DE69808322T2

DE69808322T2 - Steuerschaltung und -verfahren für einen piezoelektrischen transformator

Info

Publication number: DE69808322T2
Application number: DE69808322T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Fujimura; Katsuyuki Ishikawa; Masaaki Toyama
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1998-02-02
Publication date: 2003-05-15
Anticipated expiration: 2018-02-03
Also published as: KR20000070712A; DE69808322D1; CN1246986A; KR100360931B1; CN1118924C; EP1016206B1; EP1016206A1; WO1998035434A1; ATE225096T1; TW463396B; US6198198B1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerschaltung und ein Verfahren für einen piezoelektrischen Übertrager, geeignet für den Einsatz in einer Treibervorrichtung für eine Kaltkathoden-Leuchtstofflampe (CCFL; cold-cathode fluorescent lamp).

Technischer Hintergrund

In jüngerer Zeit werden Flüssigkristallanzeigen in großem Umfang als Anzeigevorrichtungen für z. B. tragbare Notebook-Personal-Computer verwendet. Diese Flüssigkristallanzeigegeräte enthalten eine Kaltkathoden-Leuchtstofflampe für sogenanntes Hintergrundlicht, um eine Flüssigkristallanzeigetafel von der Rückseite her zu beleuchten. Das Einschalten einer solchen Kaltkathoden-Leuchtstofflampe macht einen Wechselrichter erforderlich, der in der Lage ist, eine niedrige Gleichspannung einer Batterie oder dergleichen umzuwandeln in eine hohe Wechselspannung von 1000 Veff oder mehr während des anfänglichen Beleuchtungszustands, und etwa 500 Veff im eingeschwungenen Beleuchtungszustand. Üblicherweise wird ein Wicklungsübertrager als Booster- Transformator für einen solchen Wechselrichter eingesetzt. In den vergangenen Jahren allerdings begann ein piezoelektrischer Übertrager verwendet zu werden, der eine elektrische Umwandlung über mechanische Energie und damit eine Spannungserhöhung bewirkt. Ein solcher piezoelektrischer Übertrager hat eine grundsätzlich nicht bevorzugte Kennlinie, d. h. er ändert sein Erhöhungsverhältnis entsprechend dem Betrag einer Ausgangslast (Lastwiderstand). Andererseits eignet sich diese Abhängigkeit von einem Lastwiderstand für die Kennlinie einer Wechselrichter-Stromversorgung für eine Kaltkathoden- Leuchtstofflampe. Folglich zog ein piezoelektrischer Übertrager Aufmerksamkeit als klein bauende Hochspannungsversorgung auf sich, die den Anforderungen an ein niedriges Profil und hohe Effizienz für eine Flüssigkristallanzeige entspricht. Ein Beispiel für eine Steuerschaltung eines solchen piezoelektrischen Übertragers wird im Folgenden an Hand der Fig. 1 erläutert.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung für eine piezoelektrische Übertragung gemäß Stand der Technik.
In Fig. 1 steht Bezugszeichen 101 für einen piezoelektrischen Übertrager, 102 für eine Last wie z. B. eine Kaltkathoden-Leuchtstofflampe, die an den Ausgangsanschluss des piezoelektrischen Übertragers 101 angeschlossen ist, 103 für einen Detektorwiderstand Rdet zum Nachweisen eines in der Last fließenden Stroms, 104 für eine Gleichrichterschaltung zum Umwandeln einer in dem Detektorwiderstand 103 erzeugten Wechselspannung in einer Gleichspannung, 105 für einen Fehlerverstärker, der eine Spannung (die hier im Folgenden als Laststrom-Detektorspannung bezeichnet werden soll) Vri, die von der Gleichrichterschaltung 104 gleichgerichtet wurde, mit einer Referenzspannung Vref, und zum Verstärken der Differenz zu einem Vergleichsergebnis, 106 für eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung zum Ausgeben eines Signals mit einer Schwingungsfrequenz (im Folgenden als Oszillatorsignal oder Schwingungssignal bezeichnet) entsprechend der Ausgangsspannung von dem Fehlerverstärker 105, und 107 steht für eine Treiberschaltung zum Treiben des piezoelektrischen Übertragers 101 auf der Grundlage des von der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung 106 kommenden Oszillatorsignals und einer Eingangsspannung Vi (Gleichstrom).
Fig. 2 ist eine Ansicht eines Beispiels für die innere Ausgestaltung der Treiberschaltung gemäß Stand der Technik.
In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 107a einen Widerstand wie z. B. einen FET (Feldeffekttransistor) zum Erzeugen einer Wechselspannung durch Umschalten der Eingangsspannung Vi entsprechend einem Oszillatorsignal von der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung 106; und 107b bezeichnet einen Wicklungsübertrager zum Anlegen der Wechselspannung an den piezoelektrischen Übertrager 101. Da der Wicklungsübertrager 107b einen Filtereffekt durch eine induktive Sekundärkomponente und eine kapazitive Komponente des piezoelektrischen Übertragers 101 aufweist, wird eine Rechteckwellenspannung, die durch Umschalten seitens des Transistors 107a erzeugt wird, umgewandelt in eine Sinuswelle auf der Sekundärseite des Wicklungsübertragers 107b, die dann an den piezoelektrischen Übertrager angelegt wird. Diese sinusförmige Spannung treibt den piezoelektrischen Übertrager 101, so dass dieser eine Wechsel-Hochspannung am Ausgangsanschluss des piezoelektrischen Übertragers 109 erzeugt.
Im Folgenden wird an Hand der Fig. 3A und 3B die Arbeitsweise der Steuerschaltung mit dem oben beschriebenen Aufbau erläutert.
Fig. 3A und 3B sind grafische Darstellungen zum Erläutern eines Beispiels für den Frequenzgang einer Ausgangsspannung des piezoelektrischen Übertragers und eines Laststroms.
Wie in Fig. 3A gezeigt ist, besitzt der piezoelektrische Übertrager 101 einen hügelförmigen Resonanzfrequenzgang, dessen Spitze die Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Übertragers 101 ist. Es ist allgemein bekannt, dass ein in die Last 102 auf Grund der Ausgangsspannung des piezoelektrischen Übertragers 101 fließender Strom eine ähnliche hügelförmige Kennlinie besitzt. In Fig. 38 wird dieser Laststrom dargestellt durch die Laststrom-Detektorspannung Vri (Kennlinie A). Im Folgenden wird die Steuerung unter Ausnutzung eines rechts befindlichen (abfallenden) Teils dieser Kennlinie beschrieben. Wenn die Spannungsversorgung dieser Steuerschaltung eingeschaltet wird, beginnt die spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung 106 mit dem Schwingen bei einer Anfangsfrequenz fa. Da zu dieser Zeit kein Strom in die Last 102 fließt, ist die Spannung, die in dem Detektorwiderstand 103 erzeugt wird, null. Dementsprechend gibt der Fehlerverstärker 105 eine negative Spannung aus als Ergebnis des Vergleichs der Laststrom-Detektorspannung Vri mit der Referenzspannung Vref an die spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung 106. Nach Maßgabe dieser Spannung verschiebt die spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung 106 die Schwingungsfrequenz eines Oszillatorsignals zu einer niedrigeren Frequenz. Wenn daher die Frequenz zu einer niedrigeren Frequenz verschoben wird, steigt die Ausgangsspannung des piezoelektrischen Übertragers 101 an, und auch der Laststrom (die Laststrom-Detektorspannung Vri) wird stärker. Wenn der Laststrom (die Laststrom-Detektorspannung Vri) und die Referenzspannung Vref einander gleichen, stabilisiert sich die Frequenz (fb). In der Steuerschaltung, die auf diese Weise arbeitet, verschiebt sich auch dann, wenn die Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Übertragers 101 sich durch eine Temperaturänderung oder durch zeitliche Drift ändert, die Schwingungsfrequenz der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung 106 ansprechend auf die Änderung in der Weise, dass der Laststrom stets im Wesentlichen konstant gehalten wird.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Steuerschaltung erfolgt also eine Frequenzregelung in der Weise, dass die Laststrom-Detektorspannung Vri der Referenzspannung Vref gleicht, und der Laststrom wird durch diese Frequenzregelung auf einem vorbestimmten Wert gehalten.
Wenn allerdings die Eingangsspannung Vi in der Steuerschaltung des piezoelektrischen Übertragers gemäß Stand der Technik ansteigt, nimmt eine Spannung zum Treiben des piezoelektrischen Übertragers 101 zu, wodurch eine Ausgangsspannung des piezoelektrischen Übertragers 101 ansteigt (Kennlinie B in Fig. 3B). Da der Anstieg der Ausgangsspannung zu einer Erhöhung des Stromflusses in der an den Ausgang des piezoelektrischen Übertragers 101 angeschlossenen Last führt, wird die Laststrom-Detektorspannung Vri höher als die Referenzspannung Vref, was zu einer Frequenzverschiebung des Oszillatorsignals zu einer höheren Frequenz fc führt. Wenn hingegen die Eingangsspannung abfällt, nimmt der Laststrom ab, wodurch sich die Frequenz des Oszillatorsignals zu einer niedrigeren Frequenz verschiebt. Im Allgemeinen gilt: Der Wirkungsgrad der Eingang-/Ausgangs-Umwandlung des piezoelektrischen Übertragers ist danach am höchsten, wenn der Übertrager bei einer Frequenz in der Gegend der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Übertragers betrieben wird, er nimmt ab, wenn sich die Frequenz zu einer höheren Frequenz verschiebt. Obschon die Steuerung also die wünschenswerte Funktion besitzt, den Laststrom auf einem vorbestimmten Wert auch dann zu halten, wenn sich die Eingangsspannung Vi ändert, schwankt die Treiberfrequenz des piezoelektrischen Transformators auf Grund der Schwankungen in der Eingangsspannung Vi, was zu einem geringen Umwandlungswirkungsgrad führt.
Die US-A-5 424 935 beschreibt einen Leistungswandler, bei dem ein piezoelektrischer Keramik-Übertrager eine Spannung erzeugt, ein resultierender Strom durch eine Last fließt und ein Vergleichsspannungsgenerator eine Vergleichsspannung erzeugt. Die Vergleichsspannung wird von einer Vergleichsspannungs-Verstärkerschaltung verstärkt und mit einer Normspannung verglichen, die von einem Normspannungsgeber ausgegeben wird, um eine Steuerspannung zu erhalten. Die Steuerspannung wird von einem Spannungsregler geregelt, um Basispotentiale des an eine Treiberspule angeschlossenen Stromverstärkers bereitzustellen.

