JPH04105590A - Ac voltage controller - Google Patents

Ac voltage controller

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JPH04105590A
JPH04105590A JP2221383A JP22138390A JPH04105590A JP H04105590 A JPH04105590 A JP H04105590A JP 2221383 A JP2221383 A JP 2221383A JP 22138390 A JP22138390 A JP 22138390A JP H04105590 A JPH04105590 A JP H04105590A
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JP
Japan
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switching element
capacitor
circuit
main switching
diode
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JP2221383A
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Kazuharu Muramatsu
村松 和春
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Shibaura Mechatronics Corp
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Shibaura Engineering Works Co Ltd
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

PURPOSE:To absorb surge voltage sufficiently and to reduce loss in the circuit without increasing the capacity of a capacitor in a snubber circuit by connecting a main switching element in parallel with a switching snubber circuit comprising a series circuit of a capacitor and a switching element incorporating a diode. CONSTITUTION:Upon turn ON of a main switching element TR1 within positive half period of a power supply 10, load current flows through a diode D1, the main switching element TR1, and a diode D2 into a loas 12. Upon turn OFF of the main switching element TR1, a switching element TR2 is turned ON and a capacitor C3 in a switching snubber circuit 30 is charged by the flywheel current of the load 12 with a polarity shown on the drawing. When the main switching element TR1 is turned ON and the switching element TR2 is turned OFF, the capacitor C3 is discharged through the element TR1, a diode d2 built in the element TR2 and stray reactance thus charging the capacitor C3 with reverse polarity.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、交流電源周波数より十分に高い周波数で正・
負方向にスイッチングを行う交流電圧制御装置に関する
ものである。
[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention provides positive and
The present invention relates to an AC voltage control device that performs switching in the negative direction.

(発明の背景) 交流電圧を無段階に制御するものとして単相摺動変圧器
(スライダック)、可飽和リアクトル、誘導電圧調整器
等が公知であるが、これらは全て大重量かつ大型で、コ
ストも高いという問題がある。トライアックなどを用い
て位相制御を行う位相制御方式も低度で信頼性が高いた
め広く用いられているが、この方式は電流波形の歪が大
きいため高調波成分を多く含み、通常この高調波が可聴
帯域に発生するためモータなどの負荷の振動・騒音問題
を招(という不都合があった。
(Background of the Invention) Single-phase sliding transformers (SLIDAC), saturable reactors, induction voltage regulators, etc. are known as devices that steplessly control AC voltage, but all of these are heavy, large, and costly. There is also the problem that it is expensive. A phase control method that uses a triac or the like to control the phase is also widely used because it is low-level and highly reliable, but this method has a large distortion of the current waveform and contains many harmonic components, and these harmonics are usually Since it occurs in the audible band, it has the disadvantage of causing vibration and noise problems with loads such as motors.

そこで交流電源より十分に高い周波数で正・負方向にス
イッチングを行い、このスイッチングのオン・オフの時
間比すなわち通流率(デユーティ比)を変えることによ
って電圧を制御する方式が提案されている(実公昭56
−49277号、特公昭56−33724号等)。
Therefore, a method has been proposed in which the voltage is controlled by switching in the positive and negative directions at a sufficiently higher frequency than the AC power supply and changing the on/off time ratio of this switching, that is, the duty ratio. Jitsukō 56
-49277, Special Publication No. 56-33724, etc.).

