JP4999152B2 - 放電灯駆動回路 - Google Patents

Description

本発明は、複数の放電灯を略等しい駆動電流で同時に駆動させる放電灯駆動回路に関し、特に、液晶テレビやノートパソコン等に使用される各種表示パネルのバックライト用の冷陰極放電ランプ（ＣＣＦＬ）を同時駆動させるインバータ駆動回路に関するものである。

従来より、各種表示パネルのバックライト用のＣＣＦＬを駆動するために昇圧トランスを搭載したインバータ駆動回路が知られている。また、近年、液晶テレビ等における表示パネルの大型化の要請に応じて、複数のＣＣＦＬを同時駆動し得るインバータ駆動回路が注目されている。このようなインバータ駆動回路においては、上記昇圧トランスとは別個に、複数のＣＣＦＬに流れる電流を合わせるための特殊な構成を有する、下記特許文献１に記載されているようなバランサトランスが用いられている。このようなバランサトランスは、各ＣＣＦＬに直列に接続された巻線を備え、これら巻線が同一の磁路内に形成されるようになっている。

特開２００３−３１３８３号公報

しかしながら、このようなバランサトランスは、小型化することに限界があり、その設置スペース（基板面積）を確保することが液晶テレビの小型化を促進する上で障害となっていた。さらに、このようなバランサトランスは絶縁耐圧を十分考慮しなければならないため、形状が大きくなるとともにバランサトランスを設けることによる製造コストの上昇も避けられない。

そこで、本願発明者等は、このようなバランサトランスを設けることなく、複数の放電灯を略等しい駆動電流で同時に駆動させる放電灯駆動回路を創出すべく、研究を継続的に行った。その結果、各放電灯の負荷にバラツキがあっても、各放電灯に流れる電流が互いに等しくなる所定の周波数が存在することを見出すに至った。

しかしながら、この所定の周波数は、使用する昇圧トランスの特性の変化に応じて個々に変化するのに対し、各放電灯を駆動するための駆動周波数は、例えば、液晶表示パネルに係る水平同期周波数等に応じた周波数と干渉を起こさない周波数（例えば、３４〜５０KHz）に設定しなければならず、必ずしも、駆動周波数を上記所定の周波数に設定することができない。

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、複数の放電灯を同時駆動する場合において、各放電灯に流れる電流を平衡化する際に、バランサトランスを用いた従来技術に比べて大幅に設置スペースおよび製造コストを低減することが可能であり、かつ、表示パネルの特性等による駆動周波数の制約にも影響されない放電灯駆動回路を提供することを目的とするものである。

本発明の放電灯駆動回路は、高周波交流電圧を昇圧する昇圧トランス部を備え、該昇圧トランス部の各２次側出力を各々対応する複数の放電灯に印加するように構成された放電灯駆動回路において、
該昇圧トランス部を構成するトランスは、少なくとも２箇所の接合面において、互いにギャップを介して接合された、少なくとも２つの磁性体コアと、１次巻線および２次巻線とを備え、前記１次巻線と２次巻線とを貫く磁束を循環させる第１の閉磁路と、前記２次巻線を貫く磁束のみを循環させる第２の閉磁路とを備えてなり、前記第１の閉磁路に設置されている前記ギャップの大きさの調整に基づき前記第１の閉磁路のインダクタンス特性を調整し、さらに前記第２の閉磁路に設置されている前記ギャップの大きさの調整に基づき前記第２の閉磁路のインダクタンス特性を調整することによって、前記複数の放電灯を流れる駆動電流を略等しくし得る駆動周波数の値が調整可能に構成されていることを特徴とするものである。

ここで、「昇圧トランス部」を構成する「トランス」は、１個または複数個のいずれの場合も含むものとする。

また、前記少なくとも２箇所の接合面でのギャップの大きさが、前記複数の放電灯を所定の駆動周波数で駆動する際に、これら複数の放電灯を流れる電流を略等しくし得る前記駆動周波数の値が、前記所定の駆動周波数と一致するように設定されていることが好ましい。

