JP4794826B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の負荷に供給されるべき直流電源電圧と共に、例えば液晶ディスプレイ装置においてバックライト部に供給すべき電源電圧を得ることが必要とされる電源装置に関する。

例えば液晶ディスプレイ等、自己発光型でないディスプレイ装置においては、光源としてバックライトを用いて画像表示を行うようにされている。
そして、このような液晶ディスプレイ装置のバックライトとしては、例えば冷陰極蛍光管を用いたものと、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diodo）を用いたものとが存在する。

バックライトとして蛍光管を用いた場合、ディスプレイ装置の電源部においては、バックライトを駆動するための交流電圧生成用のインバータ回路が備えられている。
このようなインバータ回路としては、例えば図７に示すように、ディスプレイ装置において主電源回路から出力される直流電源を入力して交流電圧を生成するようにされている。

この図に示される液晶ディスプレイ装置では、先ず、整流平滑回路１０１により商用交流電源ＡＣを入力して直流電圧を生成するようにされている。そして、整流平滑回路１０１の後段に接続された主電源回路（DC-DCコンバータ）１０２において、整流平滑回路１０１から出力された直流電圧について直流−直流電力変換を行って、例えば安定化された所定のレベルの直流電源電圧を出力するようにされている。ここで、主電源回路１０２においては、例えば絶縁トランスなどにより一次側と二次側を直流的に絶縁するようにされている。つまり、商用交流電源側である一次側から直流電圧を入力し、二次側から直流電源電圧を出力するようにしている。

主電源回路１０２の二次側から出力される直流電源電圧は、図示するようにして、この直流電源電圧を電源として動作する負荷１０３に供給される。そしてこの場合には、主電源回路１０２からの直流電源電圧は、図示するように分岐してインバータ回路１０４に対しても供給される。
インバータ回路１０４では、入力された直流電源電圧について直流−交流電力変換を行って、交流電圧をバックライト部１０５に供給する。バックライト部１０５は、この交流電圧によって発光駆動されることになる。

この場合、上記主電源回路１０２としては、一次側にスイッチングコンバータ、二次側に整流平滑回路を備え、一次側において得られたスイッチング出力を二次側において整流平滑して、上記電源電圧としての直流電圧を得るようにされている。従ってこの場合のインバータ回路１０４は、図示するようにこの主電源回路１０２の二次側に得られた直流電源を入力するようにされている。
そして、このインバータ回路１０４では、このように得られる直流電源に対して直流−交流電力変換を行い、この結果得られた交流電圧によってバックライト部１０５を駆動するものとされる。

また、一方で、ＬＥＤによるバックライト部を備えた液晶ディスプレイ装置の場合の構成としては、次の図８に示すようになる。なお、図８では、図７にて説明した部分と同様の部分には同一符号を付している。
図示するようにバックライト部１１０としてＬＥＤを用いた場合、二次側においてこのバックライト部１１０を駆動する駆動回路系として、チョッパーレギュレータ１０９が備えられる。この図８に示される例の場合は、バックライト部１１０を形成する複数のＬＥＤに対して、複数のチョッパーレギュレータ１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃが並列接続されている。
これら複数のチョッパーレギュレータ１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃのそれぞれには、複数のＬＥＤによる直列接続回路が接続されている。そして、これらチョッパーレギュレータ１０９は、主電源回路１０２によって二次側に得られた直流電圧を入力し、この直流電圧に対する直流−直流電力変換を行う。そして、これにより得られた直流電圧について、ＬＥＤに流れる電流レベルの検出結果に応じた安定化を行った上で、この安定化出力に基づいて複数のＬＥＤを発光駆動するようにされている。

この場合において、複数のチョッパーレギュレータ１０９を並列に接続しているのは、液晶ディスプレイの画面サイズが大型とされてＬＥＤの数が比較的多くなる場合や、必要輝度が高く駆動用の直流電流レベルとして比較的高レベルが必要となる場合等に対応するためである。つまり、このように駆動すべきＬＥＤの数が多い場合や大電流が必要となった場合に、例えば１つのチョッパーレギュレータ１０９により複数のＬＥＤ直列接続回路を駆動するように構成した場合には、チョッパーレギュレータ１０９自体の回路サイズが大型化してしまうところを、このように複数並列接続したことで回避できるものである。

上記のようにＬＥＤによるバックライト部１１０が用いられる場合では、チョッパーレギュレータ１０９が、主電源回路１０２により得られた直流電圧を入力し、さらにこの直流電圧に対して直流−直流変換による電力変換を行ってバックライト部１１０駆動用の直流電源を得るようにされている。

