JPH1094263A - Piezoelectric-transformer driving apparatus, piezoelectric transformer and liquid-crystal display device - Google Patents

Piezoelectric-transformer driving apparatus, piezoelectric transformer and liquid-crystal display device

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JPH1094263A
JPH1094263A JP8240049A JP24004996A JPH1094263A JP H1094263 A JPH1094263 A JP H1094263A JP 8240049 A JP8240049 A JP 8240049A JP 24004996 A JP24004996 A JP 24004996A JP H1094263 A JPH1094263 A JP H1094263A
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piezoelectric transformer
frequency
driving
drive
piezoelectric
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Osamu Kawasaki
修 川崎
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the generation of a high-frequency voltage at the start of a driving operation by a method wherein a driving signal is set at a specific frequency, the sweep of a driving frequency is stopped when a load current becomes a set value and the load current is controlled within a set frequency range having a definite relationship with a resonance frequency at the actual driving operation of a piezoelectric transformer. SOLUTION: A current detection circuit 7 detects an inflow current to a load (e.g. a cold- cathode fluorescent lamp) 5. At the start of a driving operation, a frequency control circuit 8 sets a driving signal to a high frequency which is within 1.1 times (preferably within 0.7 times) a resonance frequency at the actual driving operation of a piezoelectric transformer 4, it starts the sweep of a driving frequency by using the driving signal, stops the sweep of the driving signal when a load current by the current detection circuit 7 becomes a set value, and controls the load current within a set frequency range having a definite relationship with the resonance frequency at the actual driving operation of the piezoelectric transformer 4 after stop of the sweep. Thereby, it is possible to suppress the generation of a high-frequency voltage from being generated at the start of the driving operation of the piezoelectric transformer, and its driving efficiency can be increased.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電セラミック等
の圧電体の圧電効果により交流電圧の振幅値を変換する
圧電トランス駆動装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric transformer driving device for converting an amplitude value of an AC voltage by a piezoelectric effect of a piezoelectric material such as a piezoelectric ceramic.

【0002】[0002]

【従来の技術】1950年代末に開発された圧電トラン
スは、高圧電源用の昇圧トランスとして着目されて開発
が進められたが、圧電セラミック材料の破壊強度などの
材料的制約があったため大きな製品化が行われないまま
開発が中断されていた。しかし、最近、高強度圧電セラ
ミックの開発が進むとともに、ノートパソコン、電子手
帳、ゲーム機等の携帯用情報機器の小型化・薄型化の要
求が強くなるにつれ、これらの機器に搭載される液晶バ
ックライトのインバータ電源用昇圧トランス等として再
び大きく注目されている。
2. Description of the Related Art Piezoelectric transformers developed in the late 1950's have been focused on as step-up transformers for high-voltage power supplies and have been developed. However, due to material limitations such as the breaking strength of piezoelectric ceramic materials, large-scale commercialization has been achieved. Development had been suspended without any progress. However, as the development of high-strength piezoceramics has recently progressed and the demand for smaller and thinner portable information devices such as notebook computers, electronic notebooks, and game consoles has increased, the LCD back- It has attracted much attention again as a boost transformer for light inverter power supplies.

【0003】液晶バックライト用インバータは、バック
ライト光源として使用される冷陰極蛍光灯の点灯電源に
使用されるものであり、電池などによる5V、9V、1
2Vなどの直流低電圧から、点灯時1000Vrms程
度、定常時500Vrms程度の高周波高電圧への変換を
必要とする。現在、バックライト用インバータに使用さ
れている電磁式巻線トランスは、特殊コアによる横型構
造のトランスを用いることにより薄型化に対応してきて
いるが、絶縁耐圧の確保のため小型・薄型化には限度が
あり、またコアロスや細い銅線を使用することによる巻
線ロスが大きく、効率が低いという欠点がある。
An inverter for a liquid crystal backlight is used as a lighting power source for a cold cathode fluorescent lamp used as a backlight light source.
A conversion from a DC low voltage such as 2 V to a high frequency high voltage of about 1000 Vrms during lighting and about 500 Vrms during steady state is required. At present, electromagnetic winding transformers used in backlight inverters have been reduced in thickness by using transformers with a horizontal structure using a special core. There are limitations, and there is a disadvantage that the core loss and winding loss due to the use of a thin copper wire are large, and the efficiency is low.

【0004】これに対し、圧電トランスはチタン酸ジル
コン酸鉛(PZT)などの圧電セラミック材料またはニ
オブ酸リチウムなどの圧電結晶材料に1次側(入力側)
および2次側(出力側)の電極を付け、1次側電極に圧
電トランスの共振周波数近傍の交流電圧を印加して圧電
トランスを機械的に共振させ、この機械的振動を圧電効
果により変換して2次側電極から高圧発生電力として取
り出すものである。そして、電磁トランスよりも小型
化、特に薄型化を実現でき、また高変換効率を達成する
ことができるという特徴を持つ。
On the other hand, a piezoelectric transformer is made of a piezoelectric ceramic material such as lead zirconate titanate (PZT) or a piezoelectric crystal material such as lithium niobate.
And an electrode on the secondary side (output side) is applied, and an AC voltage near the resonance frequency of the piezoelectric transformer is applied to the primary side electrode to mechanically resonate the piezoelectric transformer, and this mechanical vibration is converted by the piezoelectric effect. From the secondary electrode as high-voltage generated power. In addition, it is characterized in that it can be made smaller, especially thinner than an electromagnetic transformer, and that high conversion efficiency can be achieved.

【0005】以下に、図面を参照しながら従来の圧電ト
ランス駆動装置について説明する。図16はローゼン型
圧電トランスの概観図であり、チタン酸ジルコン酸鉛
(PZT)などの圧電セラミック材料から成る矩形板に
1次側(入力側)および2次側(出力側)の電極を付け
て構成している。同図中にPで示すように、1次側電極
部は矩形板の厚さ方向に分極されており、2次側電極部
は長さ方向に分極されている。1次側電極に圧電トラン
スの共振周波数近傍の交流電圧を印加すると、圧電トラ
ンスは長さ方向に機械的振動を起こし、この機械的振動
を圧電効果により2次側電極部で高圧電圧に変換してか
ら高圧電力として取り出す。
Hereinafter, a conventional piezoelectric transformer driving device will be described with reference to the drawings. FIG. 16 is a schematic view of a Rosen type piezoelectric transformer, in which primary side (input side) and secondary side (output side) electrodes are attached to a rectangular plate made of a piezoelectric ceramic material such as lead zirconate titanate (PZT). It is composed. As shown by P in the figure, the primary side electrode portion is polarized in the thickness direction of the rectangular plate, and the secondary side electrode portion is polarized in the length direction. When an AC voltage near the resonance frequency of the piezoelectric transformer is applied to the primary electrode, the piezoelectric transformer causes mechanical vibration in the length direction, and this mechanical vibration is converted to a high voltage by the secondary electrode by the piezoelectric effect. And then take out as high voltage power.

【0006】従来から、圧電トランスの駆動方式とし
て、圧電トランスを発振回路のループの中に入れた自励
発振回路方式と、発振回路が別途設けられている他励発
振回路方式がある。自励発振回路方式は駆動効率に問題
が有り、負荷の大きな変動に追随できないなどの欠点が
あるので、最近の例では他励発振回路方式が使用される
ことが多い。図17は、図16に示したローゼン型圧電
トランスの従来の他励発振回路方式駆動回路、すなわち
従来の圧電トランス駆動装置のブロック図である。
Conventionally, as a driving method of the piezoelectric transformer, there are a self-excited oscillation circuit method in which the piezoelectric transformer is put in a loop of an oscillation circuit, and a separately-excited oscillation circuit method in which an oscillation circuit is separately provided. The self-excited oscillation circuit method has a drawback in that it has a problem in driving efficiency and cannot follow a large fluctuation of the load. Therefore, a recently-excited oscillation circuit method is often used in recent examples. FIG. 17 is a block diagram of a conventional separately-excited oscillation circuit type driving circuit of the Rosen type piezoelectric transformer shown in FIG. 16, that is, a conventional piezoelectric transformer driving device.

【0007】図17において、可変発振回路101は圧
電トランス104の共振周波数近傍の駆動交流信号を発
生し、可変発振回路101の出力信号がパルス信号の場
合には駆動周波数成分以外の高周波信号を多く含んでお
り、これらの高周波信号成分は圧電トランス104内で
損失つまり熱となり、圧電トランス104の信頼性を著
しく低下させる。そこで圧電トランス104内での損失
低減のために波形整形回路102によりほぼ正弦波に波
形整形される。波形整形回路102は簡単な場合にはロ
ーパスフィルタであり、効率を重視する場合にはバンド
パスフィルタが用いられる。波形整形回路102の出力
はドライブ回路103で圧電トランスを駆動するに充分
なレベルに電流増幅あるいは電圧増幅される。ここで、
ドライブ回路103はトランジスタから成る通常の増幅
回路のみで構成されるか、あるいは増幅回路と昇圧トラ
ンスの組み合せで構成される。ドライブ回路103の出
力は圧電トランス104で昇圧され、冷陰極蛍光灯10
5に印加され冷陰極蛍光灯105は点灯する。
In FIG. 17, a variable oscillation circuit 101 generates a driving AC signal near the resonance frequency of the piezoelectric transformer 104, and when the output signal of the variable oscillation circuit 101 is a pulse signal, many high frequency signals other than the driving frequency component are generated. And these high-frequency signal components become loss or heat in the piezoelectric transformer 104, and significantly reduce the reliability of the piezoelectric transformer 104. Therefore, the waveform is substantially shaped into a sine wave by the waveform shaping circuit 102 in order to reduce the loss in the piezoelectric transformer 104. The waveform shaping circuit 102 is a low-pass filter in a simple case, and a band-pass filter is used in a case where efficiency is emphasized. The output of the waveform shaping circuit 102 is current-amplified or voltage-amplified by a drive circuit 103 to a level sufficient to drive the piezoelectric transformer. here,
The drive circuit 103 is composed of only a normal amplifier circuit composed of a transistor or a combination of an amplifier circuit and a step-up transformer. The output of the drive circuit 103 is stepped up by the piezoelectric transformer 104, and the cold cathode fluorescent lamp 10
5, the cold cathode fluorescent lamp 105 is turned on.

【0008】ここで、圧電トランス104は温度や負荷
等の環境変化により共振周波数が変化するので、図17
に示した回路のように一定周波数で圧電トランス104
を駆動したのでは、圧電トランスの共振周波数と駆動周
波数との関係が変化してしまう。駆動周波数が圧電トラ
ンスの共振周波数から大きく離れた時には、圧電トラン
スによる電圧昇圧比が著しく低下してしまい、冷陰極蛍
光灯105に充分な電流を流すことができなくなり、冷
陰極蛍光灯105は充分な輝度を保つことができなくな
る。
Here, the resonance frequency of the piezoelectric transformer 104 changes due to environmental changes such as temperature and load.
As shown in the circuit shown in FIG.
Is driven, the relationship between the resonance frequency of the piezoelectric transformer and the drive frequency changes. When the driving frequency is far away from the resonance frequency of the piezoelectric transformer, the voltage step-up ratio by the piezoelectric transformer is remarkably reduced, so that a sufficient current cannot be supplied to the cold cathode fluorescent lamp 105. High brightness cannot be maintained.

【0009】そこで、図18に示した回路は、この圧電
トランス104の共振周波数等の特性の変化に対応した
もので、図16に示した圧電トランス104の別の従来
の駆動回路、すなわち従来の圧電トランス駆動装置のブ
ロック図である。可変発振回路101、波形整形回路1
02、ドライブ回路103、圧電トランス104などの
機能は図17に示した回路と同様である。しかし、冷陰
極蛍光灯105には直列に小さな値の帰還抵抗106が
接続され、帰還抵抗106で冷陰極蛍光灯105に流れ
る電流検出がなされている。電流に比例した帰還抵抗1
06の両端電圧は発振制御回路107に入力され、発振
制御回路107は帰還抵抗106の両端電圧が一定にな
るように、つまり冷陰極蛍光灯105に流れる電流が一
定になるように、可変発振回路101の出力信号の周波
数を制御する。この制御により冷陰極蛍光灯105はほ
ぼ一定の輝度で点灯する。
The circuit shown in FIG. 18 responds to changes in characteristics such as the resonance frequency of the piezoelectric transformer 104, and is another conventional drive circuit for the piezoelectric transformer 104 shown in FIG. It is a block diagram of a piezoelectric transformer drive device. Variable oscillation circuit 101, waveform shaping circuit 1
The functions of the drive circuit 102, the drive circuit 103, and the piezoelectric transformer 104 are the same as those of the circuit shown in FIG. However, a feedback resistor 106 having a small value is connected in series to the cold cathode fluorescent lamp 105, and the current flowing through the cold cathode fluorescent lamp 105 is detected by the feedback resistor 106. Feedback resistor 1 proportional to current
06 is input to the oscillation control circuit 107, and the oscillation control circuit 107 controls the variable oscillation circuit so that the voltage across the feedback resistor 106 is constant, that is, the current flowing through the cold cathode fluorescent lamp 105 is constant. 101 controls the frequency of the output signal. With this control, the cold-cathode fluorescent lamp 105 is turned on with almost constant luminance.

【0010】図19に示した回路も、圧電トランス10
4の共振周波数等の特性の変化に対応したもので、図1
6に示した圧電トランス104の別の従来の駆動回路、
すなわち従来の圧電トランス駆動装置のブロック図であ
る。可変発振回路101、波形整形回路102、ドライ
ブ回路103、圧電トランス104などの機能は図17
に示した回路と同様である。しかし、冷陰極蛍光灯10
5には直列に小さな値の帰還抵抗106が接続され、帰
還抵抗106で冷陰極蛍光灯105に流れる電流検出が
なされている。負荷や環境等が変化して圧電トランス1
04の共振周波数等の特性が変化した時には、冷陰極蛍
光灯105に流れる電流が変化する。そして電流に比例
した帰還抵抗106の両端電圧はパルス幅制御回路10
8に入力され、パルス幅制御回路108は、帰還抵抗1
06の両端電圧が一定になるように、つまり冷陰極蛍光
灯105に流れる電流が一定になるように、パルス幅可
変回路109で可変発振回路101の出力信号のパルス
幅を可変することにより振幅値を制御する。この制御に
より冷陰極蛍光灯105はほぼ一定の輝度で点灯する。
[0010] The circuit shown in FIG.
4 corresponds to a change in characteristics such as the resonance frequency of FIG.
6, another conventional drive circuit for the piezoelectric transformer 104 shown in FIG.
That is, it is a block diagram of a conventional piezoelectric transformer driving device. The functions of the variable oscillation circuit 101, the waveform shaping circuit 102, the drive circuit 103, and the piezoelectric transformer 104 are shown in FIG.
Is the same as the circuit shown in FIG. However, the cold cathode fluorescent lamp 10
5, a feedback resistor 106 having a small value is connected in series, and a current flowing through the cold cathode fluorescent lamp 105 is detected by the feedback resistor 106. When the load or environment changes, the piezoelectric transformer 1
When the characteristics such as the resonance frequency 04 change, the current flowing through the cold cathode fluorescent lamp 105 changes. The voltage across the feedback resistor 106 proportional to the current is applied to the pulse width control circuit 10.
8 and the pulse width control circuit 108
The pulse width of the output signal of the variable oscillation circuit 101 is varied by the pulse width variable circuit 109 so that the voltage across the terminal 06 is constant, that is, the current flowing through the cold cathode fluorescent lamp 105 is constant. Control. With this control, the cold-cathode fluorescent lamp 105 is turned on with almost constant luminance.

