JPH10223388A

JPH10223388A - 圧電トランスの制御回路

Info

Publication number: JPH10223388A
Application number: JP9023867A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Fujimura; 健藤村; Katsuyuki Ishikawa; 勝之石川; Masaaki Toyama; 正明外山
Original assignee: Nihon Cement Co Ltd
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 1998-08-21

Abstract

(57)【要約】【課題】使用するスイッチング素子が発生させるスイ
ッチングノイズの影響を低減可能な圧電トランスの制御
回路の提供。【解決手段】トランジスタ４ａには、パルス発振回路６
からのパルス信号及び発振回路３からの発振信号に基づ
いた間欠パルス信号がアンド回路７より入力され、間欠
的にオン／オフを行う。トランジスタ４ｂは、発振回路
３の出力する発振信号が入力されて常時オン／オフを行
う。これら２つのトランジスタにより駆動回路４は入力
電圧Ｖiをスイッチングするため、圧電トランス１は間
欠的に駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

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

【０００２】

【従来の技術】近年、持ち運びの容易なノート型パーソ
ナルコンピュータ等には、その表示装置として液晶表示
器が広く用いられている。この液晶表示装置の内部に
は、液晶表示パネルを背照すべく、所謂バックライトと
して冷陰極管が備えられており、その冷陰極管を点灯さ
せるには、電池等の直流低電圧から点灯開始時１０００
Ｖｒｍｓ以上、定常点灯時５００Ｖｒｍｓ程度の交流高
電圧への変換が可能な昇圧インバータが必要とされる。
従来、この昇圧インバータの昇圧用トランスとして所謂
巻線トランスが使われていたが、最近では機械エネルギ
ーを介して電気変換し昇圧を行う圧電トランスが使用さ
れるようになりつつある。この圧電トランスは、出力負
荷（負荷抵抗）の大きさによって昇圧比が大きく変化す
るという一般には好ましくない特性を有しているが、一
方でこの負荷抵抗への依存性が冷陰極管のインバータ電
源の特性に適しており、液晶表示器の薄型化、高効率化
の要求に応える小型高圧電源として注目されている。こ
のような圧電トランスの制御回路の一例を、図１を参照
して説明する。

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

【０００４】図中、１０１は圧電トランス、１０２は圧
電トランス１０１の出力側に接続された冷陰極管等の負
荷、１０３は矩形波等の交流信号を発振する発振回路、
そして１０４は発振回路１０３が発振する信号（以下、
発振信号）により圧電トランス１０１を駆動する駆動回
路である。駆動回路１０４は、例えば、ハーフブリッジ
型に接続されたＰ型トランジスタ（ＦＥＴ：電界効果ト
ランジスタ）１０４ａとＮ型トランジスタ（ＦＥＴ）１
０４ｂとで構成されされており、発振回路１０３から出
力された発振信号の状態に応じて２つのトランジスタ
（１０４ａ，１０４ｂ）が交互にスイッチングを行う。
この駆動回路１０４のスイッチング動作により、圧電ト
ランス１０１には入力電圧Ｖｉを振幅とする駆動電圧
（交流電圧）が印加される。圧電トランス１０１は、駆
動回路１０４から得られる交流電圧の周波数に応じて出
力電圧が山状に大きく変化し、圧電トランス１０１の有
する共振周波数で駆動された場合には出力電圧が極大値
をとること、そして温度や出力の負荷の大きさ（負荷抵
抗）によってその共振周波数が変化することが一般に知
られている。そこで、共振周波数と略等しい発振信号を
発振回路１０３より出力し、その発振信号の状態に基づ
いて駆動回路１０４によって圧電トランス１０１を駆動
し、圧電トランス１０１の出力側に高電圧を発生させる
のが一般的である。

【０００５】また、負荷１０２として接続されている冷
陰極管の輝度調節は、冷陰極管に流れる管電流（負荷電
流）を変化させることによって行われる。その手法の１
つとして、例えば、本願出願人による先行する特願平８
−２２８４５８号においては、圧電トランスに間欠的な
パルス電圧を印加して駆動することにより、冷陰極管の
平均管電流を調整する手法を提案している。ここで、そ
の手法の概要を、前述の図２の構成を備える制御回路に
適用して説明する。

