JP5285802B1

JP5285802B1 - 電源装置及び表示装置

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Publication number: JP5285802B1
Application number: JP2012214742A
Authority: JP
Inventors: 崇園田
Original assignee: Eizo Corp
Current assignee: Eizo Corp
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2032-09-27
Also published as: JP2014072916A; WO2014050165A1

Abstract

【課題】ＰＷＭ制御して負荷を駆動する場合に発生する異音を抑制することができる電源装置及び該電源装置を備える表示装置を提供する。
【解決手段】電源部１０は、変圧器及びスイッチング素子などを備え、商用電源１から供給される交流電圧を直流電圧に変換し、変換した直流電圧をＬＥＤドライバ２０へ出力する。ＬＥＤドライバ２０は、ＰＷＭ信号に応じて電源部１０の出力をＰＷＭ制御してバックライト１１０を駆動する。制御部３０は、電源部１０の出力変動に応答すべく電源部１０の出力を制御する。調整部４０は、マイコン１２０が出力したＰＷＭ信号を取得し、取得したＰＷＭ信号のデューティ比に応じて、制御部３０の応答の遅速を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＰＷＭ制御して負荷を駆動する電源装置及び該電源装置を備える表示装置に関する。

液晶モニタ（表示装置）を含む多くの電気機器又は電子機器には、負荷に所要の電圧又は電流を供給するため電源装置が用いられている。例えば、スイッチング用の変圧器の一次側にトランジスタを接続し、トランジスタのベースにパルス幅が制御されたパルス信号を加えてトランジスタをスイッチング動作させることにより、変圧器の二次側に交流電圧を誘起させ、誘起した交流電圧を整流・平滑することにより、直流電圧を負荷へ供給する電源装置が開示されている（特許文献１）。このような電源装置は、液晶モニタのバックライトをＰＷＭ制御方式で調光する表示装置に使用することができる。

図９は従来の表示装置３００の構成の一例を示すブロック図である。図９に示すように、電源装置は、スイッチング用の変圧器３１３を備え、変圧器３１３の一次側にはトランジスタ３１４を接続してある。トランジスタ３１４のベースには、コントロールＩＣ３３５から出力される所要のパルス幅のパルス信号が印加され、トランジスタ３１４は、所定の周波数でスイッチング動作を行う。変圧器３１３の二次側には、ダイオード３１５、平滑用のキャパシタ３１６を接続してあり、その後段には、コイル３２０及びキャパシタ３３０で構成されるＬＣフィルタを接続してある。電源装置の出力側には、ＬＥＤドライバ２０、バックライト１１０を接続してある。液晶モニタの明るさを設定すべくユーザが操作した場合、ユーザの設定に応じたブライトネス値がマイコン１２０へ出力され、マイコン１２０は、入力されたブライトネス値に応じたＰＷＭ信号を生成してＬＥＤドライバ２０へ出力する。

実用新案登録第２５１３７４１号公報

従来の電源装置にあっては、バックライト１１０をＰＷＭ制御方式で調光を行った際に、電源装置の負荷電流が大きく変動する結果、負荷電流の変動に追従しようとしてトランジスタ３１４がスイッチング動作を行うため、変圧器３１３の磁束変化が大きくなり変圧器３１３のコア又は巻き線が磁束変化により振動して変圧器３１３から異音が発生する。このため、変圧器３１３から発生する異音を減少させるために、電源装置の出力端にＬＣフィルタを設け、変圧器３１３に流れる電流の変化を少なくしている。しかし、従来のＬＣフィルタで使用する部品は相当程度大きく、電源装置を小型化することが困難であった。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ＰＷＭ制御して負荷を駆動する場合に発生する異音を抑制することができる電源装置及び該電源装置を備える表示装置を提供することにある。

第１発明に係る電源装置は、電源部と、ＰＷＭ信号に応じて前記電源部の出力をＰＷＭ制御して負荷を駆動する駆動部と、前記電源部の出力変動に応答して該電源部の出力を制御する制御部とを備える電源装置において、前記ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて、前記制御部の応答の遅速を調整する調整部を備えることを特徴とする。

第２発明に係る電源装置は、第１発明において、前記電源部は、二次側に前記駆動部が接続される変圧器と、該変圧器の一次側に接続され、前記ＰＷＭ信号の周波数よりも高い周波数でオン・オフ動作が繰り返されるスイッチング素子とを備え、前記制御部は、前記電源部の出力変動に応じて前記スイッチング素子のオン期間を制御するようにしてあり、前記調整部は、前記ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて、前記制御部が制御する前記スイッチング素子のオン期間の変化速度を調整するようにしてあることを特徴とする。

第３発明に係る電源装置は、第２発明において、前記調整部は、前記ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて、前記ＰＷＭ信号のオン／オフ時点からの前記スイッチング素子のオン期間の変化速度を調整するようにしてあることを特徴とする。

第４発明に係る電源装置は、第３発明において、前記調整部は、前記デューティ比が第１閾値（＜５０％）より大きく、第２閾値（＞５０％）より小さい場合の前記スイッチング素子の前記ＰＷＭ信号のオン／オフ時点からのオン期間の変化速度を、前記デューティ比が前記第１閾値より小さい場合又は前記第２閾値より大きい場合の前記ＰＷＭ信号のオン／オフ時点からの前記オン期間の変化速度より遅くすべく調整するようにしてあることを特徴とする。

