JPH06121547A - Inverter - Google Patents

Inverter

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JPH06121547A
JPH06121547A JP4263737A JP26373792A JPH06121547A JP H06121547 A JPH06121547 A JP H06121547A JP 4263737 A JP4263737 A JP 4263737A JP 26373792 A JP26373792 A JP 26373792A JP H06121547 A JPH06121547 A JP H06121547A
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JP
Japan
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resonance
reactor
current
self
saturable reactor
Prior art date
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Pending
Application number
JP4263737A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuji Iida
克二 飯田
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
Original Assignee
Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Abstract

PURPOSE:To feed only required quantity of required resonance current by connecting a saturable reactor in series with a resonance reactor and taking out current from the joint thereof thereby suppressing unnecessary resonance current as low as possible. CONSTITUTION:A series circuit of two sets of self-extinguishing switching elements 21, 22, each comprising a diode 31 or 32 and a snubber capacitor 51 or 52, is connected forward with a DC power supply 1 while a series circuit of two sets of diodes 71, 72, each connected in parallel with a resonance capacitor 81 and 82, is connected reversely with the DC power supply 1. A resonance reactor 9 and a saturable reactor 91 are connected in series between the joint of the self-extinguishing switching elements 21, 22 and the joint of the diodes 71, 72 and load current is taken from the end of the saturable reactor 91 opposite to the joint of the diodes 71, 72.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は自己消弧形スイッチング
素子のオン・オフ時に生じるスイッチング損失を充分抑
制するように工夫されたインバータに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inverter devised so as to sufficiently suppress switching loss which occurs when a self-turn-off switching element is turned on and off.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のインバータの典型的な基本回路を
図7に示す。1は直流電源、21, 22は自己消弧形スイッ
チング素子で、直列接続されて直流電源1に接続されて
いる。自己消弧形スイッチング素子21,22には、各々ダ
イオード31, 32が逆並列接続され、更にスナバダイオー
ド41, 42とスナバコンデンサ51, 52との直列接続体が各
々並列接続され、また前記スナバダイオード41, 42には
スナバ抵抗61, 62が各々並列に接続されている。負荷は
自己消弧形スイッチング素子21, 22の直列接続点から取
り出される。自己消弧スイッチング素子21, 22は交互に
オン・オフすることにより負荷に交流電力を供給する。
2. Description of the Related Art A typical basic circuit of a conventional inverter is shown in FIG. Reference numeral 1 is a DC power supply, and 21 and 22 are self-extinguishing type switching elements, which are connected in series and connected to the DC power supply 1. Diodes 31 and 32 are connected in anti-parallel to the self-extinguishing switching elements 21 and 22, respectively, and a series connection body of snubber diodes 41 and 42 and snubber capacitors 51 and 52 is connected in parallel. Snubber resistors 61 and 62 are connected in parallel to 41 and 42, respectively. The load is taken from the series connection point of the self-extinguishing type switching elements 21 and 22. The self-extinguishing switching elements 21 and 22 alternately turn on and off to supply AC power to the load.

【0003】この回路で、負荷電流が自己消弧形スイッ
チング素子21に流れている時に、該素子をターンオフさ
せると、負荷電流はスナバダイオード41、スナバコンデ
ンサ51の直列回路に転流し、スナバコンデンサ51の働き
により、自己消弧形スイッチング素子21には直ちに電圧
が印加されず、スイッチング損失を極めて小さくするこ
とができる。負荷電流がスナバコンデンサ51を充電し、
スナバコンデンサ52を放電し、スナバコンデンサ52が零
ボルトになるとダイオード32に負荷電流が流れるように
なる。PWM制御されるインバータではこの状態で自己
消弧形スイッチング素子22をオフし、再び自己消弧形ス
イッチング素子21をオンすることが頻繁に起こることで
あるが、自己消弧形スイッチング素子21がオンすると、
電流が流れているダイオード32に蓄積されていた電荷が
放出されるまで、短絡に近い状態で自己消弧形スイッチ
ング素子21及びダイオード32に大きい電流が流れる。ま
たダイオード32が逆回復した直後には、引き続きスナバ
ダイオード42, スナバコンデンサ52に短絡に近い状態で
大きい電流が流れる。これらの大きい電流により、自己
消弧形スイッチング素子21及びダイオード32に大きい損
失が発生する。
In this circuit, when the load current is flowing to the self-extinguishing type switching element 21, when the element is turned off, the load current is commutated to the series circuit of the snubber diode 41 and the snubber capacitor 51, and the snubber capacitor 51. By this action, no voltage is immediately applied to the self-extinguishing type switching element 21, and the switching loss can be made extremely small. The load current charges the snubber capacitor 51,
When the snubber capacitor 52 is discharged and the snubber capacitor 52 reaches zero volt, the load current starts flowing through the diode 32. In a PWM-controlled inverter, in this state, it often happens that the self-extinguishing switching element 22 is turned off and then the self-extinguishing switching element 21 is turned on again. Then,
A large current flows through the self-extinguishing switching element 21 and the diode 32 in a state close to a short circuit until the charge accumulated in the diode 32 in which the current flows is discharged. Immediately after the diode 32 reversely recovers, a large current continues to flow in the snubber diode 42 and the snubber capacitor 52 in a state close to a short circuit. Due to these large currents, large losses occur in the self-turn-off switching device 21 and the diode 32.

