JP4975697B2 - Piezoelectric transformer control circuit and piezoelectric transformer control method - Google Patents
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Description
本発明は、電子写真式プリンタ、複写機、除電器、空気洗浄機等の高圧電源に用いられる圧電トランスの動作を制御する圧電トランスの制御回路および圧電トランスの制御方法に関する。 The present invention relates to a piezoelectric transformer control circuit for controlling the operation of a piezoelectric transformer used in a high-voltage power source such as an electrophotographic printer, a copying machine, a static eliminator, and an air cleaner, and a method for controlling the piezoelectric transformer.
直流の高電圧を必要とする電子写真式プリンタや複写機などは、電源電圧が数１０［Ｖ］から数［ｋＶ］程度まで変化し、負荷も大きく変動する。これらの機器の電源には巻線式トランスが用いられてきたが、巻線式トランスは可燃性の有機物を含んで構成されており、また漏れ電流が生じる特性を有している。巻線式トランスを使用したとき、高電圧を使用する機器においては、極めて高温になる場合があり、また、漏れ電流による損失も無視できなくなる。 In electrophotographic printers and copiers that require a high DC voltage, the power supply voltage changes from several tens [V] to several [kV], and the load varies greatly. A winding transformer has been used as a power source for these devices. However, the winding transformer includes a combustible organic material and has a characteristic of causing a leakage current. When a winding transformer is used, in a device using a high voltage, the temperature may become extremely high, and a loss due to a leakage current cannot be ignored.
そのため、上記のような高電圧を出力する電源装置等に圧電トランスが用いられるようになった。圧電トランスは、当該圧電トランスに供給される駆動電圧の周波数を変化させて出力電圧を調整している。
圧電トランスは、複数の共振点を有しており、共振点近傍の周波数の駆動電圧を用いると、出力電圧の制御が困難になる。そのため、圧電トランスは、共振点を避けた周波数の駆動電圧を用いることになるが、このように駆動電圧の周波数に制限が生じると広範囲の電圧を出力することが難しくなる。
For this reason, a piezoelectric transformer has come to be used in a power supply device that outputs a high voltage as described above. The piezoelectric transformer adjusts the output voltage by changing the frequency of the drive voltage supplied to the piezoelectric transformer.
The piezoelectric transformer has a plurality of resonance points, and if a drive voltage having a frequency near the resonance point is used, it becomes difficult to control the output voltage. For this reason, the piezoelectric transformer uses a drive voltage having a frequency that avoids the resonance point. However, when the frequency of the drive voltage is limited in this way, it is difficult to output a wide range of voltages.
圧電トランスを用いた電源装置には、広範囲の電圧を出力するようにした特許文献１に記載された装置がある。この電源装置は、駆動電圧の周波数を変化させると共に当該駆動電圧のデューティ比を変化させることによって出力電圧を調整し、広い範囲の電圧を出力することを可能としている。
As a power supply device using a piezoelectric transformer, there is a device described in
しかしながら、従来の圧電トランスを用いた電源装置では、出力電圧を変化させると、動作が不安定になる場合がある。圧電トランスの駆動電圧の周波数を制御して出力電圧を変化させたとき、圧電トランスの周波数特性に含まれている共振点を駆動電圧に用いると出力電圧の制御が難しくなり、安定した電圧を負荷へ供給することが困難になるという問題があった。 However, in a power supply device using a conventional piezoelectric transformer, the operation may become unstable if the output voltage is changed. When the output voltage is changed by controlling the frequency of the drive voltage of the piezoelectric transformer, if the resonance point included in the frequency characteristics of the piezoelectric transformer is used as the drive voltage, it becomes difficult to control the output voltage and a stable voltage is loaded. There was a problem that it became difficult to supply to.
本発明は上記問題を解決するために、圧電トランスの出力短絡電流を用いて駆動電圧の周波数を設定し、共振点を避けて圧電トランスを動作させる圧電トランスの制御回路を得る。 In order to solve the above problem, the present invention provides a control circuit for a piezoelectric transformer that sets the frequency of the drive voltage using the output short-circuit current of the piezoelectric transformer and operates the piezoelectric transformer while avoiding the resonance point.
本発明の圧電トランスの制御回路は、圧電トランスの出力電圧を検出する電圧検出部と、前記圧電トランスの出力電流を検出する電流検出部と、前記圧電トランスの出力電圧を設定する制御信号、前記電圧検出部の検出信号、および、前記電流検出部の検出信号に応じて前記圧電トランスの出力電圧が所定の電圧となるように前記圧電トランスの駆動電圧の周波数を制御する周波数制御部と、前記周波数制御部の制御により前記駆動電圧を発生させて前記圧電トランスを駆動する駆動部とを有し、前記周波数制御部は、前記電流検出部が検出した前記圧電トランスの出力短絡電流に基づいて設定された周波数を用いて前記駆動電圧の周波数制御を行う。 The piezoelectric transformer control circuit of the present invention includes a voltage detection unit that detects an output voltage of the piezoelectric transformer, a current detection unit that detects an output current of the piezoelectric transformer, a control signal that sets an output voltage of the piezoelectric transformer, A frequency control unit that controls a frequency of a driving voltage of the piezoelectric transformer so that an output voltage of the piezoelectric transformer becomes a predetermined voltage according to a detection signal of the voltage detection unit and a detection signal of the current detection unit; A drive unit that drives the piezoelectric transformer by generating the drive voltage under the control of a frequency control unit, and the frequency control unit is set based on an output short-circuit current of the piezoelectric transformer detected by the current detection unit The frequency of the drive voltage is controlled using the determined frequency.
好適には、前記圧電トランスの出力端子が短絡されたとき、前記周波数制御部を制御して前記圧電トランスへ供給する駆動電圧の周波数を順次変化させ、前記電流検出部が検出した前記圧電トランスの出力短絡電流に応じて前記駆動電圧の周波数のリミット値を設定して前記周波数制御の動作を制御する制御手段を有する。 Preferably, when the output terminal of the piezoelectric transformer is short-circuited, the frequency of the drive voltage supplied to the piezoelectric transformer is sequentially controlled by controlling the frequency control unit, and the piezoelectric transformer detected by the current detection unit is changed. Control means for controlling the operation of the frequency control by setting a limit value of the frequency of the drive voltage according to the output short-circuit current.
本発明の圧電トランスの制御回路は、圧電トランスの出力電圧を検出する電圧検出部と、前記圧電トランスの出力電流を検出する電流検出部と、前記電圧検出部の検出信号と前記電流検出部の検出信号とを入力し、前記圧電トランスの駆動電圧の周波数を設定する制御手段と、前記制御手段の制御に応じて前記駆動電圧を発生させて前記圧電トランスを駆動する駆動部とを有し、前記制御手段は、前記電流検出部が検出した前記圧電トランスの出力短絡電流に基づいて前記駆動電圧の周波数を求め、該周波数の駆動電圧を発生するように前記駆動部の動作を制御する。 The piezoelectric transformer control circuit of the present invention includes a voltage detection unit that detects an output voltage of the piezoelectric transformer, a current detection unit that detects an output current of the piezoelectric transformer, a detection signal of the voltage detection unit, and a current detection unit. A control unit that inputs a detection signal and sets the frequency of the driving voltage of the piezoelectric transformer; and a driving unit that drives the piezoelectric transformer by generating the driving voltage in accordance with the control of the control unit; The control means obtains the frequency of the drive voltage based on the output short-circuit current of the piezoelectric transformer detected by the current detection unit, and controls the operation of the drive unit so as to generate the drive voltage of the frequency.
好適には、前記制御手段は、前記圧電トランスの共振周波数を有する駆動電圧を該圧電トランスへ供給したときの出力短絡電流よりも小さな短絡電流を予め設定しておき、前記電流検出部の検出した出力短絡電流が前記設定されている短絡電流になったときの駆動電圧の周波数を求める演算部と、前記演算部の求めた周波数をリミット値に設定して前記駆動電圧の周波数を制御する周波数リミット制御部と、前記周波数リミット制御部の制御により前記駆動電圧の周波数を変化させる周波数可変部とを有する。 Preferably, the control means presets a short-circuit current smaller than an output short-circuit current when a drive voltage having a resonance frequency of the piezoelectric transformer is supplied to the piezoelectric transformer, and is detected by the current detection unit. A calculation unit for determining the frequency of the drive voltage when the output short-circuit current becomes the set short-circuit current, and a frequency limit for controlling the frequency of the drive voltage by setting the frequency obtained by the calculation unit as a limit value A control unit; and a frequency variable unit that changes a frequency of the drive voltage under the control of the frequency limit control unit.
