(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流入力を発振させるためにスイッチ動作を行う発振用スイッチ素子と、
上記発振用スイッチ素子のスイッチ動作と連動して上記直流入力を発振させるとともに、上記発振させた入力が有するエネルギーの蓄積、出力を繰り返して交流を出力するトランスと、
上記トランスにより出力された交流を整流平滑して負荷に出力する整流平滑回路と、
上記負荷に流れる電流を検出する負荷電流検出回路と、
上記負荷電流検出回路により検出された電流値と基準値とを比較し、上記検出された電流値が基準値以上であると判定したときに、上記基準値以上であると判定したことを示す信号を生成する比較判定回路と、
上記比較判定回路により生成された信号を直流信号へ整流変換し、整流変換した直流信号の電荷を、上記発振させた直流入力に対して異常発振する異常発振信号の周期よりも長い時間蓄積し、蓄積した電荷量が所定値になったときに、上記トランスに蓄積されるエネルギーの量を制御する制御回路とを有することを特徴とする電源回路。
【請求項２】
上記比較判定回路は、上記負荷に流れる電流が基準値以上であると判定したときにオンする電流値判定用スイッチ素子を有し、
上記制御回路は、上記直流入力が流れる電源線と、上記電流値判定用スイッチ素子との間に接続される抵抗体と、
上記電流値判定用スイッチ素子を介して上記抵抗体に直列に接続され、交流信号を直流信号へ整流変換する信号変換素子と、
上記信号変換素子とグランド電位との間に接続され、上記信号変換素子により整流変換された直流信号の電荷を蓄積する電荷蓄積素子と、
上記電荷蓄積素子に並列に接続され、上記電荷蓄積素子に蓄積された電荷を放電するための放電用素子とを有することを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
【請求項３】
上記制御回路は、一端が、上記比較判定回路に接続される抵抗体と、
上記抵抗体の他端に接続され、交流信号を直流信号へ整流変換する信号変換素子と、
上記信号変換素子とグランド電位との間に接続され、上記信号変換素子により整流変換された直流信号の電荷を蓄積する電荷蓄積素子と、
上記電荷蓄積素子に並列に接続され、上記電荷蓄積素子に蓄積された電荷を放電するための放電用素子とを有することを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
【請求項４】
上記電荷蓄積素子がコンデンサであって、
上記電荷蓄積素子であるコンデンサの容量と、上記抵抗体の抵抗値とから定まる時定数が、上記発振させた信号に対して異常発振する異常発振信号の周期よりも長い時間であることを特徴とする請求項２または３に記載の電源回路。
【請求項５】
上記時定数が０．００１秒以上であることを特徴とする請求項４に記載の電源回路。
【請求項６】
上記放電用素子が抵抗体であって、
上記放電用素子である抵抗体の抵抗値と、上記電荷蓄積素子であるコンデンサの容量とから定まる時定数が０．０００１秒以上であることを特徴とする請求項４または５に記載の電源回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源回路に関し、特に、定電流制御を行うために用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気清浄機や除電器、複写機やオゾン発生器などの装置では、コロナ放電を行う装置で使用される高圧発生回路などの電源回路では、安定したコロナ放電を行うために定電流制御を行っている。
【０００３】
上記コロナ放電を行う装置において、放電部の放電極に絶縁性物質が付着した場合には、放電電流が減少しコロナ放電が弱くなってしまい、荷電効果が期待できない問題がある。
【０００４】
逆に、導電性物質が放電極に付着した場合は、導電性物質を介して局所的な異常放電による放電極と被放電極間の絶縁が確保できないなど安全面での問題が発生する。
【０００５】
従って、コロナ放電を行う装置の電源回路においては、定電流型の電源装置を使用することが望ましい。
【０００６】
また、前述の絶縁性物質が付着した場合には、放電電流の減少に相反して電圧が上昇してしまい、沿面リークなどの発生に伴う安全上の対策も必要となるので、定電流定電圧型の電源装置を使用することが更に望ましい。
【０００７】
図４は、従来の定電流制御を行う高圧発生回路の一例を示した回路ブロック図である。
図４において、従来の高圧発生回路４１は、スイッチング作用をするトランジスタＱ１と、起動抵抗Ｒ１と、発振回路４２と、高圧トランス４３と、整流平滑回路４４と、負荷電流検出回路４５と、比較判定回路４６と、出力電流制御回路４７とを有している。
【０００８】
トランジスタＱ１は、起動抵抗Ｒ１を介して流れる直流電源４８からの入力に基づいて動作を開始する。
【０００９】
発振回路４２は、トランジスタＱ１のスイッチング動作を制御して発振を起こすための回路である。
【００１０】
高圧トランス４３は、発振回路４２の動作に基づいたトランジスタＱ１のスイッチング作用に従って、高圧の交流を出力する。
【００１１】
整流平滑回路４４は、高圧トランス４３により出力された高圧の交流を整流平滑し、負荷４９に対して直流高圧を出力する。
【００１２】
負荷電流検出回路４５は、負荷４９に流れる電流を検出する。また、比較判定回路４６は、負荷４９に流れる電流が基準値以上になったときに、信号を生成し、出力電流制御回路４７に送る。
【００１３】
