(57)【要約】  インバータの出力電力を任意に調整し、インバータの出力電圧波形を略正弦波状にし、且つ、バースト制御による動作・停止の期間に関わらずインバータ前段のコンバータの出力電圧を略一定にするため、交流電源または直流電源を入力して所定の直流電圧に変換するコンバータ（１０）とそのコンバータ（１０）の出力電圧を所定周波数の交流電圧に変換するインバータ（２０）とを備え、インバータ（２０）は外部から入力される調光信号に基づいてバースト制御を行い、コンバータ（１０）がインバータ（２０）のバースト制御の動作期間・停止期間に係わらず動作するとともに、インバータの動作期間での管電流の検出信号に応じて負帰還制御を行う。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源または直流電源から電源電圧を入力し直流電圧へ変換するコンバータと、該コンバータの出力電圧を所定のスイッチング周波数でスイッチング動作を行って交流電圧へ変換し放電管へ出力するインバータと、から構成される放電管点灯装置において、
前記インバータは、一定のオンデューティ比で前記スイッチング動作を行うスイッチング手段と、前記スイッチング周波数に比べて十分に低い周波数で動作・停止を繰り返すバースト制御を行うとともに、外部から入力される制御信号に基づいて前記バーストの動作期間／停止期間の割合を制御するバースト制御手段を備え、
前記コンバータは、前記インバータのバースト制御の動作・停止にかかわらず動作するとともに、前記放電管の電圧または電流の検出信号に応じて前記放電管の電圧または電流を安定化する負帰還制御手段を備え、
前記インバータのバースト制御の動作期間での放電管の電圧または電流を検出して前記コンバータへ前記検出信号を与える負荷検出手段を設けたことを特徴とする放電管点灯装置。
【請求項２】
前記放電管の管電流を検出する管電流検出回路を設けるとともに、前記バースト制御の動作期間の一部または全期間の管電流を検出し、その期間での平均値を前記検出信号とする請求項１に記載の放電管点灯装置。
【請求項３】
前記コンバータは、誘導リアクタンス素子と、商用交流電源から電圧を入力して前記誘導リアクタンス素子に対する入力電流を断続するスイッチング素子と、前記誘導リアクタンス素子に蓄積されたエネルギを整流平滑して出力する整流平滑回路と、前記商用交流電源からの入力電流が入力電圧にほぼ相似形に変化するように前記スイッチング素子のオンデューティ比を制御するスイッチング制御回路と、を備えたコンバータである請求項１または２に記載の放電管点灯装置。
【請求項４】
前記コンバータは絶縁トランスを有する絶縁型コンバータである請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の放電管点灯装置。
【請求項５】
前記インバータは絶縁トランスを有する絶縁型インバータである請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の放電管点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、たとえば液晶ディスプレイ等のバックライトに用いられる冷陰極管等の放電管を点灯させる放電管点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に誘導電動機や、ＨＩＤランプを駆動するインバータでは、その出力電力の調整は波高値を制御することによって行われる。特許文献１には、出力電力の制御範囲を広げるため、重負荷時にはＰＡＭ制御を行い、軽負荷時にＰＷＭ制御を行うＰＦＣ（力率改善）コンバータと、このコンバータの出力を入力して誘導電動機を駆動するインバータとを備えた回路が示されている。また、特許文献２には、ＰＦＣコンバータと、このコンバータの出力を入力して、ＨＩＤランプを駆動するインバータとを備えた回路が示されている。【０００３】
