混合モードのＤＣ／ＡＣインバータ
【課題】負荷を駆動するためのＤＣ／ＡＣインバータ及びその方法が提供される。
【解決手段】ＤＣ／ＡＣインバータは、ＤＣ入力電圧を供給するためのＤＣ電源と、ＤＣ電源に結合され、ＤＣ入力電圧を負荷を駆動するために用いられるＡＣ信号に変換する変換器回路と、変換器回路に結合され、ＡＣ信号の周波数を設定する制御回路と、を含む。制御回路は、さらに、ＤＣ入力電圧及び負荷条件に従って、ＤＣ／ＡＣインバータを固定周波数モードで及び可変の周波数モードで動作させることができる。
【解決手段】ＤＣ／ＡＣインバータは、ＤＣ入力電圧を供給するためのＤＣ電源と、ＤＣ電源に結合され、ＤＣ入力電圧を負荷を駆動するために用いられるＡＣ信号に変換する変換器回路と、変換器回路に結合され、ＡＣ信号の周波数を設定する制御回路と、を含む。制御回路は、さらに、ＤＣ入力電圧及び負荷条件に従って、ＤＣ／ＡＣインバータを固定周波数モードで及び可変の周波数モードで動作させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電流（ＤＣ）から交流電流（ＡＣ）への変換回路に関し、特に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライトのためのＤＣ／ＡＣインバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＣＤパネルは、ビデオ・カメラ、自動車のナビゲーション・システム、ラップトップＰＣ、及び工業用機械のような、携帯電子装置から固定された場所のユニットまでの範囲に及ぶ種々の応用に用いられている。ＬＣＤパネルはそれ自体では光を発光することができず、光源によってバックから光をあてられ（バックライトされ）なければならない。最も一般的に用いられるバックライト光源は、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）である。しかしながら、ＣＣＦＬを点火（起動）して作動させるには高いＡＣ信号を必要とする。代表的には、点火電圧は、約１０００ボルトであり、作動電圧は、約５００ボルトである。ＤＣ電源、例えば再充電可能なバッテリ、からこのような高いＡＣ信号を発生するように、ＤＣ／ＡＣインバータは設計される。
【０００３】
所望の高いＡＣ信号を出力することに加えて、ＤＣ／ＡＣインバータは、また、ますます増加する効率、一層高い信頼性、サイズの縮小及びますます低い価格に対する進展しつつある需要に直面している。さらに、ＤＣ／ＡＣインバータは、ＲＦ放出を最小とするために並びにＣＣＦＬにおける最適な電流・光変換を提供するために望まれる純粋な正弦波形を有するＡＣ信号を出力することが期待されている。反対に、高い波高率を有する歪んだ正弦波形は、ＣＣＦＬの寿命を短くするであろう。波高率は、ピークのランプ電流の平均ランプ電流に対する比である。
【０００４】
動作周波数に関して、現在のＤＣ／ＡＣインバータは、固定された動作周波数及び可変動作周波数の２つのカテゴリに分けられ得る。固定された動作周波数を有するＤＣ／ＡＣインバータの例は、米国特許第５，６１９，４０２号明細書に開示されており、その全体において参照によりここに組み込まれる。この種のＤＣ／ＡＣインバータは、ＤＣ入力信号のレベル及び負荷条件に拘わらず、一定の動作周波数を有する。それ故、ＤＣ入力信号が比較的低く負荷が比較的重いときに、高い効率、信頼性及び低い電磁干渉の利点が得られるけれども、ＤＣ入力信号が比較的高く負荷が比較的低い時には、ランプ電流の一層高い波高率が存在するであろう。結果として、一層高い波高率がバックライト・ランプの寿命を短くし得る。
【０００５】
可変動作周波数を有するＤＣ／ＡＣインバータの代表的な例は、図１に示される“Ｂｕｃｋ／Ｒｏｙｅｒ”回路１００である。回路１００は、実質的に、ステップダウン・バック（ｂｕｃｋ）調整器１１０と、一体化されたステップアップ（昇圧）変圧器１２１を有する自己共振Ｒｏｙｅｒ発振器１２０との組み合わせである。ステップダウン・バック調整器１１０は、バッテリまたは電位ラインからの調整されてないＤＣ入力信号Ｖｄｃを、自己共振Ｒｏｙｅｒ発振器１２０の定格化された入力範囲内の安定電圧に変換する。自己共振Ｒｏｙｅｒ発振器１２０は、ステップアップ変圧器１２１、２つの電源スイッチ１２３及び１２５、共振コンデンサ１２７、ベース巻線１２９、バラスト（ｂａｌｌａｓｔ）・コンデンサ１３１並びにＰＷＭ制御器１３０から構成される。回路１００の動作周波数は、共振周波数に対応するように設定される。共振周波数は、さらに、ステップアップ変圧器１２１、共振コンデンサ１２７、ベース巻線１２９、バラスト・コンデンサ１３１並びにＣＣＦＬ負荷１４０から成る共振回路によって決定される。従って、動作周波数は、ＣＣＦＬ負荷の状態と共に動的に変化し、このような動作機構は可変動作モードと呼ばれる。
【０００６】
可変動作周波数を有するＤＣ／ＡＣインバータの幾つかの導出された形状（トポロジ）は、米国特許第５，４３０，６４１号、５，６１９，４０２号、５，６１５，０９３号、５，８１８，１７２号に見られ得る。これらの参考文献に開示されているＤＣ／ＡＣインバータによって与えられるＡＣ信号は、良好な波高率を有するけれども、これらの各々は、低い変換効率、２段の電力変換及び電磁干渉を被る。さらに、負荷が重いかまたは短絡状態かにあるとき、高い磁束密度が、ＤＣ／ＡＣインバータにおける変圧器に存在する。高い磁束密度に起因して変圧器は飽和され得、そして、ＤＣ／ＡＣインバータにおける構成要素が損傷され得る。
【特許文献１】米国特許第５，６１９，４０２号
【特許文献２】米国特許第５，４３０，６４１号
【特許文献３】米国特許第５，６１５，０９３号
【特許文献４】米国特許第５，８１８，１７２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、従来の固定された及び可変の周波数インバータにはそれらと関連する欠点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態においては、負荷を駆動するためのＤＣ・ＡＣインバータが提供される。該ＤＣ・ＡＣインバータは、ＤＣ入力電圧を供給するためのＤＣ電源と、ＤＣ電源に結合され、ＤＣ入力電圧を負荷を駆動するために用いられるＡＣ信号に変換する変換器回路と、変換器回路に結合され、ＡＣ信号の周波数を設定する制御回路と、を含む。制御回路は、さらに、ＤＣ・ＡＣインバータを一定の周波数モードで及び可変の周波数モードで動作させることができる。
【０００９】
もう１つの実施形態においては、直流電流信号を負荷を駆動するための交流電流信号に変換するための方法が提供される。該方法は、予め決められた閾値条件を設定するステップと、交流電流信号に対応する周波数が比較的一定の周波数に維持される固定周波数モードで動作させるステップと、交流電流信号に対応する周波数が共振回路に対応する共振周波数に従って変化される可変周波数モードで動作させるステップと、予め決められた閾値条件の関数として、固定周波数モード及び可変周波数モードにおける動作間で切り換えるステップと、を含む。
【００１０】
さらにもう１つの実施形態においては、システムが提供される。該システムは、ディスプレイと、ディスプレイに結合されてディスプレイから放射する光を供給する光源と、ディスプレイに結合されてディスプレイ上に表示されるべきデータを発生する処理ユニットと、光源に結合されて、一定の周波数モード及び共振モード間で最適な動作周波数を自動的に選択することができる制御器と、を含む。
【００１１】
本発明の利点は、添付図面と共に考慮されるべき例示的実施形態の以下の詳細の説明から明瞭となるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
さて、本発明の実施形態を詳細に参照する。本発明を実施形態と共に説明するけれども、これらの実施形態に本発明を制限することを意図しているものではないことを理解されたい。反対に、本発明は、特許請求の範囲によって限定される本発明の精神及び範囲に含まれ得る代替、変更並びに等価物を包摂するものと意図されている。
【００１３】
図２は、例示的なＤＣ／ＡＣインバータ２００のブロック図を示す。ＤＣ／ＡＣインバータ２００は、ＤＣ電源２１０からのＤＣ入力信号ＶＩＮを受信し、負荷２３０に高い出力信号ＶＯＵＴを提供する。ＤＣ電源２１０は、バッテリ、アダプタ、等であって良い。
【００１４】
