JPH078143B2 - インバ−タ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、直流電力を入力し負荷に高周波交流電力を
出力するインバータ装置に関するものである。

〔背景技術〕

第７図に従来例である一般的な１石式電圧共振形インバ
ータ装置の構成を示す。この従来例は、スイッチング素
子であるトランジスタ２とダンパダイオード３の並列回
路と、トランス４の１次巻線N₁と共振コンデンサ５の並
列回路とを直流電源１に対して直列接続し、トランス４
の２次巻線N₂に発生する高周波交流電力を負荷６に出力
するものである。トランジスタ２は、直流電源１に対し
て分圧抵抗８と直列接続したコンデンサ９の充電電圧を
入力とする制御回路７から出力される制御信号V₇によっ
てオン／オフ制御される。

第８図の波形図を参照して、この従来例の動作を説明す
る。第８図（１）は制御信号V₇を示し、第８図（２）は
トランジスタ２のコレクタ電流I₂を示し、第８図（３）
はトランジスタ２のコレクタ電圧V₂を示し、第８図
（４）は共振コンデンサ５に流れる電流I₅を示し、第８
図（５）はダンパダイオード３に流れるダンパ電流I₃を
示し、第８図（６）は負荷６に供給される負荷電流I₆を
示す。

第８図（１）に示すように駆動信号V₇がハイレベルにな
ると、トランジスタ２がオンとなりコレクタ電流I₂が第
８図（２）に示すように直線的に増加する。制御信号V₇
がローレベルになると、トランジスタ２がオフとなり、
トランス４の１次巻線N₁に流れていた電流が流れ続けよ
うとするため、第８図（４）に示すように共振コンデン
サ５に電流I₅が流れ込む。共振コンデンサ５が充電され
ると前記電流I₅が逆向きに流れ、共振コンデンサ５の電
圧が直流電源１の電圧とほぼ同じになると、第８図
（５）に示すようにダンパダイオード３にダンパ電流が
I₃が流れ、トランス４の１次巻線N₁を介して直流電源１
に回生電流が流れる。次にトランジスタ２がオンになっ
て同様の動作が繰り返され、負荷６のトランス４の２次
巻線N₂に生じる高周波交流電力が出力される。

この従来例では、トランジスタ２のオン期間を変えるこ
とによって負荷６に出力される高周波交流電力の大きさ
が変化する。トランジスタ２がオフになる瞬間の共振回
路の出力電力は、直流電源１の電圧をV_E、トランス４の
１次巻線N₁に流れる電流をI_N、共振コンデンサ５の容量
をＣ、前記巻線N₁の共振インダクタンスをL_Nとすると、 となる。この従来例は、前記出力電力によって負荷６に
高周波交流電力を供給するので、前記巻線N₁に流れる電
流I_Nを変化することによって、負荷電流I₆を所定範囲内
で変化することができる。つまりトランジスタ２のオン
期間を変化させれば、負荷６に出力する高周波交流電力
が変化する。

しかしながら、この従来例には次のような問題がある。
第９図は、第８図に対応すた波形図であるが、トランジ
スタ２のオン期間を長くした場合を示す。この従来例で
は、トランジスタ２のオン期間を長くすると、トランジ
スタ２がオンとなってからコレクタ電流I₂が直線的に増
加するために第９図（２）に示すようにトランジスタ２
がオフとなるときのコレクタ電流I₂が極めて大きくな
る。したがって、電流容量の大きなトランジスタ２を用
いる必要があるとともにスイッチングロスおよびそのス
イッチングノイズが増大するという問題がある。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、スイッチング素子に比較的電流容量
の小さいものを用いることができるとともにスイッチン
グロスおよびスイッチングノイズを減少することができ
るインバータ装置を提供することである。

〔発明の開示〕

この発明の構成は、直流電源に接続したチョークコイル
とスイッチング素子の直列回路と、前記スイッチング素
子に逆並列接続したダンパダイオードと、前記スイッチ
ング素子がオンのとき電流共振回路を形成するインダク
タおよび第１のコンデンサと、前記スイッチング素子が
オフのとき前記インダクタおよび前記第１のコンデンサ
とともに電圧共振回路を形成する第２のコンデンサと、
前記電圧共振回路の電圧共振の１周期に前記スイッチン
グ素子のオフ期間を制御するとともに電流共振回路の電
流共振期間が増減するように前記スイッチング素子のオ
ン期間を制御するスイッチング素子制御回路とを備え、
前記電流共振回路および前記電圧共振回路に生じる高周
波交流電力を出力することを特徴とするものである。

