蛍光管用高周波昇圧トランス
【課題】 液晶表示パネルのバックライトとして用いられる並列配置された複数の蛍光管を点灯させるための蛍光管用高周波昇圧トランスを提供する。
【解決手段】
本発明は、ひとつの主磁気回路ループに入力用の一次コイル２１と出力用の複数の二次コイル２２を巻き回し、放電開始電圧にバラツキのある蛍光管４０を並列点灯させ、さらには放電開始電圧と点灯電圧の電圧差を吸収するためにそれぞれの二次コイル２２に分流用磁性体２６、２７，２８を取り付けたことを特徴とする蛍光管用高周波昇圧トランス１３である。この分流用磁性体２６、２７，２８の付加により、等価的に各出力に直列に発生する分流磁束インダクタンスにより放電開始電圧と点灯電圧の差を吸収するとともに、簡素な構成で多数本の並列点灯、各出力間の電流バラツキの低減を実現するものである。
【解決手段】
本発明は、ひとつの主磁気回路ループに入力用の一次コイル２１と出力用の複数の二次コイル２２を巻き回し、放電開始電圧にバラツキのある蛍光管４０を並列点灯させ、さらには放電開始電圧と点灯電圧の電圧差を吸収するためにそれぞれの二次コイル２２に分流用磁性体２６、２７，２８を取り付けたことを特徴とする蛍光管用高周波昇圧トランス１３である。この分流用磁性体２６、２７，２８の付加により、等価的に各出力に直列に発生する分流磁束インダクタンスにより放電開始電圧と点灯電圧の差を吸収するとともに、簡素な構成で多数本の並列点灯、各出力間の電流バラツキの低減を実現するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は液晶表示パネルのバックライトとして用いられる並列配置された複数の蛍光管を点灯させるための蛍光管用高周波昇圧トランスに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の大画面液晶表示パネルでは、バックライト用として多数の蛍光管がパネル背面に並列配置されている。これらの蛍光管を高周波、高電圧で点灯するための蛍光管用高周波昇圧トランスも複数個必要とされ、実装面積の増加、信頼性の低下、並列配置された蛍光管の電流バラツキによる輝度ムラの発生、あるいは電流バラツキを低減するためにバランス回路などを付け加えることによる点灯回路の複雑化などの問題を抱えている。
【０００３】
液晶表示パネルのバックライト用として用いられる蛍光管を放電、点灯させるためには、通常1500Ｖrmsから3000Ｖrmsの高周波の高電圧を印加し放電状態に持ち込む必要がある。蛍光管は放電開始後、管の電圧が放電開始電圧の１／２から１／３に低下し点灯状態に入る。複数の蛍光管を並列に接続し点灯させる場合、印加電圧を徐々に上げていくと、それぞれの蛍光管の放電開始電圧にバラツキがあるため、並列接続された複数の蛍光管のうち最も放電開始電圧が低い蛍光管が放電を開始し、点灯状態に入る。そのとき、並列接続された複数の蛍光管の接続点の電圧は、すでに点灯状態にある蛍光管の点灯電圧まで低下しているために、残りの蛍光管は放電を開始できず、点灯状態に入ることができない。すなわち、並列に接続された蛍光管の点灯においては、点灯電圧が一番低い蛍光管のみが点灯し、残りの蛍光管は点灯できないという現象が生じる。
【０００４】
先ず、液晶表示パネルのバックライト蛍光管の並列点灯用に用いられる蛍光管用高周波昇圧トランスの概要について述べる。図１０は従来の複数蛍光管点灯回路の一例を示す図である。図１０において、直流入力電圧１１Dを高周波、高電圧に変換するインバータ回路１２に印加し、インバータ回路１２の２次側の交流出力を蛍光管用高周波昇圧トランス１３の一次側巻線２１に印加し、蛍光管用高周波昇圧トランス１３の２次側巻線２２の出力電圧をインピーダンス１４を介して複数の蛍光管４０に印加する。以下に、この従来の複数蛍光管点灯回路について詳細に説明する。
【０００５】
（１）電流制限インピーダンス
蛍光管の電流電圧特性の一例を図１１に示す。図１１において、蛍光管４０に印加される電圧を徐々に上げてゆくと、放電開始電圧VMを超えたところで蛍光管が放電状態となり、電源との間に入った制限抵抗による負荷直線との交点Pを動作点として点灯状態となる。この放電開始電圧VMと点灯電圧Ｖ０の電圧差を吸収するために、蛍光管と電源の間に電流制限用インピーダンスを挿入する必要がある。この電流制限用インピーダンスには、電力損失を避けるため、通常、コンデンサあるいはインダクタなどのリアクタンス素子が用いられる。複数蛍光管点灯回路としては、リアクタンス素子としてコンデンサを用いたバラストコンデンサ方式と、リアクタンス素子として蛍光管用高周波昇圧トランスの一次コイル、二次コイル間の漏れ磁束を利用して、等価的に二次コイル出力に直列に現れる漏洩磁束インダクタンスを用いた漏洩磁束インダクタンス方式とがある。
【０００６】
（２）放電開始電圧のバラツキ
蛍光管の放電開始電圧は管ごとにバラツキがあり、複数の蛍光管を並列に接続し電流制限インピーダンスを共通にして電圧を徐々に上げて行くと、先ず放電開始電圧ＶＭの最も低い蛍光管が点灯する。そのときに蛍光管の並列接続点の電圧は点灯電圧Ｖ０まで低下するため、他の蛍光管は点灯状態に入ることが出来ない。従って、蛍光管の並列点灯のためには、図１０に示すように、それぞれの蛍光管ごとに電流制限インピーダンスを入れる必要がある。
【０００７】
（３）並列配置された蛍光管の点灯電流バラツキ
並列配置された蛍光管ごとに電流のバラツキがあると、バックライトとして明暗の輝度ムラが生じるため、管に流れる電流バラツキを極力抑えなければならない。
【０００８】
以下に、現在、主に用いられている液晶表示パネルのバックライト用蛍光管の並列点灯方式であるバラストコンデンサ方式および漏洩磁束インダクタンス方式について説明しそれらの問題に触れる。
【０００９】
図１２は、並列点灯用バラストコンデンサ方式の基本回路を示す図である。図１２に示すように、この並列点灯用バラストコンデンサ方式は、直流入力電圧１１Ｄを高周波、高電圧に変換するインバータ回路１２、蛍光管用高周波昇圧トランス１３、複数の蛍光管４０、および蛍光管用高周波昇圧トランス１３と各蛍光管４０間に電流制限素子として挿入されたバラストコンデンサ１５から構成される。蛍光管用高周波昇圧トランス１３の出力電圧は蛍光管の放電開始電圧のバラツキの最大値よりも高い電圧に設定される。蛍光管の点灯状態における等価抵抗をRとすると、インバータ回路の出力正弦波電圧の周波数をｆ、コンデンサ容量をＣ、蛍光管用高周波昇圧トランスの出力電圧をＶｏとして蛍光管に流れる電流Iは
Ｉ＝2πf・Ｃ・Ｖｏ／√｛(2πf・Ｃ・Ｒ)2＋1｝
で与えられる。
【００１０】
バラストコンデンサ容量１５と蛍光管電流Ｉの関係をｆ＝50ＫＨｚ，Ｒ＝50ＫΩ、
Ｖｏ＝2000Ｖとして計算した結果を図１３に示す。バラストコンデンサとして用いられる高耐圧のコンデンサの容量バラツキは通常±10％あるため、図１３よりこの時の電流のバラツキとして約±10％が予測される。蛍光管の電力は電流の二乗に比例するため、蛍光管電力バラツキとしては約±20％となり、バックライトに輝度ムラが発生し実用上好ましくない。また、この方式では蛍光管用高周波昇圧トランスの出力電圧が、常に蛍光管の放電開始電圧よりも高い電圧を出力しているため、放電開始後蛍光管用高周波昇圧トランスの出力電圧が放電開始電圧の１／２から１／３となる点灯電圧まで低下する漏洩磁束インダクタンス方式、あるいは本発明による方式と比較して、耐電圧確保のため蛍光管用高周波昇圧トランスの小型化が難しいという問題もある。
【００１１】
図１４は、出力数がｎ個の場合の漏洩磁束インダクタンス方式を示す回路図である。図１４に示すように、この漏洩磁束インダクタンス方式は、インバータ回路１２、複数の二次コイル２２の出力を有する漏洩磁束型昇圧トランス１３、および複数の蛍光管４０から構成される。このとき等価的に二次コイルに直列に発生する漏洩磁束インダクタンスを電流制限インピーダンスのリアクタンス素子として用いるものである。漏洩磁束インダクタンス方式には一次コイルの発生する磁束が複数の二次コイルに並列に供給される磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式と、直列に供給される磁束直列結合型漏洩磁束インダクタンス方式がある。磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式は従来より蛍光管用多出力高周波昇圧トランスとして使われているが、磁束直列結合型漏洩磁束インダクタンス方式は複数接続された蛍光管の起動点灯に問題があり、蛍光管用多出力高周波昇圧トランスとしての実績は無い。
【００１２】
図１５は、出力数２個の磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式の蛍光管用高周波昇圧トランスの構造例を示す図である。一次コイル２１に流れる電流Ｉ１により一次側磁性体２３に発生する磁束Φ1は漏洩磁束を還流させる磁束還流用磁性体２４によりその一部が二次コイル２２と鎖交することなく一次側磁性体２３に還流し、残りの磁束が複数の二次側磁性体２５に流れ込み、それぞれの二次側磁磁性体２５（２５ａ、２５ｂ）に巻かれた二次コイル２２に、各磁性体に分流する磁束に比例した誘導電圧を発生させる。
【００１３】
図１６は、出力数ｎ個の磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式の等価磁気回路を示す図である。この回路は、磁性体に流れる磁束を電流、磁気抵抗を電気抵抗とみなし、電気回路と同様に書き表したものである。図１６でＶ１は入力電圧、Ｉ１は入力電流で
正弦波の周波数をf、時間をtとして
Ｖ１＝Ｖａ・ｓｉｎ(２πｆ・ｔ)
Ｉ１＝Ｉａ・ｓｉｎ(２πｆ・ｔ−π/２)
とする。Ｖ2ａ、Ｖ２ｂ、・・・Ｖ２ｎは出力電圧、Ｉ2ａ、Ｉ２ｂ，・・・Ｉ２ｎは出力電流、Ｎ１は一次コイル２１の巻き数、Ｎ２は二次コイル２２の巻き数、Ｒはそれぞれ出力回路の負荷抵抗、Ｖｍ１は一次側コイルの起磁力であり、
Ｖｍ１＝Ｎ1・Ｉ1
で与えられる。また、Ｖｍ２（Ｖｍ２ａ、Ｖｍ２ｂ、…Ｖｍ２ｎ）は出力コイルに出力電流が流れることによって二次側から一次側に向かう磁束を発生させる起磁力であり、
Ｖｍ２＝Ｎ2・Ｉ2
で与えられる。
【００１４】
Ｒｍ２（Ｒｍ２ａ、Ｒｍ２ｂ、…Ｒｍ２ｎ）は二次側磁性体の各出力区間ごとの磁気抵抗、Ｒｍ３は磁束環流用磁性体の磁気抵抗、Φ１はＶｍ１によって発生される磁束、Φ２（Φ２ａ、Φ２ｂ、…Φ２ｎ）は各Ｖｍ２によって発生される磁束である。また、一次コイルが発生する磁束Φ1のうち二次側磁性体に流れ込む磁束の割合を結合係数Ｋ1、逆に二次コイルの起磁力Ｖｍ２が発生する磁束Φ２のうち一次側磁性体に流れ込む磁束の割合を結合係数Ｋ２とする。
【００１５】
このとき、負荷抵抗Ｒが接続されていない場合の開放出力電圧Ｖｏを確保するために必要な入力電圧のピーク値Ｖａ、入力電流のピーク値Ｉa、磁気飽和を起こさないための一次側磁性体の断面積Ｓは、並列出力数をｎ個として以下のようになる。但し、Ｒm0は一次側コイルから見た全体の磁気抵抗、Ｂmは磁性体の飽和磁束密度とする。
Ｖａ＝Ｎ１・Ｖo／Ｋ１・Ｎ２
Ｉａ＝Rm0・Vａ／2πf・Ｎ1２
Ｓ＝Ｖo／2πf・K1・N2・Bm
上式において、Ｎ１＝20(ターン)、Ｎ２＝1500(ターン)、Ｖo＝2000Ｖ0-p、Ｒm0=２×１０６(1/ヘンリー)、Ｒｍ２＝１×１０６(1/ヘンリー)、Ｒｍ３＝１０×１０６(1/ヘンリー)、ｆ＝50ＫＨz、Ｂm＝0.3(テスラ)として計算した出力数ｎと入力電圧のピーク値Ｖａの関係を図１７に示し、出力数ｎと入力電流のピーク値Ｉaの関係を図１８に示し、出力数ｎと所要断面積Ｓの関係を図１９に示す。
【００１６】
二次側の開放出力電圧Ｖｏを確保するためひとつの二次コイル出力に要する磁束は
Ｖｏ／2πｆ・Ｎ2
であり、出力数ｎの磁束並列結合型多出力方式ではこれのｎ倍を、一次側から二次側への結合係数Ｋ１で除した磁束量を一次側に必要とし、一次側磁性体に大きな磁束が集中することとなる。このため図１７のように入力電圧の増加、および図１８のように一次コイルの電流の増加、あるいは図１９のような一次側磁性体断面積の増加となり、結果的に電流の二乗に比例する一次コイルの巻き線抵抗による導体損失の増加、磁束密度のほぼ二乗に比例する磁性体損失の増加、あるいは磁気飽和を抑えるために磁性体の断面積の拡大による形状の大型化などの致命的な欠陥が発生する。
【００１７】
上述のように、バックライト蛍光管並列点灯用の磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式蛍光管用高周波昇圧トランスは一次側の磁束が増大するためにさまざまな不具合点があった。これを改善するために、従来より汎用多出力のトランスとして用いられ、出力数が増えても磁束が一次側に集中しない特徴を有する磁束直列結合型の漏洩磁束インダクタンス方式を、蛍光管用高周波昇圧トランスとして応用する上での問題点について検討する。
【００１８】
