JP3680561B2 - インバータ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷に高周波電力を供給するインバータ装置に関するものであり、さらに詳しくは、外部から供給されるデューティ可変のＰＷＭ信号により負荷電力を制御可能なインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１にこの種のインバータ装置の全体構成を示す。このインバータ装置は、負荷１に高周波電力を供給するインバータ回路２と、インバータ回路２を制御するインバータ制御回路３と、デューティ可変のＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）を受けてインバータ制御回路３に信号を伝達するＰＷＭ信号伝達回路４とから構成されている。
【０００３】
ＰＷＭ信号伝達回路４の具体的な構成例を図２に示す。外部から供給されるＰＷＭ信号はフォトカプラＰＣの入力部の発光ダイオードに入力されている。フォトカプラＰＣの出力部のフォトトランジスタはエミッタ側をグランドレベルに接続され、コレクタ側を抵抗Ｒ１を介して直流電源Ｖ１に接続されており、抵抗Ｒ１とフォトカプラＰＣの接続点がＰＷＭ出力端子となっている。
【０００４】
このＰＷＭ信号伝達回路４の動作について説明する。まず、ＰＷＭ入力信号が立ち上がるときにはフォトカプラＰＣの発光ダイオードが発光し、その光信号を受光してフォトトランジスタはＯＮとなる。このとき、直流電源Ｖ１より抵抗Ｒ１を介して電流Ｉ１がフォトトランジスタに流れ込むため、ＰＷＭ出力端子の電圧は、直流電源Ｖ１からグランドレベルに低下する。すなわち、ＰＷＭ出力信号はＰＷＭ入力信号の反転信号となる。
【０００５】
次に、ＰＷＭ信号が立ち下がるときにはフォトカプラＰＣのフォトトランジスタはＯＦＦとなり、ＰＷＭ出力端子の電圧は直流電源Ｖ１まで上昇するが、フォトカプラＰＣの電流伝達率（ＣＴＲ）によりＰＷＭ出力端子の電圧はグランドレベルから立ち上がるまでの間に伝達遅延時間ｔａが発生し、そのため、ＰＷＭ出力信号はＰＷＭ入力信号に遅延時間が足された信号となるため、インバータ制御回路３には元のＰＷＭ信号とは異なる信号が入力され、本来の信号であるＰＷＭ信号が入力されたときとは異なる出力が負荷１に供給されて、その出力の変化が大きくなってしまうという問題があった。
【０００６】
この様子を図３に示す。図中、（ａ）はフォトカプラＰＣの発光ダイオードに入力されるＰＷＭ入力信号、（ｂ）は抵抗Ｒ１とフォトカプラＰＣの接続点に得られるＰＷＭ出力信号、（ｃ）はインバータ制御回路３で認識するＰＷＭ信号を示している。ここで、インバータ制御回路３に入力される信号は図３（ｂ）のＰＷＭ出力信号であるが、通常、インバータ制御回路３内では入力信号を電圧比較器により所定の基準レベルと比較して、ＰＷＭ信号を認識するようになっており、図３（ｃ）に示すような波形として認識される。
【０００７】
このようなフォトカプラＰＣの電流伝達率（ＣＴＲ）による伝達遅延時間ｔａの発生による出力の変化を抑えるために、高速のフォトカプラを用いて伝達遅延時間ｔａを短くするという手段もあるが、コストアップにつながるという問題がある。
【０００８】
そこで、伝達遅延時間ｔａの発生とコストアップを抑えるために、ＰＷＭ信号伝達回路４を図４に示すように構成することが考えられる。この構成では、図２に示す回路にダイオードＤ１と抵抗Ｒ２を追加したものであり、フォトカプラＰＣの出力部のフォトトランジスタと抵抗Ｒ１の接続点にダイオードＤ１のカソード側を接続し、ダイオードＤ１のアノード側を抵抗Ｒ２を介して直流電源Ｖ２に接続したものである。そして、抵抗Ｒ２とダイオードＤ１の接続点をＰＷＭ出力端子としたものである。
【０００９】
このＰＷＭ信号伝達回路４の動作を図５に示し説明する。まず、フォトカプラＰＣの入力信号が立ち上がるときにはフォトカプラＰＣのフォトトランジスタには直流電源Ｖ１と抵抗Ｒ１によって決まる電流Ｉ１、並びに直流電源Ｖ２と抵抗Ｒ２によって決まる電流Ｉ２の合成電流Ｉ３が流れる。このため、ＰＷＭ出力信号は立ち下がりが鋭くなる。次に、フォトカプラＰＣの入力信号が立ち下がるときには、フォトカプラＰＣのフォトトランジスタには直流電源Ｖ２の電圧が現れるが、フォトカプラＰＣの電流伝達率（ＣＴＲ）のばらつきによって信号の遅延時間が大きくなる場合があるため、ＰＷＭ出力信号のばらつきも大きくなる。ＰＷＭ出力信号の立ち上がりにおいては、電流Ｉ２の大きさによって立ち上がりの角度が変わり、立ち上がりを急峻にするためには十分な電流Ｉ２の供給が必要であった。そのため、制御部での消費電流が大きくなり、効率が悪いという問題があった。
