JP3602332B2 - High frequency voltage type inverter device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱装置等を駆動するために必要な高周波電圧を出力する高周波電圧型インバータ装置に関する。
【0002】
【背景技術】
従来より、インダクタンス成分を有する誘導加熱装置等の誘導負荷の出力を容量制御するにあたり、負荷に供給する交流電力の周波数が調節可能となった高周波電圧型インバータ装置が利用されている。
高周波電圧型インバータ装置は、商用電源から供給される交流電力を、一旦、順変換回路で直流電力に変換し、この直流電力をさらに逆変換回路で交流電力に変換することにより、必要な周波数、例えば、誘導加熱装置では、50〜200kHz程度の高周波電力を出力するものとなっている。
高周波電圧型インバータ装置では、逆変換回路に採用される電力制御用のスイッチング素子として、高速スイッチング動作が可能なMOSFETを採用することが多い。
また、順変換回路としては、整流ダイオードとチョッパーとを組み合わせたチョッパー式順変換回路、および、整流素子としてのサイリスタを位相制御するサイリスタ式順変換回路のいずれかを採用するのが一般的である。
【0003】
図2には、チョッパー式順変換回路を備えた高周波電圧型インバータ装置の一例が示されている。図において、この高周波電圧型インバータ装置50は、交流電源1からの交流電圧を受動素子であるダイオード51A で整流する整流回路51と、後段との接続を断続的に行うことで、整流回路51からの直流電圧を所望の電圧レベルに調節するチョッパー回路52とが設けられた順変換回路53を備えている。
そして、高周波電圧型インバータ装置50には、MOSFET54A の高速スイッチングにより、順変換回路53が出力する直流電圧を高周波電圧に変換する逆変換回路54が設けられている。
【0004】
図3には、サイリスタ式順変換回路を備えた高周波電圧型インバータ装置の一例が示されている。図において、この高周波電圧型インバータ装置60は、能動素子であるサイリスタ55A で、交流電源1からの交流電圧を整流するとともに、サイリスタ55A を位相制御して、後段との接続を断続的に行うことにより、所望の電圧レベルの直流電圧を出力する順変換回路55を備えている。
そして、高周波電圧型インバータ装置60には、前述の高周波電圧型インバータ装置50と同様に、MOSFET54A の高速スイッチングにより、順変換回路55が出力する直流電圧を高周波電圧に変換する逆変換回路54が設けられている。
このようなサイリスタ式の順変換回路を備えた高周波電圧型インバータ装置60によれば、装置全体を形成する回路素子の数や種類が少なく、回路構成が簡素化されるので、電源としての信頼性および効率、ならびに、製造効率および生産性がチョッパー式の順変換回路を備えた高周波電圧型インバータ装置50よりも優れている。
【0005】
ここで、インバータ装置では、過電流等から各電気素子を保護するために、ヒューズや遮断器等の保護手段が設けられるのが一般的であるが、このようなヒューズや遮断器では、その遮断時間が長く、高周波電圧型インバータ装置に設けられた逆変換回路のスイッチング素子の高速スイッチング動作に対応できないため、回路の遮断が完了する前に、逆変換回路のスイッチング素子が破壊されるおそれがあり、当該スイッチング素子の充分な保護が図れない。
一方、チョッパー式の順変換回路を備えた高周波電圧型インバータ装置では、順変換回路のチョッパーにより、回路の高速遮断(数μsで遮断完了)が可能なため、過電流の検出によりチョッパーを強制遮断する回路を設ければ、逆変換回路のスイッチング素子の破壊が防止され、当該スイッチング素子の充分な保護が図れるようになる。
【0006】
また、サイリスタ式の順変換回路を備えた高周波電圧型インバータ装置では、サイリスタに自己消弧性がなく、遮断速度が遅いので(最速で数10ms)、チョッパー式順変換回路のように順変換回路自体で高速遮断を行うことができないため、順変換回路および逆変換回路とは別個に保護回路を設ける必要がある。
図4には、一般的な保護回路70を有する高周波電圧型インバータ装置71が示されている。図において、保護回路70は、サイリスタ式の順変換回路55と逆変換回路54との間に接続されたもので、直列に接続されたサイリスタ72および直流抵抗素子73を有している。
