JP2006262148A - パルス発生回路およびこれを用いた電気柵 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で高圧のパルス電圧を出力可能なパルス発生回路を低コストで提供する。
【解決手段】 直流電源２１の正負いずれか一方の電極に一方の端子が接続されたスイッチング素子ＴＲ１と、１次巻線２４ａがスイッチング素子ＴＲ１の他方の端子と直流電源２１の正負いずれか他方の電極との間に配置され、２次巻線２４ｂがパルス電圧の出力端子として設けられているトランス２４と、スイッチング素子ＴＲ１のオン−オフを制御する自己点滅発光ダイオードＤ１と、スイッチング素子ＴＲ１のオフ時に、トランス２４の１次巻線２４ａにおける逆起電力ｅをスイッチング素子ＴＲ１をバイパスするためにスイッチング素子ＴＲ１の一方の端子と他方の端子との間にスイッチング素子ＴＲ１と並列に接続されたダイオードＤ２と、ダイオードＤ２によって印加された逆起電力ｅによる電荷をチャージするためのコンデンサＣ１とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パルス電圧を発生させるパルス発生回路、およびこのパルス発生回路を用いて発生させたパルス電圧によって動物の侵入を阻止する電気柵に関する。

パルス電圧を発生させるパルス発生回路には、その目的に応じて様々な回路が従来より提案されている。
例えば、放電灯の始動用として、図１０に示すような回路がある。この回路は、車内の放電灯を始動させるものであり、ＤＣ１２Ｖ等のバッテリー１０から出力された直流電圧を安定化させる電源部１２と、電源部１２によって昇圧された直流電圧を交流に変換するインバータ部１３と、インバータ部１３によって変換された交流電圧から高圧パルスを発生させるパルス発生部１４とが設けられている（例えば特許文献１）。

パルス発生部１４には高圧トランスが設けられており、高圧トランスの１次巻線に交流電圧が印加され、２次巻線に放電灯１５が接続されている。したがって、高圧トランスの巻数比に応じた高圧のパルス電圧が放電灯１５に印加される。

なお、田畑に野生動物が侵入することを防止するために田畑の周囲に電気柵を設置することが従来より行なわれている（例えば特許文献２参照）。
電気柵は、導電線を田畑の周囲に張り巡らせ、導電線には高電圧を印加するための電源装置が接続される。

特開平６−１５１０７２号公報 再表００／１８２２４号公報

従来から知られているパルス発生回路において、特に高圧のパルス電圧を発生させる場合には、高圧トランスを出力段に設ける必要があったので、電源を直流電源から取る場合には直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路が必要であった。
しかし、従来の回路ではインバータ回路等を設けるなど回路構成が複雑になりすぎており、また比較的高価な部品を使用せざるを得ず、コストがかさんでしまうという課題があった。

また、電気柵には電源装置が必要であるが、電源装置自体を屋外に設けておく場合においては、盗難のおそれや自然災害等による破損のおそれがあるため高価な電源装置を用いることができず、低価格で高い電圧を発生させる電源装置が望まれているという課題があった。

したがって、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、簡単な構成で高圧のパルス電圧を出力可能なパルス発生回路を低コストで提供すること、および低価格で高い電圧を発生させる電源装置を用いた電気柵を提供することにある。

本発明にかかるパルス発生回路によれば、直流電源の正負いずれか一方の電極に一方の端子が接続されたスイッチング素子と、１次巻線が前記スイッチング素子の他方の端子と前記直流電源の正負いずれか他方の電極との間に配置され、２次巻線がパルス電圧の出力端子として設けられているトランスと、前記スイッチング素子のオン−オフを制御するトリガ素子として設けられている自己点滅発光ダイオードと、前記スイッチング素子のオフ時に、前記トランスの１次巻線における逆起電力を前記スイッチング素子をバイパスして前記スイッチング素子の前記一方の端子に印加させるべく、前記スイッチング素子の一方の端子と他方の端子との間に前記スイッチング素子と並列に接続されたダイオードと、該ダイオードによって印加された逆起電力による電荷をチャージするためのコンデンサとを具備することを特徴としている。

