(57)【要約】〔課題〕  圧電トランスの１次側及び、２次側を絶縁することができる圧電トランスの駆動回路を提供すること。〔解決手段〕  冷陰極管１２に所定の電圧を出力する圧電トランス１１と、圧電トランス１１を駆動させる電圧Ｖを供給する駆動部５０と、駆動部５０を制御する周波数制御部５１と、周波数制御部５１に検出信号を送信する位相検出部５２と、を備える圧電トランスの駆動回路において、２個の圧電トランス１１の１次側を直列接続し、１組の圧電トランスペアを構成し、駆動部５０に３組の上記圧電トランスペアを並列に接続し、偶数個となる圧電トランス１１と同じ数の冷陰極管１２の片端を圧電トランス１１の２次側に接続し、冷陰極管１２の片端の対向端電極１４を２組に分けて、各組ごとに全て相互接続されたので、上記の圧電トランスペアから出力された出力電流は互いに打ち消し合い、接地する必要が無くなる。よって、圧電トランス１１の１次側と２次側を絶縁するとこができる。〔選択図〕      図３【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に所定の電圧を出力する圧電トランスと、
該圧電トランスを駆動させる電圧を供給する駆動部と、
該駆動部を制御する周波数制御部と、
該周波数制御部に検出信号を送信する電流検出部と、
を備える圧電トランスの駆動回路において、
２個の前記圧電トランスの１次側を直列接続し、１組の圧電トランスペアを構成し、
前記駆動部に１組以上の前記トランスペアを並列に接続し、
偶数個となる前記圧電トランスと同じ数の前記負荷の片端を前記圧電トランスの２次側に接続し、前記負荷の前記片端の対向端を２組に分けて、各組ごとに全て相互接続したことを特徴とする圧電トランスの駆動回路。
【請求項２】
前記１組の前記圧電トランスペアを構成する２個の圧電トランスの出力電圧の位相差は１８０度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駆動回路。
【請求項３】
前記電流検出部は、前記負荷の前記対向端における電流を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電トランスの駆動回路。
【請求項４】
前記電流検出部は、前記負荷電流の位相差を検出する位相検出部であることを特徴とする請求項３に記載の圧電トランスの駆動回路。
【請求項５】
負荷に所定の電圧を出力する圧電トランスと、
該圧電トランスを駆動させる電圧を供給する駆動部と、
該駆動部を制御する周波数制御部と、
該周波数制御部に検出信号を送信する電流検出部と、
を備える圧電トランスの駆動回路において、
２個の前記圧電トランスの１次側を並列接続し、１組の圧電トランスペアを構成し、
前記駆動部に１組以上の前記トランスペアを並列に接続し、
偶数個となる前記圧電トランスと同じ数の前記負荷の片端を前記圧電トランスの２次側に接続し、前記負荷の前記片端の対向端を２組に分けて、各組ごとに全て相互接続し、
前記電流検出部は、前記負荷電流の位相差を検出する位相検出部であることを特徴とする圧電トランスの駆動回路。
【請求項６】
Ｕ字状の冷陰極管に所定の電圧を出力する圧電トランスと、
該圧電トランスを駆動させる電圧を供給する駆動部と、
該駆動部を制御する周波数制御部と、
該周波数制御部に検出信号を送信する電流検出部と、
を備える圧電トランスの駆動回路において、
前記駆動部と２個の前記圧電トランスとを直列接続し、
前記２個の前記圧電トランスと前記Ｕ字状の冷陰極管とを直列接続し、
前記電流検出部は、前記冷陰極管の電極における負荷電圧の位相を検出することを特徴とする圧電トランスの駆動回路。  
【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、携帯電話等の高圧発生装置に使用される圧電トランスの駆動回路について、圧電トランスの１次側と２次側を絶縁すると共に、負荷電流の位相差を検出して負荷のばらつきを圧縮し、各負荷に流れる電流差を少なく制御することができる圧電トランスの駆動回路に関する。
【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ようにしたものである。圧電トランスの特徴は、電磁型トランスに比べて圧電振動子のエネルギー密度が高い点にある。そのため、小型化が可能であるので、冷陰極管（ＣＣＦＬ）点灯用、液晶バックライト点灯用、小型高電圧電源用などに使われている。また、液晶バックライトとして冷陰極管（ＣＣＦＬ）を用い、この冷陰極管（ＣＣＦＬ）の点灯用として圧電トランスを用いる技術が知られている（特許文献１）。
