JP4462390B2 - Inverter using current source - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力変換装置に関し、特に、交流電源を整流して平滑することにより得た直流電源を半導体スイッチによる高速スイッチングでパルス幅変調し、任意周波数の交流に変換する、いわゆるインバータ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
単相又は三相用インバータ装置は、直流電圧を半導体スイッチング素子を使用して、交流の電圧に変換するものであり、いわゆる電力変換装置に属するものである。その電力変換は、変換のソースとなる直流電圧を周期的な高速スイッチングにより断続することにより行われるため、出力(負荷)にはパルス状の電圧が印加される。そのパルス幅を変化させること(いわゆるPWM変調)により、出力電圧は零から、ソース電圧の最大値までを変化させることができる。この方式を利用し、パルス幅の変化をスイッチング周期に比較し、十分低い周期の低周波正弦波状に変化させると、出力電圧波形はパルス状でありながら、その低周波の時間レベルでは、実効的電圧が正弦波電圧となる、いわゆる正弦波変調の電圧波形インバータとなる。一方、上記スイッチングを高速化出来ない用途(例えば、大容量サイリスタを使用する用途)などでは、上記と同じ構成に加え、直流電源ソースとスイッチング素子の間にインダクタを設けて、等価的な電流源とし、その電流をスイッチングすることにより、低速のスイッチングにおいても、電力変換を可能とするいわゆる電流形インバータが適用されている。
【0003】
しかし、これらはいずれも高効率の電力変換器を実現するために、電圧、または電流のいずれかがパルス状に出力される。これらのパルスは負荷に対して、その高調波、高周波成分により、トルクリップル、異常振動等の弊害を与える。また、そのdV/dtまたはdI/dtノイズにより、大地への漏れ電流(これは結果として、電源線への雑音電流となる。)や、空間へ不要輻射を発生させ、さまざまな機器にノイズ妨害を与える要因として、大きな社会問題の一つとなっている。
【0004】
これらの問題を避けるための一つの手段として、従来は、インバータの出力にインダクタを含むフィルタを挿入している。フィルタの要件として、出力のパルス周波数成分(キャリア周波数と通称する。)を除去する必要があるが、その周波数は一般的に数k〜数十kHzと、比較的低周波であり、また出力電流を通過させる必要があることから、フィルタ構成要素のL(インダクタ),C(コンデンサ)は通常非常に大きなものとなり、インバータ価格に対して、無視できないレベルとなる。(時には、同等以上の値段となる。)
上記フィルタを小さくする提案が、公表特許公報昭61−500198に開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のインバータは、公表特許公報昭61−500198に開示された案では、例を図6に示ように、内部の電流源を一定にすることにより、出力のフィルタに必要なインダクタやコンデンサの値を小さくすることが期待出来る。しかし同案でも、出力電流で飽和しない大形のインダクタが3個必要であり、もしインダクタの値を小さくしすぎると、フィルタのコンデンサを通じた相間での短絡が発生する。例えば、同図でスイッチQ4がオンすると、スイッチQ4、ダイオードD6、コンデンサC2、C1という経路で、短絡が発生する。よって、同案では出力フィルタ中のインダクタL1、L2、L3を小さくすることには限界があった。
【0006】
本発明の第1の目的は、インバータの出力からキャリア周波数成分の電圧又は電流のパルスを除去する手段として、インバータ出力にインダクタを使用しない、低コストの、電流源を用いたリニア電圧インバータを提供することである。
【0007】
本発明の第2の目的は、出力電圧を直流電源より高く得ることを可能とする、電流源を用いたインバータを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の、電流源を用いた電圧インバータは、直流電源に接続されたインダクタと第1の半導体スイッチにより定電流パルスを発生する電流源と、Nを正の整数として、該電流源の正極又は負極に対し逆流防止機能を具備してそれらを選択できるN組の第2の半導体スイッチと、該第2の半導体スイッチの出力を相互に接続する出力コンデンサを具備して、該第2の半導体スイッチの各出力電圧を対応するN組の指令電圧とそれぞれ比較し、出力電圧が前記指令電圧に比例するように、前記第2の半導体スイッチを選択して前記発生した定電流パルスを出力させる制御手段とを有し、N組の前記第2の半導体スイッチのそれぞれに一方の端子が接続された出力コンデンサの他方の端子が、前記直流電源の負極側または正極側または中間電位に接続され、前記出力コンデンサは前記出力電圧を積分する
【0009】
以上の構成を有するので、インバータの出力電圧、及び電流を同時に連続波形(例えば、正弦波波形)として出力する事が出来る。
