JP3008505B2 - 容量性素子の駆動回路 - Google Patents
容量性素子の駆動回路Info
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- JP3008505B2 JP3008505B2 JP3006875A JP687591A JP3008505B2 JP 3008505 B2 JP3008505 B2 JP 3008505B2 JP 3006875 A JP3006875 A JP 3006875A JP 687591 A JP687591 A JP 687591A JP 3008505 B2 JP3008505 B2 JP 3008505B2
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- voltage
- switch
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波モータ等に用い
られる圧電素子や、液晶ディスプレイのバックライト等
に用いられる分散型ＥＬのような容量性素子を低消費電
圧で、かつ安定に駆動できる駆動回路に関する。
られる圧電素子や、液晶ディスプレイのバックライト等
に用いられる分散型ＥＬのような容量性素子を低消費電
圧で、かつ安定に駆動できる駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電素子は、電圧を印加することによっ
て素子の歪みが起こり、これを利用してアクチュエータ
や超音波モータ等に利用されており、分散型ＥＬは、主
に各種計測器等の文字，図形を表示する液晶ディスプレ
イ（以下ＬＣＤと称する）のバックライトとして利用さ
れているが、これらの容量性素子を駆動するためには、
例えば１２０，６００Hzなどの比較的高い交流電圧を印
加しなければならない。
て素子の歪みが起こり、これを利用してアクチュエータ
や超音波モータ等に利用されており、分散型ＥＬは、主
に各種計測器等の文字，図形を表示する液晶ディスプレ
イ（以下ＬＣＤと称する）のバックライトとして利用さ
れているが、これらの容量性素子を駆動するためには、
例えば１２０，６００Hzなどの比較的高い交流電圧を印
加しなければならない。
【０００３】このような交流電圧は、一般に商用電源と
は電圧，周波数が異なるため、通常、直流電圧から所定
の交流電圧を発生する専用インバータが使われている。
は電圧，周波数が異なるため、通常、直流電圧から所定
の交流電圧を発生する専用インバータが使われている。
【０００４】このインバータには、例えば、特公昭62-1
5032等で提案されているような自励式のインバータがあ
る。この自励式のインバータは、主に分散型ＥＬに用い
られており、図５に示すように、トランス（Ｔ1 ）とス
イッチ（Ｑ1 ），抵抗（Ｒ1，Ｒ2 ），コンデンサ（Ｃ
1，Ｃ2 ）から構成され、トランス（Ｔ1 ）の１次側
（Ｎ1 ）をスイッチ（Ｑ1 ）によってON/OFFし、２次側
（Ｎ2 ）に発生した交流電圧を容量性素子(10)に印加し
て駆動する。ただし、スイッチ（Ｑ1 ）のON/OFFの周波
数は、主にトランス（Ｔ1）のインダクタンスと容量性
素子(10)の静電容量とで決定される。
5032等で提案されているような自励式のインバータがあ
る。この自励式のインバータは、主に分散型ＥＬに用い
られており、図５に示すように、トランス（Ｔ1 ）とス
イッチ（Ｑ1 ），抵抗（Ｒ1，Ｒ2 ），コンデンサ（Ｃ
1，Ｃ2 ）から構成され、トランス（Ｔ1 ）の１次側
（Ｎ1 ）をスイッチ（Ｑ1 ）によってON/OFFし、２次側
（Ｎ2 ）に発生した交流電圧を容量性素子(10)に印加し
て駆動する。ただし、スイッチ（Ｑ1 ）のON/OFFの周波
数は、主にトランス（Ｔ1）のインダクタンスと容量性
素子(10)の静電容量とで決定される。
【０００５】また、駆動周波数を任意に決めることがで
きる他励式のインバータでは、図６に示すように、トラ
ンス（Ｔ2 ）の１次側（Ｎ1 ）をスイッチ（Ｑ2 ，Ｑ3
