JP2016093063A - Inverter device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はインバータ装置に関する。 The present invention relates to an inverter device.
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.
Generally, 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. Is done.
このようなインバータ装置として、例えば特許文献1に記載されているように、入力電圧をスイッチング素子によってスイッチングして、トランスの励磁巻線に励磁電流を流し、そのトランスの出力巻線から交流高電圧を出力するものが使用されている。
As such an inverter device, for example, as described in
この特許文献1に記載のインバータ装置はさらに、出力電圧の波高値を一定に保つために、出力電圧のモニタ電圧の波高値に応じて、スイッチング素子のON期間とOFF期間の割合(デューティ比)を制御するパルス幅変調(PWM)制御を行っている。そのモニタ電圧として、スイッチング素子の端子間に発生する電圧を利用している。
そのPWM制御は、スイッチング素子のOFFの期間におけるモニタ電圧の最初の半波の完了時点から第2高調波が現れる直前までの間で、スイッチング素子をONにする時期を可変制御することによって行なっている。
The inverter device described in
The PWM control is performed by variably controlling the timing when the switching element is turned on between the time when the first half wave of the monitor voltage is completed and immediately before the second harmonic appears when the switching element is OFF. Yes.
しかしながら、このような交流の高電圧を出力するインバータ装置は、そのトランスが共振トランスであり、その二次側で、出力巻線による出力インダクタンスと、巻線間の浮遊容量又は寄生容量と負荷容量との合成容量とによって電圧共振が発生する。
その電圧共振によって、スイッチング周期内で基本波の最初の半波に続く逆極性の半波及び高次数の減衰波形の出力電圧が発生するため、スイッチング素子をONにできない期間(阻害条件の時間)が生じる。それによって、PWM制御を行える期間が制約され、出力電圧の波高値を一定にする制御を充分に行えなくなるという問題があった。
However, in such an inverter device that outputs an alternating high voltage, the transformer is a resonant transformer, and on the secondary side, the output inductance due to the output winding, the stray capacitance between the windings, the parasitic capacitance, and the load capacitance The voltage resonance occurs due to the combined capacitance.
Due to the voltage resonance, an output voltage with a reverse polarity half-wave and a high-order decay waveform following the first half-wave of the fundamental wave is generated within the switching period, so that the switching element cannot be turned on (inhibition condition time) Occurs. As a result, the period during which the PWM control can be performed is restricted, and there is a problem that the control for making the peak value of the output voltage constant cannot be performed sufficiently.
特許文献1に記載のインバータ装置でも、モニタ電圧の最初の半波の完了時点から第2高調波が現れる直前までの期間には、最初の半波と逆極性の電圧が発生し、トランスの励磁巻線に励磁電流と逆方向の電流が流れる。そのため、この期間にスイッチング素子をONにしても、その逆方向の電流が流れている間は励磁電流が相殺されて、トランスに励磁エネルギーが蓄えられないという問題がある。
Even in the inverter device described in
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、上述のようなインバータ装置において、スイッチング素子を最適なタイミングでONにしてトランスの励磁を開始できるようにし、出力電圧の波高値を一定にするための制御を確実に行えるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of such a background. In the inverter apparatus as described above, the switching element is turned on at an optimal timing so that the excitation of the transformer can be started, and the peak value of the output voltage is kept constant. It is an object of the present invention to ensure that the control for achieving the above can be performed.
この発明は上記の目的を達成するため、直流電圧若しくは直流成分に脈流が重畳された電圧を入力電圧とし、その入力電圧をスイッチング素子によってスイッチングして、該スイッチング素子がONの期間にトランスの一次側の励磁巻線に励磁電流を流し、該スイッチング素子がOFFの期間に該トランスの二次側の出力巻線から交流波形の出力電圧を出力するインバータ装置において、上記スイッチング素子をON・OFF制御する手段に、上記スイッチング素子がOFFの期間中に、そのスイッチング素子に上記励磁電流を流す方向と逆方向に流れる電流が発生した後、その電流値がゼロになるタイミングで上記スイッチング素子をONにするONタイミング制御手段を設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention uses a DC voltage or a voltage in which a pulsating current is superimposed on a DC component as an input voltage, and the input voltage is switched by a switching element. In an inverter device that outputs an AC waveform output voltage from an output winding on the secondary side of the transformer during a period in which the switching element is OFF while an excitation current is supplied to the primary side excitation winding, the switching element is turned ON / OFF When the current that flows in the direction opposite to the direction in which the excitation current flows through the switching element is generated during the period when the switching element is OFF, the switching element is turned on when the current value becomes zero. An ON timing control means is provided.
この発明によるインバータ装置は、スイッチング素子を最適なタイミングでONにしてトランスの励磁を開始することができ、それによって出力電圧の波高値を一定にするための制御を確実に行えるようになる。 The inverter device according to the present invention can start the excitation of the transformer by turning on the switching element at an optimal timing, and can thereby reliably perform control for making the peak value of the output voltage constant.
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。
〔この発明の概要の説明〕
まず、この発明の基本的な実施形態によって、後述する各実施形態に共通するこの発明の概要について説明する。
図1は、この発明によるインバータ装置の基本的な実施形態を示す回路図である。
このインバータ装置1は、入力端子I1,I2から入力する入力電圧Vinをスイッチング素子4によってスイッチングして、スイッチング素子4がONの期間に昇圧用のトランス3の一次側の励磁巻線Npに励磁電流を流す。そして、スイッチング素子4がOFFの期間にトランス3の二次側の出力巻線Nsから交流波形の出力電圧Voutを出力し、出力端子O1,O2から負荷2へ供給する。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[Description of Summary of the Invention]
First, an outline of the present invention common to each of the embodiments described later will be described using basic embodiments of the present invention.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a basic embodiment of an inverter device according to the present invention.
In this
入力電圧Vinは、直流電圧若しくは直流成分に脈流が重畳された電圧である。スイッチング素子4は、この例ではn型チャネルFETであり、制御回路5から出力されるスイッチング制御信号Spがゲートに印加され、そのスイッチング制御信号Spがハイレベルの期間はONになり、ローレベルの期間はOFFになる。ここで、ONは「オン」、OFFは「オフ」と同意である。制御回路5は、発振回路を有するスイッチング用制御ICである。
The input voltage Vin is a DC voltage or a voltage in which a pulsating current is superimposed on a DC component. The
入力端子I1,I2から入力電圧Vinが供給されるラインに、トランス3の励磁巻線Npとスイッチング素子4のドレイン・ソース間が直列に接続されている。制御回路5は入力電圧Vinが印加されて動作し、矩形波パルス状のスイッチング制御信号Spを出力して、スイッチング素子4のゲートに印加し、そのON・OFFを制御する。
一方の入力端子I1と一方の出力端子O1は、いずれもフレームグラウンド(アース)GNDに接続されている。
The excitation winding Np of the
One input terminal I1 and one output terminal O1 are both connected to a frame ground (earth) GND.
図2は、図1における各部の電圧又は電流の波形とそのタイミング関係を示すタイミングチャートである。この図2の(a)〜(d)次の各波形を示している。
(a)は制御回路5から出力されるスイッチング制御信号Spであり、ハイレベルの期間がスイッチング素子4をONにしているON期間Ton、ローレベルの期間がスイッチング素子4をOFFにしているOFF期間Toffで、ON・OFFの周期がTである。
(b)はスイッチング素子4を流れるドレイン電流Idであり、図で正の期間はトランス3の励磁巻線Npに流す励磁電流である。
(c)は交番する高電圧の出力電圧Voutであるが、基本波(第1波)の最初の半波(この例では正の半波)のみを、その波高値を大幅に縮小して示している。
(d)はトランス3の二次側に流れる出力電流Ioにおける(c)に示した出力電圧Voutと対応する部分の波形を示している。
FIG. 2 is a timing chart showing the voltage or current waveform of each part in FIG. 1 and its timing relationship. The following waveforms (a) to (d) in FIG. 2 are shown.
(A) is a switching control signal Sp output from the
(B) is a drain current Id flowing through the switching
(C) is an alternating high voltage output voltage Vout, but shows only the first half wave (positive half wave in this example) of the fundamental wave (first wave) with its crest value greatly reduced. ing.
(D) has shown the waveform of the part corresponding to the output voltage Vout shown to (c) in the output current Io which flows into the secondary side of the trans |
負荷2は、例えばプラズマ発生装置の対向する電極(パッシブ素子)であり、静電容量(負荷容量)Coを有する。そして、一般的に常圧で6kV以上の電圧がその電極間に印加されると、大気圧プラズマを発生するといわれている。それは誘電体バリヤ放電、あるいは無声放電とも言われる。
このトランス3はフライバック式の共振トランスであり、二次側に、出力巻線Nsのインダクタンス(出力インダクタンス)Lsと、その巻線間に分布もしくは寄生する静電容量Cs及び負荷2の静電容量Coの合成容量とによって電圧共振回路を形成する。そして、スイッチング素子4がOFFの期間に、その電圧共振回路で電圧共振を起こす。その共振定数は、上述した出力インダクタンスLs及び静電容量Cs、Coである。
The
The
その電気経路上に強磁場がかかり、共振定数が温度や線間長のずれなどで変動するため、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り、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。
したがって、出力電圧Voutは、交番された電圧であり、その値は、数kVないし数十kV、平均出力電力は、数Wないし数十kWの範囲にある。
出力電圧はVoutが、Vout(t)=√(2Vout・sin(ωt))でなる基本波の場合は、正弦波でなる関数上にある。ここで出力電圧Voutは実効値である。
Since a strong magnetic field is applied to the electrical path, and the resonance constant fluctuates due to temperature, line length deviation, etc., the output voltage Vout becomes not only a fundamental wave but also a distorted output waveform, and Fourier expansion. Then, it is decomposed into a voltage that alternates with a high order and decays.
Therefore, the output voltage Vout is an alternating voltage, and its value is in the range 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.
In the case where the output voltage is a fundamental wave with Vout of Vout (t) = √ (2Vout · sin (ωt)), the output voltage is on a function of a sine wave. Here, the output voltage Vout is an effective value.
