JPH1169826A - Piezoelectric transformer drive circuit - Google Patents

Piezoelectric transformer drive circuit

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JPH1169826A
JPH1169826A JP9232021A JP23202197A JPH1169826A JP H1169826 A JPH1169826 A JP H1169826A JP 9232021 A JP9232021 A JP 9232021A JP 23202197 A JP23202197 A JP 23202197A JP H1169826 A JPH1169826 A JP H1169826A
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JP
Japan
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piezoelectric transformer
circuit
voltage
waveform
duty
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JP9232021A
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Japanese (ja)
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Ichiro Kikuchi
一郎 菊地
Kenichi Kato
憲一 加藤
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Toto Ltd
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Toto Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric transformer drive circuit which stably drives a piezoelectric transformer at its resonance point, so as to supply, high output voltage. SOLUTION: A piezoelectric transformer 5 is integrated into the closed loop of a self-excited oscillating circuit. An output voltage 16 of the piezoelectric transformer 5 is fed back to a synchronous circuit 1 from a feedback circuit 7, since a feedback voltage 9 has a certain phase difference with respect to this. The synchronous circuit 1 generates rectangular waves 10 synchronized with the feedback voltage 9, and a saw-toothed wave generating circuit 2 generates saw-toothed waves 11 which are synchronized with the rectangular waves 10. A duty control circuit 3 generates duty waves 13 by comparing the saw-toothed waves 11 with the DC control voltage 12 from a control circuit 8. A piezoelectric transformer driver 4 generates a piezoelectric transformer drive voltage 15 synchronized with the duty waves 13, so as to drive the piezoelectric transformer 5. The piezoelectric transformer 5 operates at a resonance point at all times, since the phase difference generated in the feedback circuit 7 is set so that the phase difference between the input voltage 15 and the output voltage of the piezoelectric transformer 5 conforms to a specified phase difference between the input and output voltages at the time of the piezoelectric transformer 5 operating at the resonance point.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極管の駆動回
路や空気清浄機、イオン発生器等の高電圧発生回路で用
いられる圧電トランスの駆動回路に関し、特に圧電トラ
ンスを最適昇圧比で制御する為の駆動回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driving circuit for a cold cathode tube, and a driving circuit for a piezoelectric transformer used in a high voltage generating circuit such as an air purifier or an ion generator. And a driving circuit for performing the operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、冷陰極管の駆動回路やイオン発生
器等の高電圧発生回路などには、高電圧発生素子として
圧電トランスが好んで用いられている。圧電トランスの
駆動方式として、例えば、1994年11月7日号の日
経エレクトロニクス(P147〜157)にあるよう
な、圧電トランスの周波数特性を利用した周波数制御方
式が知られている。
2. Description of the Related Art Hitherto, piezoelectric transformers have been favorably used as high voltage generating elements in driving circuits for cold cathode tubes, high voltage generating circuits such as ion generators, and the like. As a driving method of the piezoelectric transformer, for example, a frequency control method using a frequency characteristic of a piezoelectric transformer as disclosed in Nikkei Electronics (P147 to 157) of November 7, 1994 is known.

【0003】周波数制御方式は、負荷電流をフィードバ
ックして、出力電圧が設定値になるように圧電トランス
の駆動周波数の追尾を行って昇圧比を制御する駆動方式
である。すなわち、図1のブロック図で示すような駆動
回路を用いて、図2で示すように、圧電トランスの周波
数特性を利用して周波数制御を行い、出力電圧を制御す
る。つまり、圧電トランスの共振周波数f0より高い周
波数で発振回路を起動して圧電トランスを駆動し、その
2次電圧を負荷に供給する。負荷側で検出した電圧と基
準電圧との差電圧を積分器に入力する。差電圧がゼロに
なるまで積分器の出力電圧は変化して、V−F変換器の
発振周波数を調節する。この結果、圧電トランスは駆動
周波数f1で駆動して設定電圧を出力する。このよう
に、周波数制御方式は、図2に示す周波数特性の傾斜部
分を使って出力電圧制御を行う。
The frequency control method is a drive method in which the load current is fed back and the drive frequency of the piezoelectric transformer is tracked so that the output voltage becomes a set value, thereby controlling the boost ratio. In other words, as shown in FIG. 2, the output voltage is controlled by using the driving circuit shown in the block diagram of FIG. 1 and performing frequency control using the frequency characteristics of the piezoelectric transformer. That is, the oscillation circuit is started at a frequency higher than the resonance frequency f0 of the piezoelectric transformer to drive the piezoelectric transformer, and the secondary voltage is supplied to the load. The difference voltage between the voltage detected on the load side and the reference voltage is input to the integrator. The output voltage of the integrator changes until the difference voltage becomes zero, and adjusts the oscillation frequency of the VF converter. As a result, the piezoelectric transformer is driven at the drive frequency f1 and outputs a set voltage. As described above, in the frequency control method, the output voltage is controlled using the slope portion of the frequency characteristic shown in FIG.

