JP4312021B2 - 圧電トランス駆動装置および圧電トランス駆動方法 - Google Patents

Description

この発明は、パソコン等に用いられている液晶を裏側から照らすバックライト用の光源に使用される冷陰極管点灯用の圧電トランス駆動装置および圧電トランス駆動方法に関する。

いわゆるこの種のローゼン型圧電トランスは、ＰＺＴなどの圧電セラミックスに一次、二次の電極を設け、それぞれ高電界で分極したものである。一次側に長さ方向で決まる固有共振周波数の電圧を印加すると、逆圧電効果により素子が振動し、圧電効果により振動に見合っただけの電圧が二次側から取出すことが出来る。

ところで、圧電体はセラミックスのある方向に高電界をかけて結晶軸を揃えることで得ることができる。そして、圧電体には、張力を加えたときにその力に対する座標軸の正の向きに正の電荷を発生させる（圧電の符号が正）ものと負の電荷を発生させる（圧電の符号が負）ものがある。

図４は二次ローゼン型圧電トランスの分極に関する説明図である。同じ材料でできた圧電トランスの二次側あるいは一次側の分極方向（矢印は分極方向を示す）を反転させた場合、一次側に共振周波数の電圧を印加すると、それぞれ異符号の電位が二次側に発生する。

図において、圧電トランス２の一次電極２ａ，２ｂの分極方向は圧電トランス１の１次電極１ａ，１ｂの分極方向を反転させたものである。一次電極１ａ，１ｂに共振周波数の電圧を印加し、同じ電圧を一次電極２ａ，２ｂに印加するとそれぞれ異符号の電位が二次電極１ｃと２ｃに発生する。

圧電トランス３の二次電極３ｃの分極方向は圧電トランス１の二次電極１ｃの分極方向を反転させたものである。一次電極１ａ，１ｂに共振周波数の電圧を印加し、同じ電圧を一次電極３ａ，３ｂに印加すると、それぞれ異符号の電位が二次電極１ｃと３ｃに発生する。

図５は従来例（特開２０００−３０７１６５）における圧電トランスの駆動方法の説明図である。使用している２つの圧電トランスは、圧電トランス１の一次電極１ａ，１ｂと圧電トランス２の一次電極２ａ，２ｂとは分極方向が互いに逆であり、かつ、圧電トランス１の二次電極１ｃと圧電トランス２との二次電極２ｃは分極方向が互いに同じである。

冷陰極管Ｌは圧電トランス１の二次電極１ｃと圧電トランス２の二次電極２ｃ間に接続されている。交流電源Ｅからの一端は圧電トランス１の一次電極１ａと圧電トランス２の一次電極２ａに接続され、交流電源Ｅからの他端は圧電トランス１の一次電極１ｂと圧電トランス２の一次電極２ｂに接続されている。すなはち、交流電源Ｅに対して圧電トランス１と圧電トランス２は並列接続である。

圧電トランス１の１次電極１ａ，１ｂの分極方向と圧電トランス２の一次電極２ａ，２ｂとの分極方向は反対であるので、一次電極１ａ，１ｂおよび一次電極２ａ，２ｂに共振周波数の電圧を印加すると、二次電極１ｃと２ｃ間に接続されている冷陰極管Ｌには大きな電圧が印加される。たとえば、圧電トランス１の二次電極１ｃからプラスの電圧が出力されると、圧電トランス２の二次電極２ｃからは逆極性のマイナスの電圧が出力される。
特開２０００−３０７１６５

しかしながら、先に述べた従来例における並列接続した圧電トランスの駆動方法では、図６（ａ）に示す伝送特性（周波数に対する昇圧比・出力電圧特性）が示す通り、共振ポイントが複数個（図６では、共振周波数ｆ１，ｆ２）できてしまう。なお、図６（ｂ）は、図６（ａ）の伝送特性測定の際の配線図である。共振ポイントが複数発生するのは、主にそれぞれの圧電トランスにばらつきがあるためである。なお、参考のために、圧電トランスを１つ用いた場合の、伝送特性を図７（ａ）に示し、その測定の際の配線図を図７（ｂ）に示す。図７では、共振ポイントから高い周波数の範囲が使用領域である。図６（ａ）に示す複数個の共振ポイントを解消するためには、特性の揃った圧電トランスをペアーとする必要がある。しかし、同じ材料を使用し、生産工程を管理しても、圧電トランスのすべての特性を揃えることは容易なことではない、という課題があった。

