JP5861810B1 - Power supply - Google Patents

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Abstract

直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路(11)と、設定された駆動周波数でインバータ回路(11)を制御するパルス信号生成回路(12)と、インバータ回路(11)から出力される交流電圧を降圧する絶縁型の圧電トランス(15)と、インバータ回路(12)及び圧電トランス(15)の間に接続された並列共振回路(14)と、圧電トランス(15)、及び、その出力側に接続されたインダクタ(L2)で構成され、並列共振回路(14)と同じ共振周波数を有する並列共振回路(152)とを備える。駆動周波数を掃引して並列共振回路(14)及び並列共振回路(152)に起因する圧電トランス(15)の共振周波数を圧電トランス(15)の入力側で検出する処理を、所定周期で実行する。その検出した共振周波数を駆動周波数に設定する。An inverter circuit (11) that converts a DC voltage into an AC voltage, a pulse signal generation circuit (12) that controls the inverter circuit (11) at a set drive frequency, and an AC voltage output from the inverter circuit (11) Insulating piezoelectric transformer (15) for stepping down, parallel resonant circuit (14) connected between inverter circuit (12) and piezoelectric transformer (15), piezoelectric transformer (15), and the output side thereof And a parallel resonant circuit (152) having the same resonant frequency as the parallel resonant circuit (14). The process of sweeping the drive frequency and detecting the resonance frequency of the piezoelectric transformer (15) caused by the parallel resonance circuit (14) and the parallel resonance circuit (152) on the input side of the piezoelectric transformer (15) is executed at a predetermined cycle. . The detected resonance frequency is set as a drive frequency.

Description

本発明は、圧電トランスを用いた電源装置に関する。   The present invention relates to a power supply device using a piezoelectric transformer.

一般的に、電源装置は昇圧又は降圧するための巻線トランスを備えている。巻線トランスは、出力電圧によって寸法制約があるため、小型化及び薄型化が難しい。そこで、小型化及び薄型化を実現するために、ローゼン型の圧電トランスを用いた液晶バックライト用のインバータ電源が提案されている。しかしながら、ローゼン型の圧電トランスは、構造上入力側と出力側の回路を絶縁することが不可能であり、ノイズ対策が十分に行えない。   Generally, a power supply device includes a winding transformer for stepping up or stepping down. Since the winding transformer is limited in size by the output voltage, it is difficult to reduce the size and thickness. Therefore, in order to realize a reduction in size and thickness, an inverter power supply for a liquid crystal backlight using a Rosen-type piezoelectric transformer has been proposed. However, the Rosen-type piezoelectric transformer cannot structurally insulate the circuit on the input side and the output side because of its structure, and cannot sufficiently take measures against noise.

特許文献1には、入力側と出力側の回路を絶縁可能な絶縁型の圧電トランスを用いた定周波・定電圧発生装置が開示されている。特許文献1に記載の装置は、圧電トランスは絶縁型であるが、圧電トランスの一次側と二次側とでグランドが共通化されている。このため、グランドを介したノイズの回り込みが発生するおそれがある。   Patent Document 1 discloses a constant frequency / constant voltage generator using an insulating piezoelectric transformer capable of insulating a circuit on an input side and an output side. In the device described in Patent Document 1, the piezoelectric transformer is an insulating type, but the ground is shared between the primary side and the secondary side of the piezoelectric transformer. For this reason, there is a possibility that noise wraps around the ground.

特許文献2には、出力電圧が制御できる圧電トランスを用いた電源回路が開示されている。特許文献2に記載の電源回路は、圧電トランスの出力電圧を検出し、その検出結果に従った制御信号をフィードバックして、出力電圧を制御する構成である。   Patent Document 2 discloses a power supply circuit using a piezoelectric transformer whose output voltage can be controlled. The power supply circuit described in Patent Literature 2 is configured to detect the output voltage of the piezoelectric transformer and feed back a control signal according to the detection result to control the output voltage.

特開平6−86552号公報JP-A-6-86552 特許第2961851号公報Japanese Patent No. 2961851

しかしながら、特許文献2では、圧電トランスの出力電圧を検出し、その出力電圧に基づいて、圧電トランスに入力する電圧の正弦波を制御する、所謂フィードバック制御を行っているため、回路構成が複雑となる。   However, in Patent Document 2, so-called feedback control is performed in which the output voltage of the piezoelectric transformer is detected and the sine wave of the voltage input to the piezoelectric transformer is controlled based on the output voltage. Become.

そこで、本発明の目的は、複雑な回路構成とすることなく、常に最適な周波数で制御できる電源装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a power supply device that can always be controlled at an optimum frequency without using a complicated circuit configuration.

本発明に係る電源装置は、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、設定された駆動周波数で前記インバータ回路をPWM制御するPWM制御回路と、前記インバータ回路から出力される交流電圧を昇圧又は降圧する圧電トランスと、前記インバータ回路及び前記圧電トランスの間に接続された第1の共振回路と、前記圧電トランス、及び、前記圧電トランスの出力側に接続された素子で構成され、前記第1の共振回路と同じ共振周波数を有する第2の共振回路と、前記駆動周波数を掃引して、前記第1の共振回路及び前記第2の共振回路に起因する前記圧電トランスの共振周波数を、前記圧電トランスの入力側で検出する処理を、所定周期で実行する共振周波数検出部と、前記共振周波数検出部が検出した共振周波数を前記駆動周波数に設定する駆動周波数設定部とを備えたことを特徴とする。   A power supply apparatus according to the present invention includes an inverter circuit that converts a DC voltage into an AC voltage, a PWM control circuit that PWM-controls the inverter circuit at a set drive frequency, and boosts or reduces the AC voltage output from the inverter circuit. A piezoelectric transformer that steps down, a first resonance circuit connected between the inverter circuit and the piezoelectric transformer, the piezoelectric transformer, and an element connected to an output side of the piezoelectric transformer, the first transformer A second resonance circuit having the same resonance frequency as that of the resonance circuit, and sweeping the drive frequency to obtain a resonance frequency of the piezoelectric transformer caused by the first resonance circuit and the second resonance circuit. A resonance frequency detection unit that executes processing to be detected on the input side of the transformer at a predetermined cycle, and a resonance frequency detected by the resonance frequency detection unit. Characterized in that a drive frequency setting unit that sets the number.

この構成では絶縁型の圧電トランスを用いているが、圧電トランスは駆動に伴う自己発熱により特性が変化する。このため、第1の共振回路及び第2の共振回路の共振周波数を駆動周波数に設定すれば、効率の良い電源装置を実現できるが、電源装置を駆動し続けるに伴い、共振周波数がずれ、特性が劣化する。本発明に係る構成では、周期的に圧電トランスの共振周波数を検出し、その共振周波数を駆動周波数に設定するため、常に最適な動作点(駆動周波数)で電源装置を制御することができる。また、周期的な共振周波数の検出は、圧電トランスの入力側で行うため、絶縁側の圧電トランスの出力側から入力側へのフィードバック制御が必要としないため、回路構成が複雑になることもない。   In this configuration, an insulation type piezoelectric transformer is used, but the characteristics of the piezoelectric transformer change due to self-heating caused by driving. For this reason, if the resonance frequency of the first resonance circuit and the second resonance circuit is set to the drive frequency, an efficient power supply device can be realized. However, as the power supply device is continuously driven, the resonance frequency shifts and the characteristics are increased. Deteriorates. In the configuration according to the present invention, the resonance frequency of the piezoelectric transformer is periodically detected and the resonance frequency is set as the drive frequency, so that it is possible to always control the power supply device at the optimum operating point (drive frequency). In addition, since the periodic resonance frequency is detected on the input side of the piezoelectric transformer, feedback control from the output side to the input side of the insulation-side piezoelectric transformer is not required, so that the circuit configuration is not complicated. .

前記共振周波数検出部は、異なるタイミングで検出した共振周波数の変化量が小さくなるに伴い、前記所定周期を長くすることが好ましい。   The resonance frequency detection unit preferably lengthens the predetermined period as the amount of change in the resonance frequency detected at different timings decreases.

この構成では、共振周波数の変化量が小さいと、共振周波数の検出処理の周期を長くする。これにより、周波数を掃引(スイープ)することにより生じる不要なノイズによる影響を防止できる。   In this configuration, if the amount of change in the resonance frequency is small, the period of the resonance frequency detection process is lengthened. Thereby, the influence by the unnecessary noise which arises by sweeping a frequency (sweep) can be prevented.

前記インバータ回路に流れる電流を検出する電流検出部を備え、前記共振周波数検出部は、前記駆動周波数を掃引した時に前記電流検出部が検出した電流値の周波数特性に基づいて、前記共振周波数を検出することが好ましい。   A current detection unit configured to detect a current flowing through the inverter circuit, wherein the resonance frequency detection unit detects the resonance frequency based on a frequency characteristic of a current value detected by the current detection unit when the drive frequency is swept; It is preferable to do.

この構成では、インバータ回路に流れる電流を検出することで、共振周波数を検出するため、圧電トランスの状態を直接監視せずに共振周波数を検出できる。   In this configuration, since the resonance frequency is detected by detecting the current flowing through the inverter circuit, the resonance frequency can be detected without directly monitoring the state of the piezoelectric transformer.

前記圧電トランスが昇圧又は降圧した交流電圧を定抵抗負荷へ出力し、前記インバータ回路の出力電力を検出する出力電力検出部と、出力電力に応じた前記第1の共振回路及び前記第2の共振回路の共振周波数の検出条件を記憶する記憶部と、を備え、前記共振周波数検出部は、前記電力検出部が検出した出力電力に応じた検出条件を前記記憶部から取得し、取得した検出条件と、前記駆動周波数を掃引したときに前記電流検出部が検出した電流値の周波数特性とに基づいて、共振周波数を検出することが好ましい。   An output power detection unit that outputs an AC voltage boosted or lowered by the piezoelectric transformer to a constant resistance load and detects output power of the inverter circuit, and the first resonance circuit and the second resonance according to output power A storage unit that stores a detection condition of a resonance frequency of the circuit, wherein the resonance frequency detection unit acquires a detection condition according to the output power detected by the power detection unit from the storage unit, and acquires the detection condition Preferably, the resonance frequency is detected based on the frequency characteristics of the current value detected by the current detection unit when the drive frequency is swept.

