JP3042602B2 - Resonant inverter power supply circuit - Google Patents

Resonant inverter power supply circuit

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JP3042602B2 JP8326862A JP32686296A JP3042602B2 JP 3042602 B2 JP3042602 B2 JP 3042602B2 JP 8326862 A JP8326862 A JP 8326862A JP 32686296 A JP32686296 A JP 32686296A JP 3042602 B2 JP3042602 B2 JP 3042602B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、AC出力を得るた
めのプッシュプル・インバータ電源回路に属し、特に
相コンデンサを要するACファン用の共振型インバータ
電源回路に属する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention belongs to the push-pull inverter power source circuit for obtaining an AC output, especially Susumu
It belongs to a resonance type inverter power supply circuit for an AC fan that requires a phase capacitor .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のインバータ電源回路は、図4
(a)に示すように、入力電源1、スイッチ駆動回路
7、絶縁トランス9、進相コンデンサ10、ファン1
1、レギュレータ12及びプッシュプル・インバータ1
3を有している。プッシュプル・インバータ13は一対
のスイッチング素子8を有している。
2. Description of the Related Art A conventional inverter power supply circuit is shown in FIG.
As shown in (a), an input power supply 1, a switch drive circuit 7, an isolation transformer 9, a phase advance capacitor 10, a fan 1
1. Regulator 12, push-pull inverter 1
Three. The push-pull inverter 13 has a pair of switching elements 8.

【0003】一般にACファン用のインバータ電源回路
においては、入力電源1から供給される直流電圧をレギ
ュレータ12により安定化した後、プッシュプル・イン
バータ13によって駆動される絶縁トランス9を介し
て、ファン11にAC電圧として供給する。ここで、プ
ッシュプル・インバータ13によるファン駆動電圧は、
回路の小型、軽量化を図るため、正弦波ではなく矩形波
電圧としている。
In general, in an inverter power supply circuit for an AC fan, after a DC voltage supplied from an input power supply 1 is stabilized by a regulator 12, the fan 11 is supplied through an insulating transformer 9 driven by a push-pull inverter 13. As an AC voltage. Here, the fan drive voltage by the push-pull inverter 13 is
In order to reduce the size and weight of the circuit, a rectangular wave voltage is used instead of a sine wave.

【0004】ファン11の印加電圧値は、要求される正
弦波電圧値と実効値が一致するようレギュレータ12の
出力を設定している。入力電圧変動はレギュレータ12
によって圧縮されるため、インバータ13の動作デュー
ティは常に一定でよく、ファン11の要求する周波数
(50Hz、60Hz、400Hz等)のAC電圧を安
定供給できる。
The voltage applied to the fan 11 sets the output of the regulator 12 so that the required sine wave voltage value matches the effective value. The input voltage fluctuation is
Therefore, the operation duty of the inverter 13 may be always constant, and the AC voltage of the frequency (50 Hz, 60 Hz, 400 Hz, etc.) required by the fan 11 can be stably supplied.

【0005】また、インバータ電源回路にはファン等モ
ータ駆動用のインバータ電源回路がある。このファン等
モータ駆動用のインバータ電源回路は、図4(a)に示
したインバータ電源回路のプッシュプル・インバータ1
3に代えて、図4(b)に示すようなブリッジ・インバ
ータ14によって駆動するものである。
The inverter power supply circuit includes an inverter power supply circuit for driving a motor such as a fan. This inverter power supply circuit for driving a motor such as a fan is a push-pull inverter 1 of the inverter power supply circuit shown in FIG.
Instead of 3, it is driven by a bridge inverter 14 as shown in FIG.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プッシュプル・インバー13を採用した方式では、回路
構成が単純であり、回路の小型、軽量化を図れる反面、
プッシュプル・インバー13のスイッチング素子8が一
対しかなく駆動電圧波形を正弦波に近づけることができ
ないため、プッシュプル・インバータ13による駆動電
圧波形が矩形波であるため、出力電流波形もほぼ矩形波
となって高調波を含む。このため、ファン11の巻線温
度上昇が正弦波駆動の場合に較べて高くなることであ
る。これにより正弦波駆動の場合に較べてファン11の
寿命が短くなる問題がある。
However, in the system employing the conventional push-pull invar 13, the circuit configuration is simple, and the circuit can be reduced in size and weight.
Since there is only one pair of the switching elements 8 of the push-pull invar 13 and the drive voltage waveform cannot be close to a sine wave, the drive voltage waveform by the push-pull inverter 13 is a rectangular wave, and the output current waveform is also substantially a rectangular wave. Including harmonics. For this reason, the temperature rise of the windings of the fan 11 is higher than in the case of the sine wave drive. Thus, there is a problem that the life of the fan 11 is shortened as compared with the case of the sine wave drive.

