JP2010246222A - 高圧電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型の高圧電源装置を提供する。
【解決手段】電源装置は、トランスモジュール１００ａ，ｂ，ｃ，ｄと、サブトランス１７０とを備える。各トランスモジュール１００（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）は、１次コイル１０７（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）と、２次コイル１０８（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）とを含む。サブトランス１７０は、１次コイル（導線１８１および１８５）と、２次コイル（導線１８３）と、整流平滑回路（ダイオードＤ９およびコンデンサＣ５）とを含む。サブトランス１７０の１次コイルは、トランスモジュール１００の１次コイル１０７と並列に接続されている。サブトランス１７０の２次コイル（導線１８３）は、整流平滑回路を介して、トランスモジュール１００の２次コイル１０８と直列に接続されている。サブトランス１７０の１次コイルと２次コイルとの間の磁気結合度は、トランスモジュール１００の１次コイル１０７と２次コイル１０８との間の磁気結合度よりも大きい。
【選択図】図１２

Description

本発明は、高圧電源装置に関する。特に、本発明は、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ；Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの薄型ディスレイ向けの高圧電源装置に関する。

従来、高圧トランスとしては、ブラウン管ＴＶに用いられていたフライバックトランスが一般的に知られている。例えば、特許文献１（特開平６−６９７５号公報）には、複数のトランスを直列接続した高圧電源回路が開示されている。

特開平６−６９７５号公報

ブラウン管ＴＶ向けのフライバックトランスは、ブラウン管自体がかなりの大きさ（体積）を有するため、ＴＶの筐体とブラウン管の隙間に収まる程度の大きさであればよかった。したがって、従来、フライバックトランスは、小型化や薄型化をあまり求められてこなかった。ところが、近年開発されているＦＥＤ等の薄型ディスプレイにフライバックトランスを利用する場合には、フライバックトランスを薄型化する必要がある。

ところで、高圧電源の場合、スイッチング素子のターンオフ時に生じるヒゲ状のスパイク電圧が問題となる。このヒゲ状のスパイク電圧は、トランスの漏れインダクタンスと寄生容量とが原因で生じる。したがって、トランスの１次コイルと２次コイルとの間の磁気結合度が高ければ高いほど発生しにくい。しかしながら、薄型のトランスにおいて、磁気結合特性を高めるのは困難である。したがって、薄型の高圧電源において、スパイク電圧は不可避の問題である。

スパイク電圧が、スイッチング素子の耐圧を超えるとスイッチング素子が壊れる。ところが、大きなスパイク電圧に耐え得るスイッチング素子は、高コストである。また、このようなスイッチング素子は、低効率でもある。例えば、一般的に高耐圧のＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）は、オン抵抗が大きい。

スパイク電圧を含めたドレイン電圧をＦＥＴ定格以下に抑えるためには、トランスの昇圧比を大きくするためにトランスを大型化したり、トランス個数を増やしたりする、という方法がある。しかし、これらの方法は、高圧電源の薄型化あるいは小型化の要求に反する。

そこで、薄型の高圧電源においては、スパイク電圧を削減することが好ましい。スパイク電圧を削減する方法の１つに、上述の特許文献２に記載されているように、トランスの１次巻線側回路に設けたスナバ回路（ＲＣ回路）で、スパイク電圧を消費する方法がある。しかし、高圧電源において、電源の薄さを保ったまま、スナバ回路をスパイク電圧の削減に適した位置に設置するのは困難である。また、この場合は、スパイク電圧が全て損失となってしまうため、回路効率が低下するという問題もある。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、薄型の高圧電源装置を提供することを課題とする。

本発明の１つの局面に従うと、高圧電源装置であって、複数の高圧トランスモジュールを備える。各高圧トランスモジュールは、第１の１次コイルと、第１の１次コイルの周囲に巻かれた第１の２次コイルと、第１の２次コイルの少なくとも一端に接続された整流ダイオードと、第１の１次コイル、第１の２次コイルおよび整流ダイオードを収納するケースとを含み、第１の１次コイル、第１の２次コイルおよび整流ダイオードを含んだケース内は樹脂封止されている。高圧電源装置は、隣り合う２つの高圧トランスモジュールを直列接続するリードと、各第１の１次コイルの第１の端に接続された駆動電源と、各第１の１次コイルの第１の端と異なる第２の端に接続されたスイッチと、第２の端に、スイッチと並列に接続される共振コンデンサと、高圧トランスモジュールの第１の２次コイルの高圧側端子から出力する電圧を検出する第１の電圧検出手段と、第１の電圧検出手段の出力に応じてスイッチをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段と、サブトランスとをさらに備える。サブトランスは、第２の１次コイルを含み、第２の１次コイルの第１の端は、駆動電源に接続され、第２の１次コイルの第１の端と異なる第２の端は、スイッチに接続され、第２の２次コイルと、整流平滑回路とをさらに含み、第２の２次コイルは、整流平滑回路を介して第１の２次コイルの低圧側端子に接続される。第２の１次コイルと第２の２次コイルとの間の磁気結合度は、第１の１次コイルと第１の１次コイルとの間の磁気結合度に比べて大きい。

好ましくは、第２の２次コイルは、最も低圧側の第１の２次コイルの低圧側端子に接続される。

好ましくは、第２の１次コイルの巻数の第２の２次コイルの巻数に対する比は、第１の１次コイルの巻数の第１の２次コイルの巻数に対する比よりも大きい。

さらに好ましくは、第２の１次コイルは、共通の軸の周囲に異なる径で巻かれた内側コイルおよび外側コイルを有し、第２の２次コイルは、内側コイルと外側コイルとの間に巻かれている。

