JP5885544B2 - Piezoelectric transformer drive circuit, power supply device, and piezoelectric transformer drive method - Google Patents
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本発明は、圧電トランスを駆動して交流出力電圧を生成させる圧電トランスの駆動回路、この駆動回路を備えた電源装置、および圧電トランスの駆動方法に関するものである。 The present invention relates to a driving circuit for a piezoelectric transformer that drives a piezoelectric transformer to generate an AC output voltage, a power supply device including the driving circuit, and a driving method for the piezoelectric transformer.
この種の圧電トランスの駆動回路および駆動方法として、下記の特許文献1に開示された圧電トランスの駆動回路および駆動方法が知られている。この圧電トランスの駆動回路51は、一例として、図1に示すように、パルス生成部52およびフルブリッジ回路部3を備えている。
As a drive circuit and drive method for this type of piezoelectric transformer, a drive circuit and drive method for a piezoelectric transformer disclosed in the following
この場合、フルブリッジ回路部3は、一対のコンプリメンタリ型プッシュプル回路(以下、「プッシュプル回路」ともいう)11,12を備え、プッシュプル回路11,12間に交流矩形波電圧V1を生成する。具体的には、プッシュプル回路11は、トランジスタ等のスイッチ素子13,14で構成されて、スイッチ素子13が電源電圧Vcc側に配置された状態で、電源電圧Vccとグランド電位との間に接続されている。また、プッシュプル回路12は、トランジスタ等のスイッチ素子15,16で構成されて、スイッチ素子15が電源電圧Vcc側に配置された状態で、電源電圧Vccとグランド電位との間に接続されている。
In this case, the full
パルス生成部52は、図6に示すタイミングで駆動パルスS1,S2を生成すると共に、図1に示すように、駆動パルスS1をスイッチ素子14,15に出力し、駆動パルスS2をスイッチ素子13,16に出力することにより、スイッチ素子14,15の組と、スイッチ素子13,16の組とを交互にオン状態に移行させる。
The
また、駆動回路51は、プッシュプル回路11が、圧電トランス4における圧電振動体21の一方の端部側に形成された一対の1次側電極22,23のうちの一方の1次側電極22に接続され、プッシュプル回路12が、他方の1次側電極23に接続されている。
In the
以上の構成により、駆動回路51では、フルブリッジ回路部3の各スイッチ素子13,14,15,16がパルス生成部52から出力される上記の駆動パルスS1,S2によって図6に示すタイミングでオン・オフを繰り返すことにより、同図に示すように、正側の波高値がVccとなり、負側の波高値が−Vccとなる交流矩形波電圧V1を生成して、圧電トランス4の一対の1次側電極22,23間に出力する。これにより、圧電トランス4では、圧電振動体21が、他方の端部に形成された2次側電極24に交流出力電圧V2を生成して、この2次側電極24とグランド電位との間に接続されている負荷5に出力する。
With the above configuration, in the
なお、フルブリッジ回路部3では、プッシュプル回路11を構成するスイッチ素子13,14が同時にオン状態に移行しないようにし(電源電圧Vccがグランド電位に短絡しないようにし)、かつプッシュプル回路12を構成するスイッチ素子15,16が同時にオン状態に移行しないようにする必要がある。このため、パルス生成部52は、駆動パルスS1の出力の停止から駆動パルスS2の出力の開始までの間と、駆動パルスS2の出力の停止から駆動パルスS1の出力の開始までの間とに、同じ長さのデッドタイム(短絡防止期間)Tdがそれぞれ設けられている状態で駆動パルスS1,S2を出力するように構成されている。
In the full
ところで、使用する圧電トランス4の種類、フルブリッジ回路部3に使用する電源電圧Vcc、並びに駆動パルスS1,S2の周期およびデューティ比を変えないという条件の下で、圧電トランス4から出力される交流出力電圧V2の電圧値を高めることができれば、圧電トランス4の適用範囲をより拡げることができるので、好ましい。
By the way, the AC output from the piezoelectric transformer 4 under the condition that the type of the piezoelectric transformer 4 to be used, the power supply voltage Vcc used for the full
本願発明者は、上記の条件下で、駆動パルスS1の出力の停止から駆動パルスS2の出力の開始までの間のオフ期間と、駆動パルスS2の出力の停止から駆動パルスS1の出力の開始までの間のオフ期間のそれぞれの長さのバランスを、フルブリッジ回路部3において上記した短絡が発生しない範囲内で変更する(一方のオフ期間を長くしつつ、他方のオフ期間を短くする)実験を実施したところ、両方のオフ期間の長さを揃えた(同一にした)ときよりも、両方のオフ期間の長さを違えたときの方が、交流出力電圧V2が高くなるという現象を発見した。 Under the above conditions, the inventor of the present application has an off period from the stop of the output of the drive pulse S1 to the start of the output of the drive pulse S2, and from the stop of the output of the drive pulse S2 to the start of the output of the drive pulse S1. An experiment in which the balance of the lengths of the off-periods is changed within a range in which the short circuit does not occur in the full-bridge circuit unit 3 (one off period is lengthened and the other off-period is shortened). As a result, the phenomenon was found that the AC output voltage V2 was higher when both off periods were made the same length (when they were the same). did.
