JP6672651B2

JP6672651B2 - 圧電トランス、ｄｃ−ｄｃコンバータ、ａｃ−ｄｃコンバータ及びａｃアダプタ

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Publication number: JP6672651B2
Application number: JP2015178049A
Authority: JP
Inventors: 宏志浅野
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2020-03-25
Anticipated expiration: 2035-09-10
Also published as: JP2017055564A

Description

本発明は、圧電トランス、ＤＣ−ＤＣコンバータ、ＡＣ−ＤＣコンバータ及びＡＣアダプタに関する。

ＡＣアダプタは、一般的に、入力される商用電源電圧を、電子機器に適した電圧に変圧する変圧部を備えている。その変圧部には、巻線を用いた降圧トランスを利用することも可能であるが、小型化等の要求に従い、変圧部に圧電デバイスを用いることが有効である。

特許文献１に記載の圧電トランスは、矩形板の圧電セラミックスの長手方向の一方端側を入力部とし、他方端側を出力部としている。入力部及び出力部それぞれは長手方向に分極され、間には絶縁層が設けられている。入力部及び出力部それぞれには、線状内部電極が長手方向に直交する厚さ方向に平行に複数層設けられている。そして、入力部側の電極に交流電圧を印加することで、入力部から入力された電圧は変圧され、出力部から出力される。

特開平１１−９７７５６号公報

特許文献１に記載の圧電トランスでは、入力部側の電極と出力部側の電極とが対向して、その間に浮遊容量が形成される。このため、入力部と出力部とを絶縁層により絶縁していても、形成された浮遊容量により不要信号（ノイズ等）が入力部から出力部へ伝搬するおそれがある。

そこで、本発明の目的は、絶縁した入力部と出力部との間で不要信号を伝搬させない圧電トランス、ＤＣ−ＤＣコンバータ、ＡＣ−ＤＣコンバータ及びＡＣアダプタを提供することにある。

本発明に係る圧電トランスは、分極された入力部、分極された出力部、及び前記入力部と前記出力部との間に配置された絶縁部が形成された圧電体と、前記入力部に設けられ、互いに対向する入力側第１内部電極及び入力側第２内部電極と、前記出力部に設けられ、互いに対向する出力側第１内部電極及び出力側第２内部電極と、を備え、前記入力側第２内部電極は、入力側基準電位に接続される電極であり、少なくとも一部が前記入力側第１内部電極よりも前記絶縁部側に位置し、前記出力側第２内部電極は、出力側基準電位に接続される電極であり、少なくとも一部が前記出力側第１内部電極よりも前記絶縁部側に位置している、ことを特徴とする。

この構成では、入力側第２内部電極と出力側第２内部電極との間に形成される浮遊容量を大きくし、入力側第１内部電極と出力側第１内部電極との間に形成される浮遊容量を小さくできる。これにより、電圧が印加される入力側第１内部電極と、電圧を出力する出力側第１内部電極との浮遊容量による結合を抑えることができる。その結果、浮遊容量を介して、入力側第１内部電極と出力側第１内部電極との間で不要信号が伝搬するおそれを抑制できる。

また、仮に、入力側基準電位がグランドであり、出力側基準電位が、圧電トランスを搭載した機器内の基準電位である場合、出力側基準電位は、入力側基準電位から見て浮いた状態となる。この状態で、圧電トランスの出力部側（出力側第１内部電極）に接続される負荷にユーザが触れた（操作した）場合、出力側基準電位が変動する場合がある。そこで、前記構成とすることで、入力側第２内部電極と出力側第２内部電極とを、その間に形成される浮遊容量により結合させる。これにより、出力側第２内部電極が接続される出力側基準電位と、入力側第２内部電極が接続される入力側基準電位との間にかかる交流的な電位差を小さくできる。したがって、出力側基準電位は安定化し、その結果、負荷の誤動作を防止できる。

前記入力部及び前記出力部は、前記入力部と前記出力部とが対向する方向に分極されていて、前記入力側第１内部電極、前記入力側第２内部電極、前記出力側第１内部電極及び前記出力側第２内部電極は、それぞれ主面を有する面状電極であり、前記入力部と前記出力部とが対向する方向に対し前記主面が直交して配置されていてもよい。

この構成では、入力側第２内部電極と出力側第２内部電極との容量結合を高めることができ、出力側基準電位をより安定させることができる。

前記入力部及び前記出力部は、前記入力部と前記出力部とが対向する方向に直交する方向に分極されていて、前記入力側第１内部電極、前記入力側第２内部電極、前記出力側第１内部電極及び前記出力側第２内部電極は、それぞれ主面を有する面状電極であり、前記入力部と前記出力部とが対向する方向に対し前記主面が平行に配置されている構成でもよい。

この構成では、入力側第１内部電極と出力側第１内部電極とは面で対向しないため、浮遊容量が生じにくい。その結果、浮遊容量を介して不要な信号が伝達することを抑制できる。また、入力側第２内部電極及び前記出力側第２内部電極を同一平面上に配置することで、他の電極間と比べて、形成される浮遊容量を大きくして、入力側第２内部電極と出力側第２内部電極との容量結合を高めることができ、出力側基準電位をより安定させることができる。

前記入力部と前記出力部とが対向する方向における前記入力側第２内部電極の長さは、前記入力側第１内部電極よりも長くてもよい。

この構成では、入力側第１内部電極と出力側第１内部電極との容量結合を弱くでき、入力側第２内部電極と出力側第２内部電極との容量結合を強くできる。この結果、浮遊容量を介して不要な信号が伝達することを抑制できる。また、出力側基準電位をより安定させることができる。

