(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電トランスの１次電極を交流電圧で駆動する駆動回路、２次電極からの出力電圧によって冷陰極管の放電を開始させるとともに継続して点灯させる圧電トランス、駆動回路の発振周波数を、冷陰極管の点灯電流が高いときには上げ、低いときには下げるように負帰還制御をかける回路、起動時に圧電トランスの無負荷特性曲線の最大出力となる周波数よりも十分高い上限周波数から駆動周波数を徐々に下げる回路を具えた圧電トランスの制御回路において、
圧電トランスの２次電極にあらかじめ設定された電圧以上の電圧が検出されたときに、駆動周波数を前記上限周波数にスイッチスピードで戻し、その上限周波数から再び駆動周波数を徐々に下げて圧電トランスを駆動する回路を具え、圧電トランスの２次電極にあらかじめ設定された点灯電流が得られないときに、圧電トランスの駆動回路の動作を停止させる回路を具えたことを特徴とする圧電トランスの制御回路。
【請求項２】
圧電トランスの１次電極を交流電圧で駆動する駆動回路、２次電極からの出力電圧によって冷陰極管の放電を開始させるとともに継続して点灯させる圧電トランス、駆動回路の発振周波数を、冷陰極管の点灯電流が高いときには上げ、低いときには下げるように負帰還制御をかける回路、起動時に圧電トランスの無負荷特性曲線の最大出力となる周波数よりも十分高い上限周波数から駆動周波数を徐々に下げる回路を具えた圧電トランスの制御回路において、
圧電トランスの２次電極にあらかじめ設定された電圧以上の電圧が検出されたときに、駆動周波数を前記上限周波数にスイッチスピードで戻し、この上限周波数から再び駆動周波数を徐々に下げて圧電トランスを駆動する回路を具えたことを特徴とする圧電トランスの制御回路。
【請求項３】
圧電トランスの１次電極を交流電圧で駆動する駆動回路、２次電極からの出力電圧によって冷陰極管の放電を開始させるとともに継続して点灯させる圧電トランス、駆動回路の発振周波数を、冷陰極管の点灯電流が高いときには上げ、低いときには下げるように負帰還制御をかける回路、起動時に圧電トランスの無負荷特性曲線の最大出力となる周波数よりも十分高い上限周波数から駆動周波数を徐々に下げる回路を具えた圧電トランスの制御回路において、
圧電トランスの２次電極にあらかじめ設定された点灯電流が得られないときに、圧電トランスの駆動回路の動作を停止させる回路を具えたことを特徴とする圧電トランスの制御回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷陰極管を点灯させる圧電インバータに用いられる圧電トランスの制御回路に係るもので、冷陰極管の特性変化や冷陰極管の接続が外れる負荷開放、外因による圧電トランスの負荷短絡に対して、圧電インバータ内部の部品や回路、そして周辺回路素子の保護等のための制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
薄型、軽量の特徴から、情報機器のディスプレイは液晶表示装置が主流となっている。透過型の液晶ディスプレイにはバックライトが必要であり、バックライトの大半は冷陰極管である。冷陰極管の点灯には点灯前の放電開始の過程と点灯継続の過程とがある。圧電トランスは、小型、軽量であるだけでなく、放電開始時の高電圧と点灯継続時のバラスト効果などの特性を有しており、冷陰極管用のインバータとして有利で、利用範囲も広がっている。
【０００３】
圧電インバータによる冷陰極管の放電開始と点灯電流を一定にした点灯継続は、図３に示した方法が用いられている。圧電トランスの２次電極負荷開放時の無負荷特性曲線３１（破線）と２次電極負荷接続時の負荷特性曲線３２（実線）は、図３のように、周波数軸上で高い方に無負荷特性曲線３１が、低い方に負荷特性曲線３２が存在する。また、圧電トランスの１次電極駆動交流電圧に対する２次電極交流出力電圧への昇圧比率は、無負荷特性曲線３１が高く、負荷特性曲線３２が低い。
【０００４】
この特性を利用して、冷陰極管の放電開始は、圧電インバータ起動時に無負荷特性曲線の裾より十分高い駆動上限周波数ｆ１から駆動周波数を徐々に低下させ、無負荷特性曲線３１を通過中にその高い昇圧比率による２次電極出力で、その電圧が冷陰極管の放電開始電圧ａに到達した時に行なわれる。放電開始後は、圧電トランスの有するバラスト効果で負荷特性曲線３２に遷移する。
【０００５】
冷陰極管の点灯後は点灯電流が一定となるように、電流が大きいときすなわち２次電極電圧が高いときは駆動周波数を上げて電圧を下げ、点灯電流が少ないときは駆動周波数を下げて２次電極電圧を上げて電流を増やす回路制御によって、駆動周波数は負荷特性曲線３２のピークよりも僅かに高い傾斜部に移動し、点灯電流を一定とする制御をｃ点で継続する。なお、圧電トランスの２次電極電圧の遷移軌跡３３（細実線）で無負荷特性曲線、負荷特性曲線に沿って示されている。
