JP2000232784A

JP2000232784A - 電源装置

Info

Publication number: JP2000232784A
Application number: JP11031781A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Okada; 忠志岡田; Terubumi Haga; 光史芳賀
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1999-02-09
Filing date: 1999-02-09
Publication date: 2000-08-22
Anticipated expiration: 2019-02-09
Also published as: JP3828304B2

Abstract

(57)【要約】【課題】出力可変範囲の全てにおいて常に安定した電
力を負荷に供給することができる電源装置を得る。【解決手段】高圧電源装置１０の高圧電源部１２に含
まれる整流平滑回路１８を昇圧トランス１６の出力電圧
を昇圧する機能を有するものとすることにより昇圧トラ
ンス１６の昇圧率を小さく抑え、これによって昇圧トラ
ンス１６に対する絶縁材料によるモールドを不要とし、
整流平滑回路１８のみについて絶縁材料によるモールド
を行ってモールド部３８を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源装置に係り、
より詳しくは、トランスの１次巻線への電源入力をスイ
ッチングして電源出力を得る電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、特開昭６２−２７９３６６号
公報に記載されているような電源装置の出力電圧、又は
出力電流を安定して目標値に一致させることを目的とし
て、電源装置を図６（Ａ）に示すような構成として、電
圧検出回路２２によって生成された電圧モニタ信号Ｖ
_monが示す電圧モニタ値、又は電流検出回路２４によっ
て生成された電流モニタ信号Ｉ_monが示す電流モニタ値
をＡ／Ｄ変換器３６を介してＣＰＵ３０にフィードバッ
クし、その値が目標値に一致するようにパルス発振器３
４により生成されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation、
パルス幅変調）信号ＰＷＭのデューティを制御し、該Ｐ
ＷＭ信号ＰＷＭによって昇圧トランス１６への直流電源
２６により生成された直流電圧の印加／非印加を制御す
るためのスイッチ素子２０のオン／オフを制御する、と
いう所謂デジタル制御方式の電源装置が広く知られてい
る。なお、以降の説明では、電圧モニタ値が目標値に一
致するようにする制御を定電圧制御といい、電流モニタ
値が目標値に一致するようにする制御を定電流制御とい
う。

【０００３】しかしながら、このようなデジタル制御方
式の電源装置には、次のような問題点がある。

【０００４】図６（Ａ）、（Ｂ）に示すような電源装置
では、スイッチ素子２０がオン／オフを繰り返すことで
出力を発生し、その値はスイッチ素子２０をオン／オフ
させる前記ＰＷＭ信号ＰＷＭのデューティに大きく依存
する。すなわち、出力を大きくしたいときはデューティ
を大きくし、また出力を小さくしたいときはデューティ
を小さくする。

【０００５】ここで問題となるのは、このデューティの
可変分解能である。図６（Ｂ）に示すような従来の所謂
アナログ制御方式の電源装置では、ＰＷＭ信号ＰＷＭの
デューティの可変分解能はほぼ無限といえるが、図６
（Ａ）に示すようなテジタル制御方式の電源装置の場
合、ＰＷＭ信号ＰＷＭをＣＰＵ３０の制御によってパル
ス発振器３４で生成しているため、所定の最小ビット単
位でしかデューティを変更できない。

【０００６】すなわち、例えば、ＣＰＵ３０の基準クロ
ック信号の周波数が２０ＭＨｚである場合、図７（Ａ）
に示すように、１パルスの周期は５０ｎＳである。ここ
で、パルス発振器３４が８ビット構成である場合は１周
期が２５６パルスとなるので、図７（Ｂ）に示すよう
に、１周期の時間は１２．８μＳとなり、この場合の周
波数は約８０ｋＨｚ（＝２０ＭＨｚ／２５６パルス）と
なり、更にこの場合の１ビット当たりの分解能は約０．
３９％（＝１００％／２５６パルス）となる。

【０００７】一方、パルス発振器３４が１０ビット構成
である場合は１周期が１０２４パルスとなるので、図７
（Ｃ）に示すように、１周期の時間は５１．２μＳとな
り、この場合の周波数は約２０ｋＨｚ（＝２０ＭＨｚ／
１０２４パルス）となり、更にこの場合の１ビット当た
りの分解能は約０．０９８％（＝１００％／１０２４パ
ルス）となる。

【０００８】すなわち、例えば上記のようにＣＰＵ３０
の基準クロック信号の周波数が２０ＭＨｚでありパルス
発振器３４が１０ビット構成である場合、図８（Ａ）に
示すように、ＰＷＭ信号ＰＷＭのデューティは０．０９
８％毎のステップ状にしか設定できず、この結果として
図８（Ｂ）に示すように出力電圧もステップ状にしか変
更できない。

【０００９】同様に、ＣＰＵ３０の基準クロック信号の
周波数が２０ＭＨｚでありパルス発振器３４が８ビット
構成である場合では、ＰＷＭ信号ＰＷＭのデューティは
０．３９％毎のステップ状にしか設定できない。