本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、圧電トランスから出力される交流出力電圧の電圧値を高め得る圧電トランスの駆動回路、この圧電トランスと駆動回路とを備えた電源装置、および圧電トランスの駆動方法を提供することを主目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and a piezoelectric transformer driving circuit capable of increasing the voltage value of an AC output voltage output from the piezoelectric transformer, a power supply device including the piezoelectric transformer and the driving circuit, And it aims at providing the drive method of a piezoelectric transformer.
上記目的を達成すべく請求項1記載の圧電トランスの駆動回路は、交流矩形波電圧を生成する共に当該交流矩形波電圧を圧電トランスの1次側電極間に印加することにより、当該圧電トランスの2次側電極に交流出力電圧を生成させる圧電トランスの駆動回路であって、前記交流矩形波電圧の電圧波形を構成する負側矩形波を、当該負側矩形波の前後に出力される一対の正側矩形波のうちのいずれか一方の正側矩形波との間に短絡防止期間で主として構成されるオフ期間を介在させ、かつ当該一方の正側矩形波側に偏在させた状態で当該交流矩形波電圧を生成する。
In order to achieve the above object, the piezoelectric transformer drive circuit according to
また、請求項2記載の圧電トランスの駆動回路は、請求項1記載の圧電トランスの駆動回路において、前記オフ期間は、前記短絡防止期間のみで構成されている。 According to a second aspect of the present invention, in the piezoelectric transformer driving circuit according to the first aspect, the off period is constituted only by the short-circuit prevention period.
また、請求項3記載の電源装置は、請求項1または2記載の圧電トランスの駆動回路と、前記圧電トランスとを備え、当該圧電トランスによって生成された前記交流出力電圧に基づいて負荷用の出力電圧を生成して出力する。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a power supply apparatus comprising: the piezoelectric transformer drive circuit according to the first or second aspect; and the piezoelectric transformer, and an output for a load based on the AC output voltage generated by the piezoelectric transformer. Generate and output voltage.
また、請求項4記載の圧電トランスの駆動方法は、圧電トランスの1次側電極間に交流矩形波電圧を印加して、当該圧電トランスの2次側電極に交流出力電圧を生成させる圧電トランスの駆動方法であって、前記交流矩形波電圧の電圧波形を構成する負側矩形波を、当該負側矩形波の前後に出力される一対の正側矩形波のうちのいずれか一方の正側矩形波との間に短絡防止期間で主として構成されるオフ期間を介在させ、かつ当該一方の正側矩形波側に偏在させた状態で当該交流矩形波電圧を生成する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric transformer driving method in which an AC rectangular wave voltage is applied between primary electrodes of a piezoelectric transformer to generate an AC output voltage on the secondary electrode of the piezoelectric transformer. A driving method, wherein a negative rectangular wave constituting a voltage waveform of the AC rectangular wave voltage is a positive rectangular of one of a pair of positive rectangular waves output before and after the negative rectangular wave The AC rectangular wave voltage is generated in a state where an off period mainly composed of a short-circuit prevention period is interposed between the waves and the wave is unevenly distributed on the one positive rectangular wave side.
