JP2009231107A - Power supply device - Google Patents

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羊一 京野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply device for reducing a switching loss and noises of switch elements while reducing the number of the switch elements. <P>SOLUTION: The power supply device includes: a voltage generating circuit 13 for turning on/off a DC power supply Vin to generate pulse voltage; a first AC voltage generating circuit 1a having a first switch means Q2 and connected to a position where the pulse voltage generated by the voltage generating circuit is applied, for generating first AC voltage of positive/negative unsymmetrical waveform with the on/off operation of the first switch means and outputting it to one end of each of loads 7-1 to 17-n; and a second AC voltage generating circuit 1b having a second switch means Q4 and connected to a position where the pulse voltage generated by the voltage generating circuit is applied, for generating second AC voltage of a positive/negative unsymmetrical waveform with the on/off operation of the second switch means and outputting it to the other end of each of the loads. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、直流電圧をトランスを介して別の直流電圧に変換する直流電源装置と、直流電圧をトランスを介して交流電圧に変換する交流電源装置を備えた電源装置に関し、特に交流電圧を負荷としての放電灯に供給して放電灯を点灯させる技術に関する。   The present invention relates to a DC power supply device that converts a DC voltage to another DC voltage via a transformer, and a power supply device that includes an AC power supply device that converts a DC voltage to an AC voltage via a transformer, and in particular, loads an AC voltage as a load. The present invention relates to a technique for lighting a discharge lamp by supplying it to the discharge lamp.

交流電源装置は、直流電圧をトランスを介して交流電圧に変換するもので、交流電圧により負荷を駆動することができる。この交流電源装置に負荷を接続した装置の一例としては、交流電圧により負荷としての冷陰極放電灯を点灯させる放電灯点灯装置が知られている。   The AC power supply device converts a DC voltage into an AC voltage via a transformer, and can drive a load with the AC voltage. As an example of a device in which a load is connected to the AC power supply device, a discharge lamp lighting device that lights a cold cathode discharge lamp as a load with an AC voltage is known.

冷陰極放電灯(CCFL:Cold Cathode Fluorescent Lamp)は、一般的に、交流電源装置により、数10kHzの周波数で且つ数百V〜千数百Vの電圧が印加されることにより点灯する。また、外部電極蛍光灯(EEFL:External Electrode Fluorescent Lamp)と呼ばれる蛍光管もある。外部電極蛍光灯と冷陰極放電灯とは電極の構造が相違し、それ以外の相違はほとんどなく、発光原理も冷陰極放電灯と同じである。このため、外部電極蛍光灯や冷陰極放電灯を点灯させるための交流電源装置は、原理的には同じである。このため、以下、冷陰極放電灯(放電灯と略称する。)を用いて説明する。   A cold cathode discharge lamp (CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp) is generally lit when an AC power supply device is applied with a voltage of several tens of kHz to several hundreds of thousands to several hundreds of volts. There is also a fluorescent tube called an external electrode fluorescent lamp (EEFL). The external electrode fluorescent lamp and the cold cathode discharge lamp have different electrode structures, there is almost no difference, and the light emission principle is the same as that of the cold cathode discharge lamp. For this reason, the AC power supply device for lighting the external electrode fluorescent lamp and the cold cathode discharge lamp is the same in principle. For this reason, the following description will be made using a cold cathode discharge lamp (abbreviated as a discharge lamp).

放電灯と交流電源装置は、液晶TV、液晶モニタ、照明装置、液晶表示装置、看板などに用いられている。交流電源装置に求められる特性としては、(a)交流電圧周波数が50kHz程度であり、(b)放電灯に印加される電圧は交流電圧で、正負対称の波形である。   The discharge lamp and the AC power supply device are used for a liquid crystal TV, a liquid crystal monitor, a lighting device, a liquid crystal display device, a signboard, and the like. The characteristics required for the AC power supply device are: (a) the AC voltage frequency is about 50 kHz; (b) the voltage applied to the discharge lamp is an AC voltage and has a positive / negative symmetrical waveform.

(a)について、放電灯に印加される電圧周波数は、一般的におおよそ10kHz〜100kHz程度である。これは、放電灯の輝度特性や効率特性、放電灯をセットに組み込んだときの輝度特性など、様々な特性を考慮し、ユーザーが決定する。交流電源装置は、決定された周波数、又はその付近の周波数で駆動される。このため、交流電源装置の都合で周波数を設定、変化させることができないことが多い。液晶TVや液晶モニタ、照明装置などではおおよそ50kHz付近で用いられることが多いので、以下、50kHzの交流電源装置を用いるものとする。   Regarding (a), the voltage frequency applied to the discharge lamp is generally about 10 kHz to 100 kHz. This is determined by the user in consideration of various characteristics such as the luminance characteristics and efficiency characteristics of the discharge lamp and the luminance characteristics when the discharge lamp is incorporated in a set. The AC power supply device is driven at a determined frequency or a frequency in the vicinity thereof. For this reason, it is often impossible to set or change the frequency due to the convenience of the AC power supply device. Since liquid crystal TVs, liquid crystal monitors, lighting devices, and the like are often used in the vicinity of approximately 50 kHz, hereinafter, a 50 kHz AC power supply device is used.

(b)について、一般的に、放電灯に印加される電圧は交流電圧で、正負対称の波形である必要がある。放電灯はガラスのチューブ状になっており、内部には水銀、希ガス等が封入されている。この放電灯に直流電圧を印加しても発光はする。しかし、内部の水銀が片方に片寄ってしまい、次第に放電灯両端での輝度に差が出てきてしまうため、寿命が著しく短くなる。このため、放電灯には交流電圧を印加するが、交流電圧であつても電圧波形の正負の形に違いがあれば、水銀分布の偏りが生じてしまう可能性がある。このため、正負対称の波形を印加することが求められる。また、理想的には正弦波や台形波が良く、実際にも正弦波電圧を印加する印加システムが多い。   As for (b), generally, the voltage applied to the discharge lamp is an alternating voltage and needs to have a positive and negative symmetrical waveform. The discharge lamp has a glass tube shape, and mercury, a rare gas, or the like is sealed inside. Light is emitted even when a DC voltage is applied to the discharge lamp. However, the internal mercury is shifted to one side, and the brightness at both ends of the discharge lamp gradually becomes different, so the life is remarkably shortened. For this reason, an AC voltage is applied to the discharge lamp. However, even if an AC voltage is used, if there is a difference between positive and negative voltage waveforms, the distribution of mercury may be biased. For this reason, it is required to apply a positive / negative symmetrical waveform. Ideally, a sine wave or a trapezoidal wave is good, and there are many application systems that actually apply a sine wave voltage.

また、液晶TVなどでは映像処理信号や音声処理信号など様々な信号系統があり、それらの周波数と交流電圧の駆動周波数とが干渉し、画像や音声に悪影響を与えることがある。このため、交流電圧の駆動周波数を干渉の発生しない一定の周波数で動作させることが求められることが多い。   In addition, a liquid crystal TV or the like has various signal systems such as video processing signals and audio processing signals, and their frequencies and the driving frequency of the AC voltage interfere with each other, which may adversely affect images and sounds. For this reason, it is often required to operate the drive frequency of the AC voltage at a constant frequency that does not cause interference.

図4に従来の非共振型ハーフブリッジ回路を採用した放電灯点灯装置の回路構成図を示す。この放電灯点灯装置は、直流電源Vinの直流電圧をMOSFET等からなるスイッチ素子Q1,Q2で図5に示すゲート信号Q1g,Q2gに基づいてスイッチングして矩形波電圧を生成し、リアクトルL1とコンデンサC2とのフィルタ作用により正負対称の正弦波電圧にして、トランスT1により所望の電圧値に変換してコンデンサC2から電圧Voutを出力する。これによれば、2つのスイッチ素子で容易に正負対称の正弦波電圧Voutが得られるので、コスト面で有利である。   FIG. 4 shows a circuit configuration diagram of a discharge lamp lighting device employing a conventional non-resonant half bridge circuit. In this discharge lamp lighting device, a DC voltage of a DC power source Vin is switched based on gate signals Q1g and Q2g shown in FIG. 5 by switching elements Q1 and Q2 made of MOSFETs or the like to generate a rectangular wave voltage, and a reactor L1 and a capacitor A sine wave voltage that is symmetric with respect to C2 is converted to a desired voltage value by the transformer T1, and the voltage Vout is output from the capacitor C2. According to this, since the sine wave voltage Vout having positive and negative symmetry can be easily obtained by the two switch elements, it is advantageous in terms of cost.