一方、例えば液晶ディスプレイのバックライト用の電源としては、誘導電動機やＨＩＤランプと比較して、インバータの供給電力の範囲がより広範囲であることが求められる。これは、部屋が暗ければバックライトの輝度を低い状態で使用されることが多く、部屋が明るければ、それに応じてバックライトの輝度も高める必要があるからである。この制御をＰＷＭ制御で行うと、輝度が低い場合にインバータへ入力される電圧の波高値の低下や電圧歪（正弦波状から大きく外れる現象）が発生し、バックライトのちらつきが生じたり、点灯しなかったりする場合がある。このため、特許文献３に示されるようなバースト制御が採用されている。【０００４】
ここで、特許文献３のバックライト制御装置について図１を基に説明する。
図１において、蛍光ランプ４に流れる電流を抵抗Ｒ４で電圧信号として検出し、かつ、ダイオードＤ１とコンデンサＣ３で整流し平均電圧を取り出す。この平均電圧と調光電圧Ｖｃｏｎを、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２により分圧し調光制御回路１に入力する。調光制御回路１では入力された電圧によりトランジスタＱ１を、インバータ回路の発振周波数の数分の一から数十分の一の周波数でデューティ制御するオン・オフする信号を出力し、トランジスタＱ１においてインバータ回路に入力する電圧の制御を行う。すなわち、調光電圧Ｖｃｏｎが下がると、調光制御回路１に入力される電圧が下がり、調光制御回路１はトランジスタＱ１のオンしている期間を長くし、蛍光ランプ４に電流が流れている期間を増加させるように動作する。逆に、調光電圧Ｖｃｏｎを上がると、調光制御回路１に入力される電圧が下がり、調光制御回路１はトランジスタＱ１のオンしている期間を短くし、蛍光ランプ４に電流が流れている期間を減少させるように動作する。このときの蛍光ランプが点灯している期間と消灯している期間の比によって、バックライトの明るさを変化させる。【０００５】
また、インバータ回路に入力される電圧を抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６とで分圧した電圧として取り出し、この検出電圧を入力電圧制御回路２に入力する。入力電圧制御回路２では、この電圧によりトランジスタＱ１をインバータ回路の発振周波数の２倍の周波数でデューティ制御するオン・オフ信号を出力し、トランジスタＱ１においてインバータ回路に入力される電圧をあらかじめ設定した値に制限する。【０００６】
また、調光制御回路１と入力電圧制御回路２から出力されるオン・オフ信号を論理回路３で論理和をとることにより、バースト制御とPWM制御をトランジスタＱ１で行う。
【特許文献１】特開平６−１０５５６３号公報
【特許文献２】特許第３７５２２２２号公報
【特許文献３】特開平１１−１２２９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献３に示されているバックライト制御装置においては、前段のコンバータのバースト動作の影響により、入力電流がパルス状の電流となる。したがって、仮に前段のＱ１，Ｌ１のみで構成される回路をＰＦＣコンバータとした場合、負荷である冷陰極管の管電流をフィードバックしてＰＦＣの出力電圧（インバータ回路への入力電圧）をバースト制御すると、インバータ回路が止まっている期間は管電流も低下してＰＦＣが正常に動作せず、力率が悪化してしまう。【０００８】
また、最近は液晶テレビなどにおいて、比較的高電圧を必要とする冷陰極管点灯装置と、それ以外のＣＰＵ等の負荷を共通の電源回路で駆動しようとする流れがあるが、コンバータをバースト制御すると、そのバースト制御により前段のコンバータが停止状態にあるとき回路全体が停止することになるため、前段のコンバータの出力電圧をインバータの入力以外に用いることができない、という問題も生じる。【０００９】
そこで、この発明の目的は、インバータの出力電力を任意に調整することができ、インバータの出力電圧波形を略正弦波状にすることができ、また、バースト制御による動作・停止の期間に関わらず、インバータの前段にあるコンバータの出力電圧を略一定にすることができ、この出力電圧を他の負荷に利用することができる放電管点灯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、交流電源または直流電源から電源電圧を入力し直流電圧へ変換するコンバータと、該コンバータの出力電圧を所定のスイッチング周波数でスイッチング動作を行って交流電圧へ変換し放電管へ出力するインバータと、から構成される放電管点灯装置において、
