JPH0611188B2 - エネルギ−変換器 - Google Patents

エネルギ−変換器

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JPH0611188B2
JPH0611188B2 JP62159927A JP15992787A JPH0611188B2 JP H0611188 B2 JPH0611188 B2 JP H0611188B2 JP 62159927 A JP62159927 A JP 62159927A JP 15992787 A JP15992787 A JP 15992787A JP H0611188 B2 JPH0611188 B2 JP H0611188B2
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energy converter
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、少なくとも２個のサイリスタ、これらサイリ
スタに逆並列に接続されたダイオード、及び高周波出力
変成器を有する直列共振ブリッジ回路と、エネルギーバ
ッファと、このバッファに供給され且つこれから取出さ
れるエネルギーに応答して、トリガパルスを発生し、適
切なサイリスタを導通状態とする制御回路とを具え、こ
の制御回路には前記ダイオードを流れる電流の存在を示
す信号を供給するダイオード電流検出器を設け、ほか
に、前記ダイオードの直前に断続して導通するサイリス
タに逆並列に接続された各ダイオードを流れる電流が存
在する際に前記ブリッジ回路のサイリスタにトリガパル
スを通過せしめるスイッチング手段を具える電圧源から
負荷にエネルギーを供給するエネルギー変換器に関する
ものである。
この種のエネルギー変換器は既知であり、その目的は、
単相又は多相交流電源或いは直流電源からのエネルギー
を、異なる振幅及び／又は周波数の単相又は多相交流電
圧のエネルギー或いはパルス電圧のエネルギー或いは
又、直流電圧のエネルギーに変換することにある。ブリ
ッジ回路の関連するサイリスタが導通状態にある場合に
は電源からのエネルギーを直列共振回路を経てエネルギ
ーバッファに供給すると共にこのエネルギーバッファか
ら負荷によりエネルギーを取出すようにする。サイリス
タが導通状態にある期間中バッファに供給されたエネル
ギーを直列共振回路を経て電源に戻すか又は負荷により
取出し得るようにする。この場合のエネルギーの平衡設
定は、ブリッジ回路のサイリスタがトリガされる期間に
より決まる。
前述したエネルギー変換器は、例えば“IEEEトランザク
ションズ オン インダストリアル エレクトロニクス
アンド コントロール インストラメンテーション”
第IECI−23巻、第２号、1976年５月、第142−150頁に記
載されている。この文献に記載されているエネルギー変
換器は、直列共振ブリッジ回路に流れる電流及び出力変
成器の出力電圧から取出した電圧に応答し、適切なサイ
リスタを導通状態とするトリガパルスを発生する制御回
路を具える。しかし、ブリッジ回路のサイリスタは所望
期間より長い期間に亘り導通状態に保持され、しかもこ
れに直列接続されたサイリスタがすでに導通状態となる
場合が生ずる。この直列接続されたサイリスタが導通状
態となることは、ブリッジ回路が短絡することを意味す
る。この短絡を防止するためには直列接続されたサイリ
スタを導通状態とする前に比較的長い期間を経過させる
必要がある。これがため、エネルギー変換器の出力信号
に大きなリップルが生ずるようになる。
ヨーロッパ特許第００７１２８５号明細書によれば、か
かる欠点を全波型ブリッジ回路により解決している。そ
の理由は、ブリッジ回路に直列に２個の逆並列接続され
たサイリスタがエネルギー変換器に設けられているから
である。これらのサイリスタによって、エネルギー変換
器がトリガモードで作動する際に生ずる休止期間中ブリ
ッジ回路に電流が流れないようにする。かようにして、
負荷にエネルギーを供給した後直列共振回路のコンデン
サが最早や放電しなくなるようにする。これがため、断
続して導通しているサイリスタに逆並列に接続されたダ
イオードに、このサイリスタが非導通状態となった直後
