JP4584833B2 - 圧電トランスの駆動方法及び駆動回路 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動子の共振現象を利用して交流電圧を変圧する圧電トランスの駆動方法及び駆動回路に関する。

圧電トランス（ソリッドフォーマ）は、圧電振動子の共振現象を利用することにより、低電圧を入力し高電圧を出力するようにしたものである（例えば特許文献１参照）。圧電トランスの特長は、電磁型に比べて圧電振動子のエネルギ密度が高い点にある。そのため、小型化が可能であるので、冷陰極管点灯用、液晶バックライト点灯用、小型ＡＣアダプタ用、小型高電圧電源用などに使われている。

図８は圧電トランスを示し、図８［１］は斜視図、図８［２］は側面図、図８［３］は等価回路図である。以下、この図面に基づき説明する。

圧電トランス１０は、圧電振動体１１に一次電極１２，１３と二次電極１４とを設け、一次側を厚さ方向（矢印１５）に分極し、二次側を長さ方向（矢印１６）に分極したものである。一次電極１２，１３は、圧電振動体１１を挟んで対向している。圧電振動体１１は、長さＬ、幅Ｗ、厚さｔの板状（直方体状）である。圧電振動体１１の長さ方向において、一端からＬ／２までの幅方向に一次電極１２，１３が設けられ、他端の厚さ方向に二次電極１４が設けられている。圧電トランスの一次側に長さ寸法で決まる固有共振周波数ｆｒの電圧が入力すると、圧電トランスの逆圧電効果により強い機械振動が圧電トランスに発生し、その圧電効果により、前記振動に見合った高い電圧Ｖｏを二次側に出力する。

圧電トランス１０の駆動時の変位及び応力の分布は、図８［２］のとおりである。圧電振動体１１を保持する箇所は節部分であり、その節部部分は、λモードの場合に両端から長さの１／４の部分に位置する。圧電トランス１０の共振周波数ｆｒ近傍における等価回路は、図８［３］のように書くことができる。

特開平８−３２１３４号公報

図９は従来の圧電トランスの駆動回路を示し、図９［１］は機能ブロック図、図９［２］は矩形波発振器の出力波形である。以下、図８及び図９に基づき説明する。

駆動回路９０は、矩形波発振器９１及びローパスフィルタ９２から基本的に構成される。ローパスフィルタ９２は、矩形波発振器９１から出力された矩形波電圧に含まれる高調波成分を除去することにより、正弦波に近い波形を圧電トランス１０に印加する。

図９［２］に示す矩形波（又は方形波とも呼ばれる。）のフーリエ級数は、次式▲２▼で与えられる。

この式▲２▼から明かなように、矩形波に含まれる基本波以外の高調波を除去するため、ローパスフィルタ９２のカットオフ周波数は一般に３次高調波に設定されている。このように比較的低いカットオフ周波数にする必要があるので、ローパスフィルタ９２のインダクタンスは大きくしなければならない。しかしながら、大きいインダクタンスのインダクタは、寸法が大きく、重く、かつ高価であるという問題があった。

また、式▲２▼から基本波は（４Ｖｐ／π）ｓｉｎωｔで表わせる。そのため、基本波の振幅を変えるには、電圧Ｖｐを可変とするためのＤＣ−ＤＣコンバータが必要になるので、構成が複雑になっていた。

そこで、本発明の目的は、ローパスフィルタのインダクタンスを小さくでき、しかもＤＣ−ＤＣコンバータを用いることなく基本波の振幅を変えることができる、圧電トランスの駆動方法及び駆動回路を提供することにある。

本発明に係る圧電トランスの駆動方法は、不連続矩形波の電圧を圧電トランスの一次電極に印加する、というものである。本発明に係る圧電トランスの駆動回路は、圧電トランスの一次電極に印加するための不連続矩形波の電圧を出力する不連続矩形波発振器を備えた、というものである。

