WO2004107548A1

WO2004107548A1 - 圧電トランスの駆動方法及び駆動回路

Info

Publication number: WO2004107548A1
Application number: PCT/JP2004/007730
Authority: WO
Inventors: Akira Mizutani; Yasuhide Matsuo
Original assignee: Tamura Corporation
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2004-12-09
Also published as: EP1628388A1; US20070013267A1; US7423362B2; JPWO2004107548A1; CN1799185A; CN100492844C; JP4584833B2

Abstract

駆動回路は、不連続矩形波発振器及びローパスフィルタから構成されている。ここで用いられる不連続矩形波は、電圧Ｖｐ，０，−Ｖｐからなり、一周期をＴとすると、ある時間０から時間φまでが電位０、時間φから時間（Ｔ／６−φ）までが電位Ｖｐ、時間（Ｔ／６−φ）から時間（Ｔ／３＋φ）までが電位０、・・・、という構成を有する。この不連続波形には３次高調波が含まれないので、ローパスフィルタのインダクタンスを小さくできる。その結果、ローパスフィルタを省略することもできる。しかも、位相差φを変えることにより、基本波の振幅を変えることができる。

Description

明細書

圧電トランスの駆動方法及び駆動回路

【技術分野】

【0 0 0 1】

本発明は、圧電振動子の共振現象を利用して交流電圧を変圧する圧電トランスの駆動方法及び駆動回路に関する。

【背景技術】

【0 0 0 2】

圧電トランス（ソリッドフォーマ）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（例えば特許文献 1参照）。圧電トランスの特長は、電磁型に比べて圧電振動子のエネルギ密度が高い点にある。そのため、小型化が可能であるので、冷陰極管点灯用、液晶バックライト点灯用、小型 A Cアダプタ用、小型高電圧電源用などに使われている。

【0 0 0 3】

図 8は圧電トランスを示し、図 8 [ 1 ] は斜視図、図 8 [ 2 ] は側面図、図 8 [ 3 ] は等価回路図である。以下、この図面に基づき説明する。

【0 0 0 4】

圧電トランス 1 0は、圧電振動体 1 1に一次電極 1 2， 1 3と二次電極 1 4とを設け、一次側を厚さ方向（矢印 1 5 ) に分極し、二次側を長さ方向（矢印 1 6 ) に分極したものである。一次電極 1 2 , 1 3は、圧電振動体 1 1を挟んで対向している。圧電振動体 1 1は、長さ L、幅 W、厚さ tの板状（直方体状）である。圧電振動体 1 1の長さ方向において、一端から LZ 2までの幅方向に一次電極 1 2 , 1 3が設けられ、他端の厚さ方向に二次電極 1 4が設けられている。圧電トランスの一次側に長さ寸法で決まる固有共振周波数 f rの電圧が入力すると、圧電トランスの逆圧電効果により強い機械振動が圧電トランスに発生し、その圧電効果により、前記振動に見合った高い電圧 V oを二次側に出力する。

【0 0 0 5】

圧電トランス 1 0の駆動時の変位及び応力の分布は、図 8 [ 2 ] のとおりである。圧電振動体 1 1を保持する箇所は節部分であり、その節部部分は、 λモードの場合に両端から長さの 1/4の部分に位置する。圧電トランス 1 0の共振周波数 f r近傍における等価回路は、図 8 [3] のように書くことができる。

【0006】

【特許文献 1】

特開平 8— 32 1 34号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

図 9は従来の圧電トランスの駆動回路を示し、図 9 [1] は機能ブロック図、図 9 [2] は矩形波発振器の出力波形である。以下、図 8及び図 9に基づき説明する。

【0008】

駆動回路 90は、矩形波発振器 9 1及ぴローパスフィルタ 9 2から基本的に構成される。ローパスフィルタ 9 2は、矩形波発振器 9 1から出力された矩形波電圧に含まれる高調波成分を除去することにより、正弦波に近い波形を圧電トランス 1 0に印加する。

【0009】

図 9 [2] に示す矩形波（又は方形波とも呼ばれる。）のフーリエ級数は、次式②で与えられる。

【00 1 0】

( 4 V p / π ) [sin ω t + 1 3 ) sin 3 ω t + 、 1 / 5 ) sin 5 ω t + - . · + { 1/ (2 n+ 1) } sin (2 n+ 1) ω t + · · · ] …②

【00 1 1】

この式②から明かなように、矩形波に含まれる基本波以外の高調波を除去するため、ローパスフィルタ 9 2のカツトオフ周波数は一般に 3次高調波に設定されている。このように比較的低いカットオフ周波数にする必要があるので、ローパスフィルタ 9 2のインダクタンスは大きくしなければならない。しかしながら、大きいインダクタンスのインダクタは、寸法が大きく、重く、かつ高価であるという問題があった。

