KR100280765B1

KR100280765B1 - 방전관의 구동장치 및 이에 이용되는 압전 변압기

Info

Publication number: KR100280765B1
Application number: KR1019950001977A
Authority: KR
Inventors: 뚜루 아베; 시게루 조무라; 도시유끼 다마까이
Original assignee: 다나카 히사노리; 히다치 긴조쿠주식회사
Priority date: 1994-01-27
Filing date: 1995-01-27
Publication date: 2001-02-01
Also published as: KR950024620A; DE69510835D1; US5705879A; EP0665600A1; DE69510835T2; TW262555B; EP0665600B1

Abstract

방전관을 구동하는 구동 장치에 있어서, 압전 변압기에 1싸의 전극을 형성하여, 상기 전극에 여진수단에서 주기적으로 반전한 전압을 인가한다. 이것에 의해, 압전 변압기에서 압전 효과에 의해 고전압을 끌어내고, 방전관을 점화시키고, 동시에 이것을 계속적으로 점등시킨다. 따라서 방전관의 구동 장치의 소형, 박형화가 가능하게 된다.

Description

방전관의 구동 장치 및 이에 이용되는 압전 변압기

제1도는 본 발명에 관계된 방전관의 구동 장치의 일례를 나타낸 블록 구성도.

제2도는 제1도에 나타낸 블록의 주요부인 자려 방식의 여진 회로의 회로 구성도.

제3도는 제1도에 나타낸 전류 검출 회로의 회로 구성도.

제4도는 방전관과 압전 변압기의 특성을 나타낸 특성 곡선.

제5도는 자려 방식의 다른 여진 회로의 회로 구성도.

제6도는 자려 방식의 또 다른 여진 회로의 회로 구성도.

제7도는 제6도에 나타낸 실시예의 경우 압전 변압기의 입력 전압 Vi와 출력 전압 Vo 의 실제의 동작 파형도.

제8도는 자려 방식의 또다른 여진 회로의 회로 구성도.

제9도는 본 발명에 관계된 방전관의 다른 구동 장치의 일례를 나타낸 블록 구성도.

제10(a)도 및 제10(b)도는 관 전류를 검출하여 발광량을 조절하는 때의 제어 신호 파형도.

제11도는 타려 방식의 여진 회로를 나타낸 블록도.

제12도는 타려 방식의 다른 여진 회로를 나타낸 블록도.

제13도는 본 발명에 관계된 방전관의 구동장치의 회로도.

제14도는 자려 발진용의 귀환 신호를 출력 전극 근방에 설치한 귀환 전류에서 검출된 본 발명에 관계된 방전관의 구동 장치의 회로도.

제15도는 자려 발진용의 귀환 신호를 출력 전극 근방에 배치한 안테나에서 검출된 본 발명에 관계된 방전관의 구동 장치의 회로도.

제16도는 방전관의 발광량을 조정하는 조광 기능을 가진 본 발명의 실시예의 회로 구성도.

제17도는 본 발명에 관계된 방전관의 구동 장치의 별도의 실시예의 회로도.

제18도는 본 발명에 관계된 적층형 압전 변압기의 사시도.

제19도는 본 발명에 관계된 적층형 압전 변압기의 입력 전압의 관 전류 특성도.

제20도는 본 발명에 관계된 적층형 압전 변압기의 효율의 관 전류 특성도.

제21도는 본 발명에 관계된 적층형 압전 변압기를 사용한 방전관의 구동장치의 회로도.

제22도는 귀환 신호를 출력 전압 근방에 설치한 귀환 전류에서 검출된 본 발명에 관계된 방전관의 구동 장치의 회로도.

제23도는 귀환 신호를 출력 전극 근방에 배치한 안테나에서 검출된 본 발명에 관계된 방전관의 구동 장치의 회로도.

제24도는 방전관의 발광량을 조정하는 조광 기능을 가진 본 발명의 실시예의 회로 구성도.

제 25 도는 본 발명에 관계된 방전관의 구동 장치의 경우 적층형 압전 변압기의 입력 전압과 출력 전압의 파형도.

제26도는 본 발명에 관계된 방전관의 구동 장치의 입력 전압의 관 전류 특성도.

제27도는 본 발명에 관계된 방전관의 구동 장치 효율의 관 전류 특성도.

제28도는 본 발명에 관계된 또다른 실시예의 적층형 압전 변압기의 사시도.

제29도는 본 발명에 관계된 또다른 실시예의 적층형 압전 변압기의 긴 쪽 방향의 단면도.

제30도는 본 발명에 관계된 또다른 실시예의 적층형 압전 변압기의 사시도.

제31도는 본 발명에 관계된 적층형 압전 변압기를 사용한 방전관의 구동장치의 회로도.

제32도는 종래의 전자 변압기를 사용한 방전관의 구동 장치의 회로도.

제33도는 로젠형 압전 변압기의 동작 원리를 나타낸 설명도.

제34도는 로젠형 압전 변압기의 출력 전압의 부하 저항 특성을 나타낸 특성도.

제35도는 로젠형 압전 변압기 효율의 부하 저항 특성을 나타낸 특성도.

본 발명은, 예를 들면 액정 디스플레이에 사용되어지는 냉음극관과 같은 방전관의 구동 장치 및 이것에 사용되는 압전 변압기에 관한 것이다.

일반적으로, 액정 디스플레이에 있어서는 액정 자신이 발광하지 않기 때문에 액정 표시체의 배면이나 측면에 냉음극관 등의 방전관을 배치하는 백라이트 방식이 주류로 되어 있다.

상기 방전관을 구동하기 위해서는, 이것 자체의 길이나 직경에도 의하지만 수 100 볼트 이상의 교류 고전압이 필요하게 된다. 상기 교류 고전압을 발생시키는 방전관의 구동장치에는 제32도에 나타낸 것과 같은 전자 변압기를 사용한 고주파 인버터가 일반적으로 사용되고 있다. 제32도에 나타낸 방전관 구동 장치에서는, 전자 변압기(70)의 2 차 권선(75)에 발생한 고압의 출력 전압 V4 는, 관 전류 Io를 제한하는 안정 콘덴서(ba11ast condenser)(81)를 통하여 냉음극관 등의 방전관(60)에 인가되어, 방전관(60)을 발광시킨다.

또한, 별도의 방법으로서 압전 변압기를 사용한 방전관의 구동 장치가 일본국 공고 특허 공보 제(소) 55- 26600 호, 일본국 공개 특허 공보 제(소) 52-113578 호, 일본국 공개특허공보 제(평) 5-114492 호에 기재되어 있다.

압전 변압기는 제32도의 전자 변압기를 사용한 것에 비교하여 구조가 대단히 간소하기 때문에 소형 박형과, 저 비용화가 가능하다. 상기 압전 변압기의 원리와 특징에 대하여는 가쿠켄샤 발행의 전문지 일렉트로닉 세라믹 1971년 7월호의 압전 변압기의 특성과 그 응용에 기재되어 있다.

제33도에 나타난 로젠형 압전 변압기를 참조하여, 로젠형 압전 변압기의 원리를 설명한다. 티탄산 지르콘산연계(PZT)로 이루어진 판 상의 압전 세라믹 소자(2)의 도면 중 좌반분의 상하면에 은도금 등에 의해 설치된 입력 전극(4, 5)의 쌍을 형성하고, 우측 단면에도 동일한 방법으로 출력 전극(6)을 형성한다. 세라믹 소자(2)의 좌반분은 두께 방향(본 도면에서는 하향)에, 우반분은 길이 방향(본 도면에서는 좌향)에 미리 분극 처리를 수행하여 둔다.

이와 같이 형성된 압전 변압기에 있어서, 입력 전극(4, 5)간에 교류 전압원(8)에서 세라믹 소자(2)의 길이 방향의 고유 공진 주파수와 거의 동일한 주파수의 교류 전압을 인가하면 상기 세라믹 소자(2)에는 길이 방향에 강한 기계 진동이 생기고, 이것에 의해 우반분의 발전부에서는 압전 효과에 의해 전하가 발생하고, 출력 전극(6)과 입력 전극의 한 쪽, 예를 들면 입력 전극(5)과의 사이에 출력 전압 Vo가 생긴다.