前記入力部と前記出力部とが対向する方向における前記出力側第２内部電極の長さは、前記出力側第１内部電極よりも長くてもよい。

前記入力部と前記出力部とが対向する方向において、前記入力側第１内部電極の前記絶縁部側の端部と、前記入力側第２内部電極の前記絶縁部側の端部との間の距離をＧ１１で表し、前記入力部と前記出力部とが対向する方向において、前記入力側第１内部電極と前記入力側第２内部電極との層間距離をＧ１２で表した場合、Ｇ１１＞Ｇ１２を満たすことが好ましい。

この構成では、入力側第１内部電極と出力側第１内部電極との距離をより大きくできるため、それらの間に形成される浮遊容量を小さくでき、浮遊容量を介して不要な信号が伝達することを抑制できる。

前記入力部と前記出力部とが対向する方向において、前記出力側第１内部電極の前記絶縁部側の端部と、前記出力側第２内部電極の前記絶縁部側の端部との間の距離をＧ２１で表し、前記入力部と前記出力部とが対向する方向において、前記出力側第１内部電極と前記出力側第２内部電極との層間距離をＧ２２で表した場合、Ｇ２１＞Ｇ２２を満たすことが好ましい。

本発明に係る圧電トランスは、分極された入力部、分極された出力部、及び前記入力部と前記出力部との間に配置された絶縁部が形成された圧電体と、前記入力部に設けられ、互いに対向する入力側第１内部電極及び入力側第２内部電極と、前記出力部に設けられ、互いに対向する出力側第１内部電極及び出力側第２内部電極と、を備え、前記入力側第２内部電極は、入力側基準電位に接続される電極であり、前記出力側第２内部電極は、出力側基準電位に接続される電極であり、前記入力側第２内部電極と前記出力側第２内部電極との間に形成される容量は、前記入力側第１内部電極と前記出力側第１内部電極との間に形成される容量よりも大きいことを特徴とする。

この構成では、入力側第１内部電極と出力側第１内部電極との容量結合が弱いため、浮遊容量を介して不要な信号が伝達することを抑制できる。また、入力側第２内部電極と出力側第２内部電極との容量結合は強いため、出力側基準電位をより安定させることができる。

本発明は、２つの圧電トランスを備えた圧電トランスモジュールにおいて、前記圧電トランスは、分極された入力部、分極された出力部、及び前記入力部と前記出力部との間に配置された絶縁部が形成された圧電体と、前記入力部に設けられ、互いに対向する入力側第１内部電極及び入力側第２内部電極と、前記出力部に設けられ、互いに対向する出力側第１内部電極及び出力側第２内部電極と、を備え、前記入力側第２内部電極は、入力側基準電位に接続される電極であり、少なくとも一部が前記入力側第１内部電極よりも前記絶縁部側に位置し、前記出力側第２内部電極は、出力側基準電位に接続される電極であり、少なくとも一部が前記出力側第１内部電極よりも前記絶縁部側に位置し、前記２つの圧電トランスそれぞれの前記入力側第２内部電極は、入力側基準電位に接続される電極であり、前記２つの圧電トランスそれぞれの前記出力側第２内部電極は、出力側基準電位に接続される電極であることを特徴とする。

この構成では、２つの圧電トランスを用いることで、圧電トランスモジュールが扱うことができる電力を大きくすることができる。また、各圧電トランスの入力側第２内部電極と出力側第２内部電極との間に形成される浮遊容量が、入力側基準電位と出力側基準電位との間で並列接続された構成となる。この結果、入力側基準電位と出力側基準電位との電位差を小さくでき、出力側基準電位をより安定させることができる。

前記２つの圧電トランスの一方は、前記圧電体の前記入力部と前記出力部との分極方向が同じであり、前記２つの圧電トランスの他方は、前記圧電体の前記入力部と前記出力部との分極方向が反対である構成でもよい。

この構成では、２つの圧電トランスそれぞれから、互いに逆相の電圧を出力することができる。

本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチング素子をオンオフし、直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路が接続されている入力部、及び、前記入力部に入力される電圧を変圧して出力する出力部を有する圧電トランスと、前記出力部から出力される電圧を整流平滑する出力側整流平滑回路と、を備え、前記圧電トランスは、分極された入力部、分極された出力部、及び前記入力部と前記出力部との間に配置された絶縁部が形成された圧電体と、前記入力部に設けられ、互いに対向する入力側第１内部電極及び入力側第２内部電極と、前記出力部に設けられ、互いに対向する出力側第１内部電極及び出力側第２内部電極と、を備え、前記入力側第２内部電極は、入力側基準電位に接続される電極であり、少なくとも一部が前記入力側第１内部電極よりも前記絶縁部側に位置し、前記出力側第２内部電極は、出力側基準電位に接続される電極であり、少なくとも一部が前記出力側第１内部電極よりも前記絶縁部側に位置していることを特徴とする。

この構成では、不要信号（ノイズ等）の伝搬を抑制できるため、低ノイズの絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを実現できる。

本発明に係るＡＣ−ＤＣコンバータは、交流電圧を直流電圧に変換する入力側整流平滑回路と、スイッチング素子をオンオフし、前記入力側整流平滑回路からの直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング回路と、前記スイッチング回路が接続されている入力部、及び、前記入力部に入力される電圧を変圧して出力する出力部を有する圧電トランスと、前記出力部から出力される電圧を整流平滑する出力側整流平滑回路と、を備え、前記圧電トランスは、分極された入力部、分極された出力部、及び前記入力部と前記出力部との間に配置された絶縁部が形成された圧電体と、前記入力部に設けられ、互いに対向する入力側第１内部電極及び入力側第２内部電極と、前記出力部に設けられ、互いに対向する出力側第１内部電極及び出力側第２内部電極と、を備え、前記入力側第２内部電極は、入力側基準電位に接続される電極であり、少なくとも一部が前記入力側第１内部電極よりも前記絶縁部側に位置し、前記出力側第２内部電極は、出力側基準電位に接続される電極であり、少なくとも一部が前記出力側第１内部電極よりも前記絶縁部側に位置していることを特徴とする。