【0007】また、矩形波駆動の場合、プッシュプル・
インバータ13の同時オンによる一対のスイッチング素
子8へのストレスを避けるために、動作デューティにお
いて休止期間を設け50%未満で動作させているが、こ
れも高調波成分を増加させる要因となっている。
In the case of rectangular wave driving, push-pull
In order to avoid a stress on the pair of switching elements 8 due to the simultaneous turning on of the inverters 13, an idle period is provided in the operation duty and the operation is performed at less than 50%, which also causes an increase in harmonic components.

【0008】その理由は、図5に示すように、休止期間
を大きくして動作デューティを50%から下げていくに
つれて、周波数軸上に隣接する高調波のスペクトルの間
隔は変化しないが、周波数スペクトルの包絡関数が50
%に対するデューティ比(例えば33%に下げた場合に
は、50%/33%=1.5倍)分だけ高次方向に拡が
ることにより高調波スペクトルは増加するためである。
The reason is that, as shown in FIG. 5, as the idle period is increased and the operation duty is lowered from 50%, the interval between adjacent harmonics on the frequency axis does not change. Is 50.
This is because the harmonic spectrum increases by expanding in the higher-order direction by the duty ratio with respect to% (for example, when reduced to 33%, 50% / 33% = 1.5 times).

【0009】さらに、以上の問題を解決するために図4
(b)に示したブリッジ・インバータ14を採用すれ
ば、スイッチング素子8の駆動を制御することで低歪み
の正弦波出力を得ることは可能であるが、スイッチ回路
及び制御回路が非常に複雑になり、回路が大型化するの
で大型モータやUPS(無停電電源装置)等の大電力負
荷には採用されているが、ファン程度の小電力容量のモ
ータ負荷に対してはほとんど採用されていない。
Further, in order to solve the above problem, FIG.
If the bridge inverter 14 shown in (b) is employed, it is possible to obtain a low-distortion sine wave output by controlling the driving of the switching element 8, but the switch circuit and the control circuit become very complicated. However, since the circuit becomes large, it is used for a large power load such as a large motor or a UPS (uninterruptible power supply), but is hardly used for a motor load having a small power capacity such as a fan.

【0010】それ故に、本発明の課題は、従来のプッシ
ュプル・インバータ回路の簡易な構成で、回路の小型・
軽量化を図ったままで、ファンに流れる高調波電流を低
減することによって巻線の温度上昇を抑えて正弦波駆動
と同等の信頼性を得る共振型インバータ電源回路を提供
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a conventional push-pull inverter circuit with a simple configuration and a small-sized circuit.
An object of the present invention is to provide a resonance type inverter power supply circuit which reduces harmonic current flowing through a fan while suppressing weight reduction, suppresses temperature rise of a winding, and obtains reliability equivalent to sine wave drive.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、入力直
流電源から供給される直流電圧を安定化させるためのレ
ギュレータと、安定化した後に固定デューティで動作す
るプッシュプル・インバータと、該プッシュプル・イン
バータによって駆動される絶縁トランスとを具備し、該
絶縁トランス出力の負荷として、ACファンと、該AC
ファンの動作に必要な進相コンデンサが接続されている
インバータ電源回路において、前記進相コンデンサに対
して前記絶縁トランスの漏れインダクタンス値をあらか
じめ調整することによって、前記進相コンデンサと共振
回路とを構成させ、該ACファンに流れる電流を正弦波
状に共振させることを特徴とする共振型インバータ電源
回路が得られる。
According to the present invention, an input direct
To stabilize the DC voltage supplied from the
Regulator and fixed duty operation after stabilization.
Push-pull inverter and push-pull in
An insulating transformer driven by a barter.
An AC fan and the AC
Phase-advancing capacitors required for fan operation are connected
In the inverter power supply circuit, the
To determine the leakage inductance value of the insulation transformer
By first adjusting, the phase-advancing capacitor and resonance
And the current flowing through the AC fan is sinusoidal.
Thus , a resonance type inverter power supply circuit characterized by resonating in a shape is obtained.

