JP6736205B1 - AC output power supply - Google Patents

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Abstract

【課題】回路段数を低減できる交流出力電源を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る交流出力電源は、入力される交流10を直流に整流する整流器11と、整流器11からの直流を入力される交流10より周波数が高い交流に変換するインバータ12と、一次側と二次側とが絶縁しており、インダクタンス手段Lを有する回路21を介して前記一次側に入力されたインバータ12が変換した交流を、前記二次側に接続される負荷22に出力するトランス13と、を備える。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an AC output power supply capable of reducing the number of circuit stages. An AC output power supply according to the present invention includes a rectifier 11 that rectifies an input AC 10 into a DC, and an inverter 12 that converts the DC from the rectifier 11 into an AC having a higher frequency than the input AC 10. The primary side and the secondary side are insulated, and the alternating current converted by the inverter 12 input to the primary side via the circuit 21 having the inductance means L is output to the load 22 connected to the secondary side. And a transformer 13 that operates. [Selection diagram] Figure 2

Description

本開示は、負荷に交流電力を供給する交流出力電源に関する。 The present disclosure relates to an AC output power supply that supplies AC power to a load.

UVランプのような負荷に交流電力を供給する交流出力電源が知られている(例えば、特許文献1を参照。)。図1は特許文献1に記載される交流出力電源を説明する図である。なお、本明細書では、100Hz以下を低周波、100〜1kHzを中周波、1kHz以上を高周波としている。 An AC output power supply that supplies AC power to a load such as a UV lamp is known (for example, see Patent Document 1). FIG. 1 is a diagram illustrating an AC output power source described in Patent Document 1. In this specification, 100 Hz or less is a low frequency, 100 to 1 kHz is a medium frequency, and 1 kHz or more is a high frequency.

特開平07−106087号公報JP, 07-106087, A

特許文献1のような交流出力電源は、商用交流を直流に変換する整流器11、その直流を高周波の交流に変換するインバータ12、その交流を昇圧するための絶縁トランス13、その出力を再度直流に変換する整流器14、及びその直流を所望周波数の矩形波の交流に変換するインバータ15を備えている。このように、従来の交流出力電源は、多くの回路を多段に接続する構成のため、コスト、サイズ、重量、価格、及び制御の面で課題があった。 The AC output power source as disclosed in Patent Document 1 includes a rectifier 11 for converting commercial AC into DC, an inverter 12 for converting the DC into high-frequency AC, an insulating transformer 13 for boosting the AC, and its output to DC again. A rectifier 14 for conversion and an inverter 15 for converting its direct current into rectangular wave alternating current of a desired frequency are provided. As described above, the conventional AC output power supply has a problem in terms of cost, size, weight, price, and control because it is configured to connect many circuits in multiple stages.

そこで、本発明は、前記課題を解決するために、回路段数を低減できる交流出力電源を提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide an AC output power supply that can reduce the number of circuit stages in order to solve the above problems.

上記目的を達成するために、本発明に係る交流出力電源は、整流器及びインバータをトランスの商用電源側のみに配置することとした。 In order to achieve the above object, in the AC output power supply according to the present invention, the rectifier and the inverter are arranged only on the commercial power supply side of the transformer.

具体的には、本発明に係る交流出力電源は、
入力される交流を直流に整流する整流器と、
前記整流器からの直流を交流に変換するインバータと、
一次側と二次側とが絶縁しており、前記一次側に入力された交流を前記二次側に接続される負荷に出力するトランスと、
インダクタンス手段及び互いに容量が異なる2つのキャパシタが直列に接続された回路であり、前記インバータが変換した交流が入力され、容量が小さい方の前記キャパシタの両端に発生する交流を前記トランスの前記一次側に入力する共振回路と、
を備える。
Specifically, the AC output power source according to the present invention is
A rectifier that rectifies the input AC into DC,
An inverter for converting direct current from the rectifier to alternating current,
A transformer that is insulated from the primary side and the secondary side, and outputs the alternating current input to the primary side to a load connected to the secondary side,
A circuit in which an inductance means and two capacitors having different capacities are connected in series, the alternating current converted by the inverter is input, and an alternating current generated at both ends of the capacitor having a smaller capacity is applied to the primary side of the transformer. A resonant circuit that is input to
Equipped with.

また、本発明に係る他の交流出力電源は、
入力される交流を直流に整流する整流器と、
前記整流器からの直流を交流に変換するインバータと、
一次側に入力された交流を二次側に接続される非接地の負荷に出力する単巻巻線型のトランスと、
インダクタンス手段及び互いに容量が異なる2つのキャパシタが直列に接続された回路であり、前記インバータが変換した交流が入力され、容量が小さい方の前記キャパシタの両端に発生する交流を前記トランスの前記一次側に入力する共振回路と、
を備える。
Further, another AC output power source according to the present invention is
A rectifier that rectifies the input AC into DC,
An inverter for converting direct current from the rectifier to alternating current,
A single winding type transformer that outputs the alternating current input to the primary side to an ungrounded load connected to the secondary side,
A circuit in which an inductance means and two capacitors having different capacities are connected in series, the alternating current converted by the inverter is input, and an alternating current generated at both ends of the capacitor having a smaller capacity is applied to the primary side of the transformer. A resonant circuit that is input to
Equipped with.

