JP2757810B2 - 電源装置 - Google Patents
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- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 claims description 3
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
- H05B41/14—Circuit arrangements
- H05B41/36—Controlling
- H05B41/38—Controlling the intensity of light
- H05B41/39—Controlling the intensity of light continuously
- H05B41/392—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
- H05B41/14—Circuit arrangements
- H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電源装置に関し、特に圧
電トランスを用いた高電圧電源装置に関するものであ
る。
電トランスを用いた高電圧電源装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】この種の電源装置の例としては、特開平
５−２１９７３０号公報に開示の技術がある。図７はそ
のブロック図であり、圧電トランス１の一次側には駆動
回路３から駆動電圧が印加され、その二次側出力が負荷
である冷陰極管２へ供給されている。
５−２１９７３０号公報に開示の技術がある。図７はそ
のブロック図であり、圧電トランス１の一次側には駆動
回路３から駆動電圧が印加され、その二次側出力が負荷
である冷陰極管２へ供給されている。
【０００３】この二次出力を抵抗１６により検出して比
較器９にて基準値と比較し、この誤差出力により駆動周
波数制御回路１０の駆動周波数を制御するようになって
いる。この駆動周波数制御回路１０は周波数掃引回路１
３の掃引出力により出力周波数の掃引制御が可能となっ
ている。
較器９にて基準値と比較し、この誤差出力により駆動周
波数制御回路１０の駆動周波数を制御するようになって
いる。この駆動周波数制御回路１０は周波数掃引回路１
３の掃引出力により出力周波数の掃引制御が可能となっ
ている。
【０００４】この掃引周波数の制御を比較器９の誤差出
力に応じて行うことで、この誤差出力が零となる様にす
なわち圧電トランス１の二次出力が一定になる様に駆動
周波数が制御されるものである。これにより、周囲温
度，電源電圧Ｖin（１５），負荷の各変動に対して出力
（電流）が常に一定に維持され安定した電源装置が得ら
れるようになっている。
力に応じて行うことで、この誤差出力が零となる様にす
なわち圧電トランス１の二次出力が一定になる様に駆動
周波数が制御されるものである。これにより、周囲温
度，電源電圧Ｖin（１５），負荷の各変動に対して出力
（電流）が常に一定に維持され安定した電源装置が得ら
れるようになっている。
【０００５】図８は他の従来例を示すブロック図であ
り、特開平４−２１０７７３号公報に開示のものであ
る。尚、図８において、図７と同等部分は同一符号によ
り示されている。
り、特開平４−２１０７７３号公報に開示のものであ
る。尚、図８において、図７と同等部分は同一符号によ
り示されている。
【０００６】図８の例では、抵抗１６により検出された
出力電流を整流増幅回路５にて直流レベルに変換し、こ
の変換出力に応じて駆動周波数制御回路１０及び駆動電
圧制御回路６を制御するようになっている。駆動周波数
制御回路１０は圧電トランス１の共振周波数の近傍にお
いて駆動周波数を設定制御し、駆動電圧制御回路６はこ
の駆動周波数のデューティ比を設定制御し、よって駆動
周波数のスイッチング電力の調整及び電圧・デューティ
比の調整を同時に行うことで、安定な出力制御が可能と
なっている。
出力電流を整流増幅回路５にて直流レベルに変換し、こ
の変換出力に応じて駆動周波数制御回路１０及び駆動電
圧制御回路６を制御するようになっている。駆動周波数
制御回路１０は圧電トランス１の共振周波数の近傍にお
いて駆動周波数を設定制御し、駆動電圧制御回路６はこ
の駆動周波数のデューティ比を設定制御し、よって駆動
周波数のスイッチング電力の調整及び電圧・デューティ
比の調整を同時に行うことで、安定な出力制御が可能と
なっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述の特開平５−２１
９７３０による公知技術には次の問題がある。一般的に
圧電トランスは共振周波数付近で最大の効率を示し、こ
の周波数から離れるに従って一次側からの入力電力を二
次側に伝送する効率が低下する傾向がある。従って、二
次側で必要な電流が効率の最大周波数で動作する負荷の
場合には、圧電トランスは最大効率で動作することが可
能である。しかし入力電圧が高い場合、あるいは、二次
側が軽負荷の場合には、駆動周波数を共振周波数から高
い周波数に移し、昇圧比の低い周波数で負荷を駆動して
二次側の負荷に一定の電流を供給する制御を行うことに
なる。
９７３０による公知技術には次の問題がある。一般的に
圧電トランスは共振周波数付近で最大の効率を示し、こ
の周波数から離れるに従って一次側からの入力電力を二
次側に伝送する効率が低下する傾向がある。従って、二
次側で必要な電流が効率の最大周波数で動作する負荷の
場合には、圧電トランスは最大効率で動作することが可
能である。しかし入力電圧が高い場合、あるいは、二次
側が軽負荷の場合には、駆動周波数を共振周波数から高
い周波数に移し、昇圧比の低い周波数で負荷を駆動して
二次側の負荷に一定の電流を供給する制御を行うことに
なる。
