JP2678266B2 - Control device for high-frequency high-voltage power supply - Google Patents

Control device for high-frequency high-voltage power supply

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JP2678266B2
JP2678266B2 JP5274813A JP27481393A JP2678266B2 JP 2678266 B2 JP2678266 B2 JP 2678266B2 JP 5274813 A JP5274813 A JP 5274813A JP 27481393 A JP27481393 A JP 27481393A JP 2678266 B2 JP2678266 B2 JP 2678266B2
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武彦 上田
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、コロナ放電処理装置等
に使用される高周波高電圧電源において、負荷に供給さ
れる電力を制御する制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for controlling the electric power supplied to a load in a high frequency high voltage power supply used in a corona discharge treatment device or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】本出願人は、特開平1−218356号
公報に記載されているように、商用交流電源からの電力
を整流回路で整流し、その直流電力をインバータにより
スイッチングして高圧トランスで昇圧する高周波高電圧
電源において、直流電源と高圧トランスとの間にスイッ
チング半導体素子を接続し、そのスイッチング励振周波
数を変化させることによって高圧トランスからの高周波
出力電力を調整する方法を先に提案している。
2. Description of the Related Art As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-218356, the applicant of the present invention rectifies electric power from a commercial AC power source by a rectifier circuit and switches the DC power by an inverter to a high voltage transformer. In a high-frequency high-voltage power supply that boosts voltage, a switching semiconductor element was connected between a DC power supply and a high-voltage transformer, and a method for adjusting the high-frequency output power from the high-voltage transformer by changing the switching excitation frequency was previously proposed. There is.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、高周波高電
圧電源からの高圧を放電電極に印加してコロナ放電によ
りプラスチックフィルム等を表面処理する場合、高周波
高電圧電源のインバータから見て、高圧トランスと放電
電極と高圧配線部は直列共振回路を形成し、共振負荷と
なる。そのため、一般的な半導体素子では、共振電流と
の間で常に同期をとったそのゼロ付近でのスイッチング
動作を行わないと、スイッチング損失のため、発熱や素
子の破壊などを招くが、上記公開公報は単にスイッチン
グ励振周波数を変化させるという概括的な方法を開示し
ているだけで、このような問題点つき具体的に考慮され
ていない。また、出力電力調整についても具体性に欠
け、広範囲にわたる連続的な調整を具体的に実現できな
い。
By the way, when a high voltage from a high frequency high voltage power source is applied to a discharge electrode to surface-treat a plastic film or the like by corona discharge, when viewed from the inverter of the high frequency high voltage power source, a high voltage transformer is used. The discharge electrode and the high-voltage wiring portion form a series resonance circuit and serve as a resonance load. Therefore, in a general semiconductor element, unless switching operation in the vicinity of zero, which is always synchronized with the resonance current, is performed, heat generation and element destruction may occur due to switching loss. Discloses only a general method of changing the switching excitation frequency, and does not take such problems into consideration. Further, the output power adjustment is also lacking in concreteness, and continuous adjustment over a wide range cannot be concretely realized.

【0004】そこで、本発明の目的は、共振電流との間
で同期をとったそのゼロ付近でのスイッチング動作を確
実に行えるようにすることでスイッチング損失をなくす
ことができるとともに、その同期動作が不連続となら
ず、しかも出力電力調整も広範囲に連続して簡単に行
え、従ってコロナ放電処理を行う場合、弱い処理から強
い処理まで広範囲にかつ精密に調整することが可能な、
高周波高電圧電源の制御装置を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to eliminate switching loss by ensuring that the switching operation in the vicinity of zero, which is synchronized with the resonance current, can be eliminated, and at the same time, the synchronous operation can be performed. It does not become discontinuous, and the output power can be easily adjusted over a wide range. Therefore, when performing corona discharge treatment, it is possible to perform precise adjustment over a wide range from weak treatment to strong treatment.
It is to provide a control device for a high frequency high voltage power supply.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明による制御装置は次のような手段で構成
する。 高周波高電圧電源の高周波インバータと高圧トラン
スとの間、つまり共振回路を流れる共振電流を検出する
電流検出手段。 位相比較器及び電圧制御発振器を含み、位相比較器
は電流検出手段の検出電流と電圧制御発振器の出力信号
との位相差が対応した電圧を出力し、電圧制御発振器は
位相比較器の出力電圧に応じた周波数の信号を出力する
ものであり、電圧制御発信器の出力信号を出力とする
LL(Phase Locked Loop)回路。 このPLL回路の出力信号を入力してこれを間引
く、つまりHIGHとLOWの比率を変えるパルス密度
変調(Pulse Density Modulati
on)を行うことにより、この出力信号と同期しかつ設
定した長さのゼロ電圧出力期間のあるパルスを出力する
パルス密度変調回路(以下、PDM回路と記す。)。 このPDM回路からのパルスを入力して高周波イン
バータのスイッチング半導体素子にゲート信号を出力す
るゲート信号発生回路。 ゼロ電圧出力期間になる前の電圧制御発振器の入力
電圧を記憶し、その記憶した電圧をゼロ電圧出力期間で
も電圧制御発振器へ入力させる電圧記憶手段。
In order to achieve such an object, the control device according to the present invention comprises the following means. A current detecting means for detecting a resonance current flowing between the high frequency inverter of the high frequency high voltage power supply and the high voltage transformer, that is, the resonance circuit. It includes a phase comparator and a voltage controlled oscillator, a phase comparator
Is the detection current of the current detection means and the output signal of the voltage controlled oscillator
The voltage controlled oscillator outputs a voltage corresponding to the phase difference between
Outputs a signal with a frequency according to the output voltage of the phase comparator
P that outputs the output signal of the voltage controlled oscillator
LL (Phase Locked Loop) circuit. Pulse density modulation (Pulse Density Modularity) that changes the ratio of HIGH and LOW by inputting the output signal of this PLL circuit and thinning it out
The pulse density modulation circuit (hereinafter, referred to as PDM circuit) which outputs a pulse having a zero voltage output period of a set length in synchronism with this output signal. A gate signal generation circuit which inputs a pulse from the PDM circuit and outputs a gate signal to a switching semiconductor element of a high frequency inverter. A voltage storage means for storing the input voltage of the voltage controlled oscillator before the zero voltage output period and inputting the stored voltage to the voltage controlled oscillator even during the zero voltage output period.

