JPH11283772A - 放電灯用自励共振型電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自励共振方式の電源回路自体に出力電流の安
定化機能と変更機能を付加し、小型で安価な電源装置を
構成できる自励共振型電源を提供する。 【解決手段】 プッシュプル構成の自励共振型電源にお
いて、第１トランジスタＱ１と第２トランジスタＱ２の
各ゲートに、制御部３から、出力電流に相当する電圧信
号と基準電圧との偏差に応じた誤差信号を供給する。こ
れにより各トランジスタの導通タイミングを変化させ、
自励発振周波数を変移させる。自励発振周波数が変移す
るとトランスＴの１次巻線Ｎ１と共振用容量部Ｃｒｅに
よる共振回路から２次巻線Ｎ２に伝達されるエネルギー
量が変化するので、出力電流の制御が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロイヤーの発振回
路を応用した自励共振方式の電源回路において、放電灯
に供給する電流の安定化と調光を行うための技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶モニタ等の各種電子式表示装
置の普及につれて、その照明のために使用される冷陰極
放電管などの小形の放電灯の需要も伸びている。放電灯
のような負荷に駆動電源を供給する電源回路には様々な
回路方式が存在するが、駆動電源として交流電圧・電流
を供給する場合には、ロイヤーの発振回路を応用したプ
ッシュプル構成、自励共振方式の電源回路を使用するこ
とがある。このロイヤーの発振回路を応用した電源回路
は、構成が簡素でありながら正弦波に近い交流電圧と電
流が容易に得られるという利点があり、小型・小容量の
インバータ回路として良く用いられている。

【０００３】しかし、ロイヤーの発振回路を応用したそ
の回路自体に、放電灯に供給する出力電流を一定に保
つ、あるいは放電灯の調光のために出力電流の大きさを
変更する、という機能が付加されることは少ない。それ
はすなわち、自励共振型の電源回路では共振現象に伴っ
た自励発振動作を行わせるために、ＰＷＭ制御のように
トランジスタのオンデューティを変化させて出力電流を
変化させるのが困難なためである。そこで、放電灯に供
給する電流を安定化する、あるいはさらに放電灯の調光
を行う必要がある場合には、図２に示すように、自励共
振型のインバータ回路の入力側に出力電圧の制御機能を
有するコンバータ回路を設け、インバータ回路とコンバ
ータ回路全体で電源装置を構成する。そして、コンバー
タ回路からインバータ回路に供給する電圧を制御し、イ
ンバータ回路から放電灯へ供給する電流を安定化する、
また、コンバータ回路の出力電圧を変更することで放電
灯の調光を行う、という手段が採られていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようにイ
ンバータ回路とコンバータ回路を共に設けるとなると、
コンバータ回路を構成するための部品類や基板スペース
が余分に必要となる。そのために電源装置の形状が大型
化し、コストも上昇するという問題があった。そこで本
発明は、ロイヤーの発振回路を応用した自励共振方式の
電源回路自体に出力電流の安定化機能を付加し、あるい
はさらに出力電流の変更機能を付加することにより、小
型で安価な電源装置を構成できる放電灯用自励共振型電
源を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の放電灯用自励共
振型電源は、１次巻線に所定のインダクタンスを有する
トランス、トランスの１次巻線に対して並列に接続さ
れ、１次巻線と共に共振回路を形成する共振用容量部、
トランスの１次巻線の所定位置にそれぞれの主電流路の
一端が接続され、その制御端子にはトランスの巻線に発
生した電圧より得られた帰還信号がそれぞれ逆の位相で
供給される第１及び第２のトランジスタ、トランスの１
次巻線の所定位置に設けられたタップと、第１と第２の
トランジスタの主電流路の他端の共通接続点との間に、
外部の入力電圧源と共に接続されるチョークコイル、ト
ランスの２次巻線を流れる電流を検出する電流検出部お
よび、電流検出部が出力する２次巻線を流れる電流に相
当する電圧信号と基準電圧との誤差信号を発生させる制
御部を具備し、誤差信号を帰還信号と共に第１と第２の
トランジスタの制御端子に入力することを特徴とするも
のである。

