JP3322218B2 - 圧電トランス駆動装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極管に電圧を
供給する圧電トランスを駆動する圧電トランス駆動装置
及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶バックライトの冷陰極管を点
灯するために、電磁トランス式インバータが多用されて
きた。しかし、現在、液晶バックライト用インバータの
小型化及び低消費電力化への要求が高まり、小型で、且
つ高効率である圧電トランス式インバータが注目される
ようになった。液晶バックライト用インバータは、小型
であると同時に液晶画面の輝度を一定に保つため、冷陰
極管に流れる管電流を一定にする手段が必要となる。更
に、液晶バックライト用インバータにはセル数の異なる
２次電池等に対応するため、広い電源電圧範囲で高効率
駆動することが要求される。

【０００３】従来の圧電トランス駆動装置は、図１３に
示すように、駆動部１００７と、圧電トランス１００８
と、管電流検出回路１０１０と、電圧制御発振回路１０
１１と、分周回路１０１２とで構成されている。駆動部
１００７は、コイル１００３、１００４と、トランジス
タ１００５、１００６とから構成されている。また、圧
電トランス１００８の２次電極１０８３には、負荷とし
て冷陰極管１００９が接続されている。この構成によ
り、圧電トランス１００８の１次電極１０８１と１次電
極１０８２との間に交流電圧ｖｉを発生させて圧電トラ
ンス１００８を駆動し、管電流ｉｌを一定に制御する。

【０００４】管電流検出回路１０１０は、冷陰極管１０
０９の一端１０９２から流出する管電流ｉｌをレベルに
応じて直流電圧に変換する。電圧制御発振回路１０１１
は、管電流検出回路１０１０から入力された直流電圧
が、任意に設定した値と常に等しくなるように、分周回
路１０１２へ出力するパルス電圧ｖｆ１の周波数ｆを変
化させる。圧電トランス１００８への入力電圧ｖｉの周
波数は、分周回路１０１２によりパルス電圧ｖｆ１の２
分の１、即ちｆ／２となる。この時、図３に示す昇圧比
Ａｖの周波数特性から振幅がＡｖ（ｆ／２）×ｖの出力
電圧ｖｏが発生し（但し、Ａｖ（ｆ／２）は周波数ｆ／
２時の昇圧比、ｖは入力電圧ｖｉの振幅）、冷陰極管１
００９の電圧−電流特性から出力電圧ｖｏに応じた管電
流ｉｌが冷陰極管１００９に流れる。電圧制御発振回路
１０１１の上記動作によって、冷陰極管１００９のイン
ピーダンスのばらつき、及び冷陰極管１００９の温度変
化に対し管電流ｉｌを一定、即ち冷陰極管１００９の輝
度を一定にすることができる。

【０００５】分周回路１０１２は、電圧制御発振回路１
０１１から入力されたパルス電圧を分周器にて２分の１
分周し、相互に位相が１８０度異なる２つのパルス電圧
を生成する。生成されたパルス電圧は、バッファを介し
て増幅され、トランジスタ１００５のゲート１０５２及
びトランジスタ１００６のゲート１０６２に入力され
る。

【０００６】駆動部１００７は、分周回路１０１２の出
力端子１１２３、１１２４から入力されたパルス電圧に
より、トランジスタ１００５、１００６を等しい周波数
で交互に駆動する。コイル１００３、１００４のインダ
クタンスと圧電トランス１００８の１次電極間の容量を
時定数とした共振によって、駆動電圧ｖｄ１及びｖｄ２
は電源電圧Ｖｃｃの約３倍の振幅を持つ近似的な半波正
弦波となり、圧電トランス１００８の１次電極間には、
電源電圧の約６倍の振幅を持つ近似的な正弦波電圧ｖｉ
が入力される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
圧電トランス駆動装置においては、次のような問題があ
る。圧電トランス１００８の効率ηｐは、図２に示すよ
うに共振周波数付近ｆｏが最も高く、共振周波数ｆｏを
離れるほど低下する。冷陰極管１００９に一定の電圧ｖ
ｏを供給する場合、圧電トランス１００８の入力電圧ｖ
ｉの振幅ｖと周波数ｆの関係は、図３に示す圧電トラン
ス１００８の昇圧比Ａｖの周波数特性により、図４のよ
うになる。駆動電圧ｖｄ１及びｖｄ２の振幅は、電源電
圧Ｖｃｃに比例して上昇するため、図１４に示すよう
に、圧電トランス１００８への入力電圧ｖｉの振幅ｖも
電源電圧Ｖｃｃにともない上昇する。故に、電源電圧Ｖ
ｃｃが上昇すると、圧電トランス１００８を周波数ｆ１
以下、或いはｆ２以上で駆動することになり（図１４で
はｆ２以上を示す）、圧電トランス駆動装置の効率ηｐ
が低下する。