【0012】[0012]

【作用】本発明の共振型インバータ電源回路では、ファ
ンの進相コンデンサと絶縁トランスの漏れインダクタン
スによって電流共振させることで、ファンの巻線に流れ
る電流は正弦波状となり、高調波成分が低減されるの
で、巻線の温度上昇を抑えることができる。
In the resonance type inverter power supply circuit according to the present invention, the current flowing through the winding of the fan becomes sinusoidal by reducing current resonance by the phase advance capacitor of the fan and the leakage inductance of the insulating transformer, thereby reducing harmonic components. Therefore, the temperature rise of the winding can be suppressed.

【0013】負荷の動作に必要な進相コンデンサの値に
対して、絶縁トランスの漏れインダクタンスを適切な値
に設定することにより、電流共振させて正弦波状の電流
波形を得ている。漏れインダクタンスの設定が容易でな
い場合には、プッシュプル・インバータのスイッチング
素子と絶縁トランスとの間にチョークコイルを挿入する
ことによって、等価の効果が得られる。
By setting the leakage inductance of the insulating transformer to an appropriate value with respect to the value of the phase-advancing capacitor necessary for the operation of the load, current resonance is performed to obtain a sinusoidal current waveform. If the setting of the leakage inductance is not easy, an equivalent effect can be obtained by inserting a choke coil between the switching element of the push-pull inverter and the insulating transformer.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】次に本発明の共振型インバータ電
源回路について図面を参照して説明する。この共振型イ
ンバータ電源回路は、直流電源から50Hz/60Hz
のACファン用駆動電源を生成したり、400Hz等の
特殊高速ACファン用の駆動電源を生成する際に、使用
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a resonance type inverter power supply circuit according to the present invention will be described with reference to the drawings. This resonance-type inverter power supply circuit is 50 Hz / 60 Hz from a DC power supply.
It is used when generating a drive power supply for an AC fan of the above or a drive power supply for a special high-speed AC fan such as 400 Hz.

【0015】図1(a)及び図1(b)は本発明の一実
施の形態例を示すブロック図である。なお、図4(a)
に示した共振型インバータ電源回路と同じ部分には同じ
符号を付して説明する。
FIGS. 1A and 1B are block diagrams showing an embodiment of the present invention. FIG. 4 (a)
The same parts as those of the resonance type inverter power supply circuit shown in FIG.

【0016】図1(a)及び図1(b)を参照して、共
振型インバータ電源回路は、入力電源1、スイッチ駆動
回路7、スイッチング素子8、絶縁トランス9、進相コ
ンデンサ10、ファン11、レギュレータ12、及びプ
ッシュプル・インバータ13を有している。
Referring to FIGS. 1A and 1B, a resonance type inverter power supply circuit includes an input power supply 1, a switch drive circuit 7, a switching element 8, an insulation transformer 9, a phase advance capacitor 10, and a fan 11. , A regulator 12 and a push-pull inverter 13.

