(57)【要約】【課題】  インバータ部を常に最適状態で動作させることができるようにし、それによってインバータ部の効率を改善する。また、直流電源部の出力電圧も高めて効率を高め、それらによってバックライト点灯回路全体の効率を大幅に向上させる。【解決手段】  バックライトユニットに使用される複数本の冷陰極管を点灯させる他励式インバータ部１０と、それを駆動する直流電源部１２とを具備し、通常動作状態では他励式インバータ部は４５％以上で５０％未満の一定のデューティで動作し、冷陰極管に流れる管電流の安定化は前記直流電源部の出力電圧の制御により行われるようにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックライトユニットに使用される複数本の冷陰極管を点灯させる他励式インバータ部と、該他励式インバータ部を駆動する直流電源部とを具備し、通常動作状態では他励式インバータ部は４５％以上で５０％未満の一定のデューティで動作し、冷陰極管に流れる管電流の安定化は前記直流電源部の出力電圧の制御により行われるようにしたことを特徴とするバックライト用電源装置。
【請求項２】
直流電源部には出力電圧の最大値を規定する出力電圧検出誤差増幅器が組み込まれ、電源投入直後の過渡期は、他励式インバータ部でスイッチング周波数を高くして全ての冷陰極管を点灯させ、その後、低い通常の一定周波数へ制御する請求項１記載のバックライト用電源装置。
【請求項３】
他励式インバータ部のスイッチング回路は、ハーフブリッジ回路、フルブリッジ回路、アクティブクランプ回路のいずれかであり、インバータトランスの１次側巻線を、複数個直列接続もしくは直並列接続とした請求項２記載のバックライト用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷陰極管を用いるバックライトユニットを駆動するための電源装置に関し、更に詳しく述べると本発明は、冷陰極管を点灯させる他励式インバータ部と該他励式インバータ部を駆動する直流電源部とを一体化し、管電流の安定化を直流電源部の出力電圧の制御で行うようにしたバックライト用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶テレビや液晶ディスプレイ装置などのバックライトには、複数本の冷陰極管が用いられている。例えば、３２インチ型液晶テレビでは、１６本の冷陰極管が液晶パネルの背面に適度の間隔で配置されて画面全体の輝度を保っている。このようなバックライトの電源装置としては、複数本の冷陰極管を点灯させるインバータ部と、該インバータ部を駆動する直流電源部とを組み合わせる構成が一般的である。インバータ部としては、他励方式のスイッチ回路によるものと自励方式のスイッチ回路によるものとがあるが、いずれにしても従来技術では、これらインバータ部と直流電源部とは完全に分離され、各々独立に動作するように構成されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
周知のように、パネル画面の輝度は、バックライトとして組み込まれている冷陰極管を流れる電流（管電流）によって変化する。従って、パネル画面の輝度を一定に保つには、管電流を安定化させる必要がある。前記のような従来のバックライト用電源装置では、直流電源部は常にほぼ一定電圧（定格出力電圧）の直流出力をインバータ部に供給し、該インバータ部で管電流を検出してインバータ部のスイッチ回路のデューティを制御する（言い換えれば、スイッチ素子のオン時間を制御する）ことで安定化を行っている。
【０００４】
当然のことながら、インバータ部は、入力電圧範囲規格（定格電圧±公差電圧）を満たすように設計されている。通常、入力電圧範囲の下限値に対して、ある程度のマージンをもって（更に低い電圧で）制御を開始させるため、通常の動作状態である定格入力電圧でのスイッチングのデューティはかなり小さくなる（３０〜４０％程度）。しかしインバータの最適状態は、スイッチングのデューティを最大値（理想的には５０％）で動作させたときに得られるから、デューティが小さくなるほど、トランスの変換効率の悪化やスイッチング損失の増加が生じる。このような理由で、従来構成の電源装置では、通常の定格入力電圧の動作ではインバータ部の効率は低い。
【０００５】
