JP2008072827A - 圧電トランスを用いた電源装置 - Google Patents
圧電トランスを用いた電源装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008072827A JP2008072827A JP2006248683A JP2006248683A JP2008072827A JP 2008072827 A JP2008072827 A JP 2008072827A JP 2006248683 A JP2006248683 A JP 2006248683A JP 2006248683 A JP2006248683 A JP 2006248683A JP 2008072827 A JP2008072827 A JP 2008072827A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric transformer
- voltage
- power supply
- output
- piezoelectric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
【課題】 1次側と2次側とが完全に絶縁された、小型軽量の圧電トランスを用いた電源装置の実現を目的とする。
【解決手段】 印加された駆動電圧を変圧して出力電圧として負荷Lへ供給する圧電トランスを用いた電源装置において、圧電トランスを同一の駆動電圧が印加される1対の圧電トランス20及び30とし、この1対の圧電トランスの一方の圧電トランス20の出力端子を出力整流部16を介して負荷Lの一端に、他方の圧電トランス30の出力端子を負荷Lの他端に接続する。
【選択図】 図1
【解決手段】 印加された駆動電圧を変圧して出力電圧として負荷Lへ供給する圧電トランスを用いた電源装置において、圧電トランスを同一の駆動電圧が印加される1対の圧電トランス20及び30とし、この1対の圧電トランスの一方の圧電トランス20の出力端子を出力整流部16を介して負荷Lの一端に、他方の圧電トランス30の出力端子を負荷Lの他端に接続する。
【選択図】 図1
Description
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を用いた電源装置に関し、特に1次側と2次側が絶縁分離された圧電トランスを用いた電源装置に関する。
従来、電源装置の1次側と2次側を絶縁するために電磁式の巻線式トランスが用いられている。しかしながら、従来の巻線式トランスは絶縁体として有機物が用いられているため、可燃性があるという点で問題があった。また、絶縁劣化による耐性不良を起こしやすいという点も問題であった。さらに、電源の安全規格を満足するためにトランスの絶縁確保に多くの対策を要し、これがコストアップの原因になるという問題も有していた。
これらの欠点を解決するために圧電トランスを用いる方法が考えられる。
圧電トランスは、セラミックから構成されていて、有機物の絶縁材料などを用いていないため、燃焼の危険性がなく、しかも、小型軽量化が容易である。また、圧電トランスは、製造中の分極過程で数kVから十数kVの電圧を印加しているので、予め、充分な沿面距離が確保されており、絶縁破壊の心配がない。さらに、巻線式のトランスに比べて漏れ電流も少ないという利点も有している。
これらの欠点を解決するために圧電トランスを用いる方法が考えられる。
圧電トランスは、セラミックから構成されていて、有機物の絶縁材料などを用いていないため、燃焼の危険性がなく、しかも、小型軽量化が容易である。また、圧電トランスは、製造中の分極過程で数kVから十数kVの電圧を印加しているので、予め、充分な沿面距離が確保されており、絶縁破壊の心配がない。さらに、巻線式のトランスに比べて漏れ電流も少ないという利点も有している。
このように、圧電トランスを用いた電源装置は高圧電源に適した優れた利点を有している。しかし、従来の圧電トランスを用いた電源装置は、例えば、特許文献1または特許文献2に示されているものは、圧電トランスの構造上、入力2端子、出力1端子のものが多かった。このような構造の場合、出力から流れ出た電流は入力側の端子に戻るため、1次側と2次側とを絶縁することはできないという問題があった。
1次側と2次側の絶縁が完全でないと、まず、この電源装置を用いた製品の規格上に問題が生まれるとともに、2次側から1次側への干渉が発生し、2次側の出力電圧や出力電力が不安定になるとともに、2次側高圧電源の使用状態によって、1次側で絶縁破壊が生じたり、回路動作が乱れたり、接地線を介して大きな電流が流れたり、あるいは、商用電源側にも影響が出て電源のヒューズが飛んだり遮断機が働いたり、あるいは感電の虞などの不具合が生まれる可能性がある。
1次側と2次側の絶縁が完全でないと、まず、この電源装置を用いた製品の規格上に問題が生まれるとともに、2次側から1次側への干渉が発生し、2次側の出力電圧や出力電力が不安定になるとともに、2次側高圧電源の使用状態によって、1次側で絶縁破壊が生じたり、回路動作が乱れたり、接地線を介して大きな電流が流れたり、あるいは、商用電源側にも影響が出て電源のヒューズが飛んだり遮断機が働いたり、あるいは感電の虞などの不具合が生まれる可能性がある。
