JP2007151224A - インバータ電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来より構成が簡略化されコストを削減することができ、また、並列運転時に横流検出が可能となるインバータ電源装置を提供する。
【解決手段】スイッチング素子２３がオン／オフすることによってトランス２４の１次巻線２４ａに交流電圧が発生し、この交流電圧が昇圧され、整流・平滑され、ＤＣ／ＡＣリンク部３０へ出力される。ＤＣ／ＡＣリンク部３０は、ダイオード３１およびコンデンサ３２から構成され、コンデンサ３２の両端電圧ＶdcがＤＣ／ＡＣインバータ部４へ加えられる。一方、トランス２４の補助巻線２４ｃ〜２４ｅの電圧がドライブ回路１０ａ〜１０ｃへ加えられ、ドライブ回路１０ａ〜１０ｃが駆動信号を生成し、ＤＣ／ＡＣインバータ部４へ出力する。ＤＣ／ＡＣインバータ部４においてＰＷＭ交流電圧が生成され、ＬＣフィルタ５によって平滑され、負荷６へ出力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電圧を昇圧して出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を５０／６０Ｈｚの交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータから構成されるインバータ電源装置に関する。

図３は従来のインバータ電源装置の構成例を示すブロック図である。この図において、１は直流電源、２はＤＣ／ＤＣコンバータ部である。このＤＣ／ＤＣコンバータ部２は直流電源１の電圧を交流電圧に変換し、トランスによって昇圧し、昇圧された交流電圧を整流して直流電圧に戻す回路である。３は平滑用コンデンサである。４はＤＣ／ＤＣコンバータ部２から出力される直流電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータ部であり、ブリッジ接続された４個のスイッチング素子４ａ〜４ｄによって構成されている。５はＤＣ／ＡＣインバータ部４から出力されるＰＷＭ変調された交流電圧を正弦波交流電圧に変換するＬＣフィルタ、６は負荷である。

また、７は補助電源であり、トランス８とトランジスタ９から構成され、直流電源１の出力電圧をトランジスタ９によってオン／オフすることによって交流電圧に変換し、３個の２次巻き線の交流電圧を整流回路１３ａ〜１３ｃによって整流し、直流に変換した電圧を駆動回路１０へ出力する。駆動回路１０は、制御回路１１から出力される制御信号に基づいてスイッチング素子４ａ〜４ｄを駆動する駆動信号を生成し各スイッチング素子４ａ〜４ｄへ出力する回路である。この駆動回路１０は補助電源７の３個の２次巻き線が接続される３個のドライブ回路１０ａ〜１０ｃを有し、ドライブ回路１０ａがスイッチング素子４ａを、ドライブ回路１０ｂがスイッチング素子４ｂを、また、ドライブ回路１０ｃがスイッチング素子素子４ｃ、４ｄを駆動する。スイッチング素子４ｃ、４ｄが１回路によって駆動されているのは、スイッチング素子４ｃ、４ｄの各エミッタが共通接続されているからである。

図４は従来のインバータ電源装置の他の構成例を示すブロック図であり、この図に示す装置が図３に示すものと異なる点は、補助電源７の入力をＤＣ／ＤＣコンバータ部２の出力側からとっている点である。
なお、従来のインバータ電源装置に関する文献として特許文献１が知られている。
特開平９−６５６５９号公報

ところで、上述した従来のインバータ電源装置は、駆動回路１０の電源として補助電源７を用いており、このため、部品点数が多くなりコスト高になる欠点があった。また、上述したインバータ電源装置は、複数台並列接続した時、複数のインバータ電源装置の出力電圧に位相差または振幅差があると、並列接続されている他機から横流が流れ込み、この横流がコンデンサ３を充電する。このため、コンデンサ３の電圧が上昇した時にその原因がＤＣ／ＤＣコンバータ部２の異常によるのか、横流によるものかの区別がつかない欠点があった。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、従来より構成が簡略化され、コストを削減することができるインバータ電源装置を提供することにある。また、この発明の他の目的は、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２の異常によるコンデンサ電圧の上昇と横流によるコンデンサ電圧の上昇を切り分けることができ、横流検出を可能とするインバータ電源装置を提供することにある。

この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、直流電源の出力電圧を異なる電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータとを具備するインバータ電源装置において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端と前記ＤＣ／ＡＣインバータの直流電圧入力端の間に、逆電流阻止用のダイオードを挿入すると共に、前記ＤＣ／ＡＣインバータの直流電圧入力端間にコンデンサを挿入したことを特徴とするインバータ電源装置である。

