JP4148426B2 - インバータ回路 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載用AV機器や、携帯機器であるPDA、携帯電話、PHS及びペジャー等に用いられている液晶表示装置のバックライトとなるEL(エレクトロルミネッセンス)素子を駆動するインバータ回路に関し、特に電界効果トランジスタ(以下FETと称す)と巻線トランスとで構成されるインバータ回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
車載用AV機器や、携帯機器であるPDA、携帯電話、PHS及びペジャー等には、表示を見やすくするために透過型の液晶表示装置が用いられることが多く、その場合は液晶表示装置の裏側にバックライトが用いられる。そして、前述のバックライトには、冷陰極蛍光管やEL素子が使用されることがあるが、最近では軽薄短小と厳しいコスト要求に答えるために、フィルムに印刷技術で製造された約0.5mm以下の厚みに形成できる有機EL素子が普及してきている。前記EL素子は、駆動回路の負荷としては容量負荷であり、搭載される機器によっては輝度約20Cd/m2 が必要であり、且つEL素子の駆動の直流分による劣化を避けて更に輝度を得るには、片振幅で約80〜90V以上の300Hz前後の交流電圧での駆動が必要である。特に、車載用AV機器のEL素子には、約200Cd/m2 の輝度が要求される場合が多い。そして、前記機器には、電池が用いられており、従ってEL素子を駆動するためにはDCーACインバータ回路が必要となる。前述のEL素子を駆動するDCーACインバータ回路の従来例としては、トランジスタと巻線トランスとで構成された発振器を応用したインバータ回路が知られている。
【0003】
従来例の一つとして、公開実用新案公報昭62ー7198号(以下文献A)があり、その第1図に相当する図面の概要を図8に示す。図8において、電界発光灯点灯装置を構成するインバータ回路80は、バイポーラトランジスタ(以下トランジスタ)51と巻線トランス55とその負荷となる電界発光灯54とで構成されている。トランジスタ51のコレクタとエミッタは電源52、53に接続され 、トランジスタ51のベースと電源52間に抵抗56(R1)と抵抗57(R2)とコンデンサ58(C2)が並列に接続されてバイアスされる。巻線トランス55には2個の中間タップ60a、60bがあって、夫々巻線55a、55b、55Cを形成している。前記巻線トランス55の一つの中間タップ60bは第1の巻線55a(N1)の一端を構成して前記トランジスタ51のエミッタと電源53間に接続される。前記巻線トランス55の中間タップ60a、60bによって第2の巻線55bが形成されてコンデンサ59(C1),抵抗57を経由して前記トランジスタ51のベースとエミッタ間に接続されて帰還回路(正帰還)を構成する。前記巻線トランス55の中間タップ60aは第3の巻線55cの一端を形成して、第1の巻線55aと第2の巻線55bと第3の巻線55cとが直列に接続されて巻線N2を構成して、負荷となる電界発光灯54に接続される。
【0004】
文献Aの電界発光灯点灯装置を構成するインバータ回路80は、トランジスタのバイアス電流値と、巻線トランス55の夫々の巻線55a、55b、55Cの巻線比を適宜設定し、発振条件を満たせば負荷となる電界発光灯54に必要な交流電圧を供給することができる。
【0005】
従来例のもう一つとして、公開実用新案公報平2ー6509号(以下文献B)があり、その第1図に相当する図面の概要を図9に示す。図9において、インバータ回路90は、電界効果トランジスタ(以下FET)61、巻線トランス65(T)で構成されてその容量負荷64を有する。前記巻線トランス65の出力側巻線65bの一部の巻線65cは、前記FET61のゲートとソース間に抵抗68(R3),コンデンサ(C1)を経て接続されて帰還回路(正帰還)を構成する。前記巻線トランス65の巻線65aは、電源62(VCC)とグランド63(GND)に接続される。電源62、63間に抵抗66(R1)とツェナーダイオード67が接続されて、前記ツェナーダイオード67で得られた一定電圧が可変抵抗72で調整されて、抵抗73を経由して前記FET61のゲートに接続され、前記FET61のゲート電圧は設定される。コントロールボードからの指示は、端子72(VREF)によってダイオード69を経由して伝達される。
