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JP2010011606A - Power supply circuit using piezoelectric transformer - Google Patents

Power supply circuit using piezoelectric transformer Download PDF

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JP2010011606A
JP2010011606A JP2008166603A JP2008166603A JP2010011606A JP 2010011606 A JP2010011606 A JP 2010011606A JP 2008166603 A JP2008166603 A JP 2008166603A JP 2008166603 A JP2008166603 A JP 2008166603A JP 2010011606 A JP2010011606 A JP 2010011606A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply circuit which can simplify its circuit constitution, with its parts count small. <P>SOLUTION: This power unit includes a piezoelectric transformer 30, a piezoelectric transformer driving circuit part 10, which has a switching element Q1 and drives a piezoelectric transformer 30 by applying a voltage to the piezoelectric transformer 30, and a digital signal processor DSP, which outputs a drive signal for driving the switching element Q1. The piezoelectric transformer 30 includes a detecting electrode 34, which outputs an AC voltage of frequency conforming to the natural resonance frequency of the piezoelectric transformer 30. The digital signal processor DSP computes the frequency of a detected voltage outputted from the detecting electrode 34, and generates a drive signal so that an outputted drive signal may come close to computed frequency. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧電トランスを備え直流電圧を昇圧して出力する圧電トランスを用いた電源回路に関するものである。   The present invention relates to a power supply circuit using a piezoelectric transformer that includes a piezoelectric transformer and boosts and outputs a DC voltage.

従来から、放電灯や静電霧化装置のような高電圧低電流の負荷用途において圧電トランスを用いて直流電圧を昇圧する電源回路が用いられている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a power supply circuit that boosts a DC voltage using a piezoelectric transformer has been used in high voltage, low current load applications such as discharge lamps and electrostatic atomizers.

この種の電源回路には、図9に示すように、圧電トランス30の2次側電極33に負荷70である放電灯を接続したものがある(特許文献1参照)。この電源回路では、直流電源Eの両端間にスイッチング素子Q4を介してインダクタL2,L3とスイッチング素子Q2,Q3との一対の直列回路を接続し、圧電トランス30に設けた一対の1次側電極32のうちの一方をインダクタL2とスイッチング素子Q2との接続点に接続し、他方をインダクタL3とスイッチング素子Q3との接続点に接続している。   As this type of power supply circuit, there is one in which a discharge lamp as a load 70 is connected to the secondary electrode 33 of the piezoelectric transformer 30 as shown in FIG. 9 (see Patent Document 1). In this power supply circuit, a pair of primary electrodes provided on the piezoelectric transformer 30 is connected by connecting a pair of series circuits of inductors L2, L3 and switching elements Q2, Q3 via switching element Q4 between both ends of DC power supply E. One of 32 is connected to a connection point between the inductor L2 and the switching element Q2, and the other is connected to a connection point between the inductor L3 and the switching element Q3.

各スイッチング素子Q2,Q3は、一定周波数の三角波を出力する発信器OSCと、2個のフリップフロップFF1,FF2からなる分周回路とで構成された駆動回路部91により、交互にオンオフされる。   Each of the switching elements Q2 and Q3 is alternately turned on and off by a drive circuit unit 91 including a transmitter OSC that outputs a triangular wave with a constant frequency and a frequency dividing circuit composed of two flip-flops FF1 and FF2.

また、負荷70が放電灯であるから、輝度を一定に保つために、電流検出回路92によりランプ電流を検出し、スイッチング素子Q4の時比率(オンデューティ)をフィードバック制御する構成を採用している。すなわち、電流検出回路92で検出したランプ電流に相当する電圧と、発振器OSCから出力される三角波とをコンパレータCP1で比較することにより、スイッチング素子Q4のオンデューティを制御している。   Further, since the load 70 is a discharge lamp, in order to keep the luminance constant, a configuration is adopted in which the lamp current is detected by the current detection circuit 92 and the time ratio (on duty) of the switching element Q4 is feedback controlled. . That is, the on-duty of the switching element Q4 is controlled by comparing the voltage corresponding to the lamp current detected by the current detection circuit 92 with the triangular wave output from the oscillator OSC by the comparator CP1.

図9に示す構成では、圧電トランス30への印加電圧の周波数は発信器OSCの出力周波数によって固定的に決められているから、圧電トランス30の共振周波数のばらつきや環境温度による圧電トランスの共振周波数の変化などによって圧電トランスを変換効率が最大になる周波数で駆動できない場合がある。   In the configuration shown in FIG. 9, since the frequency of the voltage applied to the piezoelectric transformer 30 is fixedly determined by the output frequency of the oscillator OSC, the resonance frequency of the piezoelectric transformer due to variations in the resonance frequency of the piezoelectric transformer 30 and the environmental temperature. In some cases, the piezoelectric transformer cannot be driven at a frequency at which the conversion efficiency is maximized due to a change in current.

図10に示す電源回路は、基本的な構成は図9に示した電源回路と同様であるが、出力周波数が固定である発振器OSCに代えて出力周波数が可変である可変発振回路OSC’を用いている点が相違する。可変発振回路OSC’の出力周波数は、圧電トランス30に印加する電圧と負荷70である放電灯のランプ電流との位相差を検出する位相検出回路93の出力に応じて調整される。すなわち、当該位相差が設定範囲内になるように可変発振回路OSC’の出力周波数が制御される(特許文献2参照)。   The basic configuration of the power supply circuit shown in FIG. 10 is the same as that of the power supply circuit shown in FIG. 9, except that a variable oscillation circuit OSC ′ whose output frequency is variable is used instead of the oscillator OSC whose output frequency is fixed. Is different. The output frequency of the variable oscillation circuit OSC ′ is adjusted according to the output of the phase detection circuit 93 that detects the phase difference between the voltage applied to the piezoelectric transformer 30 and the lamp current of the discharge lamp as the load 70. That is, the output frequency of the variable oscillation circuit OSC ′ is controlled so that the phase difference is within the set range (see Patent Document 2).

可変発振回路OSC’の出力はパルス幅可変回路95でパルス幅が調節された後、波形整形回路10aおよびドライブ回路10bを通して圧電トランス30の1次側電極32に印加される。波形整形回路10aは圧電トランス30に印加する電圧から高周波成分を除去する機能を有し、ドライブ回路10bは波形整形回路10aの出力を圧電トランス30の駆動レベルに引き上げる機能を有する。すなわち、図9に示した電源回路におけるインダクタL2,L3およびスイッチング素子Q2,Q3に相当する。   The output of the variable oscillation circuit OSC 'is applied to the primary electrode 32 of the piezoelectric transformer 30 through the waveform shaping circuit 10a and the drive circuit 10b after the pulse width is adjusted by the pulse width variable circuit 95. The waveform shaping circuit 10 a has a function of removing high frequency components from the voltage applied to the piezoelectric transformer 30, and the drive circuit 10 b has a function of raising the output of the waveform shaping circuit 10 a to the drive level of the piezoelectric transformer 30. That is, it corresponds to the inductors L2 and L3 and the switching elements Q2 and Q3 in the power supply circuit shown in FIG.