本発明の圧電トランスの制御方法は、圧電トランスの出力端子を短絡させたとき、制御手段が、駆動部を制御して順次周波数を変化させた駆動電圧を前記圧電トランスに供給させる工程と、電流検出部が、前記圧電トランスの出力短絡電流を検出する工程と、前記制御手段に予め前記圧電トランスの共振周波数を有する駆動電圧を該圧電トランスへ供給したときの出力短絡電流よりも小さな短絡電流を設定しておき、前記制御手段が、前記電流検出部の検出した出力短絡電流が前記設定されている短絡電流になったときの駆動電圧の周波数をリミット値として設定する工程と、前記圧電トランスの出力端子の短絡を開放させたとき、前記制御手段が、前記リミット値を越えないように駆動電圧の周波数を制御して前記駆動部に前記圧電トランスの駆動を行わせる工程とを有する。 According to the piezoelectric transformer control method of the present invention, when the output terminal of the piezoelectric transformer is short-circuited, the control unit controls the driving unit to supply the piezoelectric transformer with a driving voltage whose frequency is changed sequentially, A step of detecting an output short-circuit current of the piezoelectric transformer, and a short-circuit current smaller than an output short-circuit current when a driving voltage having a resonance frequency of the piezoelectric transformer is supplied to the control means in advance to the control means; A step of setting the frequency of the drive voltage when the output short-circuit current detected by the current detection unit becomes the set short-circuit current as a limit value; When the short circuit of the output terminal is opened, the control means controls the frequency of the drive voltage so that the limit value is not exceeded, and the piezoelectric transformer is applied to the drive unit. And a step of causing the drive.
本発明によれば、圧電トランスの共振周波数を避けて動作することにより、安定した可変電圧を負荷へ供給することができる。 According to the present invention, a stable variable voltage can be supplied to the load by operating while avoiding the resonance frequency of the piezoelectric transformer.
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態による圧電トランスの制御回路を有する電源装置の構成を示すブロック図である。図示した電源装置１は、本発明の圧電トランスの制御回路を用いて圧電トランスの動作を制御する電源装置の構成例である
An embodiment of the present invention will be described below.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power supply apparatus having a piezoelectric transformer control circuit according to a first embodiment of the present invention. The illustrated
図１の電源装置１は、出力端子Ｔ５，Ｔ６に負荷２を外部接続している。電源装置１は、信号変換部３、基準電圧生成部４、比較部５、周波数制御部６、駆動部７、共振部８、圧電トランス９、整流部１０、電圧検出部１１、および、電流検出部１２を有している。
信号変換部３は、電源装置１の入力端子Ｔ２を介して外部からＰＷＭ制御信号を入力し、レベル変換を行った制御信号を比較部５へ出力するように構成されている。
基準電圧生成部４は、電源装置１の入力端子Ｔ１を介して外部から入力電圧ＶＩＮを入力し、生成した基準電圧Ｖｒｅfを比較部５および周波数制御部６へ出力するように構成されている。
In the
The signal conversion unit 3 is configured to input a PWM control signal from the outside via the input terminal T <b> 2 of the
The reference
比較部５は、前述の制御信号および基準電圧Ｖｒｅfを入力し、さらに電圧検出部１１からの出力電圧検出値、および電流検出部１２からの出力電流検出値を入力するように構成されている。
周波数制御部６は、所定の周波数で発振する発振部６ａを有する。また、周波数制御部６は、基準電圧Ｖｒｅfと比較部５の出力信号とを入力し、駆動部７の動作を制御するように構成されている。
駆動部７は、周波数制御部６の制御に応じて共振部８を動作させるように構成されている。
The
The
The
共振部８は、駆動部７の出力信号に応じてＬＣ共振を起こし、入力電圧ＶＩＮを振動させて圧電トランス９の駆動電圧を発生するように構成されている。
圧電トランス９は、１次側端子に共振部８からの駆動電圧を入力し、２次側端子に発生した出力電圧を整流部１０へ出力するように構成されている。
The
The
整流部１０は、圧電トランス９の出力電圧を直流電力に整流し、この直流電力を出力端子Ｔ５，Ｔ６へ出力するように構成されている。出力端子Ｔ５，Ｔ６には、負荷２が接続されている。また、整流部１０と出力端子Ｔ５との間には保護抵抗Ｒ１００が接続されている。
電圧検出部１１は、整流部１０において生成された直流電圧、即ち電源装置１もしくは圧電トランス９の出力電圧を検出し、この出力電圧検出値を比較部５へ入力するように構成されている。
電流検出部１２は、整流部１０において生成された直流電流、即ち電源装置１もしくは圧電トランス９の出力電流を検出し、この出力電流検出値を、比較部５および電源装置１の出力端子Ｔ４へ入力するように構成されている。
The rectifying
The
The
電源装置１に含まれる圧電トランスの制御回路は、前述の信号変換部３、基準電圧生成部４、比較部５、周波数制御部６、駆動部７、共振部８、電圧検出部１１および電流検出部１２を有している。
The control circuit of the piezoelectric transformer included in the
図２は、図１の電源装置の構成を示す回路図である。この図は、電源装置１の回路構成の一例を示しており、特に本発明の特徴を有する部分の周波数制御部６の構成を詳細に表している。
図２に例示した周波数制御部６は、二つのダイオードを正方向に組み合わせたペアダイオードＤ１を有している。ペアダイオードＤ１の第１のアノードは、比較部５の出力点に接続されている。ペアダイオードＤ１の第２のアノードは、抵抗Ｒ１の一端に接続されている。ペアダイオードＤ１と抵抗Ｒ１の接続点には、抵抗Ｒ４の一端とコンパレータＩＣ１の反転入力端子が接続されている。
ペアダイオードＤ１のカソードは、抵抗Ｒ２の一端に接続されている。抵抗Ｒ２の他端は接地されている。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of the power supply device of FIG. This figure shows an example of the circuit configuration of the
The
The cathode of the pair diode D1 is connected to one end of the resistor R2. The other end of the resistor R2 is grounded.
抵抗Ｒ１の他端には、基準電圧Ｖｒｅfが印加されている。
抵抗Ｒ４の他端には、抵抗Ｒ５の一端およびキャパシタＣ１の一端が接続されている。抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ５およびキャパシタＣ１の接続点には、コンパレータＩＣ２の反転入力端子が接続されている。
コンパレータＩＣ１の正入力端子には、抵抗Ｒ３の一端、キャパシタＣ２の一端、ＦＥＴであるトランジスタＴｒ１のドレイン、ダイオードＤ２のカソードおよびコンパレータＩＣ２の正入力端子が接続されている。
A reference voltage Vref is applied to the other end of the resistor R1.
One end of the resistor R5 and one end of the capacitor C1 are connected to the other end of the resistor R4. The inverting input terminal of the comparator IC2 is connected to the connection point of the resistor R4, the resistor R5, and the capacitor C1.
The positive input terminal of the comparator IC1 is connected to one end of the resistor R3, one end of the capacitor C2, the drain of the transistor Tr1, which is an FET, the cathode of the diode D2, and the positive input terminal of the comparator IC2.
抵抗Ｒ３の他端には、可変抵抗ＶＲ１の一端が接続されている。可変抵抗ＶＲ１の他端および可動端子には、基準電圧Ｖｒｅfが印加されている。ダイオードＤ２のアノードには、抵抗Ｒ６の一端が接続されている。抵抗Ｒ６の他端には、基準電圧Ｖｒｅfが印加されている。トランジスタＴｒ１のソースおよびキャパシタＣ２の他端は、接地されている。トランジスタＴｒ１のゲートは、抵抗Ｒ７の一端およびコンパレータＩＣ１の出力端子に接続されている。抵抗Ｒ７の他端には、基準電圧Ｖｒｅfが印加されている。
周波数制御部６は、このように回路構成されている。
One end of the variable resistor VR1 is connected to the other end of the resistor R3. A reference voltage Vref is applied to the other end of the variable resistor VR1 and the movable terminal. One end of a resistor R6 is connected to the anode of the diode D2. A reference voltage Vref is applied to the other end of the resistor R6. The source of the transistor Tr1 and the other end of the capacitor C2 are grounded. The gate of the transistor Tr1 is connected to one end of the resistor R7 and the output terminal of the comparator IC1. A reference voltage Vref is applied to the other end of the resistor R7.
