JPH04271283A - 高周波電源装置 - Google Patents
高周波電源装置Info
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- JPH04271283A JPH04271283A JP3029940A JP2994091A JPH04271283A JP H04271283 A JPH04271283 A JP H04271283A JP 3029940 A JP3029940 A JP 3029940A JP 2994091 A JP2994091 A JP 2994091A JP H04271283 A JPH04271283 A JP H04271283A
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- switching element
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- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
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- Inverter Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波電源装置に関す
るものであり、特に、高周波であるために、インバータ
スイッチング時間にデッドタイムを十分なマージンをも
って設計することができない場合に有用である高周波電
源装置に関する。
るものであり、特に、高周波であるために、インバータ
スイッチング時間にデッドタイムを十分なマージンをも
って設計することができない場合に有用である高周波電
源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、高周波電源装置は、図４に示すよ
うに、電力を供給する直流電源１０と、直列に接続され
たＭＯＳＦＥＴにより構成される第１のスイッチング素
子１２及び第２のスイッチング素子１４と、第１のスイ
ッチング素子１２及び第２のスイッチング素子１４に並
列に直列接続されたＭＯＳＦＥＴにより構成される第３
のスイッチング素子１６及び第４のスイッチング素子１
８と、を備え、直流電源１０の正極側に第１のスイッチ
ング素子１２及び第３のスイッチング素子１６のドレイ
ンＤを接続し、直流電源１０の負極側に第２のスイッチ
ング素子１４及び第４のスイッチング素子１８のソース
Ｓを接続し、第１のスイッチング素子１２のソースＳと
第２のスイッチング素子１４のドレインＤとを接続し、
かつ第３のスイッチング素子１６のソースＳと第４のス
イッチング素子１８のドレインＤとを接続し、第１のス
イッチング素子１２と第３のスイッチング素子１６のソ
ースＳ間より出力を取り出して負荷４０へ供給するよう
になっている。図５は、スイッチング素子１２，１４，
１６，１８のＯＮタイミング、出力電圧波形を示す。こ
の図において、スイッチング素子１２と１８、スイッチ
ング素子１４と１６が各々同時ＯＮする場合に出力電圧
Ｖｏ が発生し、またスイッチング素子１２と１４、ス
イッチング素子１６と１８も同時にＯＮさせないため、
デッドタイムｔ１ 〜ｔ２ ，ｔ３ 〜ｔ４ ，ｔ５
〜ｔ６ ，ｔ７ 〜ｔ８ ，ｔ９ 〜ｔ１０を設けてお
り、この期間は出力電圧も「０」であることを示す。通
常、このデッドタイムはゲートドライブ回路の遅れ時間
スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ遅れ時間も十分考慮し
た上で、アーム短絡が発生しないよう設計される。しか
しながら、高周波インバータ（例えば出力周波数２ＭＨ
ｚ程度のもの）を実現するために、スイッチング時間を
短くしたい場合、前記デッドタイムに十分なマージンを
持たすことができず、図４に示す高周波電源装置はアー
ム短絡の可能性が残るという課題があった。
うに、電力を供給する直流電源１０と、直列に接続され
たＭＯＳＦＥＴにより構成される第１のスイッチング素
子１２及び第２のスイッチング素子１４と、第１のスイ
ッチング素子１２及び第２のスイッチング素子１４に並
列に直列接続されたＭＯＳＦＥＴにより構成される第３
のスイッチング素子１６及び第４のスイッチング素子１
８と、を備え、直流電源１０の正極側に第１のスイッチ
ング素子１２及び第３のスイッチング素子１６のドレイ
ンＤを接続し、直流電源１０の負極側に第２のスイッチ
ング素子１４及び第４のスイッチング素子１８のソース
Ｓを接続し、第１のスイッチング素子１２のソースＳと
第２のスイッチング素子１４のドレインＤとを接続し、
かつ第３のスイッチング素子１６のソースＳと第４のス
イッチング素子１８のドレインＤとを接続し、第１のス
