JP4497415B2

JP4497415B2 - 電流平衡トランス

Info

Publication number: JP4497415B2
Application number: JP2005152822A
Authority: JP
Inventors: 豊池田; 裕二後藤; 純廣中
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2025-05-25
Also published as: JP2006332277A

Description

本発明は、負荷電流を平衡化するための多出力用のトランスに関し、更に詳しく述べると、それぞれ２つの巻線枠を具備する２つ以上の巻線領域を有し、隣り合う巻線領域の内側で対向する２つの巻線枠のコイルが連続するように巻線され、各巻線領域のコイルが閉磁路を形成するように磁心が設けられて、それによって各巻線領域で１つのバランサを形成する電流平衡トランスに関するものである。この電流平衡トランスは、多数の冷陰極管や発光ダイオード群などの点灯回路に有用である。

ノート型パソコンや小型液晶モニタの液晶パネルには、バックライトとして通常１本あるいは２本程度の冷陰極管が使用されている。しかし、近年普及している大型の液晶テレビや液晶モニタには、３本以上の冷陰極管がバックライトとして使用されている。バックライトは、パネル全体をできるだけ均一に照明することが重要であり、そのため各冷陰極管にはできるだけ均一に電流を供給する必要がある。

かつては冷陰極管の本数と同数のインバータ回路を設置して、各冷陰極管を独立に駆動し、それぞれ電流を制御することが行われていた。しかし、この構成は、小型液晶モニタの液晶パネルのように冷陰極管の本数が少ない場合には大きな問題にはならないが、大型の液晶テレビや液晶モニタのように冷陰極管の本数が多くなると、インバータ回路が多数必要になると共に小型化が困難であり、多数の部品を使用するためコスト高になる問題があった。

そこで、図１に示すように、インバータ回路１０と冷陰極管１２との間にバランサ１４を接続し、各冷陰極管を流れる電流を均等配分する負荷電流平衡装置が開発されている。この場合、従来技術では３つの負荷（冷陰極管１２）に対して２個の同じバランサ１４を使用する。各バランサ１４は、同一巻軸上に２つの巻線枠を具備するボビンを用い、該ボビンの両巻線枠に巻かれたコイルと磁心とを組み合わせた構造の２出力の電流平衡トランスである。第１のバランサの１つのコイルと第２のバランサの１つのコイルが基板上で直列に接続され、第１のバランサで第１の冷陰極管を流れる電流Ｉ₁と第２の冷陰極管を流れる電流Ｉ₂とを平衡化し、第２のバランサで第２の冷陰極管を流れる電流Ｉ₂と第３の冷陰極管を流れる電流Ｉ₃とを平衡化する。これによって、最終的には全ての冷陰極管１２を流れる電流Ｉ₁〜Ｉ₃を均等配分することができる。このような技術は、特許文献１に開示されている。

このような負荷電流平衡装置は、インバータ回路の設置個数を低減できるため、制御回路やインバータトランスなどの部品点数を大幅に削減できる利点がある。しかし、液晶画面の大型化により、バックライトに使用する冷陰極管の本数も増加している。そのため、上記のような２出力のバランサ方式では、Ｎ本の冷陰極管に対して（Ｎ−１）個のバランサが必要となる。その結果、特に大型の液晶パネルになればなるほど回路基板設計が複雑になり、バランサの実装面積やコストも無視できないものとなる。
特開平６−２６９１２５号公報

本発明が解決しようとする課題は、単一構造のトランス部品でありながら３つ以上の負荷に流れる電流の平衡をとることができ、それによって部品点数の低減及び実装面積の削減、コストダウンを図ることである。

本発明は、同一巻軸上に複数の巻線枠を具備するボビンを用い、該ボビンの各巻線枠に巻かれたコイルと磁心とを組み合わせたトランスにおいて、前記ボビンは、中間部の１箇所以上の磁心組み込み溝によって分割される２つ以上の巻線領域を有し、各巻線領域はそれぞれ２つの巻線枠を具備し、磁心組み込み溝を挟んで対向する２つの巻線枠のコイルは連続するように巻線され、各巻線領域のコイルが閉磁路を形成するように磁心が設けられて、各巻線領域で１つのバランサが形成されていることを特徴とする電流平衡トランスである。

