(57)【要約】【課題】回路を複雑にすることなく圧電トランスの共振周波数の変動に対応する圧電トランス駆動回路を提供する。【解決手段】圧電トランス１２と、スイッチング回路１４と、制御回路１６とを備え、制御回路１６は、少なくとも第１時間（Ｔ１）に亘り、固定または可変の第２時間（Ｔ２（＜Ｔ１））で圧電トランスの共振周波数を含む周波数範囲でスイッチング駆動信号の周波数を変化させる掃引を連続的に繰り返す。【選択図】図６
2013132140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料からなり、一次側電極と、一次側電極に印加された電圧が昇圧された電圧を出力する二次側電極とを備えた圧電トランスと、
スイッチング素子を有し、圧電トランスの一次側電極に、スイッチングされた電圧を印加するスイッチング回路と、
スイッチング素子のスイッチング駆動信号を出力する制御回路と、
を備えた圧電トランス駆動装置において、
前記制御回路は、少なくとも第１時間（Ｔ１）に亘り、固定または可変の第２時間（Ｔ２（＜Ｔ１））で圧電トランスの共振周波数を含む周波数範囲でスイッチング駆動信号の周波数を変化させる掃引を連続的に繰り返すことを特徴とする圧電トランス駆動装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記周波数の掃引を、第３時間（Ｔ３（＜Ｔ２））毎に周波数を所定周波数量変化させることで行い、時間的に離散的に変化する周波数のスイッチング駆動信号を出力することを特徴とする請求項１記載の圧電トランス駆動装置。
【請求項３】
前記制御回路は、掃引毎に前回の掃引で出力された所定周波数量だけ異なる２つの周波数の間の周波数を出力するように、周波数をインターリーブさせることを特徴とする請求項２記載の圧電トランス駆動装置。
【請求項４】
周波数によって対応する前記第３時間を異ならしめることを特徴とする請求項２または３記載の圧電トランス駆動装置。
【請求項５】
前記第３時間を変化させる周波数を設定可能であることを特徴とする請求項４記載の圧電トランス駆動装置。
【請求項６】
前記圧電トランスの出力変化によってもたらされる事象の程度を検出する検出器を備え、前記制御回路は、前記検出器によって得られる事象の程度と周波数との関係に基づき、周波数に応じて前記第３時間及び所定の周波数範囲の少なくとも一つを変化させることを特徴とする請求項４記載の圧電トランス駆動装置。
【請求項７】
前記圧電トランスの二次側電極側にｎ倍電圧整流回路（ｎ≧２）を設け、ｎ倍電圧整流回路からマイナス側にｎ倍された負極性高電圧を出力することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧電トランス駆動装置。
【請求項８】
前記圧電トランスの一次側電極側に、圧電トランスの容量との間で直列共振回路を構成するコイルを設けることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧電トランス駆動装置。
【請求項９】
前記コイルと直列に且つ圧電トランスの一次側電極対と並列に容量が設けられており、その容量をＣ1とし、コイルのインダクタンスＬ1とし、圧電トランスの容量をＣ2とし、負荷抵抗をＲLとしたときに、
【数１】
2013132140.tif 000006
を満足させるように、容量Ｃ1とコイルのインダクタンスＬ1とが設定されることを特徴とする請求項８記載の圧電トランス駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電トランスの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ランプ用点灯装置、イオン発生器等において、電圧を昇圧させるために圧電トランスが用いられている。
【０００３】
圧電トランスは、巻線トランスに比較して軽量化、小型化、薄型化、効率の点で優れていることから、近年、様々な用途に利用されてきている。しかしながら、圧電トランスには、温度、湿度等の環境変化や、負荷の変動、自己発熱によって、共振周波数が変化して出力電圧の低下が発生するという問題がある。
