JP2009194202A - 電流平衡トランス及びそれを用いる放電管電流均等分配回路 - Google Patents

Abstract

【課題】必要とする電流平衡トランスの数を低減できるようにし、それによってコスト削減を図ると共に、回路基板設計を容易化し、実装基板の小型化を図る。
【解決手段】閉磁路を形成する磁気コア１０と、該磁気コアに巻き回され放電管電流が流れる２つの放電管用巻線Ｎ１，Ｎ２と、前記磁気コアに巻き回され両方の放電管用巻線を流れる放電管電流によって発生する磁束を調整する磁束調整用巻線Ｓとを具備し、前記２つの放電管用巻線は、巻数が等しく且つ同極性で巻き回されており、前記磁束調整用巻線は、それら２つの放電管用巻線と磁気的な結合が生じるように巻き回されている。このような電流平衡トランスを複数配設し、各電流平衡トランスの両放電管用巻線にそれぞれ放電管を接続すると共に、全ての電流平衡トランスの磁束調整用巻線を直列に繋げて閉じたループを形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ回路に多数の放電管を接続し、点灯時に各放電管に流れる電流の平衡をとるための電流平衡トランス、及びそれを用いる放電管電流均等分配回路に関するものである。この技術は、特に大型液晶パネルのバックライトに有用である。

周知のように、中型以上の液晶ＴＶでは、液晶パネルに４本以上の放電管（冷陰極管）をバックライトとして使用している。バックライトは、液晶パネル全体を可能な限り均一に照明することが重要であり、そのためには各放電管にできるだけ均等に電流を流す必要がある。

かつては、１本の放電管に対して１個のインバータ回路を設け、それぞれのインバータ回路によって独立に放電管電流を制御することにより、全ての放電管電流の平衡をとっていた。しかし、この方式は、放電管の数と同数のインバータ回路が必要となるため小型化が困難であり、また多数の部品を使用するためコストが高くなる欠点があった。

このような問題を解決するために、インバータ回路と放電管との間に電流平衡トランスを介装し、各放電管に流れる電流を均等分配する技術が提案されている。例えば、逆極性に巻き付けた２つの巻線にそれぞれ放電管電流を流す電流平衡トランスをツリー状に配設する、所謂コモン・バランス方式（特許文献１参照）、あるいは放電管電流を流す１次巻線とループ状に接続される２次巻線をもつ電流平衡トランスを各放電管毎に配設する、所謂ジン・バランス方式（特許文献２参照）などがある。これらによって、インバータ回路の数を削減することが可能となった。しかし、前者は放電管数−１の、また後者は放電管数と同数の、電流平衡トランスを必要とする。

液晶パネルが比較的小型の場合には、バックライトに使用する放電管（冷陰極管）の本数が少ないため、あまり大きな問題は生じない。しかし、近年、液晶パネルの大型化により、バックライトに使用される放電管の本数は著しく増加している。具体的には、４０インチパネルで２０本、４６インチパネルでは２４本もの放電管を使用する。そのため、上記のような構成では、電流平衡トランスも放電管とほぼ同数必要となり、その結果、回路基板設計が複雑になるばかりでなく、電流平衡トランスのコストや実装面積の増大、実装基板の大型化が無視できないものとなっている。
特開平６−２６９１２５号公報 特表２００７−５０７８５５号公報

本発明が解決しようとする課題は、必要とする電流平衡トランスの数を低減できるようにし、それによってコスト削減を図ると共に、回路基板設計を容易化し、実装基板の小型化を図ることである。

本発明は、閉磁路を形成する磁気コアと、該磁気コアに巻き回され放電管電流が流れる２つの放電管用巻線と、前記磁気コアに巻き回され両方の放電管用巻線を流れる放電管電流によって発生する磁束を調整する磁束調整用巻線とを具備し、前記２つの放電管用巻線は、巻数が等しく且つ同極性で巻き回されており、前記磁束調整用巻線は、それら２つの放電管用巻線と磁気的な結合が生じるように巻き回されていることを特徴とする電流平衡トランスである。

ここで磁気コアは、典型的には、中央脚と、その両側に位置する外脚を有し、それらによって閉磁路を形成する組み合わせコアからなり、その中央脚の両端寄りの部分にそれぞれ放電管用巻線が巻き付けられ、それらの間の中央脚の中央部分に磁束調整用巻線が巻き付けられている構造とする。

また本発明は、このような電流平衡トランスを複数配設し、各電流平衡トランスの両放電管用巻線にそれぞれ放電管を接続すると共に、全ての電流平衡トランスの磁束調整用巻線を直列に繋げて閉じたループを形成するようにした放電管電流均等配分回路である。

