(57)【要約】      （修正有）【課題】小型の電源の一部であり、電力の利用が向上される電気回路を提供する。【解決手段】電気回路は第１の一次巻線２および第１の二次巻線３が巻き付けられた芯を有する第１変圧器１と、第１端部、第２端部、中心部、前記第１端部と前記中心部との間の第１の一次巻線を含む第１部分、および前記第２端部と前記中心部との間の第１の一次巻線を含む第２部分を有する前記第１の一次巻線５と、第２の一次巻線および第２の二次巻線６が巻き付けられた芯を有する第２変圧器４と、前記第２の一次巻線の２つの端部にそれぞれ電気接続され、分離回路を形成する２つの端部を有する前記第１の二次巻線と、直流電源、切り替えインダクタ１２の第２接続点、切り替えキャパシタ１３、第１電子スイッチ１４ａ、および第２電子スイッチ１４ｂを有する交流生成回路と、負荷の２つの端部に電気接続されるよう構成された２つの端部を有する前記第２の二次巻線とを含む。【選択図】図１
2013258893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気回路であり、
第１の一次巻線および第１の二次巻線が巻き付けられた芯を有する第１変圧器と、
第１端部、第２端部、中心部、前記第１端部と前記中心部との間の第１の一次巻線を含む第１部分、および前記第２端部と前記中心部との間の第１の一次巻線を含む第２部分を有する前記第１の一次巻線と、
第２の一次巻線および第２の二次巻線が巻き付けられた芯を有する第２変圧器と、
前記第２の一次巻線の２つの端部にそれぞれ電気接続され、分離回路を形成する２つの端部を有する前記第１の二次巻線と、
直流電源、切り替えインダクタの第２接続点、切り替えキャパシタ、第１電子スイッチ、および第２電子スイッチを有する交流生成回路と、
負荷の２つの端部に電気接続されるよう構成された２つの端部を有する前記第２の二次巻線と
を備え、
前記直流電源は、一端が共通接続点に、他端が切り替えインダクタの第１接続点に電気接続され、
前記切り替えインダクタの第２接続点は、前記第１の一次巻線の中心部に電気接続され、
前記切り替えキャパシタは、前記第１の一次巻線の前記第１端部に電気接続される第１端部および前記第１の一次巻線の前記第２端部に電気接続される第２端部を含み、前記第１の一次巻線に並列に電気接続され、
前記第１電子スイッチは、一端が前記共通接続点に、他端が前記切り替えキャパシタの前記第１端部および前記第１の一次巻線の前記第１端部に電気接続され、
前記第２電子スイッチは、一端が前記共通接続点に、他端が前記切り替えキャパシタの前記第２端部および前記第１の一次巻線の前記第２端部に電気接続される、電気回路。
【請求項２】
一端が前記第１の一次巻線の前記第１端部に、他端が前記第１の一次巻線の前記中心部に、前記第１の一次巻線の前記第１部分に並列に電気接続される第１キャパシタと、
一端が前記第１の一次巻線の前記第２端部に、他端が前記第１の一次巻線の前記中心部に、前記第１の一次巻線の前記第２部分と並列に電気接続される第２キャパシタと、
をさらに備える、請求項１に記載の電気回路。
【請求項３】
前記交流生成回路の交流周波数ｆ、前記第１キャパシタの電気容量ＣＲ１、および前記第１端部と前記中心部との間の前記第１の一次巻線のインダクタンスＬＰ１および電気容量ＣＰ１は、等式ＣＲＰ１＝ＣＲ１＋ＣＰ１および
【数５】
2013258893.tif 000007
が成り立つよう選択され、
前記交流生成回路の前記交流周波数ｆ、前記第２キャパシタの電気容量ＣＲ２、前記第２端部と前記中心部との間の前記第１の一次巻線のインダクタンスＬＰ２および電気容量ＣＰ２は、等式ＣＲＰ２＝ＣＲ２＋ＣＰ２および
【数６】
2013258893.tif 000008
が成り立つよう選択される、請求項２に記載の電気回路。
【請求項４】
前記第１の二次巻線の前記２つの端部の間に並列に、かつ前記第１の二次巻線に並列に電気接続される並列インダクタおよび並列キャパシタをさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の電気回路。