第５発明に係る電源装置は、第３発明において、前記ＰＷＭ信号を整流して平滑する平滑回路を備え、前記調整部は、前記平滑回路で平滑した電圧が第１閾値電圧より大きく、第２閾値電圧（＞前記第１閾値電圧）より小さい場合の前記スイッチング素子の前記ＰＷＭ信号のオン／オフ時点からのオン期間の変化速度を、前記電圧が前記第１閾値電圧より小さい場合又は前記第２閾値電圧より大きい場合の前記ＰＷＭ信号のオン／オフ時点からの前記オン期間の変化速度より遅くすべく調整するようにしてあることを特徴とする。

第６発明に係る表示装置は、前述の発明のいずれか１つに係る電源装置と、該電源装置の駆動部により駆動されるバックライトとを備えることを特徴とする。

第１発明にあっては、電源部、ＰＷＭ信号に応じて電源部の出力をＰＷＭ制御して負荷を駆動する駆動部、及び電源部の出力変動に応答して電源部の出力を制御する制御部を備える。電源部は、例えば、スイッチング用の変圧器及びスイッチング素子などを備える。制御部は、電源部の出力変動（例えば、電流変動、電圧変動など）に応答すべく出力を制御する。例えば、電源部の負荷電流が増加した場合には、制御部は、電源部のスイッチング素子のスイッチング動作を制御して電源部が出力する電流を増加させる。

調整部は、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて、制御部の応答の遅速を調整する。ＰＷＭ信号は、オン・オフのパルス波形が所定の周波数で繰り返される信号であり、デューティ比αは、ＰＷＭ信号の１周期に占めるオン期間の割合とすることができる。デューティ比αが、例えば、１０％である場合、電源部が出力する電流は少なく、電源部の変圧器に流れる電流変化（例えば、電流波形の最大値と最小値との差）は小さい。また、デューティ比αが、例えば、９０％である場合、電源部が出力する電流は多いが、電源部の変圧器に流れる電流変化（例えば、電流波形の最大値と最小値との差）は小さい。他方、デューティ比αが、例えば、５０％程度である場合、電源部の変圧器に流れる電流変化（例えば、電流波形の最大値と最小値との差）は大きくなり、変圧器の磁束変化が大きくなり変圧器の異音発生の原因となる。

調整部は、電源部の変圧器に流れる電流変化が大きくなるようなデューティ比αの場合、制御部の応答が遅くなるように調整する。制御部の応答を遅くすることにより、電源部が出力する電流が電源部の出力変動に追従して急激に変化することを抑制し、変圧器の磁束が急激に変化することを防止し、異音の発生を低減することができる。また、変圧器に流れる電流変化を小さくするためのＬＣフィルタが不要になるので、ＬＣフィルタに用いる比較的大きな部品が不要となり、またＬＣフィルタを実装するための基板面積も小さくすることができ、電源装置の小型化、コスト低減を図ることができる。

第２発明にあっては、電源部は、二次側に駆動部が接続される変圧器と、当該変圧器の一次側に接続され、ＰＷＭ信号の周波数よりも高い周波数でオン・オフ動作が繰り返されるスイッチング素子とを備える。ＰＷＭ信号の周波数は、例えば、２００Ｈｚとすることができ、スイッチング素子の動作周波数は、例えば、１００ｋＨｚとすることができる。制御部は、電源部の出力の大／小に応じてスイッチング素子のオン期間を長／短にすべく制御する。例えば、電源部の負荷電流が増加した場合には、制御部は、電源部のスイッチング素子のオン期間を長くして電源部が出力する電流を増加させる。

調整部は、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて、制御部が制御するスイッチング素子のオン期間の変化速度を調整する。デューティ比αが、例えば、１０％である場合、あるいは９０％である場合、電源部の変圧器に流れる電流変化（例えば、電流波形の最大値と最小値との差）は小さく、変圧器の異音が小さいので、制御部の応答を遅くする必要がない。そこで、調整部は、制御部が制御するスイッチング素子のオン期間の変化速度の調整を行わないようにする。他方、デューティ比αが、例えば、５０％程度である場合、電源部の変圧器に流れる電流変化は大きくなり、変圧器の磁束変化が大きくなり変圧器の異音発生の原因となる。そこで、制御部の応答を遅くすべく、調整部は、制御部が制御するスイッチング素子のオン期間の変化速度が遅くなるように調整する。スイッチング素子のオン期間の変化速度を遅くすることにより、変圧器に流れる電流が急激に増加することを抑制して、変圧器の磁束が急激に変化することを防止し、異音の発生を低減することができる。

第３発明にあっては、調整部は、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて、ＰＷＭ信号のオン／オフ時点からのスイッチング素子のオン期間の変化速度を調整する。ＰＷＭ信号のオン／オフ時点は、電源部が駆動部への電流出力を開始／終了する時点となり、電源部の出力変動が大きくなる時点である。

