JP3465279B2 - インバータ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、直流電力を所望周波数
の交流電力に変換して交流負荷を駆動するインバータ回
路に関する。 【０００２】 【従来技術】従来、各種のインバータ回路が開発されて
おり、転流形式によって自励式あるいは他励式インバー
タ回路、直流電源のインピーダンスの大小から電流型あ
るいは電圧型インバータ回路などに分類される。利用者
は、これら各種のインバータ回路の中から、直流電源や
交流負荷に応じた最適のものを選択する。例えば、電圧
型インバータ回路は、ＰＷＭ制御と組み合わせること
で、交流出力電圧を等価的に制御することが可能であ
り、またＰＷＭ制御の高速制御能力を活用して電流制御
を行なうことも可能となっている。この種のＰＷＭ制御
される電圧型インバータ回路を利用して誘導電動機のベ
クトル制御が可能となり、安価で堅牢な誘導電動機の利
用範囲が飛躍的に広がった。 【０００３】また、電流型インバータ回路は、電圧制御
ループを付加してＶ／ｆ一定の誘導電動機用インバータ
回路を構成するならば、その他の特別な回路を必要とせ
ずに四象限運転を行なうことが可能となり、負荷のエネ
ルギーを電源に回生する省エネルギー化が簡単に達成さ
れる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の各
種のインバータ回路も、次のような課題が未だに未解決
であった。前述したように、従来の各種のインバータ回
路は、インバータ回路としての基本回路構成にＰＷＭ制
御回路や電圧制御ループを付加することで高機能化を目
指し、より高度の電力制御回路を構成することに主眼が
置かれて開発されて来た。従って、インバータ回路構成
は、複雑化し、部品点数の増加と共に高価格となり、し
かもその信頼性は低下してしまった。また、複雑化する
インバータ回路を使用する場合、交流負荷に応じた回路
調整などが複雑となり、汎用性に乏しいものとなった。 【０００５】ところで、一般の電気負荷、例えば蛍光灯
の点灯や扇風機の回転制御などを考えてみると、それら
のほとんどは容量性あるいは誘導性の交流負荷であり、
その大部分は上記のごとき高機能化されたインバータ回
路を必要としないものである。即ち、一般の電気負荷
は、インバータ回路の基本回路構成のみによって達成さ
れる直流電力の交流電力への変換機能のみで十分駆動す
ることが可能であり、電圧や電流波形の整形、電圧と電
流との大小関係や位相関係などはある程度のラフな制御
でこと足りる。 【０００６】この様な大部分の交流負荷に対しては、従
来の各種インバータ回路は最適な回路を提供していると
は言えず、むしろ過度の性能を備えるがために価格性能
比が著しく低下するといった不具合が生じている。 【０００７】本発明のインバータ回路は、こうした問題
点を解決し、一般的な交流負荷を駆動するためのインバ
ータの基本機能をシンプルな構成により達成し、その価
格性能比を大きく向上させることを目的としてなされ、
次の構成を採った。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明のインバータ回路
は、スイッチング信号によってオン・オフ駆動されるス
イッチング素子を用いて直流電力を所望周波数の交流電
力に変換し、その交流電力により交流負荷を駆動するイ
ンバータ回路において、商用交流を整流して前記直流電
力を供給する整流回路と、前記スイッチング信号をデジ
タル出力ポートから出力するマイクロプロセッサと、該
マイクロプロセッサのアナログ入力ポートに対して、前
記交流負荷の負荷変動または目標負荷である状態量を入
