JPH03245775A - 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］ 本発明は、交流電源を整流平滑して得られる直流電力を
矩形波電力に変換して負荷を駆動するインバータ装置に
関するものである。

［従来の技術］ 第７図は従来のインバータ装置（特願平１−１０５１８
１号参照）の回路図である。以下、その回路構成につい
て説明する。トランジスタＱ、、Ｑ。

はバイポーラ型のトランジスタよりなる。トランジスタ
Ｑ、のエミッタは、トランジスタＱ２のコレクタに接続
されている。トランジスタＱ、、Ｑ２のコレクタ及びエ
ミッタには、ダイオードＤ、、Ｄ２のカソード及びアノ
ードが夫々接続されている。

トランジスタＱ、のコレクタにはダイオードＤ、のカソ
ードが接続され、ダイオードＤ、のアノードはダイオー
ドＤ、のカソードに接続され、ダイオードＤ４のアノー
ドはトランジスタＱ２のエミッタに接続されている。ト
ランジスタＱ、のコレクタには、コンデンサＣ２の一端
が接続され、コンデンサＣ２の他端はコンデンサＣ１の
一端に接続され、コンデンサＣコの他端はトランジスタ
Ｑ２のエミ・ツタに接続されている。トランジスタＱ、
、Ｑ２の接続点とコンデンサｃ　２．Ｃ３の接続点の間
には、負荷回路Ｒが接続されている。負荷回路Ｒとして
は、例えば、放電灯点灯回路などが接続される。トラン
ジスタＱ、、Ｑ２の接続点は交流電源Ｖｓの一端に接続
されている。交流電源Ｖｓの他端は、インダクタＬ　＋
　、　Ｌ　２を介して、ダイオードＤ　ｓ　、　Ｄ　−
の接続点に接続されている。インダクタＬ、、Ｌ２の接
続点と交流電源Ｖｓの一端との間には、コンデンサＣ４
が接続されている。インダクタＬ１とコンデンサＣ４は
ＡＣフィ！レタを構成している。

第８図は上記回路の動作波形図である。同図に示すよう
に、交流電源Ｖｓが正の半サイクルのときには、トラン
ジスタＱ１が高周波的にオン・オフ駆動され、トランジ
スタＱ２はオフ状態とされる。また、交流電源ＶＳが負
の半サイクルのときには、トランジスタＱ２が高周波的
にオン・オフ駆動され、トランジスタＱ、はオフ状態と
される。

以下、上記回路の動作について詳述する。

まず、交流電源Ｖｓが正の半サイクルのときに、トラン
ジスタＱ１がオンすると、インダクタし３、ダイオード
Ｄ７、トランジスタＱ、を通る経路で交流電源Ｖｓから
インダクタＬ２に電流が流れ、その電流値は入力交流電
圧Ｖｉｎの瞬時値に比例した傾きで増加していく、この
とき、コンデンサＣ２からトランジスタＱ、を介して負
荷回路Ｒに電流が流れる６次に、トランジスタＱ、がオ
フすると、インダクタＬ２、ダイオードＤ１、コンデン
サＣ２、負荷回路Ｒ１交流電源Ｖｓを通る経路、並びに
、インダクタＬ２、ダイオードＤ３、コンデンサＣ，。

Ｃ１、ダイオードＤ２、交流電源Ｖｓを通る経路で、イ
ンダクタＬ２のエネルギーが放出され、コンデンサＣ２
及びＣ１が充電される。

このように、交流電源ＶＳが正の半サイクルでは、トラ
ンジスタＱ１がチョッパー用のスイッチング素子と負荷
電流供給用のスイッチング素子を兼ねるものであり、ト
ランジスタＱ２は休止している。

次に、交流電源Ｖｓが負の半サイクルのときに、トラン
ジスタＱ２がオンすると、交流電源Ｖｓ、トランジスタ
Ｑ２、ダイオードＤ６、インダクタＬ２を通る経路で、
インダクタＬ２に電流が流れ、その電流値は入力交流電
圧Ｖｉｎの瞬時値に比例した傾きで増加して行く。この
とき、コンデンサＣ５から負荷回路Ｒ、トランジスタＱ
２を通る経路で負荷回路Ｒに電流が流れる。次に、トラ
ンジスタＱ２がオフすると、交流電源Ｖｓ、負荷回路Ｒ
、コンデンサＣ３、ダイオードＤ４、インダクタＬ２を
通る経路、並びに、交流電源Ｖｓ、ダイオードＤ１、コ
ンデンサＣｚ　、　Ｃ３、ダイオードＤ４、インダクタ
し、を通る経路で、インダクタＬ２のエネルギーが放出
され、コンデンサＣ２及びＣ１を充電する。