Offenbarung der Erfindung

Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Steuerschaltung und ein Steuerverfahren für einen piezoelektrischen Übertrager anzugeben, bei der bzw. bei dem ein Laststrom sich unabhängig davon auf einen vorbestimmten Wert einregeln lässt, dass Änderungen der Eingangsspannungen vorhanden sind, um den piezoelektrischen Übertrager mit hohem Wirkungsgrad zu betreiben.
Um das obige Ziel zu erreichen, besitzt eine erfindungsgemäße Steuerschaltung für einen piezoelektrischen Übertrager folgende Ausgestaltung:
Eine Steuerschaltung für einen piezoelektrischen Übertrager zum Umschalten einer Eingangs-Gleichspannung durch eine Treiberschaltung zum Erzeugen einer Wechselspannung, und zum Treiben eines piezoelektrischen Übertragers durch die Wechselspannung, um dadurch eine Wechsel-Hochspannung zu erhalten, beinhaltet eine Treiberspannungs-Detektorschaltung zum Detektieren eines Betrags einer Treiberspannung für den piezoelektrischen Übertrager; eine Treiberspannung-Fehlerausgabeschaltung zum Vergleichen eines Ausgangssignals der Treiberspannungs-Detektorschaltung mit einem ersten vorbestimmten Wert und zum Ausgeben eines Spannungsfehlerergebnisses als eine verstärkte Vergleichsdifferenz; eine Laststrom-Detektorschaltung zum Detektieren einer Stärke eines in einer an den piezoelektrischen Übertrager angeschlossenen Last fließenden Stroms; eine Laststrom-Fehlerausgabeschaltung zum Vergleichen einer Ausgangsgröße der Laststrom-Detektorschaltung mit einem zweiten vorbestimmten Wert und zum Ausgeben eines Stromfehlerergebnisses in Form einer verstärkten Vergleichsdifferenz; und eine Oszillatorschaltung zum Ausgeben eines Schwingungssignals zum Umschalten der Eingangsspannung. Das Schwingungssignal oder Oszillatorsignal ist eine Rechteckwelle, und die Oszillatorschaltung enthält eine Frequenzeinstellschaltung zum Einstellen einer Frequenz des Oszillatorsignals nach Maßgabe des Stromfehlerergebnisses, und eine Tastverhältnis-Einstellschaltung zum Einstellen eines Tastverhältnisses des Oszillatorsignals, das von der Frequenzeinstellschaltung ausgegeben wird, entsprechend der Ausgangsgröße des Spannungsfehlerergebnisses.
Bei dieser Ausgestaltung wird der Laststrom auf den zweiten vorbestimmten Wert geregelt, und die Treiberspannung für den piezoelektrischen Übertrager wird auf den vorbestimmten Wert eingeregelt, unabhängig von Änderungen der Eingangsspannung.
Um das obige Ziel zu erreichen, besitzt außerdem das erfindungsgemäße Steuerverfahren für einen piezoelektrischen Übertrager folgende Merkmale:
Ein Steuerverfahren für einen piezoelektrischen Übertrager zum Umschalten einer Eingangs-Gleichspannung zur Erzeugung einer Wechselspannung und zum Treiben eines piezoelektrischen Übertragers durch die Wechselspannung, um eine hohe Wechselspannung zu erhalten, beinhaltet den Schritt des Detektierens einer Treiberspannung, um den Betrag einer Treiberspannung für den piezoelektrischen Übertrager zu erfassen; einen ersten Vergleichsschritt zum Vergleichen der detektierten Treiberspannung mit eine, ersten vorbestimmten Wert und zum Verstärken eines ersten Vergleichsergebnisses; einen Laststrom-Detektorschritt zum Detektieren einer Stärke eines Stromflusses in einer an den piezoelektrischen Übertrager angeschlossenen Last; einen zweiten Vergleichsschritt zum Vergleichen des detektierten Laststroms mit einem zweiten vorbestimmten Wert und zum Verstärken eines zweiten Vergleichsergebnisses; und einen Oszillatorschritt des Erzeugens eines Oszillationssignals zum Umschalten der Eingangsspannung; wobei das Oszillatorsignal oder Schwingungssignal eine Recheckwelle ist und der Oszillatorschritt einen Frequenzeinstellschritt enthält, bei dem eine Frequenz des Oszillatorsignals nach Maßgabe des ersten verstärkten Vergleichsergebnisses beim ersten Vergleichsschritt eingestellt wird; und ein Tastverhältnis-Einstellschritt zum Einstellen eines Tastverhältnisses des Oszillatorsignals, das bei dem Frequenzeinstellschritt eingestellt wurde, nach Maßgabe des zweiten verstärkten Vergleichsergebnisses aus dem zweiten Vergleichsschritt erfolgt. Mit diesem Verfahren wird der Laststrom auf den zweiten vorbestimmten Wert eingeregelt, und die Treiberspannung des piezoelektrischen Transformators wird unabhängig von Änderungen in der Eingangsspannung auf den ersten vorbestimmten Wert eingeregelt.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen ähnliche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile in den Figuren bezeichnen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung für einen piezoelektrischen Übertrager gemäß Stand der Technik;
Fig. 2 ist eine Ansicht eines Beispiels für die interne Ausgestaltung einer Treiberschaltung gemäß Stand der Technik;
Fig. 3A und 3B sind grafische Darstellungen zum Erläutern eines Beispiels für den Frequenzgang einer Ausgangsspannung des piezoelektrischen Übertragers und eines Laststroms;
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung für einen piezoelektrischen Übertrager gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 5 ist eine Ansicht, die die interne Ausgestaltung einer spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung als erste Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 6 ist eine Ansicht, die die interne Ausgestaltung einer spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung als Modifikation der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 7 ist eine Ansicht, die die interne Ausgestaltung einer Treiberschaltung vom Halbbrückentyp als zweite Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 8 ist eine Ansicht, die die interne Ausgestaltung einer Treiberschaltung vom Vollbrückentyp als die zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 9 ist eine Ansicht der internen Ausgestaltung einer spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung als zweite Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 10 ist ein Impulsdiagramm zum Erläutern der Arbeitsweise der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung als zweite Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 11 ist eine Ansicht der internen Ausgestaltung einer spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung als Modifikation der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 12A und 12B sind grafische Darstellungen zum Erläutern von Versuchsergebnissen, die erhalten wurden, als die Tastverhältnisse von hochseitigen und niedrigseitigen Oszillatorsignalen gesteuert wurden;
Fig. 13A und 13B sind grafische Darstellungen zum Erläutern von Versuchsergebnissen, die erhalten wurden, als das Tastverhältnis von lediglich dem hochseitigen Oszillatorsignal gesteuert wurde;
Fig. 14A und 14B sind grafische Darstellungen zum Erläutern von Versuchsergebnissen, die erhalten wurden, als das Tastverhältnis von lediglich dem niedrigseitigen Oszillatorsignal gesteuert wurde;
Fig. 15 ist ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung für einen piezoelektrischen Übertrager als dritte Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 16 ist ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung für einen piezoelektrischen Übertrager als eine Modifikation der dritten Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 17 ist ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung für einen piezoelektrischen Übertrager als weitere Modifikation der dritten Ausführungsform der Erfindung.

