JP3271042B2 - 圧電トランスを用いた電圧変換装置 - Google Patents
圧電トランスを用いた電圧変換装置Info
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- JP3271042B2 JP3271042B2 JP29124394A JP29124394A JP3271042B2 JP 3271042 B2 JP3271042 B2 JP 3271042B2 JP 29124394 A JP29124394 A JP 29124394A JP 29124394 A JP29124394 A JP 29124394A JP 3271042 B2 JP3271042 B2 JP 3271042B2
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- piezoelectric transformer
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、冷陰極管を点灯するた
めのインバータ電源等として用いられる電圧変換装置に
関し、特に、圧電トランスを効率よく駆動する電圧変換
装置に関する。
めのインバータ電源等として用いられる電圧変換装置に
関し、特に、圧電トランスを効率よく駆動する電圧変換
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は、従来のこの種の電圧変換装置を
示す回路図である。図４において、電圧変換装置３０
は、冷陰極管を点灯するための調光装置（インバータ電
源装置）であり、圧電トランスを駆動するための回路方
式をとっている。圧電トランス３１は、一次側の入力端
子３２および３３と、二次側の出力端子３４とを備えて
いる。電圧Ｖc の直流が駆動トランジスタ３５に加わる
と、駆動トランジスタ３５の出力電圧が圧電トランス３
１の入力端子３２に入力され、一時的に圧電トランス３
１の入力端子３３から出力検出用分圧抵抗３６を介して
一次側に電流が流れる。その電流の大きさが電圧として
検出され、検出信号増幅用トランジスタ３７により増幅
された後に、駆動トランジスタ３５のスイッチングを制
御する。かくして、駆動トランジスタ３５のスイッチン
グ周波数が、圧電トランス３１の共振周波数に追従し、
自励発振が維持され、圧電トランス３１の出力端子３４
に接続された冷陰極管５０を点灯させることができる。
示す回路図である。図４において、電圧変換装置３０
は、冷陰極管を点灯するための調光装置（インバータ電
源装置）であり、圧電トランスを駆動するための回路方
式をとっている。圧電トランス３１は、一次側の入力端
子３２および３３と、二次側の出力端子３４とを備えて
いる。電圧Ｖc の直流が駆動トランジスタ３５に加わる
と、駆動トランジスタ３５の出力電圧が圧電トランス３
１の入力端子３２に入力され、一時的に圧電トランス３
１の入力端子３３から出力検出用分圧抵抗３６を介して
一次側に電流が流れる。その電流の大きさが電圧として
検出され、検出信号増幅用トランジスタ３７により増幅
された後に、駆動トランジスタ３５のスイッチングを制
御する。かくして、駆動トランジスタ３５のスイッチン
グ周波数が、圧電トランス３１の共振周波数に追従し、
自励発振が維持され、圧電トランス３１の出力端子３４
に接続された冷陰極管５０を点灯させることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、圧電トランス
３１の入力インピーダンス特性は、図５（ａ）に示すご
とく低次共振点Ａ、および高次共振点Ｂが存在する。こ
のため、従来の回路では、自励発振が二か所以上の周波
数のいずれかで維持されることになる。尚、図５（ｂ）
は、圧電トランス３１の入力電流位相を示す図であり、
図中符号Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦはそれぞれ、低次共振
点、低次***振点、高次共振点、および高次***振点で
ある。
３１の入力インピーダンス特性は、図５（ａ）に示すご
とく低次共振点Ａ、および高次共振点Ｂが存在する。こ
のため、従来の回路では、自励発振が二か所以上の周波
数のいずれかで維持されることになる。尚、図５（ｂ）