出力電流制御回路４７は、比較判定回路４６からの信号を入力した時に、トランジスタＱ２をオンさせることにより、上記トランジスタＱ１のベースに流れる電流を抑制させて定電流制御を行う。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した図４に示したような従来の高圧発生回路４１により定電流制御を行うと、制御系内部で異常発振が起こるという問題があった。
以下、従来の高圧発生回路４１により定電流制御を行った場合に、異常発振が起こる理由について概説する。
【００１５】
図５に示すように、高圧トランス４３やトランジスタＱ１などで生じる浮遊容量（寄生容量）により、上記高圧トランス４３の２次側が共振して正弦波が発生し、これが高圧トランス４３の１次側に影響を与えてしまう。このため、高圧トランス４３の１次電流Ｉｃは、ランプ波形に正弦波が重畳した波形の電流になる（図６を参照）。
【００１６】
このように、高圧トランス４３の１次電流Ｉｃが安定しない状態（発振した状態）で図４に示した従来の高圧発生回路４１により定電流制御を行うと、制御をかけるポイントによっては、高圧トランス４３の１次電流Ｉｃを所定の値（例えば図６のＩｃ１）に調整することができず、１次電流Ｉｃは所定の値Ｉｃ１より大きい値（例えば図６のＩｃｂ）と、小さい値（例えば図６のＩｃａ）とを交互にとるようになる。
【００１７】
この結果、高圧トランス４３にエネルギーを蓄積させすぎたり、所定のエネルギーを蓄積させることができなかったりしてしまい、上記負荷４９に流れる電流もこれに合わせて増減してしまう。したがって、制御系内部で上記電流の増減に応じた制御をするため、複数の点で安定点をもつ（複数の波形に安定点をもつ）制御が行われる異常発振となり、可聴領域の周波数成分を含む低周波発振、分数波発振、間欠発振などの問題が起こる場合がある。
【００１８】
以上のようにして従来の高圧発生回路４１により定電流制御を行った際に生じる異常発振が基本波に重畳されて回路を伝搬する。このため、高圧トランス４３から異音が生じてしまうことがあった。
【００１９】
特に、空気清浄機や除電器などは、一般的な暗騒音の環境で使用されることが多いため、これらの装置に従来の高圧発生回路４１を組み込むと、高圧トランス４３からの異音が空気清浄機などのユーザに不快感を与える場合があった。
【００２０】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、低周波の発振、分数波の発振、間欠発振などの異常発振が起こりにくい定電流制御を行える電源回路を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の電源回路は、直流入力を発振させるためにスイッチ動作を行う発振用スイッチ素子と、上記発振用スイッチ素子のスイッチ動作と連動して上記直流入力を発振させるとともに、上記発振させた入力が有するエネルギーの蓄積、出力を繰り返して交流を出力するトランスと、上記トランスにより出力された交流を整流平滑して負荷に出力する整流平滑回路と、上記負荷に流れる電流を検出する負荷電流検出回路と、上記負荷電流検出回路により検出された電流値と基準値とを比較し、上記検出された電流値が基準値以上であると判定したときに、上記基準値以上であると判定したことを示す信号を生成する比較判定回路と、上記比較判定回路により生成された信号を直流信号へ整流変換し、整流変換した直流信号の電荷を、上記発振させた直流入力に対して異常発振する異常発振信号の周期よりも長い時間蓄積し、蓄積した電荷量が所定値になったときに、上記トランスに蓄積されるエネルギーの量を制御する制御回路とを有することを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の電源回路の一実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、電源回路として、直流入力（電力）を交流に変換し、エネルギーを蓄積した後、上記交流を昇圧し、さらに、上記昇圧した交流を直流に再び変換して高圧の直流を出力する高圧発生回路を例に挙げて説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態の高電圧発生回路の構成の一例を示す回路図である。
図１において、高電圧発生回路１は、起動抵抗Ｒ７と、定電圧回路２と、発振回路３と、高圧トランス４と、整流平滑回路５と、負荷電流検出回路６と、比較判定回路７と、定電流制御回路８とを有している。
【００２４】
高圧トランス４は、１次巻線Ｎ１と、帰還巻線Ｎ３と、上記１次巻線Ｎ１、帰還巻線Ｎ３と電気的に絶縁され、１次巻線Ｎ１に入力された交流を昇圧して高圧の交流を出力する２次巻線Ｎ２と、上記１次巻線Ｎ１、帰還巻線Ｎ３、及び２次巻線Ｎ２を磁気結合する鉄心９とを有している。
【００２５】
そして、１次巻線Ｎ１の巻き始めと巻き終わりには端子１０、１１が、帰還巻線Ｎ３の巻き始めと巻き終わりには端子１２、１３が、２次巻線Ｎ２の巻き始めと巻き終わりには端子１４、１５がそれぞれ配設されている。
【００２６】
また、１次巻線Ｎ１の設けられた端子１１には、図示しない直流電源から電力である直流入力ＩＮを伝達する電源線１６が接続されている。なお、図１の各巻線Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３に付されている●は、極性を表している。このときに巻線Ｎ１とＮ３を同極性となるようにすることが必要である。図１で言うと、端子１１と１３の極性を同じにし、端子１０と１２を同じ極性にすることである。この場合、図１では巻線Ｎ２の端子１４に●を付しているが、極性は必要に応じて決定すればよく端子１０や１１と極性を揃えるような必要は特別にはない。