Bester Weg zum Ausführen der Erfindungsgemäß

Im Folglenden wird eine Ausführungsform einer Steuerschaltung eines piezoelektrischen Übertragers gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

[Erste Ausführungsform]

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung für einen piezoelektrischen Übertrager als erste Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 4 bezeichnet Bezugszeichen 1 einen piezoelektrischen Übertrager; 2 eine Last wie z. B. eine Kaltkathoden-Leuchtstofflampe, die an den Ausgangsanschluss des piezoelektrischen Übertragers 1 angeschlossen ist; 3 einen Detektorwiderstand oder Messwiderstand Rdet zum Detektieren eines Stromschlusses in der Last; 4 eine Gleichrichterschaltung zum Umwandeln einer in dem Detektorwiderstand 3 erzeugten Wechselspannung in einer Gleichspannung; 5 einen Fehlerverstärker zum Vergleichen einer Ausgangsspannung (einer Laststrom-Detektorspannung) Vri von der Gleichrichterschaltung 4 mit einer Referenzspannung Vref1 und zum Verstärken der Differenz; 7 eine Treiberschaltung mit der gleichen Ausgestaltung wie in Fig. 2, die oben beschrieben wurde; 8a und 8b Detektorwiderstände zum Nachweisen des Betrags einer Treiberspannung für den piezoelektrischen Übertrager 1; 9 eine Gleichrichterschaltung zum Umwandeln einer in dem Detektorwiderstand 8a erzeugten Wechselspannung in eine Gleichspannung; 10 einen Fehlerverstärker zum Vergleichen einer von der Gleichrichterschaltung 9 kommenden Ausgangsspannung Vti mit einer Referenzspannung Vref2 und zum Verstärken der Differenz; und 11 eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung zum Ausgeben eines Schwingungs- oder Oszillatorsignals mit einer Frequenz, die einer Ausgangsspannung von dem Fehlerverstärker 5 entspricht, und mit einem Tastverhältnis, welches eine Ausgangsspannung von dem Fehlerverstärker 10 entspricht.
Im Folgenden wird die Arbeitsweise der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung 11 in der in Fig. 4 gezeigten Steuerschaltung beschrieben.
Fig. 5 ist eine Ansicht der internen Ausgestaltung der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung als erste Ausführungsform der Erfindung.
Nach Fig. 5 enthält die spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung 11 eine Dreieckwellen-Oszillatorschaltung 11a und einen Spannungsvergleicher 11b. Die Dreieckwellen-Oszillatorschaltung 11a gibt als Oszillatorsignal eine Dreieckwelle mit einer Frequenz aus, die einer Ausgangsspannung von dem Fehlerverstärker 5 entspricht. Der Spannungsvergleicher 11b führt eine sog. PWM (Pulsweitenmodulation) durch auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses der von der Dreieckwellen-Oszillatorschaltung 11a ausgegebenen Dreieckwelle und eine Ausgangsspannung von dem Fehlerverstärker 10, und er gibt eine Rechteckwelle aus. Wenn die Spannung des Fehlerverstärkers 10 ansteigt, wird an die Treiberschaltung 7 ein Oszillatorsignal mit einem kleineren Tastverhältnis ausgegeben.
Angenommen, in der Steuerschaltung nach Fig. 4 werde eine Gleichspannung von 5 V als Eingangsspannung Vi angelegt. Die Ausgangsspannung Vti von der Gleichrichterschaltung 9, die als Treiberspannung für den piezoelektrischen Übertrager 1 dient, gleicht in diesem Zustand der Referenzspannung Vref2, und als Ergebnis wird ein Oszillatorsignal mit einem Kraftverhältnis von 40% von der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung 11 ausgegeben. In diesem Fall treibt die Treiberschaltung 7 den piezoelektrischen Transformator 1 auf der Grundlage des ein Tastverhältnis von 40% aufweisenden Oszillatorsignals. Angenommen, die Eingangsspannung Vi steige in diesem Zustand auf 7 V an. Der Anstieg der Eingangsspannung Vi erhöht eine Sinusspannung (deren Amplitude) zum Treiben des piezoelektrischen Übertragers 1, und erhöht außerdem die Detektorspannung Vti, die durch die Treiberspannungs-Detektorwiderstände 8a und 8b erhalten wird, die an den Eingangsanschluss des piezoelektrischen Übertragers 1 und der Gleichrichterschaltung 9 angeschlossen sind. Dann steigt eine Ausgangsspannung des Fehlerverstärkers 10 an, und die spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung 11 arbeitet so, dass sie das Tastverhältnis des Oszillatorsignals verringert. Wenn in der Treiberschaltung 7 das Tastverhältnis des Oszillatorsignals abnimmt, nimmt auch das Tastverhältnis einer Rechteckspannung ab, die durch das Umschalten des Transistors 107a erzeugt wird. Folglich nimmt auch die Amplitude einer an der Sekundärseite des Wicklungsübertragers 107b erhaltenen Sinuswelle ab. Das heißt: Die spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung 11 arbeitet so, dass sie die Treiberspannung für den piezoelektrischen Übertrager 1 senkt. Wenn hingegen die Eingangsspannung Vi auf 5 V absinkt, so wird das Tastverhältnis erhöht, um die Treiberspannung für den piezoelektrischen Übertrager 1 zu erhöhen. Durch Ausführen dieses Regelvorgangs lässt sich ein Laststrom sowie eine Treiberspannung auf vorbestimmte Werte auch dann einregeln, wenn sich die Eingangsspannung Vi ändert. Deshalb kann eine vorbestimmte Treiberspannung erhalten werden, die zu jeder Zeit den piezoelektrischen Übertrager 1 mit hohem Wirkungsgrad betreiben kann.