上記の技術を使用した装置として液晶ＴＶ用圧電インバータがある。液晶ＴＶ用圧電インバータは、液晶ＴＶのバックライト用光源に使用される冷陰極管（ＣＣＦＬ）を点灯させる点灯装置として使用されている。図１は、従来の液晶ＴＶの回路構成を示すブロック図及び、電圧レベルの推移状況を示す図である。図１には、ＡＣ（交流電源）１００、ＰＦＣ（力率改善回路）１０１、ＰＯＷ（スイッチング電源）１０２、ＩＮＶ（圧電インバータ回路）１０３、ＣＣＦＬ（冷陰極管）１０４、及び、ＴＶ（テレビ回路）１０５が示されている。ＡＣ１００から入力された所定の電圧（例えば、１００Ｖ）は、ＰＦＣ１０１で力率改善されて、所定の電圧（例えば、４００Ｖ）まで昇圧され、ＰＯＷ１０２に入力される。ＰＯＷ１０２では、ＰＦＣ１０１で所定の電圧（例えば、４００Ｖ）まで昇圧された電圧をスイッチング回路で、所定の電圧（例えば、１２Ｖ）まで降下させる。この電圧（例えば、１２Ｖ）は、ＩＮＶ１０３及び、ＴＶ１０５に入力される。ＩＮＶ１０３では、ＰＯＷ１０２で降下された所定の電圧（例えば、１２Ｖ）を、ＩＮＶ１０３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昇圧して、所定の電圧（例えば、１０００Ｖ）にする。所定の電圧（例えば、１０００Ｖ）をＣＣＦＬ１０４に印加して、ＣＣＦＬ１０４を点灯させている。一方、ＴＶ１０５に入力された所定の電圧（例えば、１２Ｖ）は、ＴＶ１０５内の電源として使用される。【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２００１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した液晶ＴＶ用圧電インバータでは、例えばＰＯＷ１０２で、４００Ｖの電圧を、１２Ｖまで降下させた後、ＩＮＶ１０３で、１０００Ｖまで昇圧させているので、効率が悪かった。しかも、約１００倍も昇圧しなければならず、単板の圧電トランスを単独で使用した場合には、昇圧比が届かないといった問題もあった。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ができるものの、コストが増加する等の別の問題が発生していた。そこで、ＩＮＶ１０３に電磁型トランスを設け、２段階の昇圧方式で昇圧していた。すなわち、１段階目、電磁型トランスで昇圧し、次に２段階目、圧電トランスで昇圧し、所定の電圧（例えば、１０００Ｖ）をＣＣＦＬ１０４に出力していた。そのため、効率が更に悪くなるといった問題もあった。【０００５】
そこで、ＰＦＣ１０１の出力電圧を、ＰＯＷ１０２を介さないで直接ＩＮＶ１０３に入力することで効率の向上を図る回路がある。この様にすれば、ＩＮＶ１０３には、ＰＦＣ１０１の所定の出力電圧（例えば、４００Ｖ）が入力されるので、昇圧比が少なくなる。従って、単板の圧電トランス単独では従来使用していた電磁型トランスを必要とせず、電磁型トランスの損失分、及び、ＰＯＷ１０２での損失分、効率を向上させることができる。【０００６】
しかし、ＰＦＣ１０１の出力電圧を直接ＩＮＶ１０３に入力すると、ＩＮＶ１０３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。冷陰極管等の負荷の場合、安全上、１次側回路と２次側回路を電気的に完全に分離し、絶縁している。従来は、図１に示したように、ＰＯＷ１０２に設けられた電磁型トランスにより１次側と２次側とを絶縁することができた。しかし、ＰＦＣ１０１の出力電圧を直接ＩＮＶ１０３に入力すると、ＰＯＷ１０２を通過しないので、ＩＮＶ１０３で１次側回路と２次側回路を完全に分離し、絶縁する必要がある。すなわち、１次側回路と２次側回路を電気的に完全に分離可能なトランスが必要となる。ここで、ＩＮＶ１０３に設けられたトランスは、電磁型トランスと圧電トランスがあったが、上記のように、出力電圧の昇圧のためには、電磁型トランスは必要なくなった。しかし、圧電トランスは３端子構造であるので、圧電トランスの出力端子の他に１次側回路から接地線を引き回す必要があり、１次側と２次側を絶縁できないといった問題があった。【０００７】
また、液晶ＴＶでは、液晶バックライトとして、複数本の冷陰極管（ＣＣＦＬ）を使用し、各冷陰極管（ＣＣＦＬ）に圧電トランスを設ける場合、個々の冷陰極管（ＣＣＦＬ）に流れる管電流を同じにしないと、バックライトの輝度むらが発生するといった問題もあった。その解決方法として、個々の管電流を制御して同じ電流値にする技術が考えられる。しかし、それでは、特別の制御回路が必要になるので、その回路での電力損失による効率の低下、及び、製造コストの増大を招いてしまう。【０００８】
本発明は、上記のような種々の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、圧電トランスの１次側及び、２次側を絶縁することができる圧電トランスの駆動回路を提供することにある。【０００９】
また、他の目的は、負荷の中点における負荷電流の位相を位相検出部で検出し、負荷電流の位相が駆動電圧の位相と９０度位相差があるように制御することで、負荷のばらつきを圧縮し、各負荷に流れる電流差を少なく制御できる圧電トランスの駆動回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的達成のため、本発明の圧電トランスの駆動回路では、負荷に所定の電圧を出力する圧電トランスと、該圧電トランスを駆動させる電圧を供給する駆動部と、該駆動部を制御する周波数制御部と、該周波数制御部に検出信号を送信する電流検出部と、を備える圧電トランスの駆動回路において、２個の前記圧電トランスの１次側を直列接続し、１組の圧電トランスペアを構成し、前記駆動部に１組以上の前記トランスペアを並列に接続し、偶数個となる前記圧電トランスと同じ数の前記負荷の片端を前記圧電トランスの２次側に接続し、前記負荷の前記片端の対向端を２組に分けて、各組ごとに全て相互接続したことを特徴としている。
これにより、前記圧電トランスペアから出力された出力電流は互いに打ち消し合い、接地する必要が無くなる。よって、圧電トランスの１次側と２次側を絶縁するとこができる。【００１１】
