JP3488452B2 - 変圧装置および変圧制御装置 - Google Patents
変圧装置および変圧制御装置Info
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- JP3488452B2 JP3488452B2 JP2002035495A JP2002035495A JP3488452B2 JP 3488452 B2 JP3488452 B2 JP 3488452B2 JP 2002035495 A JP2002035495 A JP 2002035495A JP 2002035495 A JP2002035495 A JP 2002035495A JP 3488452 B2 JP3488452 B2 JP 3488452B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、入力電圧や負荷が
変動した場合でも高い変圧効率で変圧を行うことができ
る変圧装置および変圧制御装置に関する。
変動した場合でも高い変圧効率で変圧を行うことができ
る変圧装置および変圧制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電源の電圧および周波数が異なる複数の
国で電気製品を使用できるようにするためのＡＣアダプ
タがある。このようなＡＣアダプタは、電磁トランスを
コンバータとして利用している。圧電トランスは、長さ
や形状で決まる固有の共振周波数をもっている。このよ
うな圧電トランスの１次側にその固有の共振周波数の交
流電圧を加えると、逆圧電効果によって機械振動（共
振）を起こす。２次側ではこの機械振動が圧電効果によ
って再び電気信号に変換され、電圧が発生するというも
のである。圧電トランスの共振周波数には素子の中央で
変位が最小となるλ/２モード、変位が最小となる位置
が二つあるλモード、或はさらに高次の３/２λモード
等がある。その他にも素子の形状により横、幅、厚みす
べり、円板の広がりなど複数の振動モードが存在し、各
々の振動モードは固有の共振周波数を有する。圧電トラ
ンスは、一般に共振点近傍が最も変圧比や変換効率が高
いという特長がある。圧電トランスコンバータは、図４
に示すように、周波数によって出力電圧を変化させると
いう圧電トランスの特性を利用して、周波数を制御する
ことで出力電圧を制御している。圧電トランスは、電磁
トランスに比べ、エネルギー密度が大きく、高周波化お
よび小型化が比較的容易であり、電磁ノイズが少ないと
いう利点があり、近年、新しいコンバータ素材として注
目されている。現在、実用化されているものとしては、
液晶用バックライトの冷陰極管用のインバータがある。
国で電気製品を使用できるようにするためのＡＣアダプ
タがある。このようなＡＣアダプタは、電磁トランスを
コンバータとして利用している。圧電トランスは、長さ
や形状で決まる固有の共振周波数をもっている。このよ
うな圧電トランスの１次側にその固有の共振周波数の交
流電圧を加えると、逆圧電効果によって機械振動（共
振）を起こす。２次側ではこの機械振動が圧電効果によ
って再び電気信号に変換され、電圧が発生するというも
のである。圧電トランスの共振周波数には素子の中央で
変位が最小となるλ/２モード、変位が最小となる位置
が二つあるλモード、或はさらに高次の３/２λモード
等がある。その他にも素子の形状により横、幅、厚みす
べり、円板の広がりなど複数の振動モードが存在し、各
々の振動モードは固有の共振周波数を有する。圧電トラ
ンスは、一般に共振点近傍が最も変圧比や変換効率が高
いという特長がある。圧電トランスコンバータは、図４
に示すように、周波数によって出力電圧を変化させると
いう圧電トランスの特性を利用して、周波数を制御する
ことで出力電圧を制御している。圧電トランスは、電磁
トランスに比べ、エネルギー密度が大きく、高周波化お
よび小型化が比較的容易であり、電磁ノイズが少ないと
いう利点があり、近年、新しいコンバータ素材として注
目されている。現在、実用化されているものとしては、
液晶用バックライトの冷陰極管用のインバータがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧電ト
ランスは、図４に示すように、複数の共振点を有してい
るため、入力電圧や負荷が変動するＡＣアダプターなど
に用いると、周波数の制御幅が大きくなり次の共振点を
跨がってしまい、出力を一定に保つ制御が出来なくなる
場合や、共振点から遠ざかることで効率的な変換を行う
ことが困難であるという問題がある。図４において、横
軸は圧電トランスに入力される交流電圧の周波数ｆ（ｋ
Ｈｚ）を示し、縦軸は圧電トランスから出力される交流
電圧の振幅（Ｖ）を示している。これは、圧電トランス
が、共振周波数近傍で最も入出力ゲインや変換効率が高
くなり、共振周波数から外れるに従って、入出力ゲイン
や変換効率が低下するためである。また、周波数が同じ
状態で、圧電トランスへの入力電圧が高くなると、出力
電圧も高くなってしまうため、出力電圧を一定にするた
めには周波数を変える必要があるが、入力電圧によって
は共振周波数から大きく外れてしまう場合があり、変圧
効率が低下してしまうという問題がある。
ランスは、図４に示すように、複数の共振点を有してい
るため、入力電圧や負荷が変動するＡＣアダプターなど
に用いると、周波数の制御幅が大きくなり次の共振点を
跨がってしまい、出力を一定に保つ制御が出来なくなる