【0004】別の駆動方法として、特開平8−8807
3号公報にあるような自励発振方式も知られている。こ
の方式では、電源電圧を調節したり、圧電トランスの入
力電流を可変抵抗で調整することにより出力電圧を制御
する。
Another driving method is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No.
A self-excited oscillation system as disclosed in Japanese Patent Publication No. 3 (Kokai) No. 3 is also known. In this method, the output voltage is controlled by adjusting the power supply voltage or adjusting the input current of the piezoelectric transformer with a variable resistor.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前述の周波数制御方式
は、周波数特性の傾斜部分を使って制御しているため、
乱調などによって駆動周波数が周波数特性のピーク(共
振点f0)を飛び越えてしまうと、制御が効かなくなり
駆動周波数が共振点f0より低周波数側へ暴走し、回路
の異常や部品破壊を引き起こしてしまう虞がある。
In the frequency control method described above, control is performed using a slope portion of the frequency characteristic.
If the drive frequency jumps over the peak of the frequency characteristic (resonance point f0) due to turbulence or the like, the control becomes ineffective and the drive frequency runs away from the resonance point f0 to a lower frequency side, which may cause a circuit abnormality or component breakdown. There is.

【0006】これを避けるため、使用する周波数範囲を
共振点より充分高い領域に限定する必要がある。結果と
して、周波数特性のピークを使うことができず、ずっと
低い昇圧比の領域しか使えないため、圧電トランスから
高電圧や大電力を得ることが難しい。また、共振点から
大きく離れた周波数領域で駆動するため、出力電圧がき
れいな正弦波でなく歪んだ波形となり、ノイズが発生し
たり負荷の冷陰極管にとって好ましくないものとなる。
In order to avoid this, it is necessary to limit the frequency range to be used to a region sufficiently higher than the resonance point. As a result, the peak of the frequency characteristic cannot be used, and only the region with a much lower boost ratio can be used, so that it is difficult to obtain a high voltage or a large power from the piezoelectric transformer. In addition, since driving is performed in a frequency region far away from the resonance point, the output voltage is not a clean sine wave but a distorted waveform, which causes noise and is undesirable for a cold cathode tube of a load.

【0007】また、自励発振方式の場合は、電源電圧変
動や負荷変動に対する出力の安定化制御は発振状態を不
安定にするため、実現が困難である。
In the case of the self-excited oscillation system, it is difficult to stabilize the output with respect to power supply voltage fluctuations and load fluctuations because the oscillation state becomes unstable.

【0008】従って本発明の目的は、圧電トランスの駆
動回路において、圧電トランスをその周波数特性の共振
点で常に駆動し、それにより高い出力電圧や大電力を安
定的に得ると共に、歪みの少ない正弦波出力を得ること
にある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a driving circuit for a piezoelectric transformer, which always drives the piezoelectric transformer at the resonance point of its frequency characteristic, thereby stably obtaining a high output voltage and a large electric power, and a sinusoidal signal having little distortion. To get the wave output.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧電ト
ランスが自励発振回路の閉ループの中に入れ込まれる。
この自励発振回路は、圧電トランスの出力電圧に対して
一定の位相差をもった電圧を生成して圧電トランスに入
力する手段を有する。上記手段によって、圧電トランス
の入力電圧と出力電圧間の位相差を圧電トランスが共振
点で動作するときのそれに制御すると共に、自励発振回
路の回路定数を、圧電トランスが共振点で動作するとき
に発振条件が満たされるように設定すれば、圧電トラン
スは共振点つまり出力電圧がピークになる点で安定して
駆動される。
According to the present invention, a piezoelectric transformer is encased in a closed loop of a self-excited oscillation circuit.
This self-excited oscillation circuit has means for generating a voltage having a certain phase difference with respect to the output voltage of the piezoelectric transformer and inputting the voltage to the piezoelectric transformer. By the above means, the phase difference between the input voltage and the output voltage of the piezoelectric transformer is controlled when the piezoelectric transformer operates at the resonance point, and the circuit constant of the self-excited oscillation circuit is controlled when the piezoelectric transformer operates at the resonance point. Is set so that the oscillation condition is satisfied, the piezoelectric transformer is driven stably at the resonance point, that is, at the point where the output voltage reaches a peak.

【0010】本発明では、好ましくは、圧電トランスへ
の入力電圧をデューティ制御して、圧電トランスに加え
る電圧を調整すれば、動作点をピーク電圧に保ったまま
出力電圧を制御することができる。
In the present invention, preferably, the duty ratio of the input voltage to the piezoelectric transformer is controlled to adjust the voltage applied to the piezoelectric transformer, so that the output voltage can be controlled while keeping the operating point at the peak voltage.

【0011】本発明の一つの構成例は、デューティ波形
を作るための基準波形を、出力電圧と同期させて出力電
圧に対し所定の位相差になるように生成し、そのデュー
ティ波形を用いて、デューティ制御された入力電圧を生
成して圧電トランスに印加する。これにより、圧電トラ
ンスの入力電圧は出力電圧と所定の位相差となり、共振
点駆動が行われて、ピーク電圧駆動による出力電圧制御
が可能となる。
In one configuration example of the present invention, a reference waveform for generating a duty waveform is generated so as to have a predetermined phase difference with respect to the output voltage in synchronization with the output voltage, and the duty waveform is used to generate the reference waveform. A duty-controlled input voltage is generated and applied to the piezoelectric transformer. As a result, the input voltage of the piezoelectric transformer has a predetermined phase difference from the output voltage, the resonance point driving is performed, and the output voltage control by the peak voltage driving becomes possible.