請求項1記載の圧電トランスの駆動回路、請求項3記載の電源装置、および請求項4記載の圧電トランスの駆動方法では、交流矩形波電圧の電圧波形を構成する負側矩形波を、この負側矩形波の前後に出力される一対の正側矩形波のうちのいずれか一方の正側矩形波との間に短絡防止期間で主として構成されるオフ期間を介在させ、かつこの一方の正側矩形波側に偏在させた状態で交流矩形波電圧を生成して、圧電トランスの一対の1次側電極間に出力する。
In the piezoelectric transformer drive circuit according to
したがって、この圧電トランスの駆動回路、電源装置および圧電トランスの駆動方法によれば、圧電トランスの種類およびフルブリッジ回路部に使用する電源電圧を一定とし、かつ交流矩形波電圧を構成する正側矩形波および負側矩形波の周期およびデューティ比(各矩形波のパルス幅)を一定とするという条件の下で、電圧値が高められた交流出力電圧を圧電トランスから出力させることができる。 Therefore, according to this piezoelectric transformer drive circuit, power supply device, and piezoelectric transformer drive method, the positive side rectangle that forms the AC rectangular wave voltage with the type of the piezoelectric transformer and the power supply voltage used for the full-bridge circuit section being constant. An AC output voltage with an increased voltage value can be output from the piezoelectric transformer under the condition that the period and duty ratio (pulse width of each rectangular wave) of the wave and the negative rectangular wave are constant.
請求項2記載の圧電トランスの駆動回路によれば、オフ期間を短絡防止期間のみで構成するようにしたことにより、電圧値が最も高められた交流出力電圧を圧電トランスから出力させることができる。 According to the piezoelectric transformer drive circuit of the second aspect, since the off period is configured only by the short-circuit prevention period, the AC output voltage having the highest voltage value can be output from the piezoelectric transformer.
以下、圧電トランスの駆動回路、電源装置および圧電トランスの駆動方法についての実施の形態について、添付図面を参照して説明する。 Embodiments of a piezoelectric transformer driving circuit, a power supply device, and a piezoelectric transformer driving method will be described below with reference to the accompanying drawings.
最初に、圧電トランスの駆動回路1およびこの駆動回路1を備えた電源装置PSの構成について、図面を参照して説明する。
First, the configuration of the piezoelectric
電源装置PSは、図1に示すように、駆動回路1および圧電トランス4を備えて、交流出力電圧V2を生成すると共に、生成した交流出力電圧V2に基づいて負荷5用の出力電圧を生成して、負荷5に出力可能に構成されている。なお、本例では、一例として、圧電トランス4で生成した交流出力電圧V2をそのまま負荷5用の出力電圧として、負荷5に出力する。
As shown in FIG. 1, the power supply device PS includes a
駆動回路1は、図1に示すように、パルス生成部2およびフルブリッジ回路部3を備えている。パルス生成部2は、フルブリッジ回路部3を構成する後述の各スイッチ素子14,15を駆動するための駆動パルスS1と、後述の各スイッチ素子13,16を駆動するための駆動パルスS2とを生成して出力する。
The
具体的には、パルス生成部2は、図2に示すように、駆動パルスS2の前後に出力される一対の駆動パルスS1のうちのいずれか一方の駆動パルスS1(本例では、後の駆動パルスS1)とこの駆動パルスS2との間に短絡防止期間(デッドタイム)Tdで主として構成されるオフ期間(各駆動パルスS1,S2がいずれも出力されない期間)Toff1を介在させ、かつこの駆動パルスS2をこの後の駆動パルスS1側に偏在させた状態で、各駆動パルスS1,S2を生成する。言い換えれば、パルス生成部2は、駆動パルスS1における始端および終端のうちのいずれか一方の端部(同図では一例として始端(左端))と、駆動パルスS2における始端および終端のうちの駆動パルスS1における上記の一方の端部(始端)と異なる種類の一方の端部(終端(同図での右端))とが上記のオフ期間Toff1を挟んで連続して出現する状態を維持しつつ、この駆動パルスS2の前後に出力される一対の駆動パルスS1間において、この駆動パルスS2を本例では後の駆動パルスS1側に偏在させた状態で各駆動パルスS1,S2を生成する。
Specifically, as shown in FIG. 2, the
この場合、この短絡防止期間Tdは、フルブリッジ回路部3を構成する後述のプッシュプル回路11を構成するスイッチ素子13,14が同時にオン状態に移行せず(電源電圧Vccがプッシュプル回路11を介してグランド電位に短絡せず)、かつ後述のプッシュプル回路12を構成するスイッチ素子15,16が同時にオン状態に移行しない(電源電圧Vccがプッシュプル回路12を介してグランド電位に短絡しない)最小限の長さ(時間間隔)に規定されている。また、オフ期間Toff1は、短絡防止期間Tdとほぼ等しい長さ(具体的には、オフ期間Toff1に占める短絡防止期間Tdの割合が80%以上、好ましくは90%以上となる長さ)に規定されることにより、短絡防止期間Tdで主として構成されている。
In this case, during this short-circuit prevention period Td, the
また、駆動パルスS2の前後に出力される一対の駆動パルスS1のうちの他方の駆動パルスS1(本例では、前の駆動パルスS1)とこの駆動パルスS2との間にも、他のオフ期間Toff2が介在しているが、上記のようにして駆動パルスS2を後の駆動パルスS1側に偏在させたことにより、この他のオフ期間Toff2は、上記のオフ期間Toff1よりも、常に長い状態に維持されている。 In addition, another off period is also present between the other driving pulse S1 (the previous driving pulse S1 in this example) of the pair of driving pulses S1 output before and after the driving pulse S2 and the driving pulse S2. Although Toff2 is present, the other off-period Toff2 is always longer than the above-mentioned off-period Toff1 because the drive pulse S2 is unevenly distributed to the subsequent drive pulse S1 as described above. Maintained.
