JP3809266B2 - 高圧発生装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に高圧交流を出力する高圧発生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、高圧交流を発生する高圧交流ドライバとしては、例えば図4に示すようなものが提案されている。この装置は、PWM回路1と発振回路2を有し、PWM回路1によりトランスT2を制御して入力電圧Vccを昇圧するとともに、発振回路2によりトランジスタQ4〜Q7からなるブリッジ回路を制御してトランスT1の二次側に高圧交流の出力P,Sを発生させるものである。
【0003】
上記の装置において、出力P,Sは、昇圧後のVcの電圧でVpp(振幅)が決定され、トランジスタQ4,Q5,Q6,Q7で構成されているブリッジ回路(フルブリッジやプッシュプル)のスイッチングのタイミングで周波数が決定される。したがって、出力P,SのVppを制御する場合は、Vcの電圧レベルを変化させることになる。
【0004】
またこの装置は、スイッチQ2がオフ(OFF),スイッチQ3がオン(ON)されると、各々の回路1,2がそれぞれ動作し始める。PWM回路1は、出力検出部の電圧Vsと基準電圧Vrを比較し、出力が所定の電圧になるようにパルスのデューティを変化させる。出力電圧はこの基準電圧Vrで決まり、基準電圧Vrは抵抗R1,R2の比で決まる。そして、入力電圧がトランスT2で昇圧され、Vcの電圧が調節される。また発振回路2は、スイッチQ3のオンと同時にトランジスタQ4,Q5,Q6,Q7で構成された上記のブリッジ回路をスイッチングする。そして、トランスT1を介してP,Sが出力される。
【0005】
また、従来図5に示すような構成のものも提案されている。この装置も図4の装置と同様Vcの電圧を変化させているが、入力電圧Vcc(例えば+24V)を昇圧する際、トランスを使用せずにインダクタL1を使用している。また、起動前は基準電圧VrとVcの電圧を検出した電圧Vdとを比較し、起動後は出力検出部の電圧Vsと基準電圧Vrを比較して制御を行うような構成となっている。
【0006】
PWM回路1は、二つの検出電圧Vs,Vdの内高い電圧と基準電圧Vrとを比較するような構成になっている。したがって、起動前はVsは0VなのでVdで制御し、起動後はVdよりVsの方が高い電圧になるように抵抗R3,R4の比を決めることで、上述のように起動前は基準電圧VrとVcの電圧の検出電圧Vdとを比較し、起動後は出力検出部の電圧Vsと基準電圧Vrとを比較して制御を行うことが可能となる。
【0007】
このように制御することによって、Vcを所定の電圧に近い値に予めしておき、起動後所定の出力電圧に早く到達するようにしている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような高圧発生装置にあっては、例えば図4のような装置の場合、起動前のVcの電圧はVccと等しいので、Vcの目標値がVccに近い値である時は起動後早く目標値に達するが、VccとVcの目標値の差が大きい時は立ち上がりに時間がかかってしまう。
【0009】
また、図5のような装置の場合、起動後は検出部のVsの電圧によって制御しなければならないが、部品のばらつき等を考慮するとVcとVsの電圧が常に同じ値になるようにすることは非常に困難であり、起動後もVdの電圧がVsより高くなってしまうと、出力を検出して制御することができなくなってしまう。そのため、起動後はVsの電圧によって制御が可能となるように抵抗R3,R4の比を決めると、起動前のVcの電圧は目標値よりも若干高くせざるを得なくなり、これによって起動時にオーバーシュートが発生してしまう。
【0010】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、起動時の立ち上がりを早くし、かつオーバーシュートの発生も防ぐことが可能な高圧発生装置を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高圧発生装置は、次のように構成したものである。
【0012】