【0006】高周波インバータのスイッチング半導体素
子としては、高速スイッチング素子である絶縁ゲート型
バイポーラトランジスタ(Insulated Gat
eBipolar Transistor。以下、IG
BTと記す。)が好ましい。電圧記憶手段はサンプルホ
ールド回路で構成することができる。
As a switching semiconductor element of a high frequency inverter, an insulated gate bipolar transistor (Insulated Gat) which is a high speed switching element is used.
eBipolar Transistor. Below, IG
It is referred to as BT. Is preferred. The voltage storage means can be composed of a sample hold circuit.

【0007】[0007]

【作用】共振回路の共振電流を電流検出手段で検出し、
PLL回路で共振電流と位相が一致する周波数でロック
して同期のとれたパルスを得る。このパルスをパルス変
調回路により間引いて、設定した長さのゼロ電圧出力期
間があるパルスとすることで、スイッチング半導体素子
のためのゲート信号のパターンを変えて出力電力調整を
する。ゼロ電圧出力期間を形成すると、その期間では電
流検出手段が電流を検出できなくなるが、この期間にな
る前の電圧制御発振器の入力電圧を電圧記憶手段で記憶
しておき、その記憶した電圧で電圧制御発振器の発振を
継続させるさせることで、この電圧制御発振器は同じ周
波数の信号を継続して発振することになる。従って、P
LL回路の動作は不連続にはならず、しかもゼロ電圧出
力期間でも共振回路と正確に同期のとれた安定した動作
を継続する。PDM回路は、PDM指令値を連続的に変
化させることにより、パルス密度を連続的に変化させる
ことができるので、出力電力を連続的に任意に調整でき
る。
[Operation] The resonance current of the resonance circuit is detected by the current detection means,
The PLL circuit locks at a frequency in phase with the resonance current to obtain a synchronized pulse. This pulse is thinned by a pulse modulation circuit to obtain a pulse having a zero voltage output period of a set length, thereby changing the gate signal pattern for the switching semiconductor element to adjust the output power. When the zero voltage output period is formed, the current detection unit cannot detect the current during that period, but the input voltage of the voltage controlled oscillator before this period is stored in the voltage storage unit, and the stored voltage is used as the voltage. By continuing the oscillation of the controlled oscillator, the voltage controlled oscillator continuously oscillates the signal of the same frequency. Therefore, P
The operation of the LL circuit does not become discontinuous, and moreover, it continues stable operation accurately synchronized with the resonance circuit even during the zero voltage output period. Since the PDM circuit can continuously change the pulse density by continuously changing the PDM command value, the output power can be continuously and arbitrarily adjusted.

