JP3272218B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置、表
示パネル等を照明する蛍光放電管の発光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示板のバックライトとして、冷陰
極蛍光灯が用いられており、特に電池を電源とする機器
では高効率の照明装置が要求されている。

【０００３】従来の照明装置は図８に示すように構成さ
れている。インバータ装置Ａは直流電源２１の出力を交
流変換ならびに昇圧する。この発生電力で冷陰極蛍光灯
３５を点灯させている。

【０００４】詳しくは、電源２１は電池とＡＣ電源アダ
プタとが共に使えるようになっている。電源電圧の定格
値が例えば９ボルトの場合、照明装置はその許容範囲と
して６ボルト〜１２ボルトまでのような広範囲のもとで
動作することが要求される。トランジスタ２２，ダイオ
ード２４，インダクタ２５，コンデンサ２６およびデュ
ーティ比設定回路２７からなる回路は、一般的な降圧型
の安定化電源回路である。デューティ比設定回路２７
は、コンデンサ２６の端子電圧をモニターするとともに
制御されたデューティ比のパルス電圧を出力して、トラ
ンジスタ２２の導通を断続させている。パルス電圧のデ
ューティ比は、コンデンサ２６の端子電圧が基準値より
も高くなると小さくなり、また低くなると大きくなるよ
うに制御されており、コンデンサ２６の端子電圧は一定
に保たれる。

【０００５】電磁トランス２８，トランジスタ２９，３
０およびコンデンサ３１からなる回路は、冷陰極蛍光灯
３５を点灯させるための高電圧の交流電圧を出力する直
流−交流変換回路で、電磁トランス２８の帰還巻線によ
って 50 ｋＨｚ程度の周波数で自励発振している。

【０００６】コンデンサ３１は電磁トランス２８の出力
電圧波形を正弦波に近付ける共振用コンデンサである。
コンデンサ３４は点灯のための安定器に相当する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この従来装置における
回路損失は、直流−交流変換回路と安定化電源回路とで
生じており、その主な原因は前者の場合、電磁トランス
２８の一次および二次の巻線とトランジスタ２９，３０
のそれぞれの内部抵抗によるものである。またこの損失
は電源電圧に関係なく一定の大きさである。後者の場合
は、トランジスタ２２およびインダクタ２５の内部抵抗
によるものであり、この損失の大きさは電源電圧が高い
ほど大きくなる。

【０００８】これはコンデンサ２６に流し込む電流のピ
ーク値が、電源電圧が高いほど大きく、また、その分デ
ューティ比が小さくなるが、抵抗に対する実効電流が大
きくなってしまうためである。

【０００９】従って、回路全体の効率は図３に点線で示
すように電源電圧の最も低い所で最高の効率となる。こ
こで問題となるのは電源２１として以下のような出力特
性を有する電池を用いた場合である。

【００１０】すなわち、電力消費の過程において、電池
容量の残量が非常に少なくなり、電池としての機能を果
たせなくなる直前、換言すれば、いわゆる自身の寿命が
くる直前まではほぼ定格の出力電圧、出力電流を出力
し、その後の消費電力に伴い急激に出力電圧が下降する
ような出力特性を有する電池、例えば、ニッケルカドミ
ウム電池やリチウム電池など（以下、定出力特性電池と
称す）を用いた場合、先に述べた装置としての電源電圧
の許容範囲を考えると、上記電池容量の大半を効率の低
いところで消費しなければならないと云う問題がある。

【００１１】本発明は電源電圧に対する回路効率の特性
を改善することによって、特に定出力特性電池を電源と
する機器にとって優れた照明装置を提供することを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
照明装置は、直流電源電圧を直流−交流変換回路によっ
て交流電圧に変換し、圧電トランスの一次側に入力し
て、前記圧電トランスの二次側の出力で冷陰極蛍光灯を
点灯させる照明装置において、直流−交流変換回路は電
磁トランスを有しており、前記電磁トランスの一次側に
は、パルス電圧を正逆交互に入力するように構成したス
イッチング回路を接続し、前記直流電源電圧を電圧検出
回路で直接に検出し、この電圧検出回路が検出した電源
電圧に応じて前記パルス電圧の周波数とデューティ比の
うちの少なくとも一方を変更して前記冷陰極蛍光灯に流
れる電流を一定に制御するよう構成し、かつ前記電磁ト
ランスの二次側に出力電圧波形を整形するためのコンデ
ンサを並列接続するとともに、前記電磁トランスの二次
側に出力電圧の高周波分を除去するためのインダクタと
前記圧電トランスの一次側との直列回路を並列接続した
ことを特徴とする。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施の形態を図
１〜図７に基づいて説明する。 〔第１の実施の形態〕図１は〔第１の実施の形態〕の照
明装置を示す。