請求項２に記載の発明は、直流電源の出力電圧をオン／オフ制御するスイッチング素子と、１次巻線が前記スイッチング素子に直列に接続されたトランスと、前記トランスの２次巻線の電圧を直流電圧に変換する整流回路と、前記整流回路の出力を平滑する平滑用コンデンサと、前記平滑用コンデンサの両端電圧が加えられるＤＣ／ＡＣインバータと、前記ＤＣ／ＡＣインバータのスイッチング素子を駆動するドライブ回路とを具備するインバータ電源装置において、前記トランスに補助巻線を設けて該補助巻線の出力を前記ドライブ回路へ駆動電源として供給し、前記平滑用コンデンサと前記ＤＣ／ＡＣインバータの直流電圧入力端の間に、逆電流阻止用のダイオードを挿入すると共に、前記ＤＣ／ＡＣインバータの直流電圧入力端間にコンデンサを挿入したことを特徴とするインバータ電源装置である。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のインバータ電源装置において、前記補助巻線およびドライブ回路は、前記ＤＣ／ＡＣインバータを構成する複数のスイッチング素子にそれぞれ対応して設けられていることを特徴とする。

この発明によれば、従来のものより構成が簡略化され、コストを削減することができる効果がある。また、インバータ電源装置の並列運転時において、ＤＣ／ＤＣコンバータの異常によるコンデンサ電圧の上昇と横流によるコンデンサ電圧の上昇を切り分けることができ、誤ってＤＣ／ＤＣコンバータが過電圧による停止状態になることを防ぐことができる。さらに、この発明によれば、並列運転時において横流検出が可能となる効果が得られる。

以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の一実施の形態によるインバータ電源装置の構成を示すブロック図であり、この図において、図３の各部と同一の部分には同一の符号を付しその説明を省略し、以下、相違する点について説明する。

図１において、２１は直流電源１を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ部である。このＤＣ／ＤＣコンバータ部２１において、２２は入力コンデンサ、２３はスイッチング素子、２４は絶縁トランスである。このトランス２４は１次巻線２４ａ、２次巻線２４ｂ、補助巻線２４ｃ〜２４ｅを有し、１次巻線２４ａの一端が直流電源１の（＋）端子に接続され、他端がスイッチング素子２３を介して直流電源１の（−）端子に接続されている。また、トランス２４の２次巻線の一端がダイオード２５のアノードに接続され、他端がダイオード２６のアノードに接続され、ダイオード２５、２６のカソードが共通接続されてチョークコイル２７の一端に接続され、チョークコイル２７の他端およびダイオード２６のアノード間に平滑用のコンデンサ２８が接続されている。また、補助巻線２４ｃ〜２４ｅが平滑回路１３ａ〜１３ｃを介して駆動回路１０のドライブ回路１０ａ〜１０ｃに接続されている。

上記の構成において、スイッチング素子２３がオン／オフすることによってトランス２４の１次巻線２４ａに交流電圧が発生し、この交流電圧が昇圧されて２次巻線２４ｂから出力される。この２次巻線２４ｂの交流電圧がダイオード２５，２６、チョークコイル２７およびコンデンサ２８によって直流電圧に平滑され、直流電圧ＶconvとしてＤＣ／ＡＣリンク部３０へ出力される。
ＤＣ／ＡＣリンク部３０は、ダイオード３１およびコンデンサ３２から構成され、ダイオード３１のアノードがチョークコイル２７の他端に接続され、ダイオード３１のカソードとダイオード２６のアノードとの間にコンデンサ３２が接続されている。そして、コンデンサ３２の両端電圧ＶdcがＤＣ／ＡＣインバータ部４へ加えられる。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２１の昇圧用トランス２４の補助巻線２４ｃ〜２４ｅの電圧が平滑回路１３ａ〜１３ｃを介してドライブ回路１０ａ〜１０ｃへ加えられ、ドライブ回路１０ａ〜１０ｃが制御回路１１からの制御信号に基づく駆動信号を生成し、ＤＣ／ＡＣインバータ部４の各スイッチング素子４ａ〜４ｄへ出力する。各スイッチング素子４ａ〜４ｄはドライブ回路１０ａ〜１０ｃからの駆動信号を受けてオン／オフ動作をし、これによって生成されたＰＷＭ交流電圧がＬＣフィルタ５によって平滑され、負荷６へ出力される。

このように、上記実施形態においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２１の昇圧用トランス２４に補助巻線２４ｃ〜２４ｅを設け、これらの補助巻線２４ｃ〜２４ｅに得られる電圧を平滑してドライブ回路１０ａ〜１０ｃへ加えるようになっているので、ドライブ回路のための補助電源７（図３、図４）を必要とせず、その分、部品点数およびコストの削減を行うことができる。