このような保護回路70を設ければ、異常時に、サイリスタ72をオン状態にし、逆変換回路54への入力電流をアース側にバイパスさせれば、逆変換回路54に過大な電流が入力しなくなり、逆変換回路54のスイッチング素子の破壊が防止され、当該スイッチング素子の保護が図れるようになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このような保護回路70では、インバータ装置71が電圧型であることから、順変換回路55の出力側のインダクタンス74が小さく、かつ、保護回路70が導通状態となると、逆変換回路54の入力側のキャパシタ75の電荷が保護回路70側へ放電されるので、異常時に、サイリスタ72をオン状態にすると、保護回路70に大きなサージ電流が流れ、このサージ電流により、サイリスタ72が破壊され、保護回路70が損傷するおそれがあるとうい問題がある。
また、前述のサージ電流は、交流電源1側に交流過電流を発生させるので、過電流遮断器等を誤動作させるという問題の原因となる。
このような大きなサージ電流を防ぐために、保護回路70の直流抵抗素子73を大きく設定することが考えられるが、直流抵抗素子73を大きくして、保護回路70に流れる電流を小さくすれば、その分だけ、逆変換回路54へ流れる電流が大きくなり、保護回路70の本来の機能が損なわれ、逆変換回路のスイッチング素子が破壊される可能性が大きくなる。
【0008】
本発明の目的は、全体の回路構成を複雑にすることなく、保護回路の動作により逆変換回路のスイッチング素子が保護されるとともに、保護回路自身の損傷が免れるようになる高周波電圧型インバータ装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する順変換回路と、この順変換回路からの直流電力を所定の高周波電力に変換する逆変換回路とを備えた高周波電圧型インバータ装置であって、前記順変換回路と前記逆変換回路との間には、スイッチング素子が接続され、このスイッチング素子をオン状態にすることで、前記順変換回路に前記逆変換回路が結合可能となり、前記スイッチング素子がIGBT( Insulated Gate Bipolar Transistor )であり、前記順変換回路は、整流素子としてサイリスタを有するとともに、このサイリスタが位相制御されるものであり、前記逆変換回路の出力電流を検出し、この出力電流が所定値よりも大きくなると、前記スイッチング素子をオフ状態にする異常検出トリップ回路が設けられていることを特徴とする。
このような本発明では、前記スイッチング素子として、高速スイッチング動作を行うことが可能なMOSFETおよびIGBT等が採用でき、このような高速スイッチング素子によれば、順変換回路と逆変換回路との接続を高速遮断(数μsで遮断完了)することが可能となり、過電流の検出により、スイッチング素子をオフ状態にすれば、逆変換回路に過電流が流れることがなくなり、逆変換回路のスイッチング素子の破壊が防止され、当該スイッチング素子の充分な保護が図れるようになる。
そして、正常に運転している時には、保護回路のスイッチング素子はオン状態となっているので、定格電流よりも大きな電流が当該スイッチング素子に流れることはないうえ、異常時には、保護回路のスイッチング素子はオフ状態となるので、当該スイッチング素子に電流が流れることがなく、大きなサージ電流も発生せず、当該スイッチング素子が過電流により破壊されることがなくなる。
しかも、単に、順変換回路と逆変換回路との間に接続されたスイッチング素子のみで保護回路が形成されるので、高周波電圧型インバータ装置全体の回路構成を何ら複雑にすることがない。
【0010】
以上において、前記スイッチング素子としては、高速スイッチング素子であるIGBTを採用している。ここで、IGBTは、電流容量が大きく、オン抵抗が小さいことから、オン状態での電力損失が小さいうえ、入力インピーダンスが大きく、制御動作に要する電力も小さい。
このため、IGBTを採用しているので、IGBTで消費される電力が小さいため、前述のように、正常運転時にスイッチング素子がオン状態とされる保護回路を設けても、高周波電圧型インバータ装置の効率低下が最小限に抑えられる。
【0011】
また、前記順変換回路は、整流素子としてサイリスタを有するとともに、このサイリスタが位相制御されている
このようなサイリスタ式の順変換回路を採用しているので、高周波電圧型インバータ装置全体を形成する回路素子の数や種類が少なくなり、回路構成が簡素化されるので、高周波電圧型インバータ装置は、電源としての信頼性および効率、ならびに、製造効率および生産性が優れたものとなる。
さらに、前記逆変換回路の出力電流を検出し、この出力電流が所定値よりも大きくなると、前記スイッチング素子をオフ状態にする異常検出トリップ回路が設けられている。
逆変換回路のスイッチング素子が破壊されるような過電流は、負荷の一部分が短絡した等、負荷側の事故により発生する場合が多いので、前述のような異常検出トリップ回路により、負荷側の電流が許容値を超えたことを迅速に検出するようにすれば、速やかに保護回路のスイッチング素子がオフ状態となり、逆変換回路のスイッチング素子の破壊が確実に防止されるようになる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
