JPH0634597B2 - インバ−タ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、直流電源をスイッチング素子によりスイッチ
ングして、電力を負荷回路に供給するインバータ装置に
関するものである。

［背景技術］ 従来より存在するインバータ装置の概略構成を第１０図
に示す。このインバータ装置は、直流電源Ｅに直列接続
した２つのスイッチング素子Ｑ₁，Ｑ₂を並列に接続する
とともに、一方のスイッチング素子Ｑ₁と並列にコンデ
ンサＣ₁を介して負荷を含んだ負荷回路１を接続して構
成されており、スイッチング素子Ｑ₁，Ｑ₂をドライバ回
路２からの出力により交互にスイッチング動作させて負
荷回路１に電力を供給するようにしている。しかし、か
かる従来のインバータ装置において、負荷回路１が無負
荷となった場合にも、動作する不都合があり、信頼性、
電力消費の点で改善の余地が残されている。

また、このようなインバータ装置は、放電灯を負荷とし
て点灯制御する場合などにも使用され、その場合には第
１１図に示したインダクタンスＬ₁とコンデンサＣ₂を直
列に接続して構成されたＬＣ共振直列回路Ａを付加さ
せ、そのコンデンサＣ₂の端子間を出力端子として放電
灯からなる負荷Ｒを接続して、放電灯に高い電圧を供給
するようにしている。しかしながら、一般にインバータ
装置においては、無負荷時には出力電圧が高くなる等、
次のような問題が指摘されている。

無負荷状態では高い出力電圧が発生する（例えば、
放電灯点灯装置に関しては電気用品取締法やＪＩＳなど
で２次電圧の上限についての規制がある）。また、負荷
を放電灯とした場合、放電灯のフィラメントは切れては
いないが何らかの原因（例えばフィラメントのエミッタ
が飛散してしまった場合等）で放電灯が点灯しない場合
には、回路は等価的には第１２図のように放電灯の一端
を各々開放した状態となり、このような場合にも高い出
力電圧が発生する。

無負荷状態では、スイッチング素子に大きな振動電
流が流れてスイッチングロスが増大し、この電流の継続
によりスイッチング素子が熱暴走して破壊に至る恐れが
ある。

そこで、上記の問題点を解決するため、インバータ装置
に無負荷状態を検出する回路を設け、この検出回路の出
力信号によりスイッチング素子の動作を停止あるいは抑
制することが考えられる。例えば、検出回路として負荷
に直列にカレントトランスを設け、その２次側出力をス
イッチ制御部に送ってスイッチング素子の動作を停止す
るものである。しかし、このような構成のものでは、構
造が複雑で装置が大型化し、しかも、負荷に流れる電流
を検出する方法をとるので、インバータ装置の動作にも
影響を与え、インバータ装置の動作を不安定にする要因
となるなどの問題を生じる。また、負荷側の電位はイン
バータ装置を停止させる制御電位とは一般的に異なるた
めに、絶縁型のカレントトランスが必要となる。

また、別の従来例としては特開昭５９−１３２５９７号
公報がある。この特開昭５９−１３２５９７号公報は、
高電圧を防止するものではあるが、電圧依存抵抗を有す
る電圧検出回路を、放電灯及びコンデンサの直列回路と
インダクタンスとの接続点に設けることにより、放電灯
点灯中の異常高電圧を検出しようとするものであり、こ
の従来例は無負荷状態を検出するものではなく、しか
も、正常時と異常時とで電圧変化を検出しにくいという
問題もある。

［発明の目的］ 本発明は、上述の点に鑑みて提供したのものであって、
負荷有無の検出を確実に行ない、無負荷の場合はスイッ
チング素子の出力を制限して無駄な消費電力を軽減し、
しかも、動作を不安定にすることのない、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ものであ
る。

［発明の開示］ （構 成） 本発明は、直列に接続された２個のスイッチング素子が
直流電源に並列に接続され、このスイッチング素子の少
なくとも一方と並列に、コンデンサ及び負荷回路の直列
回路をコンデンサが直流電源の一方の電極側になるよう
に接続されて成るインバータ装置において、前記コンデ
ンサの非電源側と前記直流電源の他方の電極側との間の
電圧を検出する電圧検出回路部と、この電圧検出回路部
の出力電圧に応じて前記スイッチング素子の動作出力を
制限する出力制御部とを備えることにより、前記コンデ
ンサの非電源側と前記直流電源の他方の電極側との間の
電圧を電圧検出回路部により検出し、該検出した電圧を
出力制御部に入力し、検出した出力電圧に応じて出力制
御部によりスイッチング素子の動作出力を制限するよう
にしたことを特徴とするものである。

