JP2011090808A - 冷陰極蛍光ランプ点灯用インバータ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト性および安全性等にすぐれるとともに、電力損失および発熱が少なく、実装上の制約が少ないＣＣＦＬ用インバータ回路を実現する。
【解決手段】ＣＣＦＬ（冷陰極蛍光ランプ）２０に高圧の２次電圧を印加する昇圧トランスＴ２の１次巻線の交流入力電流Ｉｓを検出してフィードバック制御する制御手段１０を備えるとともに、上記電流Ｉｓの検出手段を、昇圧トランスＴ２の１次巻線に直列に介在させられた容量素子Ｃｓと、この容量素子Ｃｓに分圧される交流電圧を直流化する整流回路で構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷陰極蛍光ランプ点灯用インバータ回路関し、たとえば液晶ディスプレイのバックライト光源用冷陰極蛍光ランプ（Ｃold Ｃathode Ｆluorescent Ｌamp−ＣＣＦＬ）の点灯に用いて好適である。

冷陰極蛍光ランプ（以下、ＣＣＦＬ）は、ランプ径が細く高輝度の光源が得られることから液晶ディスプレイ（モニター）のバックライト光源に多用されているが、点滅に強く、耐震性に優れ、比較的長寿命などにより、スキャナ用光源、看板、照明などにも広く使用されている。

このＣＣＦＬを点灯させるためには約７００〜１０００Ｖ程度の高圧交流電圧（高周波交流電圧）が必要である。このため、昇圧トランスを使用し、この昇圧トランスで約７００〜１０００Ｖ程度に昇圧した交流電圧をＣＣＦＬに印加して点灯させる。さらに、ＣＣＦＬを安定に点灯させるためには、ＣＣＦＬの通電電流を一定に制御する必要がある。つまり、ＣＣＦＬには、熱陰極管（Ｈot Ｃathode Ｆluorescent Ｌamp−ＨＣＦＬ）と同様、電流の安定化手段が必要である。

このため、従来においては、図４、図５にそれぞれ例示するように、たとえば液晶ディスプレイのバックライト光源用ＣＣＦＬ２０を、電池等の低圧直流入力電源Ｅ１を用いて点灯させためには、その直流入力電源Ｅ１をスイッチングして交流電源（高周波交流電源）を生成し、この交流電源を昇圧トランスＴ２で約７００〜１０００Ｖ程度の高電圧に昇圧して、ＣＣＦＬ２０の電極に印加させることを行う。これとともに、そのＣＣＦＬ２０の通電電流を検出する電流検出手段２６を設け、この電流検出手段２６の電流検出値が所定値となるように昇圧トランスＴ２の１次巻線の交流入力をフィードバック制御させることを行う（たとえば、特許文献１〜４参照）。

図４、図５において、Ｓ１，Ｓ２はＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子を用いたスイッチング素子であって、制御手段１０から与えられる２相パルス信号により、交互にオン・オフ動作させられて直流入力電源Ｅ１をスイッチングする。

制御手段１０にはＰＷＭ（パルス幅変調）回路が使用され、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２を所定周期のパルス信号で導通制御するとともに、そのパルス幅（デューティ）が外部から可変制御されることにより、スイッチング電流の通電量が可変制御される。

スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２によってスイッチングされた電流は、絶縁トランスＴ１の１次巻線に通電される。１次巻線には容量素子Ｃ１が直列に介在していて、交流成分だけが通電される。

この絶縁トランスＴ１の２次巻線から昇圧トランスＴ２の１次巻線に交流電流が入力されるとともに、電流検出手段２６の電流検出出力がフォトカプラ３０を介して制御手段１０に制御情報として入力されることにより、その電流検出値が所定値となるように、上記パルス幅がフィードバック制御される。

