JP2002017090A - 圧電トランスの駆動方法および駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷陰極管と反射板との間の浮遊容量によるリ
ーク電流の影響を排除した小型で高効率の圧電トランス
の駆動制御により、冷陰極管の発光輝度を一定にする。 【解決手段】 位相差検出回路１１９が、圧電トランス
１１０の出力電流と電圧との位相差を検出し、その位相
差に基づき、有効電流検出回路１１５が、冷陰極管１１
８に流れる有効電流を検出し、有効電流が所定の設定値
に等しくなるように、発振制御回路１１４、可変発振回
路１１３、駆動回路１１２を介して圧電トランスが駆動
制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種高電圧発生装
置に用いられる圧電トランスの駆動方法および駆動装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１４に、従来の圧電トランスの代表的
な構造であるローゼン型圧電トランスの構造を示す。こ
の圧電トランスは、電磁トランスに比べて小型化が図
れ、不燃性であり、電磁誘導によるノイズを出さないな
どの長所を有している。

【０００３】図１４において、１で示す部分が圧電トラ
ンスの低インピーダンス部であり、圧電トランスを昇圧
用として用いる場合の入力部となる。低インピーダンス
部１は、厚み方向（ＰＤ）に分極が施されており、厚み
方向の主面に電極３Ｕ、３Ｄが配置されている。一方、
２で示す部分は高インピーダンス部であり、圧電トラン
スを昇圧用として用いる場合の出力部となる。高インピ
ーダンス部２は、長手方向（ＰＬ）に分極が施されてお
り、長手方向の端面に電極４が配置されている。

【０００４】図１４に示すような圧電トランスは、負荷
が無限大のときは非常に高い昇圧比を得ることができ、
また負荷が小さくなると昇圧比も減少するという特性か
ら、近年、冷陰極管用の電源として用いられている。圧
電トランスを用いたインバータでは、効率よく高電圧を
発生することができる。

【０００５】図１５は、従来の圧電トランスの自励発振
方式駆動装置の構成を示すブロック図である。図１５に
おいて、１３は可変周波数の電圧信号を発生する可変発
振回路である。可変発振回路１３から出力される電圧信
号は、通常、パルス波形であり、波形整形回路１１によ
り、その高周波成分が取り除かれて正弦波に近い交流信
号に変換される。波形整形回路１１の出力信号は、駆動
回路１２により圧電トランス１０を駆動するのに十分な
レベルにまで電圧増幅され、圧電トランス１０の一方の
１次側電極３Ｕに入力される。なお、圧電トランス１０
の他方の１次側電極３Ｄは接地電位に接続されている。
圧電トランス１０の圧電効果により昇圧された出力電圧
は２次側電極４から取り出される。

【０００６】２次側電極から出力された高圧電圧は、冷
陰極管１７と帰還抵抗１８との直列回路と、過電圧保護
回路部２０とに印加される。過電圧保護回路部２０は、
抵抗１９a、１９bと、比較回路１５とからなり、比較回
路１５は、抵抗１９aと抵抗１９bとにより分圧された電
圧と基準電圧Ｖｒｅｆ１とを比較し、圧電トランスの２
次側電極４から出力される高圧電圧が、基準電圧Ｖｒｅ
ｆ１によって決まる設定電圧よりも高くなるのを防ぐよ
うに、発振制御回路１４に信号を出力する。なお、この
過電圧保護回路部２０は、冷陰極管１７の点灯時には動
作しない。

【０００７】また、冷陰極管１７と帰還抵抗１８からな
る直列回路に流れる電流によって帰還抵抗１８の両端に
発生する電圧が、帰還電圧として比較回路１６の一方の
入力端子に印加され、比較回路１６では、帰還電圧を他
方の入力端子に印加される基準電圧Ｖｒｅｆ２と比較し
て、冷陰極管１７にほぼ一定の電流が流れるように発振
制御回路１４に信号を送る。

【０００８】発振制御回路１４は、比較回路１６からの
出力信号に応じた周波数での発振を行うよう可変発振回
路１３に信号を出力する。なお、この比較回路１６は、
冷陰極管１７の点灯開始前には動作しない。

【０００９】このようにして、冷陰極管１７は安定に点
灯する。自励発振方式で圧電トランスを駆動する場合
は、温度によって圧電トランスの共振周波数が変化して
も、自動的に駆動周波数が共振周波数に追尾する。

【００１０】このように、圧電トランスを用いたインバ
ータを構成することにより、冷陰極管１７に流れる電流
が一定となるように制御することができる。

【００１１】また、冷陰極管の輝度むらを防止するため
に、図９に示すように、２つの圧電トランス２２、２３
を並列に駆動して、位相差が１８０°異なる２つの交流
電圧信号Ｖ１、Ｖ２で冷陰極管２１を点灯させる駆動方
法や、図１０にその構造を示す圧電トランス６１を用い
て、図１１に示すように、圧電トランス６１の２つの出
力電極４Ｌ、４Ｒをそれぞれ冷陰極管６４の２つの入力
端子６４１、６４２に接続する駆動方法が提案されてい
る。

【００１２】これらの駆動装置においても、図１５に示
した駆動装置で行われる動作と同様に、冷陰極管に流れ
る電流をフィードバックし、周波数制御、電圧制御を行
う必要がある。あるいは、冷陰極管の輝度を検出しフィ
ードバックを行う。

【００１３】冷陰極管の輝度を一定にするために、圧電
トランスの出力電流や出力電圧を検出したり（例えば、
図９の出力電流検出回路２４、出力電圧比較回路２
５）、また、反射板に流れる電流を検出したりして、冷
陰極管の電流制御が行われている。

【００１４】以上に説明した従来の圧電トランスの駆動
装置では、冷陰極管の電流制御は、冷陰極管に接続され
た帰還抵抗１８（図１５）によって検出した電圧をフィ
ードバックすることで行われている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、冷陰極
管と反射板（図９の反射板２６、図１１の反射板６５）
との間の浮遊容量Ｃｘ（図９および図１１）により、冷
陰極管から反射板に電流が流れ出してしまう。その結
果、冷陰極管の輝度むらを生じるという問題があった。