この構成により、パルス生成部2は、駆動パルスS1のデューティ比を設定するときには、駆動パルスS1における上記した一方の端部(図2中の始端)を基準として、パルス幅T2(一方の端部から他方の端部(図2中の終端(右端))までの時間)を矢印Aで示すように変更する。また、パルス生成部2は、駆動パルスS2のデューティ比を設定するときには、駆動パルスS2における上記した一方の端部(図2中の終端)を基準として、パルス幅T2(一方の端部から他方の端部(図2中の始端(左端))までの時間)を矢印Aで示すように変更する。つまり、他のオフ期間Toff2の長さを変更する。
With this configuration, when the duty ratio of the drive pulse S1 is set, the
フルブリッジ回路部3は、一対のコンプリメンタリ型プッシュプル回路(以下、「プッシュプル回路」ともいう)11,12を備え、プッシュプル回路11,12間に交流矩形波電圧V1を生成する。具体的には、プッシュプル回路11は、スイッチ素子(例えば電界効果型トランジスタ)13,14で構成されて、スイッチ素子13が電源電圧Vcc側に配置され、スイッチ素子14がグランド電位側に配置された状態で、電源電圧Vccとグランド電位との間に接続されている。また、プッシュプル回路12は、スイッチ素子(例えば電界効果型トランジスタ)15,16で構成されて、スイッチ素子15が電源電圧Vcc側に配置され、スイッチ素子16がグランド電位側に配置された状態で、電源電圧Vccとグランド電位との間に接続されている。
The full
また、各プッシュプル回路11,12のスイッチ素子13〜16のうちの、スイッチ素子14,15は、パルス生成部2から出力される駆動パルスS1によって駆動されて、駆動パルスS1が入力されている期間においてオン状態に移行し、それ以外の期間はオフ状態に移行する。また、スイッチ素子13,16は、駆動パルスS2によって駆動されて、駆動パルスS2が入力されている期間においてオン状態に移行し、それ以外の期間はオフ状態に移行する。
In addition, among the
また、フルブリッジ回路部3では、プッシュプル回路11における各スイッチ素子13,14の接続点Aと、プッシュプル回路12における各スイッチ素子15,16の接続点Bとが、それぞれ交流矩形波電圧V1の出力端子として機能して、圧電トランス4の後述する1次側電極22,23に接続されている。
Further, in the full
圧電トランス4は、圧電振動体21、圧電振動体21の一方の端部側に圧電振動体21の厚み方向に離間して形成された一対の1次側電極22,23、圧電振動体21の他方の端部側に形成された2次側電極24を備えて構成されている。このように構成された圧電トランス4は、交流矩形波電圧V1が1次側電極22,23間に入力されている状態において、機械的振動が圧電振動体21における1次側電極22,23の形成部位側に励起されて、圧電振動体21における2次側電極24の形成部位側においてこの機械的振動を電圧に変換して交流出力電圧V2を生成する。なお、この生成された交流出力電圧V2は、2次側電極24に接続されている出力端子C(電源装置PSにおける出力端子)から電源装置PSの外部に出力される。
The piezoelectric transformer 4 includes a piezoelectric vibrating
次に、電源装置PSおよび駆動回路1の動作と共に、駆動回路1による圧電トランス4の駆動方法について、図面を参照して説明する。
Next, a method for driving the piezoelectric transformer 4 by the
この電源装置PSでは、パルス生成部2が、図2に示すように、駆動パルスS2の前後に出力される一対の駆動パルスS1のうちの後の駆動パルスS1とこの駆動パルスS2との間にオフ期間Toff1を介在させ、かつ駆動パルスS2をこの後の駆動パルスS1側に偏在させた状態で、各駆動パルスS1,S2を生成してフルブリッジ回路部3に出力する。
In the power supply device PS, as shown in FIG. 2, the
フルブリッジ回路部3では、駆動パルスS1に従い、プッシュプル回路11のスイッチ素子14とプッシュプル回路12のスイッチ素子15とが同期してオン状態およびオフ状態を交互に繰り返し、駆動パルスS2に従い、プッシュプル回路11のスイッチ素子13とプッシュプル回路12のスイッチ素子16とが同期してオン状態およびオフ状態を交互に繰り返す。
In the full
これにより、図2に示すように、駆動パルスS1の入力時には、接続点Aがオン状態のスイッチ素子14を介してグランド電位に接続されると共に、接続点Bがオン状態のスイッチ素子15を介して電源電圧Vccに接続され、駆動パルスS2の入力時には、接続点Aがオン状態のスイッチ素子13を介して電源電圧Vccに接続されると共に、接続点Bがオン状態のスイッチ素子16を介してグランド電位に接続される。このため、フルブリッジ回路部3は、その一対の出力端子としての各接続点A,B間に、図2に示すような正側の波高値がVccとなり、負側の波高値が−Vccとなる交流矩形波電圧V1を生成して、この交流矩形波電圧V1を圧電トランス4の1次側電極22,23間に印加(出力)する。
Thus, as shown in FIG. 2, when the drive pulse S1 is input, the connection point A is connected to the ground potential via the
圧電トランス4は、1次側電極22,23間への交流矩形波電圧V1の印加により、2次側電極24に交流出力電圧V2を生成すると共に、生成した交流出力電圧V2を出力端子Cを介して負荷5に出力する。
The piezoelectric transformer 4 generates an AC output voltage V2 at the
