JPH01274667A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、放電ランプ等の負荷に高周波電力を供給す
るインバータ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

直流電圧を裔周波電圧に変換するインバータ装置として
、第９図に示すような一方式のインバータ装置が知られ
ている。このインバータ装置は、第９図に示すように、
交流′；ｊｌａａｖをダイオードブリッジＤＢおよび平
滑コンデンサＣ０で全波整流および平滑してなる直流電
源Ｅの正極にコンデンサＣ１およびインダクタンス素子
り、の並列回路の一端を接続し、この並列回路の他端と
直流電源Ｅの負極との間にトランジスタからなるスイッ
チング素子Ｑ、および逆流阻止ダイオードも１の並列回
路を接続している。

また、コンデンサＣ１およびインダクタンス素子Ｌ１の
並列回路に、蛍光ランプからなる負荷Ｌ　Ｄ　＋および
インダクタンス素子Ｌ２の直列回路を並列接続するとと
もに、抵抗Ｒ＋、コンデンサＣ１およびダイオードＤ２
からなるスナバ回路ＳＮを並列に接続している。

Ｃ２は負荷ＬＤ、である蛍光ランプに予熱電流を供給す
るためのコンデンサであり、インダクタンス素子しっと
で直列共振回路ＫＳ、を構成している。また、ＣＲ，は
スイッチング素子Ｑ１を周期的にオンオフさせる制御回
路で、スイッチング素子Ｑ、のオンオフ周期を変化させ
ることができるものである。

つぎに、このインバータ装置の動作を説明する。

制御回路ＣＲからの制御信号によって、スイッチング素
子Ｑ、がオンとなると、まず直流電源Ｅ→負負荷　Ｄ　
ｒ−限流用のインダクタンス素子Ｌ！→スイッチング素
子Ｑ１−直流電源Ｅの経路で電流が流れる。この後、ス
イッチング素子Ｑｌがオフとなると、インダクタンス素
子Ｌ２を流れていた電流はその後も同方向に流れようと
し、インダクタンス素子り、→コンデンサＣ１−負荷Ｌ
Ｄ。

→インダクタンス素子Ｌ２の経路で流れ、コンデンサＣ
Ｉが図示の極性に充電される。そして、インダクタンス
素子Ｌ２の蓄積エネルギーがなくなると、今度はコンデ
ンサＣ１の電荷により、コンデンサＣ１→インダクタン
ス素子Ｌｘ→負荷ＬＤ。

−コンデンサＣＩの経路で電流が流れる。

以上の動作をスイッチング素子Ｑ、がオンオフする毎に
繰り返すことになる。

このようなインバータ装置は、スイッチング素子Ｑｌの
オン期間を増減することにより、インダクタンス素子り
、および負荷ＬＤ、に流れる電流を増減することができ
、したがって、負荷、ＬＤ。

に供給する電力をｆ、Ｉ］ｌ１１１することができる。

さて、負荷ＬＤ、である蛍光ランプを点灯させるために
は、まず電源投入直後は、スイッチング素子Ｑｌのオン
期間を短くして負荷ＬＤ、である蛍光ランプへの印加電
圧を始動電圧より低い値にしてフィラメントを先行予熱
し、その後スイッチング素子Ｑ、のオン期間を徐々に増
加させて、すなわちスイッチング素子Ｑ＋のオンオフ駆
動周波数を低くして蛍光ランプへの印加電圧を徐々に高
めることにより点灯に至らせる。

第１０図はスイッチング素子Ｑ１のオンオフ駆動周波数
が高い時の第９図の各部の波形図であり、＋ａｌはスイ
ッチング素子の両端電圧ｖ０の波形を示し、（ｂｌはス
イッチング素子Ｑ１に流れる電流ｌｃの波形を示し、（
Ｃ）はインダクタンス素子り、に流れる電流ｉＬ＋の波
形を示し、（ｄ）はインダクタンス素子Ｌ３に流れる電
流ｉｔｓの波形を示している。