The
コンパレータＩＣ２の出力端子、即ち周波数制御部６の出力点は、二つのバイポーラトランジスタを有するペアトランジスタＴｒ２の各ベースに接続されている。
コンパレータＩＣ２の出力端子とペアトランジスタＴｒ２の接続点は、抵抗８を介して基準電圧Ｖｒｅfが供給され、また抵抗Ｒ９を介して接地接続される。即ち、コンパレータＩＣ２とペアトランジスタＴｒ２との接続点には、抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９によって基準電圧Ｖｒｅfを分圧した電圧が供給される。
The output terminal of the comparator IC2, that is, the output point of the
A connection point between the output terminal of the comparator IC2 and the pair transistor Tr2 is supplied with the reference voltage Vref through the
ペアトランジスタＴｒ２の各エミッタには、ＦＥＴであるスイッチングトランジスタＴｒ３のゲートが接続されている。
インダクタＬ１の一端は、入力端子Ｔ１に接続され、入力電圧ＶＩＮが印加される。インダクタＬ１の他端には、キャパシタＣ３の一端およびスイッチングトランジスタＴｒ３のドレインが接続されている。スイッチングトランジスタＴｒ３のソースは、接地されている。
Each emitter of the pair transistor Tr2 is connected to the gate of a switching transistor Tr3 that is an FET.
One end of the inductor L1 is connected to the input terminal T1, and the input voltage VIN is applied. One end of the capacitor C3 and the drain of the switching transistor Tr3 are connected to the other end of the inductor L1. The source of the switching transistor Tr3 is grounded.
図１の駆動部７は、例えば、上記のように接続された抵抗Ｒ８，Ｒ９、ペアトランジスタＴｒ２およびスイッチングトランジスタＴｒ３によって構成されている。
インダクタＬ１とキャパシタＣ３との接続点は、圧電トランス９の入力端子に接続されている。なお、キャパシタＣ３の他端、および圧電トランス９の他方の入力端子は、接地されている。
図１の共振部８は、例えば、上記のように接続されたインダクタＬ１およびキャパシタＣ３による共振回路によって構成されている。
The
A connection point between the inductor L1 and the capacitor C3 is connected to an input terminal of the
The
次に動作について説明する。
初めに、出力端子Ｔ５，Ｔ６間に負荷２を接続して電圧を供給する、通常の電源装置１の動作を説明する。
電源装置１は、入力端子Ｔ１を介して外部から直流の入力電圧ＶＩＮを入力する。基準電圧生成部４は、入力電圧ＶＩＮを用いて所定の直流電圧値を有する基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。
また電源装置１は、入力端子Ｔ２を介して外部からＰＷＭ制御信号を入力する。ＰＷＭ制御信号は、圧電トランス９へ供給する駆動電圧の周波数を設定する、即ち圧電トランス９の出力電圧を設定する制御信号である。
Next, the operation will be described.
First, the operation of the normal
The
Moreover, the
信号変換部３は、入力端子Ｔ２から入力されたＰＷＭ制御信号を、当該電源装置１を構成する回路において、処理することが可能な信号レベルへ変換する。具体的には、信号変換部３は、例えば、入力したデジタル信号のＰＷＭ制御信号を、アナログ回路において用いることができるように、電圧値によって制御内容を示すＰＷＭ制御信号へ変換する。
比較部５は、ＰＷＭ制御信号が示す出力電圧値、基準電圧Ｖｒｅｆ、および電圧検出部１１からの出力電圧検出値を用いた比較処理、ならびに前述の比較結果に電流検出部１２からの出力電流検出値を加味して、圧電トランス９が発生すべき電圧を表す信号を生成する。
The signal converter 3 converts the PWM control signal input from the input terminal T2 into a signal level that can be processed in the circuit constituting the
The
周波数制御部６は、自ら備える発振部６ａが発生した発振信号に同期させて、駆動部７のスイッチング動作を制御する周波数制御信号を生成する。このとき周波数制御部６は、比較部５の比較結果に応じて、即ち、圧電トランス９が発生すべき電圧に対応した周波数でスイッチング動作が行われるように、上記の周波数制御信号を生成する。
駆動部７は、周波数制御部６からの周波数制御信号に応じてスイッチングトランジスタＴｒ３をＯＮ／ＯＦＦさせる。駆動部７は、前述のスイッチング動作によって共振部８を共振させ、詳しくは、キャパシタＣ３に圧電トランス９の入力容量を加味した容量と、インダクタＬ１とを共振させて駆動電圧を発生させる。
The
The
共振部８が発生させた周波数の駆動電圧は、圧電トランス９の１次側電極間へ供給される。圧電トランス９は、供給された駆動電圧に応じた電圧を２次側電極に発生させて整流部１０へ出力する。
整流部１０は、圧電トランス９から出力された電力を整流し、直流電力を電源装置１の出力端子Ｔ５，Ｔ６へ出力する。
電圧検出部１１は、整流部１０において生成された直流電力の電圧値を検出し、前述のように比較部５へ出力する。比較部５は、前述のように比較処理を行うとき、この出力電圧値を加味して、圧電トランス９の出力電圧値にフィードバック制御を行っている。
A drive voltage having a frequency generated by the
The
The
電流検出部１２は、整流部１０において生成された直流電力が、出力端子Ｔ５，Ｔ６を介して負荷２などへ流れた出力電流値を検出し、前述のように比較部５へ出力する。比較部５は、前述のように比較処理を行うとき、電流検出部１２から出力された出力電流値を加味して圧電トランス９の出力電圧値にフィードバック制御を行っている。
このように負荷２を外部接続した電源装置１は、通常の電圧出力動作を行う。
The
Thus, the
圧電トランスが有している特性について説明する。
図３および図４は、図１の電源装置に用いられている圧電トランスの動作特性を示す説明図である。これらの図は、圧電トランス９の駆動電圧の周波数と出力電圧との関係を示したグラフであり、横軸が駆動電圧の周波数、縦軸が出力電圧あるいは出力電流である。なお、横軸に示した駆動電圧の周波数は、図中左側において周波数が高くなり、右側において周波数が低くなる。また、ここで例示した各特性曲線は、１７５[ｋＨｚ]から１５０[ｋＨｚ]の範囲の駆動電圧を任意の圧電トランスに供給したときの出力電力を表している。
The characteristics of the piezoelectric transformer will be described.
3 and 4 are explanatory diagrams showing the operating characteristics of the piezoelectric transformer used in the power supply device of FIG. These figures are graphs showing the relationship between the frequency of the driving voltage of the
図３には、電源装置１の出力端子を短絡した状態において、各周波数の駆動電圧を圧電トランス９に供給したとき、上記の出力端子間に流れる電流、もしくは電流検出部１２が検出した電流値を示す特性曲線（Ｓ）を示している。
また、図３には、電源装置１の出力端子に接続される負荷２の抵抗値を１[ＭΩ]とした状態において、各周波数の駆動電圧を圧電トランス９に供給したとき、電圧検出部１１が検出した電圧値を示す特性曲線（１）を示している。
FIG. 3 shows the current flowing between the output terminals when the drive voltage of each frequency is supplied to the
FIG. 3 shows the
また、図３には、負荷２の抵抗値を５[ＭΩ]としたときの特性曲線（２）、負荷２の抵抗値を１０[ＭΩ]としたときの特性曲線（３）、および、負荷２の抵抗値を２０[ＭΩ]としたときの特性曲線（４）を示している。
FIG. 3 shows a characteristic curve (2) when the resistance value of the
また、図４には、前述の電源装置１の出力端子間を短絡したときの特性曲線（Ｓ）、負荷２の抵抗値を５０[ＭΩ]としたときの特性曲線（５）、負荷２の抵抗値を１００[ＭΩ]としたときの特性曲線（６）、負荷２の抵抗値を５００[ＭΩ]としたときの特性曲線（７）を示している。
圧電トランス９は、前述の各特性曲線（１）〜（７）に示したように共振点を有しており、この共振点、即ち共振周波数は負荷に応じて定まる周波数である。そのため、図３，４に示した特性曲線（１）〜（７）において、圧電トランス９の出力電圧がピーク値となる、駆動電圧の周波数が異なっている。
4 shows a characteristic curve (S) when the output terminals of the
The
圧電トランス９は、駆動電圧の周波数を変化させると、ある周波数において短絡電流にピーク値が生じる。即ち、圧電トランス９の短絡電流は、短絡状態における圧電トランス９の共振点においてピーク値になる。
図３および図４に例示した特性曲線（Ｓ）は、保護抵抗Ｒ１００の抵抗値を１００[ｋΩ]としたときの出力端子Ｔ５，Ｔ６間の短絡電流を表している。特性曲線（Ｓ）の短絡電流のピーク値は概ね２．９[ｍＡ]である。
When the frequency of the drive voltage is changed, the
The characteristic curve (S) illustrated in FIGS. 3 and 4 represents the short-circuit current between the output terminals T5 and T6 when the resistance value of the protective resistor R100 is 100 [kΩ]. The peak value of the short circuit current in the characteristic curve (S) is approximately 2.9 [mA].