【００１６】この問題を解決するために、特開平１１−
８０８７号公報に記載のように、冷陰極管の両端から１
８０°位相の異なった電圧を入力する手段が提案されて
いる。しかしながら、図１２Ａに示すように１つの冷陰
極管５１に、あるいは図１３Ａに示すように直列接続し
た２つの冷陰極管５１、５２に電圧を印加した場合、高
電圧側（期間ｔａの電圧Ｖ１印加側、期間ｔｂの電圧Ｖ
２印加側）においては、冷陰極管から反射板に電流が流
出する（図１２Ｂの（＋）側の電流Ｉｘａ、図１２Ｃの
（＋）側の電流Ｉｘｂ）。また、低電圧側（期間ｔｂの
電圧Ｖ１印加側、期間ｔａの電圧Ｖ２印加側）において
は、反射板から冷陰極管に電流が流入する（図１２Ｂの
（−）側の電流Ｉｘａ、図１２Ｃの（−）側の電流Ｉｘ
ｂ）。

【００１７】したがって、圧電トランスの出力電流は、
冷陰極管のみに流れる電流Ｉａと、浮遊容量Ｃｘに流れ
るリーク電流Ｉｘａ、Ｉｘｂ（Ｉｘ）との両方を含んで
いる。冷陰極管の点灯時には、冷陰極管は抵抗負荷とし
て扱えるため、冷陰極管の輝度に関与する電流は、圧電
トランスから出力される電流（Ｉ）のうちの有効電流Ｉ
ａ＝Ｉｃｏｓθ（θは、図１６に示すように、圧電トラ
ンスの出力電圧と出力電流の位相差）のみである。つま
り、浮遊容量Ｃｘを介して反射板を流れるリーク電流Ｉ
ｘは無効電流となり、冷陰極管の輝度には関与しない。

【００１８】そのため、図９および図１１に示すように
構成された圧電トランスの駆動装置では、出力電流検出
回路２４、６２により、冷陰極管を流れる電流Ｉａと、
冷陰極管と反射板等で形成される浮遊容量Ｃｘによるリ
ーク電流Ｉｘも同時に検出してしまう。反射板による浮
遊容量Ｃｘが一定であれば、それを考慮した制御を行う
ことで冷陰極管に流れる電流を一定に制御することも可
能となる。しかし、浮遊容量Ｃｘにはバラツキがあるた
め、冷陰極管を流れる電流Ｉａを一定に制御するのが困
難となり、インバータ間での輝度バラツキ等の原因とな
る。また、圧電トランスを２本使った駆動装置の場合に
おいても同様に、管電流を制御するのは困難である。

【００１９】そこで、特開平１１−２７９５５号公報に
は、浮遊容量電流検出回路によりリーク電流を検出し、
管電流検出回路により管電流を検出し管電流制御を行っ
ている。しかしながら、ここに開示された方法では、駆
動周波数を制御して出力電圧を一定にする圧電トランス
においては、浮遊容量によるリーク電流は周波数が変化
すると、浮遊容量によるインピーダンスが変化するた
め、リーク電流が変化する。その結果、周波数の影響も
考慮した回路構成にするためには、制御回路が複雑なも
のとなる。

【００２０】したがって、本発明の目的は、冷陰極管と
反射板との間の浮遊容量によるリーク電流である無効電
流の影響を排除し、管電流が一定になるように正確に制
御することで、冷陰極管の輝度が安定し、また小型で高
効率の圧電トランスの駆動方法および駆動装置を提供す
ることにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る圧電トランスの第１の駆動方法は、圧
電トランスの１次端子から入力した電圧を圧電効果によ
り昇圧して２つの２次端子から冷陰極管の２つの端子に
出力し、前記冷陰極管に印加される電圧と、前記冷陰極
管に流れる電流との位相差を検出し、前記検出した位相
差に基づいて、前記冷陰極管に流れる有効電流を検出
し、前記検出した有効電流を所定の設定値と比較し、前
記冷陰極管に流れる有効電流が前記所定の設定値に等し
くなるように、前記圧電トランスを駆動制御することを
特徴とする。

【００２２】前記の目的を達成するため、本発明に係る
圧電トランスの第２の駆動方法は、第１の圧電トランス
の１次端子から入力した電圧を圧電効果により昇圧して
２次端子から冷陰極管の一方の端子に出力し、第２の圧
電トランスの１次端子から入力した電圧を圧電効果によ
り昇圧して２次端子から前記冷陰極管の他方の端子に出
力し、前記冷陰極管に印加される電圧と前記冷陰極管に
流れる電流との位相差を検出し、前記検出した位相差に
基づいて、前記冷陰極管に流れる有効電流を検出し、前
記検出した有効電流を所定の設定値と比較し、前記冷陰
極管に流れる有効電流が前記所定の設定値に等しくなる
ように、前記第１および第２の圧電トランスを駆動制御
することを特徴とする。

【００２３】第１および第２の駆動方法において、前記
冷陰極管は、１つ、もしくは２つ以上の直列接続である
ことが好ましい。

【００２４】前記の目的を達成するため、本発明に係る
圧電トランスの第１の駆動装置は、１次端子から入力さ
れた電圧を圧電効果により昇圧して２つの２次端子から
出力する圧電トランスと、前記圧電トランスを駆動する
駆動回路と、前記駆動回路に可変周波数の電圧を出力す
る可変発振回路と、前記圧電トランスの２次端子からの
出力電圧が２つの端子に印加される冷陰極管と、前記冷
陰極管に流れる電流を検出する電流検出回路と、前記冷
陰極管に印加された電圧を検出する電圧検出回路と、前
記電流検出回路から出力される電流信号と前記電圧検出
回路から出力される電圧信号との位相差を検出する位相
差検出回路と、前記電流検出回路からの電流信号と前記
位相差検出回路からの位相差に基づいて、前記冷陰極管
に流れる有効電流を検出する有効電流検出回路と、前記
有効電流検出回路で検出された有効電流と所定の設定値
とを比較し、前記有効電流が前記所定の設定値に等しく
なるように、前記可変発振回路の発振周波数を制御する
発振制御回路とを備えたことを特徴とする。

