JP6531588B2 - Inverter device - Google Patents

Inverter device Download PDF

Info

Publication number
JP6531588B2
JP6531588B2 JP2015183888A JP2015183888A JP6531588B2 JP 6531588 B2 JP6531588 B2 JP 6531588B2 JP 2015183888 A JP2015183888 A JP 2015183888A JP 2015183888 A JP2015183888 A JP 2015183888A JP 6531588 B2 JP6531588 B2 JP 6531588B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
output
transformers
output terminal
series
capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2015183888A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016067198A (en
Inventor
鎌田 久浩
久浩 鎌田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Publication of JP2016067198A publication Critical patent/JP2016067198A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6531588B2 publication Critical patent/JP6531588B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

この発明は、昇圧トランスを同一の特性を持つ個別の複数個のトランスによって構成したインバータ装置に関する。   The present invention relates to an inverter device in which a step-up transformer is constituted by a plurality of individual transformers having the same characteristic.

大型プラズマディスプレー用放電管、プラズマ発生装置など、種々の装置に高電圧を供給するためにインバータ装置が用いられている。
一般には出力電力値が数W程度のものが多く使用されているが、プラズマ発生装置などには、出力電圧が数kVで電力値が数十W以上の交流の出力を持つインバータ装置が使用される。
An inverter device is used to supply a high voltage to various devices such as a discharge tube for a large size plasma display, a plasma generator and the like.
Generally, the one with an output power value of about several watts is often used, but for the plasma generator etc., an inverter unit with an AC output with an output voltage of several kilovolts and a power value of several tens of watts or more is used Ru.

このような高電圧を供給するための電源装置として、特許文献1に記載の高電圧インバータ装置がある。その高電圧インバータ装置は、図16に示すように、別個のコアを持つ同じ特性の複数のトランスT1,T2によって昇圧トランスTを構成している。
そして、制御回路によってオン・オフ制御されるスイッチング素子Qによって入力電圧Vinをスイッチングして、各トランスT1,T2の並列に接続した励磁巻線Np1,Np2に同時に励磁電流を流して励磁する。
その各トランスT1,T2の出力巻線Ns1,Ns2を互いに直列に接続して、その各出力巻線Ns1,Ns2に誘起される電圧波形が重畳された交流高電圧の出力電圧Voutを負荷に出力する。その負荷として、例えばプラズマ発生装置の電極等の負荷容量Coを有するものが接続される。
As a power supply device for supplying such a high voltage, there is a high voltage inverter device described in Patent Document 1. In the high voltage inverter device, as shown in FIG. 16, a step-up transformer T is configured by a plurality of transformers T1 and T2 of the same characteristic having separate cores.
Then, the input voltage Vin is switched by the switching element Q which is on / off controlled by the control circuit, and excitation currents are simultaneously supplied to the excitation windings Np1 and Np2 connected in parallel of the respective transformers T1 and T2 for excitation.
The output windings Ns1 and Ns2 of the respective transformers T1 and T2 are connected in series with each other, and an output voltage Vout of an AC high voltage on which the voltage waveform induced in the respective output windings Ns1 and Ns2 is superimposed is output to the load Do. As the load, for example, one having a load capacity Co, such as an electrode of a plasma generator, is connected.

しかしながら、このような従来のインバータ装置では、出力電力は出力電圧に対して(1/4)πだけ進んでいる時点で最大になり、出力電圧が最大の時点ではその振幅が0(ゼロ)になってしまう。
プラズマ発生装置のような負荷には、高電圧と大きな電力を同時に印加(供給)しないと、効率よくプラズマを発生させることができない。しかし、上述したように、従来の高電圧インバータ装置ではそれを十分に達成できなかった。
However, in such a conventional inverter device, the output power is maximum at a point advanced by (1/4) π with respect to the output voltage, and its amplitude becomes zero at the point of maximum output voltage. turn into.
A load such as a plasma generator can not generate plasma efficiently unless high voltage and large power are simultaneously applied (supplied). However, as mentioned above, the conventional high voltage inverter device can not achieve it sufficiently.

この発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、インバータ装置における出力電圧と出力電力がそれぞれ最大になるタイミングのずれを少なくし、負荷に高電圧と大電力を同時に印加(供給)できる期間を増加することを目的とする。   The present invention has been made in view of such background, and reduces the difference between the timing when the output voltage and the output power in the inverter device become maximum, and simultaneously applies (supplyes) high voltage and large power to the load. The objective is to increase the period of time that can be done.

この発明は上記の目的を達成するため、同一の特性を持つ個別のn個(nは2以上の整数)のトランスによって昇圧トランスを構成し、そのn個のトランスの各励磁巻線にそれぞれ入力電圧を印加して流す励磁電流をスイッチングするスイッチング素子を設け、上記n個のトランスの各出力巻線を、フレームグラウンド側の第1の出力端子と電圧発生側の第2の出力端子との間に互いに直列又は直列と並列が混在するように接続し、上記第1、第2の出力端子間に交番する出力電圧を発生するインバータ装置であって、
上記スイッチング素子を、同一のスイッチング信号でオン・オフ駆動される第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子で構成し、上記n個のトランスのうち最も上記第2の出力端子側のトランスの上記励磁巻線の励磁電流を、上記第1のスイッチング素子によってスイッチングし、他の各トランスの上記励磁巻線を並列に接続して、その各励磁巻線の励磁電流を上記第2のスイッチング素子によってスイッチングするようにし、
上記n個のトランスの互いに直列に接続された各出力巻線相互の接続点のうち、少なくとも一つの接続点と上記第2の出力端子との間に、その第2の出力端子に向かって電流が流れる向きに、ダイオードとコンデンサの直列回路を接続したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention constitutes a step-up transformer by individual n (n is an integer of 2 or more) transformers having the same characteristics, and inputs each of the excitation windings of the n transformers. A switching element is provided for switching the exciting current applied by applying a voltage, and each output winding of the n transformers is connected between a first output terminal on the frame ground side and a second output terminal on the voltage generation side. An inverter device connected in series or in series and in parallel so as to generate an alternating output voltage between the first and second output terminals,
The switching element is composed of a first switching element and a second switching element which are turned on and off by the same switching signal, and the above-mentioned transformer of the second output terminal side among the n transformers The excitation current of the excitation winding is switched by the first switching element, the excitation windings of the other transformers are connected in parallel, and the excitation current of each excitation winding is set by the second switching element. To switch
The current flowing between the at least one connection point of the n output transformers connected in series with each other and the second output terminal toward the second output terminal. A series circuit of a diode and a capacitor is connected in a direction in which

この発明によるインバータ装置は、出力電圧と出力電力がそれぞれ最大になるタイミングのずれが少なくなり、負荷に高電圧と大電力を同時に印加(供給)できる期間を増加することができる。   In the inverter device according to the present invention, the difference between the timings at which the output voltage and the output power become maximum is reduced, and the period in which the high voltage and the large power can be simultaneously applied (supplied) to the load can be increased.

この発明によるインバータ装置の第1の実施形態の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of an inverter device according to the present invention. 同じくその第1の実施形態による出力波形観測結果を示す波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram showing an output waveform observation result according to the first embodiment of the same. 同じくその出力電圧と出力電力の波形を明瞭化してスイッチング素子のドレイン電流の波形と共に示す波形図である。Similarly, the waveforms of the output voltage and the output power are clarified to be shown together with the waveform of the drain current of the switching element. 同じく第1、第2のスイッチング素子の各ドレイン電圧の変化を示す波形図である。FIG. 7 is a waveform chart showing changes in drain voltages of the first and second switching elements in the same manner. この発明を適用しなかった場合の図1に対応するインバータ装置の比較例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the comparative example of the inverter apparatus corresponding to FIG. 1 when this invention is not applied. 同じくその比較例による出力波形観測結果を示す波形図である。Similarly, it is a waveform diagram showing an output waveform observation result according to the comparative example. この発明によるインバータ装置の第2の実施形態の回路図である。It is a circuit diagram of a second embodiment of the inverter device according to the present invention. 各トランスの出力巻線のインダクタンスが同じでない場合の出力電圧と各接続点の電圧波形観測結果を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the output voltage in case the inductance of the output winding of each transformer is not the same, and the voltage waveform observation result of each connection point. この発明によるインバータ装置の第3の実施形態の回路図である。It is a circuit diagram of 3rd Embodiment of the inverter apparatus by this invention. 同じくその第3の実施形態のコンデンサの容量が望ましい範囲内の場合の出力波形観測結果を示す波形図である。Similarly, it is a waveform diagram showing an output waveform observation result in the case where the capacitance of the capacitor of the third embodiment is within a desired range. 同じくその第3の実施形態のコンデンサの容量が望ましい範囲外の場合の出力波形観測結果を示す波形図である。Similarly, it is a waveform diagram showing an output waveform observation result in the case where the capacitance of the capacitor of the third embodiment is out of a desirable range. この発明によるインバータ装置の第4の実施形態の回路図である。It is a circuit diagram of 4th Embodiment of the inverter apparatus by this invention. 同じくその第4の実施形態による出力波形観測結果を示す波形図である。FIG. 21 is a waveform chart showing an output waveform observation result according to the fourth embodiment of the same. 同じくその第4の実施形態による入力電圧を上げて出力電圧を調整した場合の出力波形観測結果を示す波形図である。FIG. 14 is a waveform diagram showing an output waveform observation result in the case of adjusting an output voltage by raising an input voltage according to the fourth embodiment of the same. 同じくその第4の実施形態による入力電圧をさらに上げて出力電圧を調整した場合の出力波形観測結果を示す波形図である。Similarly, it is a waveform diagram showing an output waveform observation result in the case of adjusting the output voltage by further raising the input voltage according to the fourth embodiment. 従来のインバータ装置の一例の要部を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the principal part of an example of the conventional inverter apparatus. そのインバータ装置の出力電圧と出力電流及び出力電力の関係を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the relationship between the output voltage of the inverter apparatus, output current, and output power.