そして、ここで用いられる不連続矩形波は、次の［１］〜［３］の特徴を有する。［１］．電位Ｖ_０と、電位Ｖ_０よりも高い電位Ｖ_Ｈと、電位Ｖ_０よりも低い電位Ｖ_Ｌとからなる。［２］．一周期をＴとすると、ある時間０から時間φまでが電位Ｖ_０、時間φから時間（Ｔ／６−φ）までが電位Ｖ_Ｈ、時間（Ｔ／６−φ）から時間（Ｔ／３＋φ）までが電位Ｖ_０、時間（Ｔ／３＋φ）から時間（Ｔ／２−φ）までが電位Ｖ_Ｌ、時間（Ｔ／２−φ）から時間（Ｔ／２＋φ）までが電位Ｖ_０、時間（Ｔ／２＋φ）から時間（２Ｔ／３−φ）までが電位Ｖ_Ｌ、時間（２Ｔ／３−φ）から時間（５Ｔ／６＋φ）までが電位Ｖ_０、時間（５Ｔ／６＋φ）から時間（Ｔ−φ）までが電位Ｖ_Ｈ、時間（Ｔ−φ）から時間Ｔまでが電位Ｖ_０、という構成を有する。［３］．位相差φが０≦φ≦Ｔ／１２である。

好ましくは、ここで用いられる不連続矩形波は、次の［１］〜［３］の特徴を有する。［１］．電位０と、電位０よりも一定電圧だけ高い電位＋１と、電位０よりも一定電圧だけ低い電位−１とからなる。［２］．一周期をＴとすると、ある時間０から時間φまでが電位０、時間φから時間（Ｔ／６−φ）までが電位＋１、時間（Ｔ／６−φ）から時間（Ｔ／３＋φ）までが電位０、時間（Ｔ／３＋φ）から時間（Ｔ／２−φ）までが電位−１、時間（Ｔ／２−φ）から時間（Ｔ／２＋φ）までが電位０、時間（Ｔ／２＋φ）から時間（２Ｔ／３−φ）までが電位−１、時間（２Ｔ／３−φ）から時間（５Ｔ／６＋φ）までが電位０、時間（５Ｔ／６＋φ）から時間（Ｔ−φ）までが電位＋１、時間（Ｔ−φ）から時間Ｔまでが電位０、という構成を有する。［３］．位相差φが０≦φ≦Ｔ／１２である。

矩形波（従来技術）は、前述の式▲２▼から明らかなように、基本波の係数を１とすれば、基本波＋（１／３）３次高調波＋（１／５）５次高調波＋・・・によって構成されている。つまり、矩形波では、高調波の中でも３次高調波の占める割合が最も大きいため、３次高調波をカットオフ周波数とするローパスフィルタが必要になる。

これに対し、不連続矩形波（本発明）は、後述するように、３次高調波を含まないので、ローパスフィルタのインダクタンスを小さくできる。例えば、ローパスフィルタのインダクタンスは５次高調波をカットオフ周波数とするもので十分である。しかも、後述するように、位相差φを変えることにより基本波の振幅を変えられるので、ＤＣ−ＤＣコンバータが不要になる。なお、φが０であるときの不連続矩形波は、基本波の係数を１とすれば、基本波＋（−１／５）５次高調波＋（１／７）７次高調波＋・・・によって構成される。

図１は、本発明に係る圧電トランスの駆動回路の一実施形態を示し、図１［１］は機能ブロック図、図１［２］は不連続矩形波発振器の出力波形である。 図２は、図１の駆動回路における位相差と基本波の係数との関係を示すグラフである。 図３は、矩形波（従来技術）及び不連続矩形波（本発明）の高調波成分を示すグラフである。 図４は、図１の駆動回路における発振部の一例を示す回路図である。 図５は、図４の発振部における各出力信号を示すタイミングチャート（その１）である。 図６は、図４の発振部における各出力信号を示すタイミングチャート（その２）である。 図７は、図１の駆動回路における駆動部の一例を示す回路図である。 図８は、圧電トランスを示し、図８［１］は斜視図、図８［２］は側面図、図８［３］は等価回路図である。 図９は、従来の圧電トランスの駆動回路を示し、図９［１］は機能ブロック図、図９［２］は矩形波発振器の出力波形である。

以下、本発明に係る圧電トランスの駆動方法及び駆動回路について、図面を参照しつつ、その実施形態を説明する。ただし、本発明に係る駆動方法は、本発明に係る駆動回路に用いられるものであるので、本発明に係る駆動回路の実施形態を説明する中で同時に説明する。

図１は本発明に係る圧電トランスの駆動回路の一実施形態を示し、図１［１］は機能ブロック図、図１［２］は不連続矩形波発振器の出力波形である。図２は、図１の駆動回路における位相差と基本波の係数との関係を示すグラフである。図３は、矩形波（従来技術）と不連続矩形波（本発明）の一例との高調波成分を示すグラフである。以下、図１乃至図３に基づき説明する。なお、圧電トランスについては、従来技術と同じものであるので、説明を省略する。