また、第１１図はスイッチング素子Ｑ１のオンオフ駆動
周波数が低い時の第９図の各部の波形図であり、Ｔａ）
〜ｆｄｌはそれぞれ第１０図（ａ）〜（ｄｌと同一箇所
の波形を示している。

第１０図および第１１図を比較すれば、スイッチング素
子Ｑ１のオンオフ駆動周波数が低くなっ、　　て直列共
振回路ＫＳ、の共振周波数【・に近（なると、電圧ＶＣ
１＋電流’Ｃ＋ｉＬｌ＋　　ｉＬｍが増大することが明
らかである。

負荷ＬＤ、が点灯していない時（スイッチング素子Ｑ、
がオン）のインバータ装置の直列共振回路ＫＳ、の共振
周波数ｆ、は、 となり、負荷Ｌ　Ｄ　＋が点灯すると、ランプ等価抵抗
がコンデンサＣ８に並列接続された形となり、共振条件
が崩れる。

（発明が解決しようとする課題〕 上記のインバータ装置は、負荷ＬＤ、である蛍光ランプ
の予熱時はスイッチング素子Ｑ、のオン期間を短くして
、上記の共振周波数ｆ、より十分高い周波数でスイッチ
ング素子Ｑ−をオンオフ駆動しているが、点灯させるた
めにオン期間を徐々に増加させてオンオフ駆動周波数を
徐々に下げていくようにしている。

このようにスイッチング素子Ｑ１のオンオフ駆動周波数
を下げることは、負荷ＬＤｌが正常に点灯すれば共振条
件が崩れるので問題はない。

ところが、負荷ＬＤ、である蛍光ランプが寿命末期であ
ったり、フィラメントが断線していたりすると、蛍光ラ
ンプが点灯せず、共振条件が崩れないので、スイッチン
グ素子Ｑ１のオンオフ駆動周波数が共振周波数「。に近
づくにつれてインダクタンス素子Ｌ８を流れる電流が増
大する。この結果、スイッチング素子Ｑ、のオフ時にコ
ンデンサＣＩに流れ込む電流が多いため、コンデンサＣ
３の充電電圧が異常に高くなる。スイッチング素子Ｑ、
には、直流電源Ｅの電圧にコンデンサＣ１の充電電圧を
加算したものが印加されるので、コンデンサＣ６の充電
電圧が異常に高いと、スイッチング素子Ｑ、が破壊され
るおそれがある。

第９図の回路では、上記のような過渡的な過電圧に対処
するため、スナバ回路ＳＮを設けているが、以下の理由
で十分な効果が得られなかった。

すなわち、スナバ回路ＳＮは、過電圧が印加されたとき
に、過電圧をコンデンサＣ３により吸収し、それを抵抗
Ｒ３でロスとして放出するものであり、電源投入時等に
おいて過渡的に電圧が印加される場合は吸収できるが、
連続的に高電圧が印加される場合には効果がほとんどな
い。

また、例えばハーフプリフジ型のインパーク装置では、
直列共振回路に流れる過電流そのものによってスイッチ
ング素子が破壊される場合もある。

この発明の目的は、直列共振回路の振動電流の異常増加
に伴うスイッチング素子の破壊を防止することができる
インバータ装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明のインバータ装置は、直流電源と直列共振回路
との間に直流電源の電圧を断続するスイッチング素子を
介挿し、直列共振回路がら電力が供給される負荷を直列
共振回路に接続したインパーク装置において、 直列共振回路の振動電流の通電経路中に介挿されたイン
ダクタンス素子の鉄心に二次巻線を付加巻装し、この二
次巻線を逆流阻止ダイオードを介して直流電源に接続し
たことを特徴とするものである。

〔作　　　用〕

この発明の構成においては、スイッチング素子が断続す
ることにより、直流電源からの直流電力が断続的に直列
共振回路に供給され、この結果、直列共振回路から負荷
へ電力が供給されることになる。