(実施例１) 以下、本発明の実施例を図面により説明する。第２図は
本発明のインバータ装置の概略ブロック図を示すもので
あり、直流電源Ｅは交流電源を整流した定電圧電源など
によって構成される。また、負荷回路１は例えば放電灯
を含むものである。ドライバ回路２は２つのスイッチン
グ素子Ｑ₁，Ｑ₂をスイッチング動作するためのものであ
り、負荷回路１の電圧を検出する電圧検出回路部３は、
負荷回路１よりも高いインピーダンスの抵抗素子などを
用いた分圧回路などによって構成されている。この電圧
検出回路部３の検出出力を出力制御部４に送って該出力
制御部４によってドライバ回路２の出力を制御するよう
にしている。

次に、本発明の基本的な動作を説明する。負荷のある状
態においては、電圧検出回路部３の出力が「Ｈレベル」と
なって出力制御部４に信号を送ってスイッチング素子Ｑ
₁，Ｑ₂を連続して駆動するが、無負荷時には、電圧検出
回路部３の出力が「Ｌレベル」(０)となって出力制御部４
に信号を送って、スイッチング素子Ｑ₁，Ｑ₂の動作を抑
制あるいは停止させる。このような動作は、本発明のイ
ンバータ装置をＬＣ直列共振回路Ａを付加して構成した
場合にも同様である。

次に、本発明の具体的な実施例を説明する。第１図はＬ
Ｃ直列共振回路Ａを付加して構成した場合の具体回路図
を示すものである。直列に接続されたトランジスタ
Ｑ₁，Ｑ₂は直流電源Ｅに対して電源スイッチＳＷを介し
て並列に接続されており、トランジスタＱ₁のコレクタ
にはコンデンサＣ₁を介して付加Ｒが並列に接続されて
いる。このコンデンサＣ₁は後述するように２つのトラ
ンジスタＱ₁，Ｑ₂が交互にオン，オフ動作した時に負荷
Ｒに供給する電圧を反転させたり、直流成分をカットし
て負荷Ｒに交流成分(高周波電力)を供給する作用をな
す。また、負荷Ｒと並列にコンデンサＣ₂が接続され、
更にこのコンデンサＣ₂と負荷Ｒとの接続点(コンデンサ
Ｃ₁の反対側)はインダクタンスＬ₁が接続されてＬＣ直
列共振回路Ａが構成されている。ここに、２つのコンデ
ンサＣ₁，Ｃ₂はＣ₁≫Ｃ₂の関係を満たしている。尚、Ｌ
Ｃ直列共振回路Ａを構成するコンデンサＣ₂は負荷端子
間に存在する浮遊容量であっても良く、また負荷Ｒを放
電灯に選んだ場合には、インダクタンスＬ₁は安定器に
よって構成されてもよい。

インダクタンスＬ₁の非負荷側の端子は駆動トランスＴ₁
の１次巻線n₁を介してトランジスタＱ₁，Ｑ₂の接続点に
接続され、更に、駆動トランスＴ₁の２次巻線n₂，n₃は
それぞれが抵抗Ｒ₁、Ｒ₂を介してトランジスタＱ₁，Ｑ₂
のベースの各々に接続されている。また、駆動トランス
Ｔ₁の２次巻線n₂，n₃は、その極性を逆にして、トラン
ジスタＱ₁，Ｑ₂を交互にオン，オフさせる構成としてお
り、この駆動トランスＴ₁及びその付属回路をもってド
ライバ回路２を構成している。コンデンサＣ₁の負荷Ｒ
との接続点と、直流電源Ｅの負荷端子との間には、抵抗
Ｒ₄とＲ₅との直列回路によって構成された分圧回路が設
けられており、これによって電圧検出回路部３が構成さ
れている。ここに、抵抗Ｒ₄とＲ₅は負荷Ｒに対して高イ
ンピーダンス値のものが選ばれている。更に、抵抗Ｒ₄
とＲ₅の接続点は抵抗Ｒ₇を介してトランジスタＱ₅のベ
ースに接続されており、トランジスタＱ₅のエミッタは
別のトランジスタＱ₄のエミッタと共通に接続されて直
流電源Ｅの負極端子側に接続されている。一方、トラン
ジスタＱ₅のコレクタは抵抗Ｒ₆を介して直流電源Ｅの正
極端子側に接続されるとともに、トランジスタＱ₄のベ
ースに接続されている。そして、トランジスタＱ₄のコ
レクタはトランジスタＱ₂のベースに接続されている。
トランジスタＲ₄，Ｒ₅及びその付属回路は出力制御部４
を構成するものである。