まず、この発明の基本的な概念を説明する。
図16に示したような高電圧インバータ装置の出力側は、トランスT1,T2の各出力巻線が直列に接続されたインダクタンスLsと、その出力巻線間に分布もしくは寄生する静電容量Csと負荷容量Coとの合成容量とによる電圧共振回路を構成する。
その電圧共振回路の共振定数は上記Ls、Cs、Coである。しかし、電気経路上に強磁場がかかり、その共振定数が温度や線間長のずれなどから変化するため、高電圧で交番される出力電圧Voutは完全に基本波のみとはならず、歪の入った出力波形となる。したがって、出力電圧をフーリエ展開すると、高次数に交番されて減衰していく電圧に分解される。
First, the basic concept of the present invention will be described.
The output side of the high voltage inverter device as shown in FIG. 16 has an inductance Ls in which the output windings of the transformers T1 and T2 are connected in series, and a capacitance Cs distributed or parasitic between the output windings. A voltage resonance circuit is configured by the load capacitance Co and the combined capacitance.
The resonance constants of the voltage resonance circuit are Ls, Cs and Co. However, since a strong magnetic field is applied on the electrical path, and the resonance constant changes due to temperature or line length deviation, the output voltage Vout alternating with high voltage does not completely become only the fundamental wave, and distortion is It becomes an output waveform that has entered. Therefore, when the output voltage is subjected to Fourier expansion, it is decomposed into higher order alternating voltages that decay.

ここで共振定数LsとCsは、複数個のトランスT1,T2の合成特性である。トランスの数が2個の場合は、個々のトランスの出力インダクタンスは略Ls/2、寄生容量などの静電容量Cs(負荷容量Coは除く)は略2・Csとなる。
出力電圧は、交番された数kVないし数十kVの電圧であり、平均出力電力は、数W乃至数十kWの範囲にある。
Here, the resonance constants Ls and Cs are combined characteristics of a plurality of transformers T1 and T2. When the number of transformers is two, the output inductance of each transformer is approximately Ls / 2, and the electrostatic capacitance Cs (excluding the load capacitance Co) such as parasitic capacitance is approximately 2 · Cs.
The output voltage is an alternating voltage of several kilovolts to several tens of kilovolts, and the average output power is in the range of several watts to several tens of kilowatts.

理想状態においては、その並列共振の出力電圧V(t)は次の式で表される。
V(t)=Vout sin(ωt)・・・・・・・(1)
ここで、Voutは出力電圧の最大値(V)、ωは角周波数である。ωは、LC共振状態のときの共振周波数f0に対して ω=2πfoの関係がある。
よって、共振状態にある共振角周波数ωoは、ωo=1/√LCである。
In an ideal state, the output voltage V (t) of the parallel resonance is expressed by the following equation.
V (t) = Vout sin (.omega.t)... (1)
Here, Vout is the maximum value (V) of the output voltage, and ω is the angular frequency. ω has a relationship of ω = 2πfo with respect to the resonance frequency f0 in the LC resonance state.
Therefore, the resonant angular frequency ωo in the resonant state is ωo = 1 / √LC.

出力回路に流れる出力電流I(t)は次式で表される。
I(t)=Iout cos(ωt)・・・・・・・・(2)
したがって、出力電流I(t)は出力電圧V(t)に対して、位相が(1/2)π rad(ラジアン)進んでいることになる。
そして、負荷には、出力電圧V(t)と出力電流I(t)の積による電力P(t)が印加されることになる。
The output current I (t) flowing to the output circuit is expressed by the following equation.
I (t) = Iout cos (ωt) (2)
Therefore, the output current I (t) leads the output voltage V (t) by (1/2) π rad (radian) in phase.
Then, the power P (t) resulting from the product of the output voltage V (t) and the output current I (t) is applied to the load.

三角関数の加法定理より、その出力電力P(t)は次式により求められる。
P(t)=Vout sin(ωt)・Iout cos(ωt)
=Vout・Iout{sin(ωt+ωt)+sin(0)}/2
=Vout・Iout・sin(2ωt)/2 ・・・・(3)
よって、出力電力の最大値Pmaxは、
Pmax=Vout・Iout/2 ・・・・・・・・・(4)
となり、それ以上にはならない。
From the trigonometric function addition theorem, the output power P (t) is determined by the following equation.
P (t) = Vout sin (ωt) · Iout cos (ωt)
= Vout · Iout {sin (ωt + ωt) + sin (0)} / 2
= Vout · Iout · sin (2ωt) / 2 · · · (3)
Therefore, the maximum value Pmax of output power is
Pmax = Vout · Iout / 2 (4)
And not more than that.

この出力電圧V(t)、出力電流I(t)及び出力電力P(t)の関係を、横軸を時間軸とした波形図で示すと図17のようになる。
この図17から分かるように、出力電圧V(t)と出力電流I(t)は、いずれも周期が2π(ラジアン)で、出力電流I(t)は出力電圧V(t)よりπ/2だけ位相が進んでいる。
また、出力電力P(t)の周期はπであり、出力電圧V(t)を基準にすると、1/8周期(π/4)だけ位相が進んでいることになる。そして、出力電圧V(t)=出力電流I(t)のときに最大になる。
The relationship between the output voltage V (t), the output current I (t) and the output power P (t) is as shown in FIG. 17 as a waveform diagram in which the horizontal axis is a time axis.
As can be seen from FIG. 17, both of the output voltage V (t) and the output current I (t) have a period of 2π (radian), and the output current I (t) is π / 2 more than the output voltage V (t). Only the phase is in progress.
Further, the period of the output power P (t) is π, and the phase is advanced by 1⁄8 period (π / 4) based on the output voltage V (t). And, it becomes maximum when the output voltage V (t) = output current I (t).

そこで、この出力電圧V(t)と出力電流I(t)を、出力電力P(t)の最大値に位相をずらして合わせ込めば、出力電力の最大値が増加して、しかも出力電圧と出力電力が最大になるタイミングが一致することになるので、最もよい状態になる。したがって、
V(t)=Vout sin{ωt+(1/4)π)・・・・・(5)でかつ
I(t)=Iout cos{ωt−(1/4)π)・・・・・(6)
にすればよいことになる。
Therefore, if the output voltage V (t) and the output current I (t) are phase-shifted to the maximum value of the output power P (t), the maximum value of the output power is increased. The best condition is achieved because the timing at which the output power is maximized will coincide. Therefore,
V (t) = Vout sin {ωt + (1/4) π) (5) and I (t) = Iout cos {ωt− (1/4) π) (6) )
It will be good if

また、平均電力Pmは、図17における出力電力P(t)の波形に斜線を施した、正の期間aの領域の面積Aと負の期間bの領域の面積Bの差であり、次式となる。
Pm=A−B ・・・・・・・・・(7)
この差が負荷の消費電力となる。
並列共振の理想状態ではPm=0となるが、負荷がプラズマ発生状態にある時には、負荷容量の誘電損失により、熱、音、光(一部プラズマ)、電波、振動などの損失が生じるため、実際はA>Bとなる。したがって、Pm>0になる。
The average power Pm is the difference between the area A of the area of the positive period a and the area B of the area of the negative period b in which the waveform of the output power P (t) in FIG. It becomes.
Pm = A−B (7)
This difference is the power consumption of the load.
In the ideal state of parallel resonance, Pm = 0, but when the load is in a plasma generation state, dielectric loss of the load capacity causes losses such as heat, sound, light (partial plasma), radio waves, vibration, etc. In fact, A> B. Therefore, Pm> 0.

この発明で注目しているのは、出力電圧の(1/4)π進んでいるところでの出力電力P(t)の最大値である。式(1)による出力電圧V(t)より出力電力P(t)は進相であるから、出力電力P(t)の最大時に出力電圧の位相を合わせると式(5)になる。式(5)は、式(1)より進相となる。それによって出力電力が増加するため、式(7)の差をより大きくすることになる。   What is focused on in the present invention is the maximum value of the output power P (t) at (1/4) π of the output voltage. From the output voltage V (t) according to equation (1), since the output power P (t) is a phase advance, equation (5) is obtained when the phase of the output voltage is matched at the maximum of the output power P (t). Expression (5) is advanced from expression (1). Since the output power is thereby increased, the difference in equation (7) will be made larger.

出力電流I(t)も式(6)を満たすようにできればよいが、どちらか一方しか調整できない。すなわち、式(5)と式(6)を同時に満たそうとすると、並列共振から外れてしまう。
しかし、現実的には、式(7)におけるAを大きくできればよい。そこでこの発明では、出力の共振状態がなくならず、且つ出力電力を増加するとともに、出力電圧と出力電力の位相差を少なくするように、出力電圧の位相をずらすようにしている。
It is preferable that the output current I (t) be able to satisfy the equation (6), but only one of them can be adjusted. That is, if it is going to satisfy Formula (5) and Formula (6) simultaneously, it will remove | deviate from parallel resonance.
However, in practice, it is only necessary to increase A in equation (7). Therefore, in the present invention, the phase of the output voltage is shifted so as not to lose the resonant state of the output and to increase the output power and to reduce the phase difference between the output voltage and the output power.

以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて具体的に説明する。
〔第1の実施形態〕
図1はこの発明によるインバータ装置の第1実施例の回路図である。
この図1に示すインバータ装置は、同一の特性を持つ個別の(コアを別にする)5個のトランスT1〜T5によって昇圧トランス3を構成している。その5個のトランスT1〜T5の各励磁巻線Lp1〜Lp5に、それぞれ第1、第2の入力端子1a,1bから供給される入力電圧Vinを印加して励磁電流を流し、その各励磁電流を同時にスイッチングする。そのためのスイッチング素子を、第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2とで構成している。
Hereinafter, a mode for carrying out the present invention will be specifically described based on the drawings.
First Embodiment
FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of an inverter device according to the present invention.
In the inverter device shown in FIG. 1, the step-up transformer 3 is configured by five individual transformers T1 to T5 (having different cores) having the same characteristics. Input voltages Vin supplied from the first and second input terminals 1a and 1b are applied to the excitation windings Lp1 to Lp5 of the five transformers T1 to T5, respectively, to cause an excitation current to flow, and the excitation currents thereof Switch at the same time. The switching element for that purpose is comprised by the 1st switching element Q1 and the 2nd switching element Q2.

