JP3294801B2 - 圧電トランスの駆動装置 - 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、圧電効果を用いた
圧電トランスを駆動するための圧電トランスの駆動装置
に関し、詳しくは、負荷回路としての冷陰極蛍光管など
に交流信号を供給するのに適した圧電トランスの駆動装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の圧電トランスの駆動装置とし
て、図４に示す駆動装置３１が従来から知られている。
この駆動装置３１は、冷陰極蛍光管２をドライブするた
めの圧電トランス３に疑似正弦波の交流信号ＳACを供給
する装置であって、等価的に定電流源を構成する直流電
源部３２と、直流電源部３２の出力電圧Ｖｏをスイッチ
ングすることにより交流信号ＳACを生成するＦＥＴ３３
とを備えている。この場合、直流電源部３２は、直流電
源１１と、定電流源を構成するためのチョークコイル３
４と、リップル電圧除去用のコンデンサ３５とを備えて
いる。

【０００３】この駆動装置３１では、ＦＥＴ３３が、図
５（ａ）に示すスイッチング信号ＳS がハイレベルのと
きにオン状態に制御される。この際には、直流電源１１
の出力電流がチョークコイル３４を流れることにより、
チョークコイル３４にエネルギーが蓄積される。次い
で、スイッチング信号ＳS がローレベルのときに、蓄積
されているエネルギーに基づく電流がチョークコイル３
４から放出され、同図（ｂ）に示すように、例えば直流
電源１１の出力電圧Ｖｏの３．５倍程度の振幅の交流信
号ＳACが圧電トランス３の入力端子に供給される。これ
により、圧電トランス３は、所定の昇圧比で交流信号Ｓ
ACを昇圧して冷陰極蛍光管２に供給する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
駆動装置３１には以下の問題点がある。第１に、従来の
駆動装置３１では、同図（ｃ）に示すように、スイッチ
ング信号ＳS の周波数と等しい周波数の基本波成分を有
する電流ＩL が、チョークコイル３４を介して直流電源
１１から出力されている。この場合、電流ＩL の周波数
成分が直流電源１１のリップル電流となるため、直流電
源１１にとって過大な負担となる。したがって、このリ
ップル電流を吸収するために、コンデンサ３５として高
周波信号用でかつ大容量のコンデンサを用いなければな
らない。しかし、高周波用の大容量コンデンサは、一般
的には、高価でかつ大型である。このため、従来の駆動
装置３１には、直流電源部３２の製造コストが上昇する
と共に大型化しているという問題点がある。

【０００５】第２に、従来の駆動装置３１では、圧電ト
ランス３に供給される交流信号ＳACの電圧が、直流電源
１１における出力電圧Ｖｏの３．５倍程度まで昇圧され
ているにすぎない。したがって、冷陰極蛍光管２に供給
する交流信号ＳACを、より高い電圧にするためには、直
流電源１１の出力電圧Ｖｏを高電圧にしなければならな
い。一方、駆動装置３１内の低電圧で作動する他の回路
用の電源として直流電源１１を用いるためには、直流電
源１１をマルチ出力タイプで構成するか、その出力電圧
Ｖｏを他の安定化回路によって低い電圧に安定化したり
する必要がある。このため、従来の駆動装置３１には、
直流電源１１の大型化、または追加する安定化回路に起
因する装置全体としての電源利用効率の低下を招くとい
う問題点もある。

【０００６】第３に、従来の駆動装置３１では、同図
（ｃ）に示すように、チョークコイル３４を流れる電流
ＩL の電流値は、スイッチング信号ＳS の立ち上がりエ
ッジの近傍において最小となり、立ち下がりエッジの近
傍において最大となる。一方、圧電トランス３に供給さ
れる電力としては電流ＩL の平均電流値Ｉａに比例す
る。したがって、圧電トランス３に供給する電力を大き
くするためには、チョークコイル３４を流れる電流ＩL
の最大値を大きくする必要がある。ところが、電流ＩL
の最大値を大きくすれば、チョークコイル３４に用いる
磁気コアの外形を、その最大値の二乗に比例して大きく
しなければならない。このため、従来の駆動装置３１に
は、より大きな電力を圧電トランス３に供給する場合に
は、チョークコイル３４の磁気コアが大型化する結果、
装置全体として大型化するという問題点がある。

