JPH09148645A - 圧電トランス式電力変換器 - Google Patents
圧電トランス式電力変換器Info
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- JPH09148645A JPH09148645A JP7307342A JP30734295A JPH09148645A JP H09148645 A JPH09148645 A JP H09148645A JP 7307342 A JP7307342 A JP 7307342A JP 30734295 A JP30734295 A JP 30734295A JP H09148645 A JPH09148645 A JP H09148645A
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- input power
- input
- power converter
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧電トランス式電力変換器の負荷が開放ある
いは短絡に近い領域となった場合を検出し、圧電トラン
スの破損防止の動作を行う圧電トランス式電力変換器を
提供することである。 【構成】 入力電力検出手段と、前記入力電力検出手段
により作動する入力電力制限手段とを備えた圧電トラン
ス式電力変換器である。
いは短絡に近い領域となった場合を検出し、圧電トラン
スの破損防止の動作を行う圧電トランス式電力変換器を
提供することである。 【構成】 入力電力検出手段と、前記入力電力検出手段
により作動する入力電力制限手段とを備えた圧電トラン
ス式電力変換器である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液晶ディス
プレイのバックライトインバータやＤＣ−ＤＣコンバー
タに用いられる圧電トランス式電力変換器に関する。
プレイのバックライトインバータやＤＣ−ＤＣコンバー
タに用いられる圧電トランス式電力変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、液晶ディスプレイにあっては液
晶自身が発光しないことから液晶表示体の背面や側面に
冷陰極管等の放電管を配置するバックライト方式が主流
となっている。この放電管を駆動するためには、これ自
体の長さや直径にもよるが数１００ボルト以上の交流高
電圧が要求される。この交流高電圧を発生させる方法と
して圧電トランスを用いたインバータが特開平５−１１
４４９２号公報に示されている。圧電トランスは構造が
非常に簡素であるため小型・薄型化、低コスト化が可能
である。この圧電トランスの特性の詳細は要、伊勢の論
文「圧電セラミックストランス用素子の一考察」日本音
響学会誌３２巻８号（１９７６）に示されている。
晶自身が発光しないことから液晶表示体の背面や側面に
冷陰極管等の放電管を配置するバックライト方式が主流
となっている。この放電管を駆動するためには、これ自
体の長さや直径にもよるが数１００ボルト以上の交流高
電圧が要求される。この交流高電圧を発生させる方法と
して圧電トランスを用いたインバータが特開平５−１１
４４９２号公報に示されている。圧電トランスは構造が
非常に簡素であるため小型・薄型化、低コスト化が可能
である。この圧電トランスの特性の詳細は要、伊勢の論
文「圧電セラミックストランス用素子の一考察」日本音
響学会誌３２巻８号（１９７６）に示されている。
【０００３】１９５６年に米国のＣ.Ａ.Ｒｏｓｅｎが発
表したローゼン型圧電トランスを図６に示す。図６を参
照してこのローゼン型圧電トランスの原理を説明する
と、２は例えばチタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）より
なる板状の圧電セラミックス素子であり、このセラミッ
ク素子の図中左半分の上下面に例えば銀焼付けなどによ
り設けられた入力電極４、５の対を形成し、右側端面に
も同様な方法で出力電極６を形成する。そして、セラミ
ック素子２の左半分の駆動部は厚み方向に、右半分の発
電部は長手方向に予め分極処理を行っておく。
表したローゼン型圧電トランスを図６に示す。図６を参
照してこのローゼン型圧電トランスの原理を説明する
と、２は例えばチタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）より
なる板状の圧電セラミックス素子であり、このセラミッ
ク素子の図中左半分の上下面に例えば銀焼付けなどによ
り設けられた入力電極４、５の対を形成し、右側端面に
も同様な方法で出力電極６を形成する。そして、セラミ
ック素子２の左半分の駆動部は厚み方向に、右半分の発
電部は長手方向に予め分極処理を行っておく。
【０００４】このように形成された圧電トランスにおい
