JP3820399B2 - 高圧トランス及びそれを用いた点灯回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大型液晶ディスプレイや大型液晶テレビなどの光源用冷陰極管を点灯するバックライト電源に使用される閉磁回路のインバータ高圧トランス及びそれを用いた点灯回路に係り、特に高絶縁耐圧が確保できる小型の高圧トランス及びそれを用いた点灯回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大型液晶ディスプレイや大型液晶テレビなどの液晶ディスプレイユニットは、その光源に冷陰極管を使用して、点灯用バックライト電源を用いており、液晶パネルや導光板の薄型化を図り、製品の小型化の特長を出そうとしている。
【０００３】
これに対応すべく、光源用冷陰極管の点灯用バックライト電源の小型、薄型化には、高出力を図りつつ、インバータ高圧トランスの小型化、複数一体化が必要不可欠である。また大型液晶ディスプレイや大型液晶テレビの液晶画面は高輝度にする必要があるため、インバータ高圧トランスを少なくとも４個以上搭載している。
【０００４】
しかし電源基板のサイズが限られており、トランス単品の実装面積も限られている。これに対応するため、インバータ高圧トランスの小型化には、巻線部と磁気回路コアの占有面積を小さくする必要がある。
【０００５】
従来のインバータ高圧トランスも面実装構造によって薄型化を図っている。図１３と図１４に、従来のＥＥ型フェライトコアを用いた１出力の面実装構造のトランスを示している。図１３はそのトランスの分解斜視図、図１４はそのトランスの組み立て後の斜視図である。
【０００６】
図中の１は合成樹脂で成形されたコイルボビンで、胴部に１次コイル巻溝２と２次コイル巻溝３を有し、１次コイル巻溝２に１次コイル４が巻回され、２次コイル巻溝３に２次コイル５が巻回されている。
【０００７】
コイルボビン１の両側端面にコア挿入口６が形成され、またコイルボビン１の両側部に複数本の端子ピン７が植設されている。コイルボビン１の上から絶縁カバー８が被せられ、コイルボビン１の両側からＥ型コア９の中央脚部１０がそれぞれ挿入されて、図１３に示すようにトランスが組み立てられる。
【０００８】
この種高圧トランスに関しては、例えば下記のような特許文献１〜３を挙げることができる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１２４０４５号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開２００１−１２６９３７号公報
【００１１】
【特許文献３】
特開２００２−３６７８３５号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし従来の構造ではバックライト電源に使用されるインバータ高圧トランスの小型化、複数一体化の要求に対応し切れないという問題がある。またインバータ高圧トランスを４個以上搭載すると、電源基板は駆動回路を含めて面積が広くなり、電源基板の小型化を図ることができない。
【００１３】
トランスの小型化にはボビン形状、磁気回路の体積を小さくする必要がある。コアも幅狭、且つ薄くする必要があるが、単に小型化したのではコアの断面積が小さくなって発熱量が増加し、インバータ高圧トランスの性能を満足させることができない。
【００１４】
要するに、従来のコイルボビンやフェライトコアを単に小型化にしたのでは、高出力で信頼性の高いトランスは得られない。特に大型液晶ディスプレイや大型液晶テレビなどに用いる冷陰極管の点灯時は高電圧が発生するため、絶縁耐圧が確保できる構造で、高圧出力の２次側ショート時の安全性が要求される。
【００１５】
本発明の目的は、小型の高圧トランス及びそれを用いた点灯回路を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、１次ボビンと２つの２次ボビンが、一方の２次ボビンのコア挿入穴の中心を中心にして描いた仮想円と、他方の２次ボビンのコア挿入穴の中心を中心にして描いた前記仮想円と同径の仮想円が互いに交差する１つの交点上に前記１次ボビンのコア挿入穴の中心が位置するように配置され、前記１次ボビンに１次コイルを巻回し、前記２つの２次ボビンに２次コイルをそれぞれ巻回して、１次側磁心と２つの２次側磁心を有する磁心の前記１次側磁心を前記１次ボビンのコア挿入穴に挿入し、前記２つの２次側磁心を前記２次ボビンのコア挿入穴にそれぞれ挿入して磁気回路を構成することにより、２つの高電圧を１個のトランスで発生する高圧トランスを対象とするものである。
