JP2010097735A - バックライト用インバータと、その制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電トランスの出力電圧のパルスと発振回路の矩形波の位相間隔に基づいて、出力電圧を制御する。
【解決手段】ゼロクロス検出器１０ａ，１０ｂは、圧電トランス２ａ〜２ｄの出力電圧波形のゼロクロス点を基準としたパルスを出力する。パルス間隔検出部１１は、ゼロクロス検出器からの出力パルスと、発振回路６からの矩形波パルスとのパルス間隔を検出する。周波数増減制御部８２は、パルス間隔検出部１１によって検出されたパルス間隔が、予め設定された基準範囲外となった場合に、発振回路６が出力する矩形波の周波数を増減して、前記パルス間隔を基準範囲内となるように制御する。デューティー増減制御部８１は、検出されたパルス間隔、すなわち位相差が予め設定したパルス間隔の上限または下限に達した場合に、周波数を固定したままで、発振回路６から出力する矩形波のデューティーを増減し、圧電トランスの出力電圧を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電トランスを使用したバックライト用インバータ及びその制御方法に関するものであって、特に、圧電トランスの１次側と２次側で検出されるパルス間隔を監視し、圧電トランスの出力電圧が所定の範囲に入るように発振周波数及びデューティーを制御する技術に係るものである。

パソコンの液晶ディスプレイのバックライトとして冷陰極管などの蛍光灯が使用される。この蛍光灯を点灯するためのインバータとして、最近では、圧電トランスを使用したものが広く使用されている。このバックライト用インバータは、圧電トランスの周波数特性(共振特性)を利用して、駆動周波数を可変とすることにより、その出力電流を制御する。

このような圧電トランスを使用したインバータでは、負荷に対する出力電圧や出力電流が所望の値になるように制御する必要がある。そのための方法の１つとして、圧電トランスの入出力位相差−周波数特性に着目した位相差一定制御方式が知られている。中でも、特許文献１から特許文献３に示す従来技術は、圧電トランスの出力電圧波形と圧電トランスを駆動するために発振回路から出力される矩形波の波形（駆動信号の波形）の位相差を検出して、この位相差が一定範囲内になるように、発振回路から出力される矩形波の周波数を制御するものである。

特開平１１−６９８２６号公報 特開２００１−１２６８９１号公報 特開２００６−１２７２０号公報

しかしながら、前記特許文献１から特許文献３の発明は、位相差に応じて発振回路から出力される矩形波の周波数を、単に位相差の大きさに応じて制御するものであり、制御する周波数の範囲に制限がないという問題があった。以下、その理由を説明する。

従来、この種の圧電トランスを使用したバックライト用インバータは、パソコンの液晶ディスプレイ用として広く使用されていたが、最近では、家庭用の液晶テレビなど家電製品のバックライト用インバータとしてもその使用が注目されている。

ところで、パソコンのバックライトでは電源電圧が２４Ｖ程度であるため、ＦＥＴに加わる電圧が低く、そのため、ＦＥＴの周波数に対する耐性も高く、発振回路からの矩形波と出力電圧波形との位相差が大きい場合であっても、ある程度高い周波数を印加することが可能である。

一方、家電製品のバックライトでは、電源電圧として商用電源を４００Ｖ程度に昇圧した方が高効率となるため、スイッチング素子であるＦＥＴに２４Ｖの電源電圧を使用した場合に比較して、２０倍程度の高電圧が印加されることになる。このような高電圧をＦＥＴに印加した場合に、スイッチング素子の開閉周波数を高くするとＦＥＴが破損する可能性が高い。例えば、４００Ｖを３ＫＶに昇圧すると、パソコンの２４Ｖに比較して２０倍程度の高電圧でＦＥＴをオン・オフすることになる。このような高電圧で、ＦＥＴをオン・オフする場合、圧電トランスに印加する周波数（ＦＥＴでオン・オフする周波数）を高くすると、ＦＥＴが破損する可能性がある。また、圧電トランスは共振点近傍の効率が良いため、共振点から離れると効率低下、すなわち、発熱による不具合が発生する可能性がある。

さらに、従来技術では、周波数制御のみにより圧電トランスの出力電圧を制御しているため、共振特性の右側（高周波側）で制御する必要がある。仮に、左側だと、制御が反転してしまうためである。しかし、位相差によって単に周波数を制御するだけでは、周波数を減少して出力電圧を上昇させていくと、周波数が特性曲線の左側にまで下がってしまうおそれがあり、所望の出力電圧を得られなくなる現象が生じる。

本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決したバックライト用インバータとその制御方法を提供することを目的とする。すなわち、本発明の第１の目的は、位相差によって制御する周波数の範囲の上限と下限とを予め設定し、検出された位相差によって制御する周波数が、予め設定された範囲にある場合には周波数を増減することで、所望の出力電圧を得ることにある。本発明の第２の目的は、位相差によって制御する周波数が予め設定した範囲の上限または下限に達した場合には、その周波数において発振回路から出力する矩形波のデューティーを増減することで、周波数を固定した状態で圧電トランスの出力電圧を調整することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、矩形波を発振する発振回路と、この発振回路が発振する矩形波の周波数及びデューティーを制御する周波数及びデューティー制御部と、前記発振回路から出力される矩形波によってオン・オフされる複数のスイッチング素子を有するスイッチ回路と、このスイッチ回路の入力側に接続された直流電源と、前記スイッチ回路の出力側に接続されて前記直流電源からの出力電圧が前記スイッチ回路を介して交流電圧として１次端子に印加される圧電トランスと、この圧電トランスの２次端子に接続された蛍光灯とを備えたバックライト用インバータにおいて、
前記圧電トランスの出力電圧波形のゼロクロス点を検出し、そのゼロクロス点を基準としたパルスを出力するゼロクロス検出器と、前記ゼロクロス検出器からの出力パルスと、前記発振回路からの矩形波パルスとのパルス間隔を検出するパルス間隔検出部とを備え、前記周波数及びデューティー制御部は、前記パルス間隔検出部によって検出されたパルス間隔が、予め設定された基準範囲外となった場合に、前記発振回路が出力する矩形波の周波数を増減して、前記パルス間隔を基準範囲内となるように制御する周波数増減制御部を備えていることを特徴とする。

