JPS5855752B2 - 高電圧発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は誘導性負荷例えば昇圧トランスを含む電気回路
を開閉することにより、昇圧トランスの出力側に高圧パ
ルスを発生させ直流高電圧を得る高電圧発生装置に関す
るものである。

従来、誘導性負荷、例えば昇圧トランスを用いて直流高
電圧を得る高電圧発生装置は、第１図に示すような回路
構成であった。

図において、１，２は交流電圧が印加される入力端子で
、この入力端子１，２に印加された交流電圧は、ダイオ
ード３と平滑コンデンサ４とで構成した整流回路で直流
電圧に変換される。

５は一次巻線６、二次巻線７および帰還巻線８が巻回さ
れた昇圧トランスで、この昇圧トランス５の一次巻線６
、二次巻線７および帰還巻線８の接続極性は、第１図に
示すような極性である。

９は前記昇圧トランス５の一次巻線６と前記ダイオード
３、平滑コンデンサ４よりなる整流回路との直列回路と
で閉回路を構成するようにされたＮＰＮ型のトランジス
タで、このトランジスタ９は前記−次巻線６と整流回路
との直列回路を開閉するものである。

１０．１１はバイアス抵抗で、このバイアス抵抗１０．
１１は整流された電源電圧を分圧し、帰還巻線８を介し
て前記トランジスタ９のベース・エミッタ間に印加する
ものである。

１２は前記トランジスタ９のエミッタ・・コレクタ間に
接続されたダイオードで、このダイオードは、トランジ
スタ９のコレクタ・エミッタ間への電源電圧の印加を阻
止するものである。

１３．１４は直流高圧を取り出す出力端子で、この出力
端子１３．１４からは、昇圧トランス５の二次巻線７に
誘起された電圧をダイオード１５と平滑コンデンサ１６
とからなる整流回路で整流した電圧が取り出される。

なお、１７は昇圧トランス５の二次巻線７の両端に接続
した共振用コンデンサで、昇圧トランス５の二次巻線７
の浮遊容量を利用する場合は省略できる。

また交流高電圧出力を得るときは不要である。

今、入力端子１，２に交流電圧を加えると、ダイオード
３、平滑コンデンサ４により整流平滑され、バイアス抵
抗１０．１１により分圧されてトランジスタ９のベース
・エミッタ間に印加され、それによってトランジスタ９
が起動し、コレクタ電流を流し初める。

コレクタ電流は回路の時定数、主に一次巻線６の時定数
により上昇するか、このとき帰還巻線８に正帰還電圧が
誘起され、トランジスタ９を導通状態に保持する。

その後、コレクタ電流が正帰還電圧にて抑制される値に
達すると、逆再生作用によりトランジスタ９は急速にカ
ットオフされる。

このとき、一次巻線６に大きな逆起電力が生じ、高圧パ
ルスが発生するのである。

なお、この高電圧パルスは二次巻線７の両端に接続され
た共振用コンデンサ１７と二次巻線７から見た等価イン
ダクタンスによって共振を開始するが、この時、一次巻
線６のトランジスタ９側の端子が正の場合は、トランジ
スタ９によって阻止され、一次巻線６の電流は流れない
。

しかし、一次巻線６の電源側端子が正になった場合には
、一次巻線６、平滑コンデンサ４、ダイオード１２、次
巻線６の回路で、昇圧トランス５に蓄えられたエネルギ
ー及び前記共振回路に蓄えられた蓄積エネルギーを放出
する。

また、この一次巻線６に発生する高電圧パルスを二次巻
線７で昇圧し、ダイオード１５、平滑コンデンサ１６で
整流、平滑することにより、出力端子１３．１４から直
流高電圧を得ることができる。

ここで、この回路では、トランジスタ９のベース電流を
帰還巻線８の誘起電圧により、トラン、ジスタ９のベー
ス・エミッタ抵抗１１の回路で流し、トランジスタ９を
０Ｎ−ＯＦＦさせて回路を発振させるというように、昇
圧トランス５に帰還巻線８を設けなくてはならなく、そ
れによって昇圧トランス５が大型になるばかりか、回路
が複雑になるという欠点があった。

本発明はそのような欠点を解消すべく開発したものであ
り、以下本発明の一実施例を示す第２図を参照しながら
説明する。

なお、第１図に示す従来の回路と同一箇所には同一番号
を記して説明は省略する。

図において、２１はトランジスタ９のエミッタ・ベース
間に挿入接続したインピーダンス素子としてのダイオー
ドで、このダイオード２１は、昇圧トランス５の蓄積エ
ネルギーが平滑コンデンサ４、ダイオード２１．トラン
ジスタ９のベース・コレクタを通して放電するような方
向で挿入接続されている。