【００２５】前記の目的を達成するため、本発明に係る
圧電トランスの第２の駆動装置は、１次端子から入力さ
れた電圧を圧電効果により昇圧して２次端子から出力す
る第１の圧電トランスと、１次端子から入力された電圧
を圧電効果により昇圧して２次端子から出力する第２の
圧電トランスと、前記第１および第２の圧電トランスを
それぞれ位相が１８０°異なる信号で駆動する駆動回路
と、前記駆動回路に可変周波数の電圧を出力する可変発
振回路と、前記第１の圧電トランスの２次端子からの出
力電圧が一方の端子に印加され、前記第２の圧電トラン
スの２次端子からの出力電圧が他方の端子に印加される
冷陰極管と、前記冷陰極管に流れる電流を検出する電流
検出回路と、前記冷陰極管に印加された電圧を検出する
電圧検出回路と、前記電流検出回路から出力される電流
信号と前記電圧検出回路から出力される電圧信号との位
相差を検出する位相差検出回路と、前記電流検出回路か
らの電流信号と前記位相差検出回路からの位相差に基づ
いて、前記冷陰極管に流れる有効電流を検出する有効電
流検出回路と、前記有効電流検出回路で検出された有効
電流と所定の設定値とを比較し、前記有効電流が前記所
定の設定値に等しくなるように、前記可変発振回路の発
振周波数を制御する発振制御回路とを備えたことを特徴
とする。

【００２６】前記の目的を達成するため、本発明に係る
圧電トランスの第３の駆動方法は、第１の圧電トランス
の１次端子から入力した電圧を圧電効果により昇圧して
２次端子から冷陰極管の一方の端子に出力し、第２の圧
電トランスの１次端子から入力した、前記第１の圧電ト
ランスの入力電圧と同位相の電圧を圧電効果により昇圧
して、２次端子から前記第１の圧電トランスの出力電圧
とは位相が１８０°異なる電圧として前記冷陰極管の他
方の端子に出力し、前記冷陰極管を点灯することを特徴
とする。

【００２７】この第３の駆動方法において、前記冷陰極
管に印加される電圧と前記冷陰極管に流れる電流との位
相差を検出し、前記検出した位相差に基づいて、前記冷
陰極管に流れる有効電流を検出し、前記検出した有効電
流を所定の設定値と比較し、前記冷陰極管に流れる有効
電流が前記所定の設定値に等しくなるように、前記第１
および第２の圧電トランスを駆動制御することが好まし
い。

【００２８】前記の目的を達成するため、本発明に係る
圧電トランスの第３の駆動装置は、１次端子から入力さ
れた電圧を圧電効果により昇圧して２次端子から出力す
る第１の圧電トランスと、１次端子から入力された、前
記第１の圧電トランスの入力電圧と同位相の電圧を圧電
効果により昇圧して、前記第１の圧電トランスの出力電
圧とは位相が１８０°異なる電圧として２次端子から出
力する第２の圧電トランスと、前記第１および第２の圧
電トランスを同位相の信号で駆動する駆動回路と、前記
駆動回路に可変周波数の電圧を出力する可変発振回路
と、前記第１の圧電トランスの２次端子からの出力電圧
が一方の端子に印加され、前記第２の圧電トランスの２
次端子からの出力電圧が他方の端子に印加される冷陰極
管と、前記冷陰極管に流れる電流を検出する電流検出回
路と、前記冷陰極管に印加された電圧を検出する電圧検
出回路と、前記電流検出回路から出力される電流信号と
前記電圧検出回路から出力される電圧信号との位相差を
検出する位相差検出回路と、前記電流検出回路からの電
流信号と前記位相差検出回路からの位相差に基づいて、
前記冷陰極管に流れる有効電流を検出する有効電流検出
回路と、前記有効電流検出回路で検出された有効電流と
所定の設定値とを比較し、前記有効電流が前記所定の設
定値に等しくなるように、前記可変発振回路の発振周波
数を制御する発振制御回路とを備えたことを特徴とす
る。

【００２９】前記の目的を達成するため、本発明に係る
圧電トランスの第４の駆動装置は、入力されたそれぞれ
位相が１８０°異なる交流電圧を電流増幅する１対の電
流増幅回路と、前記１対の電流増幅回路のそれぞれの出
力信号を電圧増幅し、それぞれ位相が１８０°異なる電
圧信号を出力する１対の昇圧トランスと、圧電体に１次
側電極及び２次側電極が形成され、前記１対の昇圧トラ
ンスのそれぞれから前記１次側電極に入力された前記電
圧信号を昇圧して前記２次側電極から出力する１対の圧
電トランスとを備えたことを特徴とする。

【００３０】上記の構成によれば、圧電トランスの出力
電流と電圧との位相差に基づいて、冷陰極管に流れる有
効電流のみを検出し、冷陰極管と反射板との間に形成さ
れる浮遊容量による無効電流を排除し、管電流が一定に
なるように正確に制御することで、冷陰極管の輝度が安
定し、また小型で高効率の圧電トランスの駆動方法およ
び駆動装置を実現することができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて、図面を参照して説明する。

【００３２】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態による圧電トランスの駆動装置の一構成例を
示すブロック図である。

