JP2001197748A

JP2001197748A - 電源装置

Info

Publication number: JP2001197748A
Application number: JP2000007116A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ogasawara; 宏小笠原; Hidenori Kakehashi; 英典掛橋
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-01-14
Filing date: 2000-01-14
Publication date: 2001-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】装置全体の大型化ならびにコストアップを抑え
て広い周囲温度範囲に対応した電源装置を提供する。【解決手段】圧電トランスＴ１の１次側電極にコイルＬ
１を並列接続するとともに、圧電トランスＴ１の１次側
電極にコンデンサＣ１を直列接続する。圧電トランスＴ
１の入力容量およびコイルＬ１ならびにコンデンサＣ１
の合成容量値Ｃｘの周囲温度Ｔに対する変化量を小さく
することができ、安定した回路効率を維持して広い周囲
温度範囲に対応することができる。さらに共振電流を小
さくすることができることによって、各部品の大型化を
防いで装置全体の大型化ならびにコストアップを抑える
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電トランスを用
いた電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電トランスＴ１は電磁トランス（以
下、トランスと略す）と比較して小型化や薄型化を図れ
るといった特徴があり、冷陰極管６２を点灯させるイン
バータとして利用したり、高圧電源として注目されてい
る素子である。

【０００３】このような圧電トランスＴ１を用いた従来
の電源装置は、図１６に示すように、２次側電極が負荷
７６に接続された圧電トランスＴ１、圧電トランスＴ１
の一方の１次側電極に２次側端子が接続されたオートト
ランスＴａ１１、オートトランスＴａ１１の中間端子に
接続されたトランジスタＱ２３、圧電トランスＴ１の他
方の１次側電極に２次側端子が接続されたオートトラン
スＴａ１２、オートトランスＴａ１２の中間端子に接続
されたトランジスタＱ２４、トランジスタＱ２３，Ｑ２
４を交互にオン／オフさせる分周回路７１を備えた昇圧
回路７２と、トランジスタＱ２３，Ｑ２４をオン／オフ
させる駆動周波数ｆを変化させて圧電トランスＴ１の２
次側電極から所定の出力電流値または出力電圧値が得ら
れるように、圧電トランスＴ１の昇圧比を制御する周波
数制御手段７３と、一端に直流電圧Ｖ_DDが印加され、他
端を電流保持手段７４を介してオートトランスＴａ１
１，Ｔａ１２の1次側端子に接続されたトランジスタＱ
２５を備え、トランジスタＱ２３，Ｑ２４のオン時間内
でデューティ比を可変した駆動電圧信号の入力によりト
ランジスタＱ２５をオン／オフさせて圧電トランスＴ１
の駆動電圧を所定の値に制御する駆動電圧制御手段７５
とを具備している（特開平９−１０７６８４号公報参
照）。

【０００４】この電源装置では、図１７（ａ）に示すよ
うに、駆動電圧制御手段７５に入力される周波数制御手
段７３からの三角波波形の電圧信号ｆｖｃｏを、圧電ト
ランスＴ１の１次側電圧を駆動電圧制御手段７５の整流
回路７７で整流した整流電圧Ｖｃと比較し、その結果、
図１７（ｂ）に示すように、トランジスタＱ２５は駆動
電圧信号Ｖｇ２５を入力してオン／オフする。また、ト
ランジスタＱ２３，Ｑ２４は、図１７（ｃ），（ｄ）に
示すように、分周回路７１から与えられる駆動電圧信号
Ｖｇ２３，Ｖｇ２４によってオン／オフし、トランジス
タＱ２３，Ｑ２４には、図１７（ｅ），（ｆ）に示すよ
うに、ドレイン電圧Ｖｄ２３、Ｖｄ２４がかかって、オ
ートトランスＴａ１１，Ｔａ１２のそれぞれの１次側に
は、図１７（ｇ），（ｈ）に示すようなコイル電流Ｉ１
１，電流Ｉ１２が流れる。

【０００５】上述のように動作する電源装置の昇圧回路
７２は、オートトランスＴａ１１，Ｔａ１２のインダク
タンスと圧電トランスＴ１の入力容量とを並列共振させ
ることによって、図１７（ｅ），（ｆ）に示すドレイン
電圧Ｖｄ２３、Ｖｄ２４から圧電トランスＴ１には略正
弦波形の駆動電圧が印可され、損失となる共振周波数以
外の成分を低減できる。また、プッシュプル構成によ
り、オートトランスＴａ１１，Ｔａ１２に入力された直
流電圧Ｖ_DDより高い電圧を圧電トランスの１次側に印加
することができるので、低い入力電圧で動作させること
ができるという利点がある。さらに、駆動電圧制御手段
７５は、広い電源入力範囲での効率変化、トランジスタ
の耐圧アップ、スイッチングの不具合を改善し、入力電
圧範囲を大きくできる利点がある。

【０００６】また他にも圧電トランスＴ１を用いた従来
の電源装置がある。この電源装置は、図１８に示すよう
に、一端に直流電圧Ｖｉｎが印加され、交互にオン／オ
フされるスイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２の直列回路
と、可変の駆動周波数ｆ’でスイッチング素子Ｑ２１，
Ｑ２２を交互にオン／オフする制御回路６１と、スイッ
チング素子Ｑ２１，Ｑ２２の接続点に一端を接続された
コイルＬ１１と、コイルＬ１１の他端に一方の１次側電
極が接続された圧電トランスＴ１とを備え、圧電トラン
スＴ１の他方の１次側電極ならびにスイッチング素子Ｑ
２１，Ｑ２２の直列回路の他端側を接地している（特開
平１１−８０８２号公報参照）。

【０００７】このような電源装置は、制御回路６１によ
るスイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２の駆動周波数ｆ’を
圧電トランスＴ１の共振周波数近傍に設定し、コイルＬ
１１のインダクタンスと圧電トランスＴ１の入力容量と
の共振によって生じる交流電圧を圧電トランスＴ１の１
次側電極に印加し、圧電トランスＴ１の２次側電極に接
続された冷陰極管６２に昇圧された交流電圧を供給して
冷陰極管６２を点灯させるものであり、コイルＬ１１と
圧電トランスＴ１の入力容量との直列共振による昇圧作
用を利用することにより、直流電圧Ｖｉｎの電圧値が低
くても圧電トランスＴ１に高い駆動電圧を印加すること
ができるという利点がある。また、スイッチング素子Ｑ
２１，Ｑ２２には、図１９（ａ），（ｂ）に示すよう
に、それぞれ交互に電流Ｉｑ１１，Ｉｑ１２が流れ、そ
の結果、図１９（ｃ）に示すように、圧電トランスＴ１
の１次側電極に供給される共振電流Ｉｔ１が略正弦波に
なるため、圧電トランスＴ１を効率良く駆動でき、ノイ
ズの発生を少なくなるすることができるという利点もあ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的に圧
電トランスＴ１は周囲温度Ｔにより大幅に特性が変化す
る。例えば、図２０に示すように、周囲温度Ｔが約３０
℃のときの圧電トランスＴ１の入力容量値Ｃｔを１とし
て正規化した場合、周囲温度Ｔを約−３０℃〜９０℃ま
で変化させると、入力容量値Ｃｔは約−３０％〜約＋３
０％も変化することとなる。

【０００９】前述の２つの従来例のように、圧電トラン
スＴ１の入力容量とオートトランスＴａ１１，Ｔａ１２
又はコイルＬ１１のインダクタンスとを共振させている
回路構成の場合、このような圧電トランスＴ１の入力容
量値Ｃｔの周囲温度Ｔに対する変化が回路に与える影響
は大きい。まず図１６に示す電源装置が受ける影響と問
題点について以下に説明する。

