JPH08214566A - 圧電トランス駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧電トランスを用いた高電圧発生装置におい
て、圧電トランスからの高電圧を圧電トランス駆動回路
へ帰還する高耐圧帰還コンデンサに関し、そのコストを
抑える。 【構成】 セラミック基板９上に形成された駆動回路４
と、この駆動回路４によって駆動される圧電トランス５
とにより高電圧発生装置が構成される。帰還コンデンサ
８が、圧電トランス５から出力される交流高電圧を駆動
回路４に帰還する。この帰還コンデンサ８は、駆動回路
４と同一のセラミック基板９の両面に形成されたパター
ン電極１４より構成されるが、このパターン電極１４
は、駆動回路４の導体パターン１３の形成時に同時に作
られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電トランスを用いた
高電圧発生装置における圧電トランスの駆動回路に関す
る。この種の高電圧発生装置は、放電管の電源のごと
き、高電圧の交流電源として好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電トランスを有する高電圧発生装置に
おいては、圧電トランスの共振周波数に対応した周波数
の自己発振を駆動回路（を構成する発振回路）に生じせ
しめ、安定した動作状態を確保する必要がある。そのた
め、圧電トランスの出力側と発振回路の間に帰還回路を
設け、帰還回路中の高耐電圧素子により出力信号の一部
を発振回路にフィードバックさせていた。

【０００３】通常は、この帰還用素子として、実開昭６
３−２０１３６２号公報に示されるごとく高耐電圧コン
デンサが使用されていた。例えば、数十ＫＨｚ〜百数十
ＫＨｚの数ＫＶ程度の出力を発する圧電トランスの場
合、数ＰＦ程度で耐圧１０ＫＶ程度の帰還コンデンサを
用いている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、帰還用
の高耐電圧コンデンサは特殊なもので、高価であり、こ
のコンデンサを使用することで、高電圧発生装置のコス
トが上がってしまうという問題があった。

【０００５】本発明は、このような背景に基づいてなさ
れたものであり、その目的とするところは、圧電トラン
スを用いた高電圧発生装置において、圧電トランスから
の高電圧を圧電トランス駆動回路へ帰還する高耐圧帰還
コンデンサを、低コストで実現することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の第１の側面は、圧電トランスの駆動回路
であって、セラミック基板上に形成されたおり、そし
て、圧電トランスからの交流高電圧を帰還する高耐圧の
帰還コンデンサが、セラミック基板とその両面に形成さ
れたパターン電極よりなることを特徴とする。

【０００７】また、本発明の第２の側面は、上述の構成
の圧電トランス駆動回路において、帰還コンデンサと駆
動回路の他の素子間の距離が、帰還コンデンサに加わる
高電圧による絶縁破壊のおそれのない十分な長い距離で
あることを特徴とする。

【０００８】また、本発明の第３の側面は、第２の側面
の圧電トランス駆動回路において、さらに、帰還コンデ
ンサが、セラミック基板の端部に配置されていることを
特徴とする。

【０００９】また、本発明の第４の側面は、第１の側面
の圧電トランス駆動回路において、セラミック基板の両
面に駆動回路の構成素子が配置されていることを特徴と
する。

【００１０】また、本発明の第５の側面は、第１の側面
の圧電トランス駆動回路において、帰還コンデンサに対
して、より近くに配置される駆動回路の他の構成素子
が、低インピーダンスの素子であることを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明の第１の側面においては、高耐圧帰還コ
ンデンサが駆動回路と同一のセラミック基板とその両面
に形成されたパターン電極よりなるものであり、これは
セラミック基板上に駆動回路の導体パターンを形成する
時に同時に作り込むことができる。従って、市販されて
いる高耐電圧コンデンサを必要としない。

【００１２】また第２の側面においては、帰還コンデン
サと駆動回路の他の素子間の距離が十分に長く取られて
いるので、両者間の絶縁破壊が防止され、他の素子が保
管される。

【００１３】また第３の側面においては、帰還コンデン
サがセラミック基板の端部（又は縁部）に配置される。
そのため、帰還コンデンサを他の素子から十分に離した
レイアウトで回路設計する際、配線に気をつかわず容易
な配線で設計することができる。