【０００４】
そのため、圧電トランスの共振周波数よりも高い周波数から掃引を行い、その後は、圧電トランスの出力を帰還抵抗で検出し、この出力が設定値になるところで掃引を停止し、その後は、出力が一定になるように駆動周波数を変化させて、共振周波数の追尾を行うフィードバック制御が一般的に行われている。
【０００５】
例えば、特許文献１では、駆動信号を圧電トランスにより昇圧して、負荷電極からコロナ放電させるようにしたイオン発生装置において、負荷電極の一側に接続した検出抵抗により負荷電極の電圧を検出し、この検出電圧によって、駆動信号の周波数を、共振周波数の変動に追随させながら発振を持続させる自励式回路を提案している。
【０００６】
また、特許文献２では、放電ランプの点灯装置に使用する圧電トランスを駆動する高周波回路において、圧電トランスの１次側を高周波回路の一部として作用させた自励発振方式を提案している。
【０００７】
また、特許文献３では、バックライト用インバータにおいて、圧電トランスの出力電圧を検出する電圧検出部と、制御部とを備え、周波数を増減せずに、デューティを増減することで、圧電トランスの出力電圧を一定範囲内の値に制御することを提案している。
【０００８】
また、特許文献４では、圧電トランスに、圧電トランスの固有共振周波数に相当する周波数の交流電圧を出力する検出電極を設け、デジタルシグナルプロセッサが検出電極からの出力される検出電圧の周波数を算出して、出力する駆動信号が算出した周波数に近づくように駆動信号を制御することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−８５１９１号公報
【特許文献２】特開平７−２４５９６７号公報
【特許文献３】特開２０１０−９４０００号公報
【特許文献４】特開２０１０−１１６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記のような従来の装置では、圧電トランスからの何らかの信号をフィードバックしてそのフィードバック信号に周波数またはデューティを調整するための回路を必要としており、回路が複雑化、大型化するという問題がある。
【００１１】
本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、回路を簡素化すると共に、圧電トランスの共振周波数の変動に対応する圧電トランス駆動回路を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、圧電材料からなり、一次側電極と、一次側電極に印加された電圧が昇圧された電圧を出力する二次側電極とを備えた圧電トランスと、
スイッチング素子を有し、圧電トランスの一次側電極に、スイッチングされた電圧を印加するスイッチング回路と、
スイッチング素子のスイッチング駆動信号を出力する制御回路と、
を備えた圧電トランス駆動装置において、
前記制御回路は、少なくとも第１時間（Ｔ１）に亘り、固定または可変の第２時間（Ｔ２（＜Ｔ１））で圧電トランスの共振周波数を含む周波数範囲でスイッチング駆動信号の周波数を変化させる掃引を連続的に繰り返すことを特徴とする。
【００１３】
なお、第２時間のみならず、第１時間は固定または可変の時間とすることができ、第２時間よりも大きいという条件で任意の時間とすることができる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制御回路は、前記周波数の掃引を、第３時間（Ｔ３（＜Ｔ２））毎に周波数を所定周波数量変化させることで行い、時間的に離散的に変化する周波数のスイッチング駆動信号を出力することを特徴とする。
【００１５】