場合や、共振点から遠ざかることで効率的な変換を行う
ことが困難であるという問題がある。図４において、横
軸は圧電トランスに入力される交流電圧の周波数ｆ（ｋ
Ｈｚ）を示し、縦軸は圧電トランスから出力される交流
電圧の振幅（Ｖ）を示している。これは、圧電トランス
が、共振周波数近傍で最も入出力ゲインや変換効率が高
くなり、共振周波数から外れるに従って、入出力ゲイン
や変換効率が低下するためである。また、周波数が同じ
状態で、圧電トランスへの入力電圧が高くなると、出力
電圧も高くなってしまうため、出力電圧を一定にするた
めには周波数を変える必要があるが、入力電圧によって
は共振周波数から大きく外れてしまう場合があり、変圧
効率が低下してしまうという問題がある。
【０００４】本発明は上述した従来技術に鑑みてなさ
れ、入力電圧や負荷が変動した場合でも高い変圧効率で
変圧を行うことができる変圧装置および変圧制御装置を
提供することを目的とする。
れ、入力電圧や負荷が変動した場合でも高い変圧効率で
変圧を行うことができる変圧装置および変圧制御装置を
提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述した従来技術の問題
を解決し、上述した目的を達成するために、第１の発明
の変圧装置は、指定された周波数で直流電圧をスイッチ
ングして第１の交流電圧を生成するスイッチング回路
と、前記第１の交流電圧をフィルタリングして第２の交
流電圧を出力し、前記第１の交流電圧の周波数の増減に
応じて増減するインピーダンスを有するフィルタ回路
と、 複数の共振周波数を有し、前記フィルタ回路から
入力された前記第２の交流電圧の周波数に応じて異なる
変圧特性を有し、前記第２の交流電圧を変圧して第３の
交流電圧を出力する変圧回路と、前記スイッチング回路
が前記スイッチングを行う前記直流電圧の電圧値を検出
する電圧検出回路と、前記複数の共振周波数のうち前記
電圧検出回路で検出された前記電圧値に応じた所定の共
振周波数を選択し、当該選択した前記共振周波数を基準
として制御した周波数を前記スイッチング回路に前記指
定する周波数指定回路とを有する。
を解決し、上述した目的を達成するために、第１の発明
の変圧装置は、指定された周波数で直流電圧をスイッチ
ングして第１の交流電圧を生成するスイッチング回路
と、前記第１の交流電圧をフィルタリングして第２の交
流電圧を出力し、前記第１の交流電圧の周波数の増減に
応じて増減するインピーダンスを有するフィルタ回路
と、 複数の共振周波数を有し、前記フィルタ回路から
入力された前記第２の交流電圧の周波数に応じて異なる
変圧特性を有し、前記第２の交流電圧を変圧して第３の
交流電圧を出力する変圧回路と、前記スイッチング回路
が前記スイッチングを行う前記直流電圧の電圧値を検出
する電圧検出回路と、前記複数の共振周波数のうち前記
電圧検出回路で検出された前記電圧値に応じた所定の共
振周波数を選択し、当該選択した前記共振周波数を基準
として制御した周波数を前記スイッチング回路に前記指
定する周波数指定回路とを有する。
【０００６】 第１の発明の作用は以下のようになる。
スイッチング回路において、指定された周波数で直流電
圧をスイッチングして第１の交流電圧が生成される。そ
して、フィルタ回路が、前記第１の交流電圧をフィルタ
リングして第２の交流電圧を出力する。そして、変圧回
路が、前記フィルタ回路から入力された前記第２の交流
電圧を変圧して第３の交流電圧を出力する。また、電圧
検出回路によって、前記スイッチング回路が前記スイッ
チングを行う前記直流電圧の電圧値が検出される。そし
て、周波数指定手段が、前記複数の共振周波数のうち前
記電圧検出回路で検出された前記電圧値に応じた所定の
共振周波数を選択し、当該選択した前記共振周波数を基
準として制御した周波数を前記スイッチング回路に指定
する。
スイッチング回路において、指定された周波数で直流電
圧をスイッチングして第１の交流電圧が生成される。そ
して、フィルタ回路が、前記第１の交流電圧をフィルタ
リングして第２の交流電圧を出力する。そして、変圧回
路が、前記フィルタ回路から入力された前記第２の交流
電圧を変圧して第３の交流電圧を出力する。また、電圧
検出回路によって、前記スイッチング回路が前記スイッ
チングを行う前記直流電圧の電圧値が検出される。そし
て、周波数指定手段が、前記複数の共振周波数のうち前
記電圧検出回路で検出された前記電圧値に応じた所定の
共振周波数を選択し、当該選択した前記共振周波数を基
準として制御した周波数を前記スイッチング回路に指定
する。
【０００７】 また、第１の発明の変圧装置は、好まし
くは、前記周波数指定回路は、前記検出された電圧が第
１のしきい値以下になったことを条件に、前記基準とす
る共振周波数を第１の共振周波数から当該第１の共振周
波数より高い第２の共振周波数に切り換え、前記検出さ
れた電圧が前記第１のしきい値より大きな第２のしきい
値以上になったことを条件に、前記基準とする共振周波
数を前記第２の共振周波数から前記第１の共振周波数に
切り換える。
くは、前記周波数指定回路は、前記検出された電圧が第
１のしきい値以下になったことを条件に、前記基準とす
る共振周波数を第１の共振周波数から当該第１の共振周
波数より高い第２の共振周波数に切り換え、前記検出さ
れた電圧が前記第１のしきい値より大きな第２のしきい
値以上になったことを条件に、前記基準とする共振周波
数を前記第２の共振周波数から前記第１の共振周波数に
切り換える。