【０００８】図１３に示す従来の圧電トランス駆動装置
は、例えば圧電トランス１００８を高効率駆動できる入
力電圧ｖｉの上限振幅ｖｈが下限振幅ｖｌの２倍である
場合、図１４に示すように高効率の電源電圧範囲が下限
電源電圧値Ｖｃｃ１程度という狭い範囲に限定されてし
まう（Ｖｃｃｌが７［Ｖ］の場合、７〜１４［Ｖ］）。
従って、電源電圧２Ｖｃｃｌ以上で高効率駆動するため
には、高電圧用ＤＣ−ＤＣコンバータ等が必要となり、
圧電トランス駆動装置が大型化及び高コスト化してしま
う。

【０００９】即ち、従来の圧電トランス駆動装置におい
ては、圧電トランスを高効率で駆動することができる電
源電圧範囲が狭いという問題がある。また、従来の圧電
トランス駆動装置においては、広い電源電圧で高効率駆
動するためにはＤＣ−ＤＣコンバータが必要となり、小
型化及び低コスト化が困難であるという問題がある。

【００１０】本発明の目的は、圧電トランスを高効率で
駆動することができる電源電圧範囲が広い圧電トランス
駆動装置及び方法を提供することにある。

【００１１】また、本発明の他の目的は、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータを必要とせずに、小型化及び低コスト化に適し
ている圧電トランス駆動装置及び方法を提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、圧電トランスの第１の１次電極と電源の正電極との
間に接続れた第１のコイルと、該圧電トランスの第１の
１次電極と該電源の電極との間に、かつ、該第１のコイ
ルと該圧電トランスの第１の１次電極との間に接続され
た第１のトランジスと、該圧電トランスの第２の１次電
極と該電源の正電極との間に接続された第２のコイル
と、該圧電トランスの第２の１次電極と該電源の負電極
との間に、かつ、該第２のコイルと該圧電トランスの第
２の１次電極との間に接続された第２のトランジスタ
と、該圧電トランスの２次電極側に接続され該圧電トラ
ンスからの電圧を受けた冷陰極管から流出された管電流
を検出する管電流検出手段と、該第１および第２のトラ
ンジスタの夫々のゲートに接続され前記管電流検出手段
によって検出された管電流を一定にする電圧制御手段と
を有して構成された圧電トランス駆動装置において、前
記第１のコイルと該電源の正電極との間に第３のトラン
ジスタを配設すると共に、前記第２のコイルと前記圧電
トランスの第２の１次電極との間に接続され圧電トラン
スの第２の１次電極に加えられる駆動電圧の振幅を検出
する駆動電圧振幅検出手段と、前記第３のトランジスタ
のゲートに接続され前記駆動電圧振幅検出手段によって
検出された前記駆動電圧の振幅が、予め設定された所定
値以上となった場合に、該電源の正電極と前記第２のコ
イルの間を該第３のトランジスタを用いて遮断すること
により前記圧電トランスに入力する駆動電圧の振幅を圧
電トランスの高効率駆動可能な振幅まで減少させる駆動
電圧振幅減少手段とを設けたことを特徴とする。

【００１３】請求項２に記載の発明は、前記駆動電圧振
幅検出手段に替えて、前記第２のコイルと前記電源の正
電極との間に、かつ、前記第３のトランジスタと正電極
との間に接続され圧電トランスに加えられた駆動電圧の
振幅を検出する駆動電圧振幅検出手段にしたことを特徴
とする。

【００１４】請求項３に記載の発明は、圧電トランスの
第１の１次電極に駆動電圧を供給する第１の電圧供給手
段と、前記圧電トランスの第２の１次電極に駆動電圧を
供給する第２の電圧供給手段とを有する圧電トランス駆
動装置の圧電トランス駆動方法において、前記圧電トラ
ンスの前記第２の１次電極に加えられる駆動電圧の振幅
を検出する駆動電圧振幅検出ステップと、前記駆動電圧
振幅検出ステップによって検出された前記駆動電圧の振
幅が予め設定された所定値以上となった場合において、
前記圧電トランスの前記第１の１次電極および前記第２
の１次電極に加える駆動電圧の振幅を該圧電トランスの
高効率駆動可能な振幅まで減少させる駆動電圧振幅減少
ステップとを有することを特徴とする。