負荷２３０は、代表的には、ＣＣＦＬのようなＬＣＤパネルをバックライトするための１つまたは複数の放電ランプである。ＤＣ／ＡＣインバータ２００は、主に、変換器回路２２０及び制御回路２５０から構成される。変換器回路２２０は、複数のスイッチと、ＤＣからＡＣへの信号変換を行うための変圧器とを含む。制御回路２５０は、調光制御信号を提供するために変換器回路２２０に接続される。変換器回路２２０における複数のスイッチの導通状態を制御することによって、調光制御信号は、ＡＣ出力信号ＶＯＵＴの大きさまたは周波数を調整し得、従って、負荷２３０の明るさを調整し得る。
【００１５】
さらに、最適な大きさ及び周波数を有するＡＣ出力信号を取得するために、制御回路２５０は、ＤＣ入力信号ＶＩＮのレベル及び負荷状態に従って、固定周波数モードまたは可変周波数モードのいずれかで自動的に動作し得る。ＤＣ入力信号が相対的に低いかまたは負荷が相対的に重いとき、一定の周波数を有するランプ信号（勾配信号）が制御回路２５０に提供され得、従って、制御回路２５０は、固定周波数モードで動作するであろう。ＤＣ入力信号が比較的重いかまたは負荷が比較的軽いとき、可変周波数を有するランプ信号が制御回路２５０に提供され得、従って、制御回路２５０は、可変周波数モードで動作するであろう。換言すれば、ＤＣ入力電圧及び負荷状態に従って閾値があらかじめ決定され得、従って、固定周波数モード及び可変周波数モード間の遷移は、閾値に遭遇（合致）したときに行われるであろう。
【００１６】
ランプ信号は、制御回路２５０に結合された発振器２６０によって提供され得る。発振器２６０は、さらに、可変周波数及び一定の周波数をそれぞれ決定する検出器２７０及びＲＣネットワーク２８０に結合される。検出器２７０は、電力列（パワートレイン）及び負荷２３０から構成される共振回路２９０の共振周波数を検出し、ここに、電力列（パワートレイン）は、変換器回路２２０における共振素子から成る。ＤＣ入力信号ＶＩＮが比較的高いかまたは負荷が比較的軽いとき、検出器２７０は、共振周波数を有する信号ＳＹＮＣを生成し、該信号ＳＹＮＣを、共振周波数を有するランプ信号を発生する発振器２６０に送る。この状況において、ランプ信号の周波数は可変であり、従って、制御回路２５０は可変周波数モードで動作する。結果において、ＡＣ出力信号の周波数は、共振周波数に従って変化される。ＤＣ入力信号が比較的低いかまたは負荷が比較的重いとき、検出器２７０によって生成される信号ＳＹＮＣは一定レベルを有し、このことは、制御回路２５０が固定周波数モードで動作するということを示す。この状況においては、ランプ信号の周波数は一定であり、ＲＣネットワーク２８０によって決定され、従って、制御回路２５０は、固定周波数モードで動作する。結果において、ＡＣ出力信号の周波数は、ＲＣネットワーク２８０によって決定される一定周波数に設定される。
【００１７】
さらに、ＤＣ／ＡＣインバータ２００は、負荷２３０の明るさに渡って厳格な制御を持たせるために、閉ループ機構を用いる。閉ループ機構を実現するために、制御回路２５０と負荷２３０との間にフィードバック回路２４０が結合され、負荷２３０を通って流れる電流を感知する。さらに、フィードバック回路２４０は、また、回路保護のために電圧フィードバックをも含む。
【００１８】
図３は、ＤＣ／ＡＣインバータの例示的な概略図３００を示す。図３を参照すると、回路３００は、ＤＣ電源３１０、変換器回路３２０、負荷３３０、フィードバック回路３４０、制御回路３５０、発振器３６０、検出器３７０及びＲＣネットワーク３８０から成る。ＤＣ入力信号ＶＩＮを提供するためのＤＣ電源３１０は、バッテリ３０１で構成される。変換器回路３２０は、複数のスイッチ３２１、３２３、３２５及び３２７と、変圧器３２９と、コンデンサ３３１及び３３３とから構成される。複数のスイッチは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）から構成され得、対角線対のスイッチとして配列され得る。図３に示されるように、スイッチ３２１及び３２３は、ＤＣ入力信号ＶＩＮ及び接地間に直列に接続され、双方のスイッチの接続点ノードは、変圧器３２９の１つの端子に接続される。スイッチ３２５及び３２７は、ＤＣ入力信号ＶＩＮ及び接地間に直列に接続され、双方のスイッチの接続点ノードは、変圧器３２９の他方の端子に接続される。スイッチの対角線対は、ＤＣ入力信号ＶＩＮと変圧器３２９との間の交互導通経路を限定する。交互導通経路を通して行くことにより、ＤＣ入力信号ＶＩＮは、中間のＡＣ信号に変換される。中間のＡＣ信号は、次に、変圧器３２９により高いＡＣ出力信号ＶＯＵＴに昇圧される。
【００１９】
前述したように、複数のスイッチの導通状態を制御することによって、制御回路３５０は、ＡＣ出力信号ＶＯＵＴの大きさまたは周波数を調節し得る。複数のスイッチの導通状態は、ここでは、制御回路３５０からの駆動信号ＤＲＶ１〜ＤＲＶ４によって制御される。制御回路２５０は、さらに、ランプ信号を受信するために発振器３６０に接続され、そして、フィードバック信号（ＦＢ）を受信するためにフィードバック回路２４０に接続される。ランプ信号及びフィードバック信号に基づいて、制御回路３５０は駆動信号を発生する。
【００２０】
図３を参照すると、制御回路３５０は、比較器３５１、パルス幅変調された（ＰＷＭ）選択器３５３、ブレイク・ビフォー・メイク（ＢＢＭ）回路３５５及び３５７、並びに駆動回路３５９、３６１、３６３及び３６５から成っていて良い。比較器３５１は、ランプ信号をフィードバック信号と比較することによりＰＭＷ信号を発生する。異なった動作エッジを限定することにより、例えば、それぞれ立ち下がりエッジ及び立ち上がりエッジを限定することにより、ＰＷＭ選択器３５３は、ＰＷＭ信号から２つのＰＷＭ信号ＰＷＭ１及びＰＷＭ２を導出する。ＰＷＭ信号ＰＷＭ１及びＰＷＭ２は、次に、それぞれＢＢＭ回路３５５及び３５７に送られる。各ＢＢＭ回路において、入力されたＰＷＭ信号は、さらに、２つの相補信号に変換される。各相補信号は、さらに、駆動回路３５９、３６１、３６３及び３６５の１つによって駆動信号に変換される。図３に示されるように、駆動回路３５９は、駆動信号ＤＲＶ１を発生してそれをスイッチ３２１に送り、駆動回路３６１は、駆動信号ＤＲＶ２を発生してそれをスイッチ３２３に送り、駆動回路３６３は、駆動信号ＤＲＶ３を発生してそれをスイッチ３２５に送り、そして、駆動回路３６７は、駆動信号ＤＲＶ４を発生してそれをスイッチ３２７に送る。ＢＢＭ回路３５５のために、スイッチ３２１及び３２３は、同時にターン・オンされないのを確実にされている。同様に、ＢＢＭ回路３５７のために、スイッチ３２５及び３２７は、同時にターン・オンされないのを確実にされている。さらに、制御回路３５０に与えられるランプ信号を制御することによって、制御回路３５０は、固定周波数モードまたは可変周波数モードのいずれかで動作することができる。結果において、ＤＣ／ＡＣインバータは、負荷３３０に最適な大きさ及び周波数を有する正弦波形を出力することを確実にされる。
【００２１】
ランプ信号は、発振器３６０、ＲＣネットワーク３８０、及び検出器３７０の組み合わせによって制御される。ＲＣネットワーク３８０は、ＤＣ入力信号ＶＩＮ及び接地間に直列に接続される抵抗３８１及びコンデンサ３８３から構成される。
【００２２】
検出器３７０は、ＡＮＤゲート３９１、比較器３９３、第１のエッジ・トリガされるフリップフロップ３９５、第２のエッジ・トリガされるフリップフロップ３９７、及びＯＲゲート３９９から構成される。比較器３９３の非反転端子は、ラインＬＸ１を介してスイッチ３２１及び３２３の接続点ノードに接続され、そして比較器３９３の反転端子は、ラインＬＸ２を介してスイッチ３２５及び３２７の接続点ノードに接続される。比較器３９３の出力端子は、双方のエッジ・トリガされるフリップフロップ３９５及び３９７に接続される。エッジ・トリガされるフリップフロップ３９５及び３９７の出力は、ＯＲゲート３９９の入力に供給される。最後に、ＯＲゲート３９９は、信号ＳＹＮＣを出力する。動作において、対角線対のスイッチのゼロ交差電流を検出することにより、検出器３７０は、変換器回路３２０及び負荷３３０における共振素子によって決定される共振周波数を追跡することを試みる。対角線対のスイッチの電流は、ラインＬＸ１及びＬＸ２上の電圧によって示される。ゼロ交差電流が検出されたならば、共振周波数が追跡され、従って、信号ＳＹＮＣは共振周波数における方形波形を示し、このことは、また、可変周波数モードが選択されたということを意味する。ゼロ交差電流が検出されないならば、共振周波数は追跡されず、従って、信号ＳＹＮＣは一定のレベルを有し、このことは、また、固定周波数モードが選択されたということを意味する。
