JP2007333553A - Resonance frequency measuring method - Google Patents

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敏栄 三浦
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resonance frequency measuring method which prevents a self-arc-suppressing type switching element from breaking down, and can measure the resonance frequency of a resonance circuit with high accuracy, by using an oscillating current waveform output from an inverter. <P>SOLUTION: A high-frequency power supply is equipped with a single-phase output voltage type full bridge inverter 100, wherein two element pairs which are composed of MOSFETs 2, 3 and MOSFETs 8, 9 respectively connected in series, are connected to a DC power supply 1 in parallel, and connection points of MOSFETs of respective element pairs are used as a pair of AC output terminals. In the high-frequency power supply, an inductive impedance 4 and a parallel circuit of a resonance capacitor 5 and a load 200 are connected in series between the pair of AC output terminals. A positive or a negative DC voltage signal is output from the inverter 100 for a prescribed period, and then the output current of the inverter 100 is oscillated, by controlling the MOSFETs 2, 3, 8 and 9 to be turned on/off so that the output voltage becomes zero; and the oscillation frequency is measured, thereby obtaining the resonance frequency of the resonance circuit, including the load 200. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、単相出力電圧形フルブリッジインバータまたは単相出力電圧形ハーフブリッジインバータを備えた高周波電源装置により、負荷を含む共振回路の共振周波数を測定する方法に関する。   The present invention relates to a method of measuring a resonance frequency of a resonance circuit including a load by a high-frequency power supply device including a single-phase output voltage type full-bridge inverter or a single-phase output voltage type half-bridge inverter.

出力周波数が数十kHz〜数百kHzなどの高周波電源装置では、負荷回路は共振回路で構成されている。この種の電源装置には、自己消弧形スイッチング素子を用いた電圧形インバータが用いられており、出力電圧に対して出力電流が常に遅れ位相となるように、共振周波数より高い出力周波数で運転しなくてはならない。   In a high frequency power supply apparatus having an output frequency of several tens of kHz to several hundreds of kHz, the load circuit is constituted by a resonance circuit. This type of power supply device uses a voltage source inverter that uses a self-extinguishing switching element, and operates at an output frequency higher than the resonance frequency so that the output current is always in a lagging phase with respect to the output voltage. I have to do it.

電圧形インバータの自己消弧形スイッチング素子にMOSFETを用い、この素子に逆並列に接続される環流ダイオードにMOSFETの寄生ダイオードを用いている場合、共振周波数より低い出力周波数で運転すると、インバータの出力電圧に対して出力電流が進み位相となり、寄生ダイオードが急峻に逆回復してMOSFETを破壊する原因となる。
このため、この種の高周波電源装置における負荷回路の共振周波数を正確に把握することは非常に重要である。
When a MOSFET is used as a self-extinguishing switching element of a voltage type inverter and a parasitic diode of a MOSFET is used as a freewheeling diode connected in reverse parallel to this element, if the inverter is operated at an output frequency lower than the resonance frequency, the output of the inverter The output current advances in phase with respect to the voltage, causing the parasitic diode to sharply reversely recover and destroy the MOSFET.
For this reason, it is very important to accurately grasp the resonance frequency of the load circuit in this type of high-frequency power supply device.

実際の負荷回路の定数は、負荷回路が誘導性である場合、高周波電源装置の出力周波数より低い周波数で共振させるための共振コンデンサの容量を、負荷回路のインダクタンスから計算して決定している。
ここで、要求される共振周波数とするためには、負荷回路のインダクタンスや抵抗を求めることが必要であるが、負荷回路にはコイルにより加熱される金属等を含む場合もあり、インダクタンスが不明なことも多い。また、負荷回路のインダクタンスは1μH以下のこともあり、配線インダクタンス等の影響によって電源装置から見た負荷回路のインダクタンスは無視できないほど変化するのが通常である。
一方、負荷回路の定数をLCRメータ等により測定しようとしても、出力が数十kW〜数百kWの高周波電源装置の負荷回路は、例えば電縫鋼管の高周波抵抗溶接機等ではその全長が数mとなる場合もあり、測定作業が困難であると共に多くの時間がかかる。
When the load circuit is inductive, the actual load circuit constant is determined by calculating the capacitance of the resonance capacitor for resonating at a frequency lower than the output frequency of the high frequency power supply device from the inductance of the load circuit.
Here, in order to obtain the required resonance frequency, it is necessary to determine the inductance and resistance of the load circuit. However, the load circuit may include a metal heated by a coil, and the inductance is unknown. There are many things. In addition, the inductance of the load circuit may be 1 μH or less, and the inductance of the load circuit viewed from the power supply device is usually changed to a degree that cannot be ignored due to the influence of the wiring inductance or the like.
On the other hand, even if the constant of the load circuit is to be measured with an LCR meter or the like, the load circuit of the high frequency power supply device with an output of several tens to several hundred kW has a total length of several meters in a high frequency resistance welding machine for an electric resistance steel pipe, for example. The measurement work is difficult and takes a lot of time.

