(57)【要約】【課題】小型薄型で効率的に高電圧を発生できる優れた直流高電圧発生回路を提供する。【解決手段】複数の高圧共振トランス２１，２２，２３，２４と、複数の全波整流回路３１，３２，３３，３４とを含み、各高圧共振トランスは、それぞれ、一次側と二次側に共に共振動作により電圧を昇圧する共振回路を含み、上記各全波整流回路は、それぞれの全波整流入力側が個別に各高圧共振トランス二次側にそれぞれ接続され、それぞれの全波整流出力側が直列接続されて、各高圧共振トランスへの入力電圧は、各高圧共振トランスにより昇圧されて各全波整流回路で個別に全波整流された後、各全波整流出力側で重畳されて所定の直流高電圧が出力される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の高圧共振トランスと、複数の全波整流回路とを含み、
上記各高圧共振トランスは、それぞれ、一次側と二次側に共に共振動作により電圧を昇圧する共振回路を含み、
上記各全波整流回路は、それぞれの全波整流入力側が個別に各高圧共振トランス二次側にそれぞれ接続され、それぞれの全波整流出力側が直列接続されてなり、
上記各高圧共振トランスへの入力電圧は、当該各高圧共振トランスにより一次側と二次側とにおける共振動作とコイル巻数比とにより昇圧されて各全波整流回路で個別に全波整流された後、各全波整流出力側で重畳されて所定の直流高電圧が出力されるようになっている、ことを特徴とする直流高電圧発生回路。
【請求項２】
高圧共振トランス複数ずつそれぞれの一次側コイルを並列に接続して複数の並列回路を構成し、これら各並列回路を直列に接続した、ことを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項３】
各高圧共振トランスそれぞれの二次側は、二次側コイルと共振コンデンサとの並列接続による共振回路を備えた、ことを特徴とする請求項１または２に記載の回路。
【請求項４】
高圧共振トランス複数ずつそれぞれの一次側コイルを並列に接続して複数の並列回路を構成し、これら各並列回路を直列に接続すると共に、任意１つの並列回路を構成する一次側コイル一端側と、任意別の並列回路を構成する一次側コイル他端側との間を電圧入力側とした、ことを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項５】
直流電圧を電圧極性が交互に正負に変化する矩形波電圧に変換して出力する直流チョッパ回路を含み、上記高圧共振トランスを複数個含み、高圧共振トランス複数個ずつそれぞれの一次側コイルを並列に接続して複数の並列回路を構成し、これら各並列回路を直列に接続すると共に、任意の並列回路を構成する一次側コイル一端側と、別の任意の並列回路を構成する一次側コイル他端側との間を電圧入力側として、当該電圧入力側に上記直流チョッパ回路の出力電圧を印加する構成とした、ことを特徴とする請求項１に記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流高電圧を発生する直流高電圧発生回路にかかり、より詳しくは、入力した電圧をトランスにより昇圧すると共にその昇圧した電圧を整流して直流高電圧として出力するようにした直流高電圧発生回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２を参照して、従来の直流高電圧発生回路においては、フライバックトランス５０と、高圧整流回路５１とを備える。スイッチング素子Ｑ１のスイッチング出力が、フライバックトランス５０の一次巻線Ｌ５１に対して伝達される。フライバックトランス５０においては、一次側には一次巻線Ｌ５１が巻装される。二次側には、二次巻線として、５組の昇圧巻線Ｌ５２−Ｌ５５が巻装されている。昇圧巻線Ｌ５２−Ｌ５５は、高圧整流ダイオードＤ５１−Ｄ５５の各々と直列接続されることで、計５組の半波整流回路を形成し、これら５組の半波整流回路がさらに直列に多段接続されている。これら５組の半波整流回路から成る多段型整流回路に対して平滑コンデンサＣ５１が並列に接続されることで、二次側整流平滑回路を形成することになる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２０４５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の直流高電圧発生回路においては、上記フライバックトランスが高電圧発生のために一次側コイルと二次側コイルとの巻数比が大きく、大型重量化しており、小型軽量で薄型の面発光ディスプレイ等の電子機器用の直流高電圧発生回路としては採用し難い。また、フライバックトランスの漏洩磁束による漏れインダクタンスは、有効電力を減少させて力率が悪化する。
