JP2009177975A - Inverter circuit and discharge tube lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インバータ回路及び放電管を高周波で点灯駆動するための放電管点灯装置に関するものである。ここで「放電管」とは、高圧を印加して、密封管内でイオン化した気体(プラズマ)に放電させることにより発光させる器具をいい、ネオン管、ナトリウムランプ、蛍光管、冷陰極管などがこれに該当する。 The present invention relates to a discharge tube lighting device for lighting and driving an inverter circuit and a discharge tube at a high frequency. Here, the “discharge tube” refers to a device that emits light by applying a high pressure to discharge into an ionized gas (plasma) in a sealed tube, such as a neon tube, a sodium lamp, a fluorescent tube, or a cold cathode tube. It corresponds to.
液晶表示装置など各種表示装置のバックライトには、放電管の一種である冷陰極管( Cold Cathode Fluorescent Tube)が用いられる。この冷陰極管の点灯駆動には、従来から、インバータ回路を用いた高周波点灯方式が採用されている。
図5は、このインバータ回路を含む放電管点灯装置の一例を示す回路図である。この放電管点灯装置は、商用電源を整流するための整流回路105と、直流に基づいて高周波交流電源を供給するためのスイッチング回路101と、高周波交流電源を昇圧するための主変圧器102と、その主変圧器102の出力回線に対して並列に接続される複数の冷陰極管103と、各冷陰極管103の一端又は両端に挿入され、各冷陰極管103に互いに等しい電流を流すため各冷陰極管103と直列に接続されたバラスト・キャパシタ(ballast capacitor)からなる均流回路104とを備えている。なおインバータ回路は、整流回路105とスイッチング回路101と主変圧器102とを含む回路とする。「均流」とは複数の放電管に対して、互いにほぼ等しい大きさの高周波電流を供給することをいう。
For the backlights of various display devices such as liquid crystal display devices, cold cathode fluorescent tubes are used. Conventionally, a high-frequency lighting method using an inverter circuit has been adopted for driving the cold cathode tubes.
FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a discharge tube lighting device including the inverter circuit. The discharge tube lighting device includes a rectifying
このような放電管点灯装置においては、冷陰極管103の駆動は、インバータ回路から冷陰極管に定格電圧(冷陰極管の長さ等に応じた、冷陰極管のメーカーから指定される電圧。例えば1000V)、定格周波数(冷陰極管のメーカーから指定される周波数。例えば60kHz)の高周波交流電源を供給することによって行っている。
ところで、前記放電管点灯装置に使われるインバータ回路は、図5に示すように、大容量キャパシタCを持った整流回路105を備えている。この整流回路105は、キャパシタ・インプット型が多く、そのため整流回路105に入力される電圧波形Vsと電流波形Isを相似波形にすることができない。
図6(a)は、キャパシタ・インプット型整流回路105に入力される電圧波形Vsを示し、図6(b)は電流波形Isを示す(横軸tは時間を示す)。このように、交流電源106には、電圧の高いときだけ大きな電流が流れることになり、力率が低くなるという欠点を持ち合わせている。
Incidentally, the inverter circuit used in the discharge tube lighting device includes a
6A shows the voltage waveform Vs inputted to the capacitor input
この欠点を解消するため、インバータ回路に力率改善PFC(Power Factor Control)回路を組み込むことも行われているが、PFC回路自体が高周波ノイズの発生源であり、家庭やオフィスの電源環境をいっそう悪くしてしまう。
そこで本発明は、高い力率を実現することができ、高周波ノイズの発生も少ないインバータ回路及びこのインバータ回路を用いた放電管点灯装置を提供することを目的とする。
In order to eliminate this disadvantage, power factor control PFC (Power Factor Control) circuit is also incorporated in the inverter circuit, but the PFC circuit itself is a source of high-frequency noise, making the power environment of homes and offices even better. It will be bad.