また、従来の他励式インバータ部では、スイッチ回路の必要個数削減と低コスト化のため、インバータトランスの１次側巻線は、通常、複数個並列に接続されている。しかし、並列接続の場合、トランスのインダクタンスのばらつきのために、管電流にばらつきが生じ、それがパネル画面の輝度むらとなっている。インダクタンスのばらつきを非常に小さく抑えればよいのであるが、そのようなトランスの設計・製造は難しい。更に、このような並列接続では、並列した分だけスイッチング電流が増加し、それに伴ってスイッチ素子の損失も増加し、これも効率の悪化の要因となる。
【０００６】
一般に、電源装置は、出力電圧が高くなるほど効率がよくなる特性をもっている。しかし、従来技術では、直流電源部の出力電圧（インバータ部の入力電圧）は１２〜２４Ｖが一般的であるため、２４Ｖの場合はともかく、１２Ｖの場合に至っては決して満足できる効率は得られない。
【特許文献１】特開２００２−１３４２９３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、インバータ部を常に最適状態で動作させることができるようにし、それによってインバータ部の効率を改善することである。本発明が解決しようとする他の課題は、直流電源部の出力電圧も高めて効率を高めるようにし、それらが相俟って、バックライト点灯回路全体の効率を大幅に向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、バックライトユニットに使用される複数本の冷陰極管を点灯させる他励式インバータ部と、該他励式インバータ部を駆動する直流電源部とを具備し、通常動作状態では他励式インバータ部は４５％以上で５０％未満の一定のデューティで動作し、冷陰極管に流れる管電流の安定化は前記直流電源部の出力電圧の制御により行われるようにしたことを特徴とするバックライト用電源装置である。他励式インバータ部は、４７〜４９％程度の最適デューティでスイッチング動作するように設定するのが好ましい。
【０００９】
直流電源部には出力電圧の最大値を規定する出力電圧検出誤差増幅器が組み込まれ、電源投入直後の過渡期（全ての冷陰極管が点灯するまでの期間）は、他励式インバータ部でスイッチング周波数を高くし、その後、低い通常周波数へ制御することで全ての冷陰極管の点灯を維持するようにする。
【００１０】
他励式インバータ部のスイッチング回路は、ハーフブリッジ回路、フルブリッジ回路、アクティブクランプ回路のいずれかとし、インバータトランスの１次側巻線を、複数個直列接続もしくは直並列接続するのがよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るバックライト用電源装置は、他励式インバータ部を常に最適デューティで動作させ、冷陰極管に流れる管電流の安定化は直流電源部の出力電圧の制御により行うように構成したことにより、インバータトランスの変換効率が改善すると同時にスイッチング損失が低減し、それらによってインバータ効率を大幅に向上させることができる。
【００１２】
また本発明のバックライト用電源装置では、インバータトランスの１次側巻線を複数個直列接続すると、管電流のばらつきを小さくでき、冷陰極管に印加される電圧、電流波形もより正弦波に近くなり、冷陰極管に与えるストレスも小さくなる。そして、直流電源部の出力電圧も通常インバータ仕様の低圧（１２〜２４Ｖ）ではなく、数十〜数百Ｖと高く設定でき、そのため直流電源部の効率も大幅に向上する。前記インバータ効率の向上と直流電源部の効率の向上との相乗効果により、バックライト用電源装置全体の効率は著しく改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係るバックライト用電源装置の概略構成を図１に示す。このバックライト用電源装置は、バックライトユニットに使用される複数本の冷陰極管を点灯させる他励式インバータ部１０と、該他励式インバータ部１０を駆動する直流電源部１２を具備している。直流電源部１２は、商用交流入力を直流出力に変換すると共に、その出力電圧を制御できる構成である。他励式インバータ部１０は、通常動作状態では４７〜４９％の一定の最適デューティで動作する構成であり、所定周波数の正弦波状の管電流を各冷陰極管に供給する。
【００１４】
本発明では、冷陰極管に流れる電流（管電流）は管電流検出回路１４で検出され、その管電流検出信号は、インバータ部の制御部ではなく、直流電源部の制御部に戻される。本発明は、このような管電流の帰還方式に特徴がある。具体的には、管電流検出信号を直流電源部１２の管電流帰還誤差増幅器１６に帰還し、それによって前記直流電源部の出力電圧の高低制御を行い、冷陰極管に流れる管電流の安定化を図る。
【００１５】