に電流が流れ始めるようになる。
しかし、上述した解決手段には、２個の逆並列に接続さ
れたサイリスタの点弧及び消弧を行う２個の制御回路を
追加する必要のある欠点がある。更に、これら２個のサ
イリスタは対称型式のものとする必要がある。その理由
は、ブリッジ回路のスイッチングによりサイリスタの両
端間の電圧の極性が変化し、振幅が同一値に保持される
からである。これがため、２個の逆並列に接続されたサ
イリスタのうちの１方が導通状態にある際これらサイリ
スタの両端間の電圧が比較的高くなり従ってブリッジ回
路の効率が減少する。更に効率の損失により発熱が大き
くなり、その結果ブリッジ回路を組込むスペースをも大
きくする必要がある。又、直列共振回路のいわゆる休止
期間中この回路に電流が流れるため、サイリスタが正し
い瞬時に消弧しなくなる場合が生ずる。これを防止する
ためには、前記ヨーロッパ特許第0071285号明細書に記
載されているような追加の手段を講ずる必要がある。
本発明の目的は、上述した欠点を除去し得るように適切
に構成配置した上述した種類のエネルギー変換器を提供
せんとするにある。
本発明は少くとも２個のサイリスタ、これらサイリスタ
に逆並列に接続されたダイオード、及び高周波出力変成
器を有する直列共振ブリッジ回路と、エネルギーバッフ
ァと、このバッファに供給され且つこれから取出される
エネルギーに応答して、トリガパルスを発生し、適切な
サイリスタを導通状態とする制御回路とを具え、この制
御回路には前記ダイオードを流れる電流の存在を示す信
号を供給するダイオード電流検出器を設け、ほかに、前
記ダイオードの直前に断続して導通するサイリスタに逆
並列に接続された各ダイオードを流れる電流が存在する
際に前記ブリッジ回路のサイリスタにトリガパルスを通
過せしめるスイッチング手段を具える電圧源から負荷に
エネルギーを供給するエネルギー変換器において、継続
導通しているサイリスタに逆並列に設沿されたダイオー
ドに、サイリスタが非導通状態となった直後に電流を流
し始めるようにスイッチング回路を設け、このスイッチ
ング回路を前記直列接続ブリッジ回路への電圧供給源の
給電線の少くとも１方に設けてエネルギー変換器がトリ
ガモードで作動する際に生ずる休止期間中直列接続ブリ
ッジ回路に電流が流れるのを防止し得るようにしたこと
を特徴とする。
図面につき本発明を説明する。
第１図に示す本発明エネルギー変換器の例では“全波”
型ブリッジ回路を用いる。本発明エネルギー変換器は、
直列共振ブリッジ回路１と、エネルギーバッファ２と、
制御回路３とを具える。電圧源４からのエネルギーをブ
リッジ回路１及びバッファ２を経て負荷５に供給する。
直列共振ブリッジ回路１には４個のサイリスタ6A，6B，
7A及び7B（従って全波ブリッジ回路）と、これら４個の
サイリスタに逆並列に接続されたダイオード8A，8B，9A
及び9Bと、コイル10と、コンデンサ11と、高周波出力変
成器12と、４個の整流ダイオード13−16とを設ける。直
列共振ブリッジの作動は、既知であり、“IEEE トラン
ザクションズ オンインダストリアル エレクトロニク
ス アンド コントロール インストラメンテーショ
ン”第IECI−17巻、第３号、1970年５月、第209−221頁
及び第IECI−23巻、第２号、第142−149頁並びに米国特
許第3953779号明細書に記載されている。
第2A及び2B図はコイル10を流れる電流iLの流れ及び回路
接続点Ｐ及びＱ間の電圧Ecを夫々示す。フェーズＡ（サ
イリスタフェーズ）ではサイリスタ6A及び7Bが導通状態
にある。電流iLが先ず最初増大すると電圧Ecを上昇さ
せ、次いで電流iLを再び零値まで減少して電圧Ecがその
最大値となるようにする。電流iLが零値になると直ちに
サイリスタ6A及び7Bが非導通となり、ダイオード8A及び
9Bに逆電流が流れ始めるようになる。フェーズＢ（ダイ
オードフェーズ）の開始時にはこの逆方向のダイオード
電流によって電圧Ecを僅かではあるが減少させるように
する。このダイオード電流が最終的に零値になると、電
圧Ecはサイリスタ6B及び7Aが導通状態となるまで一定値
に保持されるようになる。サイリスタフェーズＣ及びこ