さらに、前記昇圧トランス部を構成するトランスは、駆動する前記放電灯の各々に対応して設けられるように構成することができる。

本発明の放電灯駆動回路は、前述したように、各放電灯の負荷の大きさにバラツキがあっても、各放電灯に流れる電流が互いに等しくなる所定の周波数が存在することが前提技術となっており、さらに、昇圧トランスにおいて、磁路を構成する、少なくとも２つのコアの間の、少なくとも２箇所の接合部分に介在させたギャップの大きさ（ギャップ長）を変化させることによって、上記所定の周波数を移動させることができる、という本願発明者の知見に基づき生み出されたものである。

すなわち、２つのコア間における、少なくとも２つのギャップの大きさを変更することにより、各放電灯に流れる電流が互いに等しくなる所定の周波数を移動させることが可能となる。これにより、上記所定の周波数が、例えば、液晶表示パネルに係る水平同期周波数等に応じた周波数と干渉を起こす値となっている場合には、上記少なくとも２つのギャップの大きさを変更することにより、水平同期周波数等に応じた周波数と干渉を起こさない値に移動することができる。したがって、表示パネルの特性等による駆動周波数の制約に影響されない。

さらに、本発明の放電灯駆動回路によれば、複数の放電灯に流れる電流値が互いに略等しくなるように設定することが可能となることから、バランサトランスを使用せずとも各放電灯に流れる電流の平衡化（電流値を略等しくすること）を図ることが可能であり、種々の態様のトランスや表示パネルに適用した場合であっても、駆動回路の設置スペースおよび製造コストを大幅に低減することができることから、実用化を促進することができる。

以下、本発明の実施形態に係る放電灯駆動回路について図１〜図４を参照しつつ説明する。
まず、本発明の実施形態に係る放電灯駆動回路（以下、インバータ駆動回路と称する）の回路構成例について、図２を用いて説明する。

本発明の実施形態に係るインバータ駆動回路は、例えば、液晶テレビ等に使用される各種の液晶表示パネルのバックライトに用いられる冷陰極放電ランプ（以下、ＣＣＦＬと称する）を複数同時に放電、点灯させるに適したもので、以下の構成例においては、同時駆動されるＣＣＦＬが２本の場合を例にとり説明することとする。

このようなインバータ駆動回路は、スイッチング回路（図２においては「ＳＷ」と表記）３１と、駆動されるＣＣＦＬ２１、２２に応じて設けられた２つの昇圧トランス（図２においては、それぞれ「Ｔ１」、「Ｔ２」と表記）１１、１２とを備えている。なお、各々の昇圧トランス１１、１２の１次側には、例えば直列共振回路を設けるようにしてもよい。また、昇圧トランス１１、１２に対し、ＣＣＦＬ２１、２２と並列に高圧コンデンサＣ１、Ｃ２が接続されている。なお、昇圧トランス１１、１２は、互いに別体とされているものに限られず、一体的に組み込まれて多出力トランスの各トランス要素とされる態様であってもよい。

スイッチング回路３１は、その入力側に直流電源３２が接続されて、その直流電源３２の出力電圧に基づいて高周波高電圧を生成するもので、その構成自体はこの種の回路として公知のものであり、例えば、トランジスタを用いたフルブリッジ回路等が用いられて構成される。

このスイッチング回路３１の出力側には、第１、第２の昇圧トランス１１、１２の１次側が互いに接続されたものとなっている。
一方、第１、第２の昇圧トランス１１、１２の２次側には、それぞれＣＣＦＬ２１、２２が接続されている。

なお、上記実施形態においては、図示は省略されているが、スイッチング回路３１を制御するための制御部が設けられている。

このような構成のインバータ駆動回路は、所定周波数入力が第１、第２の昇圧トランス１１、１２の１次側に印加されることで、バランサトランスを用いることなく、各ＣＣＦＬ２１、２２の管電流値を略均一（平衡）とすることができるようになっている。