本発明の一態様においては、前記圧電トランスまたは蛍光灯を流れる電流を検出する電流検出部を備え、前記周波数及びデューティー制御部の周波数増減制御部が、前記電流検出部において検出された電流値が予め設定された設定電流値と一致するように、前記発振回路が出力する矩形波の周波数を増減する。

本発明の他の態様においては、前記周波数及びデューティー制御部は、前記周波数増減制御部によって前記発振回路が出力する矩形波の周波数を増減し、前記パルス間隔が前記基準範囲の上限または下限に達した場合に、その上限または下限のパルス間隔において、周波数を固定したまま、前記発振回路から出力する矩形波のデューティーを増減し、圧電トランスの出力電圧を制御するデューティー増減制御部を有する。
更に、前記のようなバックライト用インバータを制御する方法も本発明の一態様である。

本発明によれば、周波数を一定の範囲内に収めた状態で位相差に基づいて出力電圧の制御を行うことができるので、ＦＥＴ及び圧電トランスに過度の負担がかかることがない。しかも、パルス間隔が上下限に達した後は発振回路からの矩形波のデューティーを増減することで、周波数を固定したまま、出力電圧の調整を行うことができるため、周波数の範囲が狭くても出力電圧自体の制御量は大きくすることができる。

［実施形態の構成］
以下、本発明の実施形態の構成について、図１〜３に従って具体的に説明する。図１において、符号１ａ，１ｂは点灯対象である蛍光灯、２ａ〜２ｄは蛍光灯１ａ，１ｂに対して点灯開始電圧及び点灯維持電圧を供給する圧電トランスである。この圧電トランス２ａ〜２ｄは、一対の１次端子３ａ，３ｂと一つの２次端子３ｃを有する。

圧電トランス２ａ〜２ｄの一対の１次端子３ａ，３ｂには、４個のＦＥＴ４ａ〜４ｄを有するフルブリッジ回路で構成されたスイッチング回路５が接続されている。このスイッチング回路５の入力側は定電圧直流電源１５に接続され、出力側は、ＦＥＴ４ａ〜４ｄ及び圧電トランス２ａ〜２ｄの１次端子３ａ，３ｂを介して、接地されている。

このスイッチング回路５は、交互に開閉する２個のＦＥＴ４ａ，４ｂと、同じく交互に開閉する２個のＦＥＴ４ｃ，４ｄとをそれぞれ直列に接続し、さらにこれら直列に接続された２組のＦＥＴを並列に接続したものである。このＦＥＴ４ａと４ｂの中間部及び４ｃと４ｄの中間部が、前記圧電トランス２ａ〜２ｄの１次端子３ａ，３ｂに接続されている。

このスイッチング回路５には発振回路６が接続され、この発振回路６からの高周波の矩形波電力により、ＦＥＴ４ａ，４ｂとＦＥＴ４ｃ，４ｄが交互に開閉する。すなわち、発振回路６の第１の出力端子からは、ＦＥＴ４ａに対して図中(1)で示すような矩形波が供給され、ＦＥＴ４ｂに対して同じ矩形波(1)が反転器７ｂを介して反転された状態で供給される。発振回路６の第２の出力端子からは、ＦＥＴ４ｃに対して前記(1)の矩形波から１８０°位相がずれた図中(2)で示すような矩形波が供給され、ＦＥＴ４ｄに対して同じ矩形波(2)が反転器７ａを介して反転された状態で供給される。

発振回路６から出力される矩形波(1)(2)により、スイッチング回路５によって圧電トランス２ａ〜２ｄの一対の一次端子３ａ，３ｂに入力電圧が入力される。圧電トランス２ａ〜２ｄは一対の一次端子３ａ，３ｂに入力される交流電圧の周波数に基づいて、２次端子３ｃから入力電圧に対応する出力電圧を出力する。

前記発振回路６には、周波数及びデューティー制御部８が接続されている。この制御部８は、発振回路６から出力される矩形波(1)(2)の周波数ｆとデューティーDutyを決定するものである。すなわち、本実施形態において、制御部８は、図２に示すような次の部分を有している。

（ａ）デューティー増減制御部８１
予め定められた周波数において、矩形波のデューティーDutyを０％から△Ｄ（例えば０．１％）ずつ増減する。
（ｂ）周波数増減制御部８２
予め定められた起動周波数ｆから周波数を△ｆ（例えば２Ｈｚ）ずつ増減する。その理由は、点灯状態では、制御精度を高くするためである。

