JPH0347437Y2

JPH0347437Y2 -

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Publication number: JPH0347437Y2
Application number: JP1982188694U
Authority: JP
Priority date: 1982-12-13
Filing date: 1982-12-13
Publication date: 1991-10-09
Also published as: JPS5992595U

Description

【考案の詳細な説明】この考案は、交互にスイツチングして直流電力
を交流電力に変換する１対のスイツチング素子お
よび前記両スイツチング素子をそれぞれ保護する
１対のスナバ回路とを備えた電力変換装置に関
し、前記両スナバ回路の電力損失を低減して効率
の向上を図ることを目的とする。

一般に、交互にスイツチングして直流電力を交
流電力に変換する１対のスイツチング素子および
前記両スイツチング素子をそれぞれ保護する１対
のスナバ回路とを備えた電力変換装置であるスイ
ツチングインバータは、たとえば第１図に示すよ
うに構成されている。同図において、１ａ，１ｂ
は直列接続された直流電源である第１、第２電
源、２ａはコレクタ、ベースがそれぞれ第１電源
１ａの正出力端子およびベース制御部（図示せ
ず）に接続されたスイツチング素子であるNPN
型の第１トランジスタ、２ｂはベース、エミツタ
がそれぞれ前記ベース制御部および第２電源１ｂ
の負出力端子に接続されたスイツチング素子であ
るNPN型の第２トランジスタ、３は一端が第１
トランジスタ２ａのエミツタおよび第２トランジ
スタ２ｂのコレクタに接続され他端が第１電源１
ａの負出力端子および第２電源１ｂの正出力端子
に接続された誘導性負荷、４ａ，４ｂはそれぞれ
第１、第２トランジスタ２ａ，２ｂに逆並列に接
続された帰還用の２個のダイオード、５ａ，５ｂ
はそれぞれ一端が第１トランジスタ２ａのコレク
タおよび第２トランジスタ２ｂのエミツタに接続
された第１、第２コンデンサ、６ａは両端が第１
コンデンサ５ａの他端および第１トランジスタ２
ａのエミツタに接続された第１抵抗、６ｂは両端
が第２コンデンサ５ｂの他端および第２トランジ
スタ２ｂのコレクタに接続された第２抵抗、７ａ
はアノード、カソードがそれぞれ第１抵抗６ａの
両端に接続された第１ダイオード、７ｂはカソー
ド、アノードがそれぞれ第２抵抗６ｂの両端に接
続された第２ダイオードであり、第１コンデンサ
５ａ、第１ダイオード７ａの直列回路および第１
抵抗６ａにより、第１トランジスタ２ａの保護用
第１スナバ回路８ａが構成されるとともに、第２
コンデンサ５ｂ、第２ダイオード７ｂの直列回路
および第２抵抗６ｂにより、第２トランジスタ２
ｂの保護用第２スナバ回路８ｂが構成されてい
る。なお、９ａ，９ｂはそれぞれ両電源１ａ，１
ｂと両トランジスタ２ａ，２ｂとの間の配線イン
ダクタンスである。

そして、前記ベース制御部から第１トランジス
タ２ａにベース電流が通流されて第１トランジス
タ２ａがオンすると、第１電源１ａからの直流電
流が第１トランジスタ２ａのコレクタ、エミツタ
を介し負荷３に流れて負荷３に電力が供給され、
前記電流により、配線インダクタンス９ａに第１
図に示す極性の電圧によるエネルギーが蓄積され
るとともに、前記ベース制御部から第１トランジ
スタ２ａへのベース電流の通流が停止されて第１
トランジスタ２ａがオフすると、第１トランジス
タ２ａのコレクタ、エミツタを介して負荷３に通
流される第１電源１ａからの直流電流の通流が遮
断されるが、負荷３が誘導性であるため、遅れ位
相の電流が第２電源１ｂ、ダイオード４ｂを介し
て負荷３に流れ続けるとともに、配線インダクタ
ンス９ａの電圧が第１図中の極性と逆の極性に反
転し、反転した配線インダクタンス９ａの電圧に
よる電流が第１スナバ回路８ａの第１コンデンサ
５ａ、第１ダイオード７ａを介して負荷３に流
れ、前記配線インダクタンス９ａの蓄積エネルギ
ーが放出されて第１トランジスタ２ａに大電圧の
直接印加されることが防止されるとともに、第１
コンデンサ５ａが充電される。

