JPS60134779A

JPS60134779A - インバ−タ装置

Info

Publication number: JPS60134779A
Application number: JP58249481A
Authority: JP
Inventors: Masahito Onishi; 雅人大西
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1983-12-23
Filing date: 1983-12-23
Publication date: 1985-07-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕この発明は電圧共振型等のインバータ装置に関するもの
である。

〔背景技術〕

第１図は従来の電圧共振型のインバータ装置の回路図を
示している。このインバータ装置は、直流電源１に共振
回路を構成するコンデンサ３および発振トランス４の１
次巻線Ｎ工の並列回路とスイッチングトランジスタ２と
が直列に接続されており、共振回路の出力は発振トラン
ス４の２次巻線Ｎ２から取り出される。スイッチングト
ランジスタ２はドライブトランス５によシトライブされ
る。

スイッチングトランジスタ２に並列接続したダイオード
６は、共振中にスイッチングトランジスタ２に加わる逆
バイアスをバイパスするものである。

今、第２図に示すように、入力電圧■、でドライ−Ｉｆ
ると、スイッチングトランジスタ２のＷＥ　流Ｉ　２お
よび電圧Ｖ２とダイオ−Ｆの電流■６は図示のように変
化する。スイッチングトランジスタ２がオンの時、電流
■２が発振トランス４の１次巻線Ｎ１全通して流れ、そ
の値は直線的に増加する。つぎに、スイッチングトラン
ジスタ２がオフとなると、電流■２が零となシ、電圧Ｖ
２が発振トランス４０１次巻線Ｎ１からコンデンサ３へ
の共振による充放電で正弦波状となる。共振回路の振動
によって電圧ｖ２が零となってからダイオード６に電流
■６が流れる。

つぎに、スイッチングトランジスタ２を再びオンにし、
以上の動作の繰返しによシ、発振トランス４０１次巻線
Ｎ工の電流に応じて２次巻線Ｎ２より出力が取り出され
る。

このようなインバータ装置は、スイッチングトランジス
タ２のデユーティ比を変化させると出力を変化させるこ
とができる。

まず、出力減少の−ためにデユーティ比を小さくした場
合、第３図に示すように、共振回路の振動による２つ目
の山Ｍが電圧■２に見られ、この時スイッチングトラン
ジスタ２をオンにするとコンデンサ３からの突入電流が
スイッチングトランジスタ２に流れる。

また、出力増加のためにデユーティ比を大きくした場合
、第４図に示すように、共振回路のコンデンサ３が逆電
圧に充電されている時にスイッチングトランジスタ２が
オンとなるので、非常に大きなコンデンサ３への突入電
流がスイッチングトランジスタ２へ流れる。

このように、コンデンサ３からの突入電流がスイッチン
グトランジスタ２へ流れる場合、スイッチングトランジ
スタ２の電流破壊やスイッチングロスの原因となる。

上記のような問題を解消しようとすれば、第５図のよう
に構成すればよい。この第５図のインバータ装置は、共
振コンデンサ３への充放電の中でスイッチングトランジ
スタ２の逆電流、すなわちダイオード６に流れる電流Ｉ
６を電流検出回路７で検出し、この電流検出回路７の検
出出力に応答してベースドライブ回路８を動作させ、ス
イッチングトランジスタ２をオンにする構成にしたもの
で、上記のような突入電流を防！卜することができる。

第５図の回路において、スイッチングトランジスタ２に
流れようとする逆電流をダイオード６へ流し、その電流
■６を検出し、これによってスイッチングトランジスタ
２をオンにし、出力可変のためにスイッチングトランジ
スタ２のオンの時ｌ１ｔＩヲ調節する。動作としては、
発振周波数、デユーティ可変による出力可変の共振型イ
ンバータとなる。

第６図、第７図ｐよび第８図は、共振回路は同一のもの
で、スイッチングトランジスタ２のデユーティ比を変え
、つまり発振周波数を変えて出力を変えたときの電流Ｉ
ｏ　＋電圧Ｖ工、電流■２および電圧ｖ２を示している
。第６図はデユーティ比が大きくて出力が大きい易合金
示し２、スイッチングトランジスタ２がオフのときの電
圧■２の波高値が大きく、発振トランス４の２次巻線か
らの出力も大きい。デユーティ比を小さくしていくと、
第７図。

