JP2000069767A - 自励式共振型インバータ回路 - Google Patents
自励式共振型インバータ回路Info
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Abstract
を不要にし、出力安定化制御や必要に応じた可変出力制
御を実現容易にする。 【解決手段】 FETQ12、1次巻線L12および共
振用キャパシタC12を有し、直流電源Eからの直流電
力を高周波の交流電力に変換する直流交流変換回路12
と、1次巻線L12と磁気結合する帰還巻線L13から
得られる起電力を利用してFETQ12をオンにするオ
ン制御回路13と、2個のダイオードD141,D14
2、2個の抵抗R141,R142、1次巻線L12と
磁気結合する帰還巻線L14の一端側に接続されるオフ
制御用キャパシタC141、ダイオードD143、およ
びトランジスタQ14を有し、オフ制御用キャパシタC
141の充電時間に応じてFETQ12のオン期間の制
御を行うとともに、このオン期間の経過時にトランジス
タQ14がFETQ12をオフにするオフ制御回路14
とを備える。
Description
共振用キャパシタの共振回路とスイッチング素子とを有
し、インダクタと磁気結合する帰還インダクタから得ら
れる起電力を利用してスイッチング素子のオン/オフ制
御を行って、直流電源からの直流電力を高周波の交流電
力に変換する自励式共振型インバータ回路に関するもの
である。
流)を正弦波状にしてスイッチング損失を低減するよう
にした共振型インバータ技術が、従来のハードスイッチ
ング方式よりも高効率で低ノイズであることから急速に
実用化されてきている。
方式では、スイッチング素子への正弦波状電圧がゼロに
近づいた時点でスイッチング素子をオンにするいわゆる
ゼロ電圧スイッチングを実現する必要があるとともに、
スイッチング素子のオン期間を制御可能にして出力を安
定化する必要がある。一般に、これらを実現するため
に、スイッチング素子への電圧の監視を行い、この監視
結果に応じてスイッチング素子をオンにし、次いでタイ
マなどの計時による所定時間の経過後にスイッチング素
子をオフにする一方、回路中の安定化すべき部位の信号
の検出を行い、この検出結果に応じてスイッチング素子
のオン期間を制御する方法が採られる。
グ素子への電圧の監視を行い、この監視結果に応じてス
イッチング素子をオンにする回路、スイッチング素子の
オン期間を管理する回路およびオン期間を制御する別の
制御回路が必要となるので、部品点数が増大して回路が
複雑になるとともにコストアップとなる。
て、バイアス回路および帰還インダクタを用いた簡単な
回路でゼロ電圧スイッチングを実現する自励発振の回路
方式がある。
例を示す従来の自励式共振型インバータ回路の概略構成
図で、この自励式共振型インバータ回路は、電界効果ト
ランジスタ(FET)Q12の起動用の起動回路11
と、FETQ12、トランスT1の1次巻線L12およ
び共振用キャパシタC12などにより構成され直流電源
Eからの直流電力を高周波の交流電力に変換する直流交
流変換回路12と、トランスT1に設けられた(図9で
は1次側に設けられている。)帰還巻線L13から得ら
れる起電力を利用してFETQ12をオンにするオン制
御回路13と、FETQ12のオン期間における1次巻
線L12上の電流の増大を電圧の上昇で検出する抵抗R
14paおよびこの抵抗R14paの電圧がターンオンしき
い値に達するとオンになってFETQ12をオフにする
トランジスタQ14などにより構成されるオフ制御回路
14paとを備えている。
9−322416号公報に開示されている。
スタQ14のような補助スイッチング素子を使用する別
の方式が特開平5−304773号公報に記載されてい
る。補助スイッチング素子としてトランジスタQ2paを
使用するこの回路では、帰還巻線L1paに誘導される起
電力によって抵抗R1paを介してキャパシタC1paに正
電圧が印加されると、キャパシタC1paの電圧が上昇
し、この電圧がトランジスタQ2paのターンオンしきい
値に達すると、トランジスタQ2paがオンになってメイ
ンのトランジスタQ1paがオフになる構成になってい
る。
自励式共振型インバータ回路は、低出力で使用される場
合には非常にシンプルで信頼性の高い回路方式になるも
のの、高出力で使用される場合には電流増大検出用の抵
抗R14paでの損失が増大するので放熱対策が必要にな
ってくる。
策は不要となるが別の問題が生じてくる。すなわち、帰
還巻線L1paに誘導される起電力によって抵抗R1paを
介してキャパシタC1paに負電圧が印加されると、キャ
パシタC1paの電荷がダイオードD1paを介して瞬時に
放電し、キャパシタC1paの電圧が帰還巻線L1paの負
電圧にほぼ等しくなる。このため、トランジスタQ2pa
のベース電圧が負に大きく降圧され、トランジスタQ2
paが破壊に至る可能性がある。また、この回路方式は、
充電期間が帰還巻線L1paの電圧の大きさに反比例して
おり、負帰還作用により自動的に主巻線の電圧出力を安
定化させる構成になっており、厳密に安定化させる場