【００３３】図２は、図１の圧電トランス１１０と負荷
としての冷陰極管１１８との接続状態および浮遊容量Ｃ
ｘによる無効電流Ｉｘａ、Ｉｘｂを模式的に示す図であ
る。

【００３４】まず、図２に示すように、圧電トランス１
１０は、チタン酸ジルコン鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料を
矩形状に加工し、矩形板の中央部付近に入力側電極１１
００Ｕ、１１００Ｄを形成し、矩形板の両端面に出力側
電極１１００Ｌ、１１００Ｒをそれぞれ設けて構成され
ている。圧電トランス１１０の駆動部は、入力側電極１
１００Ｕ、１１００Ｄにより厚み方向に分極が行われ、
その発電部は、入力側電極１１００Ｕ、１１００Ｄとそ
れぞれの出力側電極１１００Ｌ、１１００Ｒにより分極
が行われる。圧電トランス１１０は、入力側電極１１０
０Ｕと１１００Ｄの間に２分の１波長振動モードの交流
電圧が印加されると、入力側電極１１００Ｕと１１００
Ｄに印加された電圧は、端面に形成された２つの出力側
電極１１００Ｌ、１１００Ｒにより、１８０°だけ位相
の異なった電圧として取り出される。

【００３５】図２に示すように、圧電トランスからそれ
ぞれ１８０°位相が異なり、入力電圧を昇圧比倍だけさ
れた出力電圧が、冷陰極管１１８のそれぞれの入力端に
印加される。冷陰極管１１８は、通常、反射板１２０等
による浮遊容量Ｃｘを有している。このような場合、冷
陰極管１１８の両端にそれぞれプラスとマイナスの電圧
が印加されると、冷陰極管１１８の高電圧側（期間ｔａ
時の電圧Ｖ２印加側、期間ｔｂ時の電圧Ｖ１印加側）で
は、冷陰極管１１８から反射板１２０に電流Ｉｘａ２、
Ｉｘｂ１が流出し、低電圧側（期間ｔａ時の電圧Ｖ１印
加側、期間ｔｂ時の電圧Ｖ２印加側）では、反射板１２
０から冷陰極管１１８に電流Ｉｘａ１、Ｉｘｂ２が流入
する。従って、圧電トランス１１０の出力電流は、冷陰
極管１１８の発光に寄与する電流Ｉａ（有効電流）と、
冷陰極管１１８と反射板との間に形成される浮遊容量Ｃ
ｘに流れる電流（無効電流Ｉｘ）とが含まれる。

【００３６】その結果、冷陰極管１１８の輝度を一定に
保とうとすると、冷陰極管１１８の発光に寄与する有効
電流Ｉａのみを検出し、それをフィードバックする必要
がある。

【００３７】図１において、１１３は可変周波数の電圧
信号を発生する可変発振回路である。可変発振回路１１
３の出力信号は、通常、パルス波形の電圧信号であり、
駆動回路１１２により、高周波成分が取り除かれて正弦
波に近い交流信号に変換される。可変発振回路１１３の
出力信号は、駆動回路１１２に入力される。駆動回路１
１２の出力信号は、圧電トランス１１０を駆動するのに
十分なレベルにまで電圧増幅され、圧電トランス１１０
の１次側電極１１００Ｕに入力される。ここで、圧電ト
ランス１１０としては、図２に示した構造を有する圧電
トランスを用いる。

【００３８】圧電トランス１１０の圧電効果により昇圧
された出力電圧は、２次側電極１１００Ｌ、１１００Ｒ
から取り出される。２次側電極１１００Ｌ、１１００Ｒ
から出力された位相が１８０°異なる２つの高圧電圧
は、冷陰極蛍光管１１８の２つの入力端子に印加され、
冷陰極管１１８が点灯する。

【００３９】冷陰極管１１８の点灯時は、２つの入力端
子からそれぞれ位相が１８０°異なるプラスとマイナス
の電圧が交互に印加される。冷陰極管１１８に流れる電
流を検出する電流検出回路１１６の出力信号と、冷陰極
管１１８の両端に印加される電圧を検出する電圧検出回
路１１７の出力信号は、冷陰極管１１８の電圧と電流と
の位相差を検出する位相差検出回路１１９に供給され
る。位相差検出回路１１９の出力信号と電流検出回路１
１６の出力信号は、有効電流検出回路１１５に供給さ
れ、冷陰極管１１８に流れる有効電流が検出される。

【００４０】有効電流検出回路１１５の出力信号は、発
振制御回路１１４の一方の入力端子に供給され、冷陰極
管１１８に一定の有効電流が流れるように、発振制御回
路１１４の他方の入力端子に供給される基準電圧Ｖｒｅ
ｆと比較され、その比較結果に応じて可変発振回路１１
３の発振周波数が制御される。

【００４１】発振制御回路１１４は、冷陰極管１１８に
流れる有効電流が基準電圧Ｖｒｅｆにより決まる設定値
よりも大きくなれば、発振周波数が圧電トランス１１０
の共振周波数から離れる方向に可変発振回路１１３を制
御し、一方、有効電流が設定値よりも小さくなれば、発
振周波数が圧電トランス１１０の共振周波数に近づくよ
う可変発振回路１１３を制御する。このように、冷陰極
管１１８に流れる有効電流を一定にする自励方式で圧電
トランス１１０の駆動制御を行うことにより、冷陰極管
１１８の負荷が変動したり、温度により圧電トランス１
１０の特性が変化しても冷陰極管１１８を安定に点灯で
きる。

【００４２】図３は、図１の駆動回路１１２周辺部の具
体的な構成例を示す回路図である。図３において、電流
検出回路１１６は、１次巻線の一端が圧電トランス１１
０に他端が冷陰極管１１８に接続されたカレントトラン
スＣＴと、カレントトランスＣＴの２次巻線間に電流検
出用の負荷として接続された抵抗Ｒ１とから構成され
る。

【００４３】カレントトランスＣＴの２次巻線で検出さ
れた電流信号は、位相差検出回路１１９を構成するＡＮ
Ｄゲートの一方の入力端子に供給される。ＡＮＤゲート
の他方の入力端子には、電圧検出回路１１７を構成する
抵抗Ｒ２とＲ３で分圧された電圧信号が供給される。こ
こで、圧電トランス１１０の出力電圧は、出力電流との
位相差を検出するために用いるので、その絶対値は必要
でなく、抵抗Ｒ２とＲ３により、ＡＮＤゲートの入力閾
値レベルまで分圧される。

