(57)【要約】【課題】簡易な回路構成でより高電圧な交流出力を得ることができる共振型の昇圧コンバータを提供する。【解決手段】  第１のトランスＴ１とインバータ回路１とを有し、入力電力Ｖｉｎを第１の高圧交流電力Ｖ１に変換して前記第１のトランスＴ１を介して出力する絶縁型昇圧コンバータ１０と、前記第１のトランスＴ１に接続され、前記第１の高圧交流電力Ｖ１を第２の高圧交流電力Ｖ２に昇圧して出力する第２のトランスＴ２と、共振コンデンサＣｒと、を備えることを特徴とする共振型昇圧コンバータ１００。【選択図】図１
2016123192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のトランスとインバータ回路とを有し、入力電力を第１の高圧交流電力に変換して前記第１のトランスを介して出力する絶縁型昇圧コンバータと、
前記第１のトランスに接続され、前記第１の高圧交流電力を第２の高圧交流電力に昇圧して出力する第２のトランスと、
共振コンデンサと、を備えることを特徴とする共振型昇圧コンバータ。
【請求項２】
前記第１のトランスは、互いに電磁結合される第１の一次巻線と第１の二次巻線とを有し、前記第２のトランスは、互いに電磁結合される第２の一次巻線と第２の二次巻線とを有し、前記第１の二次巻線と前記第２の一次巻線とは、互いに接続され、閉ループを構成することを特徴とする請求項１に記載される共振型昇圧コンバータ。
【請求項３】
前記共振コンデンサは、前記第１のトランスと前記第２のトランスとに接続されることを特徴とする請求項２に記載される共振型昇圧コンバータ。
【請求項４】
前記共振コンデンサは、前記閉ループに接続されることを特徴とする請求項３に記載される共振型昇圧コンバータ。
【請求項５】
前記閉ループにおいて前記共振コンデンサと直列接続されるリーケージインダクタンスを備えることを特徴とする請求項４に記載される共振型昇圧コンバータ。
【請求項６】
前記インバータ回路は、フルブリッジ接続されるスイッチング素子を備えることを特徴とする請求項５に記載される共振型昇圧コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスを介して入力電力を高圧交流電力に昇圧して出力する絶縁型の昇圧コンバータに関し、特に、トランス前段に接続される共振回路を容易に設計できる共振型昇圧コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の共振型昇圧コンバータとして、図２のような放電管の点灯装置が知られている（特許文献１）。従来の共振型昇圧コンバータは、フルブリッジ接続されたスイッチング素子とトランスとを含む。１０〜２０Ｖ程度の入力電圧は、共振型昇圧コンバータによって１．５ｋＶ程度の交流電力に変換され、放電管に出力される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２２９７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の共振型昇圧コンバータを用いてより高電圧な交流電力を得るための方法として、トランスの一次巻線と二次巻線との巻数比を高くすることが容易に考えられる。しかしながら、共振型昇圧コンバータは、共振が安定する周波数範囲を制限しなければならず、トランスの設計が非常に困難である。例えば、トランスの巻数比を高くすると、二次巻線の線間容量の影響により一次巻線のインダクタンスが小さくなってしまう。また、トランスの一次−二次間の絶縁距離を大きくして結合を悪くすると、線間容量の影響は小さくなるが、リーケージインダクタンスが大きくなってしまう。このように、従来の共振型昇圧コンバータにおいて、より高電圧（例えば１０ｋＶ）な交流電力を得ることができなかった。
【０００５】
本発明は、簡易な回路構成でより高電圧な交流出力を得ることができる共振型の昇圧コンバータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、第１のトランスとインバータ回路とを有し、入力電力を第１の高圧交流電力に変換して前記第１のトランスを介して出力する絶縁型昇圧コンバータと、前記第１のトランスに接続され、前記第１の高圧交流電力を第２の高圧交流電力に昇圧して出力する第２のトランスと、共振コンデンサと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第１及び第２のトランスを用いて２段階で昇圧することで、第１のトランスの巻数比を抑えることができるので、共振型昇圧コンバータの設計自由度が増す。したがって、簡易な回路構成でより高電圧な交流出力を得ることができる共振型昇圧コンバータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る共振型昇圧コンバータの構成を示す回路図である。
