JPS60502184A - 中性クランプ式ｐｗｍインバ−タ - Google Patents

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】 中性クランプ式Ｐ　Ｗ　Ｍインパーク 技術分野 この発明はパルス幅変調インバータに関するものであり、特に中性クランプ式の パルス幅変調インバータに関するものである。

技術的背景 既知のパルス幅変調（ＰＷＭ　）インバータには正極性および負極性の端末を有 する中心タップ式の電源が含まれており、該中心タップは中性部または接地部に 接続されている。これらの正極性および負極性の端末は、夫々にトランジスタ等 からなるスイッチを通してロウパス出力フィルタに接続されている。これらのイ ンバータのスイッチは、出力フィルターと対して電流を交番的に導通させるよう ｌこ制御されており、該スイッチは該フィルタに対してパルス幅変調波を供給し 、これに応答してＡＣ出力を負荷に供給するようにされる。

出力フィルタに印加されるパルス幅変調波は、代表的には、出力の各半サイクル にわたって、インバータの電源の両極端間電圧の電圧振幅を有している。所望の ＡＣ出力を供給するためには、代表的には、極めて大きい出力フィルタがインバ ータからの大きい両極間電圧振幅を有するパルス幅変調波を供給するために必（ ３） 装出される。航空機のような、重量が臨界的である適用においてインバータが使 用されるときには、このような大きいフィルタを使用することは全く望ましくな いことである。

既知のＰＷＭインバータについての別異の問題は、再生電流を受入れる容量であ る。負荷がリアクタンス性のものである適用においては、インバ〜りの電源には 、代表的には、全ての再生電流を受入れるためのキャパシタが含まれている。単 一のパワー・ファクタの負荷によっても、出力フィルタのために負荷電流が連続 しているときには、キャパシタは依然として再生電流を受入れねばならない。し たがって、電源用キャパシタは極めて大きいものでなければならす、インバータ の重量を増大させ、多くの適用については望ましくないこの発明によれば、上述 された先行技術のＰＷＭインバータの不利益が克服された。

この発明のＰＷＭインバータには双方向性スイッチが含まれており、これがオン にされたときには、インバータの出力フィルタに印加される電圧を中性点または 接地にクランプし、出力の各半サイクルにわたってインバータの両極端間電圧の わずか半分の電圧振幅をもつパルス幅変調波を与えるようにされる。

この双方向性スイッチは、また、オンにされたとき（４１ に、負荷から流れる再生電流に対する接地径路を与えて、電源の再生電流容量を 減少することができるようにされる。

この発明の双方向性スイッチによれば、パルス幅変調波の電圧振幅かインバータ の両極端間電圧のわずかに半分であることから、インバータの減衰要求は少なく とも５０チにまで減少されることが許容される。さらに、電源用キャパシタは、 再生電流の全てを受入れる必要がないことから、そのサイズは相当に小さくされ る。出力フィルタおよび電源用キャパシタのサイズが小さくなることは、重量が 臨界的なものとされる適用のためのインバータか相当に軽量化されるという結果 を生じる。

