JP3061043B2 - 電源回路 - Google Patents

電源回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電源回路に関し、
特に、圧電トランスを介してインピーダンスが変化し易
い負荷に電源供給を行うための電源回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】放電管等を負何とする電源回路において
動作中に異常を検出した場合、負荷や電源回路を保護す
るために電源出力を停止する必要がある。このような機
能を備えた従来の電源回路として、例えば、特公平４−
０７０８６９号公報、特開平１０−０５２０６８号公報
に示されるものがある。
【０００３】図８は従来の電源回路の第１の構成例を示
し、その詳細は特公平４−０７０８６９号公報に示され
ている。この電源回路は、抵抗１１２と１１３による負
荷電圧検出手段、抵抗１２６とコンデンサ１２７による
第１の基準電圧発生手段、抵抗１２３，１２４とコンデ
ンサ１１５による第２の基準電圧発生手段、２つの基準
電圧及び負荷電圧検出値に基づいて電源電圧を発生させ
るＩＣ部１００、抵抗１０４，１０７、トランジスタ１
０５、主トランジスタ１０６よりなる電力増幅部、主ト
ランジスタ１０６により駆動される変換器（トランス）
１０８、変換器１０８の二次巻線に接続された整流用ダ
イオード１０９、このダイオード１０９の出力を平滑す
るコンデンサ１１０を備えて構成されている。
【０００４】ＩＣ部１００は、第１の基準電圧が入力さ
れるコンパレータ１０１、該コンパレータ１０１に接続
されてトランジスタ１０５を駆動する出力トランジスタ
１０２、負荷電圧検出値が入力される誤差増幅器１１
４、該誤差増幅器１１４に接続されたコンパレータ１２
１、該コンパレータ１２１に接続されたトランジスタ１
１６、該トランジスタ１１６の負荷となる抵抗１２５、
抵抗１２４，１２５を駆動するトランジスタ１１７，１
２２、トランジスタ１１７の出力電圧及び基準電圧Ｖｒ
が入力されるコンパレータ１１８、該コンパレータ１１
８に接続されたラッチ回路１１９、該ラッチ回路１１９
に駆動されて出力トランジスタ１０２の入力段を制御す
るトランジスタ１２０、コンパレータ１０１に発振周波
数を出力する発振器１２６を備えて構成されている。
【０００５】図８において、出力トランジスタ１０２
は、コンパレータ１０１の出力電圧ＶＤによって動作
し、この出力トランジスタ１０２の動作に伴ってトラン
ジスタ１０５，１０６が動作する。主トランジスタ１０
６は、変換器１０８の一次巻線をコンパレータ１０１よ
り出力される周波数により駆動し、昇圧した交流電圧を
二次巻線に発生させる。この変換器１０８の出力はダイ
オード１０９で整流された後、コンデンサ１１０によっ
て平滑され、出力端子１１１に直流出力電圧が出力され
る。コンデンサ１１０の端子電圧（Ｖｏｕｔ）は、抵抗
１１２と１１３による分圧回路を介して取り出され、誤
差増幅器１１４の一方の端子の入力電圧となり、基準電
圧Ｖｅｒｒと比較される。この比較結果による出力電圧
ＶＢは、コンパレータ１０１の一方の入力電圧となる。
コンパレータ１０１は、発振器１２６の出力ＶＡ、誤差
増幅器１１４の出力電圧ＶＢ、および抵抗１２４の端子
電圧ＶＣとの比較を行い、この比較結果によるパルス周
期によってトランジスタ１０２が駆動され、最終的に変
換器１０８の通電状態が制御される。この通電状態の制
御により、変換器１０８の二次巻線出力電圧が変化す
る。
【０００６】一方、コンパレータ１２１の出力電圧によ
ってトランジスタ１１６，１２２，１１７が駆動され、
抵抗１２４の端子電圧ＶＣが変化する。この端子電圧Ｖ
Ｃの変化と基準電圧Ｖｒがコンパレータ１１８で比較さ
れ、ＶＣ＞Ｖｒのときに、コンパレータ１１８から出力
電圧が発生する。このコンパレータ出力はラッチ回路１
１９によりラッチされ、このラッチ出力によりトランジ
スタ１２０がオンになる。トランジスタ１２０のオンに
より、出力トランジスタ１０２のベース電圧が零レベル
になり、トランジスタ１０２，１０５，１０６が非導通
になる結果、変換器１０８には出力電圧が生じなくな
る。
【０００７】図９は図８の電源回路の各部の動作を示
す。コンパレータ１０１においては、誤差増幅器１１４
の出力電圧ＶＢと抵抗１２４の端子電圧ＶＣの内、いず
れか電圧の低い方がＶＡと比較される。起動時には、出
力端子１１１の出力電圧Ｖｏｕｔは零であり、抵抗１１
２，１１３で分圧される電圧ＶＥも零である。分圧電圧
ＶＥは、誤差増幅器１１４で基準電圧Ｖｅｒｒと比較さ
れる。分圧電圧ＶＥが零のときには、誤差増幅器１１４
の出力電圧ＶＢは、正側に最大限振り切れている。した
がって、コンパレータ１０１は出力電圧ＶＡとＶＣとを
比較し、起動後は、コンデンサ１１５の電位（端子電圧
ＶＣ）は零から徐々に充電されながら上昇するので、コ
ンパレータ１０１の出力電圧ＶＤのパルス幅も徐々に広
がってくる。これにより、ソフトスタートが開始され
る。この間、誤差増幅器１１４の出力ＶＢは基準電圧Ｖ
ｉを越えているので、コンパレータ１２１の出力はハイ
レベルになり、トランジスタ１１６が導通する結果、ト
ランジスタ１２２，１１７はコンデンサ１１５を充電す
る。コンデンサ１１５の端子電圧ＶＣが基準電圧Ｖｅｒ
ｒを越える前に、出力端子１１１の出力電圧Ｖｏｕｔは
所定の値に達し、誤差増幅器１１４の入力はＶＥ≒Ｖｅ
ｒｒにバランスし、出力電圧ＶＢは基準電圧Ｖｉ以下に
なり、トランジスタ１１６が遮断する。ここで、コンデ
ンサ１１５の端子電圧ＶＣは、抵抗１２３，１２４によ
り決まる電圧によって安定する。
【０００８】電源回路の安定動作中に出力端子１１１間
が短絡すると、出力電圧Ｖｏｕｔは零になる。このた
め、誤差増幅器１１４の出力電圧ＶＢは、正側にシフト
し、基準電圧Ｖｉを越える。その結果、トランジスタ１
１６が導通し、コンデンサ１１５はトランジスタ１１７
により充電される。コンデンサ１１５の端子電圧が基準
電圧Ｖｅｒｒを越えると、コンパレータ１１８の出力電
圧はハイレベルに転じ、この出力電圧がラッチ回路１１
９にラッチされる。これにより、トランジスタ１２０が
導通し、出力トランジスタ１０２はオフになる。
【０００９】図８に示す電源回路によれば、１つのコン
デンサ１１５によってソフトスタートと短絡保護の両回
路を形成できるという特徴がある。又、保護回路を動作
させる過程では、保護回路が動作するまでの遅れ時間を
設けることにより、短時間の負荷短絡やノイズ等によっ
て保護回路が誤動作してしまうことを防止することがで
きる。
【００１０】図１０は従来の電源回路の第２の構成例を
示す。この電源回路は、放電灯を点灯させるためのイン
バータ装置であり、その詳細は特開平２−０６５１００
号公報に示されている。このインバータ装置は、電源用
のダイオードブリッジ２０１、この出力に接続された平
滑用のコンデンサ２０２、検出電源線ＰＬ１に接続され
た抵抗２０３、該抵抗２０３の出力側に接続されたスイ
ッチ２０４、該スイッチ２０４に接続された抵抗２０
５、抵抗２０３の出力側に接続されたコンデンサ２０
