JP3224427B2 - Static AC power supply - Google Patents

Static AC power supply

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JP3224427B2
JP3224427B2 JP24177492A JP24177492A JP3224427B2 JP 3224427 B2 JP3224427 B2 JP 3224427B2 JP 24177492 A JP24177492 A JP 24177492A JP 24177492 A JP24177492 A JP 24177492A JP 3224427 B2 JP3224427 B2 JP 3224427B2
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勝則 谷口
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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】本発明は直流電力を交流に変換し
て負荷に供給する静止形交流電源装置、詳しくは静止形
インバータ回路における電子スイッチ素子のスイッチン
グ損失を最小限に低減せしめた電源装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a static AC power supply for converting DC power into AC and supplying it to a load, and more particularly to a power supply in which the switching loss of an electronic switch element in a static inverter circuit is reduced to a minimum. About.

【0002】[0002]

【従来技術】従来、図6に示すように、直流電源1に対
し電子スイッチ素子として用いたスイッチングトランジ
スターT4〜T9によりブリッジ回路を構成し、該ブリ
ッジ回路の3つのトランジスター対(T4とT5、T6
とT7、T8とT9)の接続点にそれぞれリアクトル及
びキャパシタ(L及びC)により成るフイルター回路3
を介して交流電気機器等の負荷4と接続するように構成
した3相交流用の静止形交流電源装置が知られている。
上記ブリッジ回路のスイッチングトランジスターT4〜
T9は図示しない電子制御回路により通常数KHz〜数
十KHzの高い繰り返し周波数をもってスイッチ動作を
行うように制御される。例えば、トランジスターT4と
T5は互い違いに所定のタイミングでON、OFFを繰
り返し行い、トランジスターT4とT5の接続点と該ブ
リッジ回路の負入力端子間の電圧Vaは図7に示すよう
な電圧波形を有する。トランジスターT4がOFF、ト
ランジスターT5がONしている時、電圧Vaはゼロボ
ルトとなる。トランジスターT4とT5がそれぞれON
とされる時間比率、すなわちデューテイ比は図7に示す
ように連続的に変化させられ、すなわちパルス幅変調さ
れて漸次増加と減少を繰り返す方形波電圧を出力する。
このトランジスター対T4とT5と同様にして、上記電
子制御回路により他のトランジスター対T6とT7及び
T8とT9もON、OFFを繰り返し行うように制御さ
れる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in FIG. 6, a bridge circuit is constituted by switching transistors T4 to T9 used as electronic switch elements for a DC power supply 1, and three transistor pairs (T4, T5, T6) of the bridge circuit are formed.
And a filter circuit 3 including a reactor and a capacitor (L and C) at a connection point of T7 and T8 and T9, respectively.
There is known a static AC power supply for three-phase AC, which is configured to be connected to a load 4 such as an AC electric device via the AC power supply.
Switching transistor T4 of the above bridge circuit
T9 is controlled by an electronic control circuit (not shown) so as to perform a switch operation at a high repetition frequency of several KHz to several tens KHz. For example, the transistors T4 and T5 are alternately turned ON and OFF at a predetermined timing, and the voltage Va between the connection point of the transistors T4 and T5 and the negative input terminal of the bridge circuit has a voltage waveform as shown in FIG. . When the transistor T4 is OFF and the transistor T5 is ON, the voltage Va becomes zero volt. Transistors T4 and T5 are ON
The time ratio, that is, the duty ratio is continuously changed as shown in FIG. 7, that is, a square wave voltage which is pulse width modulated and repeats a gradual increase and decrease is output.
Similarly to the transistor pairs T4 and T5, the above-described electronic control circuit controls the other transistor pairs T6 and T7 and T8 and T9 so that they are repeatedly turned on and off.

【0003】上記ブリッジ回路におけるトランジスター
対T4とT5、T6とT7、及びT8とT9の3つの接
続点間、すなわち各相の出力端子間に上述したようにパ
ルス幅変調された方形波状電圧が出力される。各相のパ
ルス幅変調された高周波パルス列はそれぞれフイルター
回路3により高調波成分を除去され、所定周波数の正弦
波状の交流電圧が負荷4に印加される。このように電子
制御回路によりスイッチ動作を制御されるブリッジ回路
を、以下の記述においてインバータ回路2という。な
お、インバータ回路2の各トランジスターT4〜T9の
コレクタ−エミッタにそれぞれ帰還ダイオード素子Dが
逆並列に接続されている。これら帰還ダイオード素子D
はインバータ回路2の交流出力の無効電力を直流電源1
に戻す作用を行う公知のものである。
As described above, a square-wave voltage pulse-modulated as described above is output between the three connection points of the transistor pairs T4 and T5, T6 and T7, and T8 and T9 in the bridge circuit, that is, between the output terminals of each phase. Is done. The high-frequency pulse train of each phase subjected to pulse width modulation has its harmonic components removed by the filter circuit 3, and a sine-wave AC voltage having a predetermined frequency is applied to the load 4. The bridge circuit whose switch operation is controlled by the electronic control circuit in this manner is referred to as an inverter circuit 2 in the following description. Note that feedback diode elements D are connected in anti-parallel to the collectors and emitters of the transistors T4 to T9 of the inverter circuit 2, respectively. These feedback diode elements D
Is the reactive power of the AC output of the inverter circuit 2
It is a well-known thing which performs the effect | action which returns to.