【0004】また、この時自己消弧形スイッチング素子
21がオンすると、スナバコンデンサ41に直流電源1の電
圧Eに充電されていた電荷が、スナバ抵抗61を経由して
放電される。これによりスナバ抵抗61と自己消弧形スイ
ッチング素子21に損失が発生する。スナバコンデンサの
容量をCs 動作周波数をfとすると、この損失Pは、 P= (1/2)Cs 2 ×f となり、動作周波数に比例して大きくなって、高周波
(1kHz以上)では大きい問題となる。
At this time, a self-extinguishing type switching element
When 21 is turned on, the electric charge charged to the voltage E of the DC power supply 1 in the snubber capacitor 41 is discharged via the snubber resistor 61. This causes a loss in the snubber resistor 61 and the self-extinguishing type switching element 21. If the capacitance of the snubber capacitor is C s and the operating frequency is f, this loss P becomes P = (1/2) C s E 2 × f, which increases in proportion to the operating frequency, and at high frequencies (1 kHz or more) It becomes a big problem.

【0005】以上述べたように、従来のインバータで
は、自己消弧形スイッチング素子のスイッチング損失及
びスナバコンデンサに蓄積された静電エネルギーの消費
による損失により、高周波動作が困難であった。これら
の問題を解消すべく種々の提案がなされている。例えば
スナバコンデンサに蓄積された静電エネルギーの一部あ
るいは全部を、電力変換回路を経由して直流電源へ回生
させる方式が各種提案されているが、いずれも回路が複
雑で、実用されている例はほとんどない。
As described above, in the conventional inverter, the high frequency operation is difficult due to the switching loss of the self-turn-off switching element and the loss due to the consumption of the electrostatic energy accumulated in the snubber capacitor. Various proposals have been made to solve these problems. For example, various methods have been proposed in which a part or all of the electrostatic energy stored in the snubber capacitor is regenerated to a DC power source via a power conversion circuit, but all of the circuits are complicated and are in practical use. Almost never.

【0006】また、米国電気学会 IEEE 発行の "IEEE T
RASACTION ON POWER ELECTRONICS"Vol.7 No.2 1992 年
4月号のp385〜p392に記載された論文 "A Rugged Soft
Com-mutated PWM Inverter for AC Drive"に、インバー
タの1相分を構成するのに最小必要数のスイッチング素
子2個を使用し、しかもスイッチング損失をオン・オフ
時ともに極力抑えた動作を可能としたインバータ回路が
紹介されている。この回路を図8に示す。図7と同一の
符号は同一機能を有する部品である。この回路では、自
己消弧形スイッチング素子21, 22に接続されるスナバ回
路はスナバコンデンサ51, 52のみであり、いわゆるロス
レススナバ回路となり、図7に較べて簡単になってい
る。さらに共振コンデンサ81, 82をそれぞれ並列接続し
たダイオード71, 72を直列接続したものを、電源1に逆
方向に接続し、自己消弧形スイッチング素子21, 22の直
列接続点とダイオード71, 72の直列接続点との間に共振
リアクトル9を接続し、ダイオード71, 72の直列接続点
から負荷を取り出すようにしている。
[0006] In addition, "IEEE T"
RASACTION ON POWER ELECTRONICS "Vol.7 No.2 The paper" A Rugged Soft "described in p385-p392 of April 1992 issue.
"Com-mutated PWM Inverter for AC Drive" uses the minimum required number of two switching elements to compose one phase of the inverter, and also enables operation with switching loss suppressed as much as possible both on and off. An inverter circuit has been introduced.This circuit is shown in Fig. 8. The same symbols as in Fig. 7 are components having the same function. In this circuit, a snubber circuit connected to the self-extinguishing type switching elements 21 and 22. Is only the snubber capacitors 51, 52, which is a so-called lossless snubber circuit, which is simpler than that in Fig. 7. Furthermore, the capacitors 71, 72 in which the resonant capacitors 81, 82 are connected in parallel are connected in series to the power supply. 1 in the reverse direction, connect the resonance reactor 9 between the series connection point of the self-extinguishing switching elements 21, 22 and the series connection point of the diodes 71, 72, and connect the diodes 71, 72 in series. So that take out the load from the connection point.

