JP3354059B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、複写機、パーソナ
ルコンピュータ等のＯＡ機器に用いられる電力変換装置
に関し、より詳細には圧電トランスを使用した電力変換
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、複写機等の小形化の要請に伴い、
高電圧発生用の電力変換装置に巻線トランスに代えて圧
電トランスが用いられつつある。

【０００３】圧電トランスは、チタン酸バリウムやチタ
ン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体の厚み方向及
び長さ方向に分極処理が施され、誘電体の長さ方向の一
方の側に形成された駆動部に交番電圧を与えると、電歪
効果及び圧電効果により、誘電体の長さ方向の他方の側
に形成された発電部から高電圧が出力される圧電トラン
スとして知られている（例えば、特開昭６１−５４６８
６号公報参照）。この圧電トランスを駆動するために
は、駆動部の厚み方向（又は、分極方向）を挟むように
設けられた一対の入力電極を介して、駆動部に交番電圧
（又は交流電圧）を印加する駆動回路が必要である。

【０００４】図８に、従来の圧電トランスの駆動回路例
を示す。図８において、圧電トランス１は図示する記号
＋、−の方向に分極されているものとし、分極方向正側
（＋）の入力電極１１１と分極方向負側（−）の入力電
極１１２に駆動回路３００が接続されている。この状態
で、圧電トランス１の駆動部には正バイアスで駆動電圧
ＶB が印加される。

【０００５】この駆動回路３００は、プルアップ用のｎ
ｐｎ型バイポーラトランジスタ３０１とプルダウン用の
ｐｎｐ型バイポーラトランジスタ３０２からなるプッシ
ュプル型のドライブ回路と、このｎｐｎ型又はｐｎｐ型
の各トランジスタ３０１及び３０２を相補的にスイッチ
ング動作させるための発振用ＩＣ素子（例えば、ＴＬ１
４９４）４００を用いた発振回路とからなり、換言すれ
ば他励型の駆動回路構成が採られている。

【０００６】次に、前記構成に基づく従来の電力変換装
置の動作を図８を参照して説明する。直流の入力電源Ｖ
P が与えられると、発振用ＩＣ素子４００は可変抵抗４
０７で調整される交番周波数の制御信号を前記ｎｐｎ型
及びｐｎｐ型の各トランジスタ３０１、３０２の共通接
続されたベース電極に出力する。このｎｐｎ型及びｐｎ
ｐ型の各トランジスタ３０１、３０２は、制御信号の極
性に従って交互にオンオフ動作し、入力電極１１１の電
位を相補的にプルアップ・プルダウン駆動により駆動電
圧ＶBを圧電トランス１へ出力する。この駆動電圧ＶB
の印加により、圧電トランス１の発電部に設けられた出
力電極１２１から高電圧の出力電圧ＶCが発生する。発
生した出力電圧ＶC は、整流回路１０８の全波整流作用
により脈流に変換され、平滑コンデンサ１２２を経て直
流に平滑された後に負荷４に供給される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の電力変換装置は
以上のように構成されていたことから、駆動回路３００
の回路構成が複雑であり、部品点数が多くなるという課
題を有する。すなわち、上述のように、駆動回路３００
では、ドライブ回路にプッシュプル回路が用いられ、且
つ、各トランジスタ３０１及び３０２を動作させるため
の発振用ＩＣ素子４００とその周辺回路素子が必要とな
り、回路パターンの複雑化、製作上の手間、製作コスト
の上昇は避けられないという課題を有する。

【０００８】また、図９に示すような従来の電力変換装
置は、圧電トランス１の出力電極１２１から分岐して波
形成形部８３を介して駆動回路３００へ帰還し、この帰
還した制御信号により駆動回路３００のＦＥＴＱ₃を駆
動制御して圧電トランス１を自励発振させる構成とする
こともできる。このように出力電極１２１から分岐して
制御信号を生成し、この制御信号の帰還により圧電トラ
ンス１を自励発振させる場合には、出力電極１２１から
負荷４に印加される出力電圧ＶCが分岐する制御信号に
より影響を受け、負荷４へ出力電圧ＶCの総てを印加す
ることができないと共に、安定した波形の出力電圧ＶC
の供給ができないという課題を有する。

【０００９】さらに、前記図９に示すような電力変換装
置の課題を解消するために制御信号を取り出す制御電極
を圧電トランス１に直接接続することも考えられるが、
この直接接続された制御電極が圧電トランス１の振動を
阻害して電力変換特性を悪化させると共に、接続された
制御電極が圧電トランス１からの脱落等により電力変換
装置自体の信頼性が低下するという課題を有する。

