JPH02131365A - 電源回路 - 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］ 本発明は例えばオシロスコープ等の計測器用電源や．高
周波の高圧電源に使用される電圧共振形インバータを有
する電源回路に関する。

〔従来の技術］ 従来．第６図に示すようなカレントフエツドコンバータ
（電流形コンバータ）を応用したサイン波形出力のイン
バータがある。すなわち．第７図に示すように．出力の
サイン周波数に同期してスイッチＳ２，Ｓ３を交互にオ
ン／オフする。そのどちらかがオンの時にスイッチＳ１
はサイン周波数に対し十分高い周波数（３倍以上）でオ
ン／オフをそのパルス幅を変えながら行い．出力に目的
のサイン周波数を得る。このため．出力は階段波であり
．サイン波形にする為にフィルタを付加する等の処理を
する。このようなカレントフェッドコンバータはＴ１を
電流トランスとして使用するものであり．トランスを電
圧共振用に使用したコンバータとは基本的に異なるもの
である。

次に、電圧共振用トランスを用いた電圧共振形インバー
タについて述べる。すなわち．電圧共振形インバータの
出力電圧を安定化又は可変する方法として電圧共振形イ
ンバータの入力電圧をコントロールする方法がある。こ
の入力電圧をコントロールする方法として入力にスイッ
チングレギュレータ，シリースレギュレー夕等を使用す
る方法があるが．入力にスイッチングレギュレー夕を用
いる場合．スイッチングレギュレー夕により方形波とし
．この方形波をダイオード，チョークコイル，電解コン
デンサ等で整流平滑して直流に変換し．電圧共振形イン
バータの入力としている。

しかしながら．従来の電源回路で使用している平滑用の
電解コンデンサ，およびチョークコイルよりなるフィル
タは半導体スイッチを含むチョツパのスイッチング周波
数の１７１０の応答速度しかなく．このようなフィルタ
を含む従来の電源回路は入力電源負荷の急変に対して安
定化する応答速度が遅くなる欠点があった。又．電解コ
ンデンサを用いるため機器の小型化が困難であった。更
に．電解コンデンサによる機器の寿命が低下する欠点が
あった。

又．同様にして．シリースレギュレー夕を用いた場合，
シリースレギュレー夕の電力損失により効率が悪く発熱
も多いため小型化が困難であった。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので．電圧共振
形インバータのチョークコイルを半導体スイッチの平滑
用インダクタンスと電圧共振形インバータの定電流用イ
ンダクタンスとして共用することにより．半導体スイッ
チの平滑用電解コンデンサ及びチョークコイルを不要に
して小型化，軽二化を行い得．かつ大形の電解コンデン
サを使用しないため入力電源負荷の急変に対して安定化
する応答速度をきわめて速くし得る電源回路を提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段と作用］ 本発明は上記目的を達成するために．直流電源に半導体
スイッチを介して接続された入力側にチョークコイルを
有する電圧共振形インバータと．前記半導体スイソチを
前記電圧共振形インバータの共振周波数と同等もしくは
高い周波数で開閉するコントロール回路とを具備し．前
記チョークコイルを前記半導体スイッチの平滑用インダ
クタンスと前記電圧共振形インバータの定電流用インダ
クタンスとして共用したことを特徴とするもので．半導
体スイッチの開閉の時比率もしくは開閉周波数等を変え
て電圧共振形インバータの出力電圧を安定化するもので
ある。

［実施例］ 以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第２図は本発明の基本的な構成例を示す。即ち直流電源
１と電圧共振形インバータ部２との間に半導体スイッチ
部３を直列に挿入し．この半導体スイッチ部３を電圧共
振形インバータ部２の周波数と同等もしくは高い周波数
で開閉して矩形波を発生させ，この矩形波を電圧共振形
インバータ部２に加えて出力端子４，５にサイン波の出
力電圧を取出している。