この発明の構成によれば、スイッチング素子のオン期間
を長くすると、チョークコイルの蓄積エネルギおよび電
流共振回路の蓄積エネルギが増大して、前記スイッチン
グ素子がオフになったとき、電圧共振回路で生じる高周
波交流電力が大きくなり、負荷電流が増大する。スイッ
チング素子のオン期間が長くなると前記電流共振回路の
電流共振期間が長くなるが、その共振減衰によってスイ
ッチング素子がオフになるときスイッチング素子に流れ
る電流が従来例のように大きくならない。したがって、
スイッチング素子に比較的電流容量の小さいものを用い
ることができるとともにそのスイッチングロスおよびス
イッチングノイズを減少することができる。

実施例 第１図は、この発明の第１実施例の構成を示す回路図で
ある。この実施例のインバータ装置は、直流電源20に接
続したチョークコイル21とスイッチング素子22の直列回
路と、前記スイッチング素子22に逆並列接続したダンパ
ダイオード23と、前記スイッチング素子22がオンのとき
電流共振回路を形成するインダクタ24および第１のコン
デンサ25と、前記スイッチング素子22がオフのとき前記
インダクタ24および前記第１のコンデンサ25とともに電
圧共振回路を形成する第２のコンデンサ26と、前記電圧
共振回路の電圧共振の１周期に前記スイッチング素子22
のオフ期間を制御するとともに電流共振回路の電流共振
期間が増減するように前記スイッチング素子22のオン期
間を制御するスイッチング素子制御回路29とを備えてい
る。

この実施例では、スイッチング素子22はトランジスタで
あって、直流電源20に対して分圧抵抗27と直列接続した
コンデンサ28の充電電圧が入力端に与えられるスイッチ
ング素子制御回路29の出力である制御信号V₂₉によって
オン／オフ制御される。このスイッチング素子22には、
前述のようにダンパダイオード23が逆並列接続されてい
る他、インダクタ24であるトランスの１次巻線N₁と第１
のコンデンサ25の直列回路および第２のコンデンサ26が
それぞれ並列接続されている。そして負荷30は、インダ
クタ24であるトランスの２次巻線N₂に接続され、前記電
流共振回路および前記電圧共振回路に生じる高周波交流
電力によって負荷電流I₃₀が供給される。

この実施例の動作を第２図および第３図の波形図に基づ
いて説明する。第２図（１）および第３図（１）は前記
制御信号V₂₉を示し、第２図（２）および第３図（２）
はスイッチング素子22であるトランジスタのコレクタ電
流I₂₂およびダンパダイオード23に流れるダンパ電流I₂₃
を示し、第２図（３）および第３図（３）はスイッチン
グ素子22であるトランジスタのコレクタ電圧V₂₂を示
し、第２図（４）および第３図（４）は第２のコレクタ
26に流れる電流I₂₆を示し、第２図（５）および第３図
（５）はチョークコイル21に流れる電流I₂₁を示し、第
２図（６）および第３図（６）は前記１次巻線N₁および
第１のコンデンサ25に流れる電流I₂₅を示し、第２図
（７）および第３図（７）は負荷電流I₃₀を示す。

まず、第２図に基づいて一般的な動作を説明する。第２
図（１）に示すように制御信号V₂₉がハイレベルになる
とスイッチング素子22がオンとなり、第２図（５）に示
すようにチョークコイル21には直線的に増加する電流I
₂₁が流れる。この電流I₂₁によって前記１次巻線N₁と第
１のコンデンサ25の直列回路では、電流共振が発生し、
スイッチング素子22およびダイオード23には、第２図
（２）に示すようにコレクタ電流I₂₂およびダンパ電流I
₂₃が流れる。スイッチング素子２がオフになると、チョ
ークコイル21に流れていた電流I₂₁が前記電流共振回路
に流れ続け、その電流共振回路で生じた電流I₂₅が第２
のコンデンサ26に流れ込む。この動作によって今度は電
圧共振となり、第２図（３）に示すようにコレクタ電圧
V₂₂が正弦波状に変化する。次に第２のコンデンサ26の
電圧が零になると、電流共振回路で生じる電流は、ダン
パダイオード23を介して流れる。そしてまたスイッチン
グ素子22がオンになり、同様の動作が繰り返される。こ
のような動作で、第２図（６）に示すように電流I₂₅が
流れ、前記第２巻線N₂で発生した電圧によって第２図
（７）に示すような高周波の負荷電流I₃₀が負荷30に供
給される。