【００１０】さらにまた、図１０に示すような従来の電
力変換装置は、圧電トランス１の出力電圧ＶCを帰還回
路８を介して駆動回路３００を自励発振により駆動制御
し、この圧電トランス１の出力電圧ＶCを電圧調整回路
６、電圧制御信号生成回路７及び発振回路８により電圧
値の昇圧・降圧が調整できる構成とされているが、前記
発振回路８を必要としていることから回路構成が複雑化
すると共に、経年変化等により圧電トランス１の交流出
力値と発振回路８の発振周波数との関係が変化して動作
特性の信頼性が低下し、装置自体のコストアップを伴う
という課題を有する。

【００１１】特に、前記図８ないし図１０に記載の各従
来の電力変換装置はいづれも圧電トランス１で電力変換
された後の高電圧を直接分岐する帰還回路で他励又は自
励発振を行なっていることから、この帰還回路を高電圧
耐圧の部品で構成しなければならないという課題を有す
る。

【００１２】本発明は前記課題を解消するためになされ
たもので、圧電トランスの出力電圧に影響を与えること
なく自励発振駆動ができると共に、装置の信頼性を簡略
な構成で向上させることができる電力変換装置を提供す
ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】 本発明に係る電力変換
装置は、分極処理された板状体の誘電体に駆動部及び発
電部が設けられ、前記駆動部に設けられた一対又は複数
対の入力電極間に入力電圧を印加し、前記発電部に設け
られた出力電極から出力電圧を取り出すように構成され
た圧電トランスを有する電力変換装置において、制御電
極に与えられる帰還信号に応じて電源から供給される直
流電圧を交流電圧に変換し、当該変換された交流電圧を
前記入力電圧として誘電体の入力電極に印加する駆動手
段と、前記板状体の圧電トランスにおける発電部の表面
及び／又は裏面に対向して所定間隔を隔てて配設される
帰還電極と、前記帰還電極及び発電部の表面及び／又は
裏面の間に蓄積される電荷を前記駆動手段の制御電極に
帰還信号として帰還する帰還手段と、板状の圧電トラン
スを収納可能な収納凹部を有する板状部材からなる第１
の支持部材と、前記第１の支持部材の収納凹部の開口部
を塞ぐ板状部材からなる第２の支持部材とを備え、前記
第１の支持部材及び／又は第２の支持部材に、前記圧電
トランスの振動節部に対応する位置に弾性を有する支持
突部が設けられ、前記第１の支持部材及び／又は第２の
支持部材の前記圧電トランスの発電部に対応する位置に
前記帰還電極が配設され、前記支持突部により前記圧電
トランスの振動節部を挾持して発電部で生じる出力電圧
を前記帰還電極で検出するものである。

【００１４】 このように本発明においては、圧電トラ
ンスを板状部材からなる第１及び第２の支持部材に収納
すると共に、この第１及び第２の支持部材の内側面から
突出する弾性を有する支持突部で圧電トランスの振動節
部材を挾持し、この第１及び第２の支持部材に配設され
た帰還電極で圧電トランスの発電部で生じる出力電圧を
検出するようにしているので、負荷側へ出力する出力電
圧に影響を与えることなく帰還信号を生成して圧電トラ
ンスの自励発振駆動ができると共に、圧電トランスに直
接電極を取付けることなく帰還信号を生成できるので圧
電トランスの振動を阻害することがなくなり、また発電
部となる誘電体と電極との間に絶縁物である第１又は第
２の支持部材となる板状部材を介在させることにより誘
電体と電極との間に蓄積される電荷容量を増大させて大
きな帰還信号を帰還できることとなり、装置自体の信頼
性を向上させると共に圧電トランスの振動を極力阻害す
ることなく、大きな電圧値の帰還信号で確実に自励発振
駆動ができる。

【００１５】また、本発明に係る電力変換装置は必要に
応じて、帰還手段の後段側に接続され、帰還手段から帰
還される帰還信号に基づいて電圧制御信号を生成して出
力する電圧制御信号生成手段と、前記駆動手段の前段側
に接続され、電源から供給される直流電圧の電圧レベル
を前記電圧制御信号生成手段から出力される電圧制御信
号に応じて調整し、当該調整された直流電圧を前記駆動
手段に出力する電圧調整手段とを備えるものである。こ
のように本発明においては、帰還手段の帰還信号に基づ
いて電圧制御信号生成手段が電圧制御信号を生成し、こ
の電圧制御信号により電源から供給される直流電圧の電
圧レベルを電圧調整手段が調整して駆動手段に出力する
ようにしているので、別途に発振装置等を含む出力調整
用の回路を設けることなく帰還手段の一部で圧電トラン
スの出力電圧を調整する電圧制御信号を生成でき、また
圧電トランスの振動を阻害することなく回路構成を簡略
化できる。