【０００８】そこでこの制御方法によれば、この装置に
供給する電源の変動が大きい場合や、負荷変動を有する
負荷に対しては、効率が悪い周波数で動作することが避
けられない欠点を有していた。
供給する電源の変動が大きい場合や、負荷変動を有する
負荷に対しては、効率が悪い周波数で動作することが避
けられない欠点を有していた。
【０００９】また他の公知例の特開平４−２１０７７３
においては、前述の特開平５−２１９７３０の周波数制
御に加えて、駆動回路のデューティ比を制御することで
圧電トランスの出力を制御しているが、周波数と駆動電
圧の２つの制御を同時に行うと圧電トランスを駆動する
周波数を共振周波数から離して昇圧比を下げた状態で、
圧電トランスに大きな入力を加える制御を行う可能性が
ある。従って、圧電トランスが更に効率の悪い周波数で
動作する問題点がある。
においては、前述の特開平５−２１９７３０の周波数制
御に加えて、駆動回路のデューティ比を制御することで
圧電トランスの出力を制御しているが、周波数と駆動電
圧の２つの制御を同時に行うと圧電トランスを駆動する
周波数を共振周波数から離して昇圧比を下げた状態で、
圧電トランスに大きな入力を加える制御を行う可能性が
ある。従って、圧電トランスが更に効率の悪い周波数で
動作する問題点がある。
【００１０】以上のように従来の技術では、入力電圧が
変化する場合や負荷の状態が変化する場合に、圧電トラ
ンスを効率良く動作させる制御が行われない欠点があ
る。
変化する場合や負荷の状態が変化する場合に、圧電トラ
ンスを効率良く動作させる制御が行われない欠点があ
る。
【００１１】本発明の目的は、入力電源や負荷の変動に
対して常に効率の良い動作を行うことが可能な電源装置
を提供することである。
対して常に効率の良い動作を行うことが可能な電源装置
を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明による電源装置
は、圧電効果を利用して一次側に供給された交流電圧を
二次側に出力する圧電トランスと、この圧電トランスの
駆動周波数を制御する駆動周波数制御手段と、前記圧電
トランスの一次側に供給される駆動電圧を制御する駆動
電圧制御手段と、前記圧電トランスの入力と出力とから
効率を算出する効率演算手段と、前記効率演算手段によ
り最大効率が検出されたときの前記圧電トランスの駆動
周波数を検出する最大効率周波数検出手段と、前記駆動
周波数制御手段により前記駆動周波数を制御して前記圧
電トランスの二次出力が規定出力になったときの第１の
駆動周波数を検出し、前記駆動電圧制御手段により前記
駆動電圧を制御しつつ前記駆動周波数制御手段により前
記第１の駆動周波数から駆動周波数の掃引を開始して、
前記最大効率周波数検出手段により前記最大効率周波数
が検出されたとき、この最大効率周波数に前記駆動周波
数を設定するよう制御する制御手段と、を含むことを特
徴としている。
は、圧電効果を利用して一次側に供給された交流電圧を
二次側に出力する圧電トランスと、この圧電トランスの
駆動周波数を制御する駆動周波数制御手段と、前記圧電
トランスの一次側に供給される駆動電圧を制御する駆動
電圧制御手段と、前記圧電トランスの入力と出力とから
効率を算出する効率演算手段と、前記効率演算手段によ
り最大効率が検出されたときの前記圧電トランスの駆動
周波数を検出する最大効率周波数検出手段と、前記駆動
周波数制御手段により前記駆動周波数を制御して前記圧
電トランスの二次出力が規定出力になったときの第１の
駆動周波数を検出し、前記駆動電圧制御手段により前記
駆動電圧を制御しつつ前記駆動周波数制御手段により前
記第１の駆動周波数から駆動周波数の掃引を開始して、
前記最大効率周波数検出手段により前記最大効率周波数
が検出されたとき、この最大効率周波数に前記駆動周波
数を設定するよう制御する制御手段と、を含むことを特
徴としている。
【００１３】本発明による他の電源装置は、前記制御手
段が、更に前記圧電トランスの共振周波数を挟んで前記
第１の駆動周波数から前記規定出力が得られる第２の駆
動周波数の間の周波数掃引をなす様制御する構成とされ
ていることを特徴としている。
段が、更に前記圧電トランスの共振周波数を挟んで前記
第１の駆動周波数から前記規定出力が得られる第２の駆
動周波数の間の周波数掃引をなす様制御する構成とされ
ていることを特徴としている。
【００１４】
【作用】周波数を掃引して圧電トランスが最大効率で動
作する周波数を算出し、この周波数で固定した後、駆動
電力を制御して規定の出力電圧または出力電流に調整す
る動作を行うことにより、高圧電源装置が様々な入力電
圧条件や、負荷条件で動作する場合でも常に最高の効率
の駆動周波数を選択して動作することができる。
作する周波数を算出し、この周波数で固定した後、駆動
電力を制御して規定の出力電圧または出力電流に調整す
る動作を行うことにより、高圧電源装置が様々な入力電
圧条件や、負荷条件で動作する場合でも常に最高の効率
の駆動周波数を選択して動作することができる。
【００１５】
【実施例】以下に図面を用いて本発明の実施例について
詳述する。
詳述する。
【００１６】図１は本発明の一実施例のブロック図であ
る。圧電トランス１は強誘電体の圧電効果による電気・
機械変換作用によって、電磁トランスと同様に電圧レベ
ルの変換が行える素子である。駆動回路３によって共振
周波数近傍の駆動パルスを圧電トランス１の一次側電極
へ印加し、二次側電極から出力電圧を得るようにして高
電圧電源装置が実現される。尚、二次側負荷は冷陰極管
２としている。
る。圧電トランス１は強誘電体の圧電効果による電気・
機械変換作用によって、電磁トランスと同様に電圧レベ
ルの変換が行える素子である。駆動回路３によって共振
周波数近傍の駆動パルスを圧電トランス１の一次側電極
へ印加し、二次側電極から出力電圧を得るようにして高
電圧電源装置が実現される。尚、二次側負荷は冷陰極管
２としている。
【００１７】冷陰極管２に直列に設けられた抵抗１６は