て、入力電極４、５間に交流電圧源８よりセラミック素
子２の長さ方向の固有共振周波数とほぼ同じ周波数の交
流電圧を印加するとこのセラミック素子２は長手方向に
強い機械振動を生じ、これにより右半分の発電部では圧
電効果により電荷が発生し、出力電極６と入力電極の一
方、例えば入力電極５との間に出力電圧ＶOが生ずる。
て、入力電極４、５間に交流電圧源８よりセラミック素
子２の長さ方向の固有共振周波数とほぼ同じ周波数の交
流電圧を印加するとこのセラミック素子２は長手方向に
強い機械振動を生じ、これにより右半分の発電部では圧
電効果により電荷が発生し、出力電極６と入力電極の一
方、例えば入力電極５との間に出力電圧ＶOが生ずる。
【０００５】圧電トランスを使った電力変換器の回路図
の従来例を図７に示す。この回路はインダクタ３０、Ｍ
ＯＳ型電界効果トランジスタ（以下ＭＯＳＦＥＴと記
す、逆方向ダイオードを内蔵する）２１、圧電トランス
５０により、Ｅ級増幅回路が構成されている。Ｅ級増幅
回路は１９７５年に米国のＮ．Ｏ．Ｓｏｋａｌらにより
提案されたもので、この回路はコロナ社発行 原田耕介
著「スイッチングコンバータの基礎」の１３２ページか
ら１３５ページに説明されているように、最適Ｅ級動作
または準Ｅ級動作を行う。図７の回路では、圧電トラン
ス５０をその固有共振周波数近傍で駆動・発振部１０と
ＭＯＳＦＥＴ２１で駆動して、出力電圧ＶOを発生させ
ている。図８はこの回路の効率の負荷抵抗依存性を、図
９は出力電圧の負荷抵抗依存性を示したものである。図
８より、負荷抵抗値の高い領域と低い領域で効率は大き
く低下していることが分かる。この時、主に効率を低下
させているつまり主な損失を生じている部分は圧電トラ
ンスである。このような負荷開放（負荷抵抗の高い領
域）あるいは負荷短絡に近い領域（負荷抵抗値の低い領
域）で長時間使用すると、薄型化した圧電トランスでは
損失の増大に耐えられず、素子が破断する場合がある。
図９に示したように圧電トランス式電力変換器の出力電
圧ＶOは負荷抵抗が大きいほど高くなる。
の従来例を図７に示す。この回路はインダクタ３０、Ｍ
ＯＳ型電界効果トランジスタ（以下ＭＯＳＦＥＴと記
す、逆方向ダイオードを内蔵する）２１、圧電トランス
５０により、Ｅ級増幅回路が構成されている。Ｅ級増幅
回路は１９７５年に米国のＮ．Ｏ．Ｓｏｋａｌらにより
提案されたもので、この回路はコロナ社発行 原田耕介
著「スイッチングコンバータの基礎」の１３２ページか
ら１３５ページに説明されているように、最適Ｅ級動作
または準Ｅ級動作を行う。図７の回路では、圧電トラン
ス５０をその固有共振周波数近傍で駆動・発振部１０と
ＭＯＳＦＥＴ２１で駆動して、出力電圧ＶOを発生させ
ている。図８はこの回路の効率の負荷抵抗依存性を、図
９は出力電圧の負荷抵抗依存性を示したものである。図
８より、負荷抵抗値の高い領域と低い領域で効率は大き
く低下していることが分かる。この時、主に効率を低下
させているつまり主な損失を生じている部分は圧電トラ
ンスである。このような負荷開放（負荷抵抗の高い領
域）あるいは負荷短絡に近い領域（負荷抵抗値の低い領
域）で長時間使用すると、薄型化した圧電トランスでは
損失の増大に耐えられず、素子が破断する場合がある。
図９に示したように圧電トランス式電力変換器の出力電
圧ＶOは負荷抵抗が大きいほど高くなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前述のように圧電トラ
ンス式電力変換器では、圧電トランスの損失が増大する
例えば誤って負荷をはずしたり、冷陰極管の寿命末期と
なった場合等の負荷開放あるいは負荷短絡に近い領域で
長時間使用した場合、圧電トランスが破損する問題点が
生じた。
ンス式電力変換器では、圧電トランスの損失が増大する
例えば誤って負荷をはずしたり、冷陰極管の寿命末期と
なった場合等の負荷開放あるいは負荷短絡に近い領域で
長時間使用した場合、圧電トランスが破損する問題点が
生じた。
【０００７】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、圧電トランス式電力変換器の負荷が開放ある
いは短絡に近い領域となった場合を検出し、圧電トラン
スの破損防止の動作を行う圧電トランス式電力変換器を
提供することである。
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、圧電トランス式電力変換器の負荷が開放ある
いは短絡に近い領域となった場合を検出し、圧電トラン
スの破損防止の動作を行う圧電トランス式電力変換器を
提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決するために、入力電力検出手段と、前記入力電力検
出手段により作動する入力電力制限手段とを備えたこと