【００１５】請求項４に記載の発明は、圧電トランスの
第１の１次電極と電源の正電極との間に接続された第１
のコイルと、該圧電トランスの第１の１次電極と該電源
の負電極との間に、かつ、該第１のコイルと該圧電トラ
ンスの第１の１次電極との間に接続された第１のトラン
ジスタと、該圧電トランスの第２の１次電極と該電源の
正電極との間に接続された第２のコイルと、該圧電トラ
ンスの第２の１次電極と該電源の負電極との間に、か
つ、該第２のコイルと該圧電トランスの第２の１次電極
との間に接続された第２のトランジスタとを有してな
り、該圧電トランスの２次電極側に接続され該圧電トラ
ンスからの電圧を受けた冷陰極管から流出された管電流
を検出する管電流検出ステップと、該第１および第２の
トランジスタの夫々のゲートに接続され前記管電流検出
ステップによって検出された管電流一定にする電圧制御
ステップとを有して構成された圧電トランス駆動方法に
おいて、前記第１のコイルと該電源の正電極との間に第
３のトランジスタを配設すと共に、前記第２のコイルと
前記圧電トランスの第２の１次電極との間に接続され圧
電トランスの第２の１次電極に加えられる駆動電圧の振
幅を検出する駆動電圧振幅検出ステップと、前記第３の
トランジスタのゲートに接続され前記駆動電圧振幅検出
ステップによって検出された前記駆動電圧の振幅が、予
め設定された所定値以上となった場合に、該電源の正電
極と前記第２のコイルの間を該第３のトランジスタを用
いて遮断することにより前記圧電トランスに入力する駆
動電圧の振幅を圧電トランスの高効率駆動可能な振幅ま
で減少させる駆動電圧振幅減少ステップとを設けたこと
を特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の第１の実施の形態
を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示す圧電トラ
ンス駆動装置は、圧電トランス８の１次電極８１と８２
の間に交流電圧を発生して圧電トランス８を駆動し、冷
陰極管９に流れる電流ｉｌを一定に制御することによっ
て冷陰極管９の輝度を一定に保つ。圧電トランス８を高
効率駆動するためには、圧電トランス８の１次電極８１
と８２の間に入力する電圧ｖｉを正弦波にする必要があ
る。理由は、圧電トランス８の１次電極８１と８２の間
に正弦波電圧を入力して、圧電トランス８の振動を阻害
する高調波成分によって効率が低下することを防止する
ためである。更に、駆動部７を高効率にするためには、
図２に示すように、圧電トランス８の効率ηｐ（圧電ト
ランス８が１次電極８１及び８２から２次電極８３へエ
ネルギを伝送する効率）が高い、ｆ１以上、且つｆ２以
下の周波数範囲で駆動する必要がある。

【００１７】圧電トランス８の昇圧比Ａｖは、図３のよ
うに共振周波数ｆｏで最大になり、共振周波数ｆｏから
離れる程低下する。従って、圧電トランス８の出力電圧
ｖｏを一定にする場合、圧電トランス８の入力電圧ｖｉ
の振幅ｖと周波数ｆは図４のようになり、その振幅ｖが
大きくなる程共振周波数ｆｏから離れた周波数で圧電ト
ランス８を駆動することになる。圧電トランス８の効率
ηｐは、図２に示すように共振周波数ｆｏ付近で最大に
なり、共振周波数ｆｏから離れる程低下する。故に、圧
電トランス８を高効率駆動するためには、図４に示すよ
うに、圧電トランス８の入力電圧ｖｉの周波数ｆを、効
率ηｐが高いｆ１以上、ｆ２以下の範囲に、振幅ｖをｖ
ｌ以上、且つｖｈ以下の範囲にする必要がある。

【００１８】本発明の圧電トランス駆動装置は、圧電ト
ランス８への入力電圧ｖｉの振幅ｖを切り替えて、高効
率駆動する電源電圧範囲を拡大することを特徴としてい
る。

【００１９】図１に示す駆動部７において、圧電トラン
ス８の１次電極８１と電源１の負電極１ａの間に発生す
る駆動電圧ｖｄ１と、１次電極及８２と電源１の負電極
１ａの間に発生する駆動電圧ｖｄ２が、近似的な半波正
弦波になるように、コイル３及び４のインダクタンスを
設定し、トランジスタ２を常時オンとし、トランジスタ
５及び６を図５のように交互に駆動すると、駆動電圧ｖ
ｄ１及びｖｄ２は、それぞれ電源電圧Ｖｃｃの約３倍の
振幅を持つ近似的な半波正弦波になる。この時、圧電ト
ランス８への入力電圧ｖｉは、電源電圧Ｖｃｃの約６倍
の振幅を持つ近似的な正弦波電圧になる。一方、トラン
ジスタ２を常時オフ、トランジスタ５を常時オンとし、
トランジスタ６を図６のように駆動すると、駆動電圧ｖ
ｄ１はほぼ０、駆動電圧ｖｄ２は電源電圧Ｖｃｃの約３
倍の振幅を持つ近似的な半波正弦波になり、圧電トラン
ス８への入力電圧ｖｉは、電源電圧Ｖｃｃの約３倍の振
幅を持つ近似的な半波正弦波電圧になる。

【００２０】駆動電圧ｖｄ２の振幅を検出し、駆動電圧
ｖｄ２の振幅が予め設定した値を越えたら、トランジス
タ２を常時オフ、トランジスタ５を常時オンとし、圧電
トランス８への入力電圧ｖｉの振幅６×Ｖｃｃを、３×
Ｖｃｃに変える。この予め設定する値を、図４に示す高
効率駆動の上限ｖｈの２分の１、即ちｖｈ／２程度にす
ることにより、高効率の電源電圧範囲が従来回路の約２
倍に拡大することができる。

