JP3271042B2 - Voltage converter using piezoelectric transformer - Google Patents
Voltage converter using piezoelectric transformerInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、冷陰極管を点灯するた
めのインバータ電源等として用いられる電圧変換装置に
関し、特に、圧電トランスを効率よく駆動する電圧変換
装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a voltage converter used as an inverter power supply for lighting a cold cathode tube, and more particularly to a voltage converter for efficiently driving a piezoelectric transformer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図４は、従来のこの種の電圧変換装置を
示す回路図である。図４において、電圧変換装置３０
は、冷陰極管を点灯するための調光装置（インバータ電
源装置）であり、圧電トランスを駆動するための回路方
式をとっている。圧電トランス３１は、一次側の入力端
子３２および３３と、二次側の出力端子３４とを備えて
いる。電圧Ｖc の直流が駆動トランジスタ３５に加わる
と、駆動トランジスタ３５の出力電圧が圧電トランス３
１の入力端子３２に入力され、一時的に圧電トランス３
１の入力端子３３から出力検出用分圧抵抗３６を介して
一次側に電流が流れる。その電流の大きさが電圧として
検出され、検出信号増幅用トランジスタ３７により増幅
された後に、駆動トランジスタ３５のスイッチングを制
御する。かくして、駆動トランジスタ３５のスイッチン
グ周波数が、圧電トランス３１の共振周波数に追従し、
自励発振が維持され、圧電トランス３１の出力端子３４
に接続された冷陰極管５０を点灯させることができる。2. Description of the Related Art FIG. 4 is a circuit diagram showing a conventional voltage converter of this type. In FIG. 4, the voltage conversion device 30
Is a light control device (inverter power supply device) for lighting the cold cathode tube, and adopts a circuit system for driving the piezoelectric transformer. The piezoelectric transformer 31 has primary-side input terminals 32 and 33 and a secondary-side output terminal 34. When DC voltage V c is applied to the driving transistor 35, the output voltage of the driving transistor 35 is the piezoelectric transformer 3
1 is input to the input terminal 32 of the
A current flows from the first input terminal 33 to the primary side via the output detection voltage dividing resistor 36. After the magnitude of the current is detected as a voltage and amplified by the detection signal amplifying transistor 37, the switching of the drive transistor 35 is controlled. Thus, the switching frequency of the drive transistor 35 follows the resonance frequency of the piezoelectric transformer 31,
The self-oscillation is maintained, and the output terminal 34 of the piezoelectric transformer 31 is
Can be turned on.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、圧電トランス
３１の入力インピーダンス特性は、図５（ａ）に示すご
とく低次共振点Ａ、および高次共振点Ｂが存在する。こ
のため、従来の回路では、自励発振が二か所以上の周波
数のいずれかで維持されることになる。尚、図５（ｂ）
は、圧電トランス３１の入力電流位相を示す図であり、
図中符号Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦはそれぞれ、低次共振
点、低次反共振点、高次共振点、および高次反共振点で
ある。However, the input impedance characteristic of the piezoelectric transformer 31 has a low-order resonance point A and a high-order resonance point B as shown in FIG. Therefore, in the conventional circuit, the self-sustained pulsation is maintained at one of two or more frequencies. In addition, FIG.
Is a diagram showing the input current phase of the piezoelectric transformer 31;
Symbols C, D, E, and F in the figure are a low-order resonance point, a low-order anti-resonance point, a high-order resonance point, and a high-order anti-resonance point, respectively.