また、負荷70のランプ電流は電流検出回路92で検出され、電流検出回路92の出力はパルス幅制御回路94に入力される。パルス幅制御回路94ではランプ電流が一定に保たれるようにパルス幅可変回路95に指示する。すなわち、パルス幅制御回路94およびパルス幅可変回路95は、図9に示した電源回路におけるコンパレータCP1およびスイッチング素子Q4に相当する機能を有する。   The lamp current of the load 70 is detected by the current detection circuit 92, and the output of the current detection circuit 92 is input to the pulse width control circuit 94. The pulse width control circuit 94 instructs the pulse width variable circuit 95 to keep the lamp current constant. That is, the pulse width control circuit 94 and the pulse width variable circuit 95 have functions corresponding to the comparator CP1 and the switching element Q4 in the power supply circuit shown in FIG.

図10に示す構成は、圧電トランス30の1次側電極32に印加する電圧の周波数を可変にし、圧電トランス30の1次側に印加する電圧と、2次側の電流との位相差を設定範囲に保つように周波数を制御しているから、位相差を適宜に選択することによって、圧電トランス30を変換効率の高い領域で用いることが可能になっている。   The configuration shown in FIG. 10 makes the frequency of the voltage applied to the primary side electrode 32 of the piezoelectric transformer 30 variable, and sets the phase difference between the voltage applied to the primary side of the piezoelectric transformer 30 and the current on the secondary side. Since the frequency is controlled so as to keep the range, the piezoelectric transformer 30 can be used in a region where the conversion efficiency is high by appropriately selecting the phase difference.

しかしながら、特許文献2の構成では、圧電トランス30だけではなく負荷70も含んだ情報を用いて可変発振回路OSC’の出力周波数を決定しているから、負荷70の動作状態によっては、圧電トランス30の変換効率が最大になる駆動周波数が得られるとは限らないという問題を有している。   However, in the configuration of Patent Document 2, since the output frequency of the variable oscillation circuit OSC ′ is determined using information including not only the piezoelectric transformer 30 but also the load 70, the piezoelectric transformer 30 depends on the operating state of the load 70. However, it is not always possible to obtain a drive frequency that maximizes the conversion efficiency.

この種の問題を解決する電源回路としては、圧電トランス30の1次側電極32に圧電トランス30の固有共振周波数の電圧を印加するために、図11に示すように、圧電トランス30に1次側電極32と2次側電極33とに加えて検出電極(電圧検出電極)34を設け、検出電極34での検出電圧を用いて自励発振を行うものが提案されている(特許文献3参照)。   As a power supply circuit for solving this type of problem, in order to apply a voltage of the natural resonance frequency of the piezoelectric transformer 30 to the primary electrode 32 of the piezoelectric transformer 30, as shown in FIG. In addition to the side electrode 32 and the secondary electrode 33, a detection electrode (voltage detection electrode) 34 is provided, and self-excited oscillation is performed using the detection voltage at the detection electrode 34 (see Patent Document 3). ).

この電源回路では、直流電源Eの両端間にインダクタL1とMOSFETからなるスイッチング素子Q1との直列回路を接続し、スイッチング素子Q1に波形整形のためのコンデンサC1を並列接続するとともに、コンデンサC1の両端電圧を圧電トランス30の1次側電極32に印加する。2次側電極33から出力される2次電圧は負荷70に印加される。   In this power supply circuit, a series circuit of an inductor L1 and a switching element Q1 composed of a MOSFET is connected between both ends of a DC power supply E, a capacitor C1 for waveform shaping is connected in parallel to the switching element Q1, and both ends of the capacitor C1 are connected. A voltage is applied to the primary electrode 32 of the piezoelectric transformer 30. The secondary voltage output from the secondary electrode 33 is applied to the load 70.

上述したように、圧電トランス30には検出電極34が設けられ、検出電極34で検出された検出電圧はコンパレータCP2に入力される。コンパレータCP2の出力は、コンプリメンタリ接続された2個のトランジスタQ10,Q11からなるバッファを通してスイッチング素子Q1のオンオフに用いられる。コンパレータCP2において、検出電圧と比較される電圧は、バッファの出力電圧の平均値であって、コンパレータCP2からは矩形波信号が出力される。   As described above, the piezoelectric transformer 30 is provided with the detection electrode 34, and the detection voltage detected by the detection electrode 34 is input to the comparator CP2. The output of the comparator CP2 is used to turn on and off the switching element Q1 through a buffer composed of two transistors Q10 and Q11 connected in a complementary manner. In the comparator CP2, the voltage to be compared with the detection voltage is an average value of the output voltage of the buffer, and a rectangular wave signal is output from the comparator CP2.

この構成では、検出電極34から出力された脈動電圧を一定値電圧と比較することにより得られる矩形波信号でスイッチング素子のオンオフを制御しているから、スイッチング素子Q1のオンオフは検出電圧の周波数と同じ周波数で行われることになる。
特開2000−295861号公報 特開平9−135573号公報 特開2005−184896号公報
In this configuration, on / off of the switching element Q1 is controlled by a rectangular wave signal obtained by comparing the pulsation voltage output from the detection electrode 34 with a constant value voltage. It will be done at the same frequency.
JP 2000-295861 A JP-A-9-135573 JP 2005-184896 A

ところで、特許文献3に記載された構成では、自励発振のために、コンパレータCP2を用いているから、演算増幅器の外付部品として、少なくとも抵抗R10〜R12、コンデンサC10,C11などが必要であり、さらには、バッファを構成するトランジスタQ10,Q11やプルアップ抵抗、電圧調整用の抵抗など多くの部品を用いることになる。このように特許文献3の構成では、部品点数が多くなるという問題を有している。   By the way, in the configuration described in Patent Document 3, since the comparator CP2 is used for self-excited oscillation, at least resistors R10 to R12, capacitors C10 and C11, and the like are required as external components of the operational amplifier. In addition, many components such as transistors Q10 and Q11, a pull-up resistor, and a voltage adjusting resistor constituting the buffer are used. As described above, the configuration of Patent Document 3 has a problem that the number of parts increases.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、演算増幅器と外付部品とを必要とするコンパレータを用いた構成に代えて、デジタルシグナルプロセッサを用いた構成を採用することにより、圧電トランスを高効率で駆動しながらも部品点数を低減させることを可能にした圧電トランスを用いた電源回路を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above reasons, and its object is to adopt a configuration using a digital signal processor instead of a configuration using a comparator that requires an operational amplifier and an external component. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a power supply circuit using a piezoelectric transformer that can reduce the number of parts while driving the piezoelectric transformer with high efficiency.