【００１７】インバータ装置Ｂは直流電源１の出力を交
流変換ならびに昇圧する。この発生電力で冷陰極蛍光灯
１０を点灯させている。インバータ装置Ｂは次のように
構成されている。

【００１８】発振回路６は、電磁トランス２を介して圧
電トランス９を他励式で駆動させるためのもので、 100
ｋＨｚ程度の周波数で発振している。デューティ比設定
回路５は直流電源１の電圧に応じて制御する。具体的に
は、直流電源１の電圧に応じて変化する管電流に基づい
て制御しており、ここでは抵抗１１の端子電圧を入力と
して、冷陰極蛍光灯１０に流れる電流をモニターしてお
り、この電流値が常に一定になるようにデューティ比を
設定している。

【００１９】さらに、電磁トランス２の二次側には電圧
波形を整形するコンデンサ７が並列接続されており、電
磁トランス２の発生電圧は高周波分を除去するインダク
タ８を介して、昇圧手段としての圧電トランス９に印加
されている。

【００２０】デューティ比設定回路５から発生するパル
ス電圧ｖ_a およびｖ_b と電磁トランス２の出力電圧ｖ_c
との関係を図２の（ａ）〜（ｃ）に示す。図２の横軸は
時間軸である。ここでは直流電源１の定格電圧が９ボル
トであり、照明装置の許容範囲が６ボルト〜１２ボルト
までとして説明する。

【００２１】図２（ａ）は電源電圧が９ボルトの場合を
示しており、デューティ比設定回路５はパルス電圧ｖ
_a ，ｖ_b のデューティ比を２５％程度になるように調節
している。

【００２２】パルス電圧ｖ_a がＬレベルになる時点ｔ１
からパルス電圧ｖ_b の出力がＨレベルになる時点ｔ２ま
での間は、トランジスタ３および４がともに開放してい
るため、電磁トランス２の一次巻線は機能せずに二次巻
線だけがインダクタとして機能している。従って、コン
デンサ７の充電電荷が共振電流として電磁トランス２の
二次巻線に流れて、出力電圧ｖ_c も共振波形となり、負
電圧のピーク近くまで達する。また、この間の出力電圧
ｖ_c は高周波除去フィルタであるインダクタ８を介して
圧電トランス９に電流を流し続ける。

【００２３】時点ｔ２でパルス電圧ｖ_b がＨレベルにな
ってトランジスタ４が導通すると、電磁トランス２の二
次巻線には電源電圧に応じた値の負電圧が発生するが、
この電圧が出力電圧ｖ_c と等しいため、出力電圧ｖ_c は
急峻な変化が起らずに以降パルス電圧ｖ_b の出力がなく
なる時点ｔ３までの間は出力電圧ｖ_c は一定になる。

【００２４】従って、この間に電磁トランス２の二次巻
線に流れる電流はコンデンサ７には流れずに圧電トラン
ス９に流れる電流に等しい。時点ｔ３〜ｔ４までの間は
再びトランジスタ３，４がともに開放になり、ｖ_c は時
点ｔ１〜ｔ２の間の出力電圧ｖ_c と極性が逆で同一の波
形となる。時点ｔ４以降の出力電圧ｖ_c も、時点ｔ２以
降の出力電圧ｖ_c と極性が逆で同一の波形となる。

【００２５】圧電トランス９に流れる電流の波形は、図
２（ａ）の出力電圧ｖ_c から高周波成分を除去した波形
となり、正弦波に近い波形となる。また、電磁トランス
２およびトランジスタ３，４にも瞬時的なパルス電流が
重量することもなく、効率よく動作する。

【００２６】図２（ｂ）は電源電圧が上限である１２ボ
ルトの場合を示している。冷陰極蛍光灯１０に流れる電
流で制御しているデューティ比設定回路５は、デューテ
ィ比の小さなパルス電圧ｖ_a およびｖ_b を出力する。

【００２７】パルス電圧ｖ_a がＬレベルになる時点ｔ１
からパルス電圧ｖ_b がＨレベルになる時点ｔ２までの間
は、図２（ａ）の場合と同様に、電磁トランス２の二次
巻線とコンデンサ７とによる共振波形となるが、時間が
長くなるために、出力電圧ｖ _c は負電圧のピーク点を越
えて正電圧の方向に向い、その途上で時点ｔ２に達す
る。時点ｔ２〜ｔ３までの間はパルス電圧ｖ_b が出力さ
れ、トランジスタ４が導通して電磁トランス２の二次巻
線に電源電圧に応じた負電圧が発生する。

【００２８】この時にコンデンサ７に大電流が流れて出
力電圧ｖ_c の立ち上がり傾斜している。時点ｔ３以降の
出力電圧ｖ_c は、時点ｔ１以降の出力電圧ｖ_c に対して
極性が逆で同一の波形となる。