これにより、ＣＣＦＬ２０が所定の定電流で点灯駆動されるべく、昇圧トランスＴ２の１次巻線の交流入力がフィードバック制御される。

ここで、図４に例示した従来の回路では、ＣＣＦＬ２０の通電電流を検出する電流検出手段２６として、昇圧トランスＴ２の２次巻線側に電流検出用カレントトランスＣＴの１次巻線を直列に介在させ、このトランスＣＴの２次巻線に誘導される電圧を整流素子Ｄ１，Ｄ２で整流することにより、ＣＣＦＬ２０の通電電流に比例対応する電流検出電圧を得るようにしている。

また、図５に例示した従来の回路では、ＣＣＦＬ２０の通電電流を検出する電流検出手段２６として、昇圧トランスＴ２の１次巻線に電流検出用抵抗素子Ｒｓを直列に接続し、この抵抗素子Ｒｓの分圧電圧を整流素子Ｄ１，Ｄ２で整流することにより、ＣＣＦＬ２０の通電電流に比例対応する電流検出電圧を得るようにしている。

特開２０００−０５８２８９号公報 特開２００１−１９６１９６号公報 特開２００２−０１７０９０号公報 特開２００６−２７８１８０号公報

上述した従来方式のＣＣＦＬ用インバータ回路には次のような問題があった。
まず、図４に例示した回路では、ＣＣＦＬ２０の通電電流を検出する電流検出手段２６としてカレントトランスＣＴを使用しているが、このカレントトランスＣＴは高価であるため、これを使用するとコスト高になってしまう。

また、図４に示したように、昇圧トランスＴ２に複数の２次巻線が設けられ、各２次巻線にそれぞれＣＣＦＬ２０が接続される場合、コストの都合上、高価なカレントトランスＣＴは、複数の２次巻線の中のいずれか１つの２次巻線とＣＣＦＬ２０の間にだけに直列挿入される。この場合、そのカレントトランスＣＴが挿入されているＣＣＦＬ２０とそうでないＣＣＦＬ２０との間で通電電流に差が生じ、複数のＣＣＦＬ５０をバランス良く点灯させることができなくなる。

さらに、昇圧トランＴ２の２次巻線側（高圧側）に直列挿入されたカレントトランスＣＴの２次巻線が断線等によって開放になった場合、その開放端に異常な高電圧が発生して製品の破損や感電の危険を招くことがある。

一方、図５に例示した回路では、昇圧トランスＴ２の１次巻線に直列に接続された電流検出用抵抗素子Ｒｓにより、その１次巻線に流れる電流を電圧変換して検出する。しかし、昇圧トランスＴ２の１次巻線には大電流が流れるので、その電流検出用抵抗素子Ｒｓには、酸化金属抵抗などの大電力タイプのものが必要となる。また、１個で所定の電力容量と抵抗値が得難い場合は複数個を並列および／または直列に接続して使用する必要がある。このため、回路としては比較的簡単であっても、コスト高になってしまう。さらに、大電流が流れる抵抗素子Ｒｓは多量の発熱を伴うため、電力損失が大きいとともに、放熱を考慮しなければならないことによる実装上の制約が大きい、といった問題を生じる。

本発明は以上のような問題を解決するものであって、その目的は、低コスト性および安全性等にすぐれるとともに、電力損失および発熱が少なく、実装上の制約が少ないＣＣＦＬ用インバータ回路を提供することにある。

本発明は次のような手段を提供する。
第１の手段は、１次巻線に入力された交流電圧を昇圧して２次巻線からＣＣＦＬ（冷陰極蛍光ランプ）に印加する昇圧トランスと、ＣＣＦＬの通電電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段による電流検出値が所定値となるように上記１次巻線の交流入力をフィードバック制御する制御手段を備えた冷陰極蛍光ランプ点灯用インバータ回路であって、上記電流検出手段を、昇圧トランスの１次巻線に直列に介在させられた容量素子と、この容量素子に分圧される交流電圧を直流化する整流回路で構成したことを特徴とする冷陰極蛍光ランプ点灯用インバータ回路である。