（ｃ）パルス間隔上下限比較部８３
後述するパルス時間差選択部１１４で選択したパルスの時間差Ｐs（または時間差Ｐb）と、予め設定したパルス許容範囲Ｐth1〜Ｐth2とを比較し、パルスの時間差Ｐsが許容範囲の下限または上限であるか否か、すなわち、パルスの時間差Ｐs（または時間差Ｐb）＜Ｐth2または、時間差Ｐs（または時間差Ｐb）＞Ｐth1を判定する。
（ｄ）電流値比較部８４
後述する電流検出部２０によって検出した検出電流Ｉと、予め設定された蛍光灯の点灯を維持するために適切な設定値Ｉthとを比較する。
（ｅ）起動信号入力部８５
蛍光灯の点灯開始信号を受け付ける。

前記圧電トランス２ａ〜２ｄ出力側には、圧電トランス２ａ〜２ｄの出力電圧の波形の位相を測定するために、ゼロクロス検出器１０ａ，１０ｂを配置する。このゼロクロス検出器１０ａ，１０ｂは、圧電トランス２ａ〜２ｂの出力電圧の波形の極性が反転する点（ゼロクロス点）を検出することにより、圧電トランス２ａ〜２ｄの出力電圧の波形の位相のゼロクロス点のタイミングに従った矩形波パルスを出力する。すなわち、ゼロクロス検出器１０ａは位相が等しい圧電トランス２ａ，２ｃの出力電圧のゼロクロス点を検出する。そのゼロクロス点に基づき、ゼロクロス検出器１０ａからは、検出したゼロクロス点のタイミングに従った矩形波パルス(3)が出力される。同様に、ゼロクロス検出器１０ｂからは、位相の等しい圧電トランス２ｂ，２ｄの出力電圧のゼロクロス点に従って矩形波パルス(4)が出力される。

ゼロクロス検出器１０ａ，１０ｂの出力側には、パルス間隔検出部１１が接続されている。パルス間隔検出部１１の入力には、ゼロクロス検出器１０ａ，１０ｂが検出したゼロクロス点に基づく矩形波パルス(3)(4)と、前記発振回路６から出力される矩形波パルス(1)(2)が入力される。パルス間隔検出部１１は入力される矩形波パルス(1)〜(4)のパルス間隔を検出する。すなわち、本実施形態において、パルス間隔検出部１１は、図３に示すような各部を有している。

（ａ）発振回路出力パルス測定部１１１
パルス間隔検出部１１に入力される発振回路６から出力される矩形波のパルス(1)(2)の位相を測定する。
（ｂ）圧電トランス出力パルス測定部１１２
パルス間隔検出部１１に入力されるゼロクロス検出器１０ａ，１０ｂの検出したゼロクロス点に基づいて生成されたパルス(3)(4)の位相を測定する。

（ｃ）パルス時間差演算部１１３
発振回路６から出力される矩形波の出力パルス(1)とゼロクロス検出器１０ａで生成されたパルス(3)との時間差Ｐ13を演算する。発振回路６から出力される矩形波の出力パルス(2)とゼロクロス検出器１０ｂで生成されたパルス(4)との時間差Ｐ24を演算する。
（ｄ）パルス時間差選択部１１４
パルス時間差演算部１１３で演算した矩形波の出力パルス(1)(2)とゼロクロス検出器１０ａ，１０ｂで生成されたパルス(3)(4)の時間差Ｐ13とＰ24のうち小さいほうを選択し、選択したパルスの時間差をＰsとする。同様に、時間差Ｐ13とＰ24のうち大きいほうをＰbとする。

スイッチング回路５の出力側（前記圧電トランスの１次端子側）には、その部分に流れる電流を検出する電流検出部２０が接続されている。この電流検出部２０によって検出された検出電流Ｉは、前記周波数及びデューティー制御部８の電流値比較部８４において、予め設定された蛍光灯の点灯を維持するために適切な設定値Ｉthと比較され、その比較結果に応じて、発振回路６から出力する矩形波の周波数及びデューティーが制御される。

［実施形態の作用］
次に前記のような構成を有する本実施形態の作用を説明する。

（１）基本的な動作
周波数及びデューティー制御部８の起動信号入力部８５に対して、蛍光灯の点灯開始指令が入力されると、制御部８のデューティー増減制御部８１と周波数増減制御部８２は、発振回路６に対して、所定の周波数とデューティーを有する矩形波(1)(2)を出力すべき旨の指令を出す。この指令に基づいて、発振回路６からは、スイッチング回路５の各ＦＥＴ４ａ〜４ｄを開閉するための矩形波(1)(2)と、これらの矩形波(1)(2)を反転した矩形波(1)'(2)'が出力され、これらの矩形波によって各ＦＥＴ４ａ〜４ｄがオン・オフする。

その結果、矩形波(1)がオン、矩形波(2)がオフになった状態では、ＦＥＴ４ａ，４ｄがオン、ＦＥＴ４ｂ，４ｃがオフとなるので、定電圧直流電源１５からの出力が、ＦＥＴ４ａ→圧電トランス２ａ〜２ｄ→ＦＥＴ４ｄ→接地の順に流れる。一方、矩形波(1)がオフ、矩形波(2)がオンになった状態では、反対にＦＥＴ４ｃ，４ｂがオン、ＦＥＴ４ａ，４ｄがオフとなるので、定電圧直流電源１５からの出力が、ＦＥＴ４ｃ→圧電トランス２ａ〜２ｄ→ＦＥＴ４ｂ→接地の順に流れる。

このように発振回路６からの矩形波(1)(2)が出力されると、その周波数に応じたタイミングで各ＦＥＴ４ａ〜４ｄがオン・オフし、スイッチ回路５からは図１中(a)(b)で示すような交流電圧が出力される。この交流電圧は、図示しないインダクタとコンデンサ、及び圧電トランス入力容量からなる共振回路で共振し、擬似正弦波となって圧電トランス２ａ〜２ｄの１次端子３ａ，３ｂに供給される（図中(a)(b)の点線の波形を参照）。

