JP2016067198A - Inverter device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inverter device that can increase a period for which a high voltage and large power are simultaneously applied (supplied) to a load.SOLUTION: A step-up transformer 3 is constructed by two or more transformers T1 to T5. Excitation current of an excitation winding Lp5 of the transformer T5 nearest to a second output terminal 2b side (voltage generation side) is switched by a first switching element Q1. The respective excitation windings Lp1 to Lp4 of the other transformers T1 to T4 are connected to one another in parallel, and each excitation current thereof is switched by a second switching element Q2. The first and second switching elements Q1, Q2 are subjected to ON/OFF control at the same time by a control circuit 5. A series circuit of diodes (D1 to D4) and capacitors (C1 to C4) is connected between the second output terminal 2b and each of the connection points e to h of the respective output windings Ls1 to Ls5 of the transformers T1 to T5 which are connected to one another in series in a direction along which current flows to the second output terminal 2b.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、昇圧トランスを同一の特性を持つ個別の複数個のトランスによって構成したインバータ装置に関する。   The present invention relates to an inverter device in which a step-up transformer is constituted by a plurality of individual transformers having the same characteristics.

大型プラズマディスプレー用放電管、プラズマ発生装置など、種々の装置に高電圧を供給するためにインバータ装置が用いられている。
一般には出力電力値が数W程度のものが多く使用されているが、プラズマ発生装置などには、出力電圧が数kVで電力値が数十W以上の交流の出力を持つインバータ装置が使用される。
An inverter device is used to supply a high voltage to various devices such as a discharge tube for a large plasma display and a plasma generator.
In general, an output power value of about several watts is often used, but an inverter device having an AC output with an output voltage of several kV and a power value of several tens of watts or more is used for a plasma generator or the like. The

このような高電圧を供給するための電源装置として、特許文献1に記載の高電圧インバータ装置がある。その高電圧インバータ装置は、図16に示すように、別個のコアを持つ同じ特性の複数のトランスT1,T2によって昇圧トランスTを構成している。
そして、制御回路によってオン・オフ制御されるスイッチング素子Qによって入力電圧Vinをスイッチングして、各トランスT1,T2の並列に接続した励磁巻線Np1,Np2に同時に励磁電流を流して励磁する。
その各トランスT1,T2の出力巻線Ns1,Ns2を互いに直列に接続して、その各出力巻線Ns1,Ns2に誘起される電圧波形が重畳された交流高電圧の出力電圧Voutを負荷に出力する。その負荷として、例えばプラズマ発生装置の電極等の負荷容量Coを有するものが接続される。
As a power supply device for supplying such a high voltage, there is a high voltage inverter device described in Patent Document 1. In the high voltage inverter device, as shown in FIG. 16, a step-up transformer T is constituted by a plurality of transformers T1 and T2 having separate cores and having the same characteristics.
Then, the input voltage Vin is switched by the switching element Q which is controlled to be turned on / off by the control circuit, and the exciting windings Np1 and Np2 connected in parallel to the transformers T1 and T2 are simultaneously excited by exciting them.
The output windings Ns1 and Ns2 of the transformers T1 and T2 are connected in series with each other, and an AC high voltage output voltage Vout on which voltage waveforms induced in the output windings Ns1 and Ns2 are superimposed is output to the load. To do. As the load, for example, a load having a load capacity Co such as an electrode of a plasma generator is connected.

しかしながら、このような従来のインバータ装置では、出力電力は出力電圧に対して(1/4)πだけ進んでいる時点で最大になり、出力電圧が最大の時点ではその振幅が0(ゼロ)になってしまう。
プラズマ発生装置のような負荷には、高電圧と大きな電力を同時に印加(供給)しないと、効率よくプラズマを発生させることができない。しかし、上述したように、従来の高電圧インバータ装置ではそれを十分に達成できなかった。
However, in such a conventional inverter device, the output power is maximized when the output voltage is advanced by (1/4) π with respect to the output voltage, and the amplitude becomes 0 (zero) when the output voltage is maximum. turn into.
Unless a high voltage and large power are simultaneously applied (supplied) to a load such as a plasma generator, plasma cannot be generated efficiently. However, as described above, the conventional high-voltage inverter device cannot sufficiently achieve it.

この発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、インバータ装置における出力電圧と出力電力がそれぞれ最大になるタイミングのずれを少なくし、負荷に高電圧と大電力を同時に印加(供給)できる期間を増加することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a background, reduces the difference in timing at which the output voltage and output power in the inverter device become maximum, and simultaneously applies (supply) high voltage and large power to the load. The purpose is to increase the possible period.

この発明は上記の目的を達成するため、同一の特性を持つ個別のn個(nは2以上の整数)のトランスによって昇圧トランスを構成し、そのn個のトランスの各励磁巻線にそれぞれ入力電圧を印加して流す励磁電流をスイッチングするスイッチング素子を設け、上記n個のトランスの各出力巻線を、フレームグラウンド側の第1の出力端子と電圧発生側の第2の出力端子との間に互いに直列又は直列と並列が混在するように接続し、上記第1、第2の出力端子間に交番する出力電圧を発生するインバータ装置であって、
上記スイッチング素子を、同一のスイッチング信号でオン・オフ駆動される第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子で構成し、上記n個のトランスのうち最も上記第2の出力端子側のトランスの上記励磁巻線の励磁電流を、上記第1のスイッチング素子によってスイッチングし、他の各トランスの上記励磁巻線を並列に接続して、その各励磁巻線の励磁電流を上記第2のスイッチング素子によってスイッチングするようにし、
上記n個のトランスの互いに直列に接続された各出力巻線相互の接続点のうち、少なくとも一つの接続点と上記第2の出力端子との間に、その第2の出力端子に向かって電流が流れる向きに、ダイオードとコンデンサの直列回路を接続したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention forms a step-up transformer by individual n transformers (n is an integer of 2 or more) having the same characteristics, and inputs each of the excitation windings of the n transformers. A switching element is provided for switching an exciting current to be applied by applying a voltage, and each output winding of the n transformers is connected between a first output terminal on the frame ground side and a second output terminal on the voltage generation side. Connected to each other in series or in series and parallel to each other, and generates an output voltage that alternates between the first and second output terminals,
The switching element is composed of a first switching element and a second switching element that are driven on and off by the same switching signal, and among the n transformers, the transformer of the transformer on the second output terminal side most. The exciting current of the exciting winding is switched by the first switching element, the exciting windings of the other transformers are connected in parallel, and the exciting current of each exciting winding is changed by the second switching element. To switch,
Of the n number of transformers connected in series with each other, the current between the at least one of the output windings and the second output terminal is directed toward the second output terminal. It is characterized in that a series circuit of a diode and a capacitor is connected in the direction in which current flows.

この発明によるインバータ装置は、出力電圧と出力電力がそれぞれ最大になるタイミングのずれが少なくなり、負荷に高電圧と大電力を同時に印加(供給)できる期間を増加することができる。   In the inverter device according to the present invention, the difference in timing at which the output voltage and the output power are maximized is reduced, and the period during which high voltage and large power can be simultaneously applied (supplied) to the load can be increased.

この発明によるインバータ装置の第1の実施形態の回路図である。1 is a circuit diagram of a first embodiment of an inverter device according to the present invention. FIG. 同じくその第1の実施形態による出力波形観測結果を示す波形図である。It is a wave form diagram which similarly shows the output waveform observation result by the 1st Embodiment. 同じくその出力電圧と出力電力の波形を明瞭化してスイッチング素子のドレイン電流の波形と共に示す波形図である。Similarly, the waveforms of the output voltage and output power are clarified and are shown together with the waveform of the drain current of the switching element. 同じく第1、第2のスイッチング素子の各ドレイン電圧の変化を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the change of each drain voltage of a 1st, 2nd switching element similarly. この発明を適用しなかった場合の図1に対応するインバータ装置の比較例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the comparative example of the inverter apparatus corresponding to FIG. 1 at the time of not applying this invention. 同じくその比較例による出力波形観測結果を示す波形図である。It is a wave form diagram which similarly shows the output waveform observation result by the comparative example. この発明によるインバータ装置の第2の実施形態の回路図である。It is a circuit diagram of 2nd Embodiment of the inverter apparatus by this invention. 各トランスの出力巻線のインダクタンスが同じでない場合の出力電圧と各接続点の電圧波形観測結果を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the voltage waveform observation result of an output voltage and each connection point when the inductance of the output winding of each transformer is not the same. この発明によるインバータ装置の第3の実施形態の回路図である。It is a circuit diagram of 3rd Embodiment of the inverter apparatus by this invention. 同じくその第3の実施形態のコンデンサの容量が望ましい範囲内の場合の出力波形観測結果を示す波形図である。Similarly, it is a waveform diagram showing an output waveform observation result when the capacitance of the capacitor of the third embodiment is within a desirable range. FIG. 同じくその第3の実施形態のコンデンサの容量が望ましい範囲外の場合の出力波形観測結果を示す波形図である。Similarly, it is a waveform diagram showing an output waveform observation result when the capacitance of the capacitor of the third embodiment is outside the desirable range. この発明によるインバータ装置の第4の実施形態の回路図である。It is a circuit diagram of 4th Embodiment of the inverter apparatus by this invention. 同じくその第4の実施形態による出力波形観測結果を示す波形図である。It is a wave form diagram which similarly shows the output waveform observation result by the 4th Embodiment. 同じくその第4の実施形態による入力電圧を上げて出力電圧を調整した場合の出力波形観測結果を示す波形図である。Similarly, it is a waveform diagram showing an output waveform observation result when the output voltage is adjusted by raising the input voltage according to the fourth embodiment. 同じくその第4の実施形態による入力電圧をさらに上げて出力電圧を調整した場合の出力波形観測結果を示す波形図である。Similarly, it is a waveform diagram showing an output waveform observation result when the input voltage according to the fourth embodiment is further increased to adjust the output voltage. 従来のインバータ装置の一例の要部を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the principal part of an example of the conventional inverter apparatus. そのインバータ装置の出力電圧と出力電流及び出力電力の関係を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the relationship between the output voltage of the inverter apparatus, output current, and output electric power.