【0006】
文献Bのインバータ回路90は、FET61のゲート電圧値と、巻線トランス65の夫々の巻線65a、65b、65Cの巻線比を適宜設定し、発振条件を満たせば負荷となる容量負荷64に必要な交流電圧を供給することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、文献Aでは、バイポイーラトランジスタ51は電流駆動であり熱設計が容易ではなく、発振が暴走してコレクタ電流が増加してコレクタ熱損失によるバイポイーラトランジスタ51の破損を防止するために電流制限抵抗57(R2)が必要で部品点数も多くなり、またコンデンサ59(C1)の容量が大きくなるという欠点があった。
【0008】
また、文献Bでは、いかにも部品点数が多く、FET61のゲート電圧の設定と調整が簡単にならず、インバータ回路として一般的な実用に向かない嫌いがある。本発明の目的は、前述の欠点を除去して、FETと巻線トランスとで構成される簡単なインバータ回路の構成を提案するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するためになされた本発明のインバータ回路は、電界効果トランジスタと複数個の中間タップのある巻線トランスで構成された発振器の出力側にEL素子(エレクトロルミネッセンス素子)を接続してなるインバータ回路において、外部からオンオフ信号を導入するコントロール端子を前記電界効果トランジスタのゲートに接続し、前記巻線トランスの2個の中間タップを経由して形成される第1の巻線の出力を第1のコンデンサを経由して前記電界効果トランジスタのゲートとソースに接続して帰還回路を形成し、前記第1の巻線とドレイン電源とに繋がる前記第2の巻線との間に第2のコンデンサを接続し、前記電界効果トランジスタのゲートとドレイン間を抵抗で接続し、前記電界効果トランジスタのソース電源とドレイン電源間に前記中間タップの一つを経由して第2の巻線を接続して前記発振器の出力回路を形成し、前記中間タップのもう一つを経由して第3の巻線を設け、前記第1の巻線と前記第2の巻線と前記第3の巻線とが直列接続されて前記EL素子の両電極に接続されたことを特徴とするものである。
【0010】
また、課題を解決するためになされた本発明のインバータ回路は、前記巻線トランスの2個の中間タップを経由して形成される第1の巻線の出力を第1のコンデンサを経由して前記電界効果トランジスタのゲートとソースに接続して帰還回路を形成し、前記電界効果トランジスタのゲートとドレイン電源とに繋がる前記第2の巻線との間に第2のコンデンサを接続したことを特徴とするものである。
【0011】
また、課題を解決するためになされた本発明のインバータ回路は、電界効果トランジスタと複数個の中間タップのある巻線トランスで構成された発振器の出力側にEL素子(エレクトロルミネッセンス素子)を接続してなるインバータ回路において、外部からオンオフ信号を導入するコントロール端子を前記電界効果トランジスタのゲートに接続し、前記巻線トランスの2個の中間タップを経由して形成される第1の巻線の出力を第1のコンデンサを経由して前記電界効果トランジスタのゲートとソースに接続して帰還回路を形成し、前記電界効果トランジスタのゲートとドレイン間を抵抗と第2のコンデンサで並列に接続し、前記電界効果トランジスタのソース電源とドレイン電源間に前記中間タップの一つを経由して第2の巻線を接続して前記発振器の出力回路を形成し、前記中間タップのもう一つを経由して第3の巻線を設け、前記第1の巻線と前記第2の巻線と前記第3の巻線とが直列接続されて前記EL素子の両電極に接続されたことを特徴とするものである。
【0012】
また、課題を解決するためになされた本発明のインバータ回路は、前記巻線トランスの2個の中間タップを経由して形成される第1の巻線の出力を第1のコンデンサを経由して前記電界効果トランジスタのゲートとソースに接続して帰還回路を形成し、前記第1の巻線と繋がる前記第1のコンデンサ間と、ドレイン電源間とに第2のコンデンサを接続したことを特徴とするものである。
