(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を直流に変換して電源電圧より高い直流電圧を得る昇圧回路であって、コンデンサとダイオードで構成される昇圧ブロックを前記交流電源の出力の両側に同数接続し、各昇圧ブロックのコンデンサの充電電圧が反対側の昇圧ブロックのコンデンサを充電するよう、互いに反対側の昇圧ブロックへ出力を行う回路を有することを特徴とする昇圧整流回路。
【請求項２】
前記昇圧ブロックは、入力方向と出力方向が反対になるそれぞれ２組の独立した昇圧単位ユニットからなり、
前記昇圧単位ユニットは、入出力間に直列に接続された１個のダイオードと、入出力間に並列に接続された１個のコンデンサからなることを特徴とする請求項１に記載の昇圧整流回路。
【請求項３】
前記コンデンサは、キャパシタ単位ユニットからなり、前記キャパシタ単位ユニットは、入出力間に並列に接続されたコンデンサと、このコンデンサに直列接続されたスイッチと、このスイッチに逆並列接続された２個のダイオードと、前記コンデンサとダイオード間を接続するダイオードと、からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の昇圧整流回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源電圧を２倍以上に昇圧して直流を連続出力する昇圧整流回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電源電圧を２倍以上に昇圧整流する回路としては、図６に示すようなコッククロフトウォルトン回路が知られている。このコッククロフトウォルトン回路は、交流電源Ｇを中心として、回路Ｒと回路Ｌは点対称の回路となっており、位相が１８０°だけずれた動作を行うので、回路Ｒの出力端子Ｐ５４，Ｐ５５と回路Ｌの出力端子Ｐ６４，Ｐ６５にはそれぞれ位相が１８０°ずれた出力波形が現れる。
【０００３】
このコッククロフトウォルトン回路の動作を次の（１）〜（４）の順で説明する。回路Ｒと回路Ｌは同じ動作を行うので、回路Ｒについてのみ説明する。
（１）先ず、このコッククロフトウォルトン回路は、最初の半サイクル（０．５サイクル）において、交流電源Ｇの電流は矢印５０の方向に電流が流れ、端子Ｐ５０の電位が電圧Ｖとなる。すると、ダイオードＤ５１を通じて電流が流れ、コンデンサＣ５１を充電するので、コンデンサＣ５１の端子Ｐ５１には電源Ｇの電圧Ｖがそのまま現れる。
【０００４】
（２）次の半サイクル（１サイクル）においては、電源Ｇの電圧は反転するので、端子Ｐ５０の電位も−Ｖとなる。すると、ダイオードＤ５１に電流が流れなくなるので、コンデンサＣ５１に充電された電荷はダイオードＤ５２を通じて放電して、コンデンサＣ５２を充電する。ところが、端子Ｐ５０の電圧は−Ｖとなっているので、端子Ｐ５０と端子Ｐ５２間の電位差は２Ｖとなり、端子Ｐ５０から見れば端子Ｐ５２には電源電圧の２倍の電圧が発生している。
【０００５】
（３）また、次の半サイクル（１．５サイクル）においては、電源電圧が反転し、（１）と同様に電流が流れるので、ダイオードＤ５１を通じてコンデンサＣ５１を電圧Ｖで充電する。このときに、コンデンサＣ５２に充電された電荷はダイオードＤ５３を通じてコンデンサＣ５３を充電するので、コンデンサＣ５３の端子Ｐ５３には、端子Ｐ５２と同じ２Ｖの電圧が現れる。
【０００６】
（４）さらに、次の半サイクル（２サイクル）においては、電源電圧が反転し、（２）と同様にコンデンサＣ５２の端子Ｐ５２には、端子Ｐ５０から見て２Ｖの電圧が現れる。またこのときにコンデンサＣ５３の端子Ｐ５３から２Ｖの電圧が現れ、端子Ｐ５０と端子Ｐ５１間は２Ｖの電位差となるので、出力端子Ｐ５４と電源端子Ｐ５０の間の電位差は４Ｖとなる。つまり、プラス側の出力端子Ｐ５４とマイナス側の出力端子Ｐ５５の電圧が４Ｖとなる。そして、この電源電圧の最大で４倍の電圧を得るのに２サイクルを必要とするものである。
【０００７】