請求項1の発明は、直流電圧を昇圧して出力する電源回路であって、一対の1次側電極と圧電材料で形成され1次側電極に印加された電圧を昇圧する昇圧部と昇圧部で昇圧された電圧を出力する2次側電極と昇圧部の変形量に応じた電圧を出力する検出電極とを備え2次側電極から負荷への出力電圧を取り出す圧電トランスと、スイッチング素子を備え前記1次側電極に間欠的に電圧を印加する圧電トランス駆動回路部と、スイッチング素子のオンオフの駆動を行うデジタルシグナルプロセッサとを備え、デジタルシグナルプロセッサは、前記検出電極から入力される検出電圧の周波数を算出する周波数算出手段と、スイッチング素子をオンオフさせる駆動信号を生成する駆動信号生成手段とを備え、電源投入直後にはあらかじめ設定した初期駆動周波数の駆動信号を電源投入後に生成し、以後は、検出電圧の周波数を算出する動作と、算出した周波数の駆動信号を生成する動作とを繰り返すことを特徴とする。   The invention according to claim 1 is a power supply circuit that boosts and outputs a DC voltage, and includes a booster and a booster that boost a voltage applied to the primary electrode formed of a pair of primary electrodes and a piezoelectric material. A piezoelectric transformer for taking out the output voltage from the secondary side electrode to the load, a switching element, and a secondary side electrode for outputting the voltage boosted in step S2 and a detection electrode for outputting a voltage corresponding to the deformation amount of the boosting unit. A piezoelectric transformer driving circuit unit for intermittently applying a voltage to the primary electrode; and a digital signal processor for driving on / off of a switching element, wherein the digital signal processor is configured to detect a detection voltage input from the detection electrode. A frequency calculation means for calculating the frequency and a drive signal generation means for generating a drive signal for turning on / off the switching element; A driving signal of the driving frequency is generated after the power is turned on, thereafter, and repeating the operation of calculating the frequency of the detected voltage, the act of generating a driving signal of the calculated frequency.

請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記デジタルシグナルプロセッサは、前記スイッチング素子をオンオフさせる駆動信号の時比率を制御することにより前記負荷への出力電圧を調整することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the digital signal processor adjusts an output voltage to the load by controlling a time ratio of a drive signal for turning on and off the switching element. .

請求項3の発明は、請求項1または請求項2の何れか1項に記載の発明において、前記圧電トランス駆動回路部は、前記スイッチング素子に並列接続される共振用コンデンサと、共振用コンデンサに直列に接続される共振用コイルとを有する共振回路部を備え、共振用コンデンサの両端電圧を前記圧電トランスの1次側電極に印加し、前記駆動信号生成手段は、スイッチング素子のオン時間がスイッチング素子がオンになるときにゼロ電圧スイッチングとなる範囲の最小時間である初期駆動信号を生成することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the piezoelectric transformer drive circuit unit includes a resonance capacitor connected in parallel to the switching element, and a resonance capacitor. A resonance circuit unit having a resonance coil connected in series, applying a voltage across the resonance capacitor to the primary side electrode of the piezoelectric transformer, and the drive signal generating means switching the on-time of the switching element An initial drive signal which is a minimum time in a range where zero voltage switching is performed when the element is turned on is generated.

請求項1の発明の構成によれば、スイッチング素子をオンオフさせる駆動信号の駆動周波数が圧電トランスの固有共振周波数に一致するから、昇圧比が高くなる周波数で圧電トランスを駆動することができるという利点がある。   According to the configuration of the first aspect of the invention, since the drive frequency of the drive signal for turning on / off the switching element matches the natural resonance frequency of the piezoelectric transformer, the piezoelectric transformer can be driven at a frequency at which the step-up ratio becomes high. There is.

また、スイッチング素子を駆動させる駆動信号の駆動周波数を、デジタルシグナルプロセッサを用いて圧電トランスの固有共振周波数に合わせるから、コンパレータを用いる場合に必要であった外付部品が不要になり、コンパレータを用いる従来構成よりも部品点数を少なくできるという利点がある。   In addition, since the drive frequency of the drive signal for driving the switching element is adjusted to the natural resonance frequency of the piezoelectric transformer using a digital signal processor, the external parts that are necessary when using the comparator become unnecessary, and the comparator is used. There is an advantage that the number of parts can be reduced as compared with the conventional configuration.

請求項2の発明の構成では、スイッチング素子の時比率をデジタルシグナルプロセッサにより変えるから、部品を追加することなくスイッチング素子の時比率を変え、出力電圧を変えることができるという利点がある。   In the configuration of the invention of claim 2, since the duty ratio of the switching element is changed by the digital signal processor, there is an advantage that the output voltage can be changed by changing the duty ratio of the switching element without adding components.

請求項3の発明の構成によれば、前記駆動信号生成手段は、スイッチング素子のオン時間がスイッチング素子がオンになるときにゼロ電圧スイッチングとなる範囲の最小時間である初期駆動信号を生成するから、低い出力電圧で駆動を開始する場合においてもスイッチング素子はゼロ電圧スイッチングを行い、圧電トランスにおけるノイズの発生およびスイッチング損失を抑えることができるという利点がある。   According to the configuration of the invention of claim 3, the drive signal generating means generates an initial drive signal that is a minimum time in a range in which zero voltage switching is performed when the switching element is turned on. Even when driving is started at a low output voltage, the switching element performs zero voltage switching, and there is an advantage that noise generation and switching loss in the piezoelectric transformer can be suppressed.

以下の各実施形態では、圧電トランスを用いて直流電圧を昇圧し、昇圧した電圧を負荷に供給する電源回路を例示する。   In the following embodiments, a power supply circuit that boosts a DC voltage using a piezoelectric transformer and supplies the boosted voltage to a load is exemplified.

(実施形態1)
本実施形態は、図1に示すように、圧電トランス30と、スイッチング素子Q1を備え圧電トランス30を駆動させる圧電トランス駆動回路部10と、スイッチング素子Q1のオンオフを制御するデジタルシグナルプロセッサDSPと、デジタルシグナルプロセッサDSPに電源を供給するレギュレータ(定電圧電源)60と、圧電トランス30が出力する交流電圧を整流する整流回路部40と、負荷70に供給される電圧の検出を行う出力検出回路部50とを備える。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the present embodiment includes a piezoelectric transformer 30, a piezoelectric transformer drive circuit unit 10 that includes a switching element Q1 and drives the piezoelectric transformer 30, a digital signal processor DSP that controls on / off of the switching element Q1, A regulator (constant voltage power source) 60 that supplies power to the digital signal processor DSP, a rectifier circuit unit 40 that rectifies the AC voltage output from the piezoelectric transformer 30, and an output detection circuit unit that detects the voltage supplied to the load 70. 50.