【0007】この回路の動作を簡単に説明すると、自己
消弧形スイッチング素子22がオン状態で負荷電流i0
図8に矢印に示す方向に流れている、いわゆる回生モー
ドにある時には、負荷電流i0 は全てダイオード72から
流れ、さらに共振リアクトル9の残留磁気エネルギーに
よる電流が図7に示すiL の矢印と反対方向に流れ、自
己消弧形スイッチング素子22→ダイオード72→共振リア
クトル9のルートで還流するようにする(この様な状態
にすることができるのは、後で述べる動作による)。こ
の状態でPWM制御によるゲート信号で自己消弧形スイ
ッチング素子22をオフすると、前記還流電流(−iL
はスナバコンデンサ51及び52に転流し、自己消弧形スイ
ッチング素子22には直ちに電圧が印加されない、いわゆ
るゼロ電圧スイッチング(ZVS)となって、ターンオ
フ損失の発生は極めて小さいものとすることができる。
電流−iL はスナバコンデンサ51, 52と共振リアクトル
9による共振により、スナバコンデンサ51, 52はそれぞ
れ放電,充電され、各々の電圧が零および直流電源電圧
Eになると共振は停止する。この時共振リアクトル9の
残留磁気エネルギーがあれば、これによる電流はダイオ
ード31→直流電源1→ダイオード72→共振リアクトル9
のルートで流れ、直流電源1へ回生される。このダイオ
ード31に電流が流れている間に自己消弧形スイッチング
素子21をオンさせると、電流が直ちに流れ出さない、い
わゆる零電流スイッチング(ZCS)となり、ターンオ
ン損失は全く発生しない。
The operation of this circuit will be briefly described. When the self-extinguishing switching element 22 is in the ON state and the load current i 0 is flowing in the direction shown by the arrow in FIG. i 0 all flows from the diode 72, and the current due to the residual magnetic energy of the resonance reactor 9 flows in the direction opposite to the arrow of i L shown in FIG. 7, and the self-extinguishing switching element 22 → diode 72 → resonance reactor 9 route (Refer to the operation to be described later for such a state). In this state, when the self-extinguishing type switching element 22 is turned off by the gate signal under the PWM control, the return current (-i L )
Is commutated to the snubber capacitors 51 and 52, and no voltage is immediately applied to the self-extinguishing type switching element 22, that is, so-called zero voltage switching (ZVS), and turn-off loss can be extremely small.
The current -i L is discharged and charged by the snubber capacitors 51 and 52 and the resonance reactor 9 by the resonance of the snubber capacitors 51 and 52, and the resonance is stopped when the respective voltages become zero and the DC power supply voltage E. At this time, if there is residual magnetic energy in the resonance reactor 9, the current due to this is diode 31 → DC power supply 1 → diode 72 → resonance reactor 9
, And is regenerated to the DC power supply 1. If the self-extinguishing type switching element 21 is turned on while the current is flowing through the diode 31, the current does not immediately flow out, that is, so-called zero current switching (ZCS), and no turn-on loss occurs.

【0008】次に、共振リアクトル9の静電エネルギー
が放出し、電流が零になると、今までとは逆に直流電源
1→自己消弧形スイッチング素子21→共振リアクトル9
→ダイオード72→直流電源1のルートで、直流電源電圧
Eが共振リアクトル9に印加されるため、電流iL は図
8の矢印方向に増大していき、負荷電流i0 に等しくな
るとダイオード72は非導通となる。この瞬間から共振リ
アクトル9と共振コンデンサ81, 82による共振動作が開
始し、共振コンデンサ81, 82は各々放電,充電され、各
々零及び直流電源電圧Eとなって共振動作が停止する。
この後、共振リアクトル9の残留磁気エネルギーによ
り、共振リアクトル9→ダイオード71→自己消弧形スイ
ッチング素子21のルートに還流電流が流れる。つまり自
己消弧形スイッチング素子21と共振リアクトル9には負
荷電流i0 とピーク値がIr である共振電流とが重畳し
て流れる。 Ir =E(2Cr /L)1/2 ここで、Cr は共振コンデンサ81, 82のキャパシタンス
であり、L は共振リアクトル9のインダクタンスであ
る。
Next, when the electrostatic energy of the resonance reactor 9 is released and the current becomes zero, the DC power supply 1 → self-extinguishing type switching element 21 → resonance reactor 9 contrary to the conventional case.
→ diode 72 → DC power source 1 route, for the DC power supply voltage E is applied to the resonant reactor 9, current i L is gradually increased in the direction of the arrow in FIG. 8, the load current i 0 equal to the diode 72 It becomes non-conductive. From this moment, the resonance operation by the resonance reactor 9 and the resonance capacitors 81, 82 starts, the resonance capacitors 81, 82 are discharged and charged respectively, and become 0 and the DC power supply voltage E, respectively, and the resonance operation is stopped.
Thereafter, due to the residual magnetic energy of the resonant reactor 9, a return current flows in the route of the resonant reactor 9 → diode 71 → self-extinguishing type switching element 21. That is, the load current i 0 and the resonance current having the peak value I r flow in the self-extinguishing type switching element 21 and the resonance reactor 9 in a superimposed manner. I r = E (2C r / L) 1/2 where C r is the capacitance of the resonant capacitors 81 and 82, and L is the inductance of the resonant reactor 9.

