(57)【要約】【課題】直流電圧でＬＥＤ群負荷を駆動でき、交流電圧からＬＥＤ群負荷までの電力変換の回数を減らすことで安価で高効率な電力変換装置。【解決手段】交流電源1からの交流電圧を直流電圧に変換するとともに力率改善を行う第１直流変換装置3と、所定の直流電圧で発光するLED群負荷6と、第１直流変換装置3及びLED群負荷6間を電気的に絶縁し且つ第１直流変換装置3の直流電圧を所定の直流電圧に変換してLED群負荷6に供給する第２直流変換装置4とを備え、第２直流変換装置は、トランスの２次側に配置されＬＥＤ群負荷に流れる電流を検出する電流検出回路、電流検出回路で検出された検出電流値と電流基準値との誤差を増幅する誤差増幅器、誤差増幅器の出力信号に基づく制御信号を１次側に伝達するための信号伝達絶縁素子、伝達された制御信号に基づいてオン／オフすることによりトランスを介して２次側に電力を伝送するスイッチング素子とを備える。【選択図】図１
2010035271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するとともに力率改善を行う第１直流変換装置と、
所定の直流電圧で発光するＬＥＤ群負荷と、
前記第１直流変換装置及び前記ＬＥＤ群負荷間を電気的に絶縁し且つ前記第１直流変換装置の直流電圧を前記所定の直流電圧に変換して前記ＬＥＤ群負荷に供給する第２直流変換装置とを備え、
前記第２直流変換装置は、
１次側と２次側とを絶縁するトランスと、
前記トランスの２次側に配置され、前記ＬＥＤ群負荷に流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路で検出された検出電流値と電流基準値との誤差を増幅する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力信号に基づく制御信号を前記１次側に伝達するための信号伝達絶縁素子と、
前記１次側に配置され、前記信号伝達絶縁素子で伝達された制御信号に基づいてオン／オフすることにより前記トランスを介して前記２次側に電力を伝送するスイッチング素子と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記第２直流変換装置は、前記トランスの２次側に、ＰＷＭ調光信号により前記ＬＥＤ群負荷に電流を間欠的に流す時分割回路を備えることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第２直流変換装置は、前記トランスの１次側に、前記スイッチング素子をオン／オフ駆動する駆動回路を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第２直流変換装置は、前記トランスの１次側又は２次側に、前記スイッチング素子をオン／オフさせるパルス信号を生成するパルス変換回路を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の電力変換装置。
【請求項５】
交流電源及びＬＥＤ群負荷間を電気的に絶縁し且つ前記交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するとともに力率改善を行って前記ＬＥＤ群負荷に供給する第１直流変換装置を備え、
前記第１直流変換装置は、
１次側と２次側とを絶縁するトランスと、
前記トランスの２次側に配置され、前記ＬＥＤ群負荷に流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路で検出された検出電流値と電流基準値との誤差を増幅する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力信号に基づく制御信号を前記１次側に伝達するための信号伝達絶縁素子と、
前記１次側に配置され、前記信号伝達絶縁素子で伝達された制御信号に基づいてオン／オフすることにより前記トランスを介して前記２次側に電力を伝送するスイッチング素子と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
前記第１直流変換装置は、前記トランスの２次側に配置され、ＰＷＭ調光信号により前記ＬＥＤ群負荷に電流を間欠的に流す時分割回路を備えることを特徴とする請求項５記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第１直流変換装置は、前記トランスの１次側に配置され、前記スイッチング素子をオン／オフ駆動する駆動回路を備えることを特徴とする請求項５又は６記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第１直流変換装置は、前記トランスの１次側又は２次側に、前記スイッチング素子をオン／オフさせるパルス信号を生成するパルス変換回路を備えることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項記載の電力変換装置。
【請求項９】
交流電源及びＬＥＤ群負荷間を電気的に絶縁し且つ前記交流電源の交流電圧を直流電圧に変換して前記ＬＥＤ群負荷に供給する第２直流変換装置を備え、
前記第２直流変換装置は、
１次側と２次側とを絶縁するトランスと、
