JP2010218949A - 電流均衡化装置及びその方法、ｌｅｄ照明器具、ｌｃｄｂ／ｌモジュール、ｌｃｄ表示機器 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷に流れる電流バランス回路における損失低減を実現し高効率化を実現できる電流均衡化装置。
【解決手段】正弦波状の交番電流を出力する電力供給手段１０と、電力供給手段の出力に接続され且つ電力供給手段の交番電流を全波整流する全波整流部Ｄ１１〜Ｄ４１，Ｄ１２〜Ｄ４２，と１以上の巻線Ｔ１〜Ｔ４と１以上の負荷ＬＤ１〜ＬＤ４とが直列に接続される複数の直列回路を備え、複数の直列回路のそれぞれを流れる電流が、１以上の巻線に生じる電磁力に基づき均衡化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、並列に接続された複数の負荷に流れる電流を均衡化させるための電流均衡化装置及びその方法、ＬＥＤ照明器具、LCD B/Lモジュール、LCD表示機器に関する。

従来、直列に接続された複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）を点灯させるＬＥＤ点灯装置として、例えば特許文献１、特許文献２が知られている。
特許文献１に開示されたＬＥＤ照明装置は、複数のＬＥＤを直列に接続したＬＥＤユニットが複数個並列に接続されて構成されている。しかし、複数のＬＥＤを直列に接続したＬＥＤユニットが複数個並列に接続された状態で駆動されると、ＬＥＤユニットの電圧（各々のＬＥＤの順方向電圧Ｖｆ）降下にばらつきがあるため、並列に接続されたＬＥＤユニットの電流は、アンバランスとなってしまう。そこで、特許文献１では、定電流回路により各々のＬＥＤユニットに定電流を流すことにより、ＬＥＤユニットに流れる電流をバランスさせている。

特許文献２に開示された放電灯点灯回路は、並列に接続された複数のＣＣＦＬ（冷陰極線管）に流れる電流をトランスを用いてバランスさせている。ＣＣＦＬは交流で駆動されるので、バランストランスには正弦波の電流が流れている。このため、ＣＣＦＬとバランストランスとを直列に接続し、バランストランスの２次巻線が閉回路となるように構成して電流をバランスさせている。

特開２００４−３１９５８３号公報 特開２００６−１２６５９号公報

しかしながら、特許文献１では、定電流回路を接続すると、各々のＬＥＤユニットの電圧降下の差が損失となってしまう。

特許文献２では、バランストランスを用いて電流をバランスさせているため、ＣＣＦＬの電圧のばらつきによる損失は発生しないが、直流電流のみを流すＬＥＤでは、直流電流をトランスでバランスさせることはできない。即ち、バランストランスは、周波数が高くなると小さくできるが、周波数が低くなると大きくなる。また、直流では、トランスが飽和してしまうので、バランストランスは使用できない。

本発明の課題は、インピーダンスが異なる複数の負荷に流れる電流バランス回路における損失低減を実現し高効率化を実現できる電流均衡化装置及びその方法、ＬＥＤ照明器具、LCD B/Lモジュール、LCD表示機器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の電流均衡化装置は、正弦波状の交番電流を出力する電力供給手段と、前記電力供給手段の出力に接続され且つ前記電力供給手段の前記交番電流を全波整流する全波整流部と１以上の巻線と１以上の負荷とが直列に接続される複数の直列回路を備え、前記複数の直列回路のそれぞれを流れる電流が、前記１以上の巻線に生じる電磁力に基づき均衡化することを特徴とする。

本発明のマルチ負荷の電流均衡化方法は、電力供給手段の交番電流を全波整流する全波整流部と１以上の巻線と１以上の負荷とが直列に接続される複数の直列回路のそれぞれを流れる電流を、前記１以上の巻線に生じる電磁力に基づき均衡化することで、前記１以上の負荷に流れる電流を均衡化することを特徴とする。

本発明のLED照明器具は、商用交流電源からの交流電力を任意の交番電力に変換して交番電流を供給する電力変換装置と、前記電力変換装置の出力に接続され且つ前記交番電流を全波整流する全波整流部と１以上の巻線と１以上のＬＥＤ負荷とが直列に接続される複数の直列回路のそれぞれと前記１以上のLED負荷とを流れる電流が、前記１以上の巻線に生じる電磁力に基づき均衡化する電流均衡化装置とを備えることを特徴とする。

本発明のLCD B/Lモジュールは、LCDセルと、商用交流電源からの交流電力を任意の交番電力に変換して交番電流を供給する電力変換装置の出力に接続され且つ前記交番電流を全波整流する全波整流部と１以上の巻線と１以上のＬＥＤ負荷とが直列に接続される複数の直列回路のそれぞれと前記１以上のLED負荷とを流れる電流が、前記１以上の巻線に生じる電磁力に基づき均衡化する電流均衡化装置とを備えることを特徴とする。

本発明のLCD表示機器は、LCDセルと、商用交流電源からの交流電力を任意の交番電力に変換して交番電流を供給する電力変換装置と、前記電力変換装置の出力に接続され且つ前記交番電流を全波整流する全波整流部と１以上の巻線と１以上のＬＥＤ負荷とが直列に接続される複数の直列回路のそれぞれと前記１以上のLED負荷とを流れる電流が、前記１以上の巻線に生じる電磁力に基づき均衡化する電流均衡化装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、電力供給手段の出力から複数の負荷に供給する電流を、１以上の負荷に直列接続した１以上の巻線に生じる電磁力に基づき均衡化できる。また、１以上の巻線に生じる電磁力により電流を均衡化するため、複数の負荷のインピーダンスの相違による損失を低減できる。従って、インピーダンスが異なる複数の負荷に流れる電流バランス回路における損失低減を実現し高効率化を実現できる。また、全波整流部により交番電流を全波整流して１以上の負荷に供給できる。

