JP4025300B2

JP4025300B2 - 電源回路の制御器と駆動方法及びエネルギー供給のための電気回路及びその電気回路を備えた表示装置

Info

Publication number: JP4025300B2
Application number: JP2004014898A
Authority: JP
Inventors: ユン−リン・リン
Original assignee: オーツーマイクロ，インコーポレーテッド
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2024-01-22
Also published as: KR20040068014A; CN1521924B; CN1521924A; JP2007059408A; JP2004229496A

Description

本発明は、ＣＣＦＬ（冷陰極蛍光灯：cold-cathode-fluorescent-lamp）等の複数の負荷に対して電力を供給するための電気回路に関し、特に、複数の負荷に位相シフトを提供するための電気回路に関する。通常、本電気回路は、液晶表示モニターや液晶表示コンピュータや液晶テレビなどの表示装置に使われる。

ＣＣＦＬ負荷は、広く、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、特に背面照明型ＬＣＤモニターやＬＣＤテレビに背面照明を提供するのに使用される。しかし、そのような従来の応用範囲では、個々のＣＣＦＬを駆動するのに、分離型の直流／交流電力の電力インバータ（ＤＣ／ＡＣ電力インバータ）を必要とする。そのような応用例が、図１に示されるが、そこでは、各ＣＣＦＬ（２０，２２，…２４）は、それぞれ個々のＤＣ／ＡＣインバータ（１０，１２，…１４）によって電力を与えられ、全てのＤＣ／ＡＣインバータは同期が取れている。各ＤＣ／ＡＣインバータには、ＡＣ交換網と電力駆動回路とが含まれている。電力駆動回路には、ＣＣＦＬのための共振タンク回路が含まれていてよい。各インバータの中のＡＣ交換網は、同期してＯＮ／ＯＦＦが切り換えられる。従って、電力線上には、大きなリップルがある。交換網の中のスイッチがオンされる時に、電力源Ｖ_Ｂａｔｔから大電流が引き出され、スイッチがオフされる時に、引き出された電流が解除される。全てのインバータで同時にオンとオフがされると、電力線上に雑音が発生し、これによってシステム内の信号／雑音の状態が劣化する。

リップルを減らす一つの方法は、電力線におけるフィルタを増やすことである。しかし、その欠点は、回路の大きさが増加して、その結果、システムの価格が増加することである。

図２は、複数のＣＣＦＬ負荷を駆動するための、他の従来例による回路を示しており、その回路には、複数のＤＣ／ＡＣインバータ（１０，１２，１４，…１６）とＣＣＦＬ負荷（２０，２２，２４，…２６）を駆動するための制御器（４０）が含まれている。制御器（４０）の中のクロック生成器（４２）は、位相の遅延を作るために、各ＤＣ／ＡＣインバータ（１０，１２，１４，…１６）に対して位相シフトされたクロック信号の列を生成する。全てのＤＣ／ＡＣインバータ（１０，１２，１４，…１６）のネットワーク内のスイッチは、隣り合うインバータ間で等しい位相シフトでオンとオフをするので、電力線上のリップルは、図１に示されるものの１／Ｎに減る効果がある。ここで、Ｎは、接続されるＤＣ／ＡＣインバータの数である。

しかし、問題は、制御器（４０）は、求められる元の負荷の数に固定される、言い換えると、ＣＣＦＬ負荷の数は、制御器（４０）から各インバータ（１０，１２，１４，…１６）に位相シフトを渡すラインに等しいということである。従って、もし、ＣＣＦＬ負荷の数が変わると、制御器（４０）の構成は変わらざるを得ない。他の欠点は、制御器（４０）が、個々のＤＣ／ＡＣインバータの動作周波数のＮ倍の周波数を持つ高周波クロック信号を生成する必要があるということである。

本発明の目的は、より簡易な位相シフト回路技術の、より簡易な制御器を提供することであり、ここで、インバータの数によって決まる、より簡易なユーザープログラマブルな数の位相が使用される、すなわち、高出力、低価格でより小さな複数のインバータのシステムを得ることができる。

本発明の他の目的は、ＣＣＦＬ負荷のような複数の負荷を駆動するために、ＤＣ／ＡＣインバータのような複数の電力回路を備えた改良型電気回路を提供することであり、これによって、電力回路中で同時にオンとオフが起こることによる瞬間的高電流リップルと雑音が減少する。

