JP2011176981A - Inverter circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inverter circuit reducing effects due to the fluctuation of a load and the characteristic dispersion of components containing a wound type transformer and improving the conversion efficiency of a power. <P>SOLUTION: The inverter circuit lights a discharge tube by converting a DC power supplied from a DC power supply into an AC power and supplying the discharge tube with the AC power. The inverter circuit includes a winding type transformer with a primary side coil and a secondary side coil, and a capacitor adding a capacitance component for reducing the effects of stray capacitances generated on the discharge tube, a load wire, or a pattern on a printed board while being mounted in parallel with the discharge tube or the discharging tube and a tube-current detector. The inverter circuit further includes a switching element which is switched at an oscillation frequency minimizing the absolute value of a phase difference between a voltage generated in the secondary side coil and a current flowing through the secondary side coil. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、直流を交流に変換した電力をトランスを介して負荷に供給するインバータ回路に関するものである。   The present invention relates to an inverter circuit that supplies electric power obtained by converting direct current to alternating current to a load via a transformer.

電気的絶縁、電圧の昇圧、降圧を行う際にはインバータ回路によって巻線型トランスを駆動させ、その出力を得る方法が有用である。機器の小型化に際し、小型巻線型トランスから従来並みの出力を得るため、高周波で駆動させる手法がとられている。   When performing electrical insulation, voltage step-up, and step-down, a method of driving the winding transformer by an inverter circuit and obtaining the output is useful. When downsizing equipment, a method of driving at a high frequency is used to obtain a conventional output from a small winding transformer.

例えば、視覚的に情報を伝える手段として、低コスト、鮮明さ、省スペースなどの観点から、液晶パネルを用いる方法が有用である。中型以上の液晶パネルにおいてはバックライト光源に専ら冷陰極管が用いられ、それを冷陰極管用インバータ回路により点灯している(例えば、特許文献1参照)。   For example, as a means for visually transmitting information, a method using a liquid crystal panel is useful from the viewpoints of low cost, clearness, and space saving. In a medium-sized or larger liquid crystal panel, a cold cathode tube is exclusively used as a backlight light source, and it is turned on by an inverter circuit for the cold cathode tube (see, for example, Patent Document 1).

電力伝送を伴う接合部の無限回転や、取付け、取外しの容易性、防水、防塵性を高めるため、機械的に非接触で電力および信号を誘導結合によって伝送する方式が有用であり、機械的に非接触で給電を行う非接触電力伝送装置がある(例えば、特許文献2参照)。   In order to increase the infinite rotation of joints that involve power transmission, ease of installation and removal, waterproofing, and dustproofness, a system that mechanically contactlessly transmits power and signals by inductive coupling is useful. There is a non-contact power transmission device that performs non-contact power feeding (see, for example, Patent Document 2).

特開2007−265897号公報JP 2007-265897 A 特開2009−189197号公報JP 2009-189197 A

従来の放電管点灯用インバータ回路では、構成部品を少なくできるコレクタ共振型ロイヤー回路が多用されてきたが、自励発振のため、構成部品の特性バラツキにより発振周波数にバラツキを生じ、回路設計段階で設定した最適動作周波数の極近傍で動作させることが難しかった。主要部品である巻線型トランスに関しては、電子部品というよりは機構部品そのものであり、製造段階による特性のバラツキが大きい。従って、自励発振による発振周波数を実回路における最適動作周波数と一致させることは難しい。   In the conventional inverter circuit for lighting a discharge tube, a collector resonance type Royer circuit that can reduce the number of components has been widely used.However, due to self-excited oscillation, the oscillation frequency varies due to variations in the characteristics of the components. It was difficult to operate in the vicinity of the set optimum operating frequency. The main part of the wire-wound transformer is a mechanical part rather than an electronic part, and its characteristics vary greatly at the manufacturing stage. Therefore, it is difficult to match the oscillation frequency by self-excited oscillation with the optimum operating frequency in the actual circuit.

また、非接触で電力伝送を行う方法としては、非接触巻線型トランスが用いられてきたが、非接触巻線型トランスを構成する2つのポットコア間のギャップ長によって、巻線型トランスとしての特性が大きく変化するため、効率良く電力伝送を行うことが難しかった。   In addition, as a method of non-contact power transmission, a non-contact winding type transformer has been used, but the characteristics as a winding type transformer are large due to the gap length between two pot cores constituting the non-contact winding type transformer. Because of the change, it was difficult to efficiently transmit power.

この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、負荷の変動、巻線型トランスを含めた構成部品の特性バラツキによる影響が軽減されて電力の変換効率が向上したインバータ回路を得ることを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is an inverter circuit in which the power conversion efficiency is improved by reducing the influence due to the fluctuation of the load and the characteristic variation of the components including the winding type transformer. The purpose is to obtain.

この発明に係るインバータ回路は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換してから放電管に供給することにより上記放電管を点灯するインバータ回路において、1次側コイルおよび2次側コイルを有する巻線型トランスと、上記放電管、負荷電線またはプリント基板上のパターンに生じる浮遊容量の影響を軽減するために容量成分を付加するとともに上記放電管、または上記放電管と管電流検出回路と並列に設けられたコンデンサと、上記2次側コイルに生起する電圧と上記2次側コイルに流れる電流との位相差の絶対値が最小となるような発振周波数でスイッチングされるスイッチング素子と、を備える。   An inverter circuit according to the present invention includes a primary side coil and a secondary side coil in an inverter circuit that turns on the discharge tube by converting DC power supplied from a DC power source into AC power and then supplying the AC power to the discharge tube. A winding-type transformer, a capacitance component added to reduce the influence of stray capacitance generated on the discharge tube, the load wire or the pattern on the printed circuit board, and the discharge tube, or the discharge tube and the tube current detection circuit, A capacitor provided in parallel; and a switching element that is switched at an oscillation frequency such that an absolute value of a phase difference between a voltage generated in the secondary coil and a current flowing in the secondary coil is minimized. Prepare.

また、この発明に係る他のインバータ回路は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換してから可動する負荷に非接触に供給するインバータ回路において、1次側コイルおよび2次側コイルを有する非接触巻線型トランスと、上記非接触巻線型トランスに生じる漏れインダクタンスによる電圧降下を抑制するために容量成分を付加するとともに上記2次側コイルに対して直列または並列に設けられたコンデンサと、上記2次側コイルに生起する電圧と上記2次側コイルに流れる電流との位相差の絶対値が最小となるような発振周波数でスイッチングされるスイッチング素子と、を備える。   In another inverter circuit according to the present invention, a primary side coil and a secondary side coil are provided in an inverter circuit that converts a DC power supplied from a DC power source into an AC power and then supplies it to a movable load in a contactless manner. A non-contact winding transformer having a capacitor, a capacitor added in order to suppress a voltage drop due to a leakage inductance generated in the non-contact winding transformer, and a capacitor provided in series or in parallel with the secondary coil; A switching element that is switched at an oscillation frequency such that the absolute value of the phase difference between the voltage generated in the secondary coil and the current flowing in the secondary coil is minimized.

この発明に係るインバータ回路は、同じ巻線型トランスを用いても、従来のインバータ回路よりも巻線型トランスの出カインピーダンスを小さくできるため、より大きな電力を取り出せ、同じ電力容量であれば巻線型トランスを小型化できる。さらに、1次側コイル、2次側コイルでの損失を抑えることができるので、巻線型トランスの発熱が抑えられ、小型で効率が良く、さらに放電管に対して汎用性を有する。   In the inverter circuit according to the present invention, even if the same winding type transformer is used, the output impedance of the winding type transformer can be made smaller than that of the conventional inverter circuit. Can be miniaturized. Furthermore, since the loss in the primary side coil and the secondary side coil can be suppressed, the heat generation of the wire-wound transformer is suppressed, and it is small and efficient, and further has versatility with respect to the discharge tube.