ここで、第３時間も固定または可変の時間とすることができる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記制御回路は、掃引毎に前回の掃引で出力された所定周波数量だけ異なる２つの周波数の間の周波数を出力するように、周波数をインターリーブさせることを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の発明において、周波数によって対応する前記第３時間を異ならしめることを特徴とする。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記第３時間を変化させる周波数を設定可能であることを特徴とする。
【００１９】
請求項６記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記圧電トランスの出力変化によってもたらされる事象の程度を検出する検出器を備え、前記制御回路は、前記検出器によって得られる事象の程度と周波数との関係に基づき、周波数に応じて前記第３時間及び所定の周波数範囲の少なくとも一つを変化させることを特徴とする。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の発明において、前記圧電トランスの二次側電極側にｎ倍電圧整流回路（ｎ≧２）を設け、ｎ倍電圧整流回路からマイナス側にｎ倍された負極性高電圧を出力することを特徴とする。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の発明において、前記圧電トランスの一次側電極側に、圧電トランスの容量との間で直列共振回路を構成するコイルを設けることを特徴とする。
【００２２】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明において、前記コイルと直列に且つ圧電トランスの一次側電極対と並列に容量が設けられており、その容量をＣ1とし、コイルのインダクタンスＬ1とし、圧電トランスの容量をＣ2とし、負荷抵抗をＲLとしたときに、
【００２３】
【数１】
2013132140.tif 000003
を満足させるように、容量Ｃ1とコイルのインダクタンスＬ1とが設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、圧電トランスの共振周波数を含む周波数範囲でスイッチング駆動信号の周波数を変化させる掃引を連続的に繰り返すようにしているために、基本的には、１回の掃引毎に圧電トランスの共振周波数に合致させることができ、圧電トランスを共振周波数で動作させることができるようになり、昇圧された電圧を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態による圧電トランス駆動装置を表す回路図である。
【図２】圧電トランスの斜視図である。
【図３】圧電トランスの周波数特性を表す図である。
【図４Ａ】制御回路のブロック図である。
【図４Ｂ】制御回路のデジタルスイープ回路のブロック図である。
【図４Ｃ】デジタルスイープ回路の一部のブロック図である。
【図５】駆動スイッチング信号の掃引波形を表すグラフである。
【図６】図５の掃引の説明図である。
【図７】掃引途中で周波数の変化率を変えた場合の駆動スイッチング信号の掃引波形を表すグラフである。
【図８】図７の掃引の説明図である。
【図９】本発明の第２実施形態によるデジタルスイープ回路のブロック図である。
【図１０】インターリーブ制御回路のブロック図とそのタイミングチャートである。
【図１１】第２実施形態による駆動スイッチング信号の掃引波形を表すグラフである。
【図１２】図１１の掃引の説明図である。
【図１３】本発明の第３実施形態による圧電トランス駆動装置を表す回路図である。
【図１４】第３実施形態によるデジタルスイープ回路のブロック図である。
【図１５】第３実施形態による駆動スイッチング信号の掃引波形を表すグラフである。
【図１６】図１５の掃引の説明図である。
【図１７】本発明の第４実施形態による圧電トランス駆動装置を表す回路図である。
【図１８】第４実施形態による駆動スイッチング信号の掃引波形を表すグラフである。
【図１９】本発明の第５実施形態による圧電トランス駆動装置を表す回路図である。