この構成では、スイッチング素子の切り替えによるノイズの伝搬を抑制できるため、低ノイズの絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータを実現できる。

本発明に係るＡＣアダプタは、商用電源に接続され、前記商用電源からの電圧を入力する商用電源入力部と、前記商用電源入力部から入力される電圧を整流平滑する入力側整流平滑回路と、前記入力側整流平滑回路により整流平滑される電圧を交流電圧に変換するスイッチング回路と、前記スイッチング回路が接続されている入力部、及び、前記入力部に入力される電圧を変圧して出力する出力部を有する圧電トランスと、前記出力部から出力される電圧を整流平滑する出力側整流平滑回路と、前記スイッチング回路を制御するコントローラと、前記商用電源入力部と、前記圧電トランスの前記入力部との間に設けられ、前記コントローラに電力を供給する補助電源回路と、を備え、前記圧電トランスは、分極された入力部、分極された出力部、及び前記入力部と前記出力部との間に配置された絶縁部が形成された圧電体と、前記入力部に設けられ、互いに対向する入力側第１内部電極及び入力側第２内部電極と、前記出力部に設けられ、互いに対向する出力側第１内部電極及び出力側第２内部電極と、を備え、前記入力側第２内部電極は、入力側基準電位に接続される電極であり、少なくとも一部が前記入力側第１内部電極よりも前記絶縁部側に位置し、前記出力側第２内部電極は、出力側基準電位に接続される電極であり、少なくとも一部が前記出力側第１内部電極よりも前記絶縁部側に位置していることを特徴とする。

この構成では、不要信号（ノイズ等）の伝搬を抑制できるため、低ノイズのＡＣアダプタを実現できる。

本発明によれば、圧電トランスの入力部と出力部との間で、浮遊容量を介して不要な信号が伝達することを抑制できる。また、出力側基準電位をより安定させることができ、圧電トランスの出力部に接続される負荷が出力側基準電位を基に動作する場合、その負荷の誤動作を防止できる。

実施形態１に係る圧電トランスの構成を示す図（Ａ）は、実施形態２に係る圧電トランスの構成を示す斜視図、（Ｂ）は、（Ａ）のII−II線での断面図実施形態３に係る圧電トランスモジュールを示す図実施形態４に係る圧電トランスモジュールを示す図実施形態５に係るＡＣアダプタの回路図

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る圧電トランス１の構成を示す図である。

圧電トランス１は直方体形状の圧電体板１０を備えている。圧電体板１０は、例えばＰＺＴ系セラミックスシートが積層されて形成されている。以下では、長手方向をＸ軸方向、幅方向をＹ軸方向、厚み方向をＺ軸方向とする。圧電体板１０には、Ｘ軸方向に沿って、入力領域１０Ａ、出力領域１０Ｂ及び絶縁領域１０Ｃが形成されている。より詳しくは、入力領域１０Ａ及び出力領域１０Ｂは、絶縁領域１０Ｃを挟んで、圧電体板１０の両端部側に設けられている。すなわち、入力領域１０Ａと出力領域１０Ｂとは、絶縁領域１０Ｃにより絶縁されている。

入力領域１０Ａ及び出力領域１０Ｂは、それぞれＸ軸方向に分極されている。分極処理の方法としては、例えば、圧電体板１０を１７０℃の絶縁油中で２ｋＶ／ｍｍの電圧を印加する方法等が挙げられる。なお、分極方向は、入力領域１０Ａと出力領域１０Ｂとで同方向であってもよいし、逆方向であってもよい。

入力領域１０ＡのＺ軸方向に対向する上下面には、入力側第１外部電極１１と、入力側第２外部電極１２とが設けられている。入力側第１外部電極１１は、不図示の交流電圧出力回路が接続され、交流電圧が印加される。入力側第２外部電極１２は、入力側基準電位に接続される。

入力側第１外部電極１１には、複数の面状の入力側第１内部電極１１１，１１２が設けられている。すなわち、入力側第１外部電極１１と入力側第１内部電極１１１，１１２とは同電位である。また、入力側第２外部電極１２には、複数の面状の入力側第２内部電極１２１，１２２が設けられている。すなわち、入力側第２外部電極１２と入力側第２内部電極１２１，１２２とは同電位である。

入力側第１内部電極１１１，１１２と入力側第２内部電極１２１，１２２とは、略同じ大きさであって、分極方向であるＸ軸方向に直交して設けられている。また、入力側第１内部電極１１１，１１２と入力側第２内部電極１２１，１２２とは、Ｘ軸方向に沿って交互に配置されている。詳しくは、Ｘ軸方向に沿って、絶縁領域１０Ｃから、入力側第２内部電極１２１、入力側第１内部電極１１１、入力側第２内部電極１２２、入力側第１内部電極１１２の順に配列されている。

出力領域１０ＢのＺ軸方向に対向する上下面には、出力側第１外部電極１３と、出力側第２外部電極１４とが設けられている。出力側第１外部電極１３には、不図示の負荷が接続される。出力側第２外部電極１４は、出力側基準電位に接続される。なお、出力側第１外部電極１３に接続される負荷は、出力側基準電位を基準に動作する。また、出力側基準電位と入力側基準電位とは異なる。

出力側第１外部電極１３には、複数の面状の出力側第１内部電極１３１〜１３４が接続されている。すなわち、出力側第１外部電極１３と出力側第１内部電極１３１〜１３４とは同電位である。また、出力側第２外部電極１４には、複数の面状の出力側第２内部電極１４１〜１４４が接続されている。すなわち、出力側第２外部電極１４と出力側第２内部電極１４１〜１４４とは同電位である。

