JP2514146Y2

JP2514146Y2 - インバ−タ装置

Info

Publication number: JP2514146Y2
Application number: JP1987115710U
Authority: JP
Inventors: 大志城戸; 太志岡本; 敏一本郷
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1987-07-28
Filing date: 1987-07-28
Publication date: 1996-10-16
Anticipated expiration: 2002-07-28
Also published as: JPS6420699U

Description

【考案の詳細な説明】（技術分野）本考案は、負荷の有無を簡易な構成によって検出で
き、その検出結果に応じて出力を調整するようにしたイ
ンバータ装置に関するものである。

（背景技術）従来、第９図に示すようなインバータ装置が提案され
ている（特願昭61−5241号）。このインバータ装置は、
直列に接続された２つのスイッチング素子Q₁，Q₂を直流
電源Ｅに接続するとともに、一方のスイッチング素子Q₁
と並列にコンデンサC₁を介して負荷回路１を接続して構
成されており、スイッチング素子Q₁，Q₂をドライバ回路
２からの出力により交互にオンされるようにスイッチン
グして、負荷回路１に交流電力を供給するようにしてい
る。このような従来のインバータ装置においては、負荷
回路１が無負荷となった場合にも動作するという不都合
があり、信頼性や電力消費の点で改善の余地が残されて
いる。

また、このようなインバータ装置は、放電灯を負荷と
して点灯制御する場合などにも使用され、その場合には
第10図に示すように、インダクタンスL₁とコンデンサC₂
を直列に接続して構成されたLC直列共振回路Ａを付加
し、そのコンデンサC₂の端子間を出力端子として放電灯
からなる負荷Ｒを接続して、放電灯に高い電圧を供給す
るようにしている。しかしながら、このようなLC直列共
振回路Ａを付加して使用する場合において、放電灯を取
り外し、無負荷状態にしたときには、その出力端子に共
振による高電圧が出力されるので、次のような問題が指
摘されている。

放電灯を負荷とした照明器具として使用する場合にお
いては、放電灯のない無負荷の状態で、作業者が出力端
子に触れると、高電圧が出力されているので危険であ
る。

放電灯を負荷として照明器具として使用する場合にお
いては、２次電圧が300Vを越え、電気用品取締法及びJI
Sの規格に不適合となることがある。

また、加熱電極を有する放電灯R,R′を、第11図に示
すように、放電灯R,R′の各々の一端を開放させて接続
して、エミレス試験を行う場合にも同様な問題があり、
このような場合にも出力電圧が最大許容値の300Vを越え
て、JISの規格に不適合となることがある。

そこで、上記の問題点を解決するために、インバータ
装置に無負荷状態を検出する回路を付加して、この検出
回路の出力信号によりスイッチング素子の動作を抑制す
ることが考えられる。例えば、負荷に直列にカレントト
ランスを接続し、その２次側出力を制御部に送って、無
負荷時にはスイッチング素子の動作を停止させるもので
ある。しかし、このような構成のものでは、構造が複雑
で装置が大型化し、しかも、負荷に流れる電流を検出す
る方法を用いているので、インバータ装置の動作にも影
響を与え、インバータ装置の動作を不安定にする要因と
なるなどの問題を生じる。また、負荷側の電位は、イン
バータ装置を停止させる制御部の制御電位とは一般的に
異なるために、絶縁型のカレントトランスが必要とな
る。尚、上記の説明では、特に照明器具についてのJIS
の規格を述べたが、一般的に無負荷になるとインバータ
出力に高電圧が発生するインバータ装置においても同様
なことがいえる。

そこで、従来、第12図に示すように、直流電源Ｅの一
方の電極に接続されたコンデンサC₁の非電源側の端子と
直流電源Ｅの他方の電極との間に抵抗R₄，R₅の直列回路
を接続して、負荷回路の負荷時あるいは無負荷時の電圧
を検出し、その電圧検出出力により、負荷の有無を検出
し、無負荷の場合には、トランジスタQ₅がオフ、トラン
ジスタQ₄がオンとなり、インバータ装置の発振を停止さ
せて無駄な消費電力を軽減し、動作の不安定を回避する
ことが提案されている。

ところで、放電灯の２灯並列点灯装置のように、負荷
回路が２個以上存在する場合には、上記従来例の回路で
は、いずれか一方が無負荷になっただけで、インバータ
装置の出力が低減されてしまうという問題があった。

