JP3488453B2 - Transformer and transformer controller - Google Patents

Transformer and transformer controller

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JP3488453B2
JP3488453B2 JP2002035496A JP2002035496A JP3488453B2 JP 3488453 B2 JP3488453 B2 JP 3488453B2 JP 2002035496 A JP2002035496 A JP 2002035496A JP 2002035496 A JP2002035496 A JP 2002035496A JP 3488453 B2 JP3488453 B2 JP 3488453B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a transformer device and a transformer control device capable of performing transformation with high transformation efficiency even when an input voltage or a load fluctuates.

【0002】[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、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。
2. Description of the Related Art There are AC adapters that enable electric appliances to be used in a plurality of countries having different power supply voltages and frequencies. Such an AC adapter uses an electromagnetic transformer as a converter. The piezoelectric transformer has a unique resonance frequency determined by its length and shape. Mechanical vibration (resonance) is caused by the inverse piezoelectric effect by applying an AC voltage of its own resonance frequency to the primary side of such a piezoelectric transformer.
Cause On the secondary side, this mechanical vibration is converted into an electric signal again by the piezoelectric effect, and a voltage is generated. The resonance frequency of the piezoelectric transformer includes a λ / 2 mode in which the displacement is minimum in the center of the element, a λ mode in which there are two positions in which the displacement is minimum, or a higher-order 3 / 2λ mode. In addition, depending on the shape of the element, there are a plurality of vibration modes such as lateral, width, thickness slip, and disk spreading, and each vibration mode has its own resonance frequency. Piezoelectric transformers generally have the highest transformation ratio and conversion efficiency near the resonance point. As shown in FIG. 4, the piezoelectric transformer converter controls the output voltage by controlling the frequency by utilizing the characteristic of the piezoelectric transformer that the output voltage is changed according to the frequency. Piezoelectric transformers have the advantages of higher energy density, higher frequency and smaller size, and less electromagnetic noise than electromagnetic transformers, and have recently attracted attention as new converter materials. At present, one that has been put into practical use is an inverter for a cold cathode fluorescent lamp of a liquid crystal backlight.

【0003】[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。
However, since the piezoelectric transformer has a plurality of resonance points as shown in FIG. 4, when it is used for an AC adapter or the like in which the input voltage and the load fluctuate, the frequency control is performed. There is a problem that it becomes difficult to perform efficient conversion by increasing the width and straddling the next resonance point, making it impossible to control the output to be constant, and moving away from the resonance point. In FIG. 4, the horizontal axis represents the frequency f (k) of the AC voltage input to the piezoelectric transformer.
Hz), and the vertical axis represents the amplitude (V) of the AC voltage output from the piezoelectric transformer. This is because the piezoelectric transformer has the highest input / output gain and conversion efficiency in the vicinity of the resonance frequency, and the input / output gain and conversion efficiency decrease as it deviates from the resonance frequency. Also, if the input voltage to the piezoelectric transformer becomes higher in the same frequency, the output voltage will also become higher.Therefore, it is necessary to change the frequency to keep the output voltage constant. There is a problem in that the voltage conversion efficiency may decrease.

【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。
The present invention has been made in view of the above-mentioned prior art, and an object of the present invention is to provide a transformer device and a transformer control device capable of performing transformation with high transformation efficiency even when the input voltage or the load fluctuates.

