JPH099640A - 圧電インバータの過電圧保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 無負荷状態等による圧電トランス１の異常な
出力の増加を確実に検出し、しかも効率の低下のない圧
電インバータの過電圧保護回路を提供する。 【構成】 負荷ＲＬに流れる電流ＩＬを電流検出手段８
により検出し、この電流検出手段８からの信号により圧
電トランス１に加えられる周波数を調節する制御手段１
１を有する圧電インバータにおいて、負荷ＲＬおよび電
流検出手段８と並列に所定の電圧でサージ電流が流れる
サージクランパー９を接続することとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷陰極管の駆動装置や
テレビジョン受像器、電子複写機等の高圧発生装置に使
用される圧電トランスを用いた回路、特に無負荷等の高
圧発生時に回路を保護する圧電インバータの過電圧保護
回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電トランス１を用いた圧電インバータ
は極めて効率良く１０００Ｖ以上の高い電圧を発生し得
るため、冷陰極管等の高電圧を必要とする負荷ＲＬを駆
動する電源回路に近年多く用いられている。しかしなが
ら、圧電トランス１は高圧発生のための能力が優れてい
るために、その制御を誤ると予定外の高電圧を発生し、
圧電トランス１自体の破損や、リーク電流による電源基
板の焼損等の事故を生ずることがある。かかる事故を防
ぐため、圧電インバータの過電圧保護回路として、例え
ば図５に示す回路が提案されていた。図において１は圧
電トランス、２は入力信号の積分を出力する積分器、３
は入力電圧に応じて発振周波数を変化させるＶ−Ｆコン
バータ、４は過電圧保護回路、７は駆動回路、８は電流
検出回路、ＲＬは冷陰極管等の負荷である。

【０００３】次に、この回路の動作について図５、６を
参照しつつ説明する。図６は圧電トランス１の動作特性
の一例を示したもので、図から明らかなように特定の周
波数に共振点を有する山形の曲線を示し、通常はこの山
の右側の傾斜を使用して動作させる。

【０００４】ここで、安全性等の面からＶ−Ｆコンバー
タ３の出力周波数の初期値は、圧電トランスの出力電圧
が、低電圧のＶａとなる周波数ｆａに設定されている。
そして負荷である冷陰極管の駆動を開始すると、積分器
２に設定されている電圧と電流検出手段８により検出さ
れた電流に対応した電圧とが比較され、所定の出力を生
ずるようＶ−Ｆコンバータ３の周波数を下げる方向に動
作する。圧電トランス１の共振点より右側の周波数であ
れば、周波数が低下するのに比例して出力が増大する。
このようにして圧電トランス１の出力が順次増大して行
き、冷陰極管の点灯電圧Ｖｂに達すると、冷陰極管が点
灯する。この時負荷抵抗は大から小に移行し、電圧はＶ
ｃとなる。

【０００５】しかしながら、この時点ではまだ負荷電流
は十分でないため、電流検出手段８の電圧は低く、さら
にＶ−Ｆコンバータ３の出力周波数は低下し、所定の輝
度を与える負荷電流が流れる出力電圧で安定する。

【０００６】ここで、負荷ＲＬを接続しない状態で回路
を動作させると、圧電トランス１の負荷インピーダンス
は見かけ上無限大となるため、圧電トランス１の昇圧比
は増大する。また通常、電流検出手段８において負荷電
流ＩＬを検出抵抗Ｒで検出し、整流ダイオードＤ2 によ
り得られる電圧は、負荷電流ＩＬが流れないため０Ｖと
なり、積分器２の出力はＶ−Ｆコンバータ３の出力周波
数をさらに低くするように動作する。