図１［１］に示すように、本実施形態の駆動回路２０は、不連続矩形波発振器２１及びローパスフィルタ２２から構成されている。ローパスフィルタ２２は、矩形波発振器２１と圧電トランス１０との間に設けられ、不連続矩形波発振器２１から出力された不連続矩形波電圧に含まれる高調波成分を除去することにより、正弦波に近い波形を圧電トランス１０に印加する。なお、不連続矩形波発振器２１は、不連続矩形波生成信号を出力する発振部（図４）と、この不連続矩形波生成信号に基づき不連続矩形波からなる電圧を圧電トランス１０の一次電極に印加する駆動部（図７）とを備えている。

本発明に係る圧電トランスの駆動方法は基本的構成として、パルス生成ステップにおいて、双峰形状の矩形パルス１００ａ，１００ｂ、１０１ｄ，１０１ｅを単位として、その極性を交互に代えて基本波の駆動パルスを生成し、次いで電圧印加ステップにおいて、前記パルス生成ステップで生成された前記基本波の駆動パルスに基く電圧を圧電トランス１０の一次電極に印加することを特徴とするものである。なお、前記基本波に対する位相差（φ）を変更することにより、振幅を変更した前記駆動パルスを生成するようにしてもよいものである。また前記駆動パルスに含まれる５次高調波以上の周波数成分を濾過するようにしてもよいものである。
前記本発明に係る圧電トランスの駆動方法を実施するための圧電トランスの駆動回路は、発振部（図４）と駆動部（図７）とを有している。

前記発振部（図４）は図１［２］に示すように、双峰形状の矩形パルス１００ａ，１００ｂと１０１ｄ，１０ｅを単位として、その極性を交互に代えて基本波の駆動パルスを生成する。なお前記発振部（図４）は、前記基本波に対する位相差（φ）を変更することにより、振幅を変更した前記駆動パルスを生成する機能を有する。

図１［２］に基いて基本波の駆動パルスを構成する双峰形状の矩形パルス１００ａ，１００ｂと１０１ｄ，１０ｅを説明する。矩形パルス１００ａ，１００ｂ、１０１ｄ，１０１ｅは双峰形状をなしており、矩形パルス１００ａ，１００ｂと矩形パルス１０１ｄ，１０１ｅとは極性が異なっている。すなわち、矩形パルス１００ａ，１００ｂの極性はプラスを示しており、矩形パルス１０１ｄ，１００ｅの極性はマイナスを示している。一方の双峰形状の矩形パルス１００ａ，１００ｂは電圧値が＋Ｖｐであり、双峰形状の矩形パルス１００ａ，１００ｂ間の矩形パルス１００ｃの電圧値が０になっている。他方の双峰形状の矩形パルス１０１ｄ，１０１ｅは電圧値が−Ｖｐであり、双峰形状の矩形パルス１０１ｄ，１０１ｅ間の矩形パルス１００ｆの電圧値が０になっている。
前記駆動部（図７）は、前記発振部（図４）で生成された前記基本波の駆動パルスに基く電圧を圧電トランス１０の一次電極に印加する。なお、前記駆動パルスに含まれる５次高調波以上の周波数成分を濾過するローパスフィルタ２２を備えるようにしてもよいものである。

さらに不連続矩形波としての前記駆動パルスについて詳細に説明する。図１［２］に示すように、ここで用いられる不連続矩形波（駆動パルス）は、次の［１］〜［３］の特徴を有する。［１］．電位Ｖｐ，０，−Ｖｐからなる。［２］．一周期をＴとすると、ある時間０から時間φまでが電位０、時間φから時間（Ｔ／６−φ）までが電位Ｖｐ、時間（Ｔ／６−φ）から時間（Ｔ／３＋φ）までが電位０、時間（Ｔ／３＋φ）から時間（Ｔ／２−φ）までが電位−Ｖｐ、時間（Ｔ／２−φ）から時間（Ｔ／２＋φ）までが電位０、時間（Ｔ／２＋φ）から時間（２Ｔ／３−φ）までが電位−Ｖｐ、時間（２Ｔ／３−φ）から時間（５Ｔ／６＋φ）までが電位０、時間（５Ｔ／６＋φ）から時間（Ｔ−φ）までが電位Ｖｐ、時間（Ｔ−φ）から時間Ｔまでが電位０、という構成を有する。［３］．φが０≦φ≦Ｔ／１２である。このように、駆動回路２０は、本発明に係る駆動方法を使用している。