【0004】上記従来の交流電源装置により、上述した
ように、直流電源1からの直流電力をインバータ回路2
により逆変換して所望周波数の正弦波状交流を充分に得
ることがきた。しかしながら、上記従来の電源装置にお
いてインバータ回路の各電子スイッチ素子は可成り高い
周波数でスイッチ動作を行うため、そのスイッチング損
失が大きく、効率が低いという重大な欠点があった。
As described above, the DC power from the DC power supply 1 is converted into the inverter circuit 2 by the conventional AC power supply device.
Sine wave AC having a desired frequency can be sufficiently obtained. However, in the above-mentioned conventional power supply device, since each electronic switch element of the inverter circuit performs a switching operation at a considerably high frequency, there is a serious disadvantage that the switching loss is large and the efficiency is low.

【0005】例えば、図7に示すように、時刻t1にお
いてトランジスターT4がOFF状態からON状態に変
化するとき、該トランジスターT4の導通電流はゼロか
ら急激に大きな値に変化し、この瞬間に大きなスイッチ
ング損失、いわゆるターンオン損失が発生する。同様
に、時刻t2において、トランジスターT4がON状態
からOFF状態に変化するとき、該トランジスターT4
の導通電流が可成り大きな値から急激にゼロとなり、こ
の瞬間に大きなターンオフ損失を発生する。このような
スイッチング損失が全てのスイッチ素子T4〜T9に発
生し、しかも数KHz〜数十KHzの高い繰り返し周波
数をもってスイッチングを行っているので、全スイッチ
ング損失が非常に大きく、効率の低下のみならず、電子
スイッチ素子の過熱を招来し、運転の安定性がいま1つ
不満足であった。
For example, as shown in FIG. 7, when the transistor T4 changes from the OFF state to the ON state at time t1, the conduction current of the transistor T4 rapidly changes from zero to a large value. Loss, so-called turn-on loss, occurs. Similarly, at time t2, when the transistor T4 changes from the ON state to the OFF state, the transistor T4
The conduction current of the transistor rapidly decreases from a relatively large value to zero, and a large turn-off loss occurs at this moment. Such switching loss occurs in all the switching elements T4 to T9, and since switching is performed at a high repetition frequency of several KHz to several tens KHz, the total switching loss is very large, and not only the efficiency is lowered but also This causes overheating of the electronic switch element, and the operation stability is still unsatisfactory.

【0006】[0006]

【解決しようとする課題及びその解決手段】本発明は、
上述した従来装置における欠点を完全に克服するために
なされたもので、直流電源とインバータ回路間に補助電
気回路を設け、該補助電気回路によりインバータ回路に
おける全ての電子スイッチ素子のターンオン又はターン
オフに同期した時間、それら電子スイッチ素子に加わる
電圧をゼロボルトにせしめて、いわゆるゼロボルトスイ
ッチング(ZVS)させることにより全ての電子スイッ
チ素子のスイッチング損失を無くして非常に高効率をも
ってスイッチ素子の過熱もなく運転特性の安定した静止
形交流電源装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides:
The purpose of the present invention is to completely overcome the disadvantages of the conventional device described above. An auxiliary electric circuit is provided between the DC power supply and the inverter circuit, and the auxiliary electric circuit synchronizes with the turn-on or turn-off of all the electronic switch elements in the inverter circuit. During this time, the voltage applied to the electronic switching elements is reduced to zero volts, so-called zero volt switching (ZVS) is performed, thereby eliminating the switching loss of all the electronic switching elements, achieving extremely high efficiency and without overheating of the switching elements. An object of the present invention is to provide a stable static AC power supply.

【0007】上記目的を実現するため、本発明は直流電
源とインバータ回路間に該インバータ回路における各電
子スイッチ素子の転流動作に同期してその転流時間に見
合った期間中、入力端子間電圧をゼロにせしめる補助電
気回路を設けたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for controlling a voltage between input terminals between a DC power supply and an inverter circuit during a period commensurate with the commutation time of each electronic switch element in the inverter circuit. Is provided with an auxiliary electric circuit which makes zero.

【0008】以下に、本発明を好ましい具体例を示す添
付図面とともに説明する。
The present invention will be described below with reference to the accompanying drawings showing preferred embodiments.

【0009】[0009]

【実施例】本発明の一実施例を示す図1において、図6
に示す従来形式の静止形交流電源装置における構成部分
と等価な部分には同一符号を付してその説明を省略す
る。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
The same reference numerals are given to the components equivalent to the components in the conventional static AC power supply device shown in FIG.