６、検出電源線ＰＬ１の出力端に接続されたダイオード
２０７、該ダイオード２０７のアノードと接地ライン間
に接続された抵抗２０８，２０９、抵抗２０８，２０９
による分圧電圧をベース入力とするトランジスタ２１
０、ダイオード２０７のアノードとトランジスタ２１０
のコレクタ間に接続された抵抗２１１、トランジスタ２
１０のコレクタと接地ライン間に接続された抵抗２１
３、抵抗２１１と２１３の接続点の電圧を入力とするト
ランジスタ２１４、該トランジスタ２１４のコレクタと
検出電源線ＰＬ１のラインに接続された抵抗２１０，２
１２、これら抵抗の接続点にベースが接続されたトラン
ジスタ２１５、該トランジスタ２１５のコレクタと接地
ライン間に接続された抵抗２１６，２１７，２１９、抵
抗２１５の出力電圧をベース入力としエミッタが抵抗２
１７と２１９の接続点に接続されたトランジスタ２１
８、該トランジスタ２１８のエミッタとダイオードブリ
ッジ２０１の出力間に接続された抵抗２２０、ダイオー
ド２２１及び抵抗２２２、ダイオードブリッジ２０１の
出力と接地ライン間に直列に挿入されたコンデンサ２２
３とトランジスタ２２７及びダイオード２２８、トラン
ジスタ２２７のコレクタとダイオード２２８のカソード
との間に接続されたダイオード２２９、検出電源線ＰＬ
のラインと接地ライン間に第３のコイルＮ３が接続され
たバラストトランス２３２、コイルＮ３の一端に接続さ
れたダイオード２３０、コイルＮ３の他端とダイオード
２３０間に接続されたコンデンサ２３１、トランジスタ
２２７のコレクタとダイオードブリッジ２０１の出力と
の間に接続されたコンデンサ２２３、ダイオードブリッ
ジ２０１の出力とバラストトランス２３２の第１のコイ
ルＮ１の間に接続された中間タップ付きのコイル２２
４、トランジスタ２２７のベースと第２のコイルＮ２の
一端との間に直列接続されたコンデンサ２２５及びコイ
ル２２６、ダイオードブリッジ２０１の出力と第１のコ
イルＮ１の他端との間に接続された負荷としての放電灯
２３３（ＴＬＰ）、該放電灯２３３のフィラメント間に
接続されたコンデンサ２３４を備えて構成されている。
【００１１】スイッチ２０４は調光スィッチであり、こ
のスイッチ２０４がオンになると、これに直列接続され
た抵抗２０５が抵抗２０８に並列接続され、トランジス
タ２１０のベース電圧は急速に上昇し、トランジスタ２
１０がオンとなり、通常の調光動作が実行される状態に
なる。
【００１２】図１１は図１０の電源回路のコンデンサ２
０６の端子電圧の変化を示す。図１１を用いて図１０の
電源回路の動作を説明する。交流電源ＡＣは、ダイオー
ドブリッジ２０１及びコンデンサ２０２によって、整流
及び平滑される。コイル２２４を介してバラストトラン
ス２３２の第１のコイルＮ１に電力が加えられると、バ
ラストトランス２３２の第２のコイルＮ２からコイル２
２６及びコンデンサ２２５を介してトランジスタ２２７
のベースにフィードバックが行われ、トランジスタ２２
７が発振する。これによりトランジスタ２２７による自
励発振が開始され、第１のコイルＮ１には所定周期の電
流が継続的に通電され、第１のコイルＮ１＋コイル２２
４の両端間には高周波電圧が継続して出力され、放電灯
２３３に予熱電流を供給する。発生した高周波電圧はバ
ラストトランス２３２の制御巻線Ｎ３から取り出され、
ダイオード２３０とコンデンサ２３１によって整流平滑
された電圧が検出電源線ＰＬ１を介して取り出され、ト
ランジスタ２１０，２１４，２１５，２１８にり構成さ
れた制御回路に供給される。
【００１３】電源投入の当初は、コンデンサ２０６を充
電する電圧が生じていないため、トランジスタ２１４は
オフ状態にある。したがって、トランジスタ２１５，２
１８は共にオフ状態にあり、また、トランジスタ２２７
のベース帰還抵抗は抵抗２１９，２２０の直列による高
抵抗値となり、トランジスタ２２７は抵抗２２２に依存
した動作状態になる。この結果、放電灯２３３は調光状
態になり、この状態で放電灯２３３の予熱が行われる。
【００１４】図１１に示すように、時間が経過するにつ
れ、抵抗２０３を介してコンデンサ２０６が徐々に充電
される。そして、時間ｔ１においてコンデンサ２０６の
端子電圧が所定値以上に上昇すると、トランジスタ２１
４がオンになる。これに応じてトランジスタ２１５，２
１８もオンになり、抵抗２１９の両端が短絡され、トラ
ンジスタ２２７のベース帰還抵抗は、ほぼ抵抗２２０の
みの低い抵抗値になり、フルドライブ状態になる。した
がって、コイルＮ１には高電圧が発生し、放電灯２３３
が点灯する。
【００１５】ここで、放電灯２３３が点灯性能の末期状
態にあって点灯しない場合、負荷インピーダンスが高く
なって軽負荷状態になり、出力電圧（放電灯２３３の端
子電圧）は徐々に上昇する。この状態では、コンデンサ
２０６の両端電圧は、図１１に示すように、時間ｔ２を
過ぎても上昇を続ける。そして、抵抗２０３、コンデン
サ２０６、抵抗２０８、および抵抗２０９からなる時定
数で決まる所定時間後（時間ｔ３）にトランジスタ２１
０がオンになり、トランジスタ２１４，２１５，２１８
は共にカットオフになる。これにより、電源回路は調光
モードに変わり、インバータ出力電圧が下げられ、回路
の各部は高電圧から保護される。なお、放電灯２３３が
正常に点灯する場合、コンデンサ２０６の両端電圧はそ
れほど上昇しないので、トランジスタ２１０はオンにな
らず、インバータ回路は放電灯２３３の定格点灯を継続
する。
【００１６】図１２は圧電トランスを用いた従来の電源
回路の構成を示す。この電源回路は冷陰極管を負荷とし
て駆動するインバータであり、その詳細は、特開平１０
−０５２０６８号公報に示されている。圧電トランスを
利用したインバータにおいても、負荷のオープン時にお
ける圧電トランスの特性の劣化防止と回路部品の発熱低
減を目的として、保護回路が設けられている。
【００１７】この電源回路は、負荷３０２が接続された
圧電トランス３０１、負荷３０２に接続された周波数制
御回路３０３、圧電トランス３０１に結合された昇圧回
路３０４、負荷３０２及び周波数制御回路３０３に接続
された過電圧保護回路３１０、周波数制御回路３０３及
び過電圧保護回路３１０に接続された駆動電圧制御回路
３１１を備えて構成されている。
【００１８】図１３は、圧電トランス３０１の出力特性
を示す。圧電トランス３０１は、板状の圧電セラミクス
に一次側電極と二次側電極を形成して構成されている。
一次側電極に共振周波数の交流電圧を印加することによ
り、圧電効果により二次側電極に出力電圧が発生する。
この圧電トランス３０１は出力インピーダンスが高く、
その動作は負荷インピーダンスに依存するため、図１３
に示すように、負荷のインピーダンスが高い時には昇圧
比が高くなり、高電圧を発生する。このような構造及び
特性の圧電トランス３０１は、電磁トランスに比較して
小型化や薄型化が図れる利点があり、液晶表示装置のバ
ックライト電源などの用途に注目されている。
【００１９】周波数制御回路３０３は、負荷３０２の通
電電流を電圧値に変換する電流電圧変換回路３１２、そ
の出力を整流する整流回路３１３、基準電圧Ｖｒｅｆと
