JP4693037B2 - 電流平衡トランス - Google Patents

Description

本発明は、負荷電流を平衡化するための４出力用のトランスに関し、更に詳しく述べると、３つの巻線領域を有し、各巻線領域のコイルがそれぞれ閉磁路を形成するようにした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、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、４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４つの負荷（冷陰極管１２）に対して３個の同じバランサ１４を使用する。各バランサは、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段目のバランサで電流を２分割し、第２段目の２つのバランサで電流を更にそれぞれ２分割するように、３個のバランサはツリー状に配置される。これによって、各冷陰極管１２を流れる電流Ｉ₁ 〜Ｉ₄ を均等配分す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おり、例えば１５インチパネルでは４本であったものが、３２インチパネルでは１６本にも増大している。そのため、上記のような２出力のバランサ方式では、１５インチパネルで３個、３２インチパネルで１５個もの多数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４つ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や実装面積の削減、コストダウンを図ることができるようにすることである。

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つの巻線領域を有し、各巻線領域はそれぞれ２つの巻線枠を具備し、中央の巻線領域の両方の巻線枠に第１段目の電流分割用コイルが巻線され、両側に位置する巻線領域の両方の巻線枠にそれぞれ第２段目の電流分割用コイルが巻線され、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いることを特徴とする電流平衡トランスである。

ここで、中央の巻線領域を２つの巻線枠に区分している仕切りに、連続巻線用の中継端子を設ける。このような構成にすると、両端を除く４個の巻線枠のコイルを連続して巻線でき、合計３つの巻線で全てのコイルを形成することができる。

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脚コアと、Ｉコアとの組み合わせからなり、前記Ｉコアがボビンを貫通し、前記内脚がボビンの磁心組み込み溝に嵌合している構成でもよいし、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構成でもよい。

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４の倍数に分割して、それぞれ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。

本発明の電流平衡トランスは単一のトランス部品でありながら４つの負荷に流れる電流の平衡をとることができる。大型液晶パネルでは、通常、バックライトとして４の倍数の本数の冷陰極管が用いられるので、本発明の電流平衡トランスは、そのような使用状況にも合致している。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、４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３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１／３に短縮でき、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、４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６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、Ｂはボビンの側面を、それぞれ示している。ボビン２０は、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Ｐ，Ｑ，Ｒを有し、各巻線領域Ｐ，Ｑ，Ｒ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、巻軸２６の両端に２個の直方体状の端子台２８が設けられ、巻線領域の間に２個の直方体状の端子台２９が設けられており、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。中央寄りの２個の端子台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。両側の端子台２８の両端には各１個の端子３０が設けられ、中央寄りの２個の端子台２９の両端には端子３０が２個ずつ設けられる。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。

フランジで仕切られている６個の各巻線枠に、それぞれ巻線が施され、各コイルｐ１，ｐ２，ｑ１，ｑ２，ｒ１，ｒ２の端末は、それぞれ近くに位置する端子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、コイルｐ１，ｐ２はそれぞれ２００ターン、コイルｑ１，ｑ２，ｒ１，ｒ２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。各巻線領域の２つのコイルは同じ巻数とする。

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４脚コア３４との組み合わせからなる。４脚コア３４は、Ｅ型コアの変形であり、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である。ボビン２０の巻軸にＩコア３２を挿通し、両側から４脚コア３４を組み合わせる。その際、４脚コア３４の２つ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，Ｒのコイルがそれぞれ閉磁路を形成する。

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、４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を表しており、端子間は印刷配線板のパターンで結線される。つまり、中央の巻線領域に第１段目の電流分割用コイルｐ１，ｐ２が巻線され、両側の巻線領域にそれぞれ第２段目の電流分割用コイルｑ１，ｑ２．ｒ１，ｒ２が巻線されている状態となる。ここでは第１段目のコイルの巻数を第２段目のコイルの巻数より少なくしている。

この時の磁路を図７に示す。Ｉコア３２と対向する２個の４脚コア３４とによって、図７の点線で示すように、中央の巻線領域Ｐを囲む閉磁路、両側の巻線領域Ｑ，Ｒを囲む２つの閉磁路を形成する磁気回路が形成され、第１段目のコイル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取られ、第２段目のコイルｑ１，ｑ２及びｒ１，ｒ２を通る磁気回路により両コイルｑ１，ｑ２及びｒ１，ｒ２を流れる電流の平衡がそれぞれ取られ、その結果、本発明の電流平衡トランスに接続された４本の冷陰極管に流れる電流Ｉ₁ 〜Ｉ₄ （図６参照）は均一となる。

