JP3052938B2 - 圧電インバータ回路及びそれを用いた時分割駆動光源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，直流電源電圧を用
い交流かつ高圧な電力を複数の負荷の一つに供給するた
めの電源装置に関し，特に複数の圧電トランスを使用す
る電源回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に，複数の負荷の一つを駆動させる
ためには，直流電源電圧を交流かつ高圧な電力に変換
し，複数の変圧器の一つを駆動する必要がある。

【０００３】従来，直流電源電圧を交流かつ高圧な電力
に変換する電気回路として電磁トランス式インバータが
多用されてきた。

【０００４】従来の，負荷が冷陰極管の場合における時
分割駆動電磁インバータ回路を図７に示す。この時分割
駆動電磁インバータ回路は，電源１１と，点灯制御信号
（Ｒ）１５・点灯制御信号（Ｇ）１６・点灯制御信号
（Ｂ）１７から構成される点灯制御部２０と，冷陰極管
１８１・冷陰極管１８２・冷陰極管１８３から構成され
る負荷部１８０と，制御回路５０１・制御回路５０２・
制御回路５０３から構成される入力電力制御部５００
と，ＤＣ−ＡＣ変換回路である駆動回路５２１・駆動回
路５２２・駆動回路５２３から構成される駆動電圧発生
部５２０と，電磁トランス５３１・電磁トランス５３２
・電磁トランス５３３から構成される変圧部５３０によ
り構成される。

【０００５】つぎに，従来の時分割駆動電磁インバータ
回路の動作について説明する。入力電力制御部５００
は，制御回路５０１・制御回路５０２・制御回路５０３
においてそれぞれ点灯制御信号（Ｒ）１５・点灯制御信
号（Ｇ）１６・点灯制御信号（Ｂ）１７を入力し，駆動
信号を発生して駆動電圧発生部５２０の駆動回路５２１
・駆動回路５２２・駆動回路５２３にそれぞれ出力す
る。駆動電圧発生部５２０ではこの駆動信号を負荷を駆
動可能である必要なレベルまで増幅し，変圧部５３０の
電磁トランス５３１・電磁トランス５３２・電磁トラン
ス５３３の一次電極にそれぞれ出力する。変圧部５３０
は，駆動電圧発生部５２０からの出力を変圧し，バラス
トコンデンサ５９１・バラストコンデンサ５９２・バラ
ストコンデンサ５９３を介して，電力を負荷部１８０の
冷陰極管１８１・冷陰極管１８２・冷陰極管１８３にそ
れぞれ供給する。冷陰極管１８１・冷陰極管１８２・冷
陰極管１８３はこの電力供給を受けてそれぞれ，赤色・
緑色・青色の発光の光源として自らの発光色を発光する
か，あるいはフィルタを通して発光色を発するための光
源として点灯する。この冷陰極管１８１・冷陰極管１８
２・冷陰極管１８３が点灯するためには，通常４００Ｖ
以上の電圧が必要になる。また，冷陰極管１８１・冷陰
極管１８２・冷陰極管１８３は点灯時の電気的な特性と
して負性インピーダンスを持つので，冷陰極管が安定し
て発光するためのバラストコンデンサ５９１・バラスト
コンデンサ５９２・バラストコンデンサ５９３は必須素
子となる。このため，実際に電磁トランス５３１・電磁
トランス５３２・電磁トランス５３３の出力端では，バ
ラストコンデンサ５９１・バラストコンデンサ５９２・
バラストコンデンサ５９３による電圧降下を見込んだ電
圧を負荷部１８０に供給する必要が有るため，一般に点
灯電圧の約１．５倍程度の電圧を変圧部５３０から負荷
部１８０に供給する必要がある。また，冷陰極管１８１
・冷陰極管１８２・冷陰極管１８３が点灯開始時には負
荷部１８０には更に高圧を供給する必要が有るため，実
際の回路では電磁トランス５３１・電磁トランス５３２
・電磁トランス５３３の二次電極の電圧として１０００
Ｖ近くの高圧を発生する必要が有る。負荷部１８０から
流出した電流は検出抵抗１４１・検出抵抗１４２・検出
抵抗１４３により電流電圧変換され，入力電力制御部５
００に帰還される。入力電力制御部５００は，この帰還
信号により駆動電圧発生部５２０への出力電圧レベルを
調整して負荷部１８０の駆動電流が一定になるように制
御する。この結果，点灯制御信号（Ｒ）１５・点灯制御
信号（Ｇ）１６・点灯制御信号（Ｂ）１７により，冷陰
極管１８１・冷陰極管１８２・冷陰極管１８３はそれぞ
れ赤色・緑色・青色の発光を得る。ここで，点灯制御信
号と各色の点灯タイミングを図８に示す。冷陰極管１８
１・冷陰極管１８２・冷陰極管１８３は，それぞれ点灯
制御信号（Ｒ）１５のオン信号に同期して赤色の発光を
得て，つぎに点灯制御信号（Ｇ）１６のオン信号に同期
して緑色の発光を得て，更に点灯制御信号（Ｂ）１７の
オン信号に同期して青色の発光を得る。このサイクルを
順次繰り返すことにより，光の三原色の発光を時分割に
順次得ることになる。

【０００６】しかし，電磁トランス式インバータでは原
理的に小型化と高効率化が相反するので，特に複数の負
荷を駆動させる場合に小型化と高効率化を両立するのは
困難になり，この電気回路を搭載する機械を小型化かつ
高効率にするうえで大きな障害となっていた。

【０００７】近時，インバータの小型化と小質量化及び
低消費電力化への要求が高まり，小型，小質量かつ高効
率である圧電トランス式インバータが注目されるように
なった。