【0012】

また、式②から基本波は（4νρΖπ) sinc tで表わせる。そのため、基本波の振幅を変えるには、電圧 Vpを可変とするための DC— DCコンバータが必要になるので、構成が複雑になっていた。

【0013】

そこで、本発明の目的は、ローパスフィルタのインダクタンスを小さくでき、しかも DC— DCコンバータを用いることなく基本波の振幅を変えることができる、圧電トランスの駆動方法及び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】

【0014】

本発明に係る圧電トランスの駆動方法は、不連続矩形波の電圧を圧電トランスの一次電極に印加する、というものである。本発明に係る圧電トランスの駆動回路は、圧電トランスの一次電極に印加するための不連続矩形波の電圧を出力する不連続矩形波発振器を備えた、というものである。

【0015】

そして、ここで用いられる不連続矩形波は、次の [1] 〜 [3] の特徴を有する。 [1] . 電位 V。と、電位 V。よりも高い電位 V_Hと、電位 V。よりも低い電位 V_Lとからなる。 [2] . 一周期を Tとすると、ある時間 0から時間 φまでが電位 V₀、時間 φから時間（T/6— φ) までが電位 V_H、時間（Τ/6— φ) から時間（ΤΖ3 + Φ) までが電位 V₀、時間（ΤΖ3 + Φ) から時間 (T 2 一 φ) までが電位 Vい時間（TZ2— φ) から時間（Τ/2 + φ) までが電位 V₀、時間（Τ/2 + φ) から時間 (2Τ/3-Φ) までが電位 V_L、時間（2 Ύ/3 - φ) から時間（5ΤΖ6 + Ψ) までが電位 V₀、時間（5ΤΖ6 + Φ) から時間（T一 φ) までが電位 V_H、時間（T一 φ) から時間 Tまでが電位 V₀、という構成を有する。 [3] . 位相差 ψが 0≤ψ≤Τ/12である。

【0016】好ましくは、ここで用いられる不連続矩形波は、次の [1] 〜 [3] の特徴を有する。 [1] . 電位 0と、電位 0よりも一定電圧だけ高い電位 +1と、電位 0 よりも一定電圧だけ低い電位一 1とからなる。 [2] . —周期を Tとすると、ある時間 0から時間 φまでが電位 0、時間 φから時間（T/6— φ) までが電位 + 1、時間（T/6— φ) から時間（ΤΖ3 + Φ) までが電位 0、時間（TZ3 + Φ) から時間（T/2—《1 までが電位一 1、時間（Τ/2— φ) から時間（Τ /2 + φ) までが電位 0、時間（ΤΖ2 + Φ) から時間（2ΤΖ3— φ) までが電位一 1、時間 (2Τ/3-Φ) から時間（5ΤΖ6 + Φ) までが電位 0、時間 (5Τ/6 + ) から時間（Τ一 φ) までが電位 +1、時間 (Τ一 φ) から時間 Τまでが電位 0、という構成を有する。 [3] . 位相差 φが 0≤ψ^ΤΖΐ 2である。

【001 7】

矩形波（従来技術）は、前述の式②から明らかなように、基本波の係数を 1とすれば、基本波 + (1/3) 3次高調波 + (1/5) 5次高調波 + · · ·によつて構成されている。つまり、矩形波では、高調波の中でも 3次高調波の占める割合が最も大きいため、 3次高調波をカツトオフ周波数とするローパスフィルタが必要になる。

【0018】

これに対し、不連続矩形波（本発明）は、後述するように、 3次高調波を含まないので、ローパスフイノレタのインダクタンスを小さくできる。例えば、ローパスフィルタのインダクタンスは 5次高調波をカツトオフ周波数とするもので十分である。しかも、後述するように、位相差 φを変えることにより基本波の振幅を変えられるので、 DC— DCコンバータが不要になる。なお、 φが 0であるときの不連続矩形波は、基本波の係数を 1とすれば、基本波 + (-1/5) 5次高調波 + (1/7) 7次高調波 + · · 'によって構成される。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図 1】図 iは、本発明に係る圧電トランスの駆動回路の一実施形態を示し、図 1

[1] は機能ブロック図、図 1 [2] は不連続矩形波発振器の出力波形である。【図 2】

図 2は、図 1の駆動回路における位相差と基本波の係数との関係を示すグラフである。

【図 3】

図 3は、矩形波 (従来技術) 及び不連続矩形波（本発明）の高調波成分を示すグラフである。

【図 4】

図 4は、図 1の駆動回路における発振部の一例を示す回路図である。

【図 5】

図 5は、図 4の発振部における各出力信号を示すタイミングチャート（その

1) である。

【図 6】

図 6は、図 4の発振部における各出力信号を示すタイミングチャート（その

2) である。

【図 7】

図 7は、図 1の駆動回路における駆動部の一例を示す回路図である。

【図 8】

図 8は、圧電トランスを示し、図 8 [1] は斜視図、図 8 [2] は側面図、図 8 [3] は等価回路図である。

【図' 9】

図 9は、従来の圧電トランスの駆動回路を示し、図 9 [1] は機能ブロック図、図 9 [2] は矩形波発振器の出力波形である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0020】

