(57)【要約】【課題】低い耐電圧特性のダイオードを使用可能とすることを目的とする。【解決手段】高圧給電端子１３と、この接地側に接続された出力負荷部１４と、この接地側に接続された出力端子１５と、この接地側に直列接続された複数の、抵抗部２０ａ〜ｃとダイオード２１ａ〜ｃからなるベース回路２２ａ〜ｃとスイッチ素子１９ａ〜ｃとを有するスイッチ部１６ａ〜ｃと、スイッチ部１６ａ〜ｃの接地側に接続された制御部１７と、分圧回路部１８と、を備える。ベース回路２２ａ〜ｃは、抵抗部２０ａ〜ｃ側がスイッチ素子１９ａ〜ｃ側に接続され、かつ、ダイオード２１ａ〜ｃのカソード側が接地側に接続され、高圧給電端子１３側のダイオード２１ａ、２１ｂのカソード側は接地側のダイオード２１ｂ、２１ｃのアノード側に接続され、かつ、最も接地側に配置されたダイオード２１ｃのアノード側は接地されたもの。【選択図】  図１
2016148879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負電位が供給される高圧給電端子と、
正電位が供給される基準電圧端子と、
接地部と、
前記高圧給電端子の前記基準電圧端子側に接続された出力負荷部と、
前記出力負荷部の前記基準電圧端子側に接続された出力端子と、
前記出力端子の前記基準電圧端子側に直列接続された複数の、抵抗部とダイオードからなるベース回路とスイッチ素子とを有するスイッチ部と、
前記スイッチ部と前記基準電圧端子との間に接続された、制御回路と制御スイッチとを有する制御部と、
前記スイッチ素子に並列接続された分圧回路部と、を備え、
前記ベース回路は、
前記抵抗部側が前記スイッチ素子側に接続され、かつ、前記ダイオードのカソード側が前記接地部側に接続され、
前記高圧給電端子側の前記ダイオードのカソード側は前記接地部側の前記ダイオードのアノード側に接続され、かつ、最も前記接地部側に配置された前記ダイオードのカソード側は前記接地部に接続された、
高圧電源装置。
【請求項２】
前記分圧回路部は、複数の分圧抵抗と、接地抵抗とを有し、
前記分圧抵抗は、前記複数のスイッチ部における前記スイッチ素子と前記ベース回路との接続部を相互に接続し、
前記接地抵抗は、最も前記接地部側の前記スイッチ部における前記接続部と前記接地部とを接続した、
請求項１に記載の高圧電源装置。
【請求項３】
正電位が供給される高圧給電端子と、
接地部と
前記高圧給電端子の前記接地部側に接続された出力負荷部と、
前記出力負荷部の前記接地部側に接続された出力端子と、
前記出力端子の前記接地部側に直列接続された複数の、抵抗部とダイオードからなるベース回路とスイッチ素子とを有するスイッチ部と、
前記スイッチ部への制御電圧が供給される基準電圧端子と、
前記スイッチ部の前記接地部側に接続された、制御回路と制御スイッチとを有する制御部と、
前記スイッチ素子に並列接続された分圧回路部と、を備え、
前記ベース回路は、
前記抵抗部側が前記スイッチ素子側に接続され、かつ、前記ダイオードのアノード側が前記基準電圧端子側に接続され、
前記高圧給電端子側の前記ダイオードのアノード側は前記基準電圧端子側の前記ダイオードのカソード側に接続され、かつ、最も前記基準電圧端子側に配置された前記ダイオードのアノード側は前記基準電圧端子に接続された、
高圧電源装置。
【請求項４】
前記分圧回路部は、複数の分圧抵抗と、接地抵抗とを有し、
前記分圧抵抗は、前記複数のスイッチ部における前記スイッチ素子と前記ベース回路との接続部を相互に接続し、
前記接地抵抗は、最も前記接地部側の前記スイッチ部における前記接続部と前記接地部とを接続した、
請求項３に記載の高圧電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種電子機器に使用される高圧電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下、従来の高圧電源装置について図面を用いて説明する。図５は従来の高圧電源装置の構成を示した回路ブロック図である。高圧電源装置は、高圧給電端子１と、出力抵抗２と、出力端子３と、複数のスイッチ部４ａ、４ｂ、４ｃと、制御部５と、基準電圧端子５ａと、分圧回路部６とを含む。
【０００３】
ここで、出力抵抗２は高圧給電端子１の基準電圧端子５ａ側に接続されていて、出力端子３は出力抵抗２の基準電圧端子５ａ側に接続されている。スイッチ部４ａ、４ｂ、４ｃは出力端子３の基準電圧端子５ａ側に接続されている。また、それぞれのスイッチ部４ａ、４ｂ、４ｃは、スイッチ素子７ａ、７ｂ、７ｃと抵抗８ａ、８ｂ、８ｃとダイオード９ａ、９ｂ、９ｃとを有している。制御部５は、スイッチ部４ａ、４ｂ、４ｃの基準電圧端子５ａ側に接続されている。分圧回路部６はスイッチ素子７ａ、７ｂ、７ｃに並列接続されている。そして、抵抗８ａ、８ｂ、８ｃとダイオード９ａ、９ｂ、９ｃとからなるベース回路１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、それぞれ並列接続されていて、全てのダイオード９ａ、９ｂ、９ｃのカソード側が直接に接地されている。
制御部５は、制御端子１１から出力電圧に対する制御信号を受けることによってスイッチ素子７ａ、７ｂ、７ｃの開閉を制御する。そして、スイッチ素子７ａ、７ｂ、７ｃに流れる電流Ｉ０によって出力抵抗２で生じる電位が出力端子３から出力される。