なお、下記特許文献１には、ディスプレイ装置の光源として蛍光管が用いられる場合に備えられるインバータ回路に関連する技術が記載されている。
また、下記特許文献２には、光源としてＬＥＤが用いられる場合に備えられるチョッパーレギュレータに関連する技術が記載されている。
実開平２−７９１８２号公報 特開２００２−２４４１０３号公報

ところで、先の図７に示したようにして、主電源回路１０２の後段にインバータ回路１０４を設けるということは、上記インバータ回路１０４に電力が供給される以前に、この主電源回路１０２において電力変換が行われることになる。そして、上記バックライト部１０５を駆動するための交流電圧を生成するために、このインバータ回路１０４においても再度電力変換が行われるものとなる。
つまり、図７に示した従来の構成においては、バックライト部１０５を駆動するために、主電源回路１０２、インバータ回路１０４による二度の電力変換を行っていることになる。

また、図８に示した場合も同様にして、バックライト部１１０を駆動するために、主電源回路１０２における直流−直流電力変換、及びチョッパーレギュレータ１０９による直流−直流電力変換の二度の電力変換を行うようにされている。

このようにして、複数回の電力変換が行われることによっては、電力変換効率が低下して電力損失が増大することになる。
特に近年では、液晶ディスプレイ分野での技術革新により画面が大型化しつつあるが、このように画面が大型となると、その分バックライト駆動のための消費電力が大きくなり、これによってセット全体の消費電力が増大することとなる。例えば、画面サイズが４０インチクラスになると、セット全体の消費電力が２５０Ｗ程度となる例もあり、近年の大型ディスプレイでは上記のような電力損失が比較的大きなレベルにまで達している。

またこの際、上記のようにディスプレイが大型化し、インバータ回路１０４やチョッパーレギュレータ１０９での消費電力が増大することによっては、その分、主電源回路１０２で大電力をまかなう必要がでてくる。つまり、インバータ回路１０４、チョッパーレギュレータ１０９が主電源回路１０２の後段に備えられることから、これらにおける消費電力の増大に対応するために主電源回路１０２がまかなうべき電力が増大することになるものである。
このために、先の図７、図８に示した従来の構成によっては、大画面化が進むほど主電源回路１０２が大型化するものとなり、これに伴って主電源回路１０２の回路製造コストが増加するものとされていた。

さらに、上記のようにして主電源回路１０２において大電力をまかなうようにされることによっては、この際の電力損失による発熱量が増大することになる。そしてこれによっては、熱対策に充分なスペースを確保するか、或いは冷却ファンを設けるなどの対策が必要となってくる。
しかしながら上記のように発熱対策のためにスペースを設ける場合、当然装置の大型化につながることになる。また、冷却ファンを設ける場合、その動作音がユーザーに不快感を与える要因となる。

そこで、本発明では以上の問題点に鑑み、電源装置として以下のように構成することとした。
すなわち、先ず、商用交流電源を入力して直流入力電圧を生成する入力電圧生成手段と、上記直流入力電圧を入力して、直流−直流電力変換を行うことで、上記商用交流電源側である一次側と直流的に絶縁された二次側において、所定の負荷に供給すべき第１の直流電源電圧を生成する第１の電力変換手段とを備える。
また、それぞれが上記直流入力電圧に対して並列に接続され、上記直流入力電圧について直流−直流変換による電力変換を行うことで、上記商用交流電源側である一次側と直流的に絶縁された二次側において、ディスプレイ装置のバックライト部の光源として設けられた複数の発光ダイオードの直列接続回路を駆動するための第２の直流電源電圧を生成する複数の第２の電力変換手段を備える。
そして、上記第２の電力変換手段が、上記直流入力電圧をスイッチングするスイッチング部と、
上記発光ダイオードの直列接続回路に流れる電流レベルを検出する検出回路と、
上記検出回路により検出される電流レベルに応じて、当該電流レベルが安定化されるように上記スイッチング部のスイッチング周波数を可変制御する制御回路とを備えるものである。

このような本発明の構成によれば、上記第２の電力変換手段は、上記第１の電力変換手段から出力される直流出力電圧ではなく、上記入力電圧生成手段により生成される直流電圧を直接的に入力して動作することになる。
つまり、本発明によっては、複数回の電力変換が行われる回路構成は採らないようにされているものである。

このようにして本発明よれば、ディスプレイ装置におけるバックライトの駆動用電圧を生成するための構成として、複数回の電力変換が行われる回路系がなくなり、これによって電源装置における電力損失を従来の構成と比較して低減することが可能となる。