図1には、本実施形態に係るインバータ装置10が示されている。このインバータ装置10は、三相交流電源1から供給される交流電力を、誘導加熱装置等の駆動に必要な高周波電力に変換する高周波電圧型インバータ装置であり、三相交流電力を整流して直流電流を出力する順変換回路11と、この順変換回路11が出力する直流電力を交流電力に変換する逆変換回路12とを備えている。
インバータ装置10には、順変換回路11および逆変換回路12の他に、順変換回路11および逆変換回路12の間に接続された保護回路13と、この保護回路13に駆動制御用の操作信号を送出する異常検出トリップ回路14とが設けられている。
【0013】
順変換回路11には、制御電極であるゲートを備えた能動的な整流素子であるサイリスタ15を含んで構成された整流回路16と、この整流回路16が整流した脈動する直流電力を平滑するリアクトル17およびキャパシタ18とが設けられている。このリアクトル17のインダクタンスは、インバータ装置10が電圧型となるように、比較的小さい値に設定されている。
ここで、整流回路16のサイリスタ15は、動作時には、その出力電圧が所定電圧となるように、位相制御されるものとなっている。
【0014】
逆変換回路12には、方形波状の高周波電圧を発生するスイッチング回路19と、このスイッチング回路19への高周波を遮断するためのキャパシタ20とが設けられている。このうち、スイッチング回路19は、高速スイッチング動作が可能なスイッチング素子であるMOSFET21を含んで構成されている。
このうち、逆変換回路15のMOSFET21のゲートには、図示しない位相同期ループ回路が送出する制御電圧信号が入力されるようになっている。位相同期ループ回路は、インバータ装置10から出力される交流電力の周波数が負荷の共振周波数となるように制御するものである。
【0015】
保護回路13は、高速スイッチング素子であるIGBT22からなり、正常運転時にはオン状態となって、順変換回路11と逆変換回路12とを相互に結合する一方、異常時にはオフ状態となって、順変換回路11と逆変換回路12との接続を遮断し、逆変換回路12のMOSFET21を過電流から保護するものである。
異常検出トリップ回路14は、逆変換回路12の出力電流を検出する変流器23を備え、この変流器23の出力信号に基づいて異常を検出するとともに、異常を検出すると保護回路13のIGBT22を強制的に遮断するものである。
具体的に説明すると、異常検出トリップ回路14は、逆変換回路12の出力電流が正常の範囲である時には、保護回路13に設けられたIGBT22のゲートに駆動用の操作電圧を印加し、IGBT22をオン状態とするように設定されている。
一方、逆変換回路12の出力電流が正常の範囲を逸脱し、過電流となる異常時には、IGBT22のゲートへ印加していた駆動用の操作電圧を解除し、IGBT22を強制的にオフ状態とするように設定されている。
【0016】
前述のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
すなわち、高周波電圧型インバータ装置10の逆変換回路12に設けられたスイッチング素子であるMOSFET21を過電流から保護するために、順変換回路11および逆変換回路12との間に、高速スイッチング素子であるIGBT22を接続し、このIGBT22で順変換回路11および逆変換回路12を相互に結合するようにしたので、過電流の検出により、IGBT22を高速でオフ状態とすることが可能となり、電源1側から逆変換回路12が遮断され、逆変換回路12に過電流が流れることがなくなり、逆変換回路12のMOSFET21の破壊が防止され、MOSFET21を確実に保護することができる。
そして、正常に運転している時には、保護回路13のIGBT22はオン状態となっているので、定格電流よりも大きな電流がIGBT22に流れることがなく、異常時には、IGBT22はオフ状態となるので、IGBT22に大きなサージ電流が流れず、IGBT22が過電流により破壊されることがなく、保護回路13自身の損傷を防止することができる。
しかも、単に、順変換回路11と逆変換回路12との間に接続されたIGBT22で保護回路13が形成されているので、高周波電圧型インバータ装置10全体の回路構成を何ら複雑にすることがない。
【0017】
また、保護回路13のスイッチング素子として、電流容量が大きいIGBT22を採用し、オン状態での電力損失を抑えたので、正常運転時にIGBT22がオン状態とされる保護回路13としても、高周波電圧型インバータ装置10の効率低下を最小限に抑えることができる。
