JPH0580188U - インバータ回路のトランス駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 陰極管等の始動時に高電圧を要する負荷にお
けるインバータ回路のトランスを小型化可能とするイン
バータ回路のトランス駆動回路を提供する。 【構成】 インバータ回路のトランス駆動回路における
１次側駆動回路を他励式フライバック方式とすると共
に、回路始動時はスイッチングトランジスタの動作周波
数を低くしてオン時間を長くし、１次巻線の最大電流値
が磁気飽和に達する直前の値として大きな磁気エネルギ
ーを１次側に蓄えることにより２次側出力を高電圧と
し、陰極管等の負荷を始動させる。始動後は前記スイッ
チングトランジスタの動作周波数を高くしてオン時間を
短くし、１次巻線に蓄えられる磁気エネルギーを抑える
ことにより２次側出力電圧を始動時に比べて低い値とし
定常駆動状態に移行する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、各種電気製品にて使用されるインバータ回路のトランス駆動回路に 関し、さらに詳細には陰極管等の点灯回路等に用いられるインバータトランスの １次側に蓄えられる磁気エネルギーを始動開始時と始動開始後で変化させ、２次 側の出力電圧を変えるようにしてトランスの小型化を実現したフライバック方式 インバータ回路のトランス駆動回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

一般に各種電気製品には様々なインバータ回路が使用されているが、このうち トランスを用いたインバータ回路は巻線比を大きくすることで容易に高電圧の２ 次側出力が得られるので多用されている。

【０００３】 特にネオン管や表示放電管または蛍光管等の陰極管のように始動時に励起状態 となるために１〜２ｋＶ程度の高電圧を必要とする場合は、通常インバータ回路 はトランジスタとトランスを構成要素とする自励式インバータ回路を使用するの が一般的である。

【０００４】 上記従来の陰極管点灯回路に一般に使用されている自励式インバータ回路の基 本構成例を図２を参照することにより詳述する。

【０００５】 図２は従来一般に使用されている陰極管点灯回路における自励式ＤＣ／ＡＣイ ンバータ回路図であって、２個の交互にＯＮ／ＯＦＦを繰り返すスイッチングト ランジスタＴｒ１とＴｒ２と巻線比が高く２次側に高電圧を発生させる高電圧ト ランスＴとで構成されたプッシュプルインバータである。この際陰極管ＦＬが２ 次側の負荷として接続されている。

【０００６】 通常、陰極管点灯回路は交流電源電圧がノイズフィルターを経て整流回路（例 えばダイオードブリッジ整流回路）で全波整流された後、インバータ回路に入力 される（図中Ｖ）。起動抵抗Ｒ１、Ｒ２によってＴｒ１もしくはＴｒ２がオンし 始める。Ｔｒ１とＴｒ２の電流増幅率のわずかの差によって、例えばＴｒ１がオ ンし始めると、トランスＴの巻線ｎ３の電圧帰還によって瞬時にＴｒ１は完全に オンする。しかる後Ｔの主巻線ｎ１とコンデンサＣで並列共振し、その振動電圧 が巻線ｎ３に帰還され、Ｔｒ１をオフ、Ｔｒ２をオンさせる。以上が繰り返され Ｔｒ１とＴｒ２は交互にスイッチングを行う。結果Ｔの２次側巻線ｎ２に巻線比 に応じた高電圧が発生する。陰極管ＦＬは該高周波高電圧で点灯動作を開始する 。

【０００７】 次に、トランス１次側の他励式フライバック駆動回路について説明する。

【０００８】 １次巻線に他励式フライバック駆動回路を用いた一般的なインバータ回路例を 図３に示す。

【０００９】 図中、ＩＣは一般に市販されているＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄ ｕｒａｔｉｏｎ）制御用ＩＣであり、発振器部、フィードバック端子回路部、Ｐ ＷＭ比較器部、ＣＳ端子回路部等から成る。

【００１０】 該ＩＣに図示されない外付の抵抗とコンデンサによってスイッチングトランジ スタＴｒのオン／オフ時間が調整される。

【００１１】 この際、１次側巻線の自己インダクタンスをＬ、印加電圧をＶ、流入電流最大 値をＩｐ、トランジスタＴｒのオン時間をｔとすると、巻線に蓄えられるエネル ギーＥは、Ｅ＝ＬＩｐ²／２で示される。

【００１２】 上記トランスの駆動においてトランジスタＴｒのオン時間が長くなると図４に 示されるようにデューティ１００％でトランスのコアが磁気飽和を起こし、所謂 空芯状態となってインダクタンスが無くなり限流作用が消失して急激に電流Ｉｐ が増加するようになってしまう（図中Ａ点より右の領域の曲線１１）。