図２０に出力数がｎ個の場合の磁束直列結合型の漏洩磁束インダクタンス方式蛍光管用高周波昇圧トランスの構成例を示す。図２０において、入力電圧Ｖ１により一次コイル２１に流れる電流Ｉ１によって一次側磁性体２３に磁束Φ1が発生する。この磁束Φ1が磁束還流用磁性体２４に流れ、漏洩磁束インダクタンスを発生させるためその一部(1−K)・Φ１が一次側に還流し、磁束Ｋ・Φ1が二次側磁性体２５に流入する。ここで、Ｋは一次コイルと二次コイルの間の結合係数である。磁束Ｋ・Φ1は、直列に巻かれた第１から第ｎまでの二次コイル２２（２２ａ、２２ｂ、・・２２n）に結合し、それぞれの二次コイルの出力端に出力電圧Ｖ２（Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ、・・Ｖ２n）を発生する。出力端子に負荷抵抗が接続されていない無負荷時の各出力電圧Ｖ２のピーク値Ｖｏは、一次コイルの巻き数をＮ１、二次コイルの巻き数をＮ２とすると、
Ｖｏ＝Ｋ・Ｎ２・Ｖ１／Ｎ1
となる。
【００１９】
また、第1の二次コイル２２ａの出力端子にのみ負荷抵抗Ｒが接続されている時は、接続された負荷抵抗Ｒに電流Ｉ２ａが流れ、この電流が第１の二次コイルに流れることで一次コイル２１からの磁束Ｋ・Φ1と逆の方向に磁束Φ2を発生させる。この逆方向の磁束Φ２は磁束還流用磁性体２４により(1−K)・Φ２が二次側に還流し、残りのＫ・Φ２が一次側磁性体に流れ込み、一次側磁性体磁束をΦ１からΦ１−Ｋ・Φ２に減じる方向に動く。このとき、磁束Φと巻き数Ｎのコイル電圧Ｖとの基本的な関係式
Φ＝(１／Ｎ)∫Ｖ・ｄｔ
より、ＮとＶが一定であればΦも常に一定となるため、無負荷時の一次側磁性体磁束
Φ10と上記負荷時の一次側磁性体磁束Φ１−Ｋ・Φ２は等しく
Φ10＝Φ１−Ｋ・Φ2＝(１／Ｎ1)∫Ｖ1・ｄｔ
の関係が保たれる。
【００２０】
従って、
Φ1＝Φ10＋Ｋ・Φ2
となり、無負荷時よりの増加分Ｋ・Φ2は一次コイルに流れる電流Ｉ１が増加ことにより補われる。この増加分K・Φ2は磁束還流用磁性体で(１−Ｋ)・Ｋ・Φ２が一次側に還流し、残りのＫ2・Φ２が二次側に流入する。この結果、二次側磁性体の磁束は負荷が接続されていない初期状態に対し(１−Ｋ2)・Φ２だけ減少する。この減少は出力端子に負荷抵抗が接続されていない第２以降の二次コイルでも同じであるから、無負荷出力端子の開放出力電圧も減少する。
【００２１】
一般的にｎ個の出力端子に負荷抵抗Ｒが接続されたときの出力電圧のピーク値Ｖｏは、
Ｖｏ＝Ｋ・Ｎ２・Ｒ・Ｖa／ｎ・Ｌ２Ｒ・Ｎ1・√｛(Ｒ／ｎ・Ｌ２Ｒ)2 + (２πｆ)2｝
となる。ここで、周波数f、時間tとしてV1=Ｖa・sin(２πｆｔ)、二次側の漏洩磁束インダクタンスをＬ２Ｒとする。図２１に、Ｖa＝30Ｖ、ｆ＝50ＫＨｚ，Ｎ1＝20(ターン)、Ｎ2＝1500(ターン)、Ｋ＝0.75、Ｒ＝50ＫΩ、Ｌ２Ｒ＝225ｍＨとしたとき、上式より負荷抵抗が接続された出力数ｎと出力電圧のピーク値Ｖｏの関係を計算した結果を示す。図２１より全ての負荷が開放状態のとき1700Ｖある出力電圧が、ひとつの出力に負荷が接続されると1000Ｖまで低下することが分る。
【００２２】
一方、近年、図２２に示すような２つの側脚部分１１１，１１２の間に中央脚部分１１３を配置し、かつ、これら３つの脚部分を２つの連結部分１１５で挟んで磁気回路を形成するコア部１０１と、一方の側脚部分１１２に設けられた１次巻線１０２と、中央脚部分１１３に設けられた２次巻線１０３とを備え、各側脚部分１１１、１１２にそれぞれギャップ１１１Ａ，１１２Ａが形成され、１次巻線１０２の一方の端面１１２Ａが一方の側脚部分の端に位置するように、かつ、中央脚部分１１３の長さ方向に対して、１次巻線１０２が２次巻線１０３と向かい合うように、１次巻線１０２および２次巻線１０３が配置された構造の漏洩磁束インダクタンス方式のトランスが開示されている（特許文献１）。この漏洩磁束インダクタンス方式のトランスによれば、コア部１０１に対して、１次巻線１０２と２次巻線１０３とを配置して、１次巻線１０２と２次巻線１０３との適切な漏洩磁束インダクタンスを得るための位置関係にした結果、バラストコンデンサを不要にし、かつ、良好なインバータ特性を得ることができるものである。
【特許文献１】特開２００４−１１１４１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、以上のバラストコンデンサ方式および漏洩磁束インダクタンス方式にはそれぞれ次のような問題がある。先ず、コンデンサが電流制限のリアクタンス素子としてひとつの出力端子と複数の蛍光管の間に入るバラストコンデンサ方式では、蛍光管用高周波昇圧トランスの出力端子の電圧はバラツキのある複数の蛍光管の放電開始電圧よりも高い電圧に設定され、各蛍光管が点灯した後も常時この電圧を出力している。一般的に、蛍光管の放電開始電圧は点灯電圧の２倍ないし３倍高く、蛍光管用高周波昇圧トランスは常時この高電圧を出力することとなり、耐電圧確保のため蛍光管用高周波昇圧トランスの小型化のうえで大きな制約を受けるとともに、高電圧による絶縁破壊の確率も高くなるため信頼性確保の点でも問題が多い。
【００２４】
また、各蛍光管に流れる電流は出力端子電圧をコンデンサと蛍光管の等価抵抗の直列インピーダンスで除算して求められるが、この用途に用いられる高耐圧コンデンサの容量値は通常±10％の誤差があるため、電流値のバラツキも大きくなり並列配置された蛍光管バックライトの輝度ムラが問題となる。
【００２５】
次に、電流制限要素として漏洩磁束型トランスによる漏洩磁束インダクタンスを用いる漏洩磁束インダクタンス方式では、一次側コイルに流れる電流により一次側磁性体に発生した磁束は、複数の二次側コイルが巻き回され、一次側から流れ込む磁束の並列分流路を形成する複数の二次側磁性体に分流するが、二次側コイルに流れる出力電流値のバラツキを抑えるために、それぞれの二次側磁性体の磁気抵抗を等しくし、分流する磁束量を均一にしなければならない。このため、磁束の流れ難さの指標であり、磁性体の磁路長／断面積に比例する磁気抵抗を各出力磁気回路ごとに等しくする必要がある。平面形状が長方形で薄型に構成される場合の多い本用途の蛍光管用高周波昇圧トランスでは、それぞれの磁気抵抗を等しくして、多数の出力磁気回路を設けることは形状的に難しく、この方法では出力数の上限は4個程度に制限され、大型液晶表示パネルで通常必要とされる１0本ないし３０本の蛍光管を点灯させるには多くの蛍光管用高周波昇圧トランスを必要とする。
【００２６】
また、磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式では二次コイルが巻かれた各出力磁気回路に流れる磁束の総和が一次コイルが巻かれた一次側磁性体に集中するため、出力数の増加に伴い一次コイルの駆動電圧を高くし発生磁束を増加させる必要がある。
【００２７】
さらに、大きい磁束が流れる一次側磁性体は磁気飽和対策として磁気回路断面積を大きくしなければならず、結果として蛍光管用高周波昇圧トランスの形状が大きくなる、あるいは磁束密度のほぼ二乗に比例する磁性体損失が極端に増加するという欠点もある。
【００２８】
また、磁束直列結合型漏洩磁束インダクタンス方式では、放電開始電圧にバラツキのある蛍光管を蛍光管用高周波昇圧トランスの各出力端子に接続し点灯する場合、最も放電開始電圧の低い蛍光管が点灯状態に入ると出力電圧が大きく低下するために、他の蛍光管は放電開始電圧を超えることが出来ず、点灯状態に入れないという致命的な欠陥をもっている。
【００２９】
本発明は、上述の課題に鑑み、簡易な構造で多数本の蛍光管を並列に点灯することができ、出力電流のバラツキが少ない、点灯効率の高い、さらに軽量・小型形状などの優れた特性をもつ蛍光管用高周波昇圧トランスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
以上の課題を解決するために、第１の発明の蛍光管用高周波昇圧トランスは、一次コイルが巻かれた一次側磁性体と、複数の二次コイルが巻かれた二次側磁性体と、二次コイルの一部を覆い、その両端は二次側磁性体に接合するように形成される分流用磁性体とから構成され、一次側磁性体と二次側磁性体によって閉磁束磁気回路を形成し、分流用磁性体によって二次側磁性体を通る磁束を分流することを特徴とする。
【００３１】
第２の発明は、第１の発明において、二次側磁性体はコの字型に形成され、その両端は一次側磁性体に接合するように形成されることを特徴とする。
【００３２】
第３の発明は、第１の発明において、二次側磁性体は、棒状に形成される２つの二次側磁性体と、棒状に形成された閉磁路形成用磁性体から構成され、二次側磁性体の一端は一次側磁性体に接合し、閉磁路形成用磁性体はその両端が二次側磁性体の各他端に接合することを特徴とする。
【００３３】
第４の発明は、第３の発明において、二次コイルが巻かれた二次側磁性体と二次コイルの一部を覆う分流用磁性体とがその断面をコの字型磁性体として一体化して形成され、一次側磁性体、コの字型磁性体の二次側磁性体部分および閉磁路形成用磁性体によって閉磁束磁気回路を形成し、コの字型磁性体の分流用磁性体部分によって二次側磁性体部分を通る磁束を分流することを特徴とする。
【００３４】
第５の発明は、第３の発明において、二次コイルが巻かれた二次側磁性体と、二次コイルの一部を覆う分流用磁性体とがその断面がＥ字型の磁性体として一体化して形成され、Ｅ字型磁性体の両端の支路を二次側磁性体とし、Ｅ字型磁性体の中央の支路を分流用磁性体とし、一次側磁性体、Ｅ字型磁性体の二次側磁性体部分および閉磁路形成用磁性体によって閉磁束磁気回路を形成し、Ｅ字型磁性体の中央の支路の分流用磁性体部分によって二次側磁性体部分を通る磁束を分流することを特徴とする。
【００３５】
第６の発明は、第１〜第５の発明において、一次コイルまたは二次コイルはボビンに巻かれ、一次コイルまたは二次コイルが巻かれたボビンはそれぞれ一次側磁性体および二次側磁性体に嵌合されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
第１の発明によれば、蛍光管用高周波昇圧トランスは、一次コイルが巻かれた一次側磁性体と、複数の二次コイルが巻かれた二次側磁性体と、二次コイルの一部を覆い、その両端は二次側磁性体に接合するように形成される分流用磁性体とから構成され、一次側磁性体と二次側磁性体によって閉磁束磁気回路を形成し、分流用磁性体によって二次側磁性体を通る磁束を分流するように構成されるので、並列に接続された蛍光管の点灯において、点灯電圧が一番低い蛍光管が点灯した後でも、残りの蛍光管を確実に点灯できる。
【００３７】
第２の発明によれば、二次側磁性体はコの字型に形成され、その両端は一次側磁性体に接合するように形成されるので、簡易な構造で小型、高効率、高電流精度な蛍光管用高周波昇圧トランスを提供できる。
【００３８】
第３の発明によれば、二次側磁性体は、棒状に形成される２つの二次側磁性体と、棒状に形成された閉磁路形成用磁性体から構成され、二次側磁性体の一端は一次側磁性体に接合し、閉磁路形成用磁性体はその両端が二次側磁性体の各他端に接合するので、簡易な構造で小型、高効率、高電流精度な蛍光管用高周波昇圧トランスを提供できる。
【００３９】
第４の発明によれば、二次コイルが巻かれた二次側磁性体と二次コイルの一部を覆う分流用磁性体とがコの字型磁性体として一体化して形成され、一次側磁性体、コの字型磁性体の二次側磁性体部分および閉磁路形成用磁性体によって閉磁束磁気回路を形成し、コの字型磁性体の分流用磁性体部分によって二次側磁性体部分を通る磁束が分流されるので、簡易な構造で、組み立てが容易で、小型、高効率、高電流精度な蛍光管用高周波昇圧トランスを提供できる。
【００４０】
第５の発明によれば、二次コイルが巻かれた二次側磁性体と、二次コイルの一部を覆う分流用磁性体とがその断面がＥ字型の磁性体として一体化して形成され、Ｅ字型磁性体の両端の支路を二次側磁性体とし、Ｅ字型磁性体の中央の支路を分流用磁性体とし、一次側磁性体、Ｅ字型磁性体の二次側磁性体部分および閉磁路形成用磁性体によって閉磁束磁気回路を形成し、Ｅ字型磁性体の中央の支路の分流用磁性体部分によって二次側磁性体部分を通る磁束が分流されるので、簡易な構造で、組み立てが容易で、小型、高効率、高電流精度な蛍光管用高周波昇圧トランスを提供できる。
【００４１】
第６の発明によれば、第１〜第５の発明において、一次コイルまたは二次コイルはボビンに巻かれ、一次コイルまたは二次コイルが巻かれたボビンはそれぞれ一次側磁性体および二次側磁性体に嵌合されるので、簡易な構造で、組み立てが容易で、小型の蛍光管用高周波昇圧トランスを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
第１の実施形態．
図１は、本発明の蛍光管用高周波昇圧トランス１３において、出力数がｎ個の場合の模式図である。本発明は、従来の磁束直列結合型漏洩磁束インダクタンス方式昇圧出力トランスの特徴を活かしながら上記欠陥を改善するために、図１に示すように、一次コイル２１と、二次コイル２２（２２ａ、２２ｂ、… ２２ｎ）と、一次コイル２１が巻かれた一次側磁性体２３と、二次コイル２２が巻かれた二次側磁性体２５と、二次コイル２２の一部を覆い、その先端が二次側磁性体２５に接合するように構成される分流用磁性体２６（２６ａ、２６ｂ、… ２６ｎ）から構成される。