本発明のさらに他の目的は、ＣＣＦＬ負荷のような、少なくとも２つの負荷を備えた表示装置を提供することである。この表示装置は、ＬＣＤモニターやＬＣＤテレビやＬＣＤコンピュータであろう。

本発明のさらに他の目的は、ＣＣＦＬ負荷のような複数の負荷を駆動するための、ＤＣ／ＡＣインバータのような複数の電力回路を備えた電気回路を駆動するための方法を提供することであり、これによって、電力回路において同時にオンとオフが起こることによる瞬間的高電流リップルと雑音が減少する。

まとめると、本発明の制御器は、接続されるＤＣ／ＡＣインバータの動作を始めるためのクロック信号を生成するためのパルス生成器と、接続されるＤＣ／ＡＣインバータの数を示す基準信号を生成するための位相選択器とを備える。

加えて、本発明による電気回路は、ＤＣ／ＡＣインバータの間でＣＣＦＬ負荷を駆動するためにオンとオフを切り換える位相シフトを提供し、ここで、位相シフトの数は、接続されるＤＣ／ＡＣインバータの数に従ってプログラムされる。本発明によると、第１ＤＣ／ＡＣインバータは、パルス生成器からのパルス信号と、位相の数を示す位相選択器からの基準信号とを受信し、第２ＤＣ／ＡＣインバータへの第２パルス信号を生成する。第２ＤＣ／ＡＣインバータは、第１ＤＣ／ＡＣインバータへの第１パルス信号入力に関する位相シフトをもった第２パルス信号を受信する。同様に、第２ＤＣ／ＡＣインバータは、第２ＤＣ／ＡＣインバータへの第２パルス信号入力に関する同量の位相シフトを持つ、第３ＤＣ／ＡＣインバータへの第３パルス信号を生成し、それによって、全てのＤＣ／ＡＣインバータは、隣り合うインバータ間で等しい位相シフトでオンとオフをする。本発明によると、電力線の上のリップルは、こうして効果的に減らされ、回路は、プログラム可能となり、かつ簡略化され、価格も減る。

本発明とその利点をより完全に理解するために、次に、本発明の実施形態を示す図面と共に以下の説明を参照する。

図３ａは、光源負荷あるいはＣＣＦＬ負荷のような複数の負荷を駆動するために使用される、本発明による電気回路をブロック図である。本電気回路は、制御器（４０）と、ＤＣ／ＡＣインバータのような少なくとも２つの電力回路（１０，１２）を備える。制御器（４０）は、位相選択器（４４）のような選択器（４０）と、発振器のようなパルス生成器（４６）を備える。

選択器（４４）は、可変入力信号に従って基準信号を生成し、この基準信号は、少なくとも２つの電力回路（１０，１２）に結合されて、制御される電力回路の数あるいはシフトする位相の数を示す。すなわち、もし接続すべき電力回路が４つあれば、選択器（４４）の出力は、可変入力信号によって接続される４つの電力回路を表す基準信号を出力するだろう。従って、制御すべき電力回路は、制御回路（４０）と電力回路（１０，１２）の回路構成を変えずに、入力信号によってプログラム可能であろう。選択器（４４）は、ディジタル−アナログ変換器であっても良いし、アナログ入力−アナログ出力回路であっても良い。

パルス生成器（４６）は、第１パルス信号を生成し、その第１パルス信号は、少なくとも２つの電力回路（１０，１２）の第１電力回路に結合されて、少なくとも２つの電力回路（１０，１２）の第１電力回路の動作を開始する。第１電力回路（１０）は、その後、第２パルス信号を出力し、少なくとも２つの電力回路（１０，１２）の第２電力回路（１２）の動作を開始する。少なくとも２つの電力回路（１０，１２）は、負荷に電力を供給するために各々、変圧器と光源あるいはＣＣＦＬのような負荷とに結合される。