この発明の非接触電力伝送装置は、1次側コイル、2次側コイルを有する非接触巻線型トランスと、非接触巻線型トランスに生じる漏れインダクタンスによる電圧降下を抑制するために2次側コイルと直列、または並列に設けられたコンデンサと、2次側電圧と2次側電流の位相差の絶対値が最小となるように、1次側の発振周波数を決定する発振器とを備えたので、同じ非接触巻線型トランスを用いても、従来のインバータ回路よりも巻線型トランスの出カインピーダンスを小さくできるため、より大きな電力を取り出せるとともに、同じ電力容量であれば巻線型トランスを小型化できる。
また、2つのポット型コア間のギャップ長によって、電力の伝送効率の低下を招くことがないとともに、2次側コイルの漏れインダクタンスによる電圧降下を抑制し、損失を抑えることができるので、巻線型トランスの発熱が抑えられ、小型で効率がよい。
The non-contact power transmission apparatus of the present invention includes a non-contact winding transformer having a primary side coil and a secondary side coil, and a secondary side coil for suppressing a voltage drop due to leakage inductance generated in the non-contact winding transformer. Since a capacitor provided in series or in parallel and an oscillator that determines the oscillation frequency of the primary side so that the absolute value of the phase difference between the secondary side voltage and the secondary side current is minimized, the same is provided. Even if a non-contact winding type transformer is used, the output impedance of the winding type transformer can be made smaller than that of a conventional inverter circuit, so that a larger amount of power can be taken out and the winding type transformer can be miniaturized with the same power capacity.
In addition, the gap length between the two pot-type cores does not cause a reduction in power transmission efficiency, and the voltage drop due to the leakage inductance of the secondary coil can be suppressed, so that the loss can be suppressed. Transformer heat generation is suppressed, and it is small and efficient.

この発明の実施の形態1に係る冷陰極管点灯回路の構成を表したブロック図である。It is a block diagram showing the structure of the cold cathode tube lighting circuit which concerns on Embodiment 1 of this invention. 2次側電圧波形と2次側電流波形である。It is a secondary side voltage waveform and a secondary side current waveform. 1次側電圧波形に含まれる減衰振動波の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the damped oscillation wave contained in a primary side voltage waveform. 減衰振動波の谷でスイッチングが行われるように発振周波数を設定した場合の1次側電圧波形の様子である。It is a mode of the primary side voltage waveform at the time of setting an oscillation frequency so that switching may be performed in the valley of a damped oscillation wave. この発明の実施の形態2に係る非接触電力伝送装置の構成を表したブロック図である。It is a block diagram showing the structure of the non-contact electric power transmission apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 非接触巻線型トランスの構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of a non-contact winding type | mold transformer. この発明の実施の形態2に係る他の非接触電力伝送装置の構成を表したブロック図である。It is a block diagram showing the structure of the other non-contact electric power transmission apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention.

以下、本発明のインバータ回路の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る冷陰極管点灯回路の構成を表したブロック図である。
この発明の実施の形態1に係る冷陰極管点灯回路は、図1に示すように、放電管としての冷陰極管16を点灯する回路であり、直流電源1と、直流電源1から入力される直流電力を交流電力に変換するインバータ回路100と、冷陰極管16を流れる管電流を検出する管電流検出回路17と、冷陰極管16の両端に印加される管電圧を検出する管電圧検出回路15と、を備える。
Hereinafter, preferred embodiments of an inverter circuit of the present invention will be described with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a cold cathode tube lighting circuit according to Embodiment 1 of the present invention.
The cold cathode tube lighting circuit according to Embodiment 1 of the present invention is a circuit for lighting a cold cathode tube 16 as a discharge tube, as shown in FIG. An inverter circuit 100 that converts DC power into AC power, a tube current detection circuit 17 that detects a tube current flowing through the cold cathode tube 16, and a tube voltage detection circuit that detects a tube voltage applied to both ends of the cold cathode tube 16. 15.

インバータ回路100は、直流電源1から入力される直流を調光のために断続されるスイッチング素子5と、スイッチング素子5を流れた直流を交流に変換するために断続されるスイッチング素子7、8、9、10と、スイッチング素子7、8、9、10により変換された交流電力が入力される巻線型トランス11と、巻線型トランス11と冷陰極管16の間に介在されるコンデンサ14と、スイッチング素子7、8、9、10のゲートを制御するゲートドライバ6、管電流検出回路17からの管電流と管電圧検出回路15からの管電圧の位相差を出力する位相比較器4、位相比較器4からの位相差が最小になるように発振周波数を制御した信号を発振する発振器3と、スイッチング素子5を断続する調光回路2と、を備える。   The inverter circuit 100 includes a switching element 5 that is interrupted for dimming the direct current input from the DC power source 1, and switching elements 7, 8 that are interrupted to convert the direct current flowing through the switching element 5 into alternating current. 9, 10, winding transformer 11 to which AC power converted by switching elements 7, 8, 9, 10 is input, capacitor 14 interposed between winding transformer 11 and cold cathode tube 16, switching A gate driver 6 that controls the gates of the elements 7, 8, 9, and 10; a phase comparator 4 that outputs a phase difference between the tube current from the tube current detection circuit 17 and the tube voltage from the tube voltage detection circuit 15; 4 includes an oscillator 3 that oscillates a signal whose oscillation frequency is controlled so that the phase difference from 4 is minimized, and a dimming circuit 2 that intermittently switches the switching element 5.

この発明のインバータ回路100の基本的な動作は、2次側電流波形検出機能を兼ねる管電流検出回路17により検出された管電流の実効値が予め設定した値と等しくなるように、直流電源1の電圧を制御する。なお、上述した特許文献1のように、調光機能用のスイッチング素子5を兼用しても良く、同等の効果を得ることができる。
また、2次側電圧波形検出機能を兼ねる管電圧検出回路15により検出された管電圧のピーク値が予め設定した値を超える場合は出力を停止または出力電力を抑制するような機能を設けても良い。
The basic operation of the inverter circuit 100 of the present invention is that the DC power source 1 is set so that the effective value of the tube current detected by the tube current detection circuit 17 also serving as the secondary current waveform detection function is equal to a preset value. To control the voltage. In addition, like patent document 1 mentioned above, you may use the switching element 5 for light control functions, and an equivalent effect can be acquired.
In addition, a function may be provided that stops output or suppresses output power when the peak value of the tube voltage detected by the tube voltage detection circuit 15 also serving as a secondary voltage waveform detection function exceeds a preset value. good.

管電圧検出回路15により検出された管電圧と管電流検出回路17により検出された管電流との位相差を位相比較器4により比較し、この位相差の絶対値が最小となるような発振周波数の信号を発振器3が発振する。このような発振周波数の信号がゲートドライバ6に入力されると、2次側コイル13の漏れインダクタンスによる誘導成分と、コンデンサ14による容量成分と、冷陰極管16、図示しない負荷電線、プリント基板上のパターンをはじめ2次側に生じる浮遊容量による容量成分が互いに打ち消し合い、2次側コイル13の漏れインダクタンスの誘導成分による電圧降下を最小に留める。従って、2次側コイル13のインピーダンスが低下することから、巻線型トランス11の出力インピーダンスを小さくできる。つまり、巻線型トランス11からより大きな電力を取り出せることとなる。
なお、位相比較器4には数十kHz用のPLL(Phased Locked Loop)を用いても良いし、マイコンなどを用いても同等の機能を実現できる。管電流と管電圧の位相差については図2に示すように、それぞれの交流波形の位相差を示す。
The phase difference between the tube voltage detected by the tube voltage detection circuit 15 and the tube current detected by the tube current detection circuit 17 is compared by the phase comparator 4, and the oscillation frequency at which the absolute value of this phase difference is minimized. The oscillator 3 oscillates the above signal. When a signal having such an oscillation frequency is input to the gate driver 6, an induction component due to leakage inductance of the secondary coil 13, a capacitance component due to the capacitor 14, a cold cathode tube 16, a load wire (not shown), and a printed circuit board The capacitance components due to the stray capacitance generated on the secondary side including the above pattern cancel each other, and the voltage drop due to the inductive component of the leakage inductance of the secondary side coil 13 is kept to a minimum. Accordingly, since the impedance of the secondary coil 13 is lowered, the output impedance of the winding transformer 11 can be reduced. That is, a larger amount of power can be extracted from the wound transformer 11.
The phase comparator 4 may be a PLL (Phased Locked Loop) for several tens of kHz, or an equivalent function can be realized by using a microcomputer or the like. As for the phase difference between the tube current and the tube voltage, as shown in FIG. 2, the phase difference between the AC waveforms is shown.