【0005】[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、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で前記交流電圧を変圧す
る変圧装置であって前記変圧回路の共振周波数あるい
は当該共振周波数付近の周波数の発振信号を基に直流電
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、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、前記第3の交流電圧の変動
を抑制するように、前記発振信号の周波数制御を行う
波数制御回路と、前記第3の交流電圧の変動を抑制する
ように、前記発振信号の生成動作をオン/オフするバー
スト制御を行うバースト制御回路と、前記第3の交流電
圧に応じて動作する負荷の大きさを検出する負荷検出回
路と、前記負荷検出回路の検出結果を基に、前記負荷検
出回路が検出した負荷が所定のしきい値より大きい場合
に前記周波数制御回路による前記周波数制御を選択し、
当該しきい値以下の場合に前記バースト制御回路による
前記バースト制御を選択する制御選択回路とを有する。
In order to solve the above-mentioned problems of the prior art and achieve the above-mentioned object, the transformer device of the first invention is different according to the frequency of the input AC voltage.
Transform the AC voltage with a transformer circuit having the following transformation characteristics
A transformer device having a resonance frequency of the transformer circuit or
Is a switching circuit that switches a DC voltage based on an oscillation signal having a frequency near the resonance frequency to generate a first AC voltage, and outputs a second AC voltage by filtering the first AC voltage. A filter circuit having an impedance that increases / decreases according to an increase / decrease in the frequency of the first AC voltage; a transformer circuit that transforms the second AC voltage to output a third AC voltage; and the third AC voltage. Frequency control circuit that controls the frequency of the oscillation signal so as to suppress the fluctuation of the oscillation signal, and ON / OFF the operation of generating the oscillation signal so that the fluctuation of the third AC voltage is suppressed. a burst control circuit for burst control of the load detecting circuit for detecting the magnitude of the load which operates in response to the third ac voltage, based on the detection result of the load detection circuit, said load test
When the load detected by the output circuit is greater than the specified threshold
To select the frequency control by the frequency control circuit,
By the burst control circuit when the threshold value or less
And a control selection circuit for selecting the burst control .

【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、変圧回路の共振周波数ある
いは当該共振周波数付近の周波数の発振信号を基に直流
電圧スイッチングして第1の交流電圧が生成される。
そして、フィルタ回路によって、前記第1の交流電圧が
フィルタリングされて第2の交流電圧が出力される。そ
して、変圧回路によって、前記第2の交流電圧が変圧さ
れて第3の交流電圧が出力される。また、負荷検出回路
によって、前記第3の交流電圧に応じて動作する負荷の
大きさが検出される。そして、制御選択回路によって、
前記負荷検出回路の検出結果を基に、前記負荷検出回路
が検出した負荷が所定のしきい値より大きい場合に前記
周波数制御回路による前記周波数制御が選択され、当該
しきい値以下の場合に前記バースト制御回路による前記
バースト制御が選択される。
[0006] for the work of the first aspect of the invention is as follows.
In the switching circuit, the resonance frequency of the transformer circuit
There is a first AC voltage by switching a DC voltage based on the oscillation signal of a frequency near the resonant frequency is generated.
Then, the first alternating voltage is filtered by the filter circuit and the second alternating voltage is output. Then, the second AC voltage is transformed by the transformer circuit to output the third AC voltage. Further, the load detection circuit detects the size of the load operating according to the third AC voltage . Then, by the control selection circuit,
Based on the detection result of the load detection circuit , the load detection circuit
If the load detected by the
The frequency control by the frequency control circuit is selected,
If the burst control circuit is below the threshold,
Burst control is selected.

【0007】また、第1の発明の変圧装置は、好ましく
は、前記制御選択回路は、前記検出された負荷の大きさ
が第1のしきい値以下になったことを条件に、前記選択
する制御を前記周波数制御から前記バースト制御に切り
換え、前記検出された負荷の大きさが第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
記選択する制御を前記バースト制御から前記周波数制御
に切り換える。
Further, in the transformer device of the first invention, preferably, the control selection circuit makes the selection under the condition that the magnitude of the detected load becomes equal to or less than a first threshold value. The control is switched from the frequency control to the burst control, and the selected control is performed on the condition that the magnitude of the detected load is equal to or more than a second threshold value larger than the first threshold value. The burst control is switched to the frequency control.

【0008】また、第1の発明の変圧装置は、好ましく
は、前記周波数制御が可能か否か、あるいは、前記変圧
回路が変圧効率が所望の値になるか否かを基準として、
前記第1のしきい値および前記第2のしきい値を決定す
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。
In the transformer device according to the first aspect of the present invention, it is preferable that the frequency control is possible or whether the transformer circuit has a desired transformer efficiency.
Determine the first threshold and the second threshold. In the transformer device of the first invention, preferably, the transformer circuit is a piezoelectric transformer.