【0012】より具体的な構成例は、圧電トランスの出
力電圧を帰還する帰還回路と、帰還回路によって帰還さ
れた帰還電圧と同期した同期波形を生成する同期回路
と、同期波形に同期したデューティ制御基準波形を生成
する基準波形発生回路と、デューティ制御基準波形と所
定の信号レベルとを比較して、信号レベルに対応したデ
ューティ波形を生成するデューティ制御回路と、デュー
ティ制御回路が生成したデューティ波形に基づいて、圧
電トランスを駆動する駆動電圧を生成する圧電トランス
駆動部とを備える。同期回路の生成する同期波形は例え
ばデューティ50%±10%の矩形波であり、基準電圧
発生回路の生成するデューティ制御基準波形は、例えば
矩形波同期波形の立ち上がり点で充電を開始し立ち下が
り点で急速放電する鋸歯状波である。所定の信号レベル
には、上記帰還電圧や出力電圧、出力電流または駆動回
路の電源電圧の何れかを用いることができる。圧電トラ
ンス駆動部は、例えば、デューティ波形のON期間にイ
ンダクタにエネルギーを蓄え、OFF期間の開始ととも
にインダクタに蓄えられたエネルギーを圧電トランスに
放出する、E級スイッチング回路である。
A more specific configuration example includes a feedback circuit for feeding back the output voltage of the piezoelectric transformer, a synchronization circuit for generating a synchronization waveform synchronized with the feedback voltage fed back by the feedback circuit, and a duty control synchronized with the synchronization waveform. A reference waveform generating circuit for generating a reference waveform, a duty control circuit for comparing a duty control reference waveform with a predetermined signal level to generate a duty waveform corresponding to the signal level, and a duty waveform generated by the duty control circuit. A piezoelectric transformer driving unit for generating a driving voltage for driving the piezoelectric transformer based on the driving voltage. The synchronous waveform generated by the synchronous circuit is, for example, a rectangular wave having a duty of 50% ± 10%, and the duty control reference waveform generated by the reference voltage generating circuit starts charging at the rising point of the rectangular wave synchronous waveform and falls, for example. Is a saw-tooth wave that rapidly discharges. Any of the feedback voltage, the output voltage, the output current, and the power supply voltage of the driving circuit can be used as the predetermined signal level. The piezoelectric transformer drive unit is, for example, a class-E switching circuit that stores energy in the inductor during the ON period of the duty waveform, and releases the energy stored in the inductor to the piezoelectric transformer when the OFF period starts.

【0013】好ましくは、同期回路は、帰還電圧がない
時に固有の周波数で発振する起動波形を生成する起動回
路を備えることができる。この起動回路の生成する起動
波形の発振周波数は、圧電トランスの共振周波数の例え
ば110%以上の値である。負荷が正常に復帰した時は
同期回路が作動して同期波形を生成するが、圧電トラン
スの負荷が異常な時は起動回路が作動して起動波形を生
成することにより、安全保護機能を奏することができ
る。あるいは、起動回路が生成する起動波形の発振周波
数を圧電トランスの共振周波数の例えば50%以下の値
とし、負荷が異常な時は起動回路が作動して起動波形を
生成して駆動回路に過電流を流し、更に、駆動回路の入
力部に過電流保護素子を設けてこれを作動させるように
してもよい。
[0013] Preferably, the synchronization circuit may include a starting circuit that generates a starting waveform that oscillates at a specific frequency when there is no feedback voltage. The oscillation frequency of the start-up waveform generated by the start-up circuit is, for example, 110% or more of the resonance frequency of the piezoelectric transformer. When the load returns to normal, the synchronization circuit operates to generate a synchronization waveform, but when the load on the piezoelectric transformer is abnormal, the startup circuit operates to generate the startup waveform, thereby providing a safety protection function. Can be. Alternatively, the oscillation frequency of the start-up waveform generated by the start-up circuit is set to, for example, 50% or less of the resonance frequency of the piezoelectric transformer, and when the load is abnormal, the start-up circuit operates to generate the start-up waveform and generate an overcurrent in the drive circuit. And an overcurrent protection element may be provided at the input of the drive circuit to activate the same.

【0014】本発明の圧電トランス駆動回路は、好適な
実施形態のようにその全てを専用の個別ハード回路によ
って構成することができるが、必ずしもそうである必要
はなく、その少なくとも一部の機能(例えば、出力電圧
に対する入力電圧の位相差を制御する機能や、デューテ
ィ制御を行う機能など)をコンピュータによりソフト的
に実施することもできる。
The piezoelectric transformer drive circuit of the present invention can be entirely constituted by a dedicated individual hardware circuit as in the preferred embodiment, but this is not necessarily required, and at least some of the functions ( For example, a function of controlling a phase difference between an input voltage and an output voltage, a function of performing duty control, and the like) can be implemented by software using a computer.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図3、図4
を参照して詳しく説明する。図3は本発明の駆動回路の
一実施形態の基本的な構成を示すブロック図である。図
4は、図3に示す各ブロックの動作波形である。この実
施形態では、大きく8個のブロックにより自励発振回路
が構成されている。
3 and 4 show an embodiment of the present invention.
This will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram showing a basic configuration of an embodiment of the drive circuit of the present invention. FIG. 4 is an operation waveform of each block shown in FIG. In this embodiment, a self-excited oscillation circuit is composed of eight blocks.

【0016】図3に示すように、帰還回路7により、圧
電トランス5の出力電圧16が、同電圧16から所定の
位相差をもった正弦波状の帰還電圧9として、同期回路
1へ帰還される。同期回路1は、正弦波状の帰還電圧9
のゼロクロス点に同期したデューティ50%の同期矩形
波10を生成し、この同期矩形波10を次段の鋸歯状波
発生回路2に加える。なお、同期回路1は、電源投入時
の起動回路も兼ねている。
As shown in FIG. 3, the output voltage 16 of the piezoelectric transformer 5 is fed back to the synchronous circuit 1 by the feedback circuit 7 as a sine-wave feedback voltage 9 having a predetermined phase difference from the voltage 16. . The synchronous circuit 1 has a sine-wave-like feedback voltage 9.
, A synchronous rectangular wave 10 having a duty of 50% synchronized with the zero-cross point is generated, and the synchronous rectangular wave 10 is applied to the sawtooth wave generating circuit 2 at the next stage. Note that the synchronization circuit 1 also functions as a start-up circuit when the power is turned on.

