JP4693052B2 - 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３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、両巻線領域のコイルがそれぞれ閉磁路を形成するように磁心が設けられてい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個のバランサ１４，１５を使用する。各バランサ１４，１５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出力のトランスである。第１のバランサ１４は巻数比２：１で巻線され、第２のバランサ１５は巻数比１：１で巻線されている。第１のバランサ１４の巻数の少ない方のコイルに直列に第２のバランサ１５の両方のコイルが基板上で接続される。第１のバランサ１４で第１の冷陰極管を流れる電流Ｉ₁ と第２のバランサ１５に流れる電流Ｉ₂₃とに分流し、第２のバランサ１５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 とに分流する。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に従来例として示されている。

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。また上記の構成では、巻数比の異なる２種類のバランサが必要となる。それらの結果、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つの巻線領域を有し、両巻線領域はそれぞれ２つの巻線枠を具備し、一方の巻線領域の２つの巻線枠に第１段目の電流分流用コイルを巻線し、他方の巻線領域の２つの巻線枠に第２段目の電流分流用コイルを巻線し、両巻線領域のコイルがそれぞれ閉磁路を形成するように磁心が設置されていることを特徴とする電流平衡トランスである。第１段目の電流分流用コイルは実質的に巻数比２：１で巻線し、第２段目の電流分流用コイルは実質的に巻数比１：１で巻線する。これによって、一方の巻線領域の２つのコイルで１：２の電流比に分流し、多い方の電流を他方の巻線領域の２つのコイルで１：２の電流比に分流する。これによって、３つの負荷にほぼ均等な電流を供給する。

ここで、一方の巻線領域の磁心組み込み溝に近い巻線枠に第１段目の巻数の少ない電流分流用コイルが位置し、第１段目の巻数の多い電流分流用コイル、第１段目の巻数の少ない電流分流用コイル、第２段目の一方の磁心組み込み溝に近い巻線枠の電流分流用コイルが、ボビンに装着されている端子を中継して順次連続するように巻線する。

磁心は、例えば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、磁心がＵコアとＩ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、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、磁心がＩコアと日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、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。

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、３つの負荷に対して電流を平衡化させるために、従来技術では２種類のバランサが１個ずつ必要であったものが、本発明では１個で済むため、小型化（実装面積の低減）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、巻線機にボビンを着脱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、両巻線領域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２８，２９の底面には巻線通し溝が形成されている。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、それぞれ必要な巻線が施される。巻線図を図４に示す。白丸印は端子を表している。一方の巻線領域Ｐの２つのコイルｐ１，ｐ２の巻数比は２：１、他方の巻線領域Ｑの２つのコイルｑ１，ｑ２の巻数比は１：１とする。例えばコイルｐ１は４１０ターン、コイルｐ２は２０５ターン、コイルｑ１，ｑ２はそれぞれ３５５ターンなどである。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。

巻線作業は、例えば次のように行う。一端を一方の端子台２８（図面左手側）の一方の端子に絡げた線材を、巻線領域Ｐの外側の巻線枠に巻き付けてコイルｐ１を形成し、他方の端子に絡げ、引き続いて巻線領域Ｐの内側の巻線枠に巻き付けてコイルｐ２を形成し、端子台２９の一方の端子に絡げ、続けて巻線領域Ｑの内側の巻線枠に巻き付けてコイルｑ１を形成し、端子台２９の他方の端子に絡げる。一端を他方の端子台２８（図面右手側）の一方の端子に絡げた線材を、巻線領域Ｑの外側の巻線枠に巻き付けてコイルｑ２を形成し、図４のＡのように他方の端子に絡げる。また図４のＢにように、コイルｐ２とコイルｑ１の間の端子に絡げる方法もある。端子に絡げた巻線端末は、半田ディップなどにより半田接続される。

このように巻線を施したボビンに磁心を組み込む状態を図５に示す。ここで磁心は、１本のＩコア３２と２個の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、両巻線領域Ｐ，Ｑのコイルがそれぞれ閉磁路となり、電流平衡トランスが形成される。

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コイルｐ１，ｐ２を流れる電流が１：２の割合で分けられ、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を流れる電流が均等に（１：１で）分けられ、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。今回、コイルｐ１，ｐ２は２：１の巻数比、コイルｑ１，ｑ２は１：１の巻数比に設定したが、浮遊容量などによる回路のばらつきによって管電流のばらつきが発生した場合、各コイルの巻数及び巻数比を変更することによって調整することも可能である。

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２つのコイルで１：２の電流比に分流し、多い方の電流を他方の巻線領域の２つのコイルで第１の冷陰極管を流れる電流と第２の巻線領域の２つのコイルに１：２の電流比で分流する。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。これによって、３本の冷陰極管（負荷）にほぼ均等な電流を供給することができる。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、前述したように、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。 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
３２ Ｉコア
３４ Ｅコア
Ｐ，Ｑ 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つの巻線領域を有し、両巻線領域はそれぞれ２つの巻線枠を具備し、一方の巻線領域の２つの巻線枠に第１段目の電流分流用コイルを実質的に巻数比２：１で巻線し、他方の巻線領域の２つの巻線枠に第２段目の電流分流用コイルを実質的に巻数比１：１で巻線し、一方の巻線領域の磁心組み込み溝に近い巻線枠に第１段目の巻数の少ない電流分流用コイルが位置し、第１段目の巻数の多い電流分流用コイル、第１段目の巻数の少ない電流分流用コイル、第２段目の一方の磁心組み込み溝に近い巻線枠の電流分流用コイルが、ボビンに装着されている端子を中継して順次連続するように巻線されており、両巻線領域のコイルがそれぞれ閉磁路を形成するように磁心が設置されていることを特徴とする電流平衡トランス。
2. 磁心は、ＩコアとＥコア、ＩコアとＵコア、または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、他方のコアの一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。
3. 磁心は、ＩコアとＥコア、またはＩコアとＵ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、他方のコアの一部がボビンの巻軸を貫通している請求項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。
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。

Images