JPH05122941A

JPH05122941A - 共振形インバータ回路

Info

Publication number: JPH05122941A
Application number: JP3225199A
Authority: JP
Inventors: Isamu Hanada; 勇花田; Satoshi Nagai; 聡長井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 1993-05-18

Abstract

(57)【要約】【目的】スイッチングロスが少なく、出力電力の制御特
性が良好で負荷の変動にも強くて、小型・軽量な共振形
インバータ回路の提供を目的とする。【構成】この発明は、電源回路に接続された共振回路の
共振電流をスイッチ素子および負荷に接続し、前記共振
電流の反転時に導通するダイオードをスイッチ素子に逆
並列に接続して、前記スイッチ素子の繰返し周波数制御
で前記負荷に電源を供給する共振形インバータ回路であ
って、前記電源回路と共振回路との間にチョークコイル
を介装することで、該チョークコイルを電流値の変化す
る電流源とすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、出力電圧が
数ｋＷまでの比較的小電力の誘導加熱用高周波電源、ま
たは、ＤＣ−ＤＣコンバータの電源として使用するよう
な共振形インバータ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】上述の共振形インバータとしては、従
来、図６に示す電流形インバータ回路と、図７に示す電
圧形インバータ回路とが一般に知られている。

【０００３】図６に示す電流形インバータは、定電流電
源Ｉ１に共振用コイルＬ１と、共振用コンデンサＣ１と
を直列に接続して構成した直列形共振回路を接続し、さ
らに、この共振回路間に負荷Ｒ１を接続し、前述の共振
回路から発生する共振電流をスイッチ素子Ｓ１でスイッ
チングするようにスイッチ素子Ｓ１を上述の共振回路に
接続し、さらに、前述の共振電流が反転したとき導通す
るダイオードＤ１を前述のスイッチ素子Ｓ１に逆並列に
接続した回路である。

【０００４】このように構成した電流形インバータ回路
は、定電流源を実現するためには、大型のチョークコイ
ルが必要で、小型・軽量に構成することができない問題
点を有すると共に、出力電力はスイッチのオン時間を長
くすると大きくなるが、増加させたとき騒音を伴なう問
題点を有する。

【０００５】また、この電流形インバータ回路の場合、
スイッチ素子Ｓ１の動作は、ゼロ電流（ＺＣＳ）ターン
オン、ゼロ電流・ゼロ電圧（ＺＣＳ・ＺＶＳ）ターンオ
フとなり、スイッチングロスが少なく、スイッチ素子Ｓ
１にサイリスタ等の自己消弧できない素子も適用可能な
特徴を有するが、しかし、負荷Ｒ１の値およびスイッチ
素子Ｓ１のオフ時間等が変化すると、スイッチ素子Ｓ１
が転流失敗を起こす場合があるため、出力電力の制御に
は秒単位の発振・停止制御をせざるを得ず、高速な制御
が行なえない問題点を有する。

【０００６】図７に示す電圧形インバータ回路は、共振
用コイルＬ２、共振用コンデンサＣ２、負荷Ｒ２を並列
に接続した共振回路を定電圧電源Ｅ２に接続し、さら
に、この共振回路から発生する並列形共振電流をスイッ
チ素子Ｓ２でスイッチングするようにスイッチ素子Ｓ２
を上述の共振回路に接続し、さらに、前述の共振電流が
反転したとき導通するダイオードＤ２を前述のスイッチ
素子Ｓ２に逆並列に接続した回路である。

【０００７】この電圧形インバータ回路の場合は、定電
圧電源を使用するので、大型のチョークコイルが不要で
あり、また、スイッチ素子Ｓ２の動作は通常ゼロ電圧・
ゼロ電流ターンオン、ゼロ電圧ターンオフとなってい
て、ターンオンロスがない特徴を有するが、しかし、負
荷Ｒ２の値およびスイッチ素子Ｓ２のオン時間等が変化
してゼロ電圧・ゼロ電流ターンオンが実現できなくなっ
た場合、コンデンサ短絡モードが発生して、スイッチン
グロスが大幅に増加する問題点を有し、さらにまた、ス
イッチ素子Ｓ２に自己消弧形のスイッチング用パワー半
導体素子を用いる場合、該素子はターンオンに比べター
ンオフが遅いため、電流形インバータよりもスイッチン
グロスが多く発生する問題点を有すると共に、出力電力
はスイッチのオン時間を長くすると大きくなるが、増加
させたとき騒音を伴なう問題点を有する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、スイッチ
ングロスが少なく、出力電力の制御特性が良好で負荷の
変動にも強くて、小型・軽量な共振形インバータ回路の
提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、電源回路に
接続された共振回路の共振電流をスイッチ素子および負
荷に接続し、前記共振電流の反転時に導通するダイオー
ドをスイッチ素子に逆並列に接続して、前記スイッチ素
子の繰返し周波数制御で前記負荷に電源を供給する共振
形インバータ回路であって、前記電源回路と共振回路と
の間にチョークコイルを介装した共振形インバータ回路
であることを特徴とする。