一方、第１トランジスタ２ａのオフ後、前記ベ
ース制御部から第２トランジスタ２ｂにベース電
流が通流されて第２トランジスタ２ｂがオンし、
第２電源１ｂからの直流電流が、前記の第１トラ
ンジスタ２ａのオン時と逆方向の負荷３、第２ト
ランジスタ２ｂのコレクタ、エミツタに流れて負
荷３に電力が供給され、前記電流により、前記の
第１トランジスタ２ａのオン時の場合と同様に、
配線インダクタンス９ｂにエネルギーが蓄積され
たのち、第２トランジスタ２ｂがオフし、前記の
第１トランジスタ２ａのオン時の場合と同様に、
遅れ位相の電流がダイオード４ａ、第１電源１ａ
を介して負荷３に流れ続けるとともに、配線イン
ダクタンス９ｂの電圧が友転し、反転した配線イ
ンダクタンス９ｂの電圧による電流が負荷３、第
２スナバ回路８ｂの第２ダイオード７ｂおよび第
２コンデンサ５ｂに流れ、前記配線インダクタン
ス９ｂの蓄積エネルギーが放出されて第２トラン
ジスタ４ｂに大電圧の直接印加されることが防止
されるとともに、第２コンデンサ５ｂが充電され
る。

つぎに、第２トランジスタ２ｂのオフ後、再度
第１トランジスタ２ａがオンすると、第１トラン
ジスタ２ａのオフ時に充電された第１コンデンサ
５ａの負荷が第１トランジスタ２ａ、第１抵抗６
ａを介して放電されるとともに、第１トランジス
タ２ａのオフ後、再度第２トランジスタ２ｂがオ
ンすると、第２トランジスタ２ｂのオフ時に充電
された第２コンデンサ５ｂの負荷が第２抵抗６ｂ
を介して放電され、これらの動作が繰り返されて
両電源１ａ，１ｂからの直流電力が交流電力とし
て負荷３に供給される。

このとき、たとえば、第１トランジスタ２ａの
オフ時に配線インダクタンス９ａの蓄積エネルギ
ーが第１コンデンサ５ａによりすべて吸収される
とすると、両電源１ａ，１ｂの両端電圧をそれぞ
れＥ／２、両配線インダクタンス９ａ，９ｂをそ
れぞれＬ、第１コンデンサ５ａの容量をC₁、前
記蓄積エネルギーによる電流をＩとした場合に、
前記蓄積エネルギーの吸収による第１コンデンサ
５ａの両端電圧Ｖは、となるとともに、第１スナバ回路８ａの電力損失
Ｐは、第１トランジスタ２ａのスイツチング周波
数をとすると、Ｐ＝１／２・C₁・E²・＋１／２・C₁・（Ｖ−Ｅ）²・ …… となり、式に式を代入すると、前記損失Ｐ
は、Ｐ＝１／２・C₁・E²・＋Ｌ・I²・ …… と表わされる。

そして、前記式より、第１コンデンサ５ａの
両端電圧Ｖ、すなわちオフ状態の第１トランジス
タ２ａに印加される電圧を確実に吸収して第１ト
ランジスタ２ａを保護するには、第１コンデンサ
５ａの容量C₁を大きく設定すればよいが、前記
容量C₁を大きくすれば、前記式より、第１ス
ナバ回路８ａの損失Ｐが大きくなるため、効率が
低下し、発熱が大きくなるとともに、第１トラン
ジスタ２ａのスイツチング周波数を高くした場合
に、損失Ｐがいつそう大きくなるため、前記スイ
ツチング周波数を高くすることができず、利用率
が低下するという欠点があり、しかも、第１コン
デンサ５ａの全電荷が第１抵抗６ａを介して放出
されるため、放出時の電力損失も大きくなる。

この考案は、前記の点に留意してなされたもの
であり、交互にスイツチングして直流電源から負
荷への直流電力を交流電力に変換する第１および
第２のスイツチング素子と、前記第１のスイツチング素子の端子間に設けら
れた第１コンデンサ、第１ダイオードの直列回
路、前記第２のスイツチング素子の端子間に設け
られた第２コンデンサ、第２ダイオードの直列回
路それぞれからなり前記両スイツチング素子に印
加される大電圧を吸収して前記両スイツチング素
子を保護する第１、第２スナバ回路とを備えた電
力変換装置において、前記第１、第２コンデンサに並列に第３コンデ
ンサ、第３ダイオードの直列回路、第４コンデン
サ、第４ダイオードの直列回路それぞれを設け、前記第３、第４コンデンサを前記第１、第２コ
ンデンサより大容量に設定するとともに、前記第
３コンデンサ、第３ダイオードの接続点および前
記第４コンデンサ、前記第４ダイオードの接続点
を前記直流電源の負出力端子および正出力端子に
接続した電力変換装置を提供するものである。

