(57)【要約】【課題】１次と２次間に流れる漏洩電流を低減した圧電トランスの絶縁回路を提供する。【解決手段】圧電トランス２，３の第１及び第２の１次端子を交流電源１に接続すると共に圧電トランス２，３の２次端子を冷陰極管５，６の高圧側に接続する。交流電源１と圧電トランス２，３の１次端子との間にバランス用のトランス４を配置する。圧電トランス２，３の１次側と２次側及び／または前記バランス用トランス４の１次側と２次側との間で絶縁（耐圧特性）を確保すると共に、前記バランス用トランス４部分に１次側と２次側の漏洩電流を打ち消す方向に電流を流す仮想電圧源を生成するインピーダンスＺｔを配置する。このインピーダンスＺｔは、バランス用トランス４の１次巻線と２次巻線の間に並列に接続した外付け抵抗と１次巻線と２次巻線間の絶縁抵抗の合成値Ｒｔと、１次巻線と２次巻線間の結合容量Ｃｔの並列インピーダンスとする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電トランスの第１及び第２の１次端子を交流電源に接続すると共に圧電トランスの２次端子を冷陰極管の高圧側に接続し、前記交流電源と圧電トランスの１次端子との間にバランス用のトランスを配置し、前記圧電トランスの１次側と２次側及び／または前記バランス用トランスの１次側と２次側との間で絶縁を確保すると共に、前記バランス用トランス部分に漏洩電流を打ち消す方向に電流を流す仮想電圧源を生成するインピーダンスを配置したことを特徴とする圧電トランスの絶縁回路。
【請求項２】
前記インピーダンスは、バランス用トランスの１次巻線と２次巻線の間に存在する抵抗と、１次巻線と２次巻線の間に存在する結合容量との並列インピーダンスであることを特徴とする請求項１に記載の圧電トランスの絶縁回路。
【請求項３】
前記バランス用トランスの１次巻線と２次巻線の間に存在する抵抗が、バランス用トランスの１次巻線と２次巻線の間に存在する絶縁抵抗であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電トランスの絶縁回路。
【請求項４】
前記バランス用トランスの１次巻線と２次巻線の間に存在する抵抗が、バランス用トランスの１次巻線と２次巻線と並列に接続された外付け抵抗であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電トランスの絶縁回路。
【請求項５】
前記バランス用トランスの１次巻線と２次巻線の間に存在する抵抗が、バランス用トランスの１次巻線と２次巻線の間に存在する絶縁抵抗と、バランス用トランスの１次巻線と２次巻線と並列に接続された外付け抵抗との合成抵抗であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電トランスの絶縁回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷陰極管（ＣＣＦＬ）の駆動装置やテレビジョン受像器、電子複写機、携帯電話などの高電圧発生装置に使用されるトランス回路に関するものであって、特に、トランスの１次側と２次側の耐電圧特性の確保と漏洩電流の阻止を可能とするための圧電トランスの絶縁回路に係る。
【背景技術】
【０００２】
圧電トランスは、圧電振動子の共振現象を利用することにより、低電圧を入力し高電圧を出力するものであって、電磁型トランスに比較して圧電振動子のエネルギー密度が高く、小型化が可能であるという特徴を有する。そのため、冷陰極管や液晶バックライトの点灯用や、小型高電圧電源用などに用いられている。例えば、液晶テレビのバックライト用冷陰極管を点灯するためのバックライトインバータとして、圧電トランスを使用する技術が特許文献１に記載されている。
【０００３】
図３は、この種のバックライトインバータ（圧電インバータ）を使用した液晶テレビの一例を示す機能ブロック図である。図中、１０１は交流（ＡＣ）電源、１０２は力率改善回路（ＰＦＣ）、１０３はスイッチング電源回路（ＰＳ）、１０４はチューナーや音声回路などを含むテレビ回路、１０５はバックライトインバータ、１０６は冷陰極管である。
【０００４】
この図３において、交流電源１０１から入力された所定の電圧は、力率改善回路１０２によってその力率が改善されて所定の電圧（例えば、４００Ｖ）まで昇圧され、スイッチング電源回路１０３に入力される。スイッチング電源回路１０３では、昇圧された電圧をテレビ回路駆動用の低電圧（例えば、１２Ｖ）まで降下させ、これをテレビ回路１０４およびバックライトインバータ１０５に入力する。
