JPH118087A - 圧電トランスの駆動方法及び駆動回路 - Google Patents

圧電トランスの駆動方法及び駆動回路

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JPH118087A
JPH118087A JP9162781A JP16278197A JPH118087A JP H118087 A JPH118087 A JP H118087A JP 9162781 A JP9162781 A JP 9162781A JP 16278197 A JP16278197 A JP 16278197A JP H118087 A JPH118087 A JP H118087A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 放電管を点灯する場合に、放電管と反射板の
間にできる浮遊容量により放電管から反射板に流れる電
流によって生じる輝度むらを防止する。 【解決手段】 圧電効果を利用して1次端子から入力し
た電圧を2次端子に出力する第1及び第2の2つの圧電
トランス12,14と、第1の圧電トランス12を所要
の周波数電圧で動作させるための周波数信号を出力する
周波数制御回路21と、前記周波数信号を180度位相
反転する位相反転回路16と、これら180度位相が異
なる周波数信号に基づいて各圧電トランス12,14に
それぞれ周波数電圧を印加する駆動回路13,15とを
備える。さらに、第1の圧電トランス12の出力が第1
の入力端に印加され、第2の圧電トランス14の出力が
第2の入力端に印加される放電管11と、この放電管に
流れる電流が一定となる様に第1の圧電トランス12の
電圧を制御する回路20と、第1及び第2の圧電トラン
スの出力電圧が同一電圧になるように第2の圧電トラン
ス14に入力される電圧を制御する回路22,17を備
える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電効果を用いて直
流電圧源から所定の電圧に変換する圧電トランスの駆動
技術に関し、特に圧電トランスを使用して放電管を効率
よく点灯させる為の電源回路を構成するための圧電トラ
ンスの駆動方法と駆動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、放電管を点灯するための電源回路
として、圧電トランスを用いた駆動回路が提案されてい
る。このような圧電トランスを駆動する技術として、特
開平8−275553号公報に記載の技術のように、全
波の正弦波で圧電トランスを駆動し、この圧電トランス
の出力を負荷の一方から入力する駆動回路が提案されて
いる。この駆動回路は図4に示す様に、圧電トランス3
1の2つの1次電極に2つのオートトランス33,34
の2次側を接続し、オートトランス33,34の1次側
を電源電圧Vddに接続したものである。更に、オート
トランス33,34の中間端子にスイッチングトランジ
スタ37,38を接続し、負荷32に流れる電流を検出
して周波数制御回路35により、圧電トランス31の駆
動周波数を決定し2位相駆動回路36に入力する。この
2位相駆動回路36からの出力により、スイッチングト
ランジスタ37,38を圧電トランス31の共振周波数
で交互にスイッチングさせるものである。このオートト
ランス37,38の1次側と2次例のインダクタンス
と、圧電トランス31の等価入力容量で共振回路を構成
するように設定しておく。そこで、同図示す2相の半波
正弦波を発生させ、この2つの半波正弦波を圧電トラン
ス31の2つの1次側電極31a,31bに交互に印加
する事によって、圧電トランス31の1次側電極には正
弦波が印加されたことになる。このようにして圧電トラ
ンス31が負荷32に昇圧された出力電圧を印加するこ
とが出来るものである。また、他の従来技術として特開
平8−33349号公報では半波の正弦波、特開平8−
47265号公報では矩形波を圧電トランスの1次側に
入力してその出力を負荷の一方に入力する技術が示され
ている。
【0003】一方、電磁トランスを使用して冷陰極管な
どの放電管を点灯させ、更に放電管の輝度むらを少なく
する駆動回路としては、特開平6−20783号公報に
その技術が開示されている。これは図5に示す様に、電
流制御回路42及びパルス方向制御回路45に端子41