第２の手段は、第１の手段において、１次巻線と２次巻線間が絶縁された絶縁トランスと、直流入力電源をスイッチングして絶縁トランスの１次巻線に通電させるスイッチング素子と、このスイッチング素子のスイッチング動作を制御することにより１次巻線の交流入力を制御する制御手段を有し、絶縁トランスの２次巻線から昇圧トランスの１次巻線に交流電流を入力させるとともに、電流検出手段の電流検出出力をフォトカプラ等の絶縁結合手段を介して制御回路にフィードバックさせることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ点灯用インバータ回路である。

第３の手段は、第２の手段において、電流検出手段の容量素子は、絶縁トランスの１次巻線側から絶縁隔離された２次巻線側の共通接地ラインと昇圧トランスの１次巻線との間に接続されていることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ点灯用インバータ回路である。

第４の手段は、第１〜第３のいずれかにおいて、絶縁トランスの１次巻線に容量素子が直列に介在させられていることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ点灯用インバータ回路である。

第５の手段は、第１〜第４のいずれかにおいて、電流検出手段は、昇圧トランスの１次巻線に直列に介在させられた容量素子と、この容量素子の両端に分圧されて現れる交流電圧を整流する整流素子と、この整流素子の整流出力側に並列接続された平滑用容量素子を有することを特徴とする冷陰極蛍光ランプ点灯用インバータ回路である。

第６の手段は、第１〜第５のいずれかにおいて、昇圧トランスの１次巻線に入力される交流電流の周波数が所定周波数に固定されていることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ点灯用インバータ回路である。

低コスト性および安全性等にすぐれるとともに、電力損失および発熱が少なく、実装上の制約が少ないＣＣＦＬ用インバータ回路を実現できる。

本発明の第１実施形態をなすＣＣＦＬ用インバータ回路の回路図である。 図１の回路において電流検出手段の電流検出電圧とＣＣＦＬへの出力電流との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態をなすＣＣＦＬ用インバータ回路の回路図である。 従来方式によるＣＣＦＬ用インバータ回路の第１例を示す回路図である。 従来方式によるＣＣＦＬ用インバータ回路の第２例を示す回路図である。

図１は、本発明の第１実施形態をなすＣＣＦＬ用インバータ回路を示す。
同図に示すＣＣＦＬ用インバータ回路は、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２、制御手段１０、絶縁トランスＴ１、昇圧トランスＴ２、電流検出手段２５、およびフォトカプラ３０などを有し、電池等の低圧直流入力電源Ｅ１をスイッチングして交流電源（高周波交流電源）を生成し、この交流電源を昇圧トランスＴ２で約７００〜１０００Ｖ程度の高電圧に昇圧して、ＣＣＦＬ２０の電極に印加させることを行う。これとともに、そのＣＣＦＬ２０の通電電流を電流検出手段２５で検出し、この電流検出値が所定値となるように昇圧トランスＴ２の１次巻線の交流入力をフィードバック制御させる。

スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２はＭＯＳＦＥＴを用いて構成され、制御手段１０から与えられる２相パルス信号により交互にスイッチング動作させられる。制御手段１０はＰＷＭ回路を用いて構成され、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２を所定周期の２相パルス信号で交互に導通させることにより、直流入力電源Ｅ１を交流変換して絶縁トランスＴ１の１次巻線に通電させる。この２相パルス信号のパルス幅（デューティ）が外部から可変制御されることにより、スイッチング電流の通電量が可変制御される。

絶縁トランスＴ１の１次巻線には容量素子Ｃ１が直列に介在させられていて、交流成分だけが通電される。

絶縁トランスＴ１は１次巻線側と２次巻線側の間が絶縁されていて、その１次側の共通接地ラインとその二次側の共通接地ラインを互いに絶縁隔離している。この絶縁トランスＴ１の２次巻線から昇圧トランスＴ２の１次巻線に交流電流が入力されるとともに、電流検出手段２５の電流検出出力Ｖｓが、絶縁結合器であるフォトカプラ３０を介して制御手段１０に制御情報として入力されることにより、その電流検出値（Ｖｓ）が所定値となるように、上記パルス幅がフィードバック制御される。