【0017】鋸歯状波発生回路2は、同期矩形波10と
同期した鋸歯状波11を生成する。すなわち、鋸歯状波
発生回路2は、同期矩形波10の立ち上がり時点10a
で充電を始めて、リニアな上昇波形11aを形成し、同
期矩形波10の立ち下がり時点10bで急速に放電して
急峻な立ち下がり波形11bを形成し、結果として、同
期矩形波10と同期した鋸歯状波11を作る。
The sawtooth wave generating circuit 2 generates a sawtooth wave 11 synchronized with the synchronous rectangular wave 10. That is, the saw-tooth wave generation circuit 2 detects the rising point 10 a of the synchronous rectangular wave 10.
To form a linear rising waveform 11a and rapidly discharge at a falling point 10b of the synchronous rectangular wave 10 to form a sharp falling waveform 11b. As a result, a sawtooth synchronized with the synchronous rectangular wave 10 A wave 11 is created.

【0018】デューティ制御回路3は、鋸歯状波発生回
路2からの鋸歯状波11と制御回路8からの直流制御電
圧12とを比較し、デューティ波13を作る。すなわ
ち、デューティ制御回路3は、鋸歯状波11の電圧レベ
ルが直流制御電圧12の電圧レベルより高い期間がON
期間、低い期間がOFF期間であるデューティ波13を
作る。このデューティ波13は、直流制御電圧12の電
圧レベルにによってON期間の開始13aが移動してO
N期間の長さが制御されるが、そのオン期間の終了13
bは常に鋸歯状波11の立ち下がり部11bと時間的に
一致する。
The duty control circuit 3 compares the sawtooth wave 11 from the sawtooth wave generation circuit 2 with the DC control voltage 12 from the control circuit 8 to generate a duty wave 13. That is, the duty control circuit 3 is ON during a period when the voltage level of the sawtooth wave 11 is higher than the voltage level of the DC control voltage 12.
A duty wave 13 in which a low period is an OFF period is generated. Due to the duty wave 13, the start 13 a of the ON period moves due to the voltage level of the DC control voltage 12, and O
The length of the N period is controlled.
b always coincides with the falling edge 11b of the sawtooth wave 11 in time.

【0019】デューティ波13は次段の圧電トランス駆
動部4に印加される。圧電トランス駆動部4は、インダ
クタLやトランジスタQなどで構成される。デューティ
波13のオン期間の間だけトランジスタQがON状態に
されて、インダクタLにリニアに上昇するインダクタ電
流(トランジスタ電流)14が流れ、その電流エネルギ
ーがインダクタLに蓄えられる。そして、デューティ波
13のターンオフ時点13bでトランジスタQがターン
オフし、インダクタLの蓄積エネルギーが圧電トランス
5へ放出を開始する。引続くデューティ波13のOFF
期間中に、その放出エネルギーは正弦波状電圧を圧電ト
ランス5に印加する。結果として、圧電トランス5に、
デューティ波13のターンオフ時点13bを立ち上がり
点とした半波正弦波状の圧電トランス駆動電圧15が供
給される。
The duty wave 13 is applied to the next stage piezoelectric transformer drive unit 4. The piezoelectric transformer driving section 4 is configured by an inductor L, a transistor Q, and the like. The transistor Q is turned on only during the on-period of the duty wave 13, and an inductor current (transistor current) 14 that rises linearly flows through the inductor L, and the current energy is stored in the inductor L. Then, the transistor Q is turned off at the turn-off time 13 b of the duty wave 13, and the energy stored in the inductor L starts to be released to the piezoelectric transformer 5. Continued duty wave 13 OFF
During the period, the emitted energy applies a sinusoidal voltage to the piezoelectric transformer 5. As a result, the piezoelectric transformer 5
A half-wave sine-wave-shaped piezoelectric transformer drive voltage 15 is supplied with a rising point at the turn-off point 13b of the duty wave 13.

【0020】従って、圧電トランス5の入力電圧15は
出力電圧16に同期した波形となる。入力電圧15と出
力電圧16間の位相差が、圧電トランス5が共振点で動
作するときの両電圧15、16間の所定の位相差に等し
くなるように、帰還回路7で生じる出力電圧16と帰還
電圧9間の位相差が設定されている。また、この自励発
振回路の各部の回路定数は、圧電トランス5の共振周波
数において発振条件(閉ループの原ゲインが1で、閉ル
ープの位相遷移が360度)を満たすように設定されて
いる。結果として、圧電トランス5は安定して共振点で
動作し続ける。
Therefore, the input voltage 15 of the piezoelectric transformer 5 has a waveform synchronized with the output voltage 16. The output voltage 16 generated by the feedback circuit 7 and the output voltage 16 are set so that the phase difference between the input voltage 15 and the output voltage 16 becomes equal to a predetermined phase difference between the voltages 15 and 16 when the piezoelectric transformer 5 operates at the resonance point. The phase difference between the feedback voltages 9 is set. The circuit constant of each part of the self-excited oscillation circuit is set so as to satisfy the oscillation condition (the original gain of the closed loop is 1 and the phase transition of the closed loop is 360 degrees) at the resonance frequency of the piezoelectric transformer 5. As a result, the piezoelectric transformer 5 stably operates at the resonance point.

