JP4516599B2

JP4516599B2 - 交流電源装置

Info

Publication number: JP4516599B2
Application number: JP2007512382A
Authority: JP
Inventors: 英一森
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: KR20070108404A; JPWO2006106578A1; US7724544B2; CN101151792A; WO2006106578A1; CN101151792B; US20080013344A1; KR100944194B1

Description

本発明は、冷陰極管等の負荷に使用される交流電源装置に関する。

今日、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display)ユニット等に使用する光源として、例えば冷陰極管が広く使用されている。このような冷陰極管の光量調整は、冷陰極管に流す電流量によって行っている。したがって、電流量が多ければ明るく、消費電力も大きく、電流量が少なければ暗く、消費電力は抑えられる。

図９は従来の冷陰極管の交流電源装置であり、入力部１には直流電圧と共に制御信号が供給され、直流電圧を制御信号によってオン、オフ制御し、入力電源を作成している。発振回路２は入力部１から供給される電源を交流化周波数で発振させ、例えばトランスで構成される昇圧回路３で所定電圧（例えば、６００Ｖ）に昇圧し、コネクタ４を介して冷陰極管に供給する。

上記交流電源装置において、図１０（ａ）は入力部１から発振回路２に供給される電源波形である。前述の制御信号によって単位時間毎のオン、オフを行い、その比率が制御され、この比率に従った電源が発振回路２に供給される。また、同図（ｂ）に示す波形図は、発振回路２によって上記オン期間に交流化周波数が付与された、発振回路２の出力波形である。また、上記交流化周波数は高周波であるほど輝度が高くなる性質がある。

以上のように、従来の交流電源装置では、上記図１０（ａ）に示すオン、オフ時間の比率を制御し、冷陰極管に供給する電流を可変し、冷陰極管の調光制御を行っている。
しかしながら、今日ＬＣＤユニットに使用されるノート型パソコンや、ＰＤＡ（personal digital assistants）等では、消費電力を抑えるため、例えば可搬時等においてディスプレイの明るさを暗く制御する。この場合、前述の図１０（ａ）に示すオン時間を短くする制御を行うが、通常使用時の明るさを考慮して高周波を使用することが望ましいが、高周波のままオン時間を短くすると、冷陰極管に漏れ電流が発生し、冷陰極管の一端が暗くなる。

尚、特許文献１には液晶表示のバックライトとして使用される冷陰極管の点灯回路において、漏れ電流を防止する発明が開示されている。
特開平10-200174号公報

本発明の課題は、交流化周波数として高周波を使用して冷陰極管等の交流負荷を駆動し、明るさを引き出しながら、電流を絞った場合にも漏れ電流による冷陰極管等の負荷の不均一な発光を防止し、表示品位の低下を防止する交流電源装置を提供するものである。

上記課題は、本発明の交流電源装置によれば、負荷に流す電流量を単位時間当たりの直流電源のオン、オフで制御する入力手段と、予め設定された前記負荷への供給電流量が所定レベル以上の時、前記直流電源のオン期間に高周波の交流化周波数で発振させ、前記負荷への供給電流量が所定レベル以下の時、前記直流電源のオン期間に低周波の交流化周波数で発振させる発振手段と、該発振手段の出力を昇圧し、前記負荷に供給する高圧出力手段とを有する交流電源装置を提供することによって達成できる。

また、上記課題は、本発明の交流電源装置によれば、前記直流電源のオン、オフ比率の制御を行う制御信号の積分値に基づいて前記交流化周波数を高周波から低周波に切り換える交流電源装置を提供することによって達成できる。

また、上記課題は、本発明の交流電源装置によれば、前記直流電源のオン、オフ比率の制御を行う制御信号の微分値に基づいて前記交流化周波数を高周波から低周波に切り換える交流電源装置を提供することによって達成できる。

さらに、上記課題は、本発明の交流電源装置によれば、前記負荷を介して帰還する帰還電流に従って、前記交流化周波数を高周波から低周波に切り換える交流電源装置を提供することによって達成できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は本例の交流電源装置の回路ブロック図である。

同図において、本装置は入力部１０、発振回路１１、昇圧回路１２、コネクタ１３、及び選択回路１４で構成されている。また、選択回路１４には不図示の電源制御システムから周波数切り換え信号が供給される。