以下、本発明に係る圧電トランスの駆動方法及び駆動回路について、図面を参照しつつ、その実施形態を説明する。ただし、本発明に係る駆動方法は、本発明に係る駆動回路に用いられるものであるので、本発明に係る駆動回路の実施形態を説明する中で同時に説明する。

【0 0 2 1】

図 1は本発明に係る圧電トランスの駆動回路の一実施形態を示し、図 1 [ 1 ] は機能プロック図、図 1 [ 2 ] は不連続矩形波発振器の出力波形である。図 2は、図 1の駆動回路における位相差と基本波の係数との関係を示すグラフである。図 3は、矩形波（従来技術）と不連続矩形波（本発明）の一例との高調波成分を示すグラフである。以下、図 1乃至図 3に基づき説明する。なお、圧電トランスについては、従来技術と同じものであるので、説明を省略する。

【0 0 2 2】

図 1 [ 1 ] に示すように、本実施形態の駆動回路 2 0は、不連続矩形波発振器 2 1及びローパスフィルタ 2 2から構成されている。ローパスフィルタ 2 2は、矩形波発振器 2 1と圧電トランス 1 0との間に設けられ、不連続矩形波発振器 2 1から出力された不連続矩形波電圧に含まれる高調波成分を除去することにより、正弦波に近い波形を圧電トランス 1 0に印加する。なお、不連続矩形波発振器 2 1は、不連続矩形波生成信号を出力する発振部（図 4 ) と、この不連続矩形波生成信号に基づき不連続矩形波からなる電圧を圧電トランス 1 0の一次電極に印加する駆動部（図 7 ) とを備えている。

【0 0 2 3】

本発明に係る圧電トランスの駆動方法は基本的構成として、パルス生成ステツプにおいて、双峰形状の矩形パルス 1 0 0 a， 1 0 0 b、 1 0 1 d , 1 0 1 eを単位として、その極性を交互に代えて基本波の駆動パルスを生成し、次いで電圧印加ステップにおいて、前記パルス生成ステップで生成された前記基本波の駆動パルスに基く電圧を圧電トランス 1 0の一次電極に印加することを特徴とするものである。なお、前記基本波に対する位相差（Φ ) を変更することにより、振幅を変更した前記駆動パルスを生成するようにしてもよいものである。また前記駆動パルスに含まれる 5次高調波以上の周波数成分を濾過するようにしてもよいものである。前記本発明に係る圧電トランスの駆動方法を実施するための圧電トランスの駆動回路は、発振部（図 4) と駆動部（図 7) とを有している。

【0024】

前記発振部（図 4) は図 1 [2]に示すように、双峰形状の矩形パルス 100 a, 100 bと 101 d, 10 eを単位として、その極性を交互に代えて基本波の駆動パルスを生成する。なお前記発振部（図 4) は、前記基本波に対する位相差 (Φ) を変更することにより、振幅を変更した前記 I動パルスを生成する機能を有する。

【0025】

図 1 [2]に基いて基本波の駆動パルスを構成する双峰形状の矩形パルス 100 a , 100 bと 101 d, 10 eを説明する。矩形パルス 100 a， 100 b、 101 d, 101 eは双峰形状をなしており、矩形パルス 100 a， 100 bと矩形パルス 101 d, 101 eとは極性が異なっている。すなわち、矩形パルス 100 a, 100 bの極性はプラスを示しており、矩形パルス 101 d, 100 eの極性はマイナスを示している。一方の双峰形状の矩形パルス 100 a， 10 0 bは電圧値が + V pであり、双峰形状の矩形パルス 100 a， 100 b間の矩形パルス 100 cの電圧値が 0になっている。他方の双峰形状の矩形パルス 10 1 d， 101 eは電圧値が一 V pであり、双峰形状の矩形パルス 101 d， 10 1 e間の矩形パルス 100 f の電圧値が 0になっている。

前記駆動部（図 7) は、前記発振部（図 4) で生成された前記基本波の駆動パルスに基く電圧を圧電トランス 10の一次電極に印加する。なお、前記駆動パルスに含まれる 5次高調波以上の周波数成分を濾過するローパスフィルタ 22を備えるようにしてもよいものである。

