JP2008289319A - 放電管電力供給装置及び半導体集積回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】容易に設計でき安価で高効率な放電管電力供給装置及び半導体集積回路。
【解決手段】
直流電力を交流電力に変換して放電管6に供給する交流変換回路7は、交流電源側に配置された1次巻線P1と放電管側に配置された2次巻線S1とにより電気的に絶縁する主変圧器12と、交流電源側に配置されたIC1と、交流電源側に配置されIC1により駆動され直流電力により主変圧器の1次巻線に電流を流すブリッジ構成の複数のスイッチング素子Qn1〜Qn4と、放電管側に配置され放電管に流れる電流をPWM制御するためのデューティ比が50%未満の同一パルス幅で且つ略180度の位相差を持つ1対の矩形波信号を発生するIC2と、IC2からの1対の矩形波信号をIC1に送出する1以上の信号伝達絶縁素子15とを有し、IC1は1以上の信号伝達絶縁素子からの1対の矩形波信号に基づき複数のスイッチング素子を駆動して主変圧器の2次巻線から放電管に正負対称の交流電力を供給する。
【選択図】図1
【解決手段】
直流電力を交流電力に変換して放電管6に供給する交流変換回路7は、交流電源側に配置された1次巻線P1と放電管側に配置された2次巻線S1とにより電気的に絶縁する主変圧器12と、交流電源側に配置されたIC1と、交流電源側に配置されIC1により駆動され直流電力により主変圧器の1次巻線に電流を流すブリッジ構成の複数のスイッチング素子Qn1〜Qn4と、放電管側に配置され放電管に流れる電流をPWM制御するためのデューティ比が50%未満の同一パルス幅で且つ略180度の位相差を持つ1対の矩形波信号を発生するIC2と、IC2からの1対の矩形波信号をIC1に送出する1以上の信号伝達絶縁素子15とを有し、IC1は1以上の信号伝達絶縁素子からの1対の矩形波信号に基づき複数のスイッチング素子を駆動して主変圧器の2次巻線から放電管に正負対称の交流電力を供給する。
【選択図】図1
Description
本発明は、特に液晶表示機器等に使用される冷陰極管を用いた放電管に電力を供給する放電管電力供給装置及び半導体集積回路に関する。
図9は従来の放電管電力供給装置の構成を示す回路図である。図9に示す放電管電力供給装置は、交流電源から、液晶表示機器等に使用される放電管に電力を供給するものである。
図9では、外部の交流電源から供給されるAC80〜260Vの交流電圧は、力率改善回路からなる交流−直流変換回路1によりDC380Vの直流電圧に変換される。そして、交流−直流変換回路1のDC380Vの直流電圧は、絶縁型の変圧器を有する直流−直流変換回路2により、DC10〜60Vの直流電圧に変換されて電気的に絶縁された変圧器の2次側に送られる。
そして、電気的絶縁の変圧器の2次側に設けられた直流−交流変換回路3によりDC10〜60Vの直流電圧は、AC700〜1500Vぐらいの交流電圧に変換され、この電圧がパネル5内部に配置された冷陰極管などの放電管6−1,6−2…に印加されている。
また、従来のこの種の技術としては、例えば特許文献1や特許文献2に記載されたものが知られている。
特開2005−71681号公報(段落〔0003〕)
特開平10−50489号公報(段落〔0010〕)
米国特許番号5930121(最良の実施例の詳細な説明の第2段落部分)
米国特許番号5615093(図3)
しかしながら、図9に示す装置では、放電管に供給される交流電力が直流−直流変換回路2を通るため、直流−直流変換回路2で発生する電力損失の分だけ、変換効率が低下する。特に、バックライト(放電管)へ送る交流電力が大きくなる大型パネルを使用した液晶表示機器では、変換効率の低下が顕著になる。
本発明は、直流−直流変換回路を用いることなく、容易に設計でき且つ安価でしかも高効率な放電管電力供給装置及び半導体集積回路を提供することにある。
前記課題を解決するために、本発明は、交流電源の交流電力を直流変換回路により直流電力に変換し、変換された直流電力を交流変換回路により交流電力に変換し、変換された交流電力を放電管に供給する放電管電力供給装置であって、前記交流変換回路は、交流電源側に配置された1次巻線と放電管側に配置された2次巻線とにより前記交流電源側と前記放電管側とを電気的に絶縁する主変圧器と、前記交流電源側に配置された駆動部と、前記交流電源側に配置され、前記駆動部により駆動され、前記直流電力により前記主変圧器の1次巻線に電流を流す複数のスイッチング素子と、前記放電管側に配置され、前記放電管に流れる電流をPWM制御するためのデューティ比が50%未満の同一パルス幅で且つ略180度の位相差を持つ少なくとも1対の矩形波信号を発生する制御部と、前記制御部からの前記1対の矩形波信号を前記駆動部に送出する1以上の信号伝達絶縁素子とを有し、前記駆動部は、前記1以上の信号伝達絶縁素子からの前記1対の矩形波信号に基づき前記複数のスイッチング素子を駆動することにより前記主変圧器の2次巻線から前記放電管に正負対称の交流電力を供給することを特徴とする。
本発明によれば、直流−直流変換回路を用いることなく、直流電力を交流変換回路により交流電力に変換して放電管に供給するので、高効率な放電管電力供給装置及び半導体集積回路を提供できる。
また、交流変換回路は、複数のスイッチング素子と駆動部を交流電源側に配置し、制御部を放電管側に配置し、主変圧器の1次巻線を交流電源側に配置し、2次巻線を放電管側に配置し、制御部がデューティー比50%未満の同一パルス幅で略180度の位相差を持つ1対の矩形波信号を発生し、1以上の信号伝達絶縁素子を介して交流電源側に送出し、駆動部が1対の矩形波信号に基づき複数のスイッチング素子を駆動することにより変圧器の2次巻線から放電管に正負対称の交流電力を供給するので、容易に設計でき且つ安価な放電管電力供給装置及び半導体集積回路を提供できる。