【００２７】
起動抵抗Ｒ７は、図示しない上記直流電源からの直流信号を、発振回路３に含まれる後述するスイッチング作用をするトランジスタＱ３のベースに流すためのものであり、その一端が電源線１６に接続される。
【００２８】
定電圧回路２は、高圧トランス４の２次巻線Ｎ２間に印加される電圧を一定にする機能を有している。
【００２９】
具体的に、定電圧回路２は、ツェナーダイオードＺＤ２と、ダイオードＤ５と、抵抗Ｒ１０と、電解コンデンサＣ７とを有している。
【００３０】
発振回路３は、後述するように、高圧トランス４と協働して直流入力を発振させる機能を有する。
【００３１】
具体的に、発振回路３は、抵抗Ｒ８と、コンデンサＣ６と、発振用スイッチ素子としてのトランジスタＱ３と、ダイオードＤ８とを有している。
【００３２】
抵抗Ｒ８は、その一端が、高圧トランス４の帰還巻線Ｎ３設けた端子１３に接続される。そして、コンデンサＣ６は、上記抵抗Ｒ８の他端と上記ツェナーダイオードＺＤ２のカソードとの間に接続される。
【００３３】
そして、発振用スイッチ素子としてのトランジスタＱ３は、エミッタがグランド電位に接続され、ベースが上記起動抵抗Ｒ７とツェナーダイオードＺＤ２との相互接続点に接続され、コレクタが高圧トランス４の１次巻線Ｎ１に設けた端子１０に接続される接続関係で配設される。
【００３４】
整流平滑回路５は、具体的に、高圧倍圧整流回路（倍電圧整流回路）であり、高圧トランス４の２次巻線Ｎ２から出力される高圧の交流を整流平滑し、直流に変換する機能を有する。なお、整流平滑回路５は、交流出力を整流平滑する機能を有する回路であれば、高圧倍圧整流回路（倍電圧整流回路）と極性に限定されない。
【００３５】
上記整流平滑回路５は、具体的に、２つのコンデンサＣ８、Ｃ９と、２つのダイオードＤ６、Ｄ７とにより構成される。
【００３６】
コンデンサＣ８は、その一端が、高圧トランス４の２次巻線Ｎ２に設けた端子１４に接続される。そして、ダイオードＤ６は、カソードが上記コンデンサＣ８の他端に、アノードが高圧トランス４の２次巻線Ｎ２に設けた端子１５に接続される接続関係で配設される。
【００３７】
ダイオードＤ７は、アノードがダイオードＤ６とコンデンサＣ８との相互接続点に接続される接続関係で配設される。そして、コンデンサＣ９は、ダイオードＤ７のカソードと、ダイオードＤ６のアノードとの間に接続される。
【００３８】
このような構成の整流平滑回路５により、高圧トランス４の２次巻線Ｎ２から出力される高圧の交流電圧が倍電圧整流され、ダイオードＤ７とコンデンサＣ９との相互接続点に接続された出力端子１７から高圧の直流電圧が発生する。
【００３９】
負荷電流検出回路６は、出力端子１７に接続される負荷１８に流れる負荷電流を電圧に変換して、負荷電流を検出する機能を有する。
【００４０】
負荷電流検出回路６は、具体的に、抵抗Ｒ９とコンデンサＣ１０との並列回路により構成される。そして、上記並列回路の一端が、高圧トランス４の端子１５に接続され、他端がグランド電位に接続される。
【００４１】
比較判定回路７は、負荷電流検出回路６を構成する並列回路の両端に発生する電圧と、グランド電位を正極とした直流電源１９により定められる基準電圧とを比較器２０で比較し、上記並列回路に発生する電圧の絶対値が上記基準電圧以上になった場合に、後述する定電流制御回路８に信号を送る機能を有する。
【００４２】
定電流制御回路８は、比較判定回路７からの信号に基づいて、トランジスタＱ３のベース電流を抑制するように制御する機能を有する。
【００４３】
定電流制御回路８は、具体的に、３つの抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３と、ダイオードＤ９と、コンデンサＣ１１と、トランジスタＱ４とを有している。
【００４４】
トランジスタＱ４は、コレクタが、起動抵抗Ｒ７、コンデンサＣ６、及びツェナーダイオードＺＤ２の相互接続点に接続され、エミッタが、グランド電位に接続されている。
【００４５】
抵抗Ｒ１３は、その一端がトランジスタＱ４のベースに接続される。そして、抵抗体としての抵抗Ｒ１１は、抵抗Ｒ１３の他端と比較判定回路７との間に接続される。
【００４６】
信号変換素子としてのダイオードＤ９は、アノードが抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１３との相互接続点に接続される接続関係で配設される。そして、放電用素子としての抵抗Ｒ１２と、電荷蓄積素子としてのコンデンサＣ１１は、ダイオードＤ９のカソードとグランド電位との間で並列に接続される。
【００４７】
次に、以上のような構成の本実施の形態の高圧発生回路１の動作について説明する。まず、高圧発生回路１の発振動作について説明する。
【００４８】
直流電源から信号ＩＮが入力し、起動抵抗Ｒ７を介してトランジスタＱ３にベース電流が流れると、トランジスタＱ３がオンする。
【００４９】
この結果、高圧トランス４の１次巻線Ｎ１に電流が流れ、１次巻線Ｎ１間に電圧が発生する。１次巻線Ｎ１間に電圧が発生すると、１次巻線Ｎ１と磁気結合された帰還巻線Ｎ３の端子１２、１３間に電圧が誘起される。
【００５０】
そして、帰還巻線Ｎ３の端子１２、１３間に誘起された電圧により、抵抗Ｒ８の抵抗値と、コンデンサＣ６の容量とから定められる時定数で減少する電流が、抵抗Ｒ８、コンデンサＣ６を介して、トランジスタＱ３のベースに流れる。
【００５１】
