JP2000050648A - 圧電トランス駆動回路及び駆動方法 - Google Patents
圧電トランス駆動回路及び駆動方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧電トランスの時分割駆動を行う駆動回路に
おいて、広調光範囲と、出力不足の時に目視で認識可能
な周波数での負荷の点滅防止と、負荷点灯開始前に目視
で認識可能な周波数での負荷の点滅防止と、無負荷動作
時の駆動回路部品の発熱抑制とを、同時に実現する。 【解決手段】 時分割駆動に用いる時分割周波数信号を
調光回路22において複数種類生成する。この生成され
た複数種類の時分割周波数信号を圧電トランス1の負荷
の状態や調光状態に応じて選択し、最適な時分割駆動周
波数を選定、又は同時に複数の時分割駆動周波数にて圧
電トランス1を駆動する。
おいて、広調光範囲と、出力不足の時に目視で認識可能
な周波数での負荷の点滅防止と、負荷点灯開始前に目視
で認識可能な周波数での負荷の点滅防止と、無負荷動作
時の駆動回路部品の発熱抑制とを、同時に実現する。 【解決手段】 時分割駆動に用いる時分割周波数信号を
調光回路22において複数種類生成する。この生成され
た複数種類の時分割周波数信号を圧電トランス1の負荷
の状態や調光状態に応じて選択し、最適な時分割駆動周
波数を選定、又は同時に複数の時分割駆動周波数にて圧
電トランス1を駆動する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電トランス駆動回
路及び圧電トランス駆動方法に関し、特に液晶による表
示装置のバックライト電源等を負荷とする圧電トランス
の駆動回路及び駆動方法に関する。
路及び圧電トランス駆動方法に関し、特に液晶による表
示装置のバックライト電源等を負荷とする圧電トランス
の駆動回路及び駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に圧電トランスは、圧電材料に一次
側及び二次側の電極を付け、一次側で圧電トランスの共
振周波数の電圧を印加してトランスを共振させ、この機
械的振動による二次側の発生電圧を取り出す素子であ
る。この圧電トランスは、電磁トランスと比較して小型
化や薄型化が図れる特徴がある。このため、圧電トラン
スは、液晶による表示装置のバックライト電源等に注目
されている素子である。
側及び二次側の電極を付け、一次側で圧電トランスの共
振周波数の電圧を印加してトランスを共振させ、この機
械的振動による二次側の発生電圧を取り出す素子であ
る。この圧電トランスは、電磁トランスと比較して小型
化や薄型化が図れる特徴がある。このため、圧電トラン
スは、液晶による表示装置のバックライト電源等に注目
されている素子である。
【0003】この種の圧電素子の従来の駆動回路が特開
平9−107684号公報に記載されている。この駆動
回路は、トランジスタを時分割にオフすることによっ
て、圧電トランスの入力電圧を停止させ、圧電トランス
に接続された負荷に供給する交流電流又は交流電圧の実
効値を可変制御するものである。同公報に記載されてい
る従来の駆動回路について図11を参照して説明する。
平9−107684号公報に記載されている。この駆動
回路は、トランジスタを時分割にオフすることによっ
て、圧電トランスの入力電圧を停止させ、圧電トランス
に接続された負荷に供給する交流電流又は交流電圧の実
効値を可変制御するものである。同公報に記載されてい
る従来の駆動回路について図11を参照して説明する。
【0004】同図に示されているように、従来の駆動回
路は、一次側電極100及び二次側電極200が設けら
れている圧電トランス1を有する昇圧回路4と、昇圧の
ための駆動電圧を制御する駆動電圧制御回路5と、駆動
周波数を制御する周波数制御回路3と、負荷2が冷陰極
管である場合に調光を行うための調光回路6とを含んで
構成されている。
路は、一次側電極100及び二次側電極200が設けら
れている圧電トランス1を有する昇圧回路4と、昇圧の
ための駆動電圧を制御する駆動電圧制御回路5と、駆動
周波数を制御する周波数制御回路3と、負荷2が冷陰極
管である場合に調光を行うための調光回路6とを含んで
構成されている。
【0005】同図において、昇圧回路4では、L1又は
L2のインダクタンスと圧電トランス1の入力容量を共
振させて正弦波を発生させ圧電トランス1を駆動してい
る。これは、分周回路8から出力される逆相のクロック
Vg1、Vg2によってトランジスタQ1、Q2が交互
にオン状態になり直流電源VDDからの電流がコイルL
1、L2に電磁エネルギとしてチャージされ、トランジ
スタQ1、Q2がオフになるとチャージしたエネルギを
放出し電圧エネルギとして電源電圧よりも高い電圧を発
生するものである。この位相の異なる半波の正弦波は等
価的に正弦波となって圧電トランス1を振動させ、圧電
トランス1の形状によって定まる昇圧された交流電圧V
oとして二次側電極200から出力される。
L2のインダクタンスと圧電トランス1の入力容量を共
振させて正弦波を発生させ圧電トランス1を駆動してい
る。これは、分周回路8から出力される逆相のクロック
Vg1、Vg2によってトランジスタQ1、Q2が交互
にオン状態になり直流電源VDDからの電流がコイルL
1、L2に電磁エネルギとしてチャージされ、トランジ
スタQ1、Q2がオフになるとチャージしたエネルギを
放出し電圧エネルギとして電源電圧よりも高い電圧を発
生するものである。この位相の異なる半波の正弦波は等
価的に正弦波となって圧電トランス1を振動させ、圧電
トランス1の形状によって定まる昇圧された交流電圧V
oとして二次側電極200から出力される。
【0006】この交流電圧Voは負荷2に印加されて、
交流電流Ioが周波数制御回路3に入る。周波数制御回
路3は、分周回路8に対して圧電トランス1を駆動する
周波数データを出力し、負荷2から帰還する交流電流I
oが所定の値になるまで駆動周波数の掃引を続け、所定
の値が得られた周波数で停止する処理を行う回路であ
る。
交流電流Ioが周波数制御回路3に入る。周波数制御回
路3は、分周回路8に対して圧電トランス1を駆動する
周波数データを出力し、負荷2から帰還する交流電流I
oが所定の値になるまで駆動周波数の掃引を続け、所定
の値が得られた周波数で停止する処理を行う回路であ
る。
【0007】周波数制御回路3は、電流電圧変換回路1
0と、整流回路11と、比較器12と、積分回路13
と、比較器14と、VCO15とを含んで構成されてい
る。交流電流Ioは電流電圧変換回路10にて電圧信号
に変換され、更に整流回路11にて整流され直流の検出
信号として比較器12に入力される。この比較器12で
基準電圧Vrefと比較されて検出信号電圧のほうが小
さい場合、積分回路13に高レベルの信号を出力する。
この積分回路13は高レベル信号が入力された期間、出
力電圧が一定の割合で低下するように構成されており、
この積分回路13の出力電圧VinがVCO15に入力
される。VCO15からは三角波fVCOと矩形波形f
CLKが出力される。図12(a)にVCO15の出力
波形が示されている。積分回路13からの電圧Vinが
最低電圧値の場合、図12(a)が三角波fVCOの出
力電圧波形となり、図12(b)が矩形波fCLKの出
力電圧波形になる。図12(c)は昇圧回路4の分周回
路8で矩形波fCLKが分周されてVg1になった電圧
波形図である。図示されていないが、分周回路8により
Vg2はVg1と逆相の信号が作成される。なお分周回
路8はfCLKの立ち上がりのタイミングで反転する形
式の物を想定している。又、三角波fVCO、矩形波f
CLK共にその周波数は、圧電トランス1を駆動する周
波数の2倍の値としてある。図12(d),(e),
(f)は積分回路13からの電圧Vinが最高電圧値の
場合のfVCO、fCLK、Vg1であり、Vin最低
電圧の場合よりも高い周波数の出力をするように設定さ
れている。
0と、整流回路11と、比較器12と、積分回路13
と、比較器14と、VCO15とを含んで構成されてい
る。交流電流Ioは電流電圧変換回路10にて電圧信号
に変換され、更に整流回路11にて整流され直流の検出
信号として比較器12に入力される。この比較器12で
基準電圧Vrefと比較されて検出信号電圧のほうが小
さい場合、積分回路13に高レベルの信号を出力する。
この積分回路13は高レベル信号が入力された期間、出
力電圧が一定の割合で低下するように構成されており、
この積分回路13の出力電圧VinがVCO15に入力
される。VCO15からは三角波fVCOと矩形波形f
CLKが出力される。図12(a)にVCO15の出力
波形が示されている。積分回路13からの電圧Vinが
最低電圧値の場合、図12(a)が三角波fVCOの出
力電圧波形となり、図12(b)が矩形波fCLKの出
力電圧波形になる。図12(c)は昇圧回路4の分周回
路8で矩形波fCLKが分周されてVg1になった電圧
波形図である。図示されていないが、分周回路8により
Vg2はVg1と逆相の信号が作成される。なお分周回
路8はfCLKの立ち上がりのタイミングで反転する形
式の物を想定している。又、三角波fVCO、矩形波f
CLK共にその周波数は、圧電トランス1を駆動する周
波数の2倍の値としてある。図12(d),(e),
(f)は積分回路13からの電圧Vinが最高電圧値の
場合のfVCO、fCLK、Vg1であり、Vin最低
電圧の場合よりも高い周波数の出力をするように設定さ
れている。
【0008】比較器12の出力が高レベルの期間におい
ては、積分回路13の出力が一定の割合で上昇しVCO
15の出力周波数が低下するようにしたのは、駆動周波
数を高域側から掃引するためである。高域側から掃引す
るようにしたのは、圧電トランス1の共振周波数frよ
り高い周波数領域を使用するようにしたためであり、共
振周波数frに近づくに従って圧電トランス1の昇圧比
が増加し、交流電流Ioは時間的に増加することにな
る。この状態で比較器12に入力される電圧が基準電圧
Vrefを越えた場合には、比較器12の出力が低レベ
ルになり積分回路13の積分動作は停止し、以後その出
力は直前の電圧値を保ったままとなる。従ってVCO1
5の出力する周波数データも一定となって圧電トランス
1も一定の駆動周波数で駆動されるため、圧電トランス
1の出力も一定に保たれる。
ては、積分回路13の出力が一定の割合で上昇しVCO
15の出力周波数が低下するようにしたのは、駆動周波
数を高域側から掃引するためである。高域側から掃引す
るようにしたのは、圧電トランス1の共振周波数frよ
り高い周波数領域を使用するようにしたためであり、共
振周波数frに近づくに従って圧電トランス1の昇圧比
が増加し、交流電流Ioは時間的に増加することにな
る。この状態で比較器12に入力される電圧が基準電圧
Vrefを越えた場合には、比較器12の出力が低レベ
ルになり積分回路13の積分動作は停止し、以後その出
力は直前の電圧値を保ったままとなる。従ってVCO1
5の出力する周波数データも一定となって圧電トランス
1も一定の駆動周波数で駆動されるため、圧電トランス
1の出力も一定に保たれる。
【0009】圧電トランスインバータに定格未満の直流
入力電圧VDDが入力された場合や、負荷2に使用され
る冷陰極管が点灯開始するまでに比較的長い期間の場合
は、その間周波数制御回路3に所定の交流電流Ioが供
給できないので、VCO15の出力周波数が共振周波数
以下まで低下してしまう。その後直流入力電圧VDDが
定格以上に上昇した場合や、負荷2の冷陰極管が点灯し
た場合に、圧電トランス1の昇圧比が足りず負荷2には
所定の出力を供給できない状態が続いてしまう。よって
駆動周波数がVCO15の最低周波数まで低下してしま
った場合には、新たに駆動周波数をVCO15の最高周
波数に戻す必要がある。この動作は積分回路13の出力
電圧がVCO15の最低周波数に相当する値に設定され
た基準電圧Vmin以下になると、比較器14の出力は
高レベルになり積分回路13にリセット信号を出力す
る。この信号で積分回路13の出力は最高電圧になり駆
動周波数がVCO15の最高周波数となり、再び周波数
は低下を開始する。圧電トランス昇圧比とこの周波数掃
引方向を示した図が図13であり、この図中に示されて
いるf1が最高周波数でありf2が最低周波数である。