前記インバータは、一定のオンデューティ比で前記スイッチング動作を行うスイッチング手段（Ｑ２１，Ｑ２２＋インバータ制御回路２５）と、前記スイッチング周波数に比べて十分に低い周波数で動作・停止を繰り返すバースト制御を行うとともに、外部から入力される制御信号に基づいて前記バーストの動作期間／停止期間の割合を制御するバースト制御手段（バースト制御回路２４）を備え、
前記コンバータは、前記インバータのバースト制御の動作・停止にかかわらず動作するとともに、前記放電管の電圧または電流の検出信号に応じて前記放電管の電圧または電流を安定化する負帰還制御手段（スイッチング制御回路１２）を備え、
前記インバータのバースト制御の動作期間での放電管の電圧または電流を検出して前記コンバータへ前記検出信号を与える負荷検出手段（管電流検出回路３１＋サンプル・ホールド回路３２）を設けたことを特徴とする。【００１１】
また、前記放電管の管電流を検出する管電流検出回路を設けるとともに、前記バースト制御の動作期間の一部または全期間の管電流を検出し、その期間での平均値を前記検出信号としてもよい。【００１２】
例えば前記コンバータは、誘導リアクタンス素子と、商用交流電源から電圧を入力して前記誘導リアクタンス素子に対する入力電流を断続するスイッチング素子と、前記誘導リアクタンス素子に蓄積されたエネルギを整流平滑して出力する整流平滑回路と、前記商用交流電源からの入力電流が当該商用交流電源の電圧にほぼ相似形に変化するように前記スイッチング素子をスイッチングするスイッチング制御回路と、を備えた力率改善機能を有するコンバータである。【００１３】
また、前記コンバータは例えば絶縁トランスを有する絶縁型コンバータとする。【００１４】
また、前記インバータは例えば絶縁トランスを有する絶縁型インバータとする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、インバータの出力をバースト制御によって広範囲に亘り調整することができ、且つインバータは一定のオンデューティ比でスイッチング動作するので、このデューティ比を高く設定することが可能となり、インバータの出力波形をほぼ正弦波にすることができる。しかもインバータがバースト制御を行うにもかかわらずコンバータの負帰還制御により放電管に対する出力が安定化される。【００１６】
また、コンバータはバースト制御にかかわらず動作するので、コンバータは放電管以外の負荷へも電力供給を行える。【００１７】
また、この発明によれば、バースト制御の動作期間の一部または全期間の管電流の平均値を検出信号としてコンバータへフィードバックすることにより、管電流を正確に検出でき、しかもバースト制御の停止期間においても安定して電圧制御をすることができる。【００１８】
また、この発明によれば、バースト制御を行うインバータに対して電力供給するコンバータとして、誘導リアクタンス素子と、商用交流電源から電圧を入力して誘導リアクタンス素子に対する入力電流を断続するスイッチング素子と、誘導リアクタンス素子に蓄積されたエネルギを整流平滑して出力する整流平滑回路と、商用交流電源からの入力電流が当該商用交流電源の電圧にほぼ相似形に変化するようにスイッチング素子をスイッチングするスイッチング制御回路と、を備えた力率改善機能を有するコンバータ（ＰＦＣコンバータ）を用いることができ、力率の低下および高調波電流の発生が抑えられる。すなわち、インバータがバースト動作してもＰＦＣコンバータは正常に力率改善効果を奏するので、商用交流電源から見て高力率の負荷となり、高調波電流の発生も抑えられる。【００１９】
また、この発明によれば、前記コンバータを、絶縁トランスを有する絶縁型コンバータとすることにより、例えば液晶バックライト用の放電管点灯装置のように商用交流電源の入力に対して強化絶縁が必要である場合でも、その強化絶縁を簡素な構成で実現できる。【００２０】
同様に、前記インバータを、絶縁トランスを有する絶縁型インバータとすることにより、簡素な構成で強化絶縁を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】特許文献１に示されているバックライト制御装置の回路図である。
