TW200919924A - DC high-voltage power source device - Google Patents

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200919924 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種使用壓電變壓器（piezoelectric - transformer)之直流高電壓電源裝置。 . 【先前技術】 習知技術中’作為產生直流高電壓之方法，有採用具有二極 體與電容器之倍電壓整流電路（柯克勞夫-沃耳吞 〇 (CQckcnDft-Walton)電路）之方法。圖9表示具有壓電變壓器 1001及倍電壓整流電路丨002之習知技術之直流高電壓電源裴 置1000之構成。由如圖9所示4個二極體Di〜D4與4個電容器 OC4所構成的倍電壓整流電路1〇〇2，將壓電變壓器1〇〇1之輪 出電壓V_倍增為(ν^)·η倍、即(办“与已.7倍而輸出。於此處， 壓電變壓器之輸出電壓為正弦波，V〇pt表示有效值。作為使用 此種倍電壓整流電路1〇〇2之直流高電壓電源裝置1〇〇〇，已提 U 案有一種供給穩定之直流高電壓者。（參照專利文獻1) 專利文獻1所記載之穩定化直流高電壓電源裝置，係從外部 供給的直流電源產生高頻率交流，並驅動壓電變壓器，而透過 ’ 換流器（converter)電路產生直流之高電壓。關於換流器電 - 路，係使用3段柯克勞夫-沃耳吞電路，一邊進行壓電變壓器 之輸出與高電壓直流電源之負載的阻抗失配（impedance mismatch)之調整’ 一邊改善壓電變歷器之變換效率。 專利文獻1 :日本專利特開2002-359967號公報 97129617 200919924 【發明内容】 (發明欲解決之問題） 一如上述使社麵整流電路之直流高電壓電源裝置，在 南縣之產生具有效果。然而，單以將麼電變屬器之輪出電^ 利用L電屋整*電路倍增的電路構成，麼電變壓器與倍電 流電路之整合性不充分，電源裝置之效率未必變高。正 Γ 廢電變㈣之升驗率（變換效率）依與壓電魏器之 連接的純規格與_麵ϋ之規格的_而異。因此，^# 用如上述㈣麵器之直流高電壓電源裝置中，若塵電變承哭 之規格不適合於電職置之負載規格，則會導致直流高電^ 源裝置之效率降低。 ’ 本發明係有鑑於此種情況而完成，其目的在於提供一種 壓電變壓ϋ之升壓效率較高且電源效率較高的直流高兩 源裝置。 ％ 〇 (解決問題之手段） (1)為達成上述目的，本發明之直流高電壓電源裝置，其特 徵在於，其具備有：驅動電路，具有開關元件及抗流線圈，藉 -由上述開關元件之動作，將直流輸入電壓變換為交流電壓；麗 電變壓器，藉由經上述變換的交流電壓之輸入而驅動，並將經 升壓的交流電壓輸出；及多段型倍電壓整流電路，藉由進行倍 電壓整流，將經上述輸出的交流電壓變換為直流電壓；而上述 壓電變壓器根據負載之電阻，具有依因應上述多段型倍電壓整 97129617 200919924 2電電壓整流作用而要求的上㈣電變壓11之輸出電 定的既定芝守妓律所導出的上述壓電變壓器之輪出電流而 疋的既疋乾圍之輸出阻抗。 如此’本發明之直流高電壓電《置具備有壓電變壓器，其 具有與其輸出電壓及輸出電流對應的輸出阻抗。如此，由愚 電麵器之規格適合於直流高電壓電源襄置之負載規格，因此 ο 可=壓電變壓器之升壓效率，且可提高直流高電 之電源效率。 夏 ⑵又’本發明之直流高電壓電源裝置，其特徵在於，Μ 備有：驅動電路，具有開關元件及抗流線圈，藉由上述開關2 件之動作，將直流輸入電壓變換為交流電壓；壓電變壓器，轉 由經上述變換的交流電壓之輸入而驅動，並將經升壓的^流^ 壓輸出；及多段型倍電壓整流電路，藉由進行倍電壓整流，將 經上述輸出的交流電壓變換為直流電壓；而上述壓電變壓器根 據土於輸人電壓經上述驅動電路而變換的上述壓電變壓器之 輸入電壓、及負載之電阻，而具有依因應上述多段型倍電;整 流電，之倍電壓整流作用所要求的上述壓電變壓器之輪^ 壓而定的既定範圍之最大升壓比。 在本發明之直流高賴電源裝置中，應輸人至壓電變壓器 之電麗從壓電變壓器輸出的電壓，而以最大升壓比在既定範 圍内，方式設計壓電變壓器。藉由此方式，可提高壓電變壓器 之升壓效率，且提高直流高電壓電源裝置之電源效率。 97129617 200919924 (3)又，本發明之直流高電壓電源裝置，其特徵在於，其具 備有.驅動電路，具有開關元件及抗流線圈，藉由上述開關元 動乍將直流輸入電墨變換為交流電屋；壓電變壓器，藉 _ 由I上述k換的交流電壓之輸入而驅動，並將經升壓的交流電 ' i輸ά ’及夕段型倍電壓整流電路，具有n個二極體，藉由進 :η倍之倍電壓整流，將經上述輸出的交流電壓變換為直流電 [而田將輪出電壓設為VoUT，輸出電流設為Ιοιιτ時，上述壓電 〇變壓器之輸出阻抗“為収下式。 “ (式1) J_K 8n2/,