から、例えば映像信号の水平同期信号の様な周期性信号
が入力される。また、電流制御回路42からの出力がス
イッチング素子43のゲートに入力される。このスイッ
チング素子43のソース側は接地され、ドレイン側はト
ランス44の第1の一次巻き線44aの一端及び第2の
一次巻き線44bの他端に接続されている。パルス方向
制御回路45の出力は水平同期信号の所定周期毎に反転
するスイッチング信号Qとその逆相の信号Qbarであ
り、QとQbarがそれぞれトランジスタ48aのベー
ス及び46bのベースに入力される。トランジスタ46
a及び46bのコレタタは電源に接続されエミッタがそ
れぞれ第1の一次巻き線44aの他端と第2の一次巻き
線の一端に接続されている。トランス44の二次巻き線
44cの一端は放電管47の一方の電極、二次巻き線4
4cの他端は放電管47の他方の電極に接続される。
【0004】この回路構成において、端子41から図6
の(a)の様な信号が入力された場合、電流制御回路4
2からは図6(b)の様な信号がスイッチング素子43
のゲートに供給され、パルス方向制御回路45からは図
6の(c),(d)の様な図6の(a)の信号の中間の
位置で反転するスイッチング信号が形成される。図6
(c)の信号がトランジスタ46aのベースに図6
(d)の信号がトランジスタ46bのベースにそれぞれ
供給される事により、第1の一次巻き線44aと第2の
一次巻き線44bには交互に電流が流れる。第1の一次
巻き線44aと第2の一次巻き線44bは互いに逆方向
に巻かれていることから、トランス44の二次巻き線4
4cの一端及び他端間には図6(e)の様な所定周期毎
に反転するパルス状の電圧が発生し、この電圧が放電管
47の一方及び他方に印加される。
【0005】この他に、液晶パネルのバックライトの輝
度むらを低減する従来技術としては、特開平2−979
18号公報に技術が開示されている。図7はその回路図
であり、液晶パネルの裏面に行伸長方向に配置されたM
個(Mは1以上の整数)の放電管TMにそれぞれコンバ
ータ51、低周波パルス発生器52、管制御信号発生器
53が設けられている。回路構成は、放電管T1にコン
バータ51が接続され、例えば図8(c)の様な周期T
HFの高周波電圧の矩形波を放電管T1に印加できるよ
うにDC電圧VOが入力されている。コンバータ51に
は、放電管T1の輝度の変化を生起する図8(b)の様
な低周波制御信号VBFが入力される。低周波制御信号
VBFは、放電管T1に印加される高周波電圧VHFを
変調する調整可能なチョップ速度TBF/Tmを持つ低
周波周期パルスである。また低周波制御信号VBFは、
管制御信号発生器53から入力される制御信号STに基
づいて低周波パルス発生器52により発生される。信号
STはDC電圧であり、レベル変化が可能である。また
信号STは、積分器54を介して比較器55の第一入力
に入力される。比較器55の第2入力には、図8(a)
に示す様なスロープ発生器56の出力信号VSが入力さ
れる。積分器54の出力電圧Vmがスロープ信号VSと
比較され図8(b)の様な低周波制御信号VBFを発生
させる。電圧STが変化するとこれに応じて電圧Vmが
変化し、低周波矩形波信号VBFのパルス幅Tmが変化
する。この信号VBFにより放電管T1に印加する電圧
VHFの制御を行う。この制御により図8(d)の様に
放電管T1の輝度LTが経時的に変調される。また放電
管T1の平均輝度は図8(d)のLTmで表される。図
9(a)から図9(d)は、制御信号STが変化する場
合の図8(a)から図8(d)と同じ信号を示す。図9
から変調時間Tmの値を変化させる事により、放電管T
1に印加する電圧VHFの持続時間を変化させている。
この制御を液晶パネルの裏面に行伸長方向に配置された
M個の放電管TMについて行い、液晶パネル全体の輝度
むらを低減している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上の従来の技術にお
ける第1の問題点は、負荷が放電管の場合に前記の特開
平8−275553号、特開平8−33349号、特開
平8−47285号の各公報の様に圧電トランスを駆動
し、放電管の片側だけに高電圧を印加して放電管を点灯
させた場合、放電管の高電圧を印加されていない低圧側
は輝度が低くなり、放電管の高圧側と低圧側で輝度むら
