JPH11299247A - 圧電トランス式電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単巻トランスの発熱を抑えるとともに小型化
かつ薄型で、動作が安定な圧電トランス式電力変換装置
を提供する。 【解決手段】 圧電トランスの入力電極の一方に二次側
端子を接続し中間端子を入力電源に接続した第１の単巻
トランスと、前記圧電トランスの他方の入力電極に二次
側端子を接続し一次側端子を前記第１の単巻トランスの
一次側端子に接続した第２の単巻トランスと、前記第２
の単巻トランスの中間端子を接続したスイッチ手段と、
該スイッチ手段を駆動するために所定の周波数の駆動電
圧を発生させる駆動部とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶バックライト
用インバータなどに使用される圧電トランス式電力変換
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、液晶ディスプレイにあっては液
晶自身が発光しないことから液晶表示体の背面や側面に
冷陰極管を配置するバックライト方式が主流となってい
る。この冷陰極管を駆動するには、それ自体の長さや直
径にもよるが、数１００ボルト以上の交流高電圧を印加
することが要求される。この交流高電圧を発生させる電
力変換装置は、一般にバックライト用インバータと呼ば
れている。この交流高電圧を発生させる方法として圧電
トランスを用いた放電管の点弧および作動装置が特開昭
５２−１１３５７８号公報に示されている。

【０００３】この種の圧電トランスとしては、例えば１
９５６年に米国のＣ．Ａ．Ｒｏｓｅｎが発表したローゼ
ン型圧電トランスが使用されている。この圧電トランス
は図５に示しすように、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系
（ＰＺＴ）よりなる板状の圧電セラミックス素子２の左
半分の上下面に例えば銀焼付けなどにより設けた一対の
入力電極４、５と、右半分の端面に同様な方法で設けた
出力電極６とを有している。図５に矢印で示すように、
このセラミック素子２の左半分の駆動部は厚み方向に、
右半分の発電部は長手方向に各々分極処理が施されてい
る。

【０００４】上記ローゼン型圧電トランスでは、入力電
極４、５間に交流電圧源８よりセラミック素子２の長手
方向の共振周波数とほぼ同じ周波数の交流電圧を印加す
ると、このセラミック素子２は長手方向に強い機械振動
を生じるとともに右半分の発電部では圧電効果により電
荷を発生して出力電極６と一方の入力電極、例えば入力
電極５との間に出力電圧Ｖ₀₁が生ずる。

【０００５】液晶ディスプレイが用いられる機器として
は、ノート型パーソナルコンピュータ、モーバイルパー
ソナルコンピュータ、携帯情報端末などがあるが、これ
らの機器では内蔵バッテリィで動作させる場合とＡＣア
ダプタからの供給電圧で動作させる場合がある。この時
の電圧値は、例えば内蔵バッテリィ動作時では７Ｖまで
低下し、ＡＣアダプタ供給時では２０Ｖとなる場合があ
る。この場合、７Ｖから２０Ｖがバックライト用インバ
ータの入力電圧範囲となる。

