(57)【要約】【課題】バランサを用いることなく複数の放電灯の管電流をそのインピーダンスの変動等に関わらずほぼ均一にできる、簡易な回路構成のインバータ駆動回路を得る。【解決手段】スイッチング回路１０１の出力段には、直列共振回路５１〜５３が相互に並列となるように接続されると共に、共振用コンデンサ１４〜１６には、昇圧トランス部１〜３の１次側がそれぞれ接続される一方、その昇圧トランス部１〜３の２次側には、ＣＣＦＬ２１〜２３がそれぞれ接続されている。これにより、ＣＣＦＬ２１〜２３のインピーダンスが変化しても、その変化に伴う電流変化を補償するように、１次側の共振用コンデンサ１４〜１６の電圧変化が生じるため、各ＣＣＦＬ２１〜２３は、互いに略等しい管電流値とされる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧に基づいて高周波交流電圧を生成し、出力するように構成されたスイッチング回路と、該スイッチング回路から出力された該高周波交流電圧を昇圧する昇圧トランスを備え、該昇圧トランスの２次側出力を複数の放電灯に印加し、当該複数の放電灯の駆動を可能としてなるインバータ駆動回路において、
前記複数の放電灯のそれぞれに対応して、前記昇圧トランスの１次巻線を設けるとともに、これら各１次巻線が前記スイッチング回路に対して並列に接続されるように構成し、
さらに、前記スイッチング回路の後段において、前記各１次巻線のそれぞれに対応して直列共振回路が接続されるように構成され、前記複数の放電灯に流れる電流値が互いに略等しくなるように、前記直列共振回路を構成する各素子の定数が設定されてなることを特徴とするインバータ駆動回路。
【請求項２】
前記複数の放電灯のそれぞれに流れる電流値が互いに等しくなるときの周波数をｆｄとした場合に、この周波数ｆｄが共振周波数となるように、前記直列共振回路を構成する各素子の定数が設定されていることを特徴とする請求項１記載のインバータ駆動回路。
【請求項３】
複数の放電灯を駆動するインバータ駆動回路において、
前記複数の放電灯に流れる電流値が互いに略等しくなるときの周波数が共振周波数となるように構成素子の定数が設定された、前記複数の放電灯のそれぞれに対応して設けられてなる直列共振回路と、該直列共振回路のそれぞれの一部素子に対して１次巻線が並列に接続された昇圧トランスとを備え、
前記直列共振回路のＱ値と、入力電圧Ｖｉｎの積に係る電圧を発生させることにより、前記複数の放電灯のそれぞれに流れる電流値が互いに略等しくなるように構成されていることを特徴とするインバータ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の放電灯を同時に駆動させるインバータ駆動回路に関し、特にノートパソコン、液晶テレビ等に使用される各種表示パネルのバックライト用の冷陰極放電ランプ（ＣＣＦＬ）を同時駆動させるインバータ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、各種表示パネルのバックライト用のＣＣＦＬを駆動するために昇圧トランスを搭載したインバータ駆動回路が知られている。また、近年、表示パネルの大型化の要請に応じて、複数のＣＣＦＬを同時駆動し得るインバータ駆動回路が注目されている。このようなインバータ駆動回路においては、上記昇圧トランスとは別個に、複数のＣＣＦＬに流れる電流を合わせるための特殊な構成を有する、下記特許文献１に記載されているようなバランサトランスが用いられている。
【０００３】
しかしながら、このようなバランサトランスは、小型化することに限界があり、また、一般にＣＣＦＬの前段に配されることになるため、その設置スペース（基板面積）を確保することが表示パネルの小型化を促進する上で障害となっていた。
【０００４】