一般的には、ファラディの法則より、トランスを励磁するドレイン電流Idは、
Vin(t)=Lp・i(t)/dt
から、ごく短い時間においてIdの傾きは微分係数となり、トランス3の励磁インダクタンスをLpとすると、ドレイン電流Idは次の(1)式によって求められる。
Id=Vin・Ton/Lp ・・・・・・(1)
(Ton:スイッチング素子4のON期間、Vin:入力電圧)
励磁インダクタンスLpは一定であるから、Id∝Vin・Tonとなる。
In general, according to Faraday's law, the drain current Id for exciting the transformer is
Vin (t) = Lp · i (t) / dt
Therefore, in a very short time, the slope of Id becomes a differential coefficient, and when the exciting inductance of the
Id = Vin · Ton / Lp (1)
(Ton: ON period of the
Since the excitation inductance Lp is constant, Id∝Vin · Ton.
ここで、スイッチング素子4のドレイン電流Idによる励磁電流によってトランス3に蓄えられる励磁エネルギーεは、次の(2)式によって求められる。
ε=Lp・Id2 ・・・・・・(2)
この(2)式に(1)式によるIdを代入すると、次の(3)式になる。
ε=(Vin・Ton)2/Lp ・・・・・(3)
よって、Vin・Tonが一定であれば、トランス3に蓄えられる励磁エネルギーは一定であり、負荷変動がなければ、出力電圧Voutは一定に制御される。
Here, the excitation energy ε stored in the
ε = Lp · Id 2 (2)
Substituting Id according to the expression (1) into the expression (2) yields the following expression (3).
ε = (Vin · Ton) 2 / Lp (3)
Therefore, if Vin · Ton is constant, the excitation energy stored in the
図3は、スイッチング制御信号Sp(スイッチング素子4のゲート・ソース間電圧Vgsに相当する)と、スイッチング素子4のON期間Tonと、ドレイン電流Idの関係を示すタイミングチャートである。
入力電圧Vinとトランス3の励磁巻線Npのインダクタンスである励磁インダクタンスLpが一定であれば、励磁電流であるドレイン電流Idは、スイッチング素子4のON期間Tonに比例し、その傾きはVin/Lpである。ここでのON期間Tonとは、制御回路5がスイッチング素子4をON状態にして、トランス3を励磁している時間である。すなわち、スイッチング制御信号Spがハイレベルの期間である。
FIG. 3 is a timing chart showing the relationship between the switching control signal Sp (corresponding to the gate-source voltage Vgs of the switching element 4), the ON period Ton of the
If the input voltage Vin and the excitation inductance Lp, which is the inductance of the excitation winding Np of the
図3に示すように、スイッチング素子4のON期間がTon1の場合のドレイン電流の最大値Id1は、Id1=(Vin/Lp)・Ton1となり、ON期間がTon2の場合のドレイン電流の最大値Id2は、Id2=(Vin/Lp)・Ton2となる。
ここで、Ton1>Ton2とすると、Id1>Id2の関係となる。
トランス3の一次側に蓄えられるエネルギーεは、(2)式から分かるようにIdの二乗に比例するので、ドレイン電流の最大値がId1、Id2の時にトランス3の一次側に蓄えられるエネルギーをε1、ε2とすると、ε1>ε2となる。
As shown in FIG. 3, the maximum value Id1 of the drain current when the ON period of the
Here, when Ton1> Ton2, the relationship is Id1> Id2.
Since the energy ε stored on the primary side of the
トランス3の変換効率=1とし、トランス3の一次側に蓄えられる励磁エネルギーεが、二次側に放出されるエネルギーと等しいとすると、εは次のようになる。
ε=C・Vout2 となる。
(Vout:出力電圧、C:CsとCoの合成容量)
これより、Vout=√(ε/C)となり、Voutは、εとCの関係にて決定される。
前述した(3)式に示したように、εは(Vin・Tonに依存する関係になっている。したがって、入力電圧Vinが一定とすると、トランス3の一次側に蓄えられる励磁エネルギーεは、ON期間Tonの幅によってリニアに制御できる。
Assuming that the conversion efficiency of the
ε = C · Vout 2
(Vout: output voltage, C: combined capacity of Cs and Co)
Thus, Vout = √ (ε / C), and Vout is determined by the relationship between ε and C.
As shown in the equation (3) described above, ε has a relationship that depends on (Vin · Ton. Therefore, if the input voltage Vin is constant, the excitation energy ε stored on the primary side of the
トランス3の二次側は、電圧共振を利用した共振回路となるので、出力電圧Voutは共振状態のため減衰された電圧が継続される。その減衰分は、出力の抵抗成分による消費電力の量だけであると考えられる。その減衰された出力の過渡電圧は、図4に示すように、スイッチング素子4のOFF期間Toffの間継続される。
Since the secondary side of the
そして、図5に示すように、スイッチング制御信号SpがハイレベルのON期間Ton1からローレベルのOFF期間に切り替った後、出力電圧Voutが斜線を施して示す正電圧領域にあるときには、次のON期間Ton2に切り替えることはできない。
出力電圧Voutが正電圧領域にあるときにスイッチング制御信号Spがハイレベルに切り替えて、スイッチング素子4をONにし、トランス3の一次側の励磁を開始すると、その励磁電流は正電圧がある所を短絡することになる。そのため、トランス3に過剰な電流が流れ、それによってトランス3のコアが磁気飽和して、回路に大電流が流れる。
図5では、出力電圧Voutが第1波及び第2波の正電圧領域にあるときに、次のON期間Ton2へ切り替える種々のタイミングを模式的に示している。
Then, as shown in FIG. 5, after the switching control signal Sp is switched from the high level ON period Ton1 to the low level OFF period, when the output voltage Vout is in the positive voltage region indicated by hatching, It cannot be switched to the ON period Ton2.
When the output voltage Vout is in the positive voltage range, the switching control signal Sp is switched to the high level, the switching
FIG. 5 schematically shows various timings for switching to the next ON period Ton2 when the output voltage Vout is in the positive voltage region of the first wave and the second wave.
図6は、図5における第2波の正電圧領域において、スイッチング制御信号Spをハイレベル(ON)に切り替えて、トランス3の一次側の励磁を開始した場合の、スイッチング素子4の電圧Vdsとドレイン電流Idのシミュレーション結果を示す。電圧Vdsは、スイッチング素子4のドレイン・ソース間に、出力電圧Voutと同期して発生する電圧である。
このとき第2波の電圧が短絡となり、トランス3のコアがNI(励磁巻線Npの巻数と一次側の最大電流値の積)の限界値を越えて磁気飽和を起こし、ドレイン電流Idが過剰の電流となって、リンギング状の電流が繰り返される。そのため、継続して出力電圧の波形を出力できなくなる。
FIG. 6 shows the voltage Vds of the
At this time, the voltage of the second wave is short-circuited, the core of the
このため、スイッチング制御信号Spをローレベルからハイレベルにして、スイッチング素子4をOFF期間からON期間に切り替えるタイミングは、図7に示すように、常に出力電圧Voutが負電圧領域にある期間にする必要があることになる。
図7は、出力電圧Voutが第1波及び第2波の負電圧領域にあるときに、次のON期間Ton2へ切り替える種々のタイミングを模式的に示している。
しかしながら、出力電圧Voutが図7に斜線を施して示す負電圧領域のときに、スイッチング素子4をONにすると、ドレイン電流Idが、トランス3に励磁電流を流す方向を正とした場合に負方向に流れることになる。
Therefore, the switching control signal Sp is changed from the low level to the high level, and the switching timing of the
FIG. 7 schematically shows various timings for switching to the next ON period Ton2 when the output voltage Vout is in the negative voltage region of the first wave and the second wave.
However, when the output voltage Vout is in the negative voltage region shown by hatching in FIG. 7, if the
そのため、出力電圧Voutが負電圧領域にある任意のタイミングで、スイッチング制御信号SPをハイレベルにし、スイッチング素子4をONにする切り替えを実施しても、ドレイン電流Idが負方向に流れる期間はトランス3に励磁エネルギーが蓄えられない。
その理由は、トランス3の一次側に流れる励磁電流の向きと逆方向の電流が流れるため、それによって励磁電流が相殺されてしまい、トランス3には励磁エネルギーが蓄えられないからである。
Therefore, even when switching is performed to set the switching control signal SP to high level and turn on the
The reason is that a current in the direction opposite to the direction of the excitation current flowing on the primary side of the
したがって、図8に示すように、出力電圧Voutが第1波の負電圧領域(斜線領域)にある期間、すなわちドレイン電流Idが負方向に流れている期間に、スイッチング素子4をONに切り替えても、その電流が0Aになるまでは励磁できない無駄な期間になる。
しかし、出力電圧Voutが図5に示した第2波の正電圧領域でスイッチング素子4をONに切り替えると、前述したようにドレイン電流Idが過剰になってリンギング状の電流が繰り返され、継続して出力電圧の波形を出力できなくなる。
Therefore, as shown in FIG. 8, the switching
However, when the output voltage Vout is switched on in the positive voltage region of the second wave shown in FIG. 5, the drain current Id becomes excessive as described above, and the ringing current is repeated and continues. The output voltage waveform cannot be output.
そのため、スイッチング素子4がOFFの期間中に、ドレイン電流Idが負方向に流れてから、その電流値がゼロ(0A)になるタイミングでスイッチング素子4をONにするのが、最適のタイミングであることが分かった。それによって、トランス3の励磁を最適のタイミングで開始して、トランス3に蓄積する励磁エネルギーを有効に制御でき、出力電圧の波高値を一定に制御することも容易になる。上述したドレイン電流Idが負方向に流れてから、その電流値がゼロ(0A)になるタイミングには、当然ながら所定誤差範囲のタイミングが含まれる。
Therefore, the optimal timing is to turn on the
このドレイン電流Idが、負方向に流れてからその電流値がゼロ(0A)になるタイミングは、出力電圧Voutの第1波が0Vになってから直前のON期間Ton1と同等の時間が経過した時点であることが分かった。この時間を図8にTxで示し、Tx≒Ton1である。
そこで、図1に示した制御回路5は、スイッチング制御信号Spをハイレベル(Ton1)からローレベル(Toff)に切り替えた後、次のように動作する。
すなわち、出力電圧Voutの第1波の正電圧が発生している期間(「出力パルス幅」と称す)Toutの後、直前のON期間Ton1と同じ時間Txが経過した時点で、スイッチング制御信号Spをハイレベル(Ton2)に切り替える。
したがって、この制御回路5が、スイッチング素子をON・OFF制御する手段であり、且つスイッチング素子4のドレイン電流Idが負方向に流れてから、その電流値がゼロ(0A)になるタイミングで、スイッチング素子を4をONにするONタイミング制御手段でもある。
When the drain current Id flows in the negative direction, the current value becomes zero (0 A) at the same time as the ON period Ton1 immediately after the first wave of the output voltage Vout becomes 0 V. It turns out that it is the time. This time is indicated by Tx in FIG. 8, and Tx≈Ton1.