【０００８】単管の冷陰極管では，従来の電磁トランス
に変わって，変圧部に圧電トランスを用いたインバータ
が冷陰極管の駆動に用いられるようになって来ている。
この圧電トランスは圧電効果により電気的な共振と機械
的な共振を利用する。つまり，電気エネルギを機械エネ
ルギに変換し，その機械エネルギを再び電気エネルギに
変換することにより出力電圧値を入力電圧値と異なる値
にすることを可能にする。図９おける圧電トランス３３
１・圧電トランス３３２・圧電トランス３３３は互いの
共振周波数については特に制限がなく，一般的には等し
い共振周波数を持った圧電トランスを用いる。図９にお
いては，単管駆動の時分割駆動圧電インバータを並列配
置して，それぞれの圧電トランスに対応して点灯制御信
号（Ｒ）１５，点灯制御信号（Ｇ）１６，点灯制御信号
（Ｂ）１７を与えることにより，それぞれの冷陰極管を
単独に制御する。

【０００９】つぎに，負荷が冷陰極管の場合における時
分割駆動圧電インバータ回路の詳細を図９に示す。この
時分割駆動圧電インバータ回路は，電源１１と，点灯制
御信号（Ｒ）１５・点灯制御信号（Ｇ）１６・点灯制御
信号（Ｂ）１７から構成される点灯制御部２０と，冷陰
極管１８１・冷陰極管１８２・冷陰極管１８３から構成
される負荷部１８０と，制御回路３０１・制御回路３０
２・制御回路３０３から構成される入力電力制御部３０
０と，ＤＣ−ＡＣ変換回路である駆動回路３２１・駆動
回路３２２・駆動回路３２３から構成される駆動電圧発
生部３２０と，圧電トランス３３１・圧電トランス３３
２・圧電トランス３３３から構成される変圧部３３０に
より構成される。

【００１０】つぎに，この図９に示した従来の時分割駆
動圧電インバータ回路の動作について説明する。入力電
力制御部３００は，制御回路３０１・制御回路３０２・
制御回路３０３においてそれぞれ点灯制御信号（Ｒ）１
５・点灯制御信号（Ｇ）１６・点灯制御信号（Ｂ）１７
を入力し，駆動信号を発生して駆動電圧発生部３２０の
駆動回路３２１・駆動回路３２２・駆動回路３２３にそ
れぞれ出力する。駆動電圧発生部３２０ではこの駆動信
号を負荷を駆動可能である必要なレベルまで増幅し，変
圧部３３０の圧電トランス３３１・圧電トランス３３２
・圧電トランス３３３の一次電極にそれぞれ出力する。
変圧部３３０は，駆動電圧発生部３２０からの出力を変
圧し，電力を負荷部１８０の冷陰極管１８１・冷陰極管
１８２・冷陰極管１８３にそれぞれ供給する。冷陰極管
１８１・冷陰極管１８２・冷陰極管１８３はこの電力供
給を受けてそれぞれ，赤色・緑色・青色の発光の光源と
して自らの発光色を発光するか，あるいはフィルタを通
して発光色を発するための光源として点灯する。また，
冷陰極管１８１・冷陰極管１８２・冷陰極管１８３は点
灯時の電気的な特性として負性インピーダンスを持つ
が，圧電トランスではこの負性インピーダンスを消失さ
せるように動作するので，変圧部３３０が電磁トランス
の場合のようにバラストコンデンサを圧電トランスの２
次電極の出力端に設ける必要はない。負荷部１８０から
流出した電流は検出抵抗１４１・検出抵抗１４２・検出
抵抗１４３により電流電圧変換され，入力電力制御部３
００に帰還される。入力電力制御部３００は，この帰還
信号により駆動電圧発生部３２０への出力電圧レベルを
調整して負荷部１８０の駆動電流が一定になるように制
御する。この結果，点灯制御信号（Ｒ）１５・点灯制御
信号（Ｇ）１６・点灯制御信号（Ｂ）１７の信号によ
り，冷陰極管１８１・冷陰極管１８２・冷陰極管１８３
はそれぞれ赤色・緑色・青色の発光を得る。

【００１１】しかし図９に示すような従来の圧電インバ
ータ回路では，複数の圧電トランスを独立に駆動しよう
とすると，駆動回路を複数設けなければならず，回路が
複雑かつ大規模になる。また，駆動回路には電力用の高
価な素子を使用するので，回路が高価になる。

【００１２】かかる問題を解消することを目的として特
開平５−２５１７８４号には，圧電トランスを使用した
インバータにより複数の負荷を駆動するために，厚み縦
振動圧電磁器トランス及びその製造方法が開示されてい
る。この厚み縦振動圧電磁器トランス及びその製造方法
によれば，小型，高効率で，かつ多入力，多出力を実現
しているとされている。

【００１３】他にかかる問題を解消することを目的とし
て特開平８−４５６７９号には，圧電トランスを使用し
たインバータにより複数の負荷を駆動するために，冷陰
極管点灯装置が開示されている。この冷陰極管点灯装置
によれば，１個の圧電トランスからの高圧の高周波電圧
により，複数の冷陰極管を点灯させる冷陰極管点灯装置
を提供できるとされている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし，特開平５−２
５１７８４号の厚み縦振動圧電磁器トランス及びその製
造方法では，確かに圧電トランスの回路に占める物理的
空間の割合は少なくなる可能性はあるが，この圧電トラ
ンスでは，複数の負荷を同時に駆動することはＤＣ−Ａ
Ｃ変換回路である１つの駆動回路のみでは可能であって
も，複数の負荷を独立に駆動することは１つの駆動回路
では不可能である。したがって，時分割の駆動に用いる
回路として使用することが可能であるとは認識しがた
い。また，特開平８−４５６７９号の冷陰極管点灯装置
では，圧電トランスにより複数の負荷を同時に駆動する
ことはＤＣ−ＡＣ変換回路である１つの駆動回路のみで
は可能であっても，複数の負荷を独立に駆動することは
１つの駆動回路では不可能である。したがって，時分割
の駆動に用いる回路として使用することが可能であると
は認識しがたい。この課題を解決するために本発明は，
共振周波数が互いに異なる複数の圧電トランスと，互い
に異なる複数の周波数の電圧を順次発生させる信号を用
いることにより，複数の圧電トランスをＤＣ−ＡＣ変換
回路である唯一つの駆動回路に接続するのみで複数の負
荷を時分割して駆動可能にすることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本出
願第１の発明の圧電インバータ回路は，直流入力を交流
に変換するＤＣ−ＡＣ変換回路である１回路の駆動回路
と，前記駆動回路の出力に並列ないしは直列に接続され
た複数の圧電トランスと，を有する圧電インバータ回路
において，前記複数の圧電トランスが互いに異なる共振
周波数を有するものであり，かつ前記駆動回路の駆動周
波数を可変制御することにより前記複数の圧電トランス
のうちのいずれか１つのみに出力を得ることを特徴とす
る。

