JP3080542B2 - 高周波トランス結合による搬送波周波数変調のインバータ・システム - Google Patents
高周波トランス結合による搬送波周波数変調のインバータ・システムInfo
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Description
装置等における構成要素であるインバータ・システムに
関する。
バータの例としてはサイクロコンバータ方式があり、図
４に示す通りである。図４において、４つのスイッチン
グ素子１１０〜１１３を単相ブリッジ接続して構成した
インバータ１０２は、直流電源１０１を入力して高周波
電力に変換し、高周波トランス１０５を介してサイクロ
コンバータ１０３に高周波電力を送出する。サイクロコ
ンバータ１０３は互いに極性の異なる２つのスイッチン
グ素子を直列接続した両方向スイッチ６群を３相ブリッ
ジ接続したものであり、高周波トランス１０５からの高
周波電力を商用周波数電力に変換し、リアクタとコンデ
ンサより成る交流フィルタ１０４を介して商用周波数電
力を負荷に供給する。
バータ１０３のスイッチング周波数は、前段のインバー
タ１０２のスイッチング周波数と同一であり、また２つ
のインバータを結合するトランスも高周波トランスであ
るので、このインバータ・システムは小型軽量となる利
点を備えている。しかし乍ら出力段インバータ１０３の
スイッチング周波数が高いので、そのスイッチング損失
が大きい欠点がある。この発明は、上述した従来技術に
よるインバータ・システムの欠点を解消するためになさ
れたものであって、出力段のインバータにおけるスイッ
チング損失を軽減できるばかりでなく、低力率の負荷に
対しても所要の交流電力を供給できるインバータ・シス
テムを実現しようとするものである。
ランス結合による搬送波周波数変調のインバータ・シス
テムは、直流電力を搬送波周波数により変調した商用周
波数の電力に変換する前段のインバータと、このインバ
ータから入力した電力を変圧して出力段インバータに送
出する２次側に交流フィルタを備えた高周波トランス
と、極性の異なるダイオードをそれぞれコレクタ端子お
よびエミッタ端子に接続したスイッチング素子５と７お
よびスイッチング素子６と８より成るブリッジ回路を構
成した出力段のインバータと、前記４つのスイッチング
素子の接続点と高周波トランスの２次側の中間タップと
の間に挿入した出力段交流フィルタによって構成し、出
力段のインバータを商用周波数の信号波または同等波形
の信号波によってスイッチングさせ、商用周波数電力を
出力させる。
流フィルタのコンデンサの両端子間に、直列接続した２
つのスイッチング素子より成る出力段のインバータを設
け、この出力段のインバータを搬送波周波数により変調
した商用周波数の信号波または同等波形の信号波によっ
てスイッチングさせて商用周波数の電力を出力させる。
波数の正弦波形の電力に変換させるために、例えば１５
０ＫＨｚのスイッチング周波数によってＰＷＭ制御し、
１５ＫＨｚの搬送波周波数により変調した商用周波数の
電力を前段のインバータから送出させる。また、高周波
トランスの２次側における高周波成分を除去するために
交流フィルタを設け、出力段のインバータへ入力する１
５ＫＨｚの高周波電力の波形を正弦波に近づける。出力
段のインバータはインバータの構成要素に対応して搬送
波周波数（例えば１５ＫＨｚ）により変調した商用周波
数または商用周波数（例えば５０Ｈｚ）によってスイッ
チングを行い、出力段の交流フィルタを介して正弦波形
の商用周波数電力を送出する。
明する。図１（ａ）は第１の実施例におけるインバータ
・システムの回路構成を示すブロック図であり、図１
（ｂ）はインバータ・システムを構成するスイッチング
素子群をオン・オフ制御する制御回路を示すブロック図
である。
てある４つのスイッチング素子１〜４より成る前段のイ
ンバータ５１により、直流電源９は搬送波周波数（例え
ば１５ＫＨｚ）により変調された商用周波数に変換され
たうえで高周波トランス１０において変圧され、その２
次側に設けられたリアクタ１１とコンデンサ１２より成
る交流フィルタへ送出される。４つのスイッチング素子
５〜８より成る出力段のインバータ５２は交流フィルタ
を構成するコンデンサ１２と共に高周波トランス１０の
２次側に並列接続してある。出力段のインバータ５２を
構成するスイッチング素子５のコレクタ端子はダイオー
ド１５のカソード端子に、スイッチング素子６のエミッ
タ端子はダイオード１６のカソード端子に、スイッチン
グ素子７のコレクタ端子はダイオード１７のアノード端
子に、また、スイッチング素子８のエミッタ端子はダイ
オード１８のアノード端子と接続してあり、さらに、ス
イッチング素子５と７のエミッタ端子およびスイッチン
グ素子６と８のコレクタ端子はとりまとめてリアクタ１
３の一端に接続してある。出力段の交流フィルタはリア
クタ１３とコンデンサ１４より成り、コンデンサ１４の
一端は高周波トランス１０の２次側の中間タップと接続
してある。
４はインバータ５１を構成するスイッチング素子１〜４
をＰＷＭ制御するものであって、そのスイッチング周波
数は例えば１５０ＫＨｚである。単位正弦波信号（SIN
θ）３４は商用周波数を生成する信号源であり、単位正
弦波信号（SIN ３００θ）は搬送波周波数（例えば１５