以上のように、高周波電源装置の負荷回路の共振周波数を設計段階で正確に把握することは難しいため、製作後に共振周波数を測定することがより確実である。その一つの方法として、インバータから負荷回路に実際に電流を流して、その電流波形から共振周波数を測定する方法がある。   As described above, since it is difficult to accurately grasp the resonance frequency of the load circuit of the high frequency power supply device at the design stage, it is more reliable to measure the resonance frequency after manufacture. As one of the methods, there is a method of actually flowing a current from an inverter to a load circuit and measuring a resonance frequency from the current waveform.

ここで、図4は、背景技術を説明するための高周波電源装置の主回路構成を示している。
図4において、電圧形インバータ100は、MOSFETからなる自己消弧形スイッチング素子2,3を直列に接続した素子対と、同じく自己消弧形スイッチング素子8,9を直列に接続した素子対とを、直流電圧源1に並列に接続して構成されており、各素子対の素子同士の接続点を交流出力端子とした、いわゆる単相出力電圧形フルブリッジインバータである。
インバータ100の一対の交流出力端子には、共振コンデンサ10と、誘導性インピーダンス6及び抵抗成分7からなる負荷200とが直列に接続されており、これらの共振コンデンサ10及び負荷200によって直列共振回路が構成されている。
Here, FIG. 4 shows a main circuit configuration of the high-frequency power supply device for explaining the background art.
In FIG. 4, a voltage source inverter 100 includes an element pair in which self-extinguishing switching elements 2 and 3 made of MOSFETs are connected in series and an element pair in which self-extinguishing switching elements 8 and 9 are connected in series. This is a so-called single-phase output voltage type full-bridge inverter that is configured to be connected in parallel to the DC voltage source 1 and that uses the connection point between the elements of each element pair as an AC output terminal.
A pair of AC output terminals of the inverter 100 is connected to a resonance capacitor 10 and a load 200 composed of an inductive impedance 6 and a resistance component 7 in series. A series resonance circuit is formed by the resonance capacitor 10 and the load 200. It is configured.

図5は、図4の動作を示す波形図である。
図5に示すように、インバータ100の素子2,9を時刻tでオンさせると、電圧Vとして直流電圧が出力される。良く知られているように、コンデンサ、インダクタンス及び抵抗からなる直列回路に直流電圧を印加すると、回路定数が振動性である場合に電流は共振周波数にほぼ等しい周波数で振動するので、図5の例でも出力電流Iはほぼ共振周波数で振動することになり、これを測定することが可能となる。
FIG. 5 is a waveform diagram showing the operation of FIG.
As shown in FIG. 5, when turning on the element 2,9 of the inverter 100 at time t 0, a DC voltage is output as a voltage V o. As is well known, when a DC voltage is applied to a series circuit composed of a capacitor, an inductance, and a resistor, the current oscillates at a frequency substantially equal to the resonance frequency when the circuit constant is oscillating. However, the output current Io oscillates substantially at the resonance frequency, and this can be measured.

更に、図6は背景技術を説明するための他の高周波電源装置の主回路構成を示している。
インバータ100の構成は図4と同一であるため、説明を省略する。
インバータ100の一対の交流出力端子には、誘導性インピーダンス4を介して、共振コンデンサ5と負荷200との並列回路とが接続されており、負荷200は前記同様に誘導性インピーダンス6と抵抗成分7との直列回路により構成されている。
この場合には、誘導性インピーダンス4と、共振コンデンサ5及び負荷200の並列回路とによって直並列共振回路が構成される。
Further, FIG. 6 shows a main circuit configuration of another high frequency power supply device for explaining the background art.
The configuration of the inverter 100 is the same as that in FIG.
A parallel circuit of a resonant capacitor 5 and a load 200 is connected to a pair of AC output terminals of the inverter 100 via an inductive impedance 4, and the load 200 has an inductive impedance 6 and a resistance component 7 as described above. And a series circuit.
In this case, a series-parallel resonant circuit is configured by the inductive impedance 4 and the parallel circuit of the resonant capacitor 5 and the load 200.