合、他の部分例えば出力電流などを安定化させる場合、
あるいは2次電池への充電などのように最初は大電流で
後に小電流となるような時間的に出力を変化させる場合
に対応可能になっていない。
であり、高出力時でも抵抗での損失に対する放熱対策が
不要で、出力安定化制御や必要に応じた可変出力制御が
実現容易となる自励式共振型インバータ回路を提供する
ことを目的とする。
の本発明の自励式共振型インバータ回路は、直流電源の
両出力端間のオン/オフを行う主スイッチング素子、こ
の主スイッチング素子がオン/オフを行う経路上に介在
するインダクタ、およびこのインダクタとともに共振回
路を構成する共振用キャパシタを有し、前記直流電源か
らの直流電力を高周波の交流電力に変換する直流交流変
換回路と、前記インダクタと磁気結合する帰還インダク
タから得られる起電力を利用して前記主スイッチング素
子をオンにするオン制御回路と、逆並列接続される2個
のダイオード、これら2個のダイオードとそれぞれ直列
回路を構成する2個の抵抗、前記インダクタと磁気結合
する帰還インダクタの一端側に前記2組の直列回路を介
して一端が接続されるオフ制御用キャパシタ、このオフ
制御用キャパシタの一端側にアノードが接続されるダイ
オード、およびこのダイオードのカソード側に接続され
る補助スイッチング素子を有し、前記オフ制御用キャパ
シタの充電時間に応じて前記主スイッチング素子のオン
時点からオフ時点までのオン期間の制御を行うととも
に、このオン期間の経過時に前記補助スイッチング素子
が前記主スイッチング素子をオフにするオフ制御回路と
を備えるものである。
/オフを行う経路上に抵抗が例えば単独で存在しないこ
とから高出力時でも抵抗での損失に対する放熱対策が不
要になる。また、オフ制御用キャパシタに電圧を別途印
可すると主スイッチング素子のオン期間が短くなるの
で、出力安定化制御や必要に応じた可変出力制御が実現
容易となる。
チング素子のオン用に利用される起電力を得るための前
記帰還インダクタとして第1帰還インダクタを有し、前
記オフ制御回路は、前記2組の直列回路を介して前記オ
フ制御用キャパシタに接続される前記帰還インダクタと
して第2帰還インダクタを有する構成でもよい。この構
成でも、高出力時でも抵抗での損失に対する放熱対策が
不要になるとともに出力安定化制御や必要に応じた可変
出力制御が実現容易となる。
路の双方は、前記インダクタと磁気結合する帰還インダ
クタを同一の帰還インダクタで共有する構成でもよい。
この構成によれば、高出力時でも抵抗での損失に対する
放熱対策が不要になるとともに出力安定化制御や必要に
応じた可変出力制御が実現容易となる。また、同一の帰
還インダクタが共有されることから小型化が可能にな
る。
よび他端にそれぞれカソードおよびアノードが接続され
る放電電圧クランプ用のダイオードを備える構成でもよ
い。この構成によれば、補助スイッチング素子の電圧が
負方向に大きく降圧されるのが抑制される。
の正極性の電圧を一定にして前記2組の直列回路を介し
て前記オフ制御用キャパシタに印加する定電圧回路を備
える構成でもよい。この構成によれば、主スイッチング
素子のオフ制御が安定するようになる。
供給用の電源を備える構成でもよい。この構成では、電
源からのバイアス電圧をオフ制御用キャパシタに適宜印
加することにより主スイッチング素子のオン期間が調整
される。
子のオン期間調整制御用の信号検出を行う検出回路と、
この検出回路の検出結果に応じて前記オフ制御用キャパ
シタに電力を供給する制御回路とを備える構成でもよ
い。この構成では、主スイッチング素子のオン期間が自
動的に調整されるようになる。
り、前記共振用キャパシタは前記インダクタに並列接続
される構成でもよい。この構成によれば、高出力時でも
抵抗での損失に対する放熱対策が不要になるとともに出
力安定化制御や必要に応じた可変出力制御が実現容易と
なる。
路およびオフ制御回路を2組有し、前記2組の一方にお
ける前記直流交流変換回路のインダクタ、前記オン制御
回路で利用される帰還インダクタ、および前記オフ制御
回路で利用される帰還インダクタは、それぞれ前記2組
の他方における前記直流交流変換回路のインダクタ前記
オン制御回路で利用される帰還インダクタ、および前記
オフ制御回路で利用される帰還インダクタに対して極性
が逆であり、前記2組の各共振用キャパシタは同一組内
のインダクタに並列接続される構成でもよい。この構成
によれば、高出力時でも抵抗での損失に対する放熱対策
が不要になるとともに出力安定化制御や必要に応じた可
変出力制御が実現容易となる。また、プッシュプル回路
方式の構成が可能になる。
回路を各2個有し、前記直流交流変換回路は、前記主ス
イッチング素子、前記直流電源と直列接続される別の直
流電源の両出力端間のオン/オフを行う別の主スイッチ
ング素子、これら2石の主スイッチング素子の各々に並
列接続される共振用キャパシタ、および前記2石の主ス
イッチング素子の一方がオン/オフを行う経路上に介在
するとともに前記2石の主スイッチング素子の他方がオ
ン/オフを行う経路上に介在するインダクタを有し、前
記2個のオン制御回路は、それぞれ前記2石の主スイッ