以下、本発明の実施の形態に係る放電管電力供給装置及び半導体集積回路を図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は本発明の実施例1の放電管電力供給装置の構成を示す回路図である。図1に示す放電管電力供給装置は、交流電源のAC80〜260Vの交流電圧をDC380Vの直流電圧に変換する力率改善回路からなる交流−直流変換回路1(直流変換回路に対応)と、交流−直流変換回路1で変換されたDC380Vの直流電圧をAC700〜1500Vの交流電圧に変換し、変換された交流電圧をパネル5内部に配置された冷陰極管等の放電管6−1,6−2…(以下、6と略する)に供給する直流−交流変換回路7(交流変換回路に対応)とを有する。
直流−交流変換回路7は、主変圧器12と、交流電源側(電気的絶縁の1次側)に配置された半導体集積回路であるIC1(駆動部に対応)と、交流電源側に配置されたブリッジ構成の4つのスイッチング素子Qn1〜Qn4と、放電管側(電気的絶縁の2次側)に配置された半導体集積回路であるIC2(制御部に対応)と、信号伝達絶縁素子14a,14bと、分流回路13とを有する。主変圧器12は、交流電源側に配置された1次巻線P1と放電管側に配置された2次巻線S1とにより交流電源側と放電管側とを電気的に絶縁する。
4つのスイッチング素子Qn1〜Qn4は、N型MOSFETであり、IC1により駆動され、直流電圧DC380Vにより主変圧器12の1次巻線P1とコンデンサC3とに電流を流す。
IC2は、放電管側に配置され、放電管6に流れる電流をPWM制御するためのデューティ比が50%未満の同一パルス幅で且つ略180度の位相差を持つ1対の矩形波信号を発生する。
信号伝達絶縁素子14a,14bは、IC2のDRIV1端子、DRIV2端子からの1対の矩形波信号をIC1のCKI1,CKI2端子に送出する。IC1は、信号伝達絶縁素子14a,14bからの1対の矩形波信号に基づきスイッチング素子Qn1〜Qn4を駆動することにより主変圧器12の2次巻線S1から放電管6に正負対称の交流電力を供給する。
直流−直流変換回路8は、交流−直流変換回路1で変換されたDC380Vの直流電圧をDC10〜60Vの直流電圧に変換し、変換された直流電圧をIC2の電源Vccとして供給するとともに、抵抗R4とフォトカプラのダイオードPCaとトランジスタQ1との直列回路に供給する。IC2のENA端子は抵抗R12を介して信号制御部4aに接続される。また、信号制御部4aは、抵抗R5を介してトランジスタQ1のベースに接続される。電源DC380Vは抵抗R1とフォトカプラのトランジスタPCbを介してIC1のVcc端子に供給される。信号制御部4aは、直流−直流変換回路8からの直流電圧を受けて生成したBURST信号、ON/OFF信号をIC2のBURST端子、ENA端子にそれぞれ出力する。また、信号制御部4aは、IC2のLATCH端子からのALARM信号を入力する。
次に、交流−直流変換回路7の各部の詳細について説明する。交流−直流変換回路1の出力(電源DC380V)とグランドとの間には、ハイサイドのスイッチング素子Qn2とローサイドのスイッチング素子Qn1との直列回路が接続されている。交流−直流変換回路1の出力(電源DC380V)とグランドとの間には、ハイサイドのスイッチング素子Qn4とローサイドのスイッチング素子Qn3との直列回路が接続されている。
スイッチング素子Qn1とスイッチング素子Qn2との接続点とスイッチング素子Qn3とスイッチング素子Qn4との接続点との間には、コンデンサC3と主変圧器12の1次巻線P1との直列回路が接続されている。スイッチング素子Qn2のドレイン及びスイッチング素子Qn4のドレインに電源DC380Vが供給され、スイッチング素子Qn2のゲートはIC1のHDRV1端子に接続され、スイッチング素子Qn1のゲートはIC1のLDRV1端子に接続されている。スイッチング素子Qn4のゲートはIC1のHDRV2端子に接続され、スイッチング素子Qn2のゲートはIC1のLDRV2端子に接続されている。
スイッチング素子Qn1とスイッチング素子Qn2との接続点は、IC1のOUT1端子に接続され、スイッチング素子Qn3とスイッチング素子Qn4との接続点は、IC1のOUT2端子に接続されている。
主変圧器12の2次巻線S1の一端は分流回路13を介して放電管6の一方の電極に接続されている。放電管6の他端はダイオードD5〜D8に接続されている。ダイオードD5〜D8及び抵抗R8は、管電流検出回路を構成し、放電管6−1,6−2に流れる電流を検出し、検出された電流に比例した電圧を、抵抗R7とIC2のFB端子を介して誤差増幅器67aの−端子に出力する。
主変圧器12の一端とグランドとの間にはコンデンサC4aとコンデンサC4bの直列回路が接続され、コンデンサC4aとコンデンサC4bとの接続点にはダイオードD3,D4が接続される。ダイオードD4及び抵抗R9,C13は、整流平滑回路を構成し、出力電圧に比例した電圧を検出し、検出された電圧をIC2のOVP端子に出力する。
即ち、放電管6を点灯させる直流−交流変換回路7(インバータ)は、SMPS(スイッチング・モード・パワー・サプライ)とは異なり、電力供給を制御するための電気的絶縁の2次側からの信号として、管電流のフィードバック信号以外にもインバータの出力電圧や放電管電圧等を検知するOVP信号、スタンバイ用のON/OFF信号、放電管6の輝度を調整するバースト調光信号が必要とされる。また、液晶表示装置の仕様によっては、アナログ調光信号、インバータの発振周波数の同期信号、その他様々な異常検知信号などが必要とされる場合がある。
(IC2の詳細な構成及び動作)
図3−Aは実施例1の放電管電力供給装置に設けられたIC2の一部分を示す図である。図3−Bは実施例1の放電管電力供給装置に設けられたIC2の残りの部分を示す図である。図3−Aの符号a〜hと図3−Bの符号a〜hは対応し、同一符号同士で接続されている。