本交流出力電源は、トランスの1次側とインバータとの間に共振回路を有し、インバータが出力する交流の周波数を調整することで負荷へ供給する電圧、電流及び電力を制御する。このため、本交流出力電源は、負荷側の整流器及びインバータを廃止することができ、コスト、サイズ、重量、価格、及び制御の面を改善することができる。従って、本発明は、回路段数を低減できる交流出力電源を提供することができる。 This AC output power supply has a resonance circuit between the primary side of the transformer and the inverter, and controls the voltage, current, and power supplied to the load by adjusting the frequency of the AC output by the inverter. Therefore, the present AC output power supply can eliminate the load side rectifier and the inverter, and can improve the cost, size, weight, price, and control aspects. Therefore, the present invention can provide an AC output power supply that can reduce the number of circuit stages.

本発明は、接続する回路段数を低減できる交流出力電源を提供することができる。 The present invention can provide an AC output power supply that can reduce the number of circuit stages to be connected.

本発明に関連する交流出力電源を説明する図である。It is a figure explaining the alternating current output power supply relevant to this invention. 本発明に係る交流出力電源を説明する図である。It is a figure explaining the alternating current output power supply which concerns on this invention. 本発明に係る交流出力電源が備えるインバータの回路を説明する図である。It is a figure explaining the circuit of the inverter with which the alternating current output power supply concerning this invention is equipped. 本発明に係る交流出力電源を説明する図である。It is a figure explaining the alternating current output power supply which concerns on this invention. 定常時の負荷を流れる電流又は負荷に印加される波形を説明する図である。It is a figure explaining the electric current which flows into the load of a constant time, or the waveform applied to a load. PWM又はPPMを行った時の負荷を流れる電流又は負荷に印加される波形を説明する図である。It is a figure explaining the waveform which is applied to the electric current which flows through a load at the time of performing PWM or PPM, or a load. PFMを行った時の負荷を流れる電流又は負荷に印加される波形を説明する図である。It is a figure explaining the electric current which flows into the load at the time of performing PFM, or the waveform applied to a load. 本発明に係る交流出力電源を説明する図である。It is a figure explaining the alternating current output power supply concerning this invention. 本発明に係る交流出力電源の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation|movement of the alternating current output power supply which concerns on this invention. 本発明に係る交流出力電源の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation|movement of the alternating current output power supply which concerns on this invention. 本発明に係る交流出力電源を説明する図である。It is a figure explaining the alternating current output power supply which concerns on this invention. 本発明に係る交流出力電源が備える検出器が有する閾値を説明する図である。It is a figure explaining the threshold which a detector with which the alternating current output power supply concerning the present invention has is provided.

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, in the present specification and the drawings, components having the same reference numerals indicate the same components.

[実施形態1]
図2は、本実施形態の交流出力電源を説明する図である。本交流出力電源は、
入力される交流10を直流に整流する整流器11と、
整流器11からの直流を交流に変換するインバータ12と、
一次側と二次側とが絶縁しており、前記一次側に入力された交流を前記二次側に接続される負荷22に出力するトランス13と、
インダクタンス手段L及び互いに容量が異なる2つのキャパシタ(C1、C2)が直列に接続された回路であり、インバータ12が変換した交流が入力され、容量が小さい方のキャパシタC2の両端に発生する交流をトランス13の前記一次側に入力する共振回路21と、
を備える。
[Embodiment 1]
FIG. 2 is a diagram illustrating the AC output power supply of this embodiment. This AC output power supply is
A rectifier 11 that rectifies the input AC 10 into DC,
An inverter 12 for converting direct current from the rectifier 11 into alternating current;
A transformer 13 which is insulated from the primary side and the secondary side, and outputs an alternating current input to the primary side to a load 22 connected to the secondary side,
This is a circuit in which the inductance means L and two capacitors (C1, C2) having different capacities are connected in series, and the alternating current converted by the inverter 12 is input to generate an alternating current generated at both ends of the smaller capacitor C2. A resonance circuit 21 input to the primary side of the transformer 13,
Equipped with.

交流10は、例えば50Hz、100Vの商用電源である。整流器11は、交流10を直流に変換してインバータ12へ出力する。インバータ12は、直流を交流に変換して出力する。図3はインバータ12の回路を説明する図である。インバータ12は、4つのスイッチ(SW A〜D)がブリッジ接続され、これらのスイッチを所定のタイミングでオン又はオフすることで直流から交流に変換することができる。 The alternating current 10 is a commercial power supply of 50 Hz and 100 V, for example. The rectifier 11 converts AC 10 into DC and outputs the DC to the inverter 12. The inverter 12 converts direct current into alternating current and outputs it. FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit of the inverter 12. The inverter 12 is bridge-connected with four switches (SW A to D), and can switch from direct current to alternating current by turning on or off these switches at a predetermined timing.

