JP2009290975A

JP2009290975A - 他励式インバータ

Info

Publication number: JP2009290975A
Application number: JP2008140079A
Authority: JP
Inventors: Hajime Miyamoto; 一宮本; Takashi Jinnai; 隆史陣内
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2008-05-28
Publication date: 2009-12-10

Abstract

【課題】他励式インバータにおいて、安価な構成により二次側負荷の個体間の特性のばらつきに伴う出力の差を低減する。
【解決手段】トランス２の一次側巻き線２１に流れる電流をスイッチングするＭＯＳＦＥＴ４、５と、そのスイッチング動作を制御する制御用ＩＣ（制御手段）６と、ＭＯＳＦＥＴ４、５のソース−グランド間に設けられた電流検知用抵抗７、８を備え、電流検知用抵抗７、８がＭＯＳＦＥＴ４、５のドレイン電流を電圧に変換し、電圧信号入力ライン１１、１２を介して制御用ＩＣ６に入力する。制御用ＩＣ６は、一次側に流れる電流のフィードバックを受けＭＯＳＦＥＴ４、５のＰＷＭオンデューティを制御する。これにより、安価な汎用ＩＣで制御用ＩＣ６を構成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器の各部に電力を供給する電源装置に用いられる他励式インバータに関するものである。

近年、液晶表示パネルのバックライトには、冷陰極蛍光ランプ（以下、ＣＣＦＬとする）が広く用いられている。ＣＣＦＬの電源としては一般に他励式インバータが用いられているが、ＣＣＦＬは個体間の特性のばらつきが大きいことから、各ＣＣＦＬ間で輝度の差が生ずる。そのため、従来の技術においては、上記特許文献１に示すように、２次側の負荷に印加される電圧を検知して一次側巻き線に流れる電流の制御にフィードバックすることにより、二次側の出力を制御する技術が用いられていた。

また、このような技術とは別に、特許文献２には、入力電圧源の電圧を監視し、デューティー比を演算するインバータ回路が示されている。また、特許文献３には、一次側巻き線の逆起電圧の検出結果に応じて、デューティー比を変化させる技術が示されている。また、特許文献４には、電源の起動状態に応じて、デューティ比を可変にする技術が示されている。なお、特許文献には、ソース−グランド間に接続された負荷への電流を制御する電源装置が示されている。
特開平５−１１１２５５号公報特開２００７−４３８６６号公報特開２００３−２５９６４２号公報特開２００３−８９２３号公報特開平５−３８１３４号公報

特許文献１において、２次側の電圧を検知して一次側巻き線に流れる電流をフィードバック制御するには、一般に他励式インバータ専用の制御用ＩＣが必要とされている。しかしながら、このような２次側からフィードバックをかける制御用ＩＣは、専用品となるためコストが高く、コンシューマ向けの電子機器のコストダウンが困難となる。また、特許文献２乃至４に示された技術をＣＣＦＬの制御に適用する場合であっても、部品定数の増加に伴う製造コストの高騰を招来するという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、安価な構成によりＣＣＦＬ等の二次側負荷の個体間の特性のばらつきに伴う出力の差を低減することができる他励式インバータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、
一次側巻き線及び二次側巻き線を有するトランスと、前記一次側巻き線に接続された直流電源と、前記一次側巻き線の端部に接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御手段とを備えた他励式インバータにおいて、
前記スイッチング素子のソース−グランド間に接続された電流検知用抵抗と、この電流検知用抵抗によって電圧に変換された電気信号を前記制御手段に入力する電圧信号入力ラインとをさらに備えたものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の他励式インバータにおいて、
前記スイッチング素子、電流検知用抵抗及び電圧信号入力ラインは、複数系統備えられており、
各系統の電圧信号入力ラインには、整流用ダイオードが設けられているものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の他励式インバータにおいて、
前記二次側巻き線には、負荷として冷陰極蛍光ランプが接続されているものである。

請求項１の発明によれば、スイッチング素子のソース−グランド間に接続された電流検知用抵抗によってドレイン電流を検知し、電圧に変換して制御手段に入力することにより、一次側のスイッチング素子のドレイン電流に基づいて一次側巻き線に流れる電流をフィードバック制御することができる。これにより、高価な他励式インバータ専用の制御用ＩＣを用いることなく、安価な汎用の制御用ＩＣで一次側巻き線に流れる電流をフィードバック制御することが可能となり、回路の製造コストを低減することができる。

請求項２の発明によれば、各系統の電圧信号入力ラインには、整流用ダイオードが設けられているので、いずれかの系統の電気信号が他の系統の電圧信号入力ラインに流れることを防止することができる。