【００１０】また、図９の特性Ｔ１で示すように従来の
電源装置では、ＰＷＭ信号のデューティの増加に対して
出力電圧がリニアには増加せず、かつ出力電圧の可変範
囲に対してデューティの可変範囲が小さい。このため、
デューティの増加に対応して出力電圧が大きく増加する
電圧範囲では出力電圧値が目標電圧値から大きくずれた
り、リップルが大きくなってしまう、という問題点があ
った。

【００１１】この第１の要因としては、昇圧トランスの
励磁インダクタンスと浮遊容量とにより共振電流が発生
して昇圧トランスの１次巻線側の電流（以下、１次側電
流という）に影響を与えることが挙げられる。

【００１２】すなわち、理想的な昇圧トランスの１次側
電流は図１０（Ａ）に示すようにリニアに増加する状態
のものであるが、昇圧トランスの励磁インダクタンスと
浮遊容量とによって図１０（Ｂ）に示すような共振電流
が発生し、この結果、１次側電流は図１０（Ｃ）に示す
ように電流値が大きく上下しながら増加することにな
る。

【００１３】また、第２の要因としては、励磁インダク
タンスが小さく、小さなデューティで必要な１次側電流
が流れてしまうことが挙げられる。

【００１４】すなわち、昇圧トランスの１次側電流ｉ_p
は次の（１）式で求められるため、昇圧トランスの励磁
インダクタンスＬが小さな場合は図１１に示すように１
次側電流ｉ_pの増加の傾きは急峻となってしまう。

【００１５】ｉ_p＝（Ｖ_in／Ｌ）ｔ_on （１）ここで、Ｖ_inは昇圧トランスの１次巻線に印加されてい
る直流電圧の電圧値を、ｔ_onはスイッチ素子がオンする
期間を、各々表す。

【００１６】以上の問題点を解決し得る技術として、特
開平９−１４９６３７号公報の従来の技術として記載さ
れている技術では、図１２に示すように、昇圧トランス
の１次側にスナバ回路を設けて共振電流を消費させるこ
とによって、図１０（Ｄ）に示すように共振電流の影響
を極力回避して直線に近い状態で１次側電流を増加させ
ている。

【００１７】また、特開平９−１４９６３７号公報の従
来の技術として記載されている技術では、昇圧トランス
の励磁インダクタンスＬを大きくするように調整するこ
とによって、図１１に示すように、１次側電流ｉ_pの増
加の傾きを緩やかにしている。

【００１８】なお、励磁インダクタンスＬを大きくする
には、トランスの巻線数を増加したり、各コイル間のギ
ャップを狭くする等の方法がある。

【００１９】すなわち、上記特開平９−１４９６３７号
公報の従来の技術として記載されている技術では、昇圧
トランスの１次側にスナバ回路を設けることにより共振
電流を消費させ、かつ励磁インダクタンスを調整するこ
とにより、デューティと出力電圧（出力電流）との関係
として、図９に示すように、出力範囲の全域で正比例で
かつ緩やかな特性Ｔ２を得て、可変領域で出力分解能が
良くなるようにしている。これによってデューティを最
小ビット分変更したときの出力の変動幅が小さくなり上
記の問題点を改善することができる。

【００２０】しかしながら、直流でかつ高圧の電源装置
では、更にデューティと出力との関係を悪化させる問題
がある。

【００２１】すなわち、図１３に示すように、従来の直
流高圧電源装置における高圧電源部１１２では、昇圧ト
ランス１６及び２次巻線側の部品（整流平滑回路１１
８、ダミー負荷としての抵抗８６、出力端子８４）にお
いて、昇圧トランス１６の巻線間や巻線と各部品との間
や各部品間で高電位差が生じ、そのままではリーク等を
発生したり絶縁破壊を起こしてしまうため、この対策と
して樹脂ケース内に昇圧トランス１６及び上記２次巻線
側の部品を配置し絶縁材料でモールドしてモールド部１
３８を形成していた。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記昇
圧トランス及び２次巻線側の部品を絶縁材料でモールド
する技術では、低デューティ時における出力分解能が悪
化し、出力が可変である場合には出力が小さな領域でリ
ップルが大きくなったり、目標設定値からの乖離が大き
くなる、という問題点があった。

【００２３】すなわち、昇圧トランス及び２次巻線側の
部品を絶縁材料でモールドする場合、絶縁材料硬化等に
起因して昇圧トランスの分布容量（主に、１次巻線と２
次巻線との間の容量）が増大する。このため、図１４
（Ａ）に示すように、スイッチ素子がオンする毎に突入
電流が発生し、この突入電流に起因して低デューティ時
における出力分解能が悪化し、出力が可変である場合に
は出力が小さな領域でリップルが大きくなったり、目標
設定値からの乖離が大きくなるのである。