第８図のように電圧■２の波高値もだんだん小さくなり
、出力も小さくなってい〈。スイッチングトランジスタ
２は、共振にｘｌ：＞逆電圧が加わる場合、つまりダイ
オード６に順方向電流が流れた場合のその電流を検出し
てオンとなるので、スイッチングトランジスタ２にはコ
ンデンサ３の突入電流が流れることはない。

第９図は第１図の欠点を解消することができる電流帰還
型のインバータ装置の回路図を示している。このインバ
ータ装置は、直流電源１１に共振回路を構成するコンデ
ンサ１７お工び発振トランス１８の１次巻線Ｎ工の並列
回路とドライブトランス１５の帰還巻線Ｎ３とスイッチ
ングトランジスタ１９とを直列に接続し、共振回路の出
力は発振トランス１８の２次巻線Ｎ、より取９出すよう
になっている。また、ドライブトランス１５の２次巻線
Ｎ４は抵抗１６を介してスイッチングトランジスタ１９
のペース・エミッタ間に接続されている。さらに、ドラ
イブトランス１５の帰還巻線Ｎ３とスイッチングトラン
ジスタ１９の直列回路にダイオード２０が並列接続され
、このダイオード２０を流れる電流をカレントトランス
２１により検出シテベーストライブ回路１２に入力され
、ベースドライプ回路１２から抵抗１３を介してドライ
ブトランス１５の１次巻線Ｎ工にオンパルスが供給され
、また抵抗１４を介してドライブトランス１５の１次巻
線Ｎ２にオフパルスが供給される。

第１０図は第９図の回路の各部の波形を示し。

同図（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｑ）はそれぞれドライ
ブトランス１５の１次巻線Ｎ□、Ｎ２および２次巻線Ｎ
４の電圧ＶＮよ。

■Ｎ２　”　ＶＮ４を示し、同図（ｄ）はスイッチング
トランジスタ１９のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ。Ｈを
示し、同図（ｅ）はスイッチングトランジスタ１９のコ
レクタ電流を示し、同図（ｆ）はダイオード２ｏを流れ
る電流■Ｄを示している。

このインバータ装置は、オンパルスがドライブトランス
１５の１次巻線Ｎ工に送り込まれると、ドライブトラン
ス１５によって２次巻線Ｎ４にオンパルスが現われ、ス
イッチングトランジスタ１９がオンとなる。スイッチン
グトランジスタ１９がオンとなると、スイッチングトラ
ンジスタ１９に第１０図（ｅ）のようにコレクタ電流■
。が流れ、帰還巻トランジスタ１９のｈ　ｔ　ｅと等し
くすると、スイッチングトランジスタ１９をオンにする
た２ｂの最適なドライブ電流ツバコレクタ側からベース
に帰還されることになる。

また、オフパルスがト゛ライ／トランス１５に送り込ま
れると、スイッチングトランジスタ１９には急峻な逆バ
イアスが印加され、スイッチングトランジスタ１９が急
激にオフになる。スイッチングトランジスタ１９がオフ
となると、共振回路中。

発振トランス１８の１次巻線Ｎ工に蓄えられたエネルギ
ーによりコンデンサ１７との間で並列共振が起こり、ス
イッチングトランジスタ１９のコレクタ・エミッタ間電
圧Ｖ。１ｉ、が第１０図（ｄ）のようになり、この共振
によってグイオー）２０に順方向電流■。が流れ、カレ
ントトランス２１にてこの電流■ｏを検出し、スイッチ
ングトランジスタ１９をオンにするためのオンパルスを
供給する。この繰返しによって、発振トランス１８の２
次巻線Ｎ２より出力が取り出される。このインバータ装
置も非帰還型のものと同様に周波数、デユーティ比を変
えることで出力を変えることができる。

