにケーブル５４からのリークを抑制することができる。

また、第２基板５２において、複数の出力トランス３４それぞれの１次巻線３４ａには、共通の電流が流れるため、出力トランス３４の２次巻線３４ｂに現れる駆動電圧Ｖｓｗを均一化することができ、複数の負荷を均一に駆動することができる。

本実施の形態において、上述の効果を奏するためには、駆動回路２の構成は特に限定されるものではないが、以下の構成とすることにより、さらなる利点を有する。以下、駆動回路２の構成を詳細に説明する。

駆動回路２は、スイッチング回路１０、フィードバックライン１６、制御回路２０、第１パルストランス３０、第２パルストランス３２、第１キャパシタＣ１、第２キャパシタＣ２、第１レベルシフト抵抗Ｒ１、第２レベルシフト抵抗Ｒ２を備える。

スイッチング回路１０は、入力端子１０２と、固定電圧である接地電圧が印加される接地端子１０８の間に直列に接続されたハイサイドトランジスタＭ１およびローサイドトランジスタＭ２を含む。本実施の形態において、メイントランス１２は、ハイサイドトランジスタＭ１およびローサイドトランジスタＭ２に対して、ハーフブリッジ接続される。

ハイサイドトランジスタＭ１およびローサイドトランジスタＭ２は、いずれもＮチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成される。すなわち、ハイサイドトランジスタＭ１のソースと、ローサイドトランジスタＭ２のドレインが接続されており、ハイサイドトランジスタＭ１のドレインは、入力端子１０２に、ローサイドトランジスタＭ２のソースは接地端子１０８に接続される。もっとも、ハイサイドトランジスタＭ１、ローサイドトランジスタＭ２は、ＰチャンネルもＭＯＳＦＥＴや、バイポーラトランジスタを用いて構成してもよい。また、スイッチング回路１０はＨブリッジ回路として構成してもよい。

ハイサイドトランジスタＭ１、ローサイドトランジスタＭ２のゲートには、それぞれ第１制御信号Ｓ１、第２制御信号Ｓ２が入力される。第１制御信号Ｓ１がハイレベルとなると、ハイサイドトランジスタＭ１がオンし、第２制御信号Ｓ２がハイレベルとなると、ローサイドトランジスタＭ２がオンする。ハイサイドトランジスタＭ１がオンすると、接続点Ｎ１に現れるスイッチング電圧Ｖｓｗ３は、入力電圧Ｖｉｎとほぼ等しくなり、ローサイドトランジスタＭ２がオンすると、スイッチング電圧Ｖｓｗ３は、接地電圧０Ｖとほぼ等しくなる。

ハイサイドトランジスタＭ１とローサイドトランジスタＭ２の接続点Ｎ１は、メイントランス１２の１次巻線１２ａの一端に接続される。１次巻線１２ａの他端Ｎ２は、第１キャパシタＣ１を介して入力端子１０２に接続され、第２キャパシタＣ２を介して接地端子に接続される。スイッチング回路１０は、入力電圧Ｖｉｎおよび接地電圧を交互に繰り返すスイッチング電圧Ｖｓｗ３を、メイントランス１２の１次巻線１２ａに印加する。

フィードバックライン１６は、負荷の電気的状態を示す帰還信号Ｖｆｂを、制御回路２０へと帰還する配線である。たとえば、負荷の状態は、蛍光ランプに流れる電流であってもよいし、蛍光ランプに印加される駆動電圧であってもよく、あるいはこれらの組み合わせで合ってもよい。

第１パルストランス３０、第２パルストランス３２は、スイッチング回路１０の複数のトランジスタＭ１、Ｍ２ごとに設けられる。第１パルストランス３０の２次巻線３０ｂの一端は、ハイサイドトランジスタＭ１のソースと接続され、その他端は、第１レベルシフト抵抗Ｒ１を介してハイサイドトランジスタＭ１のゲートに接続される。同様に、第２パルストランス３２の２次巻線３２ｂの一端は、ローサイドトランジスタＭ２のソースと接続され、その他端は、第２レベルシフト抵抗Ｒ２を介してローサイドトランジスタＭ２のゲートに接続される。すなわち、第１パルストランス３０、第２パルストランス３２の２次巻線３０ｂ、３２ｂはそれぞれ、ハイサイドトランジスタＭ１、ローサイドトランジスタＭ２のゲートからソースに至る経路上に設けられる。

