JPS5914991B2 - 静止電力変換装置の入出力可変装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、静止電力変換装置（以下、インバータと称す
）において一定出力以上の出力制御を周波数制御にて行
い、それ以下の出力匍脚をデューティ・コントロールに
て行うことにより、広範囲な 。

出力制御をインバータの動作上においても、設計上にお
いても支障なく可能とする装置を提供することを目的と
する。従来からインバータの出力制御方式としては、４
負荷とのマッチングをずらす、３駆動期間を調節してデ
ューティ・コントロールを行うことの２５方法が安定で
、制御しやすいために採用されていた。

さらに１の方式としては、５インバータの動作周波数を
変える、５インバータの共振回路の定数を変える、□出
力との結合を変える、等の方式があるが、□は連続的に
可変しにくい、６は機械１０的制御となり応答性等に問
題があるなどの理由で、動作周波数を可変する方式が有
利であつた。しかし、動作周波数を高くすると電力回路
の素子の責務が厳しくなつたり、共振回路部品の表皮効
果によるロスの増大等の問題があり、また、周波数を１
５下げると使用者の可聴周波数域に達して不快感を生じ
るために使用できる周波数巾が必然的に限定されてしま
う。そのため、インバータの出力可変範囲を広くするこ
とは、設計的に困難であつた。一方、デューティ・コン
トロールは広範囲な出力ノｏ 制御を安定に行なえるが
、電源環境によつて、フリッカの問題が発生するので、
大出力でのテユーテイ・コントロールは好ましくないと
されている。本発明は、周波数制御とデューティ・コン
トロールを組合せて、広範囲な出力制御を可能にする２
５ものである。以下、本発明の一実施例について図面に
より説明する。１は静止電力変換装置（インバータ）で
、出力コイル２に出力を発生させる。

３は前記インバータ１の発振周波数を可変する周波数可
変手段であノ０ り、トランジスタマルチバイブレータ
とパルス増幅回路４とからなる。

インバータ１により駆動された出力コイル２の電源は変
流器５と抵抗６によつて交流電圧に変換され、入出力検
出手段Ｔへ入る。この入出力検出手段Ｔは整流器８と、
抵抗９、１５１０とコンデンサ１１とからなり、平滑信
号をオペアンプ１２の入カヘ供給している。コンデンサ
１１はインバータ１の起動時には、電荷が零であるので
、抵抗９，１０とでもつてタイマー回路を形成する。出
力検知信号は、入出力設定手段１３と共にオペアンプ１
２の入力信号となり出力電圧ｅはｅ０−Ｅ８＋り（Ｅ８
−Ｅｉ） ｒ１ が得られる。

１４は過入力検出手段で差動増幅回路を形成する２つの
トランジスタ１４ａ，１４ｂおよび定電流回路１５で構
成され、各トランジスタのベース電圧は入出力設定手段
１３の出力とオペアンプ１２の出力がそれぞれ接続され
ている。

インバータ１の出力が入出力設定手段１３の設定に対し
て小さいならばＥ８〉Ｅｉとなるのでトランジスタ１４
ａのコレクタ電流が増加し、出力が大きい時はトランジ
スタ１４ｂのコレクタ電流が増加する。その場合ダイオ
ード１６を介してマルチバイブレータの時定数回路（コ
ンデンサ１７と抵抗１８，１９）から電流を流出させる
ので周波数が低下しインバータ１の出力が低下する。普
通は、このように、設定と同一となるように発振周波数
が変化しているわけであるが、トランジスタ１４ｂのコ
レクタ電流とトランジスタ１４ａの和は定電流回路１５
で定まる値で一定である。従つて設定に対してインバー
タ１の出力が極めて大きい場合はトランジスタ１４ｂの
コレクタ電流が増加するが、定電流回路１５で定まる電
流値以上の電流が流れることはできず、その時にトラン
ジスタ１４ａのコレクタ電流は零となり、完全にオフす
る。その場合、抵抗２０を介して流れていたトランジス
タ２１のベース電流が零となり、抵抗２２を経てトラン
ジスタ２３をオンにする。そのコレクタ電圧は単安定回
路２４と起動停止回路２５とから成る第１の禁止手段２
６へ入る。単安定回路２４の設定時間中は起動停止回路
２５によつてインバータ１は動作を禁止されている。ま
た、起動停止回路２５の出力は第２の単安定回路２７に
入り所定の時間、トランジスタ２８，２９をオンさせる
。トランジスタ２９がオンしている間はトランジスタ１
４ｂのコレクタ電流はトランジスタ２９により供給され
ると同時にＦＥＴ３Ｏによる定電流を抵抗１８を介して
流す。このＦＥＴ３Ｏによる定電流を、前記過入力検出
手段１４における定電流回路１５による電流と同一に選
んでおけば、最低出力となる周波数でインバータが動作
していることになる。すなわち、上記第２の単安定回路
２７，トランジスタ２８，２９，ＦＥＴ３０は第２の禁
止手段３１を構成している。第２図、第３図は各部の波
形を示している。