【０００７】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、圧電トランスに供給する交流信号を生成す
るための直流電源部の小型・低コスト化を図ることがで
きる圧電トランスの駆動装置を提供することを主目的と
する。また、低電圧の直流電源部から高電圧の交流信号
を生成して圧電トランスに供給することが可能な圧電ト
ランスの駆動装置を提供することを他の目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく請
求項１記載の圧電トランスの駆動装置は、直流電源部の
出力電圧をスイッチングすることにより生成した交流信
号を圧電トランスの入力端子に供給する圧電トランスの
駆動装置において、前記直流電源部は、定電圧源と、当
該定電圧源に直列接続されたチョークコイルとを備えて
等価的に定電流源に構成され、前記交流信号を生成する
ために交互にオン状態に制御される第１および第２のス
イッチング素子と、中間端子が前記チョークコイルを介
して前記定電圧源に接続され、かつ一端が前記第１のス
イッチング素子に接続されると共に他端が前記第２のス
イッチング素子に接続されたスイッチング用コイルとを
備え、当該スイッチング用コイルの両端に発生する前記
交流信号を前記圧電トランスの前記入力端子に供給する
ことを特徴とする。

【０００９】請求項２記載の圧電トランスの駆動装置
は、直流電源部の出力電圧をスイッチングすることによ
り生成した交流信号を圧電トランスの入力端子に供給す
る圧電トランスの駆動装置において、前記直流電源部
は、定電圧源と、当該定電圧源に直列接続されたチョー
クコイルとを備えて等価的に定電流源に構成され、前記
交流信号を生成するために交互にオン状態に制御される
第１および第２のスイッチング素子と、中間端子が前記
チョークコイルを介して前記定電圧源に接続され、かつ
一端が前記第１のスイッチング素子に接続されると共に
他端が前記第２のスイッチング素子に接続された一次巻
線を有するスイッチング用トランスとを備え、当該スイ
ッチング用トランスは、前記一次巻線の両端に発生する
前記交流信号を昇圧すると共に当該昇圧した前記交流信
号を二次巻線を介して前記圧電トランスの前記入力端子
に供給することを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係る圧電トランスの駆動装置の好適な実施の形態に
ついて説明する。なお、駆動装置３１における構成要素
と同一のものについては、同一の符号を付して重複した
説明を省略する。

【００１１】図１は、液晶用バックライトなどに用いら
れる冷陰極蛍光管２を点灯させるための交流電力を圧電
トランス３に生成させる駆動装置１の電気的な構成を示
している。同図に示すように、この駆動装置１は、従来
の駆動装置３１と同様にして直流電源部１０を構成する
直流電源（本発明における定電圧源に相当する）１１お
よびチョークコイル１２を備えている。また、駆動装置
１は、本発明における第１および第２のスイッチング素
子にそれぞれ相当しスイッチング信号ＳS に同期してオ
ン／オフ制御されることによりＥ級動作で交流信号ＳAC
を生成するｎチャネル形のＦＥＴ１３，１４と、スイッ
チング信号ＳS を反転してＦＥＴ１３のゲートに供給す
るインバータ回路１５と、中間端子（センタータップ）
付きのスイッチング用のコイル１６とを備えている。こ
の場合、コイル１６は、内部に備えている磁気コアによ
って互いに磁気的に結合する巻線１７ａ，１７ｂが直列
接続されて構成されている。そして、その一端１６ａが
ＦＥＴ１３のドレインおよび圧電トランス３の一方の入
力端子３ａに接続され、他端１６ｂがＦＥＴ１４のドレ
インおよび圧電トランス３の他方の入力端子３ｂに接続
され、両巻線１７ａ，１７ｂの接続点である中間端子１
６ｃがチョークコイル１２の一端に接続されている。

【００１２】また、冷陰極蛍光管２は、ノート型パソコ
ンの液晶ディスプレイのバックライト用などとして用い
られるものであり、その仕様は、例えば、点灯開始時に
必要とする印加電圧が約１２００Ｖｒｍｓ、通常点灯時
に必要とする印加電圧が約５００Ｖｒｍｓで消費電流が
約２．５ｍＡ〜５ｍＡとなっている。

【００１３】圧電トランス３は、例えば、チタン酸ジル
コン酸鉛系セラミック（ＰＺＴ）をベースにして第三成
分や添加物で変成されたセラミック材料を使用したロー
ゼン型（Ｒｏｓｅｎ Ｔｙｐｅ）で構成されている。こ
の圧電トランス３は、厚み方向である入力端子３ａ，３
ｂに交流信号ＳACを印加すると、交流信号ＳACを所定の
利得で昇圧し、昇圧した出力交流信号Ｓｏを逆圧電効果
により長さ方向である出力端子３ｃから出力する。本発
明の実施の形態では、圧電トランス３は、特に限定され
ないが、共振周波数が１１６ＫＨｚで、出力交流信号Ｓ
ｏの電力値が２Ｗの仕様で構成されている。