出力電流を検出して電圧変換するものであり、この検出
電圧は整流増幅回路５にて直流電圧とされる。
出力電流を検出して電圧変換するものであり、この検出
電圧は整流増幅回路５にて直流電圧とされる。
【００１８】効率演算回路４は圧電トランス１の入力電
力Ｐｉを検出する入力電力検出回路４１と、圧電トラン
ス１の出力電力Ｐｏを検出する出力電力検出回路４２
と、Ｐｏ／Ｐｉを算出する除算回路４５とからなり、電
力効率ηが検出されるようになっている。
力Ｐｉを検出する入力電力検出回路４１と、圧電トラン
ス１の出力電力Ｐｏを検出する出力電力検出回路４２
と、Ｐｏ／Ｐｉを算出する除算回路４５とからなり、電
力効率ηが検出されるようになっている。
【００１９】比較回路９は整流増幅回路５の直流出力Ｖ
１と基準レベルＶref とを比較して一致したときに一致
信号を生成し、スイッチ１１の接点Ｓ１を介して制御回
路１４及び周波数掃引回路１３への掃引停止信号とし
て、これ等回路１４，１３へ印加する。
１と基準レベルＶref とを比較して一致したときに一致
信号を生成し、スイッチ１１の接点Ｓ１を介して制御回
路１４及び周波数掃引回路１３への掃引停止信号とし
て、これ等回路１４，１３へ印加する。
【００２０】制御回路１４は装置電源Ｖin（１５）の投
入に応答して制御モード信号Ｖmode1 を生成し、またス
イッチ１１を介して入力される掃引停止信号に応答して
制御モード信号Ｖmode2,3 を生成する。
入に応答して制御モード信号Ｖmode1 を生成し、またス
イッチ１１を介して入力される掃引停止信号に応答して
制御モード信号Ｖmode2,3 を生成する。
【００２１】掃引制御回路１３は制御回路１４からの制
御モード信号Ｖmode1 を掃引開始信号として駆動周波数
制御回路１０の発振周波数を最大周波数ｆmax から第１
の周波数ｆ１へ向けて徐々に低下させる様な掃引信号を
生成し、またスイッチ１１を介して供給される掃引停止
信号に応答して掃引信号を停止する。
御モード信号Ｖmode1 を掃引開始信号として駆動周波数
制御回路１０の発振周波数を最大周波数ｆmax から第１
の周波数ｆ１へ向けて徐々に低下させる様な掃引信号を
生成し、またスイッチ１１を介して供給される掃引停止
信号に応答して掃引信号を停止する。
【００２２】駆動周波数制御回路１０はスイッチ１２を
介して入力される掃引信号Ｖf に従って周波数が可変さ
れるものであり、三角波信号を発生するものとする。
介して入力される掃引信号Ｖf に従って周波数が可変さ
れるものであり、三角波信号を発生するものとする。
【００２３】駆動電圧制御回路６はこの三角波信号と閾
値電圧Ｖd とを比較して、パルス信号を生成するもので
あり、閾値電圧Ｖd が小であればデューティ比が大なる
パルスを、大であればデューティ比が小なるパルスを生
成するレベルコンパレータ機能を有する。
値電圧Ｖd とを比較して、パルス信号を生成するもので
あり、閾値電圧Ｖd が小であればデューティ比が大なる
パルスを、大であればデューティ比が小なるパルスを生
成するレベルコンパレータ機能を有する。
【００２４】この閾値電圧Ｖd はスイッチ８により選択
されており、固定の電圧Ｖ０と整流増幅回路５の出力電
圧Ｖ１とがこのスイッチ８により択一的に導出されるよ
うになっている。
されており、固定の電圧Ｖ０と整流増幅回路５の出力電
圧Ｖ１とがこのスイッチ８により択一的に導出されるよ
うになっている。
【００２５】この駆動電圧制御回路６の出力パルスが駆
動回路３へ入力されて圧電トランス１の一次側へ印加さ
れるものである。また、この駆動電圧制御回路６は、発
生パルスのデューティ比が予め定められたデューティ比
の最大値に達すると、それを検出して掃引停止信号を生
成してスイッチ１１の接点Ｓ２，Ｓ３を介して制御回路
１４や周波数掃引回路１３へ供給する。
動回路３へ入力されて圧電トランス１の一次側へ印加さ
れるものである。また、この駆動電圧制御回路６は、発
生パルスのデューティ比が予め定められたデューティ比
の最大値に達すると、それを検出して掃引停止信号を生
成してスイッチ１１の接点Ｓ２，Ｓ３を介して制御回路
１４や周波数掃引回路１３へ供給する。
【００２６】スイッチ８，１１，１２は制御回路１４の
制御モード信号Ｖmode1-3 により制御されるようになっ
ている。
制御モード信号Ｖmode1-3 により制御されるようになっ
ている。
【００２７】図３は図１の回路の動作を示す各部信号波
形図であり、両図を参照して以下に動作を説明する。先
ず時刻ｔ０において、入力端子１５に入力電圧が投入さ
れると、図１全体の回路の電圧が供給され、各回路が動
作状態になる。制御回路１４は、まずモード信号のＶmo
de1 信号を発生する。この信号によってスイッチ８，ス
イッチ１１，スイッチ１２はそれぞれ接点Ｓ１の入力信
号を選択する状態になる。
形図であり、両図を参照して以下に動作を説明する。先
ず時刻ｔ０において、入力端子１５に入力電圧が投入さ
れると、図１全体の回路の電圧が供給され、各回路が動
作状態になる。制御回路１４は、まずモード信号のＶmo
de1 信号を発生する。この信号によってスイッチ８，ス
イッチ１１，スイッチ１２はそれぞれ接点Ｓ１の入力信
号を選択する状態になる。
【００２８】時刻ｔ１において、周波数掃引回路１３
は、Ｖmode1 信号によってＶmax の制御電圧を出力し、
スイッチ１２を通じて駆動周波数制御回路１０に入力す
る。この回路は入力電圧に比例した周波数で発振し、出
力波形は三角波を出力する形式の電圧制御発振器（ＶＣ
Ｏ）である。入力されたＶmax の信号によって圧電トラ
ンス１の共振周波数より高い側の周波数であるｆmax の
周波数の信号を、駆動電圧制御回路６に出力する。
は、Ｖmode1 信号によってＶmax の制御電圧を出力し、
スイッチ１２を通じて駆動周波数制御回路１０に入力す
る。この回路は入力電圧に比例した周波数で発振し、出