電流検出部が検出した電流値の周波数特性は、インバータ回路の出力電力に応じて特性カーブが異なるため、上記構成のように、インバータ回路の出力電力に応じた共振周波数の検出条件を予め記憶しておくことで、インバータ回路の出力電力が変化しても、圧電トランスを直接監視することなく、容易に適切な共振周波数を検出できる。   Since the frequency characteristic of the current value detected by the current detection unit varies depending on the output power of the inverter circuit, the detection condition of the resonance frequency corresponding to the output power of the inverter circuit is stored in advance as in the above configuration. Thus, even if the output power of the inverter circuit changes, an appropriate resonance frequency can be easily detected without directly monitoring the piezoelectric transformer.

前記圧電トランスが昇圧又は降圧した交流電圧を定抵抗負荷へ出力し、前記共振周波数検出部は、前記駆動周波数を掃引したときに前記電流検出部が検出した電流値の極小値に基づいて、共振周波数を検出することが好ましい。   The piezoelectric transformer outputs an AC voltage stepped up or down to a constant resistance load, and the resonance frequency detector resonates based on a minimum value of the current value detected by the current detector when the drive frequency is swept. It is preferable to detect the frequency.

この構成では、圧電トランスを直接監視することなく、適切な共振周波数を容易に検出できる。   In this configuration, an appropriate resonance frequency can be easily detected without directly monitoring the piezoelectric transformer.

本発明によれば、周期的に圧電トランスの共振周波数を検出し、その共振周波数を駆動周波数に設定するため、共振周波数がずれる場合でも、常に最適な動作点(駆動周波数)で電源装置を制御することができる。また、周期的な共振周波数の検出は、圧電トランスの入力側で行うため、絶縁側の圧電トランスの出力側から入力側へのフィードバック制御が必要としないため、回路構成が複雑になることもない。   According to the present invention, since the resonance frequency of the piezoelectric transformer is periodically detected and the resonance frequency is set as the drive frequency, the power supply apparatus is always controlled at the optimum operating point (drive frequency) even when the resonance frequency is shifted. can do. In addition, since the periodic resonance frequency is detected on the input side of the piezoelectric transformer, feedback control from the output side to the input side of the insulation-side piezoelectric transformer is not required, so that the circuit configuration is not complicated. .

実施形態1に係る電源装置の回路図Circuit diagram of power supply apparatus according to Embodiment 1 図1の等価回路を示す図The figure which shows the equivalent circuit of FIG. 図1に示す圧電トランスの接続構成を示す図The figure which shows the connection structure of the piezoelectric transformer shown in FIG. 圧電トランスの斜視図Perspective view of piezoelectric transformer 図4のV−V線における断面図Sectional view taken along line VV in FIG. 図4のVI−VI線における断面図Sectional view taken along line VI-VI in FIG. 制御回路の機能ブロック図Functional block diagram of control circuit 入力電流IDCの周波数特性を示す図The figure which shows the frequency characteristic of input electric current IDC インバータ回路の駆動周波数の変化に対する電力変換効率を示す図The figure which shows the power conversion efficiency to the change of the drive frequency of the inverter circuit インバータ回路のゲート信号幅の変化に対する入力電流IDCを示す図The figure which shows the input current IDC with respect to the change of the gate signal width of an inverter circuit インバータ回路のゲート信号幅の変化に対する電力変換効率を示す図The figure which shows the power conversion efficiency with respect to the change of the gate signal width of the inverter circuit 制御部が実行する処理を示すフローチャートThe flowchart which shows the process which a control part performs 駆動周波数設定処理を示すフローチャートFlow chart showing drive frequency setting process 電源装置の別の例の回路図Circuit diagram of another example of a power supply 実施形態2に係る電源装置の回路図Circuit diagram of power supply device according to Embodiment 2 制御回路の機能ブロック図Functional block diagram of control circuit 入力電流IDCの周波数特性を示す図The figure which shows the frequency characteristic of input electric current IDC 定抵抗負荷である場合に、インバータ回路からの出力電圧の周波数の変化に対する変圧比を示す図The figure which shows the transformation ratio with respect to the change of the frequency of the output voltage from an inverter circuit when it is a constant resistance load. 実施形態2に係る駆動周波数設定処理を示すフローチャート7 is a flowchart showing drive frequency setting processing according to the second embodiment.

(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る電源装置の回路図である。図2は、図1の等価回路を示す図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit diagram of a power supply device according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of FIG.

本実施形態に係る電源装置1は、入力端Pi1,Pi2に商用電源101が接続され、出力端Po1,Po2に定電力負荷RL1が接続される。電源装置1は、商用電源101から交流電圧(例えば100〜240V)を入力し、その交流電圧を直流電圧(例えば19V)に変換して定電力負荷RL1へ出力する。定電力負荷RL1としては、例えば、携帯電話機又はパソコン等の二次電池が挙げられる。   In the power supply device 1 according to the present embodiment, the commercial power supply 101 is connected to the input terminals Pi1 and Pi2, and the constant power load RL1 is connected to the output terminals Po1 and Po2. The power supply device 1 receives an AC voltage (for example, 100 to 240 V) from the commercial power supply 101, converts the AC voltage to a DC voltage (for example, 19 V), and outputs the DC voltage to the constant power load RL1. Examples of the constant power load RL1 include a secondary battery such as a mobile phone or a personal computer.

電源装置1は、4つのダイオードからなるダイオードブリッジ回路DB、及び、平滑コンデンサC1を備えている。ダイオードブリッジ回路DBは、商用電源101から入力される交流電圧を全波整流する。   The power supply device 1 includes a diode bridge circuit DB including four diodes and a smoothing capacitor C1. The diode bridge circuit DB performs full-wave rectification on the AC voltage input from the commercial power supply 101.

なお、図1では、電源装置1は、ダイオードブリッジ回路DB、及び、平滑コンデンサC1を備えた構成としているが、これらを備えなくてもよい。すなわち、電池、又はDC−DCコンバータ等から出力される直流電圧が電源装置1に入力される場合には、ダイオードブリッジ回路DB、及び、平滑コンデンサC1は不要である。   In FIG. 1, the power supply device 1 is configured to include the diode bridge circuit DB and the smoothing capacitor C1, but may not include these. That is, when a DC voltage output from a battery, a DC-DC converter, or the like is input to the power supply device 1, the diode bridge circuit DB and the smoothing capacitor C1 are unnecessary.

電源装置1はインバータ回路11を備えている。インバータ回路11は、MOS−FETのスイッチ素子Q1,Q2,Q3,Q4を備えている。インバータ回路11では、スイッチ素子Q1,Q2が直列接続され、スイッチ素子Q3,Q4が直列接続されている。スイッチ素子Q1,Q2の接続点、及び、スイッチ素子Q3,Q4の接続点は、後述の並列共振回路14の入力端に接続されている。   The power supply device 1 includes an inverter circuit 11. The inverter circuit 11 includes MOS-FET switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4. In the inverter circuit 11, the switch elements Q1 and Q2 are connected in series, and the switch elements Q3 and Q4 are connected in series. A connection point between the switch elements Q1 and Q2 and a connection point between the switch elements Q3 and Q4 are connected to an input terminal of a parallel resonance circuit 14 described later.

インバータ回路11の各スイッチ素子Q1,Q2,Q3,Q4は、パルス信号生成回路12により駆動される。なお、図2ではパルス信号生成回路12の図示は省略している。パルス信号生成回路12は、スイッチ素子Q1,Q4とスイッチ素子Q2,Q3とのゲートに交互に信号を入力し、スイッチ素子Q1,Q4とスイッチ素子Q2,Q3とを交互にオンオフする。これにより、インバータ回路11は直流電圧を交流電圧に変換する。   Each switch element Q1, Q2, Q3, Q4 of the inverter circuit 11 is driven by the pulse signal generation circuit 12. In FIG. 2, the pulse signal generation circuit 12 is not shown. The pulse signal generation circuit 12 alternately inputs signals to the gates of the switch elements Q1 and Q4 and the switch elements Q2 and Q3, and alternately turns on and off the switch elements Q1 and Q4 and the switch elements Q2 and Q3. Thereby, the inverter circuit 11 converts a DC voltage into an AC voltage.

パルス信号生成回路12は、スイッチ素子Q1,Q2,Q3,Q4のゲートに入力するパルス信号を生成する。パルス信号生成回路12は、制御回路13からの指令に基づく周波数のパルス信号を生成する。   The pulse signal generation circuit 12 generates a pulse signal input to the gates of the switch elements Q1, Q2, Q3, and Q4. The pulse signal generation circuit 12 generates a pulse signal having a frequency based on a command from the control circuit 13.

電源装置1は制御回路13(図2では図示を省略)を備えている。制御回路13は、パルス信号生成回路12に、所定の周波数のパルス信号を生成させる。制御回路13については、後に詳述する。   The power supply device 1 includes a control circuit 13 (not shown in FIG. 2). The control circuit 13 causes the pulse signal generation circuit 12 to generate a pulse signal having a predetermined frequency. The control circuit 13 will be described in detail later.

並列共振回路14は、入力端がスイッチ素子Q1,Q2の接続点、及び、スイッチ素子Q3,Q4の接続点に接続されている。並列共振回路14は、並列接続されたキャパシタC2とインダクタL1とにより構成されている。本実施形態では、並列共振回路14は、共振周波数が約472kHzとなるよう設定されている。並列共振回路14は、本発明に係る「第1の共振回路」に相当する。   The parallel resonance circuit 14 has an input terminal connected to a connection point between the switch elements Q1 and Q2 and a connection point between the switch elements Q3 and Q4. The parallel resonance circuit 14 includes a capacitor C2 and an inductor L1 that are connected in parallel. In the present embodiment, the parallel resonance circuit 14 is set so that the resonance frequency is about 472 kHz. The parallel resonance circuit 14 corresponds to a “first resonance circuit” according to the present invention.

並列共振回路14には、キャパシタC31,C32を介して圧電トランス15が接続されている。なお、図1に示す圧電トランス15は簡易的に図示したものであり、詳細な構造については後述する。圧電トランス15は絶縁型であって、入力電極E1,E2及び出力電極E3,E4を有している。入力電極E1は、キャパシタC31を介して並列共振回路14の一端に接続され、入力電極E2は、キャパシタC32を介して並列共振回路14の他端に接続されている。出力電極E3,E4は、整流平滑回路16に接続されている。圧電トランス15は、入力電極E1,E2から入力された電圧を降圧して出力電極E3,E4から出力する。   A piezoelectric transformer 15 is connected to the parallel resonant circuit 14 via capacitors C31 and C32. The piezoelectric transformer 15 shown in FIG. 1 is illustrated in a simplified manner, and the detailed structure will be described later. The piezoelectric transformer 15 is an insulating type and has input electrodes E1 and E2 and output electrodes E3 and E4. The input electrode E1 is connected to one end of the parallel resonant circuit 14 via a capacitor C31, and the input electrode E2 is connected to the other end of the parallel resonant circuit 14 via a capacitor C32. The output electrodes E3 and E4 are connected to the rectifying / smoothing circuit 16. The piezoelectric transformer 15 steps down the voltage input from the input electrodes E1 and E2 and outputs it from the output electrodes E3 and E4.