【００１６】また、本発明に係る電力変換装置は必要に
応じて、電圧制御信号生成手段は、基準電圧の電圧値を
調整して設定する電圧設定部と、当該設定された基準電
圧及び前記帰還手段から出力される交流の帰還信号を比
較して電圧制御信号を生成する比較演算部とを備えるも
のである。このように本発明においては、電圧設定部で
設定される基準電圧の電圧値と帰還手段から出力される
交流の帰還信号とを比較演算部が比較して電圧制御信号
を生成するようにしているので、電圧設定部の基準電圧
の設定に基づいて電圧調整手段で調整する電圧のオン・
オフ周期に占めるオン状態（パルス幅）の割合を制御で
きることとなり、所定の昇圧比を有する圧電トランスの
出力調整を容易に行なえることとなる。

【００１７】

【発明の実施の形態】

（本発明の第１の実施形態）以下、本発明の第１の実施
形態に係る電力変換装置を図１に基づいて説明する。こ
の図１は本実施形態に係る電力変換装置のブロック回路
構成図を示す。

【００１８】同図において本実施形態に係る電力変換装
置は、平板状の誘電体を分極処理することにより駆動部
１１及び発電部１２が形成され、この駆動部１１に設け
られた一対の入力電極１１１、１１２間に入力電圧ＶB
が印加され、前記発電部１２の平板状端面に設けられた
出力電極１２１から出力電圧ＶCを出力する圧電トラン
ス１と、帰還信号に応じて直流電圧ＶPをを交流電圧に
変換し、当該変換された交流電圧を前記入力電圧ＶBと
して駆動部１１の入力電極１１１、１１２に印加する駆
動回路３と、前記発電部１２の表面に対向してに対向し
て所定間隔ｄの間隙２０を隔てて帰還電極２が配設さ
れ、この帰還電極２及び発電部１２の表面の間に蓄積さ
れた電荷を前記駆動回路３に帰還信号の駆動電圧ＶAと
して帰還する帰還回路８とを備える構成である。

【００１９】次に、前記構成に基づく本実施形態に係る
電力変換装置の動作について説明する。まず、直流電圧
ＶPが駆動回路３に印加されると、この駆動回路３は圧
電トランス１の駆動部１１に設けられた一対の入力電極
１１１、１１２間に入力電圧ＶBを印加することにより
駆動部１１を振動させて発電部１２に電圧を発生させ、
この発生した電圧を出力電極１２１から出力電圧ＶCと
して負荷４へ出力する。この出力電圧ＶCを発生する際
における発電部１２の表面とこれに対向して間隙２０が
形成されるように配設された帰還電極２との間に電荷が
蓄積され、この蓄積された電荷量に対応する電位の駆動
電圧ＶAが発生してこの駆動電圧ＶAが帰還回路８を介し
て駆動回路３に帰還される。この駆動回路３は帰還され
た駆動電圧ＶAに基づいて入力される直流電圧ＶPを交流
電圧の入力電圧ＶBに変換して圧電トランス１に再度入
力する。

【００２０】このように圧電トランス１の出力電圧ＶC
に影響を与えることなく圧電トランス１の発電部１２で
発生する電圧に比例した電圧を検出してこの電圧を駆動
電圧ＶAとして駆動回路３へ帰還させて電圧トランス１
を自励発振による駆動が可能となる。さらに、前記駆動
回路３へ帰還する駆動電圧ＶAを圧電トランス１の発電
部１２に所定間隔ｄの間隙２０だけ離反させて対向配設
された帰還電極８により検出していることから、圧電ト
ランス１の圧電特性を阻害することがなくなる。

【００２１】（本発明の第２の実施形態）本発明の第２
の実施形態に係る電力変換装置を図２ないし図４に基づ
いて説明する。この図２は本実施形態に係る電力変換装
置の回路構成図、図３は図２に記載の電力変換装置の分
解斜視図、図４は図３に記載の分解斜視図を組合せた場
合のＡ−Ａ線断面図を示す。

【００２２】前記各図において本実施形態に係る電力変
換装置は、前記図１に記載の電力変換装置と同様に圧電
トランス１、帰還回路８及び駆動回路３を共通して備
え、この構成に加え、前記圧電トランス１を収納する収
納ケース５を備えると共に、この収納ケース５の外側に
配設されて前記帰還回路８に接続される帰還電極２を備
える構成である。この収納ケース５は前記圧電トランス
１を収納する凹溝部を有する第１の支持部材５ａと、こ
の第１の支持部材５ａの凹溝部の開口部を閉塞する第２
の支持部材５ｂとを備える構成である。この第１及び第
２の各支持部材５ａ、５ｂは絶縁体で形成され、圧電ト
ランスと帰還電極２との間で誘電体として作用する。