ここで最も簡単なボビンの形態は、中間部の１箇所の磁心組み込み溝によって分割される２つの巻線領域を有する構造である。この場合、例えば磁心はＥコアとＩコアとの組み合わせからなり、前記Ｉコアがボビンの巻軸を貫通し、前記Ｅコアの内脚がボビンの磁心組み込み溝に嵌合している構造とする。あるいは、磁心はＵコアとＩコアとの組み合わせからなり、前記Ｉコアがボビンの巻軸を貫通し、両Ｕコアの一方の脚がボビンの磁心組み込み溝に収容されている構造でもよい。また、磁心はＩコアと日の字型コアとの組み合わせからなり、前記Ｉコアがボビンの巻軸を貫通し、前記日の字型コアの中間架橋部がボビンの磁心組み込み溝に嵌合している構造でもよい。その他、磁心はＥコアとＩコアとの組み合わせからなり、前記Ｉコアがボビンの磁心組み込み溝に嵌合し、前記Ｅコアの内脚がボビンの巻軸に挿入されている構造、磁心はＵコアとＩコアとの組み合わせからなり、前記Ｉコアがボビンの磁心組み込み溝に嵌合し、前記Ｕコアの一方の脚がボビンの巻軸に挿入されている構造などでもよい。これらの構造は、いずれも３出力型である。

その他、ボビンは、中間部の２箇所以上の磁心組み込み溝によって分割される３つ以上の巻線領域を有する構造とし、磁心が、背板に対して２つの外脚と２つ以上の内脚が同方向に突出した構造の２個の多脚コアと、Ｉコアとの組み合わせからなり、前記Ｉコアがボビンの巻軸を貫通し、前記内脚がボビンの磁心組み込み溝に嵌合しているようにしてもよい。この構造は、４出力以上の多出力に対応できる。

あるいは、ボビンは、中間部の２箇所の磁心組み込み溝によって分割される３つの巻線領域を有する構造であり、磁心が、Ｉコアと目の字型コアの組み合わせからなり、前記Ｉコアがボビンの巻軸を貫通し、目の字型コアの中間架橋部がボビンの磁心組み込み溝に嵌合しているようにしてもよい。この構造は、４出力に対応でき、磁心組み込み溝と中間架橋部を増やせば、それ以上の多出力にも対応可能である。

本発明において電流平衡トランスの負荷としては、冷陰極管あるいは発光ダイオード群がある。点灯回路に上記のような電流平衡トランスを１個以上組み込み、インバータ回路の出力を３出力以上に分割して、それぞれの出力を負荷となる冷陰極管あるいは直列接続した多数の発光ダイオードを点灯させる。

本発明に係る電流平衡トランスは、単一のトランス部品でありながら多くの負荷に流れる電流の平衡をとることができる。このような電流平衡トランスを用いることによって、点灯回路は、回路基板設計が簡素化され、部品の実装面積の低減やコストの削減を図ることができる。より具体的には、例えば３つの負荷に対して電流を平衡化させるためには、従来技術では２個のバランサが必要であったのが、本発明では１個で済むため、小型化が可能である。材料費についても、ボビン及びコアの点数を低減できるためコストダウンが可能であるし、巻線機にボビンを設置する時間も短縮でき、製造工程でのコストダウンも可能である。

図２は、本発明に係る電流平衡トランスの一実施例を示す説明図であり、Ａは平面を、Ｂは側面を表している。この電流平衡トランスは、３つの負荷（冷陰極管など）へ供給する電流を平衡化するものであって、同一巻軸上に４個の巻線枠を並設したボビン２０を用い、該ボビン２０の各巻線枠に巻かれたコイル２２と磁心２４とを組み合わせた構造である。

図３はコイルの説明図であり、Ａはボビンにコイルを巻いた状態を底面側から、Ｂはボビンの側面を、それぞれ示している。ボビン２０は、中央の１箇所の磁心組み込み溝によって分割される２つの巻線領域Ｐ，Ｑを有し、各巻線領域Ｐ，Ｑは、それぞれ２つの巻線枠を具備している。巻軸２６から外方向に張り出す３枚のフランジ２７で１つの巻線領域が形成される。また、巻軸２６の両端に２個の直方体状の端子台２８が設けられ、２つの巻線領域の間に１個の直方体状の端子台２９が設けられており、それら端子台２９の底面には巻線通し溝２９ａが形成されている。それら巻軸２６、フランジ２７、端子台２８，２９は一体成形品である。なお、中央の端子台２９の上方でフランジが対向する隙間が磁心組み込み溝となる。各端子台２８，２９の両端には各１個の端子３０が設けられる。ここではボビンは面実装タイプとなっているが、ピンタイプであってもよいことは言うまでもない。