比較のために従来技術について図示すると、図２のようになる。従来技術でも、バックライトユニットに使用される複数本の冷陰極管を点灯させる他励式インバータ部２０と、該他励式インバータ部２０を駆動する直流電源部２２を具備しているが、管電流検出信号はインバータ部の内部においてスイッチ素子のオン幅を制御（パルス幅制御）して管電流の安定化を図っている。つまり、直流電源部とインバータ部は完全に分離されており、インバータ部で管電流制御は完結し、直流電源部はほぼ一定の出力電圧を出力しているだけで、各々独立して動作している。
【実施例】
【００１６】
図３は、本発明に係るバックライト用電源装置の一実施例を示すブロック図である。前述のように、このバックライト用電源装置は、バックライトユニットに使用される複数本の冷陰極管を点灯させる他励式インバータ部１０と、該他励式インバータ部１０を駆動する直流電源部１２とを具備している。
【００１７】
直流電源部１２は、商用交流入力を直流出力に変換すると共に、その出力電圧を制御できる構成である。商用交流入力は、ノイズフィルタ（ＮＦ）３０を経て、力率改善（ＰＦＣ）回路３２に入力し、交流入力が全波整流され高調波が抑制されて得られる脈流の力率が改善され、常にほぼ一定の安定した直流として出力する。この直流出力は、スイッチ素子を備えたスイッチ回路３４で切り替えられ、トランス３６を介して電圧変換され、整流部３８で整流され、平滑部４０で平滑化されて、所望の直流出力となる。スイッチ回路３４の動作は、制御部・ドライバ部４２で制御され、それによって直流出力電圧が制御される。
【００１８】
他励式インバータ部１０は、前記直流電源部１２の直流出力で駆動され、冷陰極管に点灯のための電流を供給する構成である。直流電源部１２の直流出力は、入力部４４を介してスイッチ回路４６に入力し、スイッチ素子の切り替え動作で所望周波数の交流に変換してインバータトランス４８及び共振コンデンサ５０などを介して冷陰極管に電流を供給する。スイッチ回路４６の動作は、制御部５２で制御される。このスイッチ回路は、ハーフブリッジ回路の他、フルブリッジ回路、アクティブクランプ回路なども適用できる。
【００１９】
ここで本発明では、他励式インバータ部１０には管電流検出回路１４が組み込まれていて、冷陰極管に流れる電流（管電流）を管電流検出信号として検出し、該管電流検出信号は、直流電源部１２に組み込まれている管電流帰還誤差増幅器１６に帰還し、その誤差信号が直流電源部１２の制御部４２に供給されて前記直流電源部１２の出力電圧の高低制御を行うように構成する。従って、他励式インバータ部１０は、通常動作状態では管電流に関しては何ら制御が掛けられていない。つまり、他励式インバータ部１０は、通常動作状態では４７〜４９％の一定の（各スイッチ素子のオン時間が一定となる）最適デューティで動作する構成であり、所定周波数の正弦波状の管電流を各冷陰極管に供給する。デューティの最大値は、理想的には５０％であるが、交互にオンすべきスイッチ素子が同時にオンして過大な短絡電流が流れるのを防ぐため、両方共にオフになる時間（デッドタイム）を設けるので、最適デューティは４７〜４９％に設定する。このように高いデューティで動作させることで、インバータトランスの効率改善、スイッチング損失の低減を図ることができる。
【００２０】
無制御状態時のインバータ部による管電流は、入力電圧に比例した値となるため、入力電圧がある範囲で変動すると、その分だけ管電流が変化する。本発明は、この現象を利用するものであり、他励式インバータ部１０に供給する直流電圧を、直流電源部１２で可変制御することにより、冷陰極管に流れる管電流の安定化を図り、パネル画面の輝度を一定に維持するのである。
【００２１】
ところで、冷陰極管は、冷えているときには電流が流れ難い性質がある。本発明では、上記のように他励インバータ部ではなく、直流電源部１２で管電流の安定化を図っているため、電源投入直後、直流電源部は、通常動作時よりも非常に高い直流電圧を出力しようとし、そのままでは過大な電圧が生じる恐れがある。そこで、直流電源部１２に、出力電圧の最大値を規定する出力電圧検出誤差増幅器５４を組み込み、その出力で制御部４２を制御している。つまり、出力電圧検出誤差増幅器５４で出力電圧を検出して、出力電圧が規定の値よりも高くならないような制御機能を持たせているのである。なお、過電圧保護検出回路５６は、何らかのトラブルで出力電圧が過大になった時に制御部４２によりスイッチング動作を停止させるものである。
【００２２】