OUT

OUT ^ ZOPT ^ ~Y〇UT^

1 OUT e如此在本發明之直流高電壓電源裝置中，於因應直流高電 £电源裝置之輸出電壓及輸出電流而決定的上述式子範圍 内，料壓電賴器之輪出阻抗。由於壓電變壓器之規格適合 於直^電壓電源裝置之負載規袼，因此壓電變壓器之升壓效 率夂同’且可提局直流高電壓電職置之電源效率。 (4)又’本發明之直流高電壓電源裝置，其特徵在於，其具 備有i橋接（fuU-bndge)型驅動電路，具有4綱關元件 =1個線圈’藉由上述開關元件之動作，將直流輸入電壓 文換為又•電壓’壓電纟麵器，藉由經上述變換的交流電壓之 輸入而驅動，並將經升壓的交流賴輸出；及多段型倍電壓整 流電路’具有η個二極體，藉由進行Μ之倍電壓整流，將經 97129617 200919924 上述輸出的交流電壓變換為直流電壓；而#將輸出電壓設為 ν· ’輸出電流設為ι_ ’輪入電壓設為Vin時，於上述壓電變 壓器連接(VWI，)/2n2之負載電阻時之最大升壓比Av為滿足 下式。 (式2) 壓電變壓器之升壓比依壓電變壓器之形狀和構造而定。雖由 驅動頻率可改變壓電變壓器之升觀，但若大幅偏離壓電變壓 器之共振醉時，顏電龍器之龍料會降低。在本發明 使用全橋接型驅動電路之直流高電壓電源裝置中，因庫輸入至 壓電變壓器之電壓、從壓電變麗叫 夂&盗翰出的電壓，而以最大升壓 比在上述式子範_之方式設龍電變鞋。藉由此方式，可 提高壓電變壓器之升壓效率，且提高直流高電壓電源裝置之電 源效率。

⑸又’本發日狀錢高_電料置，其舰在於，其具 備有：推挽(_h—PUU)型驅動電路，具有2個_元件及2 個抗流線圈，藉由上述關元件之動作，將直流輸人電壓變換 為交流電t壓電賴器’藉由經上_換較流電壓之輸入 而驅動’並將料壓較流輕如；及諸型倍電壓整流電 路，具有η個二極體，藉錢行…之倍電壓整流，將經上述 輸出的交流麵變換為直流電壓；而當將輪出電壓設為I 97129617 8 200919924 輸出電流設為1謝’輸入電壓設為VlN時’於上述壓電變壓器連 接（V〇UT/Imrr)/2n2之負載電阻時之最大升壓比Αν為滿足下式。 (式3)

