JP2009159670A - インバーター装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造によって交流電源から出力制御された高圧交流電圧を発生させることができ、よって一層の小型化を達成することが可能になるインバーター装置を提供する。
【解決手段】交流電源１を全波整流する整流器２と、この整流器２によって全波整流した脈流をスイッチングするスイッチング装置３と、このスイッチング装置３で得られた高周波が１次側に入力されるとともに昇圧された交流を供給電源として２次側から出力する絶縁機能を備えたトランス４とを有してなり、上記スイッチングのパルス幅によって上記供給電源の電流を制御するようにしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷陰極管点灯用等の高圧交流電圧を発生させるためのインバーター装置に関するものである。

一般に、液晶ディスプレイの光源として組み込まれている冷陰極管点灯用のインバーター装置は、商用の交流電源を直流に変換するとともに平滑化し、調光回路からの制御信号と上記冷陰極管への電流フィードバックとに基づいてＰＷＭ制御するとともに、さらにインバータトランスにおいて１０００〜２０００Ｖの高圧に昇圧することにより、高圧の交流電圧を上記冷陰極管に出力するものである。

ところで、このようなインバーター装置においては、交流を直流に変換して平滑化する際に発生する高調波を抑制するために、アクティブフィルター回路やチョークインプット方式等によって商用の交流電源を直流に整流し、当該直流電圧をスイッチングしてトランスで昇圧することにより上記冷陰極管を点灯させる等の対策が講じられている。

例えば、下記特許文献においては、交流電源をスイッチングによって直流電源に変換する電源装置と、この電源装置の出力を直流電源とし、直流電圧を交流電圧に変換しランプを点灯させるインバーターと、このインバーターをオン、オフさせるためのスイッチと、全波整流された波形で電圧がゼロとなる前後の区間を検出し当該区間の間信号を出力する周波数検出部と、上記スイッチを上記周波数検出部からの出力信号の期間はオフ状態に制御する制御手段を有するバックライト制御装置が提案されている。

上記バックライト制御装置によれば、全波整流された電圧波形で電圧がゼロとなる点を検出し、これを同期信号としてＰＷＭ制御信号のディレイタイムを持たせることにより、トランスにおいて電力変換がされない部分でのランプ点灯を避けることができるという利点がある。
特開２００４−３０３４３１号公報

ところで、アクティブフィルター回路やチョークインプット方式を用いた上記従来のインバーター装置にあっては、当該装置内に、高調波抑制対策のためのアクディブフィルターやチョークコイル等の電子部品やその回路を組み込むことが必要となり、また上記バックライト制御装置にあっては、周波数検出部において複数の抵抗で分圧した電圧と、ダイオードおよびコンデンサにより整流された電圧を複数の抵抗で分圧した電圧とを、比較器において比較して信号を発するようにしているために、同様に多くの電子部品やそのための回路が必要となるために、いずれも装置全体のコストが嵩むという問題点があった。

他方、上記液晶テレビにおいては、近年における大型化によりバックライトでの消費電力が増大しているにも拘わらず、より一層薄型化することが求められており、この結果上記インバーター装置についても、その簡易化および小型化が強く要請されている。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、簡易な構造によって交流電源から出力制御された高圧交流電圧を発生させることができ、よって一層の小型化を達成することが可能になるインバーター装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、交流電源を全波整流する整流器と、この整流器によって全波整流した脈流をスイッチングするスイッチング装置と、このスイッチング装置で得られた高周波が１次側に入力されるとともに昇圧された交流を供給電源として２次側から出力する絶縁機能を備えたトランスとを有してなり、上記スイッチングのパルス幅によって上記供給電源の電流を制御するようにしたことを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、 上記絶縁トランスから出力された上記供給電源のフィードバック電流が入力されるとともにＰＷＭ制御により上記スイッチングを制御する制御回路部を備えた制御装置と、上記制御回路部と上記スイッチング装置との間に介装されるとともに絶縁機能を備えたドライブトランスとを有してなり、上記制御装置は、上記フィードバック電流が予め設定された制御電流以下である場合に、所定のパルス幅で上記スイッチング装置を駆動し、上記制御電流以上になった場合に上記ＰＷＭ制御により上記スイッチング装置を駆動して上記供給電源の電流を一定に保持することを特徴とするものである。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記絶縁トランスから出力された上記供給電源のフィードバック電流が入力されるとともにＰＷＭ制御により上記スイッチングを制御する制御回路部および上記脈流の電圧検出器を備えた制御装置と、上記制御回路部と上記スイッチング装置との間に介装されるとともに絶縁機能を備えたドライブトランスとを有してなり、上記制御装置は、上記電圧検出器から検出された上記脈流の低電圧区間であって、少なくとも上記フィードバック電流が上記制御電流以下となる区間を、調光のためのＯＦＦ区間と同期させて上記スイッチングの制御を行うことを特徴とするものである。