【０００４】また、圧電トランス３１は、圧電トランス
一般の特性として、冷陰極管を負荷とした場合には、図
６（ａ）に示すごとく、点灯前、即ち、軽負担時の出力
特性Ｇと、点灯後、即ち、重負担時の出力特性Ｈでは、
出力振幅および共振周波数が異なる。圧電トランス３１
の効率のよいエネルギー変換は、基本周波数で行われる
ため、従来の回路により冷陰極管５０を点灯させた場合
には、高次の発振周波数に維持され、変換効率が悪くな
るなどの問題点がある。As shown in FIG. 6 (a), when a cold cathode tube is used as a load, the piezoelectric transformer 31 has, as a general characteristic of a piezoelectric transformer, an output characteristic G before lighting, that is, a light load. After lighting, that is, in the output characteristic H at the time of heavy load,
Output amplitude and resonance frequency are different. Piezoelectric transformer 31
Since the efficient energy conversion is performed at the fundamental frequency, when the cold-cathode tube 50 is lit by the conventional circuit, the high-order oscillation frequency is maintained and the conversion efficiency is deteriorated. is there.
【０００５】また、冷陰極管の調光方法として、従来の
回路では、図４における＋Ｖc を制御しなければなら
ず、ＤＣ／ＤＣコンバータなどの回路を付加しなければ
ならないなどの問題点がある。[0005] As a method dimming the cold cathode tube, in the conventional circuit, it is necessary to control the + V c in FIG. 4, problems such as the need to add a circuit such as a DC / DC converter is there.
【０００６】本発明の課題は、出力電圧を効率よく発生
できる圧電トランスを用いた電圧変換装置を提供するこ
とである。An object of the present invention is to provide a voltage converter using a piezoelectric transformer that can efficiently generate an output voltage.
【０００７】本発明の他の課題は、冷陰極管などの調光
等を、簡素な構成で、効率よく制御できる圧電トランス
を用いた電圧変換装置を提供することである。Another object of the present invention is to provide a voltage converter using a piezoelectric transformer that can efficiently control dimming of a cold cathode tube or the like with a simple configuration.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、所定の
共振周波数を有する圧電トランスと、前記共振周波数の
実質的に近傍の周波数で発振する発振回路と、前記発振
回路からの発振信号に基づいて前記圧電トランスを駆動
する駆動回路とを有する圧電トランスを用いた電圧変換
装置において、前記圧電トランスへの入力電圧である前
記駆動回路からの駆動信号と、該圧電トランスの出力電
圧との位相差を検出する位相検出回路と、前記位相検出
回路からの位相差検出信号に基づいて前記位相差を所定
の値にするように前記発振回路における発振周波数を制
御する発振周波数制御回路とを有することを特徴とする
圧電トランスを用いた電圧変換装置が得られる。According to the present invention, a piezoelectric transformer having a predetermined resonance frequency, an oscillation circuit oscillating at a frequency substantially near the resonance frequency, and an oscillation signal from the oscillation circuit are provided. A voltage converter using a piezoelectric transformer having a drive circuit for driving the piezoelectric transformer based on the drive signal from the drive circuit, which is an input voltage to the piezoelectric transformer, and an output voltage of the piezoelectric transformer. A phase detection circuit that detects a phase difference; and an oscillation frequency control circuit that controls an oscillation frequency of the oscillation circuit so that the phase difference has a predetermined value based on a phase difference detection signal from the phase detection circuit. A voltage converter using a piezoelectric transformer characterized by the following.
【０００９】本発明によればまた、前記駆動回路からの
前記駆動信号を前記圧電トランスの前記発振周波数より
も低い周波数にて間欠的に停止させることを特徴とする
前記圧電トランスを用いた電圧変換装置が得られる。According to the present invention, the driving signal from the driving circuit is intermittently stopped at a frequency lower than the oscillation frequency of the piezoelectric transformer, and the voltage conversion using the piezoelectric transformer is performed. A device is obtained.
【００１０】[0010]
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
よる圧電トランスを用いた電圧変換装置を説明する。
尚、本実施例は、本発明を冷陰極管の調光装置に適用し
た例である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A voltage converter using a piezoelectric transformer according to one embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The present embodiment is an example in which the present invention is applied to a light control device for a cold cathode tube.