【００１０】例えば、周囲温度Ｔが常温であるとき、ト
ランジスタＱ２３，Ｑ２４には、図２１（ａ），（ｂ）
に示すように、それぞれ分周回路７１により交互に、Ｈ
レベルにオン状態、Ｌレベルにオフ状態となる駆動電圧
信号Ｖｇ２３，Ｖｇ２４が入力され、圧電トランスＴ１
の入力容量と第１及び第２のオートトランスＴａ１１，
Ｔａ１２のインダクタンスとの共振によって図２１
（ｃ），（ｄ）に示すような略半波の正弦波形のドレイ
ン電圧Ｖｄ２３，Ｖｄ２４が発生する。オートトランス
Ｔａ１１，Ｔａ１２のインダクタンス値は、これらのド
レイン電圧Ｖｄ２３，Ｖｄ２４がそれぞれトランジスタ
Ｑ２３，Ｑ２４のオフ期間ｔｏｆｆ中に、時間幅Ｄで約
０Ｖに戻るように設定され、オフ期間ｔｏｆｆ中にドレ
イン電圧Ｖｄ２３，Ｖｄ２４が約０Ｖに戻るとトランジ
スタＱ２３，Ｑ２４の寄生ダイオードによりオフ期間ｔ
ｏｆｆが終わるまで約０Ｖにクランプされる。このよう
にドレイン電圧Ｖｄ２３，Ｖｄ２４が約０Ｖのときにト
ランジスタＱ２３，Ｑ２４をターンオンさせると、図２
１（ｅ），（ｆ）に示すように、トランジスタＱ２３，
Ｑ２４のそれぞれに流れる電流Ｉｑ２３，Ｉｑ２４には
過大なサージ電流が含まれないため、圧電トランスＴ１
の１次側に流れる電流Ｉｔ１にも、図２１（ｇ）に示す
ように、サージ電流が含まれず、トランジスタＱ２３，
Ｑ２４及び圧電トランスＴ１のそれぞれに対してターン
オン時のスイッチングストレスが生じることはない。

【００１１】しかし、前述のように周囲温度Ｔが高くな
ると圧電トランスＴ１の入力容量値Ｃｔが大きくなり、
その結果、図２２（ｃ），（ｄ）に示すように、トラン
ジスタＱ２３，Ｑ２４のドレイン電圧Ｖｄ２３，Ｖｄ２
４が発生している時間幅Ｄが長くなる。これにより、ド
レイン電圧Ｖｄ２３，Ｖｄ２４の時間幅Ｄはトランジス
タＱ２３，Ｑ２４のオフ期間ｔｏｆｆよりも長くなり、
ターンオン時まで電圧が残っている。これにより図２２
（ｅ）に示すように、ターンオン時にトランジスタＱ２
４を流れる電流Ｉｑ２４に過大なサージ電流が含まれ、
トランジスタＱ２３にも同様にサージ電流が流れる。ま
た、ターンオン時まで残っているドレイン電圧Ｖｄ２
３，Ｖｄ２４は圧電トランスＴ１にチャージされている
電圧であるので、図２２（ｆ）に示すように、圧電トラ
ンスＴ１の１次側に流れる電流Ｉｔ１にも過大なサージ
電流が含まれることとなる。

【００１２】このように、トランジスタＱ２３，Ｑ２４
のスイッチング時に過大なサージ電流が流れることは、
トランジスタＱ２３，Ｑ２４の破損する原因となり、ま
た圧電トランスＴ１に過大なサージ電流が流れること
は、過振動による破損の原因となるため、電源装置を動
作させる周囲温度Ｔには上限が定められている。

【００１３】また、逆に周囲温度Ｔが低くなりすぎる
と、ドレイン電圧Ｖｄ２３，Ｖｄ２４の電圧が発生する
時間幅Ｄは狭くなり、図２３（ｃ），（ｄ）に示すよう
に、トランジスタＱ２３，Ｑ２４のオフ期間ｔｏｆｆ内
に２個目の共振電圧が発生する。これにより、高温時と
同様にターンオン時まで電圧が残って、図２３（ｅ）に
示すように、トランジスタＱ２４を流れる電流Ｉｑ２４
に過大なサージ電流が含まれ、トランジスタＱ２３にも
同様のサージ電流が流れる。そして、図２３（ｆ）に示
すように、圧電トランスＴ１に流れる電流Ｉｔ１にも過
大なサージ電流が含まれることとなり、周囲温度Ｔを高
くしたときと同様、トランジスタＱ２３，Ｑ２４及び圧
電トランスＴ１の破損原因となるため、電源装置を動作
させる周囲温度Ｔには下限が定められている。

【００１４】上述のように図１６の電源装置では動作さ
せる周囲温度Ｔの範囲が限定され、一般に０℃〜６０℃
程度が動作温度範囲となっていた。そのため、−３０℃
〜１２０℃程度の動作温度範囲が要求される一般の照明
分野や車載分野では使用できないという問題があった。

【００１５】そこで、周囲温度Ｔに対する圧電トランス
Ｔ１の入力容量値Ｃｔの変化による影響を抑える手段と
して、圧電トランスＴ１の入力部に並列にコンデンサを
接続し、オートトランスＴａ１１，Ｔａ１２のインダク
タンスを圧電トランスの入力容量およびコンデンサの合
成容量と共振させ、合成容量における圧電トランスＴ１
の入力容量が占める割合を小さくさせた電源装置がある
（特開平１１−１３６９５８号公報参照）。

【００１６】上述の電源装置は、図２４に示すように、
圧電トランスＴ１の入力容量に間接的（等価的）に並列
接続するように、２つのコンデンサＣｓ１，Ｃｓ２をそ
れぞれトランジスタＱ２３，Ｑ２４に並列接続してい
る。これにより、周囲温度Ｔの変化対策だけでなく、ト
ランジスタＱ２３，Ｑ２４が同時にオフ状態となる発振
停止時の過電圧防止などの効果もある。

【００１７】しかし、この方法で−３０℃〜１２０℃程
度の周囲温度範囲に対応させようとすると、圧電トラン
スＴ１の入力容量値Ｃｔに対してコンデンサＣｓ１，Ｃ
ｓ２の容量値は、少なくとも約２〜３倍必要で、圧電ト
ランスＴ１の入力容量とコンデンサＣｓ１、Ｃｓ２の合
成容量値は圧電トランスＴ１の入力容量値Ｃｔのみに対
して約３〜４倍必要となる。また、圧電トランスＴ１の
駆動電圧が同じであれば、合成容量値の増えた分だけ共
振電流Ｉｔ１は増加するので、−３０℃〜１２０℃程度
の周囲温度範囲に対応させるためには、コンデンサＣｓ
１，Ｃｓ２を接続していないときの約３〜４倍の共振電
流の増加を伴うことになる。これによってオートトラン
スＴａ１１，Ｔａ１２は大幅にサイズアップし、さら
に、トランジスタＱ２３，Ｑ２４は、オン抵抗の低減の
ためにサイズアップならびにコストアップすることとな
る。

【００１８】このように圧電トランスＴ１以外の部品が
大きくなりすぎると、圧電トランスＴ１の小型・薄型と
いう特長を活かせず、意味のないものとなってしまう。

【００１９】次に、図１８に示す電源装置が受ける影響
と問題点について以下に説明する。このような電源装置
の場合、圧電トランスＴ１の入力容量値Ｃｔの周囲温度
Ｔに対する変化は、電源装置のスイッチング素子Ｑ２
１，Ｑ２２の駆動周波数ｆ’に対する圧電トランスＴ１
の出力電圧値Ｖに大きな影響を与える。

【００２０】図２５に示すように、スイッチング素子Ｑ
２１，Ｑ２２の駆動周波数ｆ’に対する圧電トランスＴ
１の出力電圧値Ｖは２重共振特性を有し、周囲温度Ｔを
常温のＴｍとしたとき、圧電トランスＴ１とコイルＬ１
の直列共振周波数に相当する駆動周波数ｆｍ１と、圧電
トランスＴ１の共振周波数ｆ０の近傍の駆動周波数ｆｍ
２とにピークをもつ。ところが、例えば、周囲温度Ｔを
上げてＴｍからＴｈとした場合、圧電トランスＴ１の入
力容量値Ｃｔは、図２０に示したように、周囲温度Ｔｍ
のときより大きくなって、出力電圧値Ｖがピークとなる
一方の駆動周波数ｆ’は、ｆｍ１からｆｈ１に低下し，
他方の駆動周波数ｆ’も、ｆｍ２からｆｈ２に低下す
る。また逆に、周囲温度Ｔを下げてＴｍからＴｃとした
場合、圧電トランスＴ１の入力容量値Ｃｔは周囲温度Ｔ
ｍのときより小さくなり、出力電圧値Ｖがピークとなる
一方の駆動振動ｆ’は、ｆｍ１からｆｃ１に上昇し，他
方の駆動周波数ｆ’は、ｆｍ２からｆｃ２に上昇する。
これに伴って、周囲温度Ｔｍで駆動周波数ｆｒとして所
定の出力電圧値Ｖｏを得ていた場合、周囲温度ＴがＴ
ｈ，Ｔｃに変化すると、出力電圧値Ｖｏを保つために駆
動周波数ｆ’をｆｒｈ，ｆｒｃに変化させる必要があ
る。つまり、周囲温度Ｔが変化することによって、駆動
周波数ｆ’に対する圧電トランスＴ１の出力電圧値Ｖの
特性が変化し、所定の出力電圧値Ｖを得るのに駆動周波
数ｆ’を変化させなければならないこととなる。