【００１４】また第４の側面においては、セラミック基
板の両面に駆動回路構成素子を分配して、セラミック基
板の小型化を図っている。

【００１５】また第５の側面においては、低インピーダ
ンスの素子は高インピーダンスの素子に比べてノイズの
影響を受けにくいことを考慮して、前者を後者より帰還
コンデンサの近くに配置することで、帰還コンデンサか
ら駆動回路の他の素子へのノイズの影響を抑えている。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を基に詳細
に説明する。

【００１７】図１は圧電トランスを用いた高電圧発生回
路の一例の回路図である。

【００１８】この図において、１は発振回路を構成する
ためのオペアンプＩＣである。このＩＣ１と、このＩＣ
１に接続された抵抗Ｒ１〜Ｒ５およびコンデンサＣ１〜
Ｃ３等の周辺素子によって発振回路が構成されている。
またＩＣ１の出力段には電流増幅用の出力トランジスタ
２（Ｑ１）、３（Ｑ２）が設けられている。この出力ト
ランジスタ２、３と、出力調整用の可変抵抗ＶＲおよび
抵抗Ｒ６〜Ｒ８等によって出力回路が構成されている。

【００１９】なお、以下の実施例の説明に限り、この出
力回路と前述の発振回路とを合せて駆動回路４と呼び、
後述する帰還コンデンサ８と区別する（本来は、帰還コ
ンデンサ８も含めて駆動回路という）。

【００２０】５は駆動回路４によって駆動される圧電ト
ランス（ＰＴ）であり、圧電トランス５の出力端子６と
アース間には例えば、放電管などの負荷７が接続されて
いる。また、出力端子６とＩＣ１の＋入力との間には、
帰還コンデンサ（ＣＦ）８が設けられており、出力端子
６に得られた交流高電圧をＩＣ１の入力側に帰還させる
ようになっている。周知のごとくこの帰還により、駆動
回路４を安定した周波数で動作させることができる。な
お、圧電トランス５の駆動周波数は例えば、５０ｋＨｚ
から１５０ｋＨｚの間の値、出力電力は例えば、３ｋＶ
であり、帰還コンデンサ８の容量は例えば、２ＰＦ程度
である。

【００２１】このような高電圧発生装置において、直流
電圧ＶＩは駆動回路４で交流に変換され、さらに増幅さ
れて圧電トランス５の励振用電極に印加される。駆動回
路４によって駆動された圧電トランス５の出力端子６に
は交流の高電圧が得られ、これが負荷７に印加される。

【００２２】図２は本発明の一実施例に係る高電圧発生
装置の外観斜視図である。

【００２３】駆動回路４は、セラミック基板９上に混成
集積回路として形成され、その導体パターンの形成時に
帰還コンデンサ８も同じセラミック基板の上に同時に作
り込まれている。即ち、帰還コンデンサ８は、その電極
がセラミック基板９の両面に導体パターンの一部として
形成されたものである。なお、本実施例ではセラミック
基板９としてアルミナ基板を採用している。

【００２４】この薄板状のセラミック基板９と、同じく
薄板状の圧電トランス５は、平行に起立させた状態で基
台１０に保持されている。

【００２５】図３は本実施例のセラミック基板の外観斜
視図である。

【００２６】この図において、回路素子群１１は図１に
示したＩＣ１と共に発振回路を形成する素子群（抵抗Ｒ
１〜Ｒ５、コンデンサＣ１〜Ｃ３）を示している。尚、
これら発振回路の構成素子１１は、出力回路を構成する
トランジスタ２、３等の素子に比べて高インピーダンス
である。

【００２７】レイアウト上の工夫点について述べる。

【００２８】まず、帰還コンデンサ８と駆動回路４との
距離ｄは、帰還コンデンサ８に加わる高電圧により帰還
コンデンサ８と駆動回路４との間の絶縁破壊が生じるお
それのない十分長い距離にする。なお、絶縁破壊が生じ
るおそれがあるか否かは後述する図４の保護コートの耐
圧特性を考慮して決める。

【００２９】また、帰還コンデンサ８をセラミック基板
９の端部（又は縁部）に配置している。これは、帰還コ
ンデンサ８がセラミック基板９の中央付近にあると、距
離ｄを十分長くした配置を実現する上で、配線が面倒に
なるが、端部なら、距離ｄを十分長くでき、かつ配線も
容易になるからである。