【0011】
N組の第2の半導体スイッチの出力電圧のピーク値を検出し、指令電圧の平均値と比較し前記電流源の電流を調整するものを含む。
【0012】
前記出力コンデンサの端子電圧が、前記直流電源の電圧より高く設定されたものを含む。
【0013】
前記出力コンデンサの端子電圧が所定の電圧より高い時、前記電流源出力を前記直流電源へ環流し、前記出力端子電圧が異常に高くならないように制御するものを含む。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0015】
(第1実施の形態)
図1は本発明の第1実施の形態の、電流源を用いたインバータの原理図であって、3相出力の場合を示す。電流源1と、逆流防止素子(ダイオード等)5〜10と、電流源1の正または負極を選択できる半導体スイッチ2、3、4と、半導体スイッチ2、3、4の出力を積分するコンデンサ11、12、13により主回路が構成され、半導体スイッチ制御回路14、15、16が各半導体スイッチの出力電圧または出力電流を検出し、目的値Sig.u、 Sig.v、Sig.wと相似形になるように半導体スイッチ2、3、4を制御する。出力電圧はコンデンサ11〜13で積分されているので、半導体スイッチ2、3、4は高速でスイッチングしなくても、出力の電圧、電流波形は滑らかとなり、例えば、指定電圧、すなわち目的値が正弦波であれば、出力電圧、電流波形は正弦波となる。
【0016】
電流源1は半導体スイッチとインダクタで構成されるが、インバータ内部に具備されているので、非常に高い高周波スイッチング(例えば数100kHz)を適用出来、電流源発生に使用するインダクタも小形のものが適用出来る。従来、通常のインバータでは、素子の短絡を防止するため、デッドタイムと称する、上下2つのの半導体素子を休止する期間が必要となり、高速でのスイッチングが出来なかった。本実施の形態では、内部の電流源を利用するので、デッドタイムが不要なため、制御が容易となる。また、電流を積分するために出力側へつけるコンデンサ11、12、13も高周波用を適用出来るため、非常に小さなものが適用出来る利点がある。
【0017】
負荷の変動に対しては、平均電圧電流検出回路19が設けられ、出力電圧、または電流が目的の大きさに達したかどうかを検出し、電流源制御回路18によって電流源1の電流値を制御することで、負荷17の変動に対応出来る。
【0018】
本発明によれば、インバータの出力電圧、及び電流を同時に連続波形(例えば、正弦波波形)として出力する事が出来る。
【0019】
(実施例)
図2に図1の、電流源を用いたインバータの一実施例のブロック図を示す。
【0020】
本実施例では、図2において、半導体スイッチ20、21とインダクタ22とで電流源を構成し、電源整流ダイオード38とコンデンサ39で直流電圧を得た後、半導体スイッチ20、21の同時スイッチングでインダクタ22に電流を発生させ、同半導体スイッチのオフ時にダイオード24、25を通じて半導体ブリッジ27へ電流を供給する。インダクタ22のエネルギーであるため、電流源的作用が発生する。半導体ブリッジ27は半導体スイッチ32〜37とダイオード40〜45とからなる。半導体ブリッジ27は各半導体スイッチのオンオフにより、出力コンデンサ11〜13へ同電流をチャージする。このコンデンサ電圧を所定の電圧に制御することにより、スイッチングノイズを大幅に低減した出力波形が得られる。すなわち、スイッチ制御部31は、コンデンサ11、12,13の端子電圧(出力電圧のピーク値)を検出して、それぞれ、U相波形指令部28、V相波形指令部29、 W相波形指令部30が出力する指令は値との誤差が所定範囲内となるように制御する。U、V、W端子に負荷17が接続されているとき、出力される電圧電流は、同コンデンサの端子電圧により決定されるので、外部に出力されるdV/dt、dI/dtノイズは、非常に少ないものとなる。
【0021】
半導体ブリッジ27の半導体スイッチにサイリスタを使用した場合、逆流防止が可能であり、逆流防止用のダイオードは必要はない。同半導体スイッチに、IGBTまたはMOSFETを使用した場合は、寄生ダイオードや耐圧不足により、スイッチ素子自体で逆流防止ができない。よって、図4の半導体ブリッジ27’に示すように、逆流防止用のダイオード52〜57が必要となる。
【0022】
図2において、出力コンデンサ11、12、13の半導体ブリッジ27側とは反対側の端子が破線48で示すように、直流電源の負極に接続されているが、直流電源の正極側または中間電位に接続される場合もある。
【0023】
次に、図3を参照して動作を説明する。
【0024】