【００２１】ところで、圧電トランスＴ１の昇圧比はそ
れ自身の共振周波数ｆ０でピークになることは言うまで
もないが、この共振周波数ｆ０から駆動周波数ｆ’が離
れるほど圧電トランスＴ１自身の昇圧比が低下し所定の
出力電圧値Ｖを得るために必要な圧電トランスＴ１への
入力電圧値が大きくなる。さらに圧電トランスＴ１への
入力電圧値が大きくなると圧電トランスＴ１に供給され
る共振電流Ｉｔ１の値も大きくなる。つまり、周囲温度
Ｔが変化することにより駆動周波数ｆ’を変化させる
と、共振電流Ｉｔ１が変化してしまうことになる。例え
ば、図２６に示すように、周囲温度Ｔｍを約３０℃とし
てこのときの共振電流Ｉｔ１の値を１として正規化し、
周囲温度Ｔｈを約９０℃、周囲温度Ｔｃを約−３０℃と
して周囲温度ＴをＴｃからＴｈまで変化させると、駆動
周波数ｆ’の低下に伴い、共振電流Ｉｔ１の値は約＋５
０％から約−２０％程度まで変化し、特に周囲温度Ｔｃ
での共振電流Ｉｔ１の値は周囲温度Ｔｍのときの約１．
５倍にもなる。

【００２２】このように周囲温度Ｔの広い範囲に電源装
置を対応させるためには、大きな共振電流Ｉｔ１が流れ
ても許容できるように、コイルＬ１１の大型化、スイッ
チング素子Ｑ２１，Ｑ２２の低オン抵抗化が必要とな
る。スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２の低オン抵抗化
は、部品サイズを大型化してしまうこととなり、コイル
Ｌ１１の大型化とともに、電源装置自体が大型化して、
圧電トランスＴ１の小型・薄型という特長を活かせない
という問題と、このような大型化がコストアップの要因
となるなどの問題があった。さらに共振電流値Ｉｔ１が
大きくなると回路のエネルギー損失も増えるので、周囲
温度Ｔの変化によって回路効率が大きく変化するという
問題があった。

【００２３】上述のように、圧電トランスＴ１を用いた
従来の電源装置では、広い周囲温度範囲に対応させるた
めに、コイルＬ１１又はオートトランスＴａ１１，Ｔａ
１２とトランジスタＱ２３，Ｑ２４又はスイッチング素
子Ｑ２１，Ｑ２２とにそれぞれ過大な共振電流が流れ、
これら各部品を大型化しなければならないといった問題
や、各部品の大型化に伴って装置全体の大型化ならびに
コストアップしてしまうという問題があった。

【００２４】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、装置全体の大型化ならびにコストアップを抑
え、回路効率の変動を抑制して広い周囲温度範囲に対応
した電源装置を提供する。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、圧電トランス、圧電トランスの
１次側に並列接続される第１のインダクタンス要素、圧
電トランスの１次側に直列または並列に接続されるキャ
パシタンス要素を具備し、交流電圧を昇圧して圧電トラ
ンスの２次側に出力する昇圧回路と、第２のインダクタ
ンス要素を具備して、第２のインダクタンス要素を、圧
電トランスの入力容量ならびに第１のインダクタンス要
素およびキャパシタンス要素の合成インピーダンスと共
振させて出力する交流電圧を圧電トランスの１次側に印
可する電源回路とを備え、電源回路の出力電圧周波数を
圧電トランスの共振周波数付近に設定するとともに、圧
電トランスの入力容量と第１のインダクタンス要素のイ
ンダクタンスとキャパシタンス要素の容量との合成イン
ピーダンスを容量性としたことを特徴とし、キャパシタ
ンス要素を圧電トランスの1次側に接続したことによっ
て、昇圧回路の合成容量に対する圧電トランスの入力容
量の占める割合を小さくして、昇圧回路の合成容量値の
周囲温度に対する変化量を、圧電トランスの入力容量値
の周囲温度に対する変化量よりも小さくすることができ
る。その結果、周囲温度が変化しても共振電流ならびに
共振電圧の変動を抑えることができ、安定した回路効率
を維持して広い周囲温度範囲に対応することができる。
さらにキャパシタンス要素を圧電トランスの１次側に直
列接続したときには、キャパシタンス要素によって昇圧
回路の合成容量値を圧電トランスの入力容量値よりも小
さくして、共振電流を小さくすることができるととも
に、圧電トランスの１次側に並列接続された第１のイン
ダクタンス要素によって、圧電トランスと第１のインダ
クタンス要素との合成インピーダンスをキャパシタンス
要素のインピーダンスよりも大きくすることができ、圧
電トランスの１次側に印可される交流電圧の電圧値の低
下を抑えることができる。また、キャパシタンス要素を
圧電トランスの１次側に並列接続したときには、第１の
インダクタンス要素によって昇圧回路の合成容量値を圧
電トランスの入力容量値よりも小さくして、共振電流を
小さくすることができる。このように共振電流を小さく
できることにより、回路構成部品の大型化を防いで装置
全体の大型化ならびにコストアップを抑えることができ
る。

【００２６】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、キャパシタンス要素は、圧電トランスの１次側に直
列接続され、第１のインダクタンス要素のインダクタン
ス値は、電源回路の出力電圧周波数に２πを乗じた角周
波数の二乗と圧電トランスの入力容量値との積の逆数よ
りも大きいことを特徴とし、昇圧回路の合成容量値の周
囲温度に対する変化量をさらに小さくすることができ
る。

【００２７】請求項３の発明は、請求項１又は２の発明
において、キャパシタンス要素は、圧電トランスの１次
側に直列接続され、キャパシタンス要素の容量値は、圧
電トランスの入力容量値の略１／２倍よりも大きく、且
つ圧電トランスの入力容量値の略４倍よりも小さいこと
を特徴とし、キャパシタンス要素の容量値を圧電トラン
スの入力容量値の略１／２倍よりも大きくしたことによ
って、圧電トランスの１次側に印加される入力電圧値を
大きくすることができるとともに、キャパシタンス要素
の容量値を圧電トランスの入力容量値の略４倍よりも小
さくしたことによって、昇圧回路の合成容量値の周囲温
度に対する変化量をさらに小さくすることができる。

【００２８】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、キャパシタンス要素は、圧電トランスの１次側に並
列接続され、第１のインダクタンス要素のインダクタン
ス値は、電源回路の出力電圧周波数に２πを乗じた角周
波数の二乗と、圧電トランスの入力容量値及びキャパシ
タンス要素の容量値の合成容量値との積の逆数よりも大
きいことを特徴とし、昇圧回路の合成容量値の周囲温度
に対する変化量をさらに小さくすることができる。

【００２９】請求項５の発明は、請求項１又は４の発明
において、キャパシタンス要素は、圧電トランスの１次
側に並列接続され、キャパシタンス要素の容量値は、圧
電トランスの入力容量値の略１／２倍よりも大きく、且
つ第１のインダクタンス要素のインダクタンス値は、電
源回路の出力電圧周波数に２πを乗じた角周波数の二乗
とキャパシタンス要素の容量値との積の逆数以下となる
ことを特徴とし、キャパシタンス要素の容量値を圧電ト
ランスの入力容量値の略１／２倍よりも大きくしたこと
によって、昇圧回路の合成容量値の周囲温度に対する変
化量をさらに小さくすることができるとともに、第１の
インダクタンス要素のインダクタンス値を、電源回路の
出力電圧周波数に２πを乗じた角周波数の二乗とキャパ
シタンス要素の容量値との積の逆数以下にしたことによ
って、昇圧回路の合成容量値を圧電トランスの入力容量
値よりも小さくして昇圧回路に流れる共振電流を小さく
することができる。

【００３０】請求項６の発明は、請求項１〜５の何れか
の発明において、第１のインダクタンス要素は１次側を
電源回路に接続し、２次側を圧電トランスの１次側に接
続したトランスであることを特徴とし、請求項１〜５の
何れかの発明と同様の作用を奏する。

【００３１】請求項７の発明は、請求項１〜６の何れか
の発明において、キャパシタンス要素は、少なくとも１
個のコンデンサからなることを特徴とし、請求項１〜６
の何れかの発明と同様の作用を奏する。

【００３２】請求項８の発明は、請求項１〜７の何れか
の発明において、電源回路は、直流電源と、直流電源の
両端に接続される第１のコイル及び第１のスイッチング
要素の直列回路ならびに第２のコイル及び第２のスイッ
チング要素の直列回路とを具備して、第１及び第２のス
イッチング要素を圧電トランスの共振周波数付近の周波
数で交互にオン／オフし、第１のコイル及び第１のスイ
ッチング要素の接続点と、第２のコイル及び第２のスイ
ッチング要素の接続点とに、昇圧回路の圧電トランスお
よびキャパシンタンス要素の直列回路又は並列回路が接
続されて成り、第１及び第２のコイルを第２のインダク
タンス要素としたことを特徴とし、請求項１〜７の発明
と同様の作用を奏する。