れに続くダイオードフェーズＤでは電流iLはフェーズＡ
及びＢで流れる電流iLと夫々振幅が等しく方向が逆とな
り、しかも電圧ECもフェーズＡ及びＢの電圧ECと夫々振
幅が等しく方向が逆となる。第3A及び3B図は、サイリス
タがすでに導通状態にある場合のコイル10を流れる電流
iLの流れ及び電圧ECを夫々示す。かかる状態は“インデ
ンテッドモード”と称される。第2A及び2B図に示す状態
は“トリガモード”と称される。フェーズＡ及びＣでは
電圧源４からのエネルギーをエネルギーバッファ２に供
給すると共にこのバッファ２から負荷５により取出し、
フェーズＢ及びＤではバッファ２に供給されるエネルギ
ーの１部分を直列共振ブリッジ回路１を経て電圧源４に
戻すと共に１部分を負荷５により取出す。直列共振ブリ
ッジ回路に供給されるエネルギー及びエネルギーバッフ
ァ２から取出したエネルギーに依存し、夫々サイリスタ
6A，7B及び6B，7Aの点弧瞬時を適宜に設定してバッファ
２のエネルギー量が一定に保持される個所を平衡にする
ことができる。この状態において、出力変成器12の１次
巻線の両端間の電圧の大きさを実際上一定とし、回路の
共振周波数を積LCにより決めることができる。こゝにＬ
はコイル10の自己インダクタンス、Ｃはコンデンサ11の
容量である。
エネルギー平衡の設定は制御回路３で行う。この制御回
路３は、直列共振ブリッジ回路の入力電圧に対する測定
回路17と、エネルギーバッファの両端間の電圧に対する
測定回路18と、これら測定回路17及び18の出力信号に依
存し、適当な瞬時にサイリスタ6A,7B及び6B,7Aのトリガ
パルスを夫々発生する制御ユニット19とを具える。直列
共振ブリッジ回路の短絡を防止するためには、サイリス
タ6A及び7Bが非導通状態にある際にのみサイリスタ6B及
び7Aのトリガプルスを供給し、サイリスタ6B及び7Aが非
導通状態にある際にのみサイリスタ6A及び7Bのトリガパ
ルスを供給し得るようにする。ダイオード8A,9B及び8B,
9Aが夫々導通状態にある際にサイリスタ6A,7B及び6B,7A
が非導通となるようにする。かかる状態を得るために制
御回路３には夫々ダイオード8A及び9A、9B及び8Bを流れ
る電流を表わす信号を供給する４個のダイオード電流検
出器20,21,22及び23を更に設けるようにする。制御ユニ
ット19には、上述した信号の受信に応答してサイリスタ
トリガパルスを通過せしめるスイッチング手段を設け
る。トリガモードでは一般に、１方のダイオードが非導
通状態となる瞬時及び他方のダイオードに逆並列に接続
されたサイリスタが導通状態となる瞬時間に休止期間が
存在する。第2A図ではフェーズＢ及びＣ間の休止期間及
びフェーズＤ及びＡ間の休止期間をTRで示す。この期間
TR中電圧ECは出力変成器12の１次巻線、コイル10を経、
且つ電圧ECの値に依存してダイオード8A,8B,9A及び9Bの
１個を経て減衰する。出力変成器12の１次巻線の自己イ
ンダクタンスLPの値をコイル10の自己インダクタンスＬ
の値よりも著しく大きくする場合には、直列共振ブリッ
ジ回路１の共振周波数を、積LPＣで決めるようにす
る。。第4A図はフェーズＡ，Ｂ及びＣにおける休止期間
TR中の電流を示す。期間TR中に流れる電流によって点Ｐ
の電圧ECを減少させるようにする。第4B図はこの電圧EC
が、フェーズＣの開始時にEKからELに減少し、且つフェ
ーズＣの終了時にEMからENに増大する状態を示す。休止
期間TR中、点Ｐ及びＱ間に電圧降下が生ずるため、フェ
ーズＣ後の電圧ECは、フェーズＣ中導通しているサイリ
スタに逆並列に接続されたダイオードが非導通状態のま
まとなるような値とすることができる。即ち、サイリス
タのうちの１個が非導通状態となった後これに逆並列に
接続されたダイオードが導通せず、従ってこれにより次
のサイリスタに対しトリガパルスを供給しなくなる場合
が生ずるようになる。これがため、出力電圧が設定値以
下に減少し、従って出力電圧に大きなリップルが生ずる
ようになる。
この影響を防止するために、エネルギー変換器にはスイ
ッチング回路を設け、これにより、導通断続中のサイリ
スタに逆並列に接続されたダイオードに、このサイリス
タが非導通となった直後から電流が流れ始めるようにす