前記のような交流電圧が１次端子３ａ，３ｂに印加されると、その周波数と負荷インピーダンスで決定される出力電圧が圧電トランス２ａ〜２ｄの２次端子３ｃから出力され、これが蛍光灯１ａ，１ｂに印加されることで、蛍光灯が点灯する。デューティー増減制御部８１及び周波数増減制御部８２は、発振回路６に増減指令を出力し、この増減指令に基づいて発振回路６が所定の周波数とデューティーを有する矩形波を出力することで、スイッチング回路５が開閉し、点灯開始電圧を得たり、点灯継続電圧を維持する。

（２）パルス間隔に基づく周波数制御…図４
本実施形態ではこのような装置において、ゼロクロス検出器１０ａ，１０ｂからのパルス(3)(4)と発振回路６からのパルス(1)(2)とのパルス間隔を検出し、このパルス間隔により、周波数及びデューティー制御部８において、発振回路６から出力する矩形波の周波数及びデューティーを制御する。以下その処理を、図４のフローチャートで説明する。

初めに、ゼロクロス検出器１０ａ，１０ｂは、検出した圧電トランス２ａ〜２ｄの出力電圧の波形のゼロクロス点のタイミングに従った矩形波パルス(3)(4)を出力する。すなわち、ゼロクロス検出器１０ａでは、圧電トランス２ａ，２ｃからの波形のゼロクロス点を検出し、その波形のタイミングに従った矩形波(3)を出力する。圧電トランス２ａと２ｃの特性差などにより変動はあるものの基本的には、この圧電トランス２ａ，２ｃの出力電圧は、前記発振回路６から出力された矩形波(1)に対応するものである。パルス間隔検出部１１では、発振回路６から出力した矩形波(1)を発振回路出力パルス測定部１１１にて測定し、ゼロクロス検出器１０ａから出力された(3)を圧電トランス出力パルス測定部１１２にて測定し、両測定結果に基づいてパルス時間差演算部１１３にて矩形波(1)と矩形波(3)の時間差Ｐ13を演算する（ステップ１）。

ゼロクロス検出器１０ｂでは、圧電トランス２ｂ，２ｄからの波形のゼロクロス点を検出し、その波形のタイミングに従った矩形波(4)を出力する。この圧電トランス２ｂ，２ｄの出力電圧は、前記発振回路６から出力された矩形波(2)に対応するものである。パルス間隔検出部１１では、発振回路６から出力した矩形波(2)とゼロクロス検出器１０ｂから出力された(4)を測定し、両測定結果に基づいて矩形波(2)と矩形波(4)の時間差Ｐ24を演算する（ステップ２）。

パルス時間差選択部１１４では、パルス時間差演算部１１３で求めた矩形波(1)と矩形波(3)の時間差Ｐ13及び矩形波(2)と矩形波(4)の時間差Ｐ24のうち、時間差の小さいほうを時間差Ｐsとし（ステップ３）、時間差の大きいほうを時間差Ｐbとする（ステップ４）。このパルス時間差Ｐs，Ｐbを周波数及びデューティー制御部８に対して出力する。

蛍光灯を点灯させるための点灯維持電圧は、蛍光灯の点灯中は一定範囲内に維持される必要があり、通常は圧電トランスの出力電圧を検出して、その検出値を周波数検出器にフィードバックすることで圧電トランスに印加する周波数を増減する。本発明の場合には、蛍光灯の点灯維持範囲であるかを圧電トランスの出力電圧で検出するのではなく、パルス時間差選択部１１４で選択した発振回路６から出力した矩形波(1)(2)の波形とゼロクロス検出器１０ａ，１０ｂから出力した矩形波(3)(4)の波形との時間差Ｐs（または時間差Ｐb）により検出する。この時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が蛍光灯の点灯維持範囲内にあるか否かを判定することにより、発振回路６から出力される矩形波の周波数またはデューティーを増減する。

すなわち、周波数及びデューティー制御部８のパルス間隔上下限比較部８３では、時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が、蛍光灯の点灯維持範囲の上限の時間差である時間差Ｐth1とを比較する（ステップ５）。この時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が時間差Ｐth1より大きい場合には、時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が蛍光灯の点灯維持範囲外にあるとし、周波数増減制御部８２により周波数をΔｆ（例えば２Ｈｚ）だけ小さくする（ステップ５のＹ）。時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が時間差Ｐth1より小さい場合には、時間差Ｐs（または時間差Ｐb）は蛍光灯の点灯維持範囲の上限の時間差より小さいとして、周波数を変化させない（ステップ５のＮ）。

同様に、パルス間隔上下限比較部８３で、時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が、蛍光灯の点灯維持範囲の下限の時間差である時間差Ｐth2とを比較する（ステップ７）。時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が時間差Ｐth2より小さい場合には、蛍光灯の点灯維持範囲外にあるとし、周波数増減制御部８２により周波数をΔｆ（例えば２Ｈｚ）だけ大きくする（ステップ７のＹ）。時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が時間差Ｐth2より大きい場合には、時間差Ｐs（または時間差Ｐb）は蛍光灯の点灯維持範囲の下限の時間差より大きいとして、周波数を変化させない（ステップ７のＮ）。