【００１４】次に、駆動装置１の全体的な動作につい
て、図３を参照して説明する。

【００１５】まず、定常状態においては、同図（ａ）に
示すスイッチング信号ＳS がハイレベルのときに、同図
（ｂ），（ｃ）に示すように、ＦＥＴ１４およびＦＥＴ
１３がそれぞれオン状態およびオフ状態に制御される。
この際には、チョークコイル１２が直流電源１１の出力
電流を電流制限することにより擬似的に定電流制御す
る。同時に、コイル１６の巻線１７ｂには、電流が流れ
ることによりエネルギーが蓄積される。一方、コイル１
６の一端１６ａからは、その直前にＦＥＴ１３がオン状
態に制御されていた時に巻線１７ａに蓄積されたエネル
ギーに基づく電流ＩLaが放出される。この時に、ＦＥＴ
１３のドレインには、同図（ｄ）に示すように、直流電
源１１の出力電圧Ｖｏのほぼ３．５倍程度の電圧値であ
る電圧ＶDaが発生する。また、電流ＩLaは、圧電トラン
ス３の一方の入力端子３ａ、圧電トランス３の内部、圧
電トランス３の他方の入力端子３ｂ、並びにＦＥＴ１４
のドレインおよびソースからなる電流経路を導通させら
れる。これにより、圧電トランス３は、入力端子３ａ，
３ｂ間に印加された交流信号ＳACを所定の利得で昇圧す
ると共に、昇圧した交流出力信号Ｓｏを出力端子３ｃを
介して冷陰極蛍光管２に出力する。

【００１６】次いで、スイッチング信号ＳS がローレベ
ルのときに、同図（ｂ），（ｃ）に示すように、ＦＥＴ
１３およびＦＥＴ１４がそれぞれオン状態およびオフ状
態に制御される。この際には、コイル１６の巻線１７ａ
には、電流が流れることによりエネルギーが蓄積され
る。一方、コイル１６の他端１６ｂからは、その直前に
ＦＥＴ１４がオン状態に制御されていた時に巻線１７ｂ
に蓄積されたエネルギーに基づく電流ＩLbが放出され
る。この時に、ＦＥＴ１４のドレインには、同図（ｅ）
に示すように、直流電源１１の出力電圧Ｖｏのほぼ３．
５倍程度の電圧値である電圧ＶDbが発生する。また、電
流ＩLbは、圧電トランス３の他方の入力端子３ｂ、圧電
トランス３の内部、圧電トランス３の一方の入力端子３
ａ、並びにＦＥＴ１３のドレインおよびソースからなる
電流経路を導通させられる。これにより、圧電トランス
３は、入力端子３ａ，３ｂ間に印加された交流信号ＳAC
を所定の利得で昇圧すると共に、昇圧した交流出力信号
Ｓｏを出力端子３ｃを介して冷陰極蛍光管２に出力す
る。

【００１７】上記の動作によって、圧電トランス３の両
入力端子３ａ，３ｂ間には、同図（ｆ）に示す電圧ＶTR
の交流信号ＳACが印加される。この場合、電圧ＶTRは、
電圧ＶDaと電圧ＶDbとの差電圧であるため、その振幅値
は、直流電源１１の出力電圧Ｖｏのほぼ７倍程度とな
る。このため、従来の駆動装置３１と比較して、交流信
号ＳACの振幅値は２倍に昇圧される。また、上記の動作
中において、コイル１６の中間端子１６ｃには、同図
（ｇ）に示すように、電圧ＶDaおよび電圧ＶDbの加算値
に１／２を乗算した電圧値の電圧ＶCTが発生する。この
場合、電圧ＶCTは、スイッチング信号ＳS の周波数の２
倍の周波数で、かつその振幅値の最大値が直流電源１１
の出力電圧Ｖｏのほぼ１．７５倍程度となっている。

【００１８】さらに、チョークコイル１２には、スイッ
チング信号ＳS のハイレベルおよびローレベルの両期間
において電流ＩL が継続して流れ続けるため、この電流
ＩLは、同図（ｈ）に示すように、基本周波数がスイッ
チング信号ＳS の周波数の２倍であるリップル電流が平
均電流値Ｉａの直流に重畳した波形となる。この場合、
電流ＩL のリップル電流の基本周波数がスイッチング信
号ＳS の周波数の２倍であるため、従来の駆動装置３１
と比較して、リップル電流の基本周波数に対するチョー
クコイル１２のインピーダンスが２倍となる。したがっ
て、その分、リップル電流がチョークコイル１２を導通
し難くなるため、リップル電流の振幅値が、従来の駆動
装置３１におけるリップル電流の振幅値よりも極めて小
さくなる。この結果、直流電源１１に対する負担が軽く
なるため、リップル除去用コンデンサが不要になり、直
流電源部１０の製造コストを低減することができると共
に、その分小型化することができる。