【００１６】したがって，本出願第１の発明の圧電イン
バータ回路によれば，直流入力を交流に変換するＤＣ−
ＡＣ変換回路である１回路の駆動回路の出力に，共振周
波数が互いに異なる複数の圧電トランスを並列ないしは
直列に接続し，前記駆動回路の駆動周波数を可変制御す
ることにより，複数の圧電トランスのいずれか１つに出
力を得ることができ，複数の圧電トランスを唯一つの駆
動回路に接続するのみで複数の負荷を時分割して駆動可
能になる。 また，回路を小規模かつ小質量にすることを
可能にする。また，設置する駆動回路の数が少なくなる
ので，回路素子の費用を削減することが可能になる。

【００１７】前記課題を解決する本出願第２の発明の圧
電インバータ回路は，本出願第１の発明の圧電インバー
タ回路において，前記出力を得る圧電トランスを選択す
る駆動周波数の可変制御が，前記駆動周波数を順次に切
り替えることにより行なわれることを特徴とする。

【００１８】したがって，本出願第２の発明の圧電イン
バータ回路によれば，回路に設けられた共振周波数が互
いに異なる複数の圧電トランスの任意の一つを駆動させ
ることを可能にし，任意の負荷を直ちに駆動させること
が可能になる。

【００１９】本出願第３の発明は，本出願第２の発明の
圧電インバータ回路において，前記駆動周波数の可変制
御が，各圧電トランスに対応して個々に設けられた電圧
を保持する手段と，前記複数の電圧保持手段の１つの電
圧を選択する手段と，前記選 択された電圧に応じて所定
周波数の発振を行う電圧制御発振器と，により行われる
ことを特徴とする。

【００２０】したがって，本出願第３の発明の圧電イン
バータ回路によれば，電圧振幅値を定めることが可能に
なり，任意の圧電トランスの駆動周波数に関する情報を
記憶することができ，駆動回路から希望する周波数をも
つ電圧を生成するための信号を発生することが可能とな
る。

【００２１】本出願第４の発明は，本出願第３の発明の
圧電インバータ回路において，前記電圧保持手段に保持
される電圧が，各々対応する圧電トランスの出力電流値
が所定値になるごとくに，負帰還制御されていることを
特徴とする。

【００２２】したがって，本出願第４の発明の圧電イン
バータ回路によれば，圧電トランスにより変圧された電
圧を２次電極に出力し，その電圧振幅値が適切な値であ
るかどうか判定し，設定した周波数の交流電圧を出力す
ることが可能になる。

【００２３】本出願第５の発明は，本出願第１の発明の
圧電インバータ回路において，前記出力を得る圧電トラ
ンスを選択する駆動周波数の可変制御が，前記駆動周波
数の掃引により行われることを特徴とする。

【００２４】したがって，本出願第５の発明の圧電イン
バータ回路によれば，各圧電トランスの駆動周波数の最
適な値を瞬時に再現することが可能となる。

【００２５】本出願第６の発明の時分割駆動光源は，直
流入力を交流に変換するＤＣ−ＡＣ変換回路である１回
路の駆動回路と，前記駆動回路の出力に並列ないしは直
列に接続された複数の圧電トランスと，前記圧電トラン
スの出力に接続された冷陰極管と，を有する時分割駆動
光源装置において，前記複数の圧電トランスが互いに異
なる共振周波数を有するものであり，かつ前記駆動回路
の駆動周波数を可変制御することにより前記複数の冷陰
極管のうちのいずれか１つのみを発光させるこ とを特徴
とする。

【００２６】したがって，本出願第６の発明の時分割駆
動光源によれば，直流入力を交流に変換するＤＣ−ＡＣ
変換回路である１回路の駆動回路の出力に，共振周波数
が互いに異なる複数の圧電トランスを並列ないしは直列
に接続し，前記駆動回路の駆動周波数を可変制御するこ
とにより，複数の圧電トランスのいずれか１つに出力を
得ることができ，この圧電トランスの出力に接続された
冷陰極管のみを点灯することができ，複数の圧電トラン
スを唯一つの駆動回路に接続するのみで複数の冷陰極管
を時分割して点灯可能になる。 また，光源装置を小規模
かつ小質量にすることを可能にする。また，設置する駆
動回路の数が少なくなるので，光源装置の費用を削減す
ることが可能になる。

【００２７】本出願第７の発明は，本出願第６の発明の
時分割駆動光源において，前記圧電トランスおよび前記
冷陰極管が各々３個からなり，かつ３個の冷陰極管の発
光色が各々光の三原色に対応するのであることを特徴と
する。

【００２８】したがって，本出願第７の発明の時分割駆
動光源によれば，発光が弱い間に各色に合わせた液晶の
表示となるように映像をきりかえることにより，カラー
液晶表示が可能になる。