さらに、このような保護回路13と整流素子としてのサイリスタ15を位相制御する順変換回路11とを組み合わせたので、高周波電圧型インバータ装置10全体を形成する回路素子の数や種類が少なくなり、回路構成が簡素化され、高周波電圧型インバータ装置10の電源としての信頼性および効率、ならびに、製造効率および生産性を優れたものとできる。
【0018】
また、逆変換回路21の出力電流を変流器23で検出し、この出力電流が所定値よりも大きくなると、IGBT22をオフ状態にする異常検出トリップ回路14を設けたので、逆変換回路のスイッチング素子が破壊されるような過電流を発生させる負荷側の事故による過電流発生が迅速に検出可能となり、速やかに保護回路13のIGBT22がオフ状態とされ、逆変換回路12のMOSFET21の破壊を確実に防止することができる。
【0019】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、この実施形態に限られるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設計の変更が可能である。
すなわち、保護回路のスイッチング素子としては、IGBTに限らず、MOSFET等高速スイッチング動作が可能なものであればよいが、前記実施形態のようにIGBTを採用すれば、前述のように、IGBTは電流容量が大きいため、高周波電圧型インバータ装置の効率低下を最小限に抑えることができるという効果が得られる。
また、順変換回路としては、整流素子としてのサイリスタを位相制御して、所定の出力電圧を確保するサイリスタ式のものに限らず、チョッパーで所定の出力電圧を確保するチョッパー式のものでもよいが、サイリスタ式の順変換回路を採用すれば、前述の通り、高周波電圧型インバータ装置10の電源としての信頼性および効率、ならびに、製造効率および生産性を優れたものとできるという効果が得られる。
【0020】
【発明の効果】
前述のように本発明によれば、全体の回路構成を複雑にすることなく、保護回路の動作により逆変換回路のスイッチング素子を保護できるとともに、保護回路自身の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態を示す単結線図である。
【図2】従来例を示す単結線図である。
【図3】別の従来例を示す単結線図である。
【図4】さらに異なる従来例を示す単結線図である。
【符号の説明】
1 交流電源
10 高周波電圧型インバータ装置
11 順変換回路
12 逆変換回路
14 異常検出トリップ回路
15 整流素子としてサイリスタ
22 スイッチング素子としてのIGBT
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-frequency voltage type inverter device that outputs a high-frequency voltage necessary for driving an induction heating device or the like.
[0002]
[Background Art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in controlling the output of an induction load such as an induction heating device having an inductance component, a high-frequency voltage inverter device capable of adjusting the frequency of AC power supplied to the load has been used.
The high frequency voltage type inverter device converts AC power supplied from a commercial power supply into DC power once by a forward conversion circuit, and further converts this DC power into AC power by an inverse conversion circuit, thereby obtaining a required frequency, For example, an induction heating device outputs high-frequency power of about 50 to 200 kHz.