^ Αν ^

2 V〇UT ^ VlN

如此，在本發明使用推挽型驅動電路之直流高電壓電源裝置 中，因應輪入至壓電變壓器之電壓、從壓電變壓器輸出的電 壓、及既定負載，而以最大升壓比在一定範圍内之方式設計壓 電變壓器。藉由此方式，可提高壓電變壓器之升壓效率，且提 高直流高電壓電源裝置之電源效率。 (6)又，在本發明之直流高電壓電源裝置中，其特徵在於上 述抗流線圈為空芯線圈。如此，本發明之直流高電壓電源裝置 可由空芯線圈之使用而將施加的矩形波電壓波形整形為正弦 波電壓。空芯線圈為足以實現濾波器功能之小尺寸即可。 (發明效果） 根據本發明’由於壓電㈣器之規格適合於直流高電壓電源 裝置之負载規格，因此壓電變壓器之升壓效率變高，且可提高 直流高電壓電源裝置之電源效率。 【實施方式] 其次，就本發明實施形態，參照圖式並加以說明。為使說明 容易理解，各圖式中對於相同構成元件賦予相同元件符號，而 省略重複說明。 ^ 97129617 9 200919924 (第1實施形態） (直流高電壓電源裝置之構成^) 圖1表示直流高電壓電綠裝置⑽之構成。如圖i所矛， 直流高電壓電源裝置期具傷有驅動電路no、壓電義哭 m、倍電壓整流電路13〇、負载⑽、檢_電阻 誤差放大n則及電壓控制麵電路m。直流高電壓電源裝 置100例如可使用作為壓電換流器。 驅動電路110由錢轉產生交流電壓，祕加於壓電變塵 器120之輸入部。交流電壓姆應於電壓控制減電路170之捃 盛信號而產生。驅動電路11{)由4_關元件ηι〜Μ又 抗流線圈117構成於__純路。,_電路m接受來 Γ壓控缝盪電路170之振餘號，將_元件m、2 與開關讀113、114交互導通、關閉 壓於壓電賴ϋ之輸人端子。利 °》皮之輸入電 Ο 換Α㈣、rf： u 糊關動作將直流電壓變

換為矩形波上之交流電壓。此外，各 I 開關轉111〜114最好選㈣關元件所具有之寄生電容較 小且開關迷度較快者。又，為能減小 電^ 11H14最好選用導通電阻較小者。 ^汗關兀件 抗流線請連接於開關元件U卜114 間。上述矩形波電壓由抗流線_及壓電變壓請之^ 側之電各錢1效絲變換為略正讀_之轉電壓，並輪 97129617 200919924 入於壓電_1|12()。由於全橋 於驅動電路11G之直流電壓為v —動電路之特性，當輸入 職人吻變壓㈣ ，電變壓器12〇具備有在厚度方向極化之輸人部及在長产 ::化之輪出部，驅動電路u。連接於 ： =:邊。壓電變壓器12。進行所 ： 屋。屋電變壓器12〇之輪出 ⑽而娜* β、 其材料之介電常數或電極 使電路尺寸i ^升£比可依疊層數而調整。壓電變壓器120在 ”、m達到液晶面板等之小型化或輕量化方面 具有效果。

