JP2842916B2 - Inverter circuit - Google Patents

Inverter circuit

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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は直流電力を交流電力に変換するインバータ
回路に関する。
The present invention relates to an inverter circuit for converting DC power into AC power.

「従来の技術」 第5図に従来のインバータ回路を示す。第5図Aは直
流電源11と並列に平滑コンデンサ12が接続され、平滑コ
ンデンサ12の両端間に、フルブリッジ構成のスイッチン
グ素子Q1〜Q4よりなるインバータ13が接続される。つま
り、この例ではスイッチング素子Q1〜Q4はそれぞれバイ
ポーラトランジスタの場合で、トランジスタQ1とエミッ
タとトランジスタQ2のコレクタとが接続され、つまり、
トランジスタQ1,Q2は順方向に直列に接続され、同様に
トランジスタQ3,Q4が順方向に直列に接続され、これら
両直列接続が並列に接続され、つまりトランジスタQ1,Q
3の各コレクタが互いに接続され、トランジスタQ2,Q4
各エミッタが互いに接続されている。スイッチング素子
Q1,Q3の接続点が直流電源11の正極側に、スイッチング
素子Q2,Q4の接続点が直流電源11の負極側にそれぞれ接
続される。各スイッチング素子Q1〜Q4と並列に互いに逆
極性でダイオードD1〜D4が接続される。スイッチング素
子Q1,Q2の接続点及びスイッチング素子Q3,Q4の接続点は
それぞれ低域通過濾波器14を通じて第1,第2出力端子1
5,16に接続される。ダイオードD1〜D4は第1,第2出力端
子15,16間に接続される負荷がインダクタンス成分をも
つ時に逆起電力によりスイッチング素子Q1〜Q4が破壊さ
れるのを防止するものである。
[Prior Art] FIG. 5 shows a conventional inverter circuit. The Figure 5 A smoothing capacitor 12 is connected in parallel to the DC power source 11, across the smoothing capacitor 12, an inverter 13 of the switching element Q 1 to Q 4 of the full bridge configuration is connected. That is, in this example, each of the switching elements Q 1 to Q 4 is a bipolar transistor, and the transistor Q 1 and the emitter are connected to the collector of the transistor Q 2 .
Transistors Q 1 and Q 2 are connected in series in the forward direction, similarly, transistors Q 3 and Q 4 are connected in series in the forward direction, and these two series connections are connected in parallel, that is, transistors Q 1 and Q
3 are connected to each other, and the emitters of the transistors Q 2 and Q 4 are connected to each other. Switching element
The connection point between Q 1 and Q 3 is connected to the positive electrode side of DC power supply 11, and the connection point between switching elements Q 2 and Q 4 is connected to the negative electrode side of DC power supply 11. Each of the switching elements Q 1 to Q 4 and diode D 1 to D 4 in opposite polarities in parallel is connected. The connection point of the switching elements Q 1 and Q 2 and the connection point of the switching elements Q 3 and Q 4 are respectively connected to the first and second output terminals 1 through a low-pass filter 14.
Connected to 5,16. The diodes D 1 to D 4 prevent the switching elements Q 1 to Q 4 from being destroyed by the back electromotive force when the load connected between the first and second output terminals 15 and 16 has an inductance component. is there.

この回路においてスイッチング素子Q1,Q4とQ2,Q3とを
交互にオンすることで直流電源11の直流電力を交流電力
へ変換して第1,第2出力端子15,16へ出力する。この従
来のインバータ回路では交流出力に所定の波高値VAC
得るためには、その波高値VACにほぼ等しい電圧の直流
電源11を用いる必要がある。
In this circuit, the switching elements Q 1 , Q 4 and Q 2 , Q 3 are alternately turned on to convert the DC power of the DC power supply 11 into AC power and output it to the first and second output terminals 15, 16. . In the conventional inverter circuit to obtain a predetermined wave height V AC to the AC output, it is necessary to use a DC power source 11 of a voltage substantially equal to the peak value V AC.

交流出力電圧の波高値VACよりも低い電圧の直流電源1
1を使用するためには、従来においては第5図Bに示す
ように、インバータ13の交流出力電圧をトランス17で昇
圧するか、第5図Cに示すように平滑コンデンサ12とイ
ンバータ13との間にDC/DCコンバータ18を挿入して直流
電圧を必要な電圧まで昇圧していた。
DC power supply 1 with a voltage lower than the peak value V AC of the AC output voltage
In order to use 1, conventionally, as shown in FIG. 5B, the AC output voltage of the inverter 13 is boosted by the transformer 17 or as shown in FIG. A DC / DC converter 18 was inserted between the two to raise the DC voltage to the required voltage.