その第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2は、制御回路5から出力される同一のスイッチング信号が、それぞれ保護抵抗R1又はR2を介してゲートに印加されてオン・オフ駆動されるMOS型FETである。スイッチング信号は、例えば20kHz程度の一定周期の矩形波パルス信号であり、その1周期内のON時間の割合であるデューティを可変することもできる。   The first switching element Q1 and the second switching element Q2 are turned on / off driven by the same switching signal outputted from the control circuit 5 being applied to the gate via the protective resistance R1 or R2, respectively. Type FET. The switching signal is, for example, a rectangular wave pulse signal with a constant period of about 20 kHz, and the duty, which is the ratio of the ON time within one period thereof, can also be varied.

そして、第1のスイッチング素子Q1は、入力電圧Vinが供給される入力端子1a、1b間に、トランスT5の励磁巻線Lp5と直列に接続し、その励磁巻線Lp5の励磁電流だけをスイッチングする。
トランスT1〜T4の励磁巻線Lp1〜Lp4は全て並列に接続し、その並列回路を入力端子1a、1b間に、第2のスイッチング素子Q2と直列に接続する。したがって、第2のスイッチング素子Q2は、トランスT1〜T4の各励磁巻線Lp1〜Lp4の励磁電流をスイッチングする。
The first switching element Q1 is connected in series with the excitation winding Lp5 of the transformer T5 between the input terminals 1a and 1b to which the input voltage Vin is supplied, and switches only the excitation current of the excitation winding Lp5. .
The excitation windings Lp1 to Lp4 of the transformers T1 to T4 are all connected in parallel, and the parallel circuit is connected in series with the second switching element Q2 between the input terminals 1a and 1b. Therefore, the second switching element Q2 switches the excitation current of the excitation windings Lp1 to Lp4 of the transformers T1 to T4.

一方、昇圧トランス3を構成する5個のトランスT1〜T5の各出力巻線Ls1〜Ls5は、フレームグラウンド側の第1の出力端子2aと電圧発生側の第2の出力端子2bとの間に互いに直列に接続している。そして、その第1、第2の出力端子2a,2b間に交番する出力電圧V(t)を発生する。
図1には示していないが、第1、第2の出力端子2a,2b間には、図16に示した従来例と同様に、負荷容量Coを持つプラズマ発生装置等の負荷が接続される。
On the other hand, the output windings Ls1 to Ls5 of the five transformers T1 to T5 constituting the step-up transformer 3 are between the first output terminal 2a on the frame ground side and the second output terminal 2b on the voltage generation side. They are connected in series. Then, an output voltage V (t) alternating between the first and second output terminals 2a and 2b is generated.
Although not shown in FIG. 1, a load such as a plasma generator having a load capacity Co is connected between the first and second output terminals 2a and 2b, as in the conventional example shown in FIG. .

第1、第2の出力端子2a,2b間の静電容量Cは、その場合のトランスT1〜T5の各出力巻線Ls1〜Ls5間に分布もしくは寄生する静電容量Csと負荷容量との合成容量である。
第1の入力端子1aと第1の出力端子2a及び第1、第2のスイッチング素子Q1,Q2の各ソース端子は全てフレームグラウンド(アース)GNDに接続されている。制御回路5には、入力端子1a,1bからの入力電圧Vinが供給される。
The capacitance C between the first and second output terminals 2a and 2b is a combination of the capacitance Cs and the load capacitance distributed or parasitic between the output windings Ls1 to Ls5 of the transformers T1 to T5 in that case. It is a capacity.
The first input terminal 1a, the first output terminal 2a, and the source terminals of the first and second switching elements Q1 and Q2 are all connected to the frame ground (earth) GND. The control circuit 5 is supplied with an input voltage Vin from the input terminals 1a and 1b.

トランスT1〜T5は、それぞれその励磁巻線Lp1〜Lp5に励磁電流が流れている期間にエネルギーを蓄え、励磁電流がOFFになると、各出力巻線Ls1〜Ls5にそのエネルギーを吐き出して二次電圧を誘起し、二次側に前述した電圧共振を起こす。そして、直列接続された出力巻線Ls1〜Ls5にそれぞれ発生する二次電圧が、積み上げるように加算されるので、交番する出力電圧V(t)はトランス1個の場合の5倍近い出力電力が得られる。このようなインバータ回路を、この明細書中では「積み上げ吐き出し回路」と称する。   The transformers T1 to T5 store energy during a period in which the excitation current flows in the excitation windings Lp1 to Lp5, respectively, and when the excitation current is turned off, the energy is discharged to the respective output windings Ls1 to Ls5 and the secondary voltage To cause the above-mentioned voltage resonance on the secondary side. Then, since the secondary voltages generated in the series-connected output windings Ls1 to Ls5 are added so as to be stacked, the alternating output voltage V (t) has an output power close to five times that in the case of one transformer. can get. Such an inverter circuit is called "stacked discharge circuit" in this specification.

さらに、この第1の実施形態の5個のトランスT1〜T5の互いに直列に接続された各出力巻線Ls1〜Ls5は、各接続点e,f,g,hで相互に接続されている。その各接続点e,f,g,hと第2の出力端子2bとの間に、第2の出力端子2bに向かって電流が流れる向きに、それぞれダイオードとコンデンサの直列回路を接続している。この各直列回路が進相回路の機能を有する。   Furthermore, the output windings Ls1 to Ls5 of the five transformers T1 to T5 of the first embodiment connected in series are connected to one another at connection points e, f, g, h. A series circuit of a diode and a capacitor is connected between the connection points e, f, g, h and the second output terminal 2b in the direction in which the current flows toward the second output terminal 2b. . Each series circuit has the function of a phase advancing circuit.

すなわち、接続点eと第2の出力端子2bとの間にダイオードD1とコンデンサC1の直列回路を、接続点fと第2の出力端子2bとの間にダイオードD2とコンデンサC2の直列回路を接続している。
また、接続点gと第2の出力端子2bとの間にダイオードD3とコンデンサC3の直列回路を、接続点hと第2の出力端子2bとの間にダイオードD4とコンデンサC4の直列回路を接続している。
That is, a series circuit of a diode D1 and a capacitor C1 is connected between the connection point e and the second output terminal 2b, and a series circuit of a diode D2 and a capacitor C2 is connected between the connection point f and the second output terminal 2b. doing.
Also, a series circuit of a diode D3 and a capacitor C3 is connected between the connection point g and the second output terminal 2b, and a series circuit of a diode D4 and a capacitor C4 is connected between the connection point h and the second output terminal 2b. doing.

図2は、この第1の実施形態による出力波形観測結果を示す波形図であり、図3は、その出力電圧と出力電力の波形を明瞭化してスイッチング素子のドレイン電流の波形と共に示す波形図である。図4は、同じく第1、第2のスイッチング素子Q1,Q2の各ドレイン電圧の変化を示す波形図である。
図2には、出力電圧V(t)と出力電力P(t)の他に、図1におけるそれぞれ隣接する出力巻線の接続点e,f,g,hに発生する電圧波形も示している。
FIG. 2 is a waveform diagram showing an output waveform observation result according to the first embodiment, and FIG. 3 is a waveform diagram showing the waveforms of the output voltage and the output power as well as the drain current waveform of the switching element. is there. FIG. 4 is a waveform diagram showing changes in drain voltages of the first and second switching elements Q1 and Q2, respectively.
In addition to the output voltage V (t) and the output power P (t), FIG. 2 also shows voltage waveforms generated at connection points e, f, g, h of the adjacent output windings in FIG. .

図3におけるId1は、第1のスイッチング素子Q1のドレイン電流、すなわちトランスT5の励磁電流に相当する。Id2は、第2のスイッチング素子Q2のドレイン電流、すなわちトランスT1〜T4の各励磁電流の和に相当する。このドレイン電流Id1とId2のON期間内での電流変化の傾斜は大きく相違しており、ドレイン電流Id2の傾斜の方が大きい。
図4に示すように、第1のスイッチング素子Q1のドレイン電圧Vds1と、第2のスイッチング素子Q2のドレイン電流Vds2の波形も大きく異なっている。
図2及び図3から分かるように、出力電力P(t)の波形は幾分乱れているが、その面積は増加し、その波形の正のピークと出力電圧V(t)の正のピークの時間差が縮まっている。
Id1 in FIG. 3 corresponds to the drain current of the first switching element Q1, that is, the excitation current of the transformer T5. Id2 corresponds to the sum of the drain current of the second switching element Q2, that is, the excitation current of the transformers T1 to T4. The slope of the current change in the ON period of the drain currents Id1 and Id2 is largely different, and the slope of the drain current Id2 is larger.
As shown in FIG. 4, the waveforms of the drain voltage Vds1 of the first switching element Q1 and the drain current Vds2 of the second switching element Q2 are also largely different.
As can be seen from FIGS. 2 and 3, although the waveform of the output power P (t) is somewhat distorted, its area increases and the positive peak of the waveform and the positive peak of the output voltage V (t) The time difference is closing.

この実施形態では、積み上げ吐き出し回路を構成する昇圧トランス3を同一の特性を持つ個別の5個のトランスで構成したが、n個(nは2以上の整数)のトランスで構成すればよい。そこで、その場合について図1に対応させて説明する。
そのn個のトランスを図1の下側(フレームグラウンド側:第1の出力端子側)から上側(電圧発生側:第2の出力端子側)へ、トランスT1,T2,T3,・・・,Tn-1,Tnとする。その各励磁巻線をLp1,Lp2,Lp3,・・・、Lpn-1,Lpnとし、各出力巻線をLs1,Ls2,Ls3,・・・,Lsn-1,Lsnとする。
In this embodiment, although the step-up transformer 3 constituting the stacked discharge circuit is constituted by five individual transformers having the same characteristic, it may be constituted by n (n is an integer of 2 or more) transformers. Therefore, this case will be described with reference to FIG.
From the lower side (frame ground side: first output terminal side) to the upper side (voltage generation side: second output terminal side) of FIG. 1, the transformers T1, T2, T3,. Let Tn-1 and Tn. The excitation windings are Lp1, Lp2, Lp3, ..., Lpn-1, Lpn, and the output windings Ls1, Ls2, Ls3, ..., Lsn-1, Lsn.

