JP2006012720A

JP2006012720A - 圧電トランス制御回路

Info

Publication number: JP2006012720A
Application number: JP2004191417A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Fujimura; 健藤村
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】
圧電トランスへの入出力電圧の位相差によって、圧電トランスを制御する場合、冷陰極管の点灯不良状態を回避することができない。
【解決手段】
制御電圧に応じた発振周波数を有する発振信号を生成する発振手段と、前記発振手段からの発振信号に応じて圧電トランスを駆動する駆動手段と、前記圧電トランスの入力電圧と出力電圧又は出力電流との位相差を検出する位相差検出手段と、前記位相差が所定値に一致するように、前記制御電圧を調整して前記発振周波数を制御する制御手段と、前記圧電トランスの出力電流を検出する電流検出手段とを備え、前記電流検出手段が検出した出力電流が所定値以下の場合に、前記制御手段は、前記位相差が所定値に一致するか否かに関わらず前記発振周波数が低周波側へシフトされるように前記制御電圧を調整することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電トランス制御回路に関する。

近年、持ち運びの容易なノート型パーソナルコンピュータ等には、その表示装置として液晶表示器が広く用いられている。この液晶表示装置の内部には、液晶表示パネルを背照すべく、所謂バックライトとして冷陰極管が備えられており、その冷陰極管を点灯させる昇圧インバータには、昇圧用トランスとして、圧電トランスが普及しつつある。

圧電トランスは、出力負荷（負荷抵抗）の大きさによって昇圧比が大きく変化するという一般には好ましくない特性を有しているが、一方でこの負荷抵抗への依存性が冷陰極管のインバータ電源の特性に適しており、液晶表示器の薄型化、高効率化の要求に応える小型高電圧電源として注目されている。

このような圧電トランスの制御回路の一例として、圧電トランスの入力電圧と出力電圧又は出力電流との位相差が所定値になるように周波数を制御するものが提案されている（特許文献１を参照。）。

図２は、そのような圧電トランス制御回路の構成を示す図である。２０１は圧電トランスである。２０２は圧電トランス２０１の出力側に接続された冷陰極管等の負荷である。２０３は負荷に流れる電流を検出するための検出用抵抗Ｒｄｅｔである。２０４は駆動回路２０７が供給する圧電トランス２０１の駆動電圧（Ｖｄ）と、検出用抵抗２０３で検出された検出電圧（Ｖｒｉ）との位相差を検出し、位相差電圧（Ｖｆ）として出力する位相差検出電圧変換回路である。

２０５は、位相差検出電圧変換回路２０４から出力される位相差電圧Ｖｆと、基準電圧Ｖref１とを比較し、その比較結果である差を増幅して、電圧制御発振回路２０６用の制御電圧（Ｖｃｔｒ）を出力する誤差アンプである。ここで、制御電圧Ｖｃｔｒは、誤差増幅出力が２０５ａの積分コンデンサに充電されて得られる充電電圧に対応するものである。２０６は、制御電圧Ｖｃｔｒに応じた発振周波数を有する発振信号を出力する電圧制御発振回路である。２０７は電圧制御発振回路２０６の発振信号に応じて圧電トランス２０１を駆動する駆動回路である。

このような圧電トランスの制御回路においては、発振信号の発振周波数、昇圧比、位相差電圧との関係は図３に示すようになる。

図３において、上側は、電圧制御発振回路２０６が出力する発振信号の発振周波数ｆｏｓｃと昇圧比Ｂｒとの関係を表す特性曲線を示す。ここで、特性曲線の極大値は共振周波数に相当する。この特性曲線は、冷陰極管等の負荷２０２に電流が流れて負荷抵抗が小さくなるにつれて矢印で示す方向に変化し、昇圧比Ｂｒが小さくなると共に、周波数制御範囲が低周波領域にシフトしていく。

図３の下側は、発振周波数ｆｏｓｃと位相差電圧Ｖｆとの関係を示す特性曲線を示す。この特性曲線において、発振周波数ｆｏｓｃが高域側にある場合は、位相差電圧ＶｆはＶｍａｘに保たれ、ｆｏｓｃが一定の周波数以下になるとＶｆが減少し始め、変換効率の高い位相差電圧に対応するＶｒｅｆ１を通過して、Ｖｍｉｎへ到達する。この特性曲線も、上記と同様に負荷抵抗が小さくなるにつれて、周波数制御範囲が低域側にシフトする。

このように、図３の圧電トランス制御回路では、Ｖｒｅｆ１に一致する位相差電圧Ｖｆを選択する限り、その時点における負荷抵抗に対応した適切な発振周波数にて、駆動回路２０７を制御することができる。

