JPH0785661B2 - インバ−タ装置 - Google Patents

インバ−タ装置

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JPH0785661B2
JPH0785661B2 JP60085019A JP8501985A JPH0785661B2 JP H0785661 B2 JPH0785661 B2 JP H0785661B2 JP 60085019 A JP60085019 A JP 60085019A JP 8501985 A JP8501985 A JP 8501985A JP H0785661 B2 JPH0785661 B2 JP H0785661B2
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transistor
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雅人 大西
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔従来技術〕 この発明は、放電灯の点灯装置などに用いられる1石式
の電圧共振型のインバータ装置に関するものである。
〔背景技術〕
第7図は、従来例の1石式の電圧共振型インバータ装置
の構成を示す回路図である。直流電源Eに発振トランス
Tの1次巻線N1と共振コンデンサCの並列回路と半導体
スイッチ素子であるトランジスタQとが直列に接続され
ている。トランジスタQには、ダンパ用ダイオードDが
逆方向に接続されている。この従来例では、負荷として
発振トランスTの2枚巻線N2に放電灯FLとチョークコイ
ルLが接続されている。トランジスタQがオン/オフ駆
動されることによって、放電灯FLが高周波点灯される。
第8図は、この従来例の動作を説明するための波形図で
ある。第8図(a)はトランジスタQのベースに印加さ
れる電圧V1を示し、第8図(b)はトランジスタQのコ
レクタ電流I1およびダイオードDに流れる電流IDを示
し、第8図(c)はトランジスタQとコンデンサCの接
続点aにおける電圧V2を示し、第8図(d)は接続点a
からコンデンサCに流れる電流ICを示す。
時刻t0で電圧V1がハイレベルとなりトランジスタQがオ
ンになると、発振トランスTの1次巻線N1に電源電圧が
印加され、トランジスタQのコレクタ電流I1が直線的に
増加する。時刻t1では電圧V1がローレベルとなりトラン
ジスタQがオフになるが、発振トランスTの1次巻線N1
に電流が流れ続けるため、コンデンサCが充電され電流
ICが流れる。時刻t2でコンデンサCの充電が終了し、電
圧V2が最大となると、ここからは第8図(d)に示すよ
うに先程とは逆方向に電流ICが流れる。時刻t3になると
電圧V2が負になろうとするため、ダンパ用ダイオードD
がオンし、第8図(b)に示すように電流IDが流れる。
時刻t4で再びトランジスタQがオンとなり、同様の動作
が繰り返され、放電灯FLに高周波電力が供給される。
この従来例で負荷に供給する電力を減少するためにはト
ランジスタQのベースに印加する駆動パルスのデューテ
ィ比を小さくすることが考えられる。つまり、第9図に
示すように1周期におけるオン期間を短くする。デュー
ティ比を小さくすると、第9図(c)に示すように、ト
ランジスタQのオフ期間である時刻taにおいて、発振ト
ランスTの1次巻線N1と共振コンデンサCによる共振で
電圧V2が上昇し始める。時刻T4において、電圧V2が上昇
した状態でトランジスタQがオンとなると、第9図
(d)に示すようにコンデンサCを電源電圧まで急速に
充電しようとする電流ICが流れる。そうすると第9図
(b)に示すようにトランジスタQに突入電流iが流れ
込む。
このように負荷に供給する電力を調整するためにトラン
ジスタQのベースに印加する駆動パルスのデューティ比
を変化させるとトランジスタQへの突入電流が発生し、
トランジスタQの破壊などを招いたり、出力効率が低下
したりする。そこで従来ではデューティ比の変化に伴っ
てトランジスタQの駆動周波数を変化し、突入電流が発
生しないように対処している。しかし、その駆動周波数
が変化すると、他の装置に悪影響を与えることになる。
たとえばラジオ受信機の受信妨害を引き起したり、赤外
線による遠隔操作に障害を招く原因となる。
〔発明の目的〕
この発明の目的は、上述の問題を解決し、突入電流によ
る半導体トランジスタの破壊および出力効率の低下のな