In a high-frequency voltage type inverter device, a MOSFET capable of a high-speed switching operation is often employed as a power control switching element employed in an inverse conversion circuit.
Further, as the forward conversion circuit, it is common to employ either a chopper type forward conversion circuit combining a rectifier diode and a chopper, or a thyristor type forward conversion circuit for controlling the phase of a thyristor as a rectifying element. .
[0003]
FIG. 2 shows an example of a high-frequency voltage type inverter device provided with a chopper type forward conversion circuit. In the figure, the high-frequency voltage type inverter device 50 includes a rectifier circuit 51 for rectifying an AC voltage from an AC power supply 1 by a diode 51A which is a passive element, and an intermittent connection with a subsequent stage. And a chopper circuit 52 for adjusting the DC voltage to a desired voltage level.
The high-frequency voltage type inverter device 50 is provided with an inverse conversion circuit 54 for converting a DC voltage output from the forward conversion circuit 53 into a high-frequency voltage by high-speed switching of the MOSFET 54A.
[0004]
FIG. 3 shows an example of a high-frequency voltage type inverter device provided with a thyristor type forward conversion circuit. In this figure, a high-frequency voltage type inverter device 60 rectifies an AC voltage from an AC power supply 1 with a thyristor 55A, which is an active element, and controls the phase of the thyristor 55A to intermittently connect to a subsequent stage. And a forward conversion circuit 55 for outputting a DC voltage of a desired voltage level.
The high frequency voltage type inverter device 60 is provided with an inverse conversion circuit 54 for converting the DC voltage output from the forward conversion circuit 55 into a high frequency voltage by high-speed switching of the MOSFET 54A, similarly to the high frequency voltage type inverter device 50 described above. Have been.
According to the high-frequency voltage type inverter device 60 provided with such a thyristor-type forward conversion circuit, the number and types of circuit elements forming the entire device are reduced and the circuit configuration is simplified, so that the reliability as a power source is improved. In addition, the efficiency and the manufacturing efficiency and the productivity are superior to the high-frequency voltage type inverter device 50 including the chopper type forward conversion circuit.
[0005]
Here, in the inverter device, a protection means such as a fuse or a circuit breaker is generally provided to protect each electric element from an overcurrent or the like. Since the time is long and it is not possible to cope with the high-speed switching operation of the switching element of the inverter circuit provided in the high-frequency voltage type inverter device, the switching element of the inverter circuit may be destroyed before the cutoff of the circuit is completed. In addition, sufficient protection of the switching element cannot be achieved.
On the other hand, in a high-frequency voltage type inverter device equipped with a chopper-type forward conversion circuit, the chopper of the forward conversion circuit enables high-speed circuit shutdown (shutdown completed in a few μs), so the chopper is forcibly shut down by detecting an overcurrent. If such a circuit is provided, destruction of the switching element of the inverse conversion circuit can be prevented, and sufficient protection of the switching element can be achieved.
[0006]
In a high-frequency voltage type inverter device provided with a thyristor-type forward conversion circuit, the thyristor has no self-extinguishing property and has a low cutoff speed (several tens of ms). Since the high-speed cutoff cannot be performed by itself, it is necessary to provide a protection circuit separately from the forward conversion circuit and the reverse conversion circuit.
FIG. 4 shows a high-frequency voltage type inverter device 71 having a general protection circuit 70. In the figure, a protection circuit 70 is connected between a thyristor-type forward conversion circuit 55 and an inverse conversion circuit 54, and has a thyristor 72 and a DC resistance element 73 connected in series.
If such a protection circuit 70 is provided, the thyristor 72 is turned on when an abnormality occurs, and the input current to the reverse conversion circuit 54 is bypassed to the ground side. In addition, the destruction of the switching element of the inverse conversion circuit 54 is prevented, and the switching element can be protected.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In such a protection circuit 70, since the inverter device 71 is of a voltage type, the inductance 74 on the output side of the forward conversion circuit 55 is small, and when the protection circuit 70 becomes conductive, the input side of the inversion circuit 54 Since the charge of the capacitor 75 is discharged to the protection circuit 70 side, when the thyristor 72 is turned on at the time of abnormality, a large surge current flows through the protection circuit 70, and the surge current destroys the thyristor 72, and the protection circuit 70 There is a problem that 70 may be damaged.