この駆動回路1では、上記したように、各駆動パルスS1,S2において、駆動パルスS2の前後に出力される一対の駆動パルスS1のうちの後の駆動パルスS1とこの駆動パルスS2との間に短絡防止期間Tdで主として構成されるオフ期間Toff1が介在し、かつこの駆動パルスS2が後の駆動パルスS1側に偏在する状態が維持されている。また、駆動パルスS1,S2のデューティ比の設定に際しては、この状態が維持されたままで、各駆動パルスS1,S2のパルス幅T2が矢印Aで示されるように変更される。
In the
このため、フルブリッジ回路部3で生成する交流矩形波電圧V1においても、図2に示すように、交流矩形波電圧V1の電圧波形を構成する負側矩形波Vmの前後に出力されるこの電圧波形を構成する一対の正側矩形波Vpのうちのいずれか一方の正側矩形波Vp(本例では、後の正側矩形波Vp)とこの負側矩形波Vmとの間に短絡防止期間Tdで主として構成されるオフ期間Toff1が介在し、かつこの負側矩形波Vmが一方の正側矩形波Vp側に偏在している状態が維持されている。また、正側矩形波Vpおよび負側矩形波Vmの各デューティ比の設定に際しては、この状態が維持されたままで、正側矩形波Vpおよび負側矩形波Vmの各パルス幅T2が矢印Aで示されるように変更される。
Therefore, also in the AC rectangular wave voltage V1 generated by the full
本願発明者は、図3に示すように、交流矩形波電圧V1の周期T1を一定(つまり、正側矩形波Vpおよび負側矩形波Vmも周期T1で一定)にした状態において、正側矩形波Vpおよび負側矩形波Vmの各パルス幅T2についても一定に維持しながら、正側矩形波Vpにおける一方の端部(同図での始端(左端))と、負側矩形波Vmにおける一方の端部(同図での終端(右端))との間の時間間隔T3を、同図中の上段に示される状態(時間間隔T3=短絡防止期間Td)から、中段に示される状態(負側矩形波Vmがその前後の正側矩形波Vpの中間点で出力される状態)を経由して、下段に示される状態(負側矩形波Vmの前後に出力される一対の正側矩形波Vpのうちの前の正側矩形波Vpとこの負側矩形波Vmとの間に短絡防止期間Tdのみが介在し、かつこの負側矩形波Vmがこの前の正側矩形波Vp側に偏在している状態)に至るまで、徐々に長くしたとき(負側矩形波Vmの前後の正側矩形波Vpのうちの前側の正側矩形波Vpに徐々に近づけたとき)の交流出力電圧V2の変化の様子を実験で測定した。 As shown in FIG. 3, the inventor of the present application has a positive rectangular shape in a state where the period T1 of the AC rectangular wave voltage V1 is constant (that is, the positive rectangular wave Vp and the negative rectangular wave Vm are also constant at the period T1). While maintaining the pulse width T2 of the wave Vp and the negative rectangular wave Vm constant, one end of the positive rectangular wave Vp (starting end (left end) in the figure) and one of the negative rectangular wave Vm The time interval T3 to the end of the figure (the end (right end) in the figure) is changed from the state shown in the upper part of the figure (time interval T3 = short-circuit prevention period Td) to the state shown in the middle part (negative The state shown in the lower stage (a state in which the side rectangular wave Vm is output at an intermediate point between the front and rear positive rectangular waves Vp) (a pair of positive rectangular waves output before and after the negative rectangular wave Vm) Prevent short circuit between the positive square wave Vp in front of Vp and the negative square wave Vm. When only the interval Td is present and the negative rectangular wave Vm is gradually increased until the negative rectangular wave Vm is unevenly distributed to the previous positive rectangular wave Vp side (the positive and negative before and after the negative rectangular wave Vm). The state of change in the AC output voltage V2 (when gradually approaching the front positive rectangular wave Vp of the side rectangular waves Vp) was measured by experiment.