【００３３】請求項９の発明は、請求項１〜７の何れか
の発明において、電源回路は、直流電源と、直流電源の
一端側に１次側の一端を接続された第１及び第２のトラ
ンスと、直流電源の他端側ならびに第１及び第２のトラ
ンスの１次側の他端にそれぞれ接続され、圧電トランス
の共振周波数付近の周波数で交互にオン／オフする第１
及び第２のスイッチング要素とを具備し、第１及び第２
のトランスの２次側に昇圧回路の圧電トランスおよびキ
ャパシタンス要素の直列回路又は並列回路が接続されて
成り、第１及び第２のトランスを第２のインダクタンス
要素としたことを特徴とし、請求項１〜７の何れかの発
明と同様の作用を奏する。

【００３４】請求項１０の発明は、請求項１〜７の何れ
かの発明において、電源回路は、直流電源と、直流電源
の両端に接続される第１のコイル及びスイッチング要素
の直列回路とを具備し、圧電トランスの共振周波数付近
の周波数でオン／オフするスイッチング要素の両端に昇
圧回路の圧電トランスおよびキャパシタンス要素の直列
回路又は並列回路が接続されて成り、第１のコイルを第
２のインダクタンス要素としたことを特徴とし、請求項
１〜７の何れかの発明と同様の作用を奏する。

【００３５】請求項１１の発明は、請求項１〜７の何れ
かの発明において、電源回路は、直流電源と、直流電源
の両端に接続され、圧電トランスの共振周波数付近の周
波数で交互にオン／オフする第１及び第２のスイッチン
グ要素の直列回路とを具備し、第１又は第２のスイッチ
ング要素の両端に、第１のコイルと、昇圧回路の圧電ト
ランスおよびキャパシタンス要素の直列回路又は並列回
路とが直列に接続されて成り、第１のコイルを第２のイ
ンダクタンス要素としたことを特徴とし、請求項１〜７
の何れかの発明と同様の作用を奏する。

【００３６】請求項１２の発明は、請求項１〜７の発明
において、電源回路は、直流電源と、直流電源の両端に
接続され、交互にオン／オフする第１及び第２のスイッ
チング要素の直列回路、ならびに交互にオン／オフする
第３及び第４のスイッチング要素の直列回路とを具備
し、第１及び第２のスイッチング要素の接続点および第
３及び第４のスイッチング要素の接続点に、第１のコイ
ルと、昇圧回路の圧電トランスおよびキャパシタンス要
素の直列回路又は並列回路とが直列に接続されて成り、
第１のコイルを第２のインダクタンス要素としたことを
特徴とし、請求項１〜７の何れかの発明と同様の作用を
奏する。

【００３７】請求項１３の発明は、請求項１１又は１２
の発明において、第１のインダクタンス要素と第１のコ
イルとを、１次側が電源回路の出力端に接続され、２次
側が圧電トランスの１次側に並列接続されたリーケージ
トランスの漏れインダクタンスにより構成したことを特
徴とし、部品点数を減らしてコスト低減を図ることがで
きる。

【００３８】

【発明の実施の形態】（実施形態１）本実施形態の電源
装置は、図１に示すように、圧電トランスＴ１、圧電ト
ランスＴ１の１次側に並列接続される第１のインダクタ
ンス要素たるコイルＬ１、圧電トランスＴ１の１次側に
直列接続されるキャパシタンス要素たるコンデンサＣ１
を具備し、交流電圧を昇圧して圧電トランスＴ１の２次
側に出力する昇圧回路２と、第２のインダクタンス要素
Ｌ２を具備して、第２のインダクタンス要素Ｌ２を、圧
電トランスＴ１の入力容量ならびにコイルＬ１およびコ
ンデンサＣ１の合成インピーダンスと共振させて出力す
る交流電圧を、昇圧回路２の圧電トランスＴ１及びコン
デンサＣ１の直列回路に印可する電源回路１とを備えて
いる。なお、圧電トランスＴ１の２次側電極には、接地
された負荷３が接続されている。

【００３９】本実施形態では、従来例のように圧電トラ
ンスＴ１の入力容量を直接、コイルＬ１１又はオートト
ランスＴａ２１，Ｔａ２２のインダクタンスと共振させ
ずに、圧電トランスＴ１の入力容量およびコイルＬ１な
らびにコンデンサＣ１による昇圧回路２の合成インピー
ダンスを、第２のインダクタンス要素Ｌ２のインダクタ
ンスと共振させたことに特長がある。

【００４０】このようにコンデンサＣ１を圧電トランス
Ｔ１に直列に接続することにより、圧電トランスＴ１の
入力容量およびコンデンサＣ１ならびにコイルＬ１によ
る昇圧回路２の合成容量に対する圧電トランスＴ１の入
力容量の占める割合を小さくして、昇圧回路２の合成容
量値Ｃｘの周囲温度Ｔに対する変化量を、圧電トランス
Ｔ１の入力容量値Ｃｔの周囲温度Ｔに対する変化量より
小さくすることができる。また、合成容量値Ｃｘは入力
容量値Ｃｔに対してＣｘ＜Ｃｔとなるため、昇圧回路２
に流れる共振電流を小さく抑えることができる。

【００４１】ところで、電源回路１の出力電圧周波数ｆ
に２πを乗じた角周波数をωとすると、コイルＬ１のイ
ンダクタンス値Ｌ１ｎは、コイルＬ１と圧電トランスＴ
１の入力容量との合成インピーダンスが容量性になるよ
うに、Ｌ１ｎ＞１／（ω²Ｃｔ）とする必要がある。誘
導性となるとコンデンサＣ１による温度変化に対する改
善効果が低下するためである。

【００４２】例えば、圧電トランスＴ１の共振周波数が
約６０ｋＨｚであってこのときの入力容量値Ｃｔを約３
０ｎＦ、コンデンサＣ１の容量値Ｃ１ｎを約８０ｎＦ、
コイルＬ１のインダクタンス値Ｌ１ｎを約３００μＨと
したときには、Ｌ１ｎ＞１／（ω²Ｃｔ）を満たし、図
２（ａ）に示すように、周囲温度Ｔが約３０℃のときの
合成容量値Ｃｘを１として正規化した場合、周囲温度Ｔ
が約−３０℃では合成容量値Ｃｘは約０．９となり、周
囲温度Ｔが約１２０℃のときには合成容量値Ｃｘは約
１．１となる。一方、従来では、周囲温度Ｔが約３０℃
のときの合成容量値Ｃｘ（圧電トランスＴ１の入力容量
値Ｃｔに相当）を１として正規化した場合、図２（ｂ）
に示すように、周囲温度Ｔが約−３０℃では合成容量値
Ｃｘは約０．７となり、周囲温度Ｔが約１２０℃のとき
には合成容量値Ｃｘは約１．４となっていた。つまり、
周囲温度Ｔに対する合成容量値Ｃｘの変化量は大幅に改
善されたことになる。

【００４３】なお、コイルＬ１のインダクタンス値Ｌ１
ｎを約１００μＨとして、コイルＬ１と圧電トランスＴ
１の入力容量の合成インピーダンスを誘導性とした場合
（Ｌ１ｎ＞１／（ω²Ｃｔ）を満たさない場合）には、
図２（ｃ）に示すように、合成インピーダンスを容量性
としたときほど大幅な改善が見られないことがわかる。

【００４４】また、周囲温度Ｔを約３０℃から約１２０
℃に変化させたときの合成容量値Ｃｘの変化率を、コン
デンサＣ１の容量値Ｃ１ｎを圧電トランスＴ１の入力容
量値Ｃｔの約１／１０倍の値から約１０倍の値まで変化
させて調べた。その結果、合成容量値Ｃｘの変化率は、
図３に示すように、Ｃ１ｎ／Ｃｔが増加するほど大きく
なるが、特に容量値Ｃ１ｎが入力容量値Ｃｔの約４倍以
上の値になると急増して約２０％以上となった。これに
より、合成容量値Ｃｘの変化率を小さくするためには、
コンデンサＣ１の容量値Ｃ１ｎをＣ１ｎ＜４Ｃｔにする
のが望ましい。