前記トランスの２次側に配置され、前記ＬＥＤ群負荷に流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路で検出された検出電流値と電流基準値との誤差を増幅する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力信号に基づく制御信号を前記１次側に伝達するための信号伝達絶縁素子と、
前記１次側に配置され、前記信号伝達絶縁素子で伝達された制御信号に基づいてオン／オフすることにより前記トランスを介して前記２次側に電力を伝送するスイッチング素子と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
前記第２直流変換装置は、前記トランスの２次側に、ＰＷＭ調光信号により前記ＬＥＤ群負荷に電流を間欠的に流す時分割回路を備えることを特徴とする請求項９記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記第２直流変換装置は、前記トランスの１次側に、前記スイッチング素子をオン／オフ駆動する駆動回路を備えることを特徴とする請求項９又は１０記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記第２直流変換装置は、前記トランスの１次側又は２次側に、前記スイッチング素子をオン／オフさせるパルス信号を生成するパルス変換回路を備えることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換の回数を減らすことで安価で高効率を図ることができる電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１６は従来の電力変換装置の一例を示す回路構成図である。図１６において、商用電源１（５０Ｈｚまたは６０ＨｚのＡＣ８０〜２６０Ｖ）と液晶ＴＶシステム２ｉとが設けられている。液晶ＴＶシステム２ｉは、第１直流変換装置３’、第２直流変換装置４’、第３直流変換装置５’、放電管６０ａ，６０ｂを有するバックライト６、液晶ドライバ８、画像処理回路９、スピーカ１０、リーケージ型トランスを有するＤＣ−ＡＣ変換装置１５からなる。
【０００３】
第１直流変換装置３’は、商用電源１からの交流電圧を直流電圧（例えばＤＣ３８０Ｖ）に変換するとともに力率改善を行う。第２直流変換装置４’は、メイン電源であり、１次側と２次側とを絶縁し、第１直流変換装置３’の直流電圧を所定の直流電圧（例えばＤＣ２４Ｖ）に変換する。ＤＣ−ＡＣ変換装置１５は、直流電圧を交流電圧（例えば６５ｋＨｚのＡＣ１５００Ｖｒｍｓ）に変換して、放電管６０ａ，６０ｂを点灯させる。
【０００４】
第２直流変換装置４’は、所定の直流電圧を液晶ドライバ８に供給して駆動させる。第３直流変換装置５’は、第１直流変換装置３’と画像処理回路９、スピーカ１０間を電気的に絶縁し第１直流変換装置３’の直流電圧をＤＣ１２Ｖ，ＤＣ３６Ｖに変換して画像処理回路９、スピーカ１０に供給して駆動させる。
【０００５】
このように、図１６に示す電力変換装置によれば、商用電源１からの交流電力（電圧）を高電圧・高周波数の交流電力（電圧）に変換して、放電管６０ａ，６０ｂを発光させることができる。
【０００６】
また、従来のこの種の技術としては、例えば特許文献１乃至特許文献４に記載されたものが知られている。
【特許文献１】特開２００５−７１６８１号公報
【特許文献２】特開平１０−５０４８９号公報
【特許文献３】米国特許番号５９３０１２１（最良の実施例の詳細な説明の第２段落部分）
【特許文献４】米国特許番号５６１５０９３（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図１６に示す電力変換装置にあっては、商用電源１から、最も負荷電力の大きい放電管６０ａ，６０ｂからなるバックライト６に電力を伝送するまでの間に、第１直流変換装置３’の電力変換、第２直流変換装置４’の電力変換、ＤＣ−ＡＣ変換装置１５の電力変換の合計で３回の電力変換が行われている。
【０００８】
ＬＣＤ−ＴＶにおける消費電力の削減（省エネ化）には、光源自体の輝度効率の向上や各電力変換ブロックでの電力変換効率を高くするという方法もあるが、それらに加えて、最も電力を必要とする光源までの電力変換の回数を減らすことも効果的である。
【０００９】
また、ＬＥＤは、直流電圧で点灯させることができるが、ＬＥＤの印加電圧（駆動電圧）は、そのＩＦ−ＶＦ特性及び温度特性で決定される。このため、ＬＥＤの輝度を一定に制御する（電流を一定にする）場合、駆動電圧にはある程度の変動が発生するため、ＬＥＤの駆動電圧を他の負荷回路の入力電圧として直接、使用することは基本的にはできない。また、人が容易に手を触れることができるＴＶなどの家電装置の場合には、商用電源１とＢ／Ｌ（バックライト）６とは、安全のため、電気的に絶縁する必要がある。
【００１０】
例えば、図１６に示す電力変換装置において、第２直流変換装置４’を削除して、第１直流変換装置３’の出力を、ＤＣ−ＡＣ変換装置１５に直接入力する方法も考えられなくもないが、この場合、ＤＣ−ＡＣ変換装置１５内の入出力の両方の電圧が高くなるリーケージ型トランスの部分で絶縁を行うことになるため、高価なトランスとなってしまうことと、該トランスからの大量の漏れ磁束に伴う、周辺ＰＣＢ（プリント基板）の導体パターンでうず電流損失が発生したりするため、電力変換装置における１次側と２次側との絶縁を行う部分は、いずれかの直流変換装置で行う方がより理想的と言える。
【００１１】