【0009】次に、PWM信号によって自己消弧形スイ
ッチング素子21をオフすると、共振リアクトル9に流れ
ている電流はスナバコンデンサ51, 52に転流し、該コン
デンサと共振リアクトルとの共振動作が始まるが、自己
消弧形スイッチング素子21はスナバコンデンサ51によ
り、前述したZVSによりスイッチングオフ損失の発生
なしにオフすることができる。共振動作は、スナバコン
デンサ51, 52の各電圧が直流電源電圧E及び零となると
停止する。共振リアクトル9に流れていた(負荷電流+
共振電流)の大きい電流は、ダイオード32→共振リアク
トル9→ダイオード71→直流電源1のルートで直流電源
1へ回生される。ここでダイオード32に電流が流れてい
る間に自己消弧形スイッチング素子22をオンすると、Z
CSとなって、ターンオン損失は発生しない。共振リア
クトル9の残留磁気エネルギーの放出で、共振リアクト
ル9の電流iL が減少していき、負荷電流I0 に等しく
なると、ダイオード71は非導通になり、共振リアクトル
9と共振コンデンサ81, 82とによる共振が再び始まる。
共振は、共振コンデンサ81, 82がそれぞれ直流電源電圧
E及び零となるまで続く。
Next, when the self-extinguishing type switching element 21 is turned off by the PWM signal, the current flowing in the resonance reactor 9 is commutated to the snubber capacitors 51 and 52, and the resonance operation between the capacitors and the resonance reactor starts. The self-extinguishing type switching device 21 can be turned off by the snubber capacitor 51 by ZVS described above without the occurrence of switching off loss. The resonance operation is stopped when the voltages of the snubber capacitors 51 and 52 become the DC power supply voltage E and zero. It was flowing in the resonance reactor 9 (load current +
A large current (resonance current) is regenerated to the DC power supply 1 through the route of the diode 32 → resonance reactor 9 → diode 71 → DC power supply 1. Here, if the self-extinguishing type switching element 22 is turned on while the current is flowing through the diode 32, Z
It becomes CS and no turn-on loss occurs. When the current i L of the resonance reactor 9 decreases due to the release of the residual magnetic energy of the resonance reactor 9 and becomes equal to the load current I 0 , the diode 71 becomes non-conducting, and the resonance reactor 9 and the resonance capacitors 81, 82 are connected. Resonance starts again.
Resonance continues until the resonant capacitors 81 and 82 are at the DC power supply voltage E and zero, respectively.

【0010】この時、共振電流のピーク値Ir が負荷電
流I0 より大きくなるように回路定数を決めておけば、
共振リアクトル9の電流iL はマイナスとなることがで
き、図8に示した矢印と反対方向に流れるようにするこ
とができる。つまり共振リアクトル9のインダクタンス
をL、共振コンデンサ81, 82のキャパシタンスをCr
すると、 iL =I0MAX−E(2Cr /L)1/2 <0 ∴(2Cr /L)1/2 >I0MAX/E ここで、I0MAXは負荷電流の予想される最大値 の条件を満足するように定数を選択する。
At this time, if the circuit constant is determined so that the peak value I r of the resonance current becomes larger than the load current I 0 ,
The current i L of the resonant reactor 9 can be negative and can flow in the direction opposite to the arrow shown in FIG. That is, assuming that the inductance of the resonance reactor 9 is L and the capacitance of the resonance capacitors 81 and 82 is C r , i L = I 0MAX −E (2C r / L) 1/2 <0 ∴ (2C r / L) 1/2 > I 0MAX / E Here, I 0MAX is selected as a constant so as to satisfy the condition of the expected maximum value of the load current.

【0011】これより、共振後の共振リアクトル9の残
留磁気エネルギーによる電流は、自己消弧形スイッチン
グ素子22→ダイオード72→共振リアクトル9のルートで
還流し、この説明の最初の状態となり、この動作が繰り
返される。負荷電流が上述の説明と逆極性の場合も、同
じような動作となるので説明は省略する。
As a result, the current due to the residual magnetic energy of the resonant reactor 9 after resonance recirculates through the route of the self-extinguishing type switching element 22 → diode 72 → resonant reactor 9 and becomes the first state of this explanation. Is repeated. The same operation is performed when the load current has a polarity opposite to that described above, and thus the description thereof will be omitted.

【0012】以上の説明を、共振リアクトル9の電流i
L と自己消弧形スイッチング素子21及び22の状態とを関
連させたタイムチャートを図9に示す。図9では共振リ
アクトル9とスナバコンデンサ51, 52との共振動作は期
間が短いため省略した。図9に示すように期間T5に起こ
る共振電流のピーク値Ir が負荷電流の最大値I0MAX
り大きくなるようにし、共振リアクトル電流iL が零線
を横切ようにした。このため、期間T2に起こる共振電流
のピーク値もIr となるため、自己消弧形スイッチング
素子21には(I0MAX+Ir )の大きい電流が流れる。図
9の場合には自己消弧形スイッチング素子21には負荷電
流I0MAXの2倍以上を(前述の論文では2.5倍以上が最
適としている)流す必要がある。
The above description is based on the current i of the resonance reactor 9.
FIG. 9 shows a time chart in which L is associated with the states of the self-extinguishing type switching elements 21 and 22. In FIG. 9, the resonance operation of the resonance reactor 9 and the snubber capacitors 51 and 52 is omitted because the period is short. As shown in FIG. 9, the peak value I r of the resonance current occurring in the period T 5 is set to be larger than the maximum value I 0MAX of the load current, and the resonance reactor current i L is set to cross the zero line. For this reason, the peak value of the resonance current occurring in the period T 2 is also I r, and a large current (I 0MAX + I r ) flows through the self-arc-extinguishing type switching element 21. In the case of FIG. 9, it is necessary to flow more than twice the load current I 0MAX into the self-extinguishing type switching element 21 (2.5 times or more is optimal in the above paper).