【００２３】
さらに、比較器３９３は、双方のスイッチ３２３及び３２７がターン・オンされた場合にのみゼロ交差電流を検出し、それにより、ＡＮＤゲート３９１は、駆動信号ＤＲＶ２及びＤＲＶ４のＡＮＤ動作を行って、次に、比較器３９３のための可能化信号を生成するように適合される。可能化信号に基づいて、双方のスイッチ３２３及び３２７がターン・オンされたときにゼロ交差電流が検出されるということが確実にされる。さらに、エッジ・トリガされるフリップフロップ３９５及び３９７は、前述した動作エッジを限定するようＰＷＭ選択器３５３に接続される。
【００２４】
発振器３６０は、接続点ノード３８５においてＲＣネットワーク３８０内の抵抗３８１及びコンデンサ３８３に接続され、ここで、ランプ信号が発生される。発振器３６０は、さらに、信号ＳＹＮＣを受信するために検出器３７０におけるＯＲゲート３９９の出力端子に接続される。図３に示されるように、発振器３６０は、第１の比較器３６７、第２の比較器３７９、フリップフロップ３７１、ＯＲゲート３７３及び放電スイッチ３７５から構成され得る。第１の比較器３６７及び第２の比較器３６９は、電圧比較器を形成する。第１の比較器３６７の非反転端子は、低い閾値電圧、例えば、５０ｍｖを受信する。第２の比較器３６９の反転端子は、高い閾値電圧ＶＩＮ／Ｎを受信し、ここで、用語Ｎは整数であり得る。第１の比較器３６７の反転端子及び第２の比較器３６９の非反転端子はランプ信号を受信するために接続点ノード３８５に接続される。ランプ信号と高い及び低い閾値電圧との間の比較結果に依存して、セット信号（ＳＴ）が、第１の比較器３６７の出力端子からフリップフロップ３７１のセット端子（Ｓ）に出力され、そして、リセット信号（ＲＳＴ）が第２の比較器３６９の出力端子からＯＲゲート３７３に出力される。一方、ＯＲゲート３７３は、検出器３７０から信号ＳＹＮＣを受信する。ＯＲゲート３７３の出力端子は、フリップフロップ３７１のリセット端子（Ｒ）に接続される。フリップフロップ３７１の出力は、スイッチ３７５の導通状態を制御するために用いられる。スイッチ３７５は、接続点ノード３８５と接地との間に接続される。
【００２５】
ＤＣ入力電圧ＶＩＮ及び負荷状態に従って、接続点ノード３８５において発生されるランプ信号（ｒａｍｐ ｓｉｇｎａｌ）は、一定の周波数または可変の周波数のいずれかを有する。一定の周波数は、ＲＣネットワーク３８０におけるコンデンサ３８３の容量及び抵抗３８１の抵抗値によって決定される。可変周波数は、検出器３７０によって追跡される共振周波数に等しい。ランプ信号に依存して、制御回路３５０は、固定周波数モードまたは可変周波数モードのいずれかで動作する。
【００２６】
さらに、フィードバック回路３４０は、負荷３３０を通って流れる電流を感知する一般的に用いられる任意の回路から構成され得るということを当業者は認識するであろう。フィードバック作用は本発明にとって意味有るほどに関連していないということを考慮して、フィードバック回路３４０の詳細説明はここでは簡略化のために省略する。ここで説明されるトポロジに加えて、変換器回路３２０は、ハーフブリッジ・トポロジ及びプッシュプル・トポロジのような他のよく知られたトポロジで構成され得ること、並びに制御回路３５０は、変換器回路３２０におけるスイッチを駆動するために対応の構成を採用することも当業者には認識されるであろう。種々の構成に対して、制御回路３５０は、本発明に従って固定周波数モードまたは可変周波数モードのいずれかで自動的に動作し得る。
【００２７】
図４及び５を参照して、図３におけるＤＣ／ＡＣインバータの動作を詳細に示す。ＤＣ入力信号ＶＩＮ及び負荷状態を考慮した閾値が予め決められていると仮定すると、該閾値に遭遇（合致）しておらず、そしてＤＣ入力信号ＶＩＮが所定の電圧レベルを超えていないかまたは負荷量が所定の量よりも高いとき、制御回路３５０は固定周波数モードで動作する。図４は固定周波数モードで生じる種々の波形を示す図である。
【００２８】
図４を参照すると、制御回路３５０の動作周波数、または波形４１５によって表わされるＰＷＭ信号の周波数は、波形４１３によって表わされるランプ信号の充電及び放電期間によって決定されるということが観察され得る。ランプ信号が低い閾値電圧、例えば、５０ｍＶまで降下したとき、セット信号ＳＴがトリガされ、従って、放電スイッチ３７５がターン・オフされる。ランプ信号の放電期間が終了して、ランプ信号の充電期間が始まる。ランプ信号が高い閾値電圧、ＶＩＮ／Ｎ、まで上昇したとき、波形４０７によって表わされるリセット信号ＲＳＴがトリガされ、従って、放電スイッチ３７５がターン・オンされる。ランプ信号の充電期間が終了して、ランプ信号の放電期間が始まる。充電及び放電速度は、ＲＣネットワーク３８０における抵抗３８１及びコンデンサ３８３によって決定されることが当業者には認識されるであろう。従って、動作周波数並びにランプ信号の充電及び放電期間は、予め決められた高い及び低い閾値電圧、抵抗３８１の抵抗値及びコンデンサ３８３の容量によって決定される。
【００２９】
一定の周波数によって支配されて、対角線対のスイッチは、同時にはゼロ交差電流を有さず、このことは、波形４０３及び４０５によって示されている。波形４０３及び４０５は、それぞれラインＬＸ１及びＬＸ２上の電圧を示す。これらの電圧は、対角線対のスイッチの電流の流れを示し得、従って、波形４０３及び４０５上のゼロ電圧交差は、対角線対のスイッチのゼロ電流交差を示す。波形４０３及び４０５から観察されるように、ゼロ交差電流は、対角線対のスイッチ上に同時には生じない。同時のゼロ交差電流無しで、信号ＳＹＮＣは、波形４０７によって表わされるように一定レベルを有するであろう。さらに、波形４０１は、図３における変圧器３２９の一次巻線を通して流れる電流Ｉｐｒｉを示す。波形４１１は、フィードバック回路３４０によって提供されるフィードバック信号（ＦＢ）を表わす。フィードバック信号はランプ信号と交差し、ＰＷＭ信号のデューティ・サイクルを決定する。
【００３０】
制御回路３５０は、閾値に遭遇（合致）するまで固定周波数モードにとどまる。換言すれば、ＤＣ入力信号ＶＩＮが予め決められた電圧レベルを超えるか、または負荷の量が予め決められた量よりも低いときに、ラインＬＸ１及びＬＸ２上に同時のゼロ交差電圧を検出することにより共振周波数が追跡される。図５は、可変周波数モードで生じる種々の波形を示す図である。
【００３１】
図５を参照すると、制御回路３５０の動作周波数、または波形５１５によって表わされるＰＷＭ信号の周波数は、波形５１３によって表わされるランプ信号の充電及び放電期間によって未だ決定されるということが観察され得る。図４における波形４１３とは異なって、ランプ信号は、予め設定された高い閾値電圧ＶＩＮ／Ｎに対して充電されることができず、従って、動作周波数は、予め決められた高い及び低い閾値電圧、抵抗３８１の抵抗値及びコンデンサ３８３の容量によってはもはや決定されない。
【００３２】
実際、動作周波数並びにランプ信号の充電及び放電は、状況における波形５０７によって表わされる信号ＳＹＮＣの周波数によって決定される。信号ＳＹＮＣの周波数は、さらに、共振周波数に反映し、ラインＬＸ１及びＬＸ２のゼロ交差電圧を検出することによって取得される。波形５０３及び５０５によって示されるように、ラインＬＸ１及びＬＸ２上の双方の電圧が同時にゼロと交差するとき、パルスが波形５０７上にトリガされるであろう。図３を参照すると、パルスはフリップフロップ３７１をリセットし、該フリップフロップ３７１は、次に、放電スイッチ３７５をスイッチ・オンする。従って、ランプ信号の充電期間が直ちに終了して、予め設定された高い閾値電圧ＶＩＮ／Ｎに達する前に放電期間が始まる。結果として、動作周波数は、可変周波数モードにおける共振周波数によって決定される。高い閾値電圧ＶＩＮ／Ｎに達しないので、リセット信号ＲＳＴは、波形５０９によって示されるように一定レベルを維持する。さらに、波形５０１は、図３における変圧器３２９の一次巻線を通して流れる電流Ｉｐｒｉを示す。波形５１１は、フィードバック回路３４０によって与えられるフィードバック信号（ＦＢ）を表わす。ＦＢ信号はランプ信号と交差し、ＰＷＭ信号のデューティ・サイクルを決定する。
【００３３】
