JPH118082A - インバータ装置 - Google Patents

インバータ装置

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JPH118082A
JPH118082A JP16309797A JP16309797A JPH118082A JP H118082 A JPH118082 A JP H118082A JP 16309797 A JP16309797 A JP 16309797A JP 16309797 A JP16309797 A JP 16309797A JP H118082 A JPH118082 A JP H118082A
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JP
Japan
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piezoelectric transformer
voltage
inverter device
switching element
switching
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JP16309797A
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Inventor
Hiroaki Yoshida
宏昭 吉田
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電トランスの補助昇圧手段を必要とせず、
ノイズの発生が少ない高効率のインバータ装置を提供す
る。 【解決手段】 スイッチング素子Q1,Q2は、それぞれ
制御回路50からの制御信号S1,S2により駆動され、
直流電圧Vinが印加される入力端子10からの直流電流
をスイッチングして圧電トランスT1 の駆動電圧を発生
する。チョークコイルL1 と圧電トランスT1の一次側
の容量C1とは、LC直列共振回路を構成しており、圧
電トランスT1 はこの共振周波数で駆動される。従っ
て、圧電トランスT1 の駆動電圧は正弦波状になる。R
1 は、冷陰極管40に流れる管電流iLを検出するため
の抵抗であり、制御回路50に負帰還をかけることによ
り、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数を
制御する。これにより、圧電トランスT1 の駆動電圧が
変化され、それに応じて出力される電力が制御される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電源電圧を昇圧し
て高電圧を得るインバータ装置に関し、特に圧電トラン
スを用いるインバータ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電池などの低電圧の電源を有する機器に
おいて、高電圧を必要とする部分に所望の電圧を供給す
るための手段として、インバータ装置が用いられてい
る。
【0003】例えば、ノート型パーソナルコンピュータ
の液晶ディスプレイ(LCD)の照明用冷陰極管(バッ
クライト)を点灯駆動するための従来のインバータ装置
は、電磁トランスを用いて構成されている。
【0004】このような情報機器に使用されるインバー
タ装置には、小形化、薄型化や高信頼性などが要求され
るが、絶縁被覆された導線を巻線して構成される電磁ト
ランス(以下では巻線トランスという。)には、小形化
や低価格化が難しいこと、漏れ磁束がありノイズを発生
しやすいなどの問題がある。
【0005】そこで、小形化が比較的容易でノイズの発
生も少なく、巻線部を有しないために信頼性にも優れる
圧電トランスを用いたインバータ装置が提案されてい
る。
【0006】圧電トランスは、PZT(チタン酸ジルコ
ン酸鉛)などの圧電材料に電極を形成した後に分極処理
が施されたものであり、単板の圧電材料で構成された単
板形と、電極を印刷形成したシート状の圧電材料を積層
して昇圧比を高めた積層型とがある。また、後述する機
械的な振動のモードがそれぞれ異なる圧電トランスも数
種が提案されている。
【0007】このような圧電トランスは、圧電材料で構
成された素体の共振周波数(固有振動数)の交流電圧を
一次側に印加すると、共振して機械的な振動が励起さ
れ、一次側から入力された電気エネルギの大部分が圧電
効果により機械振動エネルギに変換されて二次側に伝搬
し、二次側で再び電気エネルギとして出力される。