【００４５】さらに、コンデンサＣ１を圧電トランスＴ
１に直列に接続しただけでは、電源回路１から昇圧回路
２に供給される電圧値Ｖ１は、コンデンサＣ１と圧電ト
ランスＴ１とに分圧され、圧電トランスＴ１に十分な電
圧を供給することができないが、コイルＬ１を圧電トラ
ンスＴ１に並列に接続したことによって、コイルＬ１と
圧電トランスＴ１の入力容量の合成インピーダンスを大
きくすることができ、コンデンサＣ１と分圧して印加さ
れる圧電トランスＴ１の入力電圧値Ｖｐを大きくするこ
とができる。つまり、コイルＬ１と圧電トランスＴ１の
入力容量との合成インピーダンスが、コンデンサＣ１の
インピーダンスより十分に大きければ圧電トランスＴ１
の入力電圧値Ｖｐを電源回路１の電圧値Ｖ１に近づける
ことができる。

【００４６】例えば、コンデンサＣ１の容量値Ｃ１ｎを
圧電トランスＴ１の入力容量値Ｃｔの約１／１０倍の値
から約１０倍の値まで変化させたときの、圧電トランス
Ｔ１の入力電圧値Ｖｐを調べた結果、入力電圧値Ｖｐを
電源回路１の電圧値Ｖ１で規格化した場合、図４に示す
ように、Ｖｐ／Ｖ１はＣ１ｎ／Ｃｔが減少するほど低下
するが、特にＣ１ｎ／Ｃｔが約０．５以下の値になると
急減し約０．８以下になった。これにより、コンデンサ
Ｃ１の容量値Ｃ１ｎはＣ１ｎ＞０．５Ｃｔにするのが望
ましい。

【００４７】以上のことから、合成容量値Ｃｘの周囲温
度Ｔに対する変化量を抑制し、かつ圧電トランスＴ１の
入力電圧を確保するコンデンサＣ１の容量値Ｃ１ｎの条
件は、０．５Ｃｔ＜Ｃ１ｎ＜４Ｃｔとなる。

【００４８】ところで、本実施形態の電源回路１は、例
えば図５に示すように、直流電源Ｅと、直流電源Ｅの一
端側に１次側端子が接続された第１及び第２のトランス
たるオートトランスＴａ１，Ｔａ２と、直流電源Ｅの他
端側ならびに第１及び第２のオートトランスＴａ１，Ｔ
ａ２の中間端子にそれぞれ接続された第１及び第２のス
イッチング要素たるトランジスタＱ１，Ｑ２とを具備し
たプッシュプル回路から構成され、第１及び第２のオー
トトランスＴａ１，Ｔａ２の２次側のインダクタンス成
分を第２のインダクタンス要素Ｌ２としている。このよ
うな電源回路１は、図１６に示す従来例のオートトラン
スＴａ１１，Ｔａ１２及びトランジスタＱ２３，Ｑ２４
で構成される回路と同様であって、分周回路７１、周波
数制御手段７３などは省略している。

【００４９】また昇圧回路２は、コンデンサＣ１と圧電
トランスＴ１の直列回路をこの電源回路１の第１及び第
２のオートトランスＴａ１，Ｔａ２の２次側端子に接続
し、一端を圧電トランスＴ１の２次側電極に接続された
負荷３は、他端を第１及び第２のトランジスタＱ１，Ｑ
２の接続点に接続している。

【００５０】このような電源装置では、第１及び第２の
トランジスタＱ１，Ｑ２を交互にオン／オフさせること
によって、圧電トランスＴ１の入力容量およびコンデン
サＣ１ならびにコイルＬ１による昇圧回路２の合成容量
を、第２のインダクタンス要素Ｌ２のインダクタンスと
並列共振させている。

【００５１】実際に、圧電トランスＴ１の共振周波数が
約６０ｋＨｚであってこのときの入力容量値Ｃｔを３０
ｎＦ、コンデンサＣ１の容量値Ｃ１ｎを８０ｎＦ、第１
及び第２のオートトランスＴａ１，Ｔａ２の２次側のイ
ンダクタンス値Ｌ２ｎを２４０μＨ、コイルＬ１のイン
ダクタンス値Ｌ１ｎを３００μＨとしたとき、周囲温度
Ｔを約−３０℃から約１２０℃まで変化させても第１及
び第２のトランジスタＱ１，Ｑ２が共にゼロボルトスイ
ッチングすることができた。これにより、周囲温度Ｔに
対する昇圧回路２の合成容量値Ｃｘの変化量を小さくで
き、共振電圧波形の変動を抑えていることが確かめられ
た。

【００５２】本実施形態では、コンデンサＣ１を圧電ト
ランスＴ１に直列接続することによって、昇圧回路２の
合成容量に対する圧電トランスＴ１の入力容量の占める
割合を小さくし、昇圧回路２の合成容量値Ｃｘの周囲温
度Ｔに対する変化量を、圧電トランスＴ１の入力容量値
Ｃｔの変化量より小さくすることができ、昇圧回路２の
合成容量を第２のインダクタンス要素Ｌ２のインダクタ
ンスと共振させるので、周囲温度Ｔが変化しても共振電
流および共振電圧の変動を抑えることができる。その結
果、回路効率の変動を抑えることができるとともに、第
１及び第２のトランジスタＱ１，Ｑ２のスイッチング時
のサージ電流の発生を防止して周囲温度Ｔの広い範囲で
使用することができる。さらに、昇圧回路２の合成容量
値Ｃｘは、圧電トランスＴ１の入力容量値Ｃｔよりも小
さくなることによって、昇圧回路２に流れる共振電流を
小さくすることができ、その結果、回路を構成する第２
のインダクタンス要素Ｌ２および第１及び第２のトラン
ジスタＱ１，Ｑ２などの各部品の大型化を防いで、装置
全体の大型化ならびにコストアップを抑えることができ
る。またコンデンサＣ１に印加される電圧は、図４から
分るように、コンデンサＣ１の容量値Ｃ１ｎの圧電トラ
ンスＴ１の入力容量値Ｃｔに対する割合によって変動
し、Ｃ１ｎ／Ｃｔの値を大きくすることにより、コンデ
ンサＣ１にかけられる電圧値を、圧電トランスＴ１に印
加される入力電圧値Ｖｐの１／１０程度にすることがで
きるので、コンデンサＣ１は小型のものを用いることが
できる。さらに、このコンデンサＣ１を複数のコンデン
サから構成し、これらの合成容量値をＣ１ｎとしても良
い。（実施形態２）本実施形態は、電源回路１に特徴があ
り、それ以外の構成は実施形態１と共通するので、共通
する部分については同一の符号を付して説明を省略す
る。

【００５３】本実施形態の電源回路１は、図６に示すよ
うに、第２のインダクタンス要素Ｌ２として実施形態１
の第１及び第２のオートトランスＴａ１，Ｔａ２の代わ
りに第１及び第２のコイルＬｃ１，Ｌｃ２を備え、第１
のコイルＬｃ１は第１のトランジスタＱ１及びコンデン
サＣ１の接続点と直流電源の一端とに接続し、第２のコ
イルＬｃ２は第２のトランジスタＱ２及びコイルＬ１の
接続点と直流電源の一端とに接続している。このように
第１及び第２のコイルＬｃ１，Ｌｃ２を用いることで、
電源回路１を小型化して電源装置全体の小型化を図るこ
とができる。

【００５４】また、図７に示すように、第１のインダク
タンス要素としてコイルＬ１の代わりにトランスＴｒ１
を用い、トランスＴｒ１の１次側をコンデンサＣ１の一
端と第２のコイルＬｃ２及び第２のトランジスタＱ２の
接続点とに接続し、２次側を圧電トランスＴ１の１次側
電極に並列接続しても良い。この場合、昇圧回路２の昇
圧性能を向上させることができるが、トランスＴｒ１の
巻数比によりコンデンサＣ１の容量値Ｃ１ｎを調整する
必要がある。（実施形態３）本実施形態は電源回路１に特徴があり、
それ以外の構成は実施形態１と共通するので、共通する
部分については同一の符号を付して説明を省略する。

【００５５】本実施形態の電源回路１は、図８に示すよ
うに、直流電源Ｅと、直流電源Ｅの両端に接続された第
２のインダクタンス要素Ｌ２たるコイルＬｃ３及びスイ
ッチング要素たるトランジスタＱ３の直列回路とを備
え、一石式インバータ回路を構成している。昇圧回路２
のコンデンサＣ１及び圧電トランスＴ１の直列回路は、
この電源回路１のトランジスタＱ３の両端に接続され
る。