【0010】本発明の主要構成部分は、図1に示すよう
に、出力電圧Eを有する直流電源1とブリッジ型三相交
流形インバータ回路2の正、負の入力端子21、22間
に設けた補助電気回路10である。この補助電気回路1
0において、直流電源1の中間タップ11と直列にスイ
ッチングトランジスターを用いた電子スイッチ素子(以
下これを単にトランジスターという)T1が接続される
とともに該トランジスターT1のエミッタ−コレクタに
逆並列に半導体ダイオードD1が接続され、更に該トラ
ンジスターT1のコレクタ及び該ダイオードD1のアノ
ードに直列にチョークコイルL1の一端が接続されると
ともにその他端がインバータ回路2の正入力端子21と
接続される。上記直流電源1の正極端子12とチョーク
コイルL1の他端、すなわちインバータ回路2の正入力
端子21間に、スイッチングトランジスターを用いた電
子スイッチ素子(以下これを単にトランジスターとい
う)T2と該トランジスターT2のコレクタ−エミッタ
に逆並列に接続した半導体ダイオードD2とキャパシタ
C1との3つの素子で構成した第1並列回路23が接続
される一方、該直流電源1の負極端子13と該インバー
タ回路2の負入力端子22間に、スイッチングトランジ
スターを用いた電子スイッチ素子(以下これを単にトラ
ンジスターという)T3と該トランジスターT3のエミ
ッタ−コレクタに逆並列接続した半導体ダイオードD3
とキャパシタC2との3つの素子で構成した第2並列回
路24が接続される。この補助電気回路10における各
トランジスターT1、T2及びT3のON、OFFスイ
ッチ動作は、インバータ回路2の電子スイッチ素子T4
〜T9のスイッチ動作を制御する図示しない電子制御回
路により詳細に後述するタイムスケジュールにしたがっ
て動作モードa〜iをもって動作するように制御され
る。なお、該電子制御回路は例えばマイクロコンピュー
ターを用いて構成することができる。
As shown in FIG. 1, main components of the present invention are provided between a DC power supply 1 having an output voltage E and positive and negative input terminals 21 and 22 of a bridge type three-phase AC inverter circuit 2. The auxiliary electric circuit 10. This auxiliary electric circuit 1
At 0, an electronic switch element (hereinafter simply referred to as a transistor) T1 using a switching transistor is connected in series with the intermediate tap 11 of the DC power supply 1, and a semiconductor diode D1 is connected in anti-parallel to the emitter-collector of the transistor T1. One end of the choke coil L1 is connected in series with the collector of the transistor T1 and the anode of the diode D1, and the other end is connected to the positive input terminal 21 of the inverter circuit 2. Between the positive terminal 12 of the DC power supply 1 and the other end of the choke coil L1, that is, between the positive input terminal 21 of the inverter circuit 2, an electronic switch element (hereinafter simply referred to as a transistor) T2 using a switching transistor and a transistor T2. A first parallel circuit 23 composed of three elements of a semiconductor diode D2 and a capacitor C1 connected in anti-parallel to the collector-emitter is connected, while the negative terminal 13 of the DC power supply 1 and the negative input of the inverter circuit 2 are connected. An electronic switch element (hereinafter simply referred to as a transistor) T3 using a switching transistor between the terminals 22 and a semiconductor diode D3 connected in anti-parallel to the emitter-collector of the transistor T3
And a second parallel circuit 24 composed of three elements, a capacitor C2. The ON / OFF switch operation of each of the transistors T1, T2 and T3 in the auxiliary electric circuit 10 is performed by the electronic switch element T4 of the inverter circuit 2.
An electronic control circuit (not shown) that controls the switch operations of T9 to T9 controls the operation in the operation modes a to i according to a time schedule described later in detail. The electronic control circuit can be configured using, for example, a microcomputer.

【0011】図1の実施例の動作を、図2の各動作モー
ドa〜iにおけるチョークコイルL1を流れる電流IL
1とインバータ回路2の正及び負の入力端子21及び2
2間の電圧VOとを同一時間軸をもって示す動作曲線並
びに図3(a)〜(i)の回路動作説明図とともに説明
する。
The operation of the embodiment of FIG. 1 is based on the current IL flowing through the choke coil L1 in each of the operation modes a to i of FIG.
1 and the positive and negative input terminals 21 and 2 of the inverter circuit 2
The operation curve showing the voltage VO between the two with the same time axis and the circuit operation explanatory diagrams of FIGS. 3A to 3I will be described.

【0012】モードa: インバータ回路2における電子スイッチ素子、すなわち
スイッチングトランジスターT4〜T9(以下これらを
単にトランジスターという)のいずれも転流動作を行っ
いない状態にあり、即ち、補助電気回路10のトラン
ジスターT2がON、トランジスターT3がOFFとさ
れ、図3(a)に示すように、直流電源1から該トラン
ジスターT2を介してインバータ回路2に電圧Eをもっ
て直流電力が供給され(図2の電圧曲線VO参照)、図
6の従来装置におけると同様の動作状態とされる。この
状態において、インバータ回路2におけるトランジスタ
ーT4〜T9のいずれかが転流動作を開始する直前に、
トランジスターT1がONとされ、モードbに移行す
る。
Mode a: A state in which none of the electronic switching elements in the inverter circuit 2, ie, the switching transistors T4 to T9 (hereinafter simply referred to as transistors) is performing a commutation operation , that is, the auxiliary electricity The transistor T2 of the circuit 10 is turned on and the transistor T3 is turned off. As shown in FIG. 3A, DC power is supplied from the DC power supply 1 to the inverter circuit 2 via the transistor T2 with the voltage E (FIG. 2). Of FIG. 6), and the same operation state as in the conventional device of FIG. this
In the state, immediately before any of the transistors T4 to T9 in the inverter circuit 2 starts the commutation operation,
The transistor T1 is turned on, and the mode shifts to mode b.