図7は、図6の動作を示す波形図である。
図5と同様にして、インバータ100の素子2,9を時刻tでオンさせると、電圧Vとして直流電圧が出力されるが、この直流電圧成分に対しては、インバータ100の出力側に誘導性インピーダンス4と誘導性インピーダンス6と抵抗成分7とが直列に接続されることになる。そのため、出力電流Iは図7に示すように増加していき、最終的には抵抗成分7の抵抗値によって決まる電流値となる。ここで、抵抗成分7の抵抗値は通常、数10mΩ〜数100mΩであるため、出力電圧Vの数百Vに対して出力電流Iは数千A〜数万Aとなり、インバータ100の許容電流を超えてしまう結果、インバータ100は過電流保護動作により停止することとなる。
従って、図6のような高周波電源装置においては、インバータ100を通常に運転する限り、その出力電流波形から共振周波数を求めることは不可能である。
FIG. 7 is a waveform diagram showing the operation of FIG.
In the same manner as in FIG. 5, when turning on the element 2,9 of the inverter 100 at time t 0, but the DC voltage is output as a voltage V o, for this DC voltage component, to the output side of the inverter 100 Inductive impedance 4, inductive impedance 6, and resistance component 7 are connected in series. Therefore, the output current Io increases as shown in FIG. 7 and finally becomes a current value determined by the resistance value of the resistance component 7. Here, since the resistance value of the resistance component 7 is usually several tens of mΩ to several hundreds of mΩ, the output current I o is several thousand A to several tens of thousands A with respect to several hundreds V of the output voltage V o , and the allowable value of the inverter 100 As a result of exceeding the current, the inverter 100 is stopped by the overcurrent protection operation.
Therefore, in the high frequency power supply device as shown in FIG. 6, as long as the inverter 100 is normally operated, it is impossible to obtain the resonance frequency from the output current waveform.

一方、高周波電源装置としての放電ランプ点灯装置において、放電ランプの寿命末期等による異常時にインバータ出力電圧に対して出力電流の位相が進み位相になるのを検出してインバータの発振を停止させることにより、放電ランプや共振コンデンサに過大な電圧が印加されるのを未然に防止するようにした技術が、特許文献1に記載されている。   On the other hand, in a discharge lamp lighting device as a high-frequency power supply device, by detecting that the phase of the output current has advanced with respect to the inverter output voltage in the event of an abnormality due to the end of life of the discharge lamp, Patent Document 1 discloses a technique for preventing an excessive voltage from being applied to a discharge lamp or a resonant capacitor.

特開2003−224981号公報(段落[0015]〜[0018]、図28等)Japanese Patent Laying-Open No. 2003-224981 (paragraphs [0015] to [0018], FIG. 28, etc.)

図6に示したように、電圧形インバータ100にMOSFETを用いる場合、インバータ100の出力電圧に対して出力電流が進み位相になった後では、前述した如く寄生ダイオードが急峻に逆回復してMOSFETを破壊するおそれがある。
このため、特許文献1に記載された従来技術では素子の保護を図ることはできず、また、出力電流波形に基づいて共振周波数を求めることもできない。
As shown in FIG. 6, when a MOSFET is used for the voltage source inverter 100, after the output current has advanced and reached the phase with respect to the output voltage of the inverter 100, the parasitic diode steeply reversely recovers as described above. May be destroyed.
For this reason, the prior art described in Patent Document 1 cannot protect the element, and the resonance frequency cannot be obtained based on the output current waveform.

そこで本発明の解決課題は、スイッチング素子の破壊を未然に防止しながら誘導性インピーダンス、共振コンデンサ及び負荷からなる共振回路の共振周波数を高精度に測定可能とした共振周波数測定方法を提供することにある。   Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide a resonance frequency measuring method capable of measuring the resonance frequency of a resonance circuit including an inductive impedance, a resonance capacitor and a load with high accuracy while preventing destruction of the switching element. is there.

