压电变压器的驱动电路的制作方法

专利名称：压电变压器的驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及压电变压器的驱动电路其中所述压电变压器用在冷阴极荧光灯(CCFL)的驱动设备中或用在电视机、电子复印机、便携式 电话等类物体的高电压生成器中，其能够在每一个压电变压器的原、 副边之间提供绝缘，检测负载电流之间的相位差以减少负载变化，并 且进行控制以减少流经每一个负载的电流差异。
背景技术：
压电变压器是通过利用压电振荡器的谐振现象来输入低压和输出 高压的变压器。该压电变压器的特征是，压电振荡器的能量密度高于 电磁型变压器的能量密度。因此，可以对压电变压器进行小型化，以 使其用于接通/断开CCFL、液晶显示设备的背光、小型高电压电源等。 在专利文献1中公开了一种现有技术，其中使用CCFL作为液晶显示 面板的背光并且使用压电变压器来点亮CCFL。液晶电视的压电逆变器 是通过使用上述技术来实现的设备。用于液晶电视的压电逆变器被用 作为点亮设备，以接通/断开作为液晶电视的背光源来进行操作的 CCFL。图1为框图，示出了现有液晶电视的电路结构的框图以及电压 电平的改变状态。在图1中，示出了 AC (交流电)电源100、 PFC (功 率因数改善电路)101、 POW (功率切换单元)102、 INV (压电逆变器 电路)103、 CCFL 104和TV(TV电路)105。具体的电压(例如，100V) 从AC电源100输入。从AC电源IOO输入的特定电压的功率因数是由 PFC 101进行改善。具有改善的功率因数的电压被升压到指定的电压 (例如，400V)，并且然后被输入到POW102。通过POW102中的切 换电路，将由PFC 101升压到指定电平(例如，400V)的电压降低到 指定的电平(例如，12V)。下降的电压(例如，12V)被输入到INV 103 和TV 105。在INV 103中，由POW 102降低的指定电压(例如，12V)被组成INV103的电磁型变压器所提升，并且然后被压电变压器进一步 提升到指定电平(例如，1000V)。将指定电压(例如，1000V)施加 至UCCFL104，以点亮CCFL104。另一方面，输入到TV105的指定电 压(例如，12V)被用作为TV 105中的电源电压。专利文献1:日本专利申请未决公开第Hei 10-200174号。发明内容本发明所要解决的问题在上述用于液晶电视的压电逆变器中，例如，在通过POW102将 400V的电压降低到12V之后，12V的电压被INV103提升到1000V， 从而导致了低效率的操作。而且，电压必须被提升约100倍，并且因 此当单独使用单片型压电变压器时，存在一个问题，即，没有获得期 望的提升比。另一方面，当使用层叠型压电变压器时，尽管可以单独 提升电压，但是会出现另一个问题，即成本增加了。为了解决上述问 题，为INV 103配备了电磁型变压器，以允许通过两步升压方法来提 升电压。也就是说，在第一步，电压被电磁型变压器提升，并且在第 二步，电压被压电变压器所提升，并且然后所获得的特定电压(例如， 1000V)被输出到CCFL 104。结果，出现了另一个问题，即效率进一 步下降。为了解决这一问题，提出了另一种电路，其中来自PFC 101的输 出电压被直接输入到INV 103而没有输入到POW 102，从而提高了效 率。通过该方法，来自PFC 101的指定输出电压(例如，400V)被输 入到INV103，从而使提升比更小。因此，单片型压电变压器的使用并 不需要现有使用的电磁型变压器，并且结果，可以抑制电磁型变压器 和POW102中的功率损耗，从而提高了效率。然而，如果从PFC 101输出的电压被直接输入到INV 103，则出 现另一个问题，即无法在连接到INV 103的压电变压器的原边与其副
边之间提供绝缘。在冷阴极管等负载的情况下，从安全的角度来看， 其原边电路被电气地和完全地与其副边电路相绝缘和分离。现有情况 下，如图1所示，通过连接到POW102的电磁型变压器，可以将绝缘放在原、副边之间。然而，如果从PFC 101输出的电压被直接输入到 INV103，则由于电压并不穿过POW 102，因此有必要通过INV 103将 原边电路与副边完全分离并且绝缘。也就是说，需要一个能够在原、 副边之间提供电气和全绝缘的变压器。这里，连接到INV 103的变压 器常规地包括电磁型变压器和压电变压器，然而，如上所述，当必须 提升输出电压时，不需要使用电磁型变压器。然而，压电变压器具有 三端子结构，并且因此除了压电变压器的输出端子以外，还必须从原 边电路引出接地线，这会引起另一个问题，即无法在原、副边之间放 置绝缘。而且，在液晶电视中，当使用多个CCFL作为液晶面板的背光并 且将压电变压器连接到每一个CCFL时，除非使流经每一个CCFL的 显像管电流的大小相等，否则会产生一个问题，即出现背光流明的不 均匀性。作为用于解决上述问题的方法，可以预见到有一种技术，用 '于控制每一个显像管电流，以使显像管电流的大小相等。然而，如果 使用该技术，则额外需要其他的专用控制电路，这导致由于其他电路 中的功率损耗而引起的效率下降，以及制造成本的增加。考虑到上述待解决的各类问题，本发明的一个目标是提出能够在 压电变压器的原、副边之间放置绝缘的压电变压器的驱动电路。而且，本发明的另一个目标是，提供一种压电变压器的驱动电路， 通过检测位于负载中心点的负载电流的相位和通过施加控制，其能够 抑制负载变化和减少流经每一个负载的电流差异，以便负载电流和驱 动电压之间的相位差是90度。问题解决方法 为了实现上述目标，本发明的压电变压器的驱动电路包括用于输 出指定电压到负载的压电变压器，用于施加用于驱动压电变压器的电 压的驱动单元，用于控制驱动单元的频率控制单元，以及用于将检测 信号发送到频率控制单元的电流检测单元，并且其特征是，每两个压 电变压器的原边被级联起来以组成每一对压电变压器，并且一或多对 压电变压器与驱动单元并联，并且与压电变压器具有相同数目的负载 的每一个的一个末端部分来说被连接到压电变压器的每一个副边并且 其每一个位于每一个负载的另一个末端部分中的多个表面末端部分被 分成两个组，每一个组彼此互相连接起来。通过上述构造，从上述压 电变压器对输出的电压被抵消，并且结果导致不需要接地。因此，驱 动电路可以在压电变压器的原、副边之间提供绝缘。另外，本发明的压电变压器的驱动电路的特征是，从组成一对压 电变压器的两个压电变压器输出的电压之间的相位差是180度。因此， 由于从组成一对压电变压器的两个压电变压器输出的电压之间的相位差是180度，当每一个负载具有浮置电容时，可以减少流经浮置电容器的泄漏电流。另外，本发明的压电变压器的驱动电路的特征是，电流检测部件 可以检测负载的每一个表面末端部分中的电流。这样减少了电流检测 部件中的电压变化，从而能够使用具有较小耐用电压值的组件来代替 组成上述相位检测部件的组件。另外，本发明的压电变压器的驱动电路的特征是，电流检测部件 还可以作为相位检测部件来使用，以检测负载电流之间的相位差。因 此，通过检测负载电流的相位并且通过施加控制以使每一个负载电流的总和与每一个压电变压器的驱动电压之间的相位差为-90度，可以抑 制负载中的变化，并且可以减少流经每一个负载的电流差。另外，本发明的压电变压器的另一个驱动电路包括用于输出指定
电压到负载的压电变压器，用于施加用于驱动压电变压器的电压的驱 动部件，用于控制驱动部件的频率控制单元，以及用于将检测信号发 送到频率控制单元的电流检测单元，并且其特征是，每两个压电变压 器的原边被级联起来以组成每一对压电变压器，并且一或多对压电变 压器与驱动单元并联，并且与压电变压器具有相同数目的负载的每一个的一个末端部分来说被连接到压电变压器的每一个副边并且其每一 个位于每一个负载的另一个末端部分中的多个表面末端部分被分成两 个组，每一个组彼此互相连接起来，并且电流检测部件还用作为相位 检测单元，用于检测负载电流之间的相位差。因此，即使上述压电变压器彼此并联起来组成每一对压电变压器， 从压电变压器输出的电压被抵消，从而使接地无必要。这样使压电变 压器的原、副边彼此互相绝缘。因此，通过检测负载电流之间的相位 差并且通过施加控制以使每一个负载电流的总和与每一个压电变压器 的驱动电压之间的相位差为-90度，可以抑制每一个负载中的变化，并 且可以减少流经每一个负载的电流差。进而，本发明的压电变压器的又一个驱动电路包括用于输出指定 电压到U形冷阴极显像管的压电变压器，用于施加用于驱动压电变压 器的电压的驱动部件，用于控制驱动单元的频率控制单元，以及用于 将检测信号发送到频率控制单元的电流检测部件，并且其特征是，驱 动部件被串联连接到每两个压电变压器，并且每两个压电变压器被串 联连接到U形冷阴极管，并且电流检测部件检测冷阴极管中电极的每 一个负载电流的相位。因此，在使用u形冷阴极管的情况下，从每两个压电变压器输出的电压被抵消，从而无需进行接地。结果，可以在压电变压器的原、 副边之间提供绝缘。而且，冷阴极管可以等价地近似为纯电阻器，并 且因此负载电压与负载电流同相。由于将负载电压相位作为负载电流 相位，因此通过控制以便使每一个负载电压的总和与每一个压电变压
器的驱动电压之间的相位差为-90度，可以抑制每一个负载中的变化， 并且可以减少流经每一个负载的电流之差。本发明的效果根据本发明，可以提供能够在压电变压器的原、副边之间放置绝 缘的压电变压器的驱动电路。另外，可以提供能够通过使用相位检测 部件来检测为与每一个负载中心点出的负载电流的相位和通过施加控制以便使负载电流与驱动电压之间的相位差为90度，来抑制负载中的变化和减少流经每一个负载的电流之差的压电变压器的驱动电路。


图1为框图，示出了现有液晶电视的电路结构的框图以及电压电平的改变状态；图2为框图，示出了本发明的液晶电视的电路结构的框图以及电 压电平的变化状态；图3示出了根据本发明第一实施例的压电变压器的驱动电路； 图4解释了通过施加控制以使负载电流IL落后驱动电压卯度， 从而可以控制负载电流IL值的事实的视图；图5示出了冷阴极荧光灯CCFL的电流-电压特性图；图6是根据本发明的第二实施例的压电变压器的驱动电路。标号注释 10 驱动电路11、 IIA、 IIB、 11C12、 12A、 12B、 12C 13 交流电压源 14、 14A、 14B、 14C 21 压电振动体 22、 23主电极 24 副电极、IID、 IIE、 11F压电变压器、12D、 12E、 12F冷阴极荧光灯(CCFL)、14D、 14E、 14F表面末端电极50 驱动部件51 频率控制部件52 相位检测部件53 变压器100 AC (交流)电源101 PFC (功率因数改善电路)102 POW (功率开关单元)103 现有INV (压电逆变器电路)104 冷阴极荧光灯(CCFL)105 TV (电视机)电路106 本发明的INV112、 112A、 112B、 112C 冷阴极荧光灯(CCFL) 114、 114A、 114B、 114C、 114D、 114E、 114F电极 iL、 iLA、 iLB、 iLC、 iLD、 iLE、 iLF 输出电流 I 所有电流IC 流经静电电容器CL的电流 IL 流经阻抗设备ZL的负载电流 COl、 C02、 C'、 C 静电电容器 L'、 L 电感 R，、 R、 rl、 r2 电阻器CL'、 CL 冷阴极荧光灯(CCFL)的浮置电容 V、 Vd、 E，、 E、 Vi 驱动电压 VO、 VL 输出电压 ZL、 Zi 阻抗 w、 角频率具体实施方式
下面参考附图来描述本发明的第一实施例。需要指出的是，下面 解释的该实施例并不对本发明的权利要求中所陈述的发明进行限制， 并且在该实施例中所述的特征的所有组合并不总是作为解决本发明问 题的必须的手段。首先，参考图2来讲述该实施例的液晶电视的电路结构。图2为 框图，示出了根据本发明实施例的液晶电视的电路结构，并且还示出了电压电平的变化状态。图2所示的液晶电视的压电逆变器被用作为点亮设备，用以接通/断开在液晶电视的背光光源中使用的冷阴极荧光灯(CCFL)。在图2中，示出了AC (交流电)电源100、 PFC (功率 因数改善电路)101、 POW (功率切换单元)102、 INV (压电逆变器电 路)103、 CCFL 104和TV (TV电路)105。在PFC 101中改善了功率 因数之后，从AC电源IOO输入的特定电压(例如，100V)被提升到 指定电平(例如，4000V)。与现有电路不同，该指定电压(例如，400V) 被输入到POW 102和INV 103。通过POW 102中的切换电路将由PFC 101升压到指定电平(例如，400V)的电压降低到指定的电平(例如， 12V)。该电压(例如，12V)被输入到TV电路105并且被用作为TV 105中的电源。另一方面，通过使用构成INV 103的单片型压电变压器，将在 PFC101中改善了功率因数之后已经提升到指定电平(例如，400V)的 电压再次提升到指定电压(例如，1000V) 。 CCFL 104被指定电压(例 如，1000V)的施加所点亮。因此，通过将根据如图l所示结构的电路 结构改变为如图2所示的电路结构，可以降低升压比，结果，通过使 用单片型压电变压器可以提升电压。也就是说，根据该实施例的电路， 连接到现有的INV 103并且在两步升压方法中所需的电磁型变压器变 得不再必要。结果，电磁型变压器的去除可以提高操作效率。而且， 与在现有情况不同，由于电压并不穿过POW 102，因此没有发生功率 损耗，从而能够进一步提高效率。而且，尽管将被输入到POW 102的 电压没有发生改变，但是待输入的电流流动被分路，并且因此可以减 小构成POW 102的每一个部分的容量，并且可以获得制造成本和尺寸 下降的效果。
然而，当使用如图2所示的电路结构时，就会出现无法在原边电 路和副边电路之间放置绝缘的问题。为了解决这个问题，根据本发明 的实施例，压电变压器的驱动电路的布置和结构得到了改善。下面来 讲述根据本发明的压电变压器的驱动电路。图3为框图，示出了根据本发明第一实施例的压电变压器的驱动电路。如图3所示的驱动电路包括压电变压器11A至IIF、驱动部件 50、频率控制部件51、相位检测部件52和变压器53。而且，操作作 为负载的冷阴极荧光灯(CCFL) 12A至12F如图3所示。每一个上述 压电变压器IIA至IIF都是单片型压电变压器，并且每一个压电变压 器IIA至IIF都以例如压电变压器IIA对应于CCFL 12A的方式与每 一个CCFL串联连接起来。因此，驱动电压V从驱动部件50输入到每 一个压电变压器11A至IIF，并且指定电压从每一个压电变压器11A 至11F输出到每一个CCFL 12A至12F以用于点亮。放置在每一个CCFL 12A至12F —端的每一个电极14A至14E被连接到变压器53。表面末 端电极14A至14F中的表面末端电极14A、 14C和14E以如下方式组 成一组表面末端电极，所述方式是表面末端电极14A、 14C和14E彼 此连接；并且表面末端电极14A至14F中的表面末端电极14B、 14D 和14F以表面末端电极14B、 14D和14F彼此连接的方式组成另一组 表面末端电极。上述两组表面末端电极的每一个都连接到变压器53的 每一个端子(图中未示出)。通过如上构造，后面所述的负载电流L 被反馈到变压器的原边。变压器53对负载电流iL执行电流变换，该负载电流iL是从表面 末端电极14A流至14F的每一个负载电流iLA至iLF的总量，并且将 变换的电流输出到相位检测部件52，该相位检测部件还起到相位控制 部件作用。相位检测部件52检测从变压器53输入的每一个负载电流 iL的总和的相位，并且将所检测到的信号输出到频率控制部件51。在 当接收到上述检测信号时，频率控制部件51将每一个负载电流iL的总 和的相位与驱动电压V的相位进行比较，并且判断每一个负载电流iL
的总和与驱动电压V之间的相位差是-卯度。之后，频率控制部件51控制驱动部件50，以便上述相位差被保持在-90度，并且输入驱动电压 至压电变压器11。因此，位于CCFL 12A和12B的中心点的每一个负 载电流iL的总和流经变压器53和相位检测部件52。这会引起穿过相 位检测部件52的电压变化减少，从而能够使用具有较小耐用电压值的 组件来代替组成上述相位检测部件52和变压器53的组件。如图3所示，每两个压电变压器被串联到驱动部件50。连接建立 的方式是，例如从驱动部件50通过压电变压器IIA和压电变压器11B 再回到驱动部件50形成环路。而且，连接建立的进一步方式是，例如 从压电变压器11A——CCFL 12A——表面末端电极14A——变压器 53——表面末端电极14B——CCFL 12B到压电变压器11B形成环路。 进而，选择压电变压器IIA和IIB，以使压电变压器IIA和压电变压 器IIB之间电压的相位差为180度。结果，例如，位于CCFL 12A的 一个末端的表面末端电极14A和位于CCFL 12B的一个末端的表面末 端电极14B通过变压器53彼此连接，并且因此，从压电变压器IIA和 IIB输出的电压彼此抵消。结果，与现有技术的情况不同，不需要接地 线，并且因此可以在变压器的原、副边之间放置电气隔离和绝缘。而 且，如图3所示，施加控制，以使不仅位于串联连接起来的压电变压 器IIA和IIB之间的电压差为180度，而且位于彼此没有连接和彼此 相邻的压电变压器之间的电压差也为180度，诸如位于压电变压器11B 和11C之间的电压差等。通过如上进行控制，可以减少流经每一个 CCFL 12A至12F所具有的静电电容(浮置电容)CL，(参见图4)的 泄漏电流。在图3所示的电路结构中，从每一个压电变压器IIA至IIF输出 到每一个CCFL 12A至12F的电压需要进行同步。上述输出电压高达 例如IOOOV，其导致了液晶屏幕上的静电噪声源，从而出现问题。为 了解决这一问题，施加控制，以使得从压电变压器IIA至IIF输出到 CCFL 12A至12F的电压相位差为180度，以便于同步。 的谐振特征等并不总是与压电变压器IIB的谐振特征相一致，结果，存在其中压电变压器IIA至IIF之间 的电压相位差不为180度的情况。因此，在如图3所示的第一实施例 的驱动电路中，例如压电变压器IIA和IIB等被串联连接到驱动部件 50。这样形成了一个谐振电路，并且通过使用所形成的谐振电路来计 算谐振角频率。例如，通过输入具有上述谐振角频率的驱动电压V到 压电变压器IIA和IIB，即使每一个压电变压器11具有的谐振特征彼 此互不相同，也对压电变压器11之间的电压相位差进行控制以使其为 180度。而且，两个压电变压器11可以并联到驱动部件50。然而，在 这种情况下，形成了两个谐振电路，因此难以施加控制。而且，流经每一个CCFL 12A至12F的每一个负载电流iLA至iLF 的量必须相同。如果电流量不相同，则会产生背光流明不均匀的问题。 因此，在如图3所示的第一实施例的驱动电路中，将负载电流iL的总 和的相位与驱动电压V的相位进行比较，并且判断每一个负载电流iL 的总和与驱动电压V之间的相位差是否为-90度，并且施加控制以便上 述相位为-90度。通过如上操作，可以控制流经CCFL 12的负载电流iLA 至iLF之间的电流差异，使其变小。下面来讲述为什么通过施加控制以使得每一个负载电流iL的总和 与驱动电压V之间的相位差为-90度，从而可以控制电流差异以使其变 小的原因。图4解释了通过施加控制以使负载电流IL落后驱动电压Vd 90度， 从而可以控制负载电流IL的值的视图。图4[1]为简化电路图。图4[2] 为图4[1]所示的电路的等效电路图。图4[3]为如图4[2]所示的电路的等 效电路图。图4[4]为矢量图，示出了驱动电压Vd和负载电流IL之间 的关系。以下，通过参考附图对操作进行了解释。
在驱动设备10中，在每一个压电变压器11的原边到与每个CCFL 12相连的副边上出现了驱动电压Vd的角频率wO，在当每一个CCFL 12 的阻抗为无限大时，该角频率wO是由位于驱动设备10的输出端上的 等效电路所提供的串联谐振角频率。在每一个压电变压器ll中，主电 极22和23与副电极24被放置在压电振动体21上，并且它的原边在 厚度方向上被极化(在图4[1]的上、下方向)，并且其副边在长度方向 上被极化(在图4[1]中的右、左方向)。这些组件被容纳在树脂外壳(图 中未示出)中。主电极22面对着主电极23，压电振动体21插入在它 们之间。压电振动体21是由诸如PXT (多孔的锆钛酸铅)等的压电陶 瓷制成的，并且为片状(矩形平行六面体形状)。原边电极22和23 从压电振动体21的一个末端延伸到压电振动体21的整个长度的一半， 并且副电极24被安装在另一个末端上。将具有由长度尺寸所确定的自 然谐振频率的驱动电压Vd输入到原边，导致了由反向压电效应而引发 的强机械振动，结果，对应于振动程度的高输出电压VO从副边被输出。 输出电压VO被施加到每一个CCFL 12。根据驱动设备10，尽管不考虑阻抗ZL的幅值而进行了结构简化， 但是负载电流IL可以为常数。因此，即使每一个CCFL 12的阻抗ZL 发生改变， 一般情况下也允许保持负载电流IL不变。下面来详细讲述 其原因。如图4[1]所示的电路可以用如图4[2]所示的等效电路来表示。 在图4[2]中，可选情况下，每一个压电变压器11由具有静电电容COl、 C02和C'，电感L，，电阻R，和匝数比l:巾等的理想变压器来表示。驱 动电压Vd被表示为驱动电压E'。静电电容CL'是每一个CCFL 12的 浮置电容。如图4[2]所示的等效电路可以进一步由当从CCFL 12侧来看压电 变压器11侧时所得到的如图4[3]所示的等效电路来表示。在如图4[3] 所示的等效电路中，E=4>E， ， L-争2L，， C=C，/(|)2， R=4>2R' ， CL=C02+CL，。 如图4[3]所示的等效电路具有电感L、电阻R、静电电容C02和静电电 容CL，它们都被串联连接，以及还具有被并联连接到静电电容CL的每一个CCFL12的阻抗ZL。除了电阻元件以外，阻抗ZL可以包含电 感元件和/或静电电容元件。而且，通过忽略掉附属的元件，可以简化 图4[1]所示的电路，然而，即使连接了这些附属元件，电路也可以最终 被表示为如图4[3]所示的等效电路。在图4[3]所示的电路中，下述公式成立 I = IC +IL……(1)其中I表示从驱动电路10输出的所有电流，IC表示流经静电电容 器CL的电流，并且IL表示流经阻抗ZL的负载电流。而且，由于阻抗 ZL两端的电压为ILZL，并且静电电容器CL两端的电压也是ILZL， 因此下述公式成立IC=jwCLILZL...... (2)因此，根据上述公式(1)和(2)，所有电流I可以如下所示I = IC + IL = IL(1十jwCXZL)...... (3)另一方面，根据公式(3)，由L、 C和R所导致的电压下降被写为{R + j(wL - l/o)C)}I = {R + j("L - 1/"C)}IL(1 + jcoCLZL)= RIL(l+jcoCLZL) + ILj("L-l/coC)(l+jcoCLZL)= (R(coL - 1/"C) "CLZL}IL+j{coCLZLR + ("L - 1/"C)}IL...... (4)因此，根据公式(4)，下述公式成立E={R(>L - 1/coC) "CLZL}IL + j("CLZLR + (wL- 1/" C肌+ ZLIL...... (5)结果，根据公式(5)，负载电流IL由如下公式所示 IL = E/[{R + ZL - OL - 1/coC) " CLZL} + j { " CLZLR + (" L - 1/coC)}]...... (6)
这里，"由如下公式所定义"=1/4L{CCL/(C + CL)}] =coO...... (7)上述角频率coO是在当图4(3)所示的电路中的阻抗ZL无限大时， 由L、 C、 R和CL等组成的串联谐振电路的串联谐振角频率。此时，下述公式成立(coL- l/coC) = 1/coOCL...... (8)通过将公式(7)和(8)代入公式(6)，可以获得下述公式 IL I co =coO = E/{R + j("OCLZLR+1/coOCL)}...... (9)通常地，IK〈/"0CL并且因此，下述公式成立 IL I " ="0 — E/j(l/"0CL) = -j"0CL.E因此，当驱动电压E的角频率是由公式(7)给出的时，这从公式 (10)明显可以看出，不论每一个CCFL12的阻抗ZL如何，负载电流 IL固定不变。在这一时间点，如图4[4]所示，负载电流IL落后驱动电 压E卯度。图5示出了每一个CCFL12的电流-电压特性图。图5[1]为等效电 路。图5[2]示出了每一个CCFL 12的电流-电压特性图。下面参考图4 和5来讲述电流-电压特性。在图5[1]中，代替如图4[1]所示的驱动设备10和压电变压器11 以外，使用了交流电压源13和输出阻抗Z0。结果，输出阻抗Z0和每 一个CCFL12被串联到交流电压源13。这里，线性负载线路由下述公式给出VL = -Z01L + Vi...... (11)其中VL表示每一个CCFL 12两端的电压，IL表示流经每一个 CCFL 12的负载电流，并且Vi表示交流电压源13的输出电压。另一
方面，如图5[2]所示，在每一个CCFL 12中，负电阻部分地出现在电 流-电压特性中。负电阻的特性是这样的，其中负载电流IL增加越多， 则每一个CCFL 12两端的电压VL减少越多。现在假定在图5[2]中， 每一个CCFL 12的操作点位于点P(Ip， Vp)。然而，如果阻抗较小，则 线性负载线路的斜率变小，结果，除了操作点P之外，出现了另一个 操作点P'。这导致出现了多个操作点，致使每一个CCFL 12的不稳定 操作。相比之下，在本发明的实施例中，当从每一个CCFL12来看交流 电压源13端时，交流电压源13侧作为恒流源。这是因为流经每一个 CCFL 12的负载电流IL固定不变，而与每一个CCFL 12的阻抗ZL无 关。这样，可以认为交流电压源13的输出阻抗Z0近似为无限大。结 果，负载电流的斜率变大，并且每一个CCFL 12的操作点只确定了一 个P点，从而实现对每一个CCFL 12的稳定操作。因此，通过施加控制以使得负载电流IL和驱动电压E之间的相位 差为-90度，则理论上可以使负载电流IL固定不变，而与每一个CCFL 12的阻抗ZL无关。然而，如上所述，由于在压电变压器11中出现谐 振特征变化，因此负载电流IL并不总是固定不变的。然而，可以施加 控制，以便流经负载电流IL的电流差变小。接下来，参考附图来讲述本发明的第二实施例。注意，下面解释 的实施例并不对本发明的权利要求中所陈述的发明进行限制，并且在 实施例中所述的特征的所有组合并不总是作为解决本发明问题所必须 的手段。而且，在第二实施例的附图中，对与第一实施例中具有相同 功能的组件赋予相同的标号，并且省略了对它的详细讲述。图6是根 据本发明的第二实施例的压电变压器的驱动电路。如图6所示的驱动 电路的结构与第一实施例中的结构一样，除了CCFL 112A至112C被 形成为U形。因此，第二实施例中的压电变压器IIA至IIF、驱动部 件50、频率控制部件51、相位检测部分52和变压器53的结构与第一 实施例中的一样。因此，讲述作为第二实施例的特性部分的每一个CCFL 112。每一个U形CCFL 112A至112C具有电极114A至114F中的两个 电极。每一个电极114连接到每一个压电变压器11和电阻器rl。例如， 电极114A连接到压电变压器11和电阻器rl。电阻器rl连接到电阻器 r2和变压器53的端子，并且连接到电阻器rl的电阻器r2的另一个端 子接地。电阻器rl、电阻器r2和接地端子作为整体组成了电压分压器。 电压分压器对输入到每一个CCFL 12的每一个压电变压器11的输出电 压进行分压，并且将所划分的电压输出到变压器53。每两个压电变压 器11被串联连接到驱动部件50和每一个CCFL 114。以如下方式建立 连接，即，例如从压电变压器IIA通过电极114A和CCFL 112A以及 电极114B，回到压电变压器11B而形成一个回路。同样，以如下方 式建立连接，艮卩，从压电变压器11C——电极114C——CCFL 112B—— 电极114D到压电变压器IIF，以及从压电变压器11E——电极 114E——CCFL 112C——电极114F到压电变压器11F形成回路。正像 在第一实施例中的情况那样，从压电变压器IIA和IIB输出的电压之 间的相位差，从压电变压器IIC和IID输出的电压之间的相位差，以 及从压电变压器IIE和IIF输出的电压之间的相位差是180度。结果， 在每一个压电变压器11的原、副边之间提供了绝缘。而且，如上所述，电极114经由电阻器rl连接到变压器53。连接 建立的方式是，例如从压电变压器11A——电阻器rl一一变压器53—— 电阻器rl到压电变压器llB形成回路。同样，连接建立的方式是，从 压电变压器11C——电阻器rl——变压器53——电阻器rl到压电变压 器IID，以及从压电变压器11E—一电阻器rl— 一变压器53——电阻 器rl到压电变压器IIF形成回路。也就是说，对从每一个压电变压器 11输出的每一个电压的总和进行划分，并且将所分压的输出输入到变 压器53。