【００４３】
図１において、一次コイルに流れる電流Ｉ１により一次側磁性体２３に発生した磁束Φ1は第１の二次コイル２２ａが巻かれた二次側磁性体２５と分流用磁性体２６ａの接合点Ｐ１で、接合点Ｐ１とＰ２の間の二次側磁性体の磁気抵抗Ｒｍ2と対応する分流用磁性体２６ａの磁気抵抗Ｒｍ3により、二次側磁性体にＫ1・Φ1の磁束が、また分流用磁性体には（1−Ｋ1）・Φ1が流れる。なお、Ｒｍ2、Ｒｍ3については、図２に記載されている。
ここで、磁束分流係数Ｋ1は、
Ｋ1＝Ｒm3／(Ｒｍ2＋Ｒｍ3)
の式で表される。
【００４４】
第１の二次コイル２２ａの二次側磁性体２５を流れる磁束Ｋ1・Φ1と上側接合点Ｐ１で分流用磁性体２６ａに分流した磁束（1−Ｋ1）・Φ1は下側接合点Ｐ2で再び合流し、Φ１となって第２の二次コイル２２ｂの接合点Ｐ３に流入する。このようにｎ個の二次コイルがあればそれぞれの二次側磁性体と分流用磁性体の接合点で分流と合流を繰り返し、一次側磁性体に還流する。
【００４５】
図２は図１の蛍光管用高周波昇圧トランスを磁気回路図で表現したものである。図１において、一次側磁性体の磁気抵抗をＲｍ1、二次側磁性体のＰ１からＰ２までの一区間の磁気抵抗をＲｍ2、分流用磁性体の同じく一区間の磁気抵抗をＲｍ3、入力電圧をＶ1（＝Ｖa・ｓｉｎ（２πfｔ））、Ｖａを入力電圧の最大値、ｆを入力電圧の周波数、一次コイルに流れる電流をＩ１、一次コイルの巻き数をＮ１、一次コイルが発生する磁束をΦ１、二次側磁性体と分流用磁性体の各接合点での磁束分流係数をＫ１、二次コイルの巻き数をＮ２、出力側負荷抵抗をＲ、二次コイルの出力電流をＩ２、Ｉ２により二次コイル直下の二次側磁性体に発生する逆方向の起磁力Ｖm２、これにより発生する磁束をΦ２とする。
【００４６】
先ず、二次コイルの出力端子が全て開放の場合、それぞれの二次コイルは二次側磁性体に流れる磁束Ｋ1・Φ1と鎖交するため出力端子電圧Ｖ２は
Ｖ2＝Ｎ2・ｄ(Ｋ1・Φ1)／ｄt
Ｖ1＝Ｎ1・ｄ(Φ1)／ｄt
の関係式より
Ｖ2＝Ｋ1・Ｎ2・Ｖａ・ｓｉｎ(２πf・ｔ)／Ｎ１
となる。
【００４７】
また、この関係より二次コイル出力端子に蛍光管放電開始に必要な出力電圧Ｖ２を出力する時に必要な一次コイルの発生磁束Φ1は、Ｖ2＝Ｖo・ｓｉｎ(2πf・t）として上式をΦ1について解いて
Φ1＝Ｖo／2πf・Ｋ1・Ｎ2
で与えられる。このように本発明による多出力蛍光管用高周波昇圧トランスの場合、二次コイルと磁束が直列に結合するため、ｎ個の二次コイル全てがＶｏを出力しても、一次側の磁束は１個の場合と同じで良いことになる。
【００４８】
次に、第１の二次コイル２２ａの出力端子のみ負荷抵抗Ｒが接続されたとき、第１の二次コイル２２ａの出力電圧Ｖ2ａと開放状態にある第２の二次コイル２２ｂの出力電圧Ｖ2ｂを計算する。先ず、第１の二次コイル２２ａに電流Ｉ2ａが流れこの電流により第１の二次コイル２２ａ直下の二次側磁性体には一次側より流入する磁束Ｋ1・Φ1と逆向きの起磁力Ｎ2・Ｉ2が発生し、この起磁力発生地点から見た全磁気抵抗をＲｍsとして、この起磁力による磁束Φ2
Φ2＝Ｎ2・Ｉ2ａ／Ｒms
がＫ1・Φ1を減ずる方向に生ずる。Φ2は第１の二次コイル２２ａの二次側磁性体と分流用磁性体の接合点Ｐ1で、Ｐ1点での磁束分流比をＫ2として一次側磁性体にＫ2・Φ2、分流用磁性体に(１−Ｋ2)・Φ2に分流する。
【００４９】
Ｋ２は分流用磁性体の磁気抵抗Ｒm３と、一次側磁性体の磁気抵抗Ｒm１と第２から第ｎまでの二次コイル２２の二次側磁性体の磁気抵抗Ｒm２、同じく分流用磁性体の磁気抵抗Ｒm３の並列磁気抵抗の和の磁気抵抗をＲmpとして次式で与えられる。
Ｋ2＝Ｒm3／(Ｒm1+Ｒmp+Ｒm3）
このように、一次コイルの発生する磁束が分流用磁性体にて分流しＫ1・Φ1が二次コイルと鎖交し、また同じように二次コイルの発生する磁束Φ2のうちＫ2・Φ2のみが一次コイル２１と鎖交することにより等価的に各二次コイルの出力に直列にインダクタンスが入ることとなる。このインダクタンスは各出力ごとに磁束を分流することにより生ずるものであり、ここでは分流磁束インダクタンスＬbとする。
【００５０】
第１の二次コイルの出力電圧Ｖ2ａはＶ１を
Ｖ1＝Ｖa・ｓｉｎ（２πｆ・ｔ）
として、一次側及び二次側の関係式
Ｖ1＝Ｎ1・d(Φ1−Ｋ２・Φ2)／ｄt
Ｖ2ａ＝Ｎ2・d(Ｋ1・Φ１−Φ2)／ｄt
Ｉ2ａ＝Ｖ2ａ／Ｒ
Φ2＝Ｎ2・Ｉ2ａ／Ｒms＝(Ｎ2・Ｎ2／Ｒ・Ｒms)・d(Ｋ1・Φ1−Φ2)／ｄt
を解いて、Ｖ2aのピーク値Ｖoaは次式で与えられる。
Ｖoa＝Ｋ１・Ｎ2・Ｒ・Ｖa／Ｎ1・Ｌb・√｛(Ｒ／Ｌb)2 +(2πf)2｝
【００５１】
次に、出力端子が開放されている第２の二次コイル２２ｂの出力電圧Ｖ2ｂを計算する。第２の二次コイル２２直下の二次側磁性体の磁束は一次コイルよりの磁束がＫ1・Φ1、また第１の二次コイルが発生する逆方向の磁束Φ2のうち、一次側磁性体２３に分流する成分Ｋ2・Φ2が一次側磁性体２３から第ｎの出力区間・・・・・第３の出力区間をまわり第２の二次コイル２２ｂの二次側磁性体２５と分流用磁性体２６の下側接合点Ｐ4まで一周してくるが、Ｐ４で各出力区間の二次側磁性体と分流用磁性体の磁束分流比Ｋ１を乗じた磁束が二次側磁性体に分流するため、Ｋ1・K2・Φ2が第２の二次コイル直下の二次側磁性体に、一次コイルからの磁束Ｋ１・Φ１を減ずる方向で流入する。従って、第２の二次コイル２２ｂの出力電圧Ｖ2ｂは
Ｖ2b＝Ｎ2・d(Ｋ１・Φ1−Ｋ1・Ｋ2・Φ2)／dt
であるから、Ｖoaの計算で求めたΦ1、Φ2を上式に代入すると、Ｖ2bのピーク値Ｖobは
Ｖob＝Ｋ1・Ｎ2・Ｖa／Ｎ１
となる。
【００５２】
これは、全ての出力が開放状態の時の式と同じとなるため、複数の蛍光管を負荷としたときにどれか一本の蛍光管が点灯状態になっても、まだ放電開始していない蛍光管には放電開始電圧を超える電圧が印加されることとなり、結果として全ての蛍光管が点灯状態に入ることが出来ることを示している。
【００５３】
次に、全ての二次コイル２２の出力端子に負荷抵抗Ｒが負荷されたときの二次側の出力電圧Ｖ２を計算する。先ず第１の二次コイル２２ａに電流Ｉ２ａが流れこの電流により第１の二次コイル２２ａ直下の二次側磁性体には一次側より流入する磁束Ｋ1・Φ1と逆向きの起磁力Ｎ２・Ｉ２ａが発生し、発生地点から見た全磁気抵抗をＲｍsとして、この起磁力による磁束Φ２は
Φ2＝Ｎ2・Ｉ2／Ｒms
がＫ1・Φ1を減じる方向に生ずる。Φ2は第１の二次コイル２２ａの二次側磁性体２５と分流用磁性体２６の接合点Ｐ1で、この磁束分流比をＫ2として入力側磁性体にＫ2・Φ2、分流用磁性体に(１−Ｋ2)・Φ2が分流する。
【００５４】
また、全ての出力の負荷抵抗Ｒ、及びＫ１，Ｋ２，Ｎ２が等しいとすると各出力の出力電圧Ｖ２、出力電流Ｉ２も全て等しく、また第２の二次コイル２２ｂに流れる電流により第２の二次コイル２２ｂ直下の二次側磁性体２５に発生する磁束Φ２は第１の二次コイルの発生する磁束Φ２と等しく、第２の二次コイル２２ｂの二次側磁性体２５と分流用磁性体２６ｂとの上側の接合点Ｐ3で、Ｋ2・Φ2が第１の二次コイル側に流れ、(１−Ｋ2)・Φ2が第２の二次コイルの分流用磁性体に分流する。第１の二次コイル部に流入した磁束Ｋ２・Φ2は第１の二次コイルの二次側磁性体と分流用磁性体の下側接合点Ｐ2で二次側磁性体へのＫ1・Ｋ2・Φ2と分流用磁性体への(１−Ｋ1)・Ｋ2・Φ2に分流するが、同じく上側の接合点Ｐ1で再び合流しＫ2・Φ2として一次側磁性体に流れ込む。
【００５５】
このように第２の二次コイル２２ａ〜第ｎの二次コイル２２ｎの発生する磁束は
(ｎ−１)・Ｋ1・Ｋ2・Φ2
が第１の二次コイル２２ａ直下の二次側磁性体２５に一次コイル２１よりの磁束Ｋ１Φ１を減じる方向で流れ込むこととなるため、第１の二次コイル２２ａが鎖交する磁束は
Ｋ1・Φ1−Φ2−(ｎ−１)・Ｋ１・Ｋ２・Φ2
となる。
【００５６】
従って、この場合の出力電圧Ｖ2、出力電流Ｉ２はＶ１を上述の正弦波電圧として、一次側および二次側の関係式
Ｖ1＝Ｎ1・d(Φ1−ｎ・Ｋ２・Φ2)／ｄt
Ｖ2＝Ｎ2・ｄ(Ｋ1・Φ1−Φ2−(ｎ−1)・Ｋ1・Ｋ2・Φ2)／ｄt
Ｉ2＝Ｖ2／Ｒ
Φ2＝Ｎ2・Ｉ2／Ｒms
＝(Ｎ2・Ｎ2／Ｒ・Ｒms)・ｄ(Ｋ1・Φ1−Φ2+(ｎ−1)・Ｋ1・Ｋ2・Φ2)／ｄt
を解いて,それぞれのピーク値Ｖo、Ｉoは次式で与えられる。
Ｖo＝Ｋ１・Ｎ2・Ｒ・Ｖa／Ｎ1・Ｌb・√｛(Ｒ／Ｌb)2 + (2πf)2｝
Ｉo＝Ｋ１・Ｎ2・Ｖa／Ｎ1・Ｌb・√｛(Ｒ／Ｌb)2 + (2πf)2｝
【００５７】
上式の中のＬbは先に述べたように、二次側磁性体２５の磁束を分流用磁性体２６で分流することにより、等価的に二次コイル２２の出力に直列に発生する分流磁束インダクタンスである。この結果より、本方式の蛍光管用高周波昇圧トランスは点灯時の電圧、電流が出力数ｎによらず一定であることが分る。
【００５８】
以上の検討結果より、本発明による蛍光管用高周波昇圧トランスは従来問題となっていた以下の点を改善することを特徴とするものである。
特徴（1）
出力数ｎを増やしても一次側磁性体の磁束が増大しない。
先に述べたように、ｎ個の出力において磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式蛍光管用高周波昇圧トランスでは一次側磁性体の磁束量が一個の場合のｎ倍に増大するのに対し、本発明の蛍光管用高周波昇圧トランスの場合は一個でも、ｎ個でも同じ磁束量となり、多出力の蛍光管用高周波昇圧トランスでも入力電圧を一個の場合と同じに抑えることができる。入力電圧が低いことは一次コイルの励磁電流が少ないことであり、結果として、電流の二乗に比例する一次コイルの導体損失を大きく低減することができる。また、磁束密度のほぼ二乗に比例する磁性体損失も大幅に改善されるため高効率の蛍光管用高周波昇圧トランスを実現することができる。さらに、磁性体の磁気飽和を防ぐために磁気断面積を拡大する必要も無く、小型化・軽量化を実現することができる。
【００５９】
特徴（2）
出力電圧、電流が出力数ｎに依存しない。
従来より汎用トランスとして用いられている磁束直列結合型漏洩磁束インダクタンス方式高周波昇圧トランスではｎ個の出力のうち一個でも点灯状態に入ると、その他の出力電圧が極端に低下するため残りの蛍光管は点灯することが出来ないが、本発明の蛍光管用高周波昇圧トランスでは分流用磁性体の働きにより、個々の出力は他の出力の点灯、非点灯に関係なく動作するため、簡素なトランス構造でｎ＝１０を超える場合でも、並列配置され放電開始電圧にバラツキのある蛍光管でも点灯することができ、点灯装置の小型化・高信頼度化・低価格化を実現することができるものである。
【００６０】
特徴（3）
それぞれの出力コイルに結合する磁束が共通であるため出力電圧、出力電流のバラツキが極端に少ない。コンデンサによりｎ個の出力を分岐する多出力バラストコンデンサ方式ではコンデンサの容量値のバラツキにほぼ等しい出力電流値バラツキがあり、また磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式多出力蛍光管用高周波昇圧トランスでは一次コイルの発生する磁束がｎ個の二次側磁性体にそれぞれの磁気抵抗の比率により分流するが、ｎ＝１０個を超える二次側磁性体の磁気抵抗の比率を限られた形状で効率よく抑えることは難しく、出力電流のバラツキは大きいものとなる。本発明による蛍光管用高周波昇圧トランスでは、各出力が二次側磁性体を通る共通の磁束で決まるため、出力電圧、出力電流のバラツキを抑えることができるものである。
【００６１】
図３は、本発明の第１の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランス１３おける出力数４の場合の模式図である。この第１の実施形態においては、図３に示すように、一次側磁性体２３とコの字型に形成された二次側磁性体２５によって閉磁束磁気回路が形成される。この第１の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランスでは、一次側磁性体２３に一次コイル２１が巻かれ、二次側磁性体２５に二次コイル２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）が巻かれ、二次コイル２２の一部を覆うように分流用磁性体２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ）が取りつけられる。分流用磁性体２６はコの字形状に形成され、中央部は二次コイル２２を覆い、端部は二次側磁性体２５に接合する。一般に、一次コイル２１および二次コイル２２はそれぞれボビンに巻かれた状態で一次側磁性体２３および二次側磁性体２５に嵌合される。
【００６２】
