JPS63174572A - インバ−タ装置 - 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】 （技術分野） 本発明は、一対のスイッチング素子を有し、一方のスイ
ッチング素子と同電位の発振回路から電位の異なる他方
のスイッチング素子のドライブ回路へトランス等の絶縁
素子を介さずに信号伝達を行うようにしたインバータ装
置に間するものである。

（背景技術） 第６図は従来のインバータ装置の回路図である。

直流な源Ｖの両端には、スイッチング素子Ｑ、、Ｑ２の
直列回路が接続されている。スイッチング素子Ｑ、、Ｑ
２は例えばダイオードを逆並列接続されたトランジスタ
にて構成される。各スイッチング素子Ｑ、、Ｑ２はドラ
イブ回路１，２の出力Ｖ　、　、　Ｖ　２によりそれぞ
れオンオフ駆動される。一方のスイッチング素子Ｑ２の
両端には、インダクタンスし。を介して、負荷Ｚとコン
デンサＣ８どの並列回路が接続されている。負荷Ｚとし
ては、例えば放電灯が用いられる。

スイッチング素子Ｑ、の両端に接続された抵抗Ｒ１、コ
ンデンサＣ１の直列回路は上側回路の電源回路であり、
直流電源Ｖの両端に接続された抵抗Ｒ２，コンデンサＣ
２の直列回路は下側回路の電源回路である。コンデンサ
Ｃ２にて給電される発振回路３は、２つの信号ＶＡ　、
　ｖ　日を出力している。

信号ＶＡはドライブ回路２に入力され、信号ＶＢは信号
伝達回路を介して、ドライブ回路１に入力される。

信号伝達回路は、トランジスタＴｒ＋、Ｔｒ２、ツェナ
ダイオードＺＤ及び抵抗Ｒ２〜Ｒ６よりなり、トランス
等の絶縁素子を用いないで信号伝達を行っている。信号
伝達回路のトランジスタＴｒｚは抵抗Ｒ５、Ｒ６を直列
に接続されて、コンデンサＣ１の両端に接続されている
。トランジスタＴｒ２のベース・エミッタ間には、抵抗
Ｒ１が接続されている。

トランジスタＴｒ２のベースはツェナダイオードＺＤを
介して、トランジスタＴｒｌのコレクタに接続されてい
る。信号７日が高レベルのときには、抵抗Ｒ１を介して
トランジスタＴｒｌにベース電流が流れて、トランジス
タＴｒ、がオンする。このとき、ツェナダイオードＺＤ
を介して電流が流れ、抵抗Ｒ１に生じる電圧により、ト
ランジスタＴｒ２がオンし、抵抗Ｒｓ　、　Ｒ、に；流
Ｉ３が流れ、抵抗ｒ（５，Ｒ６の接続点に；圧Ｖ、が生
じて、ドライブ回路１に高レベルの信号が入力される。

信号ＶＢが低レベルのときには、ドライブ回路１に低レ
ベルの信号が入力される。なお、ツェナダイオードＺＤ
はトランジスタＴｒ、とＴｒ２の電圧差を分担するため
に用いられている。

第７図にドライブ回路１の回路例を示す。図中、Ａ乃至
りの符号をけしな部分は、第６図回路と対応している。

ドライブ回路１においては、コンデンサＣＩの両端に接
続された端子７〜，０間に、抵抗Ｒ７とトランジスタＴ
ｒ３の直列回路と、１ヘランジスタＴ　ｒ　、　、　Ｔ
　ｒ　５よりなる相補動作型エミッタフォロワが接続さ
れ、トランジスタＴｒ３のコレクタ出力は、トランジス
タＴｒ、、Ｔｒ５よりなる相補動作型エミッタフォロワ
により低インピーダンス（ヒされて、原バイアス用の抵
抗Ｒ８と逆バイアス用のダイオードＤ、との並列回路を
介して、出力端子りに出力される。このドライブ回路１
は入力端子Ｂが高レベルであるときに、トランジスタＴ
ｒ、がオン、トランジスタＴｒ、がオフ、トランジスタ
Ｔｒ、がオンとなって、出力端子りが低レベルとなるも
のであり、入力端子Ｂが低レベルであるときには、出力
端子りは高レベルとなる。

