(57)【要約】【解決手段】商用交流電源２２ａに接続された整流回路２２ｂと、前記整流回路２２ｂの脈流出力に基づいて高周波交流電源を得るためのスイッチング回路２３と、前記高周波交流電源を昇圧するための主変圧器２４と、前記整流回路２２ｂの脈流出力の電圧が基準電圧を超えた時点で前記整流回路２２ｂの脈流出力を遮断し、前記整流回路２２ｂの脈流出力の電圧が基準電圧以下になった時点で前記整流回路２２ｂの脈流出力を前記スイッチング回路２３に供給する開閉回路２６とを備える【効果】力率が改善され、高周波ノイズの発生も少ないインバータ回路を実現できる。【選択図】図２
2009177975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の脈流出力に基づいて高周波交流電源を得るためのスイッチング回路と、前記高周波交流電源を変圧するための主変圧器と、前記整流回路の脈流出力の電圧が基準電圧を超えた時点で前記整流回路の脈流出力を遮断し、前記整流回路の脈流出力の電圧が前記基準電圧以下になった時点で前記整流回路の脈流出力を前記スイッチング回路に供給する開閉回路とを備えることを特徴とするインバータ回路。
【請求項２】
放電管と、前記放電管を点灯駆動するためのインバータ回路とを備え、
前記インバータ回路は、商用交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の脈流出力に基づいて高周波交流電源を得るためのスイッチング回路と、前記高周波交流電源を変圧するための主変圧器と、前記整流回路の脈流出力の電圧が基準電圧を超えた時点で前記整流回路の脈流出力を遮断し、前記整流回路の脈流出力の電圧が前記基準電圧以下になった時点で前記整流回路の脈流出力を前記スイッチング回路に供給する開閉回路とを備えるものであることを特徴とする放電管点灯装置。
【請求項３】
前記放電管は、蛍光灯又は冷陰極管である請求項２記載の放電管点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ回路及び放電管を高周波で点灯駆動するための放電管点灯装置に関するものである。ここで「放電管」とは、高圧を印加して、密封管内でイオン化した気体（プラズマ）に放電させることにより発光させる器具をいい、ネオン管、ナトリウムランプ、蛍光管、冷陰極管などがこれに該当する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置など各種表示装置のバックライトには、放電管の一種である冷陰極管( Cold Cathode Fluorescent Tube)が用いられる。この冷陰極管の点灯駆動には、従来から、インバータ回路を用いた高周波点灯方式が採用されている。
図５は、このインバータ回路を含む放電管点灯装置の一例を示す回路図である。この放電管点灯装置は、商用電源を整流するための整流回路１０５と、直流に基づいて高周波交流電源を供給するためのスイッチング回路１０１と、高周波交流電源を昇圧するための主変圧器１０２と、その主変圧器１０２の出力回線に対して並列に接続される複数の冷陰極管１０３と、各冷陰極管１０３の一端又は両端に挿入され、各冷陰極管１０３に互いに等しい電流を流すため各冷陰極管１０３と直列に接続されたバラスト・キャパシタ(ballast capacitor)からなる均流回路１０４とを備えている。なおインバータ回路は、整流回路１０５とスイッチング回路１０１と主変圧器１０２とを含む回路とする。「均流」とは複数の放電管に対して、互いにほぼ等しい大きさの高周波電流を供給することをいう。
【０００３】
このような放電管点灯装置においては、冷陰極管１０３の駆動は、インバータ回路から冷陰極管に定格電圧（冷陰極管の長さ等に応じた、冷陰極管のメーカーから指定される電圧。例えば１０００Ｖ）、定格周波数（冷陰極管のメーカーから指定される周波数。例えば６０ｋＨｚ）の高周波交流電源を供給することによって行っている。
【特許文献１】特開2005-322479号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記放電管点灯装置に使われるインバータ回路は、図５に示すように、大容量キャパシタＣを持った整流回路１０５を備えている。この整流回路１０５は、キャパシタ・インプット型が多く、そのため整流回路１０５に入力される電圧波形Ｖｓと電流波形Ｉｓを相似波形にすることができない。