次に、図１［２］に示す不連続矩形波を時間ｔの関数ｙ（ｔ）とし、これをフーリエ級数に展開する。ω＝２π／Ｔとすると、ｙ（ｔ）は、

で表わせる。

ここで、図１［２］に示すように、ｙ（ｔ＋Ｔ／２）＝−ｙ（ｔ）が成り立つことにより、ｙ（ｔ）は対称波である。したがって、ｂ_０は０であり、ｎは奇数のみであり、積分は０からＴ／２まででよい。また、ｙ（ｔ）＝−ｙ（ｔ）が成り立つことにより、ｙ（ｔ）は偶関数であるので、式（１）においてｓｉｎの項は存在しない。すなわち、ａ_ｎは０である。

したがって、ｙ（ｔ）は、

と表わすことができる。

次に、式（２）における係数ｂ_ｎを求める。

式（３）から、ｂ_１，ｂ_３，ｂ_５，・・・は次のように導かれる。

∵ｓｉｎ（π−φ）＝ｓｉｎφ，
ｓｉｎ（２π／３＋φ）＝ｓｉｎ｛π−（π／３−φ）｝＝ｓｉｎ（π／３−φ）

式（２）に式（３）〜（６）を代入することにより、

となる。

この式（７）から明らかなように、ｙ（ｔ）の高調波成分は、φの値に関係なく常に、３次高調波が含まれず、５次高調波以上からなる。したがって、ローパスフィルタ２２のカットオフ周波数は５次高調波に設定すれば十分である。このように比較的高いカットオフ周波数に設定できるので、ローパスフィルタ２２のインダクタンスは小さくてよい。そのため、インダクタとして、小さく、軽く、かつ安価なものを使用できる。場合によっては、ローパスフィルタ２２自体を省略してもよい。その場合は、駆動回路２０は、不連続矩形波発振器２１のみ、すなわち発振部（図４）及び駆動部（図７）のみから構成されることになる。

また、式（４）から明らかなように、位相差φを変えることにより基本波の係数ｂ_１（すなわち振幅）を変えられるので、電圧Ｖｐを可変とするＤＣ−ＤＣコンバータが不要になる。位相差φと係数ｂ_１との関係は、式（４）から、

と表わすことができる。

式（８）の関係を図２に示す。図２から明らかなように、位相差φが０〜π／６の範囲で、位相差φの増加に従ってほぼ直線的に基本波の係数ｂ_１が減少する。なお、図２において、次の直線

は比較用として記入したものである。

また、φ＝０の場合は、式（７）から、

で与えられる。このとき、基本波の係数ｂ_１が最大値２√３Ｖｐ／πとなる。この式▲１▼で表わされる不連続矩形波と前述の式▲２▼で表わされる矩形波とについて、高調波成分を図３に示す。

図４は、図１の駆動回路における発振部の一例を示す回路図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、「Ｈレベル」とはハイレベルすなわち高電圧レベル（ＶＤＤ）のことであり、「Ｌレベル」とはローレベルすなわち低電圧レベル（０）のことである。

発振部３０は、三角波発生回路３１、可変抵抗器３２、反転増幅器３３、比較器３４ａ，３４ｂ、インバータ３５ａ，３５ｂ、リングカウンタ３６１〜３６４、微分回路３７１ａ〜３７４ｂ、オアゲート３８１〜３８４、ＲＳＳ−ＦＦ（フリップフロップ）３９ａ，３９ｂ等からなり、不連続矩形波生成信号Ｖ＋，Ｖ−を出力する。

三角波発生回路３１は、例えば矩形波発振器と積分回路とによって構成され、三角波電圧Ｖｔ１を反転増幅器３３及び比較器３４ａの＋入力端子へ出力する。可変抵抗器３２は、例えばいわゆる「ボリューム」である。ボリュームの場合、手動によって摘みを回すことにより、任意の抵抗値に設定できる。そして、その抵抗値に対応する電圧が、基準電圧Ｖｒとして比較器３４ａ，３４ｂの−入力端子へ出力される。反転増幅器３３は、オペアンプ３３１及び抵抗器３３２，３３３からなり、三角波電圧Ｖｔ１を反転して三角波電圧Ｖｔ２として比較器３４ｂの＋入力端子へ出力する。