制御回路２０は、フィードバックライン１６を介して帰還された帰還信号Ｖｆｂを受ける。制御回路２０は、帰還信号Ｖｆｂにもとづき、第１パルストランス３０の１次巻線３０ａおよび第２パルストランス３２の２次巻線３２ａに、第１スイッチング電圧Ｖｓｗ１、第２スイッチング電圧Ｖｓｗ２を供給する。

フィードバックにもとづくメイントランス１２の駆動方式は、公知の技術を利用すればよい。以下、その一例を示す。
制御回路２０は、一般的なパルス幅変調器を含んだインバータ用の制御回路を用いればよい。たとえば、制御回路２０は、誤差増幅器と、発振器と、コンパレータを含んで構成される。誤差増幅器は、フィードバックライン１６を介して帰還された帰還信号Ｖｆｂと、蛍光ランプ２１０の輝度に対応して設定される基準電圧Ｖｒｅｆとの誤差を増幅し、誤差信号Ｖｅｒｒを出力する。発振器は、所定の周波数の三角波あるいはのこぎり波状の周期信号Ｖｏｓｃを出力する。コンパレータは、周期信号Ｖｏｓｃと誤差信号Ｖｅｒｒを比較し、その大小関係に応じて、ハイレベルとローレベルが変化するパルス幅変調信号（以下、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍという）を出力する。制御回路２０は、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍを、ドライバ回路を介して第１スイッチング電圧Ｖｓｗ１、第２スイッチング電圧Ｖｓｗ２として出力する。第１スイッチング電圧Ｖｓｗ１、第２スイッチング電圧Ｖｓｗ２は、論理値が互いに反転した信号である。

図３は、図２のインバータ１００を含む発光装置２００の全体構成を示すブロック図である。発光装置２００は、電源システム４００および蛍光ランプ２１０を備える。図３では、ひとつの蛍光ランプ２１０およびひとつの出力トランス３４を示しているが、図２のように複数の出力トランス３４が設けられてもよい。

電源システム４００は、１次側領域４０２と、２次側領域４０４に分割されており、１次側領域４０２と２次側領域４０４は、電気的に絶縁されている。１次側領域４０２には、商用交流電圧Ｖａｃを直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ４１０が配置される。一方、負荷である蛍光ランプ２１０は、２次側領域４０４に配置される。電流電圧変換部１４は、蛍光ランプ２１０に流れる電流を電圧に変換して帰還信号Ｖｆｂを生成し、フィードバックライン１６を介して制御回路２０へとフィードバックする。

図３において、電源システム４００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１０と図２のインバータ１００を含んで構成される。言い換えれば、図３の電源システム４００から、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１０を除いた部材が、図２のインバータ１００に相当する。

このような電源システム４００において、本実施の形態に係るインバータ１００の各ブロックは、以下のように配置される。すなわち、１次側領域４０２に、メイントランス１２の１次巻線１２ａと、スイッチング回路１０と、第１パルストランス３０の２次巻線３０ｂ、第２パルストランス３２の２次巻線３２ｂと、が配置される。
一方、２次側領域４０４には、メイントランス１２の２次巻線１２ｂと、出力トランス３４、電流電圧変換部１４と、フィードバックライン１６と、制御回路２０と、第１パルストランス３０の１次巻線３０ａ、第２パルストランス３２の１次巻線３２ａと、が配置される。

このように構成された電源システム４００の動作について説明する。電流電圧変換部１４からの帰還信号Ｖｆｂにもとづいて、第１スイッチング電圧Ｖｓｗ１、第２スイッチング電圧Ｖｓｗ２が逆相で、ハイ、ローを繰り返す。第１パルストランス３０の１次巻線３０ａに印加された第１スイッチング電圧Ｖｓｗ１は、第１パルストランス３０の巻線比に応じて増幅され、さらに第１レベルシフト抵抗Ｒ１によってレベルシフトされ、ハイサイドトランジスタＭ１のゲートソース間に、ハイサイドトランジスタＭ１がオンしうる十分な電圧を供給する。同様に、第２パルストランス３２の１次巻線３２ａに印加された第２スイッチング電圧Ｖｓｗ２は、第２パルストランス３２の巻線比に応じて増幅され、第２レベルシフト抵抗Ｒ２によってレベルシフトされ、ローサイドトランジスタＭ２のゲートソース間に、ローサイドトランジスタＭ２がオンしうる十分な電圧を供給する。その結果、ハイサイドトランジスタＭ１、ローサイドトランジスタＭ２は、制御回路２０により生成されたＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのデューティ比に従って、交互にオンオフを繰り返す。

