JP2000232793A - インバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチング素子の数を減少させることがで
きるインバータを提供する。 【解決手段】 スイッチング素子２、３を交互にオン、
オフすることにより、変圧器４の二次巻線４ｃに直流電
源１の電圧及び変圧器４の巻数比に応じた交流電圧を発
生させる。変圧器４の二次巻線４ｃに発生した電圧は、
実線矢印の方向の極性の時にはダイオード６を介してコ
ンデンサ８に供給され、点線矢印の方向の極性の時には
ダイオード５を介してコンデンサ７に供給される。この
状態でスイッチング素子９、１０を交互に所定の周期で
オン、オフする。スイッチング素子９がオンの時にはコ
ンデンサ７の充電電圧が出力端子１１ａ、１１ｂから出
力され、スイッチング素子１０がオンの時にはコンデン
サ８の充電電圧が出力端子１１ａ、１１ｂから出力され
る。これにより、出力端子１１ａ、１１ｂから所定の周
波数の交流電圧が出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータに関
し、特にスイッチング素子の数を減少させたインバータ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図２に示すような構成のインバー
タが知られている。図２に示すインバータは、バッテリ
等の直流電源３１、変圧器３４、全波整流回路３５、コ
ンデンサ３６、スイッチング素子３２、３３、３７〜４
０等により構成されている。スイッチング素子３７〜４
０によりブリッジ型のインバータが構成されている。ま
た、変圧器３４の一次巻線３４ａ、３４ｂと２次巻線３
４ｃは、図示矢印のように結合されている。

【０００３】図２に示す構成のインバータは以下のよう
に動作する。スイッチング素子３２がオン、スイッチン
グ素子３３がオフの時には、直流電源３１から変圧器３
４の一次巻線３４ａに図２に示した実線矢印の方向に励
磁電流が流れる。これにより、変圧器３４の２次巻線３
４ｃには、図２に示した実線矢印の方向の極性の電圧が
発生する。一方、スイッチング素子３２がオフ、スイッ
チング素子３３がオンの時には、直流電源３１から変圧
器３４の一次巻線３４ｂに図２に示した点線矢印の方向
に励磁電流が流れる。これにより、変圧器３４の二次巻
線３４ｃには、図２に示した点線矢印の方向の極性の電
圧が発生する。このように、スイッチング素子３２及び
３３を交互にオン、オフさせることにより、変圧器３４
の二次巻線３４ｃには実線矢印及び点線矢印の方向の極
性の電圧が交互に発生する。変圧器４の二次巻線４ｃに
発生した電圧は、整流回路３５によって直流電圧に変換
された後、コンデンサ３６に供給される。これにより、
コンデンサ３６は図示極性に充電される。この状態で、
スイッチング素子３７及び４０をオン、スイッチング素
子３８及び３９をオフにすると、コンデンサ３６の充電
電圧がスイッチング素子３７及び４０を介して出力端子
４１ａ及び４１ｂに出力される。この時、出力端子４１
ａ側が正、出力端子４１ｂ側が負となる電圧が出力され
る。一方、スイッチング素子３７及び４０をオフ、スイ
ッチング素子３８及び３９をオンにすると、コンデンサ
３６の充電電圧がスイッチング素子３８及び３９を介し
て出力端子４１ａ及び４１ｂに出力される。この時、出
力端子４１ａ側が負、出力端子４１ｂ側が正の電圧が出
力される。このように、スイッチング素子３７及び４０
の組合わせとスイッチング素子３８及び３９の組み合わ
せを交互にオン、オフさせることにより、出力端子４１
ａ及び４１ｂから交流電圧が出力される。出力端子４１
ａ及び４１ｂから出力される交流電圧の周波数は、スイ
ッチング素子３７〜４０のオン、オフ周期を調整するこ
とによって変更することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のイン
バータは、コンデンサ３６の充電電圧を交流電圧に変換
するスイッチング素子として４個のスイッチング素子３
７〜４０を必要とする。スイッチング素子の数が多い
と、コストが高くなり、またスイッチング素子を制御す
る制御回路の構成が複雑となる。本発明は、このような
点に鑑みて創案されたものであり、スイッチング素子の
数を減少させることができるインバータを提供すること
を課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの
インバータである。請求項１に記載のインバータを用い
れば、スイッチング素子の数を減少させることができる
ため、安価となり、またスイッチング素子を制御する制
御回路の構成が簡単になる。また、本発明の第２発明
は、請求項２に記載されたとおりのインバータである。
請求項２に記載のインバータを用いれば、第１及び第２
の直流電源回路をコンデンサで構成することができるた
め、安価となり、また簡単な回路で構成することができ
る。また、本発明の第３発明は、請求項３に記載された
とおりのインバータである。請求項３に記載のインバー
タを用いれば、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサ
を充電する充電手段を構成するダイオードの数を減少さ
せることができるため、一層安価となり、また簡単な回
路で構成することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を用いて説明する。図１は本発明のインバータの一実
施の形態の概略構成図である。図１に示すインバータ
は、バッテリ等の直流電源１、変圧器４、ダイオード
５、６、コンデンサ７、８、スイッチング素子２、３、
９、１０等により構成されている。なお、スイッチング
素子２、３、９、１０としては、トランジスタやＭＯＳ
ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子、機械的なスイッチ
ング素子等種々のスイッチング素子を用いることができ
る。また、図示していないが、スイッチング素子２、
３、９、１０を制御する制御回路が設けられている。