圧電トランス９は、前述のような特性を有しており、負荷２の値もしくは各成分に応じて共振周波数が変化する。そこで、負荷２へ十分な電力を供給することができると共に上記の共振周波数を避けた駆動電圧を生成し、この駆動電圧を用いて当該圧電トランス９を駆動する。このようにすると、電源装置１は、圧電トランス９の共振点を回避して安定した出力動作を行い、広範囲の電圧を負荷２へ供給することが可能になる。
The
電源装置１は、前述の通常の出力動作を行う前に、次に説明する設定動作を行う。
予め、任意の値を有する負荷２を例えば出力端子Ｔ５，Ｔ６に接続し、外部から入力しているＰＷＭ制御信号に応じて駆動電圧の周波数を変化させ、上記の負荷２へ電力を供給したときの共振周波数を越えるポイント、いわゆる山越えを起こしたポイントの駆動電圧の周波数を探す。
次に、前述の山越えを起こしたポイントの周波数を有する駆動電圧を圧電トランス９へ供給しているとき、例えば後述する短絡手段を用いて当該圧電トランス９の出力端子間を短絡し、当該短絡電流を電流検出部１２に検出させる。
The
When the
Next, when the drive voltage having the frequency at the point where the above-described peak crossing is supplied to the
出力端子Ｔ４には、電源装置１の出力電流値を監視する図示されない電流計などの電流モニタ機器が接続されている。
前述の電流検出部１２が検出した短絡電流値は、出力端子Ｔ４に接続された上記の電流モニタ機器に表示され、操作者に報知される。
A current monitor device such as an ammeter (not shown) that monitors the output current value of the
The short-circuit current value detected by the
前述の山越えを起こすポイントの周波数で圧電トランス９を駆動したときの短絡電流値を、電源装置１が供給可能な範囲内の様々な値を有する負荷２に対して検知し、これら各値の負荷２に対応させた短絡電流値を予めデータとして蓄積しておく。
具体的には、例えば操作者の操作等により、各値の負荷２に対応する出力短絡電流値を、いずれかの記憶手段に蓄積させておく。
The short-circuit current value when the
Specifically, for example, an output short-circuit current value corresponding to each
図５は、図１の電源装置の動作を示すフローチャートである。前述のように、予め様々な値の負荷２に対応させて、圧電トランス９の出力短絡電流値をデータとして蓄積した後、図５に示したように電源装置１を動作させる。
負荷２が接続されている、あるいは何も接続されていていない出力端子Ｔ５と出力端子Ｔ６の間を、例えば機械接点を有するリレーなどの図示されない短絡手段を用いて短絡する。即ち、圧電トランス９の出力端子を短絡する（ステップＳＴ１０１）。
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the power supply device of FIG. As described above, after the output short-circuit current value of the
The output terminal T5 and the output terminal T6 to which the
このように電源装置１の出力端子Ｔ５，Ｔ６間を短絡した状態において、周波数制御部６は、入力端子Ｔ２から入力されるＰＷＭ制御信号に応じて駆動部７のスイッチング動作を制御する。
上記のようにスイッチング動作を制御された駆動部７は、共振部８を稼働させる。共振部８は、前述のように圧電トランス９の入力容量を含めたＬＣ共振を起こし、駆動部７のスイッチング動作に応じた周波数の駆動電圧を生成して圧電トランス９へ供給する。圧電トランス９は、駆動電圧に応じた電力を２次側端子間に発生させる。
Thus, in a state where the output terminals T5 and T6 of the
The
電源装置１の電流検出部１２は、図１，２に示したように整流部１０から検出した出力電流値を出力端子Ｔ４へ出力する。出力端子Ｔ４には、前述のように図示されない電流計などの電流モニタ機器が接続される。
電源装置１の出力端子Ｔ５，Ｔ６間が短絡されているとき、電流検出部１２は、圧電トランス９の出力短絡電流を検出する。この出力短絡電流は、上記のように出力端子Ｔ４に接続された電流モニタ機器に表示される。
The
When the output terminals T5 and T6 of the
電流モニタ機器に表示された出力短絡電流値をユーザ等の操作者に認識させ、例えば図２に示した可変抵抗ＶＲ１を調整させ、周波数制御部６が制御する駆動電圧の周波数を変化させる。このように周波数を変化させた駆動電圧を圧電トランス９へ供給する（ステップＳＴ１０２）。
An operator such as a user recognizes the output short-circuit current value displayed on the current monitor device, adjusts the variable resistor VR1 shown in FIG. 2, for example, and changes the frequency of the drive voltage controlled by the
駆動電圧の周波数が変化すると、圧電トランス９の短絡電流も変化する。電流検出部１２は、この変化した短絡電流を検出し（ステップＳＴ１０３）、当該検出した短絡電流値を前述の電流モニタ機器に表示させる。
When the frequency of the drive voltage changes, the short-circuit current of the
例えば、前述のように操作者が負荷２の値等に対応させた短絡電流値のデータを記憶手段に蓄積させた場合には、操作者等が記憶手段に蓄積されている各短絡電流値に基づいて適当な短絡電流値を選択する。
詳しくは、操作者は、電源装置１が電力を供給することが可能な範囲の負荷２について、山越えを起こしたポイントの短絡電流値よりも小さい値の短絡電流Ｉｓを設定する。
For example, when the operator accumulates the short-circuit current value data corresponding to the value of the
Specifically, the operator sets a short-circuit current Is having a value smaller than the short-circuit current value at the point where the peak is exceeded for the
短絡電流Ｉｓは、図３，４に示したように、負荷２が１[ＭΩ]〜５００[ＭΩ]のいずれの値の場合でも山越えを起さない領域に存在する。
即ち、短絡電流Ｉｓは、１[ＭΩ]〜５００[ＭΩ]の範囲内の負荷２へ電力を供給したときに山越えが生じる周波数よりも高い周波数を駆動電圧に用いて圧電トランス９を駆動し、このときの圧電トランス９の出力短絡電流値である。
As shown in FIGS. 3 and 4, the short-circuit current Is exists in a region where no peak crossing occurs even when the
That is, the short-circuit current Is drives the
図３，４に例示した短絡電流Ｉｓは、短絡電流のピーク値２．９[ｍＡ]よりも十分小さな５００[μＡ]の値を有する。
なお、短絡電流Ｉｓは、上記の値に限定されず、また、上記のピーク値ならびに短絡電流Ｉｓの値から導出される比率、倍率等によっても限定されない。
短絡電流Ｉｓは、図３，４に示したように、順次駆動電圧の周波数を変化させたとき、短絡電流が急峻に変化しない、即ち、周波数の変化に対して緩やかに短絡電流が変化する範囲内に設定される電流値である。
なお、操作者による短絡電流Ｉｓの選択／設定は、電源装置１が図５に示した各動作を行う前に予め行ってもよい。
The short circuit current Is illustrated in FIGS. 3 and 4 has a value of 500 [μA] which is sufficiently smaller than the peak value 2.9 [mA] of the short circuit current.
Note that the short-circuit current Is is not limited to the above value, and is not limited by the ratio, magnification, or the like derived from the peak value and the value of the short-circuit current Is.
As shown in FIGS. 3 and 4, the short-circuit current Is is a range in which the short-circuit current does not change steeply when the frequency of the drive voltage is sequentially changed, that is, the short-circuit current changes gently with respect to the change in frequency. It is a current value set in.