動作において、ＤＣ／ＡＣインバータは、表示装置（ディスプレイ・システム）に適用され得る。例えば、表示装置は、さらに、ディスプレイ・パネル、バックライトを提供するためにディスプレイ・パネルの後部に置かれた光源、及びそれに基づいてディスプレイ・パネル上に画像を表示するデータを発生するためにディスプレイ・パネルに接続される処理回路を含み得る。ＤＣ／ＡＣインバータは、光源を点火して作動させるための制御器として作用し得る。ＤＣ／ＡＣインバータは、外部のＤＣ電源からのＤＣ入力信号をＡＣ出力信号に変換して、次に、光源にＡＣ出力信号を提供するために光源に接続される。ＡＣ出力信号によって駆動されて、光源は点火されて、ディスプレイ・パネルから放射する光を発する。ＤＣ／ＡＣインバータは、ＡＣ出力信号の良好な波高率及び高い効率を達成するために、ＤＣ入力信号及び光源に従って、固定周波数モードまたは可変周波数モードのいずれかで動作し得る。良好な波高率は、光源の寿命を延ばすために好ましい。
【００３４】
ＤＣ入力信号が所定の電圧レベルを超えないとき、または光源として用いられるランプが所定の数を超えるとき、良好な波高率が保証され、そして、ＤＣ／ＡＣインバータは、高い効率を達成するために固定周波数モードで動作するであろう。ＤＣ入力信号が所定の電圧レベルを超えるとき、または光源として用いられるランプが所定数を超えるとき、ＤＣ／ＡＣインバータは、ＡＣ出力信号が良好な波高率を有するのを確実にするために可変周波数モードで動作するであろう。
【００３５】
ここで用いられてきた用語及び表現は、説明のために用いられ制限のために用いられたのではなく、このような用語及び表現を用いることにおいて、示されかつ説明された特徴の任意の等価物（またはその部分）を排除することを意図するものでは無く、特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることを認識されるべきである。他の変更、変形及び代替も可能である。従って、特許請求の範囲は、このような等価物のすべてを包括するよう意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来技術の“Ｂｕｃｋ／Ｒｏｇｅｒ”回路を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態によるＤＣ／ＡＣインバータを示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態によるＤＣ／ＡＣインバータを示す概略図である。
【図４】図３におけるＤＣ／ＡＣインバータが固定周波数モードで動作しているときに生ずる種々の波形を示す図である。
【図５】図３におけるＤＣ／ＡＣインバータが可変周波数モードで動作しているときに生ずる種々の波形を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
２００ ＤＣ／ＡＣインバータ
２１０ ＤＣ電源
２２０ 変換器回路
２３０ 負荷
２４０ フィードバック回路
２５０ 制御回路
２６０ 発振器
２７０ 検出器
２８０ ＲＣネットワーク
２９０ 共振回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電流（ＤＣ）から交流電流（ＡＣ）への変換回路に関し、特に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライトのためのＤＣ／ＡＣインバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＣＤパネルは、ビデオ・カメラ、自動車のナビゲーション・システム、ラップトップＰＣ、及び工業用機械のような、携帯電子装置から固定された場所のユニットまでの範囲に及ぶ種々の応用に用いられている。ＬＣＤパネルはそれ自体では光を発光することができず、光源によってバックから光をあてられ（バックライトされ）なければならない。最も一般的に用いられるバックライト光源は、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）である。しかしながら、ＣＣＦＬを点火（起動）して作動させるには高いＡＣ信号を必要とする。代表的には、点火電圧は、約１０００ボルトであり、作動電圧は、約５００ボルトである。ＤＣ電源、例えば再充電可能なバッテリ、からこのような高いＡＣ信号を発生するように、ＤＣ／ＡＣインバータは設計される。
【０００３】
所望の高いＡＣ信号を出力することに加えて、ＤＣ／ＡＣインバータは、また、ますます増加する効率、一層高い信頼性、サイズの縮小及びますます低い価格に対する進展しつつある需要に直面している。さらに、ＤＣ／ＡＣインバータは、ＲＦ放出を最小とするために並びにＣＣＦＬにおける最適な電流・光変換を提供するために望まれる純粋な正弦波形を有するＡＣ信号を出力することが期待されている。反対に、高い波高率を有する歪んだ正弦波形は、ＣＣＦＬの寿命を短くするであろう。波高率は、ピークのランプ電流の平均ランプ電流に対する比である。
【０００４】
動作周波数に関して、現在のＤＣ／ＡＣインバータは、固定された動作周波数及び可変動作周波数の２つのカテゴリに分けられ得る。固定された動作周波数を有するＤＣ／ＡＣインバータの例は、米国特許第５，６１９，４０２号明細書に開示されており、その全体において参照によりここに組み込まれる。この種のＤＣ／ＡＣインバータは、ＤＣ入力信号のレベル及び負荷条件に拘わらず、一定の動作周波数を有する。それ故、ＤＣ入力信号が比較的低く負荷が比較的重いときに、高い効率、信頼性及び低い電磁干渉の利点が得られるけれども、ＤＣ入力信号が比較的高く負荷が比較的低い時には、ランプ電流の一層高い波高率が存在するであろう。結果として、一層高い波高率がバックライト・ランプの寿命を短くし得る。
【０００５】
可変動作周波数を有するＤＣ／ＡＣインバータの代表的な例は、図１に示される“Ｂｕｃｋ／Ｒｏｙｅｒ”回路１００である。回路１００は、実質的に、ステップダウン・バック（ｂｕｃｋ）調整器１１０と、一体化されたステップアップ（昇圧）変圧器１２１を有する自己共振Ｒｏｙｅｒ発振器１２０との組み合わせである。ステップダウン・バック調整器１１０は、バッテリまたは電位ラインからの調整されてないＤＣ入力信号Ｖｄｃを、自己共振Ｒｏｙｅｒ発振器１２０の定格化された入力範囲内の安定電圧に変換する。自己共振Ｒｏｙｅｒ発振器１２０は、ステップアップ変圧器１２１、２つの電源スイッチ１２３及び１２５、共振コンデンサ１２７、ベース巻線１２９、バラスト（ｂａｌｌａｓｔ）・コンデンサ１３１並びにＰＷＭ制御器１３０から構成される。回路１００の動作周波数は、共振周波数に対応するように設定される。共振周波数は、さらに、ステップアップ変圧器１２１、共振コンデンサ１２７、ベース巻線１２９、バラスト・コンデンサ１３１並びにＣＣＦＬ負荷１４０から成る共振回路によって決定される。従って、動作周波数は、ＣＣＦＬ負荷の状態と共に動的に変化し、このような動作機構は可変動作モードと呼ばれる。
【０００６】
可変動作周波数を有するＤＣ／ＡＣインバータの幾つかの導出された形状（トポロジ）は、米国特許第５，４３０，６４１号、５，６１９，４０２号、５，６１５，０９３号、５，８１８，１７２号に見られ得る。これらの参考文献に開示されているＤＣ／ＡＣインバータによって与えられるＡＣ信号は、良好な波高率を有するけれども、これらの各々は、低い変換効率、２段の電力変換及び電磁干渉を被る。さらに、負荷が重いかまたは短絡状態かにあるとき、高い磁束密度が、ＤＣ／ＡＣインバータにおける変圧器に存在する。高い磁束密度に起因して変圧器は飽和され得、そして、ＤＣ／ＡＣインバータにおける構成要素が損傷され得る。
【特許文献１】米国特許第５，６１９，４０２号
【特許文献２】米国特許第５，４３０，６４１号
【特許文献３】米国特許第５，６１５，０９３号
【特許文献４】米国特許第５，８１８，１７２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、従来の固定された及び可変の周波数インバータにはそれらと関連する欠点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態においては、負荷を駆動するためのＤＣ・ＡＣインバータが提供される。該ＤＣ・ＡＣインバータは、ＤＣ入力電圧を供給するためのＤＣ電源と、ＤＣ電源に結合され、ＤＣ入力電圧を負荷を駆動するために用いられるＡＣ信号に変換する変換器回路と、変換器回路に結合され、ＡＣ信号の周波数を設定する制御回路と、を含む。制御回路は、さらに、ＤＣ・ＡＣインバータを一定の周波数モードで及び可変の周波数モードで動作させることができる。
【０００９】