比較する比較器３１４、過電圧保護回路３１０の出力電
圧Ｖｐ２と比較器３１４の出力電圧及び比較器３１６の
出力電圧を基に積分を行う積分器３１５、基準電圧Ｖｍ
ｉｎと積分器３１５の出力電圧を比較する比較器３１
６、積分器３１５の出力電圧を基に制御電圧Ｖｒ及びＶ
ｖｃｏを出力するＶＣＯ（電圧制御発振器）３１７を備
えて構成される。
【００２０】昇圧回路３０４は、第１のオートトランス
３０５、第２のオートトランス３０６、第１のスイッチ
ングトランジスタ３０７、第２のスイッチングトランジ
スタ３０８、第１，第２のスイッチングトランジスタ３
０７，３０８を駆動する２位相駆動回路３０９を備えて
構成される。２位相駆動回路３０９は、ＶＣＯ３１７か
ら出力される制御電圧Ｖｖｃｏに基づいて第１，第２の
スイッチングトランジスタ３０７，３０８を駆動する。
【００２１】過電圧保護回路３１０は、圧電トランス３
０１の出力電圧を分圧する分圧回路３１８、該分圧回路
３１８の出力電圧を整流する整流回路３１９、該整流回
路３１９の出力電圧と比較電圧Ｖｍａｘを比較する比較
ブロック３２０を備えて構成される。
【００２２】次に、昇圧回路３０４の動作について説明
する。２位相駆動回路３０９から出力される逆相のクロ
ックによって第１のスイッチングトランジスタ３０７と
第２のスイッチングトランジスタ３０８が交互にオン状
態になる。これにより、電源ＶＤＤから第１，第２のオ
ートトランス３０５，３０６の一次側に電源が供給さ
れ、電流エネルギーとして充電される。第１，第２のス
イッチングトランジスタ３０７，３０８が交互にオフ状
態になると、第１，第２のオートトランス３０５，３０
６はそれぞれ充電エネルギーを放出する。この充電エネ
ルギーは、圧電トランス３０１と負荷３０２の等価入力
容量と、オートトランスの一次側インダクタンスと二次
側インダクタンスの合計のインダクタンスによって電圧
共振波形に変換され、圧電トランス３０１の一次側電極
に印加される。
【００２３】次に、周波数制御回路３０３の動作につい
て説明する。負荷３０２の負荷電流Ｉｏは、電流電圧変
換回路３１２で電圧値に変換され、さらに整流回路３１
３で直流電圧に変換される。この直流電圧は、比較器３
１４によって基準電圧Ｖｒｅｆと比較される。直流電圧
が小さい場合、比較器３１４は積分器３１５に対して、
積分器３１５の出力が一定の割合で上昇するような信号
を出力する。積分器３１５から出力された信号は、ＶＣ
Ｏ３１７に入力される。ＶＣＯ３１７は、入力された電
圧値に反比例する周波数パルスを出力し、その１／２の
周波数でトランジスタ３０７，３０８が駆動されること
により、圧電トランス３０１が駆動される。したがっ
て、負荷電流Ｉｏが所定値より小さい場合には、圧電ト
ランス３０１の駆動周波数は低下を続ける。
【００２４】図１３に示すように、圧電トランス３０１
は駆動周波数ｆ１を始点にして低くなるように設定され
ているので、駆動周波数ｆが共振周波数ｆｒに近づくに
つれて、圧電トランス３０１の昇圧比が増大し、負荷電
流Ｉｏは時間的に増加する。駆動周波数ｆが低下を続
け、図１３に示す駆動周波数ｆ０において比較器３１４
に入力される電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きくなっ
た場合、積分器３１５の出力が直前の出力値を保持した
ままになるように、比較器３１４は出力信号を発生す
る。これにより、ＶＣ０３１７の出力周波数が一定にな
り、圧電トランス３０１が一定の周波数ｆ０で駆動さ
れ、負荷電流Ｉｏも一定となる。
【００２５】圧電トランス３０１が一定周波数で駆動さ
れ始めた後、負荷３０２のインピーダンス変動等によっ
て負荷電流Ｉｏが変動し、比較器３１４の入力電圧が基
準電圧Ｖｒｅｆより小さくなると、圧電トランス３０１
駆動周波数は再び低下を始める。比較器３１４入力電圧
が基準電圧Ｖｒｅｆより大きくなることがない状態にお
いて、圧電トランス３０１の駆動周波数が低下し続ける
と、駆動周波数は図１３に示すｆ２に達する。駆動周波
数ｆ２に達すると、比較器３１６の入力（積分器３１５
の出力）は積分器３１５の出力電圧Ｖｉｎｔが基準電圧
Ｖｍｉｎより高くなるため、積分器３１５に対してリセ
ット信号Ｖｒを出力する。積分器３１５がリセットされ
ると、その出力電圧Ｖｓは最小になる。その結果、ＶＣ
Ｏ３１７の出力は最高周波数になり、圧電トランス３０
１は駆動周波数ｆ１で駆動される。この状態から、再び
圧電トランス３０１の駆動周波数は低下し始める。この
動作の過程で、比較器３１４の入力電圧が基準電圧Ｖｒ
ｅｆ以上になる周波数が見つかると、積分器３１５の出
力電圧はロックされ、ＶＣＯ３１７の出力周波数は一定
になる。
【００２６】２位相駆動回路３０９は、位相の異なる出
力電圧Ｖｇ１，Ｖｇ２を発生する。２位相駆動回路３０
９は、周波数制御回路３０３からＶｖｃｏが入力される
毎に出力電圧Ｖｇ１とＶｇ２の反転を繰り返す。駆動電
圧制御回路３１１には、第１のスイッチングトランジス
タ３０７のドレイン電圧Ｖｄ１が入力されており、この
ドレイン電圧Ｖｄ１の値が所定値よりも上回っていると
き、第１のオートトランス３０５と第２のオートトラン
ス３０６に電源ＶＤＤからの入力を時分割して出力し、
ドレイン電圧Ｖｄ１が所定値を越えないように制御す
る。この時分割出力の周波数は、ＶＣ０３１７からのＶ
ｖｃｏによって決定される。これにより、電源ＶＤＤが
変動しても、インバータとして高電力変換効率を維持す
ることが可能になる。
【００２７】過電圧保護回路３１０は、負荷インピータ
ンスが高いために圧電トランス３０１の昇圧比が高くな
り、圧電トランス出力電圧Ｖｏが大きくなったときに、
圧電トランス３０１が過振動により自己破壊するのを防
止するために設けられている。分圧回路３１８には、圧
電トランス３０１の二次側電極から出力される圧電トラ
ンス出力電圧Ｖｏが印加される。分圧回路３１８の出力
電圧は、整流回路３１９によって直流電圧Ｖｒに変換さ
れた後、比較ブロック３２０に入力される。比較ブロッ
ク３２０は、基準電圧Ｖｍａｘと整流回路３１９の出力
電圧を比較し、Ｖｒ＞Ｖｍａｘの状態にあるとき、２つ
の出力信号Ｖｐ１（積分器３１５をリセットする信
号），Ｖｐ２（ＶＣ０３１７の出力周波数の上限値を変
更する信号）を出力する。Ｖｐ１は入力電圧が基準電圧
Ｖｍａｘより大きい間のみ出力される信号であり、Ｖｐ
２は入力電圧が基準電圧Ｖｍａｘより大きくなったと
き、或る時間（積分器３１５の出力が最低電圧から最高
電圧に変化するまでに要する時間）だけ出力を継続する
信号である。
【００２８】図１４は、図１２の電源回路の各部の動作
を示す。図１４においては、圧電トランス３０１の駆動
周波数と圧電トランス出力電圧Ｖｏ、出力信号Ｖｐ１，
Ｖｐ２の関係が示されている。積分器３１５の出力は、
出力信号Ｖｐ１が入力されると最低電圧になる。したが
って、分圧回路３１８の分圧比は、これ以上大きくなる
と圧電トランス３０１の特性劣化を招くというレベルの
出力電圧Ｖｏが、整流回路３１９を通過後基準電圧Ｖｍ
ａｘと等しくなる（Ｖｏ＝Ｖｍａｘ）ように設定する。
【００２９】負荷３０２がノートパソコン用ＬＣＤのバ