【0009】 第2の発明の変圧制御装置は、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し前記
交流電圧を変圧する変圧回路を制御する変圧制御装置で
あって、前記変圧回路の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基に、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供給し、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、前記変回路から出力された第3の交
流電圧の変動を抑制するように、前記発振信号の周波数
制御を行う周波数を制御する周波数制御回路と、前記第
3の交流電圧の変動を抑制するように、前記発振信号の
生成動作をオン/オフするバースト制御を行うバースト
制御回路と、前記第3の交流電圧に応じて動作する負荷
の大きさを検出する負荷検出回路と、前記負荷検出回路
の検出結果を基に、前記負荷検出回路が検出した負荷が
所定のしきい値より大きい場合に前記周波数制御回路に
よる前記周波数制御を選択し、当該しきい値以下の場合
に前記バースト制御回路による前記バースト制御を選択
する制御選択回路とを有する。
The voltage transformation control device of the second invention is input
It has different transformation characteristics depending on the frequency of the AC voltage
A transformer control device for controlling a transformer circuit for transforming an AC voltage , comprising the resonance frequency of the transformer circuit or the resonance frequency.
A switching circuit that switches a DC voltage to generate a first AC voltage based on an oscillation signal having a frequency near the wave number; and a second AC voltage that filters the first AC voltage and supplies a second AC voltage to the transformer circuit. and a filter circuit having an impedance which increases or decreases according to the increase or decrease of the frequency of said first alternating voltage, so as to suppress the variation of the third AC voltage output from the variable pressure circuit, the frequency of the oscillation signal
A frequency control circuit for controlling a frequency for performing control, and a control circuit for controlling the oscillation signal so as to suppress the fluctuation of the third AC voltage .
A burst control circuit that performs burst control for turning on / off the generation operation , a load detection circuit that detects the magnitude of a load that operates according to the third AC voltage, and a detection result of the load detection circuit, If the load detected by the load detection circuit is
If the frequency control circuit is larger than a predetermined threshold,
When the frequency control is selected by
And a control selection circuit for selecting the burst control by the burst control circuit .

【0010】[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、周波数制御回路17が本発明
の周波数制御回路に対応し、バースト制御回路18が本
発明のバースト制御回路に対応し、制御切替回路が本発
明の制御選択回路に対応している。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of an AC adapter 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the AC adapter 1 includes, for example, a rectifier circuit 12,
Drive circuit 13, switch elements Q1 and Q2, filter circuit 14, piezoelectric transformer 15, rectifier circuit 16, frequency control circuit 17, burst control circuit 18, load detection circuit 19, control switching circuit 20, input voltage detection circuit 21, and oscillation. It has a circuit 22. Here, the switch elements Q1 and Q2 correspond to the switching circuit of the present invention, the filter circuit 14 corresponds to the filter circuit of the present invention, the piezoelectric transformer 15 corresponds to the transformer circuit of the present invention, and the frequency control circuit 17 is the main. The burst control circuit 18 corresponds to the burst control circuit of the present invention, and the control switching circuit corresponds to the control selection circuit of the present invention.

【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。
The power supply 11 generates an AC voltage Vin having a predetermined amplitude and frequency. The rectifier circuit 12 is, for example, a bridge full-wave rectifier circuit, receives an AC voltage Vin having a predetermined amplitude and frequency from the power source 11, rectifies the AC voltage Vin,
The DC voltage V1 (DC voltage of the present invention) smoothed by the capacitor C00 is supplied between the drain of the switch element Q1 and the source of the switch element Q2.

【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。
The drive circuit 13 switches the switch elements Q1 and Q in accordance with the frequency of the oscillation signal input from the oscillation circuit 22.
Turn gate 2 on / off.

【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。
The switch elements Q1 and Q2 form a half bridge, and alternately, the drain and source are turned on / off by the control of the drive circuit 13, and the rectangular wave voltage V2 ( The first AC voltage of the present invention) is generated at the intersection point Q. The rectangular wave voltage V2 is
A rectangular wave corresponding to the voltage obtained by rectifying the DC voltage V1 is obtained.

【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15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V
3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。
The filter circuit 14 includes, for example, a coil Li.
The rectangular wave voltage V2 is filtered to generate a pulsating current voltage V3 (second AC voltage of the present invention) including a sine wave component and is supplied to the piezoelectric transformer 15. The pulsating current voltage V3 is the coil Lin and the piezoelectric transformer 15
Due to resonance with the parasitic capacitance C01, a sine wave is generated. The impedance of the filter circuit 14 increases / decreases as the frequency of the rectangular wave voltage V2 increases / decreases. With the AC adapter 1,
Even if the frequency of the oscillation signal from the oscillation circuit 22 slightly changes, the filter circuit 14 has almost no effect. However, if the frequency is rapidly increased, the impedance of the coil Lin increases, and conversely, the input impedance of the piezoelectric transformer 15 increases. Will be lower. That is, by rapidly changing the frequency of the oscillation signal, the pulsating current voltage V input to the piezoelectric transformer 15 is increased.
The amplitude of the sine wave component of 3 can be controlled. Therefore, even if the AC voltage Vin changes, the amplitude of the sinusoidal component of the pulsating current voltage V3 input to the piezoelectric transformer 15 is adjusted by controlling the frequency of the oscillation signal output from the oscillation circuit 22. It is possible to keep the output V4 of V.sub.4 constant. In the present embodiment, by utilizing this fact, the pulsating current voltage V
Control is performed to keep the amplitude of the sine wave component of 3 at an optimum value.