イッチング素子１２と第３のスイッチング素子１６のソ
ースＳ間より出力を取り出して負荷４０へ供給するよう
になっている。図５は、スイッチング素子１２，１４，
１６，１８のＯＮタイミング、出力電圧波形を示す。こ
の図において、スイッチング素子１２と１８、スイッチ
ング素子１４と１６が各々同時ＯＮする場合に出力電圧
Ｖｏ が発生し、またスイッチング素子１２と１４、ス
イッチング素子１６と１８も同時にＯＮさせないため、
デッドタイムｔ１ 〜ｔ２ ，ｔ３ 〜ｔ４ ，ｔ５
〜ｔ６ ，ｔ７ 〜ｔ８ ，ｔ９ 〜ｔ１０を設けてお
り、この期間は出力電圧も「０」であることを示す。通
常、このデッドタイムはゲートドライブ回路の遅れ時間
スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ遅れ時間も十分考慮し
た上で、アーム短絡が発生しないよう設計される。しか
しながら、高周波インバータ（例えば出力周波数２ＭＨ
ｚ程度のもの）を実現するために、スイッチング時間を
短くしたい場合、前記デッドタイムに十分なマージンを
持たすことができず、図４に示す高周波電源装置はアー
ム短絡の可能性が残るという課題があった。
【０００３】そこで、この課題を解消するものとして、
図６に示すように、コンデンサ２０と抵抗２２の直列接
続等によるスナバ回路をそれぞれのスイッチング素子に
並列に設けた構成をとる。このようにすれば、もしスイ
ッチング素子１２，１４が短時間だけ同時にＯＮしたと
しても、直流電源１０に直列に接続したインダクタンス
２４が過電流を抑制する。このため、過電流によるスイ
ッチング素子１２，１４，１６，１８の破壊は防止する
ことができる。そして、通電中に、スイッチング素子１
２，１４，１６，１８が同時ＯＦＦの瞬間が発生した場
合、インダクタンス２４には逆起電力による電圧が発生
してＭＯＳＦＥＴにより構成されるスイッチング素子１
２，１４，１６，１８のドレインソース間耐圧を超える
可能性があるが、スイッチング素子１２，１４，１６，
１８のドレインソース間に設けられたコンデンサ２０と
抵抗２２からなるスナバ回路によりスイッチング素子１
２，１４，１６，１８のドレインソース間の圧力は耐圧
以下に低減される。
図６に示すように、コンデンサ２０と抵抗２２の直列接
続等によるスナバ回路をそれぞれのスイッチング素子に
並列に設けた構成をとる。このようにすれば、もしスイ
ッチング素子１２，１４が短時間だけ同時にＯＮしたと
しても、直流電源１０に直列に接続したインダクタンス
２４が過電流を抑制する。このため、過電流によるスイ
ッチング素子１２，１４，１６，１８の破壊は防止する
ことができる。そして、通電中に、スイッチング素子１
２，１４，１６，１８が同時ＯＦＦの瞬間が発生した場
合、インダクタンス２４には逆起電力による電圧が発生
してＭＯＳＦＥＴにより構成されるスイッチング素子１
２，１４，１６，１８のドレインソース間耐圧を超える
可能性があるが、スイッチング素子１２，１４，１６，
１８のドレインソース間に設けられたコンデンサ２０と
抵抗２２からなるスナバ回路によりスイッチング素子１
２，１４，１６，１８のドレインソース間の圧力は耐圧
以下に低減される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の高周波電源装置
は、以上のように構成されているので、ＭＯＳＦＥＴに
より構成されるスイッチング素子１２，１４，１６，１
８の入力容量は±２０％程度のばらつきをもつため、ス
イッチング素子のＯＮ、ＯＦＦ時の遅れ時間に対して十
分なマージンを持ったデッドタイムを設定することがで
きないという課題があり、またアーム短絡時の過電流抑
止用インダクタンスを接続した場合、過電圧防止用スナ
バ回路が必要となり、過電流抑止効果を大とするために
は、インダクタンスを大とするが、この場合、スナバ回
路規模も大となり、スナバ回路の消費電力も大となって
しまうという課題があった。
は、以上のように構成されているので、ＭＯＳＦＥＴに
より構成されるスイッチング素子１２，１４，１６，１
８の入力容量は±２０％程度のばらつきをもつため、ス
イッチング素子のＯＮ、ＯＦＦ時の遅れ時間に対して十
分なマージンを持ったデッドタイムを設定することがで
きないという課題があり、またアーム短絡時の過電流抑
止用インダクタンスを接続した場合、過電圧防止用スナ
バ回路が必要となり、過電流抑止効果を大とするために
は、インダクタンスを大とするが、この場合、スナバ回
路規模も大となり、スナバ回路の消費電力も大となって
しまうという課題があった。
【０００５】発明の目的
この発明は、上記のような課題を解消するためになされ
たもので、スナバ回路を必要とせずにスイッチング素子
のＯＮ、ＯＦＦ時にスイッチンング素子の遅れ時間のば
らつきによりアーム短絡が発生しても過電流が流れるこ