請求項１〜３のいずれかに記載のインバーター装置によれば、整流器によって交流電源を全波整流することによって得られた脈流を、そのままスイッチングして高周波とし、これを絶縁機能を備えたトランスで昇圧することにより、供給電源となる高圧の交流としているために、コンデンサインプット等により高調波が発生する問題を回避することができる。

このため、従来のインバーター装置のように高調波対策にためのアクディブフィルターやチョークコイル等の電子部品やその回路を組み込む必要が無く、よって簡易な構造によって交流電源から高圧交流電圧を発生させることができるために、一層の小型化を達成することができる。

特に、上記トランスの２次側に接続されて高圧の交流電源が供給される部品が冷陰極管である場合には、当該冷陰極管は抵抗性負荷であって、容量性や誘導性の高調波成分を含まないため、上述した脈流を、直にスイッチングして上記トランスにより昇圧することにより、円滑に点灯させることができる。
また、上記トランスが絶縁機能を備えているために、高圧の交流電源が供給される部品を、確実に２次側部品とすることができる。

さらに、請求項２または３に記載の発明においては、制御回路部において、供給電源のフィードバック電流を参照しつつＰＷＭ制御により上記脈流のスイッチングを制御しているために、高圧の交流電源が供給される部品が、例えば冷陰極管のような電流の上限規格があるものである場合にも、当該部品を流れる電流を常に適正な範囲に保持することができる。

この際に、フィードバック電流から上記スイッチング制御用の制御回路部を経てスイッチング装置へ至る回路が、上記トランスの１次側と２次側との間に跨って形成されることになるが、上記制御回路部とスイッチング装置との間にも絶縁機能を備えたドライブトランスを介装しているために、共に絶縁機能を備えたドライブトランスと昇圧用のトランスとによって、供給側の部品および制御回路部を２次側部品とすることができる。

ここで、本発明においては、整流器によって交流電源を全波整流した脈流を、直接スイッチングして高周波とし、これをトランスで昇圧して高圧の供給用交流電源としているために、上記全波整流した際に生じるリップルにより、低電圧範囲において出力が低下し、上記フィードバック電流が規定された制御電流以下になってＰＷＭ制御が不能となる区間が発生する。

この点、請求項２に記載の発明においては、上記フィードバック電流が予め設定された制御電流以下である場合に、所定のパルス幅でスイッチング装置を駆動し、上記制御電流以上になった場合にＰＷＭ制御により上記スイッチング装置を駆動しているために、上記供給電源の電流を一定に保持することができる。

これに対して、請求項３に記載の発明においては、電圧検出器によって検出された上記脈流の低電圧区間において、上記フィードバック電流が上記制御電流以下となる部分を、上記ＰＷＭ制御による上記スイッチングのＯＦＦ区間と同期させているために、簡易な制御によって、調光信号による供給電源の不安定化を防止することができる。

図１〜図４は、本発明に係るインバーター装置を、冷陰極管点灯用のインバーター装置に適用した一実施形態を示すものである。
図１において、符号１が商用の交流電源（６０Ｈｚまたは５０Ｈｚ）であり、このインバーター装置は、上記交流電源を全波整流するダイオードブリッジ（整流器）２と、このダイオードブリッジ２によって全波整流した脈流をスイッチングするスイッチング装置３と、このスイッチング装置３で得られた高周波を昇圧して高圧の交流電源として出力する絶縁機能を備えたトランス（以下、絶縁トランスと略す。）４とから概略構成されたものである。