【図２０】本発明の第５実施形態による圧電トランス駆動装置の一部の等価回路図である。
【図２１】本発明の圧電トランス駆動装置をプラズマランプ用イグナイタとして使用した例を表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による圧電トランス駆動装置を表す図である。
【００２８】
圧電トランス駆動装置１０は、主として、圧電トランス１２と、スイッチング回路１４と、制御回路１６と、を備える。
【００２９】
圧電トランス１２は、図２に示すように、厚み方向に分極方向を持つ一次側と長さ方向に分極方向を持つ二次側とを有する圧電材料１２２からなり、一次側に設けられた一次側電極対１２４と、二次側に設けられた二次側電極１２６とを備える。一次側電極対１２４から一次側に与えられた電気エネルギーを逆圧電効果によって機械的に弾性エネルギーに変換し、弾性エネルギーを二次側の圧電効果によって、二次側電極１２６から高圧の電気エネルギーを得ることができる。二次側電極１２６には、負荷２０が接続される。
【００３０】
この圧電トランス１２の共振周波数は、圧電材料の弾性波伝播速度と圧電トランス１２の寸法で決まるが、温度、湿度等の環境変動、自己発熱によって変化する。また、負荷が変動しても共振周波数が変化し、図３に示すように、無負荷状態から負荷状態になると、昇圧比が小さくなる。
【００３１】
スイッチング回路１４は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子１４２を備える。この例では、４つのスイッチング素子１４２ａ〜ｄからなるフルブリッジ回路が構成される。
【００３２】
制御回路１６からのスイッチング駆動信号によって、４つのスイッチング素子１４２ａ〜ｄのうち、１４２ａ及び１４２ｂと、１４２ｄ及び１４２ｃとが交互に開閉するようになっており、このスイッチング動作により直流電源１８からの直流信号を正負に交互に変化する信号に変換する。
【００３３】
この信号は、スイッチング回路１４と圧電トランス１２との間に接続されたチョークコイル２２を介して圧電トランス１２の一次側電極１２４に印加される。チョークコイル２２は、圧電トランス１２の入力容量と共に直列共振回路を構成することで、正弦波とし入力波形の高周波成分の低減を図ることができる。
【００３４】
制御回路１６は、ＣＰＵまたはＣＰＵとＣＰＬＤといったロジック回路との組み合わせ、ＥＥＰＲＯＭといった不揮発性メモリ、ＲＴＣ及び／または発振器１６２を含むことができ、デジタル制御を行うものとすることができ、共振周波数を含む周波数範囲の掃引を連続的に繰り返すスイッチング駆動信号を出力する。
【００３５】
図４は、制御回路１６の一例を表すブロック図である。
【００３６】
制御回路１６は、第１時間Ｔ１の計時を行う第１時間タイマ回路１７０と、第２時間Ｔ２の計時を行う第２時間タイマ回路１７２と、デジタル掃引を行うデジタルスイープ回路１７４と、デジタルスイープ回路１７４からの出力を制御する出力制御回路１７６と、を備える。発振器１６２からのクロック信号に基づき、第１時間タイマ回路１７０は第１周期Ｔ１でオンオフを繰り返す第１周期信号を生成し、第２時間タイマ回路１７２は第１時間タイマ回路１７０と同期して第２周期Ｔ２（＜Ｔ１）でオンオフを繰り返す第２周期信号を生成し、これらの信号はデジタルスイープ回路１７４に入力される。
【００３７】
デジタルスイープ回路１７４は、第１バイナリカウンタ１８０と、マルチプレクサ１８２と、デコーダ１８４と、第２バイナリカウンタ１８６と、第３時間タイマ回路１８８と、レジスタ１９０と、コンパレータ１９２と、フリップフロップ１９４とを備え、第１時間タイマ回路１７０からの第１周期信号によって動作と非動作を繰り返す。
【００３８】
第１バイナリカウンタ１８０は、発振器１６２からのクロック信号に基づき計数を行うもので、第２時間タイマ回路１７２からの第２周期信号をトリガとして計数を開始する。
【００３９】
第３時間タイマ回路１８８は、発振器１６２からのクロック信号に基づき、第３周期Ｔ３（＜Ｔ２＜Ｔ１）でオンオフを繰り返す第３周期信号を生成する。第３時間タイマ回路１８８からの第３周期信号は、第２バイナリカウンタ１８６によって、「周波数変更数」として計数される。
