JP5351024B2 - 直流高電圧電源装置 - Google Patents
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Description
110 駆動回路
111〜114 スイッチング素子
117 チョークコイル
120、220 圧電トランス
130 倍電圧整流回路(多段型倍電圧整流回路)
140 負荷
150、155 検出用抵抗
160 誤差アンプ
170 電圧制御発振回路
200 直流高電圧電源装置
210 駆動回路
211、212 スイッチング素子
217、218 チョークコイル
RL 抵抗
VIN 入力電圧
VIPT 交流電圧
VOPT 出力電圧
VOUT 出力電圧
Vref 基準電圧
(直流高電圧電源装置の構成)
図1は、直流高電圧電源装置100の構成を示す図である。図1に示すように、直流高電圧電源装置100は、駆動回路110、圧電トランス120、倍電圧整流回路130、負荷140、検出用抵抗150、155、誤差アンプ160および電圧制御発振回路170を備えている。直流高電圧電源装置100は、たとえば圧電コンバータとして用いられる。
図2は、直流高電圧電源装置100の出力電圧および出力電流と圧電トランス120の出力インピーダンスとの関係を示す模式図である。圧電トランス120は、圧電トランス120の2次側の持つ出力インピーダンスZOPTと負荷140の抵抗RLとがマッチングしたとき、高い効率で動作する。圧電トランス120の出力電圧の実効値をVOPT、直流高電圧電源装置100の出力電圧をVOUTとすると、マッチングの条件下ではVOPT=VOUT/√2nの関係が成り立つ。また、圧電トランス120の出力電流をIOPTとし、直流高電圧電源装置100の出力電流をIOUTとすると、倍電圧整流回路130で損失が無いと仮定した場合、電力保存則により、互いの値にはIOPT=√2n・IOUTの関係が成り立つ。そして、この式により圧電トランス120の出力インピーダンスZOPTの最適な仕様が決まる。
駆動回路110がフルブリッジ型であることを考慮し、昇圧比を調整することで最適な電源効率を得ることができる。図3は、直流高電圧電源装置100の入力電圧および出力電圧と圧電トランス120の入力電圧および出力電圧との関係を示す模式図である。駆動回路110は、スイッチング動作により入力される直流電圧をほぼ正弦波波形の交流電圧に変換して圧電トランス120に入力する。したがって、フルブリッジ型の駆動回路110に入力される直流電圧をVINとしたとき、圧電トランス120に入力される交流電圧の実効値VIPTは(3√2/π)VINとなる。
次に、上記のように構成される直流高電圧電源装置100の動作を以下に説明する。まず、駆動回路110に電圧制御発振回路170から発振信号が伝えられる。そして、駆動回路110は、発振信号によりスイッチング素子111〜114のオン、オフにより圧電トランス120に正弦波電圧を出力する。なお、リップルを小さくするためには圧電トランス120の駆動周波数をλモードとするのが好適である。
(直流高電圧電源装置の構成)
なお、上記の実施形態では、駆動回路110はフルブリッジ型駆動回路であったが、プッシュプル型駆動回路として構成されていてもよい。図6は、直流高電圧電源装置200の構成を示す図である。図6に示すように、直流高電圧電源装置200は、プッシュプル型の駆動回路210を備えており、駆動回路210は、2つのスイッチング素子211、212および2つのチョークコイル217、218を有している。プッシュプル型の駆動回路210では入力される発振信号によりチョークコイル217、218に接続されたスイッチング素子211、212がオン、オフの動作をする。
図7は、直流高電圧電源装置200の入力電圧および出力電圧と圧電トランス220の入力電圧および出力電圧との関係を示す模式図である。プッシュプル型の駆動回路210では入力される発振信号によりチョークコイル217、218に接続されたスイッチング素子211、212がオン、オフの動作をする。発振周波数f、圧電トランス120の1次側の容量Cinに対して、チョークコイル217、218のインダクタンスが1/4π2f2Cinであるとき、圧電トランス220の入力端子は半波正弦波状となる。そして、プッシュプル型の駆動回路210に入力される直流電圧をVINとしたとき、圧電トランス220に入力される交流電圧の実効値VIPTは(π/√2)VINとなる。
Claims (2)
- 前記チョークコイルは、空芯コイルであることを特徴とする請求項1記載の直流高電圧電源装置。
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