(1)入力電圧を昇圧する昇圧手段を有し、前記昇圧手段により昇圧された電圧にてトランスの一次側に接続されたスイッチング回路を発振回路で駆動して前記トランスの二次側に高圧交流を発生させる高圧発生装置において、前記昇圧された電圧を検出する第一の検出手段と、前記トランスの二次側の高圧交流電圧を検出する第二の検出手段と、第一の基準電圧又は前記第一の基準電圧よりも高い第二の基準電圧を切り替えて発生する基準電圧発生手段とを有し、前記トランスの起動前である高圧交流の発生を停止しているとき、前記基準電圧発生手段は前記第一の基準電圧を発生し、前記昇圧手段は前記第一の検出手段の検出値と前記第一の基準電圧とを比較して昇圧後の電圧を制御し、前記トランスの起動後である高圧交流を発生しているとき、前記基準電圧発生手段は前記第二の基準電圧を発生し、前記昇圧手段は前記第二の検出手段の検出値と前記第二の基準電圧とを比較して前記高圧交流電圧を制御することを特徴とする高圧発生装置。
(2)前記基準電圧発生手段は、前記トランスの起動前である高圧交流の発生を停止しているときは、前記昇圧された電圧が高圧交流電圧の目標値よりもわずかに低くなるような前記第一の基準電圧に切り替え、前記トランスの起動後である高圧交流を発生しているときは、高圧交流電圧が目標値になるような前記第二の基準電圧に切り替えることを特徴とする前記(1)記載の高圧発生装置。
(3)前記昇圧手段はスイッチング素子及び前記スイッチング素子を制御するパルス幅変調回路を有し、前記パルス幅変調回路は、前記第一の検出手段の検出電圧と前記第二の検出手段の検出電圧の内高い方を前記基準電圧発生手段から発生する基準電圧と比較することを特徴とする前記(1)記載の高圧発生装置。
(4)前記トランスの起動後である高圧交流を発生しているときは、前記第一の検出手段の検出値より前記第二の検出手段の検出値の方が高くなるように設定することを特徴とする前記(1)記載の高圧発生装置。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る高圧交流ドライバを実施例により説明する。
【0018】
〔実施例1〕
図1は本発明の実施例1による高圧交流発生装置の回路構成図である。以下、図1を参照してこの回路の構成と動作について説明する。
【0019】
図1において、1はPWM回路、2は発振回路、Q1はPWM回路1によって発生されたパルスによりスイッチングするFET(スイッチング素子)、Q2は基準電圧Vrを起動前後で切り替えるためのトランジスタを用いたスイッチ(切替手段)、Q3は発振回路2を動作、停止させるためのスイッチで、発振回路2はスイッチQ3がオンの時動作、オフの時停止するようになっている。Q4〜Q7はフルブリッジ回路3を構成しているトランジスタ、L1はインダクタ、T1は出力側のトランス、R1,R2,R5は基準電圧Vrを決める抵抗、R3,R4は電圧VdとVcの比を決めるための抵抗である。
【0020】
ここで、上記FETQ1及びこれを制御するPWM(パルス幅変調)回路1とインダクタL1で入力電圧Vccの昇圧手段が構成されており、その昇圧後の電圧の検出手段としてダイオードD1とコンデンサC1で整流、平滑された電圧Vcを分圧する抵抗R3,R4が設けられている。またフルブリッジ回路3はトランスT1の一次側巻線NP1に接続され、該トランスT1の二次側には巻線NS1,NS2,NS3が設けられている。そして、出力電圧の検出手段としてトランスT1の二次側の巻線NS3に発生した交流を整流、平滑するダイオードD2及びコンデンサC2が設けられている。
【0021】
また、Vccは入力電圧、Vrは基準電圧、Vcは昇圧後の電圧、VdはVcの電圧を検出するための分圧された電圧、Vsは出力検出部の電圧、S,Pは高圧交流の出力を示している。
【0022】
上記のように構成された回路において、起動前、スイッチQ3はオフしており、発振回路2は停止している。この時、スイッチQ2はオンしており、基準電圧Vrは抵抗R1とR2の比で決定される。PWM回路1は、検出電圧VsとVdの内高い方と基準電圧Vrとを比較して制御するようになっており、起動前はVsは0VなのでVdによって制御される。
【0023】
そして、スイッチQ3がオンすると発振回路2が起動し、同時にスイッチQ2はオフする。したがって、起動後の基準電圧Vrは抵抗R1,R2,R5で決定されるため、基準電圧Vrは起動前より高くなり、Vcの電圧を上げる方向になる。この起動後は検出部の電圧VsがVdより高くなり、Vsによって制御されることになる。
【0024】
図2は上記構成の回路の各部の電圧を示す波形図である。本実施例における起動前後のVs,Vdは図2の(a)、Vcは図2の(b)、出力は図2の(c)のようになる。この装置では、図2の(c)に示すように立ち上がりも早く、オーバーシュートもなく起動することができる。