上記課題を解決するため、請求項1に記載した発明は、直列に接続された自己消弧形スイッチング素子からなる素子対を2個、直流電圧源に並列に接続し、各素子対の前記スイッチング素子同士の接続点を一対の交流出力端子とした単相出力電圧形フルブリッジインバータを備え、
前記一対の交流出力端子間に、誘導性インピーダンスと、共振コンデンサ及び負荷の並列回路と、が直列に接続される高周波電源装置において、
前記インバータから所定期間、正または負の直流電圧を出力させた後に前記インバータの出力電圧が零となるように前記スイッチング素子のオン、オフを制御して前記インバータの出力電流を振動させ、その周波数を測定することにより、前記誘導性インピーダンス、共振コンデンサ及び負荷からなる共振回路の共振周波数を求めるものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in claim 1 is characterized in that two element pairs each comprising a self-extinguishing switching element connected in series are connected in parallel to a DC voltage source, and the switching of each element pair is performed. Equipped with a single-phase output voltage type full bridge inverter with the connection point between elements as a pair of AC output terminals,
In the high frequency power supply apparatus in which the inductive impedance and the parallel circuit of the resonant capacitor and the load are connected in series between the pair of AC output terminals,
The inverter output current is vibrated by controlling on and off of the switching element so that the output voltage of the inverter becomes zero after outputting a positive or negative DC voltage from the inverter for a predetermined period. By measuring the resonance frequency of the resonance circuit including the inductive impedance, the resonance capacitor, and the load.

請求項2に記載した発明は、直列に接続された自己消弧形スイッチング素子からなる素子対を直流電圧源の両端に接続し、前記スイッチング素子同士の接続点及び前記直流電圧源の一端を一対の交流出力端子とした単相出力電圧形ハーフブリッジインバータを備え、
前記一対の交流出力端子間に、誘導性インピーダンスと、共振コンデンサ及び負荷の並列回路と、が直列に接続される高周波電源装置において、
前記インバータから所定期間、正の直流電圧を出力させた後に前記インバータの出力電圧が零となるように前記スイッチング素子のオン、オフを制御して前記インバータの出力電流を振動させ、その周波数を測定することにより、前記誘導性インピーダンス、共振コンデンサ及び負荷からなる共振回路の共振周波数を求めるものである。
According to a second aspect of the present invention, an element pair composed of self-extinguishing switching elements connected in series is connected to both ends of a DC voltage source, and a connection point between the switching elements and one end of the DC voltage source are paired. It is equipped with a single-phase output voltage type half-bridge inverter as an AC output terminal of
In the high frequency power supply apparatus in which the inductive impedance and the parallel circuit of the resonant capacitor and the load are connected in series between the pair of AC output terminals,
After a positive DC voltage is output from the inverter for a predetermined period, the switching element is turned on and off so that the output voltage of the inverter becomes zero, and the output current of the inverter is vibrated and the frequency is measured. Thus, the resonance frequency of the resonance circuit including the inductive impedance, the resonance capacitor, and the load is obtained.

請求項3に記載した発明は、請求項1または2に記載した共振周波数測定方法において、
前記所定期間を、前記インバータの出力電流の半周期以内の期間としたものである。
The invention described in claim 3 is the resonance frequency measuring method according to claim 1 or 2, wherein
The predetermined period is a period within a half cycle of the output current of the inverter.

請求項4に記載した発明は、請求項1〜3の何れか1項に記載した共振周波数測定方法において、
前記自己消弧形スイッチング素子が、寄生ダイオードを有するMOSFETであることを特徴とする。
The invention described in claim 4 is the resonance frequency measuring method according to any one of claims 1 to 3,
The self-extinguishing type switching element is a MOSFET having a parasitic diode.