UVランプ等のランプ負荷は、電極の磨耗を避けるために直流より交流で駆動することが好ましい。そして、交流の波形がゼロボルト(ゼロアンペア)を継続するとランプの立ち消え(消灯)が発生することがあり、これを防止するためにゼロクロスのある交流波形は矩形波、台形波、三角波、又は正弦波が良いとされる。図3のインバータ12は、インダクタンス手段Lを有する回路21に接続されており、4つのスイッチ(SW A〜D)を駆動することで交流を容易に形成できる。 A lamp load such as a UV lamp is preferably driven by alternating current rather than direct current in order to avoid wear of electrodes. And if the AC waveform continues to be at zero volt (zero amperes), the lamp may go out (light off). To prevent this, the AC waveform with zero cross should be square wave, trapezoidal wave, triangular wave, or sine wave. Is said to be good. The inverter 12 of FIG. 3 is connected to the circuit 21 having the inductance means L and can easily form an alternating current by driving four switches (SW A to D).

また負荷22のUVランプが地絡している場合、もしくは対接地抵抗が低い場合、商用電源10と出力する交流19とを絶縁する必要がある。このため、トランス13は複巻巻線のトランスとする。なお、負荷22のUVランプがアースに対して十分に絶縁されている(非接地の)場合、トランス13は単巻巻線のトランスでもよい。 Further, when the UV lamp of the load 22 is ground-faulted, or when the resistance to ground is low, it is necessary to insulate the commercial power source 10 from the alternating current 19 that outputs. Therefore, the transformer 13 is a multi-winding transformer. If the UV lamp of the load 22 is sufficiently insulated from the ground (not grounded), the transformer 13 may be a single-winding transformer.

共振回路21は、1つのインダクタンス手段Lと2つのキャパシタ(C1、C2)をもつため、2つの共振周波数を持つ。そして、インダクタンス手段Lと2つのキャパシタ(C1、C2)の値を負荷22に応じて設定し、インバータ12が出力する交流の周波数を共振回路21の共振周波数やその近傍周波数に切り換えることで、負荷22の動作に応じた電力を負荷22に供給することができる。 Since the resonance circuit 21 has one inductance means L and two capacitors (C1, C2), it has two resonance frequencies. Then, the values of the inductance means L and the two capacitors (C1, C2) are set in accordance with the load 22, and the frequency of the alternating current output by the inverter 12 is switched to the resonance frequency of the resonance circuit 21 or a frequency near the resonance frequency of the resonance circuit 21. Power corresponding to the operation of 22 can be supplied to the load 22.

以下に、具体例として負荷22がUVランプである場合を説明する。共振回路21を構成するインダクタンス手段Lと2つのキャパシタ(C1、C2)を、例えば、次の値とする。
L=1mH
C1=158μF
C2=28nF
The case where the load 22 is a UV lamp will be described below as a specific example. For example, the inductance means L and the two capacitors (C1 and C2) forming the resonance circuit 21 have the following values.
L=1mH
C1=158μF
C2=28nF

(定常時の動作)
次に、UVランプが点灯してから時間が経過し、定常状態(定格時)になっているときのインバータ12の動作について説明する。インバータ12は、前記変換した交流により、容量が大きい方のキャパシタC1とインダクタンス手段Lとが共振状態となるようにスイッチングすることを特徴とする。具体的には、インバータ12は、前記変換した交流の周波数fsが容量が大きい方のキャパシタC1とインダクタンス手段Lとの共振周波数(第1の共振周波数)fr又はその近傍周波数となるようにスイッチングする。本例の場合、第1の共振周波数frは400Hzとなる。
(Operation in steady state)
Next, the operation of the inverter 12 when the UV lamp is turned on and a certain time has passed and the steady state (at the rated time) is reached will be described. The inverter 12 is characterized by switching by the converted alternating current so that the capacitor C1 having a larger capacitance and the inductance means L are brought into a resonance state. Specifically, the inverter 12 is switched so that the frequency fs of the converted alternating current becomes the resonance frequency (first resonance frequency) fr 1 of the capacitor C1 having a larger capacitance and the inductance means L 1 or a frequency in the vicinity thereof. To do. In the case of this example, the first resonance frequency fr 1 is 400 Hz.