【００３０】次に、帰還コンデンサ８から駆動回路４へ
のノイズの影響をできるだけ無くすために、帰還コンデ
ンサ８に近い位置には低インピーダンスの素子（例え
ば、出力トランジスタ２、３等）を配置し、遠い位置に
は高インピーダンスの素子（例えば、素子群１１）を配
置している。これは、低インピーダンスの素子ほどノイ
ズの影響を受けにくいという特性を利用したものであ
る。

【００３１】さらに、セラミック基板９の両面に回路素
子を配置することで（図４参照）、セラミック基板９の
より小型化を図っている。

【００３２】図４は本実施例の混成集積回路ユニットの
要部縦断面図である。

【００３３】この図において、破線で囲って示される帰
還コンデンサ８は、アルミナ基板（セラミック基板）９
を誘電体１２として利用し、両面の導体パターン１３の
一部をコンデンサの電極１４として形成されている。

【００３４】アルミナ基板は１０ＫＶ／ｍｍ以上の耐電
圧を有するので、例えば、板厚０．８ｍｍのアルミナ基
板を使用した場合は８ＫＶ以上の耐電圧を有するコンデ
ンサを作ることができる。また、２ＰＦ程度の容量であ
れば、アルミナ基板の誘電率から、板厚０．８ｍｍ程度
の場合、３ｍｍ×３ｍｍ程度の電極サイズで作ることが
できる。これは、回路基板に形成する上で、大き過ぎる
ことも小さ過ぎることもなく適度なサイズである。

【００３５】このようにしてアルミナ基板９上に導体パ
ターン１３の形成と同時に帰還コンデンサ８を作り込む
ことで、実質的に帰還コンデンサの費用をほとんど無く
すことができる。

【００３６】アルミナ基板９上に各素子を実装した後
に、その上から例えば、シリコン樹脂の保護コート１５
を被覆し、さらにその上に例えば、エポキシ樹脂の外装
コート１６を施すことで、このユニットは完成する。前
述したように、保護コート１５の耐圧特性を考慮して、
図３に示す距離ｄは設定される。

【００３７】

【発明の効果】本発明の第１の側面によれば、セラミッ
ク基板上に駆動回路の導体パターンを形成する際に同時
に帰還コンデンサを形成するから、市販されている高価
な高耐電圧コンデンサを必要とせず、低コスト化を図る
ことができる。

【００３８】本発明の第２の側面によれば、帰還コンデ
ンサに加わる高電圧による絶縁破壊を防止することがで
きる。

【００３９】本発明の第３の側面によれば、簡単な配線
で帰還コンデンサを含めたレイアウトを設計することが
できる。

【００４０】本発明の第４の側面によれば、回路の小型
化を図ることができる。

【００４１】本発明の第５の側面によれば、帰還コンデ
ンサからのノイズの影響を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧電トランスを用いた高電圧発生回路の一例を
示す回路図である。

【図２】本発明の一実施例に係る高電圧発生装置の外観
斜視図である。

【図３】同実施例のセラミック基板の外観斜視図であ
る。

【図４】同実施例の混成集積回路ユニットの要部縦断面
図である。

【符号の説明】

１ ＩＣ ２、３ 出力トランジスタ ４ 駆動回路 ５ 圧電トランス ８ 帰還コンデンサ ９ セラミック基板 １３ 導体パターン １４ 電極

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電トランスの駆動回路において、セラ
   ミック基板上に形成され、前記圧電トランスから出力さ
   れる交流高電圧を帰還する高耐圧の帰還コンデンサを有
   し、この帰還コンデンサが前記セラミック基板とその両
   面に形成されたパターン電極よりなることを特徴とする
   圧電トランス駆動回路。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記帰還コンデンサ
   と前記駆動回路の他の回路素子間の距離は、前記帰還コ
   ンデンサに加わる高電圧による絶縁破壊のおそれのない
   十分な長い距離であることを特徴とする圧電トランス駆
   動回路。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記帰還コンデンサ
   が、前記セラミック基板の端部に配置されていることを
   特徴とする圧電トランス駆動回路。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記セラミック基板
   の両面に前記駆動回路の他の回路素子が配置されている
   ことを特徴とする圧電トランス駆動回路。
5. 【請求項５】 請求項１において、前記駆動回路の前記
   帰還コンデンサ以外の回路素子のうち、前記帰還コンデ
   ンサに対して、より近くに配置される回路素子は、低イ
   ンピーダンスの素子であることを特徴とする圧電トラン
   ス駆動回路。