(57)【要約】【課題】ピーク電流の繰り返しによって生じる、入力巻線の振動、フェライトコアの磁歪、共振、共鳴を誘発されて発生する唸り音が発生低減できる調光機能を有するインバータ回路を提供する。【解決手段】入力巻線に直流電流を供給し、入力巻線電流をスイッチング素子によって断続させて、出力巻線より交番電圧を出力する昇圧トランスを具えたインバータ回路において、スイッチング素子を動作させる起動電流によってスイッチング素子のオン・オフ時間を制御して昇圧トランスの出力電圧レベルを間欠的に変化させる手段を具え、スイッチング素子を動作させる起動電流の立ち上がり特性と立ち下がり特性を制御する手段を付加する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力巻線に直流電流を供給し、入力巻線電流をスイッチング素子によって断続させて、出力巻線より交番電圧を出力する昇圧トランスを具えたインバータ回路において、
スイッチング素子を動作させる起動電流によってスイッチング素子のオン・オフ時間を制御して昇圧トランスの出力電圧レベルを間欠的に変化させる手段を具え、スイッチング素子を動作させる起動電流の立ち上がり特性と立ち下がり特性を制御する手段を具えたことを特徴とするインバータ回路。
【請求項２】
入力巻線に直流電流を供給し、入力巻線電流をスイッチング素子によって断続させて、出力巻線より交番電圧を出力して放電灯を点灯する昇圧トランスを具えたインバータ回路において、
スイッチング素子を動作させる起動電流によってスイッチング素子のオン・オフ時間を制御して昇圧トランスの出力電圧レベルを間欠的に変化させて放電管の調光を行う手段を具え、スイッチング素子を動作させる起動電流の立ち上がり特性と立ち下がり特性を制御する手段を具えたことを特徴とするインバータ回路。
【請求項３】
立ちあがり傾斜を緩やかにし、立ち下がり傾斜を急峻にする手段を具えた請求項１または請求項２記載のインバータ回路。
【請求項４】
入力巻線に直流電流を供給し、入力巻線電流をスイッチング素子によって断続させて、出力巻線より交番電圧を出力して放電灯を点灯する昇圧トランスを具えたインバータ回路において、
スイッチング素子を動作させる調光信号によってスイッチング素子のオン・オフ時間を制御して昇圧トランスの出力電圧レベルを間欠的に変化させて放電管の調光を行う手段を具え、調光信号入力に接続されスイッチング素子とＧＮＤ間に抵抗とコンデンサが直列に接続され、その抵抗とコンデンサの接続点が抵抗を介して入力巻線に接続されたスイッチング素子と接続されたことを特徴とするインバータ回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯等の点灯に用いるインバータ回路に係るもので、特に巻線トランスの唸り音を低減させたインバータ回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００１−１９６１９６
【特許文献２】特開平６−３５１２６５
【０００３】
放電灯の輝度調整方法には、放電灯に流れる電流すなわち管電流を変化させる電流調光方式と、放電灯の消灯時間を作ってこの消灯時間を変化させるバースト（またはデューテイ）調光方式とがある。一般に、広い調光範囲を得る場合にはバースト調光方式が用いられる。
【０００４】
液晶表示装置などに用いられるバースト調光機能を有する従来の放電灯点灯装置（バックライトインバータ装置ともいう。）に使用されるインバータ回路として図６に示したような回路が知られている。図６のインバータ回路は、プッシプル接続されたスイッチングトランジスタ２、３と入力巻線４、出力巻線５そして帰還巻線６を有する昇圧トランス７を具えている。
【０００５】
図６の回路で、８はバイアス抵抗、９は入力巻線に並列に接続された共振コンデンサ、１０は負荷１（蛍光管）に直列接続された共振コンデンサであり、入力巻線４の中間タップはチョークコイル１１を介して直流電源１２に接続されている。帰還巻線６によって自励発振させ、トランジスタ２、３を交互にスイッチングし、出力巻線５に高い交流電圧を発生させて放電管を点灯させるものである。
【０００６】