【請求項５】
前記交流生成回路の交流周波数ｆ、前記並列キャパシタの電気容量ＣＰ、および前記並列インダクタのインダクタンスＬＰは、等式
【数７】
2013258893.tif 000009
が成り立つよう選択される、請求項４に記載の電気回路。
【請求項６】
前記第１変圧器の第１の一次巻線と、前記第１変圧器の第１の二次巻線との巻数比が、１：５未満であり、
前記第２変圧器の第２の一次巻線と、前記第２変圧器の第２の二次巻線との巻数比が、１：１０以上である、請求項１から５のいずれか１項に記載の電気回路。
【請求項７】
前記第１変圧器の第１の一次巻線と、前記第１変圧器の第１の二次巻線との巻数比が、１：５未満であり、
前記第２変圧器の第２の一次巻線と、前記第２変圧器の第２の二次巻線との巻数比が、１：５０以上である、請求項１から５のいずれか１項に記載の電気回路。
【請求項８】
前記第２の二次巻線の２つの端部に電気接続される容量性負荷をさらに備える、請求項１から７のいずれか１項に記載の電気回路。
【請求項９】
Ｘ線管をさらに備え、
前記負荷は、前記Ｘ線管の陰極と陽極との間に１キロボルト以上の電圧差を生じさせる高電圧マルチプライヤ回路である、請求項８に記載の電気回路。
【請求項１０】
前記第１の一次巻線のピーク電圧よりも５００ボルト以上高いピーク電圧を前記第２の二次巻線に供給する、請求項１から９のいずれか１項に記載の電気回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、一般的に電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源、特に携帯型電源にとって、サイズが小さいということは長所となる。電源の非効率性故に、サイズの大きな部材が必要となることがある。これらサイズの大きな部材は、非効率性に対応するには必要となるかもしれないが、電源全体のサイズを大きなものとする。
【０００３】
図１０に示す従来技術の回路１００は、交流電源としてＬＣ切り替え回路８、変圧器１、および負荷１５を含む。ＬＣ切り替え回路８は共振回路として設計することが出来る。図９に、明瞭にするべくＬＣ切り替え回路８のみを示す。
【０００４】
ＬＣ切り替え回路８は直流によって動作する。直流は、直流（ＤＣ）電源９から供給され、「切り替えインダクタ」１２（本明細書で説明する他のインダクタと区別するべく、「切り替えインダクタ」と呼ぶ）および変圧器１の一時巻線２の中心部２ｃを通り、一時巻線２の第１端部２ａまたは第２端部２ｂへと流れる。電流は中心部２ｃを通過し、スイッチ１４ａ、１４ｂのどちらが開かれ、どちらが閉じられているかによって、一次巻線２の一端もしくは他端（２ａまたは２ｂ）へと流れる。例えば、第１スイッチ１４ａが閉じられている（オンの状態である）場合、電流は、中心部２ｃを通り一次巻線の第１端部２ａへと流れ、その後、第１スイッチ１４ａを通り、共通接続点１１へと流れる。第２スイッチ１４ｂが閉じられている（オンの状態である）場合、電流は、中心部２ｃを通り一次巻線２の第２端部２ｂへと流れ、その後、第２スイッチ１４ｂを通り、共通接続点１１へと流れる。スイッチ１４ａ、１４ｂは、それらの状態が交互に入れ替わるのが理想的である。つまり、一方が開かれているときには他方が閉じられており（例えば、１４ａが開かれているときに、１４ｂが閉じられており）、その後、即座に状態が入れ替わる（例えば、１４ａが閉じられ、１４ｂが開かれる）。これにより電流は、変圧器１の一次巻線２を一方向に流れた後、その次には逆の方向に流れることになる。
【０００５】
一次巻線２を流れる交流により変圧器１は、変圧器１の二次巻線３へと交流を伝える事が出来る。二次巻線３は、負荷１５の２つの端部１５ａ、１５ｂにそれぞれ電気接続された２つの端部３ａ、３ｂを有する。
【０００６】
この回路１００により、ＬＣ切り替え回路８は、比較的低い振幅で、変圧器１の一次巻線２へ交流を供給することが出来る。一次巻数よりも二次巻数がはるかに多い大きい巻数比Ｎにより、二次巻線３に伝えられ、またそれにより負荷１５へ伝えられる交流は、比較的高い交流電圧振幅を有する。