【０００８】また、第１の発明の変圧装置は、好ましく
は、前記第３の交流電圧の変動を抑制するように、前記
スイッチングを行う周波数を制御する周波数制御回路を
さらに有する。また、第１の発明の変圧装置は、好まし
くは、前記変圧回路は、圧電トランスである。
は、前記第３の交流電圧の変動を抑制するように、前記
スイッチングを行う周波数を制御する周波数制御回路を
さらに有する。また、第１の発明の変圧装置は、好まし
くは、前記変圧回路は、圧電トランスである。
【０００９】 また、第２の発明の変圧制御装置は、複
数の共振周波数を有し、入力された交流電圧の周波数に
応じて異なる変圧特性を有する変圧回路を制御する変圧
制御装置であって、指定された周波数で直流電圧をスイ
ッチングして第１の交流電圧を生成するスイッチング回
路と、前記第１の交流電圧をフィルタリングして第２の
交流電圧を前記変圧回路に出力し、前記第１の交流電圧
の周波数の増減に応じて増減するインピーダンスを有す
るフィルタ回路と、前記スイッチング回路が前記スイッ
チングを行う前記直流電圧の電圧値を検出する電圧検出
回路と、前記複数の共振周波数のうち前記電圧検出回路
で検出された前記電圧値に応じた所定の共振周波数を選
択し、当該選択した前記共振周波数を基準として制御し
た周波数を前記スイッチング回路に前記指定する周波数
指定回路とを有する。
数の共振周波数を有し、入力された交流電圧の周波数に
応じて異なる変圧特性を有する変圧回路を制御する変圧
制御装置であって、指定された周波数で直流電圧をスイ
ッチングして第１の交流電圧を生成するスイッチング回
路と、前記第１の交流電圧をフィルタリングして第２の
交流電圧を前記変圧回路に出力し、前記第１の交流電圧
の周波数の増減に応じて増減するインピーダンスを有す
るフィルタ回路と、前記スイッチング回路が前記スイッ
チングを行う前記直流電圧の電圧値を検出する電圧検出
回路と、前記複数の共振周波数のうち前記電圧検出回路
で検出された前記電圧値に応じた所定の共振周波数を選
択し、当該選択した前記共振周波数を基準として制御し
た周波数を前記スイッチング回路に前記指定する周波数
指定回路とを有する。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態
に係わるＡＣアダプタ１の全体構成図である。図１に示
すように、ＡＣアダプタ１は、例えば、整流回路１２、
駆動回路１３、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２、フィルタ回路
１４、圧電トランス１５、整流回路１６、周波数制御回
路１７、バースト制御回路１８、負荷検出回路１９、制
御切替回路２０、入力電圧検出回路２１、並びに発振回
路２２を有する。ここで、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２が本
発明のスイッチング回路に対応し、フィルタ回路１４が
本発明のフィルタ回路に対応し、圧電トランス１５が本
発明の変圧回路に対応し、入力電圧検出回路２１が本発
明の電圧検出回路に対応し、発振回路２２が本発明の周
波数指定回路に対応している。
付図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態
に係わるＡＣアダプタ１の全体構成図である。図１に示
すように、ＡＣアダプタ１は、例えば、整流回路１２、
駆動回路１３、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２、フィルタ回路
１４、圧電トランス１５、整流回路１６、周波数制御回
路１７、バースト制御回路１８、負荷検出回路１９、制
御切替回路２０、入力電圧検出回路２１、並びに発振回
路２２を有する。ここで、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２が本
発明のスイッチング回路に対応し、フィルタ回路１４が
本発明のフィルタ回路に対応し、圧電トランス１５が本
発明の変圧回路に対応し、入力電圧検出回路２１が本発
明の電圧検出回路に対応し、発振回路２２が本発明の周
波数指定回路に対応している。
【００１１】電源１１は、所定の振幅および周波数の交
流電圧Ｖｉｎを発生する。整流回路１２は、例えば、ブ
リッジ全波整流回路であり、所定の振幅および周波数の
交流電圧Ｖｉｎを電源１１から入力し、これを整流し、
コンデンサＣ００で平滑化した直流電圧Ｖ１（本発明の
直流電圧）を、スイッチ素子Ｑ１のドレインとスイッチ
素子Ｑ２のソース間に供給する。
流電圧Ｖｉｎを発生する。整流回路１２は、例えば、ブ
リッジ全波整流回路であり、所定の振幅および周波数の
交流電圧Ｖｉｎを電源１１から入力し、これを整流し、
コンデンサＣ００で平滑化した直流電圧Ｖ１（本発明の
直流電圧）を、スイッチ素子Ｑ１のドレインとスイッチ
素子Ｑ２のソース間に供給する。
【００１２】駆動回路１３は、発振回路２２からの入力
した発振信号の周波数に応じて、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ
２のゲートをオン／オフさせる。
した発振信号の周波数に応じて、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ
２のゲートをオン／オフさせる。
【００１３】スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２は、ハーフブリッ