このコッククロフトウォルトン回路における電源Ｇの電圧の交番サイクルと出力端子Ｐ５４，Ｐ５５に現れる出力電圧の関係を示すと図７に示すようになる。この図  より、所望のｎ（ｎは整数）倍電圧を得るための電源のサイクル数との関係は、ｎ／２サイクルとなることがわかる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のコッククロフトウォルトン回路においては、電源電圧をｎ倍するためには、ｎ／２サイクルを必要とするため、高い電圧を必要とする場合には、多くのサイクル数を必要とし、電源の周波数が低い場合には、所望の電圧を得るために非常に時間がかかるので、その時間を短縮したいという課題があった。
また、コッククロフトウォルトン回路の出力は昇圧完了後に一旦出力すると、所望の昇圧電圧を得るまでに再びｎ／２サイクルの昇圧時間を要するので、出力が断続的にならざるを得ず、これを連続出力したいという課題があった。
さらに、コンデンサＣ５１には、常に交流電源Ｇの極性反転時に逆極性電圧が印加されるので、耐逆電圧の高いコンデンサを使用しなければならず、コスト高となるので、耐逆電圧の低いコンデンサを使用したいという課題があった。
【０００９】
本発明は上述した従来の問題点に鑑みなされたもので、所望の倍電圧を得るのにサイクル数を短縮して立ち上がり特性が優れ、しかも一旦昇圧後は昇圧出力を連続発生でき、かつ一種類の回路から何種類もの倍電圧が取り出せる昇圧回路を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る昇圧整流回路は、交流電源を直流に変換して電源電圧より高い直流電圧を得る昇圧回路であって、コンデンサとダイオードで構成される昇圧ブロックを前記交流電源の出力の両側に同数接続し、各昇圧ブロックのコンデンサの充電電圧が反対側の昇圧ブロックのコンデンサを充電するよう、互いに反対側の昇圧ブロックへ出力を行う回路を有することを特徴とする。
【００１１】
このように構成された昇圧整流回路は、必要な倍電圧を得るための交流電源のサイクル数が短縮されるので、立ち上がり特性が優れ、しかも一旦昇圧後は昇圧出力を連続発生することができる。
【００１２】
また、本発明に係る昇圧整流回路は、前記昇圧ブロックの構成を、入力方向と出力方向が反対になるそれぞれ２組の独立した昇圧単位ユニットからなり、前記昇圧単位ユニットは、入出力間に直列に接続された１個のダイオードと、入出力間に並列に接続された１個のコンデンサからなることを特徴とする。
【００１３】
このように構成された昇圧整流回路は、必要な倍電圧に応じて、昇圧ブロックの数を増減すればよいので、回路設計が簡単になり、回路設計の労力とコストを削減することができる。
【００１４】
さらに、本発明に係る昇圧整流回路は、前記コンデンサを、キャパシタ単位ユニットとし、このキャパシタ単位ユニットは、入出力間に並列に接続されたコンデサと、このコンデンサに直列接続されたスイッチと、このスイッチに逆並列接続された２個のダイオードと、コンデンサと２個のダイオード間を接続するダイオードにすることもできる。
【００１５】
このように構成された昇圧整流回路は、ダイオードにより交流電源の極性切り替わり時に発生する逆極性電圧をダイオードがバイパス（迂回）し、直接コンデンサに印加しないので、コンデンサが破壊することがなくなり、大容量の電解キャパシタを使用することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面の図１乃至図４に基づき、本発明に係る昇圧整流回路の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明に係る昇圧整流回路の構成を示す基本ブロック図で、この昇圧整流回路は、交流電源Ｇを直流に変換して電源電圧より高い直流電圧を得る昇圧回路であって、コンデンサとダイオードで構成される複数の昇圧ブロック１，２，３・・・を交流電源Ｇの両側に同数接続したものである。本発明の実施例では、後述のように、昇圧ブロック１，２，３，４，５，６を３個づつ接続している。
【００１７】
