JP2000014158A

JP2000014158A - 圧電トランスの駆動方法及び駆動回路

Info

Publication number: JP2000014158A
Application number: JP10173181A
Authority: JP
Inventors: Shuji Yamaguchi; 修司山口; Naoki Furuhashi; 直樹古橋
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1998-06-19
Publication date: 2000-01-14
Anticipated expiration: 2018-06-19
Also published as: US6268681B1; KR20000006287A; JP3237614B2; KR100366777B1; TW466821B

Abstract

(57)【要約】【課題】起動時の過振動による圧電トランス破壊の防止
と、高効率化を同時に図る圧電トランス駆動方法及び駆
動回路の提供。【解決手段】負荷電力を一定に制御する制御手段を有
し、起動時に圧電トランスを共振周波数より高い周波数
で駆動開始し、その後周波数を順次低下させ、起動時に
圧電トランス共振周波数を通過しないように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電トランス駆動
回路に関し、特に負荷としてインピーダンス変動の大き
い冷陰極管に接続する圧電トランスの駆動に用いて好適
な駆動方法及び駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電体に印加する電圧の周波数を、予定
される駆動周波数より高く、共振周波数より高い周波数
で高次の共振周波数より低い周波数に設定すると共に、
順次当該周波数を下げて出力する起動手段を有する従来
例としては、例えば特開平３−２２８７３号公報に提案
される起動装置が知られている。これは、超音波モータ
の起動時における不快な異音の発生を防止することを目
的とした超音波モータ駆動装置である。図１６を参照し
て、この従来の装置について説明する。

【０００３】超音波モータ固定子３４の表面には、圧電
体として分極処理された複数の電歪素子が配置されてい
る。これら複数の電歪素子は、区分Ａと区分Ｂとの２群
の電歪素子を形成し、区分Ａと区分Ｂとの電歪素子は、
位相が９０゜異なるように配置されている。区分Ａの電
歪素子には電極４７ａが設けられており、区分Ｂの電歪
素子には電極４７ｂが設けられている。また電極４７ｃ
は電極４７ａ、４７ｂとは絶縁された電歪素子上に配置
され、この電歪素子の振動状態に応じた検出信号を出力
する。

【０００４】この回路に電源から電圧が印加されると、
マイクロコンピュータ４０が上限値駆動周波数データを
Ｄ／Ａ変換器４１を介してＶＣＯ３８に出力する。これ
により分周器３７、増幅器３６、コイル３５を介して上
限値周波数の周波電圧が電極４７ａに印加される。同時
に電極４７ｂには、電極４７ａへ印加される周波電圧の
位相とは９０゜異なる周波電圧が印加される。しかし上
限値周波数では最適な駆動周波数よりも大きくかけ離れ
ているため超音波モータは駆動せず、電極４７ｃから信
号がえられないので、バンドパスフィルタ４３は０レベ
ルの出力をする。これが整流器４２、Ａ／Ｄ変換器４１
を介してマイクロコンピュータ４０に送られ、マイクロ
コンピュータ４０内では、所定の基準値Ｄｓと比較し、
モータが希望の駆動をされていないことを検知する。マ
イクロコンピュータ４０はこの結果を受け、駆動周波数
を０．１ｋＨｚだけ低い値に設定するデータを出力す
る。

【０００５】電極４７ｃからバンドパスフィルタ４３、
整流器４２、Ａ／Ｄ変換器４１を介してマイクロコンピ
ュータ４０に入力される信号が所定の基準値Ｄｓになる
まで、以上の一連の動作を繰り返し、駆動周波数は、低
下し続ける。

【０００６】駆動周波数低下が継続し駆動周波数が共振
周波数近傍になると、マイクロコンピュータ４０への入
力信号が基準値Ｄｓを上回るようにＤｓの値を設定して
おく。実際にマイクロコンピュータ４０への入力信号が
基準値Ｄｓを上回った時、マイクロコンピュータ４０
は、駆動周波数を０．１ｋＨｚだけ増加させるデータを
出力する。再びマイクロコンピュータ４０への入力信号
が基準値Ｄｓを下回った場合には、マイクロコンピュー
タ４０は周波数を低下させるデータを出力する。この一
連の動作により、マイクロコンピュータ４０への入力信
号が基準値Ｄｓ近傍に収束するよう駆動周波数の制御が
行われる。

【０００７】以上の動作により、超音波モータの起動に
際して、圧電体に印加される電圧の周波数が共振周波数
と同一となることがないので、不快な異音を発生するこ
とがない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た駆動回路は、次のような問題点を有している。

【０００９】すなわち、図１６に示したように、この駆
動回路は、駆動周波数を高くするか、又は低くするかを
マイクロコンピュータ４０内で判定しているが、その判
定を行うにあたり、電歪素子の振動状態からの信号の大
きさにて判断している。

