JP2915198B2 - Capacitive load drive circuit - Google Patents

Capacitive load drive circuit

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JP2915198B2 JP1281292A JP1281292A JP2915198B2 JP 2915198 B2 JP2915198 B2 JP 2915198B2 JP 1281292 A JP1281292 A JP 1281292A JP 1281292 A JP1281292 A JP 1281292A JP 2915198 B2 JP2915198 B2 JP 2915198B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、容量性負荷に高電圧の
パルス電圧を印加する駆動回路に係り、特にインダクタ
ンスを利用したL−C回路の共振を利用して、容量性負
荷に蓄えられた電荷を回収する電力回収回路で、低消費
電力,高回収率を実現する容量性負荷駆動回路に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driving circuit for applying a high-voltage pulse voltage to a capacitive load, and more particularly, to a driving circuit which is stored in a capacitive load by utilizing resonance of an LC circuit utilizing inductance. The present invention relates to a capacitive load driving circuit that realizes low power consumption and a high recovery rate in a power recovery circuit that recovers accumulated electric charges.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、容量性負荷に高電圧のパルスを印
加する駆動回路では、インダクタンスLと負荷容量Cp
との共振を利用した電力回収回路が、ウェーバー他,エ
スアイディー インターナショナル シンポジウム ダ
イジェスト テクニカル ペーパーズ,1987年のペ
ージ92からページ95まで(L.F.Weber et.al.SI
D Int. Symp. Digest. Tech. Papers,pp.92−9
5,1987)および、鴻上,他「タウンゼント発行型
ガス放電テレビの無効電力回収」テレビジョン学会技術
報告Vol.13,No.58 pp.7−12,(198
9)に述べられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a driving circuit for applying a high-voltage pulse to a capacitive load, an inductance L and a load capacitance Cp are applied.
A power recovery circuit utilizing resonance with the Weber et al., Weber et al., SIDD International Symposium Digest Technical Papers, pp. 92-95, 1987 (LF Weber et. Al. SI.
D Int. Symp. Digest. Tech. Papers, pp. 92-9.
5, 1987) and Kogami, et al., "Recovery of Reactive Power from a Townsend-issued Gas Discharge Television", Technical Report of the Institute of Television Engineers of Japan, Vol. 13, No. 58, pp. 7-12, (198).
9).

【0003】そこに述べられている電力回収回路の回路
構成図を図2に示す。図2では外部容量Cs(Cs≫C
p)には電荷が蓄えられて電圧がV/2になっている。
ここでVは負荷に印加されるパルスの電圧である。スイ
ッチ回路Q1,Q2,Q3,Q4,ダイオードD1,D2およ
びインダクタンスLが負荷容量Cpに図のように接続さ
れている。
FIG. 2 shows a circuit configuration diagram of the power recovery circuit described therein. In FIG. 2, the external capacitance Cs (Cs≫C
The charge is stored in p), and the voltage is V / 2.
Here, V is the voltage of the pulse applied to the load. The switch circuits Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 , diodes D 1 , D 2 and inductance L are connected to the load capacitance Cp as shown in the figure.

【0004】図3は、各スイッチ回路Q1,Q2,Q3
4のオン(ON),オフ(OFF)状態と出力波形
(負荷Cpの電圧)のタイムチャートを示す。この電力
回収回路の動作を図2と図3を用いて説明する。
FIG. 3 is a circuit diagram showing each switch circuit Q 1 , Q 2 , Q 3 ,
5 shows a time chart of the ON (ON) and OFF (OFF) states of Q4 and the output waveform (voltage of load Cp). The operation of this power recovery circuit will be described with reference to FIGS.

【0005】図3の出力電圧波形の立上り(期間I)で
は図2のスイッチ回路Q1 をONし、Q2,Q3,Q4
OFFする。その時、外部容量Cs(電圧V/2)に蓄
えられた電荷がQ1,D1,Lを通してCpに供給され
る。このLとCpの共振から、出力電圧はVまで上昇す
る。この出力電圧の立上り時間trは数1で与えられ
る。
At the rise of the output voltage waveform shown in FIG. 3 (period I), the switch circuit Q 1 shown in FIG. 2 is turned on, and Q 2 , Q 3 and Q 4 are turned off. At this time, the charge stored in the external capacitance Cs (voltage V / 2) is supplied to Cp through Q 1 , D 1 , and L. The output voltage rises to V from the resonance between L and Cp. The rise time tr of this output voltage is given by Equation 1.

【0006】[0006]

【数1】 (Equation 1)

【0007】ここで、C3とC4はスイッチ回路Q3とQ4
のFETの出力容量を示す。
Here, C 3 and C 4 are switch circuits Q 3 and Q 4
2 shows the output capacitance of the FET.