フランジ２７で仕切られている４個の各巻線枠に、それぞれ巻線が施され、外側の２つのコイルｐ１，ｑ２の端末は、それぞれ端子台２８の両端に位置する端子３０に絡げて半田付けなどにより接続される。内側の２つのコイルｐ２，ｑ１は中央の端子台２９の巻線通し溝２９ａを通して連続するように巻線され、端末は端子台２９の両端に位置する端子３０に絡げて半田付けなどにより接続される。巻線図を図４に示す。例えば、各コイルｐ１，ｐ２，ｑ１，ｑ２はそれぞれ４１０ターンなどとする。巻数は、必要なインダクタンス及び周波数特性などに応じて適宜設定する。

このようなボビンに磁心を組み込む状態を図５に示す。磁心は、１本のＩコア３２と２つのＥコア３４との組み合わせからなる。ボビン２０の巻軸にＩコア３２を挿通し、両側からＥコア３４を組み合わせる。その際、Ｅコア３４の内脚が磁心組み込み溝に嵌るようにし、各脚の先端面がＩコア３２の側面に当接するように組み合わせる。これによって、各巻線領域Ｐ，Ｑのコイルがそれぞれ閉磁路となり、バランサが形成される。

このような電流平衡トランスは、図６に示すように点灯装置に組み込まれる。インバータ回路１０の出力がインバータトランス１１を介して電流平衡トランス４０に供給され、３つの出力がそれぞれ冷陰極管１２を駆動する。点線の内部が電流平衡トランス４０を表している。この時の磁路を図７に示す。Ｉコア３２と対向する２個のＥコア３４とによって、図７の点線で示すように、両側の巻線領域Ｐ，Ｑを囲む２つの閉磁路を形成する磁気回路が形成され、一方の巻線領域のコイルｐ１，ｐ２を通る磁気回路により、両コイルｐ１，ｐ２を流れる電流の平衡がとられ、他方の巻線領域のコイルｑ１，ｑ２を通る磁気回路により両コイルｑ１，ｑ２を流れる電流の平衡がそれぞれとられ、その結果、本発明の電流平衡トランスに接続された３本の冷陰極管に流れる電流Ｉ₁〜Ｉ₃（図６参照）は均一となる。

従来の２出力の２個のバランサを配置した図１に示す点灯装置と、本発明の３出力の電流平衡トランスを用いた点灯装置（図６）を試作し、それらについて、各冷陰極管（ＣＦＬ１〜３）に流れる電流を測定した。その測定結果を表１に示す。表１から、管電流のばらつきは、本発明品は従来構成と同等であることが確認できた。

図８は、本発明に係る電流平衡トランスの他の実施例を示す説明図である。Ａは、１つの巻線枠を補助フランジ５０により更に複数に分割した例である。ボビン２０は、図３に示す構造に加えて、１つの巻線枠を更に補助フランジ５０を設けた構造であり、磁心はＩコア３２とＥコア３４の組み合わせである。このように分割数を増やすことによって、各コイルの浮遊容量を減らし、電流平衡トランスの自己共振周波数を上げることができる。Ｂは、Ｉコア３２として２個の直方体状コア５２をギャップシート５４を介して連結した構造であり、該ギャップシート５４が丁度磁心組み込み溝に位置するように組み立てた例である。ボビン２０は、図３に示すものと同じ構造であってよい。このようにギャップシート５４を配することによって、コイルｐ１−ｐ２とコイルｑ１−ｑ２の磁気的結合の影響を低減することができる。

図９は、本発明に係る電流平衡トランスの更に他の実施例を示す説明図である。Ａに示す例では、ボビンは図３に示すものと同じ構造であり、磁心はＵコア５６とＩコア３２との組み合わせからなる。なおＡは正面を表している。そして、Ｉコア３２がボビン２０の巻軸を貫通し、両Ｕコア５６の一方の脚が揃えられてボビン２０の磁心組み込み溝に収容されるように組み立てられる。Ｂに示す例では、ボビンは図８のＡに示すものと同じ補助フランジ５０を備えた構造であり、磁心はＩコア３２と日の字型コア５８との組み合わせからなる。なおＢは平面を表している。そして、Ｉコア３２がボビンの巻軸を貫通し、日の字型コア５８の中間架橋部５８ａがボビン２０の磁心組み込み溝に嵌合するように組み立てられる。