【００２９】本出願第８の発明は，本出願第６又は本出
願第７の発明の時分割駆動光源において，前記発光させ
る冷陰極管を選択する駆動周波数の可変制御が，前記駆
動周波数を順次に切り替えることにより行なわれること
を特徴とする。

【００３０】したがって，本出願第８の発明の時分割駆
動光源によれば，光源装置に設けられた共振周波数が互
いに異なる複数の圧電トランスの任意の一つを駆動させ
ることを可能にし，任意の冷陰極管を直ちに駆動させる
ことが可能になる。

【００３１】本出願第９の発明は，本出願第８の発明の
時分割駆動光源において，前記駆動 周波数の可変制御
が，各冷陰極管に対応して個々に設けられた電圧を保持
する手段と，前記複数の電圧保持手段の１つの電圧を選
択する手段と，前記選択された電圧に応じて所定周波数
の発振を行う電圧制御発振器と，により行われることを
特徴とする。

【００３２】したがって，本出願第９の発明の時分割駆
動光源によれば，電圧振幅値を定めることが可能にな
り，任意の圧電トランスの駆動周波数に関する情報を記
憶することができ，駆動回路から希望する周波数をもつ
電圧を生成するための信号を発生することが可能とな
り，この圧電トランスの出力に接続された冷陰極管のみ
を点灯することができる。

【００３３】本出願第１０の発明は，本出願第８の発明
の時分割駆動光源において，前記電圧の保持手段に保持
される電圧は，各々対応する冷陰極管に流れる電流値が
所定値になるごとくに，負帰還制御することを特徴とす
る。

【００３４】したがって，本出願第１０の発明の時分割
駆動光源によれば，圧電トランスにより変圧された電圧
を２次電極に出力し，その電圧振幅値が対応する冷陰極
管に適切な値であるかどうか判定し，設定した周波数の
交流電圧を出力することが可能になる。

【００３５】本出願第１１の発明は，本出願第６又は本
出願第７の発明の時分割駆動光源において，前記発光さ
せる冷陰極管を選択する駆動周波数の可変制御が，前記
駆動周波数の掃引の繰返しにより行われることを特徴と
する。

【００３６】したがって，本出願第１１の発明の時分割
駆動光源によれば，各圧電トランスの駆動周波数の最適
な値を瞬時に再現することが可能となり，発光させたい
冷陰極管を点灯することが可能になる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の圧電インバータ回
路及びそれを用いた時分割駆動光源装置に対する実施の
各形態を図１，図２，図３，図４，図５，図６に基づい
て説明する。

【００３８】 実施の形態１ 図１は，本発明における第１の実施の形態の圧電インバ
ータ回路を用いた時分割駆動光源装置の回路図である。
図１に示すように圧電インバータ回路を用いた時分割駆
動光源装置は，負荷電力調整回路１０１・ＯＮ／ＯＦＦ
制御回路１０２から構成される入力電力制御部２０と，
ＤＣ−ＡＣ変換回路である駆動回路１２１と，検出抵抗
１４１・検出抵抗１４２・検出抵抗１４３・基準電圧比
較回路１５１・保持容量１９１・保持容量１９２・保持
容量１９３・電圧制御発振器１６１から構成される周波
数制御部３０と，圧電トランス１３１・圧電トランス１
３２・圧電トランス１３３から構成される変圧部４０
と，過電圧制御回路１７１と，負荷１８１・負荷１８２
・負荷１８３から構成される負荷部５０とにより構成さ
れる。また本実施の形態では，圧電トランスは例えばロ
ーゼン２次型単板型・ローゼン２次型積層型・ローゼン
３次型単板型・ローゼン３次型積層型等を使用すること
ができる。

【００３９】 本発明の構成と動作を図１に基づいて詳細
に説明する。入力電力制御部２０の構成について説明す
る。入力電力制御部は，電源１１の１つの出力端と負荷
電力調整信号１２の１つの出力端とＯＮ／ＯＦＦ制御信
号１３の１つの出力端及び駆動回路１２１の１つの入力
端に接続している。入力電力制御部２０は，負荷電力調
整回路１０１とＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０２により構成
されている。

【００４０】 入力電力制御部２０の動作について説明す
る。電源１１から電力を入力し，その電力を駆動回路１
２１をはじめとする回路全体の基本的な電力を供給す
る。負荷電力調整信号１２を入力することにより駆動回
路１２１，負荷部５０に印可する電力量を調整する。Ｏ
Ｎ／ＯＦＦ制御信号１３を入力してＯＮ／ＯＦＦ制御回
路１０２で制御することにより，駆動回路１２１に信号
を出力し駆動回路１２１に電力を供給するか否かを制御
する。