제34도에 로젠형 압전 변압기의 출력 전압의 부하 저항 특성을, 제35도에는 효율의 부하 저항 특성을 나타냈다.

여기서, 교류 입력 전압 Vi 는 10 <V>, 여진 모드는 전파장 모드, 압전재는 HCEPC-28(히리쯔킨조쿠 제품)이고, 세라믹 소자의 치수는 길이 28 <mm>, 폭 7.5 <mm>, 두께 1.0 <mm>이다. 상기 상태로 로젠형 압전 변압기는 비교적 고부하 저항의 영역, 예를 들면 3 <MΩ>에서는 출력 전압 700(V), 승압비 70 배를 얻을 수가 있지만, 효율은 50% 이하로 낮다. 또한, 부하 저항 100 <KΩ> 부근의 영역에서는 90% 이상의 고효율이 얻어지지만, 출력 전압은 85 <V>이고, 승압비는 8.5 배이다.

전자의 비교적 고저항 부하의 영역을 사용한 것으로서는 1970 년대에 왕성하게 연구된 텔레비전 수신기의 고전압 전원용의 압전 변압기가 있다. 그러나, 효율이 나쁜 영역에서 사용하고 있기 때문에, 소자의 발열 등의 문제에서, 전자 변압기를 능가할 수 없고, 현재로서도 실용적으로는 도달되어 있지 않다. 이것에 대하여, 후자의 비교적 낮은 저항에서 고효율이 얻어지는 영역을 사용한 압전 변압기를 사용한 장치 예에서는, 직류 입력 전압이 25 <V>로 높고, 상기 상태인 입력 전압에서는, 전지 구동의 휴대형의 정보 단말이나 퍼스널 컴퓨터에서는 전지부가 대형화하기 때문에 사용할 수 없었다.

액정 디스플레이가 사용된 휴대형의 정보 단말 기기나 퍼스널 컴퓨터에서는 전원 전지부의 소형화나 장시간 사용에 대응하기 위하여 저전압 동작, 고효율이 요구되고 있고, 이와 같은 기기의 방전관의 구동 장치는 낮은 입력 전압에서 높은 출력 전압을 발생하는 높은 승압비와 고효율이 요구되지만, 종래의 로젠형 압전 변압기를 사용한 방전관의 구동 장치에서는 상기 두 가지를 양립시킬 수가 없었다.

본 발명의 목적은 상술한 결점을 제거하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 압전 변압기를 사용함에 의해 소형 박형화가 가능한 방전관의 구동 장치를 제공하는 것이다.

즉, 본 발명은 방전관을 구동하는 구동 장치에 있어서, 압전 변압기와, 상기 압전 변압기의 입력 전극에 가하는 전압을 주기적으로 반전시키는 여진 수단을 갖추고, 상기 압전 변압기의 출력을 상기 방전관에 공급하도록 구성한 것이다.

본 발명에 따르면, 압전 변압기에 설치된 1 쌍의 입력 전극에는 여진 수단에 의해 주기적으로 반전된 전압이 제공된다. 그러면 상기 압전 변압기는 전왜 효과(e1ectrostrictive effect)에 의해 강한 기계적 진동을 일으키고, 또한, 상기 기계적 진동의 압전 효과에 의해 전압이 발생한다. 이 경우, 압전 변압기의 소위 구동부 보다도 발전부 측의 정전 용량이 작기 때문에 높은 출력 전압이 얻어지고, 상기 출력 전압에 의해 방전관이 점화된다. 방전이 개시되면 압전 변압기와 방전관의 특성의 교점에서 안정하게 방전이 계속된다.

특히 , 압전 변압기의 출력의 일부를 귀환시켜서, 이것에 의해 상기 여진수단을 자기 여진시킨 자려 방식으로 하면, 온도나 시간 변화(temperature and time-dependent change) 등에 의하여 압전 변압기의 고유 공진 주파수가 변화하여도 이것에 추종시켜서 인가 전압의 주파수도 변하는 것이 가능하여 안정한 출력을 얻을 수 있다.

또한, 방전관의 관 전류를 검출하는 관 전류 검출부를 설치하여 상기 검출값에 의해 관 전류를 억제함으로써 방전관에서의 발광량을 조정할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 높은 승압비와 고효율을 동시에 실현하는 압전 변압기를 사용하는 방전관의 구동 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 직류 입력 전원과, 상기 직류 입력 전원에 일차 권선이 접속된 전자 변압기와, 상기 일차 권선의 타단과 접속되는 스위치 수단과, 상기 전자 변압기의 이차 권선에 접속되는 압전 변압기와, 상기 스위치 수단을 상기 압전 변압기에서의 귀환 신호에 의해 자려 발진시키는 구동 발진 수단을 구비하고, 상기 압전 변압기의 출력을 방전관에 공급하도록 구성한 것이다.

본 발명은 전자 변압기의 일차 권선과 이차 권선의 권수비(turn ratio)로 승압된 전압이 압전 변압기의 입력 측에 인가되기 때문에, 압전 변압기의 출력에서는 비교적 낮은 부하 저항에서도 높은 교류 전압이 얻어지고, 냉음극관 등의 방전관을 고효율로 구동시킬 수 있다.

특히, 전자 변압기의 일차 권선 또는 이차 권선의 인덕턴스와, 스위치 수단의 기생 용량을 포함한 병렬 정전 용량 또는 압전 변압기의 입력 정전 용량을 포함한 병렬 정전 용량과의 공진 주파수를 압전 변압기 자신의 고유 공진 주파수와 대략 일치시킨 경우에는 더욱 높은 효율과 승압비를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 고승압비와 고효율을 동시에 실현하는 적층형 압전 변압기를 제공하는 것이다.

본 발명은 길이 방향으로 분극된 영역과 두께 방향으로 분극된 영역을 가진 압전 변압기에 있어서, 두께 방향으로 분극된 영역은 압전체와 내부 전극이 상호 적층하고, 상기 내부 전극이 외부 전극과 1 층 건너 접속되고, 동시에 일체 소성으로 제조된 적층형 압전 변압기이다.

본 발명은 적층형 압전 변압기의 구동부에는 적층된 얇은 각층에 입력 전압이 인가되기 때문에, 적층형은 종래의 단판형에 비하여, 승압비가 대략 적층 수배로 증배한다. 따라서, 적층형 압전 변압기의 출력에서는 비교적 낮은 부하 저항에서도 고전압이 얻어지고, 냉음극관 등의 방전관을 고효율로 구동시킬 수 있다.

특히, 인덕터의 인덕턴스와 스위치 수단의 기생 용량 또는 적층형 압전 변압기의 입력 정전 용량을 포함한 병렬 정전 용량의 공진 주파수를 적층형 압전 변압기 자신의 고유 공진 주파수와 대략 일치시킨 경우는 더욱 높은 효율과 승압비를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 이하의 첨부 도면에 기초한 설명 및 특허청구 범위로부터 명확하게 될 것이다.

[실시예]

이하에 본 발명의 양호한 1 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

제1도는 제1의 발명에 관계된 방전관의 구동 장치의 일례를 나타낸 블록 구성도, 제2도는 제1도에 나타낸 블록의 주요부인 자려 방식의 여진 회로의 회로 구성도, 제3도는 제1도에 나타낸 전류 검출 회로의 회로 구성도, 제4도는 방전관과 압전 변압기의 특성을 나타낸 특성 곡선이다

도시한 것과 같이 상기 방전관의 구동 장치(10)는, 직류 전원(12)으로부터의 직류 전압 V1 을 임의의 전압으로 승압 혹은 강압하는 초퍼(chopper) 회로(14)를 가지고 있고, 상기 초퍼 회로(14)의 출력 전압 V2 는 본 발명에서 특징으로 하는 여진 수단으로서의 여진 회로(16)에 입력된다.

상기 여진 회로(16)는, 압전 변압기(18)에 대하여 주기적으로 반전하는 전압 V3를 제공하는 것이다. 압전 변압기(18)는, 후술하는 것과 같이 압전 세라믹 소자로 이루어지고, 상기 전압의 제공에 의해 출력 측에 높은 전력을 발생하는 것이다. 상기 압전 변압기(18)의 출력을, 예를 들면 냉음극관 등의 방전관(20)에 제공함으로써 이것을 점화하고 동시에 방전을 계속시키도록 되어 있다.