一方、直流電源Ｅと並列に抵抗Ｒ₃とコンデンサＣ₃を接
続してあり、更にコンデンサＣ₃と抵抗Ｒ₃の接続点と、
トランジスタＱ₁，Ｑ₂の接続点との間には、ダイオード
Ｄ₃を接続している。このダイオードＤ₃は図示するよう
にアノードを抵抗Ｒ₃とコンデンサＣ₃の接続点に接続し
ている。そして、抵抗Ｒ₃とコンデンサＣ₃の接続点とト
ランジスタＱ₂のベースとの間にはダイアックＱ₃を設け
てあり、これらによってインバータ装置の起動回路６を
構成している。ここに、抵抗Ｒ₃とコンデンサＣ₃の直列
回路はダイアックＱ₃のトリガ回路を構成し、ダイオー
ドＤ₃はダイアックＱ₃がブレークオーバーした後に、直
流電源Ｅから供給される電流を抵抗Ｒ₃を介してトラン
ジスタＱ₂に直接導くバイパス回路を構成する。なお、
トランジスタＱ₁，Ｑ₂の各々には帰還ダイオードＤ₁，
Ｄ₂を逆並列に接続している。

次に動作を説明する。第３図は第１図の等価基本回路を
示すものである。

＜負荷時の動作＞ 負荷時の場合には、等価基本回路は更に第４図のように
書きあらわせる。この場合、トランジスタＱ₁，Ｑ₂のス
イッチング動作によりトランジスタＱ₁，Ｑ₂の両端に現
れる電圧e₁，e₂は夫々第５図(b),(c)に示すような矩形
波電圧となり、ＬＣ直列共振回路Ａの両端電圧e₃はコン
デンサＣ₁によって直流成分がカットされた第５図(ｅ)
に示すように電圧e₃が供給される。尚、第５図(ａ)は直
流電源Ｅの電圧Ｅを示す。ここに、コンデンサＣ₁の両
端電圧ec₁はec₁＝e₁−e₃で求まるから、コンデンサＣ₁
の両端電圧ec₁はＥ／２となる。尚、第５図において
は、わずかなリップルが含まれているが、このリップル
はコンデンサＣ₁と負荷Ｒの回路の時定数Ｃ₁・Ｒの値を
大きくすることにより小さくなる。更に、電圧検出回路
部３に加わる電圧e₄はe₄＝e₀−ec₁により、それぞれ求
められて、第５図(ｆ)に示した波形となり、e₄＝Ｅ／２
が求まる。

従って、負荷Ｒが存在する場合には、電圧検出回路部３
に生じる電圧e₄はＥ／２となる。この電圧は第１図の分
圧抵抗Ｒ₄とＲ₅により分圧され、その分圧出力が出力制
御部４に送られる。出力制御部４では、トランジスタＱ
₅をオンさせ、トランジスタＱ₄をオフさせることによっ
てトランジスタＱ₂を動作可能にするので、インバータ
回路の発振動作が継続して行なわれることになる。

＜無負荷時の動作＞ 無負荷時においては、コンデンサＣ₂のインピーダンス
がコンデンサＣ₁のインピーダンスに比べて極めて大な
ので、出力端子は開放とみなすことができ、等価基本回
路は更に第６図のように書き表される。つまり、コンデ
ンサＣ₁と電圧検出回路部３による充電回路が構成さ
れ、この充電回路に直流電源Ｅが加わるので、コンデン
サＣ₁は直流電源ＥによりＥまで充電されることにな
り、各部の電圧e₀,ec₁,e₄は第７図(a),(b),(c)に示した
ようになり、電圧検出回路部３での検出電圧e₄は０レベ
ルとなる。従って、この電圧e₄の抵抗Ｒ₅に加わる分圧
が出力制御部４に送られることになる。すると、出力制
御部４では、トランジスタＱ₅のベース電流がなくな
り、トランジスタＱ₅はオフとなる。この結果、トラン
ジスタＱ₄にベース電流が流れて、トランジスタＱ₂のベ
ース・エミッタ間を短絡する。かくして、トランジスタ
Ｑ₁はオフとなるので、インバータ装置の発振動作が停
止される。