【００１１】図１は、本実施例による電圧変換装置を示
すブロック図（一部に回路図をも含む）である。図１に
おいて、電圧変換装置１０は、圧電トランス１７と、電
圧制御発振回路１１と、圧電トランス１７を駆動する駆
動回路１２と、出力検出用分圧抵抗１８で検出された圧
電トランス１７の出力の位相と駆動回路１２の位相との
位相差を検出する位相検出回路１５と、位相検出回路１
５からの位相差検出信号に基づいて位相差を所定の値に
するように電圧制御発振回路１１における発振周波数を
制御する発振周波数制御回路１６と、調光を制御するた
めの調光発振回路１３と、外部から調光を行うための可
変抵抗器１４とを有している。FIG. 1 is a block diagram (partly including a circuit diagram) showing a voltage converter according to this embodiment. In FIG. 1, a voltage conversion device 10 includes a piezoelectric transformer 17, a voltage controlled oscillation circuit 11, a drive circuit 12 for driving the piezoelectric transformer 17, and an output of the piezoelectric transformer 17 detected by an output detection voltage dividing resistor 18. A phase detection circuit 15 for detecting a phase difference between the phase and the phase of the drive circuit 12;
5, an oscillation frequency control circuit 16 for controlling the oscillation frequency of the voltage-controlled oscillation circuit 11 so as to make the phase difference a predetermined value, and a dimming oscillation circuit 13 for controlling dimming. And a variable resistor 14 for performing dimming from outside.
【００１２】冷陰極管５０の特性は、点灯前の放電が開
始するまでは電流が殆ど流れず、放電を開始すると、５
ｍＡ〜１０ｍＡ程度電流が流れ、冷陰極管５０の両端の
電圧は低下する。つまり冷陰極管５０を点灯させるため
の機能として、点灯前では高電圧を発生し、点灯後は点
灯電圧を下げる必要がある。The characteristics of the cold-cathode tube 50 are such that almost no current flows until the discharge before lighting starts, and
A current of about mA to 10 mA flows, and the voltage across the cold-cathode tube 50 decreases. That is, as a function for lighting the cold cathode tube 50, it is necessary to generate a high voltage before lighting and reduce the lighting voltage after lighting.
【００１３】ここで、圧電トランス１７の出力電圧の周
波数特性は、前述の図６（ａ）に示すとおりである。図
６（ａ）において、圧電トランス１７の出力電圧の周波
数特性は、軽負担時の出力特性Ｇのごとく急峻で、わず
かの周波数変動でも、出力電圧は激減する。一方、負荷
が重くなることにより、共振周波数は低い方に移動し、
重負担時の出力特性Ｈのごとく出力電圧も低下する。こ
のように、圧電トランス１７は、冷陰極管５０を点灯さ
せるのに適しているといえる。しかし、負荷の変動によ
る共振周波数の変化があり、圧電トランス１７の駆動周
波数を制御する必要がある。ここで、圧電トランス１７
の出力電圧位相特性に着目すると、圧電トランス１７の
出力電圧の位相特性は、図６（ｂ）に示すごとく出力電
圧特性のピークで位相が−９０°を示す。本実施例で
は、圧電トランス１７の二次側制動容量による容量性負
荷および、負荷の冷陰極管の容量性による、図６（ｂ）
の共振点における位相の進みを利用し、共振周波数が変
動しても、常に圧電トランス１７の出力電圧が最大とな
るように発振周波数を制御するものである。Here, the frequency characteristic of the output voltage of the piezoelectric transformer 17 is as shown in FIG. In FIG. 6A, the frequency characteristic of the output voltage of the piezoelectric transformer 17 is steep like the output characteristic G when the load is light, and the output voltage drastically decreases even with a slight frequency change. On the other hand, as the load increases, the resonance frequency moves to the lower side,
The output voltage also drops as indicated by the output characteristic H under heavy load. Thus, it can be said that the piezoelectric transformer 17 is suitable for lighting the cold cathode tube 50. However, there is a change in the resonance frequency due to a change in load, and it is necessary to control the drive frequency of the piezoelectric transformer 17. Here, the piezoelectric transformer 17
6B, the phase characteristic of the output voltage of the piezoelectric transformer 17 has a peak of −90 ° at the peak of the output voltage characteristic as shown in FIG. 6B. In this embodiment, the capacitive load due to the secondary braking capacity of the piezoelectric transformer 17 and the capacitive capacity of the cold cathode tube of the load are shown in FIG.