圧電トランス30は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)などの圧電材料で形成される昇圧部31と、圧電トランス駆動回路部10により電圧が印加される一対の1次側電極32と、昇圧した電圧を出力する2次側電極33と、検出電極34とを備える。   The piezoelectric transformer 30 includes a booster 31 formed of a piezoelectric material such as PZT (lead zirconate titanate), a pair of primary electrodes 32 to which a voltage is applied by the piezoelectric transformer drive circuit unit 10, and a boosted voltage. Is provided with a secondary electrode 33 and a detection electrode 34.

昇圧部31は矩形板状に形成され、一対の1次側電極32は厚み方向の各一面における長手方向の端部にそれぞれ設けられ、2次側電極33は長手方向における1次側電極32から遠い方の一端面に設けられる。   The step-up part 31 is formed in a rectangular plate shape, the pair of primary side electrodes 32 are respectively provided at the end portions in the longitudinal direction on each surface in the thickness direction, and the secondary side electrode 33 is extended from the primary side electrode 32 in the longitudinal direction. It is provided on one end face of the far side.

検出電極34は昇圧部31において一方の1次側電極32が設けられた表面の一端部(2次側電極33に近い方の端部)に配設され、昇圧部31の変形量に応じた電圧を出力する。すなわち、検出電極34からは、圧電トランス30の固有共振周波数に相当する周波数で変動する電圧が出力される。   The detection electrode 34 is disposed at one end (the end closer to the secondary electrode 33) of the boosting unit 31 on the surface where the one primary electrode 32 is provided, and corresponds to the amount of deformation of the boosting unit 31. Output voltage. That is, the detection electrode 34 outputs a voltage that fluctuates at a frequency corresponding to the natural resonance frequency of the piezoelectric transformer 30.

圧電トランス駆動回路部10は、共振用コイルL1と共振用コンデンサC1とで形成される共振回路部20を備える。共振用コイルL1と共振用コンデンサC1とは直列に接続され、共振用コイルL1の一端は直流電源E(例えば、12V)の高圧側に接続され、共振用コンデンサC1の一端は直流電源Eの低圧側に接続される。   The piezoelectric transformer drive circuit unit 10 includes a resonance circuit unit 20 formed by a resonance coil L1 and a resonance capacitor C1. The resonance coil L1 and the resonance capacitor C1 are connected in series, one end of the resonance coil L1 is connected to the high voltage side of the DC power supply E (for example, 12V), and one end of the resonance capacitor C1 is the low voltage of the DC power supply E. Connected to the side.

圧電トランス30は共振用コンデンサC1に並列に接続され、圧電トランス30と共振回路部20とは共振回路を形成している。   The piezoelectric transformer 30 is connected in parallel to the resonance capacitor C1, and the piezoelectric transformer 30 and the resonance circuit unit 20 form a resonance circuit.

スイッチング素子Q1にはMOSFETが用いられ、ソースは直流電源Eの低圧側に接続され、ドレインは共振用コンデンサC1の一端に接続され、スイッチング素子Q1は共振用コンデンサC1に並列に接続される。   A MOSFET is used as the switching element Q1, a source is connected to the low voltage side of the DC power supply E, a drain is connected to one end of the resonance capacitor C1, and the switching element Q1 is connected in parallel to the resonance capacitor C1.

整流回路部40は、2個の整流ダイオードD1,D2と平滑コンデンサC2とから構成される。整流ダイオードD1のカソードと整流ダイオードD2のアノードとは2次側電極33に接続され、整流ダイオードD1のアノードは直流電源Eの低圧側に接続される。平滑コンデンサC2の両端は、整流ダイオードD2のカソードと直流電源Eの低圧側とにそれぞれ接続される。   The rectifier circuit unit 40 includes two rectifier diodes D1 and D2 and a smoothing capacitor C2. The cathode of the rectifier diode D1 and the anode of the rectifier diode D2 are connected to the secondary electrode 33, and the anode of the rectifier diode D1 is connected to the low voltage side of the DC power supply E. Both ends of the smoothing capacitor C2 are connected to the cathode of the rectifier diode D2 and the low voltage side of the DC power supply E, respectively.

負荷70の一端は平滑コンデンサC2の一端(高電圧側)に抵抗R5を介して接続され、他端は直流電源Eの低圧側に接続される。   One end of the load 70 is connected to one end (high voltage side) of the smoothing capacitor C2 via the resistor R5, and the other end is connected to the low voltage side of the DC power supply E.

出力検出回路部50は、コンデンサC3と、分圧抵抗R3,R4とで構成される。分圧抵抗R3,R4からなる直列回路は、平滑コンデンサC2の両端間に接続され、直流電源Eの低圧側に接続された抵抗R4にコンデンサC3が並列接続される。   The output detection circuit unit 50 includes a capacitor C3 and voltage dividing resistors R3 and R4. The series circuit composed of the voltage dividing resistors R3 and R4 is connected between both ends of the smoothing capacitor C2, and the capacitor C3 is connected in parallel to the resistor R4 connected to the low voltage side of the DC power source E.

レギュレータ60の入力端は直流電源Eの高圧側に接続され、出力端はデジタルシグナルプロセッサDSPに接続される。レギュレータ60は入力電圧を降圧し(例えば、3.3V)、デジタルシグナルプロセッサDSPに供給する。   The input end of the regulator 60 is connected to the high voltage side of the DC power source E, and the output end is connected to the digital signal processor DSP. The regulator 60 steps down the input voltage (for example, 3.3 V) and supplies it to the digital signal processor DSP.

デジタルシグナルプロセッサDSPは、検出電極34に抵抗R2を介して接続される第1信号入力端子61と、出力検出回路部50に接続される第2信号入力端子62と、スイッチング素子Q1のゲートに接続される信号出力端子63と、直流電源Eの低圧側に接続されるGND端子64と電源端子65とを備える。第1信号入力端子61はコンデンサC4を介して直流電源Eの低圧側に接続される。   The digital signal processor DSP is connected to the first signal input terminal 61 connected to the detection electrode 34 via the resistor R2, the second signal input terminal 62 connected to the output detection circuit unit 50, and the gate of the switching element Q1. A signal output terminal 63, a GND terminal 64 connected to the low voltage side of the DC power supply E, and a power supply terminal 65. The first signal input terminal 61 is connected to the low voltage side of the DC power supply E via the capacitor C4.