請求項３の発明によれば、個体間の特性のばらつきが大きい冷陰極蛍光ランプの輝度の差を、安価な構成により低減することが可能となる。特に、この発明を複数の冷陰極蛍光ランプを備えた液晶表示パネルのバックライトに適用すると、各冷陰極蛍光ランプの輝度を揃えることができ、均一なバックライト照明を安価に得ることが可能となる。

本発明の一実施形態による他励式インバータについて図面を参照して説明する。図１はいわゆるプッシュプル型インバータの回路構成を示している。インバータ１は、一次側巻き線２１及び二次側巻き線２２を有するトランス２と、一次側巻き線２１の中央部に接続（センタータップ）された直流電源３と、一次側巻き線２１の第１端２１ａに接続されたＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）４と、第２端２１ｂに接続されたＭＯＳＦＥＴ５と、ＭＯＳＦＥＴ４、５のスイッチング動作を制御する制御用ＩＣ（制御手段）６等によって構成されている。二次側巻き線２２は、負荷としてＣＣＦＬ５０が接続されている。

ＭＯＳＦＥＴ４のソース−グランド間には電流検知用抵抗７が、ＭＯＳＦＥＴ５のソース−グランド間には電流検知用抵抗８がそれぞれ設けられている。電流検知用抵抗７は、ＭＯＳＦＥＴ４のドレイン電流を電圧に変換し、電圧信号入力ライン１１を介して制御用ＩＣ６に入力する。同様に、電流検知用抵抗８は、ＭＯＳＦＥＴ５のドレイン電流を電圧に変換し、電圧信号入力ライン１２を介して制御用ＩＣ６に入力する。

電圧信号入力ライン１１及び電圧信号入力ライン１２には、整流用ダイオード１３及び１４がそれぞれ設けられている。一次側巻き線２１の第１端２１ａの側、ＭＯＳＦＥＴ４、電流検知用抵抗７、電圧信号入力ライン１１、整流用ダイオード１３等によって第１系統の一次側回路が形成されている。また、一次側巻き線２１の第２端２１ｂの側、ＭＯＳＦＥＴ５、電流検知用抵抗８、電圧信号入力ライン１２、整流用ダイオード１４等によって第２系統の一次側回路が形成されている。

制御用ＩＣ６は、電圧信号入力ライン１１及び電圧信号入力ライン１２から入力された信号に基づいて、第１系統のＭＯＳＦＥＴ４及び第２系統のＭＯＳＦＥＴ５にパルス信号を出力し、ＭＯＳＦＥＴ４及び５を排他的かつ交互にオン／オフさせ、トランス２を発振させて二次側回路に交流を得る。すなわち、制御用ＩＣ６からＭＯＳＦＥＴ４のゲートにハイの電圧信号が印加されると、ＭＯＳＦＥＴ４がオンし、一次側巻き線２１の第１端２１ａの側にＭＯＳＦＥＴ４のドレイン電流が流れる。このとき、ＭＯＳＦＥＴ５のゲートに入力される電圧信号はローでＭＯＳＦＥＴ５がオフされる。一方、制御用ＩＣ６からＭＯＳＦＥＴ５のゲートにハイの電圧信号が印加されると、ＭＯＳＦＥＴ５がオンし、一次側巻き線２１の第２端２１ｂの側に上記とはＭＯＳＦＥＴ５のドレイン逆向きの電流が流れる。このとき、ＭＯＳＦＥＴ４のゲートに入力される電圧信号はローでＭＯＳＦＥＴ４がオフされる。

このようにして一次側巻き線２１に交互に逆向きの電流が流れると、トランス２が発振し二次側回路に交流を得ることができる。このとき制御用ＩＣ６は、電圧信号入力ライン１１及び電圧信号入力ライン１２から入力された信号に基づいて、第１系統のＭＯＳＦＥＴ４及び第２系統のＭＯＳＦＥＴ５を制御するためのＰＷＭ信号のオンデューティをフィードバック制御する。これにより、ＣＣＦＬ５０に供給される電力が一定となり、ＣＣＦＬ５０に流れる電流が安定する。また、ＣＣＦＬ５０の点灯時には、制御用ＩＣ６から出力するパルス信号を変えることにより、ＣＣＦＬ５０に印加される電圧を高めて、ＣＣＦＬ５０の不点灯を防止する。