を特徴とする圧電トランス式電力変換器である。
解決するために、入力電力検出手段と、前記入力電力検
出手段により作動する入力電力制限手段とを備えたこと
を特徴とする圧電トランス式電力変換器である。
【０００９】本発明は、負荷が開放あるいは短絡に近い
領域では圧電トランス式電力変換器の入力電力が増大す
る特性を用い、このような負荷状態を入力電力で検出
し、入力電力を制限することにより、圧電トランスの損
失増大を制限して破損を防止するものである。
領域では圧電トランス式電力変換器の入力電力が増大す
る特性を用い、このような負荷状態を入力電力で検出
し、入力電力を制限することにより、圧電トランスの損
失増大を制限して破損を防止するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る圧電トランス
式電力変換器の実施例を示す回路図である。以下、この
実施例について説明する。図２は既述した圧電トランス
式電力変換器の入力電力の負荷抵抗依存性を示したもの
である。このように負荷抵抗が開放あるいは短絡に近い
領域では、効率の高い負荷抵抗の領域（数十ｋΩ）に比
べて入力電力Ｗ1（＝Ｖ1×Ｉ1）が２倍以上に増大す
る。従って、入力電力Ｗ1を検出することにより、負荷
６０の開放あるいは短絡に近い状態を検出することがで
きる。例えば、一定の入力電圧Ｖ1が供給されている場
合には、入力電流Ｉ1を検出して入力電力を判断するこ
とができる。入力電力の増大を検出した場合、入力電力
制限部９０を作動させて入力電力を制限し、圧電トラン
スの損失増大を防いで破損を防止する。入力電力制限部
９０には図３に示すチョッパー制御回路、あるいは図４
に示すドロッパー制御回路が用いられる。チョッパー制
御回路では、入力電流検出手段９５により入力電流Ｉ1
の増大を検出したら、制御手段９２によりＭＯＳＦＥＴ
９１のオン比率を減少させて電圧Ｖ1を低下させ、入力
電力Ｗ1を制限する。ドロッパー制御回路の場合には、
入力電流検出手段９５により入力電流Ｉ1の増大を検出
したら、制御手段９７によりトランジスタ９６のベース
電流ＩBを減少させて電圧Ｖ1を低下させ、入力電力Ｗ1
を制限する。図３のチョッパー制御回路は降圧型の例で
あるが、供給電圧ＶINの仕様によっては、別の公知技術
である昇圧型あるいは反転型のチョッパー制御回路を用
いる。
式電力変換器の実施例を示す回路図である。以下、この
実施例について説明する。図２は既述した圧電トランス
式電力変換器の入力電力の負荷抵抗依存性を示したもの
である。このように負荷抵抗が開放あるいは短絡に近い
領域では、効率の高い負荷抵抗の領域（数十ｋΩ）に比
べて入力電力Ｗ1（＝Ｖ1×Ｉ1）が２倍以上に増大す
る。従って、入力電力Ｗ1を検出することにより、負荷
６０の開放あるいは短絡に近い状態を検出することがで
きる。例えば、一定の入力電圧Ｖ1が供給されている場
合には、入力電流Ｉ1を検出して入力電力を判断するこ
とができる。入力電力の増大を検出した場合、入力電力
制限部９０を作動させて入力電力を制限し、圧電トラン
スの損失増大を防いで破損を防止する。入力電力制限部
９０には図３に示すチョッパー制御回路、あるいは図４
に示すドロッパー制御回路が用いられる。チョッパー制
御回路では、入力電流検出手段９５により入力電流Ｉ1
の増大を検出したら、制御手段９２によりＭＯＳＦＥＴ
９１のオン比率を減少させて電圧Ｖ1を低下させ、入力
電力Ｗ1を制限する。ドロッパー制御回路の場合には、
入力電流検出手段９５により入力電流Ｉ1の増大を検出
したら、制御手段９７によりトランジスタ９６のベース
電流ＩBを減少させて電圧Ｖ1を低下させ、入力電力Ｗ1
を制限する。図３のチョッパー制御回路は降圧型の例で
あるが、供給電圧ＶINの仕様によっては、別の公知技術
である昇圧型あるいは反転型のチョッパー制御回路を用
いる。
【００１１】本発明の負荷６０が開放に近い状態での効
果の例を示す。ここで、供給電圧ＶINはＤＣ１０Ｖ、負
荷６０の抵抗値は１０ＭΩ、圧電トランス５０は長さ２
０ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ１．４ｍｍ、駆動部１５層の積
層型、インダクタ３０のインダクタンスは５５μＨ、励
振周波数は約８５ｋＨｚである。また、入力電力制限部
９０はドロッパー制御回路を用いた。表１は入力電流制
限値による出力電圧ＶOの差異を示したものである。こ
のように、入力電流制限値を小さくすることにより、出
力電圧ＶOを低下させることができる。図９に示したよ
うに圧電トランス式電力変換器の出力電圧ＶOは負荷抵
抗値が大きいほど高くなるため、本測定のように負荷抵
抗１０ＭΩでは、負荷開放に近い状態であり、入力電流
制限が不十分な場合は、極めて高い出力電圧ＶOが発生
して圧電トランスは破断するが、入力電流制限値を適切
に選ぶことにより、このような破損を防止できる。