【０００６】
上記のような従来の圧電インバータでは、冷陰極管が必ず放電すること、負荷が圧電トランスの２次電極から外れることがない、短絡に近い負荷が圧電トランスの２次電極に接続されることがないことを前提にした制御が行なわれている。実際に使用する際には、冷陰極管の環境による特性変化や外的要因による負荷変動で、圧電トランスの２次側電極の実質的な開放あるいは短絡状態が発生する。冷陰極管の特性変化による冷陰極管の放電開始不能の問題、２次電極の実質開放により生じる高電圧によってインバータ内の部品の劣化や周辺への放電事故、短絡時に駆動周波数がゼロの点灯電流を設定値に補正するために、圧電トランスを容量性の駆動下限周波数ｆ２まで低下させることによって生じる駆動スイッチの発熱、などの現象が発生している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、冷陰極管の特性変化や圧電トランスの２次電極の開放や短絡による冷陰極間の放電開始不能、インバータ内の部品劣化や周辺への放電事故、周波数低下によって生じる駆動スイッチの発熱を防止でき、安定した動作が可能な圧電インバータの圧電トランスの制御回路を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧電トランスの２次側の出力を検出し、その出力が点灯継続時の値になっていない場合には、圧電トランスの駆動回路の動作を制御することによって、上記の課題を解決するものである。
【０００９】
すなわち、圧電トランスの１次電極を交流電圧で駆動する駆動回路、２次電極からの出力電圧によって冷陰極管の放電を開始させるとともに継続して点灯させる圧電トランス、駆動回路の発振周波数を、冷陰極管の点灯電流が高いときには上げ、低いときには下げるように負帰還制御をかける回路、起動時に圧電トランスの無負荷特性曲線の最大出力となる周波数よりも十分高い上限周波数から駆動周波数を徐々に下げる回路を具えた圧電トランスの制御回路において、
圧電トランスの２次電極にあらかじめ設定された電圧以上の電圧が検出されたときに、駆動周波数を前記上限周波数にスイッチスピードで戻し、この上限周波数から再び駆動周波数を徐々に下げて圧電トランスを駆動する回路を具え、および／または圧電トランスの２次電極にあらかじめ設定された点灯電流が得られないときに、圧電トランスの駆動回路の動作を停止させる回路を具えたことに特徴を有するものである。
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。先ず、動作について説明する。図４が本発明による圧電トランスの動作の説明図である。圧電トランスの無負荷特性曲線と負荷特性曲線、および通常の放電開始と点灯電流制御に対する圧電トランスの２次電極電圧の軌跡は図３と同じである。
【００１１】
軌跡３４は、冷陰極管の冷暗環境下特性による放電電圧上昇や外的要因による圧電トランスの２次電極負荷が実質開放時の２次電極電圧の軌跡である。２次電極が実質短絡時の２次電極電圧の軌跡を電圧軌跡３５に、圧電トランスの２次電極を実質的に短絡した負荷曲線を短絡負荷曲線３６（１点鎖線）に示す。
【００１２】
冷陰極管の冷暗環境下特性による放電開始電圧上昇や外部要因での圧電トランスの２次電極負荷が実質開放となった場合、圧電トランスの２次電極電圧は駆動周波数がｆ１から徐々に低下して、２次電極電圧が上昇しても通常の放電開始電圧ａを通過し、無負荷特性曲線のピークに向って上昇し続ける。圧電トランスの材料とその周辺接続部品の材料は耐圧限界を有するため、無負荷特性曲線のピーク電圧が印加されることは寿命の面で好ましくない。
【００１３】
これに対応するために、材料の耐圧限界に余裕をとったリミット電圧ｂを設定し、その電圧が２次電極で検出されたときは、駆動周波数を回路素子スイッチスピードでｆ１に戻して再びインバータ起動時と同じくｆ１から徐々に低下させる。このサイクルが軌跡３４である。この動作によって、冷陰極管の冷暗環境下特性による放電開始電圧上昇や外部要因での圧電トランスの２次電極負荷が実質開放の場合においても、圧電トランスとその周辺接続部品等に必要以上の高圧が印加されなくなる。
【００１４】
同時に、軌跡３４のサイクルが冷陰極管の冷暗環境下特性による放電開始電圧上昇のみにより生じているときは、数サイクル後に冷陰極管の冷暗環境が改善されて放電開始ができる可能性がある。この場合は、軌跡３４で放電開始電圧ａから軌跡３３に移ることになる。このことから、軌跡４は冷暗環境下で放電開始の失敗の少ないインバータ特性としても有用である。
【００１５】
圧電トランスの２次電極の短絡があるときは、軌跡３５でｆ２に駆動周波数が低下して所定の時間内に冷陰極管が設定の点灯電流に戻らないときは駆動電流が停止される。駆動周波数が低下してｆ２に移動するのは不足した点灯電流値を負帰還制御で補正しようとするためである。ｆ２のように負荷特性や短絡負荷特性ピークよりも低い周波数での圧電トランスの駆動は、圧電トランスが容量性領域であり、駆動スイッチが発熱する。発熱を防止するために、周波数ｆ２に所定時間以上留まったときは駆動を停止させる必要がある。