【0013】モードb:図3(b)に示すように、直流
電源1の正極端子12からトランジスターT2、トラン
ジスターT1及び中間タップ11に至り通電し、該チョ
ークコイルL1に電圧(1/2)Eが印加され、該チョ
ークコイルL1の蓄積電流IL1はマイナス方向に漸増
する(図2の電流曲線IL1参照)。一方、直流電源1
からトランジスターT2を介してインバータ回路2に電
圧Eをもって直流電力が供給される(図2の電圧曲線V
O参照)。このとき、トランジスターT1はターンオン
されてからその導通電流がゼロから徐々に増大するもの
であり、該トランジスターTのスイッチングは、いわゆ
るゼロ電流ターンオンとなり、スイッチング損失は発生
しない。その後、トランジスターT2がターンオフされ
た時点でモードcに移行する。
Mode b: As shown in FIG. 3B, current flows from the positive terminal 12 of the DC power supply 1 to the transistor T2, the transistor T1, and the intermediate tap 11, and the voltage (1/2) E is applied to the choke coil L1. Is applied, and the accumulated current IL1 of the choke coil L1 gradually increases in the negative direction (see the current curve IL1 in FIG. 2). On the other hand, DC power supply 1
Is supplied to the inverter circuit 2 via the transistor T2 with the voltage E (the voltage curve V in FIG. 2).
O). At this time, since the conduction current of the transistor T1 is gradually increased from zero after being turned on, the switching of the transistor T is so-called zero current turn-on, and no switching loss occurs. Thereafter, the mode shifts to the mode c when the transistor T2 is turned off.

【0014】モードc:トランジスターT2がターンオ
フすると、図3(c)に示すように、直流電源1の正極
端子12からキャパシタC1に充電電流が流れるととも
に電圧Eをもって充電されたキャパシタC2から放電電
流が流れる。該キャパシタC1の充電電流及びキャパシ
タC2の放電電流をもってインバータ回路2に直流電力
が供給される。これと同時に、キャパシタC1及びC2
からチョークコイルL1、トランジスターT1を通して
電流が流れる。キャパシタC1及びC2の電極間電圧が
共に(1/2)Eとなるまで該チョークコイルL1の流
通電流は、図2の電流曲線IL1に示すように、マイナ
ス方向に漸次増大してピーク値となり、更にキャパシタ
C2の放電が完了する、すなわち、その電極間電圧がゼ
ロとなるまで該キャパシタC2からチョークコイルL1
及びトランジスターT1を介して放電電流が流れ、該チ
ョークコイルL1の流通電流IL1は、図2の電流曲線
に示すように、マイナスの最大値から漸次低減する。上
記トランジスターT2のターンオフはキャパシタC1の
充電が開始されるまでに行われ、すなわちゼロボルトタ
ーンオフとなり、スイッチング損失は発生しない。上記
キャパシタC2の放電が完了した時点でモードdに移行
する。
Mode c: When the transistor T2 is turned off, a charging current flows from the positive terminal 12 of the DC power supply 1 to the capacitor C1 and a discharging current flows from the capacitor C2 charged with the voltage E, as shown in FIG. Flows. DC power is supplied to the inverter circuit 2 with the charging current of the capacitor C1 and the discharging current of the capacitor C2. At the same time, capacitors C1 and C2
, A current flows through the choke coil L1 and the transistor T1. Until the voltage between the electrodes of the capacitors C1 and C2 both becomes (1/2) E, the current flowing through the choke coil L1 gradually increases in the negative direction as shown by the current curve IL1 in FIG. Further, the discharge of the capacitor C2 is completed, that is, the choke coil L1 is removed from the capacitor C2 until the voltage between the electrodes becomes zero.
Then, a discharge current flows through the transistor T1, and the flowing current IL1 of the choke coil L1 gradually decreases from a negative maximum value as shown in a current curve of FIG. The turn-off of the transistor T2 is performed before the charging of the capacitor C1 is started, that is, the turn-off is zero volt, and no switching loss occurs. When the discharge of the capacitor C2 is completed, the mode shifts to the mode d.

【0015】モードd:図3(d)に示すように、イン
バータ回路2内の図示しないチョークコイルから負入力
端子22及びダイオードD3を介して正入力端子21に
フライバック電流が流れ、これと同時にチョークコイル
L1の蓄積電荷、すなわちフライバック電流がトランジ
スターT1を介して直流電源1の中間タップ11に戻さ
れる。図2に示すように、チョークコイルL1を流通す
る電流IL1は漸次ゼロとなる一方、インバータ回路2
の正負の入力端子21、22間の電圧VOはゼロに保持
される。チョークコイルL1の流通電流IL1がゼロと
なった時点でモードeに移行する。
Mode d: As shown in FIG. 3D, a flyback current flows from a choke coil (not shown) in the inverter circuit 2 to the positive input terminal 21 through the negative input terminal 22 and the diode D3. The charge stored in the choke coil L1, that is, the flyback current, is returned to the intermediate tap 11 of the DC power supply 1 via the transistor T1. As shown in FIG. 2, the current IL1 flowing through the choke coil L1 gradually becomes zero while the inverter circuit 2
The voltage VO between the positive and negative input terminals 21 and 22 is maintained at zero. When the current IL1 flowing through the choke coil L1 becomes zero, the mode shifts to mode e.