好ましくは、高圧トランスモジュールは、２次側に倍電圧整流回路を有する。
好ましくは、第１の２次コイルは、セクション巻きされている。

好ましくは、整流ダイオードは、第１の２次コイルの第１の端にアノードが接続される第１のダイオードと、第１の２次コイルの第１の端と異なる第２の端にカソードが接続される第２のダイオードとを含む。

好ましくは、スイッチは、複数のスイッチ素子を含み、各スイッチ素子は、少なくとも１つの第１の１次コイルの第２の端に接続されており、ＰＭＷ制御手段は、第１の電圧検出手段の出力に応じて、複数のスイッチ素子を同期してＰＷＭ制御する。

好ましくは、高圧電源装置は、サブトランスの２次側に接続され、第２の２次コイルに発生する電圧を検出する第２の電圧検出手段と、第２の電圧検出手段の出力と所定の基準値とを比較し、比較結果を出力する比較器とをさらに備える。

さらに好ましくは、高圧電源装置は、第２の電圧検出手段の出力が基準値を上回るとき、ＰＷＭ制御手段の動作を停止させる保護回路をさらに備える。

本発明に係る高圧電源装置は、複数の高圧トランスモジュールと、サブトランスとを備える。高圧トランスモジュールの２次コイルは、直列接続されている。サブトランスの１次コイルは、各高圧トランスモジュールの１次コイルと並列に、駆動電源およびスイッチに接続される。サブトランスの２次コイルは、高圧トランスモジュールの２次コイルの低圧側端子に整流平滑回路を介して接続される。サブトランスのコイルの磁気結合度は、高圧トランスモジュールのコイルの磁気結合度に比べて大きい。この結果、本発明に係る高圧電源装置は、薄型にできる。

本実施の形態に係る電源装置の構成の概略図である。 トランスモジュールの内部部品の上面図である。 トランスモジュールの内部部品の側断面図である。 トランスモジュールの第１の製造工程を示す図である。 トランスモジュールの第２の製造工程を示す図である。 トランスモジュールの第３の製造工程を示す図である。 トランスモジュールの第４の製造工程を示す図である。 サブトランスの構成を説明するための図である。 サブトランスの上面図である。 サブトランスの正面図である。 サブトランスの１次コイルおよび２次コイルの作成方法を説明するための図である。 第１の実施の形態に係る電源装置の回路図である。 高圧トランスの斜視図である。 高圧トランスの側断面図である。 第２の実施の形態に係る電源装置の回路図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部分には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返さない。

［第１の実施の形態］
（概略的構成）
図１は、本実施の形態に係る電源装置１の構成の概略図である。図１を参照して、電源装置１は、基板１０と、４つのトランスモジュール１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄと、リード１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄ，１５０，１６０と、分圧ユニット１４０と、サブトランス１７０とを備える。トランスモジュール１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ、サブトランス１７０および分圧ユニット１４０は、基板１０上に配置されている。

トランスモジュール１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄは、各々、供給された電圧を昇圧する。以下、区別の必要がないときは、トランスモジュール１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄを総称して、トランスモジュール１００とよぶ。また、トランスモジュール１００の各部品についても、区別の必要がないときは、各部品を示す符号から添え字ａ，ｂ，ｃ，ｄを省略する。

図１を参照して、各トランスモジュール１００は、電圧入力端子１０１と、電圧出力端子１０２と、ケース１０４と、フェライト１１０とを含む。また、トランスモジュール１００は、トランス１０６（図１には示さず）を含む。トランス１０６は、ケース１０４内に格納されている。各トランスモジュール１００は、同様の構成をもつ。そのため、図中では、適宜、トランスモジュール１００の部品を示す符号を省略している。

トランス１０６およびフェライト１１０について、図２および図３を参照して説明する。図２は、トランスモジュール１００の内部部品の上面図である。図３は、トランスモジュール１００の内部部品の側断面図である。トランス１０６は、図３を参照して、１次コイル１０７と、１次コイル１０７の周囲に積層巻きされた２次コイル１０８とを含む。フェライト１１０は、１次コイル１０７を貫通するように配置されている。

電圧入力端子１０１には、駆動電源２００（図１には示さず）あるいは他のトランスモジュール１００から電圧が供給される。電圧出力端子１０２は、昇圧された電圧を出力する。

リード１３０ａ，ｂ，ｃは、各々、隣り合う２つのトランスモジュール１００を接続する。例えば、リード１３０ｂは、トランスモジュール１００ｂの電圧出力端子１０２ｂと、トランスモジュール１００ｃの電圧入力端子１０１ｃとを接続する。

トランスモジュール１００ａ，ｂ，ｃ，ｄは、リード１３０ａ，ｂ，ｃによって、直列接続されている。その結果、トランスモジュール１００ｄは、各トランスモジュールの出力電圧を合計した高電圧を出力することができる。

リード１３０ｄは、トランスモジュール１００ｄと分圧ユニット１４０とを接続する。
分圧ユニット１４０は、トランスモジュール１００ｄが出力する電圧を分圧する。分圧された電圧は、トランスモジュール１００ｄが出力する電圧値の測定のために用いられる。

なお、分圧ユニット１４０は、電源装置１が最終的に出力する電圧を検出できる検出装置であればよい。例えば、トランスモジュール１００ａ，ｂ，ｃの出力電圧から、トランスモジュール１００ｄの電圧が予測できるならば、トランスモジュール１００ａ，ｂ，ｃに接続されていてもよい。ただし、本実施の形態のように、最も高圧側のトランスモジュール１００ｄに検出装置を接続するのが、検出精度の面で好ましい。

