JPH0934564A - 入力波形追従型交流電源装置 - Google Patents
入力波形追従型交流電源装置Info
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- JPH0934564A JPH0934564A JP7205411A JP20541195A JPH0934564A JP H0934564 A JPH0934564 A JP H0934564A JP 7205411 A JP7205411 A JP 7205411A JP 20541195 A JP20541195 A JP 20541195A JP H0934564 A JPH0934564 A JP H0934564A
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- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
- G05F1/10—Regulating voltage or current
- G05F1/12—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac
- G05F1/14—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using tap transformers or tap changing inductors as final control devices
- G05F1/16—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using tap transformers or tap changing inductors as final control devices combined with discharge tubes or semiconductor devices
- G05F1/20—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using tap transformers or tap changing inductors as final control devices combined with discharge tubes or semiconductor devices semiconductor devices only
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
- H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
- H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
- H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M5/293—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
Abstract
(57)【要約】
【目的】 小型、軽量で、任意の電圧、電流の正弦波等
を一定の電源から同一あるいは相似形の波形のまま連続
的に取り出すことの可能な入力波形追従型交流電源装置
を提供する。 【構成】 入力した電源交流を任意の電圧あるいは電流
の交流に変換して出力する交流電源装置において、入力
側と出力側との間に設けられ所定の周期でオン・オフす
る第１の交流スイッチと、この第１の交流スイッチより
も出力側にあって出力側を短絡する位置に設けられ前記
第１の交流スイッチとは略逆のタイミングでオン・オフ
する第２の交流スイッチとを有し、第１の交流スイッチ
の動作と第２の交流スイッチの動作の間に所定の休止時
間を設け、前記各交流スイッチはそれぞれ２つの半導体
素子を備え、この半導体素子の被制御端子間に、それぞ
れその導通方向とは逆接続したダイオードを設け、それ
ぞれの半導体素子の同一極の被制御端子どうしを接続
し、制御入力端子には同一制御信号を入力することによ
り２つの半導体素子の他の被制御端子間にて交流をオン
・オフ可能とした。
を一定の電源から同一あるいは相似形の波形のまま連続
的に取り出すことの可能な入力波形追従型交流電源装置
を提供する。 【構成】 入力した電源交流を任意の電圧あるいは電流
の交流に変換して出力する交流電源装置において、入力
側と出力側との間に設けられ所定の周期でオン・オフす
る第１の交流スイッチと、この第１の交流スイッチより
も出力側にあって出力側を短絡する位置に設けられ前記
第１の交流スイッチとは略逆のタイミングでオン・オフ
する第２の交流スイッチとを有し、第１の交流スイッチ
の動作と第２の交流スイッチの動作の間に所定の休止時
間を設け、前記各交流スイッチはそれぞれ２つの半導体
素子を備え、この半導体素子の被制御端子間に、それぞ
れその導通方向とは逆接続したダイオードを設け、それ
ぞれの半導体素子の同一極の被制御端子どうしを接続
し、制御入力端子には同一制御信号を入力することによ
り２つの半導体素子の他の被制御端子間にて交流をオン
・オフ可能とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、商用交流電源を入
力し、正弦波電圧波形を保ちながら、ゼロ電圧付近から
入力電圧付近まで、連続的に電圧、電力を調節可能な交
流電源に関するものである。
力し、正弦波電圧波形を保ちながら、ゼロ電圧付近から
入力電圧付近まで、連続的に電圧、電力を調節可能な交
流電源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の商用交流電源から任意の電圧等
の交流を取り出す手段として、例えば図１４（ａ），
（ｂ）に示したものが知られている。すなわち、（ａ）
