JPH08126340A - Resonance type dc-ac inverter - Google Patents

Resonance type dc-ac inverter

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JPH08126340A
JPH08126340A JP6282708A JP28270894A JPH08126340A JP H08126340 A JPH08126340 A JP H08126340A JP 6282708 A JP6282708 A JP 6282708A JP 28270894 A JP28270894 A JP 28270894A JP H08126340 A JPH08126340 A JP H08126340A
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JP
Japan
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switching element
resonance
current
voltage
capacitor
Prior art date
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Pending
Application number
JP6282708A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideki Hayashi
秀喜 林
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
Original Assignee
Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To provide a DC-AC inverter for driving induction motor which is less in switching element loss and does not produce much electronic noise. CONSTITUTION: In a DC-AC inverter which obtains a multiphase AC output from a DC power source 1, a resonance reactor 2 and a switching element 3 connected in parallel with a reverse parallel diode 4 are connected to the power source 1 and load devices 15-17 respectively connected in parallel with smoothing capacitors 6-8 and in series with switching elements 9-14 are connected across the element 3 through a resonance capacitor 5.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は主に誘導電動機駆動用直
流交流変換装置であって、比較的小容量で高周波動作を
行ない、電磁ノイズの少ないことが要求されるものに関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention mainly relates to a DC / AC converter for driving an induction motor, which is required to perform a high frequency operation with a relatively small capacity and to have a small electromagnetic noise.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3は従来より使用されている共振形直
流交流変換器の1例を示すもので、主として小容量の直
流電源として用いられており、昇降圧形半波電圧共振D
C−DCコンバータと言われるものである。図3におい
て1は直流電源、2は共振リアクトル、3はスイッチン
グ素子、4は逆並列ダイオード、5は共振コンデンサ、
20は変圧器、21は整流ダイオード、22は平滑コンデン
サ、23は負荷装置である。
2. Description of the Related Art FIG. 3 shows an example of a resonance type DC / AC converter which has been conventionally used. It is mainly used as a small capacity DC power source and has a buck-boost type half-wave voltage resonance D
It is called a C-DC converter. In FIG. 3, 1 is a DC power supply, 2 is a resonance reactor, 3 is a switching element, 4 is an anti-parallel diode, 5 is a resonance capacitor,
Reference numeral 20 is a transformer, 21 is a rectifying diode, 22 is a smoothing capacitor, and 23 is a load device.

【0003】この回路の動作はよく知られており、例え
ば電気情報通信学会研究会資料PE90−14 松尾他「リ
アクトル電流連続および不連続領域における昇降圧形電
圧共振DC−DCコンバータの統一的動作解析」(199
0)などに詳しく記載されており、ここでは詳述しない
が、図4に動作波形の1例を示す。この回路の動作は複
雑で、回路定数や入出力電圧などの動作条件により種々
の動作モードを取り、図4とは異なる波形となる場合も
ある。
The operation of this circuit is well known. For example, the Institute of Electrical, Information and Communication Engineers Study Group material PE90-14 Matsuo et al. "Unified operation analysis of buck-boost voltage resonant DC-DC converter in reactor current continuous and discontinuous region. (199
0) and the like, and although not described here in detail, FIG. 4 shows an example of operation waveforms. The operation of this circuit is complicated, and there are cases in which various operating modes are adopted depending on operating conditions such as circuit constants and input / output voltages, and a waveform different from that shown in FIG.

【0004】図4の(A)はスイッチング素子3のオン
信号であり、ハイレベル時点弧信号が与えられ導通状態
となる。(B)は共振リアクトル2の電流波形で、時刻
t0 にてスイッチング素子3が導通すると、直流電源1
よりエネルギーが供給され、電流はほぼ直線的に上昇す
る。時刻t1 においてスイッチング素子がオフされる
と、共振リアクル2と共振コンデンサ5の直列共振回路
が形成される。
FIG. 4A shows an ON signal of the switching element 3, which is in a conducting state when a high-level time arc signal is given. (B) is a current waveform of the resonance reactor 2. When the switching element 3 becomes conductive at time t0, the DC power source 1
More energy is supplied and the current rises almost linearly. When the switching element is turned off at the time t1, a series resonant circuit of the resonant recicle 2 and the resonant capacitor 5 is formed.