【０００６】図２は、従来例としての冷陰極管の輝度調
節が可能な圧電トランスの制御回路のブロック構成図で
ある。同図の制御回路は、図１の回路構成と基本的には
同様であり、異なるのは、圧電トランス１０１の駆動電
源として入力電圧Ｖｉを所望する期間で間欠的に出力可
能なパルス電源回路１０５を備えていることである。こ
のパルス電源回路１０５の回路構成を図３に示す。

【０００７】図３は、従来例としてのパルス電源回路の
構成例を説明する図である。

【０００８】図中、パルス電源回路１０５は、直流電圧
である入力電圧Ｖｉを、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ（ＭＯＳ
型電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子１０５
ｂによりパルス発振回路１０５ａから出力される信号に
応じてオン／オフさせることにより、駆動回路１０４へ
パルス電圧を出力する。即ち、パルス発振回路１０５ａ
から出力される信号を変化させることによってスイッチ
ング素子１０５ｂのスイッチング速度を変化させるよう
に構成されている。このような制御回路の動作を図４及
び図５を参照して説明する。

【０００９】図４及び図５は、従来例としての制御回路
の制御動作を説明する図であり、図４は最大輝度の場
合、図５は調光状態を示す。

【００１０】図４及び図５において、横軸はそれぞれ時
間を示しており、縦軸はそれぞれ上から順に、パルス電
源回路１０５から駆動回路１０４に供給されるパルス電
圧、発振回路１０３から出力される発振信号、そして圧
電トランス１０１の出力電圧を示している。

【００１１】図４では、冷陰極管を最大輝度で点灯して
いる状態を示しており、パルス電源回路１０５から駆動
回路１０４に供給するパルス電圧を、パルス間隔を零と
して直流状態とする。これにより、駆動回路１０４は常
に動作状態となるため、発振回路１０３から得られる発
振信号に応じて圧電トランス１０１が常に駆動され、出
力電圧が連続的に出力される。

【００１２】一方、図５に示すように冷陰極管の輝度を
小さく調光する場合には、パルス電源回路１０５からあ
るパルス間隔を持ったパルス状の電源電圧を駆動回路１
０４に供給する。ここで、パルス電源回路１０５より駆
動回路１０４に供給されるパルス電圧のＨｉｇｈ期間
（Ｔhigh）は、発振回路１０３から得られる発振信号の
周期より十分大きいものとする（例えば、パルス電圧の
周波数が１００ｋＨｚに対し、パルス電圧の周波数は数
百Ｈｚ程度とする）。図示の如く、パルス状の電源電圧
がＬｏｗ期間（Ｔlow）であるときは、駆動回路１０４
には電圧が印加されず動作しないため、電圧トランス１
０１は駆動されず、出力電圧は零である。一方、パルス
電圧がＨｉｇｈ期間（Ｔhigh）の時は、駆動回路１０４
に電圧が印加されて動作するため、圧電トランス１０１
も駆動されて出力電圧が発生する。この動作が繰り返さ
れることにより、図４の連続出力の状態に対して冷陰極
管（負荷１０２）に流れる管電流（負荷電流）の平均値
は小さくなり、輝度を低下させることができる。この場
合、パルス電圧におけるＬｏｗ期間を更に長くすれば、
冷陰極管に流れる平均管電流はより小さくなるため、輝
度は低下する。人間の視覚にとっては、Ｈｉｇｈ期間に
おける残像が残るためである。従って、図２のような制
御回路においてパルス電圧のデューティ比を調整すれ
ば、圧電トランスの出力電圧を冷陰極管が放電を維持す
るのに必要な電圧よりも常に高い電圧に保持しながら、
輝度を安定させた状態で広範囲な調光が可能となる。