更に本発明に係る電流平衡トランスとしては、中央脚の中央部分に、磁束調整用巻線と共に放電管用巻線を流れる放電管電流を検出する検出用巻線が巻き付けられている構成もある。

また本発明は、そのような電流平衡トランスを複数配設し、各電流平衡トランスの両放電管用巻線にそれぞれ放電管を接続すると共に、全ての電流平衡トランスの磁束調整用巻線を直列に繋げて閉じたループを形成し、検出用巻線の検出出力を制御部に戻し、インバータ回路の動作を制御するようにした放電管電流均等配分回路である。

本発明によれば、必要とする本数の放電管に対して、基本的には１個のインバータ回路と、放電管の半数の電流平衡トランスを用いることで、全ての放電管に流れる電流を均一化できる放電管電流均等配分回路を構成でき、そのために実装基板の小型化、並びにコスト削減を図ることができる。

図１は本発明に係る電流平衡トランスの一実施例を示す説明図である。同図において、Ａは電流平衡トランスの平面を、Ｂは等価回路を、それぞれ示しており、Ｃは磁気コアの形状とそれに流れる磁束（破線で表示）を示している。この電流平衡トランスは、閉磁路を形成する磁気コア１０と、該磁気コア１０に巻き回され放電管電流が流れる２つの放電管用巻線Ｎ１，Ｎ２と、前記磁気コア１０に巻き回され両方の放電管用巻線Ｎ１，Ｎ２を流れる放電管電流によって発生する磁束を調整する磁束調整用巻線Ｓを具備している。

磁気コア１０は、図１のＣに示すように、中央脚１２と、その両側に位置する外脚１４を有し、それらによって日の字形の閉磁路を形成する組み合わせ構造である。ここでは、外脚となる四角枠形コア（口の字型コア）と中央脚となるＩ形コアの組み合わせを用いている。中央脚となるＩ形コアの両端寄りの部分にそれぞれ放電管用巻線Ｎ１，Ｎ２が巻き付けられ、それらの間のＩ形コアの中央部分に磁束調整用巻線Ｓが巻き付けられる。

この電流平衡トランスでは、前記２つの放電管用巻線Ｎ１，Ｎ２は、巻数が等しく且つ同極性で巻き回されており、前記磁束調整用巻線Ｓは、それら２つの放電管用巻線Ｎ１，Ｎ２と磁気的な結合が生じるように巻き回されている（図１のＢ参照）。例えば、２つの放電管用巻線Ｎ１，Ｎ２はそれぞれ８００ターン、磁束調整用巻線Ｓは２４ターンなどとする。従って、２つの放電管用巻線Ｎ１，Ｎ２を流れる放電管電流は、図１のＣに示すように、共通の閉磁路（破線で表示している）を使用して同じ向きに磁束が流れる。それらの放電管電流による磁束によって、磁束調整用巻線Ｓには磁束調整電流が誘導される。

上記の説明では、磁気コア１０として四角枠形コア（口の字型コア）とＩ形コアの組み合わせを用いているが、２つのＥ形コアの組み合わせなどでもよい。なお、実際には、図１のＡに示すように、端子１６が植設されているボビン１８に磁気コア１０を組み込み、巻線端末を端子１６に絡げて半田付けすることで組み立てられる。図示していないが、磁気コアと巻線との間に、耐圧を向上させるためのカバーを配置する構造も可能である。

図２は、本発明に係る放電管電流均等分配回路の一実施例を示す回路図である。ここでは、最も簡単な、放電管を４本使用する例を示している。図１で説明した電流平衡トランス２０を放電管（冷陰極管）２２の高圧側に２個並置する。両方の電流平衡トランス２０のそれぞれの放電管用巻線の一端に放電管２２の一端を接続し、放電管２２の他端は接地する。放電管用巻線の他端（巻き始め端）は、共通に結線されてインバータ回路２４のインバータトランス２６の出力巻線に接続される。従って、各電流平衡トランス２０についてみると、２つの放電管用巻線Ｎ１，Ｎ２を流れる放電管電流は、共通の閉磁路を使用して同じ向きに磁束が流れる。そして、両方の電流平衡トランス２０の磁束調整用巻線Ｓは同じ向きで直列に繋げられ、閉じたループを形成する。