図６（ａ）は、キャパシタ・インプット型整流回路１０５に入力される電圧波形Ｖｓを示し、図６（ｂ）は電流波形Ｉｓを示す（横軸ｔは時間を示す）。このように、交流電源１０６には、電圧の高いときだけ大きな電流が流れることになり、力率が低くなるという欠点を持ち合わせている。
【０００５】
この欠点を解消するため、インバータ回路に力率改善ＰＦＣ(Power Factor Control)回路を組み込むことも行われているが、ＰＦＣ回路自体が高周波ノイズの発生源であり、家庭やオフィスの電源環境をいっそう悪くしてしまう。
そこで本発明は、高い力率を実現することができ、高周波ノイズの発生も少ないインバータ回路及びこのインバータ回路を用いた放電管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】
本発明のインバータ回路は、商用交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の脈流出力に基づいて高周波交流電源を得るためのスイッチング回路と、前記高周波交流電源を変圧するための主変圧器と、前記整流回路の脈流出力の電圧が基準電圧を超えた時点で前記整流回路の脈流出力を遮断し、前記整流回路の脈流出力の電圧が基準電圧以下になった時点で前記整流回路の脈流出力を前記スイッチング回路に供給する開閉回路とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この構成のインバータ回路であれば、商用交流電源を脈流化して放電管を点灯駆動するが、前記開閉回路によって、この脈流の電圧の高い部分を基準電圧でピークカットすることができる。ピークカット後の電圧波形の周波数は、ピークカット前の脈流の周波数のほぼ２倍、商用交流電源の周波数のほぼ４倍になる。したがって、放電管のチラツキを極力目立たないようにすることができる。なお、ピークカット後の電圧波形を用いるので電圧の実効値は低いものとなるが、主変圧器の昇圧比を高く設定することによって、放電管に必要な電圧（定格電圧）を得ることができる。
【０００８】
また、放電管には、商用交流電源が前記基準電圧を超えている期間は電流が流れないことになり、商用交流電源から一般の電気機器に最も多く電流が流れる期間を避けて電流を流すことができる。従って、本発明により商用交流電源に集中的に過大な電流が流れるのを緩和することができる。
また、本発明の放電管点灯装置は、放電管と、前記放電管を点灯駆動するためのインバータ回路とを備え、前記インバータ回路は、前記本発明の特徴を備える回路である。
【０００９】
前記放電管は、蛍光灯又は冷陰極管であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明によれば、高い力率が得られ、高周波ノイズの発生も少ないインバータ回路及び放電管点灯装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の放電管点灯装置が適用される液晶表示装置１０を示す分解図である。この液晶表示装置１０は、液晶表示部１１と、液晶表示部１１を支持する液晶パネル１２と、均流点灯装置本体１３とを備えている。
均流点灯装置本体１３は、樹脂又は金属のいずれか又は両方で構成された支持板１４に複数の冷陰極管１５が配置されたものであり、これらの冷陰極管１５は、それぞれ給電線を通してインバータ回路に接続される。複数の冷陰極管１５のそれぞれを示すとき、冷陰極管１５１〜１５ｎと表記することがある。ｎは冷陰極管の本数（ｎ＞＝２）である。
【００１２】
液晶表示部１１は、例えば４：３，１６：９などの横長形状である。なお液晶表示部１１の構造は公知のものであり、例えば、表面側の透明基板と光源側の透明基板とを向き合わせた構造になっている。液晶駆動方式はパッシブマトリクス型でもアクティブマトリクス型でもよい。アクティブマトリクス型を例に挙げると、表面側の透明基板の内面には複数のマトリクス状透明電極群を配列し、光源側の透明基板の内面にはマトリクス状透明電極群と対向するように１枚の半透明電極を設置している。さらに、それぞれの電極の上に、一定方向にラビングした樹脂からなる配向膜を形成している。そして両配向膜の間に液晶を封入している。なお、カラー液晶の場合は、表面側の透明基板にカラーフィルター層が設けられている。