【００２９】出力電圧ｖ_c は図２（ａ）の出力電圧ｖ_c
に較べて高周波成分が相当に増加しているが、その大半
がインダクタ８で除去されるため、圧電トランス９に流
れる電流は殆んど歪が生じることなく、正弦波から三角
波の方向に若干歪んだ波形になるが、この歪は圧電トラ
ンス９の効率の低下や信頼性に影響を及ぼすものではな
い。回路全体の効率は、図２（ｂ）の時点ｔ２〜ｔ３ま
での間にコンデンサ７に流れる大電流によって電磁トラ
ンス２の巻線およびトランジスタ３，４のそれぞれの内
部抵抗で損失が生じて、効率が低下してしまう。

【００３０】図２（ｃ）は電源電圧が下限である６ボル
トの場合を示している。電源電圧が６ボルトになると、
冷陰極蛍光灯１０への給電能力が限界となり、デューテ
ィ比設定回路５はデューティ比が 50 ％近くのパルス電
圧ｖ_a ，ｖ_b を出力する。

【００３１】時点ｔ１〜ｔ２までの間は、出力電圧ｖ_c
は、図２（ａ）および（ｂ）の場合と同様の変化をす
る。時点ｔ２でトランジスタ４が導通して電磁トランス
２の二次巻線に電源電圧に応じた負電圧が発生するが、
コンデンサ７に流れる大電流のために出力電圧ｖ_cは遅
れが生じて時点ｔ５でこの電圧に達する。

【００３２】この時、流れた電流が大きいため、時点ｔ
５以降の出力電圧ｖ_c 、オーバシュートを起した後に減
衰する。また、オーバシュートの共振はトランジスタ４
が導通しているため、電磁トランス２の全体のインダク
タンスとコンデンサ７とによるものである。時点ｔ３以
降の出力電圧ｖ_c は時点ｔ１以降の出力電圧ｖ_c に対し
て極性が逆で同一の波形となる。

【００３３】出力電圧ｖ_c には多くの高周波成分が含ま
れているが、インダクタ８の効果によって圧電トランス
９に流れる電流の歪は小さく、正弦波から台形波の方向
に若干歪む程度である。回路全体の効率については、時
点ｔ２〜ｔ５までの間に大電流が流れるために図２
（ｂ）の場合と同じに効率が低下してしまう。

【００３４】以上のように本発明の構成で、回路効率に
大きく影響するのは、トランジスタ３，４の導通開始時
に流れるコンデンサ７への突入電流であり、この突入電
流の大きさは、そのタイミングに従う。

【００３５】図２（ａ）のタイミングでは突入電流は殆
ど流れないが、このタイミングに対して進み方向でも、
遅れ方向であっても外れて来ると、その外れ量に応じた
大きさの突入電流が流れて、効率が低下する。

【００３６】従って、電源電圧に対する回路効率が図３
の実線で示すようになり、定出力特性電池を電源とする
場合には、その電池容量を効率良く利用できることにな
る。また、本発明の回路構成では、図８のトランジスタ
２２，ダイオード２４，インダクタ２５，コンデンサ２
６からなる安定化電源回路を必要とせず、優れた冷陰極
蛍光灯の点灯回路を実現できる。

【００３７】〔第２の実施の形態〕図４は〔第２の実施
の形態〕の照明装置を示す。〔第１の実施の形態〕で
は、発振回路６の発振周波数が一定で、冷陰極蛍光灯１
０に流れる電流を抵抗１１でをモニターして間接的に直
流電源１の電源電圧を検出し、これに基づいてデューテ
ィ比設定回路５がデューティ比を可変したが、直流電源
１の電圧を電圧検知回路Ｃで直接に検出し、この検出電
圧値に基づいてデューティ比設定回路５の出力するパル
ス電圧ｖ_a ，ｖ_b を〔第１の実施の形態〕と同様に制御
しても同様の効果を得ることができる。

【００３８】〔第３の実施の形態〕図５は〔第３の実施
の形態〕の照明装置を示す。上記の〔第１の実施の形
態〕〔第２の実施の形態〕では、冷陰極蛍光灯１０に流
れる電流を検出して間接的に直流電源１の電圧を検出し
てデューティ比設定回路５を制御するか、直流電源１の
電圧を電圧検知回路Ｃで直接に検出してデューティ比設
定回路５を制御したが、この〔第３の実施の形態〕で
は、冷陰極蛍光灯１０に流れる電流を検出して間接的に
直流電源１の電圧を検出し、この検出電流値に基づいて
発振回路６の発振周波数を変更している。

【００３９】具体的には、周波数を変えることによって
効率に対する最適電圧が変わるので、駆動周波数を可変
できる場合は、図中のｆ１，ｆ２，ｆ３（但し、ｆ１＜
ｆ２＜ｆ３）のように電圧に応じて周波数を変えること
により、最大効率で使える電圧幅を広げられる。