説明を簡単にするために、２つの電力回路を備えた本発明の電気回路の動作が、以下に説明される。

選択器（４４）は、最初に、制御すべき電力回路の数（この場合は、２）を示すための選択器に結合される入力信号に従って、２つの電力回路（１０，１２）へと基準信号を生成する。その後、パルス生成器（４６）は、第１電力回路（１０）へ第１パルス信号を生成して、第１電力回路の動作を開始する。第１電力回路（１０）は、光源あるいはＣＣＦＬのような第１負荷に結合される第１変圧器に結合されて、第１負荷の動作を制御する。第１電力回路（１０）は、第２パルス信号を第２電力回路（１２）へ出力して、第２電力回路の動作を開始するが、ここで、第２パルス信号は、第１電力回路（１０）に送られた第１パルス信号によって遅延する。第２電力回路（１２）は、光源あるいはＣＣＦＬのような第２負荷に結合される第２変圧器に結合されて、第２負荷の動作を制御する。同様に、第２電力回路（１２）は、第２動作サイクルのために、第３パルス信号を第１電力回路（１０）に出力する。第３パルス信号は、第２電力回路（１２）に送られる第２パルス信号によって遅延する。第１電力回路（１０）は、その後、第４パルス信号を出力し、ここで、第４パルス信号は、第１電力回路（１０）に送られた第３パルス信号によって遅延する。第１電力回路への入力パルス信号として、通常は、最後の電力回路からのパルス信号出力である。本発明によると、２つの電力回路（１０，１２）は、等しい位相シフトでオンとオフをする。従って、電力線の上のリップルは、こうして減らされ、本回路は、プログラム可能になり、かつ簡略化され、価格は減る。本発明の利点は、電力回路の数が多くなると、より一層明らかとなるだろう。

本発明の電気回路は、ＬＣＤモニターのような表示装置や、ＬＣＤモニターや、ＬＣＤテレビや、ＬＣＤコンピュータで適用することができよう。本表示装置は、制御器に加えて、少なくとも２つの電力回路と、少なくとも２つの変圧器と、少なくとも２つの光源と、表示パネルとを備えていてよい。

図４は、電力回路のための入力クロックと出力クロックの信号表記である。入力クロックと出力クロックの間に、時間遅延Δｔが見られる。この遅延は、一種の位相シフト遅延であり、遅延回路によって生成されるが、これは後に説明する。

図５は、選択回路（７０）の一例であり、ここで、ディジタル−アナログ変換器のような選択回路（７０）に結合される入力（６０，６２，６４，…６６）は、ディジタル信号であり、電力回路（１０，１２，…１４）に結合される出力はアナログ信号（Ｖaa）である。選択回路（７０）に結合される入力信号と、その対応する出力信号は、図６に示されている。すなわち、もし選択器（７０）の入力端子が４ならば、制御すべき電力回路は、１６までプログラムすることができる。

図７は、縮尺の決められたアナログ選択器のような選択回路（７２）の他の一例を示しており、ここでは、選択回路に結合された入力は、アナログ信号（Ｖain）であり、電力回路（１０，１２，…１４）に結合された出力はアナログ信号（Ｖaa）である。図８は、図７に示された選択回路（７２）の一例の図であり、ここでは、Ｖainは、選択回路（７２）のアナログ入力を表しており、Ｖaaは、選択回路（７２）のアナログ出力を表している。Ｖaaの値は、ＶainとＶrefと３つの抵抗（８０，８２，８４）の値に基づいて重ね合わせ法を用いることによって得ることができる。

図９は、入力クロック信号と基準信号に基づいて生成されたランプ信号を備えた、電力回路の中の遅延回路の一例の図である。遅延ΔＴは、各位相間の遅延回路によって生成される。図９は、各ＣＣＦＬに順次結合された一連の信号も示しており、ここでは、最初の位置の遅延は、第１パルス信号と基準信号とに基づいてランプ生成器によって生成される。