【００２３】前記第１支持部材５ａは、例えば、ポリエ
ステル系樹脂等の可撓性あるいは弾性を有する板状の板
体に形成され、中央部には圧電トランス１の幅方向及び
長手方向に適当な隙間を置いて圧電トランス１を収納可
能な大きさの収納凹部５０が形成される構成である。こ
の収納凹部５０の底部には、圧電トランス１の振動節部
またはその近傍位置に当接可能に、第２支持部材５ｂに
向かって突出する半円筒状の節部支持突部５１、５２が
形成され、この各節部支持突部の半円筒状周面に入力電
極１１１、１１２が配設される構成である。この節部支
持突部５１、５２は、適当な弾性を有し、この先端に配
設される入力電極１１１、１１２が圧電トランス１の表
面に線接触（または点接触）で当接する構成である。こ
の第１及び第２の各支持部材５ａ、５ｂは、その形状自
体に基づいて生じる弾性力を有し、又はその材質自体に
基づいて生じる弾性力を有する場合もある。

【００２４】前記収納凹部５０の幅方向の内側面には、
圧電トランス１の振動節部またはその近傍位置に当接可
能に、互いに相対向する二対の幅方向支持突部５３ａ、
５３ｂ及び５３ｃ、５３ｄがそれぞれ形成される。この
幅方向支持突部５３ａ、５３ｂ及び５３ｃ、５３ｄは、
適当な弾性を有し、それらの先端が圧電トランス１の表
面に線接触（または点接触）で当接する構成である。

【００２５】前記収納凹部５０の長手方向内側面には、
互いに相対向する一対の長手方向支持突部５４ａ、５４
ｂが形成される。この長手方向支持突部５４ａ、５４ｂ
は適当な弾性を有し、それらの先端が圧電トランス１の
表面に線接触（または点接触）で当接する構成である。

【００２６】前記第２支持部材５ｂは、例えば、ポリエ
ステル系樹脂等の可撓性あるいは弾性を有するように形
成され、圧電トランス１の振動節部またはその近傍位置
に当接可能に、第１支持部材５ａに向かって突出する節
部支持突部５５、５６が形成さる構成である。この節部
支持突部５５、５６は、適当な弾性を有し、その先端が
圧電トランス１の表面に線接触（または点接触）で当接
する構成である。

【００２７】前記帰還回路８は、圧電トランス１の発電
部１２の表面に対して間隙２０を介して配設された帰還
電極２と駆動回路３との間に接続され、発電部１２の表
面及び帰還電極２の間の電荷により生じる交流の制御信
号を波形成形して駆動電圧ＶAとして帰還出力する構成
である。

【００２８】この帰還電極２は、第１支持部材５ａの外
側面における圧電トランス１の発電部１２に対向する位
置に、導電性の薄膜を貼着又は導電性材を付着させるこ
とにより形成される構成である。

【００２９】また、前記圧電トランス１の発電部１２の
端面は、出力電極１２１として形成され、この出力電極
１２１に引出し線１２１ａがはんだ付け等により接続さ
れ、この引出し線１２１ａを介して前記負荷４に接続さ
れる構成である。次に、前記構成に基づく本実施形態に
係る電力変換装置の形成動作及び昇圧動作について説明
する。

【００３０】まず、本実施形態装置の形成動作は、第１
支持部材５ａ及び第２支持部材５ｂはフィルム状あるい
はシート状の板材を例えばプレス加工することにより形
成される。その他の加工方法としては、射出成形を用い
ることができる。このように形成された第１及び第２の
各支持部材５ａ、５ｂの所定箇所に帰還電極２及び入力
電極１１１、１１２が形成されると共に、駆動回路３、
帰還回路８を含む半導体チップ５７がマウントされ、こ
の半導体チップ５７と前記帰還電極２、入力電極１１
１、１１２及び入出力端子５８との間を接続する接続線
路（図示を省略）がパターンとして形成される。

【００３１】この第１支持部材５ａの収納凹部５０内に
圧電トランス１を収納し、この圧電トランス１を収納し
た第１支持部材５ａに第２支持部材５ｂを互いに合せ面
を接着剤若しくは両面テープ等により接着し、又は加熱
等による溶着により一体化する。

【００３２】次に、本実施形態装置の昇圧動作について
は、前記図１に記載する電力変換装置と同様に駆動回路
３を介して収納ケース５の第１及び第２の各支持部材５
ａ、５ｂに形成された入力電極１１１、１１２を介して
圧電トランス１に入力電圧ＶBが印加される。この駆動
回路３はスイッチング素子、例えばＦＥＴ（Field Efec
t Transister;電界効果トランジスタ，以下ＦＥＴ）Ｑ₃
を中心として構成され、このＦＥＴＱ₃と共に抵抗Ｒ₃、
コイルＬ₃、コンデンサＣ₃、ツェナーダイオードＤ₃を
備え、ＦＥＴＱ₃のドレイン電極にはコイルＬ₃を介して
入力電圧ＶPが印加され、またゲート電極には抵抗Ｒ₃を
介して起動当初に入力電圧ＶPが起動電圧として印加さ
れる。このコイルＬ₃にはＦＥＴＱ₃のターンオンの時
に、入力電圧ＶPに相当するエネルギが蓄積される。こ
のコイルＬ₃に蓄積されたエネルギはＦＥＴＱ₃のターン
オフ時に前記入力電圧ＶPに重畳され、入力電圧ＶB
（＋）として圧電トランス１の入力電極１１１に印加さ
れる。なお、ＦＥＴＱ₃に並列に接続されたコンデンサ
Ｃ₃及びツェナーダイオードＤ₃は入力電圧ＶPが所定値
以上の電圧値となった場合に圧電トランス１及びＦＥＴ
Ｑ₃を保護する作用を有する。