もう１つの実施形態においては、直流電流信号を負荷を駆動するための交流電流信号に変換するための方法が提供される。該方法は、予め決められた閾値条件を設定するステップと、交流電流信号に対応する周波数が比較的一定の周波数に維持される固定周波数モードで動作させるステップと、交流電流信号に対応する周波数が共振回路に対応する共振周波数に従って変化される可変周波数モードで動作させるステップと、予め決められた閾値条件の関数として、固定周波数モード及び可変周波数モードにおける動作間で切り換えるステップと、を含む。
【００１０】
さらにもう１つの実施形態においては、システムが提供される。該システムは、ディスプレイと、ディスプレイに結合されてディスプレイから放射する光を供給する光源と、ディスプレイに結合されてディスプレイ上に表示されるべきデータを発生する処理ユニットと、光源に結合されて、一定の周波数モード及び共振モード間で最適な動作周波数を自動的に選択することができる制御器と、を含む。
【００１１】
本発明の利点は、添付図面と共に考慮されるべき例示的実施形態の以下の詳細の説明から明瞭となるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
さて、本発明の実施形態を詳細に参照する。本発明を実施形態と共に説明するけれども、これらの実施形態に本発明を制限することを意図しているものではないことを理解されたい。反対に、本発明は、特許請求の範囲によって限定される本発明の精神及び範囲に含まれ得る代替、変更並びに等価物を包摂するものと意図されている。
【００１３】
図２は、例示的なＤＣ／ＡＣインバータ２００のブロック図を示す。ＤＣ／ＡＣインバータ２００は、ＤＣ電源２１０からのＤＣ入力信号ＶＩＮを受信し、負荷２３０に高い出力信号ＶＯＵＴを提供する。ＤＣ電源２１０は、バッテリ、アダプタ、等であって良い。
【００１４】
負荷２３０は、代表的には、ＣＣＦＬのようなＬＣＤパネルをバックライトするための１つまたは複数の放電ランプである。ＤＣ／ＡＣインバータ２００は、主に、変換器回路２２０及び制御回路２５０から構成される。変換器回路２２０は、複数のスイッチと、ＤＣからＡＣへの信号変換を行うための変圧器とを含む。制御回路２５０は、調光制御信号を提供するために変換器回路２２０に接続される。変換器回路２２０における複数のスイッチの導通状態を制御することによって、調光制御信号は、ＡＣ出力信号ＶＯＵＴの大きさまたは周波数を調整し得、従って、負荷２３０の明るさを調整し得る。
【００１５】
さらに、最適な大きさ及び周波数を有するＡＣ出力信号を取得するために、制御回路２５０は、ＤＣ入力信号ＶＩＮのレベル及び負荷状態に従って、固定周波数モードまたは可変周波数モードのいずれかで自動的に動作し得る。ＤＣ入力信号が相対的に低いかまたは負荷が相対的に重いとき、一定の周波数を有するランプ信号（勾配信号）が制御回路２５０に提供され得、従って、制御回路２５０は、固定周波数モードで動作するであろう。ＤＣ入力信号が比較的重いかまたは負荷が比較的軽いとき、可変周波数を有するランプ信号が制御回路２５０に提供され得、従って、制御回路２５０は、可変周波数モードで動作するであろう。換言すれば、ＤＣ入力電圧及び負荷状態に従って閾値があらかじめ決定され得、従って、固定周波数モード及び可変周波数モード間の遷移は、閾値に遭遇（合致）したときに行われるであろう。
【００１６】
ランプ信号は、制御回路２５０に結合された発振器２６０によって提供され得る。発振器２６０は、さらに、可変周波数及び一定の周波数をそれぞれ決定する検出器２７０及びＲＣネットワーク２８０に結合される。検出器２７０は、電力列（パワートレイン）及び負荷２３０から構成される共振回路２９０の共振周波数を検出し、ここに、電力列（パワートレイン）は、変換器回路２２０における共振素子から成る。ＤＣ入力信号ＶＩＮが比較的高いかまたは負荷が比較的軽いとき、検出器２７０は、共振周波数を有する信号ＳＹＮＣを生成し、該信号ＳＹＮＣを、共振周波数を有するランプ信号を発生する発振器２６０に送る。この状況において、ランプ信号の周波数は可変であり、従って、制御回路２５０は可変周波数モードで動作する。結果において、ＡＣ出力信号の周波数は、共振周波数に従って変化される。ＤＣ入力信号が比較的低いかまたは負荷が比較的重いとき、検出器２７０によって生成される信号ＳＹＮＣは一定レベルを有し、このことは、制御回路２５０が固定周波数モードで動作するということを示す。この状況においては、ランプ信号の周波数は一定であり、ＲＣネットワーク２８０によって決定され、従って、制御回路２５０は、固定周波数モードで動作する。結果において、ＡＣ出力信号の周波数は、ＲＣネットワーク２８０によって決定される一定周波数に設定される。
【００１７】
さらに、ＤＣ／ＡＣインバータ２００は、負荷２３０の明るさに渡って厳格な制御を持たせるために、閉ループ機構を用いる。閉ループ機構を実現するために、制御回路２５０と負荷２３０との間にフィードバック回路２４０が結合され、負荷２３０を通って流れる電流を感知する。さらに、フィードバック回路２４０は、また、回路保護のために電圧フィードバックをも含む。
【００１８】
図３は、ＤＣ／ＡＣインバータの例示的な概略図３００を示す。図３を参照すると、回路３００は、ＤＣ電源３１０、変換器回路３２０、負荷３３０、フィードバック回路３４０、制御回路３５０、発振器３６０、検出器３７０及びＲＣネットワーク３８０から成る。ＤＣ入力信号ＶＩＮを提供するためのＤＣ電源３１０は、バッテリ３０１で構成される。変換器回路３２０は、複数のスイッチ３２１、３２３、３２５及び３２７と、変圧器３２９と、コンデンサ３３１及び３３３とから構成される。複数のスイッチは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）から構成され得、対角線対のスイッチとして配列され得る。図３に示されるように、スイッチ３２１及び３２３は、ＤＣ入力信号ＶＩＮ及び接地間に直列に接続され、双方のスイッチの接続点ノードは、変圧器３２９の１つの端子に接続される。スイッチ３２５及び３２７は、ＤＣ入力信号ＶＩＮ及び接地間に直列に接続され、双方のスイッチの接続点ノードは、変圧器３２９の他方の端子に接続される。スイッチの対角線対は、ＤＣ入力信号ＶＩＮと変圧器３２９との間の交互導通経路を限定する。交互導通経路を通して行くことにより、ＤＣ入力信号ＶＩＮは、中間のＡＣ信号に変換される。中間のＡＣ信号は、次に、変圧器３２９により高いＡＣ出力信号ＶＯＵＴに昇圧される。
【００１９】
前述したように、複数のスイッチの導通状態を制御することによって、制御回路３５０は、ＡＣ出力信号ＶＯＵＴの大きさまたは周波数を調節し得る。複数のスイッチの導通状態は、ここでは、制御回路３５０からの駆動信号ＤＲＶ１〜ＤＲＶ４によって制御される。制御回路２５０は、さらに、ランプ信号を受信するために発振器３６０に接続され、そして、フィードバック信号（ＦＢ）を受信するためにフィードバック回路２４０に接続される。ランプ信号及びフィードバック信号に基づいて、制御回路３５０は駆動信号を発生する。
【００２０】
図３を参照すると、制御回路３５０は、比較器３５１、パルス幅変調された（ＰＷＭ）選択器３５３、ブレイク・ビフォー・メイク（ＢＢＭ）回路３５５及び３５７、並びに駆動回路３５９、３６１、３６３及び３６５から成っていて良い。比較器３５１は、ランプ信号をフィードバック信号と比較することによりＰＭＷ信号を発生する。異なった動作エッジを限定することにより、例えば、それぞれ立ち下がりエッジ及び立ち上がりエッジを限定することにより、ＰＷＭ選択器３５３は、ＰＷＭ信号から２つのＰＷＭ信号ＰＷＭ１及びＰＷＭ２を導出する。ＰＷＭ信号ＰＷＭ１及びＰＷＭ２は、次に、それぞれＢＢＭ回路３５５及び３５７に送られる。各ＢＢＭ回路において、入力されたＰＷＭ信号は、さらに、２つの相補信号に変換される。各相補信号は、さらに、駆動回路３５９、３６１、３６３及び３６５の１つによって駆動信号に変換される。図３に示されるように、駆動回路３５９は、駆動信号ＤＲＶ１を発生してそれをスイッチ３２１に送り、駆動回路３６１は、駆動信号ＤＲＶ２を発生してそれをスイッチ３２３に送り、駆動回路３６３は、駆動信号ＤＲＶ３を発生してそれをスイッチ３２５に送り、そして、駆動回路３６７は、駆動信号ＤＲＶ４を発生してそれをスイッチ３２７に送る。ＢＢＭ回路３５５のために、スイッチ３２１及び３２３は、同時にターン・オンされないのを確実にされている。同様に、ＢＢＭ回路３５７のために、スイッチ３２５及び３２７は、同時にターン・オンされないのを確実にされている。さらに、制御回路３５０に与えられるランプ信号を制御することによって、制御回路３５０は、固定周波数モードまたは可変周波数モードのいずれかで動作することができる。結果において、ＤＣ／ＡＣインバータは、負荷３３０に最適な大きさ及び周波数を有する正弦波形を出力することを確実にされる。