なお、キャパシタC31,C32は、圧電トランス15への入力電流を制限するための素子である。圧電トランス15に流れる電流が過大になると、異常な動作をするおそれがある。そこで、キャパシタC31,C32を設けて電流制限することにより、圧電トランス15を正常動作させるようにしている。キャパシタC31,C32はキャパシタンスが同じであり、圧電トランス15の等価入力容量であるキャパシタC41よりもキャパシタンスが大きいことが好ましい。なお、圧電トランス15への入力電流が小さく、過大となるおそれのない場合には、キャパシタC31,C32は必ずしも必要でなく、並列共振回路14と圧電トランス15とが直接接続されていてもよい。また、キャパシタC31,C32に代えてインダクタを設けてもよい。   The capacitors C31 and C32 are elements for limiting the input current to the piezoelectric transformer 15. If the current flowing through the piezoelectric transformer 15 becomes excessive, an abnormal operation may occur. Therefore, the capacitors C31 and C32 are provided to limit the current so that the piezoelectric transformer 15 operates normally. Capacitors C31 and C32 have the same capacitance, and preferably have a larger capacitance than capacitor C41, which is an equivalent input capacitance of piezoelectric transformer 15. If the input current to the piezoelectric transformer 15 is small and there is no possibility of being excessive, the capacitors C31 and C32 are not necessarily required, and the parallel resonant circuit 14 and the piezoelectric transformer 15 may be directly connected. An inductor may be provided in place of the capacitors C31 and C32.

圧電トランス15は、図2に示すように、キャパシタC41,C42、キャパシタCp、インダクタLp、抵抗Rp及び理想変圧器Ts等で等価的に表される。キャパシタC41は圧電トランス15の等価入力容量であり、キャパシタC42は圧電トランス15の等価出力容量である。また、キャパシタCp及びインダクタLpは電気機械的な結合を表すパラメータである。   As shown in FIG. 2, the piezoelectric transformer 15 is equivalently represented by capacitors C41 and C42, a capacitor Cp, an inductor Lp, a resistor Rp, an ideal transformer Ts, and the like. The capacitor C41 is an equivalent input capacity of the piezoelectric transformer 15, and the capacitor C42 is an equivalent output capacity of the piezoelectric transformer 15. The capacitor Cp and the inductor Lp are parameters representing electromechanical coupling.

圧電トランス15の共振周波数は主にキャパシタCpとインダクタLpとによる直列共振回路151の共振で定まる。電気エネルギー変換は弾性振動を介するため、圧電体セラミックスの弾性波伝搬速度と寸法で決まる固有共振周波数を有する。この圧電トランス15の直列共振回路151と、並列共振回路14とは、互いに共振周波数が同じとなるよう回路定数が設定されている。   The resonance frequency of the piezoelectric transformer 15 is determined mainly by the resonance of the series resonance circuit 151 by the capacitor Cp and the inductor Lp. Since electrical energy conversion is via elastic vibration, it has a natural resonance frequency determined by the elastic wave propagation velocity and dimensions of the piezoelectric ceramic. The circuit constants are set so that the series resonant circuit 151 and the parallel resonant circuit 14 of the piezoelectric transformer 15 have the same resonant frequency.

圧電トランス15の出力側には、インダクタL2が接続されていて、このインダクタL2は、圧電トランス15の等価出力容量であるキャパシタC42と共に並列共振回路152を構成している。インダクタL2は、この並列共振回路152が、並列共振回路14及び直列共振回路151と共振周波数が同じとなるよう回路定数が設定されている。並列共振回路152は、本発明に係る「第2の共振回路」に相当する。   An inductor L 2 is connected to the output side of the piezoelectric transformer 15, and this inductor L 2 constitutes a parallel resonance circuit 152 together with a capacitor C 42 that is an equivalent output capacity of the piezoelectric transformer 15. The inductor L2 has a circuit constant set so that the parallel resonant circuit 152 has the same resonance frequency as the parallel resonant circuit 14 and the series resonant circuit 151. The parallel resonance circuit 152 corresponds to a “second resonance circuit” according to the present invention.

圧電トランス15は駆動に伴い自己発熱し、時間の経過と共に温度が上昇する。この発熱は、圧電トランス15のキャパシタCp等の等価的に表される各素子の定数に影響を及ぼす。本実施形態では、圧電トランス15が発熱していない状態(すなわち、圧電トランス15が冷めた状態)で、直列共振回路151と並列共振回路152とは、互いに共振周波数が同じとなるよう回路定数が設定されている。   The piezoelectric transformer 15 self-heats with driving, and the temperature rises with time. This heat generation affects the constant of each element that is equivalently expressed, such as the capacitor Cp of the piezoelectric transformer 15. In the present embodiment, in a state where the piezoelectric transformer 15 is not generating heat (that is, in a state where the piezoelectric transformer 15 is cooled), the series resonant circuit 151 and the parallel resonant circuit 152 have circuit constants so that the resonant frequencies are the same. Is set.

圧電トランス15で降圧された電圧は、整流平滑回路16へ出力される。整流平滑回路16は、キャパシタ及びインダクタからなる平滑回路及びダイオードブリッジを含んでいる。整流平滑回路16は、交流電圧を整流平滑し、定電力負荷RL1へ出力する。整流平滑回路16には所定値の電圧に変換して出力するDC−DCコンバータが接続されていてもよい。   The voltage stepped down by the piezoelectric transformer 15 is output to the rectifying and smoothing circuit 16. The rectifying / smoothing circuit 16 includes a smoothing circuit including a capacitor and an inductor, and a diode bridge. The rectifying / smoothing circuit 16 rectifies and smoothes the AC voltage and outputs it to the constant power load RL1. The rectifying / smoothing circuit 16 may be connected to a DC-DC converter that converts the voltage into a predetermined value and outputs the voltage.

以下に、圧電トランス15について詳述する。   Hereinafter, the piezoelectric transformer 15 will be described in detail.

図3は、図1に示す圧電トランス15の接続構成を示す図である。図4は、圧電トランス15の斜視図である。図5は、図4のV−V線における断面図である。図6は、図4のVI−VI線における断面図である。   FIG. 3 is a diagram showing a connection configuration of the piezoelectric transformer 15 shown in FIG. FIG. 4 is a perspective view of the piezoelectric transformer 15. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG.

圧電トランス15は矩形板状の圧電体板30を備えている。この圧電体板30は、例えばPZT系セラミックスシートが積層されて形成されている。以下では、圧電トランス15の長さ方向をX軸方向、幅方向をY軸方向、厚み方向をZ軸方向とする。   The piezoelectric transformer 15 includes a rectangular plate-shaped piezoelectric plate 30. The piezoelectric plate 30 is formed by stacking, for example, PZT ceramic sheets. Hereinafter, the length direction of the piezoelectric transformer 15 is defined as the X-axis direction, the width direction is defined as the Y-axis direction, and the thickness direction is defined as the Z-axis direction.

圧電トランス15は、(7λ/2)共振モードで長さ方向に振動するものとする。ここで、λは長さ方向の振動の1波長である。したがって、圧電トランス15のX軸方向の長さは(7λ/2)としている。ここで、Y軸方向の幅及びZ軸方向の厚みは(λ/2)未満とすることが好ましい。そうすることで、幅方向及び厚み方向の振動が長さ方向の振動に結合せず、圧電トランス15全体の振動が不安定とならない。   The piezoelectric transformer 15 is assumed to vibrate in the length direction in the (7λ / 2) resonance mode. Here, λ is one wavelength of vibration in the length direction. Therefore, the length of the piezoelectric transformer 15 in the X-axis direction is (7λ / 2). Here, the width in the Y-axis direction and the thickness in the Z-axis direction are preferably less than (λ / 2). By doing so, the vibration in the width direction and the thickness direction is not coupled with the vibration in the length direction, and the vibration of the entire piezoelectric transformer 15 is not unstable.

圧電体板30は、X軸方向に沿って、第1低電圧領域31、第1高電圧領域32、第2高電圧領域33、第2低電圧領域34、第3高電圧領域35、第4高電圧領域36及び第3低電圧領域37が形成されている。各領域31〜37のX軸方向の長さは、何れもλ/2である。   The piezoelectric plate 30 includes a first low voltage region 31, a first high voltage region 32, a second high voltage region 33, a second low voltage region 34, a third high voltage region 35, a fourth, along the X-axis direction. A high voltage region 36 and a third low voltage region 37 are formed. The lengths of the regions 31 to 37 in the X-axis direction are all λ / 2.

図3では、各領域31〜37の分極方向を示している。第1低電圧領域31、第2低電圧領域34及び第3低電圧領域37は、Z軸方向(厚み方向)に分極されている。第1低電圧領域31と第3低電圧領域37とは同方向に分極され、第2低電圧領域34は、第1低電圧領域31及び第3低電圧領域37と逆方向に分極されている。分極処理の方法としては、例えば、圧電体板を170℃の絶縁油中で2kV/mmの電圧を印加する方法等が挙げられる。   In FIG. 3, the polarization direction of each area | region 31-37 is shown. The first low voltage region 31, the second low voltage region 34, and the third low voltage region 37 are polarized in the Z-axis direction (thickness direction). The first low voltage region 31 and the third low voltage region 37 are polarized in the same direction, and the second low voltage region 34 is polarized in the opposite direction to the first low voltage region 31 and the third low voltage region 37. . Examples of the polarization treatment method include a method of applying a voltage of 2 kV / mm to the piezoelectric plate in insulating oil at 170 ° C.