第2図はこの方式の回路例を示し、この図で符号10は
交流電源、12は負荷である。電源10は例えば5o、
60Hzの商用電源である。負荷12は例えば単相誘導
電動機である。14はこれらに直列接続された主スイッ
チング回路であり、ダイオードブリッジを形成する4個
のダイオードD1〜D4と、このブリッジの正負端子間
に接続された主スイッチング素子である高速スイッチン
グトランジスタTR,nとを有する。16は負荷12に
並列接続されたフライホイール用スイッチング回路であ
り、ダイオードブリッジを形成する4個のダイオードD
、〜D8と、このブリッジの正負端子間に接続された高
速スイッチングトランジスタTRfとを有する。トラン
ジスタTR,とT Rtとは電源1oより十分に高い周
波数、例えば20KHz以上で交互にオン・オフされる
FIG. 2 shows an example of a circuit using this system, in which reference numeral 10 is an AC power supply and 12 is a load. For example, the power source 10 is 5o,
It is a 60Hz commercial power source. The load 12 is, for example, a single-phase induction motor. 14 is a main switching circuit connected in series with these, and includes four diodes D1 to D4 forming a diode bridge, and a high-speed switching transistor TR,n which is a main switching element connected between the positive and negative terminals of this bridge. has. 16 is a flywheel switching circuit connected in parallel to the load 12, which includes four diodes D forming a diode bridge.
, ~D8, and a high-speed switching transistor TRf connected between the positive and negative terminals of this bridge. Transistors TR and TRt are alternately turned on and off at a frequency sufficiently higher than the power supply 1o, for example, 20 KHz or higher.

従ってこれらトランジスタTR,、TR,の時間比を変
えることにより負荷電流を連続的に変化させることがで
きる。
Therefore, by changing the time ratio of these transistors TR, TR, it is possible to continuously change the load current.

しかしこの第2図のものにおいては、ダイオードブリッ
ジからなるフライホイール用スイッチング回路16が必
要で、部品点数が多く、コストの増加を招くという問題
がある。
However, the configuration shown in FIG. 2 requires a flywheel switching circuit 16 consisting of a diode bridge, which requires a large number of parts, leading to an increase in cost.

そこでこのスイッチング回路16に代えて負荷12にコ
ンデンサC1を並列接続することが考えられている。
Therefore, instead of this switching circuit 16, it has been considered to connect a capacitor C1 in parallel to the load 12.

第3図はこの回路例を示すもので、このコンデンサC1
に代えて、またはこれと共に、主スイッチングトランジ
スタTRff、に公知のスナバ回路20を接続する。こ
のスナバ回路20はコンデンサC2と、抵抗rの直列回
路からなり、これをトランジスタTR,、に並列接続し
たものである。
Figure 3 shows an example of this circuit, where this capacitor C1
Instead of or in addition to this, a known snubber circuit 20 is connected to the main switching transistor TRff. This snubber circuit 20 consists of a series circuit of a capacitor C2 and a resistor r, which is connected in parallel to transistors TR, .

この回路によれば、電源10の正の半周期内でトランジ
スタTR,、、のオン時にはコンデンサC1は図に示す
極性に充電される。そしてTR,nのオフ時にはこのコ
ンデンサC1の電荷が負荷12を介して放電され、放電
が終るかまたは逆極性に充電されるとトランジスタTR
mがオンとなる。このためコンデンサC1再び図示の極
性に充電され、以上の動作を繰り返すものである。
According to this circuit, the capacitor C1 is charged to the polarity shown in the figure when the transistors TR, . When TR,n is off, the charge of this capacitor C1 is discharged through the load 12, and when the discharge is finished or charged to the opposite polarity, the transistor TR
m is turned on. Therefore, the capacitor C1 is charged again to the polarity shown, and the above operation is repeated.

しかしこの方式では、トランジスタTR,のオン時に負
荷12だけでなくコンデンサC1の充電電流も流れるこ
とになる。特にコンデンサC1の突入電流が大きくなる
ためトランジスタTR,を大容量のものにする必要が生
じ、また損失が大きくなるという問題が生じる。
However, in this system, when the transistor TR is turned on, a charging current not only flows through the load 12 but also through the capacitor C1. In particular, since the inrush current of the capacitor C1 becomes large, it becomes necessary to use a large capacity transistor TR, and a problem arises in that the loss becomes large.