チング素子を前記帰還インダクタから得られる起電力を
利用してオンにし、前記2個のオフ制御回路は、それぞ
れ、前記2石の主スイッチング素子のオン期間の制御を
行うとともに、前記2石の主スイッチング素子を前記オ
ン期間の経過時にオフにし、前記2個のオン制御回路の
一方で利用される帰還インダクタは、前記2個のオン制
御回路の他方で利用される帰還インダクタに対して極性
が逆であり、前記2個のオフ制御回路の一方で利用され
る帰還インダクタは、前記2個のオフ制御回路の他方で
利用される帰還インダクタに対して極性が逆である構成
でもよい。この構成によれば、放熱対策が不要になると
ともに出力安定化制御や必要に応じた可変出力制御が実
現容易となる。また、ハーフブリッジ回路方式の構成が
可能になる。
る自励式共振型インバータ回路を示す概略構成図で、以
下この図1を用いて第1実施形態について説明すると、
本自励式共振型インバータ回路は、起動回路11、直流
交流変換回路12およびオン制御回路13を図9と同様
に備えているとともに、図9のオフ制御回路14paとは
回路構成が異なるオフ制御回路14を備えている。な
お、直流電源Eは、交流電源からの電力に対して整流お
よび平滑などを行って直流電力を得る電源回路でもよ
く、あるいはバッテリやポリアセン2次電池などでもよ
い。
力端に一端が接続される抵抗R11およびこの抵抗R1
1の他端と直流電源Eの低電位側出力端との間に接続さ
れるキャパシタC11により構成され、起動時にキャパ
シタC11に発生する電圧でFETQ12をオンさせる
ものである。ただし、キャパシタC11の電圧は、後述
する帰還巻線L13および抵抗R13を介して、FET
Q12のゲートに印加される構成になっている。
出力端間のオン/オフを行うFET(主スイッチング素
子)Q12、このFETQ12がオン/オフを行う経路
上の高電位側に介在するトランスT1の1次巻線(イン
ダクタ)L12、この1次巻線L12に並列接続され1
次巻線L12とともに共振(電圧共振)回路を構成する
共振用キャパシタC12、上記経路上に介在しアノード
およびカソードがそれぞれ1次巻線L12およびFET
Q12のドレインに接続されるダイオードD12、この
ダイオードD12に並列接続される抵抗R12、および
トランスT1の2次巻線L15により構成され、直流電
源Eからの直流電力を高周波の交流電力に変換して2次
巻線L15の両端に出力するものである。
では1次側)に設けられ抵抗R11とキャパシタC11
との間に一端が接続される帰還巻線(第1帰還インダク
タ)L13、およびこの帰還巻線L13の他端とFET
Q12のゲートとの間に接続される抵抗R13により構
成され、帰還巻線L13から得られる起電力を利用して
FETQ12をオンにするものである。
逆になるように)並列接続される2個のダイオードD1
41,D142、これら2個のダイオードD141,D
142とそれぞれ直列回路を構成する2個の抵抗R14
1,R142、トランスT1に設けられ上記2組の直列
回路の一端およびグランドにそれぞれ一端および他端が
接続される帰還巻線(第2帰還インダクタ)L14、こ
の帰還巻線L14の一端側に上記2組の直列回路を介し
て一端が接続される他端接地のオフ制御用キャパシタC
141、このオフ制御用キャパシタC141の一端側に
アノードが接続されるダイオードD143、オフ制御用
キャパシタC141の一端および他端にそれぞれカソー
ドおよびアノードが接続される放電電圧クランプ用のダ
イオードD144、FETQ12のゲートにアノードが
接続されるダイオードD145、ダイオードD143,
D145のカソードにそれぞれベースおよびコレクタが
接続されるエミッタ接地のトランジスタ(補助スイッチ
ング素子)Q14、およびこのトランジスタQ14のベ
ース・エミッタ間に接続されるキャパシタC142によ
り構成され、オフ制御用キャパシタC141の充電時間
に応じてFETQ12のオン時点からオフ時点までのオ
ン期間の制御を行うとともに、このオン期間の経過時に
トランジスタQ14をオンにしてFETQ12をオフに
するものである。ただし、ダイオードD144は、オフ
制御用キャパシタC141の負電位を当該ダイオードD
144の順方向電圧分のマイナス0.7V程度にクラン
プし、トランジスタQ14のベース電圧が負方向に大き
く降圧されるのを抑制するためのものである。
の両端のうち、直流電源Eの高電位側出力端に接続され
る一端の極性を正とすると、帰還巻線L13は、他端
(図1では下端)の極性が正となるようにトランスT1
に巻かれ、1次巻線L12と磁気結合している一方、帰
還巻線L14は、一端(図1では上端)の極性が正とな
るようにトランスT1に巻かれ、1次巻線L12と磁気
結合している。
作時における1次巻線L12のFETQ12側の電圧V
d、FETQ12を流れるドレイン電流Id、FETQ
12のゲート電圧Vg、トランジスタQ14のベース電
圧Vbおよびオフ制御用キャパシタC141の電圧Vc
を示す波形図で、以下この図2を用いて本自励式共振型
インバータ回路の動作について説明する。
ついて説明する。電源が投入されると、直流電源Eの出
力電圧が起動回路11に印加し、キャパシタC11の電