上記抵抗Ｒ８の抵抗値と、コンデンサＣ６の容量とから定められる時定数で減少する電流が、トランジスタＱ３のベースに流れると、１次巻線Ｎ１に流れる電流、すなわちトランジスタＱ３のコレクタ電流Ｉｃは、以下の式（１）の関係の関係を満足するまで増加する。
【００５２】
Ｉｃ≧Ｉｂ×ｈＦＥ・・・（１）
ただし、Ｉｂは、上記トランジスタＱ３のベースに流れる電流（ベース電流）であり、ｈＦＥは、トランジスタＱ３のｈパラメータである。
【００５３】
このように、１次巻線Ｎ１に電流が流れると、高圧トランス４は、以下の式（２）で表されるエネルギーＰｔ（Ｊ）を蓄積する。
【００５４】
Ｐｔ＝（１／２）Ｌ１・Ｉｃ２・・・（２）
ただし、Ｌ１は、高圧トランス４の１次巻線Ｎ１のインダクタンス（Ｈ）、Ｉｃは１次巻線Ｎ１に流れる電流（すなわち、トランジスタＱ３のコレクタ電流）である。
【００５５】
そして、トランジスタＱ３のコレクタ電流Ｉｃが、上記式（１）の関係を満足するまで増加すると、トランジスタＱ３は飽和状態になり、コレクタ電流Ｉｃは変化しなくなる。
【００５６】
この結果、１次巻線Ｎ１から帰還巻線Ｎ３に誘起される電圧が低下する。これにより、上記トランジスタＱ３のベースに流れる電流Ｉｂが減少し、トランジスタＱ３の飽和が加速する。
【００５７】
このように、帰還巻線Ｎ３に誘起される電圧が低下し、上記帰還巻線Ｎ３に誘起される電圧が、コンデンサＣ６の両端の電圧以下になると、トランジスタＱ３のベースに流れる電流の向きが逆になり、トランジスタＱ３が完全にオフする。このとき、上記式（２）により表されるエネルギーＰｔが、２次巻線Ｎ２に移り、高圧トランス４の２次巻線Ｎ２に電圧が誘起される。
【００５８】
トランジスタＱ３がオフすると、高圧トランス４の１次巻線Ｎ１にリンギングが起こり、帰還巻線Ｎ３に電圧が誘起され、この誘起された電圧により再びトランジスタＱ３のベースに電流が流れる。
【００５９】
これにより、トランジスタＱ３が再びオンし、高圧トランス１２の１次巻線Ｎ１に電流が流れ、１次巻線Ｎ１に電圧が発生する。
【００６０】
本実施の形態の高圧発生回路１は、以上のようなトランジスタＱ３のスイッチング動作により、例えば発振周波数が２０ｋＨｚの発振を続け、高圧の交流電圧が、高圧トランス４の２次巻線Ｎ２から出力される。
【００６１】
次に、定電圧回路２の動作を簡単に説明すると、まず、ダイオードＤ５により、帰還巻線Ｎ３間に印加される電圧の波形を整流し、整流した信号を抵抗Ｒ１０、コンデンサＣ７により平滑する。
【００６２】
そして、負荷１８に印加される電圧が高くなると、コンデンサＣ７に印加される電圧が大きくなる。これにより、ツェナーダイオードＺＤ２が導通し、トランジスタＱ３のベース電流が抑制され、高圧トランス４の２次巻線Ｎ２間に印加される電圧を低下させることができる。
【００６３】
次に、本実施の形態の高圧発生回路１の定電流制御について説明する。
高圧トランス４の２次巻線Ｎ２間から出力された高圧の交流電圧が、高圧倍圧整流回路５により整流平滑され、出力端子１７に高圧の直流電圧が発生すると、出力端子１７に接続される負荷１８に、上記高圧の直流電圧が印加される。そして、高圧の直流電圧が印加されることによって負荷１８に流れた電流は、負荷電流検出回路６を通して高圧トランス４の２次巻線Ｎ２に戻る。
【００６４】
負荷電流検出回路６は、負荷１８に流れる電流を検出し、検出した電流を電圧に変換する。負荷１８に流れる電流が大きくなり、抵抗Ｒ９に流れる電流が大きくなると、上記抵抗Ｒ９とコンデンサＣ１０との並列回路の両端の電圧もマイナス極性で大きくなる。
【００６５】
上記抵抗Ｒ９とコンデンサＣ１０との並列回路の両端の電圧が、基準電圧１９よりマイナス極性で大きくなると、比較判定回路７は、信号Ｓ１を生成し、定電流制御回路８に送る。
【００６６】
定電流制御回路８に入力した信号Ｓ１は、抵抗Ｒ１１を介してダイオードＤ９で直流信号に変換され、変換された直流信号の電荷が、抵抗Ｒ１２の抵抗値とコンデンサＣ１１の容量とから定まる時定数（Ｒ１２×Ｃ１１）に従った時間でコンデンサＣ１１に蓄積される。
【００６７】
なお、本実施の形態の高圧発生回路１では、抵抗Ｒ１１の抵抗値とコンデンサＣ１１の容量とから定まる時定数を、１ｍｓ以上に設定し、定電流制御回路８の応答、すなわちコンデンサＣ１１に充電される時間を長くするようにしている。
【００６８】
上記時定数の下限値を１ｍｓとしたのは、本実施の形態の高圧発生回路１における異常発振の場合、１０ｋＨｚ以下の周波数で発振を起こして前述のような異音の問題が発生するので、この異常発振信号の周期よりも長い時間をかけて充電を完了させるようにするためである。
【００６９】
また、抵抗Ｒ１２の抵抗値とコンデンサＣ１１の容量とから定まる時定数を０．１ｍｓ以上に設定し、コンデンサＣ１１に蓄積されている電荷の放電のタイミングを調整するようにしている。
【００７０】
その後、信号Ｓ１が比較判定回路７から入力され、ダイオードＤ９のカソードの電位が上昇すると、抵抗Ｒ１３を介してトランジスタＱ４のベースに電流が流れる。これにより、トランジスタＱ４がオンし、トランジスタＱ３のベースに流れる電流を抑制する。
【００７１】
以上のように、本実施の形態では、負荷１８に流れる電流が基準値以上になった後、時定数（Ｒ１１×Ｃ１１）で定められる時間でコンデンサＣ１１に蓄積された電荷、即ち電荷を積分しその平均値によりトランジスタＱ４をオンし、発振を起こすためにスイッチング動作を行うトランジスタＱ３のベース電流を抑制するようにしたので、直流から数百Ｈｚの低周波の領域に対してのみ制御量を大きくさせることが可能になり、高圧トランス４に蓄積されるエネルギーを一定にすることができる。これにより、高圧トランス４の１次巻線Ｎ１に流れる電流が単調に増加しない場合でも、一つの安定点をもつ定電流制御を行える高圧発生回路を実現することができ、高圧トランス４から異音が生じたりしてしまうことを防止することができる。