上述したように、従来の圧電トランスを用いた電源装置は、燃焼の危険性がなく、小型軽量化が容易で、充分な沿面距離が確保されて絶縁破壊の心配がなく、漏れ電流も少ないという利点も有しているが、構造的に、1次側と2次側とを絶縁することはできないという問題があった。1次側と2次側との絶縁が取れないと、製品の規格上の問題をはじめ、さまざまな使用上の問題が発生しやすい。
本発明はこの点を解決して、1次側と2次側とが絶縁された、小型軽量の圧電トランスを用いた電源装置を実現することを目的とする。
本発明はこの点を解決して、1次側と2次側とが絶縁された、小型軽量の圧電トランスを用いた電源装置を実現することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明圧電トランスを用いた電源装置では、印加された駆動電圧を変圧して出力電圧として負荷へ供給する圧電トランスを用いた電源装置において、前記圧電トランスを並列に接続され同一の駆動電圧が印加される1対の圧電トランスで構成し、この1対の圧電トランスの内の一方の圧電トランスの出力端子を前記負荷の一端に、他方の圧電トランスの出力端子を前記負荷の他端にそれぞれ接続し、前記一方の圧電トランスの出力端子を負荷側で接地したことを特徴とする(請求項1)。
これにより、1対の圧電トランスを用いることによって、1次側と2次側とが完全に絶縁された圧電トランスを用いた電源装置を実現することができる。
これにより、1対の圧電トランスを用いることによって、1次側と2次側とが完全に絶縁された圧電トランスを用いた電源装置を実現することができる。
上記課題を解決するため、本発明にかかる圧電トランスを用いた電源装置では、印加された駆動電圧を変圧して出力電圧として負荷へ供給する圧電トランスを用いた電源装置において、前記圧電トランスの出力端子を前記負荷の一端に接続し、前記圧電トランスの接地端子を高耐圧のコンデンサを介して前記負荷の他端に接続したことを特徴とする(請求項2)。
このように、高耐圧のコンデンサを用いて1次側と2次側とを分離することによって、1次側と2次側とが絶縁された圧電トランスを用いた電源装置を実現することができる。
このように、高耐圧のコンデンサを用いて1次側と2次側とを分離することによって、1次側と2次側とが絶縁された圧電トランスを用いた電源装置を実現することができる。
ここで、前記高耐圧コンデンサに並列に高抵抗を接続した構成にしても良い(請求項3)。
これにより、瞬間的に高圧がかかることによるコンデンサの破損を防止することが可能な圧電トランスを用いた電源装置を実現することができる。
これにより、瞬間的に高圧がかかることによるコンデンサの破損を防止することが可能な圧電トランスを用いた電源装置を実現することができる。
また、交流電源電圧を直流電圧に変換する整流回路と、この整流回路の出力をスイッチングして所定の駆動電圧として前記圧電トランスに印加する圧電トランス駆動部と、前記圧電トランスの出力に比例する静電誘導電圧を検出して、その検出値と予め設定された基準電圧値と差を求める電圧差演算部と、この電圧差演算部で求めた電圧差がゼロになるように前記圧電トランス駆動部を介して前記駆動電圧を可変制御する駆動電圧制御部とを備えた構成にしても良い(請求項4)。
これにより、出力電圧と電力とを可変することができ、かつ、安定に動作する1次側と2次側とが完全に絶縁された圧電トランスを用いた電源装置を実現することができる。
これにより、出力電圧と電力とを可変することができ、かつ、安定に動作する1次側と2次側とが完全に絶縁された圧電トランスを用いた電源装置を実現することができる。
ここで、前記駆動電圧制御部は、前記駆動電圧の可変制御を、デューティ比の制御によって行う構成にしても良い(請求項5)。
これにより、比較的効率がよく安定に動作する圧電トランスを用いた電源装置を実現することができる。
これにより、比較的効率がよく安定に動作する圧電トランスを用いた電源装置を実現することができる。
本発明に係る圧電トランスを用いた電源装置によれば、1対の圧電トランス又は高耐圧のコンデンサを用いることによって、1次側と2次側とが完全に絶縁されるとともに、出力電圧や出力電力を安定に制御することが可能な小型軽量の圧電トランスを用いた電源装置を実現することができる。
以下、本発明を図面を参照にして詳細に説明する。
図1は、本発明の圧電トランスを用いた電源装置の第1の実施形態のブロック図である。また、図2に、本第1の実施形態の全体構成を表す具体的な回路図を示す。
本第1の実施形態の電源装置10は、駆動電圧Vdを出力交流電圧Va1及びVa2にそれぞれ変換する1対の圧電トランス20及び30と、入力交流電圧Vinを直流電圧Vrに変換する入力整流部11と、出力交流電圧Va1に同期して矩形波発振を行う発振部12と、圧電トランス20、30の1次側に所定の駆動電圧Vdを印加する圧電トランス駆動部15と、この圧電トランス駆動部15を介して駆動電圧Vdのデューティ比Duを制御して圧電トランス20、30の出力交流電圧Va1、Va2を可変制御する駆動電圧制御部13と、圧電トランス20の出力交流電圧Va1に比例する静電誘導電圧と予め設定された設定基準電圧Vsとを比較する電圧差演算部14と、圧電トランス20及び30の出力交流電圧Va1及びVa2を入力して整流する出力整流部16とを備えて構成される。