に示すように端子１，２に入力された交流電源をスライ
ダックトランスＳＴを用いて任意の電圧に変換し、ある
いは（ｂ）に示すようにトライアックＴＲＩを用いて位
相角制御を行うか、もしくは同図に示すようにこれをサ
イリスタＳＣＲ１，２に置き換えて使用し、調光器や電
気炉制御等の目的に使用される交流電源としていた。
の交流を取り出す手段として、例えば図１４（ａ），
（ｂ）に示したものが知られている。すなわち、（ａ）
に示すように端子１，２に入力された交流電源をスライ
ダックトランスＳＴを用いて任意の電圧に変換し、ある
いは（ｂ）に示すようにトライアックＴＲＩを用いて位
相角制御を行うか、もしくは同図に示すようにこれをサ
イリスタＳＣＲ１，２に置き換えて使用し、調光器や電
気炉制御等の目的に使用される交流電源としていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ス
ライダックＳＴは正弦波の連続可変出力を取り出せるた
め、研究実験用設備として多く用いられている反面、そ
の原理上商用周波数に用いる単巻変圧器であるため、容
積、重量共に大きく、しかも可変出力は巻線のスライド
によるため、巻線間のステップ電圧を生じ、完全な連続
可変電圧を得ることは事実上不可能であり、価格も高価
である。
ライダックＳＴは正弦波の連続可変出力を取り出せるた
め、研究実験用設備として多く用いられている反面、そ
の原理上商用周波数に用いる単巻変圧器であるため、容
積、重量共に大きく、しかも可変出力は巻線のスライド
によるため、巻線間のステップ電圧を生じ、完全な連続
可変電圧を得ることは事実上不可能であり、価格も高価
である。
【０００４】一方、トライアックＴＲＩを用いた電源は
小型、軽量、低価格であるため、照明機器、電気炉およ
び家電機器等に広く用いられているが、位相角制御のた
め電流、電圧または電力を減少させると常に遅れ力率と
なる。このため、位相角９０°においては基本波交流成
分に対して約５３％の第３高調波および高次の奇数高調
波が発生し、商用電源ラインに漏洩して他の電子機器に
悪影響を及ぼす恐れがある。このため、高調波規制の対
象になると共に力率の低下により無効電力が増加し、省
エネルギーの観点からも問題となっていた。
小型、軽量、低価格であるため、照明機器、電気炉およ
び家電機器等に広く用いられているが、位相角制御のた
め電流、電圧または電力を減少させると常に遅れ力率と
なる。このため、位相角９０°においては基本波交流成
分に対して約５３％の第３高調波および高次の奇数高調
波が発生し、商用電源ラインに漏洩して他の電子機器に
悪影響を及ぼす恐れがある。このため、高調波規制の対
象になると共に力率の低下により無効電力が増加し、省
エネルギーの観点からも問題となっていた。
【０００５】この発明はかかる点に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、小型、軽量で、任意の電
圧、電流の正弦波等を一定の電源から同一あるいは相似
形の波形のまま連続的に取り出すことの可能な入力波形
追従型交流電源装置を提供することにある。
で、その目的とするところは、小型、軽量で、任意の電
圧、電流の正弦波等を一定の電源から同一あるいは相似
形の波形のまま連続的に取り出すことの可能な入力波形
追従型交流電源装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、入力した電源交流を任意の電圧あるいは電流
の交流に変換して出力する交流電源装置において、入力
側と出力側との間に設けられ所定の周期でオン・オフす
る第１の交流スイッチ７と、この第１の交流スイッチ７
よりも出力側にあって出力側を短絡する位置に設けられ
前記第１の交流スイッチとは略逆のタイミングでオン・
オフする第２の交流スイッチ８とを有することとした。
本発明は、入力した電源交流を任意の電圧あるいは電流
の交流に変換して出力する交流電源装置において、入力
側と出力側との間に設けられ所定の周期でオン・オフす
る第１の交流スイッチ７と、この第１の交流スイッチ７
よりも出力側にあって出力側を短絡する位置に設けられ
前記第１の交流スイッチとは略逆のタイミングでオン・
オフする第２の交流スイッチ８とを有することとした。
【０００７】また、所定の交流電源が接続される一対の
入力端子１，２と、所定の負荷１０が接続される一対の
出力端子３，４とを有し、前記入力端子の一方１と前記
出力端子の一方３は共通のコモン線に接続され、前記入
力端子の他方２は入力フィルタ５を介してコモン線と第
１の交流スイッチ７の一端に接続され、前記出力端子の
他端４は出力フィルタ９を介して前記第１の交流スイッ
チ７の他端および第２の交流スイッチ８の一端とコモン
線に接続され、前記第２の交流スイッチ８の他端は前記
コモン線に接続されることとした。
入力端子１，２と、所定の負荷１０が接続される一対の
出力端子３，４とを有し、前記入力端子の一方１と前記
出力端子の一方３は共通のコモン線に接続され、前記入
力端子の他方２は入力フィルタ５を介してコモン線と第
１の交流スイッチ７の一端に接続され、前記出力端子の
他端４は出力フィルタ９を介して前記第１の交流スイッ
チ７の他端および第２の交流スイッチ８の一端とコモン
線に接続され、前記第２の交流スイッチ８の他端は前記
コモン線に接続されることとした。
【０００８】また、第１の交流スイッチ７の動作と第２
の交流スイッチ８の動作の間に所定の休止時間を設ける
こととした。
の交流スイッチ８の動作の間に所定の休止時間を設ける
こととした。
【０００９】また、前記各交流スイッチ７、８はそれぞ
れ２つの半導体素子Ｑ１，Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４を備え、こ
の半導体素子Ｑ１，Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４の被制御端子間