【００４０】
第２バイナリカウンタ１８６の出力は、デコーダ１８４でデコードされてマルチプレクサ１８２に入力される。マルチプレクサ１８２は、デコーダ１８４によってデコードされた第２バイナリカウンタ１８６の各周波数変更数にそれぞれ対応する計数値が第１バイナリカウンタ１８０から出力されると、信号を出力するようになっている（図４Ｃ参照）。これにより、周波数変更数に対応した時間間隔の信号が出されるために、周波数変更数に応じた周波数の信号が出されることになり、周波数を変化させることができる。マルチプレクサ１８２の出力は、フリップフロップ１９４を通してスイッチング駆動信号となると共に、第１バイナリカウンタ１８０及び第２バイナリカウンタ１８６のリセット信号となる。
【００４１】
また、第２バイナリカウンタ１８６は、決められた所定回数計数すると、計数を停止すると共に、第２時間タイマ回路１７２からの第２周期信号によってリセットされる。
【００４２】
こうして、得られたスイッチング駆動信号は、周波数変更数が変化する毎、即ち第３周期Ｔ３で、所定周波数Δｆ分だけ減少された信号を出力し、前記第２周期信号の第２周期Ｔ２を掃引時間とし、掃引を繰り返し、前記第１周期信号の第１周期Ｔ１で掃引の休止と繰り返しを交互に繰り返す。掃引は、圧電トランスの不安定領域での破壊を避けるために、高い周波数から低い周波数へと変化するように行うとよい。
【００４３】
第３時間Ｔ３を、掃引の途中から変化させたい場合には、コンパレータ１９２に変更するべき周波数に対応する周波数変更数が設定値として入力される。この周波数変更数は、コンパレータ１９２により第２バイナリカウンタ１８６の計数値と比較されて、第２バイナリカウンタ１８６の計数値が設定値と一致するとレジスタ１９０が書き換えられて、第３時間タイマ回路１８８から出力される第３周期信号の第３周期Ｔ３を変更することができる。
【００４４】
以上のように構成される圧電トランス駆動回路１０においては、制御回路１６によって、図５及び図６に示す周波数を持つ駆動スイッチング信号が出力される。この例では、約７０ｋＨｚの共振周波数を持つ圧電トランス１２に対して、７０ｋＨｚを中心として±１０ｋＨｚの８０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの周波数範囲で、第３時間Ｔ３で５００Ｈｚずつ変化（減少）させている。第３時間Ｔ３＝２ｍｓとすると、１回の掃引は、２ｍｓ×４０＝８０ｍｓとなる。よって、第２バイナリカウンタ１８６で計数する周波数変更数の最大値を４０程度迄とするとよく、第２周期Ｔ２を８０ｍｓ程度とするとよい。図６に示した例では、Ｔ２＝８０ｍｓで８０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの周波数範囲に亘り掃引を行っており、Ｔ１＝２ｓで掃引と休止を繰り返しており、掃引波形は図５に示したように、近似的に直線的になる。
【００４５】
また、掃引途中で、第３時間Ｔ３を２ｍｓから４ｍｓに変化させると、図７及び図８に示すように、掃引波形が変わり、折線となる。この変更点は、共振周波数の近傍とするとよく、好ましくは、共振周波数となる手前で第３時間をより長い時間Ｔ３’にするように設定すると、共振となる時間が長くなり、出力の高い状態をより長く維持することができる。
【００４６】
以上のように、圧電トランス１２の共振周波数を含む周波数範囲でスイッチング駆動信号の周波数を変化させる掃引を連続的に繰り返すようにしているために、基本的には、１回の掃引毎に圧電トランス１２の共振周波数にほぼ合致させることができ、圧電トランス１２を共振周波数で動作させることができるようになり、昇圧された電圧を使用することができる。
【００４７】
また、以上のようにデジタル掃引とすることで、簡単な構成で掃引を行うことができると共に、その掃引波形の変更、各種時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の変更を簡単に実行することができる。