【００７２】
（変形例）
次に、上述した本発明の電源回路の実施の形態の変形例について説明する。なお、本例においても、電源回路として高圧発生回路を例に挙げて説明する。
図２は、本例の高圧発生回路の構成を示す回路図である。
【００７３】
図２において、本例の高電圧発生回路２１は、信号入力回路２２と、発振回路２３と、高圧トランス２４と、整流平滑回路２５と、負荷電流検出回路２６と、比較判定回路２７と、定電流制御回路２８とを有している。
【００７４】
信号入力回路２２は、信号を入力するための２つの端子２９、３０を有する入力コネクタＣＮ１と、入力コネクタＣＮ１から入力した信号を平滑する機能を有する電解コンデンサＣ１２と、発振回路２３に備えられている後述するスイッチング作用をするトランジスタＱ５に、上記平滑された信号を供給して起動させるための抵抗Ｒ１４及び起動抵抗Ｒ１９とを有している。
【００７５】
入力コネクタＣＮ１の第１の端子２９は、グランド電位に接続され、第２の端子３０は、高圧発生回路２１に電力供給を行うための電源線３１に接続される。
【００７６】
また、抵抗Ｒ１４と起動抵抗Ｒ１９は、電源線３１と、発振回路２３に備えられている上記トランジスタＱ５のベースとの間に、抵抗Ｒ１４が電源線３１側となるように直列に接続される。
【００７７】
そして、電解コンデンサＣ１２は、上記電源線３１とグランド電位との間に、電源線３１側を正極として接続される。
【００７８】
高圧トランス２４は、１次巻線Ｎ４と、帰還巻線Ｎ５と、上記１次巻線Ｎ４、帰還巻線Ｎ５と電気的に絶縁され、１次巻線Ｎ４に入力された交流を昇圧して高圧の交流を出力する２次巻線Ｎ６と、上記１次巻線Ｎ４、帰還巻線Ｎ５、及び２次巻線Ｎ６を磁気結合する鉄心３２とを有している。
【００７９】
そして、１次巻線Ｎ４の巻き始めと巻き終わりには端子３３、３４が、帰還巻線Ｎ５の巻き始めと巻き終わりには端子３５、３６が、２次巻線Ｎ６の巻き始めと巻き終わりには端子３７、３８がそれぞれ配設されている。
【００８０】
そして、１次巻線Ｎ４の設けられた端子３３には、入力コネクタＣＮ１の第２の端子３０から配設されている電源線３１が接続されている。なお、図２の各巻線Ｎ４、Ｎ５、Ｎ６に付されている●は、巻線の極性を表している。このときに巻線Ｎ４とＮ５を同極性となるようにすることが必要である。図２で言うと、端子３５と３３の極性を同じにし、端子３６と３４を同じ極性にすることである。この場合、図２では巻線Ｎ６の端子３７に●を付しているが、極性は必要に応じて決定すればよく端子３３や３４と極性を揃えるような必要は特別にはない。
【００８１】
整流平滑回路２５は、具体的に、高圧倍圧整流（倍電圧整流回路）回路であり、高圧トランス２４の２次巻線Ｎ６から出力される高圧の交流を整流平滑し、直流に変換する機能を有する。なお、整流平滑回路２５は、交流信号を整流平滑する機能を有する回路であれば、高圧倍圧整流回路（倍電圧整流回路）と極性に限定されない。
【００８２】
上記整流平滑回路２５は、具体的に、２つのコンデンサＣ１８、Ｃ１９と、２つのダイオードＤ１５、Ｄ１６と、抵抗Ｒ２２とにより構成される。
【００８３】
コンデンサＣ１８は、その一端が、高圧トランス２４の２次巻線Ｎ５に設けた端子３８に接続される。そして、ダイオードＤ１５は、カソードが上記コンデンサＣ１８の他端、アノードが高圧トランス２４の２次巻線Ｎ５に設けた端子３７に接続される接続関係で配設される。
【００８４】
ダイオードＤ１６は、アノードがダイオードＤ１５のカソードとコンデンサＣ１８の相互接続点に接続される接続関係で配設される。そして、高圧トランス２４側にコンデンサＣ１９が位置するように並列に接続されたコンデンサＣ１９と抵抗Ｒ２２とが、ダイオードＤ１６のカソードと、ダイオードＤ１５のアノードとの間に接続される。
【００８５】
このような構成の整流平滑回路２５により、高圧トランス２４の２次巻線Ｎ６から出力される高圧の交流電圧が倍電圧整流され、抵抗Ｒ２２、ダイオードＤ１６、及びコンデンサＣ１９の相互接続点に接続された出力端子３９から高圧の直流電圧が発生する。
【００８６】
負荷電流検出回路２６は、出力端子３９に接続される図示しない負荷に流れる負荷電流を電圧に変換して、負荷電流を検出する機能を有する。
【００８７】
負荷電流検出回路２６は、具体的に、抵抗Ｒ２１とコンデンサＣ１７の並列回路により構成される。そして、抵抗Ｒ２１は、高圧トランス２４の端子３７とダイオードＤ１５のアノードとの相互接続点に設けた端子４０と、グランド電位との間に接続される。そしてコンデンサＣ１７は、抵抗Ｒ２１に並列接続される。
【００８８】
比較判定回路２７は、負荷電流検出回路２６を構成する並列回路の両端に発生する電圧と、基準電圧とを比較し、上記並列回路に発生する電圧が上記基準電圧を超えた場合に、後述する定電流制御回路２８に信号を送る機能を有する。
【００８９】
比較判定回路２７は、具体的に、電流値判定用スイッチ素子としてのトランジスタＱ６と、ダイオードＤ１０と、２つのツェナーダイオードＺＤ３、ＺＤ４と、２つのコンデンサＣ１４、Ｃ１５と、抵抗Ｒ１５とを有している。
【００９０】
ツェナーダイオードＺＤ４は、アノードが負荷電流検出回路２６と端子４０との相互接続点に接続される接続関係で配設されている。そして、コンデンサＣ１５は、ツェナーダイオードＺＤ４に並列接続される。なお、コンデンサＣ１５は、負荷電流検出回路２６で検出される電圧のリップル分の影響を緩和させ、ツェナーダイオードＺＤ４の両端にかかる電圧が一定になるようにするために設けられる。