トランジスタ１５は、バースト調光すなわち放電管の点灯・消灯を行うためのスイッチングトランジスタであり、１４はそのバイアス抵抗である。バイアス抵抗１４に所定の周期の矩形波を入力し、その矩形波のデューテイ比を変化させることにより放電灯の消灯時間を変化させて調光を行う。矩形波入力がＨｉレベルになるとトランジスタ１５がＯＮとなり、直流電源１２から流れ込む起動電流が抵抗８を通してトランジスタ２、３に入力されて、トランジスタ２、３が同時に導通する。このとき、入力巻線４の２つのコイル４Ｐ１、４Ｐ２には相反する向きに電流が流れるために磁束が発生せず、等価的にインピーダンスが無限大となり、その結果、トランジスタ２、３のベース電流と電流増幅率で決定される電流が流れる。
【０００７】
その後、回路構成、トランジスタのばらつき等によりトランジスタ２、３のバランスが崩れ、一方がＯＮ、他方がＯＦＦとなる。ＯＦＦとなったトランジスタに接続されているコイル電流が共振コンデンサ９を充電する。ＯＦＦ側コイルのエネルギーが放出されるとＯＮ側コイルの磁界の影響を受け、また、共振コンデンサ９の放電電流とも合わされて、コイル４Ｐ１、４Ｐ２には同方向に電流が流れ始める。合成された電流が片方のトランジスタにそれまでの２倍の電流で流れ込むこのときトランス７の入力巻線４に流れる電流が最大となり、大きな電流変化（ピーク電流）が現れる。
【０００８】
それ以降は、コイル４Ｐ１、４Ｐ２に同方向の電流が流れることにより、帰還巻線６に電圧が発生してトランジスタ２、３の動作を反転させるような向きにベース電流が流れてコレクタ電流が増加する。電流増加はベース電流と電流増幅率とによって定まる飽和点に達した時点で抑制されるので、その電流増加が少なくなるにつれて昇圧トランス７の入力巻線４と帰還巻線６には逆向きの電圧が発生し、トランジスタ２、３を再び反転させることによって発振が継続する。
【０００９】
このように、昇圧トランス７の発振開始時に現れる入力巻線４の大きな電流変化が可聴周波数で繰り返されることによって、入力巻線の振動およびフェライトコアの振動が発生して唸り音が発生している。バースト調光を行ったときの自励方式のインバータ回路において昇圧トランスの入力巻線流れる電流変化を見ると、図７に示すような電流波形となる。点灯開始時にピーク電流が発生し、これが可聴周波数であるバースト調光周波数で繰り返されることを示している。
【００１０】
そこで、図８に示したように、コンデンサ１７を追加してベース抵抗８とで時定数回路を作り、トランジスタ２、３のベースに入力される起動電流の立ち上がりの傾斜を緩やかにし、昇圧トランス７の入力巻線４に大きな電流変化が現れないように配慮した回路もある。しかし、時定数を調整するには、ベース抵抗値が直流電源１２の電圧とトランジスタ２、３のベース飽和電流によって決定され、調整範囲が限定される。そこで、コンデンサ１７の容量を調整する以外ないが、容量を大きくした場合には、トランジスタ１５が非導通となったときにコンデンサ１７に充電されていた電荷がベース抵抗８を通して放電されるためにトランジスタ２、３がすぐにはＯＦＦとならず、調光範囲が狭くなってしまう不都合が生じる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、バースト調光方式においては、放電灯の点灯・消灯、すなわち昇圧トランスの発振、発振停止とを繰り返し、発振停止時間を変化させて輝度を調整するインバータ回路が用いられる。そのような回路においては、発振開始直後に入力巻線に大きな電流変化（ピーク電流）が発生し、発振・発振停止の繰り返し周波数は一般的に数百Ｈｚの可聴周波数であるのでピーク電流の発生周期もこの繰り返し周期となる。これによって、入力巻線の振動、フェライトコアの磁歪、共振、共鳴を誘発されて唸り音が発生しているが、本発明はこの唸り音を簡単な回路構成で低減できる調光機能を有するインバータ回路を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、点灯開始と消灯時の立ち上がり、立ち下がり傾斜を調整することによって、上記の課題を解決するものである。すなわち、入力巻線に直流電流を供給し、入力巻線電流をスイッチング素子によって断続させて、出力巻線より交番電圧を出力する昇圧トランスを具えたインバータ回路において、スイッチング素子を動作させる起動電流によってスイッチング素子のオン・オフ時間を制御して昇圧トランスの出力電圧レベルを間欠的に変化させる手段を具え、スイッチング素子を動作させる起動電流の立ち上がり特性と立ち下がり特性を制御する手段を具えたことに特徴を有するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明によるインバータ回路の基本構成は、以下のようになる。