【0026】

さらに不連続矩形波としての前記駆動パルスについて詳細に説明する。図 1 [2] に示すように、ここで用いられる不連続矩形波（駆動パルス）は、次の [1] 〜 [3] の特徴を有する。 [1] . 電位 Vp, 0, — Vpからなる。

[2] . 一周期を Tとすると、ある時間 0から時間 φまでが電位 0、時間から時間（TZ6— φ) までが電位 Vp、時間（T/6— φ) から時間（ΤΖ3 + φ) までが電位 0、時間（ΤΖ3 + Φ) から時間（ΤΖ2— φ) までが電位一V ρ、時間 (Τ/2-φ) から時間（Τ/2 + φ) までが電位 0、時間（Τ/2 + Φ) から時間 (2Τ/3-Φ) までが電位一Vp、時間（2ΤΖ3_φ) から時間（5ΤΖ6 + Φ) までが電位 0、時間（5ΤΖ6 + Φ) から時間（T一 φ) までが電位 vp、時間 (τ一 Φ) 力ら時間 τまでが電位 ο、という構成を有する。

[3] . φが 0≤φ≤ΤΖΐ 2である。このように、駆動回路 20は、本発明に係る駆動方法を使用している。

【0027】

次に、図 1 [2] に示す不連続矩形波を時間 tの関数 y (t) とし、これをフ一リエ級数に展開する。 ω=2 πΖΤとすると、 γ (t) は、

y k t ) = b ₀ +∑ _n=1 b _ncosn ω t +∑_n=1 a _nsinn ω t ··· ( 1 ) で表わせる。

【0028】

ここで、図 1 [2] に示すように、 y (t +T/2) =-y ( t) が成り立つことにより、 y (t) は対称波である。したがって、 b。は 0であり、 nは奇数のみであり、積分は 0から TZ 2まででよい。また、 y (t) =-y (t) が成り立つことにより、 y (t) は偶関数であるので、式（1) において sinの項は存在しない。すなわち、 a_nは 0である。

【0029】

したがって、 y (t) は、

y (t) =∑_n=1 ^∞b _ncosn ω t … （2)

と表わすことができる。

【0030】

次に、式（2) における係数 b_nを求める。

b _n = 2 / π ί o^T/2 y ( t ) cos η ω t dt

= 2/π (J _ψ ^π/3"^φνροο5η ω tdt- ί _2π/3+ί,^π_* V ρ cosn ω t dt) =2 Vp/ (η π) ( [sinc t] _φ ^π/3—^φ_ [sinco t] _2π/3+ 一 ) y k) ωt cosn t; = o

= 4 V p / π {sin { π / 3— ) 一 sin φ } cos ω t — 4 V ρ / ( 5 π ) {cos ( π / b + 5 φ ) ― 2 sin 5 φ } cos 5 ω t + · · ·

= V ρ / π [4 {sin {π / 3— φ ) — βίηφ } cos ω t一 4 / b {cos

(π/6 + 5 φ) - 2 sin 5 φ } cos 5 ω t + ( 7)

となる。

【0 0 3 6】

この式（7) から明らかなように、 y ( t ) の高調波成分は、 φの値に関係なく常に、 3次高調波が含まれず、 5次高調波以上からなる。したがって、ローバスフィルタ 2 2のカツトオフ周波数は 5次高調波に設定すれば十分である。このように比較的高いカットオフ周波数に設定できるので、ローパスフィルタ 2 2のインダクタンスは小さくてよい。そのため、インダクタとして、小さく、軽く、かつ安価なものを使用できる。場合によっては、ローパスフィルタ 2 2自体を省略してもよい。その場合は、駆動回路 2 0は、不連続矩形波発振器 2 1のみ、すなわち発振部（図 4) 及び駆動部（図 7) のみから構成されることになる。

【0 0 3 7】

また、式（4) から明らかなように、位相差 φを変えることにより基本波の係数 (すなわち振幅）を変えられるので、電圧 V pを可変とする D C—D Cコンパータが不要になる。位相差 φと係数 b との関係は、式（4) から、

b！ = 4 V p / π {sin (π/ 3― φ) — είη }

/ 6 ) sin (π/6 - φ ) }

= (4^ 3 V p/π) sin (π/6一 φ) ··· ( 8)

と表わすことができる。

【0 0 3 8】

式（8) の関係を図 2に示す。図 2から明らかなように、位相差 φが 0~πΖ 6の範囲で、位相差 φの増加に従ってほぼ直線的に基本波の係数 b が減少する。なお、図 2において、次の直線

b = ( 1 2 " 3 V p/π ²) (π/6 - ) … ( 9)

は比較用として記入したものである。【0039】

また、 ψ = 0の場合は、式（7) から、

y ( t ) = V p / π [4 {εΐηπ/ 3一 sinO } cos o t— 4 / 5 {cos π / 6一 2 sin 0 } cos 5 ω t + · · ·