圧が上昇してFETQ12のゲート電圧が上昇する。こ
の後、FETQ12のゲート電圧がそのターンオンしき
い値に達するとFETQ12がオンになる。
E、1次巻線L12、ダイオードD12、FETQ12
および直流電源Eの経路上にこの順番に電流が増大しな
がら流れる。この電流によって1次巻線L12が正に励
磁されて帰還巻線L14に正の起電力が誘導される。こ
れにより、帰還巻線L14から一方(図1では上方)の
直列回路を介してオフ制御用キャパシタC141に正電
圧が印可され、オフ制御用キャパシタC141の電圧が
上昇してトランジスタQ14のベース電圧が上昇する。
この後、トランジスタQ14のベース電圧がそのターン
オンしきい値に達すると、トランジスタQ14がオンに
なってFETQ12がオフになる(時点t0)。
て説明する。FETQ12がオフになると(時点t
0)、1次巻線L12の励磁エネルギが共振用キャパシ
タC12への移動を開始して共振が始まり、共振回路に
共振電圧が発生する。すなわち、1次巻線L12の励磁
エネルギが共振用キャパシタC12に移動するにつれて
電圧Vdが正弦波状に上昇し、励磁エネルギの移動完了
時点で最大となる。このような電圧変動が生じると、1
次巻線L12が逆に励磁されて帰還巻線L13,14に
逆の起電力が誘導される。これにより、帰還巻線L13
から逆の電圧が印加されてFETQ12のゲート電圧V
gが正弦波状に下降する。一方、帰還巻線L14にも逆
の電圧が発生し、オフ制御用キャパシタC141が下方
の直列回路を介して放電を始めてトランジスタQ14の
ベース電圧Vbが下降する。
Vbがそのターンオンしきい値よりも低くなるとトラン
ジスタQ14がオフになる一方、FETQ12のゲート
電圧Vgもターンオンしきい値よりも低くなるからFE
TQ12のオフ状態が維持される。
巻線L12の励磁エネルギの移動が完了すると、移動し
たエネルギが1次巻線L12に戻り始め、戻るにつれて
電圧Vdが正弦波状に下降する。このような電圧変動が
生じると、1次巻線L12が正に励磁されて帰還巻線L
13,14に正の起電力が誘導される。これにより、帰
還巻線L13から正の電圧が印加されてFETQ12の
ゲート電圧Vgが正弦波状に上昇する。一方、帰還巻線
L14からオフ制御用キャパシタC141側に正電圧が
印可されるが、その誘導起電力ではオフ制御用キャパシ
タC141の電圧が上昇するには至らない。
ターンオンしきい値に達すると(時点t1)、FETQ
12がオンになる。このとき、FETQ12への正弦波
状電圧Vdがゼロに近づいた時点t1でFETQ12が
オンになるので、ゼロ電圧スイッチングが実現されるこ
とになる。
時点t2の動作について概説する。FETQ12がオン
になると(時点t1)、ドレイン電流Idが流れ、1次
巻線L12が正に励磁されて帰還巻線L14に正の起電
力が誘導され、これにより、帰還巻線L14からオフ制
御用キャパシタC141に正電圧が印可され、オフ制御
用キャパシタC141の電圧Vcが上昇してトランジス
タQ14のベース電圧Vbが上昇する。この後、トラン
ジスタQ14のベース電圧Vbがそのターンオンしきい
値に達すると(時点t2)、トランジスタQ14がオン
になってFETQ12がオフになる。
いて概説する。FETQ12がオフになると(時点t
2)、1次巻線L12の励磁エネルギが共振用キャパシ
タC12に移動を始め、1次巻線L12が逆に励磁され
て帰還巻線L13,14に逆の起電力が誘導される。こ
れにより、帰還巻線L13から逆の電圧が印加されてF
ETQ12のゲート電圧Vgが正弦波状に下降する。一
方、帰還巻線L14に逆の電圧が発生し、オフ制御用キ
ャパシタC141が放電を始めてトランジスタQ14の
ベース電圧Vbが下降する。
Vbがそのターンオンしきい値よりも低くなるとトラン
ジスタQ14がオフになる一方、FETQ12のオフ状
態が維持される。この後、オフ制御用キャパシタC14
1の放電が完了する(時点t3)。
巻線L12の励磁エネルギの移動が完了すると、移動し
たエネルギが1次巻線L12に戻り始め、戻るにつれて
電圧Vdが正弦波状に下降し、1次巻線L12が正に励
磁されて帰還巻線L13に正の起電力が誘導される。こ
れにより、帰還巻線L13から正の電圧が印加されてF
ETQ12のゲート電圧Vgが正弦波状に上昇し、ター
ンオンしきい値に達すると、FETQ12がオンになる
(時点t4)。このようにしてインバータ動作が持続す
る。
2のオン時にドレイン電流が直に流れる抵抗が存在しな
いことから高出力時でも抵抗での損失に対する放熱対策
を不要にすることが可能になる。また、オフ制御用キャ
パシタに電圧を別途印可すると主スイッチング素子のオ
ン期間が短くなるので、後述するように、出力安定化制
御や必要に応じた可変出力制御が実現容易となる。さら
に、少ない部品でゼロ電圧スイッチングが可能になる。
使用される構成になっているが、これに限らず、特開平
9−322416号公報記載の非接触式充電装置のよう
に、1次巻線L12および2次巻線L15をそれぞれ非
接触で磁気結合する2個のコイルに代え、そして帰還巻
線L13,L14をそれぞれ1次巻線L12に代わるコ