ジを構成し、交互に、駆動回路１３からの制御によって
ドレイン・ソース間をオン／オフ状態にし、上記発振信
号の周波数に応じた矩形波電圧Ｖ２（本発明の第１の交
流電圧）を交点Ｑに発生する。当該矩形波電圧Ｖ２は、
直流電圧Ｖ１を整流した電圧に応じた矩形波となる。
ジを構成し、交互に、駆動回路１３からの制御によって
ドレイン・ソース間をオン／オフ状態にし、上記発振信
号の周波数に応じた矩形波電圧Ｖ２（本発明の第１の交
流電圧）を交点Ｑに発生する。当該矩形波電圧Ｖ２は、
直流電圧Ｖ１を整流した電圧に応じた矩形波となる。
【００１４】フィルタ回路１４は、例えば、コイルＬｉ
ｎによって構成され、矩形波電圧Ｖ２をフィルタリング
して正弦波成分を含んだ脈流電圧Ｖ３（本発明の第２の
交流電圧）を生成し、これを圧電トランス１５に供給す
る。脈流電圧Ｖ３は、コイルＬｉｎと圧電トランス１５
の寄生容量Ｃ０１との共振により、サイン波となる。フ
ィルタ回路１４のインピーダンスは、矩形波電圧Ｖ２の
周波数の増減に応じて増減する。ＡＣアダプタ１では、
発振回路２２からの発振信号の周波数が微小に変化して
もフィルタ回路１４による影響は殆どないが、当該周波
数を急激に高めると、コイルＬｉｎのインピーダンスが
高くなり、逆に圧電トランス１５の入力インピーダンス
が低くなる。つまり、発振信号の周波数を急激に変化さ
せることで、圧電トランス１５に入力される脈流電圧Ｖ
３の正弦波成分の振幅を制御できる。そのため、交流電
圧Ｖｉｎが大きく変化しても、発振回路２２から出力す
る発振信号の周波数を制御することで、圧電トランス１
５に入力される脈流電圧Ｖ３の正弦波成分の振幅を調整
し圧電トランス１５の出力Ｖ４を一定に保つことが可能
になる。本実施形態では、このことを利用して、脈流電
圧Ｖ３の正弦波成分の振幅を最適な値に保つ制御を行っ
ている。
ｎによって構成され、矩形波電圧Ｖ２をフィルタリング
して正弦波成分を含んだ脈流電圧Ｖ３（本発明の第２の
交流電圧）を生成し、これを圧電トランス１５に供給す
る。脈流電圧Ｖ３は、コイルＬｉｎと圧電トランス１５
の寄生容量Ｃ０１との共振により、サイン波となる。フ
ィルタ回路１４のインピーダンスは、矩形波電圧Ｖ２の
周波数の増減に応じて増減する。ＡＣアダプタ１では、
発振回路２２からの発振信号の周波数が微小に変化して
もフィルタ回路１４による影響は殆どないが、当該周波
数を急激に高めると、コイルＬｉｎのインピーダンスが
高くなり、逆に圧電トランス１５の入力インピーダンス
が低くなる。つまり、発振信号の周波数を急激に変化さ
せることで、圧電トランス１５に入力される脈流電圧Ｖ
３の正弦波成分の振幅を制御できる。そのため、交流電
圧Ｖｉｎが大きく変化しても、発振回路２２から出力す
る発振信号の周波数を制御することで、圧電トランス１
５に入力される脈流電圧Ｖ３の正弦波成分の振幅を調整
し圧電トランス１５の出力Ｖ４を一定に保つことが可能
になる。本実施形態では、このことを利用して、脈流電
圧Ｖ３の正弦波成分の振幅を最適な値に保つ制御を行っ
ている。
【００１５】圧電トランス１５は、図４を用いて前述し
たように、入力される脈流電圧Ｖ３の正弦波成分の所定
の範囲の周波数内に、出力する交流電圧Ｖ４（本発明の
第３の交流電圧）を共振させる複数の共振周波数があ
る。また、入力される脈流電圧Ｖ３の正弦波成分の周波
数に応じて、共振周波数における交流電圧Ｖ４の値が相
互に異なる複数の特性を有している。圧電トランス１５
の等価回路は、図１に示される。
たように、入力される脈流電圧Ｖ３の正弦波成分の所定
の範囲の周波数内に、出力する交流電圧Ｖ４（本発明の
第３の交流電圧）を共振させる複数の共振周波数があ
る。また、入力される脈流電圧Ｖ３の正弦波成分の周波
数に応じて、共振周波数における交流電圧Ｖ４の値が相
互に異なる複数の特性を有している。圧電トランス１５
の等価回路は、図１に示される。
【００１６】整流回路１６は、圧電トランス１５から出
力された交流電圧Ｖ４を整流して直流電圧Ｖ５を出力す
る。当該直流電圧Ｖ５は、コンデンサＣ１０で平滑化さ
れて負荷３０に供給される。
力された交流電圧Ｖ４を整流して直流電圧Ｖ５を出力す
る。当該直流電圧Ｖ５は、コンデンサＣ１０で平滑化さ
れて負荷３０に供給される。
【００１７】周波数制御回路１７は、直流電圧Ｖ５の変
動を抑制するように、制御切替回路２０を介して発振回
路２２が出力する発振信号の周波数を制御する。具体的
には、周波数制御回路１７は、負荷３０や交流電圧Ｖｉ
ｎの電圧値が変化した場合に、直流電圧Ｖ５を一定に保
つように、発振回路２２が出力する発振信号の周波数を
追従させるように制御を行う。
動を抑制するように、制御切替回路２０を介して発振回
路２２が出力する発振信号の周波数を制御する。具体的
には、周波数制御回路１７は、負荷３０や交流電圧Ｖｉ
ｎの電圧値が変化した場合に、直流電圧Ｖ５を一定に保
つように、発振回路２２が出力する発振信号の周波数を
追従させるように制御を行う。
【００１８】バースト制御回路１８は、直流電圧Ｖ５の
変動を抑制するように、制御切替回路２０を介して発振
回路２２における発振信号の生成動作をオン／オフする
バースト制御を行う。
変動を抑制するように、制御切替回路２０を介して発振
回路２２における発振信号の生成動作をオン／オフする
バースト制御を行う。
【００１９】負荷検出回路１９は、例えば、負荷３０か
らの電流を検出して負荷３０の消費電力の大きさを検出
する。制御切替回路２０は、負荷検出回路１９が検出し