このように、交流電源Ｖｓが負の半サイクルでは、トラ
ンジスタＱ２がチョッパー用のスイッチング素子と負荷
電流供給用のスイッチング素子の働きを兼ねるものであ
り、トランジスタＱ１は休止している。

したがって、上記回路にあっては、負荷電流供給用のス
イッチング素子がチョッパー用のスイッチング素子を兼
ね、且つ少ない素子数で構成されており、電力損失が少
なく、回路構成も簡単になる。才な、上記回路にあって
は、交流電源Ｖｓの半サイクル毎に各トランジスタＱ、
、Ｑ２が交互にチョッパー用及び負荷電流供給用のスイ
ッチング素子として働くので、スイッチング素子１偏当
たりのストレスが軽減されるという利点があり、スイッ
チング素子（トランジスタＱ１．Ｑ２）の電力損失のバ
ランスが取れているので、例えば放熱構造は同じで良い
。さらに、スイッチング素子（トランジスタＱ、、Ｑ２
）はチョッパー用及び負荷電流供給用のスイッチング素
子として動作しているから、別個にチョッパー駆動回路
を設ける必要がなく、駆動回路の構成も簡単化される。

なお、交流電源Ｖｓとインダクタし２の間に、インダク
タし、とコンデンサＣ１よりなるＡＣフィルタを挿入し
て入力電流Ｉｉｎを連続的にすることにより、入力電流
歪率を低減することができ、また、入力電流ｆｉｎを入
力電圧Ｖｉｎと同相の正弦波にできるので、入力力率は
ほぼ１となることは言うまでもない。

［発明が解決しようとする課題］ 上述の従来例にあっては、第７図の破線で示すような経
路で電流の廻り込みが生じることがある。

この方向の電流の廻り込みは、トランジスタＱが動作し
ている半サイクルで生じるので、負荷回路Ｒには逆方向
電流として流れることになる。このため、負荷電流を低
下させることになるという問題がある。トランジスタＱ
２が動作している半サイクルについても同様であり、こ
の場合の電流の廻り込みは、負荷回路Ｒ、コンデンサＣ
１、ダイオードＤ、を介する経路で生じるので、やはり
負荷電流を低下させることになる。また、このような電
流の廻り込みによって、インバータ装置の設計上の制約
が大きくなり、入力回路と負荷回路の回路定数の選択範
囲が狭くなるという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、チョッパー動作を行う入力側の
スイッチング手段とインバータ動作を行う出力側のスイ
ッチング手段とでスイッチング素子を共用したインバー
タ装置において、入力回路から負荷回路への電流の廻り
込みを防止し、安定で確実な動作を実現することにある
。

［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明の基本構成を示す回路図である。

同図に示すように、本発明にあっては、第１及び第２の
ダイオードＤ　Ｉ　ｌ　＋　Ｄ　２　ｌの直列回路と、
第３及び第４のダイオードＤ、２．Ｄ２２の直列回路と
の並列回路を、第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のス
イッチング素子８２の間に直列的に挿入している。そし
て、第１及び第２のダイオードＤＤ２＋の接続点は、交
流電源Ｖｓの一端に接続し、また、第３及び第４のダイ
オードＤ　１２　、　Ｄ　２□の接続点は、負荷回路Ｒ
の一端に接続している。その他の回路構成については、
第７図に示す従来例と同様である。

［作用］ 第１図に示す回路にあっては、第１及び第２のダイオー
ドＤ　＋　＋　＋　Ｄ　２１の接続点を交流電源Ｖｓの
一端に接続したから、入力側のチョッパー電流はダイオ
ードＤ１□、Ｄ２２を介して流れ、負荷側には流れない
、また、第３及び第４のダイオードＤ１２゜Ｄ２２の接
続点は負荷回路Ｒの一端に接続したから、負荷側のイン
バータ電流はダイオードＤ、２．Ｄ２２を介して流れ、
入力電源側には流れないにれにより、第７図の破線に示
すような入力回路から負荷回路への電流の廻り込みは生
じなくなるから、入力回路と負荷回路の独立性が確保さ
れ、回路定数の選択範囲が広くなるものである。