また、本発明の圧電トランスの駆動回路では、前記１組の前記圧電トランスペアを構成する２個の圧電トランスの出力電圧の位相差は１８０度であることを特徴としている。これにより、前記圧電トランスペアを構成する各圧電トランスから出力された出力電圧は１８０度の位相差があるので、負荷が浮遊容量を有していた場合に、上記の浮遊容量による漏れ電流が流れることを低減することができる。【００１２】
また、本発明の圧電トランスの駆動回路では、前記電流検出部は、前記負荷の前記対向端における電流を検出することを特徴としている。これにより、電流検出部の電圧変化が少なくなり、上記の電流検出部に使用する部品を耐圧の低いものに変更することができる。【００１３】
また、本発明の圧電トランスの駆動回路では、前記電流検出部は、前記負荷電流の位相差を検出する位相検出部であることを特徴としている。これにより、負荷電流の位相を検出して、負荷電流の総和の位相と圧電トランスの駆動電圧の位相との位相差を−９０度になるように制御することで、各負荷のばらつきを圧縮し、各負荷に流れる電流差を少なく制御できる。【００１４】
また、本発明の他の圧電トランスの駆動回路では、負荷に所定の電圧を出力する圧電トランスと、該圧電トランスを駆動させる電圧を供給する駆動部と、該駆動部を制御する周波数制御部と、該周波数制御部に検出信号を送信する電流検出部と、を備える圧電トランスの駆動回路において、２個の前記圧電トランスの１次側を並列接続し、１組の圧電トランスペアを構成し、
前記駆動部に１組以上の前記トランスペアを並列に接続し、偶数個となる前記圧電トランスと同じ数の前記負荷の片端を前記圧電トランスの２次側に接続し、前記負荷の前記片端の対向端を２組に分けて、各組ごとに全て相互接続し、前記電流検出部は、前記負荷電流の位相差を検出する位相検出部であることを特徴としている。【００１５】
これにより、上記の圧電トランスが並列接続され、上記圧電トランスペアを構成していても、各圧電トランスから出力された出力電圧は互いに打ち消し合い、接地する必要が無くなる。よって、圧電トランスの１次側と２次側を絶縁するとこができる。また、負荷電流の位相差を検出して、負荷電流の総和の位相と圧電トランスの駆動電圧の位相との位相差を−９０度になるように制御することで、各負荷のばらつきを圧縮し、各負荷に流れる電流差を少なく制御できる。【００１６】
また、本発明の更に他の圧電トランスの駆動回路では、Ｕ字状の冷陰極管に所定の電圧を出力する圧電トランスと、該圧電トランスを駆動させる電圧を供給する駆動部と、該駆動部を制御する周波数制御部と、該周波数制御部に検出信号を送信する電流検出部と、を備える圧電トランスの駆動回路において、前記駆動部と２個の前記圧電トランスとを直列接続し、前記２個の前記圧電トランスと前記Ｕ字状の冷陰極管とを直列接続し、前記電流検出部は、前記冷陰極管の電極における負荷電圧の位相を検出することを特徴としている。【００１７】
これにより、Ｕ字状の冷陰極管においても、２個の圧電トランスから出力された出力電圧は互いに打ち消し合い、接地する必要が無くなる。従って、圧電トランスの１次側と２次側を絶縁するとこができる。また、冷陰極管は等価的に純抵抗に近似できるので、負荷電圧の位相は、負荷電流の位相と等しくなる。従って、負荷電圧位相は、負荷電流位相とできるので、負荷電圧の総和の位相と圧電トランスの駆動電圧の位相との位相差を−９０度になるように制御することで、各冷陰極管のばらつきを圧縮し、各冷陰極管に流れる電流差を少なく制御できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、圧電トランスの１次側及び、２次側を絶縁することができる圧電トランスの駆動回路を提供することができる。また、負荷の中点における負荷電流の位相を位相検出部で検出し、負荷電流の位相が駆動電圧の位相と９０度位相差があるように制御することで、負荷のばらつきを圧縮し、各負荷に流れる電流差を少なく制御できる圧電トランスの駆動回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。【００２０】
はじめに、本発明の実施形態に係る液晶ＴＶの回路構成について図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施形態に係る液晶ＴＶの回路構成を示したブロック図及び、電圧レベルの推移状況を示す図である。図２に示す液晶ＴＶ用圧電インバータは、液晶ＴＶのバックライト用光源に使用される冷陰極管（ＣＣＦＬ）を点灯させる点灯装置として使用されている。図２には、ＡＣ（交流電源）１００、ＰＦＣ（力率改善回路）１０１、ＰＯＷ（スイッチング電源）１０２、ＩＮＶ（圧電インバータ回路）１０６、ＣＣＦＬ（冷陰極管）１０４、及び、ＴＶ（テレビ回路）１０５が示されている。ＡＣ１００から入力された所定の電圧（例えば、１００Ｖ）は、ＰＦＣ１０１で力率改善されて、所定の電圧（例えば、４００Ｖ）まで昇圧される。従来と異なり、所定の電圧（例えば、４００Ｖ）は、ＰＯＷ１０２及び、ＩＮＶ１０６に入力される。ＰＯＷ１０２では、ＰＦＣ１０１で所定の電圧（例えば、４００Ｖ）まで昇圧された電圧をスイッチング回路で、所定の電圧（例えば、１２Ｖ）まで降下させる。この電圧（例えば、１２Ｖ）は、ＴＶ１０５に入力され、ＴＶ１０５内の電源として使用される。【００２１】