が生じることである。この現象は、電磁トランスでも同
様であり、特開平6−20783号の様に放電管を点灯
しても起こる。また、例えば特開平2−97916号の
様に液晶パネルに使用される放電管に片側から高圧を入
力し、所定数の放電管に印加する高圧の印加時間を変化
させて液晶パネルの輝度を一定に保つように制御した場
合にもこの現象は起こる。その理由は、放電管と放電管
の反射板との間に形成される浮遊容量によって、放電管
に流れている電流が反射板に流れ込んでしまう為であ
る。冷陰極管が直下型に配置されているバックライトの
構造は、図10(a)の様になっている。従って、図1
0(b)の様に放電管と放電管の反射板との間には浮遊
容量が形成されることになり、放電管から反射板に電流
が流れ込んでしまう事になる。この為、放電管の低圧側
では高圧側に比べて流れている電流が小さくなり輝度も
低くなる。
【0007】また、第2の問題点は、放電管の片側から
高圧を入力した場合、放電管を効率よく点灯させること
ができない事である。その理由は、放電管に印加される
電圧が高くなると放電管と反射板の間で形成される浮遊
容量に流れ込む電流が多くなる為である。浮遊容量の全
体の容量値をC、放電管に印加される電圧をV、浮遊容
量に電流が流れ込むことによってこの浮遊容量を充放電
するエネルギをWとすると(1)式の様な関係になる。 W=(1/2)×CxV2 …(1) (1)式に示す様に浮遊容量に充放電するエネルギW
は、放電管に印加される電圧の2乗に比例し、また、放
電管の抵抗成分により、放電管の印加電圧が高くなると
この浮遊容量を充放電する無効電力が増加する為、この
電圧の出力側の損失も大きくなる。
【0008】第3の問題点は、電磁トランスに換えて圧
電トランスを使用した場合、放電管の両側から高圧を入
力するには2つの圧電トランスが必要となるが、2つの
圧電トランスを同一の鞋動周波数で駆動すると同じ出力
電圧が出せないことがある。その理由は、放電管の両側
から入力される2つの圧電トランスの駆動周波数は同一
でなければならないが、図11に示すように、圧電トラ
ンスT1,T2の各駆動周波数とその昇圧比にばらつき
があると、一般に、圧電トランスはQが高いので、共振
周波数のばらつきがあると、わずかなばらつきでも昇圧
比が大きく異なってしまう為、放電管の駆動電圧がアン
バランスになってしまう事である。
【0009】本発明の目的はこれらの問題を解決し、圧
電トランスを使用して放電管の輝度むらを低減し、放電
管を効率よく点灯させる為の駆動回路及び駆動方法を提
供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の駆動方法は、圧
電効果を利用して1次端子から入力した電圧を2次端子
に出力する第1及び第2の2つの圧電トランスを備えて
おり、第1の圧電トランスを所要の周波数電圧で駆動
し、第2の圧電トランスを第1の圧電トランスと周波数
は同一で位相が180度異なる周波数電圧で駆動する。
そして、第1の圧電トランスの出力を放電管の第1の入
力端から印加し、第2の圧電トランスの出力を前記放電
管の第2の入力端から印加して前記放電管を点灯するこ
とを特徴とする。
【0011】また、本発明の駆動回路は、圧電効果を利
用して1次端子から入力した電圧を2次端子に出力する
第1及び第2の2つの圧電トランスと、第1の圧電トラ
ンスを所要の周波数電圧で動作させるための周波数信号
を出力する周波数制御手段と、前記周波数制御手段から
の周波数信号を180度位相反転する位相反転手段と、
前記180度位相が異なる周波数信号に基づいて前記各
圧電トランスにそれぞれ周波数電圧を印加する駆動回路
手段とを備える。さらに、前記第1の圧電トランスの出
力が第1の入力端に印加され、前記第2の圧電トランス
の出力が第2の入力端に印加される放電管と、前記放電
管に流れる電流が一定となる様に前記第1の圧電トラン
スの電圧を制御する手段と、前記第1及び第2の圧電ト
ランスの出力電圧が同一電圧になるように前記第2の圧
電トランスに入力される電圧を制御する手段とを備え
る。あるいは、前記放電管の輝度が一定となる様に前記
第1の圧電トランスの駆動周波数を制御する手段と、前
記第1及び第2の圧電トランスの出力電圧が同一電圧に
なるように前記第2の圧電トランスに入力される電圧を
制御する手段とを備える。
