JPH02214474A - 共振型インバータ回路 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は直流電力を交流電力に°変換する共振型インバ
ータ回路に関するもので、特にその出力である交流電力
を整流して安定化直流出力を得る電源装置への適用にお
いて、その効果を発揮するものである。

従来の技術 通常の方形波インバータ回路は、スイッチング素子をそ
の定格電流レベルの比較的大きな電流が流れている状態
で強制的にオフする必要があるため、小形・軽量化など
を目的として数ＩＱｋＨｚ以上の高い周波数で動作させ
る場合、スイッチング素子のスイッチング損失による発
熱やスイッチングノイズの増加の問題が重大となり、イ
ンバータとしてのエネルギー変換効率が低いことや、電
磁障害に関する各種規格を満足させて、発生ノイズのレ
ベルを抑えるためのフィルタの価格が高くなったり、フ
ィルタ素子を通じて接地漏洩電流が増大するなどの欠点
があった。

そのため、前述の方形波インバータ回路の欠点を除くた
めに共振型インバータ回路が種々提案されている。

従来の共振型インバータ回路の基本回路図を第４図に示
す、第４図（ａ）は電流共振型と呼ばれ、共振コンデン
サ４の静電容量をＣ（Ｆ）共振インダフタ５のインダク
タンスをＬ　（Ｈ）とし、これらからなる直列共振回路
の共振周波数 ｆ、＝１／（２ππ下＞　　（Ｈｚ）にほぼ一致した周
波数でスイッチング素子２を駆動し、回路接続の半サイ
クル毎の切替えを繰り返すことにより、負荷３に正弦波
に近い交流電流を流すことができる。

また、第４図（ｂｌは電圧共振型と呼ばれ、共振コンデ
ンサ４の静電容量をＣ（Ｆ）　、共振インダクタ５のイ
ンダクタンスをＬ　（Ｈ）とし、これからなる並列共振
回路の共振周波数 ｆｏ＝１／（２πｆ口σ）　　（Ｈｚ）にほぼ一致した
周波数でスイッチング素子２を駆動し、回路接続の半サ
イクル毎の切替えを繰り返すことにより、負荷３に正弦
波に近い交流電流を印加することができる。

ｌａ、１ｂは直ｖＬ電源である。Ｐは＋側半波のスイッ
チ位置、Ｍは〜側半波のスイッチ位置を示す。

発明が解決しようとする問題点 前述の従来の共振型インバータ回路には、出力の調整機
能がなく、動作点は直流電源の電圧または電流値、共振
コンデンサと共振インダクタと負荷および直流電源のイ
ンピーダンスにより決定されてしまうという欠点があっ
た。この欠点を除くため、 ■スイッチング素子を間欠動作させる。

■共振回路に補助共振回路を追加して、微少な動作周波
数の変化に対して共振回路全体のインピーダンスを大き
く変化させる。

などの考察がなされているが、 ■では交流出力電力の変動が大きくなり、またスイッチ
ング素子の電気的性能の余裕が必要となるなどの欠点が
あり、 ■では、動作周波数の変動が必須となり、また余分な補
助共振回路を追加する必要があるなどの欠点があった。

問題点を解決するための手段 本発明の目的は交流出力電力・動作周波数変動が少なく
、共振型インバータ回路本来の特徴を生かしつつ、出力
の調整機能を持たせた共振型インバータ回路を提供する
ことである。

本発明の共振型インバータ回路では、その動作状態を共
振回路が直流電源からエネルギーを受け取って、電気的
振動を増大させる「励振状ＭＪと、共振回路が直流電源
とのエネルギーの授受を行わず、共振回路と負荷のイン
ピーダンスで概略決まる自由振動をするＦ自由振動状態
」と、共振回路がその電気的振動のエネルギーを直流電
源へ与え、前記電気的振動が減衰する「回生制動状態」
との３種類のうちから２種類以上選択できる構成として
、共振回路の振動の半周期を最小時間単位として状態切
替えを行うことにより、共振回路またはこれに電磁的に
結合される負荷の交流電力を制御し、いわゆる出力調整
機能を持たせた共振型インバータ回路である。