このときに、インダクタンス素子の鉄心に付加巻装した
二次巻線の出力が直流電源に逆流阻止ダイオードを介し
て帰還される。この際、二次巻線の誘起電圧が少なくと
も直流電源の電圧を超えたときに帰還されることになる
。したがって、二次巻線の誘起電圧が少なくとも直流電
源の電圧を超えたときに、二次巻線の両端が高周波的に
見て略短絡状態となり、インダクタンス素子のインピー
ダンスが増大して直列共振回路に流れる振動電流が所定
のレベルを超えると、振動電流の増加を抑制するように
なる。

この結果、何らかの異常が発生して直列共振回路の振動
電流が異常増加しようとしたときにも、その異常増加を
抑制することができ、過大な振動電流がスイッチング素
子に流れることによるスイッチング素子の破壊、ならび
に振動電流の通電経路中に設けられたコンデンサの過大
な充電電圧がスイッチング素子に印加されることによる
スイッチング素子の破壊を防止することができる。

〔実　施　例〕

この発明の第１の実施例を第１図ないし第３図に基づい
て説明する。すなわち、このインバータ装置は、第１図
に示すように、直列共振回路ＫＳ。

の振動電流の通電経路中に介挿されたインダクタンス素
子Ｌ！の鉄心に二次巻線り、を付加巻装し、この二次巻
線り、を逆流阻止ダイオードＤ、を介して直流電源已に
接続したことを特徴とするものである。その他の構成は
第９図のものと同様である。

上記二次巻線り、は、具体的には、インダクタンス素子
Ｌ２の巻線に対して図示の極性に巻装され、逆流阻止ダ
イオードＤ、を介してコンデンサＣＯの正端子に接続さ
れ、インダクタンス素子Ｌ２に矢印の極性の電２ｉｔｉ
Ｌ！が流れたときに、矢印の極性の電圧ｖＬ！′が誘起
することになる。

つぎに、このインバータ装置の動作を第２図および第３
図を参照して説明する。

このインバータ装置は、スイッチング素子Ｑ。

が断続することにより、直流電源Ｅがらの直流電力が断
続的に直列共振回路ＫＳ、に供給され、この結果、直列
共振回路Ｋ　Ｓ　ｒから負荷ＬＤＩである蛍光ランプへ
電力が供給され、蛍光ランプが点灯することになる。

例えば従来例で述べたと同様に、蛍光ランプの不点灯時
において、スイッチング素子Ｑｌのオンオフ駆動周波数
が直列共振回路ＫＳ、の共振周波数に近づいたとすると
、インダクタンス素子Ｌ２に流れる電流ｉＬｚが第２図
（ｂｌに示すように増大し、したがってスイッチング素
子Ｑ、の両端電圧■４も第２図Ｔａ＋に示すように高く
なる。この時、ダイオードＤ３をコンデンサＣ０から切
り離してあれば、二次巻線り、の誘起電圧ＶｔＺ′は第
２図（ｃ）に示すようにかなり高（なる。

上記の逆流阻止ダイオードＤ、を第１図のようにコンデ
ンサＣ０に接続してあれば、この電圧ＶＬｔ′が直流電
源Ｅの電圧（逆流阻止ダイオードＤ３の順電圧は無視し
ている）を超えたときに、二次巻線り、から逆流阻止ダ
イオードＤ、を通して二次巻線Ｌ３のエネルギーの一部
が直流電源已に帰還される。言い換えれば、二次巻線り
、の誘起電圧が直流電源Ｅの電圧を超えたときに、二次
巻線Ｌ３の両端が高周波的に見て略短絡状態となり、二
次巻線り、の誘起電圧が第３図Ｔｃ）に示すように、直
流電源Ｅの電圧に抑えられる。この結果、インダクタン
ス素子Ｌ２のインピーダンスが増大し、直列共振回路Ｋ
Ｓ、に流れる振動電流、すなわちインダクタンス素子ｔ
、ｚに流れる電流ｉｔｚを第３図（ｂｌに示すように減
少させることができ、したがってスイッチング素子Ｑ１
の両端電圧■４も第３図ｆａｌに示すように下げること
ができる。