第８図にドライブ回路２の回路例を示す０図中、Ｅ乃至
Ｉ］の符号を付した部分は、第６図回路と対応している
。ドライブ回１￥３２においては、コンデンサＣ２の両
端に接続された端子Ｅ、Ｇ間に、抵抗Ｒ５とトランジス
タＴｒｓの直列回路と、抵抗Ｒ１゜とトランジスタＴｒ
７の直列回路と、トランジスタＴ　ｒ　ｓ　、　Ｔ　ｒ
　ｓよりなる相補動作型エミッタフォロワが接続されて
おり、トランジスタＴｒ６のコレクタ出力は、■・ラン
ジスタＴｒ、のベースに接続され、トランジスタＴｒ７
のコレクタ出力は、トランジスタＴｒ６．Ｔｒｇよりな
る相補動作型エミッタフォロワにより低インピーダンス
化されて、順バイアス用の抵抗Ｒ１＋と逆バイアス用の
ダイオードＤ２との並列回路を介して、出力端子Ｈに出
力される。

このドライブ回路２は入力端子Ｆが高レベルであるとき
に、トランジスタＴｒｓがオン、トランジスタＴｒｙが
オフ、トランジスタＴｒ、がオン、トランジスタＴｒ、
がオフとなって、出力端子Ｉ４が高レベルどなるもので
あり、入力端子Ｆが低レベルであるときには、出力端子
Ｉ（は低レベルとなる。

第９図は第６図回路の動作説明口である。第９図におい
て、時刻ｔ、〜ｔ＋（Ｌ＜〜ｔｓ）及び時刻ｔ２〜Ｌ。

はプントオフタイ１１であり、両方のスイッチング素子
Ｑ、、Ｑ２がオフすべき時間である。時刻し。で信号Ｖ
ｓ（第９１１（＋２））が高レベルとなり、さらに、時
刻Ｌ１で信号ＶＡ（第９図（ａ））が高レベルになると
、ドライブ回路２の入力端子Ｆが高レベルで出力端子１
−１　（第９図（ｇ））に高レベルが出力されて、スイ
ッチング素子Ｑ２がオンする。このとき、信号ＶＢによ
って、トランジスタＴｒ、がオンし、ツェナダイオード
ＺＤを介して電流Ｉｓ（第９図（Ｃ））が流れ、抵抗Ｒ
４に生じる電圧によってトランジスタＴｒ２がオンして
電流Ｉ３（第９図（ｄ））が流れる。故に、抵抗Ｒｓ　
、　Ｒａにて得られる電圧■、（第９図（ｅ）〉が高レ
ベルとなり、入力端子Ｂが高レベルとなり、出力端子Ｄ
（第９図（ｆ））が低レベルとなって、スイッチング素
子Ｑ１はオフしている。したがって、スイッチング素子
Ｑ　１．　Ｑ　２の接続点の電圧ｖＬは低レベルとなる
。

時刻し、になって信号ｖＡが低レベルになると、ドライ
ブ回路２を通してスイッチング素子Ｑ２はオフし、電圧
ＶＬが上昇する一方、時刻ｔ３に信号ＶＢは低レベルと
なり、トランジスタＴｒｌはオフし、電流ＩＢと電流Ｉ
、が流れなくなり、電圧Ｖ３が低レベルとなって、スイ
ッチング素子Ｑ２がオンする。

時刻し、で再び■８が高レベルとなり、時刻ｔ５でＶＡ
が高レベルとなると、上記の動ｆＦを繰り返す。

これによって、第９図（ｉ）に示す電圧ＶＬが得られて
、負荷回路には交番する電圧が供給され、第９図（ｈ）
（ｉ＞に示すようなスイッチング素子電流Ｉ　Ｉｔ１２
が流れ、第９図（ｋ）に示すような負荷電流Ｉｚが流れ
る。なお、負荷２が放電灯であるときに、インダクタン
スＬ０、コンデンサＣ０の共振回路を用いるのは、放射
ノイズ等の関係から負荷電流Ｉ２の波形を正弦波状にす
るためである。