［実施例１コ 第２図は本発明の第１実施例の回路図である６本実施例
にあっては、第１図に示すスイッチング素子Ｓ　＋　、
　Ｓ　ｚとしてバイポーラトランジスタＱＱ２を使用し
ている。また、負荷回路Ｒとして、放電灯点灯回路を使
用している。放電灯１ａには、コンデンサＣ９が並列接
続され、インダクタＬ３が直列接続されている。

第３図は本実施例の動作波形図である。交流電源Ｖｓの
入力電圧Ｖｉｎが正の半サイクルＴ１では、トランジス
タＱ、が高周波的にオン・オフし、トランジスタＱ２は
オフとなる。まず、トランジスタＱ１がオンのときには
、入力回路では、インダクタＬ２、ダイオードＤ３、ト
ランジスタＱ、、ダイオードＤＩ＋、コンデンサＣ３、
インダクタＬ２を介して電流が流れ、負荷回路では、コ
ンデンサＣ３からトランジスタＱ３、ダイオードＤＩ２
、インダクタＬ３、コンデンサＣ１と放電灯１ａの並列
回路、コンデンサＣ２を介して電流が流れる。次に、ト
ランジスタＱ１がオフのときには、入力回路では、イン
ダクタＬ２、ダイオードＤ２、コンデンサＣ７、コンデ
ンサＣ３、ダイオードＤ２、コンデンサＣ１、インダク
タＬ２を介して電流が流れ、負荷回路では、インダクタ
Ｌ３、コンデンサＣ５と放電灯１ａの並列回路、コンデ
ンサＣ３、ダイオードＤ６、インダクタＬ３を介して電
流が流れる。

一方、交流電源Ｖｓの負の半サイクルＴ２では、トラン
ジスタＱ２が高周波的にオン・オフされ、トランジスタ
Ｑ、はオフとなる。まず、トランジスタＱ２がオンのと
きには、入力回路では、インダクタＬ２、コンデンサＣ
３、ダイオードＤ　２１、トランジスタＱ２、ダイオー
ドＤ２、インダクタＬ２を介して電流が流れ、負荷回路
では、コンデンサＣ３、コンデンサＣ９と放電灯１ａの
並列回路、インダクタし１、ダイオードＤ２２、トラン
ジスタＱ２、コンデンサＣ１を介して電流が流れる。次
に、トランジスタＱ２がオフのときには、入力回路では
、インダクタＬ２、コンデンサＣ１、ダイオードＤコン
デンサＣ２、コンデンサＣ１、ダイオードＤ４、インダ
クタＬ２を介して電流が流れ、負荷回路では、インダク
タし１、ダイオードＤ６、コンデンサＣ２、コンデンサ
Ｃ３と放電灯Ｚａの並列回路、インダクタＬ３を介して
電流が流れる。

以上の動作説明から明らかなように、本実施例にあって
は、入力回路と負荷回路とがダイオードＤ目〜Ｄ２２に
よって完全に分離されているので、回路設計が容易とな
るものである。

なお、コンデンサＣ５と放電灯１ａの並列回路に流れる
高周波電流は、大部分がコンデンサＣ５にバイパスされ
るので、放電灯ｌ＆には、第３図に示すように、交流電
源Ｖｓの周波数に同期した矩形波電流Ｉｆａが流れる。

したがって、放電灯１ａが高圧放電灯である場合でも、
音響的共鳴現象によるアークの不安定が生じることはな
い。

［実施例２］ 第４図は本発明の他の実施例の回路図である。

本実施例にあっては、上述の実施例１において、コンー
デンサＣ２、Ｃｙに代えて、トランジスタＱ　？　ＩＱ
、を接続し、各トランジスタＱ、、Ｑ、にダイオードＤ
　７　、　Ｄ　ｓをそれぞれ逆並列接続して、フルブリ
ッジ構成のインバータ回路としたものである。また、ダ
イオードＤ　？　、　Ｄ　ｓの直列回路には、平滑用の
コンデンサＣ０が並列接続されている。