【００１７】
そして本発明の第１の手段は、前記１次側磁心の前記２次側磁心とは反対側のほぼ半周面を間隔をおいて覆うとともに、前記２次側磁心に向けて開放するようにして、前記１次コイルを囲むように漏洩磁束用磁心が設けられていることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の第２の手段は、前述の高圧トランスを用い、その高圧トランスの入力側１次コイルの両端を１組の例えば後述のインバータ回路などの駆動制御回路に接続し、高圧トランスの出力側の２つの２次コイルの両端を２組の冷陰極管にそれぞれ接続したことを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の第３の手段は、冷陰極管が液晶ディスプレイ用の光源であることを特徴とするものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図と共に説明する。図１は第１実施形態に係る高圧トランスの上面図、図２はその高圧トランスの側面図、図３はその高圧トランスに用いるコイルボビンの上面図、図４はそのコイルボビンの側面図、図５（ａ），（ｂ）はその高圧トランスに用いるコアの上面図と一部を断面にした上面図、図６はそのコアの側面図、図７はその高圧トランスの分解側面図、図８はその高圧トランスの磁気回路の磁路を示す図である。
【００２６】
合成樹脂の成形体からなるコイルボビン１は、１次コイル４を巻回する１つの１次ボビン１１と、２次コイル５ａ，５ｂをそれぞれ巻回する２つの２次ボビン１２ａ，１２ｂとが同じ方向を向いて並列にかつ一体に設けられている（図３，図４参照）。図４に示すように１次ボビン１１，２次ボビン１２ａ，１２ｂの高さはほぼ同じに設定されている。２５はこれら１次ボビン１１と２次ボビン１２ａ，１２ｂを一体に連結する連結部である。
【００２７】
図３に示すように１次ボビン１１を中心にしてその両側にほぼ等間隔に２つの２次ボビン１２ａ，１２ｂが配置され、かつ２次ボビン１２ａと２次ボビン１２ｂは近接している。
【００２８】
本実施形態では１次ボビン１１と２次ボビン１２ａ，１２ｂを一体成形したが、生産性を上げるためこれら３つのボビンを個々に分割し、巻線を行なった後に１次ボビン１１と２次ボビン１２ａ，１２ｂを組み合わせてコイルを結合してもよい。この場合も１次ボビン１１を中心にして、その両側にほぼ等間隔に２つの２次ボビン１２ａ，１２ｂを配置し、かつ２次ボビン１２ａと２次ボビン１２ｂは近接した状態にする必要がある。
【００２９】
１次ボビン１１は胴部外周に所定数の１次コイル溝２を有し、胴部の内部に上下方向に貫通したコア挿入穴１３が形成されている。１次ボビン１１のコア挿入穴１３が開口した一方の端部（図４において下方の端部）には、複数本の端子ピン７が植設されている。
【００３０】
２次ボビン１２ａ，１２ｂは胴部外周に所定数の２次コイル溝３ａ，３ｂを有し、胴部の内部に上下方向に貫通したコア挿入穴１４ａ，１４ｂが形成されている。２次ボビン１２ａ，１２ｂのコア挿入穴１４ａ，１４ｂが開口した一方の端部（図４において下方の端部）には、それぞれ複数本の端子ピン１５ａ，１５ｂが植設されている。
【００３１】
図１に示すように、一方のコア挿入穴１４ａの中心を中心にして描いた仮想円２８ａと、他方のコア挿入穴１４ｂの中心を中心にして描いた前記仮想円２８ａと同径の仮想円２８ｂが互いに交差する１つの交点２９上に、前記コア挿入穴１３の中心がくるように、前記コア挿入穴１３，１４ａ，１４ｂの位置関係が設定されている。
【００３２】
１次ボビン１１の１次コイル溝２に１次コイル４が巻回され、１次コイル４の端部が端子ピン７にからげられる。２次ボビン１２ａ，１２ｂの２次コイル溝３ａ，３ｂには２次コイル５ａ，５ｂがそれぞれ巻回され、２次コイル５ａ，５ｂの端部が端子ピン１５ａ，１５ｂにからげられる。
【００３３】