負荷2に所定の交流電流Ioが得られるまで同図中の矢
印Yのように、上記の動作を繰返す。
入力電圧VDDが入力された場合や、負荷2に使用され
る冷陰極管が点灯開始するまでに比較的長い期間の場合
は、その間周波数制御回路3に所定の交流電流Ioが供
給できないので、VCO15の出力周波数が共振周波数
以下まで低下してしまう。その後直流入力電圧VDDが
定格以上に上昇した場合や、負荷2の冷陰極管が点灯し
た場合に、圧電トランス1の昇圧比が足りず負荷2には
所定の出力を供給できない状態が続いてしまう。よって
駆動周波数がVCO15の最低周波数まで低下してしま
った場合には、新たに駆動周波数をVCO15の最高周
波数に戻す必要がある。この動作は積分回路13の出力
電圧がVCO15の最低周波数に相当する値に設定され
た基準電圧Vmin以下になると、比較器14の出力は
高レベルになり積分回路13にリセット信号を出力す
る。この信号で積分回路13の出力は最高電圧になり駆
動周波数がVCO15の最高周波数となり、再び周波数
は低下を開始する。圧電トランス昇圧比とこの周波数掃
引方向を示した図が図13であり、この図中に示されて
いるf1が最高周波数でありf2が最低周波数である。
負荷2に所定の交流電流Ioが得られるまで同図中の矢
印Yのように、上記の動作を繰返す。
【0010】駆動電圧制御回路5は、比較器16、整流
回路17、ダイオード18、トランジスタQ3から構成
されており、昇圧回路4のコイルL1、L2に供給する
ピーク電流値が直流入力電圧VDDの変動に対して変化
しないように制御して、圧電トランス1の駆動電圧を所
定の値に制御する回路である。
回路17、ダイオード18、トランジスタQ3から構成
されており、昇圧回路4のコイルL1、L2に供給する
ピーク電流値が直流入力電圧VDDの変動に対して変化
しないように制御して、圧電トランス1の駆動電圧を所
定の値に制御する回路である。
【0011】整流回路17は圧電トランス1の1次電圧
波形を入力して整流し、これを整流電圧Vcに変換す
る。この変換後の整流電圧Vcは、比較器16に入力さ
れる。VCO15で発生する圧電トランス駆動周波数の
2倍の周波数の三角波fVCOは駆動電圧制御回路5の
比較器16に入力され、整流電圧Vcと比較し整流電圧
Vcが大きい期間トランジスタQ3のゲートに高レベル
の信号が印加される。
波形を入力して整流し、これを整流電圧Vcに変換す
る。この変換後の整流電圧Vcは、比較器16に入力さ
れる。VCO15で発生する圧電トランス駆動周波数の
2倍の周波数の三角波fVCOは駆動電圧制御回路5の
比較器16に入力され、整流電圧Vcと比較し整流電圧
Vcが大きい期間トランジスタQ3のゲートに高レベル
の信号が印加される。
【0012】図14のタイミングチャートのうち、図1
4(a)に三角波fVCO及び整流電圧Vc、図14
(b)にトランジスタQ3のゲート電圧Vg3、図14
(c)、(d)にトランジスタQ1、Q2のゲート電圧
Vg1、Vg2、更に図14(e)、(f)にトランジ
スタQ1、Q2のドレイン電圧Vd1、Vd2、図14
(g)、(h)にコイル電流iL1、iL2が示されて
いる。
4(a)に三角波fVCO及び整流電圧Vc、図14
(b)にトランジスタQ3のゲート電圧Vg3、図14
(c)、(d)にトランジスタQ1、Q2のゲート電圧
Vg1、Vg2、更に図14(e)、(f)にトランジ
スタQ1、Q2のドレイン電圧Vd1、Vd2、図14
(g)、(h)にコイル電流iL1、iL2が示されて
いる。
【0013】この状態から直流入力電圧VDDが上昇し
た場合は、その瞬間に整流電圧Vcが増加してVg3オ
フの期間が増加し、コイルL1、L2に電流をチャージ
する期間が短くなる。それによりVd1、Vd2、iL
1、iL2のピーク値が減少し、基のVd1、Vd2、
iL1、iL2の値に制御される。即ち入力電圧VDD
が変化しても三角波fVCOに対する整流電圧Vcが大
きく変化してトランジスタQ3のデューティ比が変化す
ることによりコイルにチャージされるピーク電流が一定
に制御されて圧電トランス1の駆動電圧が所定の値に制
御される。
た場合は、その瞬間に整流電圧Vcが増加してVg3オ
フの期間が増加し、コイルL1、L2に電流をチャージ
する期間が短くなる。それによりVd1、Vd2、iL
1、iL2のピーク値が減少し、基のVd1、Vd2、
iL1、iL2の値に制御される。即ち入力電圧VDD
が変化しても三角波fVCOに対する整流電圧Vcが大
きく変化してトランジスタQ3のデューティ比が変化す
ることによりコイルにチャージされるピーク電流が一定
に制御されて圧電トランス1の駆動電圧が所定の値に制
御される。
【0014】また、調光回路6は、負荷に冷陰極管を使
用するバックライトのように調光が必要な場合に用いら
れる回路であり、圧電トランス1の駆動周波数よりも充
分低い周波数を発振する三角波発振回路19と比較器2
0から構成されている。外部から調光電圧Vbriを入
力することで、三角波発振回路19の出力波形Vtri
と比較器20で比較して、デューティを可変されたパル
ス信号Voffを出力する。このタイミングチャートが
図15(a),(b)に示されている。この信号は、周
波数制御回路3と駆動電圧制御回路5に接続されてお
り、高レベルの期間はトランジスタQ3をオフさせて圧
電トランス1の駆動電圧を停止させると同時に、VCO
15の周波数が変化しないように積分回路13の出力電
圧をホールドさせる働きをする。
用するバックライトのように調光が必要な場合に用いら
れる回路であり、圧電トランス1の駆動周波数よりも充
分低い周波数を発振する三角波発振回路19と比較器2
0から構成されている。外部から調光電圧Vbriを入
力することで、三角波発振回路19の出力波形Vtri
と比較器20で比較して、デューティを可変されたパル
ス信号Voffを出力する。このタイミングチャートが
図15(a),(b)に示されている。この信号は、周
波数制御回路3と駆動電圧制御回路5に接続されてお
り、高レベルの期間はトランジスタQ3をオフさせて圧
電トランス1の駆動電圧を停止させると同時に、VCO
15の周波数が変化しないように積分回路13の出力電
圧をホールドさせる働きをする。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術には
次のような問題点があった。
次のような問題点があった。
【0016】第1の問題点は、圧電トランス1の入力に
対する出力遅れにより、調光範囲が大きく制限を受ける
ことである。
対する出力遅れにより、調光範囲が大きく制限を受ける
ことである。
【0017】調光回路6内で、図15(a)のように三
角波発振回路19の出力Vtriの振幅内に調光電圧V
briがある時、図15(b),(c)のように比較器
20出力Voffは低レベル高レベルを繰返す。低レベ
ルの期間は、トランジスタQ3はオン状態になるので図
15(d)に示されているように、圧電トランス1へは
等価的に正弦波が入力される。しかし、圧電トランス1
の出力は図15(e)に示されているように、入力開始
されてから時間T1経過するまで所定の出力値に達しな
い。このように、所定の出力値に達するまでの時間に遅
れが発生するのは、圧電トランス1内の機械的振動伝達
速度や、駆動周波数制御のフィードバック時間に影響さ
れるためである。
角波発振回路19の出力Vtriの振幅内に調光電圧V
briがある時、図15(b),(c)のように比較器
20出力Voffは低レベル高レベルを繰返す。低レベ
ルの期間は、トランジスタQ3はオン状態になるので図
15(d)に示されているように、圧電トランス1へは
等価的に正弦波が入力される。しかし、圧電トランス1
の出力は図15(e)に示されているように、入力開始
されてから時間T1経過するまで所定の出力値に達しな
い。このように、所定の出力値に達するまでの時間に遅
れが発生するのは、圧電トランス1内の機械的振動伝達
速度や、駆動周波数制御のフィードバック時間に影響さ
れるためである。
【0018】よって、オン期間1回の継続時間をT1未
満に設定した場合、圧電トランス出力は定常状態になる
前に次のオフ期間に突入してしまい、冷陰極管の点灯は
不安定な状態を繰返すことになり輝度が不安定となる不
具合が発生する。このことより、駆動デューティを変更
して輝度を変化させる方式においては、図16(a)に
示されているように、その周波数では点滅が目視で認識
できないが、それよりも周波数が低下すると点滅が目視
で認識できてしまう周波数F1を三角波発振回路19の
周波数とし、その1周期のうち駆動オン時間をT1に設
定した場合が最低輝度となる。また、この場合の比較器
20の出力が図16(b)に、圧電トランス1の駆動周
波数が図16(c)に、交流電流Ioが図16(d)
に、夫々示されている。
満に設定した場合、圧電トランス出力は定常状態になる
前に次のオフ期間に突入してしまい、冷陰極管の点灯は
不安定な状態を繰返すことになり輝度が不安定となる不
具合が発生する。このことより、駆動デューティを変更
して輝度を変化させる方式においては、図16(a)に
示されているように、その周波数では点滅が目視で認識
できないが、それよりも周波数が低下すると点滅が目視
で認識できてしまう周波数F1を三角波発振回路19の
周波数とし、その1周期のうち駆動オン時間をT1に設
定した場合が最低輝度となる。また、この場合の比較器
20の出力が図16(b)に、圧電トランス1の駆動周
波数が図16(c)に、交流電流Ioが図16(d)
に、夫々示されている。
【0019】この最低輝度は直流入力電圧VDDが定格
入力電圧での駆動時に関するものである。この周波数F
1とオン時間T1で駆動する場合、圧電トランスインバ
ータへの入力電圧が定格未満になると著しい不具合が発
生する。図16(a),(b)と同じ条件となる図17
(a),(b)にて駆動しても、入力電圧が定格未満の
場合、圧電トランス1への入力電圧が定格未満の場合、
圧電トランス1への入力電圧が、所定の電圧、電流を出
力するための値に満たないので前述のように図13に示
されている方向に周波数掃引を繰返す。
入力電圧での駆動時に関するものである。この周波数F
1とオン時間T1で駆動する場合、圧電トランスインバ
ータへの入力電圧が定格未満になると著しい不具合が発
生する。図16(a),(b)と同じ条件となる図17
(a),(b)にて駆動しても、入力電圧が定格未満の
場合、圧電トランス1への入力電圧が定格未満の場合、
圧電トランス1への入力電圧が、所定の電圧、電流を出
力するための値に満たないので前述のように図13に示
されている方向に周波数掃引を繰返す。
【0020】但しこの場合、調光による駆動オフ期間は
周波数掃引が停止されるので図17(c)に示されてい
る動作を行う。圧電トランス1に入力される電圧が不足
しているので図17(d)に示されているように、駆動
周波数が共振周波数付近を通過する時のみ交流電流Io
が僅かに流れ、負荷2が僅かに点灯する現象が発生す
る。この時の点滅周波数はF1より低いため、目視にて
点滅が確認できてしまう。その理由は、周波数制御回路
3の掃引時間が調光回路6の消灯時間によって長くなる
ため、図13に示されている駆動周波数がf1〜f2〜
f1と変化する時間が増加し、この僅かに点灯する周期
が長くなり目視で確認できる周波数F1未満になるため
である。
周波数掃引が停止されるので図17(c)に示されてい
る動作を行う。圧電トランス1に入力される電圧が不足
しているので図17(d)に示されているように、駆動
周波数が共振周波数付近を通過する時のみ交流電流Io
が僅かに流れ、負荷2が僅かに点灯する現象が発生す
る。この時の点滅周波数はF1より低いため、目視にて
点滅が確認できてしまう。その理由は、周波数制御回路
3の掃引時間が調光回路6の消灯時間によって長くなる
ため、図13に示されている駆動周波数がf1〜f2〜
f1と変化する時間が増加し、この僅かに点灯する周期
が長くなり目視で確認できる周波数F1未満になるため
である。
【0021】この対策として、積分回路13の時定数を
小さくして駆動周波数の掃引時間を短くする方法があ
る。しかし、圧電トランス1はQ値が高く応答が遅れる
性質があり制御が不安定になる。したがって、掃引時間
を短くするには限界があり、圧電トランス1の駆動オン