被設於長度方向端面的壓電變壓器12〇之輸出端子連接於 倍電壓整流電路130由壓龍之振動將輸 電c升壓而輸出。壓電變壓器12〇採用例如一般之羅森型 (Rosen Type)壓電變壓器。壓電變壓器i2Q可為單層型，亦可 為邊層型。壓㈣壓II 12G最好如後述將其輸出阻抗設計為 (vwwvw以上、2(Ww)/ n2以下，其最大升壓比設計 為U/6n)· 〇WVIN)以上、U/3n)· (WVin)以下。此外， 將直流局電壓電源裝置丨⑽之輸人電壓以^表示，輸出電歷 以V〇UT表示。 k電壓整流電路130 (多段型倍電壓整流電路）具有η個二 極體’藉由進行η倍之倍電壓整流，將從壓電變壓器12〇輸出 的父流電壓變換為直流電壓並升壓。於倍電壓整流電路1別， 97129617 11 200919924 可使用具有η個二極體及電容器之柯克勞夫…、 於壓電龍器120，當愿電變壓哭12〇 ^天耳吞電路。 阻抗與負載14°之阻抗相匹配時，：高效側!'有的輪出 將壓電顏器⑽之輸出阻抗設計在既定範_奸如後述 負載⑽連接於倍電壓整流電路咖之輪出端子 R[。在直流高電塵電源裝置⑽中，負載uo之-軒連= 壓電變壓器⑽，被施加高壓之電壓，但另1子保持在低壓: 此外，通常，另一端子連接在GND。 檢測用電阻150、155為用來檢測直流電源之輸出電壓的電 阻。如此，透過電阻之使用可簡易地構成電壓檢測電路。檢測 用電阻150、155以所得之電壓作為檢測信號，而傳送至誤差 放大器160。 誤差放大器160產生與所檢測到的電壓與基準電壓乂“之差 對應的差動信號。誤差放大器160連接於電壓控制振盈電路 ϋ 170，將差動信號傳送到電壓控制振盪電路170。電壓控制振 盪電路170接受差動信號而控制振盪信號之頻率或工作比 (duty ratio) ° 電壓控制振盪電路17 0產生振盪信號。振盪信號為具有一定 頻率及工作比之矩形波，其頻率或工作比由誤差放大器16〇所 接受到的信號控制。亦即，電壓控制振盪信號170輸出與由誤 差放大器160輸出的差動信號對應的頻率或工作比之振盡信 號。 12 97129617 200919924 流，並加《_。於倍錢整流電路⑽可整 體及電容哭之扭古歡土、 八有η個一極 又，由於—沃耳吞電路。二極體最料高耐愿。 向麵電源裝置_使電變鞋12〇,因此 二極體之反向賊_(reverse 例如’最好採用以數十版之頻率動作者。此外二： 量及電容H讀量補舰制，可視需要_各魏量體之數 (壓電變壓器之輸出阻抗） 圖2為表示直流高雜電源裝置刚之輸出電驗輸 與壓電變壓器120之輸出阻抗的_之模式圖。於壓電變壓= 120’當壓電題謂之2次酬具有的_阻“盘_ ϋ 140之電阻_匹配時，以高效率動作。當將壓電變壓器咖 之輸出電壓之有效值定為VoPT，將直流高電壓電源裝置_之 輸出電壓定為ν·時，在相匹配的條件下會成立 之關係。X，當將壓電變壓器120之輸出電流定為ι〇ρτ，將直” 流高電壓電源裝置_之輸出電流定為^時，在假設倍電壓 整流電路130無損失之情況下，依電力守恆定律相互值會成立 I〇PT=U〇w之關係。然後’由此式子來決定壓電變壓器⑽ 之輸出阻抗Zqpt之最適當規格。 由上述關係，從壓電變壓1120之輸出側所看到倍電壓整流 電路130日寺之等價負載電阻為Wlop”即（v〇uT/w)/2n2。豆结 果’可知最好以壓電變壓器⑽之輪出阻抗成為（Wl〇uT)；；2n2 97129617 13 200919924 之方式設計壓電變壓器12〇。然而，實巧 器120之輪屮阳 > 十 丁'问效率之壓電變壓 之實驗μΓ ㈣具衫錢之財。當考慮後述 二下;^-___12^出阻抗&1設在滿 ^的_内。藉由設為此種輸出 =«_動作。此“下㈣== lit)之種類而可適用。 (式4) 另-方面，當將驅動頻率設為f，將壓電變壓器12〇之2次 侧之電容設為c2時’壓電變壓器12Q之輸出阻抗以.ι心％ 表示。驅動頻率f係採用壓電變壓器12GU模式或又々模 式等之共振頻率。因此，例如在設計矩形壓電變壓器12〇時藉 由調整長邊方向、寬度方向、厚度方向之大小而可控制上述/ ❸又’壓電變壓器120之2次側電容c2依壓電變壓器12〇所使用 的壓電材料、壓電變壓器120之電極間距離及電極面積而決定 其值。因此，藉由控制該等而可控制電容C2。 (壓電變壓器之升壓比） 當考慮驅動電路110為全橋接型時，藉由調整升壓比可得到 最適當之電源效率。圖3為表示直流高電壓電源裝置1〇〇之輸 入電壓及輸出電壓，與壓電變壓器12〇之輸入電壓及輸出電壓 的關係之模式圖。驅動電路110將由開關動作輸入的直流電壓 97129617 14 200919924 又換為略正弦波波形之交流電壓，而輸人至壓電變壓哭⑽。 因此’當將輸人至全橋接型之驅動電路11G的直流電壓設為