【００５６】このような本実施形態の電源装置は、トラ
ンジスタＱ３をオン／オフさせることによって、昇圧回
路２の合成容量をコイルＬｃ３のインダクタンスと並列
共振させて動作するものであり、実施形態１又は２より
もさらに小型化を図ることができる。また、実施形態２
と同様に、コイルＬ１の代わりにトランスＴｒ１を用い
ても良い。（実施形態４）本実施形態は電源回路１に特徴があり、
それ以外の構成は実施形態１と共通するので、共通する
部分については同一の符号を付して説明を省略する。

【００５７】本実施形態の電源回路１は、図９に示すよ
うに、直流電源Ｅと、直流電源Ｅの両端に接続した第１
及び第２のスイッチング要素たるトランジスタＱ４，Ｑ
５の直列回路と、第１及び第２のトランジスタＱ４，Ｑ
５の接続点に一端を接続した第２のインダクタンス要素
Ｌ２たるコイルＬｃ４とを備えて、ハーフブリッジイン
バータ回路を構成している。昇圧回路２のコンデンサＣ
１及び圧電トランスＴ１の直列回路は、この電源回路１
のコイルＬｃ４の他端と、直流電源Ｅ及び第２のトラン
ジスタＱ５の接続点とに接続される。この電源回路１
は、図１８に示す従来例のスイッチング素子Ｑ２１，Ｑ
２２とコイルＬ１１で構成される回路と同様であって、
制御回路６１は省略している。

【００５８】このような本実施形態の電源装置は、第１
及び第２のトランジスタＱ４，Ｑ５を交互にオン／オフ
させることによって、昇圧回路２の合成容量をコイルＬ
ｃ４のインダクタンスと直列共振させて動作するもので
ある。

【００５９】また、第２のインダクタンス要素たるコイ
ルＬｃ４と第１のインダクタンス要素たるコイルＬ１の
代わりにリーケージトランスＴｌ１を用い、図１０
（ａ）に示すように、リーケージトランスＴｌ１の１次
側をコンデンサＣ１の一端と第２のトランジスタＱ５及
び直流電源Ｅの接続点とに接続し、２次側を圧電トラン
スＴ１の１次側電極に接続しても良い。図１０（ｂ）は
昇圧回路２の等価回路を示しており、リーケージトラン
スＴｌ１は、リーケージインダクタンス成分Ｔｌ１ａ
と、励磁インダクタンス成分Ｔｌ１ｂとの直列回路で表
わされ、図９の電源装置と同様の動作となる。このよう
にリーケージトランスＴｌ１を用いることによって部品
点数を減らすことができる。（実施形態５）本実施形態における基本構成は実施形態
１と共通するために共通する部分については同一の符号
を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分に
ついてのみ詳細に説明する。

【００６０】本実施形態は、図１１に示すように、昇圧
回路２におけるコンデンサＣ１を圧電トランスＴ１の１
次側電極に並列接続した点に特徴がある。

【００６１】ここで、昇圧回路２の圧電トランスＴ１の
入力容量およびコンデンサＣ１ならびにコイルＬ１によ
る合成インピーダンスは、第２のインダクタンス要素Ｌ
２のインダクタンスと共振させるため、容量性にする必
要があり、これによりコイルＬ１のインダクタンス値Ｌ
１ｎは、Ｌ１ｎ＞１／（ω²（Ｃｔ＋Ｃ１ｎ））とする
必要がある。

【００６２】このようにコンデンサＣ１を圧電トランス
Ｔ１に並列に接続することにより、圧電トランスＴ１の
入力容量およびコンデンサＣ１ならびにコイルＬ１によ
る昇圧回路２の合成容量に対する圧電トランスＴ１の入
力容量の占める割合を小さくして、昇圧回路２の合成容
量値Ｃｘの周囲温度Ｔに対する変化量を、圧電トランス
Ｔ１の入力容量値Ｃｔの周囲温度Ｔに対する変化量より
小さくすることができる。

【００６３】また、電源回路１から昇圧回路２に流れる
共振電流を従来例よりも小さくするためには、合成容量
値Ｃｘが圧電トランスＴ１の入力容量値Ｃｔ以下となる
必要がある。これにより合成容量値Ｃｘは、Ｃｘ＝Ｃｔ
＋Ｃ１ｎ−１／（ω²Ｌ１ｎ）として表わせることか
ら、Ｌ１ｎ≦１／（ω²Ｃ１ｎ）が共振電流を小さくす
るための条件となる。

【００６４】上述のことから、並列接続されたコイルＬ
１のインダクタンス値Ｌ１ｎを、１／（ω²（Ｃｔ＋Ｃ
１ｎ））＜Ｌ１ｎ≦１／（ω²Ｃ１ｎ）の条件を満たす
ように選定する。

【００６５】そして、このようなインダクタンス値Ｌ１
ｎを有するコイルＬ１を用い、圧電トランスＴ１の共振
周波数が約６０ｋＨｚであってこのときの入力容量値Ｃ
ｔを３０ｎＦとし、周囲温度Ｔを３０℃から１２０℃に
変化させたときの合成容量値Ｃｘの変化率を、上記条件
の１／（ω²（Ｃｔ＋Ｃ１ｎ））＜Ｌ１ｎ≦１／（ω²Ｃ
１ｎ）を満たすようにコンデンサＣ１の容量値Ｃ１ｎを
圧電トランスＴ１の入力容量値Ｃｔの約１／１０倍の値
から約１０倍の値まで変化させて調べた。その結果、合
成容量値Ｃｘの変化率は、図１２に示すように、Ｃ１ｎ
／Ｃｔが減少するほど大きくなるが、特に容量値Ｃ１ｎ
が入力容量値Ｃｔの約０．５倍以下の値になると急増し
て２０％以上となった。これにより、合成容量値Ｃｘの
変化率を小さくするためには、コンデンサＣ１の容量値
Ｃ１ｎをＣ１ｎ＞０．５Ｃｔにするのが望ましい。

【００６６】ところで、本実施形態の電源回路１は、例
えば図５に示す電源回路１と同様、図１３に示すよう
に、直流電源Ｅと、直流電源Ｅの一端側に１次側端子が
接続された第１及び第２のトランスたるオートトランス
Ｔａ３，Ｔａ４と、直流電源Ｅの他端側ならびに第１及
び第２のオートトランスＴａ３，Ｔａ４の中間端子にそ
れぞれ接続された第１及び第２のスイッチング要素たる
トランジスタＱ６，Ｑ７とを具備したプッシュプル回路
から構成され、第１及び第２のオートトランスＴａ３，
Ｔａ４の２次側のインダクタンス成分を第２のインダク
タンス要素Ｌ２としている。昇圧回路２は、圧電トラン
スＴ１を電源回路１の第１及び第２のオートトランスＴ
ａ３，Ｔａ４の２次側端子に接続し、一端を圧電トラン
スＴ１の２次側電極に接続された負荷３は、他端を第１
及び第２のトランジスタＱ６，Ｑ７の接続点に接続して
いる。

【００６７】このような電源装置では、第１及び第２の
トランジスタＱ６，Ｑ７を交互にオン／オフさせること
によって、昇圧回路２の合成容量を第２のインダクタン
ス要素Ｌ２と並列共振させており、実施形態１と同様の
効果がある。

【００６８】実際に、圧電トランスＴ１の共振周波数が
約６０ｋＨｚであってこのときの入力容量値Ｃｔを３０
ｎＦ、コンデンサＣ１の容量値Ｃ１ｎを６０ｎＦ、第１
及び第２のオートトランスＴａ３，Ｔａ４の２次側のイ
ンダクタンス値Ｌ２ｎを２４０μＨ、コイルＬ１のイン
ダクタンス値Ｌ１ｎを１００μＨとしたとき、周囲温度
を約−３０℃から約１２０℃の範囲において変化させて
も第１及び第２のトランジスタＱ６，Ｑ７が共にゼロボ
ルトスイッチングすることができた。これにより、周囲
温度Ｔに対する昇圧回路２の合成容量値Ｃｘの変化量を
小さくでき、共振電圧波形の変動を抑えていることが確
かめられた。（実施形態６）本実施形態は電源回路１に特徴があり、
それ以外の構成は実施形態５と共通するので、共通する
部分については同一の符号を付して説明を省略する。

【００６９】本実施形態の電源回路１は、図１４に示す
ように、直流電源Ｅと、直流電源Ｅの両端に接続された
第１及び第２のスイッチング要素たるトランジスタＱ
８，Ｑ９の直列回路と、同じく直流電源Ｅの両端に接続
された第３及び第４のスイッチング要素たるトランジス
タＱ１０，Ｑ１１の直列回路と、第１及び第２のトラン
ジスタＱ８，Ｑ９の接続点に一端を接続した第２のイン
ダクタンス要素Ｌ２たるコイルＬｃ５とを備えて、フル
ブリッジインバータ回路を構成している。昇圧回路２の
圧電トランスＴ１の１次側は、この電源回路１のコイル
Ｌｃ５の他端と、第３及び第４のトランジスタＱ１０，
Ｑ１１の接続点とに接続される。