【０００７】そして、この圧電トランス１の出力と接地
線との間に直列接続されている分圧抵抗Ｒa，Ｒb の中
間点にもこの出力電圧に比例した電圧が現れる。この分
圧抵抗Ｒa，Ｒb は圧電トランス１が無負荷状態のとき
に所定の電圧が得られるように分圧比を設定してある。
分圧された電圧は検出ダイオードＤ3 により直流に変換
されるとともに、ダイオードＤ３の順方向電圧降下を受
ける。従って、通常負荷ＲＬが接続されている状態では
印加されない電圧が、無負荷状態になると検出ダイオー
ドＤ3 から積分器２に対して与えられることになる。こ
の電圧によりＶ−Ｆコンバータ３は周波数を高くする方
向に動作し、圧電トランス１の出力電圧は低下し、回路
は保護される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
保護回路は負荷ＲＬに生じた高圧を分圧抵抗Ｒa，Ｒbで
検出していたが、圧電トランス１に発生する電圧が高圧
であるため、分圧抵抗Ｒa，Ｒb の値も大きくなり、基
板の寄生容量の影響等を受けやすく、誤動作する恐れが
あった。また、誤動作を防止するため分圧抵抗Ｒa，Ｒb
の値を小さくすると、不要な電流を消費してしまい、
効率が低下するという問題があった。

【０００９】この発明はかかる点に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、無負荷状態等による圧電
トランスの異常な出力の増加を確実に検出し、しかも効
率の低下のない圧電インバータの過電圧保護回路を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、圧電トランス１の負荷ＲＬと並列にサージク
ランパー９を接続することとした。

【００１１】また、負荷ＲＬに流れる電流ＩＬを電流検
出手段８により検出し、この電流検出手段８からの信号
により圧電トランス１に加えられる周波数を調節する制
御手段１１を有する圧電インバータにおいて、負荷ＲＬ
および電流検出手段８と並列に所定の電圧でサージ電流
が流れるサージクランパー９を接続することとした。

【００１２】

【作用】圧電トランス１の負荷ＲＬと並列にサージクラ
ンパー９を接続することにより、圧電トランス１に発生
した異常高圧をサージクランパー９でカットし、高電圧
によるリーク電流や圧電トランス１の破損を防止でき
る。

【００１３】また、圧電インバータの制御手段１１は電
流検出手段８により負荷ＲＬに流れる電流を検出し、所
定の電力が得られるように圧電トランス１の駆動周波数
を調節する。したがって、前記負荷ＲＬと電流検出手段
８に並列にサージクランパー８を接続すれば、圧電トラ
ンス１の出力電圧が異常に増大しても、負荷ＲＬに印加
される高圧をカットすると共に、サージ電流が流れるこ
とにより負荷インピーダンスは低下し、圧電トランス１
の出力は低下する。また電流検出手段８で検出される負
荷電流ＩＬはゼロあるいは低い値であるため、見かけの
出力が減少する。これにより、制御手段８の出力周波数
は圧電トランス１の共振点を越えて増大し、結果として
圧電トランス１の出力の低い周波数で飽和し、安定す
る。

【００１４】

【実施例】次に、本発明の代表的な実施例について説明
する。図１は本発明にかかる圧電インバータの基本構成
を示すブロック図である。図において１１は圧電トラン
ス１の制御手段で、この制御手段１１は主に積分器２と
Ｖ−Ｆコンバータ３により構成されている。

【００１５】７は駆動回路で例えば１コンバータタイプ
のスイッチング電源を構成している。１は圧電トラン
ス、ＲＬは冷陰極管等の負荷、８は負荷電流を検出する
電流検出手段、９は所定の電圧でサージ電流が流れ、電
圧を制限するサージクランパーで例えばバリスター、ツ
ェナーダイオード等の半導体素子で構成される。

【００１６】次に、このような構成の圧電インバータの
動作を図２を参照しつつ説明する。図２は圧電トランス
１の動作特性を示したグラフで、縦軸は昇圧比、横軸は
周波数を表している。また各曲線Ｓ１〜３はそれぞれ負
荷である冷陰極管の点灯前（Ｓ１）、点灯後（Ｓ２）、
サージクランパー９が導通した後（Ｓ３）の特性を表し
ている。

【００１７】図１において、制御手段１１の積分器２は
輝度設定電圧Ｖ１が入力されると共に、後述する電流検
出手段８からの信号が入力され、両者の差の積分が出力
される。つまり、輝度設定電圧と電流検出手段８からの
信号のレベルが等しくなるまでは積分器２は前記２信号
の差を出力する。この積分器２の出力はＶ−Ｆコンバー
タ３に入力されるが、Ｖ−Ｆコンバータ３には予め初期
値、つまり圧電トランス１の出力が低出力Ｖａとなる周
波数ｆａを与える電圧Ｖ２０が設定されていて、その後
積分器２の出力Ｖ２に対応した周波数ｆを出力する。