る。第１図の例ではかかるスイッチング回路を、フェー
ズＢ及びＣ、いわゆるダイオードフェーズの開始時にト
リガされる電解効果トランジスタ(FET)24と、逆並列接
続ダイオード25とで構成する。このダイオード25は厳密
には必ずしも必要ではない。その理由は、MOS型電界効
果トランジスタがダイオードの特性を有するからであ
る。しかし、ブリッジ回路が短絡した場合電界効果トラ
ンジスタ24が損傷するのを防止するためにはダイオード
２５を設けるのが有利である。この電界効果トランジス
タ24はフェーズＢ及びＤの終了時には非導通状態とな
る。この電界効果トランジスタ24によって休止期間TR中
ブリッジ回路に電流が流れるのを防止し、従ってフェー
ズＡ及びＣの終了時に電圧ECがEMに等しくなる（第4B図
参照）。これがため、断続導通サイリスタに逆並列接続
されたダイオードに、これらサイリスタが非導通状態と
なった直後に電流が流れるようになる。逆に、フェーズ
Ａ及びＣではトリガパルスを必要としない。その理由は
これらフェーズＡ及びＣではダイオード２５又は電界効
果トランジスタ２４のダイオード特性部分が自動的に導
通を開始するからである。これがため、制御ユニット19
を簡潔化し、従って価格を低廉とすることができる。
ブリッジ回路に２個の逆並列接続サイリスタを設けるこ
とによって、電界効果トランジスタ24に逆並列接続され
たダイオード25のみをフェーズＡ及びＣで導通状態とす
る利点もある。その理由は導通状態にあるダイオードの
電圧降下が約１Ｖであり、逆並列接続されたサイリスタ
の電圧降下が約３Ｖであるからである。これがため、フ
ェーズＡ及びＣにおける効率を著しく改善することがで
きる。又、電力損失が少いため、これによってもスペー
ス、重量及び価格を節約することができる。更にフェー
ズＢ及びＤ中、電界効果トランジスタ24を導通を開始す
ると、この電界効果トランジスタを用いたことによる電
力損失は、２個の並列接続のサイリスタのうちの１個が
導通を開始する場合に生ずる電力損失の約1/3となる。
これがため：フェーズＢ及びＤにおける効率を更に改善
することができ、又、２個の逆並列接続されたサイリス
タの場合に比べ、消弧回路を必要とせず、従って価格を
更に節約することかできる。
スイッチング回路としては、トランジスタ及びこれに逆
並列接続されたダイオード、又はサイリスタ及びこれに
逆並列接続されたダイナードを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明エネルギー変換器の１例の構成を示す回
路図、 第2A,2B,3A,3B,4A及び4B図は第１図のエネルギー変換器
の作動を説明するための波形図である。 １……直列共振ブリッジ回路 ２……エネルギーバッファ ３……制御回路、４……電圧源 ５……負荷 6A,6B,7A,7B……サイリスタ 8A,8B,9A,9B……ダイオード 10……コイル、11……コンデンサ 12〜高周波出力変成器 13〜16……整流ダイオード 17，18……測定回路、19……制御ユニット 20,21,22,23……ダイオード電流検出器 24……電界効果トランジスタ 25……逆並列接続ダイオード

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少くとも２個のサイリスタ(6A,7A,6B,7
    B)、これらサイリスタに逆並列に接続されたダイオード
    (8A,9A,8B,9B)、及び高周波出力変成器(12)を有する直
    列共振ブリッジ回路(1)と、エネルギーバッファ(2)と、
    このバッファに供給され且つこれから取出されるエネル
    ギーに応答して、トリガパルスを発生し、適切なサイリ
    スタ(6A,7A,6B,7B)を導通状態とする制御回路(3)とを具
    え、この制御回路(3)には前記ダイオード(8A,9A,8B,9B)
    を流れる電流の存在を示す信号を供給するダイオード電
    流検出器(20,21,22,23)を設け、ほかに、前記ダイオー
    ド(8A,9A,8B,9B)の直前に継続して導通するサイリスタ
    (6A,7A,6B,7B)に逆並列に接続された各ダイオード(8A,9