図４に示すように２次コイル溝３は、複数の鍔部によって分割スリット１６ａ〜６ｄに分けられている。そして各分割スリット１６ａ〜６ｄの深さが異なるように胴部に段差が付けてあり、本実施形態の場合は分割スリット１６ａから分割スリット１６ｄに向かうに従って段々に深くなるようになっている。
【００３４】
この段差付きの各分割スリット１６ａ〜６ｄに各々分割して２次コイル５（５ａ，５ｂ）を巻線することにより、１スリット当たりの電位差が低く抑えられて絶縁耐圧が向上する。
【００３５】
例えば出力電圧１５００Ｖ（ｒ．ｍ．ｓ）を発生する高圧トランスで、２次側巻線に細線を２００ターン巻回したボビンにおいて、分割しない場合は最大１５００Ｖ（ｒ．ｍ．ｓ）の電位差が生じるが、前述のように各分割スリット１６ａ〜６ｄを設け、各スリット（巻溝）に５００ターンの巻線を行なった場合、最大３７５Ｖ（ｒ．ｍ．ｓ）の電位差であり低く抑えられる。
【００３６】
さらに各分割スリット１６ａ〜６ｄの胴部に段差が設けてあるため、鍔を挟んだ隣り合う巻線どうしの電位差はさらに低くでき、絶縁耐圧はさらに向上し、高圧出力の２次側ショート時の安全性が確保できる。
【００３７】
磁気回路は、２つのコア１７ａ，１７ｂで形成される。それの磁性材料としてはフェライト、珪素鋼板、軟質磁性材料のアモルファス金属、パーマロイ、ナノ結晶軟質磁性材料またはそれらの組み合わせたものが用いられる。
【００３８】
図５（ａ）は上側コア１７ａの平面図、図５（ｂ）は下側コア１７ｂの一部を断面にした平面図である。この図５に示すようにコア１７ａ，１７ｂは平面形状がほぼＶ字状をしており、その中心部に円柱状の１次側磁心２６が、両端部に円柱状の２次側磁心２７がそれぞれ同一方向に突設されている。これら１つの１次側磁心２６と２つの２次側磁心２７の配置間隔は、図３に示すコイルボビン１のコア挿入穴１３，１４ａ，１４ｂの配置間隔とほぼ同じである。
【００３９】
図５（ｂ）に示されているように、１次側磁心２６の２次側磁心２７とは反対側のほぼ半周面を間隔をおいて覆うとともに、かつ２次側磁心２７側に向けて開放するように平面形状がほぼＵ字型もしくはほぼＶ字型をした漏洩磁束用磁心２１ｂが１次側磁心２６ならびに２次側磁心２７と一体に設けられている。図６（ａ）に示すように、上側コア１７ａにも同様に漏洩磁束用磁心２１ａが一体に設けられている。
【００４０】
本発明によればコア１７ａ，１７ｂに設けられている各々の磁心（１次側磁心２６，２次側磁心２７，漏洩磁束用磁心２１）の断面積は高圧トランスが許される限り大きくとれるから、上下方向（高さ方向）の寸法を低く抑えつつ断面積が確保でき、そのために発熱の低減が図れる。
【００４１】
コア１７ａ，１７ｂの突き合わせ面には、予めスペーサ１８を貼着するか（図７参照）、あるいは（ならびに）漏洩磁束用磁心２１の端面を部分的に研磨して（図７参照）空隙１９を形成する（図２参照）。
【００４２】
１次ボビン１１のコア挿入穴１３および２次ボビン１２ａ，１２ｂのコア挿入穴１４ａ，１４ｂに、コア１７ａ，１７ｂを上下方向から挿入し、各コア１７ａ，１７ｂの磁心（１次側磁心２６，２次側磁心２７，漏洩磁束用磁心２１）を互いに対向させて、磁気回路を形成する。２対のコア１７ａ，１７ｂは、絶縁性の接着剤２０（図７参照）で固定する。コア１７ａ，１７ｂの固定手段は、絶縁テープなどでも構わない。
【００４３】
巻回された１次コイル４ならびに２次コイル５ａ，５ｂの外周は、それぞれ絶縁テープ２４で覆われる。このようにして図１と図２に示すような２出力インバータ高圧トランスが得られる。
【００４４】
図８はこの高圧トランスにおける磁気回路の磁路を示す図で、矢印２２ａ，２２ｂは主たる磁束を、矢印２３ａ，２３ｂは漏洩磁束をそれぞれ示している。１次側磁心２６、２次側磁心２７、漏洩磁束用磁心２１を前述のように配置することにより、主たる磁束２２ａ，２２ｂと漏洩磁束２３ａ，２３ｂが同図に示すように形成され、主たる磁束２２ａと漏洩磁束２３ａが互いに重なり合い、主たる磁束２２ｂと漏洩磁束２３ｂが互いに重なり合う。
【００４５】
前述のように２つのコア１７ａ，１７ｂの間に空隙１９を形成し、かつ漏洩磁束用磁心２１ａ，２１ｂを１次コイル４を囲むように形成することにより、磁気抵抗が増加する。この磁気抵抗は、コアの断面積、磁性材の磁束密度、空隙１９の長さなどを選定することにより、任意に調整できる。
【００４６】