【０００６】

【発明の実施の形態】トランスの１次巻線に対して複数
のコンデンサからなる共振容量部を並列に接続する。ト
ランスの１次巻線の両端には、それぞれ第１と第２のト
ランジスタの主電流路の一端を接続し、第１と第２のト
ランジスタの主電流路の他端は共通接続する。この共通
接続点と１次巻線の中間タップとの間には外部の電圧供
給源と共にチョークコイルを接続する。第１と第２のト
ランジスタの制御端子は、それぞれ１次巻線の巻線端と
は少なくとも１つのコンデンサ素子を隔てた、共振用容
量部の所定のコンデンサ同士の接続点（Ｂ）、（Ｃ）に
接続する。トランスの２次巻線には電流制限素子、放電
灯および電流検出部を直列に接続する。そして、管電流
に相当する電圧信号と基準電圧との差に応じた誤差信号
を発生させる制御部を設け、制御部から第１、第２のト
ランジスタの制御端子に誤差信号を供給する。

【０００７】ここで制御部は、具体的には、入力端子と
基準電位点との間に接続した第１の抵抗と第１の定電圧
素子の直列回路、第１の抵抗と第１の定電圧素子の接続
点にその一端を接続した可変抵抗よりなる分圧回路、ト
ランスの３次巻線の端子間に接続したダイオードとコン
デンサの直列回路、コンデンサに対して並列に接続した
第２の定電圧素子、一方の入力端子に電流検出部からの
電圧信号が供給され、他方の入力端子に分圧回路を介し
て基準電圧が供給される誤差増幅器を具備した回路構成
とする。また電流検出部は、放電灯と２次巻線の間に接
続した抵抗素子と、抵抗素子に対して並列に接続したダ
イオードとコンデンサの直列回路により構成する。

【０００８】第１と第２のトランジスタの制御端子に制
御部から誤差信号を供給すると、その誤差信号の大きさ
に応じて各トランジスタのバイアス状態が変化する。す
ると、第１と第２のトランジスタの導通タイミングが変
化し、自励発振周波数が変移する。自励発振周波数が変
移すると１次巻線と共振用容量部からなる共振回路を介
して２次巻線に伝達されるエネルギー量が変化し、その
結果、ある所定の条件の範囲においては出力電流の制御
が可能となり、電流の安定化および調光が可能となる。

【０００９】

【実施例】出力電流の安定化機能と変更機能を有する、
本発明による放電灯用自励共振型電源の実施例の回路を
図１に示した。図１に示す回路は以下のような構成とな
っている。なお図１において、１は高電位側の入力端子
を示し、低電位側の入力端子は図示を省略してあるが、
基準電位点、すなわちアースと接続されているものとす
る。入力端子１をチョークコイルＬ１を介してトランス
Ｔの１次巻線Ｎ１の中間タップに接続し、１次巻線Ｎ１
の端子間には共振用容量部Ｃｒｅを接続する。ここで共
振用容量部Ｃｒｅは、コンデンサＣ２、コンデンサＣ
３、コンデンサＣ４およびコンデンサＣ５の直列回路に
より構成する。入力端子１とアースとの間にはフィルタ
用のコンデンサＣ１を接続する。

【００１０】１次巻線Ｎ１の両端にはそれぞれ、電界効
果型トランジスタ（ＦＥＴ）よりなる第１トランジスタ
Ｑ１と第２トランジスタＱ２のドレインを接続し、第１
トランジスタＱ１と第２トランジスタＱ２の各ソースは
共にアースに接続する。共振用容量部Ｃｒｅをコンデン
サＣ２とコンデンサＣ３の直列回路とコンデンサＣ４と
コンデンサＣ５の直列回路に分割するように、コンデン
サＣ３とコンデンサＣ４の接続点（Ａ）をアースに接続
する。そして第２トランジスタＱ２のゲートをコンデン
サＣ２とコンデンサＣ３の接続点（Ｃ）に接続し、第１
トランジスタＱ１のゲートをコンデンサＣ４とコンデン
サＣ５の接続点（Ｂ）に接続する。第１トランジスタＱ
１、第２トランジスタＱ２の各ゲート、ソース間には、
それぞれ抵抗Ｒ１およびＲ２を接続する。