【0013】以上のように、この従来例では自己消弧形
スイッチング素子のスイッチング損失を抑え、またスナ
バ抵抗等による損失の発生も無くしたインバータを実現
しているが、自己消弧形スイッチング素子の定常導通時
に大きい電流が流れ、この大きい電流よる自己消弧形ス
イッチング素子の導通損失が大きくなり、大容量インバ
ータの実現の妨げとなっている。また、負荷電流i0
小さい場合にも、大きい共振電流が流れることも、この
回路の難点となっている。
As described above, this conventional example realizes an inverter in which the switching loss of the self-arc-extinguishing type switching element is suppressed and the loss due to the snubber resistance is eliminated. A large current flows during steady conduction, and this large current increases the conduction loss of the self-extinguishing type switching element, which hinders the realization of a large capacity inverter. Further, a large resonance current flows even when the load current i 0 is small, which is a problem of this circuit.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】前述した従来のインバ
ータでは、自己消弧形スイッチング素子のスイッチング
オン・オフ時のスイッチング損失の発生を抑えることが
可能となったが、自己消弧形スイッチング素子の定常導
通損失が大きくなる問題点があった。本発明は以上のよ
うな問題点を解消するためになされたもので、不要な共
振電流(図9のT2期間)を極力小さく抑え、必要な共振
電流(図9のT5期間)を必要なだけ流すようにすること
を目的とする。
In the above-mentioned conventional inverter, it is possible to suppress the generation of switching loss when the self-arc-extinguishing switching element is switched on / off. There is a problem that the steady conduction loss increases. The present invention has been made to solve the above problems, and it suppresses unnecessary resonance current (T 2 period in FIG. 9) as much as possible and requires necessary resonance current (T 5 period in FIG. 9). The purpose is to let as much as possible.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】共振リアクトル9とダイ
オード71, 72の直列接続点との間に可飽和リアクトルを
1個もしくは2個挿入し、負荷はダイオード71, 72の直
列接続点側の可飽和リアクトルの前記直列接続点と反対
側端子から取り出すようにする。
[Means for Solving the Problems] One or two saturable reactors are inserted between the resonance reactor 9 and the series connection points of the diodes 71 and 72, and the load is connected to the series connection points of the diodes 71 and 72. The saturation reactor is taken out from the terminal on the opposite side of the series connection point.

【0016】[0016]

【作用】可飽和リアクトルは当然のことながら鉄心を有
し、該鉄心の磁化特性は図3に示すようなものとする
と、可飽和リアクトルに流れる電流が−Is 〜+IS
間にある時は鉄心は不飽和であり、この間ではほぼ一定
のインダクタンスLc (≫共振リアクトル9のインダク
タンスL)を有し、|Is |以上では鉄心が飽和してイ
ンダクタンスが零となるようなものとする。この可飽和
リアクトルが図9の期間T2で不飽和となり、大きいイン
ダクタンスLc を持つようにすれば、この期間の共振電
流のピーク値を小さく抑えることができる。
When the saturable reactor naturally has an iron core and the magnetization characteristics of the iron core are as shown in FIG. 3, when the current flowing in the saturable reactor is between -I s and + I S. Indicates that the iron core is unsaturated and has a substantially constant inductance L c (>> inductance L of the resonant reactor 9) during this period, and the iron core is saturated and the inductance becomes zero when | I s | or more. . If this saturable reactor becomes unsaturated during the period T 2 of FIG. 9 and has a large inductance L c , the peak value of the resonance current during this period can be suppressed to a small value.

【0017】[0017]

【実施例】図1は本発明の一実施例によるインダクタン
スを示す回路図である。従来例と異なる点は、ダイオー
ド71, 72の直列接続点と共振リアクトル9との間に可飽
和リアクトル91を挿入し、共振リアクトル9と可飽和リ
アクトル91との接続点から負荷を取り出すようにした点
である。
1 is a circuit diagram showing an inductance according to an embodiment of the present invention. The difference from the conventional example is that a saturable reactor 91 is inserted between the series connection point of the diodes 71 and 72 and the resonance reactor 9 and the load is taken out from the connection point between the resonance reactor 9 and the saturable reactor 91. It is a point.

【0018】図1に示した回路の動作を図4のタイムチ
ャートにより説明する。図中、一点鎖線は可飽和リアク
トル92を挿入した場合を示す。時刻t0で自己消弧形スイ
ッチング素子22をオフし、共振リアクトル9の電流iL
の極性がプラスになる前に、自己消弧形スイッチング素
子21をオンさせ、共振リアクトルの電流iL をプラス側
に増大させる動作は従来例と全く同じである。つまり、
この動作中は可飽和リアクトル91は飽和しており、イン
ダクタンスは零であるから同様の動作となる。ところ
が、共振リアクトル9の電流が負荷電流i0 に近づいて
(i0 −Is )となると、可飽和リアクトル91に流れる
電流は|Is |以下となり、可飽和リアクトル91は不飽
和となり大きいインダクタンスLc を有するようにな
る。このため図4の時刻t1′で共振リアクトル9の電流
の増加率が小さくなり、時刻t1で負荷電流i0 と等しく
なると従来例と同様共振が始まるが、共振に関連するイ
ンダクタンスは(L+Lc )と大きくなるため、共振電
流のピーク値Ir ′は Ir ′=E〔2Cr /(L+Lc )〕1/2 となり、可飽和リアクトル91が無い場合に比べ、約(L
/Lc 1/2 倍となる。従って自己消弧形スイッチング
素子21に還流する電流も小さくなる。
The operation of the circuit shown in FIG. 1 will be described with reference to the time chart of FIG. In the figure, the alternate long and short dash line shows the case where the saturable reactor 92 is inserted. At time t 0 , the self-extinguishing switching element 22 is turned off, and the current i L of the resonant reactor 9 is increased.
The operation of turning on the self-extinguishing type switching element 21 and increasing the current i L of the resonant reactor to the plus side before the polarity of becomes positive is exactly the same as the conventional example. That is,
During this operation, the saturable reactor 91 is saturated and the inductance is zero, so the same operation is performed. However, when the current of the resonant reactor 9 approaches the load current i 0 (i 0 −I s ), the current flowing through the saturable reactor 91 becomes | I s | or less, and the saturable reactor 91 becomes unsaturated and has a large inductance. To have L c . Therefore, when the increase rate of the current in the resonance reactor 9 becomes small at time t 1 ′ in FIG. 4 and becomes equal to the load current i 0 at time t 1 , resonance starts similarly to the conventional example, but the inductance related to the resonance is (L + L c ), the peak value I r ′ of the resonance current becomes I r ′ = E [2C r / (L + L c )] 1/2 , which is approximately (L) compared to the case without the saturable reactor 91.
/ L c ) 1/2 times. Therefore, the current flowing back to the self-extinguishing type switching element 21 also becomes small.