そして、一番上側のトランスTnの励磁巻線Lpnだけは第1のスイッチング素子Q1によって、励磁電流がスイッチングされる。それより下側のトランスT1〜Tn-1の各励磁巻線Lp1〜Lpn-1は、互いに並列に接続され、その各励磁電流が第2のスイッチング素子Q2によって同時にスイッチングされる。
トランスT1〜Tnの各出力巻線Ls1〜Lsnは第1の出力端子2aと第2の出力端子2bとの間に直列に接続される。
The excitation current is switched only by the first switching element Q1 of the excitation winding Lpn of the uppermost transformer Tn. The excitation windings Lp1 to Lpn-1 of the lower transformers T1 to Tn-1 are connected in parallel to one another, and the respective excitation currents are simultaneously switched by the second switching element Q2.
The output windings Ls1 to Lsn of the transformers T1 to Tn are connected in series between the first output terminal 2a and the second output terminal 2b.

その互いに直列に接続された各出力巻線Ls1〜Lsn相互の接続点のそれぞれと、
第2の出力端子2bとの間に、いずれも第2の出力端子2bに向かって電流が流れる向きに、ダイオードとコンデンサの直列回路を接続する。
一番高出力電圧側のトランスTnの出力巻線Lsnに、ダイオードとコンデンサの直列回路による共振の影響が出ないようにするため、このトランスTnの励磁電流だけは、独立した第1のスイッチング素子Q1でスイッチングするようにしている。
Each of the output winding Ls1 to Lsn mutual connection points connected in series with each other,
A series circuit of a diode and a capacitor is connected between the second output terminal 2b and the direction in which current flows toward the second output terminal 2b.
Since the output winding Lsn of the transformer Tn on the highest output voltage side is not affected by resonance due to a series circuit of a diode and a capacitor, only the excitation current of the transformer Tn is an independent first switching element. It is made to switch by Q1.

さて、積み上げ吐き出し回路においては、出力巻線Ls1〜Lsnのインダクタンスの和(総インダクタンスΣLsnとする)と、その出力巻線間に分布もしくは寄生する静電容量と負荷容量との合成容量である静電容量Cとによる共振になる。その共振角周波数ω0は数1の式上にある。   Now, in the stacked discharge circuit, the sum of the inductances of the output windings Ls1 to Lsn (total inductance ΣLsn) and the static capacitance which is the combined capacitance of the electrostatic capacitance distributed between the output windings or the parasitic capacitance and the load capacitance It becomes resonance due to the capacitance C. The resonant angular frequency ω 0 is on the equation of Equation 1.

Figure 0006531588
図2に示した出力電力P(t) が正の期間aは、出力巻線Ls1〜Lsnから負荷に電流が流れる期間を示し、出力電力P(t) が負の期間bは、負荷から出力巻線Ls1〜Lsnへ電流が戻る期間を示す。
Figure 0006531588
Period a in which the output power P (t) is positive shown in FIG. 2 indicates a period in which current flows from the output winding Ls1 to Lsn to the load, and period b in which the output power P (t) is negative A period in which the current returns to the windings Ls1 to Lsn is shown.

積み上げ吐き出し回路においては、n個のトランスによるn段の積み上げの場合、各トランスの出力巻線Ls1〜Lsnに発生する電圧が同時にn段積み上げられてくる。そのため、n−1番目のトランスTn-1の出力巻線Lsn-1とn番目のトランスTnの出力巻線Lsnとの接続点の電圧が、Vout(波高値:最大値)に達するまでの時間が総インダクタンスΣLsnの影響で遅れる。   In the stacked discharge circuit, in the case of n stages of stacking by n transformers, voltages generated in the output windings Ls1 to Lsn of the respective transformers are simultaneously stacked n stages. Therefore, the time until the voltage at the connection point between the output winding Lsn-1 of the n-1st transformer Tn-1 and the output winding Lsn of the nth transformer Tn reaches Vout (peak value: maximum value) Is delayed by the influence of the total inductance LLsn.

その時間の遅れを改善するため、各トランスの出力巻線の接続点ごとに、ダイオード(D1〜Dn-1)とコンデンサ(C1〜Cn-1)との直列回路を、電圧発生側の第2の出力端子2bとの間に接続した構成にした。高電圧のため各出力巻線Ls1〜LsnのインダクタンスはmHオーダであり、大きいため遅相が顕著にでる。
図2の期間aにおいて、図1で一番低電圧側の接続点eからコンデンサC1を通して静電容量Cを充電する際の共振角周波数ω1は、数2の式によって求まる。数2におけるLs1は、出力巻線Ls1のインダクタンスを意味する。
In order to improve the time delay, a series circuit of a diode (D1 to Dn-1) and a capacitor (C1 to Cn-1) is connected at each connection point of the output winding of each transformer to the second voltage generating side. Between the output terminal 2b and the output terminal 2b. Because of the high voltage, the inductance of each of the output windings Ls1 to Lsn is on the order of mH and is large, so that the phase lag is remarkable.
During the period a of FIG. 2, the resonance angular frequency ω1 at the time of charging the capacitance C from the connection point e on the lowest voltage side in FIG. Ls1 in Equation 2 means the inductance of the output winding Ls1.

Figure 0006531588
Figure 0006531588

同様に、それより上段側の各接続点から、それぞれコンデンサC2,・・・,Cn-1を通して合成容量Cを充電する共振角周波数ω2,・・・,ωn-1の電圧が、静電容量Cに順次積み上げられる。
静電容量Cを充電する期間だけしか各コンデンサC1〜Cn-1が上記動作をしないように、各コンデンサC1〜Cn-1にそれぞれ直列にダイオードD1〜Dn-1を設けている。
Similarly, the voltage at the resonant angular frequency ω2,..., Ωn-1 charging the combined capacitance C through the capacitors C2,. It is sequentially stacked on C.
The diodes D1 to Dn-1 are provided in series with the capacitors C1 to Cn-1, respectively, so that the capacitors C1 to Cn-1 do not operate only during the period in which the electrostatic capacitance C is charged.

積み上げ吐き出し回路においては、理論上各出力巻線Ls1〜Lsnのインダクタンスは同一であり、n−1番目のトランスTn-1の出力巻線Lsn-1とn番目のトランスTnの出力巻線Lsnとの接続点が最終となる。その接続点(図1では接続点h)からコンデンサCn-1を通して静電容量Cを充電する際の共振角周波数ωn-1は、数3の式によって求まる。   In the stacked discharge circuit, theoretically, the inductances of the output windings Ls1 to Lsn are the same, and the output winding Lsn-1 of the n-1st transformer Tn-1 and the output winding Lsn of the nth transformer Tn The connection point of is the final. The resonance angular frequency ω n-1 at the time of charging the capacitance C from the connection point (the connection point h in FIG. 1) through the capacitor C n-1 is determined by the equation (3).

Figure 0006531588
Figure 0006531588

これは、その一つ前、さらにその一つ前と接続点から各コンデンサを介した回路での共振が完了し、図2の期間aが成立するため、数3の式が成立することになる。したがって、それよりも前段の回路は考えなくてもよいからn番目の出力巻線のインダクタンスLsnのみで共振するのと同じことになる。
したがって、最後の出力電圧以外の各接続点の電圧での期間aのみでの各共振角周波数ω2,・・・,ωn-1の間には、次式の関係が成立する。
ω1=ω2=・・・・=ωn-1 ・・・・・・(8)
この共振角周波数を、ここではωcとする。
This is because the resonance in the circuit via each capacitor is completed from the connection point and the connection point one before, and the equation a in FIG. . Therefore, it is not necessary to consider the circuit in the previous stage, which is the same as resonance with only the inductance Lsn of the n-th output winding.
Therefore, the relationship of the following equation holds among the resonant angular frequencies ω 2,..., Ω n -1 only in the period a at the voltage of each connection point other than the final output voltage.
ω1 = ω2 = ···· = ωn-1 ·················· (8)
Here, the resonance angular frequency is ωc.

ここで、出力電圧P(t) が、前述した式(3)上にあるためには、出力電圧V(t) の前述した式(1)の半周期が期間a内に完了することが必要である。
そこで、上述したダイオードとコンデンサの直列回路それぞれにおけるコンデンサの容量を次のようにするとよい。上記各コンデンサを通して第1の出力端子2aと第2の出力端子2bとの間に存在する静電容量を充電するときの共振角周波数ωcが、昇圧トランス3を構成する各トランスT1〜T5の直列に接続された出力巻線Ls1〜Ls5の総インダクタンスと上記静電容量による電圧共振の共振角周波数ωoの1倍から2倍となる帯域幅で許容されるようにするとよい。
そして、数3の式から数4の式が成立する。
Here, in order for the output voltage P (t) to be on the above-mentioned equation (3), the half cycle of the above-mentioned equation (1) of the output voltage V (t) needs to be completed within the period a. It is.
Therefore, the capacitance of the capacitor in each of the series circuits of the diode and the capacitor described above may be set as follows. The resonant angular frequency ωc when charging the capacitance existing between the first output terminal 2a and the second output terminal 2b through the respective capacitors is a series of transformers T1 to T5 constituting the step-up transformer 3. The total inductance of the output windings Ls1 to Ls5 connected thereto and the bandwidth which is 1 to 2 times the resonance angular frequency ωo of the voltage resonance due to the capacitance may be allowed.
Then, the equation of Equation 4 is established from the equation of Equation 3.

Figure 0006531588
Figure 0006531588

ここで、積み上げ吐き出し回路では、トランスT1〜Tnの各出力巻線Ls1〜Lsnのインダクタンスは同一の値である。また、静電容量Cと、n+1番目(最上位)の接続点に接続されたコンデンサCn-1の容量は、いずれも正の実数の値であるから、数4の式から、コンデンサCn-1の容量をCn-1とすると、それは数5によって求まる。   Here, in the stacked discharge circuit, the inductances of the output windings Ls1 to Lsn of the transformers T1 to Tn have the same value. Further, since the capacitance C and the capacitance of the capacitor Cn-1 connected to the (n + 1) th (uppermost) connection point are both positive real numbers, Assuming that the capacity of Cn-1 is given by

Figure 0006531588
同様にして、ωc=ω0のときには、コンデンサCn-1の容量をCn-1とすると、それは数6によって求まる。
Figure 0006531588
Similarly, when ωc = ω0, assuming that the capacitance of the capacitor Cn−1 is Cn−1, it can be obtained by Equation 6.