【００２４】なお、図１５には、スイッチ素子として電
界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用い、昇圧トランスの
１次側に共振電流除去回路を設けず、昇圧トランス及び
整流平滑回路を絶縁材料でモールドした場合の、スイッ
チ素子のドレイン−ソース間電圧（昇圧トランスのスイ
ッチング信号）と１次側電流の実測結果の一例が示され
ている。

【００２５】同図に示すように、この場合の１次側電流
では、ドレイン−ソース間電圧が落ちるとき、すなわち
スイッチ素子がオンするときに大きな突入電流が発生
し、その後に値が大きく上下しながら増加している。

【００２６】本発明は、上記問題点を解消するために成
されたものであり、出力可変範囲の全てにおいて常に安
定した電力を負荷に供給することができる電源装置を提
供することを目的としている。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の電源装置は、トランスと、前記トラン
スの１次巻線側に設けられ、前記トランスの１次巻線へ
の電源入力をスイッチングするスイッチ手段と、前記ト
ランスの２次巻線側に設けられ、前記トランスの２次巻
線側の電圧を昇圧する昇圧手段と、を備えた電源装置で
あって、前記昇圧手段の一部又は全部を絶縁材料により
モールドし、かつ前記トランスをモールドの対象外とす
ることを特徴とするものである。

【００２８】請求項１記載の電源装置によれば、トラン
スの１次巻線側に設けられたスイッチ手段によってトラ
ンスの１次巻線への電源入力がスイッチングされる。こ
れによってトランスの２次巻線側には電圧が誘起され、
該電圧はトランスの２次巻線側に設けられた昇圧手段に
よって昇圧される。

【００２９】ここで、請求項１記載の電源装置では、上
記昇圧手段の一部又は全部が絶縁材料によりモールドさ
れ、かつ上記トランスはモールドの対象外とされる。

【００３０】すなわち、本発明では、トランスの２次巻
線側に昇圧手段を設けることによって、トランスの昇圧
率を低く抑えることができるため、トランスに関しては
高電位差が生じることがなく、リークの発生や絶縁破壊
を未然に防止することができるので、トランスは絶縁材
料によるモールドを行う必要がない。

【００３１】なお、上記絶縁材料としてはシリコン材、
エポキシ材等を適用することができる。

【００３２】このように請求項１記載の電源装置によれ
ば、トランスの２次巻線側に昇圧手段を備えると共にト
ランスをモールドの対象外とする構成としているので、
トランスの分布容量を小さくすることができ、出力可変
範囲内で常に安定した出力を得ることができる。

【００３３】また、請求項２記載の電源装置は、昇圧用
のトランスと、前記トランスの１次巻線側に供給するた
めの直流電源入力を生成する直流電源と、前記トランス
の２次巻線側に発生する交番出力を整流かつ平滑すると
共に昇圧して出力する昇圧手段と、パルス幅変調信号に
応じて前記直流電源から前記１次巻線側に供給される直
流電源入力を断続するスイッチ手段と、前記昇圧手段か
らの出力の大きさを検出する検出手段と、前記出力の大
きさが予め設定された目標値と一致するように前記パル
ス幅変調信号のデューティを制御する制御手段と、を備
えた電源装置であって、前記昇圧手段の一部又は全部を
絶縁材料によりモールドし、かつ前記トランスをモール
ドの対象外とすることを特徴とするものである。

【００３４】請求項２記載の電源装置によれば、昇圧用
のトランスの２次巻線側に発生する交番出力を整流かつ
平滑すると共に昇圧して出力する昇圧手段からの出力の
大きさが検出手段によって検出され、該検出された出力
の大きさが予め設定された目標値と一致するようにパル
ス幅変調信号のデューティが制御手段によって制御され
る。

【００３５】この際、トランスの１次巻線側には直流電
源から直流電源入力が供給されており、上記の制御手段
による制御によって生成されたパルス幅変調信号に応じ
て上記１次巻線側に供給されている直流電源入力がスイ
ッチ手段によって断続される。

【００３６】すなわち、目標値と一致するように制御さ
れる昇圧手段からの出力の大きさが出力電圧の大きさで
ある場合は定電圧制御が、目標値と一致するように制御
される昇圧手段からの出力の大きさが出力電流の大きさ
である場合は定電流制御が、各々制御手段によって行わ
れる。

【００３７】ここで、請求項２記載の電源装置では、上
記昇圧手段の一部又は全部が絶縁材料によりモールドさ
れ、かつ上記トランスはモールドの対象外とされる。

【００３８】すなわち、本発明では、トランスの２次巻
線側に昇圧手段を設けることによって、トランスの昇圧
率を低く抑えることができるため、トランスに関しては
高電位差が生じることがなく、リークの発生や絶縁破壊
を未然に防止することができるので、トランスは絶縁材
料によるモールドを行う必要がない。