次に、図１を用いて、昇圧トランス１（第１の昇圧トランス１１および第２の昇圧トランス１２の各々に相当する）について説明する。ボビン４は、１次巻線２と２次巻線３が共軸に巻回されるように構成されてなる。

また、ボビン４が搭載された端子台４３が設けられている。
なお、上記端子台４３には、前方および後方に突出する複数の端子（１次側端子と２次側端子）７が保持されており、さらに斜め前方および斜め後方に突出する絡げ部８が設けられている。

なお、ボビン４の両端には、エンド鍔４１ａが設けられ、さらに、一方のエンド鍔４１ａと一方の中間鍔４１ｃの間には複数（本実施形態では６枚）の仕切り鍔４１ｂが設けられ、該各仕切り鍔４１ｂによって複数（本実施形態では７つ）のセクションに区分された巻回領域に、２次巻線３が巻回されるようになっている。

このような構成を有するボビン４は、絶縁性を有するプラスチック等の材料で形成されており、内部を、その軸線方向に貫通するコア挿通孔が形成されている。

一方、磁性体コアとしては、例えば、軟磁性材料のフェライト（その他に、パーマロイ、センダスト、鉄カルボニル等の材料や、これらの微粉末を圧縮成型したダストコアを使用することも可能）によりそれぞれ形成されたＩ字型の第１コア５１、Ｕ字型の第２、第３コア５２、５３が互いに組み合わされて構成されている。

上記第１コア５１は、ボビン４の軸線に沿ってボビン４のコア挿通孔に挿通されている。

一方、上記第２コア５２は、上記第１コア５１と平行に延びる基部５２ａと、該基部５２ａの両端部において上記第１コア５１に向けてそれぞれ突出する脚部５２ｂ，５２ｃとが互いに一体に形成されてなる。この第２コア５２は、図１に示すように、その一方の脚部５２ｂが上記第１コア５１の左端側において該第１コア５１の前方側面に当接するように、他方の脚部５２ｃが上記第１コア５１の左端側において該第１コア５１の後方側面に当接するように配設されてなる。このように配置された第２コア５２と上記第１コア５１とにより、上記１次巻線２と上記２次巻線３とを貫く磁束を循環させる第１の閉磁路ＭＡが構成されるようになっている。

また、上記第３コア５３は、上記第１コア５１と平行に延びる基部５３ａと、該基部５３ａの両端部において上記第１コア５１に向けてそれぞれ突出する脚部５３ｂ，５３ｃとが互いに一体に形成されてなる。この第３コア５３は、図１に示すように、その一方の脚部５３ｂが上記第１コア５１の右端側において該第１コア５１の中間部（１次巻線２と２次巻線３との間に位置する領域）に当接するように、他方の脚部５３ｃが上記第１コア５１の右端側において該第１コア５１の後方側面に当接するように配設されてなる。このように配置された第３コア５３と上記第１コア５１とにより、上記２次巻線３を貫く磁束のみを循環させる第２の閉磁路ＭＢが構成されるようになっている。

そして、上記第２コア５２の脚部５２ｂ，５２ｃと上記第１コア５１とが対向する位置にギャップＧＡが設けられる一方、上記第３コア５３の脚部５３ｂ，５３ｃと上記第１コア５１とが対向する位置にギャップＧＢが設けられている。すなわち、ギャップＧＡが設けられている接合面が２面あり、ギャップＧＢが設けられている接合面も２面あるため、図１に示すトランスにおいてはギャップを形成する接合面が４ヶ所存在することとなる。このギャップＧＡおよびギャップＧＢの大きさは、上述したＣＣＦＬ２１、２２を駆動する駆動電流が互いに平衡となる周波数の値を所望の値とすることができるように設定されている。

ところで、複数のＣＣＦＬを同時駆動し得るインバータ駆動回路においては、バランサトランスを用いる手法が一般に用いられているが、このようなバランサトランスを設けることは、小型化を促進する上で障害となり、製造コストの上昇も避けられない。

