JPS5936515B2 - インバ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はサイリスタを用いるインバータに関し、特に
周波数を上昇するためのサイクロコンバータ的な、出力
を得ることの可能なインバータに関するものである。

従来、サイリスタを用いるインバータ回路は、サイリス
タのターンオフ回路のために複雑であるばかりでなく、
サイリスタのスイッチングに困るサージ電圧の処理のた
めに、アブソーバ回路等のサージ吸収回路を必要とした
。

この発明は、１個のサイリスタの動作によつてＬＣ振動
エネルギーを与え、上記ＬＣ振動条件に合せてインバー
タ周波数を選定する簡潔な回路と上記サイリスタの動作
に困るサージ電圧を積極的に利用した回路を組合せるこ
とによつて、サイリスタのターンオフミスのない極めて
優れたインバータを提供するものである。

以下、図に示すこの発明実施例について説明する。

図は商用周波数電源を入力とする石油等の点火装置に応
用した実施例を示す。

まずこの発明の効用を明らかにするために、点火装置に
要求されている条件と現行の装置の欠点について少し記
述しなければならない。

近年、燃焼装置の点火装置には、大型かつ高価な高圧昇
圧の漏洩変圧器に代つて、半導体点火装置が採用されつ
ゝあるが、遅れのない着火性を有するためには舌状火花
の形成される必要があり、そのためには半導体を５〜２
０ＫＨｚでスイッチングさせる必要があるが、従来装置
では単なる衆知のキャパシタ放電型点火装置の高周波動
作化にすぎないから、スイッチングに用いられるサイリ
スタのターンオフミスのために、動作周波数を上げるに
は限界があるばかりでなく、雑音発生レベルも決して小
さいものではなかつた。

この発明の実施された点火装置は、上記キャパシタ放電
型点火装置に、数個の線輪とキャパシタを付加すること
によつて、従来装置では得られなかつた連続交番電圧の
出力が極めて低損失で得られるために、低雑音の十分な
舌状火花が得られるものである。従つてこの実施例は、
負荷に点火栓を有し、最大値１５ＫＶ程度の高電圧出力
が得られる。図において、交流入力電源端子１と２間に
ダイオード３とキヤパシタ４の直列回路が接続され、上
記キヤパシタ４は、キヤパシタ５と６の直列回路と空心
チヨークコイル７の線輪７１と７２と、サイリスタ８お
よび１次と２次および３次線輪９１と９２および９３を
有する昇圧トランス９の１次線輪９１による直列回路と
によつて分路されている。上記キヤパシタ５と６の接続
点は接地線１０によつて接地され、また上記チヨークコ
ィル７の線輪７１と７２の間にタツプ端子１１が設けら
れ、上記端子１１と２間にキヤパシタ１２が接続され、
上記サイリスタ８のカソードと線輪９１の接続線１３と
サイリスタ８のゲート間に抵抗器１４、ダイオード１５
、キヤパシタ１６、ダイオード１７とキヤパシタ１８の
直列回路、抵抗器１９とキヤパシタ２０の直列回路が並
列に接続されている。さらに、上記昇圧トランス９の１
次線輪９１はキヤパシタ２１によつて分路され、２次線
輪９２の出力端子には負荷の点火栓２２が接続され、３
次線輪９３の１方は線１３に接続され、他方の端子２３
は抵抗器２４を通して上記ダイオード１７とキヤパシタ
１８の接続点に接続されている。

