JPH10239657A - 圧電トランスの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】広範囲な入力電圧が入力される場合に好適な圧
電トランスの駆動回路を提供する。 【解決手段】入力端子１２と圧電トランス８０と圧電ト
ランス駆動回路７０と、スイッチＱ３とを備える。圧電
トランス駆動回路７０はオートトランス７１、７５を備
え、オートトランス７１、７５の一次側端子は共にスイ
ッチＱ３に接続され、中間端子にはスイッチＱ１、Ｑ２
がそれぞれ接続される。スイッチＱ３の駆動波形φ３は
スイッチＱ１、Ｑ２の駆動波形φ１、φ２と同期してい
る。駆動波形φ３の周波数は、駆動波形φ１、φ２の周
波数の２倍である。駆動波形φ３のオンデューティ比
は、入力電圧Ｖinが高いと小さく、低いと大きくなるよ
う制御され、入力電圧Ｖinの値にかかわらず、オートト
ランス７１、７５に印加される電力が一定の電力または
所定の電力以下となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電トランスの駆動
回路に関し、特に、圧電トランスを用いた電力変換回路
における圧電トランスの駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電トランスは電力変換回路に使用され
る素子である。この場合、圧電トランスの１次側端子間
に正弦波電圧を加えるための駆動回路が必要である。

【０００３】このような駆動回路としては、例えば特開
平８−２７５５５３に示されているものがある。

【０００４】図７に示すように、この駆動回路３００で
は、圧電トランス８０の１次側端子８１、８２に接続さ
れているオートトランス７１、７５に出力電力から規定
される電力を入力し、その電力を圧電トランス８０を通
して負荷９０に出力している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】圧電トランスを使用し
た電力変換回路は、冷陰極管（ＣＣＦＬ）を点灯するた
めのインバータ回路への応用が期待されている。

【０００６】本発明者は、圧電トランスを、ＣＣＦＬを
点灯するためのインバータ回路に応用するために鋭意研
究を行った結果、上記駆動回路３００には次のような問
題があることを見いだした。

【０００７】すなわち、インバータ回路の電源が電池で
あったり、ＡＣアダプタであるため、インバータ回路の
入力電圧Ｖinは電池の消耗や電池からＡＣアダプタへの
切り替え等により変動する。

【０００８】最近、電源用の電池としては蓄電容量の大
きなリチウムイオン充電池が用いられることが多くなっ
ている。この電池の場合、出力電圧の最大値と最小値と
の間には約２倍の差がある。また、ＡＣアダプタを接続
する場合にはその最大値よりも大きな電圧となる。すな
わち、インバータ回路の入力電圧Ｖinの範囲は広範囲と
なってきている。

【０００９】上記の従来技術においては、入力電圧Ｖin
が変動すると、圧電トランス８０の１次側端子８１、８
２に接続されているオートトランス７１、７５に入力さ
れる電力が変化する。そして、この入力電力はインバー
タ回路の入力電圧Ｖinに比例する。

【００１０】そこで、圧電トランスの１次側端子に接続
されているトランスの設計を次のように行った。

【００１１】まず、インバータ回路の入力電圧Ｖinが最
小値のときに、規定の電力をオートトランス７１、７５
に入力できるようにオートトランス７１、７５を設計す
る。つぎに、インバータ回路の入力電圧Ｖinが最大値の
ときにオートトランス７１、７５のコアが磁気飽和を起
こさないサイズのコアを選定する。

【００１２】このようにして設計すると、トランス７
１、７５のコアサイズは、出力電力から計算されるサイ
ズを、インバータ回路の入力電圧Ｖinの最大値と最小値
の比倍したものとなる。そのため、インバータ回路の出
力電力の割に大きなサイズのコアとなってしまう。この
例では、出力電力から計算されるサイズよりも、２倍以
上のサイズとなる。その結果、インバータ回路のサイズ
が大きく、価格は高くなってしまう。

【００１３】従って、本発明の目的は、広範囲な入力電
圧が入力される場合に好適な圧電トランスの駆動回路を
提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、電源
が接続される入力端子と、圧電トランスの一次側に所定
の周波数の交流を印加可能な駆動手段と、前記入力端子
と前記駆動手段との間に挿入され、前記入力端子に入力
される前記電源からの電圧に応じて前記駆動手段に印加
する電圧のオンデューティ比を制御可能な制御手段と、
を備えることを特徴とする圧電トランスの駆動回路が提
供される。

【００１５】また、請求項２によれば、前記制御手段
が、前記入力端子に入力される前記電源からの電圧が高
くなるに従って、前記駆動手段に印加する電圧のオンデ
ューティ比を小さくし、前記入力端子に入力される前記
電源からの電圧が低くなるに従って、前記駆動手段に印
加する電圧のオンデューティ比を大きくするように制御
可能な制御手段であることを特徴とする請求項１記載の
圧電トランスの駆動回路が提供される。

【００１６】また、請求項３によれば、電源が接続され
る入力端子と、圧電トランスの一次側に所定の周波数の
交流を印加可能な駆動手段と、前記入力端子と前記駆動
手段との間に挿入され、前記入力端子に入力される前記
電源からの電圧に応じて前記駆動手段に印加する電力を
制御可能な制御手段と、を備えることを特徴とする圧電
トランスの駆動回路が提供される。

【００１７】また、請求項４によれば、前記制御手段
が、前記入力端子に入力される前記電源からの電圧にか
かわらず、前記駆動手段に印加する電力が所定の電力以
下または一定の電力となるように制御可能な制御手段で
あることを特徴とする請求項３記載の圧電トランスの駆
動回路が提供される。

【００１８】また、請求項５によれば、電源が接続され
る入力端子と、圧電トランスの一次側に所定の周波数の
交流を印加可能な駆動手段と、前記入力端子と前記駆動
手段との間に直列に挿入された第１のスイッチング手段
と、を備えることを特徴とする圧電トランスの駆動回路
が提供される。