本発明は、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換し直流電圧で電気的に絶縁されたＬＥＤ群負荷を駆動でき、交流電圧からＬＥＤ群負荷までの電力変換の回数を減らすことで安価で高効率な電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するとともに力率改善を行う第１直流変換装置と、所定の直流電圧で発光するＬＥＤ群負荷と、前記第１直流変換装置及び前記ＬＥＤ群負荷間を電気的に絶縁し且つ前記第１直流変換装置の直流電圧を前記所定の直流電圧に変換して前記ＬＥＤ群負荷に供給する第２直流変換装置とを備え、前記第２直流変換装置は、１次側と２次側とを絶縁するトランスと、前記トランスの２次側に配置され、前記ＬＥＤ群負荷に流れる電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路で検出された検出電流値と電流基準値との誤差を増幅する誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力信号に基づく制御信号を前記１次側に伝達するための信号伝達絶縁素子と、前記１次側に配置され、前記信号伝達絶縁素子で伝達された制御信号に基づいてオン／オフすることにより前記トランスを介して前記２次側に電力を伝送するスイッチング素子とを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１記載の電力変換装置において、前記第２直流変換装置は、前記トランスの２次側に、ＰＷＭ調光信号により前記ＬＥＤ群負荷に電流を間欠的に流す時分割回路を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の電力変換装置において、前記第２直流変換装置は、前記トランスの１次側に、前記スイッチング素子をオン／オフ駆動する駆動回路を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の電力変換装置において、前記第２直流変換装置は、前記トランスの１次側又は２次側に、前記スイッチング素子をオン／オフさせるパルス信号を生成するパルス変換回路を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、交流電源及びＬＥＤ群負荷間を電気的に絶縁し且つ前記交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するとともに力率改善を行って前記ＬＥＤ群負荷に供給する第１直流変換装置を備え、前記第１直流変換装置は、１次側と２次側とを絶縁するトランスと、前記トランスの２次側に配置され、前記ＬＥＤ群負荷に流れる電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路で検出された検出電流値と電流基準値との誤差を増幅する誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力信号に基づく制御信号を前記１次側に伝達するための信号伝達絶縁素子と、前記１次側に配置され、前記信号伝達絶縁素子で伝達された制御信号に基づいてオン／オフすることにより前記トランスを介して前記２次側に電力を伝送するスイッチング素子とを備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項５記載の電力変換装置において、前記第１直流変換装置は、前記トランスの２次側に配置され、ＰＷＭ調光信号により前記ＬＥＤ群負荷に電流を間欠的に流す時分割回路を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項５又は６記載の電力変換装置において、前記第１直流変換装置は、前記トランスの１次側に配置され、前記スイッチング素子をオン／オフ駆動する駆動回路を備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項８の発明は、請求項５乃至７のいずれか１項記載の電力変換装置において、前記第１直流変換装置は、前記トランスの１次側又は２次側に、前記スイッチング素子をオン／オフさせるパルス信号を生成するパルス変換回路を備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項９の発明は、交流電源及びＬＥＤ群負荷間を電気的に絶縁し且つ前記交流電源の交流電圧を直流電圧に変換して前記ＬＥＤ群負荷に供給する第２直流変換装置を備え、前記第２直流変換装置は、１次側と２次側とを絶縁するトランスと、前記トランスの２次側に配置され、前記ＬＥＤ群負荷に流れる電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路で検出された検出電流値と電流基準値との誤差を増幅する誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力信号に基づく制御信号を前記１次側に伝達するための信号伝達絶縁素子と、前記１次側に配置され、前記信号伝達絶縁素子で伝達された制御信号に基づいてオン／オフすることにより前記トランスを介して前記２次側に電力を伝送するスイッチング素子とを備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０の発明は、請求項９記載の電力変換装置において、前記第２直流変換装置は、前記トランスの２次側に、ＰＷＭ調光信号により前記ＬＥＤ群負荷に電流を間欠的に流す時分割回路を備えることを特徴とする。