【0008】次に、出力電圧がVまで上昇した後、Q3
をONして出力電圧をVにホールドする(期間II)。こ
の時、Q1 はONでもOFFでもよい。
Next, after the output voltage rises to V, Q 3
Is turned on to hold the output voltage at V (period II). In this case, Q 1 is may be OFF even ON.

【0009】次に、出力電圧の立ち下がり時(期間III
)では、Q2 をONし、Q1,Q3,Q4 をOFFす
る。この時、Cpに溜っていた電荷はL,D2,Q2を通
して再び外部容量Csに流れ込む。その時の出力電圧
は、L−Cpの共振特性から0Vまで下がる。
Next, when the output voltage falls (period III
In), and Q 2 is ON, the OFF to Q 1, Q 3, Q 4 . At this time, the charges accumulated in Cp flow into the external capacitance Cs again through L, D 2 and Q 2 . The output voltage at that time drops from the resonance characteristic of L-Cp to 0V.

【0010】つぎに期間IVではQ4 をONすることによ
り、出力電圧を0Vにホールドする。
[0010] By turning ON the Q 4 in the period IV then holds the output voltage to 0V.

【0011】以上述べたように、負荷Cpの電圧の立上
りでは外部容量Csから電荷を供給し、電圧の立ち下が
り時では負荷Cpの電荷を再び外部容量に戻すことによ
って、低消費電力の電力回収回路が実現する。
As described above, when the voltage of the load Cp rises, the electric charge is supplied from the external capacitor Cs, and when the voltage falls, the electric charge of the load Cp is returned to the external capacitance again. The circuit is realized.

【0012】この電力回収回路の消費電力は、1つのパ
ルスについて数2のEで与えられる。
The power consumption of this power recovery circuit is given by E in Equation 2 for one pulse.

【0013】[0013]

【数2】 (Equation 2)

【0014】ここで、EcとErはスイッチ回路および
ダイオードの出力容量とオン抵抗に起因する消費電力を
示し、C1,C2,C3,C4はそれぞれスイッチ回路
1,Q2,Q3,Q4のFETの出力容量を示し、R1とR2
はQ1とQ2のFETのオン抵抗を示す。また、Cd1
Cd2およびRd1とRd2はダイオードD1とD2の出力
容量およびオン抵抗を示し、RL はインダクタンスLの
抵抗損失分、trは出力波形の立上り,立下がり時間を
示す。
Here, Ec and Er indicate the power consumption due to the output capacitance and on-resistance of the switch circuit and the diode, and C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 indicate the switch circuits Q 1 , Q 2 , and Q 4 , respectively. 3 and Q 4 indicate the output capacitances of the FETs, R 1 and R 2
It indicates the on resistance of the FET Q 1 and Q 2. Also, Cd 1 and Cd 2 and Rd 1 and Rd 2 indicate the output capacitance and on-resistance of the diodes D 1 and D 2 , RL indicates the resistance loss of the inductance L, and tr indicates the rise and fall times of the output waveform. Show.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】以上述べた電力回収回
路では、回路の消費電力の低減、つまりは電力回収率η
の向上が回路の性能を表す。ここで、電力回収率ηは数
3で表される。
In the power recovery circuit described above, the power consumption of the circuit is reduced, that is, the power recovery rate η
The improvement in represents the performance of the circuit. Here, the power recovery rate η is expressed by Equation 3.

【0016】[0016]

【数3】 (Equation 3)

【0017】前述の数2で、ダイオードの出力容量Cd
1とCd2及びオン抵抗Rd1とRd2は、スイッチ回路Q
1とQ2の出力容量C1,C2とオン抵抗R1,R2に比べて
小さいのが普通である。そこで、数2でE=Ec+Er
を小さくするためには、C1,C2,R1,R2を小さくす
れば良いのであるが、一般にFETの特性としてC=B
/R(Cは出力容量,Rはオン抵抗,Bは定数)という
関係がある。
In the above equation (2), the output capacitance Cd of the diode
1 and Cd 2 and the on-resistances Rd 1 and Rd 2
The 1 output capacitance C 1 of the Q 2, smaller than the C 2 and the on-resistance R 1, R 2 are common. Therefore, E = Ec + Er in Equation 2
Can be reduced by reducing C 1 , C 2 , R 1 , and R 2 , but generally, C = B
/ R (C is the output capacitance, R is the on-resistance, and B is a constant).

【0018】図4は、あるH社の耐圧450Vのn型F
ETの出力容量と1/Rの値をプロットしたものである
が、この図からもC=B/Rという関係があることが分
かる。
FIG. 4 is a diagram showing an n-type F with a breakdown voltage of 450 V manufactured by a certain company H.
Although the output capacity of ET and the value of 1 / R are plotted, it can be seen from this figure that there is a relationship of C = B / R.

