JP2007336618A

JP2007336618A - 高周波用高出力回路

Info

Publication number: JP2007336618A
Application number: JP2006162177A
Authority: JP
Inventors: Teruyoshi Iwagaya; 照義岩ヶ谷
Original assignee: Pre Tech Co Ltd
Current assignee: Pre Tech Co Ltd
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2006-06-12
Publication date: 2007-12-27

Abstract

【課題】高周波用高出力回路において、高周波で高出力を簡単に得ることができるものを提供する。
【解決手段】少なくとも主発振部と、ドライバー部と、出力部と、マッチング回路とを有する高周波用高出力回路において、２個のドライバーの入力側が、前記主発振部の出力側と直列接続され、前記２個のドライバーの出力側が、出力トランスに接続されたものを１ブロックのドライバー回路としたとき、前記ドライバー部は、少なくとも２ブロックの前記ドライバー回路を並列接続したもので、前記ドライバー部と前記出力部の接続は、前記ドライバー回路の前記ドライバー１個に対し、前記出力回路の出力トランジスター１個を駆動できるように、前記出力トランスから前記出力トランジスターの入力側に接続したものであることを特徴とする高周波用高出力回路。
【選択図】図２

Description

本発明は、超音波洗浄機等に用いられる超音波発振器の高周波用高出力回路に関する。

従来、半導体基板、液晶ディスプレイ用ガラス基板等の精密基板の洗浄には、超音波洗浄機が用いられている。超音波洗浄機は、超音波発振器で発生した高周波電力を、超音波振動子により超音波振動として洗浄液に印加して、被洗浄物を洗浄するものである。

このような超音波洗浄機に用いられる超音波発振器における高周波用高出力回路は、例えば図１のブロック図に示すように、高周波信号を発振する主発振部１と、主発振部１の発振する高周波信号を入力し、出力回路を駆動させるために必要な電力を供給するドライバー部２と、高周波信号の電力を変換する出力回路からなる出力部３と、高周波電力の周波数を調整し出力するマッチング回路４から構成される。

マッチング回路４の出力は発振器の出力となり、出力した高周波電力が出力ケーブルを介して負荷である超音波振動子に供給される。
振動子は発振器から供給された電気エネルギーを機械振動エネルギーに変換する。こうして、超音波振動子により超音波振動を洗浄液に印加して、被洗浄物を洗浄する。

従来では、高周波での高出力を得るために、Ｂ級増幅器等を使用していた。しかし、その高周波出力の効率は約５０％であった。また、Ｄ級増幅回路によるスイッチング動作で、高周波出力の効率も良くなってきたが（特許文献１参照）、高出力での動作周波数は１ＭＨｚ程度が限界であった。

さらに近年では、超音波発振器において、特に１ＭＨｚを超える高周波での高出力が期待されている。

特開平７−３２１５６７

出力トランジスターに高周波（１ＭＨｚ程度）信号を入力するには、出力トランジスター自身の特性が高周波に対応した性能を有していることが必要であり、これは、出力トランジスターのスイッチングスピードで決定されてしまう。
従って、出力が低い場合には、高速度出力トランジスター１本に付き、ドライバー１個を駆動させれば良いが、高出力を得るには限界があった。

そこで、出力トランジスター１個で大電力を得るには、ドライバー１個に対して出力トランジスターを何本も並列に接続し（図３（Ａ）〜（Ｃ））、電流容量をアップするのだが、出力トランジスターを複数本ドライバー１個に対して並列に接続しているので、出力トランジスターの入力側キャパシタンスが増加し、インピーダンスも低下して、出力トランジスターの入力（ゲート）側に印加される波形がみだれ、立上り、立下りスピードがにぶくなる。
したがって、ドライバー１個に対し、並列に複数本の出力トランジスターを接続することは、高スピードに反することとなり、高周波における高出力には限界が生じていた。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、高周波用高出力回路において、高周波で高出力を簡単に得ることができるものを提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明は、少なくとも高周波信号を発振する主発振部と、前記主発振部の発振する高周波信号を入力し、出力回路を駆動させるために必要な電力を供給するドライバー部と、高周波信号の電力を変換する出力回路からなる出力部と、高周波電力の周波数を調整し出力するマッチング回路とを有する高周波用高出力回路において、
２個のドライバーの入力側が、前記主発振部の出力側と直列接続され、前記２個のドライバーの出力側が、出力トランスに接続されたものを１ブロックのドライバー回路としたとき、前記ドライバー部は、少なくとも２ブロックの前記ドライバー回路を並列接続したもので、
前記ドライバー部と前記出力部の接続は、前記ドライバー回路の前記ドライバー１個に対し、前記出力回路の出力トランジスター１個を駆動できるように、前記出力トランスから前記出力トランジスターの入力側に接続したもの
であることを特徴とする高周波用高出力回路を提供する（請求項１）。