ここで、ダイオードブリッジ２とスイッチング装置３との間には、コンデンサ５が設けられている。なお、このコンデンサ５は、スイッチング装置３におけるスイッチングのリップル電流を流すためのものであり、整流を目的とするものではないために、高調波に影響の無い容量のものを用いることができる。

また、図１においては、スイッチング装置３として、耐圧の低いスイッチング素子３ａを用いることができ、かつ高効率であるフルブリッジ方式のものを組み込んだ場合を示しているが、ハーフブリッジ方式等の他の方式のものも適用することが可能である。

そして、このスイッチング装置３の出力側が、絶縁トランス４の１次側に接続されるとともに、絶縁トランス４の２次側に高圧交流電源の供給部品である上記冷陰極管６が接続されている。

そして、このインバーター装置においては、スイッチング装置３におけるスイッチング素子３ａのスイッチングを制御するための制御装置が設けられている。
この制御装置は、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御によりスイッチング装置３におけるスイッチングを制御する制御回路部７を備えており、この制御回路部７には、冷陰極管６における電流を検出してフィードバックするフィードバック回路８が導入されている。

ここで、この制御回路部７とスイッチング装置３との間の制御回路９ａ、９ｂ間には、絶縁機能を備えたドライブトランス（以下、絶縁ドライブトランスと略す。）１０が介装されている。この絶縁ドライブトランス１０は、制御回路９ａ、９ｂ間を絶縁することにより、冷陰極管６および制御回路部７を２次側部品とするためのものであり、必ずしも制御回路９ａと制御回路９ｂとの間において昇圧または降圧の機能を有するものである必要は無い。

さらに、この制御装置は、ダイオードブリッジ２において全波整流された脈流の電圧を検出する電圧検出部１１と、この電圧検出部１１において検出された低電圧区間を、制御回路部７においてＰＷＭ制御する際のスイッチングのＯＦＦ区間と同期させるための信号を発信する調光回路１２とを備えた電圧検出器が設けられている。

ここで、上記低電圧区間は、予め上記脈流の低電圧によって、冷陰極管６を流れる電流が制御電流以下となる区間を充分にカバーできる区間（例えば、電圧ゼロ箇所の前後３０度の区間）に設定されている。そして、調光回路１２には、冷陰極管６の明るさ調整器からの調光信号が入力されており、この調光回路１２は、上記低電圧区間を除いた区間において、上記調光信号の高低に対応したスイッチングのＯＮ時間の制御信号を制御回路部７に発信するようになっている。

次に、図１〜図４に示す波形図に基づいて、以上の構成からなるインバーター装置の作用について説明する。
先ず、図２（ａ）６０Ｈｚまたは５０Ｈｚの商用の交流電源１の電圧波形を示すものである。そして、この交流電源１を、ダイオードブリッジ２によって全波整流することにより、図２（ｂ）に示す電圧波形となった脈流が得られる。

次いで、この脈流を、スイッチング装置３においてスイッチングすることにより、図２（ｃ）に示す電圧波形を有する高周波（例えば、５０ＫＨｚ）が得られ、さらにこの高周波を、絶縁トランス４の１次側に入力する。これにより、絶縁トランス４の２次側からは、図３（ａ）、（ｂ）に示す電圧波形および電流波形を有する高圧の交流が出力される。そして、この高圧の交流電源によって、冷陰極管６が点灯される。

これと併行して、冷陰極管６の明るさ調整器からの調光信号が調光回路１２に入力されることにより、制御回路部７において上記調光信号と、フィードバック回路８から入力される冷陰極管６からのフィードバック電流とが対比されて、ＰＷＭ制御によりスイッチング装置３のスイッチングが制御される。

この際に、電圧検出部１１において、図４ａに示すように、ダイオードブリッジ２で全波整流された脈流の低電圧区間が検出され、当該低電圧区間が調光回路１２に入力される。そして、この調光回路１２において、上記低電圧区間をＰＷＭ制御する際のスイッチングのＯＦＦ区間と同期させるとともに、図４ｂに示すような明るさの調整による調光信号の大小に対応して、図４ｃに示すようなスイッチングのＯＮ時間を設定した制御信号を、制御回路部７へと発信する。これにより、制御回路部７からは、図４ｄに示すような、スイッチングの制御信号がスイッチング装置３へと送られる。