Note that the selection / setting of the short-circuit current Is by the operator may be performed in advance before the
前述のステップＳＴ１０３の工程において、電流検出部１２が検出した出力短絡電流が電流モニタ機器に表示されると、操作者は、電流モニタ機器の表示が前述のように予め設定した短絡電流Ｉｓの値となるように可変抵抗ＶＲ１を調整し、駆動電圧の周波数を設定する（ステップＳＴ１０４）。圧電トランス９の出力短絡電流値をモニタしながら、当該短絡電流値を上記のように予め設定されている短絡電流Ｉｓの値へ合わせ込むことにより、周波数制御部６に所定の駆動電圧の周波数値が設定される。
When the output short-circuit current detected by the
図３，４には、短絡電流Ｉｓが流れるときの駆動電圧の周波数をｆとして図示している。
前述のように、出力短絡電流が短絡電流Ｉｓとなるように可変抵抗ＶＲ１を調整させ、周波数制御部６に、周波数ｆを駆動電圧の周波数のリミット値として設定する。
3 and 4, the frequency of the drive voltage when the short-circuit current Is flows is shown as f.
As described above, the variable resistor VR1 is adjusted so that the output short-circuit current becomes the short-circuit current Is, and the
圧電トランス９の出力短絡電流が短絡電流Ｉｓとなるように周波数制御部６を調整した後、電源装置１の出力端子Ｔ５，Ｔ６間の短絡、即ち圧電トランス９の出力端子の短絡を開放し、負荷２を接続する（ステップＳＴ１０５）。
前述のように周波数ｆがリミット値として設定された周波数制御部６は、周波数ｆを越えない周波数の駆動電圧を発生するように駆動部７を制御する。駆動部７および共振部８は、周波数ｆを越えない周波数の駆動電圧を発生するように動作し、圧電トランス９には、周波数ｆを越えない周波数の駆動電圧が供給される（ステップＳＴ１０６）。
このように周波数ｆをリミット値として設定した後、出力端子Ｔ５,Ｔ６に負荷２を接続して、周波数制御部６が周波数ｆを越えないように駆動電圧の周波数を制御し、通常の出力動作が行われる。
After adjusting the
As described above, the
After setting the frequency f as a limit value in this way, the
駆動電圧が周波数ｆのとき、図３に示した特性曲線（１）では４００[Ｖ]、特性曲線（２）では１．５[ｋＶ]、特性曲線（３），（４）では概ね２．１[ｋＶ]である。
また、駆動電圧が周波数ｆのとき、図４に示した特性曲線（５），（６），（７）では概ね３[ｋＶ]である。このことから、駆動電圧の周波数のリミット値を周波数ｆに設定したときでも、圧電トランス９から高電圧を出力することが可能なことがわかる。
When the drive voltage is frequency f, the characteristic curve (1) shown in FIG. 3 is 400 [V], the characteristic curve (2) is 1.5 [kV], and the characteristic curves (3) and (4) are approximately 2. 1 [kV].
When the drive voltage is the frequency f, the characteristic curves (5), (6), and (7) shown in FIG. 4 are approximately 3 [kV]. From this, it can be seen that a high voltage can be output from the
このように駆動電圧の周波数のリミット値を周波数ｆに設定し、このリミット値を越えない周波数を用いて圧電トランス９を駆動すると、図３，４に示した特性曲線（１）〜（７）の各ピーク値を越えた状況で圧電トランス９が動作する事態は発生しない。即ち、圧電トランス９は、共振点に至ることなく動作して安定した高電圧を出力することができる。
上記の周波数ｆがリミット値として設定された電源装置１は、図３，４に示した特性曲線（１）〜（７）に関連させて示した範囲の値を有する負荷２を接続したとき、圧電トランス９の共振点を避けて動作する。
Thus, when the limit value of the frequency of the drive voltage is set to the frequency f and the
When the
第１の実施形態による圧電トランスの制御回路によれば、電源装置１の出力端子Ｔ５，Ｔ６間を短絡した状態において、電流検出部１２が検出した短絡電流を外部接続した電流モニタ機器に表示させる。電流モニタ機器に表示された短絡電流が、予め設定しておいた短絡電流Ｉｓとなるように駆動電圧の周波数を調整し、この周波数をリミット値として周波数制御部６へ設定する。
また、電源装置１の出力端子Ｔ５，Ｔ６間の短絡を開放し、負荷２を接続したとき、周波数制御部６は、前述の周波数のリミット値を越えないように駆動部７のスイッチング動作を制御し、圧電トランス９へ入力される駆動電圧の周波数を制限して動作させるようにした。
According to the control circuit of the piezoelectric transformer according to the first embodiment, in a state where the output terminals T5 and T6 of the
Further, when the short circuit between the output terminals T5 and T6 of the
このようにすることによって、圧電トランス９の共振点を避けて当該圧電トランス９を動作させることができ、過渡的な負荷変動、環境の変化、および、圧電トランス９の個体差などに影響されることなく安定した出力電圧を負荷２へ供給することができる。
By doing so, the
＜第２の実施形態＞
図６は、本発明の第２の実施形態による圧電トランスの制御回路を用いた電源装置の構成を示すブロック図である。第１の実施形態で説明した電源装置１と同様あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、これらの部分の重複説明を省略する。
図６の電源装置１ａに含まれる圧電トランスの制御回路は、信号変換部３、基準電圧生成部４、比較部５、周波数制御部６、駆動部７、共振部８、電圧検出部１１、電流検出部１２、および、ＣＰＵ１３を有している。
<Second Embodiment>
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a power supply device using a piezoelectric transformer control circuit according to the second embodiment of the present invention. The same reference numerals are used for portions that are the same as or correspond to those of the
The control circuit of the piezoelectric transformer included in the
ＣＰＵ１３は、電源装置１ａの電子回路を構成するプロセッサであり、電流検出部１２から出力される検出信号を入力するように接続構成されている。
また、ＣＰＵ１３は、電源装置１ａの出力電圧を設定する制御信号、即ちＰＷＭ制御信号を信号変換部３へ出力するように接続構成され、またさらに、周波数制御部６が調整する駆動電圧の周波数を制限するように当該周波数制御部６へ接続されている。
ＣＰＵ１３は、例えば自ら記憶しているプログラム等のソフトウエアに基づいて、周波数制御部６の動作を制御するように構成された制御手段である。
The
The
The
次に動作について説明する。
図１を用いて説明した電源装置１と同様な動作の重複説明を省略し、第２の実施形態による電源装置１ａの特徴となる動作を説明する。
初めに、出力端子Ｔ５，Ｔ６間に負荷２を接続して電圧を供給する、電源装置１ａの通常の出力動作を説明する。
Next, the operation will be described.