力波形は三角波を出力する形式の電圧制御発振器（ＶＣ
Ｏ）である。入力されたＶmax の信号によって圧電トラ
ンス１の共振周波数より高い側の周波数であるｆmax の
周波数の信号を、駆動電圧制御回路６に出力する。
【００２９】この回路６は比較器から構成され、もう一
つの入力信号である閾値電圧Ｖd によって駆動周波数制
御回路１０から入力された三角波を二値のパルス信号に
変換する。この回路６はＶd の信号電圧が小さい場合、
デューティ比の大きい信号を出力し、Ｖd が大きくなる
に従い、逆にデューティ比は小さくなる信号となる。制
御回路１４がＶmode1 の信号を出力する場合には、Ｖd
は固定値Ｖ０の信号が入力され、この信号Ｖ０で最大の
デューティ比のパルスを駆動回路３に出力する。
つの入力信号である閾値電圧Ｖd によって駆動周波数制
御回路１０から入力された三角波を二値のパルス信号に
変換する。この回路６はＶd の信号電圧が小さい場合、
デューティ比の大きい信号を出力し、Ｖd が大きくなる
に従い、逆にデューティ比は小さくなる信号となる。制
御回路１４がＶmode1 の信号を出力する場合には、Ｖd
は固定値Ｖ０の信号が入力され、この信号Ｖ０で最大の
デューティ比のパルスを駆動回路３に出力する。
【００３０】駆動回路３は電磁トランスを用いたフォー
ワード型インバータで構成される回路であり、入力端子
１５から入力された直流電圧Ｖinを駆動電圧制御回路６
からのパルスでスイッチングして、圧電トランス１に半
波の正弦波状のパルスを出力する回路である。この出力
電圧はデューティ比に比例するので、Ｖmode1 の信号が
出力されている状態では圧電トランス１を最大電圧で駆
動することになる。
ワード型インバータで構成される回路であり、入力端子
１５から入力された直流電圧Ｖinを駆動電圧制御回路６
からのパルスでスイッチングして、圧電トランス１に半
波の正弦波状のパルスを出力する回路である。この出力
電圧はデューティ比に比例するので、Ｖmode1 の信号が
出力されている状態では圧電トランス１を最大電圧で駆
動することになる。
【００３１】圧電トランス１から出力された高圧によっ
て冷陰極管２は発光し、流れる電流によって抵抗１６の
両端に圧電トランス１の出力電流に比例した電圧が得ら
れる。この電圧を整流増幅回路６で出力信号Ｖ１に変換
する。この信号は比較器９で基準電圧Ｖref と比較され
て、出力信号Ｖ１が大きくなると出力一致信号を出力す
る。この信号はスイッチ１１を通過して掃引停止信号と
なり、周波数掃引回路１３に入力される（時刻ｔ２）。
て冷陰極管２は発光し、流れる電流によって抵抗１６の
両端に圧電トランス１の出力電流に比例した電圧が得ら
れる。この電圧を整流増幅回路６で出力信号Ｖ１に変換
する。この信号は比較器９で基準電圧Ｖref と比較され
て、出力信号Ｖ１が大きくなると出力一致信号を出力す
る。この信号はスイッチ１１を通過して掃引停止信号と
なり、周波数掃引回路１３に入力される（時刻ｔ２）。
【００３２】この周波数掃引回路１３は電源投入後にＶ
max の信号を出力した後、次第に出力電圧を下げる動作
を行う。そこで圧電トランス１の駆動周波数は共振周波
数ｆr に近付き、冷陰極管２の電流が増加し続け、基準
値Ｖref に対応する電流値まで増加するが、出力一致信
号によって周波数掃引回路１３の出力電圧の低下は止ま
り、一定電圧Ｖf1を出力するので、駆動周波数はｆ１で
安定する。この周波数ｆ１が入力電圧Ｖinの状態におい
て圧電トランス１から得られる出力電流が、設定値Ｖre
f に対応する電流以上を取り出せる最大の周波数にな
る。
max の信号を出力した後、次第に出力電圧を下げる動作
を行う。そこで圧電トランス１の駆動周波数は共振周波
数ｆr に近付き、冷陰極管２の電流が増加し続け、基準
値Ｖref に対応する電流値まで増加するが、出力一致信
号によって周波数掃引回路１３の出力電圧の低下は止ま
り、一定電圧Ｖf1を出力するので、駆動周波数はｆ１で
安定する。この周波数ｆ１が入力電圧Ｖinの状態におい
て圧電トランス１から得られる出力電流が、設定値Ｖre
f に対応する電流以上を取り出せる最大の周波数にな
る。
【００３３】出力一致信号は同時に制御回路１４に入
る。この信号に応答して一定時間Ｔ１後に（時刻ｔ
３）、制御回路１４はＶmode2 の信号を出力し、各スイ
ッチは接点Ｓ２に切り換わる。またこのＶmode2 信号は
周波数掃引回路１３の掃引を再開させて、次第に出力電
圧を低下させる。スイッチ１２は接点Ｓ２を選択してい
るので駆動周波数選択回路１０の制御電圧Ｖf も低下し
続ける。
る。この信号に応答して一定時間Ｔ１後に（時刻ｔ
３）、制御回路１４はＶmode2 の信号を出力し、各スイ
ッチは接点Ｓ２に切り換わる。またこのＶmode2 信号は
周波数掃引回路１３の掃引を再開させて、次第に出力電
圧を低下させる。スイッチ１２は接点Ｓ２を選択してい
るので駆動周波数選択回路１０の制御電圧Ｖf も低下し
続ける。
【００３４】この状態では圧電トランス１の共振周波数
に近付く為に昇圧比が増加し、冷陰極管２を流れる電流
も増加し始めるが、整流増幅回路５の出力信号Ｖ１は、
スイッチ８を通じて駆動電圧制御回路６の制御信号Ｖd
として入力されるので、駆動回路３に対して出力するパ
ルスのデューティ比は減少し、もとの電流値を保つ動作
を行う。以上の制御によって、圧電トランス１の駆動周
波数を下げて昇圧比が変化しても、冷陰極管２に流れる
電流が変化しないことになる。
に近付く為に昇圧比が増加し、冷陰極管２を流れる電流
も増加し始めるが、整流増幅回路５の出力信号Ｖ１は、
スイッチ８を通じて駆動電圧制御回路６の制御信号Ｖd
として入力されるので、駆動回路３に対して出力するパ
ルスのデューティ比は減少し、もとの電流値を保つ動作
を行う。以上の制御によって、圧電トランス１の駆動周
波数を下げて昇圧比が変化しても、冷陰極管２に流れる
電流が変化しないことになる。