イルに磁気結合する2個のコイルに代えた構成でもよ
い。
共振型インバータ回路を示す概略構成図で、以下この図
3を用いて第2実施形態について説明すると、本自励式
共振型インバータ回路は、起動回路11、直流交流変換
回路12およびオン制御回路13を第1実施形態と同様
に備えているとともに、第1実施形態のオフ制御回路1
4とは回路構成が異なるオフ制御回路24を備えてい
る。
4と同様に、ダイオードD141,D142、抵抗R1
41,R142、オフ制御用キャパシタC141、ダイ
オードD143〜D145、トランジスタQ14および
キャパシタC142を備えている他、オフ制御回路14
と異なる回路素子として、2組の直列回路の一端および
グランドにそれぞれカソードおよびアノードが接続され
た低電圧ダイオードZD241、およびこの低電圧ダイ
オードZD241のカソードと抵抗R13側の帰還巻線
L13との間に接続された抵抗R241を備えている。
抵抗R241は、帰還巻線L13からの起電力の正極性
の電圧を一定にして、上記2組の直列回路(詳しくは上
方の直列回路)を介してオフ制御用キャパシタC141
に印加する定電圧回路を構成する。
と、帰還巻線L14に代わる帰還巻線L13にドレイン
電流に応じた正の起電力が誘導されると、上記定電圧回
路により、帰還巻線L13からオフ制御用キャパシタC
141側に一定の正の電圧が印加されることになって、
オフ制御回路24によるFETQ12のオフ制御が安定
することとなる。
L13の動作は第1実施形態の帰還巻線L14と同様で
あるので、本自励式共振型インバータ回路の動作は第1
実施形態の自励式共振型インバータ回路の動作と同様と
なる。
態と同様の効果を奏することが可能になる他、帰還巻線
L14が不要になることから小型化が可能になるととも
に、定電圧回路により安定したFETQ12のオフ制御
が可能になる。
共振型インバータ回路を示す概略構成図で、以下この図
4を用いて第3実施形態について説明すると、本自励式
共振型インバータ回路は、起動回路11、直流交流変換
回路12、オン制御回路13およびオフ制御回路14を
第1実施形態と同様に備えているとともに、ダイオード
D35、抵抗R35、およびこれらダイオードD35お
よび抵抗R35を介してオフ制御用キャパシタC141
にバイアス電圧(電力)を適宜印加(供給)する電圧源
(電源)35を備えている。
る。電圧源35がバイアス電圧をオフ制御用キャパシタ
C141側に印加すると、トランジスタQ14のベース
電圧がターンオンしきい値に達するまでの時間が短くな
り、これにより、FETQ12のオン期間が短くなる。
態と同様に動作することから同様の効果を奏することが
可能になるとともに、電圧源35からのバイアス電圧を
オフ制御用キャパシタC141に適宜印加することによ
りFETQ12のオン期間の調整制御が可能になる。
共振型インバータ回路を示す概略構成図で、以下この図
5を用いて第4実施形態について説明すると、本自励式
共振型インバータ回路は、起動回路11、直流交流変換
回路12、オン制御回路13およびオフ制御回路14を
第1実施形態と同様に備えているとともに、ダイオード
D45、およびこのダイオードD45を介してオフ制御
用キャパシタC141にバイアス電圧を印加する電圧源
(電源)45を備えている。
間調整制御用の信号として、例えば直流交流変換回路1
2の出力部から出力情報を検出する出力情報検出回路
(検出回路)451、およびこの出力情報検出回路45
1の検出結果に応じてFETQ12のオン期間調整用の
電圧を生成してダイオードD45を介してオフ制御用キ
ャパシタC141に印加する制御回路452により構成
されている。
と、直流交流変換回路12の出力情報に応じて得られた
電圧がダイオードD45を介してオフ制御用キャパシタ
C141に印加される。これにより、オフ制御用キャパ
シタC141の電圧がトランジスタQ14のターンオン
しきい値に達するまでの時間が短くなってFETQ12
のオン期間が短くなるから、直流交流変換回路12の出
力情報に応じたFETQ12のオン期間の自動調整制御
が可能になる。
態と同様に動作することから同様の効果を奏することが
可能になるとともに、FETQ12のオン期間の自動調
整制御が可能になる。
オン期間調整制御用の信号として、直流交流変換回路1
2の出力部から出力情報が検出される構成になっている
が、その検出する部分は任意的である。例えばFETQ
12のオン期間調整制御用の信号として、FETQ12
のドレイン電流の検出を行って、この検出結果に応じて
FETQ12のオン期間を調整制御する構成でもよい。
共振型インバータ回路を示す概略構成図で、以下この図
6を用いて第5実施形態について説明すると、本自励式
共振型インバータ回路は、2個の起動回路11、実質的
に2個分の直流交流変換回路12に相当する直流交流変
換回路52、2個のオン制御回路13および2個のオフ
制御回路14を有している。
(主スイッチング素子)Q52、2個の共振用キャパシ
タC52、センタタップで分離される2部分が2個分の
1次巻線L12に相当する1次巻線L52、およびセン
タタップで分離される2部分が2個分の2次巻線L15