比較器３４ａは、基準電圧Ｖｒと三角波電圧Ｖｔ１とを比較し、Ｖｒ≦Ｖｔ１のときにＨレベル信号を出力し、Ｖｒ＞Ｖｔ１のときにＬレベル信号を出力する。比較器３４ｂは、基準電圧Ｖｒと三角波電圧Ｖｔ２とを比較し、Ｖｒ≦Ｖｔ２のときにＨレベル信号を出力し、Ｖｒ＞Ｖｔ２のときにＬレベル信号を出力する。比較器３４ａの出力信号は、そのままクロックパルスＣＰ１となるとともに、インバータ３５ａによって反転されてクロックパルスＣＰ２となる。同様に、比較器３４ｂの出力信号は、そのままクロックパルスＣＰ３となるとともに、インバータ３５ｂによって反転されてクロックパルスＣＰ４となる。

リングカウンタ３６１は、クロックパルスＣＰ１を入力する入力端子ＣＬＫ１と、クロックパルスＣＰ１を入力するごとに順繰りにＨレベル信号を出力する３個の出力端子Ｑ１１〜Ｑ１３とを有する。リングカウンタ３６２〜３６４の構成もリングカウンタ３６１に準ずる。また、リングカウンタ３６１〜３６４には、同期を得るため（又は初期値を設定するため）のリセット端子（図示せず）が設けられている。微分回路３７１ａ〜３７４ｂは、例えばコンデンサ及び抵抗器からなり、リングカウンタ３６１〜３６４の出力信号を短いパルス幅のトリガ信号に変換して、オアゲート３８１〜３８４へ出力する。

オアゲート３８１の入力端子はリングカウンタ３６１の出力端子Ｑ１１及びリングカウンタ３６３の出力端子Ｑ３１に接続され、オアゲート３８２の入力端子はリングカウンタ３６２の出力端子Ｑ２１及びリングカウンタ３６４の出力端子Ｑ４１に接続され、オアゲート３８３の入力端子はリングカウンタ３６１の出力端子Ｑ１３及びリングカウンタ３６３の出力端子Ｑ３２に接続され、オアゲート３８４の入力端子はリングカウンタ３６２の出力端子Ｑ２３及びリングカウンタ３６４の出力端子Ｑ４２に接続されている。

ＲＳＳ−ＦＦ３９ａは、オアゲート３８１の出力端子に接続されたセット用入力端子Ｓａと、オアゲート３８２の出力端子に接続されたリセット用入力端子Ｒａと、不連続矩形波生成信号Ｖ＋を出力する出力端子Ｑａとを有する。ＲＳＳ−ＦＦ３９ｂは、オアゲート３８３の出力端子に接続されたセット用入力端子Ｓｂと、オアゲート３８４の出力端子に接続されたリセット用入力端子Ｒｂと、不連続矩形波生成信号Ｖ−を出力する出力端子Ｑｂとを有する。なお、通常のＲＳ−ＦＦでは、セット入力Ｓ及びリセット入力Ｒがとともに‘１’になることを禁止している。これに対し、ＲＳＳ−ＦＦでは、セット入力Ｓ及びリセット入力Ｒがとともに‘１’になると、セット入力Ｓを優先し‘１’を出力する。

図５及び図６は、図４の発振部における各出力信号を示すタイミングチャートである。以下、図４乃至図６に基づき、発振部の動作を説明する。

可変抵抗器３２には電源電圧ＶＤＤが印加され、基準電圧ＶｒはＶＤＤ／２からＶＤＤまで変化するように設定されている。一方、三角波電圧Ｖｔ１は、Ｔ／３を一周期とし、最小値０から最大値ＶＤＤまで周期的に繰り返すように設定されている。したがって、基準電圧ＶｒがＶＤＤ／２からＶＤＤまで変化するのに応じて、クロックパルスＣＰ１〜ＣＰ４のパルス幅はＴ／６から０まで変化する。すなわち、位相差φはＴ／１２から０まで変化する。

