JPH06351257A

JPH06351257A - 電力変換装置

Info

Publication number: JPH06351257A
Application number: JP5139671A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Nakamura; 俊朗中村; Haruo Nagase; 春男永瀬; Shojiro Kido; 正二郎木戸; Takashi Kanbara; 隆神原
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1993-06-10
Filing date: 1993-06-10
Publication date: 1994-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】始動時や強制停止時などにおいて異常高電圧や
異常電流が発生するのを防止した電力変換装置を提供す
るにある。【構成】制御回路５は直流電源２が接続されて電源オン
となり、電源電圧が動作開始電圧になると、ＦＥＴ
Ｑ₁，Ｑ₄と、ＦＥＴＱ₂，Ｑ₃のどちらかの組み合わ
せを低周波発振器ＯＳＣ₁の低周波信号でオンさせる。
このオン動作から遅延回路７で一定時間遅延した後に高
周波発振器ＯＳＣ₂の高周波信号によりＦＥＴＱ₂、Ｑ
₄のいずれかを高周波でスイッチングさせて、電圧変換
部１のチョッピング動作を開始させる。このようにして
始動時においては、必ずリアクトルＬのエネルギの負荷
回路４への放電経路を形成した後、高周波によるチョッ
ピング動作を開始するのである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力変換装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】出力電圧が直流の電源電圧に対して高い
電圧から低い電圧まで広範囲に可変できる電力変換装置
として次のようなものがある。図１６に示す電力変換装
置はスイッチング素子Ｓ₀をスイッチングさせてオン時
にインダクタンス要素であるトランスＴに磁気エネルギ
を蓄積させ、オフ時に逆流防止のダイオードＤ₁を介し
て蓄積したエネルギをコンデンサＣ₀に流して充電し必
要な電圧Ｖ₂まで直流電源２の電圧Ｖ₁を変換する昇圧
チョッパからなる電圧変換部１と、この電圧変換部１の
出力を交流に変換して負荷回路４に供給するインバータ
回路３から構成される。この装置では負荷回路４に印加
する出力電圧の調整は電圧変換部１或いはインバータ回
路３のいずれか、或いは両方で行うように成っている。

【０００３】また図１７（ａ）（ｂ）に示す装置は電圧
変換部１に昇圧或いは降圧のチョッパ回路を用い、この
電圧変換部１のインダクタンス要素であるリアクトルＬ
に蓄積されたエネルギを直接インバータ回路３を介して
負荷回路４に供給するようになっており、この場合リア
クトルＬにエネルギを蓄積するために電圧変換部１のス
イッチング素子Ｓ₀によって、負荷電力を調整し、スイ
ッチング素子Ｓ₁〜Ｓ ₄をブリッジ接続したフルブリッ
ジ型のインバータ回路３で負荷回路４に供給する電力の
極性を決定するようになっている。

【０００４】図１８（ａ）（ｂ）は図１７に於けるリア
クトルＬに代わりにトランスＴを用いた装置である。更
に図１９（ａ）に示すように電源のエネルギをリアクト
ルＬに蓄積し、負荷回路４側へ供給するチョッパ回路を
構成する電圧変換部１のスイッチング素子を兼用したス
イッチング素子を持つスイッチ回路からなるインバータ
回路３を備えた装置もある。上記スイッチ回路は電流ル
ープを電流ｉ₁のように負荷回路４を介さずリアクトル
Ｌ（或いはトランス）にエネルギを蓄積するモードと、
リアクトルＬに蓄積されたエネルギを負荷回路４に供給
するために負荷回路へ電流ｉ₂を流すモードとがある。
具体的例としては、図１９（ｂ）に示すようなものが特
願平−３４３２２４号として出願されている。

【０００５】以上のような電源電圧に対して、昇圧或い
は降圧させる電圧変換部１と、インバータ回路３とから
なる電力変換装置には、例えば図２０に示すインダクタ
ンス素子Ｌ₁と放電灯ＬＰとからなる負荷回路４を接続
して放電灯点灯装置を構成するものがある。このような
放電灯点灯装置を構成する場合、図１６の装置以外の各
装置では次のような問題があった。

【０００６】つまり図１６の装置の場合には、電圧変換
部１はコンデンサＣ₀に電荷を蓄え、それを電圧源とし
てインバータ回路３側に供給するようになっているた
め、どのような状態においてスイッチング素子を全てオ
フしても、電圧変換部１のトランスＴあるいはリアクト
ルなどに流れる電流は常にダイオードＤ₀、コンデンサ
Ｃ₀等による閉回路に流れ、そのためインバータ回路３
を完全に分離することができ、放電灯ＰＬを始動する場
合、各スイッチング素子Ｓ₁〜Ｓ₄及びＳ₀の動作開始
に関しては何ら規定しなくても良い。

【０００７】しかし図１７（ａ）又は（ｂ）のようにリ
アクトルＬに蓄積されたエネルギを直接インバータ回路
３を介して負荷回路４側へ供給するような場合、その動
作は直流電源２→リアクトルＬ→電圧変換部１のスイッ
チング素子Ｓ₀→直流電源２の電流経路でリアクトルＬ
にエネルギを蓄積し、直流電源１→リアクトルＬ→イン
バータ回路３のスイッチング素子→負荷回路４→直流電
源１或いは、リアクトルＬ→インバータ回路３のスイッ
チング素子→負荷回路４→リアクトルＬの電流経路でリ
アクトルＬに蓄積されたエネルギを負荷回路４側に供給
するという動作となる。そのため始動時に、電圧変換部
１のスイッチング素子Ｓ₀から先に動作し、インバータ
回路３のスイッチング素子がリアクトルＬのエネルギを
放電するための電流経路が形成されていない場合、電圧
変換部１のスイッチング素子Ｓ₀がオンからオフ状態に
なってリアクトルＬのエネルギを放電しようとすると、
各スイッチング素子Ｓ₁〜Ｓ₄及びＳ₀の両端等に異常
高電圧が発生し、装置が破損するという問題があった。
また強制的に動作を停止させる場合リアクトルＬに電流
が流れている状態で全てのスイッチング素子Ｓ₁〜Ｓ₄
及びＳ₀をオフさせるとスイッチング素子Ｓ₁〜Ｓ₄及
びＳ₀の両端等に異常高電圧が発生し、装置が破損する
という問題があった。