【0008】[0008]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。高周波高電圧電源は、図1に示すように例え
ば3相200Vの商用交流電源1からの交流電圧を整流
するダイオードブリッジ整流回路2と、直流リアクトル
3及びコンデンサ4からなる平滑回路5と、整流された
直流を高周波に変換する高周波インバータ6と、その高
周波電圧を昇圧する高圧トランス7とで構成され、放電
電極8に高周波高電圧を印加する。高周波インバータ6
から見て、高圧トランス7から放電電極8までの間は、
高圧トランス7の漏れインダクタンス及び漂遊容量と、
放電電極8の容量及び配線抵抗とによるRCL直列共振
回路を構成しており、外付けのリアクトル及びコンデン
サは不要となっている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the high-frequency high-voltage power supply is rectified by a diode bridge rectifier circuit 2 for rectifying an AC voltage from a three-phase 200V commercial AC power supply 1, a smoothing circuit 5 including a DC reactor 3 and a capacitor 4, as shown in FIG. A high frequency inverter 6 for converting direct current into a high frequency and a high voltage transformer 7 for boosting the high frequency voltage are applied, and a high frequency high voltage is applied to the discharge electrode 8. High frequency inverter 6
Seen from, between the high voltage transformer 7 and the discharge electrode 8,
Leakage inductance and stray capacitance of the high-voltage transformer 7,
An RCL series resonance circuit is formed by the capacitance of the discharge electrode 8 and the wiring resistance, and an external reactor and a capacitor are unnecessary.

【0009】高周波インバータ6は、本例ではtwo−
in−oneタイプの絶縁ゲート型バイポーラトランジ
スタモジュールを2個使用し、4個のIGBT9a・9
b・9c・9dと2個の結合コンデンサ10とによるフ
ルブリッジ構成となっている。各IGBTには、ターン
オン時におけるスイッチング損失を防止するための還流
ダイオード11と、ターンオフ時におけるコレクタ・エ
ミッタ間電圧の上昇を抑制すると同時に、コレクタ電流
をバイパスさせてスイッチング損失を低減するためのス
ナバコンデンサ12が並列接続されている。この例で
は、図3の(1)及び(2)に示すように、高周波イン
バータ6の出力電圧V0 に対して出力電流I0 が位相角
βだけ常に遅れ位相になるように、後述の如く制御す
る。
The high frequency inverter 6 is two-in this example.
Two in-one type insulated gate bipolar transistor modules are used, and four IGBTs 9a.9 are used.
A full bridge configuration is formed by b.9c.9d and two coupling capacitors 10. Each IGBT has a freewheeling diode 11 for preventing switching loss at turn-on, and a snubber capacitor for suppressing a rise in collector-emitter voltage at turn-off and bypassing the collector current to reduce switching loss. 12 are connected in parallel. In this example, as shown in (1) and (2) of FIG. 3, the output current I 0 is always delayed by the phase angle β with respect to the output voltage V 0 of the high frequency inverter 6 as described later. Control.

【0010】このような高周波高電圧電源において、本
発明による制御装置は、高周波インバータ6と高圧トラ
ンス7との間に流れる共振電流を電流検出器13で検出
し、その電流を制御回路14に入力してこの制御回路1
4から共振電流と同期するゲート信号を出力し、このゲ
ート信号によってIGBT9a・9b・9c・9dをオ
ン・オフ制御するとともに、そのゲート信号となるパル
スの密度を任意に変調することにより、高周波高電圧電
源の電力制御を行うもので、図2に制御回路14の構成
例を示す。
In such a high-frequency high-voltage power supply, the control device according to the present invention detects the resonance current flowing between the high-frequency inverter 6 and the high-voltage transformer 7 by the current detector 13, and inputs the current to the control circuit 14. Then this control circuit 1
4 outputs a gate signal in synchronization with the resonance current, and this gate signal controls the on / off of the IGBTs 9a, 9b, 9c, 9d, and the density of the pulse serving as the gate signal is arbitrarily modulated to obtain a high-frequency signal. The power supply of the voltage power supply is controlled, and FIG. 2 shows a configuration example of the control circuit 14.

【0011】制御回路14は大別してPLL回路15と
PDM回路16とからなっている。本実施例におけるP
LL回路15は、位相比較器18と低域フィルタ19と
電圧制御発振器20とコンパレータ21とによる基本的
な閉ループ回路構成に、更に位相比較器18の入力側に
ゼロクロスコンパレータ17を設け、また低域フィルタ
19と電圧制御発振器20との間に電圧記憶手段である
サンプルホールド回路28を設けたものとなっている。
ゼロクロスコンパレータ17は、電流検出器13で検出
された共振電流を図3の(3)に示すように矩形波に変
換するためのもので、その出力は、位相比較器18にお
いてコンパレータ21からの図3の(4)に示す出力と
立ち上がり位相を比較される。この位相比較器18の出
力は、低域フィルタ19を介することにより同図の(4
−1)のような矩形波となってサンプルホールド回路2
8へ入力される。
The control circuit 14 is roughly divided into a PLL circuit 15 and a PDM circuit 16. P in this embodiment
The LL circuit 15 has a basic closed-loop circuit configuration including a phase comparator 18, a low-pass filter 19, a voltage-controlled oscillator 20, and a comparator 21, and further includes a zero-cross comparator 17 on the input side of the phase comparator 18, and a low-pass comparator. A sample hold circuit 28, which is a voltage storage means, is provided between the filter 19 and the voltage controlled oscillator 20.
The zero-cross comparator 17 is for converting the resonance current detected by the current detector 13 into a rectangular wave as shown in (3) of FIG. 3, and its output is output from the comparator 21 in the phase comparator 18. The output shown in (4) of 3 is compared with the rising phase. The output of the phase comparator 18 is passed through the low-pass filter 19 ((4)
The sample and hold circuit 2 becomes a rectangular wave like -1).
8 is input.