【００３５】この状態を続けると、駆動周波数が圧電ト
ランス１の共振周波数より低くなり、昇圧比が減少し始
めるため駆動電圧制御回路６が出力するデューティ比が
増加し、ついにこの回路６の設定値の限度になると、駆
動電圧制御回路６は入力電圧最大信号を出力する。この
信号はスイッチ１１を通じて掃引停止信号となり、周波
数掃引回路１３の出力電圧をＶf2で停止させる（時刻ｔ
６）。この時に圧電トランス１を駆動する周波数ｆ２
が、圧電トランス１の共振周波数ｆr の下側で設定電流
（Ｖref に対応する電流）を取り出せる最低の周波数
で、入力電圧がＶinでは、ｆ１からｆ２までが設定出力
電流を取り出せる周波数範囲として求められたことにな
る。
ランス１の共振周波数より低くなり、昇圧比が減少し始
めるため駆動電圧制御回路６が出力するデューティ比が
増加し、ついにこの回路６の設定値の限度になると、駆
動電圧制御回路６は入力電圧最大信号を出力する。この
信号はスイッチ１１を通じて掃引停止信号となり、周波
数掃引回路１３の出力電圧をＶf2で停止させる（時刻ｔ
６）。この時に圧電トランス１を駆動する周波数ｆ２
が、圧電トランス１の共振周波数ｆr の下側で設定電流
（Ｖref に対応する電流）を取り出せる最低の周波数
で、入力電圧がＶinでは、ｆ１からｆ２までが設定出力
電流を取り出せる周波数範囲として求められたことにな
る。
【００３６】また効率演算回路４は、圧電トランス１の
入力電力と出力電力を測定して効率信号ηを最大効率検
出回路７に出力しており、この最大効率検出回路７はＶ
mode2 の間に入力した効率信号の最大値の状態の制御電
圧Ｖf を保持する様に構成されている。そこで、ｆ１か
らｆ２までの駆動効率が最大になる周波数ｆηが求めら
れたことになる。
入力電力と出力電力を測定して効率信号ηを最大効率検
出回路７に出力しており、この最大効率検出回路７はＶ
mode2 の間に入力した効率信号の最大値の状態の制御電
圧Ｖf を保持する様に構成されている。そこで、ｆ１か
らｆ２までの駆動効率が最大になる周波数ｆηが求めら
れたことになる。
【００３７】一方、掃引停止信号を入力した制御回路１
４は時刻ｔ６より一定時間Ｔ２の後のｔ７でＶmode3 を
出力する。この信号で各スイッチは接点Ｓ３に切り換わ
り、スイッチ１２はＶηを駆動周波数制御回路１０に出
力するので駆動周波数はｆηで固定され、冷陰極管２の
電流は駆動電力制御回路６でＶmode2 と同様に制御され
るので一定値となる。そこで、入力電圧が変化したり圧
電トランス１の負荷の状態が変化しても常に効率が最大
の周波数で駆動されることになる。
４は時刻ｔ６より一定時間Ｔ２の後のｔ７でＶmode3 を
出力する。この信号で各スイッチは接点Ｓ３に切り換わ
り、スイッチ１２はＶηを駆動周波数制御回路１０に出
力するので駆動周波数はｆηで固定され、冷陰極管２の
電流は駆動電力制御回路６でＶmode2 と同様に制御され
るので一定値となる。そこで、入力電圧が変化したり圧
電トランス１の負荷の状態が変化しても常に効率が最大
の周波数で駆動されることになる。
【００３８】図３は前記の制御中における駆動周波数信
号Ｖｆ，駆動電圧制御信号Ｖｄ，効率信号Ｖηのタイミ
ングチャートである。駆動周波数信号Ｖｆは、電源投入
後にＶmode1 信号でＶmax の最大値になり、時間の経過
に従って電圧が低下し周波数掃引回路１３に掃引停止信
号が入力されるとＶf1の電圧を出力し続ける。次にＶmo
de2 になり再び駆動周波数信号Ｖｆは時間経過に従って
電圧が低下する。
号Ｖｆ，駆動電圧制御信号Ｖｄ，効率信号Ｖηのタイミ
ングチャートである。駆動周波数信号Ｖｆは、電源投入
後にＶmode1 信号でＶmax の最大値になり、時間の経過
に従って電圧が低下し周波数掃引回路１３に掃引停止信
号が入力されるとＶf1の電圧を出力し続ける。次にＶmo
de2 になり再び駆動周波数信号Ｖｆは時間経過に従って
電圧が低下する。
【００３９】一方、駆動電圧制御回路６は電源投入後か
らＶ０の電圧が入力されているので、駆動回路３は圧電
トランス１を最大電圧で駆動する状態となっており、冷
陰極管２に設定電流を流すことが可能な周波数の高域側
ｆ１以下の周波数では、圧電トランス１に印加する電圧
を下げることができる。
らＶ０の電圧が入力されているので、駆動回路３は圧電
トランス１を最大電圧で駆動する状態となっており、冷
陰極管２に設定電流を流すことが可能な周波数の高域側
ｆ１以下の周波数では、圧電トランス１に印加する電圧
を下げることができる。
【００４０】Ｖmode2 では、出力信号Ｖ１が駆動電圧制
御回路６に入力されるので、この信号の増域によって圧
電トランス１に加わる電圧を制御する状態になる。そこ
で周波数掃引回路１３が駆動周波数をｆ１からｆ２まで
変化させる間に駆動電圧制御信号Ｖｄは共振周波数ｆr
前後で最大、すなわち圧電トランス１に対して最低の電
圧で駆動を行い、その周波数以下は再び低下する信号と
なり、再びＶmax すなわち圧電トランス１を最大電圧で
駆動する状態となる。この時の周波数がｆ２であり、効
率演算回路４はＶmode2 の間、圧電トランス１の効率η
を算出するので共振周波数ｆｒ近傍で最大値をもつ電圧
を出力する。
御回路６に入力されるので、この信号の増域によって圧
電トランス１に加わる電圧を制御する状態になる。そこ
で周波数掃引回路１３が駆動周波数をｆ１からｆ２まで
変化させる間に駆動電圧制御信号Ｖｄは共振周波数ｆr
前後で最大、すなわち圧電トランス１に対して最低の電
圧で駆動を行い、その周波数以下は再び低下する信号と
なり、再びＶmax すなわち圧電トランス１を最大電圧で
駆動する状態となる。この時の周波数がｆ２であり、効
率演算回路４はＶmode2 の間、圧電トランス１の効率η
を算出するので共振周波数ｆｒ近傍で最大値をもつ電圧
を出力する。
【００４１】図４は圧電トランス１の周波数特性から、
電源投入後の駆動周波数の遷移を表現した図で、電源投