なお、図3中の下段に示される状態とは、パルス生成部2が、駆動パルスS2の前後に出力される一対の駆動パルスS1のうちの前の駆動パルスS1とこの駆動パルスS2との間に短絡防止期間Tdのみが介在し、かつこの駆動パルスS2が前の駆動パルスS1側に偏在する状態で、各駆動パルスS1,S2を生成している状態である。また、この実験では、圧電トランス4としてタムラ製作所製のAS−A243Tを使用し、電源電圧Vccを20Vに規定し、各プッシュプル回路11,12を構成するスイッチ素子13,15としてPチャンネル型のパワーMOSFET(TPC8120:東芝製)を使用すると共に、スイッチ素子14,16としてNチャンネル型のパワーMOSFET(TPC8063−H:東芝製)を使用した。また、各駆動パルスS1,S2の周期T1を10μs(周波数では100kHz)に規定した。
The state shown in the lower part of FIG. 3 means that the
交流矩形波電圧V1の周期T1に対する正側矩形波Vpおよび負側矩形波Vmの各パルス幅T2の比率(デューティ比)を0.3(=T2/T1)としたときの、この実験の結果を図4に示す。なお、横軸は、周期T1に対する時間間隔T3の比率(=T3/T1)を示している。 Results of this experiment when the ratio (duty ratio) of each pulse width T2 of the positive rectangular wave Vp and the negative rectangular wave Vm to the period T1 of the AC rectangular wave voltage V1 is 0.3 (= T2 / T1) Is shown in FIG. The horizontal axis indicates the ratio of the time interval T3 to the period T1 (= T3 / T1).
この実験の結果によれば、交流出力電圧V2の電圧値(ピークtoピーク)は、図3中の上段に示す状態から時間間隔T3が長くなるに伴って徐々に低下し、比率T3/T1が0.2のとき、すなわち、正側矩形波Vpに対する負側矩形波Vmの位置が同図中の中段に示す状態のときに、最小になる。また、交流出力電圧V2の電圧値は、この中段に示す状態からさらに時間間隔T3が長くなるに伴い、徐々に上昇し、この上昇は同図中の下段に示す状態のときまで継続する、という特性を有していることが確認できる。 According to the result of this experiment, the voltage value (peak to peak) of the AC output voltage V2 gradually decreases as the time interval T3 becomes longer from the state shown in the upper part of FIG. 3, and the ratio T3 / T1 is When the value is 0.2, that is, when the position of the negative rectangular wave Vm with respect to the positive rectangular wave Vp is in the state shown in the middle of FIG. Further, the voltage value of the AC output voltage V2 gradually increases as the time interval T3 becomes longer from the state shown in the middle stage, and this increase continues until the state shown in the lower stage in the figure. It can be confirmed that it has characteristics.
また、交流矩形波電圧V1の周期T1に対する正側矩形波Vpおよび負側矩形波Vmの各パルス幅T2の比率(デューティ比)を0.1(=T2/T1)としたときの、この実験の結果を図5に示す。 This experiment was performed when the ratio (duty ratio) of each pulse width T2 of the positive rectangular wave Vp and the negative rectangular wave Vm to the period T1 of the AC rectangular wave voltage V1 was 0.1 (= T2 / T1). The results are shown in FIG.