Therefore, an object of the present invention is to provide an inverter circuit that can realize a high power factor and that does not generate high-frequency noise, and a discharge tube lighting device that uses this inverter circuit.
本発明のインバータ回路は、商用交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の脈流出力に基づいて高周波交流電源を得るためのスイッチング回路と、前記高周波交流電源を変圧するための主変圧器と、前記整流回路の脈流出力の電圧が基準電圧を超えた時点で前記整流回路の脈流出力を遮断し、前記整流回路の脈流出力の電圧が基準電圧以下になった時点で前記整流回路の脈流出力を前記スイッチング回路に供給する開閉回路とを備えることを特徴とする。 An inverter circuit according to the present invention includes a rectifier circuit connected to a commercial AC power source, a switching circuit for obtaining a high-frequency AC power source based on a pulsating flow output of the rectifier circuit, and a main transformer for transforming the high-frequency AC power source. And when the voltage of the pulsating current output of the rectifying circuit exceeds a reference voltage, the pulsating current output of the rectifying circuit is cut off, and when the voltage of the pulsating current output of the rectifying circuit becomes equal to or lower than the reference voltage, And a switching circuit for supplying a pulsating flow output of the rectifier circuit to the switching circuit.
この構成のインバータ回路であれば、商用交流電源を脈流化して放電管を点灯駆動するが、前記開閉回路によって、この脈流の電圧の高い部分を基準電圧でピークカットすることができる。ピークカット後の電圧波形の周波数は、ピークカット前の脈流の周波数のほぼ2倍、商用交流電源の周波数のほぼ4倍になる。したがって、放電管のチラツキを極力目立たないようにすることができる。なお、ピークカット後の電圧波形を用いるので電圧の実効値は低いものとなるが、主変圧器の昇圧比を高く設定することによって、放電管に必要な電圧(定格電圧)を得ることができる。 With an inverter circuit having this configuration, the commercial AC power supply is pulsated to drive the discharge tube to turn on, but the switching circuit can peak-cut the high voltage portion of the pulsating current with a reference voltage. The frequency of the voltage waveform after the peak cut is almost twice the frequency of the pulsating current before the peak cut and almost four times the frequency of the commercial AC power supply. Therefore, flickering of the discharge tube can be made as inconspicuous as possible. Since the voltage waveform after the peak cut is used, the effective value of the voltage is low, but the voltage required for the discharge tube (rated voltage) can be obtained by setting the boost ratio of the main transformer high. .
また、放電管には、商用交流電源が前記基準電圧を超えている期間は電流が流れないことになり、商用交流電源から一般の電気機器に最も多く電流が流れる期間を避けて電流を流すことができる。従って、本発明により商用交流電源に集中的に過大な電流が流れるのを緩和することができる。
また、本発明の放電管点灯装置は、放電管と、前記放電管を点灯駆動するためのインバータ回路とを備え、前記インバータ回路は、前記本発明の特徴を備える回路である。
In addition, the current does not flow in the discharge tube while the commercial AC power source exceeds the reference voltage, and the current is allowed to flow during the period when the most current flows from the commercial AC power source to general electric equipment. Can do. Therefore, according to the present invention, it is possible to alleviate the excessive current flowing through the commercial AC power supply.
Moreover, the discharge tube lighting device of the present invention includes a discharge tube and an inverter circuit for driving the discharge tube to light, and the inverter circuit is a circuit including the features of the present invention.
前記放電管は、蛍光灯又は冷陰極管であってもよい。 The discharge tube may be a fluorescent lamp or a cold cathode tube.
以上のように本発明によれば、高い力率が得られ、高周波ノイズの発生も少ないインバータ回路及び放電管点灯装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an inverter circuit and a discharge tube lighting device that can obtain a high power factor and generate less high-frequency noise.