【００３３】このようにして起動された電圧トランス１
は出力電極１２１から出力電圧ＶCを負荷に供給し、こ
の出力電圧ＶCに比例した電荷が電圧トランス１の発電
部１２と帰還電極２との間の間隙２０に蓄積される。即
ち、前記発電部１２の表面と帰還電極２との間の間隙２
０には空気層と収納ケース５とからなる誘電体が介在し
てコンデンサとして作用することとなる。

【００３４】この発電部１２及び帰還電極２の間に蓄積
された電荷に対応する電圧が生じて、この電圧信号が帰
還回路８により波形が成形された後に駆動電圧ＶAとし
て駆動回路３に帰還出力される。この駆動回路３におけ
るＦＥＴＱ₃のゲート電極に駆動電圧ＶAが印加されて自
励発振による駆動が開始される。

【００３５】このように、圧電トランス１は、収納ケー
ス５の収納凹部５０内に収納され、その内部において幅
方向に幅方向支持突部５３ａ、５３ｂ及び５３ｃ、５３
ｄにより挟持され、長手方向において長手方向支持突部
５４ａ、５４ｂにより挟持され、さらに、厚さ方向に節
部支持突部５１、５２、５５、５６により弾性的（柔構
造もしくは軟構造）で挟持されることになり、従来の基
板を必要とすることなく、振動周波数の変動に伴う振動
節部位置に変動もしくは振動振幅の増大に際してもフレ
キシブルに支持することができ、振動節部を拘束して振
動を無理に抑制したり、圧電トランス１を破壊すること
を防止することができる。

【００３６】特に、自励発振駆動に必要とされる出力電
圧ＶCを検出する帰還電極２を圧電トランス１に接触さ
せることなく、出力電圧ＶCに関連する電荷の変化をコ
ンデンサの作用により帰還の制御電圧を発生させるよう
にしているので、出力電圧ＶCに影響を与えることなく
駆動電圧ＶAを生成できると共に、前記収納ケース５に
よる弾性的な圧電トランス１の支持と相俟って圧電トラ
ンス１の圧電作用を阻害することを極力防止できること
となる。

【００３７】（本発明の第３の実施形態）図５は第３の
実施形態に係る電力変換装置の回路構成図を示す。同図
において本実施形態に係る電力変換装置は、前記図２に
記載の実施形態装置と同様に圧電トランス１を収納ケー
ス５内に収納し、この収納ケース５に帰還電極２１ａ、
２１ｂ（図２においては２に相当）を配設し、この帰還
電極２１ａ、２１ｂから出力される駆動電圧ＶAに基づ
いて駆動回路３を駆動させて自励発振する構成とし、前
記帰還電極２１ａ、２１ｂの配設構成及び駆動回路３の
回路構成を異にすると共に、帰還回路８が波形成形（図
２を参照）を行なうことなく駆動電圧ＶAを帰還する構
成とされる。

【００３８】前記帰還電極２１ａ、２１ｂは、収納ケー
ス５の上面及び下面の各外側に対向して配設され、この
収納ケース５内に収納された圧電トランス１における発
電部１２の表裏面の相互間で発電部１２で発生する出力
電圧ＶCに対応する電荷を各々蓄積する構成である。

【００３９】前記駆動回路３は、ダーリントン接続され
た二つのバイポーラトランジスタＱ₃₁、Ｑ₃₂を中心とし
て、抵抗Ｒ₃₁、スイッチＳ₃、コイルＬ₃、コンデンサＣ
₃及び抵抗Ｒ₃₂、を有する構成である。このようにダー
リントン接続された二つのバイポーラトランジスタ
Ｑ₃₁、Ｑ₃₂により、帰還回路８から帰還される駆動電圧
ＶAを大きく増幅して駆動制御できることとなり、帰還
回路８に波形成形を行なう付属回路が不用となる。

【００４０】（本発明の第４の実施形態）図６は第４の
実施形態に係る電力変換装置のブロック回路構成図、図
７は図６に記載の電力変換装置における詳細回路構成図
を示す。前記各図において本実施形態に係る電力変換装
置は、前記図１に記載の実施形態装置と同様に圧電トラ
ンス１、帰還回路８及び駆動回路３により電源ＶPから
の直流電圧を所定の交流電圧に変換し、この圧電トラン
ス１の発電部１２に対向して離隔配設された帰還電極２
からの帰還信号に基づいて自励発振により圧電トランス
１を駆動制御する構成とし、この構成に加え、前記電源
ＶPから供給される直流電圧の電圧レベルを電圧制御信
号に応じて調整し、この調整された直流電圧を前記駆動
回路３に出力する電圧調整回路６と、前記帰還回路８と
電圧調整回路６との間に接続され、帰還回路８から帰還
される帰還信号に基づいて電圧制御信号を生成し、この
電圧制御信号を前記電圧調整回路６へ出力する電圧制御
信号生成回路７とを備える構成である。