は、圧電トランス３１の入力電流位相を示す図であり、
図中符号Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦはそれぞれ、低次共振
点、低次***振点、高次共振点、および高次***振点で
ある。
【０００４】また、圧電トランス３１は、圧電トランス
一般の特性として、冷陰極管を負荷とした場合には、図
６（ａ）に示すごとく、点灯前、即ち、軽負担時の出力
特性Ｇと、点灯後、即ち、重負担時の出力特性Ｈでは、
出力振幅および共振周波数が異なる。圧電トランス３１
の効率のよいエネルギー変換は、基本周波数で行われる
ため、従来の回路により冷陰極管５０を点灯させた場合
には、高次の発振周波数に維持され、変換効率が悪くな
るなどの問題点がある。
一般の特性として、冷陰極管を負荷とした場合には、図
６（ａ）に示すごとく、点灯前、即ち、軽負担時の出力
特性Ｇと、点灯後、即ち、重負担時の出力特性Ｈでは、
出力振幅および共振周波数が異なる。圧電トランス３１
の効率のよいエネルギー変換は、基本周波数で行われる
ため、従来の回路により冷陰極管５０を点灯させた場合
には、高次の発振周波数に維持され、変換効率が悪くな
るなどの問題点がある。
【０００５】また、冷陰極管の調光方法として、従来の
回路では、図４における＋Ｖc を制御しなければなら
ず、ＤＣ／ＤＣコンバータなどの回路を付加しなければ
ならないなどの問題点がある。
回路では、図４における＋Ｖc を制御しなければなら
ず、ＤＣ／ＤＣコンバータなどの回路を付加しなければ
ならないなどの問題点がある。
【０００６】本発明の課題は、出力電圧を効率よく発生
できる圧電トランスを用いた電圧変換装置を提供するこ
とである。
できる圧電トランスを用いた電圧変換装置を提供するこ
とである。
【０００７】本発明の他の課題は、冷陰極管などの調光
等を、簡素な構成で、効率よく制御できる圧電トランス
を用いた電圧変換装置を提供することである。
等を、簡素な構成で、効率よく制御できる圧電トランス
を用いた電圧変換装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、所定の
共振周波数を有する圧電トランスと、前記共振周波数の
実質的に近傍の周波数で発振する発振回路と、前記発振
回路からの発振信号に基づいて前記圧電トランスを駆動
する駆動回路とを有する圧電トランスを用いた電圧変換
装置において、前記圧電トランスへの入力電圧である前
記駆動回路からの駆動信号と、該圧電トランスの出力電
圧との位相差を検出する位相検出回路と、前記位相検出
回路からの位相差検出信号に基づいて前記位相差を所定
の値にするように前記発振回路における発振周波数を制
御する発振周波数制御回路とを有することを特徴とする
圧電トランスを用いた電圧変換装置が得られる。
共振周波数を有する圧電トランスと、前記共振周波数の
実質的に近傍の周波数で発振する発振回路と、前記発振
回路からの発振信号に基づいて前記圧電トランスを駆動
する駆動回路とを有する圧電トランスを用いた電圧変換
装置において、前記圧電トランスへの入力電圧である前
記駆動回路からの駆動信号と、該圧電トランスの出力電
圧との位相差を検出する位相検出回路と、前記位相検出
回路からの位相差検出信号に基づいて前記位相差を所定
の値にするように前記発振回路における発振周波数を制
御する発振周波数制御回路とを有することを特徴とする
圧電トランスを用いた電圧変換装置が得られる。
【０００９】本発明によればまた、前記駆動回路からの
前記駆動信号を前記圧電トランスの前記発振周波数より
も低い周波数にて間欠的に停止させることを特徴とする
前記圧電トランスを用いた電圧変換装置が得られる。
前記駆動信号を前記圧電トランスの前記発振周波数より
も低い周波数にて間欠的に停止させることを特徴とする
前記圧電トランスを用いた電圧変換装置が得られる。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
よる圧電トランスを用いた電圧変換装置を説明する。
尚、本実施例は、本発明を冷陰極管の調光装置に適用し
た例である。
よる圧電トランスを用いた電圧変換装置を説明する。
尚、本実施例は、本発明を冷陰極管の調光装置に適用し
た例である。
【００１１】図１は、本実施例による電圧変換装置を示
すブロック図（一部に回路図をも含む）である。図１に