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−４６４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の高圧電源装置では、出力電圧に応じて高い耐電圧特性を有したダイオード９ａ、９ｂ、９ｃが適用されることが必要となる。ここで例えば、出力端子３において−１２００Ｖから０Ｖまでの範囲の電圧が出力される場合に、スイッチ素子７ａ、７ｂ、７ｃがオープンとなると、分圧点６ａ、６ｂ、６ｃには−９００Ｖ、−６００Ｖ、−３００Ｖが生じる。したがって、ダイオード９ａ、９ｂ、９ｃは順に９００Ｖ、６００Ｖ、３００Ｖの耐電圧特性が必要となる。
【０００６】
つまり、出力電圧に相当する電圧への耐電圧特性が個々のダイオード９ａ、９ｂ、９ｃに求められ、高い電圧が出力される際には高い耐電圧特性のダイオードを使用する必要があるという課題を有するものであった。
【０００７】
そこで本発明は高い電圧が出力される際において低い耐電圧特性のダイオードを使用可能とすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そして、この目的を達成するために本発明は、
負電位が供給される高圧給電端子と、
正電位が供給される基準電圧端子と、
接地部と、
前記高圧給電端子の前記基準電圧端子側に接続された出力負荷部と、
前記出力負荷部の前記基準電圧端子側に接続された出力端子と、
前記出力端子の前記基準電圧端子側に直列接続された複数の、抵抗部とダイオードからなるベース回路とスイッチ素子とを有するスイッチ部と、
前記スイッチ部と前記基準電圧端子との間に接続された、制御回路と制御スイッチとを有する制御部と、
前記スイッチ素子に並列接続された分圧回路部と、を備え、
前記ベース回路は、
前記抵抗部側が前記スイッチ素子側に接続され、かつ、前記ダイオードのカソード側が前記接地部側に接続され、
前記高圧給電端子側の前記ダイオードのカソード側は前記接地部側の前記ダイオードのアノード側に接続され、かつ、最も前記接地部側に配置された前記ダイオードのカソード側は前記接地部に接続された、
ことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高い電圧が出力される際において低い耐電圧特性のダイオードが使用可能となり、高圧電源装置の耐電圧信頼性が高められる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態における高圧電源装置の構成を示す第１の回路ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における制御回路出力電圧と出力端子電圧との第１の関係図である。
【図３】本発明の実施の形態における高圧電源装置の構成を示す第２の回路ブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態における制御回路出力電圧と出力端子電圧との第２の関係図である。
【図５】従来の電源装置の回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態における高圧電源装置の構成を示す第１の回路ブロック図である。高圧電源装置１２は、高圧給電端子１３と、出力負荷部１４と、出力端子１５と、複数のスイッチ部１６ａ、１６ｂ、１６ｃと、制御部１７と、分圧回路部１８と、基準電圧端子２５と、を含む。
【００１３】
ここで、高圧給電端子１３には負の高圧電位が供給されている。基準電圧端子２５には正電位が供給されている。出力負荷部１４は高圧給電端子１３の基準電圧端子２５側に接続されていて、出力端子１５は出力負荷部１４の基準電圧端子２５側に接続されている。スイッチ部１６ａ、１６ｂ、１６ｃは出力端子１５の基準電圧端子２５側に接続されている。また、それぞれのスイッチ部１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、スイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃと抵抗部２０ａ、２０ｂ、２０ｃとダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃとを有している。制御部１７は、スイッチ部１６ａ、１６ｂ、１６ｃと基準電圧端子２５との間に接続されている。分圧回路部１８はスイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃに並列接続されている。
【００１４】
そして、抵抗部２０ａ、２０ｂ、２０ｃとダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃとからなるベース回路２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、抵抗部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ側がスイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃ側に接続され、かつ、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃのカソード側が接地部２７側として接続されている。
【００１５】