【００１９】また、チョークコイル１２を流れる電流Ｉ
L の最大値は、従来の駆動装置３１と比較して、スイッ
チング信号ＳS のハイレベルおよびローレベルの両期間
において平均的に流れているため、その分低下する。し
たがって、チョークコイル１２の磁気コアを、従来の駆
動装置３１におけるチョークコイル３４の磁気コアより
も小形化することができる結果、装置全体としても小型
化を図ることができる。

【００２０】次に、図２を参照して、他の実施の形態に
係る駆動装置２１について説明する。なお、駆動装置１
と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複
した説明を省略する。

【００２１】同図に示す駆動装置２１は、駆動装置１の
コイル１６に代えて、一次巻線２３ａ，２３ｂおよび二
次巻線２３ｃを有するトランス２２を備えている。この
場合、トランス２２は、一次巻線２３ａ，２３ｂが直接
に接続され、その接続点が中間端子２２ｃに接続されて
いる。そして、一次巻線２３ａの一端２２ａがＦＥＴ１
３のドレインに接続され、一次巻線２３ｂの一端２２ｂ
がＦＥＴ１４のドレインに接続され、かつ、中間端子２
２ｃがチョークコイル１２の一端に接続されている。さ
らに、トランス２２の二次巻線２３ｃは、一次巻線２３
ａ，２３ｂの巻数に対してｎ倍の巻数比で巻き回され、
その中間端子２２ｆがグランド電位に接続されている。
また、二次巻線２３ｃの一端２２ｄは、圧電トランス３
の一方の入力端子３ａに接続され、その他端２２ｅは圧
電トランス３の他方の入力端子３ｂに接続されている。

【００２２】この駆動装置２１では、基本的には、駆動
装置１と同様にして作動する。したがって、以下、駆動
装置１とは異なる動作について説明する。トランス２２
の一次巻線２３ａ，２３ｂに交流信号ＳACが発生する
と、二次巻線２３ｃには、そのｎ倍の振幅となる電圧Ｖ
TR1 の交流信号ＳACが誘起され、その交流信号ＳACが圧
電トランス３の入力端子３ａ，３ｂに供給される。した
がって、交流信号ＳACがトランス２２によってｎ倍の電
圧に昇圧されるため、その分直流電源１１の出力電圧Ｖ
ｏを低電圧にすることができる。この結果、直流電源１
１をマルチ出力タイプで構成することなく、駆動装置２
１内の低電圧で作動する他の回路に供給する電源と、チ
ョークコイル１２を介して出力される圧電トランス３の
駆動用電源とを共通して用いることができる。

【００２３】なお、本発明は、上記した発明の実施の形
態に示した構成および動作に限定されず、適宜変更が可
能である。例えば、圧電トランス３の種類や共振周波数
などは任意に変更することができるし、負荷回路として
は、冷陰極蛍光管２に限らず他の負荷を用いてもよい。
また、第１および第２のスイッチング素子として、ＦＥ
Ｔに限らず、トランジスタなどを用いてもよい。さら
に、図２では、中間端子２２ｆを有するトランス２２を
用いて駆動装置２１を構成する例について説明したが、
中間端子を有しないトランス２２を用いて駆動装置２１
を構成することもできる。この場合には、同図におい
て、トランス２２における二次巻線２３の一端２２ｄを
圧電トランス３の入力端子３ａに接続し、二次巻線２３
の他端２２ｅおよび圧電トランス３の入力端子３ｂをそ
れぞれグランド電位に接続すればよい。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の圧電トラ
ンスの駆動装置によれば、交互にオン状態に制御される
第１および第２のスイッチング素子によって定電流源を
構成する直流電源の出力電圧をスイッチングし、そのス
イッチングによってスイッチング用コイルの両端に発生
する交流信号を圧電トランスの入力端子に供給すること
により、直流電源部の出力端におけるリップル電流の振
幅値を従来の駆動装置３１におけるリップル電流の振幅
値よりも極めて小さくすることができる。このため、直
流電源部に対する負担を軽くすることができる結果、リ
ップル除去用コンデンサを不要にすることができ、これ
により、直流電源部の製造コストを低減することができ
ると共に、その分小型化することができる。また、直流
電源部の出力端におけるリップル電流の振幅値を小さく
することができる結果、直流電源部を構成するチョーク
コイルに流れる電流の最大値を低下させることができ
る。このため、チョークコイルの磁気コアを小形化する
ことができると共に、装置全体としても小型化を図るこ
とができる。