ここで、それぞれのスイッチング素子Ｑ、、Ｑ。

の電流ＩＩ、Ｉ２は、時刻Ｌ０及び時刻ｔ２に示すよう
に、負方向から始まり、正方向で３！！！断している。

これは、インダクタンスＬ０、コンデンサＣ８における
共振回路の共振周波数を、第１０図に示すようにｆ。と
すると、スイッチング素子のドライブ周波数ｆｄが共振
周波数ｒ０よりも高いところに設定されているためであ
る。このようにすると、例えば時刻ｔ。でスイッチング
素子Ｑ１がオフしたとすると、負荷回路による共振電流
はス・ｆツチング素子電流Ｉ、が正の方向に流れ続けよ
うとするため、スイッチング素子Ｑ２をまず負方向に流
れることになり、続いてスイッチング素子Ｑ２が正方向
にオンする。スイッチング素子Ｑ２がオフする時にも同
様に、スイッチング素子Ｑ、にまず負方向の電流が流れ
、続いてスイッチング素子Ｑ、がオンする。この時、夫
々のスイッチング素子Ｑ、、Ｑ２の電圧は、夫／Ｚがオ
フする時に高電圧へ移行する。

オフ時の素子電圧上昇時にはドライブ回路によって逆バ
イアスされ、確実にオフ状態をとり続けるので、素子電
圧変化によっても安定したオン・オフ動作ができる。

一方、ドライブ周波数を共振周波数ｆ０よりも低い周波
数ｆｌにすると、スイッチング素子の電流は、第１１図
に示すような波形になる。この場きには、一方のスイッ
チング素子がオンする時に、他方のスイッチング素子に
は負方向の電流が流れている。

したがって、一方のスイッチング素子がオンする瞬間に
負方向の電流が流れていた素子に急に高電圧が加わるた
めに負方向電流によるリカバリー電流奪が流れることか
ら、２つのスイッチング素子が同時にオンして貫通電流
が流れ、第１１図に示すような電流波形となる。このた
め、ロスが増大する等の下部６があり、これを回避する
ためには、ドライブ周波数ｆｄを共振周波数ｆ０よりも
高くして、第９図のスイッチング素子電流Ｉ、、Ｉ２の
ような波形が得られるようにする必要がある。

この従来例では、ベースドライブ用のトランスや、フォ
トカプラ等の絶縁素子を用いないで、下側の発振回路３
から、上側の電位の異なるドライブ回路１へ信号を伝達
できるため、ＩＣ化に適した方式と言える。しかしなが
ら、時刻１２において、スイッチング素子Ｑ２がオフし
た瞬間に、負荷回路の電流がスイッチング素子Ｑ、を通
して直流電源Ｖへ回生しようとするが、このときトラン
ジスタＴｒ１はオン状むで信号伝達用の電流■８が流れ
ているので、スイッチング素子Ｑ・を介して直流電源■
に戻る経路の池に、コンデンサＣ１からトランジスタＴ
ｒ２、ツェナダイオードＺＤ、！・ランジスタＴｒｌを
通る分流？Ｓ流工×の経路が出来る。

これはその瞬間の電流が大きく、コンデンサＣ１が高周
波的には低インピーダンスと考えられるからである。こ
れにより、トランジスタＴｒ２、ツェナダイオードＺＤ
、トランジスタＴｒｌに対して、大きなストレスが加わ
り、損失が増大し、また、電圧■３にも影響を与えるこ
とになるのでドライブ回路１の動作が不安定になるとい
う不都合があった。

（発明の目的） 本発明は上述のような点に鑑みてなされたもので＋Ｐ）
す、その目的とするところは、信号（五速回路に分流す
る回生電流の影響を減少させて、回路素子に加わるスト
レスを低減し、信頼性を高くしたインバータ装置を提供
するにある。

