(57)【要約】【課題】電圧制御発振器及びドライバーに供給する電源を直接共振用インダクタンスからの電磁結合で発生した磁気エネルギーから供給することで電力ロスを必要最小限に抑えて全体の効率を低下させない、圧電トランス式直列共振型ＤＣ−ＤＣコンバータを得る。【解決手段】直流高圧電源とスイッチング素子により矩形波発振回路と、直列共振用インダクタンスと、圧電トランスの容量成分との直列共振回路による正弦波発生回路と、前記圧電トランスによる降圧回路による正弦波発生回路と平滑回路にて、ＤＣ出力を負荷に供給する圧電トランス式直列共振型ＤＣ−ＤＣコンバータであって、前記直列共振用インダクタンスに、電磁結合させて、補助電源を設け出力電圧制御を行う圧電トランス式直列共振型ＤＣ−ＤＣコンバータとする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流高圧電源とスイッチング素子による矩形波発振回路と、直列共振用インダクタンスと、圧電トランスの容量成分との直列共振回路による正弦波発生回路と、前記圧電トランスによる降圧回路による正弦波発生回路と平滑回路にて構成され、ＤＣ出力を負荷に供給する圧電トランス式直列共振型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、前記直列共振用インダクタンスに、電磁結合された補助電源を設け、出力電圧制御を行うことを特徴とする圧電トランス式直列共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記ＤＣ出力より検出した電圧信号を発光ダイオードと、フォトトランジスタの光結合を介して制御回路に伝達するとともに、前記補助電源からの電圧を制御回路に供給することにより、前記ＤＣ出力電圧を安定化のためパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）を行うことを特徴とする請求項１に記載の圧電トランス式直列共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電トランスを使用したＤＣ直列共振型ＤＣ−ＤＣコンバータに関し、特に直列共振用インダクタからの電磁結合により補助電源を設けて出力電圧パルス幅制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧電トランスを用いたＤＣ−ＤＣコンバータとしては、例えば特開平８−２３７９４３が提案されている。図２において、圧電トランス等価回路７の等価入力コンデンサ８と、前記圧電トランス等価回路の一方の入力端子に直列に接続されたコイル６とで共振させ、さらに出力電圧と基準電圧の誤差電圧によって、発振周波数を変化させ、出力電圧を一定に保つようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の圧電トランスを用いたＤＣ−ＤＣコンバータには、次のような欠点がある。即ち、電圧制御発振器及びドライバーに供給する電源については、直接電源から供給されており、入力電圧が電圧制御発振器及びドライバーの電源電圧に比べてかなり大きい場合、入力電圧を電圧制御発振器及びドライバーの電源電圧まで降圧させる必要があり、入力電圧と電圧制御発振器及びドライバーの電源電圧の差分とこの間のインピーダンス分による電力ロスが生ずる。また、Ｄ−Ｄコンバータの出力電圧は、誤差増幅器に直接接続されており、入力と出力間に絶縁が必要な環境では使用できない。
【０００４】
従って、本発明の目的は、電圧制御発振器及びドライバーに供給する電源を直接共振用インダクタンスからの電磁結合で発生した磁気エネルギーから供給することで電力ロスを必要最小限に抑えて全体の効率を低下させない、圧電トランス式直列共振型ＤＣ−ＤＣコンバータを供給することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、圧電トランスを用いた直列共振型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、電圧制御発振器及びドライバーに供給する電源を共振インダクタンスに電磁結合させた補助電源を用いて電力ロスを減らすことにより、高効率なＤＣ−ＤＣコンバータが得られる。
【０００６】
即ち、本発明は、直流高圧電源とスイッチング素子により矩形波発振回路と、直列共振用インダクタンスと、圧電トランスの容量成分との直列共振回路による正弦波発生回路と、前記圧電トランスによる降圧回路による正弦波発生回路と平滑回路にて、ＤＣ出力を負荷に供給する直列共振型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、前記直列共振用インダクタンスに、電磁結合させて、補助電源を設け出力電圧制御を行う。
【０００７】