【0011】図20は、実駆動時における圧電トランス
のアドミッタンスの周波数特性であり、同図中の矢印は
駆動周波数の掃引方向を示し、圧電トランスは実駆動時
では駆動周波数の掃引方向により共振周波数近傍でヒス
テリシス特性を示す。この同図に斜線で示すヒステリシ
ス領域では動作が不安定になり、圧電トランスを安定に
動作させるためにはこの動作不安定領域を避けて駆動す
る必要がある。この動作不安定なヒステリシス領域を避
けて駆動した例としては、圧電素子を使用した超音波モ
ータ駆動方法の特公平5−28072(特開昭63−5
6178)があり、動作不安定領域を避けて駆動するた
めに、駆動周波数をヒステリシス領域より高い周波数か
ら下に掃引して、ヒステリシス領域より高い所定の周波
数になった時に駆動周波数の掃引を停止する駆動方法を
とっている。圧電トランスの駆動方法も同様の駆動方法
がとられ、駆動周波数をヒステリシス領域より高い周波
数から低い周波数下のに掃引して、ヒステリシス領域よ
り高い所定の周波数になった時に駆動周波数の掃引を停
止する駆動方法をとる。
FIG. 20 shows the frequency characteristics of the admittance of the piezoelectric transformer at the time of actual driving. The arrows in FIG. 20 show the sweeping direction of the driving frequency. Hysteresis characteristics are shown in the vicinity. The operation becomes unstable in a hysteresis region indicated by oblique lines in FIG. 2, and it is necessary to drive the piezoelectric transformer avoiding the unstable operation region in order to operate the piezoelectric transformer stably. An example of driving while avoiding the hysteresis region in which the operation is unstable is disclosed in Japanese Patent Publication No. 5-28072 (Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. Sho 63-5).
6178), in order to drive while avoiding the unstable operation region, the drive frequency is swept downward from a frequency higher than the hysteresis region, and when the frequency reaches a predetermined frequency higher than the hysteresis region, the sweep of the drive frequency is stopped. The driving method is adopted. The same driving method is applied to the driving method of the piezoelectric transformer, and the driving frequency is swept from a frequency higher than the hysteresis area to a lower frequency, and when the frequency becomes a predetermined frequency higher than the hysteresis area, the driving frequency is stopped. Take the driving method.

【0012】以上、圧電トランス駆動装置の従来例とし
て、他励発振回路方式の駆動装置を取り上げて説明し
た。
As described above, the drive device of the separately excited oscillation circuit system has been described as a conventional example of the piezoelectric transformer drive device.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】以上に説明したよう
に、従来の圧電トランス駆動装置は、駆動周波数を圧電
トランスが示すヒステリシス領域より高い周波数から低
い方へ掃引して、ヒステリシス領域より高い所定の周波
数になった時に駆動周波数の掃引を停止して、以後は圧
電トランスの出力電流をほぼ一定にするために、ヒステ
リシス領域より高い周波数領域で圧電トランスの駆動周
波数を可変して出力電流を制御していた。
As described above, the conventional piezoelectric transformer driving device sweeps the driving frequency from a frequency higher than a hysteresis region indicated by the piezoelectric transformer to a lower frequency, and a predetermined frequency higher than the hysteresis region. When the frequency is reached, the sweep of the drive frequency is stopped, and thereafter the output current of the piezoelectric transformer is controlled by varying the drive frequency of the piezoelectric transformer in the frequency range higher than the hysteresis region in order to keep the output current of the piezoelectric transformer almost constant. I was

【0014】しかし、従来の圧電トランス駆動方式で
は、駆動開始時に共振周波数近傍のヒステリシス領域よ
り高い周波数から駆動周波数を掃引する時に圧電トラン
スに高周波電圧が印加されるため、圧電トランスの材料
定数を劣化させ、また機械的に破壊するなどの損傷を与
える。
However, in the conventional piezoelectric transformer driving method, a high-frequency voltage is applied to the piezoelectric transformer when the driving frequency is swept from a frequency higher than a hysteresis region near the resonance frequency at the start of driving, so that the material constant of the piezoelectric transformer deteriorates. And cause damage such as mechanical destruction.

【0015】また、入力高周波電圧が圧電トランスによ
り昇圧されて圧電トランスの負荷に高圧の高周波電圧を
印加して負荷に損傷を与える、また負荷が軽いかまたは
圧電トランスの2次側が開放または開放に近いときには
昇圧された高圧の高周波電圧により圧電トランスが機械
的に破壊するという課題がある。
Further, the input high-frequency voltage is boosted by the piezoelectric transformer, and a high-frequency voltage is applied to the load of the piezoelectric transformer to damage the load. Also, if the load is light or the secondary side of the piezoelectric transformer is opened or opened. When it is near, there is a problem that the piezoelectric transformer is mechanically broken by the high voltage of the high voltage that has been boosted.

【0016】本発明は、このような従来のトランスの課
題を考慮し、駆動開始時に発生する高周波電圧の発生を
抑えて、信頼性が高く寿命が長く、駆動効率が高いとい
う条件を備えた圧電トランス駆動装置を提供することを
目的とする。
In view of the above problems of the conventional transformer, the present invention suppresses the generation of high-frequency voltage generated at the start of driving, and provides a piezoelectric device having a condition of high reliability, long life, and high driving efficiency. It is an object to provide a transformer driving device.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の1つめの実施態様は、交流信号を発生する可
変発振回路(1)と、交流信号を増幅して駆動信号とす
る駆動回路(3)と、圧電体に入力電極と出力電極を構
成した圧電トランス(4)と、出力電極につながれた負
荷(5)を有し、圧電トランスの入力電極に駆動信号を
印加して、駆動信号を昇圧して圧電トランスの出力電極
より取り出し、負荷を駆動する圧電トランス駆動装置で
あって、負荷への流入電流を検出する電流検出回路
(7)と、駆動開始時に、圧電トランスの実駆動時の共
振周波数より少なくても1.1倍以内の高い周波数に駆
動信号を設定し、駆動信号より駆動周波数の掃引を開始
し、電流検出回路による負荷電流が設定値になった時に
駆動周波数の掃引を停止し、掃引停止後は圧電トランス
の実駆動時の共振周波数と一定関係にある設定周波数範
囲内で負荷電流を制御する周波数制御回路(8)を有す
ることを特徴とし、上記目的を達成するために本発明の
2つめの実施態様は、交流信号を発生する可変発振回路
(1)と、交流信号を増幅して駆動信号とする駆動回路
(3)と、圧電体に入力電極と出力電極を構成した圧電
トランス(4)と、出力電極につながれた負荷(5)を
有し、圧電トランスの入力電極に駆動信号を印加して、
駆動信号を昇圧して圧電トランスの出力電極より取り出
し、負荷を駆動する圧電トランス駆動装置であって、負
荷への流入電流を検出する電流検出回路(7)と、駆動
開始時に、圧電トランスの実駆動時の共振周波数より高
い周波数に駆動信号を設定し、駆動信号より駆動周波数
の掃引を開始し、電流検出回路による負荷電流が設定値
になった時に駆動周波数の掃引を停止し、掃引停止後は
圧電トランスの実駆動時の共振周波数と一定関係にある
設定周波数範囲内で負荷電流を制御する周波数制御回路
(8)を有し、駆動開始時に、通常駆動時の前記駆動信
号の0.7倍以内に駆動信号の振幅を設定し、電流検出
回路による負荷電流が設定値になった時に駆動周波数の
掃引を停止するまで、駆動信号の電圧振幅を徐々に上げ
ていく制御を行う振幅制御回路(9)を有することを特
徴とし、上記目的を達成するために本発明の3つめの実
施態様は、交流信号を発生する可変発振回路(1)と、
交流信号を増幅して駆動信号とする駆動回路(3)と、
圧電体に入力電極と出力電極を構成した圧電トランス
(4)と、出力電極につながれた負荷(5)を有し、圧
電トランスの入力電極に駆動信号を印加して、駆動信号
を昇圧して前記圧電トランスの出力電極より取り出し、
負荷を駆動する圧電トランス駆動装置であって、負荷へ
の流入電流を検出する電流検出回路(7)と、駆動開始
時に、圧電トランスの実駆動時の共振周波数より高い周
波数に前記駆動信号を設定し、駆動信号より駆動周波数
の掃引を開始し、電流検出回路による負荷電流が設定値
になった時に駆動周波数の掃引を停止し、掃引停止後は
前記圧電トランスの実駆動時の共振周波数と一定関係に
ある設定周波数範囲内で負荷電流を制御する周波数制御
回路(8)を有し、駆動回路としてFET素子(31)
を用い、FET素子のゲートに抵抗素子(10)とダイ
オード(11)の並列回路を接続するか、FET素子の
ゲートとドレイン間に容量素子(12)を接続するか、
FET素子のドレインとアース間に容量素子(13)を
接続するかの少なくとも1つを採用したことを特徴と
し、上記目的を達成するために本発明の4つめの実施態
様は、交流信号を発生する可変発振回路(1)と、交流
信号を増幅して駆動信号とする駆動回路(3)と、圧電
体に入力電極と出力電極を構成した圧電トランス(4)
と、出力電極につながれた負荷(5)を有し、圧電トラ
ンスの前記入力電極に前記駆動信号を印加して、駆動信
号を昇圧して前記圧電トランスの出力電極より取り出
し、負荷を駆動する圧電トランス駆動装置であって、負
荷への流入電流を検出する電流検出回路(7)と、駆動
開始時に、圧電トランスの実駆動時の共振周波数より高
い周波数に駆動信号を設定し、駆動信号より駆動周波数
の掃引を開始し、電流検出回路による負荷電流が設定値
になった時に駆動周波数の掃引を停止し、掃引停止後は
圧電トランスの実駆動時の共振周波数と一定関係にある
設定周波数範囲内で前記負荷電流を制御する周波数制御
回路(8)を有し、駆動回路としてFET素子(31)
を用い、FET素子のドレインにインダクタンス(1
4)とコンデンサ(15)の直列回路を接続するか、F
ET素子のドレインにインダクタンス(14)のみを接
続するか、FET素子のドレインに昇圧トランス(1
6)の1次側を接続し、昇圧トランスの2次側にコンデ
ンサ(17)を接続するかの少なくとも1つを採用した
ことを特徴とする圧電トランス駆動装置を特徴とするも
のである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a variable oscillation circuit for generating an AC signal, and a driving circuit for amplifying the AC signal to generate a driving signal. A circuit (3), a piezoelectric transformer (4) having an input electrode and an output electrode formed on a piezoelectric body, and a load (5) connected to the output electrode, and applying a drive signal to the input electrode of the piezoelectric transformer; A piezoelectric transformer driving device for boosting a drive signal and extracting it from an output electrode of a piezoelectric transformer to drive a load, comprising: a current detection circuit (7) for detecting a current flowing into the load; The drive signal is set to a frequency that is at least 1.1 times higher than the resonance frequency at the time of drive, and the drive frequency starts to be swept from the drive signal. When the load current by the current detection circuit reaches the set value, the drive frequency is set. Stop sweep In order to achieve the above object, a frequency control circuit (8) for controlling a load current within a set frequency range having a fixed relationship with the resonance frequency of the piezoelectric transformer during actual driving after the stop of the sweep is provided. The second embodiment of the present invention comprises a variable oscillation circuit (1) for generating an AC signal, a drive circuit (3) for amplifying the AC signal to generate a drive signal, and an input electrode and an output electrode formed on a piezoelectric body. A piezoelectric transformer (4) and a load (5) connected to an output electrode, and applying a drive signal to an input electrode of the piezoelectric transformer,
A piezoelectric transformer driving device for boosting a drive signal and extracting it from an output electrode of a piezoelectric transformer to drive a load, comprising: a current detection circuit (7) for detecting a current flowing into the load; Set the drive signal to a frequency higher than the resonance frequency at the time of drive, start the drive frequency sweep from the drive signal, stop the drive frequency sweep when the load current by the current detection circuit reaches the set value, and after the sweep is stopped Has a frequency control circuit (8) for controlling the load current within a set frequency range that is in a fixed relationship with the resonance frequency of the piezoelectric transformer at the time of actual driving. Set the amplitude of the drive signal within a factor of 2 and perform control to gradually increase the voltage amplitude of the drive signal until the drive frequency sweep is stopped when the load current by the current detection circuit reaches the set value. Characterized by having a width control circuit (9), third embodiment of the present invention in order to achieve the above object, a variable oscillation circuit for generating an AC signal (1),
A drive circuit (3) that amplifies the AC signal to generate a drive signal;
It has a piezoelectric transformer (4) in which an input electrode and an output electrode are formed on a piezoelectric body, and a load (5) connected to the output electrode, and applies a drive signal to the input electrode of the piezoelectric transformer to boost the drive signal. Take out from the output electrode of the piezoelectric transformer,
A piezoelectric transformer driving device for driving a load, comprising: a current detection circuit (7) for detecting a current flowing into the load; and setting the drive signal to a frequency higher than a resonance frequency at the time of actual driving of the piezoelectric transformer at the start of driving. Then, the driving frequency is started to be swept by the driving signal, and when the load current by the current detection circuit reaches a set value, the driving frequency is stopped to be swept. A frequency control circuit (8) for controlling a load current within a set frequency range having a relationship, and an FET element (31) as a drive circuit
By connecting a parallel circuit of a resistance element (10) and a diode (11) to the gate of the FET element, connecting a capacitance element (12) between the gate and the drain of the FET element,
In order to achieve the above object, a fourth embodiment of the present invention is characterized in that at least one of connecting a capacitive element (13) between the drain of the FET element and the ground is employed. Variable oscillator circuit (1), a drive circuit (3) that amplifies an AC signal to generate a drive signal, and a piezoelectric transformer (4) in which an input electrode and an output electrode are formed on a piezoelectric body.
And a load (5) connected to an output electrode, the drive signal being applied to the input electrode of the piezoelectric transformer, the drive signal being boosted and taken out from the output electrode of the piezoelectric transformer to drive the load. A transformer drive device, comprising: a current detection circuit (7) for detecting a current flowing into a load; and setting a drive signal to a frequency higher than a resonance frequency at the time of actual driving of the piezoelectric transformer at the start of drive, and driving the drive by the drive signal. Starts the frequency sweep, stops the drive frequency sweep when the load current by the current detection circuit reaches the set value, and after the stop, within the set frequency range that has a fixed relationship with the resonance frequency of the piezoelectric transformer during actual driving A frequency control circuit (8) for controlling the load current, and a FET element (31) as a drive circuit.
And the inductance (1) is connected to the drain of the FET element.
4) and a series circuit of the capacitor (15)
Connect only the inductance (14) to the drain of the ET element, or connect the step-up transformer (1) to the drain of the FET element.
The piezoelectric transformer driving device is characterized in that at least one of connecting the primary side of 6) and connecting a capacitor (17) to the secondary side of the step-up transformer is adopted.

