JPS59226670A - Transistor inverter - Google Patents

Transistor inverter

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JPS59226670A
JPS59226670A JP58098984A JP9898483A JPS59226670A JP S59226670 A JPS59226670 A JP S59226670A JP 58098984 A JP58098984 A JP 58098984A JP 9898483 A JP9898483 A JP 9898483A JP S59226670 A JPS59226670 A JP S59226670A
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JP
Japan
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circuit
coil
switching
transistor
switching circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP58098984A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Arai
新井 武士
Tadayoshi Nagafune
忠義 長船
Takeshi Kobayashi
武 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jeol Ltd
Original Assignee
Jeol Ltd
Nihon Denshi KK
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Filing date
Publication date
Application filed by Jeol Ltd, Nihon Denshi KK filed Critical Jeol Ltd
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Publication of JPS59226670A publication Critical patent/JPS59226670A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal 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
    • H02M7/537Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal 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, e.g. single switched pulse inverters

Abstract

PURPOSE:To enable to readily match the impedance by providing taps at the arbitrary middle positions of a coil which forms a parallel resonance circuit, and controlling the voltages of the taps by a transistor switching circuit. CONSTITUTION:Switching transistors QA1-AAn form the first switching circuit, and switching transistors QB1-BBn form the second switching circuit. A capacitor C1 and a coil L1 forms a parallel resonance circuit. A capacitor C2 is connected across a coil L1, and taps A, B provided at the arbitrary positions of the coil L1 are connected to the switching circuit. The switching circuits respectively control the tap voltages.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、大電力FFT、 S IT (Static
rMucNon  Transister )等をスイ
ッチング素子として用いたトランジスタインバータに関
覆る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides high power FFT, SIT (Static
This article deals with transistor inverters using MucNon Transistor (MucNon Transistor) etc. as switching elements.

高周波誘導加熱用として用いられるインバータとして、
従来、真空管を用いた大電力発生装置が用いられていた
。しかしながら、真空管を用いたこの装置では、トラン
ス、コイル及びコンデンサ等に高耐圧のものが要求され
、装置が大型化すると共に高価になるという問題があっ
た。このため、近年のトランジスタの高耐圧化に伴い、
トランジスタをスイッチング素子として用いた所謂トラ
ンジスタインバータが実用化されるに至った。このトラ
ンジスタインバータには、発振回路構成や電力整合の要
請から、通常、コイルとコンデンサを並列接続した並列
共振回路が用いられる。
As an inverter used for high frequency induction heating,
Conventionally, large power generators using vacuum tubes have been used. However, in this device using vacuum tubes, transformers, coils, capacitors, etc., are required to have high withstand voltages, resulting in a problem that the device becomes larger and more expensive. For this reason, with the recent increase in voltage resistance of transistors,
A so-called transistor inverter using a transistor as a switching element has come into practical use. For this transistor inverter, a parallel resonant circuit in which a coil and a capacitor are connected in parallel is usually used due to the oscillation circuit configuration and power matching requirements.

上述の並列共振回路を用いたトランジスタインバータは
、商用交流電圧を直接整流して直流電圧の供給を受けて
いる。又、高周波電力を増強する手段として電圧トラン
スが用いられる。このトランジスタインバータで負荷側
に大電力を供給覆るには、出力電圧若しくは出力電流を
増大さぜる必要がある。しかし、スイッチング素子(ト
ランジスタ)の耐圧は一定値に制限されているため、そ
の最大出力電圧には限度がある。一方、出力電流につい
ては、並列共振回路のインピーダンスZ。
The transistor inverter using the above-mentioned parallel resonant circuit directly rectifies the commercial alternating current voltage and receives the direct current voltage. Further, a voltage transformer is used as a means for increasing high frequency power. In order to supply a large amount of power to the load side with this transistor inverter, it is necessary to increase the output voltage or output current. However, since the breakdown voltage of the switching element (transistor) is limited to a certain value, there is a limit to its maximum output voltage. On the other hand, regarding the output current, the impedance Z of the parallel resonant circuit.

を小さくする方法が考えられる。ここで、並列共振回路
のインピーダンスZoは、回路のインダクタンスを1−
1容量をC1抵抗をRとすれば、次式%式% 7o  = 1−10R< 1  ) 従って、インピーダンスZoを小さくするには、容量C
を大きくするか、インダクタンスLを小さくすればJ:
い。しかし、インダクタンスLが例λば、1 tll−
1以下になると、コイルの高周波分布が低下して、電力
の搬送率が著しく小さくなり、電力伝送装置として実用
に耐え得なくなる。、そこで、現在は、第1図に示す如
き構成の装置が用いられている。
There are ways to make it smaller. Here, the impedance Zo of the parallel resonant circuit is the inductance of the circuit 1-
1 capacitance is C1 resistance is R, then the following formula % formula % 7o = 1-10R< 1) Therefore, in order to reduce the impedance Zo, the capacitance C
If J is increased or the inductance L is decreased, J:
stomach. However, if the inductance L is λ, for example, 1 tll-
When the value is less than 1, the high frequency distribution of the coil decreases, the power transfer rate becomes extremely small, and the power transmission device becomes unusable. Therefore, an apparatus having a configuration as shown in FIG. 1 is currently used.