力する入力手段と、前記整流回路に接続され、前記マイ
クロプロセッサのアナログ出力ポートからの信号基づい
て分圧電圧を可変することにより出力電圧が調整された
後の直流電源を該マイクロプロセッサに供給する電源供
給回路とを有し、前記マイクロプロセッサにより実行さ
れるプログラムであって、前記入力手段から入力した状
態量に基づいて前記スイッチング信号のスイッチング周
期を変更する負荷制御プログラムを記憶する記憶手段
を、該マイクロプロセッサ内に備えたことを要旨とす
る。 【０００９】 【作用】以上のように構成された本発明のインバータ回
路では、マイクロプロセッサのデジタル出力ポートから
出力されるスイッチング信号によりスイッチング素子が
駆動され、直流―交流変換された交流電力が交流負荷に
対して与えられる。この交流負荷の負荷変動あるいは目
標負荷である状態量は、入力手段によりマイクロプロセ
ッサのアナログ入力ポートに入力される。また、マイク
ロプロセッサには、入力手段から入力される状態量に基
づいて、スイッチング信号のスイッチング周期を変更す
る負荷制御プログラムが、記憶手段に記憶されており、
マイクロプロセッサはこのプログラムを実行する。従っ
て、マイクロプロセッサを用いた単純な回路により、交
流負荷に関与する状態に基づいて、交流負荷を制御する
ことができる。しかも、その直流電力は、商用交流を整
流することで供給されており、この整流回路に接続され
た電源供給回路により、マイクロプロセッサ用の電源が
供給されている。従って、マイクロプロセッサに対する
直流電源は、インバータ機能により交流電源に変換され
る以前の直流電源を利用でき、別途の電源ラインを必要
とせず、回路構成を一層簡易にすることができる。ま
た、マイクロプロセッサの電源電圧もマイクロプロセッ
サ自体によって制御可能に構成しているため、一切の回
路調整が不要である。 【００１０】ここで、負荷制御プログラムにて制御され
る交流負荷に関与する状態量とは、単に交流負荷の消費
電力ばかりでなく、目標負荷などを含む広範な概念であ
る。目標負荷も、固定値である必要はなく、使用者の操
作により適宜変更可能としたり、予め一定の手順に従っ
たシーケンス制御を可能としたり、各種のセンサからの
検出信号に応じてマイクロプロセッサが算出するなど、
種々の与え方が考えられる。 【００１１】 【実施例】以上説明した本発明の構成、作用を一層明ら
かにするために、以下本発明のインバータ回路の好適な
実施例について説明する。図１は、実施例であるインバ
ータ回路２０を蛍光燈５０の調光回路として利用する場
合の電気回路ブロック図である。図示するようにインバ
ータ回路２０は、ワンチップのマイクロプロセッサ（以
下ＭＰＵ２２という）を中心として構成され、その２つ
のデジタル出力ポートＰＤ１，ＰＤ２はそれぞれ抵抗器
Ｒ１，Ｒ２を介してｎチャネルのＦＥＴ１，ＦＥＴ２の
ゲート（Ｇ）に接続される。 【００１２】ＦＥＴ１のソース（Ｓ）とＦＥＴ２のドレ
イン（Ｄ）とは相互に接続され、更にこの接続点と負荷
である蛍光燈５０の一方の電極とが接続される。従っ
て、ＦＥＴ１のドレインを正電位の直流電源に、ＦＥＴ
２のソースを負電位の直流電源に接続し、これらＦＥＴ
１，ＦＥＴ２のゲートに対して出力ポートＰＤ１，ＰＤ
２から排他的にゲート信号を与えるならば、蛍光燈５０
に交流電力を供給することができる。本実施例では、正
・負電位の直流電源を簡便に得るため、ダイオードＤ
１，Ｄ２とコンデンサＣ１，Ｃ２とからなる半波整流回
路３０を交流電源ＡＳに接続している。 【００１３】蛍光燈５０の他方の電極は、抵抗値の小さ
な電流検出用抵抗器Ｒ３を介して接地される。また、抵