次に、放電灯点灯装置の動作を図5に示すタイミングチャートに従って説明する。時刻t11〜時刻t12において、スイッチ素子Q1がオンすると、コンデンサC1が充電されるとともにトランスT1の1次巻線P1に電流が流れる。時刻t13〜時刻t14において、スイッチ素子Q2がオンすると、コンデンサC1が放電してトランスT1の1次巻線P1に逆方向に電流が流れる。これにより、1次巻線P1に交流電流が流れる。   Next, the operation of the discharge lamp lighting device will be described according to the timing chart shown in FIG. When the switch element Q1 is turned on from time t11 to time t12, the capacitor C1 is charged and a current flows through the primary winding P1 of the transformer T1. From time t13 to time t14, when the switch element Q2 is turned on, the capacitor C1 is discharged, and a current flows in the reverse direction through the primary winding P1 of the transformer T1. Thereby, an alternating current flows through the primary winding P1.

時刻t12〜時刻t13、時刻t14〜時刻t15の期間では、主にコンデンサC1とコンデンサC2のキャパシタンス成分と1次巻線P1のインダクタンス成分との直並列共振作用により1次巻線P1に流れる電流が振動し、ダイオードD1,D2が導通する期間が生じる。電流波形Q1i,Q2iで負側に流れている電流がそれぞれダイオードD1,D2に流れる電流である。ここで、時刻t11について注目すると、ダイオードD2が導通している時にスイッチ素子Q1がオンする。ダイオードには蓄積効果があるため、ごくわずかの期間であるが、ダイオードは逆方向に電流を流してしまう。即ち、スイッチ素子Q1からスイッチ素子Q2へ短絡電流が流れる。短絡電流の電流量、時間は主にダイオードD2の逆回復時間特性で決まる。この時間が短いダイオードであれば短絡電流を小さくできるが、原理的にゼロにはならない。即ち、時刻t11でスイッチ素子Q1がオンした瞬間にスイッチングロスが生じる。   In the period from time t12 to time t13 and from time t14 to time t15, the current flowing through the primary winding P1 is mainly due to the series-parallel resonance action of the capacitance components of the capacitors C1 and C2 and the inductance component of the primary winding P1. Oscillates, and a period in which the diodes D1 and D2 are conductive occurs. The currents flowing on the negative side in the current waveforms Q1i and Q2i are the currents flowing in the diodes D1 and D2, respectively. Here, focusing on time t11, the switching element Q1 is turned on when the diode D2 is conducting. Since the diode has a storage effect, the diode passes a current in the opposite direction for a very short period. That is, a short-circuit current flows from the switch element Q1 to the switch element Q2. The amount and time of the short-circuit current are mainly determined by the reverse recovery time characteristics of the diode D2. If this time is a short diode, the short-circuit current can be reduced, but in principle it is not zero. That is, a switching loss occurs at the moment when the switch element Q1 is turned on at time t11.

同様に、時刻t13でもダイオードD1の逆回復時間特性によりスイッチ素子Q2がオンした瞬間にスイッチングロスが生じる。また、短絡電流が流れるため、ノイズの面でも不利である。即ち、各スイッチ素子Q1,Q2はハードスイッチング動作を行う。   Similarly, at time t13, a switching loss occurs at the moment when the switching element Q2 is turned on due to the reverse recovery time characteristic of the diode D1. Moreover, since a short circuit current flows, it is disadvantageous also in terms of noise. That is, each switch element Q1, Q2 performs a hard switching operation.

図6に従来の共振型フルブリッジ回路を採用した放電灯点灯装置の回路構成図を示す。この放電灯点灯装置は、直流電源Vinの直流電圧をスイッチ素子Q1〜Q4で図7に示すゲート信号Q1g〜Q4gに基づいてスイッチングして矩形波電圧を生成し、リアクトルL1とコンデンサC2とのフィルタ作用により正負対称の正弦波電圧にして、トランスT1により所望の電圧値に変換してコンデンサC2から電圧Voutを出力する。   FIG. 6 shows a circuit configuration diagram of a discharge lamp lighting device adopting a conventional resonance type full bridge circuit. In this discharge lamp lighting device, the DC voltage of the DC power source Vin is switched based on the gate signals Q1g to Q4g shown in FIG. 7 by the switching elements Q1 to Q4 to generate a rectangular wave voltage, and the filter of the reactor L1 and the capacitor C2 A positive and negative sine wave voltage is obtained by the action, converted into a desired voltage value by the transformer T1, and the voltage Vout is output from the capacitor C2.

図7のタイミングチャートに示すように、スイッチ素子Q1とスイッチ素子Q2とは、所定のデッドタイムを有するゲート信号Q1g,Q2gにより相補的にオン/オフ動作する。スイッチ素子Q3とスイッチ素子Q4とは、所定のデッドタイムを有するゲート信号Q3g,Q4gにより相補的オン/オフ動作する。スイッチ素子Q1,Q2による第1アームのゲート信号Q1g,Q2gと、スイッチ素子Q3,Q4とによる第2アームのゲート信号Q3g,Q4gとは、180度位相差を有する。図7において、Q1v〜Q4vはスイッチ素子Q1〜Q4のドレイン−ソース間電圧、Q1i〜Q4iはスイッチ素子Q1〜Q4のドレイン電流、VTは1次巻線P1とリアクトルL1との直列回路の両端電圧、Vs1は2次巻線S1の両端電圧である。   As shown in the timing chart of FIG. 7, the switch element Q1 and the switch element Q2 are complementarily turned on / off by gate signals Q1g and Q2g having a predetermined dead time. The switch element Q3 and the switch element Q4 are complementarily turned on / off by gate signals Q3g and Q4g having a predetermined dead time. The first arm gate signals Q1g and Q2g by the switch elements Q1 and Q2 and the second arm gate signals Q3g and Q4g by the switch elements Q3 and Q4 have a phase difference of 180 degrees. In FIG. 7, Q1v to Q4v are drain-source voltages of the switch elements Q1 to Q4, Q1i to Q4i are drain currents of the switch elements Q1 to Q4, and VT is a voltage across the series circuit of the primary winding P1 and the reactor L1. , Vs1 is the voltage across the secondary winding S1.

図6に示す回路は、図7に示すタイミングチャートで共振動作を行うので、各スイッチ素子のオン時にスイッチングロスは発生しない。また、出力電圧として正負対称の正弦波電圧が得られるので、効率特性重視あるいはノイズ特性重視の交流電源として用いられている。しかし、4個のスイッチ素子が必要であるため、コスト面で不利てある。   Since the circuit shown in FIG. 6 performs the resonance operation according to the timing chart shown in FIG. 7, no switching loss occurs when each switch element is turned on. In addition, since a positive and negative sine wave voltage is obtained as an output voltage, it is used as an AC power supply that emphasizes efficiency characteristics or noise characteristics. However, since four switch elements are required, it is disadvantageous in terms of cost.

図8に従来の放電灯点灯装置の配置例1を示す。図8では、放電灯点灯装置である液晶TVを裏側から見た図である。パネル13aの表側には放電灯7−1〜7−nが併設され、インバータ基板11aをパネル13aの右側に寄せて配置してコネクタ15a,15b、電線9a,9bを介して放電灯7−1〜7−nに接続する。図9に図8に示す放電灯点灯装置の配置例1の回路例1を示した。   FIG. 8 shows an arrangement example 1 of a conventional discharge lamp lighting device. In FIG. 8, it is the figure which looked at liquid crystal TV which is a discharge lamp lighting device from the back side. Discharge lamps 7-1 to 7-n are provided on the front side of the panel 13a. The inverter board 11a is arranged near the right side of the panel 13a, and the discharge lamp 7-1 is connected via the connectors 15a and 15b and the electric wires 9a and 9b. Connect to ~ 7-n. FIG. 9 shows a circuit example 1 of the arrangement example 1 of the discharge lamp lighting device shown in FIG.

しかし、図9の回路例1では、パネルのサイズ、即ち、放電灯がある程度以上長くなった場合には回路を構成できない。これは放電灯が長くなるほど放電灯のインピーダンスが高くなるのでトランスT1には高い出力電圧が必要になるからである。出力電圧が高いほどトランスの絶縁構造や安全対策が困難になり、トランスが大型化、高コスト化してしまう。一般的には2000〜2500Vrms程度の出力電圧が限界である。   However, in the circuit example 1 of FIG. 9, the circuit cannot be configured when the panel size, that is, the discharge lamp becomes longer than a certain length. This is because the longer the discharge lamp, the higher the impedance of the discharge lamp, so that a higher output voltage is required for the transformer T1. The higher the output voltage, the more difficult the insulation structure and safety measures of the transformer, and the larger the transformer and the higher the cost. In general, the output voltage is about 2000 to 2500 Vrms.