【0012】このように、圧電トランスを2つ使用し、
一方の圧電トランスは、放電管の輝度が一定となる様に
放電管の輝度或いは放電管に流れる電流値を検出して得
られる周波数電圧が印加され、他方の圧電トランスは一
方の圧電トランスの出力電圧と周波数が同一で位相が1
80度異なった出力電圧を出力する様な周波数電圧が印
加されるので、これら圧電トランスから出力される高圧
を放電管の異なった入力端にそれぞれ入力することによ
り、放電管から浮遊容量に流れ出る電流、及び放電管に
浮遊容量から流れ込む電流の量を減らすことが可能とな
り、放電管の輝度むらが低減できる。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1は本発明の圧電トランス駆動回
路の第1の実施形態の回路図である。同図において、放
電管11の一方の入力端には圧電トランス14の出力側
が接続され、他方の入力端には管電流検出回路20を介
して圧電トランス12の出力側が接続される。前記各圧
電トランス14,12はそれぞれ電源19に接続された
駆動回路15,13によって駆動される。そして、駆動
回路13は周波数制御回路21の出力により制御され、
駆動回路15は前記周波数制御回路21の出力を位相反
転回路16により反転された出力により制御される。ま
た、前記各圧電トランス14,12の出力は出力電圧比
較回路22で比較され、この比較結果により駆動電圧制
御回路17が前記電源19に接続されたスイッチング素
子18をオン、オフし、前記駆動回路15への電源供給
を制御する。なお、同図において、V1は放電管11の
一方に入力される高圧、V2は放電管11の他方に入力
される高圧であり、高圧V1とV2は周波数は同一で位
相が180度異なる。また、23は反射板であり、放電
管11との間に浮遊容量Cxが存在する。
【0014】この構成によれば、スイッチング素子18
がオンされているときには、電源19により各駆動回路
13,15がそれぞれ圧電トランス12,14を駆動
し、その出力側から放電管11に電圧を供給する。この
とき、前記放電管11に流れる電流は管電流検出回路2
0に流れ込むため、この管電流検出回路20で放電管1
1に流れる電流を検出し、検出した値を周波数制御回路
21に入力する。通常圧電トランスは圧電トランスを駆
動する周波数によって昇圧比が決定される。この為、周
波数制御回路21は、放電管11に流れる電流値が任意
の値で一定になるように圧電トランス12を駐動する周
波数の制御を行い、圧電トランス12を駆動する周波数
を持つ任意の波形を出力する。この周波数制御回路21
の出力が、駆動回路13によって昇圧され圧電トランス
12に入力される。圧電トランス12の出力が管電流検
出回路20に入力され、更に、放電管11に印加され
る。したがって、放電管11の一方に入力する圧電トラ
ンス12の出力は、放電管11に流れる電流値が一定に
なるように制御を行う。
【0015】一方、圧電トランス14の駆動周波数は圧
電トランス12と同一で位相が180度異なっていなけ
れば放電管の輝度むらは平均化されにくくなる。この
為、圧電トランス14を駐動する周波数は周波数制御回
路21の出力を位相反転回路16によって反転し、この
出力を圧電トランス14を駆動する駆動回路15に入力
する。これにより、圧電トランス12と圧電トランス1
4は同一の周波数で駆動することができる。しかし、圧
電トランスでの駆動周波数がばらつくと圧電トランス1
4の出力は非常に大きくなるか或いは非常に小さくなる
可能性がある。また、圧電トランス12と圧電トランス
14の出力が等しい時に放電管の輝度むらは、より良く
平均化されるため圧電トランス12と圧電トランス14
の出力電圧を同じにする必要がある。この為、圧電トラ
ンス12の出力電圧と圧電トランス14の出力電圧を電
圧比較回路22により比較を行い、この出力電圧比較回
路22の比較結果の信号を駆動電圧制御回路17に入力
し、駆動電圧制御回路17によって電源19から駆動回
路15に入力される電力をスイッチング素子18をオ
ン、オフすることによって圧電トランス14の出力電圧
を圧電トランス12の出力電圧に揃える。
【0016】この様な制御を行う事により、放電管11
の両端には、周波数が同一で位相が180度異なった電
圧がそれぞれ印加される事になる。放電管を点灯させる