図９は、本発明の第２実施形態に係る高圧トランスの側面図である。この実施形態で前記第１実施形態と相違する点は、漏洩磁束用磁心２１ａ，２１ｂをコア１７ａ，１７ｂとは別にして、ネジ状に形成している。従って漏洩磁束用磁心２１ａ，２１ｂをコア１７ａ，１７ｂにねじ込みながら組み込むため、漏洩磁束用磁心２１ａ，２１ｂ間の空隙１９の長さ（磁気抵抗）が容易に調整できる。
【００４７】
本実施形態では漏洩磁束用磁心２１ａ，２１ｂの両方をねじ込み式にしたが、一方の例えば漏洩磁束用磁心２１ｂをコア１７ｂと一体に設け、他方の例えば漏洩磁束用磁心２１ａをコア１７ａに対してねじ込み式にして、その漏洩磁束用磁心２１ａのねじ込み量によって漏洩磁束用磁心２１ａ，２１ｂ間の空隙１９の長さを調整することも可能である。
【００４８】
図１０は、本発明の第３実施形態に係る自励発振２出力高圧トランスにおけるインバータ回路の一例を示す回路図で、冷陰極管を点灯させるインバータ回路である。
【００４９】
本発明の実施形態に係る２出力高圧トランスＴの１次側には１つの１次コイルＮ１１が設けられ、２次側には２つの２次コイルＮ２１，Ｎ２２が設けられ、さらにベースコイルＮ１２が設けられている。
【００５０】
ベースコイルＮ１２の誘起電力によりスイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２が交互にオン、オフを繰り返し、それにより直流入力＋Ｂをスイッチングして２次コイルＮ２１，Ｎ２２に高電圧が誘起され、２次コイルＮ２１，Ｎ２２に接続されている２組の冷陰極管ＣＦＬが点灯する。
【００５１】
なお、漏洩インダクタンスを利用することで、冷陰極管ＣＦＬの電流制限を行なうバラストコンデンサＣｂが不要となる。
【００５２】
起動時だけ高電圧が発生し、定常時の２次側出力電圧はランプ点灯電圧であり、絶縁耐圧の安全性が保てる。
【００５３】
図１１は、本発明の第４実施形態に係る他励駆動方式の２出力高圧トランスにおけるインバータ回路の一例を示す回路図で、冷陰極管を点灯させるインバータ回路である。
【００５４】
フルブリッジを構成する４つのパワートランジスタが用いられている。図中のｏｕｔＬとｏｕｔＲは、高圧トランスＴの１次コイルを交互に駆動するブリッジ出力である。
【００５５】
共振サイクルはトランス入力電流Ｉｐｉがゼロを横切ったときに始まり、内蔵されている電流ゼロクロスコンバータが反転する。ｏｕｔＬがｏｕｔＲの位相状態によって決まったタイムインターバルＴｏｎでグランドからＶｃｃにスッチングする。
【００５６】
この間、タイムインターバルＴｏｎの期間中、トランス入力電流Ｉｐｉは増加し続ける。タイムインターバルＴｏｎの期間終了後、出力はＶｃｃからグランドに接続され、トランス入力電流Ｉｐｉは減少し、再びゼロ点を交差するのでサイクルが繰り返される。これにより２組の冷陰極管ＣＦＬが点灯する。
【００５７】
この場合も漏洩インダクタンスを利用することで、冷陰極管ＣＦＬの電流制限を行なうバラストコンデンサＣｂは不要となる。さらに前述の自励発振方式の２出力高圧トランスと同様に、絶縁耐圧の安全性が保てる。
【００５８】
図１２は、本発明の第５実施形態に係る２出力高圧トランスにおけるインバータ回路の一例を示す回路図で、冷陰極管を点灯させるインバータ回路である。
【００５９】
この実施形態は図に示すように２次コイルＮ２１とＮ２２直列に接続して、２倍の出力電圧を得る構成になっている。
【００６０】
なお、図１０から図１２において、図中の＋Ｂは入力直流電圧、Ｔは高圧トランス、Ｎ１１は１次コイル、Ｎ１２はベースコイル、Ｎ２１，Ｎ２２は２次コイル、Ｑ１，Ｑ２はトランジスタ、Ｒ１，Ｒ２は抵抗、Ｌはインダクタンス、Ｃは共振コンデンサ、ＣＦＬは冷陰極管、Ｃｂはバラストコンデンサ、ＭＯＳ ＦＥＴはパワートランジスタ、ｏｕｔＬ，ｏｕｔＲはブリッジ出力、Ｉｐｉはトランス入力電流、Ｖｃｃは入力電圧、Ｃｐは並列コンデンサ、Ｃｓは直列コンデンサ、Ｖ１，Ｖ２は出力電圧である。
本発明の実施形態によれば、冷陰極管の電流制限を行なうバラストコンデンサが不要となり、起動時だけに高電圧が発生し、定常時の２次側出力電圧はランプ点灯電圧であり、絶縁耐圧の安全性が確保できる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明は前述のような構成になっており、１次コイルを２つの２次コイルに対して共通に使用するように磁気回路を形成し、これに２つの磁気回路を１個のトランスで構成しているから、小型化、薄型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る高圧トランスの上面図である。