この発明によるこれらのおよび別異の目的および利点は、実施例の詳Ｍ３古共に 、以下の説明および図面から充分に理解されよう。

図面の簡単な説明 第１図は、この発明による中性クランプ式ＰＷＭインパークの１相の概略タイア クラム図である。

第２Ａ、−Ｅ図は、第１図における中性クランプ式インパークの動作を例示する 波形図である。

第３Ａ−Ｄ図は、先行技術のＰＷＭインバータの動作を例示する波形図である。

インタフタ１１およびキャパシタ１２からなるロウパス出力フィルタ１０に対し てパルス幅変調波を供給する。このフィルタは点Ａ１においてＡＣ出力を生じ、 この出力は負荷１４に供給される。このインバータには一般的に１６で指示され る中心タップつき電源が含まれており、これには、正のＤＣ電圧＋ＶＤＣを供給 するための端末１８に接続されたＤＣ電源１７および負のＤＣ電圧−ｖｐｃを供 給するための端末２０に接続されたＤＣ電源１９が設けられ、中心タップ２２は 中性点または接地点に接続されている。出力フィルタ１０および負荷１４は、点 Ａにおいてパルス幅変調波を供給するように制御される１対の直列に接続された トランジスタ２４および２６を通して、中性の中心タップと正および負の電源端 末１８および２０との間に接続されている。ダイオード２８および３０は夫々の トランジスタ２４および２６を横切って並列に接続され、矢印３２および３４の 夫々の方向に流れる再生電流のための径路にされている。電源部１６は、電源１ ９および２０に対して並列に接続された１対のキャパシタろ６および６８が設け られており、これらのキャパシタは後述されるような少量の再生電流を受入れる ようにされている。

このインバータには、出力フィルタ１０を横切って接続された双方向性スイッチ ４０か含まれており、これを横切る短絡路を形成して、スイッチかオン（こさイ ｔたときはいっでも点Ａにおいて電圧を中性または接地にクランプするようにさ れている。この７方向性スイッチ４０には、トランジスタ４２およびブリッジに 接続されたダイオード４４，４６．４８　および５ｏが含まれている。トランジ スタ４２のコレクタは、ダイオード４４および４６のカソードの間で接続されて おり、ダイオード４４のアノードは中性の中心タップ２２に接続され、ダイオー ド４６のダイオードは点Ａに接続されている。トランジスタ４２のエミッタは、 ダイオード４８および５ｏのアノードの間に接続されており、タイオート４８の カソードは中性の中心タップ２２に接続され、ダイオード５０のカソードは点Ａ に接続されている。双方向性スイッチ４ｏがトランジスタ４２に対するベース電 流の印加によってオンにされたときに、このスイッチは、出力フィルタ１ｏを横 切る短絡路を形成するダイオード４４、トランジスタ４２およびダイオード５０ を通る第１の方向、または、ダイオード４６、トランジスタ４２およびダイオー ド°４８を通る第２の方向のいずれかに電流を導通させることができる。

このインバータには、また、トランジスタ２４，２６および４２の各々をオン、 オフさせるためのコントローラ５２が含すれており、点Ａにおいてパルス幅変調 波を生成させ、点Ａ１における所望のＡＣ出力を負荷に印加するようにされる。

コントローラ５２は、トラン１積昭ＧＯ−５０２１８４（４） ラスタ２４，２６および４２の各々のベースに対して複数個の制御信号を出力さ せて、これらのトランジスタをオン、オフさせる。トランジスタ２４．２６およ び４２に印加される夫々の波形例は、第２Ａ−２０図に示されている。これらの 波形から認められることは、０−１８０°の期間において、トランジスタ２４は 第２Ａ図の波形によって交番的にオン、オフされ；トランジスタ２６はオフにさ れ；そして、１−ランラスタ４２は、トランジスタ２４および２６がオフにされ ているときはいっでも、第２Ｃ図の波形によってオンにされることである。同様 にして、１８０°−３６０°の期間において、トランジスタ２６は第２Ｂ図の波 形によって交番的にオン、オフされ；トランジスタ２４はオフにされ；そして、 トランジスタ４２は、トランジスタ２４および２６がオフにされているときはい っても、第２Ｃ図の波形によってオンにされる。

点Ａ１においてＡＣ出力の正の半サイクルの形成期間中にトランジスタ２４がオ ンにされたときには、点Ａにおける電圧は、トランジスタを横切る電圧降下を無 視して、正のＤＣ電源の電圧子ＶＤＣに略々等しくなる。