【0012】サンプルホールド回路28は、公知のよう
にバッファアンプ、ホールド用コンデンサ、スイッチ及
びその駆動回路から構成され、そのスイッチが(4−
2)に示すようにオンになるたびに低域フィルタ19の
出力電圧をサンプルしてその電圧をホールドする。電圧
制御発振器20は、サンプルホールド回路28からの出
力電圧を入力して、その電圧に応じた周波数の信号を発
生する。本例での電圧制御発振器20は、図3の(5)
に示すような入力電圧に応じた周波数の三角波信号を出
力する。この三角波信号は、図示しない操作部からの位
相角指令信号とコンパレータ21で比較され、このコン
パレータ21から図3の(4)に示すように位相角指令
信号による位相角βだけズレたパルスが出力され、この
パルスは、上記のように位相比較器18においてゼロク
ロスコンパレータ17からの(3)に示す出力と位相比
較される。従って、PLL回路15は、コンパレータ1
7の出力とコンパレータ21の出力の位相が一致しかつ
電圧制御発振器20の入力電圧に応じた周波数でロック
する。
As is well known, the sample and hold circuit 28 comprises a buffer amplifier, a holding capacitor, a switch and a drive circuit for the switch, and the switch has a (4-
As shown in 2), the output voltage of the low-pass filter 19 is sampled every time it is turned on, and the voltage is held. The voltage controlled oscillator 20 receives the output voltage from the sample hold circuit 28 and generates a signal having a frequency corresponding to the voltage. The voltage controlled oscillator 20 in this example is (5) in FIG.
A triangular wave signal having a frequency corresponding to the input voltage as shown in is output. This triangular wave signal is compared with the phase angle command signal from the operation unit (not shown) by the comparator 21, and a pulse deviated by the phase angle β due to the phase angle command signal is output from the comparator 21 as shown in (4) of FIG. This pulse is phase-compared with the output shown in (3) from the zero-cross comparator 17 in the phase comparator 18 as described above. Therefore, the PLL circuit 15 includes the comparator 1
The output of 7 and the output of the comparator 21 are in phase with each other and locked at a frequency corresponding to the input voltage of the voltage controlled oscillator 20.

【0013】PDM回路16は、コンパレータ22と論
理積回路23とラッチ回路24とコンパレータ25と積
分器26とデッドタイム回路27とで構成されている。
コンパレータ22は、上記電圧制御発振器20からの三
角波信号を図3の(6)・(7)に示すように2系統の
反転したパルスに変換する。この場合、そのパルスは、
PLL回路15における上記のような動作からコンパレ
ータ21の出力、すなわち共振電流I0 よりβだけ進み
位相となる。
The PDM circuit 16 comprises a comparator 22, an AND circuit 23, a latch circuit 24, a comparator 25, an integrator 26 and a dead time circuit 27.
The comparator 22 converts the triangular wave signal from the voltage controlled oscillator 20 into two systems of inverted pulses as shown in (6) and (7) of FIG. In this case, the pulse is
Due to the above-described operation in the PLL circuit 15, the output of the comparator 21, that is, the resonance current I 0 , is advanced by β from the resonance current I 0 .