このように、ダイオード６．２０の電流によってスイッ
チングトランジスタ２．１９ｅオンにするように構成す
れば、共振用のコンデンサ３．１７からの突入電流をな
くすことができるが、電流検出用のカレントトランス２
１が必要であってコスト高となり、また回路構成が複雑
になること、あるいはカレントトランス２１と発振トラ
ンス４゜１８またはドライブトランス５，１５との磁気
的結合による誤動作など、設計、配置上の問題があって
信頼性が低かった。

〔発明の目的〕

この発明は安価でかつ信頼性の高いインバータ装置を提
供することを目的とする。

〔発明の開示〕

第１の発明のインバータ装置は、直流電源と、発振トラ
ンスの１次巻線およびコンデンサからなり前記直流電源
よシ給電される共振回路と、前記直流電源と前記共振回
路の間に介挿した一方向スイッチング素子と、前記電源
回路と前記共振回路の間に介挿されて前記一方向スイツ
チング素子に逆方向に流れようとする電流全バイパスす
るダイオードと、このダイオードに流れる′直流を検出
する検出回路と、この検出回路に応動するタイマ回路と
、前記検出回路の検出出力に応答して前記スイッチング
素子をオンにするとともに前記タイマ回路のタイムアツ
プに応答して前記スイッチング素子をオフにするドライ
ブ回路と、このドライブ回路と前記スイッチング素子の
間に介在させたドライブトランスとを備え、前記ダイオ
ードに流れる電流を前記ドライブトランスの一〇巻線に
流スことにより前記ドライブトランスの他の巻線に生じ
る電圧を前記検出回路に検出させるようにしたことを特
徴とする。

第２の発明のインバータ装置は、直流電源と、発振トラ
ンスの１次巻線およびコンデンサからなり前記直流電源
より給イされる共振回路と、前記直流電源と前記共振回
路の間に介挿したスイッチングトランジスタと、前記電
源回路と前記共振回　−路の間に介挿されて前記スイッ
チングトランジスタに逆方向に流れようとする電流をバ
イパスするダイオードと、このダイオード°に流れる電
流を検出する検出回路と、この検出回路に応動するタイ
マ回路と、前記タイマ回路のタイムアツプに応答して前
記スイッチング素子にオフパルスを与、するドライブ回
路と、このドライブ回路と前記スイッチングトランジス
タの間に介在して前記スイッチングトランジスタのコレ
クタ電流をベースへ帰還させるドライブトランスとを備
え、前記ダイオードに流れる電流を前記卜°ライプトラ
ンスの前記スイッチングトランジスタに接続されたーの
巻線に流すことにより前記卜゛ライブトランスの他の巻
線に生じる電圧を前記検出回路に検出させ、前記ダイオ
ードに流れる電流の停止時に前記−の巻線に生じる電圧
により前記スイッチングトランジスタをオンにするよう
にしたことを特徴とする。

この発明の第１の実施例のインバータ装置を第１１図お
よび第１２図に基づいて説明する。このインバータ装置
は、第１１図に示すように、直流電源３１に共振回路を
構成するコンデンサ３２および発振トランス３３０１次
巻線Ｎ工の並列回路とドライブトランス３４０巻線Ｎ３
とスイッチングトランジスタ３５およびダイオード３６
の並列回路とを直列に接続している。スイッチングトラ
ンジスタ３５のドライブ信号は、卜゛ライプトランス３
４の巻線Ｎ工から巻線Ｎ２へ送られ、抵抗３７，３８．
ダイオード３９３よびコンデンサ４Ｏよりなるドライブ
回路４１を通してスイッチングトランジスタ３５に与え
られる。ドライブ信号がなくなり、スイッチングトラン
ジスタ３５がオフとなると、共振回路に共振電流が流れ
、その中でダイオード３６に順方向電流が流れる。この
電流は、ドライブトランス３４の巻線Ｎ３から巻線Ｎ４
へ送られ、ダイオード４２．抵抗４３．４４．４５．４
６および差動増幅器４７よりなる増幅部４８で比例電圧
に変換されてコンパレータ４９に正側入力電圧として入
る。このコンパレータ４９で抵抗５０．５１によって設
定された負側入力電圧と比較され、このコンパレータ４
９の出力が単安定マルチバイブレータ５２への入力とな
る。この単安定マルチバイブレータ５２の時定数は外付
けの可変抵抗５３およびコンデンサ５４によ）設定され
、この単安定マルチバイブレータ５２の出力により、ト
ランジスタ５５．５６および抵抗５７〜６０からなるト
゛ライブ信号発生部６１を制御する。