「発明が解決しようとする課題」 第5図Aの回路では直流電源11に、交流出力の波高値
とほぼ同じ電圧が必要なため、交流出力の電圧によって
は、直流電源11に高い電圧が要求されることになる。特
に2次電池を直流電源11に用いる場合、セルを直列に多
数個接続することが必要となり、コストの増大、信頼性
の低下等の問題がある。
"Problems to be Solved by the Invention" In the circuit of FIG. 5A, the DC power supply 11 needs to have a voltage substantially equal to the peak value of the AC output. Will be done. In particular, when a secondary battery is used for the DC power supply 11, it is necessary to connect a large number of cells in series, which causes problems such as an increase in cost and a decrease in reliability.

また第5図Bの回路ではトランス17を用いるため、装
置全体が大きく、重なる問題がある。
Further, since the transformer 17 is used in the circuit of FIG. 5B, there is a problem that the whole device is large and overlaps.

第5図Cの回路では、DC/DCコンバータ18及びその制
御回路の部品点数が増加し、効率の低下やコストの増大
等の問題がある。
In the circuit of FIG. 5C, the number of components of the DC / DC converter 18 and its control circuit increases, and there are problems such as a decrease in efficiency and an increase in cost.

このように、従来のインバータ回路では使用部品の選
定範囲に関する制約、コストの増大、スペース、重量の
増大、効率の低下等の問題点があった。
As described above, the conventional inverter circuit has problems such as restrictions on the selection range of parts to be used, an increase in cost, an increase in space and weight, a decrease in efficiency, and the like.

「課題を解決するための手段」 この発明によれば、直流平滑用コンデンサとインバー
タのスイッチング素子の間にリアクトルが直列に接続さ
れ、インバータの二つのスイッチング素子とリアクトル
との各接続点を切り離してこれらの間にダイオードが接
続され、またインバータの二つのスイッチング素子と直
流平滑用コンデンサとの各接続点を切り離してこれら間
にダイオードが接続される。
According to the present invention, the reactor is connected in series between the DC smoothing capacitor and the switching element of the inverter, and the connection points between the two switching elements of the inverter and the reactor are separated. A diode is connected between them, and a connection point between the two switching elements of the inverter and the DC smoothing capacitor is disconnected to connect a diode between them.

この構成で通常のスイッチング動作の期間にインバー
タ1つのアームを短絡させ、リアクトルを利用して昇圧
チョッパの機能をインバータに与えることにより、直流
電源の電圧より高い波高値VACの交流出力を得る。
This consists of a short-circuit the inverter one arm during the normal switching operation, by providing the function of the step-up chopper to the inverter by utilizing a reactor to obtain an AC output of higher peak value V AC than the voltage of the DC power source.

「実施例」 この発明の実施例を第1図に示し、第5図と対応する
部分に同一符号を付けてある。
"Embodiment" An embodiment of the present invention is shown in FIG. 1, and portions corresponding to those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals.

この実施例では平滑コンデンサ12の一端(正側)にリ
アクトル21の一端が接続され、リアクトル21の他端がイ
ンバータ13のスイスッチング素子Q1に接続されて、平滑
コンデンサ12とインバータ13との間にリアクトル21が直
列に挿入される。またインバータ13のスイッチング素子
Q1,Q3のリアクトル21との接続側が互いに切り離され、
これら間にダイオードD5が接続される。この例はスイッ
チング素子Q1〜Q4としてトランジスタを用いた場合であ
り、従ってトランジスタQ1のコレクタにダイオードD5
アノードが接続され、トランジスタQ3のコレクタにダイ
オードD5のカソードが接続される。同様にしてトランジ
スタQ2のエミッタにダイオードD6のカソードが接続さ
れ、トランジスタQ4のエミッタにダイオードD6のアノー
ドが接続される。第1,第2出力端子15,16間に第2コン
デンサ22が接続される。
In this embodiment, one end of the reactor 21 is connected to one end (positive side) of the smoothing capacitor 12, and the other end of the reactor 21 is connected to the switching element Q 1 of the inverter 13. Reactor 21 is inserted in series. The switching element of inverter 13
The connection sides of Q 1 and Q 3 with the reactor 21 are separated from each other,
Diode D 5 is connected between these. This example shows a case of using a transistor as a switching element Q 1 to Q 4, therefore the anode of the diode D 5 to the collector of the transistor Q 1 is connected, the cathode of the diode D 5 to the collector of the transistor Q 3 is connected . Similarly the cathode of the diode D 6 to the emitter of the transistor Q 2 is connected to the anode of the diode D 6 to the emitter of the transistor Q 4 is connected. A second capacitor 22 is connected between the first and second output terminals 15 and 16.