まず、この発明の基本的な概念を説明する。
図16に示したような高電圧インバータ装置の出力側は、トランスT1,T2の各出力巻線が直列に接続されたインダクタンスLsと、その出力巻線間に分布もしくは寄生する静電容量Csと負荷容量Coとの合成容量とによる電圧共振回路を構成する。
その電圧共振回路の共振定数は上記Ls、Cs、Coである。しかし、電気経路上に強磁場がかかり、その共振定数が温度や線間長のずれなどから変化するため、高電圧で交番される出力電圧Voutは完全に基本波のみとはならず、歪の入った出力波形となる。したがって、出力電圧をフーリエ展開すると、高次数に交番されて減衰していく電圧に分解される。
First, the basic concept of the present invention will be described.
The output side of the high voltage inverter device as shown in FIG. 16 includes an inductance Ls in which output windings of the transformers T1 and T2 are connected in series, and a capacitance Cs distributed or parasitic between the output windings. A voltage resonance circuit is formed by a combined capacitance with the load capacitance Co.
The resonance constants of the voltage resonance circuit are Ls, Cs, and Co. However, since a strong magnetic field is applied to the electrical path and its resonance constant changes due to temperature, line length deviation, etc., the output voltage Vout alternating with the high voltage is not limited to the fundamental wave, It becomes the output waveform that entered. Therefore, when the output voltage is Fourier-expanded, it is decomposed into a voltage that alternates in a high order and attenuates.

ここで共振定数LsとCsは、複数個のトランスT1,T2の合成特性である。トランスの数が2個の場合は、個々のトランスの出力インダクタンスは略Ls/2、寄生容量などの静電容量Cs(負荷容量Coは除く)は略2・Csとなる。
出力電圧は、交番された数kVないし数十kVの電圧であり、平均出力電力は、数W乃至数十kWの範囲にある。
Here, the resonance constants Ls and Cs are combined characteristics of the plurality of transformers T1 and T2. When the number of transformers is two, the output inductance of each transformer is approximately Ls / 2, and the capacitance Cs (excluding load capacitance Co) such as parasitic capacitance is approximately 2 · Cs.
The output voltage is an alternating voltage of several kV to several tens of kV, and the average output power is in the range of several W to several tens of kW.

理想状態においては、その並列共振の出力電圧V(t)は次の式で表される。
V(t)=Vout sin(ωt)・・・・・・・(1)
ここで、Voutは出力電圧の最大値(V)、ωは角周波数である。ωは、LC共振状態のときの共振周波数f0に対して ω=2πfoの関係がある。
よって、共振状態にある共振角周波数ωoは、ωo=1/√LCである。
In the ideal state, the output voltage V (t) of the parallel resonance is expressed by the following equation.
V (t) = Vout sin (ωt) (1)
Here, Vout is the maximum value (V) of the output voltage, and ω is the angular frequency. ω has a relationship of ω = 2πfo with respect to the resonance frequency f0 in the LC resonance state.
Therefore, the resonance angular frequency ωo in the resonance state is ωo = 1 / √LC.

出力回路に流れる出力電流I(t)は次式で表される。
I(t)=Iout cos(ωt)・・・・・・・・(2)
したがって、出力電流I(t)は出力電圧V(t)に対して、位相が(1/2)π rad(ラジアン)進んでいることになる。
そして、負荷には、出力電圧V(t)と出力電流I(t)の積による電力P(t)が印加されることになる。
The output current I (t) flowing through the output circuit is expressed by the following equation.
I (t) = Iout cos (ωt) (2)
Accordingly, the phase of the output current I (t) is advanced by (1/2) π rad (radian) with respect to the output voltage V (t).
The load is applied with power P (t) that is the product of the output voltage V (t) and the output current I (t).

三角関数の加法定理より、その出力電力P(t)は次式により求められる。
P(t)=Vout sin(ωt)・Iout cos(ωt)
=Vout・Iout{sin(ωt+ωt)+sin(0)}/2
=Vout・Iout・sin(2ωt)/2 ・・・・(3)
よって、出力電力の最大値Pmaxは、
Pmax=Vout・Iout/2 ・・・・・・・・・(4)
となり、それ以上にはならない。
From the trigonometric addition theorem, the output power P (t) is obtained by the following equation.
P (t) = Vout sin (ωt) · Iout cos (ωt)
= Vout · Iout {sin (ωt + ωt) + sin (0)} / 2
= Vout · Iout · sin (2ωt) / 2 (3)
Therefore, the maximum value Pmax of the output power is
Pmax = Vout · Iout / 2 (4)
And no more.

この出力電圧V(t)、出力電流I(t)及び出力電力P(t)の関係を、横軸を時間軸とした波形図で示すと図17のようになる。
この図17から分かるように、出力電圧V(t)と出力電流I(t)は、いずれも周期が2π(ラジアン)で、出力電流I(t)は出力電圧V(t)よりπ/2だけ位相が進んでいる。
また、出力電力P(t)の周期はπであり、出力電圧V(t)を基準にすると、1/8周期(π/4)だけ位相が進んでいることになる。そして、出力電圧V(t)=出力電流I(t)のときに最大になる。
FIG. 17 shows the relationship among the output voltage V (t), the output current I (t), and the output power P (t) as a waveform diagram with the horizontal axis as the time axis.
As can be seen from FIG. 17, both the output voltage V (t) and the output current I (t) have a period of 2π (radian), and the output current I (t) is π / 2 from the output voltage V (t). Only the phase is advanced.
Further, the cycle of the output power P (t) is π, and the phase is advanced by 1/8 cycle (π / 4) when the output voltage V (t) is used as a reference. The maximum value is obtained when the output voltage V (t) = the output current I (t).

そこで、この出力電圧V(t)と出力電流I(t)を、出力電力P(t)の最大値に位相をずらして合わせ込めば、出力電力の最大値が増加して、しかも出力電圧と出力電力が最大になるタイミングが一致することになるので、最もよい状態になる。したがって、
V(t)=Vout sin{ωt+(1/4)π)・・・・・(5)でかつ
I(t)=Iout cos{ωt−(1/4)π)・・・・・(6)
にすればよいことになる。
Therefore, if the output voltage V (t) and the output current I (t) are matched to the maximum value of the output power P (t) by shifting the phase, the maximum value of the output power increases and the output voltage Since the timing at which the output power becomes maximum coincides, the best state is obtained. Therefore,
V (t) = Vout sin {ωt + (1/4) π) (5) and I (t) = Iout cos {ωt− (1/4) π) (6) )
You can do that.

また、平均電力Pmは、図17における出力電力P(t)の波形に斜線を施した、正の期間aの領域の面積Aと負の期間bの領域の面積Bの差であり、次式となる。
Pm=A−B ・・・・・・・・・(7)
この差が負荷の消費電力となる。
並列共振の理想状態ではPm=0となるが、負荷がプラズマ発生状態にある時には、負荷容量の誘電損失により、熱、音、光(一部プラズマ)、電波、振動などの損失が生じるため、実際はA>Bとなる。したがって、Pm>0になる。
The average power Pm is a difference between the area A of the positive period a and the area B of the negative period b, in which the waveform of the output power P (t) in FIG. It becomes.
Pm = A−B (7)
This difference becomes the power consumption of the load.
In the ideal state of parallel resonance, Pm = 0, but when the load is in a plasma generation state, loss of heat, sound, light (partly plasma), radio waves, vibration, etc. occurs due to dielectric loss of the load capacitance. Actually, A> B. Therefore, Pm> 0.

この発明で注目しているのは、出力電圧の(1/4)π進んでいるところでの出力電力P(t)の最大値である。式(1)による出力電圧V(t)より出力電力P(t)は進相であるから、出力電力P(t)の最大時に出力電圧の位相を合わせると式(5)になる。式(5)は、式(1)より進相となる。それによって出力電力が増加するため、式(7)の差をより大きくすることになる。   What is noticeable in the present invention is the maximum value of the output power P (t) where the output voltage is advanced by (1/4) π. Since the output power P (t) is in phase advance from the output voltage V (t) according to the equation (1), the equation (5) is obtained by matching the phase of the output voltage when the output power P (t) is maximum. Formula (5) is a phase advance from Formula (1). As a result, the output power increases, so that the difference in equation (7) is further increased.

出力電流I(t)も式(6)を満たすようにできればよいが、どちらか一方しか調整できない。すなわち、式(5)と式(6)を同時に満たそうとすると、並列共振から外れてしまう。
しかし、現実的には、式(7)におけるAを大きくできればよい。そこでこの発明では、出力の共振状態がなくならず、且つ出力電力を増加するとともに、出力電圧と出力電力の位相差を少なくするように、出力電圧の位相をずらすようにしている。
The output current I (t) only needs to satisfy Expression (6), but only one of them can be adjusted. That is, if it is going to satisfy | fill Formula (5) and Formula (6) simultaneously, it will remove | deviate from parallel resonance.
However, in reality, it is only necessary to increase A in Expression (7). Therefore, in the present invention, the phase of the output voltage is shifted so that the output resonance state is not lost, the output power is increased, and the phase difference between the output voltage and the output power is reduced.