Therefore, the
That is, after a period (referred to as “output pulse width”) Tout in which the first wave positive voltage of the output voltage Vout is generated, at the time when the same time Tx as the immediately preceding ON period Ton1 has elapsed, the switching control signal Sp Is switched to the high level (Ton2).
Therefore, the
そのため、例えば、スイッチング素子4をOFFに切り替えた後、出力電圧Voutのゼロクロス点(図8に示すPz1,Pz2,Pz3等)を検出する。そして、2番目のゼロクロス点Pz2を検出した時点から、直前のON期間Ton1と同じ時間Txが経過した時点で、スイッチング素子4をONに切り替えるようにするとよい。
あるいは、3番目のゼロクロス点Pz3で、スイッチング素子4をONに切り替えてもよい。さらに、スイッチング素子4がOFFの期間にドレイン電流Idを実際に監視して、それが発生した後、その電流値がゼロになるタイミングでスイッチング素子4をONに切り替えてもよい。それらの具体的な実施形態については後述する。
Therefore, for example, after switching the
Alternatively, the switching
この場合、制御回路5がスイッチング素子4をON・OFFする周期、すなわち図8に示すスイッチング制御信号Spの周期Tは、次のようになる。
T=出力パルス幅Tout+ON期間Ton×2
ここで、ON期間Tonが変化する場合は、上記の式におけるTonは直前のTon1である。制御回路5がスイッチング素子4のON期間Tonを一定に制御する場合は、各ON期間Ton中にトランス3に蓄えられる励磁エネルギーは常に一定になるはずである。しかし、出力パルス幅Toutは、スイッチング素子4がOFFになったときの出力電圧Voutの発生状況によって変動する。そのため、周期Tも出力パルス幅Toutに応じて変動することになる。これは、温度及び湿度等の環境変化や負荷変動、経時変化などによって生じる。
In this case, the cycle when the
T = Output pulse width Tout + ON period Ton × 2
Here, when the ON period Ton changes, Ton in the above equation is the immediately preceding Ton1. When the
しかし、スイッチング素子4をON・OFF制御する周期Tを、スイッチング素子4がOFFの期間Toffのうち出力電圧が発生している期間である出力パルス幅Toutと、スイッチング素子4がONの期間Tonの2倍との和になるように制御する。
出力パルス幅Toutが基準期間より長くなったときは、一般に出力電圧Voutの波高値が基準値より高くなっている。このとき、周期Tは基準周期より長くなるが、ON期間Tonは一定であるから、1周期におけるON期間の割合であるデューティ比は小さくなり、出力電圧Voutの波高値を下げるように機能する。
However, the cycle T for ON / OFF control of the
When the output pulse width Tout becomes longer than the reference period, the peak value of the output voltage Vout is generally higher than the reference value. At this time, the period T is longer than the reference period, but the ON period Ton is constant. Therefore, the duty ratio, which is the ratio of the ON period in one period, is reduced, and functions to lower the peak value of the output voltage Vout.
逆に、出力パルス発生期間Toutが基準期間より短くなったときは、一般に出力電圧Voutの波高値が基準値より低くなっている。このとき、周期Tは基準周期より短くなるが、ON期間Tonは一定であるから、1周期におけるON期間の割合であるデューティ比は大きくなり、出力電圧Voutの波高値を上げるように機能する。
したがって、出力電圧Voutの波高値(ピーク値)を検出して、それを一定にするようにスイッチング制御信号Spのデューティ比をフィードバック制御するPWM制御を実施しなくても、常にそれに近い制御が自動的になされることになる。
Conversely, when the output pulse generation period Tout is shorter than the reference period, the peak value of the output voltage Vout is generally lower than the reference value. At this time, although the period T is shorter than the reference period, the ON period Ton is constant, so the duty ratio, which is the ratio of the ON period in one period, increases, and functions to increase the peak value of the output voltage Vout.
Therefore, even if PWM control for detecting the peak value (peak value) of the output voltage Vout and performing feedback control on the duty ratio of the switching control signal Sp so as to make it constant is performed, control close to that is automatically performed. Will be made.
スイッチング素子4のON期間Tonを一定に制御するには、制御回路5がスイッチング制御信号Spをハイレベルにしてスイッチング素子4をONにした後、常に一定のON期間Ton後に、ローレベルにしてスイッチング素子4をOFFにすればよい。この場合、図8におけるTon2=Ton1(一定)である。したがって、スイッチング素子4をON・OFFする周期T(=出力パルス幅Tout+ON期間Ton×2)は、出力パルス幅Toutの変動に応じて変化する。
In order to control the ON period Ton of the
あるいは、制御回路5がスイッチング素子4をON・OFFする周期Tを一定に保持するように、出力パルス幅Toutの変動に応じて、スイッチング素子4のON期間Tonを変化させるようにしてもよい。
すなわち、出力パルス幅Toutが基準期間より長くなったときは、ON期間Tonを短くして周期を一定に保持すれば、1周期におけるON期間の割合であるデューティ比は小さくなり、出力電圧Voutの波高値を下げるように機能する。
Or you may make it change ON period Ton of the
That is, when the output pulse width Tout becomes longer than the reference period, if the ON period Ton is shortened and the period is kept constant, the duty ratio, which is the ratio of the ON period in one period, becomes small, and the output voltage Vout It works to lower the peak value.
逆に、出力パルス発生期間Toutが基準期間より短くなったときは、ON期間Tonを長くして周期Tを一定に保持すれば、1周期におけるON期間の割合であるデューティ比は大きくなり、出力電圧Voutの波高値を上げるように機能する。
したがって、この場合にも、出力電圧Voutの波高値(ピーク値)を検出して、それを一定にするようにスイッチング制御信号Spのデューティ比をフィードバック制御するPWM制御を実施しなくても、常にそれに近い制御が自動的になされることになる。
Conversely, when the output pulse generation period Tout is shorter than the reference period, if the ON period Ton is lengthened and the period T is kept constant, the duty ratio, which is the ratio of the ON period in one period, increases. It functions to increase the peak value of the voltage Vout.
Therefore, even in this case, it is always possible to detect the peak value (peak value) of the output voltage Vout and perform the feedback control of the duty ratio of the switching control signal Sp so as to make it constant. Control close to that is automatically performed.
スイッチング素子4をON・OFF制御する周期Tを一定に保持するには、前回のON期間Ton1からOFF期間に切り替えた時点から、一定の周期Tに相当する時間が経過した時点で、今回のON期間Ton2からOFF期間に切り替えるようにすればよい。
この場合のスイッチング素子4をON・OFFする周期Tは、次のようになる。
T=出力パルス幅Tout+ON期間Ton1+Ton2=一定
To keep the switching
In this case, the period T for turning on / off the
T = output pulse width Tout + ON period Ton1 + Ton2 = constant
このように、この発明の基本的な実施形態のインバータ装置は、スイッチング素子4を常に最適なタイミングでONにしてトランス3の励磁を開始することができる。それによって、トランス3の1次側の励磁エネルギーを、トランス励磁時間であるスイッチング素子4のON期間Tonに完全に比例して制御することができる。
そのため、上述したように、制御回路5がスイッチング素子4のON期間Tonを一定に制御するか、スイッチング素子4をON・OFF制御する周期Tが一定になるようにON期間を制御すれば、出力電圧Voutの波高値の変動を抑制する効果が得られる。
As described above, the inverter device according to the basic embodiment of the present invention can start the excitation of the
Therefore, as described above, if the
以下に、この発明によるインバータ装置の具体的な各実施形態を説明する。
〔第1の実施形態〕
図9は、この発明によるインバータ装置の第1の実施形態を示す回路図である。この図9において、図1の各部と同等な部分には同一の符号を付しており、それらの説明は省略する。以後の各実施形態の回路図においても同様である。そのインバータ装置は各実施形態によってその構成が異なるが、便宜上いずれもインバータ装置1とする。
Below, each concrete embodiment of the inverter device by this invention is described.
[First Embodiment]
FIG. 9 is a circuit diagram showing a first embodiment of an inverter device according to the present invention. 9, parts that are the same as the parts in FIG. 1 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. The same applies to the circuit diagrams of the following embodiments. Although the configuration of the inverter device differs depending on each embodiment, the
図9に示すインバータ装置1のトランス13は、二次側に出力巻線Nsの他に従属巻線(第3次巻線ともいう)Nfを設けている。この従属巻線Nfの巻数は出力巻線Nsの巻数に較べて極めて少ない。そのため、この従属巻線Nfには、出力巻線Nsに発生する出力電圧Voutと同期して変化し、その波高値が出力電圧Voutより遥かに小さい波形の模擬出力電圧(モニタ電圧)Vfが発生する。
The
この模擬出力電圧Vfの波高値は、出力電圧Voutが高圧や特別高圧にあたるような高電圧の場合、その波高値の1/100以下であり、1/1000程度より小さいとさらによい。したがって、例えば出力電圧Voutの波高値が10kVの場合、模擬出力電圧Vfの波高値は100V以下、好ましくは10V以下の電圧になるようにする。しかし、模擬出力電圧Vfの出力パルス幅は(出力期間)は出力電圧Voutの出力パルス幅と同じであり、その波高値は出力電圧Voutの波高値に比例して変動する。したがって、この模擬出力電圧Vfによって出力電圧Voutをモニタできる。 The crest value of the simulated output voltage Vf is 1/100 or less of the crest value when the output voltage Vout is a high voltage corresponding to a high voltage or extra high voltage, and is preferably smaller than about 1/1000. Therefore, for example, when the peak value of the output voltage Vout is 10 kV, the peak value of the simulated output voltage Vf is set to a voltage of 100 V or less, preferably 10 V or less. However, the output pulse width of the simulated output voltage Vf is the same as the output pulse width of the output voltage Vout during the (output period), and its peak value varies in proportion to the peak value of the output voltage Vout. Therefore, the output voltage Vout can be monitored by the simulated output voltage Vf.