図１０ａは、本発明における遅延セルの図である。ここで図示されているのは、CLOCK IN信号とCLOCK OUT信号の間の遅延セルによって生成される遅延ΔＴである。図１０ｂは、図１０ａで示される遅延セル（９２）を備えた電力回路の遅延回路の一例である。遅延ΔＴは、主に、基準信号Ｖaaによって決定される。中でも、CLOCK IN信号が遅延セル（９２）と一番最初の時間に結合されると、トランジスタ（９３）は、オンして電圧Ｖcは０Ｖに落ちる。一方、CLOCK IN信号が落ちてトランジスタ（９３）をオフすると（遅延時間の始まり）、コンデンサ（９４）は、コンデンサ（９４）上の電圧がrefより高くなるまで、電流Ｉcによって充電される。コンデンサ（９４）上の電圧がＶrefより高くなると、比較器（９５）は、状態を変更し、コンデンサ（９６）を経由して次段へパルス信号（遅延時間の終わり）を生成するだろう。電流Ｉcは、ＶaaとＶccの差によって決定される。一例として、Ｖaaの値が高くなるほど、電流Ｉcは少なくなり、充電時間は多くなる。言い換えると、遅延時間が増加する。別の例では、Ｖaaの値が高くなるほど、電流Ｉcは多くなり、そうして、充電時間は少なくなる。言い換えると、遅延時間が減少する。

図１１ａ〜図１１ｅは、本発明の電気回路を実現しているＤＣ／ＡＣインバータの例である。図１１ａは、フルブリッジＤＣ／ＡＣインバータであり、図１１ｂは、半ブリッジＤＣ／ＡＣインバータであり、図１１ｃは、フライバックフォワード（fly-back forward）ＤＣ／ＡＣインバータであり、図１１ｄは、プッシュプルＤＣ／ＡＣインバータであり、図１１ｅは、Ｄ級ＤＣ／ＡＣインバータである。

本発明とその利点が詳細に説明されたが、様々な変更や代用や交替は、添付の特許請求の範囲で定義したような本発明の趣旨と範囲とから逸脱することなく、ここにおいて可能であることは理解されたい。

全てのＤＣ／ＡＣインバータがＣＣＦＬ負荷を駆動するのに同期している、複数のＣＣＦＬ負荷を駆動するために使用される従来の回路を描いた図である。回路中に制御器と複数のＤＣ／ＡＣインバータが含まれ、制御器は、複数のＤＣ／ＡＣインバータへの位相遅延クロック信号の列を生成するところの、複数のＣＣＦＬ負荷を駆動するのに使用される従来の回路を描いた図である。複数のＣＣＦＬ負荷を駆動するのに使用される、本発明による電気回路のブロック図である。複数のＣＣＦＬ負荷を駆動するのに使用される、本発明による電気回路のブロック図である。ＤＣ／ＡＣインバータのための入力クロックと出力クロックの信号である。選択回路に結合される入力はディジタル信号であり、ＤＣ／ＡＣインバータに結合される出力はアナログ信号であるような、選択回路の一例の図である。選択回路に結合される入力信号と、対応する出力信号の一例の図である。選択回路に結合される入力はアナログ信号であり、ＤＣ／ＡＣインバータに結合される出力はアナログ信号であるような、選択回路の一例の表である。図７に示される選択回路の一例の図である。入力クロック信号に基づいて生成されたランプ信号を備えるＤＣ／ＡＣインバータの遅延回路の一例の図である。本発明中の遅延セルの図である。本発明中の遅延セルの図である。本発明の電気回路を実現するＤＣ／ＡＣインバータの例の図である。本発明の電気回路を実現するＤＣ／ＡＣインバータの例の図である。本発明の電気回路を実現するＤＣ／ＡＣインバータの例の図である。本発明の電気回路を実現するＤＣ／ＡＣインバータの例の図である。本発明の電気回路を実現するＤＣ／ＡＣインバータの例の図である。

符号の説明

１０，１２，１４，１６…ＤＣ／ＡＣ変換器
２０，２２，２４，２６…ＣＣＦＬ（冷陰極蛍光灯）
４０…制御器
４２…クロック生成器
４４…位相選択器
４６…パルス生成器
６０，６２，６４，６６…ディジタル入力
７０…ディジタル−アナログ変換器
７２…縮尺の決められたアナログ選択器
８０，８２，８４…抵抗
９２…遅延セル
９３…トランジスタ
９４，９６…コンデンサ
９５…比較器