【００２２】
請求項１１の発明は、請求項９又は１０記載の電力変換装置において、前記第２直流変換装置は、前記トランスの１次側に、前記スイッチング素子をオン／オフ駆動する駆動回路を備えることを特徴とする。
【００２３】
請求項１２の発明は、請求項９乃至１１のいずれか１項記載の電力変換装置において、前記第２直流変換装置は、前記トランスの１次側又は２次側に、前記スイッチング素子をオン／オフさせるパルス信号を生成するパルス変換回路を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換し直流電圧で電気的に絶縁されたＬＥＤ群負荷を駆動でき、交流電圧からＬＥＤ群負荷までの電力変換の回数を減らすことで安価で高効率な電力変換装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の電力変換装置の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１は本発明の実施例１の電力変換装置の回路構成図である。図１に示す電力変換装置は、商用電源（交流電源）１と液晶ＴＶシステム２とを有する。液晶ＴＶシステム２は、第１直流変換装置３、所定の直流電圧で発光する複数のＬＥＤ（発光負荷）７ａ，７ｂを有するバックライト６、第２直流変換装置４、第３直流変換装置５を備える。
【００２７】
第１直流変換装置３は、商用電源１からの交流電圧を直流電圧（例えばＤＣ３８０Ｖ）に変換するとともに力率改善を行う。第２直流変換装置４は、メイン電源であり、第１直流変換装置３及びＬＥＤ７ａ，７ｂを有するバックライト６間を電気的に絶縁し且つ第１直流変換装置３の直流電圧を所定の直流電圧に変換してＬＥＤ７ａ，７ｂに供給して発光させる。
【００２８】
液晶ドライバ８、画像処理回路９、スピーカ１０は、複数の負荷に相当し、液晶ドライバ８はＤＣ２４Ｖで駆動する。画像処理回路９はＤＣ１２Ｖで駆動する。スピーカ１０はＤＣ３６Ｖで駆動する。
【００２９】
第３直流変換装置５は、サブ電源であり、第１直流変換装置３及び複数の負荷８〜１０間を電気的に絶縁し第１直流変換装置３の直流電圧を複数の直流低電圧であるＤＣ２４Ｖ，ＤＣ１２Ｖ，ＤＣ３６Ｖに変換して液晶ドライバ８、画像処理回路９、スピーカ１０に供給して各々を駆動させる。
【００３０】
なお、実施例１では、発光負荷として、複数のＬＥＤから構成されるＬＥＤ群負荷を用いているが、発光負荷は、直流電圧で発光するものであれば、例えばＥＬ負荷であっても良い。あるいは、ＦＥＤ（フィールド・エミッション・ディスプレイ）負荷であっても良い。
【００３１】
図２は本発明の実施例１の電力変換装置に設けられた第２直流変換装置の回路構成図である。図２に示す第２直流変換装置４は、１次巻線Ｐ１と２次巻線Ｓ１とにより１次側と２次側とを絶縁するトランスＴ１を含むフライバック方式コンバータからなる。なお、第２直流変換装置４は、１次側と２次側とを絶縁するトランスＴ１を含むフォワード方式コンバータを用いても良い。
【００３２】
第２直流変換装置４は、コンバータ回路２０、制御回路部４２およびゲート電圧設定抵抗Ｒ１を備えている。
【００３３】
ＬＥＤ群負荷７は、図１における複数のＬＥＤ７ａ，７ｂを有するバックライト６に相当し、直列に接続された複数のＬＥＤからなるＬＥＤ群が、並列に複数個（図２に示す例では「３」）接続されて構成されている。なお、並列に接続するＬＥＤ群の数は任意である。このＬＥＤ群負荷７は、コンバータ回路２０の出力側と制御回路部４２の内部のシンクドライバ５０との間に接続されている。
【００３４】
コンバータ回路２０は、制御回路部４２から送られてくるＰＷＭ制御信号に応じた電圧を出力する。このコンバータ回路２０からの出力電圧は、ＬＥＤ群負荷７のアノード側に印加される。
【００３５】
制御回路部４２は、第１乃至第３電流検出回路４４ａ〜４４ｃ、電流検出信号選択回路４５、誤差増幅器４６ａ、ＰＷＭ制御コンパレータ４６ｂ、時分割回路４６、ソフトスタート回路４７および鋸波発生回路４８ａ、ゲート電圧設定回路４９、シンクドライバ５０を備える。
【００３６】
時分割回路４６は、トランスＴ１の２次側に配置され、外部から入力される直流のＰＷＭ調光信号に応じたデューティでオン／オフする時分割信号を生成する。具体的には、時分割回路４６は、三角波発生回路４８ｂとＰＷＭ調光コンパレータ（本発明のパルス変換回路）４６ｃとを備える。三角波発生回路４８ｂは、三角波信号を生成してＰＷＭ調光コンパレータ４６ｃに送る。ＰＷＭ調光コンパレータ４６ｃは、外部から非反転入力端子（＋）に入力されたＰＷＭ調光信号と、三角波発生回路４８ｂから反転入力端子（−）に入力された三角波信号とを比較して、矩形波の時分割信号を生成する。この時分割回路４６から出力される時分割信号は、ゲート電圧設定回路４９に送られ、ゲート電圧設定回路４９からシンクドライバ５０へのゲート信号をオン／オフさせる。
【００３７】
ゲート電圧設定回路４９は、時分割回路４６から送られてくる時分割信号とゲート電圧設定抵抗Ｒ１で設定された電圧とに基づきゲート信号を生成し、ドライバ５０に送る。
【００３８】