この昇圧ブロックは、図２に示すように、入力方向と出力方向が反対になるそれぞれ２組の昇圧単位ユニット１１，１２からなり、前記昇圧単位ユニット１１，１２は、入出力間に直列に接続された第１のダイオードＤ１，第２のダイオードＤ２と、入出力間に並列に接続された第１のコンデンサのコンデンサＣ１，第２のコンデンサＣ２から構成されている。
【００１８】
次に、本発明に係る昇圧整流回路の実施例を図３に基づいて説明する。同図において、交流電源Ｇには、２つの出力端子Ｐ０１とＰ０２が接続されており、この出力端子Ｐ０１は、昇圧ブロック１の第１のダイオードＤ１１と第２のコンデンサＣ１２に接続されている。そして、出力端子Ｐ０１は、昇圧ブロック４の第１のダイオードＤ２２と第２のコンデンサＣ２１に接続されている。
【００１９】
また、出力端子Ｐ０２は、昇圧ブロック１の第２のダイオードＤ１２と第１のコンデンサＣ１１に接続されている。そして、出力端子Ｐ０２は、昇圧ブロック４の第２のダイオードＤ２１と第１のコンデンサＣ２２に接続されている。
【００２０】
前記昇圧ブロック１の第１のダイオードＤ１１は、端子Ｐ１１を介して昇圧ブロック２の第１のダイオードＤ１１に接続され、さらに、端子Ｐ１３を介して昇圧ブロック３の第１のダイオードＤ１５に接続されている。そして、この昇圧ブロック３の第１のダイオードＤ１５は、端子Ｐ１５を介して出力ダイオード１７に接続され、プラス側の出力端子Ｐ１７に接続されるものである。
【００２１】
また、出力端子Ｐ０１に接続された昇圧ブロック４の第１のダイオードＤ２２は、端子Ｐ２２を介して昇圧ブロック５の第１のダイオードＤ２４に接続され、さらに、端子Ｐ２４を介して昇圧ブロック６の第１のダイオードＤ２６に接続されている。そして、この昇圧ブロック６の第１のダイオードＤ２６は、端子Ｐ２６を介してダイオード２８に接続され、マイナス側の端子Ｐ２８に接続されるものである。
【００２２】
前記昇圧ブロック４の第２のダイオードＤ２１は、端子Ｐ２１を介して昇圧ブロック５の第２のダイオードＤ２３に接続され、さらに、端子Ｐ２３を介して昇圧ブロック６の第２のダイオードＤ２５に接続されている。そして、この昇圧ブロック６の第２のダイオードＤ２５は、端子Ｐ２５を介して出力ダイオード２７に接続され、プラス側の出力端子Ｐ２７に接続されるものである。
【００２３】
一方、昇圧ブロック１の第１のコンデンサＣ１１のマイナス側は、共通のラインで昇圧ブロック２の第１のコンデンサＣ１３、昇圧ブロック３の第１のコンデンサＣ１５と接続されている。同様に、昇圧ブロック１の第２のコンデンサＣ１２のプラス側は、共通のラインで昇圧ブロック２の第２のコンデンサＣ１４、昇圧ブロック３の第２のコンデンサＣ１６と接続されている。
【００２４】
また、昇圧ブロック４の第１のコンデンサＣ２２のプラス側は、共通のラインで昇圧ブロック５の第１のコンデンサＣ２４、昇圧ブロック６の第１のコンデンサＣ２６と接続されている。同様に、昇圧ブロック４の第２のコンデンサＣ２１のプラス側は、共通のラインで昇圧ブロック５の第２のコンデンサＣ２３、昇圧ブロック６の第２のコンデンサＣ２５と接続されている。
【００２５】
さらに、昇圧ブロック１，２，３と昇圧ブロック４，５，６は、各昇圧ブロックのコンデンサの充電電圧が反対側の昇圧ブロックのコンデンサを充電するようそれぞれ逆流防止用のダイオードで接続され、互いに反対側の昇圧ブロックへ出力を行う回路を構成している。すなわち、端子Ｐ１１と端子Ｐ２３が逆流防止用のダイオード３４を介して接続され、端子Ｐ１２と端子Ｐ２４が逆流防止用のダイオード３６を介して接続されている。同様に、端子Ｐ１３は端子Ｐ２１が逆流防止用のダイオード３５を介して接続されるとともに、端子Ｐ２５と逆流防止用のダイオード３１を介して接続されている。
【００２６】
また、端子Ｐ１４は端子Ｐ２２が逆流防止用のダイオード３３を介して接続されるとともに、端子Ｐ２６と逆流防止用のダイオード３８を介して接続されている。端子Ｐ１５と端子Ｐ２３が逆流防止用のダイオード３７を介して接続され、端子Ｐ１６と端子Ｐ２４が逆流防止用のダイオード３２を介して接続されている。このように接続されることにより、反対側へ出力を行うことができる。
