JPS60174069A - ブリツジインバ−タ回路 - Google Patents

ブリツジインバ−タ回路

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JPS60174069A
JPS60174069A JP59012822A JP1282284A JPS60174069A JP S60174069 A JPS60174069 A JP S60174069A JP 59012822 A JP59012822 A JP 59012822A JP 1282284 A JP1282284 A JP 1282284A JP S60174069 A JPS60174069 A JP S60174069A
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JP
Japan
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semiconductor switch
transistor
transistors
parallel
switching
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JP59012822A
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JPH0410317B2 (ja
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Yutaka Kuwata
豊 鍬田
Kazuhiko Sakakibara
榊原 一彦
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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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

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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、直流電力を所望周波数の交流電力に変換する
ためのブリッジインバータ回路に関するものであり、更
に詳しくは、高効率にして、小形。
軽量なブリッジインバータ回路を得るための改良に関す
るものである。
〔従来技術とその問題点〕
一般に、直流電源から交流電圧を得るために、半導体ス
イッチを用いて負荷に印加する電圧の極性を反転させて
交流電圧を発生する上述のブリッジインバータ回路が用
いられているOかかるブリッジインバータ回路において
は、駆動回路の出力で制御される半導体スイッチを直流
電源と負荷の間でブリッジ状に接続し、ブリッジを構成
する対角の半導体スイッチ対を交互にオン・オフさせ負
荷の両端に交流電圧を発生させている。
かかるブリッジインバータ回路の従来例を第1図に示す
。第1図では半導体スイッチとしてトランジスタを用い
た。
同図に示す回路は、トランジスタ2、トランジスタ3か
ら成るトランジスタ対とトランジスタ4゜トランジスタ
5から成るトランジスタ対を交互にオン・オフさせ、負
荷6の両端に直流電源1の直流電圧を交互に印加するこ
とにより交流電圧を発生する。
この種の回路では半導体スイッチのターンオンあるいは
ターンオフ時に電圧と電流の交差する期間があり、スイ
ッチング損失を生じる。このスイッチング損失は半導体
スイッチのターンオン時間あるいはターンオフ時間によ
って左右される。
出力容量を増加するために半導体スイッチに電流容!の
大きいものを使う場合には、一般にターンオン時間、タ
ーンオフ時間の長いものしか得られず、スイッチング損
失が大きくなって発熱量が増すため、半導体スイッチを
冷却するための冷却フィンが大形化し、小形軽量化がで
きず、又、効率が低いという問題点がある。
また、この種の回路の動作周波数は半導体スイッチのタ
ーンオン時間、蓄積時間、下降時間による制限を受け、
現在の大容量の半導体スイッチでは特性の良いものが得
られず、高周波で動作できないという欠点も有していた
〔発明の目的〕
本発明は、上述の如き従来技術の問題点および欠点を除
去するためになされたものであり、従って本発明の目的
は、スイッチング損失の軽減を図って小形化、軽量化を
可能とし、しかも高周波で動作可能なブリッジインバー
タ回路を提供することにある0 〔発明の要点〕 本発明の要点は、ブリッジインバータ回路において、各
半導体スイッチ対における何れかの半導体スイッチにス
イッチング速度の速い半導体スイッチを並列に付加し、
このスイセチに回路のスイッチング動作を分担させてス
イッチング損失の軽、 減を図った点にある〇 〔発明の実施例〕 次に図を参照して本発明の一実施例を説明する。
[2図は本発明の一実施例を示す回路図である。
同図において、第1図におけるのと同一のものは同一の
符号または記号を付して表示する。また半導体スイッチ
としてはトランジスタを用いた場合を示している。
第2図において、トランジスタ12.13としてはトラ