【0013】
また、課題を解決するためになされた本発明のインバータ回路は、電界効果トランジスタと複数個の中間タップのある巻線トランスで構成された発振器の出力側にEL素子(エレクトロルミネッセンス素子)を接続してなるインバータ回路において、外部からオンオフ信号を導入するコントロール端子を前記電界効果トランジスタのゲートに接続し、第1の巻線、第2の巻線及び第3の巻線で構成さの前記第1の巻線、第2の巻線とコンデンサとで共振回路を構成し、前記共振回路の出力をコンデンサを経由して電界効果トランジスタのゲートに帰還するように接続し、前記第2の巻線と第3の巻線とで直列に前記EL素子の両電極に接続されたことを特徴とするものである。
【0014】
また、課題を解決するためになされた本発明のインバータ回路は、電界効果トランジスタと複数個の中間タップのある巻線トランスで構成された発振器の出力側にEL素子(エレクトロルミネッセンス素子)を接続してなるインバータ回路において、外部からオンオフ信号を導入するコントロール端子を前記電界効果トランジスタのゲートに接続し、第1の巻線、第2の巻線及び第3の巻線で構成された巻線トランスの前記第1の巻線、第2の巻線とコンデンサとで共振回路を構成し、前記共振回路の出力をコンデンサを経由して電界効果トランジスタのゲートに帰還するように接続し、第3の巻線とで直列に前記EL素子の両電極に接続されたことを特徴とするものである。
【0015】
また、課題を解決するためになされた本発明のインバータ回路は、電界効果トランジスタと複数個の中間タップのある巻線トランスで構成された発振器の出力側にEL素子(エレクトロルミネッセンス素子)を接続してなるインバータ回路において、外部からオンオフ信号を導入するコントロール端子を前記電界効果トランジスタのゲートに接続し、前記巻線トランスの出力側に、冷陰極蛍光管を接続したことを特徴とするものである。
【0016】
また、課題を解決するためになされた本発明のインバータ回路は、前記電界効果トランジスタのゲートとドレイン間に配設された抵抗値を、前記電界効果トランジスタの遮断電圧値を越えるような値に設定したことを特徴とするものである

【0017】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明を図面に基づいて説明する。図1は本発明のインバータ回路の構成図である。図2は他の本発明のインバータ回路の構成図である。図3は本発明の他のインバータ回路の構成図である。図4は他の本発明のインバータ回路の構成図である。図5は本発明の他のインバータ回路の構成図である。図6は他の本発明のインバータ回路の構成図である。図7は本発明インバータ回路図1の巻線トランスの各巻線の電圧波形で、同図(A)は第1巻線、同図(B)は第2巻線、同図(C)は第3巻線に関する電圧波形である。
【0018】
図1において、本発明のインバータ回路10は、FET11、鉄芯16を有する巻線トランス20で構成されてそのEL素子である容量負荷15に所定の電圧を供給する。前記巻線トランス20の2個の中間タップ21、22を経由して形成される第1の巻線20aは、第1のコンデンサ18(C1)を経由して前記FETのゲート23とソース24に接続して帰還回路(正帰還)を形成し、前記FETのゲート23とドレイン25間を抵抗17で接続し、前記FET11のソース電源13とドレイン電源12間に前記中間タップの一つ21を経由して第2の巻線を接続して前記発振器の出力回路を形成し、前記第1の巻線と前記第2の巻線20bとの間に第2のコンデンサ19(C2)を接続し、前記もう一つの中間タップ22を経由して第3の巻線20cを設け、前記第1の巻線20aと前記第2の巻線20bと前記第3の巻線20cとが直列接続されて前記EL素子15に接続される。
【0019】
FET11(例えば東芝株式会社製・製品番号2SK1875)のゲート遮断電圧の最大値は約2Vであり、ゲート電圧がこれを越えるならば、FET11はオン状態になる。FET11のゲート23のゲート電圧は、抵抗17でドレイン電源12にプルアップされていて、FET11がオン状態になるように、FET11の入力インピーダンスは極めて大きいのでかなり大きい抵抗値例えば数10kΩから数100kΩまでの間で抵抗17を選択することができ、実施例では120kΩである。