図１に示すように、各トランスモジュール１００の電圧入力端子１０１および電圧出力端子１０２は、基板１０に平行である。すなわち、電圧入力端子１０１および電圧出力端子１０２の軸は、基板１０に平行である。

この構成によれば、電圧入力端子１０１および電圧出力端子１０２を基板１０に差し込む構成に比べ、リード１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄと、基板１０上の他の電子部品との距離を長くすることができる。したがって、この構成によれば、寄生振動による発熱を低減できる。

リード１５０は、トランスモジュール１００ａと駆動電源２００（図１には示さず）とを接続する。リード１６０は、トランスモジュール１００ｄから出力された高電圧を出力する。

サブトランス１７０は、巻線部１８０と、第１のフェライトコア１９１と、第２のフェライトコア１９２とを含む。サブトランス１７０は、トランスモジュール１００ａ〜１００ｄの４分の１程度のサイズである。サブトランス１７０は、電源装置１００に含まれるスイッチング素子のオンオフ時に、トランスモジュール１００の出力電圧に発生するスパイク電圧を取り除く。サブトランス１７０の詳細については、後述する。

（トランスモジュール）
トランスモジュール１００の構成について、図４から７を参照してより詳しく説明する。図４から７は、各々、トランスモジュールの製造工程を示す図である。便宜上、図４〜７に示す製造工程を、それぞれ、第１〜第４の製造工程とよぶ。図４〜７は、それぞれ、第１〜第４の製造工程において組み立てられた、トランスモジュール１００を構成する部品を、基板１０に接続される側から見た斜視図である。

図４を参照して、第１の製造工程において、トランス１０６と、第１の部品１１２とが接続される。第１の部品１１２は、接地用の端子１１３を含む。

本実施の形態において、トランス１０６としては、電源装置１の薄型化のために、セクショントランスを用いる。つまり、トランス１０６の巻線部１８０は、１次コイルが巻かれる１次巻線部と、２次コイルが巻かれる２次巻線部とを有する。１次巻線部と２次巻線部とは、分離壁などによって互いに絶縁されている。２次巻線部は、複数のセクションに分割されており、各セクションに、２次コイルが巻かれる。つまり、２次コイルは、セクション巻きされている。

図５を参照して、第２の製造工程において、トランス１０６および第１の部品１１２に、さらに、第２の部品１１４と、フェライト１１０とが接続される。第２の部品１１４は、電圧入力端子１０１および電圧出力端子１０２が接続可能なコネクタとして機能する。

図６を参照して、第３の製造工程において、トランス１０６および第１の部品１１２（端子１１３を除く）を覆うようにケース１０４が設置される。ケース１０４内には、封止樹脂が充填される。その結果、ケース１０４内の各回路部品は、外部から絶縁される。

図７を参照して、第４の製造工程において、第２の部品１１４に、電圧入力端子１０１および電圧出力端子１０２が接続される。

（サブトランス）
サブトランス１７０の構成について、以下、詳しく説明する。

図８は、サブトランス１７０の構成を説明するための図である。図８Ａおよび図８Ｂは、それぞれ、サブトランス１７０の作成過程を示すための図である。図８Ｃは、サブトランス１７０の外観の斜視図である。

サブトランス１７０は、図８Ａに示す部品１７２を含む。部品１７２の巻線部１８０には、１次コイルと２次コイルとが巻かれる。サブトランス１７０の１次コイルおよび２次コイルの詳細については、後述する。

図８Ｂには、コイルを巻いた部品１７２を示している。コイルを巻いた部品１７２に、第１のフェライトコア１９１および第２のフェライトコア１９２を部品１７２にはめ込んで、サブトランス１７０が完成する（図８Ｃを参照）。

ここで、部品１７２とコイルとの関係について、図９および図１０を参照して説明する。図９は、サブトランス１７０の上面図である。図１０は、サブトランス１７０の正面図である。ただし、図９および図１０には、第１のフェライトコア１９１および第２のフェライトコア１９２を示していない。

図９および図１０を参照して、サブトランス１７０の部品１７２は、図９および図１０の左右方向に貫通する穴を有する。この穴には、第１のフェライトコア１９１および第２のフェライトコア１９２が差し込まれる。

図１０を参照して、部品１７２には、部品１７２にから近い順に、穴の周囲に、導線１８１、導線１８３、および、導線１８５が、巻かれる。本実施の形態では、導線１８１、導線１８３、および、導線１８５の材質は同じであるとする。導線１８１と導線１８３との間、ならびに、導線１８３と導線１８５との間は絶縁されている。また、導線１８５の表面は、外界から絶縁されている。

図１１を参照して、サブトランス１７０の１次コイルおよび２次コイルについて説明する。図１１は、サブトランス１７０の１次コイルおよび２次コイルの作成方法を説明するための図である。図１１Ａから図１１Ｆは、各々、１次コイルおよび２次コイルの作成過程を示す図である。

図１１Ａを参照して、まず、部品１７２に、導線１８１を巻く。導線１８１は、均等整列巻される。巻かれた導線１８１は、部品１７２の端で折り返されない。部品１７２の一端から巻き始めた導線１８１は、巻かれ終わると、他端の端子に接続される。

図１１Ｂを参照して、導線１８１が巻かれた後、導線１８１を覆うように、絶縁テープ１８２を巻く。なお、絶縁テープ１８２のかわりに、他の絶縁材で導線１８１を覆ってもよい。

