JP2020176877A - Voltage detector - Google Patents

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彰 水谷
Akira Mizutani
彰 水谷
清範 桑原
Kiyonori Kuwabara
清範 桑原
松尾 泰秀
Yasuhide Matsuo
泰秀 松尾
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Abstract

To provide a novel technique for detecting high voltages.SOLUTION: A voltage detector 100 includes: a piezoelectric transformer PZT1, of which poles are divided to a measurement target side and a detection side; an oscillator 110 for driving the detection side of the piezoelectric transformer PZT1 in a frequency region where an input impedance is inductive; and a detector 120 for outputting a detection signal according to a measurement target voltage while a measurement target voltage is being applied to the measurement target side of the piezoelectric transformer PZT1.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、例えば発電設備等で発生した高電圧の検出に適した電圧検出装置に関する。 The present invention relates to a voltage detection device suitable for detecting a high voltage generated in, for example, a power generation facility.

この種の電圧検出装置に関して従来、被検出電圧を分圧抵抗器により分圧して検出する先行技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。この先行技術は、電圧端と接地端(GND)との間に印加される被検出電圧を多数の分圧抵抗器によって分圧し、この分圧した低電圧を後段の制御回路に送出するものである。また、電圧検出装置の接地と制御回路の接地とを共通としつつも、分圧抵抗器で低下させた電圧が絶縁アンプを介して制御回路に送出されるため、コモンモードノイズが有効に抑制されるものと考えられる。 Prior art for detecting a voltage to be detected by dividing the voltage to be detected by a voltage dividing resistor is conventionally known for this type of voltage detecting device (see, for example, Patent Document 1). In this prior art, the voltage to be detected applied between the voltage end and the ground end (GND) is divided by a large number of voltage dividing resistors, and this divided low voltage is sent to the subsequent control circuit. is there. In addition, while the grounding of the voltage detection device and the grounding of the control circuit are common, the voltage reduced by the voltage dividing resistor is sent to the control circuit via the insulation amplifier, so common mode noise is effectively suppressed. It is considered to be.

特開2012−117929号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-117929

先行技術の電圧検出装置では、絶縁アンプにおいて被検出電圧の入力側と制御回路への出力側に対してそれぞれ電力の供給が必要である。このうち出力側については、制御回路の電源(Vcc)から電力供給を受けることが可能であるものの、被検出電圧の入力側には専用の電源がないため、絶縁アンプを動作させるためには、出力側から絶縁した状態で電力を供給する必要がある。このため、被検出電圧の入力側と制御回路への出力側との間で絶縁アンプの他に、絶縁型のDC−DCコンバータが必要になり、それだけ装置が大型化し、回路構成も複雑化するという問題がある。 In the voltage detection device of the prior art, it is necessary to supply electric power to the input side of the detected voltage and the output side to the control circuit in the isolated amplifier. Of these, the output side can receive power from the power supply (Vcc) of the control circuit, but since there is no dedicated power supply on the input side of the detected voltage, in order to operate the insulation amplifier, It is necessary to supply power in a state of being insulated from the output side. For this reason, an isolated DC-DC converter is required between the input side of the detected voltage and the output side to the control circuit in addition to the isolated amplifier, which increases the size of the device and complicates the circuit configuration. There is a problem.

また、先行技術の電圧検出装置では、分圧抵抗器で発生する電力損失の大きさも見逃すことができない。すなわち、分圧抵抗器による電力損失は、元々の被検出電圧が高電圧になればなるほど、電圧値の2乗で増大していく傾向にあるため、例えば数百V以上の高電圧であれば、損失による分圧抵抗器の過剰な温度上昇等もさらに問題となる。 Further, in the voltage detection device of the prior art, the magnitude of the power loss generated in the voltage dividing resistor cannot be overlooked. That is, the power loss due to the voltage dividing resistor tends to increase with the square of the voltage value as the originally detected voltage becomes higher. Therefore, for example, if the voltage is as high as several hundred V or more. Further, the excessive temperature rise of the voltage dividing resistor due to the loss becomes a problem.

そこで本発明は、高電圧検出のための新たな技術を提供するものである。 Therefore, the present invention provides a new technique for high voltage detection.

上記の課題を解決するため、本発明は以下の解決手段を採用する。なお、以下の説明における括弧書きはあくまで参考であり、本発明はこれに限定されない。 In order to solve the above problems, the present invention employs the following solutions. The parentheses in the following description are for reference only, and the present invention is not limited thereto.

本発明は、電圧検出装置を提供する。本発明の電圧検出装置は、圧電トランスを電圧検出の中心的な存在に据えて検出動作を行うものである。このために電圧検出装置は、一次側及び二次側に分極された圧電トランスを備える。圧電トランスの一次側と二次側とは、圧電体(圧電素子、圧電セラミックス)そのものによって絶縁されている。 The present invention provides a voltage detector. In the voltage detection device of the present invention, the piezoelectric transformer is placed at the center of voltage detection to perform the detection operation. For this purpose, the voltage detector includes piezoelectric transformers polarized on the primary and secondary sides. The primary side and the secondary side of the piezoelectric transformer are insulated by the piezoelectric body (piezoelectric element, piezoelectric ceramics) itself.

圧電トランスには、その一方側(例えば一次側)に入力インピーダンスが誘導性となる共振周波数の近傍領域で駆動信号を印加して共振を起こさせつつ、他方側(例えば二次側)に被測定電圧を印加する。このとき圧電トランスは、他方側に印加される被測定電圧の大きさによって一方側での共振特性(例えば共振の鋭さ)が変化することが分かっている。 A drive signal is applied to one side (for example, the primary side) of the piezoelectric transformer in the vicinity of the resonance frequency at which the input impedance is inductive to cause resonance, and the other side (for example, the secondary side) is measured. Apply voltage. At this time, it is known that the resonance characteristics (for example, the sharpness of resonance) on one side of the piezoelectric transformer change depending on the magnitude of the voltage to be measured applied to the other side.

本発明の発明者等は上記のような知見に基づき、圧電トランスの他方側に印加される被測定電圧の大きさ(電圧値)と、それによって一方側に現れる共振特性との関係を予め規定しておくことで、被検出電圧に応じた検出信号を圧電トランスの一方側において出力可能であることを見出すに至った。 Based on the above findings, the inventors of the present invention predetermine the relationship between the magnitude (voltage value) of the voltage to be measured applied to the other side of the piezoelectric transformer and the resonance characteristic that appears on one side. By doing so, it has been found that the detection signal corresponding to the detected voltage can be output on one side of the piezoelectric transformer.

したがって、圧電トランスの一方側に発振器を接続し、入力インピーダンスが誘導性となる周波数領域で駆動しながらその共振特性を観測すれば、その結果を被測定電圧の検出信号として出力することが可能となる。 Therefore, if an oscillator is connected to one side of the piezoelectric transformer and its resonance characteristics are observed while driving in the frequency domain where the input impedance is inductive, the result can be output as a detection signal of the voltage to be measured. Become.

このように本発明の電圧検出装置は、発振器及び検出器を構成する回路部分を被検出電圧から絶縁して検出することが可能である。その際、被測定電圧の入力側(圧電トランスの他方側)に対して特段の電力供給を行う必要がなく、また、分圧抵抗等も必要としないため、装置の小型化や回路構成の簡素化を図ることができる。また、被測定電圧の入力側での消費電力が極めて少なく、電力損失を最小に抑えることができる。 As described above, the voltage detection device of the present invention can detect the oscillator and the circuit portion constituting the detector in isolation from the detected voltage. At that time, there is no need to supply special power to the input side of the voltage to be measured (the other side of the piezoelectric transformer), and no voltage dividing resistor is required, so that the device can be downsized and the circuit configuration can be simplified. Can be achieved. In addition, the power consumption on the input side of the voltage to be measured is extremely small, and the power loss can be minimized.

本発明によれば、高電圧検出のための新たな技術を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a new technique for high voltage detection.

一実施形態の電圧検出装置の構成を概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the voltage detection apparatus of one Embodiment. 圧電トランスの入力インピーダンスの周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the input impedance of a piezoelectric transformer. 圧電トランスの等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of a piezoelectric transformer. 図3中の検出側電極対間から見た圧電トランスの等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the piezoelectric transformer seen from the detection side electrode pair in FIG. 圧電トランスのインピーダンスが誘導性の周波数領域で駆動した場合の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit when the impedance of a piezoelectric transformer is driven in an inductive frequency domain. 印加電圧Vinに対するQ値の変化例を示す図である。It is a figure which shows the change example of the Q value with respect to the applied voltage Vin. 図5の等価回路に現れるQの検出手法を示した回路図である。It is a circuit diagram which showed the detection method of Q appearing in the equivalent circuit of FIG. 一実施形態の電圧検出装置の具体的な回路構成例を示す図である。It is a figure which shows the specific circuit configuration example of the voltage detection apparatus of one Embodiment. 発振器OSCの出力波形と端子間電圧Vca4の電圧波形との関係を条件(イ)〜(ハ)別に示した図である。It is a figure which showed the relationship between the output waveform of an oscillator OSC and the voltage waveform of the voltage Vca4 between terminals according to conditions (a) to (c). 直流電圧Vdetと印加電圧Vinの関係を示した図である。It is a figure which showed the relationship between the DC voltage Vdet and the applied voltage Vin. 印加電圧Vinと処理後の出力信号Voutの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the applied voltage Vin and the output signal Vout after processing. 第2実施形態の電圧検出装置200の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the voltage detection apparatus 200 of 2nd Embodiment. 第2実施形態で用いる圧電トランスの各種変形例を示す図である。It is a figure which shows various modifications of the piezoelectric transformer used in 2nd Embodiment. 第3実施形態の電圧検出装置300の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the voltage detection apparatus 300 of 3rd Embodiment. 第3実施形態の具体的な回路構成例を示す図である。It is a figure which shows the specific circuit structure example of 3rd Embodiment.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、一実施形態の電圧検出装置100の構成を概略的に示すブロック図である。
電圧検出装置100は、圧電トランスPZT1を備えている。圧電トランスPZT1は、例えば一次側と二次側とに分極処理された圧電体(圧電セラミックス)であり、外面には一次側電極対(対向電極P3,P4)及び二次側電極対(対向電極P1,P2)が形成されている。
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the voltage detection device 100 of one embodiment.
The voltage detection device 100 includes a piezoelectric transformer PZT1. The piezoelectric transformer PZT1 is, for example, a piezoelectric body (piezoelectric ceramics) polarized on the primary side and the secondary side, and has a primary side electrode pair (counter electrode P3, P4) and a secondary side electrode pair (counter electrode) on the outer surface. P1 and P2) are formed.

