JP2000184750A - インバ―タ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】整流電源１０からの給電期間を増し、力率を高
めた簡便なインバータ装置を提供する。 【解決手段】オンオフを繰り返す副スイッチング素子２
０を備える。副スイッチング素子２０と逆並列の副フラ
イホイールダイオード２９を備える。誘導性交流負荷４
０を備える。副スイッチング素子２０・誘導性交流負荷
４０と共に一つの閉回路を形成する補助電源用コンデン
サ５０を備える。交流電源１１電圧を整流する整流電源
１０を備える。平滑用コンデンサ６０を備える。副スイ
ッチング素子２０のオフ期間の間にその両端にそれに対
する順方向電圧極性となるように整流電源１０電圧およ
び平滑用コンデンサ６０電圧を交互に印加する主スイッ
チング回路３０を備える。副スイッチング素子２０のタ
ーンオフ時に誘導性交流負荷４０電流を帰還して平滑用
コンデンサ６０を充電する主フライホイールダイオード
３９を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は交流電源電圧を整流
する整流電源および平滑用コンデンサ等を含むインバー
タ装置に関するものである。特にその高力率化に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のインバータ装置においては、整
流電源へ平滑用コンデンサを直に接続すケースが多い。
その場合は整流電源電圧（瞬時値）が平滑用コンデンサ
電圧を越えるわずかな期間に整流電源給電（整流電源か
らの電力供給）が集中する。その他の期間は給電休止期
間となる。ほとんどの期間は給電休止期間となる。この
ため、低力率形である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、整流
電源からの給電期間を増し、力率を高めた簡便なインバ
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】本発明はオンオフを繰り
返す副スイッチング素子を備える。前記副スイッチング
素子と逆並列の副フライホイールダイオードを備える。
誘導性交流負荷を備える。前記副スイッチング素子・誘
導性交流負荷と共に一つの閉回路を形成する補助電源用
コンデンサを備える。交流電源電圧を整流する整流電源
を備える。平滑用コンデンサを備える。前記副スイッチ
ング素子のオフ期間の間にその両端にそれに対する順方
向電圧極性となるように前記整流電源電圧および前記平
滑用コンデンサ電圧を交互に印加する主スイッチング回
路を備える。副スイッチング素子のターンオフ時に前記
誘導性交流負荷電流を帰還して前記平滑用コンデンサを
充電する主フライホイールダイオードを備える。前記主
スイッチング回路と前記副スイッチング素子は交互にオ
ンオフする。前記主スイッチング回路のオン期間の間に
前記整流電源給電（整流電源からの電力供給）と前記平
滑用コンデンサ放電が交互になされる。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１の本発明装置について説明す
る。図１のインバータ装置はオンオフを繰り返す副スイ
ッチング素子２０を備える。副スイッチング素子２０と
逆並列の副フライホイールダイオード２９を備える。誘
導性交流負荷４０を備える。副スイッチング素子２０・
誘導性交流負荷４０と共に一つの閉回路を形成する補助
電源用コンデンサ５０を備える。交流電源１１電圧を整
流する整流電源１０を備える。平滑用コンデンサ６０を
備える。副スイッチング素子２０のオフ期間の間にその
両端にそれに対する順方向電圧極性となるように整流電
源１０電圧および平滑用コンデンサ６０電圧を交互に印
加する主スイッチング回路３０を備える。副スイッチン
グ素子２０のターンオフ時に誘導性交流負荷４０電流を
帰還して平滑用コンデンサ６０を充電する主フライホイ
ールダイオード３９を備える。図１について補足する。
誘導性交流負荷４０は点灯回路であり、放電灯（蛍光ラ
ンプ）４１と、放電灯４１に直列のバラスト用インダク
タ４２と、放電灯４１に並列の予熱用ないしは共振用の
コンデンサ４３を含む。補助電源用コンデンサ５０は副
スイッチング素子２０のオン期間に左向き誘導性交流負
荷４０電流を形成する補助電源として機能する。補助電
源用コンデンサ５０の代わりに図外のコンデンサを平滑
用コンデンサ６０を介してその位置（５０両端）に接続
しても同効である。その場合は図外のコンデンサと平滑
用コンデンサ６０との直列回路が５０両端間の補助電源
用コンデンサとして機能する。平滑用コンデンサ６０・
補助電源用コンデンサ５０を跨ぐ位置に図外のコンデン
サを接続するのであれば、図示の平滑用コンデンサ６０
は省略可能である。その場合は図外のコンデンサと補助
電源用コンデンサ５０との直列回路が平滑用コンデンサ
として機能する。整流電源１０は整流用ダイオード１２
〜１５を含む。副スイッチング素子２０の順方向電圧極
性というのは、右向き誘導性交流負荷４０電流を形成す
るための図示極性を意味する。

