(57)【要約】【課題】巻線型トランスを用いないで、効率的に負荷を駆動することができようにし、装置の小型化及びコストダウンを実現する。【解決手段】制御回路部に複数の半導体スイッチング素子２，４，６，８からなるスイッチ部が接続され、このスイッチ部にチョークコイルＬと共振キャパシタＣ１とからなる直列共振回路が接続される。フィードバック回路部は、直列共振回路から共振信号を取り出し制御回路部に供給し、制御回路部を正帰還動作させる。制御回路部はこのフィードバック信号に基づいて各スイッチング素子２，４，６，８をオンオフ制御し、直流電源電圧が交流電圧に変換されて直列共振回路に供給される。直列共振回路には放電管等の負荷が接続され、負荷は直列共振回路の共振電圧で駆動される。【選択図】図１
2005102383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源を交流に変換するコンバータとして用いられる自励発振回路であって、直流電圧が印加される直流電源入力部と、複数の半導体スイッチング素子からなるスイッチング部と、前記複数のスイッチング素子に接続されたチョークコイルと共振キャパシタとからなる直列共振回路と、前記スイッチング素子を駆動する制御回路部と、前記直列共振回路から共振信号を取り出して前記制御回路部を正帰還動作させるフィードバック回路部と、前記直列共振回路に接続する放電管等の負荷とを備え、前記直列共振回路の共振電圧で前記負荷が駆動されるようにしたことを特徴とする自励発振回路。
【請求項２】
前記負荷の電流、電圧または電力を検出するための手段を設け、該手段が検出した電流、電圧または電力に基づいて前記制御回路部が前記スイッチング素子の導通角を制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の自励発振回路。
【請求項３】
直流電源を交流に変換するコンバータとして用いられる自励発振回路であって、直流電圧が印加される直流電源入力部と、複数の半導体スイッチング素子からなるスイッチング部と、前記複数のスイッチング素子に接続されたチョークコイルとこれに接続するＥＬ板などの容量性負荷とからなる直列共振回路と、前記スイッチング素子を駆動する制御回路部と、前記直列共振回路から共振信号を取り出して前記制御回路部を正帰還動作させるフィードバック回路部とを備え、前記直列共振回路の共振電圧で前記容量性負荷が駆動されるようにしたことを特徴とする自励発振回路。
【請求項４】
前記容量性負荷の電流、電圧または電力を検出するための手段を設け、該手段が検出した電流、電圧または電力に基づいて前記制御回路部が前記スイッチング素子の導通角を制御するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の自励発振回路。
【請求項５】
前記フィードバック回路部が前記直列共振回路の中点から共振電圧を取り出して前記直列共振回路の共振電流に位相を合わせこの移相した共振信号を前記制御回路部に供給するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の中のいずれか１項に記載の自励発振回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光灯などの負荷を駆動する電源装置に用いられる自励発振回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置を使用したテレビ、ノートパソコン、デスクトップパソコン、ＰＤＡなどのバックライトを点灯するには高電圧交流出力のインバータが必要となる。従来、この種のインバータとして、ロイヤー方式による自励発振回路が知られている。ロイヤー発振回路は、それぞれバイポーラ・トランジスタで構成される２個の半導体スイッチング素子を交互にオン・オフすることによって、トランスの一次巻線を駆動し、二次巻線に高圧の交流電力を得ている。
【０００３】
そのため、ロイヤー発振回路ではトランスに共振周波数を検出するための帰還巻線を巻き、その帰還電圧によって半導体スイッチング素子を駆動して自励発振を実現している。また、フルブリッジ回路を構成する複数スイッチ素子群にタンク回路を結合し、制御回路で半導体スイッチング素子群を開閉制御し、バックライト用放電管を駆動する装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】米国特許第６３１６８８１号公報（第１ページ、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のバックライト用の放電管を駆動する装置は巻線型トランスを使用したものが一般的であり、装置の小型化、製造コストの減少に限界があった。
本発明は、巻線型トランスを用いない、小型化に適した安価な自励発振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】