【００９１】
ダイオードＤ１０は、アノードが上記ツェナーダイオードＺＤ４のカソードに接続され、カソードが抵抗Ｒ１４に直列に接続される接続関係で配設される。そして、コンデンサＣ１４は、ダイオードＤ１０に並列接続される。なお、コンデンサＣ１４は、負荷電流検出回路２６で検出される電圧のリップル分の影響を緩和させ、ダイオードＤ１０の両端にかかる電圧が一定になるようにするために設けられる。
【００９２】
トランジスタＱ６は、エミッタが抵抗Ｒ１４とダイオードＤ１０との相互接続点に接続され、ベースがダイオードＤ１０とツェナーダイオードＺＤ４の相互接続点に接続され、コレクタが後述する定電流制御回路８に接続される接続関係で配設される。
【００９３】
そして、ツェナーダイオードＺＤ３は、カソードが抵抗Ｒ１４に直列に接続されるように抵抗Ｒ１４とグランド電位との間に接続される。
【００９４】
定電流制御回路２８は、比較判定回路２７からの信号に基づいて、後述する発振回路２３に備えられたトランジスタＱ５のベース電流を抑制するように制御する機能を有する。
【００９５】
定電流制御回路２８は、具体的に、４つの抵抗Ｒ１４、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８と、ダイオードＤ１１と、電荷蓄積素子としての電解コンデンサＣ１３と、トランジスタＱ７とを有している。なお、抵抗Ｒ１４は、上述した信号入力回路２内に配置されているものと同様であり、本例の高圧発生回路２１では、抵抗Ｒ１４は、信号入力回路２２及び定電流制御回路２８の両方で機能するものである。そして、抵抗Ｒ１４が抵抗体としての機能を有する。
【００９６】
抵抗Ｒ１６と抵抗Ｒ１７は、比較判定回路２７に含まれるトランジスタＱ６のコレクタとグランド電位との間に、抵抗Ｒ１７がグランド電位側になるように直列に接続される。また、信号変換素子としてのダイオードＤ１１は、アノードが上記トランジスタＱ６のコレクタと抵抗Ｒ１６との相互接続点に接続される接続関係で配設される。
【００９７】
放電用素子としての抵抗Ｒ１８は、ダイオードＤ１１のカソードとグランド電位との間に接続される。そして、電解コンデンサＣ１３は、ダイオードＤ１１のカソード側が正極となるように、抵抗Ｒ１８に並列に接続される。
【００９８】
トランジスタＱ７は、ベースが抵抗Ｒ１６と抵抗Ｒ１７と相互接続点に接続され、エミッタがグランド電位に接続され、コレクタがトランジスタＱ５のベースに接続される接続関係で配設される。
【００９９】
発振回路２３は、後述するように、高圧トランス２４と協働して直流入力を発振させる機能を有する。
【０１００】
具体的に、発振回路２３は、抵抗Ｒ２０と、コンデンサＣ１６と、発振用スイッチ素子としてのトランジスタＱ５と、３つのダイオードＤ１２、Ｄ１３、Ｄ１４とを有している。
【０１０１】
トランジスタＱ５は、エミッタがグランド電位に接続され、ベースが上記起動抵抗Ｒ１９とトランジスタＱ７との相互接続点に接続され、コレクタが高圧トランス２４の１次巻線Ｎ４に設けた端子３４に接続される接続関係で配設される。
【０１０２】
また、トランジスタＱ５のベース、エミッタ間に逆電圧が印加されることを保護するためのダイオードＤ１３は、カソードがトランジスタＱ５のベースに、アノードがトランジスタＱ５のエミッタ（すなわちグランド電位）に接続される接続関係で配設される。
【０１０３】
抵抗Ｒ２０は、一端が高圧トランス１２の帰還巻線Ｎ５に設けた端子３５に接続される。そして、コンデンサＣ１６は、上記抵抗Ｒ２０の他端と上記トランジスタＱ５のベースとの間に接続される。また、ダイオードＤ１２は、カソードが抵抗Ｒ２０の他端と接続されるようにコンデンサＣ１６に並列に接続される。
【０１０４】
次に、以上のような構成の本例の高圧発生回路２１の動作について説明する。
まず、高圧発生回路２１の発振動作について説明する。
入力コネクタＣＮ１から信号が入力し、起動抵抗Ｒ１９を介してトランジスタＱ５にベース電流が流れると、トランジスタＱ５がオン（動作）する。
【０１０５】
この結果、入力コネクタＣＮ１の第２の端子３０から高圧トランス２４の１次巻線Ｎ４に電流が流れ、１次巻線Ｎ４間に電圧が発生する。１次巻線Ｎ４間に電圧が発生すると、１次巻線Ｎ４と磁気結合された帰還巻線Ｎ５の端子３５、３６間に電圧が誘起される。
【０１０６】
そして、帰還巻線Ｎ５の端子３５、３６間に誘起された電圧により、抵抗Ｒ２０の抵抗値と、コンデンサＣ１６の容量とから定められる時定数で減少する電流が、抵抗Ｒ２０、コンデンサＣ１６を介して、トランジスタＱ５のベースに流れる。
【０１０７】
上記抵抗Ｒ２０の抵抗値と、コンデンサＣ１６の容量とから定められる時定数で減少する電流が、トランジスタＱ５のベースに流れると、１次巻線Ｎ４に流れる電流、すなわちトランジスタＱ５のコレクタ電流Ｉｃは、以下の式（３）の関係の関係を満足するまで増加する。
【０１０８】
Ｉｃ≧Ｉｂ×ｈＦＥ・・・（３）
ただし、Ｉｂは、上記トランジスタＱ５のベースに流れる電流（ベース電流）であり、ｈＦＥは、トランジスタＱ５のｈパラメータである。
【０１０９】
このように、１次巻線Ｎ４に電流が流れると、高圧トランス２４は、以下の式（４）で表されるエネルギーＰｔ（Ｊ）を蓄積する。
【０１１０】
Ｐｔ＝（１／２）Ｌ１・Ｉｃ２・・・（４）
ただし、Ｌ１は、高圧トランス２４の１次巻線Ｎ４のインダクタンス（Ｈ）、Ｉｃは、１次巻線Ｎ４に流れる電流（すなわちトランジスタＱ５のコレクタ電流）である。
【０１１１】