本発明は上記のことを鑑み提案されたものであり、その目的は各圧電トランスにばらつきがあっても、使用する周波数近傍に不要な共振ポイントがでない、すなわち周波数に対して出力が安定している圧電トランス駆動装置および圧電トランス駆動方法を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１の発明は、一次電極と二次電極とを具備し、一次電極に交流電源を印加することにより二次電極から出力を得る第１の圧電トランスと、一次電極と二次電極とを具備し、一次電極に交流電源を印加することにより二次電極から出力を得る圧電トランスであって、第１の圧電トランスが出力する電圧の位相に対して反転した位相の電圧を出力する第２の圧電トランスとを備え、第１の圧電トランスの一次電極と第２の圧電トランスの一次電極とを直列に接続して交流電源を加え、第１の圧電トランスの二次電極と第２の圧電トランスの二次電極との間に負荷を接続することを特徴とする圧電トランス駆動装置である。
請求項２の発明は、一次電極と二次電極とを具備し、一次電極に交流電源を印加することにより二次電極から出力を得る第１の圧電トランスと、一次電極と二次電極とを具備し、一次電極に交流電源を印加することにより二次電極から出力を得る圧電トランスであって、この一次電極側の分極方向が第１の圧電トランスの一次電極側の分極方向と互いに逆であり、この二次電極側の分極方向が第１の圧電トランスの分極方向と互いに同じである第２の圧電トランスとを備え、第１の圧電トランスの一次電極と第２の圧電トランスの一次電極とを直列に接続して交流電源を加え、第１の圧電トランスの二次電極と第２の圧電トランスの二次電極との間に負荷を接続することを特徴とする圧電トランス駆動装置である。
請求項３の発明は、請求項２に記載の圧電トランス駆動装置において、第１の圧電トランスの一次電極側の分極方向と第３の圧電トランスの一次電極側の分極方向とが互いに同じあり、第１の圧電トランスの二次電極側の分極方向と第３の圧電トランスの二次電極側の分極方向とが互いに逆であることを特徴とする。
請求項４の発明は、第１の圧電トランスの一次電極と第２の圧電トランスの一次電極は分極方向が互いに逆であり、かつ、第１の圧電トランスの二次電極と第２の圧電トランスの二次電極は分極方向が互いに同じであり、第１の圧電トランスの一次電極と第２の圧電トランスの一次電極を接続して交流電源に対して第１の圧電トランスと第２の圧電トランスを直列接続とし、第１の圧電トランスの二次電極と第２の圧電トランスの二次電極間に負荷を接続し、直列接続した第１および第２の圧電トランスの一次電極間に交流電圧を印加して圧電トランスを駆動させることを特徴とする圧電トランス駆動方法である。
請求項５の発明は、第１の圧電トランスの一次電極と第３の圧電トランスの一次電極は分極方向が互いに同じであり、かつ、第１の圧電トランスの二次電極と第３の圧電トランスの二次電極は分極方向が互いに逆であり、第１の圧電トランスの一次電極と第３の圧電トランスの一次電極を接続して交流電源に対して第１の圧電トランスと第３の圧電トランスを直列接続とし、第１の圧電トランスの二次電極と第３の圧電トランスの二次電極間に負荷を接続し、直列接続した第１および第３の圧電トランスの一次電極間に交流電圧を印加して圧電トランスを駆動させることを特徴とする圧電トランス駆動方法である。

以上のように本発明では、請求項１、２、４の発明により、一次電極に共振周波数を印加すると二次電極にそれぞれ異符号の電圧が発生する各圧電トランスを交流電源に対して直列接続とし、各圧電トランスの二次電極に負荷を接続し、直列接続した各圧電トランスの一次電極間に交流電圧を印加しているので、各圧電トランスの振動にばらつきがあっても共振ポイントを１個にすることができ、かつ、二次電極間に大きな電圧を発生させることができる。なお、接地点を持たず、大地に対して平衡した負荷のため、漏れ電流を少なくすることができる。
請求項３、５の発明により、一次電極側の極性と二次電極側の極性を請求項２、４に対してそれぞれ逆にしたときでも、請求項２、４と同じように、各圧電トランスの振動にばらつきがあっても共振ポイントを１個にすることができ、かつ、二次電極間に大きな電圧を発生させることができる。

本発明は、ペアーの圧電トランスにより大出力を得ているにもかかわらず、使用する周波数近傍に不要な共振ポイントを持たず、接地点を持たず、大地に対して平衡した負荷であり、漏れ電流の少ない圧電トランスの駆動方法である。