以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて具体的に説明する。
〔第1の実施形態〕
図1はこの発明によるインバータ装置の第1実施例の回路図である。
この図1に示すインバータ装置は、同一の特性を持つ個別の(コアを別にする)5個のトランスT1〜T5によって昇圧トランス3を構成している。その5個のトランスT1〜T5の各励磁巻線Lp1〜Lp5に、それぞれ第1、第2の入力端子1a,1bから供給される入力電圧Vinを印加して励磁電流を流し、その各励磁電流を同時にスイッチングする。そのためのスイッチング素子を、第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2とで構成している。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of an inverter device according to the present invention.
In the inverter device shown in FIG. 1, a step-up transformer 3 is constituted by five individual transformers T1 to T5 (with different cores) having the same characteristics. The excitation currents are caused to flow by applying the input voltage Vin supplied from the first and second input terminals 1a and 1b to the respective excitation windings Lp1 to Lp5 of the five transformers T1 to T5. Are switched simultaneously. The switching element for that purpose is composed of a first switching element Q1 and a second switching element Q2.

その第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2は、制御回路5から出力される同一のスイッチング信号が、それぞれ保護抵抗R1又はR2を介してゲートに印加されてオン・オフ駆動されるMOS型FETである。スイッチング信号は、例えば20kHz程度の一定周期の矩形波パルス信号であり、その1周期内のON時間の割合であるデューティを可変することもできる。   In the first switching element Q1 and the second switching element Q2, the same switching signal output from the control circuit 5 is applied to the gate via the protective resistor R1 or R2, respectively, and is turned on / off. Type FET. The switching signal is, for example, a rectangular wave pulse signal having a constant period of about 20 kHz, and the duty that is the ratio of the ON time within one period can be varied.

そして、第1のスイッチング素子Q1は、入力電圧Vinが供給される入力端子1a、1b間に、トランスT5の励磁巻線Lp5と直列に接続し、その励磁巻線Lp5の励磁電流だけをスイッチングする。
トランスT1〜T4の励磁巻線Lp1〜Lp4は全て並列に接続し、その並列回路を入力端子1a、1b間に、第2のスイッチング素子Q2と直列に接続する。したがって、第2のスイッチング素子Q2は、トランスT1〜T4の各励磁巻線Lp1〜Lp4の励磁電流をスイッチングする。
The first switching element Q1 is connected in series with the excitation winding Lp5 of the transformer T5 between the input terminals 1a and 1b to which the input voltage Vin is supplied, and switches only the excitation current of the excitation winding Lp5. .
All the excitation windings Lp1 to Lp4 of the transformers T1 to T4 are connected in parallel, and the parallel circuit is connected in series with the second switching element Q2 between the input terminals 1a and 1b. Therefore, the second switching element Q2 switches the excitation current of each excitation winding Lp1 to Lp4 of the transformers T1 to T4.

一方、昇圧トランス3を構成する5個のトランスT1〜T5の各出力巻線Ls1〜Ls5は、フレームグラウンド側の第1の出力端子2aと電圧発生側の第2の出力端子2bとの間に互いに直列に接続している。そして、その第1、第2の出力端子2a,2b間に交番する出力電圧V(t)を発生する。
図1には示していないが、第1、第2の出力端子2a,2b間には、図16に示した従来例と同様に、負荷容量Coを持つプラズマ発生装置等の負荷が接続される。
On the other hand, the output windings Ls1 to Ls5 of the five transformers T1 to T5 constituting the step-up transformer 3 are provided between the first output terminal 2a on the frame ground side and the second output terminal 2b on the voltage generation side. They are connected in series with each other. Then, an output voltage V (t) that alternates between the first and second output terminals 2a and 2b is generated.
Although not shown in FIG. 1, a load such as a plasma generator having a load capacity Co is connected between the first and second output terminals 2a and 2b, as in the conventional example shown in FIG. .

第1、第2の出力端子2a,2b間の静電容量Cは、その場合のトランスT1〜T5の各出力巻線Ls1〜Ls5間に分布もしくは寄生する静電容量Csと負荷容量との合成容量である。
第1の入力端子1aと第1の出力端子2a及び第1、第2のスイッチング素子Q1,Q2の各ソース端子は全てフレームグラウンド(アース)GNDに接続されている。制御回路5には、入力端子1a,1bからの入力電圧Vinが供給される。
The capacitance C between the first and second output terminals 2a and 2b is a combination of the capacitance Cs distributed and parasitic between the output windings Ls1 to Ls5 of the transformers T1 to T5 and the load capacitance. Capacity.
The first input terminal 1a, the first output terminal 2a, and the source terminals of the first and second switching elements Q1, Q2 are all connected to a frame ground (earth) GND. The control circuit 5 is supplied with the input voltage Vin from the input terminals 1a and 1b.

トランスT1〜T5は、それぞれその励磁巻線Lp1〜Lp5に励磁電流が流れている期間にエネルギーを蓄え、励磁電流がOFFになると、各出力巻線Ls1〜Ls5にそのエネルギーを吐き出して二次電圧を誘起し、二次側に前述した電圧共振を起こす。そして、直列接続された出力巻線Ls1〜Ls5にそれぞれ発生する二次電圧が、積み上げるように加算されるので、交番する出力電圧V(t)はトランス1個の場合の5倍近い出力電力が得られる。このようなインバータ回路を、この明細書中では「積み上げ吐き出し回路」と称する。   The transformers T1 to T5 store energy during the period in which the excitation current flows through the excitation windings Lp1 to Lp5, respectively. When the excitation current is turned off, the transformers T1 to T5 discharge the energy to the output windings Ls1 to Ls5 to generate secondary voltages. And the above-described voltage resonance occurs on the secondary side. Since the secondary voltages generated in the output windings Ls1 to Ls5 connected in series are added so as to accumulate, the alternating output voltage V (t) has an output power close to 5 times that of a single transformer. can get. Such an inverter circuit is referred to as a “stacked discharge circuit” in this specification.

さらに、この第1の実施形態の5個のトランスT1〜T5の互いに直列に接続された各出力巻線Ls1〜Ls5は、各接続点e,f,g,hで相互に接続されている。その各接続点e,f,g,hと第2の出力端子2bとの間に、第2の出力端子2bに向かって電流が流れる向きに、それぞれダイオードとコンデンサの直列回路を接続している。この各直列回路が進相回路の機能を有する。   Further, the output windings Ls1 to Ls5 of the five transformers T1 to T5 of the first embodiment connected in series are connected to each other at connection points e, f, g, and h. A series circuit of a diode and a capacitor is connected between each of the connection points e, f, g, h and the second output terminal 2b in such a direction that current flows toward the second output terminal 2b. . Each series circuit has a function of a phase advance circuit.

すなわち、接続点eと第2の出力端子2bとの間にダイオードD1とコンデンサC1の直列回路を、接続点fと第2の出力端子2bとの間にダイオードD2とコンデンサC2の直列回路を接続している。
また、接続点gと第2の出力端子2bとの間にダイオードD3とコンデンサC3の直列回路を、接続点hと第2の出力端子2bとの間にダイオードD4とコンデンサC4の直列回路を接続している。
That is, a series circuit of the diode D1 and the capacitor C1 is connected between the connection point e and the second output terminal 2b, and a series circuit of the diode D2 and the capacitor C2 is connected between the connection point f and the second output terminal 2b. doing.
A series circuit of a diode D3 and a capacitor C3 is connected between the connection point g and the second output terminal 2b, and a series circuit of the diode D4 and the capacitor C4 is connected between the connection point h and the second output terminal 2b. doing.

図2は、この第1の実施形態による出力波形観測結果を示す波形図であり、図3は、その出力電圧と出力電力の波形を明瞭化してスイッチング素子のドレイン電流の波形と共に示す波形図である。図4は、同じく第1、第2のスイッチング素子Q1,Q2の各ドレイン電圧の変化を示す波形図である。
図2には、出力電圧V(t)と出力電力P(t)の他に、図1におけるそれぞれ隣接する出力巻線の接続点e,f,g,hに発生する電圧波形も示している。
FIG. 2 is a waveform diagram showing output waveform observation results according to the first embodiment, and FIG. 3 is a waveform diagram showing the waveforms of the output voltage and output power together with the waveform of the drain current of the switching element. is there. FIG. 4 is a waveform diagram showing changes in drain voltages of the first and second switching elements Q1, Q2 in the same manner.
In addition to the output voltage V (t) and the output power P (t), FIG. 2 also shows voltage waveforms generated at connection points e, f, g, and h of adjacent output windings in FIG. .

図3におけるId1は、第1のスイッチング素子Q1のドレイン電流、すなわちトランスT5の励磁電流に相当する。Id2は、第2のスイッチング素子Q2のドレイン電流、すなわちトランスT1〜T4の各励磁電流の和に相当する。このドレイン電流Id1とId2のON期間内での電流変化の傾斜は大きく相違しており、ドレイン電流Id2の傾斜の方が大きい。
図4に示すように、第1のスイッチング素子Q1のドレイン電圧Vds1と、第2のスイッチング素子Q2のドレイン電流Vds2の波形も大きく異なっている。
図2及び図3から分かるように、出力電力P(t)の波形は幾分乱れているが、その面積は増加し、その波形の正のピークと出力電圧V(t)の正のピークの時間差が縮まっている。
In FIG. 3, Id1 corresponds to the drain current of the first switching element Q1, that is, the exciting current of the transformer T5. Id2 corresponds to the drain current of the second switching element Q2, that is, the sum of the respective excitation currents of the transformers T1 to T4. The slopes of the current changes in the ON periods of the drain currents Id1 and Id2 are greatly different, and the slope of the drain current Id2 is larger.
As shown in FIG. 4, the waveforms of the drain voltage Vds1 of the first switching element Q1 and the drain current Vds2 of the second switching element Q2 are also greatly different.
As can be seen from FIGS. 2 and 3, the waveform of the output power P (t) is somewhat disturbed, but its area increases, and the positive peak of the waveform and the positive peak of the output voltage V (t) The time difference is shrinking.