▲１▼入力巻線に直流電流を供給し、入力巻線電流をスイッチング素子により断続させ、出力巻線より交番電圧を出力する昇圧トランスを具えたプッシュプル回路。
▲２▼スイッチング素子を動作させる起動電流を制御して昇圧トランスの出力電圧レベルを間欠的に変化させ、昇圧トランスの負荷として接続された放電灯の明るさを調整する調光回路。
▲３▼スイッチング素子を動作させる間欠的な起動電流の立ち上がり傾斜と立ち下がり傾斜を制御する回路。
【００１４】
点灯動作開始直後の入力巻線に現れるピーク電流は、２つのトランジスタが同時に導通するときに流れる電流の２倍となるので、２つのトランジスタの同時導通時に流れるベース電流と電流増幅率とによって決定されるコレクタ電流を低くすればピーク電流が減り、唸り音も低減できる。そのため、トランジスタに流入するベース電流の立ち上がりを緩やかにして同時に導通する間のコレクタ電流を制限するとともに、消灯動作開始時にはトランジスタが速やかにＯＦＦとなるようにベース電流の立ち下がり傾斜を急峻にしてトランジスタを短時間でＯＦＦさせる。
【００１５】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図１は本発明によるインバータ回路を示す回路図、図２はそのインバータ回路での昇圧トランスの入力巻線に流れる電流波形を示す。この図１のインバータ回路は、基本的な構成は図６に示した従来の回路と同じであるが、抵抗１６とコンデンサ１７を追加した構成となっている。すなわち、抵抗１６をトランジスタ１５のコレクタとベース抵抗８間に、コンデンサ１７を抵抗１６とベース抵抗８との接続点とＧＮＤ間に接続する。他の回路素子は図６に示した回路と同一であり、同一符号で示してある。
【００１６】
従来の回路では、調光信号がＨｉレベルになってトランジスタ１５が導通すると、直流電源１２とベース抵抗８によって決まる起動電流がトランジスタ２、３のベースに流入して一気に飽和点に達し、ピーク電流が発生していた。そこで、起動電流の立ち上がり傾斜を緩やかにするために、図８に示したようにトランジスタ１５のコレクタとＧＮＤ間にコンデンサ１７を挿入してベース抵抗８とで時定数回路を構成する方法が採られる。しかし、時定数を調整するには、ベース抵抗値が直流電源１２の電圧とトランジスタ２、３のベース飽和電流によって決定され、調整範囲が限定される。そこで、コンデンサ１７の容量を調整する以外ないが、容量を大きくした場合には、トランジスタ１５が非導通となったときにコンデンサ１７に充電されていた電荷がベース抵抗８を通して放電されるためにトランジスタ２、３がすぐにはＯＦＦとならず、調光範囲が狭くなってしまう不都合が生じる。
【００１７】
図１に示した例では、抵抗１６を追加し、コンデンサ１７の充電抵抗として充電される時間を遅らせて、起動電流の立ち上がり傾斜を緩やかにする。また、抵抗１６を追加したときにはベース抵抗８の抵抗値がそのままであると、ベース電流が減少してトランジスタ２、３が飽和点に達しない場合が生じるため、元のベース電流値と同等にするために、抵抗１６とベース抵抗８の合成抵抗が元のベース抵抗値と同じになるようにする。このように、ベース抵抗８は元ベース抵抗の抵抗値よりも低い値とすることができるので、トランジスタ１５が非導通となったときにはベース抵抗８がコンデンサ１７の放電抵抗となるため、トランジスタ２、３がＯＦＦとなる時間が短くなって調光範囲への影響が小さくなる利点がある。なお、抵抗１６はトランジスタ１５のエミッタ側に挿入してもよい。また、抵抗１６の抵抗値を極端に大きく、ベース抵抗８の抵抗値を極端に小さくすると、トランジスタ２、３のベース電圧が低くなって動作が不安定となるので、適当な値に調整する。
【００１８】
上記のような回路構成により、図２に示したような電流波形が得られる。従来の場合の図７と比較すると、立ち上がり傾斜が緩やかにされて点灯開始直後のピーク電流を低く抑えることができるとともに、立ち下がり時の傾斜を急峻にできることを示している。
【００１９】