シンクドライバ５０は、例えば複数（ＬＥＤ群の数と同数）のＭＯＳＦＥＴ(Ｑ２〜Ｑ４‥)から構成されており、そのゲートはゲート電圧設定回路４９に接続され、ドレインはＬＥＤ群負荷７のカソード側に接続され、ソースは接地されている。このシンクドライバ５０に含まれるＭＯＳＦＥＴは、時分割信号がオンの指示の期間中は、ゲート電圧設定回路４９から送られてくるゲート信号に応じてオンすることにより、ＬＥＤ群負荷７に電流を流して発光させ、また、時分割信号がオフの指示の期間中は、ゲート電圧設定回路４９から送られてくるゲート信号に応じてオフすることにより、ＬＥＤ群負荷７に流れる電流を停止させて発光を停止させる。
【００３９】
つまり、時分割信号のオン／オフのデューティー比に応じて、言い換えれば、外部から入力される直流のＰＷＭ調光信号に応じて、ＬＥＤ群負荷７の明るさを調整することができる。
【００４０】
尚、時分割信号がオンの指示の期間中のＬＥＤ群負荷７に流れる３ラインの電流は、ＬＥＤのＶＦのばらつきなどによって、完全には同一にならない。
【００４１】
第１乃至第３電流検出回路４４ａ〜４４ｃは、トランスＴ１の２次側に配置され、ＬＥＤ群負荷７からシンクドライバ５０に流れる３ラインの電流を検出し、それぞれの電流に相当する電流検出信号を生成する。電流検出信号選択回路４５は、ＬＥＤ群負荷７からシンクドライバ５０に流れる３ラインの電流のそれぞれの電流に相当する３つの電流検出信号を入力して、そのうちの１つの電流検出信号を選択し、この選択した電流検出信号を誤差増幅器４６ａに送る。
【００４２】
電流検出信号選択回路４５での電流検出信号の選択方法は、入力された３つの電流検出信号のうちから、一番大きい信号を選択する方法になっていてもよいし、一番小さい信号を選択する方法になっていてもよい。
【００４３】
誤差増幅器４６ａは、トランスＴ１の２次側に配置され、電流検出信号選択回路４５から送られてきて反転入力端子（−）に入力された電圧と非反転入力端子（＋）に入力された基準値を表す電圧との誤差を増幅して、電流フィードバック信号としてＰＷＭ制御コンパレータ４６ｂに送る。
【００４４】
ソフトスタート回路４７は、制御回路４２が動作を開始すると、電圧が低電圧（例えば０Ｖ）から徐々に上昇していくソフトスタート信号を生成し、ＰＷＭ制御コンパレータ４６ｂに送る。
【００４５】
鋸波発生回路４８ａは、鋸波信号を発生し、ＰＷＭ制御コンパレータ４６ｂに送る。ＰＷＭ制御コンパレータ４６ｂは、誤差増幅器４６ａから送られてくる電流フィードバック信号、ソフトスタート回路４７から送られてくるソフトスタート信号および鋸波発生回路４８ａから送られてくる鋸波信号に基づき矩形波のＰＷＭ制御信号を生成する。
【００４６】
つまり、制御回路４２の動作開始後のしばらくの期間は、ＰＷＭ制御コンパレータ４６ｂは、ソフトスタート回路４７から送られてくるソフトスタート信号と、鋸波発生回路４８ａから送られてくる鋸波信号とを比較して、パルス幅が徐々に広くなるＰＷＭ制御信号を生成し、ＬＥＤ群負荷７が発光して、誤差増幅器４６ａから電流フィードバック信号が送られてくると、誤差増幅器４６ａから送られてくる電流フィードバック信号と、鋸波発生回路４８ａから送られてくる鋸波信号とを比較して、ＬＥＤ群負荷７に流れる電流に基づいたＰＷＭ制御信号を生成する。
【００４７】
トランスＴ２（信号伝達絶縁素子）は、１次巻線Ｐ２と２次巻線Ｓ２とを有し、ＰＷＭ制御信号を１次側の駆動回路４３に送る。スイッチング素子Ｑ１は、ＭＯＳＦＥＴからなり、第１直流変換装置３の出力に接続されたトランスＴ１の１次巻線Ｐ１に直列に接続されている。駆動回路４３は、トランスＴ１の１次側に配置され、トランスＴ２により伝達されたＰＷＭ制御信号によりスイッチング素子Ｑ１をオン／オフすることによりトランスＴ１を介して１次側から２次側に電力を伝送する。
【００４８】
ダイオードＤ１とコンデンサＣ１は、コンバータ回路２０からの出力電圧を整流・平滑する整流平滑回路である。
【００４９】
コンバータ回路２０は、以上のような動作を行うことで、ＬＥＤ群負荷７を流れる電流に基づき該電流が所定電流になるようにスイッチング素子Ｑ１のオン／オフを制御することで、ＬＥＤ群負荷７が必要とする電力を供給するとともに所定値に制御する。
【００５０】
図３は本発明の実施例１の電力変換装置に設けられた第１直流変換装置の回路構成図である。図３において、整流回路３２は、ラインフィルタ３１を介する商用電源１からの交流電圧を整流した整流電圧を出力する。ＰＷＭ制御ＩＣ３４によりスイッチング素子Ｑ５がオンすると、整流電圧により、昇圧リアクトルＬ１→スイッチング素子Ｑ５→グランドの経路で電流が流れて、昇圧リアクトルＬ１にエネルギーが蓄えられる。次に、スイッチング素子Ｑ５がオフすると、昇圧リアクトルＬ１に蓄えられたエネルギーと整流電圧とがダイオードＤ２を介して平滑コンデンサＣ４に出力されるため、直流電圧に変換されるとともに昇圧される。
【００５１】
入力電圧検出回路３３は、整流電圧を検出し、ＰＷＭ制御ＩＣ３４に出力する。出力電圧検出回路３５は、平滑コンデンサＣ４における出力電圧を検出し、ＰＷＭ制御ＩＣ３４に出力する。ＰＷＭ制御ＩＣ３４は、検出された出力電圧に基づき該出力電圧が所定電圧になるようにスイッチング素子Ｑ５のオン／オフを制御するとともに、スイッチング素子Ｑ５を流れる電流のピークが入力電圧検出回路３３で検出された整流電圧の波形と比例するように制御することで力率改善を行う。
【００５２】
なお、図３は昇圧チョッパ回路の１種のＤＣＭ（電流不連続モード）と呼ばれる方式での例であるが、力率改善機能を有する回路であれば、ＣＣＭ（電流連続モード）、インターリーブ方式、パッシブ型ＰＦＣでも、あるいはその他の直流変換装置でも良い。
【００５３】
