JP2004048952A - 高圧電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した高圧を効率よく出力できる高圧電源装置を提供する。
【解決手段】コンデンサ（Ｃ）とダイオード（Ｄ）で構成される倍電圧整流回路（５）と、倍電圧整流回路（５）の出力電圧（Ｖｏ）を一定に維持するために倍電圧整流回路（５）に入力する交流電圧の周波数（Ｆｒ）を制御する周波数制御回路（３，６，７）とを具備する。
【効果】倍電圧整流回路（５）に入力する交流電圧の周波数（Ｆｒ）を調整して出力電圧（Ｖｏ）を安定化するので、パワー素子を含む電圧制御直流電圧変換回路が不要となり、低コスト化できると共に、効率を高くでき、さらに、装置全体を小型化できる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧電源装置に関し、さらに詳しくは、安定した高圧を効率よく出力できる高圧電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の高圧電源装置の一例を示す回路図である。
この高圧電源装置５００は、入力直流電圧Ｖｄｄを誤差電圧Ｅｃに応じた出力直流電圧Ｖｒ（例えば２０Ｖ〜３０Ｖ）に変換する電圧制御直流電圧変換回路５１と、直流電圧Ｖｒを交流電圧に変換するドライブ回路２と、交流電圧の周波数Ｆｃ（例えば６０ｋＨｚ）を規定する発振器５３と、一次側に入力された交流電圧を昇圧した交流電圧（例えば１．２５ｋＶｏ−ｐ）を二次側に出力するトランス４と、コンデンサＣａ〜ＣｈとダイオードＤａ〜Ｄｈを組み合わせたコッククロフト−ウオルトン回路により交流電圧を整流・昇圧した出力電圧Ｖｏ（例えば１０ｋＶ）を出力する倍電圧整流回路５と、倍電圧整流回路５の出力電圧Ｖｏを検出する出力電圧検出回路６と、出力電圧Ｖｏを抵抗Ｒ１，Ｒ２で１／２０００程度に分圧した分圧電圧と参照電圧Ｖｓ（例えば５Ｖ）の差分に相当する誤差電圧Ｅｃを出力する誤差検出回路７とを具備している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の高圧電源装置５００では、次の問題点がある。
（１）電圧制御直流電圧変換回路５１に直流電圧変換用の高価なパワー素子が必要となるため、コスト高になる。
（２）電圧制御直流電圧変換回路５１での電力損失が大きいため、効率が悪い。
（３）電圧制御直流電圧変換回路５１の部品数が多いため、装置全体が大型化してしまう。
そこで、本発明の目的は、安定した高圧を効率よく出力できる高圧電源装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、コンデンサ（Ｃ）とダイオード（Ｄ）で構成される倍電圧整流回路（５）と、前記倍電圧整流回路（５）の出力電圧（Ｖｏ）を検出する出力電圧検出回路（６）と、目標電圧に対する前記出力電圧（Ｖｏ）の誤差電圧（Ｅｃ）を出力する誤差検出回路（７）と、前記誤差電圧（Ｅｃ）に応じた周波数（Ｆｒ）で発振する電圧制御発振回路（３）と、直流電圧（Ｖｄｄ）を前記周波数（Ｆｒ）の交流電圧に変換するドライブ回路（２）と、前記交流電圧を昇圧して前記倍電圧整流回路（５）に入力するトランス（４）とを具備したことを特徴とする高圧電源装置（１００）を提供する。
上記第１の観点による高圧電源装置（１００）では、倍電圧整流回路（５）に入力する交流電圧の周波数（Ｆｒ）を変化させることで、出力電圧（Ｖｏ）を安定化する。すなわち、トランス（４）が電磁トランスの場合はそのインダクタンスおよび浮遊容量に応じた共振周波数があり、圧電トランスの場合はその形状に応じた共振周波数があるが、その共振周波数近傍で交流電圧の周波数（Ｆｒ）を変化させると波高値が変化する。そこで、負荷が軽くて出力電圧（Ｖｏ）が上昇したときには、波高値を低くするように交流電圧の周波数（Ｆｒ）を変化させれば、出力電圧（Ｖｏ）が下がる。また、負荷が重くて出力電圧（Ｖｏ）が低下したときには、波高値を高くするように交流電圧の周波数（Ｆｒ）を変化させれば、出力電圧（Ｖｏ）が上がる。この結果、出力電圧（Ｖｏ）を安定化できる。そして、パワー素子を含む電圧制御直流電圧変換回路（図３の５１）が不要となるため、低コスト化できると共に、効率を高くでき、さらに、装置全体を小型化できる。
【０００５】
第２の観点では、本発明は、上記構成の高圧電源装置（１００）において、前記トランス（４）が電磁トランスであり、その電磁トランスに共振コンデンサ（Ｃ’）を接続したことを特徴とする高圧電源装置（１００）を提供する。
電磁トランスの浮遊容量が小さい場合、その共振周波数近傍は、交流電圧の周波数（Ｆｒ）として適当でないことがある。
そこで、上記第２の観点による高圧電源装置（１００）では、電磁トランスに共振コンデンサ（Ｃ’）を接続することで、交流電圧の周波数（Ｆｒ）に対して適当な共振周波数に調整することが出来る。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【０００７】