【0005】図4の(B)の共振リアクトル電流と図4
の(C)の共振コンデンサ電圧は正弦波状の共振波形と
なる、変圧器20の2次電圧が出力電圧を越える領域時刻
t2〜t3 で(D)に示す2次電流が流れ負荷装置23に
電力が供給される。時刻t4 において共振コンデンサ5
の電圧が零となると、以後逆並列ダイオード4が導通
し、t4 から共振リアクトル2の電流が再び正となるt
4 の区間でスイッチング素子3にオン信号を与えること
により無電圧状態でオンさせることができ、オン時のス
イッチング損失をなくすることができる。このスイッチ
ング損失低減がこの回路の大きな特徴であり、このため
諸回路素子の小形化が計れる高周波数動作が可能とな
る。
Resonant reactor current of FIG. 4B and FIG.
The resonance capacitor voltage of (C) has a sinusoidal resonance waveform, and the secondary current shown in (D) flows in the region t2 to t3 where the secondary voltage of the transformer 20 exceeds the output voltage. Is supplied. Resonant capacitor 5 at time t4
When the voltage of 0 becomes zero, the anti-parallel diode 4 becomes conductive thereafter, and the current of the resonant reactor 2 becomes positive again from t4.
By applying an ON signal to the switching element 3 in the section of 4, it can be turned on in a non-voltage state, and the switching loss at the time of ON can be eliminated. This reduction in switching loss is a major feature of this circuit, which enables high-frequency operation that allows miniaturization of various circuit elements.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図3の回路は直流入力
直流出力のDC−DCコンバータであるがDC−DCコ
ンバータとしては良い回路方式であるが、この原理機能
を多相交流を得るインバータに適用することには難点が
あった。
The circuit of FIG. 3 is a DC-DC converter of DC input and DC output, but it is a good circuit system as a DC-DC converter, but this principle function is applied to an inverter that obtains multi-phase AC. There was a difficulty in applying.

【0007】本発明はこの回路の応用により直流入力多
相交流出力の直流交流変換装置に適用せんとするもので
ある。その目的とするところは、図3の共振コンデンサ
5の電流を正負別個に多相回路に分配し、この分配電流
を平滑コンデンサにより電圧に変換して多相の出力電圧
を得んとするものである。
The present invention is intended to be applied to a DC / AC converter of DC input / multi-phase AC output by applying this circuit. The purpose is to distribute the currents of the resonance capacitor 5 of FIG. 3 to the polyphase circuit separately for positive and negative, and to convert the distributed currents into voltages by the smoothing capacitors to obtain multiphase output voltages. is there.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】つまり、その目的を達成
するための手段は、直流電源より多相交流出力を得る装
置において、直流電源に共振リアクトルと逆並列ダイオ
ードを並置した第一のスイッチング素子を接続し、その
第一のスイッチング素子の両端より共振コンデンサを介
して平滑コンデンサを並置し、かつ第二のスイッチング
素子を直列に接続した負荷装置を設けたものである。
[Means for Solving the Problems] That is, the means for achieving the object is a first switching element in which a resonant reactor and an antiparallel diode are arranged in parallel in a DC power supply in a device for obtaining a multi-phase AC output from a DC power supply. Is provided, a smoothing capacitor is arranged in parallel from both ends of the first switching element via a resonance capacitor, and a second switching element is connected in series to provide a load device.

【0009】[0009]

【作用】その作用は、次に述べる実施例において併せて
説明する。
The operation will be described together with the embodiment described below.