いインバータ装置を提供することである。
〔発明の開示〕
この発明のインバータ装置は、中間部が直流電源の正極
に接続され一方をエネルギ蓄積用巻線とし他方をエネル
ギ放出用巻線とする単巻トランスと、この単巻トランス
の両端間に接続された負荷と、この負荷に直列接続され
てアノードが前記エネルギ蓄積用巻線側となった第1の
ダイオードと、この第1ダイオードのカソードと前記単
巻トランスの中間部との間に接続した共振コンデンサ
と、前記エネルギ蓄積用巻線と前記直流電源の負極との
間に接続した半導体スイッチ素子と、この半導体スイッ
チ素子をオン/オフ駆動する駆動回路とを備えたもので
ある。
この発明の構成によれば、つぎの作用がある。共振条件
のくずれによって発生する突入電流が共振コンデンサか
ら半導体スイッチ素子へ直接流れないように第1ダイオ
ードで阻止され、共振コンデンサから負荷および単巻ト
ランスを介して半導体スイッチ素子へ流れる。したがっ
て突入電流が負荷で消費されるとともに単巻トランスで
抑制されるので、突入電流が低減され、突入電流による
半導体スイッチ素子の破壊が生じなくなる。また突入電
流が負荷に供給されることによって、その出力効率の低
下が防がれる。
実施例 第1図は、この発明の一実施例の構成を示す回路図であ
る。直流電源Eの正極に単巻トランスTRの中間部を接続
し、単巻トランスTRの一方をエネルギ蓄積用巻線N1
し、その他方をエネルギ放出用巻線N2とする。エネルギ
蓄積用巻線N1には、その蓄積エネルギが充電されるよう
に、単巻トランスTRの一端部側にアノードが接続された
第1ダイオードD1と、単巻トランスTRの中間部側に接続
された共振コンデンサC1の直列回路が並列に接続されて
いる。エネルギ放出用巻線N2には、前記共振コンデンサ
C1と単巻トランスTRの他端側に接続された負荷Zの直列
回路が並列に接続されている。また単巻トランスTRの一
端側と直流電源Eの負極との間には、半導体スイッチ素
子であるトランジスタQ1と、逆方向に接続されたダンパ
用ダイオードの並列回路が接続されている。トランジス
タQ1は、直流電源Eに抵抗R1を介して接続された駆動回
路Aから出力される駆動パルスが、そのベースに与えら
れてオン/オフ駆動される。
次に第2図の波形図を参照して、この実施例の動作を説
明する。第2図(a)は駆動回路Aから出力される電圧
V1を示し、第2図(b)はトランジスタQ1のコレクタ電
流I1およびダンパ用ダイオードD2に流れる電流IDを示
し、第2図(c)はトランジスタQ1のコレクタ・エミッ
タ間の電圧V2を示す。さらに第2図(d)は第1ダイオ
ードD1側から共振コンデンサC1に流れる電流I2を示し、
第2図(e)は第1ダイオードD1に流れる電流I3を示
し、第2図(f)はエネルギ蓄積用巻線N1に流れる電流
I4を示し、第2図(g)は負荷電流IRを示す。
時刻t0で電圧V1がハイレベルになると、トランジスタQ1
がオンする。トランジスタQ1がオンするとエネルギ蓄積
用巻線N1に電流I4が流れエネルギが蓄えられている。そ
の間トランジスタQ1のコレクタ電流I1は直接的に増加す
る時刻t1で電圧V1が零になるとトランジスタQ1がオフと
なる。そうするとエネルギ蓄積用巻線N1で蓄積されたエ
ネルギが放出され、第1ダイオードD1を介して共振コン
デンサC1が充電される。時刻t2になると共振コンデンサ
C1の充電電圧が最高となり、ここから共振コンデンサC1
から負荷Z、エネルギ放出用巻線N2の閉回路で放電が始
まる。時刻t3では電圧V2が負の方向に向うためダンパ用
ダイオードD2がオンし電流IDが流れる。時刻t4で再びト
ランジスタQ1がオンするとまた同様の動作が繰り返さ
れ、第2図(g)に示すように負荷Zに対して交流負荷
電流IRが供給される。
次に負荷Zに供給される電力を減少するために、トラン
ジスタQ1の駆動周波数を一定に保ち、そのデューティ比
を小さくした場合の動作について、第3図の波形図を参
照しながら説明する。第3図(a)〜第3図(g)は第
2図(a)〜第2図(g)にそれぞれ対応している。ト
ランジスタQ1がオフとなって時刻t1から時刻t3間で共振
コンデンサC1で充放電が行なわれ、時刻t3でダイオード
D2に電流IDが流れ始める。時刻taで電流IDが零となるが
トランジスタQ1がまだオフ状態であるため、共振作用に
よってエネルギ蓄積用巻線N1から第1ダイオードD1を介
して共振コンデンサC1に電流I2が流れる。この結果電圧
V2が上昇していく。時刻t4においてトランジスタQ1がオ