【０００５】
上記目的を達成するため本発明は、直流電源を交流に変換するコンバータとして用いられる自励発振回路であって、直流電圧が印加される直流電源入力部と、複数の半導体スイッチング素子からなるスイッチング部と、前記複数のスイッチング素子に接続されたチョークコイルと共振キャパシタとからなる直列共振回路と、前記スイッチング素子を駆動する制御回路部と、前記直列共振回路から共振信号を取り出して前記制御回路部を正帰還動作させるフィードバック回路部と、前記直列共振回路に接続する放電管等の負荷とを備え、前記直列共振回路の共振電圧で前記負荷が駆動されるようにしたものである。
【０００６】
また本発明は、前記負荷の電流、電圧または電力を検出するための手段を設け、該手段が検出した電流、電圧または電力に基づいて前記制御回路部が前記スイッチング素子の導通角を制御するようにしたものである。
【０００７】
また本発明は、直流電源を交流に変換するコンバータとして用いられる自励発振回路であって、直流電圧が印加される直流電源入力部と、複数の半導体スイッチング素子からなるスイッチング部と、前記複数のスイッチング素子に接続されたチョークコイルとこれに接続するＥＬ板などの容量性負荷とからなる直列共振回路と、前記スイッチング素子を駆動する制御回路部と、前記直列共振回路から共振信号を取り出して前記制御回路部を正帰還動作させるフィードバック回路部とを備え、前記直列共振回路の共振電圧で前記容量性負荷が駆動されるようにしたものである。
【０００８】
また本発明は、前記容量性負荷の電流、電圧または電力を検出するための手段を設け、該手段が検出した電流、電圧または電力に基づいて前記制御回路部が前記スイッチング素子の導通角を制御するようにしたものである。
【０００９】
また本発明は、前記フィードバック回路部が前記直列共振回路の中点から共振電圧を取り出して前記直列共振回路の共振電流に位相を合わせこの移相した共振信号を前記制御回路部に供給するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、巻線型トランスを用いないので、装置の小型化及びコストダウン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】
【００１１】
以下に本発明の実施の形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。
図１において、符号２，４，６，８はＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）からなる半導体スイッチング素子であり、フルブリッジ回路を構成している。半導体スイッチング素子２及び４が、直流電圧が入力される入力端子１０とアースとの間に直列に接続され、該半導体スイッチング素子２と、半導体スイッチング素子４とは、互いのドレインが接続されている。半導体スイッチング素子６及び８は、端子１０とアースとの間に直列に接続され、該半導体スイッチング素子６と半導体スイッチング素子８とは互いのドレインが接続されている。
【００１２】
半導体スイッチング素子２と半導体スイッチング素子４との接続点ａと半導体スイッチング素子６と半導体スイッチング素子８との接続点ｂとの間にはチョークコイルからなるインダクタＬと、共振用キャパシタＣ１が直列に接続されている。このインダクタＬとキャパシタＣ１は直列共振回路を構成している。１２は負荷であり、蛍光灯などの比較的低い電圧で放電を開始する熱陰極放電管などから構成されている。負荷１２の一方の電極は前記直列共振回路の中点ｄに接続し、他方の電極が負荷電流検出用の抵抗１４を介してアースに接続している。
【００１３】
前記半導体スイッチング素子２，４，６，８のソース、ドレイン間には転流ダイオード１６，１８，２０，２２が接続されている。半導体スイッチング素子２，４，６，８の各々のゲートにはゲート制御回路２４，２６，２８，３０が接続され、これらの中、ゲート制御回路２４，２８はＰＷＭ制御回路３２に接続し、ゲート制御回路２６，３０はロジック回路３４に接続している。前記ＰＷＭ制御回路３２とロジック回路３４及びこれらに接続するゲート制御回路は、半導体スイッチング素子群をオンオフ制御する制御回路部を構成している。
【００１４】
前記ＰＷＭ制御回路３２は、負荷１２に流れる電流を検出する整流平滑回路３６から信号を受け取り、この信号のレベルがライン３８から与えられる設定値になるように、半導体スイッチング素子２，６の導通角を制御する。位相検出回路４０は、直流阻止用キャパシタＣ２を介して前記直列共振回路Ｌ，Ｃ１の中点に接続し、ここから共振電圧を検出するとともに、検出した共振電圧の位相を９０度ずらして直列共振回路の共振電流の位相に合わせ、ロジック回路３４に供給するように構成されている。