ＫＨｚ）を生成する信号源である。上述した２つの信号
源のＡ点およびＢ点の信号波形は図３の（ａ），（ｂ）
に示す通りである。２つの単位正弦波信号３３と３４は
乗算器３５において乗算され、さらに、乗算器３２にお
いて出力電圧指令によって波高値を規制され、その信号
波形は出力商用周波数（例えば５０Ｈｚ）を搬送波周波
数（例えば１５ＫＨｚ）により変調した信号となり、Ｃ
点の信号波形は図３（ｃ）に示すようになる。乗算器３
２の出力信号と１５０ＫＨｚのキャリアとはオペアンプ
２９に入力し、その出力信号はバッファ２５とインバー
タ２６を介してゲート回路２１と２２に入力し、スイッ
チング素子１と２を交互にオン・オフ制御する。また、
極性反転器３１からの１５０ＫＨｚキャリアと乗算器３
２の出力信号とはバッファ２７とインバータ２８を介し
てゲート回路２３と２４に入力し、スイッチング素子３
と４を交互にオン・オフ制御する。即ち、前段のインバ
ータ５１はスイッチング周波数１５０ＫＨｚにてＰＷＭ
制御され、出力商用周波数（５０Ｈｚ）を搬送波周波数
（１５ＫＨｚ）により変調した波形の電力を出力し、高
周波トランス１０の２次側に設けられた交流フィルタを
介して出力段のインバータ５２へ送出される。リアクタ
１１とコンデンサ１２より成る交流フィルタは高周波ト
ランス１０を介して入力する高周波成分を除去するもの
であって、図１（ａ）におけるＦ点の波形は図３（ｃ）
に示すようになる。
器３６を介してバッファ４１とインバータ４２に入力
し、ゲート回路４３を介してスイッチング素子５と６を
同時にオン・オフ制御すると共に、ゲート回路４４を介
してスイッチング素子７と８を同時にオン・オフ制御す
る。この場合、スイッチング素子５と６のオン・オフ制
御とスイッチング素子７と８のオン・オフ制御とは１８
０°位相が異なっており、商用周波数の信号波または同
等波形の信号波によってスイッチングされる。出力段の
インバータ５２の出力端Ｄ点の信号波形は図３（ｄ）に
示す通りであり、出力段の交流フィルタのＥ点における
信号波形は図３（ａ）のような正弦波となる。
ータ５２を構成するスイッチング素子群はダイオードと
直列接続したスイッチング素子をブリッジ接続したもの
であるが、ダイオードを内蔵したスイッチング素子によ
って構成してもよい。
（ｂ）によって説明する。図２（ａ）は第２の実施例に
おけるインバータ・システムの回路構成を示すブロック
図であり、図２（ｂ）はインバータ・システムを構成す
るスイッチング素子群を制御する制御回路を示すブロッ
ク図である。図２（ａ）において、直流電源９を入力し
て１５ＫＨｚの搬送波周波数により変調した商用周波数
の電力に変換する前段のインバータ５１，高周波トラン
ス１０，高周波トランス１０の２次側に設けたリアクタ
１１とコンデンサ１２より成る交流フィルタおよび出力
段のリアクタ１３とコンデンサ１４より成る交流フィル
タは第１の実施例と同一であるので重複説明は避ける。
出力段のインバータ５３は直列接続した２つのスイッチ
ング素子５と６によって構成してあり、搬送周波数によ
り変調した商用周波数の信号波または同等波形の信号波
によってスイッチングされ、商用周波数（５０Ｈｚ）の
正弦波を出力段の交流フィルタから送出する。
する制御回路は第１の実施例と同一であるので説明は省
略する。単位正弦波信号（SIN θ）３４と単位正弦波信
号（SIN ３００θ）３３はそれぞれ極性判別器３６と３
７を介して乗算器３８において乗算され、バッファ４１
とインバータ４２に入力する。バッファ４１の信号とイ
ンバータ４２の信号はそれぞれゲート回路４３と４４に
入力し、出力段のインバータ５３を構成するスイッチン
グ素子５と６を搬送波周波数（例えば１５ＫＨｚ）によ
り変調した商用周波数によって互いにオン・オフ制御し
商用周波数の電力を出力する。出力段のインバータ５３
の入力側のＦ点、出力側のＤ点および出力段の交流フィ
ルタの出力側Ｅ点の信号波形は図３における（ｃ），
（ｄ），（ａ）に示す通りである。
と、出力段のインバータは第１の実施例は第２の実施例
に比べて複雑であるがスイッチング周波数は商用周波数
であるのでスイッチング損失は小さい。反対に、第２の
実施例における出力段のインバータは極めて簡単な構成
であるが、スイッチング周波数は搬送波周波数（１５Ｋ
Ｈｚ）により変調した商用周波数であるのでスイッチン
グ損失は商用周波数のみによるスイッチングより大きく
なる。また、第１の実施例においては力率１．０の負荷
（抵抗負荷）に対しては支障なく給電できるが無効分を
供給できない欠点があり、一方第２の実施例においては
無効分の供給も可能であるので低力率負荷にも給電でき
る利点がある。
流フィルタを備えた高周波トランス結合によるインバー
タ・システムは、直流電源を搬送波周波数により変調し
た商用周波数の電力に変換する前段のインバータと、商
用周波数の正弦波電力を出力する出力段のインバータと
を２次側に交流フィルタを備えた高周波トランスによっ
て結合したものであり、前段のインバータは高周波（例
えば１５０ＫＨｚ）スイッチングによって１０分の１程
度に低減した高周波（例えば１５ＫＨｚ）の正弦波を出
力させ、高周波トランスの２次側に設けた交流フィルタ
によって高周波成分を除去したうえで出力段のインバー
タにおいて商用周波数（例えば５０Ｈｚ）の正弦波電力