【0008】すなわち、圧電トランスは、一次側に印加
される電圧の周波数に応じて、二次側から出力される電
力を制御することができる。なお、圧電トランスの共振
周波数は、その寸法により決定される。
【0009】図4は、圧電トランスを用いた従来のイン
バータ装置の主要部の一構成例を示している。
【0010】直流電圧Vinが印加される入力端子110
から供給される電流は、スイッチング素子Q3 によりス
イッチングされて圧電トランスT1 の一次側端子120
に供給される。このスイッチング動作は、図示していな
い制御手段からの制御信号S3 により制御される。
【0011】このインバータ装置の負荷の一例である冷
陰極管40を点灯させるために必要な電圧は、冷陰極管
40が用いられるLCDの大きさ等により異なるが、例
えば400〜700V程度である。一方、電池で駆動さ
れるパーソナルコンピュータなどの機器の電源電圧は、
一般に3〜18V程度である。従って、冷陰極管40を
点灯駆動するためのインバータ装置に用いられる圧電ト
ランスには、少なくとも20〜30程度の昇圧比が要求
されるが、一般に圧電トランスの負荷時の昇圧比は巻線
トランスの昇圧比に比べて小さいため、一次側に入力さ
れる駆動電圧を昇圧するための補助昇圧手段が必要とさ
れる。また、単板で構成された圧電トランスを用いる場
合には、その昇圧比が積層型の圧電トランスよりもさら
に低いため、一次側に供給される駆動電圧は200Vpp
程度が必要になることがある。この場合にも、補助昇圧
手段が必要になる。
【0012】そこで、図4に例示の従来のインバータ装
置では、スイッチング素子Q3 でスイッチングされて得
た駆動電圧を、補助昇圧手段である巻線トランスT2 に
より昇圧して圧電トランスT1 の一次側に印加すること
により、冷陰極管40を点灯するために必要な電圧Vou
t を出力端子130から出力するようにされている。
【0013】この巻線トランスT2 は、巻数比が1:n
のオートトランスであり、入力端子110に印加される
直流電圧Vinが、上記の巻数比に相当するn倍にされて
圧電トランスT1 の一次側端子120に印加される。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】ところが、圧電トラン
スT1 の補助昇圧手段として巻線トランスT2 を用いる
と、小形で高信頼性を有するという圧電トランスT1 の
長所を十分に活かすことができないことになる。また、
巻線トランスT2 は、一般に巻数が多く、インダクタン
スが大きいため、圧電トランスT1 の一次側に供給され
る電流をスイッチングして駆動電圧を得る際に電源電圧
Vinよりも高い電圧が発生する。このため、スイッチン
グ素子Q3 には高価な高耐圧の素子が必要であった。
【0015】さらに、上記の駆動電圧には、共振周波数
以外の高調波成分などが多く含まれるため、ノイズの発
生原因になると共に、圧電トランスT1 のインバータ効
率が低下するという問題もあった。本発明は、上記のよ
うな問題を解決するために行われたものであり、小形
で、ノイズの発生が少なく高効率のインバータ装置を提
供することを目的としている。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに提案する本発明のインバータ装置は、圧電トランス
を用いて入力電圧を昇圧するインバータ装置であって、
直流電圧が印加される入力端子と、上記入力端子と接地
電位部との間に直列に配置されて交互に駆動される第1
のスイッチング素子と第2のスイッチング素子とからな
るスイッチング手段と、上記第1のスイッチング素子と
第2のスイッチング素子とを交互に駆動する制御手段
と、上記第1のスイッチング素子と第2のスイッチング
素子との間に一端が接続されるコイルと、一次側が上記
コイルの他端に接続される圧電トランスとを備え、上記
コイルと上記圧電トランスの一次側容量とにより構成さ
れる直列共振回路の共振周波数で上記圧電トランスが駆
動されることを特徴とするものである。
【0017】上記のインバータ装置によれば、圧電トラ
ンスの補助昇圧手段を必要とせず、ノイズの発生が少な
い高効率のインバータ装置を提供することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】次に、本発明のインバータ装置の
好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明す
る。なお、以下では、このインバータ装置の負荷が、L