【０００５】
この場合、スイッチング電源回路１０３に内蔵された降圧用の電磁型トランスにより、その１次側と２次側を電気的に分離することで、その絶縁（耐電圧特性）を確保している。
【０００６】
バックライトインバータ１０５では、スイッチング電源回路１０３で降下された低電圧を、インバータを構成する電磁型のトランスで昇圧し、その後、圧電トランスで更に高電圧（例えば、１０００Ｖ）にして、この高電圧を冷陰極管１０６に印加して、冷陰極管１０６を点灯している。一方、テレビ回路１０４に入力された低電圧は、テレビ回路１０４内の各機器を駆動するための電源として使用される。
【０００７】
前記のような従来技術は、スイッチング電源回路１０３で、例えば１２Ｖの低電圧に降下させた後、１０００Ｖの高電圧まで昇圧させているので、約１００倍もの昇圧比が必要となる。しかし、単板の圧電トランスを単独で使用した場合には昇圧比が不足するため、昇圧用の電磁型トランスが要求され、効率が悪い問題があった。一方、積層の圧電トランスを使用した場合、単独で昇圧することはできるものの、圧電トランスとして構成が複雑で高価なものが必要となる欠点があった。
【０００８】
そこで、図４のように、力率改善回路１０２の出力電圧を、降圧用のスイッチング電源回路１０３を介することなく、直接バックライトインバータ１０５に入力することで効率の向上を図る回路が提案されている。この回路では、バックライトインバータ１０５には、力率改善回路１０２の出力電圧（例えば、４００Ｖ）が入力されることになるので、その昇圧比は２．５倍程度で済み、単板の圧電トランスの使用が可能になると共に従来必要とされていた電磁型トランスも不要となり、電磁型トランス及びスイッチング電源回路１０３での損失分が解消され、効率の向上が可能になる。
【０００９】
しかし、この回路では、力率改善回路１０２の出力電圧を直接バックライトインバータ１０５に入力しているため、インバータに設けられた圧電トランスの１次側と２次側を絶縁できないといった問題がある。すなわち、テレビ受像器やパソコンなどの電子機器においては、使用者の安全上の観点から電源と、これを降圧あるいは昇圧して使用される機器側とを絶縁することが原則であり、通常は、昇降圧用のトランスの１次側と２次側とで絶縁している。
【００１０】
この場合、図３に示す回路では、スイッチング電源回路１０３に内蔵された電磁型トランスにより１次側と２次側を電気的に分離することで絶縁することができたが、図４に示す回路では、バックライトインバータ１０５部分で電磁型トランスが不要となり、圧電トランスのみが使用されているため、耐電圧特性を確保することが難しい。
【００１１】
すなわち、図５に示すように、圧電トランス２０１は、電源２０２に接続された一対の１次電極２０１ａ，２０１ｂと冷陰極管２０３に接続された２次電極２０１ｃとを有する３端子の構造である。そのため、冷陰極管２０３のリターン端子２０３ａを圧電トランス２０１の一方の１次電極２０１ｂと共用することになり、圧電トランス２０１の１次側と２次側を絶縁することはできない。
【００１２】
これを改善するために、本出願人は、特許文献２として、図６に示す回路を提案した。この回路は、第１及び第２の圧電トランス２０１，２０４をその１次電極側で直列に接続すると共に、冷陰極管２０３のリターン端子を第２の圧電トランス２０４の２次電極２０４ｃに接続したものである。
【００１３】
この回路では、２次側端子のリターン端子が、１次側の端子と独立しているので、冷陰極管２０３の負荷電流が他のルートに漏洩しない限り、１次側と２次側の耐電圧特性を確保できる。この場合、圧電トランス２０１，２０４の出力は、冷陰極管２０３を電子機器のシャーシなどの２次接地に対して平衡電圧で駆動することになる。
【特許文献１】特開平１０−２００１７４号公報
【特許文献２】国際公開番号ＷＯ２００６／０８８１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、最近は、液晶テレビなどの大型化に伴い、冷陰極管２０３の大型化も進んでいる。前記図６の回路では、冷陰極管２０３をＵ字管としたり、平行に配置した２本の冷陰極管を直列接続することで、大型化にも対応可能である。
【００１５】