Figure 0006531588
Figure 0006531588

積み上げ吐き出し回路は、トランスは2段以上であるから、n≠1となる。
期間aが完了すると期間bに戻る。このときの関係は式(7)にあるが、期間aで電圧分散させたので、同じ条件では波高値(Vout)が低下する。
数6の式から n=5、 各コンデンサの容量C1=C2=C3=C4=1.25C (合成容量C=100pF)、入力電圧Vin=60V(DC)の時、すなわち図1の実施形態の場合の観測波形を図2に示している。
Since the stacked discharge circuit has two or more stages of transformers, n ≠ 1.
When period a is completed, the process returns to period b. Although the relationship at this time is in the equation (7), since the voltage is dispersed in the period a, the peak value (Vout) decreases under the same condition.
From equation 6, n = 5, capacitances of the respective capacitors C1 = C2 = C3 = C4 = 1.25 C (combined capacitance C = 100 pF), input voltage Vin = 60 V (DC), that is, in the embodiment of FIG. The observed waveform of the case is shown in FIG.

このときも効果が出ているが、数5の式では、各コンデンサの容量が1.666C(167pF)のとき期間aが最大になった。波形形状は同一形状なので省く。

この場合、期間a+bが広がるため、固定スイッチング周波数においては、必要な励磁を行う時間(各スイッチング素子Q1,Q2のON期間)に影響が出る。ωcがω0を超えると期間a+bが広がり、式(3)による出力電力P(t) は、再び+領域となって電力は増大するが、その期間内ではスイッチング素子Q1,Q2をONできない。
Although this is also effective at this time, in the equation (5), the period a is maximized when the capacitance of each capacitor is 1.666 C (167 pF). The waveform shape is omitted since it is the same shape.

In this case, since the period a + b extends, the fixed switching frequency affects the time for performing necessary excitation (the ON period of each of the switching elements Q1 and Q2). When ωc exceeds ω0, the period a + b is broadened, and the output power P (t) according to equation (3) again becomes the + region and the power increases, but the switching elements Q1 and Q2 can not be turned on within that period.

この期間内でスイッチング素子Q1,Q2をONにすると、出力電圧が短絡して過大電流が流れる。したがって、実際上は、各トランスを励磁するON時間を減らす必要がでてくる。
よって 全ての接続点と第2の出力端子2bとの間にダイオードとコンデンサの直列回路を接続した実施形態では、前述したように、ωcがω0の1倍から2倍(ω0〜2ω0)の範囲になるように、各コンデンサC1〜Cnを設定するとよい。
When the switching elements Q1 and Q2 are turned on within this period, the output voltage is shorted and an excessive current flows. Therefore, in practice, it is necessary to reduce the ON time for exciting each transformer.
Therefore, in the embodiment in which a series circuit of a diode and a capacitor is connected between all the connection points and the second output terminal 2b, as described above, ωc is in the range of 1 to 2 times ω0 (ω0 to 2ω0) It is preferable to set each of the capacitors C1 to Cn so that

〔比較例との比較〕
比較例として、この発明を適用していないインバータ装置の例を図5に示す。このインバータ装置の昇圧トランス3の構成は図1に示したこの発明によるインバータ装置の昇圧トランス3と同じである。但し、その個別のトランスT1〜T5の各励磁巻線Lp1〜Lp5は全て並列に接続され、その各励磁電流が共通のスイッチング素子Qによってスイッチングされる。各出力巻線Ls1〜Ls5は、第1の出力端子2aと第2の出力端子2bとの間に直列に接続されているが、その相互の接続点e,f,g,hと第2の出力端子2bとの間に、ダイオードとコンデンサの直列回路は接続していない。その他は図1のインバータ装置と同じである。
[Comparison with Comparative Example]
As a comparative example, an example of an inverter device to which the present invention is not applied is shown in FIG. The configuration of the step-up transformer 3 of this inverter device is the same as that of the step-up transformer 3 of the inverter device according to the present invention shown in FIG. However, the respective excitation windings Lp1 to Lp5 of the individual transformers T1 to T5 are all connected in parallel, and the respective excitation currents are switched by the common switching element Q. The output windings Ls1 to Ls5 are connected in series between the first output terminal 2a and the second output terminal 2b, but their mutual connection points e, f, g, h and the second A series circuit of a diode and a capacitor is not connected between the output terminal 2b. Others are the same as the inverter apparatus of FIG.

図6は、図5に示した比較例による出力波形観測結果を示す波形図であり、時間軸は図2と同じで、各波形は図1に示した各波形と対応している。
図2と図6の出力電力P(t)及び出力電圧V(t)の波形を比較すると、第1の実施形態の波形である図2の方が、出力電圧V(t)の波高値(Vout)は低くなっているが、期間aが広くなり、電力導通角が広くなっている。そのため無効電力(休んでいる時間)が減り、電力面積が増加していることが分かる。また、出力電圧V(t)は、式(5)によって進相側に分散したことが分かる。
FIG. 6 is a waveform diagram showing an output waveform observation result according to the comparative example shown in FIG. 5. The time axis is the same as FIG. 2, and each waveform corresponds to each waveform shown in FIG.
Comparing the waveforms of the output power P (t) and the output voltage V (t) in FIGS. 2 and 6, the waveform value of the output voltage V (t) in FIG. 2 which is the waveform of the first embodiment Although Vout) is low, the period a is wide and the power conduction angle is wide. Therefore, it can be seen that the reactive power (resting time) is reduced and the power area is increased. Further, it can be understood that the output voltage V (t) is dispersed to the phase advance side by the equation (5).

このとき、出力電圧V(t)の立ち上がり時間dv・dtは、出力インダクタンスを分けているから、出力電圧V(t)の幅が広がっているにもかかわらず、コンデンサの効果で急峻になっている。
また、コンデンサC1〜C4(Cn-1)の各容量が数5と数6の式を満たす範囲において、出力電圧V(t)の1/4π進相 に合わせて電力が増した。
出力電圧V(t)の波高値(Vout)が低くなった分は、入力電圧Vinを上げることと、第1、第2のスイッチング素子Q1,Q2のON時間を広げることなどで、調整可能である。その具体例は後述する。
At this time, the rise time dv · dt of the output voltage V (t) is steep due to the effect of the capacitor although the width of the output voltage V (t) is broadened because the output inductance is divided. There is.
In addition, in a range where the capacitances of the capacitors C1 to C4 (Cn-1) satisfy the equations (5) and (6), the power is increased in accordance with the 1⁄4π advance phase of the output voltage V (t).
The amount by which the peak value (Vout) of the output voltage V (t) is lowered can be adjusted by, for example, raising the input voltage Vin and extending the ON time of the first and second switching elements Q1 and Q2 is there. The specific example is mentioned later.

〔第2の実施形態〕
この発明によるインバータ装置の第2の実施形態を図7に示す。
このインバータ装置も、各トランスT1〜T5の出力巻線Ls1〜Ls5の相互の接続点e,f,g,hと第2の出力端子2bとの間に、それぞれダイオードD1〜D4とコンデンサC1〜C4の各直列回路を接続している。その各直列回路にそれぞれインダクタL1〜L4を介挿した点だけが、図1に示した第1の実施形態と相違する。
Second Embodiment
A second embodiment of the inverter device according to the invention is shown in FIG.
In this inverter device, the diodes D1 to D4 and the capacitors C1 to C4 are respectively connected between the connection points e, f, g, h of the output windings Ls1 to Ls5 of the transformers T1 to T5 and the second output terminal 2b. Each series circuit of C4 is connected. The only difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that inductors L1 to L4 are inserted in the respective series circuits.

第1の実施形態では、図2に示したように電力波形がリンギングの多いものになっている。そこで、この図7に示す第2の実施形態では、各コンデンサC1〜C4にそれぞれ直列に若干のインダクタL1〜L4を介挿した。これによって、電力波形のリンギングを低減することができ、出力電力P(t)の波形は、図3に示したようなリンギングの少ない波形になる。
なお、図7に示した例では、最下段のトランスT1の出力巻線Ls1の下端とフレームグラウンド側の第1の出力端子2aとを結ぶラインにダイオードD5を介挿している。これは、リンギング除去用のサージアブソーバであるが、この発明の機能上は省略してもよい。
この場合も、昇圧トランス3を構成するトランスの数は2個以上であればよい。
In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the power waveform has a lot of ringing. Therefore, in the second embodiment shown in FIG. 7, some inductors L1 to L4 are inserted in series with the capacitors C1 to C4, respectively. Thereby, the ringing of the power waveform can be reduced, and the waveform of the output power P (t) becomes a waveform with less ringing as shown in FIG.
In the example shown in FIG. 7, a diode D5 is interposed in a line connecting the lower end of the output winding Ls1 of the lowermost transformer T1 and the first output terminal 2a on the frame ground side. Although this is a surge absorber for eliminating ringing, it may be omitted from the function of the present invention.
Also in this case, the number of transformers constituting the step-up transformer 3 may be two or more.

図8は、各トランスT1〜T5の出力巻線Ls1〜Ls5のインダクタンスが同じでない(各励磁巻線Lp1〜Lp5のインダクタンスが同じ)場合の、出力電圧V(t)と各接続点e〜hの電圧波形観測結果を示す波形図である。このように各出力巻線のインダクタンスが相違すると、調整が困難になる。   FIG. 8 shows the output voltage V (t) and the connection points e to h when the inductances of the output windings Ls1 to Ls5 of the transformers T1 to T5 are not the same (the inductances of the excitation windings Lp1 to Lp5 are the same). It is a wave form diagram which shows the voltage waveform observation result of. When the inductances of the output windings differ as described above, adjustment becomes difficult.