ここで、反転増幅器６２．ダイオード６３．抵ｂＴ６４
．６５およびコンデンサ６６よりなる回路６７は、ドラ
イブ信号がなくなり、ドライブトランス３４の巻線Ｎ、
にはねかえり電圧が発生した時に単安定マルチバイブレ
ータ５２がセットされる誤動作？防止するものである。

−Ｐ、た、ドライブトランス３４の電流検出用の巻線Ｎ
３　＋　Ｎ４の巻き方向はどちらでもよく、検出部でド
ライブ信号とダイオードに流れる電流を区別すればよい
（回路６７によって行う）。

第１２図は第１１図の回路の各部の波形図を示している
。同図（ａ）はドライブトランス３４の−１３Ｎ２の″
電圧■Ｎ２を、同図（ｂ）はドライブトランス３４の巻
線Ｎ３の電流■Ｎ３を、同図（Ｃ）はコンパレータ４９
への正側入力電圧ｖＰお上び負側入カイ圧ｖＮを、同図
（ｄ）は単安定マルチパイプレーク５２０入力を、同図
（ｅ）は単安定マルチバイブレータ５２の出力（時定数
を順次変えている）を、同図（ｆ）はスイッチングトラ
ンジスタ３５のコレクタ送流■。を、同図類はスイッチ
ングトランジスタ３５のコレクタ・エミッタ間電圧■。

Ｆ、をそれぞル示している。

ドライブトランス３４の巻線Ｎ３に流れる電流ＩＮ３は
スイッチングトランジスタ３５に流れる′ば流とダイオ
ード３６に流れる電流とを合成したものであり、ダイオ
ード°３６に流れる電流■ゎに応じてコンパレータ４９
に正側入力電圧ＶＰが加えられ、単安定マルチバイブレ
ータ５２には第１２図ｆｄ）のパルスが入力され、その
出力は第１２図（ｅ）のようになる。この単安定マルチ
バイブレーク５２の出力（ドライブ信号）がドライブト
ランス３４の巻線Ｎ工に加えられ、巻＃ｊｌＮ工から巻
ｆ１１ｊＩＮ２へ伝達されてスイッチングトランジスタ
３５へ入力され、スイッチングトランジスタ３５がオン
となる。その結果、スイッチングトランジスタ３５のコ
レクタＫｉＩ。

が直線的に増力ｕし、ト°ライプ信号がなくなると、ス
イッチングトランジスタ３５がオフとなり、コレクタ送
流が０となるとともにコレクタ・エミッタ１川゛ｄ圧■
。８が共振回路の振＠動作によって正弦波状となる。な
お、ドライブ信号がなくなった巻線Ｎ２に発生するはね
かえり定圧のために巻線Ｎ３に流１Ｌ７＞″ｆｉ流ＩＮ
３に６その影響が現われている。

ぞのｔ菱、：コレクタ・エミッタ間電圧■。８が０にな
ると、ダイオード３６に電流が流れる。

以［：、上記の動作全繰返し、出力が発振トランス３．
１の２次巻線より取り出される。

このように、この冥絶倒は、ダイオード３６に流ｉする
電流を検出しでスイッチングトランジスタ３５をオンに
するように構成したため、スイッチ〉グトランシスタ３
５に流れ込む突入電流を防止でき、スイッチングトラン
ジスタ３５の破壊やスイッチングロスを低？威できる。

また、ダイオード３６　Ｋ流れる電流の＄ｉ呂をドライ
ブトランス３４の巻線Ｎ３　＋　Ｎ４で行っているため
、磁気結合による誤動作のおそれもなく、信頼性を向上
させることができる。

