JPH1075576A

JPH1075576A - 圧電トランスの制御回路

Info

Publication number: JPH1075576A
Application number: JP8228458A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Fujimura; 健藤村; Katsuyuki Ishikawa; 勝之石川; Masaaki Toyama; 正明外山
Original assignee: Nihon Cement Co Ltd
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 1998-03-17

Abstract

(57)【要約】【課題】駆動する冷陰極管の調光範囲が広く、安定し
た輝度を得られる圧電トランスの制御回路の提供する。【解決手段】圧電トランス１を駆動する駆動回路４
に、電源電圧としてパルス電源回路３からパルス電圧を
印加する。その印加に際、パルス電源回路３は、パルス
電圧のＬｏｗ期間を変化させる、或は１周期の期間を固
定してデューティ比を調整することにより、駆動回路４
は間欠的に動作する。これにより圧電トランス１が出力
電圧を発生させ、負荷２である冷陰極管を点灯させる。
駆動回路４に入力する発振回路３の発振信号の振幅及び
パルス電源回路３の駆動電圧の振幅は、それぞれ所定の
値として変化させない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極管の駆動装
置に使用して好適な圧電トランスの制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、持ち運びの容易なノート型パーソ
ナルコンピュータ等には、その表示装置として液晶表示
器が広く用いられている。この液晶表示装置の内部に
は、液晶表示パネルを背照すべく、所謂バックライトと
して冷陰極管が備えられており、その冷陰極管を点灯さ
せるには、電池等の直流低電圧から点灯開始時1000Ｖrm
s以上、定常点灯時500Ｖrms程度の交流高電圧への変換
が可能な昇圧インバータが必要とされる。従来、この昇
圧インバータの昇圧用トランスとして、巻線トランスが
使われていたが、最近では機械エネルギを介して電気変
換し昇圧を行う圧電トランスが使用されるようになりつ
つある。この圧電トランスは、出力負荷（負荷抵抗）の
大きさによって昇圧比が大きく変化するという一般には
好ましくない特性を有しているが、一方でこの負荷抵抗
への依存性が冷陰極管のインバータ電源の特性に適して
おり、液晶表示器の薄型化、高効率化の要求に応える小
型高圧電源として注目されている。このような圧電トラ
ンスの制御回路について図１を参照して説明する。

【０００３】図１は、従来例としての圧電トランスの制
御回路のブロック構成図である。

【０００４】図中、１０１は圧電トランス、１０２は圧
電トランス１０１の出力側に接続された冷陰極管等の負
荷、１０３は矩形波等の交流信号を発振する発振回路、
そして１０４は発振回路１０３の発振信号により圧電ト
ランス１０１を駆動する駆動回路である。圧電トランス
は、入力される交流電圧の周波数に対して出力電圧が山
状に大きく変化し、圧電トランスの有する共振周波数で
駆動された際、出力電圧が極大値を採ること、そして温
度や出力の負荷の大きさ（負荷抵抗）によってその共振
周波数が変化することが一般に知られている。そこで、
共振周波数と等しい発振信号を発振回路１０３より出力
し、その発振信号に基づいて駆動回路１０４により圧電
トランス１０１を駆動することにより、圧電トランス１
０１の出力側に高電圧を発生させるのが一般的である。

【０００５】前記のような構成を有する制御回路におい
て、負荷１０２として接続されている冷陰極管の輝度を
調節するには、冷陰極管に流れる管電流（負荷電流）を
変える必要が有る。そのためには、冷陰極管への印加電
圧（圧電トランス１０１の出力電圧）を調節する必要が
あり、その印加電圧を調整するには、その印加電圧の基
礎となる発振回路１０３の発振信号を調節する必要があ
る。この発振信号のｏｎ期間の面積は、圧電トランス１
０１に供給されるエネルギ量とみなせるため、そのエネ
ルギ量を変えることによって圧電トランス１０１の出力
電圧を変えることができる。そこで、従来の圧電トラン
スの制御回路では、図２及び図３に示すような手法によ
って冷陰極管の輝度を調節している。