この構成において、スイッチング素子Q1,Q4とQ2,Q3と
が従来と同様に例えば商用周波数で交互にオン,オフさ
れ、この発明では更にスイッチング素子Q1,Q4がオンの
間、スイッチング素子Q2が例えば20kHzでオンオフさ
れ、またスイッチング素子Q2,Q3がオンの間、スイッチ
ング素子Q1が20kHzでオンオフされる。この場合の動作
を、第2図と第3図とを参照して説明する。
In this configuration, the switching elements Q 1, Q 4 and Q 2, Q3 and is alternately turned on in the conventional manner for example commercial frequency, is turned off, while further the switching element Q 1 in the present invention, Q 4 is turned on, the switching turned on and off by the element Q 2 is for example 20 kHz, also the switching element Q 2, Q 3 is between oN, the switching element Q 1 is turned on and off at 20 kHz. The operation in this case will be described with reference to FIG. 2 and FIG.

第2図に区間t1で示すようにスイッチング素子Q1,Q2,
Q4がONすると、第3図Aに示すようにスイッチング素子
Q1,Q2を通じてスイッチング素子Q2から平滑コンデンサ1
2に向って流れる電流iが増加し、リアクトル21にエネ
ルギーが蓄積される。スイッチング素子Q2がONとなって
いるため、第2コンデンサ22から点線で示すように、ス
イッチング素子Q2を通じて電流が流れようとしてもダイ
オードD6で阻止されるため、第2コンデンサ22の電圧は
保持される。次に区間t2に示すようにスイッチング素子
Q2をOFFすると、リアクトル21に蓄積されたエネルギー
がスイッチング素子Q1,Q4、ダイオードD6を通って第2
コンデンサ22(負荷)へ供給されるため、電流iは減少
する。
The switching element Q 1, Q 2 as shown in the section t 1 in Figure 2,
When Q 4 is turned on, the switching element as shown in Fig. 3A
Q 1, Q 2 smoothing capacitor from the switching element Q 2 through 1
Current i flowing toward 2 increases, and energy is stored in reactor 21. Since the switching element Q 2 is ON, as shown by the dotted line from the second capacitor 22, since also prevented by the diode D 6 trying current to flow through the switching element Q 2, the voltage of the second capacitor 22 Will be retained. Then the switching device as shown in section t 2
When Q 2 is turned off, the energy stored in the reactor 21 passes through the switching elements Q 1 , Q 4 and the diode D 6 ,
Since the current i is supplied to the capacitor 22 (load), the current i decreases.

このリアクトル21の蓄積エネルギーの第2コンデンサ
22への放出作用によって出力電圧の波高値VACを直流電
圧VDCより高くすることができる。この動作をインバー
タ動作の半サイクルの期間くり返した後、次の半サイク
ルではスイッチング素子Q2,Q3がONし、前記と同様の動
作をスイッチング素子Q1がON,OFFをくり返すことで行
う。この場合のスイッチング素子Q1がONした区間t3の電
流iの流れを第3図Cに示し、スイッチング素子Q1がOF
Fした区間t4の電流iの流れを第3図Dに示す。
The second capacitor of the energy stored in this reactor 21
The peak value V AC output voltage by the release action of the 22 can be made higher than the DC voltage V DC. After repeating this operation for a half cycle of the inverter operation, in the next half cycle, the switching elements Q 2 and Q 3 are turned on, and the same operation as described above is performed by repeating the switching element Q 1 being turned on and off. . The current flow i interval t 3 when the switching element Q 1 is turned ON in this case shown in FIG. 3 C, the switching element Q 1 is OF
The flow of current i F the interval t 4 shown in FIG. 3 D.

電流iを電流検出器で検出し、各サイクルにおけるス
イッチング素子Q1及びQ2の導通期間における電流iを、
出力電圧の波高値VACを用いて導通期間の長さのフィー
ドバック制御することにより、出力電圧の波高値VAC
一定値に保つことができる。
Detecting the current i by the current detector, a current i in the conduction period of the switching element Q 1 and Q 2 in each cycle,
By feedback control of the length of the conduction period using the peak value V AC output voltage, it is possible to maintain the peak value V AC output voltage at a constant value.