【００１９】また、請求項６によれば、前記入力端子に
入力される前記電源からの電圧に応じて前記第１のスイ
ッチング手段のオンデューティ比を制御可能な第２の制
御手段をさらに備えることを特徴とする請求項５記載の
圧電トランスの駆動回路が提供される。

【００２０】また、請求項７によれば、前記第２の制御
手段が、前記入力端子に入力される前記電源からの電圧
が高くなるに従って、前記第１のスイッチング手段のオ
ンデューティ比を小さくし、前記入力端子に入力される
前記電源からの電圧が低くなるに従って、前記第１のス
イッチング手段のオンデューティ比を大きくするように
制御可能な制御手段であることを特徴とする請求項６記
載の圧電トランスの駆動回路が提供される。

【００２１】また、請求項８によれば、前記入力端子に
入力される前記電源からの電圧にかかわらず、前記駆動
手段に印加する電力が所定の電力以下または一定の電力
となるように前記第１のスイッチング手段のスイッチン
グのタイミングを制御可能な第３の制御手段をさらに備
えることを特徴とする請求項５記載の圧電トランスの駆
動回路が提供される。

【００２２】また、請求項９によれば、電源が接続され
る入力端子と、圧電トランスによって駆動される負荷か
らの信号に基づいて第１の周波数の第１の制御信号を発
生し、前記圧電トランスによって駆動される負荷からの
信号と前記入力端子に入力される前記電源からの電圧と
に基づいて前記第１の周波数の２以上の整数倍の周波数
の第２の周波数の第２の制御信号であって、所定のオン
デューティを持つ前記第２の制御信号を発生する第４の
制御手段と、前記第１の制御信号に基づいて前記圧電ト
ランスの一次側に前記第１の周波数のｎ倍または１／ｎ
倍（ｎは１以上の整数である。）の周波数の第３の周波
数の交流を印加可能な駆動手段と、前記入力端子と前記
駆動手段との間に直列に挿入された第１のスイッチング
手段であって、前記第２の制御信号により、前記第２の
周波数であって、前記第３の周波数の２以上の整数倍の
周波数でスイッチングされる前記第１のスイッチング手
段と、を備えることを特徴とする圧電トランスの駆動回
路が提供される。

【００２３】この場合、好ましくは、第２の周波数は前
記第１の周波数の２倍であり、ｎは１であり、第２の周
波数は第３の周波数の２倍である。

【００２４】また、請求項１０によれば、前記第４の制
御手段が、前記入力端子に入力される前記電源からの電
圧が高くなるに従って前記オンデューティ比を小さく
し、前記入力端子に入力される前記電源からの電圧が低
くなるに従って前記オンデューティ比を大きくする制御
手段であることを特徴とする請求項９記載の圧電トラン
スの駆動回路が提供される。

【００２５】また、請求項１１によれば、電源が接続さ
れる入力端子と、圧電トランスによって駆動される負荷
からの信号に基づいて第１の周波数の第１の信号を発生
する第１の回路と、前記第１の信号と前記入力端子に入
力される電圧とに基づいて前記第１の周波数のｎ倍また
は１／ｎ倍（ｎは１以上の整数である。）の周波数の第
２の周波数の第２の信号であって、所定のオンデューテ
ィ比を持つ前記第２の信号を発生する第２の回路と、前
記第１または第２の信号に基づいて前記第２の周波数の
２以上の整数倍分の１の周波数の第３の周波数の第３の
信号を発生する第３の回路と、前記第３の信号に基づい
て前記圧電トランスの一次側に前記第３の周波数の交流
を印加可能な駆動手段と、前記入力端子と前記駆動手段
との間に直列に挿入された第１のスイッチング手段であ
って、前記第２の信号により、前記第２の周波数でスイ
ッチングされる前記第１のスイッチング手段と、を備え
ることを特徴とする圧電トランスの駆動回路が提供され
る。

【００２６】この場合、好ましくは、ｎは１であり、第
３の周波数は第２の周波数の１／２である。

【００２７】また、請求項１２によれば、前記第２の回
路が、前記入力端子に入力される前記電源からの電圧が
高くなるに従って、前記オンデューティ比を小さくし、
前記入力端子に入力される前記電源からの電圧が低くな
るに従って、前記オンデューティ比を大きくする回路で
あることを特徴とする請求項１１記載の圧電トランスの
駆動回路が提供される。

【００２８】また、請求項１３によれば、前記駆動手段
が、インダクタンス素子を含んで構成されていることを
特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の圧電ト
ランスの駆動回路が提供される。

【００２９】また、請求項１４によれば、前記駆動手段
が、電磁トランスを含んで構成されていることを特徴と
する請求項１乃至１３のいずれかに記載の圧電トランス
の駆動回路が提供される。

【００３０】また、請求項１５によれば、前記電磁トラ
ンスが、コアを備えていることを特徴とする請求項１４
記載の圧電トランスの駆動回路が提供される。

【００３１】また、請求項１６によれば、前記駆動手段
が、前記制御手段または前記第１のスイッチング手段
と、前記インダクタンス素子または前記電磁トランスの
一次側巻線との間に直列に挿入された第２のスイッチン
グ手段と、前記第２のスイッチング手段を前記所定の周
波数または前記第３の周波数でスイッチングさせる第５
の制御手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項
１３乃至１５のいずれかに記載の圧電トランスの駆動回
路が提供される。

【００３２】また、請求項１７によれば、前記駆動手段
が、インダクタンス素子または電磁トランスと、前記第
１のスイッチング手段と、前記インダクタンス素子また
は前記電磁トランスの一次側巻線との間に直列に挿入さ
れた第２のスイッチング手段と、前記第２のスイッチン
グ手段を前記所定の周波数または前記第３の周波数でス
イッチングさせる第５の制御手段と、をさらに備え、前
記第２または第３の制御手段が、前記第１のスイッチン
グ手段を前記所定の周波数または前記第３の周波数の２
以上の整数倍の周波数の第４の周波数でスイッチングす
る制御手段であることを特徴とする請求項６乃至８のい
ずれかに記載の圧電トランスの駆動回路が提供される。