【００１３】また、ハーフブリッジ型の圧電トランスの
駆動回路を用いた従来例として、例えば、特開平８−１
３９３８２号では、アンドゲート回路を使用して発振信
号によるハーフブリッジ型駆動回路の回路駆動を間欠さ
せる手法が開示されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例（図２）では、パルス電源回路１０５内部のスイ
ッチング素子が発生させたスイッチングノイズが圧電ト
ランス１０１を駆動するパルス電圧に直接重畳してしま
うため、そのスイッチングノイズが駆動回路１０４を介
して圧電トランス１０１に伝達されるという問題があ
る。また、一般的にトランジスタ（ＦＥＴ）のオン／オ
フ特性は、オンからオフと、オフからオンとでは特性が
異なる。そのため、駆動回路１０４のような回路構成を
採用した場合には、使用する個々のトランジスタにおけ
るオン／オフ動作の時間的なズレが駆動回路１０４の一
時的な短絡状態を発生させ、圧電トランス１０１への非
定常な大きな電流（ノイズ）の発生による効率の低下が
問題となる可能性がある。

【００１５】また、後者の従来例では、ハーフブリッジ
型に構成された２つのトランジスタがアンドゲート素子
から出力された同一のパルス信号によりオン／オフされ
るため、そのパルス信号の間欠期間においてはトランジ
スタが２つともオフの状態となる。即ち、パルス信号の
間欠期間においては、圧電トランスの駆動電圧がゼロ電
位に対して浮いてしまうという不安定な状態となるた
め、当該期間中ゼロ電位になるべき圧電トランスの出力
電圧もゼロになるとは限らない。

【００１６】そこで、本発明は、使用するスイッチング
素子が発生させるスイッチングノイズの影響を低減可能
な圧電トランスの制御回路の提供を目的とする。

【００１７】

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

【００１８】即ち、入力される直流電圧をハーフブリッ
ジ型またはフルブリッジ型に構成したトランジスタによ
りスイッチングして交流電圧を発生し、その交流電圧に
より圧電トランスを駆動して交流高電圧を得る駆動手段
を備える圧電トランスの制御回路であって、前記駆動手
段のトランジスタを駆動する発振信号を生成する発振手
段と、パルス信号を生成する間欠発振手段と、その間欠
発振手段からのパルス信号と前記発振手段からの発振信
号とに基づいて論理積を算出する論理積算出手段と、を
備え、前記駆動手段のトランジスタのそれぞれを、前記
発振手段からの発振信号または前記論理積算出手段から
の出力信号により駆動することにより前記圧電トランス
を間欠的に駆動することを特徴とする。

【００１９】好ましくは前記間欠発振手段は、生成する
パルス信号のデューティ比の調整が可能であって、その
パルス信号のデューティ比に応じて、前記圧電トランス
が交流高電圧を間欠出力することを特徴とする。

【００２０】以上の構成により、スイッチングノイズの
影響の低減し、且つ間欠的に電圧トランスを駆動し、そ
の出力に接続された冷陰極管の輝度を安定した点灯状態
で調整する。

【００２１】

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

【００２２】図６は、本発明の一実施形態としての圧電
トランスの制御回路のブロック構成図である。

【００２３】図中、１は圧電トランス、２は圧電トラン
ス１の出力側に接続された冷陰極管等の負荷、３は矩形
波等の交流信号を発振する発振回路、そして４は発振回
路３の発振信号により圧電トランス１を駆動するハーフ
ブリッジ型の駆動回路である。これらの構成については
従来の技術により公知なため、詳細な説明は省略する。

【００２４】６は、パルス発振回路であり、冷陰極管の
輝度を変化させる基となるパルス信号を生成し、且つそ
のパルス幅及び間隔を制御する。７は、パルス発振回路
６からのパルス信号と発振回路３からの発振信号との論
理積より、ハイサイド側のトランジスタ４ａのゲート信
号を生成するアンド（ＡＮＤ）回路である。

【００２５】次に、上述の構成を備える制御回路の動作
を図７を参照して説明する。

【００２６】図７は、本発明の一実施形態としての圧電
トランスの制御回路の動作を説明する図である。

【００２７】図中、横軸はそれぞれ時間を示しており、
縦軸はそれぞれ上から順に、パルス発振回路６から出力
されるパルス信号、発振回路３から出力される発振信
号、ハイサイド側のトランジスタ４ａのゲート信号、ロ
ーサイド側のトランジスタ４ｂのゲート信号、ハイサイ
ド側とローサイド側のトランジスタの動作状態、そして
圧電トランス１の出力電圧を示している。尚、発振信号
の周波数は、パルス信号の周波数と比較して十分に小さ
いものとする。