一方、ＩＮＶ１０６では、ＰＦＣ１０１で力率改善されて、所定の電圧（例えば、４００Ｖ）まで昇圧された電圧は、ＩＮＶ１０６を構成する単板の圧電トランスで昇圧され、所定の電圧（例えば、１０００Ｖ）となる。所定の電圧（例えば、１０００Ｖ）をＣＣＦＬ１０４に印加して、ＣＣＦＬ１０４を点灯させている。よって、図２に示す回路構成に変更することで、昇圧比が低くなり、単板の圧電トランス単独で、昇圧可能となる。すなわち、従来のＩＮＶ１０３に設けられ、２段階の昇圧方式で必要であった電磁型トランスが不要となる。よって、電磁型のトランスを削除でき、効率を向上させることができる。また、従来のように、ＰＯＷ１０２を通過しないので、ＰＯＷ１０２の損失分、効率を向上させることもできる。更に、ＰＯＷ１０２に入力する入力電圧は変化無いものの、入力電流は分流されるので、ＰＯＷ１０２を構成する各部品の容量を小さくすることもでき、製造費の低減や、サイズ低減の効果も期待できる。【００２２】
しかし、図２に示す回路構成では、１次側回路と２次側回路を絶縁できないといった問題があった。そこで、本発明の実施形態では、圧電トランスの駆動回路の配置を改良し、上記の問題を解決している。以下、本発明に係る圧電トランスの駆動回路について説明する。【００２３】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る圧電トランスの駆動回路である。図３に示す駆動回路は、圧電トランス１１Ａ〜１１Ｆ、駆動部５０、周波数制御部５１、位相検出部５２、トランス５３から構成されている。更に、図３では、負荷である冷陰極管１２Ａ〜１２Ｆが示されている。上記の圧電トランス１１Ａ〜１１Ｆは、各々単板の圧電トランスであり、冷陰極管１２Ａ〜１２Ｆと、例えば、圧電トランス１１Ａと冷陰極管１２Ａという具合に直列に接続されている。よって、駆動部５０から入力する駆動電圧Ｖに応じて、所定の出力電圧を冷陰極管１２Ａ〜１２Ｆに出力して、点灯させている。冷陰極管１２Ａ〜１２Ｆの片端の対向端電極１４Ａ〜１４Ｆは、トランス５３に接続されている。対向端電極１４Ａ〜１４Ｆは、対向端電極１４Ａ、１４Ｃ及び、１４Ｅの組と１４Ｂ、１４Ｄ及び、１４Ｆの組に別れている。上記の２つの組は、トランス５３の図示しない各端子に接続している。これにより、後述する負荷電流ｉＬを１次側にフィードバックしている。【００２４】
トランス５３は、対向端電極１４Ａ〜１４Ｆから流入する負荷電流ｉＬＡ〜ｉＬＦの総和である負荷電流ｉＬを変流し、位相制御部５２に出力している。位相制御部５２は、トランス５３から入力する負荷電流ｉＬの総和の位相を検出し、検出信号を周波数制御部５１に出力する。周波数制御部５１は、上記の検出信号を入力すると、負荷電流ｉＬの総和の位相と駆動電圧Ｖの位相を比較し、負荷電流ｉＬの総和の位相と駆動電圧Ｖの位相の位相差が−９０度か否か判定する。その後、周波数制御部５１は、上記の位相差が−９０度を保持するように、駆動部５０を制御し、圧電トランス１１に駆動電圧Ｖを入力する。よって、トランス５３、位相検出部５２には、例えば、冷陰極管１２Ａ及び、冷陰極管１２Ｂの中点における負荷電流ｉＬの総和が流れる。これにより、位相検出部５２の電圧変化が少なくなり、上記の位相検出部５２に使用する部品及び、トランス５３を耐圧の低いものに変更することができる。【００２５】
図３では、圧電トランス１１は、２個づつ駆動部５０と直列接続されている。例えば、駆動部５０−圧電トランス１１Ａ−圧電トランス１１Ｂ−駆動部５０のループができる配置で接続されている。また、上述したが、例えば、圧電トランス１１Ａ−冷陰極管１２Ａ−対向端電極１４Ａ−トランス５３―対向端電極１４Ｂ―冷陰極管１２Ｂ−圧電トランス１１Ｂとループができる配置で接続されている。更に、例えば、圧電トランス１１Ａと圧電トランス１１Ｂは、各々の出力電圧の位相差が１８０度になるように選択されている。よって、冷陰極管１２Ａの片端の対向端電極１４Ａ及び、冷陰極管１２Ｂの片端の対向端電極１４Ｂがトランス５３と介して接続されているので、圧電トランス１１Ａ及び、圧電トランス１１Ｂから出力された出力電圧は、互いに打ち消し合う。そのため、従来のように、接地線が必要なくなり。圧電トランス１１の１次側と２次側を電気的に分離でき、絶縁することができる。
また、図３の回路構成では、例えば、直列接続されている圧電トランス１１Ａと圧電トランス１１Ｂだけで無く、圧電トランス１１Ｂと圧電トランス１１Ｃのように、接続されていない隣接する圧電トランス同士の出力電圧の位相も１８０度の位相差が出るように制御している。このように制御することで、各冷陰極管１２Ａ〜１２Ｆが有する静電容量（浮遊容量）ＣＬ’（図４参照）に漏れ電流が流れることを低減することができる。【００２６】
また、図３の回路構成では、圧電トランス１１Ａ〜１１Ｆから冷陰極管１２Ａ〜１２Ｆに出力される出力電圧は、同期を取る必要がある。上記の出力電圧は、例えば、１０００Ｖにもなるので、液晶画面に対して静電気的な雑音源となり、問題となる。そこで、圧電トランス１１Ａ〜１１Ｆから冷陰極管１２Ａ〜１２Ｆに出力される出力電圧の位相差を１８０度に制御して、同期させている。【００２７】
しかし、例えば、圧電トランス１１Ａ及び、１１Ｂの共振特性が必ずしも一致せず、各々の出力電圧の位相差が１８０度にならない場合がある。そこで、図３に示す第１の実施形態の駆動回路では、例えば、圧電トランス１１Ａ及び、圧電トランス１１Ｂを駆動部５０と直列接続している。これにより、１つの共振回路が形成されるので、上記の共振回路から共振角周波数を求めている。上記の共振角周波数を有する駆動電圧Ｖを、例えば、圧電トランス１１Ａ及び、圧電トランス１１Ｂに入力することで、共振特性の異なる圧電トランス１１であったとしても、各出力電圧の位相差を１８０度に制御している。