第1図において、OA I 〜QA n  (nは整数
)はスイッチングトランジスタ(FET)であり、その
トレイン及びソース同志が共通接続さね、第1のスイッ
チング回路を構成している。一方、QB1〜Qenもス
イッチングトランジスタ(FET)であり、そのドレイ
ン及びソース同志が共通接続され、第2のスイッチング
回路を構成している。これらスイッチング回路は、トラ
ンジスタQA1〜QAn、QB+〜QBnのグー1〜に
印加される駆動パルスにより、相補的に駆動されるよう
になっている。C1はコンデンサ、L+ 、L2はコイ
ルであり、このコンデンサC+とコイル1−1゜L2と
で並列共振回路を構成している。−次コイルL1の中間
タップと第1及び第2のスイッチング回路の接続部との
間には、例えば商用電圧を整流して得た直流電圧が印加
されており、この電圧が第1及び第2のスイッチング回
路で交互に断続され、二次コイル1−2に電力が伝送さ
れる。二次コイルL2には(l荷(図示ゼず)が接続さ
れ、必要なパワーの供給を受けることになる。第1及び
第2のスイッチング回路にトランジスタが複数個共通接
続されているのは、二次側負荷に高周波大電力を供給す
る必要がある用台に、1個のトランジスタでは電流容量
が不足するためである。従って、特性のマツチしたトラ
ンジスタが数個乃至数10個並列接続されて容量不足を
カバーしている。
In FIG. 1, OA I to QA n (n is an integer) are switching transistors (FETs) whose trains and sources are commonly connected to form a first switching circuit. On the other hand, QB1 to Qen are also switching transistors (FETs), and their drains and sources are commonly connected to form a second switching circuit. These switching circuits are driven in a complementary manner by driving pulses applied to transistors QA1 to QAn and QB+ to QBn. C1 is a capacitor, L+ and L2 are coils, and the capacitor C+ and the coil 1-1°L2 constitute a parallel resonant circuit. - A DC voltage obtained by rectifying the commercial voltage, for example, is applied between the intermediate tap of the secondary coil L1 and the connection part of the first and second switching circuits, and this voltage is applied to the first and second switching circuits. The switching circuit alternately turns on and off, and power is transmitted to the secondary coil 1-2. A load (not shown) is connected to the secondary coil L2 and receives the necessary power.The reason why a plurality of transistors are commonly connected to the first and second switching circuits is as follows. This is because a single transistor does not have enough current capacity for a device that needs to supply high-frequency high power to a secondary load.Therefore, several to several dozen transistors with matching characteristics are connected in parallel. This covers the lack of capacity.

ところで、電力をスイッチング回路により、効率良く伝
送するには、最大電力供給の法則に従ってインピーダン
ス整合をとる必要がある。即15、並列共振回路の抵抗
性をスイッチング回路の抵抗性と等しくし、リアクタン
ス分は絶対値が等しく一〇− 極f1が逆になるにうに選ぶ必要がある。第1図の回路
において、この辺の事情がどのようにな−)でいるかを
、第2図を用いて説明する。第2図は第1図の回路の等
価回路図である。スイッチング回路は、抵抗値rの抵抗
がn個並列接続されたのと等価になる。ここで、rは一
絹のトランジスタ〈例えばOAI とQBl)の出力抵
抗である。又、前述の場合ど同様、Cは並列共振回路の
容量、Rは並列共振回路の抵抗、しはコイルのインダク
タンスである。今、リアクタンス分については無視する
と、各スイッチング回路の合成抵抗はr/nとなり、1
−ランジスタの接続段数nを増やせば増やす程合成抵抗
r/nが小さくなり、並列共振回路の抵抗性Rとの整合
がとれなくなることがわかる。この結果、大電力を二次
側に伝送することが困難になってくる。
By the way, in order to efficiently transmit power through a switching circuit, it is necessary to perform impedance matching according to the law of maximum power supply. In other words, 15. It is necessary to make the resistance of the parallel resonant circuit equal to the resistance of the switching circuit, and to select the reactance components so that their absolute values are equal and the poles f1 are opposite. In the circuit shown in FIG. 1, how this situation is handled will be explained using FIG. 2. FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the circuit of FIG. 1. The switching circuit is equivalent to n resistors having a resistance value r connected in parallel. Here, r is the output resistance of a single transistor (eg, OAI and QBl). Also, as in the above case, C is the capacitance of the parallel resonant circuit, R is the resistance of the parallel resonant circuit, and inductance of the coil. Now, if we ignore the reactance, the combined resistance of each switching circuit is r/n, which is 1
- It can be seen that as the number n of connected transistors increases, the combined resistance r/n becomes smaller, and it becomes difficult to match it with the resistance R of the parallel resonant circuit. As a result, it becomes difficult to transmit large amounts of power to the secondary side.