【００２１】本発明の圧電トランス駆動装置は、図１に
示すように、電源１とコイル３の間をオン及びオフする
トランジスタ２、圧電トランス８の１次電極８１及び８
２に交流電圧を発生させる駆動部７、圧電トランス８の
１次電極間に入力された交流電圧を昇圧して２次電極に
出力する圧電トランス８、管電流ｉｌをレベルに応じて
直流電圧に変換する管電流検出回路１０、分周回路１２
へ出力するパルス電圧の周波数を変化させる電圧制御発
振回路１１、駆動部７のトランジスタ５及び６を駆動す
る分周回路１２、圧電トランス８の１次電極８２に発生
する駆動電圧ｖｄ２の振幅を検出してトランジスタ２と
駆動部７のトランジスタ５の動作状態を切り替える駆動
電圧制御回路１３、及びトランジスタ２、５の動作切り
替えのタイミングを決定するフリップフロップ１４で構
成されている。駆動部７は、コイル３及び４、トランジ
スタ５及び６から構成されている。また、圧電トランス
８の２次電極８３には負荷として冷陰極管９が接続され
ている。

【００２２】電源１の正電極１ａをコイル４の一端４
１、及びトランジスタ２のソース２１に接続する。コイ
ル４の他端４２を圧電トランス８の１次電極８２、及び
トランジスタ６のドレイン６１、及び駆動電圧制御回路
１３の入力端子１３１に接続する。トランジスタ６のソ
ース６３を電源１の負電極１ｂに接続する。トランジス
タ２のドレイン２３をコイル３の一端３１に接続する。
コイル３の他端３２を圧電トランス８の１次電極８１及
びトランジスタ５のドレイン５１に接続する。トランジ
スタ５のソース５３を電源１の負電極１ｂに接続する。

【００２３】圧電トランス８の２次電極８３を冷陰極管
９の一端９１に接続する。冷陰極管９の他端９２を管電
流検出回路１０の入力端子１０１に接続する。

【００２４】管電流検出回路１０の出力端子１０２を電
圧制御発振回路１１の入力端子１１１に接続する。電圧
制御発振回路１１の出力端子１１２を、分周回路１２の
入力端子１２１に接続する。

【００２５】分周回路１２の出力端子１２３をトランジ
スタ５のゲート５２に接続し、分周回路１２の出力端子
１２４をトランジスタ６のゲート６２に接続する。分周
回路１２の出力端子１２９をフリップフロップ１４の入
力端子１４１に接続する。

【００２６】駆動電圧制御回路１３の出力端子１３２を
分周回路１２の入力端子１２２に接続する。駆動電圧制
御回路１３の出力端子１３３をトランジスタ２のゲート
２２に接続する。駆動電圧制御回路１３の出力端子１３
９をフリップフロップ１４のＤ入力端子１４２に接続す
る。フリップフロップ１４のＱ出力端子１４３を駆動電
圧制御回路１３の入力端子１４０に接続する。

【００２７】次に、分周回路１２と、駆動電圧制御回路
１３及びフリップフロップ１４の構成を図７を用いて詳
細に説明する。分周回路１２は、分周器１２５と、ＡＮ
Ｄゲート１２６と、バッファ１２７と、バッファ１２８
とを有している。分周回路１２の入力端子１２１を分周
器１２５の入力端子に接続する。分周器１２５の２つの
出力端子の一方をＡＮＤゲート１２６の入力端子に接続
する。分周器１２５の他方の出力端子をバッファ１２８
の入力端子とフリップフロップ１４の入力端子１４１に
接続する。ＡＮＤゲート１２６の他方の入力端子を駆動
電圧制御回路１３の出力端子１３２に接続する。ＡＮＤ
ゲート１２６の出力端子をバッファ１２７の入力端子に
接続する。バッファ１２７、１２８の出力端子を、それ
ぞれトランジスタ５のゲート５２、及びトランジスタ６
のゲート６２に接続する。

【００２８】駆動電圧制御回路１３は、分圧回路１３４
と、平滑回路１３５と、比較器１３６と、バッファ１３
７と、インバータ１３８とを有している。駆動電圧制御
回路１３の入力端子１３１を分圧回路１３４の入力端子
に、分圧回路１３４の出力端子を平滑回路１３５の入力
端子に、平滑回路１３５の出力端子を比較器１３６の非
反転入力端子に接続する。比較器１３６の反転入力端子
には、任意の電圧Ｖｒｅｆ１を入力する。比較器１３６
の出力端子１３９をフリップフロップ１４のＤ入力端子
１４２に接続する。駆動電圧制御回路１３の入力端子１
４０を、バッファ１３７の入力端子及びインバータ１３
８の入力端子に接続する。フリップフロップ１４のＱ出
力端子１４３を、駆動電圧制御回路１３の入力端子１４
０に接続する。駆動電圧制御回路１３のバッファ１３７
の出力端子１３３を、トランジスタ２のゲート２２に接
続する。