図４は、本発明の第１の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランス１３の構造を示す斜視図である。図４において、コの字型の二次側磁性体２５の端部は一次側磁性体２３の両端に接合し閉磁束磁気回路を形成している。一次コイル２１および二次コイル２２はそれぞれボビンに巻かれた状態で一次側磁性体２３および二次側磁性体２５に嵌合されている。分流用磁性体２６は、中央部が二次コイル２２の上から二次コイル２２を覆い、その両端部は二次側磁性体２５に接合して、磁束分流回路を形成している。
【００６３】
このように本発明による分流磁束インダクタンス方式による多出力の蛍光管用高周波昇圧トランスでは並列配置され、かつ放電開始電圧にバラツキのある複数の蛍光管を効率よく点灯することが出来るとともに、負荷時のそれぞれの出力電圧Ｖ２は二次側磁性体と分流用磁性体の磁束分流比Ｋ1、二次コイル／一次コイルの巻き数比Ｎ2／Ｎ１、分流磁束インダクタンスＬｂ，負荷抵抗Ｒ、入力電圧の振幅Ｖａ、周波数ｆのみにより決まり、出力数ｎには依存しない。このことは、出力数ｎに上限のある磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式多出力蛍光管用高周波昇圧トランスと異なり、ｎ＝１０を超える蛍光管の並列駆動がひとつのトランスで実現でき、かつそれぞれの出力は一次側磁性体、二次側磁性体をループ状に回る共通の一定磁束で駆動されるため、出力電流のバラツキを極端に低減することができるものである。
【００６４】
また、一次側磁性体の磁束量が出力数ｎに関係なく一定であるため、並列磁束結合型漏洩磁束インダクタンス方式多出力蛍光管用高周波昇圧トランスのようにｎの増加とともに一次側磁性体の磁束量が増大することも無く、磁性体断面積が小さく出来るため小型・軽量の蛍光管用高周波昇圧トランス形状を実現できる。さらに、磁束密度のほぼ二乗に比例する磁性体損失も大幅に低減することが可能であり、蛍光管の点灯駆動回路の点灯効率の向上にも寄与するものである。
【００６５】
第２の実施形態．
図５は、本発明の第２の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランス１３おける出力数４の場合の模式図である。この第２の実施形態においては、図５に示すように、一次側磁性体２３と棒状の閉磁路形成用磁性体２９間に棒状の二次側磁性体２５が挟まれ閉磁束磁気回路が形成される。この第２の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランスでは、一次側磁性体２３に一次コイル２１が巻かれ、二次側磁性体２５に二次コイル２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）が巻かれ、閉磁路形成用磁性体２９が２つの二次側磁性体２５に接合して閉磁束磁気回路を形成すると共に、二次コイル２２の一部を覆うように分流用磁性体２６が取りつけられる。分流用磁性体２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ）はコの字形状に形成され、中央部は二次コイル２２を覆い、端部は二次側磁性体２５に接合する。一般に、一次コイル２１および二次コイル２２はそれぞれボビンに巻かれた状態で一次側磁性体２３および二次側磁性体２５に嵌合される。なお、図５において、閉磁路形成用磁性体２９が二次側磁性体２５と分離して形成される以外は第１の実施形態と同じである。
【００６６】
図６は、本発明の第２の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランス１３の構造を示す斜視図である。図６において、閉磁路形成用磁性体２９が二次側磁性体２５と分離して形成される以外は第１の実施形態と同じであるので、詳細な説明は省略する。
【００６７】
第３の実施形態．
図７は本発明の第３の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランス１３の構造を示す模式図である。この第３の実施形態においては、図７に示すように、一次側磁性体２３と閉磁路形成用磁性体２９間に複数のコの字型の磁性体２７（２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ）を挟んで閉磁束磁気回路を形成する。閉磁束磁気回路は、一次側磁性体２３、コの字型の磁性体の二次コイルが巻かれた複数の磁性体部分、閉磁路形成用磁性体２９によって形成される。コの字型の磁性体は、一方の支路は二次コイルが巻かれる二次側磁性体として、また他方の支路は分流用磁性体として機能する。コの字型の磁性体を複数個縦続接続することによって、分流用磁性体は二次コイル２２の一部を覆うようにすることができる。第３の実施形態では、二次コイルが巻かれる磁性体を個別に製造できるため、出力数に応じてコの字型の磁性体２７を柔軟に取りつけることができる。また、各コの字型磁性体は小型のため製造価格が安価であるので、蛍光管用高周波昇圧トランスのコスト低減を実現することができる。
【００６８】
第４の実施形態．
図８は本発明の第４の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランス１３の構造を示す模式図である。この第４の実施形態においては、図８に示すように、一次側磁性体２３と閉磁路形成用磁性体２９間に複数のＥ字型の磁性体２８（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ）を挟んで閉磁束磁気回路を形成する。閉磁束磁気回路は、一次側磁性体２３、Ｅ字型の磁性体の二次コイルが巻かれた複数の磁性体部分、閉磁路形成用磁性体２９によって形成される。Ｅ字型の磁性体は、上下の支路は二次コイルが巻かれる二次側磁性体として、また中央の支路は両端のふたつの二次側磁性体の共通の分流用磁性体として機能する。Ｅ字型の磁性体を複数個縦続接続することによって、分流用磁性体は二次コイル２２の一部を覆うようにすることができる。第４の実施形態では、ふたつの二次コイルがひとつの分流用磁性体を共用するため小型・軽量化が図れるとともに、二次コイルが巻かれる磁性体を個別に製造できるため、出力数に応じてＥ字型の磁性体２８を柔軟に取りつけることができる。また、各Ｅ字型磁性体は小型のため製造価格が安価であるので、蛍光管用高周波昇圧トランスのコスト低減を実現することができる。
【００６９】
図９は、大画面液晶表示パネル用バックライト蛍光管点灯インバータ回路用の多出力蛍光管用高周波昇圧トランスの性能を各方式について比較した一覧表である。図９に示すように、本発明による蛍光管用高周波昇圧トランスは、多出力が得られ、起動特性も良く、高効率で、小型軽量で、信頼性が高くコストも安価である等全ての項目で他の方式の蛍光管用高周波昇圧トランスよりも優れていることが一目で分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、液晶表示パネルのバックライトとして用いられる並列配置された複数の蛍光管を点灯させるための蛍光管用高周波昇圧トランスとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランスおける出力数nの場合の模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランスおける出力数nの蛍光管用高周波昇圧トランスの磁気回路図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランスおける出力数４の場合の模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランスの一例を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランスおける出力数４の場合の模式図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランスの一例を示す斜視図である。
【図７】本発明の第３の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランスにおける出力数４の場合の模式図である。
【図８】本発明の第４の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランスにおける出力数８の場合の模式図である。
【図９】本発明と従来の技術の複数蛍光管並列点灯用蛍光管用高周波昇圧トランスの各種性能比較表である。
【図１０】従来の複数蛍光管点灯回路の一例を示す図である。
【図１１】蛍光管の電圧−電流特性を示す図である。
【図１２】バラストコンデンサ方式による複数蛍光管点灯回路の一例を示す図である。
【図１３】バラストコンデンサ方式におけるバラストコンデンサ容量と蛍光管電流の関係を示す図である。
【図１４】漏洩磁束インダクタンス方式による複数蛍光管点灯回路の一例を示す図である。
【図１５】出力数２個の磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式の蛍光管用高周波昇圧トランスの構造を示す図である。
【図１６】出力数n個の磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式の蛍光管用高周波昇圧トランスの磁気回路を示す図である。
【図１７】磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式蛍光管用高周波昇圧トランスの出力数nと所要入力電圧の関係を示す図である。
【図１８】磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式蛍光管用高周波昇圧トランスの出力数nと所要入力電流の関係を示す図である。
【図１９】磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式蛍光管用高周波昇圧トランスの出力数nと所要一次側磁性体断面積の関係を示す図である。
【図２０】磁束直列結合型漏洩磁束インダクタンス方式の蛍光管用高周波昇圧トランスの模式図である。
【図２１】磁束直列結合型漏洩磁束インダクタンス方式の蛍光管用高周波昇圧トランスの出力数nと出力電圧の関係を示す図である。
【図２２】従来の漏洩磁束インダクタンス方式の蛍光管用高周波昇圧トランスを示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１３ 蛍光管用高周波昇圧トランス
２１一次コイル
２２、２２ａ、２２ｂ、・・２２n 二次コイル
２３ 一次側磁性体
２５、２５ａ、２５ｂ 二次側磁性体
２６、２６ａ、２６ｂ、・・２６n 分流用磁性体
２７、２７ａ〜２７ｄ 分流用磁性体
２８、２８ａ〜２８ｈ 分流用磁性体
２９ 閉磁路形成用磁性体
【技術分野】
【０００１】
この発明は液晶表示パネルのバックライトとして用いられる並列配置された複数の蛍光管を点灯させるための蛍光管用高周波昇圧トランスに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の大画面液晶表示パネルでは、バックライト用として多数の蛍光管がパネル背面に並列配置されている。これらの蛍光管を高周波、高電圧で点灯するための蛍光管用高周波昇圧トランスも複数個必要とされ、実装面積の増加、信頼性の低下、並列配置された蛍光管の電流バラツキによる輝度ムラの発生、あるいは電流バラツキを低減するためにバランス回路などを付け加えることによる点灯回路の複雑化などの問題を抱えている。
【０００３】
液晶表示パネルのバックライト用として用いられる蛍光管を放電、点灯させるためには、通常1500Ｖrmsから3000Ｖrmsの高周波の高電圧を印加し放電状態に持ち込む必要がある。蛍光管は放電開始後、管の電圧が放電開始電圧の１／２から１／３に低下し点灯状態に入る。複数の蛍光管を並列に接続し点灯させる場合、印加電圧を徐々に上げていくと、それぞれの蛍光管の放電開始電圧にバラツキがあるため、並列接続された複数の蛍光管のうち最も放電開始電圧が低い蛍光管が放電を開始し、点灯状態に入る。そのとき、並列接続された複数の蛍光管の接続点の電圧は、すでに点灯状態にある蛍光管の点灯電圧まで低下しているために、残りの蛍光管は放電を開始できず、点灯状態に入ることができない。すなわち、並列に接続された蛍光管の点灯においては、点灯電圧が一番低い蛍光管のみが点灯し、残りの蛍光管は点灯できないという現象が生じる。
【０００４】
先ず、液晶表示パネルのバックライト蛍光管の並列点灯用に用いられる蛍光管用高周波昇圧トランスの概要について述べる。図１０は従来の複数蛍光管点灯回路の一例を示す図である。図１０において、直流入力電圧１１Dを高周波、高電圧に変換するインバータ回路１２に印加し、インバータ回路１２の２次側の交流出力を蛍光管用高周波昇圧トランス１３の一次側巻線２１に印加し、蛍光管用高周波昇圧トランス１３の２次側巻線２２の出力電圧をインピーダンス１４を介して複数の蛍光管４０に印加する。以下に、この従来の複数蛍光管点灯回路について詳細に説明する。