【０００７】変圧器４は、分割された一次巻線４ａ及び
４ｂと、二次巻線４ｃにより構成されている。そして、
一次巻線４ａの端子Ａ及びＢには直流電源１とスイッチ
ング素子２の直列回路が接続され、一次巻線４ｂの端子
Ｂ及びＣには直流電源１とスイッチング素子３との直列
回路が接続されている。直流電源１、スイッチング素子
２、３、変圧器４により直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）変換
回路が構成されている。変圧器４の二次巻線４ｃの端子
Ｄ及びＥには、ダイオード５とコンデンサ７との直列回
路及びダイオード６とコンデンサ８との直列回路が接続
されている。ダイオード５は、アノードが端子Ｄに接続
され、カソードがコンデンサ７の一方の端子に接続され
た端子Ｐに接続されている。また、ダイオード６は、ア
ノードがコンデンサ８の他方の端子に接続された端子Ｎ
に接続され、カソードが端子Ｄに接続されている。コン
デンサ７の他方の端子及びコンデンサ８の一方の端子
は、端子Ｅに接続された端子Ｇに接続されている。これ
により、コンデンサ７は端子Ｐに接続されている側の端
子が正極性、端子Ｇに接続されている側の端子が負極性
となるように充電され、コンデンサ８は端子Ｇに接続さ
れている側の端子が正極性、端子Ｎに接続されている側
の端子が負極性となるように充電される。コンデンサ７
及びコンデンサ８により直流電源回路が構成され、直流
電源１、スイッチング素子２、３、変圧器４、ダイオー
ド５、６により充電回路が構成されている。なお、本明
細書では、正極性、負極性となるコンデンサ７、８の端
子を、それぞれ一方の極性の端子、他方の極性の端子と
いう。端子Ｐと出力端子１１ａとの間にはスイッチング
素子９が接続され、端子Ｎと出力端子１１ａとの間には
スイッチング素子１０が接続されている。また、端子Ｇ
は出力端子１１ｂに接続されている。スイッチング素子
９とスイッチング素子１０により直流−交流（ＤＣ−Ａ
Ｃ）変換回路が構成されている。

【０００８】次に、図１に示すインバータの動作を説明
する。制御回路によってスイッチング素子２及びスイッ
チング素子３を交互にオン、オフする。スイッチング素
子２及び３は、例えば５０ＫHzの周期でオン、オフされ
る。スイッチング素子２がオンの時には、変圧器４の一
次巻線４ａに図１に示した実線矢印の方向に励磁電流が
流れ、二次巻線４ｃには図１に示した実線矢印の方向の
極性の電圧が発生する。二次巻線４ｃに発生する電圧の
値は、直流電源１の電圧及び変圧器４の一次巻線４ａと
二次巻線４ｃの巻数比により定まる。この時、ダイオー
ド６が導通状態となるため、二次巻線４ｃに発生した電
圧はコンデンサ８に供給され、コンデンサ８が充電され
る。また、ダイオード５は非導通状態であるため、コン
デンサ７は充電されない。一方、スイッチング素子３が
オンの時には、変圧器４の一次巻線４ｂに図１に示した
点線矢印の方向に励磁電流が流れ、二次巻線４ｃには図
１に示した点線矢印の方向の極性の電圧が発生する。二
次巻線４ｃに発生する電圧の値は、直流電源１の電圧及
び変圧器４の一次巻線４ｂと二次巻線４ｃの巻数比によ
り定まる。この時、ダイオード５が導通状態となるた
め、二次巻線４ｃに発生した電圧はコンデンサ７に供給
され、コンデンサ７が充電される。また、ダイオード６
は非導通状態であるため、コンデンサ８は充電されな
い。このように、スイッチング素子２及び３を交互にオ
ン、オフすることにより、コンデンサ７は端子Ｐに接続
された側の端子が正極性となるように、コンデンサ８は
端子Ｇに接続された側の端子が正極性となるように充電
される。