【0010】[0010]

【実施例】以下、図面を用いて発明の実施例を説明す
る。図1は本発明の共振形直流交流変換装置の構成を示
すものであり、図3ど同一符号のものは同一のものを示
し、逆阻止形スイッング素子,平滑コンデンサ,負荷装
置などの多相回路は3相の例で示している。6〜8はそ
れぞれ各相の平滑コンデンサ,9〜14は各相の逆並列接
続された逆阻止形スイッチング素子,15〜17は各相の負
荷装置であり、具体的には誘導電動機の3相巻線などで
ある。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of a resonance type DC / AC converter according to the present invention. The same reference numerals as in FIG. 3 indicate the same elements, and a multi-phase circuit such as a reverse blocking type switching element, a smoothing capacitor, and a load device. Indicates an example of three phases. 6 to 8 are smoothing capacitors for each phase, 9 to 14 are reverse blocking switching elements connected in anti-parallel for each phase, and 15 to 17 are load devices for each phase. Specifically, three phases of the induction motor. For example, winding.

【0011】図2は図1の装置の各部動作波形を示すも
のであり、(E)はスイッチング素子3のオン信号であ
り、ハイレベル時点弧信号が与えられ導通状態となる。
(F)は共振リアクトル12の電流波形。(G),(H)
はそれぞれ平滑コンデンサ6,7の電流波形。(I),
(J)はそれぞれ平滑コンデンサ6,7の電圧波形であ
る。
FIG. 2 shows the operation waveforms of each part of the apparatus of FIG. 1. (E) is an ON signal of the switching element 3, which is in a conducting state when a high-level time arc signal is given.
(F) is a current waveform of the resonance reactor 12. (G), (H)
Are the current waveforms of smoothing capacitors 6 and 7, respectively. (I),
(J) are voltage waveforms of the smoothing capacitors 6 and 7, respectively.

【0012】時刻t0 において、スイッチング素子3が
導通すると、図3の回路と同様に直流電源1よりエネル
ギーが供給され電流がほぼ直線的に上昇する。時刻t1
において、スイッチング素子3をオフさせ、同時に、あ
るいは前もって逆阻止形スイッチング素子9に点弧信号
を与えて導通状態にしておくものとする。
At time t0, when the switching element 3 becomes conductive, energy is supplied from the DC power source 1 and the current rises substantially linearly as in the circuit of FIG. Time t1
In the above, it is assumed that the switching element 3 is turned off, and at the same time or in advance, an ignition signal is given to the reverse blocking type switching element 9 so as to be in a conductive state.

【0013】t1 以前に直流電源1→共振リアクトル2
→スイッチング素子3→直流電源1の経路で流れていた
電流は直流電源1→共振リアクトル2→共振コンデンサ
5→平滑コンデンサ6→逆阻止形スイッング素子9→直
流電源1の経路へ転流する。この電流により図2の
(I)に示す如く平滑コンデンサ6の電圧が上昇する
が、共振コンデンサ5の容量に比べて平滑コンデンサ6
の容量は十分大きく選定しておくので、この電圧上昇は
わずかである。
DC power supply 1 → resonance reactor 2 before t1
→ The current flowing in the path of switching element 3 → DC power supply 1 is commutated to the path of DC power supply 1 → resonant reactor 2 → resonant capacitor 5 → smoothing capacitor 6 → reverse blocking type switching element 9 → DC power supply 1. This current causes the voltage of the smoothing capacitor 6 to rise as shown in (I) of FIG.
Since the capacitance of is selected sufficiently large, this voltage increase is slight.

【0014】時刻t2 以後では共振リアクトル2と共振
コンデンサ5による直列共振回路の逆スイングにより共
振リアクトル2の電流は負方向、すなわち、図1におい
て右から左へ流れるようになる。このときあらかじめ逆
阻止形スイッチング素子12を導通状態としておけば、こ
の負方向電流は平滑コンデンサ7に流れ、図2の(J)
に示す如くこの電圧を負方向に増大させる。
After time t2, the current in the resonant reactor 2 flows in the negative direction, that is, from right to left in FIG. 1, due to the reverse swing of the series resonant circuit formed by the resonant reactor 2 and the resonant capacitor 5. At this time, if the reverse blocking type switching element 12 is made conductive in advance, this negative direction current flows to the smoothing capacitor 7, and (J) in FIG.
This voltage is increased in the negative direction as shown in.