果の例を示す。ここで、供給電圧ＶINはＤＣ１０Ｖ、負
荷６０の抵抗値は１０ＭΩ、圧電トランス５０は長さ２
０ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ１．４ｍｍ、駆動部１５層の積
層型、インダクタ３０のインダクタンスは５５μＨ、励
振周波数は約８５ｋＨｚである。また、入力電力制限部
９０はドロッパー制御回路を用いた。表１は入力電流制
限値による出力電圧ＶOの差異を示したものである。こ
のように、入力電流制限値を小さくすることにより、出
力電圧ＶOを低下させることができる。図９に示したよ
うに圧電トランス式電力変換器の出力電圧ＶOは負荷抵
抗値が大きいほど高くなるため、本測定のように負荷抵
抗１０ＭΩでは、負荷開放に近い状態であり、入力電流
制限が不十分な場合は、極めて高い出力電圧ＶOが発生
して圧電トランスは破断するが、入力電流制限値を適切
に選ぶことにより、このような破損を防止できる。
【表１】
【００１２】冷陰極管駆動用の圧電トランス式電力変換
器では、冷陰極管点灯前は負荷開放に近い状態となる。
この場合は、冷陰極管は定常状態（点灯状態）の管電圧
の２〜３倍程度の電圧を印加すれば低温時でも点灯する
ことから、このような出力電圧が出せる程度の入力電流
制限値に設定して、圧電トランスの破断を防止できる。
器では、冷陰極管点灯前は負荷開放に近い状態となる。
この場合は、冷陰極管は定常状態（点灯状態）の管電圧
の２〜３倍程度の電圧を印加すれば低温時でも点灯する
ことから、このような出力電圧が出せる程度の入力電流
制限値に設定して、圧電トランスの破断を防止できる。
【００１３】電子機器に直流電圧を供給するＤＣ−ＤＣ
コンバータに本発明を適用した実施例を図５に示す。こ
こで、圧電トランス５０の交流出力を整流ダイオード１
１１、１１２と平滑コンデンサ１２０で直流に変換して
いる。出力電圧検出部７１により直流出力電圧ＶODを検
出し、この検出電圧に基ずき周波数可変部８０で駆動周
波数を可変し、駆動部１１を介して主スイッチであるＭ
ＯＳＦＥＴ２１を駆動している。この場合も前述の例と
同じく、入力電力制限部９０を設けて負荷６５の開放あ
るいは短絡に近い状態を検出して入力電力の増大を防
ぎ、圧電トランスの破損を防止している。
コンバータに本発明を適用した実施例を図５に示す。こ
こで、圧電トランス５０の交流出力を整流ダイオード１
１１、１１２と平滑コンデンサ１２０で直流に変換して
いる。出力電圧検出部７１により直流出力電圧ＶODを検
出し、この検出電圧に基ずき周波数可変部８０で駆動周
波数を可変し、駆動部１１を介して主スイッチであるＭ
ＯＳＦＥＴ２１を駆動している。この場合も前述の例と
同じく、入力電力制限部９０を設けて負荷６５の開放あ
るいは短絡に近い状態を検出して入力電力の増大を防
ぎ、圧電トランスの破損を防止している。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、圧電トランス式電力変
換器の負荷開放あるいは負荷短絡の状態での入力電力を
制限することにより、圧電トランスの過大な損失状態を
防いで圧電トランスの破損を防止できる。また、高電圧
出力では危険な高電圧部に検出手段を設けることなく、
入力電力で負荷状態を検出できることから、信頼度の高
い圧電トランスの破損防止手段となる。
換器の負荷開放あるいは負荷短絡の状態での入力電力を
制限することにより、圧電トランスの過大な損失状態を
防いで圧電トランスの破損を防止できる。また、高電圧
出力では危険な高電圧部に検出手段を設けることなく、
入力電力で負荷状態を検出できることから、信頼度の高
い圧電トランスの破損防止手段となる。
【図１】本発明に係る圧電トランス式電力変換器の実施
例を示す回路図である。
例を示す回路図である。
【図２】圧電トランス式電力変換器の入力電力の負荷抵
抗依存性を示す特性図である。
抗依存性を示す特性図である。
【図３】入力電力制限部に用いられるチョッパー制御の
回路図である。
回路図である。
【図４】入力電力制限部に用いられるドロッパー制御の
回路図である。
回路図である。
【図５】本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータの実施例を
示す回路図である。
示す回路図である。
【図６】ローゼン型圧電トランスの動作原理を示す説明
図である。
図である。
【図７】圧電トランス式電力変換器の従来例を示す回路
図である。
図である。
【図８】圧電トランス式電力変換器の効率の負荷抵抗依
存性を示す特性図である。
存性を示す特性図である。
【図９】圧電トランス式電力変換器の出力電圧の負荷抵
抗依存性を示す特性図である。
抗依存性を示す特性図である。
１０ 駆動・発振部、 １１ 駆動部、 ２０、２１、
９１ ＭＯＳＦＥＴ ３０ インダクタ、 ５０ 圧電トランス、 ６０、６