ハイサイドトランジスタＭ１、ローサイドトランジスタＭ２が交互にオンオフを繰り返すと、メイントランス１２の１次巻線１２ａには、スイッチング電圧Ｖｓｗ３として入力電圧Ｖｉｎと接地電圧（０Ｖ）が交互に印加され、メイントランス１２にエネルギが供給される。その結果、メイントランス１２の２次巻線１２ｂには、メイントランス１２の巻線比に応じたスイッチング電圧Ｖｓｗ４が現れる。出力トランス３４の２次巻線３４ｂには、スイッチング電圧Ｖｓｗ４に応じた駆動電圧Ｖｄｒｖが現れ、蛍光ランプ２１０に供給される。

ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのデューティ比は、制御回路２０によって、帰還信号Ｖｆｂと基準電圧Ｖｒｅｆが一致するように調節される。その結果、蛍光ランプ２１０の管電流は、所望の輝度が得られる一定値に保たれ、安定に発光する。

本実施の形態に係るインバータ１００および電源システム４００によれば、以下の効果を得ることができる。電源システム４００の利点は、図１の電源システム５００との対比により明確となる。

図１や図３の電源システムにおいて、１次側領域と２次側領域とは電気的に絶縁されていなければならない。
図１の電源システム５００においては、２次側領域５２０に配置された蛍光ランプ４３０の電気的状態を、１次側領域５１０に配置された駆動回路４２２に帰還するために、フォトカップラ４４０などが用いられる。たとえば、蛍光ランプ４３０に流れる電流は、抵抗素子４３２によって電気信号Ｓｆｂ１に変換される。電気信号Ｓｆｂ１は、フォトカップラ４４０へと入力され、発光ダイオードなどによって、一度光信号に変換される。変換された光信号は、１次側領域５１０に配置されたフォトダイオードやフォトトランジスタなどによって受光され、再び電気信号Ｓｆｂ２に変換されて、駆動回路４２２へと帰還される。

上述のように、フォトカップラを用いて、２次側領域５２０から１次側領域５１０へと信号を伝送する場合、電気信号を光信号に変換するため、フィードバックの精度が低下するという問題がある。また、フォトカップラにおいて、発光素子と受光素子間のカップリング効率が変動したりすると、蛍光管の発光輝度が変動する問題がある。

これに対して、本実施の形態では、第１パルストランス３０、第２パルストランス３２を設けることにより、１次側領域４０２と２次側領域４０４間の絶縁状態を保ちつつ、インバータ１００の制御回路２０を２次側領域４０４に配置している。つまり、制御回路２０と蛍光ランプ２１０とは、いずれも２次側領域４０４に配置されるため、フィードバックライン１６を直接接続することができる。その結果、フォトカップラなどの部品を削減することができる。さらに、本実施の形態に係るインバータ１００は、フォトカップラを介して帰還制御を行う場合に比べて、負荷を安定に駆動することができる。図４にはひとつの蛍光ランプ２１０のみが示されるが、実際のセットには、複数の蛍光ランプ２１０が実装され、制御回路２０も複数個、実装されるため、フォトカップラをフィードバックライン１６で置換できることは、実装面積およびコストの面からも大きなメリットを生む。