【００４４】また、有効電流検出回路１１５は、ダイオ
ードＤ１、コンデンサＣ１、および抵抗Ｒ５からなるピ
ークホールド回路と、スイッチング素子Ｑ１と、抵抗Ｒ
４とからなる。カレントトランスＣＴの２次巻線で検出
された電流信号は、電流の絶対値を検出するために、ピ
ークホールド回路に供給される。

【００４５】また、ＡＮＤゲートの出力信号は、スイッ
チング素子Ｑ１に入力され、電圧信号と電流信号の入力
レベル、すなわち位相差に応じて、スイッチング素子Ｑ
１がオン／オフし、ピークホールド回路により、電流信
号の有効電流成分のみが検出される。

【００４６】なお、本実施形態では、圧電トランスはＰ
ＺＴなどの圧電セラミックを用いて形成したが、圧電性
を示す材料であれば、ＬｉＮｂＯ₃などのような単結晶
材料でも、１８０°位相の異なる出力電圧を得ることが
できる。

【００４７】また、圧電トランスは、図２に示したよう
な２分の１波長振動モードに限らず、１８０°位相の異
なる電圧を出力するものであり、冷陰極管の両端からそ
れぞれ入力を行うものであれば、他の圧電トランスでも
同様の効果を得ることができる。

【００４８】さらに、圧電トランスの負荷として冷陰極
管を２本接続した場合でも、冷陰極管２本に印加された
電圧と、冷陰極管に流れる電流を検出し、その位相差か
ら圧電トランスの出力電流に含まれる有効電流成分のみ
を検出し、それを輝度制御に用いることでも同様の効果
を得ることができる。

【００４９】（第２の実施形態）図４は、本発明の第２
の実施形態による圧電トランスの駆動装置の一構成例を
示すブロック図である。

【００５０】図４において、圧電トランス３１５、３１
６は、ＰＺＴ等の圧電性を示す圧電材料からなり、１次
電極に印加された電圧は昇圧比倍され２次側電極から取
り出される。

【００５１】図４に示された２つの圧電トランス３１
５、３１６は、それぞれ、位相反転回路３１７により１
８０°だけ位相の異なった入力電圧が印加される。その
結果、圧電トランス３１５、３１６のそれぞれから１８
０°だけ位相の異なった出力電圧が取り出され、冷陰極
管１１８のそれぞれの入力端子に入力される。本実施形
態が第１の実施形態と異なる点は、圧電トランスを２つ
用いて冷陰極管１１８を駆動する点であり、その他の制
御については同様である。

【００５２】本実施形態による駆動の場合においても、
冷陰極管１１８は、通常、反射板１２０等による浮遊容
量Ｃｘを有しているため、冷陰極管１１８の両端にプラ
スとマイナスの電圧が交互に印加されると、高電圧側で
は冷陰極管１１８から反射板１２０に電流が流出し、低
電圧側では反射板１２０から冷陰極管１１８に電流が流
入する。

【００５３】したがって、圧電トランス３１５、３１６
の出力電流は、冷陰極管１１８の発光に寄与する電流Ｉ
ａ（有効電流）と、冷陰極管１１８と反射板１２０との
間に形成される浮遊容量Ｃｘに流れる電流（無効電流Ｉ
ｘ）とが含まれる。

【００５４】その結果、冷陰極管１１８の輝度を一定に
保とうとすると、冷陰極管１１８の発光に寄与する有効
電流Ｉａのみを検出し、それをフィードバックする必要
がある。

【００５５】図４において、３１１、３１２は、可変周
波数の電圧信号を発生する可変発振回路である。可変発
振回路３１１、３１２の出力信号は、通常、パルス波形
の電圧信号であり、駆動回路３１３、３１４により、高
周波成分が取り除かれて正弦波に近い交流信号に変換さ
れる。駆動回路３１４、３１３の出力信号は、それぞ
れ、圧電トランス３１５、３１６を駆動するのに十分な
レベルにまで電圧増幅され、圧電トランス３１５、３１
６の１次側電極に入力される。ここで、２つの圧電トラ
ンス３１５、３１６にそれぞれ入力される電圧は、振幅
が同じで、位相が１８０°異なっている。

【００５６】圧電トランス３１５、３１６の圧電効果に
より昇圧された出力電圧が２次側電極から取り出され
る。１８０°位相の異なった入力電圧により、同じ構造
の圧電トランスからは、１８０°位相の異なった出力電
圧が取り出される。２次側電極から出力された２つの高
圧電圧は、冷陰極管１１８の２つの入力端子に印加さ
れ、冷陰極管１１８が点灯する。

【００５７】冷陰極管１１８の点灯時は、２つの入力端
子からそれぞれ位相が１８０°異なるプラスとマイナス
の電圧が交互に印加される。冷陰極管１１８に流れる電
流を検出する電流検出回路１１６の出力信号と、冷陰極
管１１８の両端に印加される電圧を検出する電圧検出回
路１１７の出力信号は、冷陰極管１１８の電圧と電流と
の位相差を検出する位相差検出回路１１９に供給され
る。位相差検出回路１１９の出力信号と電流検出回路１
１６の出力信号は、有効電流検出回路１１５に供給さ
れ、冷陰極管１１８に流れる有効電流が検出される。

【００５８】有効電流検出回路１１５の出力信号は、発
振制御回路１１４の一方の入力端子に供給され、冷陰極
管１１８に一定の有効電流が流れるように、発振制御回
路１１４の他方の入力端子に供給される基準電圧Ｖｒｅ
ｆと比較され、その比較結果に応じて、可変発振回路３
１１、３１２の発振周波数が制御される。なお、発振制
御回路１１４の出力信号は、位相反転回路３１７に入力
され、位相反転回路３１７から１８０°位相の異なった
出力信号がそれぞれ可変発振回路３１１、３１２に入力
される。