）によってON/OFFし、２次側（Ｎ2 ）に発生した交流
電圧を容量性素子に印加して駆動するインバータがある
が、これらのスイッチ（Ｑ2 ，Ｑ3 ）は、制御回路(20
1) によってON/OFFされ、駆動周波数はこの駆動回路(20
1) によって決定される。
きる他励式のインバータでは、図６に示すように、トラ
ンス（Ｔ2 ）の１次側（Ｎ1 ）をスイッチ（Ｑ2 ，Ｑ3
）によってON/OFFし、２次側（Ｎ2 ）に発生した交流
電圧を容量性素子に印加して駆動するインバータがある
が、これらのスイッチ（Ｑ2 ，Ｑ3 ）は、制御回路(20
1) によってON/OFFされ、駆動周波数はこの駆動回路(20
1) によって決定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように図
５に自励式インバータでは、安定した駆動周波数を得る
ことが困難である他、容量性素子に印加される電圧は、
入力電圧とトランスのインダクタンス、及び容量性素子
のインピーダンスによって異なるため、容量性素子のイ
ンピーダンスの変化等によって印加電圧が変化し、安定
した駆動ができないといった問題点があった。
５に自励式インバータでは、安定した駆動周波数を得る
ことが困難である他、容量性素子に印加される電圧は、
入力電圧とトランスのインダクタンス、及び容量性素子
のインピーダンスによって異なるため、容量性素子のイ
ンピーダンスの変化等によって印加電圧が変化し、安定
した駆動ができないといった問題点があった。
【０００７】また、図６の他励式インバータでは駆動周
波数は制御回路によって安定しているが、容量性素子に
印加される電圧は、自励式と同様、容量性素子のインピ
ーダンスの変化等によって印加電圧が変化するといった
問題点があった。
波数は制御回路によって安定しているが、容量性素子に
印加される電圧は、自励式と同様、容量性素子のインピ
ーダンスの変化等によって印加電圧が変化するといった
問題点があった。
【０００８】さらに、従来の自励式，他励式共、１つの
トランスで昇圧と交流電圧への変換を兼ねているため、
効率は一般的に５０％以下と低かった。
トランスで昇圧と交流電圧への変換を兼ねているため、
効率は一般的に５０％以下と低かった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、直流電圧を交
流電圧に変換して容量性素子に印加し、容量性素子を駆
動する駆動回路において、前記容量性素子の各端子に前
記直流電圧の正極性電圧と負極性電圧に切り換えられる
ことが可能なスイッチを接続し、かつ前記容量性素子の
少なくとも一方の端子と前記直流電圧の一方の極との間
にインダクタとダイオードの直列回路を接続し、前記ダ
イオードは前記直流電圧より前記容量性素子への充電
を、阻止する方向であり、前記スイッチを制御して前記
直流電圧で前記容量性素子を充電した後、前記インダク
タを通じて放電させ、前記インダクタに蓄えられたエネ
ルギを前記容量性素子に戻すことによって容量性素子を
逆方向に充電し、前記スイッチを通じてさらに前記直流
電圧まで充電する制御回路を有する。
流電圧に変換して容量性素子に印加し、容量性素子を駆
動する駆動回路において、前記容量性素子の各端子に前
記直流電圧の正極性電圧と負極性電圧に切り換えられる
ことが可能なスイッチを接続し、かつ前記容量性素子の
少なくとも一方の端子と前記直流電圧の一方の極との間
にインダクタとダイオードの直列回路を接続し、前記ダ
イオードは前記直流電圧より前記容量性素子への充電
を、阻止する方向であり、前記スイッチを制御して前記
直流電圧で前記容量性素子を充電した後、前記インダク
タを通じて放電させ、前記インダクタに蓄えられたエネ
ルギを前記容量性素子に戻すことによって容量性素子を
逆方向に充電し、前記スイッチを通じてさらに前記直流
電圧まで充電する制御回路を有する。
【００１０】
【作用】以上の方法によれば、周波数の安定性や高い変
換効率が得られる他、容量性素子のインピーダンス変化
が起こっても、印加される交流電圧のピーク値が一定に