まず、電源整流用ダイオード38で、単相、又は三相の電源を整流し、コンデンサ39で平滑化する。今、半導体スイッチ20、21を同時にオンすると、インダクタ22へ電流が発生する。この時に半導体スイッチ20、21をオフとすると、ダイオード23、24、25、26を経由して、インダクタ22の電流はコンデンサ39へ環流する。半導体スイッチ20、21のオン、オフを高周波で繰り返す(図3−▲1▼)と、インダクタ22の電流値をパルス状あるいは一定値に維持する事が出来る。(図3−▲2▼)今、コンデンサ11に電荷がチャージされていない時、半導体スイッチ32をオン(図3−▲3▼)とすると、U端子はインダクタ22の正側より電圧が低いため、インダクタ22の電流はコンデンサ39へ環流されず、コンデンサ11にチャージされる(図3−▲4▼)。同上スイッチ32をオフし、半導体スイッチ33をオン(図3−▲6▼)とすると、コンデンサ11の電荷がインダクタ22へと流れて、端子Uの電圧を減少させることができる(図3−▲7▼)。これを繰り返すことにより、コンデンサ11すなわち端子Uの電圧を所定の電圧とすることができる。(例えば、半導体スイッチ32と34の、オン・オフ比率をリニア状に変化させると、Uの端子電圧もリニア波形となる。)また、これらはコンデンサ11への充放電によってなされる(図3−10,11)ため、電流源の発振周波数が十分高ければ、滑らかな電圧波形となる。このため、負荷への電流も滑らかな波形となる(図3−12)。
【0025】
本実施例の、電流源を用いたインバータは、出力の電圧、電流波形が滑らかなので、パルス成分を除去するために、出力側に高価なフィルタを使用する必要がなくなる。
【0026】
(第2実施の形態)
図5に本発明の第2実施の形態の、電流源を用いたインバータのブロック図を示す。
【0027】
5の、電流源を用いたインバータは、 図2のリニア電圧インバータのうち、ダイオード23に代えて、半導体スイッチ46と制御回路47が設けられている他は、図2と同じ構成を持ち、同じく機能する。ここで、制御回路47は半導体スイッチ46のオン、オフを制御する。
【0028】
図2の、電流源を用いたインバータは、出力コンデンサ11〜13の端子電圧を所定の電圧に制御することにより、スイッチングノイズを大幅に低減した出力波形が得られる。しかしながら、出力電圧が直流電源電圧(整流した直流電圧)より高くなると、内部電流源が出力へ出力されず、その直流電源へ環流される。電流源はその負荷がハイインピーダンスになると、異常電圧を発生するため、直流電源へ環流するというのは、それを避けるための手段であったが、結果として、出力電圧もその直流電圧より高くすることができなかった。
【0029】
図5の、電流源を用いたインバータでは、出力電圧を直流電源より高く得ることを可能とするために、出力電圧が所定の電圧以下の時は、電流源が電源へ環流しないように阻止するための半導体スイッチ46を設け、制御回路47が出力電圧の値に応じて、半導体スイッチ46をオン・オフする。
【0030】
いま、インダクタ電流のエネルギーがU、V、Wに接続された負荷17への供給エネルギーよりも大きく、出力スイッチ(半導体ブリッジ27中の半導体スイッチ)が電流源の正を選択している場合、出力コンデンサ11、12、13に積分された出力電圧はどんどん大きくなる。この値は、理論上制限がないので、電源電圧よりも大きくすることが出来る。あまり高くなると、スイッチ素子を破壊するので、ある値になったときは半導体スイッチ46により、電流源を電源へ環流し、出力への供給をカットする。このスイッチ46の制御をするために、制御回路47により、出力コンデンサの電圧を監視し、ある値より大きくなったときに、スイッチ46をオンし、逆の時にオフする。
【0031】
この実施の形態の、電流源を用いたインバータは、低ノイズのインバータでかつ、出力電圧を電源より高く出来るので、例えば、倍電圧用途への低ノイズインバータの適用が可能となる。また、電源不安定地域での安定した出力電圧を得ることができるので、モータの設計が簡単となり、ひいては、インバータも低電流化など、最適設計が可能となるので、低コスト、低損失化に寄与する。 従来のインバータでは、入力直流電圧より高い出力を得ることが出来なかったが、本発明では、例えば、入力整流用の平滑コンデンサは100V用を使用し、出力に200Vを得ることが可能となる。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、 N組のスイッチの出力電圧を指令電圧と比較してスイッチの選択方向を決定し、コンデンサで積分することにより、出力からパルス波形が除去されるので、インバータ出力の電圧、電流のパルス成分を除去するために、高価なフィルタを使用することなく、低コストの、電流源を用いたインバータを実現でき、負荷への不要な電力リップル、外部へのノイズ放射などのインバータの悪影響を極めて低減出来、また、内部に電流源あるため、スイッチング素子は上下短絡防止の機能が不要であり、誤動作等に対する信頼性が大きく改善する効果がある。
【0033】
さらに、出力コンデンサの端子電圧を直流電源の電圧より高く設定することにより、倍電圧用途への低ノイズインバータの適用が可能となり、また、電源不安定地域での安定した出力電圧を得ることができるので、モータの設計が簡単となり、ひいては、インバータも低電流化など、最適設計が可能となり、低コスト、低損失化に寄与する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【 図1】 本発明の第1実施の形態のリニア電圧インバータの原理図である。