そこで、本願発明者等は、各放電灯の負荷にバラツキがあっても、各放電灯に流れる電流が互いに等しくなる所定の周波数が存在するという知見を前提とし（特願2006-184110号明細書参照）、昇圧トランスにおいて、磁路を構成する、少なくとも２つのコアの間の、少なくとも２箇所の接合部分に介在させたギャップの大きさ（ギャップ長）を変化させることによって、上記所定の周波数を移動させることができる、という事実を利用して、本発明を想起したものである。

すなわち、例えば、図１に示すような構成とされたトランス１において、上記第２コア５２と上記第１コア５１との間に介在し、上記１次巻線２と上記２次巻線３とを貫く磁束が通るギャップＧＡと、上記第３コア５３と上記第１コア５１との間に介在し、上記２次巻線３のみを貫く磁束が通るギャップＧＢの大きさを調整することによって、上記所定の周波数を移動させることができる。これにより、上記所定の周波数を、例えば液晶表示パネルの水平同期周波数とは干渉しない周波数である３４ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの範囲に設定することができる。

このことを、以下に検証する。
ここで、ギャップＧＡとギャップＧＢを以下の如く設定した各場合における諸特性を表１に示す。すなわち、ギャップＧＡ（単位ｍｍ）を0.05（Ａ）、0.075（Ｂ）、および0.10（Ｃ）というように変化させる一方、ギャップＧＢ（単位ｍｍ）については0.075（Ａ，Ｂ，Ｃ）に固定した各場合において、１次側のインダクタンスＬｐ、２次側のインダクタンスＬｓ、リーケッジインダクタンスＬｓ´、および１次と２次の結合係数ｋについての特性値を示す。なお、表１における、Ａ、Ｂ、Ｃの各場合について、その上段は上記トランス１１（Ｔ１）についての値を示すものであり、その下段は上記トランス１２（Ｔ２）についての値を示すものである。

また、上記Ａ、Ｂ、Ｃの各場合について、各トランス１１、１２を駆動した場合の、駆動周波数に応じた出力電流バランス度を示すグラフを図６に示す。ここで、出力電流バランス度とは、２つのトランス１１、１２の出力電流値の差Ｉout1―Ｉout2、をトランス１１の出力電流値Ｉout1で除した値に１００を乗じたものをいう。すなわち、２つのトランス１１、１２の出力電流が互いに等しいときに、放電灯駆動バランスが最もとれているということができ、この場合の出力電流バランス度は０となる。したがって、上記Ａ、Ｂ、Ｃの各場合においては、図６の各曲線における最小値が、各々最も良好な出力電流バランス度を示すものであり、また、その際の周波数値が出力電流バランス度を最良とし得る駆動周波数を示すものである。

このような観点で図６を検証すると、各曲線における最小値が４２kHz−４６kHzの間で移動しており、このギャップＧＡの大きさを調整することによって、駆動周波数を調整することが可能である。
また、ギャップＧＢの大きさを調整することによっても、駆動周波数を調整することが可能である。

また、図１に示す昇圧トランス１は、第１コア５１、第２コア５２および第３コア５３が一平面内に位置するように構成されているが、磁性体コアの組合せ態様としてはこれに限られるものではなく、例えば、第２コア５２の基部５２ａ上面（図１において上面）を含む面と第３コア５３の基部５３ａ上面（図１において上面）を含む面が互いに直交するような組合せ態様とされていてもよい。

さらに、このような組合せ態様において、図３に示すように、第２コア５２と第３コア５３とを一体化してコア１５２を構成してもよい。この場合、図４（図３に示すコア組合せ態様の側面図）に示すように、コア１５２は、第１コア１５１の、隣接する２側面に対して、ギャップＧＡおよびギャップＧＢをもって対向するように構成されている。第１コア１５１と、それとは別体のコア１５２とが、ギャップＧＡおよびギャップＧＢをもって対向するように構成されていることは、図１に示す実施形態のものと同様であり、図１に示す実施形態のものと同様の作用効果を奏することができる。しかも、図１に示す実施形態における、第２コア５２と第３コア５３とが一体化されてコア１５２として形成されているので、トランスの組立作業を容易なものとすることができる。なお、図５は、図３のコア組合せ態様を備えたトランス１０１を示す斜視図である。