〔圧電トランス〕
圧電トランスPZT1は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛等の圧電体を板状に成形し、分極処理して一次側と二次側とを構成したものであり、図1では長手方向の一側面視による外形を模式的に示している。圧電体の表面には、一次側電極対(対向電極P3,P4)及び二次側電極対(対向電極P1,P2)が例えば銀ペースト等で厚膜形成されている。これら対向電極P3,P4及び対向電極P1,P2はそれぞれ、圧電体の厚み方向で対をなしており、一次側電極対と二次側電極対との間には、圧電体の外面において充分な絶縁距離が確保されている。なお、圧電トランスPZT1は、複数の圧電体層を積層した積層体で構成されていてもよく、内層に電極が配置されていてもよい。
[Piezoelectric transformer]
The piezoelectric transformer PZT1 is formed by molding a piezoelectric material such as lead zirconate titanate into a plate shape and performing polarization treatment to form a primary side and a secondary side. In FIG. 1, one side view in the longitudinal direction is used. The outer shape is schematically shown. On the surface of the piezoelectric body, a thick film of primary side electrode pairs (counter electrode P3, P4) and secondary side electrode pairs (counter electrode P1, P2) is formed, for example, with silver paste or the like. The counter electrodes P3 and P4 and the counter electrodes P1 and P2 are each paired in the thickness direction of the piezoelectric body, and the space between the primary side electrode pair and the secondary side electrode pair is sufficient on the outer surface of the piezoelectric body. The insulation distance is secured. The piezoelectric transformer PZT1 may be composed of a laminated body in which a plurality of piezoelectric layers are laminated, or an electrode may be arranged in an inner layer.

また、電圧検出装置100は、発振器110及び検出器120を備える。これら発振器110及び検出器120は、例えば圧電トランスPZT1の一次側に接続されている。本実施形態では、一次側電極対(対向電極P3,P4)に発振器110が接続された回路構成となっている。 Further, the voltage detection device 100 includes an oscillator 110 and a detector 120. The oscillator 110 and the detector 120 are connected to, for example, the primary side of the piezoelectric transformer PZT1. In the present embodiment, the circuit configuration is such that the oscillator 110 is connected to the primary side electrode pair (counter electrode P3, P4).

〔発振器〕
発振器110は、圧電トランスPZT1の一次側電極対(対向電極P3,P4)間に駆動信号を印加する。このとき駆動信号は、圧電トランスPZT1の一次側電極対(対向電極P3,P4)間のインピーダンスが誘導性となる周波数領域(共振周波数の近傍)で発振する。なお、圧電トランスPZT1のインピーダンス−周波数特性については後述する。
[Oscillator]
The oscillator 110 applies a drive signal between the primary side electrode pairs (opposed electrodes P3 and P4) of the piezoelectric transformer PZT1. At this time, the drive signal oscillates in the frequency region (near the resonance frequency) in which the impedance between the primary side electrode pairs (opposed electrodes P3 and P4) of the piezoelectric transformer PZT1 is inductive. The impedance-frequency characteristics of the piezoelectric transformer PZT1 will be described later.

〔検出器〕
検出器120は、インピーダンスが誘導性となる駆動状態で、圧電トランスPZT1の内部等価回路に現れる共振特性(例えば共振の鋭さQ)を検出し、所定の出力処理を行って検出信号を出力する。検出信号は、例えば電圧検出装置100の出力端子S3,S4から出力される。
〔Detector〕
The detector 120 detects a resonance characteristic (for example, resonance sharpness Q) appearing in the internal equivalent circuit of the piezoelectric transformer PZT1 in a driving state in which the impedance is inductive, performs a predetermined output process, and outputs a detection signal. The detection signal is output from, for example, the output terminals S3 and S4 of the voltage detection device 100.

〔被測定電圧〕
圧電トランスPZT1の二次側は、電圧検出装置100内では開放されている。すなわち、二次側電極対(対向電極P1,P2)は入力端子S1,S2につながっており、電圧検出装置100に対しては、入力端子S1,S2を通じて外部の直流高圧電源Eを接続することができる。直流高圧電源Eには、各種の発電設備(例えば風力・水力・太陽エネルギ等による発電機)や電源設備(例えばEDLC)を挙げることができる。直流高圧電源Eからの被測定電圧は、抵抗R1を介して圧電トランスPZT1の二次側電極対(対向電極P1,P2)間に印加される。
[Voltage to be measured]
The secondary side of the piezoelectric transformer PZT1 is open in the voltage detection device 100. That is, the secondary side electrode pair (counter electrode P1 and P2) is connected to the input terminals S1 and S2, and the external DC high voltage power supply E is connected to the voltage detection device 100 through the input terminals S1 and S2. Can be done. Examples of the DC high-voltage power source E include various power generation facilities (for example, generators using wind power, hydraulic power, solar energy, etc.) and power supply facilities (for example, EDLC). The voltage to be measured from the DC high-voltage power supply E is applied between the secondary electrode pairs (opposed electrodes P1 and P2) of the piezoelectric transformer PZT1 via the resistor R1.

ここで、本実施形態では圧電トランスPZT1に駆動信号が印加される側を「一次側」とし、その逆側を「二次側」としているが、印加電圧が相対的に大きい側を「一次側」とし、その逆側を「二次側」として考える場合もある。この場合、被検出電圧の入力側が「一次側」であり、駆動信号の入力側が「二次側」であると言える。 Here, in the present embodiment, the side to which the drive signal is applied to the piezoelectric transformer PZT1 is referred to as the "primary side" and the opposite side is referred to as the "secondary side", but the side where the applied voltage is relatively large is the "primary side". , And the opposite side may be considered as the "secondary side". In this case, it can be said that the input side of the detected voltage is the "primary side" and the input side of the drive signal is the "secondary side".

〔呼称の統一〕
このように、圧電トランスPZT1について「一次側/二次側」と言うときは、その場の使用条件や技術上の慣習等による違いがあって、一義的でないことがある。
そこで本実施形態では、「一次側/二次側」といった呼称の相対性に鑑み、以下のように呼称を統一するものとする。
[Unification of names]
As described above, when the piezoelectric transformer PZT1 is referred to as "primary side / secondary side", it may not be unique due to differences due to the conditions of use on the spot, technical customs, and the like.
Therefore, in the present embodiment, in consideration of the relativity of the names such as "primary side / secondary side", the names are unified as follows.

〔被測定側/検出側〕
すなわち、圧電トランスPZT1に被検出電圧が印加される側を「被測定側」とし、発振器110及び検出器120が接続される側を「検出側」とする。なお、これら「被測定側/検出側」との呼称は説明の便宜のためのものであり、圧電トランスPZT1が本来の意味での「一次側/二次側」を備えたものであることは言うまでもない。
[Measured side / Detection side]
That is, the side to which the voltage to be detected is applied to the piezoelectric transformer PZT1 is referred to as the "measured side", and the side to which the oscillator 110 and the detector 120 are connected is referred to as the "detection side". It should be noted that these names of "measured side / detection side" are for convenience of explanation, and that the piezoelectric transformer PZT1 has "primary side / secondary side" in the original meaning. Needless to say.

〔圧電トランスのインピーダンス周波数特性〕
ここで図2は、圧電トランスPZT1の入力インピーダンスの周波数特性を示す図である。通常、圧電トランスPZT1の入力インピーダンスは、位相が+90度に近くなる領域(共振周波数fr〜frrの領域)で誘導性となり、それ以外では容量性となる。共振周波数fr〜frrの領域内では、インピーダンスの絶対値が周波数の増加に伴って増加する。
[Impedance frequency characteristics of piezoelectric transformer]
Here, FIG. 2 is a diagram showing the frequency characteristics of the input impedance of the piezoelectric transformer PZT1. Normally, the input impedance of the piezoelectric transformer PZT1 is inductive in a region where the phase is close to +90 degrees (region of resonance frequencies fr to frr), and is capacitive in other regions. In the region of resonance frequencies fr to frr, the absolute value of impedance increases as the frequency increases.

〔等価回路による説明〕
図3は、圧電トランスPZT1の等価回路を示す図である。
電圧検出装置100の入力端子S1,S2に直流高圧電源Eを接続すると、図3に示す等価回路において、電源電圧とほぼ同一の被測定電圧Vinが圧電トランスPZT1の被測定側電極対(対向電極P1−P2)間に現れる。その理由は、圧電トランスPZT1の対向電極P1−P2間抵抗は非常に高い値(例えば数百MΩ)を示すからである。
[Explanation by equivalent circuit]
FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of the piezoelectric transformer PZT1.
When the DC high-voltage power supply E is connected to the input terminals S1 and S2 of the voltage detection device 100, in the equivalent circuit shown in FIG. 3, the measured voltage Vin, which is almost the same as the power supply voltage, is the measured side electrode pair (opposite electrode) of the piezoelectric transformer PZT1. Appears between P1-P2). The reason is that the resistance between the counter electrodes P1-P2 of the piezoelectric transformer PZT1 shows a very high value (for example, several hundred MΩ).