【００２９】駆動電圧ｖｄ２が予め設定した値よりも小
さい時、図５に示すようにトランジスタ２は常時オンと
なっている。特開平９−１０７６８４号公報に記載され
ているように、トランジスタ５及び６を図５のように等
しい周波数で交互に駆動すると、コイル３又は４のイン
ダクタンスと圧電トランス８の１次電極間容量を時定数
とした共振により、駆動電圧ｖｄ１及びｖｄ２は電源電
圧Ｖｃｃの約３倍の振幅を持つ近似的な半波正弦波とな
る。故に、圧電トランス８の１次電極間には、電源電圧
Ｖｃｃの約６倍の振幅を持つ近似的な正弦波電圧ｖｉが
入力される。

【００３０】一方、駆動電圧ｖｄ２が予め設定した値以
上の時、図６に示すように、トランジスタ２は、常時オ
フとなっている。また、トランジスタ５は、常時オンと
なっているため、駆動電圧ｖｄ１はほぼ０となる。この
時、図６に示すように、トランジスタ６を駆動すると、
コイル４のインダクタンスと、圧電トランス８の１次電
極間の容量を時定数とした共振により、駆動電圧ｖｄ２
は電源電圧Ｖｃｃの約３倍の振幅を持つ半波正弦波とな
る。故に、圧電トランス８の１次電極間には、電源電圧
Ｖｃｃの約３倍の振幅を持つ近似的な半波正弦波電圧ｖ
ｉが入力される。

【００３１】管電流検出回路１０は、冷陰極管９の一端
９２から流出する管電流ｉｌをレベルに応じて直流電圧
に変換する。電圧制御発振回路１１は、管電流検出回路
１０から入力された直流電圧が任意に設定した値と常に
等しくなるように、分周回路１２へ出力するパルス電圧
ｖｆ１の周波数ｆを変化させる。圧電トランス８への入
力電圧ｖｉの周波数は、分周回路１２によりパルス電圧
ｖｆ１の２分の１、即ちｆ／２となる。この時、図３に
示す昇圧比Ａｖの周波数特性から、振幅がＡｖ（ｆ／
２）×ｖの出力電圧ｖｏが発生し（但し、Ａｖ（ｆ／
２）は周波数ｆ／２時の昇圧比、ｖは入力電圧ｖｉの振
幅）、冷陰極管９の電圧電流特性から出力電圧ｖｏに応
じた管電流ｉｌが冷陰極管９に流れる。電圧制御発振回
路１１の上記動作により、冷陰極管９のインピーダンス
のばらつき、及び冷陰極管９の温度変化に対し、管電流
ｉｌを一定、即ち、冷陰極管９の輝度を一定に保つ。

【００３２】次に、分周回路１２の動作を図８に示すタ
イミングチャートを用いて説明する。図７に示す分周回
路１２は、電圧制御発振回路１１から入力されたパルス
電圧ｖｆ１を分周器１２５にて２分の１分周し、相互に
位相が１８０度異なる２つのパルス電圧ｖｆ２及びｖｆ
３を生成する。生成されたパルス電圧ｖｆ３は、バッフ
ァ１２８に入力される。バッファ１２８は、入力された
パルス電圧ｖｆ３をトランジスタ６が駆動できる値まで
増幅する。また、このパルス電圧ｖｆ３はフリップフロ
ップ１４の入力端子１４１に入力される。生成されたパ
ルス電圧ｖｆ２と、駆動電圧制御回路１３の出力端子１
３２から入力された直流電圧は、ＡＮＤゲート１２６に
入力され、ＡＮＤゲート１２６の出力電圧がバッファ１
２７に入力される。ＡＮＤゲート１２６の入力端子１２
２に入力される電圧がＨレベルの時、ＡＮＤゲート１２
６の出力電圧は、分周器１２５から出力されるパルス電
圧ｖｆ２に等しい。一方、入力端子１２２に入力される
電圧がＬレベルの時、ＡＮＤゲート１２６の出力電圧
は、Ｌレベルである。バッファ１２７は、ＡＮＤゲート
１２６から入力された電圧を、トランジスタ５が駆動で
きる値まで増幅する。