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その
目的は、上記大電力の出力のトランジスタインバータで
あって容易にインピーダンス整合を取り得るものを提供
することにある。
The present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to provide a transistor inverter that outputs a large power as described above and can easily achieve impedance matching.

4− この目的を達成する本発明は、並列共振回路を用いIC
トランジスタインバータにおいて、前記並列共振回路を
構成するコイルの中間の任意の位置にタップを設け、該
タップの電圧をトランジスタスイッチング回路で制御す
るようにしたことを特徴とするものである。
4- The present invention achieves this objective by using parallel resonant circuits to
The transistor inverter is characterized in that a tap is provided at an arbitrary position between the coils constituting the parallel resonant circuit, and the voltage of the tap is controlled by a transistor switching circuit.

以下、図面を参照し本発明の実施例を詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第3図は本発明の一実施例を示す電気的構成図である。FIG. 3 is an electrical configuration diagram showing an embodiment of the present invention.

この図において、第1図と同一部分には同一符号を付し
、その説明は省略する。第3図から明らかなように、本
実施例ではコイルL1の両端にコンデンサC2が接続さ
れ、スイッチング回路とコイルし1上の任意の位置に設
けられたタップA、Bが接続されている。そして、各ス
イッチング回路はこれらタップの電圧を制御するように
なっている。上記回路の動作説明を簡単にするために、
スイッチング回路のうちの一方(例えば第1のスイッチ
ング回路)の等価回路を示したものが第4図である。尚
、各トランジスタの出力抵抗r、並列共振回路の定数は
第2図に示す等価回路ど同一のものを用いている。第4
図において、]イルの全巻数(第4図の0点と0点との
間の巻数)をN2、中間タップまでの巻数(第4図の0
点と0点との間の巻数)をN1とすると、コイルの両側
から1ノだインピーダンスXo′と中間タップ(0点と
0点)間に接続されたインピーダンスX○との間には次
式が成立する。
In this figure, the same parts as in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and their explanation will be omitted. As is clear from FIG. 3, in this embodiment, a capacitor C2 is connected to both ends of the coil L1, and taps A and B provided at arbitrary positions on the coil L1 are connected to the switching circuit. Each switching circuit is adapted to control the voltages of these taps. To simplify the explanation of the operation of the above circuit,
FIG. 4 shows an equivalent circuit of one of the switching circuits (for example, the first switching circuit). Note that the output resistance r of each transistor and the constant of the parallel resonant circuit are the same as those of the equivalent circuit shown in FIG. 2. Fourth
In the figure, the total number of turns of the coil (the number of turns between 0 points in Figure 4) is N2, and the number of turns up to the intermediate tap (the number of turns between 0 points in Figure 4) is
If the number of turns between the point and the 0 point is N1, then the relationship between the impedance Xo' which is 1 no. from both sides of the coil and the impedance X○ connected between the intermediate tap (the 0 point and the 0 point) is as follows. holds true.

Xo’=(N?/N+>2・Xo   (2>ここでは
明らかにN2:・N1であるから、コイル両端のインピ
ーダンスXo’ は、中間タップ間に接続されたインピ
ーダンス×oより、(N2/N1)2倍大きくなる。逆
にいえば、第3図に示すような接続を1Jることにより
、Xoは児1)け上<N2/N+)(6に大きくなった
ことを意味する。
Xo'=(N?/N+>2・Xo (2> Obviously N2:・N1 here, so the impedance Xo' at both ends of the coil is (N2/ N1) becomes twice as large.Conversely speaking, by increasing the connection as shown in FIG.

そこで、トランジスタがh並列列接続された回路の上記
合成抵抗r/nは前記XOと対応して考えられるから、
合成抵抗r/nは中間タップの利用により(N2/N1
)2倍になったことになる。
Therefore, since the above-mentioned combined resistance r/n of a circuit in which h transistors are connected in parallel columns can be considered in correspondence with the above-mentioned XO,
The combined resistance r/n is determined by using the center tap (N2/N1
) This means that it has doubled.

