JPH1075584A - 圧電トランスの制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定電圧出力特性及び汎用性に優れた圧電トラ
ンスの制御回路の提供。 【解決手段】 圧電トランス１の出力電圧を印加された
負荷１３における負荷電流を、検出抵抗１４及び整流回
路１５により電圧に変換し、Ａ／Ｄ変換回路２２にてデ
ジタル化する。演算処理回路２４は、メモリ２３に記憶
されたプログラムに従って、デジタル化された検出電圧
と予め設定されている基準値とを比較し、所定の基準値
の方が大きい場合は駆動回路１２への発振周波数を下げ
るように、或は小さい場合は周波数を上げるようにタイ
マ回路２１に指示する。駆動回路１２は、タイマ回路２
１から得られる信号の発振周波数に応じて圧電トランス
１を駆動する。

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】現在、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
して冷陰極管を備えている。この冷陰極管を点灯させる
ため、従来は２次側に数千回細い電線を巻いた巻線トラ
ンスを使用して、数Ｖから数十Ｖの入力電圧を千数百Ｖ
もの高電圧に昇圧していた。しかしながら、前記のよう
な巻線トランスでは、細い電線を何千回も巻いてあるた
め、断線やショート等の不具合の可能性があり、最悪の
場合は発火する恐れもある。また、漏れ磁束を小さくし
て昇圧効率を高めるためには、ある程度大きなトランス
コアが必要となり、表示器の小型軽量化、薄型化を図る
上での障害となる。

【０００３】近年では、この問題点を解決した圧電トラ
ンスを用いた点灯装置が注目されている。

【０００４】図１は、一般的な圧電トランス（ローゼン
型）の構造を説明する図であり、図示の如く非常に簡単
な構造である。

【０００５】図中、長方形板状の圧電素子５の左半分で
は、厚み方向の上下面に入力電極２，３が形成されて面
に垂直に分極され、圧電素子５の右端面には出力電極４
が形成され入力電極２との間で分極されている。これら
の電極２，３が、トランスの１次側、電極４が巻線トラ
ンスの２次側に相当し、１次側の電圧を圧電効果を利用
して機械エネルギーに変換し、２次側において再び電圧
に変換することにより昇圧し、高電圧を得る。

【０００６】このような圧電トランスに入力される交流
電圧の周波数と出力電圧との関係について図２を参照し
て説明する。

【０００７】図２は、圧電トランスにおける入力電圧の
周波数と出力電圧の特性の一例を説明する図であり、図
示の如く圧電トランスは、入力される交流電圧の周波数
により出力電圧が大きく変化し、圧電トランスの共振周
波数（図２では、負荷抵抗１ＭΩにてｆ0）で出力電圧
は極大値を示す。また、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。従って、
このような特性を有する圧電トランスを点灯装置に使用
するには、例えば、図３に示すような圧電トランスの出
力電圧を制御する制御回路が必要となる。

【０００８】図３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。

【０００９】図中、１１３は圧電トランス１の出力に接
続された冷陰極管等の負荷、１１４は負荷に流れる電流
を検出するための検出用抵抗（Ｒdet）、１１５は検出
用抵抗１１４に生じた交流電圧を直流電圧に変換する整
流回路、１１０は整流回路１１５にて整流後の電圧と基
準電圧Ｖrefとの差を増幅する差動回路、１１１は差動
回路１１０の出力電圧に応じて交流信号を発振する電圧
制御発振回路、そして１１２は電圧制御発振回路１１１
の発振信号に応じて圧電トランス１０１を駆動する駆動
回路である。次に、前記の構成を備える制御回路の動作
を説明する。

【００１０】図４は、周囲の温度や圧電トランス自体の
温度が変化した場合における圧電トランスの出力電圧の
周波数特性の一例を説明する図である。

【００１１】同図において、電源投入時、負荷１１４に
は電流が流れていないため検出抵抗１１４に発生する電
圧は零であり、基準電圧Ｖrefに応じた発振信号ｆaによ
り圧電トランス１０１が駆動される。そして負荷１１４
の駆動が始まり、出力電圧がＶaになると負荷電流が流
れて検出用抵抗１１４に検出電圧Ｖsaが生じる。整流回
路１１５により整流された検出電圧は、差動回路１１０
に入力され基準電圧Ｖrefとの差を増幅したのち電圧制
御発振回路１１１に入力される。このとき、差動回路１
１０の出力は初期状態より小さくなり、電圧制御発振回
路１１１から駆動回路１１２に発振される信号の周波数
はｆaより低くなる。そして、発振周波数の低下に応じ
て出力電圧は上昇し、検出電圧もそれに応じて大きくな
る。このような動作が、検出電圧と基準電圧Ｖrefとが
同じになるまで続き、例えば、基準電圧ＶrefがＶｂで
あれば、発振周波数がｆb、出力電圧がＶbとなり検出電
圧が基準電圧Ｖrefと同じになった状態で安定する。