【００５９】発振制御回路１１４は、冷陰極管１１８に
流れる有効電流が基準電圧Ｖｒｅｆにより決まる設定値
よりも大きくなれば、発振周波数が圧電トランス３１
５、３１６の共振周波数から離れる方向に可変発振回路
３１２、３１１を制御し、一方、有効電流が設定値より
も小さくなれば、発振周波数が圧電トランス３１５、３
１６の共振周波数に近づくよう可変発振回路３１２、３
１１を制御する。このように、冷陰極管１１８に流れる
有効電流を一定にする自励方式で圧電トランス３１５、
３１６の駆動制御を行うことにより、冷陰極管１１８の
負荷が変動したり、温度により圧電トランス３１５、３
１６の特性が変化しても冷陰極管１１８を安定に点灯で
きる。

【００６０】上記の説明では、同じ構造の圧電トランス
を２つ用いたため、圧電トランスの入力端子には、それ
ぞれ位相が１８０°異なる電圧を印加した。しかし、本
実施形態の変形例として、分極構造が異なる圧電トラン
スを用いることもできる。この場合、図５に示すよう
に、入力側電極４１６１Ｕ、４１６１Ｄおよび出力側電
極４１６２を有する一方の圧電トランス４１６と、入力
側電極４１５１Ｕ、４１５１Ｄおよび出力側電極４１５
２を有する他方の圧電トランス４１５における分極方向
を、それぞれ、厚み方向では同じ方向ＰＤとし、長手方
向ではＰＬ１、およびＰＬ１とは反対方向のＰＬ２にし
て、同位相の入力電圧で１８０°位相の異なる出力を得
ることができる。

【００６１】その結果、図６に示す圧電トランスの駆動
装置のように、位相反転回路３１７が削除でき、２つの
可変発振回路３１１、３１２も２つの圧電トランス４１
５、４１６に共通な１つの可変発振回路１１３とするこ
とができる。

【００６２】なお、本実施形態では、圧電トランスはＰ
ＺＴなどの圧電セラミックを用いて形成したが、圧電性
を示す材料であれば、ＬｉＮｂＯ₃などのような単結晶
材料でも、１８０°位相の異なる出力電圧を得ることが
できる。

【００６３】さらに、冷陰極管の両端からそれぞれ入力
を行うものであれば、他の圧電トランスでも同様の効果
を得ることができる。

【００６４】さらに、圧電トランスの負荷として冷陰極
管を２本接続した場合でも、２本の冷陰極管に印加され
た電圧と、冷陰極管に流れる電流を検出し、その位相差
から圧電トランスの出力電流のうち有効電流を検出し
て、輝度を一定に制御することでも同様の効果を得るこ
とができる。

【００６５】（第３の実施形態）図７は、本発明の第３
の実施形態による圧電トランスの駆動装置における駆動
回路およびその周辺部の構成図である。

【００６６】図７において、６０５、６０６は圧電トラ
ンスであり、圧電トランス６０５、６０６は、他の圧電
素子と同様に共振特性を示し、共振周波数近傍の交流電
圧を１次側電極に入力すると、圧電効果により昇圧比倍
された電圧出力が２次側電極から取り出される。しか
し、共振周波数以外の周波数成分は、圧電トランス６０
５、６０６の中で損失となったり、熱に変換されたり、
不要な応力の原因となり信頼性を低下させてしまう。従
って、圧電トランス６０５、６０６はできるだけ共振周
波数近傍の正弦波で駆動を行うのが望ましい。

【００６７】しかしながら、第２実施形態で示したよう
に、２つの圧電トランスを使用した装置においては、２
つの圧電トランスそれぞれに駆動回路が必要となる。

【００６８】そこで、図７に示すように、一対のＦＥＴ
６０３、６０４と、一対の昇圧トランス６０１、６０２
とにより、駆動回路６００を構成する。

【００６９】図７に示す駆動回路６００では、昇圧トラ
ンス６０１、６０２の２次側巻線の中心に中間タップを
設けてグランドに落とし、２次側巻線の２つの端子から
位相が１８０°異なった電圧を発生させ、それぞれの圧
電トランス６０５、６０６に印加する。ここで、昇圧ト
ランス６０１、６０２の２次側巻線のインダクタンス
は、圧電トランス６０５、６０６の１次側容量を考慮し
て、所望の周波数で電圧共振できるように設定される。

【００７０】また、一対のＦＥＴ６０３、６０４には、
それぞれ逆位相の矩形波信号ＣＬＫ、／ＣＬＫがゲート
端子に入力される。ＦＥＴ６０３がオン状態のときは、
ＦＥＴ６０４はオフ状態であり、各ＦＥＴがオン状態の
とき、昇圧トランス６０１、６０２の１次側巻線に電源
Ｖｄから電流が流れ、エネルギーを蓄積する。オン状態
にあったＦＥＴがオフ状態になると、インダクタに蓄積
されたエネルギーは２次側巻線から電圧変換されて圧電
トランス６０５、６０６に出力される。

【００７１】このようにして、圧電トランス６０５、６
０６は、一対のＦＥＴ６０３、６０４および一対の昇圧
トランス６０１、６０２により、正弦波状の電圧で駆動
される。圧電トランス６０５、６０６の出力端子から
は、それぞれ位相が１８０°異なった電圧が出力され、
その電圧信号により冷陰極管６０７が駆動される。