【００４１】 駆動回路１２１の構成について説明する。
駆動回路１２１は，電源１１の１つの出力端と入力電力
制御部２０の１つの出力端と周波数制御部３０の電圧制
御発振器１６１の２つの出力端，及び変圧部４０の圧電
トランス１３１・圧電トランス１３２・圧電トランス１
３３それぞれの２つの１次電極に接続している。更に詳
しくは，駆動回路１２１は，変圧部４０の圧電トランス
と接続している２つの入力端のうち，１つの入力端は圧
電トランス１３１・圧電トランス１３２・圧電トランス
１３３のそれぞれの１次電極である１次電極１３１１・
１次電極１３２１・１次電極１３３１と接続し，別の１
つの入力端は圧電トランス１３１・圧電トランス１３２
・圧電トランス１３３のそれぞれの１次電極である１次
電極１３１２・１次電極１３２２・１次電極１３３２と
接続している。つぎに，駆動回路１２１の内部構成を図
２に基づいて詳細に説明する。駆動回路１２１は，電源
１１の１つの出力端がトランジスタ９１のソースに接続
し，入力電力制御部２０の出力端がトランジスタ９１の
ゲートに接続し，トランジスタ９１のドレインはコイル
９４の一端とコイル９５の一端に接続している。トラン
ジスタ９１と接続していないコイル９４の別の一端は，
トランジスタ９２のドレインと接続している。トランジ
スタ９１と接続していないコイル９５の別の一端は，ト
ランジスタ９３のドレインと接続している。トランジス
タ９２のゲートは，電圧制御発振器１６１の２つの出力
端のうちの１つと接続し，トランジスタ９２のソースは
接地されている。トランジスタ９３のゲートは，電圧制
御発振器１６１の２つの出力端のうちのトランジスタ９
２と接続していない１つの出力端と接続し，トランジス
タ９２のソースは接地されている。また，コイル９４の
トランジスタ９２と接続している端点は，変圧部４０の
入力端の１つとも接続している。同様にコイル９５のト
ランジスタ９３と接続している端点は，変圧部４０の入
力端のコイル９４と接続している入力端とは別の入力端
の１つとも接続している。また本実施の形態の駆動回路
では，トランジスタは例えば電界効果トランジスタやバ
イポーラトランジスタ等を使用することができる。

【００４２】 駆動回路１２１の動作について説明する。
入力電力制御部２０からの信号により電源１１から駆動
回路１２１への電力を制御する。その入力電力制御部２
０の制御と電圧制御発振器１６１の制御により，変圧部
４０に電力量と周波数が制御された電圧が供給される。
駆動回路１２１の内部の動作を図２に基づいて説明す
る。入力電力制御部２０からの信号によってトランジス
タ９１をオン・オフすることにより，電源１１からコイ
ル９４・コイル９５に電力を供給・断絶する。電圧制御
発振器１６１からの信号９６・９７によってトランジス
タ９２・トランジスタ９３をそれぞれ独立にオン・オフ
することにより，トランジスタ９２・トランジスタ９３
に対し，それぞれコイル９４・コイル９５のトランジス
タ９１と接続していない一端を接地する。これら一連の
動作により，駆動出力９８・駆動出力９９に交流電圧を
出力する。

【００４３】 周波数制御部３０の構成について説明す
る。周波数制御部３０は，検出抵抗１４１・検出抵抗１
４２・検出抵抗１４３と，基準電圧比較回路１５１と，
電圧制御発振器１６１と，保持容量１９１・保持容量１
９２・保持容量１９３により構成される。検出抵抗１４
１は，一端を負荷部の負荷１８１の出力端と接続し，他
端を接地している。検出抵抗１４２は，一端を負荷部の
負荷１８２の出力端と接続し，他端を接地している。検
出抵抗１４３は，一端を負荷部の負荷１８３の出力端と
接続し，他端を接地している。基準電圧比較回路１５１
は，負荷部の負荷１８１・負荷１８２・負荷１８３の出
力端に接続し，駆動周波数切替え制御信号１４の出力端
と接続し，電圧制御発振器１６１の入力端と接続し，保
持容量１９１・保持容量１９２・保持容量１９３と接続
している。電圧制御発振器１６１は，基準電圧比較回路
１５１の出力端と接続し，過電圧御回路１７１の出力端
と接続し，駆動回路１２１の入力端の２つと接続してい
る。

【００４４】 周波数制御部３０の動作について説明す
る。検出抵抗１４１・検出抵抗１４２・検出抵抗１４３
により，それぞれ負荷部の負荷１８１・負荷１８２・負
荷１８３の出力電圧をそれぞれ一定の電圧振幅値に制御
する。基準電圧比較回路１５１は，検出抵抗によって制
御された電圧振幅値を負荷部５０の負荷が必要としてい
る電圧振幅値と比較して，その結果を電圧制御発振器１
６１に出力する。更に，駆動周波数切替え制御信号１４
を入力することにより，任意の負荷部５０の負荷を駆動
するためにその負荷と接続している変圧部４０の圧電ト
ランスの共振周波数を駆動回路１２１から出力するため
の信号を基準電圧比較回路１５１が電圧制御発振器１６
１に出力する。保持容量１９１・保持容量１９２・保持
容量１９３は，負荷部５０の負荷が安定して駆動してい
る場合，その負荷を駆動している圧電トランスの駆動周
波数に関する情報を保持容量に保存しておき，後にその
負荷を駆動しようとする場合に，その負荷と接続してい
る圧電トランスの駆動周波数に関する情報を保持容量か
ら参照して直ちにその負荷を駆動する。電圧制御発振器
１６１は，基準電圧比較回路１５１から入力された信号
により駆動回路１２１に駆動したい変圧部４０の圧電ト
ランスを作動させるための信号を発生する。

【００４５】 変圧部４０の構成について説明する。変圧
部４０は，互いに異なる共振周波数を有する圧電トラン
ス１３１・圧電トランス１３２・圧電トランス１３３か
ら構成される。圧電トランス１３１・圧電トランス１３
２・圧電トランス１３３のそれぞれの１次電極１３１１
・１次電極１３２１・１次電極１３３１は，駆動回路１
２１の２つの出力端のうちの１つの出力端に接続してい
る。駆動回路１２１の２つの出力端のうち別のもう１つ
の出力端には，圧電トランス１３１・圧電トランス１３
２・圧電トランス１３３のそれぞれの１次電極１３１２
・１次電極１３２２・１次電極１３３２が接続してい
る。圧電トランス１３１・圧電トランス１３２・圧電ト
ランス１３３のそれぞれの２次電極１３１３・２次電極
１３２３・２次電極１３３３は，それぞれ負荷部の負荷
１８１・負荷１８２・負荷１８３の入力端に接続してい
る。