【００３３】この場合、好ましくは、第４の周波数は前
記所定の周波数または前記第３の周波数の２倍である。

【００３４】また、請求項１８によれば、前記第１のス
イッチング手段のスイッチングの位相と前記第２のスイ
ッチング手段のスイッチングの位相との間に差を設けた
ことを特徴とする請求項１６または１７記載の圧電トラ
ンスの駆動装置が提供される。

【００３５】また、請求項１９によれば、前記駆動手段
が、第１のインダクタンス素子または第１の電磁トラン
スと、前記制御手段または前記第１のスイッチング手段
と、前記第１のインダクタンス素子または前記第１の電
磁トランスの一次側巻線との間に直列に挿入された第３
のスイッチング手段と、第２のインダクタンス素子また
は第２の電磁トランスと、前記制御手段または前記第１
のスイッチング手段と、前記第２のインダクタンス素子
または前記第２の電磁トランスの一次側巻線との間に直
列に挿入された第４のスイッチング手段と、を備え、前
記圧電トランスの駆動回路が、前記第３および第４のス
イッチング手段を、前記第３のスイッチング手段と前記
第４のスイッチング手段との間で１８０度位相を異なら
せて、前記所定の周波数または前記第３の周波数でスイ
ッチングさせる第６の制御手段をさらに備えることを特
徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の圧電トラ
ンスの駆動回路が提供される。

【００３６】また、請求項２０によれば、前記駆動手段
が、第１のインダクタンス素子または第１の電磁トラン
スと、前記第１のスイッチング手段と、前記第１のイン
ダクタンス素子または前記第１の電磁トランスの一次側
巻線との間に直列に挿入された第３のスイッチング手段
と、第２のインダクタンス素子または第２の電磁トラン
スと、前記第１のスイッチング手段と、前記第２のイン
ダクタンス素子または前記第２の電磁トランスの一次側
巻線との間に直列に挿入された第４のスイッチング手段
と、を備え、前記圧電トランスの駆動回路が、前記第３
および第４のスイッチング手段を、前記第３のスイッチ
ング手段と前記第４のスイッチング手段との間で１８０
度位相を異ならせて、前記所定の周波数または前記第３
の周波数でスイッチングさせる第６の制御手段をさらに
備え、前記第２または第３の制御手段が、前記第１のス
イッチング手段を前記所定の周波数または前記第３の周
波数の２以上の整数倍の周波数の第４の周波数でスイッ
チングする制御手段であることを特徴とする請求項６乃
至８のいずれかに記載の圧電トランスの駆動回路が提供
される。

【００３７】この場合、好ましくは、第４の周波数は前
記所定の周波数または前記第３の周波数の２倍である。

【００３８】また、請求項２１によれば、前記第１のス
イッチング手段のスイッチングの位相と、前記第３およ
び第４ののスイッチング手段のスイッチングの位相との
間に差を設けたことを特徴とする請求項１９または２０
記載の圧電トランスの駆動装置が提供される。

【００３９】また、請求項２２によれば、前記第１およ
び第２の電磁トランスが、コアを備えていることを特徴
とする請求項１９乃至２１のいずれかに記載の圧電トラ
ンスの駆動回路が提供される。

【００４０】また、請求項２３によれば、前記電源が直
流電源であることを特徴とする請求項１乃至２２のいず
れかに記載の圧電トランスの駆動回路が提供される。

【００４１】また、請求項２４によれば、前記第１のス
イッチング手段が前記圧電トランスに印加される交流と
同期して動作することを特徴とする請求項１乃至２３の
いずれかに記載の圧電トランスの駆動回路が提供され
る。

【００４２】電源が接続される入力端子と圧電トランス
に交流を印加可能な駆動手段との間に、電源からの電圧
に応じて、駆動手段に印加する電圧のオンデューティ比
を制御可能または駆動手段に印加する電力を制御可能な
制御手段やスイッチング手段を設けることによって、電
源電圧が変動しても、圧電トランスの一次側に印加され
る電力の変動を少なくまたはなくすことができ、その結
果、電源電圧が変動しても負荷を一定の電力で駆動する
ことができるようになる。

【００４３】また、電源電圧が種々の異なる値となって
も、駆動手段に印加される電圧時間積や電力等を一定に
保つかまたは一定以下にすることができるようになるの
で、駆動手段に使用する素子としてある所定の値の電力
許容値以下のものを使用することができるようになるの
で、駆動手段を、その分、安価で小型なものとすること
ができる。例えば、駆動手段内でインダクタンス素子や
電磁トランス等を使用する場合には、これらのインダク
タンスを小さくできるので素子を小型化できる。さら
に、電磁トランスとしてコアを備えるものを使用する場
合には、小さいサイズのコア、例えば圧電トランスの駆
動回路の出力電圧に見合ったサイズのコアを使用して
も、磁気飽和を起こすことを防止できるようになる。そ
の結果、電磁トランスのサイズを小さくでき、ひいて
は、圧電トランスの駆動回路を小型で安価なものとする
ことができる。

【００４４】また、駆動手段内の第２のスイッチング手
段の位相と、入力端子と駆動手段との間に挿入される第
１のスイッチング手段の位相との間に差を設けることに
より、第１および第２のスイッチング手段に発生するノ
イズ電圧が分散し、その結果、第１および第２のスイッ
チング手段に使用する素子には耐圧の低いものを用いる
ことができ、圧電トランスの駆動回路を小型で安価なも
のとすることができる。