この結果、何らかの異常が発生して直列共振回路Ｋ　Ｓ
　＋の振動電流が異常増加しようとしたときにも、その
異常増加を抑制することができ、過大な振動電流がコン
デンサＣ１に流れることによるコンデンサＣ１の過大な
充電電圧がスイッチング素子Ｑ１に印加されることによ
るスイッチング素子Ｑ１の破壊を防止することができる
。

この実施例のインバータ装置は、直列共振回路ＫＳ、の
振動電流の通電経路中に介挿されたインダクタンス素子
Ｌ２の鉄心に二次巻線り、を付加巻装し、この二次巻線
り、を逆流阻止ダイオードＤ３を介して直流電源Ｅに接
続したので、何らかの異常の発生による直列共振回路Ｋ
Ｓ、の振動電流の異常増加を抑制することができ、この
結果、直列共振回路ＫＳ、の振動電流の異常増加に伴う
スイッチング素子Ｑ、の破壊を防止することができる。

したがって、スイッチング素子Ｑ１等の耐量を小さくす
ることができ、コスト的に有利である。

また、この実施例は、インダクタンス素子Ｌ２に付設し
た二次巻線の誘起電圧を直流電源の電圧に抑える構成で
あり、スナバ回路とは異なり連続的に生じる過電流を抑
制することができる。

なお、二次巻ＮＩＡＬ　３の接続極性は、第１図と逆で
あっても振動電流の抑制を行うことができ、この結果上
記実施例と同様の効果を達成することができる。

また、第１図において、破線で示すようにインダクタン
ス素子Ｌ２と負荷ＬＤ、との間にコンデンサＣｂが挿入
接続されているインバータ装置ニおいても、この発明を
適用することができ、同様の効果を達成することができ
る。

この発明の第２の実施例を第４図に基づいて説明する。

このインバータ装置は、第４図に示すように、コンデン
サＣ０をインダクタンス素子Ｌ１に並列ではなくスイッ
チング素子Ｑ１に並列接続し、スイッチング素子Ｑ１の
両端間にコンデンサＣ３と負荷ＬＤ、およびコンデンサ
Ｃ２とインダクタンス素子Ｌ２とを直列に接続したもの
において、第１の実施例と同様に、直列共振回路ＫＳ。

の振動電流の通電経路に介挿されたインダクタンス素子
Ｌ２の鉄心に二次巻線り、を付加巻装し、この二次巻線
り、を逆流阻止ダイオードＤ、を介して直流電源Ｅに接
続している。その他の構成は第１の実施例と同様である
。

この実施例のインバータ装置では、インダクタンス素子
り、の巻線°の一端と二次巻線Ｌ３の一端とを共通接続
できるので、二次巻線Ｌ３を付設したインダクタンス素
子Ｌ２が三端子のものでよく、構成を簡略化することが
できる。その他の作用効果は第１の実施例と同様である
。

この発明の第３の実施例を第５図に基づいて説明する。

このインバータ装置は、第５図に示すように、インダク
タンス素子Ｌ２に付設した二次巻線Ｌ３を逆流阻止ダイ
オードＤ３およびホトカプラ゛ＰＣの出力トランジスタ
の直列回路を介して直流電源已に接続するとともに、二
次巻線り、の両端間にホトカプラＰＣの発光素子、ツェ
ナーダイオードＺＤおよび抵抗Ｒｔの直列回路を接続し
たもので、その他の構成は第１の実施例と同様である。

この実施例のインバータ装置では、二次巻線り。

の誘起電圧がツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧を
超えたときにホトカプラＰＣの発光素子が点灯して出力
トランジスタが導通することになり、二次：？！！線Ｌ
□し出力が直流電ａＥに帰還されることになる。したが
って、二次巻線り、の誘起電圧がツェナー電圧を超えて
初めて二次巻線り、の出力が直流電源已に帰還されるこ
とになる。