【0020】
前記巻線トランス20の前記第1の巻線20aの巻数N1、前記第2の巻線20bの巻数N2、前記第3の巻線20cの巻数N3の巻数比は、実施例では実験の結果、数1の数値に設定されたが、この数値に限定されるものではない。
【0021】
【数1】
N1:N2:N3=100:200:3100
【0022】
また、前記巻線トランス20の前記第1の巻線20aの巻数N1、前記第2の巻線20bの巻数N2、前記第3の巻線20cの巻数N3を有するインダクタンスと直流抵抗値は、1kHz、1Vの測定で表1に記す値であった。
【0023】
【表1】
Figure 0004148426
【0024】
コントロール端子14に、メインボード(図示せず)からコントロール信号が印加されると、オン状態にあるFET11は起動して、前記第1の巻線20aに電圧が誘起しFET11のドレインに印加され、それが前記第2の巻線20bによって前記正帰還回路を通してFET11のゲート23にフィードバックされて、更に前記第1の巻線20aの電圧は上昇し、その結果前記第3の巻線20cに大きな電圧が生じ、発振条件によって決まる周波数で前記第1の巻線20aと前記第2の巻線20bと前記第3の巻線20cに誘導された高電圧がEL素子15に印加される。
【0025】
本発明の図1との重複を避けて要点を中心に説明すれば、本発明の他の実施例を示す図2において、本発明のインバータ回路30は、第2のコンデンサ19 (C2)が、FET11のゲートとソース電源13間に接続されたもので、その他は図1と構成及び機能は同様である。
【0026】
本発明の他の実施例を示す図3において、本発明のインバータ回路40は、FET11、鉄芯16を有する巻線トランス20で構成されてそのEL素子である容量負荷15に所定の電圧を供給する。前記巻線トランス20の2個の中間タップ21、22を経由して形成される第1の巻線20aは、前記FET11のゲート23とソース24に第1のコンデンサ18(C1)を経由して接続して帰還回路(正帰還)を形成し、前記FET11のゲート23とドレイン25間を抵抗17と第2のコンデンサ19(C2)とで並列に接続し、前記FET11のソース電源13とドレイン電源12間に前記中間タップの一つ21を経由して第2の巻線を接続して前記発振器の出力回路を形成し、前記中間タップのもう一つ22を経由して第3の巻線20cを設け、前記第1の巻線20aと前記第2の巻線20bと前記第3の巻線20cとが直列接続されて前記EL素子15に接続される。第1のコンデンサ18(C1)の位置が抵抗17と並列に接続されたものである。第1巻線の抵抗値が小さければ図1のインバータ回路と同様の機能であることは明らかである。
【0027】
本発明の他の実施例を示す図4において、本発明のインバータ回路50は、前記巻線トランス20の2個の中間タップ21、22を経由して形成される第1の巻線20aの出力を第1のコンデンサ18(C1)を経由して前記FET11のゲート23とソース24に接続して帰還回路を形成し、前記第1の巻線20aと繋がる前記第1のコンデンサ18(C1)間と、ドレイン電源13間とに第2のコンデンサ19(C2)を接続して構成される。
【0028】
本発明の他の実施例を示す図5において、本発明のインバータ回路60は、第1の巻線20a、第2の巻線20b及び第3の巻線20cで構成された巻線トランス20の前記第1の巻線20a、第2の巻線20bと第2のコンデンサ19とで共振回路を構成し、前記共振回路の出力を第1のコンデンサ18を経由してFET11のゲート23に帰還するように接続し、前記第2の巻線20bと第3の巻線20cとで直列に前記EL素子の両電極に接続されて構成される。本発明では、EL15と直列に接続されている巻線は、前記第2の巻線20bと第3の巻線20cのみである。
【0029】
