JPH10508429A - トランスレス型高電圧発生回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 トランスレス型高電圧発生回路は、発振器を形成するため互いに接続された増幅器（１００）およびフィードバック回路（１０２）を含む。フィードバック回路の構成により、高電圧出力は、トランスフォーマを使用せずに、フィードバック回路の中間点（Ｂ）に得られる。その結果回路は、電子的なフォトフラッシュユニットのような、種々の用途に使用され得て、所望の高電圧を得るためのトランスフォーマの必要性をなくすことにより最終製品の大きさ、重量、コストを減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】 トランスレス型高電圧発生回路 発明の背景 本発明は、高電圧発生回路の分野に属し、より詳細には、トランスフォーマを 使用することなく高電圧を発生させうる回路に関し、特に、トランスレス型高電 圧発生回路に関する。 このような発生回路は、米国特許第５４５７４３４号により知られている。 トランジスタや集積回路を使用する典型的な電子回路は、一般に、比較的に低 い電圧（すなわち、２０Ｖ以下）の電源を利用する。したがって、比較的に高い 電圧（すなわち、大体２０Ｖ以上）を要求される回路用途では、利用できる低電 圧から所望の高電圧を発生するために特別な回路構成部分が組み入れられねばな らない。 典型的な先行技術では、低電圧ＤＣ電源から発振回路に電力を供給して低電圧 のＡＣ信号を発生させ、そして、高電圧のＡＣ信号を発生させるために昇圧トラ ンスフォーマ（昇圧変圧器）を使用することが必要とされる。そして、もし望む なら、高電圧ＤＣ出力を得るために、その高電圧ＡＣ信号は整流されうる。 しかしながら、昇圧トランスフォーマの使用は、その昇圧トランスフォーマの 大きさ、重量、およびコストに起因する、多くの不利を伴う。そのような不都合 は、大きさ、重量、およびコストが重要な条件である、フォトフラッシュユニッ トのような、トランジスタおよび／または集積回路を利用する小型、携帯用の電 子装置において、特に、著しいものとなる。 したがって、経済的で、コンパクトかつ軽量な高電圧発生回路を達成するため 、高電圧を発生させる昇圧トランスフォーマの使用が要求されない高電圧発生回 路を有することが望ましい。 前述の米国特許第５４５７４３４号においては、高電圧発生回路は発振器を形 成するフィードバック回路と組み合わされた反転増幅器からなり、高電圧出力信 号はフィードバック回路で発生される。 フィードバック回路は、動作の間回路に発振を生じさせるため、反転増幅器の 出力端子と入力端子の間に結合される。 発明の要約 本発明の目的は、高電圧信号を発生させる昇圧トランスフォーマを必要としな い高電圧発生回路を提供することである。さらに、本発明の目的は、構造が簡単 、コンパクト、軽量で、製作するのに経済的な高電圧発生回路を提供することで ある。これらの目的は、本発明の如くに、昇圧トランスフォーマを使用すること なく高電圧を発生する新規な回路によって達成される。 本発明によれば、フィードバック回路は、増幅器出力端子と反転入力端子の間 に結合された抵抗を含み、増幅器出力端子と反転入力端子の間に直列に結合され た第１および第２のキャパシタを含み、第１および第２のキャパシタの間の共通 の接続点が、共通またはグランド端子に関して高電圧出力端子を形成する。基本 的なフィードバック回路は、高電圧出力端子と共通またはグランド端子との間に 結合されたインダクタにより完成される。このように、高電圧発生回路は昇圧ト ランスフォーマを使用せずに形成され、フィードバック回路は、２つのキャパシ タ、ひとつのインダクタ、およびひとつの抵抗からなる。 さらに本発明の好適な実施態様においては、演算増幅器が使用され、負荷が高 電圧出力端子と共通またはグランド端子との間に結合される。もし、高ＤＣ電圧 を必要とされるならば、負荷に直列に整流器が結合され、負荷はキャパシタを含 んで、そのように発生される高ＤＣ電圧を濾波し、および蓄えるようにすること ができる。 本発明のさらにいっそう好適な実施態様においては、放電ランプが負荷のキャ パシタと並列に切り換え可能に結合され、高電圧発生回路から負荷によって引き 出される電流を制限するようになすために、抵抗が負荷キャパシタに直列に結合 されうる。 このように、本発明は、コンパクト、軽量、経済的なトランスレス型の高電圧 発生回路を提供し、したがって、これは、フォトフラッシュユニットのような携 帯用の電子装置のみならず、ガス充填ランプのイグナイタ回路、高電圧テレビジ ョン回路、ＬＣＤバックライト、およびその他類似のものへの応用において使用 するのに特に適する。 