【０００７】
負荷１５が容量性負荷である場合、移相フィードバックを変圧器１の二次側３から一次側２へと伝える事が出来る。このフィードバックは、変圧器１が大きい巻数比Ｎを有する場合、かなり大きくなる。このフィードバックは、シャットオフ時間を増加させるなどスイッチ１４に対し悪影響を及ぼす。シャットオフ時間が増加すると、短い期間、両方のスイッチ１４が閉じられた（オンの状態の）ままとなり得る。同時に両方のスイッチ１４が閉じられたままであると、変圧器１の短絡に繋がり、スイッチ１４の電流スパイクに繋がり得る。この電流スパイクは、電力を無駄にし、熱を発生させ、スイッチ１４をオーバーヒートさせ、損傷を与える。スイッチ１４への損傷を避ける方法としては、サイズのより大きなスイッチを用いる方法があるが、サイズのより大きなスイッチを用いるのはサイズの小さな電源が所望されることを考えれば望ましいことではない。
【０００８】
図１１に示すように、回路１１０は、変圧器１の一次巻線２に交流を供給する交流電源３２を含む。交流電源３２は、上述したような、変圧器１の中心部に追加的な配線（不図示）が取り付けられたＬＣ切り替え回路８であってよく、若しくは、他のタイプの交流電源であってよい。変圧器の二次巻線３は、交流−直流（ＡＣ−ＤＣ）整流回路であってよい負荷１５へ交流を供給する。
【０００９】
ＡＣ−ＤＣ整流回路は、他のデバイスへの直流ライン１７を提供する。ＡＣ−ＤＣ整流回路の一例は、高電圧マルチプライヤである。高電圧マルチプライヤを用いると、Ｘ線管の陰極と陽極との間に、数十キロボルトといった大きな電圧差を生じさせられる。
【００１０】
ＡＣ−ＤＣ整流回路は典型的に、交流の各周期の短い期間、電流を引き込む。各交流サイクルの部分的な期間、二次巻線３に電流が流れないことにより、一次巻線２を流れる電流は、変圧器１の芯を飽和させ得る。各交流サイクルの部分的な期間、二次巻線３による電流の引き込みがないことによって生じ得る課題には２つある。それらは、（１）鉄心飽和を避けるべく、サイズの大きな芯が必要となり、電源のサイズも大きくなる可能性があること、および（２）電力が無駄になるということである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
比較的サイズが小さく、電力の損失を減らすことの出来る電源は、有利である。以下の実施形態は、電力を供給でき、比較的小さなサイズ、および／または電力損失の削減の必要性を満たす電気回路に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一実施形態において、電気回路は、第１変圧器に交流を供給できるＬＣ切り替え回路を含む。第１変圧器の二次巻線は、第２変圧器の一次巻線に交流を供給できる。第２変圧器の二次巻線は、負荷に電力を供給できる。第１変圧器の二次巻線と第２変圧器の一次巻線とが形成する中間回路により、負荷とＬＣ切り替え回路とが分離される。この分離により、負荷からのフィードバックが、ＬＣ切り替え回路のスイッチの誤作動を引き起こすのを防ぐか、あるいは最小限とする。そのような誤作動を避けるべく、この回路は設計されている。誤作動が起こる場合、短絡、スイッチにおける電流スパイクなどを引き起こし得、スイッチの損傷を避けるべくサイズの大きなスイッチが必要となる。よって、この設計を用いれば、スイッチの誤作動によって引き起こされるそのような短絡を避けることにより、サイズの小さなスイッチを用いることが出来、電源全体のサイズも小さく出来る。また、電力損失、および電力損失が引き起こす所望されない発熱も避けることが出来る。
【００１３】
他の実施形態において、電気回路は、変圧器に交流を供給する交流電源を含む。変圧器の「並列インダクタ」、「並列キャパシタ」、および二次巻線は、並列に接続でき、負荷への接続点である２つの共通接続点または節点を有し得る。この回路を用いてＡＣ−ＤＣ整流回路などの負荷へ電力を供給する場合、電力は、負荷が電流を引き込んでいない期間、並列インダクタおよび並列キャパシタに蓄積出来る。この電力はその後、負荷が電流を引き込むと、解放することが出来る。この設計によれば、例え負荷に電流が流れない時であっても二次巻線が電流を引き込むことが出来るので、変圧器の鉄心飽和が起きる可能性を最小限とすることが出来る。よって、変圧器の芯のサイズは小さくてもよく、電力を節約することが出来る。