VlN時’輸人至壓電變鞋120的錢電壓之有效值VlPT為 (3 V57；r)Vin。 另方面，當直流同電壓電源裝置1〇〇之輸出電壓為時， 由倍電壓整流電路13Q之特性，輸出ν_之直流電壓所必要的 壓電變壓器12Q之輪出電壓-之有效值為WVT”因此， 當於壓電變壓器12〇連接有（ww)/2n2之負載電_，壓電 變壓器120所必要的最大德匕Av(=WVlPTMU/6n)· (Vout/Vin)。 然而，實際上可維持高效率的壓電變鞋⑽之升塵比之範 圍”有某私度之幅度。當考慮後述之實驗結果時，最好將塵電 T請衛衡Av，灯的範圍内 δ又&十壓電變壓器12〇 〇 Ο (式 5)

iL Y〇UT .〆 π V 7 Tr一 ^ Αν <： JLi〇i!T_ 6n & ~ 3η V, 由上述式子求得之最大升虔比係作為直流電源最低限度必 在未達該升壓比之情況時，則會無法輸出負載之 ^ ⑽所表示最大效率者係 农低限度必要之升觀之約14〜15倍。另―方面，當超過最 低限度必要升壓比之約2倍時，則由於他㈣高’因而在比 97129617 15 200919924 原本壓電變壓器120以高效率驅動的頻率還高之頻率側被驅 動，導致電源效率降低。 (直流高電壓電源裝置之動作） 其次，以下說明如上述構成的直流高電壓電源裝置1〇〇之動 - 作。首先，由電壓控制振盪電路no傳送振盪信號至驅動電路 110。然後，驅動電路110透過振盪信號藉由開關元件ill〜η4 之導通、關閉，將正弦波電壓輸出至壓電變壓器12〇。此外， 〇 為能縮小漣波，最好將壓電變壓器120之驅動頻率設為入模 式。 藉由該正弦波電壓來驅動壓電變壓器12〇。倍電壓整流電路 130對從壓電變壓器12〇輸入的交流電壓進行整流，而輸出為 直流電壓。於負载14〇輪出高壓之直流電壓。檢測用電阻15〇、 155將施加在負載14〇之輸出電壓（管電壓）檢測作為電壓。 块差放大器160比較其檢測電壓與基準電壓Vref，將其比較結 G 果之差分放大，產生與差分對應之差動信號。 電壓控制振㈣路17〇輸&與誤差放大器⑽所傳送之差動 信號對應的頻率或工作比之振盈信號。將作為振盈信號之矩形 波信號傳送至驅動電路110之開關元件ηι〜114。如此一來， 直机冋電壓电源裝置1〇〇 α高電源效率將直流電壓輸出至負 載 140 〇 (實施例1) 針對直/;11间電壓電源裝置進行求得高效率壓電變壓器 97129617 16 200919924 120之輪出阻抗的實驗。於倍電壓整流電路，採用具備4 < _極體之2段倍電壓整流電路。將直流高電壓電源裝置⑽ 之輸出電壓ν·設為辦、輸出電流1瞻設為〇. 4mA、負载14〇 之電阻Rl設為lOMohm而進行實驗。 ' 使用將輸出阻抗設計為3〇〇kohm程度（310kohm)之壓電變壓 裔^0，將直流高電壓電源裝置1〇〇之負載14〇從〇 3M起改 ’艾至300M〇hm止，測定直流高電壓電源裝置1〇〇之效率。其結 (果’在負载140之電阻達到2. 5Mohm以上、40Mohm以下之範 圍内可得到95%以上之電源效率（對於極大點之相對值）。圖4 表不λ驗結果之曲線。藉由設為電源效率可得到95%以上之範 圍，可防止壓電變壓器12〇之過熱。 就上述結果換言之，對於負載14〇之電阻1〇M〇hm，在其 倍以上4倍以下範圍内顯示有高效率。目此，針對VWW之 負載條件，經實際驗證，最好將直流高電壓電源裝置1〇〇所使 °用的壓電變壓器⑽之輸出阻抗設計為OWI^VW以上、 2(ν〇υτ/Ι〇υτ)/η2 以下。 (實施例2) 又，針對直〃IL向電壓電源裝置進行求得高效率壓電變壓 器120之最大升壓比的實驗。實驗中，使用藉由來自誤差放大 益160之控制信號而使頻率可變的電壓控制振盪電路17〇。於 倍電壓整流電路130係使用具備4個二極體之2段倍電壓整流 電路。作為設定條件係將輸出電壓Vgut設為4kV，將輸入電壓 97129617 17 200919924