【００１６】
図１は、本発明の実施例を示す回路図である。、１４、１５は圧電インバータの入力部、１は制御ＩＣ、２はマッチングインダクタ、３は駆動スイッチ、４は圧電トランスである。４’は圧電トランスの１次電極、４”は圧電トランスの２次電極を示す。５は冷陰極管、Ｒ６は点灯電流検出抵抗、Ｒ４、Ｒ５はリミット電圧検出回路用抵抗、６はリミット電圧検出器であり、１０、１１はリミット電圧検出器で駆動されるスイッチ、９は点灯電流に対応した電圧を基準電圧と比較する差動増幅器、８は差動増幅器の出力電圧によるＶＣＯである。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｃ１はＶＣＯにバイアスを与える抵抗とコンデンサ、１２はＩＣ内部と周辺に基準の電圧を与えるＳＷ端子で電源出力がＯＮ／ＯＦＦできる電源、１３は誤差増幅器の異常出力を検出する検出器である。図２は図１の回路のＶＣＯのＶ−Ｆ特性を示している。
【００１７】
図４を参照しながら図１の回路の動作を説明する。インバータを起動すると、基準電圧をＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｃ１で分割したバイアスがＶＣＯに与えられ、ＶＣＯの発振周波数による圧電トランスの駆動が開始される。起動直後はＣ１に電荷がないためバイアスは低く、図２の特性から駆動周波数は高く、上記のｆ１に相当する。時間の経過とともにＣ１に電荷が蓄積されるためバイアスは徐々に上昇し、駆動周波数は徐々に低下する。ここまでの圧電トランスの２次電極電圧の軌跡は図４では上記軌跡３３または軌跡３４の無負荷特性曲線をｆ１側から昇りかけるところである。
【００１８】
正常な冷陰極管が負荷であれば放電開始電圧ａで放電して点灯にはいる。冷暗環境下では放電開始電圧が上昇した冷陰極管が負荷であったり、外部要因で２次電極が無負荷の場合、２次電極電圧は負荷特性曲線３１上をリミット電圧ｂまで上昇する。この電圧はリミット電圧検出器６に検出されてこの検出器の出力にあるスイッチ１０、１１をＯＮする。スイッチ１０はＶＣＯバイアス回路のＣ１の電荷をスイッチスピードで抜くため、急速にＶＣＯのバイアスは低下し、駆動周波数はスイッチスピードでｆ１となる。
【００１９】
この時点は図４の軌跡３４の直線部分に当たる。その後、再度、起動時と同じように時間の経過とともにＣ１に電荷が蓄積し、２次電極電圧が上昇し、リミット電圧ｂに達し、軌跡３４のサイクルを繰り返すことになる。繰り返しの途中、放電開始不可が冷陰極管の冷暗環境による放電開始電圧上昇や環境変化等から放電開始電圧がリミット電圧ｂ以下になれば、軌跡３３に近い軌跡でｃ点に移り連続点灯する。図４では、繰り返し軌跡３４の動作中に後述のラッチ停止動作に入らないようにスイッチ１１でサイクル毎に基準電源のＳＷ端子のＣ２をリセットして基準電源がＯＦＦしない回路を付加している。
【００２０】
圧電トランスの負荷が短絡や短絡に近い場合は、Ｒ６に発生する点灯電流検出電圧が設定目標電流対応基準電圧より低く、誤差増幅器９の出力が上限まで上昇し、ＶＣＯの周波数を低下させて点灯電流を制御して増加させようとするが、点灯電流は増加しないため、図２から駆動周波数は下限ｆ２まで低下する。これは一連の点灯電流制御の負帰還制御そのものである。図４では軌跡３５で表わされる。誤差増幅器の出力が継続して上限にあると、誤差増幅器出力異常検出器１３の出力は継続して高レベルとなり、Ｃ２を充電し、その後基準電源のＳＷを通し基準電源をＯＦＦする。基準電源が断たれたＩＣ１は動作を停止し、駆動回路の動作を停止する結果、駆動スイッチ３も停止させられ、スイッチの発熱がなくなる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、冷陰極管の放電開始電圧特性の変化に対して放電失敗の少ない圧電インバータが得られ、圧電トランスの２次電極負荷の実質的開放や実質的短絡に対してインバータ内の部品劣化や周辺への放電事故を防止でき、駆動周波数が低下して発生する駆動スイッチの発熱を防止できるので、安定した動作が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す回路図
【図２】ＶＣＯのＶ−Ｆ特性の説明図
【図３】従来の圧電トランスの動作の説明図
【図４】本発明による圧電トランスの動作の説明図
【符号の説明】
４：圧電トランス
５：冷陰極管
８：ＶＣＯ
３１：無負荷特性曲線
３２：負荷特性曲線
【図１】
0003553493.tif 000002
【図２】
0003553493.tif 000003
【図３】
0003553493.tif 000004
【図４】
0003553493.tif 000005