図3に示す等価回路では、圧電トランスPZT1の被測定側電極対(対向電極P1−P2)間が理想トランスT1の巻線によって直流的に短絡しているように示しているが、この等価回路はあくまで、共振周波数近傍での交流信号に関するものであり、直流信号や共振周波数より十分低い周波数領域の交流信号に対しては、対向電極P1−P2間のインピーダンスは非常に高インピーダンスとなる。したがって、直流の被測定電圧Vinを印加したような状況では、等価回路において対向電極P1−P2間は開放とみなすことができる。 In the equivalent circuit shown in FIG. 3, the impedance pair of the impedance to be measured (opposite electrodes P1-P2) of the piezoelectric transformer PZT1 is shown to be short-circuited by the winding of the ideal transformer T1 in a direct current manner. Is only related to an AC signal in the vicinity of the resonance frequency, and the impedance between the counter electrodes P1 and P2 is very high for a DC signal or an AC signal in a frequency region sufficiently lower than the resonance frequency. Therefore, in a situation where a DC voltage to be measured Vin is applied, the counter electrodes P1 to P2 can be regarded as open in the equivalent circuit.

図4は、図3中の検出側電極対(対向電極P3−P4)間から見た圧電トランスPZT1の等価回路を示す図である。すなわち、先の図3に示す等価回路において、対向電極P1−P2間を開放とした場合に検出側電極対(対向電極P3−P4)から見た圧電トランスPZT1の等価回路が図4に示すものとなる。 FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of the piezoelectric transformer PZT1 as seen from between the detection side electrode pairs (opposite electrodes P3-P4) in FIG. That is, in the equivalent circuit shown in FIG. 3, the equivalent circuit of the piezoelectric transformer PZT1 seen from the detection side electrode pair (opposing electrode P3-P4) when the counter electrode P1-P2 is open is shown in FIG. It becomes.

図3の等価回路から図4の等価回路への変換は、以下の式により説明することができる。
すなわち、図4の等価回路における等価容量C1’は、図3の等価回路におけるφ×C02とC1との直列容量であり、以下の〔数1〕で表される。

Figure 2020176877
The conversion from the equivalent circuit of FIG. 3 to the equivalent circuit of FIG. 4 can be described by the following equation.
That is, the equivalent capacitance C1 in the equivalent circuit of FIG. 4 'is a series capacitance of phi 2 × C02 and C1 in the equivalent circuit of FIG. 3, represented by the following equation (1).
Figure 2020176877

図5は、圧電トランスPZT1のインピーダンスが誘導性の周波数領域で駆動した場合の等価回路を示す図である。すなわち、図4の対向電極P3−P4間のインピーダンスは、圧電トランスPZT1の共振周波数frの近傍では、図2に示すように容量性→誘導性→容量性へと変化することは既に述べた通りである。ここで、圧電トランスPZT1を誘導性領域で駆動すると仮定したとする。すなわち、発振器110から駆動信号を圧電トランスPZT1に印加するとき、その駆動周波数をインピーダンスが誘導性となる周波数領域に限定したとすると、対向電極P3−P4間は、図5に示す等価回路で表すことができる。 FIG. 5 is a diagram showing an equivalent circuit when the impedance of the piezoelectric transformer PZT1 is driven in the inductive frequency region. That is, as already described, the impedance between the counter electrodes P3-P4 in FIG. 4 changes from capacitive to inductive to capacitive in the vicinity of the resonance frequency fr of the piezoelectric transformer PZT1 as shown in FIG. Is. Here, it is assumed that the piezoelectric transformer PZT1 is driven in the inductive region. That is, when a drive signal is applied to the piezoelectric transformer PZT1 from the oscillator 110, assuming that the drive frequency is limited to the frequency region in which the impedance is inductive, the counter electrodes P3-P4 are represented by the equivalent circuit shown in FIG. be able to.

図5の等価回路は、圧電トランスの被測定側(対向電極P1−P2間)を開放とした場合の等価回路である。この等価回路の入力インピーダンスZaのQ値(=共振の鋭さ)は、開放した対向電極P1−P2間に電圧を印加することで変化することが実験的に分かっている。このことは、対向電極P1−P2間に印加する電圧が変化すると、それに応じて等価回路の入力インピーダンスZaのQ値も変化することを意味する。 The equivalent circuit of FIG. 5 is an equivalent circuit when the measurement side (between the counter electrodes P1 and P2) of the piezoelectric transformer is open. It is experimentally known that the Q value (= sharpness of resonance) of the input impedance Za of this equivalent circuit changes by applying a voltage between the open counter electrodes P1-P2. This means that when the voltage applied between the counter electrodes P1 to P2 changes, the Q value of the input impedance Za of the equivalent circuit also changes accordingly.

〔印加電圧に対するQ値の変化〕
図6は、印加電圧Vinに対するQ値の変化例を示す図である。観測に用いた試料は、例えば長さ約10mm、幅3mm、厚み1mmの4端子を有する圧電トランスである。また、線種(上から実線、破線、一点鎖線)の違いは、等価インダクタンスLaの値を異なる3通りの値(例えば2mH、1mH、0.5mH)に選定していること表す。
[Change in Q value with respect to applied voltage]
FIG. 6 is a diagram showing an example of a change in the Q value with respect to the applied voltage Vin. The sample used for the observation is, for example, a piezoelectric transformer having four terminals having a length of about 10 mm, a width of 3 mm, and a thickness of 1 mm. Further, the difference in the line type (solid line, broken line, alternate long and short dash line from the top) indicates that the value of the equivalent inductance La is selected into three different values (for example, 2 mH, 1 mH, 0.5 mH).

図6の変化例から明らかなように、印加電圧VinとQ値との間には一意な相関があり、印加電圧Vinが増加すると、比例してQの値は減少する関係にあることが実験により確認された。このような関係性は、等価インダクタンスLaの違いによっては影響されない。ただし、ここではQ=ωr×La/Raとする。左式中のωrは、圧電トランスの共振角周波数である。なお、横軸上の値Vthは、本実験に用いた圧電トランスにおいて印加電圧の増加に伴うQ値の減少傾向に変化が現れた印加電圧である。 As is clear from the change example in FIG. 6, it is experimental that there is a unique correlation between the applied voltage Vin and the Q value, and the Q value decreases proportionally as the applied voltage Vin increases. Confirmed by. Such a relationship is not affected by the difference in equivalent inductance La. However, here, Q = ωr × La / Ra. Ωr in the left equation is the resonance angular frequency of the piezoelectric transformer. The value Vth on the horizontal axis is the applied voltage at which the Q value decreases in the piezoelectric transformer used in this experiment as the applied voltage increases.

〔Qの検出手法〕
図7は、図5の等価回路に現れるQの検出手法を示した回路図である。すなわち、発振器OSCと容量Caを直列にした回路によって対向電極P3−P4間を駆動する。このとき、発振器OSCの発振周波数fは、以下の〔数2〕の式を満足するものとする。

Figure 2020176877
[Q detection method]
FIG. 7 is a circuit diagram showing a method for detecting Q appearing in the equivalent circuit of FIG. That is, the counter electrodes P3-P4 are driven by a circuit in which the oscillator OSC and the capacitance Ca are connected in series. At this time, the oscillation frequency f of the oscillator OSC satisfies the following equation [Equation 2].
Figure 2020176877

このような図7の回路における容量Caの端子間電圧の絶対値Vcaは、発振器OSCの出力電圧を1Vとすると、次式〔数3〕で表される。

Figure 2020176877
The absolute value Vca of the voltage between terminals of the capacitance Ca in the circuit of FIG. 7 is expressed by the following equation [Equation 3], where the output voltage of the oscillator OSC is 1V.
Figure 2020176877

このように、容量Caの端子間電圧Vcaを測定すれば、インピーダンスZaのQを測定することになる。 In this way, if the voltage Vca between the terminals of the capacitance Ca is measured, the Q of the impedance Za will be measured.

〔端子間電圧の測定による被測定電圧の検出〕
一方、図6で示したように、Qの値は印加電圧Vinの値に関係することから、容量Caの端子間電圧Vcaは、印加電圧Vinの値にも関係することになる。そして、これらの関係から、圧電トランスPZT1の被測定側に印加された被測定電圧の値は、図7の回路において発振器OSCと直列にした容量Caの端子間電圧Vcaを測定し、これを適当に処理することで検出可能になることが分かる。
[Detection of measured voltage by measuring voltage between terminals]
On the other hand, as shown in FIG. 6, since the value of Q is related to the value of the applied voltage Vin, the inter-terminal voltage Vca of the capacitance Ca is also related to the value of the applied voltage Vin. From these relationships, the value of the voltage to be measured applied to the measured side of the piezoelectric transformer PZT1 is the voltage Vca between terminals of the capacitance Ca in series with the oscillator OSC in the circuit of FIG. 7, which is appropriate. It can be seen that it can be detected by processing.

〔検出手法〕
被測定電圧の検出手法について、図1の回路構成を用いて説明する。
電圧検出装置100の発振器110は、圧電トランスPZT1の共振周波数近傍で、かつ、図2に示すインピーダンスの誘導性領域の発振周波数で検出器120を経由して圧電トランスPZT1を駆動する。このとき検出器120は、発振器110に対して図7に示す容量Caを直列にした回路構成を有するものとし、回路内において容量Caの端子間電圧Vcaを測定し、その測定電圧に対して加減算(Y切片)、極性及び増幅率を適正に選定して出力する。このようにして得られた出力は、被測定電圧の大きさに応じた検出信号としてそのまま利用可能となる。
[Detection method]
The method for detecting the voltage to be measured will be described with reference to the circuit configuration of FIG.
The oscillator 110 of the voltage detection device 100 drives the piezoelectric transformer PZT1 via the detector 120 in the vicinity of the resonance frequency of the piezoelectric transformer PZT1 and at the oscillation frequency in the inductive region of impedance shown in FIG. At this time, the detector 120 has a circuit configuration in which the capacitance Ca shown in FIG. 7 is connected in series with the oscillator 110, measures the inter-terminal voltage Vca of the capacitance Ca in the circuit, and adds or subtracts the measured voltage. (Y-intercept), polarity and amplification factor are properly selected and output. The output obtained in this way can be used as it is as a detection signal according to the magnitude of the voltage to be measured.