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の放電管点灯装置が適用される液晶表示装置10を示す分解図である。この液晶表示装置10は、液晶表示部11と、液晶表示部11を支持する液晶パネル12と、均流点灯装置本体13とを備えている。
均流点灯装置本体13は、樹脂又は金属のいずれか又は両方で構成された支持板14に複数の冷陰極管15が配置されたものであり、これらの冷陰極管15は、それぞれ給電線を通してインバータ回路に接続される。複数の冷陰極管15のそれぞれを示すとき、冷陰極管151〜15nと表記することがある。nは冷陰極管の本数(n>=2)である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an exploded view showing a liquid
The current equalizing lighting device
液晶表示部11は、例えば4:3,16:9などの横長形状である。なお液晶表示部11の構造は公知のものであり、例えば、表面側の透明基板と光源側の透明基板とを向き合わせた構造になっている。液晶駆動方式はパッシブマトリクス型でもアクティブマトリクス型でもよい。アクティブマトリクス型を例に挙げると、表面側の透明基板の内面には複数のマトリクス状透明電極群を配列し、光源側の透明基板の内面にはマトリクス状透明電極群と対向するように1枚の半透明電極を設置している。さらに、それぞれの電極の上に、一定方向にラビングした樹脂からなる配向膜を形成している。そして両配向膜の間に液晶を封入している。なお、カラー液晶の場合は、表面側の透明基板にカラーフィルター層が設けられている。
The liquid
均流点灯装置本体13は、n本の冷陰極管151〜15nを、液晶表示部11の長辺方向と平行に配列している。各冷陰極管151〜15nの端部には、バラスト・キャパシタを形成する給電基板16の一方の電極が接続されていて、この給電基板16の他方の電極が後述するインバータ回路の高周波電源供給端に接続される。
図2は、インバータ回路17及びそれに接続された複数の冷陰極管151〜15nを含む均流点灯装置の全体回路図である。このインバータ回路17は、商用交流電源22aに接続された整流回路22bと、整流回路22bの脈流出力に基づいて数十kHzの高周波交流電源を得るためのスイッチング回路23と、前記高周波交流電源を昇圧するための主変圧器24と、その主変圧器24の出力回線に接続された高周波電源供給端25とを備えている。高周波電源供給端25に対して、複数の冷陰極管151〜15nがそれぞれ並列に接続され、各冷陰極管151〜15nに対して、互いに等しい電流を流すための均流回路18が接続されている。整流回路22bには平滑用の大容量キャパシタは接続されていない。
The current equalizing lighting device
FIG. 2 is an overall circuit diagram of the current equalizing lighting device including the
整流回路22bとスイッチング回路23との間には、整流回路22bの脈流電圧が基準電圧を超えた時点で整流回路22bの脈流出力を遮断し、整流回路22bの脈流電圧が前記基準電圧以下になった時点で整流回路22bの脈流出力を前記スイッチング回路23に供給するための開閉回路26が設けられている。
整流回路22bの負側出力線の電圧を基準にした、整流回路22bの正側出力線の電圧をV2、スイッチング回路23の入力線の電圧をV3と表記する。開閉回路26は、整流回路22bの正側出力線とスイッチング回路23の入力線の途中に挿入されたスイッチングトランジスタQ1と、スイッチングトランジスタQ1のベース端子にトランジスタ駆動電圧を供給するためのリレースイッチ回路27と、整流回路22bの両出力線に並列に接続された、フォトトランジスタ(受光側)Q2及び抵抗R1,R2からなる直列回路とを含んでいる。また、主変圧器24の二次側巻き線に抵抗R0が挿入され、この抵抗R0と並列にフォトトランジスタ(投光側)Q2が接続されている。
Between the rectifying
With reference to the voltage of the negative output line of the
スイッチングトランジスタQ1は、そのエミッタ端子が整流回路22bの出力線に接続され、そのコレクタ端子がスイッチング回路23の入力線に接続されている。リレースイッチ回路27には、抵抗R1,R2の接続点の電圧V1が入力されている。リレースイッチ回路27はこの接続点の電圧V1が基準電圧Vthにある定数(R1/(R1+R2))をかけた電圧以下である場合に、スイッチングトランジスタQ1のベース端子にトランジスタ駆動電圧を印加する。すなわち、
V1=<R1Vth/(R1+R2)
の場合に、スイッチングトランジスタQ1のベース端子にトランジスタ駆動電圧を印加する。この接続点の電圧V1が基準電圧Vthにある定数をかけた電圧(R1/(R1+R2))を越えるとスイッチングトランジスタQ1をオフにする、という動作をするものとする。すなわち、
V1>R1Vth/(R1+R2)
の場合にスイッチングトランジスタQ1をオフにする。
The switching transistor Q1 has its emitter terminal connected to the output line of the
V1 = <R1Vth / (R1 + R2)
In this case, a transistor drive voltage is applied to the base terminal of the switching transistor Q1. It is assumed that the switching transistor Q1 is turned off when the voltage V1 at the connection point exceeds a voltage (R1 / (R1 + R2)) obtained by multiplying the reference voltage Vth by a constant. That is,
V1> R1Vth / (R1 + R2)
In this case, the switching transistor Q1 is turned off.
