(57)【要約】【課題】蛍光ランプなどを点灯させる点灯回路において、ランプの電流が少なく電圧が高い状態においてもランプを安定に点灯させ、安価で高効率な点灯装置を提供する。【解決手段】インバータ回路の入力電流またはランプ電流に相当する電流が一定値となるようにインバータ回路の周波数設定信号Ｆｒｑを制御するフィードバック制御器ＦＢ１と、前記インバータ回路の入力電圧または平滑回路の入力電圧を検知して前記インバータ回路のスイッチ素子のオン時間または開閉位相を設定するパルス幅信号Ｄｔｙ１を補正するフィードフォワード制御器ＦＦ１を併用する。【選択図】図１
2010146967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源を整流する整流器と、前記整流器の出力を平滑する少なくとも１つの平滑回路と、前記平滑回路の出力を入力して高周波電圧を出力するスイッチ素子を有するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力と負荷であるランプの間に挿入されたインピーダンス素子と、前記インバータ回路の駆動周波数を設定する周波数設定手段と、前記インバータ回路の入力電流またはランプ電流に相当する電流が一定値となるように前記周波数設定手段を制御するフィードバック回路と、前記インバータ回路のスイッチ素子のオン時間または開閉位相を設定するパルス幅設定手段と、前記インバータ回路の入力電圧または平滑回路の入力電圧を検知して前記インバータ回路の出力を補正する制御信号を前記パルス幅設定手段に与えるフィードフォワード回路を備えることを特徴とする点灯装置。
【請求項２】
前記平滑回路は出力電圧を略一定に制御する手段を備え、前記フィードフォワード回路は、前記インバータ回路のスイッチオンデューティ比を３０％〜５０％の範囲で制御することを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
【請求項３】
前記パルス幅設定手段は、前記フィードフォワード回路の出力に所定値を加算する調整手段を備え、前記調整手段の出力によって前記インバータ回路のスイッチ素子を制御することを特徴とする請求項１または２記載の点灯装置。
【請求項４】
前記フィードフォワード回路は、前記パルス幅設定手段の設定値に応じて利得を増加させることを特徴とする請求項１または２記載の点灯装置。
【請求項５】
前記フィードバック回路は低域通過フィルタを備え、閉回路利得が商用電源の２倍の周波数以下で１となる点を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の点灯装置。
【請求項６】
前記平滑回路は、出力電圧を検出する直流電圧検出器を備え、前記フィードフォワード回路は前記直流電圧検出器の出力を検知して前記インバータ回路の出力を補正することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の点灯装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の点灯装置を備えた照明器具。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の点灯装置を備えたバックライト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインバータ回路を用いてランプを点灯させる点灯装置、及びこれを用いた照明器具並びにバックライト装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば液晶表示装置などに用いられるバックライト装置では、一般的に冷陰極ランプなどの蛍光ランプを複数点灯させた光を用いて画像表示を行っている。この種の蛍光ランプの点灯回路にはインバータ回路が一般的に用いられる。インバータ回路で蛍光ランプを高周波点灯させることにより蛍光ランプの発光効率が向上し、また、トランスなどの電子部品の小型化が可能となっている。
【０００３】
しかし、液晶表示装置においては、普及に伴い更なる機器の高効率化が求められており、液晶表示装置の大部分の電力を消費するバックライト装置の高効率化は重要な課題となっている。この要請に応えるために、点灯装置においては、ゼロ電圧スイッチング手法などでインバータ回路のスイッチングロスを低減したり、インバータ回路に入力する直流電源を高電圧化してトランスのロスを低減することが考案されている。
【０００４】
しかしながら、液晶表示装置のバックライト装置において、点灯回路の電力変換の効率は、一般照明用の点灯回路に比べると低いものとなる。その理由は、一般照明用の点灯回路よりもさらにちらつきを抑えるための電源の安定化を必要とすることと、ノイズや安全性の観点から絶縁回路が必要だからである。