【0019】次に、この関係式を用いて、電力回収回路
の最小消費電力を求める。
Next, the minimum power consumption of the power recovery circuit is obtained by using this relational expression.

【0020】スイッチ回路Q1,Q2のFETの出力容量
1=B1/R1,C2=B2/R2という関係式から、数2
をつぎの数4の形に書き換えることができる。
From the relational expressions of the output capacitances C 1 = B 1 / R 1 and C 2 = B 2 / R 2 of the FETs of the switch circuits Q 1 and Q 2 ,
Can be rewritten into the following equation (4).

【0021】[0021]

【数4】 (Equation 4)

【0022】この式で、C1およびC2が数5のとき、回
路の消費電力Eは数6で与えられる最小値Emin とな
り、この値が理論的な電力回収回路の消費電力の最小値
を与える。
In this equation, when C 1 and C 2 are given by Equation 5, the power consumption E of the circuit is the minimum value Emin given by Equation 6, and this value is the minimum value of the theoretical power consumption of the power recovery circuit. give.

【0023】[0023]

【数5】 (Equation 5)

【0024】[0024]

【数6】 (Equation 6)

【0025】例えば、数値計算例として、Cp=300
0pF,tr=0.5μs,RL=1Ω,V=200V,
1=B2=2×10~10ΩFとし、数6でCd1,C
2,Rd1,Rd2の項を無視すると、電力回収率ηは
約96%となる。
For example, as a numerical calculation example, Cp = 300
0 pF, tr = 0.5 μs, R L = 1Ω, V = 200 V,
B 1 = B 2 = 2 × 10 to 10 ΩF, and Cd 1 , C
If the terms d 2 , Rd 1 , and Rd 2 are ignored, the power recovery rate η is about 96%.

【0026】しかし、さらなる消費電力の低減は、常に
電力回収回路に要求されることであり、特に、この回路
をガス放電テレビのようなマトリクス表示素子に適用し
たときには、電極数の増大、および電極容量が大きいこ
とから重要な課題となっている。
However, further reduction in power consumption is always required for a power recovery circuit. In particular, when this circuit is applied to a matrix display device such as a gas discharge television, the number of electrodes increases and the number of electrodes increases. This is an important issue because of its large capacity.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】上記目的は、容量性負荷
に印加する電圧Vをn個の段階に分け、(Vgn<V1
<V2<…<Vn=V)各々の電圧に対する昇圧及び降
圧を独立したn個のインダクタンスL1,L2,…Lnと
負荷容量Cpとの共振で行うことにより、電力回収回路
の消費電力の低減、すなわち電力回収率を向上させるも
のである。
The object of the present invention is to divide the voltage V applied to the capacitive load into n stages (Vgn <V 1
<V 2 <... <Vn = V) The step-up and step-down of each voltage is performed by resonance between the n independent inductances L 1 , L 2 ,. , That is, the power recovery rate is improved.

【0028】つまり、容量性負荷にパルス電圧を印加す
る駆動回路において、外部電源(または外部容量に蓄え
られた電荷による定電圧源)とインダクタンスLとをス
イッチ回路で接続し、インダクタンスの他端に容量性負
荷を接続して、L−Cの共振を利用して負荷を昇圧また
は降圧する容量性負荷駆動回路において、第1のインダ
クタンスL1 と負荷Cpの共振により、負荷の電圧をV
gn(負荷のグラウンド電圧)から(V1>Vgn)ま
で昇圧(またはV1からVgnまで降圧)し、少なくと
も第2のインダクタンスL2 と負荷Cpにより、V1
らV2(V1<V2)まで昇圧(またはV2からV1まで降
圧)する手段がある電力回収回路を与えるものである。
That is, in a drive circuit for applying a pulse voltage to a capacitive load, an external power supply (or a constant voltage source based on charges stored in the external capacitance) and an inductance L are connected by a switch circuit, and the other end of the inductance is connected to the other end of the inductance. connect the capacitive load, the capacitive load driving circuit for boosting or reducing the load by utilizing the resonance of L-C, by the resonance of the first inductor L 1 and the load Cp, the voltage of the load V
gn (load ground voltage) to (V 1 > Vgn) (or step down from V 1 to Vgn), and V 1 to V 2 (V 1 <V 2 ) by at least the second inductance L 2 and the load Cp. ) to those that provide power recovery circuit is means for stepping down) from the booster (or V 2 to V 1.