図3−Aは実施例1の放電管電力供給装置に設けられたIC2の一部分を示す図である。図3−Bは実施例1の放電管電力供給装置に設けられたIC2の残りの部分を示す図である。図3−Aの符号a〜hと図3−Bの符号a〜hは対応し、同一符号同士で接続されている。
IC2は、誤差電圧増幅器67aと、PWMコンパレータCOMP1−1〜1−4,2−1〜2−4、論理回路75,76、ナンド回路77,78を有する。誤差電圧増幅器67aは、FB端子から入力される整流平滑電圧、即ち、放電管6に流れる電流に応じた電圧と基準電圧との誤差電圧を増幅して出力する。PWMコンパレータCOMP1−2は、誤差電圧増幅器67aからの誤差電圧と三角波発生器12からの三角波信号とを比較し、放電管6に流れる電流に応じたパルス幅のPWM制御信号を生成する。ナンド回路77は論理回路75を介するPWM制御信号を反転し、所定のデッドタイムを作成するデッドタイム作成回路82aを介して直列に接続されたスイッチング素子Qp3とスイッチング素子Qn3との各ゲートに出力する。
PWMコンパレータCOMP2−2は、誤差電圧増幅器67aからの誤差電圧と三角波発生器12の三角波信号を上下限値の中点で反転した反転信号とを比較し、放電管6に流れる電流に応じたパルス幅のPWM制御信号を生成する。ナンド回路78は論理回路76を介するPWM制御信号を反転し、所定のデッドタイムを作成するデッドタイム作成回路82bを介して直列に接続されたスイッチング素子Qp4とスイッチング素子Qn4との各ゲートに出力する。
IC2において、Vcc端子電圧が比較器53に入力され、ENA端子電圧が比較器52に入力され、Vcc端子電圧とENA端子電圧とが、それぞれ定められたスタート電圧以上になると、アンド回路54の出力がHレベルとなり、内部レギュレータ55が起動し、REG端子電圧が各部に出力される。
なお、ENA端子電圧が定められたスタート電圧以下である場合には、アンド回路54はVcc端子電圧を遮断して、内部レギュレータ55は、待機時のIC2の消費電流を限りなくゼロにする。
内部レギュレータ55が起動すると、IC2の内部の各回路が動作を開始し、以下の動作を行なう。
定常時では、RI端子に接続された定電流値決定抵抗R11でカレントミラー回路11により任意に設定される電流I1と、RS端子に接続された定電流値決定抵抗R10でカレントミラー回路70により任意に設定される電流I2との合計電流により、CF端子に接続された発振器コンデンサC11の充放電が行われ、三角波信号が発生する。この三角波信号は、立ち上がり傾斜と立下がり傾斜が同じである。
一方、放電管6をそれぞれ流れる電流は、抵抗R8で電圧に変換された後に、抵抗R7を介してFB端子に入力される。放電管6に電流が流れ始め、FB端子電圧が、誤差増幅器67aの基準電圧VREF(電源電圧REGを抵抗R5と抵抗R6とで分割した電圧)よりも低く設定された電圧VCD以上になり比較器68aがLレベルを出力し、且つ、OVP端子電圧が、OVPコンパレータ81の基準電圧VOVP2以下である場合には、オア回路69の出力はLレベルとなる。
このため、カレントミラー70からの電流I2は遮断され、コンデンサC11の充放電は、電流I1のみの充放電に切り替わる。即ち、放電管6に電流が正常に流れ始めるまでの始動時は、定常時の発振周波数よりも高い発振周波数で放電管6に電圧を印加することで、直列共振回路のゲインを高くする。つまり、出力電圧をより高く出力できると共に、負荷であるパネル5の近接効果により、放電管6の点灯特性を高めている。
三角波波形C11は、PWMコンパレータCOMP1−1、PWMコンパレータCOMP1−2、PWMコンパレータCOMP1−3、PWMコンパレータCOMP1−4のそれぞれの−端子に入力され、三角波信号CF(C11)を上下限値の中点で反転した反転信号C11′は、PWMコンパレータCOMP2−1、PWMコンパレータCOMP2−2、PWMコンパレータCOMP2−3、PWMコンパレータCOMP2−4のそれぞれの−端子に入力される。
REG電圧が立ち上がった直後からSS端子に接続されているソフトスタート用コンデンサC9が定電流により充電を開始し、コンデンサC9の電圧が徐々に上昇していく。SS端子のコンデンサC9の電圧は、PWMコンパレータCOMP1−3、PWMコンパレータCOMP2−3の+端子に入力される。PWMコンパレータCOMP1−3、PWMコンパレータCOMP2−3はそれぞれ、+端子の電圧と−端子の電圧とを比較して、パルス電圧に変換する。
FB端子は、誤差増幅器67aの−端子に接続され、誤差増幅器67aの出力であるFBOUT端子は、PWMコンパレータ1−2とPWMコンパレータ2−2の+端子に接続され、PWMコンパレータ1−2とPWMコンパレータ2−2はそれぞれ、+端子の電圧と−端子の電圧とを比較して、パルス電圧に変換する。
このときの三角波信号CF(C11)、三角波発生器12から出力されるクロック信号CK、各スイッチング素子Qp3,Qn3,Qp4,Qn4を駆動するパルス信号PL1〜PL4、第1矩形波信号DRIV1、第2矩形波信号DRIV2の波形を図4に示す。第1矩形波信号DRIV1は、スイッチング素子Qp3とスイッチング素子Qn3との接続点からの信号である。第2矩形波信号DRIV2は、スイッチング素子Qp4とスイッチング素子Qn4との接続点からの信号である。FB端子とFBOUT端子間のコンデンサC12は、誤差増幅器67aの位相補償を行なう。
放電管電力供給装置のそれぞれの出力電圧は、コンデンサC4aとC4bで分圧された後に、整流平滑されて、OVP端子にそれぞれに入力される。OVP端子に入力された電圧は増幅器80により増幅され、増幅された電圧は、PWMコンパレータCOMP1−4とPWMコンパレータCOMP2−4の+端子に入力される。PWMコンパレータ1−4とPWMコンパレータ2−4はそれぞれ、+端子の電圧と−端子の電圧とを比較して、パルス電圧に変換する。