【０００５】
ちらつきに関しては、液晶表示装置をテレビのように利用した場合は画像が随時更新されるので目立たないが、静止画の表示などを行った場合は、光源である蛍光ランプのちらつきがそのまま画面のちらつきとなって現れるので問題である。さらにちらつきが問題となりやすい理由としては、液晶表示パネルの画像更新周波数との干渉が挙げられる。これは、商用電源の周波数が５０Ｈｚか６０Ｈｚであるのに対し、画像更新周波数もそれと近い周波数（６０Ｈｚ〜１２０Ｈｚ）であるため、光変動の周波数干渉が起こりやすいのである。
【０００６】
たとえば、商用電源が５０Ｈｚである場合に、インバータ回路の入力の直流電圧に１００Ｈｚのリップル電圧が生じているとする。このリップル電圧を除去せずにインバータ回路でランプを点灯させると光に１００Ｈｚの周波数成分で変動が生じる。たとえば一般照明用のインバータ回路のリップル電圧の変動幅は、平均値の１０％以下である。この光を直視しても、ちらつきはほとんど感じない。これは光変化の周波数が１００Ｈｚと高いからである。しかし液晶フィルタを通過した光では、ちらつきが発生する。つまり液晶フィルタで１００Ｈｚの光を画像更新周波数６０Ｈｚで変調すると、光には６０Ｈｚと１００Ｈｚの周波数成分の変動が混在し、その周波数差成分１００Ｈｚ−６０Ｈｚ＝４０Ｈｚが生じてしまう。これがちらつきとして感じられるのである。個人差はあるが、光変動の周波数が５０Ｈｚ以下になると、数％程度の変動があってもちらつきは感じることとなる。よって、リップル電圧１０％のちらつきは周波数が４０Ｈｚともなると、大きいちらつきとなるのである。
【０００７】
そこで、一般的な液晶表示装置では、商用電源に起因する直流電源のリップル電圧を除去する安定化電源回路を備えている。その回路損失が発生するため、光への変換効率が低下するのである。
【０００８】
点灯回路の効率改善とちらつきの低減を両立する方法として考えられるのは、インバータ回路に電源リップル除去機能を付加するということである。たとえばランプ電流をフィードバック制御すればよい。フィードバック制御を行えばランプ電流は一定となり、リップル電圧による光の変動を除去できる。また、温度によるランプ特性の変化や近接導体によるランプ電圧変化などの様々な変動を除去することも可能である。
【０００９】
もうひとつの手法として、フィードフォワード制御を行うことが考えられる。リップル電圧に応じてインバータ回路の出力を増減させれば、制御回路は非絶縁の１次側で構成することができ、制御回路の設計は容易である。また、リップル電圧は比較的安定に発生するのでフィードフォワード制御には適している。この放電灯点灯装置のフィードフォワード制御についても従来から様々な手法が提案されている。
【００１０】
特許文献１（特開２００２−３３０５９１号公報）には、インバータ回路の入力電圧を検知し、入力電圧の変動によるランプ電流変化を抑制するように、スイッチ素子の駆動周波数またはスイッチオン時間比を変化させる技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３３０５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
液晶表示装置の光源に限らず、放電ランプを調光点灯させることは一般的となっている。調光により無駄なエネルギー消費も防止できるので、点灯装置の重要な機能となっている。蛍光ランプのような低圧アーク放電ランプを調光すると、ランプ電流に反比例してランプ電圧が上昇する。すなわちランプ電流を少なくするとランプ電圧が上昇する。そのため放電ランプを調光する点灯装置では、調光時にランプ電圧が上昇しても安定したランプ放電を維持するように設計する必要がある。
【００１２】
蛍光ランプにおいては、ＬＣ共振回路を用いて周波数調光することが一般的である。主としてＬＣ共振回路のインダクタのインピーダンス変化を利用してランプ電流を制御する方法である。調光時にはインバータ回路の動作周波数を高めてインダクタのインピーダンスを増加させる。その結果、ランプ電流は減少する。
【００１３】
このように調光を行えば、ランプの電圧上昇に応じてインバータ回路の出力インピーダンスが増加するので、定電流特性を維持できる。この周波数調光にフィードバック制御を組み合わせることによりさらに広範囲な調光を行う技術もある。たとえば定電流フィードバック制御と周波数調光を併用すれば、調光を行いながらも電源変動やランプ特性変動を抑制する点灯が可能である。
【００１４】