このように構成すると、インバータ回路２４によって各電流平衡トランス２０に巻き付けられた放電管用巻線Ｎ１，Ｎ２を通ってそれぞれの放電管２２に放電管電流が流れる。両方の放電管用巻線Ｎ１，Ｎ２は、共通の閉磁路を使用し、巻数が等しく且つ同極性で巻き回されているので、両方の放電管用巻線Ｎ１，Ｎ２による磁束がそれぞれ作用して、両方の放電管電流は互い等しくなるように働く。また、磁束調整用巻線Ｓは、それら２つの放電管用巻線Ｎ１，Ｎ２と磁気的な結合が生じるように巻き回されているので、磁束調整用巻線Ｓに磁束調整電流が誘導される。このとき、各電流平衡トランス２０の磁束調整用巻線Ｓは直列に接続されているため、各電流平衡トランス２０の磁束調整用巻線Ｓを流れる電流は等しく、その結果、各電流平衡トランスＳの磁気コアに流れる磁束は等しくなるため、結果として、４本全ての放電管を流れる電流は均一となる。

従って、この放電管電流均等分配回路では、放電管の本数が多くなっても、電流平衡トランスは必要な放電管の本数の半数で済む。そのため、実装基板の小型化と低コスト化が可能となる。

図３は、本発明に係る放電管電流均等分配回路の他の実施例を示す回路図である。この例は、図２に示す実施例とは異なり、電流平衡トランス２０を放電管（冷陰極管）２２の低圧側に配置している。このように電流平衡トランス２０を放電管２２の低圧側に配置することもできる。各放電管２２の一端を共通に結線してインバータ回路２４のインバータトランス２６の出力巻線に接続し、各放電管２２の他端は電流平衡トランス２０の放電管用巻線Ｎ１，Ｎ２の同じ極性の巻線端に接続される。各電流平衡トランス２０の磁束調整用巻線Ｓは、閉じたループを形成するように直列に繋がれる。電流平衡トランスによって放電管電流を均等に分配する機能は、図２の場合と同様である。

図４は本発明に係る放電管電流均等分配回路の更に他の実施例を示す回路図である。図２−図３は、放電管を片電圧で駆動する例であったが、この図４に示す例は、インバータ回路２４のインバータトランス２８として中間タップを接地した２出力形トランスを使用し、放電管２２を両電圧で駆動するように構成されている。この放電管電流均等分配回路では２出力形トランスを用いる必要があるが、１出力形トランスを２個使用してもよい。インバータトランス２８の出力巻線の一端は、一方の電流平衡トランス２０の放電管用巻線Ｎ１の巻き始め端に接続され、その巻き終わり端は直列接続の２本の放電管２２の一端に接続され、その他端は、他方の電流平衡トランス２０の巻き始め端に接続され、その巻き終わり端はインバータトランス２８の出力巻線の他端に接続される。ここでも、両方の電流平衡トランス２０の磁束調整用巻線Ｓは、直列に繋げられて閉じたループを形成している。

図５は本発明に係る放電管電流均等分配回路の他の実施例を示す回路図である。これも両電圧駆動方式の例である。この回路例では１出力形トランスを複数個使用し、放電管２２の両側に電流平衡トランス２０とインバータ回路２４、インバータトランス２６を対称的に配置する。４個の電流平衡トランス２０の磁束調整用巻線Ｓは、全てが直列に繋げられて閉じたループを形成する。この回路構成は、放電管の両電圧駆動ができるものの、２個のインバータ回路と、放電管と同数の電流平衡トランスを必要とする。部品点数の点で好ましくはないが、このような回路方式にも本発明の電流平衡トランスを使用することは可能である。因みに、従来技術でこのような回路を構成すれば、より多くの電流平衡トランスを必要とするので、本発明によって電流平衡トランスの数を削減できる点は何ら変わりはない。

図６は、本発明に係る電流平衡トランスの他の実施例を示す説明図である。Ａは平面を示しており、Ｂは等価回路を示している。

この電流平衡トランスは、閉磁路を形成する磁気コア１０と、該磁気コア１０に巻き回され放電管電流が流れる２つの放電管用巻線Ｎ１，Ｎ２と、前記磁気コア１０に巻き回され両方の放電管用巻線Ｎ１，Ｎ２を流れる放電管電流によって発生する磁束を調整する磁束調整用巻線Ｓと、放電管用巻線Ｎ１，Ｎ２を流れる放電管電流を検出する検出用巻線Ｄとを具備している。

この磁気コアも、中央脚と、その両側に位置する外脚を有し、それらによって日の字形の閉磁路を形成する組み合わせコアからなる。ここでは、外脚となる四角枠形コア（口の字型コア）と中央脚となるＩ形コアの組み合わせを用いている。中央脚となるＩ形コアの両端寄りの部分にそれぞれ放電管用巻線Ｎ１，Ｎ２が巻き付けられ、それらの間のＩ形コアの中央部分に磁束調整用巻線Ｓと検出用巻線Ｄが巻き付けられる。