The description of the same operation as that of the
First, a normal output operation of the
ＣＰＵ１３は、例えば図示されない入力手段によって設定された出力電圧を示すＰＷＭ制御信号を生成し、信号変換部３へ出力する。
信号変換部３は、第１の実施形態で説明したように信号変換処理を行い、この制御信号を比較部５へ出力する。比較部５は、第１の実施形態で説明したように比較処理を行う。
図６の周波数制御部６は、第１の実施形態で説明したように比較部５からの比較結果を示す信号を用いて駆動電圧の周波数制御を行う。このとき、周波数制御部６は、ＣＰＵ１３から入力している周波数リミット信号が示す周波数を越えないように上記の駆動電圧の周波数を調整する。
For example, the
The signal conversion unit 3 performs signal conversion processing as described in the first embodiment, and outputs this control signal to the
As described in the first embodiment, the
図６の駆動部７は、上記の周波数制御部６の制御により駆動部７を構成するスイッチングトランジスタＴｒ３がＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返し、第１の実施形態で説明したように共振部８を共振させる。
共振部８は、第１の実施形態で説明したように入力電圧ＶＩＮを共振させて駆動電圧を発生させ、圧電トランス９の１次側端子へ入力する。
圧電トランス９の２次側、即ち出力端子に発生した出力電圧は、第１の実施形態で説明したように整流部１０によって直流電力に整流され、電源装置１ａの出力端子Ｔ５，Ｔ６に接続されている負荷２へ供給される
In the
As described in the first embodiment, the
The output voltage generated on the secondary side of the
また第１の実施形態で説明したように、整流部１０に接続されている電圧検出部１１が電源装置１ａ、もしくは圧電トランス９の出力電圧を検出し、当該検出信号を比較部５へ出力する。また、同じく整流部１０に接続されている電流検出部１２が圧電トランス９の出力電流を検出し、当該検出信号を比較部５へ出力する。
上記の各検出信号を入力した比較部５、比較部５の比較結果に応じて駆動電圧の周波数を制御する周波数制御部６、周波数制御部６に制御される駆動部７、および駆動部７によって共振され、駆動電圧を生成する共振部８の動作は、第１の実施形態で説明した動作と同様である。
電源装置１ａは、このように負荷２に対する通常の出力動作を行う。
As described in the first embodiment, the
The
The
次に電源装置１ａの駆動電圧の周波数を設定する動作を説明する。
ＣＰＵ１３は、予め、第１の実施形態で説明した短絡電流Ｉｓを、例えば自ら備える記憶部等に記憶／設定させている。
あるいは、ＣＰＵ１３の記憶部に、第１の実施形態で説明した、山越えが起こるポイントの周波数を駆動電圧に用いたときの出力短絡電流を記憶させておく。
詳しくは、所定の範囲内の任意の大きさを有する負荷２を接続したときの圧電トランス９の共振周波数を駆動電圧に用いて、当該圧電トランス９を動作させたときの出力短絡電流値を記憶させておく。なお、上記の所定の範囲内の大きさを有する負荷２とは、電源装置１ａが電力供給を行うことのできる範囲の大きさの負荷である。
Next, the operation for setting the frequency of the driving voltage of the
The
Alternatively, the output short-circuit current when the frequency at the point where the peak crossing occurs as described in the first embodiment is used as the drive voltage is stored in the storage unit of the
Specifically, the output short-circuit current value when the
さらに、ＣＰＵ１３は、予め前述の範囲内において値の異なる複数の負荷２に対する共振周波数を用いて圧電トランス９を駆動させ、このときの各出力短絡電流を前述の記憶部等に記憶／蓄積させておく。
このように記憶部等へ各出力短絡電流を蓄積させておき、ＣＰＵ１３が、適宜、上記の蓄積されている出力短絡電流値よりも小さな短絡電流Ｉｓを所定の演算によって求め、自らに設定するようにしてもよい。
Further, the
In this way, each output short-circuit current is accumulated in the storage unit or the like, and the
図５のステップＳＴ１０１の工程に相当する出力端子Ｔ５，Ｔ６間の短絡が、例えば前述の第１の実施形態で説明した短絡手段によって行われたとき、ＣＰＵ１３は、電流検出部１２から出力された検出信号、即ち出力短絡電流値を入力する。
ＣＰＵ１３は、上記のように出力端子Ｔ５，Ｔ６間、もしくは圧電トランス９の出力電流が短絡されたとき、例えば、外部から所定の設定操作がなされると、自ら備えるプログラム等に則してＰＷＭ制御信号の内容を順次変化させる。
When the short-circuit between the output terminals T5 and T6 corresponding to the step ST101 in FIG. 5 is performed by the short-circuit means described in the first embodiment, for example, the
When the output current between the output terminals T5 and T6 or the
周波数制御部６は、前述のように順次変化するＰＷＭ制御信号に応じて駆動電圧の周波数を変化させ、駆動部７のスイッチング動作を制御する。即ち、圧電トランス９の駆動電圧の周波数を順次変化させる。この処理動作は、図５のステップＳＴ１０２の工程に相当する。
ＣＰＵ１３は、このようにして順次駆動電圧の周波数を変化させたとき、電流検出部１２から出力される検出信号、即ち、各周波数に対応して検出される短絡電流を入力する。この処理動作は、図５のステップＳＴ１０３の工程に相当する。
The
When the
ＣＰＵ１３は、検出した短絡電流が、前述のように予め設定しておいた短絡電流Ｉｓとなったときの駆動電圧の周波数を周波数リミット値として設定する。この処理動作は、図５のステップＳＴ１０４の工程に相当する。
ＣＰＵ１３は、前述の周波数リミット値を表す周波数リミット信号を、周波数制御部６へ出力して駆動電圧の周波数を制限する条件を設定する。具体的には、ＣＰＵ１３は、例えば電源装置１ａの出力電圧を変化させるために周波数制御部６が駆動電圧の周波数を下降させる制御を行うとき、圧電トランス９の共振点を回避するため駆動電圧の周波数の下限値を設定する。
The
The
このようにＣＰＵ１３が周波数制御部６に周波数リミット値を設定した後、出力端子Ｔ５，Ｔ６間の短絡を開放し、負荷２へ電源電力を供給する。この処理動作は、図５のステップＳＴ１０５に相当する。
負荷２へ電源電力を供給するように、例えば外部から設定操作がなされたＣＰＵ１３は、予め負荷２に対して設定された電圧を供給するようにＰＷＭ制御信号を生成し、前述のように各部を動作させる。
また、このとき、周波数制御部６は、ＣＰＵ１３によって設定された周波数のリミット値を越えた周波数を有する駆動電圧が生成されないように、駆動部７の動作を制御する。この処理動作は、図５のステップＳＴ１０６の工程に相当する。
電源装置１ａは、このように駆動電圧の周波数のリミット値を設定し、負荷２を接続させた通常の出力動作を行う。
After the
In order to supply power to the
At this time, the
The
以上のように第２の実施形態によれば、電源装置１ａの出力端子Ｔ５，Ｔ６間を短絡した状態において、ＣＰＵ１３が駆動電圧の周波数を順次変化させるように各部を制御する。また、ＣＰＵ１３は、電流検出部１２が検出した短絡電流が予め設定されている短絡電流Ｉｓとなったときの駆動電圧の周波数を、リミット値として周波数制御部６へ設定する。
また、電源装置１ａの出力端子Ｔ５，Ｔ６間の短絡を開放して負荷２を接続したとき、周波数制御部６は、前述の周波数のリミット値を越えないように駆動部７のスイッチング動作を制御し、圧電トランス９へ入力される駆動電圧の周波数を制限して動作させるようにした。
As described above, according to the second embodiment, in a state where the output terminals T5 and T6 of the
Further, when the short circuit between the output terminals T5 and T6 of the
このようにすることによって、圧電トランス９の共振点を避けて当該圧電トランス９を動作させることができ、過渡的な負荷変動、環境の変化、および、圧電トランス９の個体差などに影響されることなく安定した出力電圧を負荷２へ供給することができる。
また、ＣＰＵ１３の処理動作により、短絡電流Ｉｓとなる駆動電圧の周波数をリミット値として設定するようにしたので、適切な駆動電圧の周波数を自動的に設定することができる。
By doing so, the
Further, since the frequency of the drive voltage that becomes the short-circuit current Is is set as the limit value by the processing operation of the
＜第３の実施形態＞
図７は、本発明の第３の実施形態による圧電トランスの制御回路を用いた電源装置の構成を示すブロック図である。第１および第２の実施形態で説明したものと同一あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、その部分の重複説明を省略する。図７に示した電源装置１ｂは、圧電トランス９へ入力する駆動電圧を制御するプロセッサのＣＰＵ１３ａを有する。
<Third Embodiment>
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a power supply device using a piezoelectric transformer control circuit according to the third embodiment of the present invention. The same reference numerals are used for portions that are the same as or correspond to those described in the first and second embodiments, and redundant description of the portions is omitted. The power supply device 1b illustrated in FIG. 7 includes a
電源装置１ｂは、第１および第２の実施形態で説明した駆動部７に相当するスイッチングトランジスタＴｒ３、同じく共振部８であるインダクタＬ１およびキャパシタＣ３を有する。また、電源装置１ｂは、第１および第２の実施形態で説明した圧電トランス９、整流部１０、電圧検出部１１、および、電流検出部１２を有する。また、電源装置１ｂは、負荷２等を外部接続する出力端子Ｔ５，Ｔ６を有する。
The power supply device 1b includes a switching transistor Tr3 corresponding to the
ＣＰＵ１３ａは、例えば自ら記憶しているプログラム等に則して各処理、制御動作等を行うように構成された制御手段である。ＣＰＵ１３ａは、周波数リミット制御部２０、Ａ／Ｄ変換部２１，２２、演算部２３，２４、および、周波数可変部２５を有する。
Ａ／Ｄ変換部２１は、電圧検出部１１から出力される検出信号を入力し、また電流検出部１２から出力される検出信号を入力し、これらの検出信号をＡ／Ｄ変換して演算部２３へ入力するように構成されている。
Ａ／Ｄ変換部２２は、電流検出部１２から出力される短絡電流の検出信号を入力し、この検出信号をＡ／Ｄ変換して演算部２４へ入力するように構成されている。
The
The A /
The A /
周波数リミット制御部２０は、演算部２４の演算結果を入力し、駆動電圧の周波数のリミット値を用いて周波数可変部２５の動作を制御するように構成されている。
周波数可変部２５は、演算部２３の演算結果を用いて、また周波数リミット制御部２０に制御されることにより、圧電トランス９の駆動電圧の周波数を設定してスイッチングトランジスタＴｒ３のスイッチング動作を制御するように構成されている。
電源装置１ｂに含まれる圧電トランスの制御回路は、駆動部７、共振部８、電圧検出部１１、電流検出部１２、および、ＣＰＵ１３ａを有している。
The frequency
The
The control circuit for the piezoelectric transformer included in the power supply device 1b includes a
次に動作について説明する。
前述の第１の実施形態ならびに第２の実施形態で説明した電源装置と同様な動作の重複説明を省略し、第３の実施形態による電源装置１ｂの特徴となる動作を説明する。
初めに、出力端子Ｔ５，Ｔ６間に負荷２を接続して電圧を供給する、電源装置１ｂの通常の出力動作を説明する。
Next, the operation will be described.