【００１０】
以上のように、従来はフォトカプラＰＣの出力部に流す電流が減少した場合、フォトカプラＰＣの電流伝達率（ＣＴＲ）による遅延時間が非常に大きくなる。それを小さくするためにフォトカプラＰＣの出力部に流す電流を大きくして、フォトカプラＰＣの遅延時間を短くするという手段があるが、消費電流が大きくなるため、回路効率が悪くなる。また、高速なフォトカプラを使用して、遅延時間を短くしている例もあるが、コストが高くなるという問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外部から供給されるデューティ可変のＰＷＭ信号により負荷電力を制御可能としたインバータ装置において、制御部での消費電流を低減し、遅延時間の変化幅を低減させ、コストダウンを図ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のインバータ装置にあっては、上記の課題を解決するために、負荷１に高周波電力を供給するインバータ回路２と、インバータ回路２を制御するインバータ制御回路３と、デューティ可変のＰＷＭ信号を受けてインバータ制御回路３に信号を伝達するフォトカプラを含むＰＷＭ信号伝達回路４とを備え、ＰＷＭ信号伝達回路４からの出力に応じてインバータ制御回路３からインバータ回路２に与えられる出力周波数が変化し、インバータ回路２から負荷１への供給電力が制御されるインバータ装置において、ＰＷＭ入力信号に対するフォトカプラの遅延時間によって生じるＰＷＭ信号伝達回路４の伝達遅延時間に対する補正手段として抵抗とコンデンサとの時定数回路を付加し、上記時定数回路はフォトカプラの出力の立ち上がりと立ち下がりとでその時定数を変化させることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の実施例１の回路構成を図６に示す。以下、その回路構成について説明する。外部から供給されるＰＷＭ入力信号はフォトカプラＰＣの発光ダイオードに入力されている。フォトカプラＰＣのフォトトランジスタはエミッタ側をグランドレベルに接続され、コレクタ側を抵抗Ｒ１を介して直流電源Ｖ１に接続されている。直流電源Ｖ１はグランドレベルに対して正の電位である。フォトトランジスタのコレクタと抵抗Ｒ１の接続点にはダイオードＤ１のアノード側を接続し、ダイオードＤ１のカソード側をＰＷＭ出力端子としたものである。ＰＷＭ出力端子とグランドレベルの間には、コンデンサＣ１が接続されている。また、ダイオードＤ１の両端には抵抗Ｒ２が並列に接続されている。
【００１４】
以下、本実施例のＰＷＭ信号伝達回路４の動作について説明する。まず、フォトカプラＰＣの入力信号が立ち上がるときにはフォトカプラＰＣのフォトトランジスタのコレクタ電位は比較的速くグランドレベルに落ちるが、ＰＷＭ出力端子の電圧は抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１による放電時定数によって穏やかに下降していく。また、フォトカプラＰＣの入力信号が立ち下がるときは、ＰＷＭ出力端子の電圧は、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１の充電時定数によって緩やかに上昇していき、直流電源Ｖ１の電圧に達する。このときの充電時定数はフォトカプラＰＣの電流伝達率（ＣＴＲ）には殆ど無関係に一定である。
【００１５】
ここで、本実施例では、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１による充電時定数と、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ１による放電時定数とは異なることを特徴としている。すなわち、ＰＷＭ入力信号の立ち上がりでは、フォトカプラＰＣの電流伝達率（ＣＴＲ）に余り関係なく、フォトトランジスタのコレクタ電位の立ち下がりが比較的速く行われ、ＰＷＭ入力信号の立ち下がりでは、フォトカプラＰＣの電流伝達率（ＣＴＲ）に基づくフォトトランジスタの立ち上がり時間（伝達遅延時間ｔａ）が発生するものであるが、この伝達遅延時間ｔａを上記放電時定数（抵抗Ｒ２、コンデンサＣ１）により補正してやることにより、結果として、インバータ制御回路３が認識するＰＷＭ信号が元のＰＷＭ入力信号を忠実に再現したものとなる。
【００１６】
したがって、従来のように、高速のフォトカプラを使用しなくても、フォトカプラＰＣの電流伝達率（ＣＴＲ）による遅延時間を放電時定数（抵抗Ｒ２、コンデンサＣ１）により補正できるため、コストダウンが可能である。また、大きな電流を流す必要はないので、制御部での消費電流を低減でき、回路効率が向上する。