【０００５】
本発明は、小型薄型で効率的に直流高電圧を発生できる優れた直流高電圧発生回路を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による直流高電圧発生回路は、複数の高圧共振トランスと、複数の全波整流回路とを含み、各高圧共振トランスは、一次側と二次側に共に共振動作により電圧を昇圧する共振回路を含み、各全波整流回路は、それぞれの全波整流入力側が個別に各高圧共振トランス二次側にそれぞれ接続され、それぞれの全波整流出力側が直列接続されてなり、各高圧共振トランスへの入力電圧は、当該各高圧共振トランスにより昇圧されて各全波整流回路で個別に全波整流された後、各全波整流出力側で重畳されて所定の直流高電圧が出力されるようになっている、ことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明において、好ましい態様は、高圧共振トランス複数ずつそれぞれの一次側コイルを並列に接続して複数の並列回路を構成し、これら各並列回路を直列に接続する、ことである。単純に複数のトランスを直列に接続した場合では、漏れインダクタンスも複数倍になり、共振コンデンサの容量が複数倍分の１となり、Ｑ値が極めて小さくなり、ゲインがとれないという問題がある。上記態様では、高圧共振トランスが並列／直列接続されることで、トランスとしての結合率をトランス１個使いと同じ漏れインダクタンスにすることができ、トランスを薄型小型化にできる。
【０００８】
本発明において、別の好ましい態様は、各高圧共振トランスそれぞれの二次側は、二次側コイルと共振コンデンサとの並列接続による共振回路を備える、ことである。
【０００９】
本発明において、さらに別の好ましい態様は、高圧共振トランス複数ずつそれぞれの一次側コイルを並列に接続して複数の並列回路を構成し、これら各並列回路を直列に接続すると共に、任意１つの並列回路を構成する一次側コイル一端側と、任意別の並列回路を構成する一次側コイル他端側との間を電圧入力側とする、ことである。
【００１０】
本発明において、さらに別の好ましい態様は、直流電圧を電圧極性が交互に正負に変化する矩形波電圧に変換して出力する直流チョッパ回路を含み、上記高圧共振トランスを複数個含み、高圧共振トランス複数個ずつそれぞれの一次側コイルを並列に接続して複数の並列回路を構成し、これら各並列回路を直列に接続すると共に、任意の並列回路を構成する一次側コイル一端側と、任意別の並列回路を構成する一次側コイル他端側との間を電圧入力側として、当該電圧入力側に上記直流チョッパ回路の出力電圧を印加する構成とすることである。
【００１１】
好ましくは、上記直流チョッパ回路が、ハーフブリッジ回路２個またはフルブリッジ回路で構成されていることである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、小型薄型で効率的に高電圧を発生できる優れた直流高電圧発生回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は本発明の実施の形態にかかる直流高電圧発生回路の回路図である。
【図２】図２は従来の直流高電圧発生回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る直流高電圧発生回路を説明する。実施の形態の直流高電圧発生回路は、フルブリッジ回路部１０と、高圧共振トランス部２０と、全波整流回路部３０と、平滑コンデンサ回路部４０とを含む。
【００１５】
フルブリッジ回路部１０は、直流電圧を電圧極性が交互に正負に変化する矩形波電圧列に変換して出力する直流チョッパ（直流変換）回路の一例であり、実施の形態では、スイッチング素子として４個のＦＥＴＱ１−Ｑ４のスイッチング動作により直流電圧を矩形波（パルス）電圧に変換して出力し、その出力電圧を高圧共振トランス部２０に入力電圧として印加する。実施の形態では、フルブリッジ回路部１０であったが、２個のハーフブリッジ回路を含むハーフブリッジ回路部でもよい。
【００１６】
高圧共振トランス部２０は、複数の高圧共振トランス２１，２２，２３，２４を含み、各高圧共振トランス２１，２２，２３，２４それぞれの一次側に入力した電圧を二次側に昇圧して出力すると共にこの昇圧に際しては磁束漏洩を抑制しつつ回路共振動作と一次と二次側コイルの巻数比により昇圧することができるようになっている。
【００１７】
全波整流回路部３０は、複数の全波整流回路３１，３２，３３，３４を含み、それぞれ各高圧共振トランス２１，２２，２３，２４それぞれの二次側出力電圧を個別に全波整流することができるようになっている。