【００３３】次に、駆動電圧制御回路１３及びフリップ
フロップ１４の動作を図８のタイミングチャートを用い
て説明する。図７に示す駆動電圧制御回路１３は、圧電
トランス８の１次電極８２とトランジスタ６のドレイン
６１の交点に発生する駆動電圧ｖｄ２を分圧及び平滑し
た値Ｖｄ２と予め設定した値Ｖｒｅｆ１を比較器１３６
にて比較する。Ｖｄ２が予め設定した値Ｖｒｅｆ１より
小さいとき、比較器１３６は、Ｌレベル電圧Ｖａを出力
する。このＬレベル電圧Ｖａは、フリップフロップ１４
のＤ入力端子１４２に入力される。フリップフロップ１
４は、入力端子１４１に入力されるパルス電圧ｖｆ３に
関わらず、Ｑ出力端子１４３からＬレベル電圧Ｖｂを出
力する。このＬレベル電圧Ｖｂは、バッファ１３７を介
してトランジスタ２のゲート２２へ入力され、トランジ
スタ２を常時オンにする。また、このＬレベル電圧Ｖｂ
は、インバータ１３８によってＨレベル電圧となり、分
周回路１２の入力端子１２２からＡＮＤゲート１２６に
入力される。

【００３４】一方、Ｖｄ２が予め設定した値Ｖｒｅｆ１
以上の時、比較器１３６は、Ｈレベルの電圧Ｖａを出力
する。このＨレベル電圧Ｖａは、フリップフロップ１４
のＤ入力端子１４２に入力される。フリップフロップ１
４は、入力端子１４１に入力されるパルス電圧ｖｆ３の
立ち下がりに同期して、Ｑ出力端子１４３からＨレベル
電圧Ｖｂを出力する。このＨレベル電圧Ｖｂは、バッフ
ァ１３７を介してトランジスタ２のゲート２２へ入力さ
れ、トランジスタ２を常時オフにする。また、このＨレ
ベル電圧Ｖｂは、インバータ１３８によってＬレベル電
圧となり、分周回路１２の入力端子１２２からＡＮＤゲ
ート１２６に入力される。

【００３５】上記動作により、電源電圧Ｖｃｃが変化し
た時の、トランジスタ２、５及び６の動作と圧電トラン
ス８への入力電圧ｖｉとを図９に示す。図９に示すよう
に、トランジスタ２を常時オンから常時オフに切替える
ことによって、圧電トランス８への入力電圧ｖｉの振幅
ｖが約６×Ｖｃｃから約３×Ｖｃｃに減少する。従来回
路では、図４に示すｖｈより高い入力電圧振幅ｖで駆動
しなければならなかった高電源電圧領域でも、本発明の
駆動回路においては、圧電トランス８の効率ηｐが高
く、入力電圧振幅ｖｈ以下で駆動することができる。故
に、従来回路よりも広い電源電圧で高効率となる駆動回
路が実現する。

【００３６】次に、本発明の第２の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図１０に示すように、本発明の第２
の実施の形態としての圧電トランス駆動装置は、トラン
ジスタ２と、駆動部７と、圧電トランス８と、管電流検
出回路１０と、電圧制御発振回路１１と、分周回路１２
と、駆動電圧制御回路１３と、フリップフロップ１４と
で構成されている。駆動回路７は、コイル３、４と、ト
ランジスタ５、６から構成されている。また、圧電トラ
ンス８の２次電極８３には、負荷として冷陰極管９が接
続されている。

【００３７】図１０に示すように、駆動電圧制御回路１
３の入力端子１３１を、電源１とトランジスタ２のソー
ス２１とコイル４の一端４１の交点に接続する。また、
図１２に示すように駆動電圧制御回路１３は、分圧回路
１３４、比較器１３６、バッファ１３７、及びインバー
タ１３８から構成される。その他の構成は、図１に示す
第１の実施の形態の圧電トランス駆動装置に等しい。

【００３８】次に、本発明の第２実施の形態としての圧
電トランス駆動装置の動作を説明する。図１１に示すよ
うに、駆動電圧制御回路１３は、電源電圧Ｖｃｃを分圧
した値ＶＣＣと予め設定した値Ｖｒｅｆ１を比較器１３
６にて比較する。電源電圧Ｖｃｃの分圧値ＶＣＣが予め
設定した値Ｖｒｅｆ１より小さいとき、比較器１３６
は、Ｌレベル電圧Ｖａを出力する。このＬレベル電圧Ｖ
ａは、フリップフロップ１４のＤ入力端子１４２に入力
される。フリップフロップ１４は、入力端子１４１に入
力されるパルス電圧ｖｆ３に関わらず、Ｑ出力端子１４
３からＬレベル電圧Ｖｂを出力する。このＬレベル電圧
Ｖｂは、バッファ１３７を介してトランジスタ２のゲー
ト２２へ入力され、トランジスタ２を常時オンにする。
また、このＬレベル電圧Ｖｂは、インバータ１３８によ
ってＨレベル電圧となり、分周回路１２に入力される。
一方、電源電圧Ｖｃｃの分圧値ＶＣＣが予め設定した値
Ｖｒｅｆ１以上の時、比較器１３６は、Ｈレベル電圧Ｖ
ａを出力する。このＨレベル電圧Ｖａは、フリップフロ
ップ１４のＤ入力端子１４２に入力される。フリップフ
ロップ１４は、入力端子１４１に入力されるパルス電圧
ｖｆ３の立ち下がりに同期して、Ｑ出力端子１４３から
Ｈレベル電圧Ｖｂを出力する。このＨレベル電圧Ｖｂ
は、バッファ１３７を介してトランジスタ２のゲート２
２へ入力され、トランジスタ２をオフする。また、この
Ｈレベル電圧Ｖｂは、インバータ１３８によってＬレベ
ル電圧となり、分周回路１２に入力される。