The oscillation frequency is controlled such that the output voltage of the piezoelectric transformer 17 is always maximized even when the resonance frequency fluctuates, by utilizing the phase advance at the resonance point.
【００１４】図１、ならびに図６（ａ）および（ｂ）を
参照して、いま、電圧制御発振回路１１から周波数ｆｒ
１の発振信号が出力されているとすると、駆動回路１２
の出力は、圧電トランス１７に加えられ、出力として高
電圧が得られる。ここで、位相検出回路１５を、例え
ば、位相差が−９０°のときに検出信号を出力しないよ
うに設定しておく。さて、位相検出回路１５には、既
に、圧電トランス１７に加えられた電圧波形より９０°
進んだ波形、即ち、出力検出用分圧抵抗１８によって検
出された圧電トランス１７の出力波形が検出されている
ため、位相検出回路１５から位相差検出信号は出力され
ない。このため、発振周波数制御回路１６は、位相検出
回路１５から位相差検出信号を受けないので、発振周波
数は変化しない。Referring to FIG. 1 and FIGS. 6 (a) and 6 (b), the frequency fr
Assuming that the oscillation signal of No. 1 is output, the driving circuit 12
Is applied to the piezoelectric transformer 17, and a high voltage is obtained as an output. Here, the phase detection circuit 15 is set so as not to output a detection signal when the phase difference is −90 °, for example. By the way, the phase detection circuit 15 already has 90 ° from the voltage waveform applied to the piezoelectric transformer 17.
Since the advanced waveform, that is, the output waveform of the piezoelectric transformer 17 detected by the output detection voltage dividing resistor 18 is detected, the phase detection circuit 15 does not output the phase difference detection signal. Therefore, the oscillation frequency control circuit 16 does not receive the phase difference detection signal from the phase detection circuit 15, so that the oscillation frequency does not change.
【００１５】次に、冷陰極管５０の点灯後は、負荷が重
くなり圧電トランス１７の共振点が周波数ｆｒ２に変動
する。このとき、位相検出回路１５には、９０°よりさ
らに進んだ電圧波形が入力され、電圧制御発振回路１１
に対して、周波数を下げる方向の位相差検出信号が出力
される。よって、位相が９０°になるように発振が制御
され、発振周波数が周波数ｆｒ２に維持される。尚、こ
のときの電圧制御発振回路１１は、利用する発振周波数
の近傍でしか発振しない。Next, after the cold cathode tube 50 is turned on, the load becomes heavy and the resonance point of the piezoelectric transformer 17 fluctuates to the frequency fr2. At this time, a voltage waveform further advanced by 90 ° is input to the phase detection circuit 15, and the voltage control oscillation circuit 11
, A phase difference detection signal in the direction of decreasing the frequency is output. Therefore, oscillation is controlled so that the phase becomes 90 °, and the oscillation frequency is maintained at the frequency fr2. At this time, the voltage-controlled oscillation circuit 11 oscillates only near the oscillation frequency to be used.