本第1の実施形態の電源装置10は、駆動電圧Vdを出力交流電圧Va1及びVa2にそれぞれ変換する1対の圧電トランス20及び30と、入力交流電圧Vinを直流電圧Vrに変換する入力整流部11と、出力交流電圧Va1に同期して矩形波発振を行う発振部12と、圧電トランス20、30の1次側に所定の駆動電圧Vdを印加する圧電トランス駆動部15と、この圧電トランス駆動部15を介して駆動電圧Vdのデューティ比Duを制御して圧電トランス20、30の出力交流電圧Va1、Va2を可変制御する駆動電圧制御部13と、圧電トランス20の出力交流電圧Va1に比例する静電誘導電圧と予め設定された設定基準電圧Vsとを比較する電圧差演算部14と、圧電トランス20及び30の出力交流電圧Va1及びVa2を入力して整流する出力整流部16とを備えて構成される。
以下、各部ごとにその構成と機能及び動作を説明する。
圧電トランス20及び30は、印加された同相の駆動電圧Vdを変圧して出力交流電圧Va1、Va2として負荷へ供給する機能を有している。基本的な機能と動作は圧電トランス20及び30とも同じであるのでここでは、圧電トランス20に付いて説明する。
圧電トランス20は、圧電振動体21に1次電極22、23と2次電極24とが設けられていて、1次側を厚さ方向に分極し、2次側を長さ方向に分極し、これらを図示しない樹脂ケース等に収容している。1次電極22、23は、圧電振動体21を挟んで対向している。圧電振動体21は、PZT等の圧電セラミックスからなり、板状(直方体状)を呈している。圧電振動体21の長さ方向において、一端からその長さの例えば半分までに1次電極22、23が設けられ、他端に2次電極24が設けられている。1次側に長さ寸法で決まる固有共振周波数frの駆動電圧Vdを入力すると、逆圧電効果により強い機械振動を起こし、圧電効果によりその振動に見合った高い出力交流電圧Va1が2次側から出力される。2次側の出力交流電圧Va1は、例えば、圧電トランス20が実装される配線基板上、または、圧電トランス20が収納されている筐体に設けられた出力電圧検出電極25で静電誘導によって検出され、同期信号Soとして発振部12に帰還される。
なお、圧電トランス30は、圧電トランス20と同一の構造を有し、同一の固有共振周波数frを有している。その圧電振動体31、1次電極32、33及び2次電極34とは、圧電トランス20の対応する部分と同じ機能を備えている。
圧電トランス20及び30は、印加された同相の駆動電圧Vdを変圧して出力交流電圧Va1、Va2として負荷へ供給する機能を有している。基本的な機能と動作は圧電トランス20及び30とも同じであるのでここでは、圧電トランス20に付いて説明する。
圧電トランス20は、圧電振動体21に1次電極22、23と2次電極24とが設けられていて、1次側を厚さ方向に分極し、2次側を長さ方向に分極し、これらを図示しない樹脂ケース等に収容している。1次電極22、23は、圧電振動体21を挟んで対向している。圧電振動体21は、PZT等の圧電セラミックスからなり、板状(直方体状)を呈している。圧電振動体21の長さ方向において、一端からその長さの例えば半分までに1次電極22、23が設けられ、他端に2次電極24が設けられている。1次側に長さ寸法で決まる固有共振周波数frの駆動電圧Vdを入力すると、逆圧電効果により強い機械振動を起こし、圧電効果によりその振動に見合った高い出力交流電圧Va1が2次側から出力される。2次側の出力交流電圧Va1は、例えば、圧電トランス20が実装される配線基板上、または、圧電トランス20が収納されている筐体に設けられた出力電圧検出電極25で静電誘導によって検出され、同期信号Soとして発振部12に帰還される。
なお、圧電トランス30は、圧電トランス20と同一の構造を有し、同一の固有共振周波数frを有している。その圧電振動体31、1次電極32、33及び2次電極34とは、圧電トランス20の対応する部分と同じ機能を備えている。
ところで、圧電トランス20と圧電トランス30は出力整流部16の素子によって相互に接続される。図3に、これらの圧電トランス20及び30と、出力整流部16の回路を抜き出して示した。
圧電トランス20及び30は、図3に示すように、出力整流部16のダイオードD6、D7、コンデンサC14及び抵抗R28によって相互に接続されているので、両圧電トランス20及び30を同一の駆動電圧Vdによって駆動すると、両圧電トランス20、30の圧電振動体21及び31が最も安定な振動を保つように動作し、固有共振周波数frに近い同一の周波数で同相の振動を行う。振動は同相であるが、圧電トランス30の出力端子が出力側で接地されているため、電気的には、圧電トランス30は、圧電トランス20の出力交流電圧Va1に対して180度位相の異なる出力交流電圧Va2を出力することになる。