【００３９】図１０に示す駆動部７と、管電流検出回路
１０と、電圧制御発振回路１１と、分周回路１２と、フ
リップフロップ１４との動作は、第１の実施の形態とし
ての圧電トランス駆動装置の動作と同じである。

【００４０】上記動作において、トランジスタ２をオン
からオフに切り替える電源電圧Ｖｃｃを、高効率駆動が
できる入力電圧ｖｉの上限振幅ｖｈの６分の１、即ちｖ
ｈ／６程度に設定することにより、第１の実施の形態の
圧電トランス駆動装置と同様に、高効率の電源電圧が従
来回路の約２倍に拡大する。

【００４１】例えば、圧電トランス８を高効率駆動でき
る入力電圧ｖｉの上限振幅ｖｈが下限振幅ｖｌの２倍で
ある時、トランジスタ２をオンからオフに切替える駆動
電圧ｖｄ２の振幅を、ｖｈ／２とした場合の圧電トラン
ス８への入力電圧ｖｉの振幅ｖ、周波数ｆ、及び圧電ト
ランス駆動装置の効率ηを図１２に示す。図１２に示す
ように、高効率が得られる電源電圧Ｖｃｃの範囲が従来
回路の約２倍である２×Ｖｃｃｌに拡大する（Ｖｃｃｌ
が７［Ｖ］の場合、７〜２１［Ｖ］）。従って、ＤＣ−
ＤＣコンバータ等を必要とせずに、小型の安価な広電源
電圧対応の圧電トランス駆動装置が実現できる。

【００４２】

【発明の効果】本発明は以上のように構成したから、下
記の有利な効果を奏する。従来は、電源電圧が高電源電
圧領域の場合は、圧電トランスの高効率となる共振周波
数からずれた状態での駆動となっていたが、該圧電トラ
ンスの高効率駆動可能な振幅まで減少させる駆動電圧振
幅減少手段を設けたことで圧電トランスを広い電源電圧
で高効率駆動することができる。

【００４３】また、本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータを
必要とせずに、小型化及び低コスト化に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態としての圧電トラン
ス駆動装置を示すブロック図である。

【図２】図１の圧電トランス駆動装置における圧電トラ
ンスの効率の周波数特性を説明するための図である。

【図３】図１の圧電トランス駆動装置における圧電トラ
ンスの昇圧比の周波数特性を説明するための図である。

【図４】図１の圧電トランス駆動装置における圧電トラ
ンスの出力電圧を一定とした時の周波数に対する入力電
圧振幅を説明するための図である。

【図５】図１の圧電トランス駆動装置における低電源電
圧時のトランジスタ動作及び入力電圧波形を説明するた
めの図である。

【図６】図１の圧電トランス駆動装置における高電源電
圧時のトランジスタ動作及び入力電圧波形を説明するた
めの図である。

【図７】図１の圧電トランス駆動装置における分周回路
と駆動電圧制御回路及びフリップフロップを示す電気回
路図である。

【図８】図７の分周回路と駆動電圧制御回路及びフリッ
プフロップの動作を説明するためのタイミングチャート
である。

【図９】図１の圧電トランス駆動装置において電源電圧
が変化した時のトランジスタ動作及び入力電圧波形を説
明するための図である。

【図１０】本発明の第２の実施の形態としての圧電トラ
ンス駆動装置を示すブロック図である。

【図１１】図１０の圧電トランス駆動装置における駆動
電圧制御回路を示す電気回路図である。

【図１２】図１の圧電トランス駆動装置における入力電
圧の振幅と周波数及び効率の電源電圧特性を説明するた
めの図である。

【図１３】従来の圧電トランス駆動装置を示すブロック
図である。

【図１４】従来の圧電トランス駆動装置における入力電
圧の振幅と周波数及び効率の電源電圧特性を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１ 電源 ２ トランジスタ ３、４ コイル ５、６ トランジスタ ７ 駆動回路 ８ 圧電トランス ９ 冷陰極管 １０ 管電流検出回路 １１ 電圧制御発振回路 １２ 分周回路 １３ 駆動電圧制御回路 １４ フリップフロップ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−127058（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−178784（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−66353（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−107684（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/538 G02F 1/133 H01L 41/107 H02M 7/48 H05B 41/24