本実施の形態では、第１パルストランス３０、第２パルストランス３２のそれぞれの巻線比がばらついて、１次巻線と２次巻線の間の結合係数が変化したとしても、蛍光ランプ２１０の駆動状態にはほとんど影響を及ぼさない。なぜなら、第１パルストランス３０、第２パルストランス３２を介して２次側領域４０４から１次側領域４０２に送られる情報は、ハイサイドトランジスタＭ１、ローサイドトランジスタＭ２のオンオフ状態であるため、結合係数の変動にともない、第１制御信号Ｓ１、第２制御信号Ｓ２の電圧レベルが変動しても、メイントランス１２に転送されるエネルギにほとんど影響しないからである。また、結合係数の変動によって、ハイサイドトランジスタＭ１、ローサイドトランジスタＭ２のオンの程度が変化したとしても、オンの程度の変化を補正するように、第１スイッチング電圧Ｖｓｗ１、第２スイッチング電圧Ｖｓｗ２のデューティ比が変化し、管電流Ｉｌａｍｐが、所望の値に一定に保たれるように帰還がかかるため、蛍光ランプ２１０の駆動状態はやはり安定に保たれる。

また、本実施の形態によれば、第１パルストランス３０、第２パルストランス３２の１次巻線３０ａ、３２ａに第１スイッチング電圧Ｖｓｗ１、第２スイッチング電圧Ｖｓｗ２を供給するドライバ回路の耐圧を低くすることができる。すなわち、図１や図４に示すシステムにおいては、入力電圧が１００Ｖ以上と高い場合、スイッチング回路１０のトランジスタをオンオフさせるために、ゲート電圧として非常に高い電圧を印加する必要がある。図１のシステムでは、パルストランスを介さずに直接、スイッチング回路１０のトランジスタのゲートに電圧を供給する必要があるため、駆動回路も高耐圧とする必要があった。一方、本実施の形態に係るインバータ１００では、第１パルストランス３０、第２パルストランス３２を介してスイッチング回路１０のトランジスタを駆動するため、駆動回路は、第１パルストランス３０、第２パルストランス３２の１次巻線３０ａ、３２ａに数Ｖから数十Ｖの電圧を供給すれば足りるため、それほど高い耐圧は必要とされない。本実施の形態では、このような理由から、ドライバ回路をひとつの集積回路に内蔵できるという利点を有する。

図４は、図３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。図３の液晶テレビ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発光装置２００が配置されている。本実施の形態に係る発光装置２００は、このような液晶パネル３０２のバックライトとして好適に用いることができる。なお、発光装置２００は、液晶テレビ３００の他に液晶ディスプレイなどにも好適に利用できる。

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。

実施の形態において、スイッチング回路１０を構成するトランジスタをＮチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成する場合を説明したが、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。また、ハーフブリッジ回路に限定されるものではなく、フルブリッジ回路や、他の回路構成であってもよい。フルブリッジ回路とする場合、スイッチング回路１０は、入力端子１０２と、接地端子間の第１の経路上に直列に接続された、第１ハイサイドトランジスタおよび第１ローサイドトランジスタと、入力端子１０２と接地端子間の第２の経路上に直列に接続された第２ハイサイドトランジスタおよび第２ローサイドトランジスタと、を含んで構成すればよい。

図３の回路図では、蛍光ランプ２１０の一端の電位が固定されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、電位を固定する代わりに、他端に印加される駆動電圧Ｖｄｒｖと逆相となる電圧を印加して駆動してもよい。あるいは、Ｕ字型蛍光ランプを利用する場合、その両端に、駆動電圧Ｖｄｒｖを印加してもよい。

実施の形態では、説明を簡略化するために、発光装置２００において、ひとつの蛍光ランプ２１０を駆動する場合を説明したが、実際には複数の蛍光ランプ２１０が駆動されてもよい。この場合、複数の蛍光ランプ２１０を駆動するための公知の技術を利用すればよく、特に特定のトポロジーに限定されることなく、本発明は適用可能である。

また、本実施の形態に係るインバータ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、交流の高電圧を必要とする様々なデバイスの駆動に適用することができる。

本実施の形態において、ロジック回路のハイレベル、ローレベルの論理値の設定は一例であって、インバータなどによって適宜反転させることにより自由に変更することが可能である。

実施の形態にもとづき、本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎないことはいうまでもなく、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能であることはいうまでもない。

１次側領域と２次側領域を備えた電源システムの構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態に係るインバータの構成を示す回路図である。図２のインバータを含む発光装置の全体構成を示すブロック図である。図３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。

