JPH1080155A - 正負パルス形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価でシングルパスからデットタイムを有す
る正負パルスを得る。 【解決手段】 入力するシングルのＰＷＭ制御信号を反
転する第１及び第２の反転器２３，２４と、上記第１の
反転器２３の出力信号とＰＷＭ信号とがそれぞれ一方の
入力端子に入力する第１及び第２のナンド回路２５，２
６と、それぞれ第１及び第２のナンド回路２５，２６の
出力信号と高周波のクロックパルスとが入力し、それぞ
れの出力が上記第２及び第１のナンド回路２５，２６の
他方の入力端子に出力する第１及び第２のフリップフロ
ップ２７，２８と、それぞれ第１及び第２のフリップフ
ロップ２７，２８の出力信号と、それぞれ相互の出力信
号を反転した反転信号と、上記ＰＷＭ制御信号又は上記
第２の反転器２４の出力信号とを入力する第１及び第２
のアンド回路２９，３０とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シングルパルスか
らデッドタイムを有する正負パルスを形成する正負パル
ス形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、溶接機、充電器、無停電電源装
置、モータコントロール装置等において、これらの装置
の小型・軽量化を図るために、その電源部にインバータ
回路を採用するものが多くなっている。このインバータ
回路を用いた電源部の回路図の一例を図３に示す。

【０００３】同図において、１は交流電源で、この交流
電源１から例えば５０又は６０Ｈｚの商用交流電圧がこ
の電源部に供給される。この電源部に供給された商用交
流電圧は入力整流器２によって整流され、さらにコンデ
ンサ３ａ，３ｂの直列回路３により平滑されて直流電圧
に変換された後、インバータ回路４に入力される。

【０００４】インバータ回路４は、スイッチング素子４
ａ，４ｂの直列回路と各スイッチング素子４ａ，４ｂに
逆並列接続されたフリーホイリングダイオード４ｃ，４
ｄとによって構成されており、入力された上記直流電圧
を例えば２０ないし５０ｋＨｚの高周波電圧に変換す
る。なお、上記スイッチング素子４ａ，４ｂは、例えば
ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴ，バイポーラトランジスタ等に
より形成されており、これらスイッチング動作はＰＷＭ
制御部の１０からのＰＷＭ制御信号により制御される。

【０００５】上記インバータ４の出力は、高周波変圧器
６によって絶縁されるとともに、負荷に必要な電圧レベ
ルまで変圧される。そして、出力ダイオード７ａ，７ｂ
からなる出力整流回路７によって整流され、更にリアク
トル８によって平滑され、すなわち再度直流電圧に変換
されて、負荷に供給される。

【０００６】１１はＰＷＭ制御部１０のＰＷＭ制御信号
を入力とし、インバータ４のスイッチング素子４ａ，４
ｂに正負パルスを出力する正負パルス形成装置であり、
図４にその一例を示している。すなわち、５１はＰＷＭ
制御部１０からのＰＷＭ制御信号を入力するＰＷＭ制御
信号の入力端子、５２，５３はそれぞれ抵抗、コンデン
サで、積分回路を構成する。５４はフィルタされた信号
を基準値と比較する比較器、５５はＰＷＭ制御信号を反
転させる反転器、５６は比較器５４の出力信号を反転さ
せる反転器である。５７はＰＷＭ制御信号と比較器５４
の出力信号とを論理積するアンド回路、５８は反転器５
５の出力信号と反転器５６の出力信号とを論理積するア
ンド回路である。これら両アンド回路５７，５８の出力
信号がインバータ４のスイッチング素子４ａ，４ｂに出
力される。

【０００７】今、ＰＷＭ制御器１０から図５（ａ）に示
すようにＰＷＭ制御信号が入力端子５１に入力したとす
る。反転器５５の出力には、図５（ｂ）に示すようにＰ
ＷＭ制御信号に対し、反転した出力信号が出力する。ま
た、ＰＷＭ制御信号は抵抗５２とコンデンサ５３によっ
て構成される積分回路によって図５（ｃ）に示すように
積分された信号が出力する。積分された信号は、比較器
５４により図５（ｄ）に示すように０レベルを越える信
号で立ち上がり期間Ｔ１、立ち下がり時期間Ｔ２遅れた
信号を入力する。比較器５４の出力信号と、ＰＷＭ制御
信号とがアンド回路５７により論理積され、図５（ｅ）
に示すようにＰＷＭ制御信号の立ち上がり時から期間Ｔ
１遅れた出力信号が出力される。また、比較器５４の出
力信号が反転器５６により反転され、この反転された信
号と反転器５５により反転された信号とがアンド回路５
８により論理積され、図５（ｆ）に示すようにＰＷＭ制
御信号の立ち下がり時から期間Ｔ２遅れた出力信号が出
力される。