【図２】第１の実施形態に係る放電管点灯装置の回路図である。
【図３】同放電管点灯装置のサンプル・ホールド回路等の例を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る放電管点灯装置の回路図である。
【図５】同放電管点灯装置の絶縁型ＰＦＣコンバータの動作を説明するための波形図である。
【図６】第３の実施形態に係る放電管点灯装置の回路図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０−コンバータ
１２−スイッチング制御回路
２０−インバータ
２３−インバータトランス
２４−バースト制御回路
２５−インバータ制御回路
３１−管電流検出回路
３２−サンプル・ホールド回路
４０−放電管（冷陰極管）
５０−絶縁型ＰＦＣコンバータ
６０−ダイオードブリッジ
７０−非絶縁型ＰＦＣコンバータ
８０−絶縁型インバータ
８３−絶縁トランス
８４−高圧トランス
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
《第１の実施形態》
図２は第１の実施形態に係る放電管点灯装置の回路図である。この放電管点灯装置は、直流電源ＤＣを入力して所定の直流電圧を出力するコンバータ１０、及びコンバータ１０の出力電圧を入力して交流高電圧を出力して放電管４０ａ，４０ｂ，４０ｃ・・・４０ｎを点灯させるインバータ２０で構成している。コンバータ１０は、スイッチング素子Ｑ１１、インダクタ（誘導リアクタンス素子）Ｌ１１、ダイオードＤ１１、コンデンサＣ１１、及びスイッチング素子Ｑ１１を制御するスイッチング制御回路１２を備えている。このコンバータ１０は降圧型スイッチングレギュレータを構成していて、スイッチング制御回路１２によるスイッチング素子Ｑ１１のオンデューティ比によって入力電圧に対する出力電圧の比を制御する。【００２４】
インバータ２０は、スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２、コンデンサＣ２１，Ｃ２２、インバータトランス２３ａ，２３ｂ，２３ｃ・・・２３ｎ、スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２を制御するインバータ制御回路２５、及びインバータ制御回路２５をバースト制御するバースト制御回路２４を備えている。このインバータ２０はハーフブリッジインバータ回路を構成していて、インバータ制御回路２５はスイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２をオンデューティ比５０％で交互にオン・オフする。これによりインバータトランス２３ａ〜２３ｎの二次側にはほぼ正弦波状の電圧が発生し、放電管（冷陰極管）４０ａ〜４０ｎに対してそれぞれ所定の高電圧が印加される。【００２５】
インバータトランス２３ａ〜２３ｎの二次側には直列に管電流検出回路３１ａ〜３１ｎを設けている。これらの管電流検出回路３１ａ〜３１ｎは、インバータトランス２３ａ〜２３ｎの二次側に流れる電流（管電流）を抵抗の降下電圧として取り出し、それを一定ゲインで増幅して管電流に比例した電圧信号として出力するものである。【００２６】
サンプル・ホールド回路３２は、複数の管電流検出回路３１ａ〜３１ｎの出力電圧の合成電圧を入力してインバータ制御回路２５から与えられるサンプル・ホールド切り換え信号のタイミングでサンプリング及びホールドを行い、その電圧信号をスイッチング制御回路１２へ帰還する。インバータ制御回路２５はバースト制御のオン期間内の所定のタイミングでサンプリングが行われるようにサンプル・ホールド切り換え信号を発生し、それをサンプル・ホールド回路３２へ出力する。【００２７】
上記管電流検出回路３１及びサンプル・ホールド回路３２が本発明に係る負荷検出手段に相当する。またスイッチング制御回路１２が負帰還制御手段に相当する。【００２８】