さらに、高圧給電端子側のダイオード２１ａのカソード側は、接地部２７側のダイオード２１ｂのアノード側に接続され、かつ、最も接地部２７側に配置されたダイオード２１ｃのカソード側は接地部２７に接続されている。
【００１６】
ここで、高圧電源装置１２の基本的な動作としては、制御端子２３から制御信号を受けることで制御部１７は、制御スイッチ２４によってスイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃの開閉を制御する。そして、スイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃに流れる電流Ｉ０によって出力負荷部１４で生じる電位が出力端子１５から出力される。
【００１７】
以上の構成および動作によって、出力端子１５から接地部２７へと至る経路においては、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃは直列に接続された状態となる。このため、出力端子１５と接地部２７の電位との電位差は、個々のダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃへ概ね等分されて加えられる。したがって、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃのいずれかが出力端子１５における最大出力電圧に対応した耐電圧特性を有する必要はない。つまり、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃにおける個々の耐電圧は最大出力電圧に比較して大幅に小さな値とすることができ、高圧電源装置１２の耐電圧信頼性が向上する。
【００１８】
以下、高圧電源装置１２に関しての構成および動作の詳細について図１と、図２の本発明の実施の形態における制御回路出力電圧と出力端子電圧との第１の関係図を参照しながら説明する。ここで、高圧給電端子１３に高圧出力用電圧−ＶＨが給電され、基準電圧端子２５に制御電圧＋ＶＣが給電され、分圧回路部１８の分圧抵抗１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄが同一抵抗値Ｒ０として接続された場合を用いて説明する。ここでは、高圧出力用電圧の絶対値ＶＨと、制御電圧の絶対値ＶＣとの関係は、ＶＨ＞＞ＶＣとしている。また、高圧給電端子１３側から接地部２７側へと順に分圧抵抗１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄが接続されている。またさらに、高圧給電端子１３側から基準電圧端子２５側へと順にスイッチ部１６ａ、１６ｂ、１６ｃが接続されていて、高圧給電端子１３側から基準電圧端子２５側へと順にスイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃが接続されている。
【００１９】
まず、出力端子１５での出力電圧が絶対値として最大とされる場合について説明する。出力端子１５での出力電圧が絶対値として最大となるように、制御端子２３から制御信号が入力されると、制御部１７の制御回路１７ａの出力はＨＩＧＨとなる。このとき、制御スイッチ２４はＰＮＰ型のバイポーラトランジスタが用いられ、制御スイッチ２４のベースに制御回路１７ａの出力が接続されているので、制御スイッチ２４はＯＦＦ状態となる。このため、基準電圧端子２５から供給された電力による電流はスイッチ素子１９ｃのエミッタ側にも電流は供給されない。よって、スイッチ素子１９ｃに接続されたスイッチ素子１９ｂ、およびスイッチ素子１９ｂに接続されたスイッチ素子１９ａのエミッタ側にも電流は供給されない。つまり、制御スイッチ２４、およびスイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃは全てＯＦＦ状態となる。
【００２０】
このため、Ｉ０は存在しない状態となり、出力負荷部１４におけるＩ０による電位降下は生じない。したがって、出力端子１５には高圧給電端子１３へ供給された−ＶＨが概ねそのまま出力される。この状態は図２の制御回路出力電圧と出力端子電圧との関係図におけるＡ領域に相当する。実際には、分圧回路部１８などへ微弱電流が流れることによって、−ＶＨには電圧降下が生じる。そのため、出力端子１５へは−ＶＨがそのまま出力されない。しかしながら、本実施例における高圧電源装置１２の主にスイッチ部１６ａ、１６ｂ、１６ｃを説明するにあたって、上記の微弱電流は無視しても支障は無い。したがってここでは便宜上、出力端子１５には−ＶＨが概ねそのまま出力される、として説明している。
【００２１】
ここで厳密には、高圧給電端子１３から出力負荷部１４および分圧回路部１８の分圧抵抗１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを通じて非常に小さな電流が流れ、この電流による出力負荷部１４での電圧降下が存在する。しかしながら、分圧抵抗１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを総合した抵抗値に比較して出力負荷部１４は非常に小さいため、出力負荷部１４での電圧降下は無視して差し支えない。
【００２２】
