(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、電流のバランス回路を提供することにある。共通の電源によって電力を供給する際、動的負性抵抗を有する異なる負荷の電流を制御することを目的とする。【解決手段】  本発明は、電流バランス回路を提供する。電流バランス回路は、動的負性抵抗を有する第１の負荷およびこれと基本的に異なる動的負性抵抗を有する第２の負荷並びにトランスに電力を供給する。少なくとも動作周波数において、それぞれインピーダンスを有するトランスの第１および第２の巻き線は、前記第１および第２の負荷の抵抗を流れる電流が同じ値になるような巻数比を有し、電流を補償するよう動作する。
2009543287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷給電回路であって、
第１の動的負性抵抗を有する第１の負荷と；
前記第１の負荷と事実上異なる第２の動的負性抵抗を有する第２の負荷と；
第１の変圧器巻線が前記第１の負荷と直列に接続されており、かつ第２の変圧器巻線が前記第２の負荷と直列に接続されている、磁気的に結合された前記第１の変圧器巻線および前記第２の変圧器巻線を含むトランスと；
を有し、
前記第１の変圧器巻線および前記第２の変圧器巻線の巻数は、少なくとも動作中に予め定められた動作周波数で前記第１の変圧器巻線による電流と前記第２の変圧器巻線による電流間の不平衡が補償されるような差異をもつよう選択される、
負荷給電回路。
【請求項２】
前記第１の負荷が、蛍光ランプを有する、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記第２の負荷が、前記第１の負荷の蛍光ランプの数と異なる数の蛍光ランプの直列結合を有する、請求項２に記載の回路。
【請求項４】
最大の動的負性抵抗を有する前記負荷と直列に接続される変圧器巻線が、最も少ない巻数を有するように選択される、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回路。
【請求項５】
前記第１および前記第２の負荷は、２０ｋＨｚと５００ｋＨｚとの間の動作周波数で電力を供給される、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の回路。
【請求項６】
負荷電流は、パルス幅変調である、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の回路。
【請求項７】
前記パルス幅変調は、４５と５００Ｈｚとの間にパルス周波数を有する、請求項６記載の回路。
【請求項８】
前記トランスの結合係数が略１である、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の回路。
【請求項９】
前記トランスは、低い自己インダクタンスを有する、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１０】
前記第１の巻き線のインピーダンスおよび前記第２の巻き線のインピーダンスは、前記第１の負荷の抵抗および前記第２の負荷の抵抗の平均値に等しい平均値を有するように選択される、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１１】
前記第１の巻き線のインダクタンスおよび前記第２の巻き線のインダクタンスの差は、前記差を前記第１の巻き線のインダクタンスと前記第２の巻き線のインダクタンスの前記平均で割った値が、前記第１の負荷の抵抗と前記第２の負荷の抵抗の差を前記第１の負荷の前記抵抗および前記第２の負荷の前記抵抗の前記平均値で割った値の半分の値に等しいように選択される、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１２】
トランスが回路用に構成される、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１３】
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の負荷給電回路を有する液晶表示装置。
【請求項１４】
前記第１の負荷および前記第２の負荷の各々は、当該表示装置をバックライトで照らすための少なくとも一つの蛍光ランプを有する請求項１３に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
負荷給電回路の電流のバランスをとる方法であって：
第１の動的負性抵抗を有する第１の負荷を提供するステップと；
第２の動的負性抵抗を有する第２の負荷を提供するステップと；
磁気的に各々結合している第１の変圧器巻線および第２の変圧器巻線を有するトランスを提供するステップと；
前記第１の負荷と直列に前記第１の変圧器巻線を接続するステップと；
前記第２の負荷と直列に前記第２の変圧器巻線を接続するステップと；
少なくとも動作中に予め定められた動作周波数で前記第１の変圧器巻線による前記電流と前記第２の変圧器巻線による前記電流間の不平衡が補償されるような前記トランスの巻数比を選択するステップと；