デューティ比αが、例えば、５０％程度である場合、電源部の変圧器に流れる電流変化は大きくなり、変圧器の磁束変化が大きくなり変圧器の異音発生の原因となる。そこで、制御部の応答を遅くすべく、調整部は、ＰＷＭ信号のオン／オフ時点から制御部が制御するスイッチング素子のオン期間の変化速度が遅くなるように調整する。スイッチング素子のオン期間の変化速度が遅くすることにより、変圧器に流れる電流が急激に増加することを抑制して、変圧器の磁束が急激に変化することを防止し、異音の発生を低減することができる。

第４発明にあっては、調整部は、デューティ比が第１閾値（＜５０％）より大きく、第２閾値（＞５０％）より小さい場合のスイッチング素子のＰＷＭ信号のオン／オフ時点からのオン期間の変化速度を、デューティ比が第１閾値より小さい場合又は第２閾値より大きい場合のＰＷＭ信号のオン／オフ時点からのオン期間の変化速度より遅くすべく調整する。第１閾値Ｔｈ１は、例えば、３０％、４０％などの値とすることができる。また、第２閾値Ｔｈ２は、例えば、７０％、６０％などの値とすることができる。これにより、変圧器の磁束変化が大きくなるようなデューティ比α（Ｔｈ１＜α＜Ｔｈ２）である場合に、ＰＷＭ信号のオン／オフ時点でのトランジスタのオン期間の変化速度を遅くするので、変圧器に流れる電流が急激に増加することを抑制して、変圧器の磁束が急激に変化することを防止し、異音の発生を低減することができる。

第５発明にあっては、平滑回路は、ＰＷＭ信号を整流して平滑する。すなわち、ＰＷＭ信号のデューティ比の大小に応じて平滑回路で平滑した電圧は高低となる。調整部は、平滑回路で平滑した電圧が第１閾値電圧より大きく、第２閾値電圧（＞第１閾値電圧）より小さい場合のスイッチング素子のＰＷＭ信号のオン／オフ時点からのオン期間の変化速度を、電圧が第１閾値電圧より小さい場合又は第２閾値電圧より大きい場合のＰＷＭ信号のオン／オフ時点からのオン期間の変化速度より遅くすべく調整する。第１閾値電圧は、デューティ比の第１閾値Ｔｈ１に対応し、第２閾値電圧は、デューティ比の第２閾値Ｔｈ２に対応する。これにより、変圧器に流れる電流が急激に増加することを抑制して、変圧器の磁束が急激に変化することを防止し、異音の発生を低減することができる。

第６発明にあっては、ＰＷＭ制御して負荷を駆動する場合に発生する異音を抑制することができる表示装置を提供することができる。

本発明によれば、ＰＷＭ制御して負荷を駆動する電源装置及び該電源装置を備える表示装置において、ＰＷＭ制御に起因して電源装置から発生する異音を抑制することができる。

本実施の形態の表示装置の構成の一例を示すブロック図である。本実施の形態の表示装置の回路構成の一例を示す説明図である。ＰＷＭ信号のデューティ比αと電源部の変圧器の磁束変化との関係を示す説明図である。ＰＷＭ信号とトランジスタのスイッチング波形との関係を示す模式図である。調整部の動作の一例を示す説明図である。ＰＷＭ信号のデューティ比αがα＜Ｔｈ１又はα＞Ｔｈ２である場合のトランジスタのベースに印加されるパルス信号の一例を示す説明図である。ＰＷＭ信号のデューティ比αがＴｈ１＜α＜Ｔｈ２である場合のトランジスタのベースに印加されるパルス信号の一例を示す説明図である。ＰＷＭ信号のデューティ比αが５０％付近のスイッチング波形の一例を示す説明図である。従来の表示装置の構成の一例を示すブロック図である。

以下、本発明に係る電源装置及び表示装置を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本実施の形態の表示装置２００の構成の一例を示すブロック図であり、図２は本実施の形態の表示装置２００の回路構成の一例を示す説明図である。図１に示すように、表示装置２００は、電源装置１００、バックライト１１０、マイコン１２０、液晶パネル１３０などを備える。また、電源装置１００は、電源部１０、駆動部としてのＬＥＤドライバ２０、制御部３０、調整部４０などを備える。

液晶パネル１３０の明るさを設定すべくユーザがブライトネス設定の操作した場合、ユーザの設定に応じたブライトネス値がマイコン１２０に入力される。マイコン１２０は、入力されたブライトネス値に応じたＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号をＬＥＤドライバ２０及び調整部４０へ出力する。

電源部１０は、後述のようにスイッチング用の変圧器１３及びスイッチング素子としてのトランジスタ１４などを備え、商用電源１から供給される交流電圧を直流電圧に変換し、変換した直流電圧をＬＥＤドライバ２０へ出力する。なお、電源部１０の詳細は後述する。

ＬＥＤドライバ２０は、ＰＷＭ信号に応じて電源部１０の出力をＰＷＭ制御して負荷としてのバックライト１１０を駆動する。すなわち、バックライト１１０は、ＰＷＭ制御方式により調光することができる。