【0029】この場合、インダクタンスの数はL1とL2
の2つだけではなく、2個以上の任意の数(n個)、L
1,L2,…Lnであってよい。その場合、インダクタン
スL1,L2,…,Lnの値が概ね等しい場合には、Vg
n,V1,V2,Vnの電圧間隔が概ね等しくなり、回路
の消費電力は最も少なくなる。
In this case, the number of inductances is L 1 and L 2
Not only two, but any number of two or more (n), L
1, L 2, may be a ... Ln. In this case, if the values of the inductances L 1 , L 2 ,.
The voltage intervals of n, V 1 , V 2 , and Vn are substantially equal, and the power consumption of the circuit is minimized.

【0030】[0030]

【作用】本発明によれば、容量性負荷に印加する電圧を
分圧して、各々のインダクタンスによって逐次昇圧また
は降圧する駆動方法であり、この場合、インダクタンス
およびそのスイッチ回路を含む電子素子の部品点数が増
すという欠点がある。しかし、前述の従来技術であげた
参考文献,鴻上,他「タウンゼント発行型ガス放電テレ
ビの無効電力回収」によれば、表示素子の電極と電力回
収回路との間にスイッチ回路を介することにより、電力
回収回路の数を大幅に低減でき、1つの回路の規模が多
少大きくなっても、コストや容量はさほどの増加にはな
らない。
According to the present invention, there is provided a driving method in which a voltage applied to a capacitive load is divided and sequentially stepped up or down by respective inductances. In this case, the number of parts of an electronic element including the inductance and its switch circuit is provided. However, there is a disadvantage that the number increases. However, according to the above-mentioned reference in the prior art, Kogami, et al., "Reactive power recovery of a Townsend-issued gas discharge television", a switch circuit is interposed between an electrode of a display element and a power recovery circuit. The number of power recovery circuits can be greatly reduced, and even if the size of one circuit is slightly increased, the cost and capacity are not significantly increased.

【0031】[0031]

【実施例】以下、本発明の実施例を図1,図5,図6,
図7を用いて説明する。図1は本発明の容量性負荷Cp
に電圧Vのパルスを印加する電力回収回路で、インダク
タンスL1とインダクタンスL2によって、負荷の昇圧を
2段階に分けてパルス電圧を印加するときの回路図を示
し、図5は各スイッチ素子、Q11,Q12,Q21,Q22
3,Q4のON,OFF状態を示している。ここで、L
1=L2とすると、外部容量Cs1とCs2の電圧は各々V
/4と3V/4に自動的に安定する。次に、この図1の
回路動作を図5の各スイッチ素子のON,OFF状態と
合わせて説明する。
FIG. 1, FIG. 5, FIG. 6, FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows the capacitive load Cp of the present invention.
To the power recovery circuit for applying a pulse voltage V, the inductance L 1 and the inductance by L 2, shows a circuit diagram when a pulse voltage is applied by dividing the boosted load in two stages, Figure 5 is the switch elements, Q 11 , Q 12 , Q 21 , Q 22 ,
The ON and OFF states of Q 3 and Q 4 are shown. Where L
1 = When L 2, each voltage of the external capacitance Cs 1 and Cs 2 is V
/ 4 and 3V / 4 automatically stabilized. Next, the circuit operation of FIG. 1 will be described together with the ON / OFF state of each switch element of FIG.

【0032】先ず、図5のIの期間でQ11をONする。
その時、図1の外部コンデンサCs1の電圧がV/4であ
ることから、L1とCpの共振によって、Cs1の電荷が
11,D11,L1 を通ってCpに流れ、出力電圧(負荷
Cpの電圧)はV/2まで上昇する。次に、IIの期間で
21をONすると、Cs2 の電圧が3V/4であること
から、L2 とCpの共振によって、外部コンデンサCs
2の電荷がQ21,D21,L2 を通ってCpに流れ、出力電
圧はV/2からVまで上昇する。次に、III の期間でQ
3 をONし出力電圧をVにホールドする。
[0032] First, ON the Q 11 for a period of I in FIG.
At this time, since the voltage of the external capacitor Cs 1 in FIG. 1 is V / 4, the charge of Cs 1 flows to Cp through Q 11 , D 11 and L 1 due to the resonance of L 1 and Cp, and the output voltage (The voltage of the load Cp) rises to V / 2. Next, when Q 21 is turned on during the period II, the voltage of Cs 2 is 3 V / 4, so the resonance of L 2 and Cp causes the external capacitor Cs to turn on.
Flows into Cp 2 charges through Q 21, D 21, L 2 , the output voltage rises from V / 2 to V. Next, in period III, Q
Turn on 3 to hold the output voltage at V.