【００７０】本実施形態の電源装置は、例えば昇圧回路
２に対して一方の対角辺の位置にある第１及び第４のト
ランジスタＱ８，Ｑ１１の対と、他方の対角辺の位置に
ある第２及び第３のトランジスタＱ９，Ｑ１０の対とを
交互にオン／オフさせることによって、昇圧回路２の合
成容量を第２のインダクタンス要素Ｌ２のインダクタン
スと並列共振させて動作するものであり、実施形態５と
同様の効果がある。さらに、第１〜第４のトランジスタ
Ｑ８〜Ｑ１１のデューティ比を制御することによって、
直流電源Ｅの入力電圧の変動を抑えて安定した電力を昇
圧回路２に供給することができる。

【００７１】また、図１５に示すように、コイルＬｃ５
とコイルＬ１の代わりに、第１及び第２のスイッチング
要素Ｑ８，Ｑ９の接続点と、第３及び第４のスイッチン
グ要素Ｑ１０，Ｑ１１の接続点とに１次側が接続され、
２次側が圧電トランスＴ１に並列接続されたリーケージ
トランスＴｌ２を用いても良い。図１５（ｂ）は昇圧回
路２の等価回路を示しており、リーケージトランスＴｌ
２は、リーケージインダクタンス成分Ｔｌ２ａと、励磁
インダクタンス成分Ｔｌ２ｂとの直列回路で表わされ、
図１４の電源装置と同様の動作となる。このようにリー
ケージトランスＴｌ２を用いることによって部品点数を
減らすことができる。

【００７２】なお、電源回路１は、実施形態３又は４の
ように、一石式インバータ回路又はハーフブリッジイン
バータ回路であっても良い。また、昇圧回路２を実施形
態１の構成としても良い。

【００７３】

【発明の効果】請求項１の発明は、圧電トランス、圧電
トランスの１次側に並列接続される第１のインダクタン
ス要素、圧電トランスの１次側に直列または並列に接続
されるキャパシタンス要素を具備し、交流電圧を昇圧し
て圧電トランスの２次側に出力する昇圧回路と、第２の
インダクタンス要素を具備して、第２のインダクタンス
要素を、圧電トランスの入力容量ならびに第１のインダ
クタンス要素およびキャパシタンス要素の合成インピー
ダンスと共振させて出力する交流電圧を圧電トランスの
１次側に印可する電源回路とを備え、電源回路の出力電
圧周波数を圧電トランスの共振周波数付近に設定すると
ともに、圧電トランスの入力容量と第１のインダクタン
ス要素のインダクタンスとキャパシタンス要素の容量と
の合成インピーダンスを容量性としたので、昇圧回路の
合成容量に対する圧電トランスの入力容量の占める割合
を小さくして、昇圧回路の合成容量値の周囲温度に対す
る変化量を、圧電トランスの入力容量値の周囲温度に対
する変化量よりも小さくすることができる。その結果、
周囲温度が変化しても共振電流ならびに共振電圧の変動
を抑えることができ、安定した回路効率を維持して広い
周囲温度範囲に対応することができるという効果があ
る。さらにキャパシタンス要素を圧電トランスの１次側
に直列接続したときには、キャパシタンス要素によって
昇圧回路の合成容量値を圧電トランスの入力容量値より
も小さくして、共振電流を小さくすることができるとと
もに、圧電トランスの１次側に並列接続された第１のイ
ンダクタンス要素によって、圧電トランスと第１のイン
ダクタンス要素との合成インピーダンスをキャパシタン
ス要素のインピーダンスよりも大きくすることができ、
圧電トランスの１次側に印可される交流電圧の電圧値の
低下を抑えることができる。また、キャパシタンス要素
を圧電トランスの１次側に並列接続したときには、第１
のインダクタンス要素によって昇圧回路の合成容量値を
圧電トランスの入力容量値よりも小さくして、共振電流
を小さくすることができる。このように共振電流を小さ
くできることにより、回路構成部品の大型化を防いで装
置全体の大型化ならびにコストアップを抑えることがで
きるという効果がある。

【００７４】請求項２の発明は、キャパシタンス要素
は、圧電トランスの１次側に直列接続され、第１のイン
ダクタンス要素のインダクタンス値は、電源回路１の出
力電圧周波数に２πを乗じた角周波数の二乗と圧電トラ
ンスの入力容量値との積の逆数よりも大きいので、昇圧
回路の合成容量値の周囲温度に対する変化量をさらに小
さくすることができるという効果がある。

【００７５】請求項３の発明は、キャパシタンス要素
は、圧電トランスの１次側に直列接続され、キャパシタ
ンス要素の容量値は、圧電トランスの入力容量値の略１
／２倍よりも大きく、且つ圧電トランスの入力容量値の
略４倍よりも小さいので、圧電トランスの１次側に印加
される入力電圧値を大きくすることができるとともに、
昇圧回路の合成容量値の周囲温度に対する変化量をさら
に小さくすることができるという効果がある。

【００７６】請求項４の発明は、キャパシタンス要素
は、圧電トランスの１次側に並列接続され、第１のイン
ダクタンス要素のインダクタンス値は、電源回路１の出
力電圧周波数に２πを乗じた角周波数の二乗と、圧電ト
ランスの入力容量値及びキャパシタンス要素の容量値の
合成容量値との積の逆数よりも大きいので、昇圧回路の
合成容量値の周囲温度に対する変化量をさらに小さくす
ることができるという効果がある。

【００７７】請求項５の発明は、キャパシタンス要素
は、圧電トランスの１次側に並列接続され、キャパシタ
ンス要素の容量値は、圧電トランスの入力容量値の略１
／２倍よりも大きく、且つ第１のインダクタンス要素の
インダクタンス値は、電源回路１の出力電圧周波数に２
πを乗じた角周波数の二乗とキャパシタンス要素の容量
値との積の逆数以下となるので、昇圧回路の合成容量値
の周囲温度に対する変化量をさらに小さくすることがで
きるとともに、昇圧回路の合成容量値を圧電トランスの
入力容量値よりも小さくして昇圧回路に流れる共振電流
を小さくすることができるという効果がある。

【００７８】請求項６の発明は、第１のインダクタンス
要素は１次側を電源回路に接続し、２次側を圧電トラン
スの１次側に接続したトランスであるので、請求項１〜
５の何れかの発明と同様の効果を奏する。

【００７９】請求項７の発明は、キャパシタンス要素
は、少なくとも１個のコンデンサからなるので、請求項
１〜６の何れかの発明と同様の効果を奏する。

【００８０】請求項８の発明は、電源回路は、直流電源
と、直流電源の両端に接続される第１のコイル及び第１
のスイッチング要素の直列回路ならびに第２のコイル及
び第２のスイッチング要素の直列回路とを具備して、第
１及び第２のスイッチング要素を圧電トランスの共振周
波数付近の周波数で交互にオン／オフし、第１のコイル
及び第１のスイッチング要素の接続点と、第２のコイル
及び第２のスイッチング要素の接続点とに、昇圧回路の
圧電トランスおよびキャパシンタンス要素の直列回路又
は並列回路が接続されて成り、第１及び第２のコイルを
第２のインダクタンス要素としたので、請求項１〜７の
発明と同様の効果を奏する。

【００８１】請求項９の発明は、電源回路は、直流電源
と、直流電源の一端側に１次側の一端を接続された第１
及び第２のトランスと、直流電源の他端側ならびに第１
及び第２のトランスの１次側の他端にそれぞれ接続さ
れ、圧電トランスの共振周波数付近の周波数で交互にオ
ン／オフする第１及び第２のスイッチング要素とを具備
し、第１及び第２のトランスの２次側に昇圧回路の圧電
トランスおよびキャパシタンス要素の直列回路又は並列
回路が接続されて成り、第１及び第２のトランスを第２
のインダクタンス要素としたので、請求項１〜７の何れ
かの発明と同様の効果を奏する。

【００８２】請求項１０の発明は、電源回路は、直流電
源と、直流電源の両端に接続される第１のコイル及びス
イッチング要素の直列回路とを具備し、圧電トランスの
共振周波数付近の周波数でオン／オフするスイッチング
要素の両端に昇圧回路の圧電トランスおよびキャパシタ
ンス要素の直列回路又は並列回路が接続されて成り、第
１のコイルを第２のインダクタンス要素としたので、請
求項１〜７の何れかの発明と同様の効果を奏する。