保たれるため、安定した容量性素子の駆動が可能にな
る。
換効率が得られる他、容量性素子のインピーダンス変化
が起こっても、印加される交流電圧のピーク値が一定に
保たれるため、安定した容量性素子の駆動が可能にな
る。
【００１１】
【実施例】以下、本発明について一実施例について図
１，図２を参照して説明する。図１は、容量性素子(10)
の各端子（ａ，ｂ）を直流電圧の正極性電圧（ＶD ）に
切り換えるスイッチ（Ｑ4 ，Ｑ6 ）と、直流電圧の負極
性電圧（GND ）に切り換えるスイッチ（Ｑ5 ，Ｑ7 ）
と、インダクタ（Ｌ1 ，Ｌ2 ）と、ダイオード（Ｄ1 ，
Ｄ2 ，Ｄ3 ，Ｄ4 ）、及びスイッチ（Ｑ4 〜Ｑ7 ）のON
/OFFを制御する制御回路(20)とで構成された回路であ
る。
１，図２を参照して説明する。図１は、容量性素子(10)
の各端子（ａ，ｂ）を直流電圧の正極性電圧（ＶD ）に
切り換えるスイッチ（Ｑ4 ，Ｑ6 ）と、直流電圧の負極
性電圧（GND ）に切り換えるスイッチ（Ｑ5 ，Ｑ7 ）
と、インダクタ（Ｌ1 ，Ｌ2 ）と、ダイオード（Ｄ1 ，
Ｄ2 ，Ｄ3 ，Ｄ4 ）、及びスイッチ（Ｑ4 〜Ｑ7 ）のON
/OFFを制御する制御回路(20)とで構成された回路であ
る。
【００１２】次に、この駆動回路の動作原理について図
２のタイミングチャートを参照して説明する。
２のタイミングチャートを参照して説明する。
【００１３】まず、時間ｔ0 においてスイッチ（Ｑ4 ）
とスイッチ９（Ｑ7 ）がONになり、容量性素子(10)は、
ａ端子が正極性で、ＶD の電圧で充電された状態になっ
ている。次に、容量性素子(10)はを放電させるためｔ1
でスイッチ（Ｑ5 ）をONにする。この時、GND →Ｌ2 →
Ｄ3 →容量性素子→Ｄ1 →Ｑ5 →GND の経路で放電電流
が流れ、やがて放電電流が零になる時点（ｔ2 ）では、
容量正素子(10)のｂ端子は、容量正素子(10)とインダク
タ（Ｌ2 ）のＬＣ直列回路の放電特性によってＶD'まで
上昇し、容量性素子(10)はｔ0 の時とは逆方向の電圧で
充電される。そして、時間ｔ3 でスイッチ（Ｑ6 ）をON
にして容量性素子(10)をＶD まで充電する。
とスイッチ９（Ｑ7 ）がONになり、容量性素子(10)は、
ａ端子が正極性で、ＶD の電圧で充電された状態になっ
ている。次に、容量性素子(10)はを放電させるためｔ1
でスイッチ（Ｑ5 ）をONにする。この時、GND →Ｌ2 →
Ｄ3 →容量性素子→Ｄ1 →Ｑ5 →GND の経路で放電電流
が流れ、やがて放電電流が零になる時点（ｔ2 ）では、
容量正素子(10)のｂ端子は、容量正素子(10)とインダク
タ（Ｌ2 ）のＬＣ直列回路の放電特性によってＶD'まで
上昇し、容量性素子(10)はｔ0 の時とは逆方向の電圧で
充電される。そして、時間ｔ3 でスイッチ（Ｑ6 ）をON
にして容量性素子(10)をＶD まで充電する。
【００１４】この後同様にして、容量性素子(10)を放電
させるため時間ｔ4 でスイッチ（Ｑ6 ，Ｑ7 ）をOFF し
引きつづきスイッチ（Ｑ7 ）をONにし、GND →Ｌ1 →Ｄ
2 →容量性素子→Ｄ4 →Ｑ7 →GND の経路で放電させ、
容量性素子（10) のａ端子をＶD'まで上昇させ（ｔ5
）、さらにスイッチ（Ｑ6 ）をONにして容量性素子(1
0)をＶDまで充電させる（ｔ0'）。
させるため時間ｔ4 でスイッチ（Ｑ6 ，Ｑ7 ）をOFF し
引きつづきスイッチ（Ｑ7 ）をONにし、GND →Ｌ1 →Ｄ
2 →容量性素子→Ｄ4 →Ｑ7 →GND の経路で放電させ、
容量性素子（10) のａ端子をＶD'まで上昇させ（ｔ5
）、さらにスイッチ（Ｑ6 ）をONにして容量性素子(1
0)をＶDまで充電させる（ｔ0'）。
【００１５】以上で容量性素子(10)の駆動の１サイクル
が完了し、ｔ0 〜ｔ5 を繰り返すことによって容量性素
子(10)が駆動される。
が完了し、ｔ0 〜ｔ5 を繰り返すことによって容量性素
子(10)が駆動される。
【００１６】ここで、ｔ1 〜ｔ2 の時間は、容量性素子
(10)の静電容量（Ｃ）とインダクタ（Ｌ2 ）のインダク
