JPH06237580A

JPH06237580A - パルス電源装置

Info

Publication number: JPH06237580A
Application number: JP5045712A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nishio; 尚西尾; Yoshiya Hirose; 義哉広瀬; Hideyuki Mae; 英之前
Original assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1993-02-09
Filing date: 1993-02-09
Publication date: 1994-08-23

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成で騒音の発生しないパルス電源装
置を提供する。【構成】リアクトル７、８を間に挟んで、高周波スイ
ッチング素子３、５と、低周波スイッチング素子４、６
とを、直列に接続し、低周波スイッチング素子４、６側
からリアクトル７、８側への一方向に電流を環流させる
フライホイールダイオード９、10を設けて、２つのユニ
ットを構成する。これら２つのユニットを並列に、直流
電源１に接続してある。各ユニットの低周波スイッチン
グ素子４、６に予め定めた位相差を持った低周波制御信
号を供給すると共に、同一のユニット内の低周波スイッ
チング素子４、６への上記低周波制御信号と位相が反転
している高周波制御信号を各高周波スイッチング素子
３、５に供給する駆動装置13を設けてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータを用いたパ
ルス電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、交流アーク溶接機、ランプ点灯
用電源、交流メッキ用電源及び交流着色用電源、その他
のパルス電源では、直流を交流に変換した電源を用いて
いる。その一例を図５に示す。同図において、例えば交
流電源を整流平滑して得た直流電源１からの直流電圧
は、インバータ２に供給される。このインバータ２は、
ＩＧＢＴ、トランジスタまたはＭＯＳＦＥＴ等のスイッ
チング素子３、４を直列に、同じくスイッチング素子
５、６を直列にそれぞれ接続し、両直列回路を並列に接
続して、直流電源１間に接続してある。そして、スイッ
チング素子３、４の接続点と、スイッチング素子５、６
との接続点との間に、リアクトル７と負荷８との直列回
路が接続されている。また、各スイッチング素子３、
４、５、６に並列に環流用のダイオード９、１０、１
１、１２がそれぞれ接続されている。

【０００３】スイッチング素子３、５には、図６
（ａ）、（ｃ）に示すような高周波制御信号が、スイッ
チング素子４、６には、図６（ｂ）、（ｄ）に示すよう
な低周波制御信号が、図示しない駆動装置から供給され
る。そして、これらスイッチング信号がＨレベルのと
き、各スイッチング素子３、４、５、６は導通する。

【０００４】従って、図６における期間ｔ１の時間ｔ１
１に示すように、スイッチング素子３に供給される高周
波信号がＨレベルであり、かつスイッチング素子６に供
給される低周波信号もＨレベルであるとき、スイッチン
グ素子３、６が導通し、直流電源１からスイッチング素
子３、リアクトル７、負荷８、スイッチング素子６、直
流電源１と電流が流れ、この間にリアクトル７にエネル
ギーが蓄積される。

【０００５】そして、図６に示すように時間ｔ１２に示
すように、スイッチング素子３への高周波制御信号がＬ
レベルで、スイッチング素子６への低周波制御信号がＨ
レベルであるとき、リアクトル７に蓄積されていたエネ
ルギーによって、負荷８、スイッチング素子６、ダイオ
ード１０、リアクトル７に電流が流れる。以下、このよ
うな動作が期間ｔ１の間、繰り返される。

【０００６】また、期間ｔ１に続く期間ｔ２の時間ｔ２
１では、スイッチング素子５に供給される高周波制御信
号がＨレベルであり、かつスイッチング素子４に供給さ
れる低周波制御信号がＨレベルであるので、直流電源１
からスイッチング素子５、負荷８、リアクトル７、スイ
ッチング素子４、直流電源１と電流が流れ、この間にリ
アクトル７にエネルギーが蓄積される。