PWMコンパレータCOMP1−1、PWMコンパレータCOMP2−1は、最大オンデューティを決めるためのコンパレータであり、三角波信号CF(C11)及び三角波信号CF(C11)の上下限値の中点で反転した反転信号CF(C11′)の上限値電圧よりも僅かに低く設定された最大デューティ電圧MAX_ DUTYが、それぞれの+端子に入力され、それぞれの+端子の電圧と−端子の電圧とを比較して、パルス電圧に変換する。
PWMコンパレータCOMP1−1、PWMコンパレータCOMP1−2、PWMコンパレータCOMP1−3、PWMコンパレータCOMP1−4のそれぞれの出力パルス電圧の内、最も短いパルス幅が論理回路75で選択され、ナンド回路77を介してデッドタイム作成回路82aにより生成された第1パルス信号PL1とこの信号と所定のデッドタイムを有する第2パルス信号PL2とがスイッチング素子Qp3,Qn3にそれぞれ入力される。そして、第1パルス信号PL1がLレベルのときにスイッチング素子Qp3がオンして、第1矩形波信号DRV1がHレベルとなり、第1パルス信号PL1がHレベルのときにスイッチング素子Qn3がオンして、第1矩形波信号DRV1がLレベルとなる。このため、三角波信号CF(C11)の立ち上がり期間中にのみ、出力パルス電圧がDRV1端子に送られる。
PWMコンパレータCOMP2−1、PWMコンパレータCOMP2−2、PWMコンパレータCOMP2−3、PWMコンパレータCOMP2−4のそれぞれの出力パルス電圧の内、最も短いパルス幅が論理回路76で選択され、ナンド回路78を介してデッドタイム作成回路82bにより生成された第3パルス信号PL3とこの信号と所定のデッドタイムを有する第4パルス信号PL4とがスイッチング素子Qp4,Qn4にそれぞれ入力される。そして、第2パルス信号PL2がLレベルのときにスイッチング素子Qp4がオンして、第2矩形波信号DRV2がHレベルとなり、第2パルス信号PL2がHレベルのときにスイッチング素子Qn4がオンして、第2矩形波信号DRV2がLレベルとなる。このため、反転信号C1´の立ち上がり期間中にのみ、出力パルス電圧がDRV2端子に送られる。
以上の動作により、スイッチング素子Qp3,Qn3を交互にオン/オフし、また、スイッチング素子Qp4,Qn4を交互にオン/オフし、そのスイッチング動作は、三角波信号CF(C11)の波形に基づき、同周波数・同位相で且つそれぞれの誤差増幅器67aの帰還制御に基づくパルス幅で行なうことで、放電管6を流れる電流を所定値に制御する。
また、放電管電力供給装置の出力が開放(オープン)の場合には、OVP端子の電圧が上昇して、増幅器80の基準電圧VOVP1まで達すると、増幅器80の帰還制御により放電管電力供給装置の開放出力電圧を所定値に制御する。
また、放電管電力供給装置の出力が開放(オープン)の場合には、OVP端子がVOP2以上になると、コンパレータ81がHレベルをオア回路59に出力し、オア回路59のHレベルにより電流流出回路58が電流を流出する。このため、CT端子に接続されたタイマー用コンデンサC8が定電流で充電を開始し、コンデンサC8の電圧が徐々に上昇していく。
また、PRO端子にはウインドウコンパレータ71,72が接続されており、ウインドウコンパレータ71,72は、主変圧器12に流れる過電流や放電管電力供給装置の出力の低電圧状態などの様々な異常状態を、任意のアプリケーションとの組み合わせで検出することができる。PRO端子の電圧がウインドウコンパレータ71,72のいずれかのしきい値を超えると、オア回路59、電流流出回路58を介して、CT端子に接続されたタイマー用コンデンサC8が定電流で充電を開始し、コンデンサC8の電圧が徐々に上昇していく。
CT端子電圧がしきい電圧を超えると、比較器57からラッチ回路56にHレベルが出力されて、IC2の出力(DRV1及びDRV2)はラッチモードでシャットダウンする。なお、タイマー動作中に、異常状態から正常状態に状態が復帰した場合には、いずれの場合もタイマー用コンデンサC8の電荷はリセットされる。Vcc端子電圧がラッチ解除電圧以下になると、比較器51からHレベルがラッチ回路56に出力されるため、ラッチモードが解除される。
LATCH端子は、通常動作中はHレベル状態であり、IC2がラッチモードになるとLレベル状態になり、異常状態を検知したことを他の制御回路部やシステムに知らせる端子である。
また、バースト調光は、以下のように行われる。図5に実施例1の放電管電力供給装置のバースト調光の動作波形図を示す。RI端子に接続された定電流値決定抵抗R11でカレントミラー回路11により任意に設定される電流I1により、CB端子に接続された低周波発振器用コンデンサC10の充放電が行われて、低周波の三角波信号が発生する。この低周波の三角波信号は、立ち上がり傾斜と立ち下がり傾斜が同じである。
バースト調光用のコンパレータ63は、CB端子のコンデンサC10の電圧と、BURST端子に入力された電圧とを比較し、BURST端子電圧がコンデンサC10の電圧より低い場合には、コンパレータ63がLレベルをN型FETQ2のゲートに出力する。N型FETQ2がオフであるため、REG→CC1→D15→Q4→R7→R8→グランドの経路で電流が流れる。即ち、FB端子から電流を流出させて、誤差増幅器67aの−端子電圧をクランプ回路19で決定される+端子電圧より少しだけ高い電圧に設定し、誤差増幅器67aの出力FBOUTが放電管6への供給電力を絞る方向に動作させる。
また、ツェナーダイオードZD2により、誤差増幅器67aの出力FBOUTが三角波信号の下限値未満にならないようにクランプされて、PWMコンパレータCOMP1−2、PWMコンパレータCOMP2−2で、極めて短いPWM制御信号を出力できる状態で待機しながら、論理回路75,76でPWM制御信号を遮断して、出力の発振をオフさせる。従って、BURST端子電圧が、コンデンサC10の上下限値を越えるパルス信号であるか、コンデンサC10の上下限値の範囲内の直流電圧である場合、FB端子からパルス状の電流を流出させ、出力を間欠発振させて供給電力を減らし、バースト調光を行なう。