また、本発明によれば、第１の電力変換手段と、第２の電力変換手段は、直列接続された関係ではなく、直流入力電圧に対して並列接続された関係となるので、第１の電力変換手段がまかなうべき電力は、第２の電力変換手段の消費電力とは独立したものとなる。このために、第２の電力変換手段側に接続された負荷の消費電力が増加する場合にも、上記第１の電力変換手段側の容量を増やす必要がなくなる。

以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明していく。
図１は、第１の実施の形態としての電源装置１０の構成を簡略化して示したブロック図である。
先ず、実施の形態の電源装置１０としては、液晶ディスプレイ装置の電源部として備えられるものとされる。そして、この電源装置１０により生成される電源電圧は、直流電源電圧を入力して動作する各種の回路部に相当する負荷３と、液晶ディスプレイのパネル背面を照射するバックライトが形成され、交流電圧により駆動されるバックライト部５とに供給される。

図１において、整流平滑回路１は、図示する商用交流電源ＡＣを整流平滑して直流入力電圧Ｅｉを生成する。
この整流平滑回路１としては、例えば図２に示すように、整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の４本の整流ダイオードからなるブリッジ整流回路Ｄｉと、このブリッジ整流回路Ｄｉによる整流出力を平滑する平滑コンデンサＣ１とを備えて構成される。
図示するように、上記ブリッジ整流回路Ｄｉの正極入力端子は商用交流電源ＡＣの正極ラインに対して接続される。そして、正極出力端子が平滑コンデンサＣ１の正極端子に対して接続される。この平滑コンデンサＣ１の負極端子は一次側アースに接地される。さらに、上記ブリッジ整流回路Ｄｉの負極入力端子は一次側アースに対して接地され、負極出力端子は商用交流電源ＡＣの負極ラインに対して接続されている。

このように構成される整流平滑回路１において、商用交流電源ＡＣからの入力電圧が正極性となる半周期間は、整流ダイオードＤ１、整流ダイオードＤ３が導通し、これらの整流出力が平滑コンデンサＣ１に充電される。また、商用交流電源ＡＣからの入力電圧が負極性となる半周期間は、整流ダイオードＤ２、整流ダイオードＤ４が導通し、これらの整流出力が平滑コンデンサＣ１に充電される。
つまりこの場合、交流入力電圧が正／負となる各半周期間で充電が行われる、全波整流による整流平滑動作が得られるものである。そして、このような整流平滑動作が行われる結果、平滑コンデンサＣ１の両端には、商用交流電源ＡＣのレベルの等倍に対応したレベルによる直流入力電圧Ｅｉが得られる。これは、いわゆるコンデンサインプット方式により直流入力電圧Ｅｉを生成する構成とされているということがいえる。
なお、整流平滑回路１の構成としては、この図２に示したものに限定されず、例えば倍電圧整流平滑回路とする等、コンデンサインプット方式として他の構成が採られてもよい。

ここで、本実施の形態の場合、このような整流平滑回路１に対しては、図１に示すように主電源回路２とインバータ回路４とが並列に接続される。
主電源回路２は、上記商用交流電源ＡＣ側と負荷３側とを絶縁する絶縁トランスを備え、その一次側にスイッチング素子、二次側に整流平滑回路を備えた、いわゆるスイッチングコンバータとしての構成を採るものとされる。この主電源回路２は、上記整流平滑回路１から供給された直流入力電圧Ｅｉをスイッチングコンバータを形成するスイッチング素子によりスイッチングし、その出力を上記絶縁トランスの二次側に励起させ、これを上記二次側の整流平滑回路において整流平滑して直流電圧を得る。このようにして得られた直流電圧を、図示する負荷３の動作電源（直流電源電圧）として供給する。

インバータ回路４は、この場合は上記整流平滑回路１から供給される直流入力電圧を利用してバックライト部５を駆動する。
この場合のインバータ回路４としては、商用交流電源ＡＣに対して直流的に絶縁されていない一次側において、上記整流平滑回路１により生成された直流入力電圧Ｅｉを直接入力するようにされる。そして、このように一次側において入力した直流入力電圧Ｅｉについて直流→交流電力変換を行って、これに応じた交流電圧を、商用交流電源ＡＣに対して直流的に絶縁された二次側に得るように構成されている。

このようなインバータ回路４の内部構成は、例えば次の図３に示すようになる。
図３において、インバータ回路４では、図示する制御・駆動回路４ａの制御によりスイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ２を駆動して、バックライト駆動用の交流電圧を得る、他励式の構成を有する。また、この場合、インバータ回路４により駆動されるバックライト部５には、例えば図のように蛍光管５ａ〜５ｄの４本の蛍光管５が配置される。
先ず、この図において、図示する端子ｔ１、端子ｔ２間には、図１に示した整流平滑回路１から供給される直流入力電圧Ｅｉが印加される。
上記端子ｔ１に対しては、この場合はＭＯＳ−ＦＥＴとされた上記スイッチング素子Ｑ１のドレインが接続されている。そして、このスイッチング素子Ｑ１のソースは、同じくＭＯＳ−ＦＥＴによる上記スイッチング素子Ｑ２のドレインに対して接続される。
また、このスイッチング素子Ｑ２のソースは、上記端子ｔ２と接続されている。