【００２５】また、請求項２記載の圧電トランスの駆動
装置によれば、一次巻線の両端に発生する交流信号を昇
圧すると共に昇圧した交流信号を二次巻線を介して圧電
トランスの入力端子に供給するスイッチング用トランス
を備えたことにより、請求項１記載の圧電トランスの駆
動装置による効果に加えて、低電圧の直流電源から高電
圧の交流信号を生成して圧電トランスに供給することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る駆動装置１のブロッ
ク図である。

【図２】本発明の他の実施の形態に係る駆動装置２１の
ブロック図である。

【図３】駆動装置１における各部の電圧波形等であっ
て、（ａ）はスイッチング信号ＳS の電圧波形図、
（ｂ）はＦＥＴ１３のオン／オフ状態を示す動作図、
（ｃ）はＦＥＴ１４のオン／オフ状態を示す動作図、
（ｄ）はＦＥＴ１３のドレインにおける電圧ＶDaの電圧
波形図、（ｅ）はＦＥＴ１４のドレインにおける電圧Ｖ
Dbの電圧波形図、（ｆ）は圧電トランス３の入力端子に
おける交流信号ＳACの電圧波形図、（ｇ）はコイル１６
の中間端子における電圧ＶCTの電圧波形図、（ｈ）はチ
ョークコイル１２を流れる電流ＩL の電流波形図であ
る。

【図４】従来の駆動装置３１のブロック図である。

【図５】従来の駆動装置３１における各部の電圧波形等
であって、（ａ）はスイッチング信号ＳS の電圧波形
図、（ｂ）は圧電トランス３の入力端子における交流信
号ＳACの電圧波形図、（ｃ）はチョークコイル３４を流
れる電流ＩL の電流波形図である。

【符号の説明】

１ 駆動装置 ３ 圧電トランス ３ａ 入力端子 ３ｂ 入力端子 １０ 直流電源部 １１ 直流電源 １２ チョークコイル １３ ＦＥＴ １４ ＦＥＴ １６ コイル １６ａ 一端 １６ｂ 他端 １６ｃ 中間端子 １７ａ 巻線 １７ｂ 巻線 ２１ 駆動装置 ２２ トランス ２２ａ 一端 ２２ｂ 一端 ２２ｃ 中間端子 ２３ａ 一次巻線 ２３ｂ 一次巻線 ２３ｃ 二次巻線

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源部の出力電圧をスイッチングす
   ることにより生成した交流信号を圧電トランスの入力端
   子に供給する圧電トランスの駆動装置において、前記直流電源部は、定電圧源と、当該定電圧源に直列接
   続されたチョークコイルとを備えて等価的に定電流源に
   構成され、 前記交流信号を生成するために交互にオン状態に制御さ
   れる第１および第２のスイッチング素子と、中間端子が
   前記チョークコイルを介して前記定電圧源に接続され、
   かつ一端が前記第１のスイッチング素子に接続されると
   共に他端が前記第２のスイッチング素子に接続されたス
   イッチング用コイルとを備え、当該スイッチング用コイ
   ルの両端に発生する前記交流信号を前記圧電トランスの
   前記入力端子に供給することを特徴とする圧電トランス
   の駆動装置。
2. 【請求項２】 直流電源部の出力電圧をスイッチングす
   ることにより生成した交流信号を圧電トランスの入力端
   子に供給する圧電トランスの駆動装置において、 前記直流電源部は、定電圧源と、当該定電圧源に直列接
   続されたチョークコイルとを備えて等価的に定電流源に
   構成され、 前記交流信号を生成するために交互にオン状態に制御さ
   れる第１および第２のスイッチング素子と、中間端子が
   前記チョークコイルを介して前記定電圧源に接続され、
   かつ一端が前記第１のスイッチング素子に接続されると
   共に他端が前記第２のスイッチング素子に接続された一
   次巻線を有するスイッチング用トランスとを備え、 当該
   スイッチング用トランスは、前記一次巻線の両端に発生
   する前記交流信号を昇圧すると共に当該昇圧した前記交
   流信号を二次巻線を介して前記圧電トランスの前記入力
   端子に供給することを特徴とする圧電トランスの駆動装
   置。