【0016】モードe:このモードeの開始時、すなわ
ちチョークコイルL1の流通電流IL1がゼロ、したが
ってトランジスターT1の導通電流がゼロとなったと
き、該トランジスターT1がターンオフされ、すなわ
ち、ゼロ電流ターンオフされる。このとき、図3(e)
に示すように、直流電源1の中間タップ11からダイオ
ードD1を介してチョークコイルL1に電圧(1/2)
Eをもって直流電力が供給され、該チョークコイルL1
の流通電流IL1が、図2の電流曲線に示すように、プ
ラス方向に漸増する。一方、インバータ回路2内の図示
しないチョークコイルからのフライバック電流が上述し
たモードdにおけると同様にして負入力端子22からダ
イオードD3を介して正入力端子21に帰還するように
流れる。このようにダイオードD3にインバータ回路2
のフライバック電流が還流している間にトランジスター
T3がONされる。この時、図2の電圧曲線に示すよう
に、インバータ回路2の正負の入力端子21、22間の
電圧VO、したがってトランジスターT3のコレクタ−
エミッタ間電圧はゼロであり、よって該トランジスター
T3はゼロボルトターンオンし、スイッチング損失は発
生しない。その後、チョークコイルL1の流通電流IL
1が上記インバータ回路2内からの循環電流、すなわち
ダイオードD3を通して流れる電流よりも大きくなった
時点でモードfに移行する。
Mode e: At the start of the mode e, that is, when the flowing current IL1 of the choke coil L1 is zero, and thus the conduction current of the transistor T1 becomes zero, the transistor T1 is turned off, that is, zero current is turned off. You. At this time, FIG.
As shown in (1), a voltage (1/2) is applied from the intermediate tap 11 of the DC power supply 1 to the choke coil L1 via the diode D1.
DC power is supplied with E and the choke coil L1
2 gradually increases in the positive direction as shown by the current curve in FIG. On the other hand, a flyback current from a not-shown choke coil in the inverter circuit 2 flows from the negative input terminal 22 to the positive input terminal 21 via the diode D3 in the same manner as in the mode d described above. Thus, the inverter circuit 2 is connected to the diode D3.
The transistor T3 is turned on while the flyback current is flowing back. At this time, as shown by the voltage curve in FIG. 2, the voltage VO between the positive and negative input terminals 21 and 22 of the inverter circuit 2, and therefore the collector of the transistor T3.
The emitter-to-emitter voltage is zero, so the transistor T3 turns on zero volts and no switching losses occur. Thereafter, the flowing current IL of the choke coil L1
When 1 becomes larger than the circulating current from the inside of the inverter circuit 2, that is, the current flowing through the diode D3, the mode shifts to the mode f.

【0017】モードf:図3(f)に示すように、直流
電源1の中間タップ11からダイオードD1及びチョー
クコイルL1を介してインバータ回路2に直流電力が供
給され、電流IL1のうちインバータ回路2への入力電
流を上回る電流はトランジスターT3を導通して流れ
る。その後、トランジスターT3がターンオフされた時
点でモードgに移行する。
Mode f: As shown in FIG. 3 (f), DC power is supplied from the intermediate tap 11 of the DC power supply 1 to the inverter circuit 2 via the diode D1 and the choke coil L1, and the inverter circuit 2 of the current IL1 Current that exceeds the input current to the transistor flows through transistor T3. Thereafter, the mode shifts to the mode g when the transistor T3 is turned off.

【0018】上述したモードeからモードfにかけてト
ランジスターT3がONしている間にインバータ回路2
内のトランジスターT4〜T9の転流を行う。このと
き、トランジスターT3はONとされ、したがって該イ
ンバータ回路2の正負の入力端子21、22間の電圧V
Oはゼロボルトであり、よってインバータ回路2内のト
ランジスターT4〜T9はゼロボルトスイッチング(Z
VS)を行い、スイッチング損失を発生しない。また、
上記トランジスターT3はそのコレクタ−エミッタ間電
圧がゼロのときにターンオフされ、したがってゼロボル
トターンオフとなり、スイッチング損失は発生しない。
While the transistor T3 is on from mode e to mode f, the inverter circuit 2
Of the transistors T4 to T9. At this time, the transistor T3 is turned on, so that the voltage V between the positive and negative input terminals 21 and 22 of the inverter circuit 2 is set.
O is zero volt, so that the transistors T4 to T9 in the inverter circuit 2 perform zero volt switching (Z
VS), and no switching loss occurs. Also,
The transistor T3 is turned off when its collector-emitter voltage is zero, so that it turns off zero volts, and no switching loss occurs.