【００７２】上記構成の駆動回路６００を用いると、図
８に示す圧電トランスの駆動装置のように、駆動回路６
００を２つの圧電トランス６０５、６０６で共通とする
ことができ、圧電トランスを駆動する上で同じ駆動波形
の電圧を２つの圧電トランス６０５、６０６に印加でき
るため、２つの圧電トランス６０５、６０６の出力電圧
をほぼ等しくでき、よって冷陰極管６０７に印加する電
圧をほぼ等しくできる。また、圧電トランスの駆動装置
の小型化や、部品点数の削減を図ることができるなどの
効果がある。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電トランスの出力電流と電圧との位相差に基づいて、
冷陰極管に流れる有効電流のみを検出し、冷陰極管と反
射板との間に形成される浮遊容量による無効電流を排除
し、管電流が一定になるように正確に制御することで、
冷陰極管の輝度が安定し、また小型で高効率の圧電トラ
ンスの駆動方法および駆動装置を実現することができ
る、という格別な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態による圧電トランス
の駆動装置の一構成例を示すブロック図

【図２】 圧電トランスから冷陰極管に電圧を印加した
場合に、浮遊容量Ｃｘによる期間ｔａおよびｔｂ時の無
効電流ＩｘａおよびＩｘｂを模式的に示す図

【図３】 図１の駆動回路１１２周辺部の具体的な構成
例を示す回路図

【図４】 本発明の第２の実施形態による圧電トランス
の駆動装置の一構成例を示すブロック図

【図５】 本発明の第２の実施形態による他の駆動装置
に用いる圧電トランスの斜視図

【図６】 図５の圧電トランスを用いた他の駆動装置の
一構成例を示すブロック図

【図７】 本発明の第３の実施形態による圧電トランス
の駆動装置における駆動回路６００およびその周辺部の
構成図

【図８】 図７の駆動回路構成を用いた圧電トランスの
駆動装置の一構成例を示すブロック図

【図９】 従来の圧電トランスの駆動装置の構成を示す
ブロック図

【図１０】 従来の圧電トランスの構造を示す斜視図

【図１１】 図１０の圧電トランスを用いた従来の圧電
トランスの駆動回路を示すブロック図

【図１２】 １本の冷陰極管の両端に１８０°位相が異
なる電圧を印加した場合の浮遊容量Ｃｘによるリーク電
流Ｉｘａ、Ｉｘｂを模式的に示す図（ａ）、図１２
（ａ）の期間ｔａにおける冷陰極管の長さ方向に対する
リーク電流Ｉｘａの大きさと方向を示す図（ｂ）、およ
び図１２（ａ）の期間ｔｂにおける冷陰極管の長さ方向
に対するリーク電流Ｉｘｂの大きさと方向を示す図
（ｃ）

【図１３】 直列接続された２本の冷陰極管の両端に１
８０°位相が異なる電圧を印加した場合の浮遊容量Ｃｘ
によるリーク電流Ｉｘａ、Ｉｘｂを模式的に示す図
（ａ）、図１３（ａ）の期間ｔａにおける冷陰極管の長
さ方向に対するリーク電流Ｉｘａの大きさと方向を示す
図（ｂ）、および図１３（ａ）の期間ｔｂにおける冷陰
極管の長さ方向に対するリーク電流Ｉｘｂの大きさと方
向を示す図（ｃ）

【図１４】 従来の圧電トランスの構造を示す斜視図

【図１５】 従来の圧電トランスの駆動装置の構成を示
すブロック図

【図１６】 圧電トランスの出力電圧と出力電流の波形
図

【符号の説明】

１１０、３１５、３１６、４１５、４１６、６０５、６
０６ 圧電トランス １１００Ｕ、１１００Ｄ、４１５１Ｕ、４１５１Ｄ、４
１６１Ｕ、４１６１Ｄ入力側（１次側）電極 １１００Ｌ、１１００Ｒ、４１５２、４１６２ 出力側
（２次側）電極 １１１、７００ 電源 １１２、３１３、３１４、６００ 駆動回路 １１３、３１１、３１２、７０４ 可変発振回路 １１４、７０５ 発振制御回路 １１５、７０６ 有効電流検出回路 １１６、７０９ 電流検出回路 １１７、７１０ 電圧検出回路 １１８、６０７ 冷陰極管 １１９、７０７ 位相差検出回路 １２０、７２０ 反射板 ３１７ 位相反転回路 ６０１、６０２ 昇圧トランス ６０３、６０４ ＦＥＴ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 朝日 俊行 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 奥山 浩二郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (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） 3K072 AA19 BA03 BC07 CA16 DE02 DE03 DE04 GA02 GB14 GC04 HA05 HA06 5H007 AA07 BB03 CA02 CB04 CB07 CC06 CC32 DA03 DA05 DA06 DC02 DC04 DC05 EA09 5H730 AA14 AS11 BB57 BB80 BB82 BB85 DD04 EE48 EE74 EE79 FD01 FD31 FD61 FG07 ZZ19