【００１２】ここで、周囲の温度や圧電トランス自体の
温度が変化し、共振周波数の特性曲線が図中の破線の如
く低い方向にずれると、発振周波数ｆbにおける出力電
圧はＶbからＶcヘと減少する。そして、この出力電圧の
減少により負荷電流も減少し検出電圧も小さくなるた
め、前述と同様に検出電圧が基準電圧Ｖrefと同じにな
った状態が得られるまで発振周波数が更に低下し、出力
電圧がＶdになった状態で安定する。

【００１３】次に、負荷の大きさが変わった場合につい
て図５を参照して説明する。

【００１４】図５は、負荷が変化した場合の圧電トラン
スの出力電圧の周波数特性の一例を説明する図である。

【００１５】同図において、負荷が１ＭΩの場合を実
線、１００ｋΩの場合を点線で示す。ここで、負荷が１
ＭΩの特性曲線において、発振周波数がｆb、出力電圧
がＶbの場合、Ｉb＝Ｖb／１ＭΩの負荷電流が流れる。
従って、検出用抵抗１１４（値をＲdetとする）の両端
間電圧は、Ｖb／１ＭΩ・Ｒdetとなり、この検出電圧が
基準電圧Ｖrefと一致した状態とする。従って、 Ｖref＝Ｖb／１ＭΩ・ＲdetよりＶref／Ｒdet＝Ｖb／１
ＭΩ つまり負荷電流（Ｖb／１ＭΩ）と（Ｖref／Ｒdet）と
が釣り合っていることになる。

【００１６】次に、負荷が１００ｋΩに減少し破線のよ
うな特性となると、出力電圧はＶeに遷移し、負荷電流
Ｉe＝Ｖe／１００ｋΩに変化し、これにより検出電圧
は、Ｖe／１００ｋΩ・Ｒdetに変化してしまう。そこ
で、検出電圧が基準電圧と同じになるように電圧制御発
振回路１１１の発振周波数がｆbからｆgに調整されれ
ば、出力電圧がＶeからＶgに変化し、負荷電流Ｖg／１
００ｋΩがＶref／Ｒdetと釣り合った状態になる。これ
により、温度や負荷の変化に応じて出力電圧の自動調整
が行われる。また、圧電トランスの寸法及び圧電特性の
ばらつきによる共振周波数のばらつきも、通常は前記の
自動調節により補正される範囲であるため、出荷前に圧
電トランス及びその制御回路のモジュールを個々に調整
する必要はない。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例において、点灯装置の仕様が異なる場合には、その
仕様に応じて圧電トランスの仕様も変更する必要があ
り、共振周波数が大きく異なる場合には、制御回路の制
御範囲を超えてしまう。その場合、点灯装置の仕様に適
合させるべく、圧電トランスの制御回路における基準電
圧Ｖrefの設定の変更、検出用抵抗１１４の値の変更、
電圧制御発振回路１１１の発振範囲を変更するため部品
の変更等が必要となり、出荷前の調整の煩わしさや、共
通仕様品の大量生産による単価低減を図る上で問題とな
る。

【００１８】そこで本発明は、定電圧出力特性及び汎用
性に優れた圧電トランスの制御回路の提供を目的とす
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
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。

【００２０】即ち、高電圧を得る圧電トランスの制御回
路であって、前記圧電トランスの出力電圧が外部の負荷
に印加されることにより発生する負荷電流を電圧に変換
する電圧変換手段と、前記電圧変換手段により変換した
電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段によ
り検出した電圧情報に基づいて、メモリに記憶されたプ
ログラムに従って所定の判断処理を行う演算処理手段
と、前記演算処理手段の処理に基づいて、信号を出力す
る信号発生手段と、前記信号発生手段から得られる信号
に応じて、前記圧電トランスを駆動する駆動手段と、を
備えることを特徴とする。これにより、メモリに記憶す
るプログラムを変更するだけで、周囲温度、圧電トラン
スの温度変化、負荷の大きさの変化による圧電トランス
の周波数特性の変化、そして圧電トランスの仕様の違い
による共振周波数の違いに対応する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る圧電トランス
の制御回路の一実施形態を図面を参照して説明する。
尚、以下に述べる本実施形態は、一般的な圧電トランス
の周波数・出力電圧特性の右側（右下がり）の部分を使
って説明する。