に、それぞれその導通方向とは逆接続したダイオードＤ
１，Ｄ２、Ｄ３，Ｄ４を設け、それぞれの半導体素子Ｑ
１，Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４の被制御端子の同一極どうしを接
続し、制御入力端子には同一制御信号を入力することに
より２つの半導体素子Ｑ１，Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４の他の被
制御端子間にて交流をオン・オフ可能とした。
れ２つの半導体素子Ｑ１，Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４を備え、こ
の半導体素子Ｑ１，Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４の被制御端子間
に、それぞれその導通方向とは逆接続したダイオードＤ
１，Ｄ２、Ｄ３，Ｄ４を設け、それぞれの半導体素子Ｑ
１，Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４の被制御端子の同一極どうしを接
続し、制御入力端子には同一制御信号を入力することに
より２つの半導体素子Ｑ１，Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４の他の被
制御端子間にて交流をオン・オフ可能とした。
【００１０】さらに、前記第１の交流スイッチ７と第２
の交流スイッチ８を駆動する制御手段６はＰＷＭ制御
（時比率制御）であって、入力電圧を検出して出力電圧
あるいは電流を一定に保つよう動作することとした。
の交流スイッチ８を駆動する制御手段６はＰＷＭ制御
（時比率制御）であって、入力電圧を検出して出力電圧
あるいは電流を一定に保つよう動作することとした。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図を参照しつつ説明する。図４は本発明にかかる入力波
形追従型交流電源装置の基本構成を示した概略構成図で
ある。図においてＡＣは商用の交流電源、１，２は入力
端子、７は第１の交流スイッチ、８は第２の交流スイッ
チ、Ｌ，Ｃは出力フィルタを構成するコイルとコンデン
サ、３，４は出力端子、ＲＬは負荷である。
図を参照しつつ説明する。図４は本発明にかかる入力波
形追従型交流電源装置の基本構成を示した概略構成図で
ある。図においてＡＣは商用の交流電源、１，２は入力
端子、７は第１の交流スイッチ、８は第２の交流スイッ
チ、Ｌ，Ｃは出力フィルタを構成するコイルとコンデン
サ、３，４は出力端子、ＲＬは負荷である。
【００１２】しかして、前記第１および第２の交流スイ
ッチ７，８は半導体素子（例えばＭＯＳＦＥＴ）により
構成され、高速でオン・オフ動作する。また、第１の交
流スイッチ７と第２の交流スイッチ８とは動作が略逆に
なるように動作する。そして、入力端子１，２より入力
された交流電源は、第１の交流スイッチ７で入力電源の
周波数に対し十分高い周波数（望ましくは可聴周波数帯
域以上）で高速にスイッチングされると共に、第１の交
流スイッチ７の休止時間（オフタイム）には第２の交流
スイッチ８がオンとなり、コイルＬに蓄積されたエネル
ギーが放出され、いわゆるフライホイール効果を生ずる
ように動作する。
ッチ７，８は半導体素子（例えばＭＯＳＦＥＴ）により
構成され、高速でオン・オフ動作する。また、第１の交
流スイッチ７と第２の交流スイッチ８とは動作が略逆に
なるように動作する。そして、入力端子１，２より入力
された交流電源は、第１の交流スイッチ７で入力電源の
周波数に対し十分高い周波数（望ましくは可聴周波数帯
域以上）で高速にスイッチングされると共に、第１の交
流スイッチ７の休止時間（オフタイム）には第２の交流
スイッチ８がオンとなり、コイルＬに蓄積されたエネル
ギーが放出され、いわゆるフライホイール効果を生ずる
ように動作する。
【００１３】このようにして、第１および第２の交流ス
イッチ７，８のスイッチング動作、すなわち、第１の交
流スイッチ７のオン時間を調節することにより、入力交
流電源の電圧に対し、低い範囲で任意の電圧の交流出力
を得ることができる。
イッチ７，８のスイッチング動作、すなわち、第１の交
流スイッチ７のオン時間を調節することにより、入力交
流電源の電圧に対し、低い範囲で任意の電圧の交流出力
を得ることができる。
【００１４】ところで、一般にトランジスタやＦＥＴ等
の半導体素子の場合、図５に示すように（ａ）の制御電
圧（電流）波形に対し、（ｂ）の被制御電流波形には遅
れが生じ、特に（ｂ）のＴｓで示されるように、制御電
圧がオフになった後でも被制御電流が流れる時間の動作
が問題となる。すなわち、このような動作時間のズレは
制御電極に蓄積された電荷の放出によるものであり、一
般にストレージとも呼ばれている。
の半導体素子の場合、図５に示すように（ａ）の制御電
圧（電流）波形に対し、（ｂ）の被制御電流波形には遅
れが生じ、特に（ｂ）のＴｓで示されるように、制御電
圧がオフになった後でも被制御電流が流れる時間の動作
が問題となる。すなわち、このような動作時間のズレは
制御電極に蓄積された電荷の放出によるものであり、一
般にストレージとも呼ばれている。
【００１５】このようなストレージ時間があるため、例
えば図６（ａ）に示すように、制御信号では第１の交流
スイッチＳＷ１と第２の交流スイッチＳＷ２の動作に時
間差があっても、実際の動作では、Ｔｏｎ時間内に両交
流スイッチＳＷ１，２が実質的にオン状態となり回路が
ショートしてしまう場合がある。また（ｂ）に示すよう
に、両交流スイッチＳＷ１、ＳＷ２の動作に十分な間隙
を設けると、Ｔｏｆｆの時間内で回路のオープン状態を
生じることとなり、リアクタンス成分によるサージ電圧
が発生し、スナバ回路における損失が増大して発熱、焼
損を生じ易くなる。また、これに対処するため、容量を
増大させると部品や回路の大型化を招いてしまう。