放電灯が長い場合には、図10に示す放電灯点灯装置を用いて、トランスT1とトランスT2とをそれぞれ逆位相で動作することにより、各トランスT1,T2の出力電圧を半分にすることができる。図11は図10に示す放電灯点灯装置の回路例2の配置例2を示す図である。しかし、図11では、トランスT2の2次巻線S2の出力配線が長くなってしまう。出力配線は高圧高周波であるため、出力配線が長いほどリーク電流が増大し効率が低下してしまう。また、ノイズの発生源にもなってしまう。   When the discharge lamp is long, the output voltage of each of the transformers T1 and T2 can be halved by operating the transformer T1 and the transformer T2 in opposite phases using the discharge lamp lighting device shown in FIG. it can. FIG. 11 is a diagram showing an arrangement example 2 of the circuit example 2 of the discharge lamp lighting device shown in FIG. However, in FIG. 11, the output wiring of the secondary winding S2 of the transformer T2 becomes long. Since the output wiring has a high voltage and a high frequency, the longer the output wiring, the higher the leakage current and the lower the efficiency. It also becomes a source of noise.

図12に示す回路例3は、図11の配置例2の問題を解決したものである。図12に示す放電灯点灯装置は、パネル13aの両端にインバータ基板11d,11eを配置し、インバータ基板11dに実装された交流電源装置の交流電圧とインバータ基板11eに実装された交流電源装置の交流電圧とを180度位相差で動作させて放電灯7−1〜7−nに両端に印加する。制御回路10bは、スイッチ素子Q1〜Q4をスイッチングして正負対称の正弦波電圧をトランスT1の2次巻線S1に出力する。制御回路10cは、スイッチ素子Q1〜Q4に対して、180度位相差を設けてスイッチ素子Q5〜Q8をスイッチングして正負対称の正弦波電圧をトランスT2の2次巻線S2に出力する。これによれば、高圧高周波配線が最短で配置できるため、特に大型液晶パネルでは良く用いられている。   A circuit example 3 shown in FIG. 12 solves the problem of the arrangement example 2 shown in FIG. In the discharge lamp lighting device shown in FIG. 12, inverter boards 11d and 11e are arranged at both ends of the panel 13a, and the AC voltage of the AC power supply device mounted on the inverter board 11d and the AC of the AC power supply device mounted on the inverter board 11e. The voltage is operated at a phase difference of 180 degrees and applied to the discharge lamps 7-1 to 7-n at both ends. The control circuit 10b switches the switch elements Q1 to Q4 to output a positive / negative sine wave voltage to the secondary winding S1 of the transformer T1. The control circuit 10c provides a 180-degree phase difference to the switching elements Q1 to Q4 to switch the switching elements Q5 to Q8 and outputs a positive / negative sine wave voltage to the secondary winding S2 of the transformer T2. According to this, since the high-voltage and high-frequency wiring can be arranged in the shortest distance, it is often used particularly in a large liquid crystal panel.

なお、従来の技術として例えば、特許文献1がある。
特開平8−162280号公報
For example, there is Patent Document 1 as a conventional technique.
JP-A-8-162280

しかし、図12の回路例3では、2つの交流電源装置が必要であるため、フルブリッジ回路を適用した場合には8つのスイッチ素子が必要である。また、ハーフブリッジ回路を適用してスイッチ素子を4個にすることができるが、前述したようにハードスイッチング動作となってしまうため、スイッチング損失、ノイズの面で不利である。また、図12に示す回路例3では、制御回路10bと制御回路10cとの2つの制御回路を設けているとともに制御回路間で同期をとる必要があるため、制御回路が増えて高価になる。   However, in the circuit example 3 of FIG. 12, two AC power supply devices are necessary, and therefore, when a full bridge circuit is applied, eight switch elements are necessary. In addition, the half-bridge circuit can be applied to make four switching elements. However, since the hard switching operation is performed as described above, it is disadvantageous in terms of switching loss and noise. Further, in the circuit example 3 shown in FIG. 12, since two control circuits of the control circuit 10b and the control circuit 10c are provided and it is necessary to synchronize between the control circuits, the number of control circuits increases and the cost becomes high.

また液晶TVなどのシステム全体では交流電源装置以外に信号処理や音声出力用に直流電源装置も必要になる。   In addition to the AC power supply device, the entire system such as a liquid crystal TV needs a DC power supply device for signal processing and audio output.

本発明の課題は、交流電源装置と直流電源装置を組み合わせることで、スイッチ素子の数を削減するとともに、スイッチ素子のスイッチング損失、ノイズを低減できる電源装置を提供することにある。   The subject of this invention is providing the power supply device which can reduce the switching loss of a switch element, and noise while reducing the number of switch elements by combining an AC power supply device and a DC power supply device.

前記課題を解決するために、請求項1の発明は、直流電源を断続することによりパルス電圧を発生する電圧発生回路と、第1スイッチ手段を有し、前記電圧発生回路で発生するパルス電圧が印加される位置に接続され、前記第1スイッチ手段のオン/オフにより正負非対称波形の第1交流電圧を発生して負荷の一端に出力する第1交流電圧発生回路と、第2スイッチ手段を有し、前記電圧発生回路で発生するパルス電圧が印加される位置に接続され、前記第2スイッチ手段のオン/オフにより正負非対称波形の第2交流電圧を発生して前記負荷の他端に出力する第2交流電圧発生回路とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 includes a voltage generation circuit that generates a pulse voltage by intermittently connecting a DC power supply, and a first switch means, and the pulse voltage generated by the voltage generation circuit is A first AC voltage generating circuit connected to a position to be applied, generating a first AC voltage having a positive / negative asymmetric waveform by turning on / off the first switch means, and outputting the first AC voltage to one end of the load; and second switch means And connected to a position where a pulse voltage generated by the voltage generating circuit is applied, and generates a second AC voltage having a positive / negative asymmetric waveform by turning on / off the second switch means and outputs the second AC voltage to the other end of the load. And a second AC voltage generation circuit.

請求項2の発明は、請求項1記載の電源装置において、前記パルス電圧に同期して前記第1スイッチ手段と前記第2スイッチ手段とを交互にオンさせる第1制御回路を備えたことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided the power supply device according to the first aspect, further comprising a first control circuit that alternately turns on the first switch means and the second switch means in synchronization with the pulse voltage. And

請求項3の発明は、請求項2記載の電源装置において、前記第1制御回路は、前記パルス電圧が印加される期間に前記第1スイッチ手段と前記第2スイッチ手段をオフさせることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the power supply device according to the second aspect, the first control circuit turns off the first switch means and the second switch means during a period in which the pulse voltage is applied. To do.

請求項4の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の交流電源装置において、前記第1交流電圧発生回路は、前記第1スイッチ手段に接続される1次巻線と誘起される電圧を前記第1交流電圧として出力する2次巻線とを有する第1トランスを有し、前記第2交流電圧発生回路は、前記第2スイッチ手段に接続される1次巻線と誘起される電圧を前記第2交流電圧として出力する2次巻線とを有する第2トランスを有することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the AC power supply device according to any one of the first to third aspects, the first AC voltage generating circuit is induced with a primary winding connected to the first switch means. A first transformer having a secondary winding for outputting a voltage to be generated as the first AC voltage, and the second AC voltage generation circuit is induced with the primary winding connected to the second switch means. A second transformer having a secondary winding for outputting a voltage to be output as the second AC voltage.

請求項5の発明は、請求項4記載の電源装置において、前記第1交流電圧発生回路は、前記第1トランスの2次巻線と前記負荷の一端との間に接続された第1コンデンサを有し、前記第2交流電圧発生回路は、前記第2トランスの2次巻線と前記負荷の他端との間に接続された第2コンデンサを有することを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the power supply device according to the fourth aspect, the first AC voltage generation circuit includes a first capacitor connected between a secondary winding of the first transformer and one end of the load. And the second AC voltage generation circuit includes a second capacitor connected between the secondary winding of the second transformer and the other end of the load.

請求項6の発明は、請求項4記載の電源装置において、前記第1交流電圧発生回路は、前記第1トランスの2次巻線と前記負荷の一端との間に前記第1トランスの1次巻線及び2次巻線間のリーケージインダクタンスを有し、前記第2交流電圧発生回路は、前記第2トランスの2次巻線と前記負荷の他端との間に前記第2トランスの1次巻線及び2次巻線間のリーケージインダクタンスを有することを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the power supply device according to the fourth aspect, the first AC voltage generation circuit includes a primary of the first transformer between a secondary winding of the first transformer and one end of the load. A leakage inductance between the winding and the secondary winding, and the second AC voltage generation circuit is connected to the primary winding of the second transformer between the secondary winding of the second transformer and the other end of the load. It has a leakage inductance between the winding and the secondary winding.