【００１５】
ロジック回路３４は、位相検出回路４０からの共振位相信号に基づいて、半導体スイッチング素子をオンオフさせるための信号を造出し、ＰＷＭ制御回路３２を介してゲート制御回路２４，２８にオンオフ制御信号を送るとともに、ゲート制御回路２６，３０にオンオフ制御信号を送るように構成されている。また、ロジック回路３４は、調光信号が入力される調光制御回路４２の出力信号に基づいて、調光制御信号を造出し、この調光制御信号によって半導体スイッチング素子オンオフの周期とＰＷＭ制御回路３２のスイッチオンパルス幅を制御し、負荷１２の明るさを輝度ゼロから１００％まで任意の値に設定し得るように構成されている。
【００１６】
また、ロジック回路３４には、過電流検出回路４４からの信号に基づいてこれを検出し、、過電流を阻止する信号をＰＷＭ制御回路３２に送り負荷への過電流を防止するように構成されている。起動補償回路４６は、負荷１２の通電回路に接続し、負荷１２の電流信号が入力されるように構成されている。起動補償回路４６は、電源オンオフ時、自励発振回路が確実に起動するように、起動補償信号を位相検出回路４０に入力する。位相検出回路４０は、この起動補償信号を受けて、ロジック回路３４に自励発振のための起動信号を出力する。
【００１７】
起動補償回路４６は、位相検出回路４０から位相補正された信号がロジック回路３４に入ってチョークコイルと共振キャパシタからなるＬ，Ｃ１直列共振回路に電流がロジックで決められた方向に流れても、負荷１２が放電を開始しないことがある。起動補償回路４６は、このような場合の起動補償のために設けられている。この場合、確実に負荷１２を点灯させるために、起動補償回路４６は、負荷１２を流れる電流を検出して負荷１２が点灯したか否か判断し、点灯していないときは、点灯するまで起動補償信号を位相検出回路４０に送り出す。位相検出回路４０は、この起動補償信号を受けて負荷１２が点灯するまで起動信号をロジック回路３４に出力する。
【００１８】
また、調光動作で、共振周波数よりも低い周波数で、ＯＮ幅をＰＷＭ制御された信号で全体のロジック信号をＯＮ−ＯＦＦさせ結果的に明るさを制御している。この方法は消灯から全点灯まで自由に調整が可能であるが負荷１２はこの調光信号の周期でON−OFFされているため、その周期ごとに起動確認と確実な起動が必要となる。そのため、起動補償回路４６は、上記のごとく、確実な点灯を実現するために、はじめに起動補償信号を位相検出回路４０に送り出している。回路が起動するときの起動補償の動作を説明すると、始めて電源を入れる時や、ランプが点灯していない時、起動補償回路４６は、例えば、電流がＩ１の方向に流れる様に半導体スイッチング素子２と８とを決められたパルス幅でONにする。
【００１９】
これによりインダクタＬと共振キャパシタＣ１に電流が流れ、キャパシタＣ１が充電を開始する。チョークコイルＬの電圧は、瞬時的に上昇してから下降を開始する。位相検出回路４０は、この電圧から帰還信号をロジック回路３４に供給する。そこでロジック回路３４は、引き続き半導体スイッチング素子２，８を駆動するように、スイッチング制御信号を出力する。半導体スイッチング素子２，８がオンの状態を続けると、直列共振回路に流れる電流は、キャパシタＣ１の充電電圧が直流電源電圧に到達しても、チョークコイルＬのもつインダクタンス分によって継続する。
【００２０】
チョークコイルＬの電圧は電気的に９０度の位相時間が経過した後に０Ｖを超えて更に低下し、更に９０度の位相時間が経過してマイナスの最大値になる。この時、この電圧から９０度遅れた帰還信号は０Ｖとなるので、このタイミングで半導体スイッチング素子２，８に対するスイッチング制御信号をオフして、半導体スイッチング素子６，４に対するスイッチング信号をオンすれば電流が反転する。制御回路部はこのようにして交互にスイッチング制御信号を出力する。
【００２１】
これによりＩ２，Ｉ１，Ｉ２，Ｉ１と交互に電流が流れ、直列共振回路はその共振周波数に基づいて、電流方向を反転して発振を継続し、負荷ランプが点灯する。起動補償回路４６は、ロジック回路３４の初期リセット（起動時）も作っている。もしランプが点灯しなかった場合は、再度リセットし、始めの起動信号を位相検出回路４０を通じてロジック回路３４に対し送出する。ランプオープン・ショート検出回路４８は、ランプを流れる電流を検出する。
【００２２】
ランプが点灯していないか又はランプが取り付けられていない状態即ちランプオープンやランプの配線等がショートした状態即ちランプショートのとき、検出回路４８は位相検出回路４０を通じてロジック回路３４に信号を送り、ロジック回路３４、PWM制御回路３２及びゲート制御回路２４，２６，２８，３０から成る制御回路部を遮断するように構成されている。過電流検出回路４４は、PWM制御回路３２が不良であったり、又は、負荷ランプの配線がショートした時等において、ロジック回路３４に信号を送り、制御回路部を遮断する。