Claims

第１電力回路から第ｎ電力回路までを制御するための制御器において、
前記電力回路の動作を開始するために、前記第１電力回路に結合されるパルス信号を生成するためのパルス生成器と、
制御される電力回路の数を示すために、前記電力回路の各々に結合される基準信号を生成するための選択器と
を備え、
第ｉ電力回路（ｉは１からｎ−１までの整数）は、前記基準信号に基づいて遅延時間を決定し、受け取ったパルス信号を前記遅延時間だけ遅延させて、第ｉ＋１電力回路へ送り、
第ｎ電力回路は、前記基準信号に基づいて遅延時間を決定し、受け取ったパルス信号を前記遅延時間だけ遅延させて、第１電力回路へ送ることを特徴とする制御器。
前記パルス生成器は、発振器であることを特徴とする請求項１記載の制御器。
前記選択器は、ディジタル−アナログ変換器あるいはアナログ入力アナログ出力回路であることを特徴とする請求項１記載の制御器。
前記基準信号は、前記遅延時間を決定するための信号であることを特徴とする請求項１記載の制御器。
前記選択器は、制御される電力回路の数をプログラムするための少なくとも１つの入力端子と、前記少なくとも１つの入力端子に結合される入力信号に従って、基準信号を出力するための出力を備えることを特徴とする請求項１記載の制御器。
前記入力信号は、制御される電力回路の数をプログラムするためのアナログ信号、あるいは制御される電力回路の数をプログラムするためのディジタル信号であることを特徴とする請求項５記載の制御器。
エネルギーを供給するための電気回路において、
第１パルス信号を生成するためのパルス生成器と、基準信号を生成するための選択器とを持った制御器と、
少なくとも２つの電力回路と
を備え、
前記基準信号は、制御される電力回路の数を示すために、少なくとも２つの電力回路の各々に結合され、前記第１パルス信号は、第１電力回路の動作を開始するために、前記少なくとも２つの電力回路の第１電力回路に結合され、前記第１電力回路は、第２電力回路の動作を開始するために、前記少なくとも２つの電力回路の第２電力回路に第２パルス信号を出力し、前記第２パルス信号は、第１パルス信号に対して遅延があり、
前記電力回路は、さらに、遅延を生成するための遅延回路を備え、遅延の量は、第１パルス信号と基準信号とに基づいて生成されることを特徴とする電気回路。
前記パルス生成器は、発振器であることを特徴とする請求項７記載の電気回路。
前記選択器は、ディジタル−アナログ変換器あるいはアナログ入力アナログ出力回路であることを特徴とする請求項７記載の電気回路。
前記基準信号は、前記遅延時間を決定するための信号であることを特徴とする請求項７記載の電気回路。
前記選択器は、制御される電力回路の数をプログラムするための少なくとも１つの入力端子と、結合される入力信号に従って基準信号を少なくとも１つの入力端子に出力するための出力とを備えることを特徴とする請求項７記載の電気回路。
前記入力信号は、制御される電力回路の数をプログラムするためのアナログ信号、あるいは制御される電力回路の数をプログラムするためのディジタル信号であることを特徴とする請求項１１記載の電気回路。
前記電力回路は、ＤＣ／ＡＣインバータであり、
前記ＤＣ／ＡＣインバータは、フルブリッジインバータ、あるいは半ブリッジインバータ、あるいはフライバックフォワードインバータ、あるいはプッシュプルインバータ、あるいはＤ級インバータであることを特徴とする請求項７記載の電気回路。
前記遅延は、位相シフト遅延であることを特徴とする請求項７記載の電気回路。
前記電力回路は、さらに変圧器を備えることを特徴とする請求項７記載の電気回路。
前記電力回路は、さらに光源を備えることを特徴とする請求項１５記載の電気回路。
前記光源は、冷陰極蛍光灯であることを特徴とする請求項１６記載の電気回路。
前記電力回路は、さらに、ランプ信号を生成するためのランプ生成器を備え、前記パルス信号の遅延は、前記ランプ信号の値と所定の基準値との比較に基づいて決定されることを特徴とする請求項７記載の電気回路。
表示装置において、
第１パルス信号を生成するためのパルス生成器と、基準信号を生成するための選択器とを持った制御器と、
少なくとも２つの電力回路と、
各々が少なくとも２つの電力回路にそれぞれ結合される、少なくとも２つの変圧器と、