【０００８】インバータ４のスイッチング素子４ａ，４
ｂには、それぞれ図５（ｅ），（ｆ）に示す信号が入力
し、期間Ｔ１とＴ２がデッドタイムとなって、直列接続
されるスイッチング素子４ａ，４ｂに同時に信号が入力
されることがなく、直流電圧間が短絡されることなく、
インバータは正常に動作するこてができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、デッドタイ
ムを設定する抵抗５２、コンデンサ５３でデッドタイム
を規制する場合、精度のよいデッドタイムを得ることが
できず、インバータのスイッチング素子が短絡しないた
めに、余裕をもって大きく設計する必要があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の正負パルス形成
装置は、入力するシングルのＰＷＭ制御信号を反転する
第１及び第２の反転器と、上記第１の反転器の出力信号
と、上記ＰＷＭ制御信号がそれぞれ一方の入力端子に入
力する第１及び第２のナンド回路と、それぞれ上記第１
及び第２のナンド回路の出力信号と高周波のクロックパ
ルスとが入力しそれぞれの出力が上記第２及び第１ナン
ド回路の他方の入力端子に出力する第１及び第２のフリ
ップフロップと、それぞれ上記第１及び第２のフリップ
フロップの出力信号と、それぞれ相互の出力信号を反転
した反転信号と、上記ＰＷＭ制御信号又は上記第２の反
転器の出力信号とを入力する第１及び第２のアンド回路
とを備えたものである。

【００１１】すなわち、ＰＷＭ制御信号が入力すると、
第１の反転器により反転され、第１のナンド回路に入力
し、第１のナンド回路の出力信号は第１のフリップフロ
ツプの入力信号となる。一方、ＰＷＭ制御信号は第２の
ナンド回路に入力し、その出力信号は第２のフリップフ
ロップに入力する。第１及び第２フリップフロップは高
周波クロックパルスが入力され、このクロックパルが入
力されると、出力が変化し、第１及び第２のフリップフ
ロップのそれぞれの出力信号がそれぞれ上記の第２およ
び第１のナンド回路の入力となっている。

【００１２】従って、ＰＷＭ制御信号が入力し、その後
第１番目のクロックパルスが入力すると、まず、第２の
フリップフロップは上記第１番目のクロックパルスによ
って“Ｌ”を出力し、第１のナンド回路が“Ｈ”を出力
する。その後第２番目のクロックパルスによって第１の
フリップフロップは“Ｈ”を出力する。

【００１３】そして、第１のアンド回路は上記第１番目
のクロックパルスによって“Ｈ”を出力する。一方、第
２のアンド回路は上記ＰＷＭ制御信号が入力したとき、
第２の反転器により反転した信号によって“Ｌ”を出力
する。この２つの出力信号にはデットタイムが生じ、イ
ンバータに用いられる直列接続されたスイッチング素子
は同時にオンすることなく正常に制御される。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に係わる正負パルス形成装
置の一実施の形態について、図１及び図２を参照して説
明する。２１はＰＷＭ制御部１０からＰＷＭ制御信号が
入力する入力端子、２２は高周波のクロックパルスが入
力する入力端子、２３，２４はＰＷＭ制御信号を反転さ
せる第１及び第２の反転器、２５，２６はそれぞれ反転
器２３からのＰＷＭ制御信号の反転信号とＰＷＭ制御信
号が入力するナンド回路、２７，２８はそれぞれナンド
回路２５，２６の出力信号と上記クロックパルスを入力
とする第１及び第２のフリップフロップで、フリップフ
ロップ２７，２８の出力はそれぞれ上記第２及び第１の
ナンド回路２６，２５に入力している。２９，３０は第
１及び第２のアンド回路、３１，３２はアンド回路の出
力を反転させる第３及び第４の反転器である。第１のア
ンド回路２９にはＰＷＭ制御信号と、第１のフリップフ
ロック２７の出力信号と第２のアンド回路３０の出力が
反転された第３の反転器３１の出力信号とが入力され、
第２のアンド回路３０には第２のフリップフロップ２８
の出力信号と、第１のアンド回路２９の出力が反転され
た第４の反転器３２の出力信号とが入力される。３３，
３４は出力端子でアンド回路２９，３０の出力信号がイ
ンバータ４のスイッチング素子４ａ，４ｂに出力され
る。