この発明の第２の実施例を第１３図に基づいて説明する
。このインバータ装置は、電流帰還型に構成したもので
、単安定マルチバイブレータ５２の出力をインバータ６
８を介してトランジスタ６９゜抵抗７０〜７２およびコ
ンデンサ７３よりなるオンパルス発生回路７４へ加え；
このオンパルス発生回路７４から抵抗７５を介してドラ
イブトランス７６の＝ｌＩＮエヘオンパルスを供給し、
また、単安定マルチバイブレータ５２の出力をトランジ
スタ７７、抵抗７８．７９およびコンデンサ８０よりな
るオフパルス発生回路８１へ加え、このオフパルス発生
回路８１から抵抗８２を介して卜°ライプトランス７６
の巻線Ｎ２へオフパルスを加えるようにし、ドライブト
ランス７６の巻線Ｎ５から増幅回路４８へ信号を送り、
ドライブトランス７６の巻線Ｎ３からスイッチングトラ
ンジスタ３５にベース入力を与え、ドライブトランス７
６の巻線Ｎ４を介してスイッチングトランジスタ３５を
共振回路のり、。に等しくしている。その他の構成は第
１１図のものと同様である。

このインバータ装置は、単安定マルチバイブレータ５２
の出力の立上がり・時にオンパルス発生回路７４がオン
パルスを発生してスイッチングトランジスタ３５をオン
にし、単安定マルチバイブレータ５２の出力の立下がり
時にオフパルス発生回路８１がオフパルスを発生して、
スイッチングトランジスタ３５をオフにする。上記以外
の動作は第１１図のものと同様である。

この実施例の効果は前述の実施例と同じである。

この発明の第３の実施例を第１４図に基づいて説明する
。このインバータ装置は、ダイオード３６を巻線Ｎ２の
スイッチングトランジスタ３５のベース側と巻線Ｎ３の
共振回路側との間に接続し、ダイオード電流を巻線Ｎ２
に流し、その信号を巻線Ｎ４で検出し、デユーティ比制
御（オフパルス発生の制御）を行うと同時に、そのはね
かえり電圧でスイッチングトランジスタ３５をオンにす
るものである。

より詳ｌ〜く説明すると、ｖｔ、源を投入すると、トラ
ンジスタ８２．抵抗８２．８３．コンデンサ８４゜ダイ
オード８５およびスイッチ素子８６で構成される起動回
路８８がドライブトランス８９の％ｉＮ工にオフパルス
を与え、このオフパルスによるはねかえすｖｔ圧によっ
てドライブトランス８９の巻線Ｎに生じる電圧でドライ
ブ回路４１を介してスイツチングトランジスタ３５全オ
ンにするとともに、ドライブトランス８９の巻ＵＮ、に
生じる電圧が増幅回路４８で増幅されてコンパレータ４
９に入力され、単安定マルチバイブ１ノー夕５２がトリ
ガされて出力が立上がる。

スイッチングトランジスタ３・５がオンとなると、スイ
ッチングトランジスタ３５に共振回路を通して電流が流
れコレクターば流が増加する。−万、小安定マルチバイ
ブレータ５２の出力が立下がると、抵抗９０．９Ｌ、９
２　、コ〉デンサ９３およびトランジスタ９４で構成さ
れるオフパルス発生回路９５がオフパルスを発生してド
ライブトランス８９の巻線Ｎ工に加える。このオフパル
スはドライブトランス８９の巻線Ｎ、からスイッチング
トランジスタ３５０ベースに入シ、スイッチングトラン
ジスタ３５がオフとなり、スイッチングトランジスタ３
５のコレクタ・エミッタ間に電圧が生じ、これが０とな
った時にダイオード３６に電流が流れ、この電流がドラ
イブトランス８９の巻線Ｎ。から巻４ＫＮ４へ伝わり、
これが増幅回路４８を通してコンパレータ４９に入力さ
れ、単安定マルチバイブレータ５２をトリガする。また
、ダイオード３６に流れる電流がなくなったときに、そ
のはねかえり電圧が巻＃ＭＮ２に生じ、この電、圧によ
ってスイッチングトランジスタ３５がオンとなる。