상기 방전관(20)에는, 이것에 흐르는 전류를 검출하기 위하여 관 전류 검출부로서 관 전류 검출 회로(22)가 접속되어 있고, 상기 검출값은 상기 압전 변압기(18)의 출력을 제어하여 상기 방전관(20)의 발광량을 조절하는 발광량 제어부(27)에 접속되어 있다. 구체적으로는, 상기 발광량 제어부(27)는, 상기 관 전류검출 회로(22)에서의 검출값을 나타내는 전압과 기준 전압(24)과의 차 전압을 증폭하는 오차 증폭 회로(26)와, 상기 회로(26)로부터의 오차 전압을 기초로 해서 출력 펄스폭이 변화되고, 예를 들면 펄스 폭 변조를 이용한 펄스폭 제어 회로(PWM)(28)로 이루어지며, 이 제어 회로(28)에서 출력되는 제어 신호에 의해 상기 초퍼 회로의 펄스폭을 제어해서 출력 전압 V2 를 조정하도록 되어 있다.

여기서, 본 발명의 특징으로 하는 여진 회로(16)와 압전 변압기(18)의 회로 구성을 제2도를 참조하여 설명한다.

도시한 바와 같이 상기 여진 회로(16)는, 자려식의 여진 회로이고, 2 개의 트랜지스터, 예를 들면 PNP 트랜지스터로서 이루어진 제1의 스위치 트랜지스터(30)와 NPN 트랜지스터로서 이루어진 제2의 스위치 트랜지스터(32)를 콜렉터끼리 결합시켜 상보형 출력으로서 구성된다. 상기 제 1 의 스위치 트랜지스터(30)의 에미터는, 전압 V2 가 인가된 한 쪽의 단자 A1에 접속되고, 제2의 스위치 트랜지스터(32)의 에미터는, 다른 쪽의 단자 A2에 접속된다.

상기 2 개의 트랜지스터(30, 32)의 베이스 전류를 제어하기 위하여 예를들면 PNP 트랜지스터로서 이루어진 트랜지스터(34)가 설치된다.

상기 단자 A1 에는, 제1의 저항 R1 및 제1의 다이오드 D1 을 통하여 상기 제2의 스위치 트랜지스터(32)의 베이스에 접속되고, 상기 제1의 다이오드 D1의 순방향은 상기 베이스 측으로 되도록 개설된다. 또한, 상기 제1의 스위치 트랜지스터(30)의 베이스는 제2의 저항 R2를 통하여 상기 트랜지스터(34)의 에미터에 접속됨과 동시에 상기 에미터에는 상기 에미터측을 순방향으로 한 제2의 다이오드 D2 가 상기 제1의 저항 R1과 제1의 다이오드 D1의 접속점의 사이에 접속되어 있다.

또한, 상기 트랜지스터(34)의 콜렉터는, 단자 A2에 접속됨과 함께 상기 베이스는 제3의 저항 R3에 접속되어 있다.

한편, 압전 변압기(18)는 제33도에 나타낸 것과 동일하게 구성되어 있고, 예를 들면 지르콘산 티탄산연 등을 소성하여 이루어진 박판 상의 압전 세라믹 소자(36)를 가지고 있다. 상기 세라믹 소자(36)의 길이, 폭, 두께는 예를 들면 각각 28mm, 7.5mm, 2.Omm 정도로 설정되어 있다. 상기 세라믹 소자(36)의 도면 중 좌측 구동부의 상하면에는 예를 들면 은도금 등에 의해 얻어진 1 쌍의 입력 전극(38, 40)이 형성된다. 또한, 세라믹 소자(36)의 우반분인 발전부의 단면에는 출력 전극(44)이 형성되고, 이간시켜서 귀환 전극(42)이 병설된다. 각 전극(38, 40, 44)의 면적은, 이것들의 전극 상호간에서 형성된 정전 용량을 최적한 값으로 설정하도록 규정된다. 상기 한 쪽의 입력 전극(38)은, 상기 단자 A1 에 접속되고, 다른 쪽의 입력 전극(40)은, 상기 제1 및 제2의 스위치 트랜지스터(30, 32)의 양 콜렉터의 접속점에 접속된다. 또한, 상기 귀환 전극(42)은 상기 제3의 저항 R3에 접속된다.

또한, 상기 단자 A1 은, 관 전류 검출 회로(22)를 통하여 상기 방전관(20)의 한 쪽의 전극(46)에 접속되고, 상기 출력 전극(44)은 다른 쪽의 전극(48)에 접속되어 있다.

한편, 상기 관 전류 검출 회로(22)는, 제3도에 나타난 것과 같이 그 순방향이 서로 역방향으로 되도록 병렬 접속된 1 쌍의 다이오드(D3, D4)로 이루어지고, 상기 세라믹 소자(36)의 출력 전극(44)측이 순방향으로 되도록 설치된 다이오드 D3 에 직렬로 가변 저항(R5)에 접속하고, 상기 가동 단자(50)에서 전류값을 나타낸 검출 전압을 출력하도록 되어 있다.

다음에, 이상과 같이 구성된 본 실시예의 동작에 대하여 설명한다.

우선, 직류 전원(12)에서의 직류 전압 V1 은 초퍼 회로(14)에서 펄스폭 제어 회로(28)로부터의 제어 신호에 의해 승압 혹은 강압되어 직류 전압 V2 를 출력하고, 상기 전압은 여진 회로(16)로 입력된다. 상기 여진 회로(16)는 압전 변압기(18)에 대하여 주기적으로 반전하는 전압 V3 를 인가하고, 압전 변압기(18)를 신축 진동시킨다. 그러면 압전 변압기(18)에서는 압전 효과에 의하여 전압이 발생하고, 그 일부는 자려용 귀환 신호로서 상기 여진 회로(16)로 되돌려지고, 대부분은 방전관(20)에 공급되어 이것을 점화하고, 동시에 방전을 계속 시키게 된다.

이때의 방전관의 관 전류는, 관 전류 검출 회로(22)에서 검출되고, 상기 검출 전압은 오차 증폭 회로(26)에서 기준 전압(24)과 비교되고, 오차 전압을 출력한다. 상기 오차 전압에 기초하여 펄스폭 제어 회로(28)는, 펄스폭 변조를 수행하여 제어 신호를 형성하고, 이것을 상술한 바와 같이 초퍼 회로(14)에 공급함으로써 출력 전압 V2 를 제어하고, 방전관(20)의 경우 발광량을 조정하게 된다.

여기서 상기 여진 회로(16)의 경우 동작을 구체적으로 설명한다. 제2도에 있어서, 우선 단자 A1, A2 에 직류 전압 V2 가 인가되면 제1의 저항 R1, 제 1 의 다이오드 D1 을 통하여 제2의 스위치 트랜지스터(32)의 베이스에 전류가 흐르고, 상기 트랜지스터(32)가 온(ON)으로 되고, 이것에 의해 압전 변압기(18)의 입력 전극(38, 40)에 전압 V3(V2)가 인가되어, 상기 부분의 입력 용량이 충전된다.

상기 충전에 의해 귀환 전극(42)에는 음(-)의 전압이 발생하고, 상기 전압에 의하여 제3의 저항 R3 를 통하여 트랜지스터(34)의 베이스는 순바이어스(bias)되어, 상기 트랜지스터(34)는 온(on)으로 된다. 그러면, 상기 트랜지스터(34)의 온에 의해 제1의 스위치 트랜지스터(30)는 온으로 되고, 제2의 스위치 트랜지스터(32)는 오프(off)로 되고, 압전 변압기(18)의 입력 용량은 방전되게 된다. 상기 방전에 의해 귀환 전극(42)에는 양(+)의 전압이 발생하기 때문에 제3의 저항 R3 을 통하여 트랜지스터(34)의 베이스가 역바이어스 되고, 상기 트랜지스터(34)가 오프 하기 때문에, 제1의 스위치 트랜지스터(30)는 오프로 되고, 제2의 스위치 트랜지스터(32)는 재차 오프로 된다. 이후, 동일한 동작을 반복 수행하고, 압전 변압기(18)의 입력 전극(35, 40)에는 고주파 전압이 인가된다. 상기 결과, 입력 전극(38)과 출력 전극(44)의 사이에는 숭압된 고주파 전압이 발생하고,

상기 고주파 전압이 전극(46,48)에 공급되어 냉음극관 등의 방전관(20)을 발광시키게 된다.

