JP2000058280A

JP2000058280A - 圧電トランスの駆動方法

Info

Publication number: JP2000058280A
Application number: JP10220042A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Moritoki; 克典守時; Hiroshi Nakatsuka; 宏中塚; Osamu Kawasaki; 修川▲さき▼
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-08-04
Filing date: 1998-08-04
Publication date: 2000-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電トランスにおいて、安定な点灯制御を可
能とする駆動回路を提供する。【解決手段】圧電トランス１０４の駆動周波数を掃引
するとき、冷陰極管電流に応じて、掃引の速度或いは掃
引の１ステップの大きさを変化させて、周波数を掃引す
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、圧電セラミックな
どの圧電体の電気機械相互変換を行う圧電効果により、
交流電圧の振幅を変換する圧電トランスの駆動方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】１９５０年代末に開発された圧電トラン
スは、もともと高圧電源用の昇圧トランスとして注目さ
れていた。しかし、圧電セラミック材料の破壊強度が弱
いことなどの材料的制約があったため、大きな製品化が
行われないまま開発が長らく中断されていた。

【０００３】しかしながら、近年材料技術の進歩により
圧電セラミックの高強度化が進み、過去に実用化の障壁
になっていた課題が解決されるようになった。一方、ノ
ートパソコン、電子手帳、ゲーム機等携帯情報機器の小
型化・薄型化の要望が強くなるに伴って、これらの機器
に搭載される液晶バックライトのインバータ電源用の昇
圧トランスとして、圧電トランスは再び注目されるよう
になった。

【０００４】携帯機器に用いられる液晶バックライト用
インバータは、バックライト光源として使用される冷陰
極蛍光灯の点灯用電源に用いられるものであり、電池な
どの３〜１２Ｖ程度の直流低電圧から、起動点灯時で１
０００Ｖｒｍｓ、定常時で５００Ｖｒｍｓ程度の交流高
電圧への電圧変換を行っている。現在は、電磁式の巻き
線トランスを用いたインバータ電源が使用されている。
電磁式巻き線トランスは、小型化・薄型化を実現するた
めに、特殊なコア形状の横型構造を用いてトランスを形
成しており、小型薄型化に限界がある。また、高い昇圧
比を実現するために、巻き線比を高くする必要がある。
このためには、細い巻き線を用いなければならず、導体
損失が大きく効率を悪化させており、小型化・薄型化と
高効率を同時に実現するには限界がある。

【０００５】一方、圧電トランスはチタン酸ジルコン酸
鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミック材料や、ニオブ酸リ
チウムなどの圧電単結晶材料を用い、これらの表面に１
次側（入力側）電極および、２次側（出力側）電極を形
成している。そして、圧電トランスの共振周波数近傍の
周波数を持つ交流電圧を１次側電極に印加すると逆圧電
効果により、圧電トランス全体が共振して大きな機械振
動を起こす。この機械振動は圧電効果により高電圧に変
換されて２次側電極から出力される。この様に圧電トラ
ンスは、圧電効果により高い昇圧比を得ることができ、
電磁トランスと比較して小型化・薄型化を実現するのが
容易であり、変換効率も高い。このような液晶表示装置
に用いた圧電トランスは、例えば日経エレクトロニクス
誌１９９４年１１月７日号に１４７頁に記載されてい
る。

【０００６】従来の圧電トランスの駆動回路の一例を、
図９、図１０を用いて説明する。図９は従来の圧電トラ
ンスを用いた冷陰極蛍光灯点灯装置のブロック構成図で
あり、図１０は従来の圧電トランスの外観図である。図
９において、可変発振回路９０１で圧電トランス９０４
の共振周波数近傍の駆動交流信号を発生させる。しか
し、この駆動交流信号には通常、目的とする周波数の高
調波など、他駆動周波数成分以外の信号を含んでおり、
これらの信号は、圧電トランス９０４内で熱などに変換
されて損失している。つまり、圧電トランス９０４の効
率を高く保つためにも、波形整形回路９０２において、
目的の周波数のみを含む正弦波に波形整形される。通
常、波形整形回路は高調波成分を除去するローパスフィ
ルタであり、更に効率を重視する時には、低周波数成分
も除去するバンドパスフィルタが用いられる。

【０００７】波形整形回路９０２の出力は、ドライブ回
路９０３において、圧電トランス９０４の駆動に十分な
レベルに電圧増幅あるいは電流増幅を行っており、この
出力が圧電トランスに入力されている。ここでドライブ
回路９０３では、トランジスタからなる増幅回路でのみ
構成されるか、或いは、増幅回路と昇圧トランスの組み
合わせで構成されている。この出力が圧電トランス９０
４の一次電極９０６に入力されている。

【０００８】圧電トランス９０４は、図１０で示してい
るように、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電
セラミック材料からなる矩形の圧電基板９０５に１次側
電極９０６、９０６’と２次側電極９０７が形成されて
いる。圧電基板９０５は、同図中の矢印に示しているよ
うに一次側では圧電基板の厚さ方向に、二次側では圧電
基板の長さ方向に分極されてりる。１次側電極９０５、
９０５’にドライブ回路９０３からの共振周波数近傍の
交流信号を印加すると圧電基板の長さ方向に機械的振動
を起こし、この機械振動を圧電効果により二次側電極部
で高圧電圧に変換している。圧電トランスの二次側電極
は、例えば負荷である冷陰極管９０８に接続されてお
り、発生した高電圧により冷陰極管を点灯させる。

【０００９】ここで、圧電トランス９０４は、温度や負
荷等の温度変化により共振周波数が変化するので、図９
の様に他励発振回路を用いて固定周波数で駆動したので
は、共振周波数と駆動周波数との関係が変化してしま
う。すると、圧電トランスの電圧昇圧比が大きく低下し
てしまい冷陰極管に十分な電力を供給できなくなり、結
果的に、対応する十分な輝度を保つことができなくな
る。

【００１０】図１１に示した回路は、この圧電トランス
の共振周波数の変化に対応した、従来の圧電トランスの
駆動回路の一例である。波形整形回路９０２およびドラ
イブ回路９０３は、図９と同じもので、可変発振回路１
００１で発生させた駆動交流信号を、圧電トランス９０
４に供給している。図９と同一の番号を付与したもの
は、同一の機能をもつ回路である。図９と異なる点は、
圧電トランス９０４の負荷として、冷陰極管と直列に小
さな抵抗値をもつ帰還抵抗１１０２が接続されており、
この帰還抵抗により冷陰極管に流れる電流に対応した交
流の電圧が発生する。電流検出回路１１０３により管電
流を検出したのち、比較回路１１０４で、設定電流Ｉ１
と比較を行った結果が、発振制御回路１１０５に入力さ
る。これにより、帰還抵抗の両端の電圧が一定になるよ
うに、つまりは、冷陰極管に流れる電流が一定になるよ
うに、可変発振回路の出力周波数を制御する。結果的
に、負荷である冷陰極管の特性変動や、温度等による圧
電トランスの特性変動に対しても、この発振制御回路に
よりほぼ一定の輝度で冷陰極管を点灯させることができ
る。

【００１１】図１２に負荷として冷陰極管を接続した時
の圧電トランスの動作特性を示している。冷陰極管の起
動時と定常動作時とでは、インピーダンスが大きく変動
し、これにより圧電トランスの昇圧比などの特性も大き
く変動する。また、圧電トランスの周波数特性は、周辺
温度にもその共振周波数を大きく変動する。このため、
図１１の様に周波数制御を行い冷陰極管に流れる電流を
一定に保つ必要がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の圧電トラン
スの駆動方法では、設定電流値Ｉ１と冷陰極管の管電流
とを比較して制御を行っている。例えば、駆動周波数ｆ
１で駆動していたところ、負荷変動により設定電流値よ
りも小さなＩ２になる。すると、制御回路により周波数
を高い方から低い方に掃引し、設定電流値Ｉ１と一致す
るまで一定の掃引速度△ｆｏで掃引を開始する。ところ
が、圧電トランスの昇圧比や管電流の周波数特性は、図
１２及び図１３に示すように、共振周波数近傍でピーク
をもつ。そのため、共振周波数近傍では、僅かな周波数
変動によっても大きく管電流が変動してしまう。このた
め、周波数を高い方から低い方に掃引し共振周波数に近
づくにしたがって管電流の変化量は著しく大きくなり、
設定電流に周波数を決定することがきわめて困難という
問題を有していた。また、周波数をステップ的に掃引す
る場合においても、１ステップで変動する管電流が次第
に大きくなり、設定電流値に収束できなくなるばかり
か、更には設定値によってはピーク管電流を与える周波
数を越えて低い方に入り込み、設定値に制御不可能な状
態となるという問題を有していた。

【００１３】本発明は、前記従来例の問題を解決するた
めになされたものである。つまり、圧電トランスを十分
に安定に精度よく制御することのできる駆動方法を提供
することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の圧電トランスの駆動方法の第１の構成は、
交流駆動電圧を発生する可変発振回路と、前記交流電圧
を増幅するドライブ回路と、圧電体に入出力電極を設け
て構成した圧電トランスと、冷陰極蛍光灯を有する圧電
トランスを用いた冷陰極管蛍光灯駆動方法において、前
記駆動電圧の周波数を高い方から低い方へ掃引して、前
記掃引により変化する冷陰極管の電流が動作設定値との
差に応じて、前記掃引の速度あるいは掃引の１ステップ
の大きさの少なくとも１つを変化させて、前記冷陰極管
の電流を設定範囲内になるまで周波数を掃引することに
より、前記圧電トランスの駆動周波数を決定して冷陰極
管の輝度を調整することを特徴とする圧電トランスの駆
動方法である。

【００１５】上記目的を達成するため、本発明の圧電ト
ランスの駆動方法の第２の構成は、交流駆動電圧を発生
する可変発振回路と、前記交流電圧を増幅するドライブ
回路と、圧電体に入出力電極を設けて構成した圧電トラ
ンスと、冷陰極蛍光灯を有する圧電トランスを用いた冷
陰極管蛍光灯駆動方法において、前記駆動電圧の周波数
を高い方から低い方へ掃引して、前記掃引により変化す
る冷陰極管の電圧が起動設定値との差に応じて、前記掃
引の速度あるいは掃引の１ステップの大きさの少なくと
も１つを変化させて、前記冷陰極管の電圧を設定範囲内
になるまで周波数を掃引することにより、前記圧電トラ
ンスの駆動周波数を決定して冷陰極管を点灯起動させる
ことを特徴とする圧電トランスの駆動方法である。

【００１６】上記目的を達成するため、本発明の圧電ト
ランスの駆動方法の第３の構成は、交流駆動電圧を発生
する可変発振器と、前記交流電圧を増幅するドライブ回
路と、圧電体に入出力電極を設けて構成した圧電トラン
スと、冷陰極蛍光灯を有する圧電トランスを用いた冷陰
極管蛍光灯駆動方法において、前記駆動電圧の周波数を
高い方から低い方へ掃引して、前記掃引により変化する
冷陰極管の電圧が起動設定値との差に応じて、前記掃引
の速度あるいは掃引の１ステップの大きさの少なくとも
１つを変化させて、前記冷陰極管の電圧を設定範囲内に
なるまで周波数を掃引することにより、前記圧電トラン
スの駆動周波数を決定して冷陰極管を点灯起動させ、引
き続き、前記駆動電圧の周波数を高い方から低い方へ掃
引して、前記掃引により変化する冷陰極管の電流が動作
設定値との差に応じて、前記掃引の速度あるいは掃引の
１ステップの大きさの少なくとも１つを変化させて、前
記冷陰極管の電流を設定範囲内になるまで周波数を掃引
することにより、前記圧電トランスの駆動周波数を決定
して冷陰極管の輝度を調整することを特徴とする圧電ト
ランスの駆動方法である。

【００１７】上記目的を達成するため、本発明の圧電ト
ランスの駆動方法の第４の構成は、交流駆動電圧を発生
する可変発振回路と、前記交流電圧を増幅するドライブ
回路と、圧電体に入出力電極を設けて構成した圧電トラ
ンスと、冷陰極蛍光灯を有する圧電トランスを用いた冷
陰極管蛍光灯駆動方法において、前記駆動電圧の周波数
を高い方から低い方へ掃引して、前記掃引により変化す
る冷陰極管の電流の変化量に応じて、前記掃引の速度あ
るいは掃引の１ステップの大きさの少なくとも１つを変
化させて、前記冷陰極管の電流を設定範囲内になるまで
周波数を掃引することにより、前記圧電トランスの駆動
周波数を決定して冷陰極管を点灯させることを特徴とす
る圧電トランスの駆動方法である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１９】（実施の形態１）本発明の圧電トランスの
駆動方法に関する実施の形態１について、図１〜図３を
参照しつつ説明する。

【００２０】図１は実施の形態１にかかる圧電トランス
を用いた冷陰極蛍光灯点灯装置のブロック構成図であ
る。同図において、圧電トランス１０４は、圧電基板１
０５上に１次側電極１０６、１０６’および２次側電極
１０７を形成したローゼン型のものであるが、ローゼン
型の変形型やその他のモードを用いた圧電トランスでも
よい。

【００２１】本点灯装置において、駆動方法はまず、外
部端子により発振周波数を可変することができる可変発
振回路１０１が、圧電トランスの共振周波数に近い駆動
信号を出力している。この駆動信号は、波形整形回路１
０２に入力され、目的の周波数のみを含む正弦波形に整
形される。通常は、高周波成分をを除去するローパスフ
ィルタであるが、更に効率を重視する時には、低周波数
成分も除去するバンドパスフィルタが用いられる。波形
整形回路１０２の出力は、ドライブ回路１０３におい
て、圧電トランス１０４の駆動に十分なレベルに電圧増
幅あるいは電流増幅を行っており、この出力が圧電トラ
ンスに入力されている。ここでドライブ回路１０３で
は、トランジスタからなる増幅回路でのみ構成される
か、或いは、増幅回路と昇圧トランスの組み合わせで構
成されている。この出力が圧電トランス１０４の一次電
極１０６に入力されている。圧電トランス１０４では、
圧電効果により高電圧に昇圧され、その出力信号は負荷
である冷陰極管１０８に印加され、これにより冷陰極管
は放電現象を起こし点灯する。

【００２２】冷陰極管１０８には、帰還抵抗１０９が直
列に接続されており、これにより冷陰極管に流れる電流
に応じた電圧が生じる。これを電流検出回路１１０で検
出した後、比較回路１１１にて、設定電流Ｉ１と比較を
行う。そして、設定電流値Ｉ１を中心に許容電流Ｉ２の
範囲に、管電流が設定されていなければ、制御回路１１
２が制御信号を可変発振回路に出力して、冷陰極管に流
れる管電流が設定値に近づく様に駆動信号の周波数を変
更する。この変更された駆動信号は再び波形整形回路１
０２にて正弦波に波形整形され、ドライブ回路１０３で
電圧増幅あるいは電流増幅されて圧電トランスに入力さ
れる。そして昇圧された出力信号が冷陰極管１０８およ
び帰還抵抗１０９に流れ込み、電流検出回路１１０で負
荷電流が検出される。そして、管電流が設定値Ｉ１を中
心に許容電流Ｉ２の範囲になるまでこの動作が繰り返さ
れる。

【００２３】図２は圧電トランスに冷陰極管を接続した
ときの状態１および２の管電流の周波数依存性を示して
いる。今、状態１において冷陰極管の管電流は、圧電ト
ランスの共振周波数ｆｒ１近傍でピークを持つ周波数応
答を示している。今、駆動周波数ｆｓ１で圧電トランス
を駆動し、設定電流Ｉ１で冷陰極管を点灯させていたと
する。この時、負荷変動を起し、圧電トランスから供給
する冷陰極管の周波数特性が図２の状態２様に変動した
とする。この時、駆動周波数ｆｓ１では設定電流Ｉ１を
出力できなくなる。すると、制御回路では、管電流が設
定値に近づくように駆動周波数ｆｓ１を低い方に掃引し
て、管電流を増加させる。更に制御回路では、設定値Ｉ
１、許容値Ｉ２と管電流を比較することにより、掃引す
る周波数も決定する。この掃引速度は、現在の管電流と
設定電流が離れている時は、大きな掃引速度に対応する
出力信号を可変発振回路１０１に出力して、大きく周波
数（△ｆ１）を掃引する。一方、管電流が適度に設定電
流Ｉ２に近づいてくると、周波数の掃引速度をを小さな
値にするよう出力信号を設定して可変発振回路１０１に
出力し、小さく周波数（△ｆ２）を掃引する。圧電トラ
ンスの共振周波数ｆｒ２近傍で管電流がピークを持つ周
波数応答を持っている。このため、周波数が共振周波数
に近づくにつれ、徐々に管電流の変化率は大きくなって
しまうので、制御が不安定になったり、設定値によって
は発振現象を引き起こしたりする。従って、周波数掃引
速度を小さく設定（△ｆ２）することにより管電流の変
化率をほぼ同じ程度に押さえることができ、安定制御が
可能となる。

【００２４】また、圧電トランスには、共振周波数近傍
に不安定領域が存在する。（図３の斜線部）これは、圧
電トランスを大出力で駆動する時に顕著に起こる。この
領域では、管電流が、周波数に対して一意的に決定され
ず、冷陰極管の発光のちらつきを生じさせるばかりか、
圧電トランスの信頼性を低下させてしまうので、特願平
０９−２５６６１０にもあるように、このような領域を
さけて使うことが望ましい。しかし、従来の様に一定速
度で掃引すると、設定電流付近でも管電流が大きく変動
してしまい、不安定領域に入ってしまう可能性があっ
た。しかし、本発明の実施の形態１のように、周波数掃
引速度を変化させることにより、管電流の変化率をほぼ
一定に保つことができ、目的とする管電流に安定して収
束することができ、また、不安定領域に入り込むことな
く安定して制御することができる。

【００２５】また、制御回路の設定によっては、設定電
流Ｉ１に近づくほど管電流の変化率を逆に小さくなるよ
うに周波数の掃引速度を変化させて精度のよい管電流の
制御を行うこともできる。

【００２６】（実施の形態２）次に、本発明の圧電トラ
ンスの駆動方法に関する実施の形態２について、図４、
図５を参照しつつ説明する。

【００２７】図４は実施の形態２にかかる圧電トランス
の駆動方法を説明するための冷陰極蛍光灯点灯装置のブ
ロック構成図である。同図において、図１から図３まで
に示す実施の形態１と同じ番号を付した構成要素は実質
的に同一とする。

【００２８】本点灯装置において、駆動方法はまず、外
部端子により発振周波数を可変することができる可変発
振回路１０１が、圧電トランスの共振周波数に近い駆動
信号を出力している。この駆動信号は、波形整形回路１
０２で、目的の周波数のみを含む正弦波形に整形された
後、ドライブ回路１０３において、圧電トランス１０４
の駆動に十分なレベルに電圧増幅あるいは電流増幅を行
っている。圧電トランス１０４では、圧電効果により高
電圧に昇圧された信号が、負荷である冷陰極管１０８に
印加され、管を点灯させる。

【００２９】圧電トランス１０４の２次側電極１０７に
は、電圧検出回路４０１が接続されており、これにより
冷陰極管に印加される電圧が検出される。電圧検出回路
の入力インピーダンスは、管の点灯発光に影響を与えな
いように、冷陰極管のインピーダンスよりも十分大きな
値に設定する必要があり、冷陰極管の点灯時を考慮する
と少なくとの数ＭΩ程度は必要とする。この電圧を、比
較回路４０２にて、設定電圧Ｖ１と比較を行う。そし
て、設定電流値Ｖ１を中心に許容電流Ｖ２の範囲に、管
電圧が設定されていなければ、制御回路４０３が制御信
号を可変発振回路に出力して、冷陰極管に印加される管
電圧が設定値に近づく様に駆動信号の周波数を変更す
る。この変更された駆動信号は再び波形整形回路１０２
にて正弦波に波形整形され、ドライブ回路１０３で電圧
増幅あるいは電流増幅されて圧電トランスに入力され
る。そして昇圧された出力信号が電圧検出回路４０１で
検出される。そして、管電圧が設定値Ｖ１を中心に許容
電圧Ｖ２の範囲になるまでこの動作が繰り返される。

【００３０】図５は圧電トランスに冷陰極管を接続した
ときの状態１および２の管電圧の周波数依存性を示して
いる。冷陰極管の管電圧は、圧電トランスの共振周波数
ｆｒ３近傍でピークを持つ周波数応答を示している。
今、駆動周波数ｆｓ２で圧電トランスを駆動し、設定電
圧Ｖ１で冷陰極管を点灯させていたとする。この時、負
荷変動を起こし、圧電トランスから供給する冷陰極管の
周波数特性が図５の様に変動して、駆動周波数ｆｓ２で
は設定電圧Ｖ１を出力できなくなる。すると、制御回路
では管電圧が設定値に近づくように駆動周波数ｆｓ２を
低い方に掃引して、管電圧を増加させる。更に制御回路
では、設定値Ｖ１、許容値Ｖ２と管電圧を比較すること
により、掃引する周波数も決定する。この掃引速度は、
現在の管電圧と設定電圧Ｖ１が離れている時は、大きな
掃引速度に対応する出力信号を可変発振回路１０１に出
力して、大きく周波数（△ｆ３）を掃引する。一方、管
電流が適度に設定電圧Ｖ２に近づいてくると、周波数の
掃引速度をを小さな値にするよう出力信号を設定して可
変発振回路１０１に出力し、小さく周波数（△ｆ４）を
掃引する。圧電トランスの共振周波数ｆｒ１近傍で管電
圧がピークを持つ周波数応答を持っている。このため、
周波数が共振周波数に近づくにつれ、徐々に管電圧の変
化率は大きくなってしまうので、制御が不安定になった
り、設定値によっては発振現象を引き起こしてしまった
りする。従って、周波数掃引速度を小さく設定（△ｆ
４）することにより安定制御が可能となる。

【００３１】実施の形態１と異なる点は、検出量を冷陰
極管の電圧からとった点にある。冷陰極管の発光自体
は、実施の形態１に示すように電流と相関性が高く管電
流を検知した方が安定である。一方、点灯開始時には、
冷陰極管内の絶縁破壊により電極より電子を放出するの
で、点灯開始電圧が重要となる。また、調光方式として
時分割点灯方式（バースト点灯方式ともいう）が広く用
いられているが、このときも点灯開始が周期的に発生し
ているのと等価であり、点灯開始の電圧が重要となり、
この様な電圧制御が必要となり、この時に安定して点灯
動作を可能となる。

【００３２】また、前述の様に、共振周波数近傍に不安
定領域をさけて使うことが望ましい。しかし、従来の様
に一定速度で掃引すると、管電圧が大きく変動してしま
い、不安定領域に入ってしまう可能性があった。しか
し、本発明の実施の形態２のように、周波数掃引速度を
変化させることにより、管電圧の変化率をほぼ一定に保
つことができ、目的とする管電圧に安定して収束するこ
とができ、また、不安定領域に入り込むことなく安定し
て制御することができる。

【００３３】また、制御回路の設定によっては、設定電
圧Ｖ１に近づくほど管電圧の変化率を逆に小さくしてよ
り精度のよい管電圧の制御を行うこともできる。

【００３４】（実施の形態３）次に、本発明の圧電トラ
ンスの駆動方法に関する実施の形態３について、図６、
図７を参照しつつ説明する。

【００３５】図６は実施の形態３にかかる圧電トランス
の駆動方法を説明するための冷陰極蛍光灯点灯装置のブ
ロック構成図である。同図において、図１から図５まで
に示す実施の形態１及び２と同じ番号を付した構成要素
は実質的に同一とする。また、図７は、圧電トランスに
冷陰極管を接続した場合の、点灯前後での管電圧及び管
電流の周波数依存性を示している。

【００３６】圧電トランス１０７の２次側電極１０７に
は、電圧検出回路４０１が接続されており、これにより
冷陰極管に印加される電圧が検出される。電圧検出回路
の入力インピーダンスは、管の点灯発光に影響を与えな
いように、冷陰極管のインピーダンスよりも十分大きな
値に設定する必要があり、冷陰極管の点灯開始時を考慮
すると少なくとも数ＭΩ程度は必要とする。また、圧電
トランス１０８と直列に帰還抵抗１０９が接続されてお
り、これにより冷陰極管に流れる電流に応じた電圧が生
じる。

【００３７】本点灯装置において、駆動方法はまず、外
部端子により発振周波数を可変することができる可変発
振回路１０１が、圧電トランスの共振周波数に近い駆動
信号を出力する。点灯開始時は、起動設定電圧Ｖ０に対
応した周波数がまず設定される。この周波数は、共振周
波数ｆｒ５よりも１０〜２０％高い周波数ｆｓ３を選
ぶ。この駆動信号は、波形整形回路１０２で、目的の周
波数のみを含む正弦波形に整形された後、ドライブ回路
１０３において、圧電トランス１０４の駆動に必要なレ
ベルに電圧増幅あるいは電流増幅を行っている。圧電ト
ランス１０４では、圧電効果により高電圧に昇圧された
信号が、負荷である冷陰極管１０８に印加される。

【００３８】冷陰極管に印加された電圧は、比較回路４
０２にて、設定電圧と比較を行う。そして、設定電圧値
Ｖ１を中心に許容電圧Ｖ２の範囲に、管電圧が設定され
ていなければ、制御回路６０１が制御信号を可変発振回
路に出力して、冷陰極管に流れる管電圧が設定値に近づ
く様に駆動信号の周波数を変更する。この時、冷陰極管
はまだ発光しておらず、管電流はきわめて小さいので管
電流検知回路は動作せず、管電圧検出回路の出力のみで
制御動作を行う。つまり、管電圧が設定値に近づくよう
に駆動周波数ｆｓ３を低い方に掃引して、管電圧を増加
させる。更に制御回路では、設定値Ｖ１、許容値Ｖ２と
管電圧を比較することにより、掃引する周波数も決定す
る。この掃引速度は、現在の管電圧と設定電圧Ｖ１が離
れている時は、大きな掃引速度に対応する出力信号を可
変発振回路１０１に出力して、大きく周波数（△ｆ５）
を掃引する。一方、管電流が適度に設定電圧Ｖ２に近づ
いてくると、周波数の掃引速度をを小さな値にするよう
出力信号を設定して可変発振回路１０１に出力し、小さ
く周波数（△ｆ６）を掃引する。周波数が共振周波数に
近づくにつれ、徐々に管電圧の変化率は大きくなってし
まうので、制御が不安定になったり、設定値によっては
発振現象を引き起こしてしまったりしないように、周波
数掃引速度を小さく設定（△ｆ６）することにより安定
制御が可能となる。この変更された駆動信号は再び波形
整形回路にて正弦波に波形整形され、ドライブ回路で電
圧増幅もしくは電流増幅されて圧電トランスに入力され
る。

【００３９】そして昇圧された出力信号が電圧検出回路
４０２で検出される。そして、管電圧が設定値Ｖ１にな
るまでこの動作が繰り返され、冷陰極管が点灯を開始す
る。

【００４０】一度点灯して管電流が流れ始めると、冷陰
極管の負荷は約数百ｋΩまで急激に減少し、共振周波数
も数ｋＨｚ低周波数側にシフトする（図７）。

【００４１】この点灯開始の瞬間の周波数ｆｓ４では、
管電流の設定値Ｉ１まで十分に供給できていない。

【００４２】この点灯後は、冷陰極管に流れる電流も大
きくなり帰還抵抗にかかる電圧が大きくなるので、電流
検出回路の出力が支配的制御を行う。つまり、管電流が
設定値に近づくように駆動周波数ｆｓ４を低い方に掃引
して、管電流を増加させる。更に制御回路では、設定値
Ｉ１、許容値Ｉ２と管電流を比較することにより、掃引
する周波数も決定する。この掃引速度は、現在の管電流
と設定電流Ｉ１が離れている時は、大きな掃引速度に対
応する出力信号を可変発振回路１０１に出力して、大き
く周波数（△ｆ７）を掃引する。一方、管電流が適度に
設定電流Ｉ２に近づいてくると、周波数の掃引速度をを
小さな値にするよう出力信号を設定して可変発振回路１
０１に出力し、小さく周波数（△ｆ８）を掃引する。周
波数が共振周波数に近づくにつれ、徐々に管電流の変化
率は大きくなってしまうので、制御が不安定になった
り、設定値によっては発振現象を引き起こしてしまった
りしないように、周波数掃引速度を小さく設定（△ｆ
８）することにより安定制御が可能となる。この変更さ
れた駆動信号は再び波形整形回路にて正弦波に波形整形
され、ドライブ回路で電圧増幅もしくは電流増幅されて
圧電トランスに入力される。再び昇圧された出力信号が
冷陰極管１０８および帰還抵抗１０９に流れ込み、電流
検出回路１１０で負荷電流が検出される。そして、管電
流が設定値Ｉ１になるまでこの動作が繰り返される。

【００４３】この様に、点灯開始時と、点灯直後の負荷
激変時に周波数を掃引して点灯制御を一体的に行う際
に、点灯開始時の設定電圧および常時点灯時の設定電流
になるよう周波数を制御する回路において、設定値と大
きく離れているときは、大きな掃引速度に対応する出力
信号を可変発振回路１０１に出力して、大きく周波数を
掃引し、適度に設定値に近づいてくると、周波数の掃引
速度をを小さな値にするよう出力信号を設定して可変発
振回路１０１に出力し、小さく周波数を掃引する。

【００４４】これにより、圧電トランスの共振周波数傍
でピークを持つ周波数応答をする管電圧・管電流を、点
灯開始時・常時点灯時を一括的に安定に制御が可能とな
った。

【００４５】（実施の形態４）次に、本発明の圧電トラ
ンスの駆動方法に関する実施の形態４について、図８を
参照しつつ説明する。

【００４６】図８は実施の形態４にかかる圧電トランス
の駆動方法を説明するための、冷陰極蛍光灯点灯装置の
ブロック構成図である。同図において、図１から図７ま
でに示す実施の形態１、２、３と同じ番号を付した構成
要素は実質的に同一とする。

【００４７】本点灯装置において、駆動方法はまず、外
部端子により発振周波数を可変することができる可変発
振回路１０１が、圧電トランスの共振周波数に近い駆動
信号を出力している。この駆動信号は、波形整形回路１
０２で、目的の周波数のみを含む正弦波形に整形された
後、ドライブ回路１０３において、圧電トランス１０４
の駆動に十分なレベルに電圧増幅あるいは電流増幅を行
っている。圧電トランス１０４では、圧電効果により高
電圧に昇圧された信号が、負荷である冷陰極管１０８に
印加され、管を点灯させる。

【００４８】冷陰極管１０８には、帰還抵抗１０９が直
列に接続されており、これにより冷陰極管に流れる電流
に応じた電圧が生じる。これを電流検出回路１１０で検
出した後、比較回路１１１にて、設定電流Ｉ１と比較を
行う。そして、設定電流値Ｉ１を中心に許容電流Ｉ２の
範囲に、管電流が設定されていなければ、制御回路１１
２が制御信号を可変発振回路に出力して、冷陰極管に流
れる管電流が設定値に近づく様に駆動信号の周波数を変
更する。この変更された駆動信号は再び波形整形回路１
０２にて正弦波に波形整形され、ドライブ回路１０３で
電圧増幅あるいは電流増幅されて圧電トランスに入力さ
れる。そして昇圧された出力信号が冷陰極管１０８およ
び帰還抵抗１０９に流れ込み、電流検出回路１１０で負
荷電流が検出される。そして、管電流が設定値Ｉ１にな
るまでこの動作が繰り返される。

【００４９】実施の形態１と異なる点は、比較回路１１
１には遅延回路８０１を介して制御回路８０２に接続さ
れている点である。つまり、管電流検出回路の出力が、
単位時間Ｔだけの遅延されて制御回路に入力される。制
御回路８０２では、管電流が設定値に近づくように駆動
周波数ｆｓを低い方に掃引して、管電流を増加させる。
更に制御回路では、それ以前の周波数での管電流の値と
現在の管電流の値とを比較することにより、掃引する周
波数も決定する。

【００５０】この掃引速度は、現在の管電流と単位時間
Ｔ秒前の管電流との値の差が小さいときは、大きな掃引
速度に対応する出力信号を可変発振回路１０１に出力し
て、大きく周波数を掃引する。一方、現在の管電流が単
位時間Ｔ秒前の管電流との値の差が大きくなると、共振
周波数近傍の電流値急変領域に近づいていると判断し、
周波数の掃引速度を小さな値にするよう出力信号を設定
して可変発振回路１０１に出力し、小さく周波数を掃引
する。

【００５１】このため、管電流の周波数に対する変化率
が大きくなってしまう領域を直接検知し、制御が不安定
になったり、設定値によっては発振現象を引き起こしま
ったりしないように、周波数掃引速度を小さく設定する
ことにより安定制御が可能となる。

【００５２】なお、本実施の形態では、検知量を管電流
出力をもって制御を行ったが、実施の形態２のように管
電圧を検知し、本実施の形態のように遅延回路をもうけ
ることも可能であり、制御安定性の向上がはかれる。

【００５３】

【発明の効果】以上のように本発明の実施の形態１の圧
電トランスの駆動方法によれば、負荷として、冷陰極管
に帰還抵抗を直列に接続しており、これを電流検出回路
で検出した後、比較回路にて、設定電流と比較を行う。
電流が設定されていなければ、制御回路が制御信号を可
変発振回路に出力して、冷陰極管に流れる管電流が設定
値に近づく様に駆動信号の周波数を変更する。すなわ
ち、管電流と設定電流との差によって、掃引速度を変更
し、管電流の変化率の急峻な増加を抑制でき、管電流の
安定な制御が可能となる。

【００５４】また、本発明の実施の形態２の圧電トラン
スの駆動方法によれば、圧電トランスの２次側電極に電
圧検出回路を接続し、管電圧を電圧検出回路で検出した
後、比較回路にて、設定電圧と比較を行う。電圧が設定
されていなければ、制御回路が制御信号を可変発振回路
に出力して、冷陰極管に流れる管電圧が設定値に近づく
様に駆動信号の周波数を変更する。すなわち、管電圧と
設定電圧との差によって、掃引速度を変更し、管電圧の
変化率の急峻な増加を抑制でき、管電圧の安定な制御が
可能となる。

【００５５】また、本発明の実施の形態３の圧電トラン
スの駆動方法によれば、圧電トランスの２次側電極に電
圧検出回路を接続し、管電圧を電圧検出回路で検出を行
う。更に、冷陰極管と直列に帰還抵抗を接続しており、
これにより電流検出回路で管電流を検出する。点灯開始
時は、管電圧を電圧検出回路で検出した後、比較回路に
て、設定電圧と比較を行い、制御回路が制御信号を可変
発振回路に出力して、冷陰極管に流れる管電圧が設定値
に近づく様に駆動信号の周波数を変更する。一端点灯が
始まると、今度は、電流検出回路の出力を比較回路にて
設定電流と比較を行い、制御回路が制御信号を可変発振
回路に出力して、冷陰極管に流れる管電流が設定値に近
づく様に駆動信号の周波数を変更する。すなわち、管電
圧と管電流とを、設定電圧・設定電流との差によって、
掃引速度を一体的に変更し、特性の変化率の急峻な増加
を抑制でき、安定な制御が可能となる。

【００５６】また、本発明の実施の形態４の圧電トラン
スの駆動方法によれば、負荷として、冷陰極管に帰還抵
抗を直列に接続しており、これを電流検出回路で検出し
た後、比較回路にて、設定電流と比較を行う。また、比
較回路の出力は、遅延回路で所定時間遅延された信号が
制御回路に入力される。そして現在の管電流とＴ時間前
の管電流とを比較することにより、掃引速度を決定する
ので、管電流の変化率の急峻な増加を抑制でき、管電流
の安定な制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１にかかる圧電トランスの
ブロック構成図

【図２】図１に示す圧電トランスの周波数特性図

【図３】共振周波数近傍の不安定領域の存在を示す図

【図４】本発明の実施の形態２にかかる圧電トランスの
ブロック構成図

【図５】図４に示す圧電トランスの周波数特性図

【図６】本発明の実施の形態３にかかる圧電トランスの
ブロック構成図

【図７】図６に示す圧電トランスの周波数特性図

【図８】本発明の実施の形態４にかかる圧電トランスの
ブロック構成図

【図９】従来の圧電トランスの駆動方法を示すブロック
構成図

【図１０】従来の圧電トランスの外観図

【図１１】従来の圧電トランスの駆動回路の一例を示す
図

【図１２】負荷として冷陰極管を接続した時の圧電トラ
ンスの動作特性を示す図

【図１３】従来の圧電トランスの周波数特性図

【符号の説明】

１０１可変発振回路１０２波形整形回路１０３ドライブ回路１０４圧電トランス１０８冷陰極管１０９帰還抵抗１１０電流検出回路１１１，４０２比較回路１１２，４０３，６０１，８０２制御回路４０１電圧検出回路８０１遅延回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｍ 7/48 Ｈ０２Ｍ 7/48 ＡＨ０１Ｌ 41/08 Ａ (72)発明者川▲さき▼ 修大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2H093 NC01 NC02 NC42 NC59 ND40 ND42 ND60 3K072 AA01 AA19 BA03 EB01 EB05 EB07 HA06 5H007 AA06 BB03 CC32 DA03 DB03 DC02 DC05 5H410 BB09 CC02 DD03 DD06 EA10 EB09 EB39 FF03 FF05 FF25 FF26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流駆動電圧を発生する可変発振回路
と、前記交流駆動電圧を増幅するドライブ回路と、圧電
体に入出力電極を設けて構成した圧電トランスと、冷陰
極蛍光灯を有する圧電トランスを用いた冷陰極管蛍光灯
駆動方法において、前記駆動電圧の周波数を高い方から
低い方へ掃引して、前記掃引により変化する冷陰極管の
電流が動作設定値との差に応じて、前記掃引の速度ある
いは掃引の１ステップの大きさの少なくとも１つを変化
させて、前記冷陰極管の電流を設定範囲内になるまで周
波数を掃引することにより、前記圧電トランスの駆動周
波数を決定して冷陰極管の輝度を調整することを特徴と
する圧電トランスの駆動方法。
【請求項２】交流駆動電圧を発生する可変発振回路
と、前記交流駆動電圧を増幅するドライブ回路と、圧電
体に入出力電極を設けて構成した圧電トランスと、冷陰
極蛍光灯を有する圧電トランスを用いた冷陰極管蛍光灯
駆動方法において、前記駆動電圧の周波数を高い方から
低い方へ掃引して、前記掃引により変化する冷陰極管の
電圧が起動設定値との差に応じて、前記掃引の速度ある
いは掃引の１ステップの大きさの少なくとも１つを変化
させて、前記冷陰極管の電圧を設定範囲内になるまで周
波数を掃引することにより、前記圧電トランスの駆動周
波数を決定して冷陰極管を点灯起動させることを特徴と
する圧電トランスの駆動方法。
【請求項３】交流駆動電圧を発生する可変発振器と、
前記交流駆動電圧を増幅するドライブ回路と、圧電体に
入出力電極を設けて構成した圧電トランスと、冷陰極蛍
光灯を有する圧電トランスを用いた冷陰極管蛍光灯駆動
方法において、前記駆動電圧の周波数を高い方から低い
方へ掃引して、前記掃引により変化する冷陰極管の電圧
が起動設定値との差に応じて、前記掃引の速度あるいは
掃引の１ステップの大きさの少なくとも１つを変化させ
て、前記冷陰極管の電圧を設定範囲内になるまで周波数
を掃引することにより、前記圧電トランスの駆動周波数
を決定して冷陰極管を点灯起動させ、引き続き、前記駆
動電圧の周波数を高い方から低い方へ掃引して、前記掃
引により変化する冷陰極管の電流が動作設定値との差に
応じて、前記掃引の速度あるいは掃引の１ステップの大
きさの少なくとも１つを変化させて、前記冷陰極管の電
流を設定範囲内になるまで周波数を掃引することによ
り、前記圧電トランスの駆動周波数を決定して冷陰極管
の輝度を調整することを特徴とする請求項１または２記
載の圧電トランスの駆動方法。
【請求項４】交流駆動電圧を発生する可変発振回路
と、前記交流駆動電圧を増幅するドライブ回路と、圧電
体に入出力電極を設けて構成した圧電トランスと、冷陰
極蛍光灯を有する圧電トランスを用いた冷陰極管蛍光灯
駆動方法において、前記駆動電圧の周波数を高い方から
低い方へ掃引して、前記掃引により変化する冷陰極管の
電流の変化量に応じて、前記掃引の速度あるいは掃引の
１ステップの大きさの少なくとも１つを変化させて、前
記冷陰極管の電流を設定範囲内になるまで周波数を掃引
することにより、前記圧電トランスの駆動周波数を決定
して冷陰極管を点灯させることを特徴とする圧電トラン
スの駆動方法。