【００４１】前記帰還電極２は、圧電トランス１の発電
部１２における一側面に間隙２０ａを隔てて対向して配
設される第１の帰還電極２２ａと、前記圧電トランス１
の発電部１２における他側面に間隙２０ｂを隔てて対向
して配設される第２の帰還電極２２ｂを備える構成であ
る。この第１及び第２の各帰還電極２２ａ、２２ｂは、
発電部１２に対向する電極の面積を同じに構成した場合
には同じ電圧値の駆動電圧ＶA1、ＶA2を出力でき、また
電極の面積を異なるように構成した場合にはこの面積の
比率に応じた電圧値の駆動電圧ＶA1、ＶA2を出力できる
こととなる。

【００４２】前記電圧調整回路６は、コイルＬ₆及びＦ
ＥＴＱ₆によりチョッパ回路を構成し、このＦＥＴＱ₆に
対してダイオードＤ₆及びコンデンサＣ₆の直列回路を並
列に接続し、このＦＥＴＱ₆のゲート端子に前記電圧制
御信号生成回路７から出力される電圧制御信号ＶDが入
力される構成である。

【００４３】前記電圧制御信号生成回路７は、調整可能
な基準電圧Ｖ_REFを任意の値に設定して出力する可変電
源ＥVと、帰還回路８の波形成形部８２ｂから出力され
る波形成形された駆動電圧ＶA2が正側の入力端子に入力
されると共に、可変電源ＥVにより設定された基準電圧
Ｖ_RFEが負側の入力端子に入力され、この基準電圧Ｖ_{R EF}
と前記駆動電圧ＶA2とを比較して所定パルス幅の電圧制
御信号を生成する比較演算器ＯＰ７とを有する構成であ
る。

【００４４】帰還回路８は、第１の帰還電極２２ａから
出力される帰還信号の出力波形を波形成形及び増幅して
駆動電圧ＶA1を前記駆動回路３に出力する波形成形部８
２ａと、第２の帰還電極２２ｂから出力される帰還信号
の出力波形を波形成形して駆動電圧ＶA2を前記電圧制御
信号生成回路７に出力する波形成形部８２ｂとを備える
構成である。

【００４５】なお、この帰還回路８（又は、波形成形部
８２ａ、８２ｂ）と帰還電極２（又は第１・第２の帰還
回路２２ａ、２２ｂ）との間にバッファ回路を接続する
こともできる。このバッファ回路は後段側とのインピー
ダンスマッチングをとることができ、また帰還電極２、
２２ａ、２２ｂから出力される帰還信号に重畳されるノ
イズ、波形歪等が後段側に与える影響を防ぐように作用
する。さらに、このバッファ回路をＦＥＴで形成するこ
ともでき、このＦＥＴのゲート端子に帰還信号を入力し
てＦＥＴのＯＮ・ＯＦＦにより流れる電流を駆動電圧Ｖ
A、ＶA1、ＶA2として後段側へ出力する構成とすること
もできる。

【００４６】次に、前記各構成に基づく本実施形態に係
る電力変換装置の自励発振及び出力調整の各動作につい
て説明する。まず、電源ＶPより所定電圧値の直流電圧
がコイルＬ₆、ダイオードＤ₆及びコイルＬ₆の直列回路
を介して圧電トランス１の駆動部１１に入力電圧ＶBと
して印加されると、この圧電トランス１の発電部１２に
所定電圧値の電圧が発生し、この発生した電圧を出力電
極１２１から出力電圧ＶCとして負荷４へ出力する。こ
の出力電圧ＶCを発生する際における発電部１２の表面
とこれに対向して間隙２０（２０ａ、２０ｂ）が形成さ
れるように配設された帰還電極２（２２ａ、２２ｂ）と
の間に電荷が蓄積され、この蓄積された電荷量に対応す
る電位の駆動電圧ＶA（ＶA1、ＶA2）を発生させ、この
駆動電圧ＶA（ＶA1、ＶA2）が波形成形部８２ａ、８２
ｂで波形成形された後に帰還回路８を介して駆動回路３
及び電圧制御信号生成回路７に帰還される。

【００４７】この電圧制御信号生成回路７は圧電トラン
ス１から出力させようとする電圧値に対応する基準電圧
Ｖ_REFと前記波形成形部８２ｂにより波形形成される交
流電圧の駆動電圧ＶAとを比較演算器ＯＰ７が比較し、
所定のパルス幅の電圧制御信号ＶDを出力する。

