JPH11238594A

JPH11238594A - 放電管駆動回路

Info

Publication number: JPH11238594A
Application number: JP4159898A
Authority: JP
Inventors: Noboru Abe; 昇安倍; Kohei Ito; 康平伊藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 1999-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】冷陰極放電管駆動用回路のインダクタを省略
することによって安価にすると共に、特性の改善を図る
こと。【解決手段】複数の半導体スイッチ、トランストラン
ス及びコンデンサで昇圧回路を構成し、半導体スイッチ
に逆阻止導通特性を付与させ、さらトランスに蓄積され
る磁気エネルギをコンデンサに移して、放電管に供給す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノートパソコンや
デジタルカメラなどの液晶ディスプレイのバックライト
に使用される冷陰極放電蛍光管を発光させる放電管駆動
用の昇圧回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷陰極放電管用駆動回路は、昇圧
機能を有した自励共振型発振回路が使われていた。直流
電圧を数十ｋＨｚの交流電圧に変換した後、トランスに
よって数百Ｖに昇圧し、放電管の端子間に印加させて発
光させていた。しかし、共振型であるため、原理上共振
周波数から外れた回路動作は実際上困難であり、出力電
圧は実質的に一定で極めて限られた範囲において電圧を
可変するものであった。このような回路構成では放電管
の端子に印加する電圧は一定として、やむなく輝度調節
の機能を省略するか不完全な電圧制御回路を設けて対応
していた。一方、充分な輝度調整特性を付与するために
回路的には複雑になるが、ＤＣ／ＤＣコンバータを前段
に挿入することによって、まず入力側の直流電圧を放電
管の輝度に応じた可変電圧とし、交流変換回路に印加す
る方法がとられる。

【０００３】図４および５はこの従来方式の回路構成と
その主要部における電圧波形を示すものである。図４に
おいて、ＤＣ／ＤＣコンバータは半導体スイッチ５３，
インダクタ３２、コンデンサ７３およびダイオード６３
で構成され、さらにコンデンサ７３により平滑されて可
変直流電圧を得るものである。直流電源１の電圧Ｖ71は
半導体スイッチ５３の開および閉動作時間に応じたパル
ス状電圧Ｖ63に変換され、平滑回路によって直流電圧Ｖ
73となる。以上述べた電圧波形を図５に示す。この直流
電圧Ｖ73は半導体スイッチ５３の閉動作時間(ＴON)と開
動作時間(ＴOFF)の比率により任意に選ぶことができ
る。従って、可変直流電圧はＶ73＝Ｖ71×ＴON／(ＴON
＋ＴOFF)で求められる値に選ぶことが可能である。

【０００４】次に、電圧制御された直流電圧Ｖ73はトラ
ンス３１の中間タップ３１２に印加される。端子３１１
には半導体スイッチ５１が、また端子３１３には半導体
スイッチ５２が接続されると共に、コンデンサ７２が並
列に接続されている。共振回路はトランス３１の１次側
からみた漏れインダクタンスとコンデンサ７２とで構成
される。半導体スイッチ５１および５２を適当なタイミ
ングの開、閉動作を制御回路４の指令で行うことによ
り、トランス３１の２次側端子３１４と３１５間に正弦
波電圧Ｖ72を得ることができる。放電管２の端子間に印
加する電圧は実効値で８００Ｖ程度である。直流電源１
の電圧は１０Ｖ程度であるため、トランス３１の１次と
２次の巻数比は１：２００付近に選ばれ、通常の巻数比
の範囲を遙かに逸脱した高巻数比のトランスである。