またコンデンサC1に代え、スナバ回路20を設ける場
合には、負荷12のインダクタンスによるサージ電圧を
吸収するために大容量のコンデンサC2を用いる必要が
生じる。このコンデンサC2の電荷は抵抗rにより熱と
して吸収されるため、コンデンサC2の大容量化は抵抗
rにおける損失増加を招(ことになる。
Furthermore, when the snubber circuit 20 is provided instead of the capacitor C1, it becomes necessary to use a large capacitor C2 to absorb the surge voltage due to the inductance of the load 12. Since the electric charge of the capacitor C2 is absorbed as heat by the resistor r, increasing the capacitance of the capacitor C2 causes an increase in loss in the resistor r.

(発明の目的) 本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、負
荷のインダクタンスにより主スイッチング回路のオフ時
に発生するフライホイール電流に基づくサージ電圧を、
スナバ回路のコンデンサで吸収するようにした場合に、
このスナバ回路のコンデンサを大容量にすることなく、
十分にサージ電圧を吸収でき、また回路の損失も少なく
することができる交流電圧制御装置を提供することを目
的とするものである。
(Objective of the Invention) The present invention was made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to reduce the surge voltage based on the flywheel current generated when the main switching circuit is turned off due to the inductance of the load.
If the snubber circuit capacitor absorbs the
Without increasing the capacitance of this snubber circuit,
It is an object of the present invention to provide an AC voltage control device that can sufficiently absorb surge voltage and reduce circuit loss.

(発明の構成) 本発明によればこの目的は、交流電源と負荷との間に直
列接続され、前記交流電源周波数よりも高い周波数で正
・負両方向のスイッチングを行う主スイッチング回路を
備える交流電圧制御装置において、前記主スイッチング
回路の主スイッチング素子に、コンデンサとダイオード
内蔵のスイッチング素子との直列回路からなるスイッチ
ングスナバ回路を並列に接続し、このスイッチング素子
を前記主スイッチング素子と交互にオン・オフすること
を特徴とする交流電圧制御装置、により達成される。
(Structure of the Invention) According to the present invention, this object is to provide an AC voltage source having a main switching circuit that is connected in series between an AC power source and a load and performs switching in both positive and negative directions at a frequency higher than the frequency of the AC power source. In the control device, a switching snubber circuit consisting of a series circuit of a capacitor and a switching element with a built-in diode is connected in parallel to the main switching element of the main switching circuit, and this switching element is turned on and off alternately with the main switching element. This is achieved by an AC voltage control device characterized by:

(実施例) 第1図は本発明の一実施例の回路図である。(Example) FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention.

この実施例では、前記第3図に示したのもとほぼ同様な
ダイオードブリッジからなる主スイッチング回路14B
を備え、このブリッジの正負端子間にMOS−FETか
らなる主スイッチング素子T R1とスイッチングスナ
バ回路30との並列回路が接続されている。スイッチン
グスナバ回路は、コンデンサCsとMOS−FETから
なるスイッチング素子TR2とを備える。なお主スイッ
チング素子TR,と、スイッチングスナバ回路30のス
イッチング素子TR2とはそれぞれダイオードd + 
 d 2を内蔵している。
In this embodiment, a main switching circuit 14B consisting of a diode bridge substantially similar to that shown in FIG.
A parallel circuit of a main switching element TR1 made of a MOS-FET and a switching snubber circuit 30 is connected between the positive and negative terminals of this bridge. The switching snubber circuit includes a capacitor Cs and a switching element TR2 made of a MOS-FET. Note that the main switching element TR and the switching element TR2 of the switching snubber circuit 30 are each a diode d +
It has a built-in d2.