しかし、液晶表示装置などに用いられる冷陰極蛍光ランプは、一般的な照明で用いられる熱陰極蛍光ランプと比ベるとランプ電圧が高くなる。これは発光管が長く、発光管の内径が小さいためである。そしてこのようなランプの電流を増減する調光は難しくなる。すなわち、さまざまな調光条件においてインバータ回路の出力インピーダンスがランプの等価的なインピーダンスより十分大きな値とするように設計ができないのである。そのような状況においては、出力インピーダンスで定電流性が足りない分をフィードバック制御のゲインを増加させるなどの方策が採られている。
【００１５】
ところが、フィードバック制御により発振周波数を変化させると、ランプ電流を安定な方向へ制御する反面、フィードバック制御が発振してしまうという問題がある。たとえば、インダクタによる定電流特性を利用したインバータ回路において、ランプ電流が少ないために周波数を下げて出力インピーダンスを下げることによりランプ電流を増加させるとき、出力インピーダンスの低下により定電流特性が悪化し、ランプ放電が不安定となり、ちらつきが発生するのである。
【００１６】
そこで、フィードバック制御ではなく安易にフィードフォワード制御を用いれば、発振などの問題は解決できそうであるが、さまざまな調光状態における制御パラメータの設定が複雑となり、設計が困難である。よって現実的ではない。
【００１７】
本発明は、このような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、蛍光ランプなどを点灯させる点灯回路において、ランプの電流が少なく電圧が高い状態においてもランプを安定に点灯させ、安価で高効率な点灯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１の発明は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、商用電源Ｖｉｎを整流する整流器ＤＢと、前記整流器ＤＢの出力を平滑する少なくとも１つの平滑回路（力率改善回路ＰＦＣ）と、前記平滑回路の出力を入力して高周波電圧を出力するスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２を有するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力と負荷であるランプＬａｍｐ１の間に挿入されたインピーダンス素子（インダクタＬｒ１）と、前記インバータ回路の駆動周波数を設定する周波数設定手段（周波数設定信号Ｆｒｑ）と、前記インバータ回路の入力電流またはランプ電流に相当する電流が一定値となるように前記周波数設定回路を制御するフィードバック回路（フィードバック制御器ＦＢ１）と、前記インバータ回路のスイッチ素子のオン時間または開閉位相を制御するパルス幅設定手段（パルス幅信号Ｄｔｙ１）と、前記インバータ回路の入力電圧または平滑回路の入力電圧を検知して前記インバータ回路の出力を補正する制御信号を前記パルス幅設定手段に与えるフィードフォワード回路（フィードフォワード制御器ＦＦ１）を備えることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、図１に示すように、前記平滑回路（力率改善回路ＰＦＣ）は出力電圧を略一定に制御する手段（出力電圧フィードバック回路ＣＴＲ１）を備え、前記フィードフォワード回路（フィードフォワード制御器ＦＦ１）は、前記インバータ回路のスイッチオンデューティ比を３０％〜５０％の範囲で制御することを特徴とする。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記パルス幅設定手段は、図５に示すように、前記フィードフォワード回路（フィードフォワード制御器ＦＦ１）の出力に所定値Ａｄｊ１〜Ａｄｊ３を加算する調整手段（加算器ＡＤＤ１〜ＡＤＤ３）を備え、前記調整手段の出力によって前記インバータ回路のスイッチ素子を制御することを特徴とする。
【００２１】
請求項４の発明は、請求項１または２の発明において、前記フィードフォワード回路は、図６、図７に示すように、前記パルス幅設定手段の設定値に応じて利得を増加させることを特徴とする。
【００２２】
請求項５の発明は、請求項１〜４の発明において、前記フィードバック回路は低域通過フィルタを備え、図４に示すように、閉回路利得が商用電源の２倍の周波数以下で１となる点を有することを特徴とする。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項１〜５の発明において、図１に示すように、前記平滑回路（力率改善回路ＰＦＣ）は、出力電圧ＶＤＣを検出する直流電圧検出器（抵抗Ｒａ１とＲａ２の直列回路）を備え、前記フィードフォワード回路（フィードフォワード制御器ＦＦ１）は前記直流電圧検出器の出力を検知して前記インバータ回路の出力を補正することを特徴とする。
【００２４】
請求項７の発明は、請求項１〜６の点灯装置を備えた照明器具である。