本発明の他の実施例を図３￣図５に示す。抵抗１６を追加することにより、ベース抵抗８に従来よりも抵抗値の低い抵抗を用いることができ、トランジスタのＯＦＦとなる時間を短くすることができるが、トランジスタの動作の安定性の面からあまり低い抵抗値とすることはできない。また、コンデンサの放電時間を短くするのにも限界がある。そこで、図３に示したように、トランジスタ２０を追加する回路が考えられる。トランジスタ２０は、図１に示した回路の調光信号入力にベースが接続され、コレクタが抵抗１６とベース抵抗８の接続点に接続され、エミッタがＧＮＤに接続される。トランジスタ１５が非導通となってコンデンサ１７から放電が開始されたとき、トランジスタ２０が導通してコンデンサ１７の電荷を強制的に取り除く回路を付加したものである。図３の回路において、抵抗２１、１９はそれぞれトランジスタ２０の保護抵抗、ベース抵抗であり、抵抗１８は調光信号による動作を反転させるためのものである。なお、抵抗２１の抵抗値はコンデンサ１７からの放電電流がトランジスタ２０に流れ込むように、ベース抵抗８よりも小さい抵抗値としなければならない。
【００２０】
図４に示した回路は図３の回路を簡略化したもので、図３の回路からトランジスタ１５、抵抗１４、１８を除いたものであるが同様な動作を果たす。また、図５に示した回路は図１に示した回路と同様な構成であるが、トランジスタ１５のエミッタの接続位置が異なり、チョークコイル１１の後段に接続したものである。チョークコイル１１の前、すなわち直流電源１２との間に接続すると、インバータ回路の動作・非動作に関係なくトランジスタ１５に流れ込む電流は変わらないが、チョークコイル１１の後、すなわち昇圧トランス７との間に接続すると、インバータ回路の動作・非動作によってチョークコイル１１の影響を受けてトランジスタ１５に流れ込む電流が変化する。すなわち、図５に示したように接続すると、インバータ回路の動作開始時にはトランジスタ１５に流れ込む電流はチョークコイル１１の影響を受けて、急峻な立ち上がり特性とはならない。したがって、唸り音が低減される。なお、抵抗１６がないと、トランジスタ１５の電流制限は電流増幅率のみとなってチョークコイル１１の影響がトランジスタ２、３側に直接現れて回路動作が不安定となる。抵抗１６を挿入することによって、トランジスタ１５の電流制限がかかり、トランジスタ２、３のベース入力が安定する。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、間欠的な動作による調光機能を持った放電灯点灯装置における昇圧トランスから発生する唸り音を低減することができる。すなわち、入力巻線に直流電流を供給し、入力巻線電流をスイッチング素子によって断続させて出力巻線から交番出力を得る昇圧トランスを具えたプッシュプル回路と、スイッチング素子を動作させる起動電流を制御して昇圧トランスの出力電圧レベルを間欠的に変化させ、昇圧トランスの負荷として接続された放電灯の明るさを調光する調光回路を具えたインバータ、スイッチング素子を動作させる起動電流の立ち上がりと立ち下がりの傾斜を制御することができるので、入力巻線に発生する急激な電流変化を抑えることができるため、唸り音を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す回路図
【図２】その電流波形の説明図
【図３】本発明の他の実施例を示す回路図
【図４】本発明の他の実施例を示す回路図
【図５】本発明の他の実施例を示す回路図
【図６】従来のインバータを示す回路図
【図７】その電流波形の説明図
【図８】従来のインバータを示す回路図
【符号の説明】
１：負荷（蛍光管）
２、３、１５、２０：トランジスタ
４：入力巻線
５：出力巻線
６：帰還巻線
７：昇圧トランス
８、１４、１６、１８、２１：抵抗
９：共振コンデンサ
１０：バラストコンデンサ
１１：チョークコイル
１２：直流電源
１７：コンデンサ
【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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【図７】
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【図８】
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