上記スイッチング素子Ｑ１、及びスイッチング素子Ｑ２のゲートに対しては、それぞれ制御・駆動回路４ａからの制御信号が印加される。
この制御・駆動回路４ａは、プログラムされたＩＣ（Integrated Circuit）であり、これらスイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ２が交互にオン／オフするように制御を行う。

スイッチング素子Ｑ１のソースとスイッチング素子Ｑ２の接続点（スイッチング出力点）に対しては、図示するトランスＴ１の一次巻線Ｎa1、及びトランスＴ２の一次巻線Ｎb1の一端がそれぞれ接続される。また、上記一次巻線Ｎa1の他端は、コンデンサＣ２を介して端子ｔ２と接続され、上記一次巻線Ｎb1の他端は、これら一次巻線Ｎa1とコンデンサＣ２との接続点に対して接続される。
ここで、これらトランスＴ１及びトランスＴ２において、上記一次巻線Ｎa1、一次巻線Ｎb1は、この場合、共に商用交流電源ＡＣに対しては絶縁されていない。つまりこの場合、上記した端子ｔ１−端子ｔ２間に直流入力電圧Ｅｉが印加されていることからも理解できるように、このインバータ回路４におけるこれら一次巻線Ｎa1、一次巻線Ｎb1から前段が、商用交流電源ＡＣに対して直流的に絶縁されていない一次側に在ることになる。
従ってこの場合のインバータ回路４においては、後段に備えられる負荷（バックライト部５）との一次側と二次側との直流的絶縁状態を、これらトランスＴ１、トランスＴ２において確保するものとしている。このために、この場合のトランスＴ１、トランスＴ２においては、一次巻線Ｎａ1と二次巻線Ｎa2、一次巻線Ｎb1と二次巻線Ｎb2との間に充分な距離を確保しておく等、それぞれ一次側と二次側との間で充分な絶縁状態が得られるようにしておく必要がある。

上記トランスＴ１の二次巻線Ｎa2の一端に対しては、図示するように電流制限用のコンデンサＣＣ１とコンデンサＣＣ２が並列に接続され、さらに、これらコンデンサＣＣ１、ＣＣ２に対しては、蛍光管５ａ、蛍光管５ｂの一端が接続されている。
そして、これら蛍光管５ａ、蛍光管５ｂの他端は、それぞれ上記二次巻線Ｎa2の他端と接続されている。

同様に、トランスＴ２の二次巻線Ｎb2の一端に対しては、図示するようにコンデンサＣＣ３とコンデンサＣＣ４が並列に接続され、さらに、これらコンデンサＣＣ３、ＣＣ４に対し、蛍光管５ｃ、蛍光管５ｄの一端が接続されている。そして、これら蛍光管５ｃ、蛍光管５ｄの他端が、上記二次巻線Ｎｂ2の他端と接続されている。

フィードバック回路４ｂは、図示する検出回路４ｃにより検出される蛍光管５ｄの管電圧を入力し、この管電圧のピーク整流を行う。そして、その出力を上記制御・駆動回路４ａに対して調光信号として供給する。制御・駆動回路４ａは、この調光信号に基づき、蛍光管５ａ〜５ｄの発光量を一定とする制御を行うようにされている。
なお、このフィードバック回路４ｂは、例えばフォトカプラ等により絶縁しておく。

このような構成によるインバータ回路４においては、端子ｔ１−端子ｔ２間に得られる直流入力電圧Ｅｉが、制御・駆動回路４の制御により交互にオン／オフするようにされたスイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ２によりスイッチングされる。そして、そのスイッチング出力が、トランスＴ１、トランスＴ２の一次巻線Ｎa1、一次巻線Ｎb1のそれぞれに得られる。
このように一次巻線Ｎa1、一次巻線Ｎb1にスイッチング出力が得られることにより、二次巻線Ｎa2、二次巻線Ｎb2には、これら一次巻線Ｎa1、一次巻線Ｎb1との巻線比に応じた高圧の交流電圧が励起される。そして、このように二次巻線Ｎa2、二次巻線Ｎb2に交流電圧が励起されることによって、バックライト部５におけるそれぞれの蛍光管５ａ〜５ｄに管電流が流れるようになり、これら蛍光管５ａ〜５ｄが発光するものとなる。
なお、ここではインバータ回路４を他励式としたが、自励式としてもよい。