作用 本発明の共振型インバータ回路の基本回路を第１図に示
す。

第１図（ａ）は電流共振型インバータ回路の基本回路図
であり、第４図（ａ）の従来の電流共振型インバータ回
路との相違点は、自由振動状態を作るためのスイッチン
グ素子２′が追加され、直流電源１ａを切り離すスイッ
チ状Ｍ（接点記号Ｄ）が存在することである。スイッチ
接点りが選択された状態では、直流電源１からのエネル
ギー供給は停止され、共振コンデンサ４と共振インダク
タ５からなる直列共振回路のエネルギーが負荷３で消費
される自由振動状態となる。また上記直列共振回路の振
動を増大させるべく、スイッチ接点ＰとＭを半周期毎に
交互に選択する状態は第４図（ａ）の従来の電流共振型
インバータの動作と同一であり、本発明では、励振状態
と呼んでいるものである。

さらに上記直列共振回路の振動を打ち消す方向にスイッ
チ接点ＰとＭを半周期毎に交互に選択する状態が設定で
き、この状態が上記直流電源１ａへ上記直列共振回路の
振動エネルギーを戻す回生制動状態である。

第１図（ｂ）は電圧共振型インバータ回路の基本回路図
であり、第２図（ｂ）の従来の電圧共振型インバータ回
路との相違点はスイッチング素子２に新たな接点りが設
けられたことにある。接点りが選択された状態では、直
流電源１ｂは短絡され、共振コンデンサ４、共振インダ
クタ５、負荷３からなる並列共振回路は切り離されて、
その振動エネルギーが負荷で消費される自由振動状態と
なる。また前記並列共振回路の振動を増大させるべく、
スイッチ接点ＰとＭとを半サイクル毎に交互に選択する
状態は第４図中）の従来の電圧共振型インバータの動作
と同一であり、本発明では励振状態と呼んでいるもので
ある。さらに前記並列共振回路の振動を打ち消す方向に
スイッチ接点ＰとＭとを半周期毎に交互に選択する状態
が設定でき、この状態が前記直流電源１ｂへ前記並列共
振回路の振動エネルギーを戻す回生制動状態である。

実施例 以下、本発明の実施例を第２図および第３図により説明
する。

まず、第２図に示す回路図は一般にハーフブリフジと呼
ばれるインバータ回路で構成した本発明の実施例である
。前述の励振状態では、共振コンデンサ４、共振インダ
クタ５および絶縁トランス８で結合された負荷３からな
る共振回路のインピーダンスで決まる振動周期に合致さ
せて、スイッチング素子２ｐ、２ｍを半サイクル毎に交
互にオン・オフを繰り返しさせ、スイッチング素子２′
はオフの状態に保って直流電源１から交流振動のエネル
ギーを得る。また上述の自由振動状態ではスイッチング
素子２ｐ、２ｍはオフに保ち、スイッチング素子２′を
オンの状態に保って、共振コンデンサ４、共振インダク
タ５の電気振動エネルギーを負荷３で消費させる。さら
に前述の回生制動状態では、スイッチング素子２　ｐ　
１２　ｍ、　２’を全てオフの状態に保ち、ダイオード
６ａ、６ｂにより前記共振回路のエネルギーを整流して
バイパスコンデンサ７ａ、７ｂを通じ、直流電源１に返
す。

次に第３図に示す回路図は一般にフルブリッジと呼ばれ
る電流共振型インバータ回路であり、回路図上は従来の
電流共振型インバータ回路と本発明の電流共振型インバ
ータ回路で殆ど差はないが、その制御方法が異なってお
り、本発明の特許請求の範囲を構成している。