【０００８】このため異常高電圧を発生するリアクトル
Ｌの端子間や、高電圧が印加されて破損する恐れがある
スイッチング素子Ｓ₁〜Ｓ₄、Ｓ₀の端子間或いは、イ
ンバータ回路３の入力端に高圧サージ電圧等の異常高電
圧を抑制する電圧吸収要素を接続する必要がある。この
ような電圧吸収要素には図２１（ａ）に示すような抵
抗、或いは（ｂ）に示すようなコンデンサ、更に（ｃ）
に示すような抵抗とコンデンサの直列回路、又（ｄ）の
ように抵抗、コンデンサ、ダイオードで構成される回
路、（ｅ）のようなＺＮＲのようなサージアブソーバ素
子等がある。

【０００９】以上のような方法で、異常高電圧を抑制
し、装置の破壊を防ぐ必要があるが、上記のように電圧
吸収要素を接続するため、部品点数の増加や、損失の増
加、更にノイズの増加、設計の複雑化を招く恐れがあっ
た。リアクトルＬを用いる代わりに図１８のようにトラ
ンスＴを用いて、トランスＴの１次側でエネルギを蓄積
し、２次側或いは１次、２次の結合回路によりエネルギ
を放電するような回路の場合でも同様な問題がある。こ
の場合も図２２（ａ）（ｂ）に示すように上記の電圧吸
収要素をＺ₁〜Ｚ₄のように接続しなればならなかっ
た。

【００１０】更に図１９（ｂ）に示す電力変換装置は、
図１７と同様な動作を行い、インバータ回路３を形成す
るスイッチング素子Ｓ₁〜Ｓ₄の内一部或いは全てをオ
ンすることによって、直流電源２→リアクトルＬ→スイ
ッチング素子→直流電源２の電流経路でリアクトルＬに
エネルギを蓄積し、上記エネルギの蓄積時にオンしてい
たスイッチング素子の内一部或いは全てをオフする。こ
のとき負荷回路４側にリアクトルＬのエネルギを供給す
る経路を形成するようにスイッチング素子をオンし、直
流電源２→リアクトルＬ→スイッチング素子→負荷回路
４→直流電源２の電流経路或いは、リアクトルＬ→スイ
ッチング素子→負荷回路４→リアクトルＬの電流経路で
リアクトルＬに蓄積されていたエネルギを負荷回路４側
に供給する。この装置のも次のような問題がある。つま
り始動に際し、リアクトルＬにエネルギを蓄積している
とき、その電流経路の一部或いは全てをオフすることに
よってリアクトルＬのエネルギを負荷回路４側に供給し
始めようとした場合に、その電流経路が形成されていな
いと、リアクトルＬのエネルギの放電が阻止されるた
め、各スイッチング素子Ｑ₁〜Ｑ₄等に異常高電圧が発
生し、装置を破損する可能性があった。また動作停止時
においても同様な問題があった。

【００１１】このために図２３のように異常高電圧を発
生する原因となるリアクトルＬの端子間や、高電圧が印
加されて破損する恐れがあるスイッチング素子Ｓ₁〜Ｓ
₄の端子間或いは、インバータ回路３の入力端に図示す
るようにＺ₁，Ｚ₂，Ｚ₃のような高圧サージ電圧等の
異常高電圧を抑制する電圧吸収要素（図２１の各図に示
す）を接続する必要がある。従って、図１９に示す電力
変換装置も図１７の電力変換装置と同様に部品点数の増
加や、損失の増加、ノイズの増加、設計の複雑化を招く
等の問題があった。

【００１２】またリアクトルＬを用いる代わりにトラン
スを用いて、トランスの１次側でエネルギを蓄積し、２
次側或いは１次、２次の結合回路によりエネルギを放電
するような回路構成をとる場合でも同様な問題があっ
た。更に上記各電力変換装置において、負荷回路４に電
圧リップルを低減するために平滑用のコンデンサＣ₁を
負荷回路４に並列に接続している場合、コンデンサＣ₁
に予め電荷が蓄えられているとき、インバータ回路３が
リアクトルＬやトランスのエネルギ放電経路を形成した
瞬間コンデンサＣ₁の電荷が急速に放電し、過大な異常
大電流が流れるという問題があった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のような電力変換
装置では、始動する場合に、リアクトルＬやトランスに
蓄えられたエネルギを放電する経路中のスイッチング素
子の全て或いは一部がオフしている状態でリアクトルＬ
にエネルギを蓄積するためのスイッチング素子が動作
し、リアクトルＬ或いはトランスＴに蓄えられたエネル
ギを放電しようとした際に、サージ電圧等の異常高電圧
が発生し、装置を破壊するという問題があった。また強
制的に動作を停止させる際に、リアクトルＬやトランス
Ｔに電流が流れているときにも同様にサージ電圧等の異
常高電圧が発生し、装置を破壊するという問題があっ
た。