リングカウンタ３６１〜３６４及びＲＳＳ−ＦＦ３９ａ，３９ｂは、ポジティブエッジ動作をする。まず、リングカウンタ３６１では、クロックパルスＣＰ１を連続的に入力端子ＣＬＫ１から入力すると、出力端子Ｑ１１〜Ｑ１３から順繰りにＨレベル信号を出力する。リングカウンタ３６２では、クロックパルスＣＰ２を連続的に入力端子ＣＬＫ２から入力すると、出力端子Ｑ２１〜Ｑ２３から順繰りにＨレベル信号を出力する。リングカウンタ３６３では、クロックパルスＣＰ３を連続的に入力端子ＣＬＫ３から入力すると、出力端子Ｑ３１〜Ｑ３３から順繰りにＨレベル信号を出力する。リングカウンタ３６４では、クロックパルスＣＰ４を連続的に入力端子ＣＬＫ４から入力すると、出力端子Ｑ４１〜Ｑ４３から順繰りにＨレベル信号を出力する。

ＲＳＳ−ＦＦ３９ａは、出力端子Ｑ１１からＨレベル信号が出力されてから、出力端子Ｑ２１からＨレベル信号が出力されるまでの間、及び、出力端子Ｑ３１からＨレベル信号が出力されてから、出力端子Ｑ４１からＨレベル信号が出力されるまでの間、Ｈレベルの不連続矩形波生成信号Ｖ＋を出力する。ＲＳＳ−ＦＦ３９ｂは、出力端子Ｑ３２からＨレベル信号が出力されてから、出力端子Ｑ４２からＨレベル信号が出力されるまでの間、及び出力端子Ｑ１３からＨレベル信号が出力されてから、出力端子Ｑ２３からＨレベル信号が出力されるまでの間、Ｈレベルの不連続矩形波生成信号Ｖ−を出力する。

なお、位相差φ＝０のとき、ＲＳＳ−ＦＦ３９ａにおいて、セット用入力端子Ｓａとリセット用入力端子Ｒａとで同時にＨレベル信号を入力することになる。このとき、ＲＳＳ−ＦＦ３９ａはセット用入力端子ＳａのＨレベル信号を優先することによりＨレベルの不連続矩形波生成信号Ｖ＋を出力するので、隣接する二つのＨレベルの不連続矩形波生成信号Ｖ＋は途切れることなく一つになる。ＲＳＳ−ＦＦ３９ｂの動作もこれに準ずる。

図７は、図１の駆動回路における駆動部の一例を示す回路図である。以下、この図面に基づき説明する。

本実施形態の駆動部４０は、ＰチャネルパワーＭＯＳのトランジスタ４１，４２及びＮチャネルパワーＭＯＳのトランジスタ４３，４４のいわゆるＨ型ブリッジ回路からなり、不連続矩形波生成信号Ｖ＋，Ｖ−に基づき、不連続矩形波電圧Ｖｓを圧電トランス１０の一次電極１２，１３に印加する。駆動部４０と圧電トランス１０との間には、インダクタ２３からなるローパスフィルタ２２が介挿されている。圧電トランス１０の出力側には負荷５０が接続されている。

トランジスタ４１，４３のゲートには不連続矩形波生成信号Ｖ＋が印加され、トランジスタ４２，４４のゲートには不連続矩形波生成信号Ｖ−が印加される。そのため、不連続矩形波生成信号Ｖ＋がＨレベルのときはトランジスタ４１がオフかつトランジスタ４３がオンとなり、逆に不連続矩形波生成信号Ｖ＋がＬレベルのときはトランジスタ４１がオンかつトランジスタ４３がオフとなる。同様に、不連続矩形波生成信号Ｖ−がＨレベルのときはトランジスタ４２がオフかつトランジスタ４４がオンとなり、逆に不連続矩形波生成信号Ｖ−がＬレベルのときはトランジスタ４２がオンかつトランジスタ４４がオフとなる。

そのため、不連続矩形波生成信号Ｖ＋，Ｖ−がともにＬレベルのときは、トランジスタ４３，４４がともにオフとなるので、一次電極１２，１３に印加される電圧は０となる。不連続矩形波生成信号Ｖ＋がＨレベルかつ不連続矩形波生成信号Ｖ−がＬレベルのときは、トランジスタ４２，４３がオンかつトランジスタ４１，４４がオフとなるので、一次電極１２，１３に印加される電圧はＶｐとなる。逆に、不連続矩形波生成信号Ｖ＋がＬレベルかつ不連続矩形波生成信号Ｖ−がＨレベルのときは、トランジスタ４２，４３がオフかつトランジスタ４１，４４がオンとなるので、一次電極４２，１３に印加される電圧は−Ｖｐとなる。したがって、不連続矩形波生成信号Ｖ＋，Ｖ−に基づき一次電極１２，１３に印加される電圧は、図６に示すような不連続矩形波電圧Ｖｓになる。