    A,8B,9B)を流れる電流が存在する際に前記ブリッジ回路
    のサイリスタ(6A,7A,6B,7B)にトリガパルスを通過せし
    めるスイッチング手段を具える電圧源から負荷(5)にエ
    ネルギーを供給するエネルギー変換器において、継続導
    通しているサイリスタ(6A,7A,6B,7B)に逆並列に接続さ
    れたダイオード(8A,9A,8B,9B)に、サイリスタ(6A,7A,6
    B,7B)が非導通状態となった直後に電流を流し始めるよ
    うにするスイッチング回路(24)を設け、このスイッチン
    グ回路(24)を前記直列接続ブリッジ回路への電圧供給源
    の給電線の少くとも一方に設けてエネルギー変換器がト
    リガモードで作動する際に生ずる休止期間中直列接続ブ
    リッジ回路に電流が流れるのを防止し得るようにしたこ
    とを特徴とするエネルギー変換器。
  2. 【請求項２】スイッチング回路を、電界効果トランジス
    タ及びこれに逆並列に接続されたダイオードにより構成
    し、このダイオードを給電線の１方に設けるようにした
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のエネルギ
    ー変換器。
  3. 【請求項３】スイッチング回路を、１方の給電線に設け
    られたMOS型電界効果トランジスタにより構成するよう
    にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のエ
    ネルギー変換器。
  4. 【請求項４】スイッチング回路を、トランジスタ及びこ
    れに逆並列に接続されたダイオードにより構成し、この
    ダイオードを１方の給電線に設けるようにしたことを特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載のエネルギー変換
    器。
  5. 【請求項５】スイッチング回路を、サイリスタ及びこれ
    に逆並列に接続されたダイオードにより構成し、このダ
    イオードを１方の給電線に設けるようにしたことを特徴
    とする特許請求の範囲第１項記載のエネルギー変換器。
JP62159927A 1986-07-10 1987-06-29 エネルギ−変換器 Expired - Lifetime JPH0611188B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8601798 1986-07-10
NL8601798A NL8601798A (nl) 1986-07-10 1986-07-10 Energieomzetter.

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Publication Number Publication Date
JPS6318965A JPS6318965A (ja) 1988-01-26
JPH0611188B2 true JPH0611188B2 (ja) 1994-02-09

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ID=19848290

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62159927A Expired - Lifetime JPH0611188B2 (ja) 1986-07-10 1987-06-29 エネルギ−変換器

Country Status (8)

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US (1) US4777576A (ja)
EP (1) EP0253432B1 (ja)
JP (1) JPH0611188B2 (ja)
AU (1) AU596194B2 (ja)
CA (1) CA1264805C (ja)
DE (1) DE3776214D1 (ja)
NL (1) NL8601798A (ja)
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