したがつて、この考案の電力変換装置による
と、第１、第２スナバ回路が第１又は第２コンデ
ンサと第１又は第２ダイオードとの直列回路から
なる従来のスナバ回路に大容量の第３又は第４コ
ンデンサと第３又は第４ダイオードとの直列回路
を付加した２個のスナバ回路の組合せ回路で形成
され、しかも、第３又は第４コンデンサと第３又
は第４ダイオードとの接続点が直流電源の負出力
端子および正出力端子に接続されているため、前
記第１、第２スナバ回路に吸収された大電圧によ
る電流を第３又は第４コンデンサに蓄積して前記
直流電源に帰還させることができ、前記スナバ回
路の電力損失を低減することができ、効率の向上
を図ることができる。

すなわち、第１、第２スイツチング素子のスイ
ツチングに基づいて生じる配線インダクタンスの
エネルギの蓄積吸収時、第３、第４コンデンサの
容量が大きいため、第１、第２スナバ回路の電力
損失が低減される。

また、第３、第４コンデンサと第３、第４ダイ
オードとが直列に接続され、しかも、両コンデン
サと両ダイオードとの接続点が直流電源の負出力
端子又は正出力端子に接続されているため、第
３、第４コンデンサに蓄積された配線インダクタ
ンスのエネルギがスナバ回路内の他の抵抗等を介
すことなく電源側に放出して回生され、放出時の
電力損失も低減される。

そのため、スナバ回路の電力損失を著しく低減
して配線インダクタンスのエネルギを吸収、放出
し、変換装置の効率の向上を図ることができる。

つぎに、この考案を、その１実施例を示した第
２図とともに詳細に説明する。

第２図において、第１図と同一記号は同一のも
のを示し、第１図と異なる点は、第１、第２コン
デンサ５ａ，５ｂよりも容量の大なる第３、第４
コンデンサ１０ａ，１０ｂの一端を第１、第２コ
ンデンサ５ａ，５ｂの一端にそれぞれ接続し、第
３ダイオード１１ａのアノード、カソードを第
３、第１コンデンサ１０ａ，５ａの他端にそれぞ
れ接続するとともに、第４ダイオード１１ｂのア
ノード、カソードを第２、第４コンデンサ５ｂ，
１０ｂの他端にそれぞれ接続し、第３コンデンサ
１０ａとの接続点である第３ダイオード１１ａの
アノード、カソードおよび第４コンデンサ１０ｂ
との接続点である第４ダイオード１１ｂのカソー
ドを第２電源１ｂの負出力端子および第１電源１
ａの正出力端子にそれぞれ接続し、第１図のスナ
バ回路８ａに第３コンデンサ１０ａ、第３ダイオ
ード１１ａの直列回路を付加して２個のスナバ回
路を組合せた第１スナバ回路１２ａを構成すると
ともに、第１図のスナバ回路８ｂに第４コンデン
サ１０ｂ、第４ダイオード１１ｂの直列回路を付
加して２個のスナバ回路を組合せた第２スナバ回
路１２ｂを構成した点である。

そして、前記の第１図の場合と同様に、第１、
第２トランジスタ２ａ，２ｂのオン時に配線イン
ダクタンス９ａ，９ｂにそれぞれエネルギーが蓄
積され、第１、第２トランジスタ２ａ，２ｂのオ
フ時に前記配線インダクタンス９ａ，９ｂの蓄積
エネルギーによる電流が第１コンデンサ５ａ、第
１ダイオード７ａ、負荷３、第１電源１ａおよび
負荷３、第２ダイオード７ｂ、第２コンデンサ５
ｂ、第２電源１ｂに流れ、第１、第２コンデンサ
５ａ，５ｂが充電されるとともに、第１、第２コ
ンデンサ５ａ，５ｂの充電電圧が両電源１ａ，１
ｂの合成電圧Ｅを越えたとき、第３コンデンサ１
０ａの容量C₃がC₃≫C₁であれば、前記蓄積エネ
ルギーによる電流が当該蓄積エネルギーが放出し
尽すまで第３、第４コンデンサ１０ａ，１０ｂに
流れ、第３、第４コンデンサ１０ａ，１０ｂが充
電され、第３コンデンサ１０ａの充電後、第３コ
ンデンサ１０ａの充電電圧による電流が配線イン
ダクタンス９ａ、両電源１ａ，１ｂに流れて両電
源１ａ，１ｂに帰還されるとともに、第４コンデ
ンサ１０ｂの充電後、第４コンデンサ１０ｂの充
電電圧による電流が配線インダクタンス９ｂ、両
電源１ｂに流れて両電源１ａ，１ｂに帰還され
る。