【００４８】
圧電トランス１２は、連続動作することで、圧電トランス１２またはコイルの発熱が発生し、それが共振周波数のさらなる変動を引き起こす要因となるが、第１周期Ｔ１及び第２周期Ｔ２の時間を適当に選択することにより、かかる発熱を抑えることができるようになる。また、フィードバックを行っていないために、消費電力も節約することができる。
【００４９】
（第２実施形態）
次に、図９は、本発明の第２実施形態による圧電トランス駆動装置のデジタルスイープ回路を表す図である。
【００５０】
デジタル掃引では、周波数が離散的に変化するので、共振周波数に必ずしも一致せずに、その近傍の掃引になる可能性がある。周波数の変化量Δｆを小さくすれば、共振周波数に一致する可能性が高くなるが、回路が大型化するという問題がある。即ち、単純に周波数の変化量Δｆを１／２にすると、前記周波数変更数が２倍になるために、デコーダ及びマルチプレクサ等の構成素子がほぼ２倍必要になり、回路が大型化し、高コストになる。
【００５１】
そのため、第２実施形態では、掃引毎に周波数をずらすインターリーブ方式とし、１回の掃引当りの周波数変更数の最大数は第１実施形態の場合と同じにしつつ、実質的に周波数変更数の最大数を２倍にするものであり、デジタルスイープ回路１７４はインターリーブ制御回路２００を備える。
【００５２】
インターリーブ制御回路２００は、マルチプレクサ１８２からの出力をクロック信号に対して、１８０度位相がずれたタイミングの信号を出力するものであり、具体的には、図１０に示すようなインバータ２０２、フリップフロップ２０４、２０６、ＯＲ回路２０８、掃引毎にフリップフロップ２０４、２０６からの出力を交互に切り替えるスイッチ２１０から構成することができる。図中丸印のタイミングでリセット信号がかかる。
【００５３】
第１実施形態における周波数に対して、マルチプレクサ１８２からの出力を１８０度位相がずらして信号を出力することで、周波数の変化量をΔｆ／２となる信号を出力することができ、実質的に周波数変更数を第１実施形態の２倍（図示例で４０個→８０個）にすることができる（図１１、図１２参照）。
【００５４】
(第３実施形態)
図１３は、本発明の第３実施形態による圧電トランス駆動装置を表す図である。
【００５５】
この実施形態による圧電トランス駆動装置１０は、第２実施形態に加えて、検出器２４と、Ａ／Ｄ変換器３０とを備える。検出器２４は、負荷２０によって引き起こられる事象の程度を電圧に変換して検出するものであり、例えば、圧電トランス１２の漏れ磁束を検出するピックアップセンサ等によって構成される。この検出器２４からの電圧検出信号は、Ａ／Ｄ変換器３０で変換されて検出値となり、制御回路１６のデジタルスイープ回路１７４に入力される。デジタルスイープ回路１７４は、図１４に示すように、最大値検出回路２２０を備えている。
【００５６】
制御回路１６は、探索モードと掃引モードとを持つことができる。探索モードでは、Ａ／Ｄ変換器３０からの検出値のうちで、最大値検出回路２２０が隣接する３つの周波数変更数において検出値が最大値となる周波数変更数を順次、探索し、全体の中で検出値が最大値となる周波数変更数を含み前後に隣接する合計３つの周波数変更数を特定して設定値として記憶する。
【００５７】
掃引モードでは、記憶された周波数変更数が、コンパレータ１９２により第２バイナリカウンタ１８６の計数値と比較されて、第２バイナリカウンタ１８６の計数値が設定値と一致するとレジスタ１９０が書き換えられて、第３時間タイマ回路１８８から出力される第３周期信号の第３周期をより長い時間Ｔ３’に変更する。
【００５８】
これによって、共振周波数の近傍で長い時間、圧電トランスを駆動させることができるため、圧電トランス１２の出力をより大きくすることができる。
【００５９】
探索モードは、定期的に起動されるとよく、これによって、共振周波数の時間変化に対応して、長い時間とする周波数変更数を更新して、共振周波数に追尾させるようにするとよい。
【００６０】
