JPH08223945A - 圧電トランスの駆動回路 - Google Patents

圧電トランスの駆動回路

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JPH08223945A
JPH08223945A JP7019463A JP1946395A JPH08223945A JP H08223945 A JPH08223945 A JP H08223945A JP 7019463 A JP7019463 A JP 7019463A JP 1946395 A JP1946395 A JP 1946395A JP H08223945 A JPH08223945 A JP H08223945A
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JP
Japan
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transformer
piezoelectric transformer
piezoelectric
drive circuit
inductance
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JP7019463A
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English (en)
Inventor
Junichi Toyoda
準一 豊田
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧電セラミックトランスの前段に接続させた
昇圧用トランスの2次側インダクタンスを該圧電セラミ
ックの並列容量と共振させてキャンセルさせ、損失と電
流リップルの少ない正弦波駆動可能な圧電トランスの駆
動回路を得る。 【構成】 圧電セラミックトランスの前段に昇圧不足を
補うために接続した昇圧トランス12の2次側に巻回し
たインダクタンス成分L20と圧電トランス20の並列容
量13とを並列共振させてキャパシタンス成分をキャン
セルさせるためインダクタンスを並列共振特性に合わせ
る様に調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は圧電セラミックを用いた
圧電セラミックトランスの駆動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から圧電セラミックトランスは高圧
電源を得る方法として冷陰極インバータ電源等に広く利
用されている。この圧電セラミックトランスは図5に示
す様に、長さ2Lmm、幅Wmm、厚さTmmの長方体
状の圧電セラミック素体1の上下面(2L×W面)の長
さ2L方向の略2L/2=L位置まで入力電極2及び3
を形成し、同じく右側面(W×T面)に出力電極6を形
成し、入力側は厚さT方向にP1 の様に分極し、出力側
は長さL方向にP2 の様に分極させる。これら、各電極
2及び3並びに6は夫々入出力端子4及び5並びに7に
接続され、入力端子4及び5間に入力電圧を供給するこ
とで出力端子7及び5間に出力電圧が得られる様に成さ
れている。
【0003】上述の構成で入力電圧が供給される入力側
を低インピーダンスと成し、出力電圧が得られる出力側
を高インピーダンスにすれば、共振時にはインピーダン
ス比の平方根に等しい変圧比が得られる。
【0004】即ち、変圧比(Vout /Vin )は次の
(1)式の様に表される。 Vout /Vin∝k31・k33・Qm ・L/T‥‥(1) ここで、k31:横効果の結合係数、k33:縦効果の結合
係数、Qm :機械品質係数、L及びTは圧電セラミック
体1の長さ及び厚さである。
【0005】上述の(1)式から解る様に、Qm 及びL
/Tは大きくとれるので高電圧の発生に適している反
面、定格出力を大きくしようとすると入力電圧を大きく
しなければならず、汎用の電機機器の様に5V〜12V
程度では前段に昇圧トランスやDC−DCコンバータを
必要としている。
【0006】図6は従来のこの様な圧電トランス20の
駆動回路を示すものである。図で10V程度の直流電圧
源8は圧電トランス20の前段に接続した昇圧トランス
12の1次側巻線W1 と直列接続されたスイッチング用
のN型のMOS・FET10に供給され、N型のMOS
・FET10のゲートには発振器11からのスイッチン
グ信号が供給される。直流電圧源8の両端に接続された
コンデンサ9はリップル除去用の比較的大容量(100
μF)の電解コンデンサであるため、極めて大型のもの
が必要となる。
【0007】この昇圧トランス12は電圧セラミック素
体1で構成された圧電トランス20の昇圧比不足を補う
ものである。昇圧トランス20は破線内に電気的等価回
路として示されている様に、昇圧トランス12の2次巻
線W2 に並列に接続された並列キャパシタンス13とイ
ンダクタンス14、キャパシタンス15並びに抵抗16
の直列共振回路と、等価トランス17の2次側に並列に
接続された並列キャパシタンス18とより成る。尚19
は圧電トランス20の2次側電圧で駆動される冷陰極蛍
光灯の如き負荷を示す。
【0008】図7A及びBは上述の図6の駆動回路によ
って駆動される圧電トランス20への入力波形と電流の
リップル波形(図6のコンデンサ9が接続されていない
場合のリップル波形)である。両波形図に於いて、横軸