これにより、ＣＣＦＬ２０が所定の定電流で点灯駆動されるべく、昇圧トランスＴ２の１次巻線の交流入力がフィードバック制御される。

昇圧トランスＴ２は１つの２次巻線に対して複数の２次巻線（高圧巻線）を有する。各２次巻線の両端はそれぞれＵ字状ＣＣＦＬ２０の両電極に接続されている。各ＣＣＦＬ２０はそれぞれ、２次巻線からの出力電流Ｉｈにより点灯駆動される。

ここで、上記電流検出手段２５は、昇圧トランスＴ２の１次巻線に直列に介在させられた容量素子Ｃｓを用いて構成されている。これとともに、この容量素子Ｃｓの両端に分圧されて現れる交流電圧（Ｖｓ）を整流する整流素子Ｄ１と、この整流素子Ｄ１の整流出力側に並列接続された平滑用容量素子Ｃ２を有し、昇圧トランスＴ２の１次電流Ｉｓを直流電電圧に変換して出力する。

この電圧変換された電流検出出力Ｖｓが、フォトカプラ３０を介して制御手段１０にフィードパックされることにより、その電流検出出力Ｖｓが所定値となるべく、昇圧トランスＴ２の１次電流Ｉｓがフィードバック制御される。

この場合、昇圧トランスＴ２の１次巻線に直列に介在させられた容量素子Ｃｓは、所定周波数の交流電流に対して、容量値に応じたインピーダンス（交流インピーダンス）を呈する。このインピーダンスと昇圧トランスＴ２の１次電流Ｉｓの積に相当する交流電圧（Ｖｓ）が容量素子Ｃｓの両端に分圧される。この分圧電圧（Ｖｓ）が整流および平滑により直流化された後、フォトカプラ３０を介して制御手段１０にフィードバックされることにより、昇圧トランスＴ２の１次電流Ｉｓがフィードバック制御される。これに伴い、昇圧トランスＴ２の２次巻線からＣＣＦＬ２０に通電される出力電流Ｉｈが所定値に制御される。

図２は、電流検出手段２５の電流検出電圧ＶｓとＣＣＦＬへの出力電流Ｉｈとの関係を示す。同図に示すように、電流検出電圧Ｖｓは出力手電流Ｉｈの挙動をかなり忠実に反映している。したがって、出力電流Ｉｈをカレントトランスで直接検出することを行わなくても、その出力電流Ｉｈを正確に検出して制御手段１０にフィードバックさせることができる。そして、それにより、各ＣＣＦＬ２０への出力電流Ｉｈを精度良く制御して安定化させることができる。

上述した実施形態では、昇圧トランスＴ２の１次電流Ｉｓを、その昇圧トランスＴ２の１次巻線に直列接続された容量素子Ｃｓを用いて検出しているが、その際、昇圧トランスＴ２の１次巻線には大電流が流れるので、その容量素子Ｃｓにもその大電流が流れる。

容量素子Ｃｓに流れるのは交流電流であるが、容量素子Ｃｓに交流電流が流れても、電力損失はほとんどなく、したがって発熱もほとんどない。また、容量素子Ｃｓは、カレントトランスと違って、断線の可能性のある２次巻線がなく、したがって、異常な高電圧の発生による製品の破損や感電の危険といった恐はない。

以上により、低コスト性および安全性等にすぐれるとともに、電力損失および発熱が少なく、実装上の制約が少ないＣＣＦＬ用インバータ回路を実現することができる。また、特定の２次巻線にカレントトランスが介在する構成ではないことにより、各ＣＣＦＬ２０を均等に点灯駆動することができる。