バースト制御回路２４は外部から与えられる調光信号に応じてインバータ制御回路２５をバースト制御する。すなわち動作期間と停止期間を交互に設けるとともに、動作期間と停止期間の割合を定める。外部から与えられる調光信号に応じて放電管４０ａ〜４０ｎの輝度を上げる場合にはインバータ制御回路２５の（動作期間／停止期間）の割合を増してインバータ２０の出力平均電力を増大させる。逆に、放電管４０ａ〜４０ｎの輝度を下げる場合にはインバータ制御回路２５の（動作期間／停止期間）の割合を減らしてインバータ２０の出力平均電力を減少させる。このバースト周波数を、人間がちらつきとして感じない程度に高く、且つインバータのスイッチング周波数より十分に低い周波数に選定しておくことによって、ちらつきのないバースト制御による調光制御が可能となる。【００２９】
また、コンバータをバースト制御するのではなくインバータをバースト制御するようにし、そのバースト制御に係わらずコンバータは常に動作するため、コンバータの出力電圧を例えばＣＰＵを含む制御回路等、インバータの入力以外に用いることができる。【００３０】
図３（Ａ）は図２に示したサンプル・ホールド回路３２の構成を示す図である。サンプル・ホールド回路は、基本的に図３（Ａ）に示すように入力側に設けたスイッチ素子とそのスイッチ素子を介して印加され電圧を保持するキャパシタとから構成され、必要に応じてキャパシタの充電電圧を高入力インピーダンスで入力して増幅するオペアンプを設ける。【００３１】
この構成により図２に示したようにインバータ制御回路２５から与えられるサンプル・ホールド切り換え信号によってスイッチ素子を断続することにより、インバータ制御回路２５がバースト制御の導通期間であるときの管電流に比例した電圧がホールドされることになる。【００３２】
また図３（Ｂ）はサンプル・ホールド切り換え信号によらない回路の例である。この例は図３（Ｂ）に示すようにダイオード、キャパシタ及び抵抗からなり、変動する入力電圧のほぼピーク電圧をコンデンサに充電し出力するものであり、ピークホールド回路を構成している。図２に示したインバータ制御回路２５がバースト制御回路２４の制御によってスイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２のいずれもオフ状態に保っている期間（バースト制御の停止期間）では管電流がほぼ０となり、バースト制御の動作期間では管電流が生じるので、管電流のピーク電圧を検出することよって、放電管４０ａ〜４０ｎの点灯時の管電流に比例した電圧信号を取り出すことができる。【００３３】
なお、図２に示したサンプル・ホールド回路３２を、インバータ２０のバースト制御における動作期間での管電流に比例した電圧信号の平均値を求めるように構成してもよい。また、動作期間の一部での平均値を検出するようにしてもよい。インバータ２０をバースト制御すると連続動作させた場合に比べて管電流の変動が大きくなるが、上述のように動作期間での管電流の平均値を求めることにより、バースト制御における動作期間内での管電流の変動による悪影響を抑えることができる。【００３４】
《第２の実施形態》
図４は第２の実施形態に係る放電管点灯装置の回路図である。第１の実施形態ではインバータに電力供給を行うコンバータとして降圧チョッパー回路を構成したが、この第２の実施形態では絶縁トランスＴ１（本発明に係る誘導リアクタンス素子）を備えたフライバック型で絶縁型のＰＦＣ（力率改善）コンバータを構成している。この絶縁型ＰＦＣコンバータ５０は、ダイオードブリッジ６０、ノイズ除去用コンデンサＣ５２、絶縁トランスＴ１、整流ダイオードＤ５１、平滑コンデンサＣ５１、スイッチング素子Ｑ５１、スイッチング制御回路５３、及びスイッチング制御回路５３に対して絶縁状態で帰還信号を与える絶縁手段５２を備えている。【００３５】
この絶縁型ＰＦＣコンバータ５０は商用交流電源ＡＣが印加される。コンデンサＣ５２は平滑用コンデンサではなくノイズ除去用の低容量のコンデンサであり、絶縁トランスＴ１の一次側にはダイオードブリッジ６０による全波整流波形の電圧が印加される。【００３６】
スイッチング制御回路５３はスイッチング素子Ｑ５１のオンデューティ比を制御することによって出力電圧を安定にするとともにコンバータ５０に対する入力電流が正弦波状になるように制御する。これにより高力率動作が可能となる。【００３７】