従来の２出力の３個のバランサをツリー状に配置した図１に示す点灯装置と、本発明の４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（ＣＦＬ１〜４）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。この電流平衡トランスも、４つの負荷（冷陰極管など）への電流を平衡化するものであって、同一巻軸上に６個の巻線枠を並設したボビンを用い、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構造である。この実施例は、ボビンの形状及びコイルの巻線構造を変えている。

図９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、Ｂは巻線図を、それぞれ示している。ボビン５０は、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Ｐ〜Ｒを有し、各巻線領域Ｐ〜Ｒはそれぞれ２つの巻線枠を具備している。両側は３枚のフランジで１つの巻線領域が形成され、中央の巻線領域は４枚のフランジを備え仕切り５１により２つの巻線枠に区分されている。巻軸の両端及び巻線領域の間に合計４個の直方体状の端子台５２が設けられ、中央寄りの２個の端子台上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５２の両端には各１個の端子５４が設けられ、中央の仕切り５１には連続巻線用の中継端子５５が設けられている。この実施例では、中継端子５５を利用して巻線を中継することで、内部結線を図り、３巻線でトランスが完成するように工夫している。即ち、端子ａから巻始めて端子ｂで巻終わる巻線、端子ｄから巻始めて端子ｃ→中継端子ｉ→端子ｅ→端子ｆで巻終わる巻線、端子ｈから巻始めて端子ｇで巻終わる巻線の合計３巻線である。

このような電流平衡トランスは、図１０に示すように点灯装置に組み込まれる。インバータ１０の出力がインバータトランス１１を介して電流平衡トランス６０に供給され、４本の冷陰極管１２を駆動する。点線の内部が電流平衡トランス６０を表しており、端子間は内部で結線される。つまり、中央の巻線領域Ｐに第１段目の電流分割用コイルｐ１，ｐ２が巻線され、両側の巻線領域Ｑ，Ｒにそれぞれ第２段目の電流分割用コイルｑ１，ｑ２及びｒ１，ｒ２が巻線されている状態となる。この構成は、印刷配線板の結線パターンが不要となり、その分だけ簡素化できる。このような電流平衡トランス６０を用いることにより、接続された４本の冷陰極管１２に流れる電流を平衡化することができる。

図１１は、電流平衡トランスの他の実施例を示す平面図である。ボビンの構造は図８の場合と同じである。勿論、図２に示す構造と同じであってもよい。この実施例では、２個の４脚コアに代えて目の字型コア６２を用いている。目の字型コア６２を上から被せ、その下面の一部がＩコアの上面に当接するように組み合わせて、閉磁路を構成する。

図１２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、８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６４に供給され、該バランサ６４の両出力を２個の電流平衡トランス６０に供給し、合計８本の冷陰極管１２を駆動する。電流平衡トランス６０は、中央の巻線領域に第１段目の電流分割用コイルが巻線され、両側の巻線領域にそれぞれ第２段目の電流分割用コイルが巻線されている状態となる。これによって、８本の冷陰極管１２を流れる電流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、上記の実施例では、第１段目のコイルの巻数を第２段目のコイルの巻数より少なくしているが、同じ巻数であってもよい。また、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。 そのコイルの説明図。 その電流平衡トランスを組み込んだ点灯装置の説明図。 電流平衡トランスの他の実施例を示す平面図。 本発明に係る電流平衡トランスを応用した点灯装置の他の例を示す説明図。

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
３２ Ｉコア
３４ ４脚コア
Ｐ，Ｑ，Ｒ 巻線領域

Claims (5)

1. 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つの巻線領域を有し、各巻線領域はそれぞれ２つの巻線枠を具備し、中央の巻線領域の両方の巻線枠に第１段目の電流分割用コイルが巻線され、両側に位置する巻線領域の両方の巻線枠にそれぞれ第２段目の電流分割用コイルが巻線されており、中央の巻線領域を２つの巻線枠に区分している仕切りに連続巻線用の中継端子を設けて、両端を除く４個の巻線枠のコイルを連続巻線し、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いることを特徴とする電流平衡トランス。
2. 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脚コアと、Ｉコアとの組み合わせからなり、前記Ｉコアがボビンを貫通し、前記内脚がボビンの磁心組み込み溝に嵌合している請求項１記載の電流平衡トランス。
3. 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。
4. 請求項１乃至３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４の倍数に分割して、それぞれ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。
5. 請求項１乃至３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４の倍数に分割して、それぞれ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。

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