【００１３】 したがって、一般にこの点に達する６０〜７０％の点（直線１０のＢ点）に定 常駆動点を設定してトランス設計される。即ち該設定点において目的出力電圧、 電力を最高効率で得るべく巻線仕様等が決定される必要がある。

【００１４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、一般に陰極管は励起状態になる為に高電圧が要求されるが、一 旦励起状態になると、さほど高電圧を必要としない。この傾向は陰極管が熱陰極 管に近づく程顕著となる。一方、前記従来の自励式インバータ回路および他励式 フライバック駆動回路においては陰極管が励起状態となるための高電圧を得るた めに巻線を多くしなければならないが、励起後の定常点灯時は巻線が多いと巻線 抵抗Ｒｏｃが大となり、電源利用効率を悪化させてしまう。また、巻線が多いた め、トランスの小型化が困難となるという問題点を有していた。

【００１５】 本考案は、上記事情に鑑みてなされたものであり、始動開始時に高電圧を必要 とし、一旦始動した後はそれよりも低い電圧でも駆動される特徴を有する陰極管 等の負荷に対して、トランスのコアの特性を利用して１次巻線に蓄えられる磁気 エネルギーを変化させて効率的にトランスを駆動させることによりトランスの小 型化を図ったインバータ回路のトランス駆動回路を提供するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

本考案は、トランスの２次側に高電圧を発生させるインバータ回路のトランス 駆動回路において、トランス１次側駆動回路を他励式フライバック方式とすると 共に、回路始動時は動作周波数を低くして１次巻線の最大電流値が磁気飽和に達 する直前の値として大きな磁気エネルギーを１次側に蓄えることにより２次側出 力を高電圧とし、始動後は動作周波数を高くして１次巻線に蓄えられる磁気エネ ルギーを抑えることにより２次側出力電圧を始動時に比べて低い値としたことを 特徴とするインバータ回路のトランス駆動回路を提供することにより、上記目的 を達成するものである。

【００１７】

【作用】

本考案において、１次巻線に接続されたトランジスタは１次巻線に蓄えられた 磁気エネルギーのフライバックをオン／オフするスイッチングトランジスタとし て働く。

【００１８】 ＰＷＭ（パルス幅変調）制御ＩＣは前記スイッチングトランジスタのオン時間 の調整を行う。

【００１９】 上記ＩＣは始動時には低い周波数でトランジスタをオンさせ、１次巻線の流入 最大電流値が磁気飽和に達する直前の値になるまでの時間オンし続けるように働 く。その結果大きな磁気エネルギーが１次側に蓄えられる。

【００２０】 外付抵抗とコンデンサによって定まる時間後にＩＣの発振回路部に接続された トランジスタがオンして発振周波数が高くなり、前記スイッチングトランジスタ のオン時間は短くなり１次巻線の流入最大電流値は小さくなり、該１次巻線に蓄 えられる磁気エネルギーは抑えられる。

【００２１】

【実施例】

前述のように従来の自励式インバータ回路や他励式フライバック駆動方式のイ ンバータ回路はトランスの１次巻線側の駆動において、磁気飽和による限流能力 の喪失を回避するため一般に磁気飽和点に達する６０〜７０％の点（図４のＢ点 ）に定常駆動点を設定してトランス設計される。即ち該設定点において目的出力 電圧、電力を最高効率で得るべく巻線仕様等が決定される。

【００２２】 一方、陰極管等の負荷は始動開始時（点灯時）に高電圧を必要とし、一旦始動 （点灯）した後はそれよりも低い電圧でも駆動される特徴を有する。

【００２３】 本考案はこのような特徴を有する負荷とトランスのコアの特性を最大限に利用 して問題を解決するものである。

【００２４】 即ち、インバータ回路始動時は動作周波数を低くすることによりスイッチング トランジスタを長くオンさせて１次巻線の最大電流値が磁気飽和に達する直前の 値とし、大きな磁気エネルギーを１次側に蓄えることにより２次側出力に負荷の 陰極管等を点灯させるに十分な高電圧を得るようにし、始動後は動作周波数を高 くして従来と同様に磁気飽和点に達する６０〜７０％の点（図４のＢ点）で定常 駆動を行うようにする。該定常駆動時は１次巻線に蓄えられる磁気エネルギーは 抑えられ２次側出力電圧は始動時に比べて低い値となる。したがって本考案のイ ンバータ回路のトランスの巻線仕様は始動時の高電圧を出力するように決定され る必要はなく、定常駆動時に必要な２次側出力電圧によって決定することができ 、トランスの小型化が可能になる。