【0014】コンパレータ22からの一方のパルスは、
図3の(8)に示すようにラッチ回路24に基準信号
(クロックパルス)として入力される。このラッチ回路
24からの図3の(9)に示す出力は、上記サンプルホ
ールド回路28へスイッチ制御信号として入力され、こ
の(9)の出力がHIGHになるたびにサンプルホール
ド回路28のスイッチがオンとなって低域フィルタ19
の出力電圧をサンプルしてホールドし、(9)の出力が
LOWになっているときもこの電圧をホールドし続け
る。また、この(9)の出力は、積分器26に図3の
(10)に示すように入力されて積分され、図3の(1
1)に示すような波形となる。その積分出力は、操作部
からのPDM指令信号とコンパレータ25で比較され、
このコンパレータ25から図3の(12)に示すように
HIGHとLOWの比率を変えたパルスが出力される。
この変調(パルス密度変調)されたパルスを再びラッチ
回路24に入力することで、PDMループが形成され
る。そして、このループ出力をコンパレータ22の2系
統の出力パルス(基準信号)と論理積回路23で論理積
をとることで、共振電流との同期をとりながらゼロ電圧
出力期間を作り出す。この場合、論理積回路23からの
A・B2系統の出力は、図3の(13)・(14)に示
すようにAがHIGHの後、Bが連続してHIGHとな
ってそれがPDM指令で設定した時間間隔で繰り返され
る。すなわち、コンパレータ22の2系統の出力パルス
のHIGH部分を、ラッチ回路24の出力がLOWの期
間分だけ間引きするもので、その間引き数はPDM指令
により任意に調整できる。図3はパルスを6個につき5
個ずつ間引いた場合、図4は3個につき1個ずつ間引い
た場合を示す。
One pulse from the comparator 22 is
As shown in (8) of FIG. 3, it is input to the latch circuit 24 as a reference signal (clock pulse). The output shown in (9) of FIG. 3 from the latch circuit 24 is input to the sample hold circuit 28 as a switch control signal, and the switch of the sample hold circuit 28 is turned on every time the output of (9) becomes HIGH. And low-pass filter 19
The output voltage of (3) is sampled and held, and this voltage is continuously held even when the output of (9) is LOW. The output of (9) is input to the integrator 26 as shown in (10) of FIG.
The waveform is as shown in 1). The integrated output is compared with the PDM command signal from the operation unit by the comparator 25,
The comparator 25 outputs a pulse with a different ratio of HIGH and LOW as shown in (12) of FIG.
The PDM loop is formed by inputting the modulated (pulse density modulation) pulse again to the latch circuit 24. Then, the output of this loop is logically ANDed with the output pulse (reference signal) of the two systems of the comparator 22 by the AND circuit 23 to create a zero voltage output period while synchronizing with the resonance current. In this case, as shown in (13) and (14) of FIG. 3, the output of the A / B2 system from the AND circuit 23 is such that after A becomes HIGH, B continuously becomes HIGH, which is the PDM command. It is repeated at the time interval set in. That is, the HIGH portion of the output pulse of the two systems of the comparator 22 is thinned out for the period when the output of the latch circuit 24 is LOW, and the thinning-out number can be arbitrarily adjusted by the PDM command. Figure 3 shows 5 pulses per 6
FIG. 4 shows the case of thinning one by one, and FIG. 4 shows the case of thinning one by three.

【0015】論理積回路23からのA・B2系統の出力
は、IGBT9a・9b・9c・9dをオン・オフさせ
るゲート信号発生回路でもあるデッドタイム回路27に
入力され、このデッドタイム回路27から図3の(1
5)・(16)・(17)・(18)に示すように一定
のデッドタイムdだけ遅延した4系統のゲート信号とし
て出力される。そして、同図の(15)の出力は図1中
のIGBT9aに、(16)の出力はIGBT9bに、
(17)の出力はIGBT9cに、(18)の出力はI
GBT9dにそれぞれゲート信号として入力される。す
なわち、IGBT9aのためのゲートパルスJと同じ
ルスをIGBT9dに、IGBT9cのためのゲートパ
ルスと同じパルスをIGBT9bにそれぞれゲートパル
スとして入力し、IGBT9a・9dがオンの後、必ず
IGBT9c・9bがオンになるようにする。ゼロ電圧
出力期間では、全部のIGBT9a・9b・9c・9d
が必ずオフになるようにする。
The A / B2 system output from the AND circuit 23 is input to a dead time circuit 27 which is also a gate signal generating circuit for turning on / off the IGBTs 9a, 9b, 9c, 9d, and the dead time circuit 27 3 of (1
As shown in 5), (16), (17), and (18), the signals are output as four-system gate signals delayed by a constant dead time d. Then, the output of (15) in the figure is to the IGBT 9a in FIG. 1, the output of (16) is to the IGBT 9b,
The output of (17) is to the IGBT 9c, the output of (18) is I
It is input to the GBT 9d as a gate signal. That is, the same pulse as the gate pulse J for the IGBT 9a is input to the IGBT 9d and the same pulse as the gate pulse for the IGBT 9c is input to the IGBT 9b, respectively, and after the IGBTs 9a and 9d are turned on, the IGBT 9c must be turned on.・ Turn on 9b. In the zero voltage output period, all the IGBTs 9a, 9b, 9c, 9d
Be sure to turn off.