【００１３】
均流点灯装置本体１３は、ｎ本の冷陰極管１５１〜１５ｎを、液晶表示部１１の長辺方向と平行に配列している。各冷陰極管１５１〜１５ｎの端部には、バラスト・キャパシタを形成する給電基板１６の一方の電極が接続されていて、この給電基板１６の他方の電極が後述するインバータ回路の高周波電源供給端に接続される。
図２は、インバータ回路１７及びそれに接続された複数の冷陰極管１５１〜１５ｎを含む均流点灯装置の全体回路図である。このインバータ回路１７は、商用交流電源２２ａに接続された整流回路２２ｂと、整流回路２２ｂの脈流出力に基づいて数十ｋＨｚの高周波交流電源を得るためのスイッチング回路２３と、前記高周波交流電源を昇圧するための主変圧器２４と、その主変圧器２４の出力回線に接続された高周波電源供給端２５とを備えている。高周波電源供給端２５に対して、複数の冷陰極管１５１〜１５ｎがそれぞれ並列に接続され、各冷陰極管１５１〜１５ｎに対して、互いに等しい電流を流すための均流回路１８が接続されている。整流回路２２ｂには平滑用の大容量キャパシタは接続されていない。
【００１４】
整流回路２２ｂとスイッチング回路２３との間には、整流回路２２ｂの脈流電圧が基準電圧を超えた時点で整流回路２２ｂの脈流出力を遮断し、整流回路２２ｂの脈流電圧が前記基準電圧以下になった時点で整流回路２２ｂの脈流出力を前記スイッチング回路２３に供給するための開閉回路２６が設けられている。
整流回路２２ｂの負側出力線の電圧を基準にした、整流回路２２ｂの正側出力線の電圧をＶ２、スイッチング回路２３の入力線の電圧をＶ３と表記する。開閉回路２６は、整流回路２２ｂの正側出力線とスイッチング回路２３の入力線の途中に挿入されたスイッチングトランジスタＱ１と、スイッチングトランジスタＱ１のベース端子にトランジスタ駆動電圧を供給するためのリレースイッチ回路２７と、整流回路２２ｂの両出力線に並列に接続された、フォトトランジスタ（受光側）Ｑ２及び抵抗Ｒ１，Ｒ２からなる直列回路とを含んでいる。また、主変圧器２４の二次側巻き線に抵抗Ｒ０が挿入され、この抵抗Ｒ０と並列にフォトトランジスタ（投光側）Ｑ２が接続されている。
【００１５】
スイッチングトランジスタＱ１は、そのエミッタ端子が整流回路２２ｂの出力線に接続され、そのコレクタ端子がスイッチング回路２３の入力線に接続されている。リレースイッチ回路２７には、抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点の電圧Ｖ１が入力されている。リレースイッチ回路２７はこの接続点の電圧Ｖ１が基準電圧Ｖｔｈにある定数（Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２））をかけた電圧以下である場合に、スイッチングトランジスタＱ１のベース端子にトランジスタ駆動電圧を印加する。すなわち、
Ｖ１＝＜Ｒ１Ｖｔｈ／（Ｒ１＋Ｒ２）
の場合に、スイッチングトランジスタＱ１のベース端子にトランジスタ駆動電圧を印加する。この接続点の電圧Ｖ１が基準電圧Ｖｔｈにある定数をかけた電圧（Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２））を越えるとスイッチングトランジスタＱ１をオフにする、という動作をするものとする。すなわち、
Ｖ１＞Ｒ１Ｖｔｈ／（Ｒ１＋Ｒ２）
の場合にスイッチングトランジスタＱ１をオフにする。
【００１６】
スイッチング回路２３は、スイッチング動作をするトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２とキャパシタＣｓ１，Ｃｓ２とからなるブリッジ回路を含んでいる。トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の各ゲートには、２つの互いに逆位相の高周波パルス電圧を供給するためのクロックパルス回路２３ａが接続されている。このクロックパルス回路２３ａには、定格周波数（例えば６０ｋＨｚ）の繰り返しクロックパルスＣＰが入力される。クロックパルス回路２３ａは、クロックパルスＣＰが入るごとに２つの高周波パルス電圧の位相を１８０°切り替える。