ックライトに用いられる冷陰極管の場合、これに用いら
れる圧電トランス３０１の定格出力は、一般に４Ｗ程度
である。このような圧電トランス３０１では、その出力
電圧Ｖｏの最大値を１５００Ｖ〜２０００Ｖ程度に設定
しておけば特性劣化を防ぐことができ、かつ、冷陰極管
（負荷３０２）の点灯開始電圧を上回る値となる。図１
３において、整流回路３１９の出力電圧が基準電圧Ｖｍ
ａｘより大きくなる周波数がｆ３である。出力信号Ｖｐ
２は、通常、圧電トランス３０１の駆動周波数の上限を
図１３に示す周波数ｆ１にしているが、出力電圧Ｖｐ２
がＶＣ０３１７に入力されている期間は、周波数上限の
ｆ４に切り替わる。
【００３０】圧電トランス３０１の出力電圧Ｖｏが所定
値より小さく、かつ、負荷電流Ｉｏが所定値より小さい
場合には、圧電トランス３０１の駆動周波数は図１３に
おける周波数ｆ１からｆ２の間を掃引する。また、圧電
トランス３０１の出力電圧Ｖｏが所定値より大きく、か
つ、負荷電流Ｉｏが所定値より小さい場合には、圧電ト
ランス３０１の駆動周波数は図１３の周波数ｆ４からｆ
３の間を掃引する。ここで、圧電トランス３０１の出力
電圧Ｖｏが所定値より大きく、かつ、電流Ｉｃが所定値
より小さくなるケースは、例えば、接続線の断線による
負荷オープン時である。負荷オープン時は負荷インピー
ダンスが大きいので、圧電トランス３０１の出力電圧Ｖ
ｏが大きくなり、負荷３０２の接続が断たれているの
で、負荷電流Ｉｏは零である。この状態は、負荷３０２
の接続が復帰する可能性が少なくかつ継続され、負荷電
流Ｉｏが所定値に達しないため、圧電トランス３０１の
駆動周波数の掃引を継続する。
【００３１】圧電トランス３０１を駆動する共振波形
は、図１３の周波数ｆ０でゼロスイッチングが最適とな
るようにオートトランス３０５，３０６のインダクタン
スを設定し、半波の正弦波になる様にする。これによ
り、インバータとしての電力変換効率を最良にできる。
【００３２】図１２の構成においては、圧電トランス３
０１の出力電圧Ｖｏが所定値より大きく、かつ、負荷電
流Ｉｏが所定値より小さいとき（即ち、負荷オープン
時）には、圧電トランス３０１の駆動周波数掃引が長期
又は永久に続くことになる。そこで、図１３において、
周波数掃引範囲の上限であった周波数ｆ１をｆ４に切り
換える。この処置により、オートトランス３０５，３０
６における共振波形のゼロスイッチングの崩れが少なく
なり、部品の発熱を低減することができる。
【００３３】ところで、冷陰極管を負荷とするインバー
タにおいては、電源ＶＤＤの投入時に異常を検出した場
合、過電圧保護回路が動作を開始するまでの時間に相反
する要求がある。その第１には、電源投入後、少なくと
も５〜６秒以上インバータ出力を継続させた後に出力を
遮断させる要求である。また、第２には、電源投入後、
例えば、０．１秒程度の瞬時に圧電トランス３０１を駆
動する回路動作を停止させ、出力を遮断する要求であ
る。その理由について以下に説明する。
【００３４】まず、前記第１の要求の理由について説明
する。使用雰囲気が低温などの場合、負荷（冷陰極管）
への電圧の印加開始から点灯までに１秒程度の時間を要
することがある。このような環境下では、冷陰極管の点
灯開始前のインピーダンスが高いので、電圧を印加開始
後、点灯を開始できるインピーダンス値に低下するまで
に通常より長い時間が必要になる。したがって、低温で
も冷陰極管の点灯を保証するためには、電源投入後、冷
陰極管の不点灯状態が５〜６秒以上続いた後に保護回路
の遮断動作を開始するように設定する必要がある。仮
に、インバータ電源投入後、１秒後に冷陰極管が点灯す
る状況にあるとき、インバータ電源投入後、０．５秒後
に動作が遮断される設定にした場合、本来、インバータ
電源投入１秒後に冷陰極管が点灯するはずであるのに、
その前に遮断回路が動作してしまい、圧電トランス３０
１を駆動する回路が停止し、冷陰極管が未点灯になると
いう不具合が生じる。なお、最近では、安全性の向上の
ため、冷陰極管の不点灯時には、特開平０２−０６５１
００号公報に示されるように、動作モードを変更するの
ではなく、インバータ回路を完全に停止させてしまう要
求が高まっている。
【００３５】次に、前記第２の要求の理由について説明
する。オープン・ショート試験に代表されるような異常
時に、ヒューズの溶断前に昇圧回路部品が発煙してしま
うケースがある。この原因は、昇圧回路を構成するコイ
ルやスイッチングトランジスタがオープン又はショート
になり、スイッチングトランジスタのスイッチング動作
が停止した時、昇圧回路に正常時より大きな電流が流
れ、これにより発煙等を生じるものである。一般に、ヒ
ューズは、正常時の通過電流値をヒューズ定格値の８０
％以下になるように選定されている。そのため、正常時
より大きい電流が瞬時に通過しても、瞬断しないことが
ある。このような場合、ヒューズが溶断するより先に昇
圧回路の部品に発煙等を生じることがある。しかし、こ
のような事態の発生は、安全上、許されない。このた
め、電源投入時に異常を検知したとき、圧電トランス３
０１を駆動する回路を或る時間（例えば、０．１秒）以
内に停止させる必要がある。以上述べた第１，第２の要
求は、遮断回路の動作開始までの時間に対して、相反す
る要求になっている。しかし、どちらも、圧電トランス
を用いた電源回路を動作させるためには不可欠な要求に
なっている。
【００３６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の電源回
路によると、以下に述べる問題がある。 （１）負荷電流が過小のとき、圧電トランスの動作を続
ける必要があるときと、直ちに動作を停止しなければな
らないときがあるが、その判別ができない。例えば、特
開平１０−０５２０６８号公報の場合、圧電トランス駆
動手段によって冷陰極管を点灯中に第１または第２のス
イッチングトランジスタ（３０７，３０８）の一方の動
作が停止したとき、動作している方のスイッチングトラ
ンジスタにより、出力電圧が所定値に達しない状態のま
ま圧電トランスは出力動作を継続する。
【００３７】図１５はスイッチングトランジスタの一方
が不動作の場合の各部の波形を示す。図１５の（ａ）は
圧電トランス３０１の駆動周波数を示し、ここでは、負
荷電流Ｉｏが所定の値に達していないために、図１３に
示す周波数ｆ１〜ｆ２で掃引している。図１５の（ｂ）
は負荷電流Ｉｏを示す。負荷電流Ｉｏは、圧電トランス
３０１の共振周波数ｆｒの付近を駆動周波数が通過する
際、瞬間的に大きな値が生じる。図１５の（ｃ）は圧電
トランス３０１の出力電圧Ｖｏを示す。冷陰極管のイン
ピーダンスは点灯可能な値に低下しているので、正常点
灯時の出力電圧より僅かに実効値が低くなっている。
【００３８】しかし、特開平１０−０５２０６８号公報
の電源回路は、１つの出力状態のみを監視して異常を検
出する構成であるため、出力電圧Ｖｏを観測する場合、
正常点灯時と昇圧回路の不具合時の間に顕著な差がない
ため、両者を区別できない。このため、正常点灯時に圧
電トランスを駆動する回路を停止させることができず、
昇圧回路の不具合時にも圧電トランスを駆動し続けるこ