次に．第１図は本発明の一実施例を示し．直流電圧Ｖｌ
が印加される入力端子１１と１２間には入力デカップリ
ングコンデンサＣ１が接続され．前記入力端子１１には
入力の直流を方形波に変換するための半導体スイッチ．
例えばトランジスタＴＲＩのコレクタが接続される。こ
のトランジスタＴＲＩのベースにはコントロール回路１
３が接続され．このトランジスタＴＲＩのエミッタと入
力端子１２との間にはダイオードＤ１が接続される。前
記トランジスタＴＲＩのエミッタはチョークコイルＬ１
を介してトランスＴ１の第１の１次巻線１４の中点に接
続され．このトランスＴ１の第１の１次巻線１４の中点
は抵抗Ｒ１を介してトランシスタＴＲ２のベースに接続
されると共に，抵抗Ｒ２を介してトランジスタＴＲ３の
ベースに接続される。前記トラン スＴ１の第１の１次巻線１４の両端にはコンデンサＣ２
が接続され．このトランスＴ１の第１の１次巻線１４の
一端はトランジスタＴＲ２のコレクタに接続され．前記
トランスＴ１の１次巻線１４の他端はトランジスタＴＲ
３のコレクタに接続される。前記トランシスタＴＲ２の
ベースとトランシスタＴＲ３のベースとの間にはトラン
スＴ１の第２の１次巻線１５が接続される。前記トラン
ジスタＴＲ２のエミッタ及びトランジスタＴＲ３のエミ
ッタは共通して入力端子１２に接続され．前記トランス
Ｔ１の２次巻線１６の両端にはそれぞれ出力端子１７．
１８が接続される。前記トランジスタＴＲ　１，ダイオ
ードＤ１，およびコントロール回路１３は降圧形チョッ
パ回路１９を構成し．前記チョークコイルＬ１，トラン
スＴ１，トランジスタＴＲ２，ＴＲ３，抵抗Ｒｌ，Ｒ２
．およびコンデンサＣ２は自励電圧共振形インバータ回
路２０を構成する。前記トランジスタＴＲ２，ＴＲ３は
自励にて交互にオンーオフするトランジスタである。前
記ダイオードＤ１はチョークコイルＬ１の転流用ダイオ
ードでトランジスタＴＲＩのオフ時に電流を流す。抵抗
Ｒｌ，Ｒ２はトランシスタＴＲ２，ＴＲ３を動作させる
バイアス抵抗であり．トランジスタＴＲ２，ＴＲ３にベ
ース電流を供給している。前記チョークコイルＬ１は電
圧共振形インバータ回路２０の電流供給用で．定電流化
するためであり．降圧形チョッパ回路１９の整流平滑用
チョークコイルとを兼ねている。前記トランスＴ１はト
ランスＴ１のインダクタンスとコンデンサＣ２とで共振
させ２次側に電力を伝達するためのトランスである。

即ち．入力直流電圧ＶｌがコンデンサＣ１を通しトラン
ジスタＴＲＩに印加されると共に．コントロール回路１
３によりスイッチング動作を開始すると．Ａ点の電圧は
第３図（ａ）に示すように．方形波となりチョークコイ
ルＬ１を通して電圧共振形インバータ回路２０に印加さ
れる。しかして．Ｂ点の電圧波形はトランスＴ１のイン
ダクタンスとコンデンサＣ２により共振するため．第３
図（ｂ）に示すように．サイン波の全波整流波形となる
。尚．Ａ点及びＢ点の電流波形は第３図（ｃ）に示すよ
うになる。この時．Ｂ点から見たＡ点側のインピーダン
スはチョークコイルＬ１により高くなっているため．Ｂ
点の波形はＡ点の波形に影響されない。すなわち．トラ
ンジスタＴＲ２，ＴＲ３はスイッチで．例えばトランジ
スタＴＲ２がオン状態の時にトランジスタＴＲＩがオン
ーオフを繰り返し．その時比率によりパルス幅の電圧が
チョークコイルＬ１，トランスＴ１，トランジスタＴＲ
２に供給されるが８チョークコイルＬ１のインピーダン
スにより同じ時比率の電流に変換されて供給される事に
なる。この部分をもっと詳細に説明すると．トランジス
タＴＲ２がオンにてトランジスタＴＲＩがオンになると
入力直流電圧ＶｌはトランジスタＴＲ１，チョークコイ
ルＬｌ，トランスＴ１，トランジスタＴＲ２に電流ｉを
流し，トランスＴ１のインダクタンスとコンデンサＣ２
の共振回路にエネルギを供給する。又．トランジスタＴ
Ｒ２がオンでトランジスタＴＲＩがオフになると．チョ
ークコイルＬ１にチャージされたエネルギがトランスＴ
１，トランジスタＴＲ２，ダイオードＤ１を通して回生
されるため．チョークコイルＬ１，トランスＴ１，トラ
ンジスタＴＲ２には電流が流れ続けることになり．その
結果トランスＴＩ，コンデンサＣ２の共振回路へエネル
ギを供給することになる。一方トランジスタＴＲ２がオ
フになると同時にトランジスタＴＲ３がオンになり同様
の動作を繰り返す。尚．トランジスタＴＲ２，ＴＲ３の
コレクタ・エミッタ電圧ｖｃｅは第３図（ｄ）に示すよ
うになり．トランジスタＴＲ２，ＴＲ３のコレクタ電流
１ｃは第３図（ｅ）に示すようになる。

以上のように．本実施例の特長はチョッパ回路１９に使
用する平滑インダクタンスと電圧共振形インバータ回路
２０に使用する定電流用インダクタンスをチョークコイ
ルＬ１で共用することにより．従来回路に比べ．整流平
滑用のチョークコイルと電解コンデンサが不要となるこ
とであり８従来品に対し３０〜５０％の小形化．並びに
軽量化が可能となる。又．平滑用に大形の電解コンデン
サを使用しないため．入力電源負荷の急変に対し安定化
する応答速度がきわめて速くなる。