【００１０】しかしながら、例えば、冷陰極管を負荷と
する圧電トランスインバータの場合、振動状態からの信
号のみで周波数制御を行なうことはできない。

【００１１】その理由を以下に説明する。

【００１２】冷陰極管は、負性インピーダンスを持ち、
電圧と入力電流の関係は、図１２に示すようなものとな
る。点灯開始前の、図１２のａ領域では、電圧と入力電
流は共に増加するが、点灯後の図１２のｂ領域では、入
力電流が増大しても、電圧は減少する。更に入力電流が
増大する図１２のｃ領域では、入力電流が増大しても電
圧は殆ど減少しない。

【００１３】そして、一般的に、ＬＣＤ（液晶ディスプ
レイ）用バックライト内の冷陰極管は、入力電流が増大
しても、電圧は殆ど減少しない、図１２のｃ領域で、使
用される。

【００１４】冷陰極管の実用領域において、輝度と比例
関係にあるのは電流値であるが、図１２より、冷陰極管
の実用領域では、電流値が変化しても電圧値は殆ど変化
しないことがわかる。

【００１５】圧電トランスにおいて振動の状態から容易
に取り出せる信号は、出力電圧であるが、以上のことか
ら、圧電トランスインバータは、振動状態からの信号で
ある電圧では精度の高い制御はできない。

【００１６】よって、冷陰極管を負荷とする圧電トラン
スインバータの制御は、独自の方式が必要である。

【００１７】したがって、本発明は、負荷依存性が大き
い特徴を有する圧電トランスを使用し、更にその負荷と
してインピーダンス変動の大きい冷陰極管を接続する圧
電トランス駆動方法及び駆動回路において、起動時の過
振動による圧電トランス破壊の防止と、高効率化を同時
に図る圧電トランス駆動方法及び駆動回路を提供するこ
とにある。本発明のこれ以外の他の目的及び効果等は以
下の説明で明らかとされるであろう。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、負荷電力を一定に制御する制御手段を有
し、起動時に圧電トランスを共振周波数よりも高い周波
数で駆動開始し、その後、該周波数を順次低下させ、起
動時に、圧電トランス共振周波数を通過しないように制
御する。また本発明において、前記制御手段は、圧電ト
ランス共振周波数よりも高い駆動周波数にて、負荷電流
値を一定に制御することを、特徴としている。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について以下
に説明する。まず本発明の原理を理解するための背景技
術について説明しておく。上記したように、圧電トラン
スにおいて振動の状態から容易に取り出せる信号は、出
力電圧であるが、以上のことから、圧電トランスインバ
ータは、振動状態からの信号である電圧では精度の高い
制御はできない。よって、冷陰極管を負荷とする圧電ト
ランスインバータの制御は、独自の方式が必要である。

【００２０】冷陰極管輝度を一定値に制御する目的で
は、実用範囲内に於いて輝度と比例関係にある電流値を
観測し電流値を一定に制御する方法が、回路規模を小さ
くすることが可能であり好ましい。

【００２１】また、冷陰極管を負荷とする圧電トランス
インバータの電流値制御方式は、過振動による圧電トラ
ンス破壊の防止も配慮しなければならない。その方法を
以下に説明する。

【００２２】まず、起動時の過振動速度による圧電トラ
ンス破壊発生のモードと、その対策としての駆動開始周
波数条件について説明する。

【００２３】冷陰極管は、放電開始に時間遅れがある上
に、点灯前には非常に高いインピーダンスであり、点灯
後には放電開始によってインピーダンスが急激に低下す
る特性を持ち、図１２に示した、急激な特性変化も、こ
れによるものである。

【００２４】冷陰極管特性の急激な変化に伴い、冷陰極
管を駆動する圧電トランスも特性変化を示す。図１０
は、負荷インピーダンスの違いによる圧電トランス昇圧
比の違いを示した一例であり、負荷インピーダンスが高
い程、圧電トランスは高昇圧比となり、出力電圧が大き
くなる。なお、図１０において、横軸は圧電トランス駆
動周波数、縦軸は昇圧比である。

【００２５】よって、冷陰極管点灯開始前の圧電トラン
スは、高昇圧比・高電圧出力を示し、点灯後は、昇圧比
・出力電圧が低下する。

【００２６】また、実用領域においては、圧電トランス
の出力電圧と振動速度とは比例関係にあり、その一例を
図９に示す。図９において、横軸は圧電トランス駆動周
波数、縦軸は左右、振動速度と出力電圧である。

【００２７】上述のように、点灯開始前の冷陰極管は非
常に高いインピーダンスを持つので、起動時の圧電トラ
ンス振動速度は、点灯後の振動速度と比べ大きな値とな
る。特に、共振周波数付近での振動速度は非常に大きく
なるが、冷陰極管に放電開始迄に時間遅れが発生した場
合、圧電トランスが過振動により破壊する可能性があ
る。このため、圧電トランスインバータ起動時は、振動
速度の小さい即ち昇圧比の低い周波数で駆動を開始する
ことが好ましい。

【００２８】次に、起動時の好ましい周波数掃引方向に
ついて述べる。

【００２９】上述のように、起動時には、昇圧比の低い
周波数から駆動し始めるため、冷陰極管点灯電圧を満足
する出力が出ておらず、冷陰極管を流れる電流は不足し
ている状態である。

【００３０】この状態から、冷陰極管点灯開始電圧に達
し電流が流れるように周波数を掃引する場合、図１３に
示す方向と図１４に示す方向の２種類が考えられる。図
１３は、圧電トランス共振周波数より遙かに高い周波数
から駆動を開始し、周波数を低下させる方向について示
す図である。図１４は、圧電トランス共振周波数より遙
かに低い周波数から駆動を開始し、周波数を上昇させる
方向について示す図である。即ち、負荷に流れる電流が
不足していると検知した場合、両者は掃引する方向が逆
向きである。なお、図１３及び図１４において、横軸は
駆動周波数、縦軸は昇圧比、出力電圧を示している。

【００３１】しかし、図１４に示す方向の掃引を行なう
場合、起動後、圧電トランス出力電圧が冷陰極管点灯開
始電圧に到達し、冷陰極管インピーダンスが急激に低下
した時、以下の問題点がある。

【００３２】図１４に示すように、冷陰極管のインピー
ダンス低下後、希望負荷電流値を下回る周波数だった場
合、周波数は再び周波数上昇方向へ掃引され、希望負荷
電流値に安定することはない。

【００３３】冷陰極管のインピーダンス低下後、希望負
荷電流値を上回る周波数だった場合は、図１５に示すよ
うに、周波数は下降方向へ掃引され、共振周波数より低
い側にある希望負荷電流値周波数に安定する。

【００３４】この場合、希望負荷電流にて一定となる
が、図５に示すように、共振周波数より低い周波数で
は、入力電力に対する出力電力（以下「効率」という）
が低下する、という問題点がある。

【００３５】以上により、図１３に示すように、共振周
波数よりも充分に高い周波数から駆動開始し、周波数を
低下させる掃引を行なうことが好ましい。

【００３６】次に、電圧制御発振回路（ＶＣＯ）と、そ
の制御回路の好ましい組み合わせについて述べる。

【００３７】上述のように、圧電トランスインバータは
起動時に、共振周波数よりも充分に高い周波数から駆動
開始し、周波数を低下させる掃引を行なうのが好ましい
が、この場合、図６に示すように、入力電圧が増加すれ
ば発振周波数が低下する特性を持ったＶＣＯを用いるこ
とが好ましい。

【００３８】その理由は、インバータ起動前はインバー
タに供給されている電源電圧はゼロであるためＶＣＯを
制御する電圧も０Ｖである。この状態を始点として、起
動後電源からエネルギーが供給されはじめてＶＣＯ制御
電圧も上昇を始める。

【００３９】よって、入力電圧が増加すれば発振周波数
が低下する特性を持ったＶＣＯを使用すれば、図７
（ａ）に示すように、起動時共振周波数よりも充分に高
い周波数から駆動開始し、周波数を低下させる掃引を行
なう。なお、図７は、ＶＣＯ入力電圧波形（及びＶＣＯ
の発振周波数）を示す図である。

【００４０】一方、ＶＣＯの特性が、図６に示した特性
と反対に、制御電圧に比例した周波数を発振するよう
な、図１１（ａ）に示す特性を持っている場合は、共振
周波数通過を防止するため、タイマー回路のような起動
用時定数を持った回路が必要になる。

【００４１】よって、図７（ａ）に示すように圧電トラ
ンス振動速度の大きい共振周波数ｆｒに達する前に負荷
電流が希望値に到達する動作を行なうことが可能な、図
６の特性を持つＶＣＯのほうが回路が簡単になる利点が
ある。

【００４２】次に負荷インピーダンスが高い場合の過振
動防止について述べる。

【００４３】無負荷時には負荷電流が帰還されないた
め、負荷電流の大きさにより周波数制御を行なう方式で
は負荷電流が不足していると判定し周波数は低下し続け
る。無負荷動作時の振動速度は、図９に示すように負荷
接続時よりも大きいので、やがて振動速度が過大になり
圧電トランスは破壊する。

【００４４】よって、無負荷動作時には周波数低下を実
用上支障のない値にて制限する必要がある。

【００４５】よって、無負荷時や負荷インピーダンスが
高い場合の動作は、冷陰極管点灯開始電圧を出力しなが
らも、過振動による圧電トランス特性劣化防止を同時に
実現できる制御方式でなければならない。

【００４６】それは、負荷オープンによる無負荷動作は
実際に負荷が再接続される可能性は少ないので、何らか
の方法で無負荷を検出した場合圧電トランスの駆動を停
止しても問題ない。

【００４７】しかし、冷陰極管の特性によっては、冷陰
極管点灯開始電圧を供給してから冷陰極管のインピーダ
ンスが除々に低下してやがて点灯を開始するまでに時間
を要する場合がある。即ち負荷インピーダンスが高い場
合、瞬時に出力停止させてしまうのは実用上支障がある
からである。

【００４８】本発明は、負荷依存性が大きい特徴を有す
る圧電トランスを使用し、更にその負荷としてインピー
ダンス変動の大きい冷陰極管を接続する圧電トランス駆
動方法及び駆動回路において、起動時の過振動による圧
電トランス破壊の防止と、高効率化を同時に図るもので
あり、負荷電力を一定に制御する制御手段を有し、起動
時に圧電トランスを共振周波数より高い周波数で駆動開
始し、その後周波数を順次低下させる手段（図１の周波
数低下方向掃引発振器６）を備え、起動時に圧電トラン
ス共振周波数を通過しないように制御するものである。

【００４９】本発明において、上記制御手段は、圧電ト
ランス共振周波数より高い周波数にて負荷電流値を一定
に制御するように構成される（図１の電流−電圧変換回
路４、整流ピーク検波回路５、周波数低下方向掃引発振
器６）。

【００５０】本発明において、起動時に圧電トランスを
共振周波数より高い周波数で駆動開始し、その後周波数
を順次低下させる制御手段（図１の周波数低下方向掃引
発振器６）は、起動時に、出力が０Ｖから動作し始める
電圧制御式発振器（以下「ＶＣＯ」と記す）入力制御回
路（図２の９）を含む。

【００５１】本発明において、前記制御手段は、入力電
圧が増加すると出力周波数が低下するＶＣＯ（図２の１
０）を含む。

【００５２】また、本発明は、負荷電力を一定に制御す
る手段を有し、起動時に圧電トランスを共振周波数より
高い周波数で駆動開始し、その後周波数を順次低下させ
る圧電トランス駆動回路において、前記制御手段は、起
動時に圧電トランス駆動周波数が上限周波数に到達する
まで圧電トランスの駆動を開始しないように制御する手
段（図１１のタイマー回路４９）。

【００５３】本発明は、前記制御手段は、圧電トランス
駆動周波数が上限周波数に到達するまで圧電トランスの
駆動を開始しないように制御する手段（図１１のタイマ
ー回路４９）により、起動時に圧電トランス共振周波数
を通過しないように制御する。

【００５４】本発明は、前記制御手段は、起動時に圧電
トランス駆動周波数が上限周波数に到達するまで圧電ト
ランスの駆動を開始しない手段により、圧電トランス共
振周波数より高い周波数にて負荷電流値を一定に制御す
る。

【００５５】本発明は、前記制御手段は、入力電圧が増
加すると出力周波数が上昇するＶＣＯを含む。前記制御
手段は、電源投入後所定時間経過するまでＶＣＯを動作
させないタイマー回路を含む。以下本発明の実施例に即
して詳細に説明する。

【００５６】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の構成を示すブロ
ック図である。圧電トランスは、図１０に示したよう
に、負荷インピーダンスによって共振周波数と昇圧比が
変わる特性がある。そこで、本発明の一実施例の駆動回
路は、圧電トランスインバータの構成は、一次側から入
力した交流電圧を圧電効果を利用して二次側に出力する
圧電トランス３と、圧電トランス入力電極に接続され周
波数低下方向掃引発振器６からの制御信号に従って圧電
トランス３が所定の出力を行うよう電源電圧を必要な圧
電トランス入力電圧値に変換するトランス駆動回路２
と、圧電トランス出力電極に接続され圧電トランス３出
力を受け取り負荷電流を電流−電圧変換回路４に供給す
る負荷８と、負荷８に接続され負荷電流を受け取り希望
値と比較しその結果を整流・ピーク検波回路５に出力す
る電流−電圧変換回路４と、電流−電圧変換回路４の電
圧出力を受けこれを整流しその後ピーク検波を行いその
結果を周波数低下方向掃引発振器６に出力する整流・ピ
ーク検波回路５と、整流・ピーク検波回路５と出力電圧
比較回路７からの信号を受けトランス駆動回路２２に対
して圧電トランス３の駆動周波数信号を出力する周波数
低下方向掃引発振器６と、圧電トランス３の出力過電圧
を検知した場合圧電トランス３の駆動周波数を掃引範囲
上限周波数に戻す信号を周波数低下方向掃引発振器６に
対して出力する出力電圧比較回路７と、を備えて構成さ
れている。

【００５７】図２は、本発明の一実施例における周波数
低下方向掃引発振器６の構成の一例を示すブロック図で
ある。図２を参照すると、周波数低下方向掃引発振器６
は、ＶＣＯ入力制御回路９と、ＶＣＯ１０と、分周回路
１１と、を備えて構成される。分周回路１１はＶＣＯ１
０から受け取る周波数信号を所定の分周を行ってトラン
ス駆動回路２に周波数信号として出力する。

【００５８】図３は、本発明の一実施例におけるＶＣＯ
入力制御回路９の構成の一例を示す図である。また図４
は、本発明の一実施例におけるＶＣＯ１０の構成の一例
を示す図である。ここで、図３と図４に記載されている
スイッチは、全て、制御信号がＨレベル（ハイレベル）
時にオープンとなり、制御信号Ｌレベル（ローレベル）
時にショート状態となる。

【００５９】図３を参照すると、ＶＣＯ入力制御回路９
は、整流・ピーク検波回路５から負荷電流の大きさに比
例した電圧を受ける。負荷電流値が大きいほど整流・ピ
ーク検波回路５から受ける電圧値は大きい。これを比較
器１２にて、予め定められた希望負荷電流値に相当する
Ｖｉｏｌと比較する。

【００６０】負荷電流が希望値よりも小さい場合は、比
較器１２はＨレベルを出力する。このＨレベル信号によ
り、インバータ１３を介してスイッチ１５がショートと
なり、スイッチ１６がオープンとなる。定電流源１４か
らの電流によりコンデンサ２２に電荷がチャージされ、
ＶＣＯ１０への出力電圧が上昇する。

【００６１】一方、負荷電流が希望値よりも大きい場合
は、比較器１２はＬレベルを出力する。このＬレベル信
号によりスイッチ１５がオープンとなりスイッチ１６が
ショートとなる。コンデンサ２２にチャージしていた電
荷は定電流源１７の動作により放出され、ＶＣＯ１０へ
の出力電圧が低下する。

【００６２】図４を参照すると、ＶＣＯ１０は、ＶＣＯ
入力制御回路９からの電圧値によって電流源２３、電流
源２４の電流値が変化する構成となっている。ＶＣＯ入
力制御回路９からの電圧値が大きいほど、電流源２３か
ら流出する電流量が小さいのでコンデンサ３３のチャー
ジが遅い。やがてコンデンサ３３両端電圧がＶｖｃｏよ
り大きくなると、比較器２８出力はＬレベルとなりイン
バータを介して制御されるスイッチ２７はオープンとな
る。これにより電流源２４と定電流源２６の和となる電
流源２５が動作する。電流源２５の電流値は、電流源２
３の電流値より大きくなるよう設定してあるため、コン
デンサ３３の両端電圧は低下する。一方、比較器２８の
Ｌレベル出力によりスイッチ３２はショートされ、比較
器２８の非反転入力端子の電圧は、Ｖｖｃｏ×抵抗３０
／（抵抗２９＋抵抗３０）の電圧となり、コンデンサ３
３両端電圧はこの値と同じになるまで低下し、そこで再
び比較器２８出力はＨレベル出力を行なう。

【００６３】比較器２８がＨレベル出力することによ
り、スイッチ２７はショートとなり電流源２５の電流値
は無くなりコンデンサ３３両端電圧は上昇する。比較器
２８のＨレベル出力により、比較器２８の非反転入力端
子はＶｖｃｏとなるので、コンデンサ３３両端電圧はこ
の値まで上昇し、その時点で比較器２８出力は再びＬレ
ベルを出力する。

【００６４】以上の動作の繰り返しにより、ＶＣＯ１０
は、三角波出力を行なう。ＶＣＯ入力制御電圧９からの
電圧値が大きいほどその周波数は低い。このため、図４
に示すＶＣＯ１０は、図６に示すように入力電圧が大き
いほど発振周波数が低くなる特性を示す。

【００６５】図３に示すＶＣＯ入力制御回路９と、図４
に示すＶＣＯ１０を組み合わせることにより、インバー
タ起動時には、ＶＣＯ入力電圧０Ｖの状態であり、最高
周波数で発振する。この時は、帰還電流が無いので、Ｖ
ＣＯ入力制御回路９の出力によって除々にＶＣＯ入力電
圧を上昇させることにより、ＶＣＯ周波数は低下し、希
望負荷電流を得た時点で、周波数掃引が停止するように
構成されている。

【００６６】以上の動作を、図７（ａ）に示す。図７
（ａ）のｆ０とは、図８に示す負荷電流希望値を実現す
る周波数ｆ０であり、ｆｒとは昇圧比の最も大きい圧電
トランス共振周波数である。

【００６７】よって、この起動時に出力が０Ｖから動作
し始めるＶＣＯ入力制御回路９と、入力電圧が増加する
と出力周波数が低下するＶＣＯ１０とを組み合わせるこ
とにより、起動時に、圧電トランス共振周波数を通過す
ることなく、共振周波数よりも高周波数側で負荷電流希
望値を得る周波数に到達することができる。

【００６８】このように、本発明の一実施例によれば、
共振周波数を通過しないので、過振動による圧電トラン
ス破壊を防止することができ、また共振周波数よりも高
周波数側で負荷電流希望値を得るようにしたことによ
り、高効率を得ることができる。その因果関係について
は上記した通りである。

【００６９】再び図３を参照すると、ＶＣＯ入力制御回
路９は、コンデンサ２２の両端電圧が基準電圧Ｖｒｅｓ
を越えると、比較器２０の出力がＨレベルとなる。これ
によりＯＲ回路２１、インバータを介してスイッチ１８
がショートされる。定電流源１９の電流は定電流源１４
や定電流源１７と比べて充分に大きいため、コンデンサ
２２の両端電圧は急速に低下する。同時に、比較器２０
のＨレベル出力により、インバータを介してスイッチ４
６がショートされ、比較器２０の反転出力端子は、Ｖ
ｒｅｓ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）の電圧となり、コンデン
サ２２の両端電圧はこの値まで低下する。

【００７０】そして、コンデンサ２２の両端電圧が、Ｖ
ｒｅｓ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）より低下すると、比較器
２０の出力は、再びＬレベルとなり、定電流源１９は遮
断され、コンデンサの２２両端電圧は再び上昇する。

【００７１】以上の動作により、例えば圧電トランス入
力電力が不足のため負荷電流希望値を得ることができな
い場合などは、図７（ｂ）に示すような、周波数掃引を
繰り返す。図７（ｂ）のｆ１は、図８に示す掃引周波数
範囲上限ｆ１であり、ｆ２は掃引周波数範囲下限ｆ２で
ある。

【００７２】更に、無負荷動作時や冷陰極管が高インピ
ーダンスを維持し続ける場合は、出力電圧比較回路７に
て予め設定した電圧値を、圧電トランスが出力した瞬間
に、出力電圧比較回路７がＨレベルを出力する。

【００７３】出力電圧比較回路７にて予め設定する値
は、冷陰極管点灯開始に必要な値以上であり、尚かつ過
振動により圧電トランス３が破壊する値未満とする。

【００７４】この出力電圧比較回路７からの信号が、Ｖ
ＣＯ入力制御回路９のＯＲ回路２１に入力される。これ
で定電流源１９が動作し、コンデンサ２２の両端電圧は
Ｖｒｅｓ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）迄低下する。その後、
再びＶＣＯの入力電圧は上昇を始める。この動作を示し
たのが図７（ｃ）である。

【００７５】よって、図３に示すＶＣＯ入力制御回路９
と図４に示すＶＣＯ１０を組み合わせることにより、間
欠的に、冷陰極管点灯開始電圧を出力するようにしなが
ら、なおかつ、過振動による圧電トランス破壊を防止
し、振動速度実効値を低く押さえる制御が実現できる。

【００７６】次に本発明の他の実施例について説明す
る。図１１（ａ）に示すように、入力電圧が上昇すると
出力周波数も上昇する特性を持つＶＣＯ４８を使用する
場合は、周波数低下方向掃引発振器６の構成は、図１１
（ｂ）のようなものとなる。これは、ＶＣＯ入力制御回
路９出力をタイマー回路４９を介してＶＣＯ４８に入力
するものである。

【００７７】タイマー回路４９は、電源１が印加されて
から時間Ｔ１を経過するまではＶＣＯ入力制御回路９と
ＶＣＯ４８間をオープン状態にし、時間Ｔ１を経過後は
ＶＣＯ入力制御回路９とＶＣＯ４８間を接続する回路で
ある。この時間Ｔ１とは、図１１（ｃ）に示すように、
ＶＣＯ入力電圧が上限値に達するまでの期間である。こ
の動作により、ＶＣＯ４８の発振は、掃引周波数範囲上
限値より始まる。これにより、ＶＣＯ４８の発振周波数
が圧電トランス共振周波数付近を通過することなく、共
振周波数より高周波数側で希望負荷電流値のｆ０に到達
する。

【００７８】この場合、ＶＣＯ入力制御回路９の構成
は、図３に示した通りのものとされるが、定電流源の電
流値を変更してＶＣＯ制御電圧値が下降するスピードを
遅くし、上昇するスピードを早くするように設定され
る。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
負荷依存性が大きい特徴を有する圧電トランスを使用
し、更にその負荷としてインピーダンス変動の大きい冷
陰極管を接続する圧電トランスインバータにおいて、負
荷電流値を観測する手段により冷陰極管の輝度を一定に
制御可能とすると共に、出力が０Ｖから始まるＶＣＯ入
力制御回路と入力電圧が上昇すると出力周波数が下降す
るＶＣＯとを組み合わせて用いたことにより、起動時に
圧電トランス振動速度の大きい周波数を通過せずに冷陰
極管を点灯させる手段により圧電トランス破壊を防止す
る、という効果を奏する。

【００８０】さらに、本発明によれば、上記効果に加え
て、上記ＶＣＯ入力制御回路と上記ＶＣＯの組み合わせ
による駆動周波数を圧電トランス共振周波数より高周波
数側に設定する手段により高効率化を実現する、という
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す図である。

【図２】本発明の一実施例の周波数低下掃引発振器の構
成を示す図である。

【図３】本発明の一実施例のＶＣＯ入力電圧制御回路の
構成を示す図である。

【図４】本発明の一実施例のＶＣＯの構成を示す図であ
る。

【図５】圧電トランスの効率、昇圧比、周波数の関係を
示す図である。

【図６】本発明の一実施例におけるＶＣＯ入力電圧とＶ
ＣＯ発振周波数の関係を示す図である。

【図７】本発明の一実施例の動作を説明するための図で
あり、ＶＣＯ入力電圧の信号波形及び発振周波数を示す
図である。

【図８】本発明の一実施例の動作を説明するための図で
ある。

【図９】圧電トランス駆動周波数、振動速度、出力電圧
の関係を示す図である。

【図１０】圧電トランス駆動周波数と負荷と昇圧比の関
係を示す図である。

【図１１】本発明の第二の実施例を説明するための図で
あり、（ａ）はＶＣＯの特性、（ｂ）は周波数低下方向
掃引発振器の構成、（ｃ）はＶＣＯ入力電圧波形を示す
図である。

【図１２】本発明の原理・背景技術を説明するための図
である。

【図１３】本発明の原理・背景技術を説明するための図
である。

【図１４】本発明の原理・背景技術を説明するための図
である。

【図１５】本発明の原理・背景技術を説明するための図
である。

【図１６】従来の超音波モータ起動回路の構成を示す図
である。

【符号の説明】

１電源２トランス駆動回路３圧電トランス４電流−電圧変換回路５整流・ピーク検波回路６周波数低下方向掃引発振器７出力電圧比較回路８負荷９ＶＣＯ入力制御回路１０、４８ＶＣＯ１１分周回路１２、２０、２８比較器１３インバータ１４、１７、１９，２３、２４、２６定電流源１５、１６、１８、２７、３２、４６スイッチ２１論理和（ＯＲ）回路２２、３３コンデンサ２３、２５電流源（カレントミラー回路出力段）２４電流源２９、３０抵抗３４固定子３５、４６コイル３６、４６増幅器３７分周器３８ＶＣＯ３９Ｄ／Ａ変換器４０マイクロコンピュータ４１Ａ／Ｄ変換器４２整流器４３バンドパスフィルタ４７ａ，ｂ電極４９タイマー手段Ｖvco 基準電圧

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】起動時に圧電トランスをその共振周波数よ
りも高い駆動周波数で駆動開始し、その後、前記圧電ト
ランスの駆動周波数を順次低下させるように制御すると
ともに、負荷電力を一定に制御する制御手段を備えたこ
とを特徴とする圧電トランス駆動回路。
【請求項２】前記制御手段が、起動時に、前記圧電トラ
ンスの駆動周波数が前記圧電トランスの共振周波数を通
過しないように制御する、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】前記制御手段が、前記圧電トランスの共振
周波数よりも高い駆動周波数にて負荷電流値を一定に制
御する、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】起動時に圧電トランス駆動周波数を共振周
波数より高い周波数で駆動開始し、その後該周波数を順
次低下させる手段を備え、起動時、前記圧電トランス駆
動周波数が前記圧電トランスの共振周波数を通過しない
ように制御し、前記圧電トランスの共振周波数よりも高い周波数にて負
荷電流値を一定に制御する手段と、を備えたことを特徴
とする圧電トランス駆動回路。
【請求項５】前記制御手段が、電圧制御発振回路（ＶＣ
Ｏ）への入力として、出力が０Ｖからはじまる電圧を出
力するＶＣＯ入力制御回路を含むことを特徴とする請求
項１乃至４のいずれか一に記載の圧電トランス駆動回
路。
【請求項６】前記制御手段が、入力電圧が増加すると出
力周波数が低下する電圧制御発振回路（ＶＣＯ）を含む
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の
圧電トランス駆動回路。
【請求項７】起動時に圧電トランス駆動周波数がその上
限周波数に到達するまで前記圧電トランスの駆動を開始
しないように制御する手段を備え、起動時、前記圧電ト
ランス駆動周波数が前記圧電トランスの共振周波数を通
過しないように制御する、ことを特徴とする圧電トラン
ス駆動回路。
【請求項８】起動時に圧電トランス駆動周波数がその上
限周波数に到達するまで前記圧電トランスの駆動を開始
しないように制御する手段を備え、圧電トランス共振周
波数よりも高い周波数にて負荷電流値を一定に制御す
る、ことを特徴とする圧電トランス駆動回路。
【請求項９】前記制御手段が、電源投入後、所定時間経
過するまで電圧制御発振回路を動作させないように制御
するタイマー手段を含むことを特徴とする請求項７又は
８記載の圧電トランス駆動回路。
【請求項１０】前記制御手段は、入力電圧が増加すると
出力周波数が上昇する電圧制御発振回路と、電源投入後
所定時間経過するまで電圧制御発振回路を動作させない
ように制御するタイマー手段と、を含むことを特徴とす
る請求項７又は８記載の圧電トランス駆動回路。
【請求項１１】起動時に圧電トランスを前記圧電トラン
スの共振周波数よりも高い駆動周波数で駆動開始し、そ
の後、前記駆動周波数を順次低下させ、起動時、前記圧
電トランスの駆動周波数が圧電トランス共振周波数を通
過しないように制御する、ことを特徴とする圧電トラン
ス駆動方法。
【請求項１２】起動時に圧電トランスの駆動周波数を、
前記圧電トランスの共振周波数よりも高い周波数で駆動
開始し、その後、前記駆動周波数を順次低下させ、前記
圧電トランスの共振周波数より高い周波数にて負荷電流
値を一定に制御する、ことを特徴とする圧電トランス駆
動方法。
【請求項１３】起動時に、前記圧電トランス駆動周波数
が上限周波数に到達するまで、前記圧電トランスの駆動
を開始しないように制御する、ことを特徴とする請求項
１１又は１２記載の圧電トランス駆動方法。
【請求項１４】一次側から入力した交流電圧を圧電効果
を利用して二次側に出力する圧電トランスと、前記圧電トランスの入力電極に接続され、駆動周波数信
号を入力とし前記圧電トランスが所定の出力を行うよう
電源電圧を必要な圧電トランス入力電圧値に変換するト
ランス駆動手段と、前記圧電トランスの出力に接続する負荷に接続され、前
記負荷に流れる電流を所定値と比較し、その結果を出力
する電流−電圧変換手段と、前記電流−電圧変換手段の電圧出力を受けこれを整流し
その後ピーク検波を行いその結果を出力する整流・ピー
ク検波手段と、前記圧電トランスの出力過電圧を検知した場合に前記圧
電トランスの駆動周波数を掃引範囲上限周波数に戻すた
めの信号を出力する出力電圧比較手段と、前記整流・ピーク検波手段と前記出力電圧比較手段から
の信号を受け前記トランス駆動手段に対して前記圧電ト
ランスの駆動周波数信号を出力する周波数低下方向掃引
発振手段と、を備え、起動時、前記圧電トランスの駆動周波数をその
共振周波数よりも高い周波数で駆動開始し、その後、前
記圧電トランスの駆動周波数を順次低下させる、ように
構成されてなることを特徴とする駆動回路。
【請求項１５】前記周波数低下方向掃引発振手段が、前
記整流・ピーク検出手段の出力を入力し、前記整流・ピ
ーク検出手段の出力と所定の基準値との大小を比較し、
前記比較結果に応じて出力電圧を増減するＶＣＯ入力電
圧制御手段と、前記ＶＣＯ入力電圧制御手段の出力を制御電圧として入
力し、前記制御電圧が増加すると出力発振周波数を減少
する電圧制御発振器（ＶＣＯ）と、を備えたことを特徴
とする請求項１４記載の駆動回路。
【請求項１６】前記ＶＣＯ入力電圧制御手段が、その出
力電圧が予め定めた基準電圧を越えると、前記出力電圧
を低下し、所定電圧に達すると、再び出力電圧を上昇さ
せるように切り替え制御する手段を備えたことを特徴と
する請求項１５記載の駆動回路。
【請求項１７】起動時には、前記ＶＣＯの入力電圧０Ｖ
の状態として前記ＶＣＯが最高周波数で発振し、前記Ｖ
ＣＯ入力電圧制御手段の出力によって除々に前記ＶＣＯ
の入力電圧を上昇させることにより、前記ＶＣＯの発振
周波数が低下し、所望負荷電流を得た時点で、周波数掃
引を停止する、ことを特徴とする請求項１５記載の駆動
回路。
【請求項１８】前記ＶＣＯ入力電圧制御手段が、前記出
力電圧比較手段からの出力を入力した際、出力電圧を下
げ、前記ＶＣＯを上限周波数で発振させるように制御す
る、ことを特徴とする請求項１５記載の駆動回路。
【請求項１９】前記周波数低下方向掃引発振手段が、前
記整流・ピーク検出手段の出力を入力し、前記整流・ピ
ーク検出手段の出力と所定の基準値との大小を比較し、
前記比較結果に応じて出力電圧を増減するＶＣＯ入力電
圧制御手段と、入力電圧が上昇すると発振周波数が上昇する電圧制御発
振器（ＶＣＯ）と、タイマー手段と、を備え、前記タイマー手段は、電源投入後ＶＣＯ入力電圧が上限
値に達するまでの期間が経過するまでは前記ＶＣＯ入力
電圧制御手段と前記ＶＣＯ間をオープン状態にし、前記
期間経過後に前記ＶＣＯ入力電圧制御手段と前記ＶＣＯ
間を接続するように制御する、ことを特徴とする請求項
１４記載の駆動回路。