【００４５】また、本発明によれば、電源が接続される
入力端子と、前記入力端子と圧電トランスの一次側との
間に直列に挿入され、前記入力端子に入力される前記電
源からの電圧に応じて前記圧電トランスに印加する交流
の電圧と時間の積、電圧が零である時間と電圧が正ある
いは負である時間の比、電圧の時間積分、電圧のオン時
間とオフ時間の比または電圧のオンデューティ比を制御
可能な第７の制御手段と、を備えることを特徴とする圧
電トランスの駆動回路が提供される。

【００４６】好ましくは、前記第７の制御手段が、前記
入力端子に入力される前記電源からの電圧が高くなるに
従って、前記圧電トランスに印加する交流の電圧と時間
の積、電圧の時間積分、電圧が零である時間と電圧が正
あるいは負である時間の比、電圧のオフ時間に対するオ
ン時間の割合または電圧のオンデューティ比を小さく
し、前記入力端子に入力される前記電源からの電圧が低
くなるに従って、前記圧電トランスに印加する交流の電
圧と時間の積、電圧の時間積分、電圧のオフ時間に対す
るオン時間の割合または電圧のオンデューティ比を大き
くするように制御可能な制御手段である。

【００４７】また、本発明によれば、電源が接続される
入力端子と、前記入力端子と圧電トランスの一次側との
間に直列に挿入され、前記入力端子に入力される前記電
源からの電圧に応じて前記圧電トランスに印加する交流
の電力を制御可能な第８の制御手段と、を備えることを
特徴とする圧電トランスの駆動回路が提供される。

【００４８】好ましくは、前記第８の制御手段が、前記
入力端子に入力される前記電源からの電圧にかかわら
ず、前記圧電トランスに印加する交流の電力が所定の電
力以下または一定の電力となるように制御可能な制御手
段である。

【００４９】電源が接続される入力端子と圧電トランス
の一次側との間に、電源からの電圧に応じて、圧電トラ
ンスに印加する交流の電圧と時間の積、電圧が零である
時間と電圧が正あるいは負である時間の比、電圧の時間
積分、電圧のオン時間とオフ時間の比または電圧のオン
デューティ比を制御可能または圧電トランスに印加する
交流の電力を制御可能な制御手段を設けることによっ
て、電源電圧が変動しても、圧電トランスの一次側に印
加される電力の変動を少なくまたはなくすことができ、
その結果、電源電圧が変動しても負荷を一定の電力で駆
動することができるようになる。

【００５０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００５１】図１は、本発明の第１および第２の実施の
形態の圧電トランスの駆動回路を説明するための回路図
であり、図２は、本発明の第１および第２の実施の形態
の圧電トランスの駆動回路を説明するための波形図であ
る。

【００５２】図１に示すように、この圧電トランスの駆
動回路においては、入力端子１２と圧電トランス８０と
の間に圧電トランス８０を駆動する圧電トランス駆動回
路７０を直列に挿入し、さらに入力端子１２と圧電トラ
ンス駆動回路７０との間にスイッチＱ３を直列に挿入し
ている。また、スイッチＱ３と圧電トランス駆動回路７
０の接続点と接地との間にはダイオードＤが接続されて
いる。圧電トランス８０の二次側電極８３と接地との間
には負荷９０が接続されている。

【００５３】圧電トランス駆動回路７０は２つのオート
トランス７１、７５を備え、オートトランス７１の一次
側端子およびオートトランス７５の一次側端子は共にス
イッチＱ３に接続され、オートトランス７１の中間端子
と接地との間にはスイッチＱ１が接続され、オートトラ
ンス７５の中間端子と接地との間にはスイッチＱ２が接
続され、オートトランス７１の二次側端子は圧電トラン
ス８０の一次側電極８１に接続され、オートトランス７
５の二次側端子は圧電トランス８０の一次側電極８２に
接続されている。

【００５４】図２に示すように、スイッチＱ１の駆動波
形φ１とスイッチＱ２の駆動波形φ２とは周波数が同じ
で位相が１８０度異なる。その結果、オートトランス７
１、７５により圧電トランス８０の一次側電極８１、８
２に、極性が互いに反対の電圧がそれぞれ印加される。

【００５５】スイッチＱ３の駆動波形φ３はスイッチＱ
１の駆動波形φ１やスイッチＱ２の駆動波形φ２と同期
している。駆動波形φ３の周波数は、駆動波形φ１や駆
動波形φ２の周波数の２倍である。そして、駆動波形φ
３のオンデューティ比は入力端子１２に印加される入力
電源１０からの入力電圧Ｖinの値に応じて決められる。
すなわち、入力電圧Ｖinが高いとオンデューティ比が小
さく、入力電圧Ｖinが低いとオンデューティ比が大きく
なるように制御され、入力電圧Ｖinの値にかかわらず、
オートトランス７１、７５に印加される電力が一定の電
力または所定の電力以下となるようにスイッチＱ３のス
イッチングのタイミングが制御される。

【００５６】このようにして圧電トランス８０の一次側
電極８１、８２の間には、交流電圧ＶPTが印加されて圧
電トランス８０が駆動され、それに基づいて二次側電極
８３から交流電圧ＶPTと同じ周波数であって昇圧された
交流電圧が負荷９０に印加されて負荷９０が駆動され
る。

【００５７】上記のように、スイッチＱ３のスイッチン
グのタイミングを制御することによって、入力電圧Ｖin
が高いとオンデューティ比が小さく、入力電圧Ｖinが低
いとオンデューティ比が大きくなるように制御している
から、入力電圧Ｖinの値にかかわらず、オートトランス
７１、７５に印加される電力を一定の電力または所定の
電力以下とすることができ、その結果、圧電トランス８
０の一次側に印加されるる電力を一定の電力または所定
の電力以下とすることができる。従って、入力電圧Ｖin
が変動しても、負荷９０を一定の電力または所定の電力
以下で駆動することができる。