また、バースト調光のターンオン時には、FB端子とFBOUT端子間のコンデンサC12と抵抗R7と抵抗R8とで、誤差増幅器67aが積分回路として動作し、誤差増幅器67aの出力電圧が徐々に上昇することで、放電管6の電圧と電流が徐々に増加していく。これにより、放電管6への過度のストレスを防止するソフトスタートから、速やかに動作を開始することができる。
ADIM端子は、誤差増幅器67aの+端子に接続され、ADIM端子に入力する可変電圧により、誤差増幅器67aの基準電圧を上下方向に可変でき、電流調光を広範囲に行なうことができる。
UVLO端子にはヒステリシスコンパレータ61が接続され、UVLO端子電圧が所定の電圧以下である場合には、N型FETQ5がオンして、比較器57からLレベルがラッチ回路56に出力される。即ち、ラッチ回路56への信号を遮断する。また、SS端子をLレベルにすることで、IC2の出力をオフする。また、UVLO端子電圧が所定電圧以上になると、ラッチ回路56への信号と、SS端子をLレベルにする信号が解除され、ソフトスタート動作からIC2の出力をオンする。従って、UVLO端子に、放電管電力供給装置の入力電源電圧に比例した電圧を入力することで、放電管電力供給装置の入力電源電圧のUVLO動作が行なえる。
外部同期信号入力端子であるFSYNC端子には周波数同期回路73が接続され、三角波信号CF(C11)がFSYNC端子に入力されたパルス信号の周波数で発振動作を行なう。外部同期信号入力端子であるBSYNC端子には周波数同期回路66が接続され、三角波信号CB(C10)がBSYNC端子に入力されたパルス信号の周波数で発振動作を行なう。PGND端子は、スイッチング素子Qp3,Qp4,Qn3,Qn4のグラウンドであり、CGND端子は、スイッチング素子Qp3,Qp4,Qn3,Qn4以外のIC2のグラウンドである。
(IC1の詳細な構成及び動作)
図2は実施例1の放電管電力供給装置に設けられたIC1を示す図である。IC1は、Vcc端子に接続される比較器21a、CKI1端子に接続されるインバータ22a及びデッドタイム作成回路23a、CKI2端子に接続されるインバータ22b及びデッドタイム作成回路23b、VB1端子に接続される高圧ドライバ24a、VB2端子に接続される高圧ドライバ24bを有している。
図2は実施例1の放電管電力供給装置に設けられたIC1を示す図である。IC1は、Vcc端子に接続される比較器21a、CKI1端子に接続されるインバータ22a及びデッドタイム作成回路23a、CKI2端子に接続されるインバータ22b及びデッドタイム作成回路23b、VB1端子に接続される高圧ドライバ24a、VB2端子に接続される高圧ドライバ24bを有している。
高圧ドライバ24aは、レベルシフト回路25aとバッファ回路26aとを有している。高圧ドライバ24bは、レベルシフト回路25bとバッファ回路26bとを有している。バッファ回路26aは、HDRV1端子とOUT1端子(第1フローティング電位を入力できる端子、即ち、第1端子に対応)とに接続されている。バッファ回路26bは、HDRV2端子とOUT2端子(第2フローティング電位を入力できる端子、即ち、第2端子に対応)とに接続されている。
OUT1端子は、電源DC380Vとグランド間に直列に接続されたスイッチング素子Qn1とスイッチング素子Qn2との中点に接続される。OUT2端子は、電源DC380Vとグランド間に直列に接続されたスイッチング素子Qn3とスイッチング素子Qn4との中点に接続される。
高圧ドライバ24a(第1信号発生部に対応)は、OUT1端子に接続され、デューティー比が50%未満のパルス幅の第1矩形波信号と略同一パルス幅の第1駆動信号を発生する。高圧ドライバ24b(第2信号発生部に対応)は、OUT2端子に接続され、第1矩形波信号と同一パルス幅で略180度の位相差を持つ第2矩形波信号と略同じパルス幅の第2駆動信号を発生する。
バッファ回路27a(第3信号発生部に対応)は、グランドに接続され、第2駆動信号がLレベルになった後に第1駆動信号がHレベルになるまでの間にHレベルに切り替わり、第1駆動信号がLレベルになった後に第2駆動信号がHレベルになるまでの間にLレベルに切り替わる第3駆動信号を発生する。
バッファ回路27b(第4信号発生部に対応)は、グランドに接続され、第1駆動信号がLレベルになった後に第2駆動信号がHレベルになるまでの間にHレベルに切り替わり、第2駆動信号がLレベルになった後に第1駆動信号がHレベルになるまでの間にLレベル切り替わる第4駆動信号とを発生する。
また、第1駆動信号がスイッチング素子Qn2のゲートに、第2駆動信号が第スイッチング素子Qn4のゲートに、第3駆動信号がスイッチング素子Qn1のゲートに、第4駆動信号がスイッチング素子Qn3のゲートに、それぞれ出力されて、フルブリッジ直流−交流変換装置を構成して、直流電力を正負対称の交流電力に変換できるようになっている。
次にIC1の動作を図6に示す各信号の動作波形を参照しながら説明する。比較器21aに入力されたVcc端子電圧とスタート電圧以上になると、IC1の内部の各回路が動作を開始し、以下の動作を行なう。
IC2のDRV1端子からの第1矩形波信号DRV1は、信号伝達絶縁素子14aを介してCKI1端子に入力され、デッドタイム作成回路23aに送られるとともに、インバータ22aで反転されてデッドタイム作成回路23aに送られる。デッドタイム作成回路23aは、第1矩形波信号と反転信号との間に所定のデッドタイムを作成し、デッドタイムが作成された一方の信号は、レベルシフト回路25aにより電圧レベルシフトされ、バッファ回路26aを介して第1駆動信号DRV11としてHDRV1端子に出力される。また、作成されたデッドタイムが作成された他方の信号は、バッファ回路27aを介して第3駆動信号DRV13としてLDRV1端子に出力される。