この実施形態では、検出器２４からのフィードバック信号を得ているものの、掃引は連続的に繰り返すために、消費電力も少なくてすみ、圧電トランス１２やコイル等の発熱を抑えることができる。
【００６１】
（第４実施形態）
次に、図１７は本発明の第４実施形態による圧電トランス駆動装置を表す図である。第１実施形態と同一・同様の部材・部品は同一の符号を付しその詳細説明を省略する。この例では、制御回路３６は、アナログ回路で構成され、第１時間タイマ回路３７０と、第２時間タイマ回路３７２と、積分器３７４と、可変周波数発振器３７６とを備える。発振器１６２からのクロック信号に基づき、第１時間タイマ回路３７０は第１周期Ｔ１でオンオフを繰り返す信号を生成し、第２時間タイマ回路３７２は第２周期Ｔ２（＜Ｔ１）でオンオフを繰り返す信号を生成し、積分器３７４は、第２周期Ｔ２毎に積分を行い、その積分電圧が可変周波数発振器３７６に供給されることで、周波数の掃引が行われる。
【００６２】
この実施形態においては、図１８に示すように、連続的に周波数が変化するために、各掃引で共振周波数を必ず通過することができるために、掃引毎に昇圧された電圧を得ることができる。
【００６３】
（第５実施形態）
次に、図１９は本発明の第５実施形態による圧電トランス駆動装置を表す図である。圧電トランス１２の二次側電極１２６に、ダイオード４０２、４０２及びコンデンサ４０４，４０４からなる倍圧整流回路４０を接続しており、倍圧整流回路４０によって、負荷２０には負極性高電圧が印加される。
【００６４】
これによって、不要輻射を減少させることができる。また、圧電トランス１２の出力インピーダンスが高く、負荷２０までの配線途中に金属などがあった場合に、倍圧整流回路４０よりインピーダンスの変化が緩和され、そのコンデンサによりインピーダンスが下がり、途中の金属への放電を防ぐことができる。
【００６５】
尚、倍圧整流回路は、２倍以上のｎ倍圧整流回路とすることができる。
【００６６】
（第６実施形態）
図２０は、本発明の第６実施形態による圧電トランス駆動装置の一部の等価回路図である。
【００６７】
スイッチング回路１４側からすると、貫流電流を避けるためには誘導性負荷であることが望ましいが、負荷が非常に大きい場合、高電圧を得るためには容量性であることが望ましい。図２０に示した回路において、インダクタンスＬ1のコイル２２と直列に且つ圧電トランス１２の一次側電極対１２４と並列に設けられた容量をＣ1とし、圧電トランス１２の容量をＣ2とし、負荷抵抗をＲLとし、ωを角周波数とすると、これらのインピーダンスは、
【００６８】
【数２】
2013132140.tif 000004
となるから、容量性にするために、
【００６９】
【数３】
2013132140.tif 000005
を満足させるように、容量Ｃ1とコイル２２のインダクタンスＬ1とを定めるとよい。Ｑが高く負荷抵抗が高いと圧電トランス１２が破壊しやすいので、Ｑを低くして、ＬＣ直列共振回路における共振周波数よりも周波数がやや低い状態で掃引を行うようにして、圧電トランス１２の破壊を防止する。そして、容量性リアクタンス状態で圧電トランス１２を駆動することで、容量両端の電圧を高め、圧電トランス１２の出力電圧を上げることができる。容量Ｃ1を設けることでコイル２２のサイズを小さくすることができる。
【００７０】
（応用例）
図２１は、本発明の圧電トランス駆動装置をプラズマランプ用イグナイタとして使用した例であり、ランプ駆動回路５０の中に組み込まれており、制御回路１６は、ランプ駆動回路の制御回路も兼ねている。
【００７１】
プラズマランプ５２は、発光物質が封入された放電容器５４内に第１アンテナ部材５６の一端部と第２アンテナ部材５８の一端部とを互いに離反させて突出させており、第１アンテナ部材５６にマイクロ波を供給して、第１アンテナ部材５６の突出端からマイクロ波を放出して放電容器５４内の発光物質を励起させて発光させるものである。また、放電容器５４の背後には金属レフレクタ６０が設けられている。
【００７２】