【 図2】 図1の、電流源を用いたインバータの一実施例のブロック図である。
【 図3】 図2の、電流源を用いたインバータの各部の波形図である。
【 図4】 図2の半導体ブリッジ27の他の実施例のブロック図である。
【 図5】 本発明の第2実施の形態の、電流源を用いたインバータのブロック図である。
【 図6】 電流源を用いたインバータの一従来例のブロック図である。
【符号の説明】
1 電流源
2〜4 半導体スイッチ
5〜10 逆流防止素子(ダイオード)
11〜13 出力コンデンサ
14〜16 半導体スイッチ制御回路
17 負荷
18 電流源制御回路
19 出力電圧検出回路
20、21 電流源発生用半導体スイッチ
22 電流源用インダクタ
23〜26、40〜45 ダイオード
27、27' 半導体ブリッジ
28〜30 波形指令部
31 スイッチ制御部
32〜37、46 半導体スイッチ(トランジスタ)
38 電源整流ダイオード
39 平滑コンデンサ
47 制御回路
48 破線
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power conversion device, and more particularly, to a so-called inverter device that converts a DC power source obtained by rectifying and smoothing an AC power source to pulse width modulation by high-speed switching using a semiconductor switch and converts the DC power into an alternating current of an arbitrary frequency.
[0002]
[Prior art]
The single-phase or three-phase inverter device converts a DC voltage into an AC voltage using a semiconductor switching element, and belongs to a so-called power conversion device. The power conversion is performed by intermittently switching a DC voltage serving as a source of conversion by periodic high-speed switching, and thus a pulsed voltage is applied to the output (load). By changing the pulse width (so-called PWM modulation), the output voltage can be changed from zero to the maximum value of the source voltage. When this method is used and the change in pulse width is compared with the switching period and changed to a low frequency sine wave with a sufficiently low period, the output voltage waveform is pulsed but effective at the low frequency time level. This is a so-called sinusoidal modulation voltage waveform inverter in which the voltage is a sinusoidal voltage. On the other hand, in applications where the switching speed cannot be increased (for example, applications using a large capacity thyristor), an equivalent current source is provided by providing an inductor between the DC power source and the switching element in addition to the same configuration as above. In addition, so-called current source inverters that enable power conversion even at low-speed switching by switching the current are applied.