The same operations as those of the power supply apparatus described in the first embodiment and the second embodiment are not described, and the operation that is characteristic of the power supply apparatus 1b according to the third embodiment will be described.
First, the normal output operation of the power supply apparatus 1b that supplies a voltage by connecting the
ＣＰＵ１３ａの周波数可変部２５は、例えば、予め設定されている電圧を出力するように駆動電圧の周波数を設定し、当該周波数に応じた周期でスイッチングトランジスタＴｒ３を稼働させる。共振部８は、前述のスイッチングトランジスタＴｒ３の動作によって共振し、周波数可変部２５が設定した周波数の駆動電圧を発生して圧電トランス９へ供給する。
駆動電圧が供給された圧電トランス９は、２次側端子に高電圧を発生し、整流部１０へ出力する。整流部１０は、圧電トランス９の出力電力を整流して直流電力を生成し、出力端子Ｔ５，Ｔ６に接続されている負荷２へ供給する。
For example, the
The
整流部１０に接続されている電圧検出部１１は、電源装置１ｂもしくは圧電トランス９の出力電圧を検出し、この検出信号をＣＰＵ１３ａのＡ／Ｄ変換部２１へ出力する。
また、整流部１０に接続されている電流検出部１２は、電源装置１ｂもしくは圧電トランス９の出力電流を検出し、この検出信号をＣＰＵ１３ａのＡ／Ｄ変換部２１へ出力する。Ａ／Ｄ変換部２１は、入力した各検出信号をＡ／Ｄ変換して演算部２３へ出力する。
演算部２３は、Ａ／Ｄ変換部２１から取得した出力電圧値を示す信号と出力電流値を示す信号とを用いて、例えば、予め自らに設定されている電圧と、上記の出力電圧値ならびに出力電流値とを比較する演算処理を行う。
The
The
The
また、演算部２３は、前述の演算結果から圧電トランス９から出力すべき電圧を検知し、当該電圧を発生させるための駆動電圧の周波数を求める。
周波数可変部２５は、前述の演算部２３が求めた周波数を有する駆動電圧が生成されるように、スイッチングトランジスタＴｒ３のスイッチング動作を制御する。このようにして、電源装置１ｂもしくは圧電トランス９の出力電圧のフィードバック制御を行い、出力電圧を安定させて一定に保つ。
Moreover, the calculating
The
次に電源装置１ｂの駆動電圧の周波数を設定する動作を説明する。
ＣＰＵ１３ａは、予め、第１の実施形態で説明した短絡電流Ｉｓを、例えば自ら備える記憶部等に記憶／設定させている。
あるいは、ＣＰＵ１３ａの記憶部に、第１の実施形態で説明した、山越えが起こるポイントの周波数を駆動電圧に用いたときの出力短絡電流を記憶させておく。
Next, the operation for setting the frequency of the drive voltage of the power supply device 1b will be described.
The
Alternatively, the output short-circuit current when the frequency at the point where the peak crossing occurs as described in the first embodiment is used as the drive voltage is stored in the storage unit of the
詳しくは、前述の第２の実施形態で説明したように、任意の負荷２を接続したときの圧電トランス９の共振周波数を駆動電圧に用いて、当該圧電トランス９を動作させたときの出力短絡電流値を記憶させておく。さらに、予め前述の範囲内において値の異なる複数の負荷２に対する共振周波数を記憶部等に記憶／蓄積させておく。
このように記憶部等へ各出力短絡電流を蓄積させておき、ＣＰＵ１３ａが、適宜、上記の蓄積されている出力短絡電流値よりも小さな短絡電流Ｉｓを所定の演算によって求め、自らに設定するようにしてもよい。
Specifically, as described in the second embodiment, the output short circuit when the
In this way, each output short-circuit current is accumulated in the storage unit or the like, and the
ＣＰＵ１３ａは、前述の第１ならびに第２の実施形態で説明したように図５のステップＳＴ１０１の工程において出力端子Ｔ５，Ｔ６間が短絡されると、次のように動作する。
ＣＰＵ１３ａは、例えば外部から設定操作が行われると、周波数可変部２５が駆動電圧の周波数を順次変化させる制御をスイッチングトランジスタＴｒ３に行う。
具体的には、周波数可変部２５は、スイッチングトランジスタＴｒ３のスイッチング動作の周期を所定の範囲内で変化させる。
As described in the first and second embodiments, the
For example, when a setting operation is performed from the outside, the
Specifically, the
共振部８は、スイッチングトランジスタＴｒ３のＯＮ／ＯＦＦ動作に応じて駆動電圧を発生する。スイッチングトランジスタＴｒ３のスイッチング動作は、前述のように周期が変化していることから、共振部８から圧電トランス９へ供給される駆動電圧の周波数も順次変化する。この処理動作は、図５のステップＳＴ１０２の工程に相当する。
電流検出部１２は、前述のように順次周波数を変化させた駆動電圧を供給した圧電トランス９の短絡電流を検出し、この検出信号をＣＰＵ１３ａへ入力する。この動作は、図５のステップＳＴ１０３の工程に相当する。
The resonating
The
前述の短絡電流を示す検出信号は、Ａ／Ｄ変換部２２へ入力される。
演算部２４は、例えばＡ／Ｄ変換部２２が所定の周波数間隔でサンプリングした短絡電流を示す信号を順次入力し、これらの短絡電流と前述の予め設定されている短絡電流Ｉｓとを比較する演算を行う。演算部２４は、Ａ／Ｄ変換部２２から入力した出力短絡電流が短絡電流Ｉｓになったとき、当該出力短絡電流が流れたときの駆動電圧の周波数を求める。
The detection signal indicating the short-circuit current is input to the A /
For example, the
周波数リミット制御部２０は、演算部２４が求めた前述の駆動電圧の周波数を用いて周波数可変部２５の動作を制御する。具体的には、演算部２４から入力した駆動電圧の周波数をリミット値として設定し、このリミット値を越えた周波数の駆動電圧が生成されないように周波数可変部２５の動作を制御する。この処理動作は、図５のステップＳＴ１０４の工程に相当する。
The frequency
この後、例えば、図５のステップＳＴ１０５の工程において出力端子Ｔ５，Ｔ６間の短絡を開放し、負荷２を当該出力端子Ｔ５，Ｔ６間に接続する。
前述のように駆動電圧の周波数のリミット値が設定された周波数可変部２５は、上記のリミット値を越えないようにスイッチングトランジスタＴｒ３のスイッチング動作を制御する。
周波数可変部２５に制御されたスイッチングトランジスタＴｒ３は、共振部８を共振させて前述のリミット値を越えていない周波数を有する駆動電圧を発生させ、圧電トランス９へ供給する。この処理動作は、図５のステップＳＴ１０６の工程に相当する。
Thereafter, for example, in the process of step ST105 in FIG. 5, the short circuit between the output terminals T5 and T6 is opened, and the
The
The switching transistor Tr3 controlled by the
このようにＣＰＵ１３ａは、駆動電圧の周波数のリミット値を求め、当該リミット値を越えない範囲の周波数で駆動部７および共振部８を稼働させ、圧電トランス９の共振周波数を避けて駆動電圧を発生させる。また、出力端子Ｔ５，Ｔ６間の短絡、即ち圧電トランス９の出力短絡を開放させた後、電源装置１ｂの出力端子Ｔ５，Ｔ６に接続された負荷２に対し、リミット値を越えないように駆動電圧の周波数を制御して前述の通常の出力動作を行う。
In this way, the
以上のように第３の実施形態によれば、電源装置１ｂの出力端子Ｔ５，Ｔ６間が短絡されているとき、ＣＰＵ１３ａは、駆動部７を制御して順次駆動電圧の周波数を変化させ、このとき電流検出部１２が検出した短絡電流を示す検出信号を入力する。ＣＰＵ１３ａは、前述の検出信号の示している出力短絡電流が、予め設定されている短絡電流Ｉｓとなったときの駆動電圧の周波数を求める。ＣＰＵ１３ａは、求めた駆動電圧の周波数をリミット値として設定し、このリミット値を越えないように駆動電圧の周波数を制御する。
また、出力端子Ｔ５，Ｔ６間の短絡を開放し、負荷２へ電圧を供給するとき、ＣＰＵ１３ａは、電圧検出部１１の検出信号と電流検出部１２の検出信号とを入力し、各検出信号が示す値と負荷２へ供給すべき電圧との比較演算を行う。ＣＰＵ１３ａは、この演算結果を用いて圧電トランス９が適切な高電圧を発生するように駆動部７を制御するようにした。
As described above, according to the third embodiment, when the output terminals T5 and T6 of the power supply device 1b are short-circuited, the
When the short circuit between the output terminals T5 and T6 is opened and the voltage is supplied to the
このようにすることによって、圧電トランス９の共振点を避けて当該圧電トランス９を動作させることができ、安定した出力電圧を負荷２へ供給することができる。
また、ＣＰＵ１３ａの処理動作により、駆動電圧の周波数のリミット値を設定するようにしたので、適切な駆動電圧の周波数を自動的に設定することができる。
By doing so, the
Further, since the limit value of the drive voltage frequency is set by the processing operation of the
１，１ａ，１ｂ…電源装置、２…負荷、３…信号変換部、４…基準電圧生成部、５…比較部、６…周波数制御部、６ａ…発振部、７…駆動部、８…共振部、９…圧電トランス、１０…整流部、１１…電圧検出部、１２…電流検出部、１３，１３ａ…ＣＰＵ、２０…周波数リミット制御部、２１，２２…Ａ／Ｄ変換部、２３，２４…演算部、２５…周波数可変部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記圧電トランスの出力電流を検出する電流検出部と、
前記圧電トランスの出力電圧を設定する制御信号、前記電圧検出部の検出信号、および、前記電流検出部の検出信号に応じて前記圧電トランスの出力電圧が所定の電圧となるように前記圧電トランスの駆動電圧の周波数を制御する周波数制御部と、