【００１１】トランスＴの２次巻線Ｎ２の一端と出力端
子２ａとの間に電流制限素子としてのバラストコンデン
サＢＣを接続し、出力端子２ａ、２ｂ間に冷陰極放電管
ＣＣＦＬを接続する。２次巻線Ｎ２の他端と出力端子２
ｂとの間に抵抗Ｒ７を接続し、抵抗Ｒ７に対してダイオ
ードＤ２とコンデンサＣ７の直列回路を接続し、この抵
抗Ｒ７、ダイオードＤ２、コンデンサＣ７によって電流
検出部を形成する。そして、第１トランジスタＱ１と第
２トランジスタＱ２の各ゲートには、それぞれ抵抗Ｒ
３、抵抗Ｒ４を介して制御部３を接続する。ここで制御
部３は、例えば以下のような構成とする。入力端子１と
アースとの間に、抵抗Ｒ５と定電圧ダイオードＤＺ１の
直列回路を、定電圧ダイオードＤＺ１のアノードをアー
スに接続する形で接続する。トランスＴの３次巻線Ｎ３
の一端をアースに接続し、３次巻線Ｎ３の端子間にダイ
オードＤ１とコンデンサＣ６の直列回路を接続する。な
おここでは、コンデンサＣ６の一端にはアースに対して
負の電圧が得られるような接続構成としておく。

【００１２】コンデンサＣ６の端子間に抵抗Ｒ６と定電
圧ダイオードＤＺ２の直列回路を、定電圧ダイオードＤ
Ｚ２のカソードをアースに接続する形で接続する。定電
圧ダイオードＤＺ１のカソードと定電圧ダイオードＤＺ
２のアノードに、それぞれ分圧回路としての可変抵抗Ｖ
Ｒの主端子を接続する。誤差増幅器ＡＭを設け、一方の
入力端子には可変抵抗ＶＲの可動端子に得られる基準電
圧を入力し、他方の入力端子にはコンデンサＣ７の一端
に得られる電圧信号を入力する。誤差増幅器ＡＭの出力
端子は抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４の一端に接続し、定電圧
ダイオードＤＺ１のカソードに現れた正の電圧と定電圧
ダイオードＤＺ２のアノードに現れた負の電圧を、それ
ぞれ駆動電圧として誤差増幅器ＡＭの正負２つの電源端
子に供給する。

【００１３】以上のような構成とした回路において、入
力端子１に外部より電圧を供給すると、マルチバイブレ
ータのごとく、第１トランジスタＱ１と第２トランジス
タＱ２のどちらか一方が導通する。なおここでは、第１
トランジスタＱ１が先に導通したと仮定する。第１トラ
ンジスタＱ１が導通したことにより１次巻線Ｎ１に電流
が流れ、１次巻線Ｎ１には電圧が誘導される。この時に
１次巻線Ｎ１に誘導された電圧は、共振用容量部Ｃｒｅ
の内部において各コンデンサの容量に応じて分圧され
る。すると、第１トランジスタＱ１のゲート、ソース間
にはコンデンサＣ４の端子間に現れた電圧が、第２トラ
ンジスタＱ２のゲート、ソース間にはコンデンサＣ３の
端子間に現れた電圧が帰還信号として供給される。

【００１４】供給された帰還信号により、第１トランジ
スタＱ１には順方向バイアスが、第２トランジスタＱ２
には逆バイアスがそれぞれ与えられ、第１トランジスタ
Ｑ１はオン状態、第２トランジスタＱ２はオフ状態とな
る。また、１次巻線Ｎ１に電圧が誘導されると、１次巻
線Ｎ１と共振用容量部Ｃｒｅが形成する共振回路に共振
現象が生じる。共振回路に共振現象が生じることによ
り、１次巻線Ｎ１の端子間に現れる電圧（共振電圧）は
正弦波状に変化する。第１トランジスタＱ１、第２トラ
ンジスタＱ２に供給される帰還信号は、実質的に共振電
圧の分圧電圧である。そのため、第１トランジスタＱ１
および第２トランジスタＱ２は、この共振電圧の変化に
応じて交互にオン状態あるいはオフ状態となり、以後、
継続して自励発振動作を行うことになる。