第２図は設定出力が低い場合で、オペアンプ１２の一方
の入力がａの破線で示す電圧Ｅ８の設定に対し、他方の
入力は第１図の抵抗９，１０、コンデンサ１１による時
定数のため実線で示すごとき波形の電圧Ｅｉとなる。第
２図のｂはトランジスタ１４ａ，１４ｂのコレクタ電流
波形１，４ａ，ｉ１４ｂを示し、トランジスタ１４ａの
コレクタ電流が零になつた時に単安定回路２４の入力電
圧は発生し、起動停止回路２５の出力は一定時間だけ禁
止信号を第２図ｃのごとく発生しインバータ１の動作を
禁止する。その間コンデンサ１１は抵抗１０を介して放
電し、次の起動に備える。単安定回路２７はｃの起動信
号によりトリガされて一定時間の禁止信号ｄを発生する
が、その時間内に次の起動信号が来るので禁止信号は出
たままとなる。よつて、周波数可変手段３の発振出力は
ｅのごとく低出力設定となつたまま、デユーテイサイク
ルを繰り返すこととなる。すなわち、起動停止回路２５
は第３図ｃの如く、“Ｏ”出力にてインバータ１を起動
させるとともに、単安定回路２７にトリガ信号を与え、
第３図ｄの如く所定の時間巾の出力を生じさせる。この
単安定回路２７の出力により、トランジスタ２８が導通
するので、トランジスタ２９が導通し、過入力検出手段
１４からの周波数制御信号１１４ｂをバイパスして周波
数可変手段３に影響を与えないようにする。一方、トラ
ンジスタ２８の導通時にはＦＥＴ３Ｏが周波数制御信号
１，４ｂの代わりに一定電流を周波数可変手段３から流
出させ、第３図ｅの前半の如く、低出力相当の周波数に
固定させる。従つて、起動後、単安定回路２７で定まる
一定時間は、インバータ１が負荷に無関係に低周波数で
作動し、その間に、コンデンサ１１は入出力レベルに相
当する電圧に充電される。第３図は、設定が十分に高出
力か、もしくは設定に対してインバータ１の負荷が十分
小さい場合を示しており、この場合、単安定回路２７の
出力パルス中に過入力検出回路１４が過入力を検出して
いない（１，４ａが零でない）ため、起動から一定時間
後にはトランジスタ２８がオフとなり、入出力設定と−
致する入出力が得られるように、入出力検出手段７と過
入力検出手段の誤差信号１，４ｂに応じて周波数可変手
段３の動作周波数が閉ループにて決定される。

入出力の設定が第３図に示す場合に比べて第２図ＡＯ）
Ｅ８の如く低くなると単安定回路２７の出力パルス（第
２図ｄの波線）中に、トランジスタ２８によつて第３図
の場合と同様に低出力相当の周波数になるようにインバ
ータ１の動作周波数が固定されているにも拘わらず、第
２図ＡＯｅｉの如く、コンデンサ１１の端子電圧が設定
値Ｅ８を超えてしまう。