なお、「共振周波数の近傍周波数」とは次を意味する(以降の説明において同じ。)。
実際の交流出力電源では、キャパシタC1、キャパシタC2及びインダクタンス手段Lの設計値に基づいて共振周波数を計算してインバータ12の動作を制御する。しかし、キャパシタの実際のキャパシタンスとインダクタンス手段の実際のインダクタンスは製造誤差などにより設計値からずれていることがある。例えば、その誤差はキャパシタの場合、0〜±20%、インダクタンス手段の場合、0〜±15%である。さらに、共振回路21自体やトランス13にもキャパシタンスやインダクタンスの成分が存在する。このため、設計値から計算した共振周波数が必ずしも装置全体の共振点(共振周波数fr)に一致しているわけではないので「共振周波数の近傍周波数」と表現している。
なお、事前に交流出力電源を動作させて共振点を測定し、その周波数でインバータ12の動作を制御するように設定してもよい。
The "near-resonance frequency" means the following (the same applies in the following description).
In an actual AC output power supply, the resonance frequency is calculated based on the design values of the capacitors C1, C2 and the inductance means L to control the operation of the inverter 12. However, the actual capacitance of the capacitor and the actual inductance of the inductance means may deviate from the designed values due to manufacturing errors or the like. For example, the error is 0 to ±20% for a capacitor and 0 to ±15% for an inductance means. Furthermore, the resonance circuit 21 itself and the transformer 13 also have capacitance and inductance components. For this reason, the resonance frequency calculated from the design value does not always match the resonance point (resonance frequency fr 1 ) of the entire device, and is therefore expressed as “a frequency near the resonance frequency”.
Alternatively, the AC output power supply may be operated in advance to measure the resonance point, and the operation of the inverter 12 may be controlled at that frequency.

インバータ12が周波数fs=400Hzの交流を出力すると、インダクタンス手段Lと2つのキャパシタ(C1、C2)は次のインピーダンスとなる。
インダクタンス手段L:
ZL=jωL=j2πfs1×L=j2π×400Hz×1mH=j2.5Ω
キャパシタC1:
ZC1=1/(jωC1)=1/(j2π×400Hz×158μF)=−j2.5Ω
キャパシタC2:
ZC2=1/(jωC2)=1/(j2π×400Hz×28nF)=−j14kΩ
このとき、インダクタンス手段LとキャパシタC1は理想的な直列共振回路(Zr=0Ω)となり、本交流出力電源は図4の等価回路となる。
なお、キャパシタC2のインピーダンスは14kΩと高インピーダンスとなり無視できる値となるため、定常時の動作には関与しない。
When the inverter 12 outputs an alternating current of frequency fs=400 Hz, the inductance means L and the two capacitors (C1, C2) have the following impedances.
Inductance means L:
ZL=jωL=j2πfs1×L=j2π×400 Hz×1 mH=j2.5Ω
Capacitor C1:
ZC1=1/(jωC1)=1/(j2π×400 Hz×158 μF)=−j2.5Ω
Capacitor C2:
ZC2=1/(jωC2)=1/(j2π×400 Hz×28 nF)=−j14 kΩ
At this time, the inductance means L and the capacitor C1 form an ideal series resonance circuit (Zr=0Ω), and this AC output power supply becomes the equivalent circuit of FIG.
Since the impedance of the capacitor C2 is as high as 14 kΩ, which is a negligible value, it does not participate in the steady-state operation.

図5は、定常時の負荷22を流れる電流又は負荷22に印加される波形を説明する図である。定格時の波形は、共振状態なので図5のような正弦波波形となる。 FIG. 5 is a diagram illustrating a current flowing through the load 22 in a steady state or a waveform applied to the load 22. The waveform at the time of rating is a sine wave waveform as shown in FIG. 5 because it is in a resonance state.

(軽負荷時)
UVランプ消灯時など負荷側への電力が定常時より小さくてよい場合、インバータ12はPWM(パルス幅制御)、PPM(パルス位相シフト制御)、又はPFM(パルス周波数制御)を行う。図6は、PWM又はPPMを行った時の負荷22を流れる電流又は負荷22に印加される電圧の波形を説明する図である。インバータ12のスイッチング周波数fsはfrのままであるが、電流が負荷22を流れる時間又は電圧が負荷22に印加される時間を調整して負荷22への電力を低減する。例えば、図6のように負荷22を流れる電流又は負荷22に印可される電圧を一時的にスイッチングで強制的にゼロとする。図7は、PFMを行った時の負荷22を流れる電流又は負荷22に印加される波形を説明する図である。例えば、PFMでfs>frとすると共振回路21のインピーダンスが上昇するため振幅がfs=frのときより低下し、負荷22への電力が低減する。
(At light load)
When the power to the load side may be smaller than that in the steady state such as when the UV lamp is off, the inverter 12 performs PWM (pulse width control), PPM (pulse phase shift control), or PFM (pulse frequency control). FIG. 6 is a diagram illustrating the waveform of the current flowing through the load 22 or the voltage applied to the load 22 when PWM or PPM is performed. The switching frequency fs of the inverter 12 remains fr 1 , but the time to which the current flows through the load 22 or the time when the voltage is applied to the load 22 is adjusted to reduce the power to the load 22. For example, as shown in FIG. 6, the current flowing through the load 22 or the voltage applied to the load 22 is temporarily forced to zero by switching. FIG. 7 is a diagram illustrating a current flowing through the load 22 or a waveform applied to the load 22 when the PFM is performed. For example, when fs>fr 1 in the PFM, the impedance of the resonance circuit 21 rises, so that the amplitude becomes lower than when fs=fr 1 , and the power to the load 22 decreases.