【0018】また、上記目的を達成するために本発明の
5つめの実施態様は、圧電セラミック材料または圧電単
結晶から成り、1次側(入力側)電極(21)および2
次側(出力側)電極(22)を付けて構成し、1次側電
極に入力された駆動交流電圧を電圧変換して2次側電極
より出力する圧電トランス(20)において、圧電トラ
ンスの2次側電極部に抵抗値にして10MΩ〜数100
MΩ程度の高抵抗導電膜(22)を形成することを特徴
とし、上記目的を達成するために本発明の6つめの実施
態様は、圧電セラミック材料または圧電単結晶から成
り、1次側(入力側)電極(25)および2次側(出力
側)電極(26)を付けて構成し、1次側電極に入力さ
れた駆動交流電圧を電圧変換して2次側電極より出力す
る圧電トランス(24)において、圧電トランスに形成
されている1次側電極の2次側電極部との境界(圧電ト
ランスの中央部)は直線であり、他方の端部側は1次側
電極の2つの角に半径2〜7mm程度の丸み、または2
〜5mm程度の面取りが施されていることを特徴とする
圧電トランスを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a fifth embodiment of the present invention comprises a primary (input) electrode (21) and a secondary (input) electrode made of a piezoelectric ceramic material or a piezoelectric single crystal.
In a piezoelectric transformer (20) configured to include a secondary (output) electrode (22) and convert a drive AC voltage input to the primary electrode into a voltage and output the secondary AC from the secondary electrode, 10MΩ to several hundreds in resistance value on the secondary side electrode
In order to achieve the above object, a sixth embodiment of the present invention is characterized in that a high resistance conductive film (22) of the order of MΩ is formed. Side) electrode (25) and a secondary (output side) electrode (26), and the piezoelectric transformer () converts the driving AC voltage input to the primary electrode into a voltage and outputs the converted AC voltage from the secondary electrode. In 24), the boundary between the primary side electrode formed on the piezoelectric transformer and the secondary side electrode part (the center part of the piezoelectric transformer) is a straight line, and the other end side is the two corners of the primary side electrode. A radius of about 2 to 7 mm, or 2
A piezoelectric transformer characterized in that a chamfer of about 5 mm is provided.

【0019】本発明では、第1の発明によれば圧電トラ
ンスの駆動開始時の駆動信号の掃引開始周波数を圧電ト
ランスの共振周波数よりあまり高くとらないようにする
ことにより、つまり駆動の開始信号周波数を圧電トラン
スの実駆動時の共振周波数の1.1倍以内(より確実に
は1.07倍以内)に設定して、駆動電圧の高周波成分
を少なくすることにより、特性劣化、また機械的破壊の
確率の極めて小さい信頼性の高い、また駆動効率の高い
圧電トランス駆動装置を提供することができる。
In the present invention, according to the first aspect, the sweep start frequency of the drive signal at the start of driving of the piezoelectric transformer is not set to be much higher than the resonance frequency of the piezoelectric transformer, that is, the drive start signal frequency Is set to within 1.1 times (more certainly, within 1.07 times) the resonance frequency of the piezoelectric transformer at the time of actual driving to reduce the high frequency component of the driving voltage, thereby deteriorating the characteristics and mechanical destruction. , A highly reliable piezoelectric transformer driving device with high driving efficiency can be provided.

【0020】第2の発明によれば圧電トランスの駆動開
始時の駆動信号の振幅値を徐々に高くしていくことによ
り、つまり駆動開始時の駆動信号周波数を圧電トランス
の実駆動時に示すヒステリシス領域よりも高く、その通
常駆動時の電圧振幅の0.7倍(顕著な効果を望む時に
は0.5倍)以内に設定し、負荷電流が設定値になるま
でに駆動周波数を低下させるとともに、駆動電圧を徐々
に上げていくことにより、特性劣化、また機械的破壊の
確率の極めて小さい信頼性の高い、また駆動効率の高い
圧電トランス駆動装置を提供することができる。
According to the second aspect of the invention, the amplitude of the drive signal at the start of driving the piezoelectric transformer is gradually increased, that is, the hysteresis region indicating the drive signal frequency at the start of driving when the piezoelectric transformer is actually driven. Higher than the voltage amplitude during normal driving, and within 0.7 times (0.5 times when a remarkable effect is desired) the drive frequency is reduced until the load current reaches the set value. By gradually increasing the voltage, it is possible to provide a highly reliable piezoelectric transformer drive device with extremely low probability of characteristic deterioration and mechanical destruction, and high drive efficiency.

【0021】第3の発明によれば圧電トランスの駆動信
号を出力するドライブ回路(駆動回路)の応答を遅くす
ることにより、つまり実験では、ドライブ回路の応答を
圧電トランスの使用モードの共振周波数の5〜7倍以上
の周波数で遅くすれば、特性劣化、また機械的破壊の確
率の極めて小さい信頼性の高い、また駆動効率の高い圧
電トランス駆動装置を提供することができる。
According to the third aspect of the invention, the response of the drive circuit (drive circuit) for outputting the drive signal of the piezoelectric transformer is delayed, that is, in the experiment, the response of the drive circuit is reduced by the resonance frequency of the use mode of the piezoelectric transformer. If the frequency is reduced at a frequency of 5 to 7 times or more, it is possible to provide a highly reliable piezoelectric transformer driving device having a very small probability of characteristic deterioration and mechanical destruction and high driving efficiency.

【0022】第4の発明によれば圧電トランスの駆動信
号を出力するドライブ回路(駆動回路)の出力の高周波
成分を低減することにより、つまり実験では、前記直列
共振回路の直列共振周波数を圧電トランスの共振周波数
の0.7〜1.3倍の範囲内に設定することにより、特
性劣化、また機械的破壊の確率の極めて小さい信頼性の
高い、また駆動効率の高い圧電トランス駆動装置を提供
することができる。
According to the fourth aspect of the invention, the high frequency component of the output of the drive circuit (drive circuit) for outputting the drive signal of the piezoelectric transformer is reduced, that is, in the experiment, the series resonance frequency of the series resonance circuit is reduced. By setting the resonance frequency within the range of 0.7 to 1.3 times the resonance frequency of the piezoelectric transformer, it is possible to provide a highly reliable piezoelectric transformer driving device having a very small probability of characteristic deterioration and mechanical destruction and a high driving efficiency. be able to.

【0023】また、本発明では、第5の発明によれば高
抵抗導電膜などにより10MΩ〜数100MΩ程度の抵
抗を圧電トランスに2次側電極部に形成することによ
り、駆動開始時に発生する高周波電圧により圧電トラン
スの2次側に発生する高電圧の振幅値を抑えて、信頼性
が高く寿命が長く、駆動効率が高いという条件をすべて
兼ね備えた圧電トランスを提供することができる。
In the present invention, according to the fifth aspect of the present invention, a high-resistance conductive film or the like is used to form a resistance of about 10 MΩ to several hundred MΩ on the secondary side electrode portion of the piezoelectric transformer, so that a high frequency generated at the start of driving is obtained. By suppressing the amplitude value of the high voltage generated on the secondary side of the piezoelectric transformer by the voltage, it is possible to provide a piezoelectric transformer having all of the conditions of high reliability, long life, and high drive efficiency.

【0024】第6の発明によれば圧電トランスの1次側
電極構造により高周波である高次振動モードを極めて弱
くすることにより、駆動開始時に発生する高周波電流が
圧電トランスに入力されても、信頼性が高く寿命が長
く、駆動効率が高いという条件をすべて兼ね備えた圧電
トランスを提供することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, the high-frequency vibration mode, which is a high frequency, is made extremely weak by the primary electrode structure of the piezoelectric transformer. It is possible to provide a piezoelectric transformer that satisfies all the conditions of high performance, long life, and high drive efficiency.

【0025】また、それらの発明を利用した液晶表示装
置を提供できる。
Further, a liquid crystal display device utilizing the invention can be provided.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0027】(実施の形態1)図1は本発明の1実施の
形態である圧電トランス駆動装置のブロック図である。
同図において、圧電トランス4はローゼン型のもので
も、他のタイプのものでも任意の圧電トランスでよい。
図2は圧電トランス4の駆動端子から見たアドミッタン
スの周波数特性である。両図を使用して本発明の1実施
の形態である圧電トランス駆動装置の動作を詳細に説明
する。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a block diagram of a piezoelectric transformer driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
In the figure, the piezoelectric transformer 4 may be of a Rosen type or of another type, and may be any piezoelectric transformer.
FIG. 2 shows the admittance frequency characteristics as viewed from the drive terminals of the piezoelectric transformer 4. The operation of the piezoelectric transformer driving device according to one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to both drawings.

【0028】駆動装置のスタート信号が周波数制御回路
8に出され圧電トランス4の駆動が開始されると、外部
端子により発振周波数を可変することができる発振回路
である可変発振回路1は、圧電トランス4の共振周波数
近傍にある図2に斜線で示すヒステリシス領域よりも高
い周波数である発振周波数fsを発生する。この発振周波
数を外部端子により制御するのが周波数制御回路8であ
る。可変発振回路1の出力信号は波形整形回路2により
きれいなパルス波形に波形整形される。波形整形回路2
の出力はFET31と昇圧コイル32とから成るドライ
ブ回路3で圧電トランス4を駆動するに充分なレベルに
電圧増幅される。圧電トランス4は圧電効果により入力
電圧を昇圧し、その出力信号は負荷である冷陰極蛍光灯
5に印加される。そして、冷陰極蛍光灯5に直列接続さ
れた帰還抵抗6の両端電圧により電流検出回路7で負荷
電流が検出され、負荷電流が設定値になっていなければ
周波数制御回路8は可変発振回路1の出力周波数を低下
する。そして、再び可変発振回路1の出力信号は波形整
形回路2によりきれいなパルス波形に波形整形され、ド
ライブ回路3で電圧増幅されて圧電トランス4に入力さ
れる。入力電圧は圧電効果により昇圧され、その出力信
号は冷陰極蛍光灯5に印加される。そして、冷陰極蛍光
灯5に直列接続された帰還抵抗6により電流検出回路7
で負荷電流が検出される。そして、負荷電流が設定値に
なるまでこの動作が繰り返される。
When the start signal of the driving device is output to the frequency control circuit 8 and the driving of the piezoelectric transformer 4 is started, the variable oscillation circuit 1, which is an oscillation circuit whose oscillation frequency can be varied by an external terminal, comprises a piezoelectric transformer. An oscillation frequency fs, which is higher than the hysteresis region indicated by hatching in FIG. The frequency control circuit 8 controls the oscillation frequency by an external terminal. The output signal of the variable oscillation circuit 1 is shaped into a clear pulse waveform by the waveform shaping circuit 2. Waveform shaping circuit 2
Is amplified by a drive circuit 3 comprising an FET 31 and a boosting coil 32 to a level sufficient to drive the piezoelectric transformer 4. The piezoelectric transformer 4 boosts the input voltage by the piezoelectric effect, and the output signal is applied to the cold cathode fluorescent lamp 5 as a load. The load current is detected by the current detecting circuit 7 based on the voltage between both ends of the feedback resistor 6 connected in series to the cold cathode fluorescent lamp 5. If the load current has not reached the set value, the frequency control circuit 8 Decrease the output frequency. Then, the output signal of the variable oscillation circuit 1 is again shaped into a clear pulse waveform by the waveform shaping circuit 2, voltage-amplified by the drive circuit 3, and input to the piezoelectric transformer 4. The input voltage is boosted by the piezoelectric effect, and the output signal is applied to the cold cathode fluorescent lamp 5. Then, a current detection circuit 7 is provided by a feedback resistor 6 connected in series to the cold cathode fluorescent lamp 5.
Detects the load current. This operation is repeated until the load current reaches the set value.

【0029】つまり、起動時には駆動周波数は圧電トラ
ンス4の共振周波数近傍にあるヒステリシス領域よりも
高い周波数fsより低い方へ掃引され、負荷電流が設定値
になれば駆動周波数の掃引は停止される。そして、通常
動作時には圧電トランス4の駆動周波数が図2のヒステ
リシス領域よりも高い周波数範囲f1〜f2であるように設
定されており、負荷電流が一定になるように駆動周波数
を可変している。周波数範囲f1〜f2の設定は、圧電トラ
ンスの共振周波数近傍のヒステリシス領域では動作が不
安定になるので、低い周波数f1はヒステリシス領域より
も高く設定され、そして圧電トランスの昇圧比(効率)
は駆動周波数が共振周波数から離れるに従って低下する
ので、高い周波数f2は効率の低下が許される範囲内で、
そして負荷電流の制御範囲の広さから決定する。従っ
て、定常動作時には共振周波数から一定関係にある周波
数範囲f1〜f2で、負荷電流が一定に保たれ冷陰極蛍光灯
5は安定に点灯する。駆動周波数があらかじめ設定した
周波数範囲f1〜f2内にあるように制御するのも周波数制
御回路8の役目である。
That is, at the time of startup, the drive frequency is swept to a frequency lower than the frequency fs higher than the hysteresis region near the resonance frequency of the piezoelectric transformer 4, and when the load current reaches the set value, the sweep of the drive frequency is stopped. During normal operation, the driving frequency of the piezoelectric transformer 4 is set so as to be in a frequency range f1 to f2 higher than the hysteresis region in FIG. 2, and the driving frequency is varied so that the load current is constant. When the frequency range f1 to f2 is set, the operation becomes unstable in the hysteresis region near the resonance frequency of the piezoelectric transformer. Therefore, the low frequency f1 is set higher than the hysteresis region, and the boost ratio (efficiency) of the piezoelectric transformer is set.
Decreases as the drive frequency moves away from the resonance frequency, so a high frequency f2 is within the range where the efficiency can be reduced,
Then, it is determined from the width of the control range of the load current. Therefore, in the steady operation, the load current is kept constant in the frequency range f1 to f2 having a fixed relation from the resonance frequency, and the cold cathode fluorescent lamp 5 is stably turned on. It is also the role of the frequency control circuit 8 to control the drive frequency to be within the preset frequency range f1 to f2.