ンした状態では、共振コンデンサC1の電圧が電源電圧よ
り低いため、直流電源Eから共振コンデンサC1に流れる
電流によって、トランジスタQ1への突入電流が生じる。
しかしこの実施例では、その突入電流が第1ダイオード
で阻止され、負荷Zから単巻トランスTRを介してトラン
ジスタQ1に直流電源Eからの電流が流れるので、第3図
(b)に示すようにトランジスタQ1への突入電流は小さ
なものとなる。時刻t5になると共振コンデンサC1の両端
電圧が零となり突入電流がなくなる。
この実施例の負荷Zが放電灯である場合、単巻トランス
TRのエネルギ蓄積用巻線N1とエネルギ放出用巻線N2のリ
ーケージインダクタンスによって、安定器を必要としな
い利点もある。
第4図はこの発明の他の実施例の構成を示す回路図であ
る。この実施例では、共振コンデンサC1と単巻トランス
TRの他端との間にトランスT1の1次巻線n1を接続し、そ
の2次巻線n2に負荷Zを接続している。この実施例で
は、トランスT1の巻線比によって負荷電圧を調整するこ
とができる。
第5図および第6図はこの発明のさらに他の実施例とし
て、負荷Zに直流電力を供給することができるようにし
た構成を示す回路図である。第5図に示される実施例で
は負荷Zに第2ダイオードD3が並列に接続されており、
エネルギ放出用巻線N2から共振コンデンサC1に向って流
れる電流は、第2ダイオードD3を流れ負荷Zには供給さ
れない。また第6図に示される実施例では負荷Zに第3
ダイオードD4が直列に接続されており、エネルギ放出用
線N2から共振コンデンサC1に向って流れる電流は、第3
ダイオードD4によって阻止され負荷Zには供給されな
い。これらの実施例はスイッチングレギュレータなどに
有利に用いることができ、直流出力電力を高効率で容易
に変化することができる利点を有する。
〔発明の効果〕
この発明のインバータ装置によれば、突入電流が半導体
スイッチ素子に直接流れ込まず、負荷および単巻トラン
スを介して半導体スイッチ素子に流れるので、半導体ス
イッチ素子に流れ込む突入電流が減少し、半導体スイッ
チ素子の破壊が防止されるとともに、突入電流が負荷に
供給されることによって出力効率の低下を防ぐことがで
きる。より詳しく述べると、負荷に共振による連続した
電流の供給が可能であること、出力を変化しても共振崩
れによる共振コンデンサへの突入電流を制限可能である
こと、スイッチング素子の電圧がスイッチング素子オフ
時に、常にゼロから立ち上がるので、スイッチングロス
が少なく、スイッチの破壊もなく、ノイズも少なくなる
ことなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の構成を示す回路図、第2
図および第3図は第1図に示された一実施例の動作を説
明するための波形図、第4図〜第6図はこの発明の他の
実施例の構成を示す回路図、第7図は従来例の構成を示
す回路図、第8図および第9図は従来例の動作を説明す
るための波形図である。 C1……共振コンデンサ、D1……第1ダイオード、D3……
第3ダイオード、D4……第3ダイオード、E……直流電
流、Q……トランジスタ(半導体スイッチ素子)、T…
…トランス、TR……単巻トランス、N1……エネルギ蓄積
用巻線、N2……エネルギ放出用巻線、Z……負荷

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】中間部が直流電源の正極に接続され一方を
    エネルギ蓄積用巻線とし他方をエネルギ放出用巻線とす
    る単巻トランスと、この単巻トランスの両端間に接続さ
    れた負荷と、この負荷に直列接続されてアノードが前記
    エネルギ蓄積用巻線側となった第1のダイオードと、こ
    の第1のダイオードのカソードと前記単巻トランスの中
    間部との間に接続した共振コンデンサと、前記エネルギ
    蓄積用巻線と前記直流電源の負極との間に接続した半導
    体スイッチ素子と、この半導体スイッチ素子をオンオフ
    駆動する駆動回路とを備えたインバータ装置。
  2. 【請求項2】前記負極をトランスを介して結合した特許
    請求の範囲第(1)項記載のインバータ装置。
  3. 【請求項3】前記負荷と並列で第1のダイオードとは逆
    方向に第2のダイオードを接続した特許請求の範囲第
    (1)項記載のインバータ装置。
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