【0025】
すなわち、昇圧後の電圧Vcと出力電圧Vsの両方を検出し、起動前には目標値に近くかつ目標値よりも若干低い値になるように、また起動後は所定の出力電圧になるように、基準電圧Vrを決定する抵抗の比を起動前後でスイッチQ2によって切り替えるようにすることで、起動後早く目標値に達し、かつオーバーシュートも発生させずに立ち上げることが可能となる。
【0026】
〔実施例2〕
図3は本発明の実施例2を示す回路構成図である。この例では、図1と異なりトランスT2を用いて入力電圧Vccを昇圧している。このような場合でも、昇圧後の電圧Vcの検出電圧Vdと出力の検出電圧Vsの内高い方の電圧と基準電圧Vrとを比較し、基準電圧VrをスイッチQ2により起動前後で切り替えて制御することによって、上述の実施例1と同様の作用効果が得られる。
【0027】
なお、この場合、図1の抵抗R3に代えてツェナーダイオードZD1を接続している。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、トランスの起動前後で基準電圧を切り替えるとともに、昇圧後の電圧と出力電圧の両方を検出し、その検出結果に応じて基準電圧と比較する対象をも切り替えることによって、起動後、早く目標値まで達し、かつオーバーシュートの発生も防ぐことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1を示す回路構成図
【図2】 図1の回路の各部の電圧を示す波形図
【図3】 本発明の実施例2を示す回路構成図
【図4】 従来例を示す回路構成図
【図5】 他の従来例を示す回路構成図
【符号の説明】
1 PWM回路(昇圧手段)
2 発振回路
3 フルブリッジ回路
T1 トランス
T2 トランス(昇圧手段)
L1 インダクタ(昇圧手段)
Q1 FET(スイッチング素子)
Q2 スイッチ(切替手段)
Q3 スイッチ
Q4 トランジスタ
Q5 トランジスタ
Q6 トランジスタ
Q7 トランジスタ
R1 抵抗
R2 抵抗
R3 抵抗
R4 抵抗
R5 抵抗
ZD1 ツェナーダイオード
D1 ダイオード
D2 ダイオード
C1 コンデンサ
C2 コンデンサ

Claims (4)

  1. 入力電圧を昇圧する昇圧手段を有し、前記昇圧手段により昇圧された電圧にトランスの一次側に接続されたスイッチング回路を発振回路で駆動して前記トランスの二次側に高圧交流を発生させる高圧発生装置において、
    前記昇圧された圧を検出する第一の検出手段と、
    前記トランスの二次側の高圧交流電圧を検出する第二の検出手段と、
    第一の基準電圧又は前記第一の基準電圧よりも高い第二の基準電圧を切り替えて発生する基準電圧発生手段と、
    を有し、
    前記トランスの起動前である高圧交流の発生を停止しているとき、前記基準電圧発生手段は前記第一の基準電圧を発生し、前記昇圧手段は前記第一の検出手段の検出値と前記第一の基準電圧とを比較して昇圧後の電圧を制御し、
    前記トランスの起動後である高圧交流を発生しているとき、前記基準電圧発生手段は前記第二の基準電圧を発生し、前記昇圧手段は前記第二の検出手段の検出値と前記第二の基準電圧とを比較して前記高圧交流電圧を制御することを特徴とする高圧発生装置。
  2. 前記基準電圧発生手段は、前記トランスの起動前である高圧交流の発生を停止しているときは、前記昇圧された電圧が高圧交流電圧の目標値よりもわずかに低くなるような前記第一の基準電圧に切り替え前記トランスの起動後である高圧交流を発生しているときは、高圧交流電圧が目標値になるような前記第二の基準電圧に切り替えることを特徴とする請求項記載の高圧発生装置。
  3. 前記昇圧手段はスイッチング素子及び前記スイッチング素子を制御するパルス幅変調回路を有し、前記パルス幅変調回路は、前記第一の検出手段の検出電圧と前記第二の検出手段の検出電圧の内高い方を前記基準電圧発生手段から発生する基準電圧較することを特徴とする請求項記載の高圧発生装置。
  4. 前記トランスの起動後である高圧交流を発生しているときは、前記第一の検出手段の検出値より前記第二の検出手段の検出値の方が高くなるように設定ることを特徴とする請求項記載の高圧発生装置。
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