【００１４】また平滑用のコンデンサＣ₁を負荷回路４
に並列に接続している場合に、始動時に平滑用のコンデ
ンサＣ₁に残っている電荷がインバータ回路３のスイッ
チング素子を通じて放電され、異常な電流が流れるとい
う問題があった。本発明は、上述の問題点に鑑みて為さ
れたものでその目的とするところは始動時や強制停止時
などにおいて異常高電圧や異常電流が発生するのを防止
した電力変換装置を提供するにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、直
流電源と、インダクタンス要素と、スイッチング手段と
からなり、スイッチング手段をオンオフしてスイッチン
グ手段のオン時に直流電源、インダクタンス要素、スイ
ッチング手段の閉回路を構成してインダクタンス要素に
エネルギを蓄積し、スイッチング手段のオフ時に蓄積し
たエネルギを負荷回路を介して放出させる変換手段と、
この変換手段と負荷回路との間に介在し変換手段から負
荷回路への電流経路をオンオフするスイッチ回路とを備
えた電力変換装置において、始動時にスイッチング手段
がオンからオフから切り替わる前にスイッチ回路をオン
させて変換手段から負荷回路への電流経路を形成する制
御手段を備えたものである。

【００１６】請求項２の発明では、動作停止時にスイッ
チ回路のオフより先にスイッチング手段をオフさせ、イ
ンダクタンス要素に流れる電流が所定値以下になった時
にスイッチ回路をオフさせる制御手段を備えたものであ
る。請求項３の発明は、始動時にスイッチング手段がオ
ンからオフから切り替わる前にスイッチ回路をオンさせ
て変換手段から負荷回路への電流経路を形成する制御手
段と、動作停止時にスイッチ回路のオフより先にスイッ
チング手段をオフさせ、インダクタンス要素に流れる電
流が所定値以下になった時にスイッチ回路をオフさせる
制御手段を備えたものである。

【００１７】請求項４の発明は、請求項１又は２又は３
の発明において、インダクタンス要素をリアクトルで構
成したものである。請求項５の発明は、請求項１又は２
又は３の発明において、インダクタンス要素をトランス
で構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の電力
変換装置。請求項６の発明は、請求項１又は２又は３の
発明において、スイッチング手段を１個以上のスイッチ
ング素子で構成してそのスイッチング素子の一部ないし
全部をスイッチ回路を構成するスイッチング素子と兼用
したものである。

【００１８】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、スイッチ回路を変換手段の出力の極性を交互に切り
換えるインバータ回路で構成したものである。請求項
８の発明は、請求項１又は２又は３の発明において、ス
イッチ回路を電圧変換部の出力極性を交互に切り換える
インバータ回路で構成し、負荷回路に並列に平滑用のコ
ンデンサを接続したものであって始動時おけるインバー
タ回路のスイッチングで平滑用のコンデンサの電荷が放
電されないようにコンデンサの電圧極性とインバータ回
路の出力極性との関係を予め制御する手段を設けたもの
である。

【００１９】請求項９の発明は、請求項１又は２又は３
の発明において、スイッチ回路を電圧変換部の出力極性
を交互に切り換えるインバータ回路で構成し、負荷回路
に並列に平滑用のコンデンサを接続したものであって始
動時おけるインバータ回路のスイッチングで平滑用のコ
ンデンサの電荷が放電されないようにコンデンサの電圧
を予め低減する手段を設けたものである。

【００２０】

【作用】請求項１の発明によれば、始動時にスイッチン
グ手段がオンからオフから切り替わる前にスイッチ回路
をオンさせて変換手段から負荷回路への電流経路を形成
する制御手段を備えたものであるから、動作を開始する
場合に過大なサージ電圧などの異常高電圧の発生を防ぐ
ことができ、そのため損失の増大を防ぐことができ、し
かも電圧吸収のための特別な素子や回路を別に設ける必
要がなく、回路の簡略化や設計の軽減を図ることができ
る。

【００２１】請求項２の発明によれば、動作停止時にス
イッチ回路のオフより先にスイッチング手段をオフさ
せ、インダクタンス要素に流れる電流が所定値以下にな
った時にスイッチ回路をオフさせる制御手段を備えたも
のであるから、動作を停止する場合に過大なサージ電圧
などの異常高電圧の発生を防ぐことができ、そのため損
失の増大を防ぐことができ、しかも電圧吸収のための特
別な素子や回路を別に設ける必要がなく、回路の簡略化
や設計の軽減を図ることができる。

【００２２】請求項３の発明によれば、始動時にスイッ
チング手段がオンからオフから切り替わる前にスイッチ
回路をオンさせて変換手段から負荷回路への電流経路を
形成する制御手段と、動作停止時にスイッチ回路のオフ
より先にスイッチング手段をオフさせ、インダクタンス
要素に流れる電流が所定値以下になった時にスイッチ回
路をオフさせる制御手段とを備えたものであるから、動
作を開始する場合及び動作を停止する場合に過大なサー
ジ電圧などの異常高電圧の発生を防ぐことができ、その
ため損失の増大を防ぐことができ、しかも電圧吸収のた
めの特別な素子や回路を別に設ける必要がなく、回路の
簡略化や設計の軽減を図ることができる。

【００２３】請求項８又は９の発明によれば、スイッチ
回路としてインバータ回路を用い、負荷回路に平滑用の
コンデンサを接続している場合において、始動時に平滑
用のコンデンサの残留電荷による異常電流がインバータ
回路のスイッチング素子に流れるのを防ぐことができ
る。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。（実施例１）本実施例は、電圧変換部１のスイッチング
素子を、インバータ回路３のスイッチング素子に兼用さ
せたもので、インバータ回路３のブリッジ接続したスイ
ッチング素子Ｓ₁〜Ｓ₄は、ＦＥＴＱ₁〜Ｑ₄と、ダイ
オードＤ₁〜Ｄ₄との直列回路で構成し、これらＦＥＴ
Ｑ₁〜Ｑ₄を制御回路５の制御信号により駆動するよう
になっている。