この構成を採用することによる作用は以下の通りである。
直流電源を用いてトランスの２次巻線側で高圧のパルス電圧を発生させるためには、トランスに印加する電圧は交流電圧である必要があるが、本発明の構成では交流電圧を生成するためのインバータ回路を設けず、スイッチング素子のオン時の直流電圧と、スイッチング素子のオフ時にトランスの１次巻線側で生じる自己誘導に基づいてスイッチング素子を通らずにダイオードによってスイッチング素子の入力側端子に印加される逆起電力とによって交流電圧を生成している。また、スイッチング素子の入力側端子に印加される逆起電力による電荷はスイッチング素子がオンになるまでコンデンサに蓄えられる。このように、コンデンサに蓄えられた逆起電力は、スイッチング素子がオンになると直流電源からの直流電圧に重畳されるので、発生させるパルスの波高値を大きくすることができ、容易に高圧のパルスを得ることができる。
このように、本発明の構成によれば、簡単な構成によって高圧のパルスを発生させることができる。また、自己点滅発光ダイオードをスイッチング素子のオン−オフ制御のトリガとして用いているので、自己点滅発光ダイオードの点滅中はパルス発生回路が駆動中であることをユーザに視覚的に認知させることができる。

また、前記スイッチング素子は、トランジスタであり、トランジスタのベースに前記自己点滅発光ダイオードが接続され、前記ダイオードは、トランジスタのコレクタ−エミッタ間に設けられていることを特徴としてもよい。

本発明にかかる電気柵によれば、導電線と、該導電線に所定の電圧を印加する電源装置とを具備し、前記導電線を田畑の周囲に張り巡らせて動物の侵入を防止する電気柵において、請求項１または請求項２記載のパルス発生回路を前記電源装置に用い、前記パルス発生回路によって発生したパルス電圧が前記導電線に印加されることを特徴としている。
この構成を採用することによって、導電線には高電圧のパルスが印加されるので動物の侵入を確実に防止できる。また、電源装置を安価な部品等で構成できるので、盗難等のおそれがなく、たとえ盗難があったり自然災害で破損したりしても損害はわずかである。さらに、自己点滅発光ダイオードが点滅中はパルス発生回路が動作していることがわかるので、電源装置の動作チェック等を行なわなくてもよく、ユーザの手間を省くことができる。

本発明のパルス発生回路によれば、簡単な構成で高圧のパルスを発生させることができる。
また、本発明の電気柵によれば、動物の侵入を確実に防止できる構成を低コストで実現でき、またユーザの動作確認のための手間を省くこともできる。

（実施例１）
本発明のパルス発生回路の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１に、パルス発生回路の回路図を示し、実施例１の回路構成について説明する。
この回路２０は、スイッチング素子としてｎｐｎ型トランジスタＴＲ１を採用したものである。
また、直流電源としては車載用のバッテリー２１（ＤＣ１２Ｖ）等を用いている。そして、トランス２４の２次巻線２４ｂの両端が、パルス電圧の出力端子である。
トランジスタＴＲ１のコレクタＣは、バッテリー２１のプラス（正）電極に接続され、トランジスタＴＲ１のエミッタＥはトランス２４の１次巻線２４ａの一方の端子に接続されている。また、トランス２４の１次巻線２４ａの他方の端子は、バッテリー２１のマイナス（負）電極に接続されている。

トランジスタＴＲ１のベースＢには自己点滅発光ダイオードＤ１のカソードＫが接続されている。自己点滅発光ダイオードＤ１のアノードＡは、抵抗Ｒ１を介してバッテリー２１のプラス電極に接続されている。抵抗Ｒ１は、バッテリー２１から自己点滅発光ダイオードＤ１を駆動する駆動電流を生成するために設けられているものである。

トランジスタＴＲ１のコレクタＣ−エミッタＥ間には、トランス２４の１次巻線２４ａで生じた逆起電力による逆電流をトランジスタＴＲ１内を経由させずに、バッテリー２１のプラス電極側へ流すための逆電流バイパス用のダイオードＤ２が設けられている。
したがって、ダイオードＤ２のカソードＫ側がトランジスタＴＲ１のコレクタＣ側に接続され、ダイオードＤ２のアノードＡ側がトランジスタＴＲ１のエミッタＥ側に接続されている。

また、自己点滅発光ダイオードＤ１のアノードＡとトランジスタＴＲ１のエミッタＥの間には、トランス２４の１次巻線２４ａで生じた逆起電力を蓄えるコンデンサＣ１が設けられている。具体的には、コンデンサＣ１としては、プラス極側が自己点滅発光ダイオードＤ１のアノードＡ側に位置し、マイナス極側がトランジスタＴＲ１のエミッタＥ側に位置するように電解コンデンサが設けられている。