一方、IC2のDRV2端子からの第2矩形波信号DRV2は、信号伝達絶縁素子14bを介してCKI2端子に入力され、デッドタイム作成回路23bに送られるとともに、インバータ22bで反転されてデッドタイム作成回路23bに送られる。デッドタイム作成回路23bは、第2矩形波信号と反転信号との間に所定のデッドタイムを作成し、デッドタイムが作成された一方の信号は、レベルシフト回路25bにより電圧レベルシフトされ、バッファ回路26bを介して第2駆動信号DRV12としてHDRV2端子に出力される。また、作成されたデッドタイムが作成された他方の信号は、バッファ回路27bを介して第4駆動信号DRV14としてLDRV2端子に出力される。
このため、第1駆動信号DRV11がHレベルで、第3駆動信号DRV13がLレベルのときにスイッチング素子Qn2がオンし、スイッチング素子Qn1がオフする。また、第2駆動信号DRV12がLレベルで、第4駆動信号DRV14がHレベルのときにスイッチング素子Qn3がオンし、スイッチング素子Qn4がオフする。
このため、DC380V→Qn2→C3→P1→Qn3→GNDの経路で電流が流れる。このため、OUT1端子にHレベルの第1駆動信号DRV11が発生し、OUT2端子にLレベルが発生するため、OUT1−OUT2間の電圧V12はHレベルの第1駆動信号DRV11となる。このHレベルのV12により主変圧器12の1次巻線P1に電流Tpiが流れるため、電流TpiはV12がHレベルの期間中は上昇していき、V12がLレベルになると下降していきゼロとなる。
また、第2駆動信号DRV12がHレベルで、第4駆動信号DRV14がLレベルのときにスイッチング素子Qn2がオフし、スイッチング素子Qn1がオンする。また、第2駆動信号DRV12がLレベルで、第4駆動信号DRV14がHレベルのときにスイッチング素子Qn3がオフし、スイッチング素子Qn4がオンする。
このため、DC380V→Qn4→P1→C3→Qn1→GNDの経路で電流が流れる。このため、OUT1端子にLレベルの第1駆動信号DRV11が発生し、OUT2端子にHレベルが発生するため、OUT1−OUT2間の電圧V12は負のHレベルの第1駆動信号DRV11となる。この負のHレベルのV12により主変圧器12の1次巻線P1に電流Tpiが流れるため、電流TpiはV12が負のHレベルの期間中は下降していき、V12がLレベルになると上昇していきゼロとなる。
主変圧器12の1次巻線P1に電流Tpiが流れると、2次巻線S1に電圧が発生し、この電圧により放電管6に電流CCFLiが流れる。
このように実施例1の放電管電力供給装置によれば、従来の直流−直流変換回路2を用いることなく、直流電力を直流−交流変換回路7により交流電力に変換して放電管6に供給するので、高効率な放電管電力供給装置及び半導体集積回路を提供できる。
また、直流−交流変換回路7は、複数のスイッチング素子Qn1〜Qn4とIC1を交流電源側に配置し、IC2を放電管側に配置し、主変圧器12の1次巻線P1を交流電源側に配置し、2次巻線S1を放電管側に配置し、IC2がデューティー比50%未満の同一パルス幅で略180度の位相差を持つ1対の矩形波信号を発生し、信号伝達絶縁素子14a,14bを介して交流電源側に送出し、IC1が1対の矩形波信号に基づき複数のスイッチング素子Qn1〜Qn4を駆動することにより主変圧器12の2次巻線S1から放電管6に正負対称の交流電力を供給するので、容易に設計でき且つ安価な放電管電力供給装置及び半導体集積回路を提供できる。
また、放電管6又は主変圧器12の2次巻線S1より放電管側のいずれかの箇所に異常がある場合には、PRO端子に接続されたウインドウコンパレータ71,72等によりIC2を停止させて、電気的絶縁の2次側のIC2からの矩形波制御信号を停止することにより、放電管6への電力供給を容易に停止できる。
また、放電管の輝度を調光する場合には、電気的絶縁の2次側のIC2からの矩形波制御信号を間欠的に発生することにより容易に行なうことができる。
図7は本発明の実施例2の放電管電力供給装置の構成を示す回路図である。図1に示す実施例1では、IC1に4つのスイッチング素子Qn1〜Qn4を接続したフルブリッジ構成としたが、図7に示す実施例2では、IC1に2つのスイッチング素子Qn1,Qn2を接続したハーフブリッジ構成としたことを特徴とする。電源DC380Vとグランド間には、ダイオードD9とスイッチング素子Qn2とダイオードD11とスイッチング素子Qn1との直列回路が接続されている。ダイオードD9とスイッチング素子Qn2との直列回路の両端には、ダイオードD10が接続され、ダイオードD11とスイッチング素子Qn1との直列回路には、ダイオードD12が接続されている。
また、IC1において、OUT1端子が、電源DC380Vとグランド間に直列に接続されたスイッチング素子Qn1とスイッチング素子Qn2との中点に接続され、OUT2端子がグランドに接続されている。第1駆動信号がスイッチング素子Qn2のゲートに、第2駆動信号がスイッチング素子Qn1のゲートにそれぞれ出力されて、ハーフブリッジ直流−交流変換装置を構成して、直流電力を正負対称の交流電力に変換できるようになっている。
また、信号伝達絶縁素子15は、IC2のDRV1端子及びDRV2端子からの矩形波信号が入力される1つの入力巻線S2と、IC1のCKI端子及びCKI2端子に接続される1つの出力巻線P2とを有する変圧器で構成されている。
このようなハーフブリッジ構成のスイッチング素子Qn1,Qn2を用いた実施例2の放電管電力供給装置であっても、実施例1の放電管電力供給装置の効果と同様な効果が得られるとともに、安価となる。