【図２】従来の共振型昇圧コンバータの構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係る共振型昇圧コンバータの構成を示す回路図である。本実施形態に係る共振型昇圧コンバータ１００は、絶縁型昇圧コンバータ１０と、第２のトランスＴ２と、共振コンデンサＣｒと、を備える。絶縁型昇圧コンバータ１０は、第１のトランスＴ１とインバータ回路１とを有し、入力電源から供給される入力電圧Ｖｉｎを第１の高圧交流電圧Ｖ１に変換し、第１の高圧交流電圧Ｖ１を第１のトランスＴ１を介して出力する。第２のトランスＴ２は、第１の高圧交流電圧Ｖ１を第２の高圧交流電圧Ｖ２に昇圧して負荷に出力する。負荷は、例えば放電管や放電板である。
【００１１】
インバータ回路１は、ＭＯＳＦＥＴからなる第１乃至第４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をＰＷＭ（パルス幅変調）駆動する駆動部ＤＲＶと、を有する。第１及び第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、互いに直列接続され、各スイッチの接続点を出力端子とする第１のブリッジ回路を構成する。第３及び第４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４とは、互いに直列接続され、各スイッチの接続点を出力端子とする第２のブリッジ回路を構成する。すなわち、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、フルブリッジ接続され、入力電源に並列接続される。
【００１２】
第１のトランスＴ１は、少なくとも、互いに電磁結合される第１の一次巻線Ｐ１と第１の二次巻線Ｓ１と補助巻線とを有する。詳細には、第１の一次巻線Ｐ１は、互いに並列接続される２つの巻線Ｐ１ａ，Ｐ１ｂを有し、第１の二次巻線Ｓ１は、互いに直列接続される２つの巻線Ｓ１ａ，Ｓ１ｂを有し補助巻線は、それぞれの巻き始めと巻き終わりが接地される２つの巻線を有する。また、第２のトランスＴ２は、少なくとも、互いに電磁結合される第２の一次巻線Ｐ２と第２の二次巻線Ｓ２とを有する。詳細には、第２の一次巻線Ｐ２は、互いに並列接続される３つの巻線Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ２ｃを有し、第２の二次巻線Ｓ２は、互いに直列接続される３つの巻線Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ２ｃを有する。
【００１３】
第１の一次巻線Ｐ１の一端は第１のブリッジ回路の出力端子に接続され、第１の一次巻線Ｐ１の他端は第２のブリッジ回路の出力端子に接続される。第１の二次巻線Ｓ１は、第１の一次巻線Ｐ１の巻数のｍ倍（ｍ＞１、例えばｍ＝２５）の巻数を有する。補助巻線を構成する２つの巻線は、それぞれダイオードとコンデンサとを介して駆動部ＤＲＶに接続される。補助巻線に発生する電圧は、全波整流かつ平滑され、駆動電源として駆動部ＤＲＶに供給される。
【００１４】
第１の二次巻線Ｓ１の一端は、リーケージインダクタンス（例えば、リーケージリアクトルＬｒ）と共振コンデンサＣｒとを介して第２のトランスの第２の一次巻線Ｐ２の一端に接続される。第１の二次巻線Ｓ１の他端は、第２のトランスの第２の一次巻線Ｐ２の他端に接続される。すなわち、第１の二次巻線Ｓ１と第２の一次巻線Ｐ２とは、たがいに接続され、閉ループを構成する。
【００１５】
第１の二次巻線Ｓ１の一端は、リーケージリアクトルＬｒの一端に接続される。リーケージリアクトルＬｒの他端は、共振コンデンサＣｒの一端に接続される。共振コンデンサＣｒの他端は、第２の一次巻線Ｐ２の一端に接続される。すなわち、リーケージリアクトルＬｒと共振コンデンサＣｒとは、互いに直列接続され、第１の二次巻線Ｓ１と第２の一次巻線Ｐ２とにより構成される閉ループに接続される。