【００２５】制御回路５は低周波発振器ＯＳＣ₁の出力
をＦＥＴＱ₁の駆動信号とし、またその反転出力をＦＥ
ＴＱ₃の駆動信号として出力としている。つまりＦＥＴ
Ｑ₁、Ｑ₃を図２（ｄ）、（ｆ）に示すように低周波で
交互にオン、オフさせるようになっている。一方図２
（ａ）に示す直流電源２の電圧Ｖ_Sを監視して動作開始
電圧Ｖref を越えたときに図２（ｂ）に示すように”
Ｈ”出力を発生する電源電圧監視回路６と、この電源電
圧監視回路６の出力を図２（ｃ）に示すように一定時間
遅延させる遅延回路７とを設け、この遅延回路７の出力
と、高周波発振器ＯＳＣ₂の出力との論理積出力と上記
低周波発振器ＯＳＣ₁の出力との論理和出力をＦＥＴＱ
₄の駆動信号として出力し、また上記論理積出力と上記
低周波発振器ＯＳＣ₁の反転出力との論理和出力をＦＥ
ＴＱ₂の駆動信号として出力している。従ってＦＥＴＱ
₂は図２（ｅ）に示すようにＦＥＴＱ₁がオン状態の時
に高周波でオン、オフを繰り返し、ＦＥＴＱ₁がオフ状
態でオン状態を継続し、またＦＥＴＱ₄は図２（ｇ）に
示すようにＦＥＴＱ₃がオン状態の時に高周波でオン、
オフを繰り返し、ＦＥＴＱ₁がオフ状態でオン状態を継
続する。

【００２６】而して直流電源１が接続されて電源オンと
なり、電源電圧Ｖ_Sが動作開始電圧Ｖref になると、電
源電圧監視回路６の出力が”Ｌ”から”Ｈ”になる。一
方低周波発振器ＯＳＣ₁の出力により、ＦＥＴＱ₁，Ｑ
₄と、ＦＥＴＱ₂，Ｑ₃のどちらかの組み合わせがオン
となる。そしてＦＥＴＱ₁，Ｑ₄と、ＦＥＴＱ₂，Ｑ₃
のどちらかの組み合わせが完全にオンした時間になった
ころ、遅延回路７の出力が”Ｌ”から”Ｈ”になり、高
周波発振器ＯＳＣ₂から出力される高周波信号がアンド
回路ＡＮＤ₁から出力され、ＦＥＴＱ₂、Ｑ₄のいずれ
かが高周波でスイッチングを開始する。

【００２７】つまり始動時においては、必ず放電経路が
形成された後、高周波によるチョッピング動作が始まる
ことになるのである。（実施例２）本実施例は、図３に示すように電圧変換部
１のスイッチング素子をインバータ回路３のスイッチン
グ素子と兼用せず、別個に設けたものであり、電圧変換
部１のスイッチング素子であるＦＥＴＱ₀と、この電圧
変換部１の出力極性を切り換えて負荷回路４に接続する
フルブリッジ型のインバータ回路３のＦＥＴＱ₁〜Ｑ₄
を駆動する制御回路５は低周波発振器ＯＳＣ₁の低周波
信号をそのままＦＥＴＱ₁、Ｑ₄の駆動信号とし、また
低周波発振器ＯＳＣ₁の低周波信号の反転信号をＦＥＴ
Ｑ₂、Ｑ₃の駆動信号として出力するようになってお
り、図４（ｂ）〜（ｅ）に示すようにＦＥＴＱ₁〜Ｑ₄
を低周波でオン、オフさせる。

【００２８】またＦＥＴＱ₁、Ｑ₄への駆動信号の論理
積出力と、ＦＥＴＱ₂、Ｑ₃への駆動信号の論理積出力
との論理和をとり、その図４（ｆ）に示す論理和出力
と、図４（ａ）に示す高周波発振器ＯＳＣ₂の高周波信
号との論理積出力をＦＥＴＱ₀の駆動信号として出力す
るようになっている。ＦＥＴＱ₀はこの駆動信号により
図４（ｇ）に示すように高周波でスイッチングする。

【００２９】電圧変換部１はトランスＴの１次側に接続
されているＦＥＴＱ₀がオンした時に流れる１次側電流
でトランスＴにエネルギを蓄積し、ＦＥＴＱ₀がオフし
た時に蓄積エネルギをトランスＴの２次側から負荷側へ
放電し、インバータ回路３はこの放電に際し、その極性
を切り換える動作を行うのである。而して始動時におい
てはまず制御回路５からの駆動信号によりインバータ回
路３のＦＥＴＱ₂，Ｑ₃又はＦＥＴＱ₁，Ｑ₄の組み合
わせの何れかがオンし、他方がオフする。そしてこれら
の組み合わせのうち何れがオンして放電経路が形成した
かを、アンド回路ＡＮＤ₂，ＡＮＤ₃とオア回路ＯＲ₁
により検出し、放電経路が形成されたとき、オア回路Ｏ
Ｒ₁の出力が”Ｈ”となる。この”Ｈ”により、高周波
発振器ＯＳＣ₂の高周波信号がアンド回路ＡＮＤ₄を通
じて電圧変換部１のＦＥＴＱ₀に駆動信号として与えら
れ、ＦＥＴＱ₀が高周波でスイッチングを開始するので
ある。

【００３０】つまり始動時においては、必ず放電経路が
形成された後、高周波によるチョッピング動作が始まる
ことになるのである。（実施例３）本実施例は図５に示すように図３に示す回
路にダイオードＤ_S1、Ｄ_S2、インダクタンス要素Ｌ_Sか
らなる出力反転回路をインバータ回路３に加えたもので
ある。