抗器Ｒ３はＭＰＵ２２のアナログ入力ポートＰＡ１と接
続されており、蛍光燈５０の負荷電流ｉに応じた電圧降
下値がＭＰＵ２２に入力される。 【００１４】ＭＰＵ２２の他の入力ポートＰＯ１，ＰＯ
２は、赤外線センサ２４の検出信号に応じた受信信号を
出力する公知のリモコン受信素子２６の出力端子、タッ
チセンサ２８の出力端子に接続される。ここでタッチセ
ンサ２８とは、電気回路の一部として接触片を外部に延
出しており、その接触片に人体などの高インピーダンス
体が触れることで変化する電気回路の内部状態を出力端
子から出力する公知のものである。 【００１５】この様に構成されるＭＰＵ２２自身の直流
電源は、前記半波整流回路３０の正電位の直流電源から
次のようにして得られる。正電位の直流電源を抵抗器Ｒ
４と可変抵抗器ＶＲとで分圧し、この分圧点とＭＰＵ２
２の電源ポートＶＤとを接続する。そして、この電源ポ
ートＶＤとグランドとの間に２個のダイオードＤ３，Ｄ
４を直列接続し、電源ポートＶＤの最大電位をこれらダ
イオードＤ３，Ｄ４の電圧降下に等しい値に制限する。
また、電源ポートＶＤの直流電位の脈動を抑さえるた
め、電源ポートＶＤには大容量の電解コンデンサＣ４を
接続する。 【００１６】なお、本実施例で使用される可変抵抗器Ｖ
Ｒは、その中間タップに印加される電圧値に応じてソフ
ト的に抵抗値を変更することができるタイプで、その中
間タップにはＭＰＵ２２のアナログ出力ポートＰＶ１が
接続される。従って、ＭＰＵ２２から可変抵抗器ＶＲの
抵抗値を自在に制御することができ、その抵抗値を最適
に制御することでダイオードＤ３，Ｄ４に流れ込む電流
を極力小さく抑さえ、定格容量が小さく、安価なダイオ
ード素子を利用可能としている。 【００１７】以上のように構成される本実施例のインバ
ータ回路２０が、半波整流回路３０の正電圧出力側に接
続されると、ＭＰＵ２２に直流電力が供給され、ＭＰＵ
２２が起動される。このＭＰＵ２２は、その内部にＲＯ
Ｍ，ＲＡＭ，タイマ等を内蔵しており、その内部ＲＯＭ
には図２のフローチャートを示す制御プログラムが予め
記憶されている。ＭＰＵ２２は、起動直後からこの制御
プログラムを繰り返し実行するように設計されている。
以下、図２のフローチャートを参照しつつ、本実施例の
インバータ回路２０の動作につき説明する。 【００１８】直流電源との接続によりＭＰＵ２２が起動
されると、上記各回路構成素子や内部ＲＡＭのハードチ
ェック及び内部カウンタＣＫのカウント値Ｘを初期値Ｓ
に設定するなどの初期処理を実施する（ステップ１０
０）。次に、内部カウンタＣＫのカウント値Ｘ（起動直
後はＸ＝Ｓ）に応じた周期Ｔで出力ポートＰＤ１，ＰＤ
２から排他的にゲート信号を出力する（ステップ１１
０）。この内部カウンタＣＫのカウント値Ｘとゲート信
号の周期Ｔとの関係を図３に示している。図示するよう
に、内部カウンタＣＫのカウント値Ｘと周期Ｔとは略正
比例の関係に設定されるため、カウント値Ｘが大きくな
るほど周期Ｔは長くなる。即ち、ＦＥＴ１，ＦＥＴ２の
オン／オフ周期Ｔが長くなるため、蛍光燈５０に供給さ
れる交流電力の周波数ｆ（＝１／Ｔ）は低くなり、その
輝度が低下する。 【００１９】こうしてゲート信号の概略的な周期Ｔを決
定した後には入力ポートＰＯ１ないしＰＯ２から情報入
力があるか否かを判断し（ステップ１２０）、情報入力
があると判定されたときにはその外部入力に応じてカウ
ント値Ｘの更新（ステップ１３０）、目標輝度ＶＳの更
新（ステップ１４０）を実行する。ここで目標輝度ＶＳ
とは、外部入力に応じて予め決定される輝度にて蛍光燈
５０が点灯しているとき、蛍光燈５０に流れる電流ｉに
より抵抗器Ｒ３の両端に生じる電圧に対応した値であ