は時間、縦軸は振幅で1マス100mVを示す。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述の図7A及びBに
示す入力波形図並びにリップル波形図からも明らかな様
に、圧電トランス20への入力波形は高調波成分を含む
三角波21と成されているため、スイッチング素子であ
るMOS・FET10の発熱が大きくなり、圧電トラン
ス20の発熱量も増大する。従って発電効率の点で問題
があった。更に図7の様に大容量のコンデンサ9を平滑
用に昇圧トランス12の1次側に挿入しなければ、リッ
プル電流は図7Bのリップル電流波形22の様に増大さ
れるために図6の様に大容量の電解コンデンサ9を平滑
用に直流電圧源8に並列接続しなければならなかった。
この様な大型の電解コンデンサ9を配設することは例え
ば、液晶表示装置のバックライト用の冷陰極蛍光灯等を
点灯する小スペース内では電解コンデンサは極めて大き
なものとなって薄型化の点で問題が多かった。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電トランスの
駆動回路は圧電トランスの前段に配設した昇圧用トラン
スの2次側インダクタンスを調整することで圧電トラン
スの並列キャパシタンスを打ち消して、圧電トランスを
正弦波駆動する様に成したものである。
【0011】
【作用】本発明の圧電トランスの駆動回路によれば圧電
トランス前段に接続した昇圧トランスの2次側のインダ
クタンスを調整することで圧電トランスの並列キャパシ
タンスを並列共振時点でキャンセルして、圧電トランス
の1次側に正弦波入力波形信号が供給出来て、スイッチ
ングトランジスタ及び圧電トランスの発熱が緩和され、
電源の効率が向上すると共にリップルを小さく出来て、
薄型化可能な圧電トランスの駆動回路が得られる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の圧電トランスの駆動回路を図
1乃至図4によって詳記する。図1は本発明の圧電トラ
ンスの駆動回路を示すものである。
【0013】図で、直流電圧源8のマイナス側は接地さ
れ、プラス側はチョークコイル23の一端に接続され、
該チョークコイル23の他端は圧電トランス20の前段
に接続された該圧電トランス20の昇圧不足を補う為に
接続された昇圧トランス12の1次側巻線W1 の巻回中
点に接続されている。
【0014】更に、昇圧トランス12の1次側巻線W1
の始端は第1のスイッチングトランジスタを構成するN
型のMOS・FET10のドレインに接続され、1次側
巻線W1 の終端は第2のスイッチングトランジスタを構
成する同じくN型のMOS・FET25のドレインに接
続され、第1及び第2のMOS・FET10及び25は
共通に接続され、その共通接続点は接地電位に落とされ
ている。
【0015】第1のMOS・FET10のゲートには発
振器11からスイッチング用の信号が直接供給され、第
2のMOS・FET25のゲートにはインバータ回路2
6を介して発振器11からスイッチング用の信号が反転
されて供給される。
【0016】昇圧トランス12の2次側は圧電トランス
20の入力電極2及び3(図5参照)に供給される。
【0017】図1の破線で囲まれた部分は圧電トランス
20の電気的等価回路を示すものであり、昇圧トランス
12の2次側巻線W2 に並列に接続される並列キャパシ
タンス13(キャパシタンス値Ca )と、インダクタン
ス14、キャパシタンス15並びに抵抗16からなる直
列共振回路と、圧電トランス20等価回路中のトランス
17の2次側に並列接続されたキャパシタンス18とか
ら構成される。
【0018】圧電トランス20の2次側の出力電極7及
び5(図5参照)間には液晶表示装置24のバックライ
ト等に適用して好適な冷陰極型蛍光灯等から成る負荷1
9が接続されて、高電圧で点灯が成される。
【0019】上述の構成に於ける本発明の動作を図2乃
至図4によって説明する。図2は圧電トランス20の前
段に接続される昇圧トランスの側断面図、図3は本発明
の圧電トランスの並列キャパシタンスの打ち消し特性を
説明する図、図4A及びBは本発明の圧電トランス駆動
回路によって得られる入力波形及びリップル電流波形図
である。
【0020】圧電トランス20の前段に接続される昇圧
トランス12の1例を示す図2に於いて、例えばコアは
E,Iコア27及び28で構成され、Eコアに1次及び
2次巻線W1 及びW2 が巻回されている。尚29はE及
びIコアの対接面に形成されたギャップであり、本例で
はこのギャップ29内にスペーサ等を挿入して磁路の磁
気抵抗を調整して、2次巻線W2 のインダクタンスL20
を微調整する。或いはインダクタンス素子を圧電トラン
ス20の1次側に並列に接続する様に成す。
【0021】先ず、本例では昇圧トランス12の1次側
巻線W1 のセンタタップに接続したチョークコイル23
のインダクタンスL00の値を圧電トランス20の前段の
昇圧トランス12の1次側巻線W1 のインダクタンスL
1 の値よりも充分に大きな値に選択される。
【0022】昇圧トランス12の1次側に直流電圧源8
から供給される電圧VC ≒10Vによって1次側巻線W
1 のインダクタンスL01側には第1のMOS・FET1
0が発振器11からのスイッチング信号で「オン」して
電流I10は接地電位に落とされ、次に第2のMOS・F
ET25がスイッチングするとインダクタンスL11側を
通って電流I11は接地電位に落とされる様なスイッチン
グ動作が成される。
【0023】この際、チョークコイル23のインダクタ