【００３９】なお、上記絶縁材料としてはシリコン材、
エポキシ材等を適用することができる。

【００４０】このように請求項２記載の電源装置によれ
ば、昇圧用のトランスの２次巻線側に昇圧手段を備える
と共にトランスをモールドの対象外とする構成としてい
るので、請求項１記載の発明と同様に、トランスの分布
容量を小さくすることができ、出力可変範囲内で常に安
定した出力を得ることができる。

【００４１】なお、請求項３記載の電源装置のように、
請求項１又は請求項２記載の発明における前記トランス
の１次巻線側に、１次巻線に流れる共振電流を除去する
共振電流除去手段を更に備えることが好ましい。該共振
電流除去手段によりトランスの共振電流を消費させるこ
とができるので、より安定した出力を得ることができ
る。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について詳細に説明する。

【００４３】〔第１実施形態〕図１に示すように、本第
１実施形態に係る高圧電源装置１０は、負荷４０に供給
するための高圧電力を生成する高圧電源部１２、所定の
直流電圧を生成する直流電源２６、及び装置全体の動作
を司る主制御部２８を備えている。

【００４４】高圧電源部１２は、共振電流除去回路１
４、昇圧トランス１６、１入力３出力の整流平滑回路１
８、スイッチ素子２０、電圧検出回路２２、及び電流検
出回路２４を備えており、共振電流除去回路１４は昇圧
トランス１６の１次巻線の各端子間に接続されている。
また、昇圧トランス１６の１次巻線の一方の端子には直
流電源２６の出力端が接続されており、直流電源２６に
よって生成した直流電圧Ｖ_inを昇圧トランス１６の１次
巻線の一方の端子に印加することができる。

【００４５】また、昇圧トランス１６の１次巻線の他方
の端子にはスイッチ素子２０の出力端が接続されてお
り、昇圧トランス１６の２次巻線の端子は整流平滑回路
１８の入力端に接続されている。更に、整流平滑回路１
８の３つの出力端のうちの２つの出力端には各々、電圧
検出回路２２及び電流検出回路２４の各々の入力端が接
続されている。

【００４６】一方、主制御部２８は、ＣＰＵ３０、ＰＷ
Ｍ信号ＰＷＭを生成するパルス発振器３４、及び２入力
１出力のアナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換
器という）３６を備えており、更にＣＰＵ３０は演算器
３２を備えている。

【００４７】演算器３２の出力端はパルス発振器３４の
入力端に、演算器３２の入力端はＡ／Ｄ変換器３６の出
力端に、パルス発振器３４の出力端はスイッチ素子２０
の入力端に、各々接続されている。従って、スイッチ素
子２０にはパルス発振器３４によって生成したＰＷＭ信
号ＰＷＭを入力することができる。

【００４８】更に、Ａ／Ｄ変換器３６の一方の入力端に
は電圧検出回路２２の出力端が、Ａ／Ｄ変換器３６の他
方の入力端には電流検出回路２４の出力端が、各々接続
されている。従って、ＣＰＵ３０には電圧検出回路２２
によって生成した電圧モニタ信号Ｖ_monが示す電圧モニ
タ値、及び電流検出回路２４によって生成した電流モニ
タ信号Ｉ_monが示す電流モニタ値の各々をデジタル値と
して入力することができる。

【００４９】なお、整流平滑回路１８の残りの出力端は
外部の負荷４０に対応するものであり、負荷４０に接続
される。

【００５０】共振電流除去回路１４が本発明の共振電流
除去手段に、昇圧トランス１６が本発明のトランスに、
スイッチ素子２０が本発明のスイッチ手段に、整流平滑
回路１８が本発明の昇圧手段に、電圧検出回路２２及び
電流検出回路２４が本発明の検出手段に、ＣＰＵ３０が
本発明の制御手段に、各々相当する。

【００５１】図２は、図１に示した本第１実施形態にお
ける高圧電源部１２の具体的な回路構成の一例を示した
ものである。

【００５２】同図に示すように、昇圧トランス１６の１
次巻線の一方の端子は抵抗５０を介して直流電源２６の
出力端にも接続されており、直流電源２６によって生成
された直流電圧Ｖ_inが印加される。

【００５３】また、本第１実施形態におけるスイッチ素
子２０はＦＥＴ５４によって構成されており、ＦＥＴ５
４のゲート端子は抵抗５６を介してパルス発振器３４の
出力端に接続されており、パルス発振器３４によって生
成されたＰＷＭ信号ＰＷＭが入力される。また、ＦＥＴ
５４のゲート端子は抵抗５８を介して接地されている。

【００５４】一方、ＦＥＴ５４のドレイン端子は昇圧ト
ランス１６の１次巻線の他方の端子に接続されており、
昇圧トランス１６の１次巻線の他方の端子と一方の端子
との間には抵抗５２が接続されており、該抵抗５２によ
って共振電流除去回路１４が構成されている。また、Ｆ
ＥＴ５４のソース端子は接地されている。