トランジスタ２４がオフにされ、トランジスタ４２がオンにされているときは、 双方向性スイッチ４０はフィルタ１０を横切る短絡路を形成して、ダイオード５ ０、トランジスタ４２および中性の中心タップ２２に対するダイオード４４を通 して点Ａまで電流が流れ、点Ａにおける電圧を中性または接地に近似した電圧に クランプさせる。トランジスタ２４および４２は交番的にオンにされて、点Ａに おいて、第２Ｄ図に例示されている３個のパルスのような複数個の正のパルスを 供給して、第２Ｌ図に示されているような正の半サイクルのＡＣ出力を形成させ る。双方向性スイッチ４０によって中性のクランプがなされることから、点Ａに おけるパルス幅変調波の各パルスは、ＡＣ出力の正の半サイクルにわたって、わ ずかに０から＋ＶＤＣまでの電圧振幅を有している。

点Ａ１におけるＡＣ出力の負の半サイクルの形成期間中にトランジスタ２６がオ ンに゛されたときは、点Ａにおける電圧は、トランジスタを横切る電圧降下を再 び無視して、負のＤＣ電圧−ｖｎｃに略々等しくなる。トランジスタ２６かオフ にされ、トランジスタ４２がオンにされているときは、双方向性スイッチ４０は フィルタ１０を横切る短絡路を形成して、ダイオード４６、トランジスタ４２お よびダイオード４８を通して電流が流れ、点Ａにおける電圧を中性または接地電 圧にクランプさせる。トランジスタ２６および４２は交番酷にオンにされ、点Ａ において、第２Ｄ図に例示されている３個のパルスのような複数個の負のパルス を生成させ、第２Ｅ図に示されている負の半サイクルのＡＣ出力を形成させる。

スイッチ４０によって中性のクランプがなされていることから、点Ａにおけるパ ルス幅変調波の各パルスは、ＡＣ出力の負の半サイクルにわたって、０から−Ｖ ＤＣまでの電圧振幅を有している。

先行技術におけるＰＷＭインノ＼−夕は、第１図のインバータに類似しているけ れども、双方向性スイッチ４０は含まれていない。このような先行技術のインノ く−タは、第３Ａ−Ｂ図に示されている波形で制御されるものであり、こ＼に、 ２個のトランジスタによるスイッチＱ２およびＱ３はｏ−５ｂａ°の各半サイク ルにわたって交番的にオンにされ、一方のトランジスタは常にオンであり、他方 はオフであるようにされる。第３Ａ−Ｂ図に示されているように２個のトランジ スタによるスイッチを制御することは、その結果として、第６Ｄ図に示されてい る正弦波出力の各半サイクルにわたって、＋　Ｖ　Ｄ　Ｃから−ＶＤＣまての両 極端電圧振幅を有する第６Ｃ図に示されているようなパルス幅変調波を生成させ る。

この発明の双方向性スイッチ４０は、オンにされたとき、点Ａのフィルタ１０に 対する入力部で中性または接地の電圧にクランプして、出力の各半サイクルにわ たり、点Ａにおける電圧振幅を両極端間電圧の半分に減少させる。点Ａで与えら れるパルス幅変調波の電圧振幅は出力の各半サイクルにわたって減少されること から、出力フィルタ１０に対する減衰の要求は少なくとも５０％だけ減少される 。

双方向性スイッチ４０は、また、この双方向性スイ（９） ソチがオンにされている時間中に流れる再生電流に対する中性のまたは接地の径 路を与える。遅れるパワー・ファクタを有する誘導性負荷については、再生電流 は、点ＡＩにおける出力波形のロー９０°の部分の間に、負荷から矢印３２の方 向に流れる。再生電流は、また、出力波形の１８０°−２７０°の部分の間に、 負荷から矢印６４の方向に流れる。双方向性スイッチ４０は、オンにされたとき 、負荷から流れる再生電流に対する接地径路を与えて、誘導性負荷のために、電 源用キャパシタ３６は、トランジスタ２４がオンであるときに出力の０−９０° 部分の間にのみ再生電流を受入れねばならず、また、キャパシタ６８は、トラン ジスタ２６がオンであるときに出力波形の１８００−２７０°部分の間にのみ再 生電流を受入れねばならないようにされる。キャパシタ３６および３８は全ての 再生電流を受入れるものではないことから、それらのサイズは相当に小さくされ る。