[0003]
However, in order to realize a high-efficiency power converter, either voltage or current is output in pulses. These pulses cause harmful effects such as torque ripple and abnormal vibration on the load due to its harmonics and high frequency components. In addition, the dV / dt or dI / dt noise causes leakage current to the ground (which results in noise current to the power line) and unwanted radiation to the space, causing noise interference in various devices. This is one of the major social problems.
[0004]
As one means for avoiding these problems, conventionally, a filter including an inductor is inserted into the output of the inverter. As a requirement of the filter, it is necessary to remove the pulse frequency component of the output (referred to as a carrier frequency), but the frequency is generally several k to several tens of kHz, which is a relatively low frequency, and the output current Therefore, the L (inductor) and C (capacitor) of the filter components are usually very large, which is a level that cannot be ignored with respect to the inverter price. (Sometimes the price is equivalent or higher.)
A proposal for reducing the size of the filter is disclosed in Japanese Patent Publication No. 61-500198.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional inverter described in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 61-500198, as shown in FIG. 6, an internal current source is made constant so that an inductor and a capacitor required for an output filter can be obtained. It can be expected to reduce the value of. However, even in this proposal, three large inductors that do not saturate with the output current are required. If the value of the inductor is too small, a short circuit occurs between the phases through the capacitor of the filter. For example, when the switch Q4 is turned on in the figure, a short circuit occurs along the path of the switch Q4, the diode D6, and the capacitors C2 and C1. Therefore, in this proposal, there is a limit to reducing the inductors L1, L2, and L3 in the output filter.
[0006]
The first object of the present invention is to provide a low-cost linear voltage inverter using a current source that does not use an inductor for the inverter output as means for removing the voltage or current pulse of the carrier frequency component from the output of the inverter. It is to be.
[0007]
The second object of the present invention is to provide an inverter using a current source that makes it possible to obtain an output voltage higher than that of a DC power supply.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A voltage inverter using a current source according to the present invention includes a current source that generates a constant current pulse by an inductor connected to a DC power source and a first semiconductor switch, and N being a positive integer, N sets of second semiconductor switches that have a backflow prevention function for the negative electrode and can select them, and an output capacitor that connects the outputs of the second semiconductor switches to each other. The control means for comparing each of the output voltages with the corresponding N sets of command voltages and selecting the second semiconductor switch so that the output voltage is proportional to the command voltage and outputting the generated constant current pulse possess bets, the other terminal of the output capacitor having one terminal connected to respective N sets of said second semiconductor switch, to the negative or positive electrode side or an intermediate potential of the DC power source It is continued, the output capacitor integrating the output voltage.
[0009]
With the above configuration, the output voltage and current of the inverter can be simultaneously output as a continuous waveform (for example, a sine wave waveform).
[0011]
A peak value of the output voltage of the N sets of second semiconductor switches is detected and compared with an average value of the command voltage to adjust the current of the current source.
[0012]
The output capacitor includes a terminal voltage set higher than the voltage of the DC power supply.
[0013]
When the terminal voltage of the output capacitor is higher than a predetermined voltage, the current source output is circulated to the DC power source, and the output terminal voltage is controlled so as not to become abnormally high.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
(First embodiment)
FIG. 1 is a principle diagram of an inverter using a current source according to a first embodiment of the present invention, and shows a case of three-phase output. Current source 1, backflow prevention elements (diodes or the like) 5 to 10, semiconductor switches 2, 3, 4 that can select positive or negative of current source 1, and capacitor 11 that integrates the outputs of semiconductor switches 2, 3, 4 , 12, 13 constitute a main circuit, and the semiconductor switch control circuits 14, 15, 16 detect the output voltage or output current of each semiconductor switch, and the target value Sig. u, Sig. v, Sig. The semiconductor switches 2, 3, and 4 are controlled so as to be similar to w. Since the output voltage is integrated by the capacitors 11 to 13, even if the semiconductor switches 2, 3, and 4 are not switched at high speed, the output voltage and current waveform are smooth. For example, the specified voltage, that is, the target value is sine. If it is a wave, the output voltage and current waveform are sine waves.
