JP4658061B2 - 複数のｃｃｆランプを動作させるための電流分配方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に平衡トランスに関するとともに、特に、複数ランプのバックライトシステムにおける電流分配に使用されるリング平衡器に関するものである。

本出願は、米国特許法第１１９条(e)に基づき、発明の名称を「電流分配法および複数のＣＣＦランプに対する分配装置」とし、かつ出願日を２００３年１０月６日とする米国仮出願Ｎｏ．６０／５０８，９３２の優先権の利益を主張し、その全てが引用によってここに組み込まれている。

液晶表示装置（ＬＣＤ）に適用されるバックライトは、ディスプレイを見えるようにするためにスクリーンを照明することが必要である。ＬＣＤ表示パネルのサイズが大きくなるにつれ（例えば、液晶テレビ又は大画面ＬＣＤモニタ）、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）バックライトシステムは、表示のための高品質な照明を得るために、複数のランプを作動させる場合がある。複数ランプ作動での問題の一つは、各ランプの動作電流について実質的に同一に維持する又は制御する方法であり、それにより、表示画面において所望の照明効果をもたらし、また、システムコストを抑えるために電子制御器および電力切換装置を削減することである。いくつかの課題について以下で論じる。

ＣＣＦＬの動作電圧における変動は、通常、所定の電流レベルに対してプラス・マイナス約２０％である。複数のランプが共通電圧源にまたがって並列に接続されているとき、そのランプ間で均等に電流を分配することは、電流平衡機構なしで達成するのは困難である。そのうえ、高い作動電圧をもつランプは、低い作動電圧のランプを点弧した後では点弧しない場合がある。

複数のランプをもつ表示パネルの構成において、各ランプに同一の周囲条件を与えるのは困難である。したがって、各ランプの寄生パラメータがばらつく。ランプの寄生パラメータ（寄生リアクタンス又は寄生容量）は、典型的なランプ配置において時としてかなりばらつく。寄生容量の相違は、高周波および高電圧動作状態での各ランプに異なる容量性漏れ電流をもたらし、その電流は各ランプの有効ランプ電流（および、例えば輝度）を変化させる。

一つの考え方としては、複数のトランスの一次巻線を直列に接続し、さらに前記トランスの各二次巻線にまたがってランプを接続する方法がある。一次巻線を通って流れる電流がそのような構成において実質的に等しいので、二次巻線を通る電流がアンペアターン平衡機構によって制御可能となる。そのような方法において、二次電流（又はランプ電流）は、共通一次電流調整器とトランスの巻数比とによって制御可能となる。

ランプの数、したがってトランスの数が増加すると、上記考え方に限界が生ずる。入力電圧は制限され、その結果、ランプの数が増加するにつれて各トランスの一次巻線の有効電圧を低下させる。それに対応したトランスの設計は、困難となる。

本発明は、例えば極蛍光ランプ（ＣＣＦＬｓ）のような複数の蛍光灯を、正確な電流整合で駆動するバックライトシステムを提案する。例えば、並列配置の複数の負荷が共通交流（ＡＣ）電源によって駆動されるとき、それぞれ個別の負荷を通って流れる電流は、共通ＡＣ電源と複数の負荷との間に、リング平衡器構成における複数の平衡トランスを挿入することによって、事実上同一に又は所定の比率に制御することができる。複数の平衡トランスは、各負荷に直列に且つ個別に接続されている一次巻線をそれぞれ有する。複数の平衡トランスの二次巻線は、短絡ループを形成するために直列に且つ同相に接続されている。二次巻線は、共通電流（例えば短絡回路電流）を流す。各平衡トランスの一次巻線を流れる電流、および対応する負荷を通って流れる電流は、巻数比が同一のトランスを使用することによって、同一となるように強制され、又は、異なる巻数比を使用することによって、所定の比率となるように強制される。

リング平衡器における電流整合（又は電流分配）は、平衡トランスの電磁平衡機構および二次巻線のリングを介しての電磁気クロスカップリングによって促進される。複数の負荷（例えばランプ）間での電流分配は、増設のアクティブ制御構造を使用することなく、簡素受動構造で好適に制御され、バックライトシステムの複雑さおよびコストを低減する。負荷の数が増加したとき、かなり複雑化するとともに時として非実用的となる従来のバラン（平衡不平衡変成器）方式と異なって、上記手法は、簡素であり、低コストであり、製造容易であり、さらに、はるかに多くの電流の平衡をとることができ、負荷の数が理論的に制限されない。

一実施形態として、バックライトシステムは、トランス回路網を有するリング平衡器をもつ複数の並列ランプ構造を駆動するために、共通交流電源（例えば単一交流電源又は複数の同期化された交流電源）を使用する。前記トランス回路網では、各ランプ構造に対して少なくとも１つのトランスが設定されている。リング平衡器における各トランスの一次巻線は、設定されたランプ構造に直列に接続されているとともに、複数の一次巻線とランプ構造の結合体は、単一交流電源にまたがって並列に接続されているか、又は、同期化された交流電源のセットに接続する複数の並列サブグループとして配置されている。トランスの二次巻線は、閉ループを形成するために直列にかつ共通に接続されている。トランス回路網における接続部の極性は、一次巻線に印加された電圧が同相であるとき、各二次巻線にまたがる電圧が閉ループにおいて同相となる方向に、配置されている。したがって、共通短絡回路電流は、一次巻線にまたがって同相電圧が発生しているとき、ループに直列に接続された二次巻線を通って流れる。

ランプ電流は、トランスの一次巻線を通って流れるとともに、各ランプ構造を通って照明をもたらす。各一次巻線を通って流れるランプ電流は、磁化電流が無視される場合、二次巻線を通って流れる共通電流に比例する。したがって、異なったランプ構造のランプ電流は、トランスの巻数比によって、相互に、実質的同一にさせる又は比例させることができる。一実施形態として、トランスは、ランプ輝度を一定にするためにランプ電流レベルを整合することを実質的に達成するために、実質的に同一の巻数比となっている。

一実施形態として、リング平衡器におけるトランスの一次巻線は、各ランプ構造の高電圧端子と共通交流電源との間に接続されている。他の実施形態として、一次巻線は、各ランプ構造の帰還端子と共通交流電源との間に接続されている。さらに他の実施形態として、別々のリング平衡器がランプ構造の両端に配置されている。さらなる実施形態として、各ランプ構造が直列に接続された２つ以上の蛍光灯を有するとともに、各ランプ構造に対応する一次巻線が前記蛍光灯間に挿入されている。

一実施形態として、共通交流電源は、制御部と、スイッチ回路網と、出力トランス段とをもつインバータである。出力トランス段は、シングルエンド構成のランプ構造を駆動するために、グランドに接続された二次巻線をもつトランスを有するものとすることができる。二者択一で、出力トランス段は、浮動又は差動構成のランプ構造を駆動する構成とすることができる。

一実施形態として、バックライトシステムは、リング平衡器における二次巻線にまたがる電圧を検出することによって、開放ランプ又は短絡ランプの状態を検出する故障検出回路を、さらに有する。例えば、ランプ構造が開放ランプをもつとき、対応する直列に接続された一次巻線および対応する二次巻線にまたがる電圧は上昇する。ランプ構造が短絡ランプをもつとき、稼動している（又は非短絡）ランプ構造の一次巻線および対応する二次巻線にまたがる電圧は上昇する。一実施形態として、バックライトシステムは、故障検出回路が開放ランプ又は短絡ランプ状態を検出したとき、共通交流電源を切る。

一実施形態として、リング平衡器は、複数の平衡トランスを有している。各平衡トランスは、磁気コアと、一次巻線と、二次巻線とを有している。一実施形態として、磁気コアは、初期比透磁率が５０００以上の高い比透磁率をもっている。

複数の平衡トランスは、一次巻線間の電流制御のために、実質的に同一の巻数比、又は異なる巻数比となっている。一実施形態として、磁気コアは、環形状であるとともに、一次巻線および二次巻線は、磁気コアの別々のセクションで段階的に巻かれている。他の実施形態として、二次巻線の閉ループを形成するために、リング平衡器における環状形磁気コアの内孔を１本の絶縁線が通っている。さらに他の実施形態として、磁気コアは、一次巻線と二次巻線とがボビンの別々のセクションに巻かれているＥ形構造に基づいている。

本発明の上記およびその他の目的と利点は、添付図面を参照しながら以下の記載からより完全に明らかになる。本発明の概要を示す目的として、本発明のいくつかの形態、利点および新規な特徴が本明細書に記載されている。本発明の特定の実施形態にしたがって達成され得る利点の全てが必要とはならないことが理解される。したがって、本発明は、本明細書に示唆又は示すような利点とは別のものを達成する必要なく、本明細書に示されているような１つの利点又は１群の利点を実現又は最適化する方法において実施または実行され得る。

本発明の実施形態は、図面を参照して以下に記載されている。図１は、入力交流電源１００とランプ１０４（１）−１０４（Ｋ）（一括してランプ１０４）として図示されている複数のランプ（ＬＡＭＰ１，ＬＡＭＰ２，…ＬＡＭＰＫ）の高電圧端子との間に接続されたリング平衡器を有するバックライトシステムの一実施形態の概要図である。一実施形態として、リング平衡器は、平衡トランス１０２（１）−１０２（ｋ）（一括して平衡トランス１０２）として図示されている複数の平衡トランス（Ｔｂ１，Ｔｂ２，…Ｔｂｋ）を有する。各平衡トランス１０２は、それぞれ異なるランプ１０４の一つに設定されている。

前記平衡トランス１０２は、それぞれ、それらの設定されたランプ１０４に直列に接続された一次巻線を具備する。平衡トランス１０２は、それぞれ、相互におよび短絡回路（又は閉じた）ループを形成して同期するように、直列に接続された二次巻線を具備する。各二次巻線の極性は、各二次巻線で誘起された電圧が同期し且つ閉ループにおいて共に加えあうように、揃えられている。

前記一次巻線とランプの結合体は、入力交流電源１００に並列に接続されている。入力交流電源１００は図１において単一電圧源として図示されているとともに、一次巻線は各ランプ１０４の高電圧端子と入力交流電源１００の正ノードとの間に接続されている。他の実施形態（図示せず）として、複数の一次巻線とランプの結合体は、各サブグループが１つ以上の並列な一次巻線とランプの結合体を有するように、サブグループに分割される。複数のサブグループは、相互に同期化された別個の電圧源によって駆動できる。

上記構成において、短絡回路（又は共通）電流（Ｉｘ）は、それぞれの一次巻線で電流が流れるとき、平衡トランス１０２の二次巻線において発生される。二次巻線がループにおいて直列に接続されているので、各二次巻線において循環する電流は実質的に等しい。平衡トランス１０２の励磁電流が無視される場合、下記数式１の関係が各平衡トランス１０２に対して確定できる。

Ｎ１ｋとＩ１ｋは、それぞれＫ番目の平衡トランスの一次巻数と一次電流を示す。Ｎ２ｋとＩ２ｋは、それぞれＫ番目の平衡トランスの二次巻数と二次電流を示す。これらにより、下記数式２が得られる。

前記二次電流は、二次巻線の直列接続において均一化されるので、下記数式３となる。

前記一次電流すなわちランプ電流は、それぞれのランプ１０４で流れ、数式２に従って平衡トランス１０２の巻数比（Ｎ２１／Ｎ１１，Ｎ２２／Ｎ１２，…Ｎ２ｋ／Ｎ１ｋ）に比例して制御できる。物理的に、特定の平衡トランスにおける電流が数式２で定義された関係から外れる場合、エラー・アンペアターンの結果として起こる磁束が、数式２の均衡状態を成立させるように一次電流を強制して、一次巻線において対応補正電圧を誘起する。

上記の関係において、等しいランプ電流が要求されている場合、ランプ動作電圧における起こり得るバラツキにかかわらず、平衡トランス１０２に実質的に同一の巻数比を設定することにより、それを達成できる。さらに、周囲の環境による寄生容量の相違のような、何らかの実用的理由のために、特定のランプ電流が他のランプとは異なったレベルに設定される必要がある場合、数式２に従って、対応する平衡トランスの巻数比を調整することによって、それを達成できる。このように各ランプの電流は、いかなる能動的電流分配方法も使用せず、又は複雑な平衡不平衡変成器構造も使用せず、調整できる。上記利点に加えて、本実施形態のバックライトシステムは、ランプが短絡したとき、短絡回路電流を減少させることができる。

さらに、本実施形態のバックライトシステムは、自動ランプ点灯（ｓｔｒｉｋｉｎｇ）を容易にする。ランプが開放又は点灯していないとき、それに設定された一次巻線にまたがる追加電圧が、入力交流電源１００と同期して、そのランプの点灯を援助するために発生する。追加電圧は、一次電流の減少による磁束増加によって生じる。例えば、特定のランプが点弧しないとき、そのランプは、事実上、開放回路状態である。平衡トランスの対応する一次巻線を流れる電流は、実質的にゼロである。二次巻線の閉ループにおける循環電流のために、数式１のアンペアターン平衡方程式は、そのような状況では維持できない。非平衡アンペアターンから生じる過度の磁界強度は、平衡トランスの一次巻線において追加電圧を生じさせる。追加電圧は、非点弧ランプに印加される電圧の自動増加をもたらすために、入力交流電源１００に同期して加わり、その結果ランプの点灯を援助する。

本発明の適用は、複数ランプ（例えば、複数のＣＣＦＬ）に限定されないことに留意すべきである。また、共通交流電源に並列に接続されている複数の負荷であって、負荷間の電流整合が要求される複数の負荷が実施形態の他の形式として適用されるとともに、その複数の負荷の異なる形式としても適用される。

また、図１に示された実施形態に加えて本発明の様々な回路構成が実現できることに留意すべきである。図２−７は、電流整合のために少なくとも１つのリング平衡器を使用するバックライトシステムの他の実施形態を示している。また、実用的形態としては、実際のバックライトシステムの構成に依存して、他の形式の形態（図示せず）が同じ概念に基づいて定式化できる。例えば、本概念を用いて、複数ランプが２つ以上の交流電源によって駆動されるとき、前記複数の交流電源が同期化され且つ本概念の原理に従って位相関係を維持する限り、前記複数ランプの電流のバランスをとることが可能である。

図２は、グランドと、ランプ２０８（１）−２０８（ｋ）（一括してランプ２０８）として図示されている複数のランプ（ＬＡＭＰ１，ＬＡＭＰ２，…ＬＡＭＰ）の帰還端子との間に接続されたリング平衡器を有するバックライトシステムの一実施形態の概要図である。一つの実施形態としては、リング平衡器は、平衡トランス２１０（１）−２１０（ｋ）（一括して平衡トランス２１０）として図示されている複数の平衡トランス（Ｔｂ１，Ｔｂ２，…Ｔｂｋ）を具備している。各平衡トランス２１０は、それぞれ異なるランプ２０８の一つに設定されている。

前記平衡トランス２１０は、それぞれ設定されたランプ２０８に直列に接続された一次巻線と、それぞれ直列に接続された二次巻線とを具備する。図２に示す実施形態は、リング平衡器が各ランプ２０８の帰還側に接続されていることを除き、図１に示す実施形態に実質的に類似している。例えば、一次巻線は、ランプ２０８の各帰還端子とグランドとの間に接続されている。ランプ２０８の高電圧端子は、電圧源２００の正端子に接続されている。

一例として、前記電圧源２００は、制御部２０２と、スイッチング回路網２０４と、出力トランス段２０６とを有するインバータとして、詳細に図示されている。スイッチ回路網２０４は、直流（ＤＣ）入力電圧（Ｖ−ＩＮ）を入力するとともに、出力トランス段２０６に対して交流信号を生成するために制御部２０２からの駆動信号によって制御される。図２に示す実施形態では、出力トランス段２０６は、ランプ２０８を駆動するためのグランドに接続された二次巻線をもつ単一トランスと、シングルエンド構成のリング平衡器とを有している。

図１を参照して上記で説明したように、前記リング平衡器は、追加構成または構造をもたずに、バックライトシステムにおける確実なランプの点灯を保証するために、非点灯ランプの印加電圧を自動増加することを容易にする。ランプ点灯は、並列構成の複数ランプの稼動における難問の一つである。自動ランプ点灯によれば、インバータをより高い効率にするとともに、出力トランス段２０６におけるトランス設計のより良い最適化を介してランプ電流をより低い波高率にし、制御部２０２によるスイッチング・デューティサイクルをより高い利用率とし、トランス電圧歪等の低減を達成することにより、インバータ設計において点灯動作のために通常確保されている空間を削減ことができる。

図３は、並列に配置された複数組のランプと前記複数組のランプの間に挿入されたリング平衡器とを有するバックライトシステムの一実施形態の概要図である。例えば、ランプ３０４（１）−３０４（ｋ）（一括して第１グループのランプ３０４）として図示されている第１グループのランプ（ＬＡＭＰ １Ａ， ＬＡＭＰ ２Ａ，…ＬＡＭＰ ｋＡ）は、出力トランス（ＴＸ）３０２の高電圧端子とリング平衡器との間に接続されている。ランプ３０８（１）−３０８（ｋ）（一括して第２グループのランプ３０８）として図示されている第２グループのランプ（ＬＡＭＰ １Ｂ， ＬＡＭＰ ２Ｂ，…ＬＡＭＰ ｋＢ）は、リング平衡器と帰還端子（又はグランド）との間に接続されている。駆動回路３００は、第１および第２グループのランプ３０４，３０８を動作させるための交流電源を供給するために出力トランス３０２を駆動する。

一実施形態としては、前記リンク平衡器は、平衡トランス３０６（１）−３０６（ｋ）（一括して平衡トランス３０６）として図示されている複数の平衡トランス（Ｔｂｌ，Ｔｂ２，…Ｔｂｋ）を有している。各平衡トランス３０６には、第１グループのランプ３０４の１つと第２グループのランプ３０８の１つとからなる１組のランプが設定されている。平衡トランス３０６は、それぞれ、閉ループにおいて直列に接続された二次巻線を具備する。この構成では、平衡トランスの数はバランスをとるべきランプの数の半数であるのが好適である。

例えば、前記平衡トランス３０６は、それぞれ、それらの設定された組のランプ間に挿入された一次巻線を具備する。事実上、第１グループのランプ３０４と第２グループのランプ３０８は、各組の間に挿入された異なる一次巻線によって、組について直列に接続されている。それぞれ設定された一次巻線を合わせたランプの組は、出力トランス３０２に並列にまたがって接続されている。

図４は、複数のランプが浮動形態で駆動されるバックライトシステムの一実施形態の概要図である。例えば、駆動回路４００は、それぞれの一次巻線が直列に接続されているとともに、それぞれの二次巻線が直列に接続されている２つのトランス４０２，４０４を有する出力トランス段を駆動する。出力トランス４０２，４０４の直列接続された二次巻線は、リング平衡器とランプ４０８（１）−４０８（ｋ）（一括してランプ４０８）として図示されているランプグループ（ＬＡＭＰ１，ＬＡＭＰ２，…ＬＡＭＰｋ）とにまたがって接続されている。

一実施形態として、前記リング平衡器は、平衡トランス４０６（１）−４０６（ｋ）（一括して平衡トランス４０６）として図示されている複数の平衡トランス（Ｔｂ１，Ｔｂ２，…Ｔｂｋ）を有する。各平衡トランス４０６は、それぞれ異なるランプ４０８の１つに専用される。平衡トランス４０６は、それぞれその専用ランプ４０８に直列に接続された一次巻線と、それぞれ閉ループにおいて相互に直列に接続された二次巻線とを具備する。一次巻線とランプの結合体は、直列に接続された出力トランス４０２，４０４の二次巻線にまたがって並列に接続されている。ランプ４０８は、グランド端子に接触せずに、浮動形態で駆動される。

図５は、複数のランプが浮動形態で駆動されるバックライトシステムの他の実施形態の概要図である。図５は、図３と４の選択的組合せを示す。図３と同様に、リング平衡器は、共通電源にまたがって並列に接続された複数組の直列ランプの間に挿入されている。図４と同様に、共通電源は、直列に接続された２つのトランス５０２，５０４を有している出力トランス段に接続された駆動回路５００を有する。

例えば、ランプ５０６（１）−５０６（ｋ）（一括して第１グループのランプ５０６）として図示されている第１グループのランプ（ＬＡＭＰ １Ａ， ＬＡＭＰ ２Ａ，…ＬＡＭＰ ｋＡ）は、出力トランス段の第１端子とリング平衡器との間に接続されている。ランプ５１０（１）−５１０（ｋ）（一括して第１グループのランプ５１０）として図示されている第２グループのランプ（ＬＡＭＰ １Ｂ， ＬＡＭＰ ２Ｂ，…ＬＡＭＰ ｋＢ）は、リング平衡器と出力トランス段の第２端子との間に接続されている。リング平衡器は、平衡トランス５０８（１）−５０８（ｋ）（一括して平衡トランス５０８）として図示されている複数の平衡トランス（Ｔｂ１，Ｔｂ２，…Ｔｂｋ）を有している。各平衡トランス５０８には、第１グループのランプ５０６の１つと第２グループのランプ５１０の１つとからなる１組のランプが設定されている。

前記平衡トランス５０８は、それぞれ、それらの設定された組のランプの間に直列に挿入された一次巻線を具備する。事実上、第１グループのランプ５０６と第２グループのランプ５１０とは、各組の間に挿入された異なる一次巻線によって、組について直列に接続されている。それぞれ設定された一次巻線を合わせたランプの組は、出力トランス段における直列に接続されたトランス５０２，５０４の二次巻線に、並列にまたがって接続されている。平衡トランス５０８は、それぞれ、閉ループにおいて直列に接続されている二次巻線を具備する。上記のように、平衡トランス５０８の数は、この構成においてバランスをとるべきランプ５０６，５１０の数の半数であるのが好適である。

図６は、ランプ６０６（１）−６０６（ｋ）（一括してランプ６０６）として図示されている並列ランプの各端に配置された２つのリング平衡器を有するバックライトシステムの一実施形態の概要図である。第１リング平衡器は、平衡トランス６０４（１）−６０４（ｋ）（一括して第１セット平衡トランス６０４）として図示されている複数の第１平衡トランスを有する。第１セット平衡トランス６０４の二次巻線は、第１閉リングにおいて共通に直列に接続されている。第２リング平衡器は、平衡トランス６０８（１）−６０８（ｋ）（一括して第２セット平衡トランス６０８）として図示されている複数の第２平衡トランスを有する。第２セット平衡トランス６０８の二次巻線は、第２閉リングにおいて共通に直列に接続されている。

各ランプ６０６は、第１セット平衡トランス６０４の１つと第２セット平衡トランス６０８の１つとからなる２つの異なる平衡トランスに関連付けられている。したがって、第１セット平衡トランス６０４の一次巻線は、それらの関連したランプ６０６に直列に接続されているとともに、第２セット平衡トランス６０８の一次巻線に対応している。異なる一次巻線が両端にある前記ランプの直列結合体は、共通電源にまたがって並列に接続されている。図６では、共通電源（例えばインバータ）は、出力トランス６０２に接続された駆動装置６００として図示されている。出力トランス６０２は、ランプ６０６と浮動構成のリング平衡器とを駆動することが可能であり、すなわち、図６で示すようにグランドに接続された１つの端子をもつ二次巻線を具備する。

図７は、複数のランプが差動構成で駆動されるバックライトシステムの一実施形態の概要図である。一例として、本実施形態は、ランプ７０８（１）−７０８（ｋ）（一括してランプ７０８）として図示されている複数のランプの各端に接続された２つのリング平衡器を有している。リング平衡器とランプ７０８との間の接続は、図６に示す対応する接続に実質的に類似している。

第１リング平衡器は、平衡トランス７０６（１）−７０６（ｋ）（一括して第１グループの平衡トランス７０６）として図示されている複数の平衡トランスを有する。第１グループの平衡トランス７０６は、ランプ７０８間の電流の平衡をとるために閉ループにおいて接続された二次巻線をそれぞれ具備する。第２リング平衡器は、平衡トランス７１０（１）−７１０（ｋ）（一括して第２グループの平衡トランス７１０）として図示されている複数の平衡トランスを有する。第２グループの平衡トランス７１０は、ランプ７０８間の電流の平衡をとることについて増強する又は冗長性を与えるために、他の閉ループにおいて接続された二次巻線をそれぞれ具備する。

各ランプ７０８は、第１グループの平衡トランス７０６の１つと第２グループの平衡トランス７１０の１つとからなる２つの異なる平衡トランスに関連付けられている。第１グループの平衡トランス７０６の一次巻線は、それらに関連するランプ７０８に直列に接続されているとともに、第２グループの平衡トランス７１０の一次巻線に対応している。異なる一次巻線が両端にある前記ランプの直列結合体は、共通電源にまたがって並列に接続されている。

図７において、共通電源（例えば分相インバータ）は、位相シフト信号、又は、各出力トランス７０２，７０４の二次巻線にまたがる差分信号（Ｖａ，Ｖｂ）を生成するための他のスイッチングパターンを含む信号、によって駆動される一組の出力トランス７０２，７０４に接続された駆動装置７００として図示されている。差分信号は、ランプ７０８とリング平衡器とにまたがる交流ランプ電圧（Ｖｌｍｐ＝Ｖａ＋Ｖｂ）を生成するために結合する。分相インバータに関する詳細は、出願人の同時係属中である発明の名称を「ＣＣＦＬバックライト・システムのための分相インバータ」とし、かつ出願日を２００４年７月３０日とする米国出願番号１０／９０３，６３６で検討されており、その出願内容の全てを引用することによりここに組み込まれているものとする。

図８は、本発明に係るトロイダル・コア平衡トランスの一実施形態を示す。一次巻線８０２と二次巻線８０４は、トロイダル・コア８００に直接巻かれている。一実施形態として、トロイダル・コア８００における一次巻線８０２は、重ねられた複数の層ではなく、一次巻線（primary turns）間の高電圧化を回避するために、段階的に巻かれている。

前記巻線８０２，８０４の線番号は、数式１および数式２から導くことができる定格電流に基づいて選択すべきである。リング平衡器の平衡トランスは、あらゆる二次巻数又は一次と二次の巻数比に好適に動作する。良好な平衡の結果、数式１および数式２で確立された関係に従った巻数比とは異なるものを得ることができる。一実施形態として、巻線処理の簡素化と製造コストの低減化のために、比較的少ない巻数（例えば、１−１０ターン）が二次巻線８０４に対して選択される。二次巻数の所望数を判断する他の要素は、以下で詳細に検討される故障検出回路のために二次巻線８０４にまたがる所望電圧信号レベルである。

図９は、一巻きの二次巻線環９０４を有するリング平衡器の一実施形態である。リング平衡器は、トロイダル・コア９００（１）−９００（ｋ）（一括してトロイダル・コア９００）として図示されているトロイダル・コアを使用している複数の平衡トランスを有する。一次巻線９０２（１）−９０２（ｋ）（一括して一次巻線９０２）として図示されている一次巻線は、各トロイダル・コアに段階的に巻かれている。トロイダル・コア９００の内孔を通る１本の絶縁線が、一巻きの二次巻線環９０４を形成する。

図１０は、Ｅコア基礎構造１０００を使用する平衡トランスの一実施形態である。巻線ボビンが使用されている。前記ボビンは、一次巻線のための第１セクション１００２と二次巻線のための第２セクション１００４との２つのセクションに分割されている。そのような巻線処理の一つの利点は、点灯又は開放のランプ状態の中の一次巻線で誘導できる高電圧（例えば、数百ボルト）に対する第１巻線と第２巻線との間のより良い断熱である。その他の利点は、製造プロセスの簡素化によるコスト削減である。

前記平衡トランスの他の実施形態（図示せず）では、一次巻線と二次巻線間に強い結合を与えるために二次巻線と一次巻線を重ねる。一次巻線と二次巻線間の絶縁、製造プロセスなどは、一次巻線と二次巻線を重ねることで、より複雑になる。

リング平衡器で使用される平衡トランスは、磁気コアと巻線構造の異なる形態で構成することができる。一実施形態として、前記平衡トランスは、比較的に高い透磁率の材料（例えば、初期比透磁率が５０００以上の材料）で実現される。比較的高い透磁率の材料は、定格動作電流において所望のウィンドウスペースで比較的高いインダクタンスを生じる。良好な電流平衡を得るために、一次巻線の磁化インダクタンスは、動作中の磁化電流が無視できるくらい十分に小さくなるように、できるだけ高くするべきである。

通常、その鉄損は、与えられた動作周波数および磁束密度において、比較的低い透磁率の材料よりも比較的高い透磁率の材料の方が高い。しかしながら、動作ランプ電圧の変動分を補う、一次巻線の誘導電圧の大きさが比較的小さいので、トランス・コアの動作中の磁束密度は、平衡トランスの通常動作中は比較的小さい。したがって、平衡トランスにおける比較的高い透磁率の材料の使用は、トランスの動作損を適度に低レベルに維持すると同時に、比較的高いインダクタンスを好適にもたらす。

図１１は、非稼働ランプの存在を検出するためにリング平衡器に接続された故障検出回路の一実施形態を示す。図１１に示すバックライトシステムの構成は、複数のランプ１０４と、共通電源１００と、複数の平衡トランス１０２を有するリング平衡器とを具備する図１に示す構成に、実質的に類似している。図１１のバックライトシステムは、非作動ランプの状態を検出するためのものであって、平衡トランス１０２の二次巻線の電圧を監視する故障検出回路をさらに有する。

前記平衡トランス１０２の二次巻線が予め定められた極性で直列ループに共通に接続されているので、複数のランプ１０４で流れたランプ電流は、各ランプに直列に接続されているものであって、設定された平衡トランス１０２の一次巻線によって、平衡がとられる。通常動作の間、各二次巻線を循環する共通電流が一次巻線電流を相互に均等化させ、その結果、ランプ電流は平衡をとり続ける。

事実上、一次巻線のどのようなエラー電流も、公称値から２０％まで変化する可能性があるランプ動作電圧における許容誤差を補うために、その一次巻線で平衡電圧を引き起こす。関連した二次巻線で生じる対応電圧は、前記平衡電圧に比例している。

前記平衡トランスの二次巻線からの電圧信号は、開放ランプ又は短絡ランプ状態を検出するために、モニタされる。例えば、ランプが開放のとき、対応する平衡トランス１０２の一次および二次巻線の両方の電圧は、かなり上昇する。特定のランプで短絡が起こったとき、短絡していないランプに関連するトランス巻線の電圧は上昇する。レベル検出回路は、故障状態を判断するための上昇電圧の検出に使用できる。

一実施形態として、開放ランプ又は短絡ランプ状態は、平衡トランス１０２の二次巻線で検出された電圧によって明確に検出できる。図１１において、二次巻線の電圧が抵抗分圧器１１００（１）−１１００（ｋ）（一括して抵抗分圧器１１００）として図示されている抵抗分圧器で検出される。直列に接続された一組の抵抗をそれぞれ有する抵抗分圧器１１００は、各二次巻線の所定端子とグランドとの間に接続されている。各組の抵抗間の共通接続点で生じ検出された電圧（Ｖ１，Ｖ２，…Ｖｋ）は、結合回路１１０２に出力される。一実施形態として、結合回路１１０２は、分離ダイオード１１０４（１）−１１０４（ｋ）（一括して分離ダイオード１１０４）として図示されている複数の分離ダイオード１１０４を有している。分離ダイオード１１０４は、各アノードが各検出電圧に接続され、かつ、最も高い検出電圧に対応するフィードバック電圧（Ｖｆｂ）を出力するためにカソードが共通に接続されており、ＯＲ回路を形成している。

一実施形態として、前記フィードバック電圧は、比較器１１０６の正入力端子に出力される。基準電圧（Ｖｒｅｆ）は、比較器１１０６の負入力端子に出力される。フィードバック電圧が基準電圧を超えているとき、比較器１１０６は、１個以上の非作動ランプの存在を示すために、故障信号（ＦＡＵＬＴ）を出力する。故障信号は、ランプ１０４を作動させている共通電源をオフにするために使用することができる。

上記で有利性が説明された故障検出回路は、ランプ１０４に直接接続されないので、この機能に関する複雑さおよびコストを削減する。多くの異なった形式の故障検出回路が、リング平衡器の二次巻線で電圧をモニタすることによって故障ランプ状態を検出するように、設計できることに留意するべきである。

本発明のいくつかの実施形態が説明されているが、これらの実施形態は一例としてのみ提示されており、本発明の範囲を限定する意図ではない。実際に、本明細書に記載された新しい方法およびシステムは、様々な他の形式で実施可能であり、その上、本発明の趣旨から逸脱しないで、本明細書に記載された方法およびシステムの形式について、様々な省略、置換、および変更が可能である。本願に添付の特許請求の範囲およびそれらに均等のものは、本発明の適用範囲および趣旨の中に入るような、上記形式又は改変を包含するように、意図されている。

電源と複数のランプの高電圧端子との間に接続されたリング平衡器を有するバックライトシステムの一実施形態の概要図である。 複数のランプの帰還端子とグラウンドとの間に接続されたリング平衡器を有するバックライトシステムの一実施形態の概要図である。 並列配置された複数組のランプと前記複数組のランプの間に挿入されたリング平衡器とを有するバックライトシステムの一実施形態の概要図である。 複数のランプが浮動形態で駆動されるバックライトシステムの一実施形態の概要図である。 複数のランプが浮動形態で駆動されるバックライトシステムの他の実施形態の概要図である。 並列ランプの各端に配置された２つのリング平衡器を有するバックライトシステムの一実施形態の概要図である。 複数のランプが差動構成で駆動されるバックライトシステムの一実施形態の概要図である。 本発明に係るトロイダル・コア平衡トランスの一実施形態を示す。 一巻きの二次巻線環を有するリング平衡器の一実施形態である。 Ｅコア基礎構造を使用する平衡トランスの一実施形態である。 非稼働ランプの存在を検出するためにリング平衡器に接続された故障検出回路の一実施形態を示す。

符号の説明

１００ 入力交流電源（共通電源）
１０２（ｋ） 平衡トランス
１０４（ｋ） ランプ

Claims (12)