この実施形態では、積み上げ吐き出し回路を構成する昇圧トランス3を同一の特性を持つ個別の5個のトランスで構成したが、n個(nは2以上の整数)のトランスで構成すればよい。そこで、その場合について図1に対応させて説明する。
そのn個のトランスを図1の下側(フレームグラウンド側:第1の出力端子側)から上側(電圧発生側:第2の出力端子側)へ、トランスT1,T2,T3,・・・,Tn-1,Tnとする。その各励磁巻線をLp1,Lp2,Lp3,・・・、Lpn-1,Lpnとし、各出力巻線をLs1,Ls2,Ls3,・・・,Lsn-1,Lsnとする。
In this embodiment, the step-up transformer 3 constituting the stacked discharge circuit is composed of five individual transformers having the same characteristics, but may be composed of n (n is an integer of 2 or more) transformers. This case will be described with reference to FIG.
1, the transformers T1, T2, T3,... From the lower side (frame ground side: first output terminal side) to the upper side (voltage generation side: second output terminal side) of FIG. Let Tn-1 and Tn. The excitation windings are Lp1, Lp2, Lp3,..., Lpn-1, Lpn, and the output windings are Ls1, Ls2, Ls3, ..., Lsn-1, Lsn.

そして、一番上側のトランスTnの励磁巻線Lpnだけは第1のスイッチング素子Q1によって、励磁電流がスイッチングされる。それより下側のトランスT1〜Tn-1の各励磁巻線Lp1〜Lpn-1は、互いに並列に接続され、その各励磁電流が第2のスイッチング素子Q2によって同時にスイッチングされる。
トランスT1〜Tnの各出力巻線Ls1〜Lsnは第1の出力端子2aと第2の出力端子2bとの間に直列に接続される。
Only the excitation winding Lpn of the uppermost transformer Tn is switched with the excitation current by the first switching element Q1. The excitation windings Lp1 to Lpn-1 of the lower transformers T1 to Tn-1 are connected in parallel to each other, and the respective excitation currents are simultaneously switched by the second switching element Q2.
The output windings Ls1 to Lsn of the transformers T1 to Tn are connected in series between the first output terminal 2a and the second output terminal 2b.

その互いに直列に接続された各出力巻線Ls1〜Lsn相互の接続点のそれぞれと、
第2の出力端子2bとの間に、いずれも第2の出力端子2bに向かって電流が流れる向きに、ダイオードとコンデンサの直列回路を接続する。
一番高出力電圧側のトランスTnの出力巻線Lsnに、ダイオードとコンデンサの直列回路による共振の影響が出ないようにするため、このトランスTnの励磁電流だけは、独立した第1のスイッチング素子Q1でスイッチングするようにしている。
Each of the output windings Ls1 to Lsn connected to each other in series with each other,
A series circuit of a diode and a capacitor is connected between the second output terminal 2b and the second output terminal 2b in such a direction that current flows toward the second output terminal 2b.
In order to prevent the output winding Lsn of the transformer Tn on the highest output voltage side from being affected by resonance due to a series circuit of a diode and a capacitor, only the exciting current of the transformer Tn is an independent first switching element. Switching is performed at Q1.

さて、積み上げ吐き出し回路においては、出力巻線Ls1〜Lsnのインダクタンスの和(総インダクタンスΣLsnとする)と、その出力巻線間に分布もしくは寄生する静電容量と負荷容量との合成容量である静電容量Cとによる共振になる。その共振角周波数ω0は数1の式上にある。   In the stacked discharge circuit, a static capacitance that is a combined capacitance of the sum of the inductances of the output windings Ls1 to Lsn (referred to as total inductance ΣLsn) and the electrostatic capacitance distributed or parasitic between the output windings and the load capacitance. Resonance occurs due to the capacitance C. The resonance angular frequency ω0 is on the equation (1).

Figure 2016067198
図2に示した出力電力P(t) が正の期間aは、出力巻線Ls1〜Lsnから負荷に電流が流れる期間を示し、出力電力P(t) が負の期間bは、負荷から出力巻線Ls1〜Lsnへ電流が戻る期間を示す。
Figure 2016067198
A period a in which the output power P (t) is positive shown in FIG. 2 indicates a period in which current flows from the output windings Ls1 to Lsn to the load, and a period b in which the output power P (t) is negative is output from the load. The period during which the current returns to the windings Ls1 to Lsn is shown.

積み上げ吐き出し回路においては、n個のトランスによるn段の積み上げの場合、各トランスの出力巻線Ls1〜Lsnに発生する電圧が同時にn段積み上げられてくる。そのため、n−1番目のトランスTn-1の出力巻線Lsn-1とn番目のトランスTnの出力巻線Lsnとの接続点の電圧が、Vout(波高値:最大値)に達するまでの時間が総インダクタンスΣLsnの影響で遅れる。   In the stacked discharge circuit, when n stages are stacked by n transformers, voltages generated in the output windings Ls1 to Lsn of each transformer are simultaneously stacked in n stages. Therefore, the time until the voltage at the connection point between the output winding Lsn-1 of the (n-1) th transformer Tn-1 and the output winding Lsn of the nth transformer Tn reaches Vout (peak value: maximum value). Is delayed by the influence of the total inductance ΣLsn.

その時間の遅れを改善するため、各トランスの出力巻線の接続点ごとに、ダイオード(D1〜Dn-1)とコンデンサ(C1〜Cn-1)との直列回路を、電圧発生側の第2の出力端子2bとの間に接続した構成にした。高電圧のため各出力巻線Ls1〜LsnのインダクタンスはmHオーダであり、大きいため遅相が顕著にでる。
図2の期間aにおいて、図1で一番低電圧側の接続点eからコンデンサC1を通して静電容量Cを充電する際の共振角周波数ω1は、数2の式によって求まる。数2におけるLs1は、出力巻線Ls1のインダクタンスを意味する。
In order to improve the time delay, a series circuit of diodes (D1 to Dn-1) and capacitors (C1 to Cn-1) is connected to the second side on the voltage generation side for each connection point of the output winding of each transformer. The output terminal 2b is connected. Because of the high voltage, the inductance of each of the output windings Ls1 to Lsn is on the order of mH, and since it is large, the lagging phase is significant.
2, the resonance angular frequency ω1 when charging the capacitance C through the capacitor C1 from the connection point e on the lowest voltage side in FIG. Ls1 in Equation 2 means the inductance of the output winding Ls1.

Figure 2016067198
Figure 2016067198

同様に、それより上段側の各接続点から、それぞれコンデンサC2,・・・,Cn-1を通して合成容量Cを充電する共振角周波数ω2,・・・,ωn-1の電圧が、静電容量Cに順次積み上げられる。
静電容量Cを充電する期間だけしか各コンデンサC1〜Cn-1が上記動作をしないように、各コンデンサC1〜Cn-1にそれぞれ直列にダイオードD1〜Dn-1を設けている。
Similarly, the voltages of the resonance angular frequencies ω2,..., Ωn−1 that charge the combined capacitance C through the capacitors C2,. C is sequentially stacked.
Diodes D1 to Dn-1 are provided in series with the capacitors C1 to Cn-1 so that the capacitors C1 to Cn-1 perform the above-described operation only during the period of charging the capacitance C.

積み上げ吐き出し回路においては、理論上各出力巻線Ls1〜Lsnのインダクタンスは同一であり、n−1番目のトランスTn-1の出力巻線Lsn-1とn番目のトランスTnの出力巻線Lsnとの接続点が最終となる。その接続点(図1では接続点h)からコンデンサCn-1を通して静電容量Cを充電する際の共振角周波数ωn-1は、数3の式によって求まる。   In the stacked discharge circuit, the inductances of the output windings Ls1 to Lsn are theoretically the same, and the output winding Lsn-1 of the n-1th transformer Tn-1 and the output winding Lsn of the nth transformer Tn The connection point is the final. The resonance angular frequency ωn-1 when charging the capacitance C from the connection point (connection point h in FIG. 1) through the capacitor Cn-1 is obtained by the equation (3).

Figure 2016067198
Figure 2016067198

これは、その一つ前、さらにその一つ前と接続点から各コンデンサを介した回路での共振が完了し、図2の期間aが成立するため、数3の式が成立することになる。したがって、それよりも前段の回路は考えなくてもよいからn番目の出力巻線のインダクタンスLsnのみで共振するのと同じことになる。
したがって、最後の出力電圧以外の各接続点の電圧での期間aのみでの各共振角周波数ω2,・・・,ωn-1の間には、次式の関係が成立する。
ω1=ω2=・・・・=ωn-1 ・・・・・・(8)
この共振角周波数を、ここではωcとする。
This is because the resonance in the circuit through each capacitor from the connection point before and one point before is completed, and the period a in FIG. . Therefore, it is not necessary to consider the circuit in the previous stage, and this is the same as resonating only with the inductance Lsn of the nth output winding.
Therefore, the relationship of the following equation is established between the resonance angular frequencies ω2,..., Ωn−1 only in the period a at the voltage at each connection point other than the last output voltage.
ω1 = ω2 = ・ ・ ・ ・ = ωn-1 (8)
This resonance angular frequency is ωc here.

ここで、出力電圧P(t) が、前述した式(3)上にあるためには、出力電圧V(t) の前述した式(1)の半周期が期間a内に完了することが必要である。
そこで、上述したダイオードとコンデンサの直列回路それぞれにおけるコンデンサの容量を次のようにするとよい。上記各コンデンサを通して第1の出力端子2aと第2の出力端子2bとの間に存在する静電容量を充電するときの共振角周波数ωcが、昇圧トランス3を構成する各トランスT1〜T5の直列に接続された出力巻線Ls1〜Ls5の総インダクタンスと上記静電容量による電圧共振の共振角周波数ωoの1倍から2倍となる帯域幅で許容されるようにするとよい。
そして、数3の式から数4の式が成立する。
Here, in order for the output voltage P (t) to be on the above-described equation (3), the half cycle of the above-described equation (1) of the output voltage V (t) needs to be completed within the period a. It is.
Therefore, the capacitance of the capacitor in each of the above-described series circuit of the diode and the capacitor may be set as follows. The resonance angular frequency ωc when charging the capacitance existing between the first output terminal 2a and the second output terminal 2b through the capacitors is the series of the transformers T1 to T5 constituting the step-up transformer 3. It is preferable that the output windings Ls1 to Ls5 connected to be allowed to have a bandwidth that is 1 to 2 times the resonance angular frequency ωo of the voltage resonance by the capacitance.
Then, Equation 4 is established from Equation 3.