従って、コイルの巻数比N2/Nlを適当に選べば、(
r/n ) ・(N2/N+ >2を共振回路のインピ
ーダンスと整合させることができ、前)!lSのトラン
ジスタを複数個並列接続したことによる不具合(インピ
ーダンスの低下)を除去できることになる。尚、共振回
路のインピーダンスZOは、中間タップのインダクタン
スL′とすれば、次式%式% (3) 上記構成による特徴を列挙すると、次のようになる。
Therefore, if the coil turns ratio N2/Nl is appropriately selected, (
r/n ) ・(N2/N+ > 2 can be matched with the impedance of the resonant circuit, previous)! This makes it possible to eliminate the problem (impedance drop) caused by connecting a plurality of IS transistors in parallel. Incidentally, if the impedance ZO of the resonant circuit is the inductance L' of the center tap, it is expressed by the following formula (3) The characteristics of the above configuration are as follows.

(1)並列共振回路のインピーダンスを低くり−ること
な(電流を増加して高出力化を図ることができる。
(1) High output can be achieved by increasing the current without lowering the impedance of the parallel resonant circuit.

(2)並列共振回路のインダクタンス1−及び容量Cを
変えるとなく出力を調整することができる。
(2) The output can be adjusted without changing the inductance 1- and capacitance C of the parallel resonant circuit.

(3)共振コイルのQは、トランジスタスイッチング回
路の等価抵抗に比例するため、等価抵抗を大きくとれる
上記構成では、Qを大きく  ′とることができる。従
って、効率が改善され 7− る。
(3) Since the Q of the resonant coil is proportional to the equivalent resistance of the transistor switching circuit, in the above configuration where the equivalent resistance can be increased, the Q can be increased. Therefore, efficiency is improved.

(4)高インピーダンス負荷についても、コイルの高周
波分布が良いため整合を取ることができる。
(4) Even with high impedance loads, matching can be achieved because the high frequency distribution of the coil is good.

尚、トランジスタとしてSITを用いた場合、電力増幅
の方法は真空管と同様、電圧比例形となるが、商用交流
電圧(3相220V)を直接直流化する方法では、電圧
一定で電流増加形とした本発明は経済的である。又、両
者を相合せてスイッチング素子の耐圧最高値近辺で動作
させるようにすると、更【こ大電力伝送が可能になる。
Note that when SIT is used as a transistor, the power amplification method is voltage proportional type, similar to vacuum tubes, but in the method of directly converting commercial AC voltage (3 phase 220V) to DC, the voltage is constant and the current is increased. The invention is economical. Furthermore, by combining the two and operating the switching element near its maximum breakdown voltage, even greater power transmission becomes possible.

以−If明したように、本発明によれば、共振回路を構
成づるコイルの中間の任意の位置にタップを設け、この
タップ電圧をトランジスタスイッチング回路で制御する
ようにしているため、タップ位置を調整することにより
、スイッチング回路と共振回路とのインピーダンス整合
を容易にとることができる。このため、高周波大電力を
効率良くtQ荷に伝送することができる。
As explained below, according to the present invention, a tap is provided at an arbitrary position in the middle of the coil constituting the resonant circuit, and this tap voltage is controlled by a transistor switching circuit, so that the tap position can be changed. By adjusting, impedance matching between the switching circuit and the resonant circuit can be easily achieved. Therefore, high frequency high power can be efficiently transmitted to the tQ load.

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

−9−J八・ 8− 第1図は従来装置を示す電気的構成図、第2図は第1図
の回路の等価回路図、第3図は本発明の一実施例を示づ
電気的構成図、第4図は第3図の回路の等価回路図であ
る。 OA1〜QAnlQBl〜QBn ・・・トランジスタ C1,C2・・・コンデンサ Ll、l−2・・・コイル 特許出願人 日本電子株式会社 代 理 人 弁理士 井島藤治 10−
-9-J8.8- Fig. 1 is an electrical configuration diagram showing a conventional device, Fig. 2 is an equivalent circuit diagram of the circuit in Fig. 1, and Fig. 3 is an electrical diagram showing an embodiment of the present invention. The configuration diagram, FIG. 4, is an equivalent circuit diagram of the circuit shown in FIG. 3. OA1~QAnlQBl~QBn...Transistor C1, C2...Capacitor Ll, l-2...Coil Patent applicant JEOL Co., Ltd. Agent Patent attorney Fujiji Ijima 10-

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 並列共振回路を用いたトランジスタインバータにおいて
、前記並列共振回路を構成するコイルの中間の任意の位
置にタップを設け、該タップの電圧をトランジスタスイ
ッチング回路で制御するように構成したことを特徴とす
るトランジスタインバータ。
A transistor inverter using a parallel resonant circuit, characterized in that a tap is provided at an arbitrary position between the coils constituting the parallel resonant circuit, and the voltage of the tap is controlled by a transistor switching circuit. inverter.
JP58098984A 1983-06-03 1983-06-03 Transistor inverter Pending JPS59226670A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01218365A (en) * 1988-02-25 1989-08-31 Fanuc Ltd Inverter device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5638595B2 (en) * 1971-11-30 1981-09-08

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