えば図６（ａ）に示すように、制御信号では第１の交流
スイッチＳＷ１と第２の交流スイッチＳＷ２の動作に時
間差があっても、実際の動作では、Ｔｏｎ時間内に両交
流スイッチＳＷ１，２が実質的にオン状態となり回路が
ショートしてしまう場合がある。また（ｂ）に示すよう
に、両交流スイッチＳＷ１、ＳＷ２の動作に十分な間隙
を設けると、Ｔｏｆｆの時間内で回路のオープン状態を
生じることとなり、リアクタンス成分によるサージ電圧
が発生し、スナバ回路における損失が増大して発熱、焼
損を生じ易くなる。また、これに対処するため、容量を
増大させると部品や回路の大型化を招いてしまう。
【００１６】そこで、第１の交流スイッチＳＷ１（７）
と第２の交流スイッチＳＷ２（８）の動作の間に休止時
間を設け、この休止時間を最大負荷や容量に応じて最適
値にすることで、短絡状態を生ずることなくサージ電圧
の発生を最小にすることができる。
と第２の交流スイッチＳＷ２（８）の動作の間に休止時
間を設け、この休止時間を最大負荷や容量に応じて最適
値にすることで、短絡状態を生ずることなくサージ電圧
の発生を最小にすることができる。
【００１７】次に交流スイッチ７（ＳＷ１），８（ＳＷ
２）の詳細な構成について説明する。図７は交流スイッ
チ７，８の詳細な構成および動作を示す状態説明図で、
この交流スイッチ７，８は２つの半導体素子Ｑ１，Ｑ２
を有し、この電流制御等に使用される半導体素子Ｑ１，
Ｑ２はその被制御端子に極性を有し、単独では交流を導
通させることはできない。そこで、半導体素子Ｑ１，Ｑ
２の被制御端子間に、それぞれその導通方向とは逆接続
したダイオードＤ１，Ｄ２を設け、それぞれの半導体素
子Ｑ１，Ｑ２の同一極端子同士を接続し、制御入力には
同一制御信号を入力することにより、一つの交流スイッ
チとして動作する。
２）の詳細な構成について説明する。図７は交流スイッ
チ７，８の詳細な構成および動作を示す状態説明図で、
この交流スイッチ７，８は２つの半導体素子Ｑ１，Ｑ２
を有し、この電流制御等に使用される半導体素子Ｑ１，
Ｑ２はその被制御端子に極性を有し、単独では交流を導
通させることはできない。そこで、半導体素子Ｑ１，Ｑ
２の被制御端子間に、それぞれその導通方向とは逆接続
したダイオードＤ１，Ｄ２を設け、それぞれの半導体素
子Ｑ１，Ｑ２の同一極端子同士を接続し、制御入力には
同一制御信号を入力することにより、一つの交流スイッ
チとして動作する。
【００１８】すなわち、ここではｎチャンネルのＭＯＳ
ＦＥＴを半導体素子Ｑ１，Ｑ２として使用しているが、
このＭＯＳＦＥＴのドレイン側をカソードにして、ソー
ス、ドレイン間に高速ダイオードを接続し、各ＦＥＴＱ
１，Ｑ２のソースを接続してドレイン間に交流が印可さ
れるように接続する。各ＦＥＴＱ１，Ｑ２のゲートには
共通の制御信号が印可されるようにすれば、例えば、交
流のプラスの半サイクルでは、実線の矢印ＡのようにＱ
１、Ｄ２を流れ、マイナスの半サイクルでは破線の矢印
ＢのようにＱ２、Ｄ１を流れ、交流を導通可能な半導体
スイッチとなる。そして、このような半導体素子を交流
スイッチ７、８とすることで、高速動作が可能となり、
しかも低オン抵抗であるため、効率が向上する。
ＦＥＴを半導体素子Ｑ１，Ｑ２として使用しているが、
このＭＯＳＦＥＴのドレイン側をカソードにして、ソー
ス、ドレイン間に高速ダイオードを接続し、各ＦＥＴＱ
１，Ｑ２のソースを接続してドレイン間に交流が印可さ
れるように接続する。各ＦＥＴＱ１，Ｑ２のゲートには
共通の制御信号が印可されるようにすれば、例えば、交
流のプラスの半サイクルでは、実線の矢印ＡのようにＱ
１、Ｄ２を流れ、マイナスの半サイクルでは破線の矢印
ＢのようにＱ２、Ｄ１を流れ、交流を導通可能な半導体
スイッチとなる。そして、このような半導体素子を交流
スイッチ７、８とすることで、高速動作が可能となり、
しかも低オン抵抗であるため、効率が向上する。
【００１９】
【実施例】次に本発明の好ましい実施例について説明す
る。図１は本発明の一実施例である入力波形追従型交流
電源装置の基本構成を示した回路図である。図において
１，２は所定の交流電源が接続される入力端子、３，４
は負荷が接続される出力端子、５は入力フィルタ、６は
各交流スイッチ７，８を制御するための制御手段、７は
第１の交流スイッチ、８は第２の交流スイッチ、９は高
周波フィルタとしての特性を有する出力フィルタ、１０
は負荷である。
る。図１は本発明の一実施例である入力波形追従型交流
電源装置の基本構成を示した回路図である。図において
１，２は所定の交流電源が接続される入力端子、３，４
は負荷が接続される出力端子、５は入力フィルタ、６は
各交流スイッチ７，８を制御するための制御手段、７は
第１の交流スイッチ、８は第２の交流スイッチ、９は高
周波フィルタとしての特性を有する出力フィルタ、１０
は負荷である。
【００２０】前記第１の交流スイッチ７はドレインをカ
ソード側にしてソース、ドレイン間にダイオードＤ１，
Ｄ２が接続された２つのｎチャンネルＭＯＳＦＥＴＱ
１，Ｑ２のソース同士を接続して直列にし、かつ前記ダ
イオードＤ１、Ｄ２と並列にスナバ回路用のそれぞれの
抵抗Ｒ１１，Ｒ１２とコンデンサＣ３１，Ｃ３２による
直列回路が接続されている。これにより、２つのＦＥＴ
Ｑ１，Ｑ２のゲートを制御入力として、共通の制御信号
を入力することにより、２つのＦＥＴＱ１，Ｑ２のドレ
イン同士を被制御端子として、この間の交流を制御でき
る。また第２の交流スイッチ８も同様の構成となってい
て、ダイオードＤ３，Ｄ４が接続された２つのＦＥＴＱ
３，Ｑ４とそれぞれの抵抗Ｒ１３，Ｒ１４とコンデンサ
Ｃ３３，３４によるスナバ回路により構成されている。
ソード側にしてソース、ドレイン間にダイオードＤ１，
Ｄ２が接続された２つのｎチャンネルＭＯＳＦＥＴＱ
１，Ｑ２のソース同士を接続して直列にし、かつ前記ダ
イオードＤ１、Ｄ２と並列にスナバ回路用のそれぞれの
抵抗Ｒ１１，Ｒ１２とコンデンサＣ３１，Ｃ３２による