[0016]
Although the current source 1 is composed of a semiconductor switch and an inductor, since it is provided inside the inverter, a very high frequency switching (for example, several hundred kHz) can be applied, and a small inductor is also used for generating the current source. I can do it. Conventionally, in a normal inverter, in order to prevent short-circuiting of elements, a period in which two upper and lower semiconductor elements are paused, called dead time, is required, and high-speed switching cannot be performed. In the present embodiment, since an internal current source is used, dead time is unnecessary, and control becomes easy. Further, since the capacitors 11, 12, and 13 attached to the output side for integrating the current can be applied for high frequency, there is an advantage that a very small capacitor can be applied.
[0017]
For load fluctuations, an average voltage / current detection circuit 19 is provided to detect whether the output voltage or current has reached a target magnitude, and the current source control circuit 18 determines the current value of the current source 1. By controlling, it is possible to cope with the fluctuation of the load 17.
[0018]
According to the present invention, the output voltage and current of the inverter can be simultaneously output as a continuous waveform (for example, a sine wave waveform).
[0019]
(Example)
FIG. 2 shows a block diagram of an embodiment of the inverter of FIG. 1 using a current source .
[0020]
In this embodiment, in FIG. 2, the semiconductor switches 20 and 21 and the inductor 22 constitute a current source, a DC voltage is obtained by the power supply rectifier diode 38 and the capacitor 39, and then the inductors are switched simultaneously by the semiconductor switches 20 and 21. A current is generated in 22 and supplied to the semiconductor bridge 27 through the diodes 24 and 25 when the semiconductor switch is turned off. Since it is the energy of the inductor 22, a current source action occurs. The semiconductor bridge 27 includes semiconductor switches 32-37 and diodes 40-45. The semiconductor bridge 27 charges the same current to the output capacitors 11 to 13 by turning on and off each semiconductor switch. By controlling the capacitor voltage to a predetermined voltage, an output waveform with greatly reduced switching noise can be obtained. That is, the switch control unit 31 detects the terminal voltages (peak values of the output voltages) of the capacitors 11, 12, and 13, and the U phase waveform command unit 28, the V phase waveform command unit 29, and the W phase waveform command unit, respectively. The command output by 30 is controlled so that the error from the value is within a predetermined range. When the load 17 is connected to the U, V, and W terminals, the output voltage / current is determined by the terminal voltage of the capacitor, so the dV / dt and dI / dt noise output to the outside is extremely Less.
[0021]
When a thyristor is used for the semiconductor switch of the semiconductor bridge 27, backflow can be prevented, and a backflow preventing diode is not necessary. When an IGBT or MOSFET is used for the semiconductor switch, the switch element itself cannot prevent backflow due to a parasitic diode or insufficient withstand voltage. Therefore, as shown in the semiconductor bridge 27 ′ in FIG. 4, backflow preventing diodes 52 to 57 are required.
[0022]
In FIG. 2, the terminal on the opposite side of the output capacitor 11, 12, 13 from the semiconductor bridge 27 side is connected to the negative electrode of the DC power source as indicated by the broken line 48. Sometimes connected.
[0023]
Next, the operation will be described with reference to FIG.
[0024]
First, a single-phase or three-phase power supply is rectified by the power supply rectifier diode 38 and smoothed by the capacitor 39. Now, when the semiconductor switches 20 and 21 are simultaneously turned on, a current is generated in the inductor 22. When the semiconductor switches 20 and 21 are turned off at this time, the current in the inductor 22 circulates to the capacitor 39 via the diodes 23, 24, 25 and 26. When the semiconductor switches 20 and 21 are repeatedly turned on and off at high frequencies ((1) in FIG. 3), the current value of the inductor 22 can be maintained in a pulse shape or a constant value. (FIG. 3-2) When the capacitor 11 is not charged, when the semiconductor switch 32 is turned on (FIG. 3-3), the voltage at the U terminal is lower than the positive side of the inductor 22. The current of the inductor 22 is not circulated to the capacitor 39 but is charged to the capacitor 11 ((4) in FIG. 3). When the switch 32 is turned off and the semiconductor switch 33 is turned on ((6) in FIG. 3), the charge of the capacitor 11 flows to the inductor 22 and the voltage at the terminal U can be reduced (FIG. 3- (). 7 ▼). By repeating this, the voltage of the capacitor 11, that is, the terminal U can be set to a predetermined voltage. (For example, when the on / off ratio of the semiconductor switches 32 and 34 is changed linearly, the terminal voltage of U also becomes a linear waveform.) These are also performed by charging / discharging the capacitor 11 (FIG. 3). Therefore, if the oscillation frequency of the current source is sufficiently high, a smooth voltage waveform is obtained. For this reason, the current to the load also has a smooth waveform (FIG. 3-12).