【0033】次に、降圧であるが、IVの期間でQ3 をO
FFし、Q22をONする。その時、L2とCpとの共振
から、電圧Vの負荷Cpに溜っていた電荷がL2
22,Q22を通ってCs2 に流れ、V/2まで降圧す
る。次に、Vの期間でQ12をONすると、L1とCpの
共振から、電圧V/2の負荷Cpに溜っていた電荷がL
1,D12,Q12を通ってCs1に流れ、出力電圧は0まで降
圧する。次に、VIの期間でQ4をONすると、出力電圧
は0にホールドされる。
Next, as for the step-down, Q 3 is turned on during the period IV.
And FF, turning ON the Q 22. At that time, due to the resonance between L 2 and Cp, the charge accumulated in the load Cp of the voltage V is changed to L 2 ,
The current flows to Cs 2 through D 22 and Q 22, and the voltage drops to V / 2. Then, ON the Q 12 for a period of V Then, the electric charge from the resonance of L 1 and Cp, it was collected in the load Cp voltage V / 2 is L
1 , D 12 and Q 12 flow to Cs 1 , and the output voltage drops to zero. Then, ON the Q 4 in the period VI Then, the output voltage is held to zero.

【0034】このようにして、L1,L2の2つのインダ
クタンスを介して、昇圧,降圧を電圧V/2で分けて電
力回収回路を動作させる。
In this way, the power recovery circuit is operated by dividing the step-up and step-down by the voltage V / 2 via the two inductances L 1 and L 2 .

【0035】さて、ここで図1に示す電力回収回路の消
費電力を計算し、従来の回路の消費電力の数2および数
6と比較し、従来回路よりも消費電力が少ないことを示
す。
Now, the power consumption of the power recovery circuit shown in FIG. 1 is calculated and compared with Equations 2 and 6 of the conventional circuit to show that the circuit consumes less power than the conventional circuit.

【0036】図1の本発明の電力回収回路の消費電力
E′を計算する場合、電力回収回路の全消費電力は、L
1に付随する回路素子(Q11,D11,Q12,D12,L1)
とL2に付随する回路素子(Q21,D21,Q22,D22,L
2)の消費電力の和となる。従って、数7となる。
When calculating the power consumption E 'of the power recovery circuit of the present invention shown in FIG. 1, the total power consumption of the power recovery circuit is L
Circuit elements associated with the 1 (Q 11, D 11, Q 12, D 12, L 1)
Circuit elements (Q 21 associated with L 2 and, D 21, Q 22, D 22, L
2 ) Sum of power consumption. Therefore, Equation 7 is obtained.

【0037】[0037]

【数7】 (Equation 7)

【0038】E1c,E1r,E2c,E2rは、Cs1
Cs2の電圧がV/4と3V/4であることに注意する
と、数8となる。
E 1 c, E 1 r, E 2 c, and E 2 r are given by Equation 8 when the voltages of Cs 1 and Cs 2 are V / 4 and 3 V / 4.

【0039】[0039]

【数8】 (Equation 8)

【0040】ただし、従来回路と同じパルスの立上り時
間を得るために、trをtr/2で置き換えてある。
However, in order to obtain the same pulse rise time as in the conventional circuit, tr is replaced by tr / 2.

【0041】ここで、従来回路のインダクタンスLに流
れるピーク電流は数9で与えられるが、本発明の回路の
各インダクタンスに流れるピーク電流IL′ は数10と
同じである。従って、各素子の定数を従来回路と同じ値
にすることができる(数11)。
Here, the peak current flowing through the inductance L of the conventional circuit is given by Equation 9, but the peak current I L ′ flowing through each inductance of the circuit of the present invention is the same as Equation 10. Therefore, the constant of each element can be set to the same value as the conventional circuit (Equation 11).

【0042】[0042]

【数9】 (Equation 9)

【0043】[0043]

【数10】 (Equation 10)

【0044】[0044]

【数11】 [Equation 11]

【0045】ここでインダクタンスL1,L2の値は、立
上り時間trを半分にしたので、従来のインダクタンス
の値Lの1/4となる。その時、インダクタンスのQ値
が同じとすると、RL1とRL2の値を数12の値で置き換
えることができる。
Here, the values of the inductances L 1 and L 2 are / of the value L of the conventional inductance because the rise time tr is halved. At this time, assuming that the Q value of the inductance is the same, the values of R L1 and R L2 can be replaced by the values of Expression 12.

【0046】[0046]

【数12】 (Equation 12)

【0047】これらを数8に代入すると、本発明の電力
回収回路の消費電力は数13のように与えられる。
By substituting these into Equation 8, the power consumption of the power recovery circuit of the present invention is given by Equation 13.

【0048】[0048]

【数13】 (Equation 13)

【0049】数2と数13を比較すると、FETとダイ
オードの出力容量に基づく消費電力Ec′は従来回路の
消費電力Ecの半分に、また、インダクタンスの抵抗損
失分に基づく消費電力は1/4に減少していることが分
かる。
Comparing Equations 2 and 13, the power consumption Ec 'based on the output capacitance of the FET and the diode is half of the power consumption Ec of the conventional circuit, and the power consumption based on the resistance loss of the inductance is 1/4. It can be seen that the number has decreased.