請求項８の発明は、請求項１〜６の点灯装置を備えたバックライト装置である（図８）。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、インバータ回路のスイッチ素子のオン時間または開閉位相を電源変動に応じてフィードフォワード制御すると共に、インバータ回路の発振周波数はランプ電流に応じてフィードバック制御するように構成したので、ランプの出力光のちらつきを低減できるとともに、電源の安定化が容易となり、回路効率の改善が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の上記および他の目的、特徴および利点を明確にすべく、以下添付した図面を参照しながら、本発明の実施の形態につき詳細に説明する。
【００２７】
（実施形態１）
図１に本発明の実施形態１の点灯回路を示す。本点灯回路は、商用電源Ｖｉｎを整流する整流回路ＤＢと、その出力を昇圧して平滑する力率改善回路ＰＦＣを有する。力率改善回路ＰＦＣは、出力電圧フィードバック回路ＣＴＲ１を備えている。すなわち、出力電圧ＶＤＣを抵抗Ｒａ１とＲａ２の直列回路で分圧し、その電圧が所定の値となるようにスイッチ素子Ｑ０のオン時間を制御する。この力率改善回路ＰＦＣは、インダクタＬ０、ダイオードＤ０、平滑コンデンサＣ０、スイッチ素子Ｑ０よりなる周知の昇圧チョッパ回路である。スイッチ素子Ｑ０は商用交流周波数よりも十分に高い周波数でオン・オフ制御され、平滑コンデンサＣ０には整流回路ＤＢの出力電圧を昇圧した直流電圧ＶＤＣが充電される。
【００２８】
力率改善回路ＰＦＣの出力電圧は、半導体スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２とその駆動回路ＤＲＶ、中間タップ付きトランスＴｒ１からなるプッシュプル型インバータ回路に供給される。駆動回路ＤＲＶはパルス幅変調器ＰＷＭ１の出力に応じて半導体スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２を交互にＯＮ／ＯＦＦさせる。中間タップ付きトランスＴｒ１の２次巻線出力間には、インダクタＬｒ１と蛍光ランプＬａｍｐ１の直列回路が接続される。また、蛍光ランプＬａｍｐ１の端子間にはキャパシタＣｒ１が接続されている。プッシュプルインバータ回路の高周波矩形波出力はインダクタＬｒ１とキャパシタＣｒ１の直列回路により波形整形され、蛍光ランプＬａｍｐ１へ電力が供給される。
【００２９】
本回路は、プッシュプル型インバータ回路の入力電流を一定に制御するフィードバック回路を備える。すなわち、インバータ回路の入力電流を電流検出回路ＤＥＴ１により検出し、その出力はフィードバック制御器ＦＢ１の比較値として入力される。また、フィードバック制御器ＦＢ１には調光器Ｄｉｍ１からの目標値信号Ａｉｍが入力されている。フィードバック制御器ＦＢ１は比較値が目標値Ａｉｍと一致するように周波数設定信号Ｆｒｑをパルス幅変調器ＰＷＭ１に送出する。フィードバック制御器ＦＢ１は例えば帰還インピーダンスとして積分回路を有するオペアンプなどで構成される。また、パルス幅変調器ＰＷＭ１はスイッチングレギュレータ制御用ＩＣ（例えばＴＬ４９４など）で構成され、周波数とパルス幅を制御可能となっている。
【００３０】
また、力率改善回路ＰＦＣの抵抗Ｒａ１，Ｒａ２の分圧電圧を入力とし、電源変動を相殺するようにパルス幅変調器ＰＷＭ１にパルス幅信号Ｄｔｙを与えるフィードフォワード制御器ＦＦ１を備えている。このように力率改善回路ＰＦＣの検出電圧（抵抗Ｒａ１，Ｒａ２の分圧電圧）をフィードフォワード制御器ＦＦ１の入力信号として共用することで電圧検出回路のコストを低減できる。また、電圧検出回路の消費電力も削減できる。
【００３１】
本実施形態の動作状態を図２に示す。図２には、力率改善回路ＰＦＣの出力電圧ＶＤＣと、フィードフォワード制御器ＦＦ１の出力電圧であるパルス幅信号Ｄｔｙと、調光器Ｄｉｍ１の出力である目標値Ａｉｍと、フィードバック制御器ＦＢ１の制御出力である周波数設定信号Ｆｒｑと、ランプ電流Ｉｌａが示されている。
【００３２】
力率改善回路ＰＦＣの出力電圧ＶＤＣは、図２のように周期的に電圧が変動する所謂リップル電圧を含んでいる。力率改善回路ＰＦＣ内の平滑コンデンサＣ０の容量を大きくすればリップル電圧を小さく出来るが、リップル電圧をゼロとするのは力率改善回路の原理的に困難である。また、平滑コンデンサＣ０の劣化によりリップル電圧は変化する。このリップル電圧によってランプなど負荷回路の周期的な電力変化が発生して問題となる。したがって、別途ＤＣ−ＤＣコンバータなどで電圧を安定化する必要があるが、ＤＣ−ＤＣコンバータによる電力ロスが生じてしまう。
【００３３】