おいて、電圧変換装置１０は、圧電トランス１７と、電
圧制御発振回路１１と、圧電トランス１７を駆動する駆
動回路１２と、出力検出用分圧抵抗１８で検出された圧
電トランス１７の出力の位相と駆動回路１２の位相との
位相差を検出する位相検出回路１５と、位相検出回路１
５からの位相差検出信号に基づいて位相差を所定の値に
するように電圧制御発振回路１１における発振周波数を
制御する発振周波数制御回路１６と、調光を制御するた
めの調光発振回路１３と、外部から調光を行うための可
変抵抗器１４とを有している。
すブロック図（一部に回路図をも含む）である。図１に
おいて、電圧変換装置１０は、圧電トランス１７と、電
圧制御発振回路１１と、圧電トランス１７を駆動する駆
動回路１２と、出力検出用分圧抵抗１８で検出された圧
電トランス１７の出力の位相と駆動回路１２の位相との
位相差を検出する位相検出回路１５と、位相検出回路１
５からの位相差検出信号に基づいて位相差を所定の値に
するように電圧制御発振回路１１における発振周波数を
制御する発振周波数制御回路１６と、調光を制御するた
めの調光発振回路１３と、外部から調光を行うための可
変抵抗器１４とを有している。
【００１２】冷陰極管５０の特性は、点灯前の放電が開
始するまでは電流が殆ど流れず、放電を開始すると、５
ｍＡ〜１０ｍＡ程度電流が流れ、冷陰極管５０の両端の
電圧は低下する。つまり冷陰極管５０を点灯させるため
の機能として、点灯前では高電圧を発生し、点灯後は点
灯電圧を下げる必要がある。
始するまでは電流が殆ど流れず、放電を開始すると、５
ｍＡ〜１０ｍＡ程度電流が流れ、冷陰極管５０の両端の
電圧は低下する。つまり冷陰極管５０を点灯させるため
の機能として、点灯前では高電圧を発生し、点灯後は点
灯電圧を下げる必要がある。
【００１３】ここで、圧電トランス１７の出力電圧の周
波数特性は、前述の図６（ａ）に示すとおりである。図
６（ａ）において、圧電トランス１７の出力電圧の周波
数特性は、軽負担時の出力特性Ｇのごとく急峻で、わず
かの周波数変動でも、出力電圧は激減する。一方、負荷
が重くなることにより、共振周波数は低い方に移動し、
重負担時の出力特性Ｈのごとく出力電圧も低下する。こ
のように、圧電トランス１７は、冷陰極管５０を点灯さ
せるのに適しているといえる。しかし、負荷の変動によ
る共振周波数の変化があり、圧電トランス１７の駆動周
波数を制御する必要がある。ここで、圧電トランス１７
の出力電圧位相特性に着目すると、圧電トランス１７の
出力電圧の位相特性は、図６（ｂ）に示すごとく出力電
圧特性のピークで位相が−９０°を示す。本実施例で
は、圧電トランス１７の二次側制動容量による容量性負
荷および、負荷の冷陰極管の容量性による、図６（ｂ）
の共振点における位相の進みを利用し、共振周波数が変
動しても、常に圧電トランス１７の出力電圧が最大とな
るように発振周波数を制御するものである。
波数特性は、前述の図６（ａ）に示すとおりである。図
６（ａ）において、圧電トランス１７の出力電圧の周波
数特性は、軽負担時の出力特性Ｇのごとく急峻で、わず
かの周波数変動でも、出力電圧は激減する。一方、負荷
が重くなることにより、共振周波数は低い方に移動し、
重負担時の出力特性Ｈのごとく出力電圧も低下する。こ
のように、圧電トランス１７は、冷陰極管５０を点灯さ
せるのに適しているといえる。しかし、負荷の変動によ
る共振周波数の変化があり、圧電トランス１７の駆動周
波数を制御する必要がある。ここで、圧電トランス１７
の出力電圧位相特性に着目すると、圧電トランス１７の
出力電圧の位相特性は、図６（ｂ）に示すごとく出力電
圧特性のピークで位相が−９０°を示す。本実施例で
は、圧電トランス１７の二次側制動容量による容量性負
荷および、負荷の冷陰極管の容量性による、図６（ｂ）
の共振点における位相の進みを利用し、共振周波数が変
動しても、常に圧電トランス１７の出力電圧が最大とな
るように発振周波数を制御するものである。
【００１４】図１、ならびに図６（ａ）および（ｂ）を
参照して、いま、電圧制御発振回路１１から周波数ｆｒ
１の発振信号が出力されているとすると、駆動回路１２
の出力は、圧電トランス１７に加えられ、出力として高
電圧が得られる。ここで、位相検出回路１５を、例え
ば、位相差が−９０°のときに検出信号を出力しないよ