=VpA [2>T3cos o t— 2 3Z5cos5 co t + ' · · ]

= (2 V~3 Vp/π) [cosco t一 (1/5) cos 5 ω t + (1/7) cos 7 ω t + · · · + (1/1 1) cos 1 1 ω t + · · · ] …①

で与えられる。このとき、基本波の係数 b iが最大値 2 3 Vp/πとなる。この式①で表わされる不連続矩形波と前述の式②で表わされる矩形波とについて、高調波成分を図 3に示す。

【0040】

図 4は、図 1の駆動回路における発振部の一例を示す回路図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、「Ηレベル」とはハイレベルすなわち高電圧レベノレ（VDD) のことであり、「Lレべノレ」とはローレベルすなわち低電圧レべル（0) のことである。

【0041】

発振部 30は、三角波発生回路 31、可変抵抗器 32、反転増幅器 33、比較器 34 a, 34 b、インバータ 35 a， 35 b、リングカウンタ 361〜 364、微分回路 371 a〜374 b、オアゲート 381〜 384、 RS S— FF (フリップフ口ップ） 39 a, 39 b等からなり、不連続矩形波生成信号 V + , V—を出力する。

【0042】

三角波発生回路 31は、例えば矩形波発振器と積分回路とによって構成され、三角波電圧 V t 1を反転増幅器 33及び比較器 34 aの +入力端子へ出力する。可変抵抗器 32は、例えばいわゆる「ボリューム」である。ボリュームの場合、手動によって摘みを回すことにより、任意の抵抗値に設定できる。そして、その抵抗値に対応する電圧が、基準電圧 V rとして比較器 34 a, 34 bの一入力端子へ出力される。反転増幅器 33は、オペアンプ 331及び抵抗器 332， 33 3力らなり、三角波電圧 V t 1を反転して三角波電圧 V t 2として比較器 3 4 b の +入力端子へ出力する。

【0 0 4 3】

比較器 3 4 aは、基準電圧 V rと三角波電圧 V t 1とを比較し、 V r t 1 のときに Hレベル信号を出力し、 V r > V t 1のときに Lレベル信号を出力する。比較器 3 4 bは、基準電圧 V rと三角波電圧 V t 2とを比較し、 V r≤V t 2のときに Hレベル信号を出力し、 V r > V t 2のときに Lレベル信号を出力する。比較器 3 4 aの出力信号は、そのままクロックパルス C P 1となるとともに、ィンパータ 3 5 aによって反転されてクロックパルス C P 2となる。同様に、比較器 3 4 bの出力信号は、そのままクロックパルス C P 3となるとともに、インバータ 3 5 bによって反転されてクロックパルス C P 4となる。

【0 0 4 4】

リングカウンタ 3 6 1は、クロックパルス C P 1を入力する入力端子 C L K 1 と、クロックパルス C P 1を入力するごとに順繰りに Hレベル信号を出力する 3 個の出力端子 Q 1 1〜Q 1 3とを有する。リングカウンタ 3 6 2〜3 6 4の構成もリングカウンタ 3 6 1に準ずる。また、リングカウンタ 3 6 1〜3 6 4には、同期を得るため（又は初期値を設定するため）のリセット端子（図示せず）が設けられている。微分回路 3 7 1 a〜 3 7 4 bは、例えばコンデンサ及び抵抗器からなり、リングカウンタ 3 6 1〜3 6 4の出力信号を短いパルス幅のトリガ信号に変換して、オアゲート 3 8 1〜3 8 4へ出力する。

【0 0 4 5】

オアゲート 3 8 1の入力端子はリングカウンタ 3 6 1の出力端子 Q l 1及びリングカウンタ 3 6 3の出力端子 Q 3 1に接続され、オアグート 3 8 2の入力端子はリングカウンタ 3 6 2の出力端子 Q 2 1及ぴリングカウンタ 3 6 4の出力端子 Q 4 1に接続され、オアゲート 3 8 3の入力端子はリングカウンタ 3 6 1の出力端子 Q 1 3及ぴリングカウンタ 3 6 3の出力端子 Q 3 2に接続され、オアゲート 3 8 4の入力端子はリングカウンタ 3 6 2の出力端子 Q 2 3及びリングカウンタ 3 6 4の出力端子 Q 4 2に接続されている。【0046】