図１は本発明の第１実施例における圧電トランス駆動装置および圧電トランス駆動方法の説明図である。図において、１は圧電トランス、１ａ，１ｂは圧電トランス１の一次電極、１ｃは圧電トランス１の二次電極、２は圧電トランス、２ａ，２ｂは圧電トランス２の一次電極、２ｃは圧電トランス２の二次電極、Ｅは交流電源、Ｌは負荷の冷陰極管である。

冷陰極管Ｌは圧電トランス１の二次電極１ｃと圧電トランス２の二次電極２ｃ間に接続され、圧電トランス１の一次電極１ｂと圧電トランス２の一次電極２ａは直接接続されて、圧電トランス１と圧電トランス２は交流電源Ｅに対して直列接続となっている。交流電源Ｅからの一端は圧電トランス１の一次電極１ａに接続され、他端は圧電トランス２の一次電極２ｂに接続されている。

交流電源Ｅからの交流電圧は入力電圧として、一次電極１ｂと２ａを接続した圧電トランス１，２の一次電極１ａと２ｂ間に印加される。二次電極１ｃと二次電極２ｃには符号の異なる電圧が発生するので、冷陰極管Ｌには二次電極１ｃの発生電圧と二次電極２ｃの発生電圧の和である大きな電圧が印加されることになる。しかも、使用する圧電トランスはローゼン型圧電トランスあるいは積層型・単板型に限定する必要はない。

図２は本発明の第２実施例における圧電トランス駆動装置および圧電トランス駆動方法の説明図である。図において、３は圧電トランス、３ａ，３ｂは圧電トランス３の一次電極、３ｃは圧電トランス３の二次電極である。なお、図１と同一符号を付したものはそれぞれ同一の要素を示しており、説明を省略する。

実施例２は、実施例１における圧電トランス２を圧電トランス３に置き換えたものであり、実施例１と同様な効果を有している。すなはち、交流電源Ｅからの交流電圧は入力電圧として、一次電極１ｂと３ａを接続した圧電トランス１，３の一次電極１ａと３ｂ間に印加される。二次電極１ｃと二次電極３ｃには符号の異なる電圧が発生するので、冷陰極管Ｌには二次電極１ｃの発生電圧と二次電極３ｃの発生電圧の和である大きな電圧が印加されることになる。

図３（ａ）は、本発明の実施例における、直列接続した圧電トランスの伝送特性を示す図である。なお、図３（ｂ）は、図３（ａ）の伝送特性測定の際の配線図である。図３（ａ）の場合、二つの圧電トランスの各共振周波数における入力インピーダンスにばらつきがあっても、インピーダンス値に反比例した交流電圧が各圧電トランスに印加されることになり、出力電圧は補完されることになる。図３（ａ）の圧電トランスの伝送特性グラフにおける縦軸は、直列接続した圧電トランスの昇圧比（出力電圧）であり、横軸は周波数である。伝送特性は、それぞれの圧電トランスにばらつきがあっても、共振ポイントはｆ０の１個であることを示している。

本発明の第１実施例における圧電トランス駆動装置および圧電トランス駆動方法の説明図である。 本発明の第２実施例における圧電トランス駆動装置および圧電トランス駆動方法の説明図である。 （ａ）は本発明の一実施例における圧電トランスの伝送特性を示す図であり、（ｂ）は本発明の一実施例における圧電トランスの配線図である。 圧電トランスの説明図である。 従来例における圧電トランスの駆動方法を説明する図である。 （ａ）は従来例における圧電トランスの伝送特性を示す図であり、（ｂ）は従来例における圧電トランスの配線図である。 （ａ）は一般的な圧電トランスの伝送特性を示す図であり、（ｂ）は一般的な圧電トランスの配線図である。

符号の説明

１ 圧電トランス
１ａ，１ｂ 圧電トランス１の一次電極
１ｃ 圧電トランス１の二次電極
２ 圧電トランス
２ａ，２ｂ 圧電トランス２の一次電極
２ｃ 圧電トランス２の二次電極
３ 圧電トランス
３ａ，３ｂ 圧電トランス３の一次電極
３ｃ 圧電トランス３の二次電極
Ｌ 冷陰極管
Ｌ１，Ｌ２ コイル
Ｅ 交流電源
Ｒ_Ｌ 負荷

Claims (5)