却下、同様の動作を繰返し、発振を継続する。

発振出力は発振トランス３３の２次巻線Ｎ２から取り出
はねる。

この冥絶倒は、オンパルス発生回路が不要となり、第２
の実施例より構成が簡単（ドライブトランス８９）にな
り、安価になる。

な訃、上記各実施例では一方式インバータ装置について
説明したが、二層プッシュプル式、ハーアブシジン式、
フルブリッジ式のものにもこの発明ｆ適用できる。

〔発明の効果〕

この発明のインバータ装置によれば、スイッチング素子
の破壊や損失を防止でき、しかも安価でかつ信頼性を高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のインバータ装置の回路図、第２図ないｔ
７第４図はその各部の波形図、第５図は別の従来のイン
バータ装置の回路図、第６図ないし第８図はその各部の
波形図、第９図はさらに別の従来のインバータ装置の回
路図、第１０図はその各部の波形図、第１１図はこの発
明の第１の実施例の回路図、第１２図はその各部の波形
図、第１３図はこの発明の第２の実施例の回路図、第１
４図はこの発明の第３の実施例の回路図である。３１・・・°ボ源、３２・・・コンデンサ、３３・・・
発振トランス、３４・・・ドライブトランス、３５・・
・スイッチングトランジスタ、３６・・・グイオーＦ、
４８・・・増幅回路、４９・・・コンパレータ、５２・
・・単安定Ｖルチバイプレータ（タイマ回路）、６１・
・・ドライブ信号発生部、７４・・・オンパルスＮ生部
、７６・・・ドライブトランス、８１・・・オフパルス
発生！、８７・・・起動回路、８９・・・ドライブトラ
ンス、９５・・・オフパルス発生部ｌ第２図第３図第４図第６図第７図第６図第９図第１０図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）直流電源と、発振トランスの１次巻線およびコン
デンサからなり前記直流電源よシ給電される共振回路と
、前記直流電源と前記共振回路の間に介挿した一方面ス
イツチング素子と、前記電源回路と前記共振回路の間に
介挿されて前記一方向スイッチング素子に逆方向に流れ
ようとする電流をパイ、バスするダイオードと、このダ
イオードに流れる電流を検出する検出回路と、この検出
回路に応動するタイマ回路と、前記検出回路の検出出力
に応答して前記スイッチング素子をオンにするとともに
前記タイマ回路のタイムアツプに応答して前記スイッチ
ング素子をオフにするト゛ライプ回路と、このドライブ
回路と前記スイッチング素子の間に介在させたドライブ
トランスとを備え、前記ダイオードに流れる電流を前記
ドライブトランスの−の巻線に流すことにより前記ドラ
イブトランスの他の巻線に生じる電圧を前記検出回路に
検出させるようにしたインバータ装置。
（２）直流電源と、発振トランスの１次巻線およびヲン
デンサからなり前記直流電源より給電される共振回路と
、前記直流電源と前記共振回路の間に介挿したスイッチ
ングトランジスタと、前記電源回路と前記共振回路の間
に介挿されて前記スイッチングトランジスタに逆方向に
流れようとするＫ　Ｍｅをバイパスするダイオードと、
このダイオードに流れる電流を検出する検出回路と、こ
の検出回路に応動するタイマ回路と、前記タイマ回路の
タイムアツプに応答して前記スイッチング素子にオフパ
ルスを与えるドライブ回路と、このドライブ回路と前記
スイッチングトランジスタの間に介在して前記スイッチ
ングトランジスタのコレクタ電流ヲヘースへ帰還させる
ドライブトランストラ備え、前記ダイオードに流れる電
流を前記ドライブトランスの前記スイッチングトランジ
スタに接続きれたーの巻線に流すことにより前記ドライ
ブトランスの他の巻線に生じる電圧を前記検出回路に検
出させ、前記ダイオードに流れる電流の停止時に前記−
の巻線に生じる電圧により前記スイッチングトランジス
タをオンにするようにしたインバータ装置。