発振器3で発振された信号は、ゲートドライバ6により電流増幅、電圧シフト、またはデッドタイム生成の処理が施された後で、インバータ回路100を構成するスイッチング素子7、8、9、10のゲートが制御される。ここでいうデッドタイムとは、スイッチング素子7とスイッチング素子8、またはスイッチング素子9とスイッチング素子10が同時にオンすることで短絡電流による過電流が流れないように、それぞれのオン、オフ制御の切替時に全てのスイッチング素子7、8、9、10がオフ状態となる期間のことを指す。なお、ゲートドライバ6によるスイッチング素子の制御は特開2008−289249号公報に記載された方法を用いることもできる。   The signal oscillated by the oscillator 3 is subjected to current amplification, voltage shift, or dead time generation processing by the gate driver 6, and then the gates of the switching elements 7, 8, 9, 10 constituting the inverter circuit 100 are processed. Be controlled. The dead time here refers to the switching of each on / off control so that an overcurrent due to a short-circuit current does not flow when the switching element 7 and the switching element 8 or the switching element 9 and the switching element 10 are simultaneously turned on. This refers to a period during which all the switching elements 7, 8, 9, 10 are off. In addition, the method described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2008-289249 can also be used for control of the switching element by the gate driver 6.

スイッチング素子7、8、9、10では、スイッチング素子7とスイッチング素子10が同時にオン、スイッチング素子8とスイッチング素子9が同時にオンし、これらは先に述べたデッドタイムを持って相反してオン、オフされる。なお、図1には一例として、フルブリッジ型インバータを記述したが、ハーフブリッジ型であっても、プッシュプル型(センタータップ型)であっても、同等の効果を得る。   In the switching elements 7, 8, 9, and 10, the switching element 7 and the switching element 10 are simultaneously turned on, the switching element 8 and the switching element 9 are simultaneously turned on, and these are turned on in conflict with the above-described dead time. Turned off. In addition, although the full bridge type inverter was described as an example in FIG. 1, even if it is a half bridge type or a push pull type (center tap type), an equivalent effect is obtained.

巻線型トランス11の1次側コイル12は、スイッチング素子7、8、9、10により構成されるインバータによって双方向励磁され、2次側コイル13に2次側電圧、2次側電流を得る。   The primary side coil 12 of the wound transformer 11 is bi-directionally excited by an inverter constituted by the switching elements 7, 8, 9, and 10 to obtain a secondary side voltage and a secondary side current in the secondary side coil 13.

2次側コイル13は、2次側電圧と2次側電流の位相差が最小となるように制御される。ここで、2次側電圧と2次側電流の位相差が最小となるときの発振周波数fは、2次側コイル13の漏れインダクタンスL、コンデンサ14による容量C、冷陰極管16、負荷電線、プリント基板上のパターンをはじめ2次側に生じる浮遊容量の総和Cを用いて式(1)から得られる。 The secondary coil 13 is controlled so that the phase difference between the secondary voltage and the secondary current is minimized. Here, the oscillation frequency f when the phase difference between the secondary side voltage and the secondary side current is minimized is the leakage inductance L 1 of the secondary side coil 13, the capacitance C C due to the capacitor 14, the cold cathode tube 16, the load. wire, a pattern on the printed circuit board using a total sum C S of the stray capacitance that occurs in early secondary from equation (1).

Figure 2011176981
Figure 2011176981

通常、冷陰極管16、負荷電線、プリント基板上のパターンをはじめ2次側に生じる浮遊容量の総和Cは20pF程度である。また、冷陰極管16の製造メーカが推奨する駆動周波数は一例として40k〜70kHzである。
ここで、容量成分を付加するコンデンサ14を設けない場合、2次側コイル13の漏れインダクタンスLに要求される値は発振周波数40kHzのときで792mH、70kHzに於いても258mHと大きな値となる。
仮に漏れインダクタンスLとしてこの値を得るためには、2次側コイル13の巻数の増加を招き、物理的に大きな巻線型トランス11を必要とする。
また、仮に2次側コイル13に極々細いエナメル線を用いたとしても、銅損が増えるため、熱的にも小型巻線型トランスを用いることは難しい。また、極々細いエナメル線を用いることの弊害として、エナメル線の断線による不良率の増加が挙げられる。
Usually, the cold cathode tubes 16, the sum C S of stray capacitance load wires, resulting in the pattern on the printed board initially secondary side is about 20 pF. The drive frequency recommended by the manufacturer of the cold cathode tube 16 is 40 k to 70 kHz as an example.
Here, the case without the capacitor 14 provided with a capacitance component, values required in the leakage inductance L 1 of the secondary coil 13 is 792MH, a large value 258mH even in a 70kHz when the oscillation frequency 40kHz .
If in order to obtain this value as a leakage inductance L 1 can lead to increased number of turns of the secondary coil 13, requiring physically large wound-11.
Further, even if an extremely thin enamel wire is used for the secondary coil 13, copper loss increases, so it is difficult to use a small winding transformer thermally. Further, as an adverse effect of using an extremely thin enameled wire, an increase in the defect rate due to the breaking of the enameled wire can be mentioned.

インバータ回路100に汎用性を持たせる目的で、浮遊容量に対して数倍大きな容量成分を付加することのできるコンデンサ14を設けることで、冷陰極管16周辺の構造部品や負荷電線などに生じる浮遊容量の変動をインバータ回路100から見たときに軽減できる。
一例として、静電容量が50pFのコンデンサ14を設けた場合、2次側コイル13の漏れインダクタンスLに要求される値は、発振周波数40kHzのときで226mH、70kHzのときで74mHと、実用に近い値とすることができる。
For the purpose of providing the inverter circuit 100 with versatility, by providing a capacitor 14 that can add a capacitance component several times larger than the stray capacitance, strays generated in structural components around the cold cathode tube 16 or load electric wires are provided. Capacitance variation can be reduced when viewed from the inverter circuit 100.
As an example, if the electrostatic capacity is provided a capacitor 14 of 50 pF, the value required for the leakage inductance L 1 of the secondary coil 13, 226MH when the oscillation frequency 40 kHz, and 74mH when the 70 kHz, the practical It can be a close value.

一般的に冷陰極管点灯回路では1次と2次間を非絶縁としているものが多く、2次側電圧と2次側電流を容易に1次側ヘフィードバックすることができる。
1次と2次間を絶縁している冷陰極管点灯回路であっても、管電流を一定に保つ目的で2次側電流を1次側ヘフィードバックすることが一般的である。
In general, in many cold cathode tube lighting circuits, the primary and secondary are not insulated, and the secondary side voltage and secondary side current can be easily fed back to the primary side.
Even in a cold-cathode tube lighting circuit in which the primary and secondary are insulated, it is common to feed back the secondary current to the primary for the purpose of keeping the tube current constant.