このように、本実施形態の電圧検出装置100は、被測定電圧側から流入する測定電流が極めて少なく、分圧器等を全く必要としない。また、絶縁型のDC−DCコンバータ等も使用することなく、かつ分圧器も必要としないので、被測定側の消費電力が極めて少ないという格別の優位性がある。 As described above, the voltage detection device 100 of the present embodiment does not require a voltage divider or the like at all because the measurement current flowing from the voltage to be measured side is extremely small. Further, since no isolated DC-DC converter or the like is used and no voltage divider is required, there is a special advantage that the power consumption on the measured side is extremely low.

〔回路構成例〕
図8は、一実施形態の電圧検出装置100の具体的な回路構成例を示す図である。
[Circuit configuration example]
FIG. 8 is a diagram showing a specific circuit configuration example of the voltage detection device 100 of one embodiment.

図8の回路において、差動増幅器IC1の周辺回路(抵抗R1〜R7,コンデンサC1,C2等)からトランジスタQ2,Q3の周辺回路(抵抗R8〜R14)までは、図1における発振器110を構成する。すなわち、発振器110は、差動増幅器IC1及びその周辺回路からなるマルチバイブレータと出力回路のトランジスタQ1,Q2から構成されている。 In the circuit of FIG. 8, the peripheral circuits of the differential amplifier IC1 (resistors R1 to R7, capacitors C1, C2, etc.) to the peripheral circuits of the transistors Q2 and Q3 (resistors R8 to R14) constitute the oscillator 110 in FIG. .. That is, the oscillator 110 is composed of a multivibrator including a differential amplifier IC1 and its peripheral circuits, and transistors Q1 and Q2 of an output circuit.

また、図8の回路において、コンデンサC3,C4、及び差動増幅器IC2の周辺回路(抵抗R24〜R29、ダイオードD1等)から差動増幅器IC3の周辺回路(抵抗R17〜R23,コンデンサC5)までは、図1の検出器120を構成する。ここでは図7の容量Caに相当するものとして、コンデンサC3,C4が配置されている。コンデンサC3,C4は、トランジスタQ2,Q3のコレクタが電流源として動作する場合、以下の〔数4〕に示す関係により容量Caとして作用する。

Figure 2020176877
Further, in the circuit of FIG. 8, from the peripheral circuits of the capacitors C3 and C4 and the differential amplifier IC2 (resistors R24 to R29, diode D1, etc.) to the peripheral circuits of the differential amplifier IC3 (resistors R17 to R23, capacitor C5) , The detector 120 of FIG. 1 is configured. Here, capacitors C3 and C4 are arranged as corresponding to the capacitance Ca in FIG. 7. When the collectors of the transistors Q2 and Q3 operate as a current source, the capacitors C3 and C4 act as a capacitance Ca according to the relationship shown in the following [Equation 4].
Figure 2020176877

一方、トランジスタQ2,Q3のコレクタが電圧源として動作する場合、コンデンサC4が容量Caに等しくなり、〔Ca=C4〕の関係となる。 On the other hand, when the collectors of the transistors Q2 and Q3 operate as a voltage source, the capacitor C4 becomes equal to the capacitance Ca, and the relationship is [Ca = C4].

また、圧電トランスPZT1の被測定側電極対P1−P2に接続した抵抗R15,R16は、図1の抵抗R1に対応している。これらの関係は、〔R1=R15+R16〕である。このような〔R1〕又は〔R15+R16〕で表す抵抗は、被検出電圧Vin側のインピーダンスによって圧電トランスPZT1の対向電極P1−P2間に特定のインピーダンスが接続されることを回避する目的で配置したものである。その理由としては、これまでに述べた圧電トランスPZT1の特性についての検討は、全て圧電トランスPZT1の対向電極P1−P2間を「開放」とした場合の条件で進めてきたことが挙げられる。 Further, the resistors R15 and R16 connected to the electrode pair P1-P2 on the measured side of the piezoelectric transformer PZT1 correspond to the resistors R1 in FIG. These relationships are [R1 = R15 + R16]. Such a resistor represented by [R1] or [R15 + R16] is arranged for the purpose of avoiding a specific impedance being connected between the counter electrodes P1-P2 of the piezoelectric transformer PZT1 due to the impedance on the Vin side of the detected voltage. Is. The reason for this is that all the studies on the characteristics of the piezoelectric transformer PZT1 described so far have been carried out under the condition that the counter electrodes P1 to P2 of the piezoelectric transformer PZT1 are "open".

したがって、〔R1〕又は〔R15+R16〕で表す抵抗値は、圧電トランスPZT1から見て、対向電極P1−P2間にほぼ「開放」の条件を与える程度に高抵抗値(例えば数百kΩ)であることが必要である。また、被測定電圧Vinを圧電トランスPZT1の対向電極P1−P2間にそのまま印加する必要があるので、〔R1〕又は〔R15+R16〕の値は、圧電トランスPZT1の対向電極P1−P2間インピーダンスに対して十分小さい抵抗値であることが要求される。 Therefore, the resistance value represented by [R1] or [R15 + R16] is a high resistance value (for example, several hundred kΩ) so as to give a condition of almost "opening" between the counter electrodes P1-P2 when viewed from the piezoelectric transformer PZT1. It is necessary. Further, since it is necessary to apply the voltage to be measured Vin as it is between the counter electrodes P1-P2 of the piezoelectric transformer PZT1, the value of [R1] or [R15 + R16] is the impedance between the counter electrodes P1-P2 of the piezoelectric transformer PZT1. It is required that the resistance value is sufficiently small.

〔発振器の動作〕
発振器110の動作は、マルチバイブレータの基本動作に対して充放電時定数を目的周波数に位相制御したものである。位相制御とは、マルチバイブレータの基本動作による周波数と目的周波数との誤差を位相差として検出し、その位相差を電圧変換して帰還をかける制御である。ここでの目的周波数とは、図7における共振周波数(1/2π√(La×Ca))である。
[Oscillator operation]
The operation of the oscillator 110 is phase-controlled with the charge / discharge time constant at a target frequency with respect to the basic operation of the multivibrator. The phase control is a control that detects an error between the frequency and the target frequency due to the basic operation of the multivibrator as a phase difference, converts the phase difference into a voltage, and applies feedback. The target frequency here is the resonance frequency (1 / 2π√ (La × Ca)) in FIG.

図8の回路において、差動増幅器IC1、抵抗R1〜R4、及びコンデンサC2は上記マルチバイブレータの基本回路を構成するものである。圧電トランスPZ1の対向電極P4−P3間インピーダンスと、コンデンサC3,C4、及び抵抗R7は、充放電時定数を目的周波数に位相制御するための回路である。図8の回路の場合、目的周波数はコンデンサC3,C4、及び圧電トランスPZ1の対向電極P4−P3間インピーダンスとで構成する共振回路の共振周波数になる。ただし、目的周波数は、圧電トランスPZ1の対向電極P4−P3間インピーダンスが図2に示す誘導性領域の範囲内に限定しておく必要がある。このように目的周波数の範囲を限定することで、図5に示す圧電トランスPZ1の対向電極P4−P3間の等価回路として考えることができる。 In the circuit of FIG. 8, the differential amplifier IC1, the resistors R1 to R4, and the capacitor C2 constitute the basic circuit of the multivibrator. The impedance between the counter electrodes P4-P3 of the piezoelectric transformer PZ1, the capacitors C3 and C4, and the resistor R7 are circuits for phase-controlling the charge / discharge time constant to a target frequency. In the case of the circuit of FIG. 8, the target frequency is the resonance frequency of the resonance circuit composed of the capacitors C3 and C4 and the impedance between the counter electrodes P4-P3 of the piezoelectric transformer PZ1. However, the target frequency needs to be limited to the range in which the impedance between the counter electrodes P4-P3 of the piezoelectric transformer PZ1 is in the inductive region shown in FIG. By limiting the range of the target frequency in this way, it can be considered as an equivalent circuit between the counter electrodes P4-P3 of the piezoelectric transformer PZ1 shown in FIG.

発振器110が構成するマルチバイブレータの発振周波数は、コンデンサC2の充放電時間で定まる。コンデンサC2の充放電特性は、差動増幅器IC1の出力電圧から抵抗R3を経由して入り込む電流と、コンデンサC4の端子間電圧から抵抗R7を経由して帰還入力してくる電流の合計値と、コンデンサC2に蓄積される電荷量とによって定まる。ここで、コンデンサC2に蓄積−放出される電荷量をqとし、コンデンサC2の充電時間をtc、放電時間をtdとする。このとき充放電時間tc,tdは下式で表される。
tc=q/Ic
td=q/Id
The oscillation frequency of the multivibrator configured by the oscillator 110 is determined by the charge / discharge time of the capacitor C2. The charge / discharge characteristics of the capacitor C2 are the total value of the current that enters from the output voltage of the differential amplifier IC1 via the resistor R3 and the current that is fed back from the voltage between the terminals of the capacitor C4 via the resistor R7. It is determined by the amount of charge stored in the capacitor C2. Here, let q be the amount of charge accumulated and discharged in the capacitor C2, let tc be the charge time of the capacitor C2, and let td be the discharge time. At this time, the charge / discharge times tc and td are expressed by the following equations.
tk = q / Ic
td = q / Id

上式におけるIcは、差動増幅器IC1の出力電圧から抵抗R3を経由して入り込む電流と、コンデンサC4の端子間電圧から抵抗R7を経由して入り込む電流との合計電流の充電時間内における平均値とする。 Ic in the above equation is the average value of the total current of the current that enters from the output voltage of the differential amplifier IC1 via the resistor R3 and the current that enters from the voltage between the terminals of the capacitor C4 via the resistor R7 within the charging time. And.