【００１８】Ｖ−Ｆコンバータ３の出力は駆動手段７に
入力され、駆動手段７はこの周波数に応じた電圧Ｖ３で
あって、同一周波数の電圧を圧電トランス１に与える。
圧電トランス１では入力周波数に応じて昇圧した電圧Ｖ
４を発生し、負荷ＲＬを駆動する。負荷ＲＬに流れる負
荷電流ＩＬは電流検出手段９により検出され、電圧信号
に変換されて積分器２に入力される。このように回路が
安定であれば電流検出手段８の利得をｋとおくと、負荷
電流ＩＬが輝度設定電圧Ｖ１に対して、ＩＬ＝Ｖ１／ｋ
となるよう動作する。

【００１９】このようにして、初期状態において曲線Ｓ
１の低出力電圧Ｖａに対応した高い周波数であるｆａか
ら、順次周波数を下げて出力電圧を増大させて行き、周
波数ｆｂ、電圧Ｖｂに達すると冷陰極管が点灯し、動作
は曲線Ｓ２に移行し負荷インピーダンスが変化し出力電
圧Ｖａとなり、さらに所定の輝度（Ｖ１）を与える出力
まで増加し、設定されている輝度の周波数ｆｄ、電圧Ｖ
ｄにて安定する。

【００２０】ここで例えば負荷ＲＬが開放し、無負荷状
態となると圧電トランス１の負荷インピーダンスは見か
け上無限大となり、負荷電流ＩＬは流れず、曲線Ｓ１に
おいて圧電トランス１の出力電圧は冷陰極管の点灯電圧
Ｖｂを越えて増大し、設計値を越えた高圧が発生する。
そして前記負荷ＲＬと電流検出手段８にはサージクラン
パー９が並列に接続されているため、サージクランパー
９にもこの電圧が印加されることとなる。

【００２１】このサージクランパー９は所定の電圧でサ
ージ電流が流れ、その電圧以上に電圧が上昇するのを抑
制する。このため、圧電トランス１の出力が異常に上昇
してサージクランパー９の導通点である周波数ｆｅ、電
圧Ｖｅに達すると、このサージクランパー９が導通し、
電圧を制限すると共に、サージ電流が流れることで負荷
インピーダンスが低下して曲線Ｓ３に移行し、圧電トラ
ンス１の出力電圧は低下する。

【００２２】また、この時積分器２は電流検出手段８か
らの入力がゼロあるいは低い値であるため、制御手段１
１はその出力を上昇させるよう周波数を低くし続け、圧
電トランス１の見かけの共振点を越えて出力周波数は低
下して飽和レベルにまで達し、圧電トランス１の出力は
曲線Ｓ３の左側の低下した状態で安定する。なお、前記
積分器２の出力レベルを検出して所定のレベルでＶ−Ｆ
コンバータ３の発振を停止させることも可能であり、あ
るいは，Ｖ−Ｆコンバータ３の動作自体が低周波側にシ
フトすると発振を停止してしまうものもあり、これによ
りさらに確実に回路は保護される。

【００２３】図３はこのような圧電トランス１の出力電
圧Ｖ４と積分器２の出力電圧Ｖ２との関係を示した図
で、縦軸は電圧、横軸は時間の変化を表している。時刻
ｔ１にて電源が投入されると、圧電トランス１の出力は
急激に上昇し、積分器２の出力も初期状態Ｖｒから上昇
する。時刻ｔ２で冷陰極管の点灯電圧Ｖｂに達すると冷
陰極管が点灯し、負荷インピーダンスの低下により出力
電圧も低下し、所定の出力を得られる電圧Ｖｄで安定す
る。すなわち、図中Ａで示した領域が点灯までの領域
で、Ｂで示した領域が点灯後の安定領域である。

【００２４】次に、時刻ｔ３で冷陰極管の破損等により
負荷ＲＬがオープン状態になると、圧電トランス１の出
力は急激に上昇し、積分器２の出力Ｖ２も上昇して行
く。圧電トランス１の出力電圧Ｖ４が、サージクランパ
ーの導通電圧Ｖｅに達すると、サージ電流が流れ、出力
電圧は導通電圧Ｖｅでクリップする。この時積分器２の
出力Ｖ２は上昇を続け、飽和電圧Ｖｄｅｔに達し安定す
る。また、圧電トランスの出力も負荷インピーダンスの
低下、共振点の通過により減少し、さらに積分器２の飽
和による発振停止により、ゼロになる。