スイッチング回路23は、スイッチング動作をするトランジスタTr1,Tr2とキャパシタCs1,Cs2とからなるブリッジ回路を含んでいる。トランジスタTr1,Tr2の各ゲートには、2つの互いに逆位相の高周波パルス電圧を供給するためのクロックパルス回路23aが接続されている。このクロックパルス回路23aには、定格周波数(例えば60kHz)の繰り返しクロックパルスCPが入力される。クロックパルス回路23aは、クロックパルスCPが入るごとに2つの高周波パルス電圧の位相を180°切り替える。
The switching
主変圧器24は、所定の巻き数と巻き数比を持つことによって、交流電圧を所定の昇圧比で昇圧する。これによって、各冷陰極管151〜15nの点灯に必要な交流電圧(通常1000V〜2000V程度)を得ることができる。
なお、主変圧器24の一次側巻き線に直列に挿入されているのは、スイッチング回路23の効率を上げるための部分共振コイル24aである。この部分共振コイル24aは、図示のように主変圧器24とは別に設けても良いが、主変圧器24の一次側巻き線の漏れインダクタンスを利用してもよい。この場合、部分共振コイル24aを独立に設ける必要はなくなる。
The
A
主変圧器24は、本実施の形態では、円環状のコアに一次側、二次側の導線を均等に巻きつけたトロイダルトランスを使っている。
均流回路18は、各冷陰極管151〜15nに直列に接続されたn個のバラスト・キャパシタC1〜Cnから構成される。なお、図2では、キャパシタC1〜Cnは、各冷陰極管151〜15nの片側の電極に接続されているが、後に図4を用いて説明するように、キャパシタを各冷陰極管151〜15nの両側の電極に接続する構成を採用しても良い。
In the present embodiment, the
The
この均流点灯装置の動作説明をすると、まず整流回路22bによって得られた脈流電源は、スイッチング回路23によって高周波電源に変換され、主変圧器24に供給される。主変圧器24によって昇圧された電源は、均流回路18を構成する各キャパシタC1〜Cnを通して、各冷陰極管151〜15nに供給される。これらのキャパシタC1〜Cnは、一定の電圧降下Vcを実現することによって、各冷陰極管151〜15nに均等の電流を供給する。
The operation of the current equalizing lighting device will be described. First, the pulsating current power obtained by the
主変圧器24の二次側巻き線に高周波電流が流れたとき、抵抗R0に電圧が発生し、これによってフォトトランジスタ(投光側)Q2は発光する。抵抗R0の値は、フォトトランジスタ(投光側)Q2を発光させるのに十分な値に選ばれる。フォトトランジスタ(投光側)Q2の発光応答時間は、スイッチング回路23のスイッチング時間(前記クロックパルスCPの繰返し周期)と比べて長いので、フォトトランジスタ(投光側)Q2は連続的に発光する。
When a high frequency current flows through the secondary winding of the
この発光に応じてフォトトランジスタ(受光側)Q2が導通し、抵抗R1,R2の接続点に、整流回路22bの両出力線の電圧を抵抗R1,R2で分圧した電圧V1が与えられる。
この電圧V1が前記電圧R1Vth/(R1+R2)以下であれば、スイッチングトランジスタQ1は導通し、前記電圧R1Vth/(R1+R2)を超えれば、スイッチングトランジスタQ1は遮断される。
In response to this light emission, the phototransistor (light receiving side) Q2 is turned on, and a voltage V1 obtained by dividing the voltages of both output lines of the
If the voltage V1 is equal to or lower than the voltage R1Vth / (R1 + R2), the switching transistor Q1 is turned on. If the voltage V1 exceeds the voltage R1Vth / (R1 + R2), the switching transistor Q1 is cut off.