【００５５】このように構成されたスイッチ素子２０で
は、パルス発振器３４から入力されたＰＷＭ信号ＰＷＭ
がハイレベルであるときにＦＥＴ５４がオンされ、ＰＷ
Ｍ信号ＰＷＭがローレベルであるときにＦＥＴ５４がオ
フされる。従って、ＦＥＴ５４はＰＷＭ信号ＰＷＭのデ
ューティに応じた期間でオン／オフの状態を交互に繰り
返すので、ＰＷＭ信号ＰＷＭのデューティに応じて昇圧
トランス１６の１次巻線への直流電源２６からの直流電
圧Ｖ_inの印加／非印加を交互に行うことができる。

【００５６】一方、整流平滑回路１８は昇圧トランス１
６の２次巻線の一方の端子に一方の端子が接続されたコ
ンデンサ６２を備えており、コンデンサ６２の他方の端
子はダイオード６４のアノード端子、ダイオード６６の
カソード端子、及びコンデンサ６８の一方の端子に接続
されており、コンデンサ６８の他方の端子はダイオード
７０のアノード端子、ダイオード７２のカソード端子、
及びコンデンサ７４の一方の端子に接続されており、コ
ンデンサ７４の他方の端子はダイオード７６のアノード
端子に接続されている。

【００５７】また、ダイオード７６のカソード端子はダ
イオード７２のアノード端子及びコンデンサ７８の一方
の端子に接続されており、コンデンサ７８の他方の端子
はダイオード７０のカソード端子及びダイオード６６の
アノード端子及びコンデンサ８０の一方の端子に接続さ
れており、コンデンサ８０の他方の端子はダイオード６
４のカソード端子及び昇圧トランス１６の２次巻線の他
方の端子に接続されている。なお、整流平滑回路１８の
出力端は出力制限用の抵抗８２を介して出力端子８４に
接続されている。

【００５８】すなわち、本実施形態における整流平滑回
路１８は多段昇圧構成（半波５倍圧整流）とされてお
り、昇圧トランス１６の２次巻線に誘起された交番電流
をコンデンサとダイオードとの組み合わせによって整流
しかつ平滑すると共に、昇圧トランス１６の出力電圧の
大きさを略５倍に昇圧する。従って、整流平滑回路１８
による昇圧率を略５倍より小さくした場合に比較して昇
圧トランス１６による昇圧率を小さくすることができ
る。すなわち、本実施形態のように整流平滑回路１８の
昇圧率を略５倍とした場合では、図１３に示すように整
流平滑回路１１８による昇圧率を略２倍とした場合に比
較して、昇圧トランス１６による昇圧率を略２／５（５
分の２）とすることができる。

【００５９】一方、電圧検出回路２２にはオペアンプ９
０が備えられており、オペアンプ９０の反転入力端はダ
ミー負荷として機能する抵抗８６を介して整流平滑回路
１８の出力端に接続されると共に、コンデンサ９２と抵
抗９４及び可変抵抗９６を並列に介してオペアンプ９０
の出力端に接続され、かつコンデンサ９８を介してオペ
アンプ９０の非反転入力端に接続されている。また、オ
ペアンプ９０の出力端は抵抗１００を介してＡ／Ｄ変換
器３６の入力端にも接続されている。なお、オペアンプ
９０の非反転入力端は接地されている。

【００６０】このように構成された電圧検出回路２２で
は、整流平滑回路１８の出力電圧の電圧値（電圧モニタ
値）を示す電圧モニタ信号Ｖ_monをＡ／Ｄ変換器３６に
常時出力することができる。

【００６１】また、電流検出回路２４には一方の端子が
昇圧トランス１６の２次巻線の一方の端子に接続された
抵抗１０２が備えられており、抵抗１０２の他方の端子
は可変抵抗１０４を介して接地されている。また、抵抗
１０２の一方の端子はコンデンサ１０６を介して接地さ
れると共に、抵抗１０８を介してＡ／Ｄ変換器３６の入
力端にも接続されている。

【００６２】このように構成された電流検出回路２４で
は、整流平滑回路１８を流れる電流の電流値（電流モニ
タ値）を示す電流モニタ信号Ｉ_monをＡ／Ｄ変換器３６
に常時出力することができる。

【００６３】なお、高圧電源装置１０によって定電圧制
御を行う場合は電流検出回路２４を、定電流制御を行う
場合は電圧検出回路２２を、各々削減することができ
る。

【００６４】ここで、本第１実施形態に係る高圧電源装
置１０の高圧電源部１２では、整流平滑回路１８、抵抗
８２、出力端子８４、及び抵抗８６が１枚の基板上に配
置されており、該基板に対して絶縁材料（本実施形態で
はシリコン材）によりモールドすることによってモール
ド部３８を構成している。一方、昇圧トランス１６に対
してはモールドしない。