【0015】時刻t2 において逆阻止形スイッチング素
子9の電流は零となるので自然消弧し、オフ時のスイッ
チング損失は発生しない。時刻t4 において平滑コンデ
ンサ7と共振コンデンサ5電圧の合計が零となると、逆
阻止形スイッチング素子12と平滑コンデンサ7,共振コ
ンデンサ5に流れていた電流は逆並列ダイオードに転流
し、逆阻止形スイッチング素子12は自然消弧する。
At time t2, the current of the reverse blocking switching element 9 becomes zero, so that the current is extinguished spontaneously and no switching loss occurs at the time of turning off. At time t4, when the sum of the voltages of the smoothing capacitor 7 and the resonant capacitor 5 becomes zero, the current flowing through the reverse blocking switching element 12, the smoothing capacitor 7 and the resonant capacitor 5 commutates to the antiparallel diode, and the reverse blocking switching element. 12 extinguishes naturally.

【0016】時刻t3 からt4 の間にスイッチング素子
3にオン信号を与えておけば図3の回路と同様に無電圧
状態でオンし、オン時のスイッチング損失は発生しな
い。時刻t4 以後、共振コンデンサ5に再び正方向電流
が流れるが、この時の電流は平滑コンデンサ8と逆阻止
形スイッチング素子13へ分配したものとして図2の
(J)には示していない。時刻t5 からの負電流はt2
以後と同様に逆阻止形スイッチング素子12と平滑コンデ
ンサ7への分配したものとして図2の(H),(J)に
示している。
If an ON signal is given to the switching element 3 from the time t3 to the time t4, the switching element 3 is turned on in a voltageless state as in the circuit of FIG. 3, and switching loss at the time of ON does not occur. After time t4, a forward current flows through the resonance capacitor 5 again, but the current at this time is not shown in FIG. 2 (J) as being distributed to the smoothing capacitor 8 and the reverse blocking switching element 13. The negative current from time t5 is t2
2 (H) and 2 (J) are shown as being distributed to the reverse blocking type switching element 12 and the smoothing capacitor 7 as in the subsequent steps.

【0017】以上述べた如く、共振コンデンサ5に流れ
る正,負方向電流を、逆阻止形スイッチング素子9〜14
を選択導通させるように各相回路へ分配するが、電圧を
最も上昇させたい相に正方向電流を、最も下降させたい
相に負方向電流を分配することにより各相の電圧、すな
わち、平滑コンデンサ6〜8の電圧を任意に制御するこ
とができる。
As described above, the reverse blocking type switching elements 9 to 14 are used for the positive and negative currents flowing through the resonance capacitor 5.
Is distributed to each phase circuit so that it is made conductive, but the voltage of each phase, that is, the smoothing capacitor, is distributed by distributing the positive direction current to the phase where the voltage is to be raised most and the negative direction current to the phase where the voltage is to be lowered most. The voltage of 6 to 8 can be controlled arbitrarily.

【0018】また、スイッチング素子3の動作周波数を
各相電圧の周波数よりもはるかに高くすることにより、
例えば、各相電圧の周波数を50Hzとすると、スイッチン
グ素子3の動作周波数を10 KHz以上とするとこによりき
め細かな波形制御が行なえる。 例えば、図1の負荷装
置15〜17を誘導電動機の3相巻線とすると、歪率の小さ
な正弦波で駆動することが望ましく、平滑コンデンサ6
〜8の電圧か正弦波となるように制御する。
Further, by making the operating frequency of the switching element 3 much higher than the frequency of each phase voltage,
For example, when the frequency of each phase voltage is 50 Hz, the operating frequency of the switching element 3 is 10 KHz or more, which enables finer waveform control. For example, if the load devices 15 to 17 in FIG. 1 are three-phase windings of an induction motor, it is desirable to drive with a sinusoidal wave with a small distortion ratio, and the smoothing capacitor 6
The voltage is controlled to 8 or a sine wave.