このようにして第１の実施の形態では、整流平滑回路１に対して主電源回路２とインバータ回路４とを並列に接続することにより、主電源回路２を介さずにバックライト部５を駆動するための交流電圧を得るようにしたから、主電源回路２においてバックライト駆動用の交流電圧を得るための電力損失が生じないことになる。

また、この際、上記交流電圧をインバータ回路４による一度の電力変換により得ることができるようになるから、図７に示した従来の構成と比較して、電源装置における電力損失を低減することができる。
このことを以下の式により説明してみる。
先ず、主電源回路における電力変換効率をη1、インバータ回路における電力変換効率をη2とし、またバックライト部以外の負荷電力をＰ1、バックライト部の負荷電力をＰ2とすると、
図７に示した従来の構成による入力電力は、
（１／η1）Ｐ1＋（１／η1η2）Ｐ2
となる。そして、図１に示した実施の形態の構成による入力電力は、主電源回路２及びインバータ回路における電力変換効率がそれぞれ図６の場合と同等とすると、
（１／η1）Ｐ1＋（１／η2）Ｐ2
となる。つまり、主電源回路の後段にインバータ回路が設けられる図７の構成においては、交流電圧を得る経路での電力変換効率が、主電源回路とインバータ回路における電力変換効率の積とされることになるから、その分電力変換効率の低下が著しくなる。
これに対し本実施の形態では、交流電圧を得る経路での電力変換効率は、インバータ回路にのみ依存するから、この点で従来よりも電力変換効率を高く保つことができる。つまり、これによって図７に示した従来の構成よりも電力損失を低減することができるものである。

また、上記のようにバックライト駆動用の交流電圧を生成する経路での電力変換効率を従来より高く保つことができることによっては、例えばディスプレイが大型化し上記バックライト部の負荷電力Ｐ2が増大した場合の電力損失量を、従来よりも低く抑えることができる。
つまりこの場合、図７の構成と本実施の形態の電源装置１０の構成との入力電力の差は、
（１／η1η2−１）Ｐ2
となり、バックライト部の負荷電力Ｐ2の値が大きくなるほど、従来との入力電力量の差を広げることができる。
このことから、本実施の形態の電源装置１０によっては、画面サイズが大きくなり、インバータ回路４における消費電力が大きくなる程、従来の構成と比較してより大きな電力損失低減効果を得ることができるものである。

また、さらに、上記のように主電源回路２を介さずにバックライト部５を駆動するための交流電圧を得ることによっては、ディスプレイが大型化した場合にも、主電源回路２において大電力をまかなう必要がなくなる。そして、これによっては、ディスプレイの大型化に伴い主電源回路２における発熱量が増大することもなくなり、これによって従来のように熱対策に充分なスペースを確保する必要がなくなってディスプレイ装置の小型化が図られる。
また、熱対策用の冷却ファンを設ける必要もなくなり、その動作音がユーザーに不快感を与えるといったこともなくすことができる。

また、主電源回路２は、バックライト部５に電力を供給する必要がなくなるから、この主電源回路２の電源仕様としては、負荷３の条件のみに依存すればよいことになる。これにより、主電源回路２の設計についての標準化を図ることが容易になるものである。
これに対し先の図７に示した従来の構成では、バックライト部５の種類（ディスプレイパネルの種類）などに依存して、インバータ回路の仕様も変更されるのに伴い、主電源回路の仕様も変更する必要が生じていたために、設計の標準化は困難とされていたものである。

ここで、従来において、上記実施の形態のように主電源回路とインバータ回路とを並列に備えられなかったのは、以下のような事情による。
従来の液晶ディスプレイの分野では、例えば１５〜１７インチ程度の小型画面サイズのディスプレイが主流で、これに伴いインバータ部の消費電力も比較的少ないものとされていた。このために従来においては、バックライト駆動用の交流電圧を生成する過程で生じる電力損失が、比較的少ないレベルで抑えられ、このことから、主電源回路からの電力を利用しインバータを非絶縁とする従来からの構成を踏襲した方が、コスト・回路スペース的に都合がよく有利とされていたものである。