【０００５】
（１）電流制限インピーダンス
蛍光管の電流電圧特性の一例を図１１に示す。図１１において、蛍光管４０に印加される電圧を徐々に上げてゆくと、放電開始電圧VMを超えたところで蛍光管が放電状態となり、電源との間に入った制限抵抗による負荷直線との交点Pを動作点として点灯状態となる。この放電開始電圧VMと点灯電圧Ｖ０の電圧差を吸収するために、蛍光管と電源の間に電流制限用インピーダンスを挿入する必要がある。この電流制限用インピーダンスには、電力損失を避けるため、通常、コンデンサあるいはインダクタなどのリアクタンス素子が用いられる。複数蛍光管点灯回路としては、リアクタンス素子としてコンデンサを用いたバラストコンデンサ方式と、リアクタンス素子として蛍光管用高周波昇圧トランスの一次コイル、二次コイル間の漏れ磁束を利用して、等価的に二次コイル出力に直列に現れる漏洩磁束インダクタンスを用いた漏洩磁束インダクタンス方式とがある。
【０００６】
（２）放電開始電圧のバラツキ
蛍光管の放電開始電圧は管ごとにバラツキがあり、複数の蛍光管を並列に接続し電流制限インピーダンスを共通にして電圧を徐々に上げて行くと、先ず放電開始電圧ＶＭの最も低い蛍光管が点灯する。そのときに蛍光管の並列接続点の電圧は点灯電圧Ｖ０まで低下するため、他の蛍光管は点灯状態に入ることが出来ない。従って、蛍光管の並列点灯のためには、図１０に示すように、それぞれの蛍光管ごとに電流制限インピーダンスを入れる必要がある。
【０００７】
（３）並列配置された蛍光管の点灯電流バラツキ
並列配置された蛍光管ごとに電流のバラツキがあると、バックライトとして明暗の輝度ムラが生じるため、管に流れる電流バラツキを極力抑えなければならない。
【０００８】
以下に、現在、主に用いられている液晶表示パネルのバックライト用蛍光管の並列点灯方式であるバラストコンデンサ方式および漏洩磁束インダクタンス方式について説明しそれらの問題に触れる。
【０００９】
図１２は、並列点灯用バラストコンデンサ方式の基本回路を示す図である。図１２に示すように、この並列点灯用バラストコンデンサ方式は、直流入力電圧１１Ｄを高周波、高電圧に変換するインバータ回路１２、蛍光管用高周波昇圧トランス１３、複数の蛍光管４０、および蛍光管用高周波昇圧トランス１３と各蛍光管４０間に電流制限素子として挿入されたバラストコンデンサ１５から構成される。蛍光管用高周波昇圧トランス１３の出力電圧は蛍光管の放電開始電圧のバラツキの最大値よりも高い電圧に設定される。蛍光管の点灯状態における等価抵抗をRとすると、インバータ回路の出力正弦波電圧の周波数をｆ、コンデンサ容量をＣ、蛍光管用高周波昇圧トランスの出力電圧をＶｏとして蛍光管に流れる電流Iは
Ｉ＝2πf・Ｃ・Ｖｏ／√｛(2πf・Ｃ・Ｒ)2＋1｝
で与えられる。
【００１０】
バラストコンデンサ容量１５と蛍光管電流Ｉの関係をｆ＝50ＫＨｚ，Ｒ＝50ＫΩ、
Ｖｏ＝2000Ｖとして計算した結果を図１３に示す。バラストコンデンサとして用いられる高耐圧のコンデンサの容量バラツキは通常±10％あるため、図１３よりこの時の電流のバラツキとして約±10％が予測される。蛍光管の電力は電流の二乗に比例するため、蛍光管電力バラツキとしては約±20％となり、バックライトに輝度ムラが発生し実用上好ましくない。また、この方式では蛍光管用高周波昇圧トランスの出力電圧が、常に蛍光管の放電開始電圧よりも高い電圧を出力しているため、放電開始後蛍光管用高周波昇圧トランスの出力電圧が放電開始電圧の１／２から１／３となる点灯電圧まで低下する漏洩磁束インダクタンス方式、あるいは本発明による方式と比較して、耐電圧確保のため蛍光管用高周波昇圧トランスの小型化が難しいという問題もある。
【００１１】
図１４は、出力数がｎ個の場合の漏洩磁束インダクタンス方式を示す回路図である。図１４に示すように、この漏洩磁束インダクタンス方式は、インバータ回路１２、複数の二次コイル２２の出力を有する漏洩磁束型昇圧トランス１３、および複数の蛍光管４０から構成される。このとき等価的に二次コイルに直列に発生する漏洩磁束インダクタンスを電流制限インピーダンスのリアクタンス素子として用いるものである。漏洩磁束インダクタンス方式には一次コイルの発生する磁束が複数の二次コイルに並列に供給される磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式と、直列に供給される磁束直列結合型漏洩磁束インダクタンス方式がある。磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式は従来より蛍光管用多出力高周波昇圧トランスとして使われているが、磁束直列結合型漏洩磁束インダクタンス方式は複数接続された蛍光管の起動点灯に問題があり、蛍光管用多出力高周波昇圧トランスとしての実績は無い。
【００１２】
図１５は、出力数２個の磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式の蛍光管用高周波昇圧トランスの構造例を示す図である。一次コイル２１に流れる電流Ｉ１により一次側磁性体２３に発生する磁束Φ1は漏洩磁束を還流させる磁束還流用磁性体２４によりその一部が二次コイル２２と鎖交することなく一次側磁性体２３に還流し、残りの磁束が複数の二次側磁性体２５に流れ込み、それぞれの二次側磁磁性体２５（２５ａ、２５ｂ）に巻かれた二次コイル２２に、各磁性体に分流する磁束に比例した誘導電圧を発生させる。
【００１３】
図１６は、出力数ｎ個の磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式の等価磁気回路を示す図である。この回路は、磁性体に流れる磁束を電流、磁気抵抗を電気抵抗とみなし、電気回路と同様に書き表したものである。図１６でＶ１は入力電圧、Ｉ１は入力電流で
正弦波の周波数をf、時間をtとして
Ｖ１＝Ｖａ・ｓｉｎ(２πｆ・ｔ)
Ｉ１＝Ｉａ・ｓｉｎ(２πｆ・ｔ−π/２)
とする。Ｖ2ａ、Ｖ２ｂ、・・・Ｖ２ｎは出力電圧、Ｉ2ａ、Ｉ２ｂ，・・・Ｉ２ｎは出力電流、Ｎ１は一次コイル２１の巻き数、Ｎ２は二次コイル２２の巻き数、Ｒはそれぞれ出力回路の負荷抵抗、Ｖｍ１は一次側コイルの起磁力であり、
Ｖｍ１＝Ｎ1・Ｉ1
で与えられる。また、Ｖｍ２（Ｖｍ２ａ、Ｖｍ２ｂ、…Ｖｍ２ｎ）は出力コイルに出力電流が流れることによって二次側から一次側に向かう磁束を発生させる起磁力であり、
Ｖｍ２＝Ｎ2・Ｉ2
で与えられる。
【００１４】
Ｒｍ２（Ｒｍ２ａ、Ｒｍ２ｂ、…Ｒｍ２ｎ）は二次側磁性体の各出力区間ごとの磁気抵抗、Ｒｍ３は磁束環流用磁性体の磁気抵抗、Φ１はＶｍ１によって発生される磁束、Φ２（Φ２ａ、Φ２ｂ、…Φ２ｎ）は各Ｖｍ２によって発生される磁束である。また、一次コイルが発生する磁束Φ1のうち二次側磁性体に流れ込む磁束の割合を結合係数Ｋ1、逆に二次コイルの起磁力Ｖｍ２が発生する磁束Φ２のうち一次側磁性体に流れ込む磁束の割合を結合係数Ｋ２とする。
【００１５】
このとき、負荷抵抗Ｒが接続されていない場合の開放出力電圧Ｖｏを確保するために必要な入力電圧のピーク値Ｖａ、入力電流のピーク値Ｉa、磁気飽和を起こさないための一次側磁性体の断面積Ｓは、並列出力数をｎ個として以下のようになる。但し、Ｒm0は一次側コイルから見た全体の磁気抵抗、Ｂmは磁性体の飽和磁束密度とする。
Ｖａ＝Ｎ１・Ｖo／Ｋ１・Ｎ２
Ｉａ＝Rm0・Vａ／2πf・Ｎ1２
Ｓ＝Ｖo／2πf・K1・N2・Bm
上式において、Ｎ１＝20(ターン)、Ｎ２＝1500(ターン)、Ｖo＝2000Ｖ0-p、Ｒm0=２×１０６(1/ヘンリー)、Ｒｍ２＝１×１０６(1/ヘンリー)、Ｒｍ３＝１０×１０６(1/ヘンリー)、ｆ＝50ＫＨz、Ｂm＝0.3(テスラ)として計算した出力数ｎと入力電圧のピーク値Ｖａの関係を図１７に示し、出力数ｎと入力電流のピーク値Ｉaの関係を図１８に示し、出力数ｎと所要断面積Ｓの関係を図１９に示す。
【００１６】
二次側の開放出力電圧Ｖｏを確保するためひとつの二次コイル出力に要する磁束は
Ｖｏ／2πｆ・Ｎ2
であり、出力数ｎの磁束並列結合型多出力方式ではこれのｎ倍を、一次側から二次側への結合係数Ｋ１で除した磁束量を一次側に必要とし、一次側磁性体に大きな磁束が集中することとなる。このため図１７のように入力電圧の増加、および図１８のように一次コイルの電流の増加、あるいは図１９のような一次側磁性体断面積の増加となり、結果的に電流の二乗に比例する一次コイルの巻き線抵抗による導体損失の増加、磁束密度のほぼ二乗に比例する磁性体損失の増加、あるいは磁気飽和を抑えるために磁性体の断面積の拡大による形状の大型化などの致命的な欠陥が発生する。
【００１７】
上述のように、バックライト蛍光管並列点灯用の磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式蛍光管用高周波昇圧トランスは一次側の磁束が増大するためにさまざまな不具合点があった。これを改善するために、従来より汎用多出力のトランスとして用いられ、出力数が増えても磁束が一次側に集中しない特徴を有する磁束直列結合型の漏洩磁束インダクタンス方式を、蛍光管用高周波昇圧トランスとして応用する上での問題点について検討する。
【００１８】
図２０に出力数がｎ個の場合の磁束直列結合型の漏洩磁束インダクタンス方式蛍光管用高周波昇圧トランスの構成例を示す。図２０において、入力電圧Ｖ１により一次コイル２１に流れる電流Ｉ１によって一次側磁性体２３に磁束Φ1が発生する。この磁束Φ1が磁束還流用磁性体２４に流れ、漏洩磁束インダクタンスを発生させるためその一部(1−K)・Φ１が一次側に還流し、磁束Ｋ・Φ1が二次側磁性体２５に流入する。ここで、Ｋは一次コイルと二次コイルの間の結合係数である。磁束Ｋ・Φ1は、直列に巻かれた第１から第ｎまでの二次コイル２２（２２ａ、２２ｂ、・・２２n）に結合し、それぞれの二次コイルの出力端に出力電圧Ｖ２（Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ、・・Ｖ２n）を発生する。出力端子に負荷抵抗が接続されていない無負荷時の各出力電圧Ｖ２のピーク値Ｖｏは、一次コイルの巻き数をＮ１、二次コイルの巻き数をＮ２とすると、
Ｖｏ＝Ｋ・Ｎ２・Ｖ１／Ｎ1
となる。
【００１９】
また、第1の二次コイル２２ａの出力端子にのみ負荷抵抗Ｒが接続されている時は、接続された負荷抵抗Ｒに電流Ｉ２ａが流れ、この電流が第１の二次コイルに流れることで一次コイル２１からの磁束Ｋ・Φ1と逆の方向に磁束Φ2を発生させる。この逆方向の磁束Φ２は磁束還流用磁性体２４により(1−K)・Φ２が二次側に還流し、残りのＫ・Φ２が一次側磁性体に流れ込み、一次側磁性体磁束をΦ１からΦ１−Ｋ・Φ２に減じる方向に動く。このとき、磁束Φと巻き数Ｎのコイル電圧Ｖとの基本的な関係式
Φ＝(１／Ｎ)∫Ｖ・ｄｔ
より、ＮとＶが一定であればΦも常に一定となるため、無負荷時の一次側磁性体磁束
Φ10と上記負荷時の一次側磁性体磁束Φ１−Ｋ・Φ２は等しく
Φ10＝Φ１−Ｋ・Φ2＝(１／Ｎ1)∫Ｖ1・ｄｔ
の関係が保たれる。
【００２０】
従って、
Φ1＝Φ10＋Ｋ・Φ2
となり、無負荷時よりの増加分Ｋ・Φ2は一次コイルに流れる電流Ｉ１が増加ことにより補われる。この増加分K・Φ2は磁束還流用磁性体で(１−Ｋ)・Ｋ・Φ２が一次側に還流し、残りのＫ2・Φ２が二次側に流入する。この結果、二次側磁性体の磁束は負荷が接続されていない初期状態に対し(１−Ｋ2)・Φ２だけ減少する。この減少は出力端子に負荷抵抗が接続されていない第２以降の二次コイルでも同じであるから、無負荷出力端子の開放出力電圧も減少する。
【００２１】
一般的にｎ個の出力端子に負荷抵抗Ｒが接続されたときの出力電圧のピーク値Ｖｏは、
Ｖｏ＝Ｋ・Ｎ２・Ｒ・Ｖa／ｎ・Ｌ２Ｒ・Ｎ1・√｛(Ｒ／ｎ・Ｌ２Ｒ)2 + (２πｆ)2｝
となる。ここで、周波数f、時間tとしてV1=Ｖa・sin(２πｆｔ)、二次側の漏洩磁束インダクタンスをＬ２Ｒとする。図２１に、Ｖa＝30Ｖ、ｆ＝50ＫＨｚ，Ｎ1＝20(ターン)、Ｎ2＝1500(ターン)、Ｋ＝0.75、Ｒ＝50ＫΩ、Ｌ２Ｒ＝225ｍＨとしたとき、上式より負荷抵抗が接続された出力数ｎと出力電圧のピーク値Ｖｏの関係を計算した結果を示す。図２１より全ての負荷が開放状態のとき1700Ｖある出力電圧が、ひとつの出力に負荷が接続されると1000Ｖまで低下することが分る。
【００２２】
一方、近年、図２２に示すような２つの側脚部分１１１，１１２の間に中央脚部分１１３を配置し、かつ、これら３つの脚部分を２つの連結部分１１５で挟んで磁気回路を形成するコア部１０１と、一方の側脚部分１１２に設けられた１次巻線１０２と、中央脚部分１１３に設けられた２次巻線１０３とを備え、各側脚部分１１１、１１２にそれぞれギャップ１１１Ａ，１１２Ａが形成され、１次巻線１０２の一方の端面１１２Ａが一方の側脚部分の端に位置するように、かつ、中央脚部分１１３の長さ方向に対して、１次巻線１０２が２次巻線１０３と向かい合うように、１次巻線１０２および２次巻線１０３が配置された構造の漏洩磁束インダクタンス方式のトランスが開示されている（特許文献１）。この漏洩磁束インダクタンス方式のトランスによれば、コア部１０１に対して、１次巻線１０２と２次巻線１０３とを配置して、１次巻線１０２と２次巻線１０３との適切な漏洩磁束インダクタンスを得るための位置関係にした結果、バラストコンデンサを不要にし、かつ、良好なインバータ特性を得ることができるものである。
