JP2009032600A - 蛍光管用電源、バックライト - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光管の輝度の変化が低減する蛍光管用電源および当該蛍光管用電源を使用したバックライトを提供する。
【解決手段】直流電圧を出力するインバータ用電源１と、このインバータ用電源１の出力を交流に変換するインバータ３とを備えた蛍光管用電源１０において、インバータ用電源１とインバータ３との間に、インバータ３に入力される電力を安定化させる電力安定化部２が設けられ、電力安定化部２の出力に基づいて、インバータ用電源１のフィードバック制御が行われる。また、電力安定化部２は、インバータ用電源１とインバータ３との間に流れる電流を検出し、当該電流に基づいて、インバータ用電源１のフィードバック制御が行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光管用電源および蛍光管用電源を利用したバックライトに関する。

発電、送電等を行う供給側と、負荷の大幅な変化等が生じる需要側との不一致等が原因で、需要側で電圧や電流が変化することがある。このような変化が生じると、電源の電力が十分に確保できないため、電気製品が正常に動かなくなる。
例えば、液晶テレビに使用されるバックライトでは、電源回路として、家庭用商用電源を直流に変換する直流電源とこの直流電源を交流に変換するインバータとが使用されている。このインバータに入力される電力が減少すると、設定した明るさより画面が暗くなる。また、電力が増加すると、設定した明るさより画面が明るくなる。

入力される電圧や電流、すなわち電力が変化しなくても、インバータ、蛍光管等のインバータ用電源における負荷のインピーダンスがばらつくと、バックライト間での明るさにもばらつきが生じる。インバータでは、トランス、共振コンデンサに比較的ばらつきがある。

特に、バックライトに使用されるＣＣＦＬ(Cold Cathode Fluorescent Lamp:冷陰極蛍光ランプ)等の放電管は、負性抵抗特性を有する。つまり、電圧が上昇すると電流が減少し、電圧が低下すると電流が増加する。
ＣＣＦＬ等の蛍光管のインピーダンスは、通電時間によって異なり、蛍光管によってもばらつきがある。
一方で、バックライトの輝度は、蛍光管の管電流や管電力によるので、蛍光管には安定した電流供給や電力供給がされる必要がある。

このような状況下、特許文献１では、定電流源の入出力ラインに介在する電流検出抵抗を設け電流検出を行い、さらに、この電流検出抵抗と温度条件が等しい補正抵抗等を設けることにより、温度補償を行う定電流電源装置が提案されている。

特許文献２では、大電流を一定値に制御する定電流回路であって、負荷に供給される電流を抵抗素子の両端電圧で検出し、その検出電圧を入力側にフィードバックして、負荷に一定電流を供給するようにした定電流回路が提案されている。

特許文献３では、入力端と出力端とのライン上に抵抗を設け、当該抵抗における両端電圧を検出し、この両端電圧を入力側にフィードバックさせることにより、精度の向上を図ったクリップ安定化回路が提案されている。

特開平１０−２８３０４４号公報 特開昭６１−１４４１０８号公報 特開昭５５−１０５７１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の定電流電源装置は、定電流を流すための装置であるので、負荷が変化すると、出力される電力も変化する。したがって、負荷にばらつきがあると、負荷の消費電力にばらつきが生じる。
特許文献２に記載の定電流回路も、定電流を流すための回路であり、負荷が変化すると、負荷の消費電力が変化する。

特許文献３に記載のクリップ安定化回路は、電圧をクリップさせることにより、定電流化を図るものである。したがって、消費電力を安定させるものではなく、負荷が小さくなると出力される電力が小さくなり、負荷が大きくなると出力される電力が大きくなる。

したがって、特許文献１ないし３に記載の定電流源は、負荷に定電流を流すための定電流源であり、負荷のインピーダンスに変化が生じると、負荷の消費電力が変化することになる。このような定電流源を蛍光管用の電源に適用しても、蛍光管の輝度変化が生じやすい。特に、蛍光管はインピーダンスの変化が大きいので、蛍光管の管電力の変化、すなわち、輝度の変化が大きくなりやすい。