【００８３】請求項１１の発明は、電源回路は、直流電
源と、直流電源の両端に接続され、圧電トランスの共振
周波数付近の周波数で交互にオン／オフする第１及び第
２のスイッチング要素の直列回路とを具備し、第１又は
第２のスイッチング要素の両端に、第１のコイルと、昇
圧回路の圧電トランスおよびキャパシタンス要素の直列
回路又は並列回路とが直列に接続されて成り、第１のコ
イルを第２のインダクタンス要素としたので、請求項１
〜７の何れかの発明と同様の効果を奏する。

【００８４】請求項１２の発明は、電源回路は、直流電
源と、直流電源の両端に接続され、交互にオン／オフす
る第１及び第２のスイッチング要素の直列回路、ならび
に交互にオン／オフする第３及び第４のスイッチング要
素の直列回路とを具備し、第１及び第２のスイッチング
要素の接続点および第３及び第４のスイッチング要素の
接続点に、第１のコイルと、昇圧回路の圧電トランスお
よびキャパシタンス要素の直列回路又は並列回路とが直
列に接続されて成り、第１のコイルを第２のインダクタ
ンス要素としたので、請求項１〜７の何れかの発明と同
様の効果を奏する。

【００８５】請求項１３の発明は、第１のインダクタン
ス要素と第１のコイルとを、１次側が電源回路の出力端
に接続され、２次側が圧電トランスの１次側に並列接続
されたリーケージトランスの漏れインダクタンスにより
構成したので、部品点数を減らしてコスト低減を図るこ
とができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１を示す概略回路図である。

【図２】同上の動作説明図である。

【図３】同上の他の動作説明図である。

【図４】同上のさらに他の動作説明図である。

【図５】同上の回路図である。

【図６】実施形態２を示す回路図である。

【図７】同上の他の回路図である。

【図８】実施形態３を示す回路図である。

【図９】実施形態４を示す回路図である。

【図１０】同上の他の回路図である。

【図１１】実施形態５を示す概略回路図である。

【図１２】同上の動作説明図である。

【図１３】同上の回路図である。

【図１４】実施形態５を示す回路図である。

【図１５】同上の他の回路図である。

【図１６】従来例を示す回路図である。

【図１７】同上の回路の動作説明図である。

【図１８】同上の他の回路図である。

【図１９】同上の他の回路の動作説明図である。

【図２０】圧電トランスの動作説明図である。

【図２１】同上の回路の他の動作説明図である。

【図２２】同上の回路のさらに他の動作説明図である。

【図２３】同上の回路のさらに他の動作説明図である。

【図２４】同上のさらに他の回路図である。

【図２５】同上の他の回路の他の動作説明図である。

【図２６】同上の他の回路のさらに他の動作説明図であ
る。

【符号の説明】

１電源装置２昇圧回路３負荷Ｃ１コンデンサＬ１コイルＬ２第２のインダクタンス要素Ｔ１圧電トランス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電トランス、圧電トランスの１次側に
並列接続される第１のインダクタンス要素、圧電トラン
スの１次側に直列または並列に接続されるキャパシタン
ス要素を具備し、交流電圧を昇圧して圧電トランスの２
次側に出力する昇圧回路と、第２のインダクタンス要素
を具備して、第２のインダクタンス要素を、圧電トラン
スの入力容量ならびに第１のインダクタンス要素および
キャパシタンス要素の合成インピーダンスと共振させて
出力する交流電圧を圧電トランスの１次側に印可する電
源回路とを備え、電源回路の出力電圧周波数を圧電トラ
ンスの共振周波数付近に設定するとともに、圧電トラン
スの入力容量と第１のインダクタンス要素のインダクタ
ンスとキャパシタンス要素の容量との合成インピーダン
スを容量性としたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】キャパシタンス要素は、圧電トランスの
１次側に直列接続され、第１のインダクタンス要素のイ
ンダクタンス値は、電源回路の出力電圧周波数に２πを
乗じた角周波数の二乗と圧電トランスの入力容量値との
積の逆数よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の
電源装置。
【請求項３】キャパシタンス要素は、圧電トランスの
１次側に直列接続され、キャパシタンス要素の容量値
は、圧電トランスの入力容量値の略１／２倍よりも大き
く、且つ圧電トランスの入力容量値の略４倍よりも小さ
いことを特徴とする請求項１又は２記載の電源装置。
【請求項４】キャパシタンス要素は、圧電トランスの
１次側に並列接続され、第１のインダクタンス要素のイ
ンダクタンス値は、電源回路の出力電圧周波数に２πを
乗じた角周波数の二乗と、圧電トランスの入力容量値及
びキャパシタンス要素の容量値の合成容量値との積の逆
数よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の電源装
置。
【請求項５】キャパシタンス要素は、圧電トランスの
１次側に並列接続され、キャパシタンス要素の容量値
は、圧電トランスの入力容量値の略１／２倍よりも大き
く、且つ第１のインダクタンス要素のインダクタンス値
は、電源回路の出力電圧周波数に２πを乗じた角周波数
の二乗とキャパシタンス要素の容量値との積の逆数以下
となることを特徴とする請求項１又は４記載の電源装
置。
【請求項６】第１のインダクタンス要素は１次側を電
源回路に接続し、２次側を圧電トランスの１次側に接続
したトランスであることを特徴とする請求項１〜５の何
れかに記載の電源装置。
【請求項７】キャパシタンス要素は、少なくとも１個
のコンデンサからなることを特徴とする請求項１〜６の
何れかに記載の電源装置。
【請求項８】電源回路は、直流電源と、直流電源の両
端に接続される第１のコイル及び第１のスイッチング要
素の直列回路ならびに第２のコイル及び第２のスイッチ
ング要素の直列回路とを具備して、第１及び第２のスイ
ッチング要素を圧電トランスの共振周波数付近の周波数
で交互にオン／オフし、第１のコイル及び第１のスイッ
チング要素の接続点と、第２のコイル及び第２のスイッ
チング要素の接続点とに、昇圧回路の圧電トランスおよ
びキャパシンタンス要素の直列回路又は並列回路が接続
されて成り、第１及び第２のコイルを第２のインダクタ
ンス要素としたことを特徴とする請求項１〜７の何れか
に記載の電源装置。
【請求項９】電源回路は、直流電源と、直流電源の一
端側に１次側の一端を接続された第１及び第２のトラン
スと、直流電源の他端側ならびに第１及び第２のトラン
スの１次側の他端にそれぞれ接続され、圧電トランスの
共振周波数付近の周波数で交互にオン／オフする第１及
び第２のスイッチング要素とを具備し、第１及び第２の
トランスの２次側に昇圧回路の圧電トランスおよびキャ
パシタンス要素の直列回路又は並列回路が接続されて成
り、第１及び第２のトランスを第２のインダクタンス要
素としたことを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載
の電源装置。
【請求項１０】電源回路は、直流電源と、直流電源の
両端に接続される第１のコイル及びスイッチング要素の
直列回路とを具備し、圧電トランスの共振周波数付近の
周波数でオン／オフするスイッチング要素の両端に昇圧
回路の圧電トランスおよびキャパシタンス要素の直列回
路又は並列回路が接続されて成り、第１のコイルを第２
のインダクタンス要素としたことを特徴とする請求項１
〜７の何れかに記載の電源装置。
【請求項１１】電源回路は、直流電源と、直流電源の
両端に接続され、圧電トランスの共振周波数付近の周波
数で交互にオン／オフする第１及び第２のスイッチング
要素の直列回路とを具備し、第１又は第２のスイッチン
グ要素の両端に、第１のコイルと、昇圧回路の圧電トラ
ンスおよびキャパシタンス要素の直列回路又は並列回路
とが直列に接続されて成り、第１のコイルを第２のイン
ダクタンス要素としたことを特徴とする請求項１〜７の
何れかに記載の電源装置。
【請求項１２】電源回路は、直流電源と、直流電源の
両端に接続され、交互にオン／オフする第１及び第２の
スイッチング要素の直列回路、ならびに交互にオン／オ
フする第３及び第４のスイッチング要素の直列回路とを
具備し、第１及び第２のスイッチング要素の接続点およ
び第３及び第４のスイッチング要素の接続点に、第１の
コイルと、昇圧回路の圧電トランスおよびキャパシタン
ス要素の直列回路又は並列回路とが直列に接続されて成
り、第１のコイルを第２のインダクタンス要素としたこ
とを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の電源装
置。
【請求項１３】第１のインダクタンス要素と第１のコ
イルとを、１次側が電源回路の出力端に接続され、２次
側が圧電トランスの１次側に並列接続されたリーケージ
トランスの漏れインダクタンスにより構成したことを特
徴とする請求項１１又は１２に記載の電源装置。