そこで、本実施形態では、インバータ回路でリップル電圧分を出力補正する制御を行うのである。フィードフォワード制御器ＦＦ１により、力率改善回路ＰＦＣの出力電圧ＶＤＣが高いときにはインバータ回路の出力を少なくするように補正し、力率改善回路ＰＦＣの出力電圧ＶＤＣが低いときにはインバータ回路の出力を多くするように補正される。すなわち、力率改善回路ＰＦＣの出力電圧ＶＤＣが高いときは補正信号としてのパルス幅信号Ｄｔｙを低くし、力率改善回路ＰＦＣの出力電圧ＶＤＣが低いときは補正信号としてのパルス幅信号Ｄｔｙは高くする。パルス幅信号Ｄｔｙに比例してパルス幅変調器ＰＷＭ１は半導体スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング時間を増減させる。
【００３４】
一般的な設計の力率改善回路では、直流電圧のリップル電圧成分は、直流平均電圧値の±５％程度で振れる。さらに直流電圧には、負荷変動や入力電圧、素子のばらつきの影響で±１０％程度は変動が現れる。またさらにインバータ回路の半導体スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２が同時にオンすることのないように、デューティ比３〜５％程度のデッドタイムが必要である。したがって、パルス幅変調器ＰＷＭ１のスイッチオン時間は最大オンデューティ比を５０％として、３０％〜４５％の範囲となるように設計すればよい。
【００３５】
さらに、力率改善回路ＰＦＣの設計によっては、上記の直流電圧変化幅を少なくした設計は可能であり、その場合はスイッチオン時間の変化幅を小さく設計できるので、インバータ回路の電力変換効率を改善できる。
【００３６】
調光器Ｄｉｍ１はランプ電流の目標値Ａｉｍをフィードバック制御器ＦＢ１に設定する。その目標値Ａｉｍに応じてフィードバック制御器ＦＢ１は周波数設定信号Ｆｒｑを算出する。本実施形態では、インダクタＬｒ１のインピーダンスを可変することでランプ電流を増減しているので、ランプ電流を少なくするときは周波数設定信号Ｆｒｑを高くして、インバータ回路の動作周波数を高くし、ランプ電流を多くするときは周波数設定信号Ｆｒｑを低くして、インバータ回路の動作周波数を低くする。
【００３７】
その結果、図２のようにランプ電流Ｉｌａは調光器Ｄｉｍ１の出力信号Ａｉｍに応じて増減する。また、フィードフォワード制御器ＦＦ１により動作周波数とは独立してスイッチング時間が電源リップルに応じて変更されるので、ランプのちらつきを低減することができる。
【００３８】
本実施形態の回路では、フィードフォワード制御とフィードバック制御を組み合わせて最適な制御を実現することができる。以下、それぞれの制御の特徴を説明する。
【００３９】
まず、フィードフォワード制御は、あらかじめ予測可能な外乱に対して適している。前述のとおり、力率改善回路ＰＦＣを用いたとしても直流電圧ＶＤＣにはリップル電圧が発生している。しかしリップル電圧は安定に発生する外乱とも言える。つまり、決まった周期でしかも安定した振幅で変動が発生しているのである。このようなあらかじめ予測可能な外乱に対してはフィードフォワード制御が適する。そこで、インバータ回路において電源電圧変動を相殺するように半導体スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング時間をフィードフォワードで制御するのである。スイッチング時間をリップル電圧に応じて調整することで等価的に入力電圧を定電圧に近づけることが出来る。
【００４０】
ここで、フィードフォワード制御の応答特性は、電源周波数の２倍の周波数付近で十分な応答となるように設計すれば、誤動作も防止できるので好都合である。たとえば商用電源の周波数が６０Ｈｚであれば１２０Ｈｚのリップル電圧が発生するので、その１２０Ｈｚに十分応答できればよい。
【００４１】
一方、フィードバック制御はランプの温度特性やばらつき、経年変化を抑制するように動作する。これらの変動要素は予測が困難なため、フィードバック制御が適する。本実施形態では、入力電流が一定となるように、ランプ電流の増減をフィードバック制御して、ランプに供給する電力を一定に制御するのである。
【００４２】
このように本実施形態では、フィードフォワード制御とフィードバック制御をそれぞれ異なる入力信号と出力信号で独立して制御を行うことにより、最終的にはランプへの供給電力を一定に制御するのである。つまり、スイッチオン時間は電源変動による影響を抑制する制御系を構成し、スイッチング周波数はランプ出力を補正する制御系を構成することで、インバータ回路の出力インピーダンスが安定に設定制御される。よって、ランプの等価的なインピーダンスが高い調光状態においてもランプ安定点灯が可能となる。また、絶縁回路が容易に構成できるのでインバータ回路だけで絶縁とリップル電圧のレギュレーションが可能となり、本発明の目的である高効率とちらつきの抑制が安価に両立できる。
【００４３】