【００２５】 以下本考案の実施例を、図面に基いて詳細に説明する。

【００２６】 図１は本考案に係わる陰極管点灯インバータ回路の例である。

【００２７】 図中、ＩＣは一般に市販されているＰＷＭ駆動用ＩＣであって、前記従来回路 にて使用するものと同様である。

【００２８】 ＦＬは例えばセミホット管であり、これを０℃から点灯させるにはマージンを 含めると１９００Ｖ必要となるが定常点灯時では３５０Ｖでよい。

【００２９】 したがって点灯始動時はＴｒ１をオフにしてＲ４とＣ２の値を調整して１次巻 線への流入電流最大値Ｉｐが１００％直前になるようにＴｒ２のオン時間を設定 （図４のｔ１）し発振させる。

【００３０】 次に、Ｒ１とＣ１によって決められた時間後Ｔｒ１がオンしてＰＷＭ制御ＩＣ の発振周波数が高くなりＴｒ２のオン時間が短くなるが、この状態での１次巻線 への流入電流最大値Ｉｐが６０％になるようにＲ１，Ｃ１を設定する（図４のＢ 点）。

【００３１】 なお、上記１００％点（Ａ点近傍）に達する時間は印加電圧Ｖによって異なっ てくるので、実施例ではＶにそって駆動周波数を変化させる。即ちＶの増加とと もにＩｐ（ｔ）の増加も速くなりＩｐ′（ｔ）のようになるので、駆動周波数を 高くしないと定常状態時においてコアが磁気飽和点に達してしまう。本実施例で はＲ４が印加電圧Ｖに接続されており、印加電圧Ｖが高くなるとＣ２のチャージ 時間が短くなり、駆動周波数が自動的に高くなるように設計されている。したが って、図４においてＩｐ（ｔ）からＩｐ′（ｔ）に変化した場合にＴｒ２の点灯 始動時のオン時間がｔ１からｔ１′に移行し（Ａ点からＡ′点）、定常点灯時の オン時間がｔ２からｔ２′に移行して（Ｂ点からＢ′点）、常時一定のデューテ ィ（図４においては６０％）が保たれるように調整される。

【００３２】 本考案者の試作によれば、従来例では１９００Ｖの出力電圧を得るには２次側 巻線数を１０００回巻く必要があったが、上記実施例においては５００回で十分 となった。このため出力インピーダンスが減少し、高効率となり、また定常駆動 電圧が低いのでトランスの信頼性が向上することとなる。

【００３３】 なお、上記機能を有する回路をＩＣ化して実現してもよく、その場合において も本考案の及ぶことは言うまでもない。

【００３４】

【考案の効果】

本考案に係わるインバータ回路のトランス駆動回路は、上記のように構成され ているため、以下に記載するような効果を有する。

【００３５】 （１）インバータ回路のトランスを小型化できるという優れた効果を有する。

【００３６】 （２）トランス２次側出力インピーダンスが小さく高効率となり、電圧が低い ので信頼性が向上するという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案に係わるインバータ回路のトランス駆
動回路実施例。

【図２】 従来の自励式インバータ回路の基本構成例。

【図３】 他励式フライバック駆動回路を用いた一般的
なインバータ回路例。

【図４】 １次巻線の最大流入電流Ｉｐの時間経過を示
す図。

【符号の説明】

Ｖ 印加電圧 ＦＬ 陰極管 Ｔ トランス Ｃ コンデンサ Ｔｒ トランジスタ Ｒ 抵抗 ＩＣ ＰＷＭ制御用ＩＣ Ｉｐ（ｔ） １次巻線流入電流最大値特性 Ｉｐ′（ｔ） 印加電圧Ｖが高くなった時の１次巻線流
入電流最大値特性 Ａ 磁気飽和直前点 Ｂ 定常駆動設定点 Ａ′、Ｂ′ 印加電圧Ｖが高くなった時の上記各駆動点 １０、２０ 限流作用を有するＩｐ（ｔ）特性 １１、２１ 磁気飽和に達したＩｐ（ｔ）特性

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 トランスの２次側に高電圧を発生させる
   インバータ回路のトランス駆動回路において、トランス
   １次側駆動回路を他励式フライバック方式とすると共
   に、回路始動時は動作周波数を低くして１次巻線の最大
   電流値が磁気飽和に達する直前の値として大きな磁気エ
   ネルギーを１次側に蓄えることにより２次側出力を高電
   圧とし、始動後は動作周波数を高くして１次巻線に蓄え
   られる磁気エネルギーを抑えることにより２次側出力電
   圧を始動時に比べて低い値としたことを特徴とするイン
   バータ回路のトランス駆動回路。