蛍光灯の点灯後は、蛍光灯に流れる電圧が３０分くらいの間に出力電圧が１ｋＶから７００Ｖに変化する。この制御はステップ５，７で、時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が蛍光灯の点灯維持範囲の時間差内にあると１回判定されたとしても、制御を終了することはなく、蛍光灯が点灯している間は監視を続ける（ステップ９）。

（３）パルス間隔に基づく周波数制御＋デューティー制御…図６
図４のフローチャートの処理は、ゼロクロス検出器１０ａ，１０ｂからのパルス(3)(4)と発振回路６からのパルス(1)(2)とのパルス間隔を検出し、このパルス間隔に基づいて、発振回路６から出力する矩形波の周波数を制御する処理である。しかし、周波数の増減により、パルス(1)(2)とパルス(3)(4)とのパルス間隔を適正な範囲に変化させる場合に、発振回路６の出力電圧の周波数を変化させたことにより、発振回路６の出力電圧の周波数が蛍光灯を点灯維持に好ましい周波数の範囲から外れてしまう場合がある。

図６のフローチャートの処理は、上記のような場合を想定した処理であり、発振回路６の出力電圧の周波数が、蛍光灯の点灯維持範囲の上限または下限の場合には、周波数を変化させるのではなく、発振回路６の出力電圧のデューティーを変化させる処理である。

すなわち、発振回路６からの矩形波のデューティーが小さい場合（例えば０．１％）には、その矩形波によってオン・オフされるスイッチング回路５のオンデューティーが短い。そのため、スイッチング回路５によってオン・オフされる定電圧直流電源１５からの出力も短時間となり、スイッチング回路５からは、図１の(a)の実線で示すようなデューティーの小さい矩形波の交流が出力される。このデューティーの小さい矩形波交流は、共振回路で共振して擬似正弦波となるが、その波形は、図１の(a)の点線で示すように、波高が小さい（電圧が低い）ものとなる。

一方、発振回路６からの矩形波のデューティーが大きい場合（例えば３３％）には、スイッチング回路５からの出力は、図１の(b)の実線で示すようなデューティーの大きな矩形波交流となる。そして、この矩形波交流により生成される擬似正弦波は、図１の(b)の点線で示すように、波高が高い（電圧が高い）ものとなる。そのため、前記のように起動周波数において、発振回路６からのデューティーを０％から徐々に増加していくと、圧電トランス２ａ〜２ｄには同一周波数（起動周波数）でしかも電圧が徐々に増加する擬似正弦波が印加されることになる。

このようにして、周波数が許容範囲の上限または下限に達した後も、発振回路６から出力する矩形波のデューティーを増減することで、周波数は固定したままで、圧電トランスの出力電圧を制御することができる。以下、この点を図６により説明する。

まず、図６の処理では、図４のフローチャートの処理と同様に、パルス間隔検出部１１のパルス時間差演算部１１３で、発振回路６から出力した矩形波(1)(2)とゼロクロス検出器１０ａ，１０ｂから出力された(3)(4)より、矩形波(1)と矩形波(3)の時間差Ｐ13及び矩形波(2)と矩形波(4)の時間差Ｐ24のうち、時間差の小さいほうの時間差Ｐsとし、時間差の大きいほうを時間差Ｐbとする（ステップ１〜４）。

次に、この時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が、蛍光灯の点灯維持範囲の上限の時間差である時間差Ｐth1より大きいか否かをパルス間隔上下限比較部８３において比較する（ステップ５）。時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が時間差Ｐth1より大きい場合には、時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が蛍光灯の点灯維持範囲外にあるとする（ステップ５のＹ）。時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が時間差Ｐth1より小さい場合には、時間差Ｐs（または時間差Ｐb）は蛍光灯の点灯維持範囲の上限の時間差より小さいとして、周波数を変化させない（ステップ５のＮ）。

時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が時間差Ｐth1より大きく、時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が蛍光灯の点灯維持範囲外にあると判定した場合（ステップ５のＹ）、発振回路６からの出力電圧の周波数を減少させて、時間差Ｐs（または時間差Ｐb）を蛍光灯の点灯維持範囲にする。

一方、前記パルスの時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が、蛍光灯の点灯を維持するのに適切な周波数の下限に相当する時間差Ｐth2に達したと判定された場合（ステップ３１のＹ）には、それ以上周波数を下げるのではなく、周波数は固定したままで、発振回路６の出力される矩形波のデューティーをデューティー増減制御部８１により△Ｄ（例えば０．１％）だけ増加させる（ステップ３２）。前記パルスの時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が、蛍光灯の点灯を維持するのに適切な周波数の下限に相当する時間差Ｐth2に達しないと判定された場合（ステップ３１のＮ）には、発振回路６の出力電圧の周波数を下げることが可能であるから、周波数増減制御部８２により周波数を△ｆ（例えば２Ｈｚ）だけ小さくする（ステップ６）。

時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が、蛍光灯の点灯維持範囲の下限の時間差である時間差Ｐth2より小さいか否かをパルス間隔上下限比較部８３において比較する（ステップ７）。時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が時間差Ｐth2より小さい場合には、時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が蛍光灯の点灯維持範囲外にあるとする（ステップ７のＹ）。時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が時間差Ｐth2より大きい場合には、時間差Ｐs（または時間差Ｐb）は蛍光灯の点灯維持範囲の下限の時間差より大きいとして、周波数を変化させない（ステップ７のＮ）。

時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が時間差Ｐth2より小さく、時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が蛍光灯の点灯維持範囲外にあると判定した場合（ステップ７のＹ）、発振回路６からの出力電圧の周波数を増加させて、時間差Ｐs（または時間差Ｐb）を蛍光灯の点灯維持範囲にする。