ゼロクロス検出回路16は、このトランス13の従属巻線Nfに発生する模擬出力電圧Vfを入力して、その電圧値が0Vになる点であるゼロクロス点(図8に示したPz1,Pz2,Pz3等)を検出し、そのゼロクロス検出信号Zxを演算回路17へ入力させる。
その演算回路17は、CPU、ROM及びRAM等からなるマイクロコンピュータを有する回路であり、制御回路15がスイッチング制御信号Spをローレベルからハイレベルにし、スイッチング素子4をOFFからONに切り替えるタイミングを管理する。
The zero-
The
例えば、スイッチング素子4がOFFになった時点から、ゼロクロス検出回路16が検出するゼロクロス検出信号Zxをカウントする。そして、2番目のゼロクロス点(図8に示したPz2)をカウントした時点から、スイッチング素子4の前回のON期間と同じ期間(この場合は一定期間)が経過した時点で、ONタイミング制御信号Sonを出力して制御回路15のFB端子に入力させる。それによって、制御回路15がスイッチング制御信号Spをローレベルからハイレベルに反転して、スイッチング素子4をONにする。
For example, the zero-cross detection signal Zx detected by the zero-
すなわち、図8に示した逆方向のドレイン電流Idが略ゼロ(0A)になったタイミングでスイッチング素子4がONになり、トランス13の励磁巻線Npに励磁電流を流して励磁を開始する。
そして、一定のON期間が経過した時点で、制御回路15がスイッチング制御信号Spをハイレベルからローレベルに反転して、スイッチング素子4をOFFにする。
That is, at the timing when the drain current Id in the reverse direction shown in FIG. 8 becomes substantially zero (0 A), the switching
When a certain ON period elapses, the
あるいは、演算回路17が、ゼロクロス検出回路16からのゼロクロス検出信号Zxのカウント値が「3」になった時に、ONタイミング制御信号Sonを出力して制御回路15のFB端子に入力させるようにしてもよい。このカウント値が「3」になった時は、スイッチング素子4がOFFになった時点から3番目のゼロクロス点(図8に示したPz3)をカウントした時点、すなわち、逆方向のドレイン電流Idが略ゼロ(0A)になったタイミングである。
この第1の実施形態では、従属巻線Nfとゼロクロス検出回路16と演算回路17によって、ONタイミング制御手段を構成し、それと制御回路15によってスイッチング素子をON・OFF制御する手段を構成している。
Alternatively, the
In the first embodiment, the dependent winding Nf, the zero
ゼロクロス検出回路16としては公知の回路を使用することができるが、その一例を図10に示す。このゼロクロス検出回路16は、発光ダイオード等の発光素子61,62とフォトトランジスタ等の受光素子63,64の対を2組備えた2回路のフォトカプラ60を使用している。その受光素子63,64のエミッタを共通接続して接地し、コレクタを共通接続したa点をプルアップ用の抵抗Raを介して正電源+Vに接続する。そのa点からゼロクロス検出信号Zxを出力する。
そして、図9に示したトランス13の従属巻線Nfに発生する模擬出力電圧Vfを、感度調整用の可変抵抗VRを通してフォトカプラ60の発光素子61,62に印加し、全波整流、絶縁、およびロジックレベルの変換を一度に行う。
A known circuit can be used as the zero-
Then, the simulated output voltage Vf generated in the dependent winding Nf of the
発光素子61は発光レベル以上の正電圧が印加されると発光し、発光素子62は絶対値が発光レベル以上の負電圧が印加されると発光する。したがって、模擬出力電圧Vfの絶対値が発光レベル以上(ゼロクロス点付近以外の領域)では、発光素子61,62のいずれかが発光する。それによって、受光素子63,64のいずれかがその光を受光して導通状態になるため、a点は接地されてゼロレベルになる。
The
しかし、模擬出力電圧Vfの絶対値が発光レベル以下のゼロクロス点付近では、発光素子61,62がいずれも発光しなくなるため、受光素子63,64がいずれも非導通状態になり、a点は正電源+Vの電圧によってハイレベルになる。
したがって、a点からゼロクロス点を中心とするパルス状のゼロクロス検出信号Zxが出力される。その検出感度を可変抵抗VRによって調整することができる。
このゼロクロス検出信号Zxを、そのまま図9の演算回路17に入力させてカウントさせることもできるが、シュミットトリガ回路を通して、ゼロクロス点でより急峻なトリガパルスを発生させ、それを演算回路17に入力させるようにするとなおよい。
However, near the zero cross point where the absolute value of the simulated output voltage Vf is less than or equal to the light emission level, the
Therefore, a pulse-like zero cross detection signal Zx centering on the zero cross point from the point a is output. The detection sensitivity can be adjusted by the variable resistor VR.
The zero-cross detection signal Zx can be directly input to the
模擬出力電圧Vfは、トランス3の出力巻線Nsから出力される出力電圧Voutと同期して変化する交番波形の電圧である。そのため、このゼロクロス検出回路16によって検出されるゼロクロス点は、出力巻線Nsから出力される出力電圧Voutのゼロクロス点と一致するはずである。すなわち、このゼロクロス検出回路16によって、インバータ装置1の出力電圧Vout のゼロクロス点(図8に示したPz1,Pz2,Pz3)を検出できることになる。
The simulated output voltage Vf is an alternating waveform voltage that changes in synchronization with the output voltage Vout output from the output winding Ns of the
なお、図8に示したスイッチング制御信号Spをハイレベルからローレベルに切り替えた直後のゼロクロス点Pz1では、図10に示したゼロクロス検出回路16によるゼロクロス検出信号Zxは、ハイレベルの状態からローレベルに変化するだけである。しかし、演算回路17がそのゼロクロス検出信号Zxの立下りを、1番目のゼロクロス点Pz1としてカウントすればよい。そのゼロクロス点のカウントは、この実施形態では図9の演算回路17によるソフトカウンタ機能によって行う。
At the zero cross point Pz1 immediately after the switching control signal Sp shown in FIG. 8 is switched from the high level to the low level, the zero cross detection signal Zx by the zero
そこで、その演算回路17によるONタイミング制御手段としての動作例を、図11のフローチャートによって説明する。この場合の演算回路17は、ゼロクロス点をカウントするカウンタ機能と、スイッチング素子4のON期間に相当する所定時間Tonを計時するタイマ機能を有している。
図9に示したインバータ装置1の電源が投入されると、制御回路15が動作を開始し、起動時には予め設定された周期及びON期間でスイッチング制御信号Spを出力し、スイッチング素子4をON・OFFさせて起動する。それと同時に演算回路17が、図11に示す動作を開始する。
An example of the operation as the ON timing control means by the
When the power of the
そして、ステップS1でゼロクロス検出回路16からのゼロクロス検出信号Zxの入力を待ち、ゼロクロス検出信号Zxが入力すると、ステップS2でカウンタをカウントアップ(+1)する。そのカウンタは動作終了前にリセットされ,再スタート状態になっている。
その後、ステップS3で、カウント値が「2」であるか否かを判断し、「2」になっていなければ、ステップS1へ戻って上述の動作を繰り返す。
In step S1, the input of the zero cross detection signal Zx from the zero
Thereafter, in step S3, it is determined whether or not the count value is “2”. If it is not “2”, the process returns to step S1 to repeat the above-described operation.
ステップS3でカウント値が「2」になると、図8における2番目のゼロクロス点Pz2が検出されたと判断できるので、ステップS4でタイマをスタートさせて、ON時間に相当する所定時間Tonの計時を開始する。そして、ステップS5で所定時間Tonの経過を待つ。この場合、所定時間Tonをタイマにセットした状態からクロック信号で減算していけば、タイマの値が「0」になったときに所定時間Tonが経過したことになる。
ステップS5で所定時間Tonが経過したと判断すると、ステップS6でONタイミング制御信号Sonを出力し、図9の制御回路のFB端子に入力させる。それによって、制御回路15がスイッチング制御信号Spをローレベルからハイレベルに反転して、スイッチング素子4をONにする。
When the count value becomes “2” in step S3, it can be determined that the second zero-cross point Pz2 in FIG. 8 has been detected. Therefore, the timer is started in step S4, and the predetermined time Ton corresponding to the ON time is started. To do. In step S5, a predetermined time Ton is awaited. In this case, if the predetermined time Ton is subtracted with the clock signal from the state in which the timer is set, the predetermined time Ton has elapsed when the value of the timer becomes “0”.
If it is determined in step S5 that the predetermined time Ton has elapsed, an ON timing control signal Son is output in step S6 and input to the FB terminal of the control circuit of FIG. Thereby, the
その後、ステップS7で若干のウエイト時間後に、カウンタをリセットして再スタート状態にし、タイマもリセットさせて停止状態にする。
そして、ステップS8で電源がOFFになったか否かをチェックし、OFFになれば動作を終了するが、OFFになるまではステップS1へ戻って、上述した動作を繰り返し実行する。
Thereafter, after a slight wait time in step S7, the counter is reset and restarted, and the timer is also reset and stopped.
Then, in step S8, it is checked whether or not the power is turned off. If the power is turned off, the operation is terminated. Until the power is turned off, the process returns to step S1 and the above-described operation is repeatedly executed.
図12は、演算回路17による他のより簡便な動作例を示すフローチャートである。
この図12において、図11の各ステップと同等な判断又は処理を行うステップには同じステップ符号を付しており、幾分相違するステップには、図11におけるステップ符号に「′」を付けて示している。この場合には、演算回路17はタイマの機能を使用しない。
FIG. 12 is a flowchart illustrating another simpler operation example by the
In FIG. 12, steps that perform the same judgment or processing as those in FIG. 11 are denoted by the same step symbols, and steps that are somewhat different are denoted by “′” in step symbols in FIG. 11. Show. In this case, the
この動作例の場合は、演算回路17が動作を開始すると、ステップS1、S2でゼロクロス検出信号をカウントし、ステップS3′でカウント値が「3」になると、図8における3番目のゼロクロス点Pz3が検出されたと判断する。
そこで、ステップS6でONタイミング制御信号Sonを出力して、制御回路15のFB端子に入力させる。それによって、制御回路15がスイッチング制御信号Spをローレ
ベルからハイレベルに反転して、スイッチング素子4をONにする。
その後、ステップS7′でカウンタをリセットして再スタート状態にし、電源がOFFになるまでステップS1へ戻って、上述した動作を繰り返し実行する。
In the case of this operation example, when the
In step S6, the ON timing control signal Son is output and input to the FB terminal of the
Thereafter, the counter is reset and restarted in step S7 ', and the process returns to step S1 until the power is turned off, and the above-described operation is repeatedly executed.