図１０は本発明に係る電流平衡トランスの他の実施例を示す説明図である。ボビン２０は、図３に示すものと同じ構造であってよい。Ａは平面を、Ｂはボビンに磁心を組み込む状態を、それぞれ示している。磁心は、Ｅコア６０とＩコア６２との組み合わせからなるが、組み合わせ方が前記の各実施例とは異なる。この実施例では、Ｉコア６２がボビン２０の磁心組み込み溝に嵌合し、Ｅコア６０の内脚がボビン２０の巻軸に両側から挿入されるように組み立てられる。Ｅコア６０の各脚の先端面がＩコア６２の側面に当接する。

図１１は本発明に係る電流平衡トランスの他の実施例を示す説明図である。ボビン２０は、いずれも図３に示すものと同じ構造であってよい。Ａに示す例は、Ｉコア６４として２個の板状コア６６をギャップシートを６８介して貼り合わせた構造である。Ｉコア６４と組み合わせられるのは図１０に示すのと同じＥコア６０である。なおＡは平面を表している。この例でも、Ｉコア６４がボビン２０の磁心組み込み溝に嵌合し、Ｅコア６０の内脚がボビン２０の巻軸に挿入されるように組み立てられる。このようにギャップシート６８を配することによって、一方の巻線領域のコイルと他方の巻線領域のコイルの磁気的結合の影響を低減することができる。Ｂに示す例では、磁心はＵコア７０とＩコア７２との組み合わせからなる。Ｉコア７２がボビン２０の磁心組み込み溝に嵌合し、前記Ｕコア７０の一方の脚がボビン２０の巻軸に両側から挿入されている構造である。なおＢは正面を表している。

図１２は本発明に係る電流平衡トランスの他の実施例を示す説明図である。ここでボビン８２は、中間部の２箇所の磁心組み込み溝によって分割される３つの巻線領域を有する構造である。各巻線領域は２つの巻線枠を有し、合計６つの巻線枠に、それぞれコイルｐ１，ｐ２，ｑ１，ｑ２，ｒ１，ｒ２が巻線される。巻線図を図１３に示す。ここで、コイルｐ２とｑ１とが連続し、コイルｑ２とｒ１とが連続するように巻線される。Ａに示す例では、磁心が、背板に対して２つの外脚と２つの内脚が同方向に突出した構造の２個の４脚コア８４と、Ｉコア８６との組み合わせからなる。そして、Ｉコア８６がボビン８２の巻軸を貫通し、４脚コア８４の内脚がボビン８２の磁心組み込み溝に嵌合している構造とする。Ｂに示す例では、磁心が、Ｉコアと目の字型コア８８の組み合わせからなる。Ｉコアがボビン８２の巻軸を貫通し、目の字型コア８８の中間架橋部がボビンの磁心組み込み溝に嵌合している構造とする。このような構成では、１個の電流平衡トランスで４つの負荷（冷陰極管など）への電流を平衡化することができる。

図１４は、本発明に係る電流平衡トランスを利用した点灯装置の他の例を示している。この例は、６本の冷陰極管１２を駆動する例である。インバータ１０の出力がインバータトランス１１を介して２出力のバランサ９０に供給され、該バランサ９０の両出力を２個の電流平衡トランス９２に供給し、合計６本の冷陰極管１２を駆動する。電流平衡トランス９２は、一方の巻線領域のコイルで第１の冷陰極管を流れる電流と第２の冷陰極管を流れる電流の平衡化がなされ、他方の巻線領域のコイルで第２の冷陰極管を流れる電流と第３の冷陰極管を流れる電流の平衡化がなされる。他方の電流平衡トランス９２も同様である。これによって、６本の冷陰極管１２を流れる電流Ｉ₁〜Ｉ₆の平衡化がなされる。

上記の実施例では負荷として冷陰極管を示しているが、それに限られるものではない。多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を直列接続した発光ダイオード群のＬＥＤ点灯装置などにも本発明を適用できる。

なお、液晶パネル全体の容量成分のばらつきや線の引き回しなどによって負荷電流にばらつきが生じる場合、個々の巻線の巻数を変更することによって、ばらつきがなくなるように調整することも可能である。