直列回路が接続されている。これにより、２つのＦＥＴ
Ｑ１，Ｑ２のゲートを制御入力として、共通の制御信号
を入力することにより、２つのＦＥＴＱ１，Ｑ２のドレ
イン同士を被制御端子として、この間の交流を制御でき
る。また第２の交流スイッチ８も同様の構成となってい
て、ダイオードＤ３，Ｄ４が接続された２つのＦＥＴＱ
３，Ｑ４とそれぞれの抵抗Ｒ１３，Ｒ１４とコンデンサ
Ｃ３３，３４によるスナバ回路により構成されている。
【００２１】次に、このような構成の入力波形追従型交
流電源装置の接続について説明する。一対の入力端子
１,２の一方１と、一対の出力端子３，４の一方３はコ
モン線にて接続されている。入力端子の他方２は入力フ
ィルタ５のチョークコイルＬ１の一端に接続され、その
他端は第１の交流スイッチ７の被制御端子の一端と制御
手段６の電源入力端子の一方に接続されている。また電
源入力端子の他方はコモン線に接続されている。
流電源装置の接続について説明する。一対の入力端子
１,２の一方１と、一対の出力端子３，４の一方３はコ
モン線にて接続されている。入力端子の他方２は入力フ
ィルタ５のチョークコイルＬ１の一端に接続され、その
他端は第１の交流スイッチ７の被制御端子の一端と制御
手段６の電源入力端子の一方に接続されている。また電
源入力端子の他方はコモン線に接続されている。
【００２２】前記入力フィルタ５はチョークコイルＬ１
の両端にそれぞれコンデンサＣ１、Ｃ２の一端が接続さ
れ、その他端は共にコモン線に接続され、これにより入
力フィルタを構成している。前記第１の交流スイッチ７
の被制御端子の他端は、第２の交流スイッチ８の被制御
端子の一端と出力フィルタ９のコイルＬ２の一端に接続
されている。また、前記第２の交流スイッチ８の被制御
端子の他端はコモン線に接続されている。
の両端にそれぞれコンデンサＣ１、Ｃ２の一端が接続さ
れ、その他端は共にコモン線に接続され、これにより入
力フィルタを構成している。前記第１の交流スイッチ７
の被制御端子の他端は、第２の交流スイッチ８の被制御
端子の一端と出力フィルタ９のコイルＬ２の一端に接続
されている。また、前記第２の交流スイッチ８の被制御
端子の他端はコモン線に接続されている。
【００２３】前記出力フィルタ９はその他端が出力端子
の他方４に接続されたコイルＬ２と、このコイルＬ２の
他端側にその一端が接続され、その他端がコモン線に接
続されたコンデンサＣ４にて構成されている。そして、
この例ではこの出力フィルタ６はチョッパ動作による高
周波成分を除去するため高周波フィルタとしての特性を
有するようになっている。また出力端子の一方３は前述
のようにコモン線に接続され、この出力端子３，４間に
負荷１０が接続される。なお、この負荷１０は抵抗とイ
ンダクタンス成分による遅れ力率の負荷として表されて
いるが、容量性の進み力率の負荷であっても問題はな
い。
の他方４に接続されたコイルＬ２と、このコイルＬ２の
他端側にその一端が接続され、その他端がコモン線に接
続されたコンデンサＣ４にて構成されている。そして、
この例ではこの出力フィルタ６はチョッパ動作による高
周波成分を除去するため高周波フィルタとしての特性を
有するようになっている。また出力端子の一方３は前述
のようにコモン線に接続され、この出力端子３，４間に
負荷１０が接続される。なお、この負荷１０は抵抗とイ
ンダクタンス成分による遅れ力率の負荷として表されて
いるが、容量性の進み力率の負荷であっても問題はな
い。
【００２４】前記制御手段６の２つの制御出力Ｇ１，Ｇ
２は、その一方がそれぞれ、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２を介し
て第１の交流スイッチ７のＦＥＴＱ１，Ｑ２の各ゲート
と、抵抗Ｒ２３，Ｒ２４を介して第２の交流スイッチ８
のＦＥＴＱ３，Ｑ４の各ゲートに接続されている。また
制御出力Ｇ１，Ｇ２の他方はそれぞれ第１の交流スイッ
チ７のＦＥＴＱ１，Ｑ２のソース間と、第２の交流スイ
ッチ８のＦＥＴＱ３，Ｑ４のソース間とに接続されてい
る。
２は、その一方がそれぞれ、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２を介し
て第１の交流スイッチ７のＦＥＴＱ１，Ｑ２の各ゲート
と、抵抗Ｒ２３，Ｒ２４を介して第２の交流スイッチ８
のＦＥＴＱ３，Ｑ４の各ゲートに接続されている。また
制御出力Ｇ１，Ｇ２の他方はそれぞれ第１の交流スイッ
チ７のＦＥＴＱ１，Ｑ２のソース間と、第２の交流スイ
ッチ８のＦＥＴＱ３，Ｑ４のソース間とに接続されてい
る。
【００２５】次に制御手段６の制御出力Ｇ１，Ｇ２の動
作について図２を参照しつつ説明する。図２は制御出力
の動作例を示したタイミングチャートである。しかし
て、制御手段６は、交流入力から同期信号を抽出し、出
力電圧が一定となるようにその内部で図中に示されるよ
うなＰＷＭ信号を発生させる。
作について図２を参照しつつ説明する。図２は制御出力
の動作例を示したタイミングチャートである。しかし
て、制御手段６は、交流入力から同期信号を抽出し、出
力電圧が一定となるようにその内部で図中に示されるよ
うなＰＷＭ信号を発生させる。
【００２６】時刻ｔ０でＰＷＭ信号がＨレベルになると
第１の交流スイッチ７の休止時間Δｔａを与える信号が
Ｈレベルとなり、この間制御出力の一方Ｇ１はＬのまま
である。時刻ｔ１で休止時間Δｔａの信号がＬになる
と、制御出力の一方Ｇ１はＨレベルとなる。時刻ｔ２で
ＰＷＭ信号がＬレベルとなると同相の信号であるＧ１も
Ｌとなり、第２の交流スイッチ８の休止時間Δｔｂを与
える信号がＨレベルとなる。この間ＰＷＭ信号の反転信
号である制御出力の他方Ｇ２はＬのままである。時刻ｔ
３で休止時間Δｔｂが経過し、その信号がＬになるとＧ
２はＨレベルとなる。時刻ｔ４でＰＷＭ信号がＨレベル
になると制御出力の他方Ｇ２はＬとなり、再び同様な信
号の周期が繰り返される。