【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、１２は圧電トランス１を駆動する駆
動回路、１３は圧電トランス１の出力に接続された冷陰
極管等の負荷、１４は負荷に流れる電流を検出するため
の検出用抵抗Ｒdet、そして１５は負荷電流により検出
用抵抗１４にて検出された交流（検出）電圧を、直流電
圧に整流する整流回路である。これらは、、それぞれ従
来の技術により公知なため（但し、駆動回路１２は、後
述のタイマ回路２１の出力信号に応じて駆動される）説
明を省略し、以下にそれ以外の部分について説明する。

【００２４】整流回路１５にて整流後の検出電圧は、ア
ナログ／デジタル（以下、Ａ／Ｄ）変換回路２２にてデ
ジタル値に変換され、次に演算処理回路２４に送られ
る。演算処理回路２４は、メモリ２３に予め記憶されて
いるプログラムに従って動作し、Ａ／Ｄ変換回路２２よ
り送られた検出電圧のデータに応じて所定の判断（詳細
は後述する）を行う。そして、２１は演算処理回路２４
からの設定によりクロックをカウントし、その状態を駆
動回路１２に出力するタイマ回路である。タイマ回路２
１は、内部にHigh期間とLow期間を設定する２つのレジ
スタを備えており、クロックを内部カウンタでカウント
し、その計数値がHigh期間と一致するまで、Highレベル
を出力し、その後、改めて零からカウントを始め今度は
Low期間と一致するまでの間Lowレベルを出力する。この
処理を繰り返すことにより、駆動回路１２に任意のデュ
ーティ比、周波数の波形を発振させる。

【００２５】次に、一例として前記の図４の周波数特性
を参照し、圧電トランスの制御回路の制御動作について
図７のフローチャート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示すフローチャートであ
る。

【００２７】図中、図６に示す制御回路への電源投入に
より、ステップＳ１としてメモリ２３に記憶されている
プログラムに予め設定されている周波数ｆaに基づい
て、演算処理回路２４はタイマ回路２１の発振を開始す
る（ａ点）。発振周波数ｆaでは、出力電圧Ｖaが圧電ト
ランス１から出力される。この時、検出用抵抗１４には
負荷電流が流れることにより検出電圧Ｖsaが生じる。検
出電圧Ｖsaは、整流回路１５により整流されＡ／Ｄ変換
回路２２に入力される。Ａ／Ｄ変換回路２２は、整流後
の検出電圧をデジタル値に変換し、そのデータを演算処
理回路２４に送る。

【００２８】次に演算処理回路２４は、メモリ２３に記
憶されたプログラムに従って、デジタル化された検出電
圧と予め設定されている所定の基準値とを比較し（ステ
ップＳ２）、所定の基準値の方が大きい場合は周波数を
下げる（ステップＳ４）ように、或は所定の基準値の方
が小さい場合（ステップＳ３）は周波数を上げる（ステ
ップＳ５）ようにタイマ回路２１に指示を与える。図４
のａ点における状態では、所定の基準値より検出電圧の
データの方が小さいので、演算処理回路２４はタイマ回
路２１に発振周波数ｆaより低い周波数の出力を指示す
る。この処理を繰り返して行うことにより、所定の基準
値と検出電圧が一致するまで発振周波数が低下し続け、
最終的に発振周波数がｆb、出力電圧がＶbとなり検出電
圧が基準電圧と同じになった状態で安定する（ｂ点）。

【００２９】また、周囲温度や圧電トランス１自体の温
度が変化することにより、共振周波数が低い方向にずれ
る（図４に示す破線の場合）と、発振周波数ｆbでの出
力電圧がＶbからＶcへと小さくなり、検出電圧が低下す
る。この場合は、Ａ／Ｄ変換回路２２から送られた検出
データにより、演算処理回路２４は出力電圧が低下した
ことを検知し、タイマ回路２１の発振周波数を下げるよ
うに指示を出す。これにより前述と同様発振周波数が低
い方向へ移動し出力電圧がＶdになった状態で安定す
る。