このとき、たとえば充電された第３コンデンサ
１０ａの両端電圧V′は、前記式と同様に、となり、前記の式に比べてインダクタンスＬが減
少しており、第３コンデンサ１０ａの容量C₃を
大きくするほど、電圧V′が低減してオフ状態の
第１トランジスタ２ａに印加される電圧が低減さ
れることになるとともに、第１スナバ回路１２ａ
の電力損失P′は、前記式と同様に、 P′＝１／２・C₁・E²・＋１／２・C₁・（V′−Ｅ）²・ …… となり、式に式を代入すると、前記損失
P′は、 P′＝１／２・C₁・E²・＋１／２・Ｌ・C₁／C₃・I²・ …… と表わされる。なお、第４コンデンサ１０ｂの両
端電圧および第２スナバ回路１２ｂの電力損失は
前記式および式と同様に表わされる。

したがつて、前記実施例によると、第３ダイオ
ード１１ａのアノードおよび第４ダイオード１１
ｂのカソードをそれぞれ第２電源１ｂの負出力端
子および第１電源１ａの正出力端子に接続したこ
とにより、従来に比べて電力損失P′のインダクタ
ンス分が低減される。

さらに、前記式から明らかなように、第３コ
ンデンサ１０ａの容量C₃を第１コンデンサ５ａ
の容量C₁よりもはるかに大きくすることにより、
第１スナバ回路１２ａの蓄積吸収時の損失を大幅
に低減することができ、しかも、第３コンデンサ
１０ａに蓄積された配線インダクタンス９ａのエ
ネルギを第１抵抗６ａを介すことなく電源１ａに
放出して回生することができる。

そのため、両スナバ回路１２ａ，１２ｂに吸収
された大電圧による電流を両電源１ａ，１ｂに帰
還させて両トランジスタ２ａ，２ｂを保護するこ
とができるとともに、前記両スナバ回路１２ａ，
１２ｂの電力損失を低減することができ、効率の
向上を図ることができるとともに、両トランジス
タ２ａ，２ｂのスイツチング周波数を高くするこ
とができ、両トランジスタの利用率を向上するこ
とができる。

なお、第１、第２抵抗６ａ，６ｂを省いて形成
してもよい。

また、前記実施例では、ハーフブリツジ型の電
力変換装置について説明したが、フルブリツジ型
であつてもよいことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電力変換装置の結線図、第２図
はこの考案の電力変換装置の１実施例の結線図で
ある。１ａ，１ｂ……第１、第２電源、２ａ，２ｂ…
…第１、第２トランジスタ、３……負荷、５ａ，
５ｂ……第１、第２コンデンサ、７ａ，７ｂ……
第１、第２ダイオード、１０ａ，１０ｂ……第
３、第４コンデンサ、１１ａ，１１ｂ……第３、
第４ダイオード、１２ａ，１２ｂ……第１、第２
スナバ回路。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】交互にスイツチングして直流電源から負荷への
直流電力を交流電力に変換する第１および第２の
スイツチング素子と、前記第１のスイツチング素子の端子間に設けら
れた第１コンデンサ、第１ダイオードの直列回
路、前記第２のスイツチング素子の端子間に設け
られた第２コンデンサ、第２ダイオードの直列回
路それぞれからなり前記両スイツチング素子に印
加される大電圧を吸収して前記両スイツチング素
子を保護する第１、第２スナバ回路とを備えた電
力変換装置において、前記第１、第２コンデンサに並列に第３コンデ
ンサ、第３ダイオードの直列回路、第４コンデン
サ、第４ダイオードの直列回路それぞれを設け、前記第３、第４コンデンサを前記第１、第２コ
ンデンサより大容量に設定するとともに、前記第
３コンデンサ、第３ダイオードでいおの接続点お
よび前記第４コンデンサ、前記第４ダイオードの
接続点を前記直流電源の負出力端子および正出力
端子に接続した電力変換装置。