(57)【要約】【課題】  電圧の帰還回路を用いることなく、負荷回路が必要とする安定した出力を得られる（補助）電源装置を提供する。【解決手段】  主巻線と結合された巻線を有する変成器と、前記変成器の巻線に接続された整流回路と、前記変成器の主巻線とコンデンサによる直列共振回路を有し、前記直列共振回路へ共振周波数より高い固定周波数のＤｕｔｙ５０％で波高が安定した方形波を印加することで、整流回路に出力を生成する共振型電源回路とする。【選択図】  図１
2008011587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変成器の主巻線とコンデンサとが直列接続されてなる直列共振回路と、前記変成器の副巻線に接続されるとともに前記副巻線の出力を整流し負荷に直流電圧を供給する整流回路と、を備え、前記直列共振回路の共振周波数より高い一定の周波数で、かつ、波高値が一定の方形波電圧が前記変成器の主巻線に印加されて動作する電源装置。
【請求項２】
前記変成器の主巻線のインピーダンスが、前記負荷の変動範囲において、一定である、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
起動時において、前記方形波電圧の周波数を定常動作状態における周波数より高い周波数とする、請求項１から請求項２のいずれかに記載の電源装置。
【請求項４】
方形波電圧を生成し複数部分に前記方形波電圧を供給する方形波電圧生成手段を備え、前記複数部分のうちの１つが前記変成器の主巻線でなる、請求項１から請求項３のいずれかに記載の電源装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の電源装置からなる低圧電源と、冷陰極管に電力供給するバックライト電源と、を備えてなる電源装置において、前記バックライト電源が、方形波電圧を２信号生成する２信号生成手段と、前記２信号を入力とし前記冷陰極管を点灯させる変成器と、を備え、前記２信号の位相を変化させることにより前記変成器の出力を調整して前記冷陰極管に電力を供給するとともに、前記低圧電源の主巻線に前記方形波を供給してなる電源装置。
【請求項６】
前記変成器の主巻線の両端から方形波電圧が供給されてなり、前記主巻線の一端に前記低圧電源が接続され、前記主巻線の他端にコイルとコンデンサとが直列に接続されてなる、請求項５に記載の電源装置。                                                                               
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に係り、特に、補助電源に好適に利用される電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、直流入力電圧を所望の直流出力電圧に変換するコンバータ回路が存在する。このようなコンバータ回路は電源装置にも用いられるものである。
近年、中間に交流段を含むＤＣ−ＤＣコンバータ回路が、さまざまな目的で用いられている。例えば、このようなＤＣ−ＤＣコンバータ回路を電子機器に利用する場合には、直流電圧を昇圧する必要がある場合がある。このとき、交流電圧を昇圧し、その後、整流回路により高い直流電圧に変換する。整流は、２段階に分けて行われ、交流電圧を整流して、直流電圧に変換した後、この直流電圧を交流電圧に変換し、さらに、この交流電圧を整流して所望の直流電圧を得ることができる。
【０００３】
このような回路では、交流電圧への変換を商用交流周波数よりも高い周波数で行うので、電圧の昇圧、分離に用いられる変圧器を従来の変圧器に比べて小さくできる。ＤＣ−ＤＣコンバータには、所定の出力電圧を得るために、スイッチング素子、エネルギー変換素子がしばしば用いられている。しかしながら、このようなスイッチング素子を用いる場合には、しばしば、所望の直流出力電流と比べ、非常に高いピーク電流が流れることがあった。また、電磁干渉がスイッチングに伴って発生していた。
【０００４】
このような問題に鑑み、交流出力波形を発生する同調共振回路を含んだコンバータ回路が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このコンバータ回路によれば、スイッチング手段を非導通状態に保持して、出力電圧に応じた各サイクルの期間、帰還を阻止する。その結果、共振回路の交流波の周波数を出力レベルに応じて幾分変化させ、かかる周波数変化により出力レベルを所望の値に戻す。
【０００５】
このコンバータ回路は、２個のスイッチング素子及び直列共振回路を含むことから、効率が改善される。変圧器に流れる電流は直列共振回路の共振周波数に近い略正弦波状となるので電磁干渉が減少する。
【０００６】