Ａ領域では、出力端子１５には高圧給電端子１３へ供給された−ＶＨがそのまま出力されているため、分圧抵抗１８ａには出力端子電圧、分圧抵抗１８ｂには出力端子電圧・３／４、分圧抵抗１８ｃには出力端子電圧・２／４、分圧抵抗１８ｄには出力端子電圧・１／４の電圧が印加されることとなる。ここで、分圧抵抗１８ｂには出力端子電圧・３／４が印加されるため、ダイオード２１ｃのカソード側とダイオード２１ａのアノード側との間には、出力端子電圧・３／４以上の耐電圧が要求される。しかしながら、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃは出力負荷部１４と接地部２７との間では直列の関係で接続配置されているため、個々のダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃにおける耐電圧は出力端子電圧・１／４以上であればよい。この結果、高圧電源装置１２は耐電圧信頼性を向上させることができる。
【００２３】
つまり、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃのいずれかが出力端子１５における最大出力電圧に対応した耐電圧特性を有する必要はない。つまり、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃにおける個々の耐電圧は最大出力電圧に比較して大幅に小さな値とすることができる。
【００２４】
つぎに、出力端子１５での出力電圧が絶対値として最小とされる場合について説明する。出力端子１５での出力電圧が絶対値として最小となるように、制御端子２３から制御信号が入力されると、制御部１７の制御回路１７ａの出力はＬＯＷとなる。このとき、制御スイッチ２４はＰＮＰ型のバイポーラトランジスタが用いられ、制御スイッチ２４のベースに制御回路１７ａの出力が接続されているので、制御スイッチ２４は飽和したＯＮ状態となる。このため、基準電圧端子２５から供給された電力による電流は制御スイッチ２４を介してスイッチ素子１９ｃのエミッタ側に、飽和状態の定電流が供給される。そしてさらに、スイッチ素子１９ｃに接続されたスイッチ素子１９ｂ、およびスイッチ素子１９ｂに接続されたスイッチ素子１９ａのエミッタ側にも電流が供給される。つまり、制御スイッチ２４、およびスイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃは全て飽和したＯＮ状態となる。
【００２５】
このため、Ｉ０は最大値を示す状態となり、出力負荷部１４におけるＩ０による電位降下もまた最大となる。したがって、出力端子１５には高圧給電端子１３へ供給された−ＶＨが出力されず、基準電圧端子２５から供給された＋ＶＣのみが出力電圧として出力端子１５から出力される。この状態は図２の制御回路出力電圧と出力端子電圧との第１の関係図におけるＢ領域に相当する。
【００２６】
ここで、制御スイッチ２４、およびスイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃは全て飽和状態でＯＮとなり、そこに流れる電流値Ｉ０によって出力負荷部１４における電位降下がＶＨ相当となるように、電流値Ｉ０や出力負荷部１４の定数が決定されるとよい。またあるいは、制御スイッチ２４が飽和することによって、スイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃは全てが飽和状態となるように、抵抗部２０ａ、２０ｂ、２０ｃなどの定数が決定されるとよい。
【００２７】
このとき、出力端子１５には基準電圧端子２５から供給された＋ＶＣが存在するのみであるので、当然ながら分圧回路部１８にもほとんど電圧は加わらない。そのため、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃの耐電圧に関してＢ領域はＡ領域よりも低くて構わない。したがって、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃにおける耐電圧がＡ領域における条件を満たしていれば、Ｂ領域では耐電圧が考慮される必要はない。
【００２８】
さらに、出力端子１５での出力電圧が絶対値として最大値と最小値の間の任意の値に設定される場合について説明する。
【００２９】
出力端子１５での出力電圧が絶対値として最大値と最小値の間の任意の値となるように、制御端子２３から制御信号が入力されると、制御部１７の制御回路１７ａの出力はＨＩＧＨとＬＯＷとの間の値となる。このとき、制御スイッチ２４はＰＮＰ型のバイポーラトランジスタが用いられ、制御スイッチ２４のベースに制御回路１７ａの出力が接続されているので、制御スイッチ２４は不飽和のＯＮ状態となる。このため、基準電圧端子２５から供給された電力による電流は制御スイッチ２４を介してスイッチ素子１９ｃのエミッタ側に、制御回路１７ａの出力値の変化に対応して変化する電流が供給される。そしてさらにスイッチ素子１９ｃに接続されたスイッチ素子１９ｂ、およびスイッチ素子１９ｂに接続されたスイッチ素子１９ａのエミッタ側にも同様に制御回路１７ａの出力値の変化に対応して変化する電流が供給される。つまり、制御スイッチ２４、およびスイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃは全て不飽和のＯＮ状態となる。
【００３０】
このためＩ０は常に、制御端子２３に入力された制御信号に対応する制御回路１７ａの出力値の変化によって制御される。そして、出力負荷部１４における電位降下もまた制御端子２３に入力される制御信号に応じて変化する。したがって出力端子１５には、高圧給電端子１３へ供給される−ＶＨから出力負荷部１４でＩ０によって生じる電位降下を差し引いた値の電圧が出力される。この状態は図２の制御回路出力電圧と出力端子電圧との関係図におけるＣ領域に相当する。