第１の交流スイッチ７の休止時間Δｔａを与える信号が
Ｈレベルとなり、この間制御出力の一方Ｇ１はＬのまま
である。時刻ｔ１で休止時間Δｔａの信号がＬになる
と、制御出力の一方Ｇ１はＨレベルとなる。時刻ｔ２で
ＰＷＭ信号がＬレベルとなると同相の信号であるＧ１も
Ｌとなり、第２の交流スイッチ８の休止時間Δｔｂを与
える信号がＨレベルとなる。この間ＰＷＭ信号の反転信
号である制御出力の他方Ｇ２はＬのままである。時刻ｔ
３で休止時間Δｔｂが経過し、その信号がＬになるとＧ
２はＨレベルとなる。時刻ｔ４でＰＷＭ信号がＨレベル
になると制御出力の他方Ｇ２はＬとなり、再び同様な信
号の周期が繰り返される。
【００２７】次に制御手段６の詳細な構成について図３
を参照しつつ説明する。図３は制御手段６の構成例を示
した回路図である。図中ＩＣ１はＰＷＭ信号を発生する
周知のＰＷＭ制御用ＩＣ（この例ではμＰＣ４９４を使
用した。）で、ＶＲ１で周波数を設定し、ＶＲ２でＰＷ
Ｍ信号を調整するものある。ＩＣ２，ＩＣ３は単安定マ
ルチバイブレータ（例えばＴＣ４５２８ＢＰ）で、それ
ぞれ休止時間であるΔｔａとΔｔｂを規定している。Ｉ
Ｃ４，ＩＣ５はＭＯＳＦＥＴをドライブするためのフォ
トカプラ（例えばＰＣ９２３）である。
を参照しつつ説明する。図３は制御手段６の構成例を示
した回路図である。図中ＩＣ１はＰＷＭ信号を発生する
周知のＰＷＭ制御用ＩＣ（この例ではμＰＣ４９４を使
用した。）で、ＶＲ１で周波数を設定し、ＶＲ２でＰＷ
Ｍ信号を調整するものある。ＩＣ２，ＩＣ３は単安定マ
ルチバイブレータ（例えばＴＣ４５２８ＢＰ）で、それ
ぞれ休止時間であるΔｔａとΔｔｂを規定している。Ｉ
Ｃ４，ＩＣ５はＭＯＳＦＥＴをドライブするためのフォ
トカプラ（例えばＰＣ９２３）である。
【００２８】しかして、ＩＣ１のＥ１，２より出力され
るＰＷＭ信号はインバータＩＮＶ１とＩＮＶ２を経た正
論理信号とＩＮＶ１のみの負論理信号とが作られ、また
単安定ＩＣ２とＩＣ３の正論理入力ＡＩＮと負論理入力
ＢＩＮにそれぞれ入力され、立ち上がりと、立ち下がり
時にそれぞれ規定時間のワンショットパルス（Δｔａと
Δｔｂ）を生ずる。前記正論理信号とＩＣ２の出力は排
他的論理和ゲートＸＯＲ１に入力され、負論理信号とＩ
Ｃ３の出力はＸＯＲ２に入力され各ゲートＸＯＲ１，２
の出力は、フォトカプラＩＣ４，５の発行側を駆動す
る。そして、ＩＣ４，５の出力からＧ１，Ｇ２の信号が
出力される。
るＰＷＭ信号はインバータＩＮＶ１とＩＮＶ２を経た正
論理信号とＩＮＶ１のみの負論理信号とが作られ、また
単安定ＩＣ２とＩＣ３の正論理入力ＡＩＮと負論理入力
ＢＩＮにそれぞれ入力され、立ち上がりと、立ち下がり
時にそれぞれ規定時間のワンショットパルス（Δｔａと
Δｔｂ）を生ずる。前記正論理信号とＩＣ２の出力は排
他的論理和ゲートＸＯＲ１に入力され、負論理信号とＩ
Ｃ３の出力はＸＯＲ２に入力され各ゲートＸＯＲ１，２
の出力は、フォトカプラＩＣ４，５の発行側を駆動す
る。そして、ＩＣ４，５の出力からＧ１，Ｇ２の信号が
出力される。
【００２９】このようにしてＰＷＭ制御信号に、休止時
間ΔｔａとΔｔｂの信号が組み合わされて、第１の交流
スイッチ７と第２の交流スイッチ８を駆動する制御信号
Ｇ１，Ｇ２が作られる。なお、ΔｔａとΔｔｂはそれぞ
れＩＣ２，３のＴ２−ＣＤ間のボリュームにより容易に
調整できる。
間ΔｔａとΔｔｂの信号が組み合わされて、第１の交流
スイッチ７と第２の交流スイッチ８を駆動する制御信号
Ｇ１，Ｇ２が作られる。なお、ΔｔａとΔｔｂはそれぞ
れＩＣ２，３のＴ２−ＣＤ間のボリュームにより容易に
調整できる。
【００３０】次にこのような構成の入力波形追従型交流
電源装置の各部の波形を図８ないし図１０に示す。ここ
で、図８は制御出力Ｇ１に時間比率を１０％とした場
合、図９は５０％、図１０は９０％とした場合を示す。
また、各図の（ａ）は出力フィルタ９の手前であるノー
ド４’の波形でチョッパ動作の様子が解るよう周波数レ
ンジを拡大したもの、（ｂ）は同様にノード４’の波形
で出力交流波形と対比するため同一レンジとしたもの、
（ｃ）は出力端子４での出力波形を示す。このように入
力波形は所定の時比率でチョッピングされ、出力には時
比率に応じた電圧の相似波形が現れていることがわか
る。
電源装置の各部の波形を図８ないし図１０に示す。ここ
で、図８は制御出力Ｇ１に時間比率を１０％とした場
合、図９は５０％、図１０は９０％とした場合を示す。
また、各図の（ａ）は出力フィルタ９の手前であるノー
ド４’の波形でチョッパ動作の様子が解るよう周波数レ
ンジを拡大したもの、（ｂ）は同様にノード４’の波形
で出力交流波形と対比するため同一レンジとしたもの、
（ｃ）は出力端子４での出力波形を示す。このように入
力波形は所定の時比率でチョッピングされ、出力には時
比率に応じた電圧の相似波形が現れていることがわか
る。
【００３１】次に、本発明の第２ないし第３実施例につ
いて図１１ないし１３に沿って説明する。図１１は本発
明の第２実施例を示したもので、出力フィルタ９と出力
端子３，４の間に周知の技術手段である電圧検出手段１
１を設け、所定の電圧か否かを制御手段６にフォトカプ
ラ等の伝達手段１３を介してフィードバックし、定電圧
制御を行うものである。なお、必要によりトランス等の
昇圧手段１２を設ければ入力電圧より高い電圧を得るこ
とも可能である。また、このような電圧制御を応用した
周知の技術手段により、電流制御、電力制御も可能であ
る。
いて図１１ないし１３に沿って説明する。図１１は本発
明の第２実施例を示したもので、出力フィルタ９と出力
端子３，４の間に周知の技術手段である電圧検出手段１
１を設け、所定の電圧か否かを制御手段６にフォトカプ
ラ等の伝達手段１３を介してフィードバックし、定電圧
制御を行うものである。なお、必要によりトランス等の
昇圧手段１２を設ければ入力電圧より高い電圧を得るこ
とも可能である。また、このような電圧制御を応用した