る。即ち、リモコン受信素子２６，タッチセンサ２８か
ら入力される外部情報により蛍光燈５０の目標輝度に変
更があると、その目標輝度ＶＳに対応する周期ＴでＦＥ
Ｔ１，ＦＥＴ２をスイッチングすべくカウント値Ｘを直
ちに更新すると同時に、後述するフィードバック制御に
備えて目標輝度ＶＳを更新するのである。この一連の処
理が完了すると処理はステップ１１０へ戻る。従って、
デジタル出力ポートＰＤ１，ＰＤ２からのスイッチング
信号の周期Ｔは外部情報に応じた値に変更され、蛍光燈
５０の輝度が変更される。 【００２０】一方、ステップ１２０において外部情報の
入力が無いと判定されたとき、即ち輝度の変更要求がな
い安定状態であるときには、ステップ１３０，１４０に
代わってステップ１５０，１６０が実行される。ステッ
プ１５０では、アナログ入力ポートＰＡ１から入力され
る電圧値Ｖｉと目標輝度ＶＳとの大小関係を判断する。
ここで入力電圧値Ｖｉが目標輝度ＶＳに対して±α（α
は許容誤差である）の範囲内にあると判定されたとき、
即ち蛍光燈５０の現実の輝度が目標輝度ＶＳとほぼ一致
しているときには、何も行なわずステップ１１０に戻
る。一方、ステップ１５０において、電圧値Ｖｉが目標
輝度ＶＳに対して、その許容誤差α以上ずれていると判
断された場合、即ち蛍光燈５０の現実の輝度が目標輝度
から大きくずれているときには、このずれを解消するた
めにカウント値Ｘを増加あるいは減少補正（ステップ１
６０）する。その後、ステップ１１０へと戻り、上述し
たステップ１１０ないしステップ１６０の処理を繰り返
す。 【００２１】以上説明した本実施例のインバータ回路２
０は、商用交流から作り出された正・負電位の直流電源
を用いて交流負荷である蛍光燈５０を駆動することがで
きるインバータの基本機能を有する。しかも、その基本
機能はＭＰＵ２２とスイッチング素子であるＦＥＴ１，
ＦＥＴ２のみによって構成されるため、安価かつ高信頼
性の回路を提供することができる。また、ＭＰＵ２２の
制御プログラムは、ソフト的に蛍光燈５０の負荷電流ｉ
をフィードバックして蛍光燈５０の輝度を目標輝度ＶＳ
に制御する。このため、複雑な回路素子の調整などを行
なうことなく、簡便に蛍光燈５０の調光ができる。 【００２２】更に、本実施例のインバータ回路２０を構
成するＭＰＵ２２の直流電源は、インバータ機能により
交流電源に変換される以前の正電位の直流電源を利用し
ているため、別途の電源ラインを必要とせず、回路構成
が一層簡易的となっている。このＭＰＵ２２の電源電圧
さえもＭＰＵ２２によってソフト的に制御可能に構成し
ているため、一切の回路調整が不要である。 【００２３】また、蛍光燈５０の調光は、外部情報に応
じて直ちに更新されるカウント値Ｘにより瞬時に実行さ
れる（ステップ１３０，１４０）。このため、赤外線リ
モコンやタッチセンサ２８を操作することで、蛍光燈５
０の輝度を瞬時に変更することができる。しかも、その
後に負荷電流ｉのフィードバック制御が実行されるため
（ステップ１５０，１６０）、蛍光燈５０のばらつきや
経時変化などから周期Ｔと目的としている蛍光燈５０の
輝度との関係が変化しても、その変化は直ちに吸収さ
れ、所望の輝度を得ることができる。 【００２４】なお、本実施例では内部カウンタＣＫのカ
ウント値Ｘと周期Ｔとの関係を図３に示す特性で固定し
ているが、交流負荷の計時変化に対する制御応答性を向
上させるため、この関係を学習更新する様にしてもよ
い。この場合には、ＭＰＵ２２として電源バックアップ
されたＲＡＭ領域に図３に示した特性図を記憶し、負荷
電流ｉのフィードバック値に基づいてこの特性図を更新