【特許文献１】特開２００４−１１１４１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、以上のバラストコンデンサ方式および漏洩磁束インダクタンス方式にはそれぞれ次のような問題がある。先ず、コンデンサが電流制限のリアクタンス素子としてひとつの出力端子と複数の蛍光管の間に入るバラストコンデンサ方式では、蛍光管用高周波昇圧トランスの出力端子の電圧はバラツキのある複数の蛍光管の放電開始電圧よりも高い電圧に設定され、各蛍光管が点灯した後も常時この電圧を出力している。一般的に、蛍光管の放電開始電圧は点灯電圧の２倍ないし３倍高く、蛍光管用高周波昇圧トランスは常時この高電圧を出力することとなり、耐電圧確保のため蛍光管用高周波昇圧トランスの小型化のうえで大きな制約を受けるとともに、高電圧による絶縁破壊の確率も高くなるため信頼性確保の点でも問題が多い。
【００２４】
また、各蛍光管に流れる電流は出力端子電圧をコンデンサと蛍光管の等価抵抗の直列インピーダンスで除算して求められるが、この用途に用いられる高耐圧コンデンサの容量値は通常±10％の誤差があるため、電流値のバラツキも大きくなり並列配置された蛍光管バックライトの輝度ムラが問題となる。
【００２５】
次に、電流制限要素として漏洩磁束型トランスによる漏洩磁束インダクタンスを用いる漏洩磁束インダクタンス方式では、一次側コイルに流れる電流により一次側磁性体に発生した磁束は、複数の二次側コイルが巻き回され、一次側から流れ込む磁束の並列分流路を形成する複数の二次側磁性体に分流するが、二次側コイルに流れる出力電流値のバラツキを抑えるために、それぞれの二次側磁性体の磁気抵抗を等しくし、分流する磁束量を均一にしなければならない。このため、磁束の流れ難さの指標であり、磁性体の磁路長／断面積に比例する磁気抵抗を各出力磁気回路ごとに等しくする必要がある。平面形状が長方形で薄型に構成される場合の多い本用途の蛍光管用高周波昇圧トランスでは、それぞれの磁気抵抗を等しくして、多数の出力磁気回路を設けることは形状的に難しく、この方法では出力数の上限は4個程度に制限され、大型液晶表示パネルで通常必要とされる１0本ないし３０本の蛍光管を点灯させるには多くの蛍光管用高周波昇圧トランスを必要とする。
【００２６】
また、磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式では二次コイルが巻かれた各出力磁気回路に流れる磁束の総和が一次コイルが巻かれた一次側磁性体に集中するため、出力数の増加に伴い一次コイルの駆動電圧を高くし発生磁束を増加させる必要がある。
【００２７】
さらに、大きい磁束が流れる一次側磁性体は磁気飽和対策として磁気回路断面積を大きくしなければならず、結果として蛍光管用高周波昇圧トランスの形状が大きくなる、あるいは磁束密度のほぼ二乗に比例する磁性体損失が極端に増加するという欠点もある。
【００２８】
また、磁束直列結合型漏洩磁束インダクタンス方式では、放電開始電圧にバラツキのある蛍光管を蛍光管用高周波昇圧トランスの各出力端子に接続し点灯する場合、最も放電開始電圧の低い蛍光管が点灯状態に入ると出力電圧が大きく低下するために、他の蛍光管は放電開始電圧を超えることが出来ず、点灯状態に入れないという致命的な欠陥をもっている。
【００２９】
本発明は、上述の課題に鑑み、簡易な構造で多数本の蛍光管を並列に点灯することができ、出力電流のバラツキが少ない、点灯効率の高い、さらに軽量・小型形状などの優れた特性をもつ蛍光管用高周波昇圧トランスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
以上の課題を解決するために、第１の発明の蛍光管用高周波昇圧トランスは、一次コイルが巻かれた一次側磁性体と、複数の二次コイルが巻かれた二次側磁性体と、二次コイルの一部を覆い、その両端は二次側磁性体に接合するように形成される分流用磁性体とから構成され、一次側磁性体と二次側磁性体によって閉磁束磁気回路を形成し、分流用磁性体によって二次側磁性体を通る磁束を分流することを特徴とする。
【００３１】
第２の発明は、第１の発明において、二次側磁性体はコの字型に形成され、その両端は一次側磁性体に接合するように形成されることを特徴とする。
【００３２】
第３の発明は、第１の発明において、二次側磁性体は、棒状に形成される２つの二次側磁性体と、棒状に形成された閉磁路形成用磁性体から構成され、二次側磁性体の一端は一次側磁性体に接合し、閉磁路形成用磁性体はその両端が二次側磁性体の各他端に接合することを特徴とする。
【００３３】
第４の発明は、第３の発明において、二次コイルが巻かれた二次側磁性体と二次コイルの一部を覆う分流用磁性体とがその断面をコの字型磁性体として一体化して形成され、一次側磁性体、コの字型磁性体の二次側磁性体部分および閉磁路形成用磁性体によって閉磁束磁気回路を形成し、コの字型磁性体の分流用磁性体部分によって二次側磁性体部分を通る磁束を分流することを特徴とする。
【００３４】
第５の発明は、第３の発明において、二次コイルが巻かれた二次側磁性体と、二次コイルの一部を覆う分流用磁性体とがその断面がＥ字型の磁性体として一体化して形成され、Ｅ字型磁性体の両端の支路を二次側磁性体とし、Ｅ字型磁性体の中央の支路を分流用磁性体とし、一次側磁性体、Ｅ字型磁性体の二次側磁性体部分および閉磁路形成用磁性体によって閉磁束磁気回路を形成し、Ｅ字型磁性体の中央の支路の分流用磁性体部分によって二次側磁性体部分を通る磁束を分流することを特徴とする。
【００３５】
第６の発明は、第１〜第５の発明において、一次コイルまたは二次コイルはボビンに巻かれ、一次コイルまたは二次コイルが巻かれたボビンはそれぞれ一次側磁性体および二次側磁性体に嵌合されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
第１の発明によれば、蛍光管用高周波昇圧トランスは、一次コイルが巻かれた一次側磁性体と、複数の二次コイルが巻かれた二次側磁性体と、二次コイルの一部を覆い、その両端は二次側磁性体に接合するように形成される分流用磁性体とから構成され、一次側磁性体と二次側磁性体によって閉磁束磁気回路を形成し、分流用磁性体によって二次側磁性体を通る磁束を分流するように構成されるので、並列に接続された蛍光管の点灯において、点灯電圧が一番低い蛍光管が点灯した後でも、残りの蛍光管を確実に点灯できる。
【００３７】
第２の発明によれば、二次側磁性体はコの字型に形成され、その両端は一次側磁性体に接合するように形成されるので、簡易な構造で小型、高効率、高電流精度な蛍光管用高周波昇圧トランスを提供できる。
【００３８】
第３の発明によれば、二次側磁性体は、棒状に形成される２つの二次側磁性体と、棒状に形成された閉磁路形成用磁性体から構成され、二次側磁性体の一端は一次側磁性体に接合し、閉磁路形成用磁性体はその両端が二次側磁性体の各他端に接合するので、簡易な構造で小型、高効率、高電流精度な蛍光管用高周波昇圧トランスを提供できる。
【００３９】
第４の発明によれば、二次コイルが巻かれた二次側磁性体と二次コイルの一部を覆う分流用磁性体とがコの字型磁性体として一体化して形成され、一次側磁性体、コの字型磁性体の二次側磁性体部分および閉磁路形成用磁性体によって閉磁束磁気回路を形成し、コの字型磁性体の分流用磁性体部分によって二次側磁性体部分を通る磁束が分流されるので、簡易な構造で、組み立てが容易で、小型、高効率、高電流精度な蛍光管用高周波昇圧トランスを提供できる。
【００４０】
第５の発明によれば、二次コイルが巻かれた二次側磁性体と、二次コイルの一部を覆う分流用磁性体とがその断面がＥ字型の磁性体として一体化して形成され、Ｅ字型磁性体の両端の支路を二次側磁性体とし、Ｅ字型磁性体の中央の支路を分流用磁性体とし、一次側磁性体、Ｅ字型磁性体の二次側磁性体部分および閉磁路形成用磁性体によって閉磁束磁気回路を形成し、Ｅ字型磁性体の中央の支路の分流用磁性体部分によって二次側磁性体部分を通る磁束が分流されるので、簡易な構造で、組み立てが容易で、小型、高効率、高電流精度な蛍光管用高周波昇圧トランスを提供できる。
【００４１】
第６の発明によれば、第１〜第５の発明において、一次コイルまたは二次コイルはボビンに巻かれ、一次コイルまたは二次コイルが巻かれたボビンはそれぞれ一次側磁性体および二次側磁性体に嵌合されるので、簡易な構造で、組み立てが容易で、小型の蛍光管用高周波昇圧トランスを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
第１の実施形態．
図１は、本発明の蛍光管用高周波昇圧トランス１３において、出力数がｎ個の場合の模式図である。本発明は、従来の磁束直列結合型漏洩磁束インダクタンス方式昇圧出力トランスの特徴を活かしながら上記欠陥を改善するために、図１に示すように、一次コイル２１と、二次コイル２２（２２ａ、２２ｂ、… ２２ｎ）と、一次コイル２１が巻かれた一次側磁性体２３と、二次コイル２２が巻かれた二次側磁性体２５と、二次コイル２２の一部を覆い、その先端が二次側磁性体２５に接合するように構成される分流用磁性体２６（２６ａ、２６ｂ、… ２６ｎ）から構成される。
【００４３】
図１において、一次コイルに流れる電流Ｉ１により一次側磁性体２３に発生した磁束Φ1は第１の二次コイル２２ａが巻かれた二次側磁性体２５と分流用磁性体２６ａの接合点Ｐ１で、接合点Ｐ１とＰ２の間の二次側磁性体の磁気抵抗Ｒｍ2と対応する分流用磁性体２６ａの磁気抵抗Ｒｍ3により、二次側磁性体にＫ1・Φ1の磁束が、また分流用磁性体には（1−Ｋ1）・Φ1が流れる。なお、Ｒｍ2、Ｒｍ3については、図２に記載されている。
ここで、磁束分流係数Ｋ1は、
Ｋ1＝Ｒm3／(Ｒｍ2＋Ｒｍ3)
の式で表される。
【００４４】
第１の二次コイル２２ａの二次側磁性体２５を流れる磁束Ｋ1・Φ1と上側接合点Ｐ１で分流用磁性体２６ａに分流した磁束（1−Ｋ1）・Φ1は下側接合点Ｐ2で再び合流し、Φ１となって第２の二次コイル２２ｂの接合点Ｐ３に流入する。このようにｎ個の二次コイルがあればそれぞれの二次側磁性体と分流用磁性体の接合点で分流と合流を繰り返し、一次側磁性体に還流する。
【００４５】
図２は図１の蛍光管用高周波昇圧トランスを磁気回路図で表現したものである。図１において、一次側磁性体の磁気抵抗をＲｍ1、二次側磁性体のＰ１からＰ２までの一区間の磁気抵抗をＲｍ2、分流用磁性体の同じく一区間の磁気抵抗をＲｍ3、入力電圧をＶ1（＝Ｖa・ｓｉｎ（２πfｔ））、Ｖａを入力電圧の最大値、ｆを入力電圧の周波数、一次コイルに流れる電流をＩ１、一次コイルの巻き数をＮ１、一次コイルが発生する磁束をΦ１、二次側磁性体と分流用磁性体の各接合点での磁束分流係数をＫ１、二次コイルの巻き数をＮ２、出力側負荷抵抗をＲ、二次コイルの出力電流をＩ２、Ｉ２により二次コイル直下の二次側磁性体に発生する逆方向の起磁力Ｖm２、これにより発生する磁束をΦ２とする。
【００４６】
先ず、二次コイルの出力端子が全て開放の場合、それぞれの二次コイルは二次側磁性体に流れる磁束Ｋ1・Φ1と鎖交するため出力端子電圧Ｖ２は
Ｖ2＝Ｎ2・ｄ(Ｋ1・Φ1)／ｄt
Ｖ1＝Ｎ1・ｄ(Φ1)／ｄt
の関係式より
Ｖ2＝Ｋ1・Ｎ2・Ｖａ・ｓｉｎ(２πf・ｔ)／Ｎ１
となる。
【００４７】
また、この関係より二次コイル出力端子に蛍光管放電開始に必要な出力電圧Ｖ２を出力する時に必要な一次コイルの発生磁束Φ1は、Ｖ2＝Ｖo・ｓｉｎ(2πf・t）として上式をΦ1について解いて
Φ1＝Ｖo／2πf・Ｋ1・Ｎ2
で与えられる。このように本発明による多出力蛍光管用高周波昇圧トランスの場合、二次コイルと磁束が直列に結合するため、ｎ個の二次コイル全てがＶｏを出力しても、一次側の磁束は１個の場合と同じで良いことになる。
【００４８】
次に、第１の二次コイル２２ａの出力端子のみ負荷抵抗Ｒが接続されたとき、第１の二次コイル２２ａの出力電圧Ｖ2ａと開放状態にある第２の二次コイル２２ｂの出力電圧Ｖ2ｂを計算する。先ず、第１の二次コイル２２ａに電流Ｉ2ａが流れこの電流により第１の二次コイル２２ａ直下の二次側磁性体には一次側より流入する磁束Ｋ1・Φ1と逆向きの起磁力Ｎ2・Ｉ2が発生し、この起磁力発生地点から見た全磁気抵抗をＲｍsとして、この起磁力による磁束Φ2
Φ2＝Ｎ2・Ｉ2ａ／Ｒms
がＫ1・Φ1を減ずる方向に生ずる。Φ2は第１の二次コイル２２ａの二次側磁性体と分流用磁性体の接合点Ｐ1で、Ｐ1点での磁束分流比をＫ2として一次側磁性体にＫ2・Φ2、分流用磁性体に(１−Ｋ2)・Φ2に分流する。
【００４９】
Ｋ２は分流用磁性体の磁気抵抗Ｒm３と、一次側磁性体の磁気抵抗Ｒm１と第２から第ｎまでの二次コイル２２の二次側磁性体の磁気抵抗Ｒm２、同じく分流用磁性体の磁気抵抗Ｒm３の並列磁気抵抗の和の磁気抵抗をＲmpとして次式で与えられる。