第５図は本実施例の動作波形図である。トランジスタＱ
、、Ｑ２の動作波形については、第３図に示す動作波形
と同様である。また、トランジスタＱ　＝　、　Ｑ　？
は交流電源Ｖｓの入力電圧Ｖｉｎに同期してオン・オフ
する。本実施例にあっては、フルブリッジ構成であるの
で、コンデンサＣ１の電圧が負荷回路Ｒに印加されるこ
とになり、実施例１に示すハーフブリッジ構成のインバ
ータ回路に比べると、負荷回路Ｒへの印加電圧は２倍と
なる。

［実施例３］ 第６図は本発明のさらに他の実施例の回路図である０本
実施例にあっては、第２図に示す実施例１において、コ
ンデンサＣ２を省略し、代わりにダイオードＤ　ｓ　、
　Ｄ　ｓの直列回路の両端に平滑用のコンデンサＣ１を
接続して、変形ハーフブリッジ構成としたものである。

この回路では、コンデンサＣａｌはトランジスタＱ、が
オンしているときに負荷回路を介して充電され、トラン
ジスタＱ２がオンしているときに負荷回路を介して放電
される。

また、本実施例にあっては、放電灯ｌにインダクタＬ４
を直列接続してあり、このインダクタし、は放電灯１ａ
に流れる高周波成分を更に低減させるためのローパスフ
ィルタの役目を有するものであり、インダクタし、と放
電灯ｌａの直列回路のインピーダンスを高めることによ
り、コンデンサＣ５へ高周波電流をバイパスしやすくす
るものである。

なお、トランジスタＱ、、Ｑ２として、バイポーラ型の
トランジスタに代えて、パワーＭＯ９ＦＥＴを使用して
も構わない、また、トランジスタＱ、。

Ｑ２のスイッチング周波数は特に限定しないが、数十ｋ
Ｈｚ〜数百ｋＨｚが好ましい。

［発明の効果コ 本発明にあっては、上述のように、入力側のチョッパー
動作を行う第１のスイッチング手段と、負荷側のインバ
ータ動作を行う第２のスイッチング手段との間で、少な
くとも２個のスイッチング素子を共用したインバータ装
置において、第１及び第２のダイオードの直列回路と、
第３及び第４のダイオードの直列回路を並列接続した回
路を、上記２個の共用されるスイッチング素子の間に直
列的に挿入し、第１のスイッチング手段は第１及び第２
のダイオードの接続点を介して通電され、第２のスイッ
チング手段は第３及び第４のダイオードの接続点を介し
て通電されるようにしたから、入力側のチョッパー電流
は第１及び第２のダイオードを介して流れ、負荷側のイ
ンバータ電流は第３及び第４のダイオードを介して流れ
るものであり、入力回路と負荷回路の間で電流の廻り込
みが生じることはなく、安定で確実な動作を実現するこ
とができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示す回路図、第２図は本発
明の一実施例の回路図、第３図は動作波形図２第４図は
本発明の他の実施例の回路図、第５図は動作波形図、第
６図は本発明のさらに他の実施例の回路図、第７図は従
来例の回路図、第８図は動作波形図である。 Ｄ　ＩｌＤ　２１１　Ｄ　Ｉ　２１　Ｄ　２２はダイオ
ード、５Ｉ３２はスイッチング素子、Ｒは負荷回路、Ｖ
ｓは交流電源である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流電源を直流電源に変換する第１のスイッチン
   グ手段と、直流電源を交流電源の半サイクルに同期して
   極性が反転する矩形波電源に変換する第２のスイッチン
   グ手段と、矩形波電源を供給される負荷回路とからなり
   、第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段と
   で少なくとも２個のスイッチング素子を共用したインバ
   ータ装置において、第１及び第２のダイオードの直列回
   路と、第３及び第４のダイオードの直列回路を並列接続
   した回路を、上記２個の共用されるスイッチング素子の
   間に直列的に挿入し、第１のスイッチング手段は第１及
   び第２のダイオードの接続点を介して通電され、第２の
   スイッチング手段は第３及び第４のダイオードの接続点
   を介して通電されることを特徴とするインバータ装置。