本発明の実施例１の電流均衡化装置の構成図である。 本発明の実施例１の電流均衡化装置の動作波形である。 本発明の実施例２の電流均衡化装置の構成図である。 本発明の実施例２の電流均衡化装置の動作波形である。 本発明の実施例３の電流均衡化装置の構成図である。 本発明の実施例４の電流均衡化装置の構成図である。 本発明の実施例５の電流均衡化装置の構成図である。 本発明の実施例６の電流均衡化装置の構成図である。 本発明の実施例７の電流均衡化装置の構成図ある。 本発明の実施例８の電流均衡化装置の構成図である。 本発明の実施例９の電流均衡化装置の構成図である。 本発明の実施例９の電流均衡化装置のバランストランスのリセットの動作を説明するための動作波形である。

以下、本発明の実施の形態の電流均衡化装置を備えた電力供給装置を図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、トランスは交流電流をバランスすることができるが、ＬＥＤのような直流駆動回路ではトランスは直流電流をバランスすることができない。このため、本発明は、正弦波状の半波電流からなる交番電流を出力する電力供給手段の出力に接続され且つ電力供給手段の交番電流を全波整流する全波整流部と１以上の巻線と１以上の負荷とが直列に接続される複数の直列回路を備え、複数の直列回路のそれぞれを流れる電流が、１以上の巻線に生じる電磁力に基づき均衡化することを特徴とする。

以下に説明する各実施例では、この電流均衡化装置におけるインピーダンスが異なる負荷をＬＥＤとした例を示している。

図１は本発明の実施例１に係る電流均衡化装置の構成図である。

図１に示す実施例１において、電力供給手段１０は、正弦波状の交番電流を供給することを特徴とする。また、電流均衡化装置は、電力供給手段１０から供給される交番電流を平滑化して負荷に供給することを特徴とする。

図１に示す実施例１において、正弦波状の交番電流を供給するために、直流電源Ｖｉｎの両端に、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子ＱＨとＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子ＱＬとの直列回路が接続されている。スイッチング素子ＱＨとスイッチング素子ＱＬとの接続点にトランスＴの一次巻線Ｎｐと電流共振コンデンサＣｒｉとの直列共振回路が接続されている。トランスＴは、リーケージインダクタンスＬｒ１，Ｌｒ２を有する。ＬｐはトランスＴの励磁インダクタンスである。ローサイドドライバ１３は、スイッチング素子ＱＬを駆動し、ハイサイドドライバ１５は、スイッチング素子ＱＨを駆動する。

スイッチング素子QＨとスイッチング素子QＬは交互にオンオフをすることで、トランスＴの巻線ＮｓからリーケージインダクタンスＬｒ１、Ｌｒ２と電流共振コンデンサＣｒｉで共振した正弦波状の電流を供給することができる。

トランスＴの二次巻線Ｎｓの一端には交番電流を半波整流するダイオードＤ１１のアノードが接続され、トランスＴの二次巻線Ｎｓの他端には交番電流を半波整流するダイオードＤ１２のアノードが接続され、ダイオードＤ１１のカソードとダイオードＤ１２のカソードとは巻線Ｎ１の一端が接続される。

ダイオードＤ１１，Ｄ１２は、全波整流部を構成する。巻線Ｎ１の他端には負荷ＬＤ１（ＬＥＤ１ａ〜ＬＥＤ１ｅ）が接続される。第１の直列回路は、全波整流部Ｄ１１，Ｄ１２と巻線Ｎ１と負荷ＬＤ１とからなる。

トランスＴの二次巻線Ｎｓの一端には交番電流を半波整流するダイオードＤ２１のアノードが接続され、トランスＴの二次巻線Ｎｓの他端には交番電流を半波整流するダイオードＤ２２のアノードが接続され、ダイオードＤ２１のカソードとダイオードＤ２２のカソードとは巻線Ｎ２の一端が接続される。

ダイオードＤ２１，Ｄ２２は、全波整流部を構成する。巻線Ｎ２の他端には負荷ＬＤ２（ＬＥＤ２ａ〜ＬＥＤ２ｅ）が接続される。第２の直列回路は、全波整流部Ｄ２１，Ｄ２２と巻線Ｎ２と負荷ＬＤ２とからなる。

トランスＴの二次巻線Ｎｓの一端には交番電流を半波整流するダイオードＤ３１のアノードが接続され、トランスＴの二次巻線Ｎｓの他端には交番電流を半波整流するダイオードＤ３２のアノードが接続され、ダイオードＤ３１のカソードとダイオードＤ３２のカソードとは巻線Ｎ３の一端が接続される。

ダイオードＤ３１，Ｄ３２は、全波整流部を構成する。巻線Ｎ３の他端には負荷ＬＤ３（ＬＥＤ３ａ〜ＬＥＤ３ｅ）が接続される。第３の直列回路は、全波整流部Ｄ３１，Ｄ３２と巻線Ｎ３と負荷ＬＤ３とからなる。

トランスＴの二次巻線Ｎｓの一端には交番電流を半波整流するダイオードＤ４１のアノードが接続され、トランスＴの二次巻線Ｎｓの他端には交番電流を半波整流するダイオードＤ４２のアノードが接続され、ダイオードＤ４１のカソードとダイオードＤ４２のカソードとは巻線Ｎ４の一端が接続される。

ダイオードＤ４１，Ｄ４２は、全波整流部を構成する。巻線Ｎ４の他端には負荷ＬＤ４（ＬＥＤ４ａ〜ＬＥＤ４ｅ）が接続される。第４の直列回路は、全波整流部Ｄ４１，Ｄ４２と巻線Ｎ４と負荷ＬＤ４とからなる。

巻線Ｎ１（及びＮ２，Ｎ３，Ｎ４）と巻線Ｓ１（及びＳ２，Ｓ３，Ｓ４）とは、互いに電磁的に結合されトランスＴ１（及びＴ２，Ｔ３，Ｔ４）を構成する。巻線Ｓ１と巻線Ｓ２と巻線Ｓ３と巻線Ｓ４とは直列に接続され、閉ループを形成している。また、実施例１における負荷ＬＤ１のインピーダンスと負荷ＬＤ２のインピーダンスと負荷ＬＤ３のインピーダンスと負荷ＬＤ４のインピーダンスとは互いに異なる。