【００１６】
第２の二次巻線Ｓ２は、第２の一次巻線Ｐ２の巻数のｎ倍（ｎ＞ｍ、例えばｎ＝５０）の巻数を有する。第２のトランスＴ２は、第２の二次巻線Ｓ２の一端と他端との間に第２の高圧交流電圧Ｖ２を発生させ、図示しない負荷に出力する。第２のトランスＴ２には、共振型昇圧コンバータ１００の出力電力を検出し駆動部ＤＲＶにフィードバックする電力検出回路が接続される。したがって、共振型昇圧コンバータ１００は、自身の出力電力が所望の大きさになるように、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をＰＷＭ駆動することで、入力電圧Ｖｉｎから第２の高圧交流電圧Ｖ２を発生させる。
【００１７】
上記のように、共振型昇圧コンバータ１００は、第１のトランスＴ１と第２のトランスＴ２とを用いて２段階の昇圧を行う。各トランスの巻数比を低くできるため、トランスの設計が容易になるとともに、第１のトランスＴ１の巻数比を低くしても第２のトランスＴ２の巻数比を高くすることで、より高電圧な交流電圧が得られる。また、各トランスの一次巻線Ｐ１，Ｐ２は複数の巻線が並列接続された構成を有するため、各一次巻線Ｐ１，Ｐ２を流れる電流が分散され、トランスの発熱が抑制される。
【００１８】
また、共振コンデンサＣｒは、第１及び第２のトランスＴ１，Ｔ２をコンデンサ結合させる役割も果たすため、出力インピーダンスが低下してもインバータ回路１を含む一次側回路に及ぶ悪影響を抑制することができる。また、共振コンデンサＣｒが第１のトランスＴ１の二次側に接続される場合、入力電圧Ｖｉｎが低いときに共振コンデンサＣｒに流れるリップル電流は低減されるため、共振コンデンサＣｒの部品選定の自由度が確保される。
【００１９】
また、共振型昇圧コンバータ１００は、第１のトランスＴ１の二次側リーケージインダクタンスとリーケージリアクトルＬｒと共振コンデンサＣｒと第２のトランスＴ２の一次側リーケージインダクタンスとで共振動作を行う。したがって、リーケージリアクトルＬｒを設ける場合、そのインダクタンス値と共振コンデンサＣｒのキャパシタンス値とを調整することで共振型昇圧コンバータ１００の共振周波数を容易に調整できる。例えば、インダクタンス値の大きいリーケージリアクトルＬｒを用い共振周波数を低減することで、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の発振周波数を低減させ、容量負荷の駆動に適した低出力電力な共振型昇圧コンバータ１００が構成される。或いは、共振周波数を各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の発振周波数に合わせることで、リーケージリアクトルＬｒと共振コンデンサＣｒとにおける電圧降下を抑制し、電力変換効率を改善することができる。
【００２０】
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。例えば、第１及び第２のトランスＴ１，Ｔ２に加え、第３のトランスを用いても良い。また、各トランスの一次巻線は、複数の巻線を並列接続した構成とする必要は無く、補助巻線の有無もコンバータの制御方法に応じて選択できる。また、リーケージリアクトルＬｒは、第１及び第２のトランスＴ１，Ｔ２のリーケージインダクタンスで代替されても良い。
【符号の説明】
【００２１】
１      インバータ回路
１０    絶縁型昇圧コンバータ
１００  共振型昇圧コンバータ
Ｑ１〜Ｑ４  スイッチング素子
ＤＲＶ  駆動部
Ｔ１    第１のトランス
Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ  第１の一次巻線
Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ  第１の二次巻線
Ｔ２    第２のトランス
Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ２ｃ  第２の一次巻線
Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ２ｃ  第２の二次巻線
Ｌｒ    リーケージリアクトル
Ｃｒ    共振コンデンサ
【図１】
2016123192.tif 000003
【図２】
2016123192.tif 000004