【００１７】
主変圧器２４は、所定の巻き数と巻き数比を持つことによって、交流電圧を所定の昇圧比で昇圧する。これによって、各冷陰極管１５１〜１５ｎの点灯に必要な交流電圧（通常１０００Ｖ〜２０００Ｖ程度）を得ることができる。
なお、主変圧器２４の一次側巻き線に直列に挿入されているのは、スイッチング回路２３の効率を上げるための部分共振コイル２４ａである。この部分共振コイル２４ａは、図示のように主変圧器２４とは別に設けても良いが、主変圧器２４の一次側巻き線の漏れインダクタンスを利用してもよい。この場合、部分共振コイル２４ａを独立に設ける必要はなくなる。
【００１８】
主変圧器２４は、本実施の形態では、円環状のコアに一次側、二次側の導線を均等に巻きつけたトロイダルトランスを使っている。
均流回路１８は、各冷陰極管１５１〜１５ｎに直列に接続されたｎ個のバラスト・キャパシタＣ１〜Ｃｎから構成される。なお、図２では、キャパシタＣ１〜Ｃｎは、各冷陰極管１５１〜１５ｎの片側の電極に接続されているが、後に図４を用いて説明するように、キャパシタを各冷陰極管１５１〜１５ｎの両側の電極に接続する構成を採用しても良い。
【００１９】
この均流点灯装置の動作説明をすると、まず整流回路２２ｂによって得られた脈流電源は、スイッチング回路２３によって高周波電源に変換され、主変圧器２４に供給される。主変圧器２４によって昇圧された電源は、均流回路１８を構成する各キャパシタＣ１〜Ｃｎを通して、各冷陰極管１５１〜１５ｎに供給される。これらのキャパシタＣ１〜Ｃｎは、一定の電圧降下Ｖｃを実現することによって、各冷陰極管１５１〜１５ｎに均等の電流を供給する。
【００２０】
主変圧器２４の二次側巻き線に高周波電流が流れたとき、抵抗Ｒ０に電圧が発生し、これによってフォトトランジスタ（投光側）Ｑ２は発光する。抵抗Ｒ０の値は、フォトトランジスタ（投光側）Ｑ２を発光させるのに十分な値に選ばれる。フォトトランジスタ（投光側）Ｑ２の発光応答時間は、スイッチング回路２３のスイッチング時間（前記クロックパルスＣＰの繰返し周期）と比べて長いので、フォトトランジスタ（投光側）Ｑ２は連続的に発光する。
【００２１】
この発光に応じてフォトトランジスタ（受光側）Ｑ２が導通し、抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点に、整流回路２２ｂの両出力線の電圧を抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した電圧Ｖ１が与えられる。
この電圧Ｖ１が前記電圧Ｒ１Ｖｔｈ／（Ｒ１＋Ｒ２）以下であれば、スイッチングトランジスタＱ１は導通し、前記電圧Ｒ１Ｖｔｈ／（Ｒ１＋Ｒ２）を超えれば、スイッチングトランジスタＱ１は遮断される。
【００２２】
図３は、整流回路２２ｂの正側出力線（スイッチングトランジスタＱ１のエミッタ端子）の脈流電圧Ｖ２の波形と、スイッチング回路２３の入力線（スイッチングトランジスタＱ１のコレクタ端子）の電圧Ｖ３の波形とを示すグラフである。
脈流電圧Ｖ２の最大値をＶＰで表している。ＶＰは通常、商用電源の実効電圧の√２倍の電圧である。前記基準電圧Ｖｔｈは、
０＜Ｖｔｈ＜ＶＰ
の範囲の中から所定値に選定される。基準電圧Ｖｔｈの選定方法は、実際に冷陰極管１５を点灯させて、そのチラツキが目立たないような電圧に選定する。基準電圧Ｖｔｈが低すぎると、チラツキが目立つとともに、主変圧器２４の昇圧比を高くする必要があるため、主変圧器２４の製作が難しくなる。基準電圧Ｖｔｈが高すぎると、力率改善効果が減少する。通常は、基準電圧Ｖｔｈを、脈流電圧Ｖ２の最大値ＶＰの４０％〜９５％に選ぶと良い。
【００２３】
この脈流電圧Ｖ２が基準電圧Ｖｔｈ以下であれば、スイッチングトランジスタＱ１は導通し、スイッチングトランジスタＱ１のコレクタ側に電圧Ｖ３が現れる。脈流電圧Ｖ２が基準電圧Ｖｔｈを超えれば、スイッチングトランジスタＱ１は遮断され電圧Ｖ３は現れない。