【００１６】本実施例による電圧変換装置は、調光発振
回路１３から出力される調光発振信号により制御され
る。ここで、図２は、図１における調光発振回路１３の
詳細を示すブロック図である。また、図３は、本実施例
による電圧変換装置１０の調光機能を説明するためのタ
イミング図である。図１に図２および図３をも併せ参照
すると、電圧制御発振回路１１からは、発振信号ａが停
止することなく発振出力されている。一方、調光発振回
路１３は、周期Ｔを発振する非安定マルチバイブレータ
１３１と、駆動回路１２の作動時間ｔを発生する単安定
マルチバイブレータ１３２とにより構成され、単安定マ
ルチバイブレータ１３１に接続されている可変抵抗器１
４、および冷陰極管に流れる電流に比例した電圧ｅによ
り、駆動回路１２の作動時間ｔを調節するように、調光
制御出力端子１３３から調光制御信号ｂを出力する。調
光制御信号ｂが駆動回路１２に入力されることにより、
駆動回路１２からは圧電トランス駆動信号ｃが出力さ
れ、圧電トランス１７が駆動回路１２の作動時間ｔの間
だけ駆動される。この結果、圧電トランス１７からは、
図３に示すような波形の圧電トランス出力信号ｄが得ら
れ、冷陰極管５０の輝度を調節すること等が可能とな
る。The voltage converter according to the present embodiment is controlled by a dimming oscillation signal output from a dimming oscillation circuit 13. Here, FIG. 2 is a block diagram showing details of the dimming oscillation circuit 13 in FIG. FIG. 3 is a timing chart for explaining the dimming function of the voltage converter 10 according to the present embodiment. Referring to FIG. 1 and FIGS. 2 and 3 together, the voltage-controlled oscillation circuit 11 oscillates and outputs an oscillation signal a without stopping. On the other hand, the dimming oscillation circuit 13 includes an unstable multivibrator 131 that oscillates a period T and a monostable multivibrator 132 that generates an operation time t of the drive circuit 12, and is connected to the monostable multivibrator 131. Variable resistor 1
4, and a dimming control signal b is output from the dimming control output terminal 133 so that the operation time t of the drive circuit 12 is adjusted by the voltage e proportional to the current flowing through the cold-cathode tube. When the dimming control signal b is input to the drive circuit 12,
The drive circuit 12 outputs a piezoelectric transformer drive signal c, and the piezoelectric transformer 17 is driven only during the operation time t of the drive circuit 12. As a result, from the piezoelectric transformer 17,
A piezoelectric transformer output signal d having a waveform as shown in FIG. 3 is obtained, so that the brightness of the cold cathode tube 50 can be adjusted.
【００１７】[0017]
【発明の効果】本発明による圧電トランスを用いた電圧
変換装置は、駆動回路からの駆動信号と圧電トランスの
出力電圧との位相差を検出する位相検出回路と、位相検
出回路からの位相差検出信号に基づいて位相差を所定の
値にするように発振回路における発振周波数を制御する
発振周波数制御回路とを有しているため、出力電圧を効
率よく発生できる。また、冷陰極管などの調光等を、簡
素な構成で、効率よく制御できる。特に、負荷が変動
し、圧電トランスの共振周波数が変わっても、出力電圧
を効率よく発生することが可能である。A voltage converter using a piezoelectric transformer according to the present invention comprises a phase detection circuit for detecting a phase difference between a drive signal from a drive circuit and an output voltage of the piezoelectric transformer, and a phase difference detection from the phase detection circuit. An oscillation frequency control circuit that controls the oscillation frequency of the oscillation circuit so that the phase difference is set to a predetermined value based on the signal can efficiently generate an output voltage. Further, dimming of a cold cathode tube or the like can be efficiently controlled with a simple configuration. In particular, even if the load fluctuates and the resonance frequency of the piezoelectric transformer changes, it is possible to efficiently generate an output voltage.
【００１８】さらに、輝度の調整機能として間欠的に駆
動回路を制御すれば、作動回路のスイッチング動作が行
われるため、効率のよい輝度調節が可能となる。Furthermore, if the driving circuit is intermittently controlled as a function of adjusting the luminance, the switching operation of the operating circuit is performed, so that the luminance can be adjusted efficiently.
【図１】本発明の一実施例による電圧変換装置を示すブ
ロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a voltage converter according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１に示す電圧変換装置における調光発振回路
を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a dimming oscillation circuit in the voltage converter shown in FIG.
【図３】図１に示す電圧変換装置の調光機能のタイミン
グ図である。FIG. 3 is a timing chart of a dimming function of the voltage conversion device shown in FIG. 1;
【図４】従来例による圧電トランスを用いた電圧変換装
置を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a conventional voltage converter using a piezoelectric transformer.