RS S— FF 39 aは、オアゲート 381の出力端子に接続されたセット用入力端子 S aと、オアゲート 382の出力端子に接続されたリセット用入力端子 R aと、不連続矩形波生成信号 V +を出力する出力端子 Q aとを有する。 RS S— FF 39 bは、オアゲート 383の出力端子に接続されたセット用入力端子 S b と、オアゲート 384の出力端子に接続されたリセット用入力端子 Rbと、不連続矩形波生成信号 V—を出力する出力端子 Qbとを有する。なお、通常の RS— FFでは、セット入力 S及ぴリセット入力 Rがとともに ' 1' になることを禁止している。これに対し、 RS S— FFでは、セット入力 S及ぴリセット入力がとともに ' 1' になると、セット入力 Sを優先し '1' を出力する。

【0047】

図 5及ぴ図 6は、図 4の発振部における各出力信号を示すタイミングチャートである。以下、図 4乃至図 6に基づき、発振部の動作を説明する。

【0048】

可変抵抗器 32には電源電圧 VDDが印加され、基準電圧 Vrは VDD/2から VDDまで変化するように設定されている。一方、三角波電圧 Vt lは、 TZ 3を一周期とし、最小値 0から最大値 VDDまで周期的に繰り返すように設定されている。したがって、基準電圧 V rが VDD/2から VDDまで変化するのに応じて、クロックパルス CP 1〜0?4のパルス幅は丁 6から0まで変化する。すなわち、位相差 ψは T/12から 0まで変化する。

【0049】

リングカウンタ 361〜364及び RS S— FF 39 a, 39 bは、ポジティブエッジ動作をする。まず、リングカウンタ 361では、クロックパルス CP 1 を連続的に入力端子 CLK1から入力すると、出力端子 Ql 1〜Q13から順繰りに Hレベル信号を出力する。リングカウンタ 362では、クロックパルス CP 2を連続的に入力端子 CLK 2から入力すると、出力端子 Q 21〜Q23から順繰りに Hレベル信号を出力する。リングカウンタ 363では、クロックパルス C P 3を連続的に入力端子 CLK 3から入力すると、出力端子 Q 31〜Q33から順繰りに Hレベル信号を出力する。リングカウンタ 364では、クロックパルス CP 4を連続的に入力端子 CLK 4から入力すると、出力端子 Q 41〜Q43から順繰りに Hレベル信号を出力する。

【0050】

RS S— FF 39 aは、出力端子 Q 1 1から Hレベル信号が出力されてから、出力端子 Q 21から Hレベル信号が出力されるまでの間、及び、出力端子 Q 31 から Hレベル信号が出力されてから、出力端子 Q 41から Hレベル信号が出力されるまでの間、 Hレベルの不連続矩形波生成信号 V +を出力する。 RS S— FF 39 bは、出力端子 Q 32から Hレベル信号が出力されてから、出力端子 Q 42 から Hレベル信号が出力されるまでの間、及び出力端子 Q 13から Hレベル信号が出力されてから、出力端子 Q 23から Hレベル信号が出力されるまでの間、 H レベルの不連続矩形波生成信号 V—を出力する。

【0051】

なお、位相差 φ = 0のとき、 R S S— F F 39 aにおいて、セット用入力端子 S aとリセット用入力端子 R aとで同時に Hレベル信号を入力することになる。このとき、 RS S— FF 39 aはセット用入力端子 S aの Hレベル信号を優先することにより Hレベルの不連続矩形波生成信号 V +を出力するので、隣接する二つの Hレベルの不連続矩形波生成信号 V +は途切れることなく一つになる。 R S S-F F 39 bの動作もこれに準ずる。

【0052】

図 7は、図 1の駆動回路における駆動部の一例を示す回路図である。以下、この図面に基づき説明する。

【0053】

本実施形態の駆動部 40は、 Pチャネルパワー MOSのトランジスタ 41， 4 2及び Nチャネルパワー MOSのトランジスタ 43， 44のいわゆる H型ブリツジ回路からなり、不連続矩形波生成信号 V +， V—に基づき、不連続矩形波電圧 V sを圧電トランス 10の一次電極 12， 1 3に印加する。駆動部 40と圧電トランス 10との間には、インダクタ 23からなるローパスフィルタ 22が介揷されている。圧電トランス 1 0の出力側には負荷 5 0が接続されている。

【0 0 5 4】

トランジスタ 4 1， 4 3のゲートには不連続矩形波生成信号 V +が印加され、トランジスタ 4 2， 4 4のゲートには不連続矩形波生成信号 V—が印加される。そのため、不連続矩形波生成信号 V +が Hレベルのときはトランジスタ 4 1がォフかつトランジスタ 4 3がオンとなり、逆に不連続矩形波生成信号 V +が Lレべルのときはトランジスタ 4 1がオンかつトランジスタ 4 3がオフとなる。同様に、不連続矩形波生成信号 V—が Hレベルのときはトランジスタ 4 2がオフかつトランジスタ 4 4がオンとなり、逆に不連続矩形波生成信号 V—が Lレベルのときはトランジスタ 4 2がオンかつトランジスタ 4 4がオフとなる。