なお、電圧制御発振回路２０６は、制御電圧Ｖｃｔｒが小さくなるに応じて低い周波数の信号を出力し、制御電圧Ｖｃｔｒが大きくなるに応じて高い周波数の信号を出力する。よって、位相差電圧ＶｆがＶｒｅｆ１からずれた場合であっても、Ｖｒｅｆ１＞Ｖｆの場合には、積分コンデンサ２０５ａの充電がすすみ、その結果Ｖｃｔｒが大きくなるので、発振周波数ｆｏｓｃが高周波側にシフトする。一方、Ｖｒｅｆ＜Ｖｆの場合には、積分コンデンサ２０５ａの放電が行われ、その結果Ｖｃｔｒが小さくなるので、発振周波数ｆｏｓｃが低周波側にシフトする。これにより位相差電圧がＶｒｅｆ１に一致するように制御が行われることとなる。

ここで、負荷２０２である冷陰極管を点灯させるためには点灯開始時に所定電圧以上の高電圧を印加しなければならないので、図４に示すように圧電トランスの昇圧比Ｂｒを点灯電圧に対応するレベル（Ｂｒｔｈ）以上に上昇させる必要がある。このようにして冷陰極管を点灯させてやると、電流が流れて冷陰極管の負荷が減少して、周波数制御範囲が上述のように低周波側へシフトする。

しかし、上記のような圧電トランスの制御回路においては、負荷２０２への印加電圧や昇圧比に基づいた発振周波数の制御を行わず、位相差検出電圧変換回路２０４において検出される圧電トランス２０１の入出力信号の位相差に基づいて制御を行っているため、図５に示すように、負荷２０２に当該所定電圧以上の電圧を印加する以前に、位相差電圧ＶｆがＶｒｅｆ１に一致するレベル（ｆ１）に発振周波数ｆｏｓｃが到達した場合は、それ以上発振周波数を低域側にシフトするための制御は行われなくなる。ｆ１の駆動周波数で冷陰極管の点灯に必要な高電圧が発生した場合は正常に点灯するものの、冷陰極管の温度や冷陰極管が組み付けられた液晶パネルの状態によっては、点灯に非常に高い電圧が必要となり、その場合には、冷陰極管には点灯に必要な電圧が印加されず、点灯不良状態になってしまう。

また、このような点灯不良状態は、位相差検出電圧変換回路２０４の出力には反映されないために、異常状態を回避することができない。
特許第３０６１０５０号

このように、圧電トランスへの入出力電圧の位相差によって圧電トランスの駆動制御を行う場合、圧電トランスの出力側に接続された冷陰極管の点灯不良状態を回避することができない。

上記課題を解決するための本願発明は、制御電圧に応じた発振周波数を有する発振信号を生成する発振手段と、前記発振手段からの発振信号に応じて圧電トランスを駆動する駆動手段と、前記圧電トランスの入力電圧と出力電圧又は出力電流との位相差を検出する位相差検出手段と、前記位相差が所定値に一致するように、前記制御電圧を調整して前記発振周波数を制御する制御手段と、前記圧電トランスの出力電流を検出する電流検出手段とを備え、前記電流検出手段が検出した出力電流が所定値以下の場合に、前記制御手段は、前記位相差が所定値に一致するか否かに関わらず前記発振周波数が低周波側へシフトされるように前記制御電圧を調整することを特徴とする。

本発明によれば、圧電トランスへの入出力電圧の位相差によって圧電トランスの駆動制御を行う場合、圧電トランスの出力側に接続された冷陰極管の点灯不良状態を回避することができる。

以下、添付する図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に対応する圧電トランス制御回路のブロック構成図である。

図１において、１０１は圧電トランスである。１０２は圧電トランス１０１の出力側に接続された冷陰極管等の負荷である。１０３は負荷に流れる電流を検出するための検出用抵抗である。１０４は駆動回路１０７から供給される駆動電圧（Ｖｄ）と、検出用抵抗１０３で変換された検出電圧（Ｖｒｉ）との位相差を検出し、位相差電圧（Ｖｆ）として出力する位相差検出電圧変換回路である。

１０５は、位相差検出電圧変換回路１０４から出力される位相差電圧Ｖｆと、基準電圧Ｖref１とを比較し、その比較結果である差を増幅して出力（出力値：Ｖｃｔｒ）する誤差アンプである。ここで、制御電圧Ｖｃｔｒは、誤差増幅出力が１０５ａの積分コンデンサに充電されて得られる充電電圧に対応するものである。１０６は、誤差アンプ１０５から出力される制御電圧Ｖctrに応じた発振周波数を有する発振信号を出力する電圧制御発振回路である。１０７は電圧制御発振回路１０６から出力される発振信号に応じて圧電トランス１０１を駆動する駆動回路である。