【００２３】
上記動作において、制御回路部では、これに内蔵された、０Ｖを閾値とした第１のコンパレータにより、直列共振回路の電流と同位相の、位相検出回路４０の出力信号を、ディジタル信号に変換し、正帰還位相基準信号とする。この信号は、排他論理和算演算器により遅延回路と排他論理和算の結果信号を得、この信号と反転信号とによって積分回路の２個のＭＯＳスイッチが制御され、三角波信号を得る。
【００２４】
制御回路部に内蔵された第２のコンパレータは、上記三角波信号と整流平滑回路３６からの帰還信号の反転信号とを比較して、負荷電流を表す信号のレベルが大きいほど第２のコンパレータの出力信号の幅が狭くなり、その結果、スイッチング制御信号Ｓ１又はＳ３がオンの期間を終了するタイミングが早くなるよう動作する。上記動作により、整流平滑回路３０の出力信号のレベルが大きいほど半導体スイッチング素子２及び６の導通角が小さくなる。このため、負荷１２を駆動する電力が小さくなり、帰還信号ＦＢのレベルを目的値に保つようになるので、出力電力を制御することができる。
【００２５】
このように、本発明の実施の形態によれば、半導体スイッチング素子２と４および６と８は直列共振回路に直列に挿入されているので、常に電源電圧以上の高い電圧が掛からず、しかも電流値の少ない時間帯にオン・オフ制御されるので、半導体スイッチング素子２乃至８に掛かるストレスは非常に小さく、スイッチング損失も少ないので、その分信頼性および効率が向上する。また、負荷状態の変化によって直列共振回路の周波数が変化しても、自励発振の特徴として発振周波数が自動的に追随するので、安定した強力な正弦波発振を継続することが出来る。
【００２６】
特に、本実施例のように、負荷が放電管である場合、放電開始前の無負荷状態で起きる高いＱの共振状態によって、容易にその起動に必要な高電圧に到達することが出来る。そして、負荷電流に応じて半導体スイッチング素子の導通角を制御することにより、出力電力を制御することが出来る。
上記実施形態では、負荷１２として、蛍光灯などの放電管を使用したが、ＥＬ板（エレクトロルミネッセンス板）などの容量性負荷を使用することができる。
【００２７】
ＥＬ板を負荷として使用する場合、図１に示す負荷１２のところに、この負荷１２に替えてＥＬ板を接続しても良く、また図２に示すように、共振キャパシタＣ１に替えてＥＬ板５０をインダクタＬに直列に接続しても良い。図２中、５２はＥＬ板５０の通電路に接続された負荷電流検出抵抗であり、この抵抗５２の一端は、リード線を介して負荷電流検出タイミング回路５３に接続している。
【００２８】
前記負荷電流検出タイミング回路５３は、半導体スイッチング素子２，８がオンになったときのみ、オンとなり、整流平滑回路３６に負荷電流検出信号を出力するように、前記ロジック回路３４によって制御されるように構成されている。前記半導体スイッチング素子６，４がオンで、前記半導体スイッチング素子２，８がオフのときは、負荷電流検出タイミング回路５３は非出力（オフ）の状態に制御される。本実施形態の他の構成は、図１に示す実施形態と同一であり、対応する部分には同一の符号を付してある。
【００２９】
上記した構成において、ＥＬ板５０とインダクタＬは直列共振回路を構成し、この直列共振回路の共振周波数に基づいて、制御回路部により、半導体スイッチング素子２，４，６，８がオンオフ制御され、装置は、直列共振回路の共振周波数で自励発振する。これにより、ＥＬ板５０には、共振電圧が印加され、ＥＬ板５０が点灯する。尚、図２に示す本実施形態と同一の負荷駆動方式によって、容量性負荷である蛍光灯を駆動することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック回路図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
【００３１】
２      半導体スイッチング素子  
４      半導体スイッチング素子      
６      半導体スイッチング素子
８      半導体スイッチング素子
１０    入力端子
１２    負荷
１４    抵抗
１６    転流ダイオード
１８    転流ダイオード
２０    転流ダイオード
２２    転流ダイオード
２４    ゲート制御回路
２６    ゲート制御回路
２８    ゲート制御回路
３０    ゲート制御回路
３２    ＰＷＭ制御回路
３４    ロジック回路
３６    整流平滑回路
３８    ライン
４０    位相検出回路
４２    調光制御回路
４４    過電流検出回路
４６    起動補償回路
４８    ランプオープンランプショート検出回路
５０    ＥＬ板
５２    抵抗
【図１】
2005102383.tif 000003
【図２】
2005102383.tif 000004