JPH0970174A - 高周波インバータ - Google Patents

高周波インバータ

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JPH0970174A
JPH0970174A JP7223273A JP22327395A JPH0970174A JP H0970174 A JPH0970174 A JP H0970174A JP 7223273 A JP7223273 A JP 7223273A JP 22327395 A JP22327395 A JP 22327395A JP H0970174 A JPH0970174 A JP H0970174A
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diodes
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diode
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Minoru Kaneda
実 金田
Tadashi Shibuya
忠士 渋谷
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチング素子内ダイオードの逆回復期間
中に発生する直流短絡現象をなくして素子破壊を防止す
る。 【解決手段】 スイッチング素子Su〜Syからなるイ
ンバータの出力端子A及びBと直列共振負荷11の端子
C及びDとの間に逆並列D1,D2とL2及び逆並列D
3,D4の直列回路13,14を接続し、負荷の端子
C,Dと直流電源P,N 間に外付帰還Du,Dyを接
続し、出力端子A,B間にR1又はC1とL1のダミー
遅れ負荷12を接続する。負荷電流が進みモードとなっ
たとき、帰還ダイオードDu〜Dyを通して進み電流が
環流するか、この電流は逆並列D1〜D4が素子Su〜
Syと直列となっているので、素子内D0へは流れな
い。また、転流の際の外付Du,Dyの逆回復による直
流短絡電流は高周波L3,L4により抑制されるので、
素子Su〜SyがOFFするとき異常サージを発生しな
くなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘導加熱用高周波
電源装置の電圧形高周波インバータに関する。
【0002】
【従来の技術】電圧形インバータは図3に示すように直
流電源P,N間に半導体スイッチング素子(自己消弧素
子)Su〜Syを接続した構成となっていて、出力電流
0が正弦波で出力電圧V0は方形波となる。このため出
力電流I0を出力電圧V0より若干の遅れ位相となるよう
にインバータを動作させると、スナバ回路を使用しなく
ても電圧サージが発生せず素子の電圧責務が低減して装
置を安定に運転することができる。
【0003】その理由を図4,図5を用いて説明する。
スイッチング素子Su及びSxに図4のようにゲートO
N期間A及びCにゲート信号U及びXを加える。期間A
では素子SuがON、デッドタイム期間Bでは素子Su
がON→OFF、素子SxがOFFする。素子SuがO
FFしたことにより出力電流I0は素子Sx側の浮遊キ
ャパシタC0(図8)から供給される。これにより素子
Sxの浮遊キャパシタの電圧は低下(−△V)して、素
子Su側の浮遊キャパシタの電圧は上昇(+△V)す
る。その後素子Sxの浮遊キャパシタが完全に放電する
と、素子Su側の浮遊キャパシタ電圧は電源電圧Edま
で上昇する。
【0004】期間Cでは素子SuがOFF,素子Sxが
OFF→ONし、寄生ダイオードD0(図8)を通して
流れる電流が正から負に反転した時点で素子Sxを通し
て電流がスムーズに移行するため、スイッチングによる
異常なサージ電圧は発生しない。
【0005】特に、数百KHzの高周波インバータを動
作させる場合は、スイッチング素子に並列にスナバ回路
を使用すると、スイッチングによる電圧は低減できるが
スナバ損失が大きくなるため、負荷同期をとり常にイン
バータを遅れ電流で制御する方式としてスナバ回路を小
形化している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記遅れ電流制御の場
合は電流がスイッチング素子のON,OFF動作でスム
ーズに転流するが、急激な負荷変動(周波数急変)が発
生する場合は制御遅れ等により進み電流モードでインバ
ータが動作する場合が発生する。進み電流モードでイン
バータが動作すると、スイッチング時に急峻な電圧サー
ジが発生する。
【0007】その理由を図6,図7を用いて説明する。
期間Aの後半では素子SuはONしているが電流は進み
のため浮遊ダイオードD0に流れている。期間Bでは素
子SuがON→OFF,素子SxがOFFとなるが、ダ
イオードD0に電流が流れているため素子SuがOFF
してもモードは変化しない。期間Cでは素子SuがOF
F,素子SxがOFF→ONとなるが、この状態で素子
SxがONすると素子Sx側の浮遊キャパシタは急峻に
放電すると同時に、素子Su側のダイオードD0の逆回
復が発生し、直流短絡現象が発生すると同時に素子Su
側の浮遊キャパシタC0の急峻な充電現象が起り電圧サ
ージが発生する。
【0008】この急峻な電圧サージが発生すると素子の
電圧耐量以上の責務が発生したり、制御回路がノイズで
誤動作する場合がある。この対策として損失を犠牲にし
てスイッチング素子に並列にスナバ回路を入れるか又は
急峻な負荷変動(周波数急変)が発生するシステムには
適用できない欠点があった。
【0009】本発明は、従来のこのような問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、スイ
ッチング素子内ダイオードの逆回復期間中に発生する直
流短絡現象をなくして素子破損を防止することができる
高周波インバータを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】自己消弧素子を使用した
電圧形インバータにおいて、インバータの出力端子と負
荷の端子との間に逆並列ダイオードと高周波リアクトル