期間T1を小さくできず、調光範囲に制限を受けるとい
う欠点がある。
小さくして駆動周波数の掃引時間を短くする方法があ
る。しかし、圧電トランス1はQ値が高く応答が遅れる
性質があり制御が不安定になる。したがって、掃引時間
を短くするには限界があり、圧電トランス1の駆動オン
期間T1を小さくできず、調光範囲に制限を受けるとい
う欠点がある。
【0022】第2の問題点は、周波数が掃引され続ける
時に駆動回路の部品が発熱することである。
時に駆動回路の部品が発熱することである。
【0023】圧電トランス1への入力波形を整形するコ
イルL1、L2には図14(g)(h)に示されている
電流が流れる。コイルL1はトランジスタQ1のゲート
電圧Vg1が高レベルになる直前に電流値がゼロになる
ように設定し、コイルL2はトランジスタQ2のゲート
電圧Vg2が高レベルになる直前に電流値がゼロになる
ように設定する。この設定は交流電流Ioが希望値にな
る周波数、即ち図13中にf0で示されている周波数に
おいて行う。
イルL1、L2には図14(g)(h)に示されている
電流が流れる。コイルL1はトランジスタQ1のゲート
電圧Vg1が高レベルになる直前に電流値がゼロになる
ように設定し、コイルL2はトランジスタQ2のゲート
電圧Vg2が高レベルになる直前に電流値がゼロになる
ように設定する。この設定は交流電流Ioが希望値にな
る周波数、即ち図13中にf0で示されている周波数に
おいて行う。
【0024】しかし、交流電流Ioが希望値にならない
場合、例えば、負荷がオープンとなった場合には、図1
3に示されている周波数掃引を繰返す。この周波数掃引
範囲の内f0よりも高い周波数においては、コイルL
1、L2に流れる電流がゼロになる前にVg1、Vg2
が高レベルになる。この瞬間にコイルL1、L2、トラ
ンジスタQ1、Q2には過大な電流が流れ、周波数掃引
が継続するとL1、L2、トランジスタQ1、Q2は発
熱する。中にはやがて動作保証温度よりも上昇し素子破
壊等の不具合が発生する場合もある。
場合、例えば、負荷がオープンとなった場合には、図1
3に示されている周波数掃引を繰返す。この周波数掃引
範囲の内f0よりも高い周波数においては、コイルL
1、L2に流れる電流がゼロになる前にVg1、Vg2
が高レベルになる。この瞬間にコイルL1、L2、トラ
ンジスタQ1、Q2には過大な電流が流れ、周波数掃引
が継続するとL1、L2、トランジスタQ1、Q2は発
熱する。中にはやがて動作保証温度よりも上昇し素子破
壊等の不具合が発生する場合もある。
【0025】本発明は上述した従来技術の欠点を解決す
るためになされたものであり、その目的は以上の問題を
同時に解決することのできる圧電トランス駆動回路及び
駆動方法を提供することである。
るためになされたものであり、その目的は以上の問題を
同時に解決することのできる圧電トランス駆動回路及び
駆動方法を提供することである。
【0026】
【課題を解決するための手段】本発明による圧電トラン
ス駆動回路は、圧電トランスの時分割駆動を行う圧電ト
ランス駆動回路であって、前記時分割駆動に用いる時分
割周波数信号を複数種類生成する生成手段と、この生成
された複数種類の時分割周波数信号を前記圧電トランス
の状態に応じて選択して出力する選択手段とを含み、こ
の選択手段から出力される時分割周波数信号で前記圧電
トランスを駆動するようにしたことを特徴とする。
ス駆動回路は、圧電トランスの時分割駆動を行う圧電ト
ランス駆動回路であって、前記時分割駆動に用いる時分
割周波数信号を複数種類生成する生成手段と、この生成
された複数種類の時分割周波数信号を前記圧電トランス
の状態に応じて選択して出力する選択手段とを含み、こ
の選択手段から出力される時分割周波数信号で前記圧電
トランスを駆動するようにしたことを特徴とする。
【0027】本発明による圧電トランス駆動方法は、圧
電トランスの時分割駆動を行う圧電トランス駆動方法で
あって、前記時分割駆動に用いる時分割周波数信号を複
数種類生成する生成ステップと、この生成された複数種
類の時分割周波数信号を前記圧電トランスの状態に応じ
て選択して出力する選択ステップとを含み、この選択し
て出力される時分割周波数信号で前記圧電トランスを駆
動するようにしたことを特徴とする。
電トランスの時分割駆動を行う圧電トランス駆動方法で
あって、前記時分割駆動に用いる時分割周波数信号を複
数種類生成する生成ステップと、この生成された複数種
類の時分割周波数信号を前記圧電トランスの状態に応じ
て選択して出力する選択ステップとを含み、この選択し
て出力される時分割周波数信号で前記圧電トランスを駆
動するようにしたことを特徴とする。
【0028】圧電トランスは、出力インピーダンスが高
くその動作が負荷インピーダンスに大きく依存する特性
を持ち、一次側に共振周波数の電圧を印加し共振させこ
の機械的振動による二次側の発生電圧を取出す素子であ
る。本発明は、圧電トランスを駆動する回路に関して、
従来同時に解決することのできなかった、広調光範囲
と、出力不足の時に目視で認識可能な周波数での負荷の
点滅防止と、負荷点灯開始前に目視で認識可能な周波数
での負荷の点滅防止と、無負荷動作時の駆動回路部品の
発熱抑制とを、同時に実現する圧電トランス駆動回路及
び駆動方法を提供するものである。
くその動作が負荷インピーダンスに大きく依存する特性
を持ち、一次側に共振周波数の電圧を印加し共振させこ
の機械的振動による二次側の発生電圧を取出す素子であ
る。本発明は、圧電トランスを駆動する回路に関して、
従来同時に解決することのできなかった、広調光範囲
と、出力不足の時に目視で認識可能な周波数での負荷の
点滅防止と、負荷点灯開始前に目視で認識可能な周波数
での負荷の点滅防止と、無負荷動作時の駆動回路部品の
発熱抑制とを、同時に実現する圧電トランス駆動回路及
び駆動方法を提供するものである。
【0029】本発明の主となる特徴は、複数の時分割駆
動周波数を持ち、圧電トランスの負荷の状態や調光状態
を検出しその検出値より、最適な時分割駆動周波数を選
定、又は同時に複数の時分割駆動周波数にて駆動するこ
とである。
動周波数を持ち、圧電トランスの負荷の状態や調光状態
を検出しその検出値より、最適な時分割駆動周波数を選
定、又は同時に複数の時分割駆動周波数にて駆動するこ
とである。
【0030】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の一形態につ
いて図面を参照して説明する。以下の説明において参照
する各図においては、他の図と同等部分には同一符号が
付されている。
いて図面を参照して説明する。以下の説明において参照
する各図においては、他の図と同等部分には同一符号が
付されている。
【0031】図1は本発明による圧電トランス駆動回路
の第1の実施の形態を示すブロック図である。同図にお
いて、図11と同等部分は同一符号により示されてお
り、その部分の詳細な説明は省略する。
の第1の実施の形態を示すブロック図である。同図にお
いて、図11と同等部分は同一符号により示されてお
り、その部分の詳細な説明は省略する。
【0032】図1の駆動回路は、従来技術の公知例であ
る図11の調光回路6を調光回路22に改善し、出力電
圧比較回路21を付加したものである。他の基本的な動
作は図11の場合と同様であり、先述した通りである。
なお、圧電トランス1は、出力インピーダンスが高く、
動作が負荷インピーダンスに依存する特徴を有するもの
である。
る図11の調光回路6を調光回路22に改善し、出力電
圧比較回路21を付加したものである。他の基本的な動
作は図11の場合と同様であり、先述した通りである。
なお、圧電トランス1は、出力インピーダンスが高く、
動作が負荷インピーダンスに依存する特徴を有するもの
である。
【0033】圧電トランスインバ−タとして動作する図
1の駆動回路は、圧電効果を利用して一次側電極100
から入力される交流電圧を二次側に出力する圧電トラン
ス1と、この一次側電極100に接続され、L1又はL
2のインダクタンスと圧電トランス1入力容量を共振さ
せて正弦波を発生させ圧電トランス1を駆動する昇圧回
路4と、圧電トランス1の二次側電極200に接続され
負荷2とを含んで構成されている。負荷2はここでは冷
陰極管であるものとする。
1の駆動回路は、圧電効果を利用して一次側電極100
から入力される交流電圧を二次側に出力する圧電トラン
ス1と、この一次側電極100に接続され、L1又はL
2のインダクタンスと圧電トランス1入力容量を共振さ
せて正弦波を発生させ圧電トランス1を駆動する昇圧回
路4と、圧電トランス1の二次側電極200に接続され
負荷2とを含んで構成されている。負荷2はここでは冷
陰極管であるものとする。
【0034】また同駆動回路は、負荷2に流れた交流電
流Ioを入力とし、昇圧回路4及び駆動電圧制御回路5
に対して圧電トランス1を駆動するための周波数データ
を出力すると共に、調光回路22に対し周波数制御電圧
Vinを出力する周波数制御回路40とを含んで構成さ
れている。調光回路22は、負荷2となる冷陰極管の輝
度を変えるために設けられている。
流Ioを入力とし、昇圧回路4及び駆動電圧制御回路5
に対して圧電トランス1を駆動するための周波数データ
を出力すると共に、調光回路22に対し周波数制御電圧
Vinを出力する周波数制御回路40とを含んで構成さ
れている。調光回路22は、負荷2となる冷陰極管の輝
度を変えるために設けられている。
【0035】さらにまた同駆動回路は、圧電トランス1
の二次側電極200に接続され圧電トランス出力電圧V
oを入力しその電圧が所定値を越えた場合に調光回路2
2に対して高レベルを出力する出力電圧比較回路21
と、出力電圧比較回路21及び周波数制御回路40から
信号を入力すると共に、外部から調光電圧Vbriを入
力することによって、圧電トランス1の駆動オフ信号を
駆動電圧制御回路5に対して出力すると共に、周波数制
御回路40に対して周波数掃引停止信号を出力する調光
回路22とを含んで構成されている。
の二次側電極200に接続され圧電トランス出力電圧V
oを入力しその電圧が所定値を越えた場合に調光回路2
2に対して高レベルを出力する出力電圧比較回路21
と、出力電圧比較回路21及び周波数制御回路40から
信号を入力すると共に、外部から調光電圧Vbriを入
力することによって、圧電トランス1の駆動オフ信号を
駆動電圧制御回路5に対して出力すると共に、周波数制
御回路40に対して周波数掃引停止信号を出力する調光
回路22とを含んで構成されている。
【0036】まず始めに調光回路22及び出力電圧比較
回路21の動作の概略について図2を基に述べる。タイ
マ回路33は交流電流Ioが希望値で安定している場合
のみに高レベル出力を行う。タイマ回路33が高レベル
出力の場合即ち交流電流Ioが希望値で安定している場
合のみ、調光電圧Vbriはスイッチ28を介して比較
器38に入力するため、三角波発振回路35の周波数で
調光される。上記の他の場合は、調光電圧Vbriはス
イッチ27を介して比較器37に入力するため、三角波
発振回路34の周波数で調光される。
回路21の動作の概略について図2を基に述べる。タイ
マ回路33は交流電流Ioが希望値で安定している場合
のみに高レベル出力を行う。タイマ回路33が高レベル
出力の場合即ち交流電流Ioが希望値で安定している場
合のみ、調光電圧Vbriはスイッチ28を介して比較
器38に入力するため、三角波発振回路35の周波数で
調光される。上記の他の場合は、調光電圧Vbriはス
イッチ27を介して比較器37に入力するため、三角波
発振回路34の周波数で調光される。
【0037】積分回路26は負荷2が接続されていない
場合のみ高レベル出力を行う。積分回路26が高レベル
出力の場合即ち負荷2が接続されていない場合のみ比較
器36にて三角波発振回路42の周波数で調光される。
比較器37、比較器38、比較器36の各出力はOR回
路39にて論理和とされ、高レベル出力時圧電トランス
1の駆動オフ信号となる。
場合のみ高レベル出力を行う。積分回路26が高レベル
出力の場合即ち負荷2が接続されていない場合のみ比較
器36にて三角波発振回路42の周波数で調光される。
比較器37、比較器38、比較器36の各出力はOR回
路39にて論理和とされ、高レベル出力時圧電トランス
1の駆動オフ信号となる。