他方、このように直流電源部１２の出力を最大規定値以下に抑えたことにより、電源投入時に冷陰極管に点灯に必要な電圧が印加されないことが予想される。そこで、電源投入直後の過渡期（全ての冷陰極管が点灯するまでの期間）のみ、他励式インバータ部１０でスイッチング周波数を高くして全ての冷陰極管を点灯させ、その時点以降、スイッチング周波数を低い通常動作周波数に戻すように制御する。周波数を高めると高い電圧が生じ、通常の低い周波数に戻すと通常の低い電圧に落ち着く。
【００２３】
更に本実施例では、他励式インバータ部１０に開放電圧検出と管オープン検出の機能を持たせてインバータ側の制御部５２を制御している。
【００２４】
次に、直流電源部１２における出力電圧検出制御機能と管電流帰還制御機能について述べる。これら出力電圧検出制御機能と管電流帰還制御機能は関連しているので、管電流帰還誤差増幅器１６と出力電圧検出誤差増幅器５４を直列に接続し、その出力でスイッチ回路３４の制御部４２を制御する。具体的回路例を図４に示す。
【００２５】
電源投入時、管電流は小さいため、直流電源部の出力電圧は、出力電圧検出誤差増幅器５４に設定された値となる。次に、冷陰極管が点灯し管電流が流れ、管電流帰還誤差増幅器１６の基準電圧Ｖ２を超える管電流検出信号が到達すると、該管電流帰還誤差増幅器１６の出力が上昇する。この出力が、出力電圧検出誤差増幅器５４の出力電圧検出端子電圧Ｖ１よりも上昇すると、その結果、電源出力電圧は管電流が規定値になるまで下降し安定する。
【００２６】
電源投入直後の他励式インバータ部の動作を図５に示す。電源投入直後は、管電流は流れ難いので、直流電源部の出力電圧は高くなろうとするが、前記のように規定の値よりも高くならないような制御機能を持たせているので、冷陰極管は点灯できないか、もしくは点灯し難い。そこで、他励式インバータ部１０では、電源投入直後、スイッチング周波数を、例えば８０ｋＨｚ程度まで高める。これによって高い電圧（通常時の１．５〜１．７倍程度）が発生し、全ての冷陰極管を確実に点灯させる。その後、スイッチング周波数を通常の周波数（例えば５０ｋＨｚ程度）に戻し、通常の電圧が冷陰極管に印加されるようにしている。
【００２７】
また本実施例では、図６に示すように、インバータトランスの１次側巻線を、複数個直列接続している。ここでは、２個のスイッチ素子６０を交互にオン・オフするハーフブリッジ方式のスイッチ回路４６の例を示している。一つのスイッチ回路４６に対して複数のインバータトランス４８を組み合わせる構成は、必要なスイッチ回路の数を低減でき、回路の簡素化とコストダウンを実現できる。このように、インバータトランス４８の一次側巻線を直列接続すると、個々のインダクタンスの管電流に与える影響を相殺でき、またスイッチ回路がオンした時に一次側に蓄えられるエネルギーは同一となるように動作するため必然的に管電流のばらつきも小さく抑えることができる。
【００２８】
インバータトランスの一次側巻線を複数個直列に接続した場合、流れる電流はトランス１個分の電流で済むが、電圧は個数分必要となる。例えば、１０Ｖで設計されたトランスを５個直列に接続すると、直流電源部の出力は５０Ｖ必要となる。しかし、一つのスイッチ回路で多数個のトランスを駆動しても、スイッチング電流は１個分で済むため、スイッチ素子の電力損失は並列接続に比べて遙かに少なくなる利点が生じる。その上、直流電源部の出力電圧は、通常インバータ仕様の低圧（１２〜２４Ｖ）ではなく、数十Ｖから数百Ｖと高く設定するため、直流電源部の効率も向上する。
【００２９】
なお、上記の例では複数の一次側巻線を直列に接続しているが、複数個直列接続したブロックを、複数並列接続する（即ち直並列接続）ことも可能である。但し、この場合にはスイッチング電流が増加するため、損失が増加する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るバックライト用電源装置の概略構成図。
【図２】比較のため従来技術を示す概略構成図。
【図３】本発明に係るバックライト用電源装置の一実施例を示すブロック図。
【図４】その直流電源部における誤差増幅系の一例を示す回路図。
【図５】他励式インバータ部における電源投入直後の動作説明図。
【図６】インバータトランスの一次側巻線の接続状態の説明図。
【符号の説明】
【００３１】
１０  他励式インバータ部
１２  直流電源部
１４  管電流検出回路
１６  管電流帰還誤差増幅器
【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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