本発明によれば、インバータの通常運転前に負荷を含む共振回路の共振周波数を測定することができ、この共振周波数に基づいてインバータの出力周波数を適切に設定すれば、インバータの出力電圧に対して出力電流を遅れ位相で運転することが可能である。
このため、例えばインバータの自己消弧形スイッチング素子にMOSFET素子を用い、環流ダイオードとしてMOSFETの寄生ダイオードを用いている場合には、MOSFETを破壊するおそれがなく、高周波電源装置の信頼性を向上させることができる。また、LCRメータ等を用いた負荷回路の定数測定による周波数計算方法に比べ、共振周波数を簡易に測定できるため測定時間の短縮や測定設備の簡素化が可能である。
According to the present invention, the resonance frequency of the resonance circuit including the load can be measured before the normal operation of the inverter, and if the output frequency of the inverter is appropriately set based on the resonance frequency, the output voltage of the inverter Thus, it is possible to operate the output current with a delayed phase.
For this reason, for example, when a MOSFET element is used as a self-extinguishing switching element of an inverter and a parasitic diode of the MOSFET is used as a freewheeling diode, there is no possibility of destroying the MOSFET, and the reliability of the high-frequency power supply device is improved. be able to. In addition, the resonance frequency can be easily measured as compared with a frequency calculation method using a constant measurement of a load circuit using an LCR meter or the like, so that measurement time can be shortened and measurement equipment can be simplified.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図1は本発明の第1実施形態の動作を示す波形図である。この実施形態が適用される高周波電源装置の主回路構成は図6と同様であり、直流電圧源1と、寄生ダイオードを有するMOSFET等の自己消弧形スイッチング素子2,3,8,9からなる単相出力電圧形フルブリッジインバータ100と、インバータ100の一方の交流出力端子に一端が接続された誘導性インピーダンス4と、このインピーダンス4の他端とインバータ100の他方の交流出力端子との間に接続された共振コンデンサ5と、このコンデンサ5に並列に接続され、かつ誘導性インピーダンス6及び抵抗成分7の直列回路からなる負荷200と、から構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a waveform diagram showing the operation of the first embodiment of the present invention. The main circuit configuration of the high-frequency power supply apparatus to which this embodiment is applied is the same as that of FIG. Single-phase output voltage type full-bridge inverter 100, inductive impedance 4 having one end connected to one AC output terminal of inverter 100, and the other end of impedance 4 and the other AC output terminal of inverter 100 The resonance capacitor 5 is connected, and the load 200 is connected in parallel to the capacitor 5 and is composed of a series circuit of an inductive impedance 6 and a resistance component 7.

次に、本実施形態に係る共振周波数測定方法について述べる。
まず、インバータ100を構成する素子2,9を時刻tでオンさせると、図7と同様に電圧Vとして直流電圧が出力され、出力電流Iは増加していく。ここで、出力電圧Vに対してIが進み位相になる前、すなわちIの極性が反転する前の任意の時刻tで素子9をオフし、素子2と同様に上アーム素子である素子8をオンする。これにより、インバータ100の一対の交流出力端子は素子2または8を介して何れも直流電圧源1の正極に接続されることになり、出力電圧Vはゼロ電圧となる。
すなわち、図7のようにインバータ100が直流電圧を出力し続けることがないので、出力電流Iが過電流となるおそれはない。このため、インバータ100の運転を停止することなく継続させることができる。
Next, a resonance frequency measuring method according to this embodiment will be described.
First, when turning on the device 2, 9 which constitute the inverter 100 at time t 0, a DC voltage is output as well as voltage V o and 7, the output current I o is increases. Here, the element 9 is turned off at an arbitrary time t 1 before the phase of I o advances to the output voltage V o , that is, before the polarity of I o is reversed. A certain element 8 is turned on. Thus, a pair of AC output terminals of the inverter 100 will be both through the element 2 or 8 is connected to the positive pole of the DC voltage source 1, the output voltage V o becomes zero voltage.
That is, since the inverter 100 does not continue to output a DC voltage as shown in FIG. 7, there is no possibility that the output current Io becomes an overcurrent. For this reason, the operation of the inverter 100 can be continued without stopping.

また、時刻t以後も素子2,8をオンし続けることにより、インバータ100の出力側はこれらの素子2,8を介して短絡される。従って、誘導性インピーダンス4と、共振コンデンサ5と、誘導性インピーダンス6及び抵抗成分7を直列に接続した負荷200とによって構成される共振回路の振動は持続することになり、ほぼ共振周波数で振動している出力電流Iの周波数を測定することが可能となる。なお、周波数測定後は通常運転に移行し、測定した周波数よりも高い周波数でインバータ100の素子2,3,8,9をスイッチングすれば良い。
このようにして出力電流Iの周波数を測定し、その周波数よりも高い周波数でインバータ100をスイッチングすることにより、寄生ダイオードの急峻な逆回復を防止して素子2,3,8,9の過電圧破壊を防止することができる。
Further, by continuing to turn on the elements 2 and 8 after the time t 1 , the output side of the inverter 100 is short-circuited through these elements 2 and 8. Therefore, the vibration of the resonance circuit constituted by the inductive impedance 4, the resonance capacitor 5, and the load 200 in which the inductive impedance 6 and the resistance component 7 are connected in series is sustained, and vibrates substantially at the resonance frequency. It is possible to measure the frequency of the output current Io . In addition, after frequency measurement, it shifts to normal operation and the elements 2, 3, 8, and 9 of the inverter 100 may be switched at a frequency higher than the measured frequency.
In this way, the frequency of the output current Io is measured, and the inverter 100 is switched at a frequency higher than that frequency, so that the steep reverse recovery of the parasitic diode is prevented and the overvoltage of the elements 2, 3, 8, and 9 is reduced. Destruction can be prevented.