【０００６】圧電トランス式バックライト用インバータ
の従来例を図３により説明する。このインバータは、出
力電流検出部７０により出力電流Ｉｏを検出し、この検
出電圧に基づき周波数可変部８０で周波数を可変し、駆
動部１０を介して主スイッチであるＭＯＳＦＥＴ２０を
駆動している。単巻トランス３０のインダクタンスと圧
電トランス５０の入力静電容量の共振により、直流入力
電圧Ｖ１は図４に示すような半波正弦波状電圧Ｖ２に変
換される。さらに単巻トランス３０の巻線比によりＶ２
は励振電圧Ｖ３に昇圧されて、圧電トランス５０の入力
電極５１、５２間に印加される。ここで一次側端子３１
と二次側端子３３の間の巻線数をＮ１３、一次側端子３
１と中間端子３２の間の巻線数をＮ１２とすると、単巻
トランス３０の巻線比はＮ１３／Ｎ１２となる。励振電
圧Ｖ３の周波数が圧電トランス５０の共振周波数近傍に
至ると、圧電トランス５０は高電圧Ｖｏを出力し、冷陰
極管６０が点灯する。単巻トランス３０のインダクタン
スと圧電トランスの入力静電容量の共振により電圧Ｖ２
は半波正弦波状となるため、ＭＯＳＦＥＴ２０の遷移損
失は極めて少なく、圧電トランス５０の入力静電容量も
共振によりなめらかに充放電されるため、急峻な充放電
で生ずる大きな誘電体損失も激減する。単巻トランス３
０は、圧電トランス５０の昇圧比が不足し冷陰極管が点
灯できない場合に対応したもので、単巻トランスの昇圧
比で圧電トランス昇圧比の不足を補うものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このバック
ライト用インバータの入力電圧は前述したように広範囲
に変動する。したがって図３の単巻トランス３０の損失
は、低入力時には大きな電流が巻線を流れることから巻
線損失（銅損）が大きく、高入力時には印加電圧が大き
くなるため磁心の動作磁束密度が増大し磁心損失（鉄
損）が大きくなる。その結果単巻トランスは著しく発熱
し、これにより周囲温度が上昇して、共振周波数の変動
が生じたりし、バックライト用インバータは安定した動
作を維持できず、場合によっては熱暴走するといった問
題があった。

【０００８】さらに、ノート型パーソナルコンピュータ
の小型化に伴いバックライト用インバータも小型化の要
求が強く、バックライト用インバータに搭載される各部
品も必然的に小型化する必要があるが、単純に単巻トラ
ンス３０の形状を小型にするだけでは、前記した損失に
よる発熱が増大するだけで実用に供し得ない。このため
単巻トランスの形状寸法がバックライト用インバータを
小型化、特には薄型化する場合において障害となってい
た。

【０００９】したがって本発明の目的は、上述した問題
点に着目し、単巻トランスの発熱を抑えるとともに小型
化かつ薄型で、動作が安定な圧電トランス式電力変換装
置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、入力電極から
交流電圧を入力し圧電効果を利用して出力電極から出力
する圧電トランスと、前記圧電トランスの入力電極の一
方に二次側端子を接続し中間端子を入力電源に接続した
第１の単巻トランスと、前記圧電トランスの他方の入力
電極に二次側端子を接続し一次側端子を前記第１の単巻
トランスの一次側端子に接続した第２の単巻トランス
と、前記第２の単巻トランスの中間端子を接続したスイ
ッチ手段と、該スイッチ手段を駆動するために所定の周
波数の駆動電圧を発生させる駆動部とを有する圧電トラ
ンス式電力変換装置である。

【００１１】本発明では、従来１つであった単巻トラン
スを２つにすることで、単巻トランスを小型化するとと
もに電力損失による発熱を抑制している。すなわち２つ
の単巻トランスは直列に接続し使用するので、それぞれ
の単巻トランスには同一の電流が流れ、印加電圧はほぼ
二等分される。したがって電力損失は略均等に二分して
それぞれの単巻トランスで負担される。また単巻トラン
ス一つ当たりのインダクタンスも従来より少なくて済む
ため、磁心を小さくすることが出来、かつ巻線の巻回し
も少なくなる。このため単巻トランス１つ当たりの電力
損失は従来のものよりも著しく減少し、単巻トランスを
小型化できるとともに発熱を抑制できるものである。

【００１２】また、圧電トランスの入力部には交流分の
みが印加される。このため、圧電トランス素子の電極材
に銀などのマイグレーションが発生しやすいものを用い
ても、直流分が無いためマイグレーションは生じない。
従って、圧電トランス式電力変換装置の信頼性向上する
ことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面を参照しながら
説明する。図１は本発明による第１の実施の形態である
圧電トランス式バックライト用インバータの概要回路図
である。同図では、出力電流検出部７０により出力電流
Ｉｏを検出し、この検出電圧に基づき周波数可変部８０
で周波数を可変し、駆動部１０を介して主スイッチであ
るＭＯＳＦＥＴ２０を駆動している。単巻トランス４
０、４５のインダクタンスと圧電トランス５０の入力静
電容量の共振により、直流入力電圧Ｖ１は半波正弦波状
電圧Ｖ２に変換される。さらに単巻トランス４０、４５
の巻線比によりＶ２は励振電圧Ｖ３に昇圧されて、圧電
トランス５０の入力電極５１、５２間に印加される。半
波正弦状電圧Ｖ２の周波数が圧電トランス５０の共振周
波数近傍に至ると、圧電トランス５０は高電圧Ｖｏを出
力し、冷陰極管６０が点灯する。