【0030】ここで、圧電トランス4を高周波成分の大
きい駆動信号で駆動すると、共振周波数近傍の成分以外
の高周波成分はすべて圧電トランス4内で熱として損失
され、圧電トランス4の特性は劣化し、また高周波成分
の特に大きい時には機械的に破壊するので、圧電トラン
ス4の信頼性の点から、また変換効率の点から、駆動波
形の高周波成分は極力小さくしておく必要がある。とこ
ろが、駆動開始時に共振周波数近傍のヒステリシス領域
より高い周波数から駆動周波数を掃引すると、圧電トラ
ンスに高周波電圧が印加され圧電トランスの材料定数を
劣化させ、また機械的に破壊するなどの損傷を与える。
また、入力高周波電圧が圧電トランスにより昇圧されて
圧電トランスの負荷に高圧の高周波電圧を印加して負荷
に損傷を与える。特に負荷が軽いか、または圧電トラン
スの2次側が開放または開放に近い時には、昇圧された
高圧の高周波電圧により圧電トランスが機械的に破壊す
るという課題がある。図3は駆動開始時の圧電トランス
4の入力電圧波形であり、同図(a)は駆動開始時の駆
動周波数を圧電トランス4の共振周波数よりもかなり高
く設定した時の駆動波形であり、圧電トランス4は共振
周波数よりかなり高い周波数では純粋な容量素子とな
り、駆動開始時に駆動電圧波形に大きな高周波成分が重
畳されているのがわかる。この時には圧電トランス4の
特性は劣化し、または機械的に破壊するものが多くあっ
た。同図(b)は駆動開始時の駆動周波数を圧電トラン
ス4の共振周波数よりも少しだけ高く設定した時の波形
であり、圧電トランス4は純粋な容量素子とはならない
ので、駆動開始時に駆動電圧波形にあまり高周波成分が
重畳されていない。この時には圧電トランス4の特性劣
化はなく、また機械的破壊も無かった。実験では、駆動
開始時の駆動周波数を圧電トランス4の実駆動時の共振
周波数の1.1倍以内に設定すれば顕著な効果のあるこ
とが認められた。また、駆動開始時の駆動周波数を圧電
トランス4の実駆動時の共振周波数の1.07倍以内に
設定すれば効果は確実なものになることが認められた。
Here, when the piezoelectric transformer 4 is driven by a drive signal having a large high-frequency component, all high-frequency components other than components near the resonance frequency are lost as heat in the piezoelectric transformer 4, and the characteristics of the piezoelectric transformer 4 deteriorate. When the high-frequency component is particularly large, the high-frequency component is mechanically broken. Therefore, from the viewpoint of the reliability of the piezoelectric transformer 4 and the conversion efficiency, it is necessary to minimize the high-frequency component of the drive waveform. However, if the driving frequency is swept from a frequency higher than the hysteresis region near the resonance frequency at the start of driving, a high-frequency voltage is applied to the piezoelectric transformer, thereby deteriorating the material constant of the piezoelectric transformer and causing damage such as mechanical destruction.
Also, the input high-frequency voltage is boosted by the piezoelectric transformer, and a high-frequency voltage is applied to the load of the piezoelectric transformer, thereby damaging the load. In particular, when the load is light, or when the secondary side of the piezoelectric transformer is open or close to open, there is a problem that the piezoelectric transformer is mechanically broken by the boosted high-frequency voltage. FIG. 3 shows an input voltage waveform of the piezoelectric transformer 4 at the start of driving. FIG. 3A shows a driving waveform when the driving frequency at the start of driving is set to be much higher than the resonance frequency of the piezoelectric transformer 4. It can be seen that the transformer 4 becomes a pure capacitive element at a frequency considerably higher than the resonance frequency, and a large high-frequency component is superimposed on the driving voltage waveform at the start of driving. At this time, the characteristics of the piezoelectric transformer 4 are often deteriorated or mechanically broken. FIG. 3B shows a waveform when the driving frequency at the start of driving is set slightly higher than the resonance frequency of the piezoelectric transformer 4. Since the piezoelectric transformer 4 does not become a pure capacitive element, the driving voltage at the start of driving is obtained. High frequency components are not superimposed on the waveform. At this time, there was no deterioration of the characteristics of the piezoelectric transformer 4 and no mechanical destruction. In an experiment, it was recognized that setting the driving frequency at the start of driving to within 1.1 times the resonance frequency at the time of actual driving of the piezoelectric transformer 4 had a remarkable effect. Further, it was recognized that the effect would be more certain if the driving frequency at the start of driving was set within 1.07 times the resonance frequency at the time of actual driving of the piezoelectric transformer 4.

【0031】本発明の実施の形態によれば、駆動の開始
信号周波数を圧電トランス4の実駆動時の共振周波数の
1.1倍以内(より確実には1.07倍以内)に設定し
て、駆動電圧の高周波成分を少なくすることにより、特
性劣化、また機械的破壊の確率の極めて小さい信頼性の
高い、また駆動効率の高い圧電トランス駆動装置を提供
することができる。
According to the embodiment of the present invention, the driving start signal frequency is set to be within 1.1 times (more certainly, within 1.07 times) the resonance frequency of the piezoelectric transformer 4 when it is actually driven. By reducing the high-frequency component of the driving voltage, it is possible to provide a highly reliable piezoelectric transformer driving device having a very small probability of characteristic deterioration and mechanical destruction and high driving efficiency.

【0032】(実施の形態2)図4は本発明の第2の実
施の形態である圧電トランス駆動装置のブロック図であ
る。同図において、圧電トランス4はローゼン型のもの
でも、他のタイプのものでも任意の圧電トランスでよ
い。また、同図において図1と同じ番号1〜8を付して
いるブロックは同じ機能を有する。図5は圧電トランス
4の駆動端子から見たアドミッタンスの周波数特性であ
る。図6は圧電トランス4の駆動端子に印加する駆動電
圧の包絡線波形である。これらの図を使用して本発明の
第2の実施の形態である圧電トランス駆動装置の動作を
詳細に説明する。
(Embodiment 2) FIG. 4 is a block diagram of a piezoelectric transformer driving apparatus according to a second embodiment of the present invention. In the figure, the piezoelectric transformer 4 may be of a Rosen type or of another type, and may be any piezoelectric transformer. Also, in this figure, blocks denoted by the same reference numerals 1 to 8 as those in FIG. 1 have the same functions. FIG. 5 shows the admittance frequency characteristics as viewed from the drive terminals of the piezoelectric transformer 4. FIG. 6 is an envelope waveform of the drive voltage applied to the drive terminal of the piezoelectric transformer 4. The operation of the piezoelectric transformer driving device according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to these drawings.

【0033】駆動スタート信号が周波数制御回路8と振
幅制御回路9に出され圧電トランス4の駆動が開始され
ると、外部端子により発振周波数を可変することができ
る可変発振回路1は、図5に斜線で示す圧電トランス4
の共振周波数近傍にあるヒステリシス領域よりも高い周
波数の駆動交流信号である発振周波数fsを発生する。こ
の発振周波数を制御するのが周波数制御回路8である。
可変発振回路1の出力信号は外部制御端子によりパルス
幅あるいはパルス高さを可変できる波形整形回路2によ
りきれいなパルス波形に波形整形される。波形整形回路
2の出力はFET31と昇圧コイル32とから成るドラ
イブ回路3で圧電トランス4を駆動するに充分なレベル
に電圧増幅される。圧電トランス4は圧電効果により入
力電圧を昇圧し、その出力信号は負荷である冷陰極蛍光
灯5に印加される。ここで、駆動開始時には振幅制御回
路9は波形整形回路2に指令を出しパルス幅を狭くする
かパルス高さを低くしている。そして、冷陰極蛍光灯5
に直列接続された帰還抵抗6により電流検出回路7を介
して負荷電流が検出され、負荷電流が設定値になってい
なければ周波数制御回路8は可変発振回路1の出力周波
数を低下し、振幅制御回路9は波形整形回路2に指令を
出しパルス幅を少し広くするかパルス高さを高くする。
そして、再び可変発振回路1の出力信号は波形整形回路
2によりきれいなパルス波形に波形整形され、ドライブ
回路3で電圧増幅されて圧電トランス4に入力される。
入力電圧は圧電効果により昇圧され、その出力信号は冷
陰極蛍光灯5に印加される。そして、冷陰極蛍光灯5に
直列接続された帰還抵抗6により電流検出回路7を介し
て負荷電流が検出される。そして、負荷電流が設定値に
なるまでこの動作が繰り返される。
When the driving start signal is output to the frequency control circuit 8 and the amplitude control circuit 9 and the driving of the piezoelectric transformer 4 is started, the variable oscillation circuit 1 capable of changing the oscillation frequency by an external terminal is shown in FIG. Piezoelectric transformer 4 indicated by oblique lines
An oscillation frequency fs, which is a drive AC signal having a frequency higher than the hysteresis region near the resonance frequency of the above, is generated. The frequency control circuit 8 controls this oscillation frequency.
The output signal of the variable oscillation circuit 1 is shaped into a clear pulse waveform by a waveform shaping circuit 2 capable of changing the pulse width or pulse height by an external control terminal. The output of the waveform shaping circuit 2 is amplified by a drive circuit 3 comprising an FET 31 and a step-up coil 32 to a level sufficient to drive the piezoelectric transformer 4. The piezoelectric transformer 4 boosts the input voltage by the piezoelectric effect, and the output signal is applied to the cold cathode fluorescent lamp 5 as a load. Here, at the start of driving, the amplitude control circuit 9 issues a command to the waveform shaping circuit 2 to reduce the pulse width or the pulse height. And the cold cathode fluorescent lamp 5
A load current is detected by a feedback resistor 6 connected in series to a current detection circuit 7 via a current detection circuit 7. If the load current has not reached a set value, the frequency control circuit 8 lowers the output frequency of the variable oscillation circuit 1 to control the amplitude. The circuit 9 issues a command to the waveform shaping circuit 2 to slightly widen the pulse width or increase the pulse height.
Then, the output signal of the variable oscillation circuit 1 is again shaped into a clear pulse waveform by the waveform shaping circuit 2, voltage-amplified by the drive circuit 3, and input to the piezoelectric transformer 4.
The input voltage is boosted by the piezoelectric effect, and the output signal is applied to the cold cathode fluorescent lamp 5. Then, a load current is detected via a current detection circuit 7 by a feedback resistor 6 connected in series to the cold cathode fluorescent lamp 5. This operation is repeated until the load current reaches the set value.

【0034】つまり、起動時には駆動周波数は圧電トラ
ンス4の共振周波数近傍にあるヒステリシス領域よりも
高い周波数fsより低い方へ掃引され、負荷電流が設定値
になれば駆動周波数の掃引は停止される。また、起動時
には圧電トランス4の駆動電圧は低く徐々に高くしてい
き負荷電流が設定値になるころには一定電圧にする。そ
して、通常動作時には圧電トランス4の駆動周波数が図
5のヒステリシス領域よりも高い周波数範囲f1〜f2であ
るように設定されており、負荷電流が一定になるように
周波数範囲f1〜f2で駆動周波数を可変している。周波数
範囲f1〜f2の設定は、圧電トランスの共振周波数近傍の
ヒステリシス領域では動作が不安定になるので、低い周
波数f1はヒステリシス領域よりも高く設定され、圧電ト
ランスの効率(昇圧比)は駆動周波数が共振周波数から
離れるに従って低下するので、高い周波数f2は効率の低
下が許される範囲内で、そして負荷電流の制御範囲から
決定される。従って、定常動作時には圧電トランス4の
共振周波数と一定関係にある周波数範囲f1〜f2で負荷電
流が一定に保たれ冷陰極蛍光灯5は安定に点灯する。駆
動周波数があらかじめ設定した周波数範囲f1〜f2内にあ
るように制御するのも周波数制御回路8である。
That is, at the time of startup, the drive frequency is swept to a frequency fs lower than the hysteresis region near the resonance frequency of the piezoelectric transformer 4, and when the load current reaches the set value, the sweep of the drive frequency is stopped. In addition, at the time of starting, the drive voltage of the piezoelectric transformer 4 is gradually lowered and gradually increased until the load current reaches a set value. During normal operation, the driving frequency of the piezoelectric transformer 4 is set to be in a frequency range f1 to f2 higher than the hysteresis region in FIG. 5, and the driving frequency is set in the frequency range f1 to f2 so that the load current is constant. Is variable. When the frequency range f1 to f2 is set, the operation becomes unstable in the hysteresis region near the resonance frequency of the piezoelectric transformer. Therefore, the low frequency f1 is set higher than the hysteresis region, and the efficiency (step-up ratio) of the piezoelectric transformer is Decreases as the distance from the resonance frequency increases, so that the high frequency f2 is determined within a range where the efficiency is reduced and from the control range of the load current. Therefore, at the time of steady operation, the load current is kept constant in the frequency range f1 to f2 having a fixed relationship with the resonance frequency of the piezoelectric transformer 4, and the cold cathode fluorescent lamp 5 is stably turned on. The frequency control circuit 8 also controls the drive frequency so as to be within a preset frequency range f1 to f2.