〔第3の実施形態〕
次に、この発明によるインバータ装置の第3の実施形態を図9〜図11によって説明する。図9はそのインバータ装置の図1と同様な回路図、図10及び図11は、その第3の実施形態の出力波形観測結果を示す波形図である。
図9に示すインバータ装置は、5個のトランスT1〜T5の出力巻線Ls1〜Ls5の相互の接続点e〜hのうち、接続点gと第2の出力端子2bとの間だけに、ダイオードD3とコンデンサC3の直列回路を接続している。この直列回路に直列にインダクタを接続してもよい。その他の構成は、図1によって説明した第1の実施形態と同じであるから、説明を省略する。
Third Embodiment
Next, a third embodiment of the inverter device according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a circuit diagram similar to FIG. 1 of the inverter device, and FIGS. 10 and 11 are waveform diagrams showing output waveform observation results of the third embodiment.
The inverter device shown in FIG. 9 is a diode only between the connection point g and the second output terminal 2b among the connection points e to h of the output windings Ls1 to Ls5 of the five transformers T1 to T5. A series circuit of D3 and a capacitor C3 is connected. An inductor may be connected in series to this series circuit. The other configuration is the same as that of the first embodiment described with reference to FIG.

この場合も、昇圧トランス3を構成するトランスの数は2個以上であればよいので、n個の場合に一般化して説明する。
昇圧トランス3を構成するトランスの数がn個(nは2以上の整数)で、フレームグラウンド側から第n番目のトランスと第n−1番目のトランスの出力巻線の接続点にのみ、ダイオードとコンデンサの直列回路を接続したとする。
Also in this case, the number of transformers constituting the step-up transformer 3 may be two or more, and therefore, the case of n will be generalized and described.
The number of transformers constituting the step-up transformer 3 is n (n is an integer of 2 or more), and a diode is connected only at the connection point between the n-th transformer and the (n-1) -th transformer output winding from the frame ground side And a series circuit of capacitors are connected.

そのダイオードとコンデンサの直列回路は進相回路として機能するが、上記のように最上段の接続点と高電圧出力側の第2の出力端子2bとの間にのみ、その直列回路を接続した場合は、それよりも下段のトランスの出力巻線の影響が出る。そのため、トランスの数にもよるが、進相しきれなくなって、十分な効果が得られなくなる場合がある。
そこで、n個のトランスの各出力巻線相互の各接続のうち、なるべくその配列方向の中央又は中央に最も近い位置の接続点に、ダイオードとコンデンサの直列回路を接続するのが望ましい。
The series circuit of the diode and the capacitor functions as a phase advancing circuit, but as described above, when the series circuit is connected only between the uppermost connection point and the second output terminal 2b on the high voltage output side The effect is on the output winding of the lower transformer. Therefore, depending on the number of transformers, it may not be able to advance the phase and a sufficient effect may not be obtained.
Therefore, it is desirable to connect a series circuit of a diode and a capacitor to a connection point at a position closest to the middle or in the center of the arrangement direction among the connections among the output windings of n transformers.

したがって、n個のトランスの各出力巻線相互の各接続点の総数が奇数の場合は配列位置が中央の接続点、偶数の場合は配列位置が中央に最も近い二つの接続点の一方に、ダイオードとコンデンサの直列回路を接続するのが望ましい。
図9に示した実施形態は、トランスの数が5個で、接続点の数が4個(偶数)であるから、各接続点e〜hの配列方向の中央に最も近い二つの接続点fとgの一方の接続点gに、ダイオードD3とコンデンサC3の直列回路を接続している。
Therefore, if the total number of connection points between the output windings of n transformers is odd, the arrangement position is at the middle connection point, and if even, the arrangement position is at one of the two connection points closest to the middle, It is desirable to connect a series circuit of a diode and a capacitor.
In the embodiment shown in FIG. 9, since the number of transformers is five and the number of connection points is four (even), the two connection points f closest to the center of the arrangement direction of the connection points e to h are provided. A series circuit of a diode D3 and a capacitor C3 is connected to one of connection points g of G and G.

この場合、上記計算と同様にすると、その配置間のLsでの値のみ変化するので、2個飛びの場合は、Cn-2=|n/(n−2)|・C 〜n・C/2の範囲となる。   In this case, in the same manner as the above calculation, only the value at Ls between the placements changes, so in the case of two jumps, Cn−2 = | n / (n−2) | · C ̃n · C / It becomes a range of 2.

図9に示したように、n=5(トランス5段積み上げ)とし、コンデンサC3の容量が167pF〜250pF (C=100pF)、入力電圧Vin=60V(DC)の時の、出力波形観測結果を図10に示す。
この図から分かるように、全ての接続点にダイオードとコンデンサの直列回路を接続した場合に比べて期間aは広くはない。しかし。電圧進相はある程度なされており、出力電力P(t)が増加しているので、作用効果は十分ある。
コンデンサC3の容量が大きいと、出力電圧の共振バランスを崩してしまう恐れがあるが、全ての接続点にダイオードとコンデンサの直列回路を接続した場合に比べて、励磁時間を確保するための共振時間への影響は少ない。
As shown in FIG. 9, the output waveform observation result is shown when n = 5 (five transformers are stacked), the capacitance of the capacitor C3 is 167 pF to 250 pF (C = 100 pF), and the input voltage Vin = 60 V (DC). It is shown in FIG.
As can be seen from this figure, the period a is not wide as compared to the case where a series circuit of diodes and capacitors is connected to all the connection points. However. Since the voltage advance is performed to some extent and the output power P (t) is increased, the operation and effect are sufficient.
If the capacitance of the capacitor C3 is large, there is a risk that the resonance balance of the output voltage may be broken, but the resonance time for securing the excitation time as compared to the case where a series circuit of a diode and a capacitor is connected to all connection points. There is little influence on it.

図10は、図9におけるコンデンサC3の容量が、上述した、Cn-2=|n/(n−2)|・C 〜n・C/2の範囲(ωcがω0〜2ω0)の好ましい範囲である場合の波形を示す。
図11は、図9におけるコンデンサC3の容量C3が上記望ましい範囲から外れた値、例えば400pFであった場合の出力波形観測結果を示す波形図である。この場合は、期間aと期間bのバランスがくずれ、期間aが十分に広がらない。
In FIG. 10, the capacitance of the capacitor C3 in FIG. 9 is within the above-mentioned preferable range of Cn-2 = | n / (n-2) | .C to n.C / 2 (ωc is ω0 to 2ω0) The waveform in one case is shown.
FIG. 11 is a waveform diagram showing an output waveform observation result in the case where the capacitance C3 of the capacitor C3 in FIG. 9 is a value out of the desirable range, for example, 400 pF. In this case, the balance between the period a and the period b is broken, and the period a does not extend sufficiently.

〔第4の実施形態〕
次に、この発明によるインバータ装置の第4の実施形態を図12〜図15によって説明する。図12はそのインバータ装置の図1と同様な回路図、図13乃至図15は、その第4の実施形態の入力電圧がそれぞれ異なる場合の出力波形観測結果を示す波形図である。
図12に示すインバータ装置は、5個のトランスT1〜T5の出力巻線Ls1〜Ls5の相互の接続点e〜hのうち、2個の接続点e及びgと第2の出力端子2bとの間に、それぞれダイオードとコンデンサの直列回路を接続している。
Fourth Embodiment
Next, a fourth embodiment of the inverter device according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a circuit diagram similar to FIG. 1 of the inverter device, and FIG. 13 to FIG. 15 are waveform diagrams showing output waveform observation results in the case where input voltages of the fourth embodiment are different.
The inverter device shown in FIG. 12 has two connection points e and g among the connection points e to h of the output windings Ls1 to Ls5 of the five transformers T1 to T5 and the second output terminal 2b. A series circuit of a diode and a capacitor is connected between them.

接続点eには、第2の出力端子2bに向かって電流が流れる向きに、ダイオードD1とコンデンサC1の直列回路を接続している。接続点gには、第2の出力端子2bに向かって電流が流れる向きに、ダイオードD3とコンデンサC3の直列回路を接続している。これらの直列回路に直列にインダクタを接続してもよい。その他の構成は、図1によって説明した第1の実施形態と同じであるから、説明を省略する。   A series circuit of a diode D1 and a capacitor C1 is connected to the connection point e in a direction in which current flows toward the second output terminal 2b. A series circuit of a diode D3 and a capacitor C3 is connected to the connection point g in a direction in which current flows toward the second output terminal 2b. An inductor may be connected in series to these series circuits. The other configuration is the same as that of the first embodiment described with reference to FIG.

この場合も、昇圧トランス3を構成するトランスの数は2個以上であればよいので、n個の場合に一般化して説明する。
昇圧トランス3を構成するトランスの数がn個(nは2以上の整数)の場合、その各トランスT1〜Tnの各出力巻線Ls1〜Lsnの相互の接続点の総数はn−1になる。
その接続点の総数n−1の1/2以上の各接続点と、高電圧出力側の第2の出力端子2bとの間に、それぞれ第2の出力端子2bに向かって電流が流れる向きに、ダイオードとコンデンサの直列回路(進相回路として機能する)を接続する。その場合、その直列回路を接続する接続点は、出力巻線Ls1〜Lsnの相互の接続点の両端間に略均等な間隔で配置されているのが望ましい。
Also in this case, the number of transformers constituting the step-up transformer 3 may be two or more, and therefore, the case of n will be generalized and described.
When the number of transformers constituting the step-up transformer 3 is n (n is an integer of 2 or more), the total number of mutual connection points of the output windings Ls1 to Lsn of the respective transformers T1 to Tn is n-1. .
In a direction in which current flows toward the second output terminal 2b between each connection point of 1/2 or more of the total number n-1 of the connection points and the second output terminal 2b on the high voltage output side , Connect a series circuit of a diode and a capacitor (function as a phase advancing circuit). In that case, it is desirable that the connection points connecting the series circuits be disposed at substantially equal intervals between both ends of the mutual connection points of the output windings Ls1 to Lsn.

図12に示したインバータ装置は、トランスの数n=5の場合であり、接続点の総数は4である。その1/2である2つの接続点として一番下(フレームグラウンド側)の接続点eと、上から(高電圧出力側から)2番目の接続点gと、第2の出力端子2bとの間に、それぞれ、ダイオードD1,D3とコンデンサC1,C3の直列回路を接続している。
図13は、このインバータ装置の入力電圧Vinを低目にして動作させた場合の、出力波形観測結果を示す波形図である。
The inverter device shown in FIG. 12 is the case of the number of transformers n = 5, and the total number of connection points is four. As the two connection points that are 1⁄2, the connection point e at the bottom (frame ground side), the second connection point g from the top (from the high voltage output side), and the second output terminal 2b Between them, series circuits of diodes D1 and D3 and capacitors C1 and C3 are connected, respectively.
FIG. 13 is a waveform diagram showing an output waveform observation result in the case of operating with the input voltage Vin of the inverter device lowered.