一般のスイッチング電源に用いられる巻線型トランスは結合係数が高く(1に近く)、漏れインダクタンスが小さいため、1次側電圧と2次側電圧の位相差はほぼ等しく、波形も1次、2次巻線比に相当する波高値をもって同形状となる。そのため、1次側電圧を2次側電圧の代替として用いることができる。
しかし、冷陰極管点灯回路に用いられる巻線型トランス11は1次側コイル12と2次側コイル13の巻線比が非常に大きく、2次側コイル13の漏れインダクタンスも大きいため、1次側電圧と2次側電圧の位相や形状が異なる。
しかし、発振周波数に対して1次側電圧と2次側電圧の位相差は一定の関係を有することから、1次側電圧と2次側電流が一定の位相差を保つように発振周波数を制御することで、間接的に2次側電圧と2次側電流の位相差を最小にすることができる。
A winding transformer used for a general switching power supply has a high coupling coefficient (close to 1) and a small leakage inductance, so the phase difference between the primary side voltage and the secondary side voltage is almost equal, and the waveform is also primary and secondary. It has the same shape with a peak value corresponding to the winding ratio. Therefore, the primary side voltage can be used as an alternative to the secondary side voltage.
However, the winding transformer 11 used in the cold cathode tube lighting circuit has a very large winding ratio between the primary side coil 12 and the secondary side coil 13, and the leakage inductance of the secondary side coil 13 is also large. The phase and shape of the voltage and the secondary voltage are different.
However, since the phase difference between the primary side voltage and the secondary side voltage has a fixed relationship with respect to the oscillation frequency, the oscillation frequency is controlled so that the primary side voltage and the secondary side current maintain a constant phase difference. By doing so, the phase difference between the secondary voltage and the secondary current can be indirectly minimized.

一部の冷陰極管点灯回路では、2次側電流(管電流)をオープンループ制御しているが、このような冷陰極管点灯回路は発振周波数での2次側コイル13の漏れインダクタンスによる出力インピーダンスと負荷である冷陰極管自身のインピーダンスによって出力電力を制限しているに過ぎず、巻線型トランス11は常に最大出力での動作となる。
このような巻線型トランス11を用いた冷陰極管点灯回路では、巻線型トランス11の特性バラツキや負荷の状態によって当然出力電流にバラツキを生じ、そのバラツキ範囲も広い。
また、冷陰極管は経年劣化により内部の有効水銀量が減少し、インピーダンスが大きくなるため、時間の経過とともに出力電流が減少する。
In some cold-cathode tube lighting circuits, the secondary current (tube current) is open-loop controlled, but such a cold-cathode tube lighting circuit outputs an output due to the leakage inductance of the secondary coil 13 at the oscillation frequency. The output power is only limited by the impedance and the impedance of the cold cathode tube itself as a load, and the wound transformer 11 always operates at the maximum output.
In such a cold cathode tube lighting circuit using the winding transformer 11, the output current naturally varies depending on the characteristic variation of the winding transformer 11 and the state of the load, and the variation range is wide.
Further, the cold cathode fluorescent lamp has a reduced amount of effective mercury inside due to deterioration over time, and the impedance increases, so that the output current decreases with time.

また、有効水銀量の減少により同じ管電流を流しても、発光輝度が低下しているため、オープンループで動作させている冷陰極管点灯回路では、上記2つの相乗効果により輝度の低下が促進される。従って、液晶パネル製品としての寿命も短いこととなる。
冷陰極管周辺の構成部品の構造、特に製品の筐体や、電流経路となる電線の取り回しによっても、負荷の浮遊容量が大きく変化し、2次側電圧と2次側電流の位相差に変化を生じることから、結果として巻線型トランスの出力インピーダンスが変動する。
従って、オープンループの冷陰極管点灯回路を用いる場合はパネル製品全体の構造を踏まえて冷陰極管点灯回路を設計する必要がある。つまりは、該液晶パネル製品に対し専用の冷陰極管点灯回路が必要となり小ロット製品には冷陰極管点灯回路のコストが割高となる。
また、冷陰極管点灯回路が専用品となるため、汎用性に乏しく、冷陰極管点灯回路の他液晶パネル製品への転用も難しい。
Moreover, even if the same tube current is applied due to a decrease in the amount of effective mercury, the emission luminance is reduced. Therefore, in the cold cathode tube lighting circuit operating in an open loop, the reduction in luminance is promoted by the above two synergistic effects. Is done. Therefore, the lifetime as a liquid crystal panel product is also short.
The structure of the components around the cold cathode tube, especially the product casing and the wiring of the electric current wire, also changes the stray capacitance of the load and changes the phase difference between the secondary voltage and the secondary current. As a result, the output impedance of the wound transformer varies.
Therefore, when using an open-loop cold-cathode tube lighting circuit, it is necessary to design the cold-cathode tube lighting circuit based on the structure of the entire panel product. That is, a dedicated cold cathode tube lighting circuit is required for the liquid crystal panel product, and the cost of the cold cathode tube lighting circuit is high for a small lot product.
In addition, since the cold cathode tube lighting circuit is a dedicated product, the versatility is poor, and it is difficult to divert the cold cathode tube lighting circuit to other liquid crystal panel products.

本発明は、出力電流に余裕を持った巻線型トランス11を用い、出力電流をフィードバックさせることで、上記問題を解決させる。なお、出力電流に余裕をもたせるには先に述べたとおり、2次側電圧と2次側電流の位相差を最小とすることで同サイズの巻線型トランス11からもより大きな電力を取り出すことができ、巻線型トランス11での発熱量も抑えられるため、オープンループで動作する巻線型トランス11と同形状、あるいはさらに小型の巻線型トランス11を使用することができる。   The present invention solves the above problem by using a winding transformer 11 having a sufficient output current and feeding back the output current. In order to provide a margin for the output current, as described above, it is possible to extract more power from the winding transformer 11 of the same size by minimizing the phase difference between the secondary side voltage and the secondary side current. In addition, since the amount of heat generated by the winding transformer 11 can be suppressed, a winding transformer 11 having the same shape as the winding transformer 11 operating in an open loop or a smaller size can be used.

本発明で得られる冷陰極管点灯回路は冷陰極管に対し容易に汎用性を持たせることが可能である。点灯開始電圧と出力電流の最大値さえクリアできれば、巻線型トランス11は共用可能であり、出カコネクタと出力電流が同じであれば冷陰極管点灯回路を共有することが可能である。
点灯開始電圧についても、巻線型トランス11の1次側コイル12と2次側コイル13との間をある程度疎結合、つまり結合係数を小さくしておくことで、1次側漏れインダクタンスに蓄えられたエネルギーの放出時に生じるサージ電圧や、後述する1次側コイル12に生じる減衰振動波を有効利用し、1次側コイル12と2次側コイル13との巻線比で決まる電圧以上のサージ電圧を2次側に得ることができる。
The cold-cathode tube lighting circuit obtained by the present invention can easily have versatility with respect to the cold-cathode tube. As long as the lighting start voltage and the maximum value of the output current can be cleared, the wound transformer 11 can be shared, and if the output current is the same as the output connector, the cold cathode tube lighting circuit can be shared.
The lighting start voltage is also stored in the primary side leakage inductance by loose coupling between the primary side coil 12 and the secondary side coil 13 of the wire-wound transformer 11 to some extent, that is, by reducing the coupling coefficient. The surge voltage generated when the energy is released and the damped vibration wave generated in the primary coil 12 to be described later are effectively used to generate a surge voltage higher than the voltage determined by the winding ratio between the primary coil 12 and the secondary coil 13. It can be obtained on the secondary side.

一般に有害とされるサージ電圧も、冷陰極管点灯回路では有効利用することができる。ただし、冷陰極管16に並列に設ける容量成分を付加するコンデンサ14の値が大きいほど、2次側に生じるサージ電圧の値が小さくなってしまう。しかし、実際の使用環境においてのパネル製品状態では冷陰極管16の周辺に金属製の反射板が設けられており、通常、巻線型トランス11の低圧側と同電位に接続される。
従って、冷陰極管と反射板の間に生じる近接導体効果により点灯開始電圧は、製造メーカのカタログ記載値よりもずいぶん小さな値となることが多い。
The surge voltage that is generally harmful can be effectively used in the cold cathode tube lighting circuit. However, the value of the surge voltage generated on the secondary side becomes smaller as the value of the capacitor 14 for adding the capacitance component provided in parallel to the cold cathode tube 16 becomes larger. However, in the panel product state in an actual use environment, a metal reflector is provided around the cold cathode tube 16 and is usually connected to the same potential as the low voltage side of the wound transformer 11.
Therefore, the lighting start voltage is often much smaller than the value described in the manufacturer's catalog due to the proximity conductor effect generated between the cold cathode fluorescent lamp and the reflector.