【００１４】
他の実施形態において、電気回路は、変圧器の一次巻線に交流を供給するＬＣ切り替え回路を含む。変圧器の二次巻線は、負荷に交流を供給できる。第１キャパシタは、一次巻線の第１端部と一次巻線の中心部との間に、一次巻線の第１部分と並列に（第１端部と中心部との間に）取り付けることが出来る。第２キャパシタは、一次巻線の第２部分と一次巻線の中心部との間に、一次巻線の第２部分と並列に（第２端部と中心部との間に）取り付けることが出来る。一次巻線と併せて、第１キャパシタおよび第２キャパシタを、二次巻線が電流を引き込んでない期間、高インピーダンスを得るべく、設計されてもよい。これにより、そのような期間、一次巻線に流れる電流を最小限とすることが出来、変圧器の鉄心飽和を避けることが出来る。このことにより、変圧器の芯のサイズを小さく出来、電力の節約が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本願発明の一実施形態に係る、分離型切り替え制御回路および負荷の回路図である。
【図２】図２は、本願発明の一実施形態に係る、図１の回路およびＸ線管の概略断面側面図である。
【図３】図３は、本願発明の一実施形態に係る、エネルギー蓄積回路の回路図である。
【図４】図４は、本願発明の一実施形態に係る、負荷に電気接続された図３の回路の回路図である。
【図５】図５は、本願発明の一実施形態に係る、デュアルＬＣ回路の回路図である。
【図６】図６は、本願発明の一実施形態に係る、デュアルＬＣ回路とエネルギー蓄積回路とが組み合わされた回路の回路図である。
【図７】図７は、本願発明の一実施形態に係る、Ｘ線管の陰極と陽極との間にＤＣ電圧を供給する高電圧マルチプライヤに電力を供給する、図３、４、５、６または８の電気回路の概略断面側面図である。
【図８】図８は、本願発明の一実施形態に係る、分離型切り替え制御回路と、デュアルＬＣ回路と、エネルギー蓄積回路とを組み合わせた回路の回路図である。
【図９】図９は、本願発明の一実施形態に係る、ＬＣ切り替え回路の回路図である。
【図１０】図１０は、従来技術に係る、ＬＣ切り替え回路、変圧器、および負荷の回路図である。
【図１１】図１１は、従来技術に係る、交流電源、変圧器、および負荷の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［切り替え制御回路の分離］
図１に示すように、「分離型切り替え制御回路」と呼ぶこともある電気回路１０は、交流を生成するＬＣ切り替え回路８（明瞭にするべくＬＣ切り替え回路８のみを図９に示す）、２つの変圧器１、４、および負荷との接続１５ａ、１５ｂを含む。第１の変圧器１は、第１変圧器の芯に巻かれた第１の一次巻線２および第１の二次巻線３を含む。第２変圧器４は、第２変圧器の芯に巻かれた第２の一次巻線５および第２の二次巻線６を含む。第１の二次巻線３の２つの端部３ａ、３ｂは、それぞれ、第２の一次巻線５の２つの端部５ａ、５ｂに電気接続され、これにより分離回路７が形成される。
【００１７】
ＬＣ切り替え回路８は、直流電源９、「切り替えインダクタ」１２（本明細書で説明する他のインダクタと区別するべく、「切り替えインダクタ」と呼ぶ）、「切り替えキャパシタ」１３（本明細書で説明する他のキャパシタと区別するべく、「切り替えキャパシタ」と呼ぶ）、第１スイッチ１４ａ、および第２スイッチ１４ｂを含む。ＬＣ切り替え回路８の第１端子１８ａは、第１の一次巻線２の第１端部２ａに接続される。ＬＣ切り替え回路８の第２端子１８ｂは、第１の一次巻線２の第２端部２ｂに接続される。ＬＣ切り替え回路８の第３の端子１８ｃは、第１の一次巻線２の中心部２ｃに接続される。ＬＣ切り替え回路８は、共振回路として設計することが出来る。
【００１８】