出力側第１内部電極１３１〜１３４と出力側第２内部電極１４１〜１４４とは、略同じ大きさであって、分極方向であるＸ軸方向に直交して設けられている。また、出力側第１内部電極１３１〜１３４と出力側第２内部電極１４１〜１４４とは、Ｘ方向に沿って交互に配置されている。詳しくは、Ｘ方向に沿って、絶縁領域１０Ｃから、出力側第２内部電極１４１、出力側第１内部電極１３１、出力側第２内部電極１４２、出力側第１内部電極１３２、出力側第２内部電極１４３、出力側第１内部電極１３３、出力側第２内部電極１４４、出力側第１内部電極１３４の順に配列されている。

この構成の圧電トランス１において、入力側第１外部電極１１と入力側第２外部電極１２との間に電圧が印加されると、入力側第１内部電極１１１，１１２と、入力側第２内部電極１２１，１２２との間に電界が生じる。すなわち、入力領域１０Ａには分極方向に電界が加えられる。このとき、例えば、入力側第１内部電極１１１と入力側第２内部電極１２２との間と、入力側第１内部電極１１２と入力側第２内部電極１２２との間とは互いに反対方向に分極する。そして、逆圧電効果により分極方向、すなわち、圧電体板１０のＸ軸方向に縦振動が励振される。

縦振動が励振されると、出力領域１０ＢではＸ軸方向（分極方向）に機械的歪みが生じ、圧電縦効果により分極方向に電位差が発生する。すなわち、出力側第１内部電極１３１〜１３４と出力側第２内部電極１４１〜１４４との間に電位差が生じる。このとき、例えば、出力側第１内部電極１３１と出力側第２内部電極１４１との間と、出力側第１内部電極１３１と出力側第２内部電極１４２との間とは互いに反対方向に分極する。そして、出力側第１外部電極１３から低電圧が出力される。

この圧電トランス１では、入力領域１０Ａと出力領域１０Ｂとの絶縁性を確保し、入力側第１内部電極１１１と出力側第１内部電極１３１との間でノイズ等の不要信号が伝搬されることを抑えることができる。以下、その理由について説明する。

対向する入力側第１内部電極１１１と出力側第１内部電極１３１との間には、入力側第２内部電極１２１と出力側第２内部電極１４１とが介在している。この入力側第２内部電極１２１及び出力側第２内部電極１４１により、入力側第１内部電極１１１と出力側第１内部電極１３１との間に浮遊容量が形成されることを抑制している。

仮に、入力側第１内部電極１１１と出力側第１内部電極１３１との間に浮遊容量が形成された場合、２つの電極１２１，１４１は容量結合する。このため、入力側第１外部電極１１に印加される交流電圧にノイズ等の不要信号が重畳していると、容量結合を介して、入力側第１内部電極１１１から出力側第１内部電極１３１へ不要信号が伝搬される。そして、出力側第１内部電極１３１と同電位の出力側第１外部電極１３から、出力側第１外部電極１３に接続される負荷へ、不要信号が出力される。

そこで、前記の構成として、入力側第１内部電極１１１と出力側第１内部電極１３１との間の浮遊容量の発生を抑制することで、入力側第１内部電極１１１と出力側第１内部電極１３１との間でノイズ等の不要信号が伝搬されることを抑えることができる。

また、この圧電トランス１は、出力側基準電位の変動を抑えることができる。以下、その理由について説明する。

例えば、入力側基準電位がグランドであり、入力側基準電位と出力側基準電位とに電位差が生じる場合、出力側基準電位は、入力側基準電位（グランド）から見て浮いた状態となる。この状態で、出力側第１外部電極１３に接続される負荷をユーザが触れた（操作した）場合、ユーザ及びグランドを介して電流が流れるため出力側基準電位が変動することがある。この場合、出力側第１外部電極１３に接続される負荷の誤動作の原因となる。

そこで、本実施形態では、入力側第２内部電極１２１と出力側第２内部電極１４１との間の距離を、入力側第１内部電極１１１と出力側第１内部電極１３１との距離よりも短くなるよう配置している。これにより、入力側第２内部電極１２１と出力側第２内部電極１４１との間には、浮遊容量Ｃ１が形成される。この浮遊容量Ｃ１により、入力側第２内部電極１２１と出力側第２内部電極１４１とは容量結合し、入力側第２外部電極１２と出力側第２外部電極１４との間にかかる交流的な電位差は小さくなる。すなわち、出力側基準電位は安定化される。その結果、前記した、出力側第１外部電極１３に接続される負荷の誤動作を防止できる。

なお、本実施形態に係る圧電トランス１は、入力側第２内部電極１２１と出力側第２内部電極１４１との距離が、入力側第１内部電極１１１と出力側第１内部電極１３１との距離よりも短くなるように構成しているが、これに限定されない。入力側第２内部電極１２１と出力側第２内部電極１４１との間に形成される浮遊容量が、入力側第１内部電極１１１と出力側第１内部電極１３１との間に形成される浮遊容量よりも大きくなるように構成されていればよい。

（実施形態２）
図２（Ａ）は、実施形態２に係る圧電トランス２の構成を示す斜視図であり、図２（Ｂ）は、（Ａ）のII−II線での断面図である。

圧電トランス２は直方体形状の圧電体板２０を備えている。圧電体板２０は、例えばＰＺＴ系セラミックスシートが積層されて形成されている。以下では、長手方向をＸ軸方向、幅方向をＹ軸方向、厚み方向をＺ軸方向とする。圧電体板２０には、Ｘ軸方向に沿って、入力領域２０Ａ、出力領域２０Ｂ及び絶縁領域２０Ｃが形成されている。より詳しくは、入力領域２０Ａ及び出力領域２０Ｂは、絶縁領域２０Ｃを挟んで、圧電体板２０の両端部側に設けられている。すなわち、入力領域２０Ａと出力領域２０Ｂとは絶縁されている。

入力領域２０Ａ及び出力領域２０Ｂは、それぞれＺ軸方向に分極されている。

入力領域２０ＡのＹ軸方向に対向する両側面には、入力側第１外部電極２１と、入力側第２外部電極２２とが設けられている。入力側第１外部電極２１には、不図示の交流電圧出力回路が接続され、交流電圧が印加される。入力側第２外部電極２２は、入力側基準電位に接続される。