それによりオペアンプ１２の出力Ｅ。

がＥ８に比べて低下するため、トランジスタ１４ａのコ
レクタ電流１１４ａは低下以最終的には零になる。その
ため、トランジスタ２１はベース電流がなくなり、オフ
し、トランジスタ２３はオンするので、単安定回路２４
へ正のパルス出力（パルス中は、インバータ１が発振停
止し、コンデンサ１１の電圧ＥｉがＥ，より低くなる迄
）を与える。そのパルスの立上がりに同期して出力され
る単安定回路２４の所定の正パルス出力（第２図ｃ）の
出ている間、起動停止回路２５はインバータ１の発振を
禁止し、パルス出力がなくなると再び、インバータ１を
起動させる。出力設定が非常に低い場合やインバータ１
の負荷が非常に大きい場合は、上記の再起動が、単安定
回路２７の設定時間内に行なわれるため、単安定回路２
７は再トリガされ、出力は第２図ｄの如く、“１”信号
が出放しとなり、発振周波数も、低出力相当に固定され
たままで、起動・停止・再起動（他ならぬデユーテイ制
御）を行なうこととなる。この場合、設定Ｅ８や負荷に
応じて発振時間（第２図ｃの低レベル時）が定まり、発
振停止時間は単安定回路２４によつて固定となる。よつ
て、設定を低くすれば、ｅはそのままで、発振期間（ｃ
がＬＯＷの期間）が短かくなるので、設定に比例して実
出力が減少する。ここに、非発振期間は単安定回路２４
で決る一定時間である。また、同設定でも高出力の負荷
の場合ａの充電波形の傾きがきつくなるので、発振期間
が短かくなり、負荷のばらつきに対しても実出力を補正
できる。第３図は高設定の場合で、起動後一定時間（ｃ
のパルス巾）は第２図と同様、ｄのごとく低出力周波数
のままであり、単安定回路２４の設定時間終了時（ｃの
立下り時）、ａのごとく設定電圧Ｅ８の方がＥｉより高
いので、第１図のトランジスタ２９，３０がオフし抵抗
１８を介してトランジスタ１４ｂの電流１１４ｂが流れ
るので、ｄのごとく動作周波数が高くなり、設定値に入
力が近くなるまで変化する。

以上の説明から明らかなように本発明の静止電力変換装
置の入出力可変装置は、過入力検出手段にて、入出力設
定手段と入出力検出手段の誤差電圧を検出し、この検出
出力により所定の第１の期間、インバータの動作を禁止
する手段を有し、かつインバータの起動・停止信号に同
期して所定の第２の期間、周波数可変手段の出力を一定
のリミツタ値に固定する第２の禁止手段を有するもので
あつて、周波数可変手段の設定に応じてそれがリミツタ
値以上においては周波数制御され、リミツタ値以下にお
いては、リミツタ値における周波数でもつてデユーテイ
・コントロールされるものである。

したがつて、次のような効果を有する。（１）周波数と
デユーテイを併用するので出力可変範囲が広範囲に、か
つ無段階可変できる。（２）デユーテイ・コントロール
は低出力時のみなのでフリツカが生じない。

（３）負荷による出力のばらつきを自動的に補正でき、
設定値と１：１の対応がとれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における静止電力変換装置の
入出力可変装置の回路構成図、第２図、第３図は上記装
置の動作を説明するための回路各部の電圧電流波形図で
ある。 １・・・・・・静止電圧変換装置、３・・・・・・周波
数可変手段、７・・・・・・入出力検出手段、１３・・
・・・・入出力設定手段、１４・・・・・・過入力検出
手段、２４・・・・・・単安定回路、２６・・・・・・
第１の禁止手段、２Ｔ・・・・・・第２の単安定回路、
３１・・・・・・第２の禁止手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入出力設定手段と、入出力を低下させる時に動作す
   る周波数のリミッタを少くとも有し、前記入出力設定手
   段に応じて静止電力変換装置の発振周波数を可変する周
   波数可変手段と、時定数を有する入出力検出手段と、前
   記入出力設定手段と入出力検出手段のオフセットを検出
   する過入力検出手段と、前記過入力検出手段の出力によ
   り所定の第１の期間、静止電力変換装置の動作を禁止す
   る第１の禁止手段と、静止電力変換装置の起動・停止信
   号に同期して所定の第２の期間、前記周波数可変手段の
   出力をリミッタ値に固定する第２の禁止手段とからなる
   ことを特徴とする静止電力変換装置の入出力可変装置。