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電トランスの第１の１次電極と電源の
   正電極との間に接続された第１のコイルと、該圧電トラ
   ンスの第１の１次電極と該電源の負電極との間に、か
   つ、該第１のコイルと該圧電トランスの第１の１次電極
   との間に接続された第１のトランジスタと、該圧電トラ
   ンスの第２の１次電極と該電源の正電極との間に接続さ
   れた第２のコイルと、該圧電トランスの第２の１次電極
   と該電源の負電極との間に、かつ、該第２のコイルと該
   圧電トランスの第２の１次電極との間に接続された第２
   のトランジスタと、該圧電トランスの２次電極側に接続
   され該圧電トランスからの電圧を受けた冷陰極管から流
   出された管電流を検出する管電流検出手段と、該第１お
   よび第２のトランジスタの夫々のゲートに接続され前記
   管電流検出手段によって検出された管電流を一定にする
   電圧制御手段とを有して構成された圧電トランス駆動装
   置において、 前記第１のコイルと該電源の正電極との間に第３のトラ
   ンジスタを配設すると共に、前記第２のコイルと前記圧
   電トランスの第２の１次電極との間に接続され圧電トラ
   ンスの第２の１次電極に加えられる駆動電圧の振幅を検
   出する駆動電圧振幅検出手段と、 前記第３のトランジスタのゲートに接続され前記駆動電
   圧振幅検出手段によって検出された前記駆動電圧の振幅
   が、予め設定された所定値以上となった場合に、該電源
   の正電極と前記第２のコイルの間を該第３のトランジス
   タを用いて遮断することにより前記圧電トランスに入力
   する駆動電圧の振幅を圧電トランスの高効率駆動可能な
   振幅まで減少させる駆動電圧振幅減少手段とを設けたこ
   とを特徴とする圧電トランス駆動装置。
2. 【請求項２】 前記駆動電圧振幅検出手段に替えて、前
   記第２のコイルと前記電源の正電極との間に、かつ、前
   記第３のトランジスタと正電極との間に接続され圧電ト
   ランスに加えられた駆動電圧の振幅を検出する駆動電圧
   振幅検出手段にしたことを特徴とする請求項１記載の圧
   電トランス駆動装置。
3. 【請求項３】 圧電トランスの第１の１次電極に駆動電
   圧を供給する第１の電圧供給手段と、 前記圧電トランスの第２の１次電極に駆動電圧を供給す
   る第２の電圧供給手段とを有する圧電トランス駆動装置
   の圧電トランス駆動方法において、 前記圧電トランスの前記第２の１次電極に加えられる駆
   動電圧の振幅を検出する駆動電圧振幅検出ステップと、 前記駆動電圧振幅検出ステップによって検出された前記
   駆動電圧の振幅が予め設定された所定値以上となった場
   合において、前記圧電トランスの前記第１の１次電極お
   よび前記第２の１次電極に加える駆動電圧の振幅を該圧
   電トランスの高効率駆動可能な振幅まで減少させる駆動
   電圧振幅減少ステップとを有することを特徴とする圧電
   トランス駆動方法。
4. 【請求項４】 圧電トランスの第１の１次電極と電源の
   正電極との間に接続された第１のコイルと、該圧電トラ
   ンスの第１の１次電極と該電源の負電極との間に、か
   つ、該第１のコイルと該圧電トランスの第１の１次電極
   との間に接続された第１のトランジスタと、該圧電トラ
   ンスの第２の１次電極と該電源の正電極との間に接続さ
   れた第２のコイルと、該圧電トランスの第２の１次電極
   と該電源の負電極との間に、かつ、該第２のコイルと該
   圧電トランスの第２の１次電極との間に接続された第２
   のトランジスタとを有してなり、該圧電トランスの２次
   電極側に接続され該圧電トランスからの電圧を受けた冷
   陰極管から流出された管電流を検出する管電流検出ステ
   ップと、該第１および第２のトランジスタの夫々のゲー
   トに接続され前記管電流検出ステップによって検出され
   た管電流を一定にする電圧制御ステップとを有して構成
   された圧電トランス駆動方法において、 前記第１のコイルと該電源の正電極との間に第３のトラ
   ンジスタを配設すると共に、前記第２のコイルと前記圧
   電トランスの第２の１次電極との間に接続され圧電トラ
   ンスの第２の１次電極に加えられる駆動電圧の振幅を検
   出する駆動電圧振幅検出ステップと、 前記第３のトランジスタのゲートに接続され前記駆動電
   圧振幅検出ステップによって検出された前記駆動電圧の
   振幅が、予め設定された所定値以上となった場合に、該
   電源の正電極と前記第２のコイルの間を該第３のトラン
   ジスタを用いて遮断することにより前記圧電トランスに
   入力する駆動電圧の振幅を圧電トランスの高効率駆動可
   能な振幅まで減少させる駆動電圧振幅減少ステップとを
   設けたことを特徴とする圧電トランス駆動方法。