【００２１】
ランプ信号は、発振器３６０、ＲＣネットワーク３８０、及び検出器３７０の組み合わせによって制御される。ＲＣネットワーク３８０は、ＤＣ入力信号ＶＩＮ及び接地間に直列に接続される抵抗３８１及びコンデンサ３８３から構成される。
【００２２】
検出器３７０は、ＡＮＤゲート３９１、比較器３９３、第１のエッジ・トリガされるフリップフロップ３９５、第２のエッジ・トリガされるフリップフロップ３９７、及びＯＲゲート３９９から構成される。比較器３９３の非反転端子は、ラインＬＸ１を介してスイッチ３２１及び３２３の接続点ノードに接続され、そして比較器３９３の反転端子は、ラインＬＸ２を介してスイッチ３２５及び３２７の接続点ノードに接続される。比較器３９３の出力端子は、双方のエッジ・トリガされるフリップフロップ３９５及び３９７に接続される。エッジ・トリガされるフリップフロップ３９５及び３９７の出力は、ＯＲゲート３９９の入力に供給される。最後に、ＯＲゲート３９９は、信号ＳＹＮＣを出力する。動作において、対角線対のスイッチのゼロ交差電流を検出することにより、検出器３７０は、変換器回路３２０及び負荷３３０における共振素子によって決定される共振周波数を追跡することを試みる。対角線対のスイッチの電流は、ラインＬＸ１及びＬＸ２上の電圧によって示される。ゼロ交差電流が検出されたならば、共振周波数が追跡され、従って、信号ＳＹＮＣは共振周波数における方形波形を示し、このことは、また、可変周波数モードが選択されたということを意味する。ゼロ交差電流が検出されないならば、共振周波数は追跡されず、従って、信号ＳＹＮＣは一定のレベルを有し、このことは、また、固定周波数モードが選択されたということを意味する。
【００２３】
さらに、比較器３９３は、双方のスイッチ３２３及び３２７がターン・オンされた場合にのみゼロ交差電流を検出し、それにより、ＡＮＤゲート３９１は、駆動信号ＤＲＶ２及びＤＲＶ４のＡＮＤ動作を行って、次に、比較器３９３のための可能化信号を生成するように適合される。可能化信号に基づいて、双方のスイッチ３２３及び３２７がターン・オンされたときにゼロ交差電流が検出されるということが確実にされる。さらに、エッジ・トリガされるフリップフロップ３９５及び３９７は、前述した動作エッジを限定するようＰＷＭ選択器３５３に接続される。
【００２４】
発振器３６０は、接続点ノード３８５においてＲＣネットワーク３８０内の抵抗３８１及びコンデンサ３８３に接続され、ここで、ランプ信号が発生される。発振器３６０は、さらに、信号ＳＹＮＣを受信するために検出器３７０におけるＯＲゲート３９９の出力端子に接続される。図３に示されるように、発振器３６０は、第１の比較器３６７、第２の比較器３７９、フリップフロップ３７１、ＯＲゲート３７３及び放電スイッチ３７５から構成され得る。第１の比較器３６７及び第２の比較器３６９は、電圧比較器を形成する。第１の比較器３６７の非反転端子は、低い閾値電圧、例えば、５０ｍｖを受信する。第２の比較器３６９の反転端子は、高い閾値電圧ＶＩＮ／Ｎを受信し、ここで、用語Ｎは整数であり得る。第１の比較器３６７の反転端子及び第２の比較器３６９の非反転端子はランプ信号を受信するために接続点ノード３８５に接続される。ランプ信号と高い及び低い閾値電圧との間の比較結果に依存して、セット信号（ＳＴ）が、第１の比較器３６７の出力端子からフリップフロップ３７１のセット端子（Ｓ）に出力され、そして、リセット信号（ＲＳＴ）が第２の比較器３６９の出力端子からＯＲゲート３７３に出力される。一方、ＯＲゲート３７３は、検出器３７０から信号ＳＹＮＣを受信する。ＯＲゲート３７３の出力端子は、フリップフロップ３７１のリセット端子（Ｒ）に接続される。フリップフロップ３７１の出力は、スイッチ３７５の導通状態を制御するために用いられる。スイッチ３７５は、接続点ノード３８５と接地との間に接続される。
【００２５】
ＤＣ入力電圧ＶＩＮ及び負荷状態に従って、接続点ノード３８５において発生されるランプ信号（ｒａｍｐ ｓｉｇｎａｌ）は、一定の周波数または可変の周波数のいずれかを有する。一定の周波数は、ＲＣネットワーク３８０におけるコンデンサ３８３の容量及び抵抗３８１の抵抗値によって決定される。可変周波数は、検出器３７０によって追跡される共振周波数に等しい。ランプ信号に依存して、制御回路３５０は、固定周波数モードまたは可変周波数モードのいずれかで動作する。
【００２６】
さらに、フィードバック回路３４０は、負荷３３０を通って流れる電流を感知する一般的に用いられる任意の回路から構成され得るということを当業者は認識するであろう。フィードバック作用は本発明にとって意味有るほどに関連していないということを考慮して、フィードバック回路３４０の詳細説明はここでは簡略化のために省略する。ここで説明されるトポロジに加えて、変換器回路３２０は、ハーフブリッジ・トポロジ及びプッシュプル・トポロジのような他のよく知られたトポロジで構成され得ること、並びに制御回路３５０は、変換器回路３２０におけるスイッチを駆動するために対応の構成を採用することも当業者には認識されるであろう。種々の構成に対して、制御回路３５０は、本発明に従って固定周波数モードまたは可変周波数モードのいずれかで自動的に動作し得る。
【００２７】
図４及び５を参照して、図３におけるＤＣ／ＡＣインバータの動作を詳細に示す。ＤＣ入力信号ＶＩＮ及び負荷状態を考慮した閾値が予め決められていると仮定すると、該閾値に遭遇（合致）しておらず、そしてＤＣ入力信号ＶＩＮが所定の電圧レベルを超えていないかまたは負荷量が所定の量よりも高いとき、制御回路３５０は固定周波数モードで動作する。図４は固定周波数モードで生じる種々の波形を示す図である。
【００２８】
図４を参照すると、制御回路３５０の動作周波数、または波形４１５によって表わされるＰＷＭ信号の周波数は、波形４１３によって表わされるランプ信号の充電及び放電期間によって決定されるということが観察され得る。ランプ信号が低い閾値電圧、例えば、５０ｍＶまで降下したとき、セット信号ＳＴがトリガされ、従って、放電スイッチ３７５がターン・オフされる。ランプ信号の放電期間が終了して、ランプ信号の充電期間が始まる。ランプ信号が高い閾値電圧、ＶＩＮ／Ｎ、まで上昇したとき、波形４０７によって表わされるリセット信号ＲＳＴがトリガされ、従って、放電スイッチ３７５がターン・オンされる。ランプ信号の充電期間が終了して、ランプ信号の放電期間が始まる。充電及び放電速度は、ＲＣネットワーク３８０における抵抗３８１及びコンデンサ３８３によって決定されることが当業者には認識されるであろう。従って、動作周波数並びにランプ信号の充電及び放電期間は、予め決められた高い及び低い閾値電圧、抵抗３８１の抵抗値及びコンデンサ３８３の容量によって決定される。
【００２９】
一定の周波数によって支配されて、対角線対のスイッチは、同時にはゼロ交差電流を有さず、このことは、波形４０３及び４０５によって示されている。波形４０３及び４０５は、それぞれラインＬＸ１及びＬＸ２上の電圧を示す。これらの電圧は、対角線対のスイッチの電流の流れを示し得、従って、波形４０３及び４０５上のゼロ電圧交差は、対角線対のスイッチのゼロ電流交差を示す。波形４０３及び４０５から観察されるように、ゼロ交差電流は、対角線対のスイッチ上に同時には生じない。同時のゼロ交差電流無しで、信号ＳＹＮＣは、波形４０７によって表わされるように一定レベルを有するであろう。さらに、波形４０１は、図３における変圧器３２９の一次巻線を通して流れる電流Ｉｐｒｉを示す。波形４１１は、フィードバック回路３４０によって提供されるフィードバック信号（ＦＢ）を表わす。フィードバック信号はランプ信号と交差し、ＰＷＭ信号のデューティ・サイクルを決定する。
【００３０】
制御回路３５０は、閾値に遭遇（合致）するまで固定周波数モードにとどまる。換言すれば、ＤＣ入力信号ＶＩＮが予め決められた電圧レベルを超えるか、または負荷の量が予め決められた量よりも低いときに、ラインＬＸ１及びＬＸ２上に同時のゼロ交差電圧を検出することにより共振周波数が追跡される。図５は、可変周波数モードで生じる種々の波形を示す図である。
【００３１】
図５を参照すると、制御回路３５０の動作周波数、または波形５１５によって表わされるＰＷＭ信号の周波数は、波形５１３によって表わされるランプ信号の充電及び放電期間によって未だ決定されるということが観察され得る。図４における波形４１３とは異なって、ランプ信号は、予め設定された高い閾値電圧ＶＩＮ／Ｎに対して充電されることができず、従って、動作周波数は、予め決められた高い及び低い閾値電圧、抵抗３８１の抵抗値及びコンデンサ３８３の容量によってはもはや決定されない。