【００５８】圧電トランス８０に印加される交流電圧Ｖ
PTは、スイッチＱ１、Ｑ２に印加される電圧の差をオー
トトランスの巻線比で変圧した値となる。スイッチＱ
１、Ｑ２のスイッチング損失を低減するために、ＶPT＝
０となる期間が発生するようにオートトランスのインダ
クタンスを設計する。スイッチＱ１の電圧Ｖ１は、スイ
ッチＱ１がオフの時に、スイッチＱ１がオンの間にオー
トトランスの一次側に蓄えられた電力を放電することに
よって得られるので、正弦波の半波形状の波形となる。
この電圧は、Ｑ１がオンの間にオートトランス７１の一
次側に蓄えられた電力に比例した値となる。オートトラ
ンス７１の一次側に蓄えられる電力はスイッチＱ３の駆
動波形φ３のオンデューティ比を制御することによって
制御できる。すなわち圧電トランス８０に印加される電
圧は、スイッチＱ３の駆動波形φ３のオンデューティ比
を制御することによって制御できる。

【００５９】また、入力電圧Ｖinの値にかかわらず、オ
ートトランス７１、７５に印加される電力を一定の電力
または所定の電力以下とすることができるので、オート
トランス７１、７５のインダクタンスを小さくでき、そ
の結果、オートトランス７１、７５を小型化できる。さ
らに、オートトランス７１、７５としてコアを備えるも
のを使用した場合には、小さいサイズのコア、例えば、
圧電トランス８０の出力電圧に見合ったサイズのコアを
使用しても、磁気飽和をおこすことが防止できるように
なり、その結果、オートトランス７１、７５のサイズを
小さくできる。このようにしてオートトランス７１、７
５のサイズを小さくできるので、圧電トランスの駆動回
路を小型で安価なものとすることができる。

【００６０】例えば、入力電源１０としてリチウムイオ
ン充電池を用いる場合を考えると、出力電圧Ｖinの最大
値と最小値との間には約２倍の差がある。また、ＡＣア
ダプタを接続する場合にはその最大値よりも大きな電圧
となる。このような場合においても、スイッチＱ３のオ
ンデューティ比を制御することによって、オートトラン
ス７１、７５に印加される電力を所定の電力以下、また
は一定の電力、例えば、リチウムイオン電池の出力電圧
の最小値を用いて設計した電力に、またはこの電力以下
にすることができる。

【００６１】なお、ダイオードＤによって、スイッチＱ
３がオフの時に圧電トランスの駆動回路７０の入力電圧
を確実に零にすることができる。ダイオードＤがない場
合、スイッチＱ３に過大な電圧が加わることがある。

【００６２】また、このように、スイッチＱ１、Ｑ２、
Ｑ３のスイッチング動作を同時に行うと、図２に示すよ
うに（電圧Ｖ１の波形図参照）、スイッチＱ１、Ｑ２、
Ｑ３に発生するノイズが重なり合い、過大なノイズとな
ることがある。

【００６３】そこで、スイッチＱ３の駆動波形を図２の
φ３’のようにして、スイッチＱ３の駆動波形φ３’の
位相とスイッチＱ１の駆動波形φ１やスイッチＱ２の駆
動波形φ２の位相との間に差を設けることにより、スイ
ッチＱ１およびＱ２と、Ｑ３とが同時のスイッチングさ
れることがなくなって、スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３に発
生するノイズが分散する（図２の電圧Ｖ１’の波形図参
照）。その結果、スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３には耐圧の
低いものを用いることができ、圧電トランスの駆動回路
を小型で安価なものとすることができる。

【００６４】図３は、本発明の第１の実施の形態の圧電
トランスの駆動回路を説明するためのブロック図であ
り、図４は、本発明の第１の実施の形態の圧電トランス
の駆動回路を説明するための波形図である。

【００６５】この圧電トランスの駆動回路１００は、入
力電源１０が接続され入力電源１０からの入力電圧Ｖin
が入力される入力端子１２と、圧電トランス８０に接続
された負荷９０に流れる負荷電流を直流電圧に変換する
電流−電圧変換回路２０と、基準電圧Ｖref を発生する
基準電圧発生回路６２と、基準電圧発生回路６２による
基準電圧Ｖref と電流−電圧変換回路２０からの出力電
圧とを比較し、それらの間の誤差を増幅して出力する誤
差増幅器３２と、誤差増幅器３２からの出力電圧を入力
し、三角波の電圧信号Ｖｆであって、誤差増幅器３２か
らの出力電圧が増加した場合にはより高い周波数の電圧
信号Ｖｆを出力し、誤差増幅器３２からの出力電圧が減
少した場合にはより低い周波数の電圧信号Ｖｆを出力す
る電圧−周波数変換回路３６と、入力電圧Ｖinと基準電
圧発生回路６２による基準電圧Ｖref とを比較し、それ
らの間の誤差を増幅して直流電圧Ｖe を出力する誤差増
幅器３４と、三角波の電圧信号Ｖｆと、それを横切る直
流電圧Ｖe を比較し、矩形波φ３を出力する比較器４２
と、矩形波φ３を２分周するして矩形波φ１を出力する
２分周回路４４と、矩形波φ１と１８０度位相が異なる
矩形波φ２を出力するインバータ（反転論理回路）５２
と、圧電トランス８０を駆動する圧電トランス駆動回路
７０と、圧電トランス駆動回路７０と入力端子１２との
間に直列に挿入されたスイッチＱ３とを備えている。圧
電トランス駆動回路７０は、図１に示すように、オート
トランス７１、７５、スイッチＱ１，Ｑ２を備えてい
る。以上は誤差増幅器の負極入力に基準電圧を入力した
場合であるが、誤差増幅器入力の極性を逆にした場合、
周波数の変化は逆になる。

【００６６】圧電トランス駆動回路７０により圧電トラ
ンス８０を駆動し、負荷（ＣＣＦＬ）９０に電力を供給
する。負荷電流を電流−電圧変換回路２０により電圧に
変換し、それを基準電圧Ｖref と比較し、誤差増幅器３
２の出力を得る。電圧−周波数変換回路３６によりこの
出力電圧に応じた周波数の三角波信号Ｖｆを発生し、そ
れに基づいて、圧電トランス８０の駆動周波数を調整
し、負荷電流が一定になるように制御する。