１０８は、検出用抵抗１０３により検出される検出電圧を整流するための整流回路である。１０９は、整流回路１０８から出力される管電流検出電圧（Ｖｄｅｔ）と、参照電圧Ｖｒｅｆ３とを比較するコンパレータである。コンパレータ１０９は、Ｖｄｅｔ≧Ｖｒｅｆ３の場合に"ＨＩＧＨ"を出力し、Ｖｄｅｔ＜Ｖｒｅｆ３の場合に"ＬＯＷ"を出力する。

１１０はスイッチであり、コンパレータ１０９の出力に基づいて、誤差アンプ１０５の入力を、位相差検出電圧変換回路１０４からの位相差電圧Ｖｆと、Ｖｒｅｆ２とのいずれかに切り替える。コンパレータ１０９からの出力が"ＨＩＧＨ"の場合には、位相差電圧Ｖｆが誤差アンプ１０５へ出力され、"ＬＯＷ"の場合には、Ｖｒｅｆ２が出力される。

上記の構成を備える圧電トランス制御回路の動作について図６を参照して説明する。図６は、本実施形態に対応する圧電トランス制御回路の動作時の、制御電圧Ｖｃｔｒ、発振周波数ｆｏｓｃ、管電流検出電圧Ｖｄｅｔ、及びスイッチ１１０からの出力信号の状態を示す図である。

図１に示す制御回路は、駆動されていない初期状態において、負荷電流は検出されないので、検出電圧Ｖｒｉは０Ｖである。このとき整流回路１０８から出力される管電流検出電圧Ｖｄｅｔは、Ｖｒｅｆ３よりも小さくなるので、コンパレータ１０９からスイッチ１１０へ出力されるスイッチング信号は"ＬＯＷ"となる。これにより、Ｖｒｅｆ２が選択され、Ｖｒｅｆ１とＶｒｅｆ２との誤差に応じた信号が出力される。なお、電圧制御発振回路１０６は、制御電圧Ｖｃｔｒが小さくなるに応じて低い周波数の信号を出力し、制御電圧Ｖｃｔｒが大きくなるに応じて高い周波数の信号を出力する。そこで、Ｖｒｅｆ２はＶｒｅｆ１よりも大きな値に設定される。

このような回路系において、制御回路の駆動を開始した時点では、積分コンデンサ１０５ａには所定の高い初期電圧が充電されており、制御電圧Ｖｃｔｒは当該高い初期電圧に設定され電圧制御発振回路１０６は、周波数制御範囲における上限周波数（初期周波数ｆａ）から発振を開始する。

発振直後に、コンパレータ１０９からスイッチング信号"ＬＯＷ"が出力され、スイッチ１１０においてＶｒｅｆ２が選択される。この時点において、Ｖｒｅｆ２＞Ｖｒｅｆ１であるため、誤差アンプ１０５の出力電圧（＝制御電圧Ｖｃｔｒ）は、初期電圧より徐々に減少し、それに伴って、電圧制御発振回路１０６から出力される発振周波数ｆｏｓｃの値は低下する。

図４に示すように、冷陰極管等の負荷１０２には、所定電圧以上の高電圧が印加されなければ、電流が流れないので、整流回路１０８から出力される管電流検出電圧ＶｄｅｔはＶｒｅｆ３よりも低い状態が続く。即ち、Ｖｒｅｆ３の値は、負荷１０２に所定電圧以上の高電圧が印加された場合の管電流検出電圧以上の値に設定されればよい。Ｖｒｅｆ３＞Ｖｄｅｔの状態において、制御電圧Ｖｃｔｒは減少を続け、それに伴って電圧制御発振回路１０６から出力される発振周波数ｆｏｓｃは低域側にシフトしていく。

発振周波数ｆｏｓｃが図４のＢｒｔｈに対応する周波数に到達する（動作開始から時間ｔ１経過後）と、負荷１０２に電流が流れ、管電流検出電圧ＶｄｅｔはＶｒｅｆ３よりも大きくなり、コンパレータ１０９からの出力が"ＬＯＷ"から"ＨＩＧＨ"に切り替わる。これによりスイッチ１１０から誤差アンプ１０５への出力がＶｒｅｆ２からＶｆに切り替わる。

誤差アンプ１０５における比較対照がＶｆに切り替わった時点において、Ｖｒｅｆ１＞Ｖｆの場合は、発振周波数ｆｏｓｃが図４におけるｆ１よりも低い周波数となっているため、Ｖｃｔｒを大きくして高域側にｆｏｓｃを戻すように回路が動作する。