第1低電圧領域31には、一対の第1出力電極E31,E32がY軸方向に対向するよう圧電体板30の側面に設けられている。また、第1低電圧領域31には、Z軸方向に積層された複数の内部電極E33が設けられている。この内部電極E33は、図6に示すように、交互に第1出力電極E31,E32に接続している。   In the first low voltage region 31, a pair of first output electrodes E31 and E32 are provided on the side surface of the piezoelectric plate 30 so as to face each other in the Y-axis direction. The first low voltage region 31 is provided with a plurality of internal electrodes E33 stacked in the Z-axis direction. As shown in FIG. 6, the internal electrodes E33 are alternately connected to the first output electrodes E31 and E32.

同様に、第2低電圧領域34、及び、第3低電圧領域37には、一対の第2出力電極E41,E42、及び、第3出力電極E51,E52がY軸方向に対向するよう圧電体板30の側面に設けられている。また、第2低電圧領域34、及び、第3低電圧領域37には、Z軸方向に積層された複数の内部電極E43,E53が設けられている。この内部電極E43は、交互に第2出力電極E41,E42に接続し、内部電極E53は、交互に第3出力電極E51,E52に接続している。   Similarly, in the second low voltage region 34 and the third low voltage region 37, the pair of second output electrodes E41 and E42 and the third output electrodes E51 and E52 are arranged so as to face each other in the Y-axis direction. It is provided on the side surface of the plate 30. The second low voltage region 34 and the third low voltage region 37 are provided with a plurality of internal electrodes E43 and E53 stacked in the Z-axis direction. The internal electrodes E43 are alternately connected to the second output electrodes E41 and E42, and the internal electrodes E53 are alternately connected to the third output electrodes E51 and E52.

第1高電圧領域32、第2高電圧領域33、第3高電圧領域35及び第4高電圧領域36は、X軸方向に分極されている。第1高電圧領域32には、一対の第2入力電極E21,E22がY軸方向に対向するよう圧電体板30の側面に設けられている。また、第1高電圧領域32には、Z軸方向に積層された複数の内部電極E23が設けられている。この内部電極E23は、第2入力電極E21,E22それぞれに接続している。   The first high voltage region 32, the second high voltage region 33, the third high voltage region 35, and the fourth high voltage region 36 are polarized in the X-axis direction. In the first high voltage region 32, a pair of second input electrodes E21 and E22 are provided on the side surface of the piezoelectric plate 30 so as to face each other in the Y-axis direction. The first high voltage region 32 is provided with a plurality of internal electrodes E23 stacked in the Z-axis direction. The internal electrode E23 is connected to each of the second input electrodes E21 and E22.

第4高電圧領域36には、一対の第1入力電極E11,E12がY軸方向に対向するよう圧電体板30の側面に設けられている。また、第4高電圧領域36には、Z軸方向に積層された複数の内部電極E13が設けられている。この内部電極E13は、第1入力電極E11,E12それぞれに接続している。   In the fourth high voltage region 36, a pair of first input electrodes E11 and E12 are provided on the side surface of the piezoelectric plate 30 so as to face each other in the Y-axis direction. The fourth high voltage region 36 is provided with a plurality of internal electrodes E13 stacked in the Z-axis direction. The internal electrode E13 is connected to each of the first input electrodes E11 and E12.

以上のように構成された圧電トランス15において、第1入力電極E11,E12は、図1に示す入力電極E1に相当する。第2入力電極E21,E22は、図1に示す入力電極E2に相当する。そして、第1入力電極E11,E12がキャパシタC31を介して、並列共振回路14に接続され、また、第2入力電極E21,E22がキャパシタC31を介して、並列共振回路14に接続されている。   In the piezoelectric transformer 15 configured as described above, the first input electrodes E11 and E12 correspond to the input electrode E1 shown in FIG. The second input electrodes E21 and E22 correspond to the input electrode E2 shown in FIG. The first input electrodes E11 and E12 are connected to the parallel resonant circuit 14 via the capacitor C31, and the second input electrodes E21 and E22 are connected to the parallel resonant circuit 14 via the capacitor C31.

また、第1出力電極E31、第2出力電極E41及び第3出力電極E51は、図1に示す出力電極E3に相当する。第1出力電極E32、第2出力電極E42及び第3出力電極E52は、図1に示す出力電極E4に相当する。そして、第1出力電極E31、第2出力電極E41及び第3出力電極E51、並びに、第1出力電極E32、第2出力電極E42及び第3出力電極E52は、整流平滑回路16に接続されている。   The first output electrode E31, the second output electrode E41, and the third output electrode E51 correspond to the output electrode E3 shown in FIG. The first output electrode E32, the second output electrode E42, and the third output electrode E52 correspond to the output electrode E4 shown in FIG. The first output electrode E31, the second output electrode E41, the third output electrode E51, and the first output electrode E32, the second output electrode E42, and the third output electrode E52 are connected to the rectifying and smoothing circuit 16. .

第1入力電極E11,E12及び第2入力電極E21,E22に電圧が印加されると、圧電体板30のX軸方向(長さ方向)に電圧が印加される。このため、第1高電圧領域32、第2高電圧領域33、第3高電圧領域35及び第4高電圧領域36には分極方向に電界が加えられる。そして、逆圧電効果により分極方向に沿う方向、すなわち、圧電体板30のX軸方向に縦振動が励振される。   When a voltage is applied to the first input electrodes E11, E12 and the second input electrodes E21, E22, a voltage is applied in the X-axis direction (length direction) of the piezoelectric plate 30. Therefore, an electric field is applied to the first high voltage region 32, the second high voltage region 33, the third high voltage region 35, and the fourth high voltage region 36 in the polarization direction. The longitudinal vibration is excited in the direction along the polarization direction by the inverse piezoelectric effect, that is, in the X-axis direction of the piezoelectric plate 30.

縦振動が励振されると、第1低電圧領域31、第2低電圧領域34及び第3低電圧領域37ではZ軸方向(分極方向)に機械的歪みが生じ、圧電横効果により分極方向に電位差が発生する。この電位差により第1低電圧領域31、第2低電圧領域34及び第3低電圧領域37から取り出された低電圧が並列に合成され定電力負荷RL1に印加される。   When longitudinal vibration is excited, mechanical distortion occurs in the Z-axis direction (polarization direction) in the first low-voltage region 31, the second low-voltage region 34, and the third low-voltage region 37, and in the polarization direction due to the piezoelectric transverse effect. A potential difference occurs. Due to this potential difference, the low voltages extracted from the first low voltage region 31, the second low voltage region 34, and the third low voltage region 37 are combined in parallel and applied to the constant power load RL1.

図7は制御回路13の機能ブロック図である。制御回路13はマイクロコンピュータを備え、IDC検出部131、周波数制御部132及び制御部133等の機能を有する。   FIG. 7 is a functional block diagram of the control circuit 13. The control circuit 13 includes a microcomputer and has functions of an IDC detection unit 131, a frequency control unit 132, a control unit 133, and the like.

IDC検出部131は入力電流IDCを検出する。詳しくは、ダイオードブリッジ回路DBとインバータ回路11との間に電流検出用の抵抗R1が接続されていて、IDC検出部131は、その抵抗R1の降下電圧によりインバータ回路11に流れる入力電流IDCを検出する。IDC検出部131は、本発明に係る「電流検出部」に相当する。   The IDC detection unit 131 detects the input current IDC. Specifically, a current detection resistor R1 is connected between the diode bridge circuit DB and the inverter circuit 11, and the IDC detection unit 131 detects the input current IDC flowing in the inverter circuit 11 by the voltage drop of the resistor R1. To do. The IDC detection unit 131 corresponds to a “current detection unit” according to the present invention.

周波数制御部132は、所定の駆動周波数でインバータ回路11が駆動されるよう、制御信号をパルス信号生成回路12へ出力する。パルス信号生成回路12は、その入力された制御信号に対応する周波数のパルス信号を生成して、インバータ回路11を駆動する。また、周波数制御部132は、パルス信号生成回路12がインバータ回路11を駆動制御する周波数を掃引(スイープ)する。例えば、パルス信号生成回路12が470kHzの周波数でインバータ回路11を駆動している場合、468,469,470,471,472kHzと、470±2kHzの周波数範囲を1kHz刻みで掃引する。   The frequency control unit 132 outputs a control signal to the pulse signal generation circuit 12 so that the inverter circuit 11 is driven at a predetermined drive frequency. The pulse signal generation circuit 12 generates a pulse signal having a frequency corresponding to the input control signal and drives the inverter circuit 11. The frequency control unit 132 sweeps (sweeps) the frequency at which the pulse signal generation circuit 12 controls the drive of the inverter circuit 11. For example, when the pulse signal generation circuit 12 drives the inverter circuit 11 at a frequency of 470 kHz, the frequency ranges of 468, 469, 470, 471, 472 kHz and 470 ± 2 kHz are swept in increments of 1 kHz.

制御部133は、IDC検出部131、及び周波数制御部132それぞれの動作を制御する。制御部133は、周波数制御部132が周波数スイープしたときに、IDC検出部131が検出した入力電流IDCの周波数特性に基づいて、インバータ回路11を駆動する周波数を設定する。制御部133は、本発明に係る「共振周波数検出部」、及び「駆動周波数設定部」に相当する。   The control unit 133 controls operations of the IDC detection unit 131 and the frequency control unit 132. The control unit 133 sets the frequency for driving the inverter circuit 11 based on the frequency characteristics of the input current IDC detected by the IDC detection unit 131 when the frequency control unit 132 performs frequency sweep. The control unit 133 corresponds to a “resonance frequency detection unit” and a “drive frequency setting unit” according to the present invention.

図8は、入力電流IDCの周波数特性を示す図である。図8の横軸は、インバータ回路11の駆動周波数、縦軸は入力電流IDCである。図8に示すように、入力電流IDCは、周波数が共振周波数である約472kHz付近で極小値となっている。   FIG. 8 is a diagram illustrating frequency characteristics of the input current IDC. In FIG. 8, the horizontal axis represents the drive frequency of the inverter circuit 11, and the vertical axis represents the input current IDC. As shown in FIG. 8, the input current IDC has a minimum value in the vicinity of the resonance frequency of about 472 kHz.

制御部133は、入力電流IDCの周波数特性から、入力電流IDCが極小値をとるときの周波数(約472kHz)をインバータ回路11の駆動周波数に設定する。そして、周波数制御部132が、その駆動周波数でパルス信号生成回路12がインバータ回路11を駆動するよう、パルス信号生成回路12へ制御信号を出力する。   The control unit 133 sets the frequency (about 472 kHz) at which the input current IDC takes the minimum value as the drive frequency of the inverter circuit 11 from the frequency characteristics of the input current IDC. Then, the frequency control unit 132 outputs a control signal to the pulse signal generation circuit 12 so that the pulse signal generation circuit 12 drives the inverter circuit 11 at the drive frequency.