【0038】よって、図2に示されているように、交流
電流Ioが希望値で安定点灯している場合は三角波発振
回路35の周波数にて調光され、圧電トランスインバー
タ電源投入後負荷2である冷陰極管が安定点灯するまで
は三角波発振回路34の周波数にて調光され、圧電トラ
ンス1の出力不足により負荷2である冷陰極管が安定点
灯しない場合は三角波発振回路34の周波数にて調光さ
れ、負荷2が接続されていない無負荷動作時には三角波
発振回路34の周波数で調光されながら三角波発振回路
42の周波数でも調光されるのである。以上が本駆動回
路の動作である。
電流Ioが希望値で安定点灯している場合は三角波発振
回路35の周波数にて調光され、圧電トランスインバー
タ電源投入後負荷2である冷陰極管が安定点灯するまで
は三角波発振回路34の周波数にて調光され、圧電トラ
ンス1の出力不足により負荷2である冷陰極管が安定点
灯しない場合は三角波発振回路34の周波数にて調光さ
れ、負荷2が接続されていない無負荷動作時には三角波
発振回路34の周波数で調光されながら三角波発振回路
42の周波数でも調光されるのである。以上が本駆動回
路の動作である。
【0039】なお、三角波発振回路35の周波数とは、
その周波数にて冷陰極管が点滅している場合には目視で
点滅が認識できないがそれより周波数がさがると目視で
点滅が認識できてしまう周波数である。三角波発振回路
34の周波数は、三角波発振回路35の周波数よりも高
い周波数である。三角波発振回路42の周波数は、三角
波発振回路35の周波数よりも低い周波数である。
その周波数にて冷陰極管が点滅している場合には目視で
点滅が認識できないがそれより周波数がさがると目視で
点滅が認識できてしまう周波数である。三角波発振回路
34の周波数は、三角波発振回路35の周波数よりも高
い周波数である。三角波発振回路42の周波数は、三角
波発振回路35の周波数よりも低い周波数である。
【0040】次に、詳細な動作説明を行う。
【0041】調光回路22は、スイッチ27及び28
と、インバータ29と、比較器30と、比較器31と、
AND回路32と、タイマ回路33と、三角波発振回路
34と、三角波発振回路35と、比較器36と、比較器
37と、比較器38と、OR回路39と、同期回路41
と、三角波発振回路42とを含んで構成されている。
と、インバータ29と、比較器30と、比較器31と、
AND回路32と、タイマ回路33と、三角波発振回路
34と、三角波発振回路35と、比較器36と、比較器
37と、比較器38と、OR回路39と、同期回路41
と、三角波発振回路42とを含んで構成されている。
【0042】ここでは、図1に沿って調光電圧が高くな
ると圧電トランス1の駆動デューティが小さくなる場合
について述べる。
ると圧電トランス1の駆動デューティが小さくなる場合
について述べる。
【0043】周波数制御回路40を構成する積分回路1
3から出力される制御電圧Vinが比較器30、比較器
31に入力される。この制御電圧Vinは電圧制御式発
振器(以下VCOと記す)15の制御電圧であり、この
電圧値にて駆動周波数を判別することができる。具体的
には、負荷2に流れる交流電流Ioが希望値となる制御
電圧Vinの値及びそのばらつき範囲を予め調査してお
く。そして、制御電圧Vinのばらつき範囲の下限値V
ilを比較器30の反転入力端子に、ばらつき範囲の上
限値Vihを比較器31の非反転入力端子に接続する。
これにより駆動周波数が、交流電流Io希望値となる周
波数付近にある場合、比較器30、比較器31共に高レ
ベルの出力をする。この時には比較器30の出力と比較
器31の出力とが入力されているAND回路32の出力
も高レベルとなる。また駆動周波数が、交流電流Ioが
希望値となる周波数付近に無い場合(ばらつき範囲外の
場合)は、AND回路32の出力は低レベルとなる。
3から出力される制御電圧Vinが比較器30、比較器
31に入力される。この制御電圧Vinは電圧制御式発
振器(以下VCOと記す)15の制御電圧であり、この
電圧値にて駆動周波数を判別することができる。具体的
には、負荷2に流れる交流電流Ioが希望値となる制御
電圧Vinの値及びそのばらつき範囲を予め調査してお
く。そして、制御電圧Vinのばらつき範囲の下限値V
ilを比較器30の反転入力端子に、ばらつき範囲の上
限値Vihを比較器31の非反転入力端子に接続する。
これにより駆動周波数が、交流電流Io希望値となる周
波数付近にある場合、比較器30、比較器31共に高レ
ベルの出力をする。この時には比較器30の出力と比較
器31の出力とが入力されているAND回路32の出力
も高レベルとなる。また駆動周波数が、交流電流Ioが
希望値となる周波数付近に無い場合(ばらつき範囲外の
場合)は、AND回路32の出力は低レベルとなる。
【0044】AND回路32の出力はタイマ回路33に
入力される。タイマ回路33は所定の期間高レベルの入
力が継続した場合に入力端子と出力端子とが導通される
構成になっている。この所定期間の設定のしかたを以下
に述べる。
入力される。タイマ回路33は所定の期間高レベルの入
力が継続した場合に入力端子と出力端子とが導通される
構成になっている。この所定期間の設定のしかたを以下
に述べる。
【0045】圧電トランスインバータへの入力電圧が定
格値未満に低下した場合、圧電トランス1への入力電圧
が不足し圧電トランス1からの出力も不足するため、希
望の交流電流Ioに満たない状態となる。この場合、圧
電トランス駆動周波数は、所定範囲の中を高い周波数か
ら低い周波数へ向かって掃引される。駆動周波数が所定
範囲下限値に達すると、駆動周波数は所定範囲上限値に
リセットされ、再び駆動周波数は低い周波数へ掃引され
始める。この時の圧電トランス1昇圧比との関係が先述
した図13に示されている。調光状態においては、圧電
トランス1の駆動オフ期間は、オフ期間になる直前の周
波数を維持し続ける。
格値未満に低下した場合、圧電トランス1への入力電圧
が不足し圧電トランス1からの出力も不足するため、希
望の交流電流Ioに満たない状態となる。この場合、圧
電トランス駆動周波数は、所定範囲の中を高い周波数か
ら低い周波数へ向かって掃引される。駆動周波数が所定
範囲下限値に達すると、駆動周波数は所定範囲上限値に
リセットされ、再び駆動周波数は低い周波数へ掃引され
始める。この時の圧電トランス1昇圧比との関係が先述
した図13に示されている。調光状態においては、圧電
トランス1の駆動オフ期間は、オフ期間になる直前の周
波数を維持し続ける。
【0046】以下、この動作について図3(a)〜
(d)を参照して説明する。圧電トランス1からの出力
が不足している状態では、後述する理由によりスイッチ
27が導通し調光電圧は比較器37へ入力される。比較
器37では図3(a)に示されている関係の入力時には
図3(b)に示されている出力が発生する。比較器37
の出力はOR回路39とOR回路45とを介してPチャ
ネルFETQ3のゲートへ印加される構成となっている
ので、比較器37の出力が高レベル期間は圧電トランス
1の電力供給が停止され駆動は停止する。OR回路39
の出力は周波数制御回路40の積分回路13へも接続さ
れていて、OR回路39が高レベルを出力する期間は、
積分回路13の出力が変動しなくなる構成となってい
る。このような動作をさせる理由は従来技術の説明にお
いて既に述べた。
(d)を参照して説明する。圧電トランス1からの出力
が不足している状態では、後述する理由によりスイッチ
27が導通し調光電圧は比較器37へ入力される。比較
器37では図3(a)に示されている関係の入力時には
図3(b)に示されている出力が発生する。比較器37
の出力はOR回路39とOR回路45とを介してPチャ
ネルFETQ3のゲートへ印加される構成となっている
ので、比較器37の出力が高レベル期間は圧電トランス
1の電力供給が停止され駆動は停止する。OR回路39
の出力は周波数制御回路40の積分回路13へも接続さ
れていて、OR回路39が高レベルを出力する期間は、
積分回路13の出力が変動しなくなる構成となってい
る。このような動作をさせる理由は従来技術の説明にお
いて既に述べた。
【0047】積分回路13の出力は図3(c)に示され
ている動作を行う。積分回路13の出力はVCO15の
制御電圧となっており、VCO15は制御電圧が増加す
ると発振周波数は低下する構成になっている。したがっ
て、圧電トランス1の駆動周波数は図3(d)に示され
ているように変化する。
ている動作を行う。積分回路13の出力はVCO15の
制御電圧となっており、VCO15は制御電圧が増加す
ると発振周波数は低下する構成になっている。したがっ
て、圧電トランス1の駆動周波数は図3(d)に示され
ているように変化する。
【0048】AND回路32の出力は、図3(c)に示
されている積分回路13出力がVihとVilとの間に
ある時に高レベルとなるので、図3(e)に示されてい
るタイミングで高レベルを出力する。しかしタイマ回路
33は駆動周波数が掃引されている状況下では高レベル
を出力しないように設定する。
されている積分回路13出力がVihとVilとの間に
ある時に高レベルとなるので、図3(e)に示されてい
るタイミングで高レベルを出力する。しかしタイマ回路
33は駆動周波数が掃引されている状況下では高レベル
を出力しないように設定する。
【0049】すなわち、タイマ回路33への高レベル入
力が、制御電圧Vinが電圧Vilから電圧Vihを通
過する期間、つまり図3(c)及び(e)中にT2で示
されている期間程度の場合、タイマ回路33は低レベル
の出力を継続し、T2より長い期間高レベル入力が継続
した時に始めて高レベルの出力を開始するように設定す
る。この設定を行うのは、後述するようにタイマ回路3
3の出力が高レベルの場合と低レベルの場合とでは調光
周波数が切り換わり、この処置を行わないと駆動周波数
が掃引されている場合に、調光周波数が不必要に頻繁に
切り換わり制御動作系が不安定になるからである。
力が、制御電圧Vinが電圧Vilから電圧Vihを通
過する期間、つまり図3(c)及び(e)中にT2で示
されている期間程度の場合、タイマ回路33は低レベル
の出力を継続し、T2より長い期間高レベル入力が継続
した時に始めて高レベルの出力を開始するように設定す
る。この設定を行うのは、後述するようにタイマ回路3
3の出力が高レベルの場合と低レベルの場合とでは調光
周波数が切り換わり、この処置を行わないと駆動周波数
が掃引されている場合に、調光周波数が不必要に頻繁に
切り換わり制御動作系が不安定になるからである。
【0050】なお、交流電流Ioが希望値に安定してい
る場合は調光状態でも図3(f)に示されているように
制御電圧Vinは電圧Vilと電圧Vihとの間に静止
しており、図3(g)に示されているように駆動周波数
も静止し、図3(h)に示されているようにAND回路
32は高レベルの出力を継続するため、タイマ回路33
の出力は高レベルを継続する。
る場合は調光状態でも図3(f)に示されているように
制御電圧Vinは電圧Vilと電圧Vihとの間に静止
しており、図3(g)に示されているように駆動周波数
も静止し、図3(h)に示されているようにAND回路
32は高レベルの出力を継続するため、タイマ回路33
の出力は高レベルを継続する。
【0051】タイマ回路33の出力信号はスイッチ28
と、インバータ29を介してスイッチ27の制御電圧と
なる。スイッチ27、28は制御電圧が高レベル信号と
なった時に入出力が導通し、制御電圧が低レベル信号と
なった時に入出力がオープンとなる構成になっており、
タイマ回路33の出力信号が高レベルの場合は調光電圧
が比較器38の非反転入力端子へ入力され、タイマ回路
33の出力が低レベルの場合は調光電圧が比較器37の
非反転入力端子へ入力される。
と、インバータ29を介してスイッチ27の制御電圧と
なる。スイッチ27、28は制御電圧が高レベル信号と
なった時に入出力が導通し、制御電圧が低レベル信号と
なった時に入出力がオープンとなる構成になっており、
タイマ回路33の出力信号が高レベルの場合は調光電圧
が比較器38の非反転入力端子へ入力され、タイマ回路
33の出力が低レベルの場合は調光電圧が比較器37の
非反転入力端子へ入力される。
【0052】タイマ回路33の出力が低レベルの場合ス
イッチ27が導通し、図1に示されているように調光電