同様に上記におけるIdは、差動増幅器IC1の出力電圧へ抵抗R3を経由して流れ出る電流と、コンデンサC4の端子間電圧へ抵抗R7を経由して流れ出る電流との合計電流の放電時間内における平均値とする。 Similarly, Id in the above is the average of the total current of the current flowing out to the output voltage of the differential amplifier IC1 via the resistor R3 and the current flowing out to the voltage between the terminals of the capacitor C4 via the resistor R7 within the discharge time. Use as a value.

通常は、発振器110による発振波形をデューティーが1:1となる波形にして発振させるので、以下の説明においては、tc=td=taの条件が成り立つものとする。そうすると、抵抗R3を経由して入り込む電流と流れ出る電流は等しくなり、ともに電流Ir3とすることができる。また、抵抗R7を経由して入り込む電流と流れ出る電流は等しくなり、ともに電流Ir7とすることができる。このように定義すると充放電の時間taは下式となり、発振器110の発振周波数fは下式となる。
ta=q/Ic=q/(Ir3+Ir7)
f=(Ir3+Ir7)/(2q)
Normally, the oscillation waveform of the oscillator 110 is made into a waveform having a duty of 1: 1 and oscillated. Therefore, in the following description, the condition of tk = td = ta is satisfied. Then, the current entering through the resistor R3 and the current flowing out become equal, and both can be set to the current Ir3. Further, the current entering through the resistor R7 and the current flowing out become equal, and both can be the current Ir7. With this definition, the charge / discharge time ta is given by the following equation, and the oscillation frequency f of the oscillator 110 is given by the following equation.
ta = q / Ic = q / (Ir3 + Ir7)
f = (Ir3 + Ir7) / (2q)

発振器110の発振周波数fが圧電トランスPZ1の対向電極P4−P3間インピーダンスが誘導性となる範囲内であるとした場合、その動作は図7に示す等価回路で表すことができる。このとき、図7の等価回路における発振器OSCの出力は、図8の回路にあるトランジスタQ2,Q3のコレクタに相当する。また、図7の等価回路における抵抗Ra及びインダクタンスLaは、圧電トランスPZ1の対向電極P4−P3間インピーダンスを示している。そして、図7の等価回路における容量Caは、図8の回路にあるコンデンサC3とコンデンサC4の直列容量に相当する。ただし、図8の回路におけるコンデンサC4の端子間電圧は、図7の等価回路に現れる端子間電圧Vcaを実際にはコンデンサC3とコンデンサC4とにより分圧した電圧になる。したがって、図7の等価回路で発振器OSCの出力を1とすると、容量Ca及びその端子間電圧Vcaはそれぞれ下式〔数5〕で表される。なお、下式〔数5〕では、図7の等価回路に示したVcaと図8の回路におけるコンデンサC4の端子間電圧とを区別するため、図8でみたコンデンサC4の端子間電圧をVca4と記述するものとする。

Figure 2020176877
Assuming that the oscillation frequency f of the oscillator 110 is within the range in which the impedance between the counter electrodes P4-P3 of the piezoelectric transformer PZ1 is inductive, the operation can be represented by the equivalent circuit shown in FIG. At this time, the output of the oscillator OSC in the equivalent circuit of FIG. 7 corresponds to the collector of the transistors Q2 and Q3 in the circuit of FIG. Further, the resistance Ra and the inductance La in the equivalent circuit of FIG. 7 indicate the impedance between the counter electrodes P4-P3 of the piezoelectric transformer PZ1. The capacitance Ca in the equivalent circuit of FIG. 7 corresponds to the series capacitance of the capacitor C3 and the capacitor C4 in the circuit of FIG. However, the voltage between the terminals of the capacitor C4 in the circuit of FIG. 8 is actually a voltage obtained by dividing the voltage Vca between the terminals appearing in the equivalent circuit of FIG. 7 by the capacitors C3 and C4. Therefore, assuming that the output of the oscillator OSC is 1 in the equivalent circuit of FIG. 7, the capacitance Ca and the voltage Vca between the terminals are represented by the following equations [Equation 5], respectively. In the following equation [Equation 5], in order to distinguish between Vca shown in the equivalent circuit of FIG. 7 and the voltage between the terminals of the capacitor C4 in the circuit of FIG. 8, the voltage between the terminals of the capacitor C4 seen in FIG. 8 is referred to as Vca4. It shall be described.
Figure 2020176877

上式から、コンデンサC4の端子間電圧Vca4の電圧波形は、図8のトランジスタQ2,Q3のコレクタの出力電圧との位相差φが発振周波数の影響を受けることが分かる。このとき位相差φは、発振周波数fの値(下記の条件(イ)、(ロ)、(ハ))に応じて大略下式〔数6〕のように影響を受ける。ただし、発振周波数fは、圧電トランスPZ1の対向電極P4−P3間インピーダンスが誘導性となる周波数の範囲内にあるものとする。

Figure 2020176877
From the above equation, it can be seen that the phase difference φ between the terminal voltage Vca4 of the capacitor C4 and the output voltage of the collectors of the transistors Q2 and Q3 in FIG. 8 is affected by the oscillation frequency. At this time, the phase difference φ is affected by the value of the oscillation frequency f (the following conditions (a), (b), and (c)) as shown in the following equation [Equation 6]. However, it is assumed that the oscillation frequency f is within the frequency range in which the impedance between the counter electrodes P4-P3 of the piezoelectric transformer PZ1 is inductive.
Figure 2020176877

〔条件(イ)〜(ハ)別の発振周波数〕
図9は、発振器OSCの出力波形と端子間電圧Vca4の電圧波形との関係を条件(イ)〜(ハ)別に示した図である。なお、図9では端子間電圧Vca4をコンデンサC2の充電時間における電圧波形で示している。したがって、コンデンサC2の放電時間における電圧波形は図9に対して極性が反対になる。以下、条件(イ)〜(ハ)別に説明する。
[Conditions (a) to (c) Different oscillation frequencies]
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the output waveform of the oscillator OSC and the voltage waveform of the inter-terminal voltage Vca4 according to the conditions (a) to (c). In FIG. 9, the voltage between terminals Vca4 is shown as a voltage waveform during the charging time of the capacitor C2. Therefore, the polarity of the voltage waveform at the discharge time of the capacitor C2 is opposite to that of FIG. Hereinafter, the conditions (a) to (c) will be described separately.

図9の中央に示す〔条件(ロ)〕に見られるように、発振周波数fが目的周波数に一致しているときは(f=1/2π√(La×Ca))、発振器OSCの出力波形に対する端子間電圧Vca4の位相差φが−90°であり、充電時間の中間点で端子間電圧Vca4が0Vとなる。この場合、端子間電圧Vca4の電圧波形の充電時間内における平均値は0であり、図8の回路において抵抗R7を経由して帰還される充電電流Ir7も0Aとなる。したがって、図8のマルチバイブレータを構成する回路の発振周波数fは、純粋に抵抗R3経由の電流Ir3によるコンデンサC2の充放電時間で定まる周波数となり、誤差がないとしたときの目的周波数で発振を継続する。 As seen in [Condition (b)] shown in the center of FIG. 9, when the oscillation frequency f matches the target frequency (f = 1 / 2π√ (La × Ca)), the output waveform of the oscillator OSC The phase difference φ of the inter-terminal voltage Vca4 with respect to the above is −90 °, and the inter-terminal voltage Vca4 becomes 0V at the midpoint of the charging time. In this case, the average value of the voltage waveform of the terminal voltage Vca4 within the charging time is 0, and the charging current Ir7 fed back via the resistor R7 in the circuit of FIG. 8 is also 0A. Therefore, the oscillation frequency f of the circuit constituting the multivibrator of FIG. 8 is a frequency determined purely by the charge / discharge time of the capacitor C2 by the current Ir3 via the resistor R3, and the oscillation is continued at the target frequency when there is no error. To do.

次に、図9の左側に示す〔条件(イ)〕に見られるように、発振周波数fが目的周波数より低周波(f<1/2π√(La×Ca))の場合、発振器OSCの出力波形に対する端子間電圧Vca4の位相差φが−90°より大きいが0°より小さくなる。この場合、Vca4の電圧波形の充電時間内における平均値はプラスとなるので、図8の回路で抵抗R7を経由して帰還する電流Ir7もプラスになり、この帰還電流Ir7がコンデンサC2を充電する方向に働く。これは、抵抗R3経由の電流Ir3に加えて電流Ir7がコンデンサC2を充電し、その充電時間を短縮することを意味する。したがって、この場合の発振周波数は、抵抗R3とコンデンサC2だけで定まる周波数より高周波側に制御されることになる。その結果、低周波であった発振周波数fが目的周波数(1/2π√(La×Ca))に近づくことになる。 Next, as seen in [Condition (a)] shown on the left side of FIG. 9, when the oscillation frequency f is lower than the target frequency (f <1 / 2π√ (La × Ca)), the output of the oscillator OSC The phase difference φ of the terminal voltage Vca4 with respect to the waveform is larger than −90 ° but smaller than 0 °. In this case, since the average value of the voltage waveform of Vca4 within the charging time is positive, the current Ir7 that feeds back via the resistor R7 in the circuit of FIG. 8 is also positive, and this feedback current Ir7 charges the capacitor C2. Work in the direction. This means that the current Ir7 in addition to the current Ir3 via the resistor R3 charges the capacitor C2, shortening the charging time. Therefore, the oscillation frequency in this case is controlled to a higher frequency side than the frequency determined only by the resistor R3 and the capacitor C2. As a result, the oscillation frequency f, which was a low frequency, approaches the target frequency (1 / 2π√ (La × Ca)).