【００４６】 変圧部４０の動作について説明する。駆動
回路１２１から発生する交流電圧が変圧部４０の３つの
圧電トランスのうちのいずれか１つの共振周波数に一致
する場合は，その共振周波数が一致した圧電トランスの
みが共振し，駆動回路１２１から入力された交流電圧を
変圧して，その圧電トランスの２次電極に出力する。駆
動回路１２１から発生する交流電圧が変圧部４０の３つ
の圧電トランスのどの共振周波数にも一致しない場合
は，３つの圧電トランスのいずれもが共振せず，駆動回
路１２１から入力された交流電圧は変圧部４０から変圧
はされず電力は出力されない。

【００４７】 過電圧制御回路１７１の構成について説明
する。過電圧制御回路１７１は３つの入力端を有し，変
圧部の圧電トランス１３１・圧電トランス１３２・圧電
トランス１３３のそれぞれの２次電極１３１３・２次電
極１３２３・２次電極１３３３の３つと接続し，出力端
を１つ有し，それは電圧制御発振器１６１の入力端に接
続している。

【００４８】 過電圧制御回路１７１の動作について説明
する。過電圧制御回路１７１は，変圧部４０の圧電トラ
ンスの出力電圧が負荷を作動させる電圧値に適合するか
どうかを判定し，その電圧値の大小を検知し，変圧部４
０の圧電トランスの出力電圧が負荷を作動させる電圧値
に適合させるための信号を周波数制御部３０の電圧制御
発振器１６１に出力する。

【００４９】 負荷部５０の構成について説明する。負荷
部５０は，負荷１８１・負荷１８２・負荷１８３により
構成されている。負荷１８１の入力端は，変圧部４０の
圧電トランス１３１の２次電極１３１３と過電圧制御回
路１７１の３つ入力端のうちの１つと接続されている。
負荷１８１の出力端は，検出抵抗１４１と接続され，基
準電圧比較回路１５１の３つ入力端のうちの１つと接続
されている。負荷１８２の入力端は，変圧部４０の圧電
トランス１３２の２次電極１３２３と過電圧制御回路１
７１の３つ入力端のうちの負荷１８１の入力端が接続さ
れている過電圧制御回路１７１の入力端とは別の過電圧
制御回路１７１の入力端の１つと接続されている。負荷
１８２の出力端は，検出抵抗１４２と接続され，基準電
圧比較回路１５１の３つ入力端のうちの負荷１８１の出
力端が接続されている基準電圧比較回路１５１の入力端
とは別の基準電圧比較回路１５１の入力端の１つと接続
されている。負荷１８３の入力端は，変圧部４０の圧電
トランス１３３の２次電極１３３３と過電圧制御回路１
７１の３つ入力端のうちの負荷１８１と負荷１８２の入
力端が接続されている過電圧制御回路１７１の入力端と
は別の過電圧制御回路１７１の入力端の１つと接続され
ている。負荷１８３の出力端は，検出抵抗１４３と接続
され，基準電圧比較回路１５１の３つ入力端のうちの負
荷１８１と負荷１８２の出力端が接続されている基準電
圧比較回路１５１の入力端とは別の基準電圧比較回路１
５１の入力端の１つと接続されている。

【００５０】 負荷部５０の動作について説明する。負荷
部５０の負荷は，変圧部４０の圧電トランスからの電圧
により作動する。その場合，負荷の入力端の電圧振幅値
は過電圧制御回路１７１により制御され，負荷の出力端
の電圧振幅値は基準電圧比較回路１５１により制御され
る。この制御により負荷部５０の負荷は迅速かつ正確に
作動することが可能になる。

【００５１】 以上の構成と動作に基づいて，負荷として
冷陰極管を例にとり更に具体的な動作について説明す
る。以下本実施の形態では，図１の負荷を冷陰極管とし
て記述する。冷陰極管１８１を駆動して点灯するように
動作する場合を説明する。冷陰極管１８１を駆動して，
点灯するためには冷陰極管１８１の電極に高圧電圧を印
可する必要が有る。電圧制御発振器１６１の出力周波数
が，制御されるよう設定した駆動周波数に関する情報を
記憶した記憶情報を読み出す指示を行う外部からの制御
信号である駆動周波数切替え信号を，基準電圧比較ブロ
ック１５１に与える。基準電圧比較回路１５１は，駆動
周波数に関する情報を記憶した記憶情報を読み出す指示
を行う外部からの制御信号である駆動周波数切替え信号
の指示にしたがって，負荷電流の電流電圧変換を行って
いる検出抵抗１４１からの電圧により制御がかかるよう
に内部の接続を設定する。駆動初期の状態で冷陰極管１
８１が未点灯の場合は，検出抵抗１４１の出力電圧は低
い状態に有るので，基準電圧比較回路１５１はこの出力
電圧を判定した結果として，電圧制御発振器１６１に圧
電トランス１３１の出力が不足している判定を送る。電
圧制御発振器１６１はこの信号によって，圧電トランス
の出力が増加する方向に駆動周波数を変化させ，ＤＣ−
ＡＣ変換回路である駆動回路１２１に信号を送る。駆動
回路１２１はこの信号を増幅して，圧電トランスに駆動
電圧を出力する。この結果，圧電トランス１３１は，出
力が増加する方向に転じる。更にこの結果は，冷陰極管
１８１の動作電流を増加することになり，その電流が，
検出抵抗１４１に流れ込み，検出電圧の上昇となって，
基準電圧比較ブロック１５１に反映される。この動作状
況は，冷陰極管１８１の管電流があらかじめ設定された
レベルになるまで，上昇した後に安定な電流となるよう
に制御される。この場合駆動周波数は，図３のｆ１近傍
になっていることになる。またこの駆動周波数は，基準
電圧比較回路１５１の保持容量１９１に電気的な情報と
して保存される。駆動周波数切替え制御信号１４の指示
により，冷陰極管１８１を再点灯の際には，基準電圧比
較回路１５１は保持容量１９１の値を参照して，電圧制
御発振器１６１に冷陰極管１８１の制御のための電圧を
送り点灯を再開する。いずれの場合でも駆動周波数は，
図３のｆ１近傍になっていることになる。このため，圧
電トランス１３２と圧電トランス１３３は，駆動周波数
が，各々の共振周波数と異なった状態で駆動されている
ため，実質的に高圧出力は出ない状態に有り，結果とし
て冷陰極管１８１のみが選択されて発光している状態に
なる。この状況は，図４に示した駆動周波数選択駆動時
動作タイミングチャートにおいて駆動周波数切替え制御
信号１４が，図４の駆動周波数切替え制御信号の（Ｒ）
をオンにした状況であると認めると，図４におけるｔ１
以前の状態とｔ３以降の状態に相当する。