【０００６】主スイッチング回路３０について補足す
る。主スイッチング回路３０の役割は、副スイッチング
素子２０のオフ期間（主スイッチング回路３０のオン期
間）の間に平滑用コンデンサ６０電圧および整流電源１
０電圧を適宜に印加することである。安定な平滑用コン
デンサ６０電圧だけをを印加するのであれば、誘導性交
流負荷４０電流はもとより安定するが、整流電源１０給
電は望めない。整流電源１０電圧（インバータ周波数よ
りもはるかに低い周波数で変化する電圧）だけを印加す
るのであれば、以上の逆の傾向となる。そこであるとき
は平滑用コンデンサ６０電圧が印加し、あるときは整流
電源１０電圧が印加する…というように交互に切り替え
る。いわば、時分割形の交互印加方式である。要は、副
スイッチング素子２０の一回のオフ期間の間に少なくと
も１度の平滑用コンデンサ６０電圧印加期間が確保さ
れ、かつ少なくとも１度の整流電源１０電圧印加期間が
確保されればよい。副スイッチング素子２０のオフ期間
（主スイッチング回路３０のオン期間）の初期に印加す
る電圧は整流電源１０電圧ではなく平滑用コンデンサ６
０電圧であることが望まし。整流電源１０電圧である
と、その電圧瞬時値が低い場合に誘導性交流負荷４０電
流が不足しあるいは電流休止期間を形成する。主スイッ
チング回路３０は第一スイッチング素子３１・第二スイ
ッチング素子３２を含む。補助ダイオード３３も便宜的
に主スイッチング回路３０に加える。補助ダイオード３
３の役割は整流電源１０により平滑用コンデンサ６０を
初期充電することである。インバータ動作中は補助ダイ
オード３３は全くあるいは殆ど働かない。実用上は補助
ダイオード３３を省略し、その回路を開放することも可
能である。第一スイッチング素子３１は整流電源１０に
対して順直列である。第二スイッチング素子３２は平滑
用コンデンサ６０（より正確にはその電圧極性）に対し
て順直列である。