【０００９】この状態で、制御回路によってスイッチン
グ素子９及びスイッチング素子１０が交互にオン、オフ
する。スイッチング素子９及びスイッチング素子１０の
オン、オフ周期は、出力端子１１ａ及び１１ｂから出力
する交流電圧の周波数によって決定される。スイッチン
グ素子９がオン、スイッチング素子１０がオフの時に
は、コンデンサ７の充電電圧が出力端子１１ａ及び１１
ｂから出力される。この時、コンデンサ７は端子Ｐに接
続されている側の端子が正極性となるように充電されて
いるため、出力電圧は出力端子１１ａ側が正極性、出力
端子１１ｂ側が負極性となる。一方、スイッチング素子
９がオフ、スイッチング素子１０がオンの時には、コン
デンサ８の充電電圧が出力端子１１ａ及び１１ｂから出
力される。この時、コンデンサ８は端子Ｇが接続されて
いる側の端子が正極性となるように充電されているた
め、出力電圧は出力端子１１ａ側が負極性、出力端子１
１ｂ側が正極性となる。このように、スイッチング素子
９及び１０を所定周期で交互にオン、オフさせることに
より、出力端子１１ａ及び１１ｂ間に所定周波数の交流
電圧が出力される。出力端子１１ａ及び１１ｂ間に出力
される交流電圧の波高値は、直流電源１の電圧値及び変
圧器４の一次側巻線と二次側巻線との巻数比によって定
まる。

【００１０】以上のように、本実施の形態では、インバ
ータを２個のスイッチング素子９、１０により構成する
ことができるため、従来のインバータに比べてスイッチ
ング素子の数を減少させることができる。これにより、
コストが安くなり、またスイッチング素子を制御する制
御回路の構成も簡単になる。また、コンデンサ７及び８
を充電する充電回路を２個のダイオード５、６により構
成することができるため、コストが安くなり、回路構成
も簡単になる。

【００１１】以上の実施の形態では、直流電源回路とし
て、直流電源１、スイッチング素子２、３、変圧器４、
ダイオード５、６により構成される充電回路により充電
されるコンデンサ７及び８を用いたが、直流電源回路と
してはコンデンサに限定されず種々の電源回路を用いる
ことができる。また、充電回路を半波整流回路により構
成したが、全波整流回路等により構成することもでき
る。また、交流電源回路を直流電源及び直流−交流変換
回路により構成したが、交流電源回路はこれに限定され
ず種々の電源回路を用いることができる。また、スイッ
チング素子２、３のオン、オフ周期及びスイッチング素
子９、１０のオン、オフ周期は適宜変更可能である。

【００１２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜３に記
載のインバータを用いれば、スイッチング素子の数を減
少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインバータの一実施の形態の概略構成
図である。

【図２】従来のインバータの概略構成図である。

【符号の説明】

４ 変圧器 ５、６ ダイオード ７、８ コンデンサ ２、３、９、１０ スイッチング素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の直流電源回路と、第２の直流電源
   回路と、第１のスイッチング素子と、第２のスイッチン
   グ素子と、一対の出力端子とを備え、第１の直流電源回
   路は、一方の極性の端子が第１のスイッチング素子を介
   して一方の出力端子に接続されているとともに、他方の
   極性の端子が他方の出力端子に接続され、第２の直流電
   源回路は、他方の極性の端子が第２のスイッチング素子
   を介して一方の出力端子に接続されているとともに、一
   方の極性の端子が他方の出力端子に接続され、第１のス
   イッチング素子及び第２のスイッチング素子が交互にオ
   ン、オフされるインバータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のインバータであって、
   第１の直流電源回路及び第２の直流電源回路がそれぞれ
   第１のコンデンサ及び第２のコンデンサにより構成され
   ているとともに、第１のコンデンサ及び第２のコンデン
   サを充電する充電手段を備えるインバータ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のインバータであって、
   充電手段は、交流電源と、交流電源と第１のコンデンサ
   の一方の極性の端子との間に接続された第１のダイオー
   ドと、交流電源と第２のコンデンサの他方の極性の端子
   との間に接続された第２のダイオードを有するインバー
   タ。