【0021】制御回路8は、制御目的に応じた形態で制
御された直流制御電圧12をデューティ制御回路8に与
えることができる。例えば、出力の帰還電圧9を制御回
路8に与えて、出力電圧変動に対応して直流制御電圧1
2のレベルを調節してデューティ比を制御することによ
り、出力電圧の安定化を図ることができる。あるいは、
電源電圧を制御回路8に与えて、電源電圧変動に対応し
て直流制御電圧12のレベルを調節してデューティ比を
制御することにより、電源電圧変動に対して出力電圧の
安定化を図ることもできる。
The control circuit 8 can supply the duty control circuit 8 with a DC control voltage 12 controlled in a form corresponding to the control purpose. For example, the output feedback voltage 9 is supplied to the control circuit 8 so that the DC control voltage
By adjusting the level 2 and controlling the duty ratio, the output voltage can be stabilized. Or,
By supplying the power supply voltage to the control circuit 8 and controlling the duty ratio by adjusting the level of the DC control voltage 12 according to the power supply voltage fluctuation, the output voltage can be stabilized against the power supply voltage fluctuation. it can.

【0022】結局、本実施形態によれば、圧電トランス
5は、その入力電圧15と出力電圧16とが常に一定の
位相差を保たれて共振点で動作しながら、電源電圧変動
や負荷変動を補償して安定した出力電圧を負荷6に供給
する。また、圧電トランス5を周波数特性の共振点で安
定動作させつつ、入力電圧のデューティ制御により広範
囲な出力電圧制御を行うこともできる。
After all, according to the present embodiment, the piezoelectric transformer 5 operates at the resonance point with the input voltage 15 and the output voltage 16 always maintaining a constant phase difference, and detects the power supply voltage fluctuation and the load fluctuation. The compensated and stable output voltage is supplied to the load 6. Further, while the piezoelectric transformer 5 is stably operated at the resonance point of the frequency characteristic, a wide range of output voltage control can be performed by the duty control of the input voltage.

【0023】さらに、負荷開放や負荷短絡故障時には、
帰還電圧9がなくなるため、同期回路1は起動時の発振
周波数で動作する。この時、起動時の発振周波数を共振
周波数の110%以上に設定しておけば、圧電トランス
5は共振点から離れた領域で駆動されるため、負荷6へ
は低い出力電圧が供給されて出力側は安全となり、しか
も、圧電トランス駆動部4のインダクタLが磁気飽和を
起こすこともないので、回路部品を破壊させる虞がなく
なり、負荷正常時には自動復帰が可能となる。
Further, at the time of load opening or load short-circuit failure,
Since the feedback voltage 9 disappears, the synchronous circuit 1 operates at the oscillation frequency at the time of starting. At this time, if the oscillation frequency at the time of starting is set to 110% or more of the resonance frequency, the piezoelectric transformer 5 is driven in a region away from the resonance point. The side is safe, and since the inductor L of the piezoelectric transformer drive unit 4 does not cause magnetic saturation, there is no danger of breaking down circuit components, and automatic recovery is possible when the load is normal.

【0024】また、別法として、起動時の発振周波数を
共振点の50%以下に設定して負荷開放や負荷短絡時に
は過電流を流すようにすると共に、入力部などに過電流
保護素子を設けてこれを動作させ回路を遮断することに
より、安全を図ってもよい。但し、この場合は、負荷が
正常に戻っても自動復帰することはできない。
Alternatively, the oscillation frequency at the time of startup is set to 50% or less of the resonance point so that an overcurrent flows when the load is opened or the load is short-circuited, and an overcurrent protection element is provided in the input section or the like. By operating this to shut off the circuit, safety may be ensured. However, in this case, even if the load returns to normal, automatic recovery cannot be performed.

【0025】つぎに、図5を参照して、上述した圧電ト
ランス駆動回路の具体的な回路例を説明する。図6はこ
の回路例における電源電圧変動に対する出力電圧特性を
示す。
Next, a specific example of the above-described piezoelectric transformer drive circuit will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows output voltage characteristics with respect to power supply voltage fluctuation in this circuit example.

【0026】図5に示す回路例では、制御回路8が帰還
電圧9を検知して直流制御電圧12のレベルを調節する
ことにより、出力電圧16の安定化制御を行っているの
で、図6に示すような定電圧特性をもった出力を得るこ
とができる。すなわち、図6に示すように、電源電圧V
ccが4.5Vから7Vの間で変動しても、出力電圧は
約1.5kVP-Pで一定に維持することができた。尚、電
源電圧が4.5V以下の領域では、入力電圧不足の為に
デューティ制御不能となり出力電圧が低下してしまう
が、この領域は実用領域外であるから問題がない。
In the circuit example shown in FIG. 5, since the control circuit 8 detects the feedback voltage 9 and adjusts the level of the DC control voltage 12, the stabilization control of the output voltage 16 is performed. An output having a constant voltage characteristic as shown can be obtained. That is, as shown in FIG.
Even if cc varied between 4.5 V and 7 V, the output voltage could be kept constant at about 1.5 kVP-P. In the region where the power supply voltage is 4.5 V or less, duty control becomes impossible due to insufficient input voltage, and the output voltage drops. However, since this region is outside the practical range, there is no problem.