制御部３０は、電源部１０の出力変動（例えば、電流変動、電圧変動など）に応答すべく電源部１０の出力を制御する。例えば、電源部１０の負荷電流が増加した場合には、制御部３０は、電源部１０のスイッチング素子のスイッチング動作を制御して電源部１０が出力する電流を増加させる。すなわち、制御部３０は、電源部１０の出力（例えば、電流、電圧など）をフィードバックし、電源部１０のスイッチング動作を制御する。なお、制御部３０の詳細は後述する。

調整部４０は、マイコン１２０が出力したＰＷＭ信号を取得し、取得したＰＷＭ信号のデューティ比に応じて、制御部３０の応答の遅速を調整する。ＰＷＭ信号は、オン・オフのパルス波形が所定の周波数で繰り返される信号であり、デューティ比αは、ＰＷＭ信号の１周期に占めるオン期間の割合とすることができる。ＰＷＭ信号の周波数は、例えば、２００Ｈｚとすることができるが、これに限定されるものではない。

図３はＰＷＭ信号のデューティ比αと電源部１０の変圧器１３の磁束変化との関係を示す説明図である。磁束変化は、負荷電流の変動が発生させる変圧器１３の磁束変化である。図３Ａ、Ｂ、ＣはそれぞれＰＷＭ信号のデューティ比αが１０％、５０％、９０％の場合におけるＰＷＭ信号及び電源部１０の変圧器１３の磁束変化の様子を模式的に表している。

図３Ａに示すように、デューティ比αが、例えば、１０％である場合、電源部１０が出力する電流は少なく、電源部１０の変圧器１３に流れる電流変化（例えば、電流波形の最大値と最小値との差）は小さい。したがって、変圧器１３の磁束の最大値と最小値との差も小さい。

また、図３Ｃに示すように、デューティ比αが、例えば、９０％である場合、電源部１０が出力する電流は多いが、電源部１０の変圧器１３に流れる電流変化（例えば、電流波形の最大値と最小値との差）は小さい。したがって、変圧器１３の磁束の最大値と最小値との差も小さい。

これに対して、図３Ｂに示すように、デューティ比αが、例えば、５０％程度である場合、電源部１０の変圧器１３に流れる電流変化（例えば、電流波形の最大値と最小値との差）は大きくなり、変圧器１３の磁束変化が大きくなり変圧器１３の異音発生の原因となる。なお、上述の１０％、５０％、９０％は一例であって、デューティ比αの数値がこれらに限定されるものではない。

調整部４０は、電源部１０の変圧器１３に流れる電流変化が大きくなるようなデューティ比αの場合、制御部３０の応答が遅くなるように調整する。制御部３０の応答を遅くすることにより、電源部１０が出力する電流が電源部１０の出力変動に追従して急激に変化することを抑制し、変圧器１３の磁束が急激に変化することを防止し、異音の発生を低減することができる。また、変圧器１３に流れる電流変化を小さくするためのＬＣフィルタが不要になるので、ＬＣフィルタに用いる比較的大きな部品が不要となり、またＬＣフィルタを実装するための基板面積も小さくすることができ、電源装置の小型化、コスト低減を図ることができる。

次に、本実施の形態の電源装置１００について詳細に説明する。図２に示すように、電源部１０は、整流素子１１、キャパシタ１２、スイッチング用の変圧器１３、スイッチング素子としてのトランジスタ１４、ダイオード１５、キャパシタ１６などを備える。

制御部３０は、抵抗３１、３２、発光ダイオード３３１及びフォトトランジスタ３３２を有するフォトカップラ３３、シャントレギュレータ３４、コントロールＩＣ３５、キャパシタ３６などを備える。

調整部４０は、ダイオード４１、４２、抵抗４３、４４、キャパシタ４５、４６、抵抗４７、４８、４９、５１、５２、５４、５５、５６、トランジスタ５０、５３、５８、発光ダイオード５７１及びフォトトランジスタ５７２を有するフォトカップラ５７、キャパシタ５９などを備える。

まず、電源部１０について説明する。図２に示すように、変圧器１３の一次側にはトランジスタ１４のコレクタを接続してあり、変圧器１３の二次側には、ダイオード１５及びキャパシタ１６の後段に駆動部としてのＬＥＤドライバ２０を接続してある。ＬＥＤドライバ２０は、マイコン１２０からのＰＷＭ信号に基づいて電源部１０の出力をＰＷＭ制御することにより、バックライト１１０に所要の電力（電流、電圧）を供給する。

トランジスタ１４のベースには、コントロールＩＣ３５のドライブ端子Ｄを接続してある。コントロールＩＣ３５のドライブ端子Ｄから所定の周波数（例えば、１００ｋＨｚ）でオン・オフが繰り返される所要幅のパルス信号をトランジスタ１４のベースへ出力することにより、トランジスタ１４は、ＰＷＭ信号の周波数よりも高い周波数でオン・オフ動作が繰り返される。なお、トランジスタ１４のスイッチング動作周波数は、１００ｋＨｚに限定されるものではなく、他の周波数でもよい。