【００４８】この電圧制御信号ＶDが電圧調整回路６に
おけるＦＥＴＱ₆のゲート電極に印加され、電圧制御信
号ＶDのパルス幅に基づいてＦＥＴＱ₆が駆動制御され
る。このＦＥＴＱ₆はコイルＬ₆と共にチョッパ回路を形
成していることから、電源ＶPからの直流電圧を所定の
電圧に昇圧する。

【００４９】このように昇圧された直流電圧ＶP₁は駆動
回路３へ入力され、この駆動回路３は前記波形成形部８
２ａで波形成形されて帰還された駆動電圧ＶA1に基づい
て入力される直流電圧ＶP₁を交流電圧の入力電圧ＶBに
変換して圧電トランス１に再度入力する。

【００５０】このように圧電トランス１の出力電圧ＶC
を別途発振器等の付属回路を接続することなく、任意の
電圧値に調整できることとなり、またこの出力電圧ＶC
に影響を与えることなく圧電トランス１の発電部１２で
発生する電圧に関連した電圧を検出してこの電圧を駆動
電圧ＶA1として駆動回路３へ帰還させて電圧トランス１
を自励発振による駆動が可能となる。さらに、前記駆動
回路３へ帰還する駆動電圧ＶA1と、電圧制御信号生成回
路７へ出力する駆動電圧ＶA2とを、圧電トランス１の発
電部１２に所定間隔ｄの間隙２０だけ離反させる非接触
に対向配設された帰還電極２（２２ａ、２２ｂ）により
検出していることから、圧電トランス１の圧電特性を阻
害することがなくなる。

【００５１】また、前記各実施形態においては２次ロー
ゼン（Rosen）型の圧電トランスを用いる構成とした
が、対称３次ローゼン型圧電トランス又は厚み幅横効果
型圧電トランス等の他の方式を用いて構成することもで
きる。このいづれの場合においても圧電トランスにおけ
る発電部の片面又は両面に所定間隔を隔てて帰還電極を
対向状態で配設する構成となる。

【００５２】

【発明の効果】 以上のように本発明においては、圧電
トランスを板状部材からなる第１及び第２の支持部材に
収納すると共に、この第１及び第２の支持部材の内側面
から突出する弾性を有する支持突部で圧電トランスの振
動節部材を挾持し、この第１及び第２の支持部材に配設
された帰還電極で圧電トランスの発電部で生じる出力電
圧を検出するようにしているので、負荷側へ出力する出
力電圧に影響を与えることなく帰還信号を生成して圧電
トランスの自励発振駆動ができると共に、圧電トランス
に直接電極を取付けることなく帰還信号を生成できるの
で圧電トランスの振動を阻害することがなくなり、また
発電部となる誘電体と電極との間に絶縁物である第１又
は第２の支持部材となる板状部材を介在させることによ
り誘電体と電極との間に蓄積される電荷容量を増大させ
て大きな帰還信号を帰還できることとなり、装置自体の
信頼性を向上させると共に圧電トランスの振動を極力阻
害することなく、大きな電圧値の帰還信号で確実に自励
発振駆動ができるという効果を奏する。また、本発明に
おいては、圧電トランスを板状部材からなる第１及び第
２の支持部材に収納すると共に、この第１及び第２の支
持部材の内側面から突出する弾性を有する支持突部で圧
電トランスの振動節部を挾持し、この第１及び第２の支
持部材に配設された帰還電極で圧電トランスの発電部で
生じる出力電圧を検出するようにしているので、発電部
となる誘電体と電極との間に絶縁物である第１又は第２
の支持部材となる板状部材を介在させることにより誘電
体と電極との間に蓄積される電荷容量を増大させて大き
な帰還信号を帰還できることとなり、圧電トランスの振
動を極力阻害することなく自励発振駆動ができるという
効果を有する。また、本発明においては、帰還手段の制
御信号に基づいて電圧制御信号生成手段が電圧制御信号
を生成し、この電圧制御信号により電源から供給される
直流電圧の電圧レベルを電圧調整手段が調整して駆動手
段に出力するようにしているので、別途に発振装置等を
含む出力調整用の回路を設けることなく帰還回路の一部
で圧電トランスの出力電圧を調整する電圧制御信号を生
成でき圧電トランスの振動を阻害することなく回路構成
を簡略化できるという効果を有する。また、本発明にお
いては、電圧設定部で設定される基準電圧の電圧値と帰
還手段から出力される交流の制御信号とを比較演算部が
比較して電圧制御信号を生成するようにしているので、
電圧設定部の基準電圧の設定に基づいて電圧調整手段で
調整する電圧のオン・オフ周期に占めるオン状態（パル
ス幅）の割合を制御できることとなり、所定の昇圧比を
有する圧電トランスの出力調整を容易に行なえることと
なるという効果を有する。圧電トランスを板状部材から
なる第１及び第２の支持部材に収納すると共に、この第
１及び第２の支持部材の内側面から突出する弾性を有す
る支持突部で圧電トランスの振動節部材を挾持し、この
第１及び第２の支持部材に配設された帰還電極で圧電ト
ランスの発電部で生じる出力電圧を検出する装置自体の
信頼性を向上させると共に圧電トランスの振動を極力阻
害することなく、大きな電圧値の帰還信号で確実に自励
発振駆動ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置の
ブロック構成図である。