【００３１】制御回路５は、図６（ａ）に示す低周波発
振器ＯＳＣ₁の低周波信号の立ち上がりでトリガされる
ワンショットマルチブレータ８と、Ｔ型フリップフロッ
プ９とを備え、ワンショトマルチバイブレータ８の図６
（ｂ）に示す反転Ｑ出力と、Ｔ型フリップフロップ９の
図６（ｃ）に示すＱ出力との論理積出力をスイッチング
素子Ｓ₁の駆動信号（図６（ｄ）に示す）とし、またワ
ンショトマルチバイブレータ８の図６（ｂ）に示す反転
Ｑ出力と、Ｔ型フリップフロップ９の反転Ｑ出力との論
理積出力をスイッチング素子Ｓ₂の駆動信号（図６
（ｅ）に示す）とし、更にＴ型フリップフロップ９のＱ
出力をスイッチング素子Ｓ₄の駆動信号（図６（ｇ）に
示す）とし、またＴ型フリップフロップ９の反転Ｑ出力
をスイッチング素子Ｓ₃の駆動信号（図６（ｆ）に示
す）としている。そしてスイッチング素子Ｓ₁、Ｓ₄の
駆動信号の論理積出力と、スイッチング素子Ｓ₂、Ｓ₃
の駆動信号の論理積出力との論理和を取りこの論理和出
力と、高周波発振器ＯＳＣ₂の高周波信号との論理積出
力をスイッチング素子Ｓ₀の駆動信号（図６（ｈ）に示
す）としている。

【００３２】制御回路５の駆動信号でスイッチング素子
Ｓ₁〜Ｓ₄が駆動されるインバータ回路３の基本動作は
実施例２と同様であるが、インバータ回路３の出力の極
性が反転するときに、まず電圧変換部１のスイッチング
素子Ｓ₀を停止させ、反転前にスイッチング素子Ｓ₁、
Ｓ₄がオンしていたならば、スイッチング素子Ｓ₁，Ｓ
₄をオフした後、スイッチング素子Ｓ₃をオンする。こ
の時負荷回路４に並列に接続されているコンデンサＣ₁
の電荷はインダクタンス要素Ｌ_S、コンデンサＣ₁から
なる共振系で放電されてコンデンサＣ₁の電圧が反転し
行く。コンデンサＣ₁が少なくとも零或いは極性が逆に
なった後、スイッチング素子Ｓ₂をオンし、スイッチン
グ素子Ｑ₀の高周波スイッチングを開始して出力電圧の
極性反転が完了する。また反転前に、スイッチング素子
Ｓ₂，Ｓ₃がオンしていたならば、スイッチング素子Ｓ
₂，Ｓ₃をオフした後、スイッチング素子Ｓ₄をオンす
る。そしてコンデンサＣ₁ので電圧が反転した後、スイ
ッチング素子Ｓ₁をオンし、スイッチング素子Ｑ₀の高
周波スイッチング動作を開始するのである。

【００３３】而して、始動時の動作では、まずスイッチ
ング素子Ｓ₃或いはＳ₄のどちらかからオンし、始動す
るときの出力の極性が、コンデンサＣ₁の充電極性と逆
であった場合に、出力反転回路により、コンデンサＣ₁
の充電極性と、インバータ回路３の出力電圧の極性を合
わせた後、スイッチング素子Ｓ₃をオンした時には、ス
イッチング素子Ｓ₂を、スイッチング素子Ｓ₄をオンし
た時にはスイッチング素子Ｓ₁をオンしてスイッチング
素子Ｓ₀の高周波スイッチングを開始し、チョッパ動作
を始める。

【００３４】これによって、まずコンデンサＣ₁の残留
電荷の放電により始動時にインバータ回路３に異常電流
が流れるのを防止することができ、また始動時の異常高
電圧発生を防止することができるのである。（実施例４）本実施例は図７に示すように電圧変換部１
及びインバータ回路３の構成は実施例１と同様な構成を
持つものであるが、制御回路５が次のように異なってい
る。

【００３５】つまり、本実施例は、電圧変換部１の昇圧
チョッピング用の高周波発振器ＯＳＣ₂と、低周波発振
器ＯＳＣ₁との発振出力により駆動信号を得ている点で
は実施例１と同じであるが、低周波信号はラッチ１５で
ラッチされてＱ出力、反転Ｑ出力となる。このラッチ１
５のＱ出力はＦＥＴＱ₂の駆動信号（図８（ｃ）に示
す）となり、反転Ｑ出力はＦＥＴＱ₄の駆動信号（図８
（ｅ））となる。

【００３６】またラッチ１５のＱ出力、反転Ｑ出力と低
周波信号との論理和をオア回路ＯＲ ₂、ＯＲ₃で取り、
夫々の出力がＦＥＴＱ₁、Ｑ₃の駆動信号（図８
（ｂ），（ｄ））となる。一方動作異常検出等の動作停
止のトリガとなる信号を取り込んだときに図８（ａ）に
示す停止信号を発生する停止信号発生回路１０を備え、
この停止信号発生回路１０の反転出力信号がアンド回路
ＡＮＤ₇に入ることにより高周波発振器ＯＳＣ₂の高周
波信号を遮断するようになっている。この遮断によりチ
ョッピング動作によるリアクトルＬへのエネルギ蓄積が
止められる。同時に停止信号がラッチ１５のラッチイネ
ーブル信号ＬＥに入り、その時点での低周波信号の出力
が維持され、負荷回路４側へリアクトルＬの電流経路を
固定し、リアクトルＬのエネルギを負荷回路４に放電さ
せる。