本発明はこのような実情に鑑み、蛍光管の輝度の変化が低減する蛍光管用電源および当該蛍光管用電源を使用したバックライトを提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく本発明は次の技術的手段を講じた。
本発明にかかる蛍光管用電源では、直流電圧を出力するインバータ用電源と、このインバータ用電源の出力を交流に変換するインバータとを備えた蛍光管用電源において、インバータ用電源とインバータとの間に、インバータに入力される電力を安定化させる電力安定化部が設けられ、電力安定化部の出力信号に基づいて、インバータ用電源のフィードバック制御が行われる。

このようにすると、インバータ用電源からインバータに入力される電力の変化が低減し、蛍光管の管電力が安定化する。したがって、蛍光管の輝度変化が低減する。蛍光管は負性抵抗特性を有するので管電力も変化しやすく、蛍光管の輝度変化が生じやすいが、インバータに入力される電力の変化が安定化すると、インバータから蛍光管に出力される電力も安定化する。このため、蛍光管の輝度変化が低減する。
また、インバータに入力される電力が安定化するので、インバータ内のトランス、共振コンデンサ等の特性のばらつきによって、蛍光管の輝度にばらつきが生じることが低減する。

本発明にかかる蛍光管用電源では、電力安定化部は、インバータ用電源とインバータとの間に流れる電流を検出し、この電流に基づいて、インバータ用電源のフィードバック制御が行われることが好ましい。

このようにすると、インバータに入力される電流が増加すると、インバータに入力される電力が減少するようにフィードバック制御が行われる。また、インバータに入力される電流が増加すると、インバータに入力される電力が減少するようにフィードバック制御が行われる。

したがって、インバータやインバータの出力側に接続される蛍光管のインピーダンスが変化しても安定した電力の供給が行われる。特に、蛍光管として利用される放電管は負性抵抗特性を有するのでインピーダンスが変化し、さらに、蛍光管間でのばらつきも発生しやすいが、インバータに入力される電力の変化が低減し、当該電力が安定化するので、このインバータの出力側に接続される蛍光管の輝度変化が低減する。

インバータに対する入力電流の変化は、インバータの入力電圧の変化に伴うインバータの入力電流の変化だけでなく、インバータ、蛍光管等のインバータ用電源における負荷のインピーダンスの変化によるインバータ用電源の入力電流の変化も含まれる。つまり、一定電圧下、負荷のインピーダンスが減少し、電流が増加する場合も含まれる。

本発明にかかる蛍光管用電源では、電力安定化部は、インバータ用電源とインバータとの間に接続された抵抗を備え、この抵抗の両端電圧を検出することによって、インバータ用電源とインバータとの間に流れる電流を検出することが好ましい。
このようにすると、比較的簡易な回路構成で、電流を検出することができるので、コストが低減する。

本発明にかかる蛍光管用電源では、電力安定化部は、インバータ用電源の出力電圧を検出し、この出力電圧に基づいて、インバータ用電源のフィードバック制御が行われることが好ましい。
このようにすると、インバータに入力される電圧が上昇すると、インバータに入力される電力が減少するようにフィードバック制御が行われ、インバータに入力される電圧が低下すると、インバータに入力される電力が増加するようにフィードバック制御が行われる。

このインバータ用電源の出力電圧に基づくフィードバック制御は、インバータに対する入力電圧が上昇しても、インバータの入力電流が増加しないような場合、つまり、入力電圧が上昇するのと略同時的に、負荷のインピーダンスが増加するような場合も含まれる。このような場合では、インバータの入力電流を検出しても、インバータの入力電圧の上昇を検出することができないが、インバータ用電源の出力電圧を検出することで、インバータに入力される電力の安定化を図ることができる。

特に、蛍光管として使用される放電管は負性抵抗特性を有するので、インピーダンスが変化しやすく、蛍光管間でのばらつきも発生しやすいが、インバータに入力される電圧の変化、すなわち入力電力の変化が低減すると、蛍光管の管電力が安定化する。このため、蛍光管の輝度変化が低減する。

本発明にかかる蛍光管用電源では、フィードバック制御は、インバータ用電源の出力電流の制御であることが好ましい。
このようにすると、インバータ用電源の電流が増減する場合に、この電流を制御し、電力を安定化できるだけでなく、前述のようにインバータ用電源の電圧が上下する場合であっても、電流を増減させることによって、電力の安定化を図ることができる。