入力側第１外部電極２１には、複数の面状の入力側第１内部電極２１１が接続されている。すなわち、入力側第１外部電極１１と入力側第１内部電極２１１とは同電位である。また、入力側第２外部電極２２には、複数の面状の入力側第２内部電極２２１が接続されている。すなわち、入力側第２外部電極２２と入力側第２内部電極２２１とは同電位である。

入力側第１内部電極２１１と入力側第２内部電極２２１とは、分極方向であるＺ軸方向に直交して設けられている。また、入力側第１内部電極２１１と入力側第２内部電極２２１とは、Ｚ軸方向に沿って交互に配置されている。Ｘ軸方向における入力側第２内部電極２２１の長さは、入力側第１内部電極２１１の長さよりも長い。そして、Ｘ方向において、入力側第２内部電極２２１は、入力側第１内部電極２１１よりも絶縁領域２０Ｃ側に位置している。

ここで、Ｘ方向における絶縁領域２０Ｃ側の入力側第１内部電極２１１の端部から、入力側第２内部電極２２１の端部までの距離をＧ１１、入力側第１内部電極２１１と入力側第２内部電極２２１との層間距離をＧ１２でそれぞれ表すと、Ｇ１１＞Ｇ１２を満たすよう、入力側第１内部電極２１１と入力側第２内部電極２２１とは設けられている。

出力領域１０ＢのＺ軸方向に対向する上下面には、出力側第１外部電極２３と、出力側第２外部電極２４とが設けられている。出力側第１外部電極２３に
は、不図示の負荷が接続される。出力側第２外部電極２４は、出力側基準電位に接続される。なお、出力側第１外部電極２３に接続される負荷は、出力側基準電位を基準に動作する。また、出力側基準電位と入力側基準電位とは異なる。

出力側第１外部電極２３には、複数の面状の出力側第１内部電極２３１が設けられている。すなわち、出力側第１外部電極２３と出力側第１内部電極２３１とは同電位である。また、出力側第２外部電極２４には、複数の面状の出力側第２内部電極２４１が設けられている。すなわち、出力側第２外部電極２４と出力側第２内部電極２４１とは同電位である。

出力側第１内部電極２３１と出力側第２内部電極２４１とは、分極方向であるＺ軸方向に直交して設けられている。また、出力側第１内部電極２３１と出力側第２内部電極２４１とは、Ｚ軸方向に沿って交互に配置されている。Ｘ軸方向における出力側第２内部電極２４１の長さは、出力側第１内部電極２３１の長さよりも長い。そして、Ｘ方向において、出力側第２内部電極２４１は、出力側第１内部電極２３１よりも絶縁領域２０Ｃ側に位置している。

なお、出力側第２内部電極２４１は、入力側第２内部電極２２１と同一層に形成されている。すなわち、入力側第２内部電極２２１と出力側第２内部電極２４１とは同一平面上に位置している。

ここで、Ｘ方向における絶縁領域２０Ｃ側の出力側第１内部電極２３１の端部から、出力側第２内部電極２４１の端部までの距離をＧ２１、出力側第１内部電極２３１と出力側第２内部電極２４１との層間距離をＧ２２でそれぞれ表すと、Ｇ２１＞Ｇ２２を満たすよう、出力側第１内部電極２３１と出力側第２内部電極２４１とは設けられている。

この構成の圧電トランス２において、入力側第１外部電極２１に電圧が印加されると、入力側第１外部電極２１と同電位の入力側第１内部電極２１１と、入力側第２内部電極２２１との間に電界が生じる。すなわち、入力領域２０Ａには分極方向に電界が加えられる。そして、逆圧電効果により分極方向に直交する方向、すなわち、圧電体板２０のＸ軸方向に振動が励振される。

Ｘ軸方向に振動が励振されると、出力領域２０ＢではＺ軸方向（分極方向）に機械的歪みが生じ、圧電横効果により分極方向に電位差が発生する。この電位差により出力領域２０Ｂが低電圧部となり、出力側第１外部電極２３から低電圧が出力される。

そして、実施形態１での説明と同様に、入力側第１内部電極２１１と出力側第１内部電極２３１との距離を離して、その間に形成される浮遊容量を小さくすることで、電極２１１，２３１の結合を防ぐことができる。これにより、入力側第１内部電極２１１と出力側第１内部電極２３１との間でノイズ等の不要信号が伝搬されることを抑えることができる。また、入力側第１内部電極２１１と出力側第１内部電極２３１とは、面で対向しないため、形成される浮遊容量をより小さくでき、電極２１１，２３１の結合を防ぐことができる。

また、入力側第２内部電極２２１と出力側第２内部電極２４１との間には浮遊容量Ｃ２が形成される。電極２２１，２４１は同一平面上に形成され、それらの間には浮遊容量Ｃ２が形成される。この浮遊容量Ｃ２により、入力側第２内部電極２２１と出力側第１内部電極２３１とは容量結合し、入力側第２外部電極２２と出力側第２外部電極２４との間にかかる交流的な電位差は小さくなる。すなわち、出力側基準電位は安定化される。その結果、前記した、出力側第１外部電極２３に接続される負荷の誤動作を防止できる。

（実施形態３）
実施形態３では、２つの圧電トランスを備えた圧電トランスモジュールについて説明する。

図３は、実施形態３に係る圧電トランスモジュール３を示す図である。

圧電トランスモジュール３は、入力部３１，３２と、出力部３３，３４とを備えている。入力部３１には交流電圧が入力される。入力部３２は、入力側基準電位に接続される。出力部３３は、不図示の負荷に接続され、出力部３４は出力側基準電位に接続される。