この実施形態における制御回路15は、スイッチング制御信号Spをローレベルからハイレベルに反転してスイッチング素子4をONにした後、一定のON期間Tonが経過した時点で、スイッチング制御信号Spをハイレベルからローレベルに反転する。それによって、スイッチング素子4のON期間を一定に制御し、図8によって前述した出力パルス幅Toutの変動に応じてスイッチング素子4のON・OFFの周期Tを変化させることができる。
あるいは、スイッチング制御信号Spを直前にローレベルにした時点から所定の周期Tが経過した時点で、ハイレベルからローレベルに反転する。それによって、出力パルス幅Toutの変動に応じてスイッチング素子4のON期間を変化させ、スイッチング素子4のON・OFFの周期Tを一定に維持することができる。
In this embodiment, the
Alternatively, the signal is inverted from the high level to the low level when a predetermined period T elapses from the time when the switching control signal Sp is immediately set to the low level. Thereby, the ON period of the
この第1の実施形態のインバータ装置1は、演算回路17が上述したいずれの動作を実行した場合でも、スイッチング素子4を常に最適なタイミングでONにしてトランス13の励磁を開始することができる。それによって、トランス13の1次側の励磁エネルギーを、トランス励磁時間であるスイッチング素子4のON期間Tonに完全に比例して制御することができる。
そして、前述したように、制御回路15がスイッチング素子4のON期間Tonを一定に制御するか、スイッチング素子4をON・OFF制御する周期Tが一定になるようにON期間を制御すれば、出力電圧Voutの波高値の変動を抑制する効果が得られる。
また、出力電圧に対応する波形の模擬出力電圧のパルス幅変動を常時監視して、フィードバック制御を行うことになるので、負荷変動に対しても高精度で安定した波形の出力電圧を得ることができる。
The
Then, as described above, if the
In addition, since the pulse width variation of the simulated output voltage of the waveform corresponding to the output voltage is constantly monitored and feedback control is performed, it is possible to obtain a highly accurate and stable waveform output voltage against load variations. it can.
〔第2の実施形態〕
次に、この発明によるインバータ装置の第2の実施形態を図13〜図16によって説明する。
図13はそのインバータ装置の回路図であり、図9に示した第1の実施形態と異なるのは、ピーク電圧検出回路18を設けた点と、制御回路25がPWM入力端子を有する点である。演算回路17もON期間制御に関する機能が増えるが、便宜上同じ符号を使用する。後述する他の実施形態においても同様である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the inverter device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 13 is a circuit diagram of the inverter device. The difference from the first embodiment shown in FIG. 9 is that a peak
ピーク電圧検出回路18は、トランス13の従属巻線Nfに発生する模擬出力電圧Vfのピーク電圧(出力電圧Voutの波高値電圧に対応する)を検出し、その低電圧のピーク電圧Vpを演算回路17に入力させる。このピーク電圧Vpは、出力電圧Voutの波高値に比べて極めて低い電圧であるから、容易に検出することができる。
このピーク電圧検出回路18としては、例えば周知のピークホールド回路を使用して、同じホールド値が規定時間以上継続したら、それをピーク電圧Vpとして出力し、所定時間後にそのホールド値をリセットすればよい。そのピーク電圧Vpの判断及びリセットを演算回路17が行うようにしてもよい。
The peak
As this peak
演算回路17は、前述した第1の実施形態と同様なONタイミング制御手段としての動作と共に、ピーク電圧検出回路18によって検出されるピーク電圧VpをA/Dポートに取り込む。そして、そのピーク電圧Vpの値に応じて、スイッチング素子4のON期間を制御するON期間制御手段としての動作も行う。
そのため、この演算回路17は、アナログのピーク電圧Vpをデジタル値に変換するA/D変換回路、およびピーク電圧Vpに応じて決定したON時間のデジタル情報をアナログのON期間制御信号Swに変換するD/A変換回路も備えている。
The
Therefore, the
ここで、ピーク電圧VpとON期間とは図14に示すように逆比例の関係に制御し、ピーク電圧Vpが高くなるとON期間を短くし、ピーク電圧Vpが低くなるとON期間を長くする。
この図13に示すインバータ装置1における演算回路17の動作を、図15のフローチャートによって説明する。図15の各ステップにおいて、前述した図11における各ステップと同等な判断又は処理を行うステップには、同一のステップ番号を付している。
Here, the peak voltage Vp and the ON period are controlled to have an inversely proportional relationship as shown in FIG. 14, and the ON period is shortened when the peak voltage Vp is high, and the ON period is lengthened when the peak voltage Vp is low.
The operation of the
インバータ装置1が起動すると、演算回路17が図15の処理を開始する。そして、ステップS1,S2でゼロクロス検出信号Zxをカウントし、ステップS3でカウント値が「2」になるまでに、ステップS11でピーク電圧Vp検出の判断をして、ステップS12でそのピーク電圧Vpを記憶する。
これは、図8に示した出力電圧Voutと対応する模擬出力電圧Vfが、1番目のセロクロス点Pz1と2番目のゼロクロス点Pzx2の間の期間で発生しているので、その期間にピーク電圧Vpを検出するのである。
When the
This is because the simulated output voltage Vf corresponding to the output voltage Vout shown in FIG. 8 is generated during the period between the first cell crossing point Pz1 and the second zero crossing point Pzx2, and the peak voltage Vp during that period. Is detected.
ステップS3でカウント値が「2」になると、演算回路17はタイマをスタートし、ステップS5で、前回のスイッチング素子4のON期間に相当する所定時間Tonが経過するのを待つ。所定時間Tonが経過すると、ステップS6でONタイミング制御信号Sonを出力し、図13の制御回路のFB端子に入力させる。それによって、制御回路15がスイッチング制御信号Spをローレベルからハイレベルに反転して、スイッチング素子4をONにする。
When the count value becomes “2” in step S3, the
続いて、演算回路17はステップS13で、ステップS12で記憶したピーク電圧Vpに応じてON期間を決定する。その際、図14に示したピーク電圧VpとON期間との関係に基いて、ピーク電圧Vpに対して予め記憶したテーブルをルックアップして、あるいは演算によってON期間を決定することができる。
しかし、簡易的には、ピーク電圧Vpの値を規定の波高値に相当する基準値Vrと比較して、次のようにON期間を決定すると、ON期間を迅速に決定することができる。
すなわち、ピーク電圧Vpの値が基準値より大きい(Vp>Vr)場合は、ON期間を前回より設定期間(Δt)だけ短くし、基準値より小さい(Vp<Vr)場合は、ON期間を前回より設定期間(Δt)だけ長くする。そして、ピーク電圧Vpの値が基準値Vrと同じ(Vp=Vr)場合には、ON期間を前回と同じにする。
Subsequently, in step S13, the
However, simply, the ON period can be quickly determined by comparing the value of the peak voltage Vp with the reference value Vr corresponding to the specified peak value and determining the ON period as follows.
That is, when the value of the peak voltage Vp is larger than the reference value (Vp> Vr), the ON period is shortened by the set period (Δt) from the previous time, and when it is smaller than the reference value (Vp <Vr), the ON period is changed to the previous time. It is made longer by a set period (Δt). When the value of the peak voltage Vp is the same as the reference value Vr (Vp = Vr), the ON period is made the same as the previous time.
演算回路17はステップS14で、その決定したON期間を示すON期間制御信号Swを出力し、図13に示した制御回路25のPWM端子に入力させる。それによって、制御回路15はスイッチング制御信号Spをハイレベルにした後、ON期間制御信号Swによって伝達されたON期間後にスイッチング制御信号Spをローレベルに反転して、スイッチング素子4をOFFにする。そのON期間制御信号Swは、例えばON期間の長さに対応するアナログ電圧とする。
In step S14, the
その後、演算回路17はステップS7で、若干のウエイト時間後に、カウンタをリセットして再スタート状態にし、タイマもリセットさせて停止状態にする。
そして、ステップS8で電源がOFFになったか否かをチェックし、OFFになれば動作を終了するが、OFFになるまではステップS1へ戻って、上述した動作を繰り返し実行する。
Thereafter, in step S7, the
Then, in step S8, it is checked whether or not the power is turned off. If the power is turned off, the operation is terminated. Until the power is turned off, the process returns to step S1 and the above-described operation is repeatedly executed.
次に、この第2の実施形態の演算回路17による他の動作例、すなわち前述した第1の実施形態における図12によって説明した動作例と組み合わせた、より簡便な動作例を図16によって説明する。図16はその場合の演算回路17の動作を示すフローチャートであり、図12及び図15における各ステップと同等な判断又は処理を行うステップには、同一のステップ番号を付している。
Next, another operation example by the
演算回路17による図16に示す動作例において、図15によって説明した動作例と異なるのは、ステップS3でカウント値が「2」になったと判断すると、図15におけるステップS4,S5に代えて、ステップS3′でカウント値が「3」になるのを待つ。
そして、ステップS3′でカウント値が「3」になると、図8に示した3番目のゼロクロス点Pz3になったと判断し、ステップS6でONタイミング制御信号Sonを出力する。
その後の処理は、前述した図15による場合と殆ど同じであるが、タイマ機能は使用しないので、図15のステップS7に代えて、ステップS7′で、カウンタをリセットして再スタート状態にするだけでよい。
The operation example shown in FIG. 16 by the
When the count value becomes “3” in step S3 ′, it is determined that the third zero cross point Pz3 shown in FIG. 8 has been reached, and the ON timing control signal Son is output in step S6.
The subsequent processing is almost the same as in the case of FIG. 15 described above. However, since the timer function is not used, only the counter is reset and restarted in step S7 ′ instead of step S7 in FIG. It's okay.