また、本発明の実施例１に係る電流均衡化装置は、複数の直列回路の電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段で検出された電流検出値と基準電圧を比較する比較手段と、比較手段の出力に応じて交番電流を制御する制御手段とを備える。

負荷ＬＤ１（及びＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４）と二次巻線Ｎｓとの間に電流検出手段として抵抗ＲｓとダイオードＤ７，Ｄ８とが追加されている。負荷ＬＤ１（及びＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４）と抵抗Ｒｓとの接続点には、抵抗Ｒｉｓ及びコンデンサＣｉｓからなるフィルタ回路の入力端が接続される。比較回路及び制御回路としてのＰＦＭ回路１ａの一方の入力端子にはフィルタ回路の出力端が接続され、他方の入力端子には正電圧である基準電圧Ｖｒｅｆが接続される。

抵抗Ｒｓが、負荷ＬＤ１（及びＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４）に流れる電流を一括して検出し、フィルタ回路を介して電流検出値をＰＦＭ回路１ａに出力する。ＰＦＭ回路１ａは、電流検出値と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その誤差出力に基づき、負荷に流れる電流が一定になるようにスイッチング素子ＱＨとスイッチング素子ＱＬとのオンオフ周波数を制御する。

図２は本発明の実施例１に係る電力均衡化装置の動作波形である。図１において、Ｖ（ＱＨ）は、スイッチング素子ＱＨのドレイン−ソース間電圧、Ｉ（ＱＨ）は、スイッチング素子ＱＨのドレインに流れる電流、Ｖ（ＱＬ）は、スイッチング素子ＱＬのドレイン−ソース間電圧、Ｉ（ＱＬ）は、スイッチング素子ＱＬのドレインに流れる電流、Ｉ（Ｄ１１−Ｄ４１）はダイオードＤ１１，Ｄ２１，Ｄ３１，Ｄ４１に流れる電流、Ｉ（Ｄ１２−Ｄ４２）はダイオードＤ１２，Ｄ２２，Ｄ３２，Ｄ４２に流れる電流、Ｉ（ＬＥＤ１ａ−ｅ）はＬＥＤ１ａ〜１ｅに流れる電流、Ｉ（ＬＥＤ２ａ−ｅ）はＬＥＤ２ａ〜２ｅに流れる電流、Ｉ（ＬＥＤ３ａ−ｅ）はＬＥＤ３ａ〜３ｅに流れる電流、Ｉ（ＬＥＤ４ａ−ｅ）はＬＥＤ４ａ〜４ｅに流れる電流である。

まず、時刻ｔ０において、スイッチング素子ＱＬがオフ状態のときに、スイッチング素子ＱＨがオンすると、トランスＴの巻線Ｎｐは巻始が正電圧となり、巻線Ｎｓの巻始も正電圧となる。

従って、時刻ｔ０から始まる期間ＳＴ１では、巻線Ｎｓに接続された第１乃至第４の直列回路は、Ｎｓ→Ｄ１１→Ｎ１→負荷ＬＤ１→Ｒｓ→Ｄ８→Ｎｓの経路と、Ｎｓ→Ｄ２１→Ｎ２→負荷ＬＤ２→Ｒｓ→Ｄ８→Ｎｓの経路と、Ｎｓ→Ｄ３１→Ｎ３→負荷ＬＤ３→Ｒｓ→Ｄ８→Ｎｓの経路、Ｎｓ→Ｄ４１→Ｎ４→負荷ＬＤ４→Ｒｓ→Ｄ８→Ｎｓの経路で電流が流れる。

このとき、スイッチング素子ＱＨに流れる電流Ｉ（ＱＨ）は、Ｖｉｎ(正極)→ＱＨ（ＤＨ）→Ｌｒ１→Ｌｐ→Ｃｒｉ→Ｖｉｎ(負極) の経路と、Ｖｉｎ(正極)→ＱＨ（ＤＨ）→Ｌｒ１→Ｌｒ２→Ｎｐ→Ｃｒｉ→Ｖｉｎ(負極) の経路とでマイナスから流れはじめ、電流共振コンデンサＣｒｉと励磁インダクタンスＬｐとリーケージインダクタンスＬｒ１との共振により時間とともに増加していく。このとき電流共振コンデンサＣｒｉが充電される。

このように、それぞれの直列回路には、時間的に大きさが変化する、即ち交流成分を持った電流Ｉ（Ｄ１１），Ｉ（Ｄ２１），Ｉ（Ｄ３１）及びＩ（Ｄ４１）が流れる。

電流Ｉ（Ｄ１１），Ｉ（Ｄ２１），Ｉ（Ｄ３１）及びＩ（Ｄ４１）は、巻線Ｎ１（Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４）及び巻線Ｓ１（Ｓ２，Ｓ３，Ｎ４）を流れ、それぞれの電流に応じた磁束を生じようとする。このとき、巻線Ｎ１（Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４）及び巻線Ｓ１（Ｓ２，Ｓ３，Ｎ４）は、トランスＴ１（Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）を構成するため、それぞれの巻線に生じる磁束は、磁束の大きさを均一化するように相互作用する。従って、これらの電流Ｉ（Ｄ１１），Ｉ（Ｄ２１），Ｉ（Ｄ３１）及びＩ（Ｄ４１）は、本来それぞれの大きさが異なる場合であっても一定の値に均衡化（均一化）され、負荷ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４に供給される。このように、負荷ＬＤ１と負荷ＬＤ２と負荷ＬＤ３と負荷ＬＤ４とは互いにインピーダンスが異なるが、第１の直列回路の電流Ｉ（Ｄ１１）と第２の直列回路の電流Ｉ（Ｄ２１）と第３の直列回路の電流Ｉ（Ｄ３１）と第４の直列回路の電流Ｉ（Ｄ４１）は互いに等しくなる。