【0016】このようにゼロ電圧出力期間になる前に、
上記のようにPLL回路15においてサンプルホールド
回路28により入力電圧をホールドしておくことによ
り、電圧制御発振器28は同じ周波数の信号を継続して
発生する。従って、PLL回路15は動作が不連続とな
らず、しかもゼロ電圧出力期間でも共振回路と正確に同
期がとれた安定した動作を継続できる。また、PDM回
路18は、PDM指令値を連続的に変化させることがで
きるため、パルス密度も連続に変化し、ゼロ電圧出力期
間を任意に調整できる。放電電力は電圧の2乗に比例す
るため、PDMが0の状態、すなわちゼロ電圧出力期間
のない高周波高電圧電源では、任意の低レベルの微妙な
電力の調整は不可能であるが、本制御装置を備えた高周
波高電圧電源によると、放電電力を100%から1%弱
まで連続的に任意に調整できる。
As described above, before the zero voltage output period is reached,
By holding the input voltage by the sample hold circuit 28 in the PLL circuit 15 as described above, the voltage controlled oscillator 28 continuously generates a signal of the same frequency. Therefore, the operation of the PLL circuit 15 does not become discontinuous, and moreover, it is possible to continue the stable operation accurately synchronized with the resonance circuit even in the zero voltage output period. Further, since the PDM circuit 18 can continuously change the PDM command value, the pulse density also continuously changes, and the zero voltage output period can be arbitrarily adjusted. Since the discharge power is proportional to the square of the voltage, it is impossible to finely adjust the power at any low level in the state where the PDM is 0, that is, in the high frequency high voltage power supply without the zero voltage output period, but this control According to the high frequency high voltage power supply equipped with the device, the discharge power can be continuously and arbitrarily adjusted from 100% to slightly less than 1%.

【0017】上記のような構成に基づいて試作装置を製
作し、試験を行った。使用したIGBTモジュールの最
大定格は、コレクタ・エミッタ間電圧500V、コレク
タ電流50Aで、それによる高周波インバータ6の定常
周波数は30KHz、電力5KWである。また、デッド
タイム回路27におけるデッドタイムdは1.5μse
c、高圧トランス7の巻数比は30:600である。図
5及び図6に実験結果を示す。
A prototype device was manufactured based on the above structure and tested. The maximum rating of the IGBT module used is a collector-emitter voltage of 500 V and a collector current of 50 A, and the resulting high-frequency inverter 6 has a steady frequency of 30 KHz and power of 5 KW. The dead time d in the dead time circuit 27 is 1.5 μse.
c, the turn ratio of the high-voltage transformer 7 is 30: 600. Experimental results are shown in FIGS. 5 and 6.

【0018】図5は、図1における高周波インバータ6
の直流入力が、電圧200V、電流9.6A、電力19
20Wで、図2のPDM回路16によるパルス比が8/
9、つまりパルス8個につき1個を間引いたときの、高
圧トランス7の二次側の電圧波形と電流波形を示す。ま
た、図6は、周波インバータ6の直流入力が、電圧20
0V、電流4.5A、電力900Wで、PDM回路16
によるパルス比が2/3、つまりパルス2個につき1個
を間引いたときの、高圧トランス7の二次側の電圧波形
と電流波形を示す。
FIG. 5 shows the high frequency inverter 6 in FIG.
DC input voltage is 200V, current 9.6A, power 19
At 20 W, the pulse ratio by the PDM circuit 16 of FIG. 2 is 8 /
9 shows voltage waveforms and current waveforms on the secondary side of the high voltage transformer 7 when thinning out one pulse out of eight pulses. Further, in FIG. 6, the DC input of the frequency inverter 6 is
0V, current 4.5A, power 900W, PDM circuit 16
2 shows a voltage waveform and a current waveform on the secondary side of the high-voltage transformer 7 when the pulse ratio is 2/3, that is, one pulse is thinned out every two pulses.

【0019】図1に示した実施例では、高周波インバー
タ6を4個のIGBTによるフルブリッジ構成とした
が、図7に示すように2個のIGBT9a・9bによる
ハーフブリッジ構成とし、コンデンサ28を介して高圧
トランス7と接続してもよい。高周波インバータ6をI
GBTで構成すると、高速動作の確実なインバータとす
ることができるが、FETで構成してもよく、また要求
される周波数がそれほど高周波でない場合には、その他
の一般的なスイッチング半導体素子であっても構わな
い。
In the embodiment shown in FIG. 1, the high frequency inverter 6 has a full-bridge structure with four IGBTs, but as shown in FIG. 7, it has a half-bridge structure with two IGBTs 9a and 9b and a capacitor 28 is used. It may be connected to the high voltage transformer 7. High frequency inverter 6
If it is composed of a GBT, it can be a high-speed reliable inverter, but it may be composed of an FET, and if the required frequency is not so high, it may be another general switching semiconductor element. I don't mind.

