JP2010220456A

JP2010220456A - 高圧直流電源

Info

Publication number: JP2010220456A
Application number: JP2009067678A
Authority: JP
Inventors: Satoru Asano; 哲浅野; Nobuyuki Kurosaki; 信之黒崎
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2010-09-30

Abstract

【課題】圧電トランス制御回路の出力電圧を数Ｈｚ〜数百Ｈｚの周波数で高速にＯＮ／ＯＦＦした場合、ＯＦＦからＯＮに切り換えた時に出力電圧が不安定になり、且つ部品点数増によるコスト高となる。
【解決手段】印加された入力電圧を変圧して出力する圧電トランスと、前記圧電トランスの出力電圧を変圧して直流の高電圧に整流する倍電圧整流部と、前記倍電圧整流部の出力を外部へ出力する直流高電圧出力部と、前記圧電トランスの出力電圧を変圧して直流に整流した信号を検出する出力検出部と、設定された関数式に基づき可変する出力電圧可変信号と、前記出力検出部で検出した信号と前記出力電圧可変信号を対比した結果により前記圧電トランスに印加する入力電圧のパルス幅を可変するＰＷＭ制御部を有し、前記出力電圧可変信号を一定の時間毎にＯＮ／ＯＦＦすることにより前記直流高電圧出力部をＯＮ／ＯＦＦする。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電トランスを用いた高電圧出力に対応している直流電源に関するものである。

近年、高電圧出力が必要とされるパソコン、ＰＤＡ等の液晶バックライト、プリンタ等の電子・電気機器は小型化が要望されることから、電源に関しても小型化で、且つ高出力なものが求められている。その為、電源は従来の巻線トランスから圧電トランスを用いるケースが多くなっている。

圧電トランスを用いた高圧電源の場合、安定した高電圧を出力させる制御方法としては、圧電トランスを駆動させる入力電圧のパルス幅を制御するパルス幅変調（ＰＷＭ）制御方式と、圧電トランスを駆動させる入力パルス信号の周波数を制御する周波数制御方式、およびＰＷＭ制御方式と周波数制御方式の両方を組み合わせて制御する方法がある。

そして、高電圧出力としては交流電圧を出力させる場合と直流電圧を出力させる場合があるが、より高電圧を出力させるためには、一般的に、圧電トランスの出力に交流電圧を整流して直流電圧に変換する倍電圧整流回路を追加して直流の高電圧を出力させるケースが多い。

又、静電気除去装置（イオナイザ）等で使用する場合、この直流の高電圧出力を数Ｈｚ〜数百Ｈｚの周波数で高速にＯＮ／ＯＦＦする方法や、プラス極性の直流高電圧出力とマイナス極性の直流高電圧出力を高速で切り換える方法が用いられる。

特許文献１は圧電トランスの出力電圧と出力電圧を所定の値に制御するための出力制御電圧との比較結果に基づいて圧電トランスに印加される電源電圧を可変制御し、かつ、圧電トランスの駆動周波数をデジタル信号処理によって可変制御している。具体的には特許文献１は駆動制御信号（ＯＮ／ＯＦＦ制御信号）により出力をＯＦＦとした場合に、圧電トランス駆動制御部を出力電圧値が最大となる可変最低周波数ｆｍｉｎとなるように動作し、出力をＯＮとする場合、出力電圧は高速で立上って目的の駆動周波数にして出力電圧値を一定に保つものである。しかし、特許文献１は圧電トランスの駆動周波数を目的の周波数範囲内で制御することで異常発振や制御不能を防ぐことは可能であるが、高速な周波数制御により出力電圧値が短時間にて大きく変動することは避けられない。圧電トランスの周波数−出力特性は共振周波数を出力値のピークとして周波数が低周波数側および高周波数側の両方側で急峻に減少する曲線となる。従って高速な周波数変動によって圧電トランスの出力電圧は大きく変動することになる。又、特許文献１は圧電トランスの駆動周波数制御をデジタル信号処理によって行うために回路が追加されることになり、部品点数が増えてコストアップになってしまう。

特開２００９−３８８９２

解決しようとする問題点は、圧電トランス制御回路の出力を数Ｈｚ〜数百Ｈｚの周波数で高速にＯＮ／ＯＦＦした場合、ＯＦＦからＯＮに切り換えた時に出力電圧が不安定になること、及び部品点数増によるコスト高である。