スイッチング素子Q1がオンであるときは、共振用コイルL1に直流電圧が印加され共振用コイルL1に電磁エネルギーが蓄えられる。スイッチング素子Q1がオンからオフに切り替わると、共振用コイル22に蓄えられていた電磁エネルギーにより圧電トランス30と共振回路部20とで形成される共振回路(以下、単に共振回路と呼ぶ)において共振電圧が発生し、1次側電極32に共振電圧が印加される。ここに、共振用コイルL1と共振用コンデンサC1とは、共振回路の共振周波数が圧電トランス30の固有共振周波数の半分より大きくなるように設定される。   When the switching element Q1 is on, a DC voltage is applied to the resonance coil L1, and electromagnetic energy is stored in the resonance coil L1. When the switching element Q1 is switched from on to off, a resonance voltage is generated in a resonance circuit (hereinafter simply referred to as a resonance circuit) formed by the piezoelectric transformer 30 and the resonance circuit unit 20 by the electromagnetic energy stored in the resonance coil 22. Occurs, and a resonance voltage is applied to the primary electrode 32. Here, the resonance coil L1 and the resonance capacitor C1 are set so that the resonance frequency of the resonance circuit is higher than half of the natural resonance frequency of the piezoelectric transformer 30.

スイッチング素子Q1が周期的にオンオフを繰り返すと、図2(a)に示すように、1次側電極32にはスイッチング素子Q1の周期に一致する周期で共振電圧が印加される。   When the switching element Q1 is periodically turned on and off, as shown in FIG. 2A, a resonance voltage is applied to the primary side electrode 32 at a period that matches the period of the switching element Q1.

1次側電極32に印加された電圧は昇圧部31で昇圧され2次側電極33より交流電圧として出力される。このとき、検出電極34は、図2(b)に示すように圧電トランス30の固有共振周波数に一致する周波数の電圧を出力する。   The voltage applied to the primary electrode 32 is boosted by the booster 31 and output as an AC voltage from the secondary electrode 33. At this time, the detection electrode 34 outputs a voltage having a frequency that matches the natural resonance frequency of the piezoelectric transformer 30 as shown in FIG.

2次電極33から出力される電圧は、整流回路部40で倍電圧整流され、直流電圧として負荷70に供給される。平滑コンデンサC2には負荷70が接続されるから、平滑用コンデンサC2の両端間の電圧は、図2(c)に示すように、鋸歯状に変動する。   The voltage output from the secondary electrode 33 is double-voltage rectified by the rectifier circuit unit 40 and supplied to the load 70 as a DC voltage. Since the load 70 is connected to the smoothing capacitor C2, the voltage across the smoothing capacitor C2 fluctuates in a sawtooth shape as shown in FIG.

整流回路部40が出力する直流電圧は、分圧抵抗R3,R4により分圧され、コンデンサC3で変動成分が除去され、図2(d)に示すように、略一定電圧の直流電圧として出力される。   The DC voltage output from the rectifier circuit unit 40 is divided by the voltage dividing resistors R3 and R4, the fluctuation component is removed by the capacitor C3, and the DC voltage is output as a substantially constant DC voltage as shown in FIG. The

デジタルシグナルプロセッサDSPは、圧電トランス30の固有共振周波数を算出する周波数算出手段(図示せず)と、スイッチング素子Q1の駆動信号を生成する駆動信号生成手段(図示せず)とを備える。デジタルシグナルプロセッサDSPは、図3に示すように、検出電極34が出力する検出電圧を所定のサンプリング周期Tでサンプリングするとともに量子化を行い、検出電圧をデジタル値に変換する。周波数算出手段は、例えば、デジタル値化された検出交流電圧の最大値と最小値とが測定される時刻から検出電圧の周期を計算し、圧電トランス30の固有共振周波数を算出する。なお、サンプリング周期Tは、検出電圧の周期よりも十分に小さく設定される。   The digital signal processor DSP includes frequency calculation means (not shown) for calculating the natural resonance frequency of the piezoelectric transformer 30 and drive signal generation means (not shown) for generating a drive signal for the switching element Q1. As shown in FIG. 3, the digital signal processor DSP samples the detection voltage output from the detection electrode 34 at a predetermined sampling period T, quantizes the detection voltage, and converts the detection voltage into a digital value. For example, the frequency calculation means calculates the period of the detection voltage from the time when the maximum value and the minimum value of the digitized detection AC voltage are measured, and calculates the natural resonance frequency of the piezoelectric transformer 30. Note that the sampling period T is set sufficiently smaller than the period of the detection voltage.

デジタルシグナルプロセッサDSPによるスイッチング素子Q1の駆動制御を、図5を参照して説明する。駆動信号生成手段は、初期駆動周波数および初期時比率で初期駆動信号を生成し、デジタルシグナルプロセッサDSPは、初期駆動信号でスイッチング素子Q1の駆動を開始する(S1)。なお、時比率とは、駆動信号のオンデューティを意味する。   The drive control of the switching element Q1 by the digital signal processor DSP will be described with reference to FIG. The drive signal generating means generates an initial drive signal with an initial drive frequency and an initial duty ratio, and the digital signal processor DSP starts driving the switching element Q1 with the initial drive signal (S1). The duty ratio means the on-duty of the drive signal.

初期駆動信号は、スイッチング素子Q1の駆動開始直後における電源回路の出力が、負荷70に最低限必要な電圧を出力できるように、圧電トランス30の固有共振周波数に近い値となるように設定される。例えば、圧電トランス30の固有共振周波数が150kHzであるとすれば、初期駆動周波数を140kHzなどと設定すればよい。   The initial drive signal is set so that the output of the power supply circuit immediately after the start of driving of the switching element Q1 is a value close to the natural resonance frequency of the piezoelectric transformer 30 so that the minimum necessary voltage can be output to the load 70. . For example, if the natural resonance frequency of the piezoelectric transformer 30 is 150 kHz, the initial drive frequency may be set to 140 kHz or the like.

初期時比率は、駆動開始時において負荷70に過大な電圧が供給されないように負荷70に最終的に供給する目標の電圧値(以下、目標電圧値と呼ぶ)よりも低い電圧を出力するように設定される。   The initial time ratio is set so that a voltage lower than a target voltage value (hereinafter referred to as a target voltage value) finally supplied to the load 70 is output so that an excessive voltage is not supplied to the load 70 at the start of driving. Is set.