【0019】さらに時刻t4′で再び共振が開始するが、
期間T5′の間は可飽和リアクトル91は不飽和であり、大
きいインダクタンスLc を有しているため共振周期も長
く、電流の変化率も小さい。時刻t4で可飽和リアクトル
91が飽和し、インダクタンスが零となる。このため、共
振周期は短くなり、共振電流の変化率は急激に大きくな
ると共に、共振電流のピーク値Ir ″も大きくなり、ほ
ぼ Ir ″=E(2Cr /L)1/2 となる。
Resonance starts again at time t 4 ′,
During the period T 5 ′, the saturable reactor 91 is unsaturated and has a large inductance L c , so that the resonance cycle is long and the current change rate is small. Saturable reactor at time t 4
91 is saturated and the inductance becomes zero. For this reason, the resonance cycle becomes shorter, the rate of change of the resonance current sharply increases, and the peak value I r ″ of the resonance current also increases and becomes approximately I r ″ = E (2C r / L) 1/2. .

【0020】これにより従来例と同様に共振リアクトル
9の電流は極性反転し、自己消弧形スイッチング素子22
に還流電流を流すことが可能となり、従来の特長を全く
損なうことなく、動作させることができる。
As a result, the current in the resonant reactor 9 is reversed in polarity as in the conventional example, and the self-extinguishing type switching element 22
A return current can be supplied to the device, and the device can be operated without impairing the conventional features.

【0021】図2はもう一つの本発明の実施例を示す回
路図であり、図1の例にさらに、共振リアクトル9と可
飽和リアクトル91との間に第2の可飽和リアクトル92を
挿入し、第1の可飽和リアクトル91と第2の可飽和リア
クトル92との接続点から負荷を取り出すようにしたもの
である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention. In addition to the example of FIG. 1, a second saturable reactor 92 is inserted between the resonance reactor 9 and the saturable reactor 91. , The load is taken out from the connection point between the first saturable reactor 91 and the second saturable reactor 92.

【0022】この実施例では、図4に示す時刻t4で開始
する共振の共振電流のピーク値が、負荷電流i0 の大き
さにほとんど影響れれない値となる。つまり、負荷が軽
くなった場合、可飽和リアクトル92が無いと、共振電流
がマイナス極性に大きくなって、期間T6に自己消弧形ス
イッチング素子22に還流する電流も大きく、不必要な損
失を発生することになる。このため可飽和リアクトル92
を追加し、共振リアクトル9の電流が極性反転する前後
(つまり可飽和リアクトル92の電流が|Is |以下とな
る)で可飽和リアクトルは不飽和となり、大きいインダ
クタンスLc を有するようになるので、共振の発展を抑
制し、自己消弧形スイッチング素子22に大きい還流電流
を流さなくてすむ。
In this embodiment, the peak value of the resonance current of resonance that starts at time t 4 shown in FIG. 4 is a value that is hardly influenced by the magnitude of the load current i 0 . That is, when the load becomes light and without the saturable reactor 92, the resonance current increases to a negative polarity, the current flowing back to the self-extinguishing switching element 22 during the period T 6 is also large, and unnecessary loss occurs. Will occur. Therefore, saturable reactor 92
Is added, the saturable reactor becomes unsaturated before and after the current of the resonant reactor 9 reverses its polarity (that is, the current of the saturable reactor 92 becomes | I s | or less), and has a large inductance L c . It is possible to suppress the development of resonance and prevent a large return current from flowing through the self-extinguishing type switching element 22.

【0023】図5はさらにもう一つの本発明の実施例を
示す回路図であり、可飽和リアクトルに負荷電流i0
比例した電流 (ni0)でバイアス励磁をかけるようにし
たものである。つまり図1あるいは図2の実施例では、
図4に示す期間T1′及び期間T5′で可飽和リアクトル91
が不飽和となり、大きいインダクタンスを有することか
ら、T1′及びT5′期間はT1及びT5期間に比較して大きく
なり、インバータの動作周波数を高くする際の障害とな
る。
FIG. 5 is a circuit diagram showing still another embodiment of the present invention, in which the saturable reactor is biased with a current (ni 0 ) proportional to the load current i 0 . That is, in the embodiment of FIG. 1 or FIG.
The saturable reactor 91 during the period T 1 ′ and the period T 5 ′ shown in FIG.
Is unsaturated and has a large inductance, the T 1 ′ and T 5 ′ periods are longer than the T 1 and T 5 periods, which is an obstacle to increasing the operating frequency of the inverter.