(起動時の動作)
続いて、UVランプを点灯するときのインバータ12の動作について説明する。インバータ12は、前記変換した交流により、容量が小さい方のキャパシタC2とインダクタンス手段Lとが共振状態となるようにスイッチングする、起動動作を行うことを特徴とする。具体的には、インバータ12は、変換した交流の周波数fsが容量が小さい方のキャパシタC2とインダクタンス手段Lとの共振周波数fr又はその近傍周波数となるようにスイッチングする起動動作を行う。本例の場合、第2の共振周波数frは30kHzとなる。
(Operation at startup)
Next, the operation of the inverter 12 when turning on the UV lamp will be described. The inverter 12 is characterized by performing a start-up operation in which the converted alternating current causes the capacitor C2 having a smaller capacity and the inductance means L to switch to a resonance state. Specifically, the inverter 12 performs a start-up operation in which the converted frequency fs of the alternating current is switched to the resonance frequency fr 2 of the capacitor C 2 and the inductance means L, which have smaller capacities, or a frequency near the resonance frequency fr 2 . In the case of this example, the second resonance frequency fr 2 is 30 kHz.

インバータ12が周波数fs=30kHzの交流を出力すると、インダクタンス手段Lと2つのキャパシタ(C1、C2)は次のインピーダンスとなる。
インダクタンス手段L:
ZL=jωL=j2πfs1×L=j2π×30kHz×1mH=j188Ω
キャパシタC1:
ZC1=1/(jωC1)=1/(j2π×30kHz×158μF)=−j34mΩ
キャパシタC2:
ZC2=1/(jωC2)=1/(j2π×30kHz×28nF)=−j188Ω
このとき、キャパシタC1のインピーダンスは他に比べて非常に小さく無視できるので、インダクタンス手段LとキャパシタC2は、負荷側から見ると並列共振回路(Zr=∞Ω)となり、本交流出力電源は図8の等価回路となる。この場合、キャパシタC2の電圧はインバータ12の出力電圧の最大約2倍程度まで上昇する。
When the inverter 12 outputs an alternating current having a frequency fs=30 kHz, the inductance means L and the two capacitors (C1, C2) have the following impedances.
Inductance means L:
ZL=jωL=j2πfs1×L=j2π×30 kHz×1 mH=j188Ω
Capacitor C1:
ZC1=1/(jωC1)=1/(j2π×30 kHz×158 μF)=−j34 mΩ
Capacitor C2:
ZC2=1/(jωC2)=1/(j2π×30 kHz×28 nF)=−j188Ω
At this time, the impedance of the capacitor C1 is very small compared to the other impedances and can be ignored. Therefore, the inductance means L and the capacitor C2 are parallel resonance circuits (Zr=∞Ω) when viewed from the load side, and the AC output power supply of FIG. It becomes the equivalent circuit of. In this case, the voltage of the capacitor C2 rises up to about twice the output voltage of the inverter 12.

UVランプが冷えている場合、UVランプを点灯(着火=イグニッション)させるために定常時より高電圧が必要となる。例えば、定常時トランス13の二次側で800Vの出力電圧が必要である場合、点灯時には1500Vが必要となる。本交流出力電源は、UVランプの点灯時に、インバータ12に周波数fs=30kHzの交流を出力させることで、インバータ12の出力電圧を上げたり、トランス13の巻数比を変えずUVランプの着火電圧を得ることができる。 When the UV lamp is cold, a higher voltage is required to turn on the UV lamp (ignition=ignition) than in the steady state. For example, when an output voltage of 800V is required on the secondary side of the transformer 13 during steady state, 1500V is required during lighting. This AC output power supply causes the inverter 12 to output AC with a frequency fs=30 kHz when the UV lamp is turned on, thereby increasing the output voltage of the inverter 12 or changing the ignition ratio of the UV lamp without changing the winding ratio of the transformer 13. Obtainable.