なお、２個の圧電トランス１１を駆動部５０と並列接続しても良い。しかし、この場合、共振回路が２個できるので、制御が困難になる。【００２８】
更に、冷陰極管１２Ａ〜１２Ｆに流れる負荷電流ｉＬＡ〜ｉＬＦは同じにする必要がある。同じにしないと、バックライトの輝度むらが発生するといった問題がある。そこで、図３に示す第１の実施形態の駆動回路では、負荷電流ｉＬの総和の位相と駆動電圧Ｖの位相を比較し、負荷電流ｉＬの総和の位相と駆動電圧Ｖの位相の位相差が−９０度か否か判定し、上記の位相差が−９０度になるように制御している。よって、冷陰極管１２に流れる各負荷電流ｉＬＡ〜ｉＬＦの電流差を少なく制御することができる。【００２９】
ここで、負荷電流ｉＬの総和の位相と駆動電圧Ｖの位相の位相差が−９０度に制御すると、冷陰極管１２に流れる各負荷電流ｉＬＡ〜ｉＬＦの電流差を少なく制御することができる理由について説明する。【００３０】
図４は、負荷電流ＩＬの位相を駆動電圧Ｖｄよりも９０度遅れて制御した場合に負荷電流ＩＬの電流値を制御できることを説明する図面である。ここで、図４［１］は簡易回路図、図４［２］は図４［１］の等価回路図であり、図４［３］は図４［２］の等価回路図であり、図４［４］は駆動電圧Ｖｄと負荷電流ＩＬとの関係を示すベクトル図である。以下、この図面に基づいて、説明する。【００３１】
駆動装置１０では、２次側に冷陰極管１２が接続された圧電トランス１１の１次側に駆動電圧Ｖｄの角周波数ω０は、冷陰極管１２のインピーダンスを無限大にしたときに、駆動装置１０の出力側の等価回路によって与えられる直列共振角周波数である。圧電トランス１１は、圧電振動体２１に１次電極２２、２３と２次電極２４とを設け、１次側を厚さ方向（図４［１］上下方向）に分極し、２次側を長さ方向（図４［１］左右方向）に分極し、これらを図示しない樹脂ケースに収容したものである。１次電極２２、２３は、圧電振動体２１を挟んで対向している。圧電振動体２１は、ＰＺＴ等の圧電セラミックスからなり、板状（直方体状）である。圧電振動体２１の長さ方向において、一端からその長さの半分までに１次電極２２、２３が設けられており、他端に２次電極２４が設けられている。１次側に長さ寸法で決まる固有共振周波数ｆｒの駆動電圧Ｖｄを入力すると、逆圧電効果により強い機械振動を起こし、圧電効果によりその振動に見合った高い出力電圧Ｖ０が２次側から出力される。出力電圧Ｖ０は冷陰極管１２に印加される。【００３２】
駆動装置１０によれば、簡単な構成でありながら、冷陰極管１２のインピーダンスＺＬに関係なく負荷電流ＩＬを一定にできる。したがって、冷陰極管１２のインピーダンスＺＬが変動しても、負荷電流ＩＬを常に一定にできる。その理由を以下に詳しく説明する。
図４［１］に示す回路は、図４［２］に示す等価回路で表すことができる。図４［２］において、圧電トランス１１は、静電容量Ｃ０１、Ｃ０２、Ｃ’、インダクタンスＬ’、抵抗Ｒ’、巻数比１：φの理想トランス等に置き換えている。駆動電圧Ｖｄは、駆動電圧Ｅ’とする。静電容量ＣＬ’は冷陰極管１２の浮遊容量である。【００３３】
そして、図４［２］の等価回路は、更に冷陰極管１２側から圧電トランス１１側を見た図４［３］の等価回路で表すことができる。ここで、Ｅ＝φＥ’、Ｌ＝φ２Ｌ’、Ｃ＝Ｃ’／φ２、Ｒ＝φ２Ｒ’、ＣＬ＝Ｃ０２＋ＣＬ’である。図４［３］の等価回路は、インダクタンスＬと、
抵抗Ｒと、静電容量Ｃ０２と、静電容量ＣＬとが直列に接続され、静電容量ＣＬに並列に冷陰極管１２のインピーダンスＺＬが接続されたものである。インピーダンスＺＬには、抵抗成分の他に、インダクタンス成分や静電容量成分が含まれていても良い。なお、図４［１］は付随する部品等を省略して単純化しているが、それらの部品等が接続されていたとしても、最終的に図４［３］の等価回路で表すことができる。【００３４】
図４［３］において、駆動装置１０から出力される全電流をＩ、静電容量ＣＬに流れる電流をＩＣ、インピーダンスＺＬに流れる負荷電流をＩＬとする。つまり、
Ｉ＝ＩＣ＋ＩＬ  ・・・（１）
である。また、ＺＬの両端の電圧はＩＬＺＬであり、静電容量ＣＬの両端の電圧もＩＬＺＬであるから、
ＩＣ＝ｊωＣＬＩＬＺＬ  ・・・（２）
である。ゆえに全電流Ｉは、式（１），（２）から、
Ｉ＝ＩＣ＋ＩＬ＝ＩＬ（１＋ｊωＣＬＺＬ）  ・・・（３）
となる。一方、Ｌ，Ｃ，Ｒによる電圧降下は、式（３）から、
｛Ｒ＋ｊ（ωＬ―１／ωＣ）｝Ｉ
＝｛Ｒ＋ｊ（ωＬ―１／ωＣ）｝ＩＬ（１＋ｊωＣＬＺＬ）
＝ＲＩＬ（１＋ｊωＣＬＺＬ）＋ＩＬｊ（ωＬ―１／ωＣ）（１＋ｊωＣＬＺＬ）
＝｛Ｒ−（ωＬ―１／ωＣ）ωＣＬＺＬ｝ＩＬ＋ｊ｛ωＣＬＺＬＲ＋（ωＬ―１／ωＣ）｝ＩＬ  ・・・（４）
となる。ゆえに、式（４）から、
Ｅ＝｛Ｒ−（ωＬ―１／ωＣ）ωＣＬＺＬ｝ＩＬ＋ｊ｛ωＣＬＺＬＲ＋（ωＬ―１／ωＣ）｝ＩＬ＋ＺＬＩＬ  ・・・（５）
となるので、負荷電流ＩＬは、式（５）から、
ＩＬ＝Ｅ／［｛Ｒ＋ＺＬ−（ωＬ―１／ωＣ）ωＣＬＺＬ｝＋ｊ｛ωＣＬＺＬＲ＋（ωＬ―１／ωＣ）｝］  ・・・（６）
で与えられる。【００３５】
ここで、
ω＝１／√［Ｌ｛ＣＣＬ／（Ｃ＋ＣＬ）｝］＝ω０  ・・・（７）