しかしながら、効率の改善には、スイッチング素子のオン・オフのタイミング設定が微妙であった。この設定が不完全であると、効率の向上が難しく、場合によっては、タイミングを決めるために回路電流等を検出する必要のある場合があり、このような場合、回路構成が複雑になっていた。
【０００７】
このような点に鑑み、簡単な構成で、効率の良い、電源装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
この電源回路は、直流電源と、オン・オフ制御可能なスイッチング素子を含み、前記直流電源をスイッチングして交流に変換し、出力するスイッチング手段と、供給される交流入力を全波整流しコンデンサで平滑して直流出力を取り出す直流出力手段と、前記スイッチング手段の出力端と前記直流出力手段の入力端との間に直列に形成される直列共振手段と、前記スイッチング手段のスイッチング素子の両端に並列に形成される並列共振手段と、前記スイッチング手段のスイッチング素子を周期的にオン、オフ制御するとともに、スイッチング手段をオンした後は当該スイッチング手段を流れる電流が前記直列共振手段による直列共振の終了によってほぼ零となった後に当該スイッチング手段をオフし、スイッチング手段をオフした後は当該スイッチング手段に印加される電圧が前記並列共振手段による並列共振により変化してほぼ零となった後に当該スイッチング手段をオンするように制御するタイミング制御手段とを具備する。
【０００９】
この電源回路によれば、スイッチング素子の全スイッチング動作が電圧零または電流零のいずれかで行われるため、スイッチング損失が極めて零に近く、回路全体としての効率が極めて高くなる。また、直列共振電流および並列共振電圧のいずれも単一周波数に近いスペクトラムとなり、回路各部の共振ディップと緩衝してリンギングあるいはオーバシュートを生じる可能性が激減する。したがって、高調波等の不要輻射が極めて少なくなる。
【００１０】
すなわち、電流、電圧、双方の波形を共振の利用により正弦波に近づけノイズを少なくするとともに、スイッチングロスを小さくする。また、スイッチングトランジスタのオン・オフのタイミングは固定でよく、設定が容易であり全体の回路をシンプルに設計できる。
【００１１】
近年、液晶表示器（ＬＣＤ）が普及し、そのバックライトに用いられる電源装置の効率化が求められている。
【００１２】
このような観点から、例えば、双重昇圧パワー・ファクタ校正（Ｄｕａｌ  Ｂｏｏｓｔ  ＰＦＣ）回路が直接入力された電力周波数交流電圧を数百ボルトの直流バス電圧に変換すると共に、入力電流パワー・ファクタ校正機能を実現した電源装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１３】
この電源装置においては、一個の電力周波数整流器を節約したので、このＰＦＣはより高い効率を得ることができる。また、伝統の＋２４Ｖ入力電圧と異なり、該電源系統におけるバック・ライト・インバータの入力電圧は数百ボルト直流電圧であり、直接前級ＰＦＣ回路のバック・ライト・インバータ回路の出力電圧から来たものである。
【００１４】
従来のものより一級少なく、前級ＰＦＣ回路とバック・ライト・インバータとに介する直流／直流（ＤＣ／ＤＣ）変換器であるので、より簡単な構造及び、より低い材料コストを有していることから、より高い伝送効率を得ることが出来、自然冷却工作条件下の熱構造設計に適している。
【００１５】
これ以外に、商用交流電源を入力して直流入力電圧を生成する入力電圧生成手段と、上記直流入力電圧を入力して、直流−直流電力変換を行うことで、商用交流電源側である一次側と直流的に絶縁された二次側において、所定の負荷に供給すべき直流電源電圧を生成する第１の電力変換手段とを備える電源回路が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【００１６】
この電源装置においては、直流入力電圧を入力して、直流−交流変換による電力変換を行うことで、上記商用交流電源側である一次側と直流的に絶縁された二次側において、ディスプレイ装置のバックライト部に供給すべき電源電圧を生成する第２の電力変換手段を備えるように構成されている。
【００１７】
この電源装置によれば、上記第２の電力変換手段は、上記第１の電力変換手段から出力される直流出力電圧ではなく、上記入力電圧生成手段により生成される直流電圧を直接的に入力して動作することになる。つまり、この電源装置によっては、複数回の電力変換が行われる回路構成は採らないように構成されているものである。
【特許文献１】特公昭５４−４３１６８号公報
【特許文献２】特許第２７２２８６９号公報
【特許文献３】特開２００５−３１６４２９号公報
【特許文献４】特開２００５−２０９９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、特公昭５４−４３１６８号公報記載の従来の電源装置では、基板上に（特に１次と２次を持つ電源の場合）、電圧安定の為の帰還回路を形成するために、大きな面積を要し、小型化することが困難となるという課題を有していた。