このときの圧電トランス20及び30の出力交流電圧Va1及びVa2の波形を図4(a)及び図4(b)に示す。
圧電トランス20及び30は、図3に示すように、出力整流部16のダイオードD6、D7、コンデンサC14及び抵抗R28によって相互に接続されているので、両圧電トランス20及び30を同一の駆動電圧Vdによって駆動すると、両圧電トランス20、30の圧電振動体21及び31が最も安定な振動を保つように動作し、固有共振周波数frに近い同一の周波数で同相の振動を行う。振動は同相であるが、圧電トランス30の出力端子が出力側で接地されているため、電気的には、圧電トランス30は、圧電トランス20の出力交流電圧Va1に対して180度位相の異なる出力交流電圧Va2を出力することになる。
このときの圧電トランス20及び30の出力交流電圧Va1及びVa2の波形を図4(a)及び図4(b)に示す。
次に、この回路での出力電流の流れについて説明する。
圧電トランス20及び30によってコンデンサC14に充電された電荷は、電流Io=Il+Irとして放出される。ただし、電流Ilは負荷を流れる電流、電流Irは抵抗R28をながれる電流である。これにより、コンデンサC14に充電されていた電荷が電流Ioによって放電された分、圧電トランス20及び30から新たに電荷を供給しなければならない。
圧電トランス20及び30によってコンデンサC14に充電された電荷は、電流Io=Il+Irとして放出される。ただし、電流Ilは負荷を流れる電流、電流Irは抵抗R28をながれる電流である。これにより、コンデンサC14に充電されていた電荷が電流Ioによって放電された分、圧電トランス20及び30から新たに電荷を供給しなければならない。
そこで、圧電トランス20及び30は、図4(a)及び(b)に示したVa1及びVa2の最初の半波で、自身の内部容量に電流IAで充電を行う。続いて、残りの半波で圧電トランス20及び30の内部容量からの電荷も含めて電流IBでコンデンサC14に充電を行う。電流IA及び電流IBの流れは、図3に示したとおりである。
ここで、圧電トランス20の出力が正弦波であることから、各充放電電流が同じになるので、IA=IB=Ioが成り立つ。ここで、電流IA及びIBとも、圧電トランス20及び30の内部容量を介して流れるので、圧電トランス20及び30の1次側と2次側、すなわち、本第1の実施形態の電源の1次側と2次側は絶縁分離される。
なお、電流IlはコンデンサC14と抵抗R27などで平滑化されて直流電流として負荷Lに印加される。
ここで、圧電トランス20の出力が正弦波であることから、各充放電電流が同じになるので、IA=IB=Ioが成り立つ。ここで、電流IA及びIBとも、圧電トランス20及び30の内部容量を介して流れるので、圧電トランス20及び30の1次側と2次側、すなわち、本第1の実施形態の電源の1次側と2次側は絶縁分離される。
なお、電流IlはコンデンサC14と抵抗R27などで平滑化されて直流電流として負荷Lに印加される。
入力整流部11は、交流入力電源電圧Vinを整流して直流電圧Vrを、内部電源回路17及び圧電トランス駆動部15に印加する。図2では、ブリッジ整流回路で示したがこれに限らず一般的な整流回路を用いることができる。
内部電源回路17は、抵抗器R2、R3、ツェナーダイオードD2、ダイオードD3、スイッチングトランジスタQ6、コンデンサC4等からなり、直流電圧Vrを入力して、各ICの電源電圧と内部回路の電源電圧Vfとを出力する。なお、スイッチングトランジスタQ6を外部からの信号で制御することにより、本第1の実施形態の圧電トランスを用いた電源装置の動作をオン/オフすることができる。
内部電源回路17は、抵抗器R2、R3、ツェナーダイオードD2、ダイオードD3、スイッチングトランジスタQ6、コンデンサC4等からなり、直流電圧Vrを入力して、各ICの電源電圧と内部回路の電源電圧Vfとを出力する。なお、スイッチングトランジスタQ6を外部からの信号で制御することにより、本第1の実施形態の圧電トランスを用いた電源装置の動作をオン/オフすることができる。
発振部12は、抵抗R14〜R18及びR22、コンデンサC5、C11及びC12、ペアダイオードD4、ペアバイポーラトランジスタQ1及びコンパレータIC1(1/2)等から構成されている。ペアバイポーラトランジスタQ1は、プッシュブル増幅回路として動作する。
この回路は、圧電トランス20からの同期信号Soが印加されない場合は、自励発振してデューティ比50%の矩形波を出力する。
この回路は、圧電トランス20からの同期信号Soが印加されない場合は、自励発振してデューティ比50%の矩形波を出力する。
動作中には、コンパレータIC1(1/2)の+入力端子に圧電トランス20の出力電圧検出電極25で検出された同期信号Soが抵抗R14とR15で決まるバイアス電圧に重畳して印加される。一方、コンパレータIC1(1/2)の−入力端子には、ペアバイポーラトランジスタQ1の出力電圧を抵抗R17とコンデンサC5からなる積分回路で時間積分した時間平均電圧が印加される。コンパレータIC1(1/2)の出力は、+入力端子入力が−入力端子入力よりも大きい場合にハイ(High)、+入力端子入力が−入力端子入力よりも小さい場合にロー(Low)となるので、同期信号Soの周波数で発振する矩形波信号Pnを出力する。