直流電源９は、一端において共通接続１１に、他端において切り替えインダクタ１２の第１接続点１２ａに電気接続される。切り替えインダクタ１２の第２接続１２ｂは、第１の一次巻線２の中心部２ｃに電気接続される。切り替えキャパシタ１３は、第１の一次巻線２と並列に電気接続され、第１の一次巻線２の２つの端部２ａ、２ｂの間に電気接続される。
【００１９】
第１電子スイッチ１４ａは、一端において共通接続１１に、他端において、切り替えキャパシタ１３の第１接続１３ａおよび第１の一次巻線２の第１接続２ａに電気接続される。第２電子スイッチ１４ｂは、一端において共通接続１１に、他端において、切り替えキャパシタ１３の第２接続１３ｂおよび第１の一次巻線２の第２端部２ｂに電気接続される。一実施形態において、共通接続１１は、アース１６接続であってよい。
【００２０】
第１の一次巻線２は、第１端部２ａと中心部２ｃとの間に一次巻線を含む第１部分２ｄを有する。第１の一次巻線２は、中心部２ｃと第２端部２ｂとの間に一次巻線を含む第２部分２ｅを有する。
【００２１】
第２の二次巻線６は、それぞれ負荷１５の２つの端部１５ａ、１５ｂに電気接続されるように構成されるか、或いは実際に電気接続されている２つの端部６ａ、６ｂを有する。一実施形態において、負荷１５の端部１５ｂは、アース１６に電気接続される。負荷１５は、容量性負荷であってよい。
【００２２】
分離回路７は、部分的に、或いは実質的に、負荷１５からのフィードバックが、ＬＣ切り替え回路８に悪影響を及ぼすのを防ぐことが出来る。上述したように、負荷１５からのフィードバックは、交流電源回路においてスイッチ１４に損傷を与えうる。よって、分離回路７は、負荷１５からのフィードバックが、ＬＣ切り替え回路８においてスイッチ１４の誤作動を引き起こすことを防ぎ、よって、スイッチ１４の両方が同時に閉じることによって引き起こされる短絡を防ぐことが出来る。そのような短絡を避けることにより、電力の無駄を減らすことが出来、短絡が起こった際の大電流によって引き起こされ得る発熱を減らすことが出来る。連続的かつ反復的な短絡による損傷からの保護のみを目的とした、サイズの大きなスイッチを用いた回路設計の必要性がなくなるので、そのような短絡を避けられることにより、サイズの小さなスイッチ１４を用いることも可能となる。サイズの小さなスイッチを用いることにより、サイズの小さな電源を製造することが可能になる。
【００２３】
２つの変圧器１、４の巻数比は、ＬＣ切り替え回路８への負荷１５の所望されないフィードバックをよりよく防げるように選択することが出来る。変圧器の巻数比Ｎが大きい場合、
【数１】
2013258893.tif 000003
で表される変圧器容量ＣＴｒが大きくなる。ここでＣｏは、変圧器の分布容量である。変圧器容量ＣＴｒが大きい場合、変圧器の二次巻線から一次巻線へ伝えられるフィードバック信号が大きくなる。また、変圧器の巻数比Ｎが大きい場合、一次巻線と二次巻線との間の電圧差が大きくなる。電圧差が大きい場合、変圧器の二次側からのノイズが変圧器の一次側の部材に及ぼす影響が大きくなる。
【００２４】
一実施形態において、第２変圧器４の巻数比Ｎ２は、第１変圧器１の巻数比Ｎ１と比較して大きい。よって第２変圧器４は、昇圧するのに主に用いることが出来る。第２変圧器の巻数比Ｎ２が比較的大きいので、高ノイズ信号は、負荷１５から、第２変圧器４を通り、分離回路７へと伝え得ることが出来る。これにより、第２変圧器４の電気容量ＣＴｒ２が比較的高くなり、第２変圧器４を跨ぐ電圧差が比較的大きくなる。巻数比Ｎ１が比較的小さく、またそれにより電気容量ＣＴｒ１が比較的低く電圧差が比較的小さい（または、ない）第１変圧器１は、負荷フィードバックがスイッチ１４に悪影響を及ぼすのを防ぐ、または最小化するのに主に用いることが出来る。よって、巻数比Ｎ２が比較的大きい第２変圧器４および巻数比Ｎ１が比較的小さい第１変圧器１の設計により、スイッチ１４の保護を強化することが出来、スイッチ１４は、短いターンオフ（オン）時間で、設計した通りに動作することが出来る。
【００２５】