【００６７】一方では、スイッチＱ３により圧電トラン
ス駆動回路７０に供給される電圧−時間積または電力が
制御され、圧電トランス駆動回路７０の素子（電磁オー
トトランス７１、７５）が飽和するのを防ぐ。

【００６８】すなわち、誤差増幅器３４は、入力電圧Ｖ
inと基準電圧Ｖref とを比較し、直流電圧Ｖｅを発生す
る。比較器４２によって三角波信号Ｖｆとその三角波信
号Ｖｆを横切る直流電圧Ｖｅとを比較し、矩形波φ３を
得る。この矩形波φ３は三角波信号Ｖｆよりも直流電圧
が大きい場合はＯＦＦに、直流電圧が小さい場合にはＯ
Ｎになる。この矩形波φ３がスイッチＱ３の駆動波形と
なる。このようにして、矩形波φ３の周波数は負荷電流
と基準電圧Ｖref と決定され、オンデューティ比は入力
電圧Ｖinに基づいて決定される。入力電圧Ｖinが高いと
オンデューティ比は小さくなり、入力電圧Ｖinが低いと
オンデューティ比は大きくなる。このようにして、スイ
ッチＱ３のスイッチングのタイミングを制御することに
よりスイッチＱ３により圧電トランス駆動回路７０に供
給される電圧−時間積または電力が制御される。

【００６９】スイッチＱ３の駆動波形であるφ３を２分
周回路４４により２分周することにより、スイッチＱ１
の駆動波形である矩形波φ１を得、インバータ５２によ
りこの矩形波φ１の論理を反転することにより、矩形波
φ１と１８０度位相が異なる矩形波φ２を得、スイッチ
Ｑ２の駆動波形とする。矩形波φ３の周波数は矩形波φ
１、φ２の周波数の２倍であり、矩形波φ３の位相と矩
形波φ１、φ２の位相は一致している。

【００７０】図５は、本発明の第２の実施の形態の圧電
トランスの駆動回路を説明するためのブロック図であ
り、図６は、本発明の第２の実施の形態の圧電トランス
の駆動回路を説明するための波形図である。

【００７１】第１の実施の形態では、２分周回路４４に
より、矩形波φ３を２分周して矩形波φ１を得たが、本
実施の形態では、誤差増幅器３４の出力電圧Ｖｅと電圧
値の異なる基準電圧Ｖｅ’を発生する基準電圧発生回路
６４を設け、この基準電圧Ｖｅ’と電圧−周波数変換回
路３６からの三角波信号Ｖｆとを比較器４６により比較
して矩形波φ４を得る。この矩形波φ４を２分周回路４
４により２分周することにより、スイッチＱ１の駆動波
形である矩形波φ１を得、インバータ５２によりこの矩
形波φ１の論理を反転することにより、矩形波φ１と１
８０度位相が異なる矩形波φ２を得、スイッチＱ２の駆
動波形とする。矩形波φ３の周波数は矩形波φ１、φ２
の周波数の２倍であり、矩形波φ３の位相と矩形波φ
１、φ２の位相は異なる。他の点は第１の実施の形態と
同じである。

【００７２】なお、上記第１および第２の実施の形態で
は、オートトランス７１、７５を使用したが、これらに
代えて１次側と２次側が絶縁された他の電磁トランスを
使用することもでき、電磁トランスではなくて、インダ
クタンス素子を使用することもできる。

【００７３】

【実施例】表１に本発明の実施例１、２と比較例とを示
す。なお、実施例１は第１の実施の形態の駆動回路を使
用し、実施例２は第２の実施の形態の駆動回路を使用
し、比較例は、実施例の回路からスイッチＱ３を除いた
ものを使用した。

【００７４】

【表１】

【００７５】このように、スイッチＱ３を使用した本発
明の実施例１、２においては、小さいコアサイズで、大
きい最大入力電圧が得られた。これに対して、スイッチ
Ｑ３を使用しない比較例１においては、最大入力電圧が
小さく、この最大入力電圧を大きくするには、比較例２
のようにコアサイズを大きくする必要があった。

【００７６】さらに、実施例１のように。位相差を設け
ることによってノイズを小さくできた。

【００７７】

【発明の効果】電源電圧が変動しても、圧電トランスの
一次側に印加される電力の変動を少なくまたはなくすこ
とができ、その結果、電源電圧が変動しても負荷を一定
の電力で駆動することができる。

【００７８】また、電源電圧が種々の異なる値となって
も、圧電トランスを駆動する駆動手段に印加される電圧
時間積や電力等を一定に保つまたは一定以下にすること
ができるようになるので、駆動手段に使用する素子とし
てある所定の値の電力許容値以下のものを使用すること
ができるようになり、圧電トランスの駆動回路を、その
分、安価で小型なものとすることができる。

【００７９】そして、駆動手段内でインダクタンス素子
や電磁トランス等を使用する場合には、これらのインダ
クタンスを小さくできるので素子を小型化することがで
きる。

【００８０】さらに、電磁トランスとしてコアを備える
ものを使用する場合には、小さいサイズのコアを使用し
てもコアの飽和を防止することができるようになる。そ
の結果、電磁トランスのサイズを小さくでき、ひいて
は、圧電トランスの駆動回路を小型で安価なものとする
ことができる。

【００８１】また、駆動手段内の第２のスイッチング手
段の位相と、入力端子と駆動手段との間に挿入される第
１のスイッチング手段の位相との間に差を設けることに
より、第１および第２のスイッチング手段に発生するノ
イズ電圧が分散し、その結果、第１および第２のスイッ
チング手段に使用する素子には耐圧の低いものを用いる
ことができ、圧電トランスの駆動回路を小型で安価なも
のとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１および第２の実施の形態の圧電ト
ランスの駆動回路を説明するための回路図である。