< Modifikation der ersten Ausführungsform>

Fig. 6 ist eine Ansicht des internen Aufbaus der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung als Modifizierung der ersten Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 6 enthält die spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung eine Sägezahnwellen-Oszillatorschaltung 11c zum Ausgeben eine Sägezahnwelle mit einer Frequenz, die einer Ausgangsspannung von dem Fehlerverstärker 5 entspricht, und einen Spannungsvergleicher 11b zum Durchführen einer sog. PWM (Pulsweitenmodulation) auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses der von der Sägezahnwellen-Oszillatorschaltung 11c ausgegebenen Sägezahnwelle und einer Ausgangsspannung von dem Fehlerverstärker 10, und zum Ausgeben einer Rechteckwelle. Die Arbeitsabläufe des spannungsgesteuerten Oszillators und eines piezoelektrischen Übertragers mit solchem Schaltungsaufbau ähneln im Wesentlichen denjenigen der in Fig. 4 gezeigten spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung 11, so dass auf eine Beschreibung verzichtet wird.

[Zweite Ausführungsform]

Als zweite Ausführungsform wird der Fall beschrieben, dass eine Treiberschaltung 7 vom sog. Halbbrücken- oder Vollbrücken-Typ unter Verwendung eines Schalttransistors ist. Da eine Halbbrücken- oder Vollbrücken-Schaltungsanordnung allgemein bekannt ist, wird auf deren detaillierte Beschreibung verzichtet. Fig. 7 und 8 zeigen schematisch die Treiberschaltung.
Fig. 7 ist eine Ansicht des internen Aufbaus der Halbbrücken-Treiberschaltung als zweite Ausführungsform der Erfindung.
In der Treiberschaltung 7A gibt es Transistoren 7a und 7b, beispielsweise in Form von FETs (Feldeffekttransistoren; in der zweiten Ausführungsform sind die Transistoren 7a und 7b vom p- bzw. vom n-Typ), die als Halbbrücke gemäß Fig. 7 verschaltet sind. Es werden zwei Arten von Oszillatorsignalen aus der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung 1A (die unten noch erläutert wird) auf die hohe und die niedrige Seite gegeben, um die Transistoren 7a und 7b abwechselnd ein- und auszuschalten. Durch den Schaltvorgang der Treiberschaltung 7A wird die Eingangsspannung Vi in eine Rechteckwelle mit einem Spitzenwert Vi entsprechend einem Schwingungssignal umgewandelt. Eine harmonische oder Grundkomponente wird aus dieser Rechteckwelle durch eine Drosselspule 10a beseitigt, und die erhaltene Welle dient als Sinuswellen- Treiberspannung für einen piezoelektrischen Übertrager 1.
Fig. 8 ist eine Ansicht des internen Aufbaus einer Vollbrücken-Treiberschaltung als zweite Ausführungsform der Erfindung.
In einer Treiberschaltung 7B sind Transistoren 7a bis 7d, beispielsweise FETs (Feldeffekttransistoren; bei der zweiten Ausführungsform sind die Transistoren 7a und 7c vom p-Typ, die Transistoren 7b und 7d sind vom n-Typ) als Vollbrücken geschaltet, wie in Fig. 8 zu sehen ist. Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Negator zum Umkehren eines Schwingungssignals, 10b und 10c sind Drosselspulen. Das Schalten der Vollbrücken-Treiberschaltung 7B erfolgt durch Eingabe von zwei Arten von Oszillatorsignalen aus der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung 11A (diese wird unten noch beschrieben) auf die hohe bzw. niedrige Seite und durch abwechselndes Ein/Aus-Schalten der Transistoren 7a und 7c und der Transistoren 7b und 7d. Die Eingangsspannung Vi wird in eine Rechteckspannung mit einem Spitzenwert Vi entsprechend einem Oszillatorsignal durch den Schaltvorgang der Treiberschaltung 7B umgewandelt, und diese Rechteckwelle wird durch Drosselspulen 10b und 10c in eine Sinuswelle umgewandelt. Es ist dies der gleiche Vorgang wie bei der Halbbrücken-Treiberschaltung, obwohl die Treiberspannung bei der Vollbrücken- Treiberschaltung natürlich doppelt so hoch ist wie die Treiberspannung bei der Halbbrücken-Treiberschaltung, bedingt durch die Ausgestaltung als Vollbrückenschaltung.
Ein an den hohen bzw. niedrigen Eingangsanschluss der Brückenschaltung einzugebendes Oszillatorsignal soll an Hand der Versuchsergebnisse (Fig. 12A bis 14B) erläutert werden, die auf Versuchen der Erfinder beruhen.

< Steuerung der Tastverhältnisse der Schwingungssignale für die hohe und die niedrige Seite>

Fig. 12A und 12B zeigen Schaltungsmerkmale, die man dann erhält, wenn die Tastverhältnisse der Schwingungssignale der hohen und der niedrigen Seite gesteuert werden, d. h. wenn ein gemeinsames Schwingungssignal oder Oszillatorsignal, das einer Pulsweitenmodulation unterzogen wurde, auf die hohe und die niedrige Seite der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung 11 in der oben beschriebenen Fig. 5 gegeben werden.
Wie in Fig. 12A und 12B gezeigt ist, nimmt, wenn das Tastverhältnis nicht gesteuert wird, ("keine Steuerung": entsprechend der in Fig. 1 gezeigten spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung 106), die Frequenz eines von der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung 11 ausgegebenen Oszillatorsignals zu, wenn die Eingangsspannung Vi der Treiberschaltung 7 ansteigt. Wenn das Tastverhältnis durch Pulsweitenmodulation gesteuert wird ("Steuerung"), nimmt die Frequenz des von der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung 11 ausgegebenen Oszillatorsignals ab, wenn die Eingangsspannung Vi der Treiberschaltung 7 ansteigt; dies deshalb, weil die detektierte Treiberspannung für den piezoelektrischen Übertrager 1 sich von einer Spannung (Energie) unterscheidet die tatsächlich in den piezoelektrischen Übertrager eingegeben wird, und die aktuell eingegebene Spannung nicht um die detektierte Zunahme der Treiberspannung ansteigt, demzufolge die Treiberspannung abnimmt.

< Steuerung des Tastverhältnisses von nur dem Oszillatorsignal der hohen Seite>

Fig. 13A und 138 zeigen Schaltungsmerkmale, die man erhält, wenn man das Tastverhältnis von lediglich dem Oszillatorsignal auf der hohen Seite steuert.
Wie in Fig. 13A und 13B gezeigt ist, nimmt, wenn das Tastverhältnis durch Pulsweitenmodulation gesteuert wird ("Steuerung"), das Tastverhältnis ab, wenn die Eingangsspannung Vi der Treiberschaltung 7 zunimmt, wodurch Frequenzschwankungen im Wesentlichen beseitigt werden.