ところで、共振回路における共振条件は、共振用コイルL1と共振用コンデンサC1と直流電源Eとスイッチング素子Q1のドレイン電流の最大値などで決まる。スイッチング素子Q1のオン時間が長くスイッチング素子Q1のドレイン電流の最大値が十分大きいと図4(a)に示すような正常な波形の電圧が1次側電極32に印加される。   By the way, the resonance condition in the resonance circuit is determined by the maximum value of the drain current of the resonance coil L1, the resonance capacitor C1, the DC power source E, the switching element Q1, and the like. When the ON time of the switching element Q1 is long and the maximum value of the drain current of the switching element Q1 is sufficiently large, a voltage having a normal waveform as shown in FIG. 4A is applied to the primary side electrode 32.

しかしながら、スイッチング素子Q1のオン時間が短すぎてスイッチング素子Q1のドレイン電流の最大値が小さくなりすぎると、ドレイン電圧が0V以下にならず1次電極32に印加される電圧の波形は図4(b)に示すように歪み、スイッチング素子Q1がゼロ電圧スイッチングしなくなる。すなわち、スイッチング素子Q1においては、ゼロ電圧スイッチングするための最小のオン時間が存在する。   However, if the on-time of the switching element Q1 is too short and the maximum value of the drain current of the switching element Q1 becomes too small, the drain voltage does not become 0V or less, and the waveform of the voltage applied to the primary electrode 32 is as shown in FIG. As shown in b), it is distorted and the switching element Q1 does not switch to zero voltage. That is, the switching element Q1 has a minimum on-time for zero voltage switching.

本実施形態では、スイッチング素子Q1のオン時間が前記最小のオン時間となるように初期時比率が決められる(例えば、初期時比率0.2程度)。したがって、目標電圧値よりも低い出力電圧で圧電トランス30の駆動が開始されるとともに、圧電トランス30の駆動開始時からスイッチング素子Q1はゼロ電圧スイッチングを行う。ゼロ電圧スイッチングを行うことにより、ノイズの発生が抑えられ、また、スイッチング損失が低減する。   In the present embodiment, the initial ratio is determined so that the on-time of the switching element Q1 becomes the minimum on-time (for example, the initial ratio is about 0.2). Accordingly, the driving of the piezoelectric transformer 30 is started with an output voltage lower than the target voltage value, and the switching element Q1 performs zero voltage switching from the start of driving of the piezoelectric transformer 30. By performing the zero voltage switching, the generation of noise is suppressed and the switching loss is reduced.

初期駆動周波数および初期時比率は、デジタルシグナルプロセッサDSPが備える記憶部(図示せず)に、電源回路の製造時などにおいて記憶される。   The initial drive frequency and the initial time ratio are stored in a storage unit (not shown) provided in the digital signal processor DSP when the power supply circuit is manufactured.

スイッチング素子Q1の駆動が開始され圧電トランス30の1次側電極32に電圧が印加されると、デジタルシグナルプロセッサDSPの第1信号入力端子61に検出電圧が入力され、デジタルシグナルプロセッサDSPは、上述したように検出電圧をデジタル値に変換し、また、第2信号入力端子62に入力される出力監視電圧を、サンプリングするとともに量子化してデジタル値に変換した後(S2)、周波数算出手段により検出電圧の周波数(すなわち、圧電トランス30の固有共振周波数)を算出する(S3)。   When driving of the switching element Q1 is started and a voltage is applied to the primary electrode 32 of the piezoelectric transformer 30, a detection voltage is input to the first signal input terminal 61 of the digital signal processor DSP, and the digital signal processor DSP As described above, the detection voltage is converted into a digital value, and the output monitoring voltage input to the second signal input terminal 62 is sampled and quantized and converted into a digital value (S2), and then detected by the frequency calculation means. The frequency of the voltage (that is, the natural resonance frequency of the piezoelectric transformer 30) is calculated (S3).

固有共振周波数が算出されると、駆動信号生成手段は、時比率は変えずに駆動周波数を修正することにより新たな駆動信号を生成し、デジタルシグナルプロセッサDSPは新たに生成された駆動信号でスイッチング素子Q1の駆動を行う(S4)。   When the natural resonance frequency is calculated, the drive signal generating means generates a new drive signal by correcting the drive frequency without changing the time ratio, and the digital signal processor DSP switches with the newly generated drive signal. The element Q1 is driven (S4).

駆動周波数の修正後、出力監視電圧と目標電圧値に応じて設定されあらかじめ記憶部に記憶された基準値とを比較し(S5)、出力監視電圧が基準値よりも大きいと判断した場合は、異常とみなして駆動信号の出力を停止する(S6)。   After correcting the drive frequency, the output monitoring voltage is compared with the reference value that is set according to the target voltage value and stored in advance in the storage unit (S5), and when it is determined that the output monitoring voltage is greater than the reference value, Considering an abnormality, the drive signal output is stopped (S6).

駆動信号生成手段は、ステップS5において出力監視電圧が基準値よりも小さいと判断した場合は、設計時に決められる割合だけ時比率を上げて新たな駆動信号を生成する。デジタルシグナルプロセッサDSPは新たに生成された駆動信号でスイッチング素子Q1を駆動させる(S7)。時比率を上げた後、再度駆動周波数の修正を行う(S8〜S10)。ステップS8〜S10の動作はステップS2〜S4の動作と同様である。   When it is determined in step S5 that the output monitoring voltage is smaller than the reference value, the drive signal generating means increases the time ratio by a ratio determined at the time of design and generates a new drive signal. The digital signal processor DSP drives the switching element Q1 with the newly generated drive signal (S7). After increasing the duty ratio, the drive frequency is corrected again (S8 to S10). The operations in steps S8 to S10 are the same as the operations in steps S2 to S4.

上述より、本実施形態では、スイッチング素子Q1の駆動周波数(すなわち、圧電トランス30の駆動周波数)が圧電トランス30の固有共振周波数に徐々に近づけられ、最終的に圧電トランス30の固有共振周波数で圧電トランス30の駆動が行われる。   As described above, in the present embodiment, the driving frequency of the switching element Q1 (that is, the driving frequency of the piezoelectric transformer 30) is gradually brought closer to the natural resonance frequency of the piezoelectric transformer 30, and finally, the piezoelectric element is piezoelectric at the natural resonance frequency of the piezoelectric transformer 30. The transformer 30 is driven.

また、ステップS11において出力監視電圧と基準値とを比較し(S11の動作はS5と同じ動作)、出力監視電圧が基準値よりも小さいと判断した場合は、ステップS12の動作を行う。ステップS12の動作は、ステップS7の動作と同じである。したがって、本実施形態では、出力監視電圧が基準値に達するまでは、出力電圧が徐々に上げられる。   In step S11, the output monitoring voltage is compared with the reference value (the operation of S11 is the same as S5), and if it is determined that the output monitoring voltage is smaller than the reference value, the operation of step S12 is performed. The operation in step S12 is the same as that in step S7. Therefore, in this embodiment, the output voltage is gradually increased until the output monitoring voltage reaches the reference value.

ステップS11において出力監視電圧が基準値よりも大きいと判断した場合は、駆動信号生成手段は、設計時に決められる前記割合だけ時比率を下げて新たな駆動信号を生成し、デジタルシグナルプロセッサDSPは、新たに生成した駆動信号でスイッチング素子Q1を駆動させる(S13)。したがって、電源回路の出力が目標電圧値まで上げられた後は、電源回路の出力は目標電圧値近傍の値を維持する。   If it is determined in step S11 that the output monitoring voltage is greater than the reference value, the drive signal generating means generates a new drive signal by reducing the time ratio by the ratio determined at the time of design, and the digital signal processor DSP The switching element Q1 is driven with the newly generated drive signal (S13). Therefore, after the output of the power supply circuit is raised to the target voltage value, the output of the power supply circuit maintains a value near the target voltage value.

圧電トランス30においては、1次側電極32に印加される電圧と2次側電極33より出力される電圧との比の値である昇圧比は、図6に示すように1次側電極32に印加される電圧の周波数(以下、圧電トランス30の駆動周波数と呼ぶ)に依存し、圧電トランス30の駆動周波数が圧電トランス30の固有共振周波数に一致する場合、駆動周波数は最も高くなる。   In the piezoelectric transformer 30, the step-up ratio, which is the value of the ratio between the voltage applied to the primary electrode 32 and the voltage output from the secondary electrode 33, is applied to the primary electrode 32 as shown in FIG. Depending on the frequency of the applied voltage (hereinafter referred to as the driving frequency of the piezoelectric transformer 30), the driving frequency is highest when the driving frequency of the piezoelectric transformer 30 matches the natural resonance frequency of the piezoelectric transformer 30.

上述のように本実施形態では、圧電トランス30の駆動周波数は圧電トランス30の固有共振周波数に一致するから、昇圧比が高く、圧電トランス30におけるエネルギーの変換効率が高められる。   As described above, in the present embodiment, since the drive frequency of the piezoelectric transformer 30 matches the natural resonance frequency of the piezoelectric transformer 30, the step-up ratio is high and the energy conversion efficiency in the piezoelectric transformer 30 is increased.

また、デジタルシグナルプロセッサDSPを用いて圧電トランス30の駆動周波数を圧電トランス30の固有共振周波数に合わせるから、コンパレータを用いる構成では必要なコンパレータの外付部品が必要なく、コンパレータを用いる構成に比べ部品点数が少なくできる。   In addition, since the drive frequency of the piezoelectric transformer 30 is adjusted to the natural resonance frequency of the piezoelectric transformer 30 using the digital signal processor DSP, the configuration using the comparator does not require the necessary external parts of the comparator, and is a component compared to the configuration using the comparator. The score can be reduced.

また、デジタルシグナルプロセッサDSPを用いてスイッチング素子Q1の時比率を変えるから、スイッチング素子Q1の時比率を変えるために新たに部品を追加する必要がなく、部品点数の増加が抑えられる。   Further, since the time ratio of the switching element Q1 is changed using the digital signal processor DSP, it is not necessary to add a new part in order to change the time ratio of the switching element Q1, and an increase in the number of parts can be suppressed.

(実施形態2)
本実施形態では、図7に示すように、負荷70への出力が負の直流電圧となるように整流回路部40が形成され、出力検出回路部50は、整流回路部40が出力する負の直流電圧を正の電圧にして出力するように構成されている点が実施形態1と異なる。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the rectifier circuit unit 40 is formed so that the output to the load 70 becomes a negative DC voltage, and the output detection circuit unit 50 has a negative output from the rectifier circuit unit 40. The difference from the first embodiment is that the DC voltage is output as a positive voltage.

整流ダイオードD1のアノードと整流ダイオードD2のカソードとは2次側電極33に接続され、整流ダイオードD1のカソードは直流電源Eの低圧側に接続される。平滑コンデンサC2の両端は、整流ダイオードD2のアノードと直流電源Eの低圧側とにそれぞれ接続される。   The anode of the rectifier diode D1 and the cathode of the rectifier diode D2 are connected to the secondary electrode 33, and the cathode of the rectifier diode D1 is connected to the low voltage side of the DC power supply E. Both ends of the smoothing capacitor C2 are connected to the anode of the rectifier diode D2 and the low voltage side of the DC power supply E, respectively.

すなわち、実施形態1とは整流ダイオードD1,D2の向きが異なる。したがって、平滑コンデンサC2の一端(直流電源Eの低圧側に接続された側とは反対側の一端)の電位は負になり、電源回路は負の直流電圧を出力する。   That is, the direction of the rectifier diodes D1 and D2 is different from that of the first embodiment. Therefore, the potential of one end of the smoothing capacitor C2 (one end opposite to the side connected to the low-voltage side of the DC power supply E) becomes negative, and the power supply circuit outputs a negative DC voltage.

分圧抵抗R3,R4は直列に接続され、分圧抵抗R3の一端は平滑コンデンサC2の一端(直流電源Eの低圧側に接続されている側とは反対側)に接続され、分圧抵抗R4の一端はレギュレータ60の出力端に接続される。   The voltage dividing resistors R3 and R4 are connected in series, and one end of the voltage dividing resistor R3 is connected to one end of the smoothing capacitor C2 (the side opposite to the side connected to the low voltage side of the DC power supply E), and the voltage dividing resistor R4. Is connected to the output end of the regulator 60.

整流回路部40で整流された負の直流電圧は、分圧抵抗R3,R4で低電圧の正の直流電圧にされ、また、コンデンサC3で平滑されて第2信号入力端子62に入力される。本実施形態の他の構成は、実施形態1と同様である。   The negative DC voltage rectified by the rectifier circuit unit 40 is converted into a low positive DC voltage by the voltage dividing resistors R3 and R4, and is smoothed by the capacitor C3 and input to the second signal input terminal 62. Other configurations of the present embodiment are the same as those of the first embodiment.

本実施形態の電源回路の負荷として、静電霧化装置を用いる例を図8に示す。静電霧化装置は、平滑コンデンサC2の一端(負の電位になる側)に接続される霧化電極71と、霧化電極71に対向して配設される対極72とを備える。静電霧化装置は、霧化電極71に水を供給する給水手段(図示せず)を備え、給水手段としては、例えば霧化電極71を冷却することにより霧化電極71に結露水を生じさせる冷却手段がある。   An example in which an electrostatic atomizer is used as the load of the power supply circuit of this embodiment is shown in FIG. The electrostatic atomizer includes an atomizing electrode 71 connected to one end (a negative potential side) of the smoothing capacitor C2, and a counter electrode 72 disposed to face the atomizing electrode 71. The electrostatic atomizer includes water supply means (not shown) for supplying water to the atomization electrode 71. As the water supply means, for example, the atomization electrode 71 is cooled to generate condensed water. There is a cooling means.