ンスL00は昇圧トランス12の1次側コイルの巻き始め
からセンタタップまでのインダクタンスL10及びセンタ
タップから巻き終わりまでのインダクタンスL11に比べ
て充分に大きな値をとっているので直流電源VC よりの
供給される電流IC =IDC+IACのうちの交流成分I AC
は零に近くなり、略々直流成分IDCのみ流れて昇圧トラ
ンス12の1次側を定電流動作させることが出来る。
【0024】次に圧電トランス20の等価回路で1次側
に接続された昇圧トランス12の2次側巻線W2 のイン
ダクタンス値L20を調整して、圧電セラミックトランス
20の等価回路の並列キャパシタンス13のキャパシタ
ンス成分Ca と該調整した昇圧トランス12の2次側の
インダクタンス成分L20との並列共振回路を構成して、
キャパシタンス成分Ca をキャンセルさせる様に成す。
即ち、f0 =1/2π√L20・Ca 近傍となる様にイン
ダクタンスL20を調整する。ここでf0 は図3に示す様
に並列共振周波数であり、図3の横軸は周波数f、縦軸
はインピーダンスZを示す。
【0025】即ち、並列共振周波数f0 でのインダクタ
ンス共振周波数特性曲線30とキャパシタンス共振周波
数特性曲線31では互いにキャンセルされて、圧電トラ
ンス20内のLCR直列共振回路(14,15,16)
の過渡応答(電圧共振)となり、昇圧トランス12に蓄
えた電磁エネルギーはLCR直列共振回路に対応した電
流を流す。この時の入力電圧は図4Aに示す様に正弦波
形となる。
【0026】尚、圧電トランス20の前段に接続した昇
圧トランス12の2次側巻線W2 のインダクタンス値の
調整は図2に示す様に例えばEIコア27及び28のE
コア上に巻回した1次及び2次巻線W1 及びW2 から成
る昇圧トランス12のEコア27とIコア28との対接
面間のギャップ29間にスペーサ等を挿入してギャップ
調整するか、或いはインダクタンス素子を圧電トランス
20の1次側に並列に接続する等して調整を行う様に成
せばよい。
【0027】上述の如く構成され、且つ動作する圧電ト
ランスの駆動回路によれば、冷陰極型蛍光灯等を点灯さ
せた場合の入力電圧波形は図4Aの様に正弦波形とな
り、リップル電流も図4Bの様に極めて小さくすること
が可能となった。従って、スイッチング用MOS・FE
T10及び25の発熱量並びに圧電トランス20の発熱
量が減少し、従来の駆動回路の電源効率が75%程度で
あるのに対し、本発明では効率を85%程度まで上昇さ
せることが出来、リップル電流も約1/10に減少し、
大型の電解コンデンサを平滑用に用いなくても小容量で
済み、装置(例えば液晶表示装置)を薄型軽量化が可能
となる。
【0028】尚、上述の実施例ではスイッチング用トラ
ンジスタ10及び25をN型MOS・FETとして説明
したが、P型或いはP型及びN型を用いた相補型等適宜
選択可能である。
【0029】
【発明の効果】本発明の圧電トランス駆動回路によれば
圧電トランスの1次側に供給される入力電圧波形が正弦
波に近くなり、スイッチング用トランジスタや圧電トラ
ンスの発熱が抑えられ電源の効率を高められる。又、リ
ップル電流が小さくなり、電解コンデンサ容量が小さく
出来、小型薄型化に有利なものが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の圧電トランス駆動回路図である。
【図2】本発明の圧電トランス駆動回路に用いる2次イ
ンダクタンス調整方法の1例を示す図である。
【図3】本発明の共振特性説明図である。
【図4】本発明の圧電トランス駆動回路の入力波形並び
に電流リップル波形図である。
【図5】従来の圧電トランスの原理説明図である。
【図6】従来の圧電トランスの駆動回路図である。
【図7】従来の駆動回路の入力波形並びに電流リップル
波形図である。
【符号の説明】
8 直流電源 10,25 MOS・FET 12 昇圧トランス 13 並列キャパシタンス 20 圧電トランス 19 負荷(冷陰極型蛍光灯)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミック素体から成る圧電トランス
    と、 上記圧電トランスの昇圧比不足を補うために該圧電トラ
    ンスの1次側に接続された昇圧トランスと、 上記昇圧トランスの1次側を定電流駆動する定電流駆動
    回路とを具備し、 上記昇圧トランスの2次側インダクタンスを調整して成
    ることを特徴とする圧電トランスの駆動回路。
  2. 【請求項2】 前記昇圧トランスの2次側の調整インダ
    クタンス値は共振条件f 0 =1/2π√L20a (但
    し、L20は昇圧トランス12の2次側インダクタンス、
    a は圧電トランス20の並列キャパシタンスであ
    る。)の近傍によって調整されることを特徴とする請求
    項1記載の圧電トランスの駆動回路。
  3. 【請求項3】 前記昇圧トランスの2次側のインダクタ
    ンス値の調整は該昇圧トランスのコアギャップを調整す
    る様に成したことを特徴とする請求項1記載の圧電トラ
    ンスの駆動回路。
JP7019463A 1995-02-07 1995-02-07 圧電トランスの駆動回路 Pending JPH08223945A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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