【0019】モードg:図3(g)に示すように、チョ
ークコイルL1の流通電流IL1のうちインバータ回路
2への入力電流を上回る分はキャパシタC1、直流電源
1の正極端子12、該直流電源1の中間タップ11及び
ダイオードD1を通して流れる、すなわち該キャパシタ
C1が放電するとともにキャパシタC2、直流電源1の
負極端子13、該直流電源1の中間タップ11及びダイ
オードD1を通して流れる、すなわち該キャパシタC2
が充電される。このとき、キャパシタC2の電極間電
圧、したがってインバータ回路2の正負の入力端子2
1、22間電圧VOが(1/2)Eに上昇したとき、チ
ョークコイルL1の流通電流IL1はプラス方向に最大
値となり、それ以降、更にキャパシタC2の充電が進行
し、該キャパシタC2の電極間電圧、したがってインバ
ータ回路2の入力端子間電圧VOが電圧Eとなるまで漸
増するにつれてチョークコイルL1の流通電流IL1
は、図2の電流曲線に示すように漸減する。上記キャパ
シタC1の放電及びキャパシタC2の充電が完了した時
点でモードhに移行する。
Mode g: As shown in FIG. 3 (g), the part of the flowing current IL1 of the choke coil L1 that exceeds the input current to the inverter circuit 2 is the capacitor C1, the positive terminal 12 of the DC power source 1, and the DC power source. 1 through the middle tap 11 and the diode D1, that is, the capacitor C1 discharges and flows through the capacitor C2, the negative terminal 13 of the DC power supply 1, the middle tap 11 of the DC power supply 1 and the diode D1, ie, the capacitor C2.
Is charged. At this time, the voltage between the electrodes of the capacitor C2, and thus the positive and negative input terminals 2 of the inverter circuit 2
When the voltage VO between 1 and 22 rises to (1/2) E, the flowing current IL1 of the choke coil L1 becomes the maximum value in the positive direction, and thereafter, the charging of the capacitor C2 further proceeds, and the electrode of the capacitor C2 As the voltage between the terminals, that is, the voltage VO between the input terminals of the inverter circuit 2 gradually increases to the voltage E, the flowing current IL1 of the choke coil L1
Decreases gradually as shown by the current curve in FIG. When the discharging of the capacitor C1 and the charging of the capacitor C2 are completed, the mode shifts to the mode h.

【0020】モードh:図3(h)に示すように、チョ
ークコイルL1からの流出電流IL1のうちインバータ
回路2への入力電流を上回る分はダイオードD2、直流
電源1の正極端子12、中間タップ11及びダイオード
D1を通して流れる。該チョークコイルL1には直流電
源1から逆電圧(1/2)Eが印加されており、したが
ってチョークコイルL1の流出電流IL1は、図2の電
流曲線に示すように漸減する。その後、トランジスター
T2がターンオンされ、このとき上述したようにダイオ
ードD2が導通しており、トランジスターT2のコレク
タ−エミッタ間電圧はゼロボルトであり、したがってゼ
ロボルトターンオンとなり、スイッチング損失は発生し
ない。このトランジスターT2がターンオンされた時点
でモードiに移行する。
Mode h: As shown in FIG. 3 (h), the portion of the outflow current IL1 from the choke coil L1 that exceeds the input current to the inverter circuit 2 is the diode D2, the positive terminal 12 of the DC power supply 1, and the intermediate tap. 11 and the diode D1. The reverse voltage (1/2) E is applied to the choke coil L1 from the DC power supply 1, and therefore, the outflow current IL1 of the choke coil L1 gradually decreases as shown by the current curve in FIG. Thereafter, the transistor T2 is turned on, at which time the diode D2 is conducting, as described above, and the voltage between the collector and the emitter of the transistor T2 is zero volt, so that the transistor T2 is turned on zero volts, and no switching loss occurs. When the transistor T2 is turned on, the mode shifts to the mode i.

【0021】モードi図3(i)に示すように、直流電
源1の正極端子12からトランジスターT2を介してイ
ンバータ回路2に電圧Eをもって直流電力が供給される
とともにチョークコイルL1の流出電流IL1が図2の
電流曲線に示すようにゼロとなる。このとき、上述した
モードaの状態と同一となり、これで補助電気回路10
はモードa〜iで構成される1サイクル動作を完了す
る。
Mode i As shown in FIG. 3 (i), DC power is supplied from the positive terminal 12 of the DC power supply 1 to the inverter circuit 2 via the transistor T2 with the voltage E, and the outflow current IL1 of the choke coil L1 is reduced. It becomes zero as shown in the current curve of FIG. At this time, the state becomes the same as the state of the mode a described above.
Completes one cycle operation composed of modes a to i.

【0022】上記1サイクル動作は、インバータ回路2
の各電子スイッチ素子T4〜T9が数KHz〜数十KH
zの繰り返し周波数をもってスイッチ動作される毎に行
われる。例えば、インバータ回路2におけるトランジス
ターT4が図7に示すようなタイミングで、すなわち時
点t1でON、時点t2でOFFされる毎に、それぞれ
図4及び図5に示すように、該スイッチ動作に同期して
補助電気回路10における電子スイッチ素子T1〜T3
がON、OFFされ、上述した一連の動作モードa〜i
を実行する。
The one-cycle operation is performed by the inverter circuit 2
Each of the electronic switch elements T4 to T9 is several KHz to several tens KH.
It is performed every time the switch operation is performed with the repetition frequency of z. For example, each time the transistor T4 in the inverter circuit 2 is turned on at the time t1 and turned off at the time t2 as shown in FIG. 7, the transistor T4 is synchronized with the switch operation as shown in FIGS. 4 and 5, respectively. Electronic switch elements T1 to T3 in auxiliary electric circuit 10
Are turned ON and OFF, and the above-described series of operation modes a to i
Execute