なお、本実施形態ではインバータ回路の構成として、プッシュプル型を例示したが、ハーフブリッジ型やフルブルッジ型でも同様な制御が可能である。特にフルブリッジ型では、スイッチングの位相制御により電力制御を行えるので、スイッチ素子の利用効率を高くすることができ、また、ハーフブリッジ型に比べるとトランスの１次電圧を高くでき、トランスの利用効率も高く出来るので、回路の小型化に有効である。
【００４４】
本実施形態では放電ランプの点灯回路を例示したが、インバータ回路の周波数を可変して負荷光源への電力量を調整する場合でも同様の効果を得ることが出来る。負荷光源としては、ＬＥＤなどの正の負荷特性を持つものにも応用できる。
【００４５】
本実施形態を用いれば、商用電源に起因する光変動を抑制し、高効率にランプに電力を供給することの出来る点灯装置を安価に提供できる。
【００４６】
（実施形態２）
図３に本発明の実施形態２の点灯回路を示す。本点灯回路は、商用電源Ｖｉｎを整流する整流回路ＤＢと、その出力を昇圧して平滑する力率改善回路ＰＦＣを有する。力率改善回路ＰＦＣは、出力電圧フィードバック回路ＣＴＲ１を備えている。力率改善回路ＰＦＣの出力電圧ＶＤＣは、半導体スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２とその駆動回路ＤＲＶ１１、中間タップ付きトランスＴｒ１からなるプッシュプル型インバータ回路に供給される。
【００４７】
駆動回路ＤＲＶ１１は内部に絶縁構造を有し、絶縁された１次側に結線されたパルス幅変調器ＰＷＭ１１の出力に応じて半導体スイッチ素子Ｑ１とＱ２を交互にＯＮ／ＯＦＦさせる。中間タップ付きトランスＴｒ１の２次巻線の出力間には、インダクタＬｒ１と蛍光ランプＬａｍｐ１の直列回路が接続されている。プッシュプル型のインバータ回路の高周波矩形出力はインダクタＬｒ１を介して、蛍光ランプＬａｍｐ１ヘ供給される。
【００４８】
また、ランプ電流を一定に制御するフィードバック回路を備えている。すなわち、ランプＬａｍｐ１に流れる電流を電流検出回路ＤＥＴ１で検知し、その検出信号をフィードバック制御器ＦＢ１の比較値として入力する。そしてフィードバック制御器ＦＢ１には調光器Ｄｉｍ１からの目標値信号Ａｉｍが入力されている。フィードバック制御器ＦＢ１は、比較値が目標値Ａｉｍと一致するように、周波数設定信号Ｆｒｑをパルス幅変調器ＰＷＭ１１に送出する。
【００４９】
また、力率改善回路ＰＦＣのチョークトランスＬ１の２次巻線電圧を入力とし、ランプ電流が一定となるようにパルス幅変調器ＰＷＭ１１にパルス幅信号Ｄｔｙ１を与えるフィードフォワード制御器ＦＦ１を備えている。チョークトランスＬ１には力率改善回路ＰＦＣの入力電圧に応じた電圧が発生しているので、リップル電圧の変動を検知でき、これをフィードフォワード制御に利用できる。なお、絶縁部を示す破線は、これを境として電源側と負荷側が絶縁されていることを示しており、各トランスのコアは独立である。
【００５０】
本実施形態では、フィードバック制御の設計に関して説明する。前述のとおり、フィードバック制御は、ランプの温度特性やばらつき、経年変化を抑制するように動作する。これらの変動要素は予測が困難なため、フィードバック制御が適している。しかし、フィードフォワード制御とフィードバック制御が同時に行われると、点灯制御は不安定な状態となることがある。その結果としてランプがちらつく問題がある。
【００５１】
この問題を解決するためにフィードバック制御の応答性を適切に設定する。本実施形態において、フィードバック制御はランプの温度特性やばらつき、経年変化を抑制する制御であるから、制御の応答速度は比較的遅く設計しても問題はない。そこで、フィードフォワード制御が主体的に動作する周波数領域において、フィードバック制御は応答しないように設計すればよい。すなわち、フィードバックループ内に低域通過フィルタを備え、商用電源周波数の２倍の帯域においてフィードバックゲインが１（０ｄＢ）となるようにフィードバック回路を設計する。
【００５２】
図４は設計の一例を示す説明図であり、フィードフォワード制御とフィードバック制御の周波数に対する利得の変化が示されている。図より、フィードフォワード制御は周波数ｆｃ１を極として、利得を低減する特性であり、フィードバック制御は周波数ｆｃ２を極として利得を低減する特性となっていることが分かる。そして、周波数ｆｃ１においてフィードバック制御の利得は１（０ｄＢ）となっている。
【００５３】
ここで、周波数ｆｃ１は商用電源周波数の２倍に設定される。すなわち、商用電源周波数が５０Ｈｚの場合、周波数ｆｃ１は１００Ｈｚである。この周波数ｆｃ１においてフィードバック制御は応答しないように設定される。このようにすれば、電源リップルに起因したフィードバック制御の不安定な動作を防止できる。
【００５４】