ここで、例えば特開2003−33030号公報には、変圧器を有する共振回路に単相出力電圧形フルブリッジインバータから交流電圧を供給する電源システムにおいて、変圧器の一次側に流れる共振電流を測定して共振周波数、共振インピーダンス等を測定するようにした電源システムが開示されている。この電源システムでは、インバータの異なる上下アームの対角線上にあるスイッチング素子を一定期間オンさせた後にこれらをオフすることによって共振周波数等を測定しているが、上記スイッチング素子をオフすると電流は他のスイッチング素子に逆並列接続されたダイオードを介して直流電源に回生されるため、急速に減少する。このため、電流の振動が継続する時間が短く、共振周波数の測定が容易ではないという問題がある。   Here, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-33030, in a power supply system that supplies an AC voltage from a single-phase output voltage type full-bridge inverter to a resonance circuit having a transformer, the resonance current flowing to the primary side of the transformer is measured. Thus, a power supply system is disclosed in which the resonance frequency, resonance impedance, and the like are measured. In this power supply system, the resonance frequency is measured by turning on the switching elements on the diagonals of the upper and lower arms of different inverters for a certain period and then turning them off. Since it is regenerated to the DC power supply via a diode connected in reverse parallel to the switching element, it rapidly decreases. For this reason, there is a problem that the time for which the current oscillation continues is short and the measurement of the resonance frequency is not easy.

これに対し、本実施形態は、前述したように僅かな期間(時刻t〜t)だけ素子2,9をオンさせた後はインバータ100の交流出力端子間を短絡してゼロ電圧を出力させるものであり、図1に示したように出力電流の振動を複数周期にわたって継続させることができる。このため、出力電流の複数周期を測定することができ、より精度の高い共振周波数の測定が可能となる。 On the other hand, in the present embodiment, after the elements 2 and 9 are turned on for a short period (time t 0 to t 1 ) as described above, the AC output terminals of the inverter 100 are short-circuited to output zero voltage. As shown in FIG. 1, the oscillation of the output current can be continued over a plurality of periods. For this reason, a plurality of cycles of the output current can be measured, and the resonance frequency can be measured with higher accuracy.

この実施形態では、時刻tで素子2,9をオンし、時刻tで素子9をオフ、素子8をオンすることにより、図1に示したような正の電圧Vをインバータ100から出力させているが、時刻tで素子3,8をオンし、時刻tで素子8をオフ、素子9をオンすることにより、負の電圧Vをインバータ100から出力させても良い。 In this embodiment, the elements 2 and 9 are turned on at time t 0 , the element 9 is turned off and the element 8 is turned on at time t 1 , so that a positive voltage V o as shown in FIG. Although is output to turn on the device 3 and 8 at time t 0, off elements 8 at time t 1, by turning on the device 9, it may be output a negative voltage V o from the inverter 100.

次に、図2は本発明の第2実施形態を説明するための高周波電源装置の主回路構成図である。
この実施形態におけるインバータ110は、自己消弧形スイッチング素子2,3を直列に接続した素子対の両端を直流電圧源1に接続し、素子対の素子同士の接続点と直流電圧源1の負極とを交流出力端子とする、いわゆる単相出力電圧形ハーフブリッジインバータを構成している。
負荷側については、図6と同様に、前記素子同士の接続点に一端が接続された誘導性インピーダンス4と、このインピーダンス4の他端と直流電圧源1の負極との間に接続された共振コンデンサ5と、このコンデンサ5に並列に接続され、かつ誘導性インピーダンス6及び抵抗成分7の直列回路からなる負荷200と、を有している。
Next, FIG. 2 is a main circuit configuration diagram of the high frequency power supply device for explaining the second embodiment of the present invention.
In the inverter 110 in this embodiment, both ends of an element pair in which self-extinguishing switching elements 2 and 3 are connected in series are connected to a DC voltage source 1, a connection point between elements of the element pair and a negative electrode of the DC voltage source 1. Is a so-called single-phase output voltage type half-bridge inverter.
On the load side, similarly to FIG. 6, an inductive impedance 4 having one end connected to the connection point between the elements, and a resonance connected between the other end of the impedance 4 and the negative electrode of the DC voltage source 1. A capacitor 5 and a load 200 connected in parallel to the capacitor 5 and composed of a series circuit of an inductive impedance 6 and a resistance component 7 are included.