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に電流のバランス回路に関する。特に、本発明は、トランスを有する電流バランス回路に関する。より詳細には、本発明は、動的負性抵抗（例えば蛍光ランプ）を有する負荷のための電流のバランス回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電流のバランスをとるためのトランス（イコライザとも呼ぶ）は、並列に接続される複数の負荷を単一電源によって電力供給する配電回路において用いられる。そのとき、負荷に対して等しい電流値が要求される。例えばこの種の回路は、複数の蛍光ランプに電力を供給するために（例えばバックライトを液晶ディスプレイに提供するために）、使用され得る。ここで、等しい光の強度を得るためには、等しい電流によってすべてのランプを駆動することが望ましい。下記特許文献１には、他の巻き線に磁気的に結合している共通のトランスの巻き線に直列に負荷が接続された回路が開示されている。負荷の電気的性質の違いによって生じる負荷の電流の微少な差異は、負荷と直列に接続された巻き線に誘導される電圧によって相殺される。基本的に等しい負荷から等しい電流を得るために、トランスの巻線は、等しい巻数であることを必要とする。
【０００３】
複数の負荷を有する回路において、同じ複数のトランスに、負荷と直列に個々のトランスの一次巻線を接続し、個々のトランスの二次巻線を短絡する技術も知られている。この種の回路は、すべての負荷の電流を等しくする。しかしながら、周知の回路は、単に負荷の電気的な特性の小さな差異（例えばごくわずかな違い）を補償することができるに過ぎないという不利な点がある。負荷の違いが大きい場合、負荷と直列の巻き線の自己インダクタンスを上昇させることによって、補償が可能となる。これは結果として許容できないほど大きく高価なトランス、あるいは結合される誘導回路の巨大化を招く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４５７４２２２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、電流のバランス回路を提供することにある。すなわち、上述の欠点を伴わずに、共通の電源によって電力を供給する際、動的負性抵抗を有する異なる負荷の電流を制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施態様において、本発明は、負荷給電回路を提供する。回路は、動的負性抵抗を有する第１の負荷と動的負性抵抗を有する第２の負荷を含んでいる。電力供給される第１の負荷の動的負性抵抗は電力供給される第２の負荷の動的負性抵抗と基本的に異なっている。例えば第１の負荷がある一つの蛍光ランプを含み、第２の負荷は同一の直列結合の２つの蛍光ランプを含むことができる。その場合、第１の負荷および第２の負荷の動的負性抵抗は、２倍異なる。更に回路には第１の負荷と直列に接続される第１の巻き線を有するトランスおよび第２の負荷と直列に接続される第２の巻き線を有する。そして、巻き線は、トランスのコアによって磁気的に結合される。本願明細書において、少なくとも動作周波数における負荷の電流の不平衡を補償するように、トランスの巻数比が選択される。本明細書における実施例では、負荷は、液晶ディスプレイ用のバックライトランプである。負荷電流をバランスさせることによって、基本的にすべての駆動ランプによって所望の等しい光の強度が提供される。本発明に関して、添付の図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】従来技術による電流のバランス回路を示す図である。
【図２】本発明による電流のバランス回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［実施例の詳細な説明］
図１は、従来技術による電流のバランス回路１００を示す。回路１００は、第１の負荷Ｒｂｒ１および第２のＲｂｒ２を有する。そして、電圧Ｖｃの電源と並列に接続される。負荷Ｒｂｒ１およびＲｂｒ２は基本的に等しい値を有する。なお、微少の差異があってもよい。負荷Ｒｂｒ１およびＲｂｒ２は動的負性抵抗を有する。動的負性抵抗とは電圧対電流特性に沿った数ポイントにおいて、ランプにおける電流の増加によって全体の電圧が減少することを意味する。Ｒｂｒ１と直列に接続され、結合係数が約１で、開放時の自己インダクタンスＬｅｑｕを有するトランス１３０の巻き線１１０が結合されており、Ｒｂｒ２と直列に、トランス１３０の巻き線１２０が結合されている。巻き線１１０および１２０は、同じ巻数を有する。Ｒｂｒ１およびＲｂｒ２による電流の差異を補償する電圧ＶＥを発生することによって、トランスは、動的負性抵抗を有する２つの負荷の固有の不安定性を是正するために用いる。しかしながら、抵抗Ｒｂｒ１およびＲｂｒ２が基本的に等しくないときには、等しい電流を補償することはより困難になる。回路が電源または電流を調整するためのランプ用のドライバとして用いられる場合、等しくない負荷のためには、トランスは、比較的高いインダクタンスとならざるを得ない。これは、設計のコストを上昇させるため望ましくない。数値の例として、第１の抵抗が１３３３オームの抵抗値を有する蛍光ランプで、そして、第２の抵抗が２つの蛍光ランプを直列結合した場合、全体として２６６７オームの抵抗を有する。目安として、トランスの解放時の自己インダクタンスは、平均負荷の時よりも、約５倍高い値に選ばれることになる。この場合、１００ｋＨｚの動作周波数で３．１８ｍＨのＬｅｑｕの値が必要とされる。この値でも、結果として１２％の不平衡になる。不平衡を１％未満に下げるために必要とされる値は１５ｍＨにもなる。これは設計および生産コストにおいて許容できないほど高い値である。