請求項7の発明は、請求項1記載の電源装置において、前記電圧発生回路は、前記直流電源の両極間に直列に接続され、オン/オフすることによりパルス電圧を発生する第3スイッチ手段及び第4スイッチ手段と、前記第3スイッチ手段または前記第4スイッチ手段に並列に接続された第3トランスの1次巻線と第3コンデンサからなり、前記第3スイッチ手段及び前記第4スイッチ手段のオン/オフにより発生したパルス電圧が印加される第3直列共振回路と、前記第3トランスの2次巻線に発生するパルス電圧を整流平滑して直流出力電圧を取り出す整流平滑回路と、前記直流出力電圧に基づき前記第3スイッチ手段及び前記第4スイッチ手段を交互にオン/オフさせる第2制御回路とを有することを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the power supply device according to the first aspect, wherein the voltage generating circuit is connected in series between both electrodes of the DC power source, and a third switch means for generating a pulse voltage by turning on / off, A fourth switch means, and a third winding means or a primary winding of a third transformer connected in parallel to the fourth switch means and a third capacitor, and the third switch means and the fourth switch means A third series resonant circuit to which a pulse voltage generated by on / off is applied; a rectifying / smoothing circuit for rectifying and smoothing a pulse voltage generated in the secondary winding of the third transformer to extract a DC output voltage; and the DC And a second control circuit for alternately turning on and off the third switch means and the fourth switch means based on an output voltage.

請求項8の発明は、請求項7記載の電源装置において、前記第1制御回路は、前記第3スイッチ手段又は前記第4スイッチ手段のオンに同期して、前記第2制御回路の前記第3スイッチ手段及び前記第4スイッチ手段の動作周波数に対して一周期おきに前記第1スイッチ手段と前記第2スイッチ手段とを交互にオン/オフさせることを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, in the power supply device according to the seventh aspect, the first control circuit is configured to synchronize with the third switch means or the fourth switch means in the on state of the second control circuit. The first switch means and the second switch means are alternately turned on / off every other period with respect to the operating frequency of the switch means and the fourth switch means.

請求項9の発明は、請求項7記載の電源装置において、前記第1制御回路は、前記第3スイッチ手段又は前記第4スイッチ手段のオンに同期して、前記第2制御回路の前記第3スイッチ手段及び前記第4スイッチ手段の動作周波数に対して一周期おきに前記第1スイッチ手段と前記第2スイッチ手段とを交互にオン/オフさせ、且つ前記第1スイッチ手段と前記第2スイッチ手段とのオン/オフを間欠周期で繰り返させる、又は前記第1スイッチ手段と前記第2スイッチ手段とのオン/オフを完全に停止する機能を有することを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, in the power supply device according to the seventh aspect, the first control circuit is configured to synchronize with the third switch means or the fourth switch means in the on state of the second control circuit. The first switch means and the second switch means are alternately turned on / off every other cycle with respect to the operating frequency of the switch means and the fourth switch means, and the first switch means and the second switch means It is characterized by having a function of repeatedly turning on / off of the first switch means and the second switch means completely in an intermittent cycle.

本発明によれば、第1交流電圧発生回路は、電圧発生回路のパルス電圧が印加され、第1スイッチ手段のオン/オフにより正負非対称波形の第1交流電圧を発生して負荷の一端に出力し、第2交流電圧発生回路は、パルス電圧が印加され、第2スイッチ手段のオン/オフにより正負非対称波形の第2交流電圧を発生して負荷の他端に出力するので、負荷の両端に印加される電圧は正負対称波形になる。従って、負荷の両端電圧が正負対称波形であるので、水銀の偏りによる寿命の低減は起きにくい。また、交流電源装置と直流電源装置を組み合わせることで、スイッチ素子の数を削減するとともに、スイッチ素子のスイッチング損失、ノイズを低減できる。   According to the present invention, the first AC voltage generation circuit receives the pulse voltage of the voltage generation circuit, generates the first AC voltage having a positive / negative asymmetric waveform by turning on / off the first switch means, and outputs it to one end of the load. The second AC voltage generating circuit generates a second AC voltage having a positive / negative asymmetric waveform when the pulse voltage is applied and turns on / off the second switch means and outputs it to the other end of the load. The applied voltage has a positive / negative symmetrical waveform. Accordingly, since the voltage across the load has a positive / negative symmetrical waveform, it is difficult to reduce the life due to the deviation of mercury. Further, by combining the AC power supply device and the DC power supply device, the number of switch elements can be reduced, and the switching loss and noise of the switch elements can be reduced.

また、第1制御回路は、第3スイッチ手段又は第4スイッチ手段のオンに同期して、第2制御回路の第3スイッチ手段及び第4スイッチ手段の動作周波数に対して一周期おきに第1スイッチ手段と第2スイッチ手段とを交互にオン/オフさせるので、負荷の両端に印加される電圧は正負対称波形になる。   In addition, the first control circuit is synchronized with the turn-on of the third switch means or the fourth switch means, and the first control circuit performs the first operation every other cycle with respect to the operating frequency of the third switch means and the fourth switch means. Since the switch means and the second switch means are alternately turned on / off, the voltage applied to both ends of the load has a positive / negative symmetrical waveform.

以下、本発明の電源装置の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。以下の実施例では、本発明の交流電源装置を放電灯点灯装置に適用した場合について説明する。この放電灯点灯装置は、本発明の交流電源装置に負荷としての放電灯が接続されて構成される。   Hereinafter, embodiments of a power supply device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, a case where the AC power supply device of the present invention is applied to a discharge lamp lighting device will be described. This discharge lamp lighting device is configured by connecting a discharge lamp as a load to the AC power supply device of the present invention.

なお、この例では、負荷を放電灯としたが、負荷は放電灯でなくても良く、本発明の交流電源装置は、その他の負荷に適用しても良い。   In this example, the load is a discharge lamp, but the load may not be a discharge lamp, and the AC power supply apparatus of the present invention may be applied to other loads.

図1は本発明の実施例1の電源装置の構成を示す図である。図1に示す電源装置は、DC/DCコンバータ部13と、パネル3aの両端に配置されたインバータ基板1aとインバータ基板1bからなるインバータ部とにより構成されている。   1 is a diagram showing a configuration of a power supply device according to a first embodiment of the present invention. The power supply device shown in FIG. 1 includes a DC / DC converter unit 13 and an inverter unit composed of an inverter board 1a and an inverter board 1b arranged at both ends of the panel 3a.

DC/DCコンバータ部13において、直流電源Vinの両端にはMOSFET等からなるスイッチ素子Q11とMOSFET等からなるスイッチ素子Q12との直列回路が接続されている。スイッチ素子Q12のドレイン−ソース間にはリアクトルL10とトランスT10の1次巻線P10とコンデンサC10からなる第3直列共振回路が接続されている。トランスT10の2次巻線S10の両端には、ダイオードD10とコンデンサC11からなる整流平滑回路が接続され、コンデンサC10の両端電圧を直流出力電圧Voとして負荷12に供給している。   In the DC / DC converter unit 13, a series circuit of a switch element Q11 made of MOSFET or the like and a switch element Q12 made of MOSFET or the like is connected to both ends of the DC power source Vin. Connected between the drain and source of switch element Q12 is a third series resonant circuit including reactor L10, primary winding P10 of transformer T10, and capacitor C10. A rectifying / smoothing circuit including a diode D10 and a capacitor C11 is connected to both ends of the secondary winding S10 of the transformer T10, and a voltage across the capacitor C10 is supplied to the load 12 as a DC output voltage Vo.

また、コンデンサC10と負荷12との接続点には制御回路5aが接続されている。制御回路5aは、スイッチ素子Q11,Q12にゲート信号Q11g,Q12gを印加してスイッチ素子Q11,Q12をオン/オフさせることにより、直流出力電圧Voが所望の電圧になるよう制御する。  A control circuit 5a is connected to a connection point between the capacitor C10 and the load 12. The control circuit 5a controls the DC output voltage Vo to be a desired voltage by applying gate signals Q11g and Q12g to the switch elements Q11 and Q12 to turn on and off the switch elements Q11 and Q12.

なお、スイッチ素子Q11,Q12のドレイン−ソース間のダイオードD11,D12はスイッチ素子Q11,Q12の寄生ダイオードであっても良い。また、リアクトルL10はトランスT10の1次巻線P10と2次巻線S10間のリーケージインダクタンスであっても良い。   The diodes D11 and D12 between the drain and source of the switch elements Q11 and Q12 may be parasitic diodes of the switch elements Q11 and Q12. Reactor L10 may be a leakage inductance between primary winding P10 and secondary winding S10 of transformer T10.

次に、DC/DCコンバータ部13の動作を図2のタイミングチャートを参照しながら説明する。   Next, the operation of the DC / DC converter unit 13 will be described with reference to the timing chart of FIG.

図2において、Q11g,Q12gはスイッチ素子Q11,Q12のゲート信号、Q12vはスイッチ素子Q12のドレイン−ソース間電圧、C10iはコンデンサC10に流れる電流、D10iはダイオードD10に流れる電流である。   In FIG. 2, Q11g and Q12g are gate signals of the switch elements Q11 and Q12, Q12v is a drain-source voltage of the switch element Q12, C10i is a current flowing through the capacitor C10, and D10i is a current flowing through the diode D10.