うに設定しておく。さて、位相検出回路１５には、既
に、圧電トランス１７に加えられた電圧波形より９０°
進んだ波形、即ち、出力検出用分圧抵抗１８によって検
出された圧電トランス１７の出力波形が検出されている
ため、位相検出回路１５から位相差検出信号は出力され
ない。このため、発振周波数制御回路１６は、位相検出
回路１５から位相差検出信号を受けないので、発振周波
数は変化しない。
参照して、いま、電圧制御発振回路１１から周波数ｆｒ
１の発振信号が出力されているとすると、駆動回路１２
の出力は、圧電トランス１７に加えられ、出力として高
電圧が得られる。ここで、位相検出回路１５を、例え
ば、位相差が−９０°のときに検出信号を出力しないよ
うに設定しておく。さて、位相検出回路１５には、既
に、圧電トランス１７に加えられた電圧波形より９０°
進んだ波形、即ち、出力検出用分圧抵抗１８によって検
出された圧電トランス１７の出力波形が検出されている
ため、位相検出回路１５から位相差検出信号は出力され
ない。このため、発振周波数制御回路１６は、位相検出
回路１５から位相差検出信号を受けないので、発振周波
数は変化しない。
【００１５】次に、冷陰極管５０の点灯後は、負荷が重
くなり圧電トランス１７の共振点が周波数ｆｒ２に変動
する。このとき、位相検出回路１５には、９０°よりさ
らに進んだ電圧波形が入力され、電圧制御発振回路１１
に対して、周波数を下げる方向の位相差検出信号が出力
される。よって、位相が９０°になるように発振が制御
され、発振周波数が周波数ｆｒ２に維持される。尚、こ
のときの電圧制御発振回路１１は、利用する発振周波数
の近傍でしか発振しない。
くなり圧電トランス１７の共振点が周波数ｆｒ２に変動
する。このとき、位相検出回路１５には、９０°よりさ
らに進んだ電圧波形が入力され、電圧制御発振回路１１
に対して、周波数を下げる方向の位相差検出信号が出力
される。よって、位相が９０°になるように発振が制御
され、発振周波数が周波数ｆｒ２に維持される。尚、こ
のときの電圧制御発振回路１１は、利用する発振周波数
の近傍でしか発振しない。
【００１６】本実施例による電圧変換装置は、調光発振
回路１３から出力される調光発振信号により制御され
る。ここで、図２は、図１における調光発振回路１３の
詳細を示すブロック図である。また、図３は、本実施例
による電圧変換装置１０の調光機能を説明するためのタ
イミング図である。図１に図２および図３をも併せ参照
すると、電圧制御発振回路１１からは、発振信号ａが停
止することなく発振出力されている。一方、調光発振回
路１３は、周期Ｔを発振する非安定マルチバイブレータ
１３１と、駆動回路１２の作動時間ｔを発生する単安定
マルチバイブレータ１３２とにより構成され、単安定マ
ルチバイブレータ１３１に接続されている可変抵抗器１
４、および冷陰極管に流れる電流に比例した電圧ｅによ
り、駆動回路１２の作動時間ｔを調節するように、調光
制御出力端子１３３から調光制御信号ｂを出力する。調
光制御信号ｂが駆動回路１２に入力されることにより、
駆動回路１２からは圧電トランス駆動信号ｃが出力さ
れ、圧電トランス１７が駆動回路１２の作動時間ｔの間
だけ駆動される。この結果、圧電トランス１７からは、
図３に示すような波形の圧電トランス出力信号ｄが得ら
れ、冷陰極管５０の輝度を調節すること等が可能とな
る。
回路１３から出力される調光発振信号により制御され
る。ここで、図２は、図１における調光発振回路１３の
詳細を示すブロック図である。また、図３は、本実施例
による電圧変換装置１０の調光機能を説明するためのタ
イミング図である。図１に図２および図３をも併せ参照
すると、電圧制御発振回路１１からは、発振信号ａが停
止することなく発振出力されている。一方、調光発振回
路１３は、周期Ｔを発振する非安定マルチバイブレータ
１３１と、駆動回路１２の作動時間ｔを発生する単安定
マルチバイブレータ１３２とにより構成され、単安定マ
ルチバイブレータ１３１に接続されている可変抵抗器１
４、および冷陰極管に流れる電流に比例した電圧ｅによ
り、駆動回路１２の作動時間ｔを調節するように、調光
制御出力端子１３３から調光制御信号ｂを出力する。調
光制御信号ｂが駆動回路１２に入力されることにより、
駆動回路１２からは圧電トランス駆動信号ｃが出力さ
れ、圧電トランス１７が駆動回路１２の作動時間ｔの間