本発明にかかるバックライトでは、前述の蛍光管用電源と、この蛍光管用電源から電力が供給される蛍光管とを備える。
このようなバックライトでは、インバータに入力される電力が安定するので、インバータの出力電圧も安定し、バックライトの輝度の変化やちらつきが低減するとともに、バックライト間での輝度のばらつきも低減する。

本発明によれば、蛍光管の輝度の変化が低減する蛍光管用電源および当該蛍光管用電源を使用したバックライトを得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に実施形態にかかるバックライトのブロック図である。
バックライト２０は、家庭用商用電源、すなわち交流電源を直流電源に変換するインバータ用電源１と、インバータ用電源１の出力電力を安定化する電力安定化部２と、電力安定化部２で安定化された直流電力が入力されるインバータ３と、インバータ３から出力される交流の電力が入力される蛍光管４と、インバータ用電源１に対してフィードバック制御信号を供給する帰還部５とが設けられている。蛍光管４はＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp:冷陰極蛍光放電管）からなる。インバータ用電源１、電力安定化部２、インバータ３、帰還部５により蛍光管用電源１０が構成される。

インバータ用電源１は、図示しない家庭用商用電源に接続されており、交流を直流に変換する直流電源である。電力安定化部２は、インバータ３、蛍光管４等のインピーダンスが減少し、インバータ用電源１からの入力電流が増加すると、インバータ３に入力される電流を減少させるような制御信号を帰還部５に出力する。インバータ用電源１では、帰還部５を介して送られる制御信号に基づいて、インバータ用電源１の出力電流を低下させ、インバータ３に流れる電流を減少させる。

インバータ３、蛍光管４等のインバータ用電源１における負荷のインピーダンスが増加し、インバータ用電源１からの入力電流が減少すると、電力安定化部２はインバータ用電源１からインバータ３に入力される電流を増加させるような信号を帰還部５に出力し、インバータ用電源１では、帰還部５を介して送られる制御信号に基づいて、インバータ用電源１の出力電流を増加させることにより、インバータ３に入力される電流を増加させる。したがって、インバータ３に入力される電力が安定化し、蛍光管４の管電力が安定化する。

蛍光管４は負性抵抗特性を有する。また、蛍光管４の点灯時間、すなわち蛍光管４に電流が流れる時間が変化すると、管電流も変化し、輝度が変化する。しかし、電力安定化部２が設けられているので、蛍光管４の負性抵抗特性等により、蛍光管４等のインバータ用電源１の負荷のインピーダンスが変化しても、管電力が安定化する。
したがって、管電力によって決まる蛍光管４の輝度が安定化する。また、バックライト２０間で、インバータ３や蛍光管４のインピーダンスにばらつきがあっても、管電力のばらつきが低減する。このため、バックライト２０のちらつきが低減する。

電力安定化部２は、インバータ用電源１の出力電圧が上昇することにより、インバータ３の入力電圧が上昇すると、インバータ用電源１からインバータ３に入力される電流を減少させるような信号を帰還部５に送る。この場合、インバータ用電源１の出力電圧は上昇した状態で変化しないが、出力電流が減少するので、インバータ用電源１の出力電力、すなわちインバータ３の入力電力が安定化する。

同様に、電力安定化部２は、インバータ用電源１の出力電圧が低下すると、インバータ用電源１からインバータ３に入力される電流を増加させるような信号を帰還部５に送る。したがって、インバータ用電源１の出力電力、すなわち、インバータ３の入力電力が安定化する。

インバータ３の入力電圧が上昇する場合には、入力電圧の上昇に伴い入力電流が増加する場合だけでなく、入力電圧の上昇と略同時的に、インバータ３や蛍光管４等のインピーダンスが減少する場合も含まれる。
特に、入力電流のみを検出していると、入力電流が略一定の場合は、入力電圧が上昇しても入力電力の上昇を検出できないが、入力電圧を検出することにより入力電流を制御すると、インバータ３の入力電力を安定化することができる。このため、インバータ３の出力電力が安定化する。