第１変圧器１の巻数比は、一実施形態では１：５未満であり、他の実施形態では１：３未満であり、さらに他の実施形態では１：１である。ここで、比率の最初の数は第１の一次巻線２の巻数であり、後の数は、第１の二次巻線３の巻数である。
【００２６】
第２変圧器４の巻数比は、一実施形態では１：１０以上であり、他の実施形態では１：５０以上であり、さらに他の実施形態では１：７５以上であり、またさらに他の実施形態では１：１００以上である。ここで比率の最初の数は、第２の一次巻線５の巻数であり、後の数は、第２の二次巻線６の巻数である。
【００２７】
負荷１５とスイッチ１４との間の電圧差が大きいと切り替え動作への干渉が増加するので、分離型切り替え制御回路１０は特に、負荷１５とスイッチ１４との間の電圧差が大きい回路設計において有用である。分離型切り替え制御回路１０が第２の二次巻線６に供給するピーク電圧は、一実施形態において、第１の一次巻線２のピーク電圧よりも５００ボルト以上高く、他の実施形態において、第１の一次巻線２のピーク電圧よりも１０００ボルト以上高く、さらに他の実施形態において、第１の一次巻線２のピーク電圧よりも２０００ボルト以上高い。
【００２８】
一実施形態において、負荷１５は高電圧マルチプライヤ回路であってよく、高電圧ＤＣ出力１７を供給してよい。図２に示すように、電気回路１０は、Ｘ線管２１の陰極２２と陽極２３との間に電圧差を生じさせられる。陰極２２と陽極２３との間の電圧差は、一実施形態において、１キロボルト以上であり、他の実施形態において、９キロボルト以上である。Ｘ線管２１の陽極２３は、アース１６に電気接続されてよい。
【００２９】
［エネルギー蓄積］
図３に示すように、「エネルギー蓄積回路」と呼ぶこともある電気回路３０は、交流電源３２、変圧器１、並列ＬＣエネルギー蓄積回路３８、および負荷との電気接続であってよい接続点１５ａ、１５ｂを含む。
【００３０】
変圧器１は、変圧器の芯、一次巻線２、および二次巻線３を含む。交流電源３２は、変圧器１の一次巻線２の第１端部２ａに電気接続される第１接続３２ａ、および変圧器１の一次巻線２の第２端部２ｂに電気接続される第２接続点３２ｂを含む。
【００３１】
変圧器１の二次巻線３の第１端部３ａは、第１接続点（または第１負荷接続点）１５ａに電気接続される。変圧器１の二次巻線３の第２端部３ｂは、第２接続点１５ｂに電気接続される。一実施形態において、第２接続点（または第２負荷接続点）１５ｂは、アース１６に電気接続される。
【００３２】
並列ＬＣエネルギー蓄積回路３８は、第１接続点１５ａと第２接続点１５ｂとの間で、二次巻線３と並列に電気接続される並列インダクタ３６および並列キャパシタ３７を含む。二次巻線３、並列インダクタ３６、および並列キャパシタ３７の全ては、節点または接続点１５ａ、１５ｂを共有して、並列に電気接続される。「並列インダクタ」および「並列キャパシタ」といった用語は、並列に電気接続されるこのインダクタ３６およびこのキャパシタ３７を、本明細書で説明する他のキャパシタおよびインダクタと区別するのに用いられる。
【００３３】
第１接続点１５ａおよび第２接続点１５ｂは、負荷への接続として機能する。図４に示すように、電気回路３０は、負荷１５に電力を供給する。負荷１５は、第１接続点１５ａと第２接続点１５ｂとの間に電気接続される。負荷１５、並列インダクタ３６、並列キャパシタ３７、および二次巻線３は全て、並列に電気接続される。
【００３４】
負荷１５は、ＤＣ出力１７を有する交流−直流（ＡＣ−ＤＣ）整流回路である。ＡＣ−ＤＣ整流回路は、高電圧マルチプライヤ回路であってよい。
【００３５】
一次巻線への追加的な中心部の接続２ｃを有する、図３および４に示す交流電源３２は、図１に関連して上述し、図６および８に関連して以下に説明するようにＬＣ切り替え回路８であってよい。交流電源３２は、変圧器の二次巻線を含む。交流電源３２は、他の適したタイプの交流電源であってよい。
【００３６】
図３および４の電気回路３０、および図６〜８の電気回路６０、７０、８０の動作を向上させるべく、交流電源３２の交流周波数ｆ、並列キャパシタ３７の電気容量ＣＰ、および並列インダクタ３６のインダクタンスＬＰを次の等式が成り立つよう選択する。