図４は本発明の実施例１の電力変換装置に設けられた第３直流変換装置の回路構成図である。図４に示す第３直流変換装置５は、１次巻線Ｐ３と２次巻線Ｓ３ａ，Ｓ３ｂとにより１次側と２次側とを絶縁するトランスＴ３を含むフォワード方式コンバータからなる。
【００５４】
図４において、入力側、即ち第１直流変換装置３の出力側には、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ６とスイッチング素子Ｑ７との直列回路が接続されている。スイッチング素子Ｑ６とスイッチング素子Ｑ７との接続点には、コンデンサＣ６とリアクトルＬ２とトランスＴ３の１次巻線Ｐ３との直列回路が接続されている。
【００５５】
この構成において、周波数制御ＩＣ５１によりスイッチング素子Ｑ７がオフしてスイッチング素子Ｑ６がオンすると、１次側では、電源ＩＮ→Ｑ６→Ｃ６→Ｌ２→Ｐ３の経路で電流が流れるため、２次側では、Ｓ３ａ→Ｄ３→Ｃ７の経路で電流が流れる。周波数制御ＩＣ５１によりスイッチング素子Ｑ６がオフしてスイッチング素子Ｑ７がオンすると、１次側では、Ｐ３→Ｌ２→Ｃ６→Ｑ７の経路で電流が流れるため、２次側では、Ｓ３ｂ→Ｄ４→Ｃ７の経路で電流が流れる。
【００５６】
出力電圧検出回路５２は、コンデンサＣ７の出力電圧を検出し、フォトカプラ５３を介して周波数制御ＩＣ５１に出力する。周波数制御ＩＣ５１は、コンデンサＣ７の出力電圧に基づき該出力電圧が所定電圧になるようにスイッチング素子Ｑ６とスイッチング素子Ｑ７とのオン／オフを制御する。
【００５７】
第３直流変換装置５は、絶縁機能を有するものであれば、フライバック方式、共振型、その他の直流変換装置でも良い。
【００５８】
このように、実施例１の電力変換装置によれば、商用電源１の交流電圧を第１直流変換装置３及び第２直流変換装置４により直流電圧に変換し、この直流電圧でＬＥＤ７ａ，７ｂを発光でき、商用電源１からＬＥＤ７ａ，７ｂまでの電力変換の回数を、従来の図１６に示す回路に対して１回減らすことで安価で高効率な電力変換装置を提供できる。
【００５９】
また、１次側と２次側との絶縁を行う部分は、第２直流変換装置４で行っており、ＤＣ−ＡＣ変換装置１５で１次側と２次側との絶縁を行う場合のような無用なコストアップや効率低下をともなうこともない。
【実施例２】
【００６０】
図５は本発明の実施例２の電力変換装置の回路構成図である。図５に示す電力変換装置は、図１に示す実施例１の第３直流変換装置５を削除し、第２直流変換装置４の出力側に第４直流変換装置１１を接続して、第４直流変換装置１１の出力側に、液晶ドライバ８、画像処理回路９、スピーカ１０を接続したことを特徴とする。
【００６１】
図６は本発明の実施例２の電力変換装置に設けられた第４直流変換装置の回路構成図である。図６に示す第４直流変換装置１１において、第２直流変換装置４の出力側（ＩＮ）には、コンデンサＣ８の一端と抵抗Ｒ２の一端とトランジスタＴｒ１のコレクタとが接続されている。抵抗Ｒ２の他端とトランジスタＴｒ１のベースとツェナーダイオードＺＤ１のカソードとが接続され、トランジスタＴｒ１のエミッタは抵抗Ｒ１０１の一端とコンデンサＣ９の一端に接続され、抵抗Ｒ１０１の他端は抵抗Ｒ１０２の一端に接続され、抵抗Ｒ１０２の他端は抵抗Ｒ１０３の一端に接続され、コンデンサＣ８，Ｃ９の他端と抵抗Ｒ１０３の他端とツェナーダイオードＺＤ１のアノードとは接地されている。
【００６２】
この構成によれば、トランジスタＴｒ１のエミッタとコンデンサＣ９との接続点から直流電圧ＯＵＴ１を得ることができ、抵抗Ｒ１０１と抵抗Ｒ１０２との接続点から直流電圧ＯＵＴ２を得ることができ、抵抗Ｒ１０２と抵抗Ｒ１０３との接続点から直流電圧ＯＵＴ３を得ることができる。
【００６３】
このような実施例２によっても、実施例１の効果と同様な効果が得られる。
【実施例３】
【００６４】
図７は本発明の実施例３の電力変換装置の回路構成図である。図７に示す電力変換装置は、図１に示す実施例１に対して、液晶ドライバ８を第３直流変換装置５ａの出力側から切り離して第４直流変換装置１１ａの出力側に接続し、第４直流変換装置１１ａは、第２直流変換装置４の出力側の直流電圧を液晶ドライバ８を駆動するための直流低電圧に変換して液晶ドライバ８に供給することを特徴とする。
【００６５】
このような実施例３によっても、実施例１の効果と同様な効果が得られる。
【実施例４】
【００６６】
図８は本発明の実施例４の電力変換装置の回路構成図である。図８に示す電力変換装置は、商用電源（交流電源）１と液晶ＴＶシステム２ｃとを有する。液晶ＴＶシステム２ｃは、第１直流変換装置３ａ、複数のＬＥＤ７ａ，７ｂを有するバックライト６、第３直流変換装置５ｂ、液晶ドライバ８、画像処理回路９、スピーカ１０を備える。
【００６７】
第１直流変換装置３ａは、商用電源１及びＬＥＤ７ａ，７ｂ間を電気的に絶縁し且つ商用電源１からの交流電圧を直流電圧（例えばＤＣ３８０Ｖ）に変換するとともに力率改善を行って、ＬＥＤ７ａ，７ｂに供給して発光させる。
【００６８】
第３直流変換装置５ｂは、商用電源１及び複数の負荷８〜１０間を電気的に絶縁し商用電源１の交流電圧を複数の直流低電圧であるＤＣ２４Ｖ，ＤＣ１２Ｖ，ＤＣ３６Ｖに変換して液晶ドライバ８、画像処理回路９、スピーカ１０に供給して各々を駆動させる。
【００６９】
図９は本発明の実施例４の電力変換装置に設けられた第１直流変換装置の回路構成図である。図９に示す第１直流変換装置３ａは、１次巻線Ｐ１と２次巻線Ｓ１と補助巻線Ｐ２，Ｐ３とにより１次側と２次側とを絶縁するトランスＴ１ａを含むコンバータからなる。