とを防止できる高周波電源装置を得ることを目的とする
。
たもので、スナバ回路を必要とせずにスイッチング素子
のＯＮ、ＯＦＦ時にスイッチンング素子の遅れ時間のば
らつきによりアーム短絡が発生しても過電流が流れるこ
とを防止できる高周波電源装置を得ることを目的とする
。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明に係わる高周波
電源装置は、電力を供給する直流電源と、直列に接続さ
れた第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素
子と、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング
素子に並列に直列接続された第３のスイッチング素子及
び第４のスイッチング素子と、直流電源の正極側と第１
及び第３のスイッチング素子のドレインとの間に設けら
れた直流電源から供給される電力を定電流にして供給す
る定電流装置と、定電流装置と並列に設けられた直流電
源の正極側をカソードとする回生用のダイオードと、を
備えている。そして、直流電源の正極側に第１及び第３
のスイッチング素子のドレインを接続し、直流電源の負
極側に第２及び第４のスイッチング素子のソースを接続
し、第１のスイッチング素子のソースと第２のスイッチ
ング素子のドレインとを接続し、かつ第３のスイッチン
グ素子のソースと第４のスイッチング素子のドレインと
を接続し、第１のスイッチング素子と第３のスイッチン
グ素子のソース間より出力を取り出すことを特徴とする
。
電源装置は、電力を供給する直流電源と、直列に接続さ
れた第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素
子と、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング
素子に並列に直列接続された第３のスイッチング素子及
び第４のスイッチング素子と、直流電源の正極側と第１
及び第３のスイッチング素子のドレインとの間に設けら
れた直流電源から供給される電力を定電流にして供給す
る定電流装置と、定電流装置と並列に設けられた直流電
源の正極側をカソードとする回生用のダイオードと、を
備えている。そして、直流電源の正極側に第１及び第３
のスイッチング素子のドレインを接続し、直流電源の負
極側に第２及び第４のスイッチング素子のソースを接続
し、第１のスイッチング素子のソースと第２のスイッチ
ング素子のドレインとを接続し、かつ第３のスイッチン
グ素子のソースと第４のスイッチング素子のドレインと
を接続し、第１のスイッチング素子と第３のスイッチン
グ素子のソース間より出力を取り出すことを特徴とする
。
【０００７】
【作用】上記のように構成したので、この発明における
高周波電源装置は、直流電源から供給される直流電流を
第１のスイッチング素子，第２のスイッチング素子，第
３のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子によ
り高周波電流に変換して出力し、インバータブリッジ入
力電圧が電源電圧より小さい場合、定電流装置により直
流電源から供給される電力を定電流にして供給し、イン
バータブリッジ入力電圧が電源電圧以上になった場合、
ダイオードにより回生動作を行い、その過電圧を抑止し
、定電圧源として動作する。
高周波電源装置は、直流電源から供給される直流電流を
第１のスイッチング素子，第２のスイッチング素子，第
３のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子によ
り高周波電流に変換して出力し、インバータブリッジ入
力電圧が電源電圧より小さい場合、定電流装置により直
流電源から供給される電力を定電流にして供給し、イン
バータブリッジ入力電圧が電源電圧以上になった場合、
ダイオードにより回生動作を行い、その過電圧を抑止し
、定電圧源として動作する。
【０００８】
【実施例】以下、図１の原理説明図、図２の本発明実施
図を用いて詳細に説明する。なお、前述した図４と同じ
部分には同一符号を付して説明を省略する。図１の原理
説明図において、高周波電源装置は、直流電源１０とイ
ンバータブリッジ間に設けられた定電流装置２６と、定
電流装置２６と並列に設けられたダイオード２８とを備
えている。図３は、高周波電源装置の動作波形図である
。図３のゲート電圧ＶＧＳはスイッチング素子１２，１
４，１６，１８のＯＮタイミングを表しており、ＶＧＳ
がＶＯＮの区間にスイッチング素子はＯＮする。そして
、時刻ｔ１ 〜ｔ２ の期間は定電流装置２６定電流源
Ｉにより決まる電流Ｉｏが出力され、また時刻ｔ２ 〜
ｔ３ は、出力電圧Ｖｏが直流電源１０と等しくなるた
め、出力電流Ｉｏは制限される。すなわち、定電流装置