入力部１０には、直流電圧と制御信号が供給される。図２（ａ）は入力部１０に供給される直流電圧を示し、同図（ｂ）は制御信号のタイムチャートを示す。尚、直流電圧の電圧値（Ｖ）は、例えば５Ｖ、１２Ｖ、２４Ｖ等の電位である。制御信号は調光情報に従った比率のオン、オフ信号であり、この比率で直流電圧をオン、オフし、入力電源を生成する。

発振回路１１は、選択回路１４から供給される選択信号に従って交流化周波数を選択し、入力部１０から出力される電源のオン期間に、選択した交流化周波数の発振を行う。ここで、電源制御システムから選択回路１４に出力される周波数切り換え信号は、冷陰極管の特性や使用する電圧等によって予め設定される調光レベルの信号である。

例えば、調光レベルを１０ステップに設定し、最小輝度（１ステップ）〜最大輝度（１０ステップ）までの制御を行う。この場合、高周波の交流化周波数による表示品位の低下が１ステップ目のみであれば、予め２ステップ〜１０ステップまでの調光レベルにおいては、選択回路１４に高周波の交流化周波数の選択を行わせ、１ステップ目のみ低周波の交流化周波数の選択を行わせる。

発振回路１１は、選択回路１４によって選択された交流化周波数の発振を行う。例えば、図３は発振回路１１の具体的な回路図であり、昇圧回路１２を含む回路図である。同図において、Ｑ１、Ｑ２はスイッチングトランジスタ（以下、単にトランジスタで示す）であり、ベース（Ｂ）に供給されるドライブ信号によって交互にスイッチングを行い、交流化周波数の発振を行う、所謂プッシュプル電圧共振回路である。尚、同図に示すトランスＴは前述の昇圧回路１２であり、巻線比Ｎｓ／Ｎｐに従って入力電圧を昇圧する。

また、Ｃｐは共振コンデンサであり、この共振コンデンサＣｐとトランスＴの一次側の合成インピーダンスＬｐの並列共振回路によって交流化周波数が決定される。したがって、上記選択回路１４の出力に従って、例えば共振コンデンサＣｐの容量を可変し、発振回路１１から高周波又は低周波の発振を行わせる。

すなわち、発振回路１１は入力部１０からオン期間、電圧（Ｖ）が供給されると、コイルＬ及びプルアップ抵抗Ｒを介してトランジスタＱ１にドライブ信号が供給され、トランジスタＱ１をオンする。このトランジスタＱ１の駆動により、トランスＴの一次側には矢印ａ方向に電流が流れ、この間トランジスタＱ２のベース（Ｂ）にはトランスＴのベース巻線によってドライブ信号が供給され、次にトランジスタＱ２がオンし、トランスＴの一次側には矢印ｂ方向に電流が流れる。したがって、上記駆動を繰り返すことにより、発振回路１１の出力から選択回路１４によって選択された周波数の発振が行われる。尚、図４は前述の制御信号に対する、冷陰極管に供給する高圧の低周波駆動電源の出力タイミングを示す。

したがって、前述の調光レベル２〜１０においては、冷陰極管を明るく発光させる為例えば１００ＫＨｚの高周波発振を行い、一方冷陰極管の発光を暗く絞る、例えば調光レベル１の場合には例えば５０ＫＨｚの低周波発振を行い、漏れ電流による冷陰極管の不均一な発光を防止する。このように構成することにより、冷陰極管が設置されたＬＣＤユニットの表示品位の低下を防ぐことができる。

尚、上記例では１０レベルの調光を行い、調光レベル１の時のみ交流化周波数を低周波に設定したが、使用する冷陰極管の特性や使用する電圧等によって調光レベル２以下の場合に交流化周波数を低周波に設定してもよく、更に調光レベル３以下等に設定してもよい。

また、上記例では交流化周波数を高周波１００ＫＨｚと低周波５０ＫＨｚの２段階としたが、前述の共振コンデンサの容量を制御し、３段階、４段階等のより詳細な制御を行う構成としてもよい。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について説明する。

本例は、交流化周波数を低周波に設定する際、入力部に供給される制御信号に基づいて行う構成である。以下、図５を用いて具体的に説明する。
前述のように、入力部１０には直流電圧と制御信号が供給され、制御信号に従ってオン、オフ制御された入力電源は、発振回路１１によって高周波又は低周波の発振を行い、昇圧回路１２に出力される。本例においては、積分回路１６とコンパレータ１７が使用され、積分回路１６はオン、オフ制御を行う制御信号を積分し、当該積分結果をコンパレータ１７に出力する。