タンス（ＬＨ2 ）によって決まり、およそ
(10)の静電容量（Ｃ）とインダクタ（Ｌ2 ）のインダク
タンス（ＬＨ2 ）によって決まり、およそ
【００１７】
【００１８】となり、ｔ4 〜ｔ5 の時間は容量性素子(1
0)の静電容量（Ｃ）とインダクタ（Ｌ1 ）のインダクタ
タンス（ＬＨ1 ）によって決まり、およそ
0)の静電容量（Ｃ）とインダクタ（Ｌ1 ）のインダクタ
タンス（ＬＨ1 ）によって決まり、およそ
【００１９】
【００２０】となる。
【００２１】一方、ｔ2 〜ｔ3 、及びｔ5 〜ｔ0'の時間
は任意に設定でき、ｔ0 〜ｔ1 、及びｔ3 〜ｔ4 の時間
も、容量性素子(10)の静電容量（Ｃ）と、スイッチ（Ｑ
4 〜Ｑ7 ）のON抵抗等で決まる充電時間以上であれば任
意に設定できるため、これらを調整することによて駆動
周波数を自由に設定できる。
は任意に設定でき、ｔ0 〜ｔ1 、及びｔ3 〜ｔ4 の時間
も、容量性素子(10)の静電容量（Ｃ）と、スイッチ（Ｑ
4 〜Ｑ7 ）のON抵抗等で決まる充電時間以上であれば任
意に設定できるため、これらを調整することによて駆動
周波数を自由に設定できる。
【００２２】図２から分かるように、容量性素子(10)に
印加される電圧のピーク値は、正極性，負極性共、ＶD
の電圧で安定しており、容量性素子(10)の静電容量等の
特性値が変化してもこのピーク電圧値は変化しない。
印加される電圧のピーク値は、正極性，負極性共、ＶD
の電圧で安定しており、容量性素子(10)の静電容量等の
特性値が変化してもこのピーク電圧値は変化しない。
【００２３】次に、本発明の別の実施例を図３，図４を
参照にして説明する。
参照にして説明する。
【００２４】図３の駆動回路は、図１の駆動回路のイン
ダクタ（Ｌ1 ）とダイオード（Ｄ1，Ｄ2 ）を省いた回
路構成である。
ダクタ（Ｌ1 ）とダイオード（Ｄ1，Ｄ2 ）を省いた回
路構成である。
【００２５】この駆動回路の動作原理は、図４のタイミ
ングチャートに示すように容量性素子(10)のａ端子が正
極性で充電されている状態から放電させ、さらに逆方向
の電圧で充電される過程（ｔ0 〜ｔ4 ）は、図１の駆動
回路と全く同じであるが、この状態からの放電は，イン
ダクタを介さず、ｔ4 でスイッチ（Ｑ7 ）をONにして、
GND にして、GND →Ｄ5 →容量性素子→Ｄ4 →Ｑ7 →GN
D の経路で放電するため、容量性素子(10)は、完全に放
電された状態で保持される（ｔ4 〜ｔ0'）。そして、ｔ
0'でスイッチ（Ｑ6）をONにして容量性素子(10)をＶD
の電圧で逆方向に充電する。
ングチャートに示すように容量性素子(10)のａ端子が正
極性で充電されている状態から放電させ、さらに逆方向
の電圧で充電される過程（ｔ0 〜ｔ4 ）は、図１の駆動
回路と全く同じであるが、この状態からの放電は，イン
ダクタを介さず、ｔ4 でスイッチ（Ｑ7 ）をONにして、
GND にして、GND →Ｄ5 →容量性素子→Ｄ4 →Ｑ7 →GN
D の経路で放電するため、容量性素子(10)は、完全に放
電された状態で保持される（ｔ4 〜ｔ0'）。そして、ｔ
0'でスイッチ（Ｑ6）をONにして容量性素子(10)をＶD
の電圧で逆方向に充電する。
【００２６】すなわち、図３の駆動回路は、図１の駆動
回路に比べてインダクタによる低消費電力の効果が低下
する代わりに、部品点数を下げる効果があり、コストや
部品実装面積に制限がある場合に有効である。
回路に比べてインダクタによる低消費電力の効果が低下
する代わりに、部品点数を下げる効果があり、コストや
部品実装面積に制限がある場合に有効である。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように本発明による容量性
素子の駆動回路は、駆動の１サイクルの中で任意に設定
できる時間があるため、この時間を変えることにより駆
動周波数を自由に設定でき、しかも、このタイミングは
制御回路で決めることができる他励式であるため、駆動
周波数が安定する。
素子の駆動回路は、駆動の１サイクルの中で任意に設定