図2に示すように、周期1/f=Tの期間において、制御回路5aからゲート信号Q11g,Q12gがスイッチ素子Q11,Q12に交互に印加されて、スイッチ素子Q11とスイッチ素子Q12とは周波数fで交互にオン/オフする。   As shown in FIG. 2, in the period of period 1 / f = T, gate signals Q11g and Q12g are alternately applied from the control circuit 5a to the switch elements Q11 and Q12, and the switch element Q11 and the switch element Q12 have a frequency f. Turn on and off alternately with.

なお、ゲート信号Q11gとゲート信号Q12gとの間にはスイッチ素子Q11,Q12が同時にオンするのを防ぐために、ゲート信号Q11,Q12がともにLレベルとなるデッドタイムが設けられている。   Note that a dead time during which both the gate signals Q11 and Q12 are at the L level is provided between the gate signal Q11g and the gate signal Q12g in order to prevent the switching elements Q11 and Q12 from being turned on simultaneously.

時刻t10において、スイッチ素子Q11がオンすると、リアクトルL10とトランスT10の1次巻線P10とコンデンサC10からなる第3直列共振回路に入力電圧Vinが印加され、第3直列共振回路にはコンデンサC10を充電する方向の電流C10iが流れる。なお、スイッチ素子Q11がオンした直後には、共振動作によりコンデンサC10を放電する方向の電流が流れている。   When the switching element Q11 is turned on at time t10, the input voltage Vin is applied to the third series resonance circuit including the reactor L10, the primary winding P10 of the transformer T10, and the capacitor C10, and the capacitor C10 is connected to the third series resonance circuit. A current C10i in the charging direction flows. Immediately after the switching element Q11 is turned on, a current flows in a direction in which the capacitor C10 is discharged by a resonance operation.

次に、時刻t11において、スイッチ素子Q11がオフして、スイッチ素子Q12がオンすると、第3直列共振回路に流れる電流C10iはコンデンサC10を放電する方向に切り替わるとともに、トランスT10、コンデンサC10に蓄えられたエネルギーを2次巻線S10を通して出力に放出する。なお、スイッチ素子Q12がオンした直後には、共振動作によりコンデンサC10を充電する方向の電流が流れている。   Next, when the switch element Q11 is turned off and the switch element Q12 is turned on at time t11, the current C10i flowing through the third series resonance circuit is switched in the direction of discharging the capacitor C10 and is stored in the transformer T10 and the capacitor C10. The discharged energy is discharged to the output through the secondary winding S10. Immediately after the switching element Q12 is turned on, a current flows in the direction of charging the capacitor C10 by the resonance operation.

このようにスイッチ素子Q11とスイッチ素子Q12とが交互にオン/オフを繰り返すと、スイッチ素子Q11のオンデューティをDonとすると、コンデンサC10はVin×Donの電圧を中心に充放電を繰り返す。   As described above, when the switching element Q11 and the switching element Q12 are alternately turned on and off alternately, assuming that the on-duty of the switching element Q11 is Don, the capacitor C10 repeats charging / discharging around the voltage of Vin × Don.

スイッチ素子Q12のオン期間において、コンデンサC10の電圧がトランスT10の2次側へ放出される。このため、直流出力電圧VoはおよそVin×Don×(S10/P10)となる。即ち、制御回路5aがスイッチ素子Q11とスイッチ素子Q12とのオンデューティを制御することにより、直流出力電圧Voを所望の電圧に調整する。   During the ON period of the switch element Q12, the voltage of the capacitor C10 is discharged to the secondary side of the transformer T10. For this reason, the DC output voltage Vo is approximately Vin × Don × (S10 / P10). That is, the control circuit 5a controls the on-duty of the switch element Q11 and the switch element Q12, thereby adjusting the DC output voltage Vo to a desired voltage.

次にインバータ部について説明する。インバータ基板1aにおいて、スイッチ素子Q11とスイッチ素子Q12との接続点とグランドとの間には、コンデンサC1とリアクトルL1とトランスT1の1次巻線P1とスイッチ素子Q2との直列回路が接続されている。回生用のダイオードD5は、アノードがスイッチ素子Q2のドレイン及び1次巻線P1の一端とに接続され、カソードがスイッチ素子Q11とスイッチ素子Q12との接続点とコンデンサC1の一端とに接続されている。   Next, the inverter unit will be described. In the inverter board 1a, a series circuit of the capacitor C1, the reactor L1, the primary winding P1 of the transformer T1, and the switch element Q2 is connected between the connection point of the switch element Q11 and the switch element Q12 and the ground. Yes. The regenerative diode D5 has an anode connected to the drain of the switch element Q2 and one end of the primary winding P1, and a cathode connected to a connection point between the switch element Q11 and the switch element Q12 and one end of the capacitor C1. Yes.

トランスT1の2次巻線S1の両端にはコンデンサC2が並列に接続され、トランスT1の2次巻線S1とコンデンサC2との接続点(非グランド電位側)には一端が共通に接続されたバラストコンデンサCa1〜Canが接続されている。バラストコンデンサCa1〜Canの他端は、放電灯7−1〜7−nの一端(a側)に接続されている。リアクトルL1とコンデンサC2とのフィルタを介して正負非対称波形の交流電圧がコンデンサC2に出力される。   A capacitor C2 is connected in parallel to both ends of the secondary winding S1 of the transformer T1, and one end is commonly connected to a connection point (non-ground potential side) between the secondary winding S1 and the capacitor C2 of the transformer T1. Ballast capacitors Ca1 to Can are connected. The other ends of the ballast capacitors Ca1 to Can are connected to one ends (a side) of the discharge lamps 7-1 to 7-n. An AC voltage having a positive / negative asymmetric waveform is output to the capacitor C2 through the filter of the reactor L1 and the capacitor C2.

次に、インバータ基板1bにおいて、スイッチ素子Q11とスイッチ素子Q12との接続点とグランドとの間には、コンデンサC3とリアクトルL2とトランスT2の1次巻線P2とスイッチ素子Q4との直列回路が接続されている。回生用のダイオードD6は、アノードがスイッチ素子Q4のドレイン及び1次巻線P2の一端とに接続され、カソードがスイッチ素子Q11とスイッチ素子Q12との接続点とコンデンサC3の一端とに接続されている。   Next, in the inverter board 1b, a series circuit of the capacitor C3, the reactor L2, the primary winding P2 of the transformer T2, and the switch element Q4 is provided between the connection point of the switch element Q11 and the switch element Q12 and the ground. It is connected. The regenerative diode D6 has an anode connected to the drain of the switch element Q4 and one end of the primary winding P2, and a cathode connected to a connection point between the switch element Q11 and the switch element Q12 and one end of the capacitor C3. Yes.

トランスT2の2次巻線S2の両端にはコンデンサC4が並列に接続され、トランスT2の2次巻線S2とコンデンサC4との接続点(非グランド電位側)には一端が共通に接続されたバラストコンデンサCb1〜Cbnが接続されている。バラストコンデンサCb1〜Cbnの他端は、放電灯7−1〜7−nの他端(b側)に接続されている。リアクトルL2とコンデンサC4とのフィルタを介して正負非対称波形の交流電圧がコンデンサC4に出力される。   A capacitor C4 is connected in parallel to both ends of the secondary winding S2 of the transformer T2, and one end is commonly connected to a connection point (non-ground potential side) between the secondary winding S2 and the capacitor C4 of the transformer T2. Ballast capacitors Cb1 to Cbn are connected. The other ends of the ballast capacitors Cb1 to Cbn are connected to the other ends (b side) of the discharge lamps 7-1 to 7-n. An AC voltage having a positive / negative asymmetric waveform is output to the capacitor C4 through the filter of the reactor L2 and the capacitor C4.

なお、スイッチ素子Q2,Q4のドレイン−ソース間のダイオードD2,D4はスイッチ素子Q2,Q4の寄生ダイオードであっても良い。また、リアクトルL1はトランスT1の1次巻線P1と2次巻線S1との間のリーケージインダクタンスであっても良く、リアクトルL2はトランスT2の1次巻線P2と2次巻線S2との間のリーケージインダクタンスであっても良い。また、コンデンサC2,C4は、配線等の寄生容量を用いても良い。その場合、コンデンサC2,C4は削除、または小型化できる。   The diodes D2 and D4 between the drains and sources of the switch elements Q2 and Q4 may be parasitic diodes of the switch elements Q2 and Q4. Further, the reactor L1 may be a leakage inductance between the primary winding P1 and the secondary winding S1 of the transformer T1, and the reactor L2 is a circuit between the primary winding P2 and the secondary winding S2 of the transformer T2. It may be a leakage inductance between them. Capacitors C2 and C4 may use parasitic capacitance such as wiring. In that case, the capacitors C2 and C4 can be eliminated or downsized.