【００６５】すなわち、本実施形態に係る高圧電源部１
２では、上述したように整流平滑回路１８の昇圧率を大
きくすることによって昇圧トランス１６の昇圧率を小さ
くしているので、昇圧トランス１６においては高電位差
となる部分が発生せず、従ってリーク等を発生したり絶
縁破壊を起こしたりすることがないので、昇圧トランス
１６に対しては絶縁材料によるモールドを行う必要がな
いのである。

【００６６】次に、本第１実施形態の作用として、主制
御部２８のＣＰＵ３０で実施される制御について図３を
参照して説明する。なお、ここでは、定電圧制御を行う
場合について説明する。従って、この場合には図１及び
図２に示す高圧電源部１２から電流検出回路２４を削減
することができる。

【００６７】図３のステップ２００では、高圧電源部１
２が動作可能状態になっているか否かを判定し、動作可
能状態になっていない場合には動作可能状態になるまで
待機する。高圧電源部１２が動作可能状態になるとステ
ップ２００の判定が肯定されてステップ２０２へ移行
し、パルス発振器３４に対して所定デューティのＰＷＭ
信号ＰＷＭを生成させるように制御することによって、
上記所定デューティのＰＷＭ信号ＰＷＭのスイッチ素子
２０への出力を開始する。なお、本第１実施形態におけ
る上記所定デューティは、本定電圧制御において目標と
する電圧値（以下、目標電圧値という）が高圧電源部１
２によって生成される平均的なデューティを実験的に予
め求めておき、該平均的なデューティを適用している。

【００６８】次のステップ２０４では、上記ステップ２
０２によるＰＷＭ信号ＰＷＭの入力に応じて高圧電源部
１２から出力される電圧の値が安定するまでに要する時
間に相当する所定時間の経過待ちを行い、次のステップ
２０６では、Ａ／Ｄ変換器３６を介して電圧検出回路２
２から入力されている電圧モニタ信号Ｖ_monが示す電圧
モニタ値Ｖ_oを取込む。

【００６９】次のステップ２０８では、電圧モニタ値Ｖ
_oが上記目標電圧値に対応する目標値より大きいか否か
を判定し、大きくない場合（否定判定の場合）はステッ
プ２１０へ移行して電圧モニタ値Ｖ_oが上記目標値より
小さいか否かを判定する。

【００７０】一方、上記ステップ２０８で電圧モニタ値
Ｖ_oが目標値より大きいと判定された場合（肯定判定の
場合）はステップ２１２へ移行してＰＷＭ信号ＰＷＭの
デューティを所定量だけ減少させた後にステップ２１６
へ移行し、上記ステップ２１０で電圧モニタ値Ｖ_oが目
標値より小さいと判定された場合（肯定判定の場合）は
ステップ２１４へ移行してＰＷＭ信号ＰＷＭのデューテ
ィを所定量だけ増加させた後にステップ２１６へ移行す
る。なお、上記ステップ２１０で電圧モニタ値Ｖ_oが目
標値より小さくないと判定された場合（否定判定の場
合）は電圧モニタ値Ｖ_oが目標値と等しい場合であり、
この場合はＰＷＭ信号ＰＷＭのデューティを変化させる
ことなくステップ２１６へ移行する。

【００７１】すなわち、上記ステップ２０８〜ステップ
２１４の処理によって、電圧モニタ値Ｖ_oが目標値より
大きな場合はＰＷＭ信号ＰＷＭのデューティを所定量だ
け減少させることによって電圧モニタ値Ｖ_oを上記所定
量に対応する値だけ減少させ、逆に電圧モニタ値Ｖ_oが
目標値より小さな場合にはＰＷＭ信号ＰＷＭのデューテ
ィを所定量だけ増加させることによって電圧モニタ値Ｖ
_oを上記所定量に対応する値だけ増加させている。

【００７２】ステップ２１６では、高圧電源部１２を停
止させる状態になっているか否かを判定し、停止させる
状態になっていない場合（否定判定の場合）は上記ステ
ップ２０４へ戻って、ステップ２０４〜ステップ２１４
の処理を繰り返して実行し、高圧電源部１２が停止させ
る状態となった時点で肯定判定となって本制御を終了す
る。

【００７３】上記ステップ２０４〜ステップ２１４の繰
り返し処理によって、整流平滑回路１８の出力電圧が目
標電圧値に一致されるように制御される。

【００７４】以上のように定電圧制御が行われる際の、
高圧電源装置１０のデューティ−出力電圧特性の一例を
図４の特性Ｔ３に示す。

【００７５】すなわち、本第１実施形態に係る高圧電源
装置１０の高圧電源部１２では、昇圧トランス１６は絶
縁材料でモールドされていないので、昇圧トランス１６
が有する分布容量は絶縁材料でモールドされていた従来
技術に比較して非常に小さくなる。

【００７６】従って、上記従来技術で問題となっていた
スイッチング時の突入電流は、例えば図１４（Ｂ）に示
すように非常に小さくなり、共振電流除去回路１４によ
る作用と共同して、ＰＷＭ信号ＰＷＭのデューティの増
加に対する昇圧トランス１６の１次側電流の増加は理想
的な三角形に近づき、これに伴ってデューティと出力電
圧との関係は、図４の特性Ｔ３に示すように、デジタル
制御に適した出力の範囲内で線形（１次関数）に近く、
かつ傾斜の緩やかな特性となる。