【００２８】ローサイド側のトランジスタ４ｂには、発
振回路３の出力する発振信号がゲート信号として常時入
力されるので、ローサイド側のトランジスタ４ｂは発振
回路３の発振信号の周期に従って常にｏｎ／ｏｆｆを行
う。一方、ハイサイド側のトランジスタ４ａには、パル
ス発振回路６からのパルス信号の反転信号と発振回路３
からの発振信号との論理積である、櫛型の信号の反転信
号がゲート信号として入力される。そのため、ハイサイ
ド側のトランジスタ４ａは、パルス信号のｈｉｇｈ期間
のうち発振信号のｌｏｗ期間のみｏｎ、それ以外の期間
はｏｆｆ、といった動作が行われる。即ち、ハイサイド
側のトランジスタ４ａは、圧電トランス１駆動用の交流
電圧を発生するための駆動回路４のスイッチング動作
と、駆動回路４から出力する該交流電圧を間欠的にオン
／オフさせる動作と、の両方の動作のために使用してい
る。従って、従来技術と同様に間欠に圧電トランス１が
駆動され、パルス信号のｈｉｇｈ期間もしくはｌｏｗ期
間の長さ（デューティ比）を制御することで冷陰極管
（負荷２）の輝度を安定した点灯状態で調整することが
できる。

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

【００３０】同図において、前述の図６と構成が異なる
のは、パルス発振回路６からのパルス信号と発振回路３
からの発振信号との論理積信号をローサイド側のトラン
ジスタ４ｂのゲート信号として入力している点であり、
ハイサイド側とローサイド側のトランジスタの動作が前
述と反対になるだけで、圧電トランス１を間欠的に駆動
し、冷陰極管を調光できる点は同じであり、同一の参照
番号を付して詳細な説明は省略する。

【００３１】［本実施形態の効果］パルス発振回路６か
らのパルス信号と発振回路３からの発振信号との論理積
信号を駆動回路４内部のハイサイド側（図６）またはロ
ーサイド側（図８）のトランジスタのゲート信号として
入力することにより、その一方のトランジスタを、従来
技術として前述した図２のパルス電源回路１０５内部の
圧電トランス駆動用の交流電圧を発生するスイッチング
素子と、駆動回路４のスイッチング用トランジスタと、
の両方の機能のために併用している。従って、入力電圧
ラインと比較してはるかに小さい電流しか流れない駆動
回路４のスイッチング用トランジスタのラインにより間
欠動作を実現するため、圧電トランス１へのスイッチン
グノイズの要因を低減できる。また、図２の従来技術と
同様に間欠的に圧電トランス１を駆動することもできる
ので、冷陰極管（負荷２）の輝度を安定した点灯状態で
調整することができる。

【００３２】また、従来例のようにハイサイド側及びロ
ーサイド側のトランジスタを共通のゲート信号で動作さ
せるのではなく、トランジスタ４ａ，４ｂをそれぞれ個
々のゲート信号により動作させ、パルス信号のＴlowの
期間においても何れか一方のトランジスタを常にオン／
オフさせている（図６の場合は、ローサイド側のトラン
ジスタ４ｂ）。従って、パルス信号のＴlowの期間にお
いてトランジスタが２つともオフの状態となる時間が従
来例と比較して１／２に短縮されるため、圧電トランス
の駆動電圧がゼロ電位に対して浮いてしまうという不安
定な時間を削減することができる。

【００３３】＜実施形態の変形例２＞図９は、本発明の
一実施形態における変形例２としての圧電トランスの制
御回路のブロック構成図である。同図が図６の回路構成
と異なるのは、駆動回路４Ａがトランジスタ４ａ〜４ｄ
により同図の如くフルブリッジ型に構成されていること
と、トランジスタ４ｃ，４ｄの前段にノット（ＮＯＴ）
回路（インバータ）８が設けられていることである。ト
ランジスタ４ａ，４ｄとトランジスタ４ｂ，４ｄとが交
互にオン／オフを繰り返すフルブリッジ型の駆動回路４
Ｂのスイッチング動作については、公知なため説明は省
略する。また、本変形例では、トランジスタ４ｂ，４ｄ
が発振回路３からの発振信号により常時オン／オフを繰
り返し、トランジスタ４ａ，４ｃが間欠的にオン／オフ
することになるが、圧電トランス１を間欠的に駆動し、
冷陰極管を調光できる点は同じであり、同一の参照番号
を付して詳細な説明は省略する。