た消費電力を基に、周波数制御回路１７およびバースト
制御回路１８のうち何れか一方を選択し、選択した回路
に発振回路２２を制御させる。具体的には、制御切替回
路２０は、負荷検出回路１９が検出した消費電力が、所
定のしきい値より大きい場合に周波数制御回路１７を選
択し、当該しきい値以下の場合にバースト制御回路１８
を選択する。また、制御切替回路２０は、図２（Ａ）に
示すように、負荷検出回路１９が検出した消費電力を基
に、周波数制御回路１７からバースト制御回路１８への
切り替えをしきい値Ａ１を基に行い、バースト制御回路
１８から周波数制御回路１７への切り替えをしきい値Ｂ
１を基に行う。すなわち、しきい値にヒステリシスを持
たせる。これにより、負荷３０の消費電力がある値でふ
らついた場合でも、周波数制御回路１７とバースト制御
回路１８との間での制御が頻繁に切り替えられることを
防止でき、ＡＣアダプタ１に安定した動作を行わせるこ
とができる。
らの電流を検出して負荷３０の消費電力の大きさを検出
する。制御切替回路２０は、負荷検出回路１９が検出し
た消費電力を基に、周波数制御回路１７およびバースト
制御回路１８のうち何れか一方を選択し、選択した回路
に発振回路２２を制御させる。具体的には、制御切替回
路２０は、負荷検出回路１９が検出した消費電力が、所
定のしきい値より大きい場合に周波数制御回路１７を選
択し、当該しきい値以下の場合にバースト制御回路１８
を選択する。また、制御切替回路２０は、図２（Ａ）に
示すように、負荷検出回路１９が検出した消費電力を基
に、周波数制御回路１７からバースト制御回路１８への
切り替えをしきい値Ａ１を基に行い、バースト制御回路
１８から周波数制御回路１７への切り替えをしきい値Ｂ
１を基に行う。すなわち、しきい値にヒステリシスを持
たせる。これにより、負荷３０の消費電力がある値でふ
らついた場合でも、周波数制御回路１７とバースト制御
回路１８との間での制御が頻繁に切り替えられることを
防止でき、ＡＣアダプタ１に安定した動作を行わせるこ
とができる。
【００２０】入力電圧検出回路２１は、直流電圧Ｖ１の
電圧値を検出し、これを発振回路２２に出力する。
電圧値を検出し、これを発振回路２２に出力する。
【００２１】発振回路２２は、図４を用いて説明した圧
電トランス１５が有する複数の共振周波数のうち、入力
電圧検出回路２１から入力した電圧値を基に適合した所
定の共振周波数を選択し、当該選択した共振周波数、あ
るいは当該共振周波数付近の周波数の発振信号を生成
し、これを駆動回路１３に出力する。このとき、発振回
路２２は、入力電圧検出回路２１から入力した電圧値
を、ＡＣ８０〜２６４Ｖの範囲で何段階かに分け、当該
電圧値が属する段階に適合した共振周波数を選択する。
電トランス１５が有する複数の共振周波数のうち、入力
電圧検出回路２１から入力した電圧値を基に適合した所
定の共振周波数を選択し、当該選択した共振周波数、あ
るいは当該共振周波数付近の周波数の発振信号を生成
し、これを駆動回路１３に出力する。このとき、発振回
路２２は、入力電圧検出回路２１から入力した電圧値
を、ＡＣ８０〜２６４Ｖの範囲で何段階かに分け、当該
電圧値が属する段階に適合した共振周波数を選択する。
【００２２】また、発振回路２２は、図２（Ｂ）に示す
ように、入力電圧検出回路２１から入力した電圧値を基
に、第１の共振周波数から第２の共振周波数への切り替
えをしきい値Ａ２を基に行い、第２の共振周波数から第
１の共振周波数への切り替えをしきい値Ｂ２を基に行
う。すなわち、しきい値にヒステリシスを持たせる。こ
れにより、直流電圧Ｖ１がある値でふらついた場合で
も、発振回路２２で選択する共振周波数が頻繁に切り替
えられることを防止でき、ＡＣアダプタ１に安定した動
作を行わせることができる。
ように、入力電圧検出回路２１から入力した電圧値を基
に、第１の共振周波数から第２の共振周波数への切り替
えをしきい値Ａ２を基に行い、第２の共振周波数から第
１の共振周波数への切り替えをしきい値Ｂ２を基に行
う。すなわち、しきい値にヒステリシスを持たせる。こ
れにより、直流電圧Ｖ１がある値でふらついた場合で
も、発振回路２２で選択する共振周波数が頻繁に切り替
えられることを防止でき、ＡＣアダプタ１に安定した動
作を行わせることができる。
【００２３】以下、図１に示すＡＣアダプタ１の動作例
を説明する。 〔第１の動作例〕当該動作例では、図４に示す共振周波
数Ｆ１を用いて制御を行う場合を説明する。ＡＣアダプ
タ１が所定の電源プラグに印加され、電源１１から所定
の振幅および周波数の交流電圧Ｖｉｎが整流回路１２に
供給される。そして、整流回路１２において、交流電圧
Ｖｉｎが整流され、コンデンサＣ００で平滑化されて直
流電圧Ｖ１となる。当該直流電圧Ｖ１が、スイッチ素子
Ｑ１のドレインとスイッチ素子Ｑ２のソースに供給され
る。
を説明する。 〔第１の動作例〕当該動作例では、図４に示す共振周波
数Ｆ１を用いて制御を行う場合を説明する。ＡＣアダプ
タ１が所定の電源プラグに印加され、電源１１から所定
の振幅および周波数の交流電圧Ｖｉｎが整流回路１２に
供給される。そして、整流回路１２において、交流電圧
Ｖｉｎが整流され、コンデンサＣ００で平滑化されて直
流電圧Ｖ１となる。当該直流電圧Ｖ１が、スイッチ素子
Ｑ１のドレインとスイッチ素子Ｑ２のソースに供給され
る。
【００２４】また、発振回路２２が、入力電圧検出回路
２１で検出された電圧値を基に、図４を用いて説明した
圧電トランス１５が有する複数の共振周波数のうち、共