この第2の実施形態のインバータ装置1は、演算回路17が上述したいずれの動作を実行した場合でも、スイッチング素子4を常に最適なタイミングでONにしてトランス13の励磁を開始することができる。それによって、トランス13の1次側の励磁エネルギーを、トランス励磁時間であるスイッチング素子4のON期間Tonに完全に比例して制御することができる。
The
さらに、トランス13の今回の一次側の励磁によって、スイッチング素子4がOFFの期間に発生する二次側の出力電圧Voutに対応する模擬出力電圧Vfのピーク電圧Vpを検出し、その値に応じてスイッチング素子4の次のON期間を制御する。
したがって、演算回路17と制御回路25等によって、出力電圧Voutの波高値を一定に保つように確実にPWM制御することができる。
但し、この場合、スイッチング素子4をON・OFF制御する周期Tは、出力パルス幅Tout+ON期間Ton1+Ton2となり、出力パルス幅の変動及びスイッチング素子4のON期間の増減によって変化する。
Further, the current primary side excitation of the
Therefore, PWM control can be reliably performed by the
However, in this case, the cycle T for ON / OFF control of the
〔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17〜図21によって説明する。
図17はそのインバータ装置の回路図である。このインバータ装置1は、図1に示した基本的な実施形態と同様に、従属巻線Nfを設けていないトランス3を使用し、図9に示した第2の実施形態と同様に、FB端子を有する制御回路15を用いている。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the inverter device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 17 is a circuit diagram of the inverter device. As in the basic embodiment shown in FIG. 1, this
そして、スイッチング素子4に流れるドレイン電流Idを検出し、その検出値を演算回路17が監視して、ONタイミング制御信号Sonを出力する。すなわち、スイッチング素子4がOFFの期間に、ドレイン電流Idがトランス3に励磁電流を流す方向と逆方向に流れた後、その電流値がゼロになるタイミングで、演算回路17がONタイミング制御信号Sonを出力し、制御回路15にFB端子に入力させる。それによって、制御回路15がスイッチング制御信号Spをローレベルからハイレベルに反転して、スイッチング素子4をONにする。
Then, the drain current Id flowing through the switching
そのため、この図17に示すインバータ装置1には、スイッチング素子4に流れるドレイン電流Idを検出するためのドレイン電流検出手段19と、それによって検出した電流idを電圧に変換するための電流−電圧変換回路20を設けている。
図18は、ドレイン電流検出手段19と電流−電圧変換回路20の一例を示す回路図である。このドレイン電流検出手段19はカレントトランスを使用している。そこで、図18の説明においては、カレントトランス19と称す。
Therefore, in the
FIG. 18 is a circuit diagram showing an example of the drain current detection means 19 and the current-
そのカレントトランス19は、その一次巻線N1をスイッチング素子4のソースとフレームグラウンドの間に直列に介挿する。その一次巻線N1と二次巻線N2の巻数比をn:1にすると、一次巻線N1に流れる電流の1/nの電流が二次巻線N2に流れる。したがって、このカレントトランス19の一次巻線N1にドレイン電流Idが流れると、二次巻線N2に電流id=Id/nの電流が流れ、ドレイン電流Idを検出することができる。
The
図18に矢印で示すドレイン電流の方向は、スイッチング素子4のON期間Tonにトランス3の励磁巻線Npに励磁電流を流す方向であり、図19に示す正側のドレイン電流Idの向きである。しかし、スイッチング素子4がOFF期間Toffになった後、出力パルス幅Tout後からは、スイッチング素子4のソース・ドレイン間容量を通して、図19に示す負側のドレイン電流Idが逆方向に流れる。そのとき、カレントトランス19の二次巻線N2に流れる電流idの向きも、図18に矢印で示す向きと逆方向になる。
その電流idが抵抗R1に流れ、電圧Vdに変換される。その電圧Vdをオペアンプ21の反転入力端子に入力して増幅するが、そのオペアンプ21の非反転入力端子にバイアス電圧回路22による直流のバイアス電圧Vbを入力する。それによって、出力の検出電圧Vopを、図19に示すようにバイアス電圧Vbだけバイアスする。
The direction of the drain current indicated by an arrow in FIG. 18 is a direction in which an excitation current flows through the excitation winding Np of the
The current id flows through the resistor R1 and is converted to the voltage Vd. The voltage Vd is input to the inverting input terminal of the
図18に示すオペアンプ21の出力端子と反転入力端子との間に帰還抵抗R2を接続している。そのオペアンプ21、バイアス電圧回路22、および抵抗R1,R2によって、電流・電圧変換回路20を構成している。この電流・電圧変換回路20は、電流検出手段であるカレントトランス19によってドレイン電流Idを検出した電流idの値を、バイアス電圧Vbを加えた電圧値に変換して、図19に示す検出電圧Vopにする。
図19は、図18におけるドレイン電流Idとオペアンプ21の出力電圧である検出電圧Vopの関係を示すタイミングチャートである。
A feedback resistor R2 is connected between the output terminal and the inverting input terminal of the
FIG. 19 is a timing chart showing the relationship between the drain current Id in FIG. 18 and the detection voltage Vop that is the output voltage of the
この実施形態における図17に示した演算回路17の動作を、図20のタイミングチャートと図21のフローチャートによって説明する。
この実施形態における演算回路17は、スイッチング素子4のドレイン電流Idを検出してバイアス電圧Vbを加えた電圧値に変換した検出電圧Vopを監視する。
そして、検出電圧Vopの電圧値が、図20に示す予め設定した基準電圧TH0になった後、その基準電圧TH0よりドレイン電流の値が0に相当する電圧値(この例ではバイアス電圧Vb)に近い2つの異なる閾値電圧TH1,TH2になる時点を監視する。それによって、検出電圧Vopの電圧値が閾値電圧TH1,TH2を低い方から順次超えた後、所定の遅延時間tdが経過した時点で、スイッチング素子4をONにする信号を発生する。すなわち、ONタイミング制御信号Sonをローレベルからハイレベルに反転する。
The operation of the
The
Then, after the voltage value of the detection voltage Vop reaches the preset reference voltage TH0 shown in FIG. 20, the drain current value is equal to 0 from the reference voltage TH0 (in this example, the bias voltage Vb). The time point at which two different threshold voltages TH1 and TH2 are reached is monitored. Thereby, after the voltage value of the detection voltage Vop sequentially exceeds the threshold voltages TH1 and TH2, the signal for turning on the
そのため、図17に示したインバータ装置1が起動すると、演算回路17が図21に示すフローチャートの動作を開始する。この演算回路17は常時、電流−電圧変換回路20からのドレイン電流Idに対応する検出電圧VopをA/Dポートに取り込んでいる。
そして、演算回路17はステップS21で、検出電圧Vopが基準電圧TH0以下になるのを待つ。検出電圧Vopが基準電圧TH0以下になると、次にステップS22で検出電圧Vopが閾値電圧TH1になるのを待つ。検出電圧Vopが閾値電圧TH1になると、次にステップS23で、検出電圧Vopが閾値電圧TH1より高い閾値電圧TH2(TH2>TH1)になるのを待つ。
Therefore, when the
Then, in step S21, the
検出電圧Vopが閾値電圧TH2になると直ちにそれを超えるので、演算回路17はその時点から、ステップS24で予め設定した遅延時間tdが経過した時点で、ステップS25でONタイミング制御信号Sonを出力し、制御回路15にFB端子に入力させる。
それによって、制御回路15がスイッチング制御信号Spをローレベルからハイレベルに反転して、スイッチング素子4をONにする。
When the detection voltage Vop reaches the threshold voltage TH2, it immediately exceeds the threshold voltage TH2, so that the
Thereby, the
遅延時間tdは、検出電圧Vopが閾値電圧TH2からドレイン電流Idの値が0に相当するバイアス電圧Vbの値になるまでの推定時間(極めて短い時間)が設定されて、メモリに記憶されている。
演算回路17は、その後ステップS26で電源がOFFか否かをチェックし、OFFであれば処理を終了するが、OFFでなければステップS21へ戻って、上述した動作を繰り返し実行する。
制御回路15がスイッチング素子4をONからOFFにするタイミングは、図9等によって説明した第1の実施形態の場合と同様に、スイッチング素子4のON期間Tonを一定にするか、ON・OFF制御の周期Tを一定にするように制御すればよい。
As the delay time td, an estimated time (a very short time) until the detection voltage Vop reaches the bias voltage Vb corresponding to the value of the drain current Id from the threshold voltage TH2 is set and stored in the memory. .
The
The timing at which the
この第3の実施形態によれば、スイッチング素子4がOFFの期間におけるドレイン電流Idの検出電圧Vopの変化を監視して、スイッチング素子4をONにするタイミングを決定するので、最適なスイッチング制御を高精度に行うことができる。
すなわち、ドレイン電流Idが、負方向から正方向に変わる直近のタイミングで、スイッチング制御信号Spの切り替えを行うことができ、スイッチング素子4のON期間Tonの幅に応じて、トランス3に蓄積する励磁エネルギーを効率良く制御できる。
それによって、図9等によって説明した第1の実施形態のインバータ装置と同様な効果も得られる。
According to the third embodiment, since the change in the detection voltage Vop of the drain current Id during the period in which the
That is, the switching control signal Sp can be switched at the latest timing when the drain current Id changes from the negative direction to the positive direction, and the excitation accumulated in the
Thereby, the same effect as the inverter device of the first embodiment described with reference to FIG.
〔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22〜図24によって説明する。
図22はそのインバータ装置の回路図である。このインバータ装置1は、図13に示した第2の実施形態と同様に、従属巻線Nfを設けたトランス13を使用し、ゼロクロス検出回路16とピーク電圧検出回路18を有している。また、制御回路25はFB端子とPWM端子を有している。さらに、図17に示した第3の実施形態と同様に、ドレイン電流検出手段19及び電流−電圧変換回路20も備えている。それらの各回路の構成例および動作は、前述した第2、第3の実施形態の場合と同じである。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the inverter device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 22 is a circuit diagram of the inverter device. As in the second embodiment shown in FIG. 13, this
したがって、この図22に示す第4の実施形態のインバータ装置1は、第3の実施形態によるスイッチング素子4のONタイミング制御手段と、第2の実施形態によるスイッチング素子4のON期間制御手段を組み合わせた機能を有する。
そのため、図22における演算回路17は、第3の実施形態によるONタイミング制御に関する動作と、第2の実施形態によるON期間制御に関する動作とを実行する。
Therefore, the
Therefore, the
そこで、この演算回路17の動作を、図23に示すタイミングチャートと図24に示すフローチャートによって説明する。
図23は、第3の実施形態の説明に使用した図20と同様なタイミングチャートである。
また、図24のフローチャートにおいて、図16及び図21のフローチャートと同等の判断又は処理を行うステップには、同一のステップ番号を付している。
図22に示すインバータ装置1が起動すると、演算回路17が図24のフローチャートに示す動作を開始する。
The operation of the
FIG. 23 is a timing chart similar to FIG. 20 used in the description of the third embodiment.