Figure 2016067198
Figure 2016067198

ここで、積み上げ吐き出し回路では、トランスT1〜Tnの各出力巻線Ls1〜Lsnのインダクタンスは同一の値である。また、静電容量Cと、n+1番目(最上位)の接続点に接続されたコンデンサCn-1の容量は、いずれも正の実数の値であるから、数4の式から、コンデンサCn-1の容量をCn-1とすると、それは数5によって求まる。   Here, in the stacked discharge circuit, the inductances of the output windings Ls1 to Lsn of the transformers T1 to Tn have the same value. Further, since the capacitance C and the capacitance of the capacitor Cn-1 connected to the (n + 1) th (topmost) connection point are both positive real numbers, the capacitor Cn-1 is obtained from the equation (4). If the capacity of Cn-1 is assumed, it can be obtained by Equation 5.

Figure 2016067198
同様にして、ωc=ω0のときには、コンデンサCn-1の容量をCn-1とすると、それは数6によって求まる。
Figure 2016067198
Similarly, when ωc = ω0, if the capacitance of the capacitor Cn−1 is Cn−1, it can be obtained by Equation 6.

Figure 2016067198
Figure 2016067198

積み上げ吐き出し回路は、トランスは2段以上であるから、n≠1となる。
期間aが完了すると期間bに戻る。このときの関係は式(7)にあるが、期間aで電圧分散させたので、同じ条件では波高値(Vout)が低下する。
数6の式から n=5、 各コンデンサの容量C1=C2=C3=C4=1.25C (合成容量C=100pF)、入力電圧Vin=60V(DC)の時、すなわち図1の実施形態の場合の観測波形を図2に示している。
In the stacked discharge circuit, n ≠ 1 since the transformer has two or more stages.
When the period a is completed, the process returns to the period b. Although the relationship at this time is in the equation (7), since the voltage is dispersed in the period a, the peak value (Vout) decreases under the same conditions.
From the equation (6), when n = 5, the capacitance of each capacitor C1 = C2 = C3 = C4 = 1.25C (combined capacitance C = 100 pF), and the input voltage Vin = 60 V (DC), that is, in the embodiment of FIG. The observed waveform in this case is shown in FIG.

このときも効果が出ているが、数5の式では、各コンデンサの容量が1.666C(167pF)のとき期間aが最大になった。波形形状は同一形状なので省く。

この場合、期間a+bが広がるため、固定スイッチング周波数においては、必要な励磁を行う時間(各スイッチング素子Q1,Q2のON期間)に影響が出る。ωcがω0を超えると期間a+bが広がり、式(3)による出力電力P(t) は、再び+領域となって電力は増大するが、その期間内ではスイッチング素子Q1,Q2をONできない。
Although the effect is also exhibited at this time, in the formula (5), the period a is maximized when the capacitance of each capacitor is 1.666 C (167 pF). Since the waveform shape is the same, it is omitted.

In this case, since the period a + b is widened, at a fixed switching frequency, the necessary excitation time (ON period of each switching element Q1, Q2) is affected. When ωc exceeds ω0, the period a + b widens, and the output power P (t) according to the equation (3) becomes a + region again, and the power increases. However, the switching elements Q1 and Q2 cannot be turned on within that period.

この期間内でスイッチング素子Q1,Q2をONにすると、出力電圧が短絡して過大電流が流れる。したがって、実際上は、各トランスを励磁するON時間を減らす必要がでてくる。
よって 全ての接続点と第2の出力端子2bとの間にダイオードとコンデンサの直列回路を接続した実施形態では、前述したように、ωcがω0の1倍から2倍(ω0〜2ω0)の範囲になるように、各コンデンサC1〜Cnを設定するとよい。
If the switching elements Q1 and Q2 are turned ON within this period, the output voltage is short-circuited and an excessive current flows. Therefore, in practice, it is necessary to reduce the ON time for exciting each transformer.
Therefore, in the embodiment in which the series circuit of the diode and the capacitor is connected between all the connection points and the second output terminal 2b, as described above, ωc ranges from 1 to 2 times (ω0 to 2ω0) of ω0. The capacitors C1 to Cn may be set so that

〔比較例との比較〕
比較例として、この発明を適用していないインバータ装置の例を図5に示す。このインバータ装置の昇圧トランス3の構成は図1に示したこの発明によるインバータ装置の昇圧トランス3と同じである。但し、その個別のトランスT1〜T5の各励磁巻線Lp1〜Lp5は全て並列に接続され、その各励磁電流が共通のスイッチング素子Qによってスイッチングされる。各出力巻線Ls1〜Ls5は、第1の出力端子2aと第2の出力端子2bとの間に直列に接続されているが、その相互の接続点e,f,g,hと第2の出力端子2bとの間に、ダイオードとコンデンサの直列回路は接続していない。その他は図1のインバータ装置と同じである。
[Comparison with comparative example]
As a comparative example, an example of an inverter device to which the present invention is not applied is shown in FIG. The configuration of the step-up transformer 3 of this inverter device is the same as the step-up transformer 3 of the inverter device according to the present invention shown in FIG. However, the respective excitation windings Lp1 to Lp5 of the individual transformers T1 to T5 are all connected in parallel, and the respective excitation currents are switched by the common switching element Q. Each of the output windings Ls1 to Ls5 is connected in series between the first output terminal 2a and the second output terminal 2b, and the mutual connection points e, f, g, h and the second are connected. A series circuit of a diode and a capacitor is not connected between the output terminal 2b. Others are the same as the inverter apparatus of FIG.

図6は、図5に示した比較例による出力波形観測結果を示す波形図であり、時間軸は図2と同じで、各波形は図1に示した各波形と対応している。
図2と図6の出力電力P(t)及び出力電圧V(t)の波形を比較すると、第1の実施形態の波形である図2の方が、出力電圧V(t)の波高値(Vout)は低くなっているが、期間aが広くなり、電力導通角が広くなっている。そのため無効電力(休んでいる時間)が減り、電力面積が増加していることが分かる。また、出力電圧V(t)は、式(5)によって進相側に分散したことが分かる。
FIG. 6 is a waveform diagram showing an output waveform observation result according to the comparative example shown in FIG. 5. The time axis is the same as that in FIG. 2, and each waveform corresponds to each waveform shown in FIG.
Comparing the waveforms of the output power P (t) and the output voltage V (t) in FIG. 2 and FIG. 6, the waveform of FIG. 2 which is the waveform of the first embodiment is the peak value of the output voltage V (t) ( Vout) is low, but the period a is wide and the power conduction angle is wide. Therefore, it can be seen that the reactive power (resting time) decreases and the power area increases. Further, it can be seen that the output voltage V (t) is dispersed on the phase advance side according to the equation (5).

このとき、出力電圧V(t)の立ち上がり時間dv・dtは、出力インダクタンスを分けているから、出力電圧V(t)の幅が広がっているにもかかわらず、コンデンサの効果で急峻になっている。
また、コンデンサC1〜C4(Cn-1)の各容量が数5と数6の式を満たす範囲において、出力電圧V(t)の1/4π進相 に合わせて電力が増した。
出力電圧V(t)の波高値(Vout)が低くなった分は、入力電圧Vinを上げることと、第1、第2のスイッチング素子Q1,Q2のON時間を広げることなどで、調整可能である。その具体例は後述する。
At this time, since the rise time dv · dt of the output voltage V (t) divides the output inductance, the output voltage V (t) becomes steep due to the effect of the capacitor even though the width of the output voltage V (t) is widened. Yes.
In addition, in the range where the capacitances of the capacitors C1 to C4 (Cn-1) satisfy the equations (5) and (6), the power increased in accordance with the 1/4 pi phase of the output voltage V (t).
The amount of decrease in the peak value (Vout) of the output voltage V (t) can be adjusted by increasing the input voltage Vin and increasing the ON time of the first and second switching elements Q1 and Q2. is there. Specific examples thereof will be described later.

〔第2の実施形態〕
この発明によるインバータ装置の第2の実施形態を図7に示す。
このインバータ装置も、各トランスT1〜T5の出力巻線Ls1〜Ls5の相互の接続点e,f,g,hと第2の出力端子2bとの間に、それぞれダイオードD1〜D4とコンデンサC1〜C4の各直列回路を接続している。その各直列回路にそれぞれインダクタL1〜L4を介挿した点だけが、図1に示した第1の実施形態と相違する。
[Second Embodiment]
FIG. 7 shows a second embodiment of the inverter device according to the present invention.
This inverter device also includes diodes D1 to D4 and capacitors C1 to C1 between the connection points e, f, g, and h of the output windings Ls1 to Ls5 of the transformers T1 to T5 and the second output terminal 2b, respectively. Each series circuit of C4 is connected. The only difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that the inductors L1 to L4 are inserted in the respective series circuits.

第1の実施形態では、図2に示したように電力波形がリンギングの多いものになっている。そこで、この図7に示す第2の実施形態では、各コンデンサC1〜C4にそれぞれ直列に若干のインダクタL1〜L4を介挿した。これによって、電力波形のリンギングを低減することができ、出力電力P(t)の波形は、図3に示したようなリンギングの少ない波形になる。
なお、図7に示した例では、最下段のトランスT1の出力巻線Ls1の下端とフレームグラウンド側の第1の出力端子2aとを結ぶラインにダイオードD5を介挿している。これは、リンギング除去用のサージアブソーバであるが、この発明の機能上は省略してもよい。
この場合も、昇圧トランス3を構成するトランスの数は2個以上であればよい。
In the first embodiment, the power waveform has a lot of ringing as shown in FIG. Therefore, in the second embodiment shown in FIG. 7, some inductors L1 to L4 are inserted in series with the capacitors C1 to C4, respectively. As a result, ringing of the power waveform can be reduced, and the waveform of the output power P (t) becomes a waveform with less ringing as shown in FIG.
In the example shown in FIG. 7, a diode D5 is inserted in a line connecting the lower end of the output winding Ls1 of the lowermost transformer T1 and the first output terminal 2a on the frame ground side. This is a surge absorber for removing ringing, but may be omitted for the function of the present invention.
Also in this case, the number of transformers constituting the step-up transformer 3 may be two or more.