図１１Ｃを参照して、絶縁テープ１８２の周りに、導線１８３を巻く。導線１８３は、導線１８１と同様に巻かれる。すなわち、導線１８３は、導線１８１と同じ巻き方向に、同じ回数、均等整列巻される。また、巻かれた導線１８３は、部品１７２の端で折り返されない。部品１７２の一端から巻き始めた導線１８３は、巻かれ終わると、他端の端子に接続される。

図１１Ｄを参照して、導線１８３が巻かれた後、導線１８３を覆うように、絶縁テープ１８４を巻く。なお、絶縁テープ１８４のかわりに、他の絶縁材で導線１８３を覆ってもよい。

図１１Ｅを参照して、絶縁テープ１８４の周りに、導線１８５を巻く。導線１８５は、導線１８１と同様に巻かれる。すなわち、導線１８５は、導線１８１と同じ巻き方向に、同じ巻き回数、均等整列巻される。また、巻かれた導線１８５は、部品１７２の端で折り返されない。部品１７２の一端から巻き始めた導線１８５は、巻かれ終わると、他端の端子に接続される。

図１１Ｆを参照して、導線１８５が巻かれた後、導線１８５を覆うように、絶縁テープ１８６を巻く。なお、絶縁テープ１８４のかわりに、他の絶縁材で導線１８５を覆ってもよい。例えば、トランスモジュール１００と同様に、導線１８５が巻かれた部品１７２全体を樹脂封止してもよい。ただし、絶縁テープ１８６を用いる方が、サブトランス１７０を安価に、かつ、簡易に作成できる。サブトランス１７０に発生する電圧はトランスモジュール１００に発生する電圧に比べて低いため、絶縁テープにより、十分にサブトランス１７０を外部から絶縁できる。

導線１８１および導線１８５は、駆動電源２００に接続される。導線１８１および導線１８５は、サブトランス１７０の１次コイルとして機能する。また、導線１８３は、トランスモジュール１００の２次コイルに接続される。導線１８３は、サブトランス１７０の２次コイルとして機能する。

つまり、本実施の形態に係るサブトランス１７０は、共通の軸の周囲に異なる径で巻かれた内側コイル（導線１８１）および外側コイル（導線１８５）が１次コイルとして機能する。２次コイルである導線１８３は、導線１８１と導線１８５との間に巻かれている。

本実施の形態において、サブトランス１７０の、１次コイルの巻数の２次コイルの巻数に対する比（巻数比）は、トランスモジュール１００の巻数比に比べて高い。これは、サブトランス１７０の磁気結合度を、トランスモジュール１００の磁気結合度よりも大きくするためである。

また、導線１８１、導線１８３、および導線１８５を、同じ回数、折り返しなしで、均等整列巻きするのも、１次コイルと２次コイルとの間の磁気結合を強めるためである。導線１８１、導線１８３および導線１８５の材質を同じにしているのも、１次コイルと２次コイルとの間の磁気結合を強めるためである。サブトランス１７０は、トランスモジュール１００に比べ、大きな磁気結合度を持つため、スパイク電圧を効率的に取り除くことができる。

ただし、サブトランス１７０のコイルの巻き方は、上述のものに限られるわけではない。サブトランス１７０のコイルは、サブトランス１７０の磁気結合度が、トランスモジュール１００に比べて高くなるように巻かれていればよい。ただし、本実施の形態のように巻き方は、サブトランス１７０の作成が容易である。

また、サブトランス１７０の１次インダクタンスは、トランスモジュール１００の１次インダクタンスに比べて大きく（概略２倍以上に）設定されている。これは、サブトランス１７０が、スパイク電圧の吸収を主目的としているためである。サブトランス１７０は、大きな１次インダクタンスをもつため、サブトランス１７０に流れる１次電流は少なく、トランスとしての出力パワーも小さい。したがって、サブトランス１７０は、小型化可能である。

特に、サブトランス１７０は、最も低圧側のトランスモジュール１００ａの低圧側端子（電圧入力端子１０１ａ）に接続されるため、大きな耐圧を必要としない。したがって、サブトランス１７０は、１次−２次コイル間で大きな絶縁距離をとる必要がなく、より磁気結合を上げられる。また、小型化が容易となる。樹脂モールドで覆う必要もなく、安価に作成できる。

なお、基板の設計等によっては、サブトランス１７０は、トランスモジュール１００ａに限られず、他のトランスモジュール１００の低圧側端子に接続しても構わない。この場合でも、サブトランス１７０は、トランスモジュール１００の２次側電圧に発生するスパイク電圧を除去できる。ただし、電源装置１の小型化あるいはサブトランス１７０の作成の容易化（さらには製造コストの削減）のためには、本実施の形態のように、サブトランス１７０は、最も低圧側のトランスモジュール１００ａの低圧側端子に接続することが好ましい。

（回路構成）
本実施の形態に係る電源装置１の回路構成について、図１２を参照して説明する。図１２は、電源装置１の回路図である。なお、図１２中には、回路の各要素に対応させて、図１等に示した電源装置１の部品の符号も図示している。

図１２を参照して、１次コイル１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄの図１２中で下側の端には、駆動電源２００が接続されている。１次コイル１０７ａおよび１０７ｂの図１２中で上側の端は、スイッチ素子Ｑ１の１つの端子に接続されている。１次コイル１０７ｃおよび１０７ｄの上側の端は、スイッチ素子Ｑ２の１つの端子に接続されている。なお、本実施の形態では、スイッチ素子Ｑ１およびＱ２は、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。