【０００７】また、時間ｔ２２では、スイッチング素子
５に供給される高周波制御信号がＬレベルであり、かつ
スイッチング素子４に供給される低周波制御信号がＨレ
ベルであるとき、リアクトル７に蓄積されたエネルギー
によって、リアクトル７、スイッチング素子４、ダイオ
ード１２、負荷８、リアクトル７に電流が流れる。これ
を期間ｔ２の間、繰り返す。即ち、期間ｔ１と、ｔ２と
では、負荷８に流れる電流の方向が反対になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このようなインバータ
２では、高周波制御信号に例えば２０乃至５０ＫＨｚの
非可聴周波数の信号を使用しているので、高周波スイッ
チング素子３、５は騒音を発生しない。しかし、リアク
トル７に流れる電流は、低周波制御信号に応じて流れる
方向が反転し、この周波数は負荷８が要求する周波数に
応じて定められ、例えば５０乃至２００Ｈｚと可聴周波
数であるので、低周波の騒音を発生するという問題点が
あった。また、スイッチング素子３、４、５、６にそれ
ぞれ逆並列にダイオード９、１０、１１、１２を設けな
ければならず、構成が複雑であるという問題点があっ
た。

【０００９】これを解決するため、例えば図７に示すよ
うな電源装置が提案されている。これは、図５のインバ
ータ２から、ダイオード９乃至１２、リアクトル７を除
去して、インバータ２ａを構成し、その代わりに、直流
電源１の正側の端子とインバータ２ａの入力側との間
に、チョッパ用のスイッチング素子１４とリアクトル１
５との直列回路を設け、両者の接続点と直流電源１の負
側の端子との間にフライホイールダイオード１６を設け
たものである。

【００１０】この電源装置では、スイッチング素子１４
によってチョッピング動作を行うことによって、インバ
ータ２ａに供給される直流電圧の値を制御し、インバー
タ２ａによって、この直流電圧を断続して、負荷８に印
加される交流電圧の周波数を制御する。そして、リアク
トル１５に流れる電流の方向は、変化せずに一定である
ので、低周波の騒音は発生しない。また、各スイッチン
グ素子３、４、５、６に逆並列にダイオードが接続され
ていないので、インバータ２ａの構成も簡略化される。

【００１１】しかし、この電源装置では、インバータ２
ａの他に、チョッパ用のスイッチング素子１４が必要で
あり、構成が複雑になる上に、スイッチング素子１４に
は電力用の大型のものを使用しなければならず、電源装
置全体が大型になり、さらに高価になるという新たな問
題点が発生する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、リアクトルを間に挟んで、高周波制
御信号に応じて導通、非導通を繰り返す高周波スイッチ
ング素子と、低周波制御信号に応じて導通非導通を繰り
返す低周波スイッチング素子とを、直列に接続し、上記
低周波スイッチング素子側から上記リアクトル側への一
方向に電流を環流させる環流手段を設けたユニットを、
複数個、並列に接続し、この並列回路に直流電源を接続
し、上記各ユニットの低周波スイッチング素子に予め定
めた位相差を持った低周波制御信号を供給すると共に、
同一の上記ユニット内の低周波スイッチング素子への上
記低周波制御信号と位相が反転している高周波制御信号
を上記各高周波スイッチング素子に供給する駆動手段を
設けたものである。

【００１３】

【作用】本発明によれば、複数のユニットのうちの１つ
のユニット（これを仮に第１のユニットとする。）内の
低周波スイッチング素子が導通状態のとき、他のユニッ
ト（これを仮に第２のユニットとする。）内の高周波ス
イッチング素子が導通、非導通を繰り返している。第２
のユニット内の高周波スイッチング素子が導通している
とき、直流電源から第２のユニット内の高周波スイッチ
ング素子、第２のユニット内のリアクトル、負荷、第１
のユニット内の低周波スイッチング素子、直流電源と電
流が流れ、この間に第２のユニット内のリアクトルにエ
ネルギーが蓄積される。

【００１４】そして、第２のユニット内の高周波スイッ
チング素子が非導通状態になると、第２のユニット内の
リアクトルに蓄積されたエネルギーによって、このリア
クトルから、負荷、第１のユニット内の低周波スイッチ
ング素子、第２のユニット内の環流手段、第２のユニッ
ト内のリアクトルと電流が流れる。