【００１５】今、ＰＷＭ制御部１０から時刻Ｔｏで図２
（ａ）に示すように“Ｈ”のＰＷＭ制御信号が入力端子
２１に入力したとする。第１の反転器２３により図２
（ｂ）に示すようにＰＷＭ制御信号が反転され、第１の
ナンド回路２５に“Ｌ”が入力する。第１のアンド回路
２５の出力信号は第１のフリップフロップ２７の入力信
号となる。このフリップフロップ２７には、図２（ｅ）
に示すように高周波、例えば１ＭＨｚのクロックパルス
が入力される。一方ＰＷＭ制御信号は第２のナンド回路
２６に“Ｈ”が入力されており、ナンド回路２６の出力
は図２（ｄ）に示すように“Ｌ”を出力して、第２のフ
リップフロップ２８に入力している。時刻ｔ１でこのフ
リップフロップ２８に図２（ｅ）に示すようにクロック
パルスの“Ｈ”が入力されると、第２のフリップフロッ
プ２８の出力は図２（ｇ）に示すように“Ｈ”から
“Ｌ”に変化する。

【００１６】第２のフリップフロップ２８の出力“Ｌ”
が第１のナンド回路２５に入力されて、ナンド回路２５
の出力は図２（ｃ）に示すように“Ｌ”から“Ｈ”に変
化する。しかし、第１のフリップフロップ２７は次のク
ロックパルスが入力されるまで図２（ｆ）に示すように
“Ｌ”を継続する。第２のフリップフロップ２８の出力
が“Ｌ”のため、アンド回路３０出力は“Ｌ”となって
いる。両フリップフロツプ２７と２８の出力が“Ｌ”の
ため、アンド回路２９と３０はともに“Ｌ”を出力し、
インバータ４のスイッチング素子４ａと４ｂには駆動信
号が入力されない。

【００１７】時刻ｔ２で図２（ｅ）に示すようにクロッ
クパルスが入力すると、第１のフリップフロップ２７が
図２（ｆ）に示すように“Ｌ”から“Ｈ”に変化する。
第１のフリップフロップ２７の出力は第２のナンド回路
２６に“Ｈ”を入力し、ナンド回路２６の出力は“Ｌ”
を継続し、第２のフリップフロップ２８の出力は図２
（ｇ）に示すように“Ｌ”を継続し、さらに第２のアン
ド回路３０の出力は図２（ｉ）に示すように“Ｌ”を出
力してインバータのスイッチング素子４ｂには信号が入
力されない。

【００１８】一方、第２のアンド回路３０の出力が、第
８の反転器３１により反転され、“Ｈ”を出力し、第１
のアンド回路２９に入力する。また、この第１のアンド
回路２９には、ＰＷＭ制御信号と第１のフリップフロッ
プ２７との“Ｈ”の信号が入力されて、第１のアンド回
路２９の出力には図２（ｈ）に示すように時刻ｔ２で
“Ｌ”から“Ｈ”となってインバータ４のスイッチング
素子４ａには駆動信号が入力される。

【００１９】これにより、スイッチング素子４ａ，４ｂ
が時刻ｔ１からｔ２までの期間デッドタイムを持ち、時
刻ｔ２で一方のスイッチング素子４ａのみがオンするス
イッチング動作を行う。

【００２０】そして、時刻ｔ３までの間、この状態を続
ける。時刻ｔ３において、ＰＷＭ制御信号が図２（ａ）
に示すように“Ｈ”から“Ｌ”に変化すると、第１の反
転器２３の出力は図２（ｂ）に示すように“Ｌ”から
“Ｈ”に変化する。このため、第１のナンド回路２５の
出力は、図２（ｃ）に示すように“Ｈ”から“Ｌ”に変
化する。一方、ＰＷＭ制御信号が“Ｈ”から“Ｌ”に変
化することにより、第１のアンド回路２９の出力は、図
２（ｈ）に示すように“Ｈ”から“Ｌ”に変化する。