また端子１と線１３間に、抵抗器２５とキヤパシタ２６
の直列回路が接続され、上記キヤパシタ２６はトランジ
スタ２７によつて分路され、上記抵抗器２５とキヤパシ
タ２６の接続点は定電圧スイツチング素子２８を介して
前記抵抗器１９とキヤパシタ２０の接続点へ接続され、
上記トランジスタ２７のベースとエミツタ間にはダイオ
ード２９と抵抗器３０が接続され、さらにこのベースが
抵坑器３１を介して前記端子２３に接続されている。な
お、チヨークコイル７と昇圧トランス９は、それぞれの
線輪にドツトで示す極性が動作の上で重要である。以上
で示す装置を要約して説明すると、比較的小容量例えば
、０．０１μＦから０．００１μＦ程度のキヤパシタ４
と５および６で構成された雑音吸収用フィルタ、この発
明の主要部である電源入力電流の制限と共振昇圧および
、サイリスタ８に流入する電流を制限するタツプ１１を
有するチヨークコイル７と、例えば０．３３μＦ程度の
キヤパシタ１２、１次と２次および３次線輪９１と９２
および９３を有する昇圧トランス９と、例え（Ｑ．２７
μＦ程度のキヤパシタ２１からなる主ＬＣ振動回路、上
記ＬＣ振動回路へキヤパシタ１２の充電々荷を供給する
サイリスタ８上記３次線輪９３が入力端子に接続された
抵抗器２４とキヤパシタ１８およびダイオード１７から
なる発振のための上記サイリスタ８の帰還ゲート回路、
抵抗器２５とキヤパシタ２６からなるＲＣ時定数回路と
スイツチング素子２８と抵抗器１９とキヤパシタ２０か
らなる微分回路および、抵抗器３０と３１とトランジス
タ２７およびダイオード２９からなる帰還回路によつて
構成された起動トリカー回路、そして抵抗器１４とダイ
オード１５およびキヤパシタ１６からなる、サイリスタ
８のゲート保護回路によつて、この発明実施例の点火装
置は構成されている。

次に動作について説明する。

いま、説明の便宜上端子１側に正、２側に負の電圧が印
加されたとすると、ダイオード３を通して、フィルタ用
キヤパシタ４と５および６が充電されると共に、チヨー
クコイル７の線輪７１を通してキヤパシタ１２が充電さ
れる。

一方、抵抗器２５を通してキヤパシタ２６の充電が開始
され、例えば電源周波の位相４５度程度でキヤパシタ２
６の充電々圧がスィツチング素子２８のしきい値に達す
ると、素子２８がブレークオーバーしてキヤパシタ２６
の電荷が抵抗器１９とキヤパシタ２０の微分回路を通し
てサイリスタ８のゲートに印加される。

従つて、サイリスタ８がオンとなつて、上記キヤパシタ
１２の充電々荷をチヨークコイル７の線輪７２（線輪７
２の巻数は線輪７１の巻数に比して小さく、１０分の１
程度に設定される。

）を通して、キヤパシタ２１と並列接続された昇圧トラ
ンス９の１次線輪９１に印カロする。よつて、チヨーク
コイル７は空心であるために、線輪７２のインダクタン
スが小さく、従つて、キヤパシタ１２の電荷は速やかに
キヤパシタ２１に充電される。上記サイリスタ８のオン
は、電源からの電流も流入させようとするが、チヨーク
コイル７が線輪７１とＴ２とでトランス構成となつてい
るために、線輪Ｔ２を通して流れる前述のキヤパシタ１
２の極めて大きな放電々流によつて上記電源からの流入
電流はサイリスタ８のオンに僅かの遅れる後１時的に停
止する。この時、線輪Ｔ２に誘起された急峻な電圧はフ
イルタキヤパシタ４と５および６とキヤパシタ１２によ
つて吸収され、ダイオード３の耐電圧を超えることがな
い（ここでダイオード３がなければ端子１と図示しない
電源と端子２およびキヤパシタ１２を通して吸収する回
路が形成されるが．チヨークコイル？の線輪Ｔ１とＴ２
の巻数比が小さい場合や、キヤパシタ１２の値が十分小
さく選定されているならダイオード３は不要である。さ
らに、フイルタ用キヤパシタ４等は、チヨークコイルＴ
を空心としないでフエライト棒等を挿入することによつ
て省略することもできる）。上記キヤパシタ１２の放電
によつて、キヤパシタ２１が十分に光電されると、昇圧
トランス９の１次線輪９１の逆起電力によつて、２次お
よび３次線輪９２と９３に各々電圧が誘起され特に２次
線輪９２には高電圧が誘起され、点火栓２２に於て火花
放電を開始すると同侍に、３次線輪９３にドツト方向を
正として誘起された電圧によつて．抵抗器２４を通して
キヤパシタ１８の光電々流が流れ、前述の起動トリカー
に重畳して印加されることになる。しかしながら上記キ
ヤパシタ１８の光電は即時完了するとともに．上記線輪
９１と７２のインダクタンスとキヤパシタ１２によるＬ
Ｃ振動によつて、サイリスタ８が速やかにターンオフす
る。上記サイリスタ８のターンオフは、前述のチヨーク
コイル？の線輪Ｔ１に蓄えられた磁気エネルギーに、電
源からのエネルギーをカロえて．キヤパシタ１２をカロ
速充電を行う。一方、上記サイリスタ８のターンオフに
よつても、昇圧トランス９の１次線輪９１にはキヤパシ
タ２１からの放電々荷によつて電流が流れているために
、２次線輪９２にも電圧が誘起され続けており、従つて
前述の火花放電が持続している。