振周波数Ｆ１を選択し、当該選択した共振周波数Ｆ１、
あるいは当該共振周波数Ｆ１付近の周波数の発振信号を
生成し、これを駆動回路１３に出力する。これにより、
駆動回路１３が、発振信号が持つ共振周波数Ｆ１に応じ
て、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のゲートをオン／オフさ
せ、共振周波数Ｆ１の矩形波電圧Ｖ２を交点Ｑに発生す
る。フィルタ回路１４において矩形波電圧Ｖ２がフィル
タリングされて正弦波成分を含んだ脈流電圧Ｖ３とな
り、これが圧電トランス１５に供給される。
２１で検出された電圧値を基に、図４を用いて説明した
圧電トランス１５が有する複数の共振周波数のうち、共
振周波数Ｆ１を選択し、当該選択した共振周波数Ｆ１、
あるいは当該共振周波数Ｆ１付近の周波数の発振信号を
生成し、これを駆動回路１３に出力する。これにより、
駆動回路１３が、発振信号が持つ共振周波数Ｆ１に応じ
て、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のゲートをオン／オフさ
せ、共振周波数Ｆ１の矩形波電圧Ｖ２を交点Ｑに発生す
る。フィルタ回路１４において矩形波電圧Ｖ２がフィル
タリングされて正弦波成分を含んだ脈流電圧Ｖ３とな
り、これが圧電トランス１５に供給される。
【００２５】そして、圧電トランス１５において、入力
される脈流電圧Ｖ３の正弦波成分のみが、圧電トランス
１５の持つ周波数による入出力比に応じて出力電圧であ
る交流電圧Ｖ４に変換されて整流回路１６に出力され
る。そして、整流回路１６において、交流電圧Ｖ４が整
流されて直流電圧Ｖ５となり、負荷３０に供給される。
される脈流電圧Ｖ３の正弦波成分のみが、圧電トランス
１５の持つ周波数による入出力比に応じて出力電圧であ
る交流電圧Ｖ４に変換されて整流回路１６に出力され
る。そして、整流回路１６において、交流電圧Ｖ４が整
流されて直流電圧Ｖ５となり、負荷３０に供給される。
【００２６】また、負荷検出回路１９において、負荷３
０からの電流を基に、負荷３０の消費電力の大きさが検
出される。そして、制御切替回路２０によって、負荷検
出回路１９が検出した消費電力を基に、周波数制御回路
１７およびバースト制御回路１８のうち何れか一方が選
択され、選択した回路によって発振回路２２が制御され
る。このとき、制御切替回路２０は、負荷検出回路１９
が検出した消費電力が、所定のしきい値より大きい場合
に周波数制御回路１７を選択し、当該しきい値以下の場
合にバースト制御回路１８を選択する。このように、第
１の動作例では、図４に示す共振周波数Ｆ１を基準とし
て、圧電トランス１５に入力される脈流電圧Ｖ３の正弦
波成分の周波数が制御される。そのため、圧電トランス
１５において高い変圧効率を得ることができる。
０からの電流を基に、負荷３０の消費電力の大きさが検
出される。そして、制御切替回路２０によって、負荷検
出回路１９が検出した消費電力を基に、周波数制御回路
１７およびバースト制御回路１８のうち何れか一方が選
択され、選択した回路によって発振回路２２が制御され
る。このとき、制御切替回路２０は、負荷検出回路１９
が検出した消費電力が、所定のしきい値より大きい場合
に周波数制御回路１７を選択し、当該しきい値以下の場
合にバースト制御回路１８を選択する。このように、第
１の動作例では、図４に示す共振周波数Ｆ１を基準とし
て、圧電トランス１５に入力される脈流電圧Ｖ３の正弦
波成分の周波数が制御される。そのため、圧電トランス
１５において高い変圧効率を得ることができる。
【００２７】〔第２の動作例〕当該動作例では、図４に
示す共振周波数Ｆ２を用いて制御を行う場合を説明す
る。ＡＣアダプタ１が所定の電源プラグに印加され、電
源１１から、第１の動作例の場合より大きな所定の振幅
および周波数の交流電圧Ｖｉｎが整流回路１２に供給さ
れる。この場合には、発振回路２２が、入力電圧検出回
路２１で検出された電圧値を基に、図４を用いて説明し
た圧電トランス１５が有する複数の共振周波数のうち、
共振周波数Ｆ２を選択し、当該選択した共振周波数Ｆ
２、あるいは当該共振周波数Ｆ２付近の周波数の発振信
号を生成し、これを駆動回路１３に出力する。これによ
り、駆動回路１３が、発振信号が持つ共振周波数Ｆ２に
応じて、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のゲートをオン／オフ
させ、共振周波数Ｆ２の矩形波電圧Ｖ２を交点Ｑに発生
する。当該共振周波数Ｆ２は、前述した共振周波数Ｆ１
より高いため、フィルタ回路１４のインピーダンスが第
１の動作例に比べて大きくなり、矩形波電圧Ｖ２に対す
る正弦波成分を含んだ脈流電圧Ｖ３の正弦波成分の振幅
の減衰比が第１の動作例に比べて大きくなる。その後の
動作は、第１の動作例で説明した場合と同じである。こ
のように、第２の動作例によれば、入力された直流電圧
Ｖ１が高くなった場合でも、図４に示す共振周波数Ｆ２
を基準として、圧電トランス１５に入力される脈流電圧
Ｖ３の周波数が制御される。そのため、圧電トランス１
５において高い変圧効率を得ることができる。すなわ
ち、従来のように、単数の共振周波数Ｆ１のみを用いて
制御を行う場合には、入力された直流電圧Ｖ１が高くな
れば、その分圧電トランス１５に入力される脈流電圧Ｖ
３の正弦波成分の振幅も高くなる。その為共振周波数か
ら外れた周波数で動作させる必要があるが、脈流電圧Ｖ