【００３７】さらに電流検出器ＣＴにより、図８（ｆ）
に示すリアクトルＬの電流を検出し、コンパレータ１１
によってリアクトルＬに流れる電流が零になったか判定
する。この電流が零になってコンパレータ１１より図８
（ｇ）に示す”Ｈ”の信号が出力されれば、ナンド回路
ＮＡＮＤ₁、アンド回路ＡＮＤ₅，アンド回路ＡＮＤ ₆
によってリアクトルＬのエネルギを放電させる閉回路を
形成していたＦＥＴをオフし、全てのＦＥＴＱ₁〜Ｑ₄
をオフするのである。

【００３８】このようにして本実施例では動作停止時に
おけるサージ電圧等の異常高電圧の発生を防止すること
ができるのである。（実施例５）本実施例は、図９に示すように電圧変換部
１及びインバータ回路３の構成は実施例４と同じである
が、制御回路５はリアクトルＬのエネルギを負荷回路４
へ放電させる閉回路を形成していたインバータ回路３の
スイッチング素子をオフするタイミングを、リアクトル
電流を実施例４のように変流器ＣＴで検出して得るので
はなく、図１０（ａ）に示すように停止信号発生回路１
０からの停止信号を遅延回路１２に通し、この遅延回路
１２から遅延した信号が図１０（ｆ）に示すように出力
されると、アンド回路ＡＮＤ₅，ＡＮＤ₆の出力が共
に”Ｌ”となり、閉回路を形成しているＦＥＴＱ₂、Ｑ
₃を図１０（ｂ）、（ｅ）に示すようにオフし、インバ
ータ動作を停止させるようになっている。

【００３９】この遅延回路１２の遅延時間はリアクトル
Ｌのエネルギが負荷回路４に放電するのに十分な時間に
設定されている。尚図１０（ｄ）、（ｅ）はＦＥＴ
Ｑ₂、Ｑ₃のスイッチング動作を示す。（実施例６）本実施例は、図１１に示すように電圧変換
部１のトランスＴの２次側の中間タップに負荷回路４と
コンデンサＣ₁の並列回路を接続し、この並列回路の他
端とトランスＴの２次側の両端との間にダイオードＤ₁
とＦＥＴＱ₁とで構成されるスイッチング素子Ｓ₁及び
ダイオードＤ₂とＦＥＴＱ₂とで構成されるスイッチン
グ素子Ｓ₂を夫々挿入し、これらスイッチング素子
Ｓ₁，Ｓ₂により負荷回路４に加える電圧の極性を交互
に反転するインバータ回路３を構成したものである。

【００４０】また制御回路５は上記実施例５，６と同様
に電圧変換部１の昇圧チョッピング用の高周波発振器Ｏ
ＳＣ₂と、低周波発振器ＯＳＣ₁との発振出力を用いて
おり高周波信号と停止信号発生回路１０の反転出力との
論理積出力をＦＥＴＱ₀の駆動信号（図１２（ｂ）に示
す）としている。また停止信号発生回路１０から出力さ
れる図１２（ａ）に示す停止信号でトリガされるワンシ
ョットマルチバイブレータ１３の反転出力との否定論理
積をナンド回路ＮＡＮＤ₂でとり、図１２（ｅ）に示す
その否定論理積出力と、低周波信号をラッチするラッチ
１５のＱ出力との論理積出力をＦＥＴＱ₁の駆動信号
（図１２（ｃ）に示す）とし、またナンド回路ＮＡＮＤ
₂の否定論理積出力とラッチ１５の反転Ｑ出力との論理
積出力をＦＥＴＱ₂の駆動信号（図１２（ｄ））として
いる。

【００４１】而して動作異常等検出の信号を取り込んで
停止信号発生回路１０から停止信号が出力されると、ア
ンド回路ＡＮＤ₇から高周波信号が出力しなくなり電圧
変換部１のスイッチング素子Ｑ₀のスイッチング動作が
停止し、トランスＴへのエネルギ蓄積が止められる。同
時に停止信号がラッチ１５のラッチイネーブル信号ＬＥ
に入り、その時点での低周波信号の出力が維持され、負
荷回路４側へトランスＴからの電流経路を固定し、トラ
ンスＴのエネルギを負荷回路４に放電させる。トランス
Ｔのエネルギを放電する電流経路を固定するインバータ
回路３のＦＥＴはワンショットマルチバイブレータ１
３、ノットゲートＮＴ₁、ナンド回路ＮＡＮＤ₂からな
る遅延回路、つまり停止信号が出力されてから、ワンシ
ョットマルチバイブレータ１２の出力が終了するまでオ
フし、インバータ回路３の動作が停止するようになって
いる。このワンショットマルチバイブレータ１２の出力
のパルス幅はトランスＴの蓄積エネルギが負荷回路に放
電し得るのに十分な時間に設定されている。

【００４２】なお上記各実施例は夫々始動時と停止時の
異常高電圧の発生防止を図ったものであるが、両方の機
能を持たせても勿論よい。上記各実施例は負荷回路４と
電圧変換部１との間に挿入されるスイッチ回路としてイ
ンバータ回路３を用いたものであったが、図１３（ａ）
（ｂ）に示すようなスイッチング素子Ｓを挿入しただけ
のスイッチ回路を用いてもよい。つまりスイッチ回路は
１個以上のスイッチング素子を備えておれば良く、特に
数的には限定されるものでなく、始動時又は停止時或い
は両方において、上記実施例と同様な制御を行えば、サ
ージ電圧等の異常高電圧の発生を防止してスイッチング
素子Ｓ₀、Ｓが破壊されるのを防ぐことができるのであ
る。