【０００７】主スイッチング回路３０に属する第一スイ
ッチング素子３１・第二スイッチング素子３２および副
スイッチング素子２０は共にトランジスタである。それ
らに例えば他励制御形の制御回路（ドライブ回路）１０
０が付属する。制御回路１００は図２に示すような一種
のタイミング信号形成回路であって、主オン信号Ｓ１１
・Ｓ１２と副オン信号Ｓ２を交互に出力する。その一例
はＳ１２→Ｓ１１→Ｓ２→Ｓ１２…である。他の例は、
Ｓ１２→Ｓ１１→Ｓ１２→Ｓ１１→Ｓ２→Ｓ１２…であ
る。図示装置は前者である。主オン信号Ｓ１１は第一ス
イッチング素子３１に対応し、主オン信号Ｓ１２は第二
スイッチング素子３２に対応し、副オン信号Ｓ２は副ス
イッチング素子２０に対応する。第一スイッチング素子
３１・第二スイッチング素子３２相互の関係において
は、始めに第二スイッチング素子３２がターンオンし、
遅れて第一スイッチング素子３１がターンオンする。第
一スイッチング素子３１がターンオンすると、第二スイ
ッチング素子３２がターンオフする。図１装置は次のよ
うに動作する。第二スイッチング素子３２がターンオン
すると、６０→３２→４０→５０→６０の閉回路に電流
が流れる。これにより、右向き誘導性交流負荷４０電流
を形成する。第一スイッチング素子３１がターンオン
し、第二スイッチング素子３２がターンオフすると、１
０→３１→４０→５０→１０の閉回路に電流が流れる。
始めに平滑用コンデンサ６０電圧を印加し、次に整流電
源１０電圧を印加する順序であると、整流電源１０電圧
（瞬時値）が補助電源用コンデンサ５０電圧よりも低い
期間であっても、切れ目のないスムーズな右向き誘導性
交流負荷４０電流を形成することが可能となる。この状
態は第一スイッチング素子３１・第二スイッチング素子
３２が共にオフ状態となるまで続く。第一スイッチング
素子３１・第二スイッチング素子３２が共にオフ状態に
なると、４０→５０→２９→４０の閉回路に電流が流れ
る。この状態は誘導性交流負荷４０の電磁エネルギ（そ
のバラスト用インダクタ４２の電磁エネルギ）が空にな
るまで続く。

【０００８】誘導性交流負荷４０の電磁エネルギが空に
なり、右向き誘導性交流負荷４０電流が途絶えたタイミ
ングで、すでにオン可能に制御されている副スイッチン
グ素子２０がターンオンする。それにより、５０→４０
→２０→５０の閉回路に電流が流れ、左向き誘導性交流
負荷４０電流を形成する。副スイッチング素子２０がタ
ーンオフすると、４０→３９→６０→５０→４０の閉回
路に電流が流れる。これにより、誘導性交流負荷４０の
電磁エネルギを放出し、平滑用コンデンサ６０を充電
し、平滑用コンデンサ６０の次の放電に備える。誘導性
交流負荷４０の電磁エネルギが空になり、左向き誘導性
交流負荷４０電流が途絶えたタイミングですでにオン可
能に制御されている第二スイッチング素子３２がターン
オンする。以下は繰り返しの動作となる。インバータ動
作の１サイクルに付き少なくとも一度の割合で第一スイ
ッチング素子３１がターンオンし、整流電源１０給電が
なされる。このため整流電源１０導通角が増して高力率
化する。その整流電源１０給電は１０→３１→４０→５
０→１０の閉回路に電流を形成する態様であり、その際
に誘導性交流負荷４０へ直に電力を与える。これは整流
電源１０給電→誘導性交流負荷４０の態様であり、整流
電源１０給電→平滑用コンデンサ６０充電→平滑用コン
デンサ６０放電→誘導性交流負荷４０の態様よりも動作
が簡素となり、効率が高まる。本発明の交流負荷４０は
誘導性であり、かつ主フライホイールダイオード３９を
必要とする。それは誘導性交流負荷４０に電磁エネルギ
を蓄積し、それを平滑用コンデンサ６０へ帰還してそれ
を充電し、次の平滑用コンデンサ６０放電に備えるため
である。