【0050】ここで、C1=B1/R1,C2=B2/R2
関係から、E′の最小値を求めると、数14のとき、
Here, when the minimum value of E 'is obtained from the relationship of C 1 = B 1 / R 1 and C 2 = B 2 / R 2 ,

【0051】[0051]

【数14】 [Equation 14]

【0052】E′は最小値となり、数15となり、E ′ becomes the minimum value, and becomes Eq.

【0053】[0053]

【数15】 (Equation 15)

【0054】数6と比べて、FETの出力容量とオン抵
抗に基づく消費電力は1/√2倍,インダクタンスの抵
抗損失分に基づく消費電力は1/4倍,ダイオードの出
力容量に基づく消費電力は1/2倍となっていることが
分かる。
Compared to Equation 6, the power consumption based on the output capacitance and on-resistance of the FET is 1 / √2 times, the power consumption based on the resistance loss of the inductance is 1/4 times, and the power consumption based on the output capacitance of the diode. Is 1 / times as large.

【0055】次に、図6と図7を用いて、出力電圧をn
等分し、各々の昇圧及び降圧をn段階に分けて、L1
Cp,L2−Cp,…Ln−Cpの共振で行う場合を説
明する。
Next, referring to FIG. 6 and FIG.
Equally divided, each step-up and step-down is divided into n stages, and L 1
Cp, L 2 -Cp,... Ln-Cp will be described.

【0056】図6はn段の共振回路を利用した電力回収
回路の回路図、図7は出力波形と各スイッチ素子のO
N,OFF状態を示している。動作は、図1と同様に、
昇圧時では、Q11,Q21,…Qn1を順次ONしてい
き、出力電圧がVに達した時、Q3をONしてホールド
する。
FIG. 6 is a circuit diagram of a power recovery circuit using an n-stage resonance circuit, and FIG. 7 is an output waveform and O of each switch element.
N, OFF state. The operation is the same as in FIG.
At the time of boosting, Q 11 , Q 21 ,..., Qn 1 are sequentially turned on. When the output voltage reaches V, Q 3 is turned on and held.

【0057】降圧時には、Qn2 …Q22,Q12を順次O
Nして行き、出力電圧が0になった時、Q4 をONして
0にホールドする。
[0057] at the time of step-down sequentially O the Qn 2 ... Q 22, Q 12
Continue to N, when the output voltage is zero, to hold to 0 to ON the Q 4.

【0058】今、L1=L2=…Lnとすると、外部容量
Cs1,Cs2,…Csnの電圧は、動作が正常に働いて
いる時は自動的にV/2n,3V/2n,(2n−1)/
2nの値となる。この本発明の回路図6で、出力電圧の
立上りtrを従来回路の立上り時間と等しくするには、
1,L2,…Lnの値を従来回路のLの値の1/n2
する。その時のインダクタンスの抵抗損失分は、インダ
クタンスのQが同じとすると、RL/n2となる。
Now, assuming that L 1 = L 2 =... Ln, the voltages of the external capacitors Cs 1 , Cs 2 ,... Csn automatically become V / 2n, 3V / 2n, (2n-1) /
2n. In the circuit diagram 6 of the present invention, in order to make the rise tr of the output voltage equal to the rise time of the conventional circuit,
The value of L 1 , L 2 ,... Ln is 1 / n 2 of the value of L in the conventional circuit. The resistance loss of the inductance at that time is R L / n 2 when the inductance Q is the same.

【0059】図1と同様に、この本発明の回路、図6の
消費電力E″は、数16となり、
As in FIG. 1, the circuit of the present invention, the power consumption E ″ of FIG.

【0060】[0060]

【数16】 (Equation 16)

【0061】容量性に基づく消費電力は1/nに、イン
ダクタンスの抵抗損失分に基づく消費電力は1/n2
なる。C1=B1/R1,C2=B2/R2の関係式を用いる
と、E″の最小値はC1およびC2が数17のときで、
E″min は数18で与えられる。
The power consumption based on the capacitance is 1 / n, and the power consumption based on the resistance loss of the inductance is 1 / n 2 . Using the relational expressions of C 1 = B 1 / R 1 and C 2 = B 2 / R 2 , the minimum value of E ″ is obtained when C 1 and C 2 are given by the following equation (17).
E ″ min is given by Expression 18.