【００４３】つまり始動時ではリアクトルＬ又はトラン
スＴに蓄積されたエネルギを負荷回路４に放電するため
の電流経路を、電圧変換部１のスイッチング素子Ｓ₀が
スイッチング動作を開始する前に負荷回路４と電圧変換
部１との間に挿入されたスイッチ回路が形成するように
制御回路５で制御すれば、サージ電圧等の異常高電圧の
発生を防止できる。

【００４４】同様に動作停止時において、制御回路５に
よりリアクトルＬやトランスＴのエネルギを負荷回路４
に放電させてリアクトルＬ又はトランスＴに流れる電流
を零又は許容できる電流値に低下させた後にスイッチ回
路のスイッチング素子及び電圧変換部１のスイッチング
素子Ｓ₀を全てオフにすることによりサージ電圧の発生
を防止できるのである。つまり図１３（ａ）の回路にお
いて、図１４（ａ）に示す如く電圧変換部１のスイッチ
ング素子Ｓ₀が動作している状態では図１４（ｂ）に示
すようにリアクトルＬに電流が流れ、スイッチング素子
Ｓ₀のオフ時にスイッチ回路のスイッチング素子Ｓを介
して負荷回路４にリアクトルＬからのエネルギが放電さ
れるようになっている。そしてスイッチング素子Ｓ₀が
オンしている状態で制御回路５に停止信号が入ると、制
御回路５はリアクトルＬに流れている電流が許容値に低
下した時点でスイッチング素子Ｓをオフする。またスイ
チング素子Ｓ₀がオフ状態でリアクトルＬからスイッチ
ング素子Ｓを通じて負荷回路４へエネルギを放電してい
る状態で、制御回路５に停止信号が入ると、制御回路５
はスイッチング素子Ｓ₀のオフ状態を継続させたままリ
アクトルＬに流れている電流が許容値に低下した時点で
スイッチング素子Ｓをオフする。またスイッチング素
子Ｓ₀がオフ、Ｓがオン状態でリアクトルＬに電流が流
れていない状態で動作を停止する場合には、スイッチン
グ素子Ｓをオフする。かように少なくとも停止時には電
圧変換部１のスイッチング素子Ｓ₀を先にオフしてか
ら、スイッチ回路のスイッチング素子Ｓをオフすること
により動作停止時のサージ電圧等の異常高電圧発生を防
止することができるのである。

【００４５】また上記実施例３では極性反転回路によ
り、コンデンサＣ₁の残留電荷による異常電流がインバ
ータ回路３に流れるのを防止していたが、図１５に示す
ようなインピーダンス素子Ｚ_Cと、スイッチング素子Ｓ
_Cとの直列回路からなる出力電圧反転回路６をコンデン
サＣ₁に並列に接続し、始動において制御回路５により
出力電圧反転回路１４のスイッチング素子Ｓ_Cを一定期
間オンさせてコンデンサＣ₁の残留電荷を放電させ、し
かる後にインバータ回路３の動作を開始させるようにし
てもよい。この場合コンデンサＣ₁の残留電荷の極性を
制御回路５が始動前に知る必要がなく、コンデンサＣ₁
の残留電荷の極性が始動するときのインバータ回路３の
出力電圧の極性と違っていても異常電流が流れるのを防
止することができる。

【００４６】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、始動時にスイ
ッチング手段がオンからオフから切り替わる前にスイッ
チ回路をオンさせて変換手段から負荷回路への電流経路
を形成する制御手段を備えたものであるから、動作を開
始する場合に過大なサージ電圧などの異常高電圧の発生
を防止することができ、そのため損失の増大を防ぐこと
ができ、しかも電圧吸収のための特別な素子や回路を別
に設ける必要がなく、回路の簡略化や設計の軽減を図る
ことができるという効果がある。請求項２の発明によれ
ば、動作停止時にスイッチ回路のオフより先にスイッチ
ング手段をオフさせ、インダクタンス要素に流れる電流
が所定値以下になった時にスイッチ回路をオフさせる制
御手段を備えたものであるから、動作を停止する場合に
過大なサージ電圧などの異常高電圧の発生を防止するこ
とができ、そのため損失の増大を防ぐことができ、しか
も電圧吸収のための特別な素子や回路を別に設ける必要
がなく、回路の簡略化や設計の軽減を図ることができる
という効果がある。

【００４７】請求項３の発明によれば、始動時にスイッ
チング手段がオンからオフから切り替わる前にスイッチ
回路をオンさせて変換手段から負荷回路への電流経路を
形成する制御手段と、動作停止時にスイッチ回路のオフ
より先にスイッチング手段をオフさせ、インダクタンス
要素に流れる電流が所定値以下になった時にスイッチ回
路をオフさせる制御手段とを備えたものであるから、動
作を開始する場合及び動作を停止する場合に過大なサー
ジ電圧などの異常高電圧の発生を防止することができ、
そのため損失の増大を防ぐことができ、しかも電圧吸収
のための特別な素子や回路を別に設ける必要がなく、回
路の簡略化や設計の軽減を図ることができるという効果
がある。

【００４８】請求項８又は９の発明は、スイッチ回路と
してインバータ回路を用い、負荷回路に平滑用のコンデ
ンサを接続してリップル分を減らしている場合におい
て、始動時に平滑用のコンデンサの残留電荷による異常
電流がインバータ回路のスイッチング素子に流れるのを
防ぐことができるという効果がある。。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の回路構成図である。