各々が少なくとも２つの変圧器にそれぞれ結合される、少なくとも２つの光源と、
表示パネルと
を備え、
前記基準信号は、制御される電力回路の数を示すために、少なくとも２つの電力回路の各々に結合され、前記第１パルス信号は、少なくとも２つの光源の第１光源をオンさせるために、第１電力回路の動作を開始するべく、前記少なくとも２つの電力回路の第１電力回路に結合され、前記第１電力回路は、少なくとも２つの光源の第２光源をオンさせるために、第２電力回路の動作を開始するべく、前記少なくとも２つの電力回路の第２電力回路に第２パルス信号を出力し、前記第２パルス信号は、第１パルス信号に対して遅延があり、
前記電力回路は、さらに、遅延を生成するための遅延回路を備え、遅延の量は、第１パルス信号と基準信号とに基づいて生成されることを特徴とする表示装置。
前記表示装置は、液晶表示テレビ、あるいは液晶表示モニター、あるいは液晶表示コンピュータであることを特徴とする請求項１９記載の表示装置。
前記パルス生成器は、発振器であることを特徴とする請求項１９記載の表示装置。
前記選択器は、ディジタル−アナログ変換器、あるいはアナログ入力アナログ出力回路であることを特徴とする請求項１９記載の表示装置。
前記基準信号は、前記遅延時間を決定するための信号であることを特徴とする請求項１９記載の表示装置。
前記選択器は、制御される電力回路の数をプログラムするための少なくとも１つの入力端子と、少なくとも１つの入力端子に結合される入力信号に従って、基準信号を出力するための出力とを備えることを特徴とする請求項１９記載の表示装置。
前記入力信号は、制御される電力回路の数をプログラムするためのアナログ信号であるか、あるいは制御される電力回路の数をプログラムするためのディジタル信号であることを特徴とする請求項２４記載の表示装置。
前記電力回路は、ＤＣ／ＡＣインバータであることを特徴とする請求項１９記載の表示装置。
前記ＤＣ／ＡＣインバータは、フルブリッジインバータ、あるいは半ブリッジインバータ、あるいはフライバックフォワードインバータ、あるいはプッシュプルインバータ、あるいはＤ級インバータであることを特徴とする請求項２６記載の表示装置。
前記遅延は、位相シフト遅延であることを特徴とする請求項１９記載の表示装置。
前記光源は、冷陰極蛍光灯であることを特徴とする請求項１９記載の表示装置。
前記電力回路は、さらに、ランプ信号を生成するためのランプ生成器を備え、前記パルス信号の遅延は、前記ランプ信号の値と所定の基準値との比較に基づいて決定されることを特徴とする請求項１９記載の表示装置。
少なくとも２つの電力回路を駆動するための方法において、
（ａ）選択器から基準信号を生成する段階と、
（ｂ）制御される電力回路の数を示すために、基準信号を少なくとも２つの電力回路の各々に結合する段階と、
（ｃ）パルス生成器から第１パルス信号を生成する段階と、
（ｄ）第１電力回路の動作を開始するために、少なくとも２つの電力回路の第１電力回路に第１パルス信号を結合する段階と、
（ｅ）第２電力回路の動作を開始するために、少なくとも２つの電力回路の第２電力回路に、第１電力回路から第２パルス信号を出力する段階と
を備え、
前記第２パルス信号は、第１パルス信号に対して遅延があり、
前記段階（ｅ）における遅延は、遅延回路によって生成され、遅延の量は、第１パルス信号と基準信号とに基づいて生成されることを特徴とする方法。
前記段階（ａ）の基準信号は、選択器に結合される入力信号に従って生成されることを特徴とする請求項３１記載の方法。
前記段階（ｄ）は、さらに、第１電力回路を第１変圧器に結合する段階を備えることを特徴とする請求項３１記載の方法。
さらに、前記第１変圧器を第１光源に結合する段階を備えることを特徴とする請求項３３記載の方法。
前記段階（ｅ）は、さらに、前記第２電力回路を第２変圧器に結合する段階を備えることを特徴とする請求項３１記載の方法。
さらに、前記第２変圧器を第２光源に結合する段階を備えることを特徴とする請求項３５記載の方法。
前記段階（ｅ）は、さらに、ランプ信号がランプ生成器によって生成される段階を備え、前記パルス信号の遅延は、前記ランプ信号の値と所定の基準値との比較に基づいて決定されることを特徴とする請求項３１記載の方法。