Vin設為5V。圖5表示實驗結果之曲線。在最大升壓比】、 100倍之壓電變壓器120中，升壓比不足以進行動作。又於約 使用最大升壓比大於225倍之壓電變壓器12〇之棒、在 障/兄日τ，相較 於使用升壓比為120倍之壓電變壓器120的情況睹，甘+ τ，具電源效 • 率下降5%以上。此現象係壓電變壓器120被驅動之頻率與其 固有頻率之差變大的緣故。 當歸納該等結果時，表示最大效率的壓電變壓器之最大 Ο 升壓比為最低限度必要升壓比之約1.4〜1.5倍。而且，當壓带 i疋益120之敢大升壓比超過最低限度必要升壓比之約2件 時，壓電變壓器120由於在較固有頻率之高頻率侧被驅動，因 此電源效率會降低。 因此，為能實現可以高效率動作的直流高電壓電源裝置 100 ’經實際驗證最好使用最大升壓比在（7Γ/6η)·(ν〇υτ/νΐΝ)& 上、（7Γ /3η)·(Vout/Vin)以下之壓電變壓器12〇。 (第2實施形態） (直流高電壓電源裝置之構成） 此外，在上述實施形態中，驅動電路11〇為全橋接型驅動 電路，但亦可構成為推挽型_電路。圖6表示錢高電壓電 源裝置200之構成。如圖6所示，直流高電壓電源裝置2〇〇具 備有推挽型驅動電路210 ’而驅動電路21〇具備有2個開關元 件211、212及2個抗流線圈217、218。推挽型驅動電路210 中藉由所輸入的振盪信號，使連接於抗流線圈217、218的開 97129617 18 200919924 關7L件211、212進行導通、關閉動作。 (壓電變壓器之升壓比） 圖7為表示直流高電壓電源裝置2〇〇之輸入電壓、及輸出 d與壓电變壓$ 220之輸入電壓及輸出電壓的關係之模式 ®。在推挽型驅動電路210中，藉由所輸入的振盡信號’使連 接於抗流線圈217、218之開關s件2U、212進行導通、關閉 動作。對於振盪頻率f、壓電變壓器12〇之丨次側電容以打， ^當抗流線圈217、218之阻抗為1/4叫„時，壓電變壓器22〇 之輸入端子為半波正弦波狀。然後，當輸入於推挽型驅動電路 210之直流電壓為vIN時，輸入至壓電變壓器22〇的交流電壓之 有效值V丨PT為（ττ/ν^)νΙΝ 〇 另方面，*直流南電壓電源裝置200之輸出電壓為ν〇ϋτ時， 為能從倍領整流電路⑽輸出之錢·，所必要的壓 電變壓器220之輸出電壓之有效值Vqpt為w_。 ° #由此方式’壓電變壓器220所必要之最大升壓比由上述 輸入電壓及輸㈣壓條件而求得，壓錢壓器22()之最大升壓 比Av(-V〇PT/VIPT)g (朋）·（WVin)。此夕卜，該最大升壓比為 在麼電4H2G連接（vwwvsn2之負载電阻而測定時之 值。然而，實際可維持高效率的壓電變壓器22〇之最大升壓比 之範圍具有某私度之幅度。當考慮後述實驗結果時，最好以使 塵電感測1§ 220之最大升壓比Av成為在滿足以下式子之範圍 内來設計壓電變壓器220。 97129617 19 200919924 (式6) ^ ^