このように、電力安定化部２をインバータ用電源１とインバータ３との間に設けることにより、インバータ用電源１の出力電力、すなわちインバータ３の入力電力が安定化するので、蛍光管４の輝度の変化が低減し、バックライト２０のちらつきが低減する。

図示しないが、電力安定化部２とインバータ３との間には、制御トランジスタが設けられており、この制御トランジスタで、蛍光管４の調光を行うことができる。

図２は、電力安定化部の回路図である。電力安定化部２は、インバータ用電源１とインバータ３との間に設けられており、フィードバック制御を行うための信号を帰還部５に送ることができる。

第１のトランジスタＴｒ１、第２のトランジスタＴｒ２はＯＦＦしており、インバータ用電源１の出力端子電圧Ｖが直流の定電圧であるものとする。
インバータ用電源１とインバータ３との間には、抵抗Ｒ１が設けられており、インバータ用電源１とインバータ３との間に流れる電流Ｉが増加すると、抵抗Ｒ１の両端電圧が上昇する。抵抗Ｒ１の両端電圧が上昇すると、第１のトランジスタＴｒ１のベース・エミッタ間電圧が上昇し、第１のトランジスタＴｒ１がＯＮする。

この場合、インバータ用電源１の負荷、すなわちインバータ３や蛍光管４等のインピーダンスが減少し電流Ｉが増加すると、第１のトランジスタＴｒ１がＯＮし、第１のトランジスタＴｒ１にコレクタ電流が流れるので、第２のトランジスタＴｒ２のベース・エミッタ間に接続されている抵抗Ｒ５にかかる電圧が上昇する。したがって、第２のトランジスタＴｒ２もＯＮする。

抵抗Ｒ５にかかる電圧Ｖａと、第２のトランジスタＴｒ２のベース・エミッタ間電圧とツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧との和は同じである。
第２のトランジスタＴｒ２がＯＮしていない場合は、帰還部５の入力端子電圧Ｖｂは、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧より高いが、第２のトランジスタＴｒ２がＯＮすると、帰還部の入力端子電圧Ｖｂはこのツェナー電圧になる。

したがって、インバータ用電源１からインバータ３に流れる電流が増加すると、帰還部５に電流を制限するような信号が送られ、この信号に基づいて、インバータ用電源１の出力電流を減少させるようなフィードバック制御が行われる。
一方、インバータ用電源１からインバータ３に流れる電流、すなわち抵抗Ｒ１を流れる電流Ｉが減少すると、第１のトランジスタＴｒ１および第２のトランジスタＴｒ２がＯＦＦになり、帰還部５の入力端子電圧Ｖｂが上昇して、帰還部５に信号が送られ、インバータ用電源１の電流が増加するようにフィードバック制御が行われる。

次に、インバータ用電源１の電流が増加しない状態で、インバータ用電源１の電圧が上昇する場合、つまり、インバータ３、蛍光管４等の負荷におけるインピーダンスが増加するのと略同時的に、インバータ用電源１の出力電圧が上昇するものとする。

この場合にあっても、第１のトランジスタＴｒ１と第２のトランジスタＴｒ２とがＯＦＦしているものとする。インバータ用電源１の電圧が上昇すると、第２のトランジスタＴｒ２のベース・エミッタ間電圧が上昇するので、第２のトランジスタＴｒ２がＯＮし、帰還部５の入力端子電圧Ｖｂが低下する。したがって、帰還部５に電流を制御する信号が送られ、インバータ用電源１のフィードバック制御が行われる。このインバータ３の入力電圧の検出に基づく、インバータ３の入力電力のフィードバック制御は、インバータ３の入力電流を制限することにより行われる。同様に、インバータ３の入力電圧が低下すると、インバータ３の入力電流が増加するように、フィードバック制御が行われる。このため、蛍光管４の輝度変化が低減する。

図３は、本発明の実施形態にかかるインバータと蛍光管を示す図である。
図３に示すように、インバータ３は自励発振式であり、バラストコンデンサ６を介して、蛍光管４に接続されている。蛍光管４には、ＣＣＦＬが使用されている。蛍光管４は、実用域では負性抵抗特性を有する。バラストコンデンサ６は、蛍光管４を流れる高周波電流を制限することによって、蛍光管４の点灯を安定させる。