【００１７】
（実施例２）
本発明の実施例２の回路構成を図８に示す。以下、その回路構成について説明する。外部から供給されるＰＷＭ入力信号はフォトカプラＰＣの発光ダイオードに入力されている。フォトカプラＰＣのフォトトランジスタはエミッタ側をグランドレベルに接続され、コレクタ側を抵抗Ｒ１を介して直流電源Ｖ１に接続されている。直流電源Ｖ１はグランドレベルに対して正の電位である。フォトトランジスタのコレクタと抵抗Ｒ１の接続点にはスイッチング素子ＳＷ１の一端を接続し、スイッチング素子ＳＷ１の他端をＰＷＭ出力端子としたものである。ＰＷＭ出力端子とグランドレベルの間には、コンデンサＣ１が接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ１の両端には抵抗Ｒ２が並列に接続されている。本実施例の特徴は、図６に示した実施例１の構成において、抵抗Ｒ２と並列に接続されるダイオードＤ１をスイッチング素子ＳＷ１に変更したことである。スイッチング素子ＳＷ１はコンデンサＣ１の充電時にはオン、放電時にはオフされるものであり、その他の動作及び効果については実施例１と同様である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、負荷に高周波電力を供給するインバータ回路と、インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、デューティ可変のＰＷＭ信号を受けてインバータ制御回路に信号を伝達するフォトカプラを含むＰＷＭ信号伝達回路とを備え、ＰＷＭ信号伝達回路からの出力に応じてインバータ制御回路からインバータ回路に与えられる出力周波数が変化し、インバータ回路から負荷への供給電力が制御されるインバータ装置において、ＰＷＭ入力信号に対するフォトカプラの遅延時間によって生じるＰＷＭ信号伝達回路の伝達遅延時間に対する補正手段として抵抗とコンデンサとの時定数回路を付加し、上記時定数回路はフォトカプラの出力の立ち上がりと立ち下がりとでその時定数を変化させるようにしたので、元のＰＷＭ入力信号を忠実に再現することができ、且つ、低消費電流で低コストなインバータ装置を実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインバータ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】従来例１に用いるＰＷＭ信号伝達回路の回路図である。
【図３】従来例１の動作説明のための波形図である。
【図４】従来例２に用いるＰＷＭ信号伝達回路の回路図である。
【図５】従来例２の動作説明のための波形図である。
【図６】本発明の実施例１の回路構成を示す回路図である。
【図７】本発明の実施例１の回路動作を示す波形図である。
【図８】本発明の実施例２の回路構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 負荷
２ インバータ回路
３ インバータ制御回路
４ ＰＷＭ信号伝達回路
ＰＣ フォトカプラ
Ｒ１ 抵抗
Ｒ２ 抵抗
Ｃ１ コンデンサ
Ｄ１ ダイオード
Claims (3)
- 負荷に高周波電力を供給するインバータ回路と、インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、デューティ可変のＰＷＭ信号を受けてインバータ制御回路に信号を伝達するフォトカプラを含むＰＷＭ信号伝達回路とを備え、ＰＷＭ信号伝達回路からの出力に応じてインバータ制御回路からインバータ回路に与えられる出力周波数が変化し、インバータ回路から負荷への供給電力が制御されるインバータ装置において、ＰＷＭ入力信号に対するフォトカプラの遅延時間によって生じるＰＷＭ信号伝達回路の伝達遅延時間に対する補正手段として抵抗とコンデンサとの時定数回路を付加し、上記時定数回路はフォトカプラの出力の立ち上がりと立ち下がりとでその時定数を変化させることを特徴とするインバータ装置。
- インバータ制御回路は、ＰＷＭ入力信号のデューティがある範囲内ではインバータ回路に与える出力周波数が変化しないように設定されていることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
- 上記フォトカプラの出力の立ち上がりと立ち下がりとで時定数を変化させる手段として、抵抗とコンデンサとダイオードからなる時定数回路を用いたことを特徴とする請求項１又は２に記載のインバータ装置。
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