図8は本発明の実施例3の放電管電力供給装置の構成を示す回路図である。図1に示す実施例1では、IC1に4つのスイッチング素子Qn1〜Qn4を接続したフルブリッジ構成としたが、図8に示す実施例3では、IC1に2つのスイッチング素子Qn1,Qn2を接続したプシュプル構成としたことを特徴とする。即ち、主変圧器12aの1次巻線P1の中点を電源DC380Vに接続し、1次巻線P1の両端にコンデンサC3を接続し、スイッチング素子Qn2のドレインを1次巻線P1の一端に接続し、スイッチング素子Qn1のドレインを1次巻線P1の他端に接続する。また、スイッチング素子Qn2のソース及びスイッチング素子Qn1のソースをグランドに接続する。
また、IC1において、OUT1端子及びOUT2端子がグランドに接続されている。第1駆動信号及び第2駆動信号が1次側のセンタータップを直流電源に接続したセンタータップ型の主変圧器12aの両端に接続されたスイッチング素子Qn1とスイッチング素子Qn2のゲートに、それぞれ出力され、プシュプル直流−交流変換装置を構成して、直流電力を正負対称の交流電力に変換できるようになっている。
また、信号伝達絶縁素子15aは、IC2のDRV1端子及びDRV2端子からの矩形波信号が入力される1つの入力巻線S1と、IC1のCKI端子に接続される出力巻線P1とIC1のCK2端子に接続される出力巻線P2とを有する変圧器で構成されている。
このようなプシュプル構成のスイッチング素子Qn1,Qn2を用いた実施例3の放電管電力供給装置であっても、実施例1の放電管電力供給装置の効果と同様な効果が得られるとともに、安価となる。
また、IC1は、図1、図7、図8に示すように、接続を変更することで、3種類の電力変換回路(フルブリッジ、ハーフブリッジ、プッシュプル)の動作モードを切り替えることができる。
なお、本発明は実施例1乃至3の放電管電力供給装置に限定されるものではない。実施例1乃至3では、交流−直流変換回路1が、力率改善回路であったが、交流−直流変換回路1は、例えば、ブリッジダイオードとコンデンサとを有する整流平滑回路であっても良い。
また、信号制御部4aに直流電圧を供給する直流変換回路は、図1のように、交流−直流変換回路1の後に直流−直流変換回路8を接続したものであっても良い。また、より高効率にするため、図7のように交流−直流変換回路1の前に交流−直流変換回路を接続したものでも良い。
また、分流回路13はコンデンサによる分流でも、カレントトランスによる分流でも良い。また、主変圧器12は圧電トランスでも良いし、前記主変圧器の圧電トランスの前段や後段に、補助的に補助巻線トランスやインダクタンスなどを付加しても良い。
1 交流−直流変換回路
2,8 直流−直流変換回路
3 直流−交流変換回路
4,4a 信号制御部
5 パネル
6−1,6−2 放電管
7,7a,7b 直流−交流変換回路
12.12a 主変圧器
13 分流回路
14a,14b,15a,15b 信号伝達絶縁素子
IC1,IC2 半導体集積回路
2,8 直流−直流変換回路
3 直流−交流変換回路
4,4a 信号制御部
5 パネル
6−1,6−2 放電管
7,7a,7b 直流−交流変換回路
12.12a 主変圧器
13 分流回路
14a,14b,15a,15b 信号伝達絶縁素子
IC1,IC2 半導体集積回路
Claims (15)
- 交流電源の交流電力を直流変換回路により直流電力に変換し、変換された直流電力を交流変換回路により交流電力に変換し、変換された交流電力を放電管に供給する放電管電力供給装置であって、
前記交流変換回路は、
交流電源側に配置された1次巻線と放電管側に配置された2次巻線とにより前記交流電源側と前記放電管側とを電気的に絶縁する主変圧器と、
前記交流電源側に配置された駆動部と、
前記交流電源側に配置され、前記駆動部により駆動され、前記直流電力により前記主変圧器の1次巻線に電流を流す複数のスイッチング素子と、
前記放電管側に配置され、前記放電管に流れる電流をPWM制御するためのデューティ比が50%未満の同一パルス幅で且つ略180度の位相差を持つ少なくとも1対の矩形波信号を発生する制御部と、
前記制御部からの前記1対の矩形波信号を前記駆動部に送出する1以上の信号伝達絶縁素子とを有し、
前記駆動部は、前記1以上の信号伝達絶縁素子からの前記1対の矩形波信号に基づき前記複数のスイッチング素子を駆動することにより前記主変圧器の2次巻線から前記放電管に正負対称の交流電力を供給することを特徴とする放電管電力供給装置。 - 前記制御部は、前記放電管又は前記主変圧器の2次巻線から前記放電管側のいずれかの箇所が異常である場合には、前記駆動部への前記矩形波信号の送出を停止することにより前記放電管への電力供給を停止させることを特徴とする請求項1記載の放電管電力供給装置。
- 前記制御部は、前記放電管の輝度を調光する場合には、前記矩形波信号を間欠的に出力することを特徴とする請求項1記載の放電管電力供給装置。
- 前記制御部は、ブリッジ構成の第1乃至第4スイッチング素子からなるフルブリッジ回路を有し、
前記信号伝達絶縁素子は、前記フルブリッジ回路の出力間に直列に接続された入力巻線と、前記駆動部に接続される1又は2個の出力巻線とを有する変圧器からなり、
前記フルブリッジ回路は、前記入力巻線の両端に前記1対の矩形波信号を印加することにより前記1対の矩形波信号を前記出力巻線を介して前記駆動部に送出することを特徴とする請求項1記載の放電管電力供給装置。 - 前記複数のスイッチング素子は、ブリッジ構成の第1及び第2スイッチング素子からなるハーフブリッジ回路であり、
前記駆動部は、前記1対の矩形波信号に基づき前記第1及び第2スイッチング素子を駆動することを特徴とする請求項1記載の放電管電力供給装置。 - 前記駆動部は、前記1対の矩形波信号の内の一方の信号を電圧レベルシフトして、前記ハーフブリッジ回路のハイサイドに位置するスイッチング素子の制御端子に駆動信号を送出することを特徴とする請求項5記載の放電管電力供給装置。