この実施例では、帰還を開始する電圧を任意に設定する
ことができる。その他の効果は第１の実施例と同様であ
る。

この発明の第４の実施例を第６図に基づいて説明する。

このインバータ装置は、第６図に示すように、インダク
タンス素子Ｌｘに代えて、直列共振回路ＫＳ、の振動電
流の通電経路中に介挿されたインダクタンス素子Ｌ１の
鉄心に二次巻線Ｌ３を付加巻装し、この二次巻線り、を
逆流阻止ダイオードＤ、を介して直流電ａｇＥに接続し
たもので、その他の構成は第１の実施例と同様である。

このインバータ装置においては、二次巻線り。

の誘起電圧が直流電源Ｅの電圧を超えると、インダクタ
ンス素子Ｌ１の磁束を打ち消す方向に電流が流れるので
、インダクタンス素子層のエネルギーの一部を直流電源
Ｅに帰還するとともに、インダクタンス素子Ｌｘからイ
ンクリタンス素子り。

へ流れる直列共振回路ＫＳ、の振動電流を直流電１ｆｉ
ＸＥに帰還することができる。この結果、異常時の振動
電流の増大を抑制することができ、第１の実施例と同様
にスイッチング素子Ｑ、の印加電圧異常上昇を抑えてス
イッチング素子Ｑ、の破壊を防止することができるとい
う効果を有する。

この発明の第５の実施例を第７図および第８図に基づい
て説明する。このインバータ装置は、第７図に示すよう
に、バーツブリッジ型であうで、直流電源Ｅの両端間に
トランジスタからなるスイッチング素子Ｑ　ｔ　、　Ｑ
　ｓの直列回路を接続し、このスイッチング素子Ｑ！、
Ｑ３に各々逆流阻止ダイオードＤａ、Ｄｓを並列接続し
、スイッチング素子ＱｚにコンデンサＣ１と放電ランプ
からなる負荷ＬＤ。

および始動用のコンデンサＣｓ　とインダクタンス素子
Ｌ４の直列回路を接続している。そして、スイッチング
素子Ｑ　ｚ　、　Ｑ　ｓを所定の休止期間を設けて交互
にオンオフ動作させる制御回路ＣＲｔおよび駆動回路Ｄ
Ｒ，を設けている。

この場合、インダクタンス素子Ｌ４とコンデンサＣ，，
Ｃ，とが直列共振回路ＫＳ、を構成する。

このインバータ装置は、スイッチング素子Ｑ２゜Ｑりを
交互にオンオフ動作させることにより、上記の直列共振
回路Ｋ　Ｓ　ｔに振動電流を流し、この振動電流を負荷
ＬＤｔへ供給する。この場合、直利共振回路ＫＳ、に流
れる振動電流の振幅は、第８図に示すように、スイッチ
ング素子Ｑｇ、Ｑａのオンオフ駆動周波数の変化に対し
、蛍光ランプの予熱時には実線で示すように変化し、蛍
光ランプの点灯時には破線で示すように変化し、蛍光ラ
ンプが予熱状態から点灯状態へ移行する際に、振動電流
のオンオフ駆動周波数に対する特性が実線で示す状態か
ら破線で示す状態で徐々に移行することになる。なお、
第８図において、ｆ６は蛍光ランプの予熱時の直列共振
回路Ｋｓ２の共振周波数であり、「。′は蛍光ランプの
点灯時の共振周波数である。

上記インバータ装置では、電源投入直後の一定時間はス
イッチング素子Ｑ、、Ｑ、のオンオフ駆動周波数を共振
周波数ｆ、から離れた周波数ｆ１にしてコンデンサＣ２
の両端電圧が蛍光ランプの始動電圧に達しない状態にす
ることで蛍光ランプを点灯させることなく予熱する。そ
の後、スイッチング素子Ｑ、、Ｃｔ、のオンオフ駆動周
波数を共振周波数ｆ６に近い周波数ｆ２にしてコンデン
サＣ１の両端電圧を蛍光ランプの始動電圧より高くして
蛍光ランプを始動点灯させる。蛍光ランプが点灯すると
、直列共振回路Ｋ　Ｓ　２の特性は、実線の状態から破
線の状態へ移行して共振周波数がｆ、がら（０ｒへ移り
、したがってスイッチング素子Ｃｈ、Ｑｚのオンオフ駆
動周波数である周波数ｆ２は共振周波数ｆ、Ｉから離れ
ることになり、蛍光ランプに過電流が流れることなく安
定に点灯することになる。