とする。この角周波数ω０は、図４［３］においてインピーダンスＺＬを無限大にしたときの、Ｌ，Ｃ，Ｒ及びＣＬからなる直列共振回路の直列共振角周波数である。このとき、
（ωＬ―１／ωＣ）＝１／ω０ＣＬ  ・・・（８）
となるので、式（７），（８）を式（６）に代入して、
ＩＬ｜ω＝ω０＝Ｅ／｛Ｒ＋ｊ（ω０ＣＬＺＬＲ＋１／ω０ＣＬ）｝  ・・・（９）
が得られる。通常、Ｒ＜＜１／ω０ＣＬであるから、
ＩＬ｜ω＝ω０≒Ｅ／ｊ（１／ω０ＣＬ）＝―ｊω０ＣＬ・Ｅ  ・・・（１０）
となる。
したがって、駆動電圧Ｅの角周波数が式（７）で与えられるとき、負荷電流ＩＬは、式（１０）から明らかなように、冷陰極管１２のインピーダンスＺＬに関係なく一定となる。このとき、図４［４］に示すように、負荷電流ＩＬの位相は駆動電圧Ｅよりも９０度遅れる。【００３６】
図５は冷陰極管１２の電流−電圧特性を説明する図である。ここで、図５［１］は等価回路図であり、図５［２］は冷陰極管１２の電流−電圧特性図である。以下、図４及び、図５に基づき説明する。【００３７】
図５［１］では、図４［１］における駆動装置１０及び、圧電トランス１１を、交流電圧源１３及び、出力インピーダンスＺ０に置き換えている。そのため、交流電圧源１３に出力インピーダンスＺ０と冷陰極管１２とが直列に接続されている。
ここで、冷陰極管１２の両端電圧をＶＬ、冷陰極管１２に流れる負荷電流をＩＬ、交流電圧源１３の出力電圧をＶｉとすると、負荷直線は次式で与えられる。
ＶＬ＝−Ｚ０ＩＬ＋Ｖｉ  ・・・（１１）
一方、図５［２］に示すように、冷陰極管１２は、その電流−電圧特性の一部に負性抵抗が現れる。この負性抵抗とは、負荷電流ＩＬが増えるほど両端電圧ＶＬが減る性質である。
ここで、図５［２］において、冷陰極管１２の動作点をＰ（Ｉｐ，Ｖｐ）に定めたい。しかし、インピーダンスＺ０が小さいと、負荷直線の傾きが小さくなるので、動作点Ｐの他に動作点Ｐ’も生じてしまう。すると、動作点が複数存在することになるので、冷陰極管１２の動作が不安定となる。【００３８】
これに対して、本実施形態では、冷陰極管１２からの交流電圧源１３側を見た場合、交流電圧源１３側は定電流源となる。なぜなら、冷陰極管１２のインピーダンスＺＬに関係なく、冷陰極管１２に流れる負荷電流ＩＬが一定になるからである。そのため、交流電圧源１３の出力インピーダンスＺ０は、ほぼ無限大とみなせる。その結果、負荷直線の傾きが大きくなることにより、冷陰極管１２の動作点がただ一つのＰだけとなるので、冷陰極管１２は安定に動作する。【００３９】
以上より、負荷電流ＩＬの位相と駆動電圧Ｅの位相の位相差を−９０度になるように、制御すれば、冷陰極管１２のインピーダンスＺＬに関係なく、理論上、負荷電流ＩＬを一定にすることができる。しかし、上述したように、圧電トランス１１の共振特性には、ばらつきがあるので、必ずしも負荷電流ＩＬは一定とならない。しかし、負荷電流ＩＬの電流差を少なく制御できる。【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。更に、第１の実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、詳しい説明は省略する。
図６は、本発明の第２の実施形態に係る圧電トランスの駆動回路である。図６に示す駆動回路は、冷陰極管１１２Ａ〜１１２ＣがＵ字状に形成されている以外、第１の実施形態と同じである。そのため、圧電トランス１１Ａ〜１１Ｆ、駆動部５０、周波数制御部５１、位相検出部５２、トランス５３も同じである。よって、第２の実施形態の特徴部分である冷陰極管１１２について説明する。【００４１】
Ｕ字状の冷陰極管１１２Ａ〜１１２Ｃは、各々２個の電極１１４Ａ〜１１４Ｆを備えている。各電極１１４は、圧電トランス１１及び、抵抗ｒ１と接続されている。例えば、電極１１４Ａは、圧電トランス１１Ａ及び、抵抗ｒ１と接続されている。抵抗ｒ１は抵抗ｒ２及び、トランス５３の両端子に接続され、抵抗ｒ２の抵抗ｒ１対抗端は接地されている。ここで、抵抗ｒ１、抵抗ｒ２及び接地は、分圧器を構成している。該分圧器は、冷陰極管１１２に入力した圧電トランス１１の出力電圧を分圧し、トランス５３に出力している。圧電トランス１１は、２個づつ駆動部５０及び、冷陰極管１１４と直列接続されている。例えば、圧電トランス１１Ａ−電極１１４Ａ−冷陰極管１１２Ａ−電極１１４Ｂ−圧電トランス１１Ｂとループができる配置で接続されている。同様に、圧電トランス１１Ｃ−電極１１４Ｃ−冷陰極管１１２Ｂ−電極１１４Ｄ−圧電トランス１１Ｄと、圧電トランス１１Ｅ−電極１１４Ｅ−冷陰極管１１２Ｃ−電極１１４Ｆ−圧電トランス１１Ｆとループができる配置ループができる配置で接続されている。第１の実施形態と同様に、圧電トランス１１Ａと圧電トランス１１Ｂの出力電圧、圧電トランス１１Ｃと圧電トランス１１Ｄの出力電圧、圧電トランス１１Ｅと圧電トランス１１Ｆの出力電圧の位相差は１８０度になっている。よって、圧電トランス１１の１次側と２次側を絶縁するとこができる。【００４２】
また、上述したように、電極１１４は抵抗ｒ１を介して、トランス５３と接続されている。例えば、圧電トランス１１Ａ−抵抗ｒ１−トランス５３−抵抗ｒ１−圧電トランス１１Ｂとループができる配置で接続されている。同様に、圧電トランス１１Ｃ−抵抗ｒ１−トランス５３−抵抗ｒ１−圧電トランス１１Ｄと、圧電トランス１１Ｅ−抵抗ｒ１−トランス５３−抵抗ｒ１−圧電トランス１１Ｆと、ループができる配置で接続されている。すなわち、圧電トランス１１の出力電圧の総和が分圧されて、トランス５３に入力されている。【００４３】