また、実施例１では、巻線に生じる電磁力により電流を均衡化するため、主に巻線抵抗に基づく損失を発生するが、この損失は特許文献１の定電流回路における損失に比べて小さいため、バランス回路における損失を低減することができる。

また、実施例１では、負荷ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４がＬＥＤを複数個直列に接続した照明装置であるため、負荷ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４に均衡化された電流を供給することで、複数のＬＥＤを均一に発光させ、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を均一に照明することができる。

次に、時刻ｔ１において、スイッチング素子ＱＨがオフし、スイッチング素子ＱＬがオンすると、Ｃｒｉ→ＤＬ（ＱＬ）→Ｌｒ１→Ｌｐ→Ｃｒｉの経路とＣｒｉ→Ｎｐ→Ｌｒ２→Ｌｒ１→ＱＬ（ＤＬ）→Ｃｒｉの経路とで電流が流れる。従って、巻線Ｎｐの巻始は負電圧になり、巻線Ｎｓの巻始も負電圧になる。

従って、時刻ｔ１から始まる期間ＳＴ２では、第１乃至第４直列回路に接続されるダイオードＤ１２，Ｄ２２，Ｄ３２，Ｄ４２は導通し、Ｎｓ→Ｄ１２→Ｎ１→負荷ＬＤ１→Ｒｓ→Ｄ７→Ｎｓの経路と、Ｎｓ→Ｄ２２→Ｎ２→負荷ＬＤ２→Ｒｓ→Ｄ７→Ｎｓの経路と、Ｎｓ→Ｄ３２→Ｎ３→負荷ＬＤ３→Ｒｓ→Ｄ７→Ｎｓ、Ｎｓ→Ｄ４２→Ｎ４→負荷ＬＤ４→Ｒｓ→Ｄ７→Ｎｓの経路で電流が流れる。

この電流は、Ｃｒｉ→Ｎｐ→Ｌｒ２→Ｌｒ１→ＱＬ（ＤＬ）→Ｃｒｉの経路でトランスＴを介して電流共振コンデンサＣｒｉから供給されるので、電流共振コンデンサＣｒｉとリーケージインダクタンスＬｒ１＋Ｌｒ２の共振で電流が流れることになり、正弦波状の半波電流が供給される。このように、それぞれの直列回路には、時間的に大きさが変化する、即ち交流成分を持った電流Ｉ（Ｄ１２），Ｉ（Ｄ２２），Ｉ（Ｄ３２）及びＩ（Ｄ４２）が流れる。また、図２からもわかるように、負荷電流Ｉ（ＬＥＤ１ａ−ｅ）、Ｉ（ＬＥＤ２ａ−ｅ）、Ｉ（ＬＥＤ３ａ−ｅ）及びＩ（ＬＥＤ４ａ−ｅ）は、電流Ｉ（Ｄ１１），Ｉ（Ｄ２１），Ｉ（Ｄ３１）及びＩ（Ｄ４１）と電流Ｉ（Ｄ１２），Ｉ（Ｄ２２），Ｉ（Ｄ３２）及びＩ（Ｄ４２）と略同じ波形となる。

従って、電力供給手段１０の出力から複数の負荷に供給する電流を、１以上の負荷に直列接続した１以上の巻線に生じる電磁力に基づき均衡化できる。また、１以上の巻線に生じる電磁力により電流を均衡化するため、複数の負荷のインピーダンスの相違による損失を低減できる。従って、インピーダンスが異なる複数の負荷に流れる電流バランス回路における損失低減を実現し高効率化を実現できる。さらに、電流均衡化回路に正弦波状の電流が流れるため、低ノイズ化できる。また、全波整流部であるダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ３１，Ｄ３２，Ｄ４１，Ｄ４２により交番電流を全波整流して負荷ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４に供給できる。

図３は本発明の実施例２に係る電流均衡化装置の構成を示すブロック図である。図３に示す実施例２は、図１に示す実施例１に係る電流均衡化装置に対し、平滑コンデンサＣ１（及びＣ２，Ｃ３，Ｃ４）を設け、負荷ＬＤ１（及びＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４）に平滑された電流が供給されるように構成されている。

図４は本発明の実施例２に係る電流均衡化装置の動作波形である。図４において、Ｖ（Ｃ１）はコンデンサＣ１の両端電圧、Ｖ（Ｃ２）はコンデンサＣ２の両端電圧、Ｖ（Ｃ３）はコンデンサＣ３の両端電圧、Ｖ（Ｃ４）はコンデンサＣ４の両端電圧である。コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４で平滑化された電流が負荷に供給されるので、負荷電流Ｉ（ＬＥＤ１ａ−ｅ）とＩ（ＬＥＤ２ａ−ｅ）とＩ（ＬＥＤ３ａ−ｅ）とＩ（ＬＥＤ４ａ−ｅ）とは、電流Ｉ（Ｄ１１），Ｉ（Ｄ２１），Ｉ（Ｄ３１）及びＩ（Ｄ４１）を平滑した電流となる。

従って、実施例１に係る電流均衡化装置と同様の効果を得ることができる。また、平滑した電流を負荷に供給できるので、負荷に流れる電流ピークが下がることにより、負荷に与えるストレスが軽減できる。

図５から図７で示される実施例３から実施例５は、電力供給手段１０に接続される直列回路が複数個接続された場合のそれぞれの巻線電流が均衡化するようにトランスが磁気結合する方法である。

図５は本発明の実施例３に係る電流均衡化装置の構成を示すブロック図である。図５に示す実施例３において、電力供給手段１０の出力には、ダイオードＤ４１，Ｄ４２と巻線Ｓ４と巻線Ｎ１とＬＥＤ１ａ〜ＬＥＤ１ｅから構成される負荷ＬＤ１の直列回路と、ダイオードＤ１１，Ｄ１２と巻線Ｓ１と巻線Ｎ２とＬＥＤ２ａ〜２ｅから構成される負荷ＬＤ２の直列回路と、ダイオードＤ２１，Ｄ２２と巻線Ｓ２と巻線Ｎ３とＬＥＤ３ａ〜３ｅから構成される負荷ＬＤ３の直列回路と、ダイオードＤ３１，Ｄ３２と巻線Ｓ３と巻線Ｎ４とＬＥＤ４ａ〜４ｅから構成される負荷ＬＤ４の直列回路とが接続されている。