【0027】さて、図5において、同期回路1は起動回
路を含み、コンパレータIC1と抵抗R3〜R6及びコ
ンデンサC4、C5で構成されており、起動回路はC4
とR3をもつCR発振回路である。起動時はC4とR3
の時定数で決まる発振周波数で圧電トランス5に振動を
起こし、その周波数成分のうちの最大の出力電圧(共振
点の出力電圧)が、帰還回路7(コンデンサC11、C
5及び抵抗R5)により同期回路1に帰還される。帰還
回路9の回路定数は、帰還電圧9が出力電圧に対して所
定の位相差を持ち、且つ起動回路のコンデンサC4の電
圧より高くなるように設定されている。よって、帰還電
圧9が同期回路1に入力された後は、起動回路の電圧
(C4の電圧)より帰還電圧9の方が優先され、起動回
路は同期回路へと機能を切り替えて動作する。そして、
同期回路1は、帰還電圧9に基づく同期動作を行い同期
矩形波10を生成する。
In FIG. 5, the synchronizing circuit 1 includes a starting circuit, which comprises a comparator IC1, resistors R3 to R6, and capacitors C4 and C5.
And a CR oscillation circuit having R3 and R3. C4 and R3 at startup
Vibrates in the piezoelectric transformer 5 at an oscillation frequency determined by the time constant of the above, and the maximum output voltage (output voltage at the resonance point) of the frequency component is fed to the feedback circuit 7 (capacitors C11 and C11).
5 and the resistor R5). The circuit constant of the feedback circuit 9 is set such that the feedback voltage 9 has a predetermined phase difference with respect to the output voltage and is higher than the voltage of the capacitor C4 of the starting circuit. Therefore, after the feedback voltage 9 is input to the synchronous circuit 1, the feedback voltage 9 has priority over the voltage (voltage of C4) of the activation circuit, and the activation circuit switches its function to the synchronous circuit and operates. And
The synchronization circuit 1 performs a synchronization operation based on the feedback voltage 9 and generates a synchronization rectangular wave 10.

【0028】この同期矩形波10は、鋸歯状波発生回路
2に送られ、抵抗R7、コンデンサC6を通してトラン
ジスタQ1をON/OFFする。これにより、コンデン
サC7の充放電が行われて鋸歯状波11が作られる。
The synchronous rectangular wave 10 is sent to the sawtooth wave generating circuit 2 and turns on / off the transistor Q1 through the resistor R7 and the capacitor C6. Thereby, charging and discharging of the capacitor C7 are performed, and the sawtooth wave 11 is generated.

【0029】デューティ制御回路3はコンパレータIC
2等で構成され、鋸歯状波11と制御回路8からの直流
制御電圧12とをコンパレータIC2で比較してデュー
ティ波13を生成する。
The duty control circuit 3 is a comparator IC
The comparator IC 2 compares the sawtooth wave 11 and the DC control voltage 12 from the control circuit 8 to generate a duty wave 13.

【0030】圧電トランス駆動部4は、コンプリメンタ
リ回路から成るトランジスタQ2、Q3、及びE級スイ
ッチング回路から成るインダクタL1とトランジスタQ
4の直列回路とにより構成されている。デューティ波1
3によりトランジスタQ2、Q3を通してトランジスタ
Q4がスイッチングされると、トランジスタQ4のON
期間にインダクタL1に蓄えられた電流エネルギーが、
OFF期間に圧電トランス5に供給され、圧電トランス
5が駆動される。
The piezoelectric transformer driving section 4 includes transistors Q2 and Q3 formed of a complementary circuit, an inductor L1 formed of a class E switching circuit, and a transistor Q.
4 series circuits. Duty wave 1
3, when the transistor Q4 is switched through the transistors Q2 and Q3, the transistor Q4 is turned on.
The current energy stored in the inductor L1 during the period is
It is supplied to the piezoelectric transformer 5 during the OFF period, and the piezoelectric transformer 5 is driven.

【0031】前述した通り、圧電トランス5の入力、出
力電圧の位相差が所定値に制御され変動しない為、共振
点駆動による安定動作を継続する。また、出力電圧をフ
ィードバックしてデューティを調節しているので、負荷
変動や入力電圧変動があっても出力電圧は安定してい
る。
As described above, since the phase difference between the input and output voltages of the piezoelectric transformer 5 is controlled to a predetermined value and does not fluctuate, stable operation by resonance point driving is continued. Further, since the duty is adjusted by feeding back the output voltage, the output voltage is stable even if there is a load fluctuation or an input voltage fluctuation.

【0032】本実施形態によれば、圧電トランスを共振
点で駆動することにより、圧電トランスの昇圧能力を最
大限利用することができるので、圧電トランスを小型化
できたり、出力の整流段数を低くすることができ、小型
化に有利である。
According to the present embodiment, by driving the piezoelectric transformer at the resonance point, the boosting capability of the piezoelectric transformer can be utilized to the maximum. Therefore, the size of the piezoelectric transformer can be reduced, and the number of output rectification stages can be reduced. This is advantageous for miniaturization.

【0033】また、圧電トランスを共振点で安定して駆
動できることで、従来の周波数制御方式のように、圧電
トランスに衝撃が加わって異常振動を起こした時に、低
周波側へ暴走し無制御状態になる虞がなく、動作状態は
自動的に共振点に復帰するので安定動作の許容条件が広
くなる。
Further, since the piezoelectric transformer can be driven stably at the resonance point, when the piezoelectric transformer receives an impact and causes abnormal vibration as in the conventional frequency control method, it runs away to the low frequency side and is not controlled. And the operating state automatically returns to the resonance point, so that the permissible conditions for stable operation are widened.