【数２】
2013258893.tif 000004
【００３７】
［デュアルＬＣ］
図５に示すように、「デュアルＬＣ回路」と呼ぶこともある電気回路５０は、（図９に示す）ＬＣ切り替え回路８、変圧器１、デュアルキャパシタ回路５８、および負荷への電気接続である接続点１５ａ、１５ｂを含む。
【００３８】
変圧器１は、変圧器の芯、一次巻線２、および二次巻線３を含む。ＬＣ切り替え回路８は、変圧器１の一次巻線２の第１端部２ａに電気接続される第１の端子１８ａ、変圧器１の一次巻線２の第２端部２ｂに電気接続される第２端子１８ｂ、および変圧器１の一次巻線２の中心部２ｃに電気接続される中間端子１８ｃを含む。
【００３９】
一次巻線２は、第１端部２ａと中心部２ｃとの間に一次巻線を含む第１部分２ｄを含む。一次巻線２は、第２端部２ｂと中心部２ｃとの間に一次巻線を含む第２部分２ｅを含む。
【００４０】
デュアルキャパシタ回路５８は、第１キャパシタ５２および第２キャパシタ５３を含む。第１キャパシタ５２は、一次巻線２の第１端部２ａと中心部２ｃとの間に、一次巻線２の第１部分２ｄと並列に電気接続される。第２キャパシタ５３は、一次巻線２の第２端部２ｂと中心部２ｃとの間に、一次巻線２の第２部分２ｅと並列に電気接続される。
【００４１】
変圧器１の二次巻線３の第１端部３ａは、第１接続点１５ａに電気接続される。変圧器１の二次巻線３の第２端部３ｂは、第２接続点１５ｂに電気接続される。第２接続点１５ｂは、アース１６に電気接続される。負荷の一端に電気接続される第１接続点１５ａおよび負荷の他端に電気接続される第２接続点１５ｂは負荷への接続として機能する。
【００４２】
図５〜８の電気回路５０〜８０の動作を向上させるべく、デュアルＬＣ共振回路は、１つ、あるいは好ましくは２つのＬＣ共振回路、第１ＬＣ共振回路および／または第２ＬＣ共振回路として設計される。
【００４３】
一実施形態において、第１ＬＣ共振回路は、一次巻線２の第１部分２ｄと組み合わされる第１キャパシタ５２を含む。第１キャパシタは、電気容量ＣＲ１を有する。第１部分２ｄは、第１部分のインダクタンスＬＰ１および第１部分の電気容量ＣＰ１を有する。第１ＬＣ共振回路の電気容量ＣＲＰ１は、第１キャパシタの電気容量ＣＲ１と第１部分の電気容量ＣＰ１との合計に等しい。ＣＲＰ１＝ＣＲ１＋ＣＰ１。ＬＣ切り替え回路８の交流周波数ｆ、第１ＬＣ共振回路の電気容量ＣＰ１、および第１部分のインダクタンスＬＰ１は次の等式が成り立つよう選択される。
【数３】
2013258893.tif 000005
【００４４】
他の実施形態において、第２ＬＣ共振回路は、一次巻線２の第２部分２ｅと組み合わされる第２キャパシタ５３を含む。第２キャパシタは、電気容量ＣＲ２を有する。第２部分２ｅは、第２部分のインダクタンスＬＰ２および第２部分の電気容量ＣＰ２を有する。第２ＬＣ共振回路の電気容量ＣＲＰ２は、第２キャパシタの電気容量ＣＲ２と第２部分の電気容量ＣＰ２との合計に等しい。ＣＲＰ２＝ＣＲ２＋ＣＰ２。ＬＣ切り替え回路８の交流周波数ｆ、第２ＬＣ共振回路の電気容量ＣＰ２、および第２部分のインダクタンスＬＰ２は、次の等式が成り立つよう選択される。
【数４】
2013258893.tif 000006
【００４５】
第１部分２ｄのインダクタンスＬＰ１および第２部分２ｅのインダクタンスＬＰ２は、二次巻線が電流を引き込んでおらず、それにより変圧器１を通って電力が伝えられていない時に、これらの部分のインダクタンスとなる。並列ＬＣ共振回路は、理論上、無限抵抗を有し、よって回路に流れる電流を最小限にするか、または防ぐことが出来る。よって、デュアルＬＣ共振回路を用いることにより、一次巻線２を通る電流を、二次巻線３が電流を引き込んでいない期間に、妨げるか、または最小限にすることが出来る。このことにより、電力を節約でき、かつ鉄心飽和を避けることにより、サイズのより小さな変圧器を用いることが出来る。
【００４６】