【００１０】

【作用】この発明は、初期状態のスイッチ素子およびダ
イオードがオフのとき、共振回路を構成するコンデンサ
が電源電圧に充電される。次にスイッチ素子をオンする
と共振回路に共振電流が流れ始め、この期間にチョーク
コイルにエネルギーが蓄えられる（スイッチ素子はＺＣ
Ｓターンオン動作となる）。

【００１１】共振電流が増加した後減少し、電流の向き
が反転（転流）するとダイオードがオンするので、この
期間にスイッチ素子をオフする。スイッチ素子のターン
オフ時にはＺＶＳ・ＶＣＳ動作となり、ターンオフロス
の発生がない。

【００１２】次に、共振回路の電流がゼロになると、ダ
イオードがオフになり、チョークコイルに蓄えられたエ
ネルギがコンデンサに転送されて充填され、１サイクル
の動作となる。なお、動作条件によってはココンデンサ
から電源にエネルギが回生される場合もある。

【００１３】

【発明の効果】上述の結果、この発明によれば、スイッ
チ素子の動作は、ゼロ電流ターンオン、ゼロ電流・ゼロ
電圧ターンオフとなり、スイッチングロスが少なく、ス
イッチ素子にサイリスタ等の自己消弧できない素子も適
用可能であり、また、自己消弧形スイッチ素子を使用し
ても、ターンオンに比してターンオフが遅くなることに
よるスイッチングロスも防止できる。

【００１４】さらに、負荷条件およびインバータの動作
条件が変化すると、この変化をチョークコイルが吸収す
るので、負荷変動にも強く、また、スイッチ素子が転流
失敗を起こす可能性が少なく、出力電力の制御特性が良
好となり、出力電力の高速制御ができ、出力電力はスイ
ッチ素子のオフ時間を短くすると大きくなるので、出力
電力増加時に騒音が発生しない。

【００１５】また、チョークコイルは電流値の変化をす
る電流源として使用しているので、大型のコイルが不要
であって、小型で軽量に構成することができる。

【００１６】

【実施例】この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳
述する。図１に示す共振形インバータ回路は、定電圧電
源Ｅ３に、共振用コイルＬ３と共振用コンデンサＣ３と
を直列に接続して構成した直列形共振回路Ｌ３，Ｃ３を
接続し、さらに、この共振回路Ｌ３，Ｃ３に負荷Ｒ３を
接続すると共に、前述の共振回路Ｌ３，Ｃ３に発生する
共振電流をスイッチ素子Ｓ３でスイッチングするように
スイッチ素子Ｓ３を上述の共振回路に接続し、さらに、
前述の共振電流が反転したとき導通するダイオードＤ３
を前述のスイッチ素子Ｓ３に逆並列に接続し、さらに、
前述の共振回路Ｌ３，Ｃ３と電源Ｅ３との間にチョーク
コイルＬＤＣ３を介装した回路である。

【００１７】上述の共振形インバータ回路は、スイッチ
素子Ｓ３あるいはダイオードＤ３がオンのときのモード
１（図２）と、オフのときのモード２（図３）とに分け
られ、図４は各部の動作波形を示す。

【００１８】図１において、初期状態でスイッチ素子Ｓ
３とダイオードＤ３とがオフで、コンデンサＣ３は電源
電圧に充電される。ここでスイッチ素子Ｓ３をオンする
と、図２のモード１になり、共振回路Ｌ３，Ｃ３に共振
電流が流れ始め、スイッチ素子Ｓ３はターンオン時、Ｚ
ＣＳ動作となる。また、この期間チョークコイルＬＤＣ
３にはエネルギが蓄えられる。

【００１９】共振電流が増加した後減少し、電流の向き
が反転（転流）すると、ダイオードＤ３がオンする。ス
イッチ素子Ｓ３はダイオードＤ３がオンしている期間に
オフすればよく、厳密なタイミングは不要であり、スイ
ッチ素子Ｓ３はターンオフ時に、ＺＶＳ・ＶＣＳ動作と
なり、ターンオフロスの発生はない。

