JP2009266562A - インバーター装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光機器の発光レベルが低くなった場合においても、当該発光機器にちらつきが発生することを容易に防止することができ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、整流器２で全波整流された上記交流電源の半周期の脈流をスイッチングするスイッチング装置３と、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次側から発光機器６へ出力するトランス４と、スイッチング装置３へのスイッチングＯＮ信号のパルス幅によって上記供給電源の電流を制御する制御装置とを備え、かつ制御装置は、１周期の上記脈流において２回以上の上記ＯＮ信号をスイッチング装置３に発信することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、冷陰極管等の発光機器の点灯用および調光用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、商用の交流電源を全波整流して平滑化することにより直流とし、これを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、全波整流した脈流を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

ところが、この種の上記バックライト制御装置においては、一般に図６に示すように、交流を全波整流して当該交流の半周期の脈流とし、これを平滑化することにより直流とした後に、冷陰極管の発光レベルに応じた調光入力に対応したパルス幅ｐによって上記直流電圧をスイッチングして、さらに当該直流電圧を交流電圧に変換するとともに昇圧して上記冷陰極管を点灯させている。

この際に、上記スイッチングのためのＯＮ信号は、１周期の上記脈流中において１回になる。すなわち、５０Ｈｚ（または６０Ｈｚ）の周波数の交流電源を用いた場合には、上記スイッチングをＯＮ状態とするパルスは、１００Ｈｚ（または１２０Ｈｚ）の周期で発せられることになる。

このため、特に冷陰極管の発光レベル（明るさ程度）が低くなった場合、すなわち液晶画面を暗くした場合に、スイッチングのＯＮ信号のパルス幅ｐが狭くなるとともに、当該ＯＦＦ区間の長さｔが長くなるために、冷陰極管の点灯周期が長くなって上記液晶画面にちらつきが発生してしまうという問題点があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、発光機器の発光レベルが低くなった場合においても、当該発光機器にちらつきが発生することを容易に防止することができ、よって発光機器の明るさ調整を安定化させることができ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、この整流器で全波整流された上記交流電源の半周期の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次側から発光機器へ出力するトランスと、上記スイッチング装置への上記スイッチングＯＮ信号のパルス幅によって上記供給電源の電流を制御する制御装置とを備え、かつ上記制御装置は、１周期の上記脈流において２回以上の上記ＯＮ信号を上記スイッチング装置に発信する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、上記制御装置が、上記スイッチング装置へ上記ＯＮ信号を発信する制御回路部と、上記脈流の電圧を検出する電圧検出器と、上記発光機器の発光レベルに対応した調光信号が入力されるとともに、上記電圧検出部において検出された上記脈流の低電圧区間を調光のためのＯＦＦ区間に設定して上記調光信号に基づく制御信号を上記制御回路部に発信する調光回路とを有してなり、かつ上記制御回路部が、１周期の上記脈流における上記ＯＦＦ区間内において２回以上の上記ＯＮ信号を発信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または２に記載の発明において、上記制御回路部が、予め設定された上記発光機器の発光レベルに対する調光信号よりも低いレベルの上記調光信号が上記調光回路に入力されたときに、１周期の上記脈流において２回以上の上記ＯＮ信号を発信することを特徴とするものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、上記制御回路部が、上記電圧検出器によって検出された上記脈流信号の上記ＯＦＦ区間の両端に下限レベルを設定し、かつこの下限レベルから上記調光信号の高低に対応した上限レベルを設定することにより、上記ＯＦＦ区間の中央を同期させて、当該ＯＦＦ区間の前後に上記ＯＮ信号を発信することを特徴とするものである。

請求項１〜４のいずれかに記載のインバーター装置によれば、制御装置が、１周期の脈流において、２回以上の調光のためのＯＮ信号をスイッチング装置に発信しているために、発光機器の発光レベルが低くなった場合においても、発光機器における点灯周期が長くなって当該発光機器にちらつきが発生することを容易に防止することができ、よって発光機器の明るさ調整を安定化させることができる。

また、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、ＰＷＭ制御が不能となる区間が発生する。

そこで、請求項２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、上記低電圧範囲を調光のためのＯＦＦ区間と同期させているために、簡易な制御によって、トランスにおいて電力変換がされない部分での発光機器の点灯制御を避けることができる。

ここで、上記発光機器の発光レベルの高低全域にわたって、１周期の上記脈流における上記ＯＦＦ区間内に２以上の調光のためのＯＮ信号を発信してもよいが、高い発光レベルにおいては、ＯＮ信号のパルス幅が長く、よって上述した発光機器の点灯周期が長くなるおそれがない。

このため、請求項３に記載の発明のように、予め所定の上記発光レベルの調光信号を設定しておき、入力された調光信号が、当該設定された調光信号よりも低くなった際に、上記脈流のＯＦＦ区間内において２以上のＯＮ信号を発信するようにすれば、一層制御の安定化を図ることができる。