このように、上記構成からなるインバーター装置によれば、ダイオードブリッジ２によって交流電源１を全波整流することによって得られた脈流を、そのままスイッチング装置３でスイッチングして高周波とし、これを絶縁トランス４で昇圧した高圧の交流電源を冷陰極管６へ供給しているために、コンデンサインプット等により高調波が発生する問題を回避することができる。

加えて、冷陰極管６は抵抗性負荷であって、容量性や誘導性の高調波成分を含まないため、上述した脈流を、直にスイッチングして絶縁トランス４により昇圧した高圧交流電源を供給することにより、円滑に点灯させることができる。

このため、従来のインバーター装置のように高調波対策にためのアクディブフィルターやチョークコイル等の電子部品やその回路を組み込む必要が無く、よって簡易な構造によって交流電源から高圧交流電圧を発生させることができるために、一層の小型化を達成することができる。

さらに、スイッチングした高周波を昇圧するためのトランスとして絶縁トランス４を用いるとともに、制御回路部７とスイッチング装置３との間にも絶縁ドライブトランス１０を介装しているために、これら絶縁トランス４および絶縁ドライブトランス１０によって、冷陰極管６および制御回路部７を２次側部品とすることができる。

また、制御回路部７に、冷陰極管６の電流をフィードバック回路８からフィードバック電流として入力し、当該フィードバック電流を参照しつつＰＷＭ制御によりスイッチング装置３を制御しているために、冷陰極管６を流れる電流をその上限規格に基づいた適正な範囲に保持することができる。

しかも、電圧検出器１１によって検出されたフィードバック電流が上記制御電流以下となる区間を充分にカバーできる脈流の低電圧区間を、ＰＷＭ制御によるスイッチングのＯＦＦ区間と同期させている。このため、簡易な構成によって、調光信号による供給電源の不安定化が生じることを確実に防止することができる。

本発明に係るインバーター装置の一実施形態を示す概略構成図である。 図１のインバーター装置における各位置における電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃの波形を示す図である。 図１の冷陰極管に供給される高圧交流電源を示すもので、（ａ）は電圧波形、（ｂ）は電流波形を示すものである。 図１のａ、ｂ、ｃ、ｄに示す位置における制御信号を示す図である。

符号の説明

１ 交流電源
２ ダイオードブリッジ（整流器）
３ スイッチング装置
４ 絶縁トランス
６ 冷陰極管
７ 制御回路部
８ フィードバック回路
１０ 絶縁ドライブトランス
１１ 電圧検出部
１２ 調光回路

Claims (3)

1. 交流電源を全波整流する整流器と、この整流器によって全波整流した脈流をスイッチングするスイッチング装置と、このスイッチング装置で得られた高周波が１次側に入力されるとともに昇圧された交流を供給電源として２次側から出力する絶縁機能を備えたトランスとを有してなり、上記スイッチングのパルス幅によって上記供給電源の電流を制御するようにしたことを特徴とするインバーター装置。
2. 上記絶縁トランスから出力された上記供給電源のフィードバック電流が入力されるとともにＰＷＭ制御により上記スイッチングを制御する制御回路部を備えた制御装置と、上記制御回路部と上記スイッチング装置との間に介装されるとともに絶縁機能を備えたドライブトランスとを有してなり、
   上記制御装置は、上記フィードバック電流が予め設定された制御電流以下である場合に、所定のパルス幅で上記スイッチング装置を駆動し、上記制御電流以上になった場合に上記ＰＷＭ制御により上記スイッチング装置を駆動して上記供給電源の電流を一定に保持することを特徴とする請求項１に記載のインバーター装置。
3. 上記絶縁トランスから出力された上記供給電源のフィードバック電流が入力されるとともにＰＷＭ制御により上記スイッチングを制御する制御回路部および上記脈流の電圧検出器を備えた制御装置と、上記制御回路部と上記スイッチング装置との間に介装されるとともに絶縁機能を備えたドライブトランスとを有してなり、
   上記制御装置は、上記電圧検出器から検出された上記脈流の低電圧区間であって、少なくとも上記フィードバック電流が上記制御電流以下となる区間を、調光のためのＯＦＦ区間と同期させて上記スイッチングの制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のインバーター装置。

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