圧電トランスモジュール３は、実施形態１に係る圧電トランス１を２つ備えている。図３に示す矢印は、分極方向を示す。図示のように、圧電トランス１の入力側（図１の入力領域１０Ａ）と出力側（図１の出力領域１０Ｂ）とは同方向に分極されている。

２つの圧電トランス１それぞれの入力側第１外部電極１１は入力部３１に接続されている。また、入力側第２外部電極１２は入力部３２に接続されている。すなわち、圧電トランス１の入力側は、入力部４１に対し並列接続された構成となり、２つの圧電トランス１それぞれには、同じ大きさの電圧が印加される。これにより、２つの圧電トランス１はバランスよく駆動する。

また、圧電トランス１の出力側第１外部電極１３は出力部３３に接続され、出力側第２外部電極１４は出力部３４に接続されている。

この構成の圧電トランスモジュール３において、入力部３１から交流電圧が入力されると、圧電トランス１の入力側第１外部電極１１に電圧が印加され、出力側第１外部電極１３から低電圧が出力される。そして、出力部３３に接続される負荷へ、電圧が出力される。

実施形態１で説明したように、圧電トランス１の入力側第１外部電極１１と出力側第１外部電極１３と容量結合を抑制することで、絶縁性を確保して、入力側第１外部電極１１と出力側第１外部電極１３との間でノイズ等の不要信号が伝搬されることを抑えることができる。すなわち、入力部３１から入力される交流電圧にノイズ等の不要信号が重畳していても、出力部３３から出力されることはない。これにより、出力部３３に接続される負荷の誤動作を防止できる。

また、実施形態１で説明したように、圧電トランス１の入力側第２外部電極１２と出力側第２外部電極１４とは、浮遊容量Ｃ１により容量結合するため、出力側基準電位は入力側基準電位と交流的に略同電位となる。これにより、出力側基準電位の変動を抑えることができ、出力側基準電位は安定する。

さらに、本実施形態では、入力部３２と出力部３４との間で、浮遊容量Ｃ１が並列接続された構成となる。これにより、入力側基準電位と出力側基準電位との電位差を小さくできるため、出力側基準電位はより安定する。

また、圧電トランスモジュール３は２つの圧電トランス１を用いることで、圧電トランスモジュール３が扱うことができる電力を大きくすることができる。

（実施形態４）
図４は、実施形態４に係る圧電トランスモジュール４を示す図である。

圧電トランスモジュール４は、入力部４１，４２と、出力部４３，４４，４５とを備えている。入力部４１には交流電圧が入力される。入力部４２は、入力側基準電位に接続される。出力部４３，４４は、不図示の負荷に接続され、出力部４５は出力側基準電位に接続される。

圧電トランスモジュール４は、圧電トランス１，１Ａを備えている。圧電トランス１Ａは、圧電トランス１と略同じ構成であるが、分極方向（図３に示す矢印）が異なっている。詳しくは、圧電トランス１Ａの入力側（図１の入力領域１０Ａ）と出力側（図１の出力領域１０Ｂ）は反対方向に分極されている。

圧電トランス１，１Ａそれぞれの入力側第１外部電極１１は入力部４１に接続されている。また、入力側第２外部電極１２は入力部４２に接続されている。すなわち、圧電トランス１の入力側は、入力部４１に対し並列接続された構成となり、２つの圧電トランス１，１Ａそれぞれには、同じ大きさの電圧が印加される。これにより、圧電トランス１，１Ａはバランスよく駆動する。

また、圧電トランス１の出力側第１外部電極１３は出力部４３に接続され、圧電トランス１Ａの出力側第１外部電極１３は出力部４４に接続されている。圧電トランス１，１Ａそれぞれの出力側第２外部電極１４は出力部４５に接続されている。

この構成の圧電トランスモジュール４において、入力部４１から交流電圧が入力されると、圧電トランス１，１Ａの入力側第１外部電極１１に電圧が印加され、出力側第１外部電極１３から低電圧が出力される。このとき、圧電トランス１，１Ａの出力側の分極方向は反対であるため、圧電トランス１，１Ａそれぞれの出力側第１外部電極１３からは、逆相の電圧が出力される。すなわち、圧電トランスモジュール４は差動電圧を出力することができる。

また、本実施形態に係る圧電トランスモジュール４では、実施形態３と同様に、入力部４１から入力される交流電圧にノイズ等の不要信号が重畳していても、出力部４３，４４から出力されることはない。これにより、出力部３３に接続される負荷の誤動作を防止できる。さらに、本実施形態に係る圧電トランスモジュール４では、出力側基準電位の変動を抑えることができ、出力側基準電位を安定させることができる。

また、本実施形態では、入力部３２と出力部３４との間で、浮遊容量Ｃ１が並列接続された構成となる。これにより、入力側基準電位と出力側基準電位との電位差を小さくできるため、出力側基準電位はより安定する。

さらに、圧電トランスモジュール４は２つの圧電トランス１，１Ａを用いることで、圧電トランスモジュール４が扱うことができる電力を大きくすることができる。

（実施形態５）
図５は、実施形態５に係るＡＣアダプタ５の回路図である。

ＡＣアダプタ５は、商用電源１００に接続され、商用電源１００から交流電圧を入力する入力部ＩＮ１，ＩＮ２と、負荷ＲＬが接続され、その負荷ＲＬへ直流電圧を出力する出力部ＯＵＴ１，ＯＵＴ２とを備えている。入力部ＩＮ１，ＩＮ２は、本発明に係る「商用電源入力部」に相当する。

入力部ＩＮ１，ＩＮ２には、ダイオードブリッジＤＢ１１が接続されている。ダイオードブリッジＤＢ１１の出力側には、平滑コンデンサＣ１１が接続されている。入力部ＩＮ１，ＩＮ２から入力される交流電圧は、ダイオードブリッジＤＢ１１及び平滑コンデンサＣ１１によって、整流平滑される。ダイオードブリッジＤＢ１１及び平滑コンデンサＣ１１は、本発明に係る「入力側整流平滑回路」に相当する。