本発明が想起されるに至ったのは、そもそも近年における液晶ディスプレイの画面の大型化に伴い、バックライトの消費電力が増大化しはじめたことによる。
つまり、近年では、例えば画面サイズが４０インチクラスに至るようなディスプレイ装置が普及してきているが、このような４０インチクラスのディスプレイでは、例えばバックライトインバータにおける消費電力が２００Ｗ程度となっている例もある。そして、このようにバックライトインバータにおける消費電力が増大することにより、従来の構成では各電力変換過程での電力損失量が比較的大きなものとなり、多くの問題を抱えるようになった。
これを解決する技術として、本発明が想起されたものである。上述のように、本発明を液晶ディスプレイ装置に適用することによっては、ディスプレイが大型化するほど電力損失低減効果が得られるものであるから、このようなディスプレイの大型化という今後の環境の変化に伴いその重要度が増すものと考えられる。

続いては、第１の実施の形態の変形例としての電源装置の構成について説明する。
図４は、第１の実施の形態の変形例としての電源装置１１の構成を簡略化して示すブロック図である。
この電源装置１１としては、先の図１に示した整流平滑回路１に代えて、ＰＦＣ（Power Factor Correction）コンバータ回路６を設けるようにしたものである。すなわち、例えば電源高調波歪への対応策の１つとして、従来より主電源回路の前段に力率改善のためのコンバータを備えるということが行われているが、これと同様に電源装置１１としても、主電源回路２、インバータ回路４の前段にＰＦＣコンバータ回路６を設けるようにするものである。

このようなＰＦＣコンバータ回路６の構成は、例えば図５に示すようになる。
この図に示すＰＦＣコンバータ回路６としては、ＰＷＭ制御方式の昇圧型コンバータとされ、力率を１に近づけるように動作すると共に、直流入力電圧Ｅｉの安定化を行うように動作するものとされる。
先ず、このＰＦＣコンバータ回路６においては、図示するように商用交流電源ＡＣからの交流入力電圧ＶACが、ブリッジ整流回路Ｄｉの入力端子に供給されている。そして、このブリッジ整流回路Ｄｉの正極／負極ラインに対しては、並列に出力コンデンサＣｏが接続されている。ブリッジ整流回路Ｄｉの整流出力が出力コンデンサＣｏに供給されることで、出力コンデンサＣｏの両端電圧として、図のように直流入力電圧Ｅｉが得られる。
この直流入力電圧Ｅｉは、図４に示す主電源回路２、及びインバータ回路４の入力電圧として供給される。

また、力率改善のための構成としては、図示するように、インダクタＬ、高速リカバリ型ダイオードＤ、スイッチング素子Ｑ３が備えられる。
上記インダクタＬ、高速リカバリ型ダイオードＤは、ブリッジ整流回路Ｄｉの正極出力端子と出力コンデンサＣｏの正極端子との間に、直列に接続されている。
そして、上記スイッチング素子Ｑ３としては、この場合ＭＯＳ−ＦＥＴが選定され、図示するようにインダクタＬとダイオードＤの接続点と、ブリッジ整流回路Ｄｉの負極ラインとの間に挿入される。

このスイッチング素子Ｑ３に対しては、図示は省略しているが、これを駆動するための駆動制御回路が備えられる。
この駆動制御回路によっては、交流入力電圧ＶACと直流入力電圧Ｅｉの変動差分とに基づいたＰＷＭ制御が行われ、スイッチング素子Ｑ３のオン期間のデューティが可変制御される。そして、この結果、ブリッジ整流回路Ｄｉに流れる交流入力電流の波形が、交流入力電圧ＶACと同一波形となるように制御が行われ、力率がほぼ１に近づくように力率改善が図られることになる。
またこの場合、スイッチング素子Ｑ３のオン期間のデューティは、直流入力電圧Ｅｉの変動差分に応じても変化することになるから、直流入力電圧Ｅｉの変動も抑制される。つまり、これによって直流入力電圧Ｅｉの安定化が図られるものである。

このような変形例としての電源装置１１によっても、インバータ回路４が主電源回路２を介さずにバックライト駆動用の交流電圧を生成することができるから、バックライト駆動用の交流電圧を得る際の電力損失を従来よりも低減することができる。つまりこの場合は、先の図７に示した従来の構成に対してＰＦＣコンバータ回路６と同等の回路が備えられた場合と比較して、電力損失を低減させることができるものである。
さらに、ＰＦＣコンバータ回路６を備える構成の場合、主電源回路２及びインバータ回路４に入力される直流入力電圧Ｅｉは安定化されたものであるので、インバータ回路４としても、安定的な直流電圧を入力することを前提として設計すればよいことになる。このため、インバータ回路４についての設計は容易なものとなるので、力率改善を図る構成と組み合わされている点も含め、実用上も非常に有利である。