の直列回路を接続し、負荷の端子と直流電源との間の外
付帰還ダイオードを接続し、インバータの出力端子間に
直流抑制用抵抗又はコンデンサと遅れ電流供給用リアク
トルとの直列回路からなるダミー遅れ負荷を接続してな
るものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
実施の形態1 図1はインバータの主回路を示すもので、Su〜Syは
インバータの各アームを構成するスイッチング素子(自
己消弧素子)、11はインバータの直列共振負荷、Du
〜Dyは負荷11の端子C,Dとインバータの直流電源
P,Nとの間に接続された外付帰還ダイオード、12は
インバータの出力端子A,B間に接続された直流分抑制
抵抗R1と遅れ電流供給用リアクトルL1からなるダミー
遅れ負荷、13はインバータの出力端子Aと負荷の端子
Cとの間に直列に接続された逆並列ダイオードD1,D2
とフエライトコア入りの高周波リアクトルL2からなる
電流抑制回路、14はインバータの出力端子Bと負荷の
端子Dとの間に直列に接続された逆並列ダイオード
3,D4をフエライトコア入りの高周波リアクトルL4
からなる電流抑制回路である。なお、C0及びD0はスイ
ッチング素子内浮遊コンデンサ及びダイオード(図8)
を示す。
【0012】以上のように、インバータが構成されてい
るので、定常運転時は遅れダミー負荷12の遅れ電流を
取り込むリアクトルL1及び出力電流と出力電圧の関係
を、出力電流遅れモードで同期制御して運転することに
より、スイッチング素子Su〜Syの浮遊キャパシタC
0の電荷を放電させるための電流を確保することができ
ると共に、方形波出力電圧に含まれる直流分はダミー遅
れ負荷の抵抗R1により抑制される。
【0013】負荷の急峻な変動(周波数急変)が生じ電
流が進みモードとなった時は、外付帰還ダイオードDu
〜Dyを通して進み電流が環流する。この電流は、逆並
列ダイオードD1,D2、D3,D4と素子内環流ダイ
オードD0が直列となっているので、外付ダイオードD
u〜Dyのみに流れ、素子内ダイオードD0へは進み電
流は流れない。
【0014】デッドタイム期間を通して他素子へ転流の
際の外付ダイオードの逆回復による直流短絡電流は、逆
並列ダイオードD1,D2,D3,D4に直列に接続し
たフエライトコアを有する高周波リアクトルL3,L4
によりその変化分(di/dt)が抑制されるので、ス
イッチング素子がOFFするとき異常なサージを発生す
ることがない。
【0015】上記ではダミー遅れ負荷として遅れ電流供
給用リアクトルL1と直列に方形波出力電圧に含まれる
直流分を抑制する抵抗R1を接続しているが、抵抗R1
に代わりにコンデンサC1を用いても方形波出力電圧に
含まれる直流分を除去することができる。このコンデン
サ直列接続方式は抵抗直列接続方式に比べて直流分に対
するインピーダンスがコンデンサ容量にかかわらず無限
大となるため回路電流と周波数条件さえ注意すればよ
く、選定が容易となる。
【0016】実施の形態2 図2はハーフブリッジ回路で高周波インバータを構成し
た例を示す。この回路は図1のインバータのスイッチン
グ素子Su,帰還ダイオードDu等で構成されるアーム
とスイッチング素子Sx,帰還ダイオードDx等で構成
されるアームに代えてコンデンサCuとCxを使用した
もので作用及び動作は上記実施の形態1と変わりがない
ので、説明を省略する。
【0017】
【発明の効果】本発明は、上述のとおり構成されている
ので、次に記載する効果を奏する。
【0018】(1)スイッチング素子内ダイオードに進
み電流が流れなくなり、素子内ダイオードの逆回復期間
中直流短絡現象が発生しないので、素子破損を防止でき
る。
【0019】(2)スイッチング素子の遅れ電流をL−
R又はL−Cの直列回路からなるダミー遅れ負荷に取込
むことができるので、素子の浮遊キャパシタに充電され
た電荷を放電する電流が確保され、電流がスムーズに移
動するので、異常サージ電圧が発生せず、素子の破損を
防止できる。
【0020】(3)外付けダイオードの逆回復期間中の
直流短絡は逆並列ダイオードと直列のリアクトルにより
その電流の変化が抑制され、スイッチング素子の破損を
防止できる。
【0021】(4)主回路のみの対策であるため誤動作
することがない。
【0022】(5)スナバ回路が不要となるので、損失
が少なくてすむ。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の態様1を示すインバータ主回路図。
【図2】実施の態様2を示すインバータ主回路図。
【図3】インバータの基本回路図。
【図4】遅れモード時の動作を説明する波形図。
【図5】遅れモード時の動作説明図。
【図6】進みモード時の動作を説明する波形図。
【図7】進みモード時の動作説明図。
【図8】スイッチング素子の等価回路図。
【符号の説明】
Su〜Sy…スイッチング素子(自己消弧素子) Du〜Dy…外付(帰還)ダイオード 11…直列共振負荷 12…ダミー遅れ負荷 13,14…電流抑制回路 L1…遅れ電流供給用リアクトル L3,L4…フエライトコアを有する電流変化抑制用リ
アクトル D1〜D4…素子内ダイオード通電阻止用ダイオード D0…素子内(寄生)ダイオード R1…直流分抑制用抵抗 C1…直流分抑制用コンデンサ CD…平滑用コンデンサ C0…素子内(浮遊)コンデンサ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自己消弧素子を使用した電圧形インバー
    タにおいて、 インバータの出力端子と負荷の端子との間に逆並列ダイ
    オードと高周波リアクトルの直列回路を接続し、負荷の
    端子と直流電源との間の外付帰還ダイオードを接続し、 インバータの出力端子間に直流抑制用抵抗又はコンデン
    サと遅れ電流供給用リアクトルとの直列回路からなるダ
    ミー遅れ負荷を接続し、てなることを特徴とした高周波
    インバータ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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