双方向性スイッチ４０の動作による出力フィルタ１０とキャパシタ６６および３ ８とのサイズの減少は、航空機等のような、重量が臨界的ファクタである適用に おいて使用されるような軽量のインバータをもたらす。中性クランプ式ＰＷＭイ ンバータとしては、半サイクル当り３個だけのパルスを有するパルス幅変調波を もつものとされているが、半サイクル当りどのような所望数のパルスを与えるも のでも使用することがてき特表昭ＧＯ−５０２１８４（５） る。さらに、インパークは単−相たけのものが示されているけれども、中性クラ ンプ式ＰＷＭインバータはいかなる相数についても動作することができる。

ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、　３　九行壮柑 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　正および負の半サイクルをもつＡＣ出力を有するフィルタに対してパルス幅 変調波の形式で電圧を供給するためのインパークにおいて、該インバータはそれ を横切る両極端間電圧をもつ電源部を有し：前記インバータとフィルタとの間に 接続され、所定の時間間隔の間に、前記フィルタに印加された電圧を接地まてク ランプし、前記半サイクルの各々にわたって該両極端間電圧の半分の電圧振幅を もつパルス幅変調波を供給する手段を含んでいる改良されたインバータ。 ２　前記ＡＣ出力の正の半サイクルの形成の間に交番的に導通、非導通にされる 第１のスイッチ、および、前記ＡＣ出力の負の半サイクルの形成の間に交番的に 導通、非導通にされる第２のスイッチを含み、前記クランプ手段は前記第１およ び第２のスイッチの双方が非導通のさきに動作される請求の範囲第１項のイン７ ＜−タ。 ３　負荷に印加されるＡＣ出力を有するフィルタに対してパルス幅変調波を供給 するためのインバータにおいて、前記インパークは再生負荷電流を受入れるため の手段をもつ電源部を有し： 前記フィルタおよび負荷を横切って接続され、所定の時間間隔の間に動作されて 、前記時間間隔の間に再生負荷電流のための接地径路を生成して、前記電源に接 続される再生電流を減少させるための手段を含んでいる改良されたインバータ。 ４、　前記ＡＣ出力の正の半サイクルを生成させるため交番的に導通、非導通に される第１のスイッチ、および、前記ＡＣ出力の負の半サイクルを生成させるた め交番的に導通、非導通にされる第２のスイッチをさらに含み、前記径路生成手 段は前記第１および第２のスイッチの双方が非導通のときに該時間間隔中に動作 される請求の範囲第３項のインバータ。 ５、ＡＣ出力を有するフィルタに対してパルス幅変調波を供給するためのインバ ータにおいて、該インパークは正および負の端末をもつ中心タップつきのＤＣ電 源を有し、該中心クラブは中性点に接続されており：前記正の端末と前記フィル タとの間に接続された第１のスイッチであって、前記第１のスイソチかオンにさ れたさきに前記フィルタに対して正の電圧を供給するためのもの； 前記負の端末と前記フィルタとの間に接続された第２のスイッチであって、前記 第２のスイッチがオンにされたさきに前記フィルタに対して負の電圧を供給する ためのもの； 前記フィルタを横切って接続された双方向性スイッチであって、前記双方向性ス イッチがオンにされたさきに前記第１および第２のスイッチさ中性点さの間で短 絡路を生成させるもの；および 前記第１、第２および双方向性スイッチを制御するための手段であって、前記制 御手段は、前記第１のスイッチおよび前記双方向性スイッチを交番的にオンにし 、前記フィルタに対してＯから前記正の電圧までの振幅を有する複数個のパルス を供給して、前記Ａｃ出力の正の半サイクルを生成させ、および、前記制御手段 は前記第２のスイッチおよび前記双方向性スイッチを交番的にオンにし、前記フ ィルタに対して０から前記負の電圧までの振幅を有する複数個のパルスを供給し て、前記Ａｃ出力の負の半サイ４クルを生成させるもの；が含まれている改良さ れたインバータ。 ６、　前記制御手段はＡｃ出力の正の半サイクルを生成させるために第２のスイ ッチをオフにさせると共に所定の回数だけ第１のスイッチをオン、オフさせ、該 双方向性スイッチは、前記第１および第２のスイッチがオフにされるときはいつ でも制御手段によってオンにされる請求の範囲第５項のインバータ。 ｌ　前記制御手段はＡｃ出力の負の半サイクルを生成させるために第１のスイッ チをオフにさせると共に所定の回数だけ前記第２のスイッチをオン、オフさせ、 該双方向性スイッチは、前記第１および第２のスイッチがオフにされたときはい っでも制御手段によってオンにされる請求の範囲第５項のインバータ。 ８、　前記第１および第２のスイッチの各々はトランジスタである請求の範囲第 ５項のインバータ。 ９　前記双方向性スイッチにはトランジスタが含まれている請求の範囲第８項の インバータ。 １０、前記双方向性スイッチかオンにされたとき、前記フィルタに印加される電 圧が中性点にクランプされる請求の範囲第５項のインバータ。 １１、前記双方向性スイッチは、この双方向性スイッチがオンにされている間に 流れる再生電流のための中性径路を生成させる請求の範囲第５項のインバータ。 １２：　ＡＣｉ出力を有するフィルタに対してパルス幅変調波を供給するための インバータにおいて、該インバータは正”および負の端末と共に中心タップ付き のＤＣ電源を有し、該中心タップは中性点に接続されており：前記正の端末と前 記フィルタとの間に接続された第１のトランジスタであって、前記第１のトラン ジスタがオンにされたときに前記フィルタに対して正の電圧を供給するもの； 前記負の端末と前記フィルタとの間に接続された第２のトランジスタであって、 前記第２のトランジスタがオンにされたときに前記フィルタに対して負の電圧を 供給するもの： 前記フィルタを横切って接続された双方向性スイッチであって、前記双方向性ス イッチがオンにされたときに該第１および第２のトランジスタと中性点との間で 短絡路を生成させるもの； 前記第１および第２のトランジスタと前記双方向性（１５） スイッチとを制御するための手段であって、前記制御手段は前記第１のトランジ スタを、交番的にオン、オフさせ、前記第１のトランジスタがオフにされている ときはいっでも前記第２のトランジスタをオフに、また、前記双方向性スイッチ をオフにさせて前記Ａｃ出方の正の半サイクルを生成させ、また、前記制御手段 は前記第２のトランジスタを交番的にオン、オフさせ、前記第２のトランジスタ がオフにされているときはいつでも前記第１のトランジスタをオフに、また、前 記双方向性スイッチをオンにさせて前記Ａｃ出力の負の半サイクルを生成させる もの； が含まれている改良されたインバータ。 １３、前記双方向性スイッチはオンにされたときにフィルタに印加された電圧を 中性点にクランプし、前記第１のトランジスタは前記Ａｃ出方の正の半サイクル を生成させるために前記フィルタに対して０がら前記正の電圧までの振幅を有す る複数個のパルスを供給し、また、前記第２のトランジスタは前記Ａｃ出力の負 の半サイクルを生成させるために前記フィルタに対して０から前記負の電圧まで の振幅を有する複数個のパルスを供給するようにされる請求の範囲第１２項のイ ンバータ。 １４、前記双方向性スイッチは、この双方向性スイッチがオンにされている間に 流れる再生電流のための中性径路を生成させる請求の範囲第１２項のインバータ 。 １５、前記双方向性スイッチにはタイオート・ブリッジに接続された第３のトラ ンジスタが含まれ、前記第６のトランジスタがオンにされているときに第１また は第２の方向のいずれかに電流を流すことを許容するようにされる請求の範囲第 １２項のインバータ。