とになり、昇圧回路の部品を損傷する恐れがある。
【００３９】昇圧回路の不具合時における負荷電流Ｉｏ
の実効値は、図１５の（ｂ）に示すように零に近いが、
負荷オープン時にも負荷電流Ｉｏは零であるので、正常
点灯している場合との区別は可能である。しかし、昇圧
回路の不具合時のように圧電トランス３０１の駆動を瞬
時（例えば、０．１秒後）に停止させたい場合と、負荷
オープン時のように少なくとも数秒間出力を継続させた
い場合との判別ができない。
【００４０】（２）駆動回路の停止又は動作モードの切
り替えまでのタイマ回路の時定数を変更できないことで
ある。前記各公報の電源回路（インバータ）は、異常を
検出した場合、その異常原因にかかわらず、単一の時定
数によって、特定の時間経過後に駆動回路の停止または
動作モードを切り替える構成である。このため、異常状
態や動作状態に応じた適切な制御を実行できない。
【００４１】（３）安全のための出力停止の要求に対す
る対応と、その場合の省電力化が不完全であることであ
る。特開平２−０６５１００号公報及び特開平１０−０
５２０６８号公報に示された構成の場合、動作モードを
切り替え可能な構成になっているが、出力は遮断されな
い。近年、安全に関する要求が高まり、冷陰極管の不点
灯や負荷オープンを検知した場合、出力を遮断する要求
が多い。また、特開平２−０６５１００号公報では出力
を遮断する構成になっているが、例えばＯＳＣや各種の
コンパレータ、トランジスタの動作の停止は行っていな
い。出力が遮断されながら回路として機能していない場
合には、省電力化の面から、機能していない各電子部品
への電力供給を遮断することが望まれているが、従来技
術では対応していない。
【００４２】したがって、本発明の目的は、出力系の異
常動作と負荷の安定待ち状態を的確に判別し、それぞれ
に応じた適切な保護動作および負荷への電源供給が行え
るようにする電源回路を提供することにある。
【００４３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、駆動電圧を昇圧回路で昇圧して圧電トラ
ンスの１次側に入力し、前記圧電トランスの２次側の出
力電圧で温度依存性の大きいインピーダンスを有する負
荷を駆動する電源回路において、前記負荷を流れる負荷
電流が所定のレベルより小なるとき、過小電流信号を出
力する過小電流検出手段と、前記出力電圧が所定のレベ
ルより大なるとき、過電圧信号を出力する過電圧信号発
生手段と、 前記過電圧信号が出力されないとき、前記過
小電流信号の出力に基づいて第１の遅延時間を計時して
第１の遅延信号を出力し、前記過電圧信号が出力された
とき、前記過小電流信号の出力に基づいて前記第１の遅
延時間より大なる第２の遅延時間を計時して第２の遅延
信号を出力する遅延手段と、 前記第１あるいは第２の遅
延信号を入力して前記昇圧回路の動作を停止させる停止
手段を備えたことを特徴とする電源回路を提供する。
【００４４】この構成によれば、圧電トランスを駆動す
る昇圧回路に動作不良を招く原因は、無負荷状態や負荷
が高インピーダンス状態にあるとき、または昇圧回路自
体に原因があるときである。そこで、無負荷状態を負荷
電流から判定し、また、昇圧回路の動作不良を圧電トラ
ンスの出力電圧から判定する。これらの判定結果に基づ
いて、昇圧回路の停止動作を制御する。具体的には、昇
圧回路の動作不良が判定されたときには、発煙等の発生
を防止するために直ちに昇圧回路を停止させ、また、無
負荷状態（高インピーダンス状態）のみが判定されたと
きには、負荷が定常状態に落ちつく前の状態にあると見
なして、昇圧回路を停止させるまでの猶予時間を比較的
長く設定する。これにより、昇圧回路の異常動作等に対
して駆動手段の動作停止を適切に行えるほか、負荷イン
ピーダンスの変化しやすい負荷（例えば、冷陰極管）で
あれば、低温時の点灯保証が可能になる。
【００４５】
【００４６】
【００４７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を基に説明する。図１は本発明による電源回路を
示す。本発明の電源回路は、負荷３０２が接続された圧
電トランス３０１、負荷３０２に接続された周波数制御
回路３０３、圧電トランス３０１に接続された昇圧回路
３０４、負荷３０２及び周波数制御回路３０３に接続さ
れた過電圧保護回路３１０、周波数制御回路３０３及び
過電圧保護回路３１０に接続された駆動電圧制御回路３
１１、遮断部４００を備えて構成されている。図中、Ｆ
ｕは電源のヒューズである。遮断部４００以外の回路
は、図１５に示した電源回路と同一構成または同一機能
を有している。したがって、以下においては重複する説
明を省略する。
【００４８】遮断部４００は、負荷電流Ｉｏを入力信号
とする過小電流検出回路４０１、該過小電流検出回路４
０１の出力信号Ｖｍｉｎ及び過電圧保護回路３１０の出
力電圧Ｖｐ２に基づいて遅延信号Ｖａｄを出力する遅延
回路４０２、遅延信号Ｖａｄに基づいて出力信号Ｖｏｆ
ｆを出力する遮断回路４０３を備えて構成されている。
過小電流検出回路４０１は、負荷電流（Ｉｏ）検出値を
整流する整流回路４０４、該整流回路４０４の出力電圧
と基準電圧Ｖｓを比較するコンパレータ４０５を備えて
構成されている。
【００４９】以上の構成において、負荷３０２からの負
荷電流Ｉｏは、過小電流検出回路４０１に入力される。
過小電流検出回路４０１は、負荷電流Ｉｏを電圧値に変
換した値を整流回路４０４で整流して得た整流出力電圧
と基準電圧Ｖｓとを比較器４０５で比較する。整流回路
４０４からの整流出力電圧が基準電圧Ｖｓを越えると
き、比較器４０５は高レベルの出力信号を発生する。
【００５０】遅延回路４０２は、過小電流検出回路４０
１から低レベルの電圧が入力されたときに動作し、所定
の遅延信号Ｖａｄを遮断回路４０３へ出力する。また、
遅延回路４０２には、過電圧保護回路３１０から出力電
圧Ｖｐ２が入力される。この出力電圧Ｖｐ２は、圧電ト
ランス３０１の出力電圧が所定値よりも大きいときに過
電圧保護回路３１０から出力される。遅延回路４０２は
出力電圧Ｖｐ２によって制御され、２種類の遅延信号を
出力する。すなわち、出力電圧Ｖｐ２が高レベル信号で
あるときには、遮断回路４０３が遮断動作を開始させる
までに長い時間が経過するような遅延信号Ｖａｄを出力
し、また、出力電圧Ｖｐ２が低レベル信号であるときに
は、遮断回路４０３が遮断動作を開始させるまでの時間
が短くなるような遅延信号を出力する。
【００５１】遮断回路４０３は、遅延回路４０２から或
る時間以上継続して遅延信号Ｖａｄが入力され続ける
と、圧電トランス３０１の駆動を停止する信号を出力す
る回路である。遅延回路４０２から出力される遅延信号
Ｖａｄの発生時間は、出力電圧Ｖｐ２が高レベルで遅延
回路４０２に入力されている間は長く、出力電圧Ｖｐ２
が低レベルで遅延回路４０２に入力されている間は短く
なる。この長い時間と短い時間の具体的数値については
後述する。遮断回路４０３の目的は、電源を構成する回
路内部に異常が発生した場合や電源の電力供給先である
負荷に異常が発生した場合に、電源の回路破壊防止や高