【００１５】第１のユニット以外、例えば第２のユニッ
トの低周波スイッチング素子が導通している状態におい
て、他のユニットの高周波スイッチング素子が導通、非
導通を繰り返し、他のユニット内のリアクトルに上記と
同様にして、同一方向の電流が流れる。

【００１６】

【実施例】第１の実施例を図１及び図２に示す。この実
施例では、図１に示すように直流電源１の正の端子と負
の端子との間に、インバータ２が接続されている。

【００１７】このインバータ２は、２つのユニットから
なり、その１つのユニットは、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ
またはトランジスタ等からなる高周波スイッチング素子
３と、リアクトル７と、やはりＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ
またはトランジスタ等の低周波スイッチング素子４と
を、この順に直列に接続した直列回路を有している。こ
の直列回路は、高周波スイッチング素子３側が直流電源
１の正の端子側に、低周波スイッチング素子４が直流電
源１の負の端子側に接続されている。

【００１８】高周波スイッチング素子３及びリアクトル
７の接続点と、低周波スイッチング素子４との間に、環
流手段、例えばフライホイールダイオード９が接続され
ている。このフライホイールダイオード９は、低周波ス
イッチング素子４側からリアクトル７側にのみ電流が流
れるように、フライホイールダイオード９のカソードが
リアクトル７に、アノードが低周波スイッチング素子４
側にそれぞれ接続されている。

【００１９】もう一つのユニットも、高周波スイッチン
グ素子５、リアクトル８、低周波スイッチング素子６
が、この順に直列に接続された直列回路を有し、この直
列回路も、高周波スイッチング素子５側が直流電源１の
正の端子に、低周波スイッチング素子６側が直流電源１
の負の端子にそれぞれ接続されている。そして、フライ
ホイールダイオード９と同様にフライホイールダイオー
ド１０がリアクトル８及び高周波スイッチング素子５の
接続点と、低周波スイッチング素子６との間に接続され
ている。

【００２０】リアクトル７と低周波スイッチング素子４
との接続点と、リアクトル８と低周波スイッチング素子
６との接続点との間に、負荷１１が接続されている。ま
た、低周波スイッチング素子６と負荷１１との間に電流
検出器１２が設けられ、これによって負荷１１に流れる
電流が検出され、駆動装置１３に供給される。

【００２１】駆動装置１３は、各スイッチング素子３、
４、５、６の導通、非導通を制御するもので、高周波ス
イッチング素子３、５には、例えば図２（ｂ）、（ｄ）
に示すような高周波制御信号を供給し、低周波スイッチ
ング素子４、６には、同図（ｅ）、（ｃ）に示すような
低周波制御信号を供給する。

【００２２】これら低周波制御信号は、同図（ｅ）、
（ｃ）に示すように、ＨレベルとＬレベルとを繰り返す
もので、低周波スイッチング素子４は、同図（ｅ）に示
すようにＨレベルの低周波制御信号が供給されている期
間中、導通し、低周波スイッチング素子６は、同図
（ｃ）に示すようにＨレベルの低周波制御信号が供給さ
れている期間中、導通する。これら低周波制御信号がＨ
レベルである期間は、同図（ｅ）、（ｃ）の比較から明
らかなようにずれている。即ち、低周波スイッチング素
子３、５に供給される低周波制御信号は、位相がずれて
いる。

【００２３】高周波制御信号も、同図（ｂ）、（ｄ）に
示すようにＨレベルとＬレベルとを繰り返すもので、高
周波スイッチング素子３は、同図（ｂ）に示すようにＨ
レベルの高周波制御信号が供給されている期間中、導通
し、高周波スイッチング素子５は、同図（ｄ）に示すよ
うにＨレベルの高周波制御信号が供給されている期間
中、導通する。高周波スイッチング素子３に供給される
高周波制御信号がＨまたはＬレベルを繰り返す期間は、
低周波スイッチング素子６にＨレベルの制御信号が供給
されている期間であり、高周波スイッチング素子５に供
給される高周波制御信号がＨまたはＬレベルを繰り返す
期間は、低周波スイッチング素子４にＨレベルの制御信
号が供給されている期間である。