巻線Ｎ１（及びＮ２，Ｎ３，Ｎ４）と巻線Ｓ１（及びＳ２，Ｓ３，Ｓ４）はダイオードの半波整流する電流が均衡化するように磁気的に結合されトランスＴ１（及びＴ２，Ｔ３，Ｔ４）を構成している。

即ち、それぞれの直列回路が直列接続された２つの巻線を有し、２つの巻線のそれぞれがトランスの一次巻線及び二次巻線として電磁結合される。

実施例３の接続では、トランスＴ１（及びＴ２，Ｔ３，Ｔ４）の巻線Ｎ１（及びＮ２，Ｎ３，Ｎ４）と巻線Ｓ１（及びＳ２，Ｓ３，Ｓ４）は、その特性から巻線Ｎ１（及びＮ２，Ｎ３，Ｎ４）と巻線Ｓ１（及びＳ２，Ｓ３，Ｓ４）に流れる電流が等しくなり、電力供給手段１０から供給された電流を負荷ＬＤ１、負荷ＬＤ２、負荷ＬＤ３、負荷ＬＤ４に均衡化して供給できる。従って、実施例１に係る電流均衡化装置と同様の効果を得ることができる。また、直列回路に２つの巻線が接続されるので、バランストランスとして使用するトランスが小さくでき、同一のトランスを使用できる。

なお、実施例３において、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、削除されても良い。

図６は本発明の実施例４に係る電流均衡化装置の構成を示すブロック図である。図６に示す実施例４において、電力供給手段１０の出力には、トランスＴの二次巻線Ｎｓの一端には交番電流を半波整流するダイオードＤ１１のアノードが接続され、二次巻線Ｎｓの他端にはダイオードＤ８のカソードが接続され、トランスＴの二次巻線Ｎｓの他端には交番電流を半波整流するダイオードＤ１２のアノードが接続され、二次巻線Ｎｓの一端にはダイオードＤ７のカソードが接続される。ダイオードＤ７，Ｄ８，Ｄ１１，Ｄ１２は、全波整流部を構成する。

ダイオードＤ１１，Ｄ１２のカソードには、ダイオードＤ１と巻線Ｎ１とＬＥＤ１ａ〜ＬＥＤ１ｅから構成される負荷ＬＤ１の直列回路と、ダイオードＤ２と巻線Ｎ３と巻線Ｓ１とＬＥＤ２ａ〜ＬＥＤ２ｅから構成される負荷ＬＤ２の直列回路と、ダイオードＤ３と巻線Ｓ３と巻線Ｎ２とＬＥＤ３ａ〜ＬＥＤ３ｅから構成される負荷ＬＤ３の直列回路と、ダイオードＤ４と巻線Ｓ２とＬＥＤ４ａ〜ＬＥＤ４ｅから構成される負荷ＬＤ４の直列回路とが接続されている。

巻線Ｎ１（及びＮ２、Ｎ３）と巻線Ｓ１（及びＳ２、Ｓ３）はダイオードＤ７，Ｄ８，Ｄ１１，Ｄ１２との全波整流する電流が均衡化するように磁気的に結合されトランスＴ１（及びＴ２、Ｔ３）となっている。即ち、１つの巻線を有する直列回路と２つの巻線を有する直列回路とを有し、それぞれの巻線がトランスの一次及び二次巻線として電磁結合される。

実施例４の接続では、トランスＴ１（及びＴ２、Ｔ３）の巻線Ｎ１（及びＮ２、Ｎ３）と巻線Ｓ１（及びＳ２、Ｓ３）は、その特性から巻線Ｎ１（及びＮ２、Ｎ３）と巻線Ｓ１（及びＳ２、Ｓ３）に流れる電流が等しくなり、電力供給手段１０から供給された電流を負荷ＬＤ１、負荷ＬＤ２、負荷ＬＤ３、負荷ＬＤ４に均衡化して供給できる。従って、実施例１に係る電流均衡化装置と同様の効果を得ることができる。さらに、実施例４は実施例２及び３の巻線Ｎ４と巻線Ｓ４からなるトランスＴ４を取り除くことができるため、電流均衡化装置を安価に構成できる。

なお、実施例４において、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４又はＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４とＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、削除されても良い。また、実施例４に示すように、複数のダイオードＤ１１〜Ｄ４１（及びＤ１２〜Ｄ４２）をひとつのダイオードＤ１１（及びＤ１２）に置き換えることができる。

図７は本発明の実施例５に係る電流均衡化装置の構成を示すブロック図である。図７に示す実施例５において、トランスＴの二次巻線Ｎｓの両端には交番電流を全波整流するダイオードＤ７，Ｄ８，Ｄ１１，Ｄ１２が接続される。

ダイオードＤ１１，Ｄ１２のカソードには、巻線Ｎ３と巻線Ｎ１とダイオードＤ１とＬＥＤ１ａ〜ＬＥＤ１ｅから構成される負荷ＬＤ１の直列回路と、巻線Ｎ３と巻線Ｓ１とダイオードＤ２とＬＥＤ２ａ〜ＬＥＤ２ｅから構成される負荷ＬＤ２の直列回路と、巻線Ｓ３と巻線Ｎ２とダイオードＤ３とＬＥＤ３ａ〜３ｅから構成される負荷ＬＤ３の直列回路と、巻線Ｓ３と巻線Ｓ２とダイオードＤ４とＬＥＤ４ａ〜ＬＥＤ４ｅから構成される負荷ＬＤ４の直列回路とが接続されている。巻線Ｎ１（及びＮ２）と巻線Ｓ１（及びＳ２）には平滑コンデンサＣ１（及びＣ２，Ｃ３，Ｃ４）が接続され、平滑化した電流を負荷ＬＤ１（及びＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４）に供給するように構成されている。