しかし、より大型化されたテレビ受像器などにおいては、図７のように、複数本の冷陰極管２０３，２０５を平行に配置すると共に、そのリターン端子を２次接地することも要求されている。その理由は、隣接冷陰極管と接続する場合はコネクタや端子台が必要になるが、シャーシであれば端末の処理だけで済む、冷陰極管の低圧側を強制的にＧＮＤ電位とすることで、その周囲の雑音レベルが低下するという要求があるからである。
【００１６】
この図７の回路では、圧電トランス２０１，２０４の出力は、冷陰極管２０３，２０５を２次接地に対して個別に駆動することになる。なお、Ｃ１２は、１次回路と２次回路間に接続されたコンデンサであり、電源回路のノイズ低減用に使用される。
【００１７】
確かに、前記図７の回路でも、２本の冷陰極管２０３，２０５が平衡電圧で駆動されている場合には、前記図６の回路と同様に圧電トランスの１次側と２次側の絶縁は確保される。しかしながら、これらの回路では、負荷電流に関する絶縁（耐電圧特性）は確保されていても、負荷の状態に応じて発生する漏洩電流（リーク電流）に関する絶縁機能については必ずしも十分とは言えない。この漏洩電流は、電子機器の安全規格上から一定値以内に抑える必要があり、その値を超えると感電のおそれがあるため、規格上も絶縁構造とみなされない。
【００１８】
すなわち、前記のように図７の回路では、圧電トランスの出力は、２本の冷陰極管を２次接地に対して個別に駆動することになるため、２本の冷陰極管のインピーダンスに差がある場合、各冷陰極管２０３，２０５の管電流（図中(a) (b) ）に差が生じて、その差分の電流が漏洩電流となる。
【００１９】
なお、複数の冷陰極管間のインピーダンスが異なるなどの理由としては、内部のガスの圧力の偏差や、水銀の量の偏差が考えられる。また、大型テレビでは、画面の位置（上、下）によって、温度が異なるため、冷陰極管も実装される位置で周囲温度が異なる。そして、冷陰極管は、温度特性を持つので、インピーダンスが異なる結果となる。
【００２０】
また、圧電トランスや冷陰極管とシャーシとの間の静電容量２０６，２０７に流れる電流（図中(c) (d) ）は、２つの圧電トランス２０１，２０４で位相が１８０°ずれているので原則的には漏洩電流とはならないが、２つの圧電トランス間でシャーシとの静電容量に偏差がある場合は前記(c) (d)の電流の大きさも異なるので、その偏差分の漏洩電流が流れる。
【００２１】
本発明は前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであって、その目的は、電源に接続された圧電トランスの２次端子に冷陰極管を接続すると共に、この冷陰極管の低圧側を接地した冷陰極管の駆動用の圧電トランス回路において、漏洩電流の低減を図り電源側と負荷側の絶縁を確保した圧電トランスの絶縁回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前記の目的を達成するために、本発明の圧電トランスの絶縁回路は、圧電トランスの第１及び第２の１次端子を交流電源に接続すると共に圧電トランスの２次端子を冷陰極管の高圧側に接続し、前記交流電源と圧電トランスの１次端子との間にバランス用のトランスを配置し、前記圧電トランスの１次側と２次側及び／または前記バランス用トランスの１次側と２次側との間で絶縁を確保すると共に、前記バランス用トランス部分に漏洩電流を打ち消す方向に電流を流す仮想電圧源を生成するインピーダンスを配置したことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の圧電トランスの絶縁回路における前記インピーダンスは、バランス用トランスの１次巻線と２次巻線の間に存在する抵抗（例えば、１次巻線と２次巻線間に存在する絶縁抵抗、１次巻線と２次巻線を接続するように配置された外付け抵抗、前記絶縁抵抗と外付け抵抗の合成抵抗）と、１次巻線と２次巻線の間に存在する結合容量との並列インピーダンスであることを特徴とする。
【００２４】
図１は、前記のような構成を有する本発明の絶縁回路における仮想電圧源を説明する図である。この図１において、Ｅ１は負荷駆動用の電圧源、Ｅ２は仮想電圧源で漏洩電流Ｉ３をＩ３＝０に近づけるものである。ＰＺＴ１，ＰＺＴ２は負荷駆動用電圧源Ｅ１に対して並列に配置された圧電トランス、Ｉ１及びＩ２は圧電トランスＰＺＴ１，ＰＺＴ２の出力電流、Ｖ１及びＶ２は圧電トランスＰＺＴ１，ＰＺＴ２の出力電圧である。
【００２５】
Ｚ１，Ｚ２は負荷の等価負荷インピーダンスで、この等価負荷インピーダンスＺ１，Ｚ２は、負荷の抵抗値ＲＬ１，ＲＬ２及び寄生容量ＣＬ１，ＣＬ２の合成（並列）インピーダンスで表され、Ｚ１＝ＲＬ１／／ＣＬ１，Ｚ２＝ＲＬ２／／ＣＬ２とする。