【０００９】
図２は、本発明による回路を示す。回路２００には、以下が具備されている。第１の負荷は動的負性抵抗Ｒｂｒ１を有し、第２の負荷は動的負性抵抗Ｒｂｒ２ａおよびＲｂｒ２ｂを有する。そして、第１の負荷および第２の負荷は電圧Ｖｃの電源に並列接続されている。負荷Ｒｂｒ１並びにＲｂｒ２ａおよびＲｂｒ２ｂはすべて基本的に等しい値を有するので、Ｒｂｒ２ａおよびＲｂｒ２ｂは合計でＲｂｒ１の値の約２倍の抵抗値を有する。Ｒｂｒ１と直列に、結合係数Ｋｅｑｕとして約１の値および解放時の自己インダクタンスＬｅｑｕを有するトランス１３０の巻き線１１０が接続される。そして、Ｒｂｒ２ａおよびＲｂｒ２ｂと直列に接続されたトランス１３０の巻き線１２０が存在する。Ｒｂｒ１およびＲｂｒ２による電流の差異を補償するよう巻き線１１０の電圧ＶＥを発生させることによって、トランスは、動的負性抵抗を有する２つの負荷の固有の不安定性を是正するために用いる。
【００１０】
本発明においては、トランスは高い自己インダクタンスＬｅｑｕを有しない。しかし、その代わりに、第１の負荷と第２の負荷の抵抗値の差異を補償するために巻き線の数を異ならせている。本願明細書において、最も低い自己インダクタンスを有する巻き線は、最大の動的負性抵抗を有する負荷と直列に接続される。上記の例において、１３３３オームの第１の抵抗および２６６７オームの第２の抵抗に対して、第１の巻き線用の３．７ｍＨの値、第２の巻き線用の２．７ｍＨの値をとることによって、１％まで不平衡を低下させる。これらの値は、１．１７：１の第１および第２の巻き線の巻数比を有するトランスで実現されてもよい。設計および生産コストの理由で、一般に、比較的低いインダクタンスを有する巻き線で、また、巻数比は１：１とわずかに異なるだけであることが望ましい。本願明細書において、最も低い自己インダクタンスを有する巻き線１２０は、最大の負荷の動的負性抵抗を有する負荷と直列に接続される。すなわち最大の負荷は、Ｒｂｒ２ａおよびＲｂｒ２ｂによって形成される第２の負荷である。
【００１１】
第２の負荷が第１の負荷の半分の値から第１の負荷の値の２倍値の間の抵抗を有するケースの場合には、以下の２つの目安が与えられる：第１の目安は、第１および第２の巻き線のインピーダンスの値を選択することである。第２の目安は、それらの値の差異を選択することである。第１の目安は、第１の巻き線１１０および第２の巻き線１２０のインピーダンスの平均値が負荷抵抗Ｒｂｒ１およびＲｂｒ２ａ＋Ｒｂｒ２ｂの平均値に等しくなるよう選択することである。例えばスイッチング周波数１００ｋＨｚにおいて、第１の巻き線１１０の自己インダクタンス３．７ｍＨおよび第２の巻き線１２０の２．７ｍＨのインピーダンスは、それぞれ、２３２５オームおよび１７００オームである。その平均値は、基本的に負荷抵抗Ｒｂｒ１（１３３３オーム）およびＲｂｒ２ａ＋Ｒｂｒ２ｂ（２６６７オーム）の平均値に略等しい。第２の目安として、第１の巻き線１１０と第２の巻き線１２０を以下の用に選択する。インダクタンスの差を巻き線１１０および巻き線１２０の平均インダクタンスで割った値が、負荷抵抗の差を負荷抵抗の平均値で割った値の半分になるようにすることである。
【００１２】
現実的応用例では、例えば液晶ＴＶアプリケーションのための調光できるバックライトにおいて、約２０ｋＨｚ〜約５００ｋＨｚの周波数が、ランプを駆動するために用いられる。本発明によれば、調光は、電源の電流のパルス幅変調によって行われる。例えば、約４５から約５００Ｈｚ間の繰り返し周波数を有するパルス幅変調パルスが、例えば約１００ｋＨｚの信号を切替えるために用いられる。高い周波数およびＲＭＳ値を一定に保つことによって、巻き線のインピーダンスは固定値を有し、ランプ電流を正確に制御することができる。このようにして、各ランプの光の強度が、制御され得る。
【００１３】
以上のように、本願明細書において、必要とされる本発明の詳細な実施例が開示された。しかしながら、開示された実施例は、本発明を単に例示するためだけであることを理解すべきである。そして、それは様々な形態で実施されてもよい。したがって、本願明細書において開示される特定の構造および機能的な詳細は制限するものとして解釈されない。したがって、単に請求項の根拠として、そして、当業者に実質的にさまざまに本発明を導入することを教示するための代表的なベースとなるよう、その構造を詳述した。更に、本願明細書において用いられる用語および表現は、制限することを目的とせず、本発明の理解のための説明を提供するために用いられる。語「ａ」、または、「ａｎ」は、本願明細書において使用される際には、１または２個以上と定義される。
【図１】
2009543287.tif 000003
【図２】
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【国際調査報告】
2009543287.tif 000005
2009543287.tif 000006