電圧が継続して出力されるのを防止することにある。
【００５２】なお、図１においては、遮断回路４０３の
出力信号を駆動電圧制御回路３１１に印加する構成にし
たが、圧電トランス３０１の駆動を停止させることがで
きる回路であれば、駆動電圧制御回路３１１以外の他の
回路であってもよい。
【００５３】図２〜図５は、図１の駆動回路の動作タイ
ミングを示す。図２は、電源回路が常温において正常に
起動したときの動作を示すタイミングチャートである。
図２の（ａ）は、圧電トランス３０１の駆動を開始する
ためのＯＮ信号である。このＯＮ信号は、電源ＶＤＤに
よる代用のほか、制御回路をＩＣ化した場合には、ＩＣ
の動作開始信号による代用も可能である。ＯＮ信号の投
入により、圧電トランス３０１の出力電圧Ｖｏが上昇し
始め、図２の時間Ａに至って負荷３０２（陰極線管）の
点火開始電圧に達する。この時間Ａから負荷電流Ｉｏが
増大し始め、逆に、出力電圧Ｖｏは負荷３０２の負性イ
ンピーダンス特性のために減少する。
【００５４】ＯＮ信号の投入後に、出力電圧Ｖｏが上昇
する理由、および、出力電圧Ｖｏが冷陰極管点灯開始電
圧に達した後に負荷電流Ｉｏが増大する理由は、圧電ト
ランス３０１の駆動周波数を高周波数側から低周波数数
側に掃引するためである。ＯＮ信号投入直後は負荷電流
Ｉｏが無いため、比較器４０５の出力電圧は低レベルに
なり、遅延回路４０５は、遅延信号を遮断回路４０３に
出力する。また、出力電圧Ｖｏが所定値を上回った時に
は、過電圧保護回路３１０から、出力電圧Ｖｐ２が図２
の（ｅ）に示すタイミングで入力される。
【００５５】図２の時間Ｂにおいて、負荷電流Ｉｏが所
定値に達するため、比較器４０５の出力は高レベルにな
り、遅延回路４０２からの遅延信号Ｖａｄは低レベルに
なる。この時点で出力電圧Ｖｐ２は低レベルになってい
る。遅延回路４０２から遅延信号Ｖａｄが出力されてい
た期間は、出力電圧Ｖｐ２が低レベルの時に遮断回路４
０３に遮断信号を発生させるために必要な時間よりも短
い。したがって、遮断回路４０３は遮断動作をしない。
【００５６】図３は、本発明の電源回路の低温環境下に
おける動作を示す。使用雰囲気が低温の場合、負荷３０
２（冷陰極管）は常温時よりもインピーダンスが高くな
る。したがって、図３の（ｂ）に示すように、出力電圧
Ｖｏは長い期間高電圧を発生し、この間、負荷インピー
ダンスは徐々に低下し始め、やがて時間Ｃにおいて冷陰
極管は点灯を開始する。図３の（ｅ）に示すように、出
力電圧Ｖｐ２（＝過電圧信号）が高レベルの期間は、常
温時に比べて長くなっている。時間Ｃから負荷電流Ｉｏ
が増大を開始する。時間Ｄにおいて、負荷電流Ｉｏは所
定値に達し、図３の（ｄ）に示すように、過小電流信号
Ｖｍｉｎが低レベルに転じ、同時に、図３の（ｆ）に示
すように、遅延回路信号Ｖａｄは低レベルになる。この
場合、出力電圧Ｖｐ２（過電圧信号）が長い期間入力さ
れていたため、遅延回路信号Ｖａｄが遮断回路４０３に
遮断動作を行わせるには、遅延信号Ｖａｄは高レベルを
長い期間出力をする必要がある。しかし、遅延回路信号
Ｖａｄが高レベルを維持していた期間は所定期間より短
いため、遮断回路４０３は遮断動作を行わない。
【００５７】図４は負荷への接続線の断線に代表される
無負荷時の電源回路の動作を示す。この状況では、負荷
が無いため、負荷インピーダンスが非常に高いときと同
じになり、図４の（ｂ）に示すように、出力電圧Ｖｏは
高電圧の出力を継続する。また、負荷が無いため、負荷
電流Ｉｏは流れない。したがって、図４の（ｄ）に示す
ように、過小電流信号Ｖｍｉｎは、ＯＮ信号の投入後、
高レベルを継続する。図４の（ｅ）に示すように、出力
電圧Ｖｐ２（過電圧信号）も高レベルを継続する。この
結果、出力電圧Ｖｐ２は高レベルに変わり、圧電トラン
ス３０１の駆動を停止する。
【００５８】図５は、昇圧回路が不具合の場合の電源回
路の動作を示す。この状況では、図５の（ｂ）に示す出
力電圧Ｖｏは、正常時の図２の（ｂ）に近い電圧値か又
は全く無いかのいずれかである。負荷電流Ｉｏは図５の
（ｃ）に示すように、ぼぼ零である。よって、図５の
（ｄ）に示すように、過小電流信号Ｖｍｉｎは高レベル
を維持し、図５の（ｅ）に示す過電圧信号Ｖｐ２は、僅
かな期間だけ高レベルを出力するか、低レベルを継続す
るかのいずれかである。過電圧信号Ｖａｄが高レベルに
なる場合でも、僅かな期間だけなので、遅延回路信号Ｖ
ａｄは比較的短い期間だけ高レベルを維持した後、時間
Ｆにおいて、図５の（ｇ）に示すように遮断動作を開始
し、圧電トランス３０１の駆動を停止させる。
【００５９】図６は図１の駆動回路の詳細構成を示す。
周波数制御回路３０３、過電圧保護回路３１０、及び、
駆動電圧制御回路３１１の全部または一部が、調整定数
を除いて１つのＩＣパッケージに実装されている。遅延
回路４０２は、分圧回路を形成する抵抗４０６ａ，４０
６ｂ、及びトランジスタ４０６ｃから成る増幅部４０
６、トランジスタ４０６ｃの負荷となる抵抗４０７、ト
ランジスタ４０６ｃのコレクタと接地ライン間に接続さ
れたコンデンサ４０８、抵抗４０９及びコンデンサ４１
０、トランジスタ４０６ｃのコレクタに接続されたスイ
ッチ４１１、該スイッチ４１１と接地ライン間に接続さ
れたコンデンサ４１２を備えて構成されている。抵抗４
０６ａには比較器４０５の出力端子と電源ＶＤＤ間に接
続された抵抗４１３が直列に接続されている。
【００６０】遮断回路４０３は、遅延回路４０２の出力
信号によって動作するトランジスタ４０３ａ、電源ＶＤ
Ｄとトランジスタ４０３ａのコレクタとの間に接続され
た抵抗４０３ｂ，４０３ｃ、抵抗４０３ｃに並列接続さ
れたコンデンサ４０３ｄ、トランジスタ４０３ｅを備え
て構成されている。トランジスタ４０３ｅは、コレクタ
がトランジスタ４０３ａのベースに接続され、ベースが
トランジスタ４０３ａのコレクタに接続され、エミッタ
が抵抗４０３ｂと４０３ｃの接続点（分圧点）に接続さ
れている。また、整流回路４０４は、負荷３０２の出力
を整流するダイオード４０４ａ、このダイオード４０４
ａの整流出力を平滑するコンデンサ４０４ｂ、及び負荷
抵抗４０４ｃを備えて構成されている。
【００６１】ＩＣに内蔵されている回路は、電源ＶＤＤ
から電力供給を受けて動作するが、ＯＮ／ＯＦＦ端子に
所定以上の電圧が印加されていない場合は、ＶＤＤから
の電力供給が遮断される構成になっている。この電源Ｖ
ＤＤは、ノートパソコン等にＡＣアダプタ（または、バ
ッテリパック等）が接続されているときには、常に印加
される電圧である。また、ＯＮ／ＯＦＦ信号は、ノート
パソコンのパワースイッチがオンされるのに伴って印加
される。
【００６２】整流回路４０４は、負荷電流Ｉｏを整流お
よび平滑する。比較器４０５は、整流回路４０４の出力
電圧と基準電圧Ｖｓを比較し、基準電圧Ｖｓが小さい場
合には、抵抗４１３を介して遅延回路４０２へ高レベル
の電圧を出力する。増幅部４０６内のトランジスタ４０
６ｃは、そのベースに高レベルの電圧が印加されている
間はオンになり、ＯＮ／ＯＦＦ信号ライン４１５からの
電流Ｉｓを接地ラインへ流し込む。遅延回路４０２の他
方の入力は、過電圧保護回路３１０の出力電圧Ｖｐ２で