【００２０】次に、共振回路Ｌ３，Ｃ３の電流がゼロに
なるとダイオードＤ３がオフとなり、この共振形インバ
ータ回路は図３に示すモード２となる。この時、チョー
クコイルＬＤＣ３に蓄えられたエネルギがコンデンサＣ
３に転送されて充填され、１サイクルの動作となる。な
お、出力電力の制御は繰返周期（図４のスイッチ素子Ｓ
３の電圧波形で示すようにモード１と、モード２との時
間の和）を変更することによって行なう（モード１の時
間はコイルＬ３とコンデンサＣ３の値が一定であればほ
とんど変化しないので、モード２の時間のみを変化させ
ればよい）また、負荷変動に関しては、負荷Ｒ３の値が
ある値よりも小さければ安定に動作し、例えば、負荷Ｒ
３がゼロとなっても動作可能で、負荷短絡となっても問
題はない。

【００２１】このようにチョークコイルＬＤＣ３は電流
値の変化する電流源として動作させるため、負荷Ｒ３の
条件およびインバータの動作条件が変化すると、この変
化をチョークコイルＬＤＣ３が吸収するので、スイッチ
素子Ｓ３が転流失敗を起こす可能性が少なく、さらに、
出力電力の制御はモード２（図３および図４のモード
２）の時間を変えることによって行なえるので、モード
２の時間を大きく変化させても、スイッチ電流値（＝負
荷電流値）およびスイッチ素子Ｓ３、ダイオードＤ３の
導通時間は余り変化せず、オフ時間を長くすれば出力電
力の平均値を小さくでき、その結果、出力電力の制御特
性が良好となり、出力電力の高速制御ができ、負荷変動
にも強い。

【００２２】また、オフ時間を長くすれば出力電力が小
さくなる特徴は、図６、図７に示す従来形のインバータ
とは逆の特性となっており、出力電力を増加させたとき
に、騒音を発生することがない。

【００２３】また、チョークコイルＬＤＣ３のインダク
タンスは小さくてよく、大型のコイルが不要であって、
小型で軽量に構成することができる特徴を有する。

【００２４】図５は、他の実施例を示し、この共振形イ
ンバータ回路は、前述の図１に示した第１の実施例の直
列形共振回路Ｌ３，Ｃ３に対して、共振用コイルＬ４、
共振用コンデンサＣ４を並列に接続した並列形共振回路
Ｌ４，Ｃ４を接続して直列並列形となし、コイルＬ４に
負荷Ｒ４を接続した構成であって、他のチョークコイル
ＬＤＣ３、スイッチ素子Ｓ３、およびダイオードＤ３の
構成は第１の実施例（図１）と同様である。

【００２５】このように構成した場合、図１に示す第１
の実施例と同様に動作するが、この第２の実施例の特徴
は、スイッチ素子Ｓ３に流れるスイッチ電流が不連続で
あっても負荷電流は連続となり、負荷Ｒ４に関しては、
ある値よりも大きければ安定に動作し、負荷開放となっ
ても問題はない。

【００２６】第１、第２の実施例に共通する特徴は、出
力電力の制御はスイッチ素子Ｓ３のオフ周期の長さを変
えるだけでよく、制御回路が簡単化でき、応答速度も早
くなる。

【００２７】スイッチ素子Ｓ３のターンオンはＶＣＳ動
作、ターンオフではＺＣＳ・ＺＶＳ動作となるので、ス
イッチングロスの発生が少なく、特に、ターンオフにつ
いてはスイッチングロスは略ゼロであるので、高周波化
に適する。

【００２８】この発明の共振形インバータ回路は電流形
ではあるが、チョークコイルＬＤＣ３が定電流では動作
しないので、電流源のチョークコイルＬＤＣ３が小さく
て済み、小型・軽量化ができる。

【００２９】従来の、電流形インバータ回路（図６参
照）のように、共振用コンデサＣ１の初期充電モードが
なくとも簡単に起動できる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の共振形インバータの電気回路
図。

【図２】図１の共振形インバータ回路のスイッチ素子ま
たはダイオードのオン時の等価回路図。

【図３】図１の共振形インバータ回路のスイッチ素子お
よびダイオードのオフ時の等価回路図。

【図４】図１における各部の動作波形図。

【図５】第２の実施例を示す共振形インバータ回路の電
気回路図。

【図６】従来の電流形インバータ回路の電気回路図。

【図７】従来の電圧形インバータ回路の電気回路図。

【符号の説明】

Ｅ３…定電圧電源ＬＤＣ３…チョークコイルＬ３、Ｌ４…コイルＣ３，Ｃ４…コンデンサＳ３…スイッチ素子Ｄ３…ダイオード

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【手続補正書】

【提出日】平成４年１１月１０日

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源回路に接続された共振回路の共振電流
をスイッチ素子および負荷に接続し、前記共振電流の反
転時に導通するダイオードをスイッチ素子に並列に接続
して、前記スイッチ素子の繰返し周波数制御で前記負荷
に電源を供給する共振形インバータ回路であって、前記電源回路と共振回路との間にチョークコイルを介装
した共振形インバータ回路。