図４はＰＷＭ信号とトランジスタ１４のスイッチング波形との関係を示す模式図である。図４に示すように、トランジスタ１４は、例えば、周波数が１００ｋＨｚのスイッチング動作を行う。ＰＷＭ信号の周波数は、例えば、２００Ｈｚであり、ＰＷＭ信号のオン期間においては、トランジスタ１４のスイッチング動作により、ＬＥＤドライバ２０を介してバックライト１１０に電流が出力される。また、ＰＷＭ信号のオフ期間においては、トランジスタ１４がスイッチング動作を行うか否かに関わらず、バックライト１１０には電流が出力されない。ＰＷＭ信号のオフ期間においては、トランジスタ１４のスイッチング動作を停止させてもよく、あるいはスイッチング動作を続けてもよい。

次に、制御部３０について説明する。電源部１０とＬＥＤドライバ２０との間には、直列接続した抵抗３１、３２を接続してあり、抵抗３１、３２と並列にフォトカップラ３３（発光ダイオード３３１）とシャントレギュレータ３４との直列回路を接続してある。シャントレギュレータ３４のリファレンスは抵抗３１、３２の接続ノードに接続してある。

フォトトランジスタ３３２のコレクタはコントロールＩＣ３５のフィードバック端子ＦＢに接続してあり、フィードバック端子ＦＢには、制御部３０の応答性を決定付けるためのキャパシタ３６を接続してある。

コントロールＩＣ３５は、フィードバック端子ＦＢの電圧値の高低に応じて、ドライブ端子Ｄから出力するパルス信号のパルス幅を変化させる。より具体的には、コントロールＩＣ３５は、フィードバック端子ＦＢの電圧値が高いほど、ドライブ端子Ｄから出力するパルス信号のオン幅を長くする。パルス信号のオン幅を長くするほど、トランジスタ１４のオン期間が長くなり、電源部１０は多くの電流を出力することが可能となる。

上述の構成により、コントロールＩＣ３５は、電源部１０の出力変動の大小に応じてトランジスタ１４のオン期間を制御することができる。例えば、電源部１０の負荷電流が減少した場合には、抵抗３１、３２で分圧された電圧、すなわちシャントレギュレータ３４のリファレンス電圧が高くなり、発光ダイオード３３１に流れる電流が増加する。そうするとフォトトランジスタ３３２は、コントロールＩＣ３５のフィードバック端子ＦＢから多くの電流を流出させ、ＦＢ端子の電圧値を下げるので、電源部１０のトランジスタ１４のオン期間を短くして電源部１０が出力する電流を減少させる。

なお、ＰＷＭ信号のオフ期間においては、電源部１０の出力はゼロ又は極めて小さくなるので、発光ダイオード３３１に流れる電流が増加し、フォトトランジスタ３３２がコントロールＩＣ３５のフィードバック端子ＦＢから流出させる電流が増加し、ＦＢ端子の電圧値を下げる。この場合、コントロールＩＣ３５は、ドライブ端子Ｄから出力するパルス信号のオン幅をゼロ又は極めて短くすることにより、トランジスタ１４のスイッチング動作を停止又は極めて短いオン時間で動作させることができる。

次に、調整部４０について説明する。マイコン１２０のＰＷＭ信号の出力端Ｐには、ダイオード４１と抵抗４３の直列回路を接続してあり、抵抗４３の後段にはキャパシタ４５を接続してある。同様に、マイコン１２０のＰＷＭ信号の出力端Ｐには、ダイオード４２と抵抗４４の直列回路を接続してあり、抵抗４４の後段にはキャパシタ４６及び抵抗４７を接続してある。ダイオード４１、抵抗４３、キャパシタ４５は、平滑回路を構成する。また、ダイオード４２、抵抗４４、４７、キャパシタ４６も、平滑回路を構成する。かかる構成により、マイコン１２０のＰＷＭ信号は、それぞれのキャパシタ４５、４６で平滑（積分）される。なお、図２に示す構成ではＰＷＭ信号の出力端ＰはＬＥＤドライバへの出力端と分かれているが、ＰＷＭ信号の出力端ＰはＬＥＤドライバへの出力端を兼ねる構成としてもよい。

キャパシタ４６と抵抗４４との接続ノードには、抵抗４９を介してトランジスタ５０のベースを接続してある。トランジスタ５０のベース・エミッタ間には抵抗４８を接続してある。同様に、キャパシタ４５と抵抗４３との接続ノードには、抵抗５１を介してトランジスタ５３のベースを接続してある。トランジスタ５３のベース・エミッタ間には抵抗５２を接続してある。

トランジスタ５０のエミッタ、及びトランジスタ５３のコレクタは、トランジスタ５８のベースに接続してある。また、トランジスタ５８のベースには、所要の電圧Ｖｃｃを抵抗５４、５５で分圧した電圧が印加されるようにしてある。トランジスタ５８のコレクタには、抵抗５６とフォトカップラ５７（発光ダイオード５７１）の直列回路を接続してある。また、コントロールＩＣ３５のフィードバック端子ＦＢには、キャパシタ５９とフォトカップラ５７（フォトトランジスタ５７２）の直列回路を接続してある。