【0020】また、上記実施例では、PLL回路15に
おいて、ゼロ電圧出力期間になる前の入力電圧を記憶す
る電圧記憶手段として、アナログ的な記憶をするサンプ
ルホールド回路を使用したが、コンピユータの制御によ
りデジタル的に記憶するメモリを使用することも可能で
ある。更に、PDM回路16も、上記のようなアナログ
回路構成に代えてデジタル回路構成にすることもでき
る。この場合は、PLL回路15からの信号をカウンタ
でデジタルデータに変換した後、予め種々のパルスパタ
ーンを記憶させてあるメモリから任意のパターンのパル
スを、カウンタからのデータに従い読み出す。そして、
その読み出したパルスを、PLL回路からのパルスと同
期させて高周波インバータのためのゲート信号を得る。
In the above embodiment, the PLL circuit 15 uses the sample-hold circuit for analog storage as the voltage storage means for storing the input voltage before the zero voltage output period. It is also possible to use a memory that stores digitally. Further, the PDM circuit 16 can also have a digital circuit configuration instead of the above analog circuit configuration. In this case, a signal from the PLL circuit 15 is converted into digital data by a counter, and then a pulse having an arbitrary pattern is read from a memory in which various pulse patterns are stored in advance according to the data from the counter. And
The read pulse is synchronized with the pulse from the PLL circuit to obtain the gate signal for the high frequency inverter.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、共振
回路の共振電流を電流検出器で検出し、PLL回路で共
振電流と位相が一致する周波数でロックして同期をと
り、その同期をとったパルスで高周波インバータのスイ
ッチング半導体素子をオン・オフ制御するため、スイッ
チング損失を低減できる。また、PLL回路のパルスに
対して設定長さのゼロ電圧出力期間を形成することで、
スイッチング半導体素子のためのゲート信号のパターン
を変えて出力電力調整をするが、この期間になる前の入
力電圧を電圧記憶手段で記憶しておき、その記憶した電
圧で電圧制御発振器を継続して発振させるので、この電
圧制御発振器は同じ周波数の信号を継続して発振する。
従って、PLL回路の動作は不連続にはならず、しかも
ゼロ電圧出力期間でも共振回路と正確に同期のとれた安
定した動作を継続させることができる。
As described above, according to the present invention, the resonance current of the resonance circuit is detected by the current detector, and the PLL circuit locks and synchronizes at the frequency at which the resonance current and the phase match each other. Since the switching semiconductor element of the high-frequency inverter is controlled to be turned on / off by the generated pulse, the switching loss can be reduced. Further, by forming the zero voltage output period of the set length for the pulse of the PLL circuit,
The output power is adjusted by changing the pattern of the gate signal for the switching semiconductor element, but the input voltage before this period is stored in the voltage storage means, and the voltage-controlled oscillator is continued at the stored voltage. Since it oscillates, this voltage controlled oscillator continuously oscillates a signal of the same frequency.
Therefore, the operation of the PLL circuit does not become discontinuous, and moreover, it is possible to continue the stable operation accurately synchronized with the resonance circuit even during the zero voltage output period.

【0022】また、PDM回路は、PDM指令値を連続
的に変化させることにより、パルス密度を連続的に細か
く変化させることができるので、出力電力を、最大出力
時の100%から1%以下まで広範囲に連続的に任意に
調整できる。従って、コロナ放電処理を行う場合、弱い
処理から強い処理まで広範囲にかつ精密に調整すること
が可能となる。
Further, since the PDM circuit can continuously and finely change the pulse density by continuously changing the PDM command value, the output power is from 100% at the maximum output to 1% or less. It can be adjusted continuously over a wide range. Therefore, when the corona discharge treatment is performed, it is possible to precisely adjust in a wide range from weak treatment to strong treatment.

【0023】請求項2によれば、高周波インバータを高
速動作の確実なインバータにできるため、安定した高周
波出力が取り出せる。また、請求項3によれば、PLL
回路において、その電圧制御発振器の入力電圧を記憶す
る電圧記憶手段を、既製のサンプルホールド回路により
簡単かつ安価に構成できる。
According to the second aspect of the present invention, the high frequency inverter can be a reliable inverter which operates at high speed, so that a stable high frequency output can be obtained. According to claim 3, the PLL
In the circuit, the voltage storage means for storing the input voltage of the voltage controlled oscillator can be easily and inexpensively constructed by a ready-made sample hold circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】高周波高電圧電源の一例の電気回路図である。FIG. 1 is an electric circuit diagram of an example of a high frequency high voltage power supply.

【図2】同高周波高電圧電源を制御する本発明による制
御装置の一例のブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram of an example of a control device according to the present invention for controlling the high-frequency high-voltage power supply.

【図3】同制御装置の動作タイミングチャートである。FIG. 3 is an operation timing chart of the control device.

【図4】図3の場合とはパルス間引き条件を変えたとき
の動作タイミングチャートである。
FIG. 4 is an operation timing chart when the pulse thinning condition is changed from the case of FIG.

【図5】同制御装置の試作装置による実験結果で、高圧
トランスの二次側の電圧と電流の波形図である。
FIG. 5 is a waveform diagram of the voltage and current on the secondary side of the high-voltage transformer, which is the result of an experiment using the prototype device of the control device.