図8は、各トランスT1〜T5の出力巻線Ls1〜Ls5のインダクタンスが同じでない(各励磁巻線Lp1〜Lp5のインダクタンスが同じ)場合の、出力電圧V(t)と各接続点e〜hの電圧波形観測結果を示す波形図である。このように各出力巻線のインダクタンスが相違すると、調整が困難になる。   FIG. 8 shows the output voltage V (t) and the connection points e to h when the inductances of the output windings Ls1 to Ls5 of the transformers T1 to T5 are not the same (the inductances of the excitation windings Lp1 to Lp5 are the same). It is a wave form diagram which shows the voltage waveform observation result. Thus, when the inductance of each output winding is different, adjustment becomes difficult.

〔第3の実施形態〕
次に、この発明によるインバータ装置の第3の実施形態を図9〜図11によって説明する。図9はそのインバータ装置の図1と同様な回路図、図10及び図11は、その第3の実施形態の出力波形観測結果を示す波形図である。
図9に示すインバータ装置は、5個のトランスT1〜T5の出力巻線Ls1〜Ls5の相互の接続点e〜hのうち、接続点gと第2の出力端子2bとの間だけに、ダイオードD3とコンデンサC3の直列回路を接続している。この直列回路に直列にインダクタを接続してもよい。その他の構成は、図1によって説明した第1の実施形態と同じであるから、説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the inverter device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 9 is a circuit diagram similar to FIG. 1 of the inverter device, and FIGS. 10 and 11 are waveform diagrams showing output waveform observation results of the third embodiment.
The inverter device shown in FIG. 9 includes a diode only between the connection point g and the second output terminal 2b among the connection points e to h of the output windings Ls1 to Ls5 of the five transformers T1 to T5. A series circuit of D3 and capacitor C3 is connected. An inductor may be connected in series with this series circuit. Other configurations are the same as those of the first embodiment described with reference to FIG.

この場合も、昇圧トランス3を構成するトランスの数は2個以上であればよいので、n個の場合に一般化して説明する。
昇圧トランス3を構成するトランスの数がn個(nは2以上の整数)で、フレームグラウンド側から第n番目のトランスと第n−1番目のトランスの出力巻線の接続点にのみ、ダイオードとコンデンサの直列回路を接続したとする。
Also in this case, since the number of transformers constituting the step-up transformer 3 may be two or more, the case of n is generalized and described.
The number of transformers constituting the step-up transformer 3 is n (n is an integer of 2 or more), and the diode is only at the connection point between the output windings of the nth transformer and the (n-1) th transformer from the frame ground side. And a series circuit of capacitors.

そのダイオードとコンデンサの直列回路は進相回路として機能するが、上記のように最上段の接続点と高電圧出力側の第2の出力端子2bとの間にのみ、その直列回路を接続した場合は、それよりも下段のトランスの出力巻線の影響が出る。そのため、トランスの数にもよるが、進相しきれなくなって、十分な効果が得られなくなる場合がある。
そこで、n個のトランスの各出力巻線相互の各接続のうち、なるべくその配列方向の中央又は中央に最も近い位置の接続点に、ダイオードとコンデンサの直列回路を接続するのが望ましい。
The series circuit of the diode and the capacitor functions as a phase advance circuit, but when the series circuit is connected only between the uppermost connection point and the second output terminal 2b on the high voltage output side as described above. Is affected by the output winding of the lower transformer. Therefore, although it depends on the number of transformers, it may not be possible to advance the phase and a sufficient effect may not be obtained.
Therefore, it is desirable to connect a series circuit of a diode and a capacitor at the connection point that is as close as possible to the center in the arrangement direction or the position closest to the center among the connections between the output windings of the n transformers.

したがって、n個のトランスの各出力巻線相互の各接続点の総数が奇数の場合は配列位置が中央の接続点、偶数の場合は配列位置が中央に最も近い二つの接続点の一方に、ダイオードとコンデンサの直列回路を接続するのが望ましい。
図9に示した実施形態は、トランスの数が5個で、接続点の数が4個(偶数)であるから、各接続点e〜hの配列方向の中央に最も近い二つの接続点fとgの一方の接続点gに、ダイオードD3とコンデンサC3の直列回路を接続している。
Therefore, when the total number of connection points between the output windings of the n transformers is odd, the array position is at the center connection point, and when it is even, the array position is at one of the two connection points closest to the center. It is desirable to connect a series circuit of a diode and a capacitor.
In the embodiment shown in FIG. 9, the number of transformers is five and the number of connection points is four (even number). Therefore, the two connection points f closest to the center in the arrangement direction of the connection points e to h. A series circuit of a diode D3 and a capacitor C3 is connected to one connection point g of g and g.

この場合、上記計算と同様にすると、その配置間のLsでの値のみ変化するので、2個飛びの場合は、Cn-2=|n/(n−2)|・C 〜n・C/2の範囲となる。   In this case, if the same calculation as above is performed, only the value at Ls between the arrangements changes. Therefore, in the case of two jumps, Cn-2 = | n / (n-2) |. 2 range.

図9に示したように、n=5(トランス5段積み上げ)とし、コンデンサC3の容量が167pF〜250pF (C=100pF)、入力電圧Vin=60V(DC)の時の、出力波形観測結果を図10に示す。
この図から分かるように、全ての接続点にダイオードとコンデンサの直列回路を接続した場合に比べて期間aは広くはない。しかし。電圧進相はある程度なされており、出力電力P(t)が増加しているので、作用効果は十分ある。
コンデンサC3の容量が大きいと、出力電圧の共振バランスを崩してしまう恐れがあるが、全ての接続点にダイオードとコンデンサの直列回路を接続した場合に比べて、励磁時間を確保するための共振時間への影響は少ない。
As shown in FIG. 9, the output waveform observation results when n = 5 (5 stages of transformers), the capacity of the capacitor C3 is 167 pF to 250 pF (C = 100 pF), and the input voltage Vin = 60 V (DC) are shown. As shown in FIG.
As can be seen from this figure, the period a is not as wide as when a series circuit of a diode and a capacitor is connected to all connection points. However. Since the voltage phase is advanced to some extent and the output power P (t) is increased, the effect is sufficient.
If the capacitance of the capacitor C3 is large, the resonance balance of the output voltage may be lost. However, the resonance time for securing the excitation time compared to the case where a series circuit of a diode and a capacitor is connected to all connection points. There is little impact on.

図10は、図9におけるコンデンサC3の容量が、上述した、Cn-2=|n/(n−2)|・C 〜n・C/2の範囲(ωcがω0〜2ω0)の好ましい範囲である場合の波形を示す。
図11は、図9におけるコンデンサC3の容量C3が上記望ましい範囲から外れた値、例えば400pFであった場合の出力波形観測結果を示す波形図である。この場合は、期間aと期間bのバランスがくずれ、期間aが十分に広がらない。
FIG. 10 shows that the capacitance of the capacitor C3 in FIG. 9 is in the preferred range of Cn−2 = | n / (n−2) | · C to n · C / 2 (ωc is ω0 to 2ω0). The waveform in some cases is shown.
FIG. 11 is a waveform diagram showing the output waveform observation result when the capacitance C3 of the capacitor C3 in FIG. 9 is a value outside the above desired range, for example, 400 pF. In this case, the balance between the period a and the period b is lost, and the period a is not sufficiently widened.

〔第4の実施形態〕
次に、この発明によるインバータ装置の第4の実施形態を図12〜図15によって説明する。図12はそのインバータ装置の図1と同様な回路図、図13乃至図15は、その第4の実施形態の入力電圧がそれぞれ異なる場合の出力波形観測結果を示す波形図である。
図12に示すインバータ装置は、5個のトランスT1〜T5の出力巻線Ls1〜Ls5の相互の接続点e〜hのうち、2個の接続点e及びgと第2の出力端子2bとの間に、それぞれダイオードとコンデンサの直列回路を接続している。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the inverter device according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a circuit diagram similar to FIG. 1 of the inverter device, and FIGS. 13 to 15 are waveform diagrams showing output waveform observation results when the input voltages of the fourth embodiment are different.
The inverter device shown in FIG. 12 includes two connection points e and g among the connection points e to h of the output windings Ls1 to Ls5 of the five transformers T1 to T5 and the second output terminal 2b. A series circuit of a diode and a capacitor is connected between them.

接続点eには、第2の出力端子2bに向かって電流が流れる向きに、ダイオードD1とコンデンサC1の直列回路を接続している。接続点gには、第2の出力端子2bに向かって電流が流れる向きに、ダイオードD3とコンデンサC3の直列回路を接続している。これらの直列回路に直列にインダクタを接続してもよい。その他の構成は、図1によって説明した第1の実施形態と同じであるから、説明を省略する。   A series circuit of a diode D1 and a capacitor C1 is connected to the connection point e in a direction in which current flows toward the second output terminal 2b. A series circuit of a diode D3 and a capacitor C3 is connected to the connection point g in a direction in which a current flows toward the second output terminal 2b. An inductor may be connected in series to these series circuits. Other configurations are the same as those of the first embodiment described with reference to FIG.