そして、トランジスタＱ５のコレクタ電流Ｉｃが、上記式（３）の関係を満足するまで増加すると、トランジスタＱ５は飽和状態になり、コレクタ電流Ｉｃは変化しなくなる。
【０１１２】
この結果、１次巻線Ｎ４から帰還巻線Ｎ５に誘起される電圧が低下する。これにより、上記トランジスタＱ５のベースに流れる電流Ｉｂが減少し、トランジスタＱ５の飽和が加速する。
【０１１３】
このように、帰還巻線Ｎ５に誘起される電圧が低下し、上記帰還巻線Ｎ５に誘起される電圧が、コンデンサＣ１６の両端の電圧以下になると、トランジスタＱ５のベースに流れる電流の向きが逆になり、トランジスタＱ５が完全にオフする。
【０１１４】
このとき、上記式（４）により表されるエネルギーＰｔが、２次巻線Ｎ６に移り、高圧トランス２４の２次巻線Ｎ６間に電圧が誘起される。
【０１１５】
また、トランジスタＱ５がオフしている時は、ダイオードＤ１２により、トランジスタＱ５のベースに負電圧が印加される。これにより、トランジスタＱ５を確実にオフすることができる。
【０１１６】
トランジスタＱ５がオフすると、高圧トランス２４の１次巻線Ｎ４にリンギングが起こり、帰還巻線Ｎ５に電圧が誘起され、この誘起された電圧により再びトランジスタＱ５のベースに電流が流れる。
【０１１７】
これにより、トランジスタＱ５が再びオンし、高圧トランス２４の１次巻線Ｎ４に電流が流れ、１次巻線Ｎ４間に電圧が発生する。
【０１１８】
本例の高圧発生回路２１は、以上のようなトランジスタＱ５のスイッチング動作により、例えば発振周波数が２０ｋＨｚの発振を続け、これに応じた高圧の交流電圧が、高圧トランス２４の２次巻線Ｎ５から出力される。
【０１１９】
次に、本例の高圧発生回路２１の定電流制御について説明する。
高圧トランス２４の２次巻線Ｎ５間から出力された高圧の交流電圧が、整流平滑回路２５により整流され、出力端子３９に高圧の直流電圧が発生すると、出力端子３９に接続される図示しない負荷に上記高圧の直流電圧が印加される。そして、高圧の直流電圧が印加されることによって負荷に流れた電流は、負荷電流検出回路２６を通して高圧トランス２４の２次巻線Ｎ６に戻る。
【０１２０】
負荷電流検出回路２６は、上記負荷に流れる電流を検出し、検出した電流を電圧に変換する。負荷に流れる電流が大きくなり、抵抗Ｒ２１に流れる電流が大きくなると、上記抵抗Ｒ２１とコンデンサＣ１７との並列回路の両端の電圧もマイナス極性で大きくなる。
【０１２１】
上記抵抗Ｒ２１とコンデンサＣ１７との並列回路の両端の電圧の絶対値が、ツェナーダイオードＺＤ３のツェナー電圧により定められる基準電圧の絶対値以上になると、トランジスタＱ６のベースからツェナーダイオードＺＤ４を通して電流が流れ、トランジスタＱ６がオンする。
【０１２２】
このトランジスタＱ６のオン動作により、入力コネクタＣＮ１から、電源線３１、抵抗Ｒ１４、トランジスタＱ６、ダイオードＤ１１、電解コンデンサＣ１３のルートで電流が流れる。
【０１２３】
そして、電解コンデンサＣ１３は、抵抗Ｒ１４の抵抗値と電解コンデンサＣ１３の容量とから定まる時定数に従った時間で充電を開始し、トランジスタＱ６のコレクタ電圧が増加する。
【０１２４】
このトランジスタＱ６のコレクタ電圧の増加により、抵抗Ｒ１６を介してトランジスタＱ７のベースに流れるようになる。これにより、トランジスタＱ７がオンし、電解コンデンサＣ１３に蓄積された電荷、即ち電荷を積分しその平均値によりトランジスタＱ５のベースに流れる電流を抑制する。ここで、抵抗Ｒ１７は、トランジスタＱ７のベース電流の値を調整するためのものである。
【０１２５】
表１〜３は、上記電解コンデンサＣ１３の容量と抵抗Ｒ１４の抵抗値とから定まる時定数を変えて構成した８種類の高圧発生回路２１を動作させて、各回路で低周波発振が起こるか否かを調査した結果を示した表であり、表１は抵抗Ｒ１８を１ｋΩ、表２は抵抗Ｒ１８を１０ｋΩ、表３は抵抗Ｒ１８を１００ｋΩの場合を示したものである。なお、表１〜表３において、○が低周波発振が起こっていないことを、×が低周波発振が起こったことを表している。
【０１２６】
【表１】
0003577300.tif 000002
【０１２７】
【表２】
0003577300.tif 000003
【０１２８】
【表３】
0003577300.tif 000004
【０１２９】
表１〜表３より、いずれの場合でも電解コンデンサＣ１３の容量と抵抗Ｒ１４の抵抗値とから定まる時定数（Ｃ１３×Ｒ１４）が１ｍｓ以上であれば低周波発振を起こさないことが分かる。
【０１３０】
このように、上述した実施の形態の高圧発生回路１と同様に、本例の高圧発生回路２１でも、異常発振信号の周期よりも長い時間をかけて充電を完了させるよう、即ち負荷電流に応じた信号を積算するように時定数（Ｃ１３×Ｒ１４）を調整することで、直流から数百Ｈｚの低周波領域に対してのみ、制御量を大きくさせることが可能になり、高圧トランス２４に蓄積されるエネルギーを一定にすることができる。
【０１３１】
これにより、高圧トランスの１次巻線に流れる電流が単調に増加しない場合でも、一つの安定点をもつ定電流制御を行える高圧発生回路を実現することができ、高圧トランスから異音などが生じたりしてしまうことを防止することができる。
【０１３２】
なお、上記時定数（Ｃ１３×Ｒ１４）の最適値は、設計上の余裕度などを考慮して２２ｍｓ程度とするのが好ましい。
【０１３３】
なお異常発振をしていない場合の高圧トランス２４の１次巻線Ｎ４の端子３４とグランド電位間との間の電圧波形は、具体的に、図３に示すようになり、トランジスタＱ５のオン時間Ｔ１、Ｔ２が一定になり、本例の高圧発生回路２１を用いれば、高圧トランス２４に蓄積されるエネルギーを一定にすることができるようになることが分かる。（図３に示す波形は、抵抗Ｒ１８を１ｋΩ、上記時定数（Ｃ１３×Ｒ１４）が２２ｍｓの場合である。）