In the flowchart of FIG. 24, the same step numbers are assigned to the steps for performing the same determination or processing as those of the flowcharts of FIGS.
When the
演算回路17は、ステップS1でゼロクロス検出回路16からゼロクロス検出信号Zxが入力すると、ステップS2でカウンタを+1する。そして、ステップS3でカウント値が「2」になる前に、ステップS11でピーク電圧検出回路18によるピーク電圧Vpを判断して、ステップS12でそのピーク電圧Vpを記憶する。
これは、図24に示す模擬出力電圧Vfの1番目のゼロクロス点Pz1と2番目のゼロクロス点Pz2の間の期間で、模擬出力電圧Vfのピーク電圧Vp(出力電圧Voutの波高値と対応する)を検出して、それを記憶することである。
When the zero-cross detection signal Zx is input from the zero-
This is the period between the first zero cross point Pz1 and the second zero cross point Pz2 of the simulated output voltage Vf shown in FIG. 24. The peak voltage Vp of the simulated output voltage Vf (corresponding to the peak value of the output voltage Vout). Is to detect and memorize it.
ステップS3でカウント値が「2」になると、図23に示す模擬出力電圧Vfが2番目のゼロクロス点Pz2になったことになる。そこで、この時点から、演算回路17はドレイン電流検出手段19と電流−電圧変換回路20による検出電圧Vopを監視する。
そして、検出電圧VopがステップS22で図23に示す閾値電圧TH1になった後、ステップS23で閾値電圧TH2(TH2>TH1)になると、ステップS24で予め設定した遅延時間tdだけ遅延する。その遅延時間tdが経過した時点でステップS25へ進み、ONタイミング制御信号Sonを出力して、制御回路15のFB端子に入力させる。
それによって、制御回路15がスイッチング制御信号Spをローレベルからハイレベルに反転して、スイッチング素子4をONにする。
When the count value becomes “2” in step S3, the simulated output voltage Vf shown in FIG. 23 has reached the second zero cross point Pz2. Therefore, from this point, the
Then, when the detection voltage Vop becomes the threshold voltage TH1 shown in FIG. 23 in step S22 and then becomes the threshold voltage TH2 (TH2> TH1) in step S23, the detection voltage Vop is delayed by the delay time td set in advance in step S24. When the delay time td has elapsed, the process proceeds to step S25, where the ON timing control signal Son is output and input to the FB terminal of the
Thereby, the
また、演算回路17はステップS13で、ステップS12で記憶したピーク電圧Vpに応じてON期間Tonを決定する。その決定方法は、第2の実施形態における図15のステップS13の処理で説明したいずれかの方法による。
そして、演算回路17はステップS14で、その決定したON期間を示すON期間制御信号Swを出力し、図22に示した制御回路25のPWM端子に入力させる。それによって、制御回路15はスイッチング制御信号Spをハイレベルにした後、ON期間制御信号Swによって伝達されたON期間後にスイッチング制御信号Spをローレベルに反転して、スイッチング素子4をOFFにする。そのON期間制御信号Swは、例えばON期間の長さに対応するアナログ電圧とする。
In step S13, the
In step S14, the
その後、演算回路17はステップ7′で、カウンタをリセットして再スタート状態にし、ステップS8で電源がOFFになったか否かをチェックする。そして、電源がOFFになれば動作を終了するが、OFFになるまではステップS1へ戻って、上述した動作を繰り返し実行する。
この第4の実施形態のインバータ装置1によれば、前述した第2の実施形態による効果と第3の実施形態による効果の両方を奏することができる。
Thereafter, the
According to the
〔第5の実施形態〕
次に、この発明によるインバータ装置の第5の実施形態を図25によって説明する。
図25はそのインバータ装置の回路図である。このインバータ装置1は、図17に示した第3の実施形態のインバータ装置1に、ダイオードD1とピーク電圧検出回路28を追加したものである。
トランス3の励磁巻線Npとスイッチング素子4のドレイン側との接続点の電圧、すなわちスイッチング素子4の端子間(ドレイン・ソース間)の電圧Vdsを、ダイオードD1を通してピーク電圧検出回路28でモニタする。そして、その正の波形部分のピーク電圧Vp′を検出する。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the inverter device according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 25 is a circuit diagram of the inverter device. This
The voltage at the connection point between the exciting winding Np of the
その電圧Vsは、前述した模擬出力電圧Vfと同様に、その波形が出力電圧Voutと同期して変化し、波高値が出力電圧Voutの波高値に較べて桁違いに小さい(例えば1/1000以下)模擬出力電圧である。スイッチング素子4がOFFの期間中におけるその電圧Vsのピーク値(出力電圧Voutの波高値に対応する)を、ピーク電圧検出回路28が検出して、演算回路17のA/Dポートへ入力させる。
従って、この場合は、トランス3及びスイッチング素子4とダイオードD1が、模擬出力電圧発生手段を構成していることになる。
The voltage Vs has a waveform that changes in synchronism with the output voltage Vout in the same manner as the simulated output voltage Vf described above, and the peak value is orders of magnitude smaller than the peak value of the output voltage Vout (for example, 1/1000 or less). ) Simulated output voltage. The peak value of the voltage Vs during the period when the switching
Therefore, in this case, the
この実施形態における演算回路17は、図17に示した第3の実施形態の演算回路17のONタイミング制御手段としての機能と、図21に示した第4の実施形態の演算回路17におけるON期間制御手段としての機能を組み合わせたような動作をする。
すなわち、この実施形態のインバータ装置1が起動して、演算回路17が動作を開始すると、スイッチング素子4のONタイミング制御するために、図21に示したフローチャートに従って動作する。
The
That is, when the
しかし、この演算回路17は、図21のステップS21でドレイン電流Idの検出電圧Vopが基準電圧TH0以下になるまでに、ピーク電圧検出回路28からのピーク電圧Vp′を判別して記憶する。そして、ステップS25でONタイミング制御Sonを出力した後、記憶したピーク電圧Vp′に応じてON期間Tonを決定し、そのON期間Tonを示すON期間制御信号Swを出力する。
そのONタイミング制御SonとON期間制御信号Swを、制御回路25のFB端子とPWM端子にそれぞれ入力させ、制御回路25に、スイッチング素子4のONタイミングとON期間を制御させる。
この第5の実施形態のインバータ装置によっても、前述した第4の実施形態のインバータ装置と同様な効果が得られる。
However, the
The ON timing control Son and the ON period control signal Sw are input to the FB terminal and the PWM terminal of the
The same effect as that of the inverter device of the fourth embodiment described above can be obtained by the inverter device of the fifth embodiment.
〔第6の実施形態〕
次に、この発明によるインバータ装置の第6の実施形態を図26によって説明する。
図26はそのインバータ装置の回路図である。このインバータ装置1は、図13に示した第2の実施形態のインバータ装置1において、昇圧用のトランス13の代わりに、複数のトランスT1,T2によって構成された昇圧用のトランス30を使用している。
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the inverter device according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 26 is a circuit diagram of the inverter device. This
そのトランスT1,T2は個別の磁路(コア)を持ち、且つ同じ特性を有するトランスであり、一次側の各励磁巻線Np1とNp2は互いに並列に接続して同時に励磁電流を流すように、入力端子I1,I2間にスイッチング素子4と直列に接続している。また、二次側の各出力巻線Ns1,Ns2は互いに直列に接続して、その両端を、出力電圧Voutを出力する出力端子O1,O2にそれぞれ接続している。
さらに、一つのトランスT1の二次側に、図13のトランス13と同様に模擬出力電圧発生手段として従属巻線Nfを設けており、出力電圧Voutに対応する模擬出力電圧Vfを発生させるようにしている。
The transformers T1 and T2 have individual magnetic paths (cores) and have the same characteristics, and the primary excitation windings Np1 and Np2 are connected in parallel to each other so that an excitation current flows simultaneously. The switching
Further, a slave winding Nf is provided as a simulated output voltage generating means on the secondary side of one transformer T1 in the same manner as the
この第6の実施形態のインバータ装置1の動作は、図13に示した第2の実施形態のインバータ装置1と同様である。但し、トランス30を構成する各トランスT1,T2が、図13におけるトランス13と同等のものであるとすれば、各出力巻線Ns1,Ns2にトランス13の出力電圧と同等の出力電圧が発生し、それが積み上げられるように重畳されて出力電圧Voutとなる。
The operation of the
したがって、その出力電圧Voutは、第2の実施形態のインバータ装置1の出力電圧Voutの約2倍の高電圧(波高値及び平均値)が得られる。そのため、トランス30を構成する各トランスT1,T2の出力巻線Ns1,Ns2に発生する出力電圧波形の時間軸が同期していることが望ましい。
あるいは、第2の実施形態のインバータ装置1と同等の出力電圧Voutを得る場合には、各トランスT1,T2を小型にして、トランス30全体も小型化することができる。
なお、トランス30を構成する各トランスT1,T2の励磁巻線Np1,Np2を互いに直列に接続して、同時に励磁電流を流すようにしてもよい。その場合は、各励磁巻線Np1,Npに印加される電圧は、入力電圧の1/2になるので、耐圧が低くて済む。
Therefore, the output voltage Vout is a high voltage (crest value and average value) that is approximately twice the output voltage Vout of the
Or when obtaining the output voltage Vout equivalent to the
Note that the exciting windings Np1 and Np2 of the transformers T1 and T2 constituting the
また、各トランスT1,T2の出力巻線Ns1,Ns2を互いに並列に接続してもよい。その場合は、出力電圧Voutの電圧値(波高値及び平均値)はトランスが1個の場合と同等であるが、出力電流を約2倍にすることができるので、出力電力も約2倍になる。
さらに、昇圧用のトランス30を構成する複数のトランスは、2個に限らず3個以上であってもよく、トランスの数が多い方が出力電圧をより高電圧にするか、あるいは大電力を出力することができる。しかし、トランスの設置スペースや配線からの電磁ノイズの発生なども考慮する必要がある。
Further, the output windings Ns1, Ns2 of the transformers T1, T2 may be connected in parallel to each other. In that case, the voltage value (crest value and average value) of the output voltage Vout is equivalent to that of a single transformer, but the output current can be doubled, so the output power is also doubled. Become.