以下、各１次コイル１０７の端のうち、駆動電源２００が接続されている端（すなわち、図１２中で下側の端）を「電源側の端」とよぶ。各１次コイル１０７の端のうち、スイッチ素子Ｑ１あるいはＱ２が接続されている端（すなわち、図１２中で上側の端）を「スイッチ側の端」とよぶ。

スイッチ素子Ｑ１およびＱ２は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；パルス幅変調）回路４００からの信号に応じて、開閉する。なお、スイッチ素子Ｑ１およびＱ２の１次コイル１０７に接続されていない端子は、グランドに接続されている。

１次コイル１０７ａおよび１０７ｂのスイッチ側の端には、スイッチ素子Ｑ１の他に、共振コンデンサＣ１２が接続されている。共振コンデンサＣ１２の、１次コイル１０７ａおよび１０７ｂに接続されていない電極には、ダイオードＤ１９のカソードおよびダイオードＤ２０のアノードが接続されている。ダイオードＤ１９のアノードは、接地されており、ダイオードＤ２０のカソードは、駆動電源２００に接続されている。ダイオードＤ１９およびＤ２０は制御の安定性を確保するためのダイオードであり、必要に応じて設けても設けなくてもよい。設けない場合は、共振コンデンサＣ１２の、１次コイル１０７ａおよび１０７ｂに接続されていない電極はそのまま接地される。また、本実施の形態においては明示していないが、スイッチ素子Ｑ１およびＱ２の寄生ダイオード成分がダンパーダイオードとして機能しており、これを別途外付けのダイオードで実現してもよい。

さらに、ダイオードＤ１９のカソードには、ダイオードＤ２０のアノードが接続されている。ダイオードＤ２０のカソードは、駆動電源２００に接続されている。

１次コイル１０７ｃおよび１０７ｄには、コンデンサＣ１１、ダイオードＤ１８およびダイオードＤ２１が接続される。コンデンサＣ１１、ダイオードＤ１８およびダイオードＤ２１は、それぞれ、スイッチ素子Ｑ１、コンデンサＣ１２、ダイオードＤ１９およびダイオードＤ２０に対応する。そのため、これらについての説明は繰り返さない。

すなわち、トランスモジュール１００の１次側には、２つのトランスモジュールをＦＥＴ１個でドライブする回路ブロックが２つ構成されている。各回路ブロックでは、ＦＥＴごとの共振回路が構成されている。

２次コイル１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄの図１２中で上側（高圧側）の端には、それぞれ、ダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５，Ｄ７のアノードが接続されている。ダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５，Ｄ７は、高圧ダイオードである。

２次コイル１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄの図１２中で下側（低圧側）の端には、それぞれ、ダイオードＤ１４，Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄ１７のカソードが接続されている。ダイオードＤ１４，Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄ１７は、高圧ダイオードである。

トランスモジュール１００ａ（，ｂ，ｃ）の高圧側の端子とトランスモジュール１００ｂ（，ｃ，ｄ）の低圧側の端子とは、リード１３０ａ（，ｂ，ｃ）によって接続される。トランスモジュール１００ａの低圧側の端子は、グランドに接続されている。トランスモジュール１００ｄの高圧側の端子は、分圧ユニット１４０に接続される。

また、トランスモジュール１００ａ（，ｂ，ｃ，ｄ）の２次側には、コンデンサＣ１（，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４）およびダイオードＤ２（，Ｄ４，Ｄ６，Ｄ８）による倍電圧整流回路が構成されている。したがって、電源装置１は、より高い電圧を出力できる。

分圧ユニット１４０は、コンデンサＣ１０と、コンデンサＣ１３と、抵抗Ｒ５と、抵抗Ｒ６とを含む。コンデンサＣ１０およびコンデンサＣ１３は、直列接続されている。抵抗Ｒ５および抵抗Ｒ６は、直列接続されている。抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との間（あるいはコンデンサＣ１０とコンデンサＣ１３との間）の電圧が、増幅回路３００にかかる。

増幅回路３００は、分圧ユニット１４０からの検出電圧を増幅し、ＰＷＭ回路４００に与える。

ＰＷＭ回路４００は、スイッチ素子Ｑ１およびスイッチ素子Ｑ２をＰＷＭ制御する。すなわち、ＰＷＭ回路４００は、増幅回路３００からの入力電圧および鋸歯状波の振幅を比較し、入力電圧の大きさに応じたパルス幅のデュ−ティ比をもつパルスを出力する。ＰＷＭ回路４００の出力信号は、ＮＯＴ回路で反転され、スイッチ素子Ｑ１およびスイッチ素子Ｑ２に与えられる。

ＰＷＭ回路４００は、スイッチ素子Ｑ１およびスイッチ素子Ｑ２を同一信号でＰＷＭ制御する。各トランスの励磁期間を揃えることで、同等トランスを使用していることから、各トランスの出力電圧を同じくして電圧バランスを揃えるためである。

なお、スイッチ素子Ｑ１およびスイッチ素子Ｑ２のかわりに、単一のスイッチ素子を用いてもよい。しかし、高電力容量タイプでトランスモジュール１００の個数が多い場合、単一のスイッチ素子では熱損失が大きくなり、ヒートシンクの大型化が避けられない。その結果、薄型化に逆行してしまうため、本実施の形態のように、複数のスイッチ素子を用いることが好ましい。