【図6】図5の場合とは条件を変えたときの、高圧トラ
ンスの二次側の電圧と電流の波形図である。
6 is a waveform diagram of voltage and current on the secondary side of the high-voltage transformer when conditions are changed from the case of FIG.

【図7】高周波インバータをIGBT2個によるハーフ
ブリッジ構成とした高周波高電圧電源の電気回路図であ
る。
FIG. 7 is an electric circuit diagram of a high-frequency high-voltage power supply having a high-frequency inverter having a half-bridge configuration with two IGBTs.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 商用交流電源 2 平滑回路 6 高周波インバータ 7 高圧トランス 8 放電電極 9a・9b・9c・9d 絶縁ゲート型バイポーラト
ランジスタ 13 電流検出器 14 制御回路 15 PLL回路 16 パルス密度変調回路(PDM回路) 27 デッドタイム回路(ゲート信号発生回路) 28 サンプルホールド回路(電圧記憶手段)
1 Commercial AC Power Supply 2 Smoothing Circuit 6 High Frequency Inverter 7 High Voltage Transformer 8 Discharge Electrode 9a ・ 9b ・ 9c ・ 9d Insulated Gate Bipolar Transistor 13 Current Detector 14 Control Circuit 15 PLL Circuit 16 Pulse Density Modulation Circuit (PDM Circuit) 27 Dead Time Circuit (gate signal generation circuit) 28 Sample and hold circuit (voltage storage means)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】商用交流電源からの交流電圧を整流回路で
直流に整流し、スイッチング半導体素子をブリッジ接続
した高周波インバータで高周波に変換した後、高圧トラ
ンスで昇圧し、高圧トランスから負荷までの間が高周波
インバータに対して共振回路を形成する高周波高電圧電
源において、前記高周波インバータと前記高圧トランス
との間を流れる電流を検出する電流検出手段と、位相比
較器及び電圧制御発振器を含み、前記位相比較器は前記
電流検出手段の検出電流と前記電圧制御発振器の出力信
号との位相差が対応した電圧を出力し、前記電圧制御発
振器は前記位相比較器の出力電圧に応じた周波数の信号
を出力するものであり、前記電圧制御発信器の出力信号
を出力とするPLL回路と、このPLL回路の出力信号
を入力してこれを間引くことにより、これと同期しかつ
設定した長さのゼロ電圧出力期間のあるパルスを出力す
るパルス密度変調回路と、このパルス密度変調回路から
のパルスを入力して前記高周波インバータのスイッチン
グ半導体素子にゲート信号を出力するゲート信号発生回
路と、前記ゼロ電圧出力期間になる前の前記電圧制御発
振器の入力電圧を記憶し、その記憶した電圧をゼロ電圧
出力期間でも電圧制御発振器へ入力させる電圧記憶手段
とを備えたことを特徴とする高周波高電圧電源の制御装
置。
1. An AC voltage from a commercial AC power supply is rectified to a DC by a rectifying circuit, converted into a high frequency by a high frequency inverter having a switching semiconductor element bridge-connected, and then boosted by a high voltage transformer, and the voltage from the high voltage transformer to a load is increased. There in the high frequency high voltage power source to form a resonant circuit with respect to high-frequency inverter, comprising: a current detecting means for detecting a current flowing between the high-voltage transformer and the high-frequency inverter, a phase comparator and a voltage controlled oscillator, the phase The comparator is the above
The detection current of the current detection means and the output signal of the voltage controlled oscillator
Output a voltage corresponding to the phase difference from the signal
The oscillator is a signal of a frequency corresponding to the output voltage of the phase comparator.
The output signal of the voltage controlled oscillator
And a pulse density modulation circuit which outputs a pulse having a zero voltage output period of a set length in synchronization with the PLL circuit by inputting and thinning out the output signal of the PLL circuit, A gate signal generation circuit that inputs a pulse from the pulse density modulation circuit and outputs a gate signal to the switching semiconductor element of the high-frequency inverter, and stores the input voltage of the voltage controlled oscillator before the zero voltage output period. And a voltage storage means for inputting the stored voltage to a voltage controlled oscillator even during a zero voltage output period.
【請求項2】前記スイッチング半導体素子が絶縁ゲート
型バイポーラトランジスタである請求項1に記載の高周
波高電圧電源の制御装置。
2. The control device for a high frequency high voltage power supply according to claim 1, wherein the switching semiconductor element is an insulated gate bipolar transistor.
【請求項3】前記電圧記憶手段がサンプルホールド回路
である請求項1に記載の高周波高電圧電源の制御装置。
3. The high frequency high voltage power supply controller according to claim 1, wherein said voltage storage means is a sample hold circuit.
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