また、上記実施形態においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２１の後段にＤＣ／ＡＣリンク部３０を設けているので、インバータ電源装置の並列運転時において、並列に接続されている他機から横流が流れ込んだ場合に、その横流によってコンデンサ３２が充電され、一方、ダイオード３１によって遮断されるのでコンデンサ２８が横流によって充電されることはない。この結果、横流が流れない時は必ずコンデンサ２８の電圧がコンデンサ３２の電圧より高くなり、一方横流が流れ込んだ時はコンデンサ３２の電圧の方がコンデンサ２８の電圧より高くなる。これにより、コンデンサ２８の電圧が一定以上上昇した場合に、原因が横流ではなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２１にあることを即座に検知することができる。また、横流が流れ込んだ場合に、誤ってＤＣ／ＤＣコンバータ部２１が過電圧による停止状態になることを防ぐことができる。また、コンデンサ２８と３２の電圧差を検出することにより横流の大きさを検知することが可能となる。

図２は図１におけるドライブ回路１０ｃに代えて、ドライブ回路１０ｄ、１０ｅを設け、このドライブ回路１０ｄ、１０ｅによってスイッチング素子４ｃ、４ｄを各々駆動するようにした回路である。ＤＣ／ＡＣインバータ部４のスイッチング素子４ｃ、４ｄは、エミッタが同電位であるため、図１の回路のようにドライブ回路を共通にする（ドライブ回路１０ｃ）ことが出来るが、その際には、ＤＣ／ＡＣインバータ４のスイッチング素子４ａ、４ｂのドライブ回路１つ分に用いる電流量の２倍の電流が必要なため、補助巻線２４ｅの必要とする線径が補助巻線２４ｃ、２４ｄより太くなり、巻線材料の種類が増える。したがって、図２のようにトランス２４の補助巻線の数を増やして（補助巻線２４ｆ、２４ｇ）、巻線材料の種類を統一させることで加工内容が簡素化され、低コスト化することが出来る。

この発明は、直流電源を交流電源に変換する場合に用いて好適である。

この発明の第１の実施形態によるインバータ電源装置の構成を示すブロック図である。 同実施形態の変形例を示すブロック図である。 従来のインバータ電源装置の構成例を示すブロック図である。 従来のインバータ電源装置の他の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１…直流電源
４…ＤＣ／ＡＣインバータ
４ａ〜４ｄ…パワートランジスタ
５…ＬＣフィルタ
６…負荷
１０…駆動回路
１０ａ〜１０ｅ…ドライブ回路
１１…制御回路
２１…ＤＣ／ＤＣコンバータ部
２２、２８、３２…コンデンサ
２３…ＦＥＴ
２４…絶縁トランス
２４ａ…１次巻線
２４ｂ…２次巻線
２４ｃ〜２４ｇ…補助巻線
２５、２６、３１…ダイオード
３０…ＤＣ／ＡＣリンク部

Claims (3)

1. 直流電源の出力電圧を異なる電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータと、
   を具備するインバータ電源装置において、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端と前記ＤＣ／ＡＣインバータの直流電圧入力端の間に、逆電流阻止用のダイオードを挿入すると共に、前記ＤＣ／ＡＣインバータの直流電圧入力端間にコンデンサを挿入したことを特徴とするインバータ電源装置。
2. 直流電源の出力電圧をオン／オフ制御するスイッチング素子と、
   １次巻線が前記スイッチング素子に直列に接続されたトランスと、
   前記トランスの２次巻線の電圧を直流電圧に変換する整流回路と、
   前記整流回路の出力を平滑する平滑用コンデンサと、
   前記平滑用コンデンサの両端電圧が加えられるＤＣ／ＡＣインバータと、
   前記ＤＣ／ＡＣインバータのスイッチング素子を駆動するドライブ回路と、
   を具備するインバータ電源装置において、
   前記トランスに補助巻線を設けて該補助巻線の出力を前記ドライブ回路へ駆動電源として供給し、
   前記平滑用コンデンサと前記ＤＣ／ＡＣインバータの直流電圧入力端の間に、逆電流阻止用のダイオードを挿入すると共に、前記ＤＣ／ＡＣインバータの直流電圧入力端間にコンデンサを挿入したことを特徴とするインバータ電源装置。
3. 前記補助巻線およびドライブ回路は、前記ＤＣ／ＡＣインバータを構成する複数のスイッチング素子にそれぞれ対応して設けられていることを特徴とする請求項２に記載のインバータ電源装置。

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