周知の技術手段により、電流制御、電力制御も可能であ
る。
【００３２】図１２は、本発明の第３実施例を示したも
ので、この実施例では本発明を３相交流の電源装置に適
用した場合を示している。すなわち、３相Ｖ結線により
図１１の回路を２回路分用い、制御手段６および電圧検
出手段１１、伝達手段１３は共通として、制御手段６よ
り制御信号Ｇ１，Ｇ２，Ｇ’１，Ｇ’２を出力する。
ので、この実施例では本発明を３相交流の電源装置に適
用した場合を示している。すなわち、３相Ｖ結線により
図１１の回路を２回路分用い、制御手段６および電圧検
出手段１１、伝達手段１３は共通として、制御手段６よ
り制御信号Ｇ１，Ｇ２，Ｇ’１，Ｇ’２を出力する。
【００３３】図１３は、純抵抗成分等の負荷力率約１０
０％の負荷を駆動する電源装置（電気炉制御、調光器
等）に本発明を適用した場合を示したものである。この
例では第２の交流スイッチ８を省略している。このよう
に、第２の交流スイッチ８を省略できるのは、負荷１０
の力率が約１００％であるため、第１の交流スイッチ７
の被制御端子（ドレイン）間に発生するスパイク電圧が
微少であり、無視しても問題が生じないからである。
０％の負荷を駆動する電源装置（電気炉制御、調光器
等）に本発明を適用した場合を示したものである。この
例では第２の交流スイッチ８を省略している。このよう
に、第２の交流スイッチ８を省略できるのは、負荷１０
の力率が約１００％であるため、第１の交流スイッチ７
の被制御端子（ドレイン）間に発生するスパイク電圧が
微少であり、無視しても問題が生じないからである。
【００３４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、小型、軽
量の電源装置で、交互に動作する２つの交流スイッチを
設け、チョッパ動作とフライホイール動作を行わせるこ
ととしたので、任意の電圧、電流の正弦波を一定の電源
から同一あるいは相似形のまま連続的に取り出すことが
可能となった。
量の電源装置で、交互に動作する２つの交流スイッチを
設け、チョッパ動作とフライホイール動作を行わせるこ
ととしたので、任意の電圧、電流の正弦波を一定の電源
から同一あるいは相似形のまま連続的に取り出すことが
可能となった。
【００３５】また、各交流スイッチ間の動作には休止時
間を設けたので、スイッチング動作に伴うスパイク電圧
の発生を最小にすることができる。
間を設けたので、スイッチング動作に伴うスパイク電圧
の発生を最小にすることができる。
【００３６】また、各交流スイッチは２つの半導体素子
の被制御端子間に、それぞれその導通方向とは逆接続し
たダイオードを設け、それぞれの半導体素子の同一極の
被制御端子どうしを接続し、制御入力端子には同一制御
信号を入力することにより２つの半導体素子の他の被制
御端子間にて交流をオン・オフするので、低オン抵抗
で、高速動作が可能となった。
の被制御端子間に、それぞれその導通方向とは逆接続し
たダイオードを設け、それぞれの半導体素子の同一極の
被制御端子どうしを接続し、制御入力端子には同一制御
信号を入力することにより２つの半導体素子の他の被制
御端子間にて交流をオン・オフするので、低オン抵抗
で、高速動作が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である入力波形追従型交流電源
装置の基本構成を示す回路図である。
装置の基本構成を示す回路図である。
【図２】制御出力（Ｇ１，Ｇ２）の動作タイミングを示
すタイミングチャートである。
すタイミングチャートである。
【図３】制御部の詳細な構成例を示す回路図である。
【図４】本発明にかかる装置の基本構成を示す概略構成
図である。
図である。
【図５】ストレージ時間を示す波形図で、（ａ）は制御
信号波形、（ｂ）は被制御信号波形を示したものであ
る。
信号波形、（ｂ）は被制御信号波形を示したものであ
る。
【図６】第１の交流スイッチＳＷ１と第２の交流スイッ
チＳＷ２の動作タイミングを示した図で、（ａ）は短絡
状態が生じるタイミング、（ｂ）はオープン状態となり
スパイク電圧が生じるタイミングを示している。
チＳＷ２の動作タイミングを示した図で、（ａ）は短絡
状態が生じるタイミング、（ｂ）はオープン状態となり
スパイク電圧が生じるタイミングを示している。
【図７】交流スイッチの詳細な構成と動作を示した図で
ある。
ある。
【図８】制御出力Ｇ１の時比率が１０％時の各部の波形
を示した図で、（ａ）は出力フィルタの手前であるノー
ド４’の波形で周波数レンジを拡大したもの、（ｂ）は
通常のレンジでのノード４’の波形、（ｃ）は出力端子
４の波形を示す。
を示した図で、（ａ）は出力フィルタの手前であるノー
ド４’の波形で周波数レンジを拡大したもの、（ｂ）は
通常のレンジでのノード４’の波形、（ｃ）は出力端子
４の波形を示す。
【図９】制御出力Ｇ１の時比率が５０％時の各部の波形
を示した図で、（ａ）は出力フィルタの手前であるノー
ド４’の波形で周波数レンジを拡大したもの、（ｂ）は
通常のレンジでのノード４’の波形、（ｃ）は出力端子
４の波形を示す。
を示した図で、（ａ）は出力フィルタの手前であるノー
ド４’の波形で周波数レンジを拡大したもの、（ｂ）は
通常のレンジでのノード４’の波形、（ｃ）は出力端子
４の波形を示す。
【図１０】制御出力Ｇ１の時比率が９０％時の各部の波
形を示した図で、（ａ）は出力フィルタの手前であるノ
ード４’の波形で周波数レンジを拡大したもの、（ｂ）
は通常のレンジでのノード４’の波形、（ｃ）は出力端
子４の波形を示す。
形を示した図で、（ａ）は出力フィルタの手前であるノ
ード４’の波形で周波数レンジを拡大したもの、（ｂ）
は通常のレンジでのノード４’の波形、（ｃ）は出力端
子４の波形を示す。
【図１１】本発明の第２実施例である装置の基本構成を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図１２】本発明の第３実施例である３相入力波形追従