コンパレータ１７は積分値が予め設定された値より小さいと、発振回路１１に切り換え信号を送り、発振回路１１の発振周波数を高周波から低周波に切り換える。本例においても、発振回路１１は前述の図３に示す回路が適用でき、コンパレータ１７の出力によって共振コンデンサＣｐの容量を変え、以後発振回路１１の交流化周波数を低周波に切り換える。

したがって、制御信号のオン比率が小さくなり、例えば前述の調光レベル１に対応するオン、オフ比率になった時、発振回路１１の交流化周波数を低周波に切り換えるように構成することによって、漏れ電流による冷陰極管の不均一な発光が防止され、例えば冷陰極管が設置されたＬＣＤユニットの表示品位の低下を防ぐことができる。

（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３について説明する。

本例は、交流化周波数を低周波に設定する際、入力部に供給される制御信号の変化に基づいて行う構成である。以下、図６を用いて具体的に説明する。
前述のように、入力部１０には直流電圧と制御信号が供給され、制御信号は単位時間毎に調光情報に従った比率のオン、オフ制御を行い、入力電源を生成する。ここで、本例で使用する制御信号は前述の２つの実施形態で使用する制御信号と異なり、オン、オフ比率に従って周波数が変化する信号である。例えば、オンの期間が短くなると、制御信号の出力周波数も高くなる構成である。

微分回路１８では、上記構成の制御信号を微分し、当該微分結果をＭＣＵ（マイクロコントローラユニット）１９に出力する。ＭＣＵ１９では微分結果が予め設定された値より大きくなると発振回路１１に制御信号を送り、発振回路１１の発振周波数を高周波から低周波に切り換える。本例においても、発振回路１１は前述の図３に示す回路を適用でき、ＭＣＵ１９の出力によって共振コンデンサＣｐの容量が変わり、以後発振回路１１の交流化周波数を低周波に設定できる。

例えば、制御信号の周波数が高くなり、前述の調光レベル１に対応する周波数になった時、発振回路１１の交流化周波数が低周波に切り換えられるように構成し、漏れ電流による冷陰極管の不均一な発光を防止し、例えば冷陰極管が設置されたＬＣＤユニットの表示品位の低下を防ぐことができる。

（実施形態４）
次に、本発明の実施形態４について説明する。

本例は冷陰極管を介して帰還する電流に基づいて、交流化周波数を可変する構成である。以下、具体的に説明する。
図７は本例の交流電源装置の回路ブロック図である。前述のように、入力部１０には直流電圧と制御信号が供給され、制御信号は単位時間毎直流電圧をオン、オフ制御し、発振回路１１に電源供給を行う。発振回路１１では指定された交流化周波数によって発振を行い、昇圧回路１２、コネクタ１３を介して高電圧を冷陰極管２０に供給し、冷陰極管２０を発光する。

検出回路２１は上記冷陰極管２０の帰還電流を検出する。検出回路２１は、例えば積分回路２１ａとコンパレータ２１ｂで構成され、積分回路２１ａは冷陰極管２０を介して供給される帰還電流を積分し、積分結果をコンパレータ２１ｂに出力する。

積分回路２１ａに供給される帰還電流は、冷陰極管２０を流れる電流量に比例し、積分値が一定値以下になった時、冷陰極管２０が不均一発光になることを防止する為、発振回路１１に制御信号を出力する。

図８は本例の交流電源装置の具体的な回路を示す図である。尚、同図において、発振回路１１の構成については前述と同様であり、説明を省略する。積分回路２１ａは抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１で構成され、冷陰極管２０からの帰還電流は、ダイオードＤを通して積分回路２１ａに供給される。また、積分回路２１ａには分割抵抗Ｒ２によって抵抗分割された電流が流れ込み、Ｃ１とＲ１の値によって決まる時定数に従ってコンパレータ２１ｂに積分結果を出力する。

この結果はコンパレータ２１ｂに出力され、予め設定された例えば調光レベル１に対応する値になるとコンパレータ２１ｂから発振回路１１に制御信号が出力され、前述の共振コンデンサＣｐの容量を可変し、発振回路１１の発振周波数を高周波から低周波に切り換える。したがって、本例においても漏れ電流による冷陰極管の不均一な発光が防止され、例えば冷陰極管が設置されたＬＣＤユニットの表示品位の低下を防ぐことができる。

尚、上記例ではコンパレータ２１ｂを使用したが、例えば上記時定数を前述の調光レベル１に対応する値に設定することによって、コンパレータ２１ｂを削除し、積分回路２１ａから直接発振回路１１に制御信号を出力し、前述の共振コンデンサＣｐの容量を可変し、発振回路１１の発振周波数を高周波から低周波に切り換える構成としてもよい。