次に、調整部４０の動作について説明する。図５は調整部４０の動作の一例を示す説明図である。図５は、ＰＷＭ信号のデューティ比αの大小に応じて調整部４０がどのように動作するかを例示したものである。図５において、Ｔｈ１は第１閾値、Ｔｈ２は第２閾値である。例えば、第１閾値Ｔｈ１を３０％とし、第２閾値Ｔｈ２を７０％とすることができる。あるいは、第１閾値Ｔｈ１を４０％とし、第２閾値Ｔｈ２を６０％としてもよい。第１閾値及び第２閾値の値は、これらの数値に限定されるものではない。

図５に示すように、マイコン１２０から出力されるＰＷＭ信号のデューティ比αが小さい（α＜Ｔｈ１）場合、ＰＷＭ信号を平滑した電圧Ｖ１、Ｖ２は小さいので、トランジスタ５０はオンとなり、トランジスタ５３はオフとなる。トランジスタ５０がオンとなるので、トランジスタ５８のベース電位は基準レベル（接地レベル）となり、トランジスタ５８はオフとなる。トランジスタ５８がオフであるので、発光ダイオード５７１に流れる電流はゼロ又は極めて少ない電流（漏電流程度）となり、フォトトランジスタ５７２はオフとなる。このため、コントロールＩＣ３５のフィードバック端子ＦＢには、キャパシタ３６だけが接続され、フィードバック端子ＦＢのキャパシタの容量は比較的小さくなる。

また、図５に示すように、マイコン１２０から出力されるＰＷＭ信号のデューティ比αが大きい（α＞Ｔｈ２）場合、ＰＷＭ信号を平滑した電圧Ｖ１、Ｖ２は大きい、トランジスタ５０はオフとなり、トランジスタ５３はオンとなる。トランジスタ５３がオンとなるので、トランジスタ５８のベース電位は基準レベル（接地レベル）となり、トランジスタ５８はオフとなる。トランジスタ５８がオフであるので、発光ダイオード５７１に流れる電流はゼロ又は極めて少ない電流（漏電流程度）となり、フォトトランジスタ５７２はオフとなる。このため、コントロールＩＣ３５のフィードバック端子ＦＢには、キャパシタ３６だけが接続され、フィードバック端子ＦＢのキャパシタの容量は比較的小さくなる。

また、図５に示すように、マイコン１２０から出力されるＰＷＭ信号のデューティ比αが、Ｔｈ１＜α＜Ｔｈ２である場合、ＰＷＭ信号を平滑した電圧Ｖ１、Ｖ２は中程度の電圧となり、トランジスタ５０、５３はいずれもオフとなる。この場合、平滑回路で平滑した電圧が第１閾値電圧より大きく、第２閾値電圧（＞第１閾値電圧）より小さい場合に相当する。トランジスタ５０、５３がいずれもオフとなるので、トランジスタ５８のベースには、電圧Ｖｃｃを分圧した電圧が印加され、トランジスタ５８はオンとなる。トランジスタ５８がオンとなるので、発光ダイオード５７１に電流が流れ、フォトトランジスタ５７２はオンとなる。このため、コントロールＩＣ３５のフィードバック端子ＦＢには、キャパシタ３６と並列にキャパシタ５９が接続され、フィードバック端子ＦＢのキャパシタの容量は比較的大きくなる。

フォトカップラ３３のフォトトランジスタ３３２がオンしたときに、コントロールＩＣ３５のフィードバック端子ＦＢのキャパシタの容量が大きいほど、フィードバック端子ＦＢの電圧値の変化速度は遅くなる。コントロールＩＣ３５は、フィードバック端子ＦＢの電圧値が低いほど、ドライブ端子Ｄから出力するパルス信号のオン幅を短くする。パルス信号のオン幅を短くするほど、トランジスタ１４のオン期間が短くなり、電源部１０は、出力する電流を少なくする。

また、フォトカップラ３３のフォトトランジスタ３３２がオンしたときに、コントロールＩＣ３５のフィードバック端子ＦＢのキャパシタの容量が小さいほど、フィードバック端子ＦＢの電圧値の変化速度は速くなる。コントロールＩＣ３５は、フィードバック端子ＦＢの電圧値が高いほど、ドライブ端子Ｄから出力するパルス信号のオン幅を長くする。パルス信号のオン幅を長くするほど、トランジスタ１４のオン期間が長くなり、電源部１０は、出力する電流を多くする。

上述のように、調整部４０は、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて、制御部３０が制御するトランジスタ１４のオン期間の変化速度を調整する。デューティ比αが、例えば、１０％である場合（α＜Ｔｈ１）、あるいは９０％である場合（α＞Ｔｈ２）、電源部１０の変圧器１３に流れる電流変化（例えば、電流波形の最大値と最小値との差）は小さく、変圧器１３の異音が小さいので、制御部３０の応答を遅くする必要がない。そこで、調整部４０は、制御部３０が制御するトランジスタ１４のオン期間の変化速度の調整を行わないようにする。すなわち、コントロールＩＣ３５のフィードバック端子ＦＢにはキャパシタ５９が接続されない状態とする。