また、本発明は、平滑回路とＤＣ出力間より電圧を検出した発光ダイオードとフォトトランジスタの光結合により、前記ＤＣ出力より検出した電圧を、制御回路を経てスイッチング素子に供給するとともに、前記補助電源からの信号を、制御回路を経てスイッチング素子に供給することにより、前記ＤＣ出力の電圧を安定化のためパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）を行う。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態による圧電トランス式直列共振型ＤＣ−ＤＣコンバータについて、図面を参照しながら説明する。
【０００９】
図１は、本発明の実施の形態による圧電トランス式直列共振型ＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。図１にて、スイッチング素子１０２及び１０３で矩形波を発生させ、直列共振用インダクタンス１０４の本巻線１０５と圧電トランス等価回路１０７の等価入力コンデンサ１０８で直列共振させることで正弦波を発生させている。その正弦波を圧電トランス等価入力１０７内でＮ：１に降圧させて正弦波を出力している。
【００１０】
ここで、圧電トランス等価回路１０７から出力された正弦波は、整流素子１１４，１１５、平滑用コイル１１６，１１７、平滑用コンデンサ１１８で整流及び平滑され、直流電圧として負荷抵抗１１９に供給される。
【００１１】
直列共振用インダクタンス１０４の共振用インダクタの本巻線１０５と共振用インダクタの補助巻線１０６は、電磁結合されているので、共振時に発生した共振用インダクタの本巻線１０５の電磁エネルギーの一部を補助巻線１０６を経由して取り出すことができる。取り出したエネルギーは、電圧制御発振器１２３、パルス幅制御回路１２５、ドライバー１２８の補助電源として供給される。
【００１２】
一方、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧は、誤差増幅器１２０で基準電圧１２１と比較される。誤差増幅器１２０からは、出力電圧に応じたフィードバック信号が光結合素子１２２を経由してパルス幅制御回路１２５に入力される。パルス幅制御回路１２５では、フィードバック信号量に応じてスイッチング素子１０２及び１０３のＯＮ−ＯＦＦ時間をコントロールし、パルス発生器１２４で適正なゲート信号を出力させることで出力電圧を一定に保持することが可能となる。
【００１３】
なお、圧電トランス内部の絶縁層および光結合素子１２２によって、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力−出力間は絶縁状態となっている。
【００１４】
【発明の効果】
以上、説明したごとく、本発明によれば、電圧制御発振器（ＶＣ０）１２３及びドライバー１２８に供給する電源を入力電圧からではなく、直列共振用インダクタからの電磁結合で発生した磁気エネルギーから供給することで、電力ロスを必要最小限に抑えて全体の効率を損ねることなくＤＣ出力の安定化が実現できた。
【００１５】
また、本発明は、ＤＣ出力のフィードバック検出回路を発光ダイオードと、フォトトランジスタの光結合素子で行うことにより入力−出力間の絶縁を実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による圧電トランス式直列共振型ＤＣ−ＤＣコンバータの回路図。
【図２】従来の圧電トランスを用いたＤＣ−ＤＣコンバータの回路図。
【符号の説明】
１　　入力電源
２，３　　スイッチ
４　　コンデンサ
５，６　　コイル
７　　圧電トランス等価回路
８　　等価入カコンデンサ
９　　等価抵抗
１０　　等価コイル
１１　　等価コンデンサ
１２　　等価出力コンデンサ
１３　　コイル
１４，１５　　ダイオード
１６　　コイル
１７　　コンデンサ
１８　　負荷低抗
１９　　誤差増幅器
２０　　基準電圧
２１　　電圧制御発振器（ＶＣ０）
２２　　パルス発生器
２３　　時定数用抵抗
２４　　時定数用コンデンサ
２５，２６　　ドライバー
１０１　　直流電源
１０２，１０３　　スイッチング素子
１０４　　直列共振用インダクタ
１０５　　共振用インダクタの本巻線
１０６　　共振用インダクタの補助巻線
１０７　　圧電トランス等価回路
１０８　　等価入カコンデンサ
１１０　　等価低抗
１１１　　等価コイル
１１２　　等価コンデンサ
１１３　　等価出力コンデンサ
１１４，１１５　　整流素子（あるいは整流回路）
１１６，１１７　　平滑用コイル
１１８　　平滑用コンデンサ
１１９　　負荷低抗
１２０　　誤差増幅器
１２１　　基準電圧
１２２　　光結合素子
１２３　　電圧制御発振器（ＶＣ０）
１２４　　パルス発生器
１２５　　パルス幅制御（ＰＷＭ制御）回路
１２６　　時定数用抵抗
１２７　　時定数用コンデンサ
１２８　　ドライバー
【図１】
2004007877.tif 000003
【図２】
2004007877.tif 000004