Ｋ2＝Ｒm3／(Ｒm1+Ｒmp+Ｒm3）
このように、一次コイルの発生する磁束が分流用磁性体にて分流しＫ1・Φ1が二次コイルと鎖交し、また同じように二次コイルの発生する磁束Φ2のうちＫ2・Φ2のみが一次コイル２１と鎖交することにより等価的に各二次コイルの出力に直列にインダクタンスが入ることとなる。このインダクタンスは各出力ごとに磁束を分流することにより生ずるものであり、ここでは分流磁束インダクタンスＬbとする。
【００５０】
第１の二次コイルの出力電圧Ｖ2ａはＶ１を
Ｖ1＝Ｖa・ｓｉｎ（２πｆ・ｔ）
として、一次側及び二次側の関係式
Ｖ1＝Ｎ1・d(Φ1−Ｋ２・Φ2)／ｄt
Ｖ2ａ＝Ｎ2・d(Ｋ1・Φ１−Φ2)／ｄt
Ｉ2ａ＝Ｖ2ａ／Ｒ
Φ2＝Ｎ2・Ｉ2ａ／Ｒms＝(Ｎ2・Ｎ2／Ｒ・Ｒms)・d(Ｋ1・Φ1−Φ2)／ｄt
を解いて、Ｖ2aのピーク値Ｖoaは次式で与えられる。
Ｖoa＝Ｋ１・Ｎ2・Ｒ・Ｖa／Ｎ1・Ｌb・√｛(Ｒ／Ｌb)2 +(2πf)2｝
【００５１】
次に、出力端子が開放されている第２の二次コイル２２ｂの出力電圧Ｖ2ｂを計算する。第２の二次コイル２２直下の二次側磁性体の磁束は一次コイルよりの磁束がＫ1・Φ1、また第１の二次コイルが発生する逆方向の磁束Φ2のうち、一次側磁性体２３に分流する成分Ｋ2・Φ2が一次側磁性体２３から第ｎの出力区間・・・・・第３の出力区間をまわり第２の二次コイル２２ｂの二次側磁性体２５と分流用磁性体２６の下側接合点Ｐ4まで一周してくるが、Ｐ４で各出力区間の二次側磁性体と分流用磁性体の磁束分流比Ｋ１を乗じた磁束が二次側磁性体に分流するため、Ｋ1・K2・Φ2が第２の二次コイル直下の二次側磁性体に、一次コイルからの磁束Ｋ１・Φ１を減ずる方向で流入する。従って、第２の二次コイル２２ｂの出力電圧Ｖ2ｂは
Ｖ2b＝Ｎ2・d(Ｋ１・Φ1−Ｋ1・Ｋ2・Φ2)／dt
であるから、Ｖoaの計算で求めたΦ1、Φ2を上式に代入すると、Ｖ2bのピーク値Ｖobは
Ｖob＝Ｋ1・Ｎ2・Ｖa／Ｎ１
となる。
【００５２】
これは、全ての出力が開放状態の時の式と同じとなるため、複数の蛍光管を負荷としたときにどれか一本の蛍光管が点灯状態になっても、まだ放電開始していない蛍光管には放電開始電圧を超える電圧が印加されることとなり、結果として全ての蛍光管が点灯状態に入ることが出来ることを示している。
【００５３】
次に、全ての二次コイル２２の出力端子に負荷抵抗Ｒが負荷されたときの二次側の出力電圧Ｖ２を計算する。先ず第１の二次コイル２２ａに電流Ｉ２ａが流れこの電流により第１の二次コイル２２ａ直下の二次側磁性体には一次側より流入する磁束Ｋ1・Φ1と逆向きの起磁力Ｎ２・Ｉ２ａが発生し、発生地点から見た全磁気抵抗をＲｍsとして、この起磁力による磁束Φ２は
Φ2＝Ｎ2・Ｉ2／Ｒms
がＫ1・Φ1を減じる方向に生ずる。Φ2は第１の二次コイル２２ａの二次側磁性体２５と分流用磁性体２６の接合点Ｐ1で、この磁束分流比をＫ2として入力側磁性体にＫ2・Φ2、分流用磁性体に(１−Ｋ2)・Φ2が分流する。
【００５４】
また、全ての出力の負荷抵抗Ｒ、及びＫ１，Ｋ２，Ｎ２が等しいとすると各出力の出力電圧Ｖ２、出力電流Ｉ２も全て等しく、また第２の二次コイル２２ｂに流れる電流により第２の二次コイル２２ｂ直下の二次側磁性体２５に発生する磁束Φ２は第１の二次コイルの発生する磁束Φ２と等しく、第２の二次コイル２２ｂの二次側磁性体２５と分流用磁性体２６ｂとの上側の接合点Ｐ3で、Ｋ2・Φ2が第１の二次コイル側に流れ、(１−Ｋ2)・Φ2が第２の二次コイルの分流用磁性体に分流する。第１の二次コイル部に流入した磁束Ｋ２・Φ2は第１の二次コイルの二次側磁性体と分流用磁性体の下側接合点Ｐ2で二次側磁性体へのＫ1・Ｋ2・Φ2と分流用磁性体への(１−Ｋ1)・Ｋ2・Φ2に分流するが、同じく上側の接合点Ｐ1で再び合流しＫ2・Φ2として一次側磁性体に流れ込む。
【００５５】
このように第２の二次コイル２２ａ〜第ｎの二次コイル２２ｎの発生する磁束は
(ｎ−１)・Ｋ1・Ｋ2・Φ2
が第１の二次コイル２２ａ直下の二次側磁性体２５に一次コイル２１よりの磁束Ｋ１Φ１を減じる方向で流れ込むこととなるため、第１の二次コイル２２ａが鎖交する磁束は
Ｋ1・Φ1−Φ2−(ｎ−１)・Ｋ１・Ｋ２・Φ2
となる。
【００５６】
従って、この場合の出力電圧Ｖ2、出力電流Ｉ２はＶ１を上述の正弦波電圧として、一次側および二次側の関係式
Ｖ1＝Ｎ1・d(Φ1−ｎ・Ｋ２・Φ2)／ｄt
Ｖ2＝Ｎ2・ｄ(Ｋ1・Φ1−Φ2−(ｎ−1)・Ｋ1・Ｋ2・Φ2)／ｄt
Ｉ2＝Ｖ2／Ｒ
Φ2＝Ｎ2・Ｉ2／Ｒms
＝(Ｎ2・Ｎ2／Ｒ・Ｒms)・ｄ(Ｋ1・Φ1−Φ2+(ｎ−1)・Ｋ1・Ｋ2・Φ2)／ｄt
を解いて,それぞれのピーク値Ｖo、Ｉoは次式で与えられる。
Ｖo＝Ｋ１・Ｎ2・Ｒ・Ｖa／Ｎ1・Ｌb・√｛(Ｒ／Ｌb)2 + (2πf)2｝
Ｉo＝Ｋ１・Ｎ2・Ｖa／Ｎ1・Ｌb・√｛(Ｒ／Ｌb)2 + (2πf)2｝
【００５７】
上式の中のＬbは先に述べたように、二次側磁性体２５の磁束を分流用磁性体２６で分流することにより、等価的に二次コイル２２の出力に直列に発生する分流磁束インダクタンスである。この結果より、本方式の蛍光管用高周波昇圧トランスは点灯時の電圧、電流が出力数ｎによらず一定であることが分る。
【００５８】
以上の検討結果より、本発明による蛍光管用高周波昇圧トランスは従来問題となっていた以下の点を改善することを特徴とするものである。
特徴（1）
出力数ｎを増やしても一次側磁性体の磁束が増大しない。
先に述べたように、ｎ個の出力において磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式蛍光管用高周波昇圧トランスでは一次側磁性体の磁束量が一個の場合のｎ倍に増大するのに対し、本発明の蛍光管用高周波昇圧トランスの場合は一個でも、ｎ個でも同じ磁束量となり、多出力の蛍光管用高周波昇圧トランスでも入力電圧を一個の場合と同じに抑えることができる。入力電圧が低いことは一次コイルの励磁電流が少ないことであり、結果として、電流の二乗に比例する一次コイルの導体損失を大きく低減することができる。また、磁束密度のほぼ二乗に比例する磁性体損失も大幅に改善されるため高効率の蛍光管用高周波昇圧トランスを実現することができる。さらに、磁性体の磁気飽和を防ぐために磁気断面積を拡大する必要も無く、小型化・軽量化を実現することができる。
【００５９】
特徴（2）
出力電圧、電流が出力数ｎに依存しない。
従来より汎用トランスとして用いられている磁束直列結合型漏洩磁束インダクタンス方式高周波昇圧トランスではｎ個の出力のうち一個でも点灯状態に入ると、その他の出力電圧が極端に低下するため残りの蛍光管は点灯することが出来ないが、本発明の蛍光管用高周波昇圧トランスでは分流用磁性体の働きにより、個々の出力は他の出力の点灯、非点灯に関係なく動作するため、簡素なトランス構造でｎ＝１０を超える場合でも、並列配置され放電開始電圧にバラツキのある蛍光管でも点灯することができ、点灯装置の小型化・高信頼度化・低価格化を実現することができるものである。
【００６０】
特徴（3）
それぞれの出力コイルに結合する磁束が共通であるため出力電圧、出力電流のバラツキが極端に少ない。コンデンサによりｎ個の出力を分岐する多出力バラストコンデンサ方式ではコンデンサの容量値のバラツキにほぼ等しい出力電流値バラツキがあり、また磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式多出力蛍光管用高周波昇圧トランスでは一次コイルの発生する磁束がｎ個の二次側磁性体にそれぞれの磁気抵抗の比率により分流するが、ｎ＝１０個を超える二次側磁性体の磁気抵抗の比率を限られた形状で効率よく抑えることは難しく、出力電流のバラツキは大きいものとなる。本発明による蛍光管用高周波昇圧トランスでは、各出力が二次側磁性体を通る共通の磁束で決まるため、出力電圧、出力電流のバラツキを抑えることができるものである。
【００６１】
図３は、本発明の第１の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランス１３おける出力数４の場合の模式図である。この第１の実施形態においては、図３に示すように、一次側磁性体２３とコの字型に形成された二次側磁性体２５によって閉磁束磁気回路が形成される。この第１の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランスでは、一次側磁性体２３に一次コイル２１が巻かれ、二次側磁性体２５に二次コイル２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）が巻かれ、二次コイル２２の一部を覆うように分流用磁性体２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ）が取りつけられる。分流用磁性体２６はコの字形状に形成され、中央部は二次コイル２２を覆い、端部は二次側磁性体２５に接合する。一般に、一次コイル２１および二次コイル２２はそれぞれボビンに巻かれた状態で一次側磁性体２３および二次側磁性体２５に嵌合される。
【００６２】
図４は、本発明の第１の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランス１３の構造を示す斜視図である。図４において、コの字型の二次側磁性体２５の端部は一次側磁性体２３の両端に接合し閉磁束磁気回路を形成している。一次コイル２１および二次コイル２２はそれぞれボビンに巻かれた状態で一次側磁性体２３および二次側磁性体２５に嵌合されている。分流用磁性体２６は、中央部が二次コイル２２の上から二次コイル２２を覆い、その両端部は二次側磁性体２５に接合して、磁束分流回路を形成している。
【００６３】
このように本発明による分流磁束インダクタンス方式による多出力の蛍光管用高周波昇圧トランスでは並列配置され、かつ放電開始電圧にバラツキのある複数の蛍光管を効率よく点灯することが出来るとともに、負荷時のそれぞれの出力電圧Ｖ２は二次側磁性体と分流用磁性体の磁束分流比Ｋ1、二次コイル／一次コイルの巻き数比Ｎ2／Ｎ１、分流磁束インダクタンスＬｂ，負荷抵抗Ｒ、入力電圧の振幅Ｖａ、周波数ｆのみにより決まり、出力数ｎには依存しない。このことは、出力数ｎに上限のある磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式多出力蛍光管用高周波昇圧トランスと異なり、ｎ＝１０を超える蛍光管の並列駆動がひとつのトランスで実現でき、かつそれぞれの出力は一次側磁性体、二次側磁性体をループ状に回る共通の一定磁束で駆動されるため、出力電流のバラツキを極端に低減することができるものである。
【００６４】
また、一次側磁性体の磁束量が出力数ｎに関係なく一定であるため、並列磁束結合型漏洩磁束インダクタンス方式多出力蛍光管用高周波昇圧トランスのようにｎの増加とともに一次側磁性体の磁束量が増大することも無く、磁性体断面積が小さく出来るため小型・軽量の蛍光管用高周波昇圧トランス形状を実現できる。さらに、磁束密度のほぼ二乗に比例する磁性体損失も大幅に低減することが可能であり、蛍光管の点灯駆動回路の点灯効率の向上にも寄与するものである。
【００６５】
第２の実施形態．
図５は、本発明の第２の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランス１３おける出力数４の場合の模式図である。この第２の実施形態においては、図５に示すように、一次側磁性体２３と棒状の閉磁路形成用磁性体２９間に棒状の二次側磁性体２５が挟まれ閉磁束磁気回路が形成される。この第２の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランスでは、一次側磁性体２３に一次コイル２１が巻かれ、二次側磁性体２５に二次コイル２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）が巻かれ、閉磁路形成用磁性体２９が２つの二次側磁性体２５に接合して閉磁束磁気回路を形成すると共に、二次コイル２２の一部を覆うように分流用磁性体２６が取りつけられる。分流用磁性体２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ）はコの字形状に形成され、中央部は二次コイル２２を覆い、端部は二次側磁性体２５に接合する。一般に、一次コイル２１および二次コイル２２はそれぞれボビンに巻かれた状態で一次側磁性体２３および二次側磁性体２５に嵌合される。なお、図５において、閉磁路形成用磁性体２９が二次側磁性体２５と分離して形成される以外は第１の実施形態と同じである。
【００６６】
図６は、本発明の第２の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランス１３の構造を示す斜視図である。図６において、閉磁路形成用磁性体２９が二次側磁性体２５と分離して形成される以外は第１の実施形態と同じであるので、詳細な説明は省略する。
【００６７】