【０１３４】
また、抵抗Ｒ１８の抵抗値を大きくすれば、電源投入直後に発生する突入電流を抑制し、素早く定電流制御回路２７による制御を開始することができ、高圧発生回路２１にソフトスタート機能を持たせることも可能になる。これにより、電源投入時に高圧発生回路２１に過電圧が印加されてしまうなどの電源投入時における問題を防止することができる。
【０１３５】
具体的には、抵抗Ｒ１８が１０ｋΩの場合、立ち上がり時定数は５０ｍｓ程度になり、抵抗Ｒ１８が１００ｋΩの場合、立ち上がり時定数は１００ｍｓ程度になる。
【０１３６】
ただし、抵抗Ｒ１８の抵抗値を大きくしすぎると、定電流制御回路２７による制御が過大になるため、高圧発生回路２１を立ち上げ後、所定の時間が経っても電圧が印加されなくなってしまう。
【０１３７】
したがって、上記抵抗Ｒ１８の抵抗値は１ｋΩ〜１００ｋΩ程度とするのが好ましい。なお、上述した実施の形態の高圧発生回路１でも、抵抗Ｒ１２の抵抗値を大きくすることによって、上述のソフトスタート機能を持たせることができることは言うまでもない。
【０１３８】
以上のように、本例においても上述した実施の形態と同様、負荷に流れる電流がツェナーダイオードＺＤ３で定められる基準値を超えた後に、負荷に流れる電流がツェナーダイオードで定められる基準値を下回った場合も含めて、負荷電流に応じた信号を積算するように時定数（Ｒ１４×Ｃ１３）で定められる速度でコンデンサＣ１３に所定の電荷が溜まってからトランジスタＱ７をオンし、発振を起こすためにスイッチング動作を行うトランジスタＱ５のベース電流を抑制するようにしたので、直流から数百Ｈｚの低周波の領域に対してのみ制御量を大きくさせることが可能になり、高圧トランス２４に蓄積されるエネルギーを一定にすることができる。これにより、高圧トランス２４の１次巻線Ｎ４に流れる電流が単調に増加しない場合でも、一つの安定点をもつ定電流制御を行える高圧発生回路を実現することができ、高圧トランス２４から異音などが生じてしまうことを防止できる。
【０１３９】
なお、上述した実施の形態及び変形例では、トランスとして、交流信号を昇圧して高圧の交流電圧を出力する高圧トランス４、２４を例に挙げて説明したが、入出力間を絶縁するトランスであれば、使用するトランスは、必ずしも高圧トランスでなくてもよく、自励式トランスと組み合わせて使用した場合に、よく効果を発揮することは言うまでもない。
【０１４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エネルギーの蓄積、出力を繰り返して交流を出力するトランスにより出力された交流を整流平滑して負荷に出力し、上記負荷に流れる電流値が基準値以上であると判定すると、上記基準値以上であると判定したことを示す信号を直流信号へ整流変換し、整流変換した直流信号の電荷を、上記発振させた直流入力に対して異常発振する異常発振信号の周期よりも長い時間蓄積し、蓄積した電荷量が所定値になったときに、上記トランスに蓄積されるエネルギーの量を制御するようにしたので、低周波の領域に対する制御量を大きくすることができ、トランスに蓄積されるエネルギーを可及的に一定にすることができる。これにより、トランスの１次巻線に流れる電流が単調に増加しない場合でも、安定した定電流制御を行える電源回路を実現することができ、トランスから異音が生じてしまうことを可及的に防止することができる。
また、本発明のその他の特徴によれば、電荷蓄積素子に並列に接続された第２の抵抗体の抵抗値と、上記電荷蓄積素子であるコンデンサの容量とから定まる時定数が０．０００１秒以上になるようにしたので、上記電荷蓄積素子に蓄積されている電荷を適切なタイミングで調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示し、高圧発生回路の回路図の一例を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態の変形例を示し、高圧発生回路の回路図の一例を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態の変形例を示し、高圧トランスの１次巻線、グランド電位間の電圧波形を示した図である。
【図４】従来の技術を示し、高圧発生回路の回路ブロック図である。
【図５】従来の技術を示し、トランス及びスイッチングトランジスタに浮遊容量が存在することを説明するための概念図である。
【図６】従来の技術を示し、トランス及びスイッチングトランジスタに浮遊容量が存在する場合のコレクタ電流の時間依存性を示した図である。
【符号の説明】
１、２１  高圧発生回路
３、２３  発振回路
４、２４  高圧トランス
５、２５  整流平滑回路
６、２６  負荷電流検出回路
７、２７  比較判定回路
８、２８  定電流制御回路
Ｑ３、Ｑ５、Ｑ６  トランジスタ
Ｄ９、Ｄ１１  ダイオード
Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ１８  抵抗
Ｃ１１、Ｃ１３  コンデンサ
【図１】
0003577300.tif 000005
【図２】
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【図３】
0003577300.tif 000007
【図４】
0003577300.tif 000008
【図５】
0003577300.tif 000009
【図６】
0003577300.tif 000010