また、上記脈流のＯＦＦ区間内において２以上のＯＮ信号を発信するに際して、請求項４のように、全波整流した脈流信号に、上記ＯＦＦ区間の両端を下限レベルとして設定し、かつこの下限レベルから上記調光信号の高低に対応した上限レベルを設定することにより、上記ＯＦＦ区間の中央を同期させて、当該ＯＦＦ区間の前後に上記ＯＮ信号を発信するようにすれば、より制御の容易化を図ることが可能になる。

（第１の実施形態）
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第１の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（発光機器）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、図示されない明るさ調整器から冷陰極管６の発光レベルに対応した調光信号が入力されるとともに、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制御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は、上記低電圧区間を除いた区間において、冷陰極管６の明るさ調整器から入力された上記調光信号の高低に対応した制御信号を制御回路部７に発信するようになっている。

さらに、調光回路１２には、予め冷陰極管６の所定の発光レベルに対する調光信号の値が設定されており、入力された上記調光信号が、上記設定値よりも低いレベルのものであった場合に、１周期の上記脈流のＯＦＦ区間内において、２回以上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。これにより、制御回路部７から、１周期の上記脈流において２回以上のＯＮ信号がスイッチング装置３へ発信される。

次に、図２〜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。

さらに、この調光回路１２では、明るさ調整器からの調光信号が、予め設定されたレベルよりも低くなった場合に、１周期の上記脈流のＯＦＦ区間内において２回の制御信号を制御回路部７に発信する。ここで、図６に示した従来の調光制御と対比すれば、調光回路１２から発信される上記ＯＮ信号のパルス幅ｐ_１は、図６に示したパルス幅ｐの１／２になる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態における制御装置による制御波形を示すものであり、他の構成等については図１〜図３に示したものと同一である。
本実施形態のインバーター装置が、第１の実施形態と相違する点は、制御装置によるスイッチング装置３の制御にある。

すなわち、本実施形態においては、調光回路１２において、電圧検出部１１によって検出された上記脈流の下限レベルａ、ｄ、ａ´、ｄ´と、当該下限レベルから上記調光信号の高低に対応した上限レベルｂ、ｃ、ｂ´、ｃ´との間をＯＮ区間とすることで、上記脈流の１周期の区間内において２回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。

以上の構成からなる上記第１および第２の実施形態に示した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。

加えて、調光回路１２から、１周期の脈流における上記ＯＦＦ区間内において、２回のスイッチングをＯＮ状態とするための制御信号を制御回路部７に発信しているために、冷陰極管６の発光レベルが低くなった場合においても、当該冷陰極管６における点灯周期が長くなって液晶画面にちらつきが発生することを容易に防止することができ、よって液晶画面の明るさ調整を安定化させることができる。

本発明に係るインバーター装置の第１の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。 本発明の第２の実施形態における調光に対応した制御信号の発信形態を示す図である。 従来のインバーター装置における調光入力の高低と制御出力との関係を示す図である。

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 (4)

1. 交流電源を全波整流する整流器と、この整流器で全波整流された上記交流電源の半周期の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次側から発光機器へ出力するトランスと、上記スイッチング装置への上記スイッチングＯＮ信号のパルス幅によって上記供給電源の電流を制御する制御装置とを備え、
   かつ上記制御装置は、１周期の上記脈流において２回以上の上記ＯＮ信号を上記スイッチング装置に発信することを特徴とするインバーター装置。
2. 上記制御装置は、上記スイッチング装置へ上記ＯＮ信号を発信する制御回路部と、上記脈流の電圧を検出する電圧検出器と、上記発光機器の発光レベルに対応した調光信号が入力されるとともに、上記電圧検出部において検出された上記脈流の低電圧区間を調光のためのＯＦＦ区間に設定して上記調光信号に基づく制御信号を上記制御回路部に発信する調光回路とを有してなり、
   かつ上記制御回路部は、１周期の上記脈流における上記ＯＦＦ区間内において２回以上の上記ＯＮ信号を発信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. 上記制御回路部は、予め設定された上記発光機器の発光レベルに対する調光信号よりも低いレベルの上記調光信号が上記調光回路に入力されたときに、１周期の上記脈流において２回以上の上記ＯＮ信号を発信することを特徴とする請求項１または２に記載のインバーター装置。
4. 上記制御回路部は、上記電圧検出器によって検出された上記脈流信号の上記ＯＦＦ区間の両端に下限レベルを設定し、かつこの下限レベルから上記調光信号の高低に対応した上限レベルを設定することにより、上記ＯＦＦ区間の中央を同期させて、当該ＯＦＦ区間の前後に上記ＯＮ信号を発信することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のインバーター装置。

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