【0035】ここで、圧電トランス4を高周波成分の大
きい駆動信号で駆動すると、共振周波数近傍の成分以外
の高周波成分はすべて圧電トランス4内で損失され熱に
変わり、このため圧電トランス4の特性は劣化し、また
は機械的に破壊するので、圧電トランス4の信頼性の点
から、また変換効率の点から、駆動波形の高周波成分は
小さくしておく必要がある。駆動開始時に共振周波数近
傍のヒステリシス領域より高い周波数から駆動周波数を
掃引する、圧電トランスは共振周波数よりかなり高い周
波数では純粋な容量素子となり、この時に圧電トランス
に高周波電圧が印加され圧電トランスの材料定数を劣化
させ、また機械的に破壊するなどの損傷を与える。ま
た、入力高周波電圧が圧電トランスにより昇圧されて圧
電トランスの負荷に高圧の高周波電圧を印加して負荷に
損傷を与える、また負荷が軽いかまたは圧電トランスの
2次側が開放または開放に近いときには昇圧された高圧
の高周波電圧により圧電トランスが機械的に破壊すると
いう課題がある。図6は駆動開始時のドライブ回路3の
出力電圧波形であり、同図(a)は駆動開始時から駆動
電圧の振幅値を一定にした時の駆動電圧の包絡線波形で
あり、(b)は駆動開始時の駆動電圧の振幅値を小さく
して、徐々に電圧値を上げていき駆動周波数の掃引終了
時には一定電圧になるようにした時の駆動電圧の包絡線
波形である。
Here, when the piezoelectric transformer 4 is driven by a drive signal having a large high-frequency component, all high-frequency components other than the components near the resonance frequency are lost in the piezoelectric transformer 4 and converted into heat. Since the piezoelectric transformer 4 is deteriorated or mechanically broken, it is necessary to reduce the high-frequency component of the driving waveform from the viewpoint of the reliability of the piezoelectric transformer 4 and the conversion efficiency. At the start of driving, the driving frequency is swept from a frequency higher than the hysteresis region near the resonance frequency.The piezoelectric transformer becomes a pure capacitive element at a frequency considerably higher than the resonance frequency. At this time, a high-frequency voltage is applied to the piezoelectric transformer and the material constant of the piezoelectric transformer Deteriorates and causes damage such as mechanical destruction. Also, the input high-frequency voltage is boosted by the piezoelectric transformer, and a high-frequency voltage is applied to the load of the piezoelectric transformer to damage the load. When the load is light or the secondary side of the piezoelectric transformer is open or almost open, the boost is performed. There is a problem that the piezoelectric transformer is mechanically broken by the applied high-frequency voltage. FIG. 6 shows an output voltage waveform of the drive circuit 3 at the start of driving. FIG. 6A shows an envelope waveform of the driving voltage when the amplitude of the driving voltage is kept constant from the start of driving. Is an envelope waveform of the drive voltage when the amplitude value of the drive voltage at the start of the drive is reduced, and the voltage value is gradually increased so as to be constant at the end of the sweep of the drive frequency.

【0036】図7は駆動開始時の圧電トランス4の入力
電流波形であり、(a)は駆動開始時から一定電圧で圧
電トランス4を駆動した時の波形であり、駆動開始時に
駆動波形に大きな高周波成分が重畳されているのがわか
る。この時には圧電トランス4の特性は劣化し、または
機械的に破壊ものが多くあった。(b)は駆動開始時に
は駆動電圧を小さくして徐々に電圧を上げていった時の
圧電トランス4の駆動波形であり、駆動開始時に駆動電
圧波形にあまり高周波成分が重畳されていない。この時
には圧電トランス4の特性劣化はなく、また機械的破壊
も無かった。実験では、駆動開始時の駆動電圧を通常駆
動時の0.7倍以内に設定すれば顕著な効果のあること
が認められた。
FIG. 7 shows the input current waveform of the piezoelectric transformer 4 at the start of driving. FIG. 7A shows the waveform when the piezoelectric transformer 4 is driven at a constant voltage from the start of driving. It can be seen that the high frequency component is superimposed. At this time, the characteristics of the piezoelectric transformer 4 were degraded or mechanically broken. (B) shows a drive waveform of the piezoelectric transformer 4 when the drive voltage is gradually reduced and the drive voltage is gradually increased at the start of driving, and a high frequency component is not superimposed on the drive voltage waveform at the start of drive. At this time, there was no deterioration of the characteristics of the piezoelectric transformer 4 and no mechanical destruction. In experiments, it was recognized that setting the driving voltage at the start of driving to within 0.7 times that of the normal driving had a remarkable effect.

【0037】上記に説明したように駆動開始時の駆動信
号周波数を圧電トランス4の実駆動時に示すヒステリシ
ス領域よりも高く、その通常駆動時の電圧振幅の0.7
倍(顕著な効果を望む時には0.5倍)以内に設定し、
負荷電流が設定値になるまでに駆動周波数を低下させる
とともに、駆動電圧を徐々に上げていくことにより、特
性劣化、また機械的破壊の確率の極めて小さい信頼性の
高い、また駆動効率の高い圧電トランス駆動装置を提供
することができる。
As described above, the driving signal frequency at the start of driving is higher than the hysteresis region shown when the piezoelectric transformer 4 is actually driven, and the voltage amplitude during normal driving is 0.7.
Set within x (0.5x if you want a noticeable effect)
By lowering the drive frequency and gradually increasing the drive voltage until the load current reaches the set value, a highly reliable and highly efficient piezoelectric actuator with very low probability of characteristic degradation and mechanical destruction A transformer drive can be provided.

【0038】(実施の形態3)図8は、本発明の第3の
実施の形態である圧電トランス駆動装置のブロック図で
ある。同図において、圧電トランス4はローゼン型のも
のでも、他のタイプのものでも任意の圧電トランスでよ
い。また、同図において図1と同じ番号1〜8を付して
いるブロックはほぼ同じ機能を有する。同図において本
発明の第3の実施の形態である圧電トランス駆動装置の
動作を詳細に説明する。
(Embodiment 3) FIG. 8 is a block diagram of a piezoelectric transformer driving apparatus according to a third embodiment of the present invention. In the figure, the piezoelectric transformer 4 may be of a Rosen type or of another type, and may be any piezoelectric transformer. Also, in this figure, blocks denoted by the same reference numerals 1 to 8 as those in FIG. 1 have almost the same functions. The operation of the piezoelectric transformer driving device according to the third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

【0039】駆動スタート信号が周波数制御回路8に出
され圧電トランス4の駆動が開始されると、周波数制御
回路8は外部端子により可変発振回路1に指示を出し、
発振周波数を可変することができる発振回路である可変
発振回路1は、圧電トランス4の共振周波数近傍にある
図2に斜線で示すヒステリシス領域よりも高い周波数で
ある発振周波数fsを発生する。つまり、発振周波数を制
御するのが周波数制御回路8である。可変発振回路1の
出力信号は波形整形回路2によりきれいなパルス波形に
波形整形される。波形整形回路2の出力はFET31と
昇圧コイル32とから成るドライブ回路3で圧電トラン
ス4を駆動するに充分なレベルに電圧増幅される。ここ
で、ドライブ回路3を構成しているFET31のゲート
には抵抗10とダイオード11が接続されており、ドラ
イブ回路3の応答を若干遅くしている。
When a drive start signal is output to the frequency control circuit 8 and the driving of the piezoelectric transformer 4 is started, the frequency control circuit 8 issues an instruction to the variable oscillation circuit 1 through an external terminal.
The variable oscillation circuit 1, which is an oscillation circuit capable of changing the oscillation frequency, generates an oscillation frequency fs which is near the resonance frequency of the piezoelectric transformer 4 and is higher than the hysteresis region shown by hatching in FIG. That is, the frequency control circuit 8 controls the oscillation frequency. The output signal of the variable oscillation circuit 1 is shaped into a clear pulse waveform by the waveform shaping circuit 2. The output of the waveform shaping circuit 2 is amplified by a drive circuit 3 comprising an FET 31 and a step-up coil 32 to a level sufficient to drive the piezoelectric transformer 4. Here, the resistor 10 and the diode 11 are connected to the gate of the FET 31 constituting the drive circuit 3, and the response of the drive circuit 3 is slightly delayed.

【0040】圧電トランス4は圧電効果により入力電圧
を昇圧し、その出力信号は負荷である冷陰極蛍光灯5に
印加される。そして、冷陰極蛍光灯5に直列接続された
帰還抵抗6により電流検出回路7を介して負荷電流が検
出され、負荷電流が設定値になっていなければ周波数制
御回路8は可変発振回路1の出力周波数を低下する。そ
して、再び可変発振回路1の出力信号は波形整形回路2
によりきれいなパルス波形に波形整形され、ドライブ回
路3で電圧増幅されて圧電トランス4に入力される。入
力電圧は圧電効果により昇圧され、その出力信号は冷陰
極蛍光灯5に印加される。そして、冷陰極蛍光灯5に直
列接続された帰還抵抗6により電流検出回路7を介して
負荷電流が検出される。そして、負荷電流が設定値にな
るまでこの動作が繰り返される。つまり、起動時には駆
動周波数は圧電トランス4の共振周波数近傍にあるヒス
テリシス領域よりも高い周波数fsより低い方へ掃引さ
れ、負荷電流が設定値になれば駆動周波数の掃引は停止
される。そして、通常動作時には圧電トランス4の駆動
周波数が、図2のヒステリシス領域よりも高く、圧電ト
ランス4の共振周波数と一定関係にある周波数範囲f1〜
f2内にあるように制御されており、この周波数範囲内で
負荷電流が一定になるように駆動周波数を可変してい
る。周波数範囲f1〜f2の設定は、圧電トランスの共振周
波数近傍のヒステリシス領域では動作が不安定になるの
で、低い周波数f1はヒステリシス領域よりも高く設定さ
れ、圧電トランスの効率(昇圧比)は駆動周波数が圧電
トランスの共振周波数から離れるに従って低下するの
で、高い周波数f2は効率の低下が許される範囲内で、そ
して負荷電流の制御範囲の広さから決定する。従って、
定常動作時には駆動周波数範囲f1〜f2で負荷電流が一定
に保たれ冷陰極蛍光灯5は安定に点灯する。駆動周波数
があらかじめ設定した周波数範囲f1〜f2内にあるように
制御するのも周波数制御回路8である。
The piezoelectric transformer 4 raises the input voltage by the piezoelectric effect, and its output signal is applied to the cold cathode fluorescent lamp 5 as a load. A load current is detected by a feedback resistor 6 connected in series to the cold cathode fluorescent lamp 5 via a current detection circuit 7. If the load current has not reached a set value, the frequency control circuit 8 outputs the output of the variable oscillation circuit 1. Decrease frequency. Then, the output signal of the variable oscillation circuit 1 is again
Is shaped into a clearer pulse waveform, and the voltage is amplified by the drive circuit 3 and input to the piezoelectric transformer 4. The input voltage is boosted by the piezoelectric effect, and the output signal is applied to the cold cathode fluorescent lamp 5. Then, a load current is detected via a current detection circuit 7 by a feedback resistor 6 connected in series to the cold cathode fluorescent lamp 5. This operation is repeated until the load current reaches the set value. That is, at the time of startup, the drive frequency is swept to a frequency lower than the frequency fs higher than the hysteresis region near the resonance frequency of the piezoelectric transformer 4, and when the load current reaches the set value, the sweep of the drive frequency is stopped. In a normal operation, the driving frequency of the piezoelectric transformer 4 is higher than the hysteresis region in FIG.
The drive frequency is controlled to be within f2, and the drive frequency is varied so that the load current is constant within this frequency range. When the frequency range f1 to f2 is set, the operation becomes unstable in the hysteresis region near the resonance frequency of the piezoelectric transformer. Therefore, the low frequency f1 is set higher than the hysteresis region, and the efficiency (step-up ratio) of the piezoelectric transformer is Decreases as the distance from the resonance frequency of the piezoelectric transformer increases, so that the high frequency f2 is determined within a range in which the efficiency is allowed to decrease, and from the width of the control range of the load current. Therefore,
During a steady operation, the load current is kept constant in the drive frequency range f1 to f2, and the cold cathode fluorescent lamp 5 is stably turned on. The frequency control circuit 8 also controls the drive frequency so as to be within a preset frequency range f1 to f2.

【0041】ここで、圧電トランス4を高周波成分の大
きい駆動信号で駆動すると、共振周波数近傍の成分以外
の高周波成分はすべて圧電トランス4内で熱に変わり、
圧電トランス4の特性は劣化し、または機械的に破壊す
るので、圧電トランス4の信頼性の点から、また変換効
率の点から、駆動波形の高周波成分は小さくしておく必
要がある。駆動開始時に共振周波数近傍のヒステリシス
領域より高い周波数から駆動周波数を掃引する、そし
て、圧電トランスは共振周波数よりもかなり高い周波数
では純粋な容量素子となり、通常のドライブ回路で駆動
すると高周波成分の多い電流が流れる。図9は駆動開始
時の圧電トランス4の入力電流波形であり、同図(a)
は駆動開始時の駆動周波数を圧電トランス4の共振周波
数より高く設定し、通常のドライブ回路で駆動した時の
波形であり、駆動開始時に駆動電流波形に大きな高周波
成分が重畳されているのがわかる。この時には圧電トラ
ンス4の特性は劣化し、または機械的に破壊ものが多く
あった。
Here, when the piezoelectric transformer 4 is driven by a drive signal having a large high-frequency component, all high-frequency components other than components near the resonance frequency are converted into heat in the piezoelectric transformer 4, and
Since the characteristics of the piezoelectric transformer 4 are degraded or mechanically broken, it is necessary to reduce the high-frequency component of the drive waveform from the viewpoint of the reliability of the piezoelectric transformer 4 and the conversion efficiency. At the start of driving, the driving frequency is swept from a frequency higher than the hysteresis region near the resonance frequency.The piezoelectric transformer becomes a pure capacitive element at a frequency much higher than the resonance frequency, and when driven by a normal drive circuit, the current with a large amount of high frequency components Flows. FIG. 9 shows an input current waveform of the piezoelectric transformer 4 at the start of driving, and FIG.
Is a waveform when the drive frequency at the start of driving is set higher than the resonance frequency of the piezoelectric transformer 4 and driven by a normal drive circuit. It can be seen that a large high-frequency component is superimposed on the drive current waveform at the start of drive. . At this time, the characteristics of the piezoelectric transformer 4 were degraded or mechanically broken.

【0042】しかし本発明ではドライブ回路3を構成し
ているFET31のゲートには抵抗10とダイオード1
1が接続されており、ドライブ回路3の応答を遅くして
いるので、この時に圧電トランスに高周波電流が流入さ
れない。従って、図9(b)に示すように駆動開始時の
圧電トランス4の入力電流波形にあまり高周波成分が重
畳されていない。この時には圧電トランス4の特性劣化
はなく、また機械的破壊も無かった。
However, according to the present invention, the resistor 10 and the diode 1 are connected to the gate of the FET 31 constituting the drive circuit 3.
1 is connected and the response of the drive circuit 3 is delayed, so that no high-frequency current flows into the piezoelectric transformer at this time. Therefore, as shown in FIG. 9B, the high-frequency component is not superimposed on the input current waveform of the piezoelectric transformer 4 at the start of driving. At this time, there was no deterioration of the characteristics of the piezoelectric transformer 4 and no mechanical destruction.

【0043】上記に説明したように、ドライブ回路3の
応答を少し遅くすることにより、特性劣化、また機械的
破壊の確率の極めて小さい信頼性の高い、また駆動効率
の高い圧電トランス駆動装置を提供することができる。
実験では、ドライブ回路の応答を圧電トランスの使用モ
ードの共振周波数の5〜7倍以上の周波数で遅くすれば
効果のあることを確認した。
As described above, by slightly delaying the response of the drive circuit 3, it is possible to provide a highly reliable piezoelectric transformer drive device having a very small probability of characteristic deterioration and mechanical destruction and a high drive efficiency. can do.
In an experiment, it was confirmed that it was effective to reduce the response of the drive circuit at a frequency 5 to 7 times or more the resonance frequency of the operation mode of the piezoelectric transformer.