【００１５】ここで、自励発振動作に伴って２次巻線Ｎ
２に生じた電圧により、バラストコンデンサＢＣ、冷陰
極放電管ＣＣＦＬおよび抵抗Ｒ７に交流の電流が流れ
る。この時、２次巻線Ｎ２を流れる出力電流に応じた電
圧が抵抗Ｒ７の端子間に生じ、その抵抗Ｒ７の端子間電
圧を整流平滑することで、交流出力電流に応じた直流の
電圧信号がコンデンサＣ７の端子間に得られる。制御部
３の内部では、誤差増幅器ＡＭが、コンデンサＣ７の端
子間に得られた電圧信号と可変抵抗ＶＲの可動端子に得
られた基準電圧とを比較し、その差に相当する誤差信号
を発生させる。このようにして制御部３で生じた誤差信
号は、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４を介して第１トランジスタＱ
１、第２トランジスタＱ２の各ゲートに入力される。

【００１６】第１トランジスタＱ１および第２トランジ
スタＱ２は、誤差信号が供給されることにより、そのバ
イアス状態が誤差信号の大きさに応じて変化する。する
と、第１トランジスタＱ１および第２トランジスタＱ２
の導通期間と導通タイミングが変化し、自励発振動作に
よる発振周波数が変移する。発振周波数が変移すると、
１次巻線Ｎ１と共振用容量部Ｃｒｅからなる共振回路を
介して２次巻線Ｎ２に伝達されるエネルギー量が変化
し、２次巻線Ｎ２を流れる出力電流が変化する。その結
果、出力電流の制御が可能となり、出力電流に応じた誤
差信号を各トランジスタに供給することにより出力電流
の安定化が可能となる。なお、可変抵抗ＶＲの可動端子
を操作し、誤差増幅器ＡＭに入力する基準電圧の大きさ
を変化させれば、それに従って出力電流の大きさも変化
し、冷陰極放電管ＣＣＦＬの調光が可能となる。

【００１７】以上に説明した図１に示す本発明の実施例
においては、各トランジスタにＮチャネル電界効果型ト
ランジスタを使用しているが、他の形式のトランジスタ
で回路を構成しても構わない。また、共振用容量部Ｃｒ
ｅを４つのコンデンサ素子で構成しているが、それ以上
の数のコンデンサ素子で構成しても構わない。そして、
２次巻線Ｎ２と冷陰極放電管ＣＣＦＬの間には電流制限
素子としてバラストコンデンサＢＣを接続しているが、
チョークコイルで代用しても良い。さらに、電流検出に
抵抗Ｒ７を使用せず、カレントトランスを使用しても構
わない。誤差増幅器ＡＭに基準電圧を入力するための分
圧回路を三端子の可変抵抗ＶＲ一つで構成しているが、
通常の抵抗素子と二端子の可変抵抗を組み合わせて構成
しても構わず、その他様々な回路方式を採っても良い。
このように本発明の自励共振型電源は、発明の要旨を変
更しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまで
もない。

【００１８】

【発明の効果】以上に述べたように本発明による放電灯
用自励共振型電源は、出力電流に相当する電圧信号と基
準電圧とから誤差信号を得て、その誤差信号を自励発振
のための帰還信号と共にプッシュプル構成の第１と第２
のトランジスタの制御端子に入力している。このような
構成とすると、誤差信号により各トランジスタのバイア
ス状態が変化し、トランジスタの導通タイミングが変化
する。すると自励発振周波数が変移し、共振回路を構成
するトランスの１次巻線から２次巻線に伝達されるエネ
ルギー量が変化する。その結果、自励共振型電源自体で
放電灯に供給する出力電流の安定化を図ることができ、
出力電流を制御するためにコンバータ回路などを併設す
る必要が無くなる。従って本発明によれば、出力電流の
安定化機能と変更機能が付加された、小型で安価な電源
装置を構成できる放電灯用自励共振型電源を提供するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による放電灯用自励共振型電源の実施
例の回路図。