【0024】そこで図5に示すように、負荷への配線に
電流変成器10を挿入し、2次側に負荷電流に比例したn
0 の電流を取り出し、該2次電流を可飽和リアクトル
91及び92に図5に示した極性でバイアス励磁をかけるよ
うにする。ここで、電流変成器10の変流比をni0 ≒I
s となるように設定すれば、可飽和リアクトル91は流れ
る電流が負荷電流i0 になるまで飽和しており、負荷電
流i0 に達してから共振が開始する。つまり、図4に示
す期間T1′を無くすることができる。
Therefore, as shown in FIG. 5, a current transformer 10 is inserted in the wiring to the load, and n is proportional to the load current on the secondary side.
The current of i 0 is extracted and the secondary current is converted to a saturable reactor.
Bias excitation is applied to 91 and 92 with the polarities shown in FIG. Here, the current ratio of the current transformer 10 is ni 0 ≈I
If set to be s, the saturable reactor 91 is saturated until the current through becomes the load current i 0, the resonance is started after reaching the load current i 0. That is, the period T 1 ′ shown in FIG. 4 can be eliminated.

【0025】同様に、自己消弧形スイッチング素子21を
オフさせた後、可飽和リアクトル91の電流が負荷電流i
0 にまで減少し共振が開始するが、本実施例ではこの時
点で可飽和リアクトル91が飽和しており、図4に示した
期間T5′も無くすことができて、図6に示すようにな
る。これにより、インバータ動作周波数を高くすること
が可能となる。同様に可飽和リアクトル92についても、
可飽和リアクトル92に流れる電流が0アンペア近辺まで
飽和を維持できるため、図示していないが、可飽和リア
クトル91に対しての効果と同じとなることは明らかであ
る。
Similarly, after turning off the self-extinguishing type switching element 21, the current of the saturable reactor 91 is changed to the load current i.
Although it decreases to 0 and resonance starts, in this embodiment, the saturable reactor 91 is saturated at this point, and the period T 5 ′ shown in FIG. 4 can be eliminated, as shown in FIG. Become. This makes it possible to increase the inverter operating frequency. Similarly for saturable reactor 92,
It is clear that the effect on the saturable reactor 91 is the same as that of the saturable reactor 91, which is not shown, because the current flowing through the saturable reactor 92 can maintain saturation up to around 0 ampere.

【0026】なお、上述した各実施例における自己消弧
形スイッチング素子は、自己消弧形スイッチング素子な
らばどのようなものでも同等の効果をもたらす。また、
可飽和リアクトルには、図3に示した特性ではなく、不
飽和から飽和への移行が徐々に行われるようなものでも
よく、さらに可飽和リアクトル91, 92はそれぞれ異なっ
た特性及びインダクタンスを持ったものでも差し支えな
い。共振リアクトル9と可飽和リアクトル92とは図2に
示す位置関係と逆の位置関係であっても、何ら動作に影
響を与えないことは言うまでもない。
The self-extinguishing switching element in each of the above-described embodiments has the same effect as long as it is a self-extinguishing switching element. Also,
The saturable reactor may have a characteristic that the transition from unsaturated to saturated is performed gradually instead of the characteristic shown in Fig. 3. Further, the saturable reactors 91 and 92 have different characteristics and inductances. Anything is fine. It goes without saying that the resonance reactor 9 and the saturable reactor 92 do not affect the operation even if they have a positional relationship opposite to that shown in FIG.

【0027】図5の実施例において、可飽和リアクトル
のバイアス励磁電流 (ni0)をIsとほぼ等しくするよ
う説明したが、これも絶対条件ではなく、必要に応じて
変えても差し支えない。
In the embodiment of FIG. 5, the bias exciting current (ni 0 ) of the saturable reactor is explained to be substantially equal to I s , but this is not an absolute condition and may be changed as necessary.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上のように、本発明では、自己消弧形
スイッチング素子が最小の数でインバータを構成し、且
つ自己消弧形スイッチング素子のオン・オフ時に発生す
るスイッチング損失を抑制することができ、且つ負荷電
流を若干上回る電流が自己消弧形スイッチング素子を流
れるだけですむようにすることができ、高周波で動作さ
せても損失の少ない、非常に優れたインバータを提供で
きる。
As described above, according to the present invention, the number of self-extinguishing switching elements constitutes an inverter and the switching loss generated when the self-extinguishing switching elements are turned on / off is suppressed. It is possible to provide a very excellent inverter that has a small amount of loss even if it is operated at a high frequency because the current that is slightly higher than the load current only needs to flow through the self-turn-off switching element.

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

【図1】本発明よるインバータの一実施例の回路図であ
る。
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of an inverter according to the present invention.

【図2】本発明によるインバータのもう一つの実施例の
回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram of another embodiment of the inverter according to the present invention.