【００４０】この〔第３の実施の形態〕では、冷陰極蛍
光灯１０に流れる電流を検出して発振回路６の発振周波
数を変更しているが、〔第２の実施の形態〕と同様に直
流電源１の電圧を電圧検知回路Ｃで直接に検出し、この
検出電圧値に基づいて発振回路６の発振周波数を変更し
ても同様の効果を得ることができる。

【００４１】〔第４の実施の形態〕図７は〔第４の実施
の形態〕の照明装置を示す。上記の各実施の形態では、
直流電源１の電圧に応じてデューティ比設定回路５のデ
ューティまたは発振回路６の発振周波数を変更したが、
デューティ比設定回路５のデューティを変更するととも
に発振回路６の発振周波数を変更するように構成するこ
ともできる。

【００４２】この〔第４の実施の形態〕では、冷陰極蛍
光灯１０に流れる電流を検出してデューティ比設定回路
５と発振回路６を制御しているが、〔第２の実施の形
態〕に示した電圧検知回路Ｃの検出電圧値に基づいてデ
ューティ比設定回路５と発振回路６を制御することもで
きる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明の照明装置は、直流
電源電圧を直流−交流変換回路によって交流電圧に変換
し、圧電トランスの一次側に入力して、前記圧電トラン
スの二次側の出力で冷陰極蛍光灯を点灯させる照明装置
において、直流−交流変換回路は電磁トランスを有して
おり、前記電磁トランスの一次側には、パルス電圧を正
逆交互に入力するように構成したスイッチング回路を接
続し、前記直流電源電圧を電圧検出回路で直接に検出
し、この電圧検出回路が検出した電源電圧に応じて前記
パルス電圧の周波数とデューティ比のうちの少なくとも
一方を変更して前記冷陰極蛍光灯に流れる電流を一定に
制御するよう構成し、かつ前記電磁トランスの二次側に
出力電圧波形を整形するためのコンデンサを並列接続す
るとともに、前記電磁トランスの二次側に出力電圧の高
周波分を除去するためのインダクタと前記圧電トランス
の一次側との直列回路を並列接続したため、直流電源電
圧を効率よく正弦波電圧に変換して、これにより圧電ト
ランスを高効率かつ高信頼性のもとで駆動するととも
に、電源電圧の幅広い許容範囲において適切な電源電圧
の時に回路全体の効率が最適になるように構成して、電
源である定出力特性電池の電池容量の大半を最高効率の
もとで消費して冷陰極蛍光灯を点灯できるものである。

【００４４】

【００４５】

【００４６】

【図面の簡単な説明】

【図１】〔第１の実施の形態〕の照明装置の構成図であ
る。

【図２】同実施の形態の要部の波形図である。

【図３】同実施の形態と従来例の電源電圧に対する効率
の特性図である。

【図４】〔第２の実施の形態〕の照明装置の構成図であ
る。

【図５】〔第３の実施の形態〕の照明装置の構成図であ
る。

【図６】同実施の形態の電源電圧と発振周波数の説明図
である。

【図７】〔第４の実施の形態〕の照明装置の構成図であ
る。

【図８】従来の照明装置の構成図である。

【符号の説明】

Ｂ インバータ装置 Ｃ 電圧検知回路 １ 直流電源 ２ 電磁トランス ５ デューティ比設定回路 ６ 発振回路 ７ コンデンサ ８ インダクタ ９ 圧電トランス〔昇圧手段〕 １０ 冷陰極蛍光灯〔蛍光放電管〕

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｂ 41/02 Ｈ０５Ｂ 41/02 Ｚ (56)参考文献 特開 平７−220888（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−167694（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−119988（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−249495（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−147771（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−162052（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−86620（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/48 H02M 7/538 H05B 41/24 H02M 3/24 H05B 41/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源電圧を直流−交流変換回路によっ
   て交流電圧に変換し、圧電トランスの一次側に入力し
   て、前記圧電トランスの二次側の出力で冷陰極蛍光灯を
   点灯させる照明装置において、 直流−交流変換回路は電磁トランスを有しており、前記
   電磁トランスの一次側には、パルス電圧を正逆交互に入
   力するように構成したスイッチング回路を接続し、 前記直流電源電圧を電圧検出回路で直接に検出し、この
   電圧検出回路が検出した電源電圧に応じて前記パルス電
   圧の周波数とデューティ比のうちの少なくとも一方を変
   更して前記冷陰極蛍光灯に流れる電流を一定に制御する
   よう構成し、 かつ前記電磁トランスの二次側に出力電圧波形を整形す
   るためのコンデンサを並列接続するとともに、前記電磁
   トランスの二次側に出力電圧の高周波分を除去するため
   のインダクタと前記圧電トランスの一次側との直列回路
   を並列接続した照明装置。