【００７０】
第１直流変換装置３ａは、ラインフィルタ３１、整流回路３２、コンバータ回路２０ａ、制御回路部４２ａ及びゲート電圧設定抵抗Ｒ１を備えている。ＬＥＤ群負荷７は、図８における複数のＬＥＤ（発光負荷）７ａ，７ｂを有するバックライト６に相当し、コンバータ回路２０ａの出力側と制御回路部４２ａの内部のシンクドライバ５０との間に接続されている。
【００７１】
交流電圧がラインフィルタ３１を介して整流回路３２で整流されて、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ８，Ｑ９とトランスＴ１ａとを含むコンバータ回路２０ａに送られる。
【００７２】
コンバータ回路２０ａは、力率改善も兼ねた自励方式の２石式コンバータであり、スイッチング素子Ｑ８とスイッチング素子Ｑ９とは、交互にオン／オフを行う。また、コンバータ回路２０ａは、制御回路部４２ａから送られてくる電流フィードバック信号に基づいて、スイッチング素子Ｑ９がオンしている期間（＝オフするタイミング）を制御することで、ＬＥＤ負荷群７に必要とされる直流電圧を出力する。このコンバータ回路２０ａからの出力電圧は、ＬＥＤ群負荷７のアノード側に印加される。
【００７３】
制御回路部４２ａは、第１乃至第３電流検出回路４４ａ〜４４ｃ、電流フィードバック信号選択回路４５、誤差増幅器４６ａ、時分割回路４６、ゲート電圧設定回路４９、シンクドライバ５０を備える。
【００７４】
時分割回路４６、ゲート電圧設定回路４９、シンクドライバ５０、第１乃至第３電流検出回路４４ａ〜４４ｃ、電流フィードバック信号選択回路４５は、図２に示すものと同一構成であるので、その説明は省略する。
【００７５】
誤差増幅器４６ａは、トランスＴ１の２次側に配置され、電流フィードバック信号選択回路４５から送られてきて反転入力端子（−）に入力された電圧と非反転入力端子（＋）に入力された基準値を表す電圧との誤差を増幅して、電流フィードバック信号としてフォトカプラＰＣのダイオードＰＣＤに送る。
【００７６】
フォトカプラＰＣのダイオードＰＣＤに、電流フィードバック信号に対応した電流が流れると、ダイオードＰＣＤが発光し、フォトカプラＰＣのトランジスタＰＣＴが受光する。即ち、フォトカプラＰＣにより電流フィードバックが１次側に送られる。この１次側に送られた電流フィードバックによりスイッチング素子Ｑ９がオンしている期間（＝オフするタイミング）を決定することでスイッチング素子Ｑ８，Ｑ９のオン／オフを制御を行うことにより、トランスＴ１ａを介して１次側から２次側にＬＥＤ負荷群７に必要とされる電力が伝送される。
【００７７】
第１直流変換装置３は、絶縁機能と昇圧機能と力率改善機能とを有するものであれば、他励方式の２石式コンバータ（アクティブクランプ方式）、その他の直流変換装置でも良い。
【００７８】
このように、実施例４の電力変換装置によれば、商用電源１の交流電圧を第１直流変換装置３ａにより直流電圧に変換し、この直流電圧でＬＥＤ７ａ，７ｂを発光でき、商用電源１からＬＥＤ７ａ，７ｂまでの電力変換の回数を、従来の図１６に示す回路に対して２回減らすことで更に安価で高効率な電力変換装置を提供できる。
【００７９】
また、１次側と２次側との絶縁を行う部分は、第１直流変換装置３ａで行っており、ＤＣ−ＡＣ変換装置１５で１次側と２次側との絶縁を行う場合のような無用なコストアップや効率低下をともなうこともない。
【実施例５】
【００８０】
図１０は本発明の実施例５の電力変換装置の回路構成図である。図１０に示す実施例５は、図８に示す実施例４の第３直流変換装置５を削除し、第１直流変換装置３ａの出力側に第４直流変換装置１１ｂを接続して、第４直流変換装置１１ｂの出力側に、液晶ドライバ８、画像処理回路９、スピーカ１０を接続したことを特徴とする。
【００８１】
このような実施例５によっても、実施例４の効果と同様な効果が得られる。
【実施例６】
【００８２】
図１１は本発明の実施例６の電力変換装置の回路構成図である。図１１に示す実施例６は、図８に示す実施例４に対して、液晶ドライバ８を第３直流変換装置５ｃの出力側から切り離して第４直流変換装置１１ｃの出力側に接続し、第４直流変換装置１１ｃは、第１直流変換装置３ａの出力側の直流電圧を液晶ドライバ８を駆動するための直流低電圧に変換して液晶ドライバ８に供給することを特徴とする。
【００８３】
このような実施例６によっても、実施例４の効果と同様な効果が得られる。
【実施例７】
【００８４】
図１２は本発明の実施例７の電力変換装置の回路構成図である。図１２に示す電力変換装置は、商用電源（交流電源）１と液晶ＴＶシステム２ｆとを有する。液晶ＴＶシステム２ｆは、第２直流変換装置４ａ、複数のＬＥＤ７ａ，７ｂを有するバックライト６、第３直流変換装置５ｂ、液晶ドライバ８、画像処理回路９、スピーカ１０を備える。
【００８５】
第２直流変換装置４ａは、商用電源１及びＬＥＤ７ａ，７ｂ間を電気的に絶縁し且つ商用電源１の交流電圧を直流電圧に変換してＬＥＤ７ａ，７ｂに供給して発光させる。
【００８６】
第３直流変換装置５ｂは、商用電源１及び複数の負荷８〜１０間を電気的に絶縁し商用電源１の交流電圧を複数の直流低電圧であるＤＣ２４Ｖ，ＤＣ１２Ｖ，ＤＣ３６Ｖに変換して液晶ドライバ８、画像処理回路９、スピーカ１０に供給して各負荷を駆動させる。
【００８７】