巻線Ｎ１（及びＮ２，Ｎ３）と巻線Ｓ１（及びＳ２，Ｓ３）はダイオードＤ７，Ｄ８，Ｄ１１，Ｄ１２の全波整流する電流が均衡化するように磁気的に結合されトランスＴ１（及びＴ２，Ｔ３）となっている。実施例５の接続では、トランスＴ１（及びＴ２，Ｔ３）の巻線Ｎ１（及びＮ２，Ｎ３）と巻線Ｓ１（及びＳ２，Ｓ３）は、その特性から巻線Ｎ１（及びＮ２，Ｎ３）と巻線Ｓ１及びＳ２，Ｓ３）に流れる電流が等しくなり、電力供給手段１０から供給された電流を負荷ＬＤ１、負荷ＬＤ２、負荷ＬＤ３、負荷ＬＤ４に均衡化して供給する。従って、実施例１に係る電流均衡化装置と同様の効果を得ることができる。さらに、実施例５は実施例１乃至４の巻線Ｎ４と巻線Ｓ４からなるトランスＴ４を取り除くことができるため、電流均衡化装置を安価に構成できる。

なお、実施例５において、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４又はＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４とＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、削除されても良い。

図８は本発明の実施例６に係る電流均衡化装置の構成を示すブロック図である。図８に示す実施例６は、図５に示す実施例３に係る電流均衡化装置に対して、平滑コンデンサＣ１（及びＣ２，Ｃ３，Ｃ４）をバランストランス巻線Ｎ１（Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４）とトランスＴの二次巻線Ｎｓとの間に接続し、ダイオードＤ７及びＤ８の接続点にダイオードＤ２０及びＤ２１のアノードと抵抗ＲｓとをコンデンサＣ１（及びＣ２，Ｃ３，Ｃ４）とトランスＴの二次巻線Ｎｓとの接続点に接続したことを特徴とする。その他は、実施例３に係る電流均衡化装置と実質的に同一に構成される。

実施例６のように構成しても実施例１に係る電流均衡化装置と同様の効果を得ることができる。

なお、実施例６において、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、削除されても良い。また、実施例６に係る電力供給手段１０は、実施例２から実施例５で示す複数の直列回路を接続することができる。

図９は本発明の実施例７に係る電流均衡化装置の構成を示すブロック図である。図９に示す実施例７は、図５に示す実施例３に係る電流均衡化装置に対して、電流供給手段１０の代わりに、センタータップのトランスＴａを有する電力供給手段１０ａを用い、ダイオードＤ７，Ｄ８を削除したことを特徴とする。

トランスＴａは、一次巻線Ｎｐと二次巻線Ｎｓ１と二次巻線Ｎｓ２とを有し、直列に接続された二次巻線Ｎｓ１と二次巻線Ｎｓ２との中点は、グランドＧＮＤに接続されている。二次巻線Ｎｓ１の一端はダイオードＤ１１，Ｄ２１，Ｄ３１，Ｄ４１のアノードに接続され、二次巻線Ｎｓ２の一端はダイオードＤ１２，Ｄ２２，Ｄ３２，Ｄ４２のアノードに接続されている。

ダイオードＤ１１，Ｄ１２のカソードは、巻線Ｎ１の一端に接続され、ダイオードＤ２１，Ｄ２２のカソードは、巻線Ｎ２の一端に接続され、ダイオードＤ３１，Ｄ３２のカソードは、巻線Ｎ３の一端に接続され、ダイオードＤ４１，Ｄ４２のカソードは、巻線Ｎ４の一端に接続される。

以上の構成によれば、スイッチング素子ＱＨがオンすると、第１乃至第４の直列回路は、Ｎｓ１→Ｄ１１→Ｎ１→負荷ＬＤ１→Ｒｓ→ＧＮＤ（即ち、二次巻線Ｎｓ１と二次巻線ＮＳ２との中点）の経路と、Ｎｓ１→Ｄ２１→Ｎ２→負荷ＬＤ２→Ｒｓ→ＧＮＤの経路と、Ｎｓ１→Ｄ３１→Ｎ３→負荷ＬＤ３→Ｒｓ→ＧＮＤの経路、Ｎｓ１→Ｄ４１→Ｎ４→負荷ＬＤ４→Ｒｓ→ＧＮＤの経路で電流が流れる。

次に、スイッチング素子ＱＬがオンすると、第１乃至第４の直列回路は、Ｎｓ２→Ｄ１２→Ｎ１→負荷ＬＤ１→Ｒｓ→ＧＮＤの経路と、Ｎｓ２→Ｄ２２→Ｎ２→負荷ＬＤ２→Ｒｓ→ＧＮＤの経路と、Ｎｓ２→Ｄ３２→Ｎ３→負荷ＬＤ３→Ｒｓ→ＧＮＤの経路、Ｎｓ２→Ｄ４２→Ｎ４→負荷ＬＤ４→Ｒｓ→ＧＮＤの経路で電流が流れる。

従って、実施例１に係る電流均衡化装置と同様の効果を得ることができる。さらに、実施例７はダイオードＤ７，Ｄ８を取り除くことができるため、電流均衡化装置を安価に構成できる。

なお、実施例７において、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、削除されても良い。また、実施例７に係る電力供給手段１０ａは、実施例２から実施例５で示す複数の直列回路を接続することができる。

図１０は本発明の実施例８に係る電流均衡化装置の構成を示すブロック図である。図１０に示す実施例８は、図９に示す実施例７に係る電流均衡化装置に対して、電流供給手段１０ａの代わりに、センタータップのトランスＴｂを有する電力供給手段１０ｂを用い、ＰＦＭ回路１の基準電圧Ｖｒｅｆとして負電圧を用いた点が異なる。