また、トランスT1の2次巻線S1と放電灯7−1〜7−nの一端との間にトランスT1の1次巻線P1及び2次巻線S1間のリーケージインダクタンスを有していても良い。また、トランスT2の2次巻線P2と放電灯7−1〜7−nの他端との間にトランスT2の1次巻線P2及び2次巻線S2間のリーケージインダクタンスを有していても良い。   Further, a leakage inductance between the primary winding P1 and the secondary winding S1 of the transformer T1 may be provided between the secondary winding S1 of the transformer T1 and one end of the discharge lamps 7-1 to 7-n. good. Further, a leakage inductance between the primary winding P2 and the secondary winding S2 of the transformer T2 is provided between the secondary winding P2 of the transformer T2 and the other ends of the discharge lamps 7-1 to 7-n. Also good.

制御回路5bは、ゲート信号Q2g,Q4gによりスイッチ素子Q2とスイッチ素子Q4とを所定のデットタイムを有して交互にオン/オフさせる。また、制御回路5bは、スイッチ素子Q12のオンに同期してゲート信号Q2g,Q4gを、DC/DCコンバータ部13の動作周波数に対して一周期おきに交互にスイッチ素子Q2,Q4に印加する。   The control circuit 5b alternately turns on / off the switch elements Q2 and Q4 with a predetermined dead time by the gate signals Q2g and Q4g. Further, the control circuit 5b alternately applies the gate signals Q2g and Q4g to the switch elements Q2 and Q4 every other period with respect to the operating frequency of the DC / DC converter unit 13 in synchronization with the switching element Q12 being turned on.

次にインバータ部の動作を図3のタイミングチャートを参照しながら説明する。図3において、Q11g,Q12g,Q2g,Q4gはスイッチ素子Q11,Q12,Q2,Q4のゲート信号、Q12v,Q2v,Q4vはスイッチ素子Q12,Q2,Q4のドレイン−ソース間電圧、Q11i,Q12i,Q2i,Q4iはスイッチ素子Q11,Q12,Q2,Q4のドレイン電流、Vs1,Vs2はトランスT1、トランスT2の2次巻線S1,S2の両端電圧、Vabは放電灯7−1〜7−nの両端に印加される電圧である。   Next, the operation of the inverter unit will be described with reference to the timing chart of FIG. In FIG. 3, Q11g, Q12g, Q2g, and Q4g are the gate signals of the switch elements Q11, Q12, Q2, and Q4, Q12v, Q2v, and Q4v are the drain-source voltages of the switch elements Q12, Q2, and Q4, and Q11i, Q12i, and Q2i , Q4i are drain currents of the switch elements Q11, Q12, Q2, Q4, Vs1, Vs2 are transformers T1, voltages across the secondary windings S1, S2 of the transformer T2, and Vab is both ends of the discharge lamps 7-1 to 7-n. Is the voltage applied to.

まず、時刻t20において、ゲート信号Q12gによりスイッチ素子Q12がオンすると、電流Q12iが流れる。これに同期してスイッチ素子Q2には制御回路5bからゲート信号Q2gが印加され、スイッチ素子Q2がオンして、電流Q2iが流れる。このとき、スイッチ素子Q12がオンしているので、スイッチ素子Q11,Q12の接続点の電位は略0Vである。このため、コンデンサC1とリアクトルL1とトランスT1の1次巻線P1との第1直列共振回路には外部から電圧が印加されず、コンデンサC1の電荷を放電する方向の電流が流れる。   First, at time t20, when the switching element Q12 is turned on by the gate signal Q12g, a current Q12i flows. In synchronization with this, the gate signal Q2g is applied to the switch element Q2 from the control circuit 5b, the switch element Q2 is turned on, and the current Q2i flows. At this time, since the switch element Q12 is on, the potential at the connection point of the switch elements Q11 and Q12 is approximately 0V. For this reason, no voltage is applied from the outside to the first series resonant circuit of the capacitor C1, the reactor L1, and the primary winding P1 of the transformer T1, and a current flows in a direction in which the electric charge of the capacitor C1 is discharged.

次に、時刻t21において、ゲート信号Q12gによりスイッチ素子Q12がオフし、ゲート信号Q11gによりスイッチ素子Q11がオンすると、電流Q11iが流れて、第1直列共振回路にはスイッチ素子Q11を通して入力電圧Vinが印加される。このため、第1直列共振回路に流れる電流はコンデンサC1を充電する方向に変わる。   Next, at time t21, when the switch element Q12 is turned off by the gate signal Q12g and the switch element Q11 is turned on by the gate signal Q11g, a current Q11i flows, and the input voltage Vin passes through the switch element Q11 to the first series resonance circuit. Applied. For this reason, the current flowing through the first series resonance circuit changes in the direction of charging the capacitor C1.

次に、時刻t22において、制御回路5bからスイッチ素子Q2に印加されるゲート信号Q2gがLレベルになると、ゲート信号Q2gによりスイッチ素子Q2がオフし、第1直列共振回路に流れていた電流はダイオードD5を通してトランスT1をリセットする方向に切り替わる。   Next, at time t22, when the gate signal Q2g applied to the switch element Q2 from the control circuit 5b becomes L level, the switch element Q2 is turned off by the gate signal Q2g, and the current flowing through the first series resonance circuit is a diode. The direction is changed to reset the transformer T1 through D5.

時刻t23において、ゲート信号Q11gによりスイッチ素子Q11がオフし、ゲート信号Q12gによりスイッチ素子Q12が再度オンすると、電流Q12iが流れる。これに同期してスイッチ素子Q4には制御回路5bからゲート信号Q4gが印加され、スイッチ素子Q4がオンして、電流Q4iが流れる。このとき、スイッチ素子Q12がオンしているので、スイッチ素子Q11,Q12の接続点の電位は略0Vである。このため、コンデンサC3とリアクトルL2とトランスT2の1次巻線P2との第2直列共振回路には外部から電圧が印加されず、コンデンサC3の電荷を放電する方向の電流が流れる。   At time t23, when switch element Q11 is turned off by gate signal Q11g and switch element Q12 is turned on again by gate signal Q12g, current Q12i flows. In synchronization with this, the gate signal Q4g is applied to the switch element Q4 from the control circuit 5b, the switch element Q4 is turned on, and the current Q4i flows. At this time, since the switch element Q12 is on, the potential at the connection point of the switch elements Q11 and Q12 is approximately 0V. For this reason, no voltage is applied from the outside to the second series resonance circuit of the capacitor C3, the reactor L2, and the primary winding P2 of the transformer T2, and a current in a direction for discharging the electric charge of the capacitor C3 flows.

時刻t24において、ゲート信号Q12gによりスイッチ素子Q12がオフし、ゲート信号Q11gによりスイッチ素子Q11がオンすると、第2直列共振回路にはスイッチ素子Q11を通して入力電圧Vinが印加される。このため、第2直列共振回路に流れる電流はコンデンサC3を充電する方向に変わる。   At time t24, when the switch element Q12 is turned off by the gate signal Q12g and the switch element Q11 is turned on by the gate signal Q11g, the input voltage Vin is applied to the second series resonance circuit through the switch element Q11. For this reason, the current flowing through the second series resonance circuit changes in the direction of charging the capacitor C3.

次に、時刻t25において、制御回路5bからスイッチ素子Q4に印加されるゲート信号Q4gがLレベルになると、ゲート信号Q4gによりスイッチ素子Q4がオフし、第2直列共振回路に流れていた電流はダイオードD6を通してトランスT2をリセットする方向に切り替わる。   Next, at time t25, when the gate signal Q4g applied to the switch element Q4 from the control circuit 5b becomes L level, the switch element Q4 is turned off by the gate signal Q4g, and the current flowing through the second series resonant circuit is a diode. The direction is changed to reset the transformer T2 through D6.

そして、時刻t26において、ゲート信号Q11gによりスイッチ素子Q11がオフすると、時刻t20〜時刻t25の動作を繰り返す。   At time t26, when switch element Q11 is turned off by gate signal Q11g, the operation from time t20 to time t25 is repeated.

このように、DC/DCコンバータ部13の動作周波数に対して一周期おきにスイッチ素子Q2とスイッチ素子Q4とをオン/オフすると、第1直列共振回路と第2直列共振回路の共振動作により、トランスT1の2次巻線S1とトランスT2の2次巻線S2には、図3に示すように、2次巻線電圧Vs1,電圧Vs2のような正負非対称の電圧が発生する。   As described above, when the switching element Q2 and the switching element Q4 are turned on / off every other period with respect to the operating frequency of the DC / DC converter unit 13, the resonance operation of the first series resonance circuit and the second series resonance circuit results in: As shown in FIG. 3, positive and negative asymmetric voltages such as the secondary winding voltage Vs1 and the voltage Vs2 are generated in the secondary winding S1 of the transformer T1 and the secondary winding S2 of the transformer T2.