< Steuerung des Tastverhältnisses des Schwingungssignals nur auf der niedrigen Seite>

Im Folgenden wird der Fall erläutert, dass das Tastverhältnis nur von dem Schwingungssignal der niedrigen Seite gesteuert wird, Bezug nehmend auf die Fig. 14A und 14B.
Wie in Fig. 14A und 14B gezeigt ist, nimmt, wenn das Tastverhältnis auf der niedrigen Seite abnimmt, die Zeitspanne, in der ein Ausgangssignal von der Treiberschaltung Massepotential (GND) hat, ab, demzufolge die detektierte Treiberspannung für den piezoelektrischen Übertrager 1 ansteigt, was nicht einer bevorzugten Steuerung entspricht.
Aus den obigen Ergebnissen ergibt sich: Wenn die Halbbrücken- oder Vollbrücken-Treiberschaltung (Fig. 7 und 8) verwendet wird, wird von einer Anordnung Gebrauch gemacht, bei der das Tastverhältnis nur des Schwingungssignals der hohen Seite gesteuert wird. Für diesen Fall wird im Folgenden eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung beschrieben.
Fig. 9 ist eine Ansicht die den internen Aufbau der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung als zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Fig. 10 ist ein Impulsdiagramm zum Erläutern der Arbeitsweise der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 9 enthält die spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung 11A eine Dreieckwellen-Erzeugungsschaltung 11a, Spannungsvergleich 11ba und 11bb, eine ¹/&sub2;-Frequenzteilerschaltung 11d sowie UND-Gatter 11e und 11f. Die Dreieckwellen-Erzeugungsschaltung 11a gibt eine Dreieckwelle mit einer Frequenz aus, die dem Ausgangssignal von dem Fehlerverstärker 5 entspricht.
Der Spannungsvergleicher 11ba führt eine sog. Pulsweitenmodulation (PWM) auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses der von der Dreieckwellen-Erzeugungsschaltung 11a ausgegebenen Dreieckwelle und einer Ausgangsspannung eines Fehlerverstärkers 10 durch und gibt eine Rechteckwelle A aus. Der Spannungsvergleicher 11b gibt eine Rechteckwelle b auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses der von der Dreieckwellen-Erzeugungsschaltung 11a ausgegebenen Dreieckwelle und einer internen Referenzspannung, die einen vorbestimmten Wert darstellt, aus. Die ¹/&sub2;-Frequenzteilerschaltung 11d wechselt ihr Ausgangssignal mit der Vorderflanke der von dem Spannungsvergleicher 11bb ausgegebenen Rechteckwelle B, um eine Rechteckwelle C ausgegeben, deren Frequenz der halben Frequenz der Rechteckwelle B entspricht. Das UND-Gatter 11e gibt ein umgekehrtes Ausgangssignal der UND-Verknüpfung zwischen der Rechteckwelle A und dem umgekehrten Ausgangssignal der Rechteckwelle C aus (Oszillatorsignal 1 der hohen Seite). Das UND-Gatter 11f gibt die UND-Verknüpfung zwischen den Rechteckwellen B und C aus (Oszillatorsignal 2 der niedrigen Seite). Mit dieser Schaltungsanordnung lässt sich das Tastverhältnis von lediglich dem Oszillatorsignal 1 der hohen Seite nach Maßgabe der Ausgangsspannung des Fehlerverstärkers 11 steuern.

< Modifizierung der zweiten Ausführungsform>

Fig. 11 ist eine Ansicht des internen Aufbaus einer spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung als modifizierte Version der zweiten Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 11 enthält die spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung eine Sägezahnwellen-Erzeugungsschaltung 11c zum Erzeugen einer Sägezahnwelle an Stelle der Dreieckwellen-Erzeugungsschaltung 11a. Die übrige Anordnung und Arbeitsweise entsprechen der Anordnung bzw. Arbeitsweise gemäß Fig. 9, auf eine Beschreibung wird verzichtet.

< Dritte Ausführungsform>

Die dritte Ausführungsform veranschaulicht den Fall, dass der im Rahmen der ersten Ausführungsform beschriebenen Steuerschaltung für einen piezoelektrischen Übertrager eine breitbandige Helligkeitsteuerfunktion für eine Kaltkathoden-Leuchtstofflampe als Last 2 hinzugefügt wird.
Fig. 15 ist ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung für einen piezoelektrischen Übertrager als dritte Ausführungsform der Erfindung. Die gleichen Bezugszeichen wie bei der Steuerschaltung nach Fig. 4, die als erste Ausführungsform beschrieben wurde, bezeichnen entsprechende Teile in Fig. 15, eine Beschreibung dieser Teile entfällt.
In Fig. 15 bezeichnet Bezugszeichen 13 eine Impuls-Versorgungsschaltung zum Erzeugen einer impulsähnlichen Versorgungsspannung aus der Eingangsspannung Vi (die impulsförmige Versorgungsspannung wird im Folgenden als Impulsspannung bezeichnet), so dass die Impulsspannung an eine Treiberschaltung 1 gegeben wird, wobei die Impulsbreite oder das Impulsintervall der Impulsspannung gesteuert wird.
Die Treiberschaltung 7 gibt intermittierend eine Treiberspannung zum Treiben eines piezoelektrischen Transformators aus der Impulsspannung der Impuls- Stromversorgungsschaltung 13 aus. Der piezoelektrische Übertrager 1 wird vvn der intermittierenden Treiberspannung angesteuert, und als Ergebnis wird eine intermittierende Hochspannung am Ausgangsanschluss des piezoelektrischen Übertragers 1 erzeugt. Wenn die Impulsbreite oder das Impulsintervall der Impulsspannung für die Treiberschaltung 7 jetzt innerhalb der Impulsversorgungsschaltung 13 geändert wird, lässt sich das Verhältnis der Einschaltzeitspanne zu der Nicht-Einschalt-Zeitspanne der Kaltkathoden-Leuchtstofflampe, die als Last 2 fungiert, so ändern, dass eine breitbandige Helligkeitssteuerung der Kaltkathoden-Leuchtstofflampe möglich ist.
Allerdings kann die Leuchtstärke nicht nur durch Hinzufügen der Impuls-Versorgungsschaltung 13 zu der Steuerschaltung in Fig. 4 und durch Zuführen der von der Schaltung 13 erzeugten Impulsspannung zu der Treiberschaltung 7 geändert werden; dies deshalb nicht, weil die Steuerschaltung nach Fig. 4 die "Funktion des Steuerns eines Laststroms auf einen im Wesentlichen vorbestimmten Wert" durch den Fehlerverstärker 5 oder dergleichen beinhaltet, außerdem die "Funktion des Steuerns der Treiberspannung für einen piezoelektrischen Übertrager auf einen vorbestimmten Wert unabhängig von Änderungen der Eingangsspannung" durch den Fehlerverstärker 10 oder dergleichen aufweist, wie es oben erläutert wurde. Der Grund hierfür wird im Folgenden dargelegt.
Insbesondere wird ein mit der erstgenannten Funktion zusammenhängendes Problem erläutert. Angenommen, der Zustand der Impulsspannung der Impulsversorgungsschaltung 13 wird geändert, um die Helligkeit der Kaltkathoden-Leuchtstofflampe zu steuern, indem der durchschnittliche Lampenstrom (Laststrom) der Kaltkathoden-Leuchtstofflampe durch intermittierendes Oszillieren des piezoelektrischen Übertragers 1 verringert wird. Da die Laststrom-Detektorspannung Vri zu diesem Zeitpunkt kleiner wird als die Referenzspannung Vref1, verschiebt sich die Schwingungsfrequenz der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung 11 in Richtung einer niedrigeren Frequenz. Verschiebt sich die Schwingungsfrequenz zu einer niedrigeren Frequenz, so arbeitet die Treiberschaltung 7 so, dass sie den Lampenstrom erhöht. Folglich erhöht sich der durchschnittliche Lampenstrom in unerwünschter Weise auf einen ursprünglichen Wert.
Im Folgenden wird ein mit der als Zweites genannten Funktion in Verbindung stehendes Problem erläutert. Wenn die Treiberschaltung 7 intermittierend betrieben wird, arbeitet der Fehlerverstärker 10 sowie dazu gehörige Elemente so, als nähme die Treiberschaltung für den piezoelektrischen Transformator ab. Aus diesem Grund arbeitet die Funktion des Steuerns der Treiberschaltung auf einen vorbestimmten Wert, die ausgeführt wird, um das Betreiben des piezoelektrischen Übertragers 1 mit hohem Wirkungsgrad zu erreichen, nicht korrekt.
Um diese Probleme zu beseitigen, ist bei der dritten Ausführungsform eine Abtast- und Halteschaltung 14 zwischen eine Gleichrichterschaltung 4 und einen Fehlerverstärker 5 eingefügt, wobei die Abtast- und Halteschaltung 15 zwischen eine Gleichrichterschaltung 9 und einen Fehlerverstärker 10 eingefügt ist, wie aus Fig. 15 hervorgeht. Beide Abtast- und Halteschaltungen 14 und 15 werden gesteuert von einer Impulsspannung, die von der Impulsversorgungsschaltung 13 ausgegeben wird. Wie in Fig. 15 gezeigt ist, werden die beiden Abtast- und Halteschaltungen 14 und 15 gebildet durch Puffer 14a bzw. 15a, Ladekapazitäten 14b und 15b und Schaltelemente 14c bzw. 15c.
Im Folgenden wird die Arbeitsweise der Steuerschaltung mit dieser Ausgestaltung beschrieben.
Wenn die Helligkeit der Kaltkathoden-Leuchtstofflampe maximiert werden soll, wird eine auszugebende Impulsspannung von einer (nicht dargestellten) Einstelleinrichtung der Impulsversorgungsschaltung 13 in eine durchgängige Gleichspannung umgewandelt. Zu dieser Zeit werden die Schaltelemente 14c und 15c in der Abtast- und Halteschaltung 14 bzw. 15 geschlossen gehalten. Dies entspricht der Situation in Fig. 4, in der die Steuerschaltung keine Abtast- und Halteschaltung 14 oder 15 besitzt.
Um die Helligkeit zu verringern, wird der Zustand der auszugebenden Impulsspannung von der (nicht gezeigten) Einstelleinrichtung der Impulsversorgungsschaltung 13 geändert von der kontinuierlichen Gleichspannung in eine impulsförmige Spannung (Impulsspannung).
Im Folgenden wird eine Arbeitsweise erläutert, bei der die impulsförmige Spannung an die Treiberschaltung 7 gelegt wird, um den piezoelektrischen Übertrager 1 intermittierend zu betreiben.
In der EIN-Zeitspanne (im Folgenden als eine Schwingungsperiode bezeichnet) der von der Pulsversorgungsschaltung 13 kommenden Impulsspannung wird der piezoelektrische Übertrager 1 durch eine von der Treiberschaltung 7 kommende Treiberspannung betrieben, und durch die Kaltkathoden-Leuchtstofflampe fließt ein Lampenstrom. Da die Schaltelemente 14c und 15c die Impulsspannung von der Impulsversorgungsschaltung 13 erhalten, sind diese Elemente geschlossen. Zu dieser Zeit wird die Laststrom-Detektorspannung Vri von der Gleichrichterschaltung 4 in den Kondensator 14b geladen und gleichzeitig über den Puffer 14a an den Fehlerverstärker 5 gegeben. Folglich gibt der Fehlerverstärker 5 eine Spannung aus, die der Differenz zwischen der Laststrom-Detektorspannung Vri und Referenzspannung Vref entspricht, und die Spannung gelangt an eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung 11. In ähnlicher Weise wird die Detektorspannung Vti von der Gleichrichterschaltung 9 in den Kondensator 15b geladen und gleichzeitig über den Puffer 15a an den Fehlerverstärker 10 ausgegeben. Folglich gibt der Fehlerverstärker 10 eine der Differenz zwischen der Detektorspannung Vti und der Referenzspannung Vref2 entsprechende Spannung an die spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung 11.
In der AUS-Zeitspanne (im Folgenden als Leerlaufzeit bezeichnet) der von der Impulsversorgungsschaltung 13 kommenden Impulsspannung fließt kein Lampenstrom durch die Kaltkathoden-Leuchtstofflampe, weil der piezoelektrische Übertrager 1 nicht betrieben wird. Zu dieser Zeit wird die Abtast- und Halteschaltung 14 nicht von der Laststrom-Detektorschaltung Vri beeinflusst, weil das Schaltelement 14c von der von der Impulsversorgungsschaltung 13 kommenden Impulsspannung geöffnet wird. Die Abtast- und Halteschaltung 14 gibt über den Puffer 14a an den Fehlerverstärker 5 die in dem Kondensator 14b gespeicherte Spannung, während das Schaltelement 14c geschlossen ist. Das heißt, die Laststrom-Detektorspannung Vri in der Schwingungszeitspanne. In ähnlicher Weise gibt die Abtast- und Halteschaltung 15 über den Puffer 15a an den Fehlerverstärker 10 die im Kondensator 15b gespeicherte Spannung, während das Schaltelement 125c geschlossen ist, d. h. die Detektorspannung Vti innerhalb der Schwingungszeitspanne.
Wenn eine durch die Laststrom-Detektorspannung Vri innerhalb der Schwingungszeitspanne geladene Spannung innerhalb der Leerlaufzeitspanne verwendet wird, kann auf diese Weise der Laststrom auf einen im Wesentlichen vorbestimmten Wert geregelt werden. Wenn darüber hinaus eine von der Detektorspannung Vti innerhalb der Schwingungszeitspanne geladene Spannung verwendet wird, kann die Treiberspannung für den piezoelektrischen Übertrager auch dann auf einen vorbestimmten Wert geregelt werden, wenn es sich um die Leerlaufzeitspanne handelt. Deshalb kann der Betriebszustand des piezoelektrischen Übertragers 1 innerhalb der Schwingungszeitspanne aufrecht erhalten werden.
Bei der dritten Ausführungsform werden in den Abtast- und Halteschaltungen 14 und 15 die Laststrom-Detektorschaltung Vri und die Treiberspannung (Detektorspannung Vti) für den piezoelektrischen Übertrager 1 während der Schwingungszeitspanne synchron mit der von der Impulsversorgungsschaltung 13 ausgegebenen Impulsspannung abgetastet, und in der Leerlaufzeitspanne wird die Laststrom-Detektorspannung Vri sowie die Treiberspannung für den piezoelektrischen Transformator 1 auf Spannungswerten während der Schwingungszeitspanne gehalten. Im Ergebnis lassen sich in zufrieden stellender Weise die "Funktion des Haltens des Lampenstroms auf einem im Wesentlichen vorbestimmten Wert", die "Funktion des Haltens der Treiberspannung auf einem im Wesentlichen konstanten Wert unabhängig von Änderungen der Eingangsspannung" und die "Helligkeitsteuerfunktion für die Kaltkathoden-Leuchtstofflampe" realisieren.
Obwohl die Treiberschaltung 7 selbst intermittierend von der Impulsversorgungsschaltung 13 innerhalb der in Fig. 15 gezeigten Steuerschaltung betrieben wird, kann sie auch von einer in Fig. 16 gezeigten Schaltung intermittierend betrieben werden, wenn die Treiberschaltung 7 vom Halbbrücken-Typ ist, wie aus Fig. 7 hervorgeht.
Fig. 16 ist ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung für einen piezoelektrischen Übertrager als Modifizierung der dritten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Steuerschaltung wird eine Halbbrückenschaltung als Treiberschaltung 7 verwendet, und die Eingangsspannung Vi wird direkt in diese Halbbrückenschaltung eingegeben, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Zur Treibersteuerung der Halbbrückenschaltung werden eine Impulsoszillatorschaltung 16 und ein UND- Gatter 17 verwendet.
Genauer gesagt: Ein Oszillatorsignal von der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung 11 wird auf einen Niedrigseiten-Transistor 7b der Halbbrückenschaltung gegeben. Das UND-Gatter 17 erzeugt ein UND-Signal aus dem Oszillatorsignal aus der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung 11 einerseits und einem Impulssignal aus der Impulsoszillatorschaltung 16 andererseits, und gibt das UND-Signal auf den Hochseiten-Transistor 7a der Halbbrückenschaltung. Da der Transistor 7a ansprechend auf das UND-Signal einen Schaltvorgang durchführt, kann der piezoelektrische Übertrager 1 intermittierend betrieben werden. Die Abtast- und Halteschaltungen 14 und 15 werden von dem von der Impulsoszillatorschaltung 16 gelieferten Impulssignal gesteuert. Die übrige Schaltungsanordnung ist die Gleiche wie in Fig. 15, die Betriebsweise der beiden Abtast- und Halteschaltungen sind ebenfalls die Gleichen wie in Fig. 15, so dass eine Beschreibung entfallen kann.
Die oben beschriebenen Funktionen lassen sich auch dann realisieren, wenn die Abtast- und Halteschaltungen 14 und 15 an anderen Stellen angeordnet sind, wie es in den Fig. 15 und 15 gezeigt ist.
Fig. 17 ist ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung für einen piezoelektrischen Übertrager als weitere Modifizierung der dritten Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Steuerschaltung ist die Abtast- und Halteschaltung 14 zwischen den Fehlerverstärker 5 und die spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung 11 eingefügt, wohingegen die Abtast- und Halteschaltung 15 zwischen den Fehlerverstärker 10 und die spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung 11 eingefügt ist. Eine von der Impulsversorgungsschaltung 13 ausgegebene Impulsspannung betreibt die beiden Abtast- und Halteschaltungen, ähnlich wie im Fall der Fig. 15. Die Arbeitsweise der beiden Abtast- und Halteschaltungen ist genauso wie in Fig. 15, eine Beschreibung entfällt.
Die Schaltung nach Fig. 17 kann auch von der Halbbrücken-Treiberschaltung 7 und der Impulsoszillatorschaltung 16 sowie dem UND-Gatter 17 an Stelle der Impulsversorgungsschaltung 13 Gebrauch machen, ähnlich wie im Fall der Fig. 16.
Man beachte, dass die Steuerschaltung für den piezoelektrischen Übertrager bei jeder der obigen Ausführungsformen vorzugsweise nicht nur zum Betreiben einer Kaltkathoden-Leuchtstofflampe als Last eingesetzt werden kann, sondern auch in einer Anzeigevorrichtung, die die Kaltkathoden-Leuchtstofflampe verwendet. Wenn außerdem die Steuerschaltung für einen piezoelektrischen Übertrager in einem Rechner oder einem personellen digitalen Assistenten (PDA) verwendet wird, der die Anzeigevorrichtung enthält, so ist es natürlich möglich, Größe und Gewicht der Vorrichtung zu verringern.
Wenn außerdem eine Ultraviolettlampe von der Steuerschaltung des piezoelektrischen Transformators nach irgendeiner der obigen Ausführungsformen betrieben wird, lässt sich ein Gegenstand sterilisieren, deodorisieren oder zersetzen durch Aktivieren mittels Ultraviolettstrahlen, die von der Lampe auf das Objekt gegeben werden. Das heißt: Man kann z. B. eine Sterilisiervorrichtung oder eine Wasserreinigungsvorrichtung unter Einsatz der Ultraviolettlampe als Sterilisationslampe verwenden, oder man kann eine Deodoriervorrichtung unter Verwendung der Ultraviolettlampe als Lichtquelle zum Anregen eines Katalysators verwenden.
Darüber hinaus kann die Steuerschaltung für einen piezoelektrischen Übertrager nach jeder der obigen Ausführungsformen in einem Hochspannungsgenerator eingesetzt werden, um eine Ozongeneratoreinrichtung oder einen Gleichstromwandler zu betreiben.
Wie oben an Hand der Ausführungsformen beschrieben wurde, kann eine Steuerschaltung sowie ein Steuerverfahren für einen piezoelektrischen Übertrager geschaffen werden, mit deren Hilfe ein Laststrom auf einen vorbestimmten Wert unabhängig von Änderungen der Eingangsspannung geregelt werden kann, um den piezoelektrischen Übertrager mit hohem Wirkungsgrad zu betreiben. Das heißt: Da ein Laststrom und eine Treiberspannung für den piezoelektrischen Übertrager jeweils auf vorbestimmte Werte auch dann eingeregelt werden können, wenn die Eingangsspannung sich ändert, kann der piezoelektrische Übertrager mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden, während eine Verschiebung der Schwingungsfrequenz des piezoelektrischen Übertragers verhindert wird.
Da zahlreiche augenscheinlich ziemlich verschiedene Ausführungsformen der Erfindung möglich sind, ohne vom Grundgedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die spezifischen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern lediglich durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Steuerschaltung für einen piezoelektrischen Übertrager zum Umschalten einer Eingangs-Gleichspannung durch eine Treiberschaltung (7), um eine Wechselspannung zu erzeugen, und zum Treiben eines piezoelektrischen Übertragers (1) durch die Wechselspannung, um eine Wechsel-Hochspannung zu erhalten, umfassend:

eine Treiber-Detektorschaltung (8a, 8b, 9) zum Detektieren der Stärke einer Treiberspannung für den piezoelektrischen Übertrager;

eine Treiberspannungs-Fehlerausgabeschaltung (10) zum Vergleichen einer Ausgangsgröße der Treiberspannungs-Detektorschaltung mit einem ersten vorbestimmten Wert, und zum Ausgeben eines Spannungsfehlerergebnisses in Form einer verstärkten Vergleichsdifferenz;

eine Laststrom-Detektorschaltung (3, 4) zum Detektieren einer Stärke eines in eine an den piezoelektrischen Übertrager angeschlossene Last (2) fließenden Stroms;

eine Laststrom-Fehlerausgabeschaltung (15) zum Vergleichen einer Ausgangsgröße der Laststrom-Detektorschaltung mit einem zweiten vorbestimmten Wert und zum Ausgeben eines Stromfehlerergebnisses in Form einer verstärkten Vergleichsdifferenz; und

eine Oszillatorschaltung (11) zum Ausgeben eines Oszillatorsignals zum Schalten der Eingangsspannung;

wobei das Oszillatorsignal eine Rechteckwelle ist, und

wobei die Oszillatorschaltung beinhaltet:

eine Frequenzeinstellschaltung (11a, 11b) zum Einstellen einer Frequenz des Oszillatorsignals nach Maßgabe des Stromfehlerergebnisses, und

eine Tastverhältnis-Einstellschaltung (11b) zum Einstellen eines Tastverhältnisses des Oszillatorsignals, das von der Frequenzeinstellschaltung ausgegeeben wird, nach Maßgabe des Spannungsfehlerergebnisses.