【図２】 出力電流を安定化するためにコンバータ回路
を入力側に設けた、従来の自励共振型電源の使用状態を
説明する図。

【符号の説明】

１ 入力端子 ２ａ、２ｂ 出力端子（交流） ３ 制御部 Ｑ１ 第１トランジスタ Ｑ２ 第２トランジスタ Ｌ１ チョークコイル Ｔ トランス Ｎ１ １次巻線 Ｎ２ ２次巻線 Ｎ３ ３次巻線 Ｃｒｅ 共振用容量部 （Ａ）〜（Ｃ） 所定のコンデンサ同士の接続点 ＡＭ 誤差増幅器 ＢＣ バラストコンデンサ ＶＲ 分圧回路としての可変抵抗

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １次巻線に所定のインダクタンスを有す
   るトランス、 該トランスの１次巻線に対して並列に接続され、該１次
   巻線と共に共振回路を形成する共振用容量部、 該トランスの１次巻線の所定位置にそれぞれの主電流路
   の一端が接続され、その制御端子には該トランスの巻線
   に発生した電圧より得られた帰還信号がそれぞれ逆の位
   相で供給される第１及び第２のトランジスタ、 該トランスの１次巻線の所定位置に設けられたタップ
   と、該第１と第２のトランジスタの主電流路の他端の共
   通接続点との間に、外部の入力電圧源と共に接続される
   チョークコイル、 該トランスの２次巻線を流れる電流を検出する電流検出
   部および、 該電流検出部が出力する該トランスの２次巻線を流れる
   電流に相当する電圧信号と基準電圧との誤差信号を発生
   させる制御部、 を具備し、該誤差信号を該帰還信号と共に該第１と第２
   のトランジスタの制御端子に入力することを特徴とする
   放電灯用自励共振型電源。
2. 【請求項２】 前記共振用容量部を直列接続された複数
   個のコンデンサ素子により構成し、 前記第１と第２のトランジスタの各制御端子はそれぞ
   れ、前記トランスの１次巻線の巻線端から該共振用容量
   部の少なくとも１つのコンデンサ素子を隔てた、該共振
   用容量部の所定のコンデンサ同士の接続点（Ｂ）、
   （Ｃ）に接続することを特徴とする、請求項１に記載し
   た放電灯用自励共振型電源。
3. 【請求項３】 前記共振用容量部は、直列接続された４
   つのコンデンサ素子よりなり、該共振用容量部の中央に
   位置するコンデンサ同士の接続点はアースに接続され、
   前記第１と第２のトランジスタはＦＥＴよりなることを
   特徴とする、請求項２に記載した自励共振型電源。
4. 【請求項４】 前記制御部は、 入力端子と基準電位点との間に接続された第１の抵抗と
   第１の定電圧素子との直列回路と、 該第１の抵抗と該第１の定電圧素子の接続点にその一端
   を接続した分圧回路と、 前記トランスの所定の巻線の端子間に接続されたダイオ
   ードとコンデンサの直列回路と、 該コンデンサに対して並列に接続された第２の定電圧素
   子と、 該第１の定電圧素子の端子間電圧を第１の駆動電圧、該
   第２の定電圧素子の端子間電圧を第２の駆動電圧とし、
   一方の入力端子には前記電流検出部からの電圧信号が入
   力され、他方の入力端子には該分圧回路を介して基準電
   圧が入力される誤差増幅器を具備したことを特徴とす
   る、請求項１から請求項３のいずれかに記載した放電灯
   用自励共振型電源。
5. 【請求項５】 前記分圧回路が可変抵抗器よりなること
   を特徴とする、請求項４に記載した放電灯用自励共振型
   電源。