【0023】以上の動作説明において、上記電源装置が
力行動作を行っている状態についてのみ詳述したが、こ
れと同様にして、上記電源装置の回生動作、すなわちイ
ンバータ回路2における各電子スイッチ素子T4〜T9
にそれぞれ逆並列接続されたダイオードを介して該イン
バータ回路2における無効電力を直流電源1に戻す動作
においても補助電気回路10の各電子スイッチ素子T1
〜T3はゼロボルトスイッチングを行うことができる。
In the above description of the operation, only the state in which the power supply device is performing a power running operation has been described in detail. Similarly, the regenerative operation of the power supply device, that is, each electronic switch element T4 in the inverter circuit 2 is performed. ~ T9
In the operation of returning the reactive power in the inverter circuit 2 to the DC power supply 1 via the diodes connected in anti-parallel to the respective electronic switch elements T1 of the auxiliary electric circuit 10,
T3 can perform zero volt switching.

【0024】なお、本発明は、電子スイッチ素子として
電力用スイッチングトランジスターを用いてインバータ
回路を構成したものに限らず、他の電子スイッチ素子、
例えばサイリスタ素子を用いてインバータ回路を構成し
たものにも適用できることは勿論のことである。また、
上記実施例のように三相交流形インバータ回路に限ら
ず、単相交流形インバータ回路を構成したものにも適用
可能である。
The present invention is not limited to an inverter circuit using a power switching transistor as an electronic switch element.
For example, it is needless to say that the present invention can also be applied to an inverter circuit using a thyristor element. Also,
The present invention is not limited to the three-phase AC type inverter circuit as in the above embodiment, but can be applied to a single-phase AC type inverter circuit.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、直流電
源とインバータ回路の入力端子間に該インバータ回路の
スイッチ動作に同期して制御される電子スイッチ素子を
含んだ補助電気回路を設け、該補助電気回路によりイン
バータ回路における電子スイッチ素子の転流動作に同期
してその転流時間に見合った期間中、入力端子間電圧を
ゼロにせしめてインバータ回路における全ての電子スイ
ッチ素子をゼロボルトスイッチング(ZVS)を行わせ
るようにしたから、一般に数KHz〜数十KHzの繰り
返し周波数をもってスイッチングされる電子スイッチ素
子によるスイッチング損失は実質的にゼロとされ、した
がって各電子スイッチ素子の過熱が確実に回避され、効
率及び安定性が良好で実用価値の非常に高いものとする
ことができる。
As described above, according to the present invention, an auxiliary electric circuit including an electronic switch element controlled in synchronization with a switching operation of the inverter circuit is provided between the DC power supply and the input terminal of the inverter circuit. During the period commensurate with the commutation time of the electronic switch elements in the inverter circuit by the auxiliary electric circuit, the voltage between the input terminals is set to zero during the period commensurate with the commutation time, and all the electronic switch elements in the inverter circuit are switched to zero volts ( ZVS), the switching loss caused by the electronic switching elements that are generally switched at a repetition frequency of several KHz to several tens KHz is substantially zero, and therefore, overheating of each electronic switching element is reliably avoided. It has good efficiency and stability, and can have very high practical value.

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

【図1】本発明の一実施例の静止形交流電源装置の概略
電気回路図である。
FIG. 1 is a schematic electric circuit diagram of a static AC power supply device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の電源装置の動作を説明するための主要部
分における電流曲線及び電圧曲線を同一時間軸で示した
動作特性グラフである。
FIG. 2 is an operation characteristic graph showing a current curve and a voltage curve in a main part for explaining the operation of the power supply device of FIG. 1 on the same time axis.

【図3】図1の電源装置の動作を説明するための一部を
省略した簡略回路図であって、(a)〜(i)はそれぞ
れ動作モードa〜iにおける動作電流の流れを示す図で
ある。
3 is a simplified circuit diagram partially illustrating the operation of the power supply device of FIG. 1, in which (a) to (i) show flows of operation currents in operation modes a to i, respectively. It is.

【図4】図1の電源装置の動作時インバータ回路内のト
ランジスターT5のコレクタ−エミッタ間に現れる電圧
パルスの立ち上がり部分に補助電気回路の出力端部の電
圧波形を時間軸を一致させて示す電圧曲線図である。
FIG. 4 is a diagram showing a voltage waveform at the output end of the auxiliary electric circuit in accordance with the rising axis of the voltage pulse appearing between the collector and the emitter of the transistor T5 in the inverter circuit during operation of the power supply device of FIG. It is a curve figure.

【図5】図1の電源装置の動作時インバータ回路内のト
ランジスターT5のコレクタ−エミッタ間に現れる電圧
パルスの立ち下がり部分に補助電気回路の出力端部の電
圧波形を時間軸を一致させて示す電圧曲線図である。
5 shows the voltage waveform at the output end of the auxiliary electric circuit at the falling part of the voltage pulse appearing between the collector and the emitter of the transistor T5 in the inverter circuit during operation of the power supply device of FIG. It is a voltage curve figure.

【図6】従来の静止形交流電源装置の電気回路図であ
る。
FIG. 6 is an electric circuit diagram of a conventional static AC power supply device.