一方、図9の右側に示す〔条件(ハ)〕に示す場合は以下となる。この場合、発振周波数fが目的周波数より高周波(1/2π√(La×Ca)<f)であり、発振器OSCの出力波形に対する端子間電圧Vca4の位相差φが−90°より小さい。この場合、Vca4の電圧波形の充電時間内における平均値はマイナスとなるので、図8の回路で抵抗R7を経由して帰還する電流Ir7もマイナスになり、この帰還電流Ir7がコンデンサC2の電荷を放電する極性に働くため、電流Ir3によるコンデンサC2の充電時間を延長する作用を生じる。したがって、この場合の発振周波数は、抵抗R3とコンデンサC2だけで定まる周波数より低周波側に制御されることになる。その結果、高周波であった発振周波数fがやはり目的周波数(1/2π√(La×Ca))に近づくことになる。 On the other hand, in the case shown in [Condition (c)] shown on the right side of FIG. 9, it is as follows. In this case, the oscillation frequency f is higher than the target frequency (1 / 2π√ (La × Ca) <f), and the phase difference φ of the terminal voltage Vca4 with respect to the output waveform of the oscillator OSC is smaller than −90 °. In this case, since the average value of the voltage waveform of Vca4 within the charging time is negative, the current Ir7 that feeds back via the resistor R7 in the circuit of FIG. 8 also becomes negative, and this feedback current Ir7 charges the capacitor C2. Since it acts on the polarity of discharging, it has the effect of extending the charging time of the capacitor C2 by the current Ir3. Therefore, the oscillation frequency in this case is controlled to be lower than the frequency determined only by the resistor R3 and the capacitor C2. As a result, the oscillation frequency f, which was a high frequency, also approaches the target frequency (1 / 2π√ (La × Ca)).

このように、発振器110は、目的周波数(圧電トランスPZT1とコンデンサC3,C4で構成する容量との共振周波数)との誤差を位相差として検出し、その位相差を電圧に変換して正味の充放電電流を増減し、発振周波数fを目的周波数近傍に制御することができる。 In this way, the oscillator 110 detects the error between the target frequency (resonance frequency between the piezoelectric transformer PZT1 and the capacitance composed of the capacitors C3 and C4) as the phase difference, and converts the phase difference into a voltage for net charging. The discharge current can be increased or decreased to control the oscillation frequency f near the target frequency.

〔検出器の動作〕
図8の電圧検出装置100において、電源端子S5−S3(GND)間に一定の電圧Vccが印加されると、発振器110の出力回路であるトランジスタQ2,Q3のコレクタから一定の電圧(又は電流)を有する交流波形が出力される。上述した発振器110の動作から、交流波形の周波数は圧電トランスPZT1の共振周波数近傍で、かつ圧電トランスPZT1の対向電極P1−P2間のインピーダンスが誘導性となる周波数となる。
[Detector operation]
In the voltage detection device 100 of FIG. 8, when a constant voltage Vcc is applied between the power supply terminals S5-S3 (GND), a constant voltage (or current) is generated from the collectors of the transistors Q2 and Q3, which are the output circuits of the oscillator 110. An AC waveform with is output. From the operation of the oscillator 110 described above, the frequency of the AC waveform is in the vicinity of the resonance frequency of the piezoelectric transformer PZT1 and the impedance between the counter electrodes P1-P2 of the piezoelectric transformer PZT1 is inductive.

このとき、コンデンサC4の端子間電圧Vcaは、被測定電圧Vinと図6に示す関係にあることから、端子間電圧Vcaを測定すれば、被測定電圧Vinを測定したことと同じになる。ただし、端子間電圧Vcaそのものは、被測定電圧Vinと単純な比例関係ではないため、本実施形態では以下のような処理を適切に行って検出信号としている。 At this time, since the inter-terminal voltage Vca of the capacitor C4 has a relationship with the measured voltage Vin as shown in FIG. 6, measuring the inter-terminal voltage Vca is the same as measuring the measured voltage Vin. However, since the voltage between terminals Vca itself is not in a simple proportional relationship with the voltage to be measured Vin, in the present embodiment, the following processing is appropriately performed to obtain a detection signal.

すなわち、発振器110の動作を調整し、端子間電圧Vcaの出力波形をVcc/2を中心とした正弦波となる条件を設定する。このような条件下において、差動増幅器IC2及びその周辺回路は、出力波形〔Vcc/2−Vca〕を増幅率Aic2で増幅し、ダイオードD1及びコンデンサC5で整流することにより、端子間電圧Vcaの交流成分を直流電圧Vdetに変換する。 That is, the operation of the oscillator 110 is adjusted, and a condition is set in which the output waveform of the inter-terminal voltage Vca becomes a sine wave centered on Vcc / 2. Under such conditions, the differential amplifier IC2 and its peripheral circuits amplify the output waveform [Vcc / 2-Vca] with an amplification factor Aic2 and rectify it with a diode D1 and a capacitor C5 to obtain an inter-terminal voltage Vca. The AC component is converted to a DC voltage Vdet.

〔各値設定例〕
ここで仮に、圧電トランスPZT1の等価インダクタンスLaが所定値(例えば1mH)となるコンデンサC3,C4を選定したとする。この場合、印加電圧Vinに対するQ値の変化は図6の破線に示す関係となり、印加電圧Vinが0VのときのQ≒q0(例えば8.5)、印加電圧Vinが所定値Vth(例えば800V)のときのQ≒qth(例えば6.5)となる。
[Example of setting each value]
Here, it is assumed that the capacitors C3 and C4 having the equivalent inductance La of the piezoelectric transformer PZT1 having a predetermined value (for example, 1 mH) are selected. In this case, the change in the Q value with respect to the applied voltage Vin has the relationship shown by the broken line in FIG. 6, Q≈q0 (for example, 8.5) when the applied voltage Vin is 0V, and the applied voltage Vin is the predetermined value Vth (for example, 800V). When Q≈qth (for example, 6.5).

〔一次出力〕
図10は、差動増幅器IC2から出力される直流電圧Vdetと印加電圧Vinの関係を示した図である。
例えば、差動増幅器IC2の増幅率Aic2を調整し、〔Vin=0V〕の条件では〔Vdet=VH(例として3.00V)〕が出力される設定にしたとすると、〔Vin=Vth(例えば800V)〕の条件では〔Vdet=3.0×(6.5/8.5)=VL(例えば2.29V)〕となる。
印加電圧Vinと図10の関係にある直流電圧Vdetを処理し、最終的に印加電圧Vinに比例した出力信号とする。
[Primary output]
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the DC voltage Vdet output from the differential amplifier IC2 and the applied voltage Vin.
For example, if the amplification factor Aic2 of the differential amplifier IC2 is adjusted and [Vdet = VH (for example, 3.00V)] is set to be output under the condition of [Vin = 0V], [Vin = Vth (for example, 3.00V)] is set. Under the condition of [800V)], [Vdet = 3.0 × (6.5 / 8.5) = VL (for example, 2.29V)].
The DC voltage Vdet, which has a relationship with the applied voltage Vin in FIG. 10, is processed, and finally an output signal proportional to the applied voltage Vin is obtained.

〔処理後出力〕
図11は、印加電圧Vinと処理後の出力信号Voutの関係を示す図である。
検出器120において、差動増幅器IC3及びその周辺回路により、差動増幅器IC3の出力電圧Voutは以下の式で表される値となる。
Vout=(Vref−Vdet)×Aic3
[Output after processing]
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the applied voltage Vin and the output signal Vout after processing.
In the detector 120, the output voltage Vout of the differential amplifier IC3 becomes a value represented by the following equation due to the differential amplifier IC3 and its peripheral circuits.
Vout = (Vref-Vdet) x Aic3

ここで、図10中のY切片にVrefの値をとり、Vref=VH(例では3.0)、Aic3=4.225として選定すると、出力電圧Voutは以下の式で表されることになる。
Vout=(VH−Vdet)×4.225
Here, if the value of Vref is taken in the Y-intercept in FIG. 10 and selected as Vref = VH (3.0 in the example) and Aic3 = 4.225, the output voltage Vout will be expressed by the following equation. ..
Vout = (VH-Vdet) x 4.225

〔Vin=0V時〕
すると、Vin=0VのときVdet=VH(例では3V)であるので、上式からVout=0となる。
[At Vin = 0V]
Then, when Vin = 0V, Vdet = VH (3V in the example), so Vout = 0 from the above equation.

〔Vin=Vth(V)時〕
また、Vin=Vth(例では800V)のときVdet=VL(例では2.29V)であるので、上式からVout=3.0Vとなる。
[At Vin = Vth (V)]
Further, when Vin = Vth (800V in the example), Vdet = VL (2.29V in the example), so Vout = 3.0V from the above equation.

このようにして、検出器120による処理後の出力電圧Voutを出力端子S3−S4間から取り出すことで、出力電圧Voutが被測定電圧Vinの値に応じた検出信号となり、電圧検出装置100としての機能を実現することができる。 In this way, by taking out the output voltage Vout processed by the detector 120 from between the output terminals S3-S4, the output voltage Vout becomes a detection signal corresponding to the value of the voltage to be measured Vin, and the voltage detection device 100 serves as a detection signal. The function can be realized.

〔その他の実施形態〕
図12は、第2実施形態の電圧検出装置200の構成を示すブロック図である。第2実施形態の電圧検出装置200は、3端子の圧電トランスPZT1を用いている点が先の実施形態のものと異なっている。
[Other Embodiments]
FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the voltage detection device 200 of the second embodiment. The voltage detection device 200 of the second embodiment is different from that of the previous embodiment in that a 3-terminal piezoelectric transformer PZT1 is used.