ところで、この利得特性で周波数ｆｃ２より低い周波数において、フィードフォワード制御とフィードバック制御の両方の利得が最大となっているが、これは問題ではない。なぜなら、実際にフィードバック制御の対象となる外乱要因は、電源リップルと直流電圧のばらつきだけだからである。つまり、力率改善回路ＰＦＣの出力電圧ＶＤＣは、商用電源周波数以下では定電圧制御が有効となるからである。直流電圧のばらつきは、力率改善回路ＰＦＣの制御指令値のずれなどによるものであり、周期的な変動ではない。したがって、フィードバック制御が応答してランプがちらつくことはない。もし力率改善回路ＰＦＣにより安定化できない周期的な電圧変動が生じた場合は、遮断周波数ｆｃ２をさらに低く設定すればよい。
【００５５】
本実施形態を用いれば、商用電源に起因する光変動を抑制し、高効率にランプに電力を供給することの出来る点灯装置を安価に提供できる。
【００５６】
（実施形態３）
図５に本発明の実施形態３の点灯回路を示す。本点灯回路は、商用電源Ｖｉｎを整流する整流器ＤＢ、整流器ＤＢの出力を平滑して直流電圧ＶＤＣを出力する力率改善回路ＰＦＣ、力率改善回路ＰＦＣの出力を入力して高周波電圧を出力するインバータ回路ＩＮＶ１〜ＩＮＶ３、インバータ回路ＩＮＶ１〜ＩＮＶ３の出力に接続されるバラスト素子Ｚ１〜Ｚ３を備えている。ランプＬａｍｐ１〜Ｌａｍｐ３はそれぞれバラスト素子Ｚ１〜Ｚ３を介してインバータ回路ＩＮＶ１〜ＩＮＶ３に接続されている。また、それぞれのインバータ回路ＩＮＶ１〜ＩＮＶ３は、パルス幅変調器ＰＷＭ１〜ＰＷＭ３によって動作している。
【００５７】
パルス幅変調器ＰＷＭ１〜ＰＷＭ３の発振周波数はフィードバック制御器ＦＢ１で決定されている。また、パルス幅変調器ＰＷＭ１〜ＰＷＭ３のオン・デューティ（スイッチＯＮ時間）は加算器ＡＤＤ１〜ＡＤＤ３の出力で個別に決定されている。加算器ＡＤＤ１〜ＡＤＤ３は、フィードフォワード制御器ＦＦ１の出力とそれぞれの加算器ＡＤＤ１〜ＡＤＤ３に対応する調整値Ａｄｊ１〜Ａｄｊ３を加算する動作を行っている。
【００５８】
本実施形態では、同一周波数で一度に複数のランプＬａｍｐ１〜Ｌａｍｐ３を点灯させるときに生じるちらつきやむらを解決することが出来る。点灯回路のランプ電流を安定にするためのバラスト素子Ｚ１〜Ｚ３には素子ばらつきが存在し、ランプ電流のばらつきに影響する。バラスト素子Ｚ１〜Ｚ３には損失を低減するためにインダクタまたはキャパシタなどのリアクタンス素子を用いることが多く、その素子ばらつきによるランプ電流のばらつきを補正するために、インバータ回路の動作周波数に偏差を設けて調整することが一般的になされている。しかし、この周波数による補正には、周波数差による電圧干渉という課題がある。すなわち複数のインバータ回路でランプをそれぞれ点灯させたときに、インバータ回路の周波数差によりランプ間に電圧干渉が生じてランプ電流が変化してちらつくのである。
【００５９】
そこで本実施形態では、各インバータ回路ＩＮＶ１〜ＩＮＶ３の動作周波数を一定に制御して、スイッチオン時間について個別に調整回路を設けることで電圧干渉によるちらつきの回避とランプ電流のばらつき低減を両立しようというのである。たとえばバラスト素子Ｚ１のばらつきによりランプ電流が５％増加したときは、調整値Ａｄｊ１によりインバータ回路ＩＮＶ１のスイッチ素子のオン時間を標準の５％程度短くする。すなわち標準がＤｕｔｙ４０％のオン時間であれば、Ｄｕｔｙ３８％付近となるように調整値Ａｄｊ１を設定すればよい。調整値Ａｄｊ１〜Ａｄｊ３は半固定抵抗器やトリミング抵抗を用いて製品調整時に容易に設定可能である。また、デジタル的な記憶手段などを用いて使用途中で自己調整などを行うことも可能である。さらにマイクロプロセッサのタイマ機能などを用いてインバータ回路ＩＮＶ１〜ＩＮＶ３の各スイッチ素子をＰＷＭ制御すれば制御回路が大幅に簡略化できる。すなわちフィードバック制御部ＦＢ１やフィードフォワード制御部ＦＦ１に高速な演算を必要としないので、１つのマイクロプロセッサで多くのインバータ回路ＩＮＶ１〜ＩＮＶ３を同時に制御出来る。
【００６０】
本実施形態を用いれば、多数のランプを一度に点灯する点灯回路においても、商用電源に起因する光変動を抑制し、高効率にランプに電力を供給することの出来る点灯装置を安価に提供できる。
【００６１】
（実施形態４）
図６に本発明の実施形態４の点灯回路を示す。本点灯回路は、商用電源Ｖｉｎを整流する整流器ＤＢ、整流器ＤＢの出力を平滑して直流電圧ＶＤＣを出力する力率改善回路ＰＦＣ、力率改善回路ＰＦＣの出力を入力して高周波電圧を出力するインバータ回路ＩＮＶ１、インバータ回路ＩＮＶ１の出力に接続されるバラスト素子Ｚ１を備えている。放電ランプＬａｍｐ１はバラスト素子Ｚ１を介してインバータ回路ＩＮＶ１の出力に接続されている。インバータ回路ＩＮＶ１はパルス幅変調器ＰＷＭ１によって動作している。