図3は、この実施形態の動作を示す波形図である。
その動作を説明すると、インバータ110を構成する上アームの素子2を時刻tでオンさせると、前記同様に出力電圧Vとして直流電圧が出力され、出力電流Iは増加していく。出力電圧Vに対してIが進み位相になる前、つまりIの極性が反転する前の任意の時刻tで素子2をオフし、下アームの素子3をオンする。これにより、インバータ110の出力電圧Vはゼロ電圧となり、直流電圧を出力し続けることがないので、出力電流Iが過電流となるおそれはない。よって、インバータ110の運転を停止せずに継続させることができる。
FIG. 3 is a waveform diagram showing the operation of this embodiment.
To explain the operation, when the upper arm element 2 constituting the inverter 110 is turned on at time t 0 , a DC voltage is output as the output voltage V o and the output current I o increases as described above. Before the output voltage V o with respect to I o is advanced phase, i.e. off the element 2 at an arbitrary time t 1 before the polarity of the I o is inverted to turn on the element 3 of the lower arm. As a result, the output voltage V o of the inverter 110 becomes zero voltage and does not continue to output a DC voltage, so there is no possibility that the output current I o becomes an overcurrent. Therefore, the operation of the inverter 110 can be continued without stopping.

また、時刻t以後も素子3をオンし続けることにより、インバータ110の出力側は素子3を介して短絡される。このため、第1実施形態と同様に誘導性インピーダンス4と、共振コンデンサ5と、誘導性インピーダンス6及び抵抗成分7を直列に接続してなる負荷200とによって構成される共振回路の振動は持続することになり、ほぼ共振周波数で振動する出力電流Iの周波数を測定することが可能となる。なお、周波数測定後は通常運転に移行し、測定した周波数よりも高い周波数で素子2,3をスイッチングすれば良い。
本実施形態においても、測定した出力電流Iの周波数よりもインバータ110の出力周波数を高くすることにより、寄生ダイオードの急峻な逆回復を防止して素子2,3の過電圧破壊を防止することができる。
Further, the output side of the inverter 110 is short-circuited through the element 3 by continuing to turn on the element 3 after the time t 1 . Therefore, similarly to the first embodiment, the vibration of the resonance circuit constituted by the inductive impedance 4, the resonance capacitor 5, and the load 200 in which the inductive impedance 6 and the resistance component 7 are connected in series continues. In other words , it becomes possible to measure the frequency of the output current Io that vibrates substantially at the resonance frequency. In addition, after frequency measurement, it shifts to normal operation and the elements 2 and 3 may be switched at a frequency higher than the measured frequency.
Also in the present embodiment, by making the output frequency of the inverter 110 higher than the measured frequency of the output current Io , it is possible to prevent a sudden reverse recovery of the parasitic diode and prevent overvoltage breakdown of the elements 2 and 3. it can.

なお、図2では誘導性インピーダンス4、共振コンデンサ5及び負荷200からなる共振回路を素子3の両端に接続してあるが、上記共振回路は素子2の両端に接続しても良い。その場合には、時刻tで素子3をオンし、時刻tで素子3をオフ、素子2をオンすれば良く、出力電圧Vは素子2の両端の電圧になる。 In FIG. 2, the resonance circuit including the inductive impedance 4, the resonance capacitor 5, and the load 200 is connected to both ends of the element 3. However, the resonance circuit may be connected to both ends of the element 2. In that case, the element 3 is turned on at time t 0, off element 3 at time t 1, it is sufficient on the element 2, the output voltage V o becomes the voltage across the element 2.