【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。
As described above with reference to FIG. 4, the piezoelectric transformer 15 outputs the AC voltage V4 (the third embodiment of the present invention) within the frequency within the predetermined range of the sine wave component of the input pulsating current voltage V3. There are several resonance frequencies that resonate the AC voltage). Further, the AC voltage V4 has a plurality of characteristics in which the value of the AC voltage V4 at the resonance frequency is different from each other according to the frequency of the sine wave component of the input pulsating current voltage V3. Piezoelectric transformer 15
The equivalent circuit of is shown in FIG.

【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。
The rectifier circuit 16 rectifies the AC voltage V4 output from the piezoelectric transformer 15 and outputs a DC voltage V5. The DC voltage V5 is smoothed by the capacitor C10 and supplied to the load 30.

【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。
The frequency control circuit 17 controls the frequency of the oscillation signal output from the oscillation circuit 22 via the control switching circuit 20 so as to suppress the fluctuation of the DC voltage V5. Specifically, the frequency control circuit 17 controls the load 30 and the AC voltage Vi.
When the voltage value of n changes, control is performed so that the frequency of the oscillation signal output from the oscillation circuit 22 follows so as to keep the DC voltage V5 constant.

【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。
The burst control circuit 18 performs burst control for turning on / off the operation of generating an oscillation signal in the oscillation circuit 22 via the control switching circuit 20 so as to suppress the fluctuation of the DC voltage V5.

【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。
The load detection circuit 19 detects the current from the load 30 to detect the power consumption of the load 30, for example. The control switching circuit 20 selects one of the frequency control circuit 17 and the burst control circuit 18 based on the power consumption detected by the load detection circuit 19, and causes the selected circuit to control the oscillation circuit 22. Specifically, the control switching circuit 20 selects the frequency control circuit 17 when the power consumption detected by the load detection circuit 19 is larger than a predetermined threshold value, and selects the frequency control circuit 17 when the power consumption is lower than the threshold value. 18
Select. In addition, as shown in FIG. 2A, the control switching circuit 20 switches the frequency control circuit 17 to the burst control circuit 18 based on the power consumption detected by the load detection circuit 19 based on the threshold value A1. The burst control circuit 18 is switched to the frequency control circuit 17 by the threshold value B.
Based on 1. That is, the threshold has hysteresis. As a result, even if the power consumption of the load 30 fluctuates at a certain value, it is possible to prevent the control between the frequency control circuit 17 and the burst control circuit 18 from being frequently switched, and to ensure stable operation of the AC adapter 1. Can be done.

【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。
The input voltage detection circuit 21 detects the voltage value of the DC voltage V1 and outputs it to the oscillation circuit 22.

【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。
The oscillation circuit 22 selects a predetermined resonance frequency based on the voltage value input from the input voltage detection circuit 21 from the plurality of resonance frequencies of the piezoelectric transformer 15 described with reference to FIG. An oscillation signal having the selected resonance frequency or a frequency near the resonance frequency is generated and output to the drive circuit 13. At this time, the oscillation circuit 22 divides the voltage value input from the input voltage detection circuit 21 into several stages within the range of AC80 to 264V, and selects the resonance frequency suitable for the stage to which the voltage value belongs.

【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。
Further, as shown in FIG. 2B, the oscillation circuit 22 switches from the first resonance frequency to the second resonance frequency based on the voltage value input from the input voltage detection circuit 21. Based on the threshold value A2, switching from the second resonance frequency to the first resonance frequency is performed based on the threshold value B2. That is, the threshold has hysteresis. As a result, even when the DC voltage V1 fluctuates at a certain value, it is possible to prevent the resonance frequency selected by the oscillation circuit 22 from being frequently switched, and to make the AC adapter 1 perform a stable operation.

【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、負荷30の消費電力
が十分に大きく、制御切替回路20が周波数制御回路1
7の制御を選択した場合の動作例を説明する。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。
An operation example of the AC adapter 1 shown in FIG. 1 will be described below. [First Operation Example] In the operation example, the power consumption of the load 30 is sufficiently large, and the control switching circuit 20 causes the frequency control circuit 1 to operate.
An operation example when the control of No. 7 is selected will be described. The AC adapter 1 is applied to a predetermined power plug, and the AC voltage Vin having a predetermined amplitude and frequency is supplied from the power supply 11 to the rectifier circuit 12.
Is supplied to. Then, in the rectifying circuit 12, the AC voltage Vin is rectified and smoothed by the capacitor C00 to become the DC voltage V1. The DC voltage V1 is supplied to the drain of the switch element Q1 and the source of the switch element Q2.

【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、例
えば共振周波数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。
Further, the oscillation circuit 22 selects, for example, the resonance frequency F1 from the plurality of resonance frequencies of the piezoelectric transformer 15 described with reference to FIG. 4 based on the voltage value detected by the input voltage detection circuit 21. Then, an oscillation signal having the selected resonance frequency F1 or a frequency near the resonance frequency F1 is generated and output to the drive circuit 13. As a result, the drive circuit 13 causes the resonance frequency F1 of the oscillation signal
Accordingly, the gates of the switching elements Q1 and Q2 are turned on / off to generate the rectangular wave voltage V2 having the resonance frequency F1 at the intersection Q. The rectangular wave voltage V2 is filtered in the filter circuit 14 to become a pulsating current voltage V3 including a sine wave component, which is supplied to the piezoelectric transformer 15.

【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。
Then, in the piezoelectric transformer 15, only the sine wave component of the input pulsating current voltage V3 is converted into an AC voltage V4 which is an output voltage according to the input / output ratio of the frequency that the piezoelectric transformer 15 has, and the rectifier circuit. 16 is output. Then, in the rectifying circuit 16, the AC voltage V4 is rectified into a DC voltage V5, which is supplied to the load 30.

【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が所定のしきい値より大
きいと判断されて周波数制御回路17が選択され、周波
数制御回路17によって発振回路22が制御される。こ
れにより、周波数制御回路17によって、負荷や交流電
圧Vin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
従させる制御が行われる。このように、第1の動作例で
は、負荷30の消費電力が十分に大きいため、周波数制
御回路17による周波数制御が行われる。
In the load detection circuit 19, the load 3
The amount of power consumption of the load 30 is detected based on the current from 0. Then, the control switching circuit 20 determines that the power consumption detected by the load detection circuit 19 is larger than a predetermined threshold value, selects the frequency control circuit 17, and the frequency control circuit 17 controls the oscillation circuit 22. As a result, the frequency control circuit 17 controls the frequency of the oscillation signal output from the oscillation circuit 22 so as to keep the DC voltage V5 constant when the load or the AC voltage Vin changes. As described above, in the first operation example, since the power consumption of the load 30 is sufficiently large, the frequency control circuit 17 performs frequency control.

【0027】〔第2の動作例〕当該動作例では、負荷3
0の消費電力が小さく、制御切替回路20がバースト制
御回路18の制御を選択した場合の動作例を説明する。
第1の動作例と同様に、例えば、共振周波数F1を基準
として発振信号が生成され、負荷検出回路19におい
て、負荷30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が所定のしき
い値以下であると判断されてバースト制御回路18が選
択され、バースト制御回路18によって発振回路22が
制御される。すなわち、バースト制御回路18によっ
て、直流電圧V5の変動を抑制するように、発振回路2
2における発振信号の生成動作をオン/オフするバース
ト制御が行われる。
[Second Operation Example] In this operation example, the load 3
An operation example when the power consumption of 0 is small and the control switching circuit 20 selects the control of the burst control circuit 18 will be described.
Similar to the first operation example, for example, an oscillation signal is generated with the resonance frequency F1 as a reference, and the load detection circuit 19 detects the power consumption of the load 30 based on the current from the load 30. Then, the control switching circuit 20 determines that the power consumption detected by the load detection circuit 19 is less than or equal to a predetermined threshold value, selects the burst control circuit 18, and the burst control circuit 18 controls the oscillation circuit 22. . That is, the oscillation circuit 2 is controlled by the burst control circuit 18 so as to suppress the fluctuation of the DC voltage V5.
Burst control for turning on / off the operation of generating the oscillation signal in 2 is performed.

【0028】このように、第2の動作例によれば、負荷
30の消費電力が小さい場合に、共振周波数F1から外
れた周波数を用いるのではなく、共振周波数F1を用
い、発振信号の生成動作をオン/オフして直流電圧V5
を調整する。そのため、圧電トランス15を高い変圧効
率で動作させることができる。
As described above, according to the second operation example, when the power consumption of the load 30 is small, the resonance frequency F1 is used instead of the frequency deviating from the resonance frequency F1 to generate the oscillation signal. Turn on / off the DC voltage V5
Adjust. Therefore, the piezoelectric transformer 15 can be operated with high transformation efficiency.

【0029】以上説明したように、ACアダプタ1によ
れば、負荷30の消費電力の大小に係わらず、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
数を共振周波数にすることができ、圧電トランス15の
変圧を高効率化できる。
As described above, according to the AC adapter 1, the frequency of the sine wave component of the pulsating current voltage V3 input to the piezoelectric transformer 15 is set to the resonance frequency regardless of the power consumption of the load 30. The efficiency of the transformation of the piezoelectric transformer 15 can be improved.

【0030】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、負荷の消費電力の大小に係わら
ず、図4に示す複数の共振周波数のなかから共振周波数
F1を選択的に用いて制御を行う場合を例示したが、所
定の一つの共振周波数を固定的に用いてもよい。
The above embodiment is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiment. For example,
In the above-described embodiment, the case where the resonance frequency F1 is selectively used from among the plurality of resonance frequencies shown in FIG. 4 regardless of the magnitude of the power consumption of the load to perform control has been described. The frequency may be fixedly used.

【0031】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。また、図3に示すように、発振回路22が、
図1における入力電圧検出回路21を基に発振信号を制
御する構成を除いた構成にしてもよい。
In the present invention, the piezoelectric transformer 15 is exemplified as the transformer circuit, but it has a plurality of resonance frequencies.
Other devices may be used as long as they have different characteristics depending on the frequency of the input AC voltage and perform transformation. Further, as shown in FIG.
A configuration excluding the configuration for controlling the oscillation signal based on the input voltage detection circuit 21 in FIG. 1 may be adopted.

【0032】[0032]

【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。
As described above, according to the present invention,
It is possible to provide a transformer and a transformer control device that can perform transformation with high transformation efficiency even when the input voltage or load changes.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an AC adapter according to an embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 2 is a diagram for explaining switching timings of an oscillation circuit and a control switching circuit shown in FIG.

【図3】図3は、図1に示す本発明の実施形態のACア
ダプタの変形例を説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a modified example of the AC adapter of the embodiment of the present invention shown in FIG.

【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。
FIG. 4 is a diagram for explaining characteristics of a piezoelectric transformer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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
12 ... Rectifier circuit, 13 ... Drive circuit, 14 ... Filter circuit, 15 ... Piezoelectric transformer, 16 ... Rectifier circuit, 17 ... Frequency control circuit, 18 ... Burst control circuit, 19 ... Load detection circuit, 20 ... Control switching circuit, 21 ... Input voltage detection circuit,
22 ... Oscillation circuit

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 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で前記交流電圧を変圧す
る変圧装置であって前記変圧回路の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基に 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、 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、 前記第3の交流電圧の変動を抑制するように、前記発振
信号の周波数制御を行う周波数制御回路と、 前記第3の交流電圧の変動を抑制するように、前記発振
信号の生成動作をオン/オフするバースト制御を行うバ
ースト制御回路と、 前記第3の交流電圧に応じて動作する負荷の大きさを検
出する負荷検出回路と、 前記負荷検出回路の検出結果を基に、前記負荷検出回路
が検出した負荷が所定のしきい値より大きい場合に前記
周波数制御回路による前記周波数制御を選択し、当該し
きい値以下の場合に前記バースト制御回路による前記バ
ースト制御を選択する制御選択回路とを有する変圧装
置。
1. The voltage varies depending on the frequency of the input AC voltage.
Transform the AC voltage with a transformer circuit having the following transformation characteristics
A transformer device which is at or near the resonance frequency of the transformer circuit.
A switching circuit for generating a first AC voltage by switching a DC voltage based on an oscillating signal having a frequency of , and outputting a second AC voltage by filtering the first AC voltage to output the first AC voltage. A filter circuit having an impedance that increases / decreases according to an increase / decrease in voltage frequency, a transformer circuit that transforms the second AC voltage and outputs a third AC voltage, and suppresses fluctuations in the third AC voltage. So that the oscillation
A frequency control circuit for performing frequency control signal, so as to suppress the fluctuation of the third alternating voltage, the oscillation
A burst control circuit that performs burst control that turns on / off a signal generation operation, a load detection circuit that detects the magnitude of a load that operates in accordance with the third AC voltage, and a detection result of the load detection circuit And the load detection circuit
If the load detected by the
Select the frequency control by the frequency control circuit,
If the burst control circuit outputs
A transformer device having a control selection circuit for selecting a first control.
【請求項2】前記制御選択回路は、前記検出された負荷
の大きさが第1のしきい値以下になったことを条件に、
前記選択する制御を前記周波数制御から前記バース
御に切り換え、前記検出された負荷の大きさが第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、前記選択する制御を前記バースト制御から前記周
波数制御に切り換える請求項1に記載の変圧装置。
2. The control selection circuit, on the condition that the magnitude of the detected load is equal to or less than a first threshold value,
Switching control of the selected <br/> your on the burst system from said frequency control, that the magnitude of the detected load is equal to or greater than larger second threshold value than the first threshold value The transformer device according to claim 1, wherein the selected control is switched from the burst control to the frequency control according to a condition.
【請求項3】前記周波数制御が可能か否か、あるいは、
前記変圧回路が変圧効率が所望の値になるか否かを基準
として、前記第1のしきい値および前記第2のしきい値
を決定する請求項2に記載の変圧装置。
3. Whether or not the frequency control is possible, or
The transformer device according to claim 2, wherein the transformer circuit determines the first threshold value and the second threshold value based on whether or not the transformer efficiency has a desired value.
【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。
4. The transformer device according to claim 1, wherein the transformer circuit is a piezoelectric transformer.
【請求項5】入力された交流電圧の周波数に応じて異な
る変圧特性を有し前記交流電圧を変圧する変圧回路を制
御する変圧制御装置であって、前記変圧回路の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基に、 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供給し、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、 前記変回路から出力された第3の交流電圧の変動を抑
制するように、前記発振信号の周波数制御を行う周波数
を制御する周波数制御回路と、 前記第3の交流電圧の変動を抑制するように、前記発振
信号の生成動作をオン/オフするバースト制御を行うバ
ースト制御回路と、 前記第3の交流電圧に応じて動作する負荷の大きさを検
出する負荷検出回路と、 前記負荷検出回路の検出結果を基に、前記負荷検出回路
が検出した負荷が所定のしきい値より大きい場合に前記
周波数制御回路による前記周波数制御を選択し、当該し
きい値以下の場合に前記バースト制御回路による前記バ
ースト制御を選択する制御選択回路とを有する変圧制御
装置。
5. The voltage varies depending on the frequency of the input AC voltage.
Has a transformer characteristic that controls the transformer circuit that transforms the AC voltage.
A transformer control device for controlling the resonance frequency of the transformer circuit or in the vicinity of the resonance frequency.
A switching circuit that switches a DC voltage to generate a first AC voltage based on an oscillation signal of a frequency of, and supplies a second AC voltage to the transformer circuit by filtering the first AC voltage, a filter circuit having an impedance which increases or decreases according to the increase or decrease of the frequency of said first alternating voltage, so as to suppress the variation of the third AC voltage output from the variable pressure circuit, the frequency control of the oscillator signal a frequency control circuit for controlling the frequency of performing, so as to suppress the fluctuation of the third alternating voltage, the oscillation
A burst control circuit that performs burst control for turning on / off a signal generation operation , a load detection circuit that detects the magnitude of a load that operates according to the third AC voltage, and a detection result of the load detection circuit And the load detection circuit
If the load detected by the
Select the frequency control by the frequency control circuit,
If the burst control circuit outputs
A voltage conversion control device having a control selection circuit for selecting a first control.
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