圧Vbriは分圧抵抗43、44を介して比較器37の
非反転入力端子に入力される。分圧抵抗を挿入する理由
を以下に記す。
イッチ27が導通し、図1に示されているように調光電
圧Vbriは分圧抵抗43、44を介して比較器37の
非反転入力端子に入力される。分圧抵抗を挿入する理由
を以下に記す。
【0053】先述したように調光時の圧電トランス1の
駆動オン期間は先述した図15(e)に示されているT
1未満になると不具合が発生する。しかし最大調光範囲
を確保するためにはT1付近までは短くしなければなら
ない。よって、調光電圧Vbriが可変範囲の最大値V
3で固定された時、スイッチ27が導通する場合と、ス
イッチ28が導通する場合とでは、三角波発振回路34
と三角波発振回路35とでは発振周波数が異なるため、
図4に示し以下に説明する設定を行わなければならな
い。なお、三角波発振回路34と三角波発振回路35で
は発振周波数が異なる理由は後述する。図4(a)及び
(b)に示されている内容は、スイッチ28を介して調
光電圧Vbriが比較器38の非反転入力端子に入力さ
れる場合である。調光電圧Vbriの可変範囲中の最大
値V3が入力される時、比較器38の低レベルの出力期
間がT1になるように最大値V3の値を設定する。これ
は比較器38の低レベルの出力時が圧電トランス1の駆
動オン期間でありT1未満になると先述したような不具
合が生じるためである。
駆動オン期間は先述した図15(e)に示されているT
1未満になると不具合が発生する。しかし最大調光範囲
を確保するためにはT1付近までは短くしなければなら
ない。よって、調光電圧Vbriが可変範囲の最大値V
3で固定された時、スイッチ27が導通する場合と、ス
イッチ28が導通する場合とでは、三角波発振回路34
と三角波発振回路35とでは発振周波数が異なるため、
図4に示し以下に説明する設定を行わなければならな
い。なお、三角波発振回路34と三角波発振回路35で
は発振周波数が異なる理由は後述する。図4(a)及び
(b)に示されている内容は、スイッチ28を介して調
光電圧Vbriが比較器38の非反転入力端子に入力さ
れる場合である。調光電圧Vbriの可変範囲中の最大
値V3が入力される時、比較器38の低レベルの出力期
間がT1になるように最大値V3の値を設定する。これ
は比較器38の低レベルの出力時が圧電トランス1の駆
動オン期間でありT1未満になると先述したような不具
合が生じるためである。
【0054】次に、図4(c)及び(d)に示されてい
る内容を述べる。調光電圧Vbriが最大値V3の時、
スイッチ27を介して比較器37の非反転入力端子に直
接入力した場合図4(c)に示されているように比較器
37の低レベルの出力期間がT1未満になってしまう。
この場合、圧電トランス1の駆動オン期間がT1未満に
なってしまうので先述した不具合が発生してしまう。そ
こで、最大値V3を抵抗43、抵抗44で分圧して比較
器37の非反転入力端子に入力し、比較器37の低レベ
ルの出力期間がT1となるように抵抗43、44の値を
設定する。なお、図4(c)において、R43は抵抗4
3の抵抗値、R44は抵抗44の抵抗値である。
る内容を述べる。調光電圧Vbriが最大値V3の時、
スイッチ27を介して比較器37の非反転入力端子に直
接入力した場合図4(c)に示されているように比較器
37の低レベルの出力期間がT1未満になってしまう。
この場合、圧電トランス1の駆動オン期間がT1未満に
なってしまうので先述した不具合が発生してしまう。そ
こで、最大値V3を抵抗43、抵抗44で分圧して比較
器37の非反転入力端子に入力し、比較器37の低レベ
ルの出力期間がT1となるように抵抗43、44の値を
設定する。なお、図4(c)において、R43は抵抗4
3の抵抗値、R44は抵抗44の抵抗値である。
【0055】以上の設定により、圧電トランス1の駆動
デューティが最小の時、即ち調光電圧VbriがV3の
時、スイッチ27、スイッチ28の何れが導通していて
も圧電トランス1の駆動期間はT1となる。
デューティが最小の時、即ち調光電圧VbriがV3の
時、スイッチ27、スイッチ28の何れが導通していて
も圧電トランス1の駆動期間はT1となる。
【0056】比較器38の反転入力端子に接続される三
角波発振回路35の周波数は、その周波数にて冷陰極管
が点滅している場合には目視で点滅が認識できないがそ
れより周波数が下がると目視で点滅が認識できてしまう
周波数F1とする。
角波発振回路35の周波数は、その周波数にて冷陰極管
が点滅している場合には目視で点滅が認識できないがそ
れより周波数が下がると目視で点滅が認識できてしまう
周波数F1とする。
【0057】圧電トランスインバータへの入力電圧が定
格未満になった場合等は、交流電流Ioが希望値になら
ず駆動周波数は掃引を繰返す。この時図5(a)、
(b)に示されている電圧関係の調光状態である場合
は、圧電トランス1の駆動オフ期間は周波数掃引が停止
され、図5(c)に示されている駆動周波数掃引を行
う。この時、図5(d)中のt1〜t5で示されている
ように、共振周波数付近を通過するサイクルのみ交流電
流Ioが僅かに流れ冷陰極管が僅かに点灯するが、三角
波発振回路34は調光電圧VbriがV3の時でもこの
点滅が目視にて認識できないほど高い周波数となるよう
に設定する。
格未満になった場合等は、交流電流Ioが希望値になら
ず駆動周波数は掃引を繰返す。この時図5(a)、
(b)に示されている電圧関係の調光状態である場合
は、圧電トランス1の駆動オフ期間は周波数掃引が停止
され、図5(c)に示されている駆動周波数掃引を行
う。この時、図5(d)中のt1〜t5で示されている
ように、共振周波数付近を通過するサイクルのみ交流電
流Ioが僅かに流れ冷陰極管が僅かに点灯するが、三角
波発振回路34は調光電圧VbriがV3の時でもこの
点滅が目視にて認識できないほど高い周波数となるよう
に設定する。
【0058】比較器36の反転入力端子には、後述する
出力電圧比較回路21の積分回路26の出力が入力され
る。この積分回路26の出力は本圧電トランスインバー
タの負荷2が何らかの原因で接続されない無負荷動作時
に高レベルとなるように構成されている。比較器36の
反転入力端子には三角波発振回路42の出力が接続され
る。三角波発振回路42の出力周波数は三角波発振回路
35の周波数F1よりも更に低い周波数とする。図6
(a)に示されているように積分回路26の低レベルの
出力値は、三角波発振回路42の出力である三角波の最
低電位VLよりも低く設定する。これにより図6(b)
に示されているように、積分回路26の低レベルの出力
時には比較器36の出力は低レベルが継続する。図6
(c)に示されているように、積分回路26の出力の高
レベル値は三角波発振回路42の出力である三角波の最
低電位VLよりも高く最高電位VHよりも低く設定し、
図6(d)に示されているように、積分回路26の高レ
ベルの出力時には比較器36の出力は積分回路26の出
力電圧値によって決まるデューティを持つ。
出力電圧比較回路21の積分回路26の出力が入力され
る。この積分回路26の出力は本圧電トランスインバー
タの負荷2が何らかの原因で接続されない無負荷動作時
に高レベルとなるように構成されている。比較器36の
反転入力端子には三角波発振回路42の出力が接続され
る。三角波発振回路42の出力周波数は三角波発振回路
35の周波数F1よりも更に低い周波数とする。図6
(a)に示されているように積分回路26の低レベルの
出力値は、三角波発振回路42の出力である三角波の最
低電位VLよりも低く設定する。これにより図6(b)
に示されているように、積分回路26の低レベルの出力
時には比較器36の出力は低レベルが継続する。図6
(c)に示されているように、積分回路26の出力の高
レベル値は三角波発振回路42の出力である三角波の最
低電位VLよりも高く最高電位VHよりも低く設定し、
図6(d)に示されているように、積分回路26の高レ
ベルの出力時には比較器36の出力は積分回路26の出
力電圧値によって決まるデューティを持つ。
【0059】なお、三角波発振回路34の出力周波数は
三角波発振回路42の出力周波数の整数倍になるように
設定し、例えば図7(a)及び(c)中の時刻T3、T
4で示されているように、三角波発振回路42の出力が
最低電位V2となる時三角波発振回路34の出力も最低
電位V1となるタイミングで発振するような、圧電トラ
ンスインバータ電源投入時に発振開始の同期を合わせる
同期回路41を付加することが好ましい。
三角波発振回路42の出力周波数の整数倍になるように
設定し、例えば図7(a)及び(c)中の時刻T3、T
4で示されているように、三角波発振回路42の出力が
最低電位V2となる時三角波発振回路34の出力も最低
電位V1となるタイミングで発振するような、圧電トラ
ンスインバータ電源投入時に発振開始の同期を合わせる
同期回路41を付加することが好ましい。
【0060】OR回路39は、比較器37、比較器38
及び比較器36の出力を入力としその論理和を、圧電ト
ランス1の駆動オフ信号として駆動電圧制御回路5へ出
力すると共に、駆動周波数掃引停止信号として周波数制
御回路40へ出力する。
及び比較器36の出力を入力としその論理和を、圧電ト
ランス1の駆動オフ信号として駆動電圧制御回路5へ出
力すると共に、駆動周波数掃引停止信号として周波数制
御回路40へ出力する。
【0061】圧電トランス1の負荷2がオープンになっ
た時(以下無負荷動作時と記す)は、交流電流Ioが帰
還されないので駆動周波数は掃引され続けるためタイマ
回路33出力が低レベルなのでスイッチ27がオンして
比較器37が時分割された高レベル出力を行う。同時に
積分回路26の出力が高レベルのため比較器36の出力
も時分割された高レベルになる。
た時(以下無負荷動作時と記す)は、交流電流Ioが帰
還されないので駆動周波数は掃引され続けるためタイマ
回路33出力が低レベルなのでスイッチ27がオンして
比較器37が時分割された高レベル出力を行う。同時に
積分回路26の出力が高レベルのため比較器36の出力
も時分割された高レベルになる。
【0062】よって調光状態では、比較器37には図7
(a)に示されている入力が行われ、比較器37出力は
図7(b)に示されているような三角波発振回路34の
周波数での信号が出力される。同時に、比較器36には
図7(c)に示されている入力が行われ、比較器36の
出力は図7(d)に示されている三角波発振回路42の
周波数での信号が出力される。図7(b)に示されてい
る比較器37の出力と図7(d)に示されている比較器
36の出力を入力とするOR回路39の出力は図7
(e)に示されているように、各周波数での時分割信号
の論理和となる。よって無負荷動作になった場合の駆動
デューティ減少比率は積分回路26の出力電圧値の定数
設定により調節できる。
(a)に示されている入力が行われ、比較器37出力は
図7(b)に示されているような三角波発振回路34の
周波数での信号が出力される。同時に、比較器36には
図7(c)に示されている入力が行われ、比較器36の
出力は図7(d)に示されている三角波発振回路42の
周波数での信号が出力される。図7(b)に示されてい
る比較器37の出力と図7(d)に示されている比較器
36の出力を入力とするOR回路39の出力は図7
(e)に示されているように、各周波数での時分割信号
の論理和となる。よって無負荷動作になった場合の駆動
デューティ減少比率は積分回路26の出力電圧値の定数
設定により調節できる。
【0063】以上より、調光回路の動作は、交流電流I
oが希望値にて継続して流れている時は三角波発振回路
35の調光周波数にて調光される。出力不足により駆動
周波数が掃引されている状態では三角波発振回路34の
調光周波数で調光される。又圧電トランスインバータ電
源投入後冷陰極管点灯開始前には、後述する積分回路2
6の時定数設定により三角波発振回路34の調光周波数
で調光される。圧電トランスインバータ無負荷動作時は
三角波発振回路34と三角波発振回路42との2つの異
なった周波数にて調光され即ち比較器37の出力と比較
器36の出力の論理和で駆動オフ信号が出力される。出
力電圧比較回路21は分圧回路23、整流回路24、比
較器25、積分回路26で構成される。圧電トランス1
の出力電圧が入力電圧となり、これを分圧回路23にて