トランスモジュール１００には、サブトランス１７０が接続されている。サブトランス１７０は、１次コイル（導線１８１および導線１８５）と、２次コイル（導線１８３）と、２次コイルに接続されているダイオードＤ９と、コンデンサＣ５とを含む。

サブトランス１７０の１次コイルは、トランスモジュール１００の１次コイル１０７と並列に結線されている。すなわち、１次コイルの一端は、駆動電源２００に接続されている。また、１次コイルの他端は、スイッチＱ１およびスイッチＱ２に接続されている。

サブトランス１７０の２次コイルは、トランスモジュール１００の２次コイル１０８の低圧側に、直列に、整流平滑回路（ダイオードＤ９およびコンデンサＣ５）を介して、結線されている。すでに説明したとおり、サブトランス１７０は、最も低圧側のトランスモジュール１００ａの低圧側端子に接続される。

この回路の動作を説明する。スイッチ素子Ｑ１およびＱ２は、ＰＷＭ回路４００の出力信号に応じて、オンオフ動作を行なう。スイッチ素子Ｑ１（あるいはＱ２のオン時には、１次コイル１０７ａおよび１０７ｂ（あるいは１次コイル１０７ｃおよび１０７ｄ）に電磁エネルギーが蓄積される。スイッチ素子Ｑ１（あるいはＱ２）がオンからオフに切り替わると、１次コイル１０７と共振コンデンサＣ１２（あるいはＣ１１）との間のＬＣ共振により、各１次コイル１０７にフライバックパルスが発生する。発生したフライバックパルスは、２次コイル１０８により昇圧される。２次コイル１０８により昇圧された電圧が、電源装置１から出力される。

共振コンデンサＣ１１またはＣ１２に接続された、ダイオードＤ１８またはダイオードＤ１９を含む回路は、フライバックパルス期間以外の不要振動を減らす。すなわち、これらの回路は、ダイオードクランプ回路として機能する。

図１２に示すように、電源装置１においては、各トランスモジュール１００の入力側および出力側にダイオードを入れている。そのため、トランスモジュール１００同士を接続するリード１３０ｂ，ｃ，ｄの交流的な電位を０Ｖ（ＡＣ＝０Ｖ）とすることができる。したがって、本実施の形態に係る電源装置１によれば、リード１３０ｂ、ｃ、ｄと基板１０との間での外部放電（コロナ放電）の発生を抑えることができる。

よって、電源装置１では、トランスモジュール１００と基板１０、あるいはＴＶ等の製品内部の導電部（シールド等も含む）との間の距離を、従来の電源装置に比べ、より短くできる。つまり、電源装置１を、薄型化（低背化）することが可能である。また、電源装置１を用いれば、ＦＥＤパネルと電源装置１をより近づけた、より薄型のＦＥＤを製作することができる。

参考のため、従来の高圧トランス５００を図１３および図１４に示す。図１３は、高圧トランス５００の斜視図である。図１４は、高圧トランス５００の側断面図である。高圧トランス５００は、樹脂ケース５１０と、巻線部５２０と、封止樹脂５５０とを備える。封止樹脂５５０は、樹脂ケース５１０内に充填されており、巻線部５２０などの回路部品を外部から絶縁している。巻線部５２０は、低圧巻専用ボビン５２０ａ、低圧巻線５２０ｂ、高圧巻専用ボビン５２０ｃ、および、高圧巻線５２０ｄを含む。

この高圧トランス５００は、単体で、高圧を得るように設計されている。そのため、巻線部５２０が大型である。本実施の形態に係る電源装置１では、各トランスモジュール１００を、高圧トランス５００に比べ、小型にできる。

サブトランス１７０の出力は平滑され、ＤＣとなっている。サブトランス１７０の出力に接続されるトランスモジュール１００ａは、入力側にダイオードＤ１４が入れられている。それにより、仮想接地点がサブトランス１７０のコイル中心に移り、トランスの分布容量が低減される。その結果、電源装置１は、寄生振動の高調波の周波数をより高くすることができ、発熱等による電力の損失を減らせる。また、２次側コイル端に発生するＡＣパルスレベルが１／２となるため、外部放電の発生を抑えることができる。

さらに、電源装置１では、トランスモジュール１００の入出力側にダイオードが付けられている。そのため、入出力の片側だけにダイオードが付けられている電源装置に比べ、電源装置１のダイオードの耐圧は半分でよい。ダイオードによる損失が分散されるので、電源装置１のトランスモジュール１００の温度上昇は、抑制される。

さらに、いずれのトランスモジュール１００も、入力側と出力側とにダイオードを有するという同一の構成を有する。したがって、電源装置１を製造する際に、どのトランスモジュールを何番目に実装しなければならない、といった制約がない。つまり、電源装置１には、工場での生産性が高いという利点もある。

ただし、電源装置１に求められる薄さなどによっては、各トランスモジュール１００の２次コイル１０８の一端に、整流ダイオードを接続するだけでもよい。しかしながら、リード部でのコロナ放電等を防ぐために、トランスモジュール１００は、２次コイル１０８の両端に整流ダイオードを備えることが好ましい。

サブトランス１７０は、ダイオードＤ９とコンデンサＣ５とを含む整流平滑回路により、スイッチのオンオフ時にドレイン電圧に生じるスパイク電圧を吸収する。つまり、サブトランス１７０の２次側出力は、ダイオードＤ９で整流された後、コンデンサＣ５で平滑され、トランスモジュール１００の低圧側に入れられる。