【0044】ドライブ回路3の応答を少し遅くするに
は、図8に示した回路の他に図10のようにFET31
のゲート・ドレイン間にコンデンサ12を挿入しても良
いし、図11のようにFET31のドレイン・アース間
にコンデンサ13を挿入しても同様の効果が得られる。
また、図8〜図11に示した方法を組み合わせて用いて
も同様の効果が得られる。
In order to slightly delay the response of the drive circuit 3, in addition to the circuit shown in FIG.
The same effect can be obtained by inserting a capacitor 12 between the drain and ground of the FET 31 as shown in FIG.
Similar effects can be obtained by using a combination of the methods shown in FIGS.

【0045】(実施の形態4)図12は本発明の第4の
実施の形態である圧電トランス駆動装置のブロック図で
ある。同図において、圧電トランス4はローゼン型のも
のでも、他のタイプのものでも任意の圧電トランスでよ
い。また、同図において図1と同じ番号1〜8を付して
いるブロックはほぼ同じ機能を有する。同図において本
発明の第4の実施の形態である圧電トランス駆動装置の
動作を詳細に説明する。
(Embodiment 4) FIG. 12 is a block diagram of a piezoelectric transformer driving apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. In the figure, the piezoelectric transformer 4 may be of a Rosen type or of another type, and may be any piezoelectric transformer. Also, in this figure, blocks denoted by the same reference numerals 1 to 8 as those in FIG. 1 have almost the same functions. The operation of the piezoelectric transformer driving device according to the fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

【0046】駆動スタート信号が周波数制御回路8に出
され圧電トランス4の駆動が開始されると、周波数制御
回路8は外部端子により可変発振回路1に指示を出し、
発振周波数を可変することができる発振回路である可変
発振回路1は、圧電トランス4の共振周波数近傍にある
図2に斜線で示すヒステリシス領域よりも高い周波数で
ある発振周波数fsを発生する。つまり、発振周波数を制
御するのが周波数制御回路8である。可変発振回路1の
出力信号は波形整形回路2によりきれいなパルス波形に
波形整形される。波形整形回路2の出力はFET31と
抵抗素子33とから成るドライブ回路3で圧電トランス
4を駆動するに充分なレベルに電圧増幅される。圧電ト
ランス4は圧電効果により入力電圧を昇圧し、その出力
信号は負荷である冷陰極蛍光灯5に印加される。そし
て、冷陰極蛍光灯5に直列接続された帰還抵抗6により
電流検出回路7を介して負荷電流が検出され、負荷電流
が設定値になっていなければ周波数制御回路8は可変発
振回路1の出力周波数を低下する。そして、再び可変発
振回路1の出力信号は波形整形回路2によりきれいなパ
ルス波形に波形整形され、ドライブ回路3で電圧増幅さ
れて圧電トランス4に入力される。入力電圧は圧電効果
により昇圧され、その出力信号は冷陰極蛍光灯5に印加
される。そして、冷陰極蛍光灯5に直列接続された帰還
抵抗6により電流検出回路7を介して負荷電流が検出さ
れる。そして、負荷電流が設定値になるまでこの動作が
繰り返される。
When a driving start signal is output to the frequency control circuit 8 and the driving of the piezoelectric transformer 4 is started, the frequency control circuit 8 issues an instruction to the variable oscillation circuit 1 through an external terminal.
The variable oscillation circuit 1, which is an oscillation circuit capable of changing the oscillation frequency, generates an oscillation frequency fs which is near the resonance frequency of the piezoelectric transformer 4 and is higher than the hysteresis region shown by hatching in FIG. That is, the frequency control circuit 8 controls the oscillation frequency. The output signal of the variable oscillation circuit 1 is shaped into a clear pulse waveform by the waveform shaping circuit 2. The output of the waveform shaping circuit 2 is voltage-amplified to a level sufficient to drive the piezoelectric transformer 4 by a drive circuit 3 including an FET 31 and a resistance element 33. The piezoelectric transformer 4 boosts the input voltage by the piezoelectric effect, and the output signal is applied to the cold cathode fluorescent lamp 5 as a load. A load current is detected by a feedback resistor 6 connected in series to the cold cathode fluorescent lamp 5 via a current detection circuit 7. If the load current has not reached a set value, the frequency control circuit 8 outputs the output of the variable oscillation circuit 1. Decrease frequency. Then, the output signal of the variable oscillation circuit 1 is again shaped into a clear pulse waveform by the waveform shaping circuit 2, voltage-amplified by the drive circuit 3, and input to the piezoelectric transformer 4. The input voltage is boosted by the piezoelectric effect, and the output signal is applied to the cold cathode fluorescent lamp 5. Then, a load current is detected via a current detection circuit 7 by a feedback resistor 6 connected in series to the cold cathode fluorescent lamp 5. This operation is repeated until the load current reaches the set value.

【0047】つまり、起動時には駆動周波数は圧電トラ
ンス4の共振周波数近傍にあるヒステリシス領域よりも
高い周波数fsより低い方へ掃引され、負荷電流が設定値
になれば駆動周波数の掃引は停止される。そして、通常
動作時には圧電トランス4の駆動周波数が、図2のヒス
テリシス領域よりも高く、圧電トランス4の共振周波数
と一定関係にある周波数範囲f1〜f2内にあるように制御
されており、この周波数範囲内で負荷電流が一定になる
ように駆動周波数を可変している。周波数範囲f1〜f2の
設定は、圧電トランスの共振周波数近傍のヒステリシス
領域では動作が不安定になるので、低い周波数f1はヒス
テリシス領域よりも高く設定され、圧電トランスの効率
(昇圧比)は駆動周波数が圧電トランスの共振周波数か
ら離れるに従って低下するので、高い周波数f2は効率の
低下が許される範囲内で、そして負荷電流の制御範囲の
広さから決定する。従って、定常動作時には駆動周波数
範囲f1〜f2で負荷電流が一定に保たれ冷陰極蛍光灯5は
安定に点灯する。駆動周波数があらかじめ設定した周波
数範囲f1〜f2内にあるように制御するのも周波数制御回
路8である。
That is, at the time of startup, the drive frequency is swept to a frequency lower than the frequency fs higher than the hysteresis region near the resonance frequency of the piezoelectric transformer 4, and when the load current reaches the set value, the sweep of the drive frequency is stopped. In a normal operation, the driving frequency of the piezoelectric transformer 4 is controlled so as to be higher than the hysteresis region in FIG. 2 and to be within a frequency range f1 to f2 having a fixed relationship with the resonance frequency of the piezoelectric transformer 4. The drive frequency is varied so that the load current is constant within the range. When the frequency range f1 to f2 is set, the operation becomes unstable in the hysteresis region near the resonance frequency of the piezoelectric transformer. Therefore, the low frequency f1 is set higher than the hysteresis region, and the efficiency (step-up ratio) of the piezoelectric transformer is Decreases as the distance from the resonance frequency of the piezoelectric transformer increases, so that the high frequency f2 is determined within a range in which the efficiency is allowed to decrease, and from the width of the control range of the load current. Therefore, during the steady operation, the load current is kept constant in the drive frequency range f1 to f2, and the cold cathode fluorescent lamp 5 is stably turned on. The frequency control circuit 8 also controls the drive frequency so as to be within a preset frequency range f1 to f2.

【0048】ここで、圧電トランス4を高周波成分の大
きい駆動信号で駆動すると、共振周波数近傍の成分以外
の高周波成分はすべて圧電トランス4内で熱に変わり、
圧電トランス4の特性は劣化し、または機械的に破壊す
るので、圧電トランス4の信頼性の点から、また変換効
率の点から、駆動波形の高周波成分は小さくしておく必
要がある。駆動開始時に共振周波数近傍のヒステリシス
領域より高い周波数から駆動周波数を掃引する、そし
て、圧電トランスは共振周波数よりもかなり高い周波数
では純粋な容量素子となり、通常のドライブ回路で駆動
すると高周波成分の多い電流が流れる。
Here, when the piezoelectric transformer 4 is driven by a drive signal having a large high-frequency component, all high-frequency components other than components near the resonance frequency are converted into heat in the piezoelectric transformer 4, and
Since the characteristics of the piezoelectric transformer 4 are degraded or mechanically broken, it is necessary to reduce the high-frequency component of the drive waveform from the viewpoint of the reliability of the piezoelectric transformer 4 and the conversion efficiency. At the start of driving, the driving frequency is swept from a frequency higher than the hysteresis region near the resonance frequency.The piezoelectric transformer becomes a pure capacitive element at a frequency much higher than the resonance frequency, and when driven by a normal drive circuit, the current with a large amount of high frequency components Flows.

【0049】しかし本発明ではドライブ回路3を構成し
ているFET31の出力であるドレインにインダクタン
ス素子(コイル)14とコンデンサ15が接続されてお
り、ドライブ回路3の高周波出力を低減しているので圧
電トランスに高周波電流が流入されない。ここで、イン
ダクタンス素子(コイル)14と、コンデンサ15と圧
電トランス4の入力容量の直列共振周波数が、圧電トラ
ンス4の共振周波数にほぼ等しくなるように設定すれば
高周波低減の効果は大きい。また、インダクタンス素子
(コイル)14と圧電トランス4の入力容量の直列共振
周波数が、圧電トランス4の共振周波数にほぼ等しくな
るように設定することもできる。従って、圧電トランス
4の特性劣化はなく、また機械的破壊も無かった。
However, according to the present invention, since the inductance element (coil) 14 and the capacitor 15 are connected to the drain, which is the output of the FET 31 constituting the drive circuit 3, the high-frequency output of the drive circuit 3 is reduced. High frequency current does not flow into the transformer. Here, if the series resonance frequency of the inductance element (coil) 14, the capacitor 15, and the input capacitance of the piezoelectric transformer 4 is set to be substantially equal to the resonance frequency of the piezoelectric transformer 4, the effect of reducing the high frequency is great. Further, the series resonance frequency of the inductance element (coil) 14 and the input capacitance of the piezoelectric transformer 4 can be set so as to be substantially equal to the resonance frequency of the piezoelectric transformer 4. Accordingly, there was no deterioration of the characteristics of the piezoelectric transformer 4 and no mechanical destruction.

【0050】上記に説明したように、ドライブ回路3の
出力の高周波成分を低減することにより、特性劣化、ま
た機械的破壊の確率の極めて小さい信頼性の高い、また
駆動効率の高い圧電トランス駆動装置を提供することが
できる。実験では、前記直列共振回路の直列共振周波数
を圧電トランスの共振周波数の0.7〜1.3倍の範囲
内に設定すれば特に効果が大きく、圧電トランス4の特
性劣化をなくし、また機械的破壊も無くす効果のあるこ
とを確認した。
As described above, by reducing the high-frequency component of the output of the drive circuit 3, the piezoelectric transformer driving device with high reliability and high driving efficiency with extremely small probability of characteristic deterioration and mechanical destruction. Can be provided. In an experiment, it is particularly effective to set the series resonance frequency of the series resonance circuit within a range of 0.7 to 1.3 times the resonance frequency of the piezoelectric transformer. It was confirmed that it was effective in eliminating destruction.

【0051】ドライブ回路3の出力の高周波成分を低減
するためには、図12に示した回路の他に図13のよう
にFET31のドレインに昇圧トランス16の1次側を
接続し、2次側にコンデンサ17を挿入しても同様の効
果が得られる。
In order to reduce the high-frequency component of the output of the drive circuit 3, in addition to the circuit shown in FIG. 12, the primary side of the step-up transformer 16 is connected to the drain of the FET 31 as shown in FIG. A similar effect can be obtained even if a capacitor 17 is inserted into the capacitor.

【0052】(実施の形態5)図14は本発明の第5の
実施の形態であるローゼン型圧電トランス20の概観図
であり、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの圧電セ
ラミック材料から成る矩形板に1次側(入力側)電極2
1および2次側(出力側)電極23を付けて構成してい
る。同図中に矢印とPで示すように、1次側電極部は矩
形板の厚さ方向に分極されており、2次側電極部は長さ
方向に分極されている。圧電トランス20の2次側電極
部には抵抗値にして10MΩ〜数100MΩ程度の高抵
抗導電膜22が形成されている。
(Fifth Embodiment) FIG. 14 is a schematic view of a Rosen-type piezoelectric transformer 20 according to a fifth embodiment of the present invention, which is made of a rectangular material made of a piezoelectric ceramic material such as lead zirconate titanate (PZT). Primary (input) electrode 2 on plate
It is configured by attaching primary and secondary (output) electrodes 23. As shown by arrows and P in the figure, the primary side electrode portion is polarized in the thickness direction of the rectangular plate, and the secondary side electrode portion is polarized in the length direction. A high-resistance conductive film 22 having a resistance value of about 10 MΩ to several 100 MΩ is formed on the secondary electrode portion of the piezoelectric transformer 20.

【0053】従来の圧電トランス駆動装置は、駆動開始
時に駆動周波数を圧電トランスが示すヒステリシス領域
より高い周波数から低い方へ駆動周波数を掃引して、ヒ
ステリシス領域より高い所定の周波数範囲になった時に
駆動周波数の掃引を停止して、以後は圧電トランスの出
力電流をほぼ一定にするために、ヒステリシス領域より
高い周波数領域で圧電トランスの駆動周波数を可変して
出力電流を制御している。しかし、駆動開始時には圧電
トランスに高周波電圧が印加され、圧電トランスの材料
定数を劣化させ、また機械的に破壊するなどの損傷を与
える。また、入力高周波電圧が圧電トランスにより昇圧
されて圧電トランスの負荷に高圧の高周波電圧を印加し
て負荷に損傷を与える、圧電トランスの2次側が開放ま
たは開放に近いときには、2次側電極の出力電圧が大き
くなり圧電トランスに与えるダメージが大きくなる。
The conventional piezoelectric transformer driving device sweeps the driving frequency from a frequency higher than a hysteresis region indicated by the piezoelectric transformer at the start of driving to a lower frequency, and drives when a predetermined frequency range higher than the hysteresis region is reached. After the frequency sweep is stopped, the output current of the piezoelectric transformer is controlled by varying the drive frequency of the piezoelectric transformer in a frequency region higher than the hysteresis region in order to keep the output current of the piezoelectric transformer substantially constant. However, at the start of driving, a high-frequency voltage is applied to the piezoelectric transformer, thereby deteriorating the material constant of the piezoelectric transformer and causing damage such as mechanical destruction. Also, the input high-frequency voltage is boosted by the piezoelectric transformer and a high-frequency voltage is applied to the load of the piezoelectric transformer to damage the load. When the secondary side of the piezoelectric transformer is open or nearly open, the output of the secondary electrode is output. The voltage increases and the damage to the piezoelectric transformer increases.