【００７７】従って、上記デジタル制御に適した出力範
囲内で常に安定した出力を得ることができる。

【００７８】以上詳細に説明したように、本第１実施形
態に係る高圧電源装置では、整流平滑回路により昇圧ト
ランスの出力電圧を昇圧すると共に昇圧トランスの昇圧
率を小さく抑えることによって昇圧トランスに対する絶
縁材料によるモールドを行わない構成としたので、昇圧
トランスの分布容量を小さくすることができ、デジタル
制御に適した出力範囲内で常に安定した出力を得ること
ができる。

【００７９】また、本第１実施形態に係る高圧電源装置
では、昇圧トランスの１次巻線側に共振電流除去回路を
設けているので、昇圧トランスの励磁インダクタンスと
浮遊容量による共振電流の発生を回避することができ、
共振電流除去回路を設けない場合に比較して、より安定
した出力を得ることができる。

【００８０】〔第２実施形態〕次に、図５を参照して、
本発明の第２実施形態について説明する。なお、本第２
実施形態では、上記第１実施形態における高圧電源部の
別の構成例について説明する。従って、本第２実施形態
における高圧電源部以外の構成及び作用については上記
第１実施形態と同様であるので、ここでの説明は省略す
る。また、図５における図２と同様の部分には同一の符
号を付して、その説明を省略する。

【００８１】図５に示すように、本第２実施形態に係る
高圧電源部１２’は、上記第１実施形態に係る高圧電源
部１２に対して、絶縁材料によってモールドを行うモー
ルド部が第１実施形態におけるモールド部３８のコンデ
ンサ６２及びダイオード６４を除いた領域であるモール
ド部３８’とされている点のみが上記第１実施形態と相
違している。

【００８２】すなわち、絶縁材料によるモールド対象と
する領域は高電位差が生じている領域であり、必ずしも
整流平滑回路１８の全てを含める必要はなく、図５に示
すように、整流平滑回路１８のなかでも電位が高くなる
後段側のみをモールド対象としても、図４の特性Ｔ３に
示すものと略同様の良好な特性を得ることができる。

【００８３】以上詳細に説明したように、本第２実施形
態に係る高圧電源装置では、上記第１実施形態と同様
に、整流平滑回路により昇圧トランスの出力電圧を昇圧
すると共に昇圧トランスの昇圧率を小さく抑えることに
よって昇圧トランスに対する絶縁材料によるモールドを
行わない構成としたので、昇圧トランスの分布容量を小
さくすることができ、デジタル制御に適した出力範囲内
で常に安定した出力を得ることができると共に、絶縁材
料によるモールド実施の領域を上記第１実施形態に比較
して狭くしたので、上記第１実施形態に比較して低コス
ト化及び省スペース化を行うことができる。

【００８４】なお、上記各実施形態では、作用としてＣ
ＰＵ３０が定電圧制御を行う場合について説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、定電流制御を
行うこともできる。

【００８５】この場合は、電流検出回路２４からＡ／Ｄ
変換器３６を介して入力されている電流モニタ信号Ｉ
_monが示す電流モニタ値（電流値を示すデジタル値）が
目標値と一致するようにＰＷＭ信号ＰＷＭのデューティ
を制御する。

【００８６】ここで、出力電流値を大きくする場合はＰ
ＷＭ信号ＰＷＭのデューティを大きくし、出力電流値を
小さくする場合にはＰＷＭ信号ＰＷＭのデューティを小
さくすればよい。このＰＷＭ信号ＰＷＭはスイッチ素子
２０に入力されてＰＷＭ信号ＰＷＭのデューティに応じ
てスイッチ素子２０がオン／オフを繰り返すことによっ
て出力電流の値が目標値と一致するように制御される。
この場合は、図１、図２及び図５における電圧検出回路
２２を削減することができる。

【００８７】また、上記各実施形態において図２（図
５）に示した整流平滑回路１８の回路構成は一例であ
り、昇圧トランスから入力された交番出力を整流しかつ
平滑すると共に昇圧することができる構成であれば如何
なるものでも適用することができる。

【００８８】また、上記各実施形態において図２（図
５）に示した高圧電源部１２（１２’）を構成する共振
電流除去回路１４、スイッチ素子２０、電圧検出回路２
２、及び電流検出回路２４の回路構成についても一例で
あり、上記各部の機能を実現することができる回路構成
であれば如何なるものでも適用することができることは
いうまでもない。

【００８９】また、上記各実施形態では、図３のステッ
プ２０２において適用している所定デューティを、目標
電圧値の電圧が整流平滑回路１８によって生成されると
きの平均的なデューティとした場合について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、高圧電源
装置を構成している各部に対して支障のないデューティ
であれば如何なるデューティでも適用することができ
る。