【0062】[0062]

【数17】 [Equation 17]

【0063】[0063]

【数18】 (Equation 18)

【0064】で与えられる。この数18と数6を比較す
ると、FETの出力容量とオン抵抗に基づく消費電力は
1/√nに、インダクタンスの抵抗損失に基づく消費電
力は1/n2 に、ダイオードの出力容量に基づく消費電
力は1/nになる。なお、ダイオードのオン抵抗に基づ
く消費電力はそのままであるが、この値は、スイッチ回
路Q1,Q2のFETのオン抵抗に比べると、極めて小さ
な値である。
Is given by Comparing Equations (18) and (6), the power consumption based on the output capacity and the on-resistance of the FET is 1 / √n, the power consumption based on the resistance loss of the inductance is 1 / n 2 , and the consumption based on the output capacity of the diode. The power becomes 1 / n. The power consumption based on the on-resistance of the diode remains unchanged, but this value is extremely small compared to the on-resistance of the FETs of the switch circuits Q 1 and Q 2 .

【0065】以上述べた本発明の図1と図6の説明で
は、各インダクタンスL1,L2,…Lnの値を概ね等し
いとした。それは、その場合に限って回路の消費電力が
最小となるからである。しかし、各インダクタンスの値
が異なっていても、従来回路よりも低消費電力の電力回
収回路が実現でき、本発明に含まれることは明らかであ
る。
In the above description of FIGS. 1 and 6 of the present invention, the values of the inductances L 1 , L 2 ,... Ln are assumed to be substantially equal. This is because the power consumption of the circuit is minimized only in that case. However, even if the values of the respective inductances are different, it is clear that a power recovery circuit with lower power consumption than the conventional circuit can be realized and is included in the present invention.

【0066】[0066]

【発明の効果】本発明によれば、容量性負荷にパルス電
圧を印加する駆動回路で、外部電源とインダクタンスと
をスイッチ回路を介して接続し、他端に負荷容量を接続
する電力回収回路で、容量性負荷の昇圧および降圧をn
段に分割し、各々の段階の昇圧及び降圧をn個のインダ
クタンスと容量性負荷との共振によって行うことによ
り、電力回収回路の消費電力を大幅に低減することがで
きる。特に、n個のインダクタンスの値を概ね等しく
し、スイッチ素子のFETの出力容量とオン抵抗の値を
最適に設定すると、FETの出力容量とオン抵抗に基づ
く消費電力を1/√nに、インダクタンスの抵抗損失に
基づく消費電力を1/n2 に、ダイオードの出力容量に
基づく消費電力を1/nに低減することができる。これ
により、例えば、この電力回収回路をマトリクス表示素
子に適応した場合、従来の回路の消費電力の1/√2か
ら半減、もしくは数分の1まで減少させることができ
る。
According to the present invention, a drive circuit for applying a pulse voltage to a capacitive load is a power recovery circuit in which an external power supply and an inductance are connected via a switch circuit, and a load capacitance is connected to the other end. , The capacitive load step-up and step-down
The power recovery circuit can be greatly reduced in power by dividing it into stages and performing step-up and step-down in each stage by resonance between n inductances and a capacitive load. In particular, when the values of the n inductances are substantially equal and the output capacitance and the on-resistance of the FET of the switch element are optimally set, the power consumption based on the output capacitance and the on-resistance of the FET is reduced to 1 / √n. And the power consumption based on the output capacitance of the diode can be reduced to 1 / n 2 . Thus, for example, when the power recovery circuit is applied to a matrix display element, the power consumption of the conventional circuit can be reduced from 1 / √2 to a half or a fraction thereof.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のインダクタンスが2個の場合の回路構
成図。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of the present invention when there are two inductances.

【図2】従来の回路構成図。FIG. 2 is a conventional circuit configuration diagram.

【図3】従来の回路の出力波形と各スイッチのON,O
FF状態を示す図。
FIG. 3 shows an output waveform of a conventional circuit and ON and O of each switch.
The figure which shows an FF state.

【図4】FETの出力容量とオン抵抗の関係を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between an output capacitance and an on-resistance of an FET.

【図5】本発明の回路図1の出力波形と各スイッチのO
N,OFF状態を示す図。
FIG. 5 is a circuit diagram of the present invention.
The figure which shows an N, OFF state.

【図6】本発明のインダクタンスがn個の場合の回路構
成図。
FIG. 6 is a circuit configuration diagram when the number of inductances is n according to the present invention.