第３の実施形態．
図７は本発明の第３の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランス１３の構造を示す模式図である。この第３の実施形態においては、図７に示すように、一次側磁性体２３と閉磁路形成用磁性体２９間に複数のコの字型の磁性体２７（２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ）を挟んで閉磁束磁気回路を形成する。閉磁束磁気回路は、一次側磁性体２３、コの字型の磁性体の二次コイルが巻かれた複数の磁性体部分、閉磁路形成用磁性体２９によって形成される。コの字型の磁性体は、一方の支路は二次コイルが巻かれる二次側磁性体として、また他方の支路は分流用磁性体として機能する。コの字型の磁性体を複数個縦続接続することによって、分流用磁性体は二次コイル２２の一部を覆うようにすることができる。第３の実施形態では、二次コイルが巻かれる磁性体を個別に製造できるため、出力数に応じてコの字型の磁性体２７を柔軟に取りつけることができる。また、各コの字型磁性体は小型のため製造価格が安価であるので、蛍光管用高周波昇圧トランスのコスト低減を実現することができる。
【００６８】
第４の実施形態．
図８は本発明の第４の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランス１３の構造を示す模式図である。この第４の実施形態においては、図８に示すように、一次側磁性体２３と閉磁路形成用磁性体２９間に複数のＥ字型の磁性体２８（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ）を挟んで閉磁束磁気回路を形成する。閉磁束磁気回路は、一次側磁性体２３、Ｅ字型の磁性体の二次コイルが巻かれた複数の磁性体部分、閉磁路形成用磁性体２９によって形成される。Ｅ字型の磁性体は、上下の支路は二次コイルが巻かれる二次側磁性体として、また中央の支路は両端のふたつの二次側磁性体の共通の分流用磁性体として機能する。Ｅ字型の磁性体を複数個縦続接続することによって、分流用磁性体は二次コイル２２の一部を覆うようにすることができる。第４の実施形態では、ふたつの二次コイルがひとつの分流用磁性体を共用するため小型・軽量化が図れるとともに、二次コイルが巻かれる磁性体を個別に製造できるため、出力数に応じてＥ字型の磁性体２８を柔軟に取りつけることができる。また、各Ｅ字型磁性体は小型のため製造価格が安価であるので、蛍光管用高周波昇圧トランスのコスト低減を実現することができる。
【００６９】
図９は、大画面液晶表示パネル用バックライト蛍光管点灯インバータ回路用の多出力蛍光管用高周波昇圧トランスの性能を各方式について比較した一覧表である。図９に示すように、本発明による蛍光管用高周波昇圧トランスは、多出力が得られ、起動特性も良く、高効率で、小型軽量で、信頼性が高くコストも安価である等全ての項目で他の方式の蛍光管用高周波昇圧トランスよりも優れていることが一目で分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、液晶表示パネルのバックライトとして用いられる並列配置された複数の蛍光管を点灯させるための蛍光管用高周波昇圧トランスとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランスおける出力数nの場合の模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランスおける出力数nの蛍光管用高周波昇圧トランスの磁気回路図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランスおける出力数４の場合の模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランスの一例を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランスおける出力数４の場合の模式図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランスの一例を示す斜視図である。
【図７】本発明の第３の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランスにおける出力数４の場合の模式図である。
【図８】本発明の第４の実施形態の蛍光管用高周波昇圧トランスにおける出力数８の場合の模式図である。
【図９】本発明と従来の技術の複数蛍光管並列点灯用蛍光管用高周波昇圧トランスの各種性能比較表である。
【図１０】従来の複数蛍光管点灯回路の一例を示す図である。
【図１１】蛍光管の電圧−電流特性を示す図である。
【図１２】バラストコンデンサ方式による複数蛍光管点灯回路の一例を示す図である。
【図１３】バラストコンデンサ方式におけるバラストコンデンサ容量と蛍光管電流の関係を示す図である。
【図１４】漏洩磁束インダクタンス方式による複数蛍光管点灯回路の一例を示す図である。
【図１５】出力数２個の磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式の蛍光管用高周波昇圧トランスの構造を示す図である。
【図１６】出力数n個の磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式の蛍光管用高周波昇圧トランスの磁気回路を示す図である。
【図１７】磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式蛍光管用高周波昇圧トランスの出力数nと所要入力電圧の関係を示す図である。
【図１８】磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式蛍光管用高周波昇圧トランスの出力数nと所要入力電流の関係を示す図である。
【図１９】磁束並列結合型漏洩磁束インダクタンス方式蛍光管用高周波昇圧トランスの出力数nと所要一次側磁性体断面積の関係を示す図である。
【図２０】磁束直列結合型漏洩磁束インダクタンス方式の蛍光管用高周波昇圧トランスの模式図である。
【図２１】磁束直列結合型漏洩磁束インダクタンス方式の蛍光管用高周波昇圧トランスの出力数nと出力電圧の関係を示す図である。
【図２２】従来の漏洩磁束インダクタンス方式の蛍光管用高周波昇圧トランスを示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１３ 蛍光管用高周波昇圧トランス
２１一次コイル
２２、２２ａ、２２ｂ、・・２２n 二次コイル
２３ 一次側磁性体
２５、２５ａ、２５ｂ 二次側磁性体
２６、２６ａ、２６ｂ、・・２６n 分流用磁性体
２７、２７ａ〜２７ｄ 分流用磁性体
２８、２８ａ〜２８ｈ 分流用磁性体
２９ 閉磁路形成用磁性体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次コイルが巻かれた一次側磁性体と、複数の二次コイルが巻かれた二次側磁性体と、
前記二次コイルの一部を覆い、その両端は前記二次側磁性体に接合するように形成される分流用磁性体とから構成され、前記一次側磁性体と前記二次側磁性体によって閉磁束磁気回路を形成し、前記分流用磁性体によって前記二次側磁性体を通る磁束を分流することを特徴とする蛍光管用高周波昇圧トランス。
【請求項２】
前記二次側磁性体はコの字型に形成され、その両端は前記一次側磁性体に接合するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の蛍光管用高周波昇圧トランス。
【請求項３】
前記二次側磁性体は、棒状に形成される２つの二次側磁性体と、棒状に形成された閉磁路形成用磁性体から構成され、前記各二次側磁性体の一端は前記一次側磁性体に接合し、前記閉磁路形成用磁性体はその両端が前記二次側磁性体の各他端に接合することを特徴とする請求項１に記載の蛍光管用高周波昇圧トランス。
【請求項４】
二次コイルが巻かれた前記二次側磁性体と、前記二次コイルの一部を覆う分流用磁性体とがその断面がコの字型の磁性体として一体化して形成され、前記一次側磁性体、前記コの字型磁性体の前記二次側磁性体部分および閉磁路形成用磁性体によって閉磁束磁気回路を形成し、前記コの字型磁性体の分流用磁性体部分によって前記二次側磁性体部分を通る磁束を分流することを特徴とする請求項３に記載の蛍光管用高周波昇圧トランス。
【請求項５】
二次コイルが巻かれた前記二次側磁性体と、前記二次コイルの一部を覆う分流用磁性体とがその断面がＥ字型の磁性体として一体化して形成され、前記Ｅ字型磁性体の両端の支路を二次側磁性体とし、前記Ｅ字型磁性体の中央の支路を分流用磁性体とし、前記一次側磁性体、前記Ｅ字型磁性体の前記二次側磁性体部分および閉磁路形成用磁性体によって閉磁束磁気回路を形成し、前記Ｅ字型磁性体の中央の支路の分流用磁性体部分によって前記二次側磁性体部分を通る磁束を分流することを特徴とする請求項３に記載の蛍光管用高周波昇圧トランス。
【請求項６】
前記一次コイルまたは二次コイルはボビンに巻かれ、そのボビンは前記一次側磁性体および前記二次側磁性体にそれぞれ嵌合されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の蛍光管用高周波昇圧トランス。
【請求項１】
一次コイルが巻かれた一次側磁性体と、複数の二次コイルが巻かれた二次側磁性体と、
前記二次コイルの一部を覆い、その両端は前記二次側磁性体に接合するように形成される分流用磁性体とから構成され、前記一次側磁性体と前記二次側磁性体によって閉磁束磁気回路を形成し、前記分流用磁性体によって前記二次側磁性体を通る磁束を分流することを特徴とする蛍光管用高周波昇圧トランス。
【請求項２】
前記二次側磁性体はコの字型に形成され、その両端は前記一次側磁性体に接合するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の蛍光管用高周波昇圧トランス。
【請求項３】
前記二次側磁性体は、棒状に形成される２つの二次側磁性体と、棒状に形成された閉磁路形成用磁性体から構成され、前記各二次側磁性体の一端は前記一次側磁性体に接合し、前記閉磁路形成用磁性体はその両端が前記二次側磁性体の各他端に接合することを特徴とする請求項１に記載の蛍光管用高周波昇圧トランス。
【請求項４】
二次コイルが巻かれた前記二次側磁性体と、前記二次コイルの一部を覆う分流用磁性体とがその断面がコの字型の磁性体として一体化して形成され、前記一次側磁性体、前記コの字型磁性体の前記二次側磁性体部分および閉磁路形成用磁性体によって閉磁束磁気回路を形成し、前記コの字型磁性体の分流用磁性体部分によって前記二次側磁性体部分を通る磁束を分流することを特徴とする請求項３に記載の蛍光管用高周波昇圧トランス。
【請求項５】
二次コイルが巻かれた前記二次側磁性体と、前記二次コイルの一部を覆う分流用磁性体とがその断面がＥ字型の磁性体として一体化して形成され、前記Ｅ字型磁性体の両端の支路を二次側磁性体とし、前記Ｅ字型磁性体の中央の支路を分流用磁性体とし、前記一次側磁性体、前記Ｅ字型磁性体の前記二次側磁性体部分および閉磁路形成用磁性体によって閉磁束磁気回路を形成し、前記Ｅ字型磁性体の中央の支路の分流用磁性体部分によって前記二次側磁性体部分を通る磁束を分流することを特徴とする請求項３に記載の蛍光管用高周波昇圧トランス。
【請求項６】
前記一次コイルまたは二次コイルはボビンに巻かれ、そのボビンは前記一次側磁性体および前記二次側磁性体にそれぞれ嵌合されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の蛍光管用高周波昇圧トランス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
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【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００８−２６２９７７（Ｐ２００８−２６２９７７Ａ）
【公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０２８７０（Ｐ２００７−１０２８７０）
【出願日】平成１９年４月１０日（２００７．４．１０）
【特許番号】特許第４０２１９３１号（Ｐ４０２１９３１）
【特許公報発行日】平成１９年１２月１２日（２００７．１２．１２）
【出願人】（５０７１１６９６１）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月１０日（２００７．４．１０）
【特許番号】特許第４０２１９３１号（Ｐ４０２１９３１）
【特許公報発行日】平成１９年１２月１２日（２００７．１２．１２）
【出願人】（５０７１１６９６１）
【Ｆターム（参考）】
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