1. 一次電極（１ａ，１ｂ）と二次電極（１ｃ）とを具備し、一次電極（１ａ，１ｂ）に交流電源を印加することにより二次電極（１ｃ）から出力を得る第１の圧電トランス（１）と、
   一次電極（２ａ，２ｂ）と二次電極（２ｃ）とを具備し、一次電極（２ａ，２ｂ）に交流電源を印加することにより二次電極（２ｃ）から出力を得る圧電トランスであって、第１の圧電トランス（１）が出力する電圧の位相に対して反転した位相の電圧を出力する第２の圧電トランス（２）とを備え、
   第１の圧電トランス（１）の一次電極（１ａ，１ｂ）と第２の圧電トランス（２）の一次電極（２ａ，２ｂ）とを直列に接続して交流電源を加え、第１の圧電トランス（１）の二次電極（１ｃ）と第２の圧電トランス（２）の二次電極（２ｃ）との間に負荷（Ｌ）を接続することを特徴とする圧電トランス駆動装置。
2. 一次電極（１ａ，１ｂ）と二次電極（１ｃ）とを具備し、一次電極（１ａ，１ｂ）に交流電源を印加することにより二次電極（１ｃ）から出力を得る第１の圧電トランス（１）と、
   一次電極（２ａ，２ｂ）と二次電極（２ｃ）とを具備し、一次電極（２ａ，２ｂ）に交流電源を印加することにより二次電極（２ｃ）から出力を得る圧電トランスであって、この一次電極側の分極方向が第１の圧電トランス（１）の一次電極側の分極方向と互いに逆であり、この二次電極側の分極方向が第１の圧電トランス（１）の分極方向と互いに同じである第２の圧電トランス（２）とを備え、
   第１の圧電トランス（１）の一次電極（１ａ，１ｂ）と第２の圧電トランス（２）の一次電極（２ａ，２ｂ）とを直列に接続して交流電源を加え、第１の圧電トランス（１）の二次電極（１ｃ）と第２の圧電トランス（２）の二次電極（２ｃ）との間に負荷（Ｌ）を接続することを特徴とする圧電トランス駆動装置。
3. 第１の圧電トランス（１）の一次電極側の分極方向と第３の圧電トランス（３）の一次電極側の分極方向とが互いに同じあり、第１の圧電トランス（１）の二次電極側の分極方向と第３の圧電トランス（３）の二次電極側の分極方向とが互いに逆であることを特徴とする請求項２に記載の圧電トランス駆動装置。
4. 第１の圧電トランス（１）の一次電極（１ａ，１ｂ）と第２の圧電トランス（２）の一次電極（２ａ，２ｂ）は分極方向が互いに逆であり、
   かつ、第１の圧電トランス（１）の二次電極（１ｃ）と第２の圧電トランス（２）の二次電極（２ｃ）は分極方向が互いに同じであり、
   第１の圧電トランス（１）の一次電極（１ｂ）と第２の圧電トランス（２）の一次電極（２ａ）を接続して交流電源（Ｅ）に対して第１の圧電トランス（１）と第２の圧電トランス（２）を直列接続とし、
   第１の圧電トランス（１）の二次電極（１ｃ）と第２の圧電トランス（２）の二次電極（２ｃ）間に負荷（Ｌ）を接続し、
   直列接続した第１および第２の圧電トランス（１，２）の一次電極（１ａ，２ｂ）間に交流電圧を印加して圧電トランスを駆動させることを特徴とする圧電トランス駆動方法。
5. 第１の圧電トランス（１）の一次電極（１ａ，１ｂ）と第３の圧電トランス（３）の一次電極（３ａ，３ｂ）は分極方向が互いに同じであり、
   かつ、第１の圧電トランス（１）の二次電極（１ｃ）と第３の圧電トランス（３）の二次電極（３ｃ）は分極方向が互いに逆であり、
   第１の圧電トランス（１）の一次電極（１ｂ）と第３の圧電トランス（３）の一次電極（３ａ）を接続して交流電源（Ｅ）に対して第１の圧電トランス（１）と第３の圧電トランス（３）を直列接続とし、
   第１の圧電トランス（１）の二次電極（１ｃ）と第３の圧電トランス（３）の二次電極（３ｃ）間に負荷（Ｌ）を接続し、
   直列接続した第１および第３の圧電トランス（１，３）の一次電極（１ａ，３ｂ）間に交流電圧を印加して圧電トランスを駆動させることを特徴とする圧電トランス駆動方法。

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