だけ駆動される。この結果、圧電トランス１７からは、
図３に示すような波形の圧電トランス出力信号ｄが得ら
れ、冷陰極管５０の輝度を調節すること等が可能とな
る。
【００１７】
【発明の効果】本発明による圧電トランスを用いた電圧
変換装置は、駆動回路からの駆動信号と圧電トランスの
出力電圧との位相差を検出する位相検出回路と、位相検
出回路からの位相差検出信号に基づいて位相差を所定の
値にするように発振回路における発振周波数を制御する
発振周波数制御回路とを有しているため、出力電圧を効
率よく発生できる。また、冷陰極管などの調光等を、簡
素な構成で、効率よく制御できる。特に、負荷が変動
し、圧電トランスの共振周波数が変わっても、出力電圧
を効率よく発生することが可能である。
変換装置は、駆動回路からの駆動信号と圧電トランスの
出力電圧との位相差を検出する位相検出回路と、位相検
出回路からの位相差検出信号に基づいて位相差を所定の
値にするように発振回路における発振周波数を制御する
発振周波数制御回路とを有しているため、出力電圧を効
率よく発生できる。また、冷陰極管などの調光等を、簡
素な構成で、効率よく制御できる。特に、負荷が変動
し、圧電トランスの共振周波数が変わっても、出力電圧
を効率よく発生することが可能である。
【００１８】さらに、輝度の調整機能として間欠的に駆
動回路を制御すれば、作動回路のスイッチング動作が行
われるため、効率のよい輝度調節が可能となる。
動回路を制御すれば、作動回路のスイッチング動作が行
われるため、効率のよい輝度調節が可能となる。
【図１】本発明の一実施例による電圧変換装置を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図２】図１に示す電圧変換装置における調光発振回路
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図３】図１に示す電圧変換装置の調光機能のタイミン
グ図である。
グ図である。
【図４】従来例による圧電トランスを用いた電圧変換装
置を示す回路図である。
置を示す回路図である。
【図５】圧電トランスの周波数特性を示す図である。
【図６】圧電トランスの周波数対負荷特性を示す図であ
る。
る。
１０、３０ 電圧変換装置 １１ 電圧制御発振回路 １２ 駆動回路 １３ 調光発振回路 １４ 可変抵抗器 １５ 位相検出回路 １６ 発振周波数制御回路 １７、３１ 圧電トランス １８、３６ 出力検出用分圧抵抗 ３２、３３ 入力端子 ３４ 出力端子 ３５ 駆動トランジスタ ３７ 検出信号増幅用トランジスタ ５０ 冷陰極管 １３１ 非安定マルチバイブレータ １３２ 単安定マルチバイブレータ １３３ 調光制御出力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 哲男 宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号 株式会社トーキン内 (56)参考文献 特開 平６−53569（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−220386（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−219730（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−201362（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02M 7/537 H02M 3/24 H05B 41/39
Claims (2)
- 【請求項１】 所定の共振周波数を有する圧電トランス
と、前記共振周波数の実質的に近傍の周波数で発振する
発振回路と、前記発振回路からの発振信号に基づいて前
記圧電トランスを駆動する駆動回路とを有する圧電トラ
ンスを用いた電圧変換装置において、前記圧電トランス
への入力電圧である前記駆動回路からの駆動信号と、該
圧電トランスの出力電圧との位相差を検出する位相検出
回路と、前記位相検出回路からの位相差検出信号に基づ
いて前記位相差を所定の値にするように前記発振回路に
おける発振周波数を制御する発振周波数制御回路とを有
することを特徴とする圧電トランスを用いた電圧変換装