図４に示したインバータ２０の構成は図２のインバータ２０と同様である。絶縁手段５２はサンプル・ホールド回路３２の出力電圧を例えばフォトカプラ等でスイッチング制御回路５３へ検出信号として与えるものである。【００３８】
図５は図４に示した絶縁型ＰＦＣコンバータ５０の動作を示す波形図である。ここで図５（Ａ）は商用交流電源ＡＣの入力電圧波形、図５（Ｂ）は絶縁型ＰＦＣコンバータ５０の入力電流波形である。このように入力電流波形の包絡線は入力電圧波形と相似形となる。【００３９】
ここで仮に図4に示したＰＦＣコンバータ５０のスイッチング素子Ｑ５１を調光のためにバースト制御した場合、図５（Ｃ）に示すようにバースト制御の動作期間で電流が流れ、停止期間で電流が遮断されることになり、力率が低下し、また入力電流が高調波成分を多く含むことになる。すなわちＰＦＣコンバータとしては機能しない。この第２の実施形態によれば、調光のためのバースト制御はインバータ側で行い、コンバータではバースト制御を行わないので、高力率特性を維持できる。【００４０】
《第３の実施形態》
図６は第３の実施形態に係る放電管点灯装置の回路図である。この実施形態では非絶縁型のＰＦＣコンバータと絶縁型インバータとを備えている。非絶縁型ＰＦＣコンバータ７０は、ダイオードブリッジ６０，インダクタＬ７１、ダイオードＤ７１、コンデンサＣ７１、スイッチング素子Ｑ７１、及びＰＦＣ制御回路７２を備えている。この構成により昇圧型チョッパー回路を構成している。ＰＦＣ制御回路７２は、正弦波状の電流が非絶縁型ＰＦＣコンバータ７０に入力されるようにスイッチング素子Ｑ７１をオン・オフ制御する。【００４１】
絶縁型インバータ８０は、２つのスイッチング素子Ｑ８１，Ｑ８２、コンデンサＣ８１，Ｃ８２、絶縁トランス８３、高圧トランス８４ａ，８４ｂ・・・８４ｎ、管電流検出回路３１ａ，３１ｂ・・・３１ｎ、及びバースト制御回路を含むインバータ制御回路８５を備えている。【００４２】
サンプル・ホールド回路３２はインバータ制御回路８５からのサンプル・ホールド切り換え信号に応じて管電流検出回路３１ａ，３１ｂ・・・３１ｎの出力信号をサンプル・ホールドし、ＰＦＣ制御回路７２へ帰還する。【００４３】
インバータ制御回路８５は図２に示したインバータ制御回路２５とバースト制御回路２４を含む回路であり、外部から与えられる調光信号に応じてスイッチング素子Ｑ８１，Ｑ８２の交互オン・オフによるインバータ制御を（それ自体を）バースト制御により動作・停止する。【００４４】
なお、インバータ制御回路８５に対する調光信号の入力部及びサンプル・ホールド回路３２の入力部は絶縁型で信号入力を行うように構成している。この構成により絶縁型の放電管点灯回路となるので、商用交流電源入力に対して強化絶縁が必要な場合に、簡素な構成でそれが実現できる。【００４５】
なお、第１〜第３の実施形態では管電流検出回路３１によって放電管に流れる電流を検出し、その管電流が一定となるようにインバータに対する電圧を負帰還制御するように構成したが、放電管に対する印加電圧を検出してその電圧が一定となるようにインバータに供給する電圧を負帰還制御するようにしてもよい。【００４６】
また、この発明は後段のインバータ方式（ハーフブリッジ、フルブリッジ、プッシュプル等）によらずに実施可能であることは言うまでもない。【００４７】
また、第１〜第３の実施形態では、放電管の数を複数に構成したが、１本であっても実施可能であることは言うまでもない。【００４８】
また、第１〜第３の実施形態では、インバータトランス１個に対し１本の放電管を駆動するよう構成したが、インバータトランス１個に対し複数の放電管を駆動させることや、インバータトランス２個で１本の放電管を駆動させること等、インバータトランスと放電管の構成には様々な方式がある。本発明はこのような方式の違いにかかわらず実施可能である。
【図１】
2008059677.tif 000003
【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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【国際調査報告】
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2008059677.tif 000010