図5に、この実際の動作中での発振部12のコンパレータIC1(1/2)の+入力端子の波形(1)、−入力端子の波形(2)、ペアバイポーラトランジスタQ1の出力波形(3)を示す。波形(1)と(2)との大小関係によって、同期信号Soに同期した矩形波信号Pnが出力される様子が示されている。
図5に、この実際の動作中での発振部12のコンパレータIC1(1/2)の+入力端子の波形(1)、−入力端子の波形(2)、ペアバイポーラトランジスタQ1の出力波形(3)を示す。波形(1)と(2)との大小関係によって、同期信号Soに同期した矩形波信号Pnが出力される様子が示されている。
電圧差演算部14は、抵抗R12、R13及びR23〜R26、コンデンサC9及びC10、ダイオードD5及びオペアンプIC2等から構成されている。
この電圧差演算部14では、圧電トランス20からの同期信号Soの正部分をダイオードD5を介してコンデンサC9にチャージした検出出力電圧VtをオペアンプIC2の−入力に入力し、内部電源回路17の出力電圧Vfを抵抗R23とR24とで分圧した設定基準電圧値VsをオペアンプIC2の+入力に入力して、その電圧差を駆動電圧制御部13に入力している。そうして、検出出力電圧Vtと設定基準電圧値Vsとを比較し、Vt>Vsであれば検出出力電圧Vtが低くなるように、逆にVt<Vsであれば出力電圧Vtが高くなるように、駆動電圧制御部13や圧電トランス制御部15を制御して、最終的にVt=Vsとなるように出力電圧あるいは出力電力を定める機能を有している。
この電圧差演算部14では、圧電トランス20からの同期信号Soの正部分をダイオードD5を介してコンデンサC9にチャージした検出出力電圧VtをオペアンプIC2の−入力に入力し、内部電源回路17の出力電圧Vfを抵抗R23とR24とで分圧した設定基準電圧値VsをオペアンプIC2の+入力に入力して、その電圧差を駆動電圧制御部13に入力している。そうして、検出出力電圧Vtと設定基準電圧値Vsとを比較し、Vt>Vsであれば検出出力電圧Vtが低くなるように、逆にVt<Vsであれば出力電圧Vtが高くなるように、駆動電圧制御部13や圧電トランス制御部15を制御して、最終的にVt=Vsとなるように出力電圧あるいは出力電力を定める機能を有している。
駆動電圧制御部13は、検出出力電圧Vtに応じて圧電トランス20及び30の入力に印加される駆動電圧Vdのデューティ比を制御する。
駆動電圧制御部13は、抵抗R19及び21、コンデンサC6及びコンパレータIC1(2/2)から構成される。
コンパレータIC1(2/2)の+入力端子には、電圧差演算部14のオペアンプIC2の出力波形が入力される。また、コンパレータIC1(2/2)の−入力端子には、抵抗R21とコンデンサC6からなる積分回路が設けられていて、ペアバイポーラトランジスタQ1の出力電圧を時間積分した波形が入力される。
図6に、駆動電圧制御部13の各部の波形を示す。
図6の(1)に、コンパレータIC1(2/2)の+入力端子に入力されるオペアンプIC2の出力波形を示す。
また、図6の(2)に、コンパレータIC1(2/2)の−入力端子の積分回路の時間積分波形を示す。この波形は図5の(2)で示したコンパレータIC1(1/2)の−入力端子の波形と同じ周波数の三角波である。
駆動電圧制御部13は、抵抗R19及び21、コンデンサC6及びコンパレータIC1(2/2)から構成される。
コンパレータIC1(2/2)の+入力端子には、電圧差演算部14のオペアンプIC2の出力波形が入力される。また、コンパレータIC1(2/2)の−入力端子には、抵抗R21とコンデンサC6からなる積分回路が設けられていて、ペアバイポーラトランジスタQ1の出力電圧を時間積分した波形が入力される。
図6に、駆動電圧制御部13の各部の波形を示す。
図6の(1)に、コンパレータIC1(2/2)の+入力端子に入力されるオペアンプIC2の出力波形を示す。
また、図6の(2)に、コンパレータIC1(2/2)の−入力端子の積分回路の時間積分波形を示す。この波形は図5の(2)で示したコンパレータIC1(1/2)の−入力端子の波形と同じ周波数の三角波である。
この図6の(2)で示したコンパレータIC1(2/2)の−入力端子の三角波の電位が、図6の(1)に示したコンパレータIC1(2/2)の+入力端子の電位よりも高くなったとき、コンパレータIC1(2/2)の出力はロー(Low)となる。
このコンパレータIC1(2/2)の出力は、FETQ2のゲートに加えられる。ペアバイポーラトランジスタQ1の出力波形は、図6の(3)で示すようにデューティ比50%の矩形波Pnであるが、FETQ2のゲートではコンパレータIC1(2/2)の出力によってロー(Low)になる部分があるため、図6の(4)に示す波形のようにデューティ比を50%より小さな値の矩形波信号Pcに変えることができる。