이 경우, 입력 전극(38,40)으로의 인가 전압이 반전 동작은, 압전 변압기(18)에 설치된 귀환 전극(42)에 발생하는 전압에 의해 수행되며, 자려의 발진동작이다. 따라서, 동작 주파수는 압전 변압기(18) 자신의 고유 공진 주파수에 의하여 결정된다. 이 때문에, 온도 변화나 시간 변화 혹은 부하의 변동에 의해 압전 변압기(18)의 공진 주파수가 변동할지라도, 그것에 추종하여 동작 주파수도 변화하기 때문에, 항상 효율이 최적으로 되는 주파수로 압전 변압기를 구동시킬 수 있다.

또한, 제4도에 나타난 것과 같이 압전 변압기의 출력 전류와 출력 전압의 관계는, 출력 전류가 증가하면 완만하게 출력 전압도 저하하는 특성을 가지고 있고, 또한, 방전관의 전류와 전압과의 관계는, 도시한 상태의 특성인 점에서 급격하게 전압이 변화되도록 하는 특성으로 되어 있다. 따라서, 비 방전 시에는 압전 변압기에서는 높은 출력 전압이 출력되고, 그 결과 방전관(20)의 경우 방전이 개시되고, 일단 방전이 개시되면 압전 변압기(18)에서의 출력 전압은 저하되며, 이후, 압전 변압기의 특성 곡선과 방전관의 특성 곡선의 교점 P 에 있어서 안정하게 방전이 계속적으로 수행된다.

또한, 특성 곡선에서 명백한 바와 같이, 압전 변압기(18)에서는 대전류를 취하는 것이 가능하지 않지만, 무부하에서 고전압을 발생시킬 수 있기 때문에, 냉음극관과 같은 부특성을 가진 방전관(20)의 특성에 대단히 합치하고 있다.

또는, 상술한 바와 같이 압전 변압기(18)에서는 대전류를 취할 수 없기 때문에, 예를 들면 2 차측인 방전관측이 단락 하여도 과도의 단락 전류가 흐르지 않고, 따라서, 전자형 변압기를 사용한 경우에 필요한 보호 회로를 설치할 필요가 없다.

또한, 방전관(20)이 적용된 액정 디스플레이의 백라이트에서는, 백라이트의 밝기를 조정하는 조광 기능을 필요로 하는 예가 많지만, 본 실시예에서는 상술한 바와 같이 조작자가 가변 저항 R5 의 값을 적절하게 변화시킴으로써 초퍼 회로(14)에서의 출력 전압 V2 의 값이 변화하고, 관 전류를 증감, 즉 발광량을 증감할 수 있다. 예를 들면, 출력 전압 V2 를 크게 하면, 여진 회로(16)에서의 출력 전압 V3 도 크게 되고, 그 결과, 압전 변압기(18)에서 방전관(20)으로의 공급 전력이 크게 되어서 관 전류도 증가하게 된다.

제2도는 여진 회로(16)를 자려 발진시킨 일례를 나타냈지만, 이것에 바꾸어서 제5도에 나타낸 구성으로 자려 발진시키도록 하여도 좋다. 상기 자뢰 발진의 회로는, 제2도에 나타낸 회로에 있어서 양 음을 역전시킨 것이다. 즉, 입력 전극의 안의 한 쪽의 입력 전극(38)을 단자 A1 은 아닌, 제1 및 제2의 스위치 트랜지스터(30, 32)의 양 콜렉터의 접속점에 접속하고, 다른 쪽의 입력 전극(40)을 단자 A2 측에 접속한다. 그리고, 방전관(20)의 한 쪽의 전극(46)도 관 전류 검출 회로(22)를 통하여, 단자 A1 은 아닌 단자 A2 측에 접속한다. 또한, 트랜지스터(34)로서는 NPN 트랜지스터가 사용되고, 그 에미터가 단자 A2 측에 접속된다. 또한, 다른 소자의 접속 상태는 제2도에 나타낸 경우와 동일하다.

상기 경우의 동작을 설명하면, 우선, 단자 A1, A2 에 직류 전압 V2 가 인가되면 제1의 저항 R1, 제1의 다이오드 D1 을 통하여 제2의 스위치 트랜지스터(32)의 베이스에 전류가 흐르고, 상기 트랜지스터(32)가 온으로 되지만 귀환 전극(42)에 양의 전압이 발생하고, 이 때문에 제3의 저항 R3 를 통하여 트랜지스터(34)의 베이스가 순바이어스되기 때문에 상기 트랜지스터(34)는 온으로 된다. 상기 트랜지스터(34)가 온으로 되면, 제1의 스위치 트랜지스터(30)가 온으로 되고, 제2의 스위치 트랜지스터(32)가 오프로 되어서 압전 변압기(18)의 입력 용량은 충전된다. 상기 충전에 의해, 귀환 전극(42)에 음의 전압이 발생하고, 이것에 의해 제3의 저항 R3 을 통하여 트랜지스터(34)의 베이스는 역바이어스되어 오프로 된다.

상기 트랜지스터(34)가 오프로 되면 제1의 스위치 트랜지스터(30)가 역바이어스되어 오프로 되고, 제2의 스위치 트랜지스터(32)의 베이스에는 전류가 흘러 상기 트랜지스터(32)는 온으로 된다. 이것에 의해 압전 변압기(18)의 입력 전극(38, 40)간의 입력 용량이 방전되고, 귀환 전극(42)에 양의 전압이 발생한다.

이후, 동일한 동작이 반복 수행되게 되어, 방전관(20)이 계속적으로 점등된다.

상기 자려 방식의 여진 회로도 제2도에 있어서 설명한 것과 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다.

제2도, 제5도에 나타난 예는 2 석의 스위치 트랜지스터에 압전 변압기를 여진한 것이지만, 제6도에 나타난 예는 1 석의 스위치 트랜지스터(여기서는 전계 효과형 트랜지스터)에 의한 것이다. 초크 코일(51), 스위치 트랜지스터(31), 압전 변압기(18)의 등가 회로에 의해, E 급 증폭 회로가 구성되어 있다. E 급 증폭 회로는 1975 년 미국의 N. 0. Soka1 등에 의해 제안된 것으로 일간공업신문사 발간 쿠라이시겐미로 저 증폭 이야기 의 153 페이지부터 155 페이지에 설명되어 있다.

자려 발진의 메커니즘은 상술한 예와 동일하지만, 여진부가 E 급 동작이기 때문에 압전 변압기로의 입력 전압은 반파 정현파상의 전압 파형(ha1f-wavesinusodia1 vo1tage waveform)으로 되고, 스위치 트랜지스터의 손실이 적고, 압전 변압기로의 입력 전압의 공진 주파수 성분의 진폭값이 제2도, 제5도에 나타난 예보다 크다. 따라서, 동일한 직류 전압 V2 에 대하여, 보다 높은 출력 전압 Vo를 발생시킬 수 있다. 또한, 상기 실시예에서는 압전 변압기(18)에 귀환 전극(42)을 설치하지 않고, 출력 전극(44)에서 자려용 귀환 신호를 얻고 있지만, 상기 방법에서도 자려 발진은 가능하다.

제7도는, 제6도에 나타난 실시예의 경우 냉음극관 방전시의 압전 변압기의 입력 전압 Vi 와 출력 전압 Vo의 실제의 파형을 나타낸 것이다. 여기서, 직류 전압 V2 는 20 [V], 여진 주파수는 122 [kHz]이고, 압전 변압기의 치수는 전장 28 [mm], 폭 7.5 [mm], 두께 1.0 [mm]이다. 입력 전압 Vi의 파형은 상술한 상태로 반파 정현파상이고, E 급 동작하고 있는 것을 이해한다. 출력 전압 Vo 는 냉음극관의 방전 유지 전압에 클램프(c1amp)되어, 관 전류는 압전 변압기의 내부 임피던스에 의해 제한되기 때문에, 종래의 냉음극관 구동 회로에 사용되고 있던 전자 변압기와 냉음극관의 사이의 안정 콘덴서가 불필요하게 된다.