本発明の他の実施例を示す図6において、本発明のインバータ回路70は、第1の巻線20a、第2の巻線20b及び第3の巻線20cで構成された巻線トランス20の前記第1の巻線20a、第2の巻線20bと第2のコンデンサ19とで共振回路を構成し、前記共振回路の出力を第1のコンデンサ18を経由してFET11のゲート23に帰還するように接続し、第3の巻線が直列に前記EL素子の両電極に接続されて構成される。本発明では、EL15と直列に接続されている巻線は、前記第3の巻線20cのみである。
【0030】
代表例として、図1のインバータ回路10の動作を図7において、横軸に周期(時間)、縦軸に電圧(V)として波形を示す。同図(A)は第1の巻線20a、同図(B)は第2の巻線20b,同図(C)は第3の巻線20cに関する電圧波形であり、第1の巻線20aに誘起された電圧が第2の巻線20bで誘起され、FET11のゲート23にフィードバックされて第3の巻線20cに誘起される電圧が生じて、EL素子15が光を発することが分かる。
【0031】
本発明実施例では、いずれもFETのゲートは電源にプルアップされてオン状態で待機しており、コントロール端子からFETのゲートにコントロール信号が印加されれば、容易に起動して発振と電圧上昇が生じ、ほぼ同様の機能を果たすことができる。
【0032】
本発明インバータ回路によれば、EL素子の面積3cm2 で、VDD=1.5V駆動、80mAで、輝度200Cd/mm2 の良好な結果を得ることができた。
【0033】
また、今までの実施例では、FETをn型で説明してきたが、p型でも構成できて、その場合はドレイン、ソース電源が逆になることは明らかである。
【0034】
また、本発明インバータ回路の負荷を、EL素子として説明してきたが、コンデンサを適宜接続した冷陰極管の発光体とすることもできる。
【0035】
【発明の効果】
本発明によれば、FETと巻線トランスを用いた発振器の簡単な回路構成によって発光体、即ちEL素子及び冷陰極蛍光管を高輝度に駆動するインバータ回路を実現することができることは明らかである。
【0036】
また、本発明によれば、抵抗17は1個でよいので部品点数が少なく、またコンデンサ18の容量はわずか0.1μFで発光体の高輝度が実現できるのでインバータ回路のコスト/パホーマンスが大幅に改善される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のインバータ回路の構成図である。
【図2】他の本発明のインバータ回路の構成図である。
【図3】他の本発明のインバータ回路の構成図である。
【図4】他の本発明のインバータ回路の構成図である。
【図5】他の本発明のインバータ回路の構成図である。
【図6】他の本発明のインバータ回路の構成図である。
【図7】巻線トランスの各巻線の電圧波形で、同図(A)は第1巻線、同図(B)は第2巻線、同図(C)は第3巻線に関する電圧波形である。
【図8】従来例のバイポーラトランジスタを有するインバータ回路の説明図である。
【図9】従来例のFETを有するインバータ回路の説明図である。
【符号の説明】
10、30、40、50、60、70、80、90 インバータ回路
11 FET
12 電源(VDD)
13 電源(VSS)
14 コントロール端子
15 EL負荷
16 鉄芯
17 抵抗
18 第1のコンデンサ(C1)
19 第2のコンデンサ(C2)
20 巻線トランス
20a 第1の巻線
20b 第2の巻線
20c 第3の巻線
21 中間タップ
22 中間タップ
23 ゲート
24 ソース
25 ドレイン

Claims (8)

  1. 電界効果トランジスタと複数個の中間タップのある巻線トランスで構成された発振器の出力側にEL素子(エレクトロルミネッセンス素子)を接続してなるインバータ回路において、外部からオンオフ信号を導入するコントロール端子を前記電界効果トランジスタのゲートに接続し、前記巻線トランスの2個の中間タップを経由して形成される第1の巻線の出力を第1のコンデンサを経由して前記電界効果トランジスタのゲートとソースに接続して帰還回路を形成し、前記第1の巻線とドレイン電源とに繋がる前記第2の巻線との間に第2のコンデンサを接続し、前記電界効果トランジスタのゲートとドレイン間を抵抗で接続し、前記電界効果トランジスタのソース電源とドレイン電源間に前記中間タップの一つを経由して第2の巻線を接続して前記発振器の出力回路を形成し、前記中間タップのもう一つを経由して第3の巻線を設け、前記第1の巻線と前記第2の巻線と前記第3の巻線とが直列接続されて前記EL素子の両電極に接続されたことを特徴とするインバータ回路。