また、上記例では調光レベル１に対応する場合としたが、使用する冷陰極管の特性や使用電圧等によって調光レベル２以下の場合等に対応する場合としてもよい。

実施形態１を説明する交流電源装置の回路ブロック図である。（ａ）は、入力部に供給される直流電圧を示す図であり、（ｂ）は制御信号を示す図である。発振回路の具体例を示す回路図である。制御信号、及び冷陰極管に供給する交流高電圧の出力波形を示す図である。実施形態２を説明する交流電源装置の回路ブロック図である。実施形態３を説明する交流電源装置の回路ブロック図である。実施形態４を説明する交流電源装置の回路ブロック図である。実施形態４の具体的な回路例を示す図である。従来の冷陰極管の電源装置を説明する交流電源装置の回路ブロック図である。（ａ）は制御信号を示し、（ｂ）は発振回路の出力波形図である。

Claims

負荷に流す電流量を単位時間当たりの直流電源のオン、オフで制御する入力手段と、
予め設定された前記負荷への供給電流量が小さくなるに従って前記直流電源のオン期間が短くなる場合において、前記予め設定された前記負荷への供給電流量が所定レベルを超える時、前記直流電源をオン期間に高周波の交流化周波数で発振し、前記予め設定された前記負荷への供給電流量が前記所定レベル以下の時、前記直流電源をオン期間に低周波の交流化周波数で発振する発振手段と、
該発振手段の出力を昇圧し、前記負荷に供給する高圧出力手段と、
を有することを特徴とする交流電源装置。
前記供給電流量の所定レベルに対応する前記負荷の調光レベルを予め設定し、該調光レベルに達した時、前記発振手段に対して低周波での発振指示を行うことを特徴とする請求項１記載の交流電源装置。
負荷に流す電流量を単位時間当たりの直流電源のオン、オフで制御する入力手段と、
予め設定された前記負荷への供給電流量が小さくなるに従って前記直流電源のオン期間が短くなる場合において、前記予め設定された前記負荷への供給電流量が所定レベルを超える時、前記直流電源をオン期間に高周波の交流化周波数で発振し、前記予め設定された前記負荷への供給電流量が前記所定レベル以下の時、前記直流電源をオン期間に低周波の交流化周波数で発振する発振手段と、
該発振手段の出力を昇圧し、前記負荷に供給する高圧出力手段と、
を有し、
前記直流電源のオン、オフ比率の制御を行う制御信号の積分値に基づいて前記交流化周波数を高周波から低周波に切り換えることを特徴とする請求項１記載の交流電源装置。
前記所定レベルの供給電流量に対応する積分値を予め記憶し、前記制御信号の積分値が予め記憶した積分値以下になった時、前記交流化周波数を高周波から低周波に切り換える指示を行うことを特徴とする請求項３記載の交流電源装置。
負荷に流す電流量を単位時間当たりの直流電源のオン、オフで制御する入力手段と、
予め設定された前記負荷への供給電流量が小さくなるに従って前記直流電源のオン期間が短くなる場合において、前記予め設定された前記負荷への供給電流量が所定レベルを超える時、前記直流電源をオン期間に高周波の交流化周波数で発振し、前記予め設定された前記負荷への供給電流量が前記所定レベル以下の時、前記直流電源をオン期間に低周波の交流化周波数で発振する発振手段と、
該発振手段の出力を昇圧し、前記負荷に供給する高圧出力手段と、
を有し、
前記直流電源のオン、オフ比率の制御を行う制御信号の微分値に基づいて前記交流化周波数を高周波から低周波に切り換えることを特徴とする請求項１記載の交流電源装置。
前記所定レベルの供給電流量に対応する微分値を予め記憶し、前記制御信号の微分値が予め記憶した微分値以上になった時、前記交流化周波数を高周波から低周波に切り換える指示を行うことを特徴とする請求項５記載の交流電源装置。
前記負荷を介して帰還する帰還電流に従って、前記交流化周波数を高周波から低周波に切り換えることを特徴とする請求項１記載の交流電源装置。
前記帰還電流は積分回路によって帰還電流量が検出され、該帰還電流量が一定値を越える時、前記低周波への切り換え指示を行うことを特徴とする請求項７記載の交流電源装置。
前記負荷は、冷陰極管であることを特徴とする請求項１乃至８記載の交流電源装置。