【０００６】図２及び図３は、従来例としての冷陰極管
の輝度を調節の手法を説明する図である。

【０００７】図２に示す手法では、発振信号の振幅を変
化させることにより駆動回路から圧電トランスに供給さ
れるエネルギ量を調節し、出力電圧（の振幅）を調整し
ている。或は、図３に示す手法では、例えば特開平５−
６４４３７号や特開平７−２２０８８８号に開示されて
いるように、制御回路にＰＷＭ(パルス幅変調）回路を
設け、そのＰＷＭ回路からの信号に従って発振回路から
発振される信号のデューティ比（Ｔon／（Ｔon＋Ｔof
f））を変化させ、駆動回路から圧電トランスに供給さ
れるエネルギ量を調節することによって出力電圧（の振
幅）を調整している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の手法によって圧電トランスの出力電圧を低下させ
ることにより、負荷である冷陰極管の輝度を落としてい
くと、圧電トランスの出力電圧が冷陰極管の放電を維持
するのに必要な電圧よりも低い電圧となった場合に点灯
状態が不安定となり、人間の視覚にとってはちらつきが
問題となってしまう。従って、上記従来例の手法により
輝度の調整をすると、安定した輝度が得られる調光範囲
が狭いという問題がある。

【０００９】そこで本発明は、駆動する冷陰極管の調光
範囲が広く、安定した輝度を得られる圧電トランスの制
御回路の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的達成のため、
本発明の圧電トランスの制御回路は、以下の構成を特徴
とする。

【００１１】即ち、圧電トランスに接続された冷陰極管
を駆動する、その圧電トランスの制御回路であって、発
振信号を出力する発振手段と、前記発振手段からの発振
信号に基づいて、前記圧電トランスを駆動する駆動手段
と、前記駆動手段にパルス電圧を供給するパルス電源手
段と、を備え、前記パルス電源手段は、前記駆動手段に
供給するパルス電圧をパルス変調することにより、前記
駆動手段を間欠的に駆動することを特徴とする。これに
より、圧電トランスが駆動されて出力電圧を発生する期
間では、常に冷陰極管の放電維持電圧を越える値が発生
させる。

【００１２】更に好ましくは、前記冷陰極管に流れる電
流を検出する電流検出手段を備え、その電流検出手段に
よる検出結果に基づいて、或は、前記圧電トランスの出
力電圧を検出する出力電圧検出手段を備え、その出力電
圧検出手段による検出結果に基づいて、前記パルス電源
手段がパルス変調することを特徴とする。これにより、
冷陰極管の輝度を自動調整する。

【００１３】また、例えば、前記パルス電源手段による
パルス電圧のパルス変調は、そのパルス電圧のオフ期間
の長さ、或は、そのパルス電圧の１周期におけるデュー
ティ比を制御すればよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を参照して説明する。はじめに本発明を適用した圧電ト
ランスの制御回路の構成を説明する。

【００１５】図４は、本発明の一実施形態としての圧電
トランスの制御回路のブロック構成図である。

【００１６】図中、１は圧電トランス、２は圧電トラン
ス１の出力側に接続された冷陰極管等の負荷、３は矩形
波等の交流信号を発振する発振回路、そして４は発振回
路３の発振信号により圧電トランス１を駆動する駆動回
路である。これらの構成については従来の技術により公
知なため、詳細な説明は省略する。

【００１７】５は、パルス電源回路であり、冷陰極管の
輝度を変化させるべく駆動回路４に供給するパルス状の
電源電圧を、入力電圧Ｖｉ（本実施形態では５Ｖ）より
生成し、且つそのパルス状の電源電圧におけるパルス幅
及び間隔を制御する（詳細は後述する）。また、パルス
電源回路５には、使用者が所望する輝度設定をするため
の不図示の輝度設定手段を含むものとする。６は、負荷
電流検出回路であり、圧電トランス１の出力電圧により
負荷２に流れる負荷電流を検出する。この負荷電流検出
回路６は、負荷電流を電圧として検出する抵抗６ａと、
抵抗６ａに生じた検出電圧を直流に整流する整流回路６
ｂとを備えている。

【００１８】次に、上述の構成を備える制御回路の制御
動作を図５及び６を参照して説明する。

【００１９】図５は、本発明の一実施形態としての制御
回路の制御動作を説明する図である（最大輝度の場
合）。

【００２０】図６は、本発明の一実施形態としての制御
回路の制御動作を説明する図である（調光の場合）。

【００２１】図５及び図６において、横軸はそれぞれ時
間を示しており、縦軸はそれぞれ上から順に、パルス電
源回路５から駆動回路４に供給されるパルス電圧、発振
回路３から出力される発振信号、そして圧電トランス１
の出力電圧を示している。