２６から出力される電流はダイオード２８により短絡さ
れる。そして、定電流装置２６は、図２に詳示するよう
に、スイッチング素子３０、チョークコイル３２、電流
検出器３４、フライホイールダイオード３６、誤差増幅
器３８より構成されている。
図を用いて詳細に説明する。なお、前述した図４と同じ
部分には同一符号を付して説明を省略する。図１の原理
説明図において、高周波電源装置は、直流電源１０とイ
ンバータブリッジ間に設けられた定電流装置２６と、定
電流装置２６と並列に設けられたダイオード２８とを備
えている。図３は、高周波電源装置の動作波形図である
。図３のゲート電圧ＶＧＳはスイッチング素子１２，１
４，１６，１８のＯＮタイミングを表しており、ＶＧＳ
がＶＯＮの区間にスイッチング素子はＯＮする。そして
、時刻ｔ１ 〜ｔ２ の期間は定電流装置２６定電流源
Ｉにより決まる電流Ｉｏが出力され、また時刻ｔ２ 〜
ｔ３ は、出力電圧Ｖｏが直流電源１０と等しくなるた
め、出力電流Ｉｏは制限される。すなわち、定電流装置
２６から出力される電流はダイオード２８により短絡さ
れる。そして、定電流装置２６は、図２に詳示するよう
に、スイッチング素子３０、チョークコイル３２、電流
検出器３４、フライホイールダイオード３６、誤差増幅
器３８より構成されている。
【０００９】ついで、本実施例の作用について説明する
。定電流装置２６の動作を説明すると、誤差増幅器３８
は電流検出器３４より検出される電流値と出力電流指令
とを比較し、誤差分をスイッチング素子３０のＯＮ時間
幅に変換する。すなわちＰＷＭ制御を行う。そして、ス
イッチング素子３０はＯＮ／ＯＦＦ制御されるため、電
流ＩＥ 自体は断続したものであるが、スイッチング素
子３０がＯＮの期間、電流ＩＬ は直流電源１０より供
給され（ＩＥ＝ＩＬ ）、またスイッチング素子３０が
ＯＦＦの期間、電流ＩＬ はフライホイールダイオード
Ｄ２（ＩＤ ＝ＩＬ ）を通るため、電流ＩＬ は直流
電流であり、また、その大きさは、誤差増幅器３８によ
り出力電流指令によって表される電流値と同一となる様
フィードバック制御されるために定電流となる。そして
、アーム短絡が起こった場合、短絡電流は定電流装置２
６により制限される。また、スイッチング素子１２，１
４，１６，１８が４ケ同時にＯＦＦする瞬間があった場
合、配線インダクタンスによる過電圧がＭＯＳＦＥＴの
ドレイン、ソース間に発生するが、この過電圧が直流電
源１０の電圧以上の場合、ダイオード２８を通して回生
動作を行うため、ＭＯＳＦＥＴの破壊には至らない。
。定電流装置２６の動作を説明すると、誤差増幅器３８
は電流検出器３４より検出される電流値と出力電流指令
とを比較し、誤差分をスイッチング素子３０のＯＮ時間
幅に変換する。すなわちＰＷＭ制御を行う。そして、ス
イッチング素子３０はＯＮ／ＯＦＦ制御されるため、電
流ＩＥ 自体は断続したものであるが、スイッチング素
子３０がＯＮの期間、電流ＩＬ は直流電源１０より供
給され（ＩＥ＝ＩＬ ）、またスイッチング素子３０が
ＯＦＦの期間、電流ＩＬ はフライホイールダイオード
Ｄ２（ＩＤ ＝ＩＬ ）を通るため、電流ＩＬ は直流
電流であり、また、その大きさは、誤差増幅器３８によ
り出力電流指令によって表される電流値と同一となる様
フィードバック制御されるために定電流となる。そして
、アーム短絡が起こった場合、短絡電流は定電流装置２
６により制限される。また、スイッチング素子１２，１
４，１６，１８が４ケ同時にＯＦＦする瞬間があった場
合、配線インダクタンスによる過電圧がＭＯＳＦＥＴの
ドレイン、ソース間に発生するが、この過電圧が直流電
源１０の電圧以上の場合、ダイオード２８を通して回生
動作を行うため、ＭＯＳＦＥＴの破壊には至らない。
【００１０】
【発明の効果】以上記述したように本発明は、定電流装
置により直流電源から供給される電力を定電流にして供
給し、ダイオードにより過電圧を直流電源に回生動作さ
せるように構成したので、スナバ回路を必要とせず、ス
イッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ遅延時間ばらつきにより
発生するアーム短絡、アーム開放時にも過電流過電圧が
発生するのを防止して、スイッチング素子が破壊される
ことを防止することができ、これにより、ゲートドライ
ブ回路は、精密なデッドタイムを設ける必要がなくなる
という効果がある。
置により直流電源から供給される電力を定電流にして供
給し、ダイオードにより過電圧を直流電源に回生動作さ
せるように構成したので、スナバ回路を必要とせず、ス
イッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ遅延時間ばらつきにより
発生するアーム短絡、アーム開放時にも過電流過電圧が