なお、本発明は、言うまでもなく、上記実施形態に限定されない。例えば、発振部及び駆動部は他の回路構成としてもよい。

発明の利用可能性

本発明に係る圧電トランスの駆動方法及び駆動回路によれば、特定の不連続矩形波電圧を圧電トランスの一次電極に印加することにより、圧電トランスへ出力される３次高調波を無くすことができるので、ローパスフィルタの小型化、軽量化及び低価格化、又は省略化を達成できる。しかも、不連続矩形波の位相差φを変えることにより基本波の振幅を変えられるので、ＤＣ−ＤＣコンバータを不要にできる。すなわち、ローパスフィルタのインダクタンスを小さくできるとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いることなく基本波の振幅を変えることができる。

Claims (14)

1. 電位Ｖ_０、この電位Ｖ_０よりも高い電位Ｖ_Ｈ、及び前記電位Ｖ_０よりも低い電位Ｖ_Ｌ、からなる不連続矩形波の電圧を、圧電トランスの一次電極に印加する、圧電トランスの駆動方法であって、
   前記不連続矩形波は、一周期をＴとすると、ある時間０から時間φまでが前記電位Ｖ_０、時間φから時間（Ｔ／６−φ）までが前記電位Ｖ_Ｈ、時間（Ｔ／６−φ）から時間（Ｔ／３＋φ）までが前記電位Ｖ_０、時間（Ｔ／３＋φ）から時間（Ｔ／２−φ）までが前記電位Ｖ_Ｌ、時間（Ｔ／２−φ）から時間（Ｔ／２＋φ）までが前記電位Ｖ_０、時間（Ｔ／２＋φ）から時間（２Ｔ／３−φ）までが前記電位Ｖ_Ｌ、時間（２Ｔ／３−φ）から時間（５Ｔ／６＋φ）までが前記電位Ｖ_０、時間（５Ｔ／６＋φ）から時間（Ｔ−φ）までが前記電位Ｖ_Ｈ、時間（Ｔ−φ）から時間Ｔまでが前記電位Ｖ_０、という構成を有し、前記位相差φが０≦φ≦Ｔ／１２である圧電トランスの駆動方法。
2. 電位０、この電位０よりも一定電圧だけ高い電位＋１、及び前記電位０よりも前記一定電圧だけ低い電位−１、からなる不連続矩形波の電圧を、圧電トランスの一次電極に印加する、圧電トランスの駆動方法であって、
   前記不連続矩形波は、一周期をＴとすると、ある時間０から時間φまでが前記電位０、時間φから時間（Ｔ／６−φ）までが前記電位＋１、時間（Ｔ／６−φ）から時間（Ｔ／３＋φ）までが前記電位０、時間（Ｔ／３＋φ）から時間（Ｔ／２−φ）までが前記電位−１、時間（Ｔ／２−φ）から時間（Ｔ／２＋φ）までが前記電位０、時間（Ｔ／２＋φ）から時間（２Ｔ／３−φ）までが前記電位−１、時間（２Ｔ／３−φ）から時間（５Ｔ／６＋φ）までが前記電位０、時間（５Ｔ／６＋φ）から時間（Ｔ−φ）までが前記電位＋１、時間（Ｔ−φ）から時間Ｔまでが前記電位０、という構成を有し、前記位相差φが０≦φ≦Ｔ／１２である圧電トランスの駆動方法。
3. 前記不連続矩形波に含まれる５次高調波以上の周波数成分をローパスフィルタによって除去して前記圧電トランスの一次電極に印加する請求項１に記載の圧電トランスの駆動方法。
4. 前記不連続矩形波に含まれる５次高調波以上の周波数成分をローパスフィルタによって除去して前記圧電トランスの一次電極に印加する請求項２に記載の圧電トランスの駆動方法。
5. 圧電トランスの一次電極に印加するための不連続矩形波の電圧を出力する不連続矩形波発振器を備え、