即ち、印加された入力電圧を変圧して出力する圧電トランスと、前記圧電トランスの出力電圧を変圧して直流の高電圧に整流する倍電圧整流部と、前記倍電圧整流部の出力を外部へ出力する直流高電圧出力部と、前記圧電トランスの出力電圧を変圧して直流に整流した信号を検出する出力検出部と、設定された関数式に基づき可変する出力電圧可変信号と、前記出力検出部で検出した信号と前記出力電圧可変信号を対比した結果により前記圧電トランスに印加する入力電圧のパルス幅を可変するＰＷＭ制御部を有し、前記出力電圧可変信号を一定の時間毎にＯＮ／ＯＦＦすることにより前記直流高電圧出力部をＯＮ／ＯＦＦすることを特徴とする。

好適には、前記出力電圧可変信号をＯＮ／ＯＦＦするタイミングと同一のタイミングで前記直流高電圧出力部をＯＮ／ＯＦＦすることを特徴とする。

本発明によれば、出力電圧可変信号を数Ｈｚ〜数百Ｈｚの周波数で高速にＯＮ／ＯＦＦした場合、ＯＮ時にて出力直流高電圧を安定に駆動することができる。この時、圧電トランスを駆動させるパルス信号のタイミングと圧電トランス制御回路の出力をＯＮ／ＯＦＦするタイミングとを一致させる必要はない。その結果、圧電トランスを駆動させるパルス信号のタイミングと圧電トランス制御回路の出力をＯＮ／ＯＦＦするタイミングを一致させる為の回路は不要になり、コストダウンとなる。又、制御方法がシンプルなので部品点数が減少する。

本発明の高圧直流電源に関するブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の高圧直流電源に関するブロック図である。本発明の高圧直流電源は圧電トランス２と、圧電トランス２を駆動するための入力電圧を印加する駆動部１と、圧電トランス２の交流出力電圧を更に高電圧に昇圧し交流を直流に整流する倍電圧整流部３と、倍電圧整流部３の出力に接続された直流高電圧出力部４と、直流高電圧出力部４の出力電圧を検出する出力検出部５と、設定された関数式に基づき圧電トランス２の出力電圧を可変する出力電圧可変信号８と、出力検出部５で検出した電圧と出力電圧可変信号８の電圧の差分を増幅する誤差増幅器６と、誤差増幅器６の出力電圧により駆動部１に入力するパルス幅を制御するＰＷＭ制御部７にて構成される。

本発明の高圧直流電源は、駆動部１から圧電トランス２を駆動するための交流の入力電圧が印加される。この入力電圧は後述するＰＷＭ制御部７から駆動部１に印加されるパルス幅に基づいて圧電トランス２に入力電圧を印加する時間（パルスがＯＮ状態の時）と全く印加しない時間（パルスがＯＦＦ状態の時）に区分けされる。このように印加時間を制御することで圧電トランス２から出力される交流の出力電圧を制御している。

圧電トランス２から出力された交流の出力電圧は倍電圧整流部３にて、更に高電圧に昇圧し、直流に整流される。倍電圧整流部３の出力に接続されているのが直流高電圧出力部４であり、図１には図示されていないが高電圧電源を接続する対象となる電子・電気機器が接続されることになる。出力検出部５は直流高電圧出力部４に接続され、直流高電圧出力部４の出力電圧（倍電圧整流部３の出力）を検出している。

出力検出部５で検出した電圧は誤差増幅器６に印加される。又、誤差増幅器６には出力電圧可変信号８も印加される。出力電圧可変信号８は任意に設定した関数式に基づき可変する信号である。ここで設定する関数式は一次関数に限らず、任意な関数を設定できる。そして出力電圧可変信号８は関数式に対応している値であれば何時でも任意な値を設定できる。つまり本発明の高圧直流電源から電源電圧を供給する電子機器の種類に応じて出力電圧可変信号８の値を自由に変更することができる。

誤差増幅器６に印加される出力検出部５で検出した電圧と出力電圧可変信号８の差分は、誤差増幅器６にて増幅され、ＰＷＭ制御部７に送信される。ＰＷＭ制御部７は圧電トランス２に入力電圧を印加する駆動部１に入力するパルス幅を調整する。出力電圧可変信号８の電圧を大きくすると、ＰＷＭ制御部７にて駆動部１のパルス幅が広くなり、直流高電圧出力部４の出力電圧は大きくなる。一方、出力電圧可変信号８の電圧を小さくすると、ＰＷＭ制御部７にて駆動部１のパルス幅が狭くなり、直流高電圧出力部４の出力電圧は小さくなる。このようにして駆動部１に入力するパルス幅を調整することができる。