このコンパレータIC1(2/2)の出力は、FETQ2のゲートに加えられる。ペアバイポーラトランジスタQ1の出力波形は、図6の(3)で示すようにデューティ比50%の矩形波Pnであるが、FETQ2のゲートではコンパレータIC1(2/2)の出力によってロー(Low)になる部分があるため、図6の(4)に示す波形のようにデューティ比を50%より小さな値の矩形波信号Pcに変えることができる。
この結果、電圧差演算部14のオペアンプIC2の+入力端子に入力される設定基準電圧値Vsが、−入力端子に入力される検出出力電圧Vtよりも高いときは、図6の(1)で示されるオペアンプIC2の出力波形の電圧差信号Scの電圧も高くなり、この電圧よりも図6の(2)で示す三角波の電圧が高くなる範囲が狭くなって、コンパレータIC1(2/2)の出力がロー(Low)となる期間が減り、図6の(4)で示されるFETQ2のゲートに加えられる矩形波のデューティ比Duがより大きな比率になり、圧電トランス20及び30の駆動電圧Vdを高め、最終的には、出力電圧Voを上昇するように動作する
。
逆に、設定基準電圧値Vsよりも検出出力電圧Vtが高くなると、図6の(1)で示されるオペアンプIC2の出力波形の電圧差信号Scの電圧が低くなって、この電圧よりも図6の(2)で示す三角波の電圧が高くなる範囲が広くなり、コンパレータIC1(2/2)の出力がロー(Low)となる期間が増えて、図6の(4)で示されるFETQ2のゲートに加えられる矩形波信号Pcのデューティ比Duがより小さな比率に絞られ、圧電トランス20及び30の駆動電圧Vdを低くして、出力電圧Voを下げるように動作する。
。
逆に、設定基準電圧値Vsよりも検出出力電圧Vtが高くなると、図6の(1)で示されるオペアンプIC2の出力波形の電圧差信号Scの電圧が低くなって、この電圧よりも図6の(2)で示す三角波の電圧が高くなる範囲が広くなり、コンパレータIC1(2/2)の出力がロー(Low)となる期間が増えて、図6の(4)で示されるFETQ2のゲートに加えられる矩形波信号Pcのデューティ比Duがより小さな比率に絞られ、圧電トランス20及び30の駆動電圧Vdを低くして、出力電圧Voを下げるように動作する。
圧電トランス駆動部15は、例えば、FETなどのスイッチング素子Q2と、このスイッチング素子Q2の出力によってスイッチングされるトランジスタQ3〜Q5と、抵抗R6、R7、R10、R11及びR20と、コンデンサC7、C8などから構成される。
駆動電圧制御部13によって、デューティ比Duを制御された矩形波信号Pcに応じてスイッチング素子Q2が内部回路の電源電圧Vfをオン・オフすることにより、トランジスタQ3がスイッチングされ、これによってペアトランジスタQ4、Q5が入力整流部11の出力電圧Vrをスイッチングして駆動電圧Vdとして圧電トランス20及び30に印加する。コンデンサC8は、スイッチングノイズを低減する役割とともに、出力電圧Vrのスイッチング波形を擬似正弦波信号に変える役割を果たす。
駆動電圧制御部13によって、デューティ比Duを制御された矩形波信号Pcに応じてスイッチング素子Q2が内部回路の電源電圧Vfをオン・オフすることにより、トランジスタQ3がスイッチングされ、これによってペアトランジスタQ4、Q5が入力整流部11の出力電圧Vrをスイッチングして駆動電圧Vdとして圧電トランス20及び30に印加する。コンデンサC8は、スイッチングノイズを低減する役割とともに、出力電圧Vrのスイッチング波形を擬似正弦波信号に変える役割を果たす。
図7に本発明の圧電トランスを用いた電源装置の第2の実施形態のブロック図を、また、図8に、本第2の実施形態の圧電トランス60と出力整流部56と絶縁コンデンサC30と抵抗R50などで構成される出力部分を抜き出して示した。
本第2の実施形態の各部の基本的な機能及び回路は、先に示した第1の実施形態とほぼ同じである。この第2の実施形態が、先に述べた第1の実施形態と異なる点は、図8に示した出力部分に限られる。
すなわち、第1の実施形態では、電源装置の1次側と2次側の絶縁を1対の圧電トランスを用いることで分離していたが、本第2の実施の形態では、1次側のグランドと2次側のグランドの間に高耐圧の絶縁コンデンサC30を挿入することによって分離を行っている。
本第2の実施形態の各部の基本的な機能及び回路は、先に示した第1の実施形態とほぼ同じである。この第2の実施形態が、先に述べた第1の実施形態と異なる点は、図8に示した出力部分に限られる。
すなわち、第1の実施形態では、電源装置の1次側と2次側の絶縁を1対の圧電トランスを用いることで分離していたが、本第2の実施の形態では、1次側のグランドと2次側のグランドの間に高耐圧の絶縁コンデンサC30を挿入することによって分離を行っている。
次に、この回路での出力電流の流れについて説明する。
圧電トランス60によってコンデンサC31に充電された電荷は、電流Io=Il+Irとして放出される。ただし、電流Ilは負荷を流れる電流、電流Irは抵抗R53をながれる電流である。これにより、コンデンサC31に充電されていた電荷が電流Ioによって放電された分、圧電トランス60から新たに電荷を供給しなければならない。