すなわち、従来の電流共振型インバータ回路では、本発
明で励振状態と呼んでいる状態で運転される。共振コン
デンサ４、共振インダクタ５および絶縁トランス８を介
して結合された負荷３からなる共振回路のインピーダン
スで決まる振動周期に合致させて、スイッチング素子２
ａ、２ｄの組と、スイッチング素子２ｂ、２ｃの組を半
周期毎に交互にオン・オフを繰り返すものである。この
状態では常に直流電源ｌからのエネルギーが共振回路へ
与えられるために、負荷３を含む共振回路全体のエネル
ギー消費が少なくなった場合など過大な共振電流が流れ
、スイッチング素子や、共振コンデンサや共振インダク
タに損傷を与える恐れがあった。

これに対し、本発明の自由振動状態では、スイッチング
素子２　ａ　ｓ　２　ｂ　１２ｃ　−２ｄを１個ずつ前
記共振回路の振動周期の半周期だけ順にオンさせて、例
えばスイッチング素子２ａがオンの時はダイオード６ｃ
が導通し、（スイッチング素子）２ａ−（絶縁トランス
）８−（共振インダクタ）５−（共振コンデンサ）４−
（ダイオード）６ｃの回路に電流を通じ、次の半周期で
はスイッチング素子２ｂをオンとし、（スイッチング素
子）２ｂ−（絶縁トランス）　８−（共振インダクタ）
　５−（共振コンデンサ）４−（ダイオード）６ｄの回
路に電流を通じる。この状態では直流電源１と共振回路
との間のエネルギー授受けなくなる。さらに回生制動状
態では、スイッチング素子２ａ、２ｂ、２゜Ｃ０，２ｄ
をオフの状態に保ち、共振回路のエネルギーがダイオー
ド６ａと６ｄの組、タイオード６ｂと６０の組を通じて
整流され、直流電源１に戻される。

出力制御のためには、共振回路の電流値または電圧値を
モニタしてその交流値を整流して制御系に対し、フィー
ドバックする方法が普通であるが、インバータ回路の出
力を整流・平滑して直流電源装置とする場合、その平滑
後の直流電圧値や直流電流値をフィードバックすること
も当然考えられる。

また、本発明の共振型インバータ回路は励振状態、自由
振動状態、回生制動状態の３状Ｂ（またはこのうちの２
状Ｂ）を取ることから、デジタル演算回路により、各状
態間の遷移を決定することが妥当であり、マイクロプロ
セッサによりプログラム制御することなど適宜応用でき
るものである。

発明の効果 従来の共振型インバータ回路では、直流電源からのエネ
ルギーの流れは常に流れ出す方向であったために、出力
調整機能がなかったのが、本発明の共振型インバータ回
路では、前述の従来の問題点を解消し、直流電源からの
エネルギーの流れの停止状態あるいは共振回路から直流
電源へのエネルギーの逆流状態を持つことによって、そ
の出力を自由に調整できる顕著な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明に係る共振型インバータ
回路の基本回路例、第２図および第３図は本発明の共振
型インバータ回路の各々異なる実施例の要部の回路図、
第４図（ａ）、（ｂｌは従来の共振型インバータ回路の
基本回路例である。 １．１ａ、１ｂ＝直流電源 ２．２′、２ｐ、２ｍ、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄニスイ
ツチング素子 ３：負荷　　４：共振コンデンサ ５：共振インダクタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コンデンサおよびインダクタからなる共振回路を有し、
   該共振回路が直流電源からエネルギーを受け取る励振状
   態と、直流電源とエネルギーの授受をしない自由振動状
   態と、直流電源にエネルギーを与える回生制動状態との
   ３種類のうちから２種類以上の動作状態を共振回路の振
   動の半周期を最小時間単位として、切替える手段を有し
   、この切替えによって上記共振回路またはこれに電磁的
   に結合される負荷の交流電力を制御することを特徴とす
   る共振型インバータ回路。