【図２】本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置の
回路構成図である。

【図３】図２に記載の電力変換装置の分解斜視図であ
る。

【図４】図３に記載の分解斜視図を組合わせた場合のＡ
−Ａ線断面図である。

【図５】本発明の第３の実施形態に係る電力変換装置の
回路構成図である。

【図６】本発明の第４の実施形態に係る電力変換装置の
ブロック回路構成図である。

【図７】図６に記載の電力変換装置における詳細回路構
成図である。

【図８】従来の圧電トランスの駆動回路図である。

【図９】従来の電力変換装置の回路構成図である。

【図１０】他の従来の電力変換装置の回路構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 圧電トランス ２ 帰還電極 ３、３００ 駆動回路 ４ 負荷 ５ 収納ケース ５ａ 第１支持部材 ５ｂ 第２支持部材 ６ 電圧調整回路 ７ 電圧制御信号生成回路 ８ 帰還回路 １１ 駆動部 １２ 発電部 ２０、２０ａ、２０ｂ 間隙 ８２ 帰還部 ２１、２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ 帰還電極 ５０ 収納凹部 ５１、５２、５５、５６ 節部支持突部 ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ 幅方向支持突部 ５４ａ、５４ｂ 長手方向支持突部 ５７ 半導体チップ ５８ 入出力端子 ８２ａ、８２ｂ、８３ 波形成形部 １１１、１１２ 入力電極 １２１ 出力電極 １２１ａ 引出し線 １２２ 平滑コンデンサ ３０１、３０２、Ｑ₃₁、Ｑ₃₂ バイポーラトランジスタ ４００ 発振用ＩＣ素子 ４０７ 可変抵抗 Ｌ₃、Ｌ₆ コイル Ｑ₃、Ｑ₆ ＦＥＴ ｄ 所定間隔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 1/00 - 11/00 H01L 21/00 - 49/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分極処理された板状体の誘電体に駆動部
   及び発電部が設けられ、前記駆動部に設けられた一対又
   は複数対の入力電極間に入力電圧を印加し、前記発電部
   に設けられた出力電極から出力電圧を取り出すように構
   成された圧電トランスを有する電力変換装置において、 制御電極に与えられる帰還信号に応じて電源から供給さ
   れる直流電圧を交流電圧に変換し、当該変換された交流
   電圧を前記入力電圧として誘電体の入力電極に印加する
   駆動手段と、 前記板状体の圧電トランスにおける発電部の表面及び／
   又は裏面に対向して所定間隔を隔てて配設される帰還電
   極と、 前記帰還電極及び発電部の表面及び／又は裏面の間に蓄
   積される電荷を前記駆動手段の制御電極に帰還信号とし
   て帰還する帰還手段と、 板状の圧電トランスを収納可能な収納凹部を有する板状
   部材からなる第１の支持部材と、 前記第１の支持部材の収納凹部の開口部を塞ぐ板状部材
   からなる第２の支持部材とを備え、 前記第１の支持部材及び／又は第２の支持部材に、前記
   圧電トランスの振動節部に対応する位置に弾性を有する
   支持突部が設けられ、 前記第１の支持部材及び／又は第２の支持部材の前記圧
   電トランスの発電部に対応する位置に前記帰還電極が配
   設され、 前記支持突部により前記圧電トランスの振動節部を挾持
   して発電部で生じる出力電圧を前記帰還電極で検出する
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載の電力変換装置にお
   いて、前記帰還手段の後段側に接続され、帰還手段から帰還さ
   れる帰還信号に基づいて電圧制御信号を生成して出力す
   る電圧制御信号生成手段と、 前記駆動手段の前段側に接続され、電源から供給される
   直流電圧の電圧レベルを前記電圧制御信号生成手段から
   出力される電圧制御信号に応じて調整し、当該調整され
   た直流電圧を前記駆動手段に出力する電圧調整手段とを
   備える ことを特徴とする電力変換装置。
3. 【請求項３】 前記請求項２に記載の電力変換装置にお
   いて、前記電圧制御信号生成手段は、基準電圧の電圧値を調整
   して設定する電圧設定部と、当該設定された基準電圧及
   び前記帰還手段から出力される交流の帰還信号を比較し
   て電圧制御信号を生成する比較演算部とを備える ことを
   特徴とする電力変換装置。