図9は、インバータ回路11の駆動周波数の変化に対する電力変換効率を示す図である。図9の横軸はインバータ回路11の駆動周波数、縦軸は電力変換効率である。インバータ回路11の駆動周波数は、インバータ回路11の各スイッチ素子Q1〜Q4の駆動周波数である。電力変換効率は、入力端Pi1,Pi2−出力端Po1,Po2間の変換効率である。この図9から、共振周波数である約472kHzにおいて、電力変換効率が最大となっていることが読み取れる。   FIG. 9 is a diagram illustrating the power conversion efficiency with respect to a change in the drive frequency of the inverter circuit 11. The horizontal axis in FIG. 9 is the drive frequency of the inverter circuit 11, and the vertical axis is the power conversion efficiency. The drive frequency of the inverter circuit 11 is the drive frequency of the switch elements Q1 to Q4 of the inverter circuit 11. The power conversion efficiency is the conversion efficiency between the input terminals Pi1, Pi2 and the output terminals Po1, Po2. From FIG. 9, it can be seen that the power conversion efficiency is maximum at a resonance frequency of about 472 kHz.

なお、パルス信号生成回路12は、出力するパルス信号のパルス幅(インバータ回路11のゲート信号幅)を変えて、インバータ回路11を駆動制御してもよい。   Note that the pulse signal generation circuit 12 may drive and control the inverter circuit 11 by changing the pulse width of the output pulse signal (the gate signal width of the inverter circuit 11).

図10は、インバータ回路のゲート信号幅の変化に対する入力電流IDCを示す図である。図10の横軸は、インバータ回路11のゲート信号幅、すなわちインバータ回路のゲート信号の一周期を1としたときに、その一周期のうちゲート信号がONしている時間の比率であり、縦軸は入力電流IDCである。図10に示すように、入力電流IDCは、ゲート信号幅が約0.42付近で極小値となっている。   FIG. 10 is a diagram illustrating the input current IDC with respect to the change in the gate signal width of the inverter circuit. The horizontal axis of FIG. 10 is the ratio of the gate signal width of the inverter circuit 11, that is, the ratio of the time during which the gate signal is ON in one period when one period of the gate signal of the inverter circuit is 1. The axis is the input current IDC. As shown in FIG. 10, the input current IDC has a minimum value when the gate signal width is about 0.42.

制御回路17は、入力電流IDCの周波数特性から、入力電流IDCが極小値をとるときのゲート信号幅(約0.42)でパルス信号生成回路12がインバータ回路11を制御するよう、パルス信号生成回路12へ制御信号を出力する。   From the frequency characteristic of the input current IDC, the control circuit 17 generates a pulse signal so that the pulse signal generation circuit 12 controls the inverter circuit 11 with a gate signal width (about 0.42) when the input current IDC takes a minimum value. A control signal is output to the circuit 12.

図11は、インバータ回路11のゲート信号幅の変化に対する電力変換効率を示す図である。図11の横軸はインバータ回路11のゲート信号幅、縦軸は電力変換効率である。この図11から、ゲート信号幅が約0.42のとき、電力変換効率が最大となっていることが読み取れる。   FIG. 11 is a diagram illustrating the power conversion efficiency with respect to a change in the gate signal width of the inverter circuit 11. The horizontal axis of FIG. 11 is the gate signal width of the inverter circuit 11, and the vertical axis is the power conversion efficiency. It can be seen from FIG. 11 that the power conversion efficiency is maximum when the gate signal width is about 0.42.

前記したように、駆動に伴い圧電トランス15は自己発熱して、共振条件がずれる。このため、時間の経過に伴い、共振周波数が駆動周波数からずれていき、入力端Pi1,Pi2−出力端Po1,Po2間の変換効率が低下する。そこで、本実施形態では、周期的に共振周波数を検出し、駆動周波数を随時補正する。これにより、常に最適な駆動周波数で電源装置1を制御する。また、共振周波数を、圧電トランス15よりも前の回路部で検出するため、圧電トランス15を直接監視した結果、または圧電トランス15の出力側で検出した結果を入力側へフィードバックする、所謂フィードバック制御が必要でないため、回路構成が複雑となることもない。   As described above, the piezoelectric transformer 15 self-heats with driving and the resonance condition is shifted. For this reason, with the passage of time, the resonance frequency shifts from the drive frequency, and the conversion efficiency between the input terminals Pi1, Pi2 and the output terminals Po1, Po2 decreases. Therefore, in this embodiment, the resonance frequency is periodically detected and the drive frequency is corrected as needed. Thereby, the power supply device 1 is always controlled at the optimum driving frequency. In addition, since the resonance frequency is detected by a circuit unit before the piezoelectric transformer 15, a so-called feedback control in which the result of direct monitoring of the piezoelectric transformer 15 or the result of detection on the output side of the piezoelectric transformer 15 is fed back to the input side. Therefore, the circuit configuration is not complicated.

以下に、駆動周波数の設定方法について説明する。   Below, the setting method of a drive frequency is demonstrated.

図12は、制御部133が実行する処理を示すフローチャートである。図12に示す処理は、例えば、電源装置1に商用電源101及び定電力負荷RL1が接続されたときに開始される。   FIG. 12 is a flowchart illustrating processing executed by the control unit 133. The process illustrated in FIG. 12 is started, for example, when the commercial power supply 101 and the constant power load RL1 are connected to the power supply device 1.

制御部133は、図13に示す駆動周波数設定処理を実行する(S1)。図13は、駆動周波数設定処理を示すフローチャートである。周波数制御部132は、インバータ回路11の各スイッチ素子Q1〜Q4を制御し、インバータ回路11の出力電圧の周波数をスイープする(S11)。例えば、現周波数が470kHzである場合、468,469,470,471,472kHzと、468kHzから472kHzまで1kHz刻みで掃引する。   The control unit 133 executes the drive frequency setting process shown in FIG. 13 (S1). FIG. 13 is a flowchart showing the drive frequency setting process. The frequency control unit 132 controls each switch element Q1 to Q4 of the inverter circuit 11 and sweeps the frequency of the output voltage of the inverter circuit 11 (S11). For example, when the current frequency is 470 kHz, sweeping is performed in increments of 1 kHz from 468 kHz to 472 kHz, 468, 469, 470, 471, 472 kHz.

周波数制御部132が周波数スイープをするごとに、IDC検出部131が入力電流IDCを検出して、制御部133は、入力電流IDCの周波数特性を取得する(S12)。制御部132は入力電流IDCを検出し、その入力電流IDCが極小値を取るときの周波数を取得する。そして、制御部132は、取得した周波数をインバータ回路11の駆動周波数に設定する(S13)。   Each time the frequency control unit 132 performs a frequency sweep, the IDC detection unit 131 detects the input current IDC, and the control unit 133 acquires the frequency characteristics of the input current IDC (S12). The control unit 132 detects the input current IDC, and acquires the frequency at which the input current IDC takes a minimum value. And the control part 132 sets the acquired frequency to the drive frequency of the inverter circuit 11 (S13).

なお、パルス信号のパルス幅を変えてインバータ回路11を駆動する場合には、図13に示す処理において、パルス信号幅を掃引(スイープ)し、入力電流IDCが極小値を取るときのパルス信号幅を取得して、そのパルス信号幅でインバータ回路11を駆動する。   When the inverter circuit 11 is driven by changing the pulse width of the pulse signal, the pulse signal width when the input current IDC takes the minimum value in the processing shown in FIG. 13 by sweeping (sweeping) the pulse signal width. And the inverter circuit 11 is driven with the pulse signal width.

図12に戻り、制御部133は、処理を終了するか否かを判定する(S2)。例えば、電源装置1が、商用電源101又は定電力負荷RL1と非接続となったとき、又は、リモート信号が無効になったとき、図12の処理が終了する。又は、図12の処理の実行中に、電源装置1に対し、商用電源101又は定電力負荷RL1が非接続となったとき、強制的にこの処理が終了するようにしてもよい。   Returning to FIG. 12, the control unit 133 determines whether or not to end the process (S2). For example, when the power supply device 1 is disconnected from the commercial power supply 101 or the constant power load RL1, or when the remote signal becomes invalid, the processing in FIG. 12 ends. Alternatively, when the commercial power supply 101 or the constant power load RL1 is disconnected from the power supply device 1 during the execution of the process of FIG. 12, this process may be forcibly terminated.

次に、制御部133は駆動周波数を設定してから時間Tが経過したか否かを判定する(S3)。この時間Tは、例えば10sなど、適宜変更可能である。時間Tが経過していない場合(S3:NO)、制御部133はS2の処理を実行する。時間Tが経過した場合(S3:YES)、制御部133は駆動周波数設定処理を実行する(S4)。この駆動周波数設定処理は、図13に示す処理である。このように、本実施形態では、時間T毎に、駆動周波数を設定する。   Next, the control unit 133 determines whether or not the time T has elapsed since the drive frequency was set (S3). This time T can be appropriately changed, for example, 10 s. When the time T has not elapsed (S3: NO), the control unit 133 executes the process of S2. When the time T has elapsed (S3: YES), the control unit 133 executes a drive frequency setting process (S4). This drive frequency setting process is the process shown in FIG. Thus, in the present embodiment, the drive frequency is set every time T.

圧電トランス15を連続駆動すると、時間経過と共に圧電トランス15が自己発熱し、その影響で共振周波数が変動する。このため、時間が経過しても常に同じ駆動周波数で圧電トランス15を駆動し続けた場合、定電力負荷RL1への電力供給の効率が低下する。そこで、時間T毎に駆動周波数を再設定(補正)する。これにより、圧電トランス15の共振周波数がずれても、そのずれに応じて駆動周波数が再設定されるので、定電力負荷RL1へ電力を効率よく供給し続けることができる。   When the piezoelectric transformer 15 is continuously driven, the piezoelectric transformer 15 self-heats with time, and the resonance frequency fluctuates due to the influence. For this reason, when the piezoelectric transformer 15 is continuously driven at the same drive frequency even if time elapses, the efficiency of power supply to the constant power load RL1 decreases. Therefore, the drive frequency is reset (corrected) every time T. Thereby, even if the resonance frequency of the piezoelectric transformer 15 shifts, the drive frequency is reset according to the shift, so that it is possible to continue supplying power to the constant power load RL1 efficiently.