分圧し更に整流回路24にて整流した電圧Voutを比
較器25に入力する。
oが希望値にて継続して流れている時は三角波発振回路
35の調光周波数にて調光される。出力不足により駆動
周波数が掃引されている状態では三角波発振回路34の
調光周波数で調光される。又圧電トランスインバータ電
源投入後冷陰極管点灯開始前には、後述する積分回路2
6の時定数設定により三角波発振回路34の調光周波数
で調光される。圧電トランスインバータ無負荷動作時は
三角波発振回路34と三角波発振回路42との2つの異
なった周波数にて調光され即ち比較器37の出力と比較
器36の出力の論理和で駆動オフ信号が出力される。出
力電圧比較回路21は分圧回路23、整流回路24、比
較器25、積分回路26で構成される。圧電トランス1
の出力電圧が入力電圧となり、これを分圧回路23にて
分圧し更に整流回路24にて整流した電圧Voutを比
較器25に入力する。
【0064】圧電トランス1は負荷依存性が高く、図8
に示されている一例のように負荷インピーダンスが高い
程昇圧比が高くなる。すなわち、同図には1MΩ、47
0kΩ、220kΩ、100kΩ、51kΩの負荷イン
ピーダンスの場合における駆動周波数に対する昇圧比が
示されており、負荷インピーダンスが高い程昇圧比が高
くなる。
に示されている一例のように負荷インピーダンスが高い
程昇圧比が高くなる。すなわち、同図には1MΩ、47
0kΩ、220kΩ、100kΩ、51kΩの負荷イン
ピーダンスの場合における駆動周波数に対する昇圧比が
示されており、負荷インピーダンスが高い程昇圧比が高
くなる。
【0065】また、冷陰極管は交流電流Ioが流れてい
ない時は非常に高いインピーダンスを持ち、交流電流I
oが流れるとインピーダンスが急激に低下する特性を持
つ。この両者の特性より、圧電トランスインバータが無
負荷時に動作する場合などは等価的に負荷インピーダン
スが非常に大きいので出力電圧も非常に大きくなる。よ
って、整流器24出力Voutは、負荷点灯時には低電
圧であり、無負荷動作時には負荷点灯時よりはるかに大
きな値を示す。比較器25の反転入力端子に入力される
Vmaxは負荷点灯時のVoutよりも大きな値で且つ
無負荷動作時のVoutよりは小さな値に設定してお
き、比較器25は無負荷動作時に高レベルを出力する。
ない時は非常に高いインピーダンスを持ち、交流電流I
oが流れるとインピーダンスが急激に低下する特性を持
つ。この両者の特性より、圧電トランスインバータが無
負荷時に動作する場合などは等価的に負荷インピーダン
スが非常に大きいので出力電圧も非常に大きくなる。よ
って、整流器24出力Voutは、負荷点灯時には低電
圧であり、無負荷動作時には負荷点灯時よりはるかに大
きな値を示す。比較器25の反転入力端子に入力される
Vmaxは負荷点灯時のVoutよりも大きな値で且つ
無負荷動作時のVoutよりは小さな値に設定してお
き、比較器25は無負荷動作時に高レベルを出力する。
【0066】比較器25の出力が入力される積分回路2
6の時定数は以下に述べる2つの条件を共に満たすもの
でなければならない。まず1つめは、圧電トランスイン
バータに電源投入後冷陰極管点灯開始前の期間について
の配慮である。圧電トランスインバータに電源投入後冷
陰極管が点灯するまでの期間は、冷陰極管は高いインピ
ーダンスを持つ。よってこの間圧電トランスは高電圧を
出力する。積分回路26の時定数は、この間三角波発振
回路35の電圧値よりも小さくなるような充分遅い時定
数に設定し、比較器36がこの期間低レベルの出力をす
るようにする。冷陰極管点灯開始前は交流電流Ioが希
望値にて安定していないのでタイマー回路33出力は低
レベルである。よって圧電トランスインバータに電源投
入後冷陰極管点灯開始前の期間は三角波発振回路34の
高い周波数で調光される。このような動作にするのは、
点灯開始時に冷陰極管の放電遅れが発生すると、駆動周
波数掃引が数回繰返された後に希望交流電流Ioに安定
する場合があり、調光状態では安定するまでの間は図5
(c)に示されている圧電トランス1共振周波数付近で
圧電トランス1を駆動する時のみ図5(d)に示されて
いるように冷陰極が僅かに管点灯することになり、この
場合でも目視で点滅が確認できないようにするため高い
調光周波数とする必要がある。
6の時定数は以下に述べる2つの条件を共に満たすもの
でなければならない。まず1つめは、圧電トランスイン
バータに電源投入後冷陰極管点灯開始前の期間について
の配慮である。圧電トランスインバータに電源投入後冷
陰極管が点灯するまでの期間は、冷陰極管は高いインピ
ーダンスを持つ。よってこの間圧電トランスは高電圧を
出力する。積分回路26の時定数は、この間三角波発振
回路35の電圧値よりも小さくなるような充分遅い時定
数に設定し、比較器36がこの期間低レベルの出力をす
るようにする。冷陰極管点灯開始前は交流電流Ioが希
望値にて安定していないのでタイマー回路33出力は低
レベルである。よって圧電トランスインバータに電源投
入後冷陰極管点灯開始前の期間は三角波発振回路34の
高い周波数で調光される。このような動作にするのは、
点灯開始時に冷陰極管の放電遅れが発生すると、駆動周
波数掃引が数回繰返された後に希望交流電流Ioに安定
する場合があり、調光状態では安定するまでの間は図5
(c)に示されている圧電トランス1共振周波数付近で
圧電トランス1を駆動する時のみ図5(d)に示されて
いるように冷陰極が僅かに管点灯することになり、この
場合でも目視で点滅が確認できないようにするため高い
調光周波数とする必要がある。
【0067】2つめは、無負荷動作時は調光時駆動オフ
の期間や、昇圧の低い駆動周波数の期間にも積分回路2
6が高レベル出力を継続する配慮である。無負荷動作時
には交流電流Ioが帰還されないため、駆動周波数は掃
引を繰返している。この場合、昇圧比の高い共振周波数
付近では比較器25出力は高レベルになるが、共振周波
数からはるかに離れた周波数の時は低レベルになる。更
に、図5(c)のように駆動デューティが小さいために
掃引停止期間が長い場合には、圧電トランス1の駆動オ
フ期間は圧電トランス1の出力が無いので比較器25が
低レベル出力しており駆動デューティが小さいために低
レベル期間が長くなる。しかしこのような場合でも無負
荷動作中なので三角波発振回路42の周波数で調光し、
駆動デューティを小さくしたままの状態を保つことが必
要である。よって、図7(c)の積分回路26の出力に
示されているような比較器25が一度高レベルになった
ら、最小駆動デューティの時にも、積分回路26の出力
は高レベルを保つ程長い時定数にしておく。
の期間や、昇圧の低い駆動周波数の期間にも積分回路2
6が高レベル出力を継続する配慮である。無負荷動作時
には交流電流Ioが帰還されないため、駆動周波数は掃
引を繰返している。この場合、昇圧比の高い共振周波数
付近では比較器25出力は高レベルになるが、共振周波
数からはるかに離れた周波数の時は低レベルになる。更
に、図5(c)のように駆動デューティが小さいために
掃引停止期間が長い場合には、圧電トランス1の駆動オ
フ期間は圧電トランス1の出力が無いので比較器25が
低レベル出力しており駆動デューティが小さいために低
レベル期間が長くなる。しかしこのような場合でも無負
荷動作中なので三角波発振回路42の周波数で調光し、
駆動デューティを小さくしたままの状態を保つことが必
要である。よって、図7(c)の積分回路26の出力に
示されているような比較器25が一度高レベルになった
ら、最小駆動デューティの時にも、積分回路26の出力
は高レベルを保つ程長い時定数にしておく。
【0068】以上より、出力電圧比較回路21の動作
は、圧電トランスインバータ電源投入後冷陰極管が点灯
するまでに必要な期間は比較器36が低レベルを出力す
るよう調光回路22に出力を行い、その期間後は、冷陰
極管点灯している場合や圧電トランス1の出力不足によ
り駆動周波数を掃引している場合は低レベル出力をし、
無負荷動作時には高レベル出力をする。
は、圧電トランスインバータ電源投入後冷陰極管が点灯
するまでに必要な期間は比較器36が低レベルを出力す
るよう調光回路22に出力を行い、その期間後は、冷陰
極管点灯している場合や圧電トランス1の出力不足によ
り駆動周波数を掃引している場合は低レベル出力をし、
無負荷動作時には高レベル出力をする。
【0069】以上は、調光電圧が高くなると圧電トラン
ス1の駆動デューティが小さくなる場合について述べた
が、調光電圧が高くなると圧電トランス1の駆動デュー
ティが大きくなるようにしたい場合には一部の論理を逆
にすれば容易に実現できるため説明は省略する。
ス1の駆動デューティが小さくなる場合について述べた
が、調光電圧が高くなると圧電トランス1の駆動デュー
ティが大きくなるようにしたい場合には一部の論理を逆
にすれば容易に実現できるため説明は省略する。
【0070】複数の調光周波数を持ち、負荷の状態を検
出しその検出結果より、最適な調光周波数を選定、又は
複数の調光周波数を選定し組み合わせて圧電トランス1
を駆動することにより、以下に述べる従来技術において
同時に解決が困難であった多くの問題点を、同時に解決
することができる。
出しその検出結果より、最適な調光周波数を選定、又は
複数の調光周波数を選定し組み合わせて圧電トランス1
を駆動することにより、以下に述べる従来技術において
同時に解決が困難であった多くの問題点を、同時に解決
することができる。
【0071】まず第1の効果は、負荷2が希望値の交流
電流Ioにて点灯している時は、実用上問題の発生しな
い最小デューティにて駆動可能なため、最大の調光範囲
を実現できる。その理由は、実用上問題の発生しない最
小デューティとは、調光周波数F1にてオン期間T1で
駆動することであり、これを実現しているからである。
なおF1とは、これより周波数が低下すると点滅が目視
で認識できてしまう調光周波数であり、T1とはこれよ
りオン期間が短くなると交流電流Ioが不安定になる期
間である。T1よりオン期間が短くなると交流電流Io
が不安定になる理由は先述した通りである。
電流Ioにて点灯している時は、実用上問題の発生しな
い最小デューティにて駆動可能なため、最大の調光範囲
を実現できる。その理由は、実用上問題の発生しない最
小デューティとは、調光周波数F1にてオン期間T1で
駆動することであり、これを実現しているからである。
なおF1とは、これより周波数が低下すると点滅が目視
で認識できてしまう調光周波数であり、T1とはこれよ
りオン期間が短くなると交流電流Ioが不安定になる期
間である。T1よりオン期間が短くなると交流電流Io
が不安定になる理由は先述した通りである。
【0072】第2の効果は、圧電トランスインバータ入
力電圧過小により圧電トランス1の出力不足や、冷陰極
管の放電遅れが発生して、駆動周波数の掃引が続く場合
に、冷陰極管の点滅が目視で認識できないことである。
このような状況になった場合には、上記第1の効果の調
光周波数F1では冷陰極管の点滅が目視で認識できてし
まう。しかし本発明では、このような状況では調光周波
数を高く切り換え点滅が目視では認識できない回路動作
になっているからである。
力電圧過小により圧電トランス1の出力不足や、冷陰極
管の放電遅れが発生して、駆動周波数の掃引が続く場合
に、冷陰極管の点滅が目視で認識できないことである。
このような状況になった場合には、上記第1の効果の調
光周波数F1では冷陰極管の点滅が目視で認識できてし
まう。しかし本発明では、このような状況では調光周波
数を高く切り換え点滅が目視では認識できない回路動作
になっているからである。
【0073】第3の効果は、無負荷動作時の駆動回路の
部品発熱を抑制できることである。
部品発熱を抑制できることである。
【0074】先述したように従来方式では著しい部品発
熱が発生する。しかし本発明の駆動方法では、無負荷動
作時には、通常の調光周波数での調光に加えて、更に低
い周波数にて任意の比率にて調光し、この2つの駆動オ
フ信号の論理和にて圧電トランス1の駆動をオフする。
よって無負荷動作時には圧電トランス1の駆動デューテ
ィが大きく低下するので、駆動回路に流れる電流の実効
値が低下し部品発熱を抑制できる。
熱が発生する。しかし本発明の駆動方法では、無負荷動
作時には、通常の調光周波数での調光に加えて、更に低