型交流電源装置の基本構成を示すブロック図である。
型交流電源装置の基本構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第４実施例である負荷力率１００％
の電源装置の基本構成を示す概略構成図である。
の電源装置の基本構成を示す概略構成図である。
【図１４】従来の交流電源装置を示したもので、（ａ）
はスライダックトランスを用いた場合、（ｂ）はトライ
アックあるいはサイリスタを用いた場合を示す。
はスライダックトランスを用いた場合、（ｂ）はトライ
アックあるいはサイリスタを用いた場合を示す。
１，２ 入力端子 ３，４ 出力端子 ５ 入力フィルタ ６ 制御手段 ７ 第１の交流スイッチ ８ 第２の交流スイッチ ９ 出力フィルタ １０ 負荷 １１ 電圧検出手段 １２ 昇圧手段 １３ 伝達手段
Claims (5)
- 【請求項１】 入力した交流電源を任意の電圧あるいは
電流の交流に変換して出力する交流電源装置において、 入力側と出力側との間に設けられ所定の周期でオン・オ
フする第１の交流スイッチと、この第１の交流スイッチ
よりも出力側にあって出力側を短絡する位置に設けられ
前記第１の交流スイッチとは略逆のタイミングでオン・
オフする第２の交流スイッチとを有してなることを特徴
とする入力波形追従型交流電源装置。 - 【請求項２】 所定の交流電源が接続される一対の入力
端子と、所定の負荷が接続される一対の出力端子とを有
し、前記入力端子の一方と前記出力端子の一方は共通の
コモン線に接続され、前記入力端子の他方は入力フィル
タを介してコモン線と第１の交流スイッチの一端に接続
され、前記出力端子の他端は出力フィルタを介して前記
第１の交流スイッチの他端および第２の交流スイッチの
一端とコモン線に接続され、前記第２の交流スイッチの
他端は前記コモン線に接続されてなることを特徴とする
請求項１記載の入力波形追従型交流電源装置。 - 【請求項３】 第１の交流スイッチの動作と第２の交流
スイッチの動作の間に所定の休止時間を設けてなること
を特徴とする請求項１あるいは２記載の入力波形追従型
交流電源装置。 - 【請求項４】 前記各交流スイッチはそれぞれ２つの半
導体素子を備え、この半導体素子の被制御端子間に、そ
れぞれその導通方向とは逆接続したダイオードを設け、
それぞれの半導体素子の同一極の被制御端子どうしを接
続し、制御入力端子には同一制御信号を入力することに
より２つの半導体素子の他の被制御端子間にて交流をオ
ン・オフ可能としたことを特徴とする請求項１ないし３
のいずれか１項に記載の入力波形追従型交流電源装置。 - 【請求項５】 前記第１の交流スイッチと第２の交流ス
イッチを駆動する制御手段はＰＷＭ制御（時比率制御）
であって、入力電圧を検出し出力電圧あるいは電流を一
定に保つよう動作することを特徴とする請求項１ないし
４のいずれか１項に記載の入力波形追従型交流電源装
置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7205411A JPH0934564A (ja) | 1995-07-18 | 1995-07-18 | 入力波形追従型交流電源装置 |
| US08/544,522 US5635826A (en) | 1995-07-18 | 1995-10-18 | Input waveform follow-up AC power source system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7205411A JPH0934564A (ja) | 1995-07-18 | 1995-07-18 | 入力波形追従型交流電源装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0934564A true JPH0934564A (ja) | 1997-02-07 |
Family
ID=16506407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7205411A Pending JPH0934564A (ja) | 1995-07-18 | 1995-07-18 | 入力波形追従型交流電源装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5635826A (ja) |
| JP (1) | JPH0934564A (ja) |
Cited By (12)
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|---|---|---|---|---|
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| KR100713691B1 (ko) * | 2003-11-28 | 2007-05-04 | 한빛이디에스(주) | 전압 강하 전용 전압제어장치 |
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| KR101433658B1 (ko) * | 2007-03-13 | 2014-08-26 | 삼성전자주식회사 | 광원 구동 장치, 광원 구동 방법 및 이들을 이용한 표시장치 |
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| JP2016517260A (ja) * | 2013-03-22 | 2016-06-09 | リナルディ、ヴィト | 電子正弦波トランス |
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|---|---|---|---|---|
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