図７は、この電流平衡トランスを用いる放電管電流均等分配回路の実施例を示す回路図である。この例も、最も簡単な、放電管を４本使用する構成を示している。図６で説明した電流平衡トランス３０を放電管（冷陰極管）２２の高圧側に２個並置する。両方の電流平衡トランス３０のそれぞれの放電管用巻線Ｎ１，Ｎ２の一端に放電管２２の一端を接続し、放電管２２の他端は接地する。放電管用巻線Ｎ１，Ｎ２の他端（巻き始め端）は、共通に結線されてインバータ回路２４のインバータトランス２６の出力巻線に接続される。従って、各電流平衡トランス３０について、２つの放電管用巻線Ｎ１，Ｎ２を流れる放電管電流は、共通の閉磁路を使用して同じ向きに磁束が流れる。また、両方の電流平衡トランス３０の磁束調整用巻線Ｓは、直列に繋げられて閉じたループを形成する。各放電管を流れる電流が均一化される理由は、図２で説明したのと同様である。

この実施例では、上記のように電流平衡トランス３０に検出用巻線Ｄが巻き付けられており、各検出用巻線Ｄの出力は、それぞれ制御部３２に送られ、該制御部３２によってインバータ回路２４を制御するように構成される。例えば、放電管が１本切れるなど異常が発生した場合、電流平衡トランス３０の磁束に変化が生じるので検出用巻線Ｄで検知することができ、安全を考慮して制御部３２でインバータ回路２４の動作を止めたりすることができる。

上記の実施例は、いずれも放電管が４本の場合であるが、２０本あるいは２４本など、多数本並設された放電管に対しても本発明を適用できることは言うまでもない。通常の回路構成では、２０本の放電管を点灯駆動させる場合は１０個の電流平衡トランスを用い、２４本の放電管を点灯駆動させる場合は１２個の電流平衡トランスを用いることになる。従って、放電管の本数が多くなるほど、電流平衡トランスの削減効果は大きくなる。

本発明に係る電流平衡トランスの一実施例を示す説明図。 本発明に係る放電管電流均等分配回路の一実施例を示す回路図。 本発明に係る放電管電流均等分配回路の他の実施例を示す回路図。 本発明に係る放電管電流均等分配回路の更に他の実施例を示す回路図。 本発明に係る放電管電流均等分配回路の他の実施例を示す回路図。 本発明に係る電流平衡トランスの他の実施例を示す説明図。 本発明に係る放電管電流均等分配回路の実施例を示す回路図。

符号の説明

１０ 磁気コア
１２ 中央脚
１４ 外脚
１６ 端子
１８ ボビン
２０ 電流平衡トランス
２２ 放電管
２４ インバータ回路
２６ インバータトランス
Ｎ１，Ｎ２ 放電管用巻線
Ｓ 磁束調整用巻線

Claims (5)

1. 閉磁路を形成する磁気コアと、該磁気コアに巻き回され放電管電流が流れる２つの放電管用巻線と、前記磁気コアに巻き回され両方の放電管用巻線を流れる放電管電流によって発生する磁束を調整する磁束調整用巻線とを具備し、前記２つの放電管用巻線は、巻数が等しく且つ同極性で巻き回されており、前記磁束調整用巻線は、それら２つの放電管用巻線と磁気的な結合が生じるように巻き回されていることを特徴とする電流平衡トランス。
2. 磁気コアは、中央脚と、その両側に位置する外脚を有し、それらによって閉磁路を形成する組み合わせコアからなり、その中央脚の両端寄りの部分にそれぞれ放電管用巻線が巻き付けられ、それらの間の中央脚の中央部分に磁束調整用巻線が巻き付けられている請求項１記載の電流平衡トランス。
3. 中央脚の中央部分に、磁束調整用巻線と共に放電管用巻線を流れる放電管電流を検出する検出用巻線が巻き付けられている請求項２記載の電流平衡トランス。
4. 請求項１又は２記載の電流平衡トランスを複数配設し、各電流平衡トランスの両放電管用巻線にそれぞれ放電管を接続すると共に、全ての電流平衡トランスの磁束調整用巻線を直列に繋げて閉じたループを形成するようにした放電管電流均等配分回路。
5. 請求項３記載の電流平衡トランスを複数配設し、各電流平衡トランスの両放電管用巻線にそれぞれ放電管を接続すると共に、全ての電流平衡トランスの磁束調整用巻線を直列に繋げて閉じたループを形成し、検出用巻線の検出出力を制御部に戻しインバータ回路の動作を制御するようにした放電管電流均等配分回路。

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