Further, the plurality of transformers constituting the step-up
この第6の実施形態のインバータ装置1によっても、当然ながら第2の実施形態のインバータ装置1と同様に、スイッチング素子4のONタイミング制御とON期間制御による効果が得られる。
なお、第1の実施形態あるいは第3〜第5の実施形態における昇圧用のトランス13又は3を、それぞれ個別の磁路を持ち、且つ同じ特性を有する複数のトランスで構成するようにしてもよい。
Of course, the
Note that the step-up
また、第1、第2、第4、第6の実施形態においては、いずれもトランス13又はT1の二次側に、巻数が極めて少ない従属巻線Nfを設けて、模擬出力電圧Vfを発生させる模擬出力電圧発生手段とした。しかし、これに代えて、トランスの出力巻線のグラウンド(アース)に接続する端子側から数ターンのところからタップ端子を引き出し、そのタップ端子とグラウンド間に模擬出力電圧を発生させるように、模擬出力電圧発生手段を構成してもよい。
In each of the first, second, fourth, and sixth embodiments, the
〔この発明の利用分野について〕
この発明によるインバータ装置は、プラズマ発生装置、半導体ウエハ接着装置、画像処理機器、塗装装置、照明機器、空気清浄機、放電機器、液晶TVのバックライト、除菌装置など、種々の装置に高電圧を供給する高電圧電源装置として利用できる。
特に、上述した各実施形態では負荷2としてプラズマ発生装置を接続し、その放電電極と対向電極の間に安定した交流高電圧を印加して、効率よく大気圧プラズマを発生させることができる。
[Application fields of the invention]
The inverter device according to the present invention has a high voltage applied to various devices such as a plasma generator, a semiconductor wafer bonding device, an image processing device, a coating device, a lighting device, an air cleaner, a discharge device, a backlight of a liquid crystal TV, and a sterilization device. Can be used as a high-voltage power supply device.
In particular, in each of the above-described embodiments, it is possible to efficiently generate atmospheric pressure plasma by connecting a plasma generator as the
そして、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。
例えば、電子写真方式による画像形成装置によって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。
And 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.
For example, when an ultraviolet curable varnish is coated on a printed material on which resin toner is printed by an electrophotographic image forming apparatus, the varnish of the resin toner printing part is repelled by the wax component contained in the resin toner. There is.
しかし、大気圧プラズマによる表面改質を行うと、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。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であるが、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印加することができる。それによって、大気圧プラズマの発生によって生じるラジカル種を、印刷物の表面に安定して供給し、表面改質を確実に施すことができる。 However, when surface modification by atmospheric pressure plasma is performed, wettability is improved, so that varnish coating is possible, and the added value of printed matter is improved. In order to generate the atmospheric pressure plasma, a high voltage is required. However, the inverter device according to the present invention can efficiently apply the high voltage. Thereby, radical species generated by the generation of atmospheric pressure plasma can be stably supplied to the surface of the printed matter, and surface modification can be reliably performed.
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.
1:インバータ装置 2:負荷 3,13,30:昇圧用のトランス
4:スイッチング素子 5,15,25:制御回路
16:ゼロクロス検出回路 17:演算回路 18:ピーク電圧検出回路
19:ドレイン電流検出手段(カレントトランス)
20:電流―電圧変換回路 21:オペアンプ 22:バイアス電圧回路
60:フォトカプラ 61,62:発光素子 63,64:受光素子
I1,I2:入力端子 O1,O2:出力端子 T1,T2:個別のトランス
Np,Np1,Np2:励磁巻線 Ns,Ns1,Ns2:出力巻線
Nf:従属巻線(第3次巻線) Vin:入力電圧 Vout:出力電圧
Vf:模擬出力電圧 Vp,Vp′:ピーク電圧 Vop:検出電圧
Id:ドレイン電流 Sp:スイッチング制御信号
Son:ONタイミング制御信号 Sw:ON期間制御信号
1: Inverter device 2:
4:
16: Zero cross detection circuit 17: Arithmetic circuit 18: Peak voltage detection circuit
19: Drain current detection means (current transformer)
20: current-voltage conversion circuit 21: operational amplifier 22: bias voltage circuit 60:
Nf: Subordinate winding (third winding) Vin: Input voltage Vout: Output voltage
Vf: Simulated output voltage Vp, Vp ′: Peak voltage Vop: Detection voltage Id: Drain current Sp: Switching control signal Son: ON timing control signal Sw: ON period control signal
Claims (10)
前記スイッチング素子をON・OFF制御する手段に、前記スイッチング素子がOFFの期間中に、該スイッチング素子に前記励磁電流を流す方向と逆方向に流れる電流が発生した後、その電流値がゼロになるタイミングで前記スイッチング素子をONにするONタイミング制御手段を設けたことを特徴とするインバータ装置。 A DC voltage or a voltage in which a pulsating current is superimposed on the DC component is used as an input voltage, the input voltage is switched by a switching element, and an excitation current is passed through the excitation winding on the primary side of the transformer while the switching element is ON. In the inverter device that outputs the output voltage of the AC waveform from the output winding on the secondary side of the transformer during the period when the switching element is OFF,
In the means for controlling ON / OFF of the switching element, a current that flows in a direction opposite to the direction in which the excitation current flows through the switching element is generated during the OFF period of the switching element, and then the current value becomes zero. An inverter device comprising ON timing control means for turning on the switching element at a timing.
前記出力電圧と同期して、波高値が該出力電圧より小さい波形の模擬出力電圧を発生する模擬出力電圧発生手段と、
該模擬出力電圧発生手段が発生する模擬出力電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路と、
前記スイッチング素子がOFFになった時点から3番目の前記ゼロクロス点で、前記スイッチング素子をONにする信号を発生する回路とを有することを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。 The ON timing control means includes:
In synchronization with the output voltage, simulated output voltage generating means for generating a simulated output voltage having a waveform whose peak value is smaller than the output voltage;
A zero-cross detection circuit for detecting a zero-cross point of the simulated output voltage generated by the simulated output voltage generating means;
2. The inverter device according to claim 1, further comprising a circuit that generates a signal for turning on the switching element at the third zero-cross point from the time when the switching element is turned off.
前記出力電圧と同期して、波高値が該出力電圧より小さい波形の模擬出力電圧を発生する模擬出力電圧発生手段と、
該模擬出力電圧発生手段が発生する模擬出力電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路と、
前記スイッチング素子がOFFになった時点から2番目の前記ゼロクロス点から、前記スイッチング素子の直前のONの期間と同じ期間が経過した時点で、前記スイッチング素子をONにする信号を発生する回路とを有することを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。 The ON timing control means includes:
In synchronization with the output voltage, simulated output voltage generating means for generating a simulated output voltage having a waveform whose peak value is smaller than the output voltage;
A zero-cross detection circuit for detecting a zero-cross point of the simulated output voltage generated by the simulated output voltage generating means;
A circuit for generating a signal for turning on the switching element at the time when the same period as the ON period immediately before the switching element has elapsed from the second zero-cross point from when the switching element is turned off; The inverter device according to claim 1, comprising:
前記スイッチング素子がOFFの期間に、該スイッチング素子に前記励磁電流を流す方向と逆方向に流れる電流を検出する電流検出手段と、
該電流検出手段によって検出された電流値をバイアス電圧を加えた電圧値に変換する電流・電圧変換回路と、
該電流・電圧変換回路によって変換された電圧値が、予め設定した基準電圧になった後、該基準電圧より前記電流値が0に相当する電圧値に近い2つの異なる閾値電圧を低い方から順次超えた後、所定の遅延時間が経過した時点で、前記スイッチング素子をONにする信号を発生する回路とを有することを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。 The ON timing control means includes:
Current detection means for detecting a current flowing in a direction opposite to a direction in which the excitation current flows in the switching element during a period in which the switching element is OFF;
A current / voltage conversion circuit for converting a current value detected by the current detection means into a voltage value obtained by adding a bias voltage;
After the voltage value converted by the current / voltage conversion circuit becomes a preset reference voltage, two different threshold voltages close to a voltage value corresponding to 0 corresponding to the current value are sequentially lower from the reference voltage. 2. The inverter device according to claim 1, further comprising a circuit that generates a signal for turning on the switching element when a predetermined delay time elapses after exceeding.
前記出力電圧と同期して、波高値が該出力電圧より小さい波形の模擬出力電圧を発生する模擬出力電圧発生手段と、
該模擬出力電圧発生手段が発生する模擬出力電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路と、
前記スイッチング素子がOFFの期間に、該スイッチング素子に前記励磁電流を流す方向と逆方向に流れる電流を検出する電流検出手段と、
該電流検出手段のよって検出された電流値をバイアス電圧を加えた電圧値に変換する電流・電圧変換回路と、
前記スイッチング素子がOFFになった時点から2番目の前記ゼロクロス点から、前記電流・電圧変換回路によって変換された電圧値が、前記電流値が0に相当する電圧値に近い2つの異なる閾値電圧を低い方から順次超えた後、所定の遅延時間が経過した時点で、前記スイッチング素子をONにする信号を発生する回路とを有することを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。 The ON timing control means includes:
In synchronization with the output voltage, simulated output voltage generating means for generating a simulated output voltage having a waveform whose peak value is smaller than the output voltage;
A zero-cross detection circuit for detecting a zero-cross point of the simulated output voltage generated by the simulated output voltage generating means;
Current detection means for detecting a current flowing in a direction opposite to a direction in which the excitation current flows in the switching element during a period in which the switching element is OFF;
A current / voltage conversion circuit for converting a current value detected by the current detection means into a voltage value obtained by adding a bias voltage;
The voltage value converted by the current / voltage conversion circuit from the second zero cross point from the time when the switching element is turned off has two different threshold voltages close to the voltage value corresponding to the current value of 0. 2. The inverter device according to claim 1, further comprising a circuit that generates a signal for turning on the switching element when a predetermined delay time elapses after sequentially exceeding the lower one.
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