図１は、本発明の一実施形態にかかる高圧電源装置を示す回路図である。このような高圧電源装置は、例えば、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｍｍｉｓｓｉｏｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ）用のアノード電圧電源や、電気集塵機・陰イオン発生装置に使用される。
【０００８】
この高圧電源装置１００は、入力直流電圧Ｖｄｄを交流電圧（例えば２４Ｖ）に変換するドライブ回路２と、誤差電圧Ｅｃに応じて交流電圧の周波数Ｆｒ（例えば６０ｋＨｚ〜５５ｋＨｚ）を制御する電圧制御発振器３と、一次側に入力された交流電圧を昇圧した交流電圧（例えば１．２５ｋＶｏ−ｐ）を二次側に出力するトランス４と、トランス４が電磁トランスで浮遊容量が小さい場合に接続される共振コンデンサＣ’と（トランス４が電磁トランスで浮遊容量が大きい場合やトランス４が圧電トランスの場合は省略可）、コンデンサＣａ〜ＣｈとダイオードＤａ〜Ｄｈを組み合わせたコッククロフト−ウオルトン回路により交流電圧を整流・昇圧した出力電圧Ｖｏ（例えば１０ｋＶ）を出力する倍電圧整流回路５と、倍電圧整流回路５の出力電圧Ｖｏを検出する出力電圧検出回路６と、出力電圧Ｖｏを抵抗Ｒ１，Ｒ２で１／２０００程度に分圧した分圧電圧と参照電圧Ｖｓ（例えば５Ｖ）の差分に相当する誤差電圧Ｅｃを出力する誤差検出回路７とを具備している。
【０００９】
トランス４は、電磁トランスまたは圧電トランスである。電磁トランス（電気→磁気→電気の変換過程を有するトランス）を採用した場合、大電力を取り出しやすい利点がある。また、圧電トランス（電気→機械的振動→電気の変換過程を有するトランス）を採用した場合、薄型化，小型化，軽量化，不燃化に対応しやすい利点がある。
【００１０】
ドライブ回路２と電圧制御発振器３とは、１チップの集積回路ＩＣである。これにより、より小型化が可能になる。
【００１１】
図２は、周波数−出力電圧特性図である。
負荷が一定ならば、周波数可変範囲（ｆｌ−ｆｈ）において、周波数Ｆｒが高くなるほど出力電圧Ｖｏは下がる。
そこで、負荷が軽いときは周波数Ｆｒを高くし、負荷が重いときは周波数Ｆｒを低くすることで、出力電圧Ｖｏを一定値ＨＶに維持することが出来る。
【００１２】
なお、このような周波数−出力電圧特性は、トランス４に係る共振周波数の近傍に周波数可変範囲（ｆｌ−ｆｈ）を設定することにより得られる。
【００１３】
トランス４に係る共振周波数は、図２の特性図のピークに相当する周波数であり、負荷の軽重により変化する。
【００１４】
以上の高圧電源装置１００によれば、パワー素子を含む電圧制御直流電圧変換回路（図３の５１）が不要となるため、低コスト化できると共に、効率を高くでき、さらに、装置全体を小型化できる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の高圧電源装置によれば、倍電圧整流回路に入力する交流電圧の周波数を調整して出力電圧を安定化するので、パワー素子を含む電圧制御直流電圧変換回路が不要となり、低コスト化できると共に、効率を高くでき、さらに、装置全体を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる高圧電源装置を示す回路図である。
【図２】図１の高圧電源装置の周波数−出力電圧特性を示すグラフである。
【図３】従来の高圧電源装置の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１００　　　高圧電源装置
２　　　　　ドライブ回路
３　　　　　電圧制御発振器
４　　　　　トランス
５　　　　　倍電圧整流回路
６　　　　　出力電圧検出回路
７　　　　　誤差検出回路
Ｃａ〜Ｃｈ　コンデンサ
Ｄａ〜Ｄｈ　ダイオード
ＩＣ　　　　集積回路
Ｒ１，Ｒ２　抵抗
Ｅｃ　　　　誤差電圧
Ｖｓ　　　　参照電圧
Ｖｏ　　　　出力電圧

Claims (2)

1. コンデンサ（Ｃ）とダイオード（Ｄ）で構成される倍電圧整流回路（５）と、前記倍電圧整流回路（５）の出力電圧（Ｖｏ）を検出する出力電圧検出回路（６）と、目標電圧に対する前記出力電圧（Ｖｏ）の誤差電圧（Ｅｃ）を出力する誤差検出回路（７）と、前記誤差電圧（Ｅｃ）に応じた周波数（Ｆｒ）で発振する電圧制御発振回路（３）と、直流電圧（Ｖｄｄ）を前記周波数（Ｆｒ）の交流電圧に変換するドライブ回路（２）と、前記交流電圧を昇圧して前記倍電圧整流回路（５）に入力するトランス（４）とを具備したことを特徴とする高圧電源装置（１００）。
2. 請求項１に記載の高圧電源装置（１００）において、前記トランス（４）が電磁トランスであり、その電磁トランスに共振コンデンサ（Ｃ’）を接続したことを特徴とする高圧電源装置（１００）。

Images