を送出させる。また、出力段のインバータはその回路構
成によってスイッチング周波数を商用周波数信号波また
は同等波形の信号波、もしくは搬送周波数により変調し
た商用周波数の信号波または同等波形の信号波としてお
り、いずれの場合においてもスイッチング損失の小さな
インバータとなる。さらに、出力段のインバータは共に
電圧が零クロス点でスイッチングするので、スイッチン
グ・サージ電圧が比較的低いものとなるばかりでなくス
イッチング損失も小さくなり、出力段のインバータのス
イッチング周波数を中間周波数とした場合には低力率負
荷に対しても電力供給することが可能である。
ブロック図。
ブロック図。
・システムの回路構成を示すブロック図。
Claims (2)
- 【請求項１】 単相ブリッジ接続したスイッチング素子
群を所定の搬送波周波数より高い信号波を用いてＰＷＭ
制御し、入力した直流電力を前記搬送波周波数により変
調した商用周波数の電力に変換する前段のインバータ
と、 前記インバータから入力した電力を変圧し、２次側に設
けた交流フィルタを介して出力段のインバータへ送出す
る高周波トランスと、 極性の異なるダイオードをそれぞれのコレクタ端子に接
続したスイッチング素子（５）と（７）におけるそれぞ
れのエミッタ端子を接続すると共に、極性の異なるダイ
オードをそれぞれのエミッタ端子に接続したスイッチン
グ素子（６）と（８）におけるそれぞれのコレクタ端子
を接続し、さらに、スイッチング素子（５）と（７）の
エミッタ端子同士の接続点とスイッチング素子（６）と
（８）のコレクタ端子同士の接続点とを接続してブリッ
ジ回路を構成した出力段のインバータと、 前記４つのスイッチング素子群の共同接続点と前記高周
波トランスの２次巻線に設けた中間タップとの間に挿入
した出力段の交流フィルタと、 によって構成し、前記出力段のインバータを商用周波数
の信号波または同等波形の信号波によってスイッチング
し、商用周波数の電力を前記出力段の交流フィルタから
出力することを特徴とする高周波トランス結合による搬
送波周波数変調のインバータ・システム。 - 【請求項２】 直列接続した２つのスイッチング素子
を、交流フィルタを構成するコンデンサと共に高周波ト
ランスの２次側に並列接続して構成した出力段のインバ
ータと、 前記２つのスイッチング素子の接続点と高周波トランス
の２次巻線に設けた中間タップとの間に挿入した出力段
の交流フィルタと、 によって構成し、前記出力段のインバータを所定の搬送
波周波数により変調した商用周波数の信号波または同等
波形の信号波によってスイッチングし、商用周波数の電
力を前記出力段の交流フィルタから出力することを特徴
とする請求項１に記載の高周波トランス結合による搬送
波周波数変調のインバータ・システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06187785A JP3080542B2 (ja) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | 高周波トランス結合による搬送波周波数変調のインバータ・システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06187785A JP3080542B2 (ja) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | 高周波トランス結合による搬送波周波数変調のインバータ・システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0833355A JPH0833355A (ja) | 1996-02-02 |
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Family
ID=16212189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06187785A Expired - Fee Related JP3080542B2 (ja) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | 高周波トランス結合による搬送波周波数変調のインバータ・システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3080542B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102019586B1 (ko) * | 2018-01-09 | 2019-09-06 | 최정동 | 휴대용 전열스틱 |
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-
1994
- 1994-07-18 JP JP06187785A patent/JP3080542B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| KR102019586B1 (ko) * | 2018-01-09 | 2019-09-06 | 최정동 | 휴대용 전열스틱 |
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