２２．２３はトランジスタ９を起動させるためのコンデ
ンサで、このコンデンサ２２ 、２３は直列に接続され
、そして平滑コンデンサ４に並列に接続されている。

２４は一定電圧で負性抵抗を示すトリガー素子としての
双方向性ダイオードで、この双方向性ダイオード２４は
前記コンデンサ２２．２３の接続点とトランジスタ９の
ベースとの間に挿入接続されている。

また、この双方向性ダイオード２４と前記コンデンサ２
２．２３とでトランジスタ９を起動させる駆動回路か構
成されている。

この回路において、入力端子１，２に交流電圧を印加す
ると、ダイオード３、平滑コンデンサ４で整流、平滑さ
れ、そしてその整流、平滑された電圧かコンデンサ２２
．２３に印加され、コンデンサ２２．２３は充電を開始
する。

コンデンサ２３の端子電圧が、双方向性ダイオード２４
の動作電圧以上に達すると、双方向性ダイオード２４か
導通し、それによってコンデンサ２３は蓄積電荷をトラ
ンジスタのベース・エミッタを通して放電する。

コンデンサ２３の電荷がトランジスタ９のベース・エミ
ッタを通して放電することにより、トランジスタ９は導
通し、そして回路の時定数によってトランジスタ９のコ
レクタ電流が増加する。

そして、コンデンサ２３が電荷を放電し、コンデンサ２
３の端子電圧が双方向性ダイオード２４が不導通となる
電圧まで低下すると、トランジスタ９にベース電流が流
れなくなり、蓄積時間の後、トランジスタ９は不導通と
なり、それと同時に昇圧トランス５の一次巻線５の両端
に高電圧が発生する。

また、この間に昇圧トランス５に蓄積された蓄積エネル
ギーは平滑コンデンサ４、ダイオード２１．トランジス
タ９のベース、コレクタを通って放電するが、このとき
トランジスタ９はあたかもコレクタがエミッタの働きを
エミッタがコレクタの働きをし、逆トランジスタの動作
をする。

また、このとき昇圧トランス５の蓄積エネルギーの放電
回路のインピーダンスが低いため、放電電流が充分流れ
ると共にトランジスタ９には逆ベース電流か充分に流れ
るため、トランジスタ９には蓄積電荷が滞る。

そして、昇圧トランス５の蓄積エネルギーの放電が終っ
た時点で、トランジスタ９は残った蓄積電荷を放電し、
それにより電流がコレクタからベース方向に流れ、また
ベースからは放電出来ないためベースからエミッタに電
流が流れる。

このベース電流によって、トランジスタ９は再び導通状
態となる。

このとき、トランジスタ９は蓄積電荷を放出するまで導
通状態となり、蓄積電荷が無くなれば不導通状態となる
。

そして一次巻線６に高圧パルスが再び発生し、その後は
前記の動作を繰り返して行ない、発振を続けるのである
。

なお、この状態の時、出力端子１３．１４か短絡した場
合は、昇圧トランス５の蓄積エネルギーが二次巻線７で
放出されるため、トランジスタ９に流れる逆電流が激減
し、発振が停止する。

また、昇圧トランス５の蓄積エネルギーも激減するため
完全に発振か停止する。

このようにして、昇圧トランス５の一次巻線６の両端に
高圧パルスが発生し、そして出力端子１３．１４からは
、さらに昇圧され、ダイオード１５、平滑コンデンサ１
６により整流、平滑された直流高電圧か取り出されるの
である。

上記説明より明らかなように、本実施例の高電圧発生装
置は、昇圧トランス５と直列回路を構成しているトラン
ジスタ９のエミッタ・ベース間に、ダイオード２１を挿
入接続し、昇圧トランス５の蓄積エネルギーをダイオー
ド２１．トランジスタ９のベース・コレクタの回路で放
出するように構成しており、これによってトランジスタ
９を一度導通させれば、後は昇圧トランス５の蓄積エネ
ルギーの放出によってトランジスタ９に蓄積される蓄積
電荷により、トランジスタ９を０Ｎ−ＯＦＦさせること
かでき、従来のように昇圧トランス９に帰還巻線８を設
ける必要がなくなるとともに、回路が簡単となり、消費
電力が極めて少なく信頼性の高い高電圧発生装置を得る
ことができる。

また、出力端子１３．１４か短絡、すなわち負荷回路が
短絡した場合には、トランジスタ９の０Ｎ−ＯＦＦ、す
なわち回路の発振が停止し、負荷の異常発熱・火災等が
発生することかなく、非常に安全性の高いものである。

また、本実施例では、コンデンサ２２．２３で電源電圧
を分圧し、トランジスタ９のベース・エミッタ間に接続
したコンデンサ２３の電圧か、トランジスタ９のベース
に接続した双方向性ダイオード２４の動作電圧以上にな
ることにより、コンデンサ２３の電荷が放電してトラン
ジスタ９にベース電流が流れ、所定時間の後コンデンサ
２３が再び充電を開始するのであるが、コンデンサ２２
に残っている電荷により、コンデンサ２３は双方向性ダ
イオード２４が動作する電圧まで充電されていない状態
でコンデンサ２３の充電が停止するため、コンデンサ２
２．２３はトランジスタ９起動後充放電を停止し、それ
によって端子電圧も一定電圧で停止し、トランジスタ９
にはベース電流が流れなくなる。

すなわち、トランジスタ９には最初に起動させるための
ベース電流か流れるだけで後は流れない。

なお、コンデンサ２２．２３の容量を適当に選べば、コ
ンデンサ２３の充放電を数回繰り返し行なわせることが
でき、トランジスタ９の起動を確実に行なわせることが
できる。

なお、第２図の回路ではトランジスタ９の蓄積時間の調
整が出来ないため、トランジスタ９の特性のバラツキが
装置の特性のバラツキになる。

そこで、第３図に示すように蓄積電荷放出用の抵抗２５
をトランジスタ９のベース・エミッタ間に挿入接続すれ
は、トランジスタ９の蓄積電荷がベースからエミッタ側
に抵抗２５を通して分流するため、トランジスタ９の蓄
積時間を調整することができる。

また、トランジスタ９の蓄積時間を調整するためにトラ
ンジスタ９のベース・エミッタ間に抵抗２５を挿入接続
した場合には第４図に示すようにベース・エミッタ間に
挿入接続していたダイオード２１を省略することも出来
る。

これは、昇圧トランス５の蓄積エネルギーが、抵抗２５
、トランジスタ９のベース・コレクタを通して流れ始め
ると、トランジスタ９が前述の如く逆トランジスタとし
て働き、昇圧トランス５の蓄積エネルギーをエミッタ・
コレクタの回路で放電することが出来るためである。

このようにトランジスタ９のベース・エミッタ間に抵抗
２５を挿入接続した場合でも同様の結果を得ることが出
来る。

また、第５図に示すように、双方向性ダイオード２４を
ユニジャンクショントランジスタ２６と抵抗２７．２８
とに置換した場合でも第２図と同様の効果を得ることが
できる。

また、トランジスタ９の蓄積時間の調整法は、前述の如
く固定の抵抗２５のみではなく、第６図に示すように、
トランジスタ９のベース・エミッタ間にサイリスタ２９
を挿入接続し、そのサイリスタ２９を抵抗３０とコンデ
ンサ３１とで構成された遅延回路と、双方向性ダイオー
ド３２とで一定周期毎にサイリスタ２９を点弧し、トラ
ンジスタ９のベース・エミッタ間を短絡するように構成
してもよい。

すなわち、この短絡によって蓄積電荷を一瞬に放出させ
トランジスタ９をＯＦＦ状態にすることができるのであ
る。

このような手段でもトランジスタ９のベース・エミッタ
間のインピーダンスを変化させることができ、電荷の蓄
積時間を調整することができる。

特に、トランジスタ９の電荷の蓄積時間は温度、昇圧ト
ランス５のエネルギー放出電流等多くの変動要因かあり
、不安定で大幅に変動しやすいが、前述のように電荷の
蓄積時間を外部回路を用いてトランジスタ９のベース・
エミッタ間を短絡することにより、一定に保つことは装
置の安定性の上から非常に有効な手段である。

なお、第７図に示すように、サイリスタ２９をＮＰＮ型
のトランジスタ３３に置換した場合でも同様の効果を得
ることができる。

また、一次巻線６に一定高圧パルスを発生させるために
は一次巻線６に流れる順方向電流の変化量を一定にする
必要があるか、この場合には第８図のように構成すれば
よい。

第８図において、３４はトランジスタ９のエミッタに直
列に接続した抵抗、３５は抵抗３４と並列に接続したコ
ンデンサ、３６は双方向性ダイオード、３Ｔはサイリス
クである。

この回路構成でトランジスタ９のエミツク電流即ち、一
次巻線６に流れる電流か一定値以上になると双方向性ダ
イオード３６が動作し、サイリスタ３７を導通させトラ
ンジスタ９の蓄積電荷を放出し、トランジスタ９をＯＦ
Ｆにする。

即ち一定の巻線電流値でトランジスタ９がＯＦＦするた
め、常に一定出力か得られるのである。

このようにトランジスタ９のベース・エミッタ間のイン
ピーダンスを回路の動作中に変化させ、トランジスタ９
の電荷の蓄積時間を制御することにより、一次巻線６の
両端に発生する高圧パルスの電圧値を一定に保つことが
できる。

このことは第９図の回路を用いても同様の結果を得るこ
とができる。

第９図の回路は、トランジスタ９のエミッタに直列に接
続した抵抗３４の他端と、トランジスタ９のベースとの
間に、定電圧ダイオード３８とダイオード３９との直列
回路を挿入接続したものである。

なお、定電圧ダイオード３８のカソードはトランジスタ
９のベースに、アノードはダイオード３９のアノードに
、またダイオード３９のカソードは抵抗３４にそれぞれ
接続している。

この回路では、定電圧ダイオード３８のツェナー効果を
利用しており、従ってトランジスタ９に流れる電流値か
所定値を越すと、トランジスタ９がＯＦＦ状態となる。

すなわち、第８図の回路と同様の効果を得ることができ
るのである。

上記実施例より明らかなように本発明の高電圧発生装置
は、昇圧トランス５と直列回路を構成するトランジスタ
９のベース・エミッタ間に、ダイオード２１を挿入接続
し、昇圧トランス５の蓄積エネルギーをダイオード２１
、トランジスタ９のベース°コレクタの回路で放出させ
、トランジスタ９を逆トランジスタとして動作させるも
のであり、これによってトランジスタ９を最初起動させ
れば、後は、昇圧トランス５の蓄積エネルギーの放出に
よってトランジスタ９に蓄積される蓄積電荷により、ト
ランジスタ９に０Ｎ−ＯＦＦ動作を行なわせることがで
き、従来のように昇圧トランス５に帰還巻線８を設ける
必要がなくなり、昇圧トランス５を小型にすることがで
きるとともに、昇圧］・ランス５の端子数が減るため、
誤結線も少なくすることができる。

しかも、出力端子１３．１４を短絡した場合、すなわち
負荷回路が短絡した場合には、トランジスタ９の０Ｎ−
ＯＦＦ動作、すなわち回路の発振が停止するため、負荷
の異常発熱・火災等が発生することがなく、非常に安全
性が高い。

また、従来であれば、昇圧トランス５の蓄積エネルギ゛
−の放出をトランジスタ９のコレクタ・エミッタ間に接
続したダイオード１２で行なっていたため、ダイオード
１２には昇圧トランス５の一次巻線６に生じる高圧パル
スに耐えるものを必要としていたが、本発明の回路に用
いるダイオード２１はトランジスタ９のベース・エミッ
タ間の順方向電圧以上の耐圧を有するものであればよく
、安価に回路を構成することができるとともに、高圧が
印加される部分が減るため、回路の信頼性を向上させる
ことができる。

しかも、本発明の高電圧発生装置では、ダイオード２１
に並列に抵抗２５を接続することによってトランジスタ
９の蓄積時間を調整でき、トランジスタ９の特性のばら
つきを補償グることかできる。

さらには、抵抗２５だけでもダイオード２１を接続した
場合と同様の効果を得ることができ、なおこの場合も、
トランジスタ９の蓄積時間の調整を行なうことができる
のである。

また、ダイオード２１の代りにトランジスタでも同様の
効果を得ることができる。

すなわち、トランジスタ９のベース・エミッタ間に接続
するのはダイオード２１．抵抗２５、トランジスタ等の
インピーダンス素子であればよい。

また、トランジスタ９の０Ｎ−ＯＦＦ動作にトランジス
タ９の蓄積電荷を利用しているので、トランジスタ９に
蓄積電荷量の多い低周波用のトランジスタを用いた方が
、高周波用のトランジスタを用いるのより、前述のよう
に抵抗２５により蓄積時間を調整してトランジスタ９の
特性のばらつきを補償する場合に有利である。

しかも、低周波用トランジスタは高周波用トランジスタ
に比べ、高耐圧、大電流のトランジスタを製作しやすい
ため、本発明のように高電圧パルスを得ようとする場合
には、トランジスタ９に低周波用トランジスタを用いた
方が、安価で信頼性の高い高電圧発生装置を容易に得る
ことができる。

また、第６図、第７図に示すようにトランジスタ９のベ
ース・エミッタ間を一定周期で短絡させることにより、
トランジスタ９のベース・エミッタ間のインピーダンス
を変化させ、トランジスタ９の蓄積時間を調整するよう
にすれば、トランジスタ９の蓄積時間が常に一定になり
、装置の安定性が向上する。

また、第８図、第９図に示すように昇圧トランス５の一
次巻線６に流れる電流が所定値以上になった時にトラン
ジスタ９のベース・エミッタ間のインピーダンスを変化
させ、トランジスタ９の蓄積時間を調整するようにすれ
ば、昇圧トランス５の一次巻線６に流れる電流を一定に
保つことができ、高圧パルスの電圧値を一定に保つこと
ができる。

以上のように本発明の高電圧発生装置は、昇圧トランス
と直列回路を構成しているトランジスタのベース・エミ
ッタ間にインピーダンス素子を接続し、昇圧トランスの
蓄積エネルギーをそのインピーダンス素子、トランジス
タのベース・コレクタを通して放出させるものであり、
これによって昇圧トランスの小型をはかることができる
とともに、簡単な回路にすることができ、それによって
安価で消費電力が極めて少なく、しかも信頼性および安
全性が高いという非常に優れたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高電圧発生装置の電気回路図、第２図は
本発明の一実施例による高電圧発生装置の電気回路図、
第３図〜第９図は本発明の他の実施例による高電圧発生
装置の電気回路図である。 ５・・・・・・昇圧トランス、６・・・・・・一次巻線
、７・・・・・・二次巻線、９，３３・・・・・・トラ
ンジスタ、２１．２５・・・・・・インピーダンス素子
（ダイオード、抵抗）、２２．２３，３１．３５・・・
・・・コンデンサ、２４゜２６．３６・・・・・・トリ
ガー素子（双方向性ダイオード、ユニジャンクショント
ランジスタ、双方向性ダイオード）、３０，３４・・・
・・・抵抗、２９．３７・・・・・・サイリスク、３８
・・・・・・定電圧ダイオード、３９・・・・・・ダイ
オード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一次巻線と出力電圧を取り出す二次巻線とを備えた
   昇圧トランスの前記−次巻線とトランジスタのコレクタ
   ・エミッタと電源電圧が印加される直列接続の複数個の
   コンデンサとで閉回路を構成し、かつ前記トランジスタ
   のエミッタ・ベース間にインピーダンス素子を接続し、
   さらに前記トランジスタのベースと前記直列接続の複数
   個のコンデンサの接続点との間にトリガー素子を接続し
   た高電圧発生装置。 ２ インピーダンス素子がダイオードである特許請求の
   範囲第１項に記載の高電圧発生装置。 ３ インピーダンス素子がダイオードと抵抗の並列素子
   である特許請求の範囲第１項に記載の高電圧発生装置。 ４ インピーダンス素子が抵抗である特許請求の範囲第
   １項に記載の高電圧発生装置。 ５ トランジスタのベース・エミッタ間を一定周期で短
   絡するようにした特許請求の範囲第１項に記載の高電圧
   発生装置。 ６ トランジスタのベース・エミッタ間にサイリスクま
   たはトランジスタを接続し、そのサイリスクまたはトラ
   ンジスタを抵抗とコンデンサとよりなる遅延回路で駆動
   するようにした特許請求の範囲第５項に記載の高電圧発
   生装置。 ７ 昇圧トランスの一次巻線に流れる電流によりトラン
   ジスタのベース・エミッタ間を短絡するようにした特許
   請求の範囲第１項に記載の高電圧発生装置。 ８ トランジスタのベース・エミッタ間にサイリスクを
   接続し、そのサイリスクをトランジスタに流れる電流を
   検出する抵抗とコンデンサとよりなる並列回路とこの並
   列回路のコンデンサの端子電圧により動作するトリガー
   素子とで駆動するようにした特許請求の範囲第１項に記
   載の高電圧発生装置。 ９ トランジスタのエミッタに抵抗の一端を接続すると
   ともに前記トランジスタのベースと前記抵抗の他端間に
   定電圧ダイオードとダイオードの直列回路を接続し、前
   記トランジスタに流れる電流によりトランジスタのベー
   ス・エミッタ間のインピーダンスを低下させるようにし
   た特許請求の範囲第７項に記載の高電圧発生装置。 １０トランジスタが低周波用トランジスタである特許請
   求の範囲第１項に記載の高電圧発生装置。