【００２４】この装置では、図２に示すように期間Ｔ１
の間、低周波スイッチング素子６にＨレベルの低周波制
御信号が供給されているとき（図２（ｃ）参照）、高周
波スイッチング素子３に供給される高周波制御信号がＨ
またはＬレベルの変化を繰り返す。高周波スイッチング
素子３に供給される高周波制御信号がＨレベルの期間Ｔ
１１のとき（図２（ｂ）参照）、直流電源１から、高周
波スイッチング素子３、リアクトル７、負荷１１、電流
検出器１２、低周波スイッチング素子６、直流電源１と
直流電流が流れる。この間に、リアクトル７にエネルギ
ーが蓄積される。

【００２５】また、高周波スイッチング素子３に供給さ
れる高周波制御信号がＬレベルの期間Ｔ１２のとき（図
２（ｂ）参照）、リアクトル７に蓄積されているエネル
ギーによって、リアクトル７から、負荷１１、電流検出
器１２、低周波スイッチング素子６、フライホイールダ
イオード９を介してリアクトル７に直流電流が流れる。
以下、このような動作を期間Ｔ１の間、繰り返す。この
間、負荷１１には図２（ａ）に示すように一定の直流電
圧が印加され、かつリアクトル７には同図（ｆ）に示す
ように一定の直流電流が流れる。

【００２６】また、図２に示すように期間Ｔ２間、低周
波スイッチング素子４に図２（ｅ）に示すようにＨレベ
ルの制御信号が供給され、この間、高周波スイッチング
素子５に供給される高周波制御信号はＨまたはＬレベル
の変化を繰り返す。高周波スイッチング素子５に供給さ
れるＨレベルの期間Ｔ２１のとき（図２（ｄ）参照）、
直流電源１から、高周波スイッチング素子５、リアクト
ル８、電流検出器１２、負荷１１、低周波スイッチング
素子４、直流電源１と直流電流が流れる。この間に、リ
アクトル８にエネルギーが蓄積される。

【００２７】また、高周波スイッチング素子５に供給さ
れる高周波制御信号がＬレベルの期間Ｔ２２のとき（図
２（ｄ）参照）、リアクトル８に蓄積されているエネル
ギーによって、リアクトル８から、電流検出器１２、負
荷１１、低周波スイッチング素子４、フライホイールダ
イオード１０を介してリアクトル８に直流電流が流れ
る。以下、このような動作を期間Ｔ２の間、繰り返す。
この間、負荷１１には図２（ａ）に示すように期間Ｔ１
とは逆向きの一定の直流電圧が印加され、かつリアクト
ル８には同図（ｇ）に示すように一定の直流電流が流れ
る。

【００２８】なお、この期間Ｔ２の間、リアクトル７に
流れていた電流は、低周波スイッチング素子４、フライ
ホイールダイオード９を介してリアクトル７に環流し、
図２（ｆ）に示すように徐々に減少していく。

【００２９】このようにリアクトル７、８に流れる電流
の向きは、負荷１１に印加される電圧の向きが反対にな
っても、図２（ｆ）、（ｇ）に示すように一定である。

【００３０】第２の実施例を図３及び図４に示す。この
実施例は、三相交流出力を負荷１１に供給するためのも
ので、高周波スイッチング素子、リアクトル、低周波ス
イッチング素子及びフライホイールダイオードからなる
ユニットが、３組設けられている。即ち、第１の実施例
と同様な２つのユニットが設けられている他に、高周波
スイッチング素子１７、リアクトル１８、低周波スイッ
チング素子１９、フライホイールダイオード２０からな
るユニットが設けられている。

【００３１】そして、図示していないが、リアクトル
７、８、９から負荷１１に流れる電流が電流検出器によ
って検出され、この検出電流に応じて駆動装置１３が各
高周波スイッチング素子３、５、１７、低周波スイッチ
ング素子４、６、１９を制御する。

【００３２】この制御として各スイッチング素子３、
５、１７、４、６、１９に供給される制御信号を図４に
示す。図４（ａ）が高周波スイッチング素子３に供給さ
れる高周波制御信号、同図（ｂ）が高周波スイッチング
素子５に供給される高周波制御信号、同図（ｃ）が高周
波スイッチング素子１７に供給される高周波制御信号、
同図（ｄ）が低周波スイッチング素子４に供給される低
周波制御信号、同図（ｅ）が低周波スイッチング素子６
に供給される低周波制御信号、同図（ｆ）が低周波スイ
ッチング素子１９に供給される低周波制御信号を表して
いる。