この実験の結果においても、交流出力電圧V2の電圧値(ピークtoピーク)は、図3中の上段に示す状態から時間間隔T3が長くなるに伴って徐々に低下し、比率T3/T1が0.4のとき、すなわち、正側矩形波Vpに対する負側矩形波Vmの位置が同図中の中段に示す状態のときに、最小になる。また、交流出力電圧V2の電圧値は、この中段に示す状態からさらに時間間隔T3が長くなるに伴い、徐々に上昇し、この上昇は同図中の下段に示す状態のときまで継続する、という特性を有していることが確認できる。 Also in the result of this experiment, the voltage value (peak to peak) of the AC output voltage V2 gradually decreases as the time interval T3 increases from the state shown in the upper part of FIG. 3, and the ratio T3 / T1 is 0. .4, that is, when the position of the negative-side rectangular wave Vm with respect to the positive-side rectangular wave Vp is in the state shown in the middle of FIG. Further, the voltage value of the AC output voltage V2 gradually increases as the time interval T3 becomes longer from the state shown in the middle stage, and this increase continues until the state shown in the lower stage in the figure. It can be confirmed that it has characteristics.
これにより、この電源装置PSでは、圧電トランス4が、負側矩形波Vmがこの負側矩形波Vmの前後で出力される一対の正側矩形波Vpのうちの一方の正側矩形波Vp(後の正側矩形波Vp)側にオフ期間Toff1(短絡防止期間Tdで主として構成される期間)が介在し、かつこの一方の正側矩形波Vp側に偏在している状態で出力される交流矩形波電圧V1によって駆動されるため、電圧値が最も高い状態または最も高い状態に近い状態に高められた交流出力電圧V2(電圧値が高められた交流出力電圧V2)を2次側電極24において生成して、負荷5に供給することが可能となっている。
Thereby, in this power supply device PS, the piezoelectric transformer 4 causes the negative rectangular wave Vm to be output from one positive rectangular wave Vp (of the pair of positive rectangular waves Vp output before and after the negative rectangular wave Vm ( An alternating current that is output in a state in which an off-period Toff1 (a period mainly composed of a short-circuit prevention period Td) is present on the side of the subsequent positive-side rectangular wave Vp and is unevenly distributed on the one-side positive-side rectangular wave Vp side Since it is driven by the rectangular wave voltage V <b> 1, the AC output voltage V <b> 2 (AC output voltage V <b> 2 with the increased voltage value) increased to the state where the voltage value is the highest or close to the highest state is applied to the
なお、図示はしないが、交流矩形波電圧V1の周期T1に対する正側矩形波Vpおよび負側矩形波Vmの各パルス幅T2の比率(デューティ比)を短絡防止期間Tdを確保した状態で0.5(=T2/T1)に近づけたときには、負側矩形波Vmがこの負側矩形波Vmの前後で出力される一対の正側矩形波Vpのうちの一方側に偏る程度が徐々に少なくなり、負側矩形波Vmがこの一対の正側矩形波Vpの中間点で出力される構成に近づくことから、交流出力電圧V2をより高める効果が次第に低下することが確認されている。 Although not shown, the ratio (duty ratio) of each pulse width T2 of the positive rectangular wave Vp and the negative rectangular wave Vm to the period T1 of the AC rectangular wave voltage V1 is set to 0. 0 in a state where the short-circuit prevention period Td is secured. When approaching 5 (= T2 / T1), the degree to which the negative rectangular wave Vm is biased to one side of the pair of positive rectangular waves Vp output before and after the negative rectangular wave Vm gradually decreases. It has been confirmed that the effect of increasing the AC output voltage V2 gradually decreases because the negative rectangular wave Vm approaches the configuration in which the negative rectangular wave Vm is output at the midpoint of the pair of positive rectangular waves Vp.