In addition, the above-described surge current causes an AC overcurrent on the side of the AC power supply 1, and thus causes a problem that an overcurrent breaker or the like malfunctions.
In order to prevent such a large surge current, it is conceivable to set the DC resistance element 73 of the protection circuit 70 to be large. However, if the DC resistance element 73 is increased and the current flowing through the protection circuit 70 is reduced, the DC resistance element 73 can be reduced accordingly. However, the current flowing to the inversion circuit 54 increases, and the original function of the protection circuit 70 is impaired, and the possibility that the switching element of the inversion circuit is destroyed increases.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a high-frequency voltage type inverter device that protects a switching element of an inverting circuit by operation of a protection circuit and avoids damage to the protection circuit itself without complicating the entire circuit configuration. To provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a high-frequency voltage-type inverter including a forward conversion circuit that converts AC power supplied from an AC power supply into DC power, and an inverse conversion circuit that converts DC power from the forward conversion circuit into predetermined high-frequency power. A device, wherein a switching element is connected between the forward conversion circuit and the reverse conversion circuit, and by turning on the switching element, the reverse conversion circuit can be coupled to the forward conversion circuit. Do Ri, the switching element is the IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), the forward conversion circuit, which has a thyristor as a rectifier element, which the thyristor is phase-controlled, an output current of the inverse transform circuit detecting, when the output current becomes larger than a predetermined value, the abnormality detecting trip circuit for the switching element to the off state is provided And it features.
In the present invention, a MOSFET and an IGBT capable of performing a high-speed switching operation can be adopted as the switching element. According to such a high-speed switching element, the connection between the forward conversion circuit and the reverse conversion circuit can be established. High-speed cutoff (shutdown completed in a few μs) becomes possible. If the switching element is turned off by detecting an overcurrent, the overcurrent does not flow to the reverse conversion circuit, and the switching element of the reverse conversion circuit is destroyed. Is prevented, and sufficient protection of the switching element can be achieved.
Then, during normal operation, the switching element of the protection circuit is in the ON state, so that a current larger than the rated current does not flow through the switching element. Since the switching element is turned off, no current flows through the switching element, a large surge current does not occur, and the switching element is not destroyed by an overcurrent.
Moreover, since the protection circuit is formed only by the switching elements connected between the forward conversion circuit and the reverse conversion circuit, the circuit configuration of the entire high-frequency voltage inverter device is not complicated at all.
[0010]
In the above, an IGBT that is a high-speed switching element is employed as the switching element . Here, since the IGBT has a large current capacity and a small on-resistance, the power loss in the on state is small, the input impedance is large, and the power required for the control operation is small.
For this reason, since the IGBT is employed , the power consumed by the IGBT is small . Therefore , as described above, even if the protection circuit in which the switching element is turned on during the normal operation is provided, the high-frequency voltage type inverter device can be used. Efficiency loss is minimized.
[0011]
Further, the forward conversion circuit, which has a thyristor as a rectifier element, the thyristor is phase-controlled.
Because it uses a forward conversion circuit for such a thyristor type, number and type of circuit elements forming the entire high-frequency voltage-type inverter device is reduced, since the circuit configuration is simplified, high-frequency voltage-type inverter device Thus, the reliability and efficiency as a power source, and the manufacturing efficiency and productivity are improved.
Furthermore, the detected output current of the inverse transform circuit, the output current becomes larger than a predetermined value, that have abnormality detecting trip circuit is provided for the switching element to the off state.
An overcurrent that can destroy the switching element of the inverting circuit often occurs due to an accident on the load side, such as a short circuit in a part of the load. Is quickly detected when the value exceeds the allowable value, the switching element of the protection circuit is quickly turned off, and the destruction of the switching element of the inverse conversion circuit is reliably prevented.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an inverter device 10 according to the present embodiment. The inverter device 10 is a high-frequency voltage type inverter device that converts AC power supplied from the three-phase AC power supply 1 into high-frequency power required for driving an induction heating device or the like. A forward conversion circuit 11 that outputs a current and an inverse conversion circuit 12 that converts DC power output by the forward conversion circuit 11 into AC power are provided.