【0054】しかし本発明では、高抵抗導電膜22によ
り、10MΩ〜数100MΩ程度の抵抗が圧電トランス
20の出力の負荷となり、例え負荷が開放状態になって
も圧電トランス20の2次側電極23の出力電圧が過度
に大きくなることがないので、高圧の高周波電圧により
圧電トランス20が機械的に破壊されることをなくする
ことができる。また、回路基板上で抵抗素子を用いて保
護回路を構成していないので、例え圧電トランス20か
ら取り出した出力リード線が切れても圧電トランス20
が破壊されることを無くすることができる。
However, in the present invention, the resistance of about 10 MΩ to several hundreds MΩ becomes a load of the output of the piezoelectric transformer 20 due to the high resistance conductive film 22, and even if the load is opened, the secondary electrode 23 of the piezoelectric transformer 20 is opened. Since the output voltage of the piezoelectric transformer 20 does not become excessively high, the piezoelectric transformer 20 can be prevented from being mechanically broken by the high-frequency voltage. Further, since a protection circuit is not formed using a resistance element on the circuit board, even if an output lead wire taken out of the piezoelectric
Can be prevented from being destroyed.

【0055】本発明の目的とするところは、駆動開始時
に発生する高周波電圧により圧電トランスの2次側に発
生する高電圧の振幅値を抑えて、信頼性が高く寿命が長
く、駆動効率が高いという条件をすべて兼ね備えた圧電
トランスを提供することにある。ここでは、圧電セラミ
ック製の圧電トランスに対して説明したが、圧電単結晶
性の圧電トランスに対しても高抵抗導電膜により、例え
ば10MΩ〜数100MΩ程度の抵抗を2次側電極部に
形成することにより同様の効果が得られることは言うま
でもない。
An object of the present invention is to suppress the amplitude value of the high voltage generated on the secondary side of the piezoelectric transformer by the high-frequency voltage generated at the start of driving, thereby achieving high reliability, long life, and high driving efficiency. It is an object of the present invention to provide a piezoelectric transformer having all of the above conditions. Here, a description has been given of a piezoelectric transformer made of a piezoelectric ceramic. However, a resistance of, for example, about 10 MΩ to several hundred MΩ is formed on the secondary-side electrode portion by using a high-resistance conductive film even for a piezoelectric single-crystal piezoelectric transformer. Needless to say, the same effect can be obtained.

【0056】(実施の形態6)図15は本発明の第6の
実施の形態であるローゼン型圧電トランス24の概観図
であり、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの圧電セ
ラミック材料から成る矩形板に1次側(入力側)電極2
5および2次側(出力側)電極26を付けて構成してい
る。そして、同図中に矢印とPで示すように、1次側電
極部は矩形板の厚さ方向に分極されており、2次側電極
部は長さ方向に分極されている。圧電トランス24に形
成されている1次側電極25の2次側電極部との境界
(圧電トランス24の中央部)は直線であり、他方の圧
電トランス24の端部側は2つの角に半径2〜7mm程
度の丸みまたは2〜5mm程度の面取りが施されてい
る。この1次側電極25の電極構造により圧電トランス
24は高次の共振を極めて弱くすることができる。
(Embodiment 6) FIG. 15 is a schematic view of a Rosen-type piezoelectric transformer 24 according to a sixth embodiment of the present invention, which is a rectangle made of a piezoelectric ceramic material such as lead zirconate titanate (PZT). Primary (input) electrode 2 on plate
5 and a secondary (output) electrode 26 are provided. As shown by arrows and P in the figure, the primary electrode portion is polarized in the thickness direction of the rectangular plate, and the secondary electrode portion is polarized in the length direction. The boundary between the primary side electrode 25 formed on the piezoelectric transformer 24 and the secondary side electrode part (the center part of the piezoelectric transformer 24) is a straight line, and the end side of the other piezoelectric transformer 24 has a radius at two corners. A roundness of about 2 to 7 mm or a chamfer of about 2 to 5 mm is provided. Due to the electrode structure of the primary electrode 25, the piezoelectric transformer 24 can extremely weaken high-order resonance.

【0057】圧電トランス駆動装置は、駆動開始時に駆
動周波数を圧電トランスが示すヒステリシス領域より高
い周波数から低い方へ掃引して、ヒステリシス領域より
高い所定の周波数になった時に駆動周波数の掃引を停止
して、以後は圧電トランスの出力電流をほぼ一定にする
ために、ヒステリシス領域より高い周波数領域で圧電ト
ランスの駆動周波数を可変して出力電流を制御してい
る。しかし、駆動開始時に圧電トランスに高周波電流が
流入し、圧電トランス24により高電圧に昇圧され圧電
トランス24に損傷を与える。しかし本発明では圧電ト
ランス24の高次の共振モードを極めて弱くできるの
で、高周波電流が入力されても昇圧することができない
ので負荷に損傷を与えず、圧電トランス24自身に損傷
を与えることがない。
The piezoelectric transformer driving device sweeps the driving frequency from a frequency higher than the hysteresis region indicated by the piezoelectric transformer to a lower frequency at the start of driving, and stops the sweeping of the driving frequency when the frequency reaches a predetermined frequency higher than the hysteresis region. Thereafter, in order to make the output current of the piezoelectric transformer substantially constant, the drive current of the piezoelectric transformer is varied in a frequency region higher than the hysteresis region to control the output current. However, at the start of driving, a high-frequency current flows into the piezoelectric transformer, and is boosted to a high voltage by the piezoelectric transformer 24 to damage the piezoelectric transformer 24. However, in the present invention, the higher-order resonance mode of the piezoelectric transformer 24 can be extremely weakened, so that even if a high-frequency current is input, the voltage cannot be boosted, so that the load is not damaged and the piezoelectric transformer 24 itself is not damaged. .

【0058】本発明の目的とするところは、圧電トラン
スの1次側電極構造により高周波である高次振動モード
を極めて弱くすることにより、駆動開始時に発生する高
周波電流が圧電トランスに入力されても、信頼性が高く
寿命が長く、駆動効率が高いという条件をすべて兼ね備
えた圧電トランスを提供することにある。ここでは、圧
電セラミック製の圧電トランスに対して説明したが、圧
電単結晶性の圧電トランスに対しても同様な2次側電極
を形成することにより同様の効果が得られることは言う
までもない。
An object of the present invention is to make the high-frequency vibration mode, which is a high frequency, extremely weak by the primary electrode structure of the piezoelectric transformer, so that a high-frequency current generated at the start of driving can be input to the piezoelectric transformer. Another object of the present invention is to provide a piezoelectric transformer having all of the requirements of high reliability, long life, and high drive efficiency. Here, a description has been given of a piezoelectric transformer made of a piezoelectric ceramic. However, needless to say, a similar effect can be obtained by forming a similar secondary-side electrode also for a piezoelectric single-crystal piezoelectric transformer.

【0059】本発明の圧電トランス、圧電トランス駆動
装置は、例えば液晶表示装置に応用することが出来る。
The piezoelectric transformer and the piezoelectric transformer driving device of the present invention can be applied to, for example, a liquid crystal display device.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明の第1の発明によれば圧電トランスの駆動開始時
の駆動信号の掃引開始周波数を圧電トランスの共振周波
数よりあまり高くとらないようにすることにより、つま
り駆動の開始信号周波数を圧電トランスの実駆動時の共
振周波数の1.1倍以内(より確実には1.07倍以
内)に設定して、駆動電圧の高周波成分を少なくするこ
とにより、特性劣化、また機械的破壊の確率の極めて小
さい信頼性の高い、また駆動効率の高い圧電トランス駆
動装置を提供することができる。
As is apparent from the above description,
According to the first aspect of the present invention, the sweep start frequency of the drive signal at the start of driving of the piezoelectric transformer is not set to be much higher than the resonance frequency of the piezoelectric transformer, that is, the drive start signal frequency is reduced. By setting the resonance frequency within 1.1 times (more certainly within 1.07 times) the resonance frequency at the time of actual driving and reducing the high frequency component of the driving voltage, the probability of characteristic deterioration and mechanical destruction is extremely high. A small and highly reliable piezoelectric transformer driving device with high driving efficiency can be provided.

【0061】第2の発明によれば圧電トランスの駆動開
始時の駆動信号の振幅値を徐々に高くしていくことによ
り、つまり駆動開始時の駆動信号周波数を圧電トランス
の実駆動時に示すヒステリシス領域よりも高く、その通
常駆動時の電圧振幅の0.7倍(顕著な効果を望む時に
は0.5倍)以内に設定し、負荷電流が設定値になるま
でに駆動周波数を低下させるとともに、駆動電圧を徐々
に上げていくことにより、特性劣化、また機械的破壊の
確率の極めて小さい信頼性の高い、また駆動効率の高い
圧電トランス駆動装置を提供することができる。
According to the second aspect of the invention, by gradually increasing the amplitude value of the drive signal at the start of driving the piezoelectric transformer, that is, the hysteresis area indicating the drive signal frequency at the start of drive when the piezoelectric transformer is actually driven. Higher than the voltage amplitude during normal driving, and within 0.7 times (0.5 times when a remarkable effect is desired) the drive frequency is reduced until the load current reaches the set value. By gradually increasing the voltage, it is possible to provide a highly reliable piezoelectric transformer drive device with extremely low probability of characteristic deterioration and mechanical destruction, and high drive efficiency.

【0062】第3の発明によれば圧電トランスの駆動信
号を出力するドライブ回路(駆動回路)の応答を遅くす
ることにより、つまり実験では、ドライブ回路の応答を
圧電トランスの使用モードの共振周波数の5〜7倍以上
の周波数で遅くすれば、特性劣化、また機械的破壊の確
率の極めて小さい信頼性の高い、また駆動効率の高い圧
電トランス駆動装置を提供することができる。
According to the third aspect of the invention, the response of the drive circuit (drive circuit) for outputting the drive signal of the piezoelectric transformer is delayed, that is, in the experiment, the response of the drive circuit is reduced by the resonance frequency of the use mode of the piezoelectric transformer. If the frequency is reduced at a frequency of 5 to 7 times or more, it is possible to provide a highly reliable piezoelectric transformer driving device having a very small probability of characteristic deterioration and mechanical destruction and high driving efficiency.

【0063】第4の発明によれば圧電トランスの駆動信
号を出力するドライブ回路(駆動回路)の出力の高周波
成分を低減することにより、つまり実験では、前記直列
共振回路の直列共振周波数を圧電トランスの共振周波数
の0.7〜1.3倍の範囲内に設定することにより、特
性劣化、また機械的破壊の確率の極めて小さい信頼性の
高い、また駆動効率の高い圧電トランス駆動装置を提供
することができる。
According to the fourth aspect of the invention, the high frequency component of the output of the drive circuit (drive circuit) for outputting the drive signal of the piezoelectric transformer is reduced, that is, in the experiment, the series resonance frequency of the series resonance circuit is reduced by the piezoelectric transformer. By setting the resonance frequency within the range of 0.7 to 1.3 times the resonance frequency of the piezoelectric transformer, it is possible to provide a highly reliable piezoelectric transformer driving device having a very small probability of characteristic deterioration and mechanical destruction and a high driving efficiency. be able to.

【0064】また、本発明の第5の発明によれば高抵抗
導電膜などにより所定の大きさの抵抗を圧電トランスに
2次側電極部に形成することにより、駆動開始時に発生
する高周波電圧により圧電トランスの2次側に発生する
高電圧の振幅値を抑えて、信頼性が高く寿命が長く、駆
動効率が高いという条件をすべて兼ね備えた圧電トラン
スを提供することができる。
Further, according to the fifth aspect of the present invention, by forming a resistor of a predetermined magnitude on the secondary electrode portion of the piezoelectric transformer with a high-resistance conductive film or the like, a high-frequency voltage generated at the start of driving can be obtained. By suppressing the amplitude value of the high voltage generated on the secondary side of the piezoelectric transformer, it is possible to provide a piezoelectric transformer having all the conditions of high reliability, long life, and high drive efficiency.

【0065】第6の発明によれば圧電トランスの1次側
電極構造により高周波である高次振動モードを極めて弱
くすることにより、駆動開始時に発生する高周波電流が
圧電トランスに入力されても、信頼性が高く寿命が長
く、駆動効率が高いという条件をすべて兼ね備えた圧電
トランスを提供することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, the high-frequency vibration mode, which is a high frequency, is extremely weakened by the primary electrode structure of the piezoelectric transformer. It is possible to provide a piezoelectric transformer that satisfies all the conditions of high performance, long life, and high drive efficiency.

【0066】第7、第8の発明によれば、安定した液晶
表示が可能になる。
According to the seventh and eighth aspects, a stable liquid crystal display can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による圧電トランス駆動装置の実施の形
態1のブロック図
FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of a piezoelectric transformer driving device according to the present invention.

【図2】実施の形態1で用いる圧電トランスのアドミッ
タンスの周波数特性図
FIG. 2 is a frequency characteristic diagram of admittance of the piezoelectric transformer used in the first embodiment.

【図3】実施の形態1の駆動周波数の掃引による圧電ト
ランスの駆動電流波形図
FIG. 3 is a drive current waveform diagram of the piezoelectric transformer by sweeping the drive frequency according to the first embodiment.

【図4】本発明による圧電トランス駆動装置の実施の形
態2のブロック図
FIG. 4 is a block diagram of a piezoelectric transformer driving device according to a second embodiment of the present invention;

【図5】実施の形態2で用いる圧電トランスのアドミッ
タンスの周波数特性図
FIG. 5 is a frequency characteristic diagram of admittance of the piezoelectric transformer used in the second embodiment.

【図6】実施の形態2の駆動周波数の掃引時の圧電トラ
ンスへの印加電圧波形図
FIG. 6 is a waveform diagram of a voltage applied to a piezoelectric transformer when a drive frequency is swept according to the second embodiment.

【図7】実施の形態2の駆動周波数の掃引による圧電ト
ランスの駆動電流波形図
FIG. 7 is a drive current waveform diagram of a piezoelectric transformer by sweeping the drive frequency according to the second embodiment.

【図8】本発明による圧電トランス駆動装置の実施の形
態3ー1のブロック図
FIG. 8 is a block diagram of Embodiment 3-1 of a piezoelectric transformer driving device according to the present invention.

【図9】実施の形態3ー1の駆動周波数の掃引による圧
電トランスの駆動電流波形図
FIG. 9 is a drive current waveform diagram of a piezoelectric transformer by sweeping the drive frequency according to the embodiment 3-1.

【図10】本発明による圧電トランス駆動装置の実施の
形態3ー2のブロック図
FIG. 10 is a block diagram of Embodiment 3-2 of the piezoelectric transformer driving device according to the present invention.