図14は入力電圧を上げて出力電圧を調整した場合、図15は入力電圧をさらに上げて出力電圧を調整した場合の、それぞれ出力波形観測結果を示す波形図である。各波形図における左側縦軸の電圧目盛、および右側縦軸の電力目盛が大幅に異なっている。
何れの場合も、期間aに相当する導通角が広がって出力電力P(t)が増加し、出力電圧V(t)の進相もなされており、充分な効果が得られている。
また、入力電圧Vinの大きさを変えることによって、出力電圧及び出力電力を任意に調整することができる。
FIG. 14 is a waveform chart showing the output waveform observation results in the case where the input voltage is raised to adjust the output voltage, and FIG. 15 is the case where the input voltage is further raised to adjust the output voltage. The voltage scale on the left vertical axis and the power scale on the right vertical axis in each waveform diagram are significantly different.
In any case, the conduction angle corresponding to the period a is broadened to increase the output power P (t), and the phase advance of the output voltage V (t) is also achieved, and a sufficient effect is obtained.
Further, the output voltage and the output power can be arbitrarily adjusted by changing the magnitude of the input voltage Vin.

〔実施形態のまとめ〕
以上説明したこの発明によるインバータ装置の各実施形態をまとめると、次のようになる。
昇圧トランス3を構成するn個のトランスT1〜Tnのうち最も第2の出力端子側(電圧発生側)のトランスTnの励磁巻線Lpnの励磁電流を、第1のスイッチング素子Q1によってスイッチングする。他の各トランスT1〜Tn-1の励磁巻線Lp1〜Lpn-1は並列に接続して、その各励磁巻線の励磁電流を第2のスイッチング素子Q2によってスイッチングする。
Summary of Embodiment
The embodiments of the inverter device according to the present invention described above are summarized as follows.
The excitation current of the excitation winding Lpn of the transformer Tn on the second output terminal side (voltage generation side) of the n transformers T1 to Tn constituting the step-up transformer 3 is switched by the first switching element Q1. The excitation windings Lp1 to Lpn-1 of the other transformers T1 to Tn-1 are connected in parallel, and the excitation current of each excitation winding is switched by the second switching element Q2.

そして、n個のトランスT1〜Tnの互いに直列に接続された各出力巻線Ls1〜Lsn-1相互の接続点e,f,g等のうち、少なくとも一つの接続点と第2の出力端子2bとの間に、第2の出力端子2bに向かって電流が流れる向きに、ダイオード(D1,D2,D3等)とコンデンサ(C1,C2,C3等)の直列回路を接続する。
その少なくとも一つの接続点は、上記接続点の総数が奇数の場合は配列位置が中央の接続点であるのが望ましく、偶数の場合は配列位置が中央に最も近い二つの接続点の一方であるのが望ましい。
Then, at least one connection point and the second output terminal 2b among the connection points e, f, g, etc. of the respective output windings Ls1 to Lsn-1 of the n transformers T1 to Tn connected in series with each other. And a series circuit of a diode (D1, D2, D3, etc.) and a capacitor (C1, C2, C3, etc.) in the direction in which the current flows toward the second output terminal 2b.
The at least one connection point is preferably the middle connection point if the total number of the connection points is odd, and if the even number is one of the two connection points closest to the middle the alignment position. Is desirable.

上記n個のトランスの互いに直列に接続された各出力巻線Ls1〜Lsn-1相互の接続点e,f,g等のうち、配列位置が均等な間隔の二つの各接続点と第2の出力端子2bとの間に、それぞれダイオードとコンデンサの直列回路を接続するのがさらに望ましい。
上記接続点の総数の1/2以上の各接続点と第2の出力端子2bとの間に、それぞれ上記ダイオードとコンデンサの直列回路を接続してもよい。
上記接続点の全てと第2の出力端子2bとの間に、それぞれ上記ダイオードとコンデンサの直列回路を接続すれば最もよい。
上記ダイオードとコンデンサの直列回路に、図7の実施形態に示したように、それぞれにインダクタを直列に介挿することによって、出力電力のリンギングを低減することができる。
Among the connection points e, f, g, etc. of the output windings Ls1 to Lsn-1 connected in series with each other of the above n transformers, two connection points having a uniform arrangement position and a second It is further desirable to connect a series circuit of a diode and a capacitor to the output terminal 2b, respectively.
A series circuit of the diode and the capacitor may be connected between the second output terminal 2b and each connection point which is 1/2 or more of the total number of connection points.
It is best if the series circuit of the diode and the capacitor is connected between all of the connection points and the second output terminal 2b.
The ringing of the output power can be reduced by inserting an inductor in series in the series circuit of the diode and the capacitor as shown in the embodiment of FIG.

上記ダイオードとコンデンサの直列回路それぞれにおける各コンデンサ(C1,C2,C3等)の容量は、その各コンデンサを通して第1の出力端子2aと第2の出力端子2bの間に存在する静電容量Cを充電するときの共振角周波数(ωc)が、昇圧トランス3を構成する各トランスT1〜Tnの直列に接続された出力巻線Ls1〜Lsnの総インダクタンスと上記静電容量による電圧共振の共振角周波数(ωo)の1倍から2倍の帯域幅になる容量にするのが望ましい。   The capacitance of each capacitor (C1, C2, C3, etc.) in each series circuit of the diode and the capacitor is the capacitance C existing between the first output terminal 2a and the second output terminal 2b through the respective capacitors. The resonance angular frequency (ωc) at the time of charging is the total inductance of the output windings Ls1 to Lsn connected in series of the transformers T1 to Tn constituting the step-up transformer 3 and the resonance angular frequency of voltage resonance due to the capacitance. It is desirable to have a capacity that results in a bandwidth that is 1 to 2 times (ω o).

上記第1、第2の出力端子2a,2b間の静電容量Cは、トランスT1〜Tnの各出力巻線Ls1〜Lsn間に分布もしくは寄生する静電容量Csと負荷容量Coとの合成容量である。
上記各コンデンサを通して上記静電容量を各周波数充電するときの共振角周波数ωcが、上記出力回路全体の共振角周波数ωoの1倍から2倍の範囲にあるときに、出力波形のバランスが共振状態をほぼ保ち、最もよい結果が得られる。この範囲から外れると出力電圧の波形が歪む割合が大きくなるが、この発明による作用効果は十分得られる。
上述した各実施形態では、昇圧トランスを構成するn個のトランスの各出力巻線を、フレームグラウンド側の第1の出力端子と電圧発生側の第2の出力端子との間にすべて互いに直列に接続している。しかし、これに限るものではなく、各出力巻線を直列と並列とが混在するように接続してもよい。
The capacitance C between the first and second output terminals 2a and 2b is the combined capacitance of the capacitance Cs and the load capacitance Co distributed or parasitic between the output windings Ls1 to Lsn of the transformers T1 to Tn. It is.
The balance of the output waveform is in the resonant state when the resonant angular frequency ωc at the time of charging the capacitance through the capacitors is in the range of 1 to 2 times the resonant angular frequency ω o of the entire output circuit. The best results are obtained. If out of this range, the rate at which the waveform of the output voltage is distorted becomes large, but the operation and effect of the present invention can be sufficiently obtained.
In each of the above-described embodiments, the output windings of the n transformers constituting the step-up transformer are all in series between the first output terminal on the frame ground side and the second output terminal on the voltage generation side. Connected However, the present invention is not limited to this, and the output windings may be connected so as to mix series and parallel.

この発明の上記各実施形態は、インバータ装置の出力電圧の位相を部分的に進相させ、導通角を広げて電力を増加させると共に、出力電圧と出力電力がそれぞれピークになるタイミングのずれを少なくすることができる。それによって、負荷に高電圧と大電力を同時に印加(供給)できる期間を増加することができる。
このインバータ装置をプラズマ発生装置の電源として使用すれば、プラズマを効率よく発生させることができる。
In each of the above embodiments of the present invention, the phase of the output voltage of the inverter device is partially advanced, the conduction angle is expanded to increase the power, and the difference between the timings at which the output voltage and the output power peak respectively is reduced. can do. As a result, it is possible to increase the period during which high voltage and high power can be applied (supplied) simultaneously to the load.
If this inverter device is used as a power supply of a plasma generator, plasma can be generated efficiently.

例えば、大気圧プラズマは、表面処理の一つの手段として、表面の改質や汚染物の除去等、様々な工業製品に応用されている。樹脂等の接着や印刷、コーティング等を施す場合に、大気圧プラズマにより前処理を行うと、濡れ性を向上させることが可能になる。
電子写真方式による画像形成装置により樹脂トナーが印刷された印刷物に、紫外線硬化型のニスをコーティングしようとすると、樹脂トナーに含まれるワックス成分により、樹脂トナー印刷部分のニスを弾いてしまう場合がある。
For example, atmospheric pressure plasma is applied to various industrial products such as surface modification and removal of contaminants as one means of surface treatment. When adhesion, printing, coating or the like of a resin or the like is performed, the wettability can be improved by performing pretreatment with atmospheric pressure plasma.
When trying to coat a UV curable varnish on a printed material on which resin toner is printed by an electrophotographic image forming apparatus, the wax component of the resin toner may repel the varnish of the resin toner printed portion .

しかし、大気圧プラズマによる表面処理を行うと、濡れ性が向上するため、ニスコーティングが可能になり、印刷物の付加価値が向上する。また、インク発色が向上し、インク付着量削減効果がある。すなわち、環境対応技術でもある。
その大気圧プラズマを発生させるためには高電圧が必要となり、この発明によるインバータ装置によって効率よく高電圧をかけ、表面処理に必要なラジカル種を多量に安定して供給することができる。
However, when the surface treatment with atmospheric pressure plasma is performed, the wettability is improved, which enables varnish coating and improves the added value of the printed matter. In addition, the coloration of the ink is improved, and the ink adhesion amount is reduced. That is, it is also an environmental response technology.
A high voltage is required to generate the atmospheric pressure plasma, and a high voltage can be efficiently applied by the inverter device according to the present invention, and a large amount of radical species necessary for surface treatment can be stably supplied.