一次側のインピーダンスを増加させるべく一次巻線の巻数を増やすことは実際的ではないので、デュアルＬＣ回路５０は、特に、一次巻線２と負荷との間の電圧差を大きくすることが所望される場合、有用である。（図６〜８に他の回路と合わせて示す）デュアルＬＣ回路５０が（参照符号が図５および６において３、図８において６である）二次巻線または（参照符号が図６において１５、図８において１５である）負荷に供給するピーク電圧は、一実施形態において、第１の一次巻線のピーク電圧より５００ボルト以上高く、他の実施形態において、第１の一次巻線のピーク電圧より１０００ボルト以上高く、さらに他の実施形態において、第１の一次巻線のピーク電圧より２０００ボルト以上高い。
【００４７】
デュアルＬＣ共振回路の部材に関して選択される数値の例を示すが、それらの例に限定されるわけではない。部材に関する数値は、ＬＣ共振回路によって所望される結果を得るべく、他の処理を用いて選択してもよい。
【００４８】
［エネルギー蓄積およびデュアルＬＣ］
図６に示すように、一実施形態において、電気回路６０は、回路の効率性を向上させるべく、並列ＬＣエネルギー蓄積回路３８およびデュアルキャパシタ回路５８の両方を含む。また、負荷１５は、第１接続点１５ａと第２接続点１５ｂとの間に電気接続される。負荷１５は、ＤＣ出力１７を有する交流−直流（ＡＣ−ＤＣ）整流回路であってよい。ＡＣ−ＤＣ整流回路は、高電圧マルチプライヤ回路であってよい。
【００４９】
［負荷に接続されるエネルギー蓄積および／またはデュアルＬＣ］
図７に示す、Ｘ線源７０は、本明細書で説明する電気回路１０、３０、５０、６０、または８０のいずれかを含み、高電圧マルチプライヤ回路であり得る負荷１５に電力を供給する。高電圧マルチプライヤ回路は、Ｘ線管２１の陰極２２と陽極２３との間に、例えば９キロボルト以上のＤＣ高バイアス電圧１７を供給する。他のレベルのＤＣ高バイアス電圧が供給されてもよい。
【００５０】
図３〜８に示す電気回路３０、５０、６０、７０、８０は、特に、高電圧マルチプライヤ回路などのＡＣ−ＤＣ整流回路に有用である。これらのタイプの回路では、典型的に負荷は、交流の各周期の短い期間のみ電流を引き込む。図１０に示し、上述した従来技術の回路１００では、負荷１５がＡＣ−ＤＣ整流回路である場合、芯が十分に大きくなければ、二次回路による電流引き込みがない期間が繰り返されることによって、変圧器の芯は飽和してしまう。このことは特に、変圧器１の巻数比が大きく、芯に対する、一次巻線の巻数が少なく、二次巻線の巻数が多い場合に当てはまる。鉄心飽和を避けるには、サイズの大きな芯が必要となる。
【００５１】
しかし、図３〜８に示す電気回路３０、５０、６０、７０、８０は、並列ＬＣエネルギー蓄積回路３８および／またはデュアルキャパシタ回路５８を含む。並列ＬＣエネルギー蓄積回路３８は、負荷１５が電流を引き込んでいない期間に電力を蓄積出来、負荷１５が電流を引き込んでいる期間にその電力を解放できる。一次巻線の部分２ｄ、２ｅと併せて、デュアルキャパシタ回路５８は、高いインピーダンスを有し得、負荷１５が電流を引き込んでいない期間、一次巻線２を通る電流の流れを最小限にすることが出来る。これらの回路３８、５８の一方または両方を用いることにより、電力を節約出来、鉄心飽和を引き起こすことなく、サイズのより小さな変圧器の芯を用いることが可能となる。サイズのより小さい芯を用いることにより、サイズのより小さい電源を設計し、構築できる。
【００５２】
［切り替え制御回路の分離、エネルギー蓄積、およびデュアルＬＣ共振の組み合わせ］
図８に示すように、上述した分離型切り替え制御回路１０、並列ＬＣエネルギー蓄積回路３８、およびデュアルキャパシタ回路５８の全てを組合せて回路８０を形成することにより、それぞれから得られる全体サイズの縮小および電力効率の向上の利点を組み合わせて得ることが出来る。図８の回路８０の一実施形態において、負荷１５は、高電圧マルチプライヤ回路であってよく、高電圧ＤＣ出力１７は、Ｘ線管２１へのＤＣ高バイアス電圧であってよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
2013258893000001.pdf