ための所定の電圧をVH(V0-peak)とすると、図5に
示した技術の様に放電管の片側から高圧を入力した場合
には、放電管の片側電極にVH(V0-peak)を印加する
事になり、放電管の低圧側がGND電位近くになるた
め、浮遊容量の充放電エネルギは(1)式から、 (1/2)×Cx(VH)2 …(2) となる。しかし、放電管の両入力端からそれぞれ位相が
180度異なる高圧を入力した場合には、一方の入力端
に(1/2)VH(0-peak)が入力され、他方の入力端
に(一1/2)VH(0-peak)の電圧が印加される事に
なる。また、放電管の中央がGND電位になるため、浮
遊容量の充放電エネルギは、 2×(1/2)×(C/2)×(VH/2)2 …(3) となり、放電管の片側から高圧を入力する場合の1/4
になる。
【0017】放電管に流れる電流は、特開平6−207
83号公報に記載の放電管の入力波形である図6(e)
のtlの期間では、図3の(a)の様になる。また、放
電管の輝度は放電管に流れる電流の量に比例することか
ら放電管の輝度も図3の(a)の様な分布になる。図6
(e)のt2の期間では放電管に印加される高圧がtl
の期間とは反対側であるが、放電管に流れる電流の絶対
値は、tlの期間と同様に図3(a)の様な分布にな
り、輝度も図3(a)のようになる。放電管の両端から
周波数が同一で位相が180度異なる高圧を入力した場
合には、放電管の中央がGND電拉となる為、放電管か
ら浮遊容量に流れる電流は、図3(b)の様になり、放
電管から浮遊容量に流れ込まない電流を考慮すると放電
管に流れる電流の分布は図3(c)の様になるため放電
管の輝度の分布も図3(c)の様になる。従って、放電
管の両側の入力端から位相が180度異なる高圧を入力
すると放電管の輝度むらが低瀬できる。
【0018】次に図2を使用して本発明の第2の実施の
形態について説明する。図2において図1と等価な部分
には同一符号を付してある。この実施形態では、放電管
11の他方の入力端には圧電トランス12の出力側を直
接入力し、また第1の実施形態で用いられていた管電流
検出回路20は省略され、代わりに放電管11の輝度を
検出する輝度検出センサ24と、この輝度検出センサ2
4に接続された輝度検出回路25が設けられ、その検出
値を周波数制御回路21に入力している。
【0019】この図2の圧電トランス12を駆動する周
波数は次の様に決定される。輝度検出用センサ24によ
り放電管11の輝度をモニタし、この輝度検出センサ2
4からの出力を輝度検出回路25を介して周波数制御回
路21に入力する。前記したように圧電トランスは、圧
電トランスを駆動する周波数によって昇圧比が決定され
る為、周波数制御回路21は、放電管11の輝度が任意
の値で一定になるように圧電トランス12を駆動する周
波数の制御を行い、圧電トランス12を駆動する周波数
を持つ任意の波形を出力する。この周波数制御回路21
の出力が、駆動回路13によって昇圧された後、圧電ト
ランス12に入力され、更に、圧電トランス12によっ
て昇圧されて放電管11に印加される。
【0020】なお、圧電トランス14を駐動する周波数
は、前記第1の実施の形態と同様に決定される。また、
圧電トランス14の駆動電圧も同様に制御される。した
がって、放電管に流れる輝度及び電流の分布は図3に示
した第1の実施形態と同様となり、結果として放電管の
両側の入力端から位相が180度異なる高圧が入力さ
れ、放電管の輝度むらが低減されることになる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、第1及び
第2の圧電トランスをそれぞれ180度位相が異なる同
一の周波数電圧で駆動することにより、各圧電トランス
からは逆位相の高電圧が出力され、この出力電圧を放電
管の両方の入力端に入力することで、放電管の輝度むら
を低減することができる。また、これにより放電管に印
加する電圧がGmに対しては低くなり、効率よく放電管
を駆動する事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる駆動回路の第1の実施形態の回
路図である。
【図2】本発明にかかる駆動回路の第2の実施形態の回
路図である。
【図3】本発明にかかる放電管の輝度むらと浮遊容量に
流れる電流量を示す図である。
【図4】従来例1の駆動回路の回路図とその入力波形を