【図7】上記従来の電源装置の動作時インバータ回路内
のトランジスターT5のコレクタ−エミッタ間に現れる
電圧パルス列を示す。
FIG. 7 shows a voltage pulse train appearing between the collector and the emitter of the transistor T5 in the inverter circuit during operation of the conventional power supply device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 直流電源 2 インバータ回路 3 フイルター回路 4 負荷 10 補助電気回路 11 中間タップ 12 直流電源の正極端子 13 直流電源の負極端子 21 インバータ回路の正入力端子 22 インバータ回路の負入力端子 23 第1並列回路 24 第2並列回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DC power supply 2 Inverter circuit 3 Filter circuit 4 Load 10 Auxiliary electric circuit 11 Intermediate tap 12 Positive terminal of DC power supply 13 Negative terminal of DC power supply 21 Positive input terminal of inverter circuit 22 Negative input terminal of inverter circuit 23 First parallel circuit 24 Second parallel circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平地 克也 大阪府高槻市城西町6番6号 湯浅電池 株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−88876(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/48 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Katsuya Hirachi 6-6 Josaicho, Takatsuki-shi, Osaka Yuasa Battery Co., Ltd. (56) References JP-A-4-88876 (JP, A) (58) Investigated Field (Int.Cl. 7 , DB name) H02M 7/48

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 直流電源(1)に複数の電子スイッチ素
子を用いて構成したインバータ回路(2)を接続し、該
インバータ回路(2)の各電子スイッチ素子を繰り返し
スイッチ動作させることにより直流電源からの直流電力
を交流に変換して出力する、静止形交流電源装置におい
て、 上記直流電源(1)に中間タップ(11)を設け、該中
間タップ(11)に直列に第1電子スイッチ素子(T
1)及びチョークコイル(L1)を接続するとともに該
第1電子スイッチ素子に逆並列にダイオード素子(D
1)を接続し、上記チョークコイル(L1)の他端と上
記直流電源(1)の正極端子(12)間に第2電子スイ
ッチ素子(T2)とキャパシタ(C1)と帰還ダイオー
ド素子(D2)との3つの回路素子を互いに並列接続し
た第1並列回路(23)を挿入する一方、上記チョーク
コイル(L1)の他端と上記直流電源(1)の負極端子
(13)間に第3電子スイッチ素子(T3)とキャパシ
タ(C2)と帰還ダイオード素子(D3)との3つの回
路素子を互いに並列接続した第2並列回路(24)を挿
入し、上記インバータ回路(2)の正入力端子(21)
を上記チョークコイル(L1)の他端にかつその負入力
端子(22)を上記直流電源(1)の負極端子(13)
と接続して構成される補助電気回路(10)を具備し、 上記補助電気回路(10)における第1、第2及び第3
電子スイッチ素子(T1、T2、T3)の各スイッチ動
作を、上記インバータ回路(2)の各電子スイッチ素子
(T4〜T9)のスイッチ動作同期し制御し、上記
チョークコイル(L1)とキャパシタ(C1、C2)と
の共振作用に基き、上記インバータ回路(2)の各電子
スイッチ素子(T4〜T9)の転流動作期間中、それぞ
れ、該インバータ回路(2)の入力端子間電圧を実質的
にゼロボルトに保持して上記電子スイッチ素子(T4〜
T9)の転流動作を完了するようにしたことを特徴とす
る、静止形交流電源装置。
An inverter circuit (2) comprising a plurality of electronic switch elements is connected to a DC power supply (1), and each electronic switch element of the inverter circuit (2) is repeatedly switched to perform a DC power supply. A static AC power supply that converts DC power from AC power into AC power and outputs the AC power, the DC power supply (1) is provided with an intermediate tap (11), and the first electronic switch element ( T
1) and a choke coil (L1), and a diode element (D
1), a second electronic switch element (T2), a capacitor (C1), and a feedback diode element (D2) between the other end of the choke coil (L1) and the positive terminal (12) of the DC power supply (1). A first parallel circuit (23) in which the three circuit elements described above are connected in parallel to each other is inserted, and a third electron is connected between the other end of the choke coil (L1) and the negative terminal (13) of the DC power supply (1). A second parallel circuit (24) in which three circuit elements of a switch element (T3), a capacitor (C2), and a feedback diode element (D3) are connected in parallel to each other is inserted, and a positive input terminal ( 21)
To the other end of the choke coil (L1) and its negative input terminal (22) to the negative terminal (13) of the DC power supply (1).
And an auxiliary electric circuit (10) configured to be connected to the first, second and third auxiliary electric circuits (10) .
Each switch operation of electronic switch element (T1, T2, T3)
The operation is performed by each electronic switch element of the inverter circuit (2).
And switching operation control in sync with the (T4~T9), the
Choke coil (L1) and capacitors (C1, C2)
Based on resonance action of, during the commutation operation period of each electronic switching device (T4~T9) of the inverter circuit (2), it
To substantially reduce the voltage between the input terminals of the inverter circuit (2).
And the above electronic switch element (T4 to
A static AC power supply, wherein the commutation operation of T9) is completed .
【請求項2】 補助電気回路(10)における第1、第
2及び第3電子スイッチ素子が共に電力用スイッチング
トランジスターである、第1項記載の静止形交流電源装
置。
2. The static AC power supply according to claim 1, wherein the first, second and third electronic switching elements in the auxiliary electric circuit (10) are both power switching transistors.
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