【0017】レギュレータ12はスイッチング素子2、
PWM制御部3、転流ダイオード4、チョークコイル
5、及び平滑コンデンサ6を有している。プッシュプル
・インバータ13は一対のスイッチング素子8を有して
いる。
The regulator 12 includes a switching element 2,
It has a PWM control unit 3, a commutation diode 4, a choke coil 5, and a smoothing capacitor 6. The push-pull inverter 13 has a pair of switching elements 8.

【0018】この共振型インバータ電源回路では、絶縁
トランス9を介した絶縁形のプッシュプル・インバータ
電源回路に関して、進相コンデンサ10を要するファン
11を負荷とする際に、絶縁トランス9の漏れインダク
タンスと、進相コンデンサ10によって共振回路を構成
し、負荷であるファン11に流れる電流を共振させて正
弦波状にする。
In this resonance type inverter power supply circuit, with respect to an insulation type push-pull inverter power supply circuit via an insulation transformer 9, when a fan 11 requiring a phase-advancing capacitor 10 is used as a load, the leakage inductance of the insulation transformer 9 is reduced. The phase-advancing capacitor 10 constitutes a resonance circuit, and resonates the current flowing through the fan 11 as a load to form a sine wave.

【0019】また、インバータ電源回路の前段に電圧安
定化回路としてレギュレータ12を備えることにより、
入力電圧変動に対してもインバータの動作デューティと
周波数の設定は固定でよいので、AC負荷として、電圧
と周波数が一定であることを要求されるファン11につ
いても駆動可能となるものである。
Further, by providing the regulator 12 as a voltage stabilizing circuit in the preceding stage of the inverter power supply circuit,
Since the setting of the operation duty and the frequency of the inverter may be fixed with respect to the input voltage fluctuation, the fan 11 which is required to have a constant voltage and frequency as an AC load can be driven.

【0020】この共振型インバータ電源回路では、入力
電源1から供給される直流電圧を、レギュレータ12の
スイッチング素子2と、転流ダイオード4、チョークコ
イル5、及び平滑コンデンサ6から構成される降圧型の
レギュレータ12によって安定化した後、固定デューテ
ィで動作するプッシュプル・インバータ13によって駆
動される絶縁トランス9を介してファン11にAC電圧
として供給する。
In this resonance type inverter power supply circuit, a DC voltage supplied from an input power supply 1 is converted into a step-down type composed of a switching element 2 of a regulator 12, a commutation diode 4, a choke coil 5, and a smoothing capacitor 6. After being stabilized by the regulator 12, it is supplied as an AC voltage to the fan 11 via the insulating transformer 9 driven by the push-pull inverter 13 operating at a fixed duty.

【0021】ここで、従来よりファン11の動作に必要
な進相コンデンサ10が接続されており、この進相コン
デンサ10に対して絶縁トランス9の漏れインダクタン
スを適切な値に設定することによって共振回路を構成さ
せて、ファン11に流れる電流を正弦波状にすることが
可能となる。
Here, a phase-advancing capacitor 10 necessary for the operation of the fan 11 is connected conventionally, and by setting the leakage inductance of the insulating transformer 9 to an appropriate value for the phase-advancing capacitor 10, a resonance circuit is provided. , It is possible to make the current flowing through the fan 11 sinusoidal.

【0022】また、入力電源1の電圧変動は、レギュレ
ータ12で抑圧されるので、プッシュプル・インバータ
13の動作デューティは一定のままでよく、従来技術の
インバータの方式と同様に制御回路を小規模で且つ容易
に実現できる。
Further, since the voltage fluctuation of the input power supply 1 is suppressed by the regulator 12, the operation duty of the push-pull inverter 13 may be kept constant, and the control circuit may be reduced in scale as in the conventional inverter system. And can be easily realized.