次に、本実施例のパルス発生回路の動作について図２〜図４に基づいて説明する。
抵抗Ｒ１から駆動電流Ｉｄが提供された自己点滅発光ダイオードＤ１は、予め設定されている周期で点滅する。この点滅により、トランジスタＴＲ１のベースＢにベース電流Ｉｂが周期的に加わるので、トランジスタＴＲ１が自己点滅発光ダイオードＤ１の点滅周期に基づいてオン−オフする。

図２に示すように、自己点滅発光ダイオードＤ１が発光しているとき、自己点滅発光ダイオードＤ１のカソードＫからトランジスタＴＲ１のベースＢへベース電流Ｉｂが流れるので、トランジスタＴＲ１がオンとなる。
トランジスタのオン時には、バッテリー２１のプラス電極からの直流電流ＩｃがトランジスタＴＲ１のコレクタＣへ入力し、エミッタ電流Ｉｅがトランス２４の１次巻線２４ａに入力される。

図３に示すように、自己点滅発光ダイオードＤ１が消光しているとき、自己点滅発光ダイオードＤ１のカソードＫからトランジスタＴＲ１のベースＢへベース電流Ｉｂが流れず、トランジスタＴＲ１がオフとなる。
すると、トランス２４の１次巻線２４ａに流れていた直流電流が０になるので、トランス２４の１次巻線２４ａがリアクタンスとしてはたらき、自己インダクタンスによって自己誘導が生じる。トランス２４の１次巻線２４ａの自己誘導によって、１次巻線２４ａには逆起電力ｅが発生し、１次巻線２４ａからトランジスタＴＲ１のコレクタＣ−エミッタＥ間をバイパスしているダイオードＤ２を通って、バッテリー２１のプラス電極側に向けて逆電流Ｉｇが流れる。

そして、トランス２４には、トランジスタＴＲ１がオンのときの直流電流と、トランジスタＴＲ１がオフのときの逆電流によって、１次巻線２４ａと２次巻線２４ｂとの巻き数比に比例した高圧のパルス電圧が、２次巻線２４ｂ側に発生する。

なお、トランジスタＴＲ１のオフ時にダイオードＤ２を通ってバッテリー２１のプラス電極側へ流れた逆電流Ｉｇは、抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１のプラス電極に流れる。コンデンサＣ１では、この逆電流Ｉｇによる電荷を蓄える。

そして、図４に示すように、自己点滅発光ダイオードＤ１が再度オンになったとき、コンデンサＣ１に蓄えられていた電荷が放出されて放出電流Ｉｒがバッテリー２１のプラス電極からの自己点滅発光ダイオードＤ１の駆動電流Iｄに重畳し、高電流となって自己点滅発光ダイオードＤ１からトランジスタＴＲ１のベースＢに流れる。
このように逆電流Ｉｇをチャージしておいて、次のトランジスタＴＲ１のオン時にバッテリー２１からの電流と重畳することで、ベース電流Ｉｂが高くなり、最終的に発生させるパルス電圧の波高値を高くすることができる。

（実施例２）
実施例２の回路構成について、図５に基づいて説明する。
実施例２では、ｐｎｐトランジスタＴＲ２をスイッチング素子として採用している点が実施例１と異なるところである。
本実施例においても、直流電源としては車載用のバッテリー２１（ＤＣ１２Ｖ）等を用いている。そして、トランス２４の２次巻線２４ｂの両端が、パルス電圧の出力端子であることも実施例１と同様である。

トランジスタＴＲ２のエミッタＥは、バッテリー２１のプラス（正）電極に接続され、トランジスタＴＲ２のコレクタＣはトランス２４の１次巻線２４ａの一方の端子に接続されている。また、トランス２４の１次巻線２４ａの他方の端子は、バッテリー２１のマイナス（負）電極に接続されている。

トランジスタＴＲ２のベースＢには自己点滅発光ダイオードＤ１のアノードＡが接続されている。自己点滅発光ダイオードＤ１のカソードＫは、抵抗Ｒ１を介してバッテリー２１のマイナス電極に接続されている。

トランジスタＴＲ２のコレクタＣ−エミッタＥ間には、トランス２４の１次巻線２４ａで生じた逆起電力による逆電流をトランジスタＴＲ２を経由させずにバッテリー２１のプラス電極側へ流すための逆電流バイパス用のダイオードＤ２が設けられている。
したがって、ダイオードＤ２のアノードＡ側がトランジスタＴＲ２のコレクタＣ側に接続され、ダイオードＤ２のカソードＫ側がトランジスタＴＲ２のエミッタＥ側に接続されている。