圧電トランス60によってコンデンサC31に充電された電荷は、電流Io=Il+Irとして放出される。ただし、電流Ilは負荷を流れる電流、電流Irは抵抗R53をながれる電流である。これにより、コンデンサC31に充電されていた電荷が電流Ioによって放電された分、圧電トランス60から新たに電荷を供給しなければならない。
そこで、圧電トランス60は、出力交流電圧Vaoの最初の半波で、自身の内部容量に電流IAで充電を行う。続いて、残りの半波で圧電トランス60の内部容量からの電荷も含めて電流IBでコンデンサC31に充電を行う。電流IA及び電流IBの流れは、図8に示したとおりである。
ここで、圧電トランス60の出力が正弦波であることから、各充放電電流が同じになるので、IA=IB=Ioが成り立つ。ここで、電流IA及びIBとも、圧電トランス60の内部容量と絶縁コンデンサC30を介して流れるので、圧電トランス60の1次側と2次側、すなわち、本第2の実施形態の電源の1次側と2次側は絶縁分離される。なお、電流IlはコンデンサC31と抵抗R52などで平滑化されて直流電流として負荷Lに印加される。
ここで、圧電トランス60の出力が正弦波であることから、各充放電電流が同じになるので、IA=IB=Ioが成り立つ。ここで、電流IA及びIBとも、圧電トランス60の内部容量と絶縁コンデンサC30を介して流れるので、圧電トランス60の1次側と2次側、すなわち、本第2の実施形態の電源の1次側と2次側は絶縁分離される。なお、電流IlはコンデンサC31と抵抗R52などで平滑化されて直流電流として負荷Lに印加される。
絶縁コンデンサC30に並列に高抵抗R50を設けても良い。この場合、電源の1次側と2次側の絶縁抵抗はこの高抵抗R50の抵抗値によって決まるが、耐圧以上の瞬間的な高圧が絶縁コンデンサC30にかかって破壊されるのを防止することができる。
本発明は以上のように構成したので、交流商用電源を電源入力として、1次側と2次側とが完全に絶縁されるとともに、出力電圧や出力電力を安定に制御することが可能な小型軽量の圧電トランスを用いた電源装置を実現することができる。
本発明は以上のように構成し機能するので、空気清浄機やイオン発生器、集塵機などの高圧電源として機器に有効に用いることができ、そのような産業部門で広範囲に利用される可能性を有している。
11、51 入力整流部
12、52 発振部
13、53 駆動電圧制御部
14、54 電圧差演算部
15、55 圧電トランス駆動部
16、56 出力整流部
20、30、60 圧電トランス
C30 絶縁コンデンサ(高耐圧コンデンサ)
R50 高抵抗
12、52 発振部
13、53 駆動電圧制御部
14、54 電圧差演算部
15、55 圧電トランス駆動部
16、56 出力整流部
20、30、60 圧電トランス
C30 絶縁コンデンサ(高耐圧コンデンサ)
R50 高抵抗
Claims (5)
- 印加された駆動電圧を変圧して出力電圧として負荷へ供給する圧電トランスを用いた電源装置において、
前記圧電トランスを並列に接続され同一の駆動電圧が印加される1対の圧電トランスで構成し、
この1対の圧電トランスの内の一方の圧電トランスの出力端子を前記負荷の一端に、他方の圧電トランスの出力端子を前記負荷の他端にそれぞれ接続し、前記一方の圧電トランスの出力端子を負荷側で接地したことを特徴とする圧電トランスを用いた電源装置。 - 印加された駆動電圧を変圧して出力電圧として負荷へ供給する圧電トランスを用いた電源装置において、
前記圧電トランスの出力端子を前記負荷の一端に接続し、前記圧電トランスの接地端子を高耐圧のコンデンサを介して前記負荷の他端に接続したことを特徴とする圧電トランスを用いた電源装置。 - 前記請求項2に記載の圧電トランスを用いた電源装置において、
前記高耐圧コンデンサに並列に高抵抗を接続したことを特徴とする圧電トランスを用いた電源装置。 - 前記請求項1乃至3のいずれか1項に記載の圧電トランスを用いた電源装置において、
交流電源電圧を直流電圧に変換する整流回路と、
この整流回路の出力をスイッチングして所定の駆動電圧として前記圧電トランスに印加する圧電トランス駆動部と、
前記圧電トランスの出力に比例する静電誘導電圧を検出して、その検出値と予め設定された基準電圧値と差を求める電圧差演算部と、
この電圧差演算部で求めた電圧差がゼロになるように前記圧電トランス駆動部を介して前記駆動電圧を可変制御する駆動電圧制御部とを備えたことを特徴とする圧電トランスを用いた電源装置。 - 前記請求項4に記載の圧電トランスを用いた電源装置において、
前記駆動電圧制御部は、前記駆動電圧の可変制御を、デューティ比の制御によって行うことを特徴とする圧電トランスを用いた電源装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006248683A JP2008072827A (ja) | 2006-09-13 | 2006-09-13 | 圧電トランスを用いた電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006248683A JP2008072827A (ja) | 2006-09-13 | 2006-09-13 | 圧電トランスを用いた電源装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008072827A true JP2008072827A (ja) | 2008-03-27 |