このように、ドライバー部が、少なくとも２ブロックのドライバー回路を並列接続したもので、ドライバー回路のドライバー１個に対して出力回路の出力トランジスター１個を駆動できるようにドライバー回路と出力回路を接続することによって、ドライバー１個に対して出力トランジスター１個を何個も並列に接続するよりも、出力トランジスターの入力側の容量が少ないため、所望の高周波数においてインピーダンスが保たれ、スイッチングスピードが低下せず、簡単に所望の高出力を得ることができる。

この場合、前記出力回路は、シングルエンデットプッシュプル方式、プッシュプル方式、およびフルブリッジ方式のいずれかの方式で、前記出力トランジスターが接続されているものであることが好ましい（請求項２）。
このように、出力回路が、シングルエンデットプッシュプル方式、プッシュプル方式、およびフルブリッジ方式のいずれかの方式であれば、簡単に高周波で高出力を得ることができ、大電力に適した回路となる。

さらに、前記ドライバー部の前記ドライバー回路を４ブロック以上並列に接続したものであることが好ましい（請求項３）。
このようにドライバー回路を４ブロック以上並列に接続することによって、それにともなって駆動できる出力回路の出力トランジスターの個数も増やすことができるので、所望の高周波数において、所望の高出力を簡単に得ることができる。しかも、このようにドライバー回路のブロックを多数並列に接続しても、ドライバー回路のドライバー１個に対して出力回路の出力トランジスター１個を駆動できるようにドライバー回路と出力回路を接続しているので、１ＭＨｚといった高周波でも、インピーダンスが低下しスイッチングスピードが下がってしまうという問題が生じることもない。

そして、本発明は、前記マッチング回路から出力される信号の周波数が５００ｋＨｚ以上で、出力電力が７５０Ｗ以上であるものとすることができる（請求項４）。
このように、本発明ではマッチング回路からの出力信号の周波数が５００ｋＨｚ以上で、出力電力が７５０Ｗ以上の、高周波で高出力の高周波用高出力回路を出力トランジスターのインピーダンスを低下させることなく、スイッチングスピードも低下させることなく、簡単に達成することができる。

本発明に従う高周波用高出力回路なら、入力信号が高周波の際、出力トランジスターのスイッチングスピードを低下させずに、簡単に高効率で高出力を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、高周波用高出力回路のブロック図である。本発明においても、このブロック図においては、従来と同様の態様とできる。
この高周波用高出力回路は、高周波信号を発振する主発振部１と、主発振部１の発振する高周波信号を入力し、出力回路を駆動させるために必要な電力を供給するドライバー部２と、高周波信号の電力を変換する出力回路からなる出力部３と、高周波電力の周波数を調整し出力するマッチング回路４とを具備するものである。

主発振部１、マッチング回路４については特に限定されず、従来と同様のものを用いることができる。主発振部１については、例えば、水晶発振方式、ＣＲ発振方式、ＰＬＬ（ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）周波数追尾方式を、マッチング回路４については、例えば、Ｌ又はＣ、あるいはＬＣ組み合わせ共振回路を使用することもできる。