駆動周波数を再設定した後、制御部133は、駆動周波数の再設定前の入力電流IDCの値と検出抵抗R1の抵抗値の積により求めた電圧値と再設定後の入力電流IDCの値と検出抵抗R1の抵抗値の積により求めた電圧値との差分が閾値(例えば、50mV)以上であるか否かを判定する(S5)。閾値以上の場合(S5:YES)、制御部133は、S2の処理を実行する。閾値以上でない場合(S5:NO)、制御部133は、TをT+Δtとする(S6)。すなわち、周期的に検出する共振周波数の変化が小さいと判断される場合には、駆動周波数設定処理を行う周期を長くする。これにより、駆動周波数設定処理を頻繁に行うことによる不要ノイズの発生を防止できる。   After resetting the drive frequency, the control unit 133 determines the voltage value obtained by the product of the value of the input current IDC before resetting the drive frequency and the resistance value of the detection resistor R1, and the value of the input current IDC after reset. It is determined whether or not the difference from the voltage value obtained by the product of the resistance value of the detection resistor R1 is equal to or greater than a threshold value (for example, 50 mV) (S5). If it is equal to or greater than the threshold value (S5: YES), the control unit 133 executes the process of S2. When it is not more than a threshold value (S5: NO), the control part 133 sets T to T + (DELTA) t (S6). That is, when it is determined that the change in the resonance frequency detected periodically is small, the period for performing the drive frequency setting process is lengthened. Thereby, generation | occurrence | production of the unnecessary noise by performing a drive frequency setting process frequently can be prevented.

なお、周期的に検出する共振周波数の変化が小さい場合には、共振周波数の検出周期を長くしているが、周期的に検出した共振周波数の変化が再び大きくなり、前記電圧値の差分が閾値以上となった場合には、検出周期を短くするようにしてもよい。   In addition, when the change of the resonance frequency detected periodically is small, the detection period of the resonance frequency is lengthened, but the change of the resonance frequency detected periodically becomes large again, and the difference between the voltage values is a threshold value. When it becomes above, you may make it shorten a detection period.

以上説明したように、本実施形態では、圧電トランス15の自己発熱に伴い共振周波数、すなわち、駆動周波数がずれるため、周期的に共振周波数を検出し、駆動周波数を再設定することで、共振周波数のずれによる電力変換効率の低下を抑制できる。また、入力電流IDCから共振周波数を検出するため、圧電トランス15を直接監視する必要がない。このため、制御が容易であり、回路が複雑になることもない。   As described above, in this embodiment, since the resonance frequency, that is, the drive frequency is shifted due to self-heating of the piezoelectric transformer 15, the resonance frequency is periodically detected and the drive frequency is reset, so that the resonance frequency is reset. It is possible to suppress a decrease in power conversion efficiency due to the deviation. Further, since the resonance frequency is detected from the input current IDC, it is not necessary to monitor the piezoelectric transformer 15 directly. For this reason, control is easy and the circuit is not complicated.

なお、本実施形態では、圧電トランス15は降圧トランスとして説明したが、昇圧トランスであってもよい。この場合、圧電トランス15の接続構成が、本実施形態と異なる。具体的には、図3において、第1出力電極E31,E32及び第3出力電極E51,E52は、キャパシタC31を介して並列共振回路14に接続し、第2出力電極E41,E42は、キャパシタC32を介して並列共振回路14に接続する。また、第1入力電極E11及び第2入力電極E21、並びに、第1入力電極E12及び第2入力電極E22は、整流平滑回路16に接続される。第1出力電極E31,E32、第2出力電極E41,E42及び第3出力電極E51,E52に電圧が印加されると、第1入力電極E11及び第2入力電極E21、並びに、第2入力電極E21及び第2入力電極E22から低電圧が取り出され定電力負荷RL1に印加される。   In the present embodiment, the piezoelectric transformer 15 has been described as a step-down transformer, but may be a step-up transformer. In this case, the connection configuration of the piezoelectric transformer 15 is different from that of the present embodiment. Specifically, in FIG. 3, the first output electrodes E31, E32 and the third output electrodes E51, E52 are connected to the parallel resonant circuit 14 via the capacitor C31, and the second output electrodes E41, E42 are connected to the capacitor C32. To the parallel resonant circuit 14. The first input electrode E11 and the second input electrode E21, and the first input electrode E12 and the second input electrode E22 are connected to the rectifying and smoothing circuit 16. When a voltage is applied to the first output electrodes E31, E32, the second output electrodes E41, E42, and the third output electrodes E51, E52, the first input electrode E11, the second input electrode E21, and the second input electrode E21. The low voltage is taken out from the second input electrode E22 and applied to the constant power load RL1.

また、本実施形態では、入力電流IDCから共振周波数を検出しているが、インバータ回路11から出力され、圧電トランス15に印加される電圧を検出し、その電圧から共振周波数を検出するようにしてもよい。   In this embodiment, the resonance frequency is detected from the input current IDC. However, the voltage output from the inverter circuit 11 and applied to the piezoelectric transformer 15 is detected, and the resonance frequency is detected from the voltage. Also good.

さらに、本実施形態では、共振周波数が同じとなるように回路定数を設定する際、圧電トランス15が発熱していない状態(すなわち、圧電トランス15が冷めた状態)で行っているが、圧電トランス15が発熱した状態(圧電トランス15の温度が上がっている状態)で回路定数を設定するようにしてもよい。   Further, in the present embodiment, when setting the circuit constants so that the resonance frequencies are the same, the piezoelectric transformer 15 is not generating heat (that is, the piezoelectric transformer 15 is cooled). The circuit constants may be set in a state where the heat is generated in 15 (the temperature of the piezoelectric transformer 15 is increased).

また、電源装置1は並列共振回路14,152を用いているが、負荷の抵抗値の変動が少ない定抵抗負荷である場合に、一定の電圧を出力したい場合には、並列共振回路14,152を直列共振回路に代えてもよい。   The power supply device 1 uses the parallel resonance circuits 14 and 152. When the power supply device 1 is a constant resistance load with little variation in the resistance value of the load, when the constant voltage is desired to be output, the parallel resonance circuits 14 and 152 are used. May be replaced with a series resonant circuit.

図14は、電源装置1の別の例の回路図である。図14では、図1及び図2で示すダイオードブリッジDB、平滑コンデンサC1、入力端Pi1,Pi2及び出力端Po1,Po2等は図示を省略している。   FIG. 14 is a circuit diagram of another example of the power supply device 1. In FIG. 14, the diode bridge DB, the smoothing capacitor C1, the input terminals Pi1 and Pi2, the output terminals Po1 and Po2, and the like shown in FIGS. 1 and 2 are not shown.

この例では、インバータ回路11に直列共振回路18が接続されている。直列共振回路18は、インダクタL3とキャパシタC2とにより構成されている。また、圧電トランス15の出力側には、インダクタL4が接続されていて、このインダクタL4は、圧電トランス15の等価出力容量であるキャパシタC42と共に直列共振回路153を構成している。直列共振回路18及び直列共振回路153は、いずれも直列共振回路151と共振周波数が同じとなるよう回路定数が設定されている。この構成では、インバータ回路11から直列共振回路18側を見たインピーダンスを誘導性に設定することができる。このため、インバータ回路11における電力の損失を低減することができる。   In this example, a series resonance circuit 18 is connected to the inverter circuit 11. The series resonance circuit 18 includes an inductor L3 and a capacitor C2. Further, an inductor L4 is connected to the output side of the piezoelectric transformer 15, and this inductor L4 constitutes a series resonance circuit 153 together with a capacitor C42 which is an equivalent output capacity of the piezoelectric transformer 15. The circuit constants of the series resonance circuit 18 and the series resonance circuit 153 are set so that the resonance frequency is the same as that of the series resonance circuit 151. In this configuration, the impedance of the inverter circuit 11 viewed from the series resonant circuit 18 side can be set to be inductive. For this reason, the power loss in the inverter circuit 11 can be reduced.

(実施形態2)
図15は、実施形態2に係る電源装置の回路図である。本実施形態に係る電源装置2は、入力端Pi1,Pi2に商用電源101が接続され、出力端Po1,Po2に定抵抗負荷RL2が接続される。定抵抗負荷RL2には、例えば、電灯等が含まれる。電源装置2の基本的な構成は、実施形態1と同じである。以下では、実施形態1と相違する点についてのみ説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 15 is a circuit diagram of the power supply device according to the second embodiment. In the power supply device 2 according to the present embodiment, the commercial power supply 101 is connected to the input terminals Pi1 and Pi2, and the constant resistance load RL2 is connected to the output terminals Po1 and Po2. The constant resistance load RL2 includes, for example, an electric lamp. The basic configuration of the power supply device 2 is the same as that of the first embodiment. Hereinafter, only differences from the first embodiment will be described.

電源装置2は制御回路17を備えている。また、インバータ回路11の出力側にはキャパシタC41,C42が接続されている。インバータ回路11の出力電圧V1はキャパシタC41,C42により容量分圧される。制御回路17は、この容量分圧された交流電圧を整流し、前記出力電圧V1を検出する。   The power supply device 2 includes a control circuit 17. Capacitors C41 and C42 are connected to the output side of the inverter circuit 11. The output voltage V1 of the inverter circuit 11 is divided by the capacitors C41 and C42. The control circuit 17 rectifies the capacity-divided AC voltage and detects the output voltage V1.

また、インバータ回路11の出力側には電流検出用の抵抗R2が接続されている。制御回路17は、抵抗R2に流れる電流であって、インバータ回路11の出力電流I1を検出する。制御回路17は、この出力電流I1と出力電圧V1とから、圧電トランス15への入力電力を取得する。   Further, a resistor R2 for current detection is connected to the output side of the inverter circuit 11. The control circuit 17 detects the output current I1 of the inverter circuit 11, which is a current flowing through the resistor R2. The control circuit 17 acquires input power to the piezoelectric transformer 15 from the output current I1 and the output voltage V1.

図16は制御回路17の機能ブロック図である。制御回路17は、マイクロコンピュータを備え、IDC検出部171、電力取得部172、周波数制御部173、記憶部174及び制御部175等の機能を有する。   FIG. 16 is a functional block diagram of the control circuit 17. The control circuit 17 includes a microcomputer and has functions of an IDC detection unit 171, a power acquisition unit 172, a frequency control unit 173, a storage unit 174, a control unit 175, and the like.