一方、前記パルスの時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が、蛍光灯の点灯を維持するのに適切な周波数の上限に相当する時間差Ｐth1に達したと判定された場合（ステップ３３のＹ）には、それ以上周波数を上げるのではなく、周波数は固定したままで、発振回路６の出力される矩形波のデューティーをデューティー増減制御部８１により△Ｄ（例えば０．１％）だけ減少させる（ステップ３４）。前記パルスの時間差Ｐs（または時間差Ｐb）が、蛍光灯の点灯を維持するのに適切な周波数の上限に相当する時間差Ｐth2に達しないと判定された場合（ステップ３３のＮ）には、発振回路６の出力電圧の周波数を上げることが可能であるから、周波数増減制御部８２により周波数を△ｆ（例えば２Ｈｚ）だけ大きくする（ステップ８）。

以上により、パルス間隔、すなわち位相差が下限値であるにもかかわらず出力電圧を上げたい場合に、デューティーを上げ、逆に、位相差が上限値であるにもかかわらず出力電圧を下げたい場合に、デューティーを下げることで、出力電圧の制御を行うことができる。

（４）パルス間隔に基づく周波数制御＋電流値制御…図５
図５のフローチャートの処理は、前記図４に示したゼロクロス検出器１０ａ，１０ｂからのパルス(3)(4)と発振回路６からのパルス(1)(2)とのパルス間隔を検出し、このパルス間隔に基づいて、発振回路６から出力する矩形波の周波数及びデューティーを制御する処理に、スイッチング回路５から出力させる電流Ｉに基づいて、発振回路６から出力する周波数を制御する処理を加えたものである。

スイッチング回路５から圧電トランスに流れる電流は、圧電トランスのリアクタンス成分により、大きさが変化する。通常圧電トランスの負荷接続時の周波数−電流特性の「周波数を低下させると圧電トランスを流れる電流は上昇する」部分で蛍光灯を継続して点灯するので、周波数を低下させる方が電流が大きくなる。蛍光灯を点灯させるための点灯維持電流は、蛍光灯の点灯中は適切な値に維持される必要があり、圧電トランスに流れる電流を検出して、その検出値を周波数及びデューティー制御部８にフィードバックすることで圧電トランスに印加する周波数を増減する。

スイッチング回路５から出力する電流Ｉを電流検出部９により検出し、その電流値を周波数及びデューティー制御部８に対して出力する（ステップ２１）。周波数及びデューティー制御部８の電流値比較部８４では、スイッチング回路５から出力する電流Ｉと、蛍光灯の点灯維持に適した電流の値である電流Ｉthとを比較する（ステップ２２）。

スイッチング回路５から出力する電流Ｉが点灯維持に適した電流値である電流Ｉthより大きい場合（ステップ２２のＹ）には、電流Ｉを適した電流値である電流Ｉthに近づけるために、周波数増減制御部８２により周波数をΔｆ（例えば２Ｈｚ）だけ大きくする（ステップ２４）。スイッチング回路５から出力する電流Ｉが点灯維持に適した電流値である電流Ｉthより小さい場合には、電流Ｉを適した電流値である電流Ｉthに近づけるために、周波数増減制御部８２により周波数をΔｆ（例えば２Ｈｚ）だけ小さくする（ステップ２２のＮ）。

その後、図４のゼロクロス検出器１０ａ，１０ｂからのパルス(3)(4)と発振回路６からのパルス(1)(2)とのパルス間隔を検出し、このパルス間隔に基づいて、発振回路６から出力する矩形波の周波数及びデューティーを制御する処理を行う（ステップ１〜８）。そして、蛍光灯が点灯している間は、前記の処理を繰り返す（ステップ９）。

（５）パルス間隔に基づく周波数制御＋電流値制御＋デューティー制御…図７
図７のフローチャートの処理は、前記図４に示したゼロクロス検出器１０ａ，１０ｂからのパルス(3)(4)と発振回路６からのパルス(1)(2)とのパルス間隔を検出し、このパルス間隔に基づいて、発振回路６から出力する矩形波の周波数及びデューティーを制御する処理に、前記図５に示したスイッチング回路５からの電流Ｉに基づいて、発振回路６から出力する周波数及びデューティーを制御する処理を加えたものである。

まず、ゼロクロス検出器１０ａ，１０ｂからのパルス(3)(4)と発振回路６からのパルス(1)(2)とのパルス間隔を検出し、このパルス間隔に基づいて、発振回路６から出力する矩形波の周波数及びデューティーを制御する処理を行う（ステップ１〜８）。

次に、スイッチング回路５から出力する電流Ｉを検出して、その検出値を周波数及びデューティー制御部８ににフィードバックすることで圧電トランスに印加する周波数を増減する処理を行う。すなわち、スイッチング回路５から出力する電流Ｉを電流検出部９により検出し、その電流値を周波数及びデューティー制御部８に対して出力する（ステップ２１）。電流値比較部８４では、スイッチング回路５から出力する電流Ｉが、蛍光灯の点灯維持に適した電流の値である電流Ｉthとを比較する（ステップ２２）。

スイッチング回路５から出力する電流Ｉが点灯維持に適した電流の値である電流Ｉthより大きい場合（ステップ２２のＹ）には、発振回路６からの出力電圧の周波数を増加させて、電流Ｉを蛍光灯の点灯維持に適した電流の値である電流Ｉthに近づける。