ダイオードブリッジＤＢ１１及び平滑コンデンサＣ１１には、直列接続されたスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が接続されている。図５では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はｎ型ＭＯＳ−ＦＥＴとしているが、ＩＧＢＴ又はバイポーラトランジスタ等であってもよい。ダイオードブリッジＤＢ１１等で整流平滑された電圧は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングにより、矩形波の電圧に変換される。直列接続されたスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、本発明に係る「スイッチング回路」に相当する。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートには、コントローラ５１が接続されている。コントローラ５１は、フィードバック制御により、出力部ＯＵＴ１，ＯＵＴ２に接続される負荷ＲＬの軽重を視て、それに応じて、負荷ＲＬへの供給電圧が一定となるように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数を設定する。コントローラ５１は、ゲート電圧を生成してスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に印加し、設定した周期でスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオンオフする。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２には、実施形態１に係る圧電トランス１が接続されている。圧電トランス１の入力側第１外部電極１１は、インダクタＬ１１を介して、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点に接続されている。圧電トランス１の入力側第２外部電極１２は、後述の基準電位（グランド）に接続されている。

圧電トランス１の出力側第１外部電極１３は、ダイオードＤ１１に接続されている。ダイオードＤ１１には平滑コンデンサＣ１２が接続され、さらに、出力部ＯＵＴ１に接続されている。ダイオードＤ１１及び平滑コンデンサＣ１２は、「出力側整流平滑回路」に相当する。

圧電トランス１の入力側第１外部電極１１と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２との間に設けられたインダクタＬ１１には補助巻線５３が付加されている。この補助巻線５３の出力電圧は、補助電源回路５２によって整流平滑され、コントローラ５１用の直流電源電圧が生成される。これにより、コントローラ５１は動作する。

このＡＣアダプタ５は、圧電トランス１を用いて小型化を実現している。そして、圧電トランス１は、実施形態１で説明したように、入力側と出力側との間でノイズ等の不要信号が伝搬されることを抑えることができる。したがって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２からスイッチングノイズが出力された場合であっても、そのノイズが負荷ＲＬへ出力されるおそれを回避できる。また、出力側基準電位を入力側基準電位に固定して、出力側基準電位を安定させることができるため、負荷ＲＬの誤動作を防ぐことができる。

なお、図５において、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング回路、圧電トランス１、ダイオードＤ１１、平滑コンデンサＣ１２からなる回路は、本発明に係る「ＤＣ−ＤＣコンバータ」に相当する。また、ダイオードブリッジＤＢ１１、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング回路、圧電トランス１、ダイオードＤ１１、平滑コンデンサＣ１２からなる回路は、本発明に係る「ＡＣ−ＤＣコンバータ」に相当する。

Ｃ１…浮遊容量
Ｃ１１…平滑コンデンサ
Ｃ１２…平滑コンデンサ
Ｃ１３…キャパシタ
Ｃ１４，Ｃ１５…出力コンデンサ
Ｃ２…浮遊容量
Ｄ１１，Ｄ１２…ダイオード
ＤＢ１１…ダイオードブリッジ
ＩＮ１，ＩＮ２…入力部
Ｌ１１，Ｌ１２…インダクタ
ＯＵＴ１，ＯＵＴ２…出力部
Ｑ１，Ｑ２…スイッチング素子
ＲＬ…負荷
１，１Ａ…圧電トランス
２…圧電トランス
３，４…圧電トランスモジュール
５…ＡＣアダプタ
１０…圧電体板
１０Ａ…入力領域
１０Ｂ…出力領域
１０Ｃ…絶縁領域
１１…入力側第１外部電極
１２…入力側第２外部電極
１３…出力側第１外部電極
１４…出力側第２外部電極
２０…圧電体板
２０Ａ…入力領域
２０Ｂ…出力領域
２０Ｃ…絶縁領域
２１…入力側第１外部電極
２２…入力側第２外部電極
２３…出力側第１外部電極
２４…出力側第２外部電極
３１，３２…入力部
３３，３４…出力部
４１，４２…入力部
４３，４４，４５…出力部
５１…コントローラ
５２…補助電源回路
１００…商用電源
１１１，１１２…入力側第１内部電極
１２１，１２２…入力側第２内部電極
１３１，１３２，１３３，１３４…出力側第１内部電極
１４１，１４２，１４３，１４４…出力側第２内部電極
２１１…入力側第１内部電極
２２１…入力側第２内部電極
２２２…入力側第２外部電極
２３１…出力側第１内部電極
２４１…出力側第２内部電極