제6도의 회로 구성에서 초크 코일(51), 스위치 트랜지스터(31), 제1의 저항을 제외한 제8도의 회로 구성에서도 자려 발진시킬 수가 있지만, 상기 예에서는, 압전 변압기의 입력 전압과 귀환 신호의 위상 관계가, 제6도의 예와는 180°다를 필요가 있기 때문에, 동일한 압전 변압기를 사용한 경우, 반파장 모드로 자려 발진한다. 따라서, 발진 주파수는 제6도의 예의 반분인 61[kHz]로 된다.

반파장 모드는 압전 변압기의 전장에서 반파장의 파가 정재(定在)하는 동작 모드이고, 전파장 모드(제2도, 제5도, 제6도에 나타난 예는 전파장 모드)는 1 파장의 파가 정재하는 동작 모드이다. 제8도의 예를 전파장 모드로 하려면은, 압전 변압기의 분극 방향을 전극(38)에서 전극(40)으로 향하는 도시된 화살표 방향의 정반대 방향으로 하면 된다. 즉, 전극(38)은 단자 A2 에 접속하고, 전극(40)을 스위치 트랜지스터(30, 32)의 에미터에 접속하면, 전파장 모드의 122[kHz]로 자려 발진한다.

또한, 이상의 실시예에 있어서는, 제1도에 나타난 바와 같이 방전관(20)의 발광량을 조절하기 위해서는 발광량 제어부(27)에서의 제어 신호를 초퍼 회로(14)에 공급하고, 상기 출력 전압 V2 를 증감하도록 했지만, 이것에 한정하지 않고, 예를 들면, 제9도에 나타난 바와 같이 구성하여도 좋다.

즉 상기 조광 방식에 있어서는, 제1도에 나타낸 회로에 있어서 사용한 초퍼 회로(14)를 사용하지 않고, 펄스폭 제어 회로(28)의 제어 신호를 여진 회로(16)로 공급하도록 되어 있다. 또한, 펄스폭 제어 회로(28)로는, 압전 변압기(16)의 귀환 전극(42)에 발생하는 전압의 일부를 동기 신호로서 공급하도록 되어 있다.

상기 회로 구성에 의하면, 펄스폭 제어 회로(28)는 압전 변압기(18)에서 동기 신호를 받고, 압전 변압기(18)의 자기 공진 주파수에서 그 반송파를 발진시키고 있다. 상기 펄스폭 제어 회로(28)에서는, 상기 반송파와 오차 증폭 회로(26)에서의 오차 전압을 비교하고, 관 전류를 크게 할 때는 제 10(a)도에 나타난 바와 같이 충격비(duty ratio)가 큰 구동 신호를 제어 신호로서 여진 회로(16)에 보내고, 관 전류를 작게 할 때는 제10(b)도에 나타낸 바와 같이 충격비의 작은 구동 신호를 제어 신호로서 여진 회로(16)에 보내도록 되어 있다.

여기서 , 충격비 D 는 다음의 식과 같이 나타낸다.

D = T_ON/T

T_ON은 펄스폭이고, T 는 펄스 간격이다.

이 경우, 충격비의 최대를 0.5 라 하면, 반송파의 진폭 성분은 충격비에 대략 비례하기 때문에, 압전 변압기(18)에서 방전관(20)으로의 공급 전력은, 기준 전압(24)을 변경함으로써 충격비를 변경시켜 조정할 수 있다.

또한, 이상의 실시예에 있어서는, 압전 변압기(18)에 귀환 전극(42)을 설치하거나 또는 설치하지 않으면서 상기 변압기(18)에서 발생한 전력의 일부를 여진 회로(16)에 귀환시켜서 발진시키도록 했다. 소위 자려 방식에 대하여 설명했지만, 이것에 대신하여, 예를 들면 제11도 및 제12도에 나타난 바와 같은 타려 방식을 사용하여도 좋다. 이것들의 양회로의 압전 변압기(18)와 스위치 트랜지스터(30, 32)의 접속 상태는, 귀환 전극을 제외한 점 이외는 제2도에 나타난 경우와 동일하다.

제11도에 나타난 회로 구성에 있어서는, 제1의 스위치 트랜지스터(30)로서 PNP 트랜지스터를 사용하고, 제2의 스위치 트랜지스터(32)로서는 타입이 다른 NPN 트랜지스터를 사용하고 있고, 이것들 각 트랜지스터(30, 32)의 베이스에 예를 들면 수정 발진기로서 이루어진 발진부(52)의 출력을 버퍼(54)를 통하여 공통으로 접속하고 있다.

이와 같이 구성함으로써 발진부(52)에서의 발진 주파수로 정해진 주기로, 제1 및 제2의 스위치 트랜지스터(30, 32)는 서로 온, 오프 되고, 이 결과, 압전 변압기(18)의 입력 전극(38, 40)에 상기 주기로 전압이 인가되어서 출력 전극(44)측에 고전압을 발생시킬 수 있다.

또한, 제12도에 나타난 회로 구성에 있어서는, 제1의 스위치 트랜지스터(30) 및 제2의 스위치 트랜지스터(32)로서 함께 동일한 타입, 예를 들면 NPN형의 트랜지스터를 사용하고 있고, 한 쪽의 트랜지스터, 도시 예에 있어서는 제1의 스위치 트랜지스터(30)의 베이스에 발진부(52)의 출력을 인버터(56)를 통하여 입력하고, 다른 쪽의 제2의 스위치 트랜지스터(32)의 베이스에는 발진부(52)의 출력을 버퍼(58)를 통하여 입력하고 있다.

이 경우에도, 제9도에 나타난 회로와 동일하게 동작하고, 압전 변압기(18)의 출력 전극(44)측에 고전압을 발생시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에 있어서는 압전 변압기(18)로서 박판 모양으로 성형된 로젠형 압전 변압기를 사용했지만, 상기 형상에 한정된 것은 아니고 이미 공지된 각종의 압전 변압기의 형상으로 실시될 수 있다.

또한, 상기 실시예에 있어서는, 방전관으로서 액정 디스플레이의 백라이트에 사용되는 냉음극관을 예로 들어 설명했지만, 이 종류의 방전관에 한정되지 않고, 다른 모든 방전관에도 적용할 수 있는 것을 물론이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 방전관의 구동 장치에 의하면 다음과 같이 우수한 작용 효과를 발휘할 수 있다.

종래의 전자형 변압기를 사용한 경우와 비교하여 소형 박형화 할 수 있을 뿐만 아니라, 권선을 사용하지 않기 때문에 권선 단락에 의한 이상 발열, 발연(發煙)을 방지할 수 있다. 또한, 압전 변압기의 내부 임피던스에서 출력 전류를 제한 할 수 있기 때문에 안정 콘덴서가 불필요하게 되고, 출력 단락 시에도 과도의 단락 전류가 흐르지 않는다.

압전 변압기의 출력의 일부를 귀환시켜서 자려 발진에 의해 압전 변압기를 여진시킨 경우에는, 항상 압전 변압기의 자기 공진 주파수에서 구동시킬 수가 있고, 효율적인 구동을 수행할 수 있다.

또한, 발광량 제어부를 설치한 경우에는, 관 전류를 억제하여 방전관의 발광량을 조정할 수 있다.

다음으로, 제2의 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 제13도는 본 발명에 관계된 방전관 구동 장치의 회로 구성도이다. 직류 전압 V2가 가해지면 저항 R1을 통하여 기동 전류(starting current)가 흐르고, 트랜지스터(222)와 MOS 형 전계 효과 트랜지스터(이하 MOSFET 라 기재한다)(221)이 온으로 된다. 이때, 인덕터 소자(230)의 각 권선에는 ?? 표 측을 양극으로 하는 전압이 발생하고, 압전 변압기(250)의 입력 전극(251)측을 음극으로 하는 전압이 가해진다. 그러면, 출력 전극(255)의 전압은 반전하고, 양극으로 되어 귀환 저항 R2를 통하여 트랜지스터(224)를 온으로 한다. 트랜지스터(224)가 온 되면, 트랜지스터(222)는 오프, 트랜지스터(223)는 온으로 되기 때문에 MOSFET(221)은 순식간에 오프로 되고, 압전 변압기의 입력 전극(251)에는 양극의 전압이 가해진다. 그러면, 출력 전압은 반전하고, 음극으로 되어 귀환 저항 R2 를 통하여 트랜지스터(224)를 오프로 하고, 트랜지스터(222)는 온, 트랜지스터(223)는 오프로 되기 때문에 MOSFET(221)은 순식간에 온으로 된다. 이후, 동일한 동작이 반복되고, 압전 변압기의 출력 전극(255)과 공통 전극(252)의 사이에는 승압된 고주파 전압이 발생하여 전극(261, 262)에 공급되어, 방전관(260)을 발광시킨다.