一方、発振回路６の出力電圧の周波数が、パルス間隔上下限比較部８３により蛍光灯を点灯維持できる周波数の上限であると判定された場合は、周波数を上げるのではなく、発振回路６の出力電圧のデューティーをデューティー増減制御部８１によりΔＤ（例えば０．１％）だけ減少させる（ステップ３３のＹ）。また、発振回路６の出力電圧の周波数が、パルス間隔上下限比較部８３により蛍光灯を点灯維持できる周波数の上限でないと判定された場合は、発振回路６の出力電圧の周波数を上げても、蛍光灯を点灯維持できるので周波数増減制御部８２により周波数をΔｆ（例えば２Ｈｚ）だけ大きくする（ステップ２４）。

スイッチング回路５から出力する電流Ｉが点灯維持に適した電流値である電流Ｉthより小さい場合（ステップ２２のＮ）には、発振回路６からの出力電圧の周波数を減少させて、電流Ｉを蛍光灯の点灯維持に適した電流値である電流Ｉthに近づける。

一方、パルス間隔検出部１１４が検出したパルス間隔が、前記パルス間隔上下限比較部８３により蛍光灯を点灯維持できるパルス間隔の下限であると判定された場合は、周波数を固定したまま、発振回路６の出力電圧のデューティーをデューティー増減制御部８１によりΔＤ（例えば０．１％）だけ増加させる（ステップ３１のＹ）。パルス間隔がパルス間隔上下限比較部８３により蛍光灯を点灯維持できるパルス間隔の下限でないと判定された場合は、発振回路６の出力電圧の周波数を下げても蛍光灯を点灯維持できるので、周波数増減制御部８２により周波数をΔｆ（例えば２Ｈｚ）だけ小さくする（ステップ２３）。以下、蛍光灯が点灯している間は、前記の処理を繰り返す（ステップ９）。

これにより、電流値を設定値Ｉthに近づけることができ、しかも、パルス間隔が下限値であるにもかかわらず出力電流を上げたい場合にはデューティーを上げ、逆に、位相差が上限値であるにもかかわらず出力電流を下げたい場合にはデューティーを下げることで、出力電流の制御を行うことができる。

[実施形態の効果]
以上の通り、本実施形態によれば、出力電圧のゼロクロス点を基準としたパルスと、発振回路から出力される矩形波のパルスの位相を比較し、その位相差に基づいて周波数を増減することで、出力電圧を一定の範囲に制御することが可能になる。特に、本実施形態では、許容範囲と上限と下限の間で周波数を増減するので、増加した周波数によってＦＥＴに負担がかかることや、減少した周波数によって期待する出力電圧が得られなくなるような不都合が発生することがない。

また、位相差、すなわちパルス間隔が許容範囲の上限または下限に達した後は、周波数を固定したままで、発振回路から出力される矩形波のデューティーを増減することで、圧電トランスからの出力電圧を増減することができる。

更に、前記のようなパルス間隔による周波数やデューティーの制御に加えて、スイッチング回路５の出力電流値を検出し、その電流値が予め定めた設定値と等しくなるように周波数及び／またはデューティーを制御することで、蛍光灯に印加する電圧及び電流をよりきめ細かく制御することができる。

［他の実施形態］
本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態に記載した蛍光灯、圧電トランス、ゼロクロス検出器の数は例示であって、本発明はこれに限定されるものではない。以下のような他の実施形態も包含する。

（ａ）電流の制御を単一の設定値と検出した電流値とを比較する代わりに、パルス間隔の比較の場合と同様に、一定の範囲を持たせて制御を行うことも可能である。

（ｂ）パルス間隔上下限比較部８３で比較する時間差は、パルス時間差演算部１１３で演算した発振回路６からの矩形波パルスと圧電トランス出力パルスの時間差Ｐ13とＰ24のいずれか片方に限定されるものではない。例えば、発振回路６からの矩形波パルスと圧電トランス出力パルスの時間差Ｐ13とＰ24の平均とすることもでき、この時間差の平均値に基づいて周波数またはデューティーを制御することもできる。

（ｃ）ゼロクロス検出器１０ａ，１０ｂは、圧電トランス２ａ〜２ｄの出力電圧の波形の極性が反転する点（ゼロクロス点）を検出し、ゼロクロス点のタイミングに従って矩形波パルス(3)(4)を出力する。すなわち、前記実施形態では、矩形波パルス(3)は圧電トランス２ａと２ｃの出力電圧のゼロクロス点を基準に生成し、矩形波パルス(4)は圧電トランス２ｂと２ｄの出力電圧のゼロクロス点を基準に生成しており、圧電トランス２ａと２ｃの出力電圧の位相、圧電トランス２ｂと２ｄの出力電圧の位相がそれぞれ等しい。しかし、本発明は、このような場合に限定されるものでなく、圧電トランス２ａと２ｃの出力電圧の位相または圧電トランス２ｂと２ｄの出力電圧の位相が異なる場合でも良い。

例えば、ゼロクロス検出器から出力される矩形波パルス(3)は、圧電トランス２ａから出力される電圧波形のゼロクロス点のタイミングに従って出力する矩形波パルスと、圧電トランス２ｃから出力される電圧波形のゼロクロス点のタイミングに従って出力する矩形波パルスとの平均とすることもできる。また、矩形波パルス(3)として、圧電トランス２ａから出力される電圧波形のゼロクロス点のタイミングに従って出力する矩形波パルスと圧電トランス２ｃから出力される電圧波形のゼロクロス点のタイミングに従って出力する矩形波パルスの両方を出力し、発振回路６から出力される矩形波(1)と個々に比較することもできる。また、矩形波パルス(4)と発振回路６から出力される矩形波(2)との比較の方法も同様である。