（発明の開示） 本発明に係るインバータ装置にあっては、第１及び第２
のスイッチング素子の直列回路を直流電源に接続し、第
１及び第２のスイッチング素子にてスイッチングされた
出力により交流駆動されるＬＣ回路を念む負荷回路を設
け、各スイッチング素子のオンオフ信号の発振回路を一
方のスイッチング素子と同電位側に接続し、前記一方の
スイッチング素子のオフ時に、他方のスイッチング素子
のオン信号を絶縁素子を介さずに電流を流して他方のス
イッチング素子へ伝達する信号１云達回路を具備して成
るものである。

本発明にあっては、このように、発振回路と同電位側の
スイッチング素子のオフ時に、発振回路と電位の異なる
側のスイッチング素子のオン信号を絶縁素子を介さずに
電流を流して伝達するようにしたので、負荷側から電源
側への回生電流が減少してから信号伝達経路を導通させ
ることになり、ｂ″ＣＣ来例うな大きな分流電流が流れ
ることはなく、回路素子に加わるスｌ〜レスが低減され
るらのである。

以下、本発明の実施例について説明する。

尺１匠上 第１図は本発明の一実施例の要部回路図であり、第２図
はその動作波形図である。第１図回路において、第６図
従来例と同一・の部分については図示を省略しである。

本実施例にあっては、第６図従来例において、発振回路
３の信号ＶＢをインバータゲートＧ１にて反転した信号
ＶＢ’（第２図（１１）参照）により、トランジスタＴ
ｒｌを駆動している。

また、上側トランジスタＱ、を駆動するためのドライブ
回路１としては、第８図に示すドライブ回路２と同じ回
路を用いている。

第２図において、時刻ｔ０で信号■Ｂ′が低レベルとな
り、時刻ｔ、で信号ｖＡが高レベルとなると、ドライブ
回路２によりスイッチング素子Ｑ２がオンし、また、信
号■Ｂ°により、トランジスタＴ　、１がオフしてトラ
ンジスタＴｒ２がオフとなり、電圧ｖ３が低レベルとな
って電圧Ｖ、が低レベルとなり、スイッチング素子Ｑ、
はオフとなる。

時刻ｔ２で信号ｖＡが低レベルとなり、スイッチング素
子Ｑ２がオフとなり、時刻ｔ３で信号■Ｂ°が高レベル
となり、トランジスタＴｒ、がオン、ツェナダイオード
ＺＤを介して流れる電流により抵抗Ｒ４に電圧が生じて
、トランジスタＴｒ２がオンし、電圧■３が高レベルと
なり、ドライブ回路１を通じて電圧ｖ１も高レベルとな
って、スイッチング素子Ｑ１がオンする。その１＆、時
刻（、で再びスイッチング素子Ｑ１がオフして、以上の
動作の繰り返しを行なう。

本実施例にあっては、トランジスタＴｒ、がオンして、
上側のドライブ回！？１１に信号を伝達するのは、第２
図（ｃ）に示すように、時刻り、〜ｔ、の間である。ス
イッチング素子Ｑ２がオフする時（時刻ｔｚ）にスイッ
チング素子Ｑ１の負方向に流れる電流、つまり、直流電
源Ｖの側に回生ずる電流は最大となり、その後、徐々に
減少していく、従来例では時刻ｔ２では既にトランジス
タＴｒ＋がオンしており、大きな負方向電流が流れたが
、本発明では時刻り。

で初めて■−ランジスタＴｒ、がオンするので、第２１
］（Ｉ＋＞に示すような低いレベルの負方向電流が、分
流電流Ｉ×となる。このため、この不都合な電流Ｉｘは
従来例に比べて大幅に減少し、損失の少ない安定な動作
が可能となるものである。

尺１匠工 第３図は本発明の第２実施例の回路図である。

本実施例にあっては、トランジスタＴｒ＋を飽和領域で
動作させないで、能動領域で動作させるものであり、抵
抗Ｒ３を介してトランジスタＴ　ｒ　、、に流れる電流
によって決まる一定の電流Ｉ８を信号伝達用に用いたも
のである。したがって、電圧■。