【００２７】
このように接続された昇圧整流回路は、負荷に接続する場合は、さらに、プラス側の出力端子Ｐ１７と出力端子Ｐ２７が接続されて共通端子となり、マイナス側の端子Ｐ１８と端子Ｐ２８が接続されて共通端子となる。
【００２８】
上述のように構成された昇圧整流回路の動作を説明する。
先ず、交流電源Ｇが半サイクル（０．５サイクル）で矢印Ａ方向になった場合は、電流は出力端子Ｐ０１を経由して、ダイオードＤ１１，Ｄ１３，Ｄ１５へ流れるので、それぞれ、コンデンサＣ１１，Ｃ１３，Ｃ１５を電源電圧Ｖで充電する。また、電流は出力端子Ｐ０１を経由して、コンデンサＣ１２，Ｃ１４，Ｃ１６にも流れ、それぞれのコンデンサＣ１２，Ｃ１４，Ｃ１６を電源電圧Ｖで充電する。従って、出力端子Ｐ１７と端子１８の間に電圧Ｖの直流電圧が発生する。
【００２９】
次の半サイクル（１サイクル）で、交流電源Ｇが反転し、矢印Ｂの方向に電流が流れると、電流は出力端子Ｐ０２を経由して、ダイオードＤ２１，Ｄ２３，Ｄ２５へ流れるので、それぞれ、第２のコンデンサＣ２１，Ｃ２３，Ｃ２５を電源電圧Ｖで充電する。また、電流は出力端子Ｐ０２を経由して、コンデンサＣ２２，Ｃ２４，Ｃ２６にも流れ、それぞれのコンデンサＣ２２，Ｃ２４，Ｃ２６を電源電圧Ｖで充電する。従って、出力端子Ｐ２７と端子２８の間に電圧Ｖの直流電圧が発生する。
【００３０】
このときに、端子Ｐ０４，Ｐ１２，Ｐ０２，Ｐ０１，Ｐ１１，Ｐ０３の系統で端子間の電圧を見てみると、端子Ｐ０４，Ｐ１２間はコンデンサＣ２１に充電電圧Ｖがあり、端子Ｐ０２，Ｐ０１間は電源電圧Ｖがあり、端子Ｐ１１，Ｐ０３間はコンデンサＣ１１の充電電圧Ｖがあるので、合わせると、電源電圧Ｖの３倍の電圧（３Ｖ）が端子Ｐ１１，Ｐ１２間に発生していることになる。同様にコンデンサＣ１４とコンデンサＣ１３の端子Ｐ１３，Ｐ１４の間、コンデンサＣ１６とコンデンサＣ１５の端子Ｐ１５，Ｐ１６の間にも３Ｖが発生している。
【００３１】
また、端子Ｐ１１と端子Ｐ２３が接続されており、端子Ｐ１２と端子Ｐ２４が接続されているため、コンデンサＣ１１とコンデンサＣ１２の充電電圧がそれぞれコンデンサＣ２３とコンデンサＣ２４を充電し、コンデンサＣ２３とコンデンサＣ２４の充電電圧は２Ｖとなる。同様に、端子Ｐ１３と端子Ｐ２５が接続されており、端子Ｐ１４と端子Ｐ２６が接続されているため、コンデンサＣ１３とコンデンサＣ１４の充電電圧がそれぞれコンデンサＣ２５とコンデンサＣ２６を充電し、コンデンサＣ２５とコンデンサＣ２５の充電電圧は２Ｖとなる。
【００３２】
次の半サイクル（１，５サイクル）で、交流電源Ｇが反転し、矢印Ａの方向に電流が流れると、また、コンデンサＣ１１〜コンデンサＣ１６を充電するが、この時に、コンデンサＣ２３、交流電源Ｇ、コンデンサＣ２４の系統で端子間の電圧を見てみると、コンデンサＣ２３は２Ｖ、交流電源ＧはＶ、コンデンサＣ２４は２Ｖを持っているので、合計５Ｖが発生している。同様に、コンデンサＣ２５、交流電源Ｇ、コンデンサＣ２６の系統で端子間の電圧を見てみると、合計５Ｖ発生していることになる。
【００３３】
また、端子Ｐ２３と端子Ｐ１５が接続されており、端子Ｐ２４と端子Ｐ１６が接続されているため、コンデンサＣ２３とコンデンサＣ２４の充電電圧がそれぞれコンデンサＣ１５とコンデンサＣ１６を充電し、コンデンサＣ１５とコンデンサＣ１６の充電電圧は合計３Ｖとなる。
【００３４】
次の半サイクル（２サイクル）で、交流電源Ｇが反転し、矢印Ｂの方向に電流が流れると、また、コンデンサＣ２１〜コンデンサＣ２６を充電するが、この時にコンデンサＣ１５、交流電源Ｇ、コンデンサＣ１６の系統で端子間の電圧を見てみると、コンデンサＣ１５は３Ｖ、交流電源ＧはＶ、コンデンサＣ１６は３Ｖを持っているので、合計７Ｖが発生している。つまり、出力端子Ｐ１７と出力端子１８の間に電源電圧の７倍の直流電圧（７Ｖ）が発生することになる。さらに、次の半サイクルで、端子Ｐ１３と端子Ｐ２５が接続されており、端子Ｐ１４と端子Ｐ２６が接続されているため、出力端子Ｐ２７と出力端子２８の間に電源電圧の７倍の直流電圧（７Ｖ）が発生することになる。