【００５２】 以上の説明と同様に，駆動周波数切替え制
御信号１４が冷陰極管１８２を点灯させる状態になった
場合には，上記説明の冷陰極管１８１を冷陰極管１８２
に，検出抵抗１４１を検出抵抗１４２に，圧電トランス
１３１を圧電トランス１３２に，保持容量１９１を保持
容量１９２にそれぞれ読み替えることにより説明され
る。また，この場合の状況を図４の駆動周波数切替え制
御信号の（Ｒ）をオンにした状況であると想定すると，
図４におけるｔ１以降ｔ２以前の状態に相当することに
なる。また，駆動周波数切替え制御信号１４が冷陰極管
１８３を点灯させる状態になった場合には，上記説明の
冷陰極管１８１を冷陰極管１８３に，検出抵抗１４１を
検出抵抗１４３に，圧電トランス１３１を圧電トランス
１３３に，保持容量１９１を保持容量１９３にそれぞれ
読み替えることにより説明される。また，この場合の状
況を図４の駆動周波数切替え制御信号の（Ｒ）をオンに
した状況であると想定すると，図４におけるｔ２以降ｔ
３以前の状態に相当することになる。基準電圧比較回路
１５１は，駆動周波数切替え制御信号１４を図４に示す
効果を有する各制御対象の圧電トランスの駆動制御信号
に変換する機能を持っているものとする。ところで，説
明に用いた保持容量は，情報を記憶するものと考えてお
り静電容量に限定するものではない。例えば，アナログ
デジタル変換を使用して，メモリを用いても同様の効果
を得られるものであり，結果として駆動周波数に関する
情報を保持することが可能な機能を有していれば，実現
方法は特にここに例示したものにこだわるものではな
い。

【００５３】 一般に，変圧部４０の圧電トランス１３１
・圧電トランス１３２・圧電トランス１３３は，それぞ
れ図３に示したような駆動周波数対負荷電流特性を持っ
ている。すなわち，圧電トランス１３１は駆動周波数が
図３に破線で示したｆ１付近の周波数において高圧出力
を出し，負荷電流が流れる特性を持つものであり，同様
に圧電トランス１３２は駆動周波数が図３のｆ２付近で
負荷電流を流す能力が有り，同様に圧電トランス１３３
は駆動周波数がｆ３付近で負荷電流を流す能力が有る。
図３において，ｆ１・ｆ２・ｆ３がそれぞれの駆動周波
数対負荷電流特性曲線の最大値を示す周波数としていな
いのは，冷陰極管を駆動する圧電トランスの制御方式と
しては，希望の管電流を得るために駆動周波数を制御し
ている場合が多く，その場合は駆動周波数が図３に示し
たように最大値を少し外れたところで共振する圧電トラ
ンスの効率が最大になるためである。

【００５４】 また，冷陰極管１８１・冷陰極管１８２・
冷陰極管１８３を時分割に順次点灯させることにより，
それぞれの冷陰極管の発光色を光の三原色としておき，
基準電圧比較回路１５１からの電圧制御発振器１６１へ
の制御信号を周波数が図５に示したような鋸歯状波にな
るように制御して，発光が弱い間に各色に合わせた液晶
の表示となるように映像をきりかえることにより，カラ
ー液晶表示が可能になる。

【００５５】 実施の形態２ 本発明の第２の実施の形態の構成について説明する。図
６は，本発明における第２の実施の形態の圧電インバー
タ回路を用いた時分割駆動光源装置の回路図である。図
６に示すように圧電インバータ回路を用いた時分割駆動
光源装置は，圧電トランス１３１・圧電トランス１３２
・圧電トランス１３３は互いに異なる共振周波数を持っ
た圧電トランスであり，この３つの圧電トランスは一次
電極が互いに電気的に直列に接続されており，ＤＣ−Ａ
Ｃ変換回路である駆動回路１２１からの２つの出力のう
ち一方が圧電トランス１３１の電極に接続されていて，
駆動回路１２１からの２つの出力のうちの別の一方が，
直列接続された圧電トランスの他方の電極である圧電ト
ランス１３３の一次電極が接続されている。圧電トラン
スの二次電極は，冷陰極管１８１の電極の一方に接続さ
れている。その他の構成は実施の形態１に等しい。

【００５６】 つぎに，本発明の第２の実施の形態の動作
について説明する。圧電トランスの駆動波形は，圧電ト
ランスの入力容量が比較的小さい単板の圧電トランスを
使用した場合には，駆動用のコイルとの適正な共振周波
数を得るために，並列接続をするほうが使用するコイル
の値が実用的な範囲に収まる。一方，圧電トランスが積
層構造をとるような場合，圧電トランスを並列接続する
際にはその圧電トランスの入力容量が大きくなりすぎる
ため，適正な電気的共振を発生するためのコイルが一般
的に使用する適正なインダクタンスの範囲で使用できな
くなる。この場合は，圧電トランスの一次電極間を直列
接続することにより，駆動回路から見込んだ圧電トラン
スの入力容量を少なくして，適正なインダクタンスの範
囲でのコイルが使用できることになる。これによって，
時分割に１つの駆動回路１２１のみにより負荷部５０の
複数の負荷を駆動することが可能になる。その他の基本
的な制御動作については実施の形態１に等しい。