【００６２】
パルス幅変調器ＰＷＭ１の発振周波数は、フィードバック制御器ＦＢ１で決定されている。また、パルス幅変調器ＰＷＭ１のオン・デューティ（スイッチＯＮ時間）は加算器ＡＤＤ１の出力で決定されている。加算器ＡＤＤ１は、フィードフォワード制御器ＦＦ１の出力とスイープ発生器Ｓｗｐの信号を加算する動作を行っている。
【００６３】
図７は本実施形態の動作を示す。図７には上から、力率改善回路ＰＦＣの出力電圧ＶＤＣ、パルス幅変調器ＰＷＭ１のデューティ制御信号Ｄｔｙ１、スイープ発生器Ｓｗｐの信号出力、ランプＬａｍｐ１に流れる電流の時間変化が示されている。スイープ発生器Ｓｗｐは台形状の電圧を周期的に発生する。すなわち、時間ｔ１〜ｔ２で電圧を緩やかに立ち上げ、ｔ２〜ｔ３で電圧を維持し、ｔ３〜ｔ４で電圧を緩やかに立ち下げる。ｔ５の時点以降もｔ１〜ｔ５の期間と同様な動作を繰り返す。
【００６４】
スイープ発生器Ｓｗｐの信号出力とフィードフォワード制御器ＦＦ１の信号は加算され、図のようなパルス幅変調器ＰＷＭ１のデューティ制御信号Ｄｔｙ１が生成される。このパルス幅変調器ＰＷＭ１のデューティ制御信号Ｄｔｙ１を元にインバータ回路ＩＮＶ１はスイッチ素子のＯＮ時間制御を行う。その結果、ランプＬａｍｐ１の点灯電流もスロープを持って周期的に発生する、いわゆるバースト点灯となる。
【００６５】
時間ｔ１〜ｔ２の期間は、インバータ回路ＩＮＶ１の出力電圧を高くしてランプを始動させる期間である。また、時間ｔ３〜ｔ４は、インバータ回路ＩＮＶ１の出力電圧を低くしてランプを消灯させる期間である。
【００６６】
本実施形態は、バースト点灯制御においてランプの始動部分と消灯部分の光変動を低減する効果を奏する。ランプ出力が高いときは期間ｔ２〜ｔ３のような点灯期間が長く、ランプの始動部分や消灯部分での光変動の影響が少なく、光が変動する問題は生じにくい。しかし、期間ｔ２〜ｔ３が短くなるような深い調光状態では、始動部分や消灯部分の光の割合が大きくなる。そのため、インバータ回路の入力電圧の変動による始動部分や消灯部分のランプ電圧変化のために光が変動することが問題となってくる。
【００６７】
そこで、本実施形態ではスイープ発生器Ｓｗｐの信号に応じてフィードフォワード制御器ＦＦ１のゲインＧａｉｎを変更する。つまり、デューティ制御信号Ｄｔｙ１が小さいときはフィードフォワード制御のゲインは小さくし、デューティ制御信号Ｄｔｙ１のレベルが増大するのに応じて徐々にフィードフォワード制御のゲインを大きくする。そうすれば、スイープの途中においてもインバータ回路の入力電圧の変動によるインバータ回路の出力電圧のばらつきを抑えることが出来る。
【００６８】
本実施形態を用いれば、深い調光を行う点灯回路においても、商用電源に起因する光変動を抑制し、高効率にランプに電力を供給することの出来る点灯装置を安価に提供できる。
【００６９】
（実施形態５）
図８は本発明の点灯装置を用いた液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。液晶パネルＬＣＰの背面（直下）にバックライト装置が配置されており、バックライト装置は、筐体２２と、この上に設置された反射板２３及び複数の放電ランプＬａｍｐ１〜Ｌａｍｐ４と、その上方に設置された拡散板２５、プリズムシート等の光学シート２６とから構成されている。また、筐体２２の背面に放電ランプＬａｍｐ１〜Ｌａｍｐ４を点灯するランプ点灯装置２１が設置されている。反射板２３は各放電ランプＬａｍｐ１〜Ｌａｍｐ４の照射光を有効に前面に指向させるものである。拡散板２５は放電ランプＬａｍｐ１〜Ｌａｍｐ４及び反射板２３からの光を拡散させて前面への照明光の明るさ分布を平均化する機能を有する。
【００７０】
なお、本発明の点灯装置の用途は液晶表示装置のバックライト装置に限定されるものではなく、一般の照明器具にも搭載できることは言うまでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態１の回路図である。
【図２】本発明の実施形態１の動作説明図である。
【図３】本発明の実施形態２の回路図である。
【図４】本発明の実施形態２の動作説明図である。
【図５】本発明の実施形態３の回路図である。
【図６】本発明の実施形態４の回路図である。
【図７】本発明の実施形態４の動作説明図である。
【図８】本発明の点灯装置を用いた液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００７２】
ＦＦ１  フィードフォワード制御器
ＦＢ１  フィードバック制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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