【図５】圧電トランスの周波数特性を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating frequency characteristics of a piezoelectric transformer.
【図６】圧電トランスの周波数対負荷特性を示す図であ
る。FIG. 6 is a diagram illustrating frequency versus load characteristics of a piezoelectric transformer.
１０、３０ 電圧変換装置 １１ 電圧制御発振回路 １２ 駆動回路 １３ 調光発振回路 １４ 可変抵抗器 １５ 位相検出回路 １６ 発振周波数制御回路 １７、３１ 圧電トランス １８、３６ 出力検出用分圧抵抗 ３２、３３ 入力端子 ３４ 出力端子 ３５ 駆動トランジスタ ３７ 検出信号増幅用トランジスタ ５０ 冷陰極管 １３１ 非安定マルチバイブレータ １３２ 単安定マルチバイブレータ １３３ 調光制御出力端子 10, 30 Voltage conversion device 11 Voltage controlled oscillation circuit 12 Drive circuit 13 Dimming oscillation circuit 14 Variable resistor 15 Phase detection circuit 16 Oscillation frequency control circuit 17, 31 Piezoelectric transformer 18, 36 Output detection voltage dividing resistor 32, 33 input Terminal 34 Output terminal 35 Driving transistor 37 Detection signal amplifying transistor 50 Cold cathode fluorescent lamp 131 Unstable multivibrator 132 Monostable multivibrator 133 Dimming control output terminal
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 哲男 宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号 株式会社トーキン内 (56)参考文献 特開 平６−53569（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−220386（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−219730（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−201362（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02M 7/537 H02M 3/24 H05B 41/39 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Tetsuo Yoshida 6-7-1, Koriyama, Taishiro-ku, Sendai-shi, Miyagi Tokinnai Co., Ltd. (56) References JP-A-6-53569 (JP, A) JP-A Sho 61-220386 (JP, A) JP-A-5-219730 (JP, A) Japanese Utility Model Application Sho 63-201362 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H02M 7/537 H02M 3/24 H05B 41/39
Claims (2)
と、前記共振周波数の実質的に近傍の周波数で発振する
発振回路と、前記発振回路からの発振信号に基づいて前
記圧電トランスを駆動する駆動回路とを有する圧電トラ
ンスを用いた電圧変換装置において、前記圧電トランス
への入力電圧である前記駆動回路からの駆動信号と、該
圧電トランスの出力電圧との位相差を検出する位相検出
回路と、前記位相検出回路からの位相差検出信号に基づ
いて前記位相差を所定の値にするように前記発振回路に
おける発振周波数を制御する発振周波数制御回路とを有
することを特徴とする圧電トランスを用いた電圧変換装
置。1. A piezoelectric transformer having a predetermined resonance frequency, an oscillation circuit oscillating at a frequency substantially near the resonance frequency, and a drive circuit for driving the piezoelectric transformer based on an oscillation signal from the oscillation circuit. in the voltage converter using a piezoelectric transformer having bets, said piezoelectric transformer
A drive signal from the drive circuit, which is an input voltage to the piezoelectric transformer, a phase detection circuit that detects a phase difference between the output voltage of the piezoelectric transformer , and a phase difference detection signal from the phase detection circuit. An oscillation frequency control circuit that controls an oscillation frequency of the oscillation circuit so that the phase difference has a predetermined value.
圧電トランスの前記発振周波数よりも低い周波数にて間
欠的に停止させることを特徴とする請求項１に記載の圧
電トランスを用いた電圧変換装置。2. The voltage conversion using a piezoelectric transformer according to claim 1, wherein the drive signal from the drive circuit is intermittently stopped at a frequency lower than the oscillation frequency of the piezoelectric transformer. apparatus.
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| JP29124394A JP3271042B2 (en) | 1994-11-25 | 1994-11-25 | Voltage converter using piezoelectric transformer |
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