【0019】[0019]

【発明の効果】本発明の装置で使用するスイッチング素
子3は無電圧状態でオンしてオン時のスイッチング損失
がなく、逆阻止形スイッング素子9〜14は無電流状態で
自然消弧しオフ時のスイッチング損失が発生しない。こ
のように共振形直流交流変換機の特徴であるスイッチン
グ素子損失を大巾に低減できるため冷却系統が簡素化さ
れて小形高効率が計れ、また、主としてエネルギー蓄積
素子であるリアクトル,コンデンサ類の小形化が計れる
高周波化が可能となる。
The switching element 3 used in the device of the present invention is turned on in a non-voltage state and has no switching loss when turned on, and the reverse blocking type switching elements 9 to 14 are naturally extinguished in a non-current state and turned off. No switching loss occurs. In this way, the switching element loss, which is a feature of the resonance type DC / AC converter, can be greatly reduced, so that the cooling system is simplified and small size and high efficiency can be measured. It is possible to achieve higher frequencies with higher efficiency.

【0020】高周波化と平滑コンデンサ6の容量を大き
く選ぶことにより、1パルスの電流による平滑コンデン
サ6〜8の電圧変化が小さくなり、きめ細かな波形制御
が可能となる。また、誘導電動機駆動に適した低歪の3
相正弦波を発生することも可能である。
By increasing the frequency and selecting a large capacity of the smoothing capacitor 6, the voltage change of the smoothing capacitors 6 to 8 due to the current of one pulse becomes small, and fine waveform control becomes possible. In addition, it has a low distortion 3 suitable for driving an induction motor
It is also possible to generate a phase sine wave.

【0021】共振回路により諸スイッチング素子の電
圧、電流波形が大部分正弦波状のゆるやかなものとなる
ため、ハードスイッチングに比べて電磁ノイズを低減で
きることも大きな特徴である。
Since the resonance circuit makes the voltage and current waveforms of the various switching elements mostly sine wave-like, it is a major feature that electromagnetic noise can be reduced as compared with hard switching.

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

【図1】本発明の一実施例を示す共振形直流交流変換装
置の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a resonance type DC / AC converter according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の各部の動作波形を示す波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram showing operation waveforms of respective parts of FIG.

【図3】従来の共振形直流交流変換装置を示す構成図で
ある。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a conventional resonance type DC / AC converter.

【図4】図3の各部の動作波形を示す波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram showing operation waveforms of respective parts of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 直流電源 2 共振リアクトル 3 スイッチング素子 4 逆並列ダイオード 5 共振コンデンサ 6 平滑コンデンサ 7 平滑コンデンサ 8 平滑コンデンサ 9 逆阻止形スイッチング素子 10 逆阻止形スイッチング素子 11 逆阻止形スイッチング素子 12 逆阻止形スイッチング素子 13 逆阻止形スイッチング素子 14 逆阻止形スイッチング素子 15 負荷装置 16 負荷装置 17 負荷装置 20 変圧器 21 整流ダイオード 22 平滑コンデンサ 23 負荷装置 1 DC power supply 2 Resonance reactor 3 Switching element 4 Anti-parallel diode 5 Resonance capacitor 6 Smoothing capacitor 7 Smoothing capacitor 8 Smoothing capacitor 9 Reverse blocking type switching element 10 Reverse blocking type switching element 11 Reverse blocking type switching element 12 Reverse blocking type switching element 13 Reverse blocking switching element 14 Reverse blocking switching element 15 Load device 16 Load device 17 Load device 20 Transformer 21 Rectifier diode 22 Smoothing capacitor 23 Load device

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 直流電源より多相交流出力を得る装置に
おいて、直流電源に共振リアクトルと逆並列ダイオード
を並置した第一のスイッチング素子を接続し、その第一
のスイッチング素子の両端より共振コンデンサを介して
平滑コンデンサを並置し、かつ第二のスイッチング素子
を直列に接続した負荷装置を設けたことを特徴とする共
振形直流交流変換装置。
1. In a device for obtaining a multi-phase AC output from a DC power supply, a first switching element having a resonant reactor and an anti-parallel diode arranged in parallel is connected to the DC power supply, and a resonance capacitor is connected from both ends of the first switching element. A resonance type DC / AC converter comprising: a load device in which smoothing capacitors are juxtaposed with each other via a second switching element connected in series.
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