図面の簡単な説明 本発明は、添付の図面と関連して読まれるべき以下の詳細な説明を参照してさ らに完全に理解されるであろう。 図１は、本発明に従う、基本的なトランスレス高電圧発生回路の概要図を示す 。 図２は、図１に示される増幅器の概略の等価回路図を示す。 図３は、図１のトランスレス高電圧発生回路のフィードバック回路の概略の等 価回路図を示す。 図４は、本発明のトランスレス高電圧発生回路を使用する、電子的フォトフラ ッシュ回路の概要図を示す。 好適な実施態様の説明 本発明に従う、基本的なトランスレス型の高電圧発生回路１０は、簡略化され た概略的な形式で、図１に示されている。高電圧発生回路１０は、増幅器１００ （ここでは、演算増幅器）を含み、該増幅器は、端子Ｄに接続された反転入力端 子（−）と、共通端子すなわちここではグランドに接続された非反転入力端子（ ＋）と、端子Ａに接続された出力端子を有する。フィードバック回路１０２は、 端子Ａの増幅器出力端子と端子Ｄの反転入力端子との間に、該発生回路を動作期 間中発振させるようにするために、結合されている。 フィードバック回路１０２は、端子ＡおよびＤ間に結合した第１の抵抗Ｒと、 端子ＡおよびＤ間に直列に結合した第１および第２のキャパシタＣ１，Ｃ２とを 含み、それらの共通の接続点、すなわち端子Ｂは、共通端子に関して高電圧出力 を発生する高電圧出力端子を形成する。フィードバック回路１０２はまた、端子 Ｂとグランドの間に結合したインダクタＬを含む。図１の簡略化された回路は、 フィードバック回路１０２の高電圧出力端子Ｂとグランドの間に結合した負荷１ ０４を駆動する。 図１の回路の動作をより明確に説明するために、該回路は、図２および３に示 される２つの部分的な等価回路の図に分解される。ここに、図２は、該回路の増 幅器部分の簡易な等価回路図を示し、図３は、高電圧発生回路のフィードバック 回路部分の簡易な等価回路図を示す。図１の回路の動作原理は、図２および３の 部分的な等価回路図を使用して下記（以下の図４の説明）に説明される。図２お よび３において、回路構成要素および端子は、図３における抵抗Ｒｅを除いて、 図１における対応する構成要素および端子と同じ符号を有する。ここに、該抵抗 は、負荷１０４とインダクタＬの各抵抗成分の並列接続に相当する等価抵抗であ る。 図４は、電子的フォトフラッシュ回路１２での、図１に示した原理的なトラン スレス型高電圧発生回路の実際的な応用の概要図を示す。図１に関連してすでに 説明された構成要素と対応する図４の構成要素については、図１におけるのと同 じ参照符号を与えて、ここではそれ以上の説明は省かれる。フォトフラッシュ回 路１２を構成するため、演算増幅器１００は、電力供給接続部Ｖｃｃとグランド が与えられ、その非反転入力には、図示のように、２つの抵抗Ｒ_dとキャパシタ Ｃ_dからなる電圧分割器を含む、バイアスおよびフィルター回路網が与えれる。 動作の間、出力端子Ｂに生じる高いＡＣ電圧を利用するため、負荷１０４は、端 子Ｂとグランド間に直列に接続された、電流制限抵抗Ｒ₁、整流ダイオードＤ１ およびキャパシタＣ_cを含む。スイッチＳＷ１およびフォトフラッシュランプ（ 写真用閃光ランプ）ＬＡが、キャパシタＣ_cにまたがって直列に接続されて、回 路は出来上がる。作動においては、回路発振により端子Ｂに発生した高ＡＣ電圧 は、ダイオードＤ１により整流され、抵抗Ｒ₁により電流制限され、そしてキャ パシタＣ_cに高ＤＣ電圧を充電するのに使用される。その後、フラッシュユニッ トを作動させることが望まれ、スイッチＳＷ１が閉成されると、キャパシタＣ_c に蓄えられた高ＤＣ電圧はランプＬＡを通して放電され、こうしてランプに発光 をもたらす。 本発明の発生回路の解析は、複素数値のループゲイン係数Ｋ_Lを得ることによ りなされうる。ここに、係数Ｋ_Lは、ゲイン係数Ｋ_BA及びフィードバック係数Ｋ_{A B} の積 として表される。 増幅器等価回路図は図２に示され、そのループゲイン係数の複素数は フィードバック回路と等価のものは図３に示され、図１，２および３において ノードＤが実質上グランドであることを考慮に入れたフィードバック回路の性能 を表す。Ｒ_aは、負荷１０４およびインダクタＬの並列接続の抵抗を表す等価抵 抗である。 フィードバック係数は ここに、Ｘ_eはノードＢとグランド間のインピーダンス 式（４）および（５）のＸ_C1およびＸ_eの各値を式（３）に代入すると、 式（２）および（６）のＫ_BAおよびＫ_ABの各値を式（１）に代入すると、以下 の結果となる。 上述の解析から、以下の結論が引き出される。 １）ナイキスト発振条件は これは、以下のような、発振周波数および最小ゲインの条件式に帰着する。 ２）条件（１０）、式（６）のもと、 式（１２）は、フィードバック回路が共振状態であることを表す。 それは｜Ｋ_AB（ωｏ）｜＞＞１をもたらす条件Ｒ_e＞＞１／ωｏＣ₁を満たすこ とができる。これは、ノードＢの電圧はノードＡの電圧よりはるかに高くなるこ とを意味し、こうして本発明の目的を達成する。例えば、もし、増幅器１００が ５ＶのＤＣＶｃｃ電源を供給される場合に、出力電圧のピーク−ピーク増幅度が ４Ｖで、Ｃ₁＝Ｃ₂、Ｑ＝ωｏＲ_e（Ｃ₁＋Ｃ₂）＝２００（Ｑはクオリティファク タ）であるとき、電圧Ｖ_B＝ＱＶ_A／２＝１４１ＶＡＣである。 本発明の動作原理をいっそうよく理解するため、発振条件は、他の形式では、 式１０，１１から以下のように書き直される。 この式の物理的意味は、もし、ゲイン係数がフィードバック回路の損失を補う のに十分大きければ、回路は発振することである。 ループ係数は、周波数に依存するが、上述の条件下では、或る周波数帯におけ るそれよりも大きくて、発振を確実にするのに十分なものである。この周波数帯 においては、ループゲインが零移相回転を有するひとつの周波数ωｏが存在する 。この周波数が発振周波数となる。 もし、発振条件にＲ_e＞＞１／ωｏＣ₁を加えると、Ｃ₁およびＣ₂でのＡＣ電圧 降下は、これら電圧降下のベクトル和よりもはるかに大きい。これは、典型的な 電圧共振の効果である。ピーク−ピークの増幅器出力電圧は、Ｖｃｃ−２ΔＶで ある。ここに、Ｖｃｃは電源供給電圧、ΔＶは増幅器電圧降下パラメータ（通常 、０．５Ｖあるいは１．０Ｖ）である。増幅器の実効出力電圧は、次のようにな る。 図４の概要の実際的な方法として、増幅器１００は、ＬＦ３５１タイプのもの で、ΔＶ＝１．０Ｖ、Ｖｃｃ＝９Ｖの演算増幅器とすることができる。発振周波 数は１００ｋＨｚとすることができ、それゆえ、ωｏ＝２π×１０⁵で、Ｃ₁＝Ｃ₂ ＝３３０ｐｆとすれば、Ｌは、式１１から３．８４ｍＨとなる。この周波数で のコイルのＱの値は、適切なコイルコアが用いられるときは、４００とすること ができる。 これは、Ｒ_e＝ωｏＱＬ＝９６５ｋΩ、Ｋ_AB＝ωｏＲ_eＣ₁＝２００、Ｖ_A＝ ＝４９４Ｖを与え、Ｒ＝３／ωｏ²Ｒ_eＣ₁Ｃ₂＝７２Ωに選ぶ。 Ｒは発振のため要求される最小値よりも３倍高く計算されたので、Ｒ₁は少な くともＲ_eの半分に等しいものとすることができる。この回路では、Ｒ₁＝７２０ Ω、Ｃ_c＝１００μＦ、Ｒ_e＝１０ｋΩに選ぶ。これらの値による回路は、そ ゆえ本発明の目的をあきらかに満足させる。 本発明は、上述のように、高電圧信号を発生させる昇圧トランスフォーマを必 要としない高電圧発生回路を提供する。さらに、本発明は、構造が簡単、コンパ クト、軽量で、製作するのに経済的な、トランスフォーマ無しの高電圧発生回路 を提供する。 本発明は、いくつかの好ましい実施態様について詳細に示され、および説明さ れたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形式および細部におい て数多くの変更をなし得ることは、当業者に理解されるべきところである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．トランスレス型高電圧発生回路であって、 入力端子と、増幅器出力端子とを有する増幅器と、 前記増幅器の出力端子と前記入力端子との間に、前記高電圧発生回路を動作 期間中発振させるように結合させたフィードバック回路とを含み、 前記フィードバック回路は、 前記増幅器出力端子と前記反転入力端子の間に結合した第１の抵抗と、 前記増幅器出力端子と前記入力端子の間に直列に結合された第１および第２ のキャパシタにして、その第１および第２のキャパシタの間の共通の接続部が、 共通端子に関して高電圧を発生する高電圧出力端子を形成する、当該第１および 第２のキャパシタと、 前記高電圧出力端子と前記共通端子との間に結合したインダクタとを含む、 ことを特徴とするトランスレス型高電圧発生回路。 ２．前記増幅器は演算増幅器からなる、ことを特徴とする請求の範囲１記載のト ランスレス型高電圧発生回路。 ３．前記高電圧出力端子と前記共通端子との間に結合した負荷をさらに含む、こ とを特徴とする請求の範囲１記載のトランスレス型高電圧発生回路。 ４．前記負荷と直列に結合した整流器をさらに含む、ことを特徴とする請求の範 囲３記載のトランスレス型高電圧発生回路。 ５．前記負荷は、第３のキャパシタと、その第３のキャパシタに切り換え可能に 結合される放電ランプとを含む、ことを特徴とする請求の範囲４記載のトランス レス型高電圧発生回路。 ６．前記負荷は、さらに、前記第３のキャパシタと直列に結合した第２の抵抗を 含む、ことを特徴とする請求の範囲５記載のトランスレス型高電圧発生回路。