【００２２】図５は、冷陰極管を最大輝度で点灯する場
合を示しており、パルス電源回路５より駆動回路４に供
給するパルス電圧を、パルス間隔を零として直流状態と
する。これにより、駆動回路４は常に動作状態となるた
め、発振回路３から得られる発振信号に応じて圧電トラ
ンス１の駆動が行われ、出力電圧が連続的に出力され
る。

【００２３】図６に示すように輝度を小さくすべく、調
光する場合は、パルス電源回路５よりあるパルス間隔を
持ったパルス状の駆動電圧を駆動回路４に供給する。こ
こで、パルス電源回路５より駆動回路４に供給されるパ
ルス電圧のＨｉｇｈ期間（Ｔhigh）は、発振回路３から
得られる発振信号の周期より十分大きいものとする（例
えば、本実施形態では、パルス電圧の周波数が１ＫＨｚ
に対し、発振信号の周波数は１００ＫＨｚ程度とし
た）。図示の如く、パルス状の駆動電圧がＬｏｗ期間
（Ｔlow）であるときは、駆動回路４には電圧が印加さ
れず動作しないため、圧電トランス１は駆動されず、出
力電圧は零である。一方、パルス電圧がＨｉｇｈ期間
（Ｔhigh）のときは、駆動回路４に電圧が印加されて動
作するため、圧電トランス１も駆動されて出力電圧が発
生する。この動作が繰り返されることにより、図５の連
続出力の状態と比較して冷陰極管（負荷２）に流れる管
電流（負荷電流）の平均値が小さくなり、輝度を低下さ
せることができる。この場合、パルス電圧におけるＬｏ
ｗ期間を更に長くすれば、冷陰極管に流れる平均管電流
はより小さくなるため、輝度は低下する。人間の視覚に
とっては、Ｈｉｇｈ期間における残像が残るためであ
る。ここで、パルス電源回路５の具体例を、図７を参照
して説明する。

【００２４】図７は、本発明の一実施形態としてのパル
ス電源回路の構成例を説明する図である。

【００２５】図中、パルス電源回路５は、直流電圧であ
る入力電圧Ｖｉをスイッチング素子５ｂにより発振回路
５ａから出力される信号に応じてオン／オフさせること
により、駆動回路４へパルス電圧を出力する。好適な実
施形態において、スイッチング素子５ｂには、ＭＯＳ−
ＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）を使用すると
よい。

【００２６】尚、パルス電圧のパルスの調整は、上記の
ようにＬｏｗ期間を変更して１周期（Ｔhigh+Ｔlow）の
期間を変更しても、１周期の期間を固定してデューティ
比を調整してもよい。

【００２７】また、本実施形態における上記の手法によ
る調光動作は、図４に示すように負荷電流検出回路６に
より検出した負荷電流を電圧に変換後にパルス電源回路
５に帰還し、その負荷電流の変化に応じてパルス電源回
路５の出力する駆動電圧のパルスを調整している。これ
により、例えば制御回路の周辺温度や圧電トランス１自
体の温度変化による圧電トランス１の共振周波数の変化
が生じ、圧電トランス１の出力電圧に変化が生じた場合
にも、冷陰極管を所定の輝度に保つことができる。この
場合、パルス電源回路５における調整動作は、前記の輝
度設定手段による使用者が所望する輝度設定が優先され
ることは言うまでもない。

【００２８】＜本実施形態の効果＞このように、駆動回
路４に入力される発振信号の振幅及び駆動電圧の振幅
は、それぞれ所定の値として変化させない。そのため、
圧電トランス１が出力電圧を発生する期間では、常に冷
陰極管の放電維持電圧を越える値に設定することができ
る。そして、駆動回路４の電源電圧をパルス電圧とし、
そのパルス電圧のＬｏｗ期間を変化させる、或は１周期
の期間を固定してデューティ比を調整して間欠的に駆動
回路４を駆動することにより、圧電トランス１から出力
電圧を間欠的に発生させれば、冷陰極管を安定した点灯
状態で保持し、且つ調光範囲を広くすることができる。