次に、図２は、本発明のドライバー部の概略を示した回路図であり、１ブロックのドライバー回路２１は、２個のドライバーＵ４Ａ及びＵ４Ｂの入力側が、主発振部１の出力側と直列接続され、２個のドライバーＵ４Ａ及びＵ４Ｂの出力側は、コンデンサーＣ１４及びＣ１５を介して、出力トランスＴ１に接続される。ドライバー部２は、少なくとも２ブロックのドライバー回路２１を並列に接続した回路である。

図４は本発明に係るドライバー部２の一実施例を表す概略図である。この例においては、ドライバー回路２１を８ブロック並列に接続している。

図５は出力部３が具備する出力回路３１の一実施例を表す概略図である。出力回路３１は、ドライバー回路２１のドライバーＵ４Ａに対し、出力回路３１の出力トランジスターＱ１を駆動できるように、また、ドライバー回路２１のドライバーＵ４Ｂに対し、出力回路３１の出力トランジスターＱ５を駆動できるように、出力トランスＴ１から出力トランジスターＱ１及びＱ５の入力側に接続されている。

このように、出力トランジスター１個に対して、ドライバー１個を駆動させるようにドライバー回路を少なくとも２ブロック以上並列接続することにより、ドライバー１個に対して出力トランジスターを何個も並列に接続するよりも、出力トランジスターの入力側の容量が少ないため、高周波数でもインピーダンスが低下することなく、スイッチングスピードが低下せず、簡単に所望の高出力を得ることができる。

しかも、本発明では、１ブロックのドライバー回路２１を何ブロック並列に接続したとしても、前記ドライバー回路のドライバー１個に対して出力回路の出力トランジスター１個を駆動できるようにドライバー回路と出力回路を接続する関係は保たれるので、４ブロック、または図４のように８ブロック、あるいはそれ以上接続したとしても、インピーダンスの低下、出力トランジスターのスイッチングスピードの低下をきたすことなく、高出力を発生させることができるものとなる。

このとき、出力トランジスターは、ＦＥＴ（電界効果トランジスター）を用いる。もちろん、出力トランジスターはＦＥＴに限定せず、スイッチングスピードが速く、大電力の得られる出力トランジスターなら良い。例えば、ＳＩＴ（静電誘導トランジスター）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスター）が挙げられる。出力トランジスターにＦＥＴを採用した場合、ゲート側から、入力信号が印加されるようにドライバー回路２１と出力回路３１を接続する。

また、出力回路３１の出力トランジスターＱ１等は、シングルエンデットプッシュプル方式（図３の１０３）、プッシュプル方式（図３の１０２）、フルブリッジ方式（図３の１０４）のいずれかの方式で接続されているものであることが好ましい。これらの接続方式により、簡単で単純に高周波における高出力を得ることができ、大電力に適した高周波用高出力回路となる。

そして本発明では、ドライバー部２のドライバー回路２１を２ブロック以上並列に接続したものとすることで、ドライバーの数に対応して、出力トランジスターの数を増やすことができるので、入力信号が高周波であっても、より高い出力電力を得ることができる。

この場合、４ブロック以上とすることで、インピーダンスの低下、スイッチングスピードの低下が問題となる、マッチング回路４から出力される信号の周波数が５００ｋＨｚ以上で、出力電力が７５０Ｗ以上であるものを得ることができる。特に８ブロック以上接続すれば、近年期待されている超音波発振器における１ＭＨｚを超える高周波での高出力の高周波用高出力回路が達成できる。

以下、本発明の実施例及び比較例により、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
コネクターＣＮ１〜ＣＮ４を有する、図４に示す本発明のドライバー部２と、コネクターＣＮ１及びＣＮ２を有する、図５に示す出力回路３１と、コネクターＣＮ３、及びＣＮ４を有する図５と同じ出力回路（不図示）を用意し、それぞれのコネクターを対応する番号（例えば、ドライバー部２のコネクターＣＮ１と、出力回路３１のコネクターＣＮ１）にリード線で接続し、出力部３とマッチング回路４を結ぶ出力トランスＴ２を介して、マッチング回路から、出力部で入力した信号を出力し、出力周波数と、出力電力を測定した。
このとき、主発振部１からドライバー部２に入力した信号は、周波数が２ＭＨｚで、入力電力は５Ｗであり、各出力回路で出力トランジスターの出力側から印加される直流電流は７．５Ａであった。