【0034】さらに、圧電トランスを共振点で駆動する
ことにより、圧電トランスの出力電圧は歪みの少ない正
弦波となるので、ノイズの低減や冷陰極管の点灯寿命向
上等に有利である。
Further, by driving the piezoelectric transformer at the resonance point, the output voltage of the piezoelectric transformer becomes a sine wave with less distortion, which is advantageous for reducing noise and improving the lighting life of the cold-cathode tube.

【0035】また、インダクタに蓄積されるエネルギー
を電源電圧変動に関わらず一定に制御しているので、従
来の周波数制御方式のように電源電圧が高くなったとき
にインダクタが磁気飽和を起こすという問題がなく、従
って、回路設計が容易である。
Further, since the energy stored in the inductor is controlled to be constant irrespective of fluctuations in the power supply voltage, there is a problem that the magnetic saturation occurs in the inductor when the power supply voltage increases as in the conventional frequency control method. Therefore, circuit design is easy.

【0036】上記内容は本発明の一実施形態に関するも
のであり、本発明が上記内容にのみ限定されるものでは
ないことは勿論である。図3に示した同期回路1、鋸歯
状波発生回路2、デューティ制御回路3、帰還期間回路
7、制御回路8の一部又は全部と実質的に同等の機能
を、コンピュータを用いてソフト的に実現することも可
能であり、そのようにコンピュータを用いて実施された
駆動回路も本発明の範囲に含まれるものである。
The above description relates to one embodiment of the present invention, and it goes without saying that the present invention is not limited only to the above content. The functions substantially equivalent to part or all of the synchronization circuit 1, the sawtooth wave generation circuit 2, the duty control circuit 3, the feedback period circuit 7, and the control circuit 8 shown in FIG. The present invention can also be realized, and a driving circuit implemented using a computer in such a manner is also included in the scope of the present invention.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明によれば圧電トランスを共振点で
駆動することができる。
According to the present invention, the piezoelectric transformer can be driven at the resonance point.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来の周波数制御方式による圧電トランス駆動
回路のブロック図。
FIG. 1 is a block diagram of a conventional piezoelectric transformer driving circuit based on a frequency control method.

【図2】周波数制御方式における制御原理を示す周波数
特性図。
FIG. 2 is a frequency characteristic diagram showing a control principle in a frequency control method.

【図3】本発明の圧電トランス駆動回路の一実施形態の
基本構成を示すブロック図。
FIG. 3 is a block diagram showing a basic configuration of one embodiment of a piezoelectric transformer drive circuit of the present invention.

【図4】図3のブロック図の各部の動作波形図。FIG. 4 is an operation waveform diagram of each unit in the block diagram of FIG. 3;

【図5】図3のブロック図の具体的な回路例を示す回路
図。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a specific circuit example of the block diagram of FIG. 3;

【図6】図5の回路例における電源電圧変動に対する出
力電圧特性を示す特性図。
6 is a characteristic diagram showing output voltage characteristics with respect to power supply voltage fluctuation in the circuit example of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 同期回路 2 鋸歯状波発生回路 3 デューティ制御回路 4 圧電トランス駆動部 5 圧電トランス 6 負荷 7 帰還回路 8 制御回路 9 帰還電圧 10 同期矩形波 11 鋸歯状波 12 制御電圧 13 デューティ波形(トランジスタ駆動波形) 14 インダクタ電流(トランジスタ電流波形) 15 圧電トランス駆動電圧 F1 ヒューズ R1〜R16 抵抗 C1〜C10 コンデンサ Q1〜Q5 トランジスタ L1 インダクタ D1、D2 ダイオード ZD1 ツエナーダイオード IC1、IC2 コンパレータ IC3 オペアンプ REFERENCE SIGNS LIST 1 synchronization circuit 2 sawtooth wave generation circuit 3 duty control circuit 4 piezoelectric transformer drive unit 5 piezoelectric transformer 6 load 7 feedback circuit 8 control circuit 9 feedback voltage 10 synchronous rectangular wave 11 sawtooth wave 12 control voltage 13 duty waveform (transistor drive waveform 14) Inductor current (transistor current waveform) 15 Piezo transformer driving voltage F1 Fuse R1 to R16 Resistance C1 to C10 Capacitor Q1 to Q5 Transistor L1 Inductor D1, D2 Diode ZD1 Zener diode IC1, IC2 Comparator IC3 Operational amplifier