従って、ＬＣ直列共振回路Ａを付加した場合でも、無負
荷時に出力される高い共振電圧を確実に抑制でき、安全
性も高いものである。

(実施例２) 第８図は他の実施例を示すものであり、第１図に示した
実施例のものと対応する部分には同一付号を付して説明
を省略する。この実施例の特徴は電圧検出回路部３を構
成する抵抗Ｒ₄，Ｒ₅にダイオードＤ₄を直列に設けたも
ので、ダイオードＤ₄のアノードを負荷Ｒとコンデンサ
Ｃ₂の接続点に接続し、カソードを抵抗Ｒ₄に接続して構
成している。このような構成とすることにより、インバ
ータ回路の動作時に生じるサージ電圧などのノイズ成分
を吸収し、インバータ回路の動作を安定するものであ
る。また、抵抗Ｒ₅には並列に平滑コンデンサＣ₄を接続
しており、このコンデンサＣ₄により、サージ電圧、リ
ップル分を吸収してトランジスタＱ₅の動作を確実にし
ている。

また、負荷Ｒ，Ｒ′を放電灯とした場合において、本発
明によればＪＩＳ Ｃ 8108の６・３・２による２次電
圧は第９図に示すように無負荷状態と等しくなるのでe₄
の電圧が零となり、発振を停止させることができ、２次
電圧が発生せずＪＩＳに適合できるものである。

尚、前述の実施例においては、無負荷時には出力制御部
４がトランジスタＱ₁，Ｑ₂の作動を停止させる構成のも
のを示したに過ぎないが、本発明はこれらのものに限定
されるものではない。例えば、無負荷時にはトランジス
タＱ₁，Ｑ₂の動作を間欠的に行なうものや、出力電圧を
所定値以下（例えば前述した所定の電圧３００Ｖ以下）
に強制的に低下させるものでも良く、要は無負荷時には
出力電圧を抑制し、消費電力を抑制するものであれば良
い。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、直列に接続された２個のスイッ
チング素子が直流電源に並列に接続され、このスイッチ
ング素子の少なくとも一方と並列に、コンデンサ及び負
荷回路の直列回路をコンデンサが直流電源の一方の電極
側になるように接続されて成るインバータ装置におい
て、前記コンデンサの非電源側と前記直流電源の他方の
電極側との間の電圧を検出する電圧検出回路部と、この
電圧検出回路部の出力電圧に応じて前記スイッチング素
子の動作出力を制限する出力制御部とを備えたものであ
るから、前記コンデンサの非電源側と前記直流電源の他
方の電極側との間の電圧を電圧検出回路部により検出
し、該検出した電圧を出力制御部に入力し、検出した出
力電圧に応じて出力制御部によりスイッチング素子の動
作出力を制限することで、無負荷状態の場合の検出電圧
に応じてスイッチング素子の動作を抑制あるいは停止等
の制限ができるため、スイッチング素子のスイッチング
ロスや発熱による破壊を防止できるものであり、また、
無駄な消費電力をも抑えることができ、しかも、負荷回
路側の電圧を検出しているので、負荷の有無に応じた電
圧が出力されることになって、出力制御部の構成を簡略
化できて、信頼性の高いインバータ装置を提供できる効
果を奏するものである。更に、電圧検出部は、電圧を検
出する方式であり、負荷電流を検出する電流検出方法を
採用していないので、インバータ回路の動作に与える影
響が少なくなる効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の具体回路図、第２図は同上
のブロック図、第３図は同上の第２図の実施例の基本等
価回路図、第４図は同上の第２図に示した負荷時におけ
る等価回路図、第５図は同上のその各部の電圧波形図、
第６図は同上の第２図に示した実施例の無負荷時におけ
る等価回路図、第７図は同上のその各部の電圧波形図、
第８図は同上の他の実施例の具体回路図、第９図は２次
電圧試験用回路図、第１０図は従来例のインバータ装置
の概略回路図、第１１図は第１０図に示した使用例図、
第１２図は従来例の放電灯が点灯しない場合の等価回路
図である。 １は負荷回路、２はドライバ回路、３は電圧検出回路
部、４は出力制御部、Ｅは直流電源、Ｒは負荷を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直列に接続された２個のスイッチング素子
   が直流電源に並列に接続され、このスイッチング素子の
   少なくとも一方と並列に、コンデンサ及び負荷回路の直
   列回路をコンデンサが直流電源の一方の電極側になるよ
   うに接続されて成るインバータ装置において、前記コン
   デンサの非電源側と前記直流電源の他方の電極側との間
   の電圧を検出する電圧検出回路部と、この電圧検出回路
   部の出力電圧に応じて前記スイッチング素子の動作出力
   を制限する出力制御部とを備えたことを特徴とするイン
   バータ装置。