一方、1次側コイル12に生じる1次側電圧の波形に着目すると、巻線型トランス11が双方向励磁されることにより、巻線型トランス11には残留磁束がほとんど観測されない。このような状態では、1次側コイル12の1次インダクタンスとスイッチング素子7、8、9、10および1次回路の浮遊容量の間で減衰振動波を生じる。この減衰振動波は、1次回路において巻線型トランス11の1次インダクタンスを主とする誘導成分Lと、コンデンサを主とする寄生容量などによる容量成分Cと、電線やプリント基板のパターン、各素子などによる純抵抗Rが式(2)の関係を満たす場合に生じる。   On the other hand, paying attention to the waveform of the primary side voltage generated in the primary side coil 12, almost no residual magnetic flux is observed in the winding type transformer 11 due to bidirectional excitation of the winding type transformer 11. In such a state, a damped oscillation wave is generated between the primary inductance of the primary coil 12 and the stray capacitance of the switching elements 7, 8, 9, 10 and the primary circuit. This damped oscillatory wave includes an inductive component L mainly including the primary inductance of the wound transformer 11 in the primary circuit, a capacitance component C due to a parasitic capacitance mainly including a capacitor, an electric wire or printed circuit board pattern, and each element. This occurs when the pure resistance R due to the above satisfies the relationship of the expression (2).

Figure 2011176981
Figure 2011176981

冷陰極管点灯回路の1次回路において多くの場合、式(2)の条件を満たす。1次側電圧に見られる減衰振動波の一例を図3に示す。
減衰振動波の振動周波数は1次側コイル12の1次インダクタンスとスイッチング素子7、8、9、10および1次回路の浮遊容量が支配的となり決定される。これらの値は、2次回路を構成する相当要素に比ベバラツキも小さいため、実機により調整しても、個体ごとの差は小さい。
In many cases, the primary circuit of the cold cathode tube lighting circuit satisfies the condition of Expression (2). An example of the damped oscillation wave seen in the primary side voltage is shown in FIG.
The vibration frequency of the damped vibration wave is determined mainly by the primary inductance of the primary coil 12 and the stray capacitance of the switching elements 7, 8, 9, 10 and the primary circuit. Since these values have small variations compared to the corresponding elements constituting the secondary circuit, even if they are adjusted by an actual machine, the difference for each individual is small.

また、発振器3からの信号の発振周波数と減衰振動波の振動周波数は無関係のため、減衰振動波の谷でスイッチングが行われるように発振周波数を設定する。この場合の1次側電圧の様子を図4に示す。1次側電圧は波形が純方形波とはならず、方形波に減衰振動波が重畳した波形となる。また、各スイッチング時には先述のデッドタイムを設けている。
図4では、一例として減衰振動波に起因する最初の谷でスイッチングを行う例を示したが、場合によっては、2つ目以降の谷でスイッチングを行ってもよい。これによって、スイッチング素子7、8、9、10のスイッチング時の電圧、電流積によるスイッチング損失と1次側コイル12による鉄損を低減することができる。
Further, since the oscillation frequency of the signal from the oscillator 3 and the oscillation frequency of the damped oscillation wave are irrelevant, the oscillation frequency is set so that switching is performed at the valley of the damped oscillation wave. The state of the primary side voltage in this case is shown in FIG. The primary voltage does not have a pure square wave, but a waveform in which a damped oscillation wave is superimposed on a square wave. Further, the dead time described above is provided at each switching.
FIG. 4 shows an example in which switching is performed in the first valley caused by the damped vibration wave, but switching may be performed in the second and subsequent valleys as an example. As a result, the switching loss due to the voltage and current product during switching of the switching elements 7, 8, 9, and 10 and the iron loss due to the primary coil 12 can be reduced.

発振器3からの信号の発振周波数と減衰振動波の振動周波数の関係で、幾つ目の谷でスイッチングさせるかを設定するが、1次回路に用いられるセラミックコンデンサやチョークコイル、巻線型トランスなどのうなり音の抑制や、減衰振動波によるノイズの低減を考慮すると最初の谷でスイッチングを行うことが望ましい。   Depending on the relationship between the oscillation frequency of the signal from the oscillator 3 and the oscillation frequency of the damped oscillation wave, the number of valleys to be switched is set. The beat of ceramic capacitors, choke coils, winding type transformers, etc. used in the primary circuit It is desirable to perform switching at the first valley in consideration of sound suppression and noise reduction due to damped vibration waves.

冷陰極管点灯回路に使用される巻線型トランス11は高圧を発生するため、1次側コイル12と2次側コイル13との間の容量成分の影響を強く受けると共にエナメル線間の絶縁耐圧を確保する上で、1次側コイル12と2次側コイル13をボビンに設けられた別領域に巻くことが一般的であり、ボビンもこのような構造に作られている。2次側電流容量や使用温度範囲によって、2次側コイル13に使用するエナメル線を決定すると、ボビンによって2次側コイル13の最大巻数が決定される。このとき、2次側コイル13の漏れインダクタンスが期待値に納まるようにコアにギャップを設ける。   Since the winding type transformer 11 used in the cold cathode tube lighting circuit generates a high voltage, it is strongly influenced by the capacitance component between the primary side coil 12 and the secondary side coil 13 and has a high withstand voltage between the enamel wires. In order to ensure, it is common to wind the primary side coil 12 and the secondary side coil 13 in the separate area | region provided in the bobbin, and the bobbin is also made into such a structure. When the enamel wire used for the secondary side coil 13 is determined by the secondary side current capacity and the operating temperature range, the maximum number of turns of the secondary side coil 13 is determined by the bobbin. At this time, a gap is provided in the core so that the leakage inductance of the secondary coil 13 falls within the expected value.

1次側コイル12については、巻数を多くすると1次側電流(励磁電流)の実効値は低下するが、2次側に得られる電圧のピーク値が減少する。先述のとおり、2次側に得られる電圧のピーク値は1次側コイル12と2次側コイル13との巻線比で決まる値以上となるが、1次側コイル12と2次側コイル13との巻線比に依存する部分も大きい。1次側コイル12の巻数は、調光機能を働かせない状態で冷陰極管16を点灯させたときに、直流電源1の電圧または、スイッチング素子5の出力電圧がインバータ回路100へ入力される電源電圧の最小値より小さい値となるように設定する。ここで、直流電源1の電圧、またはスイッチング素子5の出力電圧が必要以上に小さいと、直流電源1、スイッチング素子5のスイッチング損失が増加するが、インバータ回路100の直流電源電圧範囲を広くできる。さらに、1次側コイル12の巻数は、1次側電圧に生じる減衰振動波の振動周波数にも影響を与えるため、これらを考慮して決定する。   For the primary side coil 12, when the number of turns is increased, the effective value of the primary side current (excitation current) is reduced, but the peak value of the voltage obtained on the secondary side is reduced. As described above, the peak value of the voltage obtained on the secondary side is not less than the value determined by the winding ratio between the primary side coil 12 and the secondary side coil 13, but the primary side coil 12 and the secondary side coil 13. The part that depends on the winding ratio is also large. The number of turns of the primary coil 12 is such that the voltage of the DC power supply 1 or the output voltage of the switching element 5 is input to the inverter circuit 100 when the cold cathode tube 16 is turned on without the dimming function being activated. Set to a value smaller than the minimum voltage. Here, if the voltage of the DC power supply 1 or the output voltage of the switching element 5 is smaller than necessary, the switching loss of the DC power supply 1 and the switching element 5 increases, but the DC power supply voltage range of the inverter circuit 100 can be widened. Furthermore, since the number of turns of the primary coil 12 also affects the vibration frequency of the damped vibration wave generated in the primary voltage, it is determined in consideration of these.