【図２】本発明の第１および第２の実施の形態の圧電ト
ランスの駆動回路を説明するための波形図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態の圧電トランスの駆
動回路を説明するためのブロック図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態の圧電トランスの駆
動回路を説明するための波形図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態の圧電トランスの駆
動回路を説明するためのブロック図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態の圧電トランスの駆
動回路を説明するための波形図である。

【図７】従来の圧電トランスの駆動回路を説明するため
の回路図である。

【符号の説明】

１０…入力電源 １２…入力端子 ２０…電流−電圧変換回路 ３２、３４…誤差増幅器 ３６…電圧−周波数変換回路 ４２、４６…比較器 ４４…２分周回路 ５２…インバータ（反転論理回路） ６２、６４…基準電圧発生回路 ７０…圧電トランス駆動回路 ７１、７５…オートトランス ８０…圧電トランス ８１、８２…一次側電極 ８３…二次側電極 ９０…負荷 １００、２００、３００…圧電トランスの駆動回路 Ｄ…ダイオード Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３…スイッチ

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電源が接続される入力端子と、 圧電トランスの一次側に所定の周波数の交流を印加可能
   な駆動手段と、 前記入力端子と前記駆動手段との間に挿入され、前記入
   力端子に入力される前記電源からの電圧に応じて前記駆
   動手段に印加する電圧のオンデューティ比を制御可能な
   制御手段と、 を備えることを特徴とする圧電トランスの駆動回路。
2. 【請求項２】前記制御手段が、 前記入力端子に入力される前記電源からの電圧が高くな
   るに従って、前記駆動手段に印加する電圧のオンデュー
   ティ比を小さくし、 前記入力端子に入力される前記電源からの電圧が低くな
   るに従って、前記駆動手段に印加する電圧のオンデュー
   ティ比を大きくするように制御可能な制御手段であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の圧電トランスの駆動回
   路。
3. 【請求項３】電源が接続される入力端子と、 圧電トランスの一次側に所定の周波数の交流を印加可能
   な駆動手段と、 前記入力端子と前記駆動手段との間に挿入され、前記入
   力端子に入力される前記電源からの電圧に応じて前記駆
   動手段に印加する電力を制御可能な制御手段と、 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】前記制御手段が、 前記入力端子に入力される前記電源からの電圧にかかわ
   らず、前記駆動手段に印加する電力が所定の電力以下ま
   たは一定の電力となるように制御可能な制御手段である
   ことを特徴とする請求項３記載の圧電トランスの駆動回
   路。
5. 【請求項５】電源が接続される入力端子と、 圧電トランスの一次側に所定の周波数の交流を印加可能
   な駆動手段と、 前記入力端子と前記駆動手段との間に直列に挿入された
   第１のスイッチング手段と、 を備えることを特徴とする圧電トランスの駆動回路。
6. 【請求項６】前記入力端子に入力される前記電源からの
   電圧に応じて前記第１のスイッチング手段のオンデュー
   ティ比を制御可能な第２の制御手段をさらに備えること
   を特徴とする請求項５記載の圧電トランスの駆動回路。
7. 【請求項７】前記第２の制御手段が、 前記入力端子に入力される前記電源からの電圧が高くな
   るに従って、前記第１のスイッチング手段のオンデュー
   ティ比を小さくし、 前記入力端子に入力される前記電源からの電圧が低くな
   るに従って、前記第１のスイッチング手段のオンデュー
   ティ比を大きくするように制御可能な制御手段であるこ
   とを特徴とする請求項６記載の圧電トランスの駆動回
   路。
8. 【請求項８】前記入力端子に入力される前記電源からの
   電圧にかかわらず、前記駆動手段に印加する電力が所定
   の電力以下または一定の電力となるように前記第１のス
   イッチング手段のスイッチングのタイミングを制御可能
   な第３の制御手段をさらに備えることを特徴とする請求
   項５記載の圧電トランスの駆動回路。
9. 【請求項９】電源が接続される入力端子と、 圧電トランスによって駆動される負荷からの信号に基づ
   いて第１の周波数の第１の制御信号を発生し、前記圧電
   トランスによって駆動される負荷からの信号と前記入力
   端子に入力される前記電源からの電圧とに基づいて前記
   第１の周波数の２以上の整数倍の周波数の第２の周波数
   の第２の制御信号であって、所定のオンデューティを持
   つ前記第２の制御信号を発生する第４の制御手段と、 前記第１の制御信号に基づいて前記圧電トランスの一次
   側に前記第１の周波数のｎ倍または１／ｎ倍（ｎは１以
   上の整数である。）の周波数の第３の周波数の交流を印
   加可能な駆動手段と、 前記入力端子と前記駆動手段との間に直列に挿入された
   第１のスイッチング手段であって、前記第２の制御信号
   により、前記第２の周波数であって、前記第３の周波数
   の２以上の整数倍の周波数でスイッチングされる前記第
   １のスイッチング手段と、 を備えることを特徴とする圧電トランスの駆動回路。
10. 【請求項１０】前記第４の制御手段が、 前記入力端子に入力される前記電源からの電圧が高くな
    るに従って前記オンデューティ比を小さくし、 前記入力端子に入力される前記電源からの電圧が低くな
    るに従って前記オンデューティ比を大きくする制御手段
    であることを特徴とする請求項９記載の圧電トランスの
    駆動回路。
11. 【請求項１１】電源が接続される入力端子と、 圧電トランスによって駆動される負荷からの信号に基づ
    いて第１の周波数の第１の信号を発生する第１の回路
    と、 前記第１の信号と前記入力端子に入力される電圧とに基
    づいて前記第１の周波数のｎ倍または１／ｎ倍（ｎは１