  2. 前記巻線トランスの2個の中間タップを経由して形成される第1の巻線の出力を第1のコンデンサを経由して前記電界効果トランジスタのゲートとソースに接続して帰還回路を形成し、前記電界効果トランジスタのゲートとドレイン電源とに繋がる前記第2の巻線との間に第2のコンデンサを接続したことを特徴とする請求項1に記載のインバータ回路。
  3. 電界効果トランジスタと複数個の中間タップのある巻線トランスで構成された発振器の出力側にEL素子(エレクトロルミネッセンス素子)を接続してなるインバータ回路において、外部からオンオフ信号を導入するコントロール端子を前記電界効果トランジスタのゲートに接続し、前記巻線トランスの2個の中間タップを経由して形成される第1の巻線の出力を第1のコンデンサを経由して前記電界効果トランジスタのゲートとソースに接続して帰還回路を形成し、前記電界効果トランジスタのゲートとドレイン間を抵抗と第2のコンデンサで並列に接続し、前記電界効果トランジスタのソース電源とドレイン電源間に前記中間タップの一つを経由して第2の巻線を接続して前記発振器の出力回路を形成し、前記中間タップのもう一つを経由して第3の巻線を設け、前記第1の巻線と前記第2の巻線と前記第3の巻線とが直列接続されて前記EL素子の両電極に接続されたことを特徴とするインバータ回路。
  4. 前記巻線トランスの2個の中間タップを経由して形成される第1の巻線の出力を第1のコンデンサを経由して前記電界効果トランジスタのゲートとソースに接続して帰還回路を形成し、前記第1の巻線と繋がる前記第1のコンデンサ間と、ドレイン電源間とに第2のコンデンサを接続したことを特徴とする請求項2に記載のインバータ回路。
  5. 電界効果トランジスタと複数個の中間タップのある巻線トランスで構成された発振器の出力側にEL素子(エレクトロルミネッセンス素子)を接続してなるインバータ回路において、外部からオンオフ信号を導入するコントロール端子を前記電界効果トランジスタのゲートに接続し、第1の巻線、第2の巻線及び第3の巻線で構成された巻線トランスの前記第1の巻線、第2の巻線とコンデンサとで共振回路を構成し、前記共振回路の出力をコンデンサを経由して電界効果トランジスタのゲートに帰還するように接続し、前記第2の巻線と第3の巻線とで直列に前記EL素子の両電極に接続されたことを特徴とするインバータ回路。
  6. 電界効果トランジスタと複数個の中間タップのある巻線トランスで構成された発振器の出力側にEL素子(エレクトロルミネッセンス素子)を接続してなるインバータ回路において、外部からオンオフ信号を導入するコントロール端子を前記電界効果トランジスタのゲートに接続し、第1の巻線、第2の巻線及び第3の巻線で構成された巻線トランスの前記第1の巻線、第2の巻線とコンデンサとで共振回路を構成し、前記共振回路の出力をコンデンサを経由して電界効果トランジスタのゲートに帰還するように接続し、第3の巻線とで直列に前記EL素子の両電極に接続されたことを特徴とするインバータ回路。
  7. 電界効果トランジスタと複数個の中間タップのある巻線トランスで構成された発振器の出力側にEL素子(エレクトロルミネッセンス素子)を接続してなるインバータ回路において、外部からオンオフ信号を導入するコントロール端子を前記電界効果トランジスタのゲートに接続し、前記巻線トランスの出力側に、冷陰極蛍光管を接続したことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のインバータ回路。
  8. 前記電界効果トランジスタのゲートとドレイン間に配設された抵抗値を、前記電界効果トランジスタの遮断電圧値を越えるような値に設定したことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のインバータ回路。
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