상기 MOSFET(221)을 온, 오프 시키는 반전 동작은, 압전 변압기의 출력에 발생하는 전압에 의해 수행되는 자려 발진 동작이다. 따라서, 상기 발진 주파수는 압전 변압기(250)의 고유 공진 주파수로 되고, 로젠형에서는 압전 변압기의 긴 쪽방향의 치수로 공진 주파수가 결정된다. 실시예에서 사용된 압전 변압기의 세라믹 소자는, PC-28 재(히티쯔긴소쿠 제품), 외형 치수는 길이 28 <mm>, 폭 7.5 <mm>, 두께 1.0 <mm>이고, 공진 주파수는 전파장 모드의 약 118 <kHz>이다. 로젠형 압전 변압기를 자려 발진시킨 경우, 귀환 신호의 검출부가 기계적 변위 최대(maximum mechanica1 disp1acement)로 된다. 또한, 최대 출력을 얻기 위해서는, 출력 전극의 어느 우측 단면의 기계적 변위가 최대로 될 필요가 있다.

따라서, 귀환 신호는 제13도와 같은 압전 변압기의 출력에서 직접 얻는 방법과, 후술하는 실시예와 같이 출력 전극 근방에 전극 또는 안테나를 설치하여 검출하는 방법이 있다.

상기 직류 전압 V2 는 전자 변압기(230)의 일차 권선(231)(권수는 n₁)과 이차 권선(232)(권수는 n₂)의 권수비(n₁+ n₂)/n₁배로 승압되어 압전 변압기에 인가하기 때문에, 휴대형 정보 단말기기로서 사용되는 3<V> 입력에서도, 냉음극관을 구동할 수가 있다. 본 실시예의 전자 변압기(230)의 외형 치수는 직경 8 <mm>, 높이 3<mm>로, 제34도의 인덕터(35)와 동일한 크기이다. 일차 권선 권수 n₁은 15 회전, 이차 권선 권수 n₂는 135 회전이고, 상기 전자 변압기(230)의 인덕턴스 L₁₂(일차 권선(231)과 이차 권선(232)을 직렬 접속한 인덕턴스)와 MOSFET(221)의 출력 정전 용량 C_0s, 압전 변압기의 입력 정전 용량 C₁에 의한 공진 주파수를 압전 변압기 고유 공진 주파수 fo 와 대략 일치시킨 경우, 특히 양호한 효율과 승압비가 얻어진다.

[수학식 1]

이때, 압전 변압기(250)로의 입력 전압 V3 은, 반파 정현파상의 전압으로 되기 때문에 유해한 고조파 성분은 작고, 기본파 성분이 크다. 따라서, 고조파를 많이 포함한 전압 파형을 인가한 경우에 비하여, 양호한 효율과 승압비가 얻어진다. 또한, MOSFET(221)의 출력 정전 용량 C_0s, 압전 변압기(250)의 입력 정전 용량 C₁에서, 공진 주파수를 대략 일치시킬 수 없는 경우는, 각각의 소자와 병렬로 축전기(콘덴서) C₁, C₂를 접속하는 방법이 있다. 또한, 전자 변압기(230)의 권선과 병렬로 축전기 소자를 접속하여도 등가이다.

[수학식 2]

본 실시예에서는 입력 전압 V2 = 3.0 <V>, 관전압 VO = 260 <V>, 관 전류 I0 = 2.05 <mA>의 입출력 조건에서, 축전기 C₁이 0.0327 <㎌>(C₂는 오픈)일 때 인버터 효율 75.1%, 축전기 C₂가 223 <pF>(C₁은 오픈)일 때 인버터 효율 75.6% 가 얻어진다. 전자 변압기(230)는, 제32도의 인덕터(35)와 동일 형상이기 때문에, 본 실시예는 종래 예와 동일 크기로 할 수 있다. 게다가, 높은 인버터 효율을 얻고, 입력 전압을 약 1/8 로 저감할 수 있다.

본 발명의 별도의 실시예의 회로 구성도를 제17도에 나타냈다. 상술한 실시예와 달라진 점은 전자 변압기(230)의 이차 권선(232)의 ?? 표 측을 압전 변압기의 공통 전극(252)측에 접속한 것이다. 이 때문에, 상술한 실시예의 전자 변압기(230)가 일차 권선(231)을 공통 권선으로 한 단권 변압기(일반적으로 자동 변압기라 함)인 것에 대하여, 상기 실시예의 전자 변압기(230)는 일차 권선(231)과 이차 권선(232)이 절연된 변압기이고, 권수비는 n₂/n₁로 된다. 상기 실시예에서 양호한 효율로 승압비가 얻어지는 조건은 다음 식과 같이 된다.

[수학식 3]

상기 상태로 전자 변압기(230)는 각종의 형태에서 실시 가능하다. 또한, ?? 표로 나타난 각 권선의 극성도 압전 변압기의 분극 방향이나 진동 모드, 스위치 수단이나 구동 발진 수단의 구성에 의해, 여기서 도시한 이외의 경우에도 실시 가능한 것은 명백하다.

제14도는 자려 발진용의 귀환 신호를 출력 전극 근방에 설치된 귀환 전극(253)에서 검출한 본 발명에 관계된 방전관의 구동 장치의 회로 구성도이다. 제13도의 예와 동일하게 출력 전극에서 최대 출력을 얻을 수 있다.

제15도는 자려 발진용의 귀환 신호를 출력 전극 근방에 배치한 안테나(254)에서 검출된 본 발명에 관계된 방전관의 구동 장치의 회로 구성도이다. 이것도 제13도의 예와 동일하게 출력 전극에서 최대 출력을 얻을 수가 있다

제16도는 방전관의 발광량을 조정하는 조광 기능을 가진 본 발명의 실시예이다. 구성은 제13도의 실시예에 관 전류 검출부(2200)와 전단 전압 제어부(2100)를 부가한 것이다. 방전관(260)을 흐르는 전류를 검색하기 위하여 관 전류 검출부(2200)가 설치되어 있고, 가변 저항 R5 에 의해 관 전류를 검출하고, 저항값을 가변함으로써 검출 신호(2210)의 레벨을 변경할 수 있다. 상기 검출 신호에 기초하여 전단 전압 제어부는 인버터 부호의 공급 전압 V2 를 제어한다. 구체적으로는, 가변 저항 R5 의 저항값을 작게 할 경우, 검출 신호를 일정하게 하기 때문에 관 전류를 증가시키도록 전단 전압 제어부는 동작하고, 공급 전압 V2 를 증대시킨다. 전단 전압 제어부는 공지 기술인 강압형 , 숭압형 , 반전형등의 초퍼 제어 혹은 드로퍼(dropper) 제어를 사용하여, 공급 전압 V2 를 제어한다.

본 발명에 의하면, 전자 변압기의 일차 권선과 이차 권선의 권수비에서 승압된 전압이 압전 변압기의 입력측에 인가되기 때문에, 휴대형의 전자기기에서 사용되는 낮은 입력 전압에서도 냉음극관 등의 방전관을 고효을로 구동시킬 수 있다.

특히, 전자 변압기의 일차 권선 또는 이차 권선의 인덕턴스와, 스위치 수단의 기생 용량을 포함한 병렬 정전 용량 또는 압전 변압기의 입력 정전 용량을 포함한 병렬 정전 용량의 공진 주파수를 압전 변압기 자신의 고유 공진 주파수와 대략 일치시킬 경우에는 더욱 고효율로 승압비를 얻을 수 있다. 또한, 압전 변압기는 출력 임피던스가 크기 때문에, 전자 변압기 방식에서 사용하고 있던 관 전류 제한용의 안정 콘덴서가 불필요하게 된다.

또한, 압전 변압기는 종래의 전자 변압기에 비하여 구조가 극히 간소하기 때문에, 소형 박형되고 저비용으로 된다.