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電トランスと、前記圧電トランスの出
力電圧に対して一定の位相差をもった入力電圧を生成し
て前記圧電トランスに入力する位相差制御手段とを有す
る自励発振回路を備えた圧電トランスの駆動回路。
1. A self-excited oscillation circuit comprising: a piezoelectric transformer; and a phase difference control means for generating an input voltage having a certain phase difference with respect to an output voltage of the piezoelectric transformer and inputting the input voltage to the piezoelectric transformer. Drive circuit for piezoelectric transformer.
【請求項2】 請求項1記載の駆動回路において、 前記位相差制御手段が、前記圧電トランスの出力電圧に
対する入力電圧の位相差を、前記圧電トランスが共振点
で動作するときの前記圧電トランスの入出力電圧間の位
相差に等しくなるよう制御する圧電トランスの駆動回
路。
2. The drive circuit according to claim 1, wherein the phase difference control means determines a phase difference between an input voltage and an output voltage of the piezoelectric transformer by controlling a phase difference of the piezoelectric transformer when the piezoelectric transformer operates at a resonance point. A drive circuit for a piezoelectric transformer that controls the phase difference between input and output voltages to be equal.
【請求項3】 請求項1乃至2記載の駆動回路におい
て、 前記自励発振回路が、前記圧電トランスの入力電圧のレ
ベルをデューティ制御により調節するデューティ制御手
段を更に有する圧電トランスの駆動回路。
3. The piezoelectric transformer drive circuit according to claim 1, wherein the self-excited oscillation circuit further includes duty control means for adjusting a level of an input voltage of the piezoelectric transformer by duty control.
【請求項4】 請求項1乃至3記載の駆動回路におい
て、 前記位相差制御手段が、 前記圧電トランスの出力電圧に対して所定の位相差を持
った帰還電圧を生成する帰還手段と、 前記帰還手段からの帰還電圧と同期した同期波形を生成
する同期手段と、 前記同期波形に同期したデューティ制御基準波形を生成
する基準波形発生手段と、 前記デューティ制御基準波形と制御目的に応じた信号レ
ベルとを比較して、前記信号レベルに対応したデューテ
ィ波形を生成するデューティ制御手段と、 前記デューティ波形に同期して、デューティ制御された
前記圧電トランスの入力電圧を生成する圧電トランス駆
動手段とを含む圧電トランスの駆動回路。
4. The drive circuit according to claim 1, wherein said phase difference control means generates a feedback voltage having a predetermined phase difference with respect to an output voltage of said piezoelectric transformer, and said feedback means. Synchronizing means for generating a synchronous waveform synchronized with the feedback voltage from the means, reference waveform generating means for generating a duty control reference waveform synchronized with the synchronous waveform, and a signal level according to the duty control reference waveform and control purpose. A piezoelectric control unit that generates a duty waveform corresponding to the signal level, and a piezoelectric transformer driving unit that generates an input voltage of the piezoelectric transformer whose duty is controlled in synchronization with the duty waveform. Transformer drive circuit.
【請求項5】 請求項4記載の駆動回路において、 前記位相制御手段が、前記帰還電圧がない時に、固有の
周波数で発振する起動波形を生成する起動手段を含む圧
電トランスの駆動回路。
5. The driving circuit according to claim 4, wherein the phase control unit includes a starting unit that generates a starting waveform that oscillates at a specific frequency when there is no feedback voltage.
【請求項6】 請求項4記載の駆動回路において、 前記同期回路が、前記同期波形としてデューティ50%
±10%の矩形波を生成する圧電トランスの駆動回路。
6. The drive circuit according to claim 4, wherein the synchronization circuit has a duty of 50% as the synchronization waveform.
Drive circuit for piezoelectric transformer that generates ± 10% square wave.
【請求項7】 請求項4記載の駆動回路において、 前記基準電圧発生回路が、前記デューティ制御基準波形
として、前記同期波形に同期した鋸歯状波を生成する圧
電トランスの駆動回路。
7. The driving circuit according to claim 4, wherein the reference voltage generation circuit generates a sawtooth wave synchronized with the synchronization waveform as the duty control reference waveform.
【請求項8】 請求項4記載の駆動回路において、 前記制御目的に応じた信号レベルを調節する制御手段を
更に備えた圧電トランスの駆動回路。
8. The driving circuit according to claim 4, further comprising control means for adjusting a signal level according to the control purpose.
【請求項9】 請求項5記載の駆動回路において、 前記起動回路が生成する起動波形の発振周波数が、前記
圧電トランスの共振周波数の110%以上の値であり、
前記圧電トランスの負荷が異常な時、前記起動回路が前
記起動波形を生成し、前記負荷が正常に復帰した時、前
記同期回路が再び同期波形を生成する圧電トランスの駆
動回路。
9. The driving circuit according to claim 5, wherein an oscillation frequency of a starting waveform generated by the starting circuit is a value equal to or higher than 110% of a resonance frequency of the piezoelectric transformer,
A driving circuit for a piezoelectric transformer, wherein the starting circuit generates the starting waveform when the load of the piezoelectric transformer is abnormal, and the synchronizing circuit generates the synchronizing waveform again when the load returns to normal.
【請求項10】 請求項5記載の駆動回路において、 前記起動回路が生成する起動波形の発振周波数が、前記
圧電トランスの共振周波数の50%以下の値であり、前
記圧電トランスの負荷が異常な時、前記起動回路が前記
起動時波形を生成し、 さらに、前記駆動回路に過電流が流れたときに前記駆動
回路を遮断する過電流保護素子を備えた圧電トランスの
駆動回路。
10. The drive circuit according to claim 5, wherein an oscillation frequency of a start-up waveform generated by the start-up circuit has a value of 50% or less of a resonance frequency of the piezoelectric transformer, and a load on the piezoelectric transformer is abnormal. And a drive circuit for the piezoelectric transformer, further comprising: an overcurrent protection element that shuts off the drive circuit when an overcurrent flows in the drive circuit.
【請求項11】 請求項1記載の駆動回路において、 前記位相差制御手段が、前記入力電圧を生成する機能の
少なくとも一部を実行するためのコンピュータを含む圧
電トランスの駆動回路。
11. The driving circuit according to claim 1, wherein the phase difference control means includes a computer for executing at least a part of a function of generating the input voltage.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100336016B1 (en) * 1998-07-29 2002-05-08 니시가키 코지 Piezoelectric transformer drive circuit and drive method thereof
JP2008043034A (en) * 2006-08-04 2008-02-21 Sharp Corp High voltage output device and ion generator using the same

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