スイッチ素子Q2,Q4は、DC/DCコンバータ部13の動作周波数に対して一周期おきに交互にオン/オフしているので、トランスT1の2次巻線Vs1とトランスT2の2次巻線Vs2とは、180度位相がずれた相似形の状態となる。   Since the switching elements Q2 and Q4 are alternately turned on / off every other period with respect to the operating frequency of the DC / DC converter unit 13, the secondary winding Vs1 of the transformer T1 and the secondary winding Vs2 of the transformer T2 Is a similar state with a 180 degree phase shift.

2次巻線電圧Vs1が放電灯7−1〜7−nの一端に印加され、2次巻線電圧Vs2が放電灯7−1〜7−nの他端に印加されると、放電灯7−1〜7−nの両端には2次巻線電圧Vs1と2次巻線電圧Vs2との差電圧が印加される。即ち、放電灯7−1〜7−nの両端に印加される電圧Vabは正負対称波形になる。従って、放電灯7−1〜7−nの両端電圧が正負対称波形であるので、水銀の偏りによる寿命の低減は起きにくい。   When the secondary winding voltage Vs1 is applied to one end of the discharge lamps 7-1 to 7-n and the secondary winding voltage Vs2 is applied to the other end of the discharge lamps 7-1 to 7-n, the discharge lamp 7 A differential voltage between the secondary winding voltage Vs1 and the secondary winding voltage Vs2 is applied to both ends of −1 to 7-n. That is, the voltage Vab applied across the discharge lamps 7-1 to 7-n has a positive / negative symmetrical waveform. Therefore, since the voltage between both ends of the discharge lamps 7-1 to 7-n has a positive / negative symmetrical waveform, the lifetime is hardly reduced due to the deviation of mercury.

また、制御回路5bは、放電灯7−1〜7−nの電流値、トランスT1,T2の巻線電流、スイッチ素子Q2,Q4の電流等に基づき、スイッチ素子Q2,Q4のオン幅を制御することにより放電灯の電力、電流、輝度を制御することができる。   The control circuit 5b controls the ON width of the switch elements Q2 and Q4 based on the current values of the discharge lamps 7-1 to 7-n, the winding currents of the transformers T1 and T2, the currents of the switch elements Q2 and Q4, and the like. By doing so, the power, current, and luminance of the discharge lamp can be controlled.

また、実施例1の電源装置において、スイッチ素子Q2,Q4,Q11,Q12がオンするタイミングにおいて、スイッチ素子Q2,Q4,Q11,Q12に流れる電流はゼロ、あるいは負の電流となっており、貫通電流が流れず、また、スイッチング損失、スイッチングノイズが軽減できる。   In the power supply device of the first embodiment, when the switch elements Q2, Q4, Q11, and Q12 are turned on, the current flowing through the switch elements Q2, Q4, Q11, and Q12 is zero or a negative current. Current does not flow, and switching loss and switching noise can be reduced.

また、DC/DCコンバータ部13は、スイッチング損失やトランスの鉄損を考慮して、一般的には50kHz〜100kHz程度の周波数で動作させる。これに対して、放電灯に印加する交流電圧の周波数は、パネルメーカーやセットメーカーの要求により30kHz〜50kHzと決められている。この周波数でDC/DCコンバータ部13を動作させるには、トランスの飽和磁束密度の関係上、コアサイズを大きくする必要がある。   The DC / DC converter unit 13 is generally operated at a frequency of about 50 kHz to 100 kHz in consideration of switching loss and transformer iron loss. On the other hand, the frequency of the alternating voltage applied to the discharge lamp is determined to be 30 kHz to 50 kHz according to the request of the panel manufacturer or set manufacturer. In order to operate the DC / DC converter unit 13 at this frequency, it is necessary to increase the core size because of the saturation magnetic flux density of the transformer.

しかし、実施例1の電源装置では、DC/DCコンバータ部13の動作周波数(例えば100KHz)は、放電灯7−1〜7−nに印加する交流電圧の周波数(例えば50KHz)の2倍の周波数とすることができるので、トランスT10のコアを小型化でき、コストを低減できる。   However, in the power supply device of Example 1, the operating frequency (for example, 100 KHz) of the DC / DC converter unit 13 is twice the frequency of the AC voltage (for example, 50 KHz) applied to the discharge lamps 7-1 to 7-n. Therefore, the core of the transformer T10 can be reduced in size and the cost can be reduced.

また、液晶TVなどの放電点灯装置では、輝度を幅広く調整するために、放電灯に印加する交流電圧の実効値を制御するだけでなく、インバータを間欠発振させて放電灯の輝度を調整している。実施例1の電源装置において、インバータの間欠発振動作を行うには、スイッチ素子Q2,Q4のみの発振を停止すれば良く、DC/DCコンバータ部13の動作には影響をしない。また、インバータを動作/停止しても良い。   In addition, in a discharge lighting device such as a liquid crystal TV, in order to adjust the luminance widely, not only the effective value of the AC voltage applied to the discharge lamp is controlled, but also the inverter is intermittently oscillated to adjust the luminance of the discharge lamp. Yes. In the power supply device of the first embodiment, in order to perform the intermittent oscillation operation of the inverter, it is only necessary to stop the oscillation of only the switch elements Q2 and Q4, and the operation of the DC / DC converter unit 13 is not affected. Further, the inverter may be operated / stopped.

このように実施例1の電源装置では、スイッチ素子の使用数は従来のフルブリッジ構成のインバータと同じままで、共振動作が行え、正負対称の正弦波電圧を放電灯両端に印加でき、さらに直流電圧も出力できる。このため、DC/DCコンバータ部13、インバータ部の電源装置全体ではスイッチ素子の数を削減するとともに、スイッチ素子のスイッチング損失、ノイズを低減できる。   As described above, in the power supply device of the first embodiment, the number of switch elements used is the same as that of a conventional full-bridge inverter, resonance operation can be performed, positive and negative sine wave voltages can be applied to both ends of the discharge lamp, and direct current can be applied. Voltage can also be output. For this reason, in the whole DC / DC converter part 13 and the power supply apparatus of an inverter part, while reducing the number of switch elements, the switching loss and noise of a switch element can be reduced.

実施例1の電源装置で、DC/DCコンバータ部13は、周波数固定でスイッチ素子Q11のデューティを制御したが、放電灯に印加する交流電圧の周波数の規定がない場合には、例えばスイッチ素子Q12のオン期間を固定として、スイッチ素子Q11のオン幅を可変して出力電圧を制御してもよい。   In the power supply device of the first embodiment, the DC / DC converter unit 13 controls the duty of the switch element Q11 with a fixed frequency. However, when there is no regulation of the frequency of the AC voltage applied to the discharge lamp, for example, the switch element Q12 The output voltage may be controlled by changing the ON width of the switch element Q11 while fixing the ON period.

また、実施例1では、スイッチ素子Q12のオン期間にトランスT1,T2の2次側へ電力を供給する構成としたが、スイッチ素子Q11のオン期間にトランスT1,T2の2次側へ電力を供給する構成としてもよい。   In the first embodiment, power is supplied to the secondary side of the transformers T1 and T2 during the ON period of the switch element Q12. However, power is supplied to the secondary side of the transformers T1 and T2 during the ON period of the switch element Q11. It is good also as a structure to supply.

なお、実施例1の放電灯点灯装置では、放電灯が複数個であったが、放電灯は単数(1灯)であっても良い。   In the discharge lamp lighting device according to the first embodiment, there are a plurality of discharge lamps. However, a single discharge lamp may be used.

本発明の実施例1の放電灯点灯装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the discharge lamp lighting device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の放電灯点灯装置の各部のタイミングチャートである。It is a timing chart of each part of the discharge lamp lighting device of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1の放電灯点灯装置の各部の詳細なタイミングチャートである。It is a detailed timing chart of each part of the discharge lamp lighting device of Example 1 of the present invention. 従来の非共振型ハーフブリッジ回路を採用した放電灯点灯装置の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the discharge lamp lighting device which employ | adopted the conventional non-resonance type | mold half bridge circuit. 図4に示す放電灯点灯装置の各部のタイミングチャートである。It is a timing chart of each part of the discharge lamp lighting device shown in FIG. 従来の共振型フルブリッジ回路を採用した放電灯点灯装置の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the discharge lamp lighting device which employ | adopted the conventional resonance type full bridge circuit. 図6に示す放電灯点灯装置の各部のタイミングチャートである。It is a timing chart of each part of the discharge lamp lighting device shown in FIG. 従来の放電灯点灯装置の配置例1を示す図である。It is a figure which shows the example 1 of arrangement | positioning of the conventional discharge lamp lighting device. 図8に示す放電灯点灯装置の配置例1の回路例1を示す図である。It is a figure which shows the circuit example 1 of the example 1 of arrangement | positioning of the discharge lamp lighting device shown in FIG. 従来の放電灯点灯装置の回路例2を示す図である。It is a figure which shows the circuit example 2 of the conventional discharge lamp lighting device. 図10に示す放電灯点灯装置の回路例2の配置例2を示す図である。It is a figure which shows the example 2 of an arrangement | positioning of the circuit example 2 of the discharge lamp lighting device shown in FIG. 従来の放電灯点灯装置の回路例3を示す図である。It is a figure which shows the circuit example 3 of the conventional discharge lamp lighting device.