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電トランスの１次端子から入力した電
   圧を圧電効果により昇圧して２つの２次端子から冷陰極
   管の２つの端子に出力し、 前記冷陰極管に印加される電圧と、前記冷陰極管に流れ
   る電流との位相差を検出し、 前記検出した位相差に基づいて、前記冷陰極管に流れる
   有効電流を検出し、 前記検出した有効電流を所定の設定値と比較し、 前記冷陰極管に流れる有効電流が前記所定の設定値に等
   しくなるように、前記圧電トランスを駆動制御すること
   を特徴とする圧電トランスの駆動方法。
2. 【請求項２】 第１の圧電トランスの１次端子から入力
   した電圧を圧電効果により昇圧して２次端子から冷陰極
   管の一方の端子に出力し、 第２の圧電トランスの１次端子から入力した電圧を圧電
   効果により昇圧して２次端子から前記冷陰極管の他方の
   端子に出力し、 前記冷陰極管に印加される電圧と前記冷陰極管に流れる
   電流との位相差を検出し、 前記検出した位相差に基づいて、前記冷陰極管に流れる
   有効電流を検出し、 前記検出した有効電流を所定の設定値と比較し、 前記冷陰極管に流れる有効電流が前記所定の設定値に等
   しくなるように、前記第１および第２の圧電トランスを
   駆動制御することを特徴とする圧電トランスの駆動方
   法。
3. 【請求項３】 前記冷陰極管は、１つ、もしくは２つ以
   上の直列接続であ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。
4. 【請求項４】 １次端子から入力された電圧を圧電効果
   により昇圧して２つの２次端子から出力する圧電トラン
   スと、 前記圧電トランスを駆動する駆動回路と、 前記駆動回路に可変周波数の電圧を出力する可変発振回
   路と、 前記圧電トランスの２次端子からの出力電圧が２つの端
   子に印加される冷陰極管と、 前記冷陰極管に流れる電流を検出する電流検出回路と、 前記冷陰極管に印加された電圧を検出する電圧検出回路
   と、 前記電流検出回路から出力される電流信号と前記電圧検
   出回路から出力される電圧信号との位相差を検出する位
   相差検出回路と、 前記電流検出回路からの電流信号と前記位相差検出回路
   からの位相差に基づいて、前記冷陰極管に流れる有効電
   流を検出する有効電流検出回路と、 前記有効電流検出回路で検出された有効電流と所定の設
   定値とを比較し、前記有効電流が前記所定の設定値に等
   しくなるように、前記可変発振回路の発振周波数を制御
   する発振制御回路とを備えたことを特徴とする圧電トラ
   ンスの駆動装置。
5. 【請求項５】 １次端子から入力された電圧を圧電効果
   により昇圧して２次端子から出力する第１の圧電トラン
   スと、 １次端子から入力された電圧を圧電効果により昇圧して
   ２次端子から出力する第２の圧電トランスと、 前記第１および第２の圧電トランスをそれぞれ位相が１
   ８０°異なる信号で駆動する駆動回路と、 前記駆動回路に可変周波数の電圧を出力する可変発振回
   路と、 前記第１の圧電トランスの２次端子からの出力電圧が一
   方の端子に印加され、前記第２の圧電トランスの２次端
   子からの出力電圧が他方の端子に印加される冷陰極管
   と、 前記冷陰極管に流れる電流を検出する電流検出回路と、 前記冷陰極管に印加された電圧を検出する電圧検出回路
   と、 前記電流検出回路から出力される電流信号と前記電圧検
   出回路から出力される電圧信号との位相差を検出する位
   相差検出回路と、 前記電流検出回路からの電流信号と前記位相差検出回路
   からの位相差に基づいて、前記冷陰極管に流れる有効電
   流を検出する有効電流検出回路と、 前記有効電流検出回路で検出された有効電流と所定の設
   定値とを比較し、前記有効電流が前記所定の設定値に等
   しくなるように、前記可変発振回路の発振周波数を制御
   する発振制御回路とを備えたことを特徴とする圧電トラ
   ンスの駆動装置。
6. 【請求項６】 第１の圧電トランスの１次端子から入力
   した電圧を圧電効果により昇圧して２次端子から冷陰極
   管の一方の端子に出力し、 第２の圧電トランスの１次端子から入力した、前記第１
   の圧電トランスの入力電圧と同位相の電圧を圧電効果に
   より昇圧して、２次端子から前記第１の圧電トランスの
   出力電圧とは位相が１８０°異なる電圧として前記冷陰
   極管の他方の端子に出力し、 前記冷陰極管を点灯することを特徴とする圧電トランス
   の駆動方法。
7. 【請求項７】 前記冷陰極管に印加される電圧と前記冷
   陰極管に流れる電流との位相差を検出し、 前記検出した位相差に基づいて、前記冷陰極管に流れる
   有効電流を検出し、 前記検出した有効電流を所定の設定値と比較し、 前記冷陰極管に流れる有効電流が前記所定の設定値に等
   しくなるように、前記第１および第２の圧電トランスを
   駆動制御することを特徴とする請求項６記載の圧電トラ
   ンスの駆動方法。
8. 【請求項８】 １次端子から入力された電圧を圧電効果
   により昇圧して２次端子から出力する第１の圧電トラン
   スと、 １次端子から入力された、前記第１の圧電トランスの入
   力電圧と同位相の電圧を圧電効果により昇圧して、前記
   第１の圧電トランスの出力電圧とは位相が１８０°異な
   る電圧として２次端子から出力する第２の圧電トランス
   と、 前記第１および第２の圧電トランスを同位相の信号で駆
   動する駆動回路と、 前記駆動回路に可変周波数の電圧を出力する可変発振回
   路と、 前記第１の圧電トランスの２次端子からの出力電圧が一
   方の端子に印加され、前記第２の圧電トランスの２次端
   子からの出力電圧が他方の端子に印加される冷陰極管
   と、 前記冷陰極管に流れる電流を検出する電流検出回路と、 前記冷陰極管に印加された電圧を検出する電圧検出回路
   と、 前記電流検出回路から出力される電流信号と前記電圧検
   出回路から出力される電圧信号との位相差を検出する位
   相差検出回路と、 前記電流検出回路からの電流信号と前記位相差検出回路
   からの位相差に基づいて、前記冷陰極管に流れる有効電
   流を検出する有効電流検出回路と、 前記有効電流検出回路で検出された有効電流と所定の設
   定値とを比較し、前記有効電流が前記所定の設定値に等
   しくなるように、前記可変発振回路の発振周波数を制御
   する発振制御回路とを備えたことを特徴とする圧電トラ
   ンスの駆動装置。
9. 【請求項９】 入力されたそれぞれ位相が１８０°異な
   る交流電圧を電流増幅する１対の電流増幅回路と、 前記１対の電流増幅回路のそれぞれの出力信号を電圧増
   幅し、それぞれ位相が１８０°異なる電圧信号を出力す
   る１対の昇圧トランスと、 圧電体に１次側電極及び２次側電極が形成され、前記１
   対の昇圧トランスのそれぞれから前記１次側電極に入力
   された前記電圧信号を昇圧して前記２次側電極から出力
   する１対の圧電トランスとを備えたことを特徴とする圧
   電トランスの駆動装置。