本発明の第1実施形態の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態が適用される高周波電源装置の主回路構成図である。It is a main circuit block diagram of the high frequency power supply device with which 2nd Embodiment of this invention is applied. 本発明の第2実施形態の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of 2nd Embodiment of this invention. 背景技術を説明するための高周波電源装置の主回路構成図である。It is a main circuit block diagram of the high frequency power supply device for demonstrating background art. 図4の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation | movement of FIG. 背景技術を説明するための他の高周波電源装置の主回路構成図である。It is a main circuit block diagram of the other high frequency power supply device for demonstrating background art. 図6の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation | movement of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1:直流電圧源
2,3,8,9:自己消弧形スイッチング素子
4,6:誘導性インピーダンス
5:共振コンデンサ
7:抵抗成分
100:単相出力電圧形フルブリッジインバータ
110:単相出力電圧形ハーフブリッジインバータ
200:負荷
1: DC voltage sources 2, 3, 8, 9: self-extinguishing switching elements 4, 6: inductive impedance 5: resonant capacitor 7: resistance component 100: single-phase output voltage type full-bridge inverter 110: single-phase output voltage Half-bridge inverter 200: Load

Claims (4)

直列に接続された自己消弧形スイッチング素子からなる素子対を2個、直流電圧源に並列に接続し、各素子対の前記スイッチング素子同士の接続点を一対の交流出力端子とした単相出力電圧形フルブリッジインバータを備え、
前記一対の交流出力端子間に、誘導性インピーダンスと、共振コンデンサ及び負荷の並列回路と、が直列に接続される高周波電源装置において、
前記インバータから所定期間、正または負の直流電圧を出力させた後に前記インバータの出力電圧が零となるように前記スイッチング素子のオン、オフを制御して前記インバータの出力電流を振動させ、その周波数を測定することにより、前記誘導性インピーダンス、共振コンデンサ及び負荷からなる共振回路の共振周波数を求めることを特徴とする共振周波数測定方法。
Single-phase output with two pairs of self-extinguishing switching elements connected in series, connected in parallel to a DC voltage source, and a connection point between the switching elements of each element pair as a pair of AC output terminals It has a voltage-type full-bridge inverter,
In the high frequency power supply apparatus in which the inductive impedance and the parallel circuit of the resonant capacitor and the load are connected in series between the pair of AC output terminals,
The inverter output current is vibrated by controlling on and off of the switching element so that the output voltage of the inverter becomes zero after outputting a positive or negative DC voltage from the inverter for a predetermined period. The resonance frequency measurement method is characterized in that the resonance frequency of the resonance circuit including the inductive impedance, the resonance capacitor, and the load is obtained by measuring.
直列に接続された自己消弧形スイッチング素子からなる素子対を直流電圧源の両端に接続し、前記スイッチング素子同士の接続点及び前記直流電圧源の一端を一対の交流出力端子とした単相出力電圧形ハーフブリッジインバータを備え、
前記一対の交流出力端子間に、誘導性インピーダンスと、共振コンデンサ及び負荷の並列回路と、が直列に接続される高周波電源装置において、
前記インバータから所定期間、正の直流電圧を出力させた後に前記インバータの出力電圧が零となるように前記スイッチング素子のオン、オフを制御して前記インバータの出力電流を振動させ、その周波数を測定することにより、前記誘導性インピーダンス、共振コンデンサ及び負荷からなる共振回路の共振周波数を求めることを特徴とする共振周波数測定方法。
A single-phase output in which a pair of self-extinguishing switching elements connected in series is connected to both ends of a DC voltage source, and a connection point between the switching elements and one end of the DC voltage source are used as a pair of AC output terminals Equipped with a voltage type half bridge inverter,
In the high frequency power supply apparatus in which the inductive impedance and the parallel circuit of the resonant capacitor and the load are connected in series between the pair of AC output terminals,
After a positive DC voltage is output from the inverter for a predetermined period, the switching element is turned on and off so that the output voltage of the inverter becomes zero, and the output current of the inverter is vibrated and the frequency is measured. To obtain a resonance frequency of a resonance circuit including the inductive impedance, the resonance capacitor, and a load.
請求項1または2に記載した共振周波数測定方法において、
前記所定期間は、前記インバータの出力電流の半周期以内の期間であることを特徴とする共振周波数測定方法。
In the resonance frequency measuring method according to claim 1 or 2,
The method for measuring a resonance frequency, wherein the predetermined period is a period within a half cycle of an output current of the inverter.
請求項1〜3の何れか1項に記載した共振周波数測定方法において、
前記自己消弧形スイッチング素子が、寄生ダイオードを有するMOSFETであることを特徴とする共振周波数測定方法。
In the resonance frequency measuring method according to any one of claims 1 to 3,
The self-extinguishing type switching element is a MOSFET having a parasitic diode.
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