【００２５】次に、本発明の実施例である圧電インバー
タのより具体的な回路構成例を図４に示す。図の回路の
基本的な構成は図１と同一であり、同一構成要素には同
一符号を付し説明を省略する。図中７は圧電トランス１
の駆動回路であって、スイッチング用トランスＴの１次
側の端子５，６間に加えられる直流電流をスイッチング
素子Ｑにてオン／オフし、トランスＴの二次側に現れる
前記オン／オフ周期と、同一周波数の電圧を圧電トラン
ス１の入力端子に加えるものである。

【００２６】圧電トランス１の出力端子にはそれぞれ、
負荷ＲＬとサージクランパー９が接続されていて、前記
負荷ＲＬの他端は電流検出手段８を介して、サージクラ
ンパー９の他端と共にコモンラインに接続される。この
コモンラインは、トランスＴの２次側と逆起電力吸収用
のダイオードＤ１を介して１次側に接続されると共に、
端子６に接続されている。また、前記電流検出手段８
は、負荷ＲＬの他端とコモンライン間に直列に抵抗Ｒを
接続し、この抵抗Ｒの負荷ＲＬ側から順方向に接続され
たダイオードＤ１により積分器２の入力の一方に接続さ
れている。このようにして負荷電流ＩＬを抵抗Ｒの電圧
降下として取り出しダイオードＤ１で整流して積分器２
に入力する。

【００２７】また、前記スイッチング素子Ｑのオン／オ
フ周期は制御手段１１の積分器２、Ｖ−Ｆコンバータ３
により制御されるが、これらの制御方法、制御回路は１
コンバータ方式の制御回路（例えばこれらは専用のＩＣ
や、ＣＰＵを用いた制御回路でも容易に構成できる）と
して周知のものであり、その詳細な説明は省略する。

【００２８】以上のように、圧電インバータの負荷ＲＬ
と電流検出回路８に直列にサージクランパー９を接続し
たので、簡単な構成で確実に動作し、低コストな、しか
も効率の低下もない保護回路となっている。

【００２９】なお、上記実施例において１コンバータ方
式で、積分器１とＶ−Ｆコンバータを使用したインバー
タ回路を示したが、これに限定するものではなく、他の
圧電トランス１を駆動するための回路でも本発明を適用
可能である。この場合、圧電トランス１の周波数を低周
波側にシフトさせる構成とせず、単に圧電トランス１に
並列にサージクランパー９を接続するだけでも、電圧は
制限されるので圧電トランス１や電源回路の保護に有効
である。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、簡単な構
成で確実に動作し、低コストな、しかも効率の低下もな
い圧電インバータの過電圧保護回路を提供することが可
能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である圧電インバータの基本
構成を示すブロック図である。

【図２】圧電トランスの動作特性をグラフに示した図で
ある。

【図３】圧電トランスの出力電圧と積分器の出力電圧の
関係を示した図である。

【図４】本発明にかかるインバータ回路のより具体的な
構成を示した図である。

【図５】従来の圧電インバータの保護回路を示した図で
ある。

【図６】従来の回路における圧電トランスの動作を示し
た図である。

【符号の説明】

１ 圧電トランス ２ 積分器 ３ Ｖ−Ｆコンバータ ４ 過電圧保護回路 ５，６ ＤＣ入力端子 ７ 駆動手段 ８ 電流検出手段 ９ サージクランパー １１ 制御手段 ＲＬ 負荷 Ｑ スイッチング素子 Ｔ トランス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電トランスの負荷と並列にサージクラ
   ンパーを接続したことを特徴とする圧電インバータの過
   電圧保護回路。
2. 【請求項２】 負荷に流れる電流を電流検出手段により
   検出し、この電流検出手段からの信号により圧電トラン
   スに加えられる周波数を調節する制御手段を有する圧電
   インバータにおいて、 負荷と電流検出手段に並列に所定の電圧でサージ電流が
   流れるサージクランパーを接続したことを特徴とする圧
   電インバータの過電圧保護回路。