以上のように、本実施形態のインバータ１によれば、ＭＯＳＦＥＴ４及び５のソース−グランド間に接続された電流検知用抵抗７及び８によってＭＯＳＦＥＴ４及び５のドレイン電流を検知し、電圧に変換して制御用ＩＣ６に入力することにより、一次側のＭＯＳＦＥＴ４及び５のドレイン電流に基づいて一次側巻き線２１に流れる電流をフィードバック制御することができる。これにより、高価な他励式インバータ専用の制御用ＩＣを用いることなく、安価な汎用の制御用ＩＣ６で一次側巻き線２１に流れる電流をフィードバック制御することが可能となり、回路の製造コストを低減することができる。

また、図１に示すように、二次側巻き線２２に負荷としてＣＣＦＬ５０を接続すると、個体間の特性のばらつきが大きいＣＣＦＬ５０の輝度の差を、安価な構成により低減することが可能となる。特に、この発明を複数のＣＣＦＬ５０を備えた液晶表示パネルのバックライトに適用すると、各ＣＣＦＬ５０の輝度を揃えることができ、安価に均一なバックライト照明を得ることが可能となる。また、各系統の電圧信号入力ライン１１及び１２には、整流用ダイオード１３及び１４が設けられているので、いずれかの系統の電気信号が他の系統の電圧信号入力ライン１１及び１２に流れることを防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、少なくとも一次側巻き線２１に流れる電流を検知するための電流検知用抵抗と、電流検知用抵抗によって電圧に変換された電気信号を制御用ＩＣ６に入力する電圧信号入力ラインとをさらに備えていればよい。

また、本発明は種々の変形が可能であり、例えば、一次側は単一系統の回路で構成されていてもよい。さらにまた、本発明は、プッシュプル型の他励式インバータ１に限られることなく、例えば、図２に示すハーフブリッジ型の他励式インバータ又は図３に示すフルブリッジ型の他励式インバータにも広く適用可能である。

図２に示すハーフブリッジ型の他励式インバータ１００は、２系統の回路で一次側回路が構成されている。第１系統の一次側回路は、一次側巻き線２１、ＭＯＳＦＥＴ４、電流検知用抵抗７、電圧信号入力ライン１１、整流用ダイオード１３によって構成されている。また、第２系統の一次側回路は、一次側巻き線２１、ＭＯＳＦＥＴ５、電流検知用抵抗７、電圧信号入力ライン１１、整流用ダイオード１３によって構成されている。電流検知用抵抗７によってＭＯＳＦＥＴ４及び５のドレイン電流を検知し、電圧に変換して電圧信号入力ライン１１を介して制御用ＩＣ６に入力する点は、プッシュプル型の他励式インバータ１と同様である。

図３に示すフルブリッジ型の他励式インバータ２００は、２系統の回路で一次側回路が構成されている。第１系統の一次側回路は、一次側巻き線２１、ＭＯＳＦＥＴ４ａ及び４ｂ、電流検知用抵抗７、電圧信号入力ライン１１、整流用ダイオード１３によって構成されている。また、第２系統の一次側回路は、一次側巻き線２１、ＭＯＳＦＥＴ５ａ及び５ｂ、電流検知用抵抗８、電圧信号入力ライン１２、整流用ダイオード１４によって構成されている。電流検知用抵抗７及び８によってＭＯＳＦＥＴ４ｂ及び５ｂのドレイン電流を検知し、電圧に変換して電圧信号入力ライン１１及び１２を介して制御用ＩＣ６に入力する点は、プッシュプル型の他励式インバータ１と同様である。

本発明の一実施形態によるプッシュプル型の他励式インバータの回路図。本発明の一実施形態によるハーフブリッジ型の他励式インバータの回路図。本発明の一実施形態によるフルブリッジ型の他励式インバータの回路図。

符号の説明

１インバータ
２トランス
２１一次側巻き線
２２二次側巻き線
３直流電源
４ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子：第１系統）
５ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子：第２系統）
６制御用ＩＣ（制御手段）
７電流検知用抵抗（第１系統）
８電流検知用抵抗（第２系統）
１１電圧信号入力ライン（第１系統）
１２電圧信号入力ライン（第２系統）
５０冷陰極蛍光ランプ

Claims

一次側巻き線及び二次側巻き線を有するトランスと、前記一次側巻き線に接続された直流電源と、前記一次側巻き線の端部に接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御手段とを備えた他励式インバータにおいて、
前記スイッチング素子のソース−グランド間に接続された電流検知用抵抗と、この電流検知用抵抗によって電圧に変換された電気信号を前記制御手段に入力する電圧信号入力ラインとをさらに備えたことを特徴とする他励式インバータ。
前記スイッチング素子、電流検知用抵抗及び電圧信号入力ラインは、複数系統備えられており、
各系統の電圧信号入力ラインには、整流用ダイオードが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の他励式インバータ。
前記二次側巻き線には、負荷として冷陰極蛍光ランプが接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の他励式インバータ。