３の周波数を上げると、圧電トランス１５の変圧効率が
落ちてしまう。しかし、本実施形態では、次の共振周波
数Ｆ２を用いて制御を行うため、脈流電圧Ｖ３の周波数
を上げても、高い変圧効率を得ることができる。
示す共振周波数Ｆ２を用いて制御を行う場合を説明す
る。ＡＣアダプタ１が所定の電源プラグに印加され、電
源１１から、第１の動作例の場合より大きな所定の振幅
および周波数の交流電圧Ｖｉｎが整流回路１２に供給さ
れる。この場合には、発振回路２２が、入力電圧検出回
路２１で検出された電圧値を基に、図４を用いて説明し
た圧電トランス１５が有する複数の共振周波数のうち、
共振周波数Ｆ２を選択し、当該選択した共振周波数Ｆ
２、あるいは当該共振周波数Ｆ２付近の周波数の発振信
号を生成し、これを駆動回路１３に出力する。これによ
り、駆動回路１３が、発振信号が持つ共振周波数Ｆ２に
応じて、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のゲートをオン／オフ
させ、共振周波数Ｆ２の矩形波電圧Ｖ２を交点Ｑに発生
する。当該共振周波数Ｆ２は、前述した共振周波数Ｆ１
より高いため、フィルタ回路１４のインピーダンスが第
１の動作例に比べて大きくなり、矩形波電圧Ｖ２に対す
る正弦波成分を含んだ脈流電圧Ｖ３の正弦波成分の振幅
の減衰比が第１の動作例に比べて大きくなる。その後の
動作は、第１の動作例で説明した場合と同じである。こ
のように、第２の動作例によれば、入力された直流電圧
Ｖ１が高くなった場合でも、図４に示す共振周波数Ｆ２
を基準として、圧電トランス１５に入力される脈流電圧
Ｖ３の周波数が制御される。そのため、圧電トランス１
５において高い変圧効率を得ることができる。すなわ
ち、従来のように、単数の共振周波数Ｆ１のみを用いて
制御を行う場合には、入力された直流電圧Ｖ１が高くな
れば、その分圧電トランス１５に入力される脈流電圧Ｖ
３の正弦波成分の振幅も高くなる。その為共振周波数か
ら外れた周波数で動作させる必要があるが、脈流電圧Ｖ
３の周波数を上げると、圧電トランス１５の変圧効率が
落ちてしまう。しかし、本実施形態では、次の共振周波
数Ｆ２を用いて制御を行うため、脈流電圧Ｖ３の周波数
を上げても、高い変圧効率を得ることができる。
【００２８】以上説明したように、ＡＣアダプタ１によ
れば、直流電圧Ｖ１が小さい場合に低い共振周波数Ｆ１
を用い、直流電圧Ｖ１が大きい場合に高い共振周波数Ｆ
２を用いることで、フィルタ回路１４のインピーダンス
が周波数の増減に応じて増減することを利用して、広範
囲の直流電圧Ｖ１に対して圧電トランス１５による変換
を共振周波数付近で制御できる。そのため、広範囲の入
力電圧に対して高い変圧効率を実現できる。
れば、直流電圧Ｖ１が小さい場合に低い共振周波数Ｆ１
を用い、直流電圧Ｖ１が大きい場合に高い共振周波数Ｆ
２を用いることで、フィルタ回路１４のインピーダンス
が周波数の増減に応じて増減することを利用して、広範
囲の直流電圧Ｖ１に対して圧電トランス１５による変換
を共振周波数付近で制御できる。そのため、広範囲の入
力電圧に対して高い変圧効率を実現できる。
【００２９】なお、上記実施の形態は本発明の例示であ
り、本発明は上記実施の形態に限定されない。例えば、
上述した実施形態では、図４に示す共振周波数Ｆ１，Ｆ
２の２つの共振周波数を選択的に用いて制御を行う場合
を例示したが、本発明では、直流電圧Ｖ１の大きさに応
じて、２以上の任意の数の共振周波数を選択的に用いて
制御を行ってもよい。
り、本発明は上記実施の形態に限定されない。例えば、
上述した実施形態では、図４に示す共振周波数Ｆ１，Ｆ
２の２つの共振周波数を選択的に用いて制御を行う場合
を例示したが、本発明では、直流電圧Ｖ１の大きさに応
じて、２以上の任意の数の共振周波数を選択的に用いて
制御を行ってもよい。
【００３０】また、上述した実施形態では、図１に示す
ように、周波数制御回路１７、バースト制御回路１８、
負荷検出回路１９および制御切替回路２０を加えた場合
を例示したが、本発明は、図３に示すように、図１から
これらの構成要素を除いた構成にしてもよい。また、本
発明では、変圧回路として、圧電トランス１５を例示し
たが、複数の共振周波数を有し、入力された交流電圧の
周波数に応じて異なる特性を有し、変圧を行うものであ
れば、その他のデバイスを用いてもよい。
ように、周波数制御回路１７、バースト制御回路１８、
負荷検出回路１９および制御切替回路２０を加えた場合
を例示したが、本発明は、図３に示すように、図１から
これらの構成要素を除いた構成にしてもよい。また、本
発明では、変圧回路として、圧電トランス１５を例示し
たが、複数の共振周波数を有し、入力された交流電圧の
周波数に応じて異なる特性を有し、変圧を行うものであ
れば、その他のデバイスを用いてもよい。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
入力電圧や負荷が変動した場合でも高い変圧効率で変圧
を行うことができる変圧装置および変圧制御装置を提供
することができる。
入力電圧や負荷が変動した場合でも高い変圧効率で変圧
を行うことができる変圧装置および変圧制御装置を提供
することができる。
【図１】図１は、本発明の実施形態に係わるＡＣアダプ
タの全体構成図である。
タの全体構成図である。
【図２】図２は、図１に示す発振回路および制御切替回
路の切り換えタイミングを説明するための図である。
路の切り換えタイミングを説明するための図である。