置。 - 【請求項２】 前記駆動回路からの前記駆動信号を前記
圧電トランスの前記発振周波数よりも低い周波数にて間
欠的に停止させることを特徴とする請求項１に記載の圧
電トランスを用いた電圧変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29124394A JP3271042B2 (ja) | 1994-11-25 | 1994-11-25 | 圧電トランスを用いた電圧変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29124394A JP3271042B2 (ja) | 1994-11-25 | 1994-11-25 | 圧電トランスを用いた電圧変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08149850A JPH08149850A (ja) | 1996-06-07 |
| JP3271042B2 true JP3271042B2 (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=17766338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29124394A Expired - Fee Related JP3271042B2 (ja) | 1994-11-25 | 1994-11-25 | 圧電トランスを用いた電圧変換装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3271042B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0762808B1 (en) * | 1995-08-31 | 2003-03-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Inverter power source apparatus using a piezoelectric transformer |
| DE69604896T2 (de) * | 1995-12-26 | 2000-05-31 | Tokin Corp | Umrichter für eine Leuchtstoffröhre mit kalten Kathoden mittels eines piezoelektrischen Wandlers |
| US5747914A (en) * | 1997-02-05 | 1998-05-05 | Motorola Inc. | Driving circuit for multisectional piezoelectric transformers using pulse-position-modulation/phase modulation |
| JP3262014B2 (ja) * | 1997-02-13 | 2002-03-04 | 日本電気株式会社 | 圧電トランスインバータ装置 |
| JPH10327586A (ja) * | 1997-05-26 | 1998-12-08 | Chichibu Onoda Cement Corp | 圧電トランスの制御回路及びその制御方法 |
| US6118221A (en) * | 1997-10-16 | 2000-09-12 | Tokin Corporation | Cold-cathode tube lighting circuit with protection circuit for piezoelectric transformer |
| JP3061050B1 (ja) | 1999-04-16 | 2000-07-10 | 株式会社村田製作所 | 圧電トランスインバ―タ |
| CN100433528C (zh) * | 2004-11-17 | 2008-11-12 | 硕颉科技股份有限公司 | 可调变脉宽的频率控制式换流电路及其控制方法 |
| JP4783605B2 (ja) * | 2005-08-31 | 2011-09-28 | 株式会社リコー | 電源装置 |
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