他方、デューティ比αが、例えば、５０％程度である場合（Ｔｈ１＜α＜Ｔｈ２）、電源部１０の変圧器１３に流れる電流変化は大きくなり、変圧器１３の磁束変化が大きくなり変圧器１３の異音発生の原因となる。そこで、制御部３０の応答を遅くすべく、調整部４０は、制御部３０が制御するトランジスタ１４のオン期間の変化速度が遅くなるように調整する。すなわち、コントロールＩＣ３５のフィードバック端子ＦＢにキャパシタ５９が接続された状態とする。トランジスタ１４のオン期間の変化速度を遅くすることにより、変圧器１３に流れる電流が急激に増加することを抑制して、変圧器１３の磁束が急激に変化することを防止し、異音の発生を低減することができる。

また、調整部４０は、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて、ＰＷＭ信号のオン時点からのトランジスタ１４のオン期間の変化速度を調整する。ＰＷＭ信号のオン時点は、電源部１０がＬＥＤドライバ２０への電流出力を開始する時点となり、電源部１０の出力変動が大きくなる時点である。

デューティ比αが、例えば、５０％程度である場合（Ｔｈ１＜α＜Ｔｈ２）、電源部１０の変圧器１３に流れる電流変化は大きくなり、変圧器１３の磁束変化が大きくなり変圧器１３の異音発生の原因となる。そこで、制御部３０の応答を遅くすべく、調整部４０は、ＰＷＭ信号のオン時点から制御部３０が制御するトランジスタ１４のオン期間の変化速度が遅くなるように調整する。トランジスタ１４のオン期間の変化速度を遅くすることにより、変圧器１３に流れる電流が急激に増加することを抑制して、変圧器１３の磁束が急激に変化することを防止し、異音の発生を低減することができる。

図６はＰＷＭ信号のデューティ比αがα＜Ｔｈ１又はα＞Ｔｈ２である場合のトランジスタ１４のベースに印加されるパルス信号の一例を示す説明図であり、図７はＰＷＭ信号のデューティ比αがＴｈ１＜α＜Ｔｈ２である場合のトランジスタ１４のベースに印加されるパルス信号の一例を示す説明図である。

図６に示すように、ＰＷＭ信号のデューティ比αがα＜Ｔｈ１又はα＞Ｔｈ２である場合には、前述のように、電源部１０の変圧器１３に流れる電流変化は小さく、変圧器１３の異音が小さいので、制御部３０の応答を遅くする必要がない。そこで、コントロールＩＣ３５のフィードバック端子ＦＢにはキャパシタ５９が接続されない状態とすることにより、調整部４０は、時刻ｔ０のＰＷＭ信号のオン時点から制御部３０が制御するトランジスタ１４のオン期間の変化速度の調整を行わないようにする。この場合、トランジスタ１４のベースに印加されるパルス信号のオン幅はＴ１となり、負荷電流は、時刻ｔ０において立ち上がる。

また、図７に示すように、ＰＷＭ信号のデューティ比αがＴｈ１＜α＜Ｔｈ２である場合には、前述のように、電源部１０の変圧器１３に流れる電流変化は大きく、変圧器１３の異音が大きくなるので、制御部３０の応答を遅くする。そこで、コントロールＩＣ３５のフィードバック端子ＦＢにはキャパシタ５９が接続された状態とすることにより、調整部４０は、時刻ｔ０のＰＷＭ信号のオン時点から制御部３０が制御するトランジスタ１４のオン期間の変化速度の調整を行う。この場合、トランジスタ１４のベースに印加されるパルス信号のオン幅はＴ２（＜Ｔ１）となる。

このように、調整部４０は、デューティ比αが第１閾値Ｔｈ１（＜５０％）より大きく、第２閾値Ｔｈ２（＞５０％）より小さい場合のトランジスタ１４のＰＷＭ信号のオン時点からのオン期間の変化速度を、デューティ比αが第１閾値Ｔｈ１より小さい場合又は第２閾値Ｔｈ２より大きい場合のＰＷＭ信号のオン時点からのオン期間の変化速度より遅くすべく調整する。これにより、変圧器１３の磁束変化が大きくなるようなデューティ比α（Ｔｈ１＜α＜Ｔｈ２）である場合に、ＰＷＭ信号のオン時点からのトランジスタ１４のオン期間の変化速度を遅くするので、変圧器１３に流れる電流が急激に増加することを抑制して、変圧器１３の磁束が急激に変化することを防止し、異音の発生を低減することができる。

同様に、調整部４０は、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて、ＰＷＭ信号のオフ時点からのトランジスタ１４のオン期間の変化速度を調整する。ＰＷＭ信号のオフ時点は、電源部１０がＬＥＤドライバ２０への電流出力を終了する時点となり、電源部１０の出力変動が大きくなる時点である。

デューティ比αが、例えば、５０％程度である場合（Ｔｈ１＜α＜Ｔｈ２）、電源部１０の変圧器１３に流れる電流変化は大きくなり、変圧器１３の磁束変化が大きくなり変圧器１３の異音発生の原因となる。そこで、制御部３０の応答を遅くすべく、調整部４０は、ＰＷＭ信号のオフ時点から制御部３０が制御するトランジスタ１４のオン期間の変化速度が遅くなるように調整する。トランジスタ１４のオン期間の変化速度を遅くすることにより、変圧器１３に流れる電流が急激に増加することを抑制して、変圧器１３の磁束が急激に変化することを防止し、異音の発生を低減することができる。