あり、この電圧をスイッチ４１１に入力する。スイッチ
４１１は、所定値以上の入力が有る間に、その端子間が
導通する。このスイッチ４１１が導通状態の場合、コン
デンサ４１２はトランジスタ４０３ａのベースに接続さ
れる。
【００６３】遮断回路４０３は、ＯＮ／ＯＦＦ信号ライ
ン４１５からの電流Ｉｓをトランジスタ４０３ａのベー
ス電圧に変換する。トランジスタ４０３ａはベース電圧
が所定値より高くなるとオンになり、抵抗４１４および
ダイオード４０３ｆを介してＯＮ／ＯＦＦラインを接地
する。一旦、トランジスタ４０３ａがオンになると、そ
のオン状態が保持され、トランジスタ４０３ａの導通が
継続する。ＯＮ／ＯＦＦラインがトランジスタ４０３ａ
を介して接地されると、ＯＮ／ＯＦＦ信号ライン４１５
からＩＣに印加されている電圧は低下する。その結果、
ＩＣ内への電源ＶＤＤの供給が停止され、圧電トランス
３０１の駆動が停止する。
【００６４】次に、図６の構成の動作について説明す
る。電源ＶＤＤが供給され、かつ、ＯＮ／ＯＦＦ信号ラ
イン４１５にＯＮ信号が印加されているとき、何らかの
原因により負荷電流Ｉｏが小さくなると、過小電流検出
回路４０４、遅延回路４０２、および遮断回路４０３
は、以下に説明する動作を行い、圧電トランス３０１の
駆動を停止して出力電圧Ｖｏを遮断する。
【００６５】負荷電流Ｉｏが小さいとき、その電圧変換
値は基準電圧Ｖｓより低くなり、比較器１９の出力が低
レベルになるため、トランジスタ４０６ｃがオフにな
る。このとき、ＯＮ／０ＦＦ信号ライン４１５からの電
流Ｉｓは、抵抗４０７，４０９、コンデンサ４０８，４
１０から成る回路により、トランジスタ４０３ａのベー
ス電圧を上昇させる。コンデンサ４０８，４１０への充
電が進み、トランジスタ４０３ａのベース電圧が所定値
を越えるに至ると、トランジスタ４０３ａがオンにな
る。これにより、ＯＮ／ＯＦＦ信号ライン４１５は抵抗
４１４、ダイオード４０３ｆ、トランジスタ４０３ａよ
り成る回路を通して接地される。この結果、ＩＣに印加
されていたＯＮ／ＯＦＦ信号ライン４１５からの電圧は
著しく低下し、ＩＣ内の回路への電源ＶＤＤの供給が遮
断され、よって圧電トランス３１０の駆動が停止され
る。圧電トランス３１０が駆動を停止したことにより、
圧電トランス３０１の出力が消失する。この場合、ＯＮ
／ＯＦＦ信号の投入からトランジスタ４０３ａがオンす
るまでの動作時間は約０．１秒であり、ほぼトランジス
タ４０３ａのオンと同時に圧電トランス３０１の駆動が
停止する。
【００６６】圧電トランス３０１の出力電圧Ｖｏが大き
く、過電圧保護回路３１０から出力電圧Ｖｐ１，ＶＰ２
が出力される状態にあり、かつ、負荷電流Ｉｏが所定値
より小さいために負荷電流Ｉｏの電圧変換値が基準電圧
Ｖｓより小さい場合には、以下に説明する動作を行い、
圧電トランス３０１の駆動を停止し、出力を遮断する。
過電圧保護回路３１０が高レベルの出力電圧Ｖｐ２を出
力したときに、スィッチ４１１はオンになる。
【００６７】一方、過電圧保護回路３１０が出力電圧Ｖ
ｏの過電圧を検知し、出力電圧Ｖｐ１を出力した瞬間に
圧電トランス３０１を駆動する周波数は、図１３に示す
周波数ｆ３からｆ４に変更され、ｆ４から再びｆ３へ周
波数が低下する。しかし、この間、出力電圧Ｖｐ２はス
イッチ４１１をオンにする高レベルを継続して出力して
いる。このため、例えば、負荷オープン時などのよう
に、負荷インピーダンスが等価的に高インピーダンスを
継続する場合には、出力電圧Ｖｐ２は高レベルを維持し
続ける。以上の関係は図１４に示した通りである。圧電
トランス３０１の駆動周波数ｆによって昇圧回路３０４
が掃引されている間、スイッチ４１１はオン状態を継続
し、トランジスタ４０３ａのベースにコンデンサ４１２
が接続され続けている。
【００６８】なお、コンデンサ４１２の容量値は、過電
圧保護回路３１０が出力電圧Ｖｐ１，Ｖｐ２を出力し、
かつ、トランジスタ４０６ｃが非導通になる状況におい
て、ＯＮ／ＯＦＦ信号が投入されてから、トランジスタ
４０３ａがオンするまでに５〜６秒となるように設定す
ることが重要である。よって、過電圧保護回路３１０か
らの出力電圧Ｖｐ２が高レベルの場合の方が、電流Ｉｓ
で充電される容量値が大きくなるため、トランジスタ４
０３ａのべ−ス電圧上昇が遅くなり、圧電トランス３０
１の駆動を停止させるまでに長い時間を必要とする。
【００６９】以上により、図６に示した遮断回路４０３
は、昇圧回路３０４の不具合時には遮断回路の動作まで
約０．１秒と短い時間で動作し、負荷オープンや負荷点
灯前状態や、負荷特性劣化による不点灯時には５〜６秒
と長い時間をかけた後に動作する。
【００７０】以上説明した本発明の電源回路による動作
をまとめたのが〔表１〕である。
【表１】
【００７１】〔表１〕においては、昇圧回路不具合を検
知し早く遮断する時が０．１秒で負荷インピーダンスが
高いことを検知し、遅く遮断する時が５〜６秒としてい
るが、これは、一般的な圧電トランスインバータと冷陰
極管の組み合わせの場合の代表値であり、圧電トランス
インバータ回路の定数や負荷の種類により変更可能であ
る。
【００７２】例えば、本発明者による設計の図６の構成
による圧電トランスインバータにおいて、ノートパソコ
ン用１０．４インチＬＣＤのバックライトを点灯させる
場合、周囲温度０°Ｃの暗黒において電源投入からバッ
クライト点灯までに６ミリ秒である。したがって、この
圧電トランスインバータＬＣＤの組み合わせにおいて
は、例えば、昇圧回路の不具合を検知し、早く遮断する
時が０．０１秒、負荷インピーダンスが高いことを検知
して遅く遮断する時間を０．５秒に設定しても、周囲温
度０°Ｃの暗黒点灯を保証し、かつ、昇圧回路の不具合
時の発煙発火を防止することができる。
【００７３】図７は本発明の電源回路の他の実施の形態
を示す。本実施の形態は、その主構成は図１２と同じで
あり、圧電トランス３０１、周波数制御回路３０３、昇
圧回路３０４、２位相駆動回路３０９、および駆動電圧
制御回路３１１を備えて構成されている。そして、図１
２の過電圧保護回路３１０に代えて、図９に示した遮断
部４００（過小電流検出回路４０１、遅延回路４０２、
遮断回路４０３、整流回路４０４、および比較器４０５
を備える）を設けた構成にしている。
【００７４】図７における昇圧回路２３と図１および図
６の昇圧回路３０４との相違点は、昇圧回路２３では、
第２のオートトランス３０６と第２のスイッチングトラ
ンジスタ３０８が削除され、２位相駆動回路３０９の出
力電圧Ｖｇ２の接続先が無くなり、オープンになってい
ることである。この昇圧回路２３において、スイッチン
グトランジスタ３０７のスイッチング動作が停止するよ
うな故障が発生した場合、圧電トランス３０１は出力を
発生しない。したがって、この故障の場合、負荷電流Ｉ
ｏが無いので、過小電流検出回路４０１のトランジスタ
４０６ｃはオフになり、圧電トランス３０１の出力電圧
Ｖｏも無いので、過電圧保護回路３１０からの出力電圧
Ｖｐ２は低レベルのままであり、スイッチ４１１は導通
しない。これにより、ＯＮ／ＯＦＦ信号投入後から０．