に相当する2次巻線L55により構成されている。
の一方(図6では上方の組み)における1次巻線L52
の一方の部分(インダクタ)、帰還巻線L13および帰
還巻線L14は、それぞれ2組の他方(図6では下方の
組み)における1次巻線L52の他方の部分(インダク
タ)、帰還巻線L13および帰還巻線L14に対して極
性が逆であり、2組の各共振用キャパシタC52は同一
組内の1次巻線L52の一部分に並列接続されている。
なお、本自励式共振型インバータ回路の出力には、2個
のダイオードD51,52、およびキャパシタC51を
介して負荷Zが接続されている。
2個分の第1実施形態の自励式共振型インバータ回路に
相当する本自励式共振型インバータ回路がプッシュプル
動作を行うようになり、プッシュプル回路方式の構成が
可能になる。
振型インバータ回路が実質的に2個分の第1実施形態の
自励式共振型インバータ回路によって構成されるので、
第1実施形態と同様の効果を奏することが可能になると
ともに、プッシュプル回路方式の構成が可能になる。
共振型インバータ回路を示す概略構成図で、以下この図
7を用いて第6実施形態について説明すると、本自励式
共振型インバータ回路は、2個のコンデンサC1,C
2、2個のダイオードD61、および直流交流変換回路
62に加えて、起動回路11、オン制御回路13および
オフ制御回路14を各2個有している。なお、本自励式
共振型インバータ回路の出力には、第6実施形態と同様
に、2個のダイオードD51,52およびキャパシタC
51を介して負荷Zが接続されている。
力端の間に直列接続され、それぞれに直流電源Eの半分
の電圧が発生するように設定されている。
デンサC11の間にアノードが接続され、後述のFET
Q62のドレインにカソードが接続されており、FET
Q62のオン時間が長くなりすぎないようにするための
ものである。すなわち、コンデンサC11の電圧がFE
TQ62のターンオン電圧を維持すると、コンデンサC
11、帰還巻線L13、抵抗R13、ダイオードD14
5、トランジスタQ14およびコンデンサC11の経路
でターンオフされるターンオフ時間が長くなる。一度、
共振が始まると、帰還巻線L13の起電力でFETQ6
2を十分オンにできるので、ダイオードD61を用い
て、FETQ62のオン時にコンデンサC11、ダイオ
ードD61、FETQ62およびコンデンサC11の経
路でコンデンサC11の電荷を放電させ、コンデンサC
11の両端電圧がほぼ0Vになるようにしている。
流電源)C1の両端間のオン/オフを行うFET(主ス
イッチング素子)Q62、コンデンサ(別の直流電源)
C2の両端間のオン/オフを行う別のFETQ62、こ
れら2石のFETQ62の各々に並列接続される共振用
キャパシタC62、一方のFETQ62がオン/オフを
行う経路上に介在するとともに他方のFETQ62がオ
ン/オフを行う経路上に介在する1次巻線(インダク
タ)L62、およびこの1次巻線L62に磁気結合する
センタタップ付の2次巻線L65を有している。
れ2石のFETQ62を帰還巻線L13から得られる起
電力を利用してオンにし、また2個のオフ制御回路14
は、それぞれ、オフ制御用キャパシタC141の充電時
間に応じて2石のFETQ62のオン期間の制御を行う
とともに、2石のFETQ62をそのオン期間の経過時
にオフにするように接続されている。
還巻線L13に対して極性が逆で、また一方の帰還巻線
L14は他方の帰還巻線L14に対して極性が逆であ
る。
ETQ62が交互にオン/オフを行うハーフブリッジ回
路が得られる。また、このハーフブリッジ回路では、共
振は各FETQ62の内部ダイオードによっていわゆる
部分共振となる。すなわち、上記他の実施形態と同様
に、FETQ62がオンした後にオフになると共振が始
まるが、オフになった一方のFETQ62のドレイン・
ソース間に加わる電圧がその共振によって電源電圧以上
になると、他方のFETQ62の内部ダイオードによっ
てクランプされ、これにより、ドレイン・ソース間の電
圧が電源電圧以上の場合には共振が行われなくなる。
作時における各部の波形図で、以下この図8を用いて本
自励式共振型インバータ回路の動作について説明する。
路11には1次巻線L62が介在することから、B側の
起動回路11のキャパシタC11の電圧が先にFETQ
62のターンオンしきい値に達して、B側のFETQ6
2が先にオンになる。
と、キャパシタC2、1次巻線L62、FETQ62お
よびキャパシタC2の経路上にこの順番に電流が増大し
ながら流れる。この電流によって1次巻線L62が逆に
励磁されて帰還巻線L14に逆の起電力が誘導される。
これにより、帰還巻線L14から一方(図では上方)の
直列回路を介してオフ制御用キャパシタC141に正電
圧が印可され、オフ制御用キャパシタC141の電圧が
上昇してトランジスタQ14のベース電圧が上昇する。
この後、トランジスタQ14のベース電圧がそのターン
オンしきい値に達すると(時点t10)、トランジスタ
Q14がオンになってFETQ62がオフになる。
パシタC11の電圧がB側の起動回路11に遅れて上昇
してトランジスタQ14のベース電圧がそのターンオン