図８はＰＷＭ信号のデューティ比αが５０％付近のスイッチング波形の一例を示す説明図である。図８ＡはＰＷＭ信号を示し、図８Ｂは従来のスイッチング波形を示し、図８Ｃは本実施の形態のスイッチング波形を示す。図８Ｂに示すように、従来のスイッチング波形では、ＰＷＭ信号のオン／オフ時におけるスイッチング波形の変化が急峻である。これに対して、本実施の形態では、図８Ｃに示すように、ＰＷＭ信号のオン／オフ時におけるスイッチング波形の変化が緩やかである。

上述のように、本実施の形態では、電源部１０の出力電流が急変するポイント、すなわち変圧器１３の磁束が最大に振れ、異音が大きくなるポイントで電源部１０の応答性能を落とす（具体的には、コントロールＩＣ３５のフィードバック端子ＦＢのキャッパシタの容量を大きくすることで、フィードバックゲインを下げ、出力変動に対する追従性能を下げる）ことにより、変圧器１３の磁束変化を和らげ、異音の発生を抑制することができる。

また、バックライト制御用のＰＷＭ信号によって、電源部１０の変圧器１３の磁束変化の大小を判別し、電源部１０の負荷変動に対する応答性（追従性能）を制御することにより、変圧器１３の磁束変化を和らげ、変圧器１３からの異音の発生を抑制することができる。また、変圧器１３からの異音の発生を抑制（削減又は微小化）することができるので、従来のスイッチング電源では必要としたＬＣフィルタを省略することができ、装置の小型化、コスト低減を図ることができる。なお、本実施の形態においても電源部１０にＬＣフィルタを設けてもよい。この場合には、ＬＣフィルタを従来のものより小さくすることができる。

上述の実施の形態では、コントロールＩＣ３５のフィードバック端子ＦＢに２個のキャパシタを接続する構成とし、一方のキャパシタを接続状態又は非接続状態とするものであったが、キャパシタの数は２個に限定されるものではなく、３個以上設けることもできる。キャパシタを３個以上設ける場合には、ＰＷＭ信号のデューティ比αの大小に応じて、接続状態にするキャパシタの数を段階的に増減させることができる。

また、上述の実施の形態において、ブライトネス値、ＰＷＭ信号、パルス信号のパルス幅などの関係を予め定めたデータベースを記憶しておき、マイコン１２０でトランジスタ１４のスイッチング動作を制御するようにしてもよい。この場合には、マイコン１２０が制御部３０及び調整部４０の機能を行うことになる。

１０電源部
１３変圧器
１４トランジスタ（スイッチング素子）
２０ＬＥＤドライバ（駆動部）
３０制御部
３１、３２抵抗
３３フォトカップラ
３４シャントレギュレータ
３５コントロールＩＣ
３６キャパシタ
４０調整部
４１、４２ダイオード（平滑回路）
４３、４４、４７抵抗（平滑回路）
４５、４６キャパシタ（平滑回路）
５９キャパシタ
１１０バックライト（負荷）
１２０マイコン

Claims

電源部と、ＰＷＭ信号に応じて前記電源部の出力をＰＷＭ制御して負荷を駆動する駆動部と、前記電源部の出力変動に応答して該電源部の出力を制御する制御部とを備える電源装置において、
前記ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて、前記制御部の応答の遅速を調整する調整部を備えることを特徴とする電源装置。
前記電源部は、
二次側に前記駆動部が接続される変圧器と、
該変圧器の一次側に接続され、前記ＰＷＭ信号の周波数よりも高い周波数でオン・オフ動作が繰り返されるスイッチング素子と
を備え、
前記制御部は、
前記電源部の出力変動に応じて前記スイッチング素子のオン期間を制御するようにしてあり、
前記調整部は、
前記ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて、前記制御部が制御する前記スイッチング素子のオン期間の変化速度を調整するようにしてあることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
前記調整部は、
前記ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて、前記ＰＷＭ信号のオン／オフ時点からの前記スイッチング素子のオン期間の変化速度を調整するようにしてあることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
前記調整部は、
前記デューティ比が第１閾値（＜５０％）より大きく、第２閾値（＞５０％）より小さい場合の前記スイッチング素子の前記ＰＷＭ信号のオン／オフ時点からのオン期間の変化速度を、前記デューティ比が前記第１閾値より小さい場合又は前記第２閾値より大きい場合の前記ＰＷＭ信号のオン／オフ時点からの前記オン期間の変化速度より遅くすべく調整するようにしてあることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
前記ＰＷＭ信号を整流して平滑する平滑回路を備え、
前記調整部は、
前記平滑回路で平滑した電圧が第１閾値電圧より大きく、第２閾値電圧（＞前記第１閾値電圧）より小さい場合の前記スイッチング素子の前記ＰＷＭ信号のオン／オフ時点からのオン期間の変化速度を、前記電圧が前記第１閾値電圧より小さい場合又は前記第２閾値電圧より大きい場合の前記ＰＷＭ信号のオン／オフ時点からの前記オン期間の変化速度より遅くすべく調整するようにしてあることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の電源装置と、該電源装置の駆動部により駆動されるバックライトとを備えることを特徴とする表示装置。