１秒程度で出力が遮断する。この状態は、〔表１〕の負
荷電流Ｉｏが無く、電圧Ｖｏも無い状態に相当し、第１
の実施例とはＶｏの値が違うことが相違するのみとな
る。なお、第１の実施の形態においても、第１のスイッ
チングトランジスタ３０７と第２のスイッチングトラン
ジスタ３０８が共にスイッチング動作を停止する不具合
が発生した場合、〔表１〕の負荷電流Ｉｏが無く、電圧
Ｖｏも無い状態に相当する。
【００７５】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の電源回路に
よれば、昇圧回路から圧電トランスに至る出力状態、お
よび負荷のインピーダンス変化を検出し、これらに基づ
いて昇圧回路の動作停止を可能にする時間を設定しこの
設定に基づいて昇圧回路の動作を停止させることができ
るようにしたので、低温時などの負荷インピーダンスが
高い時の負荷の点灯動作等を保証できるとともに、昇圧
回路を含む出力系の異常に対処することができる。すな
わち、周囲環境が低温のときには、電圧印加前の冷陰極
管のインピーダンスが高いために、電圧印加開始後点灯
までに時間がかかるが、出力電圧と負荷電流を同時に検
出することにより、昇圧回路等の異常とを判別すること
が可能になった。
【００７６】また、遮断回路が動作する時には、ＩＣに
供給されるＯＮ／ＯＦＦ電圧が低下することにより、Ｉ
Ｃ内で電源ＶＤＤからＩＣ内の各回路への電力供給が停
止される。したがって、出力遮断時のＩＣ内の消費電力
を零にでき、出力遮断時の低消費電力化を図ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電源回路の構成を示すブロック図
である。
【図２】図１の電源回路が常温において正常に起動した
ときの動作を示すタイミングチャートである。
【図３】図１の電源回路の低温環境下における動作を示
すタイミングチャートである。
【図４】無負荷時における電源回路の動作を示すタイミ
ングチャートである。
【図５】昇圧回路が不具合の場合の電源回路の動作を示
すタイミングチャートである。
【図６】図１の駆動回路の詳細構成を示すブロック図で
ある。
【図７】本発明の電源回路の他の実施の形態を示すブロ
ック図である。
【図８】従来の電源回路の第１の構成例を示すブロック
図である。
【図９】図８の電源回路の各部の動作を示す波形図であ
る。
【図１０】従来の電源回路の第２の構成例を示すブロッ
ク図である。
【図１１】図１０の電源回路における入力側コンデンサ
の端子電圧の変化を示す波形図である。
【図１２】圧電トランスを用いた従来の電源回路の構成
を示すブロック図である。
【図１３】図１２の圧電トランスの出力特性を示す波形
図である。
【図１４】図１２の電源回路の各部の動作を示す波形図
である。
【図１５】図１２のスイッチングトランジスタの一方が
不動作時における各部の動作を示す波形図である。
【符号の説明】
３０１ 圧電トランス ３０２ 負荷 ３０３ 周波数制御回路 ３０４ 昇圧回路 ３０５ 第１のオートトランス ３０６ 第２のオートトランス ３０７ 第１のスイッチングトランジスタ ３０８ 第２のスイッチングトランジスタ ３０９ ２位相駆動回路 ３１０ 過電圧保護回路 ３１１ 駆動電圧制御回路 ３１２ 電流電圧変換回路 ３１４，３１６ 比較器 ３１５ 積分器 ３１７ ＶＣＯ（電圧制御発振器） ４００ 遮断部 ４０１ 過小電流検出回路 ４０２ 遅延回路 ４０３ 遮断回路 ４０４ 整流回路 ４０５ コンパレータ ４０６ 増幅部
───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 駆動電圧を昇圧回路で昇圧して圧電トラ
    ンスの１次側に入力し、前記圧電トランスの２次側の出
    力電圧で温度依存性の大きいインピーダンスを有する負
    荷を駆動する電源回路において、 前記負荷を流れる負荷電流が所定のレベルより小なると
    き、過小電流信号を出力する過小電流検出手段と、前記出力電圧が所定のレベルより大なるとき、過電圧信
    号を出力する過電圧信号発生手段と、 前記過電圧信号が出力されないとき、前記過小電流信号
    の出力に基づいて第１の遅延時間を計時して第１の遅延
    信号を出力し、前記過電圧信号が出力されたとき、前記
    過小電流信号の出力に基づいて前記第１の遅延時間より
    大なる第２の遅延時間を計時して第２の遅延信号を出力
    する遅延手段と、 前記第１あるいは第２の遅延信号を入力して前記昇圧回
    路の動作を停止させる停止手段を備えたこと を特徴とす
    る電源回路。
  2. 【請求項２】 前記遅延手段は、前記第２の遅延時間と
    して前記負荷の前記温度依存性に基づく立ち上り時間の
    最大値より大なる時間を設定され、前記第１の遅延時間
    として前記昇圧回路が異常によって欠陥に至る時間より
    小なる時間を設定されることを特徴とする請求項１記載
    の電源回路。
  3. 【請求項３】 前記過小電流検出手段は、前記負荷とし
    て冷陰極管の負荷電流を検出することを特徴とする請求
    項１記載の電源回路。
  4. 【請求項４】 前記遅延手段は、前記第２の遅延時間と
    して５〜６秒を設定され、前記第１の遅延時間として
    ０．０５〜０．１５秒を設定されることを特徴とする請
    求項２記載の電源回路。
  5. 【請求項５】 前記遅延手段は、前記第１の遅延時間を
    設定するコンデンサに追加のコンデンサを並列に接続す
    ることによって前記第２の遅延時間を設定されることを
    特徴とする請求項２記載の電源回路。
  6. 【請求項６】 前記過小電流検出手段は、前記負荷電流
    を整流して整流信号を出力する整流手段と、前記整流信
    号と基準値を比較して前記過小電流信号を出力する比較
    手段を有することを特徴とする請求項１記載の電源回
    路。
  7. 【請求項７】 前記停止手段は、前記昇圧回路の動作を
    停止させるとき、前記昇圧回路への前記駆動電圧の印加
    を停止することを特徴とする請求項１記載の電源回路。
  8. 【請求項８】 前記停止手段は、前記遅延手段が前記第
    ２の遅延時間を計時したとき、前記過小電流信号が消失
    していた場合、前記昇圧回路の動作を停止させないこと
    を特徴とする請求項１記載の電源回路。
  9. 【請求項９】 前記停止手段は、前記遅延手段が前記第
    ２の遅延時間を計時したとき、前記過小電流信号が継続
    していた場合、前記昇圧回路の動作を停止させることを
    特徴とする請求項２記載の電源回路。
  10. 【請求項１０】 前記負荷は、冷陰極管であることを特
    徴とする請求項１記載の電源回路。
  11. 【請求項１１】 前記遅延手段は、前記過小電流信号の
    出力が中断したとき、前記第１あるいは第２の遅延時間
    の計時を中断することを特徴とする請求項１記載の電源
    回路。
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