しきい値に達しても、上記1次巻線L62の逆の励磁に
よって帰還巻線L13に逆の起電力が誘導され、FET
Q62のゲート電圧が下がるので、FETQ62はオン
にならずにオフのままとなる。
と、1次巻線L62の励磁エネルギが共振用キャパシタ
C62に移動してドレイン電圧が上昇する。この後、こ
のドレイン電圧がコンデンサC2の電圧以上になると、
A側のFETQ62の内部ダイオードによってクランプ
される(時点t11)。このような電圧変動が生じる
と、1次巻線L62が正に励磁されて帰還巻線L13,
14に正の起電力が誘導される。これにより、帰還巻線
L14に正の電圧が発生し、オフ制御用キャパシタC1
41が下方の直列回路を介して放電を始めてトランジス
タQ14のベース電圧が下降する(「B側のC141の
電圧」参照)。この後、トランジスタQ14のベース電
圧がそのターンオンしきい値よりも低くなるとトランジ
スタQ14がオフになる一方、FETQ62のゲート電
圧もターンオンしきい値よりも低くなるからFETQ6
2はオフを維持する。
がオフになると、帰還巻線L13に逆の起電力が誘導さ
れなくなって正の起電力が誘導されるので、FETQ6
2のゲート電圧が上昇してそのターンオンしきい値に達
し、FETQ62がオンになる(時点t12)。この
後、キャパシタC1、FETQ62、1次巻線L62お
よびキャパシタC1の経路上にこの順番に電流が増大し
ながら流れ、1次巻線L62が正に励磁されて帰還巻線
L13,L14に正の起電力が誘導される。これによ
り、帰還巻線L14から上方の直列回路を介してオフ制
御用キャパシタC141に正電圧が印可され、オフ制御
用キャパシタC141の電圧が上昇してトランジスタQ
14のベース電圧が上昇する(「A側のC141の電
圧」参照)。この後、トランジスタQ14のベース電圧
がそのターンオンしきい値に達すると、トランジスタQ
14がオンになってFETQ62がオフになる(時点t
13)。この後、共振が始まり、ドレイン電圧が上昇し
てクランプされ(時点t14)、1次巻線L62が逆に
励磁されて帰還巻線L13,14に逆の起電力が誘導さ
れる。これにより、オフ制御用キャパシタC141が放
電を始めてトランジスタQ14のベース電圧が下降する
(「A側のC141の電圧」参照)。この後、トランジ
スタQ14のベース電圧がそのターンオンしきい値より
も低くなるとトランジスタQ14がオフになる一方、F
ETQ62のゲート電圧もターンオンしきい値よりも低
くなるからFETQ62はオフを維持する。
がオフになると(時点t13)、帰還巻線L13に正の
起電力が誘導されなくなって逆の起電力が誘導されるの
で、FETQ62のゲート電圧が上昇してそのターンオ
ンしきい値に達し、FETQ62がオンになる。この
後、キャパシタC2、1次巻線L62、FETQ62お
よびキャパシタC2の経路上にこの順番に電流が増大し
ながら流れ、1次巻線L62が正に励磁されて帰還巻線
L13,L14に正の起電力が誘導される。これによ
り、オフ制御用キャパシタC141の電圧が上昇してト
ランジスタQ14のベース電圧が上昇する。この後、ト
ランジスタQ14のベース電圧がそのターンオンしきい
値に達すると、トランジスタQ14がオンになってFE
TQ62がオフになる(時点t15)。
時にオンとならないようにデットタイムを有しながら交
互にオン/オフを繰り返す。これにより、インバータ動
作が持続する。
態と同様の効果を奏することが可能になるとともに、ハ
ーフブリッジ回路方式の構成が可能になる。
1、2および8記載の発明によれば、高出力時でも抵抗
での損失に対する放熱対策を不要にすることが可能にな
るとともに、出力安定化制御や必要に応じた可変出力制
御を容易に実現することが可能となる。
能になる。
チング素子の電圧が負方向に大きく降圧されるのを抑制
することが可能になる。
ング素子の安定なオフ制御が可能になる。
ング素子のオン期間の調整制御が可能になる。
ング素子のオン期間の自動調整制御が可能になる。
ル回路方式の構成が可能になる。
リッジ回路方式の構成が可能になる。
バータ回路を示す概略構成図である。
る1次巻線のFET側の電圧、FETを流れるドレイン
電流、FETのゲート電圧、トランジスタのベース電圧
およびオフ制御用キャパシタの電圧を示す波形図であ
る。
バータ回路を示す概略構成図である。
バータ回路を示す概略構成図である。
バータ回路を示す概略構成図である。
バータ回路を示す概略構成図である。
バータ回路を示す概略構成図である。
る各部の波形図である。
共振型インバータ回路の概略構成図である。
示す図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 直流電源の両出力端間のオン/オフを行
う主スイッチング素子、この主スイッチング素子がオン
/オフを行う経路上に介在するインダクタ、およびこの
インダクタとともに共振回路を構成する共振用キャパシ
タを有し、前記直流電源からの直流電力を高周波の交流
電力に変換する直流交流変換回路と、 前記インダクタと磁気結合する帰還インダクタから得ら
れる起電力を利用して前記主スイッチング素子をオンに