出力電圧可変信号８の電圧を更に小さくし、ある限界設定値（パルス幅を調整できる最低電圧値）より小さくなる（この時の出力電圧可変信号８をＯＦＦの状態とする）と、ＰＷＭ制御部７は駆動部１のパルス幅を０％にする。そして、駆動部１のパルス幅が０％の場合は、駆動部１から圧電トランス２に入力電圧が印加されないので直流高電圧出力部４の出力電圧は０（直流高電圧出力部４がＯＦＦの状態）となる。この後で出力電圧可変信号８の電圧を前記限界設定値より大きい電圧値に設定する（この時の出力電圧可変信号８をＯＮの状態とする）ことで、誤差増幅器６に印加される出力検出部５で検出した電圧と出力電圧可変信号８の差分に基づきＰＷＭ制御部７は駆動部１に広いパルス幅の信号を印加する。よって駆動部１から圧電トランス２に印加される入力電圧のデューティ比が大きくなり、直流高電圧出力部４の出力電圧はパルス幅に基づいて出力される。

この出力電圧可変信号８の機能を用いると、出力電圧可変信号８の電圧をある限界設定値（パルス幅を調整できる最低電圧値）より小さくして駆動部１のパルス幅を０％にすること（直流高電圧出力部４がＯＦＦの状態）と、出力電圧可変信号８の電圧をある一定の値に設定して、誤差増幅器６に印加される出力検出部５で検出した電圧と出力電圧可変信号８の差分から駆動部１のパルス幅が印加されること（直流高電圧出力部４がＯＮの状態）を組み合わせて出力電圧可変信号８のＯＮ／ＯＦＦを一定の時間毎に繰り返すことにより、直流高電圧出力部４の出力電圧を一定の時間毎にＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことができる。

従って、この出力電圧可変信号８の機能を用いて、出力電圧可変信号８を例えば１〜３００Ｈｚの周波数で高速にＯＮ／ＯＦＦすることで、直流高電圧出力部４の出力電圧は１〜３００Ｈｚの周波数で高速にＯＮ／ＯＦＦすることになる。

出力電圧可変信号８を可変することはＰＷＭ制御部７から駆動部１に印加するパルス幅のみが可変されることであり、ＰＷＭ制御部７から駆動部１に印加するパルス幅の立上りや立下りのタイミングと、出力電圧可変信号８をＯＮ／ＯＦＦするタイミングは遅れが生じることなく同一のタイミングになる。このことで出力電圧可変信号を一定の時間毎にＯＮ／ＯＦＦするタイミングと同一のタイミングで直流高電圧出力部４をＯＮ／ＯＦＦすることができる。従って、出力電圧可変信号８を１〜３００Ｈｚの周波数で高速にＯＮ／ＯＦＦしても、ＯＮ時にて出力電圧が不安定になるという問題は生じることはない。又、圧電トランスを駆動させるパルス信号のタイミングと圧電トランス制御回路の出力電圧を１〜３００Ｈｚの周波数で高速にＯＮ／ＯＦＦするタイミングを一致させる為の回路は不要になり、部品点数が減少するのでコストダウンとなる。

以上のことから本発明のように、出力電圧可変信号を一定の時間毎にＯＮ／ＯＦＦすることにより圧電トランスの出力電圧を一定の時間毎にＯＮ／ＯＦＦすることで、圧電トランスの出力電圧をＯＦＦした後に改めてＯＮした時にて出力電圧が不安定になること、及び部品点数増によるコスト高が解決できる。

直流高電圧電源を要する電子機器、産業機器、計測機器等に広く利用できる。特に圧電トランスの出力電圧をＯＮ／ＯＦＦした時にて出力電圧が不安定になることを解決した本発明の直流高電圧電源は、安定した直流電圧が必要とされる機器を制御する際に有効である。

１駆動部
２圧電トランス
３倍電圧整流部
４直流高電圧出力部
５出力検出部
６誤差増幅器
７ＰＷＭ制御部
８出力電圧可変信号

Claims

印加された入力電圧を変圧して出力する圧電トランスと、前記圧電トランスの出力電圧を変圧して直流の高電圧に整流する倍電圧整流部と、前記倍電圧整流部の出力を外部へ出力する直流高電圧出力部と、前記圧電トランスの出力電圧を変圧して直流に整流した信号を検出する出力検出部と、設定された関数式に基づき可変する出力電圧可変信号と、前記出力検出部で検出した信号と前記出力電圧可変信号を対比した結果により前記圧電トランスに印加する入力電圧のパルス幅を可変するＰＷＭ制御部を有し、前記出力電圧可変信号を一定の時間毎にＯＮ／ＯＦＦすることにより前記直流高電圧出力部をＯＮ／ＯＦＦすることを特徴とする高圧直流電源。
前記出力電圧可変信号をＯＮ／ＯＦＦするタイミングと同一のタイミングで前記直流高電圧出力部をＯＮ／ＯＦＦすることを特徴とする請求項１記載の高圧直流電源。