やコンデンサＣ５の電圧の変動等によっても電流１、の
値が、抵抗Ｒ１の値等によって決まる設定電流値にほぼ
保たれて、安定な信号伝達が可能となる。その他の構成
については、実施例１と同様であり、トランジスタＴ　
ｒ　＋の駆動信号をインバータゲートＧｌにて反転させ
ると共に、上側トランジスタＱ１を駆動するためのドラ
・ｆブ回路１として、第８（２１に示すドライブ回路２
と同じ回路を用いて、スイッチング素子Ｑ２のオフ時に
電流１日を流すことにより、スイッチング素子Ｑ１のオ
ン信号をスイッチング素子Ｑ１に伝達している。

なお、第６図従来例回路においても、トランジスタＴｒ
、とＴ　ｒ　、、よりなるカレントミラー回路を用いる
ことにより、分流電流Ｉｘの定電流化を計ることができ
るが、現実には１００％完全なミラー効果が簡単には得
られないため、不都合な電流Ｉｘの影響をより完全に除
去するには、本発明の構成を採ることが必要となるもの
である。

及１隨１ 第４図は本発明の第３実施例の回路図である。

本実施例にあっては、トランジスタＴｒＩを飽和領域で
動作させ、定電流回路の機能を定電流素子ＩＳによって
得るようにしたものであり、信号伝達用の電流Ｉ日を定
電流化することにより、実施例２の場合と同様に、安定
な動作が得られるものである。

火花」」− 第５図は本発明の第４実施例の回路図である。

本実施例にあっては、実施例２において、抵抗Ｒ４に代
えてトランジスタＴ　ｒ　ｌ＋を接続し、トランジスタ
Ｔｒ２に流れる電流をも定電流化したものである。これ
により、信号伝達用の各トランジスタＴｒ、、Ｔｒ２が
飽和領域ではなく能動領域で動作するため、より高速な
動１ヤを行うに際して有効な方式なお、特に図示しない
が、フルブリッジ構成のインバータ回路、つまり、第３
及び第４のスイッチング素子の直列回路を電源と並列に
接続し、負荷回路を第１及び第２のスイッチング素子の
接続点と第３及び第４のスイッチング素子の接続点との
間に接続し、互いに対角方向のスイッチング素子を同時
にオンオフし、負荷回路に交番する電流を供給するよう
にしたインバータ回路においてら、発振回路と異電位側
のドライブ回路のオン信号を同電位側のスイッチング素
子のオフ時に電流を流すことにより伝達すれば同様の効
果が得られるものである。

（発明の効果〉 本発明は上述のように、発振回路と同電位側のスイッチ
ング素子のオフ時に、発振回路とは異電位側のスイッチ
ング素子のオン信号を絶縁素子を介さずに電流を流して
伝達するようにしたから、負荷側から電源側への回生電
流が減少してから信号１云達経路を導通させることにな
り、したがって、従来例のような大きな分流電流が流れ
ることはなく、回路素子へのストレスも少なく、動作が
安定で、信頼性の高いインバータ装置を提供できるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１（２Ｉは本発明の第１実施例の回路図、第２図は同
上の動作説明図、第３図は本発明の第２実施例の回路図
、第４図は本発明の第３実施例の回路図、第５図は本発
明の第４実施例の回路図、第６図は従来例の回路図、第
７図及び第８（２ｆｆはその要部回路図、第９図は同上
の動作説明図、第１０図は負荷回路の共振特性を示す図
、第１１図はスイッチング素子に流れるＴ、流波形を示
す図である。 Ｇ１はインバータタートである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１及び第２のスイッチング素子の直列回路を直
   流電源に接続し、第１及び第２のスイッチング素子にて
   スイッチングされた出力により交流駆動されるＬＣ回路
   を含む負荷回路を設け、各スイッチング素子のオンオフ
   信号を発生する発振回路を一方のスイッチング素子と同
   電位側に接続し、前記一方のスイッチング素子のオフ時
   に、他方のスイッチング素子のオン信号を絶縁素子を介
   さずに電流を流して他方のスイッチング素子へ伝達する
   信号伝達回路を具備して成ることを特徴とするインバー
   タ装置。