従来のバランサを用いた点灯装置の説明図。本発明に係る電流平衡トランスの一実施例を示す説明図。そのコイルの説明図。その巻線図。ボビンに磁心を組み込む状態の説明図。本発明の電流平衡トランスを組み込んだ点灯装置の説明図。本発明の電流平衡トランスにおける磁路の説明図。本発明に係る電流平衡トランスの他の実施例を示す説明図。本発明に係る電流平衡トランスの更に他の実施例を示す説明図。本発明に係る電流平衡トランスの他の実施例を示す説明図。本発明に係る電流平衡トランスの他の実施例を示す説明図。本発明に係る電流平衡トランスの更に他の実施例を示す説明図。その巻線図。電流平衡トランスを組み込んだ点灯装置の他の実施例を示す説明図。

符号の説明

２０ボビン
２２コイル
２４磁心
２６巻芯
２７フランジ
２８，２９端子台
３０端子
３２Ｉコア
３４Ｅコア
Ｐ，Ｑ巻線領域

Claims

同一巻軸上に複数の巻線枠を具備するボビンを用い、該ボビンの各巻線枠に巻かれたコイルと磁心とを組み合わせたトランスにおいて、
前記ボビンは、中間部の１箇所以上の磁心組み込み溝によって分割される２つ以上の巻線領域を有し、各巻線領域はそれぞれ２つの巻線枠を具備し、磁心組み込み溝を挟んで対向する２つの巻線枠のコイルは連続するように巻線され、各巻線領域のコイルが閉磁路を形成するように磁心が設けられて、各巻線領域で１つのバランサが形成されていることを特徴とする電流平衡トランス。
ボビンは、中間部の１箇所の磁心組み込み溝によって分割される２つの巻線領域を有する構造であり、磁心はＥコアとＩコアとの組み合わせからなり、前記Ｉコアがボビンの巻軸を貫通し、前記Ｅコアの内脚がボビンの磁心組み込み溝に嵌合している請求項１記載の電流平衡トランス。
ボビンは、中間部の１箇所の磁心組み込み溝によって分割される２つの巻線領域を有する構造であり、磁心はＵコアとＩコアとの組み合わせからなり、前記Ｉコアがボビンの巻軸を貫通し、両Ｕコアの一方の脚がボビンの磁心組み込み溝に収容されている請求項１記載の電流平衡トランス。
ボビンは、中間部の１箇所の磁心組み込み溝によって分割される２つの巻線領域を有する構造であり、磁心はＩコアと日の字型コアとの組み合わせからなり、前記Ｉコアがボビンの巻軸を貫通し、前記日の字型コアの中間架橋部がボビンの磁心組み込み溝に嵌合している請求項１記載の電流平衡トランス。
ボビンは、中間部の１箇所の磁心組み込み溝によって分割される２つの巻線領域を有する構造であり、磁心はＥコアとＩコアとの組み合わせからなり、前記Ｉコアがボビンの磁心組み込み溝に嵌合し、前記Ｅコアの内脚がボビンの巻軸に挿入されている請求項１記載の電流平衡トランス。
ボビンは、中間部の１箇所の磁心組み込み溝によって分割される２つの巻線領域を有する構造であり、磁心はＵコアとＩコアとの組み合わせからなり、前記Ｉコアがボビンの磁心組み込み溝に嵌合し、両Ｕコアの一方の脚がボビンの巻軸に挿入されている請求項１記載の電流平衡トランス。
ボビンは、中間部の２箇所以上の磁心組み込み溝によって分割される３つ以上の巻線領域を有する構造であり、磁心が、背板に対して２つの外脚と２つ以上の内脚が同方向に突出した構造の２個の多脚コアと、Ｉコアとの組み合わせからなり、前記Ｉコアがボビンの巻軸を貫通し、前記多脚コアの内脚がボビンの磁心組み込み溝に嵌合している請求項１記載の電流平衡トランス。
ボビンは、中間部の２箇所の磁心組み込み溝によって分割される３つの巻線領域を有する構造であり、磁心が、Ｉコアと目の字型コアの組み合わせからなり、前記Ｉコアがボビンの巻軸を貫通し、目の字型コアの中間架橋部がボビンの磁心組み込み溝に嵌合している請求項１記載の電流平衡トランス。
請求項１乃至８のいずれかに記載の電流平衡トランスを１個以上組み込み、インバータ回路の出力を３出力以上に分割して、それぞれの出力で負荷となる冷陰極管を点灯させるようにした冷陰極管点灯回路。
請求項１乃至８のいずれかに記載の電流平衡トランスを１個以上組み込み、インバータ回路の出力を３出力以上に分割して、それぞれの出力で負荷となる直列接続した多数の発光ダイオードを点灯させるようにしたＬＥＤ点灯回路。