示す図である。
【図5】従来例2の駆動回路の回路図である。
【図6】従来例2における信号波形図である。
【図7】従来例3の駆動回路の回路図である。
【図8】従来例3における信号波形図のその1である。
【図9】従来例3における信号波形図のその2である。
【図10】バックライトの概略図である。
【図11】圧電トランスの駆動周波数と昇圧比の関係を
示す図である。
【符号の説明】
11 放電管 12,14 圧電トランス 13,15 駆動回路 16 位相反転回路 17 駆動電圧制御回路 18 スイッチング素子 19 電源 20 管電流検出回路 21 周波数制御回路 22 出力電圧比較回路 23 反射板 24 輝度検出センサ 25 輝度検出回路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電効果を利用して1次端子から入力し
    た電圧を2次端子に出力する第1及び第2の2つの圧電
    トランスを備え、前記第1の圧電トランスを所要の周波
    数電圧で駆動し、前記第2の圧電トランスを前記第1の
    圧電トランスと周波数は同一で位相が180度異なる周
    波数電圧で駆動し、前記第1の圧電トランスの出力を放
    電管の第1の入力端から印加し、前記第2の圧電トラン
    スの出力を前記放電管の第2の入力端から印加して前記
    放電管を点灯することを特徴とする圧電トランスの駆動
    方法。
  2. 【請求項2】 圧電効果を利用して1次端子から入力し
    た電圧を2次端子に出力する第1及び第2の2つの圧電
    トランスと、前記第1の圧電トランスを所要の周波数電
    圧で動作させるための周波数信号を出力する周波数制御
    手段と、前記周波数制御手段からの周波数信号を180
    度位相反転する位相反転手段と、前記180度位相が異
    なる周波数信号に基づいて前記各圧電トランスにそれぞ
    れ周波数電圧を印加する駆動回路手段とを備え、前記各
    圧電トランスの出力をそれぞれ放電管の対向する入力端
    に印加することを特徴とする圧電トランスの駆動回路。
  3. 【請求項3】 圧電効果を利用して1次端子から入力し
    た電圧を2次端子に出力する第1及び第2の2つの圧電
    トランスと、前記第1の圧電トランスを所要の周波数電
    圧で動作させるための周波数信号を出力する周波数制御
    手段と、前記周波数制御手段からの周波数信号を180
    度位相反転する位相反転手段と、前記180度位相が異
    なる周波数信号に基づいて前記各圧電トランスにそれぞ
    れ周波数電圧を印加する駆動回路手段と、前記第1の圧
    電トランスの出力が第1の入力端に印加され、前記第2
    の圧電トランスの出力が第2の入力端に印加される放電
    管と、前記放電管に流れる電流が一定となる様に前記第
    1の圧電トランスの駆動周波数を制御する手段と、前記
    第1及び第2の圧電トランスの出力電圧が同一電圧にな
    るように前記第2の圧電トランスに入力される電圧を制
    御する手段とを備えることを特徴とする圧電トランスの
    駆動回路。
  4. 【請求項4】 圧電効果を利用して1次端子から入力し
    た電圧を2次端子に出力する第1及び第2の2つの圧電
    トランスと、前記第1の圧電トランスを所要の周波数電
    圧で動作させるための周波数信号を出力する周波数制御
    手段と、前記周波数制御手段からの周波数信号を180
    度位相反転する位相反転手段と、前記180度位相が異
    なる周波数信号に基づいて前記各圧電トランスにそれぞ
    れ周波数電圧を印加する駆動回路手段と、前記第1の圧
    電トランスの出力が第1の入力端に印加され、前記第2
    の圧電トランスの出力が第2の入力端に印加される放電
    管と、前記放電管の輝度が一定となる様に前記第1の圧
    電トランスの駆動周波数を制御する手段と、前記第1及
    び第2の圧電トランスの出力電圧が同一電圧になるよう
    に前記第2の圧電トランスに入力される電圧を制御する
    手段とを備えることを特徴とする圧電トランスの駆動回
    路。
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