【００３１】
このとき、出力端子１５には−ＶＨから＋ＶＣの値の電圧値が存在することとなる。当然ながら分圧回路部１８にはＡ領域に相当するＶＨよりも大きな絶対値の電圧は加わらない。そのため、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃの耐電圧に関してＣ領域はＡ領域よりも低くて構わない。したがって、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃにおける耐電圧がＡ領域における条件を満たしていれば、Ｃ領域では耐電圧が考慮される必要はない。
【００３２】
以上から、つまり、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃは出力端子１５における最大出力電圧を分圧した電圧に対する耐電圧特性を有すればよい。つまり、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃにおける個々の耐電圧は最大出力電圧に比較して大幅に小さな値とすることができる。これにより、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃにおける個々の耐電圧は実際の高圧電源装置１２の使用時における分電圧に対して余裕を有した設定とすることが可能となり、高圧電源装置１２の信頼性は向上する。
【００３３】
ここで、分圧回路部１８は、主にダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃに加わる電圧を分圧するために設けられる。そのため、スイッチ部１６ａにおけるスイッチ素子１９ａとベース回路２２ａとの接続部２６ａと、スイッチ部１６ｂにおけるスイッチ素子１９ｂとベース回路２２ｂとの接続部２６ｂと、が分圧抵抗１８ｂによって互いに接続されていればよい。同様に、スイッチ部１６ｂにおけるスイッチ素子１９ｂとベース回路２２ｂとの接続部２６ｂと、スイッチ部１６ｃにおけるスイッチ素子１９ｃとベース回路２２ｃとの接続部２６ｃと、が分圧抵抗１８ｃによって互いに接続されていればよい。また、最も接地部２７側に配置されたスイッチ部１６ｃにおけるスイッチ素子１９ｃとベース回路２２ｃとの接続部２６ｃは分圧抵抗１８ｄを介して接地部２７に接続されていればよい。なお、分圧抵抗１８ｄは接地抵抗としても構わない。
【００３４】
またここで説明した高圧電源装置１２では、分圧回路部１８の分圧抵抗１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄは同一抵抗値Ｒ０とした場合を用いたが、異なる抵抗値であっても構わない。そして、抵抗値が異なる場合は、抵抗値の比に応じた耐電圧特性を有したダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃが用いられればよい。
【００３５】
またここで説明した高圧電源装置１２は、３段のスイッチ部１６ａ、１６ｂ、１６ｃを有しているが、スイッチ部１６ａ、１６ｂ、１６ｃは分圧のために複数段としているので、２段以上であれば段数にはこだわる必要はない。
【００３６】
またさらに、ここで説明した高圧電源装置１２はスイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃとしてバイポーラトランジスタを用いているが、スイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃにはＦＥＴが用いられても構わない。しかしながら、スイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃとしてバイポーラトランジスタを用いることで、図２に示した領域Ｂにおける曲線の傾斜は緩やかになるので、制御は容易となる。これは、制御回路１７ａの出力電圧によっての出力端子１５の出力電圧の制御を容易にするものである。当然ながら、領域Ｂにおける曲線の傾斜は、制御スイッチ２４と基準電圧端子２５との間にエミッタ抵抗（図示せず）が設けられることによって調整されてもよい。
【００３７】
また、高圧電源装置１２における出力負荷部１４としては、抵抗体や所定のインピーダンスを有した素子が用いられるとよい。あるいは、出力負荷部１４として放電器（図示せず）のように、環境の温度、湿度や気圧によって変動する素子が用いられてもよい。そして、出力負荷部１４が時々において変動する場合であっても、出力端子１５の出力電圧は帰還経路を介して制御部１７によって所望の電圧値へと安定化させられる。
【００３８】
ここまでの説明では、高圧給電端子１３には負の電位が供給されていることによって、高圧電源装置１２は概ね０Ｖから、高圧給電端子１３に供給された負の高電位までの出力電圧の範囲を有している。
【００３９】
この一方で、高圧給電端子１３に正の高電圧が供給されることによって、高圧電源装置１２は概ね０Ｖから、高圧給電端子１３に供給された正の高電位までの出力電圧の範囲を有することも可能である。この場合は、図３の本発明の実施の形態における高圧電源装置の構成を示す第２の回路ブロック図のように、高圧電源装置１２は高圧給電端子１３と、出力負荷部１４と、出力端子１５と、複数のスイッチ部１６ａ、１６ｂ、１６ｃと、制御部１７と、分圧回路部１８と、基準電圧端子２５と、を含むとよい。