   前記不連続矩形波は、電位Ｖ_０と、この電位Ｖ_０よりも高い電位Ｖ_Ｈと、前記電位Ｖ_０よりも低い電位Ｖ_Ｌとからなるとともに、一周期をＴとすると、ある時間０から時間φまでが前記電位Ｖ_０、時間φから時間（Ｔ／６−φ）までが前記電位Ｖ_Ｈ、時間（Ｔ／６−φ）から時間（Ｔ／３＋φ）までが前記電位Ｖ_０、時間（Ｔ／３＋φ）から時間（Ｔ／２−φ）までが前記電位Ｖ_Ｌ、時間（Ｔ／２−φ）から時間（Ｔ／２＋φ）までが前記電位Ｖ_０、時間（Ｔ／２＋φ）から時間（２Ｔ／３−φ）までが前記電位Ｖ_Ｌ、時間（２Ｔ／３−φ）から時間（５Ｔ／６＋φ）までが前記電位Ｖ_０、時間（５Ｔ／６＋φ）から時間（Ｔ−φ）までが前記電位Ｖ_Ｈ、時間（Ｔ−φ）から時間Ｔまでが前記電位Ｖ_０、という構成を有し、前記位相差φが０≦φ≦Ｔ／１２である圧電トランスの駆動回路。
6. 圧電トランスの一次電極に印加するための不連続矩形波の電圧を出力する不連続矩形波発振器を備え、
   前記不連続矩形波は、電位０と、この電位０よりも一定電圧だけ高い電位＋１と、前記電位０よりも前記一定電圧だけ低い電位−１とからなるとともに、一周期をＴとすると、ある時間０から時間φまでが前記電位０、時間φから時間（Ｔ／６−φ）までが前記電位＋１、時間（Ｔ／６−φ）から時間（Ｔ／３＋φ）までが前記電位０、時間（Ｔ／３＋φ）から時間（Ｔ／２−φ）までが前記電位−１、時間（Ｔ／２−φ）から時間（Ｔ／２＋φ）までが前記電位０、時間（Ｔ／２＋φ）から時間（２Ｔ／３−φ）までが前記電位−１、時間（２Ｔ／３−φ）から時間（５Ｔ／６＋φ）までが前記電位０、時間（５Ｔ／６＋φ）から時間（Ｔ−φ）までが前記電位＋１、時間（Ｔ−φ）から時間Ｔまでが前記電位０、という構成を有し、前記位相差φが０≦φ≦Ｔ／１２である圧電トランスの駆動回路。
7. 前記矩形波発振器と前記圧電トランスとの間に設けられ、当該矩形波発振器から出力された不連続矩形波に含まれる５次高調波以上の周波数成分を除去して当該圧電トランスへ出力するローパスフィルタを更に備えた請求項５に記載の圧電トランスの駆動回路。
8. 前記矩形波発振器と前記圧電トランスとの間に設けられ、当該矩形波発振器から出力された不連続矩形波に含まれる５次高調波以上の周波数成分を除去して当該圧電トランスへ出力するローパスフィルタを更に備えた請求項６に記載の圧電トランスの駆動回路。
9. 同一振幅、同一極性かつ同一パルス幅を有する時間的に離間した二つの矩形パルスを単位として、その極性を交互に代えて基本波の駆動パルスを生成するパルス生成ステップと、
   前記パルス生成ステップで生成された前記基本波の駆動パルスに基く電圧を圧電トランスの一次電極に印加する電圧印加ステップとを有することを特徴とする圧電トランスの駆動方法。
10. 前記基本波に対する位相差を変更することにより、振幅を変更した前記駆動パルスを生成することを特徴とする請求項９に記載の圧電トランスの駆動方法。
11. 前記駆動パルスに含まれる５次高調波以上の周波数成分を濾過することを特徴とする請求項９に記載の圧電トランスの駆動方法。
12. 発振部と駆動部とを有し、
    前記発振部は、同一振幅、同一極性かつ同一パルス幅を有する時間的に離間した二つの矩形パルスを単位として、その極性を交互に代えて基本波の駆動パルスを生成するものであり、
    前記駆動部は、前記発振部で生成された前記基本波の駆動パルスに基く電圧を圧電トランスの一次電極に印加するものであることを特徴とする圧電トランスの駆動回路。
13. 前記発振部は、前記基本波に対する位相差を変更することにより、振幅を変更した前記駆動パルスを生成する機能を有することを特徴とする請求項１２に記載の圧電トランスの駆動回路。
14. 前記駆動パルスに含まれる５次高調波以上の周波数成分を濾過するローパスフィルタを備えたことを特徴とする請求項１２に記載の圧電トランスの駆動回路。

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