[0025]
The inverter using the current source of this embodiment has a smooth output voltage and current waveform, so that it is not necessary to use an expensive filter on the output side in order to remove the pulse component.
[0026]
(Second embodiment)
FIG. 5 shows a block diagram of an inverter using a current source according to the second embodiment of the present invention.
[0027]
The inverter using the current source of FIG. 5 has the same configuration as FIG. 2 except that the semiconductor switch 46 and the control circuit 47 are provided instead of the diode 23 in the linear voltage inverter of FIG. Function. Here, the control circuit 47 controls ON / OFF of the semiconductor switch 46.
[0028]
The inverter using the current source of FIG. 2 can obtain an output waveform with greatly reduced switching noise by controlling the terminal voltage of the output capacitors 11 to 13 to a predetermined voltage. However, when the output voltage becomes higher than the DC power supply voltage (rectified DC voltage), the internal current source is not output to the output but is circulated to the DC power supply. Since the current source generates an abnormal voltage when its load becomes high impedance, recirculation to the DC power supply is a means for avoiding this, but as a result, the output voltage is also made higher than the DC voltage. I couldn't.
[0029]
In the inverter using the current source of FIG. 5 , in order to make it possible to obtain an output voltage higher than the DC power supply, when the output voltage is lower than a predetermined voltage, the current source is prevented from circulating to the power supply. The semiconductor switch 46 is provided, and the control circuit 47 turns the semiconductor switch 46 on and off according to the value of the output voltage.
[0030]
If the energy of the inductor current is larger than the energy supplied to the load 17 connected to U, V, W, and the output switch (semiconductor switch in the semiconductor bridge 27) selects the positive current source, the output The output voltage integrated into the capacitors 11, 12, and 13 increases. Since this value is theoretically unlimited, it can be made larger than the power supply voltage. If it becomes too high, the switch element is destroyed. When the value becomes a certain value, the semiconductor switch 46 circulates the current source to the power source and cuts the supply to the output. In order to control this switch 46, the voltage of the output capacitor is monitored by the control circuit 47, and when it becomes larger than a certain value, the switch 46 is turned on, and vice versa.
[0031]
The inverter using the current source of this embodiment is a low-noise inverter and can output a voltage higher than that of the power supply. Therefore, for example, the low-noise inverter can be applied to a double voltage application. In addition, since a stable output voltage can be obtained in areas where power supply is unstable, the motor design is simplified, and as a result, the inverter can also be designed optimally, for example, with a low current, resulting in low cost and low loss. Contribute. In the conventional inverter, an output higher than the input DC voltage could not be obtained. However, in the present invention, for example, a smoothing capacitor for input rectification uses 100V, and 200V can be obtained as an output.
[0032]
【The invention's effect】
Although the present invention has, as described, by comparing the output voltage of the N sets of switches and command voltage determines the selection direction of the switch by integrating a capacitor, the pulse waveform is divided from the output, the inverter A low-cost inverter using a current source can be realized without using an expensive filter to eliminate the output voltage and current pulse components. Unnecessary power ripple to the load and noise emission to the outside The adverse effect of the inverter such as the above can be greatly reduced, and since there is a current source inside, the switching element does not need the function of preventing the upper and lower short-circuits, and has the effect of greatly improving the reliability against malfunction or the like.
[0033]
Furthermore, by setting the terminal voltage of the output capacitor higher than the voltage of the DC power supply, it becomes possible to apply a low-noise inverter for voltage doubler applications and obtain a stable output voltage in areas where power supply is unstable. As a result, the motor design is simplified, and as a result, the inverter can be optimally designed to reduce the current, which contributes to low cost and low loss.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle diagram of a linear voltage inverter according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of an embodiment of an inverter using a current source in FIG. 1;
FIG. 3 is a waveform diagram of each part of an inverter using a current source in FIG. 2;
FIG. 4 is a block diagram of another embodiment of the semiconductor bridge 27 of FIG.