【図３】図３は、図１に示すＡＣアダプタの変形例を説
明するための図である。
明するための図である。
【図４】図４は、圧電トランスの特性を説明するための
図である。
図である。
１２…整流回路、１３…駆動回路、１４…フィルタ回
路、１５…圧電トランス、１６…整流回路、１７…周波
数制御回路、１８…バースト制御回路、１９…負荷検出
回路、２０…制御切替回路、２１…入力電圧検出回路、
２２…発振回路
路、１５…圧電トランス、１６…整流回路、１７…周波
数制御回路、１８…バースト制御回路、１９…負荷検出
回路、２０…制御切替回路、２１…入力電圧検出回路、
２２…発振回路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02M 3/24
Claims (5)
- 【請求項１】指定された周波数で直流電圧をスイッチン
グして第１の交流電圧を生成するスイッチング回路と、 前記第１の交流電圧をフィルタリングして第２の交流電
圧を出力し、前記第１の交流電圧の周波数の増減に応じ
て増減するインピーダンスを有するフィルタ回路と、 複数の共振周波数を有し、前記フィルタ回路から入力さ
れた前記第２の交流電圧の周波数に応じて異なる変圧特
性を有し、前記第２の交流電圧を変圧して第３の交流電
圧を出力する変圧回路と、前記スイッチング回路が前記スイッチングを行う 前記直
流電圧の電圧値を検出する電圧検出回路と、 前記複数の共振周波数のうち前記電圧検出回路で検出さ
れた前記電圧値に応じた所定の共振周波数を選択し、当
該選択した前記共振周波数を基準として制御した周波数
を前記スイッチング回路に前記指定する周波数指定回路
とを有する変圧装置。 - 【請求項２】前記周波数指定回路は、前記検出された電
圧が第１のしきい値以下になったことを条件に、前記基
準とする共振周波数を第１の共振周波数から当該第１の
共振周波数より高い第２の共振周波数に切り換え、前記
検出された電圧が前記第１のしきい値より大きな第２の
しきい値以上になったことを条件に、前記基準とする共
振周波数を前記第２の共振周波数から前記第１の共振周
波数に切り換える請求項１に記載の変圧装置。 - 【請求項３】前記第３の交流電圧の変動を抑制するよう
に、前記スイッチングを行う周波数を制御する周波数制
御回路をさらに有する請求項１または請求項２に記載の
変圧装置。 - 【請求項４】前記変圧回路は、圧電トランスである請求
項１に記載の変圧装置。 - 【請求項５】複数の共振周波数を有し、入力された交流
電圧の周波数に応じて異なる変圧特性を有する変圧回路
を制御する変圧制御装置であって、 指定された周波数で直流電圧をスイッチングして第１の
交流電圧を生成するスイッチング回路と、 前記第１の交流電圧をフィルタリングして第２の交流電
圧を前記変圧回路に出力し、前記第１の交流電圧の周波
数の増減に応じて増減するインピーダンスを有するフィ
ルタ回路と、前記スイッチング回路が前記スイッチングを行う 前記直
流電圧の電圧値を検出する電圧検出回路と、 前記複数の共振周波数のうち前記電圧検出回路で検出さ
れた前記電圧値に応じた所定の共振周波数を選択し、当
該選択した前記共振周波数を基準として制御した周波数
を前記スイッチング回路に前記指定する周波数指定回路
とを有する変圧制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002035495A JP3488452B2 (ja) | 2002-02-13 | 2002-02-13 | 変圧装置および変圧制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002035495A JP3488452B2 (ja) | 2002-02-13 | 2002-02-13 | 変圧装置および変圧制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003235254A JP2003235254A (ja) | 2003-08-22 |
| JP3488452B2 true JP3488452B2 (ja) | 2004-01-19 |
Family
ID=27777670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002035495A Expired - Fee Related JP3488452B2 (ja) | 2002-02-13 | 2002-02-13 | 変圧装置および変圧制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3488452B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2007068349A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Tdk Corp | スイッチング電源装置 |
| JP6080084B1 (ja) * | 2016-02-09 | 2017-02-15 | 株式会社エム・システム技研 | 圧電トランスを用いた２線式信号絶縁回路 |
-
2002
- 2002-02-13 JP JP2002035495A patent/JP3488452B2/ja not_active Expired - Fee Related
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