すればよい。 【００２５】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、蛍光燈以外の負荷を制御する構成、予め定義された
シーケンスに従って負荷を変更する構成、ＭＰＵ２２の
他の入出力ポートを利用して一つのＭＰＵ２２により複
数の交流負荷を個別に制御する構成、ＭＰＵ２２のシリ
アル通信ポートにホストコンピュータを接続して集中管
理システムを組み、ホストコンピュータの指令により各
負荷を制御する構成など、本願発明の要旨を逸脱しない
種々の態様により実施し得ることは勿論である。 【００２６】 【発明の効果】以上説明したように本発明のインバータ
回路は、マイクロプロセッサが自身に記憶した負荷制御
プログラムに従い、アナログ入力ポートに入力する交流
負荷の負荷変動あるいは目標負荷である状態量に基づい
て、マイクロプロセッサのデジタル出力ポートからスイ
ッチング素子を直接駆動し、その交流負荷を制御する。
従って、インバータの基本機能をシンプルな回路構成に
より具現化することができ、その価格性能比を大きく向
上させることができる。また、インバータ回路が用いる
直流電力は、商用交流を整流することで供給されてお
り、この整流回路に接続された電源供給回路により、マ
イクロプロセッサ用の電源が供給されている。従って、
マイクロプロセッサに対する直流電源は、インバータ機
能により交流電源に変換される以前の直流電源を利用で
き、別途の電源ラインを必要とせず、回路構成を一層簡
易にすることができる。また、マイクロプロセッサの電
源電圧もマイクロプロセッサ自体によって制御可能に構
成していることから、煩雑な回路調整が不要となり、か
つ汎用性に優れたインバータ回路を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例であるインバータ回路の電気
回路ブロック図である。 【図２】そのインバータ回路の制御プログラムのフロー
チャートである。 【図３】その制御フローチャートにて利用されるカウン
ト値Ｘと周期Ｔとの関係説明図である。 【符号の説明】 ２０…インバータ回路 ２２…ＭＰＵ ２４…赤外線センサ ２６…リモコン受信素子 ２８…タッチセンサ ３０…半波整流回路 ５０…蛍光燈

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 41/24 H02M 7/48 H05B 41/18 310 H05B 41/282

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 スイッチング信号によってオン・オフ駆
   動されるスイッチング素子を用いて直流電力を所望周波
   数の交流電力に変換し、その交流電力により交流負荷を
   駆動するインバータ回路において、 商用交流を整流して前記直流電力を供給する整流回路
   と、 前記スイッチング信号をデジタル出力ポートから出力す
   るマイクロプロセッサと、 該マイクロプロセッサのアナログ入力ポートに対して、
   前記交流負荷の負荷変動または目標負荷である状態量を
   入力する入力手段と、 前記整流回路に接続され、前記マイクロプロセッサのア
   ナログ出力ポートからの信号基づいて分圧電圧を可変す
   ることにより出力電圧が調整された後の直流電源を該マ
   イクロプロセッサに供給する電源供給回路とを備え、 前記マイクロプロセッサにより実行されるプログラムで
   あって、前記入力手段から入力した状態量に基づいて前
   記スイッチング信号のスイッチング周期を変更する負荷
   制御プログラムを記憶する記憶手段を、該マイクロプロ
   セッサ内に備えたインバータ回路。