【０００９】本発明においては、第一スイッチング素子
３１の導通角を適宜に大きく定める。導通角がゼロであ
れば従来同様である。第一スイッチング素子３１の導通
角を確保し第一スイッチング素子３１を介してなされる
整流電源１０給電量を高める。半面、第二スイッチング
素子３２の導通角を適宜に小さく定め、誘導性交流負荷
４０電流の増加を適宜に抑制する。そうすると、平滑用
コンデンサ６０への電力帰還はあまり減らず放電量が相
当に減少する結果となり、平滑用コンデンサ６０電圧が
上昇する。一方、平滑用コンデンサ６０電圧が上昇する
と、補助ダイオード３３を介してなされる整流電源１０
給電（この給電は整流電源１０電圧瞬時値がほぼ最大の
ときになされ、過大電流値を形成するので、力率向上に
役立たない）量が減少し、あるいはゼロとなる。これは
整流電源１０給電の全てが誘導性交流負荷４０を介して
なされる状態であって、効率向上に有益である。本発明
の好ましい実施態様は、整流電源１０電圧最大値＜平滑
用コンデンサ６０電圧となるように、第一スイッチング
素子３１の導通角を大きくし、第二スイッチング素子３
２の導通角を小さくすることである。図１装置の変形余
地について補足する。平滑用コンデンサ６０側の第二ス
イッチング素子３２を第一スイッチング素子３１と直列
に配置し、第一スイッチング素子３１・第二スイッチン
グ素子３２が同時にオンした場合に平滑用コンデンサ６
０電圧が印加するように変更してもよい。これは第一ス
イッチング素子３１の図面上の上側に第二スイッチング
素子３２を接続する態様であり、この場合のフライホイ
ールダイオード３９は第一スイッチング素子３１・第二
スイッチング素子３２の全体に対して逆並列の配置とな
る。この場合は、第一スイッチング素子３１のみがオン
する状態では整流電源１０電圧が印加し、第一スイッチ
ング素子３１・第二スイッチング素子３２の両方がオン
する状態では平滑用コンデンサ６０電圧が印加する。両
方がオンする状態は整流電源１０電圧・平滑用コンデン
サ６０電圧が同時に印加する格好であるが、実際には整
流電源１０電圧＜平滑用コンデンサ６０電圧の差分が整
流電源１０中の整流用ダイオード１２〜１５へ逆向きに
印加するため、整流電源１０はオフ状態となる。いずれ
にしても、主スイッチング回路３０のオン期間を平滑用
コンデンサ６０電圧印加期間と整流電源１０電圧印加期
間に細分することができるので、これでも基本的には同
効である。この場合の平滑用コンデンサ６０の放電電流
は二つのスイッチング素子を介して流れることとなり、
その分だけスイッチング損失が増すので、相対的には図
１の方が有利である。

【００１０】

【発明の効果】本発明は副スイッチング素子のオフ期間
の間にその両端にそれに対する順方向電圧極性となるよ
うに整流電源電圧および平滑用コンデンサ電圧を交互に
印加する主スイッチング回路を備え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、簡単に整流電源
導通角を増すことができ、安価な高力率形装置が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインバータ装置の回路図である。

【図２】そのタイミング信号を示す波形図である。

【符号の説明】

２０：副スイッチング素子 ２９：副フライホイールダイオード ３０：スイッチング回路 ３９：主フライホイールダイオード ４０：誘導性交流負荷 ５０：補助電源用コンデンサ ６０：平滑用コンデンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】オンオフを繰り返す副スイッチング素子２
   ０を備え、前記副スイッチング素子２０と逆並列の副フ
   ライホイールダイオード２９を備え、誘導性交流負荷４
   ０を備え、前記副スイッチング素子２０・誘導性交流負
   荷４０と共に一つの閉回路を形成する補助電源用コンデ
   ンサ５０を備え、交流電源１１電圧を整流する整流電源
   １０を備え、平滑用コンデンサ６０を備え、 前記副スイッチング素子２０のオフ期間の間にその両端
   にそれに対する順方向電圧極性となるように前記平滑用
   コンデンサ６０電圧および前記整流電源１０電圧を交互
   に印加する主スイッチング回路３０を備え、副スイッチ
   ング素子２０のターンオフ時に前記誘導性交流負荷４０
   電流を帰還して前記平滑用コンデンサ６０を充電する主
   フライホイールダイオード３９を備えたことを特徴とす
   るインバータ装置。