するオン制御回路と、 逆並列接続される2個のダイオード、これら2個のダイ
オードとそれぞれ直列回路を構成する2個の抵抗、前記
インダクタと磁気結合する帰還インダクタの一端側に前
記2組の直列回路を介して一端が接続されるオフ制御用
キャパシタ、このオフ制御用キャパシタの一端側にアノ
ードが接続されるダイオード、およびこのダイオードの
カソード側に接続される補助スイッチング素子を有し、
前記オフ制御用キャパシタの充電時間に応じて前記主ス
イッチング素子のオン時点からオフ時点までのオン期間
の制御を行うとともに、このオン期間の経過時に前記補
助スイッチング素子が前記主スイッチング素子をオフに
するオフ制御回路とを備える自励式共振型インバータ回
路。 - 【請求項2】 前記オン制御回路は、前記主スイッチン
グ素子のオン用に利用される起電力を得るための前記帰
還インダクタとして第1帰還インダクタを有し、 前記オフ制御回路は、前記2組の直列回路を介して前記
オフ制御用キャパシタに接続される前記帰還インダクタ
として第2帰還インダクタを有する請求項1記載の自励
式共振型インバータ回路。 - 【請求項3】 前記オン制御回路およびオフ制御回路の
双方は、前記インダクタと磁気結合する帰還インダクタ
を同一の帰還インダクタで共有する請求項1記載の自励
式共振型インバータ回路。 - 【請求項4】 前記オフ制御用キャパシタの一端および
他端にそれぞれカソードおよびアノードが接続される放
電電圧クランプ用のダイオードを備える請求項1〜3の
いずれかに記載の自励式共振型インバータ回路。 - 【請求項5】 前記磁気結合によって生じる起電力の正
極性の電圧を一定にして前記2組の直列回路を介して前
記オフ制御用キャパシタに印加する定電圧回路を備える
請求項1〜4のいずれかに記載の自励式共振型インバー
タ回路。 - 【請求項6】 前記オフ制御用キャパシタへの電力供給
用の電源を備える請求項1〜5のいずれかに記載の自励
式共振型インバータ回路。 - 【請求項7】 前記電源は、前記主スイッチング素子の
オン期間調整制御用の信号検出を行う検出回路と、この
検出回路の検出結果に応じて前記オフ制御用キャパシタ
に電力を供給する制御回路とを備える請求項6記載の自
励式共振型インバータ回路。 - 【請求項8】 前記主スイッチング素子は1石であり、
前記共振用キャパシタは前記インダクタに並列接続され
る請求項1〜7のいずれかに記載の自励式共振型インバ
ータ回路。 - 【請求項9】 前記直流交流変換回路、オン制御回路お
よびオフ制御回路を2組有し、 前記2組の一方における前記直流交流変換回路のインダ
クタ、前記オン制御回路で利用される帰還インダクタ、
および前記オフ制御回路で利用される帰還インダクタ
は、それぞれ前記2組の他方における前記直流交流変換
回路のインダクタ前記オン制御回路で利用される帰還イ
ンダクタ、および前記オフ制御回路で利用される帰還イ
ンダクタに対して極性が逆であり、 前記2組の各共振用キャパシタは同一組内のインダクタ
に並列接続される請求項1〜7のいずれかに記載の自励
式共振型インバータ回路。 - 【請求項10】 前記オン制御回路およびオフ制御回路
を各2個有し、 前記直流交流変換回路は、前記主スイッチング素子、前
記直流電源と直列接続される別の直流電源の両出力端間
のオン/オフを行う別の主スイッチング素子、これら2
石の主スイッチング素子の各々に並列接続される共振用
キャパシタ、および前記2石の主スイッチング素子の一
方がオン/オフを行う経路上に介在するとともに前記2
石の主スイッチング素子の他方がオン/オフを行う経路
上に介在するインダクタを有し、 前記2個のオン制御回路は、それぞれ前記2石の主スイ
ッチング素子を前記帰還インダクタから得られる起電力
を利用してオンにし、 前記2個のオフ制御回路は、それぞれ、前記2石の主ス
イッチング素子のオン期間の制御を行うとともに、前記
2石の主スイッチング素子を前記オン期間の経過時にオ
フにし、 前記2個のオン制御回路の一方で利用される帰還インダ
クタは、前記2個のオン制御回路の他方で利用される帰
還インダクタに対して極性が逆であり、 前記2個のオフ制御回路の一方で利用される帰還インダ
クタは、前記2個のオフ制御回路の他方で利用される帰
還インダクタに対して極性が逆である請求項1〜7のい
ずれかに記載の自励式共振型インバータ回路。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP23960798A JP3654000B2 (ja) | 1998-08-26 | 1998-08-26 | 自励式共振型インバータ回路 |
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ID=17047271
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- 1998-08-26 JP JP23960798A patent/JP3654000B2/ja not_active Expired - Lifetime
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