40はゲート制御回路であり、主スイッチング回路14
Bを所定のデユーティ比でオン・オフさせるためのスイ
ッチング信号Gを主スイッチング素子T R+のゲート
に送る。このスイッチング信号Gはインバータ42にお
いてその極性が反転され、この反転された信号がスイッ
チング素子TR2のゲートに導かれている。このため主
スイッチング素子TR,とスイッチング素子TR。
40 is a gate control circuit, and the main switching circuit 14
A switching signal G for turning on and off B at a predetermined duty ratio is sent to the gate of the main switching element TR+. The polarity of this switching signal G is inverted in the inverter 42, and this inverted signal is guided to the gate of the switching element TR2. For this reason, the main switching element TR and the switching element TR.

とは交互にオン・オフ制御される。is controlled to be turned on and off alternately.

従ってこの実施例において電源10の正の半周期内で、
主スイッチング素子TR,がオンの時に負荷電流はダイ
オードD1、主スイッチング素子TR,、ダイオードD
2を経て負荷12に流れる。主スイッチング素子TR,
がオフになると、スイッチング素子TR2がオンとなり
、負荷12のフライホイール電流によってスイッチング
スナバ回路30のコンデンサC3は図に示す極性に充電
される。
Therefore, in this embodiment, within the positive half period of the power supply 10,
When the main switching element TR, is on, the load current flows through the diode D1, the main switching element TR, and the diode D.
2 to the load 12. Main switching element TR,
When the switching element TR2 is turned off, the switching element TR2 is turned on, and the flywheel current of the load 12 charges the capacitor C3 of the switching snubber circuit 30 to the polarity shown in the figure.

主スイッチング素子TR,がオンになり、スイッチング
素子TR2がオフになると、このコンデンサC3の電荷
は、この主スイッチング素子TR,とスイッチング素子
TR2に内蔵のダイオードd2および不図示の浮遊リア
クタンスを介して放電され、このコンデンサC3を逆の
極性(図示の極性と反対の極性)に充電する。すなわち
第1図でコンデンサC3は、上の極が負になるように充
電される。この充電電荷は、ダイオドd2に放電が阻止
され、この状態に保持される。
When the main switching element TR is turned on and the switching element TR2 is turned off, the charge in the capacitor C3 is discharged via the diode d2 built into the main switching element TR and the switching element TR2, and a stray reactance (not shown). and charges this capacitor C3 to the opposite polarity (opposite to the polarity shown). That is, in FIG. 1, capacitor C3 is charged so that its top pole becomes negative. This charged charge is prevented from discharging by the diode d2 and is held in this state.

次に主スイッチング素子TR,がオフに、スイッチング
素子TR2がオンになると、負荷12のフライホイール
電流がコンデンサC3に流れる。ここにこのコンデンサ
C3はその上の極が負に充電されているから、この負の
極を正方向に充電することになる。このため零電位から
充電する場合に比べてコンデンサC3は大きなエネルギ
ーを吸収することができる。このことは小さい容量のコ
ンデンサC3で大きなサージ電圧を吸収できることを意
味する。またこのコンデンサC3の放電は半波で振動す
ることがなく、またこの放電経路には、前記第3図のス
ナバ回路20のような抵抗rがない。従ってコンデンサ
C3の充放電に伴う発熱がなく、損失がない。
Next, when the main switching element TR is turned off and the switching element TR2 is turned on, the flywheel current of the load 12 flows to the capacitor C3. Here, since the upper pole of this capacitor C3 is negatively charged, this negative pole is charged in the positive direction. Therefore, the capacitor C3 can absorb a larger amount of energy than when charging from zero potential. This means that a large surge voltage can be absorbed by the capacitor C3 having a small capacity. Further, the discharge of this capacitor C3 does not oscillate in a half wave, and this discharge path does not have a resistor r like the snubber circuit 20 of FIG. 3 described above. Therefore, there is no heat generation due to charging and discharging of the capacitor C3, and there is no loss.