次に第３図を参照して、負荷30への出力を増加するため
にスイッチング素子22のオン期間を長くした場合の動作
について説明する。第３図（１）に示すようにスイッチ
ング素子22のオン期間が長くなると、第３図（２）に示
すように電流共振期間が長くなり電流共振回数が増加す
る。また前記オン期間において第３図（５）に示すよう
にチョークコイル21に流れる電流I₂₁が徐々に増加して
行くため、チョークコイル21の蓄積エネルギおよび前記
電流共振回路の蓄積エネルギが増大し、スイッチング素
子22がオフになったとき、第３図（３）に示すようにコ
レクタ電圧V₂₂のピーク値が高くなる。したがって、ス
イッチング素子22のオン期間が長くなると、第３図
（６）に示すように前記電圧共振回路の電圧共振によっ
て生じる電流I₂₅が増大し、第３図（７）に示すように
負荷電流I₃₀が増大する。

この実施例では、スイッチング素子22のオン期間を長く
すると、前記電流共振回路の電流共振期間が長くなる
が、第３図（２）に示すように共振減衰によってコレク
タ電流I₂₂のピーク値は徐々に減少して行く。つまり、
スイッチング素子22のオン期間を長くしても、従来例に
ようにスイッチング素子22がオフになるときにコレクタ
電流I₂₂が大きくならない。したがって、この実施例で
は、スイッチング素子22に比較的電流容量の小さいもの
を用いることができるとともにそのスイッチングロスお
よびスイッチングノイズを減少することができる。

第４図は、この発明の第２実施例の構成を示す回路図で
ある。この実施例は、前述の第１実施例においてスイッ
チング素子22に並列接続されていたインダクタ24と第１
のコンデンサ25の直列回路および第２のコンデンサ26を
チョークコイル21に並列接続したものである。

第５図は、この発明の第３実施例の構成を示す回路図で
ある。この実施例は、第２実施例におけるトランスを実
施例とするインダクタ24をチョークコイルを実施例とす
るインダクタ24′に置き換え、チョークコイル21と並列
に負荷30とインダクタ24′と第１のコンデンサ25の直列
回路を接続したものである。

第６図は、この発明の第４実施例の構成を示す回路図で
ある。この実施例は、第１実施例において第２コンデン
サ26を取り除き、回路に発生する浮遊容量を第２コンデ
ンサ26′としたものである。この実施例では、チョーク
コイル21と並列に生じる浮遊容量を第２コンデンサ26′
としている。

この発明では、上述の第２実施例ないし第４実施例にお
いても前述の第１実施例と同様に従来例に比較してスイ
ッチング素子２の電流容量を小さくすることができると
ともに、そのスイッチングロスおよびスイッチングノイ
ズを減少することができる効果がある。

〔発明の効果〕

この発明のインバータ装置によれば、負荷電流を大きく
するためにスイッチング素子のオン期間を長くすると電
流共振回路の電流共振期間が長くなり、その共振減衰に
よってスイッチング素子に流れる電流が徐々に減少して
いくので、スイッチング素子をオフにしたときスイッチ
ング素子に流れる電流が従来例のように大きくならない
ので、スイッチング素子に比較的電流容量の小さいもの
を用いることができるとともにそのスイッチングロスお
よびスイッチングノイズを減少することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例の構成を示す回路図、第
２図および第３図は第１実施例の動作を説明するための
波形図、第４図は第２実施例の構成を示す回路図、第５
図は第３実施例の構成を示す回路図、第６図は第４実施
例の構成を示す回路図、第７図は従来例の構成を示す回
路図、第８図および第９図は従来例の動作を説明するた
めの波形図である。 20……直流電源、21……チョークコイル、22……スイッ
チング素子、23……ダンパダイオード、24,24′……イ
ンダクタ、25……第１のコンデンサ、26,26′……第２
のコンデンサ、29……スイッチング素子制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源に接続したチョークコイルとスイ
   ッチング素子の直列回路と、前記スイッチング素子に逆
   並列接続したダンパダイオードと、前記スイッチング素
   子がオンのとき電流共振回路を形成するインダクタおよ
   び第１のコンデンサと、前記スイッチング素子がオフの
   とき前記インダクタおよび前記第１のコンデンサととも
   に電圧共振回路を形成する第２のコンデンサと、前記電
   圧共振回路の電圧共振の１周期に前記スイッチング素子
   のオフ期間を制御するとともに電流共振回路の電流共振
   期間が増減するように前記スイッチング素子のオン期間
   を制御するスイッチング素子制御回路とを備え、前記電
   流共振回路および前記電圧共振回路に生じる高周波交流
   電力を出力することを特徴とするインバータ装置。