スパイク電圧を取り除かないとすると、スパイク電圧を含めたドレイン電圧をＦＥＴ定格以下に抑える必要から、トランスの昇圧比を大きくするためにトランスを大型化したり、トランス個数を増加する必要がある。しかし、電源装置１は、サブトランス１７０によりスパイク電圧を吸収するため、このような必要がなく、電源装置１を小型化および薄型化できる。

従来、スパイク電圧を除去する方法としては、フライバックトランスに設ける別巻線で、スパイク電圧を回収する方法が一般的であった。ところが、トランスモジュール１００は、すでに説明したように、薄型化のため、セクショントランスである。別巻線を２次コイルの外側に配置すると、トランスがセクション構造を持つために、別巻線と１次コイルとの結合に限界がある。そのため、この方法は、効率よくスパイク電圧を低減できない。また、１次コイル側に別巻線を設けると、トランスのサイズが大きくなり、電源装置１の薄型化に逆行する。

本実施の形態に係るサブトランス１７０は、トランスモジュール１００の構造によらず、スパイク電圧を効率よく吸収できる。したがって、電源装置１のトランスモジュール１００として、セクション構造の高圧トランスを用いることができ、電源装置１を薄型化できる。

また、サブトランス１７０は、吸収した電圧成分を、ＤＣ化して、高圧出力に加算する。つまり、サブトランス１７０を用いることで、スナバ回路を用いる場合に比べ、エネルギー損失を軽減できる。また、その結果、電源装置１のトランスモジュールの段数を減らせるので、電源装置１を小型化できる。

さらに、スナバ回路でスパイク電圧を取り除く場合、複数個のＦＥＴのそれぞれに対してスナバ回路を設けなければいけない。これに対し、サブトランス１７０は、複数のＦＥＴに対し、１つでよい。したがって、サブトランス１７０を用いれば、電源装置１を効率よく小型化できる。

また、電源装置１は、ＰＷＭ制御を行なっている。したがって、電源装置１は、電源装置１に係る負荷が大きくなるほど、ＯＮパルス幅を広げ、ドレイン電圧を高くすることで出力の補正量を増大させている。従来は、負荷の増加時に、スパイク電圧のピークも大きくなる問題が発生していた。サブトランス１７０は、この問題を解決する。サブトランス１７０の出力は高圧出力に結線されているため、負荷が大きくなるほどに、サブトランス１７０によるスパイク電圧の引き抜き（スパイク電圧の吸収能力）は大きくなる。したがって、サブトランス１７０は、より効率的にスパイク電圧を吸収できる。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態では、第１の実施の形態に係る電源装置１のサブトランス１７０の出力に抵抗分割回路を結線した電源装置１について説明する。第２の実施の形態に係る電源装置１の外観、トランスモジュール１００、サブトランス１７０の構成については、第１の実施の形態と同様である。したがって、ここでは、これらの詳しい説明を繰り返さない。

第２の実施の形態に係る電源装置１の回路構成を、図１５に示す。図１５は、第２の実施の形態に係る電源装置１の回路図である。ここでは、第１の実施の形態に係る電源装置１の回路（図１２参照）と異なる部分を説明する。

サブトランス１７０には、コンデンサＣ５と並列に、抵抗Ｒ８および抵抗Ｒ９が接続される。抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９とは直列に接続されており、抵抗分割回路を構成する。抵抗Ｒ８および抵抗Ｒ９により分圧されたサブトランス１７０の出力電圧は、ラッチ回路６００に入力する。ラッチ回路６００の出力は、ＰＷＭ制御回路７００に含まれるドライブパルスのコンパレータ７１０に入力する。

ラッチ回路６００は、オペアンプ６１０と、フリップフロップ回路６２０と、積分回路６３０とを含む。オペアンプ６１０は、サブトランス１７０の出力電圧が所定の基準値（例えば５Ｖ）以上に高くなったときに、フリップフロップ回路６２０に出力する。フリップフロップ回路６２０は、出力電圧が基準値を上回るときに、コンパレータ７１０を制御し、ＰＷＭ制御回路７００を停止する。

なお、オペアンプ６１０は、２つの電圧の大小を比較する比較器の一例である。オペアンプ６１０のかわりに同等の機能を持つ素子あるいは回路を用いても構わない。また、ここでは、フリップフロップ回路６２０とコンパレータ７１０との組み合わせにより、ＰＷＭ制御回路７００を停止しているが、他の方法で、ＰＷＭ制御を停止してもよい。例えば、サブトランス１７０の出力電圧が基準値を上回ると、回路を切断するスイッチを、ＰＷＭ制御回路７００を停止する保護回路として用いてもよい。

動作不能のトランスモジュール１００が生じた場合や、トランスモジュール１００間の結線外れがあった場合（オープン状態）には、高圧出力電圧が下がるためドライブパルス幅は広がるものの、出力電流は流れない。このとき、サブトランス１７０は無負荷状態となり、サブトランス１７０の出力電圧が異常に高くなる。したがって、ラッチ回路６００は、トランスモジュール１００の異常検出回路として機能する。

すでに説明したように、サブトランス１７０の１次インダクタンスは、トランスモジュール１００の１次インダクタンスの略２倍以上と高めに設定されている。そのため、サブトランス１７０のエネルギー蓄積量は、高圧トランスに比べて少なく、負荷に応じたサブトランス１７０の出力変化は、大きい。このようなサブトランス１７０の無負荷状態の出力特性を利用することで、本回路は、鋭敏にオープン状態や、トランスモジュール１００の動作不良を検出できる。