以上の動作を電源10の正の周期内で繰り返す。電源1
0の負の周期では負荷電流はダイオードD3、D4に流
れるだけでその動作は同じであるから、その説明は繰り
返さない。
The above operation is repeated within the positive cycle of the power supply 10. Power supply 1
In the negative cycle of 0, the load current only flows through the diodes D3 and D4, and the operation is the same, so the explanation thereof will not be repeated.

以上の実施例では、主スイッチング回路14Bのオフ時
に負荷12に流れるフライホイール電流によるサージ電
圧をスイッチングスナバ回路30のコンデンサC3で吸
収するように構成しているが、本発明はこれと共に主ス
イッチング素子TR,に第3図に示すような負荷12に
並列なコンデンサC1を併用してもよい。
In the above embodiment, the surge voltage caused by the flywheel current flowing through the load 12 when the main switching circuit 14B is turned off is configured to be absorbed by the capacitor C3 of the switching snubber circuit 30. A capacitor C1 in parallel with the load 12 as shown in FIG. 3 may be used in combination with TR.

(発明の効果) 本発明は以上のように、主スイッチング素子にスイッチ
ングスナバ回路を設けたもので、主スイッチング素子の
オフ時におけるサージ電圧をこのスナバ回路のコンデン
サで吸収することができ、この際このコンデンサは放電
時の充電極性と逆の極性に充電されるから、小さい容量
のコンデンサで大きなサージ電圧を吸収することができ
る。またこのスナバ回路によればコンデンサの放電時に
振動がなく抵抗損失がないから、効率が向上する。
(Effects of the Invention) As described above, the present invention provides a switching snubber circuit for the main switching element, and the surge voltage when the main switching element is off can be absorbed by the capacitor of this snubber circuit. Since this capacitor is charged with the opposite polarity to the charging polarity when it is discharged, a large surge voltage can be absorbed with a small capacitance capacitor. Furthermore, this snubber circuit does not cause vibration during discharging of the capacitor and there is no resistance loss, thereby improving efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例の回路図、第2図と第3図は
従来装置の回路図である。 10・・・交流電源、 12・・・負荷、 14〜14B・・・主スイッチング回路、30・・・ス
イッチングスナバ回路、 C3・・・コンデンサ、 TR,・・・主スイッチング素子、 TR,・・・スイッチング素子、 D1〜D4・・・ダイオード、 d、、d2・・・内蔵ダイオード。 特許出願人  株式会社 芝浦製作所
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are circuit diagrams of a conventional device. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... AC power supply, 12... Load, 14-14B... Main switching circuit, 30... Switching snubber circuit, C3... Capacitor, TR,... Main switching element, TR,... - Switching elements, D1 to D4...diodes, d,, d2... built-in diodes. Patent applicant: Shibaura Seisakusho Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 交流電源と負荷との間に直列接続され、前記交流電源周
波数よりも高い周波数で正・負両方向のスイッチングを
行う主スイッチング回路を備える交流電圧制御装置にお
いて、 前記主スイッチング回路の主スイッチング素子に、コン
デンサとダイオード内蔵のスイッチング素子との直列回
路からなるスイッチングスナバ回路を並列に接続し、こ
のスイッチング素子を前記主スイッチング素子と交互に
オン・オフすることを特徴とする交流電圧制御装置。
[Scope of Claims] An AC voltage control device comprising a main switching circuit connected in series between an AC power source and a load and performing switching in both positive and negative directions at a frequency higher than the AC power frequency, the main switching circuit comprising: An alternating current voltage characterized in that a switching snubber circuit consisting of a series circuit of a capacitor and a switching element with a built-in diode is connected in parallel to the main switching element, and this switching element is turned on and off alternately with the main switching element. Control device.
JP2221383A 1990-08-24 1990-08-24 AC voltage controller Expired - Lifetime JP2865148B2 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7638232B2 (en) 2003-02-04 2009-12-29 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Structure for mounting backup battery

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5785572A (en) * 1980-11-14 1982-05-28 Hitachi Ltd Snubber circut for gate turn-off thyristor

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