入時はｆmax の周波数から駆動を始め、設定出力電流の
得られる周波数ｆ１まで駆動周波数を低下させる。次に
ｆ２まで出力電流を設定値に保持しながら効率を測定し
てｆηを探し、最後に駆動周波数をこの周波数に上げて
動作を継続する。
電源投入後の駆動周波数の遷移を表現した図で、電源投
入時はｆmax の周波数から駆動を始め、設定出力電流の
得られる周波数ｆ１まで駆動周波数を低下させる。次に
ｆ２まで出力電流を設定値に保持しながら効率を測定し
てｆηを探し、最後に駆動周波数をこの周波数に上げて
動作を継続する。
【００４２】図２は本発明による他の実施例であり、制
御をデジタル的に行ったもので回路の幾つかはソフトウ
ェアで実現している。基本動作は図１と同等で、以下差
の部分について説明する。
御をデジタル的に行ったもので回路の幾つかはソフトウ
ェアで実現している。基本動作は図１と同等で、以下差
の部分について説明する。
【００４３】１４は、制御回路でマイクロプロセッサを
使用しており、この内部は以下の回路で構成されてい
る。すなわち、出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）１４−１
と、入力インタフェース（Ｉ／Ｆ）１４−２と、発振回
路１４−３と、ＲＡＭ１４−４と、ＲＯＭ１４−５と、
ＣＰＵ１４−６と、効率レジスタ１４−７と、周波数レ
ジスタ１４−８とからなる。
使用しており、この内部は以下の回路で構成されてい
る。すなわち、出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）１４−１
と、入力インタフェース（Ｉ／Ｆ）１４−２と、発振回
路１４−３と、ＲＡＭ１４−４と、ＲＯＭ１４−５と、
ＣＰＵ１４−６と、効率レジスタ１４−７と、周波数レ
ジスタ１４−８とからなる。
【００４４】更に、２０はデジタル・アナログ変換器
（以下Ｄ／ＡＣと表現）、２１はＤ／ＡＣ、２２はアナ
ログ・デジタル変換器（以下Ａ／ＤＣと表現）、２３は
Ａ／ＤＣである。
（以下Ｄ／ＡＣと表現）、２１はＤ／ＡＣ、２２はアナ
ログ・デジタル変換器（以下Ａ／ＤＣと表現）、２３は
Ａ／ＤＣである。
【００４５】この回路の制御方法について図５及び図６
のフローチャートを用いて説明する。図２の回路では整
流増幅回路５からの出力信号Ｖ１を、Ａ／ＤＣ２３でデ
ジタル信号に変換する。この信号は入力Ｉ／Ｆを通して
ＣＰＵ１４−６に読込むことができ、ＲＯＭ１４−５に
書込まれた制御プログラムに従って処理を行う。同様に
効率信号ηもＡ／ＤＣ２２でデジタル化して入力Ｉ／Ｆ
１４−２に入力される。
のフローチャートを用いて説明する。図２の回路では整
流増幅回路５からの出力信号Ｖ１を、Ａ／ＤＣ２３でデ
ジタル信号に変換する。この信号は入力Ｉ／Ｆを通して
ＣＰＵ１４−６に読込むことができ、ＲＯＭ１４−５に
書込まれた制御プログラムに従って処理を行う。同様に
効率信号ηもＡ／ＤＣ２２でデジタル化して入力Ｉ／Ｆ
１４−２に入力される。
【００４６】また駆動周波数制御回路１０は、出力Ｉ／
Ｆ１４−１を通じてデジタル信号のＶｆをＤ／ＡＣ２１
に出力し、アナログ信号の変換して駆動周波数制御を行
う。駆動電圧制御回路６も同様にＤ／ＡＣ２０から出力
されるＶｄ信号によって駆動電圧制御を実施する。
Ｆ１４−１を通じてデジタル信号のＶｆをＤ／ＡＣ２１
に出力し、アナログ信号の変換して駆動周波数制御を行
う。駆動電圧制御回路６も同様にＤ／ＡＣ２０から出力
されるＶｄ信号によって駆動電圧制御を実施する。
【００４７】電源投入後、図５のステップ１００で制御
回路１４内の初期化を行う。次に圧電トランス１の駆動
電圧を最大にするため、Ｖｄが最低電圧Ｖ0 になるよう
に、ＣＰＵ１４−６がステップ１０１によって、出力Ｉ
／Ｆ１４−１を通じてＤ／ＡＣ２０を設定する。ステッ
プ１０２は駆動周波数をＶmax に設定する処理である。
ステップ１０３，１０４で周波数を下げて設定電流が得
られる周波数ｆ１まで駆動周波数を掃引する処理であ
る。この後、ステップ１０６から１１５までの処理によ
って最大効率周波数ｆηを検出し、ステップ１１５が終
了した時点で周波数レジスタ１４−８には駆動周波数制
御回路１０に与える制御電圧のデジタル値が保持されて
いる。
回路１４内の初期化を行う。次に圧電トランス１の駆動
電圧を最大にするため、Ｖｄが最低電圧Ｖ0 になるよう
に、ＣＰＵ１４−６がステップ１０１によって、出力Ｉ
／Ｆ１４−１を通じてＤ／ＡＣ２０を設定する。ステッ
プ１０２は駆動周波数をＶmax に設定する処理である。
ステップ１０３，１０４で周波数を下げて設定電流が得
られる周波数ｆ１まで駆動周波数を掃引する処理であ
る。この後、ステップ１０６から１１５までの処理によ
って最大効率周波数ｆηを検出し、ステップ１１５が終
了した時点で周波数レジスタ１４−８には駆動周波数制
御回路１０に与える制御電圧のデジタル値が保持されて
いる。
【００４８】以後ステップ１１６から１２１によって駆
動周波数をｆηに上げて駆動周波数を固定した後、圧電
トランス１に与える駆動電圧を制御して出力電流を設定
値に保つ動作を行う。この後、ステップ１２２によって
Ｖmode3 に入った後に所定の時間が経過したことをチェ
ックして、定期的にＶmode2 の処理を実行する。そこで
最大効率周波数ｆηを再び測定してステップ１１６以後
のＶmode3 の動作を実行する。
動周波数をｆηに上げて駆動周波数を固定した後、圧電
トランス１に与える駆動電圧を制御して出力電流を設定
値に保つ動作を行う。この後、ステップ１２２によって
Ｖmode3 に入った後に所定の時間が経過したことをチェ
ックして、定期的にＶmode2 の処理を実行する。そこで
最大効率周波数ｆηを再び測定してステップ１１６以後
のＶmode3 の動作を実行する。
【００４９】定期的に最大効率周波数ｆηを測定する
と、周囲の温度が変化した場合や、負荷の状態が変動す
ることで、最大効率周波数が変動した場合にも駆動周波