The inverter device 10 includes, in addition to the forward conversion circuit 11 and the inverse conversion circuit 12, a protection circuit 13 connected between the forward conversion circuit 11 and the inverse conversion circuit 12, and an operation signal for driving control provided to the protection circuit 13. And an abnormality detection trip circuit 14 for sending out an alarm.
[0013]
The forward conversion circuit 11 includes a rectifier circuit 16 including a thyristor 15 which is an active rectifier having a gate serving as a control electrode, and a reactor for smoothing pulsating DC power rectified by the rectifier circuit 16. 17 and a capacitor 18 are provided. The inductance of the reactor 17 is set to a relatively small value so that the inverter device 10 is of a voltage type.
Here, the phase of the thyristor 15 of the rectifier circuit 16 is controlled during operation so that the output voltage thereof becomes a predetermined voltage.
[0014]
The inversion circuit 12 is provided with a switching circuit 19 for generating a square wave high-frequency voltage and a capacitor 20 for cutting off the high frequency to the switching circuit 19. The switching circuit 19 includes a MOSFET 21 that is a switching element capable of performing a high-speed switching operation.
The control voltage signal transmitted by a phase-locked loop circuit (not shown) is input to the gate of the MOSFET 21 of the inverse conversion circuit 15. The phase-locked loop circuit controls the frequency of the AC power output from the inverter device 10 to be equal to the resonance frequency of the load.
[0015]
The protection circuit 13 includes an IGBT 22 that is a high-speed switching element. The protection circuit 13 is turned on during normal operation, and connects the forward conversion circuit 11 and the inverse conversion circuit 12 to each other. The connection between the circuit 11 and the inverter circuit 12 is cut off, and the MOSFET 21 of the inverter circuit 12 is protected from overcurrent.
The abnormality detection trip circuit 14 includes a current transformer 23 for detecting an output current of the inverse conversion circuit 12, detects an abnormality based on an output signal of the current transformer 23, and when the abnormality is detected, the IGBT 22 of the protection circuit 13. Is forcibly shut off.
More specifically, the abnormality detection trip circuit 14 applies a drive operation voltage to the gate of the IGBT 22 provided in the protection circuit 13 when the output current of the inverse conversion circuit 12 is in a normal range, and the IGBT 22 It is set to be turned on.
On the other hand, when the output current of the inversion circuit 12 deviates from the normal range and becomes an overcurrent, the driving operation voltage applied to the gate of the IGBT 22 is released and the IGBT 22 is forcibly turned off. It is set as follows.
[0016]
According to the above-described embodiment, the following effects can be obtained.
That is, a high-speed switching element is provided between the forward conversion circuit 11 and the reverse conversion circuit 12 in order to protect the MOSFET 21 as a switching element provided in the reverse conversion circuit 12 of the high-frequency voltage type inverter device 10 from overcurrent. Since the IGBT 22 is connected, and the forward conversion circuit 11 and the reverse conversion circuit 12 are coupled to each other by the IGBT 22, it is possible to turn off the IGBT 22 at high speed by detecting an overcurrent. The reverse conversion circuit 12 is shut off, no overcurrent flows through the reverse conversion circuit 12, and the destruction of the MOSFET 21 of the reverse conversion circuit 12 is prevented, so that the MOSFET 21 can be reliably protected.
During normal operation, the IGBT 22 of the protection circuit 13 is in the ON state, so that a current larger than the rated current does not flow through the IGBT 22. In an abnormal state, the IGBT 22 is in the OFF state. A large surge current does not flow through the IGBT 22, and the IGBT 22 is not destroyed by the overcurrent, so that the protection circuit 13 itself can be prevented from being damaged.
Moreover, since the protection circuit 13 is simply formed by the IGBT 22 connected between the forward conversion circuit 11 and the inverse conversion circuit 12, the circuit configuration of the high frequency voltage type inverter device 10 is not complicated at all. .