また、ダイオードＤ２とバッテリー２１のマイナス電極との間には、トランス２４の１次巻線２４ａで生じた逆起電力を蓄えるコンデンサＣ１が設けられている。具体的には、プラス極側がダイオードＤ２のカソードＫ側に位置し、マイナス極側がバッテリー２１のマイナス電極側に位置する電解コンデンサが設けられている。

次に、本実施例のパルス発生回路の動作について図６〜図８に基づいて説明する。
自己点滅発光ダイオードＤ１は、予め設定されている周期で点滅する。この点滅により、トランジスタＴＲ２のベースＢから自己点滅発光ダイオードＤ１にベース電流Ｉｂが周期的に加わるので、トランジスタＴＲ２が自己点滅発光ダイオードＤ１の点滅周期に基づいてオン−オフする。

図６に示すように、自己点滅発光ダイオードＤ１が発光しているとき、トランジスタＴＲ２のベースＢから自己点滅発光ダイオードＤ１のアノードＡへベース電流Ｉｂが流れてトランジスタＴＲ２がオンとなる。
トランジスタＴＲ２のオン時には、バッテリー２１のプラス電極からの直流電流がトランジスタＴＲ２のエミッタＥにエミッタ電流Ｉｅとして入力し、コレクタＣからコレクタ電流Ｉｃとして出力される。コレクタ電流Ｉｃは、トランス２４の１次巻線２４ａに入力される。

図７に示すように、自己点滅発光ダイオードＤ１が消光しているとき、トランジスタＴＲ２のベースＢから自己点滅発光ダイオードＤ１のアノードＡへベース電流Ｉｂが流れず、トランジスタＴＲ２がオフとなる。
すると、トランス２４の１次巻線２４ａに流れていた直流電流が０になるので、トランス２４の１次巻線２４ａがリアクタンスとしてはたらき、自己インダクタンスによって自己誘導が生じる。トランス２４の１次巻線２４ａの自己誘導によって、１次巻線２４ａには逆起電力ｅが発生し、１次巻線２４ａからトランジスタＴＲ２のエミッタＥ−コレクタＣ間をバイパスしているダイオードＤ２を通って、バッテリー２１のプラス電極に向けて逆電流Ｉｇが流れる。

そして、トランス２４には、トランジスタＴＲ２がオンのときの直流電流Ｉｃと、トランジスタＴＲ２がオフのときの逆電流Ｉｇによって、１次巻線２４ａと２次巻線２４ｂとの巻き数比に比例した高圧のパルス電圧が、２次巻線２４ｂ側に発生する。

なお、トランジスタＴＲ２のオフ時にダイオードＤ２を通ってバッテリー２１のプラス電極へ流れた逆電流Ｉｇは、コンデンサＣ１のプラス電極に流れる。コンデンサＣ１では、この逆電流Ｉｇによる電荷を蓄える。

そして、図８に示すように、自己点滅発光ダイオードＤ１が再度オンになったとき、コンデンサＣ１に蓄えられていた電荷が放出されて放出電流Ｉｒがバッテリー２１のプラス電極からの電流に重畳してエミッタ電流Ｉｅを生成する。このように、コンデンサＣ１から放出された放出電流Ｉｒが加えられたエミッタ電流ＩｅがトランジスタＴＲ１のエミッタＥに流れる。
このように逆電流Ｉｇをチャージしておいて、次のトランジスタＴＲ２のオン時にバッテリー２１からの直流電流と合わせるので、コレクタ電流Ｉｃが高くなり、最終的に発生させるパルス電圧の波高値を高くすることができる。

（実施例３）
続いて、上述したパルス発生回路を用いた電気柵について説明する。
図９に電気柵の概略構成を示す。
電気柵３０は、田畑等の周囲に張り巡らされた導電線３２に高電圧を印加し、導電線３２に触れた動物に電気ショックを与えて動物の侵入を防ぐものである。
導電線３２は、杭３４によって地上に配置されている。杭３４と導電線３２との間は絶縁体３５によって絶縁されており、導電線３２に印加された高電圧が地面などに漏電してしまうことを防止している。