符号の説明Explanation of symbols

T1,T2,T10 トランス
P1,P2,P10 1次巻線
S1,S2,S10 2次巻線
C1〜C4,C10,C11 コンデンサ
Ca1〜Can,Cb1〜Cbn バラストコンデンサ
D1〜D8,D10〜D12 ダイオード
Q1〜Q8,Q11,Q12 スイッチ素子
L1,L2,L10 リアクトル
Vin,Vina,Vinb 直流電源
1a,1b,11a〜11e インバータ基板
3a,13a パネル
7−1〜7−n 放電灯
5a,5b,10b,10c 制御回路
12 負荷
13 DC/DCコンバータ部
T1, T2, T10 Transformers P1, P2, P10 Primary windings S1, S2, S10 Secondary windings C1-C4, C10, C11 Capacitors Ca1-Can, Cb1-Cbn Ballast capacitors D1-D8, D10-D12 Diode Q1 ~ Q8, Q11, Q12 Switch elements L1, L2, L10 Reactors Vin, Vina, Vinb DC power supplies 1a, 1b, 11a-11e Inverter boards 3a, 13a Panels 7-1 to 7-n Discharge lamps 5a, 5b, 10b, 10c Control circuit 12 Load 13 DC / DC converter section

Claims (9)

直流電源を断続することによりパルス電圧を発生する電圧発生回路と、
第1スイッチ手段を有し、前記電圧発生回路で発生するパルス電圧が印加される位置に接続され、前記第1スイッチ手段のオン/オフにより正負非対称波形の第1交流電圧を発生して負荷の一端に出力する第1交流電圧発生回路と、
第2スイッチ手段を有し、前記電圧発生回路で発生するパルス電圧が印加される位置に接続され、前記第2スイッチ手段のオン/オフにより正負非対称波形の第2交流電圧を発生して前記負荷の他端に出力する第2交流電圧発生回路と、
を備えることを特徴とする電源装置。
A voltage generation circuit that generates a pulse voltage by intermittently connecting a DC power supply;
Having a first switch means, connected to a position to which a pulse voltage generated by the voltage generation circuit is applied, and generating a first AC voltage having a positive / negative asymmetric waveform by turning on / off the first switch means. A first AC voltage generation circuit that outputs to one end;
Having a second switch means, connected to a position to which a pulse voltage generated by the voltage generation circuit is applied, and generating a second AC voltage having a positive / negative asymmetric waveform by turning on / off the second switch means. A second AC voltage generation circuit that outputs to the other end of
A power supply apparatus comprising:
前記パルス電圧に同期して前記第1スイッチ手段と前記第2スイッチ手段とを交互にオンさせる第1制御回路を備えたことを特徴とする請求項1記載の電源装置。   2. The power supply apparatus according to claim 1, further comprising a first control circuit that alternately turns on the first switch means and the second switch means in synchronization with the pulse voltage. 前記第1制御回路は、前記パルス電圧が印加される期間に前記第1スイッチ手段と前記第2スイッチ手段をオフさせることを特徴とする請求項2記載の電源装置。   3. The power supply apparatus according to claim 2, wherein the first control circuit turns off the first switch means and the second switch means during a period in which the pulse voltage is applied. 前記第1交流電圧発生回路は、前記第1スイッチ手段に接続される1次巻線と誘起される電圧を前記第1交流電圧として出力する2次巻線とを有する第1トランスを有し、
前記第2交流電圧発生回路は、前記第2スイッチ手段に接続される1次巻線と誘起される電圧を前記第2交流電圧として出力する2次巻線とを有する第2トランスを有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の電源装置。
The first AC voltage generation circuit includes a first transformer having a primary winding connected to the first switch means and a secondary winding that outputs an induced voltage as the first AC voltage;
The second AC voltage generation circuit includes a second transformer having a primary winding connected to the second switch means and a secondary winding that outputs an induced voltage as the second AC voltage. The power supply device according to any one of claims 1 to 3, wherein the power supply device is characterized.
前記第1交流電圧発生回路は、前記第1トランスの2次巻線と前記負荷の一端との間に接続された第1コンデンサを有し、
前記第2交流電圧発生回路は、前記第2トランスの2次巻線と前記負荷の他端との間に接続された第2コンデンサを有することを特徴とする請求項4記載の電源装置。
The first AC voltage generation circuit includes a first capacitor connected between a secondary winding of the first transformer and one end of the load.
5. The power supply device according to claim 4, wherein the second AC voltage generation circuit includes a second capacitor connected between a secondary winding of the second transformer and the other end of the load.
前記第1交流電圧発生回路は、前記第1トランスの2次巻線と前記負荷の一端との間に前記第1トランスの1次巻線及び2次巻線間のリーケージインダクタンスを有し、
前記第2交流電圧発生回路は、前記第2トランスの2次巻線と前記負荷の他端との間に前記第2トランスの1次巻線及び2次巻線間のリーケージインダクタンスを有することを特徴とする請求項4記載の電源装置。
The first AC voltage generation circuit has a leakage inductance between the primary winding and the secondary winding of the first transformer between the secondary winding of the first transformer and one end of the load,
The second AC voltage generation circuit has a leakage inductance between the primary winding and the secondary winding of the second transformer between the secondary winding of the second transformer and the other end of the load. The power supply device according to claim 4, wherein:
前記電圧発生回路は、
前記直流電源の両極間に直列に接続され、オン/オフすることによりパルス電圧を発生する第3スイッチ手段及び第4スイッチ手段と、
前記第3スイッチ手段または前記第4スイッチ手段に並列に接続された第3トランスの1次巻線と第3コンデンサからなり、前記第3スイッチ手段及び前記第4スイッチ手段のオン/オフにより発生したパルス電圧が印加される第3直列共振回路と、
前記第3トランスの2次巻線に発生するパルス電圧を整流平滑して直流出力電圧を取り出す整流平滑回路と、
前記直流出力電圧に基づき前記第3スイッチ手段及び前記第4スイッチ手段を交互にオン/オフさせる第2制御回路と、
を有することを特徴とする請求項1記載の電源装置。
The voltage generation circuit includes:
A third switch means and a fourth switch means connected in series between both poles of the DC power supply and generating a pulse voltage by turning on / off;
A primary winding of a third transformer and a third capacitor connected in parallel to the third switch means or the fourth switch means, and is generated by ON / OFF of the third switch means and the fourth switch means A third series resonant circuit to which a pulse voltage is applied;
A rectifying / smoothing circuit for rectifying and smoothing a pulse voltage generated in the secondary winding of the third transformer and extracting a DC output voltage;
A second control circuit for alternately turning on and off the third switch means and the fourth switch means based on the DC output voltage;
The power supply device according to claim 1, further comprising:
前記第1制御回路は、前記第3スイッチ手段又は前記第4スイッチ手段のオンに同期して、前記第2制御回路の前記第3スイッチ手段及び前記第4スイッチ手段の動作周波数に対して一周期おきに前記第1スイッチ手段と前記第2スイッチ手段とを交互にオン/オフさせることを特徴とする請求項7記載の電源装置。   The first control circuit is in one cycle with respect to the operating frequency of the third switch means and the fourth switch means of the second control circuit in synchronization with the turning on of the third switch means or the fourth switch means. 8. The power supply apparatus according to claim 7, wherein the first switch means and the second switch means are alternately turned on / off. 前記第1制御回路は、前記第3スイッチ手段又は前記第4スイッチ手段のオンに同期して、前記第2制御回路の前記第3スイッチ手段及び前記第4スイッチ手段の動作周波数に対して一周期おきに前記第1スイッチ手段と前記第2スイッチ手段とを交互にオン/オフさせ、且つ前記第1スイッチ手段と前記第2スイッチ手段とのオン/オフを間欠周期で繰り返させる、又は前記第1スイッチ手段と前記第2スイッチ手段とのオン/オフを完全に停止する機能を有することを特徴とする請求項7記載の電源装置。   The first control circuit is in one cycle with respect to the operating frequency of the third switch means and the fourth switch means of the second control circuit in synchronization with the turning on of the third switch means or the fourth switch means. The first switch means and the second switch means are alternately turned on / off alternately, and the on / off of the first switch means and the second switch means is repeated in an intermittent cycle, or the first 8. The power supply device according to claim 7, wherein the power supply device has a function of completely stopping on / off of the switch means and the second switch means.
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