专利名称：压电转换器的控制电路及其方法
技术领域：
本发明涉及一压电转换器的控制电路及方法，更详细地说，涉及一适合一冷阴极萤光灯的一驱动装置使用的压电转换器的一控制电路及方法。
近来，液晶显示器被广泛运用于如携带式个人计算机的显示装置。这些液晶显示装置采用一冷阴极萤光灯作为所谓的背光以便自背面照明液晶显示板。将这种冷阴极萤光灯打开需要一可在初始发光状态时将一电池的低直流电压或类似者转换为1000Vrms或以上的高AC电压，而在一稳定发光状态时约500Vrms的一反相器。传统上，一缠绕转换器被用作此反相器的一增压转换器。但是，近年来，一种经由机械能而执行电装换近而执行增压的一压电转换器开始被使用。此压电转换器具有一普遍不受欢迎的特性，亦即，其根据输出负载(负载阻抗)的大小而大幅改变其增压率，便得小输出负载(大负载阻抗)时增压率高而大输出负载(小负载阻抗)时低。另一方面，此对负载阻抗之依性系适合一冷阴极萤光灯的反相器电源之特性。因此，压电转换器因其小尺寸，高电压电源符合液晶显示器之偏平及高效率要求而受到注意。比压电转换器的一控制电路的一例子将于下参照
图1进行叙述。
图1为现有技术的压电转换器控制电路的方块图。
在图1中，参数101代表一压电转换器；102为一连接至压电转换器101的输出终端的如冷阴极萤光灯的负载；103为用以检测在负载中的电流的检测电阻Rdet；104为一用以将产生于检测电阻103中的一AC电压转换为一DC电压的一滤波电路；105为一用以将由滤波电路104所滤的电压Vri与一参考电压Vref作比较并将其比较结果之差量放大的误差放大器；106为一用以依照来自误差放大器105的输出电压输出一振荡信号的电压控制振荡电路；以及107为一用以依照来自电压控制振荡电路106的振荡信号驱动该压电转换器101的一驱动电路。该具有上述结构的控制电路的作业将参照图2A及2B叙述如下。
图2A及2B为用以解释一压电转换器的输出电压及负载电流的频率特性的一例子的图。
如图2A所示，该压电转换器101具有一险峻的共振频率特性，其波峰为压电转换器101的频率特性。一般了解由来自压电转换器的输出电压所引起的流动于负载102中的电流亦有一类似的险峻特性曲线。在图2B中，此负载电流由负载电流检测电压Vri所代表。以下将叙述系用此特性曲线的右侧(下降侧)之控制。当此控制电路的电源被打开时，电压控制振荡电路106以一起始频率fa开始振荡。由于此时在负载102无电流，产生于检测电阻(Rdet)103的电压为零。因此，误差放大器105输出一负电压，其为负载电流检测电压Vri与参考电压Vref的比较结果，至电压控制振荡电路106。根据此电压，电压控制振荡电路106将一振荡信号的振荡频率转移为一较低频率。所以，当频率被偏移至一较低频率，来自压电转换器101的输出电压上升，且负载电流负载检测电压Vri)亦增加。当负载电流负载电流检测电压Vri)与参考电压Vref相等时，该频率稳定(fb)。即使若共振频率由于温度改变或时间改变而改变，因此频率偏移以将负载电流经常实质地维持定值。
因此，在图1所示的控制电路中，频率控制被执行以使负载电流检测电压Vri相等于参考电压Vref，且负载电流借助于此频率控制而被固定于一预定值。当一冷阴极萤光灯被用作此压电转换器控制电路中的负载且控制电路被用作该冷阴极萤光灯的发光装置时，由于冷阴极萤光灯的照度与在冷阴极萤光灯中的灯电流成正比，因此可达成将冷阴极萤光灯的照度固定于一预定值的功能。
但是，在此传的压电转换器控制电路中，当连接至压电转换器的输出终端的负载由于某些理由被截断时，且输出终端变成所谓的开路状态，依照开路状态在压电转换器的输出终端处产生一高电压。
此时，若用以驱动压电转换器的振荡信号的频率不变，由于此压电转换器的工作点自共振频率偏移，此一高电压不会对压电转换器造成实体损害。但是，当压电转换器101的输出终端确实改变为开路状态，例如，如图1所示的以上控制电路检测到无电流流经负载电流检测电阻(Rdet)103，且电压控制振荡电路106的振荡频率(工作点)借助于将负载电流保持定持之功能被偏移至一较低频率。结果，压电转换器101的工作点变为与共振频率相等以在输出终端产生一对压电转换器造成实体损害的高电压(10kV或更高)。