【0023】次に、本発明の一実施例の動作について図
2(a)及び図2(b)、図3(a)及び図3(b)を
参照して説明する。図2(a)及び図2(b)はファン
11に印加される電圧及び電流の動作波形を示すために
シミュレーションによって解析した波形である。図3
(a)及び図3(b)は本発明によって得られる効果を
示すためにシミュレーションによって解析したファン1
1の巻線に流れる電流(IL )の高調波成分を示す周波
数スペクトル波形である。
Next, the operation of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b), 3 (a) and 3 (b). FIGS. 2A and 2B are waveforms analyzed by simulation to show the operation waveforms of the voltage and current applied to the fan 11. FIG.
(A) and FIG. 3 (b) show a fan 1 analyzed by simulation to show the effect obtained by the present invention.
5 is a frequency spectrum waveform showing a harmonic component of a current (IL) flowing through one winding.

【0024】図2(a)は、図4(a)に示した従来の
インバータ回路におけるファン11に印加される電圧
(V0 )及び電流(I0 )波形であり、非共振時のもの
である。
FIG. 2A shows the waveforms of the voltage (V0) and current (I0) applied to the fan 11 in the conventional inverter circuit shown in FIG.

【0025】また図2(b)は、図1(a)に示す本発
明の実施の形態例におけるファン11に印加される電圧
(V0 )波形とファンに流れる共振電流(I0 )波形で
ある。
FIG. 2B shows a waveform of a voltage (V0) applied to the fan 11 and a waveform of a resonance current (I0) flowing through the fan in the embodiment of the present invention shown in FIG. 1A.

【0026】ファン11に接続された進相コンデンサ1
0と絶縁トランス9の漏れインダクタンスによって構成
される共振回路によって出力電流は正弦波状となってい
る。この時、図1(b)に示すファン11の内部回路に
おいて、巻線に流れる電流(IL )の高調波成分を示す
周波数スペクトルは図3(a)及び図3(b)に示す通
り非共振時に較べて共振時には明らかに低減されてい
る。
Phase-advancing capacitor 1 connected to fan 11
The output current has a sine wave shape due to a resonance circuit constituted by 0 and the leakage inductance of the insulating transformer 9. At this time, in the internal circuit of the fan 11 shown in FIG. 1 (b), the frequency spectrum showing the harmonic component of the current (IL) flowing through the winding is non-resonant as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). It is clearly reduced at resonance at times.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上、実施の形態例によって説明したよ
うに、本発明の共振型インバータ電源回路によれば、従
来のブリッジインバータ方式のように大規模なスイッチ
回路の採用や、複雑な制御を行って正弦波電圧を供給し
なくても、上記の単純な共振回路によって、巻線に流れ
る電流波形を正弦波状にできるため第1の効果として、
従来からファンに接続されている進相コンデンサに対し
て、絶縁トランスの漏れインダクタンスを適切に設定す
ることで共振回路を構成することで、従来のプッシュプ
ル・インバータによる矩形波電圧駆動と同様の容易な回
路構成でファンの巻線に流れる電流の高調波成分を低減
できる。
As described in the above embodiments, according to the resonance type inverter power supply circuit of the present invention, adoption of a large-scale switch circuit and complicated control as in the conventional bridge inverter system can be achieved. The first effect is that the waveform of the current flowing through the winding can be made sinusoidal by the above simple resonance circuit without supplying the sinusoidal voltage.
By configuring the resonance circuit by appropriately setting the leakage inductance of the isolation transformer for the phase-advanced capacitor connected to the conventional fan, the same ease of operation as the rectangular wave voltage drive by the conventional push-pull inverter can be achieved. With a simple circuit configuration, it is possible to reduce the harmonic component of the current flowing through the winding of the fan.

【0028】また、電流波形が正弦波状になるため零電
流スイッチングが可能となり、駆動する矩形波電圧に関
して同時オンの心配がないことから、インバータのスイ
ッチング素子にストレスを与えることなくデューティを
50%近くで動作させることが可能であり、休止期間に
よる高調波成分の発生を第1の効果に加えて更に抑える
ことができることである。
Further, since the current waveform is sinusoidal, zero current switching becomes possible, and there is no concern about simultaneous turning on of the driving rectangular wave voltage. Therefore, the duty is reduced to about 50% without applying stress to the switching element of the inverter. , And the generation of harmonic components due to the idle period can be further suppressed in addition to the first effect.