- 前記複数のスイッチング素子は、ブリッジ構成の第1乃至第4スイッチング素子からなるフルブリッジ回路であり、
前記駆動部は、前記1対の矩形波信号に基づき前記第1乃至第4スイッチング素子を駆動することを特徴とする請求項1記載の放電管電力供給装置。 - 前記駆動部は、前記1対の矩形波信号の両方の信号を電圧レベルシフトして、前記フルブリッジ回路のハイサイドに位置するスイッチング素子の制御端子に駆動信号を送出することを特徴とする請求項7記載の放電管電力供給装置。
- 前記駆動部は、フルブリッジの複数のスイッチ素子のうち、直列に接続された対のスイッチ素子を駆動する2つの信号の間に所定のデッドタイムを作成するデッドタイム作成回路を有することを特徴とする請求項7又は請求項8記載の放電管電力供給装置。
- 前記複数のスイッチング素子は、前記主変圧器の1次巻線の一端に接続された第1スイッチング素子と前記主変圧器の1次巻線の他端に接続された第2スイッチング素子とを有し、前記主変圧器の1次巻線の中点に前記直流電力が供給されるプッシュプル回路であり、
前記駆動部は、前記1対の矩形波信号に基づき前記第1及び第2スイッチング素子を駆動することを特徴とする請求項1記載の放電管電力供給装置。 - 前記直流変換回路は、力率改善回路であることを特徴とする請求項1記載の放電管電力供給装置。
- 前記直流変換回路は、ブリッジダイオードとコンデンサとを有する整流平滑回路であることを特徴とする請求項1記載の放電管電力供給装置。
- 直流電源の両端に直列に接続された第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子と、
前記直流電源の両端に直列に接続された第3スイッチング素子及び第4スイッチング素子と、
デューティー比が50%未満の、負荷に流れる電流に応じたパルス幅の第1パルス信号で前記第1スイッチング素子をオンオフさせ、前記第1パルス信号の反転位相の第2パルス信号で前記第2スイッチング素子をオンオフさせ、前記第1パルス信号と同一パルス幅で略180度の位相差を持つ第3パルス信号で前記第3スイッチング素子をオンオフさせ、前記第2パルス信号の反転位相の第4パルス信号で前記第4スイッチング素子をオンオフさせる制御部と、
前記制御部の制御により前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との接続点に発生する第1矩形波信号を出力する第1出力端子と、
前記制御部の制御により前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子との接続点に発生する第2矩形波信号を出力する第2出力端子と、
を有することを特徴とする半導体集積回路。 - 前記制御部は、前記第1パルス信号と前記第2パルス信号との間に所定のデッドタイムを作成し、前記第3パルス信号と前記第4パルス信号との間に前記所定のデッドタイムを作成するデッドタイム作成回路を有することを特徴とする請求項13記載の半導体集積回路。
- 第1のフローティング電位を入力することができる第1端子と、
第2のフローティング電位を入力することができる第2端子と、
前記第1端子に接続され、デューティー比が50%未満のパルス幅の第1パルス信号と略同一パルス幅の第1駆動信号を発生する第1信号発生部と、
前記第2端子に接続され、前記第1パルス信号と同一パルス幅で略180度の位相差を持つ第2パルス信号と略同一パルス幅の第2駆動信号を発生する第2信号発生部と、
グランドに接続され、前記第2駆動信号がLレベルになった後に前記第1駆動信号がHレベルになるまでの間にHレベルに切り替わり、前記第1駆動信号がLレベルになった後に前記第2駆動信号がHレベルになるまでの間にLレベルに切り替わる第3駆動信号を発生する第3信号発生部と、
前記グランドに接続され、前記第1駆動信号がLレベルになった後に前記第2駆動信号がHレベルになるまでの間にHレベルに切り替わり、前記第2駆動信号がLレベルになった後に前記第1駆動信号がHレベルになるまでの間にLレベル切り替わる第4駆動信号とを発生する第4信号発生部と、
を有し、
前記第1端子が、電源とグランド間に直列に接続されたローサイド用の第1MOSFETとハイサイド用の第2MOSFETとの中点に、前記第2端子が、前記電源とグランド間に直列に接続されたローサイド用の第3MOSFETとハイサイド用の第4MOSFETとの中点にそれぞれ接続され、
前記第1駆動信号が前記第2MOSFETのゲートに、前記第2駆動信号が前記第4MOSFETのゲートに、前記第3駆動信号が前記第1MOSFETのゲートに、前記第4駆動信号が前記第3MOSFETのゲートに、それぞれ出力されるときには、
フルブリッジ直流−交流変換装置を構成して、直流電力を正負対称の交流電力に変換でき、
前記第1端子が、前記電源とグランド間に直列に接続された前記第1MOSFETと前記第2MOSFETとの中点に接続され、前記第2端子が、前記グランドに接続され、
前記第1駆動信号が前記第2MOSFETのゲートに、前記第2駆動信号が前記第1MOSFETのゲートにそれぞれ出力されるときには、
ハーフブリッジ直流−交流変換装置を構成して、直流電力を正負対称の交流電力に変換でき、
前記第1端子及び第2端子が、前記グランドにそれぞれ接続され、
前記第1駆動信号及び第2駆動信号が1次側のセンタータップを直流電源に接続したセンタータップ型の変圧器の両端に接続された第1MOSFETと第2MOSFETのゲートに、それぞれ出力されるときには、
プシュプル直流−交流変換装置を構成して、直流電力を正負対称の交流電力に変換できることを特徴とする半導体集積回路。
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