2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Frequenzeinstellschaltung eine Dreieckwellen-Oszillatorschaltung (11a) ist um ansprechend auf das Stromfehlerergebnis eine Dreieckwelle auszugeben, und die Tastverhältnis-Einstellschaltung ein Spannungsvergleicher ist zum Vergleichen der von der Dreieckwellen-Oszillatorschaltung ausgegebenen Dreieckwelle mit dem Spannungsfehlerergebnis, um das Tastverhältnis einzustellen und um die Rechteckwelle auszugeben.

3. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Frequenzeinstellschaltung eine Sägezahnwellen-Oszillatorschaltung (11c) zum Ausgeben einer Sägezahnwelle ansprechend auf das Stromfehlerergebnis ist, und wobei die Tastverhältnis-Einstellschaltung ein Spannungsvergleicher ist zum Vergleichen der von der Sägezahnwellen-Oszillatorschaltung ausgegebenen Sägezahnwelle mit dem Spannungsfehlerergebnis, um das Tastverhältnis einzustellen und um die Rechteckwelle auszugeben.

4. Schaltung nach Anspruch 3, bei der die Treiberschaltung zum Treiben des piezoelektrischen Übertragers eine Halbbrücken-Treiberschaltung (7a) oder eine Vollbrücken-Treiberschaltung (7B) ist, und die Tastverhältnis-Einstellschaltung lediglich das Hochseiten-Tastverhältnis der Brücke einstellt.

5. Schaltung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend:

eine intermittierende Oszillatorschaltung (13, 16, 17) zum Erzeugen eines Impulssignals zum intermittierenden Treiben des piezoelektrischen Übertragers und zum Zuführen des Impulssignals zu der Treiberschaltung für den piezoelektrischen Übertrager; und

eine erste Abtast- und Halteschaltung (15), die zwischen der Treiberspannung-Detektorschaltung und der Treiberspannungs-Fehlerausgabeschaltung liegt, um die Ausgangsgröße von der Treiberspannungs-Detektorschaltung nach Maßgabe des von der intermittierenden Oszillatorschaltung kommenden Impulssignals abzutasten und zu halten,

wobei die erste Abtast- und Halteschaltung an die Treiberspannungs-Fehlerausgabeschaltung eine gehaltene Spannung ausgibt, die dem Ausgangssignal von der Treiberspannungs-Detektorschaltung während des Oszillierens entspricht, wenn die intermittierende Oszillatorschaltung nicht schwingt.

6. Schaltung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend:

eine intermittierende Oszillatorschaltung (13, 16, 17) zum Erzeugen eines Impulssignals zum intermittierenden Treiben des piezoelektrischen Übertragers, und zum Zuführen des Impulssignals zu der Treiberschaltung für den piezoelektrischen Übertrager; und

eine erste Abtast- und Halteschaltung (15), die sich zwischen der Treiberspannungs-Fehlerausgabeschaltung und der Tastverhältnis-Einstellschaltung befindet um das Spannungsfehlerergebnis entsprechend dem Impulssignal von der intermittierenden Oszillatorschaltung abzutasten und zu halten,

wobei die erste Abtast- und Halteschaltung an die Tastverhältnis-Einstellschaltung eine gehaltene Spannung ausgibt, die dem Spannungsfehlerergebnis während des Oszillierens entspricht, wenn die intermittierende Oszillatorschaltung nicht schwingt.

7. Schaltung nach Anspruch 5, weiterhin umfassend eine zweite Abtast- und Halteschaltung (14), die sich zwischen der Laststrom-Detektorschaltung und der Laststrom-Fehlerausgabeschaltung befindet, um das Stomfehlerergebnis abzutasten und zu erhalten, wobei die zweite Abtast- und Halteschaltung an die Laststrom-Fehlerausgabeschaltung eine gehaltene Spannung ausgibt, die dem Stromfehlerergebnis während des Oszillierens entspricht, wenn die intermittierende Oszillatorschaltung nicht schwingt.

8. Schaltung nach Anspruch 6, weiterhin umfassend eine zweite Abtast- und Halteschaltung (14), die sich zwischen der Laststrom-Detektorschaltung und der Laststrom-Fehlerausgabeschaltung befindet, um das Stromfehlerergebnis abzutasten und zu halten, wobei die Abtast- und Halteschaltung an die Laststrom-Fehlerausgabeschaltung eine gehaltene Spannung ausgibt, die dem Stromfehlerergebnis während der Oszillation entspricht, wenn die intermittierende Oszillatorschaltung nicht schwingt.

9. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Steuerschaltung in einer Treibervorrichtung für eine als Last fungierende Kaltkathoden-Leuchtstofflampe verwendet wird.

10. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Steuerschaltung in einer Treibervorrichtung für eine als Last fungierende Ultraviolettlampe verwendet wird.

11. Anzeigevorrichtung, bei der eine Kaltkathoden-Leuchtstofflampe als Last von einem piezoelektrischen Übertrager gesteuert wird, der seinerseits von der Schaltung nach Anspruch 1 betrieben wird.

12. Computer mit einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 11 als Anzeigevorrichtung.

13. Persönlicher digitaler Assistent mit der Anzeigevorrichtung nach Anspruch 11 als Anzeigeeinrichtung.

14. Deodorierungsvorrichtung, mit einer Ultraviolettlampe nach Anspruch 10 als Lichtquelle für das Anregen eines Katalysators.

15. Sterilisiervorrichtung mit der Ultraviolettlampe nach Anspruch 10 als Sterilisierlampe.

16. Wasserreinigungsvorrichtung mit der Ultraviolettlampe nach Anspruch 10 als Sterilisierlampe.

17. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Steuerschaltung in einem Hochspannungsgenerator für ein als Last fungierendes Ozonerzeugungsgerät verwendet wird.

18. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Steuerschaltung in einem Gleichspannungswandler eingesetzt wird.

19. Steuerverfahren für einen piezoelektrischen Übertrager zum Umschalten einer Eingangs-Gleichspannung, um eine Wechselspannung zu erzeugen, und zum Betreiben eines piezoelektrischen Übertragers (1) mit der Wechselspannung um eine Wechsel-Hochspannung zu erhalten, umfassend die Schritte:

einen Treiberspannungs-Detektorschritt zum Detektieren eines Betrags einer Treiberspannung für den piezoelektrischen Übertrager;

einen ersten Vergleichsschritt zum Vergleichen der detektierten Treiberspannung mit einem ersten vorbestimmten Wert und zum Verstärken eines ersten Vergleichsergebnisses;

einen Laststrom-Detektorschritt zum Detektieren eines Betrags eines in einer an den piezoelektrischen Übertrager angeschlossenen Last (2) fließenden Stroms;

einen zweiten Vergleichsschritt zum Vergleichen des detektierten Laststroms mit einem zweiten vorbestimmten Wert und zum Verstärken eines zweiten Vergleichsergebnisses; und

einen Oszillatorschritt zum Erzeugen eines Oszillatorsignals zum Schalten der Eingangsspannung,

wobei das Oszillatorsignal eine Rechteckwelle ist, und

wobei der Oszillatorschritt beinhaltet:

einen Frequenzeinstellschritt zum Einstellen einer Frequenz des Oszillatorsignals nach Maßgabe des ersten verstärkten Vergleichsergebnisses bei dem ersten Vergleichsschritt; und

einen Tastverhältnis-Einstellschritt zum Einstellen eines Tastverhältnisses des in den Frequenzeinstellschritt eingestellten Oszillatorsignals nach Maßgabe des zweiten verstärkten Vergleichsergebnisses in dem zweiten Vergleichsschritt.