インバータ３は、チョークコイルＬ、トランスＴ、共振コンデンサＣｒ、トランジスタＴｒ３、Ｔｒ４等からなる。インバータ３は、トランスＴによって１次側と２次側に分けられ、トランスＴの１次側に設けられている１次巻線Ｗ１は、メイン巻線Ｗ１Ａとドライブ巻線Ｗ１Ｂに分けられている。また、メイン巻線Ｗ１Ａの中間タップＭ１はチョークコイルＬを介してインバータ入力端子に接続されており、インバータ３の入力端子電圧はＶｃである。トランスＴの２次側に設けられている２次巻線Ｗ２は、中点Ｍ２が接地されており、第１の２次巻線Ｗ２Ａと第２の２次巻線Ｗ２Ｂに分けられている。

インバータ３の入力端子に、電力安定化部２の出力である直流電圧Ｖｃが印加されると、ドライブ巻線Ｗ１Ｂからの電流でトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４が交互に導通することによって自励発振し、中間タップＭ１からメイン巻線Ｗ１Ａの一方の側に流れる電流とメイン巻線Ｗ１Ａの他方の側に流れる電流とが交互に流れ、２次巻線Ｗ２に高周波電圧が発生する。バラストコンデンサ６は、蛍光管４に流れる電流を安定化させる。

インバータ用電源１の負荷、すなわちインバータ３、特にインバータ３内の共振コンデンサＣｒ、トランスＴやバラストコンデンサ６や蛍光管４のインピーダンスがばらつくと、インバータ３の入力電流も変化するが、蛍光管用電源１０に電力安定化部２が設けられていると、インバータ３に入力される電力が安定化し、蛍光管４の輝度のばらつきが低減する。

本発明は、前述の実施形態以外に種々の実施形態を採用することができる。例えば、電力安定化部２の第１のトランジスタＴｒ１には、ＰＮＰトランジスタが使用されているが、ＮＰＮトランジスタを使用するように回路が構成されていてもよく、インバータ３に使用されているＮＰＮトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４を、ＭＯＳＦＥＴにしてもよい。また、蛍光管であれば、ＣＣＦＬに限られない。つまり、このバックライト２０に使用される電力安定化部２、インバータ３等は、本発明の趣旨を損なわない範囲で、どのような回路構成、回路素子であってもよく、回路素子の追加、変更、除去は適宜可能である。

バックライトのブロック図である。 電力安定化部の回路図である。 インバータと蛍光管を示す図である。

符号の説明

１ インバータ用電源
２ 電力安定化部
３ インバータ
４ 蛍光管
１０ 蛍光管用電源
２０ バックライト
Ｒ１ 抵抗

Claims (6)

1. 直流電圧を出力するインバータ用電源と、前記インバータ用電源の出力を交流に変換するインバータとを備えた蛍光管用電源において、
   前記インバータ用電源と前記インバータとの間に、前記インバータに入力される電力を安定化させる電力安定化部が設けられ、前記電力安定化部の出力信号に基づいて、前記インバータ用電源のフィードバック制御が行われることを特徴とする蛍光管用電源。
2. 請求項１に記載の蛍光管用電源において、
   前記電力安定化部は、前記インバータ用電源と前記インバータとの間に流れる電流を検出し、当該電流に基づいて、前記インバータ用電源のフィードバック制御が行われることを特徴とする蛍光管用電源。
3. 請求項２に記載の蛍光管用電源において、
   前記電力安定化部は、前記インバータ用電源と前記インバータとの間に接続された抵抗を備え、当該抵抗の両端電圧を検出することによって、前記インバータ用電源と前記インバータとの間に流れる電流を検出することを特徴とする蛍光管用電源。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の蛍光管用電源において、
   前記電力安定化部は、前記インバータ用電源の出力電圧を検出し、当該出力電圧に基づいて、前記インバータ用電源のフィードバック制御が行われることを特徴とする蛍光管用電源。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の蛍光管用電源において、
   前記フィードバック制御は、前記インバータ用電源の出力電流の制御であることを特徴とする蛍光管用電源。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の蛍光管用電源と、前記蛍光管用電源から電力が供給される蛍光管とを備えたことを特徴とするバックライト。

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