上記線輪９１に印カロされる電圧の形態はキヤパシタ２
１とのＬＣ振動条件によつて決定され、点火装置特有の
急激な負荷変動に対処するためと、雑音低減のために、
１次と２次線輪９１と９２の結合条件を、例えば棒状磁
心に別ボビンに巻回する等をして、悪く設定され多少の
影響を受けるが，１５ＫＨｚ以上の可聴周波数以上に固
定するのは比較的容易である。さて、キヤパシタ２１の
放電が線輪９１のドツト方向から反転すると、キヤパシ
タ１８の充電々荷はダイオード１５を介して放電する。

さらに進行して再度ドツト方向に極性が反転すると．再
度抵抗器２４を通してキヤパシタ１８を光電々流が流れ
、サイリスタ８をターンオンする。

よつて前述と同様に．キヤパシタ１２の光電々荷はサイ
リスタ８を通して、キヤパシタ２１の光電電荷の消費し
た電荷分のみ補光々電した後、前述と同様の動咋によつ
て．サイリスタ８のターンオフを行なつた後、チヨーク
コイル７の磁気蓄積エネルギーと電源からの電圧によつ
て充電され．昇圧トランス９の１次線輪９１とキヤパシ
タ２１による、ＬＣ振動エネルギーは減衰することなく
持続するために．点火栓２２での火花放電もまた持続す
る。ここでトランジスタ２７は、前述の起動のためのキ
ヤパシタ２６の素子２８を通しての放電の後、上述の３
次線輪９３を入力端子に有する抵抗器２４とキヤパシタ
１８等の帰還トリカー回路を通してサイリ又夕８がスイ
ツチングを繰返す．いわゆる発振を持続している間に、
再びキヤパシタ２６が放電されることを防止するために
挿入されたものであつて、３次線輪９３のドツトの方向
が正極住の時、抵抗器３１を通してベース電流が流れ．
上記トランジスタ２１はオンとなつて、このトランジス
タ２？がオフの間に、キヤパシタ２６に抵抗器２５を通
して充電された僅かの電荷を放電し．再トリカーを防止
する。

以下電源入力端子１側が正極姓の間、前述の動作を繰返
し、昇圧トランス９の１次線輪９１とキヤパシタ２１の
ＬＣ振動条件と、サイリスタ８の帰還トリカー時期によ
つてほゞ決定される周波数の交番出力電圧を２次線輪９
２に得て、点火栓２２に高エネルギーの舌状火花放電が
持続される。

この出力形態はいわゆるサイクロコンバータ出力と称し
て良かろう。電源入力端子の極性が変われば、キヤパシ
タ１２の電源からの補光電がなくなるために．サイリス
タ８のターンオンによるキヤパシタ２１への元電も少な
くなつて、急速に線輪９１とキヤパシタ２１のＬＣ振動
エネルギーは減衰し、ついに点火栓２２の火花放電が停
止する。

以後入力端子２側が正極性の間、僅かの電流が１次線輪
９１とダイオード２９とトランジスタ２７のベース・コ
レクタ接合および抵抗器２５を通して流れるが、この点
火装置の動作には何ら関係しない。

したがつて再度入力端子１と２の極性が変わつて端子１
側が正となれば、キヤパシタ２６の充電に始まる起動ト
リカーによつて、前述と同様の動作が周波数位相角度４
５度付近から開始される。上記起動トリカーの開始時間
は零度付近から開始しても勿論問題はないが、点火装置
の場合には一般に、点火栓２２の放電開始電圧が高いた
めに、上記零度付近からの動作では十分な出力電圧が得
られず，ムダな電力消費に終わるばかりでなく実装面で
、点火栓２２以外の高電圧引回し部分に無効なコロナ放
電を発生させる原因となる場合がある。なお、フイルタ
用キヤパシタ４と５および６は、前述のチヨークコイル
７の動作に起因するサージ電圧を吸収するだけでなく、
点火栓２２の火花放電に起因する雑音を吸収する回路構
成ともなつているが、周知の回路なので、雑音吸収の動
作の説明は省略する。