（考案の目的）本考案は上述のような点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、簡単な回路で無負荷状態
を検出でき、しかも、並列駆動される負荷のうち、いず
れかが動作可能な状態の場合には、動作を継続可能で、
且つ、すべての負荷が動作不能な状態の場合には、出力
を確実に抑制でき、危険な高電圧の発生を防止できるイ
ンバータ装置を提供することにある。

（考案の開示）基本構成第１図は本考案の基本構成を示すブロック図である。
同図に示すように、本考案のインバータ装置は、直列に
接続された２つのスイッチング素子Q₁，Q₂を直流電源Ｅ
に接続し、このスイッチング素子の一方に複数の負荷回
路１と１′をそれぞれコンデンサC₁，C₁′を介して並列
に接続して構成されたインバータ装置において、上記直
流電源Ｅの一方の電極に接続された上記各々のコンデン
サC₁，C₁′の非電源側の端子と直流電源Ｅの他方の電極
との間に、負荷回路１と１′の負荷時の電圧を検出する
電圧検出回路部３と３′をそれぞれ接続し、各電圧検出
回路部３と３′からの出力電圧の論理和に応じて上記ス
イッチング素子Q₁，Q₂の駆動を抑制する出力制御部４を
設けて成るものである。ここで、直流電源Ｅは交流電源
を整流平滑した定電圧電源などによって構成される。負
荷回路１と１′は、第２図に示すように、それぞれLC直
列共振回路ＡとＡ′を備え、このLC直列共振回路Ａと
Ａ′のコンデンサC₂とC₂′にそれぞれ負荷ＲとＲ′を並
列接続されているものである。ドライバ回路２は２つの
スイッチング素子Q₁，Q₂を交互にオンするようにスイッ
チングさせるための回路であり、自励式であっても他励
式であっても良い。電圧検出回路部３と３′は、負荷回
路１と１′の電圧をそれぞれ検出するための回路であ
り、負荷回路１と１′よりも高いインピーダンスの抵抗
素子などを用いた分圧回路などによって構成されてい
る。この電圧検出回路部３と３′の検出出力を出力制御
部４に送って、この出力制御部４によってドライバ回路
２の出力を制御するようにしている。出力制御部４の入
力部には、OR回路が設けられており、電圧検出回路部３
と３′の検出出力の論理和を電圧検出出力としている。

以下、本考案の基本的な動作を説明する。負荷が片方
または両方とも接続されている状態においては、電圧検
出回路部３と３′の出力の一方または両方がＨレベルで
あるため、出力制御部４のOR回路により電圧検出出力は
Ｈレベルとなって、出力制御部４はドライバ回路２を付
勢し、スイッチング素子Q₁，Q₂を連続して駆動するが、
無負荷時には、電圧検出回路部３と３′の両方の出力が
Ｌレベルであるため、出力制御部４のOR回路により電圧
検出出力はＬレベルとなって、出力制御部４はドライバ
回路２を消勢し、スイッチング素子Q₁，Q₂の動作を抑制
させる。ここで、動作の抑制は、動作の停止を含む概念
である。

次に、本考案の具体的な実施例を説明する。

実施例１第２図は本考案の一実施例の具体回路図である。直列
に接続されたトランジスタQ₁，Q₂は電源スイッチSWを介
して直流電源Ｅに接続されており、トランジスタQ₁のコ
レクタにはコンデンサC₁とC₁′を介してそれぞれ負荷Ｒ
とＲ′が並列に接続されている。このコンデンサC₁と
C₁′は、後述するように２つのトランジスタQ₁，Q₂が交
互にオン，オフ動作した時に負荷ＲとＲ′に供給する電
圧を反転させたり、直流成分をカットして負荷ＲとＲ′
に交流成分（高周波電力）を供給する作用を有する。ま
た。負荷ＲとＲ′にはそれぞれコンデンサC₂とC₂′が並
列に接続され、更に、このコンデンサC₂とC₂′のコンデ
ンサC₁，C₁′とは反対側の端子にはそれぞれインダクタ
ンスL₁とL₁′が接続されてLC直列共振回路ＡとＡ′が構
成されている。ここに、２つのコンデンサC₁，C₂はC₁≫
C₂の関係を満たしており、同様にコンデンサC₁′，C₂′
はC₁′≫C₂′の関係を満たしており、コンデンサC₁，
C₁′は共振には関与しない。尚、LC直列共振回路Ａと
Ａ′を構成するコンデンサC₂とC₂′は負荷端子間に存在
する浮遊容量であっても良く、また負荷ＲとＲ′を放電
灯に選んだ場合には、インダクタンスL₁とL₁′は安定器
によって構成されていてもよい。