電流検出手段２５の検出精度を高く確保するためには、昇圧トランスＴ２の１次巻線に入力される交流電流の周波数をなるべく固定化することが望ましい。このため、上述した実施形態では、定圧直流電源Ｅ１を所定周波数のパルス信号でスイッチングしている。つまり、この実施形態のインバータ回路は、いわゆる他励式である。

図３は、本発明の第２実施形態をなすＣＣＦＬ用インバータ回路を示す。
図１に示した第１実施形態との相違点だけに着目して説明すると、この第２実施形態では、昇圧トランスのＴ２の各２次巻線にそれぞれ２本のＣＣＦＬ２０が接続されている。つまり、１つの２次巻線の一方端と他方端がそれぞれ直管状のＣＣＦＬ２０の各一方の電極に接続している。この場合、各ＣＣＦＬ２０の各他方の電極はそれぞれ抵抗素子を介して共通接地ラインに接続されている。

この共通接地ラインは、絶縁トランスＴ１の１次巻線側の共通接地ラインからは絶縁隔離されているので、高圧による回路破損や感電が発生する恐れはない。そして、この場合も、特定の２次巻線にカレントトランスが介在する構成ではないことにより、各ＣＣＦＬ２０を均等に点灯駆動することができる。

１０ 制御手段（ＰＷＭ回路）
２０ ＣＣＦＬ
２５ 電流検出手段（本発明）
２６ 電流検出手段（従来）
３０ フォトカプラ
Ｃ１ 容量素子
Ｃ２ 平滑用容量素子
Ｃｓ 電流検出手段２５を構成する容量素子
ＣＴ カレントラトンス
Ｄ１，Ｄ１ 整流素子
Ｅ１ 低圧直流入力電源
Ｒｓ 電流検出用抵抗素子
Ｓ１，Ｓ２ スイッチング素子
Ｔ１ 絶縁トランス
Ｔ２ 昇圧トランス
Ｉｈ 出力電流
Ｉｓ 昇圧トランスＴ２の１次電流
Ｖｓ 電流検出出力

Claims (6)

1. １次巻線に入力された交流電圧を昇圧して２次巻線からＣＣＦＬ（冷陰極蛍光ランプ）に印加する昇圧トランスと、ＣＣＦＬの通電電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段による電流検出値が所定値となるように上記１次巻線の交流入力をフィードバック制御する制御手段を備えた冷陰極蛍光ランプ点灯用インバータ回路であって、
   上記電流検出手段を、昇圧トランスの１次巻線に直列に介在させられた容量素子と、この容量素子に分圧される交流電圧を直流化する整流回路で構成したことを特徴とする冷陰極蛍光ランプ点灯用インバータ回路。
2. 請求項１において、１次巻線と２次巻線間が絶縁された絶縁トランスと、直流入力電源をスイッチングして絶縁トランスの１次巻線に通電させるスイッチング素子と、このスイッチング素子のスイッチング動作を制御することにより１次巻線の交流入力を制御する制御手段を有し、絶縁トランスの２次巻線から昇圧トランスの１次巻線に交流電流を入力させるとともに、電流検出手段の電流検出出力をフォトカプラ等の絶縁結合手段を介して制御回路にフィードバックさせることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ点灯用インバータ回路。
3. 請求項２において、電流検出手段の容量素子は、絶縁トランスの１次巻線側から絶縁隔離された２次巻線側の共通接地ラインと昇圧トランスの１次巻線との間に接続されていることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ点灯用インバータ回路。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、絶縁トランスの１次巻線に容量素子が直列に介在させられていることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ点灯用インバータ回路。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、電流検出手段は、昇圧トランスの１次巻線に直列に介在させられた容量素子と、この容量素子の両端に分圧されて現れる交流電圧を整流する整流素子と、この整流素子の整流出力側に並列接続された平滑用容量素子を有することを特徴とする冷陰極蛍光ランプ点灯用インバータ回路。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、昇圧トランスの１次巻線に入力される交流電流の周波数が所定周波数に固定されていることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ点灯用インバータ回路。

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