【００１９】
また、特許第２７２２８６９号公報に記載の電源装置では、スイッチングトランジスタのオン・オフのタイミングが固定となり回路が簡素化されてはいるが、少なくともタイミング制御手段のための回路を要するので、小型化しづらいという課題を有していた。
【００２０】
さらに、特開２００５−３１６４２９号公報および特開２００５−２０９９２号公報に記載の電源装置では、主電源回路とインバータ回路双方が独立しているため、双方に帰還回路もしくは制御回路を要することから、小型化しづらいという課題を有していた。図６は、このような従来の冷陰極管点灯用の電源装置の一例を示す図である。
【００２１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電圧の帰還回路を用いず、負荷回路が必要とする略安定した出力を得られるような構成とした（補助）電源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】
【００２２】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電源装置は、変成器の主巻線とコンデンサとが直列接続されてなる直列共振回路と、前記変成器の副巻線に接続されるとともに前記副巻線の出力を整流し負荷に直流電圧を供給する整流回路と、を備え、前記直列共振回路の共振周波数より高い一定の周波数で、かつ、波高値が一定の方形波電圧が前記変成器の主巻線に印加されて動作する。
【００２３】
さらに、本発明は、前記変成器の主巻線のインピーダンスが、前記負荷の変動範囲において、一定である。
【００２４】
さらに、本発明は、起動時において、前記方形波電圧の周波数を定常動作状態における周波数より高い周波数とする。
【００２５】
さらに、本発明は、方形波電圧を生成し複数部分に前記方形波電圧を供給する方形波電圧生成手段を備え、前記複数部分のうちの１つが前記変成器の主巻線でなる。
【００２６】
さらに、本発明は、低圧電源と、冷陰極管に電力供給するバックライト電源と、を備えてなる電源装置において、前記バックライト電源が、方形波電圧を２信号生成する２信号生成手段と、前記２信号を入力とし前記冷陰極管を点灯させる変成器と、を備え、前記２信号の位相を変化させることにより前記変成器の出力を調整して前記冷陰極管に電力を供給するとともに、前記低圧電源の主巻線に前記方形波を供給してなる。
【００２７】
さらに、本発明は、前記変成器の主巻線の両端から方形波電圧が供給されてなり、前記主巻線の一端に前記低圧電源が接続され、前記主巻線の他端にコイルとコンデンサとが直列に接続されてなる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の電源装置によれば、低ノイズで小型の（補助）電源を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、本発明の電源装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１は、本発明の一例を示す実施例１に係る電源装置の回路図である。
【００３１】
実施例１において、変成器２は、Ｎを正数として、巻数比が１：Ｎである。この変成器２は、主巻線と、巻数が等しい副巻線を２つ持ち、コンデンサ１と、変成器２の主巻線と、により直列共振回路を構成し、巻数比に応じた出力を副巻線に出力する。変成器２の出力は、整流回路３により直流に変換され、負荷４に直流電圧を供給する。
【００３２】
このように構成される実施例１の電源装置において、印加される方形波電圧は、周波数が一定で、Ｄｕｔｙ５０％、波高が一定である。主巻線のインダクタンスを負荷４の変動範囲において、共振点を維持するために十分変動が少ないものにする。ここで、コンデンサ１の容量を負荷４の変動範囲内で一定値になるものとすると、入力信号である方形波電圧、共振周波数を決定するインダクタンス、キャパシタンス値が一定となり、出力電圧が一定となることでフィードバック回路が不要な電源装置を構成できる。前記方形波電圧は、変成器２により位相が１８０度異なる２つの正弦波電圧に変換される。
【００３３】
整流回路３において、一方の正弦波電圧は、整流器により正の半周期のみの半波に変換され、他方の正弦波は、他方の整流器により前記半波と１８０度、位相が異なる半波を出力し、この合成信号がコンデンサに充電され、負荷に直流電圧を供給する（全波整流）。
【００３４】
以上のように、本実施例１においては、変成器２の主巻線とコンデンサ１とで構成された共振回路に印加する電圧（方形波）を周波数一定でＤｕｔｙ５０％、波高を一定とし、かつ、主巻線のインダクタンスが負荷変動に対して安定とすることにより、電圧制御の為の帰還回路を必要とせず、安定した出力を得ることが可能となり、小型化することができる。
【００３５】