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

【図1】本発明の共振型インバータ電源回路の一実施の
形態例を示すブロック図,(b)はファンの内部の回路
図である。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a resonance type inverter power supply circuit of the present invention, and FIG. 1 (b) is a circuit diagram inside a fan.

【図2】(a)は本発明の共振型インバータ電源回路の
従来例における動作波形図、(b)は一実施の形態例の
動作波形図である。
FIG. 2A is an operation waveform diagram of a resonance type inverter power supply circuit according to a conventional example of the present invention, and FIG. 2B is an operation waveform diagram of one embodiment.

【図3】(a)(b)は本発明の効果を示すシミュレー
ション波形図である。
FIGS. 3A and 3B are simulation waveform diagrams showing the effect of the present invention.

【図4】従来の共振型インバータ電源回路を示すブロッ
ク図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a conventional resonance type inverter power supply circuit.

【図5】従来技術の問題点を説明するための波形図であ
る。
FIG. 5 is a waveform chart for explaining a problem of the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 入力電源 2 スイッチング素子 3 PWM制御部 4 転流ダイオード 5 チョークコイル 6 平滑コンデンサ 7 スイッチ駆動回路 8 スイッチング素子 9 絶縁トランス 10 進相コンデンサ 11 ファン 12 レギュレータ 13 プッシュプル・インバータ 14 ブリッジ・インバータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Input power supply 2 Switching element 3 PWM control part 4 Commutation diode 5 Choke coil 6 Smoothing capacitor 7 Switch drive circuit 8 Switching element 9 Insulation transformer 10 Advance capacitor 11 Fan 12 Regulator 13 Push-pull inverter 14 Bridge inverter

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/42 - 7/98 H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02M 7 /42-7/98 H02P 5/408-5/412 H02P 7/628-7/632

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 入力直流電源から供給される直流電圧を
安定化させるためのレギュレータと、安定化した後に固
定デューティで動作するプッシュプル・インバータと、
該プッシュプル・インバータによって駆動される絶縁ト
ランスとを具備し、該絶縁トランス出力の負荷として、
ACファンと、該ACファンの動作に必要な進相コンデ
ンサが接続されているインバータ電源回路において、前
記進相コンデンサに対して前記絶縁トランスの漏れイン
ダクタンス値をあらかじめ調整することによって、前記
進相コンデンサと共振回路とを構成させ、該ACファン
に流れる電流を正弦波状に共振させることを特徴とする
共振型インバータ電源回路。
1. A DC voltage supplied from an input DC power supply.
Regulator for stabilization and fixation after stabilization
A push-pull inverter that operates at a constant duty;
An isolated transistor driven by the push-pull inverter
A lance, and as a load of the insulation transformer output,
An AC fan and a phase advance capacitor necessary for the operation of the AC fan.
In the inverter power supply circuit to which the
Leakage in the insulation transformer for the lead capacitor
By adjusting the conductance value in advance,
A phase-advancing capacitor and a resonance circuit,
A resonance type inverter power supply circuit which resonates a current flowing through the inverter into a sine wave shape.
【請求項2】 請求項1記載の共振型インバータ電源回
路において、前記漏れインダクタンス値の調整の代替え
として、前記プッシュプル・インバータのスイッチング
素子と前記絶縁トランスの1次側巻線との間に新たにチ
ョークコイルを挿入することによって、前記進相コンデ
ンサと前記共振回路とを構成させて、前記ACファンに
流れる電流を正弦波状に共振させることを特徴とする共
振型インバータ電源回路。
2. The resonance type inverter power supply circuit according to claim 1, wherein said leakage inductance value is adjusted.
The switching of the push-pull inverter
A new chip is connected between the element and the primary winding of the insulation transformer.
By inserting a yoke coil,
And the resonance circuit, and the AC fan
A resonance type inverter power supply circuit characterized by causing a flowing current to resonate in a sine wave shape.
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