【００２６】
図１の回路構成において、圧電トランスＰＺＴ1，ＰＺＴ２の特性がそろっており、かつ、等価負荷インピーダンスＺ１、Ｚ２の値が等しく、Ｚ１＝Ｚ２である場合は、Ｅ２＝０の条件で漏洩電流Ｉ３＝０となる。この状態は、回路のバランスがとれている状態で、漏洩電流が流れることなく絶縁特性を満たす。
【００２７】
等価負荷インピーダンスＺ１，Ｚ２が互いに偏差を持ち値が異なるとき、若しくは、圧電トランスの昇圧比がＰＺＴ１とＰＺＴ２で異なり、回路のバランスが崩れているとき、又は、Ｚ１，Ｚ２，ＰＺＴ1，ＰＺＴ２いずれも偏差をもっている場合を想定する。このようなアンバランスな状態でも、仮想電圧源Ｅ２の値を所定の値にすることで、圧電トランスＰＺＴ１，ＰＺＴ２の出力電流がＩ１＝Ｉ２と平衡状態が実現でき、漏洩電流Ｉ３＝０とすることが可能である。
【００２８】
ところで、図１において、Ｅ２が存在することでＩ３＝０が実現していると仮定すると、下式が成立する。なお、すべての電圧は、１次ＧＮＤからの電圧値とする。
【数１】
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【００２９】
また、圧電トランスＰＺＴ１及びＰＺＴ２の昇圧比をｎ１及びｎ２とすると、圧電トランスの出力電圧Ｖ１，Ｖ２は下式となる。
【数２】
2008277411.tif 000004
【００３０】
従って、式２のＶ１，Ｖ２を式１に代入して、Ｅ２について解くと、仮想電圧源Ｅ２は次の通りとなる。
【数３】
2008277411.tif 000005
【００３１】
ここで、Ｖｃ＝０として、この電圧源Ｅ２を挿入することで、漏洩電流Ｉ３＝０を実現できる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、交流電源と圧電トランスとの間に仮想電圧源を配置することにより、圧電トランスの２次側を接地した場合であっても、シャーシなどの接地箇所に流れる漏洩電流をこの仮想電圧源からの電流によって打ち消すことにより、電源側と負荷側の絶縁を確保することができる。また、電源側と負荷側の耐電圧特性については、バランス用トランスあるいは圧電トランスによって確保することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（１）第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態を図２に従って具体的に説明する。図２において、符号１は交流電源、２，３はこれに並列に接続された２つの圧電トランスであって、この圧電トランスの１次側は接地されている。この交流電源１と圧電トランス２，３との間にバランス用トランス４が配置されている。また、前記複数の圧電トランス２，３の各２次端子にはそれぞれ冷陰極管５，６の高圧側が接続され、これら複数の冷陰極管５，６の低圧側が機器のシャーシなどに並列に２次接地されて、冷陰極管の駆動回路が構成されている。
【００３４】
より具体的には、前記バランス用トランス４は、交流電源１に接続された１次巻線４ａと圧電トランス２，３の１次側端子に接続された２次巻線４ｂとを備えている。このバランス用トランス４と並列に、その１次巻線４ａと２次巻線４ｂの端子間を接続するように外付け抵抗７が接続されている。
【００３５】
図２では、この外付け抵抗と、１次巻線４ａ及び２次巻線４ｂ間の絶縁抵抗の合成値をＲｔで示す。同様に、１次巻線４ａと２次巻線４ｂとの間に存在する結合容量をＣｔで示す。従って、このバランス用トランス４部分には、前記抵抗の合成値Ｒｔと結合容量Ｃｔに基づく並列インピーダンスＺｔ＝Ｒｔ／／Ｃｔが存在することになる。
【００３６】
なお、図２において、符号ＣＬ１，ＣＬ２は圧電トランス２，３の２次側と、接地箇所であるシャーシなどとの間に形成された静電容量、Ｃ１２は１次回路と２次回路間に接続されたノイズ低減用コンデンサである。
【００３７】
図２のような構成を有する第１実施形態において、バランス用トランス４部分に形成された並列インピーダンスＺｔの端子間電圧をＥ３とおくと、式３から次の式４が成り立つ。ただし、ノイズ低減用コンデンサＣ１２のインピーダンスをＺ１２とする。
【数４】
2008277411.tif 000006
【００３８】
ここで、Ｅ３＞＞Ｖｃとすると、式４は、下記の式５と書ける。
【数５】
2008277411.tif 000007
【００３９】