m ^γν 7tn V in (實施例3) 實際上’對於使用有2段之倍電壓整流電路 130的直流南電 【电源衣置200 ’進行求得高效率之壓電變壓器⑽之最大升 壓比的貫驗。實驗中’使用藉由來自誤差放大器16G之控制信 號而使頻率可變的電壓控制振㈣路Π0。® 8表示實驗結果 之曲線。將輸出電壓V，設為4kv，輸入電Μ V禮為5V來進 行貫驗。在最大升壓比小於約倍之壓電變壓器220中，升 壓比不足以進行動作。又，在使用最大升壓比大於 130倍之壓 電變壓裔220之情況時，相較於使用最大升壓比為乃倍之壓 電變壓器220的情況時，其電源效率下降5%以上。此現象係 壓電變壓器220被驅動之頻率與其固有頻率之差變大的緣故。 當％納該等結果時，表示最大效率的壓電變壓器220之最大 升壓比為隶低限度必要最大升壓比之約1 · 4〜1. 5倍。而且，當 壓電變壓器220之最大升壓比超過最低限度必要升壓比之約2 倍時’壓電變壓器220由於在較固有頻率之高頻率側被驅動， 因此電源效率會降低。 因此’為能實現可以高效率動作的直流高電壓電源裝置 200，經實際驗證最好使用最大升壓比在1/㈣·（ν()υτ/νΐΝ)以 上、2/ (7Π1) · (Vott/Vin)以下之壓電變壓器220。 97129617 20 200919924 此外’在以上實施形態中，構成驅動電路之抗流線圈可為空 芯線圈。可將由空芯線圈所施加的矩形波電壓波形整形為正弦 波電壓。又，作為本發明所使用驅動電路之全橋接型、推挽型 及半橋接型中，具有升壓作用之全橋接型及推挽型之驅動電路 最為適當。又，上述實施形態中’雖驅動電路係使用全橋接型 驅動電路或推挽型驅動電路，但亦可使用其他之驅動電路。 【圖式簡單說明】 圖1表示第1實施形態之直流高電壓電源裝置之構成。 圖2為表示第1實施形態之直流高電壓電源裝置之輸出電壓 及輪出電流與壓電變壓器之輸出阻抗的關係之模式圖。 圖3為表示第丨實施形態之直流高電壓電源裝置之輪入電壓 及輸出電壓與壓電變壓器之輸入電壓及輸出電壓的關係 式圖。 ’、姨 圖4表示第1實施形態之實驗結果之曲線。 圖5表示第1實施形態之實驗結果之曲線。 圖6表示第2實施形態之直流高電壓電源裝置之構成。 圖7為表示第2實施形態之直流高電壓電源裝置之輪入電屙 及輸出電壓與壓電變壓器之輸入電壓及輸出電壓的關係 式圖。 ’、果 圖8表示第2實施形態之實驗結果之曲線。 圖9表示習知技術之直流高電壓電源裝置之構成。 【主要元件符號說明】 97129617 21 200919924 100 直流高電壓電源裝置 110 驅動電路 111〜114 開關元件 117 抗流線圈 120、 220 壓電變壓器 130 倍電壓整流電路（多段型倍電壓整流電路） 140 負載 150、 155 檢測用電阻 160 誤差放大器 170 電壓控制振盪電路 200 直流高電壓電源裝置 210 驅動電路 211、 212 開關元件 217、 218 抗流線圈 1000 高電壓電源裝置 1001 壓電變壓器 1002 倍電壓整流電路 OC4 電容器 Dl 〜D4 二極體 Rl 電阻 VlN 輸入電壓 VlPT 交流電壓 97129617 22 200919924 V〇PT 輸出電壓

Vout 輸出電壓

Vref 基準電壓

97129617 23

Claims (1)

1. 200919924 七、申請專利範圍： 一種直㈣電屢電職置，其特徵在於，其具傷有： 驅動電路’具有開件及抗流線圈，藉由上述開關 動作’將錢輪人電mm奐紋流電壓； ㈣魏器，藉由經上㈣換的交流麵之輸人而驅動 將經升壓的交流電壓輸出；及 w 夕&型倍電屋整流電路，藉由進行倍電流，將經上述 f}出的父流電壓變換為直流電壓，· J 而上賴電變_根據負载之電阻，具有依因應上述多段型 倍電壓整流電路之倍電壓整流作用而要求的上述壓電變壓= 之輸出電麗、及由電力守值定律所導出的上述壓電變壓器^輸 出電流而定的既定範圍之輸出阻抗。 别 2. -種直流高電壓電_置，其特徵在於，其具備有： ，驅動電路’具有開關元件及抗流線圈，藉由上述開關元件之 〇 動作，將直流輸入電壓變換為交流電壓； 壓電變㈣，藉由經上述變換的交流電壓之輸人而驅動，並 將經升壓的交流電壓輸出；及 多段型倍電壓整流電路’藉由進行倍電壓整流，將經上述輸 出的交流電壓變換為直流電壓； 而上述壓電變壓器根據基於輪入電壓經上述驅動電路變換 的上述壓電變壓n之輸人電壓、及根據負載之電阻，而且有依 因應上述多段型倍電壓整流電路之倍電壓整__要求的 97129617 24 200919924 上述壓電變壓考 輸出電壓而定的既定範圍之最大升壓比。 3’種直&電壓麵裝置，其特徵在於，其具備有： 驅動電路，且-t- gg 一有開關元件及抗流線圈，藉由上述開關元件之 入電壓變換為交流電壓； 壓電變壓, i > °错由、、里上述變換的交流電壓之輸入而驅動，並 將經升壓的交流電壓輪出；及 Ο 2型倍電壓整流電路，具有n個二極體，藉由進行n倍之 ⑽冑經上述輸出的交流電壓變換為直流電壓； 而當將輸出電壓$Αν ^ 馮V°UT、輪出電流設為I·時，上述壓電變 壓器之輸出阻抗“為滿足下式。 (式1) κ OUT 1 OUT 4. 一種直流高電壓電職置，其特徵在於，其具備有： 王橋接（full七ldge)型驅動電路，具有4個開關元件及1 個抗抓線圈’藉由上述開關元件之動作，將直流輸人電歷變換 為交流電壓； ' C迅夂壓器、，藉她上述變換的交流電壓之輸人峰動，並 將經升壓的交流電壓輸出；及 多段型倍電壓整流f路，具有n個二極體，藉由進行η倍之 ，將經上述輸出的交流電壓變換為直流電壓； 而當將輸出電壓設為v、輪出電流設為w輸入電壓· 97129617 200919924 大升壓比Αν為滿足下式。 (式2) OUT 5. 一種直流高電壓電源裝置，其特徵在於，其具備有： 推挽（_h-pull)型驅動電路，具有2個開關元件及2個抗 C 流線圈’藉由上述開_件之動作，將直流輸人電壓變換為交 流電壓； ' 壓電變壓器’藉由經上述變換的交流電壓之輸人而驅動，炎 將經升壓的交流電壓輸出；及 夕·^型倍電壓整流電路，具有⑽二極體，藉由進行η倍之 倍電壓整流，將經上述輸出的交流電壓變換為直流電壓； 而田將輪出书壓设為ν〇υτ、輸出電流設為！、輸入電壓設為 〇 V”上述壓電變_連接(nw之負載電阻時之最 大升壓比Αν為滿足下式。 (式3) OUT ^OUT 6.如申請專利|_丨至5項中任^項之直流高電壓電源裝 置’其中，上述抗流線圈為空芯線圈β 97129617 26