Claims

分極された入力部、分極された出力部、及び前記入力部と前記出力部との間に配置された絶縁部が形成された圧電体と、
前記入力部に設けられ、互いに対向する入力側第１内部電極及び入力側第２内部電極と、
前記出力部に設けられ、互いに対向する出力側第１内部電極及び出力側第２内部電極と、
を備え、
前記入力側第２内部電極は、
入力側基準電位に接続される電極であり、少なくとも一部が前記入力側第１内部電極よりも前記絶縁部側に位置し、
前記出力側第２内部電極は、
出力側基準電位に接続される電極であり、少なくとも一部が前記出力側第１内部電極よりも前記絶縁部側に位置し、
前記入力部及び前記出力部は、
前記入力部と前記出力部とが対向する方向に直交する方向に分極されていて、
前記入力側第１内部電極、前記入力側第２内部電極、前記出力側第１内部電極及び前記出力側第２内部電極は、
それぞれ主面を有する面状電極であり、前記入力部と前記出力部とが対向する方向に対し前記主面が平行に配置されている、
圧電トランス。
前記入力部と前記出力部とが対向する方向における前記入力側第２内部電極の長さは、前記入力側第１内部電極よりも長い、
請求項１に記載の圧電トランス。
前記入力部と前記出力部とが対向する方向における前記出力側第２内部電極の長さは、前記出力側第１内部電極よりも長い、
請求項１または２に記載の圧電トランス。
前記入力部と前記出力部とが対向する方向において、前記入力側第１内部電極の前記絶縁部側の端部と、前記入力側第２内部電極の前記絶縁部側の端部との間の距離をＧ１１で表し、
前記入力部と前記出力部とが対向する方向において、前記入力側第１内部電極と前記入力側第２内部電極との層間距離をＧ１２で表した場合、
Ｇ１１＞Ｇ１２を満たす、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電トランス。
前記入力部と前記出力部とが対向する方向において、前記出力側第１内部電極の前記絶縁部側の端部と、前記出力側第２内部電極の前記絶縁部側の端部との間の距離をＧ２１で表し、
前記入力部と前記出力部とが対向する方向において、前記出力側第１内部電極と前記出力側第２内部電極との層間距離をＧ２２で表した場合、
Ｇ２１＞Ｇ２２を満たす、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電トランス。
前記入力側第２内部電極と前記出力側第２内部電極との間に形成される容量は、前記入力側第１内部電極と前記出力側第１内部電極との間に形成される容量よりも大きい、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電トランス。
スイッチング素子をオンオフし、直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路が接続されている入力部、及び、前記入力部に入力される電圧を変圧して出力する出力部を有する圧電トランスと、
前記出力部から出力される電圧を整流平滑する出力側整流平滑回路と、
を備え、
前記圧電トランスは、
分極された入力部、分極された出力部、及び前記入力部と前記出力部との間に配置された絶縁部が形成された圧電体と、
前記入力部に設けられ、互いに対向する入力側第１内部電極及び入力側第２内部電極と、
前記出力部に設けられ、互いに対向する出力側第１内部電極及び出力側第２内部電極と、
を備え、
前記入力側第２内部電極は、
入力側基準電位に接続される電極であり、少なくとも一部が前記入力側第１内部電極よりも前記絶縁部側に位置し、
前記出力側第２内部電極は、
出力側基準電位に接続される電極であり、少なくとも一部が前記出力側第１内部電極よりも前記絶縁部側に位置し、
前記入力部及び前記出力部は、
前記入力部と前記出力部とが対向する方向に直交する方向に分極されていて、
前記入力側第１内部電極、前記入力側第２内部電極、前記出力側第１内部電極及び前記出力側第２内部電極は、
それぞれ主面を有する面状電極であり、前記入力部と前記出力部とが対向する方向に対し前記主面が平行に配置されている、
ＤＣ−ＤＣコンバータ。
交流電圧を直流電圧に変換する入力側整流平滑回路と、
スイッチング素子をオンオフし、前記入力側整流平滑回路からの直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路が接続されている入力部、及び、前記入力部に入力される電圧を変圧して出力する出力部を有する圧電トランスと、
前記出力部から出力される電圧を整流平滑する出力側整流平滑回路と、
を備え、
前記圧電トランスは、
分極された入力部、分極された出力部、及び前記入力部と前記出力部との間に配置された絶縁部が形成された圧電体と、
前記入力部に設けられ、互いに対向する入力側第１内部電極及び入力側第２内部電極と、
前記出力部に設けられ、互いに対向する出力側第１内部電極及び出力側第２内部電極と、
を備え、
前記入力側第２内部電極は、
入力側基準電位に接続される電極であり、少なくとも一部が前記入力側第１内部電極よりも前記絶縁部側に位置し、
前記出力側第２内部電極は、
出力側基準電位に接続される電極であり、少なくとも一部が前記出力側第１内部電極よりも前記絶縁部側に位置し、
前記入力部及び前記出力部は、
前記入力部と前記出力部とが対向する方向に直交する方向に分極されていて、
前記入力側第１内部電極、前記入力側第２内部電極、前記出力側第１内部電極及び前記出力側第２内部電極は、
それぞれ主面を有する面状電極であり、前記入力部と前記出力部とが対向する方向に対し前記主面が平行に配置されている、
ＡＣ−ＤＣコンバータ。
商用電源に接続され、前記商用電源からの電圧を入力する商用電源入力部と、
前記商用電源入力部から入力される電圧を整流平滑する入力側整流平滑回路と、
前記入力側整流平滑回路により整流平滑される電圧を交流電圧に変換するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路が接続されている入力部、及び、前記入力部に入力される電圧を変圧して出力する出力部を有する圧電トランスと、
前記出力部から出力される電圧を整流平滑する出力側整流平滑回路と、
前記スイッチング回路を制御するコントローラと、
前記商用電源入力部と、前記圧電トランスの前記入力部との間に設けられ、前記コントローラに電力を供給する補助電源回路と、
を備え、
前記圧電トランスは、
分極された入力部、分極された出力部、及び前記入力部と前記出力部との間に配置された絶縁部が形成された圧電体と、
前記入力部に設けられ、互いに対向する入力側第１内部電極及び入力側第２内部電極と、
前記出力部に設けられ、互いに対向する出力側第１内部電極及び出力側第２内部電極と、
を備え、
前記入力側第２内部電極は、
入力側基準電位に接続される電極であり、少なくとも一部が前記入力側第１内部電極よりも前記絶縁部側に位置し、
前記出力側第２内部電極は、
出力側基準電位に接続される電極であり、少なくとも一部が前記出力側第１内部電極よりも前記絶縁部側に位置し、
前記入力部及び前記出力部は、
前記入力部と前記出力部とが対向する方向に直交する方向に分極されていて、
前記入力側第１内部電極、前記入力側第２内部電極、前記出力側第１内部電極及び前記出力側第２内部電極は、
それぞれ主面を有する面状電極であり、前記入力部と前記出力部とが対向する方向に対し前記主面が平行に配置されている、
ＡＣアダプタ。