図3は、整流回路22bの正側出力線(スイッチングトランジスタQ1のエミッタ端子)の脈流電圧V2の波形と、スイッチング回路23の入力線(スイッチングトランジスタQ1のコレクタ端子)の電圧V3の波形とを示すグラフである。
脈流電圧V2の最大値をVPで表している。VPは通常、商用電源の実効電圧の√2倍の電圧である。前記基準電圧Vthは、
0<Vth<VP
の範囲の中から所定値に選定される。基準電圧Vthの選定方法は、実際に冷陰極管15を点灯させて、そのチラツキが目立たないような電圧に選定する。基準電圧Vthが低すぎると、チラツキが目立つとともに、主変圧器24の昇圧比を高くする必要があるため、主変圧器24の製作が難しくなる。基準電圧Vthが高すぎると、力率改善効果が減少する。通常は、基準電圧Vthを、脈流電圧V2の最大値VPの40%〜95%に選ぶと良い。
FIG. 3 shows the waveform of the pulsating voltage V2 of the positive output line (emitter terminal of the switching transistor Q1) of the
The maximum value of the pulsating voltage V2 is represented by VP. VP is usually a voltage that is √2 times the effective voltage of the commercial power supply. The reference voltage Vth is
0 <Vth <VP
A predetermined value is selected from the range. As a method for selecting the reference voltage Vth, the cold-
この脈流電圧V2が基準電圧Vth以下であれば、スイッチングトランジスタQ1は導通し、スイッチングトランジスタQ1のコレクタ側に電圧V3が現れる。脈流電圧V2が基準電圧Vthを超えれば、スイッチングトランジスタQ1は遮断され電圧V3は現れない。
この結果、この脈流電圧V2の高い部分を基準電圧Vthでピークカットすることができる。ピークカット後の電圧V3の周波数は、ピークカット前の周波数のほぼ2倍、商用交流電源の周波数のほぼ4倍になる。例えば、商用交流電源の周波数が60Hzならば、ほぼ240Hzで冷陰極管15を点灯駆動することができる。したがって、冷陰極管15のチラツキが極力目立たないようにすることができる。
If the pulsating voltage V2 is equal to or lower than the reference voltage Vth, the switching transistor Q1 becomes conductive, and the voltage V3 appears on the collector side of the switching transistor Q1. If the pulsating voltage V2 exceeds the reference voltage Vth, the switching transistor Q1 is cut off and the voltage V3 does not appear.