以上のような、ハーフブリッジ型のインバータ装置にお
いても、負荷ＬＤ、である蛍光ランプが点灯しない場合
、スイッチング素子Ｑ、、Ｑ３のオンオフ駆動周波数が
ｆ２に変化しても、直列共振回路ＫＳｚの特性が第８図
の実線の状態のままであるので、スイッチング素子ＱＩ
Ｑ２のオンオフ駆動周波数が共振周波数ｒ０に近い状態
が持続し、直列共振回路ＫＳｔの振動電流が一石型のイ
ンバータ装置と同様に増大しようとする。ところが、こ
の実施例では、前記各実施例と同様にインダクタンス素
子Ｌ４の鉄心に二次巻線り、を付加巻装し、この二次巻
線り、をダイオードＤ、を介して直流電源已に接続し、
二次巻線り、の誘起電圧が直流電源Ｅの電圧を超えたと
きに、二次巻線り。

のエネルギーを直流電源已に帰還するため、前記各実施
例と同様に、直列共振回路ＫＳｆｆｉを流れる振動電流
があるレベルを超えて増大しようとしたときに、それを
抑制することになる。

したがって、前記各実施例と同様に、直列共振回路Ｋｓ
ｔの振動電流の異常増加に伴うスイッチング素子にｈ、
Ｑ３の破壊を防止することができる。

〔発明の効果〕

この発明のインバータ装置によれば、直列共振回路の振
動電流の通電経路中に介挿されたインダクタンス素子の
鉄心に二次巻線を付加巻装し、この二次巻線を逆流阻止
ダイオードを介して直流電源に接続したので、何らかの
異常の発生による直列共振回路の振動電流が異常増加を
抑制することができ、この結果、直列共振回路の振動電
流の異常増加に伴うスイッチング素子の破壊を防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の構成を示す回路図、
第２図および第３図は第１図の各部の波形図、第４図は
この発明の第２の実施例の構成を示す回路図、第５図は
この発明の第３の実施例の構成を示す回路図、第６図は
この発明の第４の実施例の構成を示す回路図、第７図は
この発明の第５の実施例の構成を示す回路図、第８図は
予熱時および点灯時の振動電流の周波数特性図、第９図
は従来例の構成を示す回路図、第１０図および第１１図
は第９図の各部の波形図である。 Ｅ・・・直流電源、ＫＳ、・・・直列共振回路、ＬＤ。 ・・・負荷、Ｑｌ・・・スイッチング素子、Ｌ＋、Ｌｇ
・・・インダクタンス素子、Ｌ、・・・二次巻線、Ｄ、
・・・逆流阻止ダイオード Ｅ　　　　−−一　直：１１り東　　　　い、Ｌ２　−
−−　４ン９”ＩＣＪンズ系５ＫＳｔ　　・−Ｊ！’ｆ
ｉＫ’１ｌｉｓｉｆｆ　　　　Ｌ３　　　　−−−　　
二ｘａｉＬり＋　−−−ｊｌ　　　　　Ｄｌ　　　−−
−１１１ｕｒ４Ｔ−ＦＱｌ　　　・−一　人４−１１ン
ｒ＊ｈし巳 第　１　図 第２図 ／Ｅ ／゛ ｂ 第５図 、Ｅ Ｂ 第６図 第７図 ｆｏ’　　　ｆｏｆｚ　　　ｆ＋ →Ｍ葡１１敷 第８図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流電源と直列共振回路との間に前記直流電源の電圧を
   断続するスイッチング素子を介挿し、前記直列共振回路
   から電力が供給される負荷を前記直列共振回路に接続し
   たインバータ装置において、前記直列共振回路の振動電
   流の通電経路中に介挿されたインダクタンス素子の鉄心
   に二次巻線を付加巻装し、この二次巻線を逆流阻止ダイ
   オードを介して前記直流電源に接続したことを特徴とす
   るインバータ装置。