以上のように設定した発振周波数において2次側回路が式(1)の関係を満たすように容量成分を付加するコンデンサ14の値を決定する。   The value of the capacitor 14 to which the capacitance component is added is determined so that the secondary side circuit satisfies the relationship of Expression (1) at the oscillation frequency set as described above.

この発明の冷陰極管点灯回路を構成するインバータ回路100は、1次側コイル12および2次側コイル13を有する巻線型トランス11と、冷陰極管16や負荷電線、プリント基板上のパターンやそれらに生じる浮遊容量の影響を軽減するために冷陰極管16と管電流検出回路17とに並列に設けられたコンデンサ14と、2次側電圧と2次側電流の位相差の絶対値が最小となるように1次側の発振周波数を決定する発振器3と、1次側電圧の波形の谷でスイッチングされるスイッチング素子7、8、9、10と、を備えたので、同じ巻線型トランスを用いても、従来のインバータ回路よりも巻線型トランス11の出カインピーダンスを小さくでき、より大きな電力を取り出すことができる。また、同じ電力容量であれば巻線型トランス11を小型化できる。
また、1次側コイル12、2次側コイル13での損失を抑えることができるので、巻線型トランス11の発熱が抑えられ、小型で効率がよく、如何なる冷陰極管16に対して使用できる。
The inverter circuit 100 constituting the cold cathode tube lighting circuit of the present invention includes a winding transformer 11 having a primary side coil 12 and a secondary side coil 13, a cold cathode tube 16, load electric wires, patterns on a printed circuit board, In order to reduce the influence of stray capacitance generated in the capacitor, the capacitor 14 provided in parallel with the cold cathode tube 16 and the tube current detection circuit 17, and the absolute value of the phase difference between the secondary side voltage and the secondary side current are minimized. Since the oscillator 3 that determines the oscillation frequency of the primary side and the switching elements 7, 8, 9, and 10 that are switched at the valley of the waveform of the primary side voltage are provided, the same winding type transformer is used. However, the output impedance of the winding transformer 11 can be made smaller than that of the conventional inverter circuit, and a larger amount of power can be taken out. Further, the wire-wound transformer 11 can be downsized if the power capacity is the same.
Moreover, since the loss in the primary side coil 12 and the secondary side coil 13 can be suppressed, the heat generation of the wire-wound transformer 11 is suppressed, and it is small and efficient, and can be used for any cold cathode tube 16.

実施の形態2.
図5は、この発明の実施の形態2に係る非接触電力伝送装置の構成を表したブロック図である。
この発明の実施の形態2に係る非接触電力伝送装置は、図5に示すように、固定ユニット101と、固定ユニット101に固定された軸を中心に回転自在に支持される可動ユニット102と、から構成される。固定ユニット101は、直流電源20と、直流電源20から入力される直流電力を交流電力に変換するインバータ回路200と、交流電力が入力される非接触巻線型トランス28の1次側コイル29と、を備える。可動ユニット102は、非接触巻線型トランス28の1次側コイル29と電磁結合する2次側コイル30と、2次側コイル30からコンデンサ31を介して交流電力が印加される負荷34と、負荷34を流れる負荷電流を検出する負荷電流検出回路33と、負荷34に印加される負荷電圧を検出する負荷電圧検出回路32と、を備える。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the non-contact power transmission apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
As shown in FIG. 5, the non-contact power transmission apparatus according to Embodiment 2 of the present invention includes a fixed unit 101, a movable unit 102 that is rotatably supported around an axis fixed to the fixed unit 101, Consists of The fixed unit 101 includes a DC power source 20, an inverter circuit 200 that converts DC power input from the DC power source 20 into AC power, a primary coil 29 of a non-contact winding transformer 28 to which AC power is input, Is provided. The movable unit 102 includes a secondary coil 30 that is electromagnetically coupled to the primary coil 29 of the non-contact winding transformer 28, a load 34 to which AC power is applied from the secondary coil 30 via the capacitor 31, and a load. A load current detection circuit 33 that detects a load current flowing through the load 34, and a load voltage detection circuit 32 that detects a load voltage applied to the load 34.

図6は、この発明の実施の形態2に係る非接触電力伝送装置の非接触巻線型トランス28の構成を示す分解斜視図である。
非接触巻線型トランス28は、図6に示すように、例えば、車のステアリング、回転式の監視カメラ、ロボットの関節のような可動ユニット102が回転する場合に対応できるように、円形のポットコアが用いられている。可動ユニット102側の可動側ポットコア151と固定ユニット101側の固定側ポットコア157とは、それぞれ中心線が、可動ユニット102の中心線150と同一になるように、それぞれ可動ユニット102と固定ユニット101とに固定されている。
また、それぞれの可動側ポットコア151および固定側ポットコア157は、機械的に非接触となるように、所定の距離だけエアギャップを介して離間するように固定されている。
FIG. 6 is an exploded perspective view showing the configuration of the non-contact winding transformer 28 of the non-contact power transmission apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
As shown in FIG. 6, the non-contact winding type transformer 28 has a circular pot core so that it can cope with a case where the movable unit 102 such as a car steering, a rotary monitoring camera, and a robot joint rotates. It is used. The movable side pot core 151 on the movable unit 102 side and the fixed side pot core 157 on the fixed unit 101 side have the same center line as the center line 150 of the movable unit 102. It is fixed to.
The movable pot core 151 and the fixed pot core 157 are fixed so as to be separated by a predetermined distance so as to be mechanically non-contact.

そして、可動側ポットコア151と固定側ポットコア157との内側には、可動側ボビン152と固定側ボビン156とがそれぞれ収納され構成されている。固定側ボビン156には、1次側コイル29が巻回されて形成されており、可動側ボビン152には、2次側コイル30が巻回されて形成されている。なお、非接触巻線型トランス28の詳細については特許文献2に記載されている。   The movable side bobbin 152 and the fixed side bobbin 156 are housed and configured inside the movable side pot core 151 and the fixed side pot core 157, respectively. The fixed side bobbin 156 is formed by winding the primary side coil 29, and the movable side bobbin 152 is formed by winding the secondary side coil 30. The details of the non-contact winding type transformer 28 are described in Patent Document 2.

この発明の実施の形態2に係る非接触電力伝送装置の基本的な動作は、負荷電圧検出回路32により検出された負荷電圧が予め設定した値と等しくなるように、インバータ回路200への直流電源20の電圧を制御する。なお、負荷電圧検出回路32と負荷電流検出回路33の検出信号を1次側へ非接触で伝送する方式として、図5には光結合による信号伝達回路35を示したが、誘導結合や容量結合であっても同様の効果を得ることができる。
また、負荷電流検出回路33により検出された負荷電流のピーク値が設定した値を超える場合は出力を停止するような機能を設けてもよい。
The basic operation of the non-contact power transmission apparatus according to the second embodiment of the present invention is that the DC power supply to the inverter circuit 200 is set so that the load voltage detected by the load voltage detection circuit 32 is equal to a preset value. 20 voltage is controlled. As a method for transmitting the detection signals of the load voltage detection circuit 32 and the load current detection circuit 33 to the primary side in a non-contact manner, the signal transmission circuit 35 by optical coupling is shown in FIG. 5, but inductive coupling or capacitive coupling is shown. However, the same effect can be obtained.
Also, a function may be provided to stop the output when the peak value of the load current detected by the load current detection circuit 33 exceeds a set value.

負荷電圧検出回路32により検出された2次側電圧と負荷電流検出回路33により検出された2次側電流との位相差を位相比較器22において比較し、これらの位相差の絶対値が最小となるように発振器21から発振される信号の発振周波数を可変する。
そして、位相差の絶対値が最小になると、2次側コイル30の漏れインダクタンスの誘導成分と、コンデンサ31により付加された容量成分および負荷34など2次側に生じる浮遊容量による容量成分とが互いに打ち消し合っており、2次側コイル30の漏れインダクタンスの誘導成分による電圧降下を最小に留めている。
従って、2次側コイル30のインピーダンスが低下することから、非接触巻線型トランス28の出カインピーダンスを小さくできる。つまり、非接触巻線型トランス28からより大きな電力を取り出せることとなる。
なお、位相比較器22として数十kHz用のPLLを用いても良いし、マイコンなどを用いて構成しても良い。
The phase difference between the secondary voltage detected by the load voltage detection circuit 32 and the secondary current detected by the load current detection circuit 33 is compared by the phase comparator 22, and the absolute value of these phase differences is minimized. Thus, the oscillation frequency of the signal oscillated from the oscillator 21 is varied.
When the absolute value of the phase difference is minimized, the inductive component of the leakage inductance of the secondary coil 30 and the capacitive component added by the capacitor 31 and the capacitive component due to stray capacitance generated on the secondary side such as the load 34 are mutually connected. The voltage drops due to the inductive component of the leakage inductance of the secondary coil 30 are kept to a minimum.
Accordingly, since the impedance of the secondary coil 30 is lowered, the output impedance of the non-contact winding transformer 28 can be reduced. That is, more electric power can be extracted from the non-contact winding type transformer 28.
Note that a PLL for several tens of kHz may be used as the phase comparator 22, or a microcomputer may be used.

発振器21で発振される信号は、ゲートドライバ23で電流増幅、電圧シフト、またはデッドタイム生成の処理が施された後に、インバータ回路200を構成するスイッチング素子24、25、26、27へ入力される。ここでいうデッドタイムとは、スイッチング素子24と27、または25と26が同時にオンすることで短絡電流による過電流が流れないように、それぞれのオン、オフ制御の切替時に全てのスイッチング素子24、25、26、27がオフ状態となる期間のことを指す。ゲートドライバ23は特開2008−289249号公報に記載の方法を用いることもできる。   A signal oscillated by the oscillator 21 is input to the switching elements 24, 25, 26, and 27 constituting the inverter circuit 200 after being subjected to current amplification, voltage shift, or dead time generation processing by the gate driver 23. . The dead time here means that all switching elements 24, 27 and 27, or 25 and 26 are turned on at the same time so that overcurrent due to a short circuit current does not flow. This refers to the period during which 25, 26, and 27 are off. The gate driver 23 can use the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-289249.

スイッチング素子24、25、26、27は、スイッチング素子24とスイッチング素子27が同時にオン、スイッチング素子25とスイッチング素子26が同時にオンし、これらは先に述べたデッドタイムを持って相反してオン、オフされる。
図5は、インバータ回路200の一例として、フルブリッジ型インバータを記述したが、ハーフブリッジ型であっても、プッシュプル型(センタータップ型)であっても、フライバック型やフォワード型であっても同等の効果を得る。
In the switching elements 24, 25, 26, and 27, the switching element 24 and the switching element 27 are turned on at the same time, and the switching element 25 and the switching element 26 are turned on at the same time. Turned off.
FIG. 5 describes a full-bridge type inverter as an example of the inverter circuit 200. However, the inverter circuit 200 may be a half-bridge type, a push-pull type (center tap type), a flyback type, or a forward type. Also has the same effect.

非接触巻線型トランス28を用いた非接触電力伝送装置では、非接触巻線型トランス28の構造上、1次側コイル29と、2次側コイル30の漏れインダクタンスが非常に大きく、フライバック型では、効率の低下やサージ電圧の増大を生む。また、フォワード型では1次回路への回生電力が大きくなり、回生回路での損失が増大する。
しかし、図6に示すような非接触巻線型トランス28を構成する2つのポットコア間のギャップが固定値、かつ1次側コイル29と2次側コイル30の漏れインダクタンスがそれほど大きくない場合は、スイッチング素子をはじめとするインバータ回路200を構成する部品の数を削減できるため、フライバック型やフォワード型が有用となる場合もある。
In the non-contact power transmission device using the non-contact winding transformer 28, the leakage inductance of the primary coil 29 and the secondary coil 30 is very large due to the structure of the non-contact winding transformer 28. Reduces efficiency and increases surge voltage. In the forward type, the regenerative power to the primary circuit increases, and the loss in the regenerative circuit increases.
However, when the gap between the two pot cores constituting the non-contact winding type transformer 28 as shown in FIG. 6 is a fixed value and the leakage inductance of the primary side coil 29 and the secondary side coil 30 is not so large, switching is performed. Since the number of components constituting the inverter circuit 200 including elements can be reduced, a flyback type or a forward type may be useful.

非接触巻線型トランス28の1次側コイル29は、スイッチング素子24、25、26、27などにより構成されるインバータ回路200によって双方向、または単方向励磁され、2次側コイル30に2次側出力が出力される。双方向励磁に比べ、単方向励磁の場合は非接触巻線型トランス28の利用効率が低下するため、同じ電力を扱う場合にも非接触巻線型トランス28が大きくなる。   The primary coil 29 of the non-contact winding type transformer 28 is bi-directionally or unidirectionally excited by the inverter circuit 200 configured by the switching elements 24, 25, 26, 27, etc. Output is output. Compared to bidirectional excitation, the use efficiency of the non-contact winding transformer 28 is reduced in the case of unidirectional excitation, and therefore the non-contact winding transformer 28 becomes larger even when the same power is handled.

2次側コイル30は、2次側電圧波形と2次側電流波形の位相差が最小となるように制御される。図5では、容量成分を付加するコンデンサ31を負荷34に対して直列(電流共振型)に設けているが、負荷34に対して並列(電圧共振型)に設けても、並列、直列の双方(共振ポール型)に設けてもよい。   The secondary coil 30 is controlled so that the phase difference between the secondary voltage waveform and the secondary current waveform is minimized. In FIG. 5, the capacitor 31 for adding a capacitance component is provided in series (current resonance type) with respect to the load 34. However, even if the capacitor 31 is provided in parallel (voltage resonance type) with respect to the load 34, both parallel and series are provided. (Resonant pole type) may be provided.

なお、1次側コイル52の巻数が2次側コイル53の巻数に比べて同等、あるいは大きい場合、2次側電圧と2次側電流ではなく、図7に示すように1次側電圧と1次側電流を位相比較器42により比較し、これらの位相差の絶対値が最小となるように発振器41により発振周波数を決めることで、伝送効率を向上できる場合がある。   When the number of turns of the primary side coil 52 is equal to or larger than the number of turns of the secondary side coil 53, the primary side voltage and the secondary side current as shown in FIG. In some cases, the transmission efficiency can be improved by comparing the secondary current with the phase comparator 42 and determining the oscillation frequency with the oscillator 41 so that the absolute value of these phase differences is minimized.

この発明の実施の形態2に係る他の非接触電力伝送装置は、図7に示すように、固定ユニット103と、固定ユニット103に固定された軸を中心に回転自在に支持される可動ユニット104と、から構成される。固定ユニット103は、直流電源40と、直流電源40から入力される直流電力を交流電力に変換するインバータ回路300と、インバータ回路300からコンデンサ48を介して交流電力が流される非接触巻線型トランス51の1次側コイル52と、1次側コイル52を流れる1次側電流を検出する1次側電流検出回路50と、1次側コイル52に印加される1次側電圧を検出する1次側電圧検出回路49とを備える。可動ユニット104は、非接触巻線型トランス51の1次側コイル52と電磁結合する2次側コイル53と、2次側コイル53から交流電力が印加される負荷54と、を備える。   As shown in FIG. 7, another non-contact power transmission apparatus according to Embodiment 2 of the present invention includes a fixed unit 103 and a movable unit 104 that is rotatably supported around an axis fixed to the fixed unit 103. And. The fixed unit 103 includes a DC power source 40, an inverter circuit 300 that converts DC power input from the DC power source 40 into AC power, and a non-contact winding transformer 51 through which AC power flows from the inverter circuit 300 via a capacitor 48. Primary side coil 52, primary side current detection circuit 50 that detects a primary side current flowing through primary side coil 52, and primary side that detects a primary side voltage applied to primary side coil 52. And a voltage detection circuit 49. The movable unit 104 includes a secondary coil 53 that is electromagnetically coupled to the primary coil 52 of the non-contact winding transformer 51, and a load 54 to which AC power is applied from the secondary coil 53.

発振器41で発振される信号は、ゲートドライバ43で電流増幅、電圧シフト、またはデッドタイム生成の処理が施された後に、インバータ回路300を構成するスイッチング素子44、45、46、47へ入力される。ここでいうデッドタイムとは、スイッチング素子44と47、または45と46が同時にオンすることで短絡電流による過電流が流れないように、それぞれのオン、オフ制御の切替時に全てのスイッチング素子44、45、46、47がオフ状態となる期間のことを指す。ゲートドライバ43は特開2008−289249号公報に記載の方法を用いることもできる。   A signal oscillated by the oscillator 41 is input to the switching elements 44, 45, 46, and 47 constituting the inverter circuit 300 after being subjected to current amplification, voltage shift, or dead time generation processing by the gate driver 43. . The dead time here means that all switching elements 44, 47, 47, or 45, 46 are turned on at the same time so that no overcurrent due to a short-circuit current flows, This refers to the period during which 45, 46, and 47 are off. The gate driver 43 can also use the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-289249.

スイッチング素子44、45、46、47は、スイッチング素子44とスイッチング素子47が同時にオン、スイッチング素子45とスイッチング素子46が同時にオンし、これらは先に述べたデッドタイムを持って相反してオン、オフされる。   The switching elements 44, 45, 46, and 47 are turned on simultaneously with the switching element 44 and the switching element 47, and simultaneously turned on with the switching element 45 and the switching element 46. Turned off.

この発明の非接触電力伝送装置は、1次側コイル29、2次側コイル30を有する非接触巻線型トランス28と、非接触巻線型トランス28に生じる漏れインダクタンスによる電圧降下を抑制するために2次側コイル30と直列、または並列に設けられたコンデンサ31と、2次側電圧と2次側電流の位相差の絶対値が最小となるように1次側の発振周波数を決定する発振器21とを備えたので、同じ非接触巻線型トランスを用いても、従来のインバータ回路よりも非接触巻線型トランス28の出カインピーダンスを小さくできるため、より大きな電力を取り出せる。   The non-contact power transmission apparatus according to the present invention includes a non-contact winding transformer 28 having a primary side coil 29 and a secondary side coil 30, and 2 in order to suppress a voltage drop due to leakage inductance generated in the non-contact winding type transformer 28. A capacitor 31 provided in series or in parallel with the secondary coil 30 and an oscillator 21 for determining the primary oscillation frequency so that the absolute value of the phase difference between the secondary voltage and the secondary current is minimized; Therefore, even if the same non-contact winding transformer is used, the output impedance of the non-contact winding transformer 28 can be made smaller than that of the conventional inverter circuit, so that larger electric power can be taken out.

また、同じ電力容量であれば非接触巻線型トランス28を小型化できるとともに、2つのポット型コア間のギャップ長によって、電力の伝送効率の低下を招くことがない。
また、2次側コイルの漏れインダクタンスによる電圧降下を抑制し、損失を抑えることができるので、巻線型トランスの発熱が抑えられ、小型で効率がよい。
Further, if the power capacity is the same, the non-contact winding type transformer 28 can be reduced in size, and the gap length between the two pot type cores does not cause a reduction in power transmission efficiency.
Moreover, since the voltage drop due to the leakage inductance of the secondary coil can be suppressed and the loss can be suppressed, the heat generation of the wire-wound transformer can be suppressed, and it is small and efficient.

1、20、40 直流電源、2 調光回路、3、21、41 発振器、4、22、42 位相比較器、5、7、8、9、10、24、25、26、27、44、45、46、47 スイッチング素子、6、23、43 ゲートドライバ、11 巻線型トランス、12、29、52 1次側コイル、13、30、53 2次側コイル、14、31、48 コンデンサ、15 管電圧検出回路、16 冷陰極管、17 管電流検出回路、28、51 非接触巻線型トランス、32 負荷電圧検出回路、33 負荷電流検出回路、34、54 負荷(LOAD)、35 信号伝達回路、49 1次側電圧検出回路、50 1次側電流検出回路、100、200、300 インバータ回路、101、103 固定ユニット、102、104 可動ユニット、150 中心線、151 可動側ポットコア、152 可動側ボビン、156 固定側ボビン、157 固定側ポットコア。   1, 20, 40 DC power supply, 2 dimming circuit, 3, 21, 41 oscillator, 4, 22, 42 phase comparator, 5, 7, 8, 9, 10, 24, 25, 26, 27, 44, 45 , 46, 47 Switching element, 6, 23, 43 Gate driver, 11 Winding transformer, 12, 29, 52 Primary coil, 13, 30, 53 Secondary coil, 14, 31, 48 Capacitor, 15 tube voltage Detection circuit, 16 Cold cathode tube, 17 tube current detection circuit, 28, 51 Non-contact winding type transformer, 32 Load voltage detection circuit, 33 Load current detection circuit, 34, 54 Load (LOAD), 35 Signal transmission circuit, 49 1 Secondary side voltage detection circuit, 50 Primary side current detection circuit, 100, 200, 300 Inverter circuit, 101, 103 Fixed unit, 102, 104 Movable unit, 150 Medium Line 151 movable pot core, 152 movable bobbin, 156 stationary bobbin, 157 fixed side pot core.

Claims (3)

直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換してから放電管に供給することにより上記放電管を点灯するインバータ回路において、
1次側コイルおよび2次側コイルを有する巻線型トランスと、
上記放電管、負荷電線またはプリント基板上のパターンに生じる浮遊容量の影響を軽減するために容量成分を付加するとともに上記放電管、または上記放電管と管電流検出回路と並列に設けられたコンデンサと、
上記2次側コイルに生起する電圧と上記2次側コイルに流れる電流との位相差の絶対値が最小となるような発振周波数でスイッチングされるスイッチング素子と、
を備えることを特徴とするインバータ回路。
In the inverter circuit for lighting the discharge tube by converting the DC power supplied from the DC power source into AC power and then supplying the discharge tube,
A winding transformer having a primary coil and a secondary coil;
A capacitor is added to reduce the influence of stray capacitance generated on the pattern on the discharge tube, load wire or printed circuit board, and the discharge tube, or a capacitor provided in parallel with the discharge tube and the tube current detection circuit, ,
A switching element that is switched at an oscillation frequency such that an absolute value of a phase difference between a voltage generated in the secondary coil and a current flowing in the secondary coil is minimized;
An inverter circuit comprising:
上記スイッチング素子は、上記1次側コイルに印加される電圧の減衰振動波に係る谷でスイッチングされることを特徴とする請求項1に記載のインバータ回路。   2. The inverter circuit according to claim 1, wherein the switching element is switched at a trough related to a damped oscillation wave of a voltage applied to the primary coil. 直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換してから可動する負荷に非接触に供給するインバータ回路において、
1次側コイルおよび2次側コイルを有する非接触巻線型トランスと、
上記非接触巻線型トランスに生じる漏れインダクタンスによる電圧降下を抑制するために容量成分を付加するとともに上記2次側コイルに対して直列または並列に設けられたコンデンサと、
上記2次側コイルに生起する電圧と上記2次側コイルに流れる電流との位相差の絶対値が最小となるような発振周波数でスイッチングされるスイッチング素子と、
を備えることを特徴とするインバータ回路。
In an inverter circuit for supplying contactless power to a movable load after converting DC power supplied from a DC power supply into AC power,
A non-contact winding transformer having a primary coil and a secondary coil;
A capacitor that is added in series or in parallel to the secondary coil and that adds a capacitance component to suppress a voltage drop due to leakage inductance generated in the non-contact winding transformer;
A switching element that is switched at an oscillation frequency such that an absolute value of a phase difference between a voltage generated in the secondary coil and a current flowing in the secondary coil is minimized;
An inverter circuit comprising:
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