図１３は本発明の実施例７の電力変換装置に設けられた第２直流変換装置の回路構成図である。図１３に示す第２直流変換装置４ａは、図２に示す実施例１の第２直流変換装置４に対して、入力側にラインフィルタ３１、整流回路３２を追加したことを特徴とし、その他の構成は同じである。
【００８８】
このように、例えば、装置全体の総消費電力が７５Ｗ以下であり、高調波対策が不要な場合などには、実施例７の電力変換装置のごとく、商用電源１の交流電圧を第２直流変換装置４ａにより直流電圧に変換し、この直流電圧でＬＥＤ７ａ，７ｂを発光でき、商用電源１からＬＥＤ７ａ，７ｂまでの電力変換の回数を、減らすことで安価で高効率な電力変換装置を提供できる。
【００８９】
また、１次側と２次側との絶縁を行う部分は、第２直流変換装置４ａで行っており、ＤＣ−ＡＣ変換装置１５で１次側と２次側との絶縁を行う場合のような無用なコストアップや効率低下をともなうこともない。
【実施例８】
【００９０】
図１４は本発明の実施例８の電力変換装置の回路構成図である。図１４に示す実施例８は、図１２に示す実施例７の第３直流変換装置５ｂを削除し、第２直流変換装置４ａの出力側に第４直流変換装置１１ｄを接続して、第４直流変換装置１１ｄの出力側に、液晶ドライバ８、画像処理回路９、スピーカ１０を接続したことを特徴とする。
【００９１】
このような実施例８によっても、実施例７の効果と同様な効果が得られる。
【実施例９】
【００９２】
図１５は本発明の実施例９の電力変換装置の回路構成図である。図１５に示す実施例９は、図１２に示す実施例７に対して、液晶ドライバ８を第３直流変換装置５ｃの出力側から切り離して第４直流変換装置１１ｅの出力側に接続し、第４直流変換装置１１ｅは、第２直流変換装置４ａの出力側の直流電圧を液晶ドライバ８を駆動するための直流低電圧に変換して液晶ドライバ８に供給することを特徴とする。
【００９３】
このような実施例９によっても、実施例７の効果と同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施例１の電力変換装置の回路構成図である。
【図２】本発明の実施例１の電力変換装置に設けられた第２直流変換装置の回路構成図である。
【図３】本発明の実施例１の電力変換装置に設けられた第１直流変換装置の回路構成図である。
【図４】本発明の実施例１の電力変換装置に設けられた第３直流変換装置の回路構成図である。
【図５】本発明の実施例２の電力変換装置の回路構成図である。
【図６】本発明の実施例２の電力変換装置に設けられた第４直流変換装置の回路構成図である。
【図７】本発明の実施例３の電力変換装置の回路構成図である。
【図８】本発明の実施例４の電力変換装置の回路構成図である。
【図９】本発明の実施例４の電力変換装置に設けられた第１直流変換装置の回路構成図である。
【図１０】本発明の実施例５の電力変換装置の回路構成図である。
【図１１】本発明の実施例６の電力変換装置の回路構成図である。
【図１２】本発明の実施例７の電力変換装置の回路構成図である。
【図１３】本発明の実施例７の電力変換装置に設けられた第２直流変換装置の回路構成図である。
【図１４】本発明の実施例８の電力変換装置の回路構成図である。
【図１５】本発明の実施例９の電力変換装置の回路構成図である。
【図１６】従来の電力変換装置の一例を示す回路構成図である。
【符号の説明】
【００９５】
１  商用電源
２，２ａ〜２ｉ  液晶ＴＶシステム
３，３ａ  第１直流電源装置
４，４ａ  第２直流電源装置
５，５ａ〜５ｃ  第３直流電源装置
６  バックライト
７  ＬＥＤ群負荷
７ａ，７ｂ  ＬＥＤ
８  液晶ドライバ
９  画像処理回路
１０  スピーカ
１１，１１ａ〜１１ｅ  第４直流変換装置
２０，２０ａ  コンバータ回路
３１  ラインフィルタ
３２  整流回路
４２  制御回路部
４３  駆動回路
４４ａ  第１電流検出回路
４４ｂ  第２電流検出回路
４４ｃ  第３電流検出回路
４５  電流検出信号選択回路
４６  時分割回路
４６ａ  誤差増幅器
４６ｂ  ＰＷＭ制御コンパレータ
４７  ソフトスタート回路
４８ａ  鋸波発生回路
４９  ゲート電圧設定回路
５０  シンクドライバ
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ１ａ  トランス
Ｒ１  ゲート電圧設定抵抗
Ｑ１，Ｑ５，Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８，Ｑ９  スイッチング素子
【図１】
2010035271.tif 000003
【図２】
2010035271.tif 000004
【図３】
2010035271.tif 000005
【図４】
2010035271.tif 000006
【図５】
2010035271.tif 000007
【図６】
2010035271.tif 000008
【図７】
2010035271.tif 000009
【図８】
2010035271.tif 000010
【図９】
2010035271.tif 000011
【図１０】
2010035271.tif 000012
【図１１】
2010035271.tif 000013
【図１２】
2010035271.tif 000014
【図１３】
2010035271.tif 000015
【図１４】
2010035271.tif 000016
【図１５】
2010035271.tif 000017
【図１６】
2010035271.tif 000018