【００４０】
ここで、高圧給電端子１３には正の高圧電位が供給されている。また、基準電圧端子２５には、複数のスイッチ部１６ａ、１６ｂ、１６ｃを制御するための正電位の制御電圧が供給されている。出力負荷部１４は高圧給電端子１３の接地部２７側に接続されていて、出力端子１５は出力負荷部１４の接地部２７側に接続されている。スイッチ部１６ａ、１６ｂ、１６ｃは出力端子１５の接地部２７側に接続されている。また、それぞれのスイッチ部１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、スイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃと抵抗部２０ａ、２０ｂ、２０ｃとダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃとを有している。制御部１７は、スイッチ部１６ａ、１６ｂ、１６ｃと接地部２７との間に接続されている。分圧回路部１８はスイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃに並列接続されている。
【００４１】
そして、抵抗部２０ａ、２０ｂ、２０ｃとダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃとからなるベース回路２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、抵抗部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ側がスイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃ側に接続され、かつ、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃのアノード側が基準電圧端子２５側として接続されている。
【００４２】
さらに、高圧給電端子側のダイオード２１ａのアノード側は、基準電圧端子２５側のダイオード２１ｂのカソード側に接続され、かつ、最も基準電圧端子２５側に配置されたダイオード２１ｃのアノード側は基準電圧端子２５に接続されている。
【００４３】
ここで、高圧電源装置１２の基本的な動作としては、先に説明した場合と同様に、制御端子２３から制御信号を受けることで制御部１７は、制御スイッチ２４によってスイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃの開閉を制御する。そして、スイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃに流れる電流Ｉ０によって出力負荷部１４で生じる電位が出力端子１５から出力される。
【００４４】
以上の構成および動作によって、出力端子１５から接地部２７へと至る経路においては、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃは直列に接続された状態となる。このため、出力端子１５と接地部２７の電位との電位差は、個々のダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃへ概ね等分されて加えられる。したがって、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃのいずれかが出力端子１５における最大出力電圧に対応した耐電圧特性を有する必要はない。つまり、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃにおける個々の耐電圧は最大出力電圧に比較して大幅に小さな値とすることができ、高圧電源装置１２の耐電圧信頼性が向上する。
【００４５】
以下、高圧電源装置１２に関しての構成および動作の詳細について図３と、図４の本発明の実施の形態における制御回路出力電圧と出力端子電圧との第２の関係図を参照しながら説明する。ここで、高圧給電端子１３に高圧出力用電圧＋ＶＨが給電され、基準電圧端子２５に制御電圧＋ＶＣが給電され、分圧回路部１８の分圧抵抗１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄが同一抵抗値Ｒ０として接続された場合を用いて説明する。ここでは、高圧出力用電圧の絶対値ＶＨと、制御電圧の絶対値ＶＣとの関係は、ＶＨ＞＞ＶＣとしている。また、高圧給電端子１３側から接地部２７側へと順に分圧抵抗１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄが接続されている。またさらに、高圧給電端子１３側から接地部２７側へと順にスイッチ部１６ａ、１６ｂ、１６ｃが接続されていて、高圧給電端子１３側から接地部２７側へと順にスイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃが接続されている。
【００４６】