い周波数にて任意の比率にて調光し、この2つの駆動オ
フ信号の論理和にて圧電トランス1の駆動をオフする。
よって無負荷動作時には圧電トランス1の駆動デューテ
ィが大きく低下するので、駆動回路に流れる電流の実効
値が低下し部品発熱を抑制できる。
【0075】以上のように、複数の調光周波数を持ち、
負荷の状態を検出しその検出結果より、最適な調光周波
数を選定、又は複数の調光周波数を選定しこれを組み合
わせて圧電トランス1を駆動することにより、従来技術
において同時に解決が困難であった多くの問題点を、同
時に解決することができる。
負荷の状態を検出しその検出結果より、最適な調光周波
数を選定、又は複数の調光周波数を選定しこれを組み合
わせて圧電トランス1を駆動することにより、従来技術
において同時に解決が困難であった多くの問題点を、同
時に解決することができる。
【0076】図9には、本発明の第2の実施形態が示さ
れている。第2の実施例も第1の実施例と同様に調光電
圧が高いほど圧電トランス1の駆動デューティが小さく
なる場合の回路である。一部の論理を逆にすれば、調光
電圧が高いほど駆動デューティが大きくなる回路も可能
である。この第2の実施形態と図1の第1の実施形態と
の相異点は、スイッチ27、28の制御電圧印加回路が
設けられている点である。このため、第1の実施形態に
は設けられていなかった比較器45、その基準電圧Vs
及びAND回路46が追加され、抵抗43及び44が削
除されている。
れている。第2の実施例も第1の実施例と同様に調光電
圧が高いほど圧電トランス1の駆動デューティが小さく
なる場合の回路である。一部の論理を逆にすれば、調光
電圧が高いほど駆動デューティが大きくなる回路も可能
である。この第2の実施形態と図1の第1の実施形態と
の相異点は、スイッチ27、28の制御電圧印加回路が
設けられている点である。このため、第1の実施形態に
は設けられていなかった比較器45、その基準電圧Vs
及びAND回路46が追加され、抵抗43及び44が削
除されている。
【0077】図9中の各部の動作が図10に示されてい
る。これを基にスイッチ27、28の制御電圧印加回路
について以下に述べる。
る。これを基にスイッチ27、28の制御電圧印加回路
について以下に述べる。
【0078】調光電圧は比較器45の非反転入力端子に
も入力されている。反転入力端子には基準電圧Vsが入
力されており、出力はAND回路46に入力されてい
る。AND回路46のもう一方の入力端子にはタイマ回
路33の出力が接続されており、その出力は、スイッチ
28とインバータ29を介してスイッチ28の制御電圧
となっている。
も入力されている。反転入力端子には基準電圧Vsが入
力されており、出力はAND回路46に入力されてい
る。AND回路46のもう一方の入力端子にはタイマ回
路33の出力が接続されており、その出力は、スイッチ
28とインバータ29を介してスイッチ28の制御電圧
となっている。
【0079】よって、交流電流Ioが希望値にて安定し
ている場合において、調光電圧がVs以下の場合、即ち
駆動デューティが大きい領域では三角波発振回路34の
調光周波数にて圧電トランス1が駆動される。交流電流
Ioが希望値にて安定している場合において、調光電圧
がVs以上の場合、即ち駆動デューティが小さい領域で
は三角波発振回路34の周波数よりも低周波数である三
角波発振回路35の調光周波数にて圧電トランス1が駆
動される。Vsは調光周波数を切り換える値であり、こ
の値を適切に選定することにより駆動デューティが大き
い場合調光周波数は高い方を選択し、駆動デューティが
小さい場合調光周波数は低い方を選択する。よって、第
1の実施例では調光電圧が最高値になった時に、比較器
37も比較器38も駆動オン期間がT1とするために分
圧抵抗43、44を挿入していたが、第2の実施例では
この配慮が不要となるため抵抗43、44を削除でき
る。なお、交流電流Ioが希望値にて安定していない場
合においてはタイマ回路33出力が低レベルのため、A
ND回路44の出力は低レベルとなる。
ている場合において、調光電圧がVs以下の場合、即ち
駆動デューティが大きい領域では三角波発振回路34の
調光周波数にて圧電トランス1が駆動される。交流電流
Ioが希望値にて安定している場合において、調光電圧
がVs以上の場合、即ち駆動デューティが小さい領域で
は三角波発振回路34の周波数よりも低周波数である三
角波発振回路35の調光周波数にて圧電トランス1が駆
動される。Vsは調光周波数を切り換える値であり、こ
の値を適切に選定することにより駆動デューティが大き
い場合調光周波数は高い方を選択し、駆動デューティが
小さい場合調光周波数は低い方を選択する。よって、第
1の実施例では調光電圧が最高値になった時に、比較器
37も比較器38も駆動オン期間がT1とするために分
圧抵抗43、44を挿入していたが、第2の実施例では
この配慮が不要となるため抵抗43、44を削除でき
る。なお、交流電流Ioが希望値にて安定していない場
合においてはタイマ回路33出力が低レベルのため、A
ND回路44の出力は低レベルとなる。
【0080】以上の論理により、各状態における各部動
作を示したものが図10である。交流電流Ioが希望値
にて安定していて負荷が安定点灯している場合におい
て、圧電トランス1の駆動デューティが大きい場合に三
角波発振回路34の周波数で調光されることが、第1の
実施例と違う動作である。その他の状態では、選定され
る三角波発振回路は第1の実施例と全く同じである。
作を示したものが図10である。交流電流Ioが希望値
にて安定していて負荷が安定点灯している場合におい
て、圧電トランス1の駆動デューティが大きい場合に三
角波発振回路34の周波数で調光されることが、第1の
実施例と違う動作である。その他の状態では、選定され
る三角波発振回路は第1の実施例と全く同じである。
【0081】以上のように第2の実施例は、交流電流I
oが希望値にて安定している場合、圧電トランス1の駆
動デューティによって調光周波数が切り換わるのが特徴
である。その他の動作は、駆動周波数が掃引されている
状態では三角波発振回路34の周波数で駆動され、冷陰
極管点灯開始前も三角波発振回路34の周波数で駆動さ
れ、無負荷動作時は比較器37の出力と比較器36の出
力との論理和で駆動停止させ、第1の実施例と同じ動作
をする。よって、第1の実施例と同じ発明の効果を実現
できる。
oが希望値にて安定している場合、圧電トランス1の駆
動デューティによって調光周波数が切り換わるのが特徴
である。その他の動作は、駆動周波数が掃引されている
状態では三角波発振回路34の周波数で駆動され、冷陰
極管点灯開始前も三角波発振回路34の周波数で駆動さ
れ、無負荷動作時は比較器37の出力と比較器36の出
力との論理和で駆動停止させ、第1の実施例と同じ動作
をする。よって、第1の実施例と同じ発明の効果を実現
できる。
【0082】また、回路ブロック図としては示されてい
ないが、積分回路26、タイマ回路33、AND回路4
6の出力をモニタすれば、それに対応して、OR回路3
9の出力信号と同一の信号をマイクロコンピュータによ
って出力させることも可能である。
ないが、積分回路26、タイマ回路33、AND回路4
6の出力をモニタすれば、それに対応して、OR回路3
9の出力信号と同一の信号をマイクロコンピュータによ
って出力させることも可能である。
【0083】上述した何れの実施例においても不可欠な
事項は、負荷の状態や調光信号を検出することと、その
検出結果より最適な調光周波数を選定又は複数の調光周
波数を選定しこれを組み合わせて圧電トランス1を駆動
することである。
事項は、負荷の状態や調光信号を検出することと、その
検出結果より最適な調光周波数を選定又は複数の調光周
波数を選定しこれを組み合わせて圧電トランス1を駆動
することである。
【0084】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、実用上問
題の発生しない最小デューティにて駆動することによ
り、最大の調光範囲を実現できるという効果がある。ま
た、調光周波数を高く切り換えて点滅が目視で認識でき
ないようにすることにより、圧電トランスの出力不足
や、冷陰極管の放電遅れが発生して、駆動周波数の掃引
が続く場合でも、冷陰極管の点滅が目視で認識できない
という効果がある。さらにまた、無負荷動作時には、通
常の調光周波数での調光に加えて、更に低い周波数にて
任意の比率にて調光し、この2つの駆動オフ信号の論理
和にて圧電トランスの駆動をオフすることにより、無負
荷動作時には駆動デューティが大きく低下し、駆動回路
に流れる電流の実効値が低下し部品発熱を抑制できると
いう効果がある。
題の発生しない最小デューティにて駆動することによ
り、最大の調光範囲を実現できるという効果がある。ま
た、調光周波数を高く切り換えて点滅が目視で認識でき
ないようにすることにより、圧電トランスの出力不足
や、冷陰極管の放電遅れが発生して、駆動周波数の掃引
が続く場合でも、冷陰極管の点滅が目視で認識できない
という効果がある。さらにまた、無負荷動作時には、通
常の調光周波数での調光に加えて、更に低い周波数にて
任意の比率にて調光し、この2つの駆動オフ信号の論理
和にて圧電トランスの駆動をオフすることにより、無負
荷動作時には駆動デューティが大きく低下し、駆動回路
に流れる電流の実効値が低下し部品発熱を抑制できると
いう効果がある。
【図1】本発明の第1の実施の形態による圧電トランス
駆動回路の構成を示すブロック図である。
駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図2】図1中の調光回路22及び出力電圧比較回路2
1の動作の概略を示す図である。
1の動作の概略を示す図である。
【図3】(a)は図1中の三角波発信回路34の出力波
形を示す図、(b)は図1中の比較器37の出力波形を
示す図、(c)は図1中の積分回路13の出力波形を示
す図、(d)は図1中の圧電トランス1の駆動周波数を
示す図、(e)は図1中のAND回路32の出力波形を
示す図、(f)は交流電流Ioが希望値に安定している
場合の積分回路13の出力を示す図、(g)は交流電流
Ioが希望値に安定している場合の圧電トランス1の駆
動周波数を示す図、(h)は交流電流Ioが希望値に安
定している場合のAND回路32の出力波形を示す図
形を示す図、(b)は図1中の比較器37の出力波形を
示す図、(c)は図1中の積分回路13の出力波形を示
す図、(d)は図1中の圧電トランス1の駆動周波数を
示す図、(e)は図1中のAND回路32の出力波形を
示す図、(f)は交流電流Ioが希望値に安定している
場合の積分回路13の出力を示す図、(g)は交流電流
Ioが希望値に安定している場合の圧電トランス1の駆
動周波数を示す図、(h)は交流電流Ioが希望値に安
定している場合のAND回路32の出力波形を示す図
【図4】(a)は図1中の三角波発振回路34の出力波
形を示す図、(b)は図1中の比較器38の出力波形を
示す図、(c)は調光電圧が最大値における三角波発振
回路34の出力波形を示す図、(d)図1中の比較器3
7の出力波形を示す図である。
形を示す図、(b)は図1中の比較器38の出力波形を
示す図、(c)は調光電圧が最大値における三角波発振
回路34の出力波形を示す図、(d)図1中の比較器3
7の出力波形を示す図である。
【図5】(a)は図1中の三角波発振回路34の出力波
形を示す図、(b)は図1中の比較器37の出力波形を
示す図、(c)は図1中の圧電トランス1の駆動周波数
を示す図、(d)は交流電流Ioを示す図である。
形を示す図、(b)は図1中の比較器37の出力波形を
示す図、(c)は図1中の圧電トランス1の駆動周波数
を示す図、(d)は交流電流Ioを示す図である。
【図6】(a)及び(c)は図1中の三角波発振回路4
2の出力波形を示す図、(b)及び(d)は図1中の比
較器36の出力波形を示す図である。
2の出力波形を示す図、(b)及び(d)は図1中の比
較器36の出力波形を示す図である。
【図7】(a)は図1中の三角波発振回路34の出力波
形を示す図、(b)は図1中の比較器37の出力波形を
示す図、(c)は図1中の三角波発振回路42の出力波
形を示す図、(d)は図1中の比較器36の出力波形を