Family
ID=39293922
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006248683A Withdrawn JP2008072827A (ja) | 2006-09-13 | 2006-09-13 | 圧電トランスを用いた電源装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008072827A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017073932A (ja) * | 2015-10-09 | 2017-04-13 | 株式会社タムラ製作所 | 高圧電源回路 |
KR20170053952A (ko) | 2015-11-09 | 2017-05-17 | 삼성전기주식회사 | 전원 공급 장치 |
JP2018033287A (ja) * | 2016-08-26 | 2018-03-01 | 株式会社タムラ製作所 | 切換型高圧電源回路 |
-
2006
- 2006-09-13 JP JP2006248683A patent/JP2008072827A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017073932A (ja) * | 2015-10-09 | 2017-04-13 | 株式会社タムラ製作所 | 高圧電源回路 |
KR20170053952A (ko) | 2015-11-09 | 2017-05-17 | 삼성전기주식회사 | 전원 공급 장치 |
US10128759B2 (en) | 2015-11-09 | 2018-11-13 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Power supplying apparatus with piezoelectric transformers |
JP2018033287A (ja) * | 2016-08-26 | 2018-03-01 | 株式会社タムラ製作所 | 切換型高圧電源回路 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7124705B2 (ja) | プラズマ発生器 | |
JP5508302B2 (ja) | 除電器 | |
EP1949407A2 (en) | Method and apparatus of providing power to ignite and sustain a plasma in a reactive gas generator | |
US9312778B2 (en) | Power supply device | |
JP2008135329A (ja) | 除電装置 | |
JP2008072827A (ja) | 圧電トランスを用いた電源装置 | |
JP2006238659A (ja) | 電源装置 | |
JP4729468B2 (ja) | 圧電トランスを用いた電源装置、電子写真用電源装置、圧電トランス用駆動電圧制御方法及びそのプログラム | |
JP5834596B2 (ja) | 高電圧インバータ装置 | |
JPH11288796A (ja) | プラズマ発生用電源装置 | |
JP4049164B2 (ja) | プラズマ発生用電源装置の製造方法 | |
JP4762759B2 (ja) | インパルス状電圧発生回路、イオン発生装置、及び電気機器 | |
KR100315741B1 (ko) | 오존발생기용 전원장치 | |
KR20010092339A (ko) | 스위칭 전원 회로 및 그 제어 방법 | |
KR20170053952A (ko) | 전원 공급 장치 | |
KR20160124601A (ko) | 공진 컨버터를 갖는 플라즈마 발생기용 전원 장치 | |
WO2010044304A1 (ja) | イオン発生器 | |
JP2014171296A (ja) | 半導体スイッチ素子の駆動装置 | |
JP2005184896A (ja) | 圧電トランスの駆動回路 | |
JP2005108446A (ja) | 進行波管用電源装置 | |
JP2009059591A (ja) | 除電装置 | |
JP6135776B2 (ja) | 高圧電源装置 | |
JP2003173857A (ja) | イオン発生装置 | |
JPH045894Y2 (ja) | ||
JP2017085793A (ja) | 電源装置およびプラズマ処理装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20091201 |