［その他］
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 電源装置、１０ 基板、１００ａ，ｂ，ｃ，ｄ トランスモジュール、１０１ 電圧入力端子、１０２ 電圧出力端子、１０４ ケース、１０６ トランス、１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄ １次コイル、１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄ ２次コイル、１１０ フェライト、１１２ 第１の部品、１１３ 端子、１１４ 第２の部品、１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄ リード、１４０ 分圧ユニット、１５０，１６０ リード、１７０ サブトランス、１７２ 部品、１８０ 巻線部、１８１ 導線、１８２ 絶縁テープ、１８３ 導線、１８４ 絶縁テープ、１８５ 導線、１８６ 絶縁テープ、１９１ フェライトコア、１９２ フェライトコア、２００ 駆動電源、３００ 増幅回路、４００ ＰＷＭ回路、５００ 高圧トランス、５１０ 樹脂ケース、５２０ａ 低圧巻専用ボビン、５２０ｂ 低圧巻線、５２０ 巻線部、５２０ｃ 高圧巻専用ボビン、５２０ｄ 高圧巻線、５５０ 封止樹脂、６００ ラッチ回路、６１０ オペアンプ、６２０ フリップフロップ回路、６３０ 積分回路、７００ 制御回路、７１０ コンパレータ、Ｃ１０，Ｃ１１，Ｃ１２ コンデンサ、Ｃ１２ 共振コンデンサ、Ｃ１３ コンデンサ、Ｄ１，Ｄ３，Ｄ５，Ｄ７，Ｄ１４，Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄ１７ ダイオード、Ｄ１８，Ｄ１９ ダイオード、Ｄ２０，Ｄ２１ ダイオード、Ｑ１ スイッチ素子、Ｑ２ スイッチ素子。

Claims (10)

1. 複数の高圧トランスモジュールを備え、
   各前記高圧トランスモジュールは、
   第１の１次コイルと、
   前記第１の１次コイルの周囲に巻かれた第１の２次コイルと、
   前記第１の２次コイルの少なくとも一端に接続された整流ダイオードと、
   前記第１の１次コイル、前記第１の２次コイルおよび前記整流ダイオードを収納するケースとを含み、
   前記第１の１次コイル、前記第１の２次コイルおよび前記整流ダイオードを含んだ前記ケース内は樹脂封止されており、
   隣り合う２つの前記高圧トランスモジュールを直列接続するリードと、
   各前記第１の１次コイルの第１の端に接続された駆動電源と、
   各前記第１の１次コイルの前記第１の端と異なる第２の端に接続されたスイッチと、
   前記第２の端に、前記スイッチと並列に接続される共振コンデンサと、
   前記高圧トランスモジュールの前記第１の２次コイルの高圧側端子から出力する電圧を検出する第１の電圧検出手段と、
   前記第１の電圧検出手段の出力に応じて前記スイッチをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段と、
   サブトランスとをさらに備え、
   前記サブトランスは、
   第２の１次コイルを含み、
   前記第２の１次コイルの第１の端は、前記駆動電源に接続され、前記第２の１次コイルの前記第１の端と異なる第２の端は、前記スイッチに接続され、
   第２の２次コイルと、
   整流平滑回路とをさらに含み、
   前記第２の２次コイルは、前記整流平滑回路を介して前記第１の２次コイルの低圧側端子に接続され、
   前記第２の１次コイルと前記第２の２次コイルとの間の磁気結合度は、前記第１の１次コイルと前記第１の１次コイルとの間の磁気結合度に比べて大きい、高圧電源装置。
2. 前記第２の２次コイルは、最も低圧側の前記第１の２次コイルの前記低圧側端子に接続される、請求項１に記載の高圧電源装置。
3. 前記第２の１次コイルの巻数の前記第２の２次コイルの巻数に対する比は、前記第１の１次コイルの巻数の前記第１の２次コイルの巻数に対する比よりも大きい、請求項１または２に記載の高圧電源装置。
4. 前記第２の１次コイルは、共通の軸の周囲に異なる径で巻かれた内側コイルおよび外側コイルを有し、
   前記第２の２次コイルは、前記内側コイルと前記外側コイルとの間に巻かれている、請求項３に記載の高圧電源装置。
5. 前記高圧トランスモジュールは、２次側に倍電圧整流回路を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の高圧電源装置。
6. 前記第１の２次コイルは、セクション巻きされている、請求項１から５のいずれか１項に記載の高圧電源装置。
7. 前記整流ダイオードは、
   前記第１の２次コイルの第１の端にアノードが接続される第１のダイオードと、
   前記第１の２次コイルの前記第１の端と異なる第２の端にカソードが接続される第２のダイオードとを含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の高圧電源装置。
8. 前記スイッチは、複数のスイッチ素子を含み、
   各前記スイッチ素子は、少なくとも１つの前記第１の１次コイルの前記第２の端に接続されており、
   前記ＰＭＷ制御手段は、前記第１の電圧検出手段の出力に応じて、前記複数のスイッチ素子を同期してＰＷＭ制御する、請求項１から７のいずれか１項に記載の高圧電源装置。
9. 前記サブトランスの２次側に接続され、前記第２の２次コイルに発生する電圧を検出する第２の電圧検出手段と、
   前記第２の電圧検出手段の出力と所定の基準値とを比較し、比較結果を出力する比較器とをさらに備える、請求項１から８のいずれか１項に記載の高圧電源装置。
10. 前記第２の電圧検出手段の出力が前記基準値を上回るとき、前記ＰＷＭ制御手段の動作を停止させる保護回路をさらに備える、請求項９に記載の高圧電源装置。