以上、この発明の各実施形態について説明してきたが、その実施形態の各部の具体的な構成や動作の内容等は、そこに記載したものに限るものではない。
また、この発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に記載された技術的特徴を有する以外は、何ら限定されるものではないことは言うまでもない。
さらに、以上説明してきた各実施形態の回路例、動作例及び変形例等は、適宜変更又は追加し、あるいは一部を削除してもよく、相互に矛盾しない限り任意に組み合わせて実施することも可能であることは勿論である。
As mentioned above, although each embodiment of this invention has been described, the concrete composition of each part of the embodiment, the contents of operation, etc. are not restricted to what was indicated there.
Further, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and is not limited at all except having the technical features described in the respective claims of the claims.
Furthermore, the circuit examples, operation examples, modifications and the like of the embodiments described above may be changed or added as appropriate, or some parts may be deleted, and may be arbitrarily combined and implemented as long as no contradiction arises. Of course it is possible.

1a,1b:入力端子 2a:第1の出力端子(フレームグラウンド側)
2b:第2の出力端子(電圧発生側) 3:昇圧トランス 5:制御回路
T1〜T5:トランス Lp1〜Lp5:励磁巻線
Ls1〜Ls5:出力巻線(及びそのインダクタンス)
Q1:第1のスイッチング素子 Q2:第2のスイッチング素子
R,R1,R2:保護抵抗 D1〜D5:ダイオード
C1〜C4:コンデンサ(及びその容量)
Co:負荷容量 C:静電容量(合成容量) L1〜L4:インダクタ
Vin:入力電圧 V(t):出力電圧 Vout:波高値 P(t):出力電力
1a, 1b: input terminal 2a: first output terminal (frame ground side)
2b: second output terminal (voltage generation side) 3: boost transformer 5: control circuit
T1 to T5: Transformers Lp1 to Lp5: Excitation windings Ls1 to Ls5: Output windings (and their inductances)
Q1: first switching element Q2: second switching element
R, R1, R2: Protection resistors D1 to D5: Diodes
C1 to C4: capacitors (and their capacities)
Co: Load capacity C: Capacitance (synthetic capacity) L1 to L4: Inductor
Vin: Input voltage V (t): Output voltage Vout: Peak value P (t): Output power

特開2012−186984号公報JP, 2012-186984, A

Claims (7)

同一の特性を持つ個別のn個(nは2以上の整数)のトランスによって昇圧トランスを構成し、前記n個のトランスの各励磁巻線にそれぞれ入力電圧を印加して流す励磁電流をスイッチングするスイッチッング素子を設け、前記n個のトランスの各出力巻線を、フレームグラウンド側の第1の出力端子と電圧発生側の第2の出力端子との間に互いに直列又は直列と並列とが混在するように接続し、前記第1、第2の出力端子間に交番する出力電圧を発生するインバータ装置であって、
前記スイッチング素子を、同一のスイッチング信号でオン・オフ駆動される第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子で構成し、
前記n個のトランスのうち最も前記第2の出力端子側のトランスの前記励磁巻線の励磁電流を、前記第1のスイッチング素子によってスイッチングし、他の各トランスの前記励磁巻線を並列に接続して、その各励磁巻線の励磁電流を前記第2のスイッチング素子によってスイッチングするようにし、
前記n個のトランスの互いに直列に接続された各出力巻線相互の接続点のうち、少なくとも一つの接続点と前記第2の出力端子との間に、該第2の出力端子に向かって電流が流れる向きに、ダイオードとコンデンサの直列回路を接続したことを特徴とするインバータ装置。
A step-up transformer is constituted by individual n (n is an integer of 2 or more) transformers having the same characteristics, and an input voltage is applied to each excitation winding of the n transformers to switch the exciting current flowing. A switching element is provided, and each output winding of the n transformers is mixed in series or in series and in parallel between the first output terminal on the frame ground side and the second output terminal on the voltage generation side. An inverter device connected to generate an output voltage alternating between the first and second output terminals,
The switching element is composed of a first switching element and a second switching element which are on / off driven by the same switching signal,
The excitation current of the excitation winding of the transformer closest to the second output terminal among the n transformers is switched by the first switching element, and the excitation windings of the other transformers are connected in parallel. And the excitation current of each excitation winding is switched by the second switching element,
The current flowing between the at least one connection point of the n output transformers connected to each other in series and the second output terminal toward the second output terminal. An inverter device characterized in that a series circuit of a diode and a capacitor is connected in the flow direction of the.
前記少なくとも一つの接続点が、前記接続点の総数が奇数の場合は配列位置が中央の接続点であり、偶数の場合は配列位置が中央に最も近い二つの接続点の一方であることを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。   The at least one connection point is a connection point at the center of the array if the total number of connection points is an odd number, and if the number is even, it is one of two connection points at the array position closest to the center The inverter device according to claim 1, wherein 前記n個のトランスの互いに直列に接続された各出力巻線相互の接続点のうち、配列位置が均等な間隔の二つの各接続点と前記第2の出力端子との間に、該第2の出力端子に向かって電流が流れる向きに、それぞれ前記ダイオードとコンデンサの直列回路を接続したことを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。   Among the connection points of the output windings of the n transformers connected in series with each other, the second output terminal may be connected between two connection points having an equal arrangement position and the second output terminal. The inverter device according to claim 1, wherein a series circuit of the diode and the capacitor is connected in a direction in which current flows toward the output terminal of the. 前記n個のトランスの互いに直列に接続された各出力巻線相互の接続点のうち、該接続点の総数の1/2以上の各接続点と前記第2の出力端子との間に、該第2の出力端子に向かって電流が流れる向きに、それぞれ前記ダイオードとコンデンサの直列回路を接続したことを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。   Among the connection points of the output windings of the n transformers connected in series with each other, between each of the connection points of 1/2 or more of the total number of the connection points and the second output terminal, The inverter device according to claim 1, wherein series circuits of the diode and the capacitor are connected in a direction in which current flows toward the second output terminal. 前記接続点の総数の1/2以上の各接続点が、全ての前記接続点であることを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。   The inverter device according to claim 1, wherein each connection point which is 1/2 or more of the total number of connection points is all the connection points. 前記ダイオードとコンデンサの直列回路にそれぞれにインダクタを直列に介挿したことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のインバータ装置。   The inverter apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein an inductor is inserted in series in the series circuit of the diode and the capacitor. 前記ダイオードとコンデンサの直列回路それぞれにおける前記コンデンサの容量が、該コンデンサを通して前記第1の出力端子と前記第2の出力端子間に存在する静電容量を充電するときの共振角周波数(ωc)が、前記昇圧トランスを構成する前記各トランスの直列に接続された出力巻線の総インダクタンスと前記静電容量による電圧共振の共振角周波数(ωo)の1倍から2倍の帯域幅になる容量であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のインバータ装置。
When the capacitance of the capacitor in each of the series circuit of the diode and the capacitor charges the capacitance existing between the first output terminal and the second output terminal through the capacitor, the resonant angular frequency (ωc) is A total inductance of the output winding connected in series of each of the transformers constituting the step-up transformer, and a capacitance having a bandwidth which is 1 to 2 times the resonant angular frequency (ω o) of voltage resonance due to the electrostatic capacitance; The inverter apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein
JP2015183888A 2014-09-17 2015-09-17 Inverter device Expired - Fee Related JP6531588B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014189492 2014-09-17
JP2014189492 2014-09-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016067198A JP2016067198A (en) 2016-04-28
JP6531588B2 true JP6531588B2 (en) 2019-06-19

Family

ID=55805978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015183888A Expired - Fee Related JP6531588B2 (en) 2014-09-17 2015-09-17 Inverter device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6531588B2 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2996014B2 (en) * 1991-07-12 1999-12-27 日本電気株式会社 DC-DC converter
JP3587918B2 (en) * 1995-12-12 2004-11-10 東北リコー株式会社 DC power supply
US6195272B1 (en) * 2000-03-16 2001-02-27 Joseph E. Pascente Pulsed high voltage power supply radiography system having a one to one correspondence between low voltage input pulses and high voltage output pulses
JP5712704B2 (en) * 2011-03-14 2015-05-07 株式会社リコー High voltage inverter device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016067198A (en) 2016-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100459390C (en) LLC half-bridge converter
US9350272B2 (en) Driving circuit for vibration-type actuator
US10992217B2 (en) Insulated power source and power conversion device
WO2014174809A1 (en) Bidirectional dc-dc convertor
US9941794B2 (en) Method for reducing spurious emissions from a voltage converter with clocked power switches
US6898089B2 (en) Solid state converter for high voltages
US8467204B2 (en) High voltage power supply
JP2015180127A5 (en)
EP3241271B1 (en) Method and apparatus for controlling a multilevel soft switching power converter
JP6115637B2 (en) PWM control circuit and switching power supply device
KR20110076972A (en) Converter circuit and unit and system comprising such converter circuit
JP6481814B2 (en) Inverter device
KR101036934B1 (en) Converter using piezoelectric transducer, apparatus for driving light emitting diode and method for power conversion using the same
JP6531588B2 (en) Inverter device
US9467071B2 (en) Voltage resonant inverter, control method, and surface treatment device
JP5834596B2 (en) High voltage inverter device
Bhosale et al. Design and simulation of 50 kv, 50 a solid state Marx generator
JP2016025722A (en) Inverter device
JP2005340185A (en) Manufacturing method of power supply device for plasma generation
JP2013172466A (en) Power conversion device and system interconnection system using the same
JP5693699B2 (en) Vibration body drive circuit
WO2014098221A1 (en) Converter, and bidirectional converter
EP3275073B1 (en) Pfc with stacked half-bridges on dc side of rectifier
US10491141B2 (en) Phase-chopping control of piezoelectric actuators
JP6612482B1 (en) AC output power supply

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180808

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190423

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190417

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190506

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6531588

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees