JP2000078854A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】高力率形のフルブリッジ形のインバータ装置を
提供する 【解決手段】交流電源１１電圧を整流する整流電源１０
を備える。整流電源１０と一つの閉回路を形成する大容
量コンデンサ２０・補助インダクタ３０を備える。整流
電源１０・補助インダクタ３０のいずれかと並列に接続
する小容量コンデンサ４０を備える。交互にオンオフす
るように制御される順直列一対の主スイッチング素子５
１・５２を備える。各主スイッチング素子５１・５２と
同期して交互にオンオフするように制御される順直列一
対の副スイッチング素子７１・７２を備える。両主スイ
ッチング素子５１・５２を含む主スイッチング回路を整
流電源１０と並列に接続する。両副スイッチング素子７
１・７２を含む副スイッチング回路を大容量コンデンサ
２０と並列に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は都合４個のスイッチ
ング素子を用いるフルブリッジ形のインバータ装置に関
するものである。本明細書におけるインバータ装置の用
語は電源回路・インバータ・インバータ負荷を含むそれ
らの総称である。

【０００２】

【従来の技術】整流電源電圧を平滑する大容量コンデン
サを備え、大容量コンデンサ電圧で駆動するフルブリッ
ジ形インバータを備えるインバータ装置は既知である。
フルブリッジ形インバータは都合４個のスイッチング素
子を含む。４個の内の２個をコンデンサアームに代替え
するハーフブリッジ形よりもフルブリッジ形の方が出力
電圧が高いため、高電圧仕様のインバータ負荷に適す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術において
は、大容量コンデンサを整流電源に直に接続する。その
場合の整流電源導通角は、よく知られているように僅少
であって、低力率形となる。本発明の目的は高力率形の
フルブリッジ形のインバータ装置を提供することであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、整流電源と一
つの閉回路を形成する大容量コンデンサ・補助インダク
タを備える。前記整流電源・補助インダクタのいずれか
と並列に接続する小容量コンデンサを備える。両主スイ
ッチング素子を含む主スイッチング回路を前記整流電源
と並列に接続する。両副スイッチング素子を含む副スイ
ッチング回路を前記大容量コンデンサと並列に接続す
る。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１を用いて本発明の実施形態に
ついて説明する。図示のインバータ装置は、交流電源１
１電圧を整流する整流電源１０を備える。整流電源１０
と一つの閉回路を形成する大容量コンデンサ２０・補助
インダクタ３０を備える。整流電源１０・補助インダク
タ３０のいずれかと並列に接続する小容量コンデンサ４
０を備える。交互にオンオフするように制御される順直
列一対の主スイッチング素子５１・５２を備える。各主
スイッチング素子５１・５２と同期して交互にオンオフ
するように制御される順直列一対の副スイッチング素子
７１・７２を備える。各スイッチング素子５１・５２・
７１・７２と逆並列に接続するフライホイールダイオー
ド５８・５９・７８・７９を備える。両主スイッチング
素子５１・５２の接続中点と両副スイッチング素子７１
・７２の接続中点との間に接続する誘導性負荷６０を備
える。両主スイッチング素子５１・５２を含む主スイッ
チング回路を整流電源１０と並列に接続する。両副スイ
ッチング素子７１・７２を含む副スイッチング回路を大
容量コンデンサ２０と並列に接続する。

【０００６】図１の説明を補足する。整流電源１０は交
流電源１１を含み、整流用ダイオード１２〜１５を含
む。大容量コンデンサ２０・小容量コンデンサ４０の区
別は相対的である。大容量コンデンサ２０は安定電圧を
保持する。小容量コンデンサ４０電圧は振動する。図１
の小容量コンデンサ４０は整流電源１０と並列である。
主スイッチング素子５１・５２および副スイッチング素
子７１・７２の主副の区別は便宜的である。主スイッチ
ング素子５１・５２・７１・７２に５１・７２→５２・
７１→５２・７１の順にオンするように制御する図外の
制御回路が付属する。図１の誘導性負荷６０は放電灯
（蛍光ランプ）６１と放電灯６１に直列のバラスト用イ
ンダクタ６２と放電灯６１に並列の予熱用コンデンサ６
３を含む放電灯点灯回路である。図１の各スイッチング
素子５１・５２・７９・７９および各フライホイールダ
イオード５８・５９・７８・７９は５１・７２→５９・
７８→５２・７１→５８・７９→５１・７２の順にオン
する。それらの各オン期間の動作は次のようなものであ
る。 （１）主スイッチング素子５１・副スイッチング素子７
２のオン期間

【０００７】次の（１１）（１２）（１３）の動作が進
行する。（１１）から（１２）へは急に切り替わる。
（１２）から（１３）へは緩慢に切り替わり、その過程
で両動作が併存する。 （１１）４０→５１→６０→７２→４０の閉回路に電流
が流れる。これにより、小容量コンデンサ４０が放電
し、誘導性負荷６０に電磁エネルギを蓄積する。この状
態は小容量コンデンサ４０電圧が整流電源１０電圧（瞬
時値）に等しくなるまで続く。 （１２）１０→５１→６０→７２→１０の閉回路に電流
が流れる。これにより、整流電源１０給電（整流電源１
０からの電力供給）がなされる。 （１３）補助インダクタ３０の右向き電流が左向き電流
に転向する。左向き電流が増加すると、誘導性負荷６０
電流は２０→３０→５１→６０→７２→２０の閉回路を
介して流れる。これにより、大容量コンデンサ２０が放
電し、誘導性負荷６０に電磁エネルギを蓄積する。この
状態は主スイッチング素子５１・副スイッチング素子７
２がターンオフするまで続く。

【０００８】（２）フライホイールダイオード５９・７
８のオン期間 次の（２１）（２２）の動作が併存する。 （２１）６０→７８→２０→５９→６０の閉回路に電流
が流れる。これにより、誘導性負荷６０の電磁エネルギ
が放出し、大容量コンデンサ２０が充電する。この状態
は誘導性負荷６０の電磁エネルギが空になるまで続く。 （２２）３０→４０→５９→６０→７８→３０の閉回路
に電流が流れる。これにより、補助インダクタ３０・誘
導性負荷６０の電磁エネルギが放出し、小容量コンデン
サ４０が充電する。（２１）（２２）の各閉回路電流は
誘導性負荷６０の箇所で重畳する。 （３）主スイッチング素子５２・副スイッチング素子７
１のオン期間次の（３１）（３２）の動作が進行する。
（３１）から（３２）への動作は緩慢に切り替わり、そ
の過程で両動作が併存する。 （３１）４０→３０→７１→６０→５２→４０の閉回路
に電流が流れる。これにより、小容量コンデンサ４０が
放電し、補助インダクタ３０が充電し、誘導性負荷６０
に電磁エネルギを蓄積する。この状態は補助インダクタ
３０が極大値を越えて低下し、かつゼロになるまで続
く。 （３２）２０→７１→６０→５９→２０の閉回路に電流
が流れる。これにより、大容量コンデンサ２０が放電
し、誘導性負荷６０に電磁エネルギを蓄積する。この状
態は主スイッチング素子５２・副スイッチング素子７１
がターンオフするまで続く。

【０００９】（４）フライホイールダイオード５８・７
９のオン期間 ６０→５８→４０→７９→６０の閉回路に電流が流れ
る。これにより、誘導性負荷６０の電磁エネルギが放出
し、小容量コンデンサ４０が充電する。この状態は誘導
性負荷６０の電磁エネルギが空になるまで続く。（４）
期間後に冒頭の（１）期間に戻り、動作を繰り返す。図
１の動作を補足する。大容量コンデンサ２０電圧は安定
であるため、整流電源１０電圧（瞬時値）の谷間期であ
っても、（３）期間に大量の電磁エネルギを誘導性負荷
６０に蓄積することができる。その大量の電磁エネルギ
を（４）期間に適度に小さな小容量コンデンサ４０へ与
え、小容量コンデンサ４０電圧を適度に高めることがで
きる。その小容量コンデンサ４０電圧は整流電源１０電
圧の不足を補う用に作用する。高い小容量コンデンサ４
０電圧は誘導性負荷６０ないしは補助インダクタ３０を
介してなされる放電により、急速に低下する。その急低
下の折に整流電源１０給電を誘発する。そのため、整流
電源１０導通角が広がり、高力率化する。一方、整流電
源１０給電は回路エネルギを高め、大容量コンデンサ２
０電圧を高める。

【００１０】図１の補助インダクタ３０について補足す
る。補助インダクタ３０は大容量コンデンサ２０電圧と
異なる小容量コンデンサ４０電圧となることを許容す
る。それによる高い小容量コンデンサ４０電圧は整流電
源１０電圧（瞬時値）の不足を補い、低い小容量コンデ
ンサ４０電圧は整流電源１０給電を促す。補助インダク
タ３０は大容量コンデンサ２０電圧・小容量コンデンサ
４０電圧を均衡させる。大容量コンデンサ２０電圧が相
対的に高い場合は誘導性負荷６０に左向き傾向の低周波
成分電流を与え、低い場合は右向き傾向の低周波成分電
流を与えるが、補助インダクタ３０はその低周波成分電
流を吸収するように作用する。図２について説明する。
本発明に係る図２のインバータ装置は図１に類似する。
異なる点は小容量コンデンサ４０の接続位置である。図
１における小容量コンデンサ４０は整流電源１０と直に
並列に接続され、あるいは大容量コンデンサ２０を介し
て補助インダクタ３０と並列に接続される。図２におけ
る小容量コンデンサ４０は大容量コンデンサ２０を介し
て整流電源１０と並列に接続され、あるいは直に補助イ
ンダクタ３０と並列に接続される。図２の小容量コンデ
ンサ４０電圧は大容量コンデンサ２０電圧の分だけ図１
のそれより低くなるが、それ以外の点では同じであり、
かつ図１と同効である。ちなみに、図２の４０→３０→
４０の閉回路成分電流は図１の４０→３０→２０→４０
の閉回路成分電流と一致する。また、図２においては誘
導性負荷６０の電磁エネルギを６０→５８→４０→２０
→７９→６０の閉回路を介して小容量コンデンサ４０へ
与え、それにより高い小容量コンデンサ４０電圧を形成
する。それによる高い小容量コンデンサ４０電圧は４０
→５１→６０→７２→２０→４０の閉回路電流を形成す
る。そして、大容量コンデンサ４０電圧・小容量コンデ
ンサ４０電圧の和が低下して整流電源１０給電を促す。

【００１２】

【発明の効果】本発明は、整流電源１０と一つの閉回路
を形成する大容量コンデンサ２０・補助インダクタ３０
を備えること、前記整流電源１０・補助インダクタ３０
のいずれかと並列に接続する小容量コンデンサ４０を備
えこと、両主スイッチング素子５１・５２を含む主スイ
ッチング回路を前記整流電源１０と並列に接続するこ
と、両副スイッチング素子７１・７２を含む副スイッチ
ング回路を前記大容量コンデンサ２０と並列に接続する
こと…を主たる特徴事項とするものである。これによれ
ば、高力率形のフルブリッジ形のインバータ装置が得ら
れる。また、構造が簡単で安価に実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の回路図である。

【図２】本発明装置の別の回路図である。

【符号の説明】 １１：交流電源 １０：整流電源 ２０：大容量コンデンサ ３０：補助インダクタ ４０：小容量コンデンサ ５１・５２：主スイッチング素子 ５８・５９：フライホイールダイオード ６０：誘導性負荷 ７１・７２：副スイッチング素子 ７８・７９：フライホイールダイオード

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源（１１）電圧を整流する整流電源
   （１０）を備え、前記整流電源（１０）と一つの閉回路
   を形成する大容量コンデンサ（２０）・補助インダクタ
   （３０）を備え、前記整流電源（１０）・補助インダク
   タ（３０）のいずれかと並列に接続する小容量コンデン
   サ（４０）を備え、交互にオンオフするように制御され
   る順直列一対の主スイッチング素子（５１・５２）を備
   え、前記各主スイッチング素子（５１・５２）と同期し
   て交互にオンオフするように制御される順直列一対の副
   スイッチング素子（７１・７２）を備え、前記各スイッ
   チング素子（５１・５２・７１・７２）と逆並列に接続
   するフライホイールダイオード（５８・５９・７８・７
   ９）を備え、 前記両主スイッチング素子（５１・５２）の接続中点と
   前記両副スイッチング素子（７１・７２）の接続中点と
   の間に接続する誘導性負荷（６０）を備え、前記両主ス
   イッチング素子（５１・５２）を含む主スイッチング回
   路を前記整流電源（１０）と並列に接続し、前記両副ス
   イッチング素子（７１・７２）を含む副スイッチング回
   路を前記大容量コンデンサ（２０）と並列に接続したこ
   とを特徴とするインバータ装置。