また、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数
を高くすることによって、リアクトル21を小形にするこ
とができ、重量,スペース,コストとも最小の増加です
む。しかも応答性も良くすることが出来る。
In addition, by increasing the switching frequency of the switching elements Q 1 and Q 2 , the size of the reactor 21 can be reduced, and the weight, space, and cost can be minimized. Moreover, the responsiveness can be improved.

第4図に示すように、ダイオードD5をスイッチング素
子Q1とダイオードD1との間に、ダイオードD6をスイッチ
ング素子Q2とダイオードD6との間にそれぞれ挿入しても
よい。スイッチング素子Q1〜Q4としてはFETを用いても
よい。
As shown in FIG. 4, a diode D 5 between the switching element Q 1, a diode D 1, a diode D 6 may be inserted respectively between the switching element Q 2 and the diode D6. The switching element Q 1 to Q 4 may be used FET.

「発明の効果」 以上述べたようにこの発明によれば、第5図Aに示し
た従来の回路に、小形,低コストのリアクトル21と2個
のダイオードD5,D6とを付加することにより、直流電源1
1の電圧よりも高い任意の波高値(最大2倍程度)の交
流出力を得ることができ、かつスイッチング素子Q1,Q2
を高い周波数でオン,オフする制御回路は簡単であるた
め次の効果が得られる。
According to the present invention as mentioned "effect of invention" above, the conventional circuit shown in FIG. 5 A, adding small, low cost of the reactor 21 and two diodes D 5, D 6 DC power supply 1
AC output of any peak value (maximum about twice) higher than the voltage of 1 can be obtained, and the switching elements Q 1 , Q 2
Since the control circuit for turning ON and OFF at a high frequency is simple, the following effects can be obtained.

a.装置の小形化ができる。a. The equipment can be downsized.

b.直流電圧VDCが低くてよいから、低コストの直流電源
を使用することが出来る。
b. Since the DC voltage VDC may be low, a low-cost DC power supply can be used.

c.主回路構成が単純ですむ。c. The main circuit configuration is simple.

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

第1図はこの発明の実施例を示す接続図、第2図はその
動作時の各部の波形例を示すタイムチャート、第3図は
第1図の各動作状態における電流の流れを示す図、第4
図はこの発明の他の実施例を示す接続図、第5図は従来
のインバータ回路の各種例を示す接続図である。
FIG. 1 is a connection diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a time chart showing a waveform example of each part at the time of operation, FIG. 3 is a diagram showing a current flow in each operation state of FIG. 4th
FIG. 5 is a connection diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a connection diagram showing various examples of a conventional inverter circuit.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】直流電源と、 その直流電源に並列接続された平滑コンデンサと、 その平滑コンデンサの一端に一端が接続されたリアクト
ルと、 そのリアクトルの他端と、前記平滑コンデンサの他端と
の間に並列に接続されたフルブリッチ構成のスイッチン
グ素子Q1〜Q4よりなるインバータと、 アノードを前記スイッチング素子Q1の前記リアクトルと
の接続点に接続し、カソードをスイッチング素子Q3の前
記リアクトルとの接続点に接続したダイオードD5と、 カソードを前記スイッチング素子Q2の前記コンデンサと
の接続点に接続し、アノードを前記スイッチング素子Q4
の前記コンデンサとの接続点に接続したダイオードD
6と、 前記スイッチング素子Q1〜Q4のそれぞれに並列に接続さ
れたダイオードD1〜D4と、 前記スイッチング素子Q1及びQ2の接続点より導出された
第1出力端子と、 前記スイッチング素子Q3及びQ4の接続点より導出された
第2出力端子と、 これら第1、第2出力端子間に接続された第2コンデン
サとを具備するインバータ回路。
1. A DC power supply, a smoothing capacitor connected in parallel to the DC power supply, a reactor having one end connected to one end of the smoothing capacitor, a second end of the reactor, and a second end of the smoothing capacitor. an inverter composed of switching elements Q 1 to Q 4 of Furuburitchi configuration connected in parallel between, and an anode connected to a connection point between the reactor of the switching element Q 1, the cathode and the reactor of the switching element Q 3 a diode D 5 connected to a connection point of a cathode connected to a connection point between the capacitor of the switching element Q 2, the anode switching element Q 4
Diode D connected to the connection point of the capacitor
6, the switching element Q 1 to Q-connected diodes D 1 to D 4 in parallel to each of the four, a first output terminal derived from the connection point of the switching elements Q 1 and Q 2, the switching inverter circuit having a second output terminal derived from the connection point of the elements Q 3 and Q 4, these first and a second capacitor connected between the second output terminal.
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