[実施形態2]
商用周波数(低周波 50 or 60Hz)の電源には、通常THY(サイリスタ)による位相制御が採用されている。THYは耐量が高く破損しにくいが、電流が流れている最中にはターンオフできない特性があり瞬時過渡応答には不向きである。このため、本実施形態のインバータ12は、THYではなく絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)又は電界効果トランジスタ(FET)でスイッチング素子が構成されている。図9及び図10を用いて本実施形態の交流出力電源の瞬時過渡応答について説明する。図9及び図10も(A)は回路図、(B)は負荷に印加される電圧波形、(C)はトランスの2次側の電流波形である。
[Embodiment 2]
Phase control by THY (thyristor) is usually adopted for a power supply of a commercial frequency (low frequency 50 or 60 Hz). THY has high resistance and is not easily damaged, but it has a characteristic that it cannot be turned off while current is flowing, and is not suitable for instantaneous transient response. Therefore, in the inverter 12 of the present embodiment, the switching element is configured by an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or a field effect transistor (FET) instead of THY. The instantaneous transient response of the AC output power supply according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. 9A and 9B, FIG. 9A is a circuit diagram, FIG. 9B is a voltage waveform applied to the load, and FIG. 9C is a current waveform on the secondary side of the transformer.

[1]負荷短絡
図9は、負荷のインピーダンスが急激に低下した場合(負荷短絡時)の動作を説明する図である。負荷短絡が発生すると負荷22の印加電圧が低下あるいはトランス13の2次側電流の増加が発生する。検出器などでLV(低電圧)もしくはOC(過電流)を検出した場合、負荷22へのダメージを軽減するためにインバータ12の動作を停止しなければならない。ここで、従来のようにインバータ12のスイッチング素子がTHYで構成されている場合、電流がゼロになるまでスイッチング素子が動作することになり、最大で半周期、負荷22に電流が流れ続けることになる(図9(C))。一方、本実施形態のようにインバータ12のスイッチング素子がIGBT又はFETで構成されている場合、LV又はOCを検出してから高速にスイッチング素子を停止することができる。このため、本実施形態の交流出力電源は、THYのように最大で半周期、負荷22に電流が流れ続けることがなく、負荷22へのダメージを軽減することができる。
[1] Load Short Circuit FIG. 9 is a diagram for explaining the operation when the impedance of the load sharply decreases (during load short circuit). When a load short circuit occurs, the applied voltage of the load 22 decreases or the secondary side current of the transformer 13 increases. When a detector or the like detects LV (low voltage) or OC (overcurrent), the operation of the inverter 12 must be stopped in order to reduce damage to the load 22. Here, when the switching element of the inverter 12 is composed of THY as in the conventional case, the switching element operates until the current becomes zero, and the current continues to flow to the load 22 for a maximum of half cycle. (FIG. 9(C)). On the other hand, when the switching element of the inverter 12 is composed of the IGBT or the FET as in the present embodiment, the switching element can be stopped at high speed after detecting LV or OC. Therefore, the AC output power supply of the present embodiment can reduce the damage to the load 22 without causing the current to continue to flow to the load 22 for a maximum of a half cycle unlike THY.

[2]負荷開放
図10は、UVランプの立ち消えなど負荷のインピーダンスが急激に上昇した場合(負荷開放時)の動作を説明する図である。負荷開放が発生すると負荷22の印加電圧が上昇あるいはトランス13の2次側電流の低下が発生する。検出器などでOV(過電圧)もしくはLC(低電流)を検出した場合、負荷22へのダメージを軽減するためにインバータ12の動作を停止しなければならない。ここで、従来のようにインバータ12のスイッチング素子がTHYで構成されている場合、電圧がゼロになるまでスイッチング素子が動作することになり、最大で半周期、負荷22に電圧が印加されることになる(図10(B))。一方、本実施形態のようにインバータ12のスイッチング素子がIGBT又はFETで構成されている場合、OV又はLCを検出してから高速にスイッチング素子を停止することができる。このため、本実施形態の交流出力電源は、THYのように最大で半周期、負荷22に電圧が印加され続けることがなく、負荷22へのダメージを軽減することができる。
[2] Load release FIG. 10 is a diagram for explaining the operation when the load impedance sharply rises (when the load is released) such as when the UV lamp goes out. When the load is released, the applied voltage of the load 22 increases or the secondary side current of the transformer 13 decreases. When a detector or the like detects OV (overvoltage) or LC (low current), the operation of the inverter 12 must be stopped in order to reduce damage to the load 22. Here, when the switching element of the inverter 12 is composed of THY as in the conventional case, the switching element operates until the voltage becomes zero, and the voltage is applied to the load 22 for a maximum of half cycle. (FIG. 10(B)). On the other hand, when the switching element of the inverter 12 is composed of the IGBT or the FET as in the present embodiment, the switching element can be stopped at high speed after detecting OV or LC. Therefore, the AC output power supply of the present embodiment can reduce the damage to the load 22 without the voltage being continuously applied to the load 22 for a maximum half cycle like THY.