【００３５】
上述のように、本発明の昇圧整流回路においては、図５に示すように、交流電源Ｇの２サイクルの間に７倍の出力電圧が発生するので、従来の昇圧整流回路のコッククロフトウォルトン回路に比較して遙に早い昇圧整流回路を提供できるものである。また、一旦昇圧した後は、連続した出力を発生するものである。さらに、倍率の高い昇圧整流回路を必要とする場合は、適宜昇圧ブロックを増やしてやれば簡単に実現できる。
【００３６】
また、本発明に係る昇圧整流回路のコンデンサは、そのままキャパシタ単位ユニットに置き換えることができ、高性能化を図ることができるようになっている。図４はこのキャパシタ単位ユニットを示すもので、入出力間に並列に接続されたコンデンサＣ３と、このコンデンサＣ３に直列接続されたスイッチＳ１と、このスイッチＳ１に逆並列接続された２個のダイオードＤ３，Ｄ４と、前記コンデンサＣ３と２個のダイオードＤ３，Ｄ４間を接続するバイパスダイオードＤ５で構成されている。
【００３７】
このキャパシタ単位ユニットは、スイッチＳ１により、多段に接続された昇圧ブロックを任意の位置でＯＮ−ＯＦＦすることにより、必要な倍率の電圧出力を取り出すことができるので、一つの昇圧整流回路で何種類もの倍率の電圧を取り出すことが可能となる。また、ダイオードＤ３，Ｄ４は、順方向電圧降下分（１．５Ｖ程度）にて、コンデンサＣ３が逆極性電圧に充電することを防止するためのダミーダイオードである。バイパスダイオードＤ５は、スイッチＳ１がＯＦＦのときのバイパスおよびコンデンサ電荷が０になった後に、逆極性電圧によりコンデンサが充電されるのを防止するものである。
【００３８】
このように構成されたキャパシタ単位ユニットは、コンデンサＣ３が電源切り替わり時に、逆極性電圧により充電されてしまう不都合がなくなるので、大容量の電解コンデンサを使用することが可能となり、昇圧整流回路を高性能化できるものである。また、スイッチＳ１により、多段に接続された昇圧ブロックを任意の位置でＯＮ−ＯＦＦすることにより、必要な倍率の箇所で取り出すことができるので、一つの昇圧整流回路で何種類もの倍率の電圧を取り出すことが可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る昇圧整流回路によれば、所望の倍電圧を得るのにサイクル数を短縮して立ち上がり特性が優れ、かつ一旦昇圧した後は連続出力が可能であり、一種類の回路で何種類もの倍電圧が取り出せる昇圧整流回路を得る
ことができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る昇圧整流回路の構成を示す基本ブロック図である。
【図２】図１の昇圧整流回路の昇圧ブロックを示すブロック図である。
【図３】図１の昇圧整流回路の構成を示す回路図である。
【図４】図１の昇圧整流回路のキャパシタ単位ユニットを示す回路図である。
【図５】図１の昇圧整流回路の出力波形を示すグラフである。
【図６】従来の昇圧整流回路を示す回路図である。
【図７】従来の昇圧整流回路の出力波形を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｇ            交流電源
１〜６        昇圧ブロック
Ｃ１〜Ｃ２６  コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ３７  ダイオード
Ｐ０１〜Ｐ２８  端子
Ｓ１          スイッチ
【図１】
0003607251.tif 000002
【図２】
0003607251.tif 000003
【図３】
0003607251.tif 000004
【図４】
0003607251.tif 000005
【図５】
0003607251.tif 000006
【図６】
0003607251.tif 000007
【図７】
0003607251.tif 000008