1. 液晶表示装置のためにバックライトを提供する電気的に並列な形態で配置された複数のランプ構造と、
   前記複数のランプ構造に電力を供給するように構成された共通交流電源と、
   前記共通交流電源にまたがる前記複数のランプ構造に電気的に直列な形態で配置された複数の第１平衡トランスのグループであって、前記共通交流電源は、インバータによって電力を出力するものであり、前記第１平衡トランスのそれぞれは、一次巻線および二次巻線を有し、前記各一次巻線は、前記共通交流電源にまたがる前記ランプ構造のそれぞれの一つに直列に電気的に接続されており、前記複数の第１平衡トランスのグループにおける複数の前記二次巻線は、第１直列閉ループを形成するように直列に電気的に接続されている、前記複数の第１平衡トランスのグループと、
   複数の二次巻線の前記第１直列閉ループにおける複数のノード電圧を監視し、前記複数のノード電圧の中で最大電圧レベルを有する前記複数のノード電圧のうち１つに対応するフィードバック電圧を生成し、前記フィードバック電圧を基準電圧と比較し、故障状態を判断するように構成された故障検出回路であって、前記故障状態が発生した時、故障信号を出力し、前記共通交流電源をオフにする、前記故障検出回路と
   を有していることを特徴とするバックライトシステム。
2. バックライトシステムにおける複数のランプ構造間で電流平衡をとる方法であって、
   前記複数のランプ構造のそれぞれに個別の第１平衡トランスを設定するステップと、
   電気的に並列な構成で配置された複数の第１平衡トランスおよび複数のランプ構造の結合体にまたがらせて交流電源を電気的に接続するステップと、
   前記複数の第１平衡トランスのグループについて第１直列閉ループを形成するように直列に複数の二次巻線を電気的に接続するステップであって、前記複数のランプ構造のそれぞれは、指定された第１平衡トランスの一次巻線に直列に電気的に接続されているとともに、表示装置のバックライトとなる少なくとも１つのランプを有し、前記交流電源は、インバータによって電力を出力するものであり、前記第１直列閉ループの複数の前記二次巻線は、共通電流を伝導させる、ステップと、
   故障検出回路を用いて二次巻線の前記第１直列閉ループ構成における複数のノード電圧を監視し、故障状態を検出するステップと、
   最大電圧レベルを有する前記複数のノード電圧のうち１つに対応するフィードバック電圧を生成するステップと、
   前記フィードバック電圧を基準電圧と比較し、故障状態を判断するステップと、
   前記故障状態が発生した時、故障信号を用いて前記共通交流電源をオフにするステップと
   を有していることを特徴とする方法。
3. 前記複数の第１平衡トランスのグループの前記一次巻線は、前記インバータの第１出力端子に共通に接続された第１端子と、前記複数のランプ構造の第１端にそれぞれ接続された第２端子とを持っており、
   第２直列閉ループに接続された複数の二次巻線と、前記複数のランプ構造のそれぞれの第２端と前記インバータの第２出力端との間に電気的に接続された複数の一次巻線と、を持つ複数の第２平衡トランスのグループをさらに有する請求項１に記載のバックライトシステム。
4. 前記複数の第１平衡トランスのグループは、複数の環状磁気コアで実現されており、
   絶縁線が前記複数の第１平衡トランスの一つの一次巻線に相当するように各環状磁気コアの区部で進行的に巻かれており、
   絶縁線が前記第１直列閉ループの前記二次巻線に相当するように複数の環状磁気コアを通ってクローズドエンドでループにされている請求項１に記載のバックライトシステム。
5. 前記複数のランプ構造のそれぞれは、２つのランプを有しており、
   対応する前記第１平衡トランスの前記一次巻線は、前記２つのランプの間に接続されている請求項１に記載のバックライトシステム。
6. 前記故障検出回路は、
   複数の抵抗分圧器であって、前記複数の抵抗分圧器のそれぞれは、複数の二次巻線の前記第１直列閉ループにおけるノードに接続され、前記複数のノード電圧を生成する、前記複数の抵抗分圧器と、
   前記各ノード電圧へ個々に接続される各アノード、および共通に接続され、前記フィードバック電圧を生成する各カソードを備えた複数の分離ダイオードを有する結合回路と、 前記フィードバック電圧を前記基準電圧と比較し、前記故障信号を生成するように構成された比較器であって、前記故障信号は、前記フィードバック電圧が前記基準電圧を超える時、１つまたは複数の非作動ランプ構成を示す、前記比較器と
   を有する請求項１に記載のバックライトシステム。
7. 前記複数の第１平衡トランスのそれぞれは、環形状である磁気コアを有するとともに、
   前記磁気コアの別々の区部で進行的に巻かれている一次巻線および二次巻線を持つ請求項１に記載のバックライトシステム。
8. 前記複数の第１平衡トランスのそれぞれは、Ｅ構造に基づいている磁気コアを有するとともに、前記Ｅ構造におけるボビンの別々の区部に巻かれている前記一次巻線および前記二次巻線を持つ請求項１に記載のバックライトシステム。
9. 前記二次巻線の第１直列閉ループは、複数の磁気コアを通る絶縁線を１回巻いたものによって形成されている請求項１に記載のバックライトシステム。
10. 前記複数の二次巻線の極性は、対応する一次巻線に印加された交流電圧が同相であるとき、前記複数の二次巻線で生じた電圧が同期するように、揃えられている請求項１に記載のバックライトシステム。
11. 前記複数の第１平衡トランスは、前記複数のランプ構造を所定の比率で電流が流れるようにするために、異なる巻数比となっている請求項１に記載のバックライトシステム。
12. 前記複数の第１平衡トランスは、前記複数のランプ構造に対して実質的に同一の電流を強制的に流すために、実質的に同一の巻数比となっている請求項１に記載のバックライトシステム。

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