[0017]
Further, since the IGBT 22 having a large current capacity is adopted as a switching element of the protection circuit 13 to suppress the power loss in the ON state, the protection circuit 13 in which the IGBT 22 is turned ON during normal operation is also used as the high-frequency voltage type inverter. The reduction in efficiency of the device 10 can be minimized.
Further, since such a protection circuit 13 and the forward conversion circuit 11 for controlling the phase of the thyristor 15 as a rectifier are combined, the number and types of circuit elements forming the entire high-frequency voltage type inverter device 10 are reduced, and The configuration is simplified, and the reliability and efficiency as a power source of the high-frequency voltage type inverter device 10, and the manufacturing efficiency and productivity can be improved.
[0018]
Further, the output current of the inverting circuit 21 is detected by the current transformer 23, and when the output current exceeds a predetermined value, the abnormality detecting trip circuit 14 for turning off the IGBT 22 is provided. Occurrence of an overcurrent due to an accident on the load side that causes an overcurrent that causes the element to be destroyed can be quickly detected, the IGBT 22 of the protection circuit 13 is quickly turned off, and the destruction of the MOSFET 21 of the reverse conversion circuit 12 is ensured. Can be prevented.
[0019]
As described above, the present invention has been described with reference to the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the embodiments, and various improvements and design changes can be made without departing from the gist of the present invention. .
In other words, the switching element of the protection circuit is not limited to the IGBT, but may be any element that can perform high-speed switching operation such as a MOSFET. Since the capacity is large, an effect is obtained that a reduction in efficiency of the high-frequency voltage type inverter device can be minimized.
Further, the forward conversion circuit is not limited to a thyristor type in which a thyristor as a rectifying element is phase-controlled to secure a predetermined output voltage, but may be a chopper type in which a predetermined output voltage is secured by a chopper. By employing a thyristor-type forward conversion circuit, as described above, it is possible to obtain an effect that the reliability and efficiency as a power source of the high-frequency voltage type inverter device 10 and the manufacturing efficiency and productivity can be improved.
[0020]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the switching element of the inverting circuit can be protected by the operation of the protection circuit and the protection circuit itself can be prevented from being damaged without complicating the entire circuit configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a single connection diagram illustrating an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a single connection diagram showing a conventional example.
FIG. 3 is a single connection diagram showing another conventional example.
FIG. 4 is a single connection diagram showing still another conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 10 High frequency voltage type inverter device 11 Forward conversion circuit 12 Reverse conversion circuit 14 Abnormality detection trip circuit 15 Thyristor 22 as a rectifier element IGBT as a switching element

Claims (1)

交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する順変換回路と、この順変換回路からの直流電力を所定の高周波電力に変換する逆変換回路とを備えた高周波電圧型インバータ装置であって、
前記順変換回路と前記逆変換回路との間には、スイッチング素子が接続され、このスイッチング素子をオン状態にすることで、前記順変換回路に前記逆変換回路が結合可能となり、
前記スイッチング素子がIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であり、
前記順変換回路は、整流素子としてサイリスタを有するとともに、このサイリスタが位相制御されるものであり、
前記逆変換回路の出力電流を検出し、この出力電流が所定値よりも大きくなると、前記スイッチング素子をオフ状態にする異常検出トリップ回路が設けられていることを特徴とする高周波電圧型インバータ装置。
A high-frequency voltage type inverter device comprising: a forward conversion circuit that converts AC power supplied from an AC power supply into DC power; and an inverse conversion circuit that converts the DC power from the forward conversion circuit into a predetermined high-frequency power. ,
A switching element is connected between the forward conversion circuit and the inverse conversion circuit, and by turning on the switching element, the inverse conversion circuit can be coupled to the forward conversion circuit,
The switching element is a IGBT (Insulated Gate Bipolar Transi st or ),
The forward conversion circuit has a thyristor as a rectifying element, and the thyristor is phase-controlled,
A high frequency voltage type inverter device comprising an abnormality detection trip circuit which detects an output current of the inversion circuit and turns off the switching element when the output current becomes larger than a predetermined value.
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