本発明の実施形態の構成を示すブロック図。 図１の実施形態における周波数及びデューティー制御部８の構成を示すブロック図。 図１の実施形態におけるパルス間隔検出部１１の構成を示すブロック図。 図１の実施形態においてパルス間隔に基づいて周波数制御を行う場合の処理を示すフローチャート。 図１の実施形態においてパルス間隔及び電流値に基づいて周波数制御を行う場合の処理を示すフローチャート。 図１の実施形態においてパルス間隔に基づいて周波数制御とデューティー制御を行う場合の処理を示すフローチャート。 図１の実施形態においてパルス間隔及び電流値に基づいて周波数制御とデューティー制御を行う場合の処理を示すフローチャート。

符号の説明

１ａ，１ｂ…蛍光灯
２ａ〜２ｄ…圧電トランス
３ａ，３ｂ…圧電トランスの１次端子
３ｃ…圧電トランスの２次端子
４ａ〜４ｄ…ＦＥＴ
５…スイッチング回路
６…発振回路
７…反転器
８…周波数及びデューティー制御部
８１…デューティー増減制御部
８２…周波数増減制御部
８３…パルス間隔上下限比較部
８４…電流値比較部
８５…起動信号入力部
１０ａ，１０ｂ…ゼロクロス検出器
１１…パルス間隔検出部
１１１…発振回路出力パルス測定部
１１２…圧電トランス出力パルス測定部
１１３…パルス時間差演算部
１１４…パルス時間差選択部
１５…定電圧直流電源
２０…電流検出部

Claims (6)

1. 矩形波を発振する発振回路と、
   この発振回路が発振する矩形波の周波数及びデューティーを制御する周波数及びデューティー制御部と、
   前記発振回路から出力される矩形波によってオン・オフされる複数のスイッチング素子を有するスイッチ回路と、
   このスイッチ回路の入力側に接続された直流電源と、
   前記スイッチ回路の出力側に接続されて前記直流電源からの出力電圧が前記スイッチ回路を介して交流電圧として１次端子に印加される圧電トランスと、
   この圧電トランスの２次端子に接続された蛍光灯とを備えたバックライト用インバータにおいて、
   前記圧電トランスの出力電圧波形のゼロクロス点を検出し、そのゼロクロス点を基準としたパルスを出力するゼロクロス検出器と、
   前記ゼロクロス検出器からの出力パルスと、前記発振回路からの矩形波パルスとのパルス間隔を検出するパルス間隔検出部とを備え、
   前記周波数及びデューティー制御部は、前記パルス間隔検出部によって検出されたパルス間隔が、予め設定された基準範囲外となった場合に、前記発振回路が出力する矩形波の周波数を増減して、前記パルス間隔を基準範囲内となるように制御する周波数増減制御部を備えていることを特徴とするバックライト用インバータ。
2. 前記圧電トランスまたは蛍光灯を流れる電流を検出する電流検出部を備え、前記周波数及びデューティー制御部の周波数増減制御部が、前記電流検出部において検出された電流値が予め設定された設定電流値と一致するように、前記発振回路が出力する矩形波の周波数を増減するものであることを特徴とする請求項１に記載のバックライト用インバータ。
3. 前記周波数及びデューティー制御部は、前記周波数増減制御部によって前記発振回路が出力する矩形波の周波数を増減し、前記両パルスの間隔が前記基準範囲の上限または下限に達した場合に、その上限または下限のパルス間隔において、周波数を固定したままで、前記発振回路から出力する矩形波のデューティーを増減し、圧電トランスの出力電圧を制御するデューティー増減制御部を有するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバックライト用インバータ。
4. 矩形波を発振する発振回路と、
   この発振回路が発振する矩形波の周波数及びデューティーを制御する周波数及びデューティー制御部と、
   前記発振回路から出力される矩形波によってオン・オフされる複数のスイッチング素子を有するスイッチ回路と、
   このスイッチ回路の入力側に接続された直流電源と、
   前記スイッチ回路の出力側に接続されて前記直流電源からの出力電圧が前記スイッチ回路を介して交流電圧として１次端子に印加される圧電トランスと、
   この圧電トランスの２次端子に接続された蛍光灯とを備えたバックライト用インバータの制御方法において、
   前記圧電トランスの出力電圧波形のゼロクロス点を検出し、そのゼロクロス点を基準としたパルスを出力し、この出力電圧波形に基づくパルスと前記発振回路からの矩形波パルスとのパルス間隔を検出し、
   前記検出されたパルス間隔が、予め設定された基準範囲外となった場合に、前記発振回路が出力する矩形波の周波数を増減して、前記パルス間隔を基準範囲内となるように制御することを特徴とするバックライト用インバータの制御方法。
5. 前記バックライト用インバータが前記圧電トランスまたは蛍光灯を流れる電流を検出する電流検出部を備え、前記電流検出部において検出された電流値が予め設定された設定電流値と一致するように、前記発振回路が出力する矩形波の周波数を増減することを特徴とする請求項４に記載のバックライト用インバータの制御方法。
6. 前記発振回路が出力する矩形波の周波数を増減し、前記両パルスの間隔が前記基準範囲の上限または下限に達した場合に、その上限または下限のパルス間隔において、周波数を固定したままで、前記発振回路から出力する矩形波のデューティーを増減し、圧電トランスの出力電圧を制御することを特徴とする請求項４または請求項５に記載のバックライト用インバータの制御方法。

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