また、本発明の放電灯駆動回路としては、上述した実施形態の如き、各放電灯に応じて個別にトランスを設ける態様に限られるものではなく、１つのトランス内に、複数の２次巻線を配設してなる、多出力トランスを設けるようにしてもよい。この場合においても、トランスは、少なくとも２箇所の接合面において、互いにギャップを介して接合された、少なくとも２つの磁性体コアを備えるようにし、少なくとも２箇所の接合面でのギャップの大きさの変更に基づき、複数の放電灯を流れる駆動電流を互いに略等しくし得る駆動周波数を調整可能とすることができる。

なお、上記実施形態においては、２本のＣＣＦＬ２１、２２が同時駆動される場合の構成例を示しているが、同時駆動されるＣＣＦＬの本数は、勿論、これに限定されるものではなく、任意の複数本とすることができる。

さらに、ＣＣＦＬに替えて他の放電灯ランプを駆動する場合に、本発明装置を適用することは勿論可能である。

また、図２に示された回路構成、さらには図１および図５等に示されたトランス構成は、あくまでも一例であり、これに限定されるものではなく、同様な作用、動作を奏するものであれば他の態様であってもよいものである。

本発明の一実施形態に係るインバータトランスの全体構成を示す平面図 本発明の一実施形態に係る放電灯駆動回路を示す概略構成図 本発明の他の実施形態に係るインバータトランスのコア部分の組合せ態様を示す概略図 図３に表すコア組合せ態様を示す概略側面図 図３に表すコア組合せ態様に係るインバータトランスの全体構成を示す斜視図 図１に示す実施形態を用いて各トランスを駆動した場合の、駆動周波数に応じた出力電流バランス度を示すグラフ

符号の説明

１，１１，１２，１０１ インバータトランス（昇圧トランス）
２，１０２ １次巻線
３，１０３ ２次巻線
４ ボビン
７，１０７ 端子
８，１０８ 絡げ部
４１ａ エンド鍔
４１ｂ 仕切り鍔
４１ｃ 中間鍔
４３，１４３ 端子台
５１，１５１ 第１コア
５２ 第２コア
５２ａ，５３ａ 基部
５２ｂ，５２ｃ，５３ｂ，５３ｃ 脚部
５３ 第３コア
１５３ コア
ＧＡ、ＧＢ ギャップ
ＭＡ 第１の閉磁路
ＭＢ 第２の閉磁路

Claims (3)

1. 高周波交流電圧を昇圧する昇圧トランス部を備え、該昇圧トランス部の各２次側出力を各々対応する複数の放電灯に印加するように構成された放電灯駆動回路において、
   該昇圧トランス部を構成するトランスは、
   少なくとも２箇所の接合面において、互いにギャップを介して接合された、少なくとも２つの磁性体コアと、１次巻線および２次巻線とを備え、
   前記１次巻線と２次巻線とを貫く磁束を循環させる第１の閉磁路と、前記２次巻線を貫く磁束のみを循環させる第２の閉磁路とを備えてなり、
   前記第１の閉磁路に設置されている前記ギャップの大きさの調整に基づき前記第１の閉磁路のインダクタンス特性を調整し、さらに前記第２の閉磁路に設置されている前記ギャップの大きさの調整に基づき前記第２の閉磁路のインダクタンス特性を調整することによって、前記複数の放電灯を流れる駆動電流を略等しくし得る駆動周波数の値が調整可能に構成されていることを特徴とする放電灯駆動回路。
2. 前記少なくとも２箇所の接合面でのギャップの大きさは、前記複数の放電灯を所定の駆動周波数で駆動する際に、これら複数の放電灯を流れる電流を略等しくし得る前記駆動周波数の値が、前記所定の駆動周波数と一致するように設定されていることを特徴とする請求項１記載の放電灯駆動回路。
3. 前記昇圧トランス部を構成するトランスは、駆動する前記放電灯の各々に対応して設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の放電灯駆動回路。

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