インダクタンスL₁とL₁′の負荷側とは反対側の端子
は、駆動トランスT₁の１次巻線n₁を介してトランジスタ
Q₁，Q₂の接続点に接続され、更に、駆動トランスT₁の２
次巻線n₂，n₃はそれぞれが抵抗R₁，R₂を介して各トラン
ジスタQ₁，Q₂のベース・エミッタ間に接続されている。
また、駆動トランスT₁の２次巻線n₂，n₃は、その極性を
逆にして、トランジスタQ₁，Q₂を交互にオン，オフさせ
る構成としており、この駆動トランスT₁及びその付属回
路をもってドライバ回路２を構成している。コンデンサ
C₁の負荷Ｒとの接続点と、直流電源Ｅの負荷端子との間
には、抵抗R₄とR₅との直列回路によって構成された分圧
回路が設けられており、これによって電圧検出回路部３
が構成されている。同様に抵抗R₄′とR₅′との直列回路
により電圧検出回路部３′が構成されている。ここに、
抵抗R₄とR₅は負荷Ｒに対して、また、抵抗R₄′とR₅′は
負荷Ｒ′に対して高インピーダンス値のものが選ばれて
いる。更に、抵抗R₄とR₅の接続点は抵抗R₇を介して、ま
た抵抗R₄′とR₅′の接続点は抵抗R₇′を介してOR回路Ｇ
の入力側に接続され、その出力側は、トランジスタQ₅の
ベースに接続されており、トランジスタQ₅のエミッタは
別のトランジスタQ₄のエミッタと共通に接続されて直流
電源Ｅの負極端子側に接続されている。一方、トランジ
スタQ₅のコレクタは抵抗R₆を介して直流電源Ｅの正極端
子側に接続されるとともに、トランジスタQ₄のベースに
接続されている。そして、トランジスタQ₄のコレクタは
トランジスタQ₂のベースに接続されている。トランジス
タQ₄，Q₅及びその付属回路は出力制御部４を構成するも
のである。

一方、直流電源Ｅと並列に抵抗R₃とコンデンサC₃の直
列回路を接続してあり、更にコンデンサC₃と抵抗R₃の接
続点と、トランジスタQ₁，Q₂の接続点との間には、ダイ
オードD₃を接続している。このダイオードD₃は図示する
ようにアノードを抵抗R₃とコンデンサC₃の接続点に接続
している。そして、抵抗R₃とコンデンサC₃の接続点とト
ランジスタQ₂のベースとの間にはダイアックQ₃を接続し
てあり、これらによってインバータ装置の起動回路６を
構成している。ここに、抵抗R₃とコンデンサC₃の直列回
路はダイアックQ₃のトリガ回路を構成し、ダイオードD₃
はダイアックQ₃がブレークオーバーした後に、直流電源
Ｅから供給される電流を抵抗R₃を介してトランジスタQ₂
に直接導くバイパス回路を構成する。なお、トランジス
タQ₁，Q₂の各々には帰還ダイオードD₁，D₂を逆並列に接
続している。以上の等価回路を第３図に示す。

以下、本実施例の動作を、等価回路を参照しながら説
明する。

＜両側負荷時の動作＞両側負荷時においては、第３図の等価回路は更に第４
図に示すように表すことができる。この場合、トランジ
スタQ₁，Q₂のスイッチング動作により、トランジスタ
Q₁，Q₂の両端に現れる電圧e₁，e₂は夫々第５図（ｂ），
（ｃ）に示すように、矩形波電圧となり、負荷ＲとＲ′
にはそれぞれのコンデンサC₁とC₁′によって直流成分が
カットされた第５図（ｅ）に示すような電圧e_Rが印加さ
れる。尚、第５図（ａ）は直流電源Ｅの電圧e₀＝Ｅを示
す。ここに、コンデンサC₁の両端電圧e_c1はe_c1＝e₁−e_R
で求まるから、コンデンサc₁の両端電圧e_c1はE/2とな
る。尚、第５図（ｄ）に示したe_c1の波形においては、
わずかなリップルが含まれているが、このリップルはコ
ンデンサC₁と負荷Ｒによる時定数C₁・Ｒの値を大きくす
ることにより低減できる。また、LC直列共振回路Ａの両
端電圧e₃は、e₃＝e₁−e_c1により、更に、電圧検出回路
部３に加わる電圧e₄は、e₄＝e₂＋e₃により、それぞれ求
められて、第５図（ｆ），（ｇ）に示すような波形とな
り、e₄＝E/2が求まる。同様に、コンデンサＣ′の両端
電圧e_c1′はE/2であり、LC直列共振回路Ａ′の両端電圧
e₃′は、e₃′＝e₁−e_c1′により、電圧検出回路部３′
に加わる電圧e₄′は、e₄′＝e₂＋e₃′によりそれぞれ求
められて、e₄′＝E/2が求まる。