霧化電極71は平滑コンデンサC2の一端に接続され、霧化電極71に供給された水は負に帯電する。帯電した水はクーロン力により対極72に引き寄せられ霧化電極71より放出され、帯電微粒子水(ナノミクロオーダーの水粒子)となって空中に飛散する。静電霧化装置に使用される電源回路の出力電圧は、−5kV程度に設定される。   The atomization electrode 71 is connected to one end of the smoothing capacitor C2, and the water supplied to the atomization electrode 71 is negatively charged. The charged water is attracted to the counter electrode 72 by the Coulomb force and discharged from the atomizing electrode 71, and is dispersed into the air as charged fine particle water (nanomicro order water particles). The output voltage of the power supply circuit used for the electrostatic atomizer is set to about -5 kV.

マイクロシグナルプロセッサDSPは、抵抗R7を介して対極72に接続される第3信号入力端子65を備え、霧化電極71と対極72との間を流れる放電電流を検出し、放電電流を一定に保つように駆動信号を生成し、霧化される水の量を制御する。   The micro signal processor DSP includes a third signal input terminal 65 connected to the counter electrode 72 via the resistor R7, detects the discharge current flowing between the atomizing electrode 71 and the counter electrode 72, and keeps the discharge current constant. So as to generate a drive signal and control the amount of water to be atomized.

実施形態1の回路図である。1 is a circuit diagram of Embodiment 1. FIG. 実施形態1の各部における電圧の時間変化を表す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a time change of a voltage in each part of the first embodiment. 実施形態1の検出電極が出力する電圧の時間変化を表す図である。It is a figure showing the time change of the voltage which the detection electrode of Embodiment 1 outputs. 実施形態1の圧電トランスに印加される電圧の時間変化を表す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a time change of a voltage applied to the piezoelectric transformer according to the first embodiment. 実施形態1のデジタルシグナルプロセッサの動作を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating an operation of the digital signal processor according to the first embodiment. 圧電トランスの駆動周波数と昇圧比との関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between the drive frequency of a piezoelectric transformer, and a step-up ratio. 実施形態2の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a second embodiment. 実施形態2の使用例を示す回路図である。6 is a circuit diagram illustrating an example of use of Embodiment 2. FIG. 従来例の回路図である。It is a circuit diagram of a conventional example. 他の従来例のブロック図である。It is a block diagram of another prior art example. さらに他の従来例の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of still another conventional example.

符号の説明Explanation of symbols

10 圧電トランス駆動回路部
30 圧電トランス
31 昇圧部
32 1次側電極
33 2次側電極
34 検出電極
E 直流電源
DSP デジタルシグナルプロセッサ
Q1 スイッチング素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Piezoelectric transformer drive circuit part 30 Piezoelectric transformer 31 Booster part 32 Primary side electrode 33 Secondary side electrode 34 Detection electrode E DC power supply DSP Digital signal processor Q1 Switching element

Claims (3)

直流電圧を昇圧して出力する電源回路であって、一対の1次側電極と圧電材料で形成され1次側電極に印加された電圧を昇圧する昇圧部と昇圧部で昇圧された電圧を出力する2次側電極と昇圧部の変形量に応じた電圧を出力する検出電極とを備え2次側電極から負荷への出力電圧を取り出す圧電トランスと、スイッチング素子を備え前記1次側電極に間欠的に電圧を印加する圧電トランス駆動回路部と、スイッチング素子のオンオフの駆動を行うデジタルシグナルプロセッサとを備え、デジタルシグナルプロセッサは、前記検出電極から入力される検出電圧の周波数を算出する周波数算出手段と、スイッチング素子をオンオフさせる駆動信号を生成する駆動信号生成手段とを備え、電源投入直後にはあらかじめ設定した初期駆動周波数の駆動信号を電源投入後に生成し、以後は、検出電圧の周波数を算出する動作と、算出した周波数の駆動信号を生成する動作とを繰り返すことを特徴とする圧電トランスを用いた電源回路。   A power supply circuit that boosts and outputs a DC voltage, which is formed of a pair of primary side electrodes and a piezoelectric material, boosts a voltage applied to the primary side electrode, and outputs a voltage boosted by the boosting unit A secondary electrode, a detection electrode that outputs a voltage corresponding to the amount of deformation of the booster, a piezoelectric transformer that extracts the output voltage from the secondary electrode to the load, and a switching element that intermittently connects to the primary electrode. A piezoelectric transformer driving circuit unit for applying voltage and a digital signal processor for driving on / off of the switching element, wherein the digital signal processor calculates the frequency of the detection voltage input from the detection electrode. And a drive signal generating means for generating a drive signal for turning on / off the switching element, and driving at an initial drive frequency set in advance immediately after the power is turned on No. was generated after the power is turned on, thereafter, the operation of calculating the frequency of the detected voltage, the power supply circuit using a piezoelectric transformer and repeating an operation for generating a driving signal of the calculated frequency. 前記デジタルシグナルプロセッサは、前記スイッチング素子をオンオフさせる駆動信号の時比率を制御することにより前記負荷への出力電圧を調整することを特徴とする請求項1に記載の圧電トランスを用いた電源回路。   2. The power circuit using a piezoelectric transformer according to claim 1, wherein the digital signal processor adjusts an output voltage to the load by controlling a time ratio of a drive signal for turning on and off the switching element. 前記圧電トランス駆動回路部は、前記スイッチング素子に並列接続される共振用コンデンサと、共振用コンデンサに直列に接続される共振用コイルとを有する共振回路部を備え、共振用コンデンサの両端電圧を前記圧電トランスの1次側電極に印加し、前記駆動信号生成手段は、スイッチング素子のオン時間がスイッチング素子がオンになるときにゼロ電圧スイッチングとなる範囲の最小時間である初期駆動信号を生成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の圧電トランスを用いた電源回路。   The piezoelectric transformer driving circuit unit includes a resonance circuit unit including a resonance capacitor connected in parallel to the switching element and a resonance coil connected in series to the resonance capacitor, and the voltage across the resonance capacitor is Applied to the primary side electrode of the piezoelectric transformer, the drive signal generating means generates an initial drive signal that is a minimum time in a range in which zero voltage switching occurs when the switching element is turned on. A power supply circuit using the piezoelectric transformer according to claim 1 or 2.
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