このような事情から、回路構成を工夫することによって、バランサトランスと同様の機能をもたせたインバータ駆動回路の開発も試みられている。例えば、下記特許文献２に記載されているような、昇圧トランスの１次巻線の前段に直列共振回路を接続したものが知られている。このように、複数の１次巻線の前段に直列共振回路を接続することによって、バランサトランスを用いることなく、各１次巻線に流れる電流値を略等しくすることが可能となる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１２７８１号公報
【特許文献２】特開２００６−５９７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２に記載された回路構成においては、直列共振回路の後段に配されている各トランス１次巻線が、電源に対して互いに直列に接続されており、各トランス１次巻線への印加電圧は、その１次巻線の数に応じて分圧されたものとなっていることから、巻線比をより大きなものとしなければならず、効率的に問題のある構成とされていた。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、複数の放電灯を同時駆動する場合に、各放電灯に流れる電流の平衡化を図りつつ、バランサトランスを用いた従来技術に比べて大幅に設置スペースを低減することが可能であり、さらに各放電灯に印加される２次側電圧を効率よく得ることができるインバータ駆動回路を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る第１のインバータ駆動回路は、
直流電圧に基づいて高周波交流電圧を生成し、出力するように構成されたスイッチング回路と、該スイッチング回路から出力された該高周波交流電圧を昇圧する昇圧トランスを備え、該昇圧トランスの２次側出力を複数の放電灯に印加し、当該複数の放電灯の駆動を可能としてなるインバータ駆動回路において、
前記複数の放電灯のそれぞれに対応して、前記昇圧トランスの１次巻線を設けるとともに、これら各１次巻線が前記スイッチング回路に対して並列に接続されるように構成し、
さらに、前記スイッチング回路の後段において、前記各１次巻線のそれぞれに対応して直列共振回路が接続されるように構成され、前記複数の放電灯に流れる電流値が互いに略等しくなるように、前記直列共振回路を構成する各素子の定数が設定されてなることを特徴とするものである。
【０００９】
また、前記複数の放電灯のそれぞれに流れる電流値が互いに等しくなるときの周波数をｆｄとした場合に、この周波数ｆｄが共振周波数となるように、前記直列共振回路を構成する各素子の定数が設定されていることが望ましい。
【００１０】
また、本発明に係る第２のインバータ駆動回路は、
複数の放電灯を駆動するインバータ駆動回路において、
前記複数の放電灯に流れる電流値が互いに略等しくなるときの周波数が共振周波数となるように構成素子の定数が設定された、前記複数の放電灯のそれぞれに対応して設けられてなる直列共振回路と、該直列共振回路のそれぞれの一部素子に対して１次巻線が並列に接続された昇圧トランスとを備え、
前記直列共振回路のＱ値と、入力電圧Ｖｉｎの積に係る電圧を発生させることにより、前記複数の放電灯のそれぞれに流れる電流値が互いに略等しくなるように構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の第１のインバータ駆動回路によれば、複数の放電灯のそれぞれに対応して設けられた昇圧トランスの各１次巻線のそれぞれに対して直列共振回路が接続されるように構成されており、かつこれら複数の放電灯に流れる電流値が互いに略等しくなるように、直列共振回路を構成する各素子の定数が設定されていることから、バランサトランスを使用せずとも各放電灯に流れる電流の平衡化（電流値を略等しくすること）を図ることが可能であり、駆動回路の設置スペースを大幅に低減することが可能である。また、各１次巻線のそれぞれに対応する直列共振回路が、スイッチング回路に対して互いに並列に接続されることから、前述した従来技術のように各１次巻線に印加される1次電圧が分圧された状態とならず、各放電灯に印加される２次側電圧を効率よく得ることができる。
【００１２】
また、本発明の第２のインバータ駆動回路によれば、複数の放電灯に流れる電流値が互いに略等しくなるときの周波数が共振周波数となるように構成素子の定数が設定された直列共振回路を、各放電灯のそれぞれに対応して設けている。また、この直列共振回路のそれぞれの一部素子に対してそれぞれ並列に昇圧トランスの１次巻線を接続し、直列共振回路のＱ値と、入力電圧Ｖｉｎの積に係る電圧を発生させ、この直列共振回路に接続される抵抗成分に応じて上記Ｑ値が変化する作用を利用することで、これら複数の放電灯のそれぞれに流れる電流値が互いに略等しくなるように構成している。これにより、上記第１のインバータ駆動回路と同様に、各放電灯に流れる電流の平衡化を図りつつ駆動回路の設置スペースを大幅に低減することができ、かつ各放電灯に印加される２次側電圧を効率よく得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係るインバータ駆動回路について図１〜図４を参照しつつ説明する。
まず、本発明の実施形態に係るインバータ駆動回路の回路構成例について、図１を用いて説明する。
【００１４】
本発明の実施形態に係るインバータ駆動回路は、例えば、液晶テレビ等に使用される各種の液晶表示パネルのバックライトに用いられる冷陰極放電ランプ（以下、ＣＣＦＬと称する）を複数同時に放電、点灯させるに適したもので、以下の構成例においては、同時駆動されるＣＣＦＬが３本の場合を例にとり説明することとする。
【００１５】
このようなインバータ駆動回路は、スイッチング回路（図１においては「ＳＷ」と表記）１０１と、駆動されるＣＣＦＬ２１〜２３に応じて設けられた３つの昇圧トランス部（図１においては、それぞれ「Ｔ１」、「Ｔ２」、「Ｔ３」と表記）１〜３と、各々の昇圧トランス部１〜３の１次側にそれぞれ設けられた直列共振回路５１〜５３を主たる構成要素として構成されたものとなっている。なお、昇圧トランス部１〜３は、互いに別体とされているものに限られず、一体的に組み込まれて多出力トランスの各トランス部とされる態様であってもよい。
【００１６】
スイッチング回路１０１は、その入力側に直流電源４が接続されて、その直流電源４の出力電圧に基づいて高周波高電圧を生成するもので、その構成自体はこの種の回路として公知のものであり、例えば、トランジスタを用いたフルブリッジ回路等が用いられて構成される。
【００１７】
このスイッチング回路１０１の出力側には、第１〜第３の昇圧トランス部１〜３に対応して設けられた第１〜第３の直列共振回路５１〜５３が、このスイッチング回路１０１に対して互いに並列となるよう接続されると共に、第１〜第３の直列共振回路５１〜５３を介して第１〜第３の昇圧トランス部１〜３の１次側が互いに接続されたものとなっている。すなわち、直列共振回路５１〜５３は、スイッチング回路１０１を介して、直流電源４に対して相互に並列接続となるように構成されたものとなっている。
【００１８】
ここで、第１〜第３の直列共振回路５１〜５３は、基本的に同一の構成を有してなるもので、共振用チョークコイル（図１においては、それぞれ「Ｌ１」、「Ｌ２」、「Ｌ３」と表記）１１〜１３と、共振用コンデンサ（図１においては、それぞれ「Ｃ１」、「Ｃ２」、「Ｃ３」と表記）１４〜１６が直列接続されて構成されたものとなっている。
【００１９】
そして、共振用チョークコイル１１と直列接続される共振用コンデンサ１４の両端には、第１の昇圧トランス部１の１次側が、また、共振用チョークコイル１２と直列接続される共振用コンデンサ１５の両端には、第２の昇圧トランス部２の１次側が、そして、共振用チョークコイル１３と直列接続される共振用コンデンサ１６の両端には、第３の昇圧トランス部３の１次側が、それぞれ接続されている。
【００２０】
一方、第１〜第３の昇圧トランス部１〜３の２次側には、それぞれＣＣＦＬ２１〜２３が接続されている。
【００２１】
このような構成のインバータ駆動回路は、直列共振回路５１〜５３が所定出力周波数で動作せしめられ、その出力が第１〜第３の昇圧トランス部１〜３の１次側に印加されることで、バランサトランスを用いることなく、各ＣＣＦＬ２１〜２３の管電流値を略均一（平衡）とすることができるようになっている。
【００２２】
以下、インバータ駆動回路のかかる作用、動作について、図２〜図４を参照しつつ詳述する。
【００２３】
まず、図２は、図１に示されたインバータ駆動回路の等価回路であり、この等価回路について説明する。
【００２４】
図２において、スイッチング回路１０１の具体回路例として、２つのＮチャンネルＭＯＳ電界効果トランジスタＭ１，Ｍ３と２つのＰチャンネルＭＯＳ電界効果トランジスタＭ２，Ｍ４を用い、フルブリッジ回路により構成された例が示されている。このスイッチング回路１０１の回路構成は、あくまでも一例であり、この種のスイッチング回路であれば、ハーフブリッジ回路やプッシュプル回路等の他の回路構成を用いたものであっても勿論よいものである。
【００２５】
第１の昇圧トランス部１の１次側は、１次巻線インダクタンスＬ４ａと１次巻線抵抗Ｒ１が直列接続されたものとして表すことができる。これは、第２および第３の昇圧トランス部２，３についても同様であり、第２の昇圧トランス部２の１次側は、１次巻線インダクタンスＬ５ａと１次巻線抵抗Ｒ２が、第３の昇圧トランス部３の１次側は、１次巻線インダクタンスＬ６ａと１次巻線抵抗Ｒ３が、それぞれ直列接続されたものとして表される。
【００２６】
また、第１〜第３の昇圧トランス部１〜３の２次側について説明するに、第１の昇圧トランス部１の２次側は、２次巻線インダクタンスＬ４ｂと２次巻線抵抗Ｒ４が、第２の昇圧トランス部２の２次側は、２次巻線インダクタンスＬ５ｂと２次巻線抵抗Ｒ５が、第３の昇圧トランス部３の２次側は、２次巻線インダクタンスＬ６ｂと２次巻線抵抗Ｒ６が、それぞれ直列接続されたものとして表される。
【００２７】
さらに、第１〜第３の昇圧トランス部１〜３の２次側に接続された各ＣＣＦＬ２１〜２３は、抵抗とコンデンサが並列接続された回路と等価とすることができる。すなわち、具体的には、ＣＣＦＬ２１は、抵抗Ｒ７とコンデンサＣ４との並列接続回路として、ＣＣＦＬ２２は、抵抗Ｒ８とコンデンサＣ５との並列接続回路として、ＣＣＦＬ２３は、抵抗Ｒ９とコンデンサＣ６との並列接続回路として、それぞれ表すことができる。なお、コンデンサＣ４、Ｃ５、Ｃ６は、各ＣＣＦＬ２１〜２３と液晶表示パネルのフレーム等（図示せず）との間に生ずる浮遊容量であり、「パネル浮遊容量」とも称されるものである。
【００２８】
かかる図２において、具体的に記載された回路定数は一例であり、特に、後述するように、第１〜第３の直列共振回路５１〜５３の回路定数の再設定を行った後の定数の一例が示されたものとなっている。
【００２９】
次に、スイッチング回路１０１の出力周波数の設定と直列共振回路５１〜５３の回路定数の設定について説明する。
【００３０】
まず、直列共振回路５１〜５３の各々の共振用チョークコイル１１〜１３と、共振用コンデンサ１４〜１６は、シミュレーションや試験データ等に基づいて、適宜な値のものを仮に選択しておく。例えば、図３には、この段階における仮の回路定数の例が、先の等価回路の形式で示されている。なお、この図３において、スイッチング回路１０１は、交流電源５と抵抗Ｒ１０とを直列接続したものとして表されている。
【００３１】
そして、スイッチング回路１０１の出力電圧の周波数を、例えば、低域から高域へ徐々に変化させるように周波数走査を行う。この周波数の変化範囲は、シミュレーションや試験データ等に基づいて各ＣＣＦＬ２１〜２３の管電流値を略等しくし得る周波数範囲を予測できるので、そのようにして予測された周波数範囲に基づいて設定することが好ましい。
【００３２】
そして、図４に一例が示されているように、スイッチング回路１０１の出力電圧の周波数走査を行うことにより、ＣＣＦＬ２１〜２３の管電流値が略一致する周波数ｆｄを検出することができる。
【００３３】
図４は、上述のようにスイッチング回路１０１の出力電圧の周波数を変化させた場合のＣＣＦＬ２１〜２３の管電流変化の一例を示すもので、図中、符号ａが付された特性曲線は、ＣＣＦＬ２１の管電流変化を、符号ｂが付された特性曲線は、ＣＣＦＬ２２の管電流変化を、符号ｃが付された特性曲線は、ＣＣＦＬ２３の管電流変化を、それぞれ示している。
【００３４】
このようにして検出された管電流値一致の周波数ｆｄは、最終的にスイッチ回路１０１の動作周波数、すなわち、出力周波数と定められる。次いで、第１〜第３の直列共振回路５１〜５３の共振用チョークコイル１１〜１３と、共振用コンデンサ１４〜１６の値を、各直列共振回路５１〜５３の共振周波数が上述のようにして求められた周波数ｆｄとなるように再設定する。
【００３５】
この共振用チョークコイル１１〜１３、共振用コンデンサ１４〜１６の定数の再設定は、必ずしもインダクタンスと静電容量の双方を設定し直されなればならないものではない。すなわち、この定数の再設定は、再設定前の各々の直列共振回路５１〜５３の共振周波数と、再設定後の共振周波数ｆｄとのずれの大きさに依存するものであるが、その周波数のずれの大きさに応じて適宜、インダクタンスか静電容量のいずれか一方、又は、双方を再設定すればよい。
【００３６】
図２における直列共振回路５１〜５３の回路定数は、図３に示す回路例の定数を再設定した後のもので、この例の場合、直列共振回路５１〜５３の共振用チョークコイル１１〜１３のインダクタンス値だけが再設定されたものとなっている。
【００３７】
このようにして、スイッチング回路１０１の出力周波数を設定すると共に、第１〜第３の直列共振回路５１〜５３の共振周波数を再設定してＣＣＦＬ２１〜２３を駆動することにより、管電流値はほぼ均一となる。
【００３８】
このような構成において、仮に、ＣＣＦＬ２１〜２３のインピーダンスが変動した場合を考えると、ＣＣＦＬ２１〜２３のインピーダンスの変動は、当然ながら第１〜第３の昇圧トランス部１〜３の１次側にも、その巻線比に応じて現れるが、図２の等価回路から明らかなように、各直列共振回路５１〜５３の共振用コンデンサ１４〜１６の両端における変化となる。
【００３９】
直列共振回路５１〜５３の共振用コンデンサ１４〜１６に並列接続されたトランスの１次側からみたインピーダンス値が変化した場合、交流回路理論で知られているように、その変化は、直列共振回路のＱ値の変化を招来する。具体的には、共振用コンデンサ１４〜１６に並列接続されたトランスの１次側からみたインピーダンス値が大きくなると、直列共振回路５１〜５３のＱ値が上昇する。一方、共振用コンデンサ１４〜１６の両端の電圧Ｖｃは、スイッチング回路１０１の出力電圧である、直列共振回路５１〜５３の両端に印加される電圧Ｖｉｎを用いて、Ｑ×Ｖｉｎと表されるものであるので、Ｑ値の上昇は電圧Ｖｃの上昇を招き、その上昇は昇圧トランス部１〜３の２次側へも伝達されることとなる。その結果、ＣＣＦＬ２１〜２３に印加される電圧が上昇するため、インピーダンスの増大に伴うＣＣＦＬ２１〜２３の管電流値の減少が補償され、インピーダンスの変動によらず、ほぼ一定の管電流値に維持されるものとなる。
【００４０】
一方、上述の場合とは逆に、ＣＣＦＬ２１〜２３のインピーダンスが小さくなった場合には、上述とは逆に、直列共振回路５１〜５３のＱ値が低下するため、共振用コンデンサ１４〜１６の両端の電圧Ｖｃの下降を招くこととなる。その結果、昇圧トランス部１〜３の２次側においては、ＣＣＦＬ２１〜２３に加わる電圧が低下するため、管電流値の減少を招き、インピーダンスの減少による電流増加が抑圧され、インピーダンスの増大の場合と同様に、管電流値の補償がなされてほぼ一定の管電流値に維持されることとなる。
【００４１】
下記表１には、２つの試験例が示されている。以下、同図の試験例について説明する。
【００４２】
最初に、表１（ａ）に示す第１例において、ＣＣＦＬ２１〜２３は、そのインピーダンスが、それぞれ１５０ＫΩ、７５ＫΩ、２２５ＫΩであり、また、パネル浮遊容量が、それぞれ６ｐＦ、７.５ｐＦ、４.５ｐＦのものである。
【００４３】
そして、ＣＣＦＬ２１の管電流値は１１.３５(mA（rms）)、ＣＣＦＬ２２の管電流値は１１.４１(mA（rms）)、ＣＣＦＬ２３の管電流値は１１.１２(mA（rms）)と、各管電流値のばらつきは極僅かであることが確認できるものとなっている。この第１例の場合、管電流値のばらつきΔを、Δ＝{（管電流の最大値と最小値との差）/（管電流の最小値）}×１００（％）と定義すると、Δ＝２.６％となる。
【００４４】
次に、表１（ｂ）に示す第２例は、ＣＣＦＬ２２のパネル浮遊容量が４.５ｐＦ、ＣＣＦＬ２３のパネル浮遊容量が７.５ｐＦとされている点において上記第１例のものと異なったものとされている。
【００４５】
そして、この第２例では、ＣＣＦＬ２１の管電流値は１１.３９(mA（rms）) 、ＣＣＦＬ２２の管電流値は１１.４５(mA（rms）) 、ＣＣＦＬ２３の管電流値は１１.１４(mA（rms）) であり、これら管電流値のばらつきΔは、２.８％となっており、上記第１例と同様に、管電流値のばらつきが極僅かとされている。
【００４６】
【表１】
2008016241.tif 000003
【００４７】
なお、上記においては、３本のＣＣＦＬ２１〜２３が同時駆動される場合の構成例を示しているが、同時駆動されるＣＣＦＬの本数は、勿論、これに限定されるものではなく、任意の本数とすることができ、上述したような構成例に準じて構成すればよい。
【００４８】
さらに、ＣＣＦＬに替えて他の放電灯ランプを駆動する場合に、本発明装置を適用することは勿論可能である。
【００４９】
また、図１に示された回路構成は、あくまでも一例であり、これに限定される必要はなく、同様な作用、動作を奏するものであれば他の回路構成であってもよいものである。例えば、直列共振回路と昇圧トランスの１次巻線との接続態様は、図２の態様に限られるものではない。
【００５０】
また、上記実施形態においては、図示は省略されているが、スイッチング回路１０１を制御するための制御部が設けられている。この制御部には、任意の１本のＣＣＦＬの低圧側で検出された信号がフィードバックされるようになっており、これによって定電流制御が行われるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態に係るインバータ駆動回路の構成例を示す回路図
【図２】図１に示すインバータ駆動回路の等価回路図
【図３】図２に示すインバータ駆動回路の直列共振回路の定数再設定前における回路定数を示す等価回路図
【図４】本発明の実施形態に係るインバータ駆動回路において、各直列共振回路の周波数変化に対する管電流の変化特性の例を示す特性曲線図
【符号の説明】
【００５２】
１〜３        昇圧トランス部
４            直流電源
５            交流電源
１１〜１３    共振用チョークコイル
１４〜１６    共振用コンデンサ
２１〜２３    ＣＣＦＬ
５１〜５３    直列共振回路
１０１        スイッチング回路
【図１】
2008016241.tif 000004
【図２】
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【図３】
2008016241.tif 000006
【図４】
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