【００１４】図２は本発明による第２の実施の形態であ
る圧電トランス式バックライト用インバータの概要回路
図である。図１の第１の実施の形態と異なる点は主スイ
ッチであるＭＯＳＦＥＴが図１ではＮチャンネル型であ
るのに対し、図２ではＰチャンネル型である点であり、
回路の動作は第１の実施の形態と同様である。また、本
発明は圧電トランスの構造によらず適用することがで
き、図５のローゼン型のほかにも、積層構造型（例えば
特開平８−６９８９０号参照）、あるいは駆動部を中央
に配置した構造（例えば特開平９−７４２３６号参照）
などにも適用できる。

【００１５】

【実施例】図３に示す従来の圧電トランス式バックライ
ト用インバータと図１に示す本発明の圧電トランス式バ
ックライト用インバータとを作製し、単巻トランスの温
度上昇を測定評価した。その結果を表１に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】表１中例１は従来のインバータであって、
外形寸法が長さ１７ｍｍ×幅８ｍｍ×高さ５．５ｍｍの
単巻トランスを１個使用し、例２は本発明に係るインバ
ータであって、長さ１３．５ｍｍ×幅１２ｍｍ×高さ
３．５ｍｍの単巻トランスを２個使用した。本発明に係
るインバータの外形寸法は単巻トランスの外形寸法によ
り従来のものより１０ｍｍ長くなったが、高さ寸法が小
さい分、薄型化することが出来る。また、インバータが
占める体積は従来の約７４％に低減した。さらには、単
巻トランスの発熱が減少したことで温度上昇が５９℃か
ら２３℃と激減した。

【００１８】

【発明の効果】以上の通り本発明によれば、単巻トラン
スの発熱を抑えるとともに小型化かつ薄型で、動作が安
定な圧電トランス式電力変換装置を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の圧電トランス式バックライ
ト用インバータの概要回路図である。

【図２】本発に係る第２の圧電トランス式バックライト
用インバータの概要回路図である。

【図３】従来の圧電トランス式バックライト用インバー
タを示す主要回路図である。

【図４】圧電トランス式バックライト用インバータの電
圧波形を示す図である。

【図５】ローゼン型圧電トランスの動作原理を示す説明
図である

【符号の説明】

１０ 駆動部、２０ ＭＯＳＦＥＴ、２１ ＭＯＳＦＥ
Ｔ ３０ 単巻トランス、４０ 単巻トランス、４１ 一次
側端子 ４２ 中間端子、４３ 二次側端子、４５ 単巻トラン
ス ４６ 一次側端子、４７ 中間端子、４８ 二次側端子 １１ 圧電トランス、５１ 入力電極、５２ 入力電極 ６０ 冷陰極管、７０ 出力電流検出部、８０ 周波数
可変部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力電極から交流電圧を入力し圧電効果
   を利用して出力電極から出力する圧電トランスと、前記
   圧電トランスの入力電極の一方に二次側端子を接続し中
   間端子を入力電源に接続した第１の単巻トランスと、前
   記圧電トランスの他方の入力電極に二次側端子を接続し
   一次側端子を前記第１の単巻トランスの一次側端子に接
   続した第２の単巻トランスと、前記第２の単巻トランス
   の中間端子を接続したスイッチ手段と、該スイッチ手段
   を駆動するために所定の周波数の駆動電圧を発生させる
   駆動部とを有することを特徴とする圧電トランス式電力
   変換装置。