【００３４】＜実施形態の変形例３＞図１０は、本発明
の一実施形態における変形例３としての圧電トランスの
制御回路のブロック構成図である。同図は、図８のハー
フブリッジ型駆動回路の構成をフルブリッジ型としたも
のであり、トランジスタ４ａ，４ｃが発振回路３からの
発振信号により常時オン／オフを繰り返し、トランジス
タ４ｂ，４ｄが間欠的にオン／オフすることになるが、
それ以外の動作は上記の変形例２（図９）と同様であ
る。従って、圧電トランス１を間欠的に駆動し、冷陰極
管を調光できる点は同じであり、同一の参照番号を付し
て詳細な説明は省略する。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
使用するスイッチング素子が発生させるスイッチングノ
イズの影響を低減可能な圧電トランスの制御回路の提供
が実現する。

【００３６】

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例としての圧電トランスの制御回路のブロ
ック構成図である。

【図２】従来例としての冷陰極管の輝度調節が可能な圧
電トランスの制御回路のブロック構成図である。

【図３】従来例としてのパルス電源回路の構成例を説明
する図である。

【図４】従来例としての制御回路の制御動作を説明する
図である。

【図５】従来例としての制御回路の制御動作を説明する
図である。

【図６】本発明の一実施形態としての圧電トランスの制
御回路のブロック構成図である。

【図７】本発明の一実施形態としての圧電トランスの制
御回路の動作を説明する図である。

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

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

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

【符号の説明】

１，１０１圧電トランス２，１０２負荷３，１０３発振回路４，４Ａ，４Ｂ，１０４駆動回路４ａ，４ｃ，１０４ａＰ型トランジスタ４ｂ，４ｄ，１０４ｂＮ型トランジスタ６，１０５ａパルス発振回路７アンド（ＡＮＤ）回路８ノット（ＮＯＴ）回路１０５ｂスイッチング素子１０５パルス電源回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力される直流電圧をハーフブリッジ型
またはフルブリッジ型に構成したトランジスタによりス
イッチングして交流電圧を発生し、その交流電圧により
圧電トランスを駆動して交流高電圧を得る駆動手段を備
える圧電トランスの制御回路であって、前記駆動手段のトランジスタを駆動する発振信号を生成
する発振手段と、パルス信号を生成する間欠発振手段と、その間欠発振手段からのパルス信号と前記発振手段から
の発振信号とに基づいて論理積を算出する論理積算出手
段と、を備え、前記駆動手段のトランジスタのそれぞれ
を、前記発振手段からの発振信号または前記論理積算出
手段からの出力信号により駆動することにより前記圧電
トランスを間欠的に駆動することを特徴とする圧電トラ
ンスの制御回路。
【請求項２】前記間欠発振手段は、生成するパルス信
号のデューティ比の調整が可能であって、そのパルス信
号のデューティ比に応じて、前記圧電トランスが交流高
電圧を間欠出力することを特徴とする請求項１記載の圧
電トランスの制御回路。
【請求項３】前記論理積算出手段からの出力信号を、
前記駆動手段のハイサイド側またはローサイド側のトラ
ンジスタにのみ入力することにより、前記圧電トランス
が交流高電圧を間欠出力することを特徴とする請求項１
または請求項２記載の圧電トランスの制御回路。
【請求項４】前記発振手段からの発振信号を、前記駆
動手段のローサイド側またはハイサイド側のトランジス
タにのみ入力することにより、そのトランジスタを常時
オン／オフさせることを特徴とする請求項１乃至請求項
３記載の圧電トランスの制御回路。
【請求項５】前記制御回路を、冷陰極管の駆動回路に
使用することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れ
かに記載の圧電トランスの制御回路。