    以上の整数である。）の周波数の第２の周波数の第２の
    信号であって、所定のオンデューティ比を持つ前記第２
    の信号を発生する第２の回路と、 前記第１または第２の信号に基づいて前記第２の周波数
    の２以上の整数倍分の１の周波数の第３の周波数の第３
    の信号を発生する第３の回路と、 前記第３の信号に基づいて前記圧電トランスの一次側に
    前記第３の周波数の交流を印加可能な駆動手段と、 前記入力端子と前記駆動手段との間に直列に挿入された
    第１のスイッチング手段であって、前記第２の信号によ
    り、前記第２の周波数でスイッチングされる前記第１の
    スイッチング手段と、 を備えることを特徴とする圧電トランスの駆動回路。
12. 【請求項１２】前記第２の回路が、 前記入力端子に入力される前記電源からの電圧が高くな
    るに従って、前記オンデューティ比を小さくし、 前記入力端子に入力される前記電源からの電圧が低くな
    るに従って、前記オンデューティ比を大きくする回路で
    あることを特徴とする請求項１１記載の圧電トランスの
    駆動回路。
13. 【請求項１３】前記駆動手段が、インダクタンス素子を
    含んで構成されていることを特徴とする請求項１乃至１
    ２のいずれかに記載の圧電トランスの駆動回路。
14. 【請求項１４】前記駆動手段が、電磁トランスを含んで
    構成されていることを特徴とする請求項１乃至１３のい
    ずれかに記載の圧電トランスの駆動回路。
15. 【請求項１５】前記電磁トランスが、コアを備えている
    ことを特徴とする請求項１４記載の圧電トランスの駆動
    回路。
16. 【請求項１６】前記駆動手段が、 前記制御手段または前記第１のスイッチング手段と、前
    記インダクタンス素子または前記電磁トランスの一次側
    巻線との間に直列に挿入された第２のスイッチング手段
    と、 前記第２のスイッチング手段を前記所定の周波数または
    前記第３の周波数でスイッチングさせる第５の制御手段
    と、 をさらに備えることを特徴とする請求項１３乃至１５の
    いずれかに記載の圧電トランスの駆動回路。
17. 【請求項１７】前記駆動手段が、 インダクタンス素子または電磁トランスと、 前記第１のスイッチング手段と、前記インダクタンス素
    子または前記電磁トランスの一次側巻線との間に直列に
    挿入された第２のスイッチング手段と、 前記第２のスイッチング手段を前記所定の周波数または
    前記第３の周波数でスイッチングさせる第５の制御手段
    と、をさらに備え、 前記第２または第３の制御手段が、前記第１のスイッチ
    ング手段を前記所定の周波数または前記第３の周波数の
    ２以上の整数倍の周波数の第４の周波数でスイッチング
    する制御手段であることを特徴とする請求項６乃至８の
    いずれかに記載の圧電トランスの駆動回路。
18. 【請求項１８】前記第１のスイッチング手段のスイッチ
    ングの位相と前記第２のスイッチング手段のスイッチン
    グの位相との間に差を設けたことを特徴とする請求項１
    ６または１７記載の圧電トランスの駆動装置。
19. 【請求項１９】前記駆動手段が、 第１のインダクタンス素子または第１の電磁トランス
    と、 前記制御手段または前記第１のスイッチング手段と、前
    記第１のインダクタンス素子または前記第１の電磁トラ
    ンスの一次側巻線との間に直列に挿入された第３のスイ
    ッチング手段と、 第２のインダクタンス素子または第２の電磁トランス
    と、 前記制御手段または前記第１のスイッチング手段と、前
    記第２のインダクタンス素子または前記第２の電磁トラ
    ンスの一次側巻線との間に直列に挿入された第４のスイ
    ッチング手段と、を備え、 前記圧電トランスの駆動回路が、前記第３および第４の
    スイッチング手段を、前記第３のスイッチング手段と前
    記第４のスイッチング手段との間で１８０度位相を異な
    らせて、前記所定の周波数または前記第３の周波数でス
    イッチングさせる第６の制御手段をさらに備えることを
    特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の圧電ト
    ランスの駆動回路。
20. 【請求項２０】前記駆動手段が、 第１のインダクタンス素子または第１の電磁トランス
    と、 前記第１のスイッチング手段と、前記第１のインダクタ
    ンス素子または前記第１の電磁トランスの一次側巻線と
    の間に直列に挿入された第３のスイッチング手段と、 第２のインダクタンス素子または第２の電磁トランス
    と、 前記第１のスイッチング手段と、前記第２のインダクタ
    ンス素子または前記第２の電磁トランスの一次側巻線と
    の間に直列に挿入された第４のスイッチング手段と、を
    備え、 前記圧電トランスの駆動回路が、前記第３および第４の
    スイッチング手段を、前記第３のスイッチング手段と前
    記第４のスイッチング手段との間で１８０度位相を異な
    らせて、前記所定の周波数または前記第３の周波数でス
    イッチングさせる第６の制御手段をさらに備え、 前記第２または第３の制御手段が、前記第１のスイッチ
    ング手段を前記所定の周波数または前記第３の周波数の
    ２以上の整数倍の周波数の第４の周波数でスイッチング
    する制御手段であることを特徴とする請求項６乃至８の
    いずれかに記載の圧電トランスの駆動回路。
21. 【請求項２１】前記第１のスイッチング手段のスイッチ
    ングの位相と、前記第３および第４ののスイッチング手
    段のスイッチングの位相との間に差を設けたことを特徴
    とする請求項１９または２０記載の圧電トランスの駆動
    装置。
22. 【請求項２２】前記第１および第２の電磁トランスが、
    コアを備えていることを特徴とする請求項１９乃至２１
    のいずれかに記載の圧電トランスの駆動回路。
23. 【請求項２３】前記電源が直流電源であることを特徴と
    する請求項１乃至２２のいずれかに記載の圧電トランス
    の駆動回路。
24. 【請求項２４】前記第１のスイッチング手段が前記圧電
    トランスに印加される交流と同期して動作することを特
    徴とする請求項１乃至２３のいずれかに記載の圧電トラ
    ンスの駆動回路。