５ 負荷、７０ 出力電流検出部、 ８０ 周波数可変
発振部、９０ 入力電力制限部、９２、９７ 制御手
段、 ９３ フライホイールダイオード、９５ 入力電
流検出手段、 ９６ トランジスタ、１１１、１１２
整流ダイオード、 １２０ 平滑コンデンサ。
９１ ＭＯＳＦＥＴ ３０ インダクタ、 ５０ 圧電トランス、 ６０、６
５ 負荷、７０ 出力電流検出部、 ８０ 周波数可変
発振部、９０ 入力電力制限部、９２、９７ 制御手
段、 ９３ フライホイールダイオード、９５ 入力電
流検出手段、 ９６ トランジスタ、１１１、１１２
整流ダイオード、 １２０ 平滑コンデンサ。
Claims (2)
- 【請求項１】 入力電力検出手段と、前記入力電力検出
手段により作動する入力電力制限手段とを備えたことを
特徴とする圧電トランス式電力変換器。 - 【請求項２】 前記入力電力検出手段が入力電流を検出
し、前記入力電力制限手段が入力電圧を制限することを
特徴とする請求項１に記載の圧電トランス式電力変換
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7307342A JPH09148645A (ja) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | 圧電トランス式電力変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7307342A JPH09148645A (ja) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | 圧電トランス式電力変換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09148645A true JPH09148645A (ja) | 1997-06-06 |
Family
ID=17967969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7307342A Pending JPH09148645A (ja) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | 圧電トランス式電力変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09148645A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7397187B2 (en) | 2003-09-04 | 2008-07-08 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Plasma display panel with electrode configuration |
| CN108352438A (zh) * | 2015-11-12 | 2018-07-31 | 埃普科斯股份有限公司 | 操控电路和用于操控压电变压器的方法 |
-
1995
- 1995-11-27 JP JP7307342A patent/JPH09148645A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7397187B2 (en) | 2003-09-04 | 2008-07-08 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Plasma display panel with electrode configuration |
| CN108352438A (zh) * | 2015-11-12 | 2018-07-31 | 埃普科斯股份有限公司 | 操控电路和用于操控压电变压器的方法 |
| JP2020099196A (ja) * | 2015-11-12 | 2020-06-25 | ティーディーケイ・エレクトロニクス・アクチェンゲゼルシャフトＴｄｋ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ａｇ | 圧電トランスの駆動回路および圧電トランスを駆動するための方法 |
| CN108352438B (zh) * | 2015-11-12 | 2022-04-15 | 埃普科斯股份有限公司 | 操控电路和用于操控压电变压器的方法 |
| US11362259B2 (en) | 2015-11-12 | 2022-06-14 | Epcos Ag | Control circuit and method for controlling a piezoelectric transformer |
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