できる時間があるため、この時間を変えることにより駆
動周波数を自由に設定でき、しかも、このタイミングは
制御回路で決めることができる他励式であるため、駆動
周波数が安定する。
【００２８】また、印加電圧、特に重要なピーク電圧値
は、容量性素子のインピーダンスによらず、常に供給さ
れる直流電圧値になるため、安定している。
は、容量性素子のインピーダンスによらず、常に供給さ
れる直流電圧値になるため、安定している。
【００２９】また、容量性素子に充電された電荷をイン
ダクタを通して放電させることにより、放電エネルギを
利用して容量性素子を逆方向に充電し、残りの充電エネ
ルギだけを外部直流電源から供給する方式であるため、
変換効率が高く、低い消費電力で容量性素子を駆動する
ことができる。
ダクタを通して放電させることにより、放電エネルギを
利用して容量性素子を逆方向に充電し、残りの充電エネ
ルギだけを外部直流電源から供給する方式であるため、
変換効率が高く、低い消費電力で容量性素子を駆動する
ことができる。
【図１】 本発明の一実施例の回路図
【図２】 同実施例のタイミングチャート
【図３】 本発明の他の実施例の回路図
【図４】 同実施例のタイミングチャート
【図５】 従来の駆動回路図の一例
【図６】 従来の駆動回路の他の例
10 容量性素子 20 制御回路 Ｌ1 ，Ｌ2 インダクタ Ｄ2 ，Ｄ3 ダイオード Ｑ4 ，Ｑ5 ，Ｑ6 ，Ｑ7 スイッチ
Claims (1)
- 【請求項１】直流電圧を交流電圧に変換して容量性素子
に印加し、容量性素子を駆動する駆動回路において、前
記容量性素子の各端子に前記直流電圧の正極性電圧と負
極性電圧に切り換えられることが可能なスイッチを接続
し、かつ前記容量性素子の少なくとも一方の端子と前記
直流電圧の一方の極との間にインダクタとダイオードの
直列回路を接続し、前記ダイオードは前記直流電圧より
前記容量性素子への充電を阻止する方向であり、前記ス
イッチを制御して前記直流電圧で前記容量性素子を充電
した後、前記インダクタを通じて放電させ、前記インダ
クタに蓄えられたエネルギを前記容量性素子に戻すこと
によって容量性素子を逆方向に充電し、前記スイッチを
通じてさらに前記直流電圧まで充電する制御回路を有す
ことを特徴とする容量性素子の駆動回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3006875A JP3008505B2 (ja) | 1991-01-24 | 1991-01-24 | 容量性素子の駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3006875A JP3008505B2 (ja) | 1991-01-24 | 1991-01-24 | 容量性素子の駆動回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04248374A JPH04248374A (ja) | 1992-09-03 |
| JP3008505B2 true JP3008505B2 (ja) | 2000-02-14 |
Family
ID=11650401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3006875A Expired - Lifetime JP3008505B2 (ja) | 1991-01-24 | 1991-01-24 | 容量性素子の駆動回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3008505B2 (ja) |
-
1991
- 1991-01-24 JP JP3006875A patent/JP3008505B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04248374A (ja) | 1992-09-03 |
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