すなわち、圧電トランスPZT1には検出側に対向電極P4,P3が形成されているが、被測定側には単電極P1が形成されている。この場合、圧電トランスPZT1の検出側対向電極P3を被測定側に接続する必要があるため、被測定側/検出側が絶縁されない。ただし、先の実施形態と同様の発振器110及び検出器120を用いることで、被測定電圧Vinの値に応じた検出信号Voutを出力することができる。 That is, the piezoelectric transformer PZT1 has counter electrodes P4 and P3 formed on the detection side, but a single electrode P1 is formed on the measurement side. In this case, since it is necessary to connect the detection side counter electrode P3 of the piezoelectric transformer PZT1 to the measurement side, the measurement side / detection side is not insulated. However, by using the same oscillator 110 and detector 120 as in the previous embodiment, it is possible to output the detection signal Vout according to the value of the voltage to be measured Vin.

図13は、第2実施形態で用いる圧電トランスPZT1の各種変形例を示す図である。変形例の圧電トランスPZT1は、被測定側に対向電極P1,P2が形成された4端子構造であり、図13中(A)は、その一方の対向電極P1を入力端子S1に接続した例である。また、図13中(B)は他方の対向電極P2を入力端子S1に接続した例であり、図13中(C)は両方の対向電極P1,P2を入力端子S1に接続した例である。なお、検出側対向電極P3を被測定側に接続する点は図12と同様である。このような各種変形例においても、第2実施形態と同様に被測定電圧Vinの値に応じた検出信号Voutを出力することができる。 FIG. 13 is a diagram showing various modifications of the piezoelectric transformer PZT1 used in the second embodiment. The piezoelectric transformer PZT1 of the modified example has a four-terminal structure in which counter electrodes P1 and P2 are formed on the side to be measured, and FIG. 13 (A) shows an example in which one of the counter electrodes P1 is connected to the input terminal S1. is there. Further, FIG. 13B is an example in which the other counter electrode P2 is connected to the input terminal S1, and FIG. 13C is an example in which both counter electrodes P1 and P2 are connected to the input terminal S1. The point at which the detection side counter electrode P3 is connected to the measurement side is the same as in FIG. Also in such various modifications, the detection signal Vout corresponding to the value of the voltage to be measured Vin can be output as in the second embodiment.

〔補正機能〕
図14は、第3実施形態の電圧検出装置300の構成を示すブロック図である。また図15は、第3実施形態の具体的な回路構成例を示す図である。第3実施形態の電圧検出装置300は、第1の圧電トランスPZT1及び第2の圧電トランスPZT2を用いている点が最初の実施形態のものと異なっている。
[Correction function]
FIG. 14 is a block diagram showing the configuration of the voltage detection device 300 of the third embodiment. Further, FIG. 15 is a diagram showing a specific circuit configuration example of the third embodiment. The voltage detection device 300 of the third embodiment is different from that of the first embodiment in that the first piezoelectric transformer PZT1 and the second piezoelectric transformer PZT2 are used.

一般的に圧電トランスは、その材料特性によっては、外的な要因として周囲温度の変化によりそのインピーダンスのQが影響を受ける場合がある。このような場合、第3実施形態の構成で対応することが可能である。 Generally, depending on the material properties of a piezoelectric transformer, the Q of its impedance may be affected by a change in ambient temperature as an external factor. In such a case, the configuration of the third embodiment can be used.

先ず、使用する圧電トランスPZT1,PZT2は、ペア特性の個体である。つまり、これら圧電トランスPZT1,PZT2は、同一の圧電材料で製造したものである。 First, the piezoelectric transformers PZT1 and PZT2 used are individuals having pair characteristics. That is, these piezoelectric transformers PZT1 and PZT2 are manufactured of the same piezoelectric material.

第1の圧電トランスPZT1には、被測定電圧を印加する。一方、第2の圧電トランスPZT2には0Vを印加するものとする(電圧印加なし)。このとき抵抗R1は、被測定電圧源(図1の直流高圧電源E)のインピーダンスが圧電トランスPZT1の特性に影響を与えない状態にするための高抵抗である。また、抵抗R2は圧電トランスPZT2に0Vを印加するための高抵抗である。 A voltage to be measured is applied to the first piezoelectric transformer PZT1. On the other hand, it is assumed that 0 V is applied to the second piezoelectric transformer PZT2 (no voltage is applied). At this time, the resistor R1 is a high resistance for ensuring that the impedance of the voltage source to be measured (DC high-voltage power supply E in FIG. 1) does not affect the characteristics of the piezoelectric transformer PZT1. Further, the resistor R2 is a high resistance for applying 0V to the piezoelectric transformer PZT2.

発振器110は、基本的に最初の実施形態で挙げたものと同じ構成であり、圧電トランスPZT1及び圧電トランスPZT2をその共振周波数の近傍かつ、図2に示すインピーダンスが誘導性となる領域の周波数で駆動する。なお、発振器110による駆動信号の発振周波数は、2つの圧電トランスPZT1,PZT2ともに同一の周波数で印加するか、又は個別に設定した周波数で印加することができる。 The oscillator 110 has basically the same configuration as that described in the first embodiment, and the piezoelectric transformer PZT1 and the piezoelectric transformer PZT2 are placed in the vicinity of their resonance frequencies and at frequencies in the region where the impedance shown in FIG. 2 is inductive. Drive. The oscillation frequency of the drive signal by the oscillator 110 can be applied at the same frequency for both the two piezoelectric transformers PZT1 and PZT2, or can be applied at individually set frequencies.

検出器320は、圧電トランスPZT1,PZT2の各対向電極P3−P4間のインピーダンスを監視し、そのQ値を電圧変換する。このときの動作メカニズムは、図8に示す回路と同様である。 The detector 320 monitors the impedance between the counter electrodes P3-P4 of the piezoelectric transformers PZT1 and PZT2, and converts the Q value into a voltage. The operation mechanism at this time is the same as the circuit shown in FIG.

ここで、図14における圧電トランスPZT1について対向電極P3−P4間のQ値を電圧変換した値をVdetとする。Vdetは、図14におけるVinに対応するQ値を電圧変換したものである。同様に、圧電トランスPZT2について対向電極P3−P4間のQ値を電圧変換した値をVrefとする。Vrefは、図14におけるVin=0Vに対応するQ値を電圧変換したものである。 Here, the value obtained by voltage-converting the Q value between the counter electrodes P3-P4 for the piezoelectric transformer PZT1 in FIG. 14 is defined as Vdet. Vdet is a voltage-converted Q value corresponding to Vin in FIG. Similarly, for the piezoelectric transformer PZT2, the value obtained by voltage-converting the Q value between the counter electrodes P3-P4 is defined as Vref. Vref is a voltage-converted Q value corresponding to Vin = 0V in FIG.

第3実施形態では、検出器320に独自構成を備えるものとする。すなわち、2つの直流電圧VdetとVrefの差電圧を検出する差動増幅器を備えることとする。
このような差動増幅器は、例えば図14におけるIC3及びその周辺抵抗R21,R22,R17,R19で構成することができる。この差動増幅器の出力(IC3の端子1出力)は、被測定電圧がVinである場合と0Vである場合の差を表している。したがって、差動増幅器の出力は、結果的に被検出電圧の値に応じた電圧となり、そのまま電圧検出器300の検出信号Voutとなる。検出信号Voutは、以下の式で表される。
Vout=(Vdet−vdet)×Adef
ここで、Adefは差動増幅器の増幅率である。
In the third embodiment, the detector 320 is provided with a unique configuration. That is, a differential amplifier for detecting the difference voltage between the two DC voltages Vdet and Vref is provided.
Such a differential amplifier can be composed of, for example, the IC3 shown in FIG. 14 and its peripheral resistors R21, R22, R17, and R19. The output of this differential amplifier (terminal 1 output of IC3) represents the difference between the case where the voltage to be measured is Vin and the case where the voltage to be measured is 0V. Therefore, the output of the differential amplifier eventually becomes a voltage corresponding to the value of the voltage to be detected, and becomes the detection signal Vout of the voltage detector 300 as it is. The detection signal Vout is represented by the following equation.
Vout = (Vdet-vdet) x Adef
Here, Adef is the amplification factor of the differential amplifier.

圧電トランスPZT1,PZT2の駆動に関して上記の条件を適用すると、圧電トランスPZT2の対向電極P1−P2間は常に0Vであるから、被測定電圧Vinに関係なく、圧電トランスPZT2について、Vref=VH(例として3.0V)となる。 When the above conditions are applied to drive the piezoelectric transformers PZT1 and PZT2, the voltage between the counter electrodes P1 to P2 of the piezoelectric transformer PZT2 is always 0V. Therefore, regardless of the voltage to be measured Vin, Vref = VH (eg) for the piezoelectric transformer PZT2. 3.0V).

一方、圧電トランスPZT1のVdetは、Vin=0VのときVdet=VH(例では3V)であり、Vin=Vth(例として800V)のときVdet=VL(例として2.29V)となる。 On the other hand, the Vdet of the piezoelectric transformer PZT1 is Vdet = VH (for example, 3V) when Vin = 0V, and Vdet = VL (for example, 2.29V) when Vin = Vth (for example, 800V).

したがって、増幅率Adef=4.225とすると、実際の被測定電圧Vin=0Vのとき、Vout=0V、Vin=Vth(例では800V)のときVout=3.0Vとなる。すなわち、これは図11と同一の特性を実現していることが分かる。 Therefore, assuming that the amplification factor is Adef = 4.225, when the actual voltage to be measured is Vin = 0V, Vout = 0V, and when Vin = Vth (800V in the example), Vout = 3.0V. That is, it can be seen that this realizes the same characteristics as in FIG.