【図3】本発明のインバータに用いる可飽和リアクトル
の特性例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a characteristic example of a saturable reactor used in the inverter of the present invention.

【図4】図1及び図2の実施例の動作を説明するための
タイムチャートである。
FIG. 4 is a time chart for explaining the operation of the embodiment of FIGS. 1 and 2.

【図5】本発明によるインバータのさらにもう一つの実
施例の回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram of still another embodiment of the inverter according to the present invention.

【図6】図5の実施例の動作を説明するためのタイムチ
ャートである。
FIG. 6 is a time chart for explaining the operation of the embodiment of FIG.

【図7】従来の典型的なインバータを示す回路図であ
る。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a conventional typical inverter.

【図8】スイッチング損失を極小にした従来のインバー
タの回路図である
FIG. 8 is a circuit diagram of a conventional inverter that minimizes switching loss.

【図9】図8のインバータの動作を説明するためのタイ
ムチャートである。
9 is a time chart for explaining the operation of the inverter of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 直流電源 21, 22 自己消弧形スイッチング素子 31, 32 ダイオード 41, 42 スナバダイオード 51, 52 スナバコンデンサ 61, 62 スナバ抵抗 71, 72 ダイオード 81, 82 共振コンデンサ 9 共振リアクトル 91, 92 可飽和リアクトル 10 電流変成器 1 DC power supply 21, 22 Self-extinguishing type switching element 31, 32 Diode 41, 42 Snubber diode 51, 52 Snubber capacitor 61, 62 Snubber resistance 71, 72 Diode 81, 82 Resonant capacitor 9 Resonant reactor 91, 92 Saturable reactor 10 Current transformer

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】直流電源に対して、ダイオードとスナバコ
ンデンサとをそれぞれ並列接続された自己消弧形スイッ
チング素子を2組直列接続したものを順方向に、また共
振用コンデンサを並列接続されたダイオードを2組直列
接続したものを逆方向に接続し、前記自己消弧形スイッ
チング素子の直列接続点と前記ダイオードの直列接続点
との間に共振用リアクトルを接続したインバータ回路に
おいて、 前記ダイオードの直列接続点と前記共振用リアクトルと
の間に第1の可飽和リアクトルを挿入し、該第1の可飽
和リアクトルと前記共振用リアクトルとの接続点から負
荷を取り出すようにしたことを特徴とするインバータ。
1. A diode in which two sets of self-extinguishing type switching elements in which a diode and a snubber capacitor are respectively connected in parallel are connected in series to a DC power source in the forward direction and a resonance capacitor is connected in parallel. In the inverter circuit in which two sets of two are connected in the reverse direction, and a resonance reactor is connected between the series connection point of the self-extinguishing type switching element and the series connection point of the diode, An inverter characterized in that a first saturable reactor is inserted between a connection point and the resonance reactor, and a load is taken out from a connection point between the first saturable reactor and the resonance reactor. .
【請求項2】直流電源に対して、ダイオードとスナバコ
ンデンサとをそれぞれ並列接続された自己消弧形スイッ
チング素子を2組直列接続したものを順方向に、また共
振用コンデンサを並列接続されたダイオードを2組直列
接続したものを逆方向に接続し、前記自己消弧形スイッ
チング素子の直列接続点と前記ダイオードの直列接続点
との間に共振用リアクトルを接続し、前記ダイオードの
直列接続点と前記共振用リアクトルとの間に第1の可飽
和リアクトルを挿入したインバータ回路において、 前記共振用リアクトルと前記第1の可飽和リアクトルと
の間に更に第2の可飽和リアクトルを挿入し、該第2の
可飽和リアクトルと前記第1の可飽和リアクトルとの接
続点から負荷を取り出すようにしたことを特徴とするイ
ンバータ。
2. A diode in which two sets of self-extinguishing type switching elements in which a diode and a snubber capacitor are respectively connected in parallel are connected in series to a DC power source in the forward direction and a resonance capacitor is connected in parallel. Are connected in series in the opposite direction, and a resonance reactor is connected between the series connection point of the self-extinguishing switching element and the series connection point of the diode, and the series connection point of the diode is connected. An inverter circuit in which a first saturable reactor is inserted between the resonance reactor and a second saturable reactor is further inserted between the resonance reactor and the first saturable reactor. An inverter characterized in that a load is taken out from a connection point between the second saturable reactor and the first saturable reactor.
【請求項3】前記第1の可飽和リアクトルに、負荷電流
に比例した電流でバイアス励磁をかけるようにしたこと
を特徴とする請求項1又は2記載のインバータ。
3. The inverter according to claim 1, wherein the first saturable reactor is biased with a current proportional to a load current.
【請求項4】前記第2の可飽和リアクトルに、負荷電流
に比例した電流でバイアス励磁をかけるようにしたこと
を特徴とする請求項1又は2記載のインバータ。
4. The inverter according to claim 1, wherein the second saturable reactor is biased with a current proportional to a load current.
JP4263737A 1992-10-01 1992-10-01 Inverter Pending JPH06121547A (en)

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JP (1) JPH06121547A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008118784A (en) * 2006-11-06 2008-05-22 Honda Motor Co Ltd Power conversion circuit
JP2012055101A (en) * 2010-09-02 2012-03-15 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor switching device

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