また、本実施例１では、起動時に変成器２の主巻線とコンデンサ１で構成された共振回路に印加する電圧（方形波）を通常動作時より高くしたことにより、起動時の変成器２や各素子に流れる電流を制限することが可能となり、定格電流の小さい部品を使用することもできる。
【実施例２】
【００３６】
図２は、本発明の実施例２の電源装置の回路図である。図２において、ドライブ回路５は、巻数比が１：Ｎである主巻線と巻数が等しい副巻線を持つ変成器６とスイッチング素子７とスイッチング素子８とを備えており、ドライブ回路９は、巻数比が１：Ｎである主巻線と、巻数が等しい副巻線を持つ変成器１０と、スイッチング素子１１と、スイッチング素子１２と、を備えており、変成器１３は、冷陰極管１４に接続される。
【００３７】
実施例１に記載の電源装置と異なるところは、変成器１６の主巻線とコンデンサ１５で構成された共振回路に印加する電圧（方形波）の供給方法をより具体的に示した点である。
【００３８】
図２において、ドライブ回路５は、発振回路から供給される電圧波形ＶＡに同期した方形波を出力し、ドライブ回路９は、発振回路から供給される電圧波形ＶＢに同期した方形波を出力する。変成器１３は、前記ドライブ回路５およびドライブ回路９からの出力である電圧波形ＶＣ−ＶＤを主巻線に供給され、電圧波形ＶＡおよび電圧波形ＶＢの位相差に比例した出力を冷陰極管１４に供給する。
【００３９】
図３は、電圧波形ＶＡ、電圧波形ＶＢおよび電圧波形ＶＣ−ＶＤを示し、この原理図に従ったタイミングで電圧波形を制御することにより冷陰極管１４の出力を調整している。
【００４０】
このように構成される実施例２の電源装置において、ドライブ回路５は、電圧波形ＶＡが正の半周期においてスイッチング素子７がＯＮ動作となり、ＶＣ点に“Ｈ”を出力し、電圧波形ＶＡが負の半周期においてスイッチング素子８がＯＮ動作となり、ＶＣ点に“Ｌ”を出力し、電圧波形ＶＡに同期した電圧波形ＶＣを出力する。
【００４１】
ドライブ回路９は、ドライブ回路５の前記動作と同様に電圧波形ＶＢに同期した電圧波形ＶＤを出力する。変成器１３は、電圧波形ＶＣおよび電圧波形ＶＤの位相差により変化する電圧波形ＶＣ−ＶＤを主巻線に入力され（図３）、前記位相差の変化により周波数が一定で振幅が変化する正弦波が冷陰極管１４に供給され、前記冷陰極管が点灯する。
【００４２】
また、実施例１の電源装置と同様の構成のコンデンサ１５、変成器１６、整流回路１７により構成される電源装置は、前記電圧波形ＶＣもしくは電圧波形ＶＤを入力とすることにより、負荷１８に直流電圧を供給することができる。
【００４３】
以上のように、実施例１の電源装置を実施例２のドライブ回路５に接続することによって、実施例１の電源装置に本来必要である電圧波形ＶＣを発生させる共振回路およびドライブ回路およびスイッチング素子を省略することができる。
【００４４】
また、図５はこの電源装置の概略図である。図５に示すように、本実施例２に示す電源装置は、図６に示す従来の電源装置に比べ、制御回路２７を必要としない。このため、装置の小型化を図ることができる。
【００４５】
さらに、実施例１の電源装置は、共振型電源であるため非共振型電源に比べノイズが小さく、電圧波形ＶＣを生成する手段を必要としないことによってもノイズが小さくなるため、低ノイズで小型の（補助）電源を構築することができる。
【００４６】
また、本実施例２の他方のドライブ回路９にコンデンサ１９とコイル２０による直列回路を接続することにより、実施例２の電源回路の発熱が、より低く抑えられる（図４）。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明にかかる電源装置は、低ノイズで小型の（補助）電源を有し、液晶テレビ用電源装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例１における電源装置の回路図
【図２】本発明の実施例２における電源装置の回路図
【図３】本発明の実施例２における電源装置の原理図
【図４】本発明の実施例２における電源装置の回路図
【図５】本発明の実施例２における電源装置のブロック図
【図６】従来の電源装置のブロック図
【符号の説明】
【００４９】
１  コンデンサ
２  変成器
３  整流回路
４  負荷
５、９  ドライブ回路
６、１０  変成器
７、８、１１、１２  スイッチング素子
１３  変成器
１４  冷陰極管
１５  コンデンサ
１６  変成器
１７  整流回路
１８  負荷
１９  コンデンサ
２０  コイル
２１  商用電源
２２  ＰＦＣ回路
２３  低圧電源回路
２４  バックライト電源回路
２５  直流負荷
２６  冷陰極管
２７  制御回路
２８  低圧電源回路
【図１】
2008011587.tif 000003
【図２】
2008011587.tif 000004
【図３】
2008011587.tif 000005
【図４】
2008011587.tif 000006
【図５】
2008011587.tif 000007
【図６】
2008011587.tif 000008