当然、上記サージ電圧吸収のためだけなら、ダイオード
３に並列あるいは線輪７１に並列に設けても良い。また
、キヤパシタ２１は、１次線輪９１に並列に接続されて
いるが、更に低雑音化を図るには、３次線輪９３に並列
に設けるかあるいは他の別の線輪を設置して、ほとんど
前述と同様の動作を行うことができる。

このことはキヤパシタ２１の充電を、キヤパシタ１２か
らサイリスタ８を介し、チヨークニイル７の線輪７２を
通して直接行うか、一旦磁気回路を通して行うかであつ
て、急峻なキヤパシタ２１の充電々流を緩和できること
から、上紀の後者は低雑音化が図れる。この場合の前述
のＬＣ振動は、キヤパシタ２１と並列接続される線輪の
ＬＣ振動で行なわれる。さらにこの発明の実施例におい
ては、電源に交流電源を用いたが純粋な直流を用いて良
いことは勿論、ダイオード３を全波整流回路に置き換え
ても良く、装置の動作は電源の形態に何ら左右されるも
のではない。

この場合に必要に応じて他の周知の起動トリカー回路を
採用できることは勿論、適宜前記帰還トリカー回路を遮
断して出力を制御できることは説明するまでもなかろう
。さらに、交番出力周波数はキヤパシタ２１と並列接続
される線輪とのＬＣ振動と、サイリスタ８の帰還トリカ
ー時明によつてほマ定まることを述べたことから理解で
きるように、ダイオード１７と直列に定電圧ダイオード
を挿入してトリカー時期を早めたり、抵抗器２４とキヤ
パシタ１８の値変更あるいは３次線輪９３の巻数を変更
することによつて、上記トリカー時期が変更できる。

以上詳述したように、この発明によれば線輪７１と７２
の接続タツプ端子１１にキヤパシタ１２を接続したチヨ
ークコイル７の電源インピーダンス変換回路と少なくと
も３個の線輪のうちの１線輪に、第２のキヤパシタを接
続したＬＣ振動回路をサイリスタ８によつて有機的に結
合することによつて、サイリスタ８のオン時に電源から
の入力電流を１時的に停止することができるために、上
記サイリスタ８のターンオフが確実に行なわれ、高周波
の略連続交番出力を得るインバータが得られるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の実施例とするインバータの回路図である
。 図に於て、１，２・・・・・・電源端子、２２・・・・
・・負荷（点火栓）、７・・・・・・チヨークコイル
９・・・・・・昇圧トランス、２８・・・・定電圧素子
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ キャパシタに接続されたタップ端子を有するチョー
   クコイルを備え、上記チョークコイルの一方の端子は、
   上記キャパシタの充電々源に接続され、他方の端子は上
   記キャパシタの放電回路に接続され、上記放電回路は少
   なくとも３個の線輪を有し、いずれかの上記線輪と並列
   に第２のキャパシタを有する昇圧トランスの１次線輪と
   サイリスタの直列回路によつて構成され、上記昇圧トラ
   ンスの２次線輪には負荷が接続され、３次線輪には第３
   のキャパシタを介して上記サイリスタのゲートが接続さ
   れ、さらに上記ゲートには起動トリガー回路の出力端子
   が接続され、略々連続的交番出力の得られるようにされ
   たインバータ。 ２ 上記チョークコイルの磁気回路が空心であることを
   特徴とする特許請求の範囲１項記載のインバータ。 ３ 前記電源とチョークコイルとの間にダイオードが挿
   入され、更にキャパシタあるいはキャパシタブリッジか
   らなるフィルタの接続されることを特徴とする特許請求
   の範囲１項記載のインバータ。 ４ 前記昇圧トランスの１次と２次線輪の結合の悪くさ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲１項記載のイ
   ンバータ。