【００３２】
実際、動作周波数並びにランプ信号の充電及び放電は、状況における波形５０７によって表わされる信号ＳＹＮＣの周波数によって決定される。信号ＳＹＮＣの周波数は、さらに、共振周波数に反映し、ラインＬＸ１及びＬＸ２のゼロ交差電圧を検出することによって取得される。波形５０３及び５０５によって示されるように、ラインＬＸ１及びＬＸ２上の双方の電圧が同時にゼロと交差するとき、パルスが波形５０７上にトリガされるであろう。図３を参照すると、パルスはフリップフロップ３７１をリセットし、該フリップフロップ３７１は、次に、放電スイッチ３７５をスイッチ・オンする。従って、ランプ信号の充電期間が直ちに終了して、予め設定された高い閾値電圧ＶＩＮ／Ｎに達する前に放電期間が始まる。結果として、動作周波数は、可変周波数モードにおける共振周波数によって決定される。高い閾値電圧ＶＩＮ／Ｎに達しないので、リセット信号ＲＳＴは、波形５０９によって示されるように一定レベルを維持する。さらに、波形５０１は、図３における変圧器３２９の一次巻線を通して流れる電流Ｉｐｒｉを示す。波形５１１は、フィードバック回路３４０によって与えられるフィードバック信号（ＦＢ）を表わす。ＦＢ信号はランプ信号と交差し、ＰＷＭ信号のデューティ・サイクルを決定する。
【００３３】
動作において、ＤＣ／ＡＣインバータは、表示装置（ディスプレイ・システム）に適用され得る。例えば、表示装置は、さらに、ディスプレイ・パネル、バックライトを提供するためにディスプレイ・パネルの後部に置かれた光源、及びそれに基づいてディスプレイ・パネル上に画像を表示するデータを発生するためにディスプレイ・パネルに接続される処理回路を含み得る。ＤＣ／ＡＣインバータは、光源を点火して作動させるための制御器として作用し得る。ＤＣ／ＡＣインバータは、外部のＤＣ電源からのＤＣ入力信号をＡＣ出力信号に変換して、次に、光源にＡＣ出力信号を提供するために光源に接続される。ＡＣ出力信号によって駆動されて、光源は点火されて、ディスプレイ・パネルから放射する光を発する。ＤＣ／ＡＣインバータは、ＡＣ出力信号の良好な波高率及び高い効率を達成するために、ＤＣ入力信号及び光源に従って、固定周波数モードまたは可変周波数モードのいずれかで動作し得る。良好な波高率は、光源の寿命を延ばすために好ましい。
【００３４】
ＤＣ入力信号が所定の電圧レベルを超えないとき、または光源として用いられるランプが所定の数を超えるとき、良好な波高率が保証され、そして、ＤＣ／ＡＣインバータは、高い効率を達成するために固定周波数モードで動作するであろう。ＤＣ入力信号が所定の電圧レベルを超えるとき、または光源として用いられるランプが所定数を超えるとき、ＤＣ／ＡＣインバータは、ＡＣ出力信号が良好な波高率を有するのを確実にするために可変周波数モードで動作するであろう。
【００３５】
ここで用いられてきた用語及び表現は、説明のために用いられ制限のために用いられたのではなく、このような用語及び表現を用いることにおいて、示されかつ説明された特徴の任意の等価物（またはその部分）を排除することを意図するものでは無く、特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることを認識されるべきである。他の変更、変形及び代替も可能である。従って、特許請求の範囲は、このような等価物のすべてを包括するよう意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来技術の“Ｂｕｃｋ／Ｒｏｇｅｒ”回路を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態によるＤＣ／ＡＣインバータを示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態によるＤＣ／ＡＣインバータを示す概略図である。
【図４】図３におけるＤＣ／ＡＣインバータが固定周波数モードで動作しているときに生ずる種々の波形を示す図である。
【図５】図３におけるＤＣ／ＡＣインバータが可変周波数モードで動作しているときに生ずる種々の波形を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
２００ ＤＣ／ＡＣインバータ
２１０ ＤＣ電源
２２０ 変換器回路
２３０ 負荷
２４０ フィードバック回路
２５０ 制御回路
２６０ 発振器
２７０ 検出器
２８０ ＲＣネットワーク
２９０ 共振回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を駆動するためのＤＣ・ＡＣインバータであって、
ＤＣ入力電圧を供給するためのＤＣ電源と、
ＤＣ電源に結合され、ＤＣ入力電圧を負荷を駆動するために用いられるＡＣ信号に変換する変換器回路と、
変換器回路に結合され、ＡＣ信号の周波数を設定する制御回路と、
を備え、制御回路は、ＤＣ・ＡＣインバータを一定の周波数モードで及び可変の周波数モードで動作させることができるＤＣ・ＡＣインバータ。
【請求項２】
制御回路に結合される抵抗と、
制御回路に結合されるコンデンサと、
制御回路に結合される発振器と、
をさらに備え、発振器は、抵抗の抵抗値及びコンデンサの容量に従って一定の周波数モードで動作しているとき、ＡＣ信号の周波数を比較的一定の周波数に設定する請求項１に記載のＤＣ・ＡＣインバータ。
【請求項３】
共振周波数を有する制御回路に結合される共振回路をさらに備え、制御回路が可変周波数モードで、ＤＣ・ＡＣインバータを動作させているときに、ＡＣ信号の周波数が共振回路の共振周波数に対応するよう設定される請求項１に記載のＤＣ・ＡＣインバータ。
【請求項４】
共振回路は、変圧器を有する電力列を備え、また、負荷を備える請求項３に記載のＤＣ・ＡＣインバータ。
【請求項５】
制御回路に結合されて、予め決められた閾値に遭遇（合致）したときを決定する検出器をさらに備え、閾値に遭遇（合致）したとき、制御回路は、一定の周波数モードにおける動作から可変周波数モードにおける動作に変化する請求項１に記載のＤＣ・ＡＣインバータ。
【請求項６】
予め決められた閾値は特定の電圧を含み、入力電圧が該特定の電圧を超えたとき、制御回路は、可変周波数モードでＤＣ・ＡＣインバータを動作させ、入力電圧が特定の電圧を超えないとき、制御回路は、一定の周波数モードでＤＣ・ＡＣインバータを動作させる請求項５に記載のＤＣ・ＡＣインバータ。
【請求項７】
予め決められた閾値は負荷状態を含み、負荷状態に遭遇したとき、制御回路は、ＤＣ・ＡＣインバータを一定の周波数モードで動作させ、負荷状態に遭遇しないとき、制御回路は、ＤＣ・ＡＣインバータを可変周波数モードで動作させる請求項５に記載のＤＣ・ＡＣインバータ。
【請求項８】
一定の周波数モードでＤＣ・ＡＣインバータを動作させる制御回路は、全効率を改善し、可変周波数モードでＤＣ・ＡＣインバータを動作させる制御回路は、全波形の波高率を改善する請求項１に記載のＤＣ・ＡＣインバータ。
【請求項９】
制御回路は、負荷の状態及び入力ＤＣ電圧の関数として一定の周波数モードまたは可変の周波数モードのいずれかで動作する請求項１に記載のＤＣ・ＡＣインバータ。
【請求項１０】
負荷は、ＬＣＤディスプレイをバックライトするために用いられる光源を含む請求項１に記載のＤＣ・ＡＣインバータ。
【請求項１１】
直流電流信号を負荷を駆動するための交流電流信号に変換するための方法であって、
予め決められた閾値条件を設定するステップと、
交流電流信号に対応する周波数が比較的一定の周波数に維持される固定周波数モードで動作させるステップと、
交流電流信号に対応する周波数が共振回路に対応する共振周波数に従って変化される可変周波数モードで動作させるステップと、
予め決められた閾値条件の関数として、固定周波数モード及び可変周波数モードにおける動作間で切り換えるステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
交流電流信号の周波数を、固定周波数モードで動作しているときに抵抗及びコンデンサによって決定される比較的一定の周波数に設定するステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
可変周波数動作で動作しているときに、共振回路の共振周波数を追跡するよう交流電流信号の周波数を変化させるステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