(実施形態3)
図11は、本実施形態の交流出力電源を説明する図である。本交流出力電源は、図2の交流出力電源に、
インバータ12の出力電圧、トランス13の前記二次側の電圧、トランス13の前記一次側の電流、又はトランス13の前記二次側の電流を判定値として検出する検出器31と、
前記判定値が第1閾値に達した場合、インバータ12に対して前記起動動作をさせ、前記判定値が第2閾値に達した場合、インバータ12に対してスイッチングを停止させる制御回路32と、
をさらに備える。
(Embodiment 3)
FIG. 11: is a figure explaining the alternating current output power supply of this embodiment. This AC output power supply is the same as the AC output power supply of FIG.
A detector 31 that detects the output voltage of the inverter 12, the voltage of the secondary side of the transformer 13, the current of the primary side of the transformer 13, or the current of the secondary side of the transformer 13 as a determination value;
A control circuit 32 that causes the inverter 12 to perform the starting operation when the determination value reaches a first threshold value, and stops the switching of the inverter 12 when the determination value reaches a second threshold value;
Is further provided.

UVランプの立消えの際、フル点弧の状態から負荷インピーダンスが急激に上昇するので負荷印加電圧が図10(B)のように急激に上昇する。このとき、検出器31が負荷印加電圧の上昇を検知したとしても、制御回路32がすぐにインバータ12を異常電圧アラームとしてエラー停止するのではなく、次のようにリトライを行うことが望ましい。 When the UV lamp is extinguished, the load impedance sharply rises from the state of full ignition, so the load applied voltage sharply rises as shown in FIG. 10(B). At this time, even if the detector 31 detects an increase in the applied voltage to the load, it is preferable that the control circuit 32 does not immediately stop the inverter 12 as an abnormal voltage alarm due to an error but retry as follows.

制御回路32は、図12のように検出器31の検出値(本例では負荷印加電圧)に対する2段階の閾値を持っている。制御回路32は、負荷印加電圧が定格電圧から上昇して第1の閾値(OV1)以上に第2の閾値(OV2)以下となったとき、すぐにインバータ12を異常電圧アラームとしてエラー停止するのではなく、コンパレータ等により高速に負荷印加電圧の上昇を抑え(リミット制御)、インバータ12にリトライ(再イグニッション)動作をさせる。ここで、リトライ動作とは、実施形態1で説明した「起動時の動作」である。 The control circuit 32 has a two-step threshold value for the detection value of the detector 31 (load applied voltage in this example) as shown in FIG. When the load application voltage rises from the rated voltage and becomes equal to or higher than the first threshold value (OV1) and equal to or lower than the second threshold value (OV2), the control circuit 32 immediately causes the inverter 12 to perform an error stop as an abnormal voltage alarm. Rather, the comparator 12 or the like suppresses the increase of the load applied voltage at high speed (limit control), and causes the inverter 12 to perform a retry (re-ignition) operation. Here, the retry operation is the "operation at startup" described in the first embodiment.

また、制御回路32は、負荷印加電圧が定格電圧から上昇して第2の閾値(OV2)以上となったとき、実施形態2で説明したようにすぐにインバータ12を停止する。
例えば、OV1を定格Vnの105%の値、OV2を定格の110%の値とすることができる。
Further, when the load applied voltage rises from the rated voltage and becomes equal to or higher than the second threshold value (OV2), the control circuit 32 immediately stops the inverter 12 as described in the second embodiment.
For example, OV1 can be set to 105% of the rated Vn, and OV2 can be set to 110% of the rated value.

本実施形態では、検出器31が検出する対象が負荷印加電圧(トランス13の二次側の電圧)で説明したが、インバータ12の出力電圧、トランス13の一次側の電流、又はトランス13の二次側の電流を検出値としてもよい。 In the present embodiment, the target detected by the detector 31 is the load applied voltage (voltage on the secondary side of the transformer 13), but the output voltage of the inverter 12, the current on the primary side of the transformer 13, or the voltage on the secondary side of the transformer 13. The secondary side current may be used as the detected value.

10:入力される交流
11:整流器
12:インバータ
13:トランス
14:整流器
15:インバータ
19:出力される交流
21:共振回路
22:負荷
24:電源出力端
31:検出器
32:制御回路
10: Input AC 11: Rectifier 12: Inverter 13: Transformer 14: Rectifier 15: Inverter 19: Output AC 21: Resonance circuit 22: Load 24: Power output terminal 31: Detector 32: Control circuit

Claims (6)