数が追従できるので、必要に応じて最大効率周波数を求
める時間間隔を設定しておけば、常に効率の良い駆動状
態を保つことが可能になる。
と、周囲の温度が変化した場合や、負荷の状態が変動す
ることで、最大効率周波数が変動した場合にも駆動周波
数が追従できるので、必要に応じて最大効率周波数を求
める時間間隔を設定しておけば、常に効率の良い駆動状
態を保つことが可能になる。
【００５０】尚、図２の回路はデジタル的に動作制御を
行っているので、調整の必要がなく、またＬＳＩ化に適
しており、小型小電力化が可能である。
行っているので、調整の必要がなく、またＬＳＩ化に適
しており、小型小電力化が可能である。
【００５１】
【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、圧電トラ
ンスを駆動する周波数を最大効率となる周波数に設定
し、圧電トランスの出力電流を設定値に保つ様に圧電ト
ランスの駆動電圧を制御して動作させるようにしている
ので、入力電圧が変動した場合や、負荷状態が変動した
場合も常に効率の高い動作が可能となるという効果があ
る。
ンスを駆動する周波数を最大効率となる周波数に設定
し、圧電トランスの出力電流を設定値に保つ様に圧電ト
ランスの駆動電圧を制御して動作させるようにしている
ので、入力電圧が変動した場合や、負荷状態が変動した
場合も常に効率の高い動作が可能となるという効果があ
る。
【００５２】また、定期的に最大効率となる周波数を検
出して駆動周波数を決定するようにすることで、圧電ト
ランスの特性が温度によって変化した場合や、負荷特性
が変化して効率の良い駆動周波数が変動した場合にも、
常に最高効率で動作するという効果がある。
出して駆動周波数を決定するようにすることで、圧電ト
ランスの特性が温度によって変化した場合や、負荷特性
が変化して効率の良い駆動周波数が変動した場合にも、
常に最高効率で動作するという効果がある。
【図１】本発明による一実施例のブロック図である。
【図２】本発明による他の実施例のブロック図である。
【図３】図１に示した実施例の動作を示すタイミングチ
ャートである。
ャートである。
【図４】図１に示した実施例の駆動周波数の遷移状態で
ある。
ある。
【図５】図２の実施例のフローチャートである。
【図６】図２の実施例のフローチャートである。
【図７】従来技術による実施例のブロック図である。
【図８】従来技術による他の実施例のブロック図であ
る。
る。
１ 圧電トランス ２ 冷陰極管 ３ 駆動回路 ４ 効率演算回路 ５ 整流増幅回路 ６ 駆動電圧制御回路 ７ 最大効率周波数検出手段 ８，１１，１２ スイッチ ９ 比較器 １０ 駆動周波数制御回路 １３ 周波数掃引回路 １４ 制御回路 １４−１ 出力Ｉ／Ｆ １４−２ 入力Ｉ／Ｆ １４−３ 発振回路 １４−４ ＲＡＭ １４−５ ＲＯＭ １４−６ ＣＰＵ １４−７ 効率レジスタ １４−８ 周波数レジスタ １５ 入力端子 １６ 抵抗 ２０，２１ Ｄ／ＡＣ ２２，２３ Ａ／ＤＣ
Claims (5)
- 【請求項１】 圧電効果を利用して一次側に供給された
交流電圧を二次側に出力する圧電トランスと、 この圧電トランスの駆動周波数を制御する駆動周波数制
御手段と、 前記圧電トランスの一次側に供給される駆動電圧を制御
する駆動電圧制御手段と、 前記圧電トランスの入力と出力とから効率を算出する効
率演算手段と、 前記効率演算手段により最大効率が検出されたときの前
記圧電トランスの駆動周波数を検出する最大効率周波数
検出手段と、 前記駆動周波数制御手段により前記駆動周波数を制御し
て前記圧電トランスの二次出力が規定出力になったとき
の第１の駆動周波数を検出し、前記駆動電圧制御手段に
より前記駆動電圧を制御しつつ前記駆動周波数制御手段
により前記第１の駆動周波数から駆動周波数の掃引を開
始して、前記最大効率周波数検出手段により前記最大効
率周波数が検出されたとき、この最大効率周波数に前記
駆動周波数を設定するよう制御する制御手段と、 を含むことを特徴とする電源装置。 - 【請求項２】 前記制御手段は、前記駆動周波数を前記
最大効率周波数に設定した後、さらに前記最大効率周波
数検出手段により所定時間間隔で前記最大効率周波数を
検出制御してこの最大効率周波数に前記駆動周波数を設
定するよう制御することを特徴とする請求項１記載の電
源装置。 - 【請求項３】 前記制御手段は、前記第１の駆動周波数
の検出後に、前記駆動周波数制御手段を、前記圧電トラ
ンスの共振波数を挟んで少なくとも前記第１の駆動周波
数から前記規定出力が得られる第２の周波数の間の周波
数掃引をなすよう制御する様構成されていることを特徴
とする請求項１または２記載の電源装置。 - 【請求項４】 前記駆動周波数制御手段は、電圧制御発
振手段と、この電圧制御発振手段が少なくとも前記第１
の駆動周波数から前記第２の駆動周波数の間の周波数を
発振するための制御電圧を生成する制御電圧発生手段と
を有し、 前記駆動電圧制御手段は、前記電圧制御発振手段の発振
出力のレベルと比較電圧レベルとを比較するレベル比較
手段を有し、 この比較出力により前記圧電トランスの一次側を駆動制
御することを特徴とする請求項３記載の電源装置。 - 【請求項５】 前記制御手段はソフトウェアプログラム
により構成されていることを特徴とする請求項１〜４い
ずれか記載の電源装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7047695A JP2757810B2 (ja) | 1995-03-08 | 1995-03-08 | 電源装置 |
| US08/613,224 US5731652A (en) | 1995-03-08 | 1996-03-08 | Power source unit employing piezoelectric transformer frequency-controlled and voltage-controlled to operate at a maximum efficiency |
| KR1019960006081A KR100206673B1 (ko) | 1995-03-08 | 1996-03-08 | 압전 변환기를 사용하는 전원 장치 |
| TW085102979A TW345771B (en) | 1995-03-08 | 1996-03-12 | Power source unit employing piezoelectric transformer a high power source unit employing a piezoelectric transformer detects whether the output of the piezoelectric transformer reaches a predetermined value or not. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7047695A JP2757810B2 (ja) | 1995-03-08 | 1995-03-08 | 電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08251929A JPH08251929A (ja) | 1996-09-27 |
| JP2757810B2 true JP2757810B2 (ja) | 1998-05-25 |
Family
ID=12782424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7047695A Expired - Fee Related JP2757810B2 (ja) | 1995-03-08 | 1995-03-08 | 電源装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5731652A (ja) |
| JP (1) | JP2757810B2 (ja) |
| KR (1) | KR100206673B1 (ja) |
| TW (1) | TW345771B (ja) |
Families Citing this family (47)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2845209B2 (ja) * | 1996-08-23 | 1999-01-13 | 日本電気株式会社 | 圧電トランスインバータ及びその制御回路並びに駆動方法 |
| JP3412736B2 (ja) * | 1996-09-11 | 2003-06-03 | 松下電器産業株式会社 | 圧電トランス駆動装置、圧電トランスおよび液晶表示装置 |
| JP3063645B2 (ja) * | 1996-10-24 | 2000-07-12 | 日本電気株式会社 | 圧電トランスの駆動回路 |
| JP2923873B2 (ja) * | 1996-12-03 | 1999-07-26 | 日本電気株式会社 | 圧電トランスの制御方法及び駆動回路 |
| JP2923878B2 (ja) * | 1997-01-28 | 1999-07-26 | 日本電気株式会社 | 圧電トランスの駆動回路 |
| JP3216572B2 (ja) * | 1997-05-27 | 2001-10-09 | 日本電気株式会社 | 圧電トランスの駆動回路 |
| JP3246397B2 (ja) * | 1997-06-19 | 2002-01-15 | 日本電気株式会社 | 圧電トランスの駆動回路 |
| EP0948876A2 (en) * | 1997-09-01 | 1999-10-13 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Circuit arrangement |
| DE69828320T2 (de) * | 1997-10-16 | 2005-12-22 | Nec Tokin Corp., Sendai | Hinterbeleuchtungsschaltung für eine LCD Anzeige |
| JPH11206156A (ja) * | 1997-11-14 | 1999-07-30 | Canon Inc | 振動型モータのための制御装置 |
| JP2907204B1 (ja) * | 1998-02-26 | 1999-06-21 | 日本電気株式会社 | 圧電トランス駆動回路及び駆動方法 |
| JP3257505B2 (ja) * | 1998-03-31 | 2002-02-18 | 株式会社村田製作所 | 圧電トランスインバータ |
| GB2337157B (en) * | 1998-05-08 | 2002-08-21 | Kigass Electronics Ltd | Piezoelectric transformers |
| JP3237614B2 (ja) * | 1998-06-19 | 2001-12-10 | 日本電気株式会社 | 圧電トランスの駆動方法及び駆動回路 |
| JP3269460B2 (ja) * | 1998-07-29 | 2002-03-25 | 日本電気株式会社 | 圧電トランス駆動回路及び駆動方法 |
| JP3282594B2 (ja) * | 1998-10-05 | 2002-05-13 | 株式会社村田製作所 | 圧電トランスインバータ |
| EP1050954B1 (en) * | 1998-10-21 | 2004-12-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Circuit for driving piezoelectric transformer |
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