予め決められた閾値条件は、入力ＤＣ電圧を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
予め決められた閾値条件は、負荷状態を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
高められた効率及び信頼性のために、固定周波数モードで動作させるステップと、
高められた波形の波高率ために、可変周波数モードで動作させるステップと、
をさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
負荷は光源を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
ディスプレイと、
ディスプレイに結合されてディスプレイから放射する光を供給する光源と、
ディスプレイに結合されてディスプレイ上に表示されるべきデータを発生する処理ユニットと、
光源に結合されて、一定の周波数モード及び共振モード間で最適な動作周波数を自動的に選択することができる制御器と、
を備えたシステム。
【請求項１９】
制御器は、入力電圧が予め決められた値より小さいときに、一定の周波数モードを選択し、制御器は、負荷状態を超えたときに、一定の周波数モードを選択する請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
制御器は、入力電圧が予め決められた値を超えたときに、共振モードを選択し、制御器は、負荷状態を超えたときに、共振モードを選択する請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
共振モードは、システム内の共振回路素子の共振周波数と同期するよう変えられているＡＣ信号の周波数に帰結する請求項１８に記載のシステム。
【請求項１】
負荷を駆動するためのＤＣ・ＡＣインバータであって、
ＤＣ入力電圧を供給するためのＤＣ電源と、
ＤＣ電源に結合され、ＤＣ入力電圧を負荷を駆動するために用いられるＡＣ信号に変換する変換器回路と、
変換器回路に結合され、ＡＣ信号の周波数を設定する制御回路と、
を備え、制御回路は、ＤＣ・ＡＣインバータを一定の周波数モードで及び可変の周波数モードで動作させることができるＤＣ・ＡＣインバータ。
【請求項２】
制御回路に結合される抵抗と、
制御回路に結合されるコンデンサと、
制御回路に結合される発振器と、
をさらに備え、発振器は、抵抗の抵抗値及びコンデンサの容量に従って一定の周波数モードで動作しているとき、ＡＣ信号の周波数を比較的一定の周波数に設定する請求項１に記載のＤＣ・ＡＣインバータ。
【請求項３】
共振周波数を有する制御回路に結合される共振回路をさらに備え、制御回路が可変周波数モードで、ＤＣ・ＡＣインバータを動作させているときに、ＡＣ信号の周波数が共振回路の共振周波数に対応するよう設定される請求項１に記載のＤＣ・ＡＣインバータ。
【請求項４】
共振回路は、変圧器を有する電力列を備え、また、負荷を備える請求項３に記載のＤＣ・ＡＣインバータ。
【請求項５】
制御回路に結合されて、予め決められた閾値に遭遇（合致）したときを決定する検出器をさらに備え、閾値に遭遇（合致）したとき、制御回路は、一定の周波数モードにおける動作から可変周波数モードにおける動作に変化する請求項１に記載のＤＣ・ＡＣインバータ。
【請求項６】
予め決められた閾値は特定の電圧を含み、入力電圧が該特定の電圧を超えたとき、制御回路は、可変周波数モードでＤＣ・ＡＣインバータを動作させ、入力電圧が特定の電圧を超えないとき、制御回路は、一定の周波数モードでＤＣ・ＡＣインバータを動作させる請求項５に記載のＤＣ・ＡＣインバータ。
【請求項７】
予め決められた閾値は負荷状態を含み、負荷状態に遭遇したとき、制御回路は、ＤＣ・ＡＣインバータを一定の周波数モードで動作させ、負荷状態に遭遇しないとき、制御回路は、ＤＣ・ＡＣインバータを可変周波数モードで動作させる請求項５に記載のＤＣ・ＡＣインバータ。
【請求項８】
一定の周波数モードでＤＣ・ＡＣインバータを動作させる制御回路は、全効率を改善し、可変周波数モードでＤＣ・ＡＣインバータを動作させる制御回路は、全波形の波高率を改善する請求項１に記載のＤＣ・ＡＣインバータ。
【請求項９】
制御回路は、負荷の状態及び入力ＤＣ電圧の関数として一定の周波数モードまたは可変の周波数モードのいずれかで動作する請求項１に記載のＤＣ・ＡＣインバータ。
【請求項１０】
負荷は、ＬＣＤディスプレイをバックライトするために用いられる光源を含む請求項１に記載のＤＣ・ＡＣインバータ。
【請求項１１】
直流電流信号を負荷を駆動するための交流電流信号に変換するための方法であって、
予め決められた閾値条件を設定するステップと、
交流電流信号に対応する周波数が比較的一定の周波数に維持される固定周波数モードで動作させるステップと、
交流電流信号に対応する周波数が共振回路に対応する共振周波数に従って変化される可変周波数モードで動作させるステップと、
予め決められた閾値条件の関数として、固定周波数モード及び可変周波数モードにおける動作間で切り換えるステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
交流電流信号の周波数を、固定周波数モードで動作しているときに抵抗及びコンデンサによって決定される比較的一定の周波数に設定するステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
可変周波数動作で動作しているときに、共振回路の共振周波数を追跡するよう交流電流信号の周波数を変化させるステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
予め決められた閾値条件は、入力ＤＣ電圧を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
予め決められた閾値条件は、負荷状態を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
高められた効率及び信頼性のために、固定周波数モードで動作させるステップと、
高められた波形の波高率ために、可変周波数モードで動作させるステップと、
をさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
負荷は光源を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
ディスプレイと、
ディスプレイに結合されてディスプレイから放射する光を供給する光源と、
ディスプレイに結合されてディスプレイ上に表示されるべきデータを発生する処理ユニットと、
光源に結合されて、一定の周波数モード及び共振モード間で最適な動作周波数を自動的に選択することができる制御器と、
を備えたシステム。
【請求項１９】
制御器は、入力電圧が予め決められた値より小さいときに、一定の周波数モードを選択し、制御器は、負荷状態を超えたときに、一定の周波数モードを選択する請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
制御器は、入力電圧が予め決められた値を超えたときに、共振モードを選択し、制御器は、負荷状態を超えたときに、共振モードを選択する請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
共振モードは、システム内の共振回路素子の共振周波数と同期するよう変えられているＡＣ信号の周波数に帰結する請求項１８に記載のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１４８５４０（Ｐ２００８−１４８５４０Ａ）
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８２２１１（Ｐ２００７−８２２１１）
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（５００５２１８４３）オーツー マイクロ， インコーポレーテッド (138)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（５００５２１８４３）オーツー マイクロ， インコーポレーテッド (138)
【Ｆターム（参考）】
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