【００３３】この実施例においても、第１の実施例と同
様に動作し、各リアクトル７、８、１８には、常に同一
方向の一定の電流が流れる。また、図４から明らかなよ
うに、同一ユニット内の高周波スイッチング素子と、低
周波スイッチング素子とに供給される高周波制御信号と
低周波制御信号とでは、基本周波数は同一であるが、位
相が１８０°反転されており、同一ユニット内の高周波
スイッチング素子と低周波スイッチング素子とが同時に
導通しないようにされている。

【００３４】上記の両実施例は、定電流負荷に適したも
のであるが、定電流制御しない場合にも実施することが
できる。また、第１の実施例では、Ｔ１、Ｔ２の期間の
調整を低周波スイッチング素子４、６の導通期間によっ
て制御したが、チョッパ回路を設けて行ってもよい。ま
た、各リアクトルの値を適切に調整し、負荷１１に流れ
る電流値を、例えば第１の実施例における低周波スイッ
チング素子４が導通している期間と、低周波スイッチン
グ素子６が導通している期間とで、異ならせることもで
きる。さらに上記の実施例では、スイッチング素子３、
５及び１７に高周波制御信号を入力し、スイッチング素
子４、６及び１９に低周波制御信号を入力しているが、
それぞれ逆にしてもよい。この場合、フライホイールダ
イオードは、カソードを直流電源の＋側に、アノードを
高周波スイッチング素子とリアクトルとの接続点に接続
し、負荷を低周波スイッチング素子とリアクトルとの接
続点に接続すればよい。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、各リア
クトルの電流は、常に一定方向に流れるので、騒音を発
生することはない。また、インバータを構成する各スイ
ッチング素子と逆並列にダイオードを設ける必要がな
く、回路構成を簡略化することができる。また、インバ
ータと直流電源との間に、チョッパ用に大型のスイッチ
ング素子を設ける必要がなく、安価に製造することがで
きる。さらに、各リアクトルのエネルギーの放出時か
ら、高周波スイッチング素子が導通して各リアクトルに
エネルギーが蓄積される状態に移行するときの立ち上が
りが、例えば図２（ｆ）、（ｇ）に示すように速く正逆
の切換時の応答が速くなる。さらに、高周波スイッチン
グ素子と低周波スイッチング素子とが短絡しても、これ
らの間にリアクトルが設けられているので、リアクトル
によって限流され、スイッチング素子が破損することは
ない。従って、電圧が零のときに、休止期間を設ける必
要もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパルス電源装置の第１の実施例の
ブロック図である。

【図２】同第１の実施例の各部の波形図である。

【図３】同第２の実施例のブロック図である。

【図４】同第２の実施例の波形図である。

【図５】従来のパルス電源装置の一例のブロック図であ
る。

【図６】従来のパルス電源装置の他の例のブロック図で
ある。

【図７】従来の問題を解決するために提案された電源装
置のブロック図である。

【符号の説明】

１直流電源３５１７高周波スイッチング素子４６１９低周波スイッチング素子７、８、１８リアクトル９、１０、２０フライホイールダイオード（環流手
段）１３駆動装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リアクトルを間に挟んで、高周波制御信
号に応じて導通非導通を繰り返す高周波スイッチング素
子と、低周波制御信号に応じて導通非導通を繰り返す低
周波スイッチング素子とを、直列に接続し、上記低周波
スイッチング素子側から上記リアクトル側への一方向に
電流を環流させる環流手段を設けたユニットを、複数
個、並列に接続し、この並列回路に直流電源を接続し、
上記各ユニットの低周波スイッチング素子に予め定めた
位相差を持った低周波制御信号を供給すると共に、同一
の上記ユニット内の低周波スイッチング素子への上記低
周波制御信号と位相が反転している高周波制御信号を上
記各高周波スイッチング素子に供給する駆動手段を設け
てなるパルス電源装置。