다음에 제3의 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 제18도는 본 발명에 관계된 적층형 압전 변압기의 사시도이다. 상기 적층형 압전 변압기의 제작 방법은, PZT 계 세라믹(히리쯔긴조꾸제품 상품명 HCEPC-28)의 그린시트를 독터(doctor) 플레이트 법에 따라 제작하고, 상기 그린 시트 상의 일부에 스크린 인쇄법을 사용하여 백금의 내부 전극(입력의 내부 전극)(357, 358)을 인쇄하고, 상기 시트를 적층 압착하여 소결한다. 그 다음, 절단, 연마를 수행하고 은도금에 의해 입력의 외부 전극(351, 352)과 출력 전극(355)을 설치하고, 내부 전극(357)을 외부 전극(351)과 접속하고, 내부 전극(358)을 외부 전극(352)과 접속한다. 이 때, 내부 전극(357)과 외부 전극(352) 및 내부 전극(358)을 외부 전극(351)의 접촉을 방지하기 위하여, 절연층(359)을 이들의 전극의 사이에 설치한다. 구동부의 두께 방향과 발전부의 긴 쪽 방향의 분극 처리를 수행하여 완성한다. 이 적층형 압전 변압기를 일반적으로 사용하는 전파장 모드로 여진시킨 경우, 전장의 1/4 의 부분이 가장 진동 변위가 작기 때문에, 도시한 상태로 외부 전극(351, 352)을 상기 위치에 설치하면, 외부 전극(351, 352)이 외부 단자에 고정되어도 적층형 압전 변압기의 특성을 손상하는 일이 없다. 이 상태에서 제작한 적층형 압전 변압기의 적층 수를 파라미터로 한 냉음극관 부하 시의 입력 전압의 관 전류 특성을 제19도, 효율의 관 전류 특성을 제20도에 나타냈다. 냉음극관은 관경 3.0 [mm], 관장 210 [mm]의 것을 사용했다. 적층형 압전 변압기의 외형 치수는 길이 30 [mm], 폭 6.5 [mm], 두께 1.2 [mm]이고, 공진 주파수는 관 전류로 변경되지만, 전파장 모드의 약 111 [kHz]이다.

사용한 냉음극관은 노트북형 퍼스널 컴퓨터의 액정 디스플레이의 긴 쪽의 변 측에 설치되는 타입의 것이지만, 제19도의 특성에서 액정 디스플레이에서 필요로 하는 관 전류 5 내지 7 [mA]를 얻으려면, 적은 적층 수에서는 23 내지 90 [V]이상의 교류 입력 전압을 필요로 한다. 6 층 이상의 적층형 압전 변압기를 사용하면, 14 [V] 이하의 교류 입력 전압으로 노트북형 퍼스널 컴퓨터의 액정 디스플레이에서 필요로 하는 관 전력을 얻을 수 있다. 제20도의 특성에서 관 전류 3 [mA] 이상의 영역에서 변압기 효율 90 (%) 이상이 얻어져 있고, 종래의 전자 변압기에 필적하는 효율로 되어 있다.

본 발명에 관계된 적층형 압전 변압기의 다른 실시예를 제28도, 제29도에 나타냈다. 제28도는 사시도, 제29도는 긴 쪽 방향의 단면도이다. 내부 전극(357, 358)의 대향을 폭 방향으로 약간 이동시킴으로써, 절연층(359)을 사용하지 않고 내부 전극과 외부 전극을 접속하고 있다. 본 발명에 관계된 적층형 압전 변압기의 또 다른 실시예를 제30도에 나타냈다. 상기 실시예는, 내부 전극(357, 358)의 대향을 긴 쪽 방향으로 약간 이동시킴으로써, 절연층(359)을 사용하지 않고 내부 전극과 외부 전극을 접속하고 있지만, 전파장 모드에서 진동 변위가 가장 큰 단면과 전장의 1/2 의 부분에 외부 전극(351, 352)이 설치된다. 이 경우, 외부 전극과 외부 단자의 접속은 직접 수행하지 않고, 충분한 강도를 가진 도선(1ead wire)을 통하여 접속한다.

노트북형 퍼스널 컴퓨터 등의 휴대형 정보기기에서는, 입력 전원으로서 직류 전압이 사용되고, 본 발명의 적층형 압전 변압기는 직류를 교류로 변환하는 인버터부를 부가하여 방전관의 구동 장치로서 휴대형 정보기기에 사용된다. 제21도는, 본 발명에 관계된 방전관의 구동 장치의 회로 구성도이고, 이하 이 회로의 동작을 설명한다. 직류 전압 V2 가 입력되면 인덕터(330)를 통하여, 적층형 압전 변압기(350)의 입력 전극(351, 352)에 양극의 전압(V2)이 인가되지만, 바로 저항 R1 을 통하여 기동 전류가 흐르고, 트랜지스터(322)와 MOS 형 전계 효과 트랜지스터 (이하 MOSFET 라 기재함)(321)가 온으로 되고, 적층형 압전 변압기의 입력 전압 V3 는 0 이 된다. 즉, 이 사이에는 펄스상 전압이 적층형 압전 변압기의 입력에 인가되기 때문에, 그 동작 원리에서 출력 전극(355)에 양극의 전압이 발생하고, 귀환 저항 R2 를 통하여 트랜지스터(324)를 온으로 한다. 트랜지스터(324) 온에서는, 트랜지스터(322) 오프, 트랜지스터(323) 온으로 되기 때문에 MOSFET(321)은 순식간에 오프로 되고, 적층형 압전 변압기의 입력 전극(351)에는 재차 양극의 전압을 가한다. 그러면, 적층형 압전 변압기의 출력 전압은 반전하고, 음극으로 되어 귀환 저항 R2 를 통하여 트랜지스터(324)를 오프로 하고, 트랜지스터(322) 온, 트랜지스터(323) 오프로 되기 때문에 MOSFET(321)은 순식간에 온으로 된다. 이후, 동일 동작이 반복되고, 적층형 압전 변압기의 출력 전극(355)과 공통 전극(352)과의 사이에는 승압된 고주파 전압이 발생하여 전극(361, 362)에 공급되어, 방전관(360)을 발광시킨다.

상기 MOSFET(321)을 온, 오프시킨 반전 동작은, 적층형 압전 변압기(350)의 출력으로 발생하는 전압에 의해 수행하는 자려 발진 동작이다. 상기 자려 발진에서는, 귀환 신호의 검출부가 기계적 변위 최대로 된다. 또한, 최대 출력을 얻기 위해서는, 출력 전극의 어느 우측 단면의 기계적 변위가 최대로 될 필요가 있다. 따라서, 귀환 신호는 제21도와 같이 적층형 압전 변압기의 출력에서 직접 얻는 방법과, 후술하는 다른 실시예와 같이 출력 전극 근방에 전극 또는 안테나를 설치하여 검출하는 방법이 있다.

제21도에 나타난 예는 인덕터(330), MOSFET(321), 적층형 압전 변압기(350)에 의해, E 급 증폭 회로가 구성되어 있다. E 급 증폭 회로는 1975년에 미국의 N.0. Soka1 등에 의해 제안된 것으로 일간공업신문사 발행 쿠라이시켄미로저 증폭 이야기의 153 페이지부터 155 페이지에 설명되어 있다. 인덕터(330)의 인덕턴스 L₁과 MOSFET(321)의 출력 정전 용량 C_OS, 적층형 압전 변압기(350)의 입력 정전 용량 C₁에 의한 공진에 의해, 적층형 압전 변압기(350)의 입력 전압 V3 은 제25도의 상태로 반파 정현파상으로 되기 때문에, MOSFET(321)의 스위칭 손실이 적게 된다. 이것이 E 급 증폭 회로의 특징이다.

또한 상기 공진의 주파수를 다음 식과 같이 적층형 전압 변압기(350)의 고유 공진 주파수 fo와 대략 일치시킨 경우, 유해한 고조파 성분은 작고, 기본파 성분이 크기 때문에, 특히 양호한 효율과 승압비가 얻어진다.

[수학식 4]

또한, MOSFET(321)의 출력 정전 용량 C_OS, 적충형 압전 변압기(350)의 입력 정전 용량 C₁에서, 공진 주파수를 대략 일치시킬 수 없는 경우에는, 축전기 C₁을 병렬로 접속하는 방법이 있다. 또한, 인덕터(330)와 축전기를 병렬로 접속하여도 등가이다.

