(57)【要約】【課題】インバータトランスの二次側にバラスト素子を設けることなく、管電流の安定化を低コストに実施できる放電灯点灯装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る放電灯点灯装置１０は、インバータ手段１２とインバータトランスＴＲとを含み、インバータトランスＴＲの二次巻線１６には、例えば冷陰極管等の放電灯Ｌａがバラスト素子を介することなく直接接続されている。また、インバータ手段１２にはスイッチング手段１３が含まれ、スイッチング手段１３とインバータトランスＴＲの一次巻線１４との間には、バラストインピーダンス素子として、インダクタ１８が直列に接続されている。インダクタ１８は、高電圧が印加されるインバータトランスの二次側ではなく一次側に接続されているため、高耐圧性の素子を使用する必要がなく、部品コストが低減すると共に、装置の安全性が増大する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電圧を出力するインバータ手段とインバータトランスとを含み、該インバータトランスの一次側に接続された前記インバータ手段によって、前記インバータトランスの二次側に接続された放電灯を点灯する放電灯点灯装置において、
前記インバータ手段はスイッチング手段を含み、該スイッチング手段と前記インバータトランスの一次巻線との間には、バラストインピーダンス素子が直列に接続されていることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記バラストインピーダンス素子は、抵抗、コンデンサ、インダクタのいずれか、あるいは、それらの組合せで構成されることを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記スイッチング手段はフルブリッジ回路にて構成され、該フルブリッジ回路は、他励発振により駆動されることを特徴とする請求項１または２に記載の放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯点灯装置に係り、詳しくは、液晶表示装置のバックライト用の光源として用いられる冷陰極管等を点灯する放電灯点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示装置のバックライト用の光源として、例えば冷陰極管等の放電灯が広範に使用されており、一般に、このような放電灯は、インバータを有する放電灯点灯装置によって交流点灯される。このような放電灯点灯装置は、通常、二次側に高電圧を発生させるためのインバータトランスを有し、インバータトランスの一次側には高周波電圧を発生させるインバータ手段が接続され、二次側には、放電灯および負性抵抗特性を有する放電灯の管電流を安定化するためのいわゆるバラスト素子、例えばバラストコンデンサが接続されている。このような回路構成では、放電灯の点灯に必要な管電圧を得るために、放電灯に直列に接続されたバラストコンデンサの電圧降下分を含めた出力電圧を二次側に発生させる必要があり、インバータトランスの形状が大きくなる結果、機器の小型化を妨げていた。このため、インバータトランスの一次側に低圧定電流源を設け、この低圧定電流源から電力を供給することによって、バラストコンデンサを削除することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、特許文献１に記載の冷陰極管点灯装置の回路構成図である。この冷陰極管点灯装置は、インバータトランス１、トランジスタ２、３、抵抗４、５、コンデンサ６、およびチョークコイル７からなる電圧共振型ロイヤー回路と、低圧定電流源９とを備えており、インバータトランス１の二次側には冷陰極管８が直接接続されている。この冷陰極管点灯装置は、定電流源９からインバータトランス１に電力を供給することによって、インバータトランス１の二次側にバラストコンデンサを接続することなく、管電流を一定に維持するものである。
【特許文献１】特許第３２５６９９２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一般に、液晶ディスプレイのバックライトとして用いられる放電灯点灯装置の電源には、液晶ドライブ回路等と共通の定電圧電源が用いられるれるため、放電灯点灯装置に定電流源を使用することは、液晶ディスプレイ装置に新たな構成要素を追加することを意味し、装置全体としてのコストが増大する。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みて、インバータトランスの二次側にバラスト素子を設けることなく、管電流の安定化を低コストに実施できる放電灯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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、高周波電圧を出力するインバータ手段とインバータトランスとを含み、該インバータトランスの一次側に接続された前記インバータ手段によって、前記インバータトランスの二次側に接続された放電灯を点灯する放電灯点灯装置において、前記インバータ手段はスイッチング手段を含み、該スイッチング手段と前記インバータトランスの一次巻線との間には、バラストインピーダンス素子が直列に接続されていることを特徴とする。
【０００７】
また、前記バラストインピーダンス素子は、抵抗、コンデンサ、インダクタのいずれか、あるいは、それらの組合せで構成されることを特徴とする。
【０００８】
また、前記スイッチング手段はフルブリッジ回路にて構成され、該フルブリッジ回路は他励発振により駆動されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る放電灯点灯装置によれば、バラストインピーダンス素子をスイッチング手段とインバータトランスの一次巻線との間に直列に接続することにより、二次側にバラスト素子を接続せずに管電流を安定化できる放電灯点灯装置を、従来の構成から部品点数を増大させることなく実現することができる。また、本発明において、バラストインピーダンス素子は、高電圧が印加されるインバータトランスの二次側ではなく一次側に接続されているため、高耐圧性の素子を使用する必要がなく、部品コストが低減すると共に、素子の絶縁破壊による故障や発火の危険性がなくなり、装置の安全性が増大する。また、インバータトランスの二次側に、放電灯に直列にバラスト素子を接続する必要がないため、インバータトランスの出力電力を低く抑えることができる。さらに、トランスの二次側に巻線間短絡（いわゆるレアショート）が発生した場合でも、一次側のバラストインピーダンス素子により巻線に流れる過電流を抑制し、インバータトランスの発煙や発火を防止することができる。
【００１０】
特に、バラストインピーダンス素子としてインダクタを使用した場合、そのインダクタンスを二次側に接続する場合よりも小さくすることができるため、バラストインピーダンス素子を小型化することが可能となる。また、一次側のインダクタによって高次の高調波成分が抑制されるため、インバータトランスに印加される入力波形からノイズを除去することができ、高調波成分によるトランスの発熱が抑制されるため、全体としてトランスの発熱が低減する。
【００１１】
また、インバータ手段を他励型とすることによって、一次側の共振周波数に与える影響を考慮することなく、任意の適切なインビーダンスを有する素子を本発明に係るバラストインピーダンス素子として選択することができる。特に、スイッチング手段をフルブリッジ回路とすることによって、高効率の作動が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る放電灯点灯装置の一実施形態を、図面を参照して詳述する。図１は、本発明に係る放電灯点灯装置の一実施形態を示す回路構成図である。図１において、放電灯点灯装置１０は、インバータ手段１２とインバータトランスＴＲとを含み、インバータトランスＴＲの二次巻線１６には、例えば冷陰極管等の放電灯Ｌａがバラスト素子を介することなく直接接続されている。また、インバータ手段１２にはスイッチング手段１３が含まれ、スイッチング手段１３とインバータトランスＴＲの一次巻線１４との間には、本実施形態におけるバラストインピーダンス素子として、インダクタ１８が直列に接続されている。
【００１３】
本実施形態において、インバータ手段１２は、スイッチング手段１３であるフルブリッジ回路と、このフルブリッジ回路１３を駆動する制御回路２１を含んでいる。フルブリッジ回路１３は、図２に示すように、直列に接続された１組のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３と、同様に直列に接続された１組のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４とを並列に接続してなり、例えば、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４はＮＭＯＳＦＥＴ、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２はＰＭＯＳＦＥＴから構成される。インバータ手段１２は、制御回路２１から出力されるゲート電圧に従って、スイッチング素子の組（Ｑ１，Ｑ４）と（Ｑ２，Ｑ３）のオン・オフを所定の周波数（例えば６０ｋＨｚ程度）で交互に繰返し、出力端子Ａ、Ｂに高周波電圧を発生させるものである。
【００１４】
また、図１に示す放電灯点灯装置１０は、上述した構成要素に加えて、調光回路２２、電流検知回路２３、保護回路２４を含んでいる。本発明に係る放電灯点灯装置は、これらの回路２２〜２４の有無に限定されるものではないが、各回路２２〜２４の機能を簡単に説明すれば、次のようなものである。まず、電流検知回路２３は、カレントトランス２５によって検知された電流値に応じた適切な信号を生成して制御回路２１に出力し、それによって、制御回路２１は、例えばインバータ手段１２に含まれるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオンデューティを変動させ、インバータトランスＴＲに投入される電力を調整するものである。保護回路２４は、インバータトランスＴＲの三次巻線２６によって検知された電圧に応じた適切な信号を生成して制御回路２１に出力し、それによって、制御回路２１は、例えば放電灯Ｌａのオープンやショート等の異常が検出された場合にインバータ手段２１の動作を停止させ、装置を保護するものである。また、調光回路２２は、例えばバースト調光により放電等Ｌａの輝度を調整するための信号を制御回路２１に出力するものであり、これによって、制御回路２１は、例えば１５０〜３００Ｈｚ程度の周波数でインバータ手段１２を間欠的に動作させることによって、放電灯Ｌａの平均的な輝度を調整するものである。図示の例では、電流検出回路２３はカレントトランス２５によって電流を検知しているが、放電灯Ｌａの管電流を検知してもよい。
【００１５】
本実施形態における放電灯点灯装置１０は、インバータトランスＴＲの一次側にインダクタ１８を備え、このインダクタ１８がバラストインピーダンス素子として機能することによって、放電灯Ｌａの管電流の安定化を実現するものである。すなわち、何らかの原因で管電流（以下、二次側電流ともいう）が増大した場合、インバータトランスＴＲの一次巻線１４を流れる電流（以下、一次側電流ともいう）も増大するが、インバータ手段１２によって印加される電圧は一定であるため、インダクタ１８のインピーダンスは、一次側電流を減少させてその降下電圧を低下させるように作用し、結果として二次側の管電流の増大が抑制される。同様に、管電流が減少すると一次側電流も減少するが、この際、インダクタ１８のインピーダンスは、一次側電流を増大させてその降下電圧を上昇させるように作用し、結果として二次側の管電流の減少が抑制される。ここで、インバータトランスＴＲの巻線比（２次巻線の巻数／１次巻線の巻数）をｎとし、放電灯Ｌａの等価負荷抵抗をＲとすれば、インバータトランスＴＲの１次側から見た負荷インピーダンスはＲ／ｎ2となるため、バラストインピーダンス素子に必要なインピーダンスは、Ｒ／ｎ2もよりも十分大きければ良い。
【００１６】
本発明は、使用するインピーダンス素子の種類に限定されるものではなく、本発明に係るバラストインピーダンス素子として、抵抗、コンデンサ、インダクタ、またはそれらの組合せのいずれも使用することができるが、好ましくは、本実施形態におけるバラストインピーダンス素子のように、インダクタまたはインダクタを含む組合せを使用するものである。本発明に係る放電灯点灯装置では、バラストインピーダンス素子をインバータトランスの一次側に接続するため高耐圧の素子を使用する必要性がなく、したがって、抵抗に比べて電力損失の少ないインダクタを、高耐圧性のインダクタは形状が大きくなるという従来の欠点を克服しつつ、バラスト素子として有利に使用することができる。加えて、上述したように、インバータトランスの一次側から見た負荷インピーダンスは１／ｎ2程度に小さくなるため、本実施形態における放電灯点灯装置１０では、バラスト素子として同様の作用を有するインダクタを二次側に接続する場合に比べて、その自己インダクタンスをＬ／ｎ2程度に小さくすることができ、さらに素子を小型化することが可能となる。例えば、放電灯点灯装置１０において、インバータトランスＴＲの巻線比ｎを１００とし、インダクタ１８の自己インダクタンスＬを３０μＨ程度とすれば、自己インダクタンスＬが３００ｍＨ程度のインダクタをバラスト素子として二次側に接続した場合と同様の機能を発揮するものとなる。
【００１７】
なお、図６に示す回路構成のように、従来の放電灯点灯装置においても、そのインバータトランス１の一次側にはチョークコイル７が含まれているが、このチョークコイル７は、本発明に係るバラストインピーダンス素子とは異なり、トランジスタ２、３により構成されるスイッチング手段と直流電源９との間に接続され、例えばインバータトランス１の磁気飽和等によって瞬時的に過電流が流れる場合にのみインピーダンス素子として機能して、トランジスタ２、３等の破損を防護するために設けられているものであり、スイッチング手段により発生する高周波電圧を分圧して管電流を安定化させるバラスト素子としては機能しないものである。
【００１８】
また、本実施形態において、インダクタ１８は、ローパスフィルタとして機能するため、インバータ手段１２の出力電圧の高調波成分をカットして、インバータトランスＴＲの一次巻線１４に印加される電圧波形をほぼ正弦波状とすることができる。これによって、インバータトランスＴＲからノイズが除去されると共に、高調波成分によるインバータトランスＴＲの発熱が抑制される。
【００１９】
次に、一次側にバラストインピーダンス素子を接続することの利点の一つとして、インバータトランスＴＲの二次側に巻線間短絡（いわゆるレアショート）が発生した場合の動作について説明する。インバータトランスの二次側にレアショートが発生した場合、二次側回路は、放電灯およびバラスト素子のインピーダンスとは無関係に、二次巻線のショート部分の抵抗Ｒｓが二次側に接続された状態になるため、従来の放電灯点灯装置では、インバータトランスに過大な電流が流れ、その発煙や発火の要因となる。このとき、インバータトランスの一次側の電圧をＶｐ、レアショートによる負荷抵抗を一次側から見た抵抗値をＲｐとすれば、ショート部分での電力損失は、
Ｐ＝Ｖｐ2／Ｒｐ
で表される。しかし、本実施形態における放電灯点灯装置１０では、一次側にバラストインピーダンス素子（この場合にはインダクタ）１８を備えているため、ショート部分での損失Ｐは、
Ｐ＝Ｒｐ・Ｖｐ2／（（ωＬ）2＋Ｒｐ2）
となり（ただし、Ｌはインダクタ１８の自己インダクタンス）、インダクタ１８のインピーダンスによって、電力損失すなわち過電流による発熱が抑制されることが分かる。
【００２０】
本実施形態における放電灯点灯装置１０は、そのインバータ手段１２が、フルブリッジ回路１３と制御回路２１からなる高効率の他励型回路にて構成され、フルブリッジ回路１３は、制御回路２１によって所定の周波数で駆動される。したがって、例えば、図６に示すような、インバータトランス１の一次側に設けられたＬＣ共振回路の共振周波数によってインバータ手段の駆動周波数が決定されるロイヤー回路の場合とは異なり、一次側の共振周波数に対する影響を考慮することなく、バラストとして適切な任意のインピーダンスを有する素子を一次側に接続することができる。
【００２１】
以下、図３〜図５を参照して、本発明の別の実施形態について説明するが、以下の説明を通じて、上述した第１の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、またその説明は適宜省略して相違点のみを説明する。
【００２２】
図３は、本発明に係る放電灯点灯装置の第２の実施形態を示す回路構成図である。本実施形態における放電灯点灯装置３０は、上述した第１の実施形態における放電灯点灯装置１０とほぼ同様のものであるが、インバータ手段１２とインバータトランスＴＲの一次巻線１４との間に接続されるバラストインピーダンス素子として、コンデンサ３４とインダクタ３３からなる直列回路３２が接続されている点で、相違するものである。
【００２３】
本実施形態における放電灯点灯装置３０は、上述した第１の実施形態における放電灯点灯装置１０と同様の作用・効果に加えて、次のような作用を有するものである。例えば、図４に示すように、インバータ手段１２の出力波形に、一方向の電圧がＶ、他方向の電圧がＶ＋ΔＶであるような非対称性が存在する場合、その出力電圧には、平均してΔＶ’（但し、ΔＶ’はΔＶの時間平均）の直流電圧が重畳されることになる。このため、バラストインピーダンス素子がインダクタ３２のみであると、インバータトランスＴＲに大きな直流電流が重畳されて、磁気飽和や効率の低下の原因となる。この際、放電灯点灯装置３０では、そのバラストインピーダンス素子に、インバータ手段１２に直列に接続されたコンデンサ３４を付加することによって、非対称な電圧波形の直流成分をカットし、インバータトランスＴＲの一次巻線１４に印加される電圧の対称性を改善するものである。
【００２４】
図５は、本発明に係る放電灯点灯装置の第３の実施形態を示す回路構成図である。本実施形態における放電灯点灯装置４０は、上述した第１の実施形態における放電灯点灯装置１０とほぼ同様のものであるが、インバータトランスＴＲの一次巻線１４に並列にコンデンサ４２が接続されている点で、相違するものである。
【００２５】
本実施形態における放電灯点灯装置４０は、上述した第１の実施形態における放電灯点灯装置１０と同様の作用・効果に加えて、次のような作用を有するものである。すなわち、放電灯と液晶表示装置との間の寄生容量によってインバータトランスＴＲの二次側に共振回路が形成されることにより、インバータ手段１２の所定の駆動周波数に対して管電流が安定しない場合、本実施形態における放電灯点灯装置４０のように、適切な容量を有するコンデンサ４２をインバータトランスの一次巻線１４に並列に接続することによって、二次側共振回路の共振周波数を調整し、管電流を安定化させることができる。また、インダクタ４３とコンデンサ４４との組合せによって、インバータ手段１２の出力電圧の高調波成分をより効果的にカットして、インバータトランスＴＲの一次巻線１４に印加される電圧波形をほぼ正弦波状とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る放電灯点灯装置の第１の実施形態を示す回路構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における放電等点灯装置のインバータ手段を示す回路構成図である。
【図３】本発明に係る放電灯点灯装置の第２の実施形態を示す回路構成図である。
【図４】本発明の第２の実施形態において、インバータ手段による非対称な電圧波形を模式的に示すグラフである。
【図５】本発明に係る放電灯点灯装置の第３の実施形態を示す回路構成図である。
【図６】従来の放電灯点灯装置を示す回路構成図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０，３０，４０：放電灯点灯装置、１２：インバータ手段、スイッチング手段（フルブリッジ回路）：１３、バラストインピーダンス素子：１８，３２，４３、インバータトランス：ＴＲ、放電灯：Ｌａ
【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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