CDのバックライトなどに用いられる冷陰極管である場
合を例として説明する。
【0019】図1は、本発明に係るインバータ装置の主
要部の構成例を示している。
【0020】直流電圧Vinが印加される入力端子10と
接地電位部との間に直列に接続されているスイッチング
素子Q1 ,Q2 は、入力端子10から供給される直流電
流をスイッチングするためのスイッチング手段であり、
それぞれ制御回路50からの制御信号S1 ,S2 により
駆動される。このスイッチング素子としては、FET
(電界効果型トランジスタ)などを用いることができ
る。
【0021】上記のスイッチング素子Q1 とQ2 の間に
は、チョークコイルL1 の一端が接続され、その他端は
後述する圧電トランスT1 の一次側の容量C1 と直列に
接続されている。これにより、LC直列共振回路が構成
され、圧電トランスT1 はその共振周波数で駆動され
る。
【0022】なお、圧電トランスT1 および冷陰極管4
0は、前述した従来のインバータ装置に用いられるもの
と同様であり、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)などの
圧電材料に電極を形成した後に分極処理が施されたもの
であり、単板形や積層型など種々のものを用いることが
できる。
【0023】制御回路50は、スイッチング素子Q1 ,
Q2 のスイッチング周波数を制御する制御手段であり、
圧電トランスT1 の駆動電圧が、その共振周波数近傍の
所定の周波数になるように制御する。
【0024】抵抗R1 は、冷陰極管40に流れる管電流
iL を検出するため負荷検出手段であり、検出された管
電流(負荷電流)iL に応じて制御回路50が上記の制
御を行う。なお、制御回路50については後述する。
【0025】図2は、図1のインバータ装置において、
圧電トランスT1 の一次側に供給される電流波形の一例
を示している。
【0026】入力端子10に直流電圧Vinが印加されて
いるとき、スイッチング素子Q1 を介して流れる電流を
i1 とし、スイッチング素子Q2 を介して流れる電流を
i2とする。スイッチング素子Q1 とQ2 とは、制御回
路50からの制御信号S1 ,S2 により交互にスイッチ
ングされるために、i1 とi2 の和が、圧電トランスT
1 の一次側に供給される電流i3 になる。
【0027】この電流i3 は、前述したLC直列共振回
路の共振電流であるため、ほぼ正弦波であり、従って圧
電トランスT1 は正弦波の電圧で駆動されることにな
る。
【0028】一般に、圧電トランスの二次側から所望の
出力電圧を得るためには、一次側に印加される駆動電圧
が正弦波である必要はない。しかし、圧電トランスで
は、一次側から入力される電気エネルギの共振周波数近
傍の周波数成分のみが、機械振動として二次側に伝搬さ
れる。このため、駆動電圧に含まれる共振周波数以外の
成分は負荷側で利用されない無効電力となって、インバ
ータ効率が低下することになる。このため、圧電トラン
スの駆動波形は正弦波であることが望ましい。
【0029】なお、上記の例は、チョークコイルL1 の
値を22mHとし、共振周波数が約92kHzである場
合のものである。このとき、インバータ装置の入力端子
10に印加される直流電圧Vinは10V、圧電トランス
T1 の一次端子20に印加される駆動電圧は約40Vpp
であり、出力端子30に出力される電圧Vout は約70
0Vrms である。
【0030】また、上記の例で、スイッチング素子Q1
とQ2 とを切り換えるタイミング、すなわち各スイッチ
ング素子のデューティ比は、入力端子10から接地への
電流の貫通を防ぐために50:50にされておらず、例
えば45:45にされ、さらにデッドタイムとして10
が設けられている。
【0031】図3は、図1のインバータ装置の制御回路
50の一具体例を示している。
【0032】このインバータ装置の負荷とされる冷陰極
管40に流れる負荷電流(管電流)iL は、負荷電流検
出用の抵抗R1 により検出され、ダイオードDおよび容
量C2 で平滑されて、演算増幅器51で基準電圧V0 と
比較される。演算増幅器51には、C3 ,R2 およびR
3 からなる負帰還路が設けられており、管電流iL が基
準電圧V0 に相当する所定の値よりも大きくなると、抵
抗R4 を介して圧電トランスT1 の駆動電圧の周波数を
上昇させるようにフィードバック制御を行う。
【0033】具体的には、この制御回路50は、スイッ
チング素子Q1 とQ2 を駆動する制御信号S1 ,S2 の