【図7】本発明の回路図6の出力波形と各スイッチのO
N,OFF状態を示す図。
FIG. 7 is a circuit diagram of the present invention.
The figure which shows an N, OFF state.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,Q2,Q11,Q12,…Qn2…スイッチ回路、L1
2,…Ln…インダクタンス、Cp…負荷容量、C
s,Cs1,…Csn…外部容量。
Q 1, Q 2, Q 11 , Q 12, ... Qn 2 ... switch circuit, L 1,
L 2 , Ln inductance, Cp load capacitance, C
s, Cs 1 ,..., Csn.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 成清 正 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社 日立製作所 中央研究所内 (72)発明者 北川 邦 千葉県茂原市早野3681番地 日立デバイ スエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭54−11643(JP,A) 特開 平2−81090(JP,A) 特開 平4−21890(JP,A) 特開 昭49−28257(JP,A) 特開 昭50−73151(JP,A) 特開 昭63−311816(JP,A) 特開 昭63−144621(JP,A) 特開 平5−41651(JP,A) 特開 昭52−20785(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03K 17/687 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Tadashi Naruseki, Inventor 1-280, Higashi Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Kuni Kitagawa 3681 Hayano, Mobara-shi, Chiba Pref. Hitachi Device Engineering Stock In-company (56) References JP-A-54-11643 (JP, A) JP-A-2-81090 (JP, A) JP-A-4-21890 (JP, A) JP-A-49-28257 (JP, A) JP-A-50-73151 (JP, A) JP-A-63-31816 (JP, A) JP-A-63-144621 (JP, A) JP-A-5-41651 (JP, A) 20785 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H03K 17/687

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】回路及び容量性負荷の容量とインダクタン
ス部のインダクタンスとに基づく共振を利用し該容量性
負荷に電圧を印加する容量性負荷駆動回路において、 上記容量性負荷に対し並列状に設けられ一方の端部が上
記容量性負荷側に接続された第1、第2のインダクタン
ス部と、 上記第1のインダクタンス部と第1の電源部との間に設
けれる第1のスイッチ部と、 上記第2のインダクタンス部と第2の電源部との間に設
けれ上記第1のスイッチ部よりも遅れて道通状態とされ
る第2のスイッチ部と、 を備え、 上記第1のスイッチ部が導通状態のとき上記第1のイン
ダクタンス部を用いる共振で上記容量性負荷の電圧を基
準電圧から第1の電圧に昇圧し、上記第2のスイッチ部
が導通状態のとき上記第2のインダクタンス部を用いる
共振で上記容量性負荷の電圧を上記第1の電圧から第2
の電圧に昇圧するように構成した ことを特徴とする容量
性負荷駆動回路。
(1)Circuit and capacitive load capacitance and inductance
PartAnd the resonance based on the inductance of the
In a capacitive load driving circuit for applying a voltage to a load,Provided in parallel with the capacitive load, one end
First and second inductors connected to the capacitive load side
And Installed between the first inductance section and the first power supply section.
A first switch unit, Installed between the second inductance section and the second power supply section.
However, the road is turned on later than the first switch.
A second switch unit, With When the first switch section is conductive, the first input
Based on the voltage of the capacitive load,
Boosting the reference voltage to a first voltage,
Use the above second inductance part when is in a conductive state
The voltage of the capacitive load is changed from the first voltage to the second voltage by resonance.
Configured to boost the voltage to Characterized by the capacity
Load drive circuit.
【請求項2】上記第1のインダクタンス部と上記第2の
インダクタンス部は、インダクタンス値が略等しい請求
項1に記載の容量性負荷駆動回路。
2. The capacitive load drive circuit according to claim 1, wherein said first inductance section and said second inductance section have substantially equal inductance values .
【請求項3】回路及び容量性負荷の容量とインダクタン
ス部のインダクタンスとに基づく共振を利用し該容量性
負荷に電圧を印加する容量性負荷駆動回路において、 上記容量性負荷に対し並列状に設けられ一方の端部が上
記容量性負荷側に接続された複数n個のインダクタンス
部と、 上記n個のインダクタンス部毎に設けられるn個の電源
またはコンデンサと、 上記n個のインダクタンス部と上記n個の電源のそれぞ
れに対応し該両者間に設けれ、導通により、該n個のイ
ンダクタンス部のそれぞれと上記容量とに基づく共振で
発生する電圧を互いに加え合わせるスイッチ部と、 を備え、 上記加え合わせた電圧Vを上記容量性負荷に印加する場
合、上記n個の電源またはコンデンサは、接地側からm
番目の電圧が略(2m−1)V/(2n)となる構成で
あることを特徴とする 容量性負荷駆動回路。
(3)Circuit and capacitive load capacitance and inductance
Using the resonance based on the inductance of the
In a capacitive load drive circuit that applies a voltage to a load, Provided in parallel with the above capacitive load and one end is
N inductances connected to the capacitive load side
Department and N power supplies provided for each of the n inductance units
Or with a capacitor, Each of the n inductance units and the n power sources
In response to this, provided between the two, and by conduction, the n
With resonance based on each of the conductance parts and the above capacitance
A switch unit for adding generated voltages to each other, With When the added voltage V is applied to the capacitive load
In this case, the n power supplies or capacitors are m
The second voltage is approximately (2m-1) V / (2n)
Characterized by Capacitive load drive circuit.
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