【図２】同上の動作説明用タイミングチャートである。

【図３】本発明の実施例２の回路構成図である。

【図４】同上の動作説明用タイミングチャートである。

【図５】本発明の実施例３の回路構成図である。

【図６】同上の動作説明用タイミングチャートである。

【図７】本発明の実施例４の回路構成図である。

【図８】同上の動作説明用タイミングチャートである。

【図９】本発明の実施例５の回路構成図である。

【図１０】同上の動作説明用タイミングチャートであ
る。

【図１１】本発明の実施例６の回路構成図である。

【図１２】同上の動作説明用タイミングチャートであ
る。

【図１３】（ａ）は本発明の他の実施例の概略回路構成
図である。（ｂ）は本発明のその他の実施例の概略回路
構成図である。

【図１４】図１３（ａ）の実施例の動作説明用タイミン
グチャートである。

【図１５】本発明の更にその他の実施例の概略回路構成
図である。

【図１６】従来例の概略回路構成図である。

【図１７】（ａ）は別の従来例の概略回路構成図であ
る。（ｂ）は他の従来例の概略回路構成図である。

【図１８】（ａ）はその他の従来例の概略回路構成図で
ある。（ｂ）は更にその他の従来例の概略回路構成図で
ある。

【図１９】（ａ）は更に別の従来例の概略回路構成図で
ある。（ｂ）はまた更に別の従来例の概略回路構成図で
ある。

【図２０】負荷回路の回路例図である。

【図２１】（ａ）乃至（ｅ）は電圧吸収要素の例図であ
る。

【図２２】（ａ）は図１８（ａ）の従来例の問題解決説
明用回路図である。（ｂ）は図１８（ｂ）の従来例の問
題解決説明用回路図である。

【図２３】図１９（ｂ）の従来例の問題解決説明用回路
図である。

【符号の説明】

１電圧変換部２直流電源３インバータ回路４負荷回路５制御回路６電流電圧監視回路７遅延回路Ｓ₁… スイッチング素子Ｑ₁… ＦＥＴＯＳＣ₁低周波発振器ＯＳＣ₂高周波発振器Ｌリアクトル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者神原隆大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源と、インダクタンス要素と、スイ
ッチング手段とからなり、スイッチング手段をオンオフ
してスイッチング手段のオン時に直流電源、インダクタ
ンス要素、スイッチング手段の閉回路を構成してインダ
クタンス要素にエネルギを蓄積し、スイッチング手段の
オフ時に蓄積したエネルギを負荷回路を介して放出させ
る変換手段と、この変換手段と負荷回路との間に介在し
変換手段から負荷回路への電流経路をオンオフするスイ
ッチ回路とを備えた電力変換装置において、始動時にス
イッチング手段がオンからオフから切り替わる前にスイ
ッチ回路をオンさせて変換手段から負荷回路への電流経
路を形成する制御手段を備えたことを特徴とする電力変
換装置。
【請求項２】直流電源と、インダクタンス要素と、スイ
ッチング手段とからなり、スイッチング手段をオンオフ
してスイッチング手段のオン時に直流電源、インダクタ
ンス要素、スイッチング手段の閉回路を構成してインダ
クタンス要素にエネルギを蓄積し、スイッチング手段の
オフ時に蓄積したエネルギを負荷回路を介して放出させ
る変換手段と、この変換手段と負荷回路との間に介在し
変換手段から負荷回路への電流経路をオンオフするスイ
ッチ回路とを備えた電力変換装置において、動作停止時
にスイッチ回路のオフより先にスイッチング手段をオフ
させ、インダクタンス要素に流れる電流が所定値以下に
なった時にスイッチ回路をオフさせる制御手段を備えた
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】直流電源と、インダクタンス要素と、スイ
ッチング手段とからなり、スイッチング手段をオンオフ
してスイッチング手段のオン時に直流電源、インダクタ
ンス要素、スイッチング手段の閉回路を構成してインダ
クタンス要素にエネルギを蓄積し、スイッチング手段の
オフ時に蓄積したエネルギを負荷回路を介して放出させ
る変換手段と、この変換手段と負荷回路との間に介在し
変換手段から負荷回路への電流経路をオンオフするスイ
ッチ回路とを備えた電力変換装置において、始動時にス
イッチング手段がオンからオフから切り替わる前にスイ
ッチ回路をオンさせて変換手段から負荷回路への電流経
路を形成する制御手段と、動作停止時にスイッチ回路の
オフより先にスイッチング手段をオフさせ、インダクタ
ンス要素に流れる電流が所定値以下になった時にスイッ
チ回路をオフさせる制御手段を備えたことを特徴とする
電力変換装置。
【請求項４】インダクタンス要素をリアクトルで構成し
たことを特徴とする請求項１又は２又は３記載の電力変
換装置。
【請求項５】インダクタンス要素をトランスで構成した
ことを特徴とする請求項１又は２又は３記載の電力変換
装置。
【請求項６】スイッチング手段を１個以上のスイッチン
グ素子で構成してそのスイッチング素子の一部ないし全
部をスイッチ回路を構成するスイッチング素子と兼用し
たことを特徴する請求項１又は２又は３記載の電力変換
装置。
【請求項７】スイッチ回路を電圧変換部の出力極性を交
互に切り換えるインバータ回路で構成したことを特徴と
する請求項６記載の電力変換装置。
【請求項８】スイッチ回路を電圧変換部の出力極性を交
互に切り換えるインバータ回路で構成し、負荷回路に並
列に平滑用のコンデンサを接続したものであって始動時
おけるインバータ回路のスイッチングで平滑用のコンデ
ンサの電荷が放電されないようにコンデンサの電圧極性
とインバータ回路の出力極性との関係を予め制御する手
段を設けたことを特徴とする請求項１又は２又は３記載
の電力変換装置。
【請求項９】スイッチ回路を電圧変換部の出力極性を交
互に切り換えるインバータ回路で構成し、負荷回路に並
列に平滑用のコンデンサを接続したものであって始動時
おけるインバータ回路のスイッチングで平滑用のコンデ
ンサの電荷が放電されないようにコンデンサの電圧を予
め低減する手段を設けたことを特徴とする請求項１又は
２又は３記載の電力変換装置。