【0 0 5 5】

そのため、不連続矩形波生成信号 V + , V—がともに Lレベルのときは、トランジスタ 4 3 , 4 4がともにオフとなるので、一次電極 1 2 , 1 3に印加される電圧は 0となる。不連続矩形波生成信号 V十が Hレベルかつ不連続矩形波生成信号 V—が Lレベルのときは、トランジスタ 4 2， 4 3がオンかつトランジスタ 4 1 , 4 4がオフとなるので、一次電極 1 2 , 1 3に印加される電圧は V pとなる。逆に、不連続矩形波生成信号 V +が Lレベルかつ不連続矩形波生成信号 V—が H レベルのときは、トランジスタ 4 2， 4 3がオフかつトランジスタ 4 1 , 4 4がオンとなるので、一次電極 1 2 , 1 3に印加される電圧は一 V pとなる。したがつて、不連続矩形波生成信号 V +， V—に基づき一次電極 1 2， 1 3に印加される電圧は、図 6に示すような不連続矩形波電圧 V sになる。

【0 0 5 6】

なお、本発明は、言うまでもなく、上記実施形態に限定されない。例えば、発振部及び駆動部は他の回路構成としてもよい。

【発明の利用可能性】 '

【0 0 5 7】

本発明に係る圧電トランスの駆動方法及ぴ駆動回路によれば、特定の不連続矩形波電圧を圧電トランスの一次電極に印加することにより、圧電トランスへ出力される 3次高調波を無くすことができるので、ローパスフィルタの小型化、軽量化及び低価格化、又は省略化を達成できる。しかも、不連続矩形波の位相差 Ψを変えることにより基本波の振幅を変えられるので、 D C— D Cコンバータを不要にできる。すなわち、ローパスフィルタのインダクタンスを小さくできるとともに、 D C— D Cコンバータを用いることなく基本波の振幅を変えることができる。

Claims

請求の範囲

【請求項 1】電位 V。、この電位 V。よりも高い電位 V_H、及ぴ前記電位 v₀よりも低い電位 Vいからなる不連続矩形波の電圧を、圧電トランスの一次電極に印加する、圧電トランスの駆動方法であって、

前記不連続矩形波は、一周期を Tとすると、ある時間 0から時間 ψまでが前記電位 V₀、時間 φから時間（T/6— φ) までが前記電位 V_H、時間（TZ6— Φ) から時間（ΤΖ3 + Φ) までが前記電位 V₀、時間（Τ/3 + φ) から時間 (Τ/2- ) までが前記電位 V_L、時間（T/2— から時間（TZ2 + Φ) までが前記電位 V。、時間（Τ/2 + ψ) から時間 (2Τ/3- ) までが前記電位 V_L、時間 (2Ύ/3-Φ) から時間（5Τ/6 + Φ) までが前記電位 V₀、時間（5ΤΖ6 + Φ) から時間（T一 φ) までが前記電位 V_H、時間（T 一 Φ) から時間 Tまでが前記電位 V₀、という構成を有し、前記位相差 φが 0≤ ≤Τ/12である圧電トランスの駆動方法。

【請求項 2】電位 0、この電位◦よりも一定電圧だけ高い電位 +1、及び前記電位 0よりも前記一定電圧だけ低い電位一 1、からなる不連続矩形波の電圧を、圧電トランスの一次電極に印加する、圧電トランスの駆動方法であって、

前記不連続矩形波は、一周期を Τとすると、ある時間 0から時間 φまでが前記電位 0、時間 <ί»から時間（ΤΖ6— φ) までが前記電位 + 1、時間（Τ/6— Φ) から時間（Τ/3 + φ) までが前記電位 0、時間（Τ/3 + φ) から時間 (Τ/2- ) までが前記電位一 1、時間（Τ/2— φ) から時間（Τ/2 + Φ) までが前記電位 0、時間（ΤΖ2 + Φ) から時間（2ΤΖ3— までが前記電位一 1、時間（2Τ/3— φ) から時間（5Τ/6 + Φ) までが前記電位 0、時間（5ΤΖ6 + Φ) から時間（Τ一 φ) までが前記電位 +1、時間（Τ一 φ) から時間 Τまでが前記電位 0、という構成を有し、前記位相差 φが 0≤φ≤Τ/ 12である圧電トランスの駆動方法。

【請求項 3】前記不連続矩形波に含まれる 5次高調波以上の周波数成分をローパスフィルタによって除去して前記圧電トランスの一次電極に印加する請求項 1 に記載の圧電トランスの駆動方法。