さらに、次の図６には、本発明における第２の実施の形態としての電源装置１２の構成例について示す。なお、図６において、既に図１にて説明した部分については同一の符号を付して説明を省略する。
図６において、この場合の電源装置１２としても液晶ディスプレイ装置の電源部として備えられるものとされ、負荷３と共に、図示するバックライト部１５の駆動用電源を供給するようにされている。
そして、この場合の液晶ディスプレイ装置のバックライト部１５としてはＬＥＤを用いたものとされ、バックライト部１５に対しては直流による駆動電流を供給するようにされている。

バックライト部１５に対して直流電流を供給する構成として、この場合は複数のDC-DCコンバータ９ａ、９ｂ、９ｃを備えるものとしている。
この場合のバックライト部１５としては、図のように所定複数のＬＥＤが直列接続されて成る直列接続回路の複数から成るようにされている。そして、これらそれぞれのＬＥＤの直列接続回路に対して直流電流を供給する系として、DC-DCコンバータ９ａ、DC-DCコンバータ９ｂ、DC-DCコンバータ９ｃの複数が備えられている。

そして、これらDC-DCコンバータ９ａ、９ｂ、９ｃは、図示するようにして各々が商用交流電源ＡＣと絶縁されていない一次側において、整流平滑回路１により生成される直流入力電圧を入力するように接続される。つまり、これらDC-DCコンバータ９ａ、９ｂ、９ｃとしても、先の図１に示したインバータ回路４と同様に、整流平滑回路１に対して、主電源回路２と並列に接続されているものである。

そして、これらDC-DCコンバータ９ａ、９ｂ、９ｃとしては、主電源回路２の構成とほぼ同様に、商用交流電源ＡＣ側と負荷側とを絶縁する絶縁トランスを備え、その一次側にスイッチング素子、二次側に整流平滑回路を備えたスイッチングコンバータとしての構成を採る。つまり、これにより、一次側において入力された上記直流入力電圧に応じた直流電圧を二次側において得るようにされる。
そして、これらDC-DCコンバータ９ａ、９ｂ、９ｃとしても、それぞれ上記した所定複数のＬＥＤの直列接続回路に供給すべき直流電流の安定化のための制御系を備えるようにされる。このような安定化制御系としては、例えばＬＥＤの直列接続回路に流れる電流レベルの検出結果に応じて、一次側におけるスイッチング素子のスイッチング周波数を可変制御する構成などが採られればよい。

このような第２の実施の形態の電源装置１２の構成によっても、液晶ディスプレイ装置のバックライト駆動用の電源電圧を得るための電力変換手段としては、主電源回路２の後段ではなく、整流平滑回路１の後段において主電源回路２と並列に接続されるものとなる。つまり、これにより第２の実施の形態の電源装置１２の構成によっても、バックライト駆動用の電源電圧は、DC-DCコンバータ９ａ、９ｂ、９ｃのそれぞれによる一度の電力変換により得ることができるようになるから、図８に示した従来の構成と比較して、電源装置における電力損失を低減することができる。

また、第２の実施の形態の電源装置１２としても、上記のように主電源回路２を介さずにバックライト部１５を駆動するための直流電圧を得ることができるので、ディスプレイの大型化に伴って主電源回路２において大電力をまかなう必要もなくなる。

また、上記のようにして整流平滑回路１に対して主電源回路１０２とDC-DCコンバータ９ａ、９ｂ、９ｃが並列に接続されることで、第２の実施の形態の電源装置１２の構成としても、従来例として図８に示した構成と比較して、バックライト駆動のための消費電力が大きくなる程より大きな電力損失低減効果が得られるものとなる。

さらに、この場合も主電源回路２としては、バックライト部１５に電力を供給する必要がなくなるから、主電源回路２の電源仕様は負荷３の条件のみに依存すればよいことになる。

なお、第２の実施の形態ではDC-DCコンバータ９の複数を並列に接続する例を挙げたが、このようにDC-DCコンバータ９を並列接続するのは、先の図８におけるチョッパーレギュレータ１０９の場合と同様、DC-DCコンバータ９の１つのみで複数のＬＥＤ直列接続回路を駆動する場合はDC-DCコンバータ９が大型化してしまうことによる。
また、特にこの場合はDC-DCコンバータ９について複数を並列接続していることで、例えばDC-DCコンバータ９を１つのみ備える構成とした場合よりも、個々のDC-DCコンバータ９における絶縁トランスのコアの小型化や耐圧の低下等による素子の小型化が図られるので、DC-DCコンバータ９ａ、９ｂ、９ｃの合計サイズの大型化は微少なものとすることができる。

また、図示は省略したが、第２の実施の形態の電源装置１２としても、先の図４、図５において示した変形例の場合と同様に、整流平滑回路１をＰＦＣコンバータ６とする構成を採ることができる。