ンジスタ3.4よりスイッチング速度が速くかつオン電
圧の高いものを使用する。
一般にスイッチング速度が速くなるにつれて、オン電圧
は高くなる傾向にある。トランジスタ2、トランジスタ
3、トランジスタ13で構成されるトランジスタ対につ
いて回路動作を説明する。
まず、トランジスタ2に図示せざる駆動回路から駆動信
号を供給するとトランジスタ2は導通状態となる。トラ
ンジスタ2が一全に導通した後、トランジスタ13に駆
動信号を与えると直流電源1の電圧が負荷6に印加され
尿。この時、トランジスタ2、トランジスタ13には過
渡的に上昇する電流が流れるが、電源電圧以後から導通
するトランジスタ13が分担するために、電流と電圧の
積であるスイッチング損失は主にトランジスタ13で生
じる。
トランジスタ13が完全に導通した直後にトランジスタ
3に駆動信号を与えると、トランジスタ13に流れてい
た電流がオン電圧の低いトランジスタ3に移る。以後、
負荷への電力供給は直流電源1、トランジスタ2、負荷
6、トランジスタ3の経路で行なわれる。
次に、直流電11から負荷6への供給電力をしゃ断する
時には、トランジスタ3を先にしゃ断し、電流がトラン
ジスタ13に移りきった直後にトランジスタ13をしゃ
断し、トランジスタ13によりスイッチングを行なうの
でスイッチング損失は主にトランジスタ13で生じるo
 トランジスタ13のしゃ後後、トランジスタ2をしゃ
断する。トランジスタ2には電流は流れていないためス
イッチング損失は生じない。
以上が半サイクルの動作である。次の半サイクルの動作
はトランジスタ4、トランジスタ12、トランジスタ5
で構成されるトランジスタ対により行なう。
まず、トランジスタ12が並列に接続されていないトラ
ンジスタ5を導通させる。次にトランジスタ12を導通
させ、直流電源1の電圧を負荷6に印加する。トランジ
スタ12、負荷6、トランジスタ5には過渡的に上昇す
る電流が流れる。スイッチング動作は後で導通するトラ
ンジスタ12が行なうため、電流と電圧の積であるスイ
ッチング損失は主K)ランジスタ12で生じる。トラン
ジスタ12が完全に導通した直後にトランジスタ4に駆
動信号を与えるとトランジスタ12に流れていた電流が
オン電圧の低いトランジスタ4に移る◇負荷6への電力
供給は直流電源−1、トランジスタ4、負荷6、トラン
ジスタ5のルートで行なわれる。流れている電流をしゃ
断する時は、前の半サイクルと同様、スイッチング速度
の速い′トランジスタ12が並列に接続されている方の
トランジスタ4をまずしゃ断し、電流がトランジスタ4
からトランジスタ12へ移りきった直後にトランジスタ
12をしゃ断し、これに、より電流のスイッチングを行
なう。トランジスタ・12が完全にしゃ断した後にトラ
ンジスタ5をしゃ断し、後の半サイクルが終了する。
このように、対角位置にあるトランジスタ2゜3(トラ
ンジスタ4,5)のうちどちらか一方にトランジスタ2
,3,4.5よりもスイッチング速度の速いトランジス
タを並列に接続し、スイッチング時のみスイッチング速
度の速いトランジスタを動作させ、主電流は他のトラン
ジスタに流すことにより、スイッチング損失が減少し、
効率が大幅に向上するとともに、階動フィンが小形化し
、大幅な小形・軽量化が図れる。
第2図ではトランジスタ3,4にスイッチング速度の速
いトランジスタ12.13を並列に゛接続しているが、
トランジスタ2,5.)ランジスタ2.4.)ランジス
タ3,5のいずれの組にスイッチング速度の速いトラン
ジスタ12.13を並列に接続した場合でも同様の効果
が得られることは明らかである。
第3図に各トランジスタの駆動信号波形を示す。
同図において、トランジスタ2の駆動信10パルス幅が
最大であり、そのパルス幅の範囲内にトランジスタ13
の駆動信号のパルス幅が納まり、更にそのパルス幅の範
囲内にトランジスタ3の駆動信号のパルス幅が位置して
いることが認められるであろう。これにより、導通に際
してハ、トランジスタ2,13.3の順に、またしゃ断
に際しては、トランジスタ3,13.2の順に、それぞ
れ行なわれることが容易に理解されるであろう。
トランジスタ5,12.4についても全く同様のことが
云える0 第4図に[3図に示した駆動信号波形を実現するための
信号回路を示す0また第5図に第4図の各部信号波形を
示す。
これらの図において、発振器20の出力Pは単安定マル
チバイブレータ21.22.23及び双安定マルチバイ
ブレータ24に対する共通のトリガ出力である。単安定
マルチバイブレータ21゜22.23各々の出力パルス
幅l111y T2 t ’raがTI >T2 >T
3の関係と゛なるよう←各バイブレータを構成する。単
安定マルチバイブレータ22.23の出力は各々積分回
路25 、26により波形整形される。積分回路25の
時定数R1a clは積分回路26の時定数R2e c
lより小さく設定し、スレツシエホールドレベルを有す
る次段のアンド回路の一方の入力とする。半サイクルご
とにオン、オフパルスを出力する双安定マルチバイブレ
ータ24の出力Q、Qを次段の前記アンド回路の他の入
力とすることにより、゛第5図に示すような駆動信号波
形が得られることは容易に理解されるであろう。
〔発明の効果〕