【図11】本発明による圧電トランス駆動装置の実施の
形態3ー3のブロック図
FIG. 11 is a block diagram of Embodiment 3-3 of the piezoelectric transformer driving device according to the present invention.

【図12】本発明による圧電トランス駆動装置の実施の
形態4ー1のブロック図
FIG. 12 is a block diagram of Embodiment 4-1 of a piezoelectric transformer driving device according to the present invention.

【図13】本発明による圧電トランス駆動装置の実施の
形態4ー2のブロック図
FIG. 13 is a block diagram of Embodiment 4-2 of a piezoelectric transformer driving device according to the present invention.

【図14】本発明による圧電トランスの実施の形態5の
構造図
FIG. 14 is a structural diagram of Embodiment 5 of a piezoelectric transformer according to the present invention.

【図15】本発明による圧電トランスの実施の形態6の
構造図
FIG. 15 is a structural diagram of a piezoelectric transformer according to a sixth embodiment of the present invention.

【図16】従来のローゼン型圧電トランスの構造図FIG. 16 is a structural diagram of a conventional Rosen-type piezoelectric transformer.

【図17】従来の圧電トランス駆動装置のブロック図FIG. 17 is a block diagram of a conventional piezoelectric transformer driving device.

【図18】従来の別の圧電トランス駆動装置のブロック
FIG. 18 is a block diagram of another conventional piezoelectric transformer driving device.

【図19】従来の別の圧電トランス駆動装置のブロック
FIG. 19 is a block diagram of another conventional piezoelectric transformer driving device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 可変発振回路 2 波形整形回路 3 ドライブ回路(駆動回路) 31 FET 32 昇圧コイル 4 圧電トランス 5 冷陰極蛍光灯 6 帰還抵抗 7 電流検出回路 8 周波数制御回路 9 振幅制御回路 10 抵抗 11 ダイオード 12 コンデンサ 13 コンデンサ 14 コイル(インダクタンス) 16 昇圧トランス 17 コンデンサ 20 圧電トランス 21 1次側電極 22 高抵抗導電膜 23 2次側電極 24 圧電トランス 25 1次側電極 26 2次側電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Variable oscillation circuit 2 Waveform shaping circuit 3 Drive circuit (drive circuit) 31 FET 32 Boost coil 4 Piezoelectric transformer 5 Cold cathode fluorescent lamp 6 Feedback resistance 7 Current detection circuit 8 Frequency control circuit 9 Amplitude control circuit 10 Resistance 11 Diode 12 Capacitor 13 Capacitor 14 Coil (inductance) 16 Step-up transformer 17 Capacitor 20 Piezoelectric transformer 21 Primary electrode 22 High-resistance conductive film 23 Secondary electrode 24 Piezoelectric transformer 25 Primary electrode 26 Secondary electrode

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】交流信号を発生する可変発振回路と、前記
交流信号を増幅して駆動信号とする駆動回路と、圧電体
に入力電極と出力電極を構成した圧電トランスと、前記
出力電極につながれた負荷を有し、前記圧電トランスの
前記入力電極に前記駆動信号を印加して、前記駆動信号
を昇圧して前記圧電トランスの出力電極より取り出し、
前記負荷を駆動する圧電トランス駆動装置であって、 前記負荷への流入電流を検出する電流検出回路と、 駆動開始時に、前記圧電トランスの実駆動時の共振周波
数より少なくても1.1倍以内の高い周波数に前記駆動
信号を設定し、前記駆動信号より駆動周波数の掃引を開
始し、前記電流検出回路による負荷電流が設定値になっ
た時に駆動周波数の掃引を停止し、前記掃引停止後は前
記圧電トランスの実駆動時の共振周波数と一定関係にあ
る設定周波数範囲内で前記負荷電流を制御する周波数制
御回路とを有することを特徴とする圧電トランス駆動装
置。
1. A variable oscillation circuit for generating an AC signal, a drive circuit for amplifying the AC signal to generate a drive signal, a piezoelectric transformer having a piezoelectric body having an input electrode and an output electrode, and being connected to the output electrode. Having a load, applying the drive signal to the input electrode of the piezoelectric transformer, boosting the drive signal and extracting it from the output electrode of the piezoelectric transformer,
What is claimed is: 1. A piezoelectric transformer driving device for driving a load, comprising: a current detection circuit for detecting a current flowing into the load; and at the start of driving, at least 1.1 times the resonance frequency of the piezoelectric transformer at the time of actual driving. Set the drive signal to a high frequency, start the sweep of the drive frequency from the drive signal, stop the sweep of the drive frequency when the load current by the current detection circuit reaches a set value, after the stop of the sweep A frequency control circuit for controlling the load current within a set frequency range having a fixed relationship with a resonance frequency of the piezoelectric transformer during actual driving.
【請求項2】交流信号を発生する可変発振回路と、前記
交流信号を増幅して駆動信号とする駆動回路と、圧電体
に入力電極と出力電極を構成した圧電トランスと、前記
出力電極につながれた負荷を有し、前記圧電トランスの
前記入力電極に前記駆動信号を印加して、前記駆動信号
を昇圧して前記圧電トランスの出力電極より取り出し、
前記負荷を駆動する圧電トランス駆動装置であって、 前記負荷への流入電流を検出する電流検出回路と、 駆動開始時に、前記圧電トランスの実駆動時の共振周波
数より高い周波数に前記駆動信号を設定し、前記駆動信
号より駆動周波数の掃引を開始し、前記電流検出回路に
よる負荷電流が設定値になった時に駆動周波数の掃引を
停止し、前記掃引停止後は前記圧電トランスの実駆動時
の共振周波数と一定関係にある設定周波数範囲内で前記
負荷電流を制御する周波数制御回路と、 駆動開始時に、通常駆動時の前記駆動信号の0.7倍以
内に前記駆動信号の振幅を設定し、前記電流検出回路に
よる負荷電流が設定値になった時に駆動周波数の掃引を
停止するまで、前記駆動信号の電圧振幅を徐々に上げて
いく制御を行う振幅制御回路とを有することを特徴とす
る圧電トランス駆動装置。
2. A variable oscillation circuit for generating an AC signal, a drive circuit for amplifying the AC signal to generate a drive signal, a piezoelectric transformer having a piezoelectric body having an input electrode and an output electrode, and being connected to the output electrode. Having a load, applying the drive signal to the input electrode of the piezoelectric transformer, boosting the drive signal and extracting it from the output electrode of the piezoelectric transformer,
A piezoelectric transformer driving device that drives the load, comprising: a current detection circuit that detects a current flowing into the load; and setting the drive signal to a frequency higher than a resonance frequency of the piezoelectric transformer when the piezoelectric transformer is actually driven at a start of driving. The driving frequency starts to be swept from the driving signal, and when the load current by the current detection circuit reaches a set value, the driving frequency is stopped to be swept. A frequency control circuit for controlling the load current within a set frequency range having a fixed relationship with a frequency; and at the start of driving, setting the amplitude of the driving signal within 0.7 times the driving signal during normal driving; And an amplitude control circuit for performing control to gradually increase the voltage amplitude of the drive signal until the sweep of the drive frequency is stopped when the load current by the current detection circuit reaches a set value. Piezoelectric transformer driving apparatus characterized by.
【請求項3】交流信号を発生する可変発振回路と、前記
交流信号を増幅して駆動信号とする駆動回路と、圧電体
に入力電極と出力電極を構成した圧電トランスと、前記
出力電極につながれた負荷を有し、前記圧電トランスの
前記入力電極に前記駆動信号を印加して、前記駆動信号
を昇圧して前記圧電トランスの出力電極より取り出し、
前記負荷を駆動する圧電トランス駆動装置であって、 前記負荷への流入電流を検出する電流検出回路と、 駆動開始時に、前記圧電トランスの実駆動時の共振周波
数より高い周波数に前記駆動信号を設定し、前記駆動信
号より駆動周波数の掃引を開始し、前記電流検出回路に
よる負荷電流が設定値になった時に駆動周波数の掃引を
停止し、前記掃引停止後は前記圧電トランスの実駆動時
の共振周波数と一定関係にある設定周波数範囲内で前記
負荷電流を制御する周波数制御回路とを有し、 前記駆動回路としてFET素子を用い、前記FET素子
のゲートに抵抗素子とダイオードの並列回路を接続する
か、前記FET素子のゲートとドレイン間に容量素子を
接続するか、前記FET素子のドレインとアース間に容
量素子を接続するかの少なくとも1つを採用したことを
特徴とする圧電トランス駆動回路。
3. A variable oscillation circuit for generating an AC signal, a drive circuit for amplifying the AC signal to generate a drive signal, a piezoelectric transformer having a piezoelectric body having an input electrode and an output electrode, and being connected to the output electrode. Having a load, applying the drive signal to the input electrode of the piezoelectric transformer, boosting the drive signal and extracting it from the output electrode of the piezoelectric transformer,
A piezoelectric transformer driving device that drives the load, comprising: a current detection circuit that detects a current flowing into the load; and setting the drive signal to a frequency higher than a resonance frequency of the piezoelectric transformer when the piezoelectric transformer is actually driven at a start of driving. The driving frequency starts to be swept from the driving signal, and when the load current by the current detection circuit reaches a set value, the driving frequency is stopped to be swept. A frequency control circuit that controls the load current within a set frequency range that is in a fixed relationship with the frequency, wherein an FET element is used as the drive circuit, and a parallel circuit of a resistance element and a diode is connected to the gate of the FET element. Or connecting a capacitor between the gate and drain of the FET element, or connecting a capacitor between the drain and ground of the FET element. Piezoelectric transformer drive circuit, characterized in that it employs one.
【請求項4】交流信号を発生する可変発振回路と、前記
交流信号を増幅して駆動信号とする駆動回路と、圧電体
に入力電極と出力電極を構成した圧電トランスと、前記
出力電極につながれた負荷を有し、前記圧電トランスの
前記入力電極に前記駆動信号を印加して、前記駆動信号
を昇圧して前記圧電トランスの出力電極より取り出し、
前記負荷を駆動する圧電トランス駆動装置であって、 前記負荷への流入電流を検出する電流検出回路と、 駆動開始時に、前記圧電トランスの実駆動時の共振周波
数より高い周波数に前記駆動信号を設定し、前記駆動信
号より駆動周波数の掃引を開始し、前記電流検出回路に
よる負荷電流が設定値になった時に駆動周波数の掃引を
停止し、前記掃引停止後は前記圧電トランスの実駆動時
の共振周波数と一定関係にある設定周波数範囲内で前記
負荷電流を制御する周波数制御回路とを有し、 前記駆動回路としてFET素子を用い、前記FET素子
のドレインにインダクタンスとコンデンサの直列回路を
接続するか、前記FET素子のドレインにインダクタン
スのみを接続するか、前記FET素子のドレインに昇圧
トランスの1次側を接続し、前記昇圧トランスの2次側
にコンデンサを接続するかの少なくとも1つを採用した
ことを特徴とする圧電トランス駆動回路。
4. A variable oscillation circuit for generating an AC signal, a drive circuit for amplifying the AC signal to generate a drive signal, a piezoelectric transformer having a piezoelectric body having an input electrode and an output electrode, and being connected to the output electrode. Having a load, applying the drive signal to the input electrode of the piezoelectric transformer, boosting the drive signal and extracting it from the output electrode of the piezoelectric transformer,
A piezoelectric transformer driving device that drives the load, comprising: a current detection circuit that detects a current flowing into the load; and setting the drive signal to a frequency higher than a resonance frequency of the piezoelectric transformer when the piezoelectric transformer is actually driven at a start of driving. The driving frequency starts to be swept from the driving signal, and when the load current by the current detection circuit reaches a set value, the driving frequency is stopped to be swept. A frequency control circuit for controlling the load current within a set frequency range that is in a fixed relationship with the frequency, wherein an FET element is used as the drive circuit, and a series circuit of an inductance and a capacitor is connected to a drain of the FET element. Connecting only the inductance to the drain of the FET element, or connecting the primary side of the step-up transformer to the drain of the FET element, Piezoelectric transformer drive circuit, characterized in that it employs at least one of either a capacitor on the secondary side of the step-up transformer.
【請求項5】圧電セラミック材料または圧電単結晶から
成り、1次側(入力側)電極および2次側(出力側)電
極が付され、前記1次側電極に入力された駆動交流電圧
を電圧変換して前記2次側電極より出力する圧電トラン
スにおいて、 前記圧電トランスの2次側電極部に、所定の大きさの抵
抗値を有する高抵抗導電膜が形成されていることを特徴
とする圧電トランス。
5. A piezoelectric device comprising a piezoelectric ceramic material or a piezoelectric single crystal, a primary side (input side) electrode and a secondary side (output side) electrode. In a piezoelectric transformer which converts and outputs from the secondary side electrode, a high resistance conductive film having a predetermined resistance value is formed on a secondary side electrode portion of the piezoelectric transformer. Trance.
【請求項6】圧電セラミック材料または圧電単結晶から
成り、1次側(入力側)電極および2次側(出力側)電
極が付され、前記1次側電極に入力された駆動交流電圧
を電圧変換して前記2次側電極より出力する圧電トラン
スにおいて、 前記圧電トランスに形成されている前記1次側電極の2
次側電極部との境界、つまり前記圧電トランスの中央部
は直線であり、他方の端部側は前記1次側電極の2つの
角に所定の大きさの半径の丸み、または所定の大きさの
面取りが施されていることを特徴とする圧電トランス。
6. A primary AC (input side) electrode and a secondary side (output side) electrode which are made of a piezoelectric ceramic material or a piezoelectric single crystal, and drive AC voltage inputted to said primary side electrode is applied to a voltage. In the piezoelectric transformer which converts and outputs from the secondary side electrode, 2 of the primary side electrodes formed in the piezoelectric transformer
The boundary with the secondary electrode portion, that is, the central portion of the piezoelectric transformer is a straight line, and the other end is rounded at a radius of a predetermined size at two corners of the primary electrode, or a predetermined size. A piezoelectric transformer characterized by having a chamfered shape.
【請求項7】請求項1〜4の少なくとも1つの圧電トラ
ンス駆動装置を、液晶表示装置のバックライトの駆動装
置に利用したことを特徴とする液晶表示装置。
7. A liquid crystal display device wherein at least one piezoelectric transformer driving device according to claim 1 is used as a backlight driving device of a liquid crystal display device.
【請求項8】請求項5又は6の圧電トランスを、液晶表
示装置のバックライトの駆動装置の圧電トランスに利用
したことを特徴とする液晶表示装置。
8. A liquid crystal display device, wherein the piezoelectric transformer according to claim 5 is used as a piezoelectric transformer of a backlight driving device of a liquid crystal display device.
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