この場合も、昇圧トランス3を構成するトランスの数は2個以上であればよいので、n個の場合に一般化して説明する。
昇圧トランス3を構成するトランスの数がn個(nは2以上の整数)の場合、その各トランスT1〜Tnの各出力巻線Ls1〜Lsnの相互の接続点の総数はn−1になる。
その接続点の総数n−1の1/2以上の各接続点と、高電圧出力側の第2の出力端子2bとの間に、それぞれ第2の出力端子2bに向かって電流が流れる向きに、ダイオードとコンデンサの直列回路(進相回路として機能する)を接続する。その場合、その直列回路を接続する接続点は、出力巻線Ls1〜Lsnの相互の接続点の両端間に略均等な間隔で配置されているのが望ましい。
Also in this case, since the number of transformers constituting the step-up transformer 3 may be two or more, the case of n is generalized and described.
When the number of transformers constituting the step-up transformer 3 is n (n is an integer of 2 or more), the total number of connection points of the output windings Ls1 to Lsn of the transformers T1 to Tn is n-1. .
The current flows in the direction in which current flows toward the second output terminal 2b between each connection point that is 1/2 or more of the total number n-1 of the connection points and the second output terminal 2b on the high voltage output side. Connect a series circuit of diodes and capacitors (functioning as a phase advance circuit). In that case, it is desirable that the connection points connecting the series circuits are arranged at substantially equal intervals between both ends of the connection points of the output windings Ls1 to Lsn.

図12に示したインバータ装置は、トランスの数n=5の場合であり、接続点の総数は4である。その1/2である2つの接続点として一番下(フレームグラウンド側)の接続点eと、上から(高電圧出力側から)2番目の接続点gと、第2の出力端子2bとの間に、それぞれ、ダイオードD1,D3とコンデンサC1,C3の直列回路を接続している。
図13は、このインバータ装置の入力電圧Vinを低目にして動作させた場合の、出力波形観測結果を示す波形図である。
The inverter device shown in FIG. 12 is a case where the number of transformers n = 5, and the total number of connection points is four. As the two connection points that are ½, the connection point e at the bottom (frame ground side), the second connection point g from the top (from the high voltage output side), and the second output terminal 2b Between them, series circuits of diodes D1, D3 and capacitors C1, C3 are connected, respectively.
FIG. 13 is a waveform diagram showing an output waveform observation result when the input voltage Vin of this inverter device is operated at a low level.

図14は入力電圧を上げて出力電圧を調整した場合、図15は入力電圧をさらに上げて出力電圧を調整した場合の、それぞれ出力波形観測結果を示す波形図である。各波形図における左側縦軸の電圧目盛、および右側縦軸の電力目盛が大幅に異なっている。
何れの場合も、期間aに相当する導通角が広がって出力電力P(t)が増加し、出力電圧V(t)の進相もなされており、充分な効果が得られている。
また、入力電圧Vinの大きさを変えることによって、出力電圧及び出力電力を任意に調整することができる。
FIG. 14 is a waveform diagram showing output waveform observation results when the input voltage is raised and the output voltage is adjusted, and FIG. 15 is a waveform diagram showing the output waveform observation results when the input voltage is further raised and the output voltage is adjusted. The voltage scale on the left vertical axis and the power scale on the right vertical axis in each waveform diagram are significantly different.
In any case, the conduction angle corresponding to the period a is widened, the output power P (t) is increased, and the output voltage V (t) is advanced, so that a sufficient effect is obtained.
Further, the output voltage and the output power can be arbitrarily adjusted by changing the magnitude of the input voltage Vin.

〔実施形態のまとめ〕
以上説明したこの発明によるインバータ装置の各実施形態をまとめると、次のようになる。
昇圧トランス3を構成するn個のトランスT1〜Tnのうち最も第2の出力端子側(電圧発生側)のトランスTnの励磁巻線Lpnの励磁電流を、第1のスイッチング素子Q1によってスイッチングする。他の各トランスT1〜Tn-1の励磁巻線Lp1〜Lpn-1は並列に接続して、その各励磁巻線の励磁電流を第2のスイッチング素子Q2によってスイッチングする。
[Summary of Embodiment]
The embodiments of the inverter device according to the present invention described above are summarized as follows.
The exciting current of the exciting winding Lpn of the transformer Tn closest to the second output terminal (voltage generating side) among the n transformers T1 to Tn constituting the step-up transformer 3 is switched by the first switching element Q1. The exciting windings Lp1 to Lpn-1 of the other transformers T1 to Tn-1 are connected in parallel, and the exciting current of each exciting winding is switched by the second switching element Q2.

そして、n個のトランスT1〜Tnの互いに直列に接続された各出力巻線Ls1〜Lsn-1相互の接続点e,f,g等のうち、少なくとも一つの接続点と第2の出力端子2bとの間に、第2の出力端子2bに向かって電流が流れる向きに、ダイオード(D1,D2,D3等)とコンデンサ(C1,C2,C3等)の直列回路を接続する。
その少なくとも一つの接続点は、上記接続点の総数が奇数の場合は配列位置が中央の接続点であるのが望ましく、偶数の場合は配列位置が中央に最も近い二つの接続点の一方であるのが望ましい。
Then, at least one connection point and the second output terminal 2b among the connection points e, f, g and the like of the n output transformers Ls1 to Lsn-1 connected in series to each other of the n transformers T1 to Tn. In between, a series circuit of a diode (D1, D2, D3, etc.) and a capacitor (C1, C2, C3, etc.) is connected in the direction in which the current flows toward the second output terminal 2b.
The at least one connection point is preferably the center connection point when the total number of the connection points is an odd number, and in the case of an even number, it is one of the two connection points closest to the center. Is desirable.

上記n個のトランスの互いに直列に接続された各出力巻線Ls1〜Lsn-1相互の接続点e,f,g等のうち、配列位置が均等な間隔の二つの各接続点と第2の出力端子2bとの間に、それぞれダイオードとコンデンサの直列回路を接続するのがさらに望ましい。
上記接続点の総数の1/2以上の各接続点と第2の出力端子2bとの間に、それぞれ上記ダイオードとコンデンサの直列回路を接続してもよい。
上記接続点の全てと第2の出力端子2bとの間に、それぞれ上記ダイオードとコンデンサの直列回路を接続すれば最もよい。
上記ダイオードとコンデンサの直列回路に、図7の実施形態に示したように、それぞれにインダクタを直列に介挿することによって、出力電力のリンギングを低減することができる。
Among the connection points e, f, g, etc. of the output windings Ls1 to Lsn-1 connected to each other in series of the n transformers, the two connection points and the second connection points which are arranged at equal intervals. More preferably, a series circuit of a diode and a capacitor is connected between the output terminal 2b.
A series circuit of the diode and the capacitor may be connected between each connection point that is ½ or more of the total number of connection points and the second output terminal 2b.
It is best to connect a series circuit of the diode and the capacitor between all of the connection points and the second output terminal 2b.
As shown in the embodiment of FIG. 7, ringing of output power can be reduced by interposing inductors in series in the series circuit of the diode and the capacitor, respectively.

上記ダイオードとコンデンサの直列回路それぞれにおける各コンデンサ(C1,C2,C3等)の容量は、その各コンデンサを通して第1の出力端子2aと第2の出力端子2bの間に存在する静電容量Cを充電するときの共振角周波数(ωc)が、昇圧トランス3を構成する各トランスT1〜Tnの直列に接続された出力巻線Ls1〜Lsnの総インダクタンスと上記静電容量による電圧共振の共振角周波数(ωo)の1倍から2倍の帯域幅になる容量にするのが望ましい。   The capacitance of each capacitor (C1, C2, C3, etc.) in each of the series circuit of the diode and the capacitor is the capacitance C existing between the first output terminal 2a and the second output terminal 2b through each capacitor. The resonant angular frequency (ωc) when charging is the resonant angular frequency of voltage resonance due to the total inductance of the output windings Ls1 to Lsn connected in series of the transformers T1 to Tn constituting the step-up transformer 3 and the capacitance. It is desirable that the capacity be a bandwidth that is 1 to 2 times (ωo).

上記第1、第2の出力端子2a,2b間の静電容量Cは、トランスT1〜Tnの各出力巻線Ls1〜Lsn間に分布もしくは寄生する静電容量Csと負荷容量Coとの合成容量である。
上記各コンデンサを通して上記静電容量を各周波数充電するときの共振角周波数ωcが、上記出力回路全体の共振角周波数ωoの1倍から2倍の範囲にあるときに、出力波形のバランスが共振状態をほぼ保ち、最もよい結果が得られる。この範囲から外れると出力電圧の波形が歪む割合が大きくなるが、この発明による作用効果は十分得られる。
上述した各実施形態では、昇圧トランスを構成するn個のトランスの各出力巻線を、フレームグラウンド側の第1の出力端子と電圧発生側の第2の出力端子との間にすべて互いに直列に接続している。しかし、これに限るものではなく、各出力巻線を直列と並列とが混在するように接続してもよい。
The capacitance C between the first and second output terminals 2a and 2b is a combined capacitance of the capacitance Cs and the load capacitance Co distributed or parasitic between the output windings Ls1 to Lsn of the transformers T1 to Tn. It is.
When the resonance angular frequency ωc when the capacitance is charged at each frequency through the capacitors is in the range of 1 to 2 times the resonance angular frequency ωo of the entire output circuit, the balance of the output waveform is in the resonance state. The best results are obtained. Outside this range, the rate of distortion of the output voltage waveform increases, but the effects of the present invention are sufficiently obtained.
In each of the embodiments described above, the output windings of the n transformers constituting the step-up transformer are all connected in series between the first output terminal on the frame ground side and the second output terminal on the voltage generation side. Connected. However, the present invention is not limited to this, and the output windings may be connected so that both series and parallel are mixed.