【００１８】
平滑コンデンサ回路部４０は、直列接続された複数の個別平滑コンデンサＣ２５，Ｃ２６，Ｃ２７，Ｃ２８と、これら個別平滑コンデンサＣ２５，Ｃ２６，Ｃ２７，Ｃ２８に並列接続された共通平滑コンデンサＣ２９と、を含み、各全波整流回路３１，３２，３３，３４それぞれの全波整流出力を個別平滑化し、これら全ての全波整流出力を重畳した出力を平滑化して直流高電圧とすることができるようになっている。
【００１９】
以下にさらに説明する。
【００２０】
高圧共振トランス部２０において、各高圧共振トランス２１，２２，２３，２４は、それぞれ一次側に、一次側コイルＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４を有し、二次側に二次側コイルＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４を有する。各高圧共振トランス２１，２２，２３，２４それぞれにおいて、高圧共振トランス２１，２２それぞれの一次側コイルＬ１１，Ｌ１２の２つは並列接続されてコイル並列回路２５ａを構成し、また、高圧共振トランス２３，２４それぞれの一次側コイルＬ１３，Ｌ１４の２つは並列接続されてコイル並列回路２５ｂを構成する。
【００２１】
コイル並列回路２５ａにおいて、一次側コイルＬ１１，Ｌ１２は、それぞれ同じ極性である一端側同士点Ｌ１Ａ（黒丸同士）と、それぞれ同じ極性である他端側同士点Ｌ１Ｂ（非黒丸同士）とが接続されている。一端側同士点Ｌ１Ａの極性と他端側同士点Ｌ１Ｂの極性は相異なる。
【００２２】
コイル並列回路２５ｂにおいて、一次側コイルＬ１３，Ｌ１４は、それぞれの同じ極性である一端側同士点Ｌ２Ａ（黒丸同士）と、それぞれ同じ極性である他端側同士点Ｌ２Ｂ（非黒丸同士）とが接続されている。一端側同士点Ｌ２Ａの極性と他端側同士点Ｌ２Ｂの極性は相異なる。そして、この他端側同士点Ｌ１Ｂは一端側同士点Ｌ１Ａに抵抗Ｒ１を介して接続され、他端側同士点Ｌ２Ｂは一端側同士点Ｌ２Ａに抵抗Ｒ２を介して接続されて、直列共振出力をダンピングされるようになっている。
【００２３】
コイル並列回路２５ａと２５ｂはコンデンサＣ１１を介して直列接続されている。コンデンサＣ１１の一方極は、コイル並列回路２５ａの一次側コイルＬ１１，Ｌ１２の他端側同士点Ｌ１Ｂに、他方極は、コイル並列回路２５ｂの一次側コイルＬ１３，Ｌ１４の一端側同士点Ｌ２Ａに、接続されている。
【００２４】
このコイル並列回路２５ａ内の一次側コイルＬ１１，Ｌ１２の一端側同士点Ｌ１Ａと、コイル並列回路２５ｂ内の一次側コイルＬ１３，Ｌ１４の他端側同士点Ｌ２Ｂとの間は、フルブリッジ回路部１０の出力電圧が印加される電圧入力側となっている。
【００２５】
なお、実施の形態では、一次側コイルはＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４の４つにおいて、２つを並列にし、その並列した組同士をコンデンサで直列接続したが、並列数は２以上であればよく、また、直列接続組数は２以上でもよい。
【００２６】
フルブリッジ回路部１０内においてＦＥＴＱ１のソースとＦＥＴＱ２のドレインとの接続点にコイル並列回路２５ａ内の一次側コイルＬ１１，Ｌ１２の一端側接続点Ｌ１Ａが接続され、ＦＥＴＱ３のソースとＦＥＴＱ４のドレインとの接続点にコイル並列回路２５ｂ内の一次側コイルＬ１３，Ｌ１４の他端側接続点Ｌ２Ｂが接続されている。フルブリッジ回路部１０内においてＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は図示略の制御回路により上記共振周波数に対応する周波数でＯＮ／ＯＦＦをスイッチング制御される。これにより、コイル並列回路２５ａ内の一次側コイルＬ１１，Ｌ１２の一端側接続点Ｌ１Ａと一次側コイルＬ１３，Ｌ１４の他端側接続点Ｌ２Ｂとの間に交互に電圧極性が正負に変化する矩形波電圧が印加される。これは通常のフルブリッジＤＣ／ＤＣコンバータと同様で周知であるから、詳細を略する。
【００２７】
以上により高圧共振トランス部２０においては、それを構成する各高圧共振トランス２１，２２，２３，２４それぞれの一次側は、一次側コイルＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４がそれぞれ並列／直列接続されることで一次側での漏洩磁束が減り有効電力の減少を抑制し力率を向上させることができる。
【００２８】