示す図、(e)は図1中のOR回路39の出力波形を示
す図である。
形を示す図、(b)は図1中の比較器37の出力波形を
示す図、(c)は図1中の三角波発振回路42の出力波
形を示す図、(d)は図1中の比較器36の出力波形を
示す図、(e)は図1中のOR回路39の出力波形を示
す図である。
【図8】種々の負荷インピーダンスの場合における駆動
周波数に対する昇圧比を示す図である。
周波数に対する昇圧比を示す図である。
【図9】本発明の第2の実施の形態による圧電トランス
駆動回路の構成を示すブロック図である。
駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図10】図2中の各部の動作を示す図である。
【図11】従来の圧電トランス駆動回路の構成を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図12】図11中のVCO15の出力波形を示す図で
あり、(a),(b),(c)は積分回路13からの電
圧Vinが最低電圧値の場合、(d),(e),(f)
は積分回路13からの電圧Vinが最高電圧値の場合を
示す図である。
あり、(a),(b),(c)は積分回路13からの電
圧Vinが最低電圧値の場合、(d),(e),(f)
は積分回路13からの電圧Vinが最高電圧値の場合を
示す図である。
【図13】圧電トランス昇圧比と周波数掃引方向を示す
図である。
図である。
【図14】図11中の各部の波形を示す図であり、
(a)は三角波fVCO及び整流電圧Vcを、(b)は
トランジスタQ3のゲート電圧Vg3を、(c)、
(d)はトランジスタQ1、Q2のゲート電圧Vg1、
Vg2を、(e)、(f)はトランジスタQ1、Q2の
ドレイン電圧Vd1、Vd2を、(g)、(h)はコイ
ル電流iL1、iL2を、夫々示す。
(a)は三角波fVCO及び整流電圧Vcを、(b)は
トランジスタQ3のゲート電圧Vg3を、(c)、
(d)はトランジスタQ1、Q2のゲート電圧Vg1、
Vg2を、(e)、(f)はトランジスタQ1、Q2の
ドレイン電圧Vd1、Vd2を、(g)、(h)はコイ
ル電流iL1、iL2を、夫々示す。
【図15】(a)は図11中の三角波発振回路19の出
力波形を示す図、(b)は図11中の比較器20の出力
波形を示す図、(c)は(b)の部分拡大図、(d)は
圧電トランスの入力電圧を示す図、(e)は圧電トラン
スの出力電圧を示す図である。
力波形を示す図、(b)は図11中の比較器20の出力
波形を示す図、(c)は(b)の部分拡大図、(d)は
圧電トランスの入力電圧を示す図、(e)は圧電トラン
スの出力電圧を示す図である。
【図16】(a)は図11中の三角波発振回路19の出
力波形を示す図、(b)は図11中の比較器20の出力
波形を示す図、(c)は圧電トランス1の駆動周波数を
示す図、(d)は交流電流Ioを示す図である。
力波形を示す図、(b)は図11中の比較器20の出力
波形を示す図、(c)は圧電トランス1の駆動周波数を
示す図、(d)は交流電流Ioを示す図である。
【図17】(a)は図11中の三角波発振回路19の出
力波形を示す図、(b)は図11中の比較器20の出力
波形を示す図、(c)は圧電トランス1の駆動周波数を
示す図、(d)は交流電流Ioを示す図である。
力波形を示す図、(b)は図11中の比較器20の出力
波形を示す図、(c)は圧電トランス1の駆動周波数を
示す図、(d)は交流電流Ioを示す図である。
1 圧電トランス 2 負荷 4 昇圧回路 5 駆動電圧制御回路 8 分周回路 10 電流電圧変換回路 11,17,24 整流回路 12,14,16,25,30 31,36,37,38,45 比較器 13,26 積分回路 15 VCO 18 ダイオード 21 出力電圧比較回路 22 調光回路 23 分圧回路 27,28 スイッチ 29 インバータ 32,46 AND回路 33 タイマ回路 34,35,42 三角波発振回路 39,45 OR回路 40 周波数制御回路 41 同期回路 43,44 抵抗 L1,L2 コイル Q1〜Q3 トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3K098 CC12 CC24 CC44 DD01 DD22 DD32 DD37 EE14 EE32 GG10 5H007 AA06 BB03 CA02 CB06 CC12 CC32 DA03 DB03 DB12 DC02 EA14 FA03 FA13 FA18
Claims (22)
- 【請求項1】 圧電トランスの時分割駆動を行う圧電ト
ランス駆動回路であって、前記時分割駆動に用いる時分
割周波数信号を複数種類生成する生成手段と、この生成
された複数種類の時分割周波数信号を前記圧電トランス
の状態に応じて選択して出力する選択手段とを含み、こ
の選択手段から出力される時分割周波数信号で前記圧電
トランスを駆動するようにしたことを特徴とする圧電ト
ランス駆動回路。 - 【請求項2】 前記選択手段は、前記複数種類の時分割
周波数信号を組合わせて出力することを特徴とする請求
項1記載の圧電トランス駆動回路。 - 【請求項3】 前記生成手段は繰返し周波数が互いに異
なる第1及び第2の時分割周波数信号を生成し、前記選
択手段は前記圧電トランスの負荷からの帰還電流値が所
定範囲内の値である状態が所定時間継続した場合に前記
第1及び第2の時分割周波数信号のうち繰返し周波数が
低い方の信号を出力することを特徴とする請求項1記載
の圧電トランス駆動回路。 - 【請求項4】 前記生成手段は繰返し周波数が互いに異
なる第1及び第2の時分割周波数信号を生成し、前記選
択手段は前記圧電トランスの負荷からの帰還電流値が所
定範囲内である状態が所定時間継続していない場合に前
記第1及び第2の時分割周波数信号のうち繰返し周波数
が高い方の信号を出力することを特徴とする請求項1記
載の圧電トランス駆動回路。 - 【請求項5】 前記生成手段は繰返し周波数が互いに異
なる第1及び第2の時分割周波数信号を生成し、前記選
択手段は前記圧電トランスの負荷からの帰還電流値が所
定範囲外である場合に前記第1及び第2の時分割周波数
信号のうち繰返し周波数が高い方の信号を出力すること
を特徴とする請求項1記載の圧電トランス駆動回路。 - 【請求項6】 前記生成手段は繰返し周波数が互いに異
なる第1及び第2の時分割周波数信号を生成し、前記選
択手段は前記圧電トランスの負荷からの帰還電流値が所
定範囲内である状態が所定時間継続していない場合及び
前記圧電トランスの出力レベルが所定レベル範囲外であ
る場合に前記第1及び第2の時分割周波数信号のうち繰
返し周波数が高い方の信号を出力することを特徴とする
請求項1記載の圧電トランス駆動回路。 - 【請求項7】 前記第1及び第2の時分割周波数信号の
うち繰返し周波数が低い方の信号は、前記圧電トランス
の負荷である冷陰極管の点滅が目視で確認できない最低
の繰返し周波数を有することを特徴とする請求項3記載
の圧電トランス駆動回路。 - 【請求項8】 前記生成手段は繰返し周波数が互いに異
なる第1及び第2の時分割周波数信号を生成し、前記選
択手段は前記圧電トランスの負荷である冷陰極管からの
帰還電流値及び該冷陰極管に対する調光信号に応じて前
記第1及び第2の時分割周波数信号を選択して出力する
ことを特徴とする請求項1記載の圧電トランス駆動回
路。 - 【請求項9】 前記選択手段は前記帰還電流値が基準範
囲内の値を所定期間継続し、かつ、前記調光信号が所定
基準値よりも小なるデューティを要求する信号である場
合には、前記第1及び第2の時分割周波数信号のうち繰
返し周波数が低い方の信号を出力することを特徴とする
請求項8記載の圧電トランス駆動回路。 - 【請求項10】 前記選択手段は前記帰還電流値が基準
範囲外の値を所定期間継続する場合には、前記第1及び
第2の時分割周波数信号のうち繰返し周波数が高い方の
信号を出力することを特徴とする請求項8記載の圧電ト
ランス駆動回路。 - 【請求項11】 前記選択手段は前記調光信号が所定基
準値よりも大なるデューティを要求する信号である場合
には、前記第1及び第2の時分割周波数信号のうち繰返
し周波数が高い方の信号を出力することを特徴とする請
求項8記載の圧電トランス駆動回路。 - 【請求項12】 圧電トランスの時分割駆動を行う圧電
トランス駆動方法であって、前記時分割駆動に用いる時
分割周波数信号を複数種類生成する生成ステップと、こ
の生成された複数種類の時分割周波数信号を前記圧電ト
ランスの状態に応じて選択して出力する選択ステップと
を含み、この選択して出力される時分割周波数信号で前
記圧電トランスを駆動するようにしたことを特徴とする
圧電トランス駆動方法。 - 【請求項13】 前記選択ステップにおいては、前記複
数種類の時分割周波数信号を組合わせて出力することを
特徴とする請求項12記載の圧電トランス駆動方法。 - 【請求項14】 前記生成ステップにおいては、繰返し
周波数が互いに異なる第1及び第2の時分割周波数信号
を生成し、前記選択ステップにおいては、前記圧電トラ
ンスの負荷からの帰還電流値が所定範囲内の値である状
態が所定時間継続した場合に前記第1及び第2の時分割
周波数信号のうち繰返し周波数が低い方の信号を出力す
ることを特徴とする請求項12記載の圧電トランス駆動
方法。 - 【請求項15】 前記生成ステップにおいては、繰返し
周波数が互いに異なる第1及び第2の時分割周波数信号
を生成し、前記選択ステップにおいては、前記圧電トラ
ンスの負荷からの帰還電流値が所定範囲内である状態が
所定時間継続していない場合に前記第1及び第2の時分
割周波数信号のうち繰返し周波数が高い方の信号を出力
することを特徴とする請求項12記載の圧電トランス駆
動方法。 - 【請求項16】 前記生成ステップにおいては、繰返し
周波数が互いに異なる第1及び第2の時分割周波数信号
を生成し、前記選択ステップにおいては、前記圧電トラ
ンスの負荷からの帰還電流値が所定範囲外である場合に
前記第1及び第2の時分割周波数信号のうち繰返し周波
数が高い方の信号を出力することを特徴とする請求項1
2記載の圧電トランス駆動方法。 - 【請求項17】 前記生成ステップにおいては、繰返し
周波数が互いに異なる第1及び第2の時分割周波数信号
を生成し、前記選択ステップにおいては、前記圧電トラ
ンスの負荷からの帰還電流値が所定範囲内である状態が
所定時間継続していない場合及び前記圧電トランスの出
力レベルが所定レベル範囲外である場合に前記第1及び
第2の時分割周波数信号のうち繰返し周波数が高い方の
信号を出力することを特徴とする請求項12記載の圧電
トランス駆動方法。 - 【請求項18】 前記第1及び第2の時分割周波数信号
のうち繰返し周波数が低い方の信号は、前記圧電トラン
スの負荷である冷陰極管の点滅が目視で確認できない最
低の繰返し周波数を有することを特徴とする請求項14
記載の圧電トランス駆動方法。 - 【請求項19】 前記生成ステップにおいては、繰返し
周波数が互いに異なる第1及び第2の時分割周波数信号
を生成し、前記選択ステップにおいては、前記圧電トラ
ンスの負荷である冷陰極管からの帰還電流値及び該冷陰
極管に対する調光信号に応じて前記第1及び第2の時分
割周波数信号を選択して出力することを特徴とする請求
項12記載の圧電トランス駆動方法。 - 【請求項20】 前記選択ステップにおいては、前記帰
還電流値が基準範囲内の値を所定期間継続し、かつ、前
記調光信号が所定基準値よりも小なるデューティを要求
する信号である場合には、前記第1及び第2の時分割周
波数信号のうち繰返し周波数が低い方の信号を出力する
ことを特徴とする請求項19記載の圧電トランス駆動方
法。 - 【請求項21】 前記選択ステップにおいては、前記帰
還電流値が基準範囲外の値を所定期間継続する場合に
は、前記第1及び第2の時分割周波数信号のうち繰返し
周波数が高い方の信号を出力することを特徴とする請求
項19記載の圧電トランス駆動方法。 - 【請求項22】 前記選択ステップにおいては、前記調
光信号が所定基準値よりも大なるデューティを要求する
信号である場合には、前記第1及び第2の時分割周波数
信号のうち繰返し周波数が高い方の信号を出力すること
を特徴とする請求項19記載の圧電トランス駆動方法。
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