このように、この圧電トランス4の駆動回路1、この駆動回路1を有する電源装置PS、および圧電トランス4の駆動方法では、交流矩形波電圧V1の電圧波形を構成する負側矩形波Vmを、この負側矩形波Vmの前後に出力される一対の正側矩形波Vpのうちのいずれか一方の正側矩形波Vpとの間にオフ期間Toff1を介在させ、かつこの一方の正側矩形波Vp側に偏在させた状態で交流矩形波電圧V1を生成して、圧電トランス4の1次側電極22,23に印加(出力)する。
As described above, in the
したがって、この駆動回路1、電源装置PS、および圧電トランス4の駆動方法によれば、圧電トランス4の種類およびフルブリッジ回路部3に使用する電源電圧Vccを一定とし(変えずに)、かつ駆動パルスS1,S2の周期T1およびデューティ比(各駆動パルスS1,S2のパルス幅T2)を一定とする(つまり、交流矩形波電圧V1を構成する正側矩形波Vpおよび負側矩形波Vmの周期T1およびデューティ比(各矩形波Vp,Vmのパルス幅T2)を一定とする)という条件の下で、電圧値が高められた交流出力電圧V2(電圧値が最も高い状態または最も高い状態に近い状態に高められた交流出力電圧V2)を圧電トランス4から負荷5に出力させることができる。
Therefore, according to the driving method of the driving
なお、上記の駆動回路1では、短絡防止期間Tdとほぼ等しい長さ(具体的には、オフ期間Toff1に占める短絡防止期間Tdの割合が80%以上、好ましくは90%以上となる長さ)にオフ期間Toff1を規定しているが、短絡防止期間Tdと等しい長さ(具体的には、オフ期間Toff1に占める短絡防止期間Tdの割合が100%となる長さ)に規定する構成、つまり、オフ期間Toff1を短絡防止期間Tdのみで構成するという構成を採用することもできる。この構成を採用することにより、負側矩形波Vmがこの負側矩形波Vmの前後で出力される一対の正側矩形波Vpのうちの一方の正側矩形波Vp側にオフ期間Toff1(短絡防止期間Tdのみで構成される期間)が介在し、かつこの一方の正側矩形波Vp側に偏在している状態で出力される交流矩形波電圧V1によって圧電トランス4が駆動されるため、電圧値が最も高められている交流出力電圧V2を2次側電極24において生成して、負荷5に供給することができる。
In the
なお、上記の電源装置PSでは、圧電トランス4から出力される交流出力電圧V2を負荷5用の出力電圧として、負荷5にそのまま出力する構成を採用しているが、圧電トランス4の2次側電極24と出力端子Cとの間に不図示の整流部を配設する構成を採用して、交流出力電圧V2に基づいて負荷5用の出力電圧を生成して(つまり、交流出力電圧V2を整流部で直流電圧に変換して出力電圧を生成して)、負荷5に出力する構成を採用することもできる。
Note that the power supply device PS employs a configuration in which the AC output voltage V2 output from the piezoelectric transformer 4 is output as it is to the
1 駆動回路
2 パルス生成部
4 圧電トランス
21 圧電振動体
22,23 1次側電極
24 2次側電極
PS 電源装置
V1 交流矩形波電圧
V2 交流出力電圧
Vm 負側矩形波
Vp 正側矩形波
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記交流矩形波電圧の電圧波形を構成する負側矩形波を、当該負側矩形波の前後に出力される一対の正側矩形波のうちのいずれか一方の正側矩形波との間に短絡防止期間で主として構成されるオフ期間を介在させ、かつ当該一方の正側矩形波側に偏在させた状態で当該交流矩形波電圧を生成する圧電トランスの駆動回路。 A piezoelectric transformer drive circuit that generates an AC output voltage at the secondary side electrode of the piezoelectric transformer by generating an AC rectangular wave voltage and applying the AC rectangular wave voltage between the primary side electrodes of the piezoelectric transformer. And
The negative rectangular wave constituting the voltage waveform of the AC rectangular wave voltage is short-circuited between one positive rectangular wave of a pair of positive rectangular waves output before and after the negative rectangular wave. A drive circuit for a piezoelectric transformer that generates the AC rectangular wave voltage in a state in which an off period mainly composed of a prevention period is interposed and is unevenly distributed on the one positive rectangular wave side.
前記交流矩形波電圧の電圧波形を構成する負側矩形波を、当該負側矩形波の前後に出力される一対の正側矩形波のうちのいずれか一方の正側矩形波との間に短絡防止期間で主として構成されるオフ期間を介在させ、かつ当該一方の正側矩形波側に偏在させた状態で当該交流矩形波電圧を生成する圧電トランスの駆動方法。 A method of driving a piezoelectric transformer in which an alternating current rectangular wave voltage is applied between primary electrodes of a piezoelectric transformer to generate an alternating current output voltage on a secondary side electrode of the piezoelectric transformer,
The negative rectangular wave constituting the voltage waveform of the AC rectangular wave voltage is short-circuited between one positive rectangular wave of a pair of positive rectangular waves output before and after the negative rectangular wave. A driving method of a piezoelectric transformer that generates the AC rectangular wave voltage in a state in which an off period mainly composed of a prevention period is interposed and unevenly distributed on the one positive rectangular wave side.
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