본 실시예에서는 제21도의 회로 구성에서 상술한 제18도의 타입의 6층과 12층의 적층형 압전 변압기를 사용한 경우의 입력 전압의 관 전류 특성을 제26도에, 효율의 관 전류 특성을 제27도에 나타냈다. 사용한 냉음극관은 상술한 관 지름 3.0 [mm], 관 길이 210 [mm]의 것이다. 제26도의 특성에서 액정 디스플레이에서 필요로 되는 관 전류 5 내지 7 [mA]를, 6 층에서는 14 [V] 이하의 직류 입력 전압으로, 12 층에서는 8 [V] 이하의 직류 입력 전압으로 얻을 수 있다. 적층 수를 늘리면 다시 직류 입력 전압을 내리게 할 수 있고, 예를 들면 30 층에서는, 3[V] 이하의 직류 입력 전압으로 관 전류 5 내지 7 [mA]를 얻을 수 있다. 제27도의 특성으로부터, 필요로 하는 관 전류 5 [mA] 이상의 영역에서 인버터 효율 80% 이상을 얻을 수 있고, 이것은 전자 변압기를 사용한 인버터에 필적하는 고효율이다.

본 실시예에서는 귀환 저항 R2, 기동 저항 R1의 저항값을 조정하여 적절한 입출력 위상을 얻고 있다. 적층형 압전 변압기(350)의 출력에는 고주파 고전압이 발생하고 있기 때문에, 상기 근방에 배치한 부품, 배선에 유도 전압이 생기고, 상술한 입출력 위상에서 벗어난 발진 동작을 수행하는 효율, 승압비가 악화되는 경우가 있다. 본 실시예의 전압 파형을 제25도에 나타냈다.

제22도는, 귀환 신호를 출력 전극 근방에 설치한 귀환 전극(353)에서 검출한 본 발명에 관계된 방전관의 구동 장치의 회로 구성도이다. 제21도의 예와 동일하게 출력 전극에서 최대 출력을 얻을 수 있다.

제23도는, 귀환 신호를 출력 전극 근방에 배치한 안테나(354)에서 검출된 본 발명에 관계된 방전관의 구동 장치의 회로 구성도이다. 이것도 제23도의 예와 동일하게 출력 전극에서 최대 출력을 얻을 수 있다.

제24도는, 방전관의 발광량을 조정하는 조광 기능을 가진 본 발명의 실시예이다. 구성은 제23도의 실시예에 관 전류 검출부(3200)와 전단 전압 제어부(3100)를 부가한 것이다.

방전관(360)을 흐르는 전류를 검출하기 위하여 관 전류 검출부(3200)가 설치되어 있고, 가변 저항 R5 에 의해 관 전류를 검출하고, 저항값을 가변시킴으로써 검출 신호(3210)의 레벨을 변경할 수 있다. 상기 검출 신호에 기초하여 전단 전압 제어부는 인버터부로의 공급 전압 V2 를 제어한다. 구체적으로는, 가변 저항 R5의 저항값을 작게 할 경우, 검출 신호를 일정하게 하기 위하여 관 전류를 증가시키도록 전단 전압 제어부는 동작하고, 공급 전압 V2 를 증대시킨다. 전단 전압 제어부는 공지 기술인 강압형, 승압형, 반전형등의 초퍼 제어 혹은 드로퍼 제어를 사용하고, 공급 전압 V2 를 제어한다.

또한, 공급 전압 V2 를 단속시킨 충격 제어로 관 전류를 제어하는 조광 방법도 있다.

이하, 본 발명의 별도의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 제31도는 본 발명에 관계된 방전관의 구동 장치의 회로 구성도이다. 직류 전압 V2가 가해지면, 압전 변압기의 출력 전극(355)과 공통 전극(352)과의 사이에는 승압된 고주파 전압이 발생하여 전극(361, 362)에 공급되어, 방전관(360)을 발광시킨다. MOSFET(321)을 온, 오프 시키는 반전 동작은, 압전 변압기의 출력에 발생하는 전압에 의해 수행하는 자려 발진 동작이다.

상기 직류 전압 V2 는 전자 변압기(3130)의 일차 권선(3131)(권수는 n₁)과 이차 권선(3132)(권수는 n₂)의 권수배(n₁+n₂)/n₁배로 승압시켜서 압전 변압기에 인가하기 때문에, 휴대형 정보 단말기기에서 사용되는 3 [V] 입력으로도, 냉음극관을 구동시킬 수 있다.

이 상태에서 본 발명은 각종의 형태로 실시 가능하다.

적층형 압전 변압기의 분극 방향이나 진동 모드, 스위치 수단이나 구동 발진 수단의 구성에 의해, 여기서 도시한 이외의 경우에도 실시 가능한 것은 명백하다.

본 발명에 의하면, 적층형 압전 변압기의 구동부가 적층되어 있기 때문에, 휴대형의 전자기기에서 사용되는 낮은 입력 전압에서도 냉음극관 등의 방전관은 고효율로 구동시킬 수 있다.

특히, 적층형 압전 변압기에 직렬로 설치한 인덕터와 스위치 수단의 기생 용량 또는 적층형 압전 변압기의 입력 정전 용량을 포함하는 병렬 정전 용량과의 공진 주파수를 적층형 압전 변압기 자신의 고유 공진 주파수와 대략 일치시킨 경우는 더욱 높은 효율과 승압비를 얻을 수 있다. 또한, 적층형 압전 변압기는 출력 임피던스가 크기 때문에, 전자 변압기 방식에서 사용하고 있던 관 전류 제한용의 안정 콘덴서가 불필요하게 된다. 또한, 적층형 압전 변압기는 종래의 전자 변압기에 비하여 구조가 극히 간소하고 소형이기 때문에, 방전관의 구동 장치를 소형 박형화 할 수 있다. 또한, 본 발명은, 이상 설명한 실시예에 한정되는 것은 아니고 특허청구 범위에 나타낸 범위에서 각종의 변경이 가능하다.

Claims

기다란 판형 압전 변압기(e1ongated p1ate-1ike piezoe1ectric transformer)에 있어서, 상기 변압기(350)의 제1 영역 내에서는 두께 방향으로, 상기 변압기(350)의 제2 영역 내에서는 길이 방향으로 분극된 복수개의 적층된, 시트형의 기다란 압전 층들과, 상기 변압기(350)의 제1 영역 내의 압전층들 사이에 삽입된 복수개의 내부 전극들(357) (358)과, 상기 압전층들이 교대로 접속된 두 개의 제1 외부 전극들(351)(352)과, 상기 제2 영역의 표면에 형성된 제2 외부 전극(355)을 포함하되, 상기 압전 층들은 적층된 압전 세라믹의 그린 시트들(green sheet)이며, 상기 제1 영역 내에서 내부 전극들이 압전층들 사이에 삽입되고, 그 후 함께 소결된(sintered) 것을 특징으로 하는 압전 변압기.
제1항에 있어서, 상기 내부 전극과 상기 외부 전극은 제2 영역의 단면에서 측정된 전체 길이의 대략 4 분의 1의 위치에 접속된 것을 특징으로 하는 압전 변압기.
직류 입력 전원과, 권선의 일단이 상기 직류 입력 전원에 접속된 인덕턴스 소자와, 상기 인덕턴스 소자의 상기 권선의 타단에 접속된 스위치 수단과, 상기 스위치 수단에 병렬 접속된 제9항에 기재된 압전 변압기와, 상기 압전 변압기의 출력으로부터의 귀환에 의해 자려 발진되는 상기 스위치 수단의 구동·발진 수단을 구비하고, 상기 압전 변압기의 출력은 방전관에 공급되는 것을 특징으로 하는 방전관 구동 장치.
제3항에 있어서, 상기 압전 변압기의 출력 전극 근방에 설치된 전극으로부터의 귀환에 의해 자려 발진되는 상기 스위치 수단의 구동·발진 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방전관 구동 장치.
제3항에 있어서, 상기 압전 변압기의 출력 전극 근방에 배치된 안테나로부터의 귀환에 의해 자려·발진되는 상기 스위치 수단의 구동·발진 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방전관 구동 장치.