したがって、負荷ＲとＲ′が共に存在する場合には、
電圧検出回路部３に生じる電圧e₄はE/2となる。この電
圧は、第２図の分圧抵抗R₄とR₅により分圧され、その分
圧出力が出力制御部４に送られる。同様に負荷Ｒ′が存
在する場合には電圧検出回路部３′に生じる電圧e₄′は
E/2となり、この電圧は第２図の分圧抵抗R₄′とR₅′に
より分圧され、その分圧出力が出力制御部４に送られ
る。出力制御部４では、OR回路Ｇの入力がどちらもＨレ
ベルなので、出力もＨレベルとなり、トランジスタQ₅を
オンさせ、トランジスタQ₄をオフさせることによってト
ランジスタQ₂を動作可能にするので、インバータ装置の
発振動作が継続して行われることになる。

＜両側無負荷時の動作＞両側無負荷時においては、コンデンサC₂のインピーダ
ンスがコンデンサC₁のインピーダンスに比べて、また、
コンデンサC₂′のインピーダンスがコンデンサC₁′のイ
ンピーダンスに比べて極めて大なので、出力端子は開放
とみなすことができ、この場合の等価回路は第６図に示
すように表すことができる。つまり、コンデンサC₁と電
圧検出回路部３、そして、コンデンサC₁′と電圧検出回
路部３′による充電回路がそれぞれ構成され、これらの
充電回路に直流電源Ｅが加わるので、コンデンサC₁と
C₁′は直流電源Ｅにより電圧Ｅまで充電されることにな
り、各部の電圧e₀，e_c1とe_c1′，e₄とe₄′は、第７図
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すようになり、電圧検出回
路部３と３′での検出電圧e₄とe₄′は０レベルとなる。
したがって、この電圧e₄とe₄′により、第２図に示す抵
抗R₅とR₅′に加わる分圧電圧が出力制御部４に送られる
ことになる。この場合、出力制御部４では、OR回路Ｇの
入力がどちらもＬレベルであるために、その出力はＬレ
ベルとなり、トランジスタQ₅のベース電流がなくなり、
トランジスタQ₅はオフとなる。この結果、トランジスタ
Q₄にベース電流が流れて、トランジスタQ₂のベース・エ
ミッタ間を短絡する。かくして、トランジスタQ₂はオフ
となるので、インバータ装置の発振動作が停止される。

＜片側無負荷時＞一方に負荷があり、他方が無負荷の場合には、上述の
ように、出力制御部４でOR回路Ｇの入力側の一方にＨレ
ベル、他方にＬレベルが入力されることになるので、電
圧検出出力はＨレベルとなり、トランジスタQ₅をオンさ
せ、トランジスタQ₄をオフさせることによってトランジ
スタQ₂を動作可能にし、インバータ回路の発振動作が継
続して行われることになる。

以上のことから明らかなように、本実施例にあって
は、両側無負荷の場合にのみインバータ装置の発振動作
が停止されるものであり、両側負荷時や片側負荷時に
は、インバータ装置の発振動作が継続して行われるもの
である。したがって、例えば、放電灯の２灯並列点灯装
置に用いれば、いずれか１灯が正常な場合には、点灯動
作を継続するので、好都合である。