トランスＴｂは、一次巻線Ｎｐと二次巻線Ｎｓ１と二次巻線Ｎｓ２とを有し、直列に接続された二次巻線Ｎｓ１と二次巻線Ｎｓ２との中点は、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の一端（ＧＮＤでない）と抵抗Ｒｓの一端と抵抗Ｒｉｓの一端とに接続されている。抵抗Ｒｓの他端は、ＧＮＤと負荷ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４の一端に接続される。抵抗Ｒｓの一端と抵抗Ｒｉｓの一端との接続点の電圧が負電圧となるため、ＰＦＭ回路１の基準電圧Ｖｒｅｆとして負電圧が用いられる。

以上の構成によれば、図９に示す実施例７に係る電流均衡化装置と略同様の動作し、同様な効果を得ることができる。さらに、実施例７はダイオードＤ７，Ｄ８を取り除くことができるため、電流均衡化装置を安価に構成できる。

一方、二次巻線Ｎｓ１と二次巻線Ｎｓ２との中点が、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の一端（ＧＮＤでない）と抵抗Ｒｓとに接続され、抵抗Ｒｓの他端が、ＧＮＤと負荷ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４の一端と抵抗Ｒｉｓの一端とに接続されるように構成すれば、基準電圧Ｖｒｅｆとして正電圧を用いることができる。

なお、実施例８において、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、削除されても良い。また、実施例８に係る電力供給手段１０ｂは、実施例２から実施例５で示す複数の直列回路を接続することができる。

図１１は本発明の実施例９に係る電流均衡化装置の構成を示すブロック図である。図１１に示す実施例９は、バランストランスに直流を重畳させないために、バランストランスがリセットした後にスイッチング素子ＱＨをオフさせることを特徴とする。

図１１に示す実施例９は、図８に示す実施例６に係る電流均衡化装置と実質的に同一の機能を有する。但し、図１１は、実施例６におけるバランストランスＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を、理想トランスＴ１ａ，Ｔ２ａ，Ｔ３ａ，Ｔ４ａと励磁インダクタンスＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４とに分けて記載した回路図である。実施例９では、トランスＴ１ａ，Ｔ２ａ，Ｔ３ａ，Ｔ４ａのリセットとスイッチング素子ＱＨのオフ制御を主として説明する。

図１２は、本発明の実施例９に係る電流均衡化装置のバランストランスのリセットの動作を説明するための動作波形である。図１２において、一次巻線Ｎｐから供給された電流が二次巻線Ｎｓより流れる期間をＳＴ１、トランスＴ１ａ，Ｔ２ａ，Ｔ３ａ，Ｔ４ａがリセットする期間をＳＴ２、トランスのリセットが終了してスイッチング素子ＱＨがターンオフする期間をＳＴ３とする。

期間ＳＴ１では、スイッチング素子ＱＨがオンしており、二次巻線Ｎｓからの電流は、第１経路では、Ｎｓ→Ｄ１１→Ｓ２→Ｎ１→Ｃ１（ＬＤ１）→Ｄ２１→Ｎｓ、第２経路では、Ｎｓ→Ｄ２１→Ｓ３→Ｎ２→Ｃ２（ＬＤ２）→Ｄ２１→Ｎｓとなる。第３経路では、Ｎｓ→Ｄ３１→Ｓ４→Ｎ３→Ｃ３（ＬＤ３）→Ｄ２１→Ｎｓ、第４経路では、Ｎｓ→Ｄ４１→Ｓ１→Ｎ４→Ｃ４（ＬＤ４）→Ｄ２１→Ｎｓとなる。このため、一次巻線Ｎ１に流れる電流は二次巻線Ｓ１に流れる電流に等しく、一次巻線Ｎ２に流れる電流は二次巻線Ｓ２に流れる電流に等しく、一次巻線Ｎ３に流れる電流は二次巻線Ｓ３に流れる電流に等しく、一次巻線Ｎ４に流れる電流は二次巻線Ｓ４に流れる電流に等しくなる。このようにして、第１経路乃至第４経路の電流は等しくなる。

期間ＳＴ２では、バランストランスＴ１ａ〜Ｔ４ａの励磁インダクタンスＬ１〜Ｌ４に蓄えられた電流がリセットする期間である。期間ＳＴ１で、励磁インダクタンスＬ１〜Ｌ４に蓄えられた電流は、各直列回路を構成するダイオードＤｍの順方向とは逆の電圧を発生するため、各直列回路を構成するダイオードＤｍには逆電圧が印加される。

リセット期間に逆電圧が最も大きく発生する条件は、Ｖｃ１即ちＬＥＤ１ａ〜ＬＥＤ１ｅの順方向電圧降下の和がばらつきの最大値で、他のＶｃ２，Ｖｃ３，Ｖｃ４、即ちＬＥＤｘａ〜ＬＥＤｘｅ（ｘ＝２〜４）の順方向電圧降下の和のばらつきの最小値の時などが考えられ、リセット期間ＳＴ２でのダイオードに逆電圧が印加されるのはダイオードＤ１１のみである場合である。

仮にリセット期間ＳＴ２にスイッチング素子ＱＨをターンオフすると、トランスＴの一次巻線電圧は巻き始めが負電圧となり、トランスＴの二次巻線電圧の巻き始めも負電圧になるため、ダイオードＤ１１にはさらに逆電圧が重畳されてしまう。

一方、インダクタンスＬ１（及びＬ２，Ｌ３，Ｌ４）を流れる電流がゼロになり、バランストランスＴ１ａ〜Ｔ４ａのリセット期間が完了する時刻ｔ２を過ぎた後、時刻ｔ３でスイッチング素子ＱＨをターンオフさせことで、ダイオードＤ１１の逆電圧は低く抑えられる。

負荷の並列数が増加すると、各直列回路を構成するダイオードに印加される逆電圧が増大するため、高耐圧なダイオードが必要となり、電流均衡化装置が高コストになってしまう。

従って、実施例９に係る電流均衡化装置において、リセット期間ＳＴ２のスイッチング素子ＱＬ，ＱＨのオンオフを制御して、バランストランスのリセットが終了した後、トランスの電圧を反転させる制御が非常に有効である。このように制御することで、各直列回路を構成するダイオードとして、低耐圧なダイオードを使用できるため、電流均衡化装置を安価に構成することができる。また、バランストランスがリセットした後にスイッチング素子ＱＨをオフさせることで、バランストランスに直流を重畳させないようにすることができる。