この式５から判るように、並列インピーダンスＺｔの端子間電圧Ｅ３は、漏洩電流Ｉ３によるＺｔの電圧降下分であるが、あたかも仮想電圧源Ｅ２として働くため、この仮想電圧源Ｅ２から漏洩電流Ｉ３を打ち消す電流Ｉ４が流れているような状態となる。従って、前記並列インピーダンスＺｔを大きくとることにより、出力電流Ｉ１およびＩ２の値がＩ１＝Ｉ２に近づき平衡する。すなわち、並列インピーダンスＺｔを大きくするための前記合成抵抗値Ｒｔを大きく取ることで、漏洩電流Ｉ３の値を抑圧することができる。
【００４０】
以上の通り、本実施形態によれば、バランス用トランス部分に設けられた抵抗値と結合容量に基づくインピーダンスＺｔに着目することで、１次側と２次側に流れる漏洩電流を効果的に打ち消して、絶縁を確保することが可能になる。特に、バランス用トランスに外付け抵抗を接続した場合には、供給の耐電圧は圧電トランスで確保できるため、バランス用トランスで耐圧を確保する必要がなくなる。
【００４１】
その結果、バランス用トランス自体を大型化することなく、並列インピーダンスＺｔを決定する抵抗値を簡単に大きくすることができ、装置自体の大型化を避けることができる。また、バランス用トランスとして、圧電トランスと交流電源との間に設ける昇圧用のトランスを兼用することができ、その場合には、部品点数の削減が可能となる利点もある。
【００４２】
（２）他の実施形態
本発明は前記のような実施形態に限定されるものではなく、次のような他の実施形態も包含する。
【００４３】
(1) 図２の実施形態では、バランス用トランスに外付け抵抗を設け、この外付け抵抗とバランス用トランスの絶縁抵抗との合成値に基づいて並列インピーダンスＺｔを決定したが、バランス用トランスの絶縁抵抗値が大きい場合には、外付け抵抗を設けることなく、絶縁抵抗のみでインピーダンスを決定することもできる。
【００４４】
この場合、バランス用トランスの絶縁抵抗を大きくする必要があり、トランスが大型化するが、その反面外付け抵抗が不要な利点がある。また、絶縁抵抗値の高い大型のトランスは、絶縁耐力も大きいことから、漏洩電流の阻止のみならず、１次側と２次側の絶縁耐力特性の向上にも寄与する。従って、圧電トランス部分での絶縁耐力特性を求めなくても、このバランス用トランスのみで、絶縁耐力特性の確保と漏洩電流の阻止とを同時に達成できる。
【００４５】
(2) 冷陰極管の低圧側を２次接地することなく、単に交流電源と圧電トランスの間に外付けトランスを設けた（あるいはトランス自体の絶縁抵抗が大きく外付けトランスを設ける必要のない）バランス用トランスを配置したもの。この場合、圧電トランスの２次側とシャーシなどとの間に発生する静電容量を流れる漏洩電流の遮断のみが可能である。
【００４６】
(3) 図２では、交流電源１に接続したバランス用トランス４に対して、複数の圧電トランス２，３を並列に接続したが、複数の圧電トランスをバランス用トランスの２次巻線に対して直列に接続した回路にも適用できる。
【００４７】
(4) 前記第１実施形態や(2) (3) の回路において、交流電源に接続する圧電トランスと冷陰極管の数を、４つ以上（偶数個）としたもの。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の仮想電圧源により漏洩電流が打ち消される原理を説明するブロック図。
【図２】本発明の第１実施形態を示すブロック図。
【図３】バックライトインバータをスイッチング電源回路に接続した従来のテレビ受像器などの構成を示すブロック図。
【図４】バックライトインバータを力率改善回路に接続したテレビ受像器などの構成を示すブロック図。
【図５】圧電トランス自体では絶縁構造を確保できない理由を示す回路図。
【図６】２つの圧電トランスと１本の冷陰極管を接続して絶縁を確保したバックライトインバータの回路図。
【図７】２つの圧電トランスと２本の冷陰極管を接続して、二次設置した場合に絶縁を確保できない理由を示すバックライトインバータの回路図。
【符号の説明】
【００４９】
１，Ｅ１…交流電源
Ｅ２…仮想電圧源
２，３，ＰＺＴ，ＰＺＴ２…圧電トランス
４…バランス用トランス
５，６，ＲＬ１，ＲＬ２…冷陰極管
ＣＬ１，ＣＬ２，Ｃ１２…静電容量
Ｉ１…圧電トランス３を流れる電流
Ｉ２…圧電トランス４を流れる電流
Ｉ３…漏洩電流
Ｉ４…仮想電圧源により流れる電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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