尚，第３図（ａ）〜（ｅ）に示した各部の電圧電流波形
は第１図のチョッパ回路１９の発振周波数を電圧共振形
インバータ回路２０の発振周波数の約３倍とした例であ
る。

第４図は本考案の他の実施例を示し．第１図と同一部分
は同一符号を付してその説明を省略する。

即ち．トランスＴ１の２次側にダイオードＤ２，Ｄ３，
　コイルＬ２，　　コンデンサＣ３の整流平滑用回路等
を接続すれば．トランスＴ１の２次側に取り出されるサ
イン波の出力は直流電圧になる。又．この直流電圧をコ
ントロール回路１３１の定電圧制御人力端にフィードバ
ックすることにより出力を安定化することができる。更
に．トランスＴ１の２次側に電流検出器２１等を接続し
て検出電流をコントロール回路１３１の電流制限入力端
にフィードバックすることにより過電流保護を行なうこ
とができる。コントロール回路１３１のコントロール方
式としては時比率コントロール，周波数コントロール等
がある。特に．この回路の特長は高周波の高圧インバー
タの整流には高速ダイオードを使用するが，そのリカバ
リ時間（　Ｔ　ｒｒ）によって多くの雑音を発生すると
共に整流効率を著しく悪くしているのが現状である。本
回路の場合サイン波である為同じ周波数の場合．その周
波数成分は方形波の整流に比べて高調波成分が少なく．
方形波に比べ波形の電圧変化率が少ない為リカバリ時間
による整流効率の悪化も防げる。

尚．上記実施例では降圧形チョッパ回路を用いる場合に
ついて示したがこれに限らず．例えば第５図に示すよう
に６　トランスＴ２，トランジスタＴＲ４，ダイオード
Ｄ４，ＤＩ，　コントロール回路１３１等よりなる昇圧
形チョッパ回路を使用してもよい。

又．電圧共振形インバータ回路は．１石式．ハーフブリ
ッジ形．フルブリッジ形等に応用することができる。

又．上記実施例ではトランジスタＴＲＩ〜ＴＲ４につい
て説明したがこれに限らず，ＭＯＳ　　ＦＥＴ等の半導
体スイッチ素子を用いることができる。

又．上記実施例では半導体スイッチ素子の開閉時比率も
しくは開閉周波数を変えて電圧共振形インバータ回路の
出力電圧を安定化する場合について説明したが．これに
限らず電圧共振形インバータ回路の出力電圧を可変する
場合にも使用することができ．更には．電圧共振形イン
バータ回路の出力電流を安定化又は可変する場合につい
ても使用することができる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば．電圧共振形インバー
タのチョークコイルを半導体スイッチの平滑用インダク
タンスと電圧共振形インバータの定電流用インダクタン
スとして共用することにより．半導体スイッチの平滑用
電解コンデンサ及びチョークコイルを不要にして小型化
，軽量化を行うことができ．かつ入力電源負荷の急変に
対して安定化する応答速度をきわめて速くすることがで
きる。すなわち．平滑用電解コンデンサ及びチョークコ
イルよりなるフィルタは半導体スイッチを含むチョッパ
のスイッチング周波数の１／１０の応答速度しかなく．
このようなフィルタを有する従来の電源回路は入力電源
負荷の急変に対して安定化する応答速度が遅いが．本発
明は電解コンデンサ及びチョークコイルよりなるフィル
タを使用しないため．半導体スイッチを含むチョッパの
周波数で応答することができるため．従来の電源回路に
比べ応答速度を１０倍以上速くすることができる。した
がって，入力電源負荷が変化する電気機器に用いて極め
て効果的である。又．高圧直流電源の場合は極めて雑音
の少ない高効率の整流ができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図．第２図は本発
明の基本的構成例を示す構成説明図．第３図は第１図の
各部の波形の一例を示す波形図，第４図及び第５図はそ
れぞれ本発明の他の実施例を示す回路図．第６図及び第
７図は従来の電源回路を示す説明図である。 １１．１２・・・人力端子．１３・・・コントロール回
路．１７．１８・・・出力端子．１９・・・チョッパ回
路．２０・・・電圧共振形インバータ回路。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流電源に半導体スイッチを介して接続された入
   力側にチョークコイルを有する電圧共振形インバータと
   、前記半導体スイッチを前記電圧共振形インバータの共
   振周波数と同等もしくは高い周波数で開閉するコントロ
   ール回路とを具備し、前記チョークコイルを前記半導体
   スイッチの平滑用インダクタンスと前記電圧共振形イン
   バータの定電流用インダクタンスとして共用したことを
   特徴とする電源回路。
2. （２）コントロール回路として、半導体スイッチの時比
   率を変えるコントロール回路を用いることを特徴とする
   請求項１記載の電源回路。
3. （３）コントロール回路として、半導体スイッチの開閉
   周波数を変えるコントロール回路を用いることを特徴と
   する請求項１記載の電源回路。