【０００５】この自励共振型発振回路は、トランス３１
の端子３１１と３１３間のインダクタンスとコンデンサ
７２で決まる共振周波数で共振し、正弦波電圧Ｖ72がト
ランス３１の端子間３１１−３１３、３１４−３１５あ
るいは３１６−３１７から得られる。図５に示すＶ51の
電圧波形は半導体スイッチ５１のコレクターエミッタ間
電圧である。ベースに接続されている端子３１７が負電
圧のときは半導体スイッチ５１が開動作期間となってい
るため、半導体スイッチ５１のコレクタに接続している
端子３１１の電圧は正弦波電圧が印加されるが、端子３
１７が正電圧に変わると閉動作期間となり、端子３１１
の電圧差はなくなる。一方、半導体スイッチ５２の電圧
波形はV52に示すように、V51と逆位相関係である。

【０００６】Ｖ312はトランス３１の端子３１２の電圧
波形である。コンデンサ７３の直流電圧Ｖ73と端子３１
２の電圧Ｖ312の差電圧が、インダクタ３３の端子間に
現れることになる。インダクタ３３の端子間には、電圧
時間積Ｓ331とＳ332に等しい電圧脈動分を含む。このた
め、トランス３１の端子３１２の平均電圧値とコンデン
サ７３の電圧値が等しい。また、従来のプッシュプル回
路あるいはブリッジ回路では、フライバック電圧を活用
していない。そのため、可能な限りフライバック電圧が
少ない特性のトランスを使用していた。さらに、構成す
る半導体スイッチとして一般的に逆方向が導通するトラ
ンジスタを使用しているため、スイッチ動作開とした期
間に発生する逆起電力によるフライバック電圧は、その
逆方向導通特性の作用により電源電圧以上の高い電圧を
発生させることができなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】冷陰極放電蛍光管は放
電開始時に点灯時電圧の１５０％〜２００％の過電圧が
必要である。さらに、点灯時電圧波形が対称性を有して
いないと著しく寿命を縮めることになるため、従来方式
の自励共振型発振回路はその条件を満足する駆動回路で
あった。しかし、従来の駆動回路では発光輝度を調整す
る場合は、供給電源電圧を可変とするＤＣ／ＤＣコンバ
ータ回路が別に必要であった。このため、ＤＣ／ＤＣコ
ンバータでの電圧変換部の損失が加わり、変換効率が低
いという技術課題を持っている。また、巻線部品として
２個のインダクタとトランスが必要であるため、高価で
あると共に実装スペースがそれらにとられてしまい、駆
動回路を小型化することが難しいという課題があった。
そのうえ、液晶ディスプレイ用バックライト駆動回路の
低廉、小型化の要請は大きいものがある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、逆方向阻止特
性を半導体スイッチに持たせると共に、インダクタ機能
を備えた双方向フライバックトランスを採用することに
よって、トランスの励磁エネルギをフライバック動作時
に共振条件を満たした振動電圧を発生させ、放電管に供
給印加する回路方式を想到したものである。また、トラ
ンスの励磁電流エネルギを制御することによって、発光
輝度調整を可能にしたものである。この結果、従来技術
で使用されていたＤＣ／ＤＣコンバータ回路を省略する
ことができ、巻線部品であるインダクタを不要にできる
ものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明による一実施例を図１に示
す。図１は半導体スイッチをプシュプル構成にする場合
である。トランス３１の１次巻線端子３１２は直流電源
１の正端子に接続され、端子３１１と端子３１３間には
並列にコンデンサ７２を挿入すると共に、ダイオード６
１および６２を経由して半導体スイッチ５１と５２が直
流電源１の接地側に接続される。さらに、半導体スイッ
チ５１と５２の接地側には電流検出の共通の抵抗器８２
を経由して、直流電源１の負端子に接続する。直流電源
１に並列にリップル電流平滑用のコンデンサ７１を挿入
する。半導体スイッチ５１と５２のゲートはそれぞれ制
御回路４につながれ、開および閉動作の期間が制御され
る。また、制御回路４は抵抗器８２の両端電圧を検出し
て過電流監視する機能を持たしていると共に、定電流機
能を付与している。過電流値設定は可変抵抗器８１を調
整することによって得られる。