入力される交流を直流に整流する整流器と、
前記整流器からの直流を交流に変換するインバータと、
次側に入力された交流を次側に接続される負荷に出力するトランスと、
インダクタンス手段及び互いに容量が異なる2つのキャパシタが直列に接続された回路であり、前記インバータが変換した交流が入力され、容量が小さい方の前記キャパシタの両端に発生する交流を前記トランスの前記一次側に入力する共振回路と、
を備え
前記インバータは、前記変換した交流により、容量が大きい方の前記キャパシタと前記インダクタンス手段とが共振状態となるようにスイッチングすることを特徴とする交流出力電源。
A rectifier that rectifies the input AC into DC,
An inverter that converts direct current from the rectifier to alternating current,
A transformer for outputting the load connected to the AC input to the primary side to the secondary side,
A circuit in which an inductance means and two capacitors having different capacities are connected in series, the alternating current converted by the inverter is input, and an alternating current generated at both ends of the capacitor having the smaller capacity is generated on the primary side of the transformer. A resonant circuit that is input to
Equipped with
The inverter is an alternating current obtained by the conversion, AC output power and said inductance means and said capacitor towards larger capacity you characterized in that switching to a resonant state.
前記インバータは、パルス幅制御又はパルス位相シフト制御で前記トランスを介して負荷に電圧が印加される時間又は前記負荷に電流が流れる時間を調整することを特徴とする請求項に記載の交流出力電源。 The AC output according to claim 1 , wherein the inverter adjusts a time during which a voltage is applied to a load via the transformer or a time during which a current flows through the load by pulse width control or pulse phase shift control. Power supply. 入力される交流を直流に整流する整流器と、
前記整流器からの直流を交流に変換するインバータと、
次側に入力された交流を次側に接続される負荷に出力するトランスと、
インダクタンス手段及び互いに容量が異なる2つのキャパシタが直列に接続された回路であり、前記インバータが変換した交流が入力され、容量が小さい方の前記キャパシタの両端に発生する交流を前記トランスの前記一次側に入力する共振回路と、
を備え
前記インバータは、前記変換した交流の周波数が容量が大きい方の前記キャパシタと前記インダクタンス手段との共振周波数からずれるようにスイッチングし、前記負荷への電力を、前記変換した交流の周波数が容量が大きい方の前記キャパシタと前記インダクタンス手段との共振周波数であるときの前記負荷への電力より低減することを特徴とする交流出力電源。
A rectifier that rectifies the input AC into DC,
An inverter that converts direct current from the rectifier to alternating current,
A transformer for outputting the load connected to the AC input to the primary side to the secondary side,
A circuit in which an inductance means and two capacitors having different capacities are connected in series, the alternating current converted by the inverter is input, and an alternating current generated at both ends of the capacitor having the smaller capacity is generated on the primary side of the transformer. A resonant circuit that is input to
Equipped with
The inverter switches so that the frequency of the converted alternating current deviates from the resonance frequency of the capacitor having a larger capacity and the inductance means, and the power to the load has a large frequency of the converted alternating current. An AC output power source, which is lower than the power to the load when the resonance frequency of one of the capacitors and the inductance means is the same .
入力される交流を直流に整流する整流器と、
前記整流器からの直流を交流に変換するインバータと、
次側に入力された交流を次側に接続される負荷に出力するトランスと、
インダクタンス手段及び互いに容量が異なる2つのキャパシタが直列に接続された回路であり、前記インバータが変換した交流が入力され、容量が小さい方の前記キャパシタの両端に発生する交流を前記トランスの前記一次側に入力する共振回路と、
を備え
前記インバータは、前記変換した交流により、容量が小さい方の前記キャパシタと前記インダクタンス手段とが共振状態となるようにスイッチングする、起動動作を行うことを特徴とする交流出力電源。
A rectifier that rectifies the input AC into DC,
An inverter that converts direct current from the rectifier to alternating current,
A transformer for outputting the load connected to the AC input to the primary side to the secondary side,
A circuit in which an inductance means and two capacitors having different capacities are connected in series, the alternating current converted by the inverter is input, and an alternating current generated at both ends of the capacitor having the smaller capacity is generated on the primary side of the transformer. A resonant circuit that is input to
Equipped with
The AC output power supply is characterized in that the inverter performs a start-up operation by switching the capacitor having a smaller capacity and the inductance means by the converted AC so as to be in a resonance state .
前記インバータは、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ又は電界効果トランジスタでスイッチング素子が構成されていることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の交流出力電源。 The inverter, AC output power according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the switching element is constituted by an insulated gate bipolar transistor or a field effect transistor. 前記インバータの出力電圧、前記トランスの前記二次側の電圧、前記トランスの前記一次側の電流、又は前記トランスの前記二次側の電流を判定値として検出する検出器と、
前記判定値が第1閾値に達した場合、前記インバータに対して前記起動動作をさせ、前記判定値が第2閾値に達した場合、前記インバータに対してスイッチングを停止させる制御回路と、
をさらに備えることを特徴とする請求項4、又は請求項4を引用する請求項5に記載の交流出力電源。
A detector that detects the output voltage of the inverter, the voltage of the secondary side of the transformer, the current of the primary side of the transformer, or the current of the secondary side of the transformer as a determination value,
A control circuit for causing the inverter to perform the starting operation when the determination value reaches a first threshold value, and stopping switching for the inverter when the determination value reaches a second threshold value;
The AC output power supply according to claim 4, further comprising: or claim 5 quoting claim 4 .
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