在图1的控制电路中，假设压电转换器101的输出因某种因被短路至例如接地点(GND)(所谓接地)(应注意该输出可被短路至一负电位)。即使在此状况下，若用以驱动该压电转换器101的振荡信号的频率不变，亦不用引起对压电转换器101的实体损害。但是实际上，类似该开路状态，当控制电路检测到无电流流经负载电流检测电阻(Rdet)103时，压电转换器103的工作点借助于具有将负载电流保持实质定值的功能的电压控制振荡电路106而被偏移至一较低频率，且压电转换器101的工作点可能通过一共振点(接近图2A及2B中的峰值)。因为压电转换器101处于压电转换器独特的共振频率中之一系列的共振状态中，且压电转换器101的输出被短路至GND，压电转换器101的输入阻抗变得非常小。所以，一大控制可能流经压电转换器而对其造成损害。
例如，日本专利公报第59-40313及日本公开公报第5-64436号揭示一种利用一电阻去检测由于短路所造成的电流增加之检测负载电流的技术。但是在这些引案中，该短路状态意谓介于被连接至一负载的一压电转换器的输出终端间之短路，且介于压电转换器的输出及GND间的短路无法被检测。在揭示于这些引案中的控制电路中，当接至一负载的压电转换器的输出终端间生短路时，负载电流被检测出，且频率被偏移至一较高频率以防止对压电转换器造成损害。
本发明的一目的为提供一压电转换器的控制电路及方法，其中当在压电转换器的输出发生异常状态时对于压电转换器的损害可被防止。
为达到以上目的，本发明的一压电转换器控制电路具有以下配置。
一压电转换器控制电路具有一用以依照一控制电压产生一振荡信号的振荡装置，用以借助于一依照来自振荡装置的振荡信号而产生的AC电压而驱动一压电转换器的驱动装置，一用以检测一接至压电转换器的一输出侧的一负载电流及控制振荡装置的振荡信号以便将负载电流保持在实质定值的控制装置，其特征为包含用以检测来自压电转换器的输出电压及根据输出电压保护压电转换器的保护装置。
例如，该保护装置之特征为包含用以依照将所检测得之输出电压与一预定值作比较之结果而检测在压电转换器的输出侧上的一开路状态或短路至接地点。该保护装置最好利用振荡装置以停止振荡装置之振荡信号的产生，或将振荡装置的振荡信号的频率偏移至一预定频率以便当检测装置检测到开路状态或短路接地时保护压电转换器。
为达成以上目的，本发明的压电转换器控制电路的方法具有以下步骤。
一种用以依照一控制电压产生一振荡信号的压电转换器控制方法，依照振荡信号借助于一AC电压驱动一压电转换器，检测一接至压电转换器的一输出侧的一负载的负载电流，及控制一振荡频率以便将负载电流保持为实质定值，其特征为包含以下步骤检测来自压电转换器的输出电压，及依照所检测得的输出电压与预定值的比较结果检测在压电转换器的输出侧上的开路状态或短路接地。
该方法最好进一步包含停止振荡信号的产生或将振荡信号的频率偏移至一预定频率以便当开路状态或短路接地被检测得时保护压电转换器。
借助于以上设置及步骤，当在压电转换器的输出侧上发生开路状态或短路接地时对压电转换器的损害可被避免。
本发明的其它功能及优点借助于以下叙述及相关图式将会清楚可知，其中在图中相同或类似部件以相同代号表示。
图1为现有技术的压电转换器控制电路的方块图；图2A及2B为用以解释一压电转换器的输出电压及负载电流的一示范频率特性的图；图3为本发明的一实施例的一压电转换器控制电路的一方块图4为显示本发明的一实施例的电压控制振荡电路的一配置的电路图；图5为用以解释本发明的实施例的压电转换器控制电路的操作的时序表；及图6为本发明的一实施例的电压控制振荡电路的配置的电路图。
101电转换器102负载103检测电阻104滤波电路105误差放大器106电压控制振荡电路107驱动电路1压电转换器2负载3检测电阻4滤波电路5误差放大器6电压控制振荡电路7驱动电路8a，8b输出电压检测电阻9滤波电路10电压比较电路10a，10b比较电路6a开关组件6b电压/频率转换器以下将参照所附图标对本发明的压电转换器控制电路的一实施例作叙述。
图3为本发明的压电转换器控制电路的一方块图。
在图3中，参数1代表一压电转换器；2为诸如冷阴极萤光灯的连接至压电转换器1的一输出端的一负载；3为用以检测在负载中的电流的检测电阻Rdet；4为用以将产生于检测电阻3中的AC电压转换为一DC电压5的一滤波电路；5为用以对由滤波电路4所滤的一电压Vri与一参考电压Vref作比较的并将比较结果之差值放大的误差放大器；6为一用以依照来自误差放大器5的输出电压输出一振荡信号的电压控制振荡电路；以及振荡为一用以依照来自电压控制振荡电路6的振荡信号驱动压电转换器的驱动电路。
参数8a及8b代表用以将来自压电转换器1的输出电压除以100至1000并检测来自被除电压的输出电压的输出电压检测电阻。输出电压检测电阻8a及8b具有高电阻(数百kΩ至数MΩ)以致于不影响来自压电转换器1的输出电压。参数9代表一用以将来自输出电压电阻检测8a及8b的AC检测电压转换为一DC电压的滤波电路。
一电压比较电路10由互相接线或相连的比较器10a及10b所构成。电压比较电路10对来自滤波电路9的一检测电压Vdet与参考电压Vref2及Vref3作比较，然后依照比较结果输出一信号″高″或″低″。在电压比较电路10中，若来自比较器10a及10b的输出中之任一者为″低″，则由于电路的特性，将使来自电压比较电路10的输出皆变为″低″。
相似于图1中的电压控制振荡电路106，电压控制振荡电路6依照来自误差放大器5的输出电压输出一振荡信号至驱动电路7。电压控制振荡电路6包含一用以停止电压控制振荡电路6的振荡的闪控终端P。电压控制振荡电路6的设置及作业将描述如下。
图4为显示本发明的一实施例的电压控制振荡电路的设置的一电路图。
在图4中，参数6b代表用以将电压转换为频率的电压/频率(V/F)转换器，其自该误差放大器5接收输出电压当成一控制电压；6a代表一用以依照一输入至闪控终端P的一信号的状态将V/F转换器6b的输出至能/除能的开关组件。在此实施例中，当一信号″高″被输入至闪控终端P时，目V/F转换器6b的一信号依照来自误差放大器5的输出电压而被输出至信号电路7(此后其被称为一正常作业。当一信号″低″被输入时，无振荡信号在非为操作该驱动电路7之下而被输出。
具有以上设置的此实施例的控制电路的作业将参照图5被叙述如下。
图5为用以解释本发明的一实施例的压电转换器控制电路的作业的时序表。当压电转换器1在负载电流的控制下执行一正常作业时，输出检测电压Vdet如图5所示，较参考电压Vref2为低，但较参考电压Vref3为高。因此，来自比较器10a及10b的输出皆处于″高″状态。(发生负载2的高路状态)假设连至压电转换器1的输出终端的负载2在正常作业当中于图5中的t1被切断，并改为开路状态。然后，如图5中的一曲线(a)所指示，来自压电转换器1的输出负载检测电压Vdet)依照负载2的开路状态而开始骤增。当输出检测电压Vdet变得较参考电压Vref2为高时(t2)，来自比较器10a的输出成为″低″以将电压控制振荡电路6的振荡停止。所以，一定以损害压电转换器的高电压不会被产生。
(压电转换器的输出短路接地的发生)当压电转换器的输出于正常作业当中于图5中的t1被短路接地时，来自压电转换器1的输出(输出检测电压Vdet)如图5中的一曲线(b)所指示骤减至几乎为″零″。若输出检测电压Vdet变为较参考电压Vref3为低时(t3)，来自比较器10b的输出变为″低″，以停止电压控制振荡电路6的振荡。所以，在″相关技术之叙述″一节中所叙述的问题，亦即由于压电转换器的工作点借助于电压控制振荡电路被偏移至一较低频率而使压电转换器被驱动于共振状态的问题可被解决。压电转换器1可免于受到一大电流所损坏。
<实施例的效果>
依照本实施例，若输出检测电压Vdet等于或大于参考电压Vref2则被定为开路状态，而若电压Vdet小于或等于参考电压Vref3则被定为短路接地。电压控制振荡电路6的振荡被停止。所以，当压电转换器1的输出变为开路状态或为短路接地，根据来自压电转换器1的输出电压的改变，其驱动动作可被迅速停止。使对压电转换器的实体损害可被防止。
〔实施例的修正〕上叙实施例的修正将参照图6而被叙述如下。
图6为显示本发明的一实施例的一变更设计的电压控制振荡电路的设置的一电路图。上述实施例的保护作业可借助于具有如图6中所示的设置的电压控制振荡电路6而被实现。在本变更设计中的电压控制振荡电路6的设置及作业将被解释。除了电压控制振荡电路6之外，其余的设置与图3中者相同，所以其后述将被省略。
在图6中，开关组件6C接收来自误差放大器5的输出电压及一预定的内部电压Vid。在此情形下，内部电压Vid被设定为一使电压控制振荡电路6输出一具有在控制电路所用的共振特性中的上限频率(初始压电，亦即，在图2B中的频率fa)的一振荡信号以使控制该压电转换器1。
这些输入依照输入至闪控端P，并电压至V/F转换器6b的一信号的状态而被切换。在此变更设计中，当一信号″高″被输入至闪控端P中时，电压控制振荡电路6依照来自误差放大器5的输出电压输出一频率的信号至该驱动电路7。反之，当一信号″低″被输入至该闪控端P时，该电压控制振荡电路6依照该内部电压Vid，亦即该上限频率(初始频率)而输出一具有一频率的一信号至该驱动电路7。亦即，输出自电压控制振荡电路6的振荡信号被偏移至上限频率。
(负载2的开路状态的发生)在本变更设计中，若压电转换器的输出在正常作业中变为开路状态，且输出检测电压Vdet变为等于或高于电压Vref2，来自比较器10a的输出成为″低″。信号″低″被输入至电压控制振荡电路6的闪控端P，且电压控制振荡电路6输出一具有上限频率的信号至控制电路7。亦即，输出自电压控制振荡电路6的振荡信号被偏移至上限频率。所以，即使若压电转换器1的输出处于开路状态，只要压电转换器1的工作点为上限频率，则不至于产生一可损害压电转换器1的高电压。
(压电转换器的输出的短路接地的发生)当压电转换器的输出在正常作业当中被短路接地，且输出检测电压Vdet变为等于或低于参考电压Vref3，来自比较器10b的输出变为″低″。类似于开路状态的发生，电压控制振荡电路6的振荡信号的频率被偏移至一较高频率(初始频率)。亦即，在″相关技术的叙述″一节中所叙述的由于压电转换器的工作点借助于电压控制振荡电路而被移偏至一较低频率使压电转换器被驱动于一共振状态此一问题可被避免。压电转换器1可免于被一大电流损坏。
在此实施例中，由于振荡信号的频率借助于电压控制振荡电路6被偏移至一较低频率，只要在压电转换器系暂时处于开路状态或短路接地，压电转换器可在负载电流的控制下取得一回复至正常作业之独特优点。
应注意上述实施例的压电转换器控制电路不仅可被适用于驱动-冷阴极萤光灯的负载，亦可用于使用冷阴极萤光灯之显示装置中。同时，当压电转换器控制电路被用于一包括显示装置的计算机或个人数字辅助器材时，自然地可缩减装置的尺寸及重量。
再者，当紫外线灯被上述实施例的压电转换器控制电路所驱动时，借助于利用该灯将紫外线幅波至物体上可达成消毒，除臭或分解之功效。亦即，可提供例如使用紫外线灯为一消毒灯的消毒装置或水质纯化装置，或使用紫外线灯为一用以激发催化剂之光源的一除臭装置。
再者，上述实施例的压电转换器控制电路可被用于用以驱动一臭氧产生装置或一DC-DC转换器的高电压产生器。
如以上所述，依照以上实施例，可提供一压电转换器的控制电路及方法，其中当压电转换器的输出上发生异常状态时对压电转换器的损害可被避免。
除了在不脱离本发明的精神及范围之下，本发明可有许多不同的实施例之外，亦应理解本发明并不限定在其所列出的实施例，其范围由以下的权利要求书确定。
权利要求
1.一种压电转换器控制电路具有振荡装置(6)用以依照一控制信号产生一振荡信号，驱动装置(7)用以借助于依来自该振荡装置的振荡信号而产生的AC电压而驱动一压电转换器(1)，及控制装置(4，5)用以检测一连接至该压电转换器的输出侧的一负载的一负载电流及控制该振荡装置的一振荡频率以便将负载电流实质保持定值，其特征为包含保护装置(8a，8b，9，10)用以检测一来自该压电转换器的输出电压并根据该输出电压保护该压电转换器。
2.如权利要求1的电路，其中该保护装置包含检测装置(10a，10b)用以依据所检测得的输出电压与一预定值的比较结果检测在该压电转换器的输出侧上的一开路状态或短路接地。
3.如权利要求2的电路，其中当该检测装置检测得开路状态或短路接地时该保护装置停止该振荡装置产生振荡信号以保护该压电转换器。
4.如权利要求1的电路，其中该保护装置检测来自该压电转换器的输出电压，且当所检测得的输出电压上升至高于一会在该压电转换器的输出侧产生一开路状态的预定值，停止自该振荡装置产生振荡信号。
5.如权利要求1的电路，其中该保护装置检测来自该压电转换器的输出电压，且当所检测得的输出电压下降至低于一会在该压电转换器的输出侧产生短路接地的预定值时，停止自该振荡装置产生振荡信号。
6.如权利要求2的电路，其中该保护装置将由振荡装置所产生的振荡信号的频率偏移至一预定频率以便当该检测装置检测得开路状态或短路接地时保护该压电转换器。
7.如权利要求1的电路，其中该保护装置检测来自该压电转换器的输出电压，且当所检测得的电压上升至高于一可于该压电转换器的输出侧发生开路状态的预定值时，将来自该振荡装置的振荡信号偏移至一预定频率。
8.如权利要求1的电路，其中该保护装置检测来自该压电转换器的输出电压，且当所检测得的电压下降至低于在该压电转换器的输出侧发生短路接地的预定值时，将来自振荡装置的振荡信号偏移至一预定频率。
9.如权利要求6到8中任一项的电路，其中该预定频率为该控制装置所使用的该压电转换器的一共振特性中的上限频率。
10.如权利要求1的电路，其中该控制电路被用于作为该负载的一冷阴极萤光灯的驱动装置。
11.如权利要求1的电路，其中该控制电路被用于作为该负载的一紫外线灯的一驱动装置。
12.一种显示装置，其特征为作为一负载的一冷阴极萤光灯系由一由权利要求1的电路所控制的压电转换器所控制。
13.一种计算机包含依照权利要求12的显示装置作为其显示装置。
14.一种个人数字辅助装置包含依照权利要求12的显示装置作为其显示装置。
15.一种除臭装置包含如权利要求11的紫外线灯作为激发一催化剂的光源。
16.一种消毒装置包含如权利要求11的紫外线灯作为一消毒灯。
17.一种水质纯化装置包含如权利要求11的紫外线灯作为一消毒灯。
18.如权利要求1的电路，其中该控制电路被用于作为负载的臭氧产生装置的高电压产生器。
19.如权利要求1的电路，其中该控制电路被用于一DC-DC转换器。
20.一种压电转换器控制电路方法，其依照一控制电压产生一振荡信号，由一依照振荡信号所产生的一AC电压而驱动一压电转换器，检测一连接至该压电转换器的一输出侧的负载的负载电流，及控制一振荡频率以将负载电流实质维持定值，其特征为包含以下步骤检测一来自该压电转换器的控制电压；及依照所检测得的输出电压与预定值的比较结果检测该压电转换器的输出侧上的开路状态或短路接地。
21.如权利要求20的方法，其中进一步包含停止振荡信号的产生之步骤，以便当检测得开路状态或短路接地时保护该压电转换器。
22.如权利要求20的方法，其中进一步包含将振荡信号的频率偏移至一预定频率以便当检测得开路状态或短路接地时保护该压电转换器。
全文摘要
在一压电转换器控制电路中,当一负载(2)被自一压电转换器(1)截断而变为一开路状态,一输出检测电压(Vdet)变为较一参考电压(VREF2)为小,且来自一电压比较器(10a)的输出变为“低”。当压电转换器(1)的输出被短路至GND时,输出检测电压(Vdet)骤降至几乎为”O”且变为较一参考电压(Vref3)为低。一电压检测振荡电路(6)检测“低”信号以阻止产生振荡信号至一用以驱动压电转换器(1)的信号电路(7)。
文档编号H01L41/107GK1257642SQ98805466
公开日2000年6月21日 申请日期1998年5月21日 优先权日1997年5月26日
发明者藤村健, 石川胜之, 外山正明 申请人:太平洋水泥株式会社