这里， 一般地可以将每一个CCFL 112看作是具有静电电容(浮置 电容)CL'的电阻负载。而且，在第二实施例的情况下，正像在第一实 施例中的那样，由于在彼此相邻的每一个压电变压器11输出的电压之 间存在180度的相位差，因此可以减少流入上述静电电容器CL'的泄漏 电流。这里，通过对输入到变压器53的每一个电压的总和进行划分而 获得电压波形，该波形可以被认为是电流的波形。也就是说，变压器 53改变所划分电压的波形，并且将改变的电压输入到相位检测部件52。 用作相位控制部件的相位检测部件52用于检测从变压器53输出的每 一个电压的总和的相位，并且将检测信号输出到频率控制部件51。当 接收到上述检测部件时，频率控制部件51将每一个输出电压的总和的 相位与驱动电压V的相位进行比较，并且判断输出电压的总和与驱动 电压之间的相位差是否为-90度。然后，频率控制部件51施加控制， 以便上述相位差被保持在-90度，并且将驱动电压V输入至每一个压电 变压器ll。因此，可以施加控制以便流经每一个CCFL 112的负载电 流中存在相位差。如上所述，第一实施例的压电变压器的驱动电路包括压电变压 器11，用于将指定电压输出到作为负载操作的CCFL 12，驱动单元50， 其施加用于驱动压电变压器11的电压V，频率控制单元51，用于控制 驱动单元50，以及用作电流检测部件的相位检测单元52，用于将检测 信号发送到频率控制单元51。在上述驱动电路中，每两个压电变压器 的原边被彼此串联地连接以组成一对压电变压器11，并且每三对压电 变压器11与驱动单元50并联，并且与压电变压器具有相同多个数目 的每一个CCFL12的一个末端部分被连接到压电变压器11的每一个副 边，以及位于每一个CCFL 12的另一个末端部分中的每一个表面末端 部分被分成两个组，每一个组彼此互相连接。通过上述构造，从上述 压电变压器11对输出的电压被抵消，并且结果导致不需要接地。因此， 驱动电路可以在压电变压器11的原、副边之间提供绝缘。另外，在第一实施例的压电变压器的驱动电路中，由于从组成一
对压电变压器的两个压电变压器11输出的电压之间的相位差是180度，因此当每一个CCFL 12具有浮置电容CL'时，可以减少流经浮置 电容器CL'的泄漏电流。进而，在第一实施例的压电变压器的驱动电路中，相位检测部件 52检测在每一个CCFL 12的表面末端电极14中流动的负载电流iL。 这导致减少了穿过相位检测部件52的电压变化，从而能够使用具有较 小耐用电压值的组件来代替组成上述相位检测部件52和变压器53的 当前组件。而且，在第一实施例的压电变压器的驱动电路中，用作电流检测 部件的相位检测部件52可用于检测负载电流iL中的相位差，以便施加 控制，使得每一个负载电流iL的总和与每一个压电变压器的驱动电压 V之间的相位差是-90度，从而能够抑制每一个CCFL12中的负载变化， 并且减少流经每一个负载的电流差异。进而，第一实施例的压电变压器的驱动电路由如下部件组成用 于将指定电压输出到每一个CCFL 12的压电变压器11，施加用于驱动 压电变压器11的电压V的驱动电路50，用于控制驱动电路的频率控 制单元51，以及用于将检测信号发送到频率控制单元51的相位检测单 元52，该相位检测单元用作电流控制部分。可选情况下，可以以如下 方式配置上述驱动电路，即，每两个压电变压器11的副边并联连接以 形成一对压电变压器11，并且一个或多个压电变压器11与驱动单元 50并联连接，并且与压电变压器具有相同多个数目的每一个CCFL 12 的每一个压电变压器的一个末端被连接到每一个压电变压器11的副 边，并且位于另一个末端的表面末端电极14被分成两个组，每一个组 彼此互相连接，并且相位检测部件52检测负载电流iL中的相位差。这 样，甚至当上述压电变压器11被并联连接并且形成一对压电变压器11 时，则从每一个压电变压器输出的电压都被抵消，从而导致不需要接 地，并且因此，可以在每一个压电变压器11的原、副边之间提供绝缘。
而且，通过检测负载电流iL之间的相位差并且通过施加控制以使每一 个负载电流iL的总和与驱动电压之间的相位差为-90度，可以抑制每—个CCFL 12的负载变化，并且可以减少流经每一个CCFL 12的电流 差异。进而，第二实施例的压电变压器的驱动电路包括用于输出指定电压到U形CCFL 112的压电变压器11，施加用于驱动压电变压器11 的电压V的驱动部件50，用于控制驱动部件50的频率控制部件51， 以及起到电流控制部件的作用、用于将检测信号发送到频率控制单元 51的相位检测部件52。另外，驱动电路50被串联连接到每两个压电 变压器ll,并且每两个压电变压器11被串联连接到CCFL 112，并且 相位检测部件52检测每一个CCFL 112的每一个电极114中的负载电 压的相位。通过上述结构，在U形CCFL112中，从每两个压电变压器ll输 出的电压被抵消，并且结果不需要接地，从而能够在每一个压电变压 器11的原、副边之间放置绝缘。而且，每一个CCFL 112可以被等效 地近似为纯电阻器，并且因此负载电压与负载电流iL同步。结果，由 于负载电压相位也被看作是负载电流iL相位，因此通过控制使得每一 个负载电压的总和与每一个压电变压器ll的驱动电压V之间的相位差 为-90度，从而可以抑制每一个CCFL 112中的负载变化，并且可以减 少流经每一个CCFL 112的电流差异。而且，可以理解，本发明并不限于上述实施例，只要不偏离本发 明的范围，可以使其适用于其他任何实施例。例如，在上述实施例中， 使用CCFL 12 (第一实施例)和112 (第二实施例)来作为负载，然而， 本发明并不限于所使用的这些和其他负载。另外，在上述实施例中， 使用的是直管型CCFL (第一实施例)和U形CCFL (第二实施例)， 然而，其形状也不限于所使用的这些和其他形状。