【００９０】また、上記各実施形態では、デジタル制御
方式の電源装置に本発明を適用した場合について説明し
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明
は図６（Ｂ）に示すようなアナログ制御方式の電源装置
にも適用することができる。

【００９１】更に、上記各実施形態では、整流平滑回路
等をモールドする際に用いる絶縁材料としてシリコン材
を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、例えばエポキシ材を適用する形
態としてもよい。

【００９２】

【発明の効果】本発明によれば、トランスの２次巻線側
に昇圧手段を備えると共にトランスをモールドの対象外
とする構成としているので、トランスの分布容量を小さ
くすることができ、出力可変範囲内で常に安定した出力
を得ることができる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る高圧電源装置の概略構成
を示すブロック図である。

【図２】第１実施形態に係る高圧電源装置の高圧電源
部の構成の一例を示す回路図である。

【図３】第１実施形態に係る高圧電源装置の作用を示
すフローチャートである。

【図４】第１実施形態に係る高圧電源装置のデューテ
ィ−出力電圧特性の一例を示すグラフである。

【図５】第２実施形態に係る高圧電源装置の高圧電源
部の構成の一例を示す回路図である。

【図６】従来の電源装置の概略構成を示す図であり、
（Ａ）はデジタル制御方式の電源装置の構成例を、
（Ｂ）はアナログ制御方式の電源装置の構成例を、各々
示すブロック図である。

【図７】（Ａ）はＣＰＵの基準クロック信号の状態
を、（Ｂ）はパルス発振器が８ビット構成である場合の
１周期の状態及び１ビット当たりの分解能を、（Ｃ）は
パルス発振器が１０ビット構成である場合の１周期の状
態及び１ビット当たりの分解能を、各々示すタイムチャ
ートである。

【図８】（Ａ）はＣＰＵの基準クロック信号とＰＷＭ
信号との関係を示すタイムチャートであり、（Ｂ）はＰ
ＷＭ信号のデューティと出力電圧との関係を示すグラフ
である。

【図９】従来技術の問題点の説明に用いるデューティ
−出力電圧特性のグラフである。

【図１０】従来技術の問題点の説明に用いる図であ
り、（Ａ）は昇圧トランスの１次側電流の理想的な波形
を、（Ｂ）は共振電流の波形を、（Ｃ）は（Ｂ）の共振
電流の影響を受けた昇圧トランスの１次側電流の波形
を、（Ｄ）は共振電流除去回路を設けた場合の昇圧トラ
ンスの１次側電流の波形を、各々示す波形図である。

【図１１】従来技術の別の問題点の説明に用いる波形
図である。

【図１２】従来技術の回路構成の一例を示す回路図で
ある。

【図１３】従来技術の回路構成の別の例を示す回路図
である。

【図１４】（Ａ）は従来技術の問題点の説明に用いる
波形図であり、（Ｂ）は本発明の効果の説明に用いる波
形図である。

【図１５】従来技術の問題点の説明に用いる実測波形
図である。

【符号の説明】

１０高圧電源装置１２、１２’ 高圧電源部１４共振電流除去回路（共振電流除去手段）１６昇圧トランス（トランス）１８整流平滑回路（昇圧手段）２０スイッチ素子（スイッチ手段）２２電圧検出回路（検出手段）２４電流検出回路（検出手段）２６直流電源２８主制御部３０ＣＰＵ（制御手段）３２演算器３４パルス発振器３６Ａ／Ｄ変換器３８、３８’ モールド部４０負荷

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トランスと、前記トランスの１次巻線側に設けられ、前記トランスの
１次巻線への電源入力をスイッチングするスイッチ手段
と、前記トランスの２次巻線側に設けられ、前記トランスの
２次巻線側の電圧を昇圧する昇圧手段と、を備えた電源装置であって、前記昇圧手段の一部又は全部を絶縁材料によりモールド
し、かつ前記トランスをモールドの対象外とすることを
特徴とする電源装置。
【請求項２】昇圧用のトランスと、前記トランスの１次巻線側に供給するための直流電源入
力を生成する直流電源と、前記トランスの２次巻線側に発生する交番出力を整流か
つ平滑すると共に昇圧して出力する昇圧手段と、パルス幅変調信号に応じて前記直流電源から前記１次巻
線側に供給される直流電源入力を断続するスイッチ手段
と、前記昇圧手段からの出力の大きさを検出する検出手段
と、前記出力の大きさが予め設定された目標値と一致するよ
うに前記パルス幅変調信号のデューティを制御する制御
手段と、を備えた電源装置であって、前記昇圧手段の一部又は全部を絶縁材料によりモールド
し、かつ前記トランスをモールドの対象外とすることを
特徴とする電源装置。
【請求項３】前記トランスの１次巻線側に、１次巻線
に流れる共振電流を除去する共振電流除去手段を更に備
えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電源
装置。