実施例２第８図は本考案の他の実施例の回路図である。第２図
に示した実施例と対応する部分には、同一の符号を付し
て重複する説明を省略する。この実施例の特徴は、電圧
検出回路部３を構成する抵抗R₄，R₅にダイオードD₄を直
列に接続したもので、ダイオードD₄のアノードを負荷Ｒ
とコンデンサC₁の接続点に接続し、カソードを抵抗R₄に
接続している。また、同様に電圧検出回路部３′を構成
する抵抗R₄′，R₅′にダイオードD₄′を直列に接続して
いる。また、抵抗R₅とR₅′にはそれぞれ並列に平滑コン
デンサC₄とC₄′を接続しており、このコンデンサC₄と
C₄′により、サージ電圧やリップル分を吸収してトラン
ジスタQ₅の動作を安定で確実なものにしている。このよ
うな構成とすることにより、インバータ装置の動作時に
生じるサージ電圧などのノイズ成分を吸収し、インバー
タ装置の動作を安定にするものである。

尚、前述の各実施例においては、両側無負荷時には出
力制御部４がトランジスタQ₁，Q₂の作動を停止させる構
成のものを示したに過ぎないが、本考案はこれらのもの
に限定されるものではない。例えば、無負荷時にはトラ
ンジスタQ₁，Q₂の動作を間欠的に行うものや、出力電圧
を所定値以下（例えば、前述した所定の電圧300V以下）
に強制的に低下させるものでも良く、要は無負荷時には
出力電圧を抑制し、消費電力を抑制するものであれば良
い。

（考案の効果）本考案は上述のように、直列に接続された２つのスイ
ッチング素子を直流電源に接続し、このスイッチング素
子の一方に複数の負荷回路をそれぞれコンデンサを介し
て並列に接続して構成されたインバータ装置において、
上記直流電源の一方の電極に接続された上記各々のコン
デンサの非電源側の端子と直流電源の他方の電極との間
に、負荷回路の負荷時の電圧を検出する電圧検出回路部
をそれぞれ接続したから、電圧検出回路部においては、
負荷の有無が1,0信号の形で検出され、検出が確実に行
われるという利点があり、また、各電圧検出回路部から
の出力電圧の論理和に応じて上記スイッチング素子の駆
動を抑制する出力制御部を設けたから、並列駆動される
負荷のうち、いずれかが動作可能な状態の場合には、動
作を継続でき、且つ、すべての負荷が動作不能な状態の
場合には、インバータ装置の出力を確実に抑制できるの
で、無駄な消費電力を抑えることができるという効果が
ある。また、各負荷回路はLC直列共振回路と、このLC直
列共振回路のコンデンサに並列接続された負荷とから構
成されており、負荷が接続されているときには、LC共振
作用を利用して負荷に必要な電圧を供給できる半面、負
荷がすべて外れた場合には、LC共振作用が強くなり、高
電圧が発生することになって、危険であるが、本考案に
よれば、負荷がすべて外れた場合には、出力が抑制され
るので、高電圧の発生による不都合は確実に回避でき
る。更に、電圧検出回路部は、電圧を検出する方式であ
り、負荷電流を検出する電流検出方法を採用していない
ので、インバータ回路の動作に影響を与えることがない
という利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の基本構成を示すブロック回路図、第２
図は本考案の一実施例の具体回路図、第３図は同上の等
価回路図、第４図は同上の負荷時における等価回路図、
第５図は同上の動作波形図、第６図は同上の無負荷時に
おける等価回路図、第７図は同上の動作波形図、第８図
は本考案の他の実施例の具体回路図、第９図は従来例の
インバータ装置の概略回路図、第10図及び第11図は同上
の使用例を示す回路図、第12図は他の従来例の具体回路
図である。１と１′は負荷回路、２はドライバ回路、３と３′は電
圧検出回路部、４は出力制御部、Ｅは直流電源、Ｒと
Ｒ′は負荷、ＧはOR回路である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−163582（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−74391（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−123199（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−157696（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】直列に接続された２つのスイッチング素子
を直流電源に接続し、このスイッチング素子の一方に複
数の負荷回路をそれぞれ直流成分カット用のコンデンサ
を介して並列に接続して構成されたインバータ装置であ
って、前記各負荷回路はLC直列共振回路と、このLC直列
共振回路のコンデンサに並列接続された負荷とから構成
されており、上記直流電源の一方の電極に接続された上
記各々の直流成分カット用のコンデンサの非電源側の端
子と直流電源の他方の電極との間に、負荷回路の負荷時
の電圧を検出する電圧検出回路部をそれぞれ接続し、各
電圧検出回路部からの出力電圧の論理和に応じて上記ス
イッチング素子の駆動を抑制する出力制御部を設けて成
ることを特徴とするインバータ装置。