【００３０】また、例えば前記の図５のように、負荷の
大きさが１ＭΩから１００ｋΩに変わった場合も従来の
技術と同様、基準値／Ｒdetの負荷電流になるようにタ
イマ回路２１の発振周波数をｆgに変更する。

【００３１】尚、上述の実施形態は、周波数特性の右側
（右下がり）の部分を使った制御方法の説明であるが、
周波数特性の左側（左下がり）の部分を使う場合には、
検出電圧と基準値の比較に対する周波数の動作を前述の
実施形態と逆になるようにプログラムするだけで、対応
可能である。

【００３２】また、演算処理回路２４、タイマ回路２
１、Ａ／Ｄ変換回路２２、メモリ２３は個別の回路で構
成ではなく、例えば、ＮＥＣ社製８ビットマイコン（μ
ＰＣ７８Ｃ１０）のようなＡ／Ｄ変換器とタイマを内蔵
する１チップマイコンにより構成してもよいことは言う
までもない。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
定電圧出力特性及び汎用性に優れた圧電トランスの制御
回路の提供が実現する。即ち、周囲温度、圧電トランス
の温度変化や負荷の大きさの変化により圧電トランスの
周波数特性が変化しても、制御回路により出力電圧、負
荷電流を所定値となるように調整することができ、また
従来の技術で問題であった、圧電トランスの仕様の違い
により共振周波数が大きく違ってしまう場合でも、メモ
リに記憶するプログラムを変更するだけで対処すること
ができるので、単価の低減も図れる。

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な圧電トランス（ローゼン型）の構造を
説明する図である。

【図２】圧電トランスにおける入力電圧の周波数と出力
電圧の特性の一例を説明する図である。

【図３】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４】周囲の温度や圧電トランス自体の温度が変化し
た場合における圧電トランスの出力電圧の周波数特性の
一例を説明する図である。

【図５】負荷が変化した場合の圧電トランスの出力電圧
の周波数特性の一例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
御回路の動作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１，１１１ 圧電トランス ２ 入力電極 ３ 入力電極 ４ 出力電極 ５ 圧電素子 １２，１１２ 駆動回路 １３，１１３ 負荷 １４，１１４ 検出用抵抗 １５，１１５ 整流回路 ２１ タイマ回路 ２２ Ａ／Ｄ変換回路 ２３ メモリ ２４ 演算処理回路 １１０ 差動回路 １１１ 電圧制御発振回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高電圧を得る圧電トランスの制御回路で
   あって、 前記圧電トランスの出力電圧が外部の負荷に印加される
   ことにより発生する負荷電流を電圧に変換する電圧変換
   手段と、 前記電圧変換手段により変換した電圧を検出する電圧検
   出手段と、 前記電圧検出手段により検出した電圧情報に基づいて、
   メモリに記憶されたプログラムに従って所定の判断処理
   を行う演算処理手段と、 前記演算処理手段の処理に基づいて、信号を出力する信
   号発生手段と、 前記信号発生手段から得られる信号に応じて、前記圧電
   トランスを駆動する駆動手段と、を備えることを特徴と
   する圧電トランスの制御回路。
2. 【請求項２】 前記信号発生手段は、 前記駆動手段に出力する信号のHigh期間とLow期間とを
   設定するレジスタ及びカウンタと、 前記High期間とLow期間とに対応する前記演算処理手段
   の処理により得られるHigh期間及びLow期間に関する情
   報に応じて、前記カウンタにて時間を計数し、前記High
   期間及びLow期間のそれぞれの状態を出力するタイマ
   と、を含み、これを繰り返すことにより所望のデューデ
   ィ比、周波数の信号を、前記駆動手段に出力することを
   特徴とする請求項１記載の圧電トランスの制御回路。
3. 【請求項３】 前記電圧検出手段は、前記電圧変換手段
   により得られたアナログ電圧を、デジタル値に変換する
   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。
4. 【請求項４】 前記電圧検出手段、前記信号発生手段、
   そして前記演算処理手段を、１つの集積回路として構成
   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。
5. 【請求項５】 前記電圧変換手段は、前記負荷電流を抵
   抗素子により電圧変換し、整流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。