図２１において、ランプ駆動回路５０は、発振器及び減衰器等を含むマイクロ波発振回路５０２と、増幅回路５０４と、カプラー５０６と、サーキュレータ５０８と、ランプの点灯の有無によるインピーダンスの変化によって発生するマイクロ波の反射の変化を検出してランプ点灯監視信号を出力する検出器５１０と、温度を検出する温度センサ５１２等を備える。
【００７３】
このプラズマランプ５２を点灯させるために、第２アンテナ部材５８の他端部に間隔をおいて、前記圧電トランス駆動装置１０の出力端に設けた針状電極２１を配し、針状電極２１からコロナ放電を誘発する。この放電は、第２アンテナ部材５８を介して放電容器５４内部の絶縁破壊を発生させて、ランプを点灯させる。
【００７４】
圧電トランス駆動装置１０は、ランプの点灯指令に基づき動作を開始し、検出器５１０によるランプ点灯監視信号から判断されるランプ点灯に基づき動作を停止する。そして、動作開始から動作停止までの間、第２周期Ｔ２の周波数の掃引を、第１周期Ｔ１に亘り連続して行う。この連続的な掃引により、各掃引において、いずれかの周波数で共振して昇圧した電圧が出力されるので、そのタイミングでコロナ放電が起これば、ランプの点灯を行うことができる。ランプが点灯されれば、イグナイタは不要となるので、制御回路からのスイッチング駆動信号は停止される。このようにイグナイタにおいては、瞬間的なコロナ放電が発生されればよく、連続的な高圧出力は不要であるので、本発明による圧電トランス駆動装置１０は好適である。
【００７５】
また、特に、掃引の折れ線を共振周波数近傍で変化させ（第１実施形態）、または、検出器２４を適宜設けてその最大値を検出することで（第２実施形態）、共振周波数近傍での第３時間Ｔ３を長くすることで、放電時間を長くして、より点灯を確実にすることができる。また、第３時間Ｔ３を調節することで、針状電極２１の近傍の電界強度を制御することができる。
【００７６】
この図２１の例では、２つのプラズマランプ５２が設けられており、これらの電力を異ならせると共に、これに応じて異なる共振周波数を有する圧電トランス１２も設けることができ、スイッチ１３で切り替えて使用することができる。このような共振周波数が異なる場合も、デジタルスイープ回路１７４を切り替えることによって簡単に掃引する周波数範囲を変更することができる。
【００７７】
また、この図２１の例では、第５実施形態で示した倍電圧整流回路４０を設けて負極性高電圧を針状電極２１に印加するようにしたため、不要輻射を減少させて、途中の経路における放電などを防ぐことができる。例えば、この場合、針状電極２１をランプ５２の第２アンテナ部材５８の他端近傍に配するためには、配線を金属レフレクタ６０の近傍に配するかまたは金属レフレクタ６０に設けた孔に通す必要があり、本来、負荷インピーダンスが高いために、金属レフレクタ６０との間での放電が発生して、先端の針状電極２１に高電圧を印加させることができないことが考えられるが、そのような放電を防ぐことができる。
【００７８】
また、倍電圧整流回路４０によって、圧電トランス１２の出力電圧が下がっても、その電圧低下を補償することができる。
【００７９】
また、配線を長くすることができるので、ランプの近傍に圧電トランス１２及び倍電圧整流回路４０を配することも可能であり、配線はランプ駆動回路５０の同軸ケーブル内に収めることも可能になる。
【００８０】
尚、本発明は、このようなランプ用イグナイタとしての応用以外にイオン発生器、内燃機関のマクロ波点火装置用イグナイタとして応用することも可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１０  圧電トランス駆動装置
１２  圧電トランス
１２２  圧電材料
１２４  一次側電極
１２６  二次側電極
１４  スイッチング回路
１４２ａ〜１４２ｄ  スイッチング素子
１６  制御回路
２２  チョークコイル
Ｔ１  第１時間
Ｔ２  第２時間
Ｔ３  第３時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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