【００１０】図３は各部の電圧波形例である。図中のＱ
51とＱ52はそれぞれ半導体スイッチ５１、５２の動作状
態であり、開動作及び閉動作の期間とタイミングを表示
したものである。Ｖ82は抵抗器８２の端子間電圧波形で
あり、半導体スイッチ５１及び５２の通過電流を示す。
Ｖ72aとＶ72bはコンデンサ７２の電圧波形であり、コン
デンサ７２の容量を小さくしてその共振周波数を高めた
場合がＶ72aであり、Ｖ72bはそれより低い周波数の場合
のコンデンサ電圧である。

【００１１】図１の動作を詳細に説明する。半導体スイ
ッチ５２を閉動作にすると、トランス３１の端子３１２
から端子３１３方向に電流が流入し、ダイオード６２お
よび半導体スイッチ５２を通って直流電源１に環流す
る。図示するように励磁電流は時間と共に増加し、半導
体スイッチ５２が開動作に移行すると、トランス３１に
蓄積された励磁電流による磁気エネルギが、コンデンサ
７２に電気エネルギとして充電される。その後、コンデ
ンサ７２に充電された電圧により、端子３１３から端子
３１２を通して端子３１１の方向に電流が流れることに
より、コンデンサ７２の電圧が低下する。この一連の動
作はＶ72aの電圧波形に示すように、端子３１１と端子
３１３間のインダクタンスとコンデンサ７２それに負荷
とで決まる減衰振動である。

【００１２】次に、半導体スイッチ５１を閉動作にする
と、ダイオード６１を通して端子３１２から端子３１１
方向に励磁電流が流れ、時間の経過と共に上昇する。さ
らに、半導体スイッチ５１が開動作になると、トランス
３１に蓄積された励磁電流による磁気エネルギが、端子
３１２から端子３１１の方向に電流が流れ続ける。その
ため、端子３１１からコンデンサ７２を通して端子３１
３の方向に電流が流れて、コンデンサ７２を充電して電
圧が上昇する。端子３１３から端子３１２を通して端子
３１１の方向に電流が減少して停止した時、コンデンサ
７２の電圧が最大値になる。その後、コンデンサ７２に
充電された電圧により、端子３１１から端子３１２を通
して端子３１３の方向に電流が流れることになり、コン
デンサ７２の電圧が減少する。この動作は、半導体スイ
ッチ５２の動作と全く同じで、振動しながら減衰する。

【００１３】ダイオード６１の役割を説明する。半導体
スイッチ５２が開動作に移行直後に、端子３１３の電圧
が直流電源１の電圧の２倍電圧以上に上昇する。この場
合、トランス３１の端子３１１及び３１２間と端子３１
２及び３１３間が同じ巻数のコイルが巻かれているた
め、端子３１１の電位が直流電源１の負電位より低下し
てしまう。このため、ダイオード６１がないと、直流電
源１の負端子より抵抗器８２と半導体スイッチ５１の逆
導通特性によってソースからドレイン方向に電流が流
れ、端子３１１から端子３１２を経由して直流電源１の
正端子に回生電流が流れる。一方、端子３１３の電圧は
直流電源１の電圧の２倍程度に達しクランプされる。ダ
イオード６１は半導体スイッチ５１の逆導通特性を阻止
するためのものであるため、半導体スイッチ５１が逆導
通特性を示さない場合は不要である。また、半導体スイ
ッチ５２が開動作にした後、端子３１３の電圧上昇が直
流電源１の電圧の２倍値以下で動作する場合は、ダイオ
ード６１は不要である。同様に、ダイオード６２も上記
した動作を行い、半導体スイッチ５１を開動作にした後
の半導体スイッチ５２の逆導通特性を阻止するためのも
のである。逆非道通特性を半導体スイッチ５１および５
２に持たせた場合は、ダイオード６１，６２は不要であ
る。

【００１４】可変抵抗器８１は抵抗器８２の端子電圧の
閾値を設定する。制御回路４内で可変抵抗器８１で設定
した基準電圧値と抵抗器８２の端子電圧値が比較され、
その差電圧を増幅した値の大きさで半導体スイッチ５１
または５２の閉時間を制御するものである。抵抗器８２
の両端電圧が可変抵抗器８１で設定した基準電圧値と比
較され、低いときは半導体スイッチ５１または５２の閉
時間を長くして、トランス３１の励磁電流を増やす。ト
ランス３１の励磁電流が増えると、半導体スイッチ５１
または５２の開動作期間後の電圧が高くなり、放電管２
に流れる電流値増加によって発光輝度が高くなる。この
ようにして、可変抵抗器８１により発光輝度が調整でき
る。

【００１５】本発明の他の実施例としてハーフブリッジ
回路構成を図２に示す。直流電源１の正端子を半導体ス
イッチ５２とダイオード６２を通して、トランス３１の
１次巻線の端子３１３に接続する。さらに、端子３１３
はダイオード６１と半導体スイッチ５１を通して直流電
源１の負端子に接続される。一方、直流電源１の正端子
から、コンデンサ７４を通して、トランス３１の１次巻
線の端子３１１に接続する。また、端子３１１はコンデ
ンサ７５を通して直流電源１の負端子に接続される。ト
ランス３１の１次巻線の端子３１１及び３１３間にコン
デンサ７２を並列に接続する。コンデンサ７２に対し
て、コンデンサ７４と７５は十分大きいな容量である。
直流電源１に流れるリップル電流はコンデンサ７１によ
って平滑される。トランス３１の２次巻線の端子３１４
と端子３１５に放電管２を接続する。半導体スイッチ５
１及び５２のゲートをそれぞれ制御回路４に接続する。
半導体スイッチ５１及び５２の閉動作時間は設定用の可
変抵抗器８１によって行う。

【００１６】このように構成した回路は、上述した図１
の場合と同じ動作を行う。図２の回路動作について説明
する。半導体スイッチ５２が閉動作になると、電流はダ
イオード６２を通して端子３１３から流入し、コンデン
サ７５を経由して励磁電流が流れる。次に、半導体スイ
ッチ５２が開動作に移ると、トランス３１に蓄積された
磁気エネルギが、コンデンサ７２に電気エネルギとして
置換される。端子３１３から端子３１１への充電電流が
減少しゼロになった時、コンデンサ７２の電圧は最大値
に達する。その後、コンデンサ７２に充電された電圧に
よってトランス３１の１次巻線内で端子３１１から端子
３１３の方向に電流が流れるため、コンデンサ７２の電
圧が低下する。この動作は図１の場合に説明したＶ72a
と全く同一である。

【００１７】次に、半導体スイッチ５１が閉動作となる
と端子３１３の電位がゼロになるため、コンデンサ７４
を経由して端子３１１から端子３１３方向にダイオード
６１及び半導体スイッチ５１を通して電流が流れる。さ
らに、半導体スイッチ５１が閉から開動作に制御される
と、トランス３１に蓄積された磁気エネルギが、トラン
ス３１の１次巻線内で端子３１１から端子３１３の方向
に電流が流れ続けるため、端子３１３からコンデンサ７
２を通して端子３１１の方向に電流が流れて、コンデン
サ７２を充電して電圧が上昇する。充電電流が減少して
停止した時、コンデンサ７２の電圧が最大値になる。そ
の後、コンデンサ７２に充電された電圧により、トラン
ス３１の１次巻線内で端子３１３から端子３１１の方向
に電流が流れることで、コンデンサ７２の電圧が減少す
る。この動作は、前記同様な減衰振動の電圧である。ダ
イオード６１及び６２の役割は、図１の実施例の場合と
同様であり、半導体スイッチが逆導通特性を示さないス
イッチを使用すれば不要である。

【００１８】図２ではハーフブリッジ回路構成である
が、コンデンサ７４および７５を上述した半導体スイッ
チとダイオードからなる逆阻止半導体スイッチを用いれ
ば、図１に示す本発明と同一な効果が得られる。また、
可変抵抗器８１によって、半導体スイッチ５１もしくは
５２の閉時間を設定する。図１の抵抗器８２では電流値
を制御するのではなく、半導体スイッチ５１または５２
の閉時間を設定することによってトランス３１の励磁電
流値を制御するため、発光輝度も調整可能である。この
場合、抵抗器８１と誤差増幅回路が不要であるが、直流
電源１の電圧変動がトランス３１の励磁電流値の変動と
して現れる欠点がある。さらに、図１及び２ではコンデ
ンサ７２を接続しているが、トランス３１の巻線間によ
り形成される分布容量を利用すれば、コンデンサ７２を
省略もしくは容量を下げたコンデンサに置き換えること
が可能である。

【００１９】実験試作では、励磁電圧より高いフライバ
ック電圧を使用できたため、励磁印加電圧の６倍にフラ
イバック電圧に設計した。このため、従来のトランスの
巻線数は、１次巻線：１０ターン＊２巻線、２次巻線：
１８００ターンであったのに対して、本発明では１次巻
線：１０ターン＊２巻線、２次巻線：４５０ターン、巻
数比で１／４に設計した。外形寸法から見ると、従来は
１４５mm＊２０mm＊７mmの２０．３ccの容積に対して、
９５mm＊１４mm＊６mmの８．０cc、容積比３９％と大幅
に小型化できた。

【００２０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
る昇圧回路は、インダクタなどの巻線部品を必要としな
いものである。巻線部品はトランスのみであり、放電管
の発光輝度調整も可能にしたものである。本発明により
部品数が少なく、かつ信頼性が向上し、安価に製造でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例である。

【図２】本発明による他の実施例である。

【図３】本発明を実施した場合の電圧波形例である。

【図４】従来例を示す回路図である。

【図５】従来技術による電圧波形である。

【符号の説明】

１直流電源、２放電管、３１トランス、３１１〜
３１７端子、３３インダクタ、４制御回路、５１
〜５３半導体スイッチ、６１〜６３ダイオード、７
１〜７５コンデンサ、８１可変抵抗器、８２〜８４
抵抗器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トランスの１次側に直流電源、複数の半
導体スイッチ、制御回路等を備え、２次側に放電管を接
続する放電管駆動回路において、１次巻線にコンデンサ
を並列に接続し、前記半導体スイッチに逆非導通特性を
持たせると共に、前記半導体スイッチとトランスはプッ
シュプル構成されることを特徴とする放電管駆動回路。
【請求項２】トランスの１次側に直流電源、複数の半
導体スイッチ、制御回路等を備え、２次側に放電管を接
続する放電管駆動回路において、１次巻線にコンデンサ
を並列に接続し、前記半導体スイッチに逆非導通特性を
持たせると共に、前記半導体スイッチとトランスはハー
フブリッジ構成されることを特徴とする放電管駆動回
路。
【請求項３】トランスの１次側に直流電源、複数の半
導体スイッチ、制御回路等を備え、２次側に放電管を接
続する放電管駆動回路において、１次巻線にコンデンサ
を並列に接続し、前記半導体スイッチに逆非導通特性を
持たせると共に、前記半導体スイッチとトランスはフル
ブリッジ構成されることを特徴とする放電管駆動回路。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかにおいて、前記
２次側の電圧波形は実質的に偶数次調波を含まないこと
を特徴とする放電管駆動回路。
【請求項５】請求項１〜３のいずれかにおいて、前記
トランスの１次と２次の巻数比は１：４以下を特徴とす
る放電管駆動回路。
【請求項６】請求項１〜３のいずれかにおいて、前記
トランスの１次および２次間の漂遊容量を使い前記コン
デンサを省略するか、低容量のコンデンサを並列に接続
することを特徴とする放電管駆動回路。