まず、出力端子１５での出力電圧が絶対値として最大とされる場合について説明する。出力端子１５での出力電圧が絶対値として最大となるように、制御端子２３から指示に関する制御信号が入力されると、制御部１７の制御回路１７ａの出力はＬＯＷとなるように設定されている。このとき、制御スイッチ２４はＮＰＮ型のバイポーラトランジスタが用いられ、制御スイッチ２４のベースに制御回路１７ａの出力が接続されていて、エミッタが接地部２７に接続されているので、制御スイッチ２４はＯＦＦ状態となる。このため、スイッチ素子１９ｃのエミッタ側は接地部２７に接続されない。よって、スイッチ素子１９ｃに接続されたスイッチ素子１９ｂ、およびスイッチ素子１９ｂに接続されたスイッチ素子１９ａ、全てのエミッタ側もまた、接地部２７に接続されない。つまり、制御スイッチ２４、およびスイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃは全てＯＦＦ状態となる。
【００４７】
このため、Ｉ０は存在しない状態となり、出力負荷部１４におけるＩ０による電位降下は生じない。したがって、出力端子１５には高圧給電端子１３へ供給された＋ＶＨがそのまま出力される。この状態は図４の制御回路出力電圧と出力端子電圧との関係図におけるＡ領域に相当する。
【００４８】
ここで厳密には、高圧給電端子１３から出力負荷部１４および分圧回路部１８の分圧抵抗１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを通じて非常に小さな電流が流れ、この電流による出力負荷部１４での電圧降下が存在する。しかしながら、分圧抵抗１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを総合した抵抗値に比較して出力負荷部１４は非常に小さいため、出力負荷部１４での電圧降下は無視して差し支えない。
【００４９】
Ａ領域では、出力端子１５には高圧給電端子１３へ供給された＋ＶＨがそのまま出力されているため、分圧抵抗１８ａには＋ＶＨ、分圧抵抗１８ｂには＋ＶＨ・３／４、分圧抵抗１８ｃには＋ＶＨ・２／４、分圧抵抗１８ｄには＋ＶＨ・１／４の電圧が印加されることとなる。ここで、分圧抵抗１８ｂには＋ＶＨ・３／４が印加されるため、ダイオード２１ｃのカソード側とダイオード２１ａのアノード側との間には、ＶＨ・３／４以上の耐電圧が要求される。しかしながら、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃは出力負荷部１４と接地部２７との間では直列の関係で接続配置されているため、個々のダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃにおける耐電圧はＶＨ・１／４以上であればよい。この結果、高圧電源装置１２は耐電圧信頼性を向上させることができる。
【００５０】
つまり、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃのいずれかが出力端子１５における最大出力電圧に対応した耐電圧特性を有する必要はない。つまり、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃにおける個々の耐電圧は最大出力電圧に比較して大幅に小さな値とすることができる。
【００５１】
つぎに、出力端子１５での出力電圧が絶対値として最小とされる場合について説明する。出力端子１５での出力電圧が絶対値として最小となるように、制御端子２３から指示に関する制御信号が入力されると、制御部１７の制御回路１７ａの出力はＨＩＧＨとなるように設定されている。このとき、制御スイッチ２４はＮＰＮ型のバイポーラトランジスタが用いられ、制御スイッチ２４のベースに制御回路１７ａの出力が接続されていて、エミッタが接地部２７に接続されているので、制御スイッチ２４は飽和したＯＮ状態となる。このため、スイッチ素子１９ｃのエミッタ側が接地部２７に接続されるとともに、基準電圧端子２５からベース側へとベース電流が供給されているので、スイッチ素子１９ｃはＯＮ状態となる。そしてさらに、スイッチ素子１９ｃに接続されたスイッチ素子１９ｂ、およびスイッチ素子１９ｂに接続されたスイッチ素子１９ａのエミッタ側は、全て接地部２７に接続され、かつベース電流が供給された状態となる。つまり、制御スイッチ２４、およびスイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃは全てＯＮ状態となり、制御スイッチ２４およびスイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃに流れる電流は飽和状態となる。
【００５２】
このため、Ｉ０は最大値を示す状態となり、出力負荷部１４におけるＩ０による電位降下もまた最大となる。したがって、出力端子１５には高圧給電端子１３へ供給された＋ＶＨが出力されず、基準電圧端子２５から供給された＋ＶＣのみが出力電圧として出力端子１５から出力される。この状態は図４の制御回路出力電圧と出力端子電圧との第２の関係図におけるＢ領域に相当する。
【００５３】
ここで、制御スイッチ２４、およびスイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃは全て飽和状態でＯＮとなり、そこに流れる電流値Ｉ０によって出力負荷部１４における電位降下がＶＨ相当となるように、電流値Ｉ０や出力負荷部１４の定数が決定されるとよい。またあるいは、制御スイッチ２４が飽和することによって、スイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃは全てが飽和状態となるように、抵抗部２０ａ、２０ｂ、２０ｃなどの定数が決定されるとよい。