〔補正原理〕
さらに、周囲温度の影響等で圧電トランスPZT1,PZT2の共振特性(Q値)が変化した場合は以下の補正機能が作用する。
すなわち、圧電トランスPZT1,PZT2は同一材料により成型されている。このため、周囲温度による影響でそれぞれのVdet(PZT1),Vref(PZT2)が温度変動を生じた場合であっても、各値の変化は温度変化に対して同じ方向となる。したがって、温度の影響による変動分を検出器320の回路内部で補償し、検出信号に与える温度変動の幅を低減することが可能となる。
[Correction principle]
Further, when the resonance characteristics (Q value) of the piezoelectric transformers PZT1 and PZT2 change due to the influence of the ambient temperature or the like, the following correction function operates.
That is, the piezoelectric transformers PZT1 and PZT2 are molded from the same material. Therefore, even if the temperature of each Vdet (PZT1) and Vref (PZT2) fluctuates due to the influence of the ambient temperature, the change of each value is in the same direction with respect to the temperature change. Therefore, it is possible to compensate for the fluctuation due to the influence of temperature inside the circuit of the detector 320 and reduce the width of the temperature fluctuation given to the detection signal.

以上の実施形態によれば、以下のような利点が得られる。
(1)全ての実施形態の電圧検出装置100,200,300は、分圧抵抗器による分圧を必要とせず、簡素な回路構成で被測定電圧(いわゆる500V以上の高電圧)の検出を可能とする。また、被測定側での電力損失をほとんど生じない点でも有利である。
(2)全ての実施形態の電圧検出装置100,200,300は、被測定側に対する電源供給を必要としないため、わざわざDC−DCコンバータを設ける必要がない。
(3)電圧検出装置100,300については、被測定側と検出側とを圧電トランスによって絶縁しているため、検出器120でのノイズの影響を対策する必要がない。
(4)全ての実施形態の電圧検出装置100,200,300は、「電圧の検出」に対して「圧電トランス」という素材を適用したことで、全体として斬新な回路構成を実現する。その上で、「圧電トランス」そのものに対する信頼性は既に確立されていることから、電圧検出装置の実用化に際して安全性や信頼性を考慮する必要がなく、産業上の利用性が高い。
According to the above embodiment, the following advantages can be obtained.
(1) The voltage detection devices 100, 200, and 300 of all the embodiments do not require voltage division by a voltage dividing resistor, and can detect the voltage to be measured (so-called high voltage of 500 V or more) with a simple circuit configuration. And. It is also advantageous in that almost no power loss occurs on the measured side.
(2) Since the voltage detection devices 100, 200, and 300 of all the embodiments do not require power supply to the measured side, it is not necessary to bother to provide a DC-DC converter.
(3) As for the voltage detection devices 100 and 300, since the measurement side and the detection side are insulated by a piezoelectric transformer, it is not necessary to take measures against the influence of noise in the detector 120.
(4) The voltage detection devices 100, 200, and 300 of all the embodiments realize a novel circuit configuration as a whole by applying a material called "piezoelectric transformer" to "voltage detection". On top of that, since the reliability of the "piezoelectric transformer" itself has already been established, it is not necessary to consider safety and reliability when putting the voltage detection device into practical use, and it is highly industrially applicable.

本発明は、上述した実施形態に制約されることなく、種種に変形して実施可能である。
電圧検出装置100,200,300は、各図に示す構成だけでなく、同様の機能を発揮できる構成に変形して実施することができる。
The present invention can be implemented by transforming it into a species without being restricted by the above-described embodiment.
The voltage detection devices 100, 200, and 300 can be implemented by being modified into a configuration capable of exhibiting the same function as well as the configuration shown in each figure.

また、実施形態において圧電トランスPZT1,PZT2の形状や大きさ、インピーダンス周波数特性、共振特性は一例として挙げたものであり、異なる形状や大きさ、特性のものを採用してもよい。 Further, in the embodiment, the shapes and sizes of the piezoelectric transformers PZT1 and PZT2, the impedance frequency characteristics, and the resonance characteristics are given as examples, and different shapes, sizes, and characteristics may be adopted.

発振器や検出器の動作において示した各種の値も例に過ぎず、実施に際して様々に異なる条件に応じた回路素子等の選定、調製等が行われることは当然である。 The various values shown in the operation of the oscillator and detector are merely examples, and it is natural that circuit elements and the like are selected and prepared according to various different conditions at the time of implementation.

各実施形態において図示とともに挙げた構造はあくまで好ましい一例であり、基本的な構造に各種の要素を付加し、あるいは一部を置換しても本発明を好適に実施可能であることはいうまでもない。 It goes without saying that the structures shown in the drawings in each embodiment are merely preferable examples, and the present invention can be preferably carried out even if various elements are added to the basic structure or a part thereof is replaced. Absent.

100,200,300 電圧検出装置
110 発振器
120 検出器
PZT1,PZT2 圧電トランス
100,200,300 Voltage detector 110 Oscillator 120 Detector PZT1, PZT2 Piezoelectric transformer

Claims (7)

一次側及び二次側に分極された圧電トランスと、
前記圧電トランスの一方側を入力インピーダンスが誘導性となる共振周波数の近傍領域で駆動する発振器と、
前記圧電トランスの他方側に被測定電圧が印加された状態で、被測定電圧に応じた検出信号を前記圧電トランスの一方側で出力する検出器と
を備えた電圧検出装置。
Piezoelectric transformers polarized to the primary and secondary sides,
An oscillator that drives one side of the piezoelectric transformer in a region near the resonance frequency at which the input impedance is inductive,
A voltage detection device including a detector that outputs a detection signal corresponding to the voltage to be measured on one side of the piezoelectric transformer in a state where a voltage to be measured is applied to the other side of the piezoelectric transformer.
請求項1に記載の電圧検出装置において、
前記検出器は、
他方側に印加される被測定電圧の変化に応じて前記圧電トランスの一方側に現れる共振の鋭さQが変化することに基づいて、前記検出信号を出力することを特徴とする電圧検出装置。
In the voltage detection device according to claim 1,
The detector
A voltage detection device characterized in that the detection signal is output based on a change in the sharpness Q of resonance appearing on one side of the piezoelectric transformer according to a change in the voltage to be measured applied to the other side.
請求項1又は2に記載の電圧検出装置において、
前記圧電トランスは、
一次側及び二次側にそれぞれ電極対を有しており、一方側の電極対を通じて前記発振器により駆動され、他方側の電極対を通じて被測定電圧が印加されることにより、前記発振器及び前記検出器を被測定電圧から絶縁していることを特徴とする電圧検出装置。
In the voltage detection device according to claim 1 or 2.
The piezoelectric transformer is
The oscillator and the detector are provided with electrode pairs on the primary side and the secondary side, respectively, driven by the oscillator through the electrode pair on one side, and a voltage to be measured is applied through the electrode pair on the other side. A voltage detector characterized by being insulated from the voltage to be measured.
請求項1又は2に記載の電圧検出装置において、
前記圧電トランスは、
一次側及び二次側の一方側に電極対を有し、且つ、他方側に単電極を有するものであり、一方側の電極対を通じて前記発振器により駆動されつつ、他方側の単電極と一方側の電極対の1つを通じて被測定電圧が印加されることを特徴とする電圧検出装置。
In the voltage detection device according to claim 1 or 2.
The piezoelectric transformer is
It has an electrode pair on one side of the primary side and the secondary side and a single electrode on the other side, and is driven by the oscillator through the electrode pair on one side while being driven by the single electrode on the other side and one side. A voltage detection device characterized in that a voltage to be measured is applied through one of a pair of electrodes.
請求項1又は2に記載の電圧検出装置において、
前記圧電トランスは、
一次側及び二次側にそれぞれ電極対を有し、且つ、一方側の電極対を通じて前記発振器により駆動されつつ、他方側の電極対のうち少なくとも1つと一方側の電極対の1つを通じて被測定電圧が印加されることを特徴とする電圧検出装置。
In the voltage detection device according to claim 1 or 2.
The piezoelectric transformer is
It has electrode pairs on the primary side and the secondary side, respectively, and is driven by the oscillator through the electrode pair on one side, and is measured through at least one of the electrode pairs on the other side and one of the electrode pairs on the one side. A voltage detection device characterized in that a voltage is applied.
請求項1から3の何れかに記載の電圧検出装置において、
外的要因による前記圧電トランスの共振特性の変動を補正して前記検出器に検出信号を出力させる補正手段をさらに備えたことを特徴とする電圧検出装置。
In the voltage detection device according to any one of claims 1 to 3.
A voltage detection device further provided with a correction means for correcting fluctuations in the resonance characteristics of the piezoelectric transformer due to external factors and causing the detector to output a detection signal.
一次側及び二次側に分極された第1の圧電トランスと、
一次側及び二次側に分極され、前記第1の圧電トランスと同じ特性を有した第2の圧電トランスと、
前記第1及び第2の圧電トランスそれぞれの一方側を入力インピーダンスが誘導性となる共振周波数の近傍領域で駆動する発振器と、
前記第2の圧電トランスの他方側に対する印加電圧を0にする抵抗器と、
前記第1の圧電トランスの他方側に被測定電圧が印加された状態で、前記第1及び第2の圧電トランスの一方側にそれぞれ現れる共振特性の差を被測定電圧に応じた検出信号として出力する検出器と
を備えた電圧検出装置。
A first piezoelectric transformer polarized to the primary and secondary sides,
A second piezoelectric transformer that is polarized to the primary and secondary sides and has the same characteristics as the first piezoelectric transformer.
An oscillator that drives one side of each of the first and second piezoelectric transformers in a region near the resonance frequency at which the input impedance is inductive.
A resistor that sets the voltage applied to the other side of the second piezoelectric transformer to 0, and
With the voltage to be measured applied to the other side of the first piezoelectric transformer, the difference in resonance characteristics that appears on one side of the first and second piezoelectric transformers is output as a detection signal according to the voltage to be measured. A voltage detector equipped with a detector.
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