【請求項 4】前記不連続矩形波に含まれる 5次高調波以上の周波数成分をローパスフィルタによって除去して前記圧電トランスの一次電極に印加する請求項 2 に記載の圧電トランスの駆動方法。

【請求項 5】圧電トランスの一次電極に印加するための不連続矩形波の電圧を出力する不連続矩形波発振器を備え、

前記不連続矩形波は、電位 V。と、この電位 V。よりも高い電位 V_Hと、前記電位 V。よりも低い電位とからなるとともに、一周期を Tとすると、ある時間 0から時間 φまでが前記電位 V₀、時間 φから時間（T/6— φ) までが前記電位 V_H、時間 (Τ/6 - φ) から時間（ΤΖ3 + Φ) までが前記電位 V₀、時間 (T/3 + ) から時間（T/2— φ) までが前記電位 V_L、時間（T/2— Φ) から時間（Τ/2 + φ) までが前記電位 V₀、時間（ΤΖ2 + Ψ) から時間 ( 2 Ύ/ 3 - ) までが前記電位 Vい時間（2 TZ3— φ) から時間（5 TZ 6 + ) までが前記電位 V。、時間（5 Τ/6 + Φ) から時間（T一 φ) までが前記電位 V_H、時間（T一 φ) から時間 Tまでが前記電位 V₀、という構成を有し、前記位相差 ^が 0≤ φ≤ΤΖΐ 2である圧電トランスの駆動回路。

【請求項 6】圧電トランスの一次電極に印加するための不連続矩形波の電圧を出力する不連続矩形波発振器を備え、

前記不連続矩形波は、電位 0と、この電位 0よりも一定電圧だけ高い電位 + 1 と、前記電位 0よりも前記一定電圧だけ低レ、電位一 1とからなるとともに、一周期を Τとすると、ある時間 0から時間 φまでが前記電位 0、時間 φから時間（Τ /6— φ) までが前記電位 + 1、時間（ΤΖ6— φ) から時間（Τ/3 + φ) までが前記電位 0、時間（Τ/3 + φ) から時間（ΤΖ2— φ) までが前記電位一 1、時間（Τ/2— φ) から時間 (Τ/2 + φ) までが前記電位 0、時間（ΤΖ 2 + ) から時間 (2Τ/3-Φ) までが前記電位一 1、時間 (2 Τ/3-Φ) から時間（5 ΤΖ6 + Φ) までが前記電位 0、時間（5 Τ/6 + Φ) から時間 (Τ-φ) までが前記電位 + 1、時間（Τ一 ψ) から時間 Τまでが前記電位 0、という構成を有し、前記位相差 Φが 0≤ φ≤Τ/1 2である圧電トランスの駆動回路。

【請求項 7】前記矩形波発振器と前記圧電トランスとの間に設けられ、当該矩形波発振器から出力された不連続矩形波に含まれる 5次高調波以上の周波数成分を除去して当該圧電トランスへ出力するローパスフィルタを更に備えた請求項 5 に記載の圧電トランスの駆動回路。

【請求項 8】前記矩形波発振器と前記圧電トランスとの間に設けられ、当該矩形波発振器から出力された不連続矩形波に含まれる 5次高調波以上の周波数成分を除去して当該圧電トランスへ出力するローパスフィルタを更に備えた請求項 6 に記載の圧電トランスの駆動回路。

【請求項 9】

双峰形状の矩形パルスを単位として、その極性を交互に代えて基本波の駆動パルスを生成するパルス生成ステツプと、

前記パルス生成ステップで生成された前記基本波の駆動パルスに基く電圧を圧電トランスの一次電極に印加する電圧印加ステップとを有することを特徴とする圧電トランスの駆動方法。

【請求項 1 0】

前記基本波に対する位相差を変更することにより、振幅を変更した前記駆動パルスを生成することを特徴とする請求項 9に記載の圧電トランスの駆動方法。【請求項 1 1】

前記駆動パルスに含まれる 5次高調波以上の周波数成分を濾過することを特徴とする請求項 9に記載の圧電トランスの駆動方法。

【請求項 1 2】

発振部と駆動部とを有し、

前記発振部は、双峰形状の矩形パルスを単位として、その極性を交互に代えて基本波の駆動パルスを生成するものであり、

前記駆動部は、前記発振部で生成された前記基本波の駆動パルスに基く電圧を圧電トランスの一次電極に印加するもの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 1 3】前記発振部は、前記基本波に対する位相差を変更することにより、振幅を変更した前記駆動パルスを生成する機能を有することを特徴とする請求項 1 2に記載の圧電トランスの駆動回路。

【請求項 1 4】

前記駆動パルスに含まれる 5次高調波以上の周波数成分を濾過するローパスフィルタを備えたことを特徴とする請求項 1 2に記載の圧電トランスの駆動回路。