【００５４】
このとき、出力端子１５には基準電圧端子２５から供給された＋ＶＣが存在するのみであるので、当然ながら分圧回路部１８にもほとんど電圧は加わらない。そのため、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃの耐電圧に関してＢ領域はＡ領域よりも低くて構わない。したがって、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃにおける耐電圧がＡ領域における条件を満たしていれば、Ｂ領域では耐電圧が考慮される必要はない。
【００５５】
さらに、出力端子１５での出力電圧が絶対値として最大値と最小値の間の任意の値に設定される場合について説明する。
【００５６】
出力端子１５での出力電圧が絶対値として最大値と最小値の間の任意の値となるように、制御端子２３から指示に関する制御信号が入力されると、制御部１７の制御回路１７ａの出力はＨＩＧＨとＬＯＷとの間の値となるように設定されている。このとき、制御スイッチ２４はＮＰＮ型のバイポーラトランジスタが用いられ、制御スイッチ２４のベースに制御回路１７ａの出力が接続されていて、エミッタ側が接地部２７に接続されているので、制御スイッチ２４は不飽和のＯＮ状態となる。よって、スイッチ素子１９ｃ、１９ｂ、１９ａは何れも、基準電圧端子２５からベース電流の供給を受けているので、制御回路１７ａの出力値の変化に対応してエミッタ・コレクタ間に電流が流れる。つまり、制御スイッチ２４、およびスイッチ素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃは全て不飽和のＯＮ状態となる。
【００５７】
このためＩ０は常に、制御端子２３に入力された制御信号に対応する制御回路１７ａの出力値の変化によって制御される。そして、出力負荷部１４における電位降下もまた制御端子２３に入力される制御信号に応じて変化する。したがって出力端子１５には、高圧給電端子１３へ供給される＋ＶＨから出力負荷部１４でＩ０によって生じる電位降下を差し引いた値の電圧が出力される。この状態は図４の制御回路出力電圧と出力端子電圧との関係図におけるＣ領域に相当する。
【００５８】
このとき、出力端子１５には＋ＶＨから＋ＶＣの値の電圧値が存在することとなる。当然ながら分圧回路部１８にはＡ領域に相当するＶＨよりも大きな絶対値の電圧は加わらない。そのため、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃの耐電圧に関してＣ領域はＡ領域よりも低くて構わない。したがって、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃにおける耐電圧がＡ領域における条件を満たしていれば、Ｃ領域では耐電圧が考慮される必要はない。
【００５９】
以上から、つまり、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃは出力端子１５における最大出力電圧を分圧した電圧に対する耐電圧特性を有すればよい。つまり、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃにおける個々の耐電圧は最大出力電圧に比較して大幅に小さな値とすることができる。これにより、ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃにおける個々の耐電圧は実際の高圧電源装置１２の使用時における分電圧に対して余裕を有した設定とすることが可能となり、高圧電源装置１２の信頼性は向上する。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の高圧電源装置は、低い耐電圧特性のダイオードが使用可能となることで高圧電源装置の耐電圧信頼性が高められるという効果を有し、各種電子機器において有用である。
【符号の説明】
【００６１】
１２  高圧電源装置
１３  高圧給電端子
１４  出力負荷部
１５  出力端子
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ  スイッチ部
１７  制御部
１７ａ  制御回路
１８  分圧回路部
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ  分圧抵抗
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ  スイッチ素子
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ  抵抗部
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ  ダイオード
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ  ベース回路
２３  制御端子
２４  制御スイッチ
２５  基準電圧端子
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ  接続部
２７  接地部
【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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