【００２１】また、第１のフリップフロップ２７の出力
は、クロックパルスが入力されるまで図２（ｆ）に示す
ように“Ｈ”を継続している。このため、第２のナンド
回路２６の一方の入力端子には“Ｈ”が入力され、ナン
ド回路２６の出力は“Ｌ”を継続している。第２のフリ
ップフロップ２８の出力は、図２（ｇ）に示すように
“Ｌ”で第２のアンド回路３０の出力は図２（ｉ）に示
すように“Ｌ”を継続する。従って、両アンド回路２９
と３０の出力は“Ｌ”でインバータ４のスイッチング素
子４ａと４ｂには駆動信号が入力されずオフしている。

【００２２】次に時刻ｔ４で図２（ｅ）に示すようにク
ロックパルスが入力すると、第１のフリップフロップ２
７は図２（ｆ）で示すように“Ｈ”から“Ｌ”に変化
し、第２のナンド回路２６には“Ｌ”が入力される。こ
のため、第２のナンド回路２６にはＰＷＭ制御信号及び
第１のフリップフロップ２７の出力信号がともに“Ｌ”
で出力が図２（ｄ）に示すように“Ｌ”から“Ｈ”に変
化する。この後、次のクロックパルスが入力されるま
で、第２のフリップフロップ２８は“Ｌ”を継続する。
そして、アンド回路３０の出力は“Ｌ”を継続し、イン
バータ４のスイッチング素子４ａと４ｂには駆動信号が
入力されずオフしている。

【００２３】時刻ｔ５で図２（ｅ）に示すように次のク
ロックパルスが入力すると、第２のフリップフロップ２
８の出力は“Ｌ”から“Ｈ”に変化し、第２のフリップ
フロップ２８の出力から“Ｈ”の信号がアンド回路３０
に入力する。一方、第１のアンド回路２９のの出力は０
であり、第４の反転器３２の出力は“Ｈ”となって、第
２のアンド回路３０に入力する。さらにＰＷＭ制御信号
は第２の反転器２４により反転された“Ｈ”信号が図２
（ｂ）に示すように、第２のアンド回路３０に入力して
第２のアンド回路３０の出力は“Ｌ”から“Ｈ”に変化
する。これによりインバータ４のスイッチング素子４ｂ
に駆動信号が入力する。以下同じ動作が順次繰り返さ
れ、インバータ４のスイッチング素子４ａと４ｂが駆動
される。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、シングルパルスのＰＷ
Ｍ制御信号からデッドタイムを有する正負パルスを動作
することができ、このデッドタイムによりインバータの
入力の直流電圧間が短縮されることもなく、インバータ
を正常に動作させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の正負パルス形成装置の一実施の形態を
示すブロック図である。

【図２】図１の各部のタイムチャート図である。

【図３】図１の正負パルス形成装置が使用される一例の
電源部のブロック図である。

【図４】従来の正負パルス形成装置のブロック図であ
る。

【図５】図４の各部のタイムチャート図である。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 入力整流器 ３ コンデンサ ４ インバータ ４ａ，４ｂ スイッチング素子 ６ 高周波変圧器 ７ 出力整流回路 ８ リアクトル １０ ＰＷＭ制御部 １１ 正負パルス形成装置 ２１ （ＰＷＭ制御信号が入力する）入力端子 ２２ （クロックパルスが入力する）入力端子 ２３ （第１の）反転器 ２４ （第２の）反転器 ２５ （第１の）ナンド回路 ２６ （第２の）ナンド回路 ２７ （第１の）フリップフロップ ２８ （第２の）フリップロップ ２９ （第１の）アンド回路 ３０ （第２の）アンド回路 ３１ （第３の）反転器 ３２ （第４の）反転器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力するシングルＰＷＭ制御信号を反転
   する第１及び第２の反転器と、上記第１の反転器の出力
   信号と、上記ＰＷＭ制御信号がそれぞれ一方の入力端子
   に入力する第１及び第２のナンド回路と、それぞれ上記
   第１及び第２のナンド回路の出力信号と高周波のクロッ
   クパルスとが入力しそれぞれの出力が上記第２及び第１
   ナンド回路の他方の入力端子に出力する第１及び第２の
   フリップフロップと、それぞれ上記第１及び第２のフリ
   ップフロップの出力信号と、それぞれ相互の出力信号を
   反転した反転信号と、上記ＰＷＭ制御信号又は上記第２
   の反転器の出力信号とを入力する第１及び第２のアンド
   回路とを備えた正負パルス形成装置。