この結果、この脈流電圧Ｖ２の高い部分を基準電圧Ｖｔｈでピークカットすることができる。ピークカット後の電圧Ｖ３の周波数は、ピークカット前の周波数のほぼ２倍、商用交流電源の周波数のほぼ４倍になる。例えば、商用交流電源の周波数が６０Ｈｚならば、ほぼ２４０Ｈｚで冷陰極管１５を点灯駆動することができる。したがって、冷陰極管１５のチラツキが極力目立たないようにすることができる。
【００２４】
なお、冷陰極管１５の駆動のために、ピークカット後の電圧Ｖ３を用いるので電圧の実効値は低いものとなるが、主変圧器２４の昇圧比を高く設定することによって、各冷陰極管１５１〜１５ｎの点灯に必要な交流電圧（通常１０００Ｖ〜２０００Ｖ程度）を確保することができる。
また、冷陰極管１５には、図３に示すように、脈流電圧Ｖ２が前記基準電圧Ｖｔｈを超えている期間を避けて電流Ｉが流れることになり、商用交流電源から一般の電気機器に最も多く電流が流れる期間を避けて電流を流すことができる。従って、商用交流電源に集中的に過大な電流が流れるのを緩和することができる。
【００２５】
また、リレースイッチ回路２７において設定される基準電圧Ｖｔｈを可変にすることで、冷陰極管１５の明るさの調節（調光）を行うこともできる。基準電圧Ｖｔｈを可変にする方法は任意であり、例えば液晶表示装置１０のリモコンユニットのボタン操作で行うようにしても良い。
なお脈流電圧Ｖ２の高い部分を基準電圧Ｖｔｈでピークカットすることに応じて高周波ノイズが発生するが、そのノイズの周波数成分は商用電源周波数から発生するものであり、ＰＦＣ回路などから発生するノイズの周波数成分と比べて低く、そのエネルギーも低いものであり、他の電気機器に影響を与えることは少ない。
【００２６】
以上のように、高い力率で冷陰極管１５を点灯駆動することができ、高周波ノイズの発生も少ないインバータ回路及び放電管点灯装置を提供することができる。
いままで本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、実施の形態に限られるものでない。例えば、図４に示すように、各冷陰極管１５１〜１５ｎの両側の電極に均流回路１８１，１８２を接続する場合がある。均流回路１８１を構成するキャパシタをＣ１１〜Ｃｎ１と表記し、均流回路１８２を構成するキャパシタをＣ１２〜Ｃｎ２と表記する。この場合は、高周波電源供給端２５，２５間の電圧を、２つの均流回路１８１，１８２で分圧することができるので、各キャパシタＣ１１〜Ｃｎ１、Ｃ１２〜Ｃｎ２にかかる電圧を図２の回路と比べて半分にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の放電管点灯装置が適用される液晶表示装置１０を示す分解斜視図である。
【図２】インバータ回路１７及びそれに接続された複数の冷陰極管１５を含む本発明の放電管点灯装置の全体回路図である。
【図３】整流回路２２ｂの正側出力線の脈流電圧Ｖ２の波形と、スイッチング回路２３の入力線の電圧Ｖ３の波形とを示すグラフである。
【図４】各冷陰極管１５１〜１５ｎの両側の電極に均流回路１８１，１８２を接続した回路例を示す図である。
【図５】従来の放電管点灯装置の一例を示す回路図である。
【図６】キャパシタ・インプット型整流回路１０５に入力される電圧波形Ｖｓと電流波形Ｉｓを示すグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
１０  液晶表示装置
１１  液晶表示部
１２  液晶パネル
１３  均流点灯装置本体
１４  支持板
１５，１５１〜１５ｎ  冷陰極管
１６  給電基板
１７  インバータ回路
１８，１８１，１８２  均流回路
２３  スイッチング回路
２３ａ  クロックパルス回路
２４  主変圧器
２４ａ  部分共振コイル
２５  高周波電源供給端
２６  開閉回路
２７  リレースイッチ回路
【図１】
2009177975.tif 000003
【図２】
2009177975.tif 000004
【図３】
2009177975.tif 000005
【図４】
2009177975.tif 000006
【図５】
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【図６】
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