符号の説明

２駆動回路、１０スイッチング回路、１２メイントランス、１２ａ１次巻線、１２ｂ２次巻線、１４電流電圧変換部、１６フィードバックライン、２０制御回路、３０第１パルストランス、３０ａ１次巻線、３０ｂ２次巻線、３２第２パルストランス、３２ａ１次巻線、３２ｂ２次巻線、３４出力トランス、３４ａ１次巻線、３４ｂ２次巻線、５０第１基板、５２第２基板、５４ケーブル、１００インバータ、１０２入力端子、１０４出力端子、２００発光装置、２１０蛍光ランプ、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、４００電源システム、４０２１次側領域、４０４２次側領域、４１０ＡＣ／ＤＣコンバータ、４１２全波整流回路、４２０インバータ装置、４２２駆動回路、４２４トランス、４３０蛍光ランプ、４３２抵抗素子、４４０フォトカップラ、５００電源システム、５１０１次側領域、５２０２次側領域、Ｃ１第１キャパシタ、Ｃ２第２キャパシタ、Ｍ１ハイサイドトランジスタ、Ｍ２ローサイドトランジスタ、Ｎ１接続点、Ｎ２他端、Ｒ１第１レベルシフト抵抗、Ｒ２第２レベルシフト抵抗。

Claims

入力電圧を交流の駆動電圧に変換し、負荷に供給するインバータ装置であって、
２次巻線側に前記負荷が接続された出力トランスと、
２次巻線が、前記出力トランスの１次巻線に接続されたメイントランスと、
前記メイントランスの１次巻線に、前記入力電圧および所定の固定電圧を交互に繰り返すスイッチング電圧を印加する駆動回路と、
を備えることを特徴とするインバータ装置。
前記駆動回路は、
前記メイントランスの１次巻線に接続された複数のトランジスタを含み、前記複数のトランジスタのオン、オフに応じて、前記メイントランスの１次巻線に、前記入力電圧および前記固定電圧が交互に現れるスイッチング電圧を供給するスイッチング回路と、
前記複数のトランジスタごとに設けられた複数のパルストランスであって、それぞれの２次巻線が、対応するトランジスタの制御端子側に接続された複数のパルストランスと、
前記複数のパルストランスの１次巻線に、パルス電圧を供給する制御回路と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
前記出力トランスは複数であり、それぞれの１次巻線が前記メイントランスの２次巻線とループを形成するように直列に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ装置。
前記メイントランス、前記駆動回路を第１基板上に配置し、
前記出力トランスを第２基板に配置し、
前記第１基板上のメイントランスの２次巻線と、前記第２基板上の前記出力トランスの１次巻線と、をケーブルで接続したことを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ装置。
前記複数のトランジスタは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であって、
前記複数のパルストランスそれぞれの２次巻線は、対応する前記複数のトランジスタのゲートからソースに至る経路上に設けられることを特徴とする請求項２に記載のインバータ装置。
前記制御回路は、前記負荷に流れる電流が、所望の電流値に近づくように、前記複数のパルストランスの１次巻線にパルス電圧を供給することを特徴とする請求項２に記載のインバータ装置。
互いに電気的に絶縁すべき１次側領域および２次側領域を含む電源装置であって、
前記１次側領域に配置され、入力された商用交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を入力電圧として受け、交流電圧に変換し、前記２次側領域に配置された負荷に供給する請求項１に記載のインバータ装置と、
を備えることを特徴とする電源装置。
互いに電気的に絶縁すべき１次側領域および２次側領域を含む電源装置であって、
前記１次側領域に配置され、入力された商用交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を入力電圧として受け、交流電圧に変換し、前記２次側領域に配置された負荷に供給する請求項２に記載のインバータ装置と、
を備え、
前記インバータ装置の前記スイッチング回路、前記複数のパルストランスの２次巻線および前記メイントランスの１次巻線が前記１次側領域に配置され、
前記インバータ装置の前記制御回路、前記複数のパルストランスの１次巻線、前記メイントランスの２次巻線、および前記出力トランスが、前記２次側領域に配置されたことを特徴とする電源装置。
蛍光ランプと、
前記蛍光ランプを負荷として、交流の駆動電圧を供給する請求項７または８に記載の電源装置と、
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９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９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配置される請求項９に記載の発光装置と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。