また、本発明の電流均衡化装置は、例えば、LED照明器具、LCD B/L(LCDバックライト)モジュール、LCD表示機器に適用することができる。

LED照明器具は、商用交流電源からの交流電力を任意の交番電力に変換して交番電流を供給する電力変換装置と、電力変換装置の出力に接続され且つ交番電流を全波整流する全波整流部と１以上の巻線と１以上のＬＥＤ負荷とが直列に接続される複数の直列回路のそれぞれと１以上のLED負荷とを流れる電流が１以上の巻線に生じる電磁力に基づき均衡化する電流均衡化装置とを備える。

LCD B/Lモジュールは、LCDセルと、商用交流電源からの交流電力を任意の交番電力に変換して交番電流を供給する電力変換装置の出力に接続され且つ交番電流を全波整流する全波整流部と１以上の巻線と１以上のＬＥＤ負荷とが直列に接続される複数の直列回路のそれぞれと１以上のLED負荷とを流れる電流が１以上の巻線に生じる電磁力に基づき均衡化する電流均衡化装置とを備える。

LCD表示機器は、LCDセルと、商用交流電源からの交流電力を任意の交番電力に変換して交番電流を供給する電力変換装置と、電力変換装置の出力に接続され且つ交番電流を全波整流する全波整流部と１以上の巻線と１以上のＬＥＤ負荷とが直列に接続される複数の直列回路のそれぞれと１以上のLED負荷とを流れる電流が１以上の巻線に生じる電磁力に基づき均衡化する電流均衡化装置とを備える。

本発明は、例えば液晶ディスプレイのバックライトとして使用されるＬＥＤを点灯させるためのＬＥＤ点灯装置やＬＥＤ照明に適用可能である。

１０，１０ａ，１０ｂ 電力供給手段
１３ ローサイドドライバ
１５ ハイサイドドライバ
Ｖｉｎ 直流電源
ＱＬ，ＱＨ スイッチング素子
Ｄ７，Ｄ８，Ｄ１１，Ｄ２１，Ｄ３１，Ｄ４１，Ｄ１２，Ｄ２２，Ｄ３２，Ｄ４２，ＤＬ，ＤＨ ダイオード
Ｃｒｉ 電流共振コンデンサ
Ｔ，Ｔ１〜Ｔ４ トランス
Ｎｐ，Ｎ１〜Ｎ４ 一次巻線
Ｎｓ，Ｓ１〜Ｓ４ 二次巻線
Ｖｒｅｆ 基準電源
ＬＤ１〜ＬＤ４ 負荷

Claims (10)

1. 正弦波状の交番電流を出力する電力供給手段と、
   前記電力供給手段の出力に接続され且つ前記電力供給手段の前記交番電流を全波整流する全波整流部と１以上の巻線と１以上の負荷とが直列に接続される複数の直列回路を備え、
   前記複数の直列回路のそれぞれを流れる電流が、前記１以上の巻線に生じる電磁力に基づき均衡化することを特徴とする電流均衡化装置。
2. 前記電力供給手段は、二次巻線の中点が一定電位に保持されたトランスを有し、
   前記トランスの二次巻線の中点が前記１以上の負荷に接続されることを特徴とする請求項１記載の電流均衡化装置。
3. 前記負荷が整流特性を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電流均衡化装置。
4. 前記電力供給手段は、正弦波状の交番電流を供給するための直列共振回路と電圧源と複数のスイッチとを備え、前記複数の直列回路に供給する正弦波状の半波電流がゼロになり、前記１以上の巻線のリセットが完了した後に前記複数の直列回路に電流を供給している期間にオンしている前記スイッチをオフさせることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の電流均衡化装置。
5. 前記交番電流を平滑化した電流が前記負荷に供給されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の電流均衡化装置。
6. 前記複数の直列回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段で検出された電流検出値と基準値とを比較する比較手段と、
   前記比較手段の出力に応じて前記交番電流を制御する制御回路と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の電流均衡化装置。
7. 電力供給手段の交番電流を全波整流する全波整流部と１以上の巻線と１以上の負荷とが直列に接続される複数の直列回路のそれぞれを流れる電流を、前記１以上の巻線に生じる電磁力に基づき均衡化することで、前記１以上の負荷に流れる電流を均衡化することを特徴とするマルチ負荷の電流均衡化方法。
8. 商用交流電源からの交流電力を任意の交番電力に変換して交番電流を供給する電力変換装置と、
   前記電力変換装置の出力に接続され且つ前記交番電流を全波整流する全波整流部と１以上の巻線と１以上のＬＥＤ負荷とが直列に接続される複数の直列回路のそれぞれと前記１以上のLED負荷とを流れる電流が、前記１以上の巻線に生じる電磁力に基づき均衡化する電流均衡化装置と、
   を備えることを特徴とするLED照明器具。
9. LCDセルと、
   商用交流電源からの交流電力を任意の交番電力に変換して交番電流を供給する電力変換装置の出力に接続され且つ前記交番電流を全波整流する全波整流部と１以上の巻線と１以上のＬＥＤ負荷とが直列に接続される複数の直列回路のそれぞれと前記１以上のLED負荷とを流れる電流が、前記１以上の巻線に生じる電磁力に基づき均衡化する電流均衡化装置と、
   を備えることを特徴とするLCD B/Lモジュール。
10. LCDセルと、
    商用交流電源からの交流電力を任意の交番電力に変換して交番電流を供給する電力変換装置と、
    前記電力変換装置の出力に接続され且つ前記交番電流を全波整流する全波整流部と１以上の巻線と１以上のＬＥＤ負荷とが直列に接続される複数の直列回路のそれぞれと前記１以上のLED負荷とを流れる電流が、前記１以上の巻線に生じる電磁力に基づき均衡化する電流均衡化装置と、
    を備えることを特徴とするLCD表示機器。

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