この発明の上記各実施形態は、インバータ装置の出力電圧の位相を部分的に進相させ、導通角を広げて電力を増加させると共に、出力電圧と出力電力がそれぞれピークになるタイミングのずれを少なくすることができる。それによって、負荷に高電圧と大電力を同時に印加(供給)できる期間を増加することができる。
このインバータ装置をプラズマ発生装置の電源として使用すれば、プラズマを効率よく発生させることができる。
In each of the above embodiments of the present invention, the phase of the output voltage of the inverter device is partially advanced, the conduction angle is widened to increase the power, and the difference in timing at which the output voltage and the output power reach a peak is reduced. can do. Thereby, the period during which high voltage and large power can be simultaneously applied (supplied) to the load can be increased.
If this inverter device is used as a power source of a plasma generator, plasma can be generated efficiently.

例えば、大気圧プラズマは、表面処理の一つの手段として、表面の改質や汚染物の除去等、様々な工業製品に応用されている。樹脂等の接着や印刷、コーティング等を施す場合に、大気圧プラズマにより前処理を行うと、濡れ性を向上させることが可能になる。
電子写真方式による画像形成装置により樹脂トナーが印刷された印刷物に、紫外線硬化型のニスをコーティングしようとすると、樹脂トナーに含まれるワックス成分により、樹脂トナー印刷部分のニスを弾いてしまう場合がある。
For example, atmospheric pressure plasma is applied to various industrial products such as surface modification and removal of contaminants as one means of surface treatment. In the case of performing adhesion, printing, coating, or the like of a resin or the like, pretreatment with atmospheric pressure plasma can improve wettability.
When an ultraviolet curable varnish is to be coated on a printed matter on which resin toner is printed by an electrophotographic image forming apparatus, the varnish of the resin toner printing portion may be repelled by the wax component contained in the resin toner. .

しかし、大気圧プラズマによる表面処理を行うと、濡れ性が向上するため、ニスコーティングが可能になり、印刷物の付加価値が向上する。また、インク発色が向上し、インク付着量削減効果がある。すなわち、環境対応技術でもある。
その大気圧プラズマを発生させるためには高電圧が必要となり、この発明によるインバータ装置によって効率よく高電圧をかけ、表面処理に必要なラジカル種を多量に安定して供給することができる。
However, when surface treatment with atmospheric pressure plasma is performed, wettability is improved, so that varnish coating is possible, and the added value of printed matter is improved. In addition, ink color development is improved, and there is an effect of reducing the ink adhesion amount. In other words, it is also an environmentally friendly technology.
In order to generate the atmospheric pressure plasma, a high voltage is required, and the inverter device according to the present invention can efficiently apply a high voltage and stably supply a large amount of radical species necessary for the surface treatment.

以上、この発明の各実施形態について説明してきたが、その実施形態の各部の具体的な構成や動作の内容等は、そこに記載したものに限るものではない。
また、この発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に記載された技術的特徴を有する以外は、何ら限定されるものではないことは言うまでもない。
さらに、以上説明してきた各実施形態の回路例、動作例及び変形例等は、適宜変更又は追加し、あるいは一部を削除してもよく、相互に矛盾しない限り任意に組み合わせて実施することも可能であることは勿論である。
As mentioned above, although each embodiment of this invention has been described, the specific configuration of each part of the embodiment, the content of operation, and the like are not limited to those described therein.
Moreover, this invention is not limited to each embodiment mentioned above, It cannot be overemphasized that it is not limited at all except having the technical feature described in each claim of a claim.
Furthermore, the circuit examples, operation examples, modification examples, and the like of each embodiment described above may be changed or added as appropriate, or a part of them may be deleted, and any combination may be implemented as long as there is no contradiction with each other. Of course, it is possible.

1a,1b:入力端子 2a:第1の出力端子(フレームグラウンド側)
2b:第2の出力端子(電圧発生側) 3:昇圧トランス 5:制御回路
T1〜T5:トランス Lp1〜Lp5:励磁巻線
Ls1〜Ls5:出力巻線(及びそのインダクタンス)
Q1:第1のスイッチング素子 Q2:第2のスイッチング素子
R,R1,R2:保護抵抗 D1〜D5:ダイオード
C1〜C4:コンデンサ(及びその容量)
Co:負荷容量 C:静電容量(合成容量) L1〜L4:インダクタ
Vin:入力電圧 V(t):出力電圧 Vout:波高値 P(t):出力電力
1a, 1b: input terminal 2a: first output terminal (frame ground side)
2b: second output terminal (voltage generation side) 3: step-up transformer 5: control circuit
T1 to T5: Transformers Lp1 to Lp5: Excitation windings Ls1 to Ls5: Output windings (and their inductances)
Q1: First switching element Q2: Second switching element
R, R1, R2: Protection resistance D1-D5: Diode
C1 to C4: Capacitors (and their capacities)
Co: Load capacity C: Capacitance (combined capacity) L1 to L4: Inductor
Vin: Input voltage V (t): Output voltage Vout: Peak value P (t): Output power

特開2012−186984号公報JP 2012-186984 A

Claims (7)

同一の特性を持つ個別のn個(nは2以上の整数)のトランスによって昇圧トランスを構成し、前記n個のトランスの各励磁巻線にそれぞれ入力電圧を印加して流す励磁電流をスイッチングするスイッチッング素子を設け、前記n個のトランスの各出力巻線を、フレームグラウンド側の第1の出力端子と電圧発生側の第2の出力端子との間に互いに直列又は直列と並列とが混在するように接続し、前記第1、第2の出力端子間に交番する出力電圧を発生するインバータ装置であって、
前記スイッチング素子を、同一のスイッチング信号でオン・オフ駆動される第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子で構成し、
前記n個のトランスのうち最も前記第2の出力端子側のトランスの前記励磁巻線の励磁電流を、前記第1のスイッチング素子によってスイッチングし、他の各トランスの前記励磁巻線を並列に接続して、その各励磁巻線の励磁電流を前記第2のスイッチング素子によってスイッチングするようにし、
前記n個のトランスの互いに直列に接続された各出力巻線相互の接続点のうち、少なくとも一つの接続点と前記第2の出力端子との間に、該第2の出力端子に向かって電流が流れる向きに、ダイオードとコンデンサの直列回路を接続したことを特徴とするインバータ装置。
A step-up transformer is composed of individual n (n is an integer of 2 or more) transformers having the same characteristics, and an excitation current that flows by applying an input voltage to each excitation winding of the n transformers is switched. A switching element is provided, and the output windings of the n transformers are mixed in series or in series and in parallel between the first output terminal on the frame ground side and the second output terminal on the voltage generation side. And an inverter device for generating an output voltage alternating between the first and second output terminals,
The switching element is composed of a first switching element and a second switching element that are driven on and off by the same switching signal,
The exciting current of the exciting winding of the transformer on the second output terminal side among the n transformers is switched by the first switching element, and the exciting windings of the other transformers are connected in parallel. Then, the excitation current of each excitation winding is switched by the second switching element,
Among the connection points of the output windings connected in series to each other of the n transformers, a current is directed toward the second output terminal between at least one connection point and the second output terminal. An inverter device characterized in that a series circuit of a diode and a capacitor is connected in the direction in which current flows.
前記少なくとも一つの接続点が、前記接続点の総数が奇数の場合は配列位置が中央の接続点であり、偶数の場合は配列位置が中央に最も近い二つの接続点の一方であることを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。   When the total number of the connection points is an odd number, the at least one connection point is a central connection point, and in the case of an even number, the arrangement position is one of two connection points closest to the center. The inverter device according to claim 1. 前記n個のトランスの互いに直列に接続された各出力巻線相互の接続点のうち、配列位置が均等な間隔の二つの各接続点と前記第2の出力端子との間に、該第2の出力端子に向かって電流が流れる向きに、それぞれ前記ダイオードとコンデンサの直列回路を接続したことを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。   Among the connection points of the output windings connected in series to each other of the n transformers, the second output terminal is connected between the two connection points having an equally spaced arrangement position and the second output terminal. The inverter device according to claim 1, wherein a series circuit of the diode and the capacitor is connected in a direction in which a current flows toward the output terminal. 前記n個のトランスの互いに直列に接続された各出力巻線相互の接続点のうち、該接続点の総数の1/2以上の各接続点と前記第2の出力端子との間に、該第2の出力端子に向かって電流が流れる向きに、それぞれ前記ダイオードとコンデンサの直列回路を接続したことを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。   Among the connection points of the output windings connected in series with each other of the n transformers, between each connection point that is ½ or more of the total number of the connection points and the second output terminal, The inverter device according to claim 1, wherein a series circuit of the diode and the capacitor is connected in a direction in which a current flows toward the second output terminal. 前記接続点の総数の1/2以上の各接続点が、全ての前記接続点であることを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。   2. The inverter device according to claim 1, wherein each connection point that is ½ or more of the total number of the connection points is all the connection points. 前記ダイオードとコンデンサの直列回路にそれぞれにインダクタを直列に介挿したことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のインバータ装置。   6. The inverter device according to claim 1, wherein an inductor is inserted in series in each of a series circuit of the diode and the capacitor. 前記ダイオードとコンデンサの直列回路それぞれにおける前記コンデンサの容量が、該コンデンサを通して前記第1の出力端子と前記第2の出力端子間に存在する静電容量を充電するときの共振角周波数(ωc)が、前記昇圧トランスを構成する前記各トランスの直列に接続された出力巻線の総インダクタンスと前記静電容量による電圧共振の共振角周波数(ωo)の1倍から2倍の帯域幅になる容量であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のインバータ装置。
The capacitance of the capacitor in each of the series circuit of the diode and the capacitor is a resonance angular frequency (ωc) when charging a capacitance existing between the first output terminal and the second output terminal through the capacitor. , A capacitance that has a bandwidth that is one to two times the resonance angular frequency (ωo) of the voltage resonance due to the total inductance of the output windings connected in series of each of the transformers constituting the step-up transformer and the capacitance. The inverter device according to claim 1, wherein the inverter device is provided.
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