周波数を制御するためのドライバ52を備えており、ド
ライバ52の端子CTに接続される容量C5 の値と、ド
ライバ52の端子RTに接続される抵抗R5 ,R6 の値
を変更することにより、スイッチング素子Q1 とQ2の
スイッチング周波数を変化させることができる。これに
より、圧電トランスT1 の一次側に印可される駆動電圧
の周波数が変化して、負荷である冷陰極管40に供給さ
れる電力が制御されることになる。
【0034】なお、以上の説明では、本発明のインバー
タ装置により、LCDのバックライトとして用いられる
冷陰極管を点灯駆動する場合を例としたが、本発明のイ
ンバータ装置の用途はこれに限られるものではなく、比
較的小電力で高電圧が要求される負荷を駆動するために
用いることができるものである。
【0035】
【発明の効果】本発明のインバータ装置は、コイルと、
圧電トランスの一次側容量を用いて直列共振回路を形成
する構成にしたため、巻線型トランスなどの補助昇圧手
段が不要になり、しかも共振波形である正弦波電圧が圧
電トランスに印可される。このため、圧電トランスの効
率が低下することがない。また、巻線トランスに流れる
電流を断続する場合と異なり、入力される電源電圧以上
の電圧がスイッチング素子に印加されることがなく、高
価な高耐圧のスイッチング素子を用いる必要がない。
【0036】このように、本発明によれば、圧電トラン
スを用いて小形で高効率のインバータ装置を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のインバータ装置の主要部の一構成例を
示す図である。
【図2】上記のインバータ装置における圧電トランスの
駆動波形について説明するための図である。
【図3】上記のインバータ装置の制御回路の一例を示す
図である。
【図4】圧電トランスを用いた従来のインバータ装置の
一例を示す図である。
【符号の説明】
10 入力端子、 20 圧電トランス一次端子、 3
0 出力端子、 40冷陰極管、 50 制御回路、
Q1 ,Q2 スイッチング素子、 L1 チョークコイ
ル、 C1 圧電トランス一次側容量、 T1 圧電ト
ランス

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電トランスを用いて入力電圧を昇圧す
    るインバータ装置であって、 直流電圧が印加される入力端子と、 上記入力端子と接地電位部との間に直列に配置されて交
    互に駆動される第1のスイッチング素子と第2のスイッ
    チング素子とからなるスイッチング手段と、 上記第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子
    とを交互に駆動する制御手段と、 上記第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子
    との間に一端が接続されるコイルと、 一次側が上記コイルの他端に接続される圧電トランスと
    を備え、 上記コイルと上記圧電トランスの一次側容量とにより構
    成される直列共振回路の共振周波数で上記圧電トランス
    が駆動されることを特徴とするインバータ装置。
  2. 【請求項2】 上記圧電トランスの一次側に印加される
    駆動電圧波形は、正弦波状であることを特徴とする請求
    項1記載のインバータ装置。
  3. 【請求項3】 上記圧電トランスの2次側に接続される
    負荷に流れる負荷電流を検出するための手段を備え、上
    記制御手段が負荷電流に応じて上記スイッチング素子の
    スイッチング周波数を制御することを特徴とする請求項
    1記載のインバータ装置。
  4. 【請求項4】 上記負荷は、冷陰極管であることを特徴
    とする請求項3記載のインバータ装置。
JP16309797A 1997-06-19 1997-06-19 インバータ装置 Withdrawn JPH118082A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020018498A (ko) * 2000-09-02 2002-03-08 양승학 백라이트용 램프 점등장치
KR100344615B1 (ko) * 1999-08-11 2002-07-25 삼성전기주식회사 냉음극 형광램프 구동 인버터

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Effective date: 20040907