IDC検出部171は、実施形態1のIDC検出部131と同様、入力電流IDCを検出する。IDC検出部171は、本発明に係る「電流検出部」に相当する。   The IDC detection unit 171 detects the input current IDC, similarly to the IDC detection unit 131 of the first embodiment. The IDC detection unit 171 corresponds to a “current detection unit” according to the present invention.

電力取得部172は、インバータ回路11の出力電圧V1及び出力電流I1を取得し、電圧V1と電流I1とから、圧電トランス15への入力電力を取得する。この電力取得部172は、本発明に係る「出力電力検出部」の一例である。   The power acquisition unit 172 acquires the output voltage V1 and the output current I1 of the inverter circuit 11, and acquires the input power to the piezoelectric transformer 15 from the voltage V1 and the current I1. The power acquisition unit 172 is an example of the “output power detection unit” according to the present invention.

なお、圧電トランス15への入力電力は、インバータ回路11への入力電圧を検出し、その入力電圧と、IDC検出部171が検出した入力電流IDCと入力電圧とから求められてもよい。   Note that the input power to the piezoelectric transformer 15 may be obtained from the input voltage to the inverter circuit 11 and the input voltage IDC detected by the IDC detection unit 171 and the input voltage.

周波数制御部173は、実施形態1の周波数制御部132と同様、所定の駆動周波数でインバータ回路11が駆動されるよう、制御信号をパルス信号生成回路12へ出力する。パルス信号生成回路12は、その入力された制御信号に対応する周波数でインバータ回路11を駆動する。また、周波数制御部173は、パルス信号生成回路12がインバータ回路11を駆動する周波数を掃引(スイープ)する。例えば、パルス信号生成回路12が470kHzの周波数でインバータ回路11を駆動している場合、468,469,470,471,472kHzと、470±2kHzの周波数範囲を1kHz刻みで掃引する。   Similarly to the frequency control unit 132 of the first embodiment, the frequency control unit 173 outputs a control signal to the pulse signal generation circuit 12 so that the inverter circuit 11 is driven at a predetermined drive frequency. The pulse signal generation circuit 12 drives the inverter circuit 11 at a frequency corresponding to the input control signal. Further, the frequency control unit 173 sweeps (sweeps) the frequency at which the pulse signal generation circuit 12 drives the inverter circuit 11. For example, when the pulse signal generation circuit 12 drives the inverter circuit 11 at a frequency of 470 kHz, the frequency ranges of 468, 469, 470, 471, 472 kHz and 470 ± 2 kHz are swept in increments of 1 kHz.

記憶部174は、駆動周波数を設定する設定条件(検出条件)を記憶する。詳しくは、記憶部174は、圧電トランス15への入力電力に応じて複数の設定条件を記憶している。この設定条件は、制御部175が、入力電流IDCの周波数特性から駆動周波数を設定する際に用いられる。   The storage unit 174 stores setting conditions (detection conditions) for setting the drive frequency. Specifically, the storage unit 174 stores a plurality of setting conditions according to the input power to the piezoelectric transformer 15. This setting condition is used when the control unit 175 sets the drive frequency from the frequency characteristic of the input current IDC.

制御部175は、IDC検出部171、電力取得部172及び周波数制御部173それぞれの動作を制御する。制御部175は、周波数制御部173が周波数スイープしたときに、IDC検出部171が検出した入力電流IDC、すなわち、入力電流IDCの周波数特性に基づいて、駆動周波数を設定する。   The control unit 175 controls the operations of the IDC detection unit 171, the power acquisition unit 172, and the frequency control unit 173. The control unit 175 sets the drive frequency based on the input current IDC detected by the IDC detection unit 171 when the frequency control unit 173 performs frequency sweep, that is, based on the frequency characteristics of the input current IDC.

入力電流IDCの周波数特性は、図17に示すように、インバータ回路11からの出力電力によって特性カーブの凹凸が異なる。図17は、入力電流IDCの周波数特性を示す図である。図17の横軸はインバータ回路11の駆動周波数、縦軸は入力電流IDCであり、4種の異なるプロットは、それぞれ定抵抗負荷RL2の値を変化させた場合の特性を示している。図17に示すように、負荷の大きさに応じて周波数特性の特性カーブが異なる。   As shown in FIG. 17, the frequency characteristic of the input current IDC varies depending on the output power from the inverter circuit 11. FIG. 17 is a diagram illustrating frequency characteristics of the input current IDC. The horizontal axis in FIG. 17 is the drive frequency of the inverter circuit 11, and the vertical axis is the input current IDC. The four different plots show the characteristics when the value of the constant resistance load RL2 is changed. As shown in FIG. 17, the characteristic curve of the frequency characteristic varies depending on the size of the load.

記憶部174に記憶されている設定条件では、例えば、得られた周波数特性の特性カーブの極大値をとる周波数を駆動周波数に設定するのか、極小値をとる周波数を駆動周波数に設定するのかが定められている。制御部175は、電力取得部172が取得した電力に対応する設定条件を記憶部174から取得し、その設定条件と、入力電流IDCの周波数特性とから駆動周波数を設定する。そして、周波数制御部173が、その駆動周波数でパルス信号生成回路12がインバータ回路11を駆動するよう、パルス信号生成回路12へ制御信号を出力する。このように、インバータ回路11からの出力電力に対応する設定条件が予め記憶されているため、圧電トランス15への入力電力が変化しても、容易に適切な共振周波数を検出できる。   In the setting conditions stored in the storage unit 174, for example, it is determined whether to set the frequency that takes the maximum value of the characteristic curve of the obtained frequency characteristic as the driving frequency or to set the frequency that takes the minimum value as the driving frequency. It has been. The control unit 175 acquires the setting condition corresponding to the power acquired by the power acquisition unit 172 from the storage unit 174, and sets the drive frequency from the setting condition and the frequency characteristics of the input current IDC. Then, the frequency control unit 173 outputs a control signal to the pulse signal generation circuit 12 so that the pulse signal generation circuit 12 drives the inverter circuit 11 at the drive frequency. Thus, since the setting conditions corresponding to the output power from the inverter circuit 11 are stored in advance, even if the input power to the piezoelectric transformer 15 changes, an appropriate resonance frequency can be easily detected.

制御部175は、本発明に係る「共振周波数検出部」、及び「駆動周波数設定部」に相当する。   The control unit 175 corresponds to a “resonance frequency detection unit” and a “drive frequency setting unit” according to the present invention.

図18は、定抵抗負荷RL2の値が異なる場合における、インバータ回路11からの出力電圧の周波数の変化に対する変圧比、すなわち圧電トランス15の出力電圧Voutとインバータ回路の出力電圧V1との比の変化を示す図である。図18の横軸は周波数、縦軸は変圧比である。4種の異なるプロットは、それぞれ定抵抗負荷RL2の値が異なる場合の変圧比の周波数特性を示している。この図18から、共振周波数である約470kHz付近において、定抵抗負荷RL2の値によらず変圧比が一定となる、すなわちV1が一定であれば出力電圧が一定となることが分かる。   FIG. 18 shows the transformation ratio with respect to the change in the frequency of the output voltage from the inverter circuit 11, that is, the change in the ratio between the output voltage Vout of the piezoelectric transformer 15 and the output voltage V1 of the inverter circuit when the value of the constant resistance load RL2 is different. FIG. The horizontal axis in FIG. 18 is the frequency, and the vertical axis is the transformation ratio. The four different plots show the frequency characteristics of the transformation ratio when the value of the constant resistance load RL2 is different. From FIG. 18, it can be seen that in the vicinity of the resonance frequency of about 470 kHz, the transformation ratio is constant regardless of the value of the constant resistance load RL2, that is, the output voltage is constant if V1 is constant.

以下に、本実施形態に係る電源装置2における駆動周波数の設定方法について説明する。駆動周波数の設定方法は、実施形態1で説明した図13に示す駆動周波数設定処理が、実施形態1と相違する。   Below, the setting method of the drive frequency in the power supply device 2 which concerns on this embodiment is demonstrated. The driving frequency setting method is different from the first embodiment in the driving frequency setting process shown in FIG. 13 described in the first embodiment.

図19は、実施形態2に係る駆動周波数設定処理を示すフローチャートである。   FIG. 19 is a flowchart illustrating a drive frequency setting process according to the second embodiment.

制御部175は、インバータ回路11の各スイッチ素子Q1〜Q4を制御するパルス信号生成回路12を制御し、インバータ回路11の駆動周波数をスイープする(S21)。例えば、現周波数が470kHzである場合、468,469,470,471,472kHzと、468kHzから472kHzまで1kHz刻みで掃引する。   The control unit 175 controls the pulse signal generation circuit 12 that controls the switch elements Q1 to Q4 of the inverter circuit 11, and sweeps the drive frequency of the inverter circuit 11 (S21). For example, when the current frequency is 470 kHz, sweeping is performed in increments of 1 kHz from 468 kHz to 472 kHz, 468, 469, 470, 471, 472 kHz.

周波数制御部173が周波数スイープをするごとに、IDC検出部171が入力電流IDCを検出して、制御部175は、入力電流IDCの周波数特性を取得する(S22)。制御部175は、インバータ回路11からの出力電圧V1と、インバータ回路11からの出力電流I1とから、圧電トランス15への入力電力を取得する(S23)。制御部175は、入力電力に対向する設定条件を記憶部174から取得する(S24)。制御部175は、S22で取得した周波数特性と、S24で取得した設定条件とから駆動周波数を設定する(S25)。   Each time the frequency control unit 173 performs a frequency sweep, the IDC detection unit 171 detects the input current IDC, and the control unit 175 acquires the frequency characteristics of the input current IDC (S22). The control unit 175 acquires the input power to the piezoelectric transformer 15 from the output voltage V1 from the inverter circuit 11 and the output current I1 from the inverter circuit 11 (S23). The control unit 175 acquires a setting condition opposite to the input power from the storage unit 174 (S24). The control unit 175 sets the drive frequency from the frequency characteristic acquired in S22 and the setting condition acquired in S24 (S25).