以上説明したように、大電流を流す大電力半導体スイッ
チは上昇時間、下降時間が大きいのでこれらに起因する
損失が大きく、効率が低下するとともに、半導体スイッ
チ冷却用フィンが大形化し、小形、軽量化が困難である
という問題があった。
一般にスイッチングの速い高耐圧の大電力半導体スイッ
チはオン電圧が高く、主電流による損失が大きくなる。
そこで、本発明では、大電力半導体スイッチに並列にス
イッチング速度の速い半導体スイッチを接続し、過渡的
なスイッチングをスイッチング速度の速い半導体スイッ
チで行ない、大電力半導体スイッチはスイッチングを行
なわず、そこには主電流を流すようにして上記問題点の
解消を図った。
ここに用いる大電力半導体スイッチにはオン電圧が低く
、スイッチング速度の遅いものでよい。
また、並列に接続するスイッチング速度の速い半導体ス
イッチは過渡的なスイッチング動作を行なうだけで、主
電流は流さないため許容損失の小さな半導体スイッチを
用いれば十分である。並列に接続するスイッチング速度
の速い半導体スイッチとしては、そのスイッチング速度
が速ければ速いほど損失が小さくでき、小容量の半導体
スイッチでよい。スイッチング速度の速い半導体スイッ
チとしてはFBT、SIT等も使用可能であることは言
うまでもない。
このように、スイッチング電流をスイッチング速度の速
い半導体スイッチに、主電流を大電力半導体スイッチに
それぞれ流すことによりスイッチング損失を減少できる
ため、本発、明によるインバータ回路は効率が向上し、
冷却フィンも小形化する。本発明は特に大容量の電力変
換を行なう高効率で小形、軽量なブリッジインバータ回
路に適用して有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のブリッジインバータ回路を示す回路図、
第2図は本発明の一実施例を示す回路図、第3図は第2
図に示したブリッジインバータ回路に対する駆動信号例
を示した波形図、第4図は前記駆動信号を発生する信号
回路の一例を示す回路図、第5図は第4図の各部信号波
形を示す波形図、である。 符号説明 1・・・・・・直流電源、2・・・:・・第1のトラン
ジスタ、3・・・・・・第2のトランジスタ、4・・・
・・・第3のトランジスタ、5・・・・・・第4のトラ
ンジスタ、6・・・・・・負荷、12.13・・・・・
・スイッチング速度の速いトランジスタ(FIT、SI
T等)、20・・・・・・発振器、21.22,23・
・・・・・単安定マルチバイブレータ、24・・・・・
・双安定マルチバイブレータ、25,26・・・・・・
積分回路 代理人 弁理士 並 木 昭 夫 代理人 弁理士 松 崎 清 第 1 図 第 2 図 1jE3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)第1の半導体スイッチと[2の半導体スイッチの間
    に負荷を接続して感る回路を直流電源に並列に接続し、
    上記第1の半導体スイッチと上記直流電源との接続点と
    上記第2の半導体スイッチと上記負荷との接続点との間
    に第3の半導体スイッチを、上記第1の半導体スイッチ
    と上記負荷とのi読点と上記第2の半導体スイッチと上
    記直流電源との接続点との間に第4の半導体スイッチを
    それぞれ接続し、上記第1.第2の半導体スイッチ対、
    上記第3.第4の半導体スイッチ対を交互に導通、しゃ
    断し、上記負可に交流電圧を印加するようにしたブリッ
    ジインバータ回路において、上記#!1.lI2の半導
    体スイッチのいずれか一方及び上記第3.第4の半導体
    スイッチのいずれか一方に上記第1.第2.第3.第4
    の各半導体スイッチよりスイッチング速度の速い高速の
    半導体スイッチを並列に接続し、上記半導体スイッチ対
    を導通する際は上記高速の半導体スイッチが並列に接続
    されていない上記半導体スイッチ、上記高速の半導体ス
    イッチ、上記高速の半導体スイッチが並列に接続されて
    いる上記半導体スイッチの順に導通し、しゃ断時には上
    記高速の半導体スイツ〜チが並列に接続されている上記
    半導体スイッチ、上記高速の半導体スイッチ、上記高速
    の半導体スイッチが並列に接続されていない上記半導体
    スイッチの順にしゃ断するようにしたことを特徴とする
    ブリッジインバータ回路。
JP59012822A 1984-01-28 1984-01-28 ブリツジインバ−タ回路 Granted JPS60174069A (ja)

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EP0284021A2 (en) * 1987-03-24 1988-09-28 Zaidan Hojin Handotai Kenkyu Sinkokai PWM power converter
US6208541B1 (en) 1999-07-05 2001-03-27 Tdk Corporation PWM inverter apparatus

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