なお、Ｖｒｅｆ１＜Ｖｆの場合は、発振周波数ｆｏｓｃが図４におけるｆ１よりも高い周波数となっているため、Ｖｃｔｒを小さくして低域側にｆｏｓｃを更にシフトさせるように回路が動作する。

これにより、適切な効率において圧電トランスを駆動すると共に、確実に冷陰極管を点灯させることができる。

なお、上記の実施形態においては、電圧制御発振回路１０６は、制御電圧Ｖｃｔｒが小さくなるに応じて低い周波数の信号を出力し、制御電圧Ｖｃｔｒが大きくなるに応じて高い周波数の信号を出力する場合について記載したが、本発明の実施の形態はこれに限られるものではなく、制御電圧Ｖｃｔｒが大きくなるに応じて低い周波数の信号を出力し、制御電圧Ｖｃｔｒが小さくなるに応じて高い周波数の信号を出力する場合についても、同様に本発明を適用することができる。

この場合、Ｖｒｅｆ２はＶｒｅｆ１よりも小さい値として設定され、位相差電圧Ｖｆと発振周波数ｆｏｓｃとの特性曲線は、図３乃至図５に示す場合とは異なり、ｆｏｓｃが高周波数の場合に最小値となり、徐々に立ち上がって、ｆｏｓｃが低周波数となった場合に最大値を有するような曲線となる。即ち、図３乃至５に示す場合とは上下対称の形となる。

さらに、点灯開始直後は、Ｖｒｅｆ１に対して位相差電圧Ｖｆ或いはＶｒｅｆ２が小さいために、誤差アンプ１０５から出力される制御電圧Ｖｃｔｒが大きくなっていき、その結果発振周波数ｆｏｓｃが低周波側にシフトしていく。以降の回路の動作については上述の通りであるので省略する。

以上のように、本実施形態に対応する圧電トランス制御回路では、整流回路１０８、コンパレータ１０９及びスイッチ１１０を追加して、管電流が流れ始めるまでは、確実に電圧制御発振回路１０６から出力される発振周波数ｆｏｓｃを低域側に掃引してやることができるので、従来の圧電トランス制御回路において生じたような点灯不良を未然に防止して、確実に点灯状態を得ることができる。

本発明の実施形態に対応する圧電トランス制御回路の構成例を示す図である。従来の圧電トランス制御回路の構成例を示す図である。圧電トランスの入出力電圧の位相差に基づいて電圧制御発振回路から出力する発振周波数を制御する手法を説明するための図である。冷陰極管が正常に点灯される場合の圧電トランス制御回路の動作を説明するための図である。冷陰極管が正常に点灯されない場合の圧電トランス制御回路の動作を説明するための図である。本実施形態に対応する圧電トランス制御回路の動作時の、制御電圧Ｖｃｔｒ、発振周波数ｆｏｓｃ、管電流検出電圧Ｖｄｅｔ、及びスイッチ１１０からの出力信号の状態を示す図である。

Claims

制御電圧に応じた発振周波数を有する発振信号を生成する発振手段と、
前記発振手段からの発振信号に応じて圧電トランスを駆動する駆動手段と、
前記圧電トランスの入力電圧と出力電圧又は出力電流との位相差を検出する位相差検出手段と、
前記位相差が所定値に一致するように、前記制御電圧を調整して前記発振周波数を制御する制御手段と、
前記圧電トランスの出力電流を検出する電流検出手段と
を備え、
前記電流検出手段が検出した出力電流が所定値以下の場合に、前記制御手段は、前記位相差が所定値に一致するか否かに関わらず前記発振周波数が低周波側へシフトされるように前記制御電圧を調整することを特徴とする圧電トランス制御回路。
制御電圧に応じた発振周波数を有する発振信号を生成する発振手段と、
前記発振手段からの発振信号に応じて圧電トランスを駆動する駆動手段と、
前記圧電トランスの入力電圧と出力電圧又は出力電流との位相差を検出する位相差検出手段と、
第１の参照電圧と入力との比較結果に応じて前記制御電圧を制御する制御手段と、
前記入力を、前記位相差検出手段よりの出力と、第２の参照電圧とのいずれかに切り替える切り替え手段と
を備え、
前記制御手段は、前記入力が前記第２の参照電圧である場合に、前記発振周波数が低周波側へシフトされるように前記制御電圧を制御することを特徴とする圧電トランス制御回路。
前記切り替え手段は、前記圧電トランスの出力電流を検出する検出手段を備え、
前記出力電流が所定値を下回る場合に、前記制御手段への前記入力を前記第２の参照電圧とすることを特徴とする請求項１に記載の圧電トランス制御回路。