【００５７】

【発明の効果】 以上の本発明の圧電インバータ回路及び
それを用いた時分割駆動光源装置により，共振周波数が
互いに異なる複数の圧電トランスと，互いに異なる複数
の周波数の電圧を順次発生させる信号を用いることによ
り，複数の圧電トランスをＤＣ−ＡＣ変換回路である唯
一つの駆動回路に接続するのみで複数の負荷を時分割し
て駆動可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１である圧電インバータ回
路を用いた時分割駆動光源装置の回路図。

【図２】本発明の実施の形態１である圧電インバータ回
路を用いた時分割駆動光源装置の駆動回路１２１の回路
図。

【図３】本発明の実施の形態１である圧電インバータ回
路を用いた時分割駆動光源装置の圧電トランス１３１・
圧電トランス１３２・圧電トランス１３３の駆動周波数
−負荷電流図。

【図４】本発明の実施の形態１である圧電インバータ回
路を用いた時分割駆動光源装置の駆動周波数選択駆動時
動作図。

【図５】本発明の実施の形態１である圧電インバータ回
路を用いた時分割駆動光源装置の駆動周波数掃引時タイ
ミング図。

【図６】本発明の実施の形態２である圧電インバータ回
路を用いた時分割駆動光源装置の回路図。

【図７】本発明の従来例１である時分割駆動電磁インバ
ータ回路の回路図。

【図８】本発明の従来例１である時分割駆動電磁インバ
ータ回路の分割駆動タイミング図。

【図９】本発明の従来例２である時分割駆動圧電インバ
ータ回路の回路図。

【符号の説明】

１１ 電源 ２０ 入力電力制御部 ３０ 周波数制御部 ４０ 変圧部 ５０ 負荷部 １２１ 駆動回路 １７１ 過電圧制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/42 - 7/98 H02M 3/24 H05B 41/24 - 41/29 G09F 9/30 - 9/46 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流入力を交流に変換するＤＣ−ＡＣ変
   換回路である１回路の駆動回路と，前記駆動回路の出力
   に並列ないしは直列に接続された複数の圧電トランス
   と，を有する圧電インバータ回路において， 前記複数の圧電トランスが互いに異なる共振周波数を有
   するものであり，かつ前記駆動回路の駆動周波数を可変
   制御することにより前記複数の圧電トランスのうちのい
   ずれか１つのみに出力を得ることを特徴とする圧電イン
   バータ回路。
2. 【請求項２】 前記出力を得る圧電トランスを選択する
   駆動周波数の可変制御が，前記駆動周波数を順次に切り
   替えることにより行なわれることを特徴とする請求項１
   に記載の圧電インバータ回路。
3. 【請求項３】 前記駆動周波数の可変制御が，各圧電ト
   ランスに対応して個々に設られた電圧を保持する手段
   と，前記複数の電圧保持手段の１つの電圧を選択する手
   段と，前記選択された電圧に応じて所定周波数の発振を
   行う電圧制御発振器と，により行われることを特徴とす
   る請求項２に記載の圧電インバータ回路。
4. 【請求項４】 前記電圧保持手段に保持される電圧が，
   各々対応する圧電トランスの出力電流値が所定値になる
   ごとくに，負帰還制御されていることを特徴とする請求
   項３に記載の圧電インバータ回路。
5. 【請求項５】 前記出力を得る圧電トランスを選択する
   駆動周波数の可変制御が，前記駆動周波数の掃引により
   行われることを特徴とする請求項１に記載の圧電インバ
   ータ回路。
6. 【請求項６】 直流入力を交流に変換するＤＣ−ＡＣ変
   換回路である１回路の駆動回路と，前記駆動回路の出力
   に並列ないしは直列に接続された複数の圧電トランス
   と，前記圧電トランスの出力に接続された冷陰極管と，
   を有する時分割駆動光源装置において， 前記複数の圧電トランスが互いに異なる共振周波数を有
   するものであり，かつ前記駆動回路の駆動周波数を可変
   制御することにより前記複数の冷陰極管のうちのいずれ
   か１つのみを発光させることを特徴とする時分割駆動光
   源。
7. 【請求項７】 前記圧電トランスおよび前記冷陰極管が
   各々３個からなり，かつ３個の冷陰極管の発光色が各々
   光の三原色に対応することを特徴とする請求項６に記載
   の時分割駆動光源。
8. 【請求項８】 前記発光させる冷陰極管を選択する駆動
   周波数の可変制御が，前記駆動周波数を順次に切り替え
   ることにより行なわれることを特徴とする請求項６又は
   請求項７に記載の時分割駆動光源。
9. 【請求項９】 前記駆動周波数の可変制御が，各冷陰極
   管に対応して個々に設けられた電圧を保持する手段と，
   前記複数の電圧保持手段の１つの電圧を選択する手段
   と，前記選択された電圧に応じて所定周波数の発振を行
   う電圧制御発振器と，により行われることを特徴とする
   請求項８に記載の時分割駆動光源。
10. 【請求項１０】 前記電圧の保持手段に保持される電圧
    は，各々対応する冷陰極管に流れる電流値が所定値にな
    るごとくに，負帰還制御することを特徴とする請求項８
    に記載の時分割駆動光源。
11. 【請求項１１】 前記発光させる冷陰極管を選択する駆
    動周波数の可変制御が，前記駆動周波数の掃引の繰返し
    により行われることを特徴とする請求項６又は請求項７
    に記載の時分割駆動光源。