そしてコイル並列回路２５ａと２５ｂと、コンデンサＣ１１とにより直列共振回路が構成されることでフルブリッジ回路部１０からの電圧極性が交互に正負に変化する矩形波電圧である一次側入力電圧を高電圧に昇圧することができる。
【００２９】
高圧共振トランス部２０において、各高圧共振トランス２１，２２，２３，２４は、それぞれの二次側コイルＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４には、一次側コイルＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４との巻数比に対応した電圧に変換される。そして、高圧共振トランス２１，２２，２３，２４の二次側コイルＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４には、それぞれ、コンデンサＣ２１，Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ２４が並列接続されて、並列共振回路２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが構成されている。したがって、この高圧共振トランス部２０においては、各高圧共振トランス２１，２２，２３，２４それぞれの二次側コイルＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４に誘起した電圧を、並列共振回路２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄの共振動作により高電圧とすることができる。
【００３０】
これにより、高圧共振トランス部２０において、各高圧共振トランス２１，２２，２３，２４それぞれが、その一次側電圧を二次側に高電圧に変換する場合において、一次側コイルＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４と二次側コイルＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４それぞれを少ない巻数比構成とすることができる。このことから高圧共振トランス部２０は、各高圧共振トランス２１，２２，２３，２４それぞれを小型薄型構成のトランスにすることができる。
【００３１】
全波整流回路部３０において、各全波整流回路３１，３２，３３，３４は、整流ダイオードＤ２１−Ｄ３６を含む。すなわち、全波整流回路３１は、整流ダイオードＤ２１−Ｄ２４を含み、全波整流回路３２は、整流ダイオードＤ２５−Ｄ２８を含み、全波整流回路３３は、整流ダイオードＤ２９−Ｄ３２を含み、全波整流回路３４は、整流ダイオードＤ３３−Ｄ３６を含む。各全波整流回路３１，３２，３３，３４は、それぞれ、対応する各高圧共振トランス２１，２２，２３，２４それぞれの二次側コイルＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４それぞれに誘起した電圧を個別に全波整流する。
【００３２】
平滑コンデンサ回路部４０において、各個別平滑コンデンサＣ２５，Ｃ２６，Ｃ２７，Ｃ２８は、各全波整流回路３１，３２，３３，３４それぞれの全波整流出力を個別に平滑化する。この個別平滑コンデンサＣ２５，Ｃ２６，Ｃ２７，Ｃ２８は直列接続されているので、各全波整流回路３１，３２，３３，３４それぞれの全波整流出力は平滑化により直流化されたうえで重畳される。そして、平滑コンデンサ回路部４０においては、共通平滑コンデンサＣ２９により、重畳されて直流化された全波整流出力が、さらに平滑されて所望する直流高電圧となって出力される。
【００３３】
以上説明した実施の形態の直流高電圧発生回路では、高圧共振トランス部２０を構成する各高圧共振トランス２１，２２，２３，２４が小型薄型軽量化できるうえ、漏洩磁束も抑制された回路構成であるので、例えば小型軽量で薄型の面発光ディスプレイ等の電子機器用として、例えば直流１００Ｖを直流１０ｋＶ程度に昇圧変換して出力することができる直流高電圧発生回路として好適に組み込んで使用することができるようになった。
【符号の説明】
【００３４】
１０  フルブリッジ回路部
２０  高圧共振トランス部
２１，２２，２３，２４  高圧共振トランス
３０  全波整流回路部
３１，３２，３３，３４  全波整流回路
４０  平滑コンデンサ回路部
Ｃ２５，Ｃ２６，Ｃ２７，Ｃ２８  個別平滑コンデンサ
Ｃ２９  共通平滑コンデンサ
【図１】
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【図２】
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