その結果、マッチング回路４から測定された周波数は２ＭＨｚで、出力電力は１５００Ｗであった。このことにより、本発明の高周波用高出力回路は、簡単な接続方法で、１ＭＨｚを超える高周波数において、高効率で高出力を得ることができることがわかる。

（比較例１）
主発振部１に１ブロックのドライバー回路２１を接続し、出力部３として、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すＤ級増幅回路を接続し、出力部３とマッチング回路４を結ぶ出力トランスＴ２を介して、マッチング回路から、出力部で入力した信号を出力し、出力周波数と、出力電力を測定した。
このとき、主発振部１からドライバー部２に入力した信号は、周波数が２ＭＨｚで、入力電力は４８Ｗであり、各出力回路で出力トランジスターの出力側から印加される直流電流は３．２５Ａであった。

その結果、マッチング回路４から測定された周波数は２ＭＨｚで、出力電力は６５０Ｗであり、実施例１の測定結果より、低出力で、低効率であった。

尚、本発明では、入力信号及びドライバー部２と出力部３のコネクターの選択により、周波数が５００ｋＨｚ〜５ＭＨｚで出力電力は７５０Ｗ〜１５００Ｗまで実現可能である。

また、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的思想に包含される。

特に、本発明の高周波用高出力回路の使用用途は限定されない。洗浄液に高周波を印加して、被洗浄物を洗浄する洗浄装置における発振器に用いることができる他、高周波発振器が用いられる全ての用途に適用可能である。

高周波用高出力回路を示すブロック図である。本発明に係る高周波用高出力回路のドライバー部の回路図である。Ｄ級増幅回路の概略図である。（Ａ）シングル方式、プッシュプル方式（Ｂ）プッシュプル方式とＳＥＰＰ方式（Ｃ）フルブリッジ方式本発明に係る高周波用高出力回路のドライバー部の一実施例である。本発明に係る高周波用高出力回路の出力回路の一実施例である。

符号の説明

１…主発振部、２…ドライバー部、３…出力部、
４…マッチング回路、２１…ドライバー回路、３１…出力回路、
１０１…シングル、１０２…プッシュプル、
１０３…ＳＥＰＰ（シングルエンデットプッシュプル）、１０４…フルブリッジ、
Ｃ１４、Ｃ１５…コンデンサー、
ＣＮ１、ＣＮ２、ＣＮ３、ＣＮ４…コネクター、
Ｑ１、Ｑ５…出力トランジスター（ＦＥＴ）、
Ｔ１、Ｔ２…出力トランス、Ｕ４Ａ、Ｕ４Ｂ…ドライバー。

Claims

少なくとも高周波信号を発振する主発振部と、前記主発振部の発振する高周波信号を入力し、出力回路を駆動させるために必要な電力を供給するドライバー部と、高周波信号の電力を変換する出力回路からなる出力部と、高周波電力の周波数を調整し出力するマッチング回路とを有する高周波用高出力回路において、
２個のドライバーの入力側が、前記主発振部の出力側と直列接続され、前記２個のドライバーの出力側が、出力トランスに接続されたものを１ブロックのドライバー回路としたとき、前記ドライバー部は、少なくとも２ブロックの前記ドライバー回路を並列接続したもので、
前記ドライバー部と前記出力部の接続は、前記ドライバー回路の前記ドライバー１個に対し、前記出力回路の出力トランジスター１個を駆動できるように、前記出力トランスから前記出力トランジスターの入力側に接続したもの
であることを特徴とする高周波用高出力回路。
前記出力回路は、シングルエンデットプッシュプル方式、プッシュプル方式、およびフルブリッジ方式のいずれかの方式で、前記出力トランジスターが接続されているものであることを特徴とする請求項１に記載の高周波用高出力回路。
前記ドライバー部の前記ドライバー回路を４ブロック以上並列に接続したものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波用高出力回路。
前記マッチング回路から出力される信号の周波数が５００ｋＨｚ以上で、出力電力が７５０Ｗ以上であるものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の高周波用高出力回路。