本発明の電気柵３０には、直流電源としてのバッテリー２１にパルス発生回路２０が接続され、パルス発生回路２０から出力されるパルス電圧の一端をアースし、出力されるパルス電圧の他方の端部は、ギャップ３６に接続されている。

なお、従来の電気柵には、導電線が樹木や草木と接触したり、あるいは天候が雨や霧の時には、地面や空中に漏電しており、所望の高電圧にならない場合があるという課題があったが、本発明者は、導電線３２にギャップ３６を設け、このギャップ３６間を放電するような電圧を印加することで漏電を防止できるという発明に以前から想到している（特開２００４−２０８５６５号公報）。

このように、上述してきたパルス発生回路２０を、電気柵３０の電源装置として用い、高圧のパルス波を導電線３２に印加して導電線３２のギャップ３６間に放電させたところ、漏電の発生がなく極めて安定した高電圧を得ることができることを実験的に確認した。

また、本発明の電気柵３０は、パルス発生回路２０において自己点滅ダイオードをトリガ素子として用いているので、自己点滅発光ダイオードが点滅している間はパルス電圧が発生していることが容易に認識できるので、田畑の見回り時において電源回路の動作チェック等を行なわなくてもよく、ユーザの手間を省くことができる。
さらに、電気柵３０の電源回路としては、屋外に設置しておかなくてはならないが、このような安価な部品を採用した簡易な回路であれば盗難等の心配もなく、また、たとえ盗難があったり自然災害等で破損したとしてもその損害はわずかな額ですむ。

本発明のパルス発生回路としては、上述した電気柵に用いられるだけでなく、様々な分野で利用することが可能である。

以上本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。

本発明のパルス発生回路の実施例１の構成を説明する回路図である。 実施例１においてトランジスタがオンのときの動作を示す説明図である。 実施例１においてトランジスタがオフのときの動作を示す説明図である。 実施例１においてトランジスタがオフからオンになったときの動作を示す説明図である。 本発明のパルス発生回路の実施例２の構成を説明する回路図である。 実施例２においてトランジスタがオンのときの動作を示す説明図である。 実施例２においてトランジスタがオフのときの動作を示す説明図である。 実施例２においてトランジスタがオフからオンになったときの動作を示す説明図である。 本発明の電気柵の構成について説明する説明図である。 従来のパルス発生回路の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

２０ パルス発生回路
２１ バッテリー
２４ トランス
２４ａ １次巻線
２４ｂ ２次巻線
３０ 電気柵
３２ 導電線
３４ 杭
３５ 絶縁体
３６ ギャップ
Ｃ１ コンデンサ
Ｄ１ 自己点滅発光ダイオード
Ｄ２ ダイオード
Ｒ１ 抵抗
ＴＲ１ トランジスタ
ＴＲ２ トランジスタ
Ｉｂ ベース電流
Ｉｃ コレクタ電流
Ｉｄ 駆動電流
Ｉｅ エミッタ電流
Ｉｇ 逆電流
Ｉｒ 放出電流
ｅ 逆起電力

Claims (3)

1. 直流電源の正負いずれか一方の電極に一方の端子が接続されたスイッチング素子と、
   １次巻線が前記スイッチング素子の他方の端子と前記直流電源の正負いずれか他方の電極との間に配置され、２次巻線がパルス電圧の出力端子として設けられているトランスと、
   前記スイッチング素子のオン−オフを制御するトリガ素子として設けられている自己点滅発光ダイオードと、
   前記スイッチング素子のオフ時に、前記トランスの１次巻線における逆起電力を前記スイッチング素子をバイパスして前記スイッチング素子の前記一方の端子に印加させるべく、前記スイッチング素子の一方の端子と他方の端子との間に前記スイッチング素子と並列に接続されたダイオードと、
   該ダイオードによって印加された逆起電力による電荷をチャージするためのコンデンサとを具備することを特徴とするパルス発生回路。
2. 前記スイッチング素子は、トランジスタであり、
   トランジスタのベースに前記自己点滅発光ダイオードが接続され、
   前記ダイオードは、トランジスタのコレクタ−エミッタ間に設けられていることを特徴とする請求項１記載のパルス発生回路。
3. 導電線と、該導電線に所定の電圧を印加する電源装置とを具備し、
   前記導電線を田畑の周囲に張り巡らせて動物の侵入を防止する電気柵において、
   請求項１または請求項２記載のパルス発生回路を前記電源装置に用い、前記パルス発生回路によって発生したパルス電圧が前記導電線に印加されることを特徴とする電気柵。

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