ここで、冷陰極管１１４は、一般的に、静電容量（浮遊容量）ＣＬ’を有する抵抗負荷とみなすことができる。更に、第２の実施形態も、第１の実施形態と同様に、隣接する圧電トランス１１の出力電圧は１８０度の位相差があるので、上記の静電容量ＣＬ’に漏れ電流が流れることを低減することができる。そこで、トランス５３に入力された各出力電圧の総和を分圧した電圧波形は、電流波形と見ることもできる。すなわち、トランス５３は上記の分圧した電圧波形を変圧して、位相検出部５２に入力する。位相制御部５２は、トランス５３から各出力電圧の総和の位相を検出し、検出信号を周波数制御部５１に出力する。周波数制御部５１は、上記の検出信号を入力すると、各出力電圧の総和の位相と駆動電圧Ｖの位相を比較し、各出力電圧の総和の位相と駆動電圧Ｖの位相の位相差が−９０度か否か判定する。その後、周波数制御部５１は、上記の位相差が−９０度を保持するように、駆動部５０を制御し、圧電トランス１１に駆動電圧Ｖを入力する。よって、冷陰極管１１２に流れる負荷電流の電流差を少なく制御することができる。【００４４】
以上のように、第１の実施形態の圧電トランスの駆動回路では、負荷である冷陰極管１２に所定の電圧を出力する圧電トランス１１と、圧電トランス１１を駆動させる電圧Ｖを供給する駆動部５０と、駆動部５０を制御する周波数制御部５１と、周波数制御部５１に検出信号を送信する電流検出部である位相検出部５２と、を備えている。更に、２個の圧電トランス１１の１次側を直列接続し、１組の圧電トランスペアを構成し、駆動部５０に３組の上記圧電トランスペアを並列に接続し、偶数個となる圧電トランス１１と同じ数の冷陰極管１２の片端を圧電トランス１１の２次側に接続し、冷陰極管１２の片端の対向端電極１４を２組に分けて、各組ごとに全て相互接続している。これにより、上記圧電トランスペアから出力された出力電流は互いに打ち消し合い、接地する必要が無くなる。よって、圧電トランスの１次側と２次側を絶縁することができる。【００４５】
また、第１の実施形態の圧電トランスの駆動回路では、１組の上記圧電トランスペアを構成する２個の圧電トランス１１の出力電圧の位相差は１８０度であるので、冷陰極管１２が浮遊容量ＣＬ’を有していた場合に、上記の浮遊容量ＣＬ’による漏れ電流が流れることを低減することができる。【００４６】
また、第１の実施形態の圧電トランスの駆動回路では、位相検出部５２は、冷陰極管１２の対向端電極１４における負荷電流ｉＬを検出している。これにより、位相検出部５２の電圧変化が少なくなり、上記の位相検出部５２に使用する部品を耐圧の低いものに変更することができる。【００４７】
また、第１の実施形態の圧電トランスの駆動回路では、電流検出部５２は、負荷電流ｉＬの位相差を検出する位相検出部５２であるので、負荷電流ｉＬの位相を検出して、負荷電流ｉＬの総和の位相と、圧電トランス１１の駆動電圧Ｖとの位相差を−９０度になるように制御することで、各冷陰極管１２のばらつきを圧縮し、各冷陰極管１２に流れる電流差を少なく制御できる。【００４８】
また、第１の実施形態の圧電トランスの駆動回路では、冷陰極管１２に所定の電圧を出力する圧電トランス１１と、圧電トランス１１を駆動させる電圧Ｖを供給する駆動部５０と、駆動部５０を制御する周波数制御部５１と、周波数制御部５１に検出信号を送信する電流検出部である位相検出部５２とを備えている。そこで、２個の上記圧電トランス１１の１次側を並列接続し、１組の圧電トランスペアを構成し、駆動部５０に１組以上の圧電トランスペアを並列に接続し、偶数個となる圧電トランス１１と同じ数の冷陰極管１２の片端を圧電トランス１１の２次側に接続し、冷陰極管１２の片端の対向端電極１４を２組に分けて、各組ごとに全て相互接続し、位相検出部５２は、負荷電流ｉＬの位相差を検出する駆動回路の構成としても良い。この様に、上記の圧電トランス１１が並列接続され、１組の圧電トランスペアを構成していても、各圧電トランス１１から出力された出力電圧は互いに打ち消し合い、接地する必要が無くなることから、圧電トランスの１次側と２次側を絶縁することができる。また、負荷電流ｉＬの位相差を検出して、負荷電流ｉＬの総和の位相と圧電トランス１１の駆動電圧Ｖの位相との位相差を−９０度になるように制御することで、各冷陰極管１２のばらつきを圧縮し、各冷陰極管１２に流れる電流差を少なく制御できる。【００４９】
また、第２の実施形態の圧電トランスの駆動回路では、Ｕ字状の冷陰極管１１２に所定の電圧を出力する圧電トランス１１と、圧電トランス１１を駆動させる電圧Ｖを供給する駆動部５０と、駆動部５０を制御する周波数制御部５１と、周波数制御部５１に検出信号を送信する電流検出部である位相検出部５２とを備えている。更に、駆動部５０と２個の圧電トランス１１とを直列接続し、２個の圧電トランス１１とＵ字状の冷陰極管１１２とを直列接続し、位相検出部５２は、冷陰極管１１２の電極１１４における負荷電圧の位相を検出している。【００５０】
これにより、Ｕ字状の冷陰極管１１２においても、２個の圧電トランス１１から出力された出力電圧は互いに打ち消し合い、接地する必要が無くなることから、圧電トランス１１の１次側と２次側を絶縁するとこができる。また、冷陰極管１１２は等価的に純抵抗に近似できるので、負荷電圧の位相は、負荷電流ｉＬの位相と等しくなる。従って、負荷電圧位相は、負荷電流ｉＬ位相とできるので、負荷電圧の総和の位相と圧電トランス１１の駆動電圧Ｖの位相との位相差を−９０度になるように制御することで、各冷陰極管１１２のばらつきを圧縮し、各冷陰極管１１２に流れる電流差を少なく制御できる。【００５１】