【００２９】＜実施形態の第１の変形例＞図８は、本発
明の一実施形態における第１の変形例としての圧電トラ
ンスの制御回路のブロック構成図である。

【００３０】同図において、前述の図４と構成が異なる
のは、負荷電流検出回路６の代わりに、圧電トランス１
の出力電圧を検出する出力電圧検出回路７を備えること
である。出力電圧検出回路７には、圧電トランス１の出
力とグランドの間に負荷２と並列接続された出力電圧を
取り出すための抵抗７ａ及び７ｂと、抵抗７ａ及び７ｂ
により分圧された出力電圧を直流に整流する整流回路７
ｃとを備えている。また、抵抗７ａ及び７ｂの合成抵抗
値は、１ＭΩ以上で負荷側に影響しない程度の値であ
る。この出力電圧検出回路７の出力をパルス電源回路５
に帰還し、その変化に応じてパルス電源回路５の出力す
るパルス電圧のパルスを調整している。それ以外の構成
は図４の場合と同様なため説明を省略する。

【００３１】＜実施形態の第２及び第３の変形例＞圧電
トランス１が無負荷状態になると出力電圧が急激に増大
し、周囲の実装部品や圧電トランス自体が破損する恐れ
がある。そこで、上述の実施形態を基本とし、図９及び
図１０を参照して制御回路全体や圧電トランス自身を破
損から保護することが可能な制御回路の一例を説明す
る。

【００３２】図９は、本発明の一実施形態における第２
の変形例としての圧電トランスの制御回路のブロック構
成図である。

【００３３】図１０は、本発明の一実施形態における第
３の変形例としての圧電トランスの制御回路のブロック
構成図である。

【００３４】図９及び図１０において、駆動回路４から
圧電トランス１に入力される入力電圧と、圧電トランス
１の出力電圧との位相差に着目し、圧電トランス１に接
続された負荷２が解放状態になった際の位相差の変化に
基づいて制御回路及び圧電トランス１を破壊から保護す
る。

【００３５】圧電トランスは、ある共振周波数で昇圧比
が最大となる周波数依存性を有しており、一般に、その
共振周波数で圧電トランスを駆動することにより、圧電
トランスの入力側より高電圧を得ている。ここで、圧電
トランス１に接続されている負荷２がはずれたり損傷す
る等により、圧電トランス１の出力側が開放された場
合、昇圧比が増大し非常に大きな出力電圧が生じる。ま
た、同時に入出力電圧間の位相差は、圧電トランス１の
出力側の負荷２の変化に応じて変化するという特性を有
している。この位相差の変化は、位相検出回路１１によ
り検出電圧に変換され、保護回路１０に入力されてい
る。検出電圧は、保護回路１０に入力されており、保護
回路１０では、予め設定されているしきい値と検出電圧
とを比較し、その結果に応じてパルス電源回路５から供
給するパルス電圧のパルス幅を零にするように制御すれ
ば、制御回路全体や圧電トランス自身を破損から保護す
ることも可能である。この位相検出回路１１の具体的な
回路構成について述べれば、圧電トランス１の入力電圧
及び出力電圧は、矩形波または正弦波である。そこで例
えば、これらの電圧信号をＥＸ−ＯＲ（排他的論理和）
ゲート型位相比較器に入力することにより、位相差に応
じた電圧を入手し、その電圧をコンパレータにて所定の
しきい値と比較することにより実現すればよい。それ以
外の構成は図４及び図８の場合と同様（但し、位相検出
回路１１において位相を検出するため、整流回路６ｂ，
７ｃは含まないものとする）なため、説明を省略する。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
駆動する冷陰極管の調光範囲が広く、安定した輝度を得
られる圧電トランスの制御回路の提供が実現する。

【００３７】

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例としての圧電トランスの制御回路のブロ
ック構成図である。