FIG. 5 is a block diagram of an inverter using a current source according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram of a conventional example of an inverter using a current source .
[Explanation of symbols]
1 Current source 2-4 Semiconductor switch 5-10 Backflow prevention element (diode)
11-13 Output capacitor 14-16 Semiconductor switch control circuit 17 Load 18 Current source control circuit 19 Output voltage detection circuit 20, 21 Semiconductor switch for current source generation 22 Inductor for current source 23-26, 40-45 Diode 27, 27 ′ Semiconductor bridge 28-30 Waveform command unit 31 Switch control unit 32-37, 46 Semiconductor switch (transistor)
38 Power supply rectifier diode 39 Smoothing capacitor 47 Control circuit 48 Broken line

Claims (4)

交流電源を整流して平滑することにより得た直流電源を半導体スイッチによる高速スイッチングでパルス幅変調し、任意周波数の交流に変換する、いわゆるインバータ装置において、
前記直流電源に接続されたインダクタと第1の半導体スイッチにより定電流パルスを発生する電流源と、
Nを正の整数として、該電流源の正極又は負極に対し逆流防止機能を具備してそれらを選択できるN組の第2の半導体スイッチと、
該第2の半導体スイッチの出力を相互に接続する出力コンデンサを具備して、該第2の半導体スイッチの各出力電圧を対応するN組の指令電圧とそれぞれ比較し、出力電圧が前記指令電圧に比例するように、前記第2の半導体スイッチを選択して前記発生した定電流パルスを出力させる制御手段と、
を有し
N組の前記第2の半導体スイッチのそれぞれに一方の端子が接続された出力コンデンサの他方の端子が、前記直流電源の負極側または正極側または中間電位に接続され、
前記出力コンデンサは前記出力電圧を積分する
ことを特徴とする電流源を用いたインバータ。
In the so-called inverter device that converts the DC power source obtained by rectifying and smoothing the AC power source to pulse width modulation by high-speed switching by a semiconductor switch, and converting it to AC of an arbitrary frequency,
A current source for generating a constant current pulse by an inductor connected to the DC power source and a first semiconductor switch;
N sets of second semiconductor switches that have a backflow prevention function with respect to the positive electrode or the negative electrode of the current source and can select them, where N is a positive integer,
An output capacitor for connecting the outputs of the second semiconductor switch to each other is provided, each output voltage of the second semiconductor switch is compared with a corresponding N sets of command voltages, and the output voltage is compared with the command voltage. Control means for selecting the second semiconductor switch to output the generated constant current pulse so as to be proportional;
Have,
The other terminal of the output capacitor having one terminal connected to each of the N sets of second semiconductor switches is connected to the negative electrode side, the positive electrode side, or the intermediate potential of the DC power supply,
An inverter using a current source, wherein the output capacitor integrates the output voltage .
N組の第2の半導体スイッチの出力電圧のピーク値を検出し、指令電圧の平均値と比較し前記電流源の電流を調整する請求項1記載の電流源を用いたインバータ。Detecting a peak value of the N sets of the output voltage of the second semiconductor switch, compared with the average value of the command voltage adjusting the current of the current source, with a current source according to claim 1 Symbol placement inverter. 前記出力コンデンサの端子電圧が、前記直流電源の電圧より高く設定された請求項1または2記載の電流源を用いたインバータ。Inverter the terminal voltage of the output capacitor, said set higher than the voltage of the DC power source, using a current source according to claim 1 or 2 wherein. 前記出力コンデンサの端子電圧が所定の電圧より高い時、前記電流源出力を前記直流電源へ環流し、前記出力端子電圧が異常に高くならないように制御する請求項記載の電流源を用いたインバータ。When the terminal voltage of the output capacitor is higher than a predetermined voltage, the current source output refluxed to the DC power source, the output terminal voltage is controlled not abnormally high, using a current source according to claim 3, wherein Inverter.
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