As a result, the peak portion of the pulsating voltage V2 can be peak-cut with the reference voltage Vth. The frequency of the voltage V3 after the peak cut is almost twice the frequency before the peak cut and almost four times the frequency of the commercial AC power supply. For example, if the frequency of the commercial AC power supply is 60 Hz, the
なお、冷陰極管15の駆動のために、ピークカット後の電圧V3を用いるので電圧の実効値は低いものとなるが、主変圧器24の昇圧比を高く設定することによって、各冷陰極管151〜15nの点灯に必要な交流電圧(通常1000V〜2000V程度)を確保することができる。
また、冷陰極管15には、図3に示すように、脈流電圧V2が前記基準電圧Vthを超えている期間を避けて電流Iが流れることになり、商用交流電源から一般の電気機器に最も多く電流が流れる期間を避けて電流を流すことができる。従って、商用交流電源に集中的に過大な電流が流れるのを緩和することができる。
Since the voltage V3 after peak cut is used for driving the
In addition, as shown in FIG. 3, the
また、リレースイッチ回路27において設定される基準電圧Vthを可変にすることで、冷陰極管15の明るさの調節(調光)を行うこともできる。基準電圧Vthを可変にする方法は任意であり、例えば液晶表示装置10のリモコンユニットのボタン操作で行うようにしても良い。
なお脈流電圧V2の高い部分を基準電圧Vthでピークカットすることに応じて高周波ノイズが発生するが、そのノイズの周波数成分は商用電源周波数から発生するものであり、PFC回路などから発生するノイズの周波数成分と比べて低く、そのエネルギーも低いものであり、他の電気機器に影響を与えることは少ない。
Further, by adjusting the reference voltage Vth set in the
High frequency noise is generated in response to peak cutting of the high pulsating voltage V2 with the reference voltage Vth. The frequency component of the noise is generated from the commercial power supply frequency, and is generated from the PFC circuit or the like. The frequency component is low and its energy is low, and it hardly affects other electrical devices.
以上のように、高い力率で冷陰極管15を点灯駆動することができ、高周波ノイズの発生も少ないインバータ回路及び放電管点灯装置を提供することができる。
いままで本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、実施の形態に限られるものでない。例えば、図4に示すように、各冷陰極管151〜15nの両側の電極に均流回路181,182を接続する場合がある。均流回路181を構成するキャパシタをC11〜Cn1と表記し、均流回路182を構成するキャパシタをC12〜Cn2と表記する。この場合は、高周波電源供給端25,25間の電圧を、2つの均流回路181,182で分圧することができるので、各キャパシタC11〜Cn1、C12〜Cn2にかかる電圧を図2の回路と比べて半分にすることができる。
As described above, it is possible to provide an inverter circuit and a discharge tube lighting device that can drive the
Although the embodiment of the present invention has been described so far, the present invention is not limited to the embodiment. For example, as shown in FIG. 4,
10 液晶表示装置
11 液晶表示部
12 液晶パネル
13 均流点灯装置本体
14 支持板
15,151〜15n 冷陰極管
16 給電基板
17 インバータ回路
18,181,182 均流回路
23 スイッチング回路
23a クロックパルス回路
24 主変圧器
24a 部分共振コイル
25 高周波電源供給端
26 開閉回路
27 リレースイッチ回路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記インバータ回路は、商用交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の脈流出力に基づいて高周波交流電源を得るためのスイッチング回路と、前記高周波交流電源を変圧するための主変圧器と、前記整流回路の脈流出力の電圧が基準電圧を超えた時点で前記整流回路の脈流出力を遮断し、前記整流回路の脈流出力の電圧が前記基準電圧以下になった時点で前記整流回路の脈流出力を前記スイッチング回路に供給する開閉回路とを備えるものであることを特徴とする放電管点灯装置。 A discharge tube, and an inverter circuit for lighting and driving the discharge tube,
The inverter circuit includes a rectifier circuit connected to a commercial AC power source, a switching circuit for obtaining a high frequency AC power source based on a pulsating flow output of the rectifier circuit, and a main transformer for transforming the high frequency AC power source. The pulsating current output of the rectifying circuit is cut off when the voltage of the pulsating current output of the rectifying circuit exceeds a reference voltage, and the rectification is performed when the voltage of the pulsating current output of the rectifying circuit becomes equal to or lower than the reference voltage. A discharge tube lighting device comprising: a switching circuit for supplying a pulsating current output of the circuit to the switching circuit.
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