【図２】その高圧トランスの側面図である。
【図３】その高圧トランスに用いるコイルボビンの上面図である。
【図４】そのコイルボビンの側面図である。
【図５】（ａ），（ｂ）はその高圧トランスに用いるコアの上面図と一部を断面にした上面図である。
【図６】そのコアの側面図である。
【図７】その高圧トランスの分解側面図である。
【図８】その高圧トランスの磁気回路の磁路を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る高圧トランスの側面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る自励発振２出力高圧トランスにおけるインバータ回路の一例を示す回路図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る他励駆動方式の２出力高圧トランスにおけるインバータ回路の一例を示す回路図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係る２出力高圧トランスを１出力にし２倍の出力を取り出す回路図である。
【図１３】従来のＥＥ型コアを使用した高圧トランスの分解斜視図である。
【図１４】その高圧トランスの組み立て後の斜視図である。
【符号の説明】
１：コイルボビン、２：１次コイル巻溝、３，３ａ，３ｂ：２次コイル巻溝、４：１次コイル、５，５ａ，５ｂ：２次コイル、６：コア挿入口、７：端子ピン、８：絶縁カバー、９：Ｅ型コア、１０：中央脚部、１１：１次ボビン、１２，１２ａ，１２ｂ：２次ボビン、１３：コア挿入穴、１４，１４ａ，１４ｂ：コア挿入穴、１５，１５ａ，１５ｂ：端子ピン、１６ａ〜１６ｄ：分割スリット、１７：コア、１７ａ：上側コア、１７ｂ：下側コア、１８：スペーサー、１９：空隙、２０：接着剤、２１：漏洩磁束用の磁心、２２：主たる磁束、２３：漏洩磁束、２４：絶縁テープ、２５：連結部、２６：１次側磁心、２７：２次側磁心、２８ａ，２８ｂ：仮想円、２９：交点、＋Ｂ：入力直流電圧、Ｔ：高圧トランス、Ｎ１１：１次コイル、Ｎ１２：ベースコイル、Ｎ２１，Ｎ２２：２次コイル、Ｑ１，Ｑ２：トランジスタ、Ｒ１，Ｒ２：抵抗、Ｌ：インダクタンス、Ｃ：共振コンデンサ、ＣＦＬ：冷陰極管、Ｃｂ：バラストコンデンサ、ＭＯＳ ＦＥＴ：パワートランジスタ、ｏｕｔＬ，ｏｕｔＲ：ブリッジ出力、Ｉｐｉ：トランス入力電流、Ｖｃｃ：入力電圧、Ｃｐ：並列コンデンサ、Ｃｓ：直列コンデンサ、Ｖ１，Ｖ２：出力電圧

Claims (3)

1. １次ボビンと２つの２次ボビンが、一方の２次ボビンのコア挿入穴の中心を中心にして描いた仮想円と、他方の２次ボビンのコア挿入穴の中心を中心にして描いた前記仮想円と同径の仮想円が互いに交差する１つの交点上に前記１次ボビンのコア挿入穴の中心が位置するように配置され、前記１次ボビンに１次コイルを巻回し、前記２つの２次ボビンに２次コイルをそれぞれ巻回して、１次側磁心と２つの２次側磁心を有する磁心の前記１次側磁心を前記１次ボビンのコア挿入穴に挿入し、前記２つの２次側磁心を前記２次ボビンのコア挿入穴にそれぞれ挿入して磁気回路を構成することにより、２つの高電圧を１個のトランスで発生する高圧トランスにおいて、
   前記１次側磁心の前記２次側磁心とは反対側のほぼ半周面を間隔をおいて覆うとともに、前記２次側磁心に向けて開放するようにして、前記１次コイルを囲むように漏洩磁束用磁心が設けられていることを特徴とする高圧トランス。
2. 請求項１記載の高圧トランスを用い、その高圧トランスの入力側１次コイルの両端を１組の駆動制御回路に接続し、高圧トランスの出力側の２つの２次コイルの両端を２組の冷陰極管にそれぞれ接続したことを特徴とする点灯回路。
3. 請求項２記載の点灯回路において、前記冷陰極管が液晶ディスプレイ用の光源であることを特徴とする点灯回路。

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