【図２】従来例としての冷陰極管の輝度を調節の手法を
説明する図である。

【図３】従来例としての冷陰極管の輝度を調節の手法を
説明する図である。

【図４】本発明の一実施形態としての圧電トランスの制
御回路のブロック構成図である。

【図５】本発明の一実施形態としての制御回路の制御動
作を説明する図である（最大輝度の場合）。

【図６】本発明の一実施形態としての制御回路の制御動
作を説明する図である（調光の場合）。

【図７】本発明の一実施形態としてのパルス電源回路の
構成例を説明する図である。

【図８】本発明の一実施形態における第１の変形例とし
ての圧電トランスの制御回路のブロック構成図である。

【図９】本発明の一実施形態における第２の変形例とし
ての圧電トランスの制御回路のブロック構成図である。

【図１０】本発明の一実施形態における第３の変形例と
しての圧電トランスの制御回路のブロック構成図であ
る。

【符号の説明】

１，１０１圧電トランス２，１０２負荷３，５ａ，１０３発振回路４，１０４駆動回路５パルス電源回路５ｂスイッチング素子６，６Ａ負荷電流検出回路６ａ抵抗７，７Ａ出力電圧検出回路７ａ抵抗７ｂ抵抗１０保護回路１１位相検出回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電トランスに接続された冷陰極管を駆
動する、その圧電トランスの制御回路であって、発振信号を出力する発振手段と、前記発振手段からの発振信号に基づいて、前記圧電トラ
ンスを駆動する駆動手段と、前記駆動手段にパルス電圧を供給するパルス電源手段
と、を備え、前記パルス電源手段は、前記駆動手段に供
給するパルス電圧をパルス変調することにより、前記駆
動手段を間欠的に駆動することを特徴とする圧電トラン
スの制御回路。
【請求項２】更に、前記冷陰極管に流れる電流を検出
する電流検出手段を備え、その電流検出手段による検出
結果に基づいて、前記パルス電源手段がパルス変調する
ことを特徴とする請求項１記載の圧電トランスの制御回
路。
【請求項３】更に、前記圧電トランスの出力電圧を検
出する出力電圧検出手段を備え、その出力電圧検出手段
による検出結果に基づいて、前記パルス電源手段がパル
ス変調することを特徴とする請求項１記載の圧電トラン
スの制御回路。
【請求項４】前記パルス電源手段によるパルス電圧の
パルス変調は、そのパルス電圧のオフ期間の長さを制御
することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに
記載の圧電トランスの制御回路。
【請求項５】前記パルス電源手段によるパルス電圧の
パルス変調は、そのパルス電圧の１周期におけるデュー
ティ比を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項
３の何れかに記載の圧電トランスの制御回路。
【請求項６】更に、前記電流検出手段の検出結果に基
づいて、前記圧電トランスの所定状態を検知し、前記パ
ルス電源手段によるパルス電圧のパルス幅を零にすべ
く、前記パルス電源手段を制御する保護手段を備え、前
記圧電トランス及び自制御回路を保護することを特徴と
する請求項２記載の圧電トランスの制御回路。
【請求項７】前記保護手段は、前記圧電トランスを駆動する入力電圧と前記電流検出手
段による検出結果である電圧との位相差を検出する位相
差検出回路と、前記位相差検出回路により検出した位相差の変化に基づ
いて、前記パルス電源手段によるパルス電圧のパルス幅
を零にすべく、前記パルス電源手段を制御する保護回路
と、を含み、前記保護回路は、前記圧電トランスに負荷
が接続されている状態における位相差と、無負荷状態に
おける位相差との変化に基づいて動作することを特徴と
する請求項６記載の圧電トランスの制御回路。
【請求項８】更に、前記出力電圧検出手段の検出結果
に基づいて、前記圧電トランスの所定状態を検知し、前
記パルス電源手段によるパルス電圧のパルス幅を零にす
べく、前記パルス電源手段を制御する保護手段を備え、
前記圧電トランス及び自制御回路を保護することを特徴
とする請求項３記載の圧電トランスの制御回路。
【請求項９】前記保護手段は、前記圧電トランスを駆動する入力電圧と前記出力電圧検
出手段による検出結果である電圧との位相差を検出する
位相差検出回路と、前記位相差検出回路により検出した位相差の変化に基づ
いて、前記パルス電源手段によるパルス電圧のパルス幅
を零にすべく、前記パルス電源手段を制御する保護回路
と、を含み、前記保護回路は、前記圧電トランスに負荷
が接続されている状態における位相差と、無負荷状態に
おける位相差との変化に基づいて動作することを特徴と
する請求項８記載の圧電トランスの制御回路。