また、第２の実施の形態では、ＬＥＤの直列接続回路が複数設けられ、これらのそれぞれについてDC-DCコンバータ９を備える例を挙げたが、これに代え、主電源回路２と並列に接続するDC-DCコンバータ９は１つのみとした上て、これら複数のＬＥＤ直列接続回路に対しては、このDC-DCコンバータ９内の絶縁トランスを複数並列接続して、二次側に複数の直流電圧生成系を設けることで対応するものとしてもよい。
或いは、同様に主電源回路２と並列に接続するDC-DCコンバータ９は１つとして、絶縁トランスを複数直列接続して二次側に複数の直流電圧生成系を設けることで対応するものとしてもよい。
そして、このようにDC-DCコンバータ９における絶縁トランスを複数とした場合は、例えばそれぞれのトランスの二次側において、例えばＬＥＤ直列接続回路に流れる電流レベルの検出結果に応じて二次側で独立して安定化を行う構成を備えるようにすれば、DC-DCコンバータ９を複数並列接続した場合と同様にそれぞれのＬＥＤ直列接続回路に供給されるべき直流電流の安定化を図ることができる。

なお、これまでに説明した実施の形態では、本発明の電源装置が液晶ディスプレイ装置の電源部として備えられ、インバータ回路４又はDC-DCコンバータ９がバックライト駆動用の交流電圧又は直流電圧を生成する場合を例に挙げたが、本発明としては、これら第２の電力変換手段が例えばバックライト以外の交流駆動又は直流駆動の負荷に対して電源電圧を供給するように構成される場合にも広く適用することも可能である。

また、実施の形態において、インバータ回路４、DC-DCコンバータ９が備えるトランスとしては、電磁トランスの他にも圧電トランスを採用することもできる。

本発明における第１の実施の形態としての電源装置の構成を簡略化して示した図である。 実施の形態の電源装置が備える整流平滑回路の構成例を示す回路図である。 第１の実施の形態の電源装置が備えるインバータ回路の構成を示す回路図である。 第１の実施の形態の変形例としての電源装置の構成を簡略化して示した図である。 変形例の電源装置が備えるＰＦＣコンバータ回路の構成例を示す回路図である。 本発明における第２の実施の形態としての電源装置の構成例を示した図である。 従来例として、蛍光管によるバックライト部を備える液晶ディスプレイ装置における電源部の構成を簡略的に示したブロック図である。 従来例として、ＬＥＤによるバックライト部を備える液晶ディスプレイ装置における電源部の構成を簡略的に示したブロック図である。

符号の説明

１ 整流平滑回路、２ 主電源回路、３ 負荷、４ インバータ回路、４ａ 制御・駆動回路、４ｂ フィードバック回路、Ｑ１、Ｑ２ スイッチング素子、Ｔ１、Ｔ２ トランス、Ｎa1、Ｎb1 一次巻線、Ｎa2、Ｎb2 二次巻線、５、１５ バックライト部、５ａ〜５ｄ 蛍光管、６ ＰＦＣコンバータ、９ａ、９ｂ、９ｃ DC-DCコンバータ

Claims (3)

1. 商用交流電源を入力して直流入力電圧を生成する入力電圧生成手段と、
   上記直流入力電圧を入力して、直流−直流電力変換を行うことで、上記商用交流電源側である一次側と直流的に絶縁された二次側において、所定の負荷に供給すべき第１の直流電源電圧を生成する第１の電力変換手段と、
   それぞれが上記直流入力電圧に対して並列に接続され、上記直流入力電圧について直流−直流変換による電力変換を行うことで、上記商用交流電源側である一次側と直流的に絶縁された二次側において、ディスプレイ装置のバックライト部の光源として設けられた複数の発光ダイオードの直列接続回路を駆動するための第２の直流電源電圧を生成する複数の第２の電力変換手段と
   を備えると共に、
   上記第２の電力変換手段が、
   上記直流入力電圧をスイッチングするスイッチング部と、
   上記発光ダイオードの直列接続回路に流れる電流レベルを検出する検出回路と、
   上記検出回路により検出される電流レベルに応じて、当該電流レベルが安定化されるように上記スイッチング部のスイッチング周波数を可変制御する制御回路とを備える
   電源装置。
2. 上記入力電圧生成手段は、
   上記商用交流電源を整流するダイオード素子と、このダイオード素子の整流出力を平滑するコンデンサ素子とから成り、このコンデンサ素子の両端電圧として上記直流入力電圧を得るようにされた整流平滑回路である
   請求項１に記載の電源装置。
3. 上記入力電圧生成手段は、力率を改善すると共に、安定化された直流出力電圧を上記直流入力電圧として出力する力率改善コンバータとされる
   請求項１に記載の電源装置。

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