在上述实施例中，使用了多个压电变压器IIA至IIF，其中放置有一个驱动部件50、 一个频率控制部件51、 一个相位检测部件52和 一个变压器53。然而，本发明并不限于该结构，并且可以使用多个驱 动部件、多个频率控制部件、多个相位检测部件以及多个变压器。例 如，可以放置多个驱动部件50，并且其他组件的个数可以只有一个。 对于组成两个压电变压器11的每一对压电变压器来说， 一个变压器53 和一个相位检测器52可以被连接起来。通过如此构造，可以进行更准 确的控制。另外，对于组成两个压电变压器11的每一对压电变压器来 说，可以连接驱动部件50。另外，在上述实施例中， 一对压电变压器是由两个压电变压器ll 组成的，然而，本发明并不限于此，并且一组压电变压器ll可以由多 个压电变压器ll组成。进而，在上述实施例中，驱动电路具有六个压电变压器11，然而， 本发明并不限于此。并且本发明可以被应用到具有多个压电变压器11 的驱动电路。工业应用本发明可以应用于任何驱动电路，只要该电路是用于压电变压器 的，该变压器包括有冷阴极荧光灯(CCFL)、电视机(TV)、电子复 印机、便携式电话或类似物的驱动设备。
权利要求
1.一种压电变压器的驱动电路，包括压电变压器，用于将指定电压输出到负载；驱动单元，施加用于驱动所述压电变压器的电压；频率控制单元，用于控制所述驱动单元；电流检测单元，用于将检测信号发送到所述频率控制单元；其中每两个压电变压器的原边被彼此串联，组成每一对压电变压器，并且一对或多对所述压电变压器与所述驱动单元并联，并且其中具有与所述压电变压器相同的多个数目的所述负载的每一个的一个末端部分连接到所述压电变压器的每一个副边，并且其每一个位于每一个所述负载的另一个末端部分中的多个表面末端部分被分成两个组，每一个组相互连接。
2. 如权利要求l所述的压电变压器的驱动电路，其中位于组成所 述一对压电变压器的两个压电变压器之间的输出电压的相位差是180 度。
3. 如权利要求1或2所述的压电变压器的驱动电路，其中所述电 流检测单元检测所述负载的每一个所述表面末端部分中流动的电流。
4. 如权利要求3所述的压电变压器的驱动电路，其中所述电流检 测单元是用于检测负载电流之间的相位差的相位检测单元。
5. —种压电变压器的驱动电路，包括 压电变压器，用于将指定电压输出到负载； 驱动单元，施加用于驱动所述压电变压器的电压； 频率控制单元，用于控制所述驱动单元；电流检测单元，用于将检测信号发送到所述频率控制单元； 其中每两个压电变压器的原边彼此并联连接，组成一对压电变压 器，并且一对或多对所述压电变压器与所述驱动单元并联连接；其中与压电变压器具有相同多个数目的所述负载的每一个的一个末端部分连接到所述压电变压器的每一个副边，并且其每一个位于每一个所述负载的另一个末端部分中的多个表面末端部分被分成两个组，每一个组互相连接；并且其中所述电流检测单元是用于检测负载电流之间的相位差的相位检测单元。
6. —种压电变压器的驱动电路，包括 压电变压器，用于将指定电压输出到U形冷阴极管； 驱动单元，施加用于驱动所述压电变压器的电压； 频率控制单元，用于控制所述驱动单元；电流检测单元，用于将检测信号发送到所述频率控制单元； 其中所述驱动单元被串联连接到每两个压电变压器，并且所述每两个压电变压器被串联连接到所述U形冷阴极管，并且其中所述电流检测单元检测在所述冷阴极管中的电极中流动的每一负载电流的相位。
全文摘要
提出了一种压电变压器的驱动电路，能够在每一个压电变压器的原、副边之间放置绝缘。在压电变压器的驱动电路中包括用于输出指定电压到冷阴极荧光灯(12)的压电变压器(11)，施加用于驱动压电变压器(11)的电压的驱动部件(50)，用于控制驱动部件(50)的频率控制部件(51)，以及用于将检测信号发送到频率控制部件(51)的电流检测部件(52)，每两个压电变压器(11)的原边被彼此串联以组成每一对压电变压器(11)，并且每三对所述压电变压器(11)与驱动单元并联，并且与压电变压器具有相同多个数目的每一个冷阴极荧光灯(12)的一个末端部分被连接到压电变压器(11)的每一个副边，并且位于每一个冷阴极荧光灯(12)的另一个末端部分中的每一个表面末端部分被分成两个组，每一个组彼此连接，结果，从上述压电变压器输出的电流被抵消，从而使接地不必要。因此，可以在每一个压电变压器(11)的原、副边之间提供绝缘。
文档编号H02M3/24GK101133545SQ20068000563
公开日2008年2月27日 申请日期2006年2月20日 优先权日2005年2月21日
发明者山田稔, 水谷彰 申请人:株式会社田村制作所