入力電流IDCの周波数特性は、インバータ回路11からの出力電力に応じて異なる。このため、インバータ回路11からの出力電力に応じた設定条件に従い共振周波数を検出し、その検出した共振周波数を駆動周波数に設定する。例えば、図17に示す周波数特性において、検出により得られた周波数特性が、特性カーブRC1であり、取得した設定条件が得られた周波数の極大値を駆動周波数と設定するという条件である場合、図17に示す特性カーブRC1の極大値、すなわち、周波数470kHzを駆動周波数に設定する。また、検出により得られた周波数特性が、特性カーブRC2であり、取得した設定条件が得られた周波数の極小値を駆動周波数と設定するという条件である場合、図17に示す特性カーブRC2の極小値、すなわち、周波数470kHzを駆動周波数に設定する。   The frequency characteristic of the input current IDC varies depending on the output power from the inverter circuit 11. For this reason, the resonance frequency is detected according to the setting condition corresponding to the output power from the inverter circuit 11, and the detected resonance frequency is set as the drive frequency. For example, in the frequency characteristic shown in FIG. 17, when the frequency characteristic obtained by detection is the characteristic curve RC1, and the acquired setting condition is a condition that the maximum value of the obtained frequency is set as the drive frequency, The maximum value of the characteristic curve RC1 shown in FIG. 17, that is, the frequency of 470 kHz is set as the drive frequency. Further, when the frequency characteristic obtained by the detection is the characteristic curve RC2, and the acquired setting condition is a condition that the minimum value of the obtained frequency is set as the drive frequency, the minimum of the characteristic curve RC2 shown in FIG. A value, that is, a frequency of 470 kHz is set as a driving frequency.

なお、制御部175が実行する他の処理は、実施形態1と同じであるため、説明は省略する。   Note that other processes executed by the control unit 175 are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

以上説明したように、本実施形態では、圧電トランス15の自己発熱に伴い共振周波数、すなわち、駆動周波数がずれるため、周期的に共振周波数を検出し、駆動周波数を再設定することで、共振周波数のずれによる電力変換効率の低下を抑制できる。また、入力電流IDCから共振周波数を検出するため、圧電トランス15を直接監視する必要がない。このため、制御が容易であり、回路が複雑になることもない。   As described above, in this embodiment, since the resonance frequency, that is, the drive frequency is shifted due to self-heating of the piezoelectric transformer 15, the resonance frequency is periodically detected and the drive frequency is reset, so that the resonance frequency is reset. It is possible to suppress a decrease in power conversion efficiency due to the deviation. Further, since the resonance frequency is detected from the input current IDC, it is not necessary to monitor the piezoelectric transformer 15 directly. For this reason, control is easy and the circuit is not complicated.

1,2…電源装置
11…インバータ回路
12…パルス信号生成回路
13…制御回路
14…並列共振回路
15…圧電トランス
16…整流平滑回路
18…直列共振回路
30…圧電体板
31…第1低電圧領域
32…第1高電圧領域
33…第2高電圧領域
34…第2低電圧領域
35…第3高電圧領域
36…第4高電圧領域
37…第3低電圧領域
101…商用電源
131…IDC検出部
132…周波数制御部
133…制御部
151…直列共振回路
152…並列共振回路
153…直列共振回路
171…IDC検出部
172…電力取得部
173…周波数制御部
174…記憶部
175…制御部
C1…平滑コンデンサ
C2…キャパシタ
C31,C32…キャパシタ
C41,C42…キャパシタ
Cp…キャパシタ
DB…ダイオードブリッジ回路
E1…入力電極
E11,E12…第1入力電極
E13,E23,E33,E43…内部電極
E2…入力電極
E21,E22…第2入力電極
E3…出力電極
E31,E32…第1出力電極
E4…出力電極
E41,E42…第2出力電極
E51,E52…第3出力電極
E53…内部電極
L1,L2,Lp…インダクタ
Pi1,Pi2…入力端
Po1,Po2…出力端
Q1,Q2,Q3,Q4…スイッチ素子
R1,R2,Rp…抵抗
RL1…定電力負荷
RL2…定抵抗負荷
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Power supply device 11 ... Inverter circuit 12 ... Pulse signal generation circuit 13 ... Control circuit 14 ... Parallel resonance circuit 15 ... Piezoelectric transformer 16 ... Rectification smoothing circuit 18 ... Series resonance circuit 30 ... Piezoelectric board 31 ... First low voltage Region 32 ... First high voltage region 33 ... Second high voltage region 34 ... Second low voltage region 35 ... Third high voltage region 36 ... Fourth high voltage region 37 ... Third low voltage region 101 ... Commercial power supply 131 ... IDC Detection unit 132 ... frequency control unit 133 ... control unit 151 ... series resonance circuit 152 ... parallel resonance circuit 153 ... series resonance circuit 171 ... IDC detection unit 172 ... power acquisition unit 173 ... frequency control unit 174 ... storage unit 175 ... control unit C1 ... smoothing capacitor C2 ... capacitors C31 and C32 ... capacitors C41 and C42 ... capacitor Cp ... capacitor DB ... diode bridge circuit E1 ... input electrode E1 , E12 ... first input electrodes E13, E23, E33, E43 ... internal electrodes E2 ... input electrodes E21, E22 ... second input electrodes E3 ... output electrodes E31, E32 ... first output electrodes E4 ... output electrodes E41, E42 ... first 2 output electrodes E51, E52 ... 3rd output electrode E53 ... internal electrodes L1, L2, Lp ... inductors Pi1, Pi2 ... input terminals Po1, Po2 ... output terminals Q1, Q2, Q3, Q4 ... switch elements R1, R2, Rp ... Resistor RL1 ... Constant power load RL2 ... Constant resistance load

Claims (5)

直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、
設定された駆動周波数で前記インバータ回路を駆動するパルス信号生成回路と、
前記インバータ回路から出力される交流電圧を昇圧又は降圧する絶縁型の圧電トランスと、
前記インバータ回路及び前記圧電トランスの間に接続された第1の共振回路と、
前記圧電トランス、及び、前記圧電トランスの出力側に接続された素子で構成され、前記第1の共振回路と同じ共振周波数を有する第2の共振回路と、
前記駆動周波数を掃引して、前記第1の共振回路及び前記第2の共振回路に起因する前記圧電トランスの共振周波数を、前記圧電トランスの入力側で検出する処理を、所定周期で実行する共振周波数検出部と、
前記共振周波数検出部が検出した共振周波数を前記駆動周波数に設定する駆動周波数設定部と、
を備えた電源装置。
An inverter circuit for converting a DC voltage into an AC voltage;
A pulse signal generation circuit for driving the inverter circuit at a set drive frequency;
An insulating piezoelectric transformer that boosts or lowers the AC voltage output from the inverter circuit;
A first resonant circuit connected between the inverter circuit and the piezoelectric transformer;
A second resonance circuit including the piezoelectric transformer and an element connected to the output side of the piezoelectric transformer, and having the same resonance frequency as the first resonance circuit;
Resonance that sweeps the drive frequency and detects the resonance frequency of the piezoelectric transformer caused by the first resonance circuit and the second resonance circuit on the input side of the piezoelectric transformer at a predetermined period. A frequency detector;
A drive frequency setting unit for setting the resonance frequency detected by the resonance frequency detection unit to the drive frequency;
Power supply unit with
前記共振周波数検出部は、
異なるタイミングで検出した共振周波数の変化量が小さくなるに伴い、前記所定周期を長くする、
請求項1に記載の電源装置。
The resonance frequency detector is
As the amount of change in the resonance frequency detected at different timings becomes smaller, the predetermined period is lengthened.
The power supply device according to claim 1.
前記インバータ回路に流れる電流を検出する電流検出部を備え、
前記共振周波数検出部は、前記駆動周波数を掃引した時に前記電流検出部が検出した電流値の周波数特性に基づいて、前記共振周波数を検出する、
請求項1又は2に記載の電源装置。
A current detection unit for detecting a current flowing in the inverter circuit;
The resonance frequency detection unit detects the resonance frequency based on a frequency characteristic of a current value detected by the current detection unit when the drive frequency is swept.
The power supply device according to claim 1 or 2.
前記圧電トランスが昇圧又は降圧した交流電圧を定抵抗負荷へ出力し、
前記インバータ回路の出力電力を検出する出力電力検出部と、
出力電力に応じた前記第1の共振回路及び前記第2の共振回路の共振周波数の検出条件を記憶する記憶部と、
を備え、
前記共振周波数検出部は、
前記出力電力検出部が検出した出力電力に応じた検出条件を前記記憶部から取得し、取得した検出条件と、前記駆動周波数を掃引したときに前記電流検出部が検出した電流値の周波数特性とに基づいて、共振周波数を検出する、
請求項3に記載の電源装置。
Output the AC voltage boosted or stepped down by the piezoelectric transformer to a constant resistance load,
An output power detector for detecting output power of the inverter circuit;
A storage unit for storing a detection condition of a resonance frequency of the first resonance circuit and the second resonance circuit according to output power;
With
The resonance frequency detector is
The detection condition according to the output power detected by the output power detection unit is acquired from the storage unit, the acquired detection condition, and the frequency characteristic of the current value detected by the current detection unit when the drive frequency is swept To detect the resonant frequency based on
The power supply device according to claim 3.
前記圧電トランスが昇圧又は降圧した交流電圧を定電力負荷へ出力し、
前記共振周波数検出部は、
前記駆動周波数を掃引したときに前記電流検出部が検出した電流値の極小値に基づいて、共振周波数を検出する、
請求項3に記載の電源装置。
Output the AC voltage boosted or stepped down by the piezoelectric transformer to a constant power load,
The resonance frequency detector is
Based on the minimum value of the current value detected by the current detection unit when the drive frequency is swept, the resonance frequency is detected.
The power supply device according to claim 3.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004048853A (en) * 2002-07-09 2004-02-12 Nec Tokin Corp Piezoelectric transformer type series resonance type dc-dc converter
WO2008056436A1 (en) * 2006-11-09 2008-05-15 Tamura Corporation Input voltage detecting circuit
JP2011125145A (en) * 2009-12-10 2011-06-23 Canon Inc Power supply device and image forming apparatus
JP2013132140A (en) * 2011-12-21 2013-07-04 Tokyo Keiki Inc Piezoelectric transformer drive device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004048853A (en) * 2002-07-09 2004-02-12 Nec Tokin Corp Piezoelectric transformer type series resonance type dc-dc converter
WO2008056436A1 (en) * 2006-11-09 2008-05-15 Tamura Corporation Input voltage detecting circuit
JP2011125145A (en) * 2009-12-10 2011-06-23 Canon Inc Power supply device and image forming apparatus
JP2013132140A (en) * 2011-12-21 2013-07-04 Tokyo Keiki Inc Piezoelectric transformer drive device

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