発生するのを防止して、スイッチング素子が破壊される
ことを防止することができ、これにより、ゲートドライ
ブ回路は、精密なデッドタイムを設ける必要がなくなる
という効果がある。
【図１】本発明に係る高周波電源装置の原理を説明する
ための図である。
ための図である。
【図２】本発明に係る高周波電源装置の構成を示す回路
図である。
図である。
【図３】本発明の一実施例における動作を示す波形図で
ある。
ある。
【図４】従来の高周波電源装置の構成を示す回路図であ
る。
る。
【図５】従来の高周波電源装置の動作を示す波形図であ
る。
る。
【図６】従来の高周波電源装置の構成を示す回路図であ
る。
る。
１０ 直流電源
１２ スイッチング素子
１４ スイッチング素子
１６ スイッチング素子
１８ スイッチング素子
２６ 定電流装置
２８ ダイオード
Claims (1)
- 【請求項１】電力を供給する直流電源と、直列に接続さ
れた第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素
子と、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング
素子に並列に直列接続された第３のスイッチング素子及
び第４のスイッチング素子と、を備え、直流電源の正極
側に第１及び第３のスイッチング素子のドレインを接続
し、直流電源の負極側に第２及び第４のスイッチング素
子のソースを接続し、第１のスイッチング素子のソース
と第２のスイッチング素子のドレインとを接続し、かつ
第３のスイッチング素子のソースと第４のスイッチング
素子のドレインとを接続し、第１のスイッチング素子と
第３のスイッチング素子のソース間より出力を取り出す
高周波電源装置において、直流電源の正極側と第１及び
第３のスイッチング素子のドレインとの間に設けられた
直流電源から供給される電力を定電流にして供給する定
電流装置と、定電流装置と並列に設けられた直流電源の
正極側をカソードとする回生用のダイオードと、を備え
ることを特徴とする高周波電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3029940A JPH04271283A (ja) | 1991-02-25 | 1991-02-25 | 高周波電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3029940A JPH04271283A (ja) | 1991-02-25 | 1991-02-25 | 高周波電源装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04271283A true JPH04271283A (ja) | 1992-09-28 |
Family
ID=12289987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3029940A Pending JPH04271283A (ja) | 1991-02-25 | 1991-02-25 | 高周波電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04271283A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102013202428A1 (de) * | 2013-02-14 | 2014-08-14 | Trumpf Huettinger Sp. Z O. O. | Leistungsversorgungsanordnung zur Versorgung industrieller Prozesse mit Leistung |
-
1991
- 1991-02-25 JP JP3029940A patent/JPH04271283A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102013202428A1 (de) * | 2013-02-14 | 2014-08-14 | Trumpf Huettinger Sp. Z O. O. | Leistungsversorgungsanordnung zur Versorgung industrieller Prozesse mit Leistung |
| WO2014124857A3 (en) * | 2013-02-14 | 2015-05-07 | Trumpf Huettinger Sp. Z O.O. | Power supply arrangement for supplying industrial processes with power |
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