なお、本発明の範囲は上述した実施形態に限られず、特許請求の範囲の記載に反しない限り、他の様々な実施形態に適用可能である。例えば、本発明の実施の形態では、負荷として冷陰極管１２（第１の実施形態）及び、冷陰極管１１２（第２の実施形態）を使用していたが、特にこれに限定されるものでなく、他の負荷でも適用可能である。また、冷陰極管の形状は、直管（第１の実施形態）とＵ字状（第２の実施形態）のものを使用したが、他の形状の冷陰極管でも良い。【００５２】
また、本実施形態では、複数の圧電トランス１１Ａ〜１１Ｆに対して、１個の駆動部５０、周波数制御部５１、位相検出部５２及び、トランス５３を設けていたが、特にこれに限定されるものでなく、複数設けても良い。例えば、駆動部５０を複数設け、他の装置は１個でも良い。２個の圧電トランス１１で構成された圧電トランスペア毎に、トランス５３、位相検出部５２を設けても良い。このようにすれば、より精度の高い制御が可能となる。また、２個の圧電トランス１１で構成された圧電トランスペア毎に、駆動部５０を接続しても良い。【００５３】
また、本実施形態では、２個の圧電トランス１１で圧電トランスペアを構成していたが、特にこれに限定されるものでなく、偶数個の圧電トランス１１であれば、複数の圧電トランス１１で構成することができる。【００５４】
また、本実施形態では、６個の圧電トランス１１を有する駆動回路であるが、特にこれに限定されるものでなく、多数の圧電トランス１１を有する駆動回路にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
圧電トランスの駆動回路であれば、例えば、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、携帯電話等であっても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】従来の液晶ＴＶの回路構成を示すブロック図及び、電圧レベルの推移状況を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る液晶ＴＶの回路構成を示すブロック図及び、電圧レベルの推移状況を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る圧電トランスの駆動回路である。
【図４】負荷電流の位相を駆動電圧よりも９０度遅れて制御した場合に負荷電流の電流値を制御できることを説明する図面である。
【図５】冷陰極管（ＣＣＦＬ）の電流−電圧特性を説明する図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る圧電トランスの駆動回路である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  駆動装置、
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆ  圧電トランス、
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆ  冷陰極管（ＣＣＦＬ）、
１３  交流電圧源、
１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅ、１４Ｆ  対向端電極、
２１  圧電振動体、２２、２３  １次電極、２４  ２次電極、
５０  駆動部、５１  周波数制御部、５２  位相検出部、５３  トランス、
１００  ＡＣ（交流電源）、１０１  ＰＦＣ（力率改善回路）、
１０２  ＰＯＷ（スイッチング電源）、１０３  従来のＩＮＶ（圧電インバータ回路）、
１０４  ＣＣＦＬ（冷陰極管）、１０５  ＴＶ（テレビ回路）、
１０６  本発明に係るＩＮＶ（圧電インバータ回路）、
１１２、１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ  冷陰極管、
１１４、１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ、１１４Ｄ、１１４Ｅ、１１４Ｆ  電極、
ｉＬ、ｉＬＡ、ｉＬＢ、ｉＬＣ、ｉＬＤ、ｉＬＥ、ｉＬＦ  出力電流、Ｉ  全電流、
ＩＣ  静電容量ＣＬに流れる電流、ＩＬ  インピーダンスＺＬに流れる負荷電流、
Ｃ０１、Ｃ０２、Ｃ’、Ｃ  静電容量、Ｌ’、Ｌ  インダクタンス、
Ｒ’、Ｒ、ｒ１、ｒ２  抵抗、
ＣＬ’、ＣＬ  冷陰極管（ＣＣＦＬ）１２の浮遊容量、
Ｖ、Ｖｄ、Ｅ’、Ｅ、Ｖｉ  駆動電圧、
Ｖ０、ＶＬ  出力電圧、ＺＬ、Ｚｉ  インピーダンス、
ω、ω０  角周波数、
【図１】
2006088176.tif 000002
【図２】
2006088176.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006088176.tif 000006
【図６】
2006088176.tif 000007
【国際調査報告】
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2006088176.tif 000009