前記周波数制御部の制御により前記駆動電圧を発生させて前記圧電トランスを駆動する駆動部と、
を有し、
前記周波数制御部は、前記電流検出部が検出した前記圧電トランスの出力短絡電流に基づいて設定された周波数を用いて前記駆動電圧の周波数制御を行う、
圧電トランスの制御回路。 A voltage detector for detecting the output voltage of the piezoelectric transformer;
A current detector for detecting an output current of the piezoelectric transformer;
The piezoelectric transformer has a predetermined voltage according to a control signal for setting an output voltage of the piezoelectric transformer, a detection signal of the voltage detection unit, and a detection signal of the current detection unit. A frequency control unit for controlling the frequency of the drive voltage;
A drive unit that drives the piezoelectric transformer by generating the drive voltage under the control of the frequency control unit;
Have
The frequency control unit performs frequency control of the drive voltage using a frequency set based on an output short-circuit current of the piezoelectric transformer detected by the current detection unit.
Piezoelectric transformer control circuit.
前記電流検出部が検出した前記圧電トランスの出力短絡電流に応じて前記駆動電圧の周波数のリミット値を設定して前記周波数制御の動作を制御する制御手段、を有する、
請求項１に記載の圧電トランスの制御回路。 When the output terminal of the piezoelectric transformer is short-circuited, the frequency of the drive voltage supplied to the piezoelectric transformer by sequentially controlling the frequency control unit is changed,
Control means for controlling the operation of the frequency control by setting a limit value of the frequency of the drive voltage according to the output short-circuit current of the piezoelectric transformer detected by the current detection unit,
The control circuit of the piezoelectric transformer according to claim 1.
前記圧電トランスの出力電流を検出する電流検出部と、
前記電圧検出部の検出信号と前記電流検出部の検出信号とを入力し、前記圧電トランスの駆動電圧の周波数を設定する制御手段と、
前記制御手段の制御に応じて前記駆動電圧を発生させて前記圧電トランスを駆動する駆動部と、
を有し、
前記制御手段は、前記電流検出部が検出した前記圧電トランスの出力短絡電流に基づいて前記駆動電圧の周波数を求め、該周波数の駆動電圧を発生するように前記駆動部の動作を制御する、
圧電トランスの制御回路。 A voltage detector for detecting the output voltage of the piezoelectric transformer;
A current detector for detecting an output current of the piezoelectric transformer;
Control means for inputting a detection signal of the voltage detection unit and a detection signal of the current detection unit, and setting a frequency of a driving voltage of the piezoelectric transformer;
A driving unit that drives the piezoelectric transformer by generating the driving voltage in accordance with control of the control unit;
Have
The control means obtains the frequency of the drive voltage based on the output short-circuit current of the piezoelectric transformer detected by the current detection unit, and controls the operation of the drive unit so as to generate the drive voltage of the frequency.
Piezoelectric transformer control circuit.
前記圧電トランスの共振周波数を有する駆動電圧を該圧電トランスへ供給したときの出力短絡電流よりも小さな短絡電流を予め設定しておき、
前記電流検出部の検出した出力短絡電流が前記設定されている短絡電流になったときの駆動電圧の周波数を求める演算部と、
前記演算部の求めた周波数をリミット値に設定して前記駆動電圧の周波数を制御する周波数リミット制御部と、
前記周波数リミット制御部の制御により前記駆動電圧の周波数を変化させる周波数可変部と、を有する、
請求項３に記載の圧電トランスの制御回路。 The control means includes
A short-circuit current smaller than an output short-circuit current when a drive voltage having a resonance frequency of the piezoelectric transformer is supplied to the piezoelectric transformer is set in advance.
A calculation unit for obtaining a frequency of a drive voltage when the output short circuit current detected by the current detection unit becomes the set short circuit current;
A frequency limit control unit that controls the frequency of the drive voltage by setting the frequency obtained by the calculation unit as a limit value;
A frequency variable unit that changes the frequency of the drive voltage under the control of the frequency limit control unit,
The control circuit of the piezoelectric transformer according to claim 3.
電流検出部が、前記圧電トランスの出力短絡電流を検出する工程と、
前記制御手段に予め前記圧電トランスの共振周波数を有する駆動電圧を該圧電トランスへ供給したときの出力短絡電流よりも小さな短絡電流を設定しておき、
前記制御手段が、前記電流検出部の検出した出力短絡電流が前記設定されている短絡電流になったときの駆動電圧の周波数をリミット値として設定する工程と、
前記圧電トランスの出力端子の短絡を開放させたとき、前記制御手段が、前記リミット値を越えないように駆動電圧の周波数を制御して前記駆動部に前記圧電トランスの駆動を行わせる工程と、
を有する、
圧電トランスの制御方法。 When the output terminal of the piezoelectric transformer is short-circuited, the control means controls the driving unit to supply the piezoelectric transformer with a driving voltage whose frequency is sequentially changed, and
A step of detecting an output short-circuit current of the piezoelectric transformer by a current detection unit;
A short-circuit current smaller than the output short-circuit current when the drive voltage having the resonance frequency of the piezoelectric transformer is supplied to the piezoelectric transformer in advance is set in the control means,
A step of setting